JP2021173420A

JP2021173420A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2021173420A
Application number: JP2020074358A
Authority: JP
Inventors: 智巳福井; Tomomi Fukui; 亮一本田; Ryoichi HONDA; 知樹古賀; Tomoki Koga
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】圧縮機を発生源とする「うなり」に起因する不快感を減少させながら、空気調整対象の空間を均等に冷暖房できる空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１は、第１及び第２の圧縮機５，１０と第１及び第２の室内用熱交換器６，１１と第１及び第２の膨張弁７，１２と第１及び第２の室外用熱交換器８，１３との間で冷媒を循環させる、第１及び第２の冷凍回路３，４と、第１及び第２の冷凍回路３，４がそれぞれ備える第１及び第２の圧縮機５，１０の回転速度を、予め設定された差以上に相違させるうなり対策制御を実施する制御装置を備える。第１及び第２の室内用熱交換器６，１１は、空気流路を共有する室内用熱交換器集合体１７を構成するとともに、室内用熱交換器集合体１７の一方の側に配置されて、室内用熱交換器集合体１７の一方端から他方端に流れる空気流を発生させる室内機用送風機１８を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、空気調和装置に関する。

冷媒が封入された循環流路に圧縮機と室内用熱交換器と膨張弁と室外用熱交換器を配置して構成される冷凍回路を複数備える空気調和装置が知られている（引用文献１）。かかる空気調和装置においては、複数の冷凍回路のそれぞれから騒音が発生する。複数の騒音の周波数は微妙に相違するので、複数の騒音が互いに干渉して、騒音の大きさが周期的に変化する現象、つまり「うなり」が生じる。「うなり」は空気調和装置の周囲にいる人間を不快にさせるので、「うなり」の発生を抑制することが求められている。

「うなり」の周波数は２つの騒音の周波数の差に等しい。つまり、２つの騒音の周波数の差が大きい場合には、「うなり」の周波数は大きくなり、「うなり」の周期は短くなる。また、「うなり」の周波数が大きくなると、つまり「うなり」の周期が短くなると、人間は「うなり」を連続波として知覚し、もはや「うなり」としては知覚しない。そのため、「うなり」の周波数が大きくなると、空気調和装置の周囲にいる人間の不快感が減少する。したがって、複数の冷凍回路のそれぞれから発生する騒音の周波数の差異を大きくして、「うなり」の周波数を大きくすると、「うなり」に起因する不快感を減少させることができる。

引用文献１に開示された空気調和装置は、上記の原理を利用したものであって、各冷凍回路が備える室外機が有する送風機の回転数の差を大きくすることによって、「うなり」の周波数を大きくしている。そのため、引用文献１に開示された技術によれば、「うなり」に起因する不快感を減少させることができる。

特開２００４−３３２９７３号公報

引用文献１に記載の技術は、複数の冷凍回路のそれぞれが備える圧縮機の回転数の違いに起因する「うなり」の対策に適用することができる。各冷凍回路が備える圧縮機の回転数を、予め設定した差以上に互いに離す制御を行えば、空気調和装置の周囲にいる人間は圧縮機の回転数の違いに起因する「うなり」を連続波として知覚し、もはや「うなり」としては知覚しない。そのため、圧縮機を発生源とする「うなり」に起因する不快感を減少させることができる。

しかしながら、圧縮機の回転数が冷凍回路毎に相違すると、室内用熱交換器を流れる冷媒の流量が冷凍回路毎に相違するので、室内用熱交換器において吸収あるいは放出される熱量は、冷凍回路毎に相違する。また、各冷凍回路は、それぞれ、独立した室内用熱交換器を個別に備えていて、各冷凍回路において加温あるいは冷却された空気は、各室内用熱交換器から個別に吐出される。そのため、室内用熱交換器から空気調整対象の空間に吐出される空気の温度は室内用熱交換器毎に相違する。その結果、空気調整対象の空間においては、場所によって温度差が生じると言う問題が生じる。

本開示は、このような背景に基づいてなされたものであり、複数の冷凍回路を備える空気調和装置であって、圧縮機を発生源とする「うなり」に起因する不快感を減少させながら、空気調整対象の空間を均等に冷暖房できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示に係る空気調和装置は、圧縮機と室内用熱交換器と膨張弁と室外用熱交換器との間で冷媒を循環させる、複数の冷凍回路と、複数の冷凍回路がそれぞれ備える圧縮機の回転速度を、予め設定された差以上に相違させるうなり対策制御を実施する制御装置を備える。複数の冷凍回路のそれぞれが備える室内用熱交換器は、空気流路を共有する室内用熱交換器集合体を構成するとともに、室内用熱交換器集合体の一方の側に配置されて、室内用熱交換器集合体の一方端から他方端に流れる空気流を発生させる室内機用送風機を備える。

本開示に係る空気調和装置によれば、複数の冷凍回路のそれぞれが備える室内用熱交換器が空気流路を共有する室内用熱交換器集合体を構成するので、うなり対策制御の結果、吸放熱量が冷凍回路毎に大きく相違することがあっても、室内用熱交換器集合体から空気調整対象に向けて吐出される空気の温度は平均化される。その結果、空気調整対象の空間が均等に冷暖房される。

したがって、本開示に係る空気調和装置によれば、圧縮機を発生源とする「うなり」に起因する不快感を減少させながら、空気調整対象の空間を均等に冷暖房できる。

本開示の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す構成図図１に記載の空気調和装置が備える圧縮機を制御する装置の構成を示す構成図図２に記載の制御装置の構成を示すブロック図うなり対策制御における処理を示すフローチャートうなり対策制御の起動停止を自動化する温度基準処理を示すフローチャートうなり対策制御の起動停止を自動化する速度基準処理を示すフローチャート図１に記載の空気調和装置が備える室内用熱交換器集合体の別の構成例を示す外形図であって、（Ａ）は室内用熱交換器集合体の平面図、（Ｂ）は室内用熱交換器集合体を室内機用送風機側から見る正面図、つまり室内用熱交換器集合体を（Ａ）において矢印ＡＡで示す方向から見る図、（Ｃ）は室内用熱交換器集合体を（Ｂ）においてＢＢ−ＢＢ’線で示す平面で切断して示す断面図

以下、本開示の実施の形態に係る空気調和装置の構成、作用及び効果を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。

図１は本開示の実施形態に係る空気調和装置１の構成を示す構成図である。空気調和装置１は鉄道車両２に搭載されて、当該鉄道車両２の図示しない客室の冷暖房を行う装置である。図１に示すように、空気調和装置１は複数の冷凍回路、すなわち、第１の冷凍回路３と第２の冷凍回路４とを備えている。

第１の冷凍回路３は、冷媒が封入された循環流路３ａと、循環流路３ａ上に配置された
第１の圧縮機５と第１の室内用熱交換器６と第１の膨張弁７と第１の室外用熱交換器８を備えている。すなわち、第１の冷凍回路３は、第１の圧縮機５、第１の室内用熱交換器６、第１の膨張弁７、第１の室外用熱交換器８の間で冷媒を循環させる回路である。また、第１の冷凍回路３は第１の四方弁９を備えている。

第１の四方弁９は、循環流路３ａにおいて冷媒が流れる方向を変更する切り替え弁である。第１の四方弁９を操作することによって、第１の圧縮機５から吐出された冷媒を第１の室内用熱交換器６、第１の膨張弁７、第１の室外用熱交換器８の順に通過させて、第１の圧縮機５に戻す暖房モードと、第１の圧縮機５から吐出された冷媒を第１の室外用熱交換器８、第１の膨張弁７、第１の室内用熱交換器６の順に通過させて、第１の圧縮機５に戻す冷房モードとを切り替えることができる。

暖房モードが選択された場合、第１の圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒蒸気が担持する熱は、第１の室内用熱交換器６から、鉄道車両２の客室内に放出される。その結果、客室内の空気は加温される。その後、第１の膨張弁７を通過した低温の冷媒液は、第１の室外用熱交換器８において大気から吸熱を行って再度気化する。

冷房モードが選択された場合、第１の圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒蒸気が担持する熱は、第１の室外用熱交換器８から大気に放出される。その後、第１の膨張弁７を通過した低温の冷媒液は、第１の室内用熱交換器６において、鉄道車両２の図示しない客室内の空気から吸熱を行って再度気化する。その結果、客室内の空気は冷却される。

第２の冷凍回路４は、冷媒が封入された循環流路４ａと、循環流路４ａ上に配置された第２の圧縮機１０と第２の室内用熱交換器１１と第２の膨張弁１２と第２の室外用熱交換器１３を備えている。すなわち、第２の冷凍回路４は、第２の圧縮機１０、第２の室内用熱交換器１１、第２の膨張弁１２、第２の室外用熱交換器１３の間で冷媒を循環させる回路である。また、第２の冷凍回路４は第２の四方弁１４を備えている。

第２の四方弁１４は、第１の四方弁９と同様に、循環流路４ａにおいて冷媒が流れる方向を変更して、暖房モードと冷房モードとを切り替える切替え弁である。暖房モードが選択された場合、第２の圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒蒸気が担持する熱は、第２の室内用熱交換器１１から、鉄道車両２の客室内に放出される。その結果、客室内の空気は加温される。冷房モードが選択された場合、第２の膨張弁１２を通過した低温の冷媒液は、第２の室内用熱交換器１１において、鉄道車両２の図示しない客室内の空気から吸熱を行って再度気化する。その結果、客室内の空気は冷却される。

また、第１の膨張弁７と第２の膨張弁１２は、直列に配置された毛細管１５と逆止弁１６の組を二組ずつ並列に配置して構成されている。また第１の膨張弁７と第２の膨張弁１２がそれぞれ備える二組の逆止弁１６は、逆流を防止する方向が互いに逆にされている。そのため、暖房モードと冷房モードとを切り替えると、第１の膨張弁７と第２の膨張弁１２においては、二組の毛細管１５のいずれか一方に冷媒が流れる。

前述したように、空気調和装置１は第１の冷凍回路３と第２の冷凍回路４とを備えていて、第１の冷凍回路３と第２の冷凍回路４は、それぞれ、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１を備えている。そして図１に示すように、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１は直列に配置されて、空気流路を共有する室内用熱交換器集合体１７を構成している。なお、本明細書において、「空気流路を共有する」とは、複数の熱交換器を通過する空気が、同一の流路、又は、連続する流路を通って、熱交換器の外部に吐出されることを指す。図１においては、第１の室内用熱交換器６の空気流路と第２の室内用熱交換器１１の流路を連続させて、室内用熱交換器集合体１７を構成する例を示している。

また、図１に示すように、室内用熱交換器集合体１７の一方の側には室内機用送風機１８が配置されている。そして、室内機用送風機１８によって励起された空気流は室内用熱交換器集合体１７の一方端から空気流路に流入して、第１の室内用熱交換器６及び第２の室内用熱交換器１１の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行った後で、空気流路の他方端から流出して、鉄道車両２の図示しない客室内に流れる。

また、前述したように、第１の冷凍回路３と第２の冷凍回路４は、それぞれ、第１の室外用熱交換器８と第２の室外用熱交換器１３を備えている。そして図１に示すように、第１の室外用熱交換器８と第２の室外用熱交換器１３は直列に配置されて、空気流路を共有する室外用熱交換器集合体１９を構成している。

また、図１に示すように、室外用熱交換器集合体１９の一方端側には室外機用送風機２０が配置されている。そして、室外機用送風機２０によって励起された空気流は室外用熱交換器集合体１９の一方端から流入して、第１の室外用熱交換器８及び第２の室外用熱交換器１３の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行った後で、室外用熱交換器集合体１９の他方端から流出して、鉄道車両２の外部に流れる。

図２は、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０を制御する装置の構成を示す構成図である。第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０は、それぞれ、図示しない誘導電動機によって駆動される。そして、図２に示すように、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０は、それぞれ、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２を介して、車内電源２３に接続される。なお、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２は、車内電源２３から供給される交流電力の周波数を任意に変更する電気回路である。第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０の回転速度は、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２から出力される交流電力の周波数を増減することによって調整される。交流電力の周波数を増せば回転速度は大きくなり、交流電力の周波数を減じれば回転速度は小さくなる。なお、車内電源２３は鉄道車両２（図２において不図示）に設備された電源装置である。車内電源２３によれば、一定の周波数の交流電力が供給される。

図２に示すように、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２は制御装置２４によって制御されて、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０に供給する交流電力の周波数を増減することによって、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０の回転速度を増減する。また、制御装置２４には鉄道車両２（図２において不図示）の客室内に設置された温度計（不図示）で測定される温度と鉄道車両２の制御装置（不図示）から出力される鉄道車両２の走行速度が入力される。

制御装置２４は、図３に示すように、中央処理装置（ＣＰＵ）２４ａと、記憶装置（記憶部）２４ｂと入出力インターフェイス（ＩＦ）２４ｃとを備えるコンピュータである。中央処理装置２４ａは、記憶装置２４ｂにインストールされたプログラムを読み出して、そのプログラムに従って演算処理を行う装置である。記憶装置２４ｂはプログラムと各種データを記憶させる装置である。また、入出力インターフェイス２４ｃは、制御装置２４に対して入出力を行う電子回路である。前述した客室内の温度と鉄道車両２の走行速度は、入出力インターフェイス２４ｃを介して制御装置２４に入力される。第１のインバータ２１と第２のインバータ２２が出力する交流電力の周波数を変更する命令は、入出力インターフェイス２４ｃを介して出力される。

制御装置２４は、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２に対して「うなり対策制御」を実行する。「うなり対策制御」は、記憶装置２４ｂに記憶された「うなり対策制御プログラム」を中央処理装置２４ａに読み出して、当該プログラムに記述された命令を中央処理装置２４ａが実行することによって実行される。こここで、図４を参照して、「うなり対策制御」で実行される具体的な処理を説明する。なお、以下において「うなり対策制御」の起動と停止は、制御装置２４に対する、人手による操作入力によってなされる。

図４に示すように、「うなり対策制御プログラム」に従う処理、つまり「うなり対策制御」が開始されると、制御装置２４は、鉄道車両２の客室の現在温度Ｔ_ｒを読み出す（ステップ１）。次に、制御装置２４は、事前に設定された鉄道車両２の客室の制御目標温度Ｔ_ｔと現在温度Ｔ_ｒとの差ｅを算出する（ステップ２）。そして、制御装置２４は、は差ｅの大きさに基づいて、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０の平均回転速度Ｎ_ｍを決定する（ステップ３）。差ｅが大きければ平均回転速度Ｎ_ｍは大きくされ、差ｅが小さければ平均回転速度Ｎ_ｍは小さくされる。

なお、ＰＩＤ制御がされる場合、平均回転速度Ｎ_ｍは下式によって決定される。
Ｎ_ｍ＝Ｎ_ｍｒ＋Ｎ_ｍｒ｛α・ｅ＋β・∫ｅｄｔ＋γｄｅ／ｄｔ｝
ただし、Ｎ_ｍｒは現在の回転速度であり、ｔは時間である。またα，β，γは、任意の係数である。

制御装置２４は、第１の圧縮機５の回転速度をＮ_ｍ−αに定めるとともに、回転速度Ｎ_ｍ−αに見合う第１のインバータ２１の出力周波数Ｆ_１を決定し、出力周波数の変更を第１のインバータ２１に指令する（ステップ４）。制御装置２４は、第２の圧縮機１０の回転速度をＮ_ｍ＋αに定めるとともに、回転速度Ｎ_ｍ＋αに見合う第２のインバータ２２の出力周波数Ｆ_２を決定し、出力周波数の変更を第２のインバータ２２に指令する（ステップ５）。その結果、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の間には２αに相当する差異が生じる。その結果、空気調和装置１においては、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の差に起因して周波数２αの「うなり」が生じるが、周波数２αを十分に大きくすれば、空気調和装置１の周囲にいる人間は「うなり」を連続音として知覚するので、不快感が小さくなる。その結果、「うなり」に起因する不快感を減少させることができる。なお、周波数２αの具体的な値については後述する。

最後に、制御装置２４は、人手による操作入力を参照する。「うなり対策制御」を停止する旨の操作入力がなされていれば（ステップ６：Ｙｅｓ）、「うなり対策制御プログラム」に従う処理を終了する。「うなり対策制御」を停止する旨の操作入力がなされていなければ（ステップ６：Ｎｏ）、ステップ１に戻って、処理を続ける。

ここで、周波数２αの具体的な値について説明する。発明者による実験によれば、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の差異を１２００ｒｐｍ以上にすれば、「うなり」に起因する不快感を十分に減少させることを確認している。また、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０がそれぞれ、２極の誘導電動機で駆動される場合、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２の出力周波数の差異を２０Ｈｚ以上にすれば、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の差異が１２００ｒｐｍ以上になるので、「うなり」に起因する不快感を十分に減少させることできる。つまり、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０がそれぞれ、２極の誘導電動機で駆動される場合、周波数２αを２０Ｈｚ以上にすれば、「うなり」に起因する不快感を十分に減少させることできる。

また、上記の「うなり対策制御」を実施した場合において、第１の圧縮機５の回転速度が小さくなるので、第１の冷凍回路３で吸熱あるいは放熱される熱量は小さくなる。一方、第２の圧縮機１０の回転速度が大きくなるので、第２の冷凍回路４で吸熱あるいは放熱される熱量は大きくなる。そのため、第１の冷凍回路３における吸放熱量の減少は第２の冷凍回路４における吸放熱量の増加によって、キャンセルされるので、空気調和装置１全体の吸放熱量は変化しない。

また、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の総和平均の制御目標はＮ_ｍに等しいので、上記の「うなり対策制御」を実施した場合、空気調和装置１においては、第１の圧縮機５と第２の圧縮機１０の両方を同じ回転速度Ｎ_ｍで運転した場合と同等の熱量が放熱あるいは吸熱される。

上記においては、「うなり対策制御」の起動と停止を人手によって行う例を示したが、「うなり対策制御」の起動と停止を、制御装置によって自動的に行うようにしても良い。例えば、図５に示すように、空気調整対象の実際の温度と制御目標温度の差異の大小に応じて、「うなり対策制御」の起動と停止を自動的に行うようにしても良い。

図５は、「うなり対策制御」の起動と停止を、空気調整対象の実際の温度と制御目標温度の差異の大小に応じて自動的に行う「温度基準制御」による処理を示すフローチャートである。なお、「温度基準制御」は記憶装置２４ｂに記憶された「温度基準制御プログラム」を中央処理装置２４ａに読み出して、当該プログラムに記述された命令を中央処理装置２４ａが実行することによって実行される。また、「温度基準制御」は、空気調和装置１が起動されると同時に開始される。

図５に示すように、「温度基準制御」が開始されると、制御装置２４は、鉄道車両２の客室の現在温度Ｔ_ｒを読み出す（ステップ１１）。次に、制御装置２４は、事前に設定された鉄道車両２の客室の制御目標温度Ｔ_ｔと現在温度Ｔ_ｒとの差ｅを算出する（ステップ１２）。そして、制御装置２４は差ｅが事前に設定された基準値Ｅよりも大きい場合（ステップ１３：Ｙｅｓ）に、「うなり対策制御」を開始させる（ステップ１４）。なお、すでに、「うなり対策制御」が実行されている場合は、「うなり対策制御」を継続する。差ｅが事前に設定された基準値Ｅ以下である場合（ステップ１３：Ｎｏ）、制御装置２４は「うなり対策制御」を終了させる（ステップ１５）。

ステップ１４又はステップ１５の終了後に、空気調和装置１の運転を停止させる操作入力がなされていれば（ステップ１６：Ｙｅｓ）、「温度基準制御」の処理を終える。空気調和装置１の運転を停止させる操作入力がなされていなければ（ステップ１６：Ｎｏ）、ステップ１１に戻って、処理を続ける。

上記の「温度基準制御」によれば、鉄道車両２の客室の制御目標温度Ｔ_ｔと現在温度Ｔ_ｒとの差ｅが基準値Ｅを超える場合に限って、うなり対策制御が自動的に実行される。制御目標温度Ｔ_ｔと現在温度Ｔ_ｒとの差ｅが基準値Ｅ以下である場合は、うなり対策制御が自動的に停止される。なお、差ｅが基準値Ｅ以下である場合は、冷凍回路の負荷が小さいので、圧縮機が発する騒音のレベル自体が低いので、「うなり」のレベルが低い。上記の「温度基準自動発停制御」によれば、このような場合に、「うなり対策制御」を省くことができる。

「うなり対策制御」の起動と停止を、鉄道車両２の走行速度の高低に応じて自動的に行うようにしても良い。

図６は、「うなり対策制御」の起動と停止を、鉄道車両２の走行速度の高低に応じて自動的に行う「速度基準制御」による処理を示すフローチャートである。なお、「速度基準制御」は記憶装置２４ｂに記憶された「速度基準制御プログラム」を中央処理装置２４ａに読み出して、当該プログラムに記述された命令を中央処理装置２４ａが実行することによって実行される。また、「速度基準制御」は、空気調和装置１が起動されると同時に開始される。

図５に示すように、「速度基準制御」が開始されると、制御装置２４は、鉄道車両２の走行速度ｖを読み出す（ステップ２１）。次に、制御装置２４は走行速度ｖが事前に設定された基準速度Ｖより低い場合（ステップ２２：Ｙｅｓ）に、「うなり対策制御」を開始させる（ステップ２３）。なお、すでに、「うなり対策制御」が実行されている場合は、「うなり対策制御」を継続する。走行速度ｖが基準速度Ｖ以上である場合（ステップ２２：Ｎｏ）、制御装置２４は「うなり対策制御」を終了させる（ステップ２４）。

ステップ２３又はステップ２４の終了後に、空気調和装置１の運転を停止させる操作入力がなされていれば（ステップ２５：Ｙｅｓ）、「速度基準制御」の処理を終える。空気調和装置１の運転を停止させる操作入力がなされていなければ（ステップ２５：Ｎｏ）、ステップ２１に戻って、処理を続ける。

上記の「速度基準制御」によれば、鉄道車両２の走行速度ｖが基準速度Ｖより低い場合に限って、うなり対策制御が自動的に実行される。走行速度ｖが基準速度Ｖ以上である場合は、うなり対策制御が自動的に停止される。なお、鉄道車両２が基準速度Ｖ以上の高速で走行している場合には、鉄道車両５の走行音自体が大きいので「うなり」の発生だけを抑制しても実益がない。上記の「速度基準制御」によれば、このような場合に、「うなり対策制御」を省くことができる。

このように、空気調和装置１において、うなり対策制御を実行して、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の差異を大きくすれば、「うなり」の周波数が大きくなるので、空気調和装置１の周囲に居る人間の不快感を減じることができる。その一方で、第１の冷凍回路３の吸放熱量と第２の冷凍回路４の吸放熱量の間には大きな差異が生じる。そのため、空気調和装置１において、仮に、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１が分離配置されていたとしたら、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１のそれぞれから吐出される空気流の温度に不均一が生じる。

しかしながら、前述したように、空気調和装置１においては、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１が直列に配置されて、室内用熱交換器集合体１７が構成されている。そのため、室内用熱交換器集合体１７を通過して鉄道車両２の客室に吐出される空気は、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の両方で熱交換される。その結果、室内用熱交換器集合体１７から吐出される空気の温度は平均化される。つまり、第１の冷凍回路３の吸放熱量と第２の冷凍回路４の吸放熱量の間に大きな差異があっても、空気調和装置１からは平均化された均一な温度の空気が吐出される。そして、室内用熱交換器集合体１７から吐出される空気を鉄道車両２の客室の各所に分配すれば、客室内を均等に、冷房又は暖房することができる。

さて、室内用熱交換器集合体１７は、第１の室内用熱交換器６の流路と第２の室内用熱交換器１１の流路を連続させて構成されるものには限定されない。以下においては、室内用熱交換器集合体１７の別の構成例を説明する。

図７は、室内用熱交換器集合体１７の別の構成例を示す外形図であって、図７（Ａ）は室内用熱交換器集合体１７の平面図である。図７（Ｂ）は室内用熱交換器集合体１７を室内機用送風機１８側から見る正面図、つまり室内用熱交換器集合体１７を図７（Ａ）において矢印ＡＡで示す方向から見る図である。図７（Ｃ）は室内用熱交換器集合体１７を、図７（Ｂ）においてＢＢ−ＢＢ’線で示す平面で切断して示す断面図である。なお、室内用熱交換器集合体１７を通過する空気流は、図７（Ａ）においては下から上へ、図７（Ｂ）においては紙面の表から裏へ、図７（Ｃ）においては右から左へ、それぞれ流れる。

室内用熱交換器集合体１７は、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１を備えていて、図７（Ａ）に示すように、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１は、冷媒を分配あるいは集約するヘッダ管６ａ，１１ａを２本ずつ備えている。２本のヘッダ管６ａ，１１ａは互いに間隔を空けて配置されていて、２本のヘッダ管６ａ，１１ａの間には、それぞれ複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂが配置されている。第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の外部の装置から、一方のヘッダ管６ａ，１１ａに流入した冷媒は、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂに分配されて、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂを通って、他方のヘッダ管６ａ，１１ａに流入して、そこで集約される。他方のヘッダ管６ａ，１１ａで集約された冷媒は、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の外部の装置に流出する。

図７（Ａ）と図７（Ｂ）に示すように、室内用熱交換器集合体１７は伝熱フィン列１７ａを備えていて、伝熱フィン列１７ａは、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の両方に共有されている。すなわち、伝熱フィン列１７ａには、伝熱管６ｂ，１１ｂの両方が挿通されている。そのため、伝熱フィン列１７ａには、伝熱管６ｂ，１１ｂの両方が伝熱的に接触している。そのため、伝熱フィン列１７ａによれば、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の伝熱面積を増やして、伝熱性能を高めることができる。

図７（Ｂ）に示された正面形において、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂは交互に配列されるとともに、互いに平行に間隔を空けて配列されている。そのため、図７（Ｂ）において紙面の表側から流入する空気流は伝熱管６ｂに遮られることなしに伝熱管１１ｂに当たる。その結果、室内用熱交換器集合体１７を通過する空気流は、第１の室内用熱交換器６と第２の室内用熱交換器１１の両方に均等に接触する。

図７（Ｃ）に示された断面形において、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂは上下方向に整列して配置されている。そのため、室内用熱交換器集合体１７において、第１の室内用熱交換器６を通過する空気流と第２の室内用熱交換器１１を通過する空気流は、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂを配列して構成される格子面を通過する。その結果、第１の室内用熱交換器６による熱交換と第２の室内用熱交換器１１による熱交換は、同じ場所で同時に行われる。このように、第１の室内用熱交換器６を通過する空気と第２の室内用熱交換器１１を通過する空気は、同時に同一の空気流路を通過する。

なお、室外用熱交換器集合体１９も、図７に示した室内用熱交換器集合体１７と同様に構成されても良い。つまり、室外用熱交換器集合体１９も、第１の室外用熱交換器８を通過する空気と第２の室外用熱交換器１３を通過する空気が同時に同一の流路を流れるものであっても良い。

以上、説明したように、本開示によれば、各冷凍回路のそれぞれが備える室内用熱交換器が、空気流路を共有する室内用熱交換器集合体を構成するので、空気調整対象の空間に対して吐出される空気の温度は、室内用熱交換器集合体を通過する間に平均化される。そのため、各冷凍回路が備える圧縮機の回転速度を、事前に設定された差以上に相違させるうなり対策制御を行ったために、冷凍回路で吸放熱される熱量が冷凍回路毎に相違しても、空気調整対象の空間に対して吐出される空気の温度を均一にすることができる。

よって、本開示によれば、複数の冷凍回路を備える空気調和装置であって、圧縮機を発生源とする「うなり」に起因する不快感を減少させながら、空気調整対象の空間を均等に冷暖房できる空気調和装置が実現される。

なお、本開示の技術的範囲は、上記の実施の形態と変形例によっては制限されない。本開示は特許請求の範囲に記載の技術的思想の限りにおいて、自由に、応用、変形、あるいは改良して実施することができる。

上記実施の形態においては、鉄道車両２に搭載されて、鉄道車両２の客室を冷暖房する空気調和装置１を例示したが、本開示の適用対象は鉄道車両用の空気調和装置には限定されない。本開示に係る空気調和装置は建築物、船舶あるいは航空機の居室内の空気を調整対象とするものであっても良い。

上記実施形態においては、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の総和平均の目標値を、制御目標温度Ｔ_ｔと現在温度Ｔ_ｒとの差ｅの大きさに基いて決定される平均回転速度Ｎ_ｍとする例を示したが、総和平均の目標値は平均回転速度Ｎ_ｍには限定されない。平均回転速度Ｎ_ｍにマージンを加えた値を目標値にしても良い。空気調和装置１のユーザが目標値を任意に設定して、制御装置２４が第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の総和平均を、その任意に設定された目標値にする制御を行っても良い。

また、上記実施形態においては、平均回転速度Ｎ_ｍを決定する手法としてＰＩＤ制御を例示したが、平均回転速度Ｎ_ｍを決定する手法は、ＰＩＤ制御には限定されない。

上記実施形態においては、第１の圧縮機５の回転速度と第２の圧縮機１０の回転速度の差を１２００ｒｐｍ以上にすることと、そのために、第１のインバータ２１と第２のインバータ２２の出力周波数の差異を２０Ｈｚ以上にすることを例示した。しかしながら、これらの数値は例示であって、本開示の技術的範囲はこれらの数値によっては限定されない。

上記実施形態においては、第１及び第２の冷凍回路３，４に第１及び第２の四方弁９，１４を備える例を示したが、本開示に係る空気調和装置において四方弁は必須の構成要素ではない。空気調和装置が冷暖房兼用機でない場合、つまり、空気調和装置が冷房専用機あるいは暖房専用機である場合、冷凍回路において四方弁は不要である。

上記実施形態においては、第１及び第２の膨張弁７，１２に毛細管１５を備える例を示したが、本開示に係る空気調和装置は膨張弁に毛細管を備えるものには限定されない。本開示に係る空気調和装置が備える膨張弁は絞り弁あるいはその他の形式の弁であっても良い。

本開示に係る空気調和装置の機械的構成は、上記実施形態に示されたものには限定されない。特に、第１及び第２の室内用熱交換器６，１１、室内用熱交換器集合体１７、第１及び第２の室外用熱交換器８，１３、室外用熱交換器集合体１９の機械的構成は、上記実施形態に示されたものには限定されない。第１及び第２の室内用熱交換器６，１１は伝熱フィン列１７ａを共有するものには限定されない。

また、図７（Ｃ）に示された断面形において、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂは上下方向に整列して配置される例を示したが、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂは図７（Ｃ）において左右方向に交互に位置をずらして配置されても良い。つまり、複数本の伝熱管６ｂ，１１ｂは図７（Ｃ）において「千鳥状」に配置されても良い。

１空気調和装置、２鉄道車両、３第１の冷凍回路、３ａ循環流路、４第２の冷凍回路、４ａ循環流路、５第１の圧縮機、６第１の室内用熱交換器、６ａヘッダ管、６ｂ伝熱管、７第１の膨張弁、８第１の室外用熱交換器、９第１の四方弁、１０第２の圧縮機、１１第２の室内用熱交換器、１１ａヘッダ管、１１ｂ伝熱管、１２第２の膨張弁、１３第２の室外用熱交換器、１４第２の四方弁、１５毛細管、１６逆止弁、１７室内用熱交換器集合体、１７ａ伝熱フィン列、１８室内機用送風機、１９室外用熱交換器集合体、２０室外機用送風機、２１第１のインバータ、２２第２のインバータ、２３車内電源、２４制御装置、２４ａ中央処理装置、２４ｂ記憶装置、２４ｃ入出力インターフェイス

Claims

圧縮機と室内用熱交換器と膨張弁と室外用熱交換器との間で冷媒を循環させる、複数の冷凍回路と、
前記複数の冷凍回路がそれぞれ備える前記圧縮機の回転速度を、予め設定された差以上に相違させるうなり対策制御を実施する制御装置を備える空気調和装置であって、
前記複数の冷凍回路のそれぞれが備える前記室内用熱交換器は、空気流路を共有する室内用熱交換器集合体を構成するとともに、
前記室内用熱交換器集合体の一方の側に配置されて、前記室内用熱交換器集合体の一方端から他方端に流れる空気流を発生させる室内機用送風機を備える、
空気調和装置。
前記室内用熱交換器集合体を前記室内機用送風機から見た正面形において、前記室内用熱交換器集合体を構成する前記室内用熱交換器の伝熱管が交互に間隔を空けて、互いに平行に配列されている、
請求項１に記載の空気調和装置。
前記室内用熱交換器集合体は伝熱フィン列を備えるとともに、
前記伝熱フィン列は、前記室内用熱交換器集合体を構成する前記室内用熱交換器の全てと伝熱的に接続されている、
請求項１に記載の空気調和装置。
前記複数の冷凍回路のそれぞれが備える前記室外用熱交換器は、空気流路を共有する室外用熱交換器集合体を構成するとともに、
前記室外用熱交換器集合体の一方の側に配置されて、前記室外用熱交換器集合体の一方端から他方端に流れる空気流を発生させる室外機用送風機を備える、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記室外用熱交換器集合体を前記室外機用送風機から見た正面形において、前記室内用熱交換器集合体を構成する前記室外用熱交換器の伝熱管が交互に間隔を空けて、互いに平行に配列されている、
請求項４に記載の空気調和装置。
前記室外用熱交換器集合体は伝熱フィン列を備えるとともに、
前記伝熱フィン列は、前記室外用熱交換器集合体を構成する前記室外用熱交換器の全てと伝熱的に接続されている、
請求項４に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、前記うなり対策制御を実施するに当たって、前記複数の冷凍回路のそれぞれが備える前記圧縮機の回転数の総和平均を、予め設定された目標値に一致させることを制御目標とする、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、空気調整対象の実際の温度と制御目標温度の差異が、予め設定された基準値を超える場合に限って、前記うなり対策制御を実施する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記空気調和装置は鉄道車両に搭載されて、当該鉄道車両の客室内の空気の温度を調整する鉄道車両用の空気調和装置であって、
前記制御装置は、当該鉄道車両の走行速度が、予め設定された基準値より低い場合に限って、前記うなり対策制御を実施する、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の空気調和装置。