JPWO2015166576A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機３及び熱源側熱交換器５を有する熱源ユニット１に、外気処理ユニット２と室内空調ユニット２０、２１とが並列に接続され、冷暖房切り替え可能な空気調和装置であって、外気処理ユニット２に搭載され、複数の熱交換器７ａａ、７ａｂが並列に接続された構成の外気処理熱交換器７ａと、複数の熱交換器７ａａ、７ａｂのそれぞれの冷媒流路に接続された絞り装置と、外気処理ユニット２の必要能力を判断する必要能力検知部７１ｂと、暖房運転時に必要能力に応じて複数の絞り装置６ａａ、６ａｂを制御して外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を切り替える制御部１７ａとを備えた。

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。

従来より、室内空調において温度調整の他に換気が必要とされており、室内空調用の利用側ユニットの他に、外気の温度をある程度まで処理してから室内に吹き出す外気処理ユニットが用いられている（例えば、特許文献１参照）。この外気処理ユニットでは、吹出空気温度を一定に制御するため、熱源ユニットの圧縮機容量を変化させて吹出空気温度を制御している。

また、熱源ユニットに対し、外気処理ユニットと室内空調用の室内空調ユニットとを並列に接続したマルチ型の空気調和装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−４２１５３号公報（第６頁） 特開平９−２８７８００号公報（要約、図１）

空気調和装置における外気処理ユニットにおいては、一般的に冷房負荷に合わせて外気処理ユニットにおける外気処理熱交換器を設計している。このため、外気処理熱交換器の伝熱面積は暖房負荷に合わせて設計された場合の伝熱面積よりも大きくなる。よって、暖房運転時に外気処理熱交換器の能力が過大となりやすく、それ故、吐出圧力、吸入圧力を目標値に維持できず、吐出圧力、吸入圧力が低下する傾向にある。吐出圧力が低下すると、マルチ型の空気調和装置では、室内空調ユニットの暖房能力に影響が出ることになり、必要能力が発揮されない等の不都合が生じる可能性があった。

また、暖房運転時に外気処理熱交換器の過大能力を調整するには、外気処理熱交換器に接続された膨張弁を絞るため、低圧の低下が助長される。その結果、熱源ユニット側の熱源側熱交換器に霜が付着し、除霜運転に入りやすい運転状態となり、外気処理ユニットから吹き出される吹出空気の温度が安定せず、不安定な運転となる傾向にあった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、暖房運転時に安定した運転を継続することが可能な空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットに、外気処理ユニットと室内空調ユニットとが並列に接続され、冷暖房切り替え可能な空気調和装置であって、外気処理ユニットに搭載され、複数の熱交換器が並列に接続された構成の外気処理熱交換器と、複数の熱交換器のそれぞれの冷媒流路に接続された絞り装置と、外気処理ユニットの必要能力を判断する必要能力検知部と、暖房運転時に必要能力に応じて複数の絞り装置を制御して外気処理熱交換器の熱交換容量を切り替える制御部とを備えたものである。

本発明によれば、必要能力に応じて外気処理熱交換器の熱交換容量を変更するようにしたので、暖房運転時に安定した運転を継続して行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理熱交換器の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の絞り装置の過冷却度一定制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の絞り装置の吹出空気温度一定制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理ユニット２の制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理熱交換器を構成する各熱交換器の冷媒流路の温度のイメージを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置において熱交換器７ａｂの流れを、暖房時、下から上に流れる冷媒流路にした場合の各熱交換器の冷媒流路の温度のイメージを示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の一例を示す図である。
空気調和装置は、熱源ユニット１と、外気処理用の外気処理ユニット２と、室内空調用の室内空調ユニット２０、２１とを備えており、熱源ユニット１に対して外気処理ユニット２及び室内空調ユニット２０、２１が並列にマルチ接続された構成を有している。外気処理ユニット２は、外気を温調した後、室内へ吹き出すタイプのユニットである。室内空調ユニット２０、２１は、室内の空気を吸い込んで冷却又は加熱した後、室内へ供給するタイプのユニットである。

空気調和装置は、インバーター制御により周波数を変更可能な圧縮機３と、四方弁４と、熱源側熱交換器５と、膨張弁等の絞り装置６（６ａ〜６ｃ）と、利用側熱交換器７（７ａ〜７ｃ）とを備え、冷媒が循環する冷媒回路を有している。なお、空気調和装置は更に、熱源側送風機８及び利用側送風機９（９ａ〜９ｃ）を備えている。そして、圧縮機３、四方弁４、熱源側熱交換器５及び熱源側送風機８は熱源ユニット１に配置されている。また、利用側熱交換器７ａ、絞り装置６ａ及び利用側送風機９ａは外気処理ユニット２に配置されている。また、利用側熱交換器７ｂ、７ｃ、絞り装置６ｂ、６ｃ及び利用側送風機９ｂ、９ｃは室内空調ユニット２０、２１に配置されている。

なお、以下では利用側熱交換器７ａ〜７ｃのうち、外気処理ユニット２に配置された利用側熱交換器７ａを外気処理熱交換器７ａと呼び、室内空調ユニット２０、２１に配置された利用側熱交換器７ｂ、７ｃを室内側熱交換器７ｂ、７ｃと呼ぶことにする。

このように構成された空気調和装置は、四方弁４の切り替えにより冷房運転又は暖房運転が可能となっている。

次に、空気調和装置に備えられたセンサ類及び制御装置について説明する。
熱源ユニット１は、圧縮機３から吐出された冷媒の吐出圧力を検知する吐出圧力検知器１０と、圧縮機３に吸入される冷媒の吸入圧力を検知する吸入圧力検知器１１とを備えている。

また、熱源ユニット１は、熱源ユニット１及び室内空調ユニット２０、２１を構成する各部の動作を制御する熱源側制御装置１６を備えており、外気処理ユニット２に設けられた後述の外気処理側制御装置１７との間でセンサ情報や制御情報等を送受信可能に接続されている。熱源側制御装置１６は例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭには制御プログラムが記憶されている。

熱源側制御装置１６は、吐出圧力検知器１０及び吸入圧力検知器１１で検知された検知圧力と、室内空調ユニット２０、２１に備えられた吸込空気温度検知器１４ｂ、１４ｃで検知された検知温度とを取得できるように構成されている。熱源側制御装置１６は、これらの各種情報に基づき、予め搭載されている制御プログラムに従って圧縮機３の周波数制御、四方弁４の切り替え、熱源側送風機８の回転数制御、絞り装置６ｂ、６ｃの開度制御等の制御を行う。

具体的には、熱源側制御装置１６は、空調対象空間が設定温度を維持するように、暖房運転時は吐出圧力検知器１０で検知された吐出圧力に対応する飽和温度ＴＣの飽和温度目標値ＴＣｍを決定し、冷房運転時は吸入圧力検知器１１で検知された吸入圧力での飽和温度の目標温度を決定する。そして、熱源側制御装置１６は、その目標温度となるように圧縮機３の周波数を変更し、容量制御を行う。また、熱源側制御装置１６は、過冷却度（暖房運転時）又は過熱度（冷房運転時）が目標値となるように各室内空調ユニット２０、２１の絞り装置６ｂ、６ｃの開度を個別に制御する。

外気処理ユニット２は、第１熱交換器である熱交換器７ａａと第２熱交換器である熱交換器７ａｂとのそれぞれの液側の配管温度を検知する液側配管温度検知器１２ａ、１２ｂと、ガス側の配管温度を検知するガス側配管温度検知器１３ａ、１３ｂとを備えている。外気処理ユニット２は更に、外気処理ユニット２に吸い込まれる吸込空気（外気）の温度を検知する吸込空気温度検知器１４ａと、外気処理熱交換器７ａの空気下流に設けられ、吹出空気の温度を検知する吹出空気温度検知器１５とを備えている。

また、外気処理ユニット２は、外気処理ユニット２を構成する各部の動作を制御する外気処理側制御装置１７を備えている。外気処理側制御装置１７は例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭには制御プログラムが記憶されている。

外気処理側制御装置１７は、液側配管温度検知器１２ａ、１２ｂ、ガス側配管温度検知器１３ａ、１３ｂ、吸込空気温度検知器１４ａ及び吹出空気温度検知器１５で検知された検知温度と、絞り装置６ａａ、６ａｂの開度とを取得できるように構成されている。外気処理側制御装置１７は、これらの各種情報及び熱源側制御装置１６から取得したセンサ情報等に基づき、予め搭載されている制御プログラムに従って絞り装置６ａａ、６ａｂの開度制御、利用側送風機９（９ａ〜９ｃ）の制御等を行う。

次に、外気処理側制御装置１７の機能的な構成について説明する。
外気処理側制御装置１７は、外気処理ユニット２の必要能力を検知する必要能力検知部１７ｂと、外気処理ユニット２全体を制御する制御部１７ａとを備えている。必要能力検知部１７ｂは、吐出圧力検知器１０で検知された吐出圧力における飽和温度と、吹出空気温度検知器１５で検知された外気処理ユニット２の吹出空気温度Ｔｏｕｔとに基づいて必要能力を判断する。必要能力検知部１７ｂは、具体的には、現在の外気処理ユニット２の運転能力が能力過多又は能力不足となっているかどうかを判断しており、具体的な判断方法については改めて後述する。

制御部１７ａは、暖房運転時、必要能力検知部１７ｂの判断結果に応じて絞り装置６ａａ、６ａｂを制御して外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を切り替える制御を行う。また、冷房運転時は温度調整に加えて除湿も重視する必要がある。このため、冷房運転時は吹出空気温度Ｔｏｕｔを目標値にするだけでなく、除湿量も確保するように、絞り装置６ａａ、６ａｂを制御する。なお、本発明は暖房運転時の制御に特徴があり、冷房運転の制御については上記の制御に限定するものではなく、任意の制御方法を採用できる。

なお、図１には、熱源ユニット１に熱源側制御装置１６を設けると共に、外気処理ユニット２に外気処理側制御装置１７を設けており、熱源側制御装置１６と外気処理側制御装置１７との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成したが、各制御装置の機能をまとめた一台の制御装置で構成してもよい。

次に空気調和装置の冷媒の流れを説明する。本発明は暖房運転時の運転に特徴があるため、以下では暖房運転について説明する。
暖房運転時は、圧縮機３から吐出される高温、高圧の冷媒ガスは、四方弁４を経て外気処理ユニット２の外気処理熱交換器７ａと、室内空調ユニット２０、２１の室内側熱交換器７ｂ、７ｃとへ分配されて流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、絞り装置６ａ〜６ｂで減圧された後、再び合流し、外気処理ユニット２及び室内空調ユニット２０、２１から流出する。外気処理ユニット２及び室内空調ユニット２０、２１から流出した冷媒は熱源ユニット１に流入する。熱源ユニット１に流入した冷媒は、熱源側熱交換器５で室外空気と熱交換して加熱されて蒸発ガス化し、ガス冷媒は、四方弁４を経て圧縮機３へ吸入される。

また、低外気での暖房運転では、熱源ユニット１の熱源側熱交換器５における冷媒温度が氷点下となって熱源側熱交換器５の表面に霜が付着し、それによって暖房能力が低下する。このため、ある程度霜が付着した時点で、付着した霜を溶解させて除去する除霜運転を行う。除霜運転としては、ホットガス方式や逆サイクル方式など従来一般的な除霜運転を行う。

次に、空気調和装置の室内空調ユニット２０、２１の空気の流れについて説明する。利用側送風機９により室内側熱交換器７ｂ、７ｃには低温の吸込空気が流入し、室内側熱交換器７ｂ、７ｃで高温の冷媒と熱交換されて、高温の空気となって、室内空調ユニット２０、２１から吹き出される。

次に、本発明の特徴的な制御を説明するに先立ち、外気処理ユニット２の外気処理熱交換器７ａの詳細について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理熱交換器７ａの構成を示す模式図である。
外気処理熱交換器７ａは、互いに間隔を空けて並設された複数のフィン７０と、その複数のフィン７０を貫通すると共に、複数のフィン７０の配列方向両端部において順次接続されて独立した２つの冷媒流路を構成する複数の伝熱管７１とを備えている。複数の伝熱管７１は、空気の流れ方向に対して垂直方向（上下方向）である段方向へ複数段設けられると共に空気の流れ方向である列方向に複数列設けられている。

そして、外気処理熱交換器７ａは熱交換器７ａａと熱交換器７ａｂとを並列に接続した構成を有している。具体的には、熱交換器７ａａが２つの独立した冷媒流路の一方（以下、冷媒流路７２ａ）を有し、熱交換器７ａｂが他方（以下、冷媒流路７２ｂ）を有しており、フィン７０を共通に用いた構成となっている。そして、冷媒流路７２ａに第１絞り装置である絞り装置６ａａが接続され、冷媒流路７２ｂに第２絞り装置である絞り装置６ａｂが接続されており、絞り装置６ａａ、６ａｂは外気処理側制御装置１７により個別に独立して制御可能となっている。

また、熱交換器７ａａは熱交換器７ａｂよりも、空気の流れの一次側（上流側）に位置し、熱交換器７ａｂよりも熱交換容量が小さい構成となっている。具体的には、熱交換器７ａａは熱交換器７ａｂよりもフィン７０の伝熱面積が小さい仕様となっており、伝熱管７１の本数も熱交換器７ａｂより少なく、空気上流側の伝熱管７１のうち最下段部を除く複数の伝熱管７１を有している。すなわち、熱交換器７ａａはフィン７０の最下端部まで冷媒流路７２ａが延びない構成となっている。熱交換器７ａｂは、空気上流側の最下段部の伝熱管７１と空気下流側の複数の伝熱管７１とを有し、熱交換器７ａｂの冷媒流路７２ｂは熱交換器７ａａの冷媒流路７２ａよりも長い構成となっている。

なお、外気処理熱交換器７ａの構成は図２の構成に限られたものではなく、伝熱管７１の段数は同じとし、列数を変えることで熱交換容量を異ならせた複数の熱交換器を並列に接続した構成としてもよい。

このように構成された外気処理熱交換器７ａを凝縮器として用いる暖房運転時、圧縮機３から吐出された冷媒は、四方弁４を経た後、２つに分配され、一方は熱交換器７ａａの冷媒流路７２ａに流入し、他方は熱交換器７ａｂの冷媒流路７２ｂに流入する。そして、冷媒流路７２ａ及び冷媒流路７２ｂを流出した冷媒は、絞り装置６ａａ、６ａｂを通過した後、合流し、熱源ユニット１に向かう。なお、外気処理熱交換器７ａにおける暖房運転時の冷媒の流れ方向は、冷媒流路７２ａ及び冷媒流路７２ｂの両方において上から下方向に流れるようになっている。

以上に説明した空気調和装置において、外気処理ユニット２の外気処理熱交換器７ａは、冷房負荷に合わせて例えば除湿重視とした熱交換器設計とされている。このように設計された外気処理熱交換器７ａの熱交換容量は、暖房負荷に合わせて設計した場合に比べて多くなる。

室内空調ユニット２０、２１では、上述したように室内側熱交換器７ｂ、７ｃの出口の冷媒の過冷却度が一定となるように絞り装置６ｂ、６ｃを制御しており、この制御を行うことで、吐出圧力の飽和温度ＴＣが目標値を保っていれば、暖房能力を確保できる。しかし、本発明による改良を施さない従来の構成では外気処理ユニット２の外気処理熱交換器７ａの熱交換容量が一定であるため、暖房運転時に能力が過大となりやすい。このように外気処理熱交換器７ａの熱交換容量が外気処理ユニット２に求められる必要能力に対して過大であると、吐出圧力の飽和温度ＴＣを目標値に保つことができず、吐出圧力の飽和温度ＴＣが目標値よりも低下する。この場合、室内空調ユニット２０、２１の暖房能力に影響が出ることになる。また、上述したように、従来の構成では除霜運転に入りやすい運転状態となり吹出空気温度が安定しない。

よって、本発明では、外気処理ユニット２に求められる必要能力に応じて外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を切り替えることで、室内空調ユニット２０、２１への影響を小さく抑える。具体的な制御としては大きく分けて２つの運転を有しており、熱交換器７ａａ、７ａｂのうち一方に冷媒を流し、他方に冷媒を流さないように絞り装置６ａａ、６ａｂを制御する第１運転と、熱交換器７ａａ、７ａｂの両方に冷媒を流すように絞り装置６ａａ、６ａｂを制御する第２運転とを必要能力に応じて切り替える。第１運転は更に、熱交換器７ａａに冷媒を流し、熱交換器７ａｂに冷媒を流さない運転と、熱交換器７ａａに冷媒を流ず、熱交換器７ａｂに冷媒を流す運転とに分けられる。

要するに、熱交換器７ａａのみの熱交換容量と、熱交換器７ａｂのみの熱交換容量と、熱交換器７ａａ、７ａｂの両方の熱交換容量の３段階で切り替える。これにより、外気処理ユニット２は、外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を必要能力に見合った熱交換容量に適宜変更して外気処理を行うことができる。その結果、暖房能力過多により吐出圧力の飽和温度ＴＣが低下することを抑えることができ、室内空調ユニット２０、２１への影響を抑えることができる。

次に、空気調和装置における特徴的な動作について説明する。
必要能力検知部１７ｂは、現在の外気処理熱交換器７ａの熱交換容量が能力過多であるか、能力不足であるかを、以下の条件を満たすかどうかで判断する。

［能力過多］
（１）｜ＴＣ−ＴＣｍ｜＜１、Ｔｏｕｔ＞Ｔｍ＋２及びＳｊ＜Ｓｊ０の全てを満たす状態が所定時間（例えば１０分）継続した場合
（２）ＴＣ＜ＴＣｍ−１、Ｔｏｕｔ＜Ｔｍ−２の全てを満たす状態が所定時間（例えば１０分）継続した場合
ここで、
ＴＣ ：吐出圧力の飽和温度
ＴＣｍ ：飽和温度目標値
Ｔｏｕｔ：外気処理ユニット２の吹出空気温度
Ｔｍ ：吹出空気目標値
Ｓｊ ：絞り装置の現在の開度
Ｓｊ０ ：熱交換器を切り替える指標となる絞り装置開度

必要能力検知部１７ｂは、上記（１）又は（２）のどちらかを満たす場合、現在の熱交換容量は能力過多であると判断する。

熱源ユニット１は、吐出圧力の飽和温度ＴＣが飽和温度目標値ＴＣｍとなるように圧縮機３のインバーター周波数を変更し容量制御を行っており、上記の（１）の条件は、ＴＣがＴＣｍに上下１℃の範囲まで到達していて、吹出空気温度Ｔｏｕｔが飽和温度目標値ＴＣｍに比べて２℃より高く、絞り装置の開度が所定値Ｓｊ０よりも小さい場合に相当し、いわば、これ以上、吹出空気温度Ｔｏｕｔを下げられない限界を判断する内容となっている。また、（２）の条件は、外気処理熱交換器７ａが能力過多であるために、熱源ユニット１側の容量制御の上限となる場合に相当し、保護が働いたことにより本来の能力が発揮できない状態を判断する内容となっている。

［能力不足］
（３）｜ＴＣ−ＴＣｍ｜＜１、Ｔｏｕｔ＜Ｔｍ−２及びＳｊ＜Ｓｊ１の全てを満たす状態が所定時間（例えば１０分）継続した場合、現在の熱交換容量は能力不足であると判断する。
Ｓｊ１ ：熱交換器を切り替える指標となる絞り装置開度

必要能力検知部１７ｂは、上記（３）を満たす場合、現在の熱交換容量は能力不足であると判断する。

上記の（１）の条件は、ＴＣがＴＣｍの上下１℃の範囲に到達していて、吹出空気温度Ｔｏｕｔが吹出空気温度目標値Ｔｍに比べて２℃より低く、更に絞り装置の開度が所定値Ｓｊ１よりも小さい場合に相当し、いわば、これ以上、吹出空気温度Ｔｏｕｔを下げられない限界を判断する内容となっている。

表１は、必要能力の判断結果に応じた各絞り装置６ａａ、６ａｂの制御内容をまとめた表である。

ここで、表１の制御を行った場合における必要能力小、中、大のそれぞれの外気処理熱交換器７ａの発揮能力を次の表２に示す。表２は、熱交換器７ａａと熱交換器７ａｂとの熱交換器伝熱面積の比率を３３：６７とした場合である。

次に、表１の過冷却度一定制御、吹出空気温度一定制御について順に説明する。

（過冷却度一定制御）
図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の絞り装置の過冷却度一定制御のフローチャートである。過冷却度一定制御は、表１から明らかなように絞り装置６ａａのみに適用される。
まず、外気処理側制御装置１７は吐出圧力の飽和温度ＴＣと液側配管温度検知器１２ａの検知温度ＴＬａとの差ＳＣ＝ＴＣ−ＴＬａを算出する（Ｓ１１）。ここで外気処理側制御装置１７は、吐出圧力の飽和温度ＴＣを熱源側制御装置１６から受信する。このＳＣは熱交換器７ａａのサブクール（過冷却度）として取り扱う。

次に、外気処理側制御装置１７は、ＳＣと過冷却度目標値ＳＣｍとを比較し（Ｓ１２）、ＳＣ＞ＳＣｍの場合、ＳＣ及びＳＣｍに基づいて開き量ΔＳｊ２を算出し（Ｓ１３）、このΔＳｊ２分、絞り装置６ａｂを開く（Ｓ１４）。このとき、外気処理側制御装置１７は、絞り装置６ａｂをＳｊ２分、開くことによって絞り装置６ａｂの開度Ｓｊが最大開度Ｓｊｍａｘを超える場合は（Ｓ１５）、絞り装置６ａｂの開度Ｓｊを最大開度Ｓｊｍａｘに制限する（Ｓ１６）。

一方、外気処理側制御装置１７は、ステップＳ１２の比較結果がＳＣ＜ＳＣｍの場合、ＳＣ及びＳＣｍに基づいて絞り量ΔＳｊ１を算出し（Ｓ１７）、このΔＳｊ１分、絞り装置６ａｂを絞る（Ｓ１８）。このとき、外気処理側制御装置１７は、絞り装置６ａｂをΔＳｊ１分、絞ることによって絞り装置６ａｂの開度Ｓｊが最小開度Ｓｊｍｉｎを下回る場合は（Ｓ１９）、絞り装置６ａｂの開度を最小開度Ｓｊｍｉｎに制限する（Ｓ２０）。以上の制御を行うことによって、外気処理熱交換器７ａの出口の過冷却度ＳＣが一定に制御される。

（吹出空気温度一定制御）
図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の絞り装置の吹出空気温度一定制御のフローチャートである。吹出空気温度一定制御は、表１から明らかなように絞り装置６ａａ、７ａｂの両方に適用される。
まず、外気処理側制御装置１７は、吹出空気温度検知器１５で検知された吹出空気温度Ｔｏｕｔとリモコン１９の操作により設定された吹出空気温度目標値Ｔｍとを比較する（Ｓ２１）。Ｔｏｕｔ＞Ｔｍの場合、外気処理側制御装置１７はＴｏｕｔ、Ｔｍ、Ｔｉｎ及びＳｊに基づいて絞り量ΔＳｊ３を算出し（Ｓ２２）、このΔＳｊ３分、絞り装置を絞る（Ｓ２３）。なお、Ｔｉｎは吸込空気温度検知器１４ａで検知された吸込空気温度、Ｓｊは制御対象の絞り装置の現在の開度である。このとき外気処理側制御装置１７は、絞り装置をΔＳｊ３分、絞ることによって絞り装置の開度Ｓｊが最小開度Ｓｊｍｉｎを下回る場合は（Ｓ２４）、開度Ｓｊを最小開度Ｓｊｍｉｎに制限する（Ｓ２５）。

一方、外気処理側制御装置１７は、ステップＳ２１の比較結果がＴｏｕｔ＜Ｔｍの場合、Ｔｏｕｔ、Ｔｍ、Ｔｉｎ及びＳｊに基づいて絞り量ΔＳｊ４を算出し（Ｓ２６）、算出したＳｊ４分、絞り装置を開く（Ｓ２７）。このとき外気処理側制御装置１７は、絞り装置をΔＳｊ３分、開度Ｓｊが最大開度Ｓｊｍａｘを超える場合は（Ｓ２８）、開度Ｓｊを最大開度Ｓｊｍａｘに制限する（Ｓ２９）。以上の制御を行うことによって、外気処理ユニット２の吹出空気温度Ｔｏｕｔが吹出空気温度目標値に一定に制御される。

図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理ユニット２の制御の流れを示すフローチャートである。
外気処理側制御装置１７は、運転開始初期では「必要能力中」と仮定し、熱交換器７ａｂのみを使用した運転を開始する（Ｓ３１）。すなわち、絞り装置６ａａを閉止して熱交換器７ａａには冷媒が流れないようにすると共に、絞り装置６ａｂを予め設定された初期開度に開いた後、図４の吹出空気温度一定制御のフローチャートに従って制御する。

そして、外気処理側制御装置１７は、熱交換器７ａｂのみの運転で能力過多となっていないかどうかを判断する（Ｓ３２）。この判断方法は上述の通りである。そして、外気処理側制御装置１７は、能力過多であると判断した場合、「必要能力小」に対応した運転に切り替える（Ｓ３３）。すなわち、絞り装置６ａａを図４の吹出空気温度一定制御のフローチャートに従って制御すると共に、絞り装置６ａｂを閉じる。これにより、熱交換器７ａｂのみを使用した運転から熱交換器７ａａのみを使用した運転に切り替わることになり、熱交換容量が小さくなる。よって、能力過多となるのを避けて必要能力に応じた熱交換容量での運転を行うことができる。

そして、外気処理側制御装置１７は、「必要能力小」に対応した運転を行っている間、能力不足になっていないかを判断し（Ｓ３４）、能力不足になっていない間、すなわち、必要能力に見合った熱交換容量で運転されている間は、「必要能力小」に対応した運転を継続する（Ｓ３３、Ｓ３４）。そして、外気処理側制御装置１７は、暖房負荷が増加する等して現在の「必要能力小」に対応した運転では能力が足りないと判断すると（Ｓ３４）、「必要能力中」に対応した運転に切り替える（Ｓ３５）。すなわち、外気処理側制御装置１７は、絞り装置６ａａを閉じると共に、絞り装置６ａｂを図４の吹出空気温度一定制御のフローチャートに従って制御する。これにより、熱交換器７ａａのみを使用した運転から熱交換器７ａｂのみを使用した運転に切り替わることになり、熱交換容量が大きくなる。すなわち、必要能力に応じた熱交換容量での運転となる。

一方、外気処理側制御装置１７は、「必要能力中」で運転を開始後、ステップＳ３２で能力過多ではないと判断した場合、続いて能力不足になっていないかを判断する（Ｓ３６）。ここで、必要能力に見合った熱交換容量で運転されている場合は、ステップＳ３６でＮＯとなり、ステップＳ３１に戻って「必要能力中」に対応した運転を継続する。しかし、外気処理側制御装置１７は、能力不足であると判定した場合、「必要能力中」に対応した運転から、「必要能力大」に対応した運転に切り替える（Ｓ３７）。すなわち、外気処理側制御装置１７は熱交換器７ａａを追加運転し、絞り装置６ａａを図３の過冷却度一定制御のフローチャートにしたがって制御する。これにより能力不足が解消され、必要能力に見合った運転を行うことができる。

そして、外気処理側制御装置１７は、「必要能力大」に対応した運転を行っている間、能力過多になっていないかを判断し（Ｓ３８）、能力過多になっていない間、すなわち、必要能力に見合った熱交換容量で運転されている間は、「必要能力大」に対応した運転を継続する（Ｓ３７、Ｓ３８）。そして、外気処理側制御装置１７は、暖房負荷が減少する等して現在の「必要能力大」に対応した運転では能力過多であると判断すると（Ｓ３８）、ステップＳ１に戻って「必要能力中」に対応した運転に切り替える。

なお、上記では、熱交換器７ａａのみの運転時又は熱交換器７ａｂのみの運転時において、非運転側の絞り装置は閉じるとしたが、この「閉じる」の表現には、全閉の他、全閉よりは少し開いた停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅも含むものとする。停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅは、非運転側の熱交換器に冷媒が溜まり、能力不足となるのを防止するための開度である。停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅは、多少開いてはいるとはいえ、非運転側の熱交換器に熱交換能力を与える程の開度ではなく実質的には閉じており、非運転側の絞り装置の開度を停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅとすることで、非運転側の熱交換器に冷媒が溜まり、能力不足となるのを防止することができる。

ここで、非運転側の絞り装置を停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅとした場合の非運転側の熱交換器への影響、引いては吹出空気温度に対する影響について考える。

図６は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外気処理熱交換器７ａを構成する各熱交換器の冷媒流路の温度のイメージを示す図である。図６は、熱交換器７ａａのみの運転時に非運転側の熱交換器７ａｂの絞り装置６ａｂの開度を少し開いた状態における、各熱交換器の冷媒流路の温度のイメージを示している。図６において横軸は伝熱管７１の段方向位置（上下方向位置）を示し、縦軸はその段方向位置における伝熱管７１の温度（配管温度）を示している。図６における各線の長さは冷媒流路の長さに相当する。

熱交換器７ａｂの絞り装置６ａｂの開度は小さいため、流れる冷媒も少なく、冷媒入口側付近の温度は高いが、冷媒出口側に向かって冷媒の温度低下も熱交換器７ａａ側に比べて早い傾向にある。そのため、熱交換器段方向位置で熱交換器７ａａが吹出空気温度に対して支配的になっている。つまり、熱交換器７ａｂの影響は小さく、絞り装置６ａｂの開度を少し開いた影響は小さい。

ここで、比較のため、仮に熱交換器７ａｂの流れを、暖房時、下から上に流れる冷媒流路にした場合について考える。

図７は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置において熱交換器７ａｂの流れを、暖房時、下から上に流れる冷媒流路にした場合の各熱交換器の冷媒流路の温度のイメージを示す図である。図７において横軸は伝熱管７１の段方向位置（上下方向位置）を示し、縦軸はその段方向位置における伝熱管７１の温度（配管温度）を示している。図７における各線の長さは冷媒流路の長さに相当する。

熱交換器７ａｂの流れを、暖房時、下から上に流れる冷媒流路にした場合、熱交換器７ａｂでは、段方向位置の下方向が冷媒入口側となるため、段方向位置の下方向で熱交換器７ａｂの配管温度が高くなる。一方、熱交換器７ａａにおいて段方向位置の下方向は冷媒出口側となるため、配管温度が低くなる。このように、熱交換器７ａｂの流れを、暖房時、下から上に流れる冷媒流路にした場合、段方向位置の下方向で熱交換器７ａｂが吹出空気温度に対して支配的となる。つまり、非運転側の熱交換器７ａｂの絞り装置６ａｂを少し開いた影響が吹出空気温度に出ることになり、好ましくない。

よって、本実施の形態１では熱交換器７ａａ及び熱交換器７ａｂを暖房時に上から下に並行して流れる冷媒流路としている。その結果、非運転側の熱交換器への冷媒溜まりを防止するために非運転側の絞り装置開度を停止時用開度Ｓｊｃｌｏｓｅとしても、吹出空気温度への影響が少なくでき、吹出空気温度を一定に制御しやすい。

以上説明したように本実施の形態１によれば、暖房運転時に、外気処理ユニット２に要求される必要能力に応じて絞り装置６ａａ、６ａｂを制御して外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を切り替えるようにした。よって、外気処理熱交換器７ａの熱交換容量を、必要能力に見合った熱交換容量にすることができ、能力過多により生じる不都合を回避できる。すなわち、暖房運転時に室内空調ユニット２０、２１の運転に与える影響を小さく抑えることができ、また、低外気であっても除霜運転の間隔を長期化でき、安定した運転を継続して実施することができる。

なお、本実施の形態１では必要能力検知部１７ｂにおいて、現在の熱交換容量が能力過多であるか、能力不足であるかを判断し、絞り装置の制御を行うようにしたが、要するに、外気処理ユニット２に現在求められている必要能力が小、中、大の何れであるかを判断し、該当の必要能力に応じて絞り装置６ａａ、６ａｂを制御するようにすればよい。

また、本実施の形態１では、外気処理熱交換器７ａを２つの熱交換器から構成した例を示したが、２つに限られたものではなく、更に複数としてもよい。また、必要能力検知部１７ｂは、必要能力を３段階で検知したが、２段階としてもよいし、更に複数段階としてもよい。この場合も制御の考え方は上記と同様である。

すなわち、暖房運転時に、複数の熱交換器の中から必要能力に応じて選択した一部に冷媒を流し、その他に冷媒を流さないように複数の絞り装置を制御する第１運転、又は複数の熱交換器の全部に冷媒を流すように複数の絞り装置を制御する第２運転を行う。そして、第１運転では、外気処理熱交換器７ａを通過後の空気温度である吹出空気温度が吹出空気温度目標値となるように、選択した一部の熱交換器に接続された絞り装置を制御し、第２運転では、吹出空気温度が吹出空気温度目標値となるように、一部の熱交換器に接続された絞り装置を制御すると共に、その他の熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が過冷却度目標値となるように、その他の熱交換器に接続された絞り装置を制御する。

また、上記実施の形態における各温度や時間等の具体的数値は一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件等に応じて適宜設定すれば良い。

１ 熱源ユニット、２ 外気処理ユニット、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 熱源側熱交換器、６ 絞り装置、６ａ 絞り装置、６ａａ 絞り装置（第１絞り装置）、６ａｂ 絞り装置（第２絞り装置）、６ｂ 絞り装置、６ｃ 絞り装置、７ 利用側熱交換器、７ａ 利用側熱交換器（外気処理熱交換器）、７ａａ 熱交換器（第１熱交換器）、７ａｂ 熱交換器（第２熱交換器）、７ｂ 利用側熱交換器（室内側熱交換器）、７ｃ 利用側熱交換器（室内側熱交換器）、８ 熱源側送風機、８ａ 開閉弁、９ 利用側送風機、９ａ 利用側送風機、９ｂ 利用側送風機、９ｃ 利用側送風機、１０ 吐出圧力検知器、１１ 吸入圧力検知器、１２ａ 液側配管温度検知器、１３ａ ガス側配管温度検知器、１４ａ 吸込空気温度検知器、１４ｂ 吸込温度検知器、１４ｃ 吸込温度検知器、１５ 吹出空気温度検知器、１６ 熱源側制御装置、１７ 外気処理側制御装置、１７ａ 制御部、１７ｂ 必要能力検知部、１８ 吹出空気、１９ リモコン、２０ 室内空調ユニット、２１ 室内空調ユニット、７０ フィン、７１ 伝熱管、７２ａ 冷媒流路、７２ｂ 冷媒流路。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットに、外気処理ユニットと室内空調ユニットとが並列に接続され、冷暖房切り替え可能な空気調和装置であって、外気処理ユニットに搭載され、複数の熱交換器が並列に接続された構成の外気処理熱交換器と、複数の熱交換器のそれぞれの冷媒流路に接続され、開度調整可能な絞り装置と、外気処理ユニットの必要能力を判断する必要能力検知部と、暖房運転時に必要能力に応じて複数の絞り装置をそれぞれ独立制御して、絞り装置の開度を調整することで、外気処理熱交換器の熱交換容量を増減する制御部とを備えたものである。

熱源ユニット１は、吐出圧力の飽和温度ＴＣが飽和温度目標値ＴＣｍとなるように圧縮機３のインバーター周波数を変更し容量制御を行っており、上記の（１）の条件は、ＴＣがＴＣｍに上下１℃の範囲まで到達していて、吹出空気温度Ｔｏｕｔが吹出空気温度目標値Ｔｍに比べて２℃より高く、絞り装置の開度が所定値Ｓｊ０よりも小さい場合に相当し、いわば、これ以上、吹出空気温度Ｔｏｕｔを下げられない限界を判断する内容となっている。また、（２）の条件は、外気処理熱交換器７ａが能力過多であるために、熱源ユニット１側の容量制御の上限となる場合に相当し、保護が働いたことにより本来の能力が発揮できない状態を判断する内容となっている。

上記の（１）の条件は、ＴＣがＴＣｍの上下１℃の範囲に到達していて、吹出空気温度Ｔｏｕｔが吹出空気温度目標値Ｔｍに比べて２℃より低く、更に絞り装置の開度が所定値Ｓｊ１よりも小さい場合に相当し、いわば、これ以上、吹出空気温度Ｔｏｕｔを上げられない限界を判断する内容となっている。

Claims (6)

1. 圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットに、外気処理ユニットと室内空調ユニットとが並列に接続され、冷暖房切り替え可能な空気調和装置であって、
   前記外気処理ユニットに搭載され、複数の熱交換器が並列に接続された構成の外気処理熱交換器と、
   前記複数の熱交換器のそれぞれの冷媒流路に接続された絞り装置と、
   前記外気処理ユニットの必要能力を判断する必要能力検知部と、
   暖房運転時に前記必要能力に応じて複数の前記絞り装置を制御して前記外気処理熱交換器の熱交換容量を切り替える制御部とを備えた空気調和装置。
2. 前記制御部は、
   暖房運転時に、前記複数の熱交換器の中から前記必要能力に応じて選択した一部の前記熱交換器に冷媒を流し、その他の前記熱交換器に冷媒を流さないように複数の前記絞り装置を制御する第１運転、又は
   前記複数の熱交換器の全部に冷媒を流すように複数の前記絞り装置を制御する第２運転を行う請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１運転では、前記外気処理熱交換器を通過後の空気温度である吹出空気温度が吹出空気温度目標値となるように、前記選択した一部の前記熱交換器に接続された前記絞り装置を制御し、
   前記第２運転では、前記吹出空気温度が前記吹出空気温度目標値となるように、一部の前記熱交換器に接続された前記絞り装置を制御すると共に、その他の前記熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が過冷却度目標値となるように、前記その他の前記熱交換器に接続された前記絞り装置を制御する請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記複数の熱交換器は第１熱交換器と前記第１熱交換器よりも熱交換容量が大きい第２熱交換器との２つであり、前記複数の絞り装置もまた前記第１熱交換器に接続された第１絞り装置と、前記第２熱交換器に接続された第２絞り装置の２つであり、
   前記制御部は
   前記必要能力が小の場合、吹出空気温度が吹出空気温度目標値となるように前記第１絞り装置を制御すると共に前記第２絞り装置を閉じる前記第１運転を行い、
   前記必要能力が中の場合、吹出空気温度が前記吹出空気温度目標値となるように前記第２絞り装置を制御すると共に前記第１絞り装置を閉じる前記第１運転を行い、
   前記必要能力が大の場合、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が一定になるように前記第１絞り装置を制御すると共に、吹出空気温度が前記吹出空気温度目標値となるように前記第２絞り装置を制御する前記第２運転を行う請求項２記載の空気調和装置。
5. 前記外気処理熱交換器は、互いに間隔を空けて並設された複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通すると共に、前記複数のフィンの配列方向両端部において順次接続されて独立した２つの前記冷媒流路を構成する複数の伝熱管とを備えており、
   前記複数の伝熱管は、空気の流れ方向に対して垂直方向である段方向へ複数段、空気の流れ方向である列方向に複数列で配置されており、
   前記第１熱交換器の前記冷媒流路は前記複数の伝熱管のうち、空気の流れ方向の上流側の列を有し、前記第２熱交換器の前記冷媒流路は前記複数の伝熱管のうち、空気の流れ方向の下流側の列を有しており、暖房運転時の２つの前記冷媒流路における冷媒の流れ方向が上から下である請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記必要能力検知部は、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力の飽和温度と、前記外気処理ユニットの吹出空気温度とに基づいて前記必要能力を検知する請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の空気調和装置。

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