WO2013145006A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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WO2013145006A1
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heat transfer
heat
heat exchanger
refrigerant
air
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正 有山
航祐 田中
博文 ▲高▼下
博幸 岡野
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三菱電機株式会社
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/09—Improving heat transfers

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner including a refrigerant circuit for circulating a refrigerant.
  • the heat exchanger has a divided structure having a plurality of heat exchangers inside, and each heat exchanger is configured by a circuit to which a connection pipe provided with an electromagnetic valve is connected.
  • each heat exchanger is configured by a circuit to which a connection pipe provided with an electromagnetic valve is connected.
  • Patent Document 1 controls the heat transfer area that changes the refrigerant inflow pattern into the divided heat exchangers and the heat transfer coefficient outside the heat transfer tube by controlling the air volume of the fan.
  • the amount of heat exchange in the exchanger is controlled.
  • the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger decreases, the amount of change in the heat exchange amount is reduced in the control of the heat transfer coefficient outside the heat transfer tube by controlling the air volume of the fan, and the heat exchange division pattern is changed.
  • the heat exchange amount changes. For this reason, there existed a problem that it could not be set as the desired heat exchange amount.
  • the heat exchange amount is controlled by changing the refrigerant flow path inside the heat exchanger by the flow rate varying means and changing the heat transfer area in the heat transfer tube stepwise.
  • the method of changing only the heat transfer area in the heat transfer tube requires a lot of variable means when continuous heat exchange control is required, which is costly and the heat exchanger has a complicated shape. There was a problem that.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an air conditioner capable of setting a heat exchange amount of a heat exchanger to a desired heat exchange amount.
  • an air conditioner capable of setting a heat exchange amount of a heat exchanger to a desired heat exchange amount.
  • An air conditioner includes at least a compressor, a throttle unit, and a heat exchanger, and includes a refrigerant circuit that circulates a refrigerant, and a control unit that controls a heat exchange amount of the heat exchanger,
  • the heat exchanger adjusts the heat transfer coefficient ( ⁇ i) outside the heat transfer tube through which the refrigerant flows, and the heat transfer coefficient ( ⁇ i) inside the heat transfer tube through which the refrigerant flows.
  • the present invention controls the heat transfer rate ( ⁇ o) on the outside of the heat transfer tube, the heat transfer rate ( ⁇ i) on the inside of the heat transfer tube, and the heat transfer area (A), thereby reducing the heat exchange amount of the heat exchanger to a desired heat amount.
  • the amount can be exchanged.
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration during a cooling main operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a refrigerant circuit diagram which shows the refrigerant circuit structure at the time of heating main operation
  • FIG. It is a figure explaining the structure of the outdoor heat exchanger which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining the change of the heat exchanger processing capacity which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing when adjusting the heat exchange amount according to the first embodiment. It is a figure explaining the structure of the outdoor heat exchanger which performs flow control using a solenoid valve.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration during cooling-main operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • This air conditioner is installed in a building, a condominium or the like, and can supply a cooling load and a heating load simultaneously by using a refrigeration cycle (heat pump cycle) for circulating a refrigerant (air conditioning refrigerant).
  • FIG. 1 demonstrates the cooling main driving
  • the relationship of the size of each component may be different from the actual one.
  • the air conditioning refrigeration cycle 1 includes a heat source unit A, a cooling indoor unit B in charge of a cooling load, a heating indoor unit C in charge of a heating load, and a relay unit D.
  • the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C are connected and mounted in parallel to the heat source unit A.
  • the relay machine D installed between the heat source unit A, the cooling indoor unit B, and the heating indoor unit C switches the flow of the refrigerant so that the functions as the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C are exhibited. It is like that.
  • the control device 2 performs overall control of the operation of the air-conditioning refrigeration cycle 1.
  • the heat source machine A is configured by connecting an air conditioning compressor 101, a four-way valve 102 as a flow path switching unit, an outdoor heat exchanger 103, and an accumulator 104 in series by a connection pipe 119.
  • the heat source unit A has a function of supplying cold heat to the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C.
  • a blower such as a fan for supplying air (heat medium) to the outdoor heat exchanger 103 may be provided in the vicinity of the outdoor heat exchanger 103.
  • the high-pressure side connection pipe 106 and the low-pressure side connection pipe 107 are opposite to the first connection pipe 130 that connects the upstream side of the check valve 105a and the upstream side of the check valve 105b, and the downstream side of the check valve 105a.
  • the second connection pipe 131 is connected to the downstream side of the stop valve 105b. That is, the connection part a between the high-pressure side connection pipe 106 and the first connection pipe 130 is upstream of the connection part b between the high-pressure side connection pipe 106 and the second connection pipe 131 across the check valve 105a. Yes.
  • the connection portion c between the low pressure side connection pipe 107 and the first connection pipe 130 is upstream of the connection portion d between the low pressure side connection pipe 107 and the second connection pipe 131 with the check valve 105b interposed therebetween.
  • the first connection pipe 130 is provided with a check valve 105 c that allows the air-conditioning refrigerant to flow only in the direction from the low-pressure side connection pipe 107 to the high-pressure side connection pipe 106.
  • the second connection pipe 131 is provided with a check valve 105 d that allows the air-conditioning refrigerant to flow only in the direction from the low-pressure side connection pipe 107 to the high-pressure side connection pipe 106.
  • the check valve 105a and the check valve 105b are in an open state (shown in black), the check valve 105c and the check valve 105d. Is in a closed state (shown in white).
  • the air-conditioning compressor 101 sucks air-conditioning refrigerant and compresses the air-conditioning refrigerant to a high temperature and high pressure state.
  • the four-way valve 102 switches the flow of the air conditioning refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 103 functions as an evaporator or a radiator (condenser), performs heat exchange between air supplied from a blower (not shown) and the air conditioning refrigerant, and converts the air conditioning refrigerant into evaporated gas or Condensed liquid.
  • the outdoor heat exchanger 103 is configured by, for example, a cross fin type fin-and-tube heat exchanger including heat transfer tubes and a large number of fins.
  • the accumulator 104 is disposed between the four-way valve 102 and the air conditioning compressor 101, and stores excess air conditioning refrigerant.
  • the accumulator 104 may be any container that can store excess air-conditioning refrigerant.
  • the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C are mounted with an air conditioning throttle means 117 and an indoor heat exchanger 118 connected in series. Further, in the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C, an example is shown in which two air conditioning throttle means 117 and two indoor heat exchangers 118 are mounted in parallel.
  • the cooling indoor unit B receives a supply of cold from the heat source unit A and takes charge of the cooling load
  • the heating indoor unit C has a function of receiving the supply of cold heat from the heat source unit A and taking charge of the heating load. Yes.
  • the first embodiment shows a state in which it is determined by the relay unit D that the cooling indoor unit B is in charge of the cooling load, and the heating indoor unit C is determined to be in charge of the heating load.
  • a blower such as a fan for supplying air (heat medium) to the indoor heat exchanger 118 may be provided in the vicinity of the indoor heat exchanger 118.
  • the connection pipe connected from the relay D to the indoor heat exchanger 118 is referred to as a connection pipe 133
  • the connection pipe connected from the relay D to the air conditioning throttle means 117 is referred to as a connection pipe 134. Shall be explained.
  • the air conditioning throttle means 117 functions as a pressure reducing valve or an expansion valve, and decompresses and expands the air conditioning refrigerant.
  • the air-conditioning throttle means 117 may be constituted by a controllable opening degree, for example, a precise flow rate control means using an electronic expansion valve, an inexpensive refrigerant flow rate control means such as a capillary tube, or the like.
  • the indoor heat exchanger 118 functions as a radiator (condenser) or an evaporator, and performs heat exchange between air supplied from an air blower (not shown) and the air conditioning refrigerant to condense or liquefy the air conditioning refrigerant. Evaporative gasification.
  • the indoor heat exchanger 118 is constituted by, for example, a cross fin type fin-and-tube heat exchanger constituted by heat transfer tubes and a large number of fins.
  • the air conditioning throttle means 117 and the indoor heat exchanger 118 are connected in series.
  • the relay unit D has a function of connecting the cooling indoor unit B and the heating indoor unit C to the heat source unit A. Further, the relay machine D selectively opens or closes either the valve means 109a or the valve means 109b of the first distribution unit 109, so that the indoor heat exchanger 118 is a radiator or an evaporator, It has a function to determine.
  • the relay D includes a gas-liquid separator 108, a first distributor 109, a second distributor 110, a first internal heat exchanger 111, a first relay throttle means 112, and a second internal heat. An exchange 113 and a second relay squeezing means 114 are provided.
  • connection pipe 133 is branched into two, one of which is the connection pipe 133 a connected to the low-pressure side connection pipe 107 and the other connection pipe 133 b is connected to the gas-liquid separator 108.
  • the connection pipe 132 is connected.
  • the connecting pipe 133a is provided with valve means 109a that is controlled to be opened and closed to control the presence or absence of refrigerant.
  • the connecting pipe 133b is provided with valve means 109b that is controlled to be opened and closed to control the presence or absence of refrigerant.
  • the open / closed states of the valve means 109a and the valve means 109b are represented by black (open) and white (closed).
  • connection pipe 134 is branched into two, one of the connection pipes 134 b is connected at the first meeting part 115, and the other connection pipe 134 a is connected at the second meeting part 116. It has become so.
  • the connection pipe 134a is provided with a check valve 110a that allows only one of the refrigerants to flow.
  • connection pipe 134b is provided with a check valve 110b that allows only one refrigerant to flow.
  • the open / closed states of the check valve 110a and the check valve 110b are represented by black (open) and white (closed).
  • the first meeting unit 115 is connected from the second distribution unit 110 to the gas-liquid separator 108 via the first relay squeezing means 112 and the first internal heat exchanger 111.
  • the second meeting unit 116 branches between the second distribution unit 110 and the second internal heat exchanger 113, one of which is for the second distribution unit 110 and the first relay device via the second internal heat exchanger 113.
  • the second meeting section 116a is connected to the first meeting section 115 between the throttling means 112, and the other (second meeting section 116a) is connected to the second relay throttling means 114, the second internal heat exchanger 113, and the first internal heat exchanger 111.
  • the gas-liquid separator 108 separates the air-conditioning refrigerant into a gas refrigerant and a liquid refrigerant.
  • the gas-liquid separator 108 is provided in the high-pressure side connection pipe 106, one of which is connected to the valve means 109 a of the first distribution unit 109, and the other.
  • the first distributor 115 is connected to the second distributor 110.
  • the first distribution unit 109 has a function of allowing one of the valve means 109a and the valve means 109b to be selectively opened and closed and causing the air conditioning refrigerant to flow into the indoor heat exchanger 118.
  • the 2nd distribution part 110 has a function which permits the flow of the refrigerant for air-conditioning to either one by check valve 110a and check valve 110b.
  • the first internal heat exchanger 111 is provided in the first meeting part 115 between the gas-liquid separator 108 and the first relay throttle unit 112.
  • the first internal heat exchanger 111 is connected between the air conditioning refrigerant that is conducted through the first meeting part 115 and the air conditioning refrigerant that is conducted through the second meeting part 116a branched from the second meeting part 116.
  • the heat exchange is performed.
  • the first repeater throttle means 112 is provided in the first meeting section 115 between the first internal heat exchanger 111 and the second distribution section 110, and decompresses and expands the air-conditioning refrigerant. .
  • the first repeater throttle means 112 may be configured with a variable opening degree controllable means, for example, a precise flow rate control means using an electronic expansion valve, an inexpensive refrigerant flow rate control means such as a capillary tube, or the like.
  • the second internal heat exchanger 113 is provided in the second meeting part 116, and includes an air conditioning refrigerant that is conducted through the second meeting part 116, and a second meeting part 116a from which the second meeting part 116 is branched. Heat exchange is performed with the air-conditioning refrigerant that is conducted.
  • the second relay throttling means 114 is provided in the second meeting section 116 between the second internal heat exchanger 113 and the second distribution section 110, functions as a pressure reducing valve and an expansion valve, and is an air conditioning refrigerant. Is expanded under reduced pressure.
  • the second relay unit throttle unit 114 can be controlled to have a variable opening, for example, a precise flow rate control unit using an electronic expansion valve, or a low cost such as a capillary tube.
  • the refrigerant flow rate adjusting means may be used.
  • the air-conditioning refrigeration cycle 1 includes the air-conditioning compressor 101, the four-way valve 102, the indoor heat exchanger 118, the air-conditioning throttle means 117, and the outdoor heat exchanger 103 connected in series, and the air-conditioning compression cycle.
  • Machine 101, four-way valve 102, and outdoor heat exchanger 103 are connected in series, and two indoor heat exchangers 118 are connected in parallel via relay D to form a first refrigerant circuit. This is established by circulating the air-conditioning refrigerant in the first refrigerant circuit.
  • the air conditioning compressor 101 is not particularly limited as long as it can compress the sucked refrigerant into a high pressure state.
  • the air-conditioning compressor 101 can be configured using various types such as reciprocating, rotary, scroll, or screw.
  • the air-conditioning compressor 101 may be configured as a type in which the rotation speed can be variably controlled by an inverter, or may be configured as a type in which the rotation speed is fixed.
  • the type of refrigerant circulating in the air-conditioning refrigeration cycle 1 is not particularly limited.
  • natural refrigerants such as carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons, and helium, and alternatives that do not contain chlorine such as HFC410A, HFC407C, and HFC404A
  • HFC410A, HFC407C, and HFC404A Either a refrigerant or a fluorocarbon refrigerant such as R22 or R134a used in existing products may be used.
  • the heating main operation of the air-conditioning refrigeration cycle 1 will be described.
  • the air-conditioning refrigerant heated to a high temperature and high pressure by the air-conditioning compressor 101 is discharged from the air-conditioning compressor 101, passes through the four-way valve 102, passes through the check valve 105 d, and enters the high-pressure side connection pipe 106. It is guided and flows into the gas-liquid separator 108 of the repeater D in the superheated gas state.
  • the superheated gas-conditioning refrigerant flowing into the gas-liquid separator 108 is distributed to a circuit in which the valve means 109a of the first distribution unit 109 is open.
  • the refrigerant for air conditioning in the superheated gas state flows into the heating indoor unit C.
  • the air-conditioning refrigerant that has flowed into the heating indoor unit C dissipates heat in the indoor heat exchanger 118 (that is, warms the room air), is depressurized by the air-conditioning throttle means 117, and merges in the first meeting unit 115.
  • a part of the air-conditioning refrigerant in the superheated gas state that has flowed into the gas-liquid separator 108 is the air-conditioning refrigerant expanded to low temperature and low pressure by the second relay expansion means 114 in the first internal heat exchanger 111.
  • the degree of supercooling is obtained by heat exchange.
  • the air-conditioning refrigerant air-conditioning refrigerant that flows into the heating indoor unit C and radiates heat in the indoor heat exchanger 118
  • the air-conditioning refrigerant that flows into the heating indoor unit C and radiates heat in the indoor heat exchanger 118
  • the first repeater throttle means 112 used for air-conditioning and the first meeting unit Join at 115.
  • a part of the superheated gas conditioning refrigerant that passes through the first repeater throttle means 112 may be eliminated by fully closing the first repeater throttle means 112.
  • the second internal heat exchanger 113 performs heat exchange with the air-conditioning refrigerant expanded to low temperature and low pressure by the second relay throttle unit 114 to obtain a degree of supercooling.
  • This refrigerant for air conditioning is distributed to the second meeting part 116 side and the second relay unit throttle means 114 side.
  • the air-conditioning refrigerant that passes through the second meeting portion 116 is distributed to a circuit through which the check valve 110a flows.
  • the air-conditioning refrigerant that conducts through the second meeting section 116 flows into the cooling indoor unit B is expanded to low temperature and low pressure by the air-conditioning throttle means 117, evaporates in the indoor heat exchanger 118, and the valve means 109 a. After that, the low pressure side connecting pipe 107 joins.
  • the air-conditioning refrigerant that has passed through the second repeater throttle means 114 evaporates by exchanging heat in the second internal heat exchanger 113 and the first internal heat exchanger 111, and in the cooling chamber through the low-pressure side connection pipe 107.
  • the air-conditioning refrigerant merged in the low-pressure side connection pipe 107 is led to the outdoor heat exchanger 103 through the check valve 105c, and depending on the operating conditions, the remaining liquid refrigerant is evaporated, and the four-way valve 102, accumulator The process returns to the air conditioning compressor 101 via 104.
  • the amount of heat (heat exchange amount) of the refrigerant that must be evaporated by the outdoor heat exchanger 103 differs. That is, the heat exchange amount required for the outdoor heat exchanger 103 increases as the difference between the heat exchange amount of the heating indoor unit C and the heat exchange amount of the cooling indoor unit B increases. For this reason, in order to cope with various loads in both the heating indoor unit C and the cooling indoor unit B, it is necessary to continuously control the heat exchange amount (capacity) of the outdoor heat exchanger 103.
  • Equation 1 Q is the heat exchange amount
  • AK is the heat conductance of the heat exchanger
  • dT is the temperature difference between the materials that perform heat exchange.
  • Formula 2 is known as a relational expression of the thermal conductance AK of the heat exchanger.
  • A is the heat transfer area outside the tube of the heat exchanger
  • Ai is the heat transfer area inside the tube of the heat exchanger
  • ⁇ o is the heat transfer coefficient outside the tube of the heat exchanger
  • ⁇ i is the inside of the tube of the heat exchanger.
  • the tube outside heat transfer coefficient ⁇ o corresponds to “the heat transfer coefficient outside the heat transfer tube through which the refrigerant flows ( ⁇ o)” in the present invention
  • the tube inside heat transfer coefficient ⁇ i corresponds to “the heat transfer coefficient through which the refrigerant flows” in the present invention. This corresponds to the heat transfer coefficient ( ⁇ i) inside the heat pipe.
  • the tube outer heat transfer area Ao and the tube inner heat transfer area Ai correspond to the “heat transfer area (A) in which heat is exchanged between the refrigerant and the heat medium” in the present invention.
  • the heat conductance AK of the heat exchanger is determined by the tube outer heat transfer area Ao, the tube inner heat transfer area Ai, the tube outer heat transfer coefficient ⁇ o, and the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i. It is possible to control the heat exchange amount (processing capacity) of the heat exchanger by controlling.
  • each means (described later) for adjusting the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i and the tube outer heat transfer coefficient ⁇ o has a controllable control amount range (width). In order to cope with the influence of the external disturbance and the like, it is necessary to control both the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i and the tube outer heat transfer coefficient ⁇ o.
  • the tube outer heat transfer area Ao and the tube inner heat transfer area Ai are determined by the shape of the heat exchanger and the flow path of the refrigerant in the heat exchanger. That is, by dividing one heat exchanger into a plurality of heat exchangers having different refrigerant flow paths, the pipe outer heat transfer area Ao and the pipe inner heat transfer area are determined depending on whether or not the refrigerant is conducted to each flow path. Ai can be controlled in stages. It should be noted that both the tube outer heat transfer area Ao and the tube inner heat transfer area Ai change depending on whether or not the refrigerant is conducted to each flow path, and if the refrigerant conduction to each flow path is constant, the tube outer heat transfer area.
  • the pipe outer heat transfer area Ao and the pipe inner heat transfer area Ai as control objects are collectively referred to as a heat transfer area A of the heat exchanger.
  • the influence of load and disturbance can be reduced, and the heat exchange amount can be controlled in a wider range than when the heat transfer area A is not controlled. It becomes.
  • the tube outer heat transfer coefficient ⁇ o or the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i can be reduced due to load fluctuation or disturbance. Even when any of the influences becomes dominant, the heat exchange amount of the heat exchanger can be controlled. In addition, as compared with the case where the heat transfer area A is not controlled, the heat exchange amount can be controlled in a wide range even if the control amounts of the tube inner heat transfer rate ⁇ i and the tube outer heat transfer rate ⁇ o are the same.
  • a circuit that can supply a cooling load and a heating load at the same time is given as an example.
  • the refrigerant circuit provided with the control of the heat exchange amount is not limited to this.
  • the refrigerant circuit of the air conditioning apparatus for general cooling / heating switching, cooling only, or heating only may be sufficient.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of the outdoor heat exchanger according to the first embodiment.
  • segmentation structure which has several heat exchangers (henceforth a division
  • the outdoor heat exchanger 103 may have a divided structure in which four heat exchangers are combined, or may have a divided structure in which one heat exchanger is divided into four.
  • segmentation heat exchangers which comprise the outdoor heat exchanger 103 is not specifically limited, It changes with the control width of the controller of pipe
  • connection pipe 119 is branched into a plurality of parts and connected to each of the divided heat exchangers constituting the outdoor heat exchanger 103.
  • electromagnetic valves 209a, 209b, and 209c which are open / close valves that are controlled to open / close by the control device 2 and are controlled to open / close the refrigerant, are installed in the branched connection pipes 119, respectively.
  • the solenoid valves 209a, 209b, and 209c constitute “heat transfer area adjusting means” in the present invention.
  • connection pipes 119 branched into a plurality is used as a bypass circuit 300 that bypasses the divided heat exchanger.
  • the bypass circuit 300 is provided with an expansion valve 210 that is a flow rate adjusting means for controlling the flow rate through the bypass circuit 300.
  • the bypass circuit 300 and the expansion valve 210 constitute the “pipe inner heat transfer coefficient adjusting means” in the present invention.
  • the outdoor heat exchanger 103 includes a fan 230 for controlling the amount of air passing through the outdoor heat exchanger 103.
  • the fan 230 constitutes “tube outside heat transfer coefficient adjusting means” in the present invention.
  • the heat exchanger which performs the air volume control by the fan 230 is taken as an example as means for controlling the tube outside heat transfer coefficient ⁇ o
  • the present invention is not limited to this.
  • a pump that controls the water flow rate on the water side serves as the outside heat transfer coefficient adjusting means that adjusts the outside heat transfer coefficient ⁇ o.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change in heat exchanger processing capacity according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing when adjusting the heat exchange amount according to the first embodiment.
  • the vertical axis represents the processing capacity ratio.
  • a processing capacity ratio of 100% is a state in which there is no load on the cooling indoor unit B and all the refrigerant is evaporated by the outdoor heat exchanger 103. Further, when the processing capacity ratio is 0%, the cooling indoor unit B has a large load and there is no load on the outdoor heat exchanger 103.
  • the horizontal axis indicates the air volume ratio.
  • the air volume ratio of 100% is a state where the fan 230 is operated at the maximum air volume, and the air volume ratio of 0% is a state where the fan 230 is stopped.
  • a lower limit air volume is set for the air volume of the fan 230. This lower limit air volume is set in order to ensure heat dissipation from a heating element such as a circuit board installed in the heat source machine A.
  • a heating element such as a circuit board installed in the heat source machine A.
  • the heat exchange amount is processed as a target process. Start the control action to be the ability.
  • the control device 2 controls the air flow rate of the fan 230 to control the tube outside heat transfer coefficient ⁇ o. That is, when reducing the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103, the blower amount of the fan 230 is reduced to reduce the outside heat transfer coefficient ⁇ o. When the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103 is increased, the air flow rate of the fan 230 is increased to increase the tube outside heat transfer coefficient ⁇ o. With this control, the processing capacity (heat exchange amount) of the outdoor heat exchanger 103 changes according to the air volume of the fan 230, as represented by the processing capacity line 401, 402, or 403 in FIG.
  • the processing capacity line 401 shows a case where the solenoid valves 209a, 209b, and 209c are all open.
  • the processing capacity line 402 indicates a case where the electromagnetic valve 209a is in a closed state and the electromagnetic valves 209b and 209c are in an open state.
  • a processing capacity line 403 indicates a case where the solenoid valves 209a and 209b are closed and the solenoid valve 209c is opened. The control of each solenoid valve will be described later.
  • the control device 2 determines whether or not the processing capacity (heat exchange amount) of the outdoor heat exchanger 103 has reached the target processing capacity. This determination is made based on, for example, whether or not the pressure in the suction portion of the air conditioning compressor 101 is a predetermined pressure in the heating-main operation, and in the cooling-main operation, It may be determined based on whether or not the pressure of the discharge unit is a predetermined pressure.
  • the control device 2 ends the heat exchange amount control operation.
  • the target processing capacity is not reached even if the air volume of the fan 230 is controlled within the range from the maximum air volume to the lower limit air volume, the process proceeds to step S102.
  • the control device 2 controls the amount of refrigerant passing through the bypass circuit 300 based on the opening degree of the expansion valve 210 to control the pipe inner heat transfer coefficient ⁇ i. That is, when the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103 is reduced, the flow rate of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 103 by increasing the opening degree of the expansion valve 210 and increasing the flow rate of the bypass circuit 300. To reduce the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i. When increasing the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103, the flow rate of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 103 is increased by decreasing the opening degree of the expansion valve 210 and decreasing the flow rate of the bypass circuit 300. To increase the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i.
  • the processing capacity line 501 shows a case where the solenoid valves 209a, 209b, and 209c are all open.
  • a processing capacity line 502 indicates a case where the electromagnetic valve 209a is in a closed state and the electromagnetic valves 209b and 209c are in an open state.
  • a processing capacity line 503 indicates a case where the solenoid valves 209a and 209b are closed and the solenoid valve 209c is opened. The control of each solenoid valve will be described later.
  • the control device 2 determines whether or not the processing capacity (heat exchange amount) of the outdoor heat exchanger 103 has reached the target processing capacity. When the processing capacity (heat exchange amount) of the outdoor heat exchanger 103 reaches the target processing capacity, the control device 2 ends the heat exchange amount control operation. On the other hand, if the target processing capacity is not reached even if the opening degree of the expansion valve 210 is controlled in the range from fully open to fully closed, the process proceeds to step S103.
  • the control device 2 controls the heat transfer area A of the heat exchanger by controlling the open / close state of the electromagnetic valves 209a, 209b, and 209c, and controlling the presence or absence of the refrigerant to each divided heat exchanger. . That is, when reducing the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103, the number of open solenoid valves among the solenoid valves 209a, 209b, and 209c is reduced, and the number of divided heat exchangers that conduct the refrigerant is reduced. By reducing the heat transfer area A, the heat transfer area A is reduced.
  • the number of open solenoid valves among the solenoid valves 209a, 209b, and 209c is increased, and the number of split heat exchangers that conduct the refrigerant is increased.
  • the heat transfer area A is increased.
  • the order of opening and closing the solenoid valves 209a, 209b, and 209c is such that when the processing capacity (heat exchange amount) is increased, the solenoid valves 209c, 209b, and 209a are opened in the order of the processing capacity (heat exchange amount).
  • it makes a closed state in order of electromagnetic valve 209a, 209b, 209c.
  • step S101 and S102 when the above-described steps S101 and S102 are performed when all the solenoid valves 209a, 209b, and 209c are open, the processing capability changes as indicated by the processing capability lines 401 and 501 in FIG.
  • step S103 is executed at the boundary 601 in FIG. 4, the electromagnetic valve 209a is controlled to be closed.
  • the processing capacity changes as represented by the processing capacity lines 402 and 502 in FIG.
  • step S103 is executed at the boundary 602 in FIG. 4
  • the electromagnetic valve 209b is controlled to be closed.
  • step S101 and S102 are performed in a state where the electromagnetic valves 209a and 209b are closed and the electromagnetic valve 209c is opened, the processing capacity changes as represented by the processing capacity lines 403 and 503 in FIG. And if step S103 is performed in the boundary 603 of FIG. 4, the solenoid valve 209c will be controlled to a closed state.
  • the outside heat transfer coefficient ⁇ o, the inside pipe heat transfer coefficient ⁇ i, and the heat transfer area A are controlled to control the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103.
  • the heat exchange amount of the heat exchanger 103 can be set to a desired heat exchange amount. Further, even when the flow rate of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 103 decreases and the change in the heat exchange amount due to the control of the outside heat transfer coefficient ⁇ o becomes small, the heat exchange amount can be controlled continuously. Moreover, the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103 can be continuously controlled regardless of the load or disturbance.
  • the pipe inner heat transfer coefficient ⁇ i can be obtained.
  • the refrigerant circulating in the outdoor heat exchanger 103 can be completely bypassed by controlling the solenoid valves 209a, 209b, and 209c, and the processing capacity (heat exchange amount) of the outdoor heat exchanger 103 is reduced to 0%. It becomes possible to make it.
  • the control width of the tube inner heat transfer coefficient ⁇ i, the tube outer heat transfer coefficient ⁇ o, and the heat transfer area A is small,
  • the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103 can be controlled in a wide range.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of an outdoor heat exchanger that performs flow rate control using a solenoid valve.
  • electromagnetic valves 220 a, 220 b, and 220 c that are open / close valves that branch off the connection pipe 119 connected to the bypass circuit 300 into a plurality of parts and are controlled to open / close to control whether the refrigerant is on or off. is set up.
  • the flow path resistance of the bypass circuit 300 is changed, the flow rate of refrigerant flowing through the bypass circuit 300 is controlled, and the flow rate of refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 103 is controlled.
  • the pipe inner heat transfer coefficient ⁇ i may be controlled.
  • an inexpensive solenoid valve can be used as a flow rate control means for conducting the bypass circuit 300.
  • the heat exchange amount of the outdoor heat exchanger 103 is controlled has been described.
  • the present invention is not limited to this, and by applying the technical idea described above, indoor heat exchange is performed. It is also possible to control the heat exchange amount of the vessel 118.
  • Refrigeration cycle for air conditioning 2 control unit, 101 compressor for air conditioning, 102 four-way valve, 103 outdoor heat exchanger, 104 accumulator, 105a check valve, 105b check valve, 105c check valve, 105d check valve, 106 High-pressure side connection pipe, 107 Low-pressure side connection pipe, 108 Gas-liquid separator, 109 First distribution part, 109a valve means, 109b valve means, 110 Second distribution part, 110a check valve, 110b check valve, 111 first Internal heat exchanger, 112, first relay squeezing means, 113 second internal heat exchanger, 114 second relay squeezing means, 115 first meeting part, 116 second meeting part, 116a meeting part, 117 for air conditioning Throttle means, 118 indoor heat exchanger, 119 connection piping, 130 first connection piping, 131 second connection piping, 132 connection Pipe, 133 connection piping, 133a connection piping, 133b connection piping, 134 connection piping, 134a connection piping, 134b

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Abstract

室外熱交換器１０３は、冷媒が流通する伝熱管外側の熱伝達率αｏを調整する管外側熱伝達率調整手段と、冷媒が流通する伝熱管内側の熱伝達率αｉを調整する管内側熱伝達率調整手段と、冷媒と熱媒体とが熱交換する伝熱面積Ａを調整する伝熱面積調整手段とを備え、制御装置２は、伝熱管外側の熱伝達率αｏ、伝熱管内側の熱伝達率αｉ、及び伝熱面積Ａを制御して、室外熱交換器１０３の熱交換量を制御する。

Description

空気調和装置
　本発明は、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた空気調和装置に関する。
　従来の空気調和装置においては、熱交換器が内部に複数の熱交換器を有する分割構造を有し、それぞれの熱交換器には電磁弁が設置された接続配管が接続された回路で構成されており、電磁弁の開閉を制御することにより、流入する冷媒の量を調整することで、熱交換器の熱交換量を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、流量可変手段によって熱交換器内部の冷媒流路を可変させることによって、可変する外部負荷に応じて冷房または暖房容量を適宜に調節するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
ＷＯ２００９／１２２４７６号公報 特開平２００６－１７０６０８号公報
　特許文献１に記載の技術は、分割した熱交換器への冷媒流入パターンを変化させる伝熱面積の制御と、ファンの風量制御による伝熱管外側の熱伝達率の制御とを行うことで、熱交換器の熱交換量を制御している。
　しかし、熱交換器を流通する冷媒流量が低下した際には、ファンの風量制御による伝熱管外側の熱伝達率の制御では熱交換量の変化量が少なくなり、熱交分割パターンを変化させたときの熱交換量の変化が大きくなる。このため、所望の熱交換量とすることができない、という問題点があった。
　また、例えばファンの下限風量が設定され、その下限風量で動作している場合、装置外部から流入した風や雨の影響などにより熱交換量が過大となっても、ファンの風量制御では熱交換量を低下させることができない、という問題点があった。
　特許文献２に記載の技術は、流量可変手段によって熱交換器内部の冷媒流路を変更し、伝熱管内の伝熱面積を段階的に変化させることで熱交換量の制御を行っている。
　しかし、伝熱管内の伝熱面積のみを変化させる方法では、連続的な熱交換量の制御が必要な場合に可変手段を多く必要とし、コストが掛かり、熱交換器が複雑な形状となってしまう、という問題点があった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器の熱交換量を所望の熱交換量とすることができる空気調和装置を得るものである。
　また、熱交換器を流通する冷媒流量が低下し、伝熱管外側の熱伝達率の制御による熱交換量の変化が小さくなる場合でも、熱交換器の熱交換量を連続的に制御することができる空気調和装置を得るものである。
　本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、絞り手段、及び熱交換器を少なくとも有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記熱交換器の熱交換量を制御する制御手段とを備え、前記熱交換器は、前記冷媒が流通する伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）を調整する管外側熱伝達率調整手段と、前記冷媒が流通する伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）を調整する管内側熱伝達率調整手段と、前記冷媒と熱媒体とが熱交換する伝熱面積（Ａ）を調整する伝熱面積調整手段とを備え、前記制御手段は、前記伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）、前記伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）、及び前記伝熱面積（Ａ）を制御して、前記熱交換器の熱交換量を制御するものである。
　本発明は、伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）、伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）、及び伝熱面積（Ａ）を制御することにより、熱交換器の熱交換量を所望の熱交換量とすることができる。
実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器の構造を説明する図である。 実施の形態１に係る熱交換器処理能力の変化を説明する図である。 実施の形態１に係る熱交換量を調整する際の処理の流れを示すフローチャートである。 電磁弁を用いた流量制御を行う室外熱交換器の構造を説明する図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空気調和装置の冷媒回路構成について説明する。この空気調和装置は、ビルやマンション等に設置され、冷媒（空調用冷媒）を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用することで冷房負荷、暖房負荷を同時に供給できるものである。なお、図１では空調用冷凍サイクル１の冷房主体運転動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
［空調用冷凍サイクル１］
　空調用冷凍サイクル１は、熱源機Ａと、冷房負荷を担当する冷房室内機Ｂと、暖房負荷を担当する暖房室内機Ｃと、中継機Ｄと、によって構成されている。このうち、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃは、熱源機Ａに対して並列となるように接続されて搭載されている。そして、熱源機Ａと、冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃとの間に設置される中継機Ｄが冷媒の流れを切り換えることで、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃとしての機能を発揮させるようになっている。制御装置２は、空調用冷凍サイクル１の動作を統括制御する。
［熱源機Ａ］
　熱源機Ａは、空調用圧縮機１０１と、流路切替手段である四方弁１０２と、室外熱交換器１０３と、アキュムレータ１０４とが接続配管１１９により直列に接続されて構成されている。この熱源機Ａは、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃに冷熱を供給する機能を有している。なお、室外熱交換器１０３の近傍に、この室外熱交換器１０３に空気（熱媒体）を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。
　そして、高圧側接続配管１０６と低圧側接続配管１０７とは、逆止弁１０５ａの上流側と逆止弁１０５ｂの上流側を接続する第１接続配管１３０と、逆止弁１０５ａの下流側と逆止弁１０５ｂの下流側を接続する第２接続配管１３１とで接続されている。つまり、高圧側接続配管１０６と第１接続配管１３０との接続部分ａは、逆止弁１０５ａを挟んで高圧側接続配管１０６と第２接続配管１３１との接続部分ｂよりも上流側になっている。低圧側接続配管１０７と第１接続配管１３０との接続部分ｃは、逆止弁１０５ｂを挟んで低圧側接続配管１０７と第２接続配管１３１との接続部分ｄよりも上流側になっている。
　第１接続配管１３０には、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｃが設けられている。第２接続配管１３１には、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｄが設けられている。なお、図１では、冷房主体運転時における冷媒回路構成を示しているため、逆止弁１０５ａ及び逆止弁１０５ｂが開状態（黒塗りで示している）、逆止弁１０５ｃ及び逆止弁１０５ｄが閉状態（白塗りで示している）となっている。
　空調用圧縮機１０１は、空調用冷媒を吸入し、その空調用冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁１０２は、空調用冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器１０３は、蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。室外熱交換器１０３は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成される。アキュムレータ１０４は、四方弁１０２と空調用圧縮機１０１との間に配置され、過剰な空調用冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレータ１０４は、過剰な空調用冷媒を貯留できる容器であればよい。
［冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃ］
　冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃには、空調用絞り手段１１７と、室内熱交換器１１８とが、直列に接続されて搭載されている。また、冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃには、２台の空調用絞り手段１１７と、２台の室内熱交換器１１８とが、それぞれ並列に搭載されている場合を例に示している。冷房室内機Ｂは、熱源機Ａからの冷熱の供給を受けて冷房負荷を担当し、暖房室内機Ｃは、熱源機Ａからの冷熱の供給を受けて暖房負荷を担当する機能を有している。
　つまり、実施の形態１では、中継機Ｄによって、冷房室内機Ｂが冷房負荷を担当するように決定され、暖房室内機Ｃが暖房負荷を担当するように決定された状態を示しているのである。なお、室内熱交換器１１８の近傍に、この室内熱交換器１１８に空気（熱媒体）を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。また、便宜的に、中継機Ｄから室内熱交換器１１８に接続している接続配管を接続配管１３３と、中継機Ｄから空調用絞り手段１１７に接続している接続配管を接続配管１３４と称して説明するものとする。
　空調用絞り手段１１７は、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この空調用絞り手段１１７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。室内熱交換器１１８は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。室内熱交換器１１８は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成される。なお、空調用絞り手段１１７及び室内熱交換器１１８は、直列に接続されている。
［中継機Ｄ］
　中継機Ｄは、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃのそれぞれと、熱源機Ａとを、接続する機能を有する。また、中継機Ｄは、第１分配部１０９の弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかを択一的に開閉することにより、室内熱交換器１１８を放熱器とするか蒸発器とするか、を決定する機能を有している。この中継機Ｄは、気液分離器１０８と、第１分配部１０９と、第２分配部１１０と、第１内部熱交換器１１１と、第１中継機用絞り手段１１２と、第２内部熱交換器１１３と、第２中継機用絞り手段１１４と、を備えている。
　第１分配部１０９では、接続配管１３３が２つに分岐されており、その一方である接続配管１３３ａが低圧側接続配管１０７に接続し、他方の接続配管１３３ｂが気液分離器１０８に接続している接続配管１３２に接続するようになっている。また、接続配管１３３ａには、開閉制御されて冷媒の導通の有無が制御される弁手段１０９ａが設けられている。接続配管１３３ｂには、開閉制御されて冷媒の導通の有無が制御される弁手段１０９ｂが設けられている。なお、弁手段１０９ａ及び弁手段１０９ｂの開閉状態を黒塗り（開状態）及び白塗り（閉状態）で表している。
　第２分配部１１０では、接続配管１３４が２つに分岐されており、その一方である接続配管１３４ｂが第１会合部１１５で接続され、他方の接続配管１３４ａが第２会合部１１６で接続されるようになっている。また、接続配管１３４ａには、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ａが設けられている。接続配管１３４ｂには、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ｂが設けられている。なお、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂの開閉状態を黒塗り（開状態）及び白塗り（閉状態）で表している。
　第１会合部１１５は、第２分配部１１０から第１中継機用絞り手段１１２及び第１内部熱交換器１１１を介して気液分離器１０８に接続している。第２会合部１１６は、第２分配部１１０と第２内部熱交換器１１３との間で分岐し、一方が第２内部熱交換器１１３を介して第２分配部１１０と第１中継機用絞り手段１１２との間における第１会合部１１５に接続され、他方（第２会合部１１６ａ）が第２中継機用絞り手段１１４、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１を介して低圧側接続配管１０７に接続されている。
　気液分離器１０８は、空調用冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものであり、高圧側接続配管１０６に設けられ、一方が第１分配部１０９の弁手段１０９ａに接続され、他方が第１会合部１１５を経て第２分配部１１０に接続されている。第１分配部１０９は、弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかが択一的に開閉され、室内熱交換器１１８に空調用冷媒を流入させる機能を有している。第２分配部１１０は、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂによって、空調用冷媒の流れをいずれか一方に許容する機能を有している。
　第１内部熱交換器１１１は、気液分離器１０８と第１中継機用絞り手段１１２との間における第１会合部１１５に設けられている。第１内部熱交換器１１１は、第１会合部１１５を導通している空調用冷媒と、第２会合部１１６が分岐された第２会合部１１６ａを導通している空調用冷媒との間で熱交換を実行するものである。第１中継機用絞り手段１１２は、第１内部熱交換器１１１と第２分配部１１０との間における第１会合部１１５に設けられており、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１中継機用絞り手段１１２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
　第２内部熱交換器１１３は、第２会合部１１６に設けられており、第２会合部１１６を導通している空調用冷媒と、第２会合部１１６が分岐された第２会合部１１６ａを導通している空調用冷媒との間で熱交換を実行するものである。第２中継機用絞り手段１１４は、第２内部熱交換器１１３と第２分配部１１０との間における第２会合部１１６に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２中継機用絞り手段１１４は、第１中継機用絞り手段１１２と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
　以上のように、空調用冷凍サイクル１は、空調用圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１１８、空調用絞り手段１１７及び室外熱交換器１０３が直列に接続されるとともに、空調用圧縮機１０１、四方弁１０２、及び室外熱交換器１０３が直列に接続されており、中継機Ｄを介して２台の室内熱交換器１１８が並列に接続されて第１冷媒回路を構成し、この第１冷媒回路に空調用冷媒を循環させることで成立している。
　なお、空調用圧縮機１０１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して空調用圧縮機１０１を構成することができる。この空調用圧縮機１０１は、インバータにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、空調用冷凍サイクル１を循環する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素（ＣＯ２）や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
　ここで図２に基づいて、空調用冷凍サイクル１の暖房主体運転動作について説明する。まず、空調用圧縮機１０１で高温・高圧にされた空調用冷媒は、空調用圧縮機１０１から吐出して、四方弁１０２を経由し、逆止弁１０５ｄを導通し、高圧側接続配管１０６に導かれ、過熱ガス状態で中継機Ｄの気液分離器１０８へ流入する。気液分離器１０８に流入した過熱ガス状態の空調用冷媒は、第１分配部１０９の弁手段１０９ａが開いている回路に分配される。ここでは、過熱ガス状態の空調用冷媒は、暖房室内機Ｃに流入するようになっている。
　暖房室内機Ｃに流入した空調用冷媒は、室内熱交換器１１８で放熱し（つまり、室内空気を暖め）、空調用絞り手段１１７で減圧され、第１会合部１１５で合流する。一方、気液分離器１０８に流入した過熱ガス状態の空調用冷媒の一部は、第１内部熱交換器１１１で第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。
　それから、第１中継機用絞り手段１１２を通過して、空調用として利用された空調用冷媒（暖房室内機Ｃに流入し、室内熱交換器１１８で放熱した空調用冷媒）と第１会合部１１５で合流する。なお、第１中継機用絞り手段１１２を通る一部の過熱ガス状態の空調用冷媒は、第１中継機用絞り手段１１２を全閉にして、皆無にしてもよい。その後、第２内部熱交換器１１３で、第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。この空調用冷媒は、第２会合部１１６側と第２中継機用絞り手段１１４側とに分配される。
　第２会合部１１６を導通する空調用冷媒は、逆止弁１１０ａが流通する回路に分配される。ここでは、第２会合部１１６を導通する空調用冷媒は、冷房室内機Ｂに流入し、空調用絞り手段１１７にて低温・低圧に膨張され、室内熱交換器１１８で蒸発し、弁手段１０９ａを経て低圧側接続配管１０７で合流する。また、第２中継機用絞り手段１１４を導通した空調用冷媒は、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１で熱交換を行なって蒸発し、低圧側接続配管１０７で冷房室内機Ｂを流出した空調用冷媒と合流する。そして、低圧側接続配管１０７で合流した空調用冷媒は、逆止弁１０５ｃを通って室外熱交換器１０３に導かれ、運転条件によっては残留している液冷媒を蒸発させ、四方弁１０２、アキュムレータ１０４を経て空調用圧縮機１０１へ戻る。
　暖房室内機Ｃと冷房室内機Ｂの運転負荷のバランスによって、室外熱交換器１０３で蒸発させなければいけない冷媒の熱量（熱交換量）は異なる。すなわち、室外熱交換器１０３に必要とされる熱交換量は、暖房室内機Ｃの熱交換量と冷房室内機Ｂの熱交換量との差が大きくなる程、大きくなる。このため、暖房室内機Ｃと冷房室内機Ｂの双方で様々な負荷に対応するためには、室外熱交換器１０３の熱交換量（容量）を連続的に制御する必要がある。
　ここで、熱交換器の伝熱特性について説明する。
　熱交換器の伝熱特性を表す基礎式として、数式１が知られている。
　　Ｑ＝ＡＫ×ｄＴ　　（数式１）
　上記の数式１において、Ｑは熱交換量、ＡＫは熱交換器の熱コンダクタンス、ｄＴは熱交換を行う物質間の温度差である。
　ここで、熱交換器の熱コンダクタンスＡＫの関係式として、数式２が知られている。
　　１／ＡＫ＝１／（Ａ×αｏ）＋１／（Ａｉ×αｉ）　　（数式２）
　上記の数式２において、Ａは熱交換器の管外側伝熱面積、Ａｉは熱交換器の管内側伝熱面積、αｏは熱交換器の管外側熱伝達率、αｉは熱交換器の管内側熱伝達率である。
　なお、管外側熱伝達率αｏは、本発明における「冷媒が流通する伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）」に相当し、管内側熱伝達率αｉは、本発明における「冷媒が流通する伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）」に相当する。また、管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉは、本発明における「冷媒と熱媒体とが熱交換する伝熱面積（Ａ）」に相当する。
　この数式２に示されるように、熱交換器の熱コンダクタンスＡＫは、管外側伝熱面積Ａｏ、管内側伝熱面積Ａｉ、管外側熱伝達率αｏ、管内側熱伝達率αｉによって決まり、この値を制御することにより熱交換器の熱交換量（処理能力）を制御することができる。
　上記の数式２において、熱交換器の管外側伝熱面積Ａｏ及び管外側熱伝達率αｏの積と、管内側伝熱面積Ａｉ及び管内側熱伝達率αｉの積とのうちの小さい方が、熱交換器の熱コンダクタンスＡＫの値に与える影響が支配的となることが分かる。
　このため、管外側熱伝達率αｏ、または管内側熱伝達率αｉの片方の制御を行うだけでは、制御を行っていない方の熱伝達率が支配的となった時、制御側の熱伝達率を制御しても、熱コンダクタンスＡＫの変化させる効果が小さく、所望の熱交換量（処理能力）とすることができない場合がある。
　また、実用的な観点では、管内側熱伝達率αｉ、及び管外側熱伝達率αｏを調整する各手段（後述）には、制御可能な制御量の範囲（幅）が定まっているため、負荷や外乱等の影響にも対応するためには、管内側熱伝達率αｉと管外側熱伝達率αｏの両方を制御する必要がある。
　また、管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉは、熱交換器の形状と、熱交換器内の冷媒の流路により定まる。すなわち、１つの熱交換器を、冷媒の流路が異なる複数の熱交換器に分割することで、各流路への冷媒の導通の有無により、管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉを段階的に制御することが可能となる。なお、各流路への冷媒の導通の有無により、管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉは共に変化し、各流路への冷媒の導通が一定であれば管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉは一定である。以下の説明において、制御対象としての管外側伝熱面積Ａｏ及び管内側伝熱面積Ａｉを総称して、熱交換器の伝熱面積Ａと称する。
　この熱交換器の伝熱面積Ａを制御することで、負荷や外乱の影響を小さくすることができ、伝熱面積Ａを制御しない場合と比較して、広い範囲で熱交換量の制御が可能となる。
　このように、管内側熱伝達率αｉ、管外側熱伝達率αｏ、及び伝熱面積Ａを制御することで、負荷の変動や外乱により、管外側熱伝達率αｏまたは管内側熱伝達率αｉの何れかの影響が支配的となった場合でも、熱交換器の熱交換量の制御が可能となる。また、伝熱面積Ａを制御しない場合と比較して、管内側熱伝達率αｉ及び管外側熱伝達率αｏの制御量が同一制御幅でも、広い範囲で熱交換量の制御が可能となる。
　次に、本実施の形態の空気調和装置における、室外熱交換器１０３の管内側熱伝達率αｉ、管外側熱伝達率αｏ、及び伝熱面積Ａを制御する構成および動作について説明する。
　なお、本実施の形態では、室外熱交換器１０３の熱交換量の制御を必要とする空気調和装置の一例として、冷房負荷および暖房負荷を同時に供給できる回路を例に挙げるが、熱交換器の熱交換量の制御を備えた冷媒回路はこれに限定するものではない。圧縮機、凝縮器として機能する熱交換器、絞り手段、蒸発器として機能する熱交換器を少なくとも有し、冷媒を循環させる冷媒回路において、任意の熱交換器の熱交換容量を制御するようにしても良い。また、一般的な冷房暖房切替え、冷房専用または暖房専用の空気調和装置の冷媒回路でもよい。
　図３は、実施の形態１に係る室外熱交換器の構造を説明する図である。
　図３では、室外熱交換器１０３の内部に、冷媒の流路が異なる複数の熱交換器（以下、分割熱交換器と称する）を有する分割構造となっている場合を例に示している。
　なお、室外熱交換器１０３は、４つ熱交換器を組み合わせた分割構造としてもよく、１つの熱交換器を４分割した分割構造としてもよい。
　なお、室外熱交換器１０３を構成する分割熱交換器の個数は特に限定するものではなく、管外側熱伝達率αｏ、管内側熱伝達率αｉの制御器の制御幅によって変化する。
　図３に示すように、接続配管１１９を複数に分岐させて、室外熱交換器１０３を構成している分割熱交換器のそれぞれに接続するようにしている。また、分岐された接続配管１１９のそれぞれには、制御装置２により開閉制御され、冷媒の導通有無を開閉制御する開閉弁である電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃが設置されている。
　なお、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃは、本発明における「伝熱面積調整手段」を構成する。
　また、複数に分岐した接続配管１１９の一つを、分割熱交換器を迂回するバイパス回路３００としている。そして、このバイパス回路３００には、バイパス回路３００を導通する流量を制御する流量調整手段である膨張弁２１０が設置されている。
　なお、バイパス回路３００及び膨張弁２１０は、本発明における「管内側熱伝達率調整手段」を構成する。
　また、室外熱交換器１０３は、室外熱交換器１０３を通る風量を制御するためのファン２３０を備えている。
　なお、ファン２３０は、本発明における「管外側熱伝達率調整手段」を構成する。
　なお、図３の例では、管外側熱伝達率αｏを制御する手段として、ファン２３０による風量制御を行う熱交換器を例としているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、冷媒と水との熱交換を行うプレート式熱交換器のタイプにおいては、水側の水流量を制御するポンプが管外側熱伝達率αｏを調整する管外側熱伝達率調整手段となる。
　次に、室外熱交換器１０３の熱交換量の制御動作について説明する。
　図４は、実施の形態１に係る熱交換器処理能力の変化を説明する図である。
　図５は、実施の形態１に係る熱交換量を調整する際の処理の流れを示すフローチャートである。
　なお、図４において、縦軸は処理能力比を示す。処理能力比が１００％とは、冷房室内機Ｂの負荷が無く、冷媒の蒸発をすべて室外熱交換器１０３で行っている状態である。
また、処理能力比が０％は、冷房室内機Ｂの負荷が大きく、室外熱交換器１０３での負荷が無い状態である。横軸は風量比を示す。風量比が１００％とは、ファン２３０が最大風量で運転する状態であり、風量比が０％とは、ファン２３０が停止している状態である。なお、ファン２３０の風量には下限風量が設定されている。この下限風量は、熱源機Ａ内に設置した基板回路等の発熱体の放熱を確保するために設定されている。
　以下、図５のフローチャートに添って、図４を参照しつつ説明する。
　上述した運転動作時において、暖房室内機Ｃと冷房室内機Ｂの運転負荷が変動し、室外熱交換器１０３で必要となる処理能力（目標処理能力）が変化したとき、熱交換量を目標処理能力とする制御動作を開始する。
（Ｓ１０１）
　制御装置２は、ファン２３０の送風量を制御して、管外側熱伝達率αｏの制御を行う。すなわち、室外熱交換器１０３の熱交換量を低下させる際には、ファン２３０の送風量を低下させて管外側熱伝達率αｏを減少させる。室外熱交換器１０３の熱交換量を上昇させる際には、ファン２３０の送風量を上昇させて管外側熱伝達率αｏを増加させる。
　この制御により、図４の処理能力線４０１、４０２、または４０３で表されるように、ファン２３０の風量に応じて、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が変化する。
　なお、処理能力線４０１は、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、及び２０９ｃが全て開状態の場合を示す。また、処理能力線４０２は、電磁弁２０９ａが閉状態、電磁弁２０９ｂ、及び２０９ｃが開状態の場合を示す。また、処理能力線４０３は、電磁弁２０９ａ、及び２０９ｂが閉状態、電磁弁２０９ｃが開状態の場合を示す。各電磁弁の制御については後述する。
　制御装置２は、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が目標処理能力となったか否かを判断する。
　この判断は、例えば、暖房主体運転時の場合は空調用圧縮機１０１の吸入部の圧力が所定の圧力となっているか否かにより判断し、冷房主体運転時の場合は空調用圧縮機１０１の吐出部の圧力が所定の圧力となっているか否かで判断するとよい。
　制御装置２は、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が、目標処理能力となった場合には、熱交換量の制御動作を終了する。一方、ファン２３０の風量を最大風量から下限風量の範囲で制御しても目標処理能力とならない場合、ステップＳ１０２に進む。
（Ｓ１０２）
　制御装置２は、膨張弁２１０の開度によりバイパス回路３００を導通する冷媒量を制御して、管内側熱伝達率αｉの制御を行う。すなわち、室外熱交換器１０３の熱交換量を低下させる際には、膨張弁２１０の開度を増加させ、バイパス回路３００の流量を増加させることで室外熱交換器１０３内を流通する冷媒の流速を低下させ、管内側熱伝達率αｉを減少させる。室外熱交換器１０３の熱交換量を上昇させる際には、膨張弁２１０の開度を低下させ、バイパス回路３００の流量を低下させることで室外熱交換器１０３内を流通する冷媒の流速を増加させ、管内側熱伝達率αｉを増加させる。
　この制御により、図４の処理能力線５０１、５０２、または５０３で表されるように、バイパス回路３００の流量に応じて、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が変化する。
　なお、処理能力線５０１は、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、及び２０９ｃが全て開状態の場合を示す。また、処理能力線５０２は、電磁弁２０９ａが閉状態、電磁弁２０９ｂ、及び２０９ｃが開状態の場合を示す。また、処理能力線５０３は、電磁弁２０９ａ、及び２０９ｂが閉状態、電磁弁２０９ｃが開状態の場合を示す。各電磁弁の制御については後述する。
　制御装置２は、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が目標処理能力となったか否かを判断する。
　制御装置２は、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）が、目標処理能力となった場合には、熱交換量の制御動作を終了する。一方、膨張弁２１０の開度を全開から全閉の範囲で制御しても目標処理能力とならない場合、ステップＳ１０３に進む。
（Ｓ１０３）
　制御装置２は、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、及び２０９ｃの開閉状態を制御し、各分割熱交換器への冷媒の導通の有無を制御することで、熱交換器の伝熱面積Ａの制御を行う。すなわち、室外熱交換器１０３の熱交換量を低下させる際には、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、及び２０９ｃのうち開状態の電磁弁の数を減少させ、冷媒を導通させる分割熱交換器の数を減少させることで伝熱面積Ａを減少させる。室外熱交換器１０３の熱交換量を上昇させる際には、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、及び２０９ｃのうち開状態の電磁弁の数を増加させ、冷媒を導通させる分割熱交換器の数を増加させることで伝熱面積Ａを増加させる。
　例えば、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃの開閉の順序は、処理能力（熱交換量）を増やす場合には、電磁弁２０９ｃ、２０９ｂ、２０９ａの順番で開状態にし、処理能力（熱交換量）を減らす場合には、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃの順番で閉状態にする。
　例えば、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃが全て開状態において、上記ステップＳ１０１、Ｓ１０２が実施されると、図４の処理能力線４０１、５０１で表されるように処理能力が変化する。そして、図４の境界６０１でステップＳ１０３が実行されると、電磁弁２０９ａが閉状態に制御される。
　電磁弁２０９ａが閉状態、電磁弁２０９ｂ、及び２０９ｃが開状態において、上記ステップＳ１０１、Ｓ１０２が実施されると、図４の処理能力線４０２、５０２で表されるように処理能力が変化する。そして、図４の境界６０２でステップＳ１０３が実行されると、電磁弁２０９ｂが閉状態に制御される。
　電磁弁２０９ａ、及び２０９ｂが閉状態、電磁弁２０９ｃが開状態において、上記ステップＳ１０１、Ｓ１０２が実施されると、図４の処理能力線４０３、５０３で表されるように処理能力が変化する。そして、図４の境界６０３でステップＳ１０３が実行されると、電磁弁２０９ｃが閉状態に制御される。
　なお、上記の動作説明では、管外側熱伝達率αｏの制御（Ｓ１０１）、管内側熱伝達率αｉの制御（Ｓ１０２）、伝熱面積Ａの制御（Ｓ１０３）の順に行う場合を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、任意の順序で実施しても良い。
　以上のように本実施の形態においては、管外側熱伝達率αｏ、管内側熱伝達率αｉ、及び伝熱面積Ａを制御して、室外熱交換器１０３の熱交換量を制御するので、室外熱交換器１０３の熱交換量を所望の熱交換量とすることができる。
　また、室外熱交換器１０３を流通する冷媒流量が低下し、管外側熱伝達率αｏの制御による熱交換量の変化が小さくなる場合でも、熱交換量を連続的に制御することができる。
　また、室外熱交換器１０３の熱交換量を負荷や外乱によらず連続的に制御することができる。
　また、ファン２３０に下限風量が設定され、その下限風量で動作している場合、装置外部から流入した風や雨の影響などにより熱交換量が過大となっても、管内側熱伝達率αｉ、及び伝熱面積Ａの制御により、所望の熱交換量とすることができる。
　また、電磁弁２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃの制御により、室外熱交換器１０３内を流通する冷媒を完全にバイパスすることができ、室外熱交換器１０３の処理能力（熱交換量）を０％まで低下させることが可能となる。
　また、従来の管外側熱伝達率αｏや伝熱面積Ａのみの制御と比較して、管内側熱伝達率αｉ、管外側熱伝達率αｏ、及び伝熱面積Ａの制御幅が少なくても、室外熱交換器１０３の熱交換量を広い範囲で制御可能となる。
　なお、上記の説明では、バイパス回路３００に膨張弁２１０を設置する場合を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、バイパス回路３００を導通する流量を制御できる構成であればよい。一例を図６により説明する。
　図６は、電磁弁を用いた流量制御を行う室外熱交換器の構造を説明する図である。
　図６に示す例では、バイパス回路３００に接続する接続配管１１９をさらに複数に分岐させて、それぞれに開閉制御されて冷媒の導通有無を開閉制御する開閉弁である電磁弁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが設置されている。
　この電磁弁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの開閉を切り替えることによってバイパス回路３００の流路抵抗を変化させ、バイパス回路３００を流れる冷媒流量を制御し、室外熱交換器１０３を流れる冷媒流量を制御することで、管内側熱伝達率αｉを制御するようにしてもよい。これにより、バイパス回路３００を導通する流量の制御手段として安価な電磁弁を使用することができる。
　なお、本実施の形態においては、室外熱交換器１０３の熱交換量を制御する場合を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、上述した技術思想を適用することで、室内熱交換器１１８の熱交換量を制御することも可能である。
　１　空調用冷凍サイクル、２　制御装置、１０１　空調用圧縮機、１０２　四方弁、１０３　室外熱交換器、１０４　アキュムレータ、１０５ａ　逆止弁、１０５ｂ　逆止弁、１０５ｃ　逆止弁、１０５ｄ　逆止弁、１０６　高圧側接続配管、１０７　低圧側接続配管、１０８　気液分離器、１０９　第１分配部、１０９ａ　弁手段、１０９ｂ　弁手段、１１０　第２分配部、１１０ａ　逆止弁、１１０ｂ　逆止弁、１１１　第１内部熱交換器、１１２　第１中継機用絞り手段、１１３　第２内部熱交換器、１１４　第２中継機用絞り手段、１１５　第１会合部、１１６　第２会合部、１１６ａ　会合部、１１７　空調用絞り手段、１１８　室内熱交換器、１１９　接続配管、１３０　第１接続配管、１３１　第２接続配管、１３２　接続配管、１３３　接続配管、１３３ａ　接続配管、１３３ｂ　接続配管、１３４　接続配管、１３４ａ　接続配管、１３４ｂ　接続配管、２０９ａ　電磁弁、２０９ｂ　電磁弁、２０９ｃ　電磁弁、２１０　膨張弁、２２０ａ　電磁弁、２２０ｂ　電磁弁、２２０ｃ　電磁弁、２３０　ファン、３００　バイパス回路、４０１　処理能力線、４０２　処理能力線、４０３　処理能力線、５０１　処理能力線、５０２　処理能力線、５０３　処理能力線、６０１　境界、６０２　境界、６０３　境界、Ａ　熱源機、Ｂ　冷房室内機、Ｃ　暖房室内機、Ｄ　中継機、ａ　接続部分、ｂ　接続部分、ｃ　接続部分、ｄ　接続部分。

Claims (5)

  1. 　圧縮機、絞り手段、及び熱交換器を少なくとも有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、
    　前記熱交換器の熱交換量を制御する制御手段とを備え、
    　前記熱交換器は、
    　前記冷媒が流通する伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）を調整する管外側熱伝達率調整手段と、
    　前記冷媒が流通する伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）を調整する管内側熱伝達率調整手段と、
    　前記冷媒と熱媒体とが熱交換する伝熱面積（Ａ）を調整する伝熱面積調整手段とを備え、
    　前記制御手段は、
    　前記伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）、前記伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）、及び前記伝熱面積（Ａ）を制御して、前記熱交換器の熱交換量を制御する
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 　前記熱交換器は、
    　前記管内側熱伝達率調整手段として、当該熱交換器に流入する前記冷媒を分岐して当該熱交換器を迂回させるバイパス流路と、前記バイパス流路の流量を調整する流量調整手段とを備え、
    　前記制御手段は、
    　前記バイパス流路の流量を制御して、前記伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）を制御する
    ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
  3. 　前記熱交換器は、
    　前記熱媒体としての空気と前記冷媒とを熱交換し、
    　前記管外側熱伝達率調整手段として、当該熱交換器に前記空気を送風するファンを備え、
    　前記制御手段は、
    　前記ファンの送風量を制御して、前記伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）を制御する
    ことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
  4. 　前記制御手段は、
    　前記熱交換器の熱交換量を低下させる際、前記ファンの送風量を低下させて前記伝熱管外側の熱伝達率（αｏ）を減少させ、
    　前記ファンの送風量が所定値を下回る場合、前記バイパス流路の流量を増加させて前記伝熱管内側の熱伝達率（αｉ）を減少させる
    ことを特徴とする請求項２に従属する請求項３記載の空気調和装置。
  5. 　前記熱交換器は、
    　前記冷媒の流路が異なる複数の熱交換器に分割され、
    　前記伝熱面積調整手段として、前記複数の熱交換器のそれぞれの流路に開閉弁を備え、
    　前記制御手段は、
    　前記各開閉弁の開閉を制御して、前記伝熱面積（Ａ）を制御する
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の空気調和装置。
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