(57)【要約】【課題】圧縮機が有する圧縮性能の幅を拡大させて圧縮機の使用用途を拡げることで、圧縮機及び空気調和装置の製造コストを低減する。【解決手段】利用側制御部２０５及びインバータ制御回路２０７と、圧縮機２１から吐出された冷媒を熱源側熱交換器３２をバイパスさせるバイパス回路１１と、熱源側熱交換器３２をバイパスさせるバイパス冷媒量を調節する電子膨張弁１１２と、調和対象となる空気を目標空気温度とするために必要な圧縮機２１の所要能力を算出する所要能力算出部２０６と、当該所要能力に応じた圧縮機２１の駆動周波数を算出する駆動周波数算出部２０５２と、当該駆動周波数が最低駆動周波数であるときに、上記所要能力に応じてバイパス冷媒量を可変させて算出するバイパス冷媒量算出部２０５３とを備え、利用側制御部２０５は、上記算出されたバイパス冷媒量に基づいて電子膨張弁１１２の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量制御が自在なインバータ方式の圧縮機(21)と、熱源側熱交換器(32)と、膨張機構(24)と、利用側熱交換器(23)とを有してなる冷媒回路(10)と、
前記圧縮機(23)を含む当該空気調和装置(1)の各動作機構を駆動制御する制御部(205,207)と、
前記冷媒回路(10)において、前記圧縮機(21)の吐出側と前記熱源側熱交換器(32)との間から、当該熱源側熱交換器(32)と前記利用側熱交換器(23)との間に、前記圧縮機(21)から吐出された冷媒をバイパスさせるバイパス回路(11)と、
前記バイパス回路(11)に設けられ、前記熱源側熱交換器(32)をバイパスさせるバイパス冷媒量を調節する冷媒量調節機構(112)と、
前記制御部(205,207)が前記圧縮機(21)の容量制御に用いる駆動周波数を、予め定められた最低駆動周波数までの周波数で算出する駆動周波数算出部(2052)と、
前記駆動周波数算出部(2052)によって算出された前記駆動周波数が前記最低駆動周波数であるときに、前記バイパス冷媒量を可変させて算出するバイパス冷媒量算出部(2053)とを備え、
前記制御部(205,207)は、前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出されたバイパス冷媒量に基づいて、前記冷媒量調節機構(112)の動作を制御する空気調和装置。
【請求項２】
負荷に応じて前記圧縮機(21)の所要能力を算出する所要能力算出部(206)を更に備え、
前記駆動周波数算出部(2052)は、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に応じて、前記制御部(205,207)が前記圧縮機(21)の動作制御に用いる駆動周波数を、予め定められた最低駆動周波数までの周波数で算出し、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記駆動周波数算出部(2052)によって算出された前記駆動周波数が前記最低駆動周波数であるときに、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に応じて前記バイパス冷媒量を可変させて算出する請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記駆動周波数算出部(2052)は、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に対応するそれぞれの前記冷媒量調節機構(112)による冷媒バイパス率を記憶するバイパス率記憶部(2052)を備え、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記所要能力に関連付けられた冷媒バイパス率を前記バイパス率記憶部(2052)から読み出し、当該読み出した冷媒バイパス率と、前記冷媒回路(10)を循環する冷媒の総循環冷媒量とを用いて前記バイパス冷媒量を算出する請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記圧縮機(21)の低圧側及び高圧側の高低差圧を検出する高低差圧検出部(2055)と、
前記圧縮機(21)から吐出される吐出冷媒密度を検出する冷媒密度検出部(2056)とを更に備え、
前記冷媒量調節機構は電子膨張弁(112)であり、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記算出したバイパス冷媒量、前記高低差圧検出部(2055)によって検出された高低差圧、及び前記冷媒密度検出部(2056)によって検出された吐出冷媒密度に基づいて、前記電子膨張弁(112)の開度を算出し、
前記制御部(205,207)は、前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出された開度で、前記電子膨張弁(112)を動作させる請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出された前記電子膨張弁(112)の開度が、現状開度から予め定められた変更量を超えるものである場合、現状開度からの変更量を当該予め定められた変更量にとどめた開度を算出し、前記制御部(205,207)は、当該算出された開度で、前記電子膨張弁(112)を動作させる請求項４に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記所要能力算出部(206)は、前記利用側熱交換器(23)の吸込空気温度を検出する吸込空気温度検出部(208)と、前記利用側熱交換器(23)からの吹出空気温度を検出する吹出空気温度検出部(209)と、当該吸込空気温度と当該吹出空気温度との温度差に基づいて前記圧縮機(21)の所要能力を算出する能力算出部(2051)とを備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記圧縮機(21)及び前記バイパス回路(11)が室内ユニット(2)側に設けられている請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関し、特に、圧縮機の能力を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置では、冷房動作時、圧縮機により冷媒を圧縮して高温高圧として、凝縮器で液冷媒とし、さらに、当該液冷媒を電子膨張弁で減圧、気化した後、蒸発器で当該冷媒を冷却するという行程を繰り返す（例えば、下記特許文献１参照）。このため、空気調和装置には、当該冷媒圧縮を行うために圧縮機が搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５７８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空気調和装置には、求められる適切な空調能力を実現するために、当該空調能力に見合った圧縮能力を有する圧縮機が用いられる。しかしながら、空気調和装置は様々な用途に応じて多様な空調能力が要求されるため、各空調能力に応じたそれぞれの圧縮機を製造して空気調和装置に搭載することは、圧縮機及び空気調和装置の製造コストを増大させることになる。
【０００５】
本発明は、上記問題解決のためになされたものであり、圧縮機が有する圧縮性能の幅を拡大させて圧縮機の使用用途を拡げることで、圧縮機及び空気調和装置の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の発明は、容量制御が自在なインバータ方式の圧縮機(21)と、熱源側熱交換器(32)と、膨張機構(24)と、利用側熱交換器(23)とを有してなる冷媒回路(10)と、
前記圧縮機(23)を含む当該空気調和装置(1)の各動作機構を駆動制御する制御部(205,207)と、
前記冷媒回路(10)において、前記圧縮機(21)の吐出側と前記熱源側熱交換器(32)との間から、当該熱源側熱交換器(32)と前記利用側熱交換器(23)との間に、前記圧縮機(21)から吐出された冷媒をバイパスさせるバイパス回路(11)と、
前記バイパス回路(11)に設けられ、前記熱源側熱交換器(32)をバイパスさせるバイパス冷媒量を調節する冷媒量調節機構(112)と、
前記制御部(205,207)が前記圧縮機(21)の容量制御に用いる駆動周波数を、予め定められた最低駆動周波数までの周波数で算出する駆動周波数算出部(2052)と、
前記駆動周波数算出部(2052)によって算出された前記駆動周波数が前記最低駆動周波数であるときに、前記バイパス冷媒量を可変させて算出するバイパス冷媒量算出部(2053)とを備え、
前記制御部(205,207)は、前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出されたバイパス冷媒量に基づいて、前記冷媒量調節機構(112)の動作を制御する空気調和装置である。
【０００７】
この発明では、バイパス回路が、圧縮機の吐出側と熱源側熱交換器との間から、当該熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間に、圧縮機から吐出された冷媒をバイパスさせると共に、圧縮機の駆動周波数が最低駆動周波数であるときのバイパス回路による上記バイパス冷媒量がバイパス冷媒量算出部によって算出され、制御部が当該バイパス冷媒量に基づいて冷媒量調節機構の動作を制御する。これにより、圧縮機の圧縮能力を最低能力よりも下げることを可能にする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空気調和装置であって、負荷に応じて前記圧縮機(21)の所要能力を算出する所要能力算出部(206)を更に備え、
前記駆動周波数算出部(2052)は、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に応じて、前記制御部(205,207)が前記圧縮機(21)の動作制御に用いる駆動周波数を、予め定められた最低駆動周波数までの周波数で算出し、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記駆動周波数算出部(2052)によって算出された前記駆動周波数が前記最低駆動周波数であるときに、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に応じて前記バイパス冷媒量を可変させて算出するものである。
【０００９】
この発明では、負荷に応じた圧縮機の所要能力に応じて、圧縮機の駆動周波数が最低駆動周波数であるときの上記バイパス冷媒量がバイパス冷媒量算出部によって算出され、制御部が当該バイパス冷媒量に基づいて冷媒量調節機構の動作を制御する。このため、圧縮機の圧縮能力を最低能力よりも下げることを可能にすると共に、当該下げ幅を圧縮機の上記所要能力に応じて変動させることが可能になる。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和装置であって、前記駆動周波数算出部(2052)は、前記所要能力算出部(206)によって算出された前記所要能力に対応するそれぞれの前記冷媒量調節機構(112)による冷媒バイパス率を記憶するバイパス率記憶部(2052)を備え、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記所要能力に関連付けられた冷媒バイパス率を前記バイパス率記憶部(2052)から読み出し、当該読み出した冷媒バイパス率と、前記冷媒回路(10)を循環する冷媒の総循環冷媒量とを用いて前記バイパス冷媒量を算出するものである。
【００１１】
この発明によれば、バイパス冷媒量算出部は、圧縮機の上記所要能力に関連付けられた冷媒バイパス率をバイパス率記憶部から読み出し、当該読み出した冷媒バイパス率と、冷媒回路の総循環冷媒量とを用いてバイパス冷媒量を算出するので、上記所要能力に応じて求められる当該バイパス量を正確に算出することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の空気調和装置であって、前記圧縮機(21)の低圧側及び高圧側の高低差圧を検出する高低差圧検出部(2055)と、
前記圧縮機(21)から吐出される吐出冷媒密度を検出する冷媒密度検出部(2056)とを更に備え、
前記冷媒量調節機構は電子膨張弁(112)であり、
前記バイパス冷媒量算出部(2053)は、前記算出したバイパス冷媒量、前記高低差圧検出部(2055)によって検出された高低差圧、及び前記冷媒密度検出部(2056)によって検出された吐出冷媒密度に基づいて、前記電子膨張弁(112)の開度を算出し、
前記制御部(205,207)は、前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出された開度で、前記電子膨張弁(112)を動作させるものである。
【００１３】
この発明によれば、バイパス冷媒量算出部が、上記バイパス冷媒量、上記高低差圧、及び上記吐出冷媒密度に基づいて電子膨張弁の開度を算出し、制御部が、当該算出された開度で電子膨張弁を動作させるので、圧縮機の高低圧変動等に柔軟に対応して上記算出された冷媒バイパス量を保ち、圧縮機の圧縮能力を一定に保つことが可能になる。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の空気調和装置であって、前記バイパス冷媒量算出部(2053)によって算出された前記電子膨張弁(112)の開度が、現状開度から予め定められた変更量を超えるものである場合、現状開度からの変更量を当該予め定められた変更量にとどめた開度を算出し、前記制御部(205,207)は、当該算出された開度で、前記電子膨張弁(112)を動作させるものである。
【００１５】
この発明によれば、バイパス冷媒量算出部によって算出された電子膨張弁の開度が、現状開度から予め定められた変更量を超えるとき、制御部が、現状開度からの変更量を当該予め定められた変更量にとどめた開度で電子膨張弁を動作させるので、過度の圧縮機高圧上昇による電子膨張弁の開き過ぎや閉め過ぎを防止可能である。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の空気調和装置であって、前記所要能力算出部(206)は、前記利用側熱交換器(23)の吸込空気温度を検出する吸込空気温度検出部(208)と、前記利用側熱交換器(23)からの吹出空気温度を検出する吹出空気温度検出部(209)と、当該吸込空気温度と当該吹出空気温度との温度差に基づいて前記圧縮機(21)の所要能力を算出する能力算出部(2051)とを備えるものである。
【００１７】
この発明によれば、所要能力算出部の能力算出部が、上記吸込空気温度と上記吹出空気温度との温度差に基づいて圧縮機の上記所要能力を算出するので、負荷に応じた圧縮機の所要能力をより的確に算出することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の空気調和装置であって、前記圧縮機(21)及び前記バイパス回路(11)が室内ユニット(2)側に設けられているものである。
【００１９】
この発明によれば、上記圧縮機から吐出された冷媒のバイパスを室内ユニット側で完結させることができ、上記バイパスに必要な構成のダウンサイジング化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧縮機が有する圧縮性能の幅を拡大させて圧縮機の使用用途を拡大可能となり、圧縮機及び空気調和装置の製造コストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図２】空気調和装置の制御系及び主要機構の概略構成を示すブロック図である。
【図３】圧縮機を駆動させるための駆動周波数及び冷媒バイパス率の組合せからなる複数の段階を示す図である。
【図４】利用側制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】空気調和装置の利用側ユニットにおける圧縮機の駆動制御及び冷媒量調節機構の各弁開閉制御時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】電子膨張弁の開度算出処理及びその動作制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態に係る空気調和装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【００２３】
本実施形態に係る空気調和装置１は、例えばサーバコンピュータが設置されたいわゆるサーバ室を冷房する装置である。
【００２４】
空気調和装置１は、利用側ユニット（室内機）２と熱源側ユニット（室外機）３とを備える。利用側ユニット２と熱源側ユニット３とは連絡配管６，７によって接続されている。すなわち、空気調和装置１の冷媒回路１０は、利用側ユニット２と熱源側ユニット３とが連絡配管６、７を介して接続されることで構成される。冷媒回路１０内には、例えばフロンガスR410Aが冷媒として封入されている。空気調和装置１では、冷媒としてのフロンガスR410Aを臨界圧力以上になるまで圧縮して冷却運転が行われる。
【００２５】
利用側ユニット２について説明する。利用側ユニット２は、冷媒回路１０の一部を構成する利用側冷媒回路１０１を有している。利用側冷媒回路１０１は、圧縮機２１と、利用側熱交換器２３と、冷媒回路１０を流れる冷媒を減圧する膨張機構２４と、閉鎖弁２５，２６とを有している。
【００２６】
さらに、冷媒回路１０には、冷媒回路１０において圧縮機２１から吐出された冷媒を、後述する熱源側熱交換器３２からバイパスさせるバイパス回路１１が設けられている。バイパス回路１１は、圧縮機２１から吐出された冷媒を、利用側冷媒回路１０１において利用側熱交換器２３の上流となる位置に移動させる。バイパス回路１１は、冷媒回路１０において、圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器３２との間から、当該熱源側熱交換器３２と利用側熱交換器２３との間に、圧縮機２１から吐出された冷媒をバイパスさせる。このバイパス回路１１には、熱源側熱交換器３２をバイパスさせるバイパス冷媒量を調節する冷媒量調節機構としての電子膨張弁１１２が設けられている。電子膨張弁１１２は、弁の開度に応じてバイパス回路１１を流れる冷媒流量を調節可能である。
【００２７】
利用側熱交換器２３は、冷却対象物（本実施形態ではサーバコンピュータ又はサーバ室内空気）を冷却するための蒸発器として機能する。利用側熱交換器２３は、その一端が膨張機構２４に接続され、その他端が圧縮機２１の吸入側に接続されている。
【００２８】
膨張機構２４は、その一端が分流器２８を介して利用側熱交換器２３に接続され、その他端がフィルタ２０３を介して閉鎖弁２６に接続されている。膨張機構２４は、電子膨張弁２４１と、電磁弁２４２と、バイパス弁２４３とを有している。
【００２９】
電子膨張弁２４１は、開度が変更されることで、冷媒を膨張させると共に、当該冷媒が冷媒回路１０を通って利用側熱交換器２３及び圧縮機２１に至る量を変化させる。
【００３０】
電磁弁２４２は、開状態及び閉状態が切り換えられることで電子膨張弁２４１に冷媒を通過させるか否かを制御する弁である。バイパス弁２４３は、電子膨張弁２４１及び電磁弁２４２をバイパスする第２バイパス回路１１１ａに設けられ、電子膨張弁２４１及び電磁弁２４２をバイパスさせて利用側熱交換器２３及び圧縮機２１に至らせる冷媒の量を調節するものである。
【００３１】
利用側ユニット２は、本実施形態において、ユニット内に外気を吸入して、熱交換した後でユニット外に排出するためのファン２７０を備えており、ユニット周辺空気と利用側熱交換器２３を流れる冷媒とを熱交換させる。ファン２７０は、ファンモータ２７ａによって回転駆動される。
【００３２】
閉鎖弁２５，２６は、外部の機器・配管（具体的には、連絡配管６，７）との接続口に設けられた弁である。閉鎖弁２６は、膨張機構２４に接続されている。閉鎖弁２５は、圧縮機２１の吐出側に接続されている。
【００３３】
圧縮機２１は、低圧のガス冷媒を臨界圧力以上になるまで圧縮する。圧縮機２１は、例えば、要求される空調能力に応じて駆動周波数の変更により容量を調整可能として駆動されるインバータ制御方式の圧縮機である（当該容量可変制御については後述）。圧縮機２１には、上記利用側熱交換器２３を通過した冷媒が吸入される。
【００３４】
圧縮機２１の吐出側には、圧力開閉器２７及びフィルタ２０３が設けられている。当該フィルタ３０を通過した冷媒の一部は圧縮機２１に戻されるように戻り回路１０３が接続されている。
【００３５】
また、圧縮機２１の吸入側の回路部分には、圧縮機２１による圧縮前の低圧状態の冷媒圧力を検出する低圧センサ２０１が設けられている。圧縮機２１の吐出側の回路部分には、圧縮機２１による圧縮後の高圧状態の冷媒圧力を検出する高圧センサ２０２が設けられている。
【００３６】
さらに、圧縮機２１の吸入側の吸入管部分には、当該吸入管の温度を検出する吸入管温度センサ２１０が設けられている。圧縮機２１の吐出側の吐出管部分には、当該吐出管の温度を検出する吐出管温度センサ２１１が設けられている。
【００３７】
なお、利用側ユニット２の利用側冷媒回路１０１の要所には、フィルタ２０３及び逆止弁２０４が配設されている。
【００３８】
次に、熱源側ユニット３について説明する。熱源側ユニット３は、冷媒回路１０の一部を構成する熱源側冷媒回路１０２を備えている。熱源側冷媒回路１０２は、冷媒を減圧する冷媒量調節機構３１と、熱源側熱交換器３２とを有している。
【００３９】
冷媒量調節機構としての電子膨張弁３１は、弁の開閉量が調節されることで、熱源側熱交換器３２を経て熱源側冷媒回路１０２内を流れる冷媒の流量の調節等を行うものである。バイパス弁３１３は、熱源側熱交換器３２をバイパスする第３バイパス回路１１２ａに設けられ、熱源側熱交換器３２をバイパスさせる冷媒の量を調節するものである。
【００４０】
熱源側熱交換器３２は、その一端が連絡配管６を介して利用側ユニット２に接続され、他端がフィルタ３９を介して電子膨張弁３１に接続されている。熱源側ユニット３は、ユニット内に外気を吸入して、熱交換した後でユニット外に排出するためのファン３７０を備えており、ユニット周辺空気と熱源側熱交換器３２を流れる冷媒とを熱交換させる。ファン３７０は、ファンモータ３７ａによって回転駆動される。
【００４１】
さらに、熱源側ユニット３には閉鎖弁３４，３５が設けられている。閉鎖弁３４，３５は、熱源側冷媒回路１０２の端部を閉じる弁である。当該閉鎖弁３４，３５は、熱源側ユニット３の現地配設時に開状態とされ、当該閉鎖弁３４，３５に連絡配管６、７が接続される。当該連絡配管６、７により、熱源側ユニット３の閉鎖弁３４，３５と、利用側ユニット２の閉鎖弁２５，２６とが接続されることで、圧縮機２１を有する利用側ユニット２側の利用側冷媒回路１０１と熱源側冷媒回路１０２とが接続されて、冷媒回路１０を形成する。
【００４２】
連絡配管６、７は、空気調和装置１を設置場所に設置する際に、現地にて利用側ユニット２と熱源側ユニット３との間の距離に合わせて、その長さが調節されて配設される冷媒配管である。
【００４３】
この他、熱源側冷媒回路１０２には、冷媒回路１０を循環する冷媒量を調整する冷媒調整器３６、更に、逆止弁３７、圧力調整弁３８、及びフィルタ３９が適所に設けられている。なお、圧力調整弁３８は、冷媒回路１０（熱源側冷媒回路１０２）を流れる冷媒の圧力を可変させる弁である。
【００４４】
空気調和装置１の制御系及び主要機構の概略構成を説明する。図２は、空気調和装置１の制御系及び主要機構の概略構成を示すブロック図である。図３は、圧縮機を駆動させるための駆動周波数及び冷媒バイパス率の組合せからなる複数の段階を示す図である。
【００４５】
利用側ユニット２は、利用側制御部２０５と、インバータ制御回路２０７と、吸込空気温度検出部２０８と、吹出空気温度検出部２０９と、上述した高圧センサ２０２、低圧センサ２０１、ファンモータ２７ａ、及び膨張機構２４とを備えている。なお、吸込空気温度検出部２０８及び吹出空気温度検出部２０９は上記図１では図示を省略している。
【００４６】
利用側制御部２０５は、マイクロコンピュータやメモリ等を有しており、利用側ユニット２を構成する各部の動作制御及び当該動作制御に必要な処理を行う。利用側制御部２０５は、例えば、熱源側ユニット３の熱源側制御部３０１との間で伝送線８を介して制御信号等を送受信する。
【００４７】
インバータ制御回路２０７は、インバータ制御方式の圧縮機２１を駆動制御する制御回路であり、圧縮機２１の駆動周波数（Hz）を適宜変更して、圧縮機２１をその運転容量を可変させて駆動する。
【００４８】
ここで、利用側制御部２０５は、要求される空調能力に応じて圧縮機２１の容量を可変させるため、例えば図３に示すような複数段階（本実施形態では、商用電力50Hzの場合における20Step（段階）を予め定められた記憶している）からなる圧縮機２１の各駆動周波数の数値を記憶している。要求される空調能力に応じて利用側制御部２０５が当該複数段階から選択した１つのStep（段階）が示す値に従って、インバータ制御回路２０７は圧縮機２１の駆動周波数を変更して圧縮機２１の容量を可変させる制御を行う。
【００４９】
高圧センサ２０２は、圧縮機２１による圧縮後の冷媒圧力を検出し、検出した高圧値（圧縮機２１による圧縮後の冷媒圧力の値）を利用側制御部２０５に出力する。
【００５０】
低圧センサ２０１は、圧縮機２１による圧縮前の冷媒圧力を検出するセンサであり、検出した低圧値（圧縮機２１による圧縮前の冷媒圧力の値）を利用側制御部２０５に出力する。
【００５１】
膨張機構２４は、上述したように、電子膨張弁２４１と、電磁弁２４２と、バイパス弁２４３とを有し、これら各弁は、その開閉又は開度が利用側制御部２０５によって制御される。
【００５２】
利用側熱交換器２３に空気を送り込むファン２７０（図１）の駆動源であるファンモータ２７ａは、利用側制御部２０５によりその動作が制御される。
【００５３】
吸込空気温度検出部２０８は、利用側熱交換器２３の吸込空気温度を検出するセンサである。吹出空気温度検出部２０９は、利用側熱交換器２３からの吹出空気温度を検出するセンサである。吸込空気温度検出部２０８によって検出された吸込空気温度と、吹出空気温度検出部２０９によって検出された吹出空気温度は利用側制御部２０５に送られる。利用側制御部２０５は、当該吸込空気温度と当該吹出空気温度との温度差に基づいて圧縮機２１の所要能力を算出する。
【００５４】
また、熱源側ユニット３は、熱源側ユニット３を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部３０１を備えている。熱源側制御部３０１は、熱源側ユニット３の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、利用側ユニット２の利用側制御部２０５との間で必要な制御信号の送受信等を行う。熱源側制御部３０１は、利用側ユニット２の利用側制御部２０５から送られてくる開度情報等に基づいて、冷媒量調節機構として電子膨張弁３１の開度を制御する。
【００５５】
以上のように、空気調和装置１は、伝送線８で接続された利用側制御部２０５と熱源側制御部３０１とによって、利用側ユニット２及び熱源側ユニット３の各機器の制御を行って、冷却運転を行い、利用側熱交換器２３を蒸発器として機能させ、冷却対象物を冷却する。
【００５６】
続いて、利用側制御部２０５の構成を更に説明する。図４は利用側制御部２０５の構成を示すブロック図である。
【００５７】
利用側制御部２０５は、制御部２０５０と、能力算出部２０５１と、駆動周波数算出部２０５２と、バイパス冷媒量算出部２０５３と、高低差圧検出部２０５４と、冷媒密度検出部２０５６とを備える。
【００５８】
制御部２０５０は、利用側ユニット２を構成する各部の動作制御を担当する。
【００５９】
能力算出部２０５１は、吸込空気温度検出部２０８及び吹出空気温度検出部２０９と共に、所要能力算出部２０６を構成する。所要能力算出部２０６は、空気調和装置１による空気調和の対象とされる空気を目標空気温度とするために必要な圧縮機２１の所要能力を算出する処理を行う。能力算出部２０５１は、吸込空気温度検出部２０８によって検出された吸込空気温度と、吹出空気温度検出部２０９によって検出された吹出空気温度との温度差に基づいて圧縮機２１の所要能力を算出する。
【００６０】
駆動周波数算出部２０５２は、所要能力算出部２０６によって算出された圧縮機２１の所要能力に応じて、制御部２０５０が圧縮機２１の動作制御に用いる駆動周波数を算出する。例えば、駆動周波数算出部２０５２は、内蔵する記憶部に上述の複数段階からなるStep表（図３）を記憶しており、上記算出された圧縮機２１の所要能力（容量、空調能力）に応じて上述の複数段階（図３）から１つのStepを選択し、当該選択したStepに対応付けられている駆動周波数を、上記所要能力に応じた駆動周波数とする。上述の複数段階（図３）には、圧縮機２１の駆動周波数として最低駆動周波数値及び最高駆動周波数値が予め定められており、駆動周波数算出部２０５２は、当該最低駆動周波数値から最高駆動周波数値までの間で圧縮機２１の周波数を算出することになる。
【００６１】
バイパス冷媒量算出部２０５３は、駆動周波数算出部２０５２によって算出された駆動周波数が上記最低駆動周波数であるときに、バイパス回路１１が熱源側熱交換器３２をバイパスさせる冷媒の量（バイパス冷媒量）を、所要能力算出部２０６によって算出された圧縮機２１の所要能力に応じて可変させて算出する。
【００６２】
高低差圧検出部２０５４は、高圧センサ２０２によって検出された高圧値と、低圧センサ２０１によって検出された低圧値とに基づいて、圧縮機２１の低圧側及び高圧側の高低差圧を算出する。
【００６３】
冷媒密度検出部２０５６は、圧縮機２１から吐出される吐出冷媒の密度（吐出冷媒密度）を検出する。冷媒密度検出部２０５６は、後述する所定の算出式を用いて吐出冷媒密度を算出する。
【００６４】
次に、本実施形態の空気調和装置１の動作概略について説明する。
【００６５】
操作者により、空気調和装置１の現地配設時に、閉鎖弁２５，２６，３４，３５は全開状態とされる。操作者による図略の操作パネルの操作で運転開始指令が入力されると、利用側制御部２０５（制御部２０５０）は、インバータ制御回路２０７を介して圧縮機２１、ファン２７０のファンモータ２７ａを起動させる。これにより、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、臨界圧力以上になるまで圧縮されて高圧のガス冷媒となる。
【００６６】
その後、各圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、連絡配管６を介して熱源側ユニット３に送られ、熱源側熱交換器３２において熱交換が行われて冷却される。このとき、バイパス回路１１の電子膨張弁１１２により、熱源側熱交換器３２をバイパスさせる冷媒の量が適宜調節される。また、熱源側熱交換器３２を通過して冷却された高圧の液冷媒は、電子膨張弁３１により流量が調節された後、連絡配管７を介して、利用側ユニット２に送られる。
【００６７】
利用側ユニット２に戻った高圧の液冷媒は、電磁弁２４２及びバイパス弁２４３により流量が調節され、電子膨張弁２４１によって圧縮機２１の吸入圧力（低圧のガス冷媒の圧力）近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となった後、分流器２８を経て利用側熱交換器２３に送られる。利用側熱交換器２３は蒸発器として機能し、利用側熱交換器２３において周辺空気との間での熱交換により熱を吸収して周辺空気を冷却し、これにより冷却対象物であるサーバコンピュータ及びサーバ室を冷却する。利用側熱交換器２３を通過した当該低圧のガス冷媒は、再び各圧縮機２１に吸入されて冷媒回路１０を循環する。
【００６８】
次に、本実施形態における圧縮機２１の駆動制御及び冷媒量調節機構３１の各弁開閉制御について説明する。図５は、空気調和装置１の利用側ユニット２における圧縮機２１の駆動制御及び冷媒量調節機構３１の各弁開閉制御時の処理の流れを示すフローチャートである。なお、以下の説明では、吸込空気温度と吹出空気温度との温度差に応じて圧縮機の所要能力を算出する例を示しているが、本発明を、当該温度差を用いて圧縮機の所要能力を算出するものに限定する趣旨ではなく、圧縮機２１の所要能力算出には他の要素（高低差圧等）を用いても構わない。
【００６９】
操作者による図略の操作パネルの操作で運転開始指令が入力されると、利用側制御部２０５（制御部２０５０）は、インバータ制御回路２０７を介して、予め定められた初期動作用のStep（例えば、図３のStep11）を上記複数段階（図３）の中から選択し、当該選択したStepが示す駆動周波数で圧縮機２１を駆動させると共に、ファン２７０のファンモータ２７ａを起動させる。なお、圧縮機２１の起動終了時点における室内負荷に応じて、圧縮機２１の起動終了時のStepは異なる。
【００７０】
ここで、所要能力算出部２０６の能力算出部２０５１は、吸込空気温度検出部２０８によって検出された吸込空気温度と、吹出空気温度検出部２０９によって検出された吹出空気温度の温度情報を得て、これらの温度差に基づいて、この時点において圧縮機２１に求められる所要能力を算出する（Ｓ１）。すなわち、圧縮機２１は、空気調和の対象となる空気を短時間で目標温度にするために、当該温度差に応じて駆動周波数を変更し、その回転速度を変更することで、発揮する性能（容量）を変更することが求められるが、上記所要能力とは、この場合の当該温度差（負荷の一例）に応じて求められる圧縮機２１の性能である。
【００７１】
続いて、駆動周波数算出部２０５２は、上記算出された圧縮機２１の所要能力に応じたStepを上記複数段階の中から１つ選択し、当該選択したStepに対応付けられている駆動周波数を、上記所要能力に応じた駆動周波数として算出する（Ｓ２）。
【００７２】
さらに、バイパス冷媒量算出部２０５３は、上記当該選択したStepに対応付けられているバイパス率を、バイパス回路１１が圧縮機２１の吐出側と前記熱源側熱交換器３２との間から、当該熱源側熱交換器３２と利用側熱交換器２３との間に、圧縮機２１から吐出された冷媒をバイパスさせることで、当該冷媒を熱源側熱交換器３２をバイパスさせるバイパス率として設定する（Ｓ３）。すなわち、図３のStep表には、上記所要能力に応じた圧縮機２１の駆動周波数と、当該所要能力に応じてバイパス回路１１が冷媒を熱源側熱交換器３２をバイパスさせるバイパス率が記憶されており、バイパス冷媒量算出部２０５３は、当該選択したStepに対応付けられているバイパス率が示す冷媒量を、バイパス回路１１及び電子膨張弁１１２が熱源側熱交換器３２をバイパスさせる冷媒量（バイパス冷媒量）とする。
【００７３】
図３のStep表には、上記算出した駆動周波数が予め定められた最低駆動周波数（図３に示す例では20.5Hz）でないときは、バイパス回路１１のバイパス率は0とされており、上記算出した駆動周波数が予め定められた最低駆動周波数であるときは、上記所要能力に応じた各Step毎に、バイパス率は0〜44.7％（全開を100％とする）の複数通りが用意されている。すなわち、圧縮機２１が最低駆動周波数で駆動される場合に、バイパス回路１１及び電子膨張弁１１２による冷媒の上記バイパスが行われる。これにより、圧縮機２１が発揮する実質的な最低能力を可変させることができる。
【００７４】
利用側制御部２０５の制御部２０５０は、上記Ｓ２において算出された圧縮機２１の駆動周波数で圧縮機２１を駆動させ（Ｓ４）、バイパス回路１１によって熱源側熱交換器３２をバイパスされる冷媒量（バイパス冷媒量）が上記バイパス率の示す量となるように、電子膨張弁１１２の弁開閉具合を動作制御する（Ｓ５）。なお、上記算出した駆動周波数が上記最低駆動周波数でないときは、バイパス回路１１のバイパス率は0であるため、制御部２０５０による当該電子膨張弁１１２の弁開閉制御は行わない。
【００７５】
次に、上記バイパス率でバイパス回路１１により冷媒をバイパスさせるために必要な電子膨張弁１１２の開度算出処理及びその動作制御について説明する。図６は、電子膨張弁１１２の開度算出処理及びその動作制御を示すフローチャートである。
【００７６】
上記のようにして算出されたバイパス率での圧縮機２１の駆動開始後、バイパス回路１１が当該バイパス率の示すバイパス冷媒量で冷媒をバイパスさせるように、電子膨張弁１１２の開度を調節するため、以下の処理を行う。
【００７７】
バイパス冷媒量算出部２０５３は、この時点における、高圧センサ２０２からの高圧値、低圧センサ２０１からの低圧値、吸入管温度センサ２１０からの吸入管温度、吐出管温度センサ２１１からの吐出管温度、及び圧縮機２１の周波数（圧縮機２１の回転数）に基づいて、冷媒回路１０を流れる冷媒の総循環冷媒量Grを算出する（Ｓ１１）。例えば、バイパス冷媒量算出部２０５３は、当該時点における蒸発温度、凝縮温度、及圧縮機２１の回転数に用いた近似式に基づく算出等により当該時点における冷凍能力を算出し、当該算出された冷凍能力から総循環冷媒量Grを算出する。この冷凍能力から総循環冷媒量Grの算出には、公知の計算式が用いられる。
【００７８】
さらに、バイパス冷媒量算出部２０５３は、上記総循環冷媒量Grに、この時点で設定されているバイパス率を乗算して、バイパス回路１１によってバイパスさせる具体的なバイパス冷媒量Gr1を算出する（Ｓ１２）。すなわち、バイパス量Gr1＝総循環冷媒量Gr*バイパス率である。
【００７９】
続いて、バイパス冷媒量算出部２０５３は、上記バイパス冷媒量Gr1、高圧センサ２０２が示す高圧値と低圧センサ２０１が示す低圧値とに基づいて高低差圧検出部２０５５によって検出された高低差圧ΔP、及び冷媒密度検出部２０５６によって検出された吐出冷媒密度ρを用いて、下記式１乃至式１２に基づき、電子膨張弁１１２のCV値（室内バイパス用CV値）を算出する（Ｓ１３）。
【００８０】
高低差圧ΔP＝HP-LP-2（蒸発器圧損）  …式１
吐出冷媒密度ρは、圧力温度換算式に基づいて算出（例えば、上記高圧値及び吐出管温度を用いて算出）した吐出過熱度DSHが、
DSH=10の場合      ρ10= 0.020318*HP＾2 + 3.365708*HP + 1.242580      …式２
DSH=20の場合      ρ20= 0.009759*HP＾2 + 3.265674*HP + 1.666791      …式３
DSH=30の場合      ρ30 ＝ 0.005717*HP＾2 + 3.077472*HP + 2.482395      …式４
DSH=40の場合      ρ40 ＝ 0.003485 *HP＾2 + 2.905430 *HP + 3.066476…    式５
DSH＜10の場合       ρ ＝ρ10                                  …式６
10≦DSH＜20の場合  ρ＝ （ρ10−ρ20 ）/10*（20−DSH）＋ ρ20      …式７
20≦DSH＜30の場合  ρ＝ （ ρ20− ρ30 ）/10*（３０−DSH）＋ ρ30…式８ 
30≦DSH＜40の場合  ρ ＝ （ ρ30−ρ40 ）/10*（４０−DSH）＋ ρ40    式９
DSH≧40の場合      ρ＝ρ40                                  …式１０
とする。
【００８１】
電子膨張弁１１２のCV値は、
高低差圧ΔP≧3  に変化したとき
CV値＝Gr1/27.09（（1/ρ）/ΔP）＾0.5                               …式１１
高低差圧ΔP＜1  に変化したとき
CV値＝0                                                        …式１２
とする。
【００８２】
そして、バイパス冷媒量算出部２０５３は、上記算出されたCV値に基づいて、例えば下記式１３を用いて、電子膨張弁１１２の目標開度（pls）を算出する（Ｓ１４）。
【００８３】
目標開度（pls）＝ 38015.925531*CV値＾3 - 3845.044585*CV値＾2 + 1580.481830*CV値 + 27.656778 …式１３
そして、バイパス冷媒量算出部２０５３は、現状の開度から上記目標開度（pls）への変更量が所定の値（本実施形態では5％）を超えるか否かを判断し（Ｓ１５）、当該変更量が当該所定の値を超える場合は（Ｓ１５でＹＥＳ）、予め定められた変更量にとどめた開度を、制御部２０５０による動作制御に用いられる電子膨張弁１１２の開度として算出する（Ｓ１６）。一方、バイパス冷媒量算出部２０５３は、現状の開度から上記目標開度（pls）への変更量が当該所定の値以下である場合は（Ｓ１５でＮＯ）、Ｓ１６の処理をスキップして、上記Ｓ１４で算出された開度を、制御部２０５０による動作制御に用いられる電子膨張弁１１２の開度とする。但し、現状の電子膨張弁１１２の開度が0である場合は、上記所定の値を0以外の適切な値（例えば34pls）として、電子膨張弁１１２の開度を算出する。
【００８４】
制御部２０５０は、当該Ｓ１６で算出された開度で電子膨張弁１１２を動作制御する（Ｓ１７）。
【００８５】
これにより、バイパス回路１１及び電子膨張弁１１２による冷媒のバイパスで、圧縮機２１の実質的な圧縮能力を調整すると共に、圧縮機２１の高低圧変動等に柔軟に対応して、この調整時に圧縮機２１が発揮する圧縮能力を一定に保つことが可能になる。
【００８６】
また、当該調整時に、電子膨張弁１１２の現状開度からの変更量を上記所定の値までにとどめた開度で電子膨張弁１１２を動作させるので、圧縮機２１の過度の高圧上昇による電子膨張弁１１２の開き過ぎや閉め過ぎを防止可能である。
【００８７】
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、利用側ユニット２に圧縮機２１及びバイパス回路１１が設けられている例を示したが、本発明は当該構成に限定されるものではない。例えば、予め定められた２１及びバイパス回路１１が熱源側ユニット３に設けられていてもよい。
【００８８】
また、図１乃至図６に示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は当該構成及び処理に限定されず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１          空気調和装置
２          利用側ユニット
３          熱源側ユニット
１０        冷媒回路
１１        バイパス回路
１１２      電子膨張弁
２１        圧縮機
２３        利用側熱交換器
２４        膨張機構
３２        熱源側熱交換器
２０１      低圧センサ
２０２      高圧センサ
２０５      利用側制御部
２０５０    制御部
２０５１    能力算出部
２０５２    駆動周波数算出部
２０５３    バイパス冷媒量算出部
２０５４    高低差圧検出部
２０５５    高低差圧検出部
２０５６    冷媒密度検出部
２０６      所要能力算出部
２０７      インバータ制御回路
２０８      吸込空気温度検出部
２０９      吹出空気温度検出部
２１０      吸入管温度センサ
２１１      吐出管温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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