(57)【要約】負荷側熱交換器６および負荷側絞り装置７を備えた１つ以上の負荷側ユニット２と、熱源側熱交換器９および圧縮機３を備えた熱源側ユニット１とを接続し、負荷側熱交換器６、負荷側絞り装置７、熱源側熱交換器９、および圧縮機３を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、暖房運転時に、圧縮機３の運転容量が該圧縮機３の運転容量の最大値付近である場合に、圧縮機３の出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、圧縮機３の吐出圧力に基づいて負荷側絞り装置７の開度を制御する。
2013093979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側熱交換器および負荷側絞り装置を備えた１つ以上の負荷側ユニットと、熱源側熱交換器および圧縮機を備えた熱源側ユニットとを接続し、前記負荷側熱交換器、前記負荷側絞り装置、前記熱源側熱交換器、および前記圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、
暖房運転時に、前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近である場合に、前記圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の吐出圧力に基づいて前記負荷側絞り装置の開度を制御する空気調和装置。
【請求項２】
負荷側熱交換器および負荷側絞り装置を備えた１つ以上の負荷側ユニットと、熱源側絞り装置、熱源側熱交換器および圧縮機を備えた熱源側ユニットとを接続し、前記負荷側熱交換器、前記負荷側絞り装置、前記熱源側絞り装置、前記熱源側熱交換器、および前記圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、
前記圧縮機が冷媒をインジェクション可能な圧縮機であり、前記負荷側絞り装置と前記熱源側絞り装置との流路間から前記圧縮機のインジェクションポートに至るバイパス配管と、該バイパス配管の流量を調整するバイパス絞り装置とを備え、
暖房運転時に、前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記負荷側熱交換器の凝縮温度が目標温度より低い場合に、前記圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の吐出圧力に基づいて前記負荷側絞り装置の開度を制御する空気調和装置。
【請求項３】
前記負荷側絞り装置と前記熱源側絞り装置の間に、冷媒を貯留するレシーバを備え、
暖房運転時に、前記圧縮機の吸入冷媒過熱度が目標値より低い場合に、該吸入冷媒過熱度が大きくなるように、前記熱源側絞り装置の開度を小さくする請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
暖房運転時に、前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記圧縮機の吐出圧力が目標値より小さい場合に、前記負荷側絞り装置の開度制御に代えてまたは前記負荷側絞り装置の開度制御とともに、前記負荷側熱交換器に送風する風量を減少させ、前記目標圧力となるように制御することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記目標圧力の上限値は、前記圧縮機の吐出温度の上限制約温度、または、前記負荷側ユニットおよび前記熱源側ユニットの耐圧圧力から決定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吸入側に冷媒を貯留するアキュムレータを備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、室内機と室外機を接続配管で接続した分離型の空気調和装置に関し、特に暖房能力を増大する制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機と四路切換弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とが接続されることによって構成される空気調和装置において、圧縮機が高容量で運転した状態で、暖房能力が不足する場合に、室内熱交換器の出口における冷媒の過冷却度の制御目標値を増加させ、高圧を上昇させることで、暖房能力低下を抑制する制御を行っている（たとえば、特許文献１参照）。【０００３】
また、外気温度がマイナス１０℃程度となるような寒冷地においては、冷媒を圧縮機にインジェクションすることによって十分な暖房能力を発揮できるような空気調和装置が存在する。
通常、圧縮機に吸入される冷媒の流量が外気の低下に伴って減少することになるために、暖房能力が低下してしまう。そこで、圧縮機のインジェクションポートから冷媒を供給することによって、圧縮機室の冷媒密度を増加させ、冷媒循環量を増加させることで暖房能力の増大を行っている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００７４８２号公報（第１４頁、第１図）
【特許文献２】特開平１０−２６４３０号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の空気調和装置には以下のような問題があった。まず、特許文献１記載の冷媒回路において暖房運転時は、過冷却度を演算する必要がある。例えば、経年劣化による冷媒の漏洩、もしくは、初期設置時に冷媒が不足気味に封入されている場合は、過冷却度が確保できないため、過冷却度が演算できず、過度に絞り込むことになり、所望の空気調和装置の制御ができないといった課題があった。【０００６】
また、特許文献２記載の冷媒回路においては、インジェクションをすることで冷媒循環量が増加し、暖房能力が増加するが、インジェクションを多量に行うと、圧縮工程において、液圧縮運転となるため、圧縮機の信頼性確保のため、所定量以上のインジェクションが出来ず、暖房能力の向上効果が小さくなるといった課題があった。【０００７】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷側熱交換器の高圧圧力や、圧縮機の吸入過熱度を、冷媒流量の絞り量を制御することで、システムとして最大の暖房能力が発揮可能な空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、この発明は以下の手段を講じたものである。【０００９】
本発明に係る空気調和装置は、負荷側熱交換器および負荷側絞り装置を備えた１つ以上の負荷側ユニットと、熱源側熱交換器および圧縮機を備えた熱源側ユニットとを接続し、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置、熱源側熱交換器、および圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、暖房運転時に、圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近である場合に、圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、圧縮機の吐出圧力に基づいて前記負荷側絞り装置の開度を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、運転状態に応じて、負荷側熱交換器の高圧圧力や圧縮機の吸入冷媒過熱度を、冷媒流量の絞り量を調整することで制御し、システムとして最大の暖房能力を常に発揮可能な空気調和装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１である空気調和装置のシステム図。
【図２】本発明の実施の形態１である空気調和装置のｐ−ｈ線図。
【図３】本発明の実施の形態１の高圧圧力に対する、ＣＯＰと暖房能力の関係を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１である空気調和装置の暖房運転時の制御フローチャート。
【図５】本発明の実施の形態１である空気調和装置の凝縮温度と吐出温度の関係を示す図。
【図６】本発明の実施の形態２である空気調和装置のシステム図。
【図７】本発明の実施の形態２である空気調和装置のｐ−ｈ線図。
【図８】本発明の実施の形態２の高圧圧力に対する、ＣＯＰと暖房能力の関係を示す図。
【図９】本発明の実施の形態２である空気調和装置の暖房運転時の制御フローチャート。
【図１０】本発明の実施の形態３である空気調和装置のシステム図。
【図１１】本発明の実施の形態３である空気調和装置のｐ−ｈ線図。
【図１２】本発明の実施の形態３である空気調和装置の暖房運転時の制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
【００１３】
図１は本発明に係る実施の形態１の空気調和装置１００の冷媒回路図である。図１において、室外機（熱源側ユニット）１内には圧縮機３、暖房と冷房の運転切換を行う四方弁４、室外熱交換器（熱源側熱交換器）９、アキュムレータ１０が搭載されている。また、室内機（負荷側ユニット）２内には室内熱交換器（負荷側熱交換器）６、負荷側絞り装置７が搭載されている。
【００１４】
圧縮機３はインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプである。
【００１５】
また、負荷側絞り装置７は開度が可変に制御される電子膨張弁である。また、室外熱交換器９はファンなどで送風される外気と熱交換する。ガス管５、液管８は室外機１と室内機２を接続する接続配管である。
【００１６】
空気調和装置１００の冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）やＲ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、Ｒ２２の約１．６倍の動作圧力という特性を有している。
【００１７】
また、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ、ＨＦＯ冷媒であるＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等がある。この単一冷媒は、混合物ではないので、取扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン、イソブタン、アンモニア等を使用することもできる。なお、Ｒ２２はクロロジフルオロメタン、Ｒ３２はジフルオロメタンを、Ｒ１２５はペンタフルオロエタンを、Ｒ１３４ａは１，１，１，２−テトラフルオロエタンを、Ｒ１４３ａは１，１，１−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。したがって、空気調和装置１００の用途や目的に応じた冷媒を使用するとよい。
【００１８】
室外機１内には計測制御装置１８及び各温度センサが設置されている。温度センサ４３が圧縮機３の吐出側、温度センサ４４が圧縮機３の吸入側、のそれぞれの設置場所の冷媒温度を計測する。
【００１９】
室内機２内には温度センサ４１、４２が設置されており、温度センサ４２は室内熱交換器６と負荷側絞り装置７の間に設けられており、それぞれ設置場所での冷媒温度を計測する。温度センサ４１は室内熱交換器６に吸気される空気温度を計測する。なお、負荷となる熱媒体が水など他の媒体である場合には温度センサ４１はその媒体の流入温度を計測する。
【００２０】
また、室外機１内には圧力センサ５１、５２が設置されており、圧力センサ５１は圧縮機３の吸入冷媒の圧力、圧力センサ５２は圧縮機３の吐出冷媒の圧力をそれぞれ計測する。また，室外機１内の計測制御装置１８は温度センサや圧力センサの計測情報や、空気調和装置使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機３の運転方法、四方弁４の流路切換、室外熱交換器９のファン送風量、各絞り装置の開度などを制御する。
【００２１】
次に、この空気調和装置１００の暖房運転動作について、図１および図２に示すｐ−ｈ線図をもとに説明する。暖房運転時には、四方弁４の流路は図１の破線方向に設定される。そして圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒（図２、破線上の点（ａ））は四方弁４を経て室外機１を流出し、ガス管５を経て室内機２に流入する。そして、室内熱交換器６に流入し、凝縮器となる室内熱交換器６で放熱しながら凝縮液化し高圧の液冷媒となる（図２、破線上の点（ｂ））。冷媒から放熱された熱を負荷側の空気や水などの負荷側媒体に与えることで暖房を行う。
【００２２】
室内熱交換器６を出た高圧の冷媒は、負荷側絞り装置７で減圧された後（図２、破線上の点（ｃ））、液管８を経由して、室外機１に流入し、蒸発器である室外熱交換器９に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される（図２、破線上の点（ｄ））。その後、四方弁４およびアキュムレータ１０を経て、圧縮機３に吸入される。
【００２３】
次に、空気調和装置１００の制御動作について説明する。空気調和装置１００では、室内熱交換器６の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍになるように、負荷側絞り装置７の開度を制御している。ここで、室内熱交換器６の出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、圧力センサ５２によって検出される吐出圧力Ｐｄと温度センサ４２によって検出される室内熱交換器６の出口における冷媒の温度Ｔｏから算出される。より具体的には、まず、圧力センサ５２によって検出される吐出圧力Ｐｄを冷媒の飽和温度に換算して、凝縮温度Ｔｃを得る。そして、温度センサ４２によって検出される室内熱交換器６の出口における冷媒の温度Ｔｏから凝縮温度Ｔｃを差し引くことによって過冷却度ＳＣを得る。
【００２４】
また、空気調和装置１００では、室内側の熱負荷等に応じて空気調和装置に要求される暖房能力が変化するため、このような暖房運転時に要求される暖房能力の変化に対応できるようにする必要がある。そこで、空気調和装置１００では、冷媒回路の高圧Ｐｄに相当する凝縮温度Ｔｃが目標高圧に相当する目標凝縮温度Ｔｃｍに近づくように、圧縮機３の運転容量を変更する制御を行っている。この圧縮機３の運転容量制御は、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍに近い状態で暖房運転が行われている場合には、空気調和装置１００は、要求される暖房能力を概ね満たす状態になっているとみなすことができるという特性を利用した制御である。ここで、圧縮機３の運転容量の制御は、圧縮機３の運転周波数ｆを変更することによって行われる。また、圧縮機３の運転容量は、運転周波数ｆ等から算出される。
【００２５】
しかし、空気調和装置１００の暖房運転において、尚、目標過冷却度ＳＣｍをある一定の値に予め設定した上で負荷側絞り装置７による過冷却度制御を行う場合には、圧縮機３の運転容量制御を行ったとしても、以下のような問題が生じるおそれがある。すなわち、圧縮機３の運転容量制御によって圧縮機３の運転容量が最大値になっても凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍまで上昇していない場合には、要求される暖房能力に対して暖房能力が不足することになる。そして、このような場合には、要求される暖房能力まで暖房能力を増加させることができなくなるという問題が生じるおそれがある。
【００２６】
このように、目標過冷却度ＳＣｍをある一定の値に予め設定した上で負荷側絞り装置７による過冷却度制御を行いつつ圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、圧縮機３の運転容量の可変範囲までしか暖房能力の制御幅が得られず、要求される暖房能力を得ることができない場合がある。
【００２７】
そこで、空気調和装置１００では、このような問題を解決するために、負荷側絞り装置７による過冷却度制御において、圧縮機３が最大運転容量運転を実施しており、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍに達していない場合は、暖房能力を増加させるために負荷側絞り装置７の開度を絞り、凝縮温度Ｔｃが上がるように圧力センサ５２の値に基づき制御を行う。
【００２８】
図２は、負荷側絞り装置７を絞ることで、高圧の圧力センサ５２換算の飽和温度Ｔｃが、目標凝縮温度Ｔｃｍになっている状態をｐ−ｈ線図上に実線で示している。通常の状態を破線のサイクル図とすると、高圧圧力および吐出温度が上昇し、暖房能力が増大することがわかる。
【００２９】
図３は、高圧圧力に対する、空気調和装置１００のＣＯＰと暖房能力の関係を示したものである。暖房運転時は、負荷側絞り装置７は、室内熱交換器６出口の過冷却度が一定になるように制御しており、圧縮機３は、高圧圧力が目標凝縮温度Ｔｃｍ相当の飽和圧力になるように、運転容量を制御し、図３中（Ａ）の圧力を維持している。外気温度が低下した場合は、外気温度低下による蒸発圧力低下に伴い、圧縮機３が吸入する冷媒密度が低下するため、冷媒循環量が低下する。したがって、空調機が最大運転容量で運転している場合は、冷媒循環量を増加させることができず、暖房能力が低下することになり。高圧圧力が図３中（Ａ）から（Ｂ）まで低下し、暖房能力が低下する。
【００３０】
そこで、負荷側絞り装置７の制御対象を室内熱交換器６出口の過冷却度から、高圧圧力の目標凝縮温度Ｔｃｍに変更する。図３中（Ｂ）の負荷側絞り装置７の開度を現状から絞ることで、高圧圧力が上昇し、所望の目標凝縮温度Ｔｃｍ相当の圧力（図３中（Ａ））に制御することができ、所望の暖房能力を発揮することが可能となる。このとき高圧圧力が上昇するので、ＣＯＰは低下することになるが、空調負荷に対応した暖房能力を維持できるため、室内の快適性は向上することになる。このように、圧縮機３の運転容量が最大で運転している場合に、負荷側絞り装置７にて、高圧圧力が所望の圧力になるように制御することで、空気調和装置１００は暖房能力を最大限に発揮することが可能となる。
【００３１】
また、負荷側絞り装置７の制御対象が高圧圧力であるため、空気調和装置１００の封入冷媒量が不足気味である場合（例えば、配管接合不良による経年使用に伴う冷媒漏れや初期設置時に規定冷媒量に対して不足気味で封入された場合）で、室内熱交換器６出口において過冷却度が確保されない状態においても、空気調和装置１００を最低限運転することが可能となる。
【００３２】
次に、空気調和装置１００の暖房運転時における圧縮機３および負荷側絞り装置７の制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、空気調和装置１００起動時に圧縮機３の初期容量および負荷側絞り装置７の初期開度を設定する（Ｓ１）。次に、所定時間の経過を待って（Ｓ２）、温度センサ４１にて検出する室内空気温度が使用者の設定値になっているかを判定する（Ｓ３）。設定値に対して室内空気温度が低い場合は、圧縮機３の運転容量を増大させ、室内空気温度が高い場合は、圧縮機３の運転容量を減少させる（Ｓ４）。次に、圧縮機運転容量の現在の状態が最大容量であるかを判定する（Ｓ５）。圧縮機３が最大運転容量で運転している場合は、圧力センサ５２の吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達しているかを判定する（Ｓ６）。吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達していない場合は、暖房能力として不足しているため、目標凝縮温度相当の圧力になるように負荷側絞り装置７の開度を変更する（Ｓ７）。吐出圧力が所望の目標値以上で運転している場合は、所望の暖房能力が発揮されているため、負荷側絞り装置７の開度は室内熱交換器６出口の過冷却度が設定値になるように開度を変更する（Ｓ８）。
【００３３】
以上の制御により、空気調和装置１００では、圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、要求される暖房能力（すなわち、目標凝縮温度Ｔｃｍ）まで暖房能力を増加させることができないような場合であっても、要求される暖房能力まで増加させやすくなり、暖房能力を増加させる方向の制御幅を拡大することができる。
【００３４】
なお、図４で示した吐出圧力の目標凝縮温度Ｔｃｍを可変にしてもよい。図５は、空気調和装置１００での、凝縮温度Ｔｃに対する吐出温度Ｔｄの関係を、圧縮機３の吸入に位置する圧力センサ５１から換算される飽和温度である蒸発温度Ｔｅに対して、それぞれ示したものである。圧縮機３は冷凍機油の焼き付きや圧縮機モーター磁石の減磁防止のため、圧縮機吐出温度の上限Ｔｄｍａｘ（例えば１２０℃）がある。また、配管の耐圧圧力から高圧管の耐圧圧力の飽和温度に相当する耐圧上限Ｔｐｍａｘが存在する。したがって、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘは、蒸発温度Ｔｅに応じて、ＴｄｍａｘとＴｐｍａｘの制約の範囲内で一意に決定することができる。
【００３５】
このように、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘが存在するため、図４のステップＳ６での吐出圧力の目標値に関して、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘを考慮して目標値を修正してもよい。例えば、蒸発温度が低下する場合は、同一凝縮温度Ｔｃでも吐出温度が上昇するので、目標凝縮温度ＴｃｍがＴｃｍ設定上限値ＴｃｍＭａｘ以上になる場合は、ＴｃｍをＴｃｍＭａｘに設定すればよい。このように、Ｔｃｍを可変にすることで圧縮機の信頼性を確保した運転が実現可能となる。
【００３６】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
図６は本発明に係る実施の形態２の空気調和装置１００の冷媒回路図である。図６において、冷媒回路は、実施の形態１の図１に示す回路に、室外機１内に室外熱交換器９と液管８の間に熱源側絞り装置１２、前記熱源側絞り装置１２と液管８の間に圧力センサ５３、前記熱源側絞り装置１２と液管８（又は負荷側絞り装置７）の間の冷媒配管から分岐し、圧縮機３の中間圧にバイパスするバイパス回路およびそのバイパス流量を調整するバイパス絞り装置１１が搭載されている。
【００３８】
圧縮機３はインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプであり、圧縮機３内の圧縮室内にバイパス回路から供給される冷媒をインジェクションすることが可能な構造となっている。すなわち、圧縮機３はインジェクションタイプの圧縮機となっている。
【００３９】
次に、本実施の形態の空気調和装置１００の特徴であるインジェクション運転での暖房運転動作について図６および図７に示すｐ−ｈ線図をもとに説明する。熱源側絞り装置１２は、負荷側絞り装置７にて減圧される圧力センサ５３での冷媒圧力（中間圧力１）が一定になるように制御している（図７、点（ｅ））。中間圧力１にある冷媒の一部は、熱源側絞り装置１２にて減圧され低温の二相冷媒となり、室外熱交換器９に流入する（図７、点（ｆ））。その他の冷媒は、バイパス回路を通り、バイパス絞り装置１１で、中間圧力２まで減圧され、中温の二相冷媒となり（図７、点（ｆ））、圧縮機３にインジェクションされる。圧縮機３内部では、吸入された冷媒（図７、点（ｄ））が中間圧力２まで圧縮、加熱された（図７、点（ｇ））後で、インジェクションされた冷媒と合流し、温度低下した後で（図７、点（ｈ））、高圧まで圧縮され吐出される（図７、点（ａ））。
【００４０】
ここで、インジェクションの効果について説明する。本装置の回路構成はいわゆるフラッシュインジェクション回路となっている。即ち、凝縮器となる室内熱交換器６を出た後で中間圧力２まで減圧された二相冷媒を圧縮機３にインジェクションする構成となっている。
【００４１】
フラッシュインジェクション回路とすることにより以下のような効果が得られる。まず、フラッシュインジェクションを行うことにより、圧縮機３から吐出される冷媒流量が増加し、圧縮機３から吐出される冷媒流量Ｇｄｉｓ＝圧縮機３で吸入される冷媒流量Ｇｓｕｃ＋インジェクションされる冷媒流量Ｇｉｎｊとなる。したがって、凝縮器となる熱交換器に流れる冷媒流量が増加するので、暖房運転の場合には、暖房能力が増加する。このとき、吐出温度はインジェクション冷媒により冷却され低下する。
【００４２】
また、フラッシュインジェクションを行う場合は効率改善効果も得られる。フラッシュインジェクションを行うと、蒸発器に流入するガス冷媒のうちのいくらかを中間圧力２で抜き出して、インジェクションし、中間圧力２から高圧に昇圧し圧縮することになる。したがって、インジェクションされるガス冷媒の流量については、低圧から中間圧まで昇圧する圧縮仕事が不要になり、この分効率改善される。
【００４３】
また、冷媒をバイパスすることで、蒸発器に流れる冷媒循環量が減少するため、蒸発器を通過する際の圧力損失が低減し、圧縮機吸入の吸入圧力が増加するため効率が改善される。この効率の改善率は、圧力損失が大きいほど効果が大きい。したがって、蒸発器から圧縮機吸入に至る配管が長い場合や、圧縮機の運転容量が大きく、冷媒循環量が高いほど効果が大きい。
【００４４】
次に、空気調和装置１００の制御動作について説明する。空気調和装置１００では、実施の形態１と同様、室内熱交換器６の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍになるように、負荷側絞り装置７の開度を制御し、冷媒回路の高圧Ｐｄに相当する凝縮温度Ｔｃが目標高圧に相当する目標凝縮温度Ｔｃｍに近づくように、圧縮機３の運転容量を変更する制御を行っている。
【００４５】
また、熱源側絞り装置１２は、バイパス回路に冷媒が流れるように、圧力センサ５３の中間圧力１が、インジェクション圧力の中間圧力２よりも高くなるように、その開度が制御される。圧縮機３の運転容量制御によって、圧縮機３の運転容量が最大値になっても凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍまで上昇していない場合には、バイパス絞り装置１１を開き、圧縮機３にインジェクションすることで、冷媒循環量を増加させ暖房能力を増加させる。
【００４６】
しかしながら、バイパス量には上限があり、圧縮機３での液圧縮を防止するために、図７に示すように、圧縮機３吐出の過熱度ＳＨｄを所定量以上に確保する必要がある。したがって、外気温度が更に低下し、低圧圧力が低下し、冷媒循環量が低下する場合は、要求される暖房能力に対して暖房能力が不足することになる。そして、このような場合には、要求される暖房能力まで暖房能力を増加させることができなくなるという問題が生じるおそれがある。なお、圧縮機３の吐出過熱度は、圧縮機吐出の温度センサ４３の測定値から凝縮温度Ｔｃを差し引くことで演算可能である。
【００４７】
このように、目標過冷却度ＳＣｍをある一定の値に予め設定した上で負荷側絞り装置７による過冷却度制御を行い、バイパス絞り装置１１によるインジェクション量制御を行いつつ圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、圧縮機３の運転容量の可変範囲までしか暖房能力の制御幅が得られず、要求される暖房能力を得ることができない場合がある。
【００４８】
そこで、空気調和装置１００では、このような問題を解決するために、負荷側絞り装置７による過冷却度制御し、バイパス絞り装置１１によるインジェクション量を制御し、圧縮機３が最大運転容量運転を実施しており、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍに達していない場合は、暖房能力を増加させるために負荷側絞り装置７の開度を絞り、凝縮温度Ｔｃが上がるように圧力センサ５２の値に基づき制御を行う。
【００４９】
図７は、負荷側絞り装置７を絞ることで、高圧の圧力センサ５２換算の飽和温度Ｔｃが、目標凝縮温度Ｔｃｍになっている状態をｐ−ｈ線図上に実線で示している。通常の状態を破線のサイクル図とすると高圧圧力および吐出温度が上昇し、圧縮機吐出の過熱度ＳＨｄが上昇するので、インジェクション量も増大させることができる。したがって、冷媒循環量が増加し、高圧圧力も上昇するので、暖房能力が増大する。
【００５０】
図８は、高圧圧力に対する、空気調和装置１００のＣＯＰと暖房能力とインジェクション量の関係を示したものである。暖房運転時は、負荷側絞り装置７は、室内熱交換器６出口の過冷却度が一定になるように制御し、バイパス絞り装置１１は、圧縮機３出口の過熱度ＳＨｄが所定の値になうようにインジェクション量を制御し、圧縮機３は、高圧圧力が目標凝縮温度Ｔｃｍ相当の飽和圧力になるように、運転容量を制御し、図８中（Ａ）の圧力を維持している。外気温度が低下した場合は、外気温度低下による蒸発圧力低下に伴い、圧縮機３が吸入する冷媒密度が低下するため、冷媒循環量が低下する。したがって、空調機が最大運転容量で運転している場合は、冷媒循環量を増加させることができず、暖房能力が低下することになり、高圧圧力が図８中（Ａ）から（Ｂ）まで低下し、暖房能力が低下する。
【００５１】
そこで、負荷側絞り装置７の制御対象を室内熱交換器６出口の過冷却度から、高圧圧力の目標凝縮温度Ｔｃｍに変更する。図８中（Ｂ）の負荷側絞り装置７の開度を現状から絞ることで、高圧圧力およびインジェクション量が上昇し、所望の目標凝縮温度Ｔｃｍ相当の圧力（図８中（Ａ））に制御することができ、所望の暖房能力を発揮することが可能となる。このとき高圧圧力が上昇するので、ＣＯＰは低下することになるが、空調負荷に対応した暖房能力を維持できるため、室内の快適性は向上することになる。このように、圧縮機３の運転容量が最大で運転している場合に、負荷側絞り装置７にて、高圧圧力が所望の圧力になるように制御することで、空気調和装置１００は暖房能力を最大限に発揮することが可能となる。
【００５２】
また、負荷側絞り装置７の制御対象が高圧圧力であるため、空気調和装置１００の封入冷媒量が不足気味である場合（例えば、配管接合不良による経年使用に伴う冷媒漏れや初期設置時に規定冷媒量に対して不足気味で封入された場合）で、室内熱交換器６出口において過冷却度が確保されない状態においても、空気調和装置１００を最低限運転制御することが可能となる。
【００５３】
次に、空気調和装置１００の暖房運転時における圧縮機３、熱源側絞り装置１２、バイパス絞り装置１１、および負荷側絞り装置７の制御について、図９のフローチャートを用いて説明する。まず、空気調和装置１００起動時に圧縮機３の初期容量、負荷側絞り装置７の初期開度、熱源側絞り装置１２およびバイパス絞り装置１１の初期開度を設定する（Ｓ１）。次に、所定時間の経過を待って（Ｓ２）、温度センサ４１にて検出する室内空気温度が使用者の設定値になっているかを判定する（Ｓ３）。設定値に対して室内空気温度が低い場合は、圧縮機３の運転容量を増大させ、室内空気温度が高い場合は、圧縮機３の運転容量を減少させる（Ｓ４）。次に、圧縮機運転容量の現在の状態が最大容量であるかを判定する（Ｓ５）。圧縮機３が最大運転容量で運転している場合は、圧力センサ５２の吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達しているかを判定する（Ｓ６）。吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達していない場合は、暖房能力として不足しているため、目標凝縮温度相当の圧力になるように負荷側絞り装置７の開度を変更する（Ｓ７）。吐出圧力が所望の目標値以上で運転している場合は、所望の暖房能力が発揮されているため、負荷側絞り装置７の開度は室内熱交換器６出口の過冷却度が設定値になるように開度を変更する（Ｓ８）。次に、圧力センサ５３で検出される中間圧力１が設定値になっているかを判定する（Ｓ９）。設定値に対して中間圧力１が低い場合は、熱源側絞り装置１２の開度を減少させ、中間圧力１が高い場合は、熱源側絞り装置１２の開度を増加させる（Ｓ１０）。次に、圧縮機３の吐出過熱度ＳＨｄが設定値になっているかを判定する（Ｓ１１）。設定値に対して吐出過熱度ＳＨｄが低い場合は、バイパス絞り装置１１の開度を減少させ、吐出過熱度ＳＨｄが高い場合は、バイパス絞り装置１１の開度を増加させる（Ｓ１２）。
【００５４】
以上の制御により、空気調和装置１００では、圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、要求される暖房能力（すなわち、目標凝縮温度Ｔｃｍ）まで暖房能力を増加させることができないような場合であっても、高圧圧力の上昇により、吐出温度を増加させることで、インジェクション量が増加するので、要求される暖房能力まで増加させやすくなり、暖房能力を増加させる方向の制御幅を拡大することができる。
【００５５】
なお、実施の形態１同様、吐出圧力の目標凝縮温度Ｔｃｍを可変にしてもよい。ただし、実施の形態２では吐出温度は、インジェクションを行うことで、圧縮機吐出温度の上限Ｔｄｍａｘ（例えば１２０℃）以下に抑制可能であるため、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘは、配管の耐圧圧力の飽和換算によって求まるＴｐｍａｘとして一意に決定することができる。
【００５６】
このように、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘが存在するため、図９のステップＳ６での吐出圧力の目標値に関して、Ｔｃｍの設定上限値ＴｃｍＭａｘを考慮して目標値を修正してもよい。例えば、起動時に凝縮温度が低い場合は、Ｔｃｍを設定上限値ＴｃｍＭａｘに上げることで、制御ゲインが増加する効果があるため、早期の暖房能力の立ち上げが可能となり、より短時間に室内温度を所望の温度にすることが可能となる。
【００５７】
また、圧縮機３の吐出の高圧圧力を上昇させる方法として、負荷側熱交換器６に流入する空気のファン風量を減少させてもよい。このように、運転することで凝縮温度が上昇し、吐出温度も上昇するため、インジェクション量が増加し、暖房能力が増加する。なお、ファンの風量制御と負荷側絞り装置７の開度制御とを組み合わせても良い。
【００５８】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５９】
図１０は本発明に係る実施の形態３の空気調和装置１００の冷媒回路図である。図１０において、冷媒回路は、実施の形態２の図６に示す回路に、室外機１内の熱源側絞り装置１２と圧力センサ５３の間に、レシーバ１３が搭載されている。
【００６０】
次に、本実施の形態の空気調和装置１００の暖房運転動作について、図１０および図１１に示すｐ−ｈ線図をもとに説明する。この制御動作は、実施の形態２とは熱源側絞り装置１２の制御方法のみ異なり、熱源側絞り装置１２は室外熱交換器９の出口過熱度ＳＨｓが一定になるように制御している（図１１、点（ｄ））。ここで、室外熱交換器９の出口過熱度ＳＨｓは、圧縮機３吸入側の温度センサ４４の測定値から圧力センサ５１にて検出される飽和温度を差し引くことで演算可能である。
【００６１】
ここで、レシーバ回路の効果について説明する。本装置の回路構成はいわゆる中間圧レシーバ回路となっている。レシーバ回路とすることにより以下のような効果が得られる。まず、冷房運転と暖房運転での必要冷媒量の差によって生じる暖房運転時の余剰冷媒を中間圧力のレシーバに貯留することができる。したがって、圧縮機起動時に、アキュムレータ１０に貯留する冷媒が少ないため、冷媒を凝縮器に送出する圧縮仕事を低減できるため、起動時に高効率な運転が可能である。また、初期の冷媒の分布が、定常状態に近い状態であるため、冷凍サイクルが定常状態になる時間が短く、短時間で所望の暖房能力を発揮することが可能となる。
【００６２】
次に、空気調和装置１００の制御動作について説明する。空気調和装置１００では、実施の形態２と同様、室内熱交換器６の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍになるように、負荷側絞り装置７の開度を制御し、冷媒回路の高圧Ｐｄに相当する凝縮温度Ｔｃが目標高圧に相当する目標凝縮温度Ｔｃｍに近づくように、圧縮機３の運転容量を変更する制御を行っている。
【００６３】
また、熱源側絞り装置１２は、室外熱交換器９の出口過熱度が所望の値となるように開度を制御する。圧縮機３の運転容量制御によって圧縮機３の運転容量が最大値になっても凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍまで上昇していない場合には、バイパス絞り装置１１を開き、圧縮機３にインジェクションすることで、冷媒循環量を増加させ暖房能力を増加させる。
【００６４】
しかしながら、実施の形態２と同様に、バイパス量には上限があり、圧縮機３での液圧縮を防止するために、図１１に示すように、圧縮機３吐出の過熱度ＳＨｄを所定量以上に確保する必要がある。したがって、外気温度が更に低下し、低圧圧力が低下し、冷媒循環量が低下する場合は、要求される暖房能力に対して暖房能力が不足することになる。そして、このような場合には、要求される暖房能力まで暖房能力を増加させることができなくなるという問題が生じるおそれがある。
【００６５】
このように、目標過冷却度ＳＣｍをある一定の値に予め設定した上で負荷側絞り装置７による過冷却度制御を行い、バイパス絞り装置１１によるインジェクション量制御を行いつつ、圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、圧縮機３の運転容量の可変範囲までしか暖房能力の制御幅が得られず、要求される暖房能力を得ることができない場合がある。
【００６６】
そこで、空気調和装置１００では、このような問題を解決するために、負荷側絞り装置７による過冷却度制御し、インジェクション量制御し、圧縮機３が最大運転容量運転を実施しており、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍに達していない場合は、暖房能力を増加させるために負荷側絞り装置７の開度を絞り、凝縮温度Ｔｃが上がるように圧力センサ５２の値に基づき制御を行い、熱源側絞り装置１２の開度を絞り、吸入過熱度ＳＨｓが通常運転時よりも高くなるように制御する。
【００６７】
図１１は、負荷側絞り装置７を絞ることで、高圧の圧力センサ５２換算の飽和温度Ｔｃが、目標凝縮温度Ｔｃｍになっている状態をｐ−ｈ線図上に実線で示している。通常の状態を破線のサイクル図とすると、負荷側絞り装置７を絞ることで高圧圧力が上昇し、熱源側絞り装置１２を絞ることで吐出温度が上昇するので、圧縮機吐出の過熱度ＳＨｄが上昇する。したがって、インジェクション量を増大させることができる。冷媒循環量が増加し、高圧圧力も上昇するので、暖房能力が増大する。
【００６８】
次に、空気調和装置１００の暖房運転時における圧縮機３、熱源側絞り装置１２、バイパス絞り装置１１、および負荷側絞り装置７の制御について、図１２のフローチャートを用いて説明する。まず、空気調和装置１００起動時に圧縮機３の初期容量、負荷側絞り装置７の初期開度、熱源側絞り装置１２およびバイパス絞り装置１１の初期開度を設定する（Ｓ１）。次に、所定時間の経過を待って（Ｓ２）、温度センサ４１にて検出する室内空気温度が使用者の設定値になっているかを判定する（Ｓ３）。設定値に対して室内空気温度が低い場合は、圧縮機３の運転容量を増大させ、室内空気温度が高い場合は、圧縮機３の運転容量を減少させる（Ｓ４）。次に、圧縮機運転容量の現在の状態が最大容量であるかを判定する（Ｓ５）。圧縮機３が最大運転容量で運転している場合は、圧力センサ５２の吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達しているかを判定する（Ｓ６）。吐出圧力が目標凝縮温度相当の圧力に達していない場合は、暖房能力として不足しているため、目標凝縮温度相当の圧力になるように負荷側絞り装置７の開度を変更する（Ｓ７）。吐出圧力が所望の目標値以上で運転している場合は、所望の暖房能力が発揮されているため、負荷側絞り装置７の開度は室内熱交換器６出口の過冷却度が設定値になるように開度を変更する（Ｓ８）。また、吐出圧力が目標値に到達している場合は、室外熱交換器９の出口過熱度ＳＨｓの吸入過熱度の目標値ＳＨｓｍ１を設定する（Ｓ１０）。吐出圧力が目標値以下である場合は、室外熱交換器９の出口過熱度ＳＨｓの吸入過熱度の目標値ＳＨｓｍ２を設定する。ここで、ＳＨｓｍ１＜ＳＨｓｍ２の関係が成り立つ目標値とする（Ｓ９）。次に、吸入過熱度ＳＨｓが目標値になっているかを判定する（Ｓ１１）。目標値に対して吸入過熱度ＳＨｓが低い場合は、熱源側絞り装置１２の開度を減少させ、吸入過熱度ＳＨｓが高い場合は、熱源側絞り装置１２の開度を増加させる（Ｓ１２）。次に、圧縮機３の吐出過熱度ＳＨｄが設定値になっているかを判定する（Ｓ１３）。設定値に対して吐出過熱度ＳＨｄが低い場合は、バイパス絞り装置１１の開度を減少させ、吐出過熱度ＳＨｄが高い場合は、バイパス絞り装置１１の開度を増加させる（Ｓ１４）。
【００６９】
以上の制御により、空気調和装置１００では、圧縮機３の運転容量制御を行うだけでは、要求される暖房能力（すなわち、目標凝縮温度Ｔｃｍ）まで暖房能力を増加させることができないような場合であっても、吸入過熱度を増加させることで、インジェクション量が増加するので、要求される暖房能力まで増加させやすくなり、暖房能力を増加させる方向の制御幅を拡大することができる。
【００７０】
なお、実施の形態２同様、吐出圧力の目標凝縮温度Ｔｃｍを可変にしてもよいことはいうまでもない。
また、実施の形態1〜３においては、アキュムレータ１０を備えた構成としたが、アキュムレータ１０を設けない構成としても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１  室外機（熱源側ユニット）、２  室内機（負荷側ユニット）、３  圧縮機、４  四方弁、５  ガス管、６  室内熱交換器（負荷側熱交換器）、７  負荷側絞り装置、８  液管、９  室外熱交換器（熱源側熱交換器）、１０  アキュムレータ、１１  バイパス絞り装置、１２  熱源側絞り装置、１３  レシーバ、１８  計測制御装置、４１  温度センサ、４２  温度センサ、４３  温度センサ、４４  温度センサ、５１  圧力センサ、５２  圧力センサ、５３  圧力センサ、１００  空気調和装置。
【図１】
2013093979.tif 000003
【図２】
2013093979.tif 000004
【図３】
2013093979.tif 000005
【図４】
2013093979.tif 000006
【図５】
2013093979.tif 000007
【図６】
2013093979.tif 000008
【図７】
2013093979.tif 000009
【図８】
2013093979.tif 000010
【図９】
2013093979.tif 000011
【図１０】
2013093979.tif 000012
【図１１】
2013093979.tif 000013
【図１２】
2013093979.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月2日(2014.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る空気調和装置は、負荷側熱交換器と、第１絞り装置と、熱源側熱交換器と、圧縮機とを接続し、前記負荷側熱交換器、前記第１絞り装置、前記熱源側熱交換器、および前記圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、前記第１絞り装置の開度、および前記圧縮機の運転容量を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、暖房運転時に、前記負荷側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように、前記第１絞り装置の開度を制御し、前記圧縮機の出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の運転容量を制御し、前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記負荷側熱交換器の凝縮温度が目標温度より低い場合には、前記圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の吐出圧力に基づいて前記第１絞り装置の開度を制御する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側熱交換器と、第１絞り装置と、熱源側熱交換器と、圧縮機とを接続し、前記負荷側熱交換器、前記第１絞り装置、前記熱源側熱交換器、および前記圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、
前記第１絞り装置の開度、および前記圧縮機の運転容量を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、暖房運転時に、
前記負荷側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように、前記第１絞り装置の開度を制御し、
前記圧縮機の出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の運転容量を制御し、
前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記負荷側熱交換器の凝縮温度が目標温度より低い場合には、前記圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の吐出圧力に基づいて前記第１絞り装置の開度を制御する空気調和装置。
【請求項２】
負荷側熱交換器と、第１絞り装置と、第２絞り装置と、熱源側熱交換器と、圧縮機とを接続し、
前記負荷側熱交換器、前記第１絞り装置、前記第２絞り装置、前記熱源側熱交換器、および前記圧縮機を含んだ冷媒回路に冷媒を循環させることで冷凍サイクルを形成する空気調和装置であって、
前記第１絞り装置の開度、および前記圧縮機の運転容量を制御する制御装置と、
前記圧縮機が冷媒をインジェクション可能な圧縮機であり、前記第１絞り装置と前記第２絞り装置との流路間から前記圧縮機のインジェクションポートに至るバイパス配管と、
該バイパス配管の流量を調整するバイパス絞り装置と、を備え、
前記制御装置は、暖房運転時に、
前記負荷側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように、前記第１絞り装置の開度を制御し、
前記圧縮機の出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の運転容量を制御し、
前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記負荷側熱交換器の凝縮温度が目標温度より低い場合には、前記圧縮機出口における冷媒の圧力が目標圧力になるように、前記圧縮機の吐出圧力に基づいて前記第１絞り装置の開度を制御する空気調和装置。
【請求項３】
前記第１絞り装置と前記第２絞り装置の間に、冷媒を貯留するレシーバを備え、
前記制御装置は、暖房運転時に、
前記圧縮機の吸入冷媒過熱度が目標値より低い場合に、該吸入冷媒過熱度が大きくなるように、前記第２絞り装置の開度を小さくする請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記制御装置は、暖房運転時に、
前記圧縮機の運転容量が該圧縮機の運転容量の最大値付近であり、前記圧縮機の吐出圧力が目標値より小さい場合に、前記第１絞り装置の開度制御に代えてまたは前記第１絞り装置の開度制御とともに、前記負荷側熱交換器に送風する風量を減少させ、前記目標圧力となるように制御することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記目標圧力の上限値は、前記圧縮機の吐出温度の上限制約温度、または、前記冷媒回路の配管の耐圧圧力から決定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吸入側に冷媒を貯留するアキュムレータを備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【国際調査報告】
2013093979.tif 000015
2013093979.tif 000016
2013093979.tif 000017
2013093979.tif 000018