(57)【要約】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。
2013145006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１２２４７６号公報
【特許文献２】特開平２００６−１７０６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】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。
【図３】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４】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】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［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。
【００１３】
［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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
［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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
Ｑ＝ＡＫ×ｄＴ    （数式１）
【００３６】
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。
【００３７】
１／ＡＫ＝１／（Ａ×αｏ）＋１／（Ａｉ×αｉ）    （数式２）
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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。
【図１】
2013145006.tif 000003
【図２】
2013145006.tif 000004
【図３】
2013145006.tif 000005
【図４】
2013145006.tif 000006
【図５】
2013145006.tif 000007
【図６】
2013145006.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月3日(2014.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
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、各々異なる容量を有する複数に分割された熱交換器と、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。
【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】
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、
各々異なる容量を有する複数に分割された熱交換器と、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】
前記複数に分割された熱交換器は、
前記冷媒の流路が異なるように構成され、
前記伝熱面積調整手段として、前記複数に分割された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。
【国際調査報告】
2013145006.tif 000009
2013145006.tif 000010
2013145006.tif 000011
2013145006.tif 000012