(57)【要約】【課題】  超臨界域で使用するＣＯ２などの冷媒を用いた冷凍空調装置において、装置の効率に寄与する放熱器内の冷媒量を安定かつ速やかに調整して効率のよい冷凍空調装置を提供する。【解決手段】  温熱利用運転で、蒸発器５出口の過熱度を蒸発器５の上流側に設けた膨張弁６の開度制御によって所定値に制御すると共に、高圧側の接続配管の冷媒状態が超臨界状態となるように膨張弁９を制御する。この状態で流量制御弁１３を制御して冷媒貯留容器１２に貯留する冷媒の密度を変化させ、放熱器１０内に存在する冷媒量を調整する。また、高圧目標値と放熱器出口温度目標値を設定し、この目標値になるように圧縮機３を容量制御すると共に冷媒量調整回路２０で放熱器１０に存在する冷媒量を調整する。【選択図】        図１
2006153349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、利用側熱交換器、利用側減圧装置、熱源側減圧装置、熱源側熱交換器に冷媒を循環して構成され高圧値を前記冷媒の臨界圧力より高い圧力とし低圧値を前記臨界圧力より低い圧力で運転する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに存在する冷媒量を増減可能な冷媒量調整回路と、前記利用側熱交換器で温熱を供給する温熱利用運転時に前記熱源側熱交換器出口の過熱度が所定値となるように前記熱源側減圧装置を制御する過熱度制御手段と、前記温熱利用運転時に前記冷媒量調整回路により前記利用側熱交換器に存在する冷媒量を調整して前記冷凍サイクルを循環する前記冷媒の温度または圧力が所定の状態になるように制御する冷媒量制御手段と、を備えることを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】
前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御手段と、前記利用側熱交換器で必要とする温熱量が得られるように高圧目標値及び前記利用側熱交換器の出口冷媒温度目標値を設定する目標設定手段と、を備え、前記冷媒量制御手段と前記圧縮機制御手段によって前記冷凍サイクルの高圧値が前記高圧目標値になるように制御すると共に前記利用側熱交換器の出口冷媒温度が前記出口冷媒温度目標値になるように制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
前記圧縮機制御手段は前記冷凍サイクルの高圧値が前記高圧目標値になるように前記圧縮機を容量制御し、前記冷媒量制御手段は前記利用側熱交換器の出口冷媒温度が前記出口冷媒温度目標値になるように前記冷媒量調整回路を制御することを特徴とする請求項２記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
前記熱源側減圧装置と前記利用側減圧装置を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態になるように、前記熱源側減圧装置と前記利用側減圧装置のそれぞれを制御する減圧装置制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
前記利用側熱交換器と前記利用側減圧装置とを有する室内機を複数備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
前記減圧装置制御手段は、前記利用側熱交換器それぞれの所定容量に応じて前記利用側減圧装置それぞれの流動抵抗を調整することを特徴とする請求項５記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
前記減圧装置制御手段は、前記利用側熱交換器それぞれの出口の冷媒温度またはそれらの冷媒温度を代表する代表冷媒温度が、前記冷凍サイクルの運転状態によって決定される出口温度目標値となるように前記利用側減圧装置それぞれの流動抵抗を調整することを特徴とする請求項５記載の冷凍空調装置。
【請求項８】
前記減圧装置制御手段は、前記利用側熱交換器それぞれの出口の冷媒温度が、前記熱源側減圧装置の入口の冷媒温度と所定温度差以内になるように前記利用側減圧装置それぞれの流動抵抗を調整することを特徴とする請求項７記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側減圧装置、利用側減圧装置、利用側熱交換器に冷媒を循環して構成され高圧値を前記冷媒の臨界圧力より高い圧力とし低圧値を前記臨界圧力より低い圧力で運転する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに存在する冷媒量を増減可能な冷媒量調整回路と、前記利用側熱交換器で冷熱を供給する冷熱利用運転時に前記利用側熱交換器出口の過熱度が所定値となるように前記利用側減圧装置を制御する過熱度制御手段と、前記冷熱利用運転時に前記冷媒量調整回路により前記熱源側熱交換器に存在する冷媒量を調整して前記冷凍サイクルを循環する冷媒の温度または圧力が所定の状態になるように制御する冷媒量制御手段と、を備えることを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項１０】
前記熱源側減圧装置と前記利用側減圧装置を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態になるように前記熱源側減圧装置を制御する減圧装置制御手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の冷凍空調装置。
【請求項１１】
高圧目標値または前記熱源側熱交換器の出口冷媒温度目標値を設定する目標値設定手段を備え、前記冷媒量制御手段は、前記目標値の少なくともいずれか一方を満足するように前記冷媒量調整回路を制御することを特徴とする請求項９または請求項１０記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】
前記圧縮機を可変容量圧縮機とし、前記冷凍サイクルの低圧値が所定値になるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御手段を備えたことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】
前記圧縮機を可変容量圧縮機とし、前記利用側熱交換器で必要とされる冷熱量が得られるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御手段を備えたことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１４】
圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側減圧装置、利用側減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒を循環し、高圧値を前記冷媒の臨界圧力より高い圧力とし低圧値を前記臨界圧力より低い圧力で運転する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに存在する冷媒量を増減可能な冷媒量調整回路と、を備えると共に、前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記利用側減圧装置、前記熱源側減圧装置、前記熱源側熱交換器に順に前記冷媒を循環して前記利用側熱交換器を放熱器とし前記熱源側熱交換器を蒸発器として運転する温熱利用運転モードと、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記熱源側減圧装置、前記利用側減圧装置、前記利用側熱交換器に順に前記冷媒を循環して前記利用側熱交換器を蒸発器とし前記熱源側熱交換器を放熱器として運転する冷熱利用運転モードと、を有し、前記温熱利用運転モードと前記冷熱利用運転モードの前記冷媒の流れを切換える流路切換弁と、前記温熱利用運転モード及び冷熱利用運転モードで運転する際に蒸発器となる熱交換器の出口の過熱度が所定値となるように前記蒸発器となる熱交換器の上流側に配設されている減圧装置を制御する減圧装置制御手段と、前記冷媒量調整回路により前記放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を調整して前記冷凍サイクルに存在する冷媒の温度または圧力が所定の状態になるように制御する冷媒量制御手段と、を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項１５】
前記利用側熱交換器と前記利用側減圧装置とを有する室内機を複数備えることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１６】
前記冷媒量調整回路は冷媒貯留容器を有すると共に、前記熱源側減圧装置と前記利用側減圧装置の間の冷媒配管と前記冷媒貯留容器とを接続及び切離し可能な高圧低温冷媒接続配管と、前記冷媒貯留容器と前記圧縮機吸入側を接続及び切離し可能な低圧低温冷媒接続配管と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１７】
前記利用側減圧装置と前記熱源側減圧装置を接続する配管内を流れる冷媒の温度を調節する温度調節用熱交換部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１８】
前記温度調節用熱交換部は、前記冷凍サイクルの冷媒配管と前記冷媒量調整回路との接続部よりも上流側に設けられ、前記接続部よりも上流側を流れる冷媒とその冷媒の一部を分岐して減圧した低温冷媒とを熱交換することで前記接続部を流れる冷媒の温度を調節するように構成したことを特徴とする請求項１７記載の冷凍空調装置。
【請求項１９】
前記冷媒量調整回路は、前記冷媒貯留容器と前記圧縮機吐出側を接続及び切離し可能な高圧高温冷媒接続配管を備えることを特徴する請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２０】
前記冷媒量制御手段は、前記放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量が少ない場合に前記冷媒貯留容器に密度の小さな冷媒が格納されるように前記高圧低温冷媒接続配管を切離して前記高圧高温冷媒接続配管または前記低圧低温冷媒接続配管を接続し、前記放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量が多い場合に前記冷媒貯留容器に密度の大きい冷媒が格納されるように前記高圧低温冷媒接続配管または前記高圧高温冷媒接続配管を接続し前記低圧低温冷媒接続配管を切離すことを特徴する請求項１９記載の冷凍空調装置。
【請求項２１】
前記圧縮機、前記熱源側減圧装置、前記熱源側熱交換器、前記冷媒貯留容器を室外機に格納し、前記利用側熱交換器と前記利用側減圧装置を室内機に格納し、前記室内機と前記室外機間を冷媒配管で接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２２】
冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴する請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２３】
圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器に冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機吐出側から前記減圧装置入口までの高圧側を臨界圧力以上、前記減圧装置出口から前記圧縮機入口までの低圧側を臨界圧力よりも低い圧力で運転して前記蒸発器または前記放熱器で冷凍空調を行う冷凍空調ステップと、前記蒸発器出口の過熱度を所定値になるように制御する過熱度制御ステップと、前記冷凍サイクルに接続切離し可能な冷媒貯留手段に余剰の冷媒を貯留することで前記放熱器に存在する冷媒量を調整する冷媒量制御ステップと、を備えたことを特徴とする冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２４】
前記過熱度制御ステップで行う前記蒸発器出口の過熱度制御の時間間隔を、前記冷媒量制御ステップで行う冷媒量調整制御の時間間隔よりも短い時間間隔とすることを特徴とする請求項２３記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２５】
前記放熱器で必要とする温熱量が得られるように高圧目標値及び放熱器出口冷媒温度目標値を設定する目標設定ステップと、循環する冷媒の高圧値が前記高圧目標値になるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップと、を備え、前記冷媒量制御ステップは、循環する前記冷媒の放熱器出口冷媒温度が前記放熱器出口冷媒温度目標値になるように冷媒量を調整して前記放熱器で温熱を供給利用することを特徴とする請求項２３または請求項２４記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２６】
高圧目標値を設定する目標設定ステップを備え、前記冷媒量制御ステップは、循環する冷媒の高圧値が前記高圧目標値になるように冷媒量を調整して前記蒸発器で冷熱を供給利用することを特徴とする請求項２３または請求項２４記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２７】
前記循環する冷媒の低圧値が所定値になるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップと、を備えたことを特徴とする請求項２６記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２８】
前記蒸発器で必要とする冷熱量が得られるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップと、を備えたことを特徴とする請求項２６記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項２９】
前記圧縮機制御ステップで行う圧縮機の容量制御の時間間隔を、前記冷媒量制御ステップで行う冷媒量調整制御の時間間隔よりも短い時間間隔とすることを特徴とする請求項２５または請求項２７または請求項２８に記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項３０】
圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器に冷媒を循環させて前記蒸発器または前記放熱器で冷凍空調を行う際に、前記圧縮機の吐出口から前記放熱器入口までの冷媒配管に流れる高圧高温冷媒を冷媒貯留容器に流入させて前記高圧高温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する高圧高温冷媒貯留ステップと、前記放熱器出口から前記減圧装置入口までの冷媒配管に流れる高圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に流入させて前記高圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する高圧低温冷媒貯留ステップと、前記冷媒貯留容器に貯留した高圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる低圧低温冷媒貯留ステップと、を備え、前記冷媒貯留容器に密度の異なる冷媒を貯留することで循環する前記冷媒の量を調整することを特徴とする冷凍空調装置の冷媒量制御方法。
【請求項３１】
循環する前記冷媒の高圧側を臨界圧力領域とするステップ、を備えたことを特徴とする請求項３０記載の冷凍空調装置の冷媒量制御方法。
【請求項３２】
前記高圧高温冷媒貯留ステップで前記冷媒貯留容器に貯留する高圧高温冷媒量と、前記高圧低温冷媒貯留ステップで前記冷媒貯留容器に貯留する高圧低温冷媒量との割合を変化させることで、前記冷媒貯留容器に貯留する冷媒の密度を連続的に変化させることを特徴とする請求項３０または請求項３１記載の冷凍空調装置の冷媒量制御方法。
【請求項３３】
冷凍空調装置の試運転時に、高圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する前記高圧低温冷媒貯留ステップで運転を行い、循環する冷媒の高圧値と高圧目標値との比較、もしくは放熱器出口冷媒温度と放熱器出口冷媒温度目標値との比較を行い、充填冷媒量不足を判定する充填冷媒量不足判定ステップと、低圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する前記低圧低温冷媒貯留ステップで運転を行い、循環する冷媒の高圧値と高圧目標値との比較、もしくは放熱器出口冷媒温度と放熱器出口冷媒温度目標値との比較を行い、充填冷媒量過剰を判定する充填冷媒量過剰判定ステップと、を備えたことを特徴とする請求項３０乃至請求項３２のいずれか１項に記載の冷凍空調装置の冷媒量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍空調装置に関するものであり、特に、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）などの超臨界域で使用する冷媒を用いる冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍空調装置に、冷媒としてＣＯ２を用いるとともに、蒸発器出口、または減圧装置の入口に冷媒を貯留するレシーバを設け、このレシーバ内の冷媒量を制御することで、装置の運転高圧を制御し、所定の冷却能力をもたらすようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報（第１―５頁、第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の冷凍空調装置では、レシーバ内の冷媒量を制御するために減圧装置を制御して蒸発器の運転状態を変更するようにしていたため、以下のような問題があった。まず蒸発器内の状態変化がレシーバ内の冷媒量変化を生じさせ、その変化が高圧側の冷媒量変化を生じさせるようになるので、蒸発器内の状態変化を起こしてから運転が安定するのに時間を要し、運転制御が不安定となりやすいという問題があった。特に複数の蒸発器となる室内側熱交換器を備えたマルチ型の冷凍空調装置の場合、室外機と室内機との延長配管の距離が長いため、運転が安定するためにさらに長い時間が必要となり、運転制御が不安定となりやすい。またマルチ型の冷凍空調装置の場合、各室内機が設置されている負荷状況に応じて運転制御がなされるように一般に各室内機の蒸発器に対応した減圧装置が設けられ、この減圧装置の制御で負荷に見合った能力が発揮されるように運転される。そこで、蒸発器の状態変化を起こさせて冷媒量制御をする場合、複数ある減圧装置の中でどの減圧装置に冷媒量調整作用を機能させるか決定せねばならず制御が煩雑になるという問題があった。また、室内機内に減圧装置が設けられている場合、冷媒量調整の判断制御が室外機でなされ、その判断を室内機に通信して減圧装置の制御を実施することになり、より制御が煩雑になるという問題があった。
【０００５】
この発明は以上の課題に鑑み、冷凍空調装置内の冷媒量分布の制御を簡易にかつ迅速に行い、運転制御を安定して実施できる冷凍空調装置を得ることを目的とする。
また、例えばＣＯ２などの超臨界域で使用する冷媒を用いた冷凍サイクルでは、運転状態に応じて運転効率（ＣＯＰ）が最大となる高圧値が存在することが知られており、冷媒量分布の制御によって高圧値をＣＯＰ最大となる高圧値近傍になるようにし、効率のよい運転を実現する冷凍空調装置を得ることを目的とする。
また、上記のような冷凍空調装置の運転制御方法を得ることを目的とする。
また、上記のような冷凍空調装置の冷媒量制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、利用側熱交換器、利用側減圧装置、熱源側減圧装置、熱源側熱交換器に冷媒を循環して構成され高圧値を前記冷媒の臨界圧力より高い圧力とし低圧値を前記臨界圧力より低い圧力で運転する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに存在する冷媒量を増減可能な冷媒量調整回路と、前記利用側熱交換器で温熱を供給する温熱利用運転時に前記熱源側熱交換器出口の過熱度が所定値となるように前記熱源側減圧装置を制御する過熱度制御手段と、前記温熱利用運転時に前記冷媒量調整回路により前記利用側熱交換器に存在する冷媒量を調整して前記冷凍サイクルを循環する前記冷媒の温度または圧力が所定の状態になるように制御する冷媒量制御手段と、を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る冷凍空調装置の制御方法は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器に冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機吐出側から前記減圧装置入口までの高圧側を臨界圧力以上、前記減圧装置出口から前記圧縮機入口までの低圧側を臨界圧力よりも低い圧力で運転して前記蒸発器または前記放熱器で冷凍空調を行う冷凍空調ステップと、前記蒸発器出口の過熱度を所定値になるように制御する過熱度制御ステップと、前記冷凍サイクルに接続切離し可能な冷媒貯留手段に余剰の冷媒を貯留することで前記放熱器に存在する冷媒量を調整する冷媒量制御ステップと、を備えたものである。
【０００８】
また、この発明に係る冷凍空調装置の冷媒量制御手段は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器に冷媒を循環させて前記蒸発器または前記放熱器で冷凍空調を行う際に、前記圧縮機の吐出口から前記放熱器入口までの冷媒配管に流れる高圧高温冷媒を冷媒貯留容器に流入させて前記高圧高温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する高圧高温冷媒貯留ステップと、前記放熱器出口から前記減圧装置入口までの冷媒配管に流れる高圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に流入させて前記高圧低温冷媒を前記冷媒貯留容器に貯留する高圧低温冷媒貯留ステップと、前記冷媒貯留容器に貯留した高圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる低圧低温冷媒貯留ステップと、を備え、前記冷媒貯留容器に密度の異なる冷媒を貯留することで循環する前記冷媒の量を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、蒸発器となる熱交換器出口の過熱度を所定値に制御することにより、蒸発器となる熱交換器に存在する冷媒量を大凡一定の状態で運転できる。この状態で冷媒量調整回路により冷媒量調整を行うことで、放熱器に存在する冷媒量を安定にかつ迅速に調整して運転できる。また、高圧側に循環させる冷媒量を調整して高圧値が高圧目標値になるように制御することで、高い効率で運転することができる冷凍空調装置が得られる。
また放熱器に存在する冷媒量を速やかに調整し、高圧値を運転効率の高い状態で運転するように制御できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
また、密度の異なる冷媒を冷媒貯留容器に貯留することで、冷媒貯留容器に貯留する冷媒量を変化させ、放熱器に存在する冷媒量を幅広く増減できる冷凍空調装置の冷媒量制御方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置を示す冷媒回路図であり、室外機１内には圧縮機３、流路切換弁である四方弁４、熱源側熱交換器である室外側熱交換器５、室外側減圧装置である室外側膨張弁６、高低圧熱交換器７、冷媒貯留容器１２、冷媒貯留容器１２と冷房運転時に室外側熱交換器５出口となる部分とを接続する接続配管１８ａに設けられた流量制御弁１３ａ、冷媒貯留容器１２と圧縮機３吐出側を接続する接続配管１８ｂに設けられた流量制御弁１３ｂ、冷媒貯留容器１２と圧縮機３吸入側を接続する接続配管１８ｃに設けられた流量制御弁１３ｃ、高低圧熱交換器７低圧側にバイパスされる流路に設けられた流量制御弁１４が搭載されている。この冷媒貯留容器１２、流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、接続配管１８ａ、１８ｂ、１８ｃで、冷媒量調整回路２０を構成している。
圧縮機１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、室外側膨張弁６、室内側膨張弁９ａ、９ｂは開度が可変に制御される電子膨張弁である。
【００１１】
また、利用側では複数台として例えば２台の室内機２ａ、２ｂを有し、室内機２ａ、２ｂ内には室内側減圧装置である室内側膨張弁９ａ、９ｂと利用側熱交換器である室内側熱交換器１０ａ、１０ｂが搭載されている。液管８及びガス管１１は室外機１と室内機２ａ、２ｂを接続する接続配管である。この冷凍空調装置の冷媒としては、例えばＣＯ２が用いられる。
【００１２】
室外機１内には圧力センサ１５ａが圧縮機３吐出側、圧力センサ１５ｂが圧縮機３吸入側、圧力センサ１５ｃが室外側膨張弁６と液配管８の間に設けられており、それぞれ設置場所の冷媒圧力を計測する。また温度センサ１６ａが圧縮機３吐出側、温度センサ１６ｂが室外側熱交換器５と室外側膨張弁６の間、温度センサ１６ｃが室外膨張弁６と高低圧熱交換器７の間、温度センサ１６ｄが高低圧熱交換器７と液管８の間、温度センサ１６ｅが高低圧熱交換器７低圧出口側、温度センサ１６ｆが圧縮機３吸入側に設けられており、それぞれ設置場所の冷媒温度を計測する。また温度センサ１６ｇは室外機１周囲の外気温度を計測し、温度センサ１６ｌは冷媒貯留容器１２に設けられ、冷媒貯留容器１２内に貯留される冷媒の温度を計測する。
【００１３】
室内機２ａ、２ｂ内には温度センサ１６ｈ、１６ｊが室内側熱交換器１０ａ、１０ｂと室内側膨張弁９ａ、９ｂの間に、温度センサ１６ｉ、１６ｋが室内側熱交換器１０ａ、１０ｂとガス管１１の間に設けられており、それぞれ設置場所の冷媒温度を計測する。
【００１４】
また、室外機１内には例えばマイクロコンピュータで構成された計測制御装置１７が設けられており、圧力センサ１５や温度センサ１６などによる計測情報や、冷凍空調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、室外側熱交換器５の熱交換量、室外側膨張弁６の開度、流量制御弁１３、１４の開度などを制御する。
【００１５】
ここで、冷凍空調装置全体から見た場合や、設置場所を室内または室外に限定しない場合には、その働きから圧縮機３が格納されている室外機１を熱源側、室内機２を利用側と称する。このため、室外側熱交換器５は熱源側熱交換器、室外側膨張弁６は熱源側減圧装置、室内側熱交換器１０は利用側熱交換器、室内側膨張弁９は利用側減圧装置となる。
【００１６】
次にこの冷凍空調装置での運転動作について説明する。まず冷熱運転利用モードである冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁４の流路は図１の実線方向に設定され、冷媒は実線矢印方向に流れる。そして圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４を経て室外側熱交換器５に流入し、放熱器となる室外側熱交換器５で放熱しながら温度低下する。この実施の形態では高圧値が冷媒の臨界圧力以上で運転するので、冷媒は超臨界状態のまま温度低下し放熱する。ここで高圧値が臨界圧力よりも低くなった場合には、冷媒は液化しながら放熱する。室外側熱交換器５を出た高圧低温の冷媒は室外側膨張弁６でわずかに減圧された後、高低圧熱交換器７にて高低圧熱交換器７出口で分岐され低圧となった冷媒と熱交換し、より冷却され低温となる。その後冷媒は液管８を経由して、室内機２ａ、２ｂに流入する。そして室内側膨張弁９ａ、９ｂで低圧二相の状態に減圧された後で、蒸発器となる室内側熱交換器１０ａ、１０ｂに流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化しながら室内機側の空気や水などの負荷側媒体に冷熱を供給する。室内側熱交換器１０ａ、１０ｂを出た低圧ガス冷媒は室内機２ａ、２ｂを出て、ガス管１１を経由し室外機１に流入し、四方弁４を経て圧縮機３に吸入される。また高低圧熱交換器７出口で分岐した一部の冷媒は流量制御弁１４で減圧され、低圧二相の状態となった後で、高低圧熱交換器７に流入し、高圧側の冷媒により加熱され蒸発し、低圧のガス冷媒となった後、ガス管１１を経由して室内機２ａ、２ｂから流入する冷媒と合流し、圧縮機３に吸入される。
【００１７】
次に温熱利用運転モードである暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁４の流路は図１の点線方向に設定され、冷媒は点線矢印方向に流れる。そして圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁４を経て室外機１を流出しガス管１１を経て室内機２ａ、２ｂに流入する。そして室内側熱交換器１０ａ、１０ｂに流入し、放熱器となる室内側熱交換器１０ａ、１０ｂで放熱しながら温度低下する。この実施の形態では高圧値が冷媒の臨界圧力以上で運転するので、冷媒は超臨界状態のまま温度低下し放熱する。ここで高圧値が臨界圧力よりも低くなった場合には、冷媒は液化しながら放熱する。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。室内側熱交換器１０ａ、１０ｂを出た高圧低温の冷媒は室内側膨張弁９ａ、９ｂでわずかに減圧された後、液管８を経由して、室外機１に流入した後で、高低圧熱交換器７にて高低圧熱交換器７入口で分岐され低圧となった冷媒と熱交換し、より冷却され低温となる。そして室外側膨張弁６で低圧二相の状態に減圧された後で、蒸発器となる室外側熱交換器５に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される。室外側熱交換器５を出た低圧ガス冷媒は四方弁４を経て圧縮機３に吸入される。また高低圧熱交換器７入口で分岐した一部の冷媒は流量制御弁１４で減圧され、低圧二相の状態となった後で、高低圧熱交換器７に流入し、高圧側の冷媒により加熱され蒸発し、低圧のガス冷媒となった後、四方弁４を経て圧縮機３に吸入される冷媒と合流し、圧縮機３に吸入される。
【００１８】
次にこの冷凍空調装置での運転制御動作について説明する。冷媒がＣＯ２である場合などのように高圧側が超臨界状態で運転される冷凍サイクルでは、よく知られているように、運転効率が最大となる高圧値が存在する。図２は、放熱器出口温度が同一であるときに高圧値を変化させたときの冷凍サイクルをＰＨ線図に示したものである。図２において高圧値がＰ１、Ｐ２、Ｐ３と上昇すると蒸発器でのエンタルピ差ΔＨｅが拡大し、その分冷凍能力が増加する。一方高圧値が上昇すると圧縮機入力に相当する圧縮機でのエンタルピ差ΔＨｃも増大する。このときのΔＨｅ、ΔＨｃの高圧値による変化の傾向を示すと図３のようになる。図３は横軸に高圧値、縦軸にエンタルピ及びＣＯＰを示すグラフである。図２のＰ１、Ｐ２、Ｐ３に対応して、点線でΔＨｅ及びΔＨｃを示し、実線でＣＯＰを示す。図３で示されるように、高圧上昇に伴う能力に相当するΔＨｅの増加率が入力に相当するΔＨｃの増加率よりも上回る領域では、ΔＨｅ／ΔＨｃであらわされる冷凍サイクルの効率ＣＯＰが上昇する。逆に能力に相当するΔＨｅの増加率が入力に相当するΔＨｃの増加率よりも下回る領域では、ＣＯＰが低下する。従ってＣＯＰが最大となる高圧値が存在し、図３の場合にはＰ２が該当する。なお、このＣＯＰが最大となる高圧値は、放熱器熱交換量及び放熱器出口温度によって変化する値である。
【００１９】
冷凍空調装置での高圧値は、放熱器内に存在する冷媒量によって決定される。冷媒状態が超臨界状態であるとき、冷媒の密度は圧力に応じて増加するので、図２の高圧値Ｐ３で運転されるときの放熱器内の冷媒量は、高圧値Ｐ１で運転されるときの放熱器内の冷媒量よりも多くなる。逆に放熱器内に存在する冷媒量が多くなるように運転すれば、高圧値は上昇し、放熱器内に存在する冷媒量が少なくなるように運転すれば、高圧値は低下する。そこでこの実施の形態では、放熱器内に存在する冷媒量を制御することで、高圧値をＣＯＰ最大となる圧力の近傍になるように制御する。
【００２０】
以下、冷房運転時の計測制御装置１７によって行われる制御動作について、図４、図５に基づいて説明する。図４は冷房運転における制御装置１７の構成を示し、図５は冷房運転における制御装置１７の制御動作を示すフローチャートである。冷房運転では、室内側熱交換器１０ａ、１０ｂが蒸発器となるので、ここで所定の熱交換量が発揮されるように、蒸発温度（蒸発器の二相冷媒温度）が設定され、この蒸発温度を実現する低圧値を低圧目標値として設定する。そして圧縮機制御手段３１でインバータによる回転数制御を行う。圧縮機３の運転容量は圧力センサ１５ｂで計測される低圧値が定められた目標値、例えば飽和温度１０℃に相当する低圧になるように制御される。また過熱度制御手段３２によって、室内側膨張弁９ａは温度センサ１６ｉの温度−温度センサ１６ｈの温度で演算される室内側熱交換器１０ａ出口の冷媒過熱度が目標値となるように開度制御する。また同様に過熱度制御手段３２によって、室内側膨張弁９ｂは温度センサ１６ｋの温度−温度センサ１６ｊの温度で演算される室内側熱交換器１０ｂ出口の冷媒過熱度が目標値となるように開度制御する。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば５℃を用いる。また室外側膨張弁６は減圧装置制御手段３３によって予め定められた初期開度、例えば全開又は全開に近い所定開度に制御される。また伝熱媒体である空気や水を搬送するファン回転数やポンプ流量などを室外側熱交換器５の熱交換量や室内側熱交換器１０ａ、１０ｂの熱交換量から予め定められた状態で運転する。流量制御弁１４は、温度センサ１６ｅの温度−圧力センサ１５ｂで計測される低圧から換算される冷媒飽和温度で演算される高低圧熱交換器７低圧側出口の冷媒過熱度が目標値となるように開度制御される。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば５℃を用いる。室外側膨張弁６の開度が全開または全開に近い所定開度であるため、室外側熱交換器５を出た冷媒が室外側膨張弁６でほとんど減圧されないように制御される。このとき室内側膨張弁９ａ、９ｂ入口より上流部分では超臨界状態に運転されることが望ましく、圧力センサ１５ｃで計測される圧力が臨界圧力以上になるように室外側膨張弁６の開度を制御し、圧力センサ１５ｃで計測される圧力が臨界圧力以下の場合は室外側膨張弁６の開度を開く制御を実施する。これまでの制御工程が図５のステップ１に示されている。
【００２１】
この状態で運転したときの高圧値を圧力センサ１５ａで検知する（ステップ２）。そして温度センサ１６ｂで計測される放熱器となる室外側熱交換器５の出口温度、温度センサ１６ｇで検知される外気温度、圧縮機３の運転容量などの運転状態から予め定められた演算式によってＣＯＰ最大となる最適高圧値を演算する。そして目標値設定手段３４によって最適高圧値に基づいて冷凍サイクルの高圧目標値を設定する（ステップ３）。ここで目標値設定手段３４で設定する高圧目標値はＣＯＰ最大となる最適高圧値の近傍となる圧力範囲を設定する。そしてこの高圧目標値と計測された高圧とを比較する（ステップ４）。比較した結果、高圧目標値の範囲に入っていなかった場合には、冷媒量制御手段３５によって、ステップ５、ステップ６に示すように冷媒量調整回路２０を制御して室外側熱交換器５内に存在する冷媒の量を調整する。具体的には、現在の高圧値が高圧目標値より低ければ、ステップ５で放熱器である室外側熱交換器５内の冷媒量が多くなるような放熱器冷媒量増加運転を実施する。逆に現在の高圧値が高圧目標値より高ければ、ステップ６で室外側熱交換器５内の冷媒量が少なくなるような放熱器冷媒量減少運転を実施する。ステップ４の比較で高圧値が高圧目標値を満足している場合には、ステップ１に戻る。
【００２２】
以下、冷媒量制御手段３５におけるステップ５、ステップ６に示した室外側熱交換器５内の冷媒量の制御方法をさらに詳しく説明する。冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒の密度を変化させることで、室外側熱交換器５内に存在する冷媒量を調整する。この実施の形態では、流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして、例えば開閉のみを行うことのできる開閉弁を用いて開閉制御し、流量制御弁１３ａが接続する冷媒配管を流れる冷媒（高圧低温）、流量制御弁１３ｂが接続する冷媒配管を流れる冷媒（高圧高温）、流量制御弁１３ｃ接続する冷媒配管を流れる冷媒（低圧低温）、のいずれかの冷媒を冷媒貯留容器１２内に貯留する。
【００２３】
流量制御弁１３ａを開、１３ｂ、１３ｃを閉とすると、室外側熱交換器５を出た高圧低温冷媒が接続配管１８ａを通って冷媒貯留容器１２内に流入するので、高圧低温の超臨界状態の冷媒が冷媒貯留容器１２内に滞留する。流量制御弁１３ｂを開、１３ａ、１３ｃを閉とすると、圧縮機３から吐出された高圧高温冷媒が接続配管１８ｂを通って冷媒貯留容器１２内に流入するので、高圧高温の超臨界状態の冷媒が滞留する。流量制御弁１３ｃを開、１３ａ、１３ｂを閉とすると、冷媒貯留容器１２内に高圧の冷媒が貯留されている場合には接続配管１８ｃを通って圧縮機３の吸入側に流出し、冷媒貯留容器１２内の冷媒状態は圧縮機３に吸入される冷媒状態と同じとなり、低圧低温のガス冷媒が滞留する。
【００２４】
冷媒密度は、
高圧低温の超臨界状態冷媒＞高圧高温の超臨界状態冷媒＞低圧低温のガス冷媒
であるので、冷媒貯留容器１２内の冷媒量は、
流量制御弁１３ａを開とした場合＞流量制御弁１３ｂを開とした場合＞流量制御弁１３ｃを開とした場合
となる。
【００２５】
冷凍空調装置内で室外側熱交換器５、冷媒貯留容器１２以外で、容積が大きく多くの冷媒が滞留する可能性のある箇所は、液管８、室内側熱交換器１０ａ、１０ｂ、ガス管１１であるが、液管８については、室外側膨張弁６の開度がほぼ全開に制御され、常に高圧低温の超臨界状態冷媒が滞留するように制御されるので大きな冷媒量の変動は生じない。室内側熱交換器１０ａ、１０ｂは、室内側膨張弁９ａ、９ｂの制御及び圧縮機３の制御により、熱交換器出口過熱度及び低圧が同じになるように制御されるので、こちらも大きな冷媒量の変動は生じない。またガス管１１も同様の制御により、低圧低温のガス状態に制御されるので、大きな冷媒量の変動は生じない。冷凍空調装置に充填されている冷媒量は一定であるので、冷媒貯留容器１２内に冷媒量の変動が生じた場合には、その影響は室外側熱交換器５内の冷媒量に表れる。即ち、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が増加すると、室外側熱交換器５内の冷媒量は減少し、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が減少すると、室外側熱交換器５内の冷媒量は増加する。
【００２６】
そこで、大きなＣＯＰが得られる高圧目標値よりも現在の高圧値が低ければ、放熱器である室外側熱交換器５内に存在する冷媒量が多くなるように制御すればよい。このため、流量制御弁１３ａが開の場合は、流量制御弁１３ａを閉、１３ｂを開に制御し、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、１３ｃを開に制御する。なお、流量制御弁１３ｃが開である場合には冷媒充填量が必要量より少ないことになるので、冷媒を追加充填したり、冷媒貯留容器１２の容量を小さくするなどの対応が必要となる。
実際の流量制御弁１３の動作としては、流量制御弁１３ａが開の場合は、流量制御弁１３ａを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧低温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出する。次に流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ｂを開にすることで、流量制御弁１３ｂ、接続配管１８ｂを通って高圧高温の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。また、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出し、冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒は低圧低温になる。高圧高温冷媒を高圧低温冷媒に入れかえる際の流量制御弁１３ｂ、１３ｃの開閉のタイミングは、温度センサ１６ｌで冷媒貯留容器１２の温度を検知して制御してもよいし、予め所定の時間で開閉するように設定しておいてもよい。
【００２７】
逆に、大きなＣＯＰが得られる高圧目標値よりも現在の高圧値が高ければ、放熱器である室外側熱交換器５内に存在する冷媒量が少なくなるように制御すればよい。このため、流量制御弁１３ｃが開の場合は、流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ｂを開にすることで、流量制御弁１３ｂを通って高圧高温の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。また、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、１３ａを開に制御することで、流量制御弁１３ａを通って高圧低温の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。なお、流量制御弁１３ａが開である場合には冷媒充填量が必要量より多いことになるので、冷媒を装置から放出回収したり、冷媒貯留容器１２の容量を増やすなどの対応が必要となる。
実際の流量制御弁１３の動作としては、流量制御弁１３ｃが開の場合は、流量制御弁１３ｂを開にすることで、高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｂ、接続配管１８ｂを通って冷媒貯留容器１２内に貯留する。また、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出する。次に流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ａを開にすることで、流量制御弁１３ａ、接続配管１８ａを通って高圧低温の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。この場合にも、高圧低温冷媒を高圧高温冷媒に入れかえる際の流量制御弁１３ａ、１３ｃの開閉のタイミングは、温度センサ１６ｌで冷媒貯留容器１２の温度を検知して制御してもよいし、予め所定の時間で開閉するように設定しておいてもよい。
【００２８】
このようにして、冷房運転において、蒸発器となる熱交換器出口の過熱度を所定値に制御することにより、蒸発器となる熱交換器に存在する冷媒量を大凡一定の状態で運転できる。この状態で冷媒量調整回路２０により冷媒量調整を行うことで、高圧側に存在する冷媒量を安定にかつ迅速に調整して運転制御できる。また、高圧目標値を設定して、高圧側に循環させる冷媒量によって高圧値を運転効率最大となる状態に制御することで、効率のよい運転を実現でき、高信頼性かつ高効率の冷凍空調装置の運転を実現できる。
特に流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃの開閉を制御することで、放熱器内の冷媒量を増減して高圧値をＣＯＰが最大となる高圧値近傍の値となるように制御でき、効率のよい冷凍空調装置の運転を実現できる。
【００２９】
上記では、従来装置のように蒸発器内に状態変化を起こさせて冷媒量を制御するのではなく、冷媒量の移動を室外側熱交換器５と冷媒貯留容器１２との間で直接影響が表れるように実施できることから、短時間で安定的に冷媒量制御を実施することができ、より効率のよい冷凍空調装置の運転を安定的に実現できる。
【００３０】
また、図１に示した冷媒回路では、室内側膨張弁９と室外側膨張弁６を接続する配管内を流れる冷媒の温度を調節する温度調節用熱交換部として高低圧熱交換器７を設けて、液管８に流れる冷媒の温度が所定の温度になるように制御している。このため、液管８に存在する冷媒量をより正確に制御でき、安定した運転を実現できる。
【００３１】
また、減圧装置制御手段３３によって室外側膨張弁６と室内側膨張弁９ａ、９ｂを接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態になるように室外側膨張弁６を制御するように構成しているので、安定した冷媒状態で運転できる冷凍空調装置が得られる。
【００３２】
また、圧縮機３を可変容量圧縮機とし、圧縮機制御手段３１で冷凍サイクルの低圧値が所定値になるように容量制御するように構成した。この低圧値は室内側熱交換器１０ａ、１０ｂで必要とされる冷熱量に基づき、その冷熱量が得られるように設定しているので、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる。
【００３３】
ここで、圧縮機３の容量制御方法としては以下のような方法をとってもよい。室内側熱交換器１０ａ、１０ｂで所定の熱交換量が発揮されるように低圧目標値を決定して、容量制御を実施したが、負荷側の冷却状況に応じて容量制御方法を変更しても良い。例えば負荷側が室内空間であり、装置使用者が設定する設定空気温度よりも室内空間の空気温度が高い場合には、現時点よりもより大きな熱交換量が必要とされるので、低圧目標値を低く変更する。逆に設定空気温度よりも室内空間の空気温度が低い場合には、熱交換量過剰であるので、現時点より熱交換量が少なくなるように、低圧目標値を高く変更する。
また圧縮機３の容量制御方法として、低圧を介さずに、設定空気温度と室内空間の空気温度の偏差など、負荷側の冷却状況をもとに直接圧縮機３の容量制御を行ってもよい。例えば設定空気温度に対し室内空間の空気温度が高い場合には、圧縮機３の容量を増加させ、設定空気温度に対し室内空間の空気温度が低い場合には、圧縮機３の容量を減少させる。
このように圧縮機３を可変容量圧縮機とし、圧縮機制御手段３１によって、室内側熱交換器１０ａ、１０ｂで必要とされる冷熱量が得られるように圧縮機３を容量制御しても、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる。
【００３４】
なお、上記では冷媒量制御手段３５によって冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整を行う際に、高圧目標値を設定して冷媒量を調整制御したが、放熱器出口冷媒温度を用いてもよい。即ち室外側熱交換器５の出口冷媒温度目標値を設定し、室外側熱交換器５の出口冷媒温度がこの目標値になるように冷媒量を調整制御する。例えば、効率が最大となる高圧値と放熱器出口冷媒温度の相関を予め求めておき、圧力センサ１５ａで検知された高圧値を用いて前記相関から効率が最大となる放熱器出口冷媒温度を決定し、これに基づいて室外熱交換器５の出口冷媒温度目標値とする。そして、温度センサ１６ｂで検知される室外熱交換器５の出口冷媒温度と、その目標値とを比較する。室外熱交換器５の出口冷媒温度目標値に対し、実際の冷媒温度が低い場合には、室外側熱交換器５に存在する冷媒量が多すぎるので、室外側熱交換器５に存在する冷媒量が少なくなるように図５のステップ６に示すような制御動作を行って、冷媒貯留容器１２内の冷媒量を増加させる。逆に室外熱交換器５の出口冷媒温度目標値に対し、実際の冷媒温度が高い場合には、室外側熱交換器５に存在する冷媒量が少ないので、室外側熱交換器５に存在する冷媒量が多くなるように図５のステップ５に示すような制御動作を行って、冷媒貯留容器１２内の冷媒量を減少させる。このように放熱器出口冷媒温度目標値を設定して高圧側に存在する冷媒量を制御しても、高効率で高信頼性の冷凍空調装置が得られる。
【００３５】
次に、暖房運転時の計測制御装置１７によって行われる制御動作について説明する。暖房運転では、室内側熱交換器１０ａ、１０ｂが放熱器となるので、冷凍サイクルの効率に大きく影響を与える高圧値が、室内側熱交換器１０の熱交換量にも影響を与える。そこで運転としては、単純に効率重視で高圧値を制御するだけでなく、まず室内側熱交換器１０の熱交換量が要求量以上となる運転を実現し、次いで効率のよい運転となるように制御する。
【００３６】
放熱器の熱交換量は、概ね冷凍サイクルの高圧値と放熱器出口温度に支配される。図６は異なる放熱器出口温度の場合の高圧値と放熱器熱交換量の関係を示すグラフであり、横軸に高圧値、縦軸に放熱器熱交換量を示す。
図６の３本の曲線に示されるように、放熱器出口温度の高低に応じてほぼ平行に変化し、高圧値が高いほど、また放熱器出口温度が高いほど、放熱器内平均冷媒温度は高くなり熱交換量は増加する。熱交換量一定でみると、放熱器出口温度が低いほど高圧値は高くなる。放熱器熱交換量を一定にした時の、高圧値に対する放熱器出口温度を図７（ａ）に示し高圧値に対するＣＯＰを図７（ｂ）に示す。図７（ａ）に示されるように熱交換量一定条件下での高圧値と放熱器出口温度の相関が得られる。この相関上で冷凍サイクルの効率を求めると、図７（ｂ）に示されるように効率ＣＯＰが最大となる高圧値（ＰＫ）が存在する。
【００３７】
図８は暖房運転における制御装置１７の構成を示し、図９は暖房運転における制御装置１７の制御動作を示すフローチャートである。所定の熱交換量が決定される（ステップ１１）と、その熱交換量を実現するとともに効率最大となる高圧目標値ＰＫと最適放熱器出口温度の組み合わせを目標値設定手段３４で設定する（ステップ１２）。そしてこの値を制御目標値として運転制御を行う。この制御目標値は最適値の近傍で、ある程度の幅を持つように設定する。
圧縮機制御手段３１でインバータによる回転数制御を行なう。圧縮機３の運転容量は圧力センサ１５ａで計測される高圧値が前述のように設定された高圧目標値ＰＫ、例えば１０ＭＰａの近傍になるように制御される。
また減圧装置制御手段３３は室内側膨張弁９ａ、９ｂそれぞれの開度を、室内機２ａ、２ｂそれぞれの所定熱交換量に基づく所定容量に応じて決定される流動抵抗になるように調整する。この開度は固定開度とする。室内機２の所定容量が大きい場合には固定開度は大きく、室内機２の所定容量が小さい場合には固定開度は小さく設定される。なお、室内側膨張弁９ａ、９ｂの固定開度のそれぞれは、室内側膨張弁９ａ、９ｂ出口の冷媒が大きく減圧されて臨界圧力以下とならないように、例えば差圧が０．５ＭＰａ程度になるように決定される。従って、冷凍サイクルの高圧配管内の冷媒、即ち室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６の間の冷媒配管を流れる冷媒は超臨界状態になる。
また過熱度制御手段３２によって、室外側膨張弁６は、温度センサ１６ｆの温度−圧力センサ１５ｂで計測される低圧値から換算される冷媒飽和温度で演算される圧縮機３吸入の冷媒過熱度が目標値となるように開度制御される。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば２℃を用いる。また室外側熱交換器５の熱交換量、室内側熱交換器９ａ、９ｂの熱交換量は伝熱媒体である空気や水を搬送するファン回転数やポンプ流量などを予め定められた状態で運転する。流量制御弁１４は、温度センサ１６ｅの温度−圧力センサ１５ｂで計測される低圧から換算される冷媒飽和温度で演算される高低圧熱交換器７の低圧側出口の冷媒過熱度が目標値となるように開度制御される。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば５℃を用いる。この制御工程が図９のステップ１３に示されている。
【００３８】
この状態で運転したときの高低圧熱交換器７入口の温度を温度センサ１６ｄで計測する（ステップ１４）。この温度は放熱器である各室内側熱交換器１０出口の冷媒が合流したときの温度を示すため、放熱器出口温度の代表温度と見なすことができる。この放熱器出口温度の値と前述した方法で設定された放熱器出口温度目標値とを比較する（ステップ１５）。ここで放熱器出口温度と冷媒量との相関を見ると、放熱器出口温度が高くなると、放熱器全体の平均冷媒温度も高く、逆に低くなると、放熱器全体の平均冷媒温度も低くなる一方、冷媒密度は温度が一般に低いほど高くなるので、放熱器出口温度が高いと、放熱器に存在する冷媒量は少なく、放熱器出口温度が低いと、放熱器に存在する冷媒量は多くなる。
【００３９】
従って、冷媒量制御手段３５では、計測される放熱器出口温度の代表温度が放熱器出口温度目標値に比べて高い場合は放熱器の冷媒量が必要量に足りないことになるので、放熱器である室内側熱交換器１０内の冷媒量が多くなるように制御する（ステップ１６）。逆に計測される放熱器出口温度の代表温度が目標値に比べて低い場合は放熱器に必要量以上の冷媒量があることになるので、放熱器である室内側熱交換器１０内の冷媒量が少なくなるように制御する（ステップ１７）。ステップ１５の比較で計測される放熱器出口温度の代表温度が目標値を満足している場合には、ステップ１１に戻る。
【００４０】
冷媒量制御手段３５における室内側熱交換器１０内の冷媒量制御は、冷房運転の場合と同様に実施する。計測される放熱器出口温度の代表温度が目標値に比べて高ければ、放熱器である室内側熱交換器１０内の冷媒量が多くなるように制御するため、冷媒貯留容器１２に貯留する冷媒の密度を小さくする。このため、ステップ１６に示すように、流量制御弁１３ａが開の場合は、流量制御弁１３ａを閉、１３ｂを開に制御し、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、１３ｃを開に制御する。なお、流量制御弁１３ｃが開である場合には冷媒充填量が必要量より少ないことになるので、冷媒を追加充填したり、冷媒貯留容器１２の容量を小さくするなどの対応が必要となる。
実際の流量制御弁１３の動作としては、流量制御弁１３ａが開の場合は、流量制御弁１３ａを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧低温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出する。次に流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ｂを開にすることで、流量制御弁１３ｂ、接続配管１８ｂを通って高温高圧の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。また、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出し、冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒は低圧低温になる。高圧高温冷媒を高圧低温冷媒に入れかえる際の流量制御弁１３ｂ、１３ｃの開閉のタイミングは、温度センサ１６ｌで冷媒貯留容器１２の温度を検知して制御してもよいし、予め所定の時間で開閉するように設定しておいてもよい。
【００４１】
逆に、計測される放熱器出口温度の代表温度が目標値に比べて低ければ、放熱器である室内側熱交換器１０内の冷媒量が少なくなるように制御するため、冷媒貯留容器１２に貯留する冷媒の密度を大きくする。このため、ステップ１７に示すように、流量制御弁１３ｃが開の場合は、流量制御弁１３ｃを閉、１３ｂを開に制御し、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、１３ａを開に制御する。なお、流量制御弁１３ａが開である場合には冷媒充填量が必要量より多いことになるので、冷媒を装置から放出回収したり、冷媒貯留容器１２の容量を増やすなどの対応が必要となる。
実際の流量制御弁１３の動作としては、流量制御弁１３ｃが開の場合は、流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ｂを開にすることで、高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｂ、接続配管１８ｂを通って冷媒貯留容器１２内に貯留する。また、流量制御弁１３ｂが開の場合は、流量制御弁１３ｂを閉、流量制御弁１３ｃを開にすることで、冷媒貯留容器１２内に貯留していた高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｃ、接続配管１８ｃを通って低圧側に流出する。次に流量制御弁１３ｃを閉、流量制御弁１３ａを開にすることで、流量制御弁１３ａ、接続配管１８ａを通って高圧低温の冷媒が流入して冷媒貯留容器１２内に貯留する。この場合にも、高圧低温冷媒を高圧高温冷媒に入れかえる際の流量制御弁１３ａ、１３ｃの開閉のタイミングは、温度センサ１６ｌで冷媒貯留容器１２の温度を検知して制御してもよいし、予め所定の時間で開閉するように設定しておいてもよい。
【００４２】
このようにして、暖房運転において、蒸発器となる熱交換器出口の過熱度を所定値に制御することにより、蒸発器となる熱交換器に存在する冷媒量を大凡一定の状態で運転できる。この状態で冷媒量調整回路２０により冷媒量調整を行うことで、高圧側に存在する冷媒量を安定にかつ迅速に調整して運転制御できる。
また、高圧目標値と放熱器出口温度目標値のそれぞれ目標値を設定して圧縮機の容量制御と冷媒量制御を行うことで、必要とされる熱交換量を室内側熱交換器１０から供給できる。また、高圧目標値を設定して運転効率最大となる状態に制御することで、効率のよい運転を実現でき、高信頼性かつ高効率の冷凍空調装置の運転を実現できる。
さらに、流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃの開閉を制御することで、放熱器内の冷媒量を増減して放熱器出口温度を目標値とし、放熱器で必要な熱交換量を確実に供給するように運転できる。
また、過熱度制御手段３２によって室外側膨張弁６の開度を制御することで、室外側熱交換器５出口の冷媒過熱度とほぼ等しい圧縮機３吸入の過熱度がほぼ一定になるように制御されるため、室外側熱交換器５の冷媒量が変化しないように運転制御される。また液管８については、減圧装置制御手段３３で行なう室内側膨張弁９ａ、９ｂ及び室外側膨張弁６の開度制御により、常に高圧低温の超臨界状態冷媒が滞留するように制御されるので、大きな冷媒量の変動は生じない。ガス管１１も常に高圧高温の超臨界状態の冷媒が存在することになるので、大きな冷媒量の変動は生じない。冷凍空調装置に充填されている冷媒量は一定であるので、冷媒貯留容器１２内の冷媒量変動が生じた場合には、その影響は主に室内側熱交換器１０内の冷媒量に表れることになる。即ち、従来装置のように蒸発器内に状態変化を起こさせて冷媒量を制御するのではなく、冷媒量の移動を室内側熱交換器１０と冷媒貯留容器１２との間で直接影響が表れるように実施できることから、短時間で安定的に冷媒量制御を実施することができ、より効率のよい冷凍空調装置の運転を安定的に実現できる。
【００４３】
上記では暖房運転時の冷媒量調整に用いる放熱器出口温度の代表値を温度センサ１６ｄで検知される温度としているが、放熱器となる各室内側熱交換器１０ａ、１０ｂ出口の冷媒温度１６ｈ、１６ｊをもとに代表冷媒温度を決定してもよい。このとき、各室内側熱交換器１０ａ、１０ｂを流れる冷媒流量比に応じて加重平均をとって代表冷媒温度を求めることが望ましく、冷媒流量比に相当する室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度比や室内機２ａ、２ｂの設定容量比などに基づいて加重平均を求める。
複数の放熱器出口温度が全て同じ温度であるとは限らないので、運転中に複数の放熱器に対して平均的な放熱器出口温度であると見なせる温度を計測または演算することで放熱器出口温度の代表値とすればよい。この放熱器出口温度の代表値を目標放熱器出口温度になるように冷媒量を調整すれば、必要な熱交換量を供給できると共に効率よく冷凍サイクルを運転できる。
【００４４】
なお、上記では冷媒量制御手段３５によって冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整を行う際に放熱器出口温度が目標値となるように制御したが、高圧値の目標値を設定してこの高圧目標値になるように冷媒量調整を行ってもよい。
例えば、温度センサ１６ｄで検知される放熱器出口温度の代表値が、室内側熱交換器１０で必要となる熱交換量から決定される放熱器出口温度目標値となるように圧縮機３の容量制御を行う。そして圧力センサ１５ａで検知される高圧値が、図９のステップ１２における放熱器出口温度目標値とともに設定される高圧目標値となるように冷媒量調整を行う。この場合には、検知した高圧値が高圧目標値より高い場合には、室内側熱交換器１０に存在する冷媒量が多すぎるので、室内側熱交換器１０に存在する冷媒量が少なくなるように冷媒貯留容器１２内の冷媒量を増加させる。逆に検知した高圧値が高圧目標値より低い場合には、室内側熱交換器１０に存在する冷媒量が少ないので、室内側熱交換器１０に存在する冷媒量が多くなるように冷媒貯留容器１２内の冷媒量を減少させる。このように高圧側に存在する冷媒量を制御しても、高効率で高信頼性の冷凍空調装置が得られる。
【００４５】
暖房運転でも冷房運転と同様、圧縮機３の容量制御方法として、負荷側の加熱状況に応じて容量制御方法を変更してもよい。例えば負荷側が室内空間であり、装置使用者が設定する設定空気温度よりも室内空間の空気温度が低い場合には、現時点よりもより大きな熱交換量が必要とされるので、室内側熱交換器１０の所定熱交換量をより大きな値に変更し、この変更に応じて、高圧目標値及び放熱器出口温度目標値を修正する。逆に設定空気温度よりも室内空間の空気温度が高い場合には、現時点で熱交換量過剰であるので、室内側熱交換器１０の所定熱交換量をより小さな値に変更し、この変更に応じて、高圧目標値及び放熱器出口温度目標値を修正する。このような制御を行なっても、必要な温熱量を確実に得られ、かつ高効率で運転される冷凍空調装置が得られる。
【００４６】
また圧縮機３の容量制御方法として、高圧など室内側熱交換器１０の所定熱交換量を介さずに、設定空気温度と室内空間の空気温度の偏差など、負荷側の加熱状況をもとに直接圧縮機３の容量制御を行ってもよい。例えば設定空気温度に対し室内空間の空気温度が低い場合には、圧縮機３の容量を増加させ、設定空気温度に対し室内空間の空気温度が高い場合には、圧縮機３の容量を減少させる。このような暖房運転を行った場合、高圧と放熱器出口温度の相関から、放熱器内の冷媒量の多少を判断して冷媒量調整を行う。例えば高圧及び圧縮機３の容量から効率最大となる放熱器出口温度の相関を予め求めておき、この相関から得られる放熱器出口温度を目標値として、放熱器出口温度がこの目標値となるように放熱器内の冷媒量調整を行う。このような制御を行なっても、上記と同様、必要な温熱量を確実に得られ、かつ高効率で運転される冷凍空調装置が得られる。
【００４７】
室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度については、室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態となるように制御することが望ましい。室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態を臨界状態に保つことで、液管８内に存在する冷媒量を一定量として運転することができる。このため、この状態で放熱器１０内の冷媒量の調整を行うことで、短時間で安定的に冷媒量制御を実施することができ、より確実に効果を得ることができる。
【００４８】
上記では、室内側膨張弁９ａ、９ｂのそれぞれは、室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態となる開度の範囲に設定され、さらに室内機２ａ、２ｂの所定熱交換量に基づく所定容量比から決定される固定開度となるように流動抵抗を設定している。このため、運転が簡単で、ある程度室内側熱交換器１０ａ、１０ｂの熱交換量に応じて冷媒を分配して循環させることができる。
【００４９】
また室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度を固定開度とせずに、運転状態に応じて適宜変更してもよい。室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態となるように制御することが望ましいが、室外機１の運転状態によっては室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態にならない場合もある。そこで圧力センサ１５ｃで計測される圧力が臨界圧力以上になるように減圧装置制御手段３３によって室内側膨張弁９ａ、９ｂ及び室外側膨張弁６の開度を制御する。例えば、圧力センサ１５ｃで計測される圧力が臨界圧力以下である場合は膨張弁開度を開く制御を実施する。このように室内側膨張弁９ａ、９ｂのそれぞれの開度即ち流動抵抗を変更して、液管８を流れる冷媒の状態を超臨界状態となる開度に制御すれば、安定して運転することができる。
【００５０】
また室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度を運転状態に応じて適宜変更する構成で、室内側膨張弁９ａ、９ｂのそれぞれを、室内側膨張弁９ａ、９ｂと室外側膨張弁６を接続する配管内の冷媒状態が超臨界状態となる開度の範囲に設定し、さらに以下のように補正してもよい。
例えば、温度センサ１６ｈ、１６ｊで計測される各室内側熱交換器１０ａ、１０ｂ出口の冷媒温度と、温度センサ１６ｄで計測される高低圧熱交換器７入口の温度、すなわち放熱器出口代表温度とを比較し、比較結果に基づいて開度補正する。各室内側熱交換器１０ａ、１０ｂの出口温度と放熱器出口代表温度との偏差が大きくない場合、例えば５℃程度以下の場合には、室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度を変更する必要がない。一方、温度偏差が大きく例えば５℃よりも大きい場合には所定温度差、例えば５℃以内になるように、各室内側膨張弁９ａ、９ｂの開度を制御する。例えば室内側熱交換器１０ａ出口の冷媒温度が放熱器出口代表温度に対して所定温度以上高く、室内側熱交換器１０ｂ出口の冷媒温度が放熱器出口代表温度に対して所定温度以上低くなっているような場合には、室内側熱交換器１０ａの平均冷媒温度が高く、熱交換量が所定値よりも多く、室内側熱交換器１０ｂの平均冷媒温度が低く、熱交換量が所定値よりも少なくなっている。このようなの場合には、室内側熱交換器１０ｂの能力不足が発生しており、開度変更が必要となる。室内側熱交換器１０ａを流れる冷媒流量が多く、室内側熱交換器１０ｂを流れる冷媒流量が少なくなっているので、室内側膨張弁９ａの開度を小さく、室内側膨張弁９ｂの開度を大きく制御する。一般的な制御手法で記すと、放熱器出口代表温度に対し、室内側熱交換器１０出口の冷媒温度が所定温度以上高い場合には、室内側膨張弁９の開度を小さく変更し、放熱器出口代表温度に対し、室内側熱交換器１０出口の冷媒温度が所定温度以上低い場合には、室内側膨張弁９の開度を大きく変更する。
このような複数の室内機２を備えた構成で、室内膨張弁９ａ、９ｂそれぞれの開度制御を行うことで、所定量に対する室内側熱交換器１０の熱交換量の過不足を解消でき、複数の室内側熱交換器１０のそれぞれにバランスよく適切な熱交換量を供給できる冷凍空調装置が得られる。
【００５１】
以上の冷媒量制御方法は、冷凍空調装置の構成が特に複数台の室内機２が接続されるマルチ型の冷凍空調装置において以下の点で有効となる。一般にマルチ型の装置の場合、室外機１と室内機２間を接続する配管８、１１が長くなるため、装置に充填される冷媒量が多くなる。一方では、各室内機２それぞれで運転停止が発生するため、運転条件による冷媒量変動が大きくなり、運転が不安定となるとともに、最適冷媒量での運転が行いにくく、運転効率が低下しやすい。とくに接続配管の状態が気液二相状態となると、そこに存在する液量の変動によって大きな冷媒量変動が生じやすくなる。配管長の長いマルチ型の装置ではより大きな冷媒量変動を生じることになる。この実施の形態では、このような条件の下でも、蒸発器出口の過熱度を所定値とすると共に、接続配管の冷媒状態を超臨界状態とするように制御する。即ち、冷媒量変動が少なくなるように制御することができるので、運転が安定しやすくなり、最適冷媒量での運転を容易に実現でき、高効率の運転を行うことができる。
【００５２】
また、この実施の形態による制御における室内機側膨張弁９の制御は、室内機２の容量や形態によらず汎用的に搭載可能である。同時に室外機１側の圧縮機３、膨張弁６、冷媒量制御も室内機２の容量や形態によらず汎用的に実施できる。従って、マルチ型の装置を想定した室外機１に不特定の室内機２が接続される場合でも制御変更を行わなくてもよく、自在な装置構成を容易に実現することができ、より汎用的となる。
【００５３】
この実施の形態では、四方弁４の流路切換により冷暖房運転を実現しており、室外側膨張弁６、室内側膨張弁９の開度制御により、冷暖いずれの運転においても冷媒貯留容器１２に超臨界状態である低温冷媒の供給を可能としている。従って冷暖いずれの運転においても同様の制御で冷媒量調整を行うことができ、高効率運転を実現するとともに、制御の簡素化を可能としている。
特に冷房と暖房の両方を行う冷凍空調装置では、冷房運転と暖房運転で必要となる冷媒の量が異なる。このような場合には過剰な冷媒を貯留し、不足である冷媒を補充することが必要となり、この実施の形態における冷媒貯留回路２０の作用効果は大きいものである。
【００５４】
この実施の形態では、高圧高温冷媒、高圧低温冷媒、低圧低温冷媒の冷媒密度の差によって冷媒量を調整するので、調整できる冷媒量の幅が大きくできる。特に冷媒貯留容器１２に密度の大きい低温冷媒を貯留できるので、多量の冷媒を貯留でき、逆に言うと小さい冷媒貯留容器１２で冷媒量調整が可能となっている。従って冷媒貯留容器１２の小型化及びこれに伴って低コスト化を図ることができる。
【００５５】
この実施の形態で設けた冷媒貯留容器１２の容量は、充填冷媒量が２０ｋｇ程度の場合には約１０リットル程度としている。冷媒がＣＯ２の場合には、例えば高圧低温の冷媒の密度が７００ｋｇ／ｍ３程度、高圧高温の冷媒の密度が１５０ｋｇ／ｍ３程度、低圧低温の冷媒の密度が１００ｋｇ／ｍ３程度であり、冷媒貯留容器１２に貯留できる冷媒量は、７ｋｇ、１．５ｋｇ、１ｋｇのように、段階的に調整できる。
【００５６】
このように、冷媒量調整回路２０として、冷媒貯留容器１２を有すると共に、室外側膨張弁６と室内膨張弁９の間の冷媒配管と冷媒貯留容器１２とを接続及び切離し可能な高圧低温冷媒接続配管１８ａと、冷媒貯留容器１２と圧縮機３吸入側を接続及び切離し可能な低圧低温冷媒接続配管１８ｃとを備えることで、密度の異なる冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留できる構成である。特に高圧低温冷媒を貯留することで、多量の冷媒を貯留することができ、低圧低温冷媒を貯留することで、少量の冷媒を貯留することができ、貯留冷媒量の範囲を広くできる。
また、冷媒量調整回路２０にさらに冷媒貯留容器１２と圧縮機３吐出側を接続及び切離し可能な高圧高温冷媒接続配管１８ｂを備えることで、冷媒貯留容器１２に３段階の冷媒量を貯留でき、放熱器に存在する冷媒の量を３段階で制御できる。
【００５７】
さらに冷媒量制御手段３５は、放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量が少ない場合に冷媒貯留容器１２に密度の小さな冷媒が格納されるように高圧低温冷媒接続配管１８ａを切離して高圧高温冷媒接続配管１８ｂまたは低圧低温冷媒接続配管１８ｃを接続し、放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量が多い場合に冷媒貯留容器１２に密度の大きい冷媒が格納されるように高圧低温冷媒接続配管１８ａまたは高圧高温冷媒接続配管１８ｂを接続し低圧低温冷媒接続配管１８ｃを切離すことで、速やかに放熱器に存在する冷媒量を制御できる。
【００５８】
また、図５、図９の運転制御手順に示したように、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器に冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成し、圧縮機吐出側から減圧装置入口までの高圧側を臨界圧力以上、減圧装置出口から圧縮機入口までの低圧側を臨界圧力よりも低い圧力で運転して蒸発器または放熱器で冷凍空調を行う冷凍空調ステップと、蒸発器出口の過熱度を所定値になるように制御する過熱度制御ステップ（ステップ１、ステップ１３）と、冷凍サイクルに接続切離し可能な冷媒貯留手段１２に余剰の冷媒を貯留することで放熱器に存在する冷媒量を調整する冷媒量制御ステップ（ステップ５、６、１６、１７）と、を備えたことにより、超臨界域で使用するＣＯ２などの冷媒を用いた冷凍空調装置において、装置の効率に寄与する放熱器内の冷媒量を安定かつ速やかに調整して効率よく運転できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
【００５９】
また、図９に示すように、放熱器で必要とする温熱量が得られるように高圧目標値及び放熱器出口冷媒温度目標値を設定する目標設定ステップ（ステップ１２）と、循環する冷媒の高圧値が前記高圧目標値になるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップ（ステップ１３）と、を備え、前記冷媒量制御ステップ（ステップ１６、１７）は、循環する前記冷媒の放熱器出口冷媒温度が前記放熱器出口冷媒温度目標値になるように冷媒量を調整して前記放熱器で温熱を供給利用することで、装置の効率に寄与する放熱器内の冷媒量を安定かつ速やかに調整して効率よく温熱利用運転できると共に、必要な温熱量が得られる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
【００６０】
また、図５に示すように、高圧目標値を設定する目標設定ステップ（ステップ３）を備え、冷媒量制御ステップ（ステップ５、６）は、循環する冷媒の高圧値が前記高圧目標値になるように冷媒量を調整して前記蒸発器で冷熱を供給利用することで、装置の効率に寄与する放熱器内の冷媒量を安定かつ速やかに調整して効率よく冷熱利用運転できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
【００６１】
また、循環する冷媒の低圧値が所定値になるように圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップ（ステップ１）を備えたことで、利用側熱交換器で必要な冷熱量を確実に確保できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
また、蒸発器で必要とする冷熱量が得られるように前記圧縮機を容量制御する圧縮機制御ステップを備えたことで、利用側熱交換器で必要な冷熱量を確実に確保できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
【００６２】
また、冷房運転時に室内側熱交換器１０の出口過熱度を制御する室内側膨張弁９の制御、及び暖房運転時に圧縮機３の吸入過熱度を制御する室外側膨張弁６の制御については、冷媒貯留容器１２内の冷媒量制御を調整する制御間隔よりは短い制御間隔で実施することが望ましい。前述したようにこれらの過熱度制御は蒸発器となる熱交換器の冷媒量が変動しないようにする機能を持つ。従って、過熱度制御を一定回数以上実施し、ある程度過熱度が安定してから、冷媒貯留容器１２内の冷媒量制御を調整する方が、その時点で放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量も安定し、その冷媒量に応じた高圧値や放熱器出口温度となるので、冷媒貯留容器１２内の冷媒量制御をより適切に実施しやすい。従ってより安定した装置の運転を実現できる。
なお、圧縮機３の容量制御を行った場合も蒸発器となる熱交換器の過熱度が変動し冷媒量が変動するので、圧縮機３の容量制御を行う時間間隔も冷媒量制御を行う時間間隔より短い間隔で実施し、蒸発器となる熱交換器の冷媒量を安定させてから冷媒量制御を行うことで、より安定した装置の運転を実現できる。
例えば、各膨張弁による過熱度制御及び圧縮機の容量制御の時間間隔は３０秒〜１分程度に設定し、冷媒量制御を行う時間間隔は３分〜５分程度のように前記の時間間隔よりも長い時間を設定すればよい。
【００６３】
このように、圧縮機制御ステップで行う圧縮機の容量制御の時間間隔を、前記冷媒量制御ステップで行う冷媒量調整制御の時間間隔よりも短い時間間隔とすることで、安定して運転できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
また、過熱度制御ステップで行う蒸発器出口の過熱度制御の時間間隔を、冷媒量制御ステップで行う冷媒量調整制御の時間間隔よりも短い時間間隔とすることで、安定して運転できる冷凍空調装置の運転制御方法が得られる。
【００６４】
また、室内側膨張弁９と室外側膨張弁６を接続する配管内を流れる冷媒の温度を調節するための温度調節用熱交換部は、図１では、冷媒貯留容器１２内の冷媒を流量制御弁１３ｃを介して圧縮機３吸入側に放出する回路構成としているが、図１０に示すように、高低圧熱交換器７の低圧側入口に放出する構成としてもよい。冷媒貯留容器１２内に滞留している冷媒が超臨界状態であっても低温冷媒の場合、圧縮機３吸入側にそのまま放出すると低圧に減圧したときに気液二相状態となり、圧縮機３に液が戻る運転となり、圧縮機３運転の信頼性上問題となる。高低圧熱交換器７低圧側入口に冷媒貯留容器１２内の冷媒が放出するようにすると、高低圧熱交換器７で熱交換し、低圧冷媒が加熱され、液冷媒が蒸発するので、圧縮機３に液が戻る運転を回避することができ、圧縮機３運転の信頼性を高めることができる。
【００６５】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の回路構成、冷熱利用、温熱利用における圧縮機３、四方弁４、室外側膨張弁６、室内側膨張弁９、流量制御弁１４の制御は実施の形態１と同様であり、ここでは冷媒量調整回路の別の構成及び作用、即ち冷媒量貯留容器１２の冷媒量調整における別の実施の形態について説明する。
ここでも実施の形態１と同様、冷媒貯留容器１２を有すると共に、熱源側減圧装置６と利用側減圧装置９の間の冷媒配管と冷媒貯留容器１２とを接続及び切離し可能な高圧低温冷媒接続配管として流量制御弁１３ａを備えた接続配管１８ａと、冷媒貯留容器１２と圧縮機３吐出側を接続及び切離し可能な高圧高温冷媒接続配管として流量制御弁１３ｂを備えた接続配管１８ｂと、冷媒貯留容器１２と圧縮機３吸入側を接続及び切離し可能な低圧低温冷媒接続配管として流量制御弁１３ｃを備えた接続配管１８ｃとを設けて冷媒量調整回路を構成している。
【００６６】
実施の形態１に示したように放熱器内の冷媒量を調整するために、冷媒貯留容器１２内の冷媒量を調整する。実施の形態1では冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒を高圧低温冷媒、高圧高温冷媒、低圧低温冷媒の３つの状態の冷媒を貯留して、放熱器に存在する冷媒量を３段階に調整可能とした。この実施の形態では、さらに多くの状態の冷媒を冷媒貯留容器１２内に貯留可能とすることで、放熱器に存在する冷媒量を多段階さらには連続して変化させるように構成した。
【００６７】
流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち少なくとも高圧冷媒を通過させる流量制御弁１３ａ、１３ｂを例えば電磁弁のような開度可変である弁とし、各流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを通って冷媒貯留容器１２内に流入する冷媒量を任意に変化させる。これにより冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒量を連続的に制御できる。例えば、流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃの全てを開とすると、流量制御弁１３ａを介して高圧低温の冷媒が冷媒貯留容器１２内に流入するとともに、流量制御弁１３ｂを介して高圧高温の冷媒が冷媒貯留容器１２内に流入する。そして、これらの冷媒が混合されて冷媒貯留容器１２内を満たし、冷媒貯留容器１２が高圧冷媒で満たされた後、圧力差によって流量制御弁１３ｃを介して圧縮機吸入側に高圧冷媒が流出するようになる。この時の冷媒貯留容器１２内の冷媒温度は流入する高温と低温の冷媒流量比で決まる。冷媒貯留容器１２内の冷媒温度が低くなるほど冷媒密度が高くなってより多くの冷媒を貯留できる。このため、冷媒貯留容器１２内に存在する冷媒量が多くなるように制御する場合は、流量制御弁１３ｂに対して流量制御弁１３ａの開度の比が大きくなるように制御すれば、冷媒貯留容器１２内に多くの低温冷媒が流入し、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度は低くなる。逆に冷媒貯留容器１２内に存在する冷媒量が少なくなるように制御する場合は、流量制御弁１３ａに対して流量制御弁１３ｂの開度の比が大きくなるように制御すれば、冷媒貯留容器１２内に多くの高温冷媒が流入し、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度は高くなる。このような運転を実施すると、流量制御弁１３ａ、１３ｂの開度の比で、冷媒貯留容器１２内の温度を連続的に制御でき、冷媒貯留容器１２内の冷媒量も連続的に制御できるので、放熱器内の冷媒量調整をよりきめ細かく実施できる。
【００６８】
さらに、冷媒貯留容器１２内に低圧低温冷媒が貯留している状態で、流量制御弁１３ｂと１３ｃをそれぞれ適度の開度とすると、高圧高温の冷媒が流量制御弁１３ｂを通って流入する。即ち冷媒貯留容器１２内に貯留する冷媒状態を、低圧低温冷媒から高圧高温冷媒の間で多段階または連続的に変化させることができる。
【００６９】
冷媒貯留容器１２内に貯留されている冷媒の温度は温度センサ１６ｌで計測できるので、この計測値に基づいて流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃの開度の比率を制御すればよい。
【００７０】
なお、流量制御弁１３ａ、１３ｂともに開度可変である必要はなく、どちらか一方が開度可変、どちらか一方が開度固定であっても、開度可変の方の弁開度を制御することで、流量制御弁１３ａ、１３ｂの開度の比を連続的に制御することが可能となる。
流量制御弁１３ｃに関しては、開閉可能であってもよく、または固定開度で保つようにしてもよい。例えば冷凍サイクルを循環する冷媒が冷媒貯留容器１２内を通って低圧側にバイパスしないような開度に保ち、常に流量制御弁１３ｃを通って冷媒の約１％程度が流れるようにしてもよい。この場合にも、流量制御弁１３ａ、１３ｂを共に閉とすると、冷媒貯留容器１２内には流量制御弁１３ｃを通って低圧低温の密度の低い冷媒が貯留されることになる。
【００７１】
また、さらに流量制御弁１３ｃも例えば電磁弁のような開度可変である弁とし、各流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを通って冷媒貯留容器１２内に流入する冷媒量を任意に変化させるとさらにきめ細かく冷媒量を調整できる。冷媒貯留容器１２内の冷媒量を調整する他の方法として、冷媒貯留容器１２に圧力センサを設けて、冷媒貯留容器１２内の圧力を計測してこの圧力を制御してもよい。流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃが開である場合、冷媒貯留容器１２内の圧力は流入側の制御弁である１３ａ、１３ｂと流出側の制御弁である１３ｃの開度の比で決定される。流量制御弁１３ａ、１３ｂの開度が流量制御弁１３ｃの開度よりも大きい場合は冷媒貯留容器１２内の圧力はより高圧に近く、高くなる。逆に流量制御弁１３ｃの開度が流量制御弁１３ａ、１３ｂの開度よりも大きい場合は冷媒貯留容器１２内の圧力はより低圧に近く、低くなる。冷媒圧力が高いほど冷媒貯留容器１２内の冷媒量が多くなるので、冷媒貯留容器１２内に存在する冷媒量が多くなるように制御する場合は、流量制御弁１３ｃに対する流量制御弁１３ａ、１３ｂの開度の比が大きくなるように制御し、冷媒貯留容器１２内の圧力を高くする。逆に冷媒貯留容器１２内の冷媒量が少なくなるように制御する場合は、流量制御弁１３ａ、１３ｂに対する流量制御弁１３ｃの開度の比が大きくなるように制御し、冷媒貯留容器１２内の圧力を低くする。このような運転を実施すると、、１３ｂ、１３ｃの開度の比で、冷媒貯留容器１２内の圧力を連続的に制御でき、冷媒貯留容器１２内の冷媒量も連続的に制御できるので、よりきめ細かく冷媒量調整を実施できる。
例えば実施の形態１と同様の構成の場合、即ち冷媒貯留容器１２の容量が約１０リットル程度で、冷媒がＣＯ２の場合には、例えば高圧低温の冷媒の密度が７００ｋｇ／ｍ３程度、高圧高温の冷媒の密度が１５０ｋｇ／ｍ３程度、低圧低温の冷媒の密度が１００ｋｇ／ｍ３程度であり、冷媒貯留容器１２に貯留できる冷媒量は、７ｋｇ〜１ｋｇの間で連続的に細かく調整できる。
【００７２】
例えば暖房運転では、圧縮機３、放熱器となる室内側熱交換器２、室外側減圧装置６、蒸発器となる室外側熱交換器５に冷媒を循環させて室内側熱交換器１０で冷凍空調を行う際に、圧縮機３の吐出口から室内側熱交換器１０入口までの冷媒配管に流れる高圧高温冷媒を冷媒貯留容器１２に流入させて高圧高温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する高圧高温冷媒貯留ステップと、室内側熱交換器１０出口から室外側減圧装置６入口までの冷媒配管に流れる高圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に流入させて高圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する高圧低温冷媒貯留ステップと、冷媒貯留容器１２に貯留した高圧冷媒を圧縮機３の吸入側に流出させる低圧低温冷媒貯留ステップと、を備え、冷媒貯留容器１２に密度の異なる冷媒を貯留することで循環させる冷媒量を制御する。冷房運転では、圧縮機３、放熱器となる室外側熱交換器５、室内側減圧装置９、蒸発器となる室外側熱交換器５に冷媒を循環させて室内側熱交換器２で冷凍空調を行う際に、圧縮機３の吐出口から室外側熱交換器５入口までの冷媒配管に流れる高圧高温冷媒を冷媒貯留容器１２に流入させて高圧高温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する高圧高温冷媒貯留ステップと、室内側熱交換器１０出口から室外側減圧装置６入口までの冷媒配管に流れる高圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に流入させて高圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する高圧低温冷媒貯留ステップと、冷媒貯留容器１２に貯留した高圧冷媒を圧縮機３の吸入側に流出させる低圧低温冷媒貯留ステップと、を備え、冷媒貯留容器１２に多段階の密度の冷媒を貯留することで循環させる冷媒量を制御する。これにより、放熱器に存在する冷媒量を速やかに増減して高効率な状態で運転できる。
もちろんこのような冷媒量制御は、冷熱利用する冷房運転でも、同様である。
【００７３】
さらにこのような冷媒量制御を行うことにおいて、循環する冷媒の高圧側を臨界圧力領域とするステップを備えれば、高圧高温状態の冷媒と低圧低温状態の冷媒とで、冷媒の密度の範囲を広くでき、超臨界状態の冷媒を貯留した時に多量の冷媒を貯留できる。このことから、小さい冷媒貯留容器１２でも多量の冷媒を貯留でき、言いかえれば冷媒貯留容器１２を小さくすることもできる。
【００７４】
さらに流量制御弁１３ａと流量制御弁１３ｂの開度を調節して、高圧高温冷媒貯留ステップで冷媒貯留容器１２に貯留する高圧高温冷媒量と、高圧低温冷媒貯留ステップで冷媒貯留容器１２に貯留する高圧低温冷媒量との割合を変化させることで、冷媒貯留容器１２に貯留する冷媒の密度を連続的に変化させれば、冷凍空調装置の運転状況に応じて追随性よく細かく制御でき、効率のよい運転を実現できる。
【００７５】
また、冷媒貯留容器１２内の冷媒量を調整する他の方法として、流量制御弁１３ａを介して流入する高圧低温冷媒の温度を制御することで、冷媒貯留容器１２内の温度制御を行う実施例について、以下に説明する。
高低圧熱交換器７は、例えば暖房運転において、流量制御弁１３ａを設けた高圧低温冷媒接続配管１８ａと冷凍サイクルの冷媒配管との接続部よりも上流側に配設されており、その接続部を流れる冷媒の温度を調節する温度調節用熱交換部として作用する。暖房運転時で流量制御弁１３ａ開の場合には、高低圧熱交換器７で熱交換し冷却された後の冷媒が冷媒貯留容器１２内に流入する。従って、高低圧熱交換器７の熱交換量を制御することで、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度を制御できる。高低圧熱交換器７の熱交換量は流量制御弁１４を介してバイパスされる冷媒流量によって決定され、バイパスされる冷媒流量が少ないと熱交換量は少なく、バイパスされる冷媒流量が多いと熱交換量は多くなる。そこで、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が多くなるように制御する場合は、流量制御弁１４の開度を大きくして、バイパスされる冷媒流量を増加させ、高低圧熱交換器７での熱交換量を増加させる。すると高低圧熱交換器７出口の冷媒温度は低下し、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度も低下し、冷媒貯留容器１２内に貯留される冷媒量は増加する。逆に、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が少なくなるように制御する場合は、流量制御弁１４の開度を小さくして、バイパスされる冷媒流量を減少させ、高低圧熱交換器７での熱交換量を減少させる。これにより高低圧熱交換器７出口の冷媒温度は上昇し、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度も上昇し、冷媒貯留容器１２内に貯留される冷媒量は減少する。
なお、この場合には低圧側の流量制御弁１３ｃは冷媒貯留容器１２内の冷媒を流入流出させる際に必要となるが、高圧高温側の流量制御弁１３ｂは必ずしも設けなくてもよい。
冷媒貯留容器１２内に流入する冷媒温度は温度センサ１６ｃで計測されるので、目標となる冷媒貯留容器１２内の冷媒量を決定し、この冷媒量から決定される冷媒温度を目標値として温度センサ１６ｃで計測される温度が目標となるように、流量制御弁１４の開度制御を行ってもよい。
【００７６】
ここでは、室内側膨張弁９と室外側膨張弁６を接続する配管内を流れる冷媒の温度を調節するための手段である温度調節用熱交換部である高低圧熱交換器７を、冷媒貯留容器１２への接続部よりも上流側を流れる冷媒とその冷媒の一部を分岐して減圧した低温冷媒とを熱交換することで冷媒貯留容器１２に流入する冷媒の温度を調節するように構成した。このため、簡単な回路で冷媒貯留容器１２に流入する冷媒の温度を連続的に細かく調節でき、安定した運転制御ができると共に、高い運転効率で運転可能な冷凍空調装置が得られる。
【００７７】
この実施の形態においても図１０に示すように、冷媒貯留容器１２内に貯留している冷媒を高低圧熱交換器７の低圧側入口に放出する構成としてもよい。冷媒貯留容器１２内から流出する冷媒を高低圧熱交換器７で熱交換し、低圧ニ相冷媒を加熱することで圧縮機３に液が戻る運転を回避することができ、圧縮機３運転の信頼性を高めることができる。
【００７８】
また冷媒貯留容器１２に流入する冷媒温度を調整するための手段として、図１では高低圧熱交換器７の高圧側は室外側膨張弁６と室内側膨張弁９の間の冷媒配管とし、低圧側はこの高圧側の一部を分岐して減圧した冷媒配管としたが、他の構成でもよく、また高低圧熱交換器７以外の手段を用いてもよい。例えば内部熱交換器を設けて熱交換量を制御してもよいし、空気などの他の熱源と熱交換する熱交換器を設け、熱交換量を制御してもよい。
【００７９】
内部熱交換器としては、例えば、図１１に示すものでもよい。図１１は冷凍サイクルのうちの内部熱交換器の部分を示す冷媒回路図である。
室外側膨張弁６と室内側膨張弁９の間の冷媒配管の一部を分岐して高圧側とし、低圧側は圧縮機３吸入側の冷媒配管として、高低圧熱交換器７を構成する。高圧低温冷媒の一部は分岐されて低圧低温冷媒と熱交換して低温になり、再び高圧低温冷媒と合流させる。流量制御弁１７の開度を制御して高低圧熱交換器７に流入させる冷媒量を増減することにより、冷房時には室内側膨張弁９を通過する冷媒の温度、暖房時には冷媒貯留容器１２に貯留する冷媒の温度を制御できる。なお、冷媒貯留容器１２から流量制御弁１３ｃを通って流出される冷媒の接続部を、低圧側の高低圧熱交換器７の上流側に接続すれば、冷媒貯留容器１２から気液二相冷媒が低圧側へ流出したとしても高低圧熱交換器７で加熱されて冷媒ガスになるため、圧縮機３への液バックを防止できる。
【００８０】
一般に室外側熱交換器５、室内側熱交換器１０ともに空冷である場合には、室外側熱交換器５の内容積＞室内側熱交換器１０の内容積であるので、冷暖運転で比較すると、必要冷媒量は高圧となる部分の容積が大きい冷房運転の方が多く、暖房運転の方が少なくなる。このため、暖房運転時に、冷媒貯留容器１２内に多くの冷媒を収容することが求められる。冷媒貯留容器１２内に滞留する冷媒量は低温であればあるほど多くなるので、高低圧熱交換器７と、高圧低温の冷媒を供給する流量制御弁１３ａへの分岐部との流路位置では、図１に示されるように、暖房運転時に高低圧熱交換器７の方が上流となるように設置され、冷媒貯留容器１２内に多くの冷媒が収容可能となることが望ましい。なお、室外側熱交換器５が水冷熱交換器などで、空冷時に比べ内容積が小さくなり、室内側熱交換器１０の内容積よりも小さくなるような場合には、必要冷媒量は冷房運転時の方が少なくなるので、冷房運転時に高低圧熱交換器７の方が流量制御弁１３ａへの分岐部の上流となるように設置するのが望ましい。
【００８１】
なお、以上の冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整を行うときに、冷媒貯留容器１２内の冷媒温度を計測する温度センサ１６ｌ、または圧力を計測する圧力センサを設置し、これらの温度、圧力が冷媒貯留容器１２内の必要冷媒量から決定される目標値となるように、流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４の開度制御を行ってもよい。例えば、装置起動時の初期状態や、室内機運転台数が変化するなど運転条件が大きく変化し不安定である場合には、予め冷媒貯留容器１２内に保持したい冷媒量を決定しておき、この冷媒量を実現するように目標温度または目標圧力を設定して流量制御弁１３の開度制御を実施する。このように制御を行うと、運転不安定で、高圧値や放熱器出口温度によるフィードバック制御が十分に行えない状況でも冷媒量調整を適切に実施でき、冷凍空調装置の運転を安定させることができ高信頼性の装置を得ることができる。
【００８２】
実施の形態３．
装置据え付け時などに行う試運転時に、実施の形態１または実施の形態２で述べた冷凍空調装置の冷媒量制御方法を利用して装置に充填される冷媒量の調整を行ってもよい。この実施の形態では冷凍空調装置の試運転時の作業について説明する。この実施の形態に係る冷凍空調装置の冷媒回路図は図１または図１０と同様であり、ここでは詳しい説明を省略する。
【００８３】
試運転時に冷房及び暖房のいずれかの運転を行う。例えば、冷房運転を行う場合について説明する。図１２は冷房運転を行う場合の冷凍空調装置の試運転時の冷媒量調整方法の手順を示すフローチャートである。まず、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が最も少なくなるように、流量制御弁１３ａ、１３ｂを閉、１３ｃを開にして（ステップ２１）、冷凍サイクルを循環している冷媒量が最も多い状態で冷房試運転を行い、充填冷媒量不足を判定する。ステップ１〜ステップ４の運転手順は、図５に示した動作と同様である。ステップ４の比較で、現在の高圧値が高圧目標値より低い場合には、冷凍サイクルを循環している冷媒量が最も多い状態でありかつ、冷媒量不足状態であるので、充填冷媒量が不足であると判断し（充填冷媒量不足判定ステップ）、冷媒の追加充填を行う（ステップ２２）。そして、現在の高圧値が高圧目標値より高くなるまで、冷媒の追加充填を行う。
【００８４】
現在の高圧値が高圧目標値より高くなると、充填冷媒量不足判定を終了し、充填冷媒量過剰判定に移行する。ここでは、冷媒貯留容器１２内の冷媒量が最も多くなるように、流量制御弁１３ａを開、１３ｂ、１３ｃを閉にして（ステップ２３）、冷凍サイクルを循環している冷媒量が最も少ない状態で冷房試運転を行い、充填冷媒量過剰を判定する。ステップ３１〜ステップ３４はステップ１〜ステップ４の運転と同様の動作である。ステップ３４の比較で、現在の高圧値が高圧目標値より高い場合には、冷凍サイクルを循環している冷媒量が最も少ない状態でありかつ、冷媒量過剰状態であるので、充填冷媒量が過剰であると判断し、冷媒の放出回収を行う（ステップ２４）。そして、ステップ１に戻り再度冷媒量不足判定からの手順を繰り返す。
【００８５】
ステップ３４の判定で、現在の高圧値が高圧目標値より低いあるいは目標値である場合には、冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整により、高圧値を高圧目標値に制御できる状態であり、即ちこの状態が冷凍空調装置に充填される冷媒量が最適な状態ということになる。
このように冷房試運転時に冷媒量の過不足の判断を行い、装置に充填される冷媒量を最適に調整することで、装置が通常に運転される際も、放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を最適に制御することができ、高効率の運転を行うことができる。
なお、この手順とは逆に、先に流量制御弁１３ａを開、１３ｂ、１３ｃを閉にして冷房試運転を行い、充填冷媒量過剰を判定し、その後流量制御弁１３ａ、１３ｂを閉、１３ｃを開にして冷房試運転を行い、充填冷媒量不足を判定してもよい。この場合も同様に冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整により、高圧値を高圧目標値に制御できる状態にすることができ、通常運転時に放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を最適に制御することで高効率の運転を行うことができる。
【００８６】
上記では冷房運転によって冷凍空調装置の試運転を行ったが、暖房運転での試運転も同様に行うことができる。この場合にもまず、流量制御弁１３ａ、１３ｂを閉、１３ｃを開にして、暖房試運転を行い、充填冷媒量不足を判定する。放熱器出口温度の代表値が放熱器出口温度目標値に比べて高ければ、充填冷媒量が不足であるので、放熱器出口温度の代表値が目標値より低くなるまで、冷媒の追加充填を行う。放熱器出口温度の代表値が目標値より低くなると、次に流量制御弁１３ａを開、１３ｂ、１３ｃを閉にして、暖房試運転を行い、充填冷媒量過剰判定に移行する。このときの放熱器出口温度の代表値が目標値に比べて低ければ、充填冷媒量が過剰であるので、冷媒の装置からの放出回収を行い、再度冷媒量不足判定からの手順を繰り返す。放熱器出口温度の代表値が目標値より高いあるいは目標値である場合には、冷媒貯留容器１２内の冷媒量調整により、放熱器出口温度の代表温度を目標値に制御できる状態であり、即ちこの状態が冷凍空調装置に充填される冷媒量が最適な状態ということになる。
このように暖房試運転時に冷媒量の過不足の判断を行い、装置に充填される冷媒量を最適に調整することで、装置が通常に運転される際も、放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を最適に制御することができ、高効率の運転を行うことができる。
また暖房運転においても、冷媒量過剰判定を先に行った後で冷媒量不足判定を行ってもよく、この場合も同様の効果を得ることができる。
【００８７】
このように冷凍空調装置の試運転時に、高圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する高圧低温冷媒貯留ステップで運転を行い、循環する冷媒の高圧値と高圧目標値との比較、もしくは放熱器出口冷媒温度と放熱器出口冷媒温度目標値との比較を行い、充填冷媒量不足を判定する充填冷媒量不足判定ステップ（ステップ４）と、低圧低温冷媒を冷媒貯留容器１２に貯留する低圧低温冷媒貯留ステップで運転を行い、循環する冷媒の高圧値と高圧目標値との比較、もしくは放熱器出口冷媒温度と放熱器出口冷媒温度目標値との比較を行い、充填冷媒量過剰を判定する充填冷媒量過剰判定ステップ（ステップ３４）と、を備えることで、冷凍空調装置に充填される冷媒量を最適に調整することができる。
なお、冷媒量の過不足の判断を行う装置の運転状態は前述したものに限るものではなく、実施の形態１で述べたように、冷房運転時に放熱器出口温度を用いて判定してもよいし、暖房運転時に高圧を用いて判定してもよい。
また冷凍空調装置では一般的に室外側熱交換器５の内容積が室内側熱交換器１０全体の内容積よりも大きい。従って室外側熱交換器５が放熱器となる冷房運転時の方がより多くの冷媒量を必要とする。そこで、充填冷媒量が不足かどうか判断するときは冷房運転を行って判定し、充填冷媒量が過剰であるかどうか判断するときは暖房運転を行って判定すると、より最適な範囲に冷媒量調整を行うことができる。
また、このような冷凍空調装置の冷媒量調整方法は、試運転時に限るものではなく、保守点検で冷媒量を調整する際に用いることもできる。
【００８８】
なお、実施の形態１、２、３に示した構成は、冷凍装置として冷熱のみを供給する装置、例えば室外機としてコンデンシングユニット、室内機としてショーケースを用いた装置構成においても適用可能である。この場合、前述した冷房運転の制御を行うことになるので、四方弁４、室外側膨張弁６はなくてもよい。
【００８９】
また、図１、図１０では室外機１と室内機２とで冷凍サイクルを構成している冷凍空調装置について説明したが、これに限るものではない。室外機１と室内機２とに分離されている冷凍空調装置では、室外機１と室内機２との間の冷媒配管が長くなり、その分充填する冷媒量も多くなる。そこで実施の形態１、２、３で説明したように放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を効率の点から好ましい量に制御することによって得られる効果は大きい。ただし、室内機と室外機に分離されていないような一体型の冷凍空調装置に適用しても、放熱器に存在する冷媒量を制御して高効率な運転を安定して運転できる効果がある。
また、室内機２を２台備えた装置について説明したが、室内機が１台、または室内機が３台以上の台数であっても、同様の制御を実施することにより、同様の効果を得ることができる。ただし特に実施の形態１で説明したように、室内機２が複数接続される冷凍空調装置に対しては、室内機のそれぞれがそれぞれの利用状況に応じて運転・停止するので、運転が不安定になりやすく、冷凍サイクルで必要な冷媒量が大幅に変動する冷凍空調装置に対し、冷媒調整回路２０によって放熱器となる熱交換器に存在する冷媒量を速やかに適度な量とすることができ、効率の向上を図ることができる。
【００９０】
また実施の形態１、２、３おいて、室内機２や室内側熱交換器１０の形態、及び冷媒と熱交換する負荷側熱交換媒体が空気、水などどのようなものであっても同様の効果を得ることができる。
また、圧縮機３については、スクロール、ロータリー、レシプロなどどのような種類のものであってもよいし、容量制御方法としてもインバータによる回転数制御だけでなく、複数台圧縮機がある場合の台数制御や、インジェクション、高低圧間の冷媒バイパス、ストロークボリューム可変タイプならストロークボリュームを変更するなど各種方法をとってもよい。
【００９１】
また、実施の形態１、２、３において、冷媒をＣＯ２として説明した。ＣＯ２を用いることで、地球温暖化効果やオゾン層破壊の点で問題がない自然冷媒を利用して冷凍空調を行うことができ、高圧領域で相変化のない超臨界状態を利用して運転の安定化を実現している。ただし、冷媒としてＣＯ２に限るものではなく、エチレン、エタン、酸化窒素などの超臨界域で使用する他の冷媒を用いたものに適用できる。
【００９２】
以上のように、圧縮機、室外側熱交換器、室外側減圧装置、冷媒量調整回路を備える室外機と、室内側熱交換器と室内側減圧装置とを備える複数台の室内機からなる冷凍空調装置において、圧縮機、室内側熱交換器、室内側減圧装置、室外側減圧装置、室外側熱交換器が環状に接続され、高圧が臨界圧力より高い状態、低圧が臨界圧力より低い状態にて運転されるとともに各室内側熱交換器が放熱器、室外側熱交換器が蒸発器となり室内側熱交換器から温熱を供給する運転モードにて、室外側熱交換器出口の過熱度が所定値となるように室外側減圧装置を制御するとともに、冷媒量調整回路により室内側熱交換器に存在する冷媒量を調整し冷凍空調装置の運転状態が所定の状態になるように制御する制御装置を備えたことにより、高圧側に存在する冷媒量を調整でき、安定して効率の高い状態で運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９３】
また、圧縮機が可変容量圧縮機であり、温熱が供給される負荷側の状況に基づいて高圧目標値および放熱器出口温度の目標値を決定するとともに、高圧目標値に基づいて圧縮機容量制御を行うとともに、放熱器出口温度目標値に基づいて冷媒量調整制御を行うことにより、温熱を供給する運転において必要能力を発揮しつつ高効率で運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９４】
また、室外側減圧装置と室内側減圧装置を接続する室外機・室内機間の接続配管の状態が超臨界状態になるように室外側減圧装置および各室内側減圧装置を制御することにより、冷媒状態を安定に運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９５】
また、室外側減圧装置による室外側熱交換器出口の過熱度制御を冷媒量調整回路により室内側熱交換器に存在する冷媒量の調整制御よりも短い時間間隔で実施することにより、安定して運転制御できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９６】
また、圧縮機の容量制御を冷媒量調整回路により室内側熱交換器に存在する冷媒量の調整制御よりも短い時間間隔で実施することにより、安定して運転制御できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９７】
また、各室内側減圧装置の流動抵抗が各室内機の所定容量に応じて決定されることにより、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９８】
また、各室内側熱交換器出口の冷媒温度が室外機の運転状態によって決定される目標温度となるように各室内側減圧装置を制御することにより、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【００９９】
また、各室内側熱交換器出口の温度が室外側減圧装置入口の冷媒温度から所定温度差以内になるように各室内側減圧装置を制御することにより、複数の室内側熱交換器での熱交換量にバランスよく冷媒を供給し、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１００】
また、圧縮機、室外側熱交換器、室外側減圧装置、冷媒量調整回路を備える室外機と、室内側熱交換器と室内側減圧装置とを備える複数台の室内機からなる冷凍空調装置において、圧縮機、室外側熱交換器、室外側減圧装置、室内側減圧装置、室内側熱交換器が環状に接続され、高圧が臨界圧力より高い状態、低圧が臨界圧力より低い状態にて運転されるとともに室外側熱交換器が放熱器、各室内側熱交換器が蒸発器となり室内側熱交換器から冷熱を供給する運転モードにて、各室内側熱交換器出口の過熱度が所定値となるように各室内側減圧装置を個別に制御するとともに、冷媒量調整回路により室外側熱交換器に存在する冷媒量を調整し冷凍空調装置の運転状態が所定の状態になるように制御する制御装置を備えたことにより、冷熱を供給する運転において必要能力を発揮しつつ高効率で運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０１】
また、室外側減圧装置と室内側減圧装置を接続する室外機・室内機間の接続配管の状態が超臨界状態になるように室外側減圧装置を制御することにより、冷媒状態を安定に運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０２】
また、高圧または室外側熱交換器出口の冷媒温度が所定の状態になるように冷媒量調整回路により室外側熱交換器に存在する冷媒量の調整制御を実施することにより、冷媒状態を安定に運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０３】
また、圧縮機が可変容量圧縮機であり、低圧が所定の状態になるように圧縮機の容量制御を実施することにより、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０４】
また、圧縮機が可変容量圧縮機であり、冷熱が供給される負荷側の冷却状況に応じて圧縮機の容量制御を実施することにより、確実に必要能力を発揮できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０５】
また、室内側減圧装置による各室内側熱交換器出口の過熱度制御を冷媒量調整回路により室外側熱交換器に存在する冷媒量の調整制御よりも短い時間間隔で実施することにより、安定して運転制御できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０６】
また、圧縮機の容量制御を冷媒量調整回路により室外側熱交換器に存在する冷媒量の調整制御よりも短い時間間隔で実施することにより、安定して運転制御できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０７】
また、圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、室外側減圧装置、冷媒量調整回路を備える室外機と、室内側熱交換器と室内側減圧装置とを備える複数台の室内機からなる冷凍空調装置において、四方弁による流路切換により、圧縮機、室外側熱交換器、室外側減圧装置、室内側減圧装置、室内側熱交換器が環状に接続され、高圧が臨界圧力より高い状態、低圧が臨界圧力より低い状態にて運転されるとともに室外側熱交換器が放熱器、各室内側熱交換器が蒸発器となり室内側熱交換器から冷熱を供給する運転モードと、圧縮機、室内側熱交換器、室内側減圧装置、室外側減圧装置、室外側熱交換器が環状に接続され、高圧が臨界圧力より高い状態、低圧が臨界圧力より低い状態にて運転されるとともに各室内側熱交換器が放熱器、室外側熱交換器が蒸発器となり室内側熱交換器から温熱を供給する運転モードとを実現するとともに、両運転モードにおいて、室外側減圧装置、室内側減圧装置により、両減圧装置間の冷媒状態を超臨界状態にし、かつ蒸発器となる熱交換器出口の過熱度を所定値となるように制御するとともに、冷媒量調整回路として、冷媒貯留容器および冷媒貯留容器と室外側減圧装置と室内側減圧装置間の冷媒流路とを接続する接続回路と、圧縮機吐出側または圧縮機吸入側のうち少なくとも１箇所と接続する接続回路、を備えることにより、室内側熱交換器から温熱を供給する運転モードと冷熱を供給する運転モードの両運転モードで運転でき、複数の室内機を有していても、安定して効率の高い状態で運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【０１０８】
また、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、超臨界状態を介する冷凍サイクルで、高効率で運転できる冷凍空調装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】この発明の実施の形態１による冷凍空調装置の冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる高圧変動時の冷凍空調装置の運転状況を表したＰＨ線図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係わる高圧を運転効率ＣＯＰとの相関を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わる冷房運転における制御装置の構成を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる冷房運転における制御動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係わる高圧と放熱器熱交換量との相関を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係わる放熱器熱交換量一定条件下での高圧と放熱器出口温度との相関を示すグラフ（図７(ａ)）及び放熱器熱交換量一定条件下での高圧と運転効率ＣＯＰとの相関を示すグラフ（図７（ｂ））である。
【図８】この発明の実施の形態１に係わる暖房運転における制御装置の構成を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる暖房運転における制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の冷媒回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係わる温度調節用熱交換部を示す冷媒回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係わる冷房試運転における冷媒量調整動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１  室外機
２ａ、２ｂ  室内機
３  圧縮機
４  流路切換弁
５  熱源側熱交換器
６  熱源側減圧装置
７  温度調節用熱交換部
９ａ、９ｂ  利用側減圧装置
１０ａ、１０ｂ  利用側熱交換器
１２  冷媒貯留容器
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  流量制御弁
１４  流量制御弁
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  圧力センサ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ  温度センサ
１７  計測制御装置
１８  接続配管
２０  冷媒量調整回路
３１  圧縮機制御手段
３２  過熱度制御手段
３３  減圧装置制御手段
３４  目標値設定手段
３５  冷媒量制御手段
【図１】
2006153349.tif 000003
【図２】
2006153349.tif 000004
【図３】
2006153349.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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