(57)【要約】【課題】固定容量式と可変容量式の２つの圧縮機構を備えた冷凍システムを有する空調装置において、要求される冷房性能は従来と遜色なく達成することができ、かつ、冷房性能を細かくコントロールすることで吹出温度、室温などの変動を抑えることが可能な制御方式を提供する。【解決手段】冷凍サイクル中に、互いに独立した、固定容量式の第１圧縮機構と可変容量式の第２圧縮機構を有し、第２圧縮機構容量制御手段、圧縮機構運転切替制御手段、冷媒の蒸発器、凝縮器、蒸発器に空気を送風する送風機、蒸発器温度検出手段、蒸発器目標温度算出手段を備えた空調装置において、蒸発器目標温度算出手段は、第１圧縮機構用に目標温度を算出する第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段と第２圧縮機構用に目標温度を算出する第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段とを有し、冷凍サイクルが両圧縮機構により運転されているとき、蒸発器温度検出手段により検出される蒸発器温度と、第２圧縮機構蒸発器目標温度とを参照して、第２圧縮機構容量制御手段により第２圧縮機構の容量を制御することを特徴とする空調装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクル中に、互いに独立した、固定容量式の第１圧縮機構と可変容量式の第２圧縮機構との２つの圧縮機構を有し、前記第２圧縮機構の容量を制御する第２圧縮機構容量制御手段、前記２つの圧縮機構による運転、またはどちらか一方の圧縮機構による運転に切り替える圧縮機構運転切替制御手段、空調用空気を冷却する冷媒の蒸発器、冷媒の凝縮器、蒸発器に空気を送風する送風機、蒸発器温度または蒸発器出口空気温度を検出する蒸発器温度検出手段、蒸発器温度または蒸発器出口空気温度の目標温度を算出する蒸発器目標温度算出手段を備えた空調装置において、前記蒸発器目標温度算出手段は、第１圧縮機構用に目標温度を算出する第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段と第２圧縮機構用に目標温度を算出する第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段とを有し、冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記蒸発器温度検出手段により検出される蒸発器温度または蒸発器出口空気温度と、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度とを参照して、前記第２圧縮機構容量制御手段により第２圧縮機構の容量を制御することを特徴とする空調装置。
【請求項２】
冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第１圧縮機構蒸発器目標温度は、第１圧縮機構単独運転時の第１圧縮機構蒸発器目標温度よりも低い温度、および／または、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度よりも低い温度とされる、請求項１の空調装置。
【請求項３】
第２圧縮機構の容量が最小となる、あるいは、第２圧縮機構が停止したときは、蒸発器目標温度を第１圧縮機構の単独運転時の目標値とする、請求項１または２の空調装置。
【請求項４】
冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第２圧縮機構の容量が所定値Ａ以下になったときは、第２圧縮機構の容量を最小にする、あるいは、第２圧縮機構を停止させる、請求項１〜３のいずれかに記載の空調装置。
【請求項５】
冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度を前記第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第１圧縮機構蒸発器目標温度以上とし、前記蒸発器温度検出手段により検出される蒸発器温度または蒸発器出口空気温度が所定温度Ｂよりも低くなったとき、即座に第２圧縮機構の容量を最小にする、あるいは、第２圧縮機構を停止させる、請求項１〜３のいずれかに記載の空調装置。
【請求項６】
前記第２圧縮機構は、容量制御信号による容量可変圧縮機構、または回転数制御による容量可変圧縮機構からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の圧縮機を有する冷凍サイクルを備えた空調装置に関し、とくに、互いに独立した固定容量圧縮機構及び可変容量圧縮機構を備えた冷凍サイクルを好適に制御できるようにした空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調装置、たとえば建設機械用空調装置においては、原動機により、冷凍サイクルの圧縮機を運転し、空調装置として構成されるものがある。また、建設機械の室内空間（たとえば、キャビン内空間）が大きな場合や、熱負荷等が大きく変動するような場合においては、１つの冷凍サイクルで複数台の圧縮機を用い、それぞれに駆動力伝達系を設ける場合がある。さらに、２つの圧縮機を持つ冷凍サイクルにおいて、１つを固定容量タイプの圧縮機で、もう１つを可変容量タイプの圧縮機とした空調装置もある（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、２つの圧縮機を用いる場合は、熱負荷等の変化に対して、２台の運転から１つの圧縮機による運転にすることで、極端な冷房能力の変化が生じ、吹出温度、室温等の変動が生じる恐れがある。さらに、冷媒の蒸発器の温度を制御する際には、固定容量タイプの圧縮機側を運転した状態で可変容量タイプの圧縮機側を制御することとし、結局２つの圧縮機のトータル吐出容量を制御することとして、蒸発器温度目標値を達成するようにしているが、一つの蒸発器温度目標値しか持たないため、冷房性能を細かくコントロールすることが困難であり、やはり冷房能力の変化、それに伴う吹出温度、室温等の変動が生じる恐れがある。冷房能力の望ましくない変動は、冷房能力過多の条件を生成してしまう恐れがあり、消費動力等のロスが大きくなる恐れがある。
【特許文献１】特開２００３−１９９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の課題は、２つの圧縮機構を備え、一つは固定容量式の圧縮機構とし、もう一方は容量を変えることのできる可変容量式の圧縮機構とした冷凍システムを有する空調装置において、要求される冷房性能は従来と遜色なく達成することができ、かつ、冷房性能を細かくコントロールすることで吹出温度、室温などの変動を抑えることが可能な制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る空調装置は、冷凍サイクル中に、互いに独立した、固定容量式の第１圧縮機構と可変容量式の第２圧縮機構との２つの圧縮機構を有し、前記第２圧縮機構の容量を制御する第２圧縮機構容量制御手段、前記２つの圧縮機構による運転、またはどちらか一方の圧縮機構による運転に切り替える圧縮機構運転切替制御手段、空調用空気を冷却する冷媒の蒸発器、冷媒の凝縮器、蒸発器に空気を送風する送風機、蒸発器温度または蒸発器出口空気温度を検出する蒸発器温度検出手段、蒸発器温度または蒸発器出口空気温度の目標温度を算出する蒸発器目標温度算出手段を備えた空調装置において、前記蒸発器目標温度算出手段は、第１圧縮機構用に目標温度を算出する第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段と第２圧縮機構用に目標温度を算出する第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段とを有し、冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記蒸発器温度検出手段により検出される蒸発器温度または蒸発器出口空気温度と、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度とを参照して、前記第２圧縮機構容量制御手段により第２圧縮機構の容量を制御することを特徴とするものからなる。
【０００６】
このような空調装置においては、冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第１圧縮機構蒸発器目標温度は、第１圧縮機構単独運転時の第１圧縮機構蒸発器目標温度よりも低い温度、および／または、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度よりも低い温度とされることが好ましい。
【０００７】
また、第２圧縮機構の容量が最小となる、あるいは、第２圧縮機構が停止したときは、蒸発器目標温度を第１圧縮機構の単独運転時の目標値とすることができる。
【０００８】
また、冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第２圧縮機構の容量が所定値Ａ以下になったときは、第２圧縮機構の容量を最小にする、あるいは、第２圧縮機構を停止させるようにすることができる。
【０００９】
また、冷凍サイクルが前記第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により運転されているとき、前記第２圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第２圧縮機構蒸発器目標温度を前記第１圧縮機構蒸発器目標温度算出手段により算出される第１圧縮機構蒸発器目標温度以上とし、前記蒸発器温度検出手段により検出される蒸発器温度または蒸発器出口空気温度が所定温度Ｂ（たとえば、０℃）よりも低くなったとき、即座に第２圧縮機構の容量を最小にする、あるいは、第２圧縮機構を停止させるようにすることが好ましい。
【００１０】
上記第２圧縮機構としては、容量制御信号による容量可変圧縮機構、または回転数制御による容量可変圧縮機構から構成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る空調装置によれば、２つの圧縮機構により冷凍サイクルが運転されるシステムについて、第１圧縮機構および第２圧縮機構の両圧縮機構により冷凍サイクルが運転される場合には、要求される冷房性能を十分に発揮できるとともに、可変容量式の第２圧縮機構用の蒸発器目標温度に基づき制御するので冷房性能を細かく調整することができ、さらに、とくに冷凍サイクルの運転状態の変化（１つの圧縮機構による運転と２つの圧縮機構による運転との切替時の変化）による吹出温度、室温変動を極めて小さく抑えることができる。また、冷房性能を細かく調整できることで、消費動力を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る空調装置、たとえば建設機械用空調装置の概略機器系統図を示している。図１において、１は空調装置全体を示しており、室内（たとえば、キャビン内）へと開口する通風ダクト２内の上流側には、外気または／および内気導入口３からの吸気を圧送する送風機４が設けられている。送風機４の下流側には、送風される空気を冷却する冷却器としての蒸発器５が設けられている。図示を省略するが、必要に応じて、蒸発器５の下流側には、加熱器としてのヒータコアが設けられていてもよい。蒸発器５を通過し、冷却された空気が室内へと吹き出される。
【００１３】
上記のような空調装置１に、上記蒸発器５を備えた冷凍サイクル６が設けられている。冷凍サイクル６は、各機器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路に構成されており、この冷凍サイクル６には、原動機（たとえば、エンジン）等を駆動源とし、メインコントローラ７からの駆動制御信号８により駆動が制御される、固定容量式の第１圧縮機構９と、吐出容量信号１０がメインコントローラ７に送られ、メインコントローラ７からの容量制御信号１１により容量が制御される可変容量式の第２圧縮機構１２が設けられている。第２圧縮機構１２は、本実施態様では、電動モータによって駆動されるようになっている。冷凍サイクル６には、第１圧縮機構９および／または第２圧縮機構１２で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器１３、凝縮された冷媒の気液を分離する受液器１４、受液器１４からの冷媒を減圧、膨張させる膨張弁１５、膨張弁１５からの冷媒を蒸発させ通風ダクト２内を送られてくる空気との熱交換により該空気を冷却する蒸発器５がこの順に配置されており、蒸発器５からの冷媒が上記圧縮機構に吸入されて再び圧縮される。蒸発器５の温度制御は、たとえば、原動機から第１圧縮機構９への駆動力伝達回路に設けられたクラッチのコントロールおよび第２圧縮機構１２駆動用の電動モータの制御信号により行われるようになっている。
【００１４】
本実施態様では、メインコントローラ７には、蒸発器または蒸発器出口空気温度（Teva）を検出する蒸発器温度検出手段としての蒸発器出口空気温度センサ１６により検出された蒸発器出口空気温度（Teva）の信号が送られる。また、メインコントローラ７には、車室内温度センサ１７、外気温度センサ１８、日射センサ１９からの検出信号もそれぞれ送られるようになっている。
【００１５】
本実施態様では図２〜図５に示すような制御が行われる。
第１圧縮機構９または第２圧縮機構１２のどちらかにより運転されているときは、蒸発器温度制御は蒸発器目標温度算出手段により算出された蒸発器出口空気温度の目標温度により、蒸発器温度制御を行うこととする。第１圧縮機構９および第２圧縮機構１２により冷凍サイクル６が運転される時は、第１及び第２圧縮機構の蒸発器温度制御に対して、それぞれ独自の蒸発器温度目標値を与える蒸発器温度目標値制御を行う。その制御方法を以下に示す。
【００１６】
第１圧縮機構９および第２圧縮機構１２により冷凍サイクル６が運転される場合の第２圧縮機構蒸発器目標温度は、たとえば第２圧縮機構蒸発器出口空気温度目標値として算出され、たとえば図２に示すように、ある温度領域において、蒸発器出口空気温度センサ１６により検出された蒸発器出口空気温度に対応した可変値として与えられる。この可変領域では温度上昇側と下降側との間にヒステリシスを持たせることができ、可変領域以外では予め定めた一定値として与えることができる。
【００１７】
また、第１圧縮機構９および第２圧縮機構１２により冷凍サイクル６が運転される場合の第１圧縮機構蒸発器目標温度は、たとえば第２圧縮機構蒸発器出口空気温度目標値として与えられ、第２圧縮機構の吐出容量を参照して、たとえば図３に示すように制御される。すなわち、第２圧縮機構１２の吐出容量が所定値Ａより大きいならば、第１圧縮機構蒸発器出口空気温度目標温度を所定温度Ｂとする。第２圧縮機構１２の吐出容量が所定値Ａ以下ならば、第１圧縮機構蒸発器出口空気温度目標温度を所定温度Ｃとする。但し、所定温度Ｃは所定温度Ｂよりも高い温度とする。
【００１８】
そして、第１圧縮機構９および第２圧縮機構１２により冷凍サイクル６が運転される場合の第２圧縮機構蒸発器目標温度は、たとえば図４に示すように制御される。
図４において、蒸発器出口空気温度Tevaを参照し、第２圧縮機構蒸発器目標温度を算出し、その蒸発器温度目標値を参照し、第２圧縮機構１２の吐出容量を制御する。また、第２圧縮機構１２の吐出容量が所定値Ａ以下となった場合には、第２圧縮機構１２の容量を最小値にするか、または、停止させる（図４では、停止させる態様で示してある）。但し、第２圧縮機構蒸発器目標温度は、図３に示した第１圧縮機構蒸発器目標温度Ｃよりも大きいものとする。
【００１９】
また、蒸発器出口空気温度センサ１６により検出される蒸発器出口空気温度Tevaが所定値Ｂ（たとえば、０℃）を下回ったときは、図５に示すように、即座に第２圧縮機構１２の吐出容量を最小値にするか、または、停止させる（図５では、停止させる態様で示してある）。また、この時、図５に示すように、第１圧縮機構９も停止させ、所定時間経過後（つまり、停止により温度が上昇した段階で）、第１圧縮機構９を再稼働させるようにしてもよい。
【００２０】
第１及び第２圧縮機構により冷凍サイクルが運転されているときには、これら両圧縮機構の目標値制御を同時に行うことにより、蒸発器温度制御を行うこととする。
【００２１】
上記のような制御により、第１及び第２圧縮機構により冷凍サイクルが運転されているときに、要求される冷房性能を発揮できるとともに、冷房性能を細かく調整することができ、冷凍サイクルの運転状態の変化（１つの圧縮機構による運転状態と２つの圧縮機構による運転状態の変化）による吹出温度、室温変動を抑えることができる。また、冷房性能を細かく調整できることで、消費動力を削減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明に係る空調装置は、互いに独立した固定容量圧縮機構及び可変容量圧縮機構を備えた、あらゆる冷凍サイクルを好適に適用でき、とくに熱負荷変動の激しい建設機械のキャビン用空調装置に適用して最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係る空調装置の概略機器系統図である。
【図２】図１の空調装置における第２圧縮機構蒸発器出口空気温度目標値の算出例を示す特性図である。
【図３】図１の空調装置における第１圧縮機構蒸発器出口空気温度目標値の算出例を示す特性図である。
【図４】図１の空調装置の制御の一例を示すタイムチャートである。
【図５】図１の空調装置の制御の別の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１  空調装置
２  通風ダクト
３  外気または／および内気導入口
４  送風機
５  蒸発器
６  冷凍サイクル
７  メインコントローラ
８  駆動制御信号
９  第１圧縮機構
１０  吐出容量信号
１１  容量制御信号
１２  第２圧縮機構
１３  凝縮器
１４  受液器
１５  膨張弁
１６  蒸発器出口空気温度センサ
１７  車室内温度センサ
１８  外気温度センサ
１９  日射センサ
【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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