(57)【要約】  空気調和装置（１）において、運転中に、冷媒が圧縮機（１０）、凝縮器（４０／２０）、膨張装置（３０）および蒸発器（２０／４０）の順に循環する。凝縮器（４０／２０）は、冷媒が互いに並行して流れるように構成された第１熱交換部（４０Ａ／２０Ａ）および第２熱交換部（４０Ｂ／２０Ｂ）と、第１熱交換部（４０Ａ／２０Ａ）を通過する冷媒の流量と第２熱交換部（４０Ｂ／２０Ｂ）を通過する冷媒の流量とに流量差をつけることが可能に構成された流量制限部（３４／３２）とを含む。空気調和装置（１）は、圧縮機（１０）と流量制限部（３４／３２）とを制御する制御装置（２００）を備える。制御装置（２００）は、空気調和装置（１）の空調能力を変更する場合に、圧縮機（１０）の周波数と２つの熱交換部を通過する冷媒の流量差とを組み合わせて使用する。
2020157788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転中に、冷媒が圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器の順に循環する空気調和装置であって、
前記凝縮器は、
前記冷媒が互いに並行して流れるように構成された第１熱交換部および第２熱交換部と、
前記第１熱交換部を通過する冷媒の流量と前記第２熱交換部を通過する冷媒の流量とに流量差をつけることが可能に構成された流量制限部とを含み、
前記空気調和装置は、前記圧縮機と前記流量制限部とを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記空気調和装置の空調能力を変更する場合に、前記圧縮機の周波数と前記流量差とを組み合わせて使用する、空気調和装置。
【請求項２】
前記制御装置は、（ａ）前記空調能力を第１能力から前記第１能力よりも小さい第２能力に変更する場合に、前記圧縮機の周波数を低減させ、（ｂ）前記空調能力を前記第２能力から前記第２能力よりも小さい第３能力に変更する場合に、前記流量制限部によって前記第２熱交換部を通過する冷媒の流量を前記第１熱交換部を通過する冷媒の流量よりも制限し、前記第２熱交換部に貯留する冷媒を増加させることにより、冷媒の循環量を低減させる、請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記冷媒の循環方向を冷房運転時と暖房運転時とで切り換える四方弁をさらに備え、
室内熱交換器と室外熱交換器がともに２つに分割されており、
冷房運転時には前記室外熱交換器が前記凝縮器として働き、
暖房運転時には前記室内熱交換器が前記凝縮器として働く、請求項１または２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、空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高気密高断熱住宅の普及により、一旦快適な温度になった部屋を快適に維持するための空調負荷は非常に小さくて済むようになった。一方で、空調のオンオフ制御によって室温を適温に維持しようとすると、どうしても室温が変動する。室温の変動幅を小さく抑えるためには、小さな空調負荷と均衡する低い空調能力で空気調和装置を連続的に運転することが必要である。【０００３】
したがって、空気調和装置は、室温を早期に適温に到達させるための定格能力に加えて運転時の下限能力をより低下させることが必要となってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６３９６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機の運転能力は、インバータ制御によって運転周波数を変えることによって増減させることができ、これによって空調能力を下げることができる。しかし、圧縮機は、運転周波数の下限が定められており、ごく低い能力の空調運転を連続して行なうことができない。したがって、インバータ制御を用いる場合であっても、圧縮機の運転と停止を繰返すことによって室温に変動が生じてしまうことがある。【０００６】
一方、空調能力の調節のために、冷凍サイクル中を循環する冷媒量を変更することが考えられる。特許第５６３９６６４号公報（特許文献１）には、自然循環サイクルと強制循環サイクルとを切替えることが可能な空気調和装置において、より適正な冷媒量を循環させる技術が開示されている。しかし、この技術では循環方式に対して適正な冷媒量に調整を行なうが、空調能力の調節のために積極的に冷媒量を調整するものではない。【０００７】
この発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転時の下限能力を従来よりも大幅に下げることが可能な空気調和装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、運転中に、冷媒が圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器の順に循環する空気調和装置に関する。凝縮器は、冷媒が互いに並行して流れるように構成された第１熱交換部および第２熱交換部と、第１熱交換部を通過する冷媒の流量と第２熱交換部を通過する冷媒の流量とに流量差をつけることが可能に構成された流量制限部とを含む。空気調和装置は、圧縮機と流量制限部とを制御する制御装置を備える。制御装置は、空気調和装置の空調能力を変更する場合に、圧縮機の周波数と流量差とを組み合わせて使用する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る空気調和装置は、凝縮器を第１熱交換部と第２熱交換部に分け、一方の熱交換部に冷媒を貯留するので、空調下限能力をより低下させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に従う空気調和装置１の構成図である。
【図２】通常時の冷房運転の冷媒の流れを示した図である。
【図３】冷媒量が通常である場合の運転時の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。
【図４】低能力時の冷房運転の冷媒の流れを示した図である。
【図５】冷媒を熱交換器内に貯留させた場合の運転時の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。
【図６】冷房運転中における冷媒貯留制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】通常時の暖房運転の冷媒の流れを示した図である。
【図８】低能力時の暖房運転の冷媒の流れを示した図である。
【図９】暖房運転中における冷媒貯留制御を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本実施の形態の制御を行なった場合と通常の制御を行なった場合の下限能力を対比して示す図である。
【図１１】流量調整弁を変形した変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１２】
図１は、本実施の形態に従う空気調和装置１の構成図である。図１を参照して、空気調和装置１は、圧縮機１０と、室内熱交換器２０と、膨張弁３０と、室外熱交換器４０と、四方弁９１とを含む。室外熱交換器４０は、第１熱交換部４０Ａと、第２熱交換部４０Ｂとを含む。第１熱交換部４０Ａと、第２熱交換部４０Ｂとは、たとえば、上下に室外熱交換器４０が２分割されたものである。室内熱交換器２０は、第１熱交換部２０Ａと、第２熱交換部２０Ｂとを含む。第１熱交換部２０Ａと、第２熱交換部２０Ｂとは、たとえば、上下または左右に室内熱交換器２０が２分割されたものである。
【００１３】
室外機２は、ストップバルブ１１０，１１２と、四方弁９１と、圧縮機１０と、室外熱交換器４０と、膨張弁３０と、これらを相互に接続する管とを含む。
【００１４】
管９０は、四方弁９１のポートＨとガス側のストップバルブ１１０とを接続する。管９２は、液側のストップバルブ１１２と膨張弁３０とを接続する。膨張弁３０は、管９２と管９４との間に配置される。管９４は、途中から管９４Ａと管９４Ｂに分岐しており、膨張弁３０と第１熱交換部４０Ａおよび第２熱交換部４０Ｂとを接続する。管９４Ａと管９４Ｂの分岐部には、流量調整弁３４が配置される。
【００１５】
圧縮機１０の吐出口と吸入口とは、それぞれ管９９，９８によって、四方弁９１のポートＧ，Ｅに接続される。管９６は、一端が四方弁９１のポートＦに接続され、他端は途中から管９６Ａ，９６Ｂに分岐する。分岐した管９６Ａ，９６Ｂは、それぞれ第１熱交換部４０Ａ、第２熱交換部４０Ｂに接続される。
【００１６】
空気調和装置１は、さらに、制御装置２００と、図示しない冷媒圧力センサと、冷媒温度センサとを含む。
【００１７】
制御装置２００は、通信回路２０１と、プロセッサ２０２と、メモリ２０３とを含む。
メモリ２０３は、たとえば、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータが記憶される。
【００１８】
プロセッサ２０２は、空気調和装置１の全体の動作を制御する。なお、制御装置２００の機能は、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ２０３に記憶されている各種のデータが参照される。通信回路２０１は、制御対象とする圧縮機１０、四方弁９１、膨張弁３０、ファン４２流量調整弁３４に対して制御信号を送信するように構成される。通信回路２０１は、さらに、制御対象とするファン２２、流量調整弁３２に対して制御信号を送信するように構成される。
【００１９】
なお、通信回路２０１は、制御装置２００を遠隔制御するリモコン（図示せず）からの制御信号を受信するように構成しても良い。
【００２０】
制御装置２００は、室外機２、室内機３、およびリモコンに、複数の制御部に分割されて配置されていても良い。制御装置が複数の制御部に分割されている場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して空気調和装置１の全体制御を行なう。
【００２１】
圧縮機１０は、制御装置２００から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。圧縮機１０の運転周波数を変更することにより圧縮機１０の出力が調整される。圧縮機１０には種々のタイプを採用可能であり、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。
【００２２】
図１に示す構成では、管９６は、第１熱交換部４０Ａおよび第２熱交換部４０Ｂを四方弁９１のポートＦに接続する。四方弁９１は、冷房運転のときは実線で示すように圧縮機１０の吐出口が接続された管９９と管９６とを連通させるとともに、圧縮機１０の吸入口が接続された管９８と管９０とを連通させる。四方弁９１は、暖房運転のときは破線で示すように圧縮機１０の吐出口が接続された管９９と管９０とを連通させるとともに、圧縮機１０の吸入口が接続された管９８と管９６とを連通させる。
【００２３】
室内機３は、室内熱交換器２０と、ファン２２と、管１０１，１０２と、室温センサ２４とを含む。
【００２４】
管１０１の一端は、途中から管１０１Ａと管１０１Ｂに分岐しており、管１０１Ａと管１０１Ｂは、第１熱交換部２０Ａおよび第２熱交換部２０Ｂにそれぞれ接続される。管１０１の他端は、延長配管１００によって、ストップバルブ１１０に接続される。
【００２５】
管１０２の一端は、途中から管１０２Ａと管１０２Ｂに分岐しており第１熱交換部２０Ａおよび第２熱交換部２０Ｂにそれぞれ接続される。管１０２Ａと管１０２Ｂの分岐部には、流量調整弁３２が配置される。管１０２の他端は、延長配管１０３によって、ストップバルブ１１２に接続される。
【００２６】
ストップバルブ１１０，１１２は、施工時に冷媒回路の接続が完了すると、各々連通状態とされる。
【００２７】
室温センサ２４は、室温を検出して制御装置２００に送信する。なお、室温センサ２４は、必ずしも室内機３の内部に配置されていなくても良く、室内機３と同じ部屋にあるリモコンなどに配置されていても良い。
【００２８】
（冷房運転中の冷媒量制御）
まず、冷房運転の基本的な動作について説明する。図２は、通常時の冷房運転の冷媒の流れを示した図である。冷房運転では、図２に矢印で示した向きに冷媒が流れる。圧縮機１０は管９０から四方弁９１および管９８を経由して冷媒を吸入し、圧縮する。圧縮された冷媒は四方弁９１を経由して管９６へ流れる。以下、各熱交換器が凝縮器として働くのか蒸発器として働くのかを、理解の容易のために併記する。
【００２９】
室外熱交換器４０（凝縮器）は、圧縮機１０から四方弁９１を経由して管９６に流入した冷媒を凝縮して管９４へ流す。室外熱交換器４０（凝縮器）は、圧縮機１０から吐出された高温高圧の過熱蒸気となった冷媒が外気と熱交換して放熱を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて室外熱交換器４０の出口付近で液化する。ファン４２が、室外熱交換器４０（凝縮器）に併設され、制御装置２００は制御信号によってファン４２の回転速度を調整する。ファン４２の回転速度を変更することにより、室外熱交換器４０（凝縮器）における冷媒と外気との熱交換量を調整することができる。
【００３０】
膨張弁３０は、室外熱交換器４０（凝縮器）から管９４へ流れた冷媒を減圧する。減圧された冷媒は管９２へ流れる。膨張弁３０は、制御装置２００から受ける制御信号によって開度を調整可能に構成される。膨張弁３０の開度を閉方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。一方、膨張弁３０の開度を開方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。
【００３１】
室内熱交換器２０（蒸発器）は、膨張弁３０から管９２，延長配管１０３、管１０２へ流れた冷媒を蒸発させる。蒸発した冷媒は、管１０１、延長配管１００、ストップバルブ１１０および四方弁９１を経由して管９８へ流れる。室内熱交換器２０（蒸発器）は、膨張弁３０により減圧された冷媒が室内空気と熱交換し、吸熱を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は蒸発して室内熱交換器２０の出口付近で過熱蒸気となる。ファン２２が、室内熱交換器２０（蒸発器）に併設される。制御装置２００は、制御信号によってファン２２の回転速度を調整する。ファン２２の回転速度を変更することにより、室内熱交換器２０（蒸発器）における冷媒と室内空気との熱交換量を調整することができる。
【００３２】
図３は、冷媒量が通常である場合の運転時の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。冷媒がＲ３２である場合を例として説明する。図３に示すＰ−Ｈ線図において、点Ａ１−点Ａ２は、圧縮機１０による圧縮処理、点Ａ２−点Ａ３は、凝縮器による凝縮処理、点Ａ３−点Ａ４は、膨張弁３０による減圧処理、点Ａ４−点Ａ１は、蒸発器による蒸発処理に、それぞれ対応する。冷凍能力は、点Ａ１と点Ａ４のエンタルピー差ｄＨに単位時間当たりの冷媒循環量Ｇｒを掛けた値となる。
【００３３】
定格運転時の性能改善および能力確保のため、凝縮器出口部分に相当する点Ａ３で過冷却（ＳＣ：subcool）状態が十分に確保できるように、冷媒回路には十分な量の冷媒が封入されている。そのため、低能力で運転するときでも十分な冷媒量があるため凝縮器出口に相当する点Ａ３では冷媒は過冷却状態となる。このため冷凍能力Ｑは、エンタルピー差ｄＨ、単位時間当たりの冷媒循環量Ｇｒとすると、次式（１）で示される。
Ｑ＝Ｇｒ＊ｄＨ    …  （１）
循環する冷媒の量が一定量の場合、ｄＨが固定となり、圧縮機の運転周波数を下げて冷媒循環量Ｇｒを落として低能力を実現している。しかし、圧縮機の下限周波数は潤滑油の供給等により限界がある。
【００３４】
本実施の形態では、上記の式中のｄＨを小さくすることによって、従来以上に大幅に低能力が実現できる。
【００３５】
図４は、低能力時の冷房運転の冷媒の流れを示した図である。図４に示す状態が図２に示す状態と異なる点は、流量調整弁３４によって第２熱交換部４０Ｂの流量が制限されている点である。一方で、ファン４２による送風は継続されている。第２熱交換部４０Ｂにおいて、冷媒の凝縮が行なわれる一方で液化した冷媒が排出されないため、第２熱交換部４０Ｂの内部に液冷媒が貯留された状態となる。他の部分の冷媒の流れについては、図２と同じであるので、図４では説明は繰返さない。
【００３６】
図４に示すように、第２熱交換部４０Ｂの内部に液冷媒が貯留されると、冷媒回路を循環する冷媒の量が減少する。なお、第２熱交換部４０Ｂの液封を避けるため、流量調整弁３４は、管９４Ｂ側を完全に閉止せず微少の流量を確保するように構成されることが好ましい。また、循環する冷媒量の減少に伴い、膨張弁３０には二相冷媒が流入するため、膨張弁３０として従来よりも口径が大きい弁を使用することが好ましい。
【００３７】
図５は、冷媒を熱交換器内に貯留させた場合の運転時の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。図５に示すＰ−Ｈ線図において、点Ｂ１−点Ｂ２は、圧縮機１０による圧縮処理、点Ｂ２−点Ｂ４は、凝縮器による凝縮処理、点Ｂ４−点Ｂ５は、膨張弁３０による減圧処理、点Ｂ５−点Ｂ１は、蒸発器による蒸発処理に、それぞれ対応する。この場合、冷凍能力は、点Ｂ１と点Ｂ５のエンタルピー差ｄＨに単位時間あたりの冷媒循環量Ｇｒを掛けた値となる。
【００３８】
図３と図５とを比較すると、冷凍能力に関する蒸発器のエンタルピー差ｄＨは、図５の場合が減少している。また、循環する冷媒の量も第２熱交換部４０Ｂの内部に液冷媒が貯留される分減少する。したがって、エンタルピー差ｄＨも冷媒循環量Ｇｒも両方とも減少するため、式（１）に示したようにそれらの積で表される冷凍能力Ｑは従来に比べて小さく抑えることができる。
【００３９】
ここで図５における蒸発器入口に相当する点Ｂ５が図３の点Ａ３よりエンタルピーＨの値が大きい理由について説明する。図５における点Ｂ３は図４の凝縮器（第２熱交換部４０Ｂ）の出口の状態を示す。図５における点Ｂ４は図４の凝縮器（第１熱交換部４０Ａ）の出口の状態を示す。両者が合流した後のエンタルピーＨｊは、第１熱交換部４０Ａ、第２熱交換部４０Ｂのそれぞれの出口のエンタルピーＨ４０Ａ，Ｈ４０Ｂおよび冷媒流量Ｇｒ４０Ａ，Ｇｒ４０Ｂを用いて、以下の式で与えられる。
【００４０】
Hj=(H40A*Gr40A+H40B*Gr40B)/(Gr40A+Gr40B)
すなわち、図５に示したように、流量調整弁３４の管９４Ｂ側が閉じており流量が少ない場合、合流後のエンタルピーＨｊは冷媒流量の多い管９４Ａ側のエンタルピーＨ４０Ａとほぼ等しくなる。また、点Ｂ４のエンタルピー、すなわち蒸発器入口の点Ｂ５のエンタルピーは、管９４Ｂ側に流れる冷媒流量で調整可能である。
【００４１】
図６は、冷房運転中における冷媒貯留制御を説明するためのフローチャートである。図１、図６を参照して、ステップＳ１において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも低いか否かを判断する。
【００４２】
室内温度＜設定温度であった場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２において、制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎより高いか否かを判断する。ｆ＞ｆｍｉｎであった場合（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３において制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆをδ２だけ低下させて、空気調和装置１の冷房能力を低下させる。
【００４３】
続いて、ステップＳ４において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも低いか否かを判断する。室内温度＜設定温度であった場合（Ｓ４でＹＥＳ）、再びステップＳ２に処理が戻る。一方、室内温度≧設定温度であった場合（Ｓ４でＮＯ）、ステップＳ５において、制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆをδ１だけ増加させ、空気調和装置１の冷房能力を増加させる。
【００４４】
以上のステップＳ１〜Ｓ５の処理は、インバータ制御によって圧縮機１０の運転周波数を調整し、運転中の空気調和装置１の空調能力を空調負荷に一致させる処理である。しかし、運転周波数ｆが下限値ｆｍｉｎ以下となると（Ｓ２でＮＯ）、これ以上運転周波数を下げることによる空調能力の抑制が不可能であるため、ステップＳ６以降の冷媒循環量を調整する処理に移る。
【００４５】
具体的にはステップＳ６において、冷媒を室外熱交換器４０に貯留させる運転が開始される。ステップＳ６では、制御装置２００は、第２熱交換部４０Ｂの流量を決定する流量調整弁３４の開度Ｌを最大開度Ｌｍａｘとする。最大開度Ｌｍａｘは、初期状態における開度Ｌである。そして、ステップＳ７において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも低いか否かを判断する。
【００４６】
室内温度＜設定温度であった場合（Ｓ７でＹＥＳ）、ステップＳ８において、制御装置２００は、流量調整弁３４の開度Ｌをδ３だけ狭くし、第２熱交換部４０Ｂ内の液冷媒の貯留量を増加させる。これにより、冷媒循環量Ｇｒは減少する。そして、ステップＳ９において、制御装置２００は、流量調整弁３４の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎであるか否かを判断する。
【００４７】
流量調整弁３４の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎでない場合（Ｓ９でＮＯ）、再びステップＳ７の処理が実行される。ステップＳ７において室内温度が設定温度以上であれば（Ｓ７でＮＯ）、これ以上冷房能力を低下させる必要がなく、空調負荷と空調能力が釣り合ったと考えられるので、ステップＳ１０において流量調整弁３４の開度制御が終了し、ステップＳ１１においてメインルーチンに処理が戻る。
【００４８】
一方、流量調整弁３４の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎであった場合（Ｓ９でＹＥＳ）、これ以上冷媒を貯留させることができないので、制御装置２００は、ステップＳ１２において圧縮機１０を停止させ、室内温度が低下しすぎるのを防ぐ。
【００４９】
（暖房運転中の冷媒量制御）
次に、暖房運転の基本的な動作について説明する。図７は、通常時の暖房運転の冷媒の流れを示した図である。暖房運転では、図７に矢印で示した向きに冷媒が流れる。圧縮機１０は管９６から四方弁９１および管９８を経由して冷媒を吸入し、圧縮する。圧縮された冷媒は四方弁９１を経由して管９０へ流れる。以下、各熱交換器が凝縮器として働くのか蒸発器として働くのかを、理解の容易のために併記する。
【００５０】
室内熱交換器２０（凝縮器）は、圧縮機１０から四方弁９１、管９０、延長配管１００を経由して管１０１に流入した冷媒を凝縮して管１０２へ流す。室内熱交換器２０（凝縮器）は、圧縮機１０から吐出された高温高圧の過熱蒸気となった冷媒が室内空気と熱交換して放熱を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて室内熱交換器２０の出口付近で液化する。ファン２２が、室内熱交換器２０（凝縮器）に併設され、制御装置２００は制御信号によってファン２２の回転速度を調整する。ファン２２の回転速度を変更することにより、室内熱交換器２０（凝縮器）における冷媒と室内空気との熱交換量を調整することができる。
【００５１】
膨張弁３０は、室内熱交換器２０（凝縮器）から管１０２および延長配管１０３を経由して管９２へ流れた冷媒を減圧する。減圧された冷媒は管９４へ流れる。膨張弁３０は、制御装置２００から受ける制御信号によって開度を調整可能に構成される。膨張弁３０の開度を閉方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。一方、膨張弁３０の開度を開方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。
【００５２】
室外熱交換器４０（蒸発器）は、膨張弁３０から管９４へ流れた冷媒を蒸発させる。蒸発した冷媒は、管９６および四方弁９１を経由して管９８へ流れる。室外熱交換器４０（蒸発器）は、膨張弁３０により減圧された冷媒が外気と熱交換し、吸熱を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は蒸発して室外熱交換器４０の出口付近で過熱蒸気となる。ファン４２が、室外熱交換器４０（蒸発器）に併設される。制御装置２００は、制御信号によってファン４２の回転速度を調整する。ファン４２の回転速度を変更することにより、室外熱交換器４０（蒸発器）における冷媒と外気との熱交換量を調整することができる。
【００５３】
図８は、低能力時の暖房運転の冷媒の流れを示した図である。図８に示す状態が図７に示す状態と異なる点は、流量調整弁３２によって第２熱交換部２０Ｂの流量が制限されている点である。一方で、ファン２２による送風は継続されている。第２熱交換部２０Ｂにおいて、冷媒の凝縮が行なわれる一方で液化した冷媒が排出されないため、第２熱交換部２０Ｂの内部に液冷媒が貯留された状態となる。他の部分の冷媒の流れについては、図７と同じであるので、図８では説明は繰返さない。
【００５４】
図８に示すように、第２熱交換部２０Ｂの内部に液冷媒が貯留されると、冷媒回路を循環する冷媒の量が減少する。なお、第２熱交換部２０Ｂの液封を避けるため、流量調整弁３２は、管１０２Ｂ側を完全に閉止せず微少の流量を確保するように構成されることが好ましい。
【００５５】
図７に対応するＰ−Ｈ線図と図８に対応するＰ−Ｈ線図は、図３、図５とは凝縮温度、蒸発温度などが異なるが、冷媒がＲ３２である場合、凝縮器のエンタルピー差が図７よりも図８に示す運転の方が低減する点については図３、図５の関係と同様な傾向となる。
【００５６】
したがって、暖房時の凝縮器におけるエンタルピー差が減少するため、凝縮能力は暖房の場合でも従来に比べて小さく抑えることができる。
【００５７】
図９は、暖房運転中における冷媒貯留制御を説明するためのフローチャートである。図１、図９を参照して、ステップＳ１１において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも高いか否かを判断する。
【００５８】
室内温度＞設定温度であった場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２において、制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎより高いか否かを判断する。ｆ＞ｆｍｉｎであった場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３において制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆをδ２だけ低下させて、空気調和装置１の暖房能力を低下させる。
【００５９】
続いて、ステップＳ１４において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも高いか否かを判断する。室内温度＞設定温度であった場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、再びステップＳ１２に処理が戻る。一方、室内温度≦設定温度であった場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１５において、制御装置２００は、圧縮機１０の運転周波数ｆをδ１だけ増加させ、空気調和装置１の暖房能力を増加させる。
【００６０】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１５の処理は、インバータ制御によって圧縮機１０の運転周波数を調整し、運転中の空気調和装置１の空調能力を空調負荷に一致させる処理である。しかし、運転周波数ｆが下限値ｆｍｉｎ以下となると（Ｓ１２でＮＯ）、これ以上運転周波数を下げることによる空調能力の抑制が不可能であるため、ステップＳ１６以降の冷媒循環量を調整する処理に移る。
【００６１】
具体的にはステップＳ１６において、冷媒を室内熱交換器２０に貯留させる運転が開始される。ステップＳ１６では、制御装置２００は、第２熱交換部２０Ｂの流量を決定する流量調整弁３２の開度Ｌを最大開度Ｌｍａｘとする。最大開度Ｌｍａｘは初期状態における開度Ｌである。そして、ステップＳ１７において制御装置２００は、室温センサ２４で検出された室内温度がリモコンなどによって設定された設定温度よりも高いか否かを判断する。
【００６２】
室内温度＞設定温度であった場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１８において、制御装置２００は、流量調整弁３２の開度Ｌをδ３だけ狭くし、第２熱交換部２０Ｂ内の液冷媒の貯留量を増加させる。そして、ステップＳ１９において、制御装置２００は、流量調整弁３２の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎであるか否かを判断する。
【００６３】
流量調整弁３２の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎでない場合（Ｓ１９でＮＯ）、再びステップＳ１７の処理が実行される。ステップＳ１７において室内温度が設定温度以下であれば（Ｓ１７でＮＯ）、これ以上暖房能力を低下させる必要がなく、空調負荷と空調能力が釣り合ったと考えられるので、ステップＳ２０において流量調整弁３２の開度制御が終了し、ステップＳ２１においてメインルーチンに処理が戻る。
【００６４】
一方、流量調整弁３２の開度Ｌが下限開度Ｌｍｉｎであった場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、これ以上冷媒を貯留させることができないので、制御装置２００は、ステップＳ２２において圧縮機１０を停止させ、室内温度が上昇しすぎるのを防ぐ。
【００６５】
図１０は、本実施の形態の制御を行なった場合と通常の制御を行なった場合の下限能力を対比して示す図である。定格能力を１００％としたときに、圧縮機１０の周波数制御のみを実行した場合の下限能力は、１５％であるのに対して、圧縮機１０の周波数制御に加えて熱交換器内への冷媒貯留量を制御した場合の下限能力は、１０％となった。本実施の形態の空調機は、下限能力を通常機と比べて６６．７％まで下げることができる。
【００６６】
したがって、本実施の形態の空気調和装置によれば、高気密高断熱の住宅において、空調負荷が少ない場合に温度変動を従来よりも抑えることができる。
【００６７】
図１１は、流量調整弁を変形した変形例を示す図である。図１１に示す変形例は、図１における流量調整弁３２，３４をそれぞれ流量調整部３２Ａ、３４Ａに変更したものである。流量調整弁３２，３４は、具体的には流量調整機能を有する三方弁などを意図していた。
【００６８】
流量調整弁として三方弁を使用する場合、三方弁を微開にすることで循環する冷媒量を調整できるので、圧縮機周波数と三方弁の調整により空調能力の変化幅を大きくすることができる（下限能力をさらに低下させることができる）。
【００６９】
しかし、流量調整弁３２，３４として、もっと簡単な構成を採用することも可能である。図１１に示すように冷媒を貯留させる第２熱交換部２０Ｂ，４０Ｂ側のみに流量調整弁を設けた構成としても、同様な制御が可能である。
【００７０】
最後に、本実施の形態について、再び図面を参照して総括する。
本開示は、運転中に、冷媒が圧縮機１０、凝縮器（室外熱交換器４０／室内熱交換器２０）、膨張装置（膨張弁３０）および蒸発器（室内熱交換器２０／室外熱交換器４０）の順に循環する空気調和装置１に関する。凝縮器（室外熱交換器４０／室内熱交換器２０）は、冷媒が互いに並行して流れるように構成された第１熱交換部４０Ａ／２０Ａおよび第２熱交換部４０Ｂ／２０Ｂと、第１熱交換部４０Ａ／２０Ａを通過する冷媒の流量と第２熱交換部４０Ｂ／２０Ｂを通過する冷媒の流量とに流量差をつけることが可能に構成された流量制限部（流量調整弁３４／３２）とを含む。空気調和装置１は、圧縮機１０と流量制限部（流量調整弁３４／３２）とを制御する制御装置２００を備える。制御装置２００は、空気調和装置１の空調能力を変更する場合に、圧縮機１０の周波数と流量差とを組み合わせて使用する。
【００７１】
なお、冷房時と暖房時で凝縮器、蒸発器に対応する熱交換器が異なり、流量制限部に対応する要素も異なるため、上記のように対応関係を示した。また膨張装置は、膨張弁３０が対応するが、必ずしも弁でなくても良く、たとえば、キャピラリーチューブのようなものであっても良い。
【００７２】
このような構成とすることによって、冷媒を貯留させる容器のように凝縮器の一部を使用することができるため、アキュムレータおよびレシーバ等の冷媒容器を用いずに冷媒循環量を増減させ、下限能力を小さく抑えることができる。また、アキュムレータおよびレシーバ等の冷媒容器を用いる場合であっても、小型のサイズで済む。
【００７３】
好ましくは、制御装置２００は、（ａ）空調能力を第１能力から第１能力よりも小さい第２能力に変更する場合に、圧縮機１０の周波数ｆを低減させ、（ｂ）空調能力を第２能力から第２能力よりも小さい第３能力に変更する場合に、流量制限部（流量調整弁３４／３２）によって第２熱交換部４０Ｂ／２０Ｂを通過する冷媒の流量を第１熱交換部４０Ａ／２０Ａを通過する冷媒の流量よりも制限し、第２熱交換部４０Ｂ／２０Ｂに貯留する冷媒を増加させることにより、冷媒の循環量を低減させる。
【００７４】
圧縮機１０の運転周波数を変化させて空調能力を下げる方が、流量制限部によって冷媒貯留量を増加させて空調能力を下げるよりも、応答性が良い。したがって、空調能力を下げる場合には、まず運転周波数を低下させ、それと同時またはその後に流量制限部によって冷媒貯留量を増加させて空調能力を下げるほうが応答性が良く、室温の変動も少なくて済む。
【００７５】
好ましくは、空気調和装置１は、冷媒の循環方向を冷房運転時と暖房運転時とで切り換える四方弁９１をさらに備える。室内熱交換器２０と室外熱交換器４０は、ともに２つに分割されている。冷房運転時には室外熱交換器４０が凝縮器として働き、暖房運転時には室内熱交換器２０が凝縮器として働く。
【００７６】
冷房運転時には、室外熱交換器４０側に配置されている流量調整弁３４の流路の一方の流路を閉にする。室外熱交換器４０のファン４２が回っているため、閉止された側の熱交換器（図４の第２熱交換部４０Ｂ）に冷媒が貯留する。
【００７７】
一方、暖房運転時には、室内熱交換器２０側に配置されている流量調整弁３２の流路の一方を閉にする。室内熱交換器２０のファンが回っているため、閉止された側の熱交換器（図８の第２熱交換部２０Ｂ）に冷媒が貯留する。
【００７８】
このような構成とすることによって、１台の空気調和装置において、冷房時、暖房時の両方において、下限の空調能力を引き下げることが可能となる。
【００７９】
なお、本実施の形態の空気調和装置１では、空調能力を低下させるために、積極的に冷媒を熱交換器に寝込ませるため、凝縮器のファンの回転を維持する点も特徴の一つである。室外熱交換器では、通常の構成では、凝縮器のファンは、分割された２つの熱交換部で共有される一つのファンである。室内熱交換器では、凝縮器のファンは、ラインフローファンだと共通な一つのファンであるが、左右にプロペラファンが２つある構成の場合は、ファンを２つとも回転させることになる。
【００８０】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１  空気調和装置、２  室外機、３  室内機、１０  圧縮機、２０  室内熱交換器、２０Ａ，４０Ａ  第１熱交換部、２０Ｂ，４０Ｂ  第２熱交換部、２２，４２  ファン、２４  室温センサ、３０  膨張弁、３２，３４  流量調整弁、３２Ａ  流量調整部、４０  室外熱交換器、９０，９２，９４，９４Ａ，９４Ｂ，９６，９７Ａ，９７Ｂ，９８，９９，１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ  管、９１  四方弁、１００，１０３  延長配管、１１０，１１２  ストップバルブ、２００  制御装置、２０１  通信回路、２０２  プロセッサ、２０３  メモリ、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ  ポート。
【図１】
2020157788.tif 000003
【図２】
2020157788.tif 000004
【図３】
2020157788.tif 000005
【図４】
2020157788.tif 000006
【図５】
2020157788.tif 000007
【図６】
2020157788.tif 000008
【図７】
2020157788.tif 000009
【図８】
2020157788.tif 000010
【図９】
2020157788.tif 000011
【図１０】
2020157788.tif 000012
【図１１】
2020157788.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月19日(2021.5.19)
【手続補正１】
【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】
運転中に、冷媒が圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器の順に循環する空気調和装置であって、
前記凝縮器は、
前記冷媒が互いに並行して流れるように構成された第１熱交換部および第２熱交換部と、
前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に共通して設けられるファンと、
前記第１熱交換部を通過する冷媒の流量と前記第２熱交換部を通過する冷媒の流量とに流量差をつけることが可能に構成された流量制限部とを含み、
前記空気調和装置は、前記圧縮機と前記流量制限部とを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記空気調和装置の空調能力を変更する場合に、前記圧縮機の周波数と前記流量差とを組み合わせて使用する、空気調和装置。
【請求項２】
前記制御装置は、（ａ）前記空調能力を第１能力から前記第１能力よりも小さい第２能力に変更する場合に、前記圧縮機の周波数を低減させ、（ｂ）前記空調能力を前記第２能力から前記第２能力よりも小さい第３能力に変更する場合に、前記流量制限部によって前記第２熱交換部を通過する冷媒の流量を前記第１熱交換部を通過する冷媒の流量よりも制限し、前記第２熱交換部に貯留する冷媒を増加させることにより、冷媒の循環量を低減させる、請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記冷媒の循環方向を冷房運転時と暖房運転時とで切り換える四方弁をさらに備え、
室内熱交換器と室外熱交換器がともに２つに分割されており、
冷房運転時には前記室外熱交換器が前記凝縮器として働き、
暖房運転時には前記室内熱交換器が前記凝縮器として働く、請求項１または２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記制御装置は、（ｂ）前記空調能力を前記第２能力から前記第３能力に変更する場合に、前記流量制限部によって前記第２熱交換部を通過する冷媒の流量を前記第１熱交換部を通過する冷媒の流量よりも制限し、前記ファンの回転を維持することによって、前記第２熱交換部に貯留する冷媒を増加させる、請求項２に記載の空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2020157788.tif 000014
【国際調査報告】
2020157788.tif 000015
2020157788.tif 000016