JP5056855B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置の成績係数の好適化運転制御に関する。

従来より、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を接続して構成される冷媒回路を備えた冷凍装置において、成績係数（ＣＯＰ）を向上させる制御が行われている。

これに対して、例えば、以下の特許文献１に示す空気調和装置では、過冷却度が目標値で一定となるように冷媒回路内の各構成を制御することで、ＣＯＰの向上を図っている。
特開２００１−２６３８３１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の空気調和装置の制御では、冷房運転と暖房運転とによって、または、各運転時の出力によって、目標とする過冷却度が異なり、ＣＯＰを様々な使用条件下において好適化することができていない。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、使用条件が異なる場合であってもＣＯＰを好適化させることが可能な空気調和装置を提供することにある。

第１発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、流体送り機構と、凝縮温度把握手段と、流体温度把握手段と、制御部とを備えている。冷媒回路は、冷媒が流通するように圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とが接続されて構成されている。流体送り機構は、凝縮器に向けて流体を送る。凝縮温度把握手段は、冷媒の凝縮温度を求めるための物理量を検知する。流体温度把握手段は、凝縮器内の冷媒と熱交換を行う流体の温度を求めるための物理量を検知する。制御部は、凝縮温度把握手段の検知値によって把握される凝縮温度と、流体温度検知手段の検知値によって把握される流体温度との差で凝縮器出口近傍における冷媒の過冷却度を除した値を目標値として、圧縮機と膨張機構と流体送り機構との少なくとも１つを制御する。冷媒回路は、冷媒の流れ方向を切り換えることで冷房運転と暖房運転を切り換える四路切換弁を有している。制御部は、冷房運転と暖房運転のいずれにおいても、０．１５以上０．７５未満の同じ値を目標値として制御を行う。

なお、ここでの物理量を検知する手段としては、例えば、温度センサで直接的に温度検知するものだけでなく、圧力センサ等によって検知される圧力を温度換算するもの等が含まれる。

ここでは、空気調和装置の使用条件に変動が生じた場合であっても、簡易な制御でより確実にＣＯＰを向上させることが可能になる。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置において、室内に配置される熱交換器に対して外気を通過させる手段を備えていない。

第３発明に係る空気調和装置は、第１発明または第２発明に係る空気調和装置において、第１流体温度把握手段と、第２流体温度把握手段とを有している。第１流体温度把握手段は、流体温度把握手段は、凝縮器内の冷媒と熱交換を行う前の流体の温度を求めるための物理量を検知する。第２流体温度把握手段は、凝縮器内の冷媒と熱交換を行った後の流体の温度を求めるための物理量を検知する。そして、制御部は、第１流体温度把握手段の検知値と第２流体温度把握手段の検知値との平均値によって把握される温度を凝縮温度として算出する。

ここでは、ＣＯＰの算出に適した凝縮温度が得られるため、ＣＯＰをよりいっそう向上させることが可能になる。

第４発明に係る空気調和装置は、第１発明から第３発明のいずれかに係る空気調和装置において、目標値は、０．４以上０．６未満である。

ここでは、運転時の周囲の環境条件が変動した場合であっても、ＣＯＰをより確実に向上させることが可能になる。

第５発明に係る空気調和装置は、第１発明から第４発明のいずれかの空気調和装置において、流体温度把握手段は、冷媒回路が冷房運転サイクルとなっている状態では、外気温度を検知する。

ここでは、冷房運転では室外熱交換器が冷媒の凝縮器として機能するが、流体温度把握手段が室外温度を検知することで、その凝縮器として機能している室内熱交換器を通過する空気の温度を検知することが可能になる。

第６発明に係る空気調和装置は、第１発明から第５発明のいずれかの空気調和装置において、流体温度把握手段は、冷媒回路が暖房運転サイクルとなっている状態では、室内温度を検知する。

ここでは、暖房運転では室内熱交換器が冷媒の凝縮器として機能するが、流体温度把握手段が室内温度を検知することで、その凝縮器として機能している室内熱交換器を通過する空気の温度を検知することが可能になる。

第１発明の空気調和装置では、空気調和装置の使用条件に変動が生じた場合であっても、簡易な制御でより確実にＣＯＰを向上させることが可能になる。

第３発明の空気調和装置では、ＣＯＰの算出に適した凝縮温度が得られるため、ＣＯＰをよりいっそう向上させることが可能になる。

第４発明の空気調和装置では、運転時の周囲の環境条件が変動した場合であっても、ＣＯＰをより確実に向上させることが可能になる。

第５発明の空気調和装置では、凝縮器として機能している室内熱交換器を通過する空気の温度を検知することが可能になる。

第６発明の空気調和装置では、凝縮器として機能している室内熱交換器を通過する空気の温度を検知することが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 最適ＣＯＰ制御運転を行う際の制御フローチャートである。 過冷却度を凝縮温度と空気温度との差分で除した値に対する成績係数の関係を示す図である。 所定の関係を満たす過冷却度と凝縮温度との関係を示す図である。 変形例（Ｃ）に係る空気調和装置の概略構成図である。 変形例（Ｃ）に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 変形例（Ｇ）に係る空気調和装置において、過冷却度を凝縮温度と空気温度との差分で除した値に対するＡＰＦ比の関係を示す図である。 従来の過冷却度に対する成績係数の関係を示す図である。

１ 空気調和装置
８ 制御部
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器（凝縮器）
２８ 室外ファン（流体送り機構）
３３ 熱交温度センサ（凝縮温度把握手段）
３６ 室外温度センサ（流体）
３６１ 通過前室外温度センサ（第１流体温度把握手段）
３６２ 通過後室外温度センサ（第２流体温度把握手段）
４１、５１ 室内膨張弁（膨張機構）
４２、５２ 室内熱交換器（蒸発器）

以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について説明する。

＜空気調和装置１の構成＞
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の熱源ユニットとしての室外ユニット２と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、２台）の利用ユニットとしての室内ユニット４、５と、室外ユニット２と室内ユニット４、５とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４、５と、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とが接続されることによって構成されている。

＜室内ユニット４，５＞
室内ユニット４、５は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット４、５は、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室内ユニット４、５の構成について説明する。尚、室内ユニット４と室内ユニット５とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット４の構成のみ説明し、室内ユニット５の構成については、それぞれ、室内ユニット４の各部を示す４０番台の符号の代わりに５０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。

室内ユニット４は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室内側冷媒回路１０ａ（室内ユニット５では、室内側冷媒回路１０ｂ）を有している。この室内側冷媒回路１０ａは、主として、膨張機構としての室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを有している。

本実施形態において、室内膨張弁４１は、室内側冷媒回路１０ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器４２の液側に接続された電動膨張弁であり、パルス信号に応じて開閉制御されるようになっている。この室内膨張弁４１、５１は、後述する最適ＣＯＰ制御運転において、冷凍サイクルのＣＯＰを好適化させるために、開度調整の制御や開度を固定する制御等が制御部８によって行われる。

本実施形態において、室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。

本実施形態において、室内ユニット４は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン４３を有している。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ４３ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

また、室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器４２の液側には、冷媒の温度（すなわち、暖房運転時における凝縮温度又は冷房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する液側温度センサ４４が設けられている。室内熱交換器４２のガス側には、冷媒の温度を検出するガス側温度センサ４５が設けられている。室内ユニット４の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度（すなわち、室内温度）を検出する室内温度センサ４６が設けられている。本実施形態において、液側温度センサ４４、ガス側温度センサ４５及び室内温度センサ４６は、サーミスタからなる。また、室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４７を有している。そして、室内側制御部４７は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット２＞
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７を介して室内ユニット４、５に接続されており、室内ユニット４、５の間で冷媒回路１０を構成している。

次に、室外ユニット２の構成について説明する。室外ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室外側冷媒回路１０ｃを有している。この室外側冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、膨張機構としての室外膨張弁３８と、アキュムレータ２４と、温度調節機構としての過冷却器２５と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。

圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ２１ａによって駆動される容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機２１は、１台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。

四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４２、５２を室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２４）とガス冷媒連絡配管７側とを接続し（図１の四路切換弁２２の実線を参照）、暖房運転時には、室内熱交換器４２、５２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡配管７側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

本実施形態において、室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、そのガス側が四路切換弁２２に接続され、その液側が液冷媒連絡配管６に接続されている。

本実施形態において、室外膨張弁３８は、室外側冷媒回路１０ｃ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。

本実施形態において、室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２８を有している。この室外ファン２８は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量Ｗｏを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ２８ａによって駆動されるプロペラファン等である。

アキュムレータ２４は、四路切換弁２２と圧縮機２１との間に接続されており、室内ユニット４、５の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。

過冷却器２５は、本実施形態において、２重管式の熱交換器であり、室外熱交換器２３において凝縮された後に、室内膨張弁４１、５１に送られる冷媒を冷却するために設けられている。過冷却器２５は、本実施形態において、室外膨張弁３８と液側閉鎖弁２６との間に接続されている。

本実施形態において、過冷却器２５の冷却源としてのバイパス冷媒回路６１が設けられている。尚、以下の説明では、冷媒回路１０からバイパス冷媒回路６１を除いた部分を、便宜上、主冷媒回路と呼ぶことにする。

バイパス冷媒回路６１は、室外熱交換器２３から室内膨張弁４１、５１へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮機２１の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。具体的には、バイパス冷媒回路６１は、室外膨張弁３８から室内膨張弁４１、５１に送られる冷媒の一部を室外熱交換器２３と過冷却器２５との間の位置から分岐させるように接続された分岐回路６１ａと、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口から圧縮機２１の吸入側に戻すように圧縮機２１の吸入側に接続された合流回路６１ｂとを有している。そして、分岐回路６１ａには、バイパス冷媒回路６１を流れる冷媒の流量を調節するためのバイパス膨張弁６２が設けられている。ここで、バイパス膨張弁６２は、電動膨張弁からなる。これにより、室外熱交換器２３から室内膨張弁４１、５１に送られる冷媒は、過冷却器２５において、バイパス膨張弁６２によって減圧された後のバイパス冷媒回路６１を流れる冷媒によって冷却される。すなわち、過冷却器２５は、バイパス膨張弁６２の開度調節によって能力制御が行われることになる。なお、このバイパス膨張弁６２についても、後述する最適ＣＯＰ制御運転において、冷凍サイクルのＣＯＰを好適化させるために、開度調整の制御や開度を固定する制御等が制御部８によって行われる。

液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、室外熱交換器２３に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。

また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、圧縮機２１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２９と、圧縮機２１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３０と、圧縮機２１の吸入温度Ｔｓを検出する吸入温度センサ３１と、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。吸入温度センサ３１は、アキュムレータ２４と圧縮機２１との間の位置に設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の温度（すなわち、冷房運転時における凝縮温度又は暖房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する熱交温度センサ３３が設けられている。室外熱交換器２３の液側には、冷媒の温度を検出する液側温度センサ３４が設けられている。過冷却器２５の主冷媒回路側の出口には、冷媒の温度（すなわち、液管温度）を検出する液管温度センサ３５が設けられている。バイパス冷媒回路６１の合流回路６１ｂには、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口を流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ６３が設けられている。室外ユニット２の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３６が設けられている。

本実施形態において、吸入温度センサ３１、吐出温度センサ３２、熱交温度センサ３３、液側温度センサ３４、液管温度センサ３５、室外温度センサ３６及びバイパス温度センサ６３は、サーミスタからなる。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ２１ａを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット４、５の室内側制御部４７、５７との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７と制御部３７、４７、５７間を接続する伝送線８ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、空気調和装置１の制御ブロック図である図２に示すように、各種センサ２９〜３６、４４〜４６、５４〜５６、６３の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１、２２、２４、２８ａ、３８、４１、４３ａ、５１、５３ａ、６２を制御することができるように接続されている。

＜冷媒連絡配管６，７＞
冷媒連絡配管６、７は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、本実施形態の空気調和装置１は、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、四路切換弁２２により冷房運転及び暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内ユニット４、５の運転負荷に応じて、室外ユニット２及び室内ユニット４、５の各機器の制御を行うようになっている。

＜最適ＣＯＰ制御運転＞
（冷房運転時における最適ＣＯＰ制御）
まず、冷房運転時における最適ＣＯＰ制御運転について、図１及び図２を用いて説明する。

制御部８（より具体的には、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７と制御部３７、４７、５７間を接続する伝送線８ａ）は、外部のリモコン（図示せず）等から、冷房運転を行う旨の指令を受けた場合に、冷凍サイクルについて、四路切換弁２２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２３のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側がガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡配管７を介して室内熱交換器４２、５２のガス側に接続された状態となるように、四路切換弁２２の接続状態を制御する。

この際、室外膨張弁３８は、全開状態にされている。液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、開状態にされている。

冷房運転における最適ＣＯＰ制御では、制御部８は、まず、図３のフローチャートに示すように、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値を算出する（ステップＳ１０）。

そして、ステップＳ１０で算出された値が、０．５であるか否かを判断する（ステップＳ２０）。ここで、ステップＳ１０で算出された値が０．５であれば、そのままの制御を持続させる。

そして、ステップＳ１０で算出された値が０．５でなかった場合には、制御部８は、補正制御として、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となる状態の冷凍サイクルを実現することができるように、室内膨張弁４１、５１の開度およびバイパス膨張弁６２の開度をそれぞれ調節する制御を行う。そして、ステップＳ２０を再度繰り返す。

ここで、本実施形態において、各値は以下のようにして検出される。

まず、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度ＳＣｒは、制御部８が、過冷却器２５の主冷媒回路側の出口の冷媒温度を検出する液管温度センサ３５により検知される値から、室外熱交換器２３内を流れる冷媒温度を検出する熱交温度センサ３３により検知される値を差し引く演算を行うことによって算出する。また、冷媒の凝縮温度Ｔｃは、制御部８が、室外熱交換器２３における熱交温度センサ３３によって検知される値によって把握する。さらに、室外空気の温度Ｔａは、制御部８が、室外ユニット２の室外温度センサ３６によって検知される値によって把握する。

この冷媒回路１０の状態で、制御部８は、圧縮機２１、室外ファン２８及び室内ファン４３、５３を起動する。そうすると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由して室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。

そして、この高圧の液冷媒は、室外膨張弁３８を通過して、過冷却器２５に流入し、バイパス冷媒回路６１を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態になる。このとき、室外熱交換器２３において凝縮した高圧の液冷媒の一部は、バイパス冷媒回路６１に分岐され、バイパス膨張弁６２によって減圧された後に、圧縮機２１の吸入側に戻される。ここで、バイパス膨張弁６２を通過する冷媒は、圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されることで、その一部が蒸発する。そして、バイパス冷媒回路６１のバイパス膨張弁６２の出口から圧縮機２１の吸入側に向かって流れる冷媒は、過冷却器２５を通過して、主冷媒回路側の室外熱交換器２３から室内ユニット４、５へ送られる高圧の液冷媒と熱交換を行う。

そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁２６及び液冷媒連絡配管６を経由して、室内ユニット４、５に送られる。この室内ユニット４、５に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁４１、５１によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器４２、５２に送られ、室内熱交換器４２、５２において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。

この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管７を経由して室外ユニット２に送られ、ガス側閉鎖弁２７及び四路切換弁２２を経由して、アキュムレータ２４に流入する。そして、アキュムレータ２４に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

以上の冷房運転時における最適ＣＯＰ制御運転を、制御部８が室内膨張弁４１、５１およびバイパス膨張弁６２の開度の調節により実現させることで、冷房運転時における成績係数（ＣＯＰ）を最適化させることができる。

（暖房運転時における最適ＣＯＰ制御運転）
次に、暖房運転時における最適ＣＯＰ制御運転について説明する。

制御部８（より具体的には、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７と制御部３７、４７、５７間を接続する伝送線８ａ）は、外部のリモコン（図示せず）等から、暖房運転を行う旨の指令を受けた場合に、冷凍サイクルについて、四路切換弁２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側がガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡配管７を介して室内熱交換器４２、５２のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２３のガス側に接続された状態となるように、四路切換弁２２の接続状態を制御する。

また、制御部８は、液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７を開状態とし、バイパス膨張弁６２を閉止させる。

さらに、制御部８は、室外膨張弁３８を、室外熱交換器２３に流入する冷媒を室外熱交換器２３において蒸発させることが可能な圧力（すなわち、蒸発圧力）まで減圧するために開度の調節制御を行う。

暖房運転における最適ＣＯＰ制御においても、冷房同様に、制御部８は、まず、図３のフローチャートに示すように、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値を算出する（ステップＳ１０）。

そして、ステップＳ１０で算出された値が、０．５であるか否かを判断する（ステップＳ２０）。ここで、ステップＳ１０で算出された値が０．５であれば、そのままの制御を持続させる。

そして、ステップＳ１０で算出された値が０．５でなかった場合には、制御部８は、補正制御として、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となる状態の冷凍サイクルを実現することができるように、室内膨張弁４１、５１の開度を調節する制御を行う。そして、ステップＳ２０を再度繰り返す。

ここで、本実施形態において、各値は以下のようにして検出される。まず、室内熱交換器４２、５２の出口における冷媒の過冷却度ＳＣｒは、制御部８が、吐出圧力センサ３０により検出される圧縮機２１の吐出圧力を凝縮温度に対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ４４、５４により検出される冷媒温度値を差し引く演算を行うことで検出される。また、冷媒の凝縮温度Ｔｃは、制御部８が、室内熱交換器４２、５２における液側温度センサ４４、５４によって検知される値によって把握する。さらに、室内空気の温度Ｔａは、制御部８が、室内ユニット４、５の室内温度センサ４６、５６によって検知される値によって把握する。

この冷媒回路１０の状態で、制御部８は、圧縮機２１、室外ファン２８及び室内ファン４３、５３を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡配管７を経由して、室内ユニット４、５に送られる。

そして、室内ユニット４、５に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器４２、５２において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁４１、５１を通過する際に、室内膨張弁４１、５１の弁開度に応じて減圧される。

この室内膨張弁４１、５１を通過した冷媒は、液冷媒連絡配管６を経由して室外ユニット２に送られ、液側閉鎖弁２６、過冷却器２５及び室外膨張弁３８を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器２３に流入する。そして、室外熱交換器２３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁２２を経由してアキュムレータ２４に流入する。そして、アキュムレータ２４に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

以上の暖房運転時における最適ＣＯＰ制御運転を、制御部８が室内膨張弁４１、５１の開度の調節により実行することで、暖房運転時における成績係数（ＣＯＰ）を最適化させることができる。

＜本実施形態の空気調和装置１の特徴＞
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。

従来の空気調和装置では、ＣＯＰを好適化させることが可能とされる過冷却度の指標を定めて、この指標値で過冷却度が一定となるように制御を行っている。

しかし、これでは、例えば、図９に示すように、ＣＯＰと過冷却度ＳＣとは、空気調和装置を可動させる状況に応じた関係は、特段無い。すなわち、冷房定格運転時には７度、冷房中間期運転時には３度、暖房定格運転時には９度、暖房中間期運転時には４度、が、それぞれ最適な過冷却度ということになる。そして、特定の値を目標過冷却度として、冷凍サイクルを制御した場合には、各条件によって、最適過冷却度から差が生じ、ＣＯＰを好適化させることができない。さらに、それぞれ、状況に応じて目標過冷却度として、この目標過冷却度で一定に保たれるように冷凍サイクルを制御する場合には、目標値を多く保持しておく必要があるだけでなく、制御が煩雑になり、必ずしもＣＯＰを好適化させることができるとは限らない。なお、ここで、冷房中間期としては、例えば、外気温が１８〜２０℃の条件、暖房中間期としては、例えば、外気温が、１３〜１８度の場合等が想定される。

これに対して、本実施形態の空気調和装置１では、制御部８は、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となる状態の冷凍サイクルを実現することができるように、室内膨張弁４１、５１等の開度を調節する制御を行っている。ここで、図４に示すように、過冷却度を凝縮温度と空気温度との差分で除した値に対するＣＯＰの関係を見てみると、冷房定格運転時、冷房中間期運転時、暖房定格運転時、および、暖房中間期運転時のいずれにおいても、各条件におけるＣＯＰの最適値は、過冷却度を凝縮温度と空気温度との差分で除した値が０．４〜０．６の範囲に入っている。

このため、上述のように、過冷却度を凝縮温度と空気温度との差分で除した値が０．５となるように制御部８が最適ＣＯＰ制御を行うことで、条件毎の目標値を持たなくても、０．５という一つの値を目標とするだけの簡易な制御によってＣＯＰを好適化させ、冷房定格運転、冷房中間期運転、暖房運転、および、暖房中間期運転のいずれにおいても、省エネ化を図ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、制御部８が、過冷却度ＳＣｒを、冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となるように室内膨張弁４１、５１の開度を制御する場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図５に示すように、ＳＣｒ／（Ｔｃ―Ｔａ）＝０．５の関係を満たすＴｃとＳＣとの関係式を、式変形によって求め、グラフ表示する。具体的には、関係式は、Ｔｃ＝２ＳＣ＋Ｔａとなる。

そして、例えば、制御部８は、この関係式を満たす座標値のうち、現在の状態の実測値の座標値（Ｐ）から最も近い目標座標値（Ｓ）を求めて、この目標座標値（Ｓ）における過冷却度および凝縮温度が実現されるように、室内膨張弁４１、５１やバイパス膨張弁６２等の制御だけでなく、室内ファン４３についてモータ４３ａの回転数制御、圧縮機２１についてモータ２１ａの回転数制御、室外膨張弁３８について開度調整の制御や開度を固定する制御、室外ファン２８についてモータ２８ａの回転数制御、等の各制御について制御部８によって実現されるようにしてもよい。

この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、制御部８は、暖房運転時における最適ＣＯＰ制御において、過冷却度ＳＣｒの算出を、吐出圧力センサ３０により検出される圧縮機２１の吐出圧力を凝縮温度に対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ４４、５４により検出される冷媒温度値を差し引く演算を行うことで検出する場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、各室内熱交換器４２、５２内を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを予め設けておき、制御部８は、暖房運転時における最適ＣＯＰ制御における過冷却度ＳＣｒの算出について、この温度センサにより検出される凝縮温度に対応する冷媒温度値を、液側温度センサ４４、５４により検出される冷媒温度値から差し引く演算を行うことによって、室内熱交換器４２、５２の出口における冷媒の過冷却度ＳＣｒの検出を行うようにしてもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、空気温度について、１つの熱交換器に対して１つのセンサ（室外温度センサ３６、室内温度センサ４６、５６）で検知された値を空気温度Ｔａとして用いて最適ＣＯＰ制御運転を行う場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、１つの熱交換器に対して、２つの温度センサによって得られる値の平均値を空気温度Ｔａとして用いて、最適ＣＯＰ制御運転を行うようにしてもよい。

具体的には、例えば、図６、図７に示すように、室外熱交換器２３の通過前の室内温度を検知する熱交前温度センサ３６１と、室外熱交換器２３を通過して熱交換された後の空気の温度を検知する熱交後温度センサ３６２と、を設けて、空気温度Ｔａの値を、各センサによる検知値の平均値として用いるようにしてもよい。

この場合には、熱交換を行っている空気の温度をより正確に把握することができ、ＣＯＰをさらに好適化させて、省エネを図ることができる。

（Ｄ）
上記実施形態では、バイパス冷媒回路６１が設けられた冷媒回路１０において最適ＣＯＰ制御を行う場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述したバイパス冷媒回路６１を有さない、主冷媒回路のみで構成される冷凍サイクルに対して、上記実施形態と同様の最適ＣＯＰ制御を行うようにしてもよい。この場合であっても、本発明の省エネ効果を奏することができる。

（Ｅ）
上記実施形態では、空冷式の空気調和装置を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、熱交換器を通過する流体として水が採用された、水冷式の空気調和装置であってもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、制御部８が、過冷却度ＳＣｒを、冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となるように室内膨張弁４１、５１の開度を制御する場合を挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、制御部８が、過冷却度ＳＣｒを、冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．４以上０．６未満の範囲に入るように室内膨張弁４１、５１の開度等を制御するようにしてもよい。この場合であっても、上記実施形態とほぼ同等の効果を奏することができる。

（Ｇ）
上記実施形態では、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除して得られる値（ＣＯＰ関連目標値）と、ＣＯＰ比（ある過冷却度（ＳＣ）におけるＣＯＰを１００％とした場合の、各過冷却度（ＳＣ）におけるＣＯＰの比）と、を比較することで、ＣＯＰ比を良好にすることができるＣＯＰ関連目標値を特定して、ＣＯＰ関連目標値が特定された範囲となるように室内膨張弁４１、５１の開度を制御する場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図８に示すように、過冷却度ＳＣｒを冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除して得られる値（ＡＰＦ関連目標値）と、通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ：Ａｎｎｕａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ）と、を比較することで、ＡＰＦを良好にすることができるＡＰＦ関連目標値を特定して、ＡＰＦ関連目標値が特定された範囲となるように室内膨張弁４１、５１の開度を制御する等して制御を行う最適ＡＰＦ制御を行うようにしてもよい。ここで、ＡＰＦ関連目標値の範囲の特定を行う場合には、例えば、図８において縦軸で示すＡＰＦ比が１００％以上の範囲として求めてもよい。このＡＰＦ比とは、ある過冷却度（ＳＣ）におけるＡＰＦを１００％とした場合の、各過冷却度（ＳＣ）におけるＡＰＦの比のことをいう。

このＡＰＦは、１年間を通して、ある一定条件のもとに空気調和装置を運転したときの、消費電力１ｋＷ当たりの冷房・暖房能力を表す値である。ここで、ＡＰＦ＝（冷房期間中に発揮した能力の総和＋暖房期間中に発揮した能力の総和）／（冷房期間中の消費電力量の総和＋暖房期間中の消費電力量の総和）の式によって、ＡＰＦを算出することができる。

なお、ＡＰＦは、例えば、日本冷凍空調工業会が作成した規格であるＪＲＡ４０４８：２００６（ＪＩＳ Ｂ８６１６：２００６を実施するための規格）の条件に従うことで、より詳細にＡＰＦを算出することもできる。

図８のグラフを作成する際には、まず、この規格における測定条件から、冷房定格運転時のＣＯＰ比、冷房中間運転時のＣＯＰ比、暖房定格運転時のＣＯＰ比、暖房中間運転時のＣＯＰ比および暖房低温運転時のＣＯＰ比毎の重み係数を逆算して算出する。そして、算出された各重み係数を、対応する冷房定格運転時のＣＯＰ比、冷房中間運転時のＣＯＰ比、暖房定格運転時のＣＯＰ比、暖房中間運転時のＣＯＰ比および暖房低温運転時のＣＯＰ比にそれぞれ乗じ、各値を合計することで冷房と暖房とのトータルで評価できる値として、ＡＰＦ比を得ている。

そして、このＡＰＦ値が良好にすることを目標とする最適ＡＰＦ制御により、ある一定の温度条件の下で運転した場合（定格条件）の性能を評価しているＣＯＰよりも、実使用に近い評価を行うことができるようになり、より省エネ効果を得ることができる場合がある。

（Ｈ）
上記実施形態では、制御部８が、冷媒の凝縮温度Ｔｃと空気温度Ｔａとの差分で除した値が０．５となるように室内膨張弁４１、５１の開度を制御する場合を挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、変形例（Ｇ）の欄で記載したＣＯＰ関連目標値やＡＰＦ関連目標値が季節や運転環境条件等に応じた好適となる値を用いることができるように、季節や運転環境条件等に応じてＣＯＰ関連目標値やＡＰＦ関連目標値を変更させる制御を行うようにしてもよい。

例えば、このようなＣＯＰ関連目標値やＡＰＦ関連目標値としては、冷房運転が行われる回路接続状態の場合の値と、暖房運転が行われる回路接続状態の場合の値と、の２つの異なるＣＯＰ関連目標値やＡＰＦ関連目標値を定めて運転するようにしてもよい。

本発明を利用すれば、使用条件が異なる場合であってもＣＯＰを好適化させることができるため、異なる条件下においても空気調和装置を省エネ運転させたい場合に特に有用である。

Claims (6)

1. 冷媒が流通するように圧縮機（２１）と凝縮器（２３）と膨張機構（４１，５１）と蒸発器（４２，５２）とが接続されて構成される冷媒回路（１０）と、
   前記凝縮器（２３）に向けて流体を送る流体送り機構（２８）と、
   冷媒の凝縮温度を求めるための物理量を検知する凝縮温度把握手段（３３）と、
   前記凝縮器（２３）内の冷媒と熱交換を行う前記流体の温度を求めるための物理量を検知する流体温度把握手段（３６、４６、５６）と、
   前記凝縮温度把握手段（３３）の検知値によって把握される凝縮温度と、前記流体温度検知手段（３６、４６、５６）の検知値によって把握される流体温度との差で前記凝縮器出口近傍における冷媒の過冷却度を除した値を目標値として、前記圧縮機（２１）と前記膨張機構（４１，５１）と前記流体送り機構（２８）との少なくとも１つを制御する制御部（８）と、
   を備え、
   前記冷媒回路（１０）は、冷媒の流れ方向を切り換えることで冷房運転と暖房運転を切り換える四路切換弁（２２）を有しており、
   前記制御部は、前記冷房運転と前記暖房運転のいずれにおいても、０．１５以上０．７５未満の同じ値を前記目標値として前記制御を行う、
   空気調和装置（１）。
2. 室内に配置される熱交換器に対して外気を通過させる手段を備えていない、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記流体温度把握手段（３６）は、前記凝縮器（２３）内の冷媒と熱交換を行う前の前記流体の温度を求めるための物理量を検知する第１流体温度把握手段（３６ａ）と、前記凝縮器（２３）内の冷媒と熱交換を行った後の前記流体の温度を求めるための物理量を検知する第２流体温度把握手段（３６ｂ）とを有し、
   前記制御部（８）は、前記第１流体温度把握手段（３６ａ）の検知値と前記第２流体温度把握手段（３６ｂ）の検知値との平均値によって把握される温度を凝縮温度として算出する、
   請求項１または２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記目標値は、０．４以上０．６未満である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
5. 前記流体温度把握手段（３６）は、前記冷媒回路（１０）が冷房運転サイクルとなっている状態では、外気温度を検知する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
6. 前記流体温度把握手段（４６、５６）は、前記冷媒回路（１０）が暖房運転サイクルとなっている状態では、室内温度を検知する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。

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