JP5493778B2

JP5493778B2 - 空気調和装置、空気調和装置の運転方法

Info

Publication number: JP5493778B2
Application number: JP2009271740A
Authority: JP
Inventors: 圭介外囿
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP2011112333A

Description

本発明は、室外機に複数の熱交換器を有する空気調和装置及びその運転方法に関するものである。

近年、一般的な空気調和装置の使用時の負荷の割合に関して、年間を通してみた場合には空気調和装置の１００％の運転容量を必要とする負荷よりも５０％程度の運転容量を必要とする負荷（以下、５０％程度の負荷を含め、１００％負荷でない負荷を部分負荷という）が発生する割合が高いことがわかってきた。そこで、室外機の最大運転容量よりも低い運転容量で運転を行う部分負荷運転の効率を含めて空気調和装置の年間の省エネ性を評価するＡＰＦ（ＡｎｎｕａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｎｃｅＦａｃｔｏｒ、通年エネルギー消費効率）がＪＩＳで基準化される（ＪＩＳＢ８６１６）など、運転容量１００％である最大負荷運転よりも低い運転容量で運転を行う部分負荷運転での運転効率が重要視されつつある。

従来の空気調和装置として、図１１に図示するように複数の熱源側熱交換器１０３、１０４を有する室外機を備え、空気の流れに対して熱源側熱交換器１０３を流れる冷媒と熱源側熱交換器１０４を流れる冷媒の両方が常に同一方向である空気調和装置が記載されている。図１１の空気調和装置では、暖房運転の場合、圧縮機１０１で圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁１０２を介して、利用側熱交換器１０６で熱交換した後、絞り装置１０５で減圧され、熱源側熱交換器１０３と熱源側熱交換器１０４に流入するが、熱源側熱交換器１０３、１０４に流れる冷媒はどちらも送風機１０３ａにより生じる空気の流れに対して並行流である。また、冷房運転の場合では、圧縮機１０１で圧縮された冷媒が四方弁１０２を介して熱源側熱交換器１０３と熱源側熱交換器１０４に流入するが、熱源側熱交換器１０３、１０４に流れる冷媒はどちらも対向流となる。（例えば、特許文献１）。

特開平８−１７８４４５号公報（図１、図３乃至図５）

従来の空気調和装置では室外機に複数の熱源側熱交換器を備えていても、対向流又は並行流となる熱交換器を選択して冷媒を流すことができないという課題があった。

また、部分負荷運転時に対向流となる熱源側熱交換器に選択して冷媒を流すことができないので、省エネ性が低いという課題があった。

また、熱源側熱交換器の熱交換量が大きすぎて、冷房運転では低外気温度運転時などに凝縮圧力が低く、過冷却が取れにくくなり、利用側熱交換器の入口で冷媒温度が極端に低下することで凍結したり、絞り装置周辺配管から冷媒流動音が発生したりする課題があった。また、暖房運転の場合には、圧縮機の最小運転容量において、運転中における高圧圧力が過剰に上昇し、圧縮機の信頼性において問題が発生するといった課題があった。

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、室外機に複数の熱交換器を設け、部分負荷運転時に冷媒の流れと風の流れが対向流となる熱交換器に選択的に冷媒を流すことで省エネ性の高い空気調和装置を得ることを目的とする。

また、本発明は室外機に複数の熱交換器を設け、冷媒の流れと風の流れが並行流となる熱交換器に冷媒を流すことで圧縮機の過剰な圧力上昇や圧力低下を防ぎ、不快な冷媒の流動音を防ぐ空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記冷媒と室外空気が熱交換し、前記冷媒の流れに対して熱交換する空気の流れが対向流若しくは並行流となる第１の熱源側熱交換器と、前記第１の熱源側熱交換器で前記冷媒と空気が対向流となって熱交換している場合は前記冷媒の流れと熱交換する空気の流れが並行流となり、前記第１の熱源側熱交換器で前記冷媒と空気が並行流となって熱交換している場合は前記冷媒の流れと熱交換する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷房運転と暖房運転を切換える四方弁と、冷房運転時は前記冷媒の流れと第１の送風機が送風する空気の流れが対向流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが並行流となる第１の熱源側熱交換器と、冷房運転時は前記冷媒の流れと第２の送風機が送風する空気の流れが並行流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、を備えた空気調和装置の運転方法において、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流す最大負荷運転工程と、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器のいずれかに冷媒を流す部分負荷運転工程と、を備え、前記部分負荷工程において冷房運転時には前記流路選択手段が前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止め、暖房運転時には前記流路選択手段が前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めることを特徴とする。
また、本発明に係る空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷房運転と暖房運転を切換える四方弁と、冷房運転時は前記冷媒の流れと第１の送風機が送風する空気の流れが対向流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが並行流となる第１の熱源側熱交換器と、冷房運転時は前記冷媒の流れと第２の送風機が送風する空気の流れが並行流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサと、を備えた空気調和装置の運転方法において、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流す最大負荷運転工程と、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器のいずれかに冷媒を流す部分負荷運転工程と、を備え、前記部分負荷工程において、冷房運転時に前記流路選択手段が前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より下がった場合は、前記流路選択手段は前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止め、暖房運転時に前記流路選択手段が前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より上がった場合は、前記流路選択手段は前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めることを特徴とする。

本発明は、部分負荷運転時の運転効率を上げることで年間を通しての省エネ性を上げることができるという効果を奏する。

また、圧縮機の過剰な圧力上昇や圧力低下を防ぎ、圧縮機の信頼性を上げることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１の空気調和装置の冷媒配管図である。本発明の実施の形態１の空気調和装置の回路図である。本発明の実施の形態１の熱源側熱交換器の斜視図である。本発明の実施の形態１の別の熱源側熱交換器の斜視図である。本発明の実施の形態１の空気調和装置の運転方法のフローチャート図である。本発明の実施の形態１の対向流と並行流の熱交換量を示すグラフである。本発明の実施の形態１の送風機と圧縮機の消費電力の関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１の空気調和装置の冷暖房時におけるＣＯＰを示すグラフである。本発明の実施の形態２の空気調和装置の運転方法のフローチャート図である。本発明の実施の形態３の空気調和装置の運転方法のフローチャート図である。従来の空気調和装置を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の空気調和装置の冷媒回路図である。図１に図示しているのは非共沸混合冷媒や二酸化炭素冷媒などが用いられるヒートポンプサイクルタイプの冷媒回路であって、圧縮機１と、熱源側熱交換器３、４と、絞り装置５と、利用側熱交換器６とを環状に接続して構成されており、圧縮機１には圧縮して吐出する高圧冷媒の圧力を検出する圧力センサ１ａが設けられている。室外機は図１の破線より左側の圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、４等から構成されており、室内機は図１の破線より右側の利用側熱交換器６等から構成されている。絞り装置５は室内機、室外機のどちらにあってもよい。尚、図１には１台の利用側熱交換器６を図示しているが、一台の室外機に複数の室内機が接続されているマルチユニット型としてもよい。

圧縮機１は吸入した低温低圧の冷媒を高温高圧にして吐出し、吐出される冷媒の圧力を圧力センサ１ａが検出する。２は冷媒流路を切替える四方弁であり、四方弁２で圧縮機１から吐出された冷媒の流路を変更して冷房運転と暖房運転の切替えることができる。圧縮機１から放出された高温高圧の冷媒は、冷房運転の場合は四方弁２を介して熱源側熱交換器３、４に流れ（実線矢印）、暖房運転の場合は四方弁２を介して利用側熱交換器６に流れる（点線矢印）。室内機の利用側熱交換器６の近傍に送風機６１が設けられており、利用側熱交換器６が熱交換した空気、暖房運転では温風を、冷房運転では冷風を室内へ送風する。

熱源側熱交換器は熱源側熱交換器３と熱源側熱交換器４の２つの熱交換器から構成されており、熱源側熱交換器３と熱源側熱交換器４の前後の配管分岐点７ａ、７ｂで１本の冷媒配管が２本に分岐してそれぞれ熱源側熱交換器３と熱源側熱交換器４に接続されている。また、配管分岐点７ａと熱源側熱交換器３の間に電磁弁１１ａが、配管分岐点７ａと熱源側熱交換器４の間に電磁弁２１ａが、配管分岐点７ｂと熱源側熱交換器３の間に電磁弁１１ｂが配管分岐点７ｂと熱源側熱交換器４の間に電磁弁２１ｂが冷媒配管に設けられており、これら電磁弁は冷媒の流路選択手段として使用でき、電磁弁が開くと冷媒が流れ、閉じると冷媒の流れが遮断される。尚、本実施の形態では電磁弁を熱源側熱交換器３、４の前後にそれぞれ設けているが、熱源側熱交換器３、４の前後の少なくとも一方に設ける構成としてよい。また電磁弁の代わりに配管分岐点７ａ、７ｂの少なくとも一方に流路選択手段となる三方弁を設けもよい。

次に冷媒の流れについて説明する。冷房運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２を介して配管分岐点７ａで１本から２本の冷媒配管に分かれて２本の冷媒配管からそれぞれ熱源側熱交換器３、４に流入する。高温高圧のガス冷媒は熱源側熱交換器３、４で熱交換により放熱することで高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器３、４から出た冷媒は配管分岐点７ｂで１本の冷媒配管に統合され、室内機の絞り装置５に流入し、低圧二相冷媒となる。絞り装置５を出た低圧二相冷媒は、室内機内の利用側熱交換器６に流入し、熱交換により蒸発することで低圧ガス冷媒となる。その後、四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。

暖房運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２を介して室内機内の利用側熱交換器６に流入する。高温高圧のガス冷媒は利用側熱交換器６で熱交換により放熱することで高圧液冷媒となる。利用側熱交換器６から出た冷媒は室内機内の絞り装置で減圧され、低圧二相冷媒となる。絞り装置５を出た冷媒は、配管分岐点７ｂで１本から２本の冷媒配管に分かれて２本の冷媒配管からそれぞれ熱源側熱交換器３、４に流入する。低圧二相冷媒は熱源側熱交換器３、４で熱交換により蒸発することで低圧ガス冷媒となる。熱源側熱交換器３、４から出た冷媒は配管分岐点７ａで１本の冷媒配管に統合され、四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。

図３は熱源側熱交換器３、４の冷媒の流れと空気の流れの関係を示した図である。
冷房運転時には図中の実線矢印の方向に冷媒が流れ、暖房運転時には図中の点線矢印の方向に冷媒が流れる。熱源側熱交換器３、４は冷媒と大気の熱を熱交換して冷媒に伝達する複数枚からなるフィン３２、４２とフィン３２、４２を貫通して冷媒が流れる伝熱管３ｄ、４ｄとから構成されている。熱源側熱交換器３が右側に配置されており、熱源側熱交換器４が左側に配置されている。さらに熱源側熱交換器３の右側に送風機３１が配置されており、熱源側熱交換器３の左から右に風が流れる。対して、熱源側熱交換器４は左側に送風機４１が配置されており、熱源側熱交換器４の右から左に風が流れる。

熱源側熱交換器３と熱源側熱交換器４は同一の構成、形状をしている。冷房運転時には、熱源側熱交換器３を流れる冷媒は右側出入口３ｂから流入して伝熱管３ｄを通って左側出入口３ａから流出し、熱源側熱交換器４を流れる冷媒も同様に右側出入口４ｂから流入して伝熱管４ｄを通って左側出入口４ａから流出する。暖房運転時には、熱源側熱交換器３を流れる冷媒は左側出入口３ａから流入して伝熱管３ｄを通って右側出入口３ｂから流出し、熱源側熱交換器４を流れる冷媒も同様に左側出入口４ａから流入して伝熱管４ｄを通って右側出入口４ｂから流出する。

つまり、冷房運転時には、熱源側熱交換器３は冷媒の流れと送風機３１に送風される空気の流れが対向流となり、熱源側熱交換器４は冷媒の流れと送風機４１に送風される空気の流れは並行流となる。対して、暖房運転時には熱源側熱交換器３は冷媒の流れと空気の流れが並行流となり、熱源側熱交換器４は対向流となる。

尚、並行流とは風上側の伝熱管から冷媒が流入して風下側の伝熱管から冷媒が流出する場合だけでなく、風上側の伝熱管から冷媒が流入して風下側の伝熱管の流れた後、風上側の伝熱管から冷媒が流出する場合も含むものとしてもよい。同様に対向流も風下側の伝熱管から冷媒が流入して風上側の伝熱管から冷媒が流出する場合だけでなく、風下側の伝熱管から冷媒が流入して風上側の伝熱管の流れた後、風下側の伝熱管から冷媒が流出する場合も含むものとしてもよい。

室外機の熱源側熱交換器３、４にて空気と冷媒の熱交換量が最大であって運転容量が１００％になる最大負荷運転より低い運転容量となるように圧縮機１と送風機３１、４１を駆動する部分負荷運転において、冷房運転時には電磁弁２１ａ、２１ｂを閉じて熱源側熱交換器４に流れる冷媒を遮断し、暖房運転時には電磁弁１１ａ、１１ｂを閉じて熱源側熱交換器３に流れる冷媒を遮断することにより、冷暖房運転でそれぞれで対向流となる熱交換器を選択して運転することができる。

尚、図３には熱源側熱交換器３、４の左右に送風機３１、４１を配置した構成を図示して説明したが、図４に示すように熱源側熱交換器３、４の上方に送風機３１、４１を設置することもできる。図４に図示する熱源側熱交換器３、４は同一形状の熱交換器が水平断面略コ字状に折り曲げられている。熱源側熱交換器３は冷媒の左側出入口３ａと右側出入口３ｂから右側に折れ曲がってコ字状を形成しており、熱源側熱交換器４は冷媒の左側出入口４ａと右側出入口４ｂから左側に折れ曲がってコ字状を形成している。上方に設置された送風機３１、４１が風を吸い上げることによって、外部から熱交換器の内側空間３３、４３に向けて断面コ字状の側壁を形成する垂直に配置されたフィンの間を風が通り、熱源側熱交換器３、４と熱交換を行う。図３に図示する熱交換器のフィンは断面コ字状の内側に配置される内側フィン３２ａ、４２ａと外側に配置される外側フィン３２ｂ、４２ｂの２枚のフィンからそれぞれ構成されている。熱源側熱交換器３、４は折れ曲がり部３４、４４にてアール加工されており、内側と外側のアール差により冷媒の出入口とは反対側の端部において内側フィン３２ａ、４２ａの方が外側フィン３２ｂ、４２ｂよりも前まで配置されている。このような構成の熱源側熱交換器３、４は図３に図示するようなフィンが一列に並んだ略直方体形状の熱交換器をアール加工する際に、熱源側熱交換器３は右側に、熱源側熱交換器４は左側に折り曲げて形成することができるので、同一形状の熱交換器から熱源側熱効果器３、４をそれぞれ作製することができる。

図２に本実施の形態１における空気調和装置の制御回路図を示す。制御装置１０は、操作部１２で設定される室内の設定温度や運転モードといった運転情報、室内の温度を検出する温度センサ１３の検出値、圧力センサ１ａの検出値などの情報から圧縮機１の出力、四方弁２の流路、絞り装置５の開度、送風機３１、４１、６１の回転数、電磁弁１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂの開閉を定めてこれらの制御を行う。尚、制御装置１０にはインバータ回路が組み込まれており、圧縮機１に可変周波数の電圧を印加して出力を制御することができる。尚、同様にインバータ回路を用いて送風機の回転数も制御することができる。

次に図５に基づいて本実施の形態１における空気調和装置の運転方法について説明する。操作部にて設定された運転モードや設定室温といった運転情報に基づいて運転が開始されるとＳ１ａにて冷房運転か否かを判定する。冷房運転である場合はＳ１０ａに移行し、冷房運転でない場合はＳ１ｂに移行する。Ｓ１ｂでは暖房運転か否かを判定する。暖房運転である場合はＳ１０ｂに移行し、暖房運転でない場合はＳ１ａに戻る。

まず冷房運転時における運転方法について説明する。Ｓ１０ａでは運転開始と同時に操作部で設定された運転情報と温度センサ１３で検出される室内温度の温度に基づいて制御装置１０が圧縮機１や絞り装置５や送風機３１、４１、６１を駆動した後にＳ１１ａに移行する。

Ｓ１１ａではＳ１０ａで駆動して運転中の室外機が部分負荷運転か否かを判断する。部分負荷運転である場合はＳ１３ａに移行し、そうでない場合はＳ１２ａに移行する。部分負荷運転の判断は、以下の「数１」に基いて制御装置１０に組み込まれたインバータ回路が圧縮機１に印加する電圧の周波数から判断することができ、熱交換量が最大となる最大負荷運転時に圧縮機１に印加する電圧の周波数を分母とし、Ｓ１１ａの判断時に圧縮機１に印加する電圧の周波数を分子として運転容量を求め、運転容量が所定値以下である場合に部分負荷運転とする。尚、周波数以外にインバータ回路のデューティー比からも最大負荷運転時を分母として同様に求めることができる。

Ｓ１２ａでは、熱源側熱交換器３、４の両方を用いて運転を行うので、熱源側熱交換器３、４の両方に冷媒が流れるように制御装置１０は４つの電磁弁１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂを開く。それに伴って、送風機３１、４１の両方を駆動して、熱源側熱交換器３、４に風を送る。その後Ｓ１０ａに戻り、操作部１２で設定された設定温度と温度センサ１３で検出される室内温度の差に基づいて制御装置１０が圧縮機１、絞り装置５、送風機３１等を再設定して駆動する。

Ｓ１３ａでは、冷媒流れが空気流れに対して対向流となる熱源側熱交換器３のみを用いて運転を行うので、制御装置１０は電磁弁１１ａ、１１ｂを開き、電磁弁２１ａ、２１ｂを閉じる。それに伴って、送風機３１を駆動して、送風機４１を停止する。その後、Ｓ１０ａに戻る。

続いて暖房運転時における運転方法について説明するが、Ｓ１０ｂ乃至Ｓ１２ｂの制御工程はＳ１０ａ乃至Ｓ１２ａと同様なので説明は省略する。Ｓ１１ｂで部分負荷運転と判断された後のＳ１３ｂでは、冷媒流れが空気流れに対して対向流となる熱源側熱交換器４のみを用いて運転を行うので、制御装置１０は電磁弁２１ａ、２１ｂを開き、電磁弁１１ａ、１１ｂを閉じる。それに伴って、送風機４１を駆動して、送風機３１を停止する。

尚、Ｓ１１ａとＳ１１ｂの判断は圧縮機１が吐出する冷媒量や冷媒圧力からも判断することができ、圧縮機１の吐出口に流量センサを設けて「数１」と同様に運転中の圧縮機１が吐出する冷媒量を最大負荷運転時に圧縮機１が吐出する冷媒量で割った値から判断しても良い。また、圧縮機１が吐出する冷媒圧力の圧力値から判断することもでき、Ｓ１１ａでは圧力センサ１ａの検出値が所定値以下の場合、Ｓ１２ａではＳ１１ａで定めた所定値とは異なる所定値以上の場合にそれぞれＳ１２ａ、Ｓ１２ｂに移行するものとしてもよい。尚、圧縮機１に印加する印加電圧の周波数に運転能力が比例しない場合は「数１」の右辺に予め求めた周波数と運転容量のずれを補正する関数を掛けて判断してもよい。

次に本実施の形態１における運転効率について説明する。まず図７に示すのは、送風機と圧縮機における消費電力と運転容量の関係図である。８０ａは送風機１台分の消費電力、８０ｂは送風機２台分の消費電力を示しており、８０ｂは８０ａの２倍の消費電力となる。図示しているのは一定回転数の送風機の場合を示しているが、運転容量の増加に伴って回転数を上げてもよく、その場合は回転数の増加と供に消費電力も増大する。室外機で一定の熱量を熱交換すると仮定して、８１ａは送風機１台を使用する場合、すなわち熱源側熱交換器３、４のいずれか一方に冷媒を流す場合における圧縮機１の消費電力、８１ｂは送風機２台を使用する場合、すなわち熱源側熱交換器３、４の両方に冷媒を流す場合における圧縮機１の消費電力を示している。

本実施の形態１においては熱源側熱交換器３、４の両方に冷媒を流した方が圧縮機１の消費電力が低く高効率な運転であるといえるが、本実施の形態１では２台の送風機３１、４１を搭載するため、圧縮機１の消費電力低減分（８１ａと８１ｂの差）に比べ、送風機の消費電力増加分（８０ｂと８０ａの差）の方が大きくなるので、結果的に熱源側熱交換器３、４の両方に冷媒を流す方が非効率となる。

さらに図６に示すのは、熱交換器を流れる冷媒流量と熱交換器での熱交換量の関係図であり、８０ａは冷媒の流れと熱交換器を流れる空気の流れが対向流の場合、８０ｂは並行流の場合を示している。図示するように一般的に対向流の方が並行流に比べて熱交換量が高くなる。本実施の形態１の構成の熱源側熱交換器３、４のいずれか一方に冷媒を流す場合、対向流となる方の熱交換器に冷媒を流すと運転効率を上げることができる。

図８（ａ）は冷房運転時のＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、成績係数）と運転容量の関係を示している。８３ａは対向流となる熱源側熱交換器３にのみ冷媒を流して送風機３１を駆動した場合、８３ｂには並行流となる熱源側熱交換器４にのみ冷媒を流して送風機４１を場合の運転容量とＣＯＰの関係を示している。また、８４ａは図１１に示すように対向流となる２台の熱源側熱交換器に冷媒を流して２台の送風機を駆動した場合、８４ｂは熱源側熱交換器３、４に冷媒を流して送風機３１、４１を駆動した場合の運転容量とＣＯＰの関係を示している。図６で示すように並行流に比べて対向流となる熱交換器の方が熱交換量は高いので、８３ｂと比べて８３ａが、８４ｂに比べて８４ａの方がＣＯＰは高い。

８３ａや８３ｂのように１つの熱交換器に冷媒を流す場合は、最大負荷運転時や例えば略５０％近傍の所定運転容量範囲よりも高い運転容量時には冷媒が流れている１台の熱源側熱交換器に対して求められる熱交換量が過剰に増大するので圧縮機１にかかる負荷が大きくなるのでＣＯＰが低下し、８４ａや８４ｂのよりも運転効率が低下する。しかし、部分負荷運転となる運転容量範囲では８３ａと８３ｂの方が８４ａと８４ｂよりもＣＯＰが高く運転効率が高い。

図８（ｂ）は暖房運転時のＣＯＰと運転容量の関係を示している。８５ａは対向流となる熱源側熱交換器４にのみ冷媒を流して送風機４１を駆動した場合、８５ｂには並行流となる熱源側熱交換器３にのみ冷媒を流して送風機３１を駆動した場合の運転容量とＣＯＰの関係を示している。また、８６ａは熱源側熱交換器３、４に冷媒を流して送風機３１、４１を駆動した場合、８６ｂは図１１に示すように並行流となる２台の熱源側熱交換器に冷媒を流して２台の送風機を駆動した場合の運転容量とＣＯＰの関係を示している。図６で示すように並行流に比べて対向流となる熱交換器の方が熱交換量は高いので、８５ｂと比べて８５ａが、８６ｂに比べて８６ａの方がＣＯＰは高い。

冷房運転時と同様に暖房運転時においても、８５ａや８５ｂのように１つの熱交換器に冷媒を流す場合は、最大負荷運転時や例えば略５０％近傍の所定運転容量範囲よりも高い運転容量時には冷媒が流れている１台の熱源側熱交換器に対して求められる熱交換量が過剰に増大するので圧縮機１にかかる負荷が大きくなるのでＣＯＰが低下し、８６ａや８６ｂのよりも運転効率が低下する。しかし、部分負荷運転となる運転容量範囲では８３ａと８３ｂの方が８４ａと８４ｂよりもＣＯＰが高く運転効率が高い。

空気調和装置は運転容量が最大となる最大負荷運転を行う時期は夏期や冬期の中でも数週間であり、春季や秋季を考慮するとほとんど時期において部分負荷運転で運転が行われている。また、部屋毎に設置された複数台の室内機に接続された１台の室外機を使用するマルチユニット式の空気調和装置においては、すべての部屋で同時に室内機を使用することは稀であり、部分負荷運転で運転が行われることが多い。

以上のように、本実施の形態１では部分負荷運転時に対向流となる熱源側熱源側熱交換器に選択的に冷媒を流すことによって、部分負荷運転時のＣＯＰを上げることによって、年間を通しての空気調和装置の効率（ＡＰＦ）を上げることができ、空気調和装置の省エネ性が向上する。

実施の形態２．
本実施の形態２では、図９のフローチャートに基いて圧縮機１の吐出冷媒の圧力値が低くなりすぎる場合や高くなりすぎる場合に並行流となる熱源側熱交換器に選択的に冷媒を流す運転方法について説明する。尚、本実施の形態２の空気調和装置は実施の形態１と同様である。図９に示すＳ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２０ａ、Ｓ２０ｂはそれぞれ実施の形態１の図５のＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂと同様であるので説明は省略する。

冷房運転時において、Ｓ２１ａでは圧力センサ１ａが検出する圧力値Ｐｄが予め定めた値Ｘに対して、Ｐｄ＜Ｘとなる場合はＳ２２ａに移行し、ならない場合はＳ２０ａに戻る。Ｓ２２ａでは、冷媒流れが空気流れに対して並行流となる熱源側熱交換器４のみを用いて運転を行うので、制御装置１０は電磁弁１１ａ、１１ｂを閉じ、電磁弁２１ａ、２１ｂを開く。それに伴って、送風機４１を駆動して、送風機３１を停止する。その後、Ｓ２３ａに移行する。

Ｓ２３ａでは圧力センサ１ａが検出する圧力値ＰｄをＳ２１ａの値Ｘと予め定めた値ｄＸとの和で比較する。Ｐｄ＞Ｘ＋ｄＸとなる場合はＳ２４ａに移行し、そうでない場合はＳ２０ａに戻る。尚、ｄＸはＸよりも小さい微小量の差分（ディファレンシャル）であって制御の安定性の観点から設けているので、Ｐｄ＞Ｘで判定を行ってもよい。

Ｓ２４ａでは、熱源側熱交換器３、４の両方を用いて運転を行うので、熱源側熱交換器３、４の両方に冷媒が流れるように制御装置１０は４つの電磁弁１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂを開く。それに伴って、送風機３１、４１の両方を駆動して、熱源側熱交換器３、４に風を送る。その後Ｓ２０ａに戻り、操作部１２で設定された設定温度と温度センサ１３で検出される室内温度の差に基づいて制御装置１０が圧縮機１、絞り装置５、送風機３１等を再設定して駆動する。

暖房運転時において、Ｓ２３ｂでは圧力センサ１ａが検出する圧力値Ｐｄを予め定めた値Ｙに対して、Ｐｄ＞Ｙとなる場合はＳ２２ｂに移行し、ならない場合はＳ２０ｂに戻る。Ｓ２２ｂでは冷媒が空気流れに対して並行流となる熱源側熱交換器３のみを用いて運転を行うので、制御装置１０は電磁弁１１ａ、１１ｂを開き、電磁弁２１ａ、２１ｂを閉じる。それに伴って、送風機３１を駆動して、送風機４１を停止する。その後、Ｓ２３ｂに移行する。

Ｓ２３ｂでは圧力センサ１ａが検出する圧力値ＰｄをＳ２１ｂの値Ｙと予め定めた値ｄＹとの差で比較する。Ｐｄ＜Ｙ−ｄＹとなる場合はＳ２４ｂに移行し、そうでない場合はＳ２０ｂに戻る。尚、ｄＹはＹよりも小さい微小量の差分（ディファレンシャル）であって制御の安定性の観点から設けているので、Ｐｄ＞Ｙで判定を行ってもよい。

Ｓ２４ｂでは、Ｓ２４ａと同様に熱源側熱交換器３、４と送風機３１、４１を用いて運転を行う。その後Ｓ２０ｂに戻り、操作部１２で設定された設定温度と温度センサ１３で検出される室内温度の差に基づいて制御装置１０が圧縮機１、絞り装置５、送風機３１等を再設定して駆動する。

以上のように本実施の形態２では、熱源側熱交換器の熱交換量が大きすぎて、冷房運転では低外気温度運転時などに凝縮圧力が低く、過冷却が取れにくくなり、利用側熱交換器の入口で冷媒温度が極端に低下することで凍結したり、絞り装置周辺配管から冷媒流動音が発生したりすることを防止できる。また、暖房運転の場合には、圧縮機の最小運転容量において、運転中における高圧圧力が過剰に上昇し、高圧圧力保護のために異常停止することを防止し、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、図１０のフローチャートに基いて部分負荷運転時に熱源側熱交換器３、４のいずれかを選択して冷媒を流す運転方法について説明する。尚、本実施の形態３の空気調和装置は実施の形態１と同様である。図１０に示すＳ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３０ａ、Ｓ３０ｂ、Ｓ３１ａ、Ｓ３１ｂ、Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂ、Ｓ３３ａ、Ｓ３３ｂはそれぞれ実施の形態１の図５のＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂ、Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂ、Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１３ａ、Ｓ１３ｂと同様であるので説明は省略する。

尚、Ｓ３１ａ、Ｓ３１ｂに関して、部分負荷運転か否かを冷媒圧力から判断する場合は、Ｓ３１ａにおいては以下Ｓ３４ａで説明する値Ｘよりも大きな値Ｘ１と比較して、圧力センサ１ａが検出する圧力値がＸ１より大きい場合はＳ３２ａに移行し、小さい場合はＳ３３ａに移行する。Ｓ３１ｂにおいては以下Ｓ３４ｂで説明する値Ｙより小さな値Ｙ１と比較して圧力センサ１ａが検出する圧力値がＹ１より小さい場合はＳ３２ｂに移行し、大きい場合はＳ３３ｂに移行する。

Ｓ３４ａ、Ｓ３４ｂ、Ｓ３５ａ、Ｓ３５ｂは実施の形態２の図９のＳ２１ａ、Ｓ２１ｂ、Ｓ２２ａ、Ｓ２２ｂと同様であるので説明は省略する。

Ｓ３６ａでは実施の形態２のＳ２３ａと同様に圧力センサ１ａが検出する圧力値ＰｄをＳ２１ａの値Ｘと予め定めた値ｄＸとの和で比較する。Ｐｄ＞Ｘ＋ｄＸとなる場合はＳ３０ａに移行し、そうでない場合はＳ３５ａに戻る。Ｓ３６ｂでも実施の形態２のＳ２３ｂと同様に圧力センサ１ａが検出する圧力値ＰｄをＳ２１ｂの値Ｙと予め定めた値ｄＹとの差で比較する。Ｐｄ＜Ｙ−ｄＹとなる場合はＳ３０ｂに移行し、そうでない場合はＳ３５ｂに戻る。

以上のように本実施の形態３では、部分負荷運転時には並行流となる熱交換器の冷媒の流れを停止して対向流となる熱交換器に選択的に冷媒を流すことにより、部分負荷運転時の運転効率を上げることができる。さらに、冷房運転時に部分負荷運転時に圧縮機１の吐出圧力が所定値より低くなることによって、過冷却が取れにくくなったり、利用側熱交換器の入口で冷媒温度が極端に低下することで凍結したり、絞り装置周辺配管から冷媒流動音が発生したりすることを防止できる。また、暖房運転時に圧縮機１の吐出圧力が所定値より高くなることを防止して圧縮機１の信頼性を向上することができる。

本願発明は、室外機を有する空気調和装置、その運転方法に利用することができる。

１圧縮機、
１ａ圧力センサ
１２操作部
１３温度センサ
２四方弁、
３、４熱源側熱交換器、
５絞り装置
６利用側熱交換器
１０制御装置
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ電磁弁
３ｄ、４ｄ伝熱管
３１、４１、６１送風機
３ａ、４ａ左側出入口
３ｂ、４ｂ右側出入口、
３２ａ、４２ａ内側フィン、
３２ｂ、４２ｂ外側フィン、
３３、４３内側空間、
３４、４４折れ曲がり部。

Claims

冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記冷媒と室外空気が熱交換し、前記冷媒の流れに対して熱交換する空気の流れが対向流若しくは並行流となる第１の熱源側熱交換器と、
前記第１の熱源側熱交換器で前記冷媒と空気が対向流となって熱交換している場合は前記冷媒の流れと熱交換する空気の流れが並行流となり、前記第１の熱源側熱交換器で前記冷媒と空気が並行流となって熱交換している場合は前記冷媒の流れと熱交換する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
冷房運転と暖房運転を切換える四方弁と、
前記第１の熱源側熱交換器に送風する第１の送風機と、
前記第２の熱源側熱交換器に送風する第２の送風機とを備え、
前記第１の熱源側熱交換器は、冷房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが対向流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが並行流となり、
前記第２の熱源側熱交換器は、冷房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが並行流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが対向流となる
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
冷房運転時に運転容量が所定値以下になった場合に
前記流路選択手段は前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段とを備え、
暖房運転時に運転容量が所定値以下になった場合に
前記流路選択手段は前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
冷房運転時に前記流路選択手段が前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より下がった場合は、
前記流路選択手段は前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
暖房運転時に前記流路選択手段が前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より上がった場合は、
前記流路選択手段は前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めることを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
前記圧縮機に電圧を印加するインバータ回路を備え、
前記運転容量は前記圧縮機に印加する印加電圧の周波数に基づいて定めることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の空気調和装置。
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、
運転容量は前記圧力センサの検出値に基づいて定めることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の空気調和装置。
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、
冷房運転時に前記圧力センサの検出値が所定値以下になった場合に、前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流して前記第２の送風機を駆動し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めて前記第１の送風機を停止する
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、
暖房運転時に前記圧力センサの検出値が所定値以上になった場合に、前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流して前記第１の送風機を駆動し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止めて前記第２の送風機を停止する
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
冷房運転と暖房運転を切換える四方弁と、
冷房運転時は前記冷媒の流れと第１の送風機が送風する空気の流れが対向流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが並行流となる第１の熱源側熱交換器と、
冷房運転時は前記冷媒の流れと第２の送風機が送風する空気の流れが並行流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、を備えた空気調和装置の運転方法において、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流す最大負荷運転工程と、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器のいずれかに冷媒を流す部分負荷運転工程と、を備え、
前記部分負荷工程において
冷房運転時には前記流路選択手段が前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止め、
暖房運転時には前記流路選択手段が前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める
ことを特徴とする空気調和装置の運転方法。
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
冷房運転と暖房運転を切換える四方弁と、
冷房運転時は前記冷媒の流れと第１の送風機が送風する空気の流れが対向流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第１の送風機が送風する空気の流れが並行流となる第１の熱源側熱交換器と、
冷房運転時は前記冷媒の流れと第２の送風機が送風する空気の流れが並行流、暖房運転時は前記冷媒の流れと前記第２の送風機が送風する空気の流れが対向流となる第２の熱源側熱交換器と、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器の少なくとも一方に冷媒を流す流路選択手段と、
前記圧縮機が吐出する冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
を備えた空気調和装置の運転方法において、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流す最大負荷運転工程と、
前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器のいずれかに冷媒を流す部分負荷運転工程と、を備え、
前記部分負荷工程において、
冷房運転時に前記流路選択手段が前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より下がった場合は、前記流路選択手段は前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止め、
暖房運転時に前記流路選択手段が前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第１の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める運転状態で、前記圧力センサの検出値が所定値より上がった場合は、前記流路選択手段は前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流し、前記第２の熱源側熱交換器に流れる冷媒を止める
ことを特徴とする空気調和装置の運転方法。