WO2016162954A1

WO2016162954A1 - 冷凍空調装置

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Publication number: WO2016162954A1
Application number: PCT/JP2015/060864
Authority: WO
Inventors: 大和小倉; 純三重野; 寛也石原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2016-10-13
Also published as: JPWO2016162954A1; CN107110550A; CN107110550B; JP6407410B2

Abstract

　冷凍空調装置１は、圧縮機３、熱源熱交換器４、膨張部５及び負荷熱交換器６が冷媒管２ａにより接続され、冷媒が流通する冷媒回路２と、送風機７と、第１の比較温度検出部と、第２の比較温度検出部と、制御部２０と、を備え、第１の比較温度検出部は、出口温度検出部８であり、制御部２０は、出口温度検出部８において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、送風機７の駆動周波数を低下させる周波数低下手段２１と、第２の比較温度検出部において検出された温度が基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機３を制御する圧縮制御手段２３と、基準温度を、負荷熱交換器６において冷媒と熱交換された空気が供給される負荷空間１２の温度が目標温度に達するまで圧縮機３の圧縮能力を維持する温度に設定する閾値設定手段２２と、を有する。

Description

冷凍空調装置

　本発明は、冷媒回路を備える冷凍空調装置に関する。

　従来より、冷凍空調装置において、消費エネルギを削減する種々の技術が知られている。特許文献１には、圧縮機を駆動する電動機（モータ）を、インバータで駆動するか、又は、商用電源で直接駆動するかを切り替える冷凍空調装置が開示されている。特許文献１の冷凍空調装置は、商用電源と電動機との間にインバータが設けられた回路と、商用電源と電動機とがインバータを介さずに直接接続されたバイパス回路とを有している。これにより、特許文献１は、負荷に応じて、過剰な電力を消費することを抑制し、消費エネルギを削減しようとするものである。

　また、特許文献２には、二つの循環回路を備える空気調和装置が開示されている。特許文献２の空気調和装置は、圧縮機を有する強制循環回路と、圧縮機を有しない自然循環回路とを備えており、空気調和装置の消費エネルギに基づいて、強制循環回路によって負荷を冷却するか、又は、自然循環回路によって負荷を冷却するかが切り替えられる。このように、特許文献２は、圧縮機を有しない自然循環回路を利用することによって、消費エネルギを削減しようとするものである。

特開２００５－１８０７４８号公報特開２０１４－２０２４６３号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された冷凍空調装置は、圧縮機の消費エネルギを削減する点についてのみ記載されており、消費エネルギを削減する上で、不十分である。また、特許文献２に開示された空気調和装置は、二つの循環回路を備えているため、部品点数が増加し、また、据付スペースも余計に確保する必要がある。

　本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、部品点数を増加させず、据付スペースも増加させずに、従来よりも更に消費エネルギを削減する冷凍空調装置を提供するものである。

　本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、熱源熱交換器、膨張部及び負荷熱交換器が冷媒管により接続され、冷媒が流通する冷媒回路と、負荷熱交換器に空気を供給する送風機と、送風機の動作に用いられる温度を検出する第１の比較温度検出部と、圧縮機の動作に用いられる温度を検出する第２の比較温度検出部と、圧縮機の圧縮能力を制御する制御部と、を備え、第１の比較温度検出部は、負荷熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検出する出口温度検出部であり、制御部は、出口温度検出部において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、送風機の駆動周波数を低下させる周波数低下手段と、第２の比較温度検出部において検出された温度が基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機を制御する圧縮制御手段と、基準温度を、負荷熱交換器において冷媒と熱交換された空気が供給される負荷空間の温度が目標温度に達するまで圧縮機の圧縮能力を維持する温度に設定する閾値設定手段と、を有する。

　本発明によれば、周波数低下手段が、送風機の駆動周波数を低下させ、閾値設定手段が、基準温度を、負荷空間の温度が目標温度に達するまで圧縮機の圧縮能力を維持する温度に設定する。このため、部品点数を増加させず、据付スペースも増加させずに、従来よりも更に消費エネルギを削減することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１の通常モードの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態４における送風機７の駆動周波数の設定範囲を示すグラフである。本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。

　以下、本発明に係る冷凍空調装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１を示す回路図である。この図１に基づいて、冷凍空調装置１について説明する。図１に示すように、冷凍空調装置１は、冷媒回路２と、送風機７と、出口温度検出部８と、制御部２０とを備えている。更に、冷凍空調装置１は、負荷温度検出部９と、圧縮機用インバータ３ｂと、送風機用インバータ７ａとを備えている。更にまた、冷凍空調装置１は、インバータ回路３ｃと、バイパス回路３ｄと、副冷媒回路３０とを備えている。図１において、冷媒回路２を実線で示し、電気回路を破線で示している。

　冷媒回路２は、圧縮機３、熱源熱交換器４、膨張部５及び負荷熱交換器６が冷媒管２ａにより接続され、冷媒が流通するものである。圧縮機３は、冷媒を圧縮するものであり、電源１０に接続されて圧縮機３を駆動する電動機３ａを有している。圧縮機用インバータ３ｂは、電動機３ａを所定の駆動周波数で駆動するものである。インバータ回路３ｃは、電源１０と電動機３ａとを接続し、圧縮機用インバータ３ｂが設けられたものである。バイパス回路３ｄは、電源１０と電動機３ａとを接続し、圧縮機用インバータ３ｂをバイパスするものである。なお、圧縮機用インバータ３ｂは、可変抵抗器としてもよい。また、バイパス回路３ｄは省略してもよい。

　熱源熱交換器４は、例えば室外空気と冷媒とを熱交換するものである。本実施の形態１において、熱源熱交換器４は、凝縮器として作用する。膨張部５は、冷媒を膨張及び減圧するものであり、例えば電子膨張弁である。負荷熱交換器６は、例えば室内空気と冷媒とを熱交換するものである。本実施の形態１において、負荷熱交換器６は、蒸発器として作用する。なお、負荷熱交換器６は、負荷熱交換器６において冷媒と熱交換された空気が供給される負荷空間１２に設けられている。

　送風機７は、負荷熱交換器６に空気を供給するものである。送風機７は、送風機用インバータ７ａによって、所定の駆動周波数で駆動される。なお、送風機用インバータ７ａは、可変抵抗器としてもよい。ここで、本実施の形態１では、負荷熱交換器６に空気を供給する送風機を、送風機７と呼称する。なお、熱源熱交換器４の近傍に、熱源熱交換器４に空気を供給する熱源送風機（図示せず）が設けられてもよい。

　出口温度検出部８は、負荷熱交換器６から流出する冷媒の出口温度を検出するものである。本実施の形態１において、負荷熱交換器６は、蒸発器として作用するため、出口温度検出部８は、蒸発器から流出する冷媒の温度を検出している。なお、出口温度検出部８は、予め決められた時間毎に、負荷熱交換器６から流出する冷媒の出口温度を検出する。また、本実施の形態１において、出口温度検出部８は、本発明の第１の比較温度検出部に相当し、且つ、本発明の第２の比較温度検出部に相当する。ここで、第１の比較温度検出部は、送風機７の動作に用いられる温度を検出するものであり、第２の比較温度検出部は、圧縮機３の動作に用いられる温度を検出するものである。

　負荷温度検出部９は、負荷空間１２の負荷温度を検出するものである。負荷温度検出部９は、複数の負荷温度検出部から構成されており、夫々、負荷側代表温度検出部９ａ、第１の負荷側局所温度検出部９ｂ、第２の負荷側局所温度検出部９ｃである。負荷側代表温度検出部９ａは、負荷空間１２における任意の場所、例えば負荷空間１２の床等の温度を、代表温度として検出するものである。また、第１の負荷側局所温度検出部９ｂ及び第２の負荷側局所温度検出部９ｃは、負荷空間１２における任意の場所、例えば負荷空間１２の隅部等の温度を、局所温度として検出するものである。

　なお、本実施の形態１において、熱源熱交換器４は、凝縮器として作用し、負荷熱交換器６は、蒸発器として作用する。即ち、負荷空間１２を冷房する冷房運転のみが行われるが、これに限定されず、冷媒回路２に四方弁が設けられてもよい。この場合、熱源熱交換器４が蒸発器として作用し、負荷熱交換器６が凝縮器として作用する暖房運転も行われる。また、冷凍空調装置１は、例えばエコノマイザ等の過冷却器、その過冷却器に流通する冷媒を膨張させる過冷却器用電子膨張弁、及び、圧縮機３の電動機３ａを冷却する際に使用されるモータ冷却用電子膨張弁を有してもよい。

　副冷媒回路３０は、副熱源熱交換器３１、及び、負荷空間１２に設けられた副負荷熱交換器３２が副冷媒管３０ａにより接続され、冷媒が流通するものである。副冷媒回路３０は、冷媒回路２とは独立して設けられている。副熱源熱交換器３１は、例えば室外空気と冷媒とを熱交換するものである。副負荷熱交換器３２は、例えば室内空気と冷媒とを熱交換するものである。この副冷媒回路３０において、冷房運転時、室内温度が室外温度よりも高い場合にのみ、熱交換が行われる。また、副冷媒回路３０において、暖房運転時、室内温度が室外温度より低い場合にのみ、熱交換が行われる。なお、副冷媒回路３０は省略してもよい。

　制御部２０は、圧縮機３の圧縮能力を制御するものである。制御部２０は、ＣＰＵ及びメモリ等を有している。

　制御部２０は、出口温度検出部８、負荷側代表温度検出部９ａ、第１の負荷側局所温度検出部９ｂ、第２の負荷側局所温度検出部９ｃ、圧縮機用インバータ３ｂ及び送風機用インバータ７ａに接続されており、出口温度検出部８の検出結果、負荷側代表温度検出部９ａの検出結果、第１の負荷側局所温度検出部９ｂの検出結果及び第２の負荷側局所温度検出部９ｃの検出結果に基づいて、圧縮機用インバータ３ｂ及び送風機用インバータ７ａの動作を制御する。なお、第１の出口閾値温度は、例えば制御部２０のメモリ等に記憶されている。

　図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。図２に示すように、制御部２０は、周波数低下手段２１と、閾値設定手段２２と、圧縮制御手段２３とを有している。

　周波数低下手段２１は、出口温度検出部８において検出された出口温度が予め決められた低下閾値温度以下の場合、送風機７の駆動周波数を低下させるものである。具体的には、周波数低下手段２１は、送風機７の駆動周波数が低下するように送風機用インバータ７ａを制御する。なお、低下閾値温度は、例えば制御部２０のメモリ等に記憶されているが、利用者が適宜変更することができるようにしてもよい。

　圧縮制御手段２３は、出口温度検出部８において検出された出口温度が基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機３を制御するものである。ここで、この運転モードを、省エネモードと呼称し、基準温度を第２の出口閾値温度とする。また、圧縮機３の圧縮能力の低下とは、サーモスタットによって圧縮機３が停止すること、又は、圧縮機３の駆動周波数が低下すること等をいう。また、圧縮制御手段２３は、出口温度検出部８において検出された出口温度が第２の出口閾値温度よりも高い第１の出口閾値温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機３を制御する。ここで、この運転モードを、通常モードと呼称する。

　また、省エネモードは、出口温度検出部８において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、周波数低下手段２１が送風機７の駆動周波数を低下させる運転モードである。そして、通常モードは、出口温度検出部８において検出された出口温度にかかわらず、周波数低下手段２１が送風機の駆動周波数を維持する運転モードである。

　閾値設定手段２２は、基準温度を、負荷熱交換器６において冷媒と熱交換された空気が供給される負荷空間１２の温度が目標温度に達するまで圧縮機３の圧縮能力を維持する温度に設定するものである。なお、第２の出口閾値温度は、例えば制御部２０のメモリ等に記憶されている。

　次に、冷凍空調装置１の冷房運転について説明する。圧縮機３は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、熱源熱交換器４に流入し、熱源熱交換器４は、室外空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。凝縮された冷媒は、膨張部５に流入し、膨張部５は、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、負荷熱交換器６に流入し、負荷熱交換器６は、送風機７によって供給された室内空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。このとき、室内空気が冷却されて、負荷空間１２が冷房される。そして、蒸発されて低温低圧のガスの状態となった冷媒は、圧縮機３に吸入される。

　なお、冷凍空調装置１が、過冷却器及び過冷却器用電子膨張弁を有している場合、冷媒回路２を循環する冷媒の一部をバイパスし、過冷却器用電子膨張弁で断熱膨張させる。そして、過冷却器用電子膨張弁で断熱膨張された冷媒は、冷媒回路２を循環する冷媒と熱交換される。これにより、冷媒は、過冷却される。なお、冷凍空調装置１が、モータ冷却用電子膨張弁を有している場合、冷媒回路２を循環する冷媒の一部をバイパスし、モータ冷却用電子膨張弁で断熱膨張させる。そして、モータ冷却用電子膨張弁で断熱膨張された冷媒は、圧縮機３の電動機３ａを冷却する。

　図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１の通常モードの動作を示すフローチャートである。次に、冷凍空調装置１の通常モードの動作について説明する。図３に示すように、制御が開始される（ステップＳＴ０）と、冷凍空調装置１が運転する（ステップＳＴ１）。具体的には、圧縮機３の運転が開始され、送風機７の運転も開始される。そして、圧縮機３は、駆動周波数Ｆｃで駆動され、順次倍速制御が行われる（ステップＳＴ２）。また、送風機７は、最大駆動周波数Ｆｆｍａｘで駆動される（ステップＳＴ３）。

　次に、圧縮機３の容量制御運転が行われる（ステップＳＴ４）。容量制御運転においては、先ず、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが、圧縮機３の最大駆動周波数Ｆｃｍａｘを下回るか否かが判定される（ステップＳＴ５）。圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが、圧縮機３の最大駆動周波数Ｆｃｍａｘに達していれば（ステップＳＴ５のＮｏ）、ステップＳＴ７に進む。一方、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが、圧縮機３の最大駆動周波数Ｆｃｍａｘを下回る場合（ステップＳＴ５のＹｅｓ）、圧縮機３の容量が増加される（ステップＳＴ６）。即ち、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが上昇される。

　ステップＳＴ７において、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔ以下であるか否かが判定される。出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔを上回る場合（ステップＳＴ７のＮｏ）、ステップＳＴ４に戻る。一方、出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔ以下の場合（ステップＳＴ７のＹｅｓ）、圧縮制御手段２３によって、圧縮能力が低下するように圧縮機３が制御される（ステップＳＴ８）。具体的には、サーモスタットによって圧縮機３が停止されるか、又は、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが低下される。

　図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。次に、冷凍空調装置１の省エネモードの動作について説明する。図４において、図３と共通する動作については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。図４に示すように、ステップＳＴ６までは、図３と共通する。ステップＳＴ５からステップＳＴ９に進む場合、ステップＳＴ９において、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、低下閾値温度ＴｅＦｆｄ以下であるか否かが判定される。一方、ステップＳＴ６からステップＳＴ９に進む場合、圧縮機３の動作を安定させるため、一定時間が経過した後、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、低下閾値温度ＴｅＦｆｄ以下であるか否かが判定される。

　出口温度Ｔｅが、低下閾値温度ＴｅＦｆｄを上回る場合（ステップＳＴ９のＮｏ）、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘであるか否かが判定される（ステップＳＴ１０）。送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘである場合（ステップＳＴ１０のＹｅｓ）、ステップＳＴ４に戻る。一方、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘでない場合（ステップＳＴ１０のＮｏ）、低下された駆動周波数Ｆｆである任意駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎが、最大駆動周波数Ｆｆｍａｘに変更される（ステップＳＴ１１）。その後、ステップＳＴ４に戻る。

　これに対し、出口温度Ｔｅが、低下閾値温度ＴｅＦｆｄ以下の場合（ステップＳＴ９のＹｅｓ）、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘであるか否かが判定される（ステップＳＴ１２）。送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘでない場合（ステップＳＴ１２のＮｏ）、閾値設定手段２２によって、基準温度が、第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２に設定される（ステップＳＴ１４）。一方、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘである場合（ステップＳＴ１２のＹｅｓ）、周波数低下手段２１によって、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘが、任意駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎに低下される（ステップＳＴ１３）。その後、ステップＳＴ１４に進み、更に、一定時間が経過した後、ステップＳＴ１５に進む。

　ステップＳＴ１５において、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２以下であるか否かが判定される。出口温度Ｔｅが、第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２を上回る場合（ステップＳＴ１５のＮｏ）、負荷空間１２が充分に冷却されていないと判断され、ステップＳＴ４に戻る。一方、出口温度Ｔｅが、第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２以下の場合（ステップＳＴ１５のＹｅｓ）、負荷空間１２が充分に冷却されたと判断され、圧縮制御手段２３によって、圧縮能力が低下するように圧縮機３が制御される（ステップＳＴ８）。具体的には、サーモスタットによって圧縮機３が停止されるか、又は、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが低下される。

　次に、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１の作用について説明する。冷凍空調装置１において、周波数低下手段２１は、出口温度検出部８において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、送風機７の駆動周波数を低下させる。このため、送風機７におけるモータ等の発熱量が減り、消費エネルギが削減される。更に、閾値設定手段２２は、基準温度を、負荷空間１２の温度が目標温度に達するまで圧縮機３の圧縮能力を維持する温度に設定する。このため、圧縮機３の圧縮能力が低下するタイミングを遅らせることができる。

　冷凍空調装置は、概して、冷却する負荷空間の温度を目標温度まで下げ、その目標温度を維持することを目的として、長時間運転又は常時運転する場合、運転時の消費エネルギの削減が望まれている。ここで、冷凍空調装置において、エネルギを消費する主要因は、圧縮機の駆動電力、室外送風機の駆動電力、負荷空間の送風機の駆動電力等が挙げられる。特に、負荷空間の送風機は、商用電源を用いて一定速で駆動される場合が多いため、一定量（最大量）の電力を消費し、また、負荷空間の送風機を駆動するモータ等の発熱量も前記消費電力相当となる（モータ等の発熱は負荷空間を加熱する為、冷凍空調装置の冷凍能力を低下させ、消費エネルギの増加を招く）。このため、負荷空間の送風機の駆動周波数を低下させることは、冷凍空調装置の消費エネルギを削減する上で、多大な効果を奏する。

　ここで、単に送風機の駆動周波数を低下した場合、負荷熱交換器の熱交換量が低下する。これにより、負荷熱交換器から流出する冷媒の出口温度が低下する。そして、例えば負荷熱交換器から流出する冷媒の出口圧力が、出口圧力検出部によって検出された場合、制御部のＣＰＵによって、出口圧力相当の飽和温度が演算される。そして、この飽和温度と、基準温度とが比較される。飽和温度が、基準温度以下の場合、制御部のＣＰＵは、実際には負荷空間の温度が目標温度に達していないにもかかわらず、負荷空間を目標温度まで冷却したものと誤判断し、圧縮機の圧縮能力を低下させる。これにより、負荷空間の温度は、目標温度に到達せず、更に上昇する虞もある。

　これに対し、本実施の形態１は、送風機７の駆動周波数を低下させても、基準温度が、負荷空間１２の温度が目標温度に達するまで圧縮機３の圧縮能力を維持する温度に設定されているため、圧縮機３の圧縮能力が低下するタイミングを遅らせることができる。従って、消費エネルギを削減しつつ、負荷空間１２が目標温度まで冷却されたものと誤判断することを防止することができる。このように、本実施の形態１は、圧縮機３の消費エネルギを削減するだけではなく、送風機７の消費エネルギをも削減しているため、従来よりも更に消費エネルギを削減することができる。

　また、冷凍空調装置１は、運転が開始されてから、出口温度が低下閾値温度以下に下がるまでは、最大駆動周波数で送風機７が駆動される。このため、負荷空間１２を急速に冷却することができる。更に、出口温度が低下閾値温度以下となり、目標とする出口温度に近づき、負荷空間１２がある程度冷却された段階で、送風機７の駆動周波数が低下される。このため、負荷空間１２の冷却に影響を与えずに、消費エネルギを削減することができる。

　更に、本実施の形態１においては、冷媒回路２は一つとすることもできる。このため、部品点数を増加させず、据付スペースも増加させない。二つの冷媒回路を有する冷凍空調装置において、一方の冷媒回路が圧縮機を有していない場合、その冷媒回路のみを利用して、負荷空間を氷点下以下に冷却することは困難である。また、二つの冷媒回路を有するだけでは、送風機の駆動周波数が低下されたときに生じる上記の誤判断を解消することは難しい。これに対し、本実施の形態１は、冷媒回路２は一つとすることができるため、負荷空間１２を氷点下以下に冷却させつつ、消費エネルギを削減することができる。

　なお、圧縮機３に設けられた電動機３ａは、電源１０との間に電動機３ａを駆動する圧縮機用インバータ３ｂが設けられたインバータ回路３ｃのほかに、この圧縮機用インバータ３ｂをバイパスするバイパス回路３ｄにおいて、電源１０に接続されている。これにより、圧縮機３の電動機３ａを、圧縮機用インバータ３ｂで駆動するか、又は、電源１０で駆動するかを適宜選択することができる。圧縮機１は、複数の駆動周波数によって駆動されるが、例えば電源１０と同等の周波数で駆動されている場合、電動機３ａが電源１０で駆動されれば、圧縮機用インバータ３ｂが使用される際の消費電力を削減することができる。従って、過剰な電力を消費することを抑制し、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態１において、バイパス回路３ｄは省略してもよい。

　また、冷凍空調装置１は、負荷空間１２に設けられた副負荷熱交換器３２、及び副熱源熱交換器３１が、副冷媒管３０ａにより接続され、冷媒が流通する副冷媒回路３０を備えていてもよい。これにより、圧縮機３を有する冷媒回路２によって負荷空間１２を冷却するか、又は、圧縮機３を有しない副冷媒回路３０によって負荷空間１２を冷却するかを、適宜選択することができる。従って、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態１において、副冷媒回路３０は省略してもよい。

　なお、実施の形態１において、冷凍空調装置１は、省エネモードと通常モードとの二つの運転モードを有している例を示したが、省エネモードのみ有していてもよい。

実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。本実施の形態２は、選択部１１を備え、制御部２０が判定手段２４を有している点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

　図５に示すように、冷凍空調装置１は、選択部１１を備えている。本実施の形態２では、選択部１１によって、省エネモードと通常モードとを選択することができる。そして、制御部２０の判定手段２４は、選択部１１において選択された運転モードが、省エネモードであるか通常モードであるかを判定するものである。

　また、閾値設定手段２２は、省エネモードにおける基準温度を、通常モードにおける基準温度よりも低く設定するものである。具体的には、閾値設定手段２２は、第２の出口閾値温度を、第１の出口閾値温度よりも低く設定する。

　図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１の動作を示すフローチャートである。次に、本実施の形態２に係る冷凍空調装置１の動作について説明する。ステップＳＴ１からステップＳＴ６までは、実施の形態１と同様である。図６に示すように、ステップＳＴ４において、圧縮機３の容量制御運転が行われる際、選択部１１から、モード切り替え信号が送信される（ステップＳＴ１６）。そして、ステップＳＴ１７において、判定手段２４によって、選択部１１において選択された運転モードが、省エネモードであるか通常モードであるかが判定される。運転モードが省エネモードである場合（ステップＳＴ１７のＹｅｓ、ステップＳＴ１８）、ステップＳＴ９に進む。ステップＳＴ９からステップＳＴ１５までは、実施の形態１と同様である。

　一方、運転モードが通常モードである場合（ステップＳＴ１７のＮｏ、ステップＳＴ１９）、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘであるか否かが判定される（ステップＳＴ２０）。送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘである場合（ステップＳＴ２０のＹｅｓ）、ステップＳＴ２２に進む。一方、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘでない場合（ステップＳＴ２０のＮｏ）、低下された駆動周波数Ｆｆである任意駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎが、最大駆動周波数Ｆｆｍａｘに変更される（ステップＳＴ２１）。その後、ステップＳＴ２２に進む。

　ステップＳＴ２２において、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔ以下であるか否かが判定される。これにより、冷凍空調装置１によって、負荷空間１２が充分に冷却されたかが判断される。出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔを上回る場合（ステップＳＴ２２のＮｏ）、ステップＳＴ４に戻る。一方、出口温度Ｔｅが、第１の出口閾値温度Ｔｅｔ以下の場合（ステップＳＴ２２のＹｅｓ）、圧縮制御手段２３によって、圧縮能力が低下するように圧縮機３が制御される（ステップＳＴ８）。具体的には、サーモスタットによって圧縮機３が停止されるか、又は、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが低下される。

　このように、省エネモードにおいて、出口温度が低下閾値温度以下となり、送風機７の駆動周波数が低下されても、運転モードが通常モードに変更されることによって、一旦低下させた送風機７の駆動周波数を、最大駆動周波数に戻すことができる。このため、負荷空間１２の冷却負荷が大きくなった場合、例えば、冷凍倉庫の入口が長時間開放されていたり、新しい品物が搬入されたりした場合、負荷空間１２及び負荷空間１２に収容された品物等を急速に冷却することができる。このように、本実施の形態２では、消費エネルギを削減することを優先するか、又は、負荷空間１２を早急に冷却するかを適宜選択することができる。

　なお、本実施の形態２において、モード切り替え信号を制御部２０に送信することによって、運転モードが変更される例を示した。これにより、冷凍空調装置１から離れた遠方から、運転モードを変更することができるが、これに限らず、運転モードの切り替えは、スイッチ等の物理的な装置を用いて行われてもよい。

　なお、圧縮機３に設けられた電動機３ａは、電源１０との間に電動機３ａを駆動する圧縮機用インバータ３ｂが設けられたインバータ回路３ｃのほかに、この圧縮機用インバータ３ｂをバイパスするバイパス回路３ｄにおいて、電源１０に接続されている。これにより、圧縮機３の電動機３ａを、圧縮機用インバータ３ｂで駆動するか、又は、電源１０で駆動するかを適宜選択することができる。圧縮機１は、複数の駆動周波数によって駆動されるが、例えば電源１０と同等の周波数で駆動されている場合、電動機３ａが電源１０で駆動されれば、圧縮機用インバータ３ｂが使用される際の消費電力を削減することができる。従って、過剰な電力を消費することを抑制し、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態２において、バイパス回路３ｄは省略してもよい。

　また、冷凍空調装置１は、負荷空間１２に設けられた副負荷熱交換器３２、及び副熱源熱交換器３１が、副冷媒管３０ａにより接続され、冷媒が流通する副冷媒回路３０を備えていてもよい。これにより、圧縮機３を有する冷媒回路２によって負荷空間１２を冷却するか、又は、圧縮機３を有しない副冷媒回路３０によって負荷空間１２を冷却するかを、適宜選択することができる。従って、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態２において、副冷媒回路３０は省略してもよい。

実施の形態３．
　次に、本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１を示すブロック図である。本実施の形態３は、圧縮制御手段２３の動作が、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

　圧縮制御手段２３は、図７に示すように、負荷温度検出部９において検出された負荷温度が基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機３を制御するものである。ここで、本実施の形態３では、基準温度を負荷閾値温度とする。なお、本実施の形態３において、負荷温度検出部９は、本発明の第２の比較温度検出部に相当する。

　図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。次に、本実施の形態３に係る冷凍空調装置１の動作について説明する。ステップＳＴ１からステップＳＴ１３までは、実施の形態１と同様である。図８に示すように、ステップＳＴ１３において、周波数低下手段２１によって、送風機７の最大駆動周波数Ｆｆｍａｘが、任意駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎに低下された後、閾値設定手段２２によって、基準温度が負荷閾値温度Ｔｒｔに設定される（ステップＳＴ２３）。

　そして、負荷温度検出部９において検出された負荷温度Ｔｒが、負荷閾値温度Ｔｒｔ以下であるか否かが判定される（ステップＳＴ２４）。負荷温度Ｔｒが、負荷閾値温度Ｔｒｔを上回る場合（ステップＳＴ２４のＮｏ）、負荷空間１２が充分に冷却されていないと判断され、ステップＳＴ４に戻る。一方、負荷温度Ｔｒが、負荷閾値温度Ｔｒｔ以下の場合（ステップＳＴ２４のＹｅｓ）、負荷空間１２が充分に冷却されたと判断され、圧縮制御手段２３によって、圧縮能力が低下するように圧縮機３が制御される（ステップＳＴ８）。具体的には、サーモスタットによって圧縮機３が停止されるか、又は、圧縮機３の駆動周波数Ｆｃが低下される。

　このように、本実施の形態３は、圧縮機３の圧縮能力を低下させるタイミングが、負荷温度に基づいて決定されている。このため、負荷空間１２の温度を、より正確に目標温度まで冷却し、より正確に目標温度に維持することができる。

　なお、負荷温度検出部９において検出された負荷温度は、負荷側代表温度検出部９ａにおいて検出された負荷温度としてもよく、第１の負荷側局所温度検出部９ｂにおいて検出された負荷温度としてもよく、第２の負荷側局所温度検出部９ｃにおいて検出された負荷温度としてもよい。更に、負荷側代表温度検出部９ａにおいて検出された負荷温度、第１の負荷側局所温度検出部９ｂにおいて検出された負荷温度及び第２の負荷側局所温度検出部９ｃにおいて検出された負荷温度を併用してもよい。

　この場合、圧縮制御手段２３は、複数の負荷温度検出部９において検出された負荷温度が複数の負荷温度検出部９の夫々に対応する負荷閾値温度以下の場合、圧縮能力が低下するように圧縮機３を制御する。これにより、更に、負荷空間１２の温度を、より正確に目標温度まで冷却し、より正確に目標温度に維持することができる。

　更に、実施の形態２のように、省エネモードと通常モードとを切り替え可能な構成とし、利用者が運転モードを適宜変更するようにしてもよい。

　なお、圧縮機３に設けられた電動機３ａは、電源１０との間に電動機３ａを駆動する圧縮機用インバータ３ｂが設けられたインバータ回路３ｃのほかに、この圧縮機用インバータ３ｂをバイパスするバイパス回路３ｄにおいて、電源１０に接続されている。これにより、圧縮機３の電動機３ａを、圧縮機用インバータ３ｂで駆動するか、又は、電源１０で駆動するかを適宜選択することができる。圧縮機１は、複数の駆動周波数によって駆動されるが、例えば電源１０と同等の周波数で駆動されている場合、電動機３ａが電源１０で駆動されれば、圧縮機用インバータ３ｂが使用される際の消費電力を削減することができる。従って、過剰な電力を消費することを抑制し、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態３において、バイパス回路３ｄは省略してもよい。

　また、冷凍空調装置１は、負荷空間１２に設けられた副負荷熱交換器３２、及び副熱源熱交換器３１が、副冷媒管３０ａにより接続され、冷媒が流通する副冷媒回路３０を備えていてもよい。これにより、圧縮機３を有する冷媒回路２によって負荷空間１２を冷却するか、又は、圧縮機３を有しない副冷媒回路３０によって負荷空間１２を冷却するかを、適宜選択することができる。従って、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態３において、副冷媒回路３０は省略してもよい。

実施の形態４．
　次に、本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置１について説明する。図９は、本発明の実施の形態４における送風機７の駆動周波数の設定範囲を示すグラフである。本実施の形態４は、周波数低下手段２１の動作が、実施の形態１と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

　周波数低下手段２１は、出口温度検出部８において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、出口温度を低下閾値温度で除算した値に基づいて、送風機７の駆動周波数を低下させるものである。図９に示すように、負荷熱交換器６の出口圧力相当の飽和温度が、低下閾値温度ＴｅＦｆｄを上回るときは、送風機７は最大駆動周波数Ｆｆｍａｘで運転される。

　そして、飽和温度が低下閾値温度ＴｅＦｆｄから第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２に至るまで、送風機７は比例駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎｐで運転される。ここで、比例駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎｐは、最大駆動周波数Ｆｆｍａｘに、出口温度Ｔｅを低下閾値温度ＴｅＦｆｄで除算した値、即ち比率ΔＴｅを乗算したものである。即ち、比例駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎｐ＝最大駆動周波数Ｆｆｍａｘ×比率ΔＴｅである。なお、出口温度検出部８は、予め決められた時間毎に、負荷熱交換器６から流出する冷媒の出口温度Ｔｅを検出するため、比率ΔＴｅは、徐々に小さくなる。飽和温度が、第２の出口閾値温度以下のとき、送風機７は、最小駆動周波数Ｆｆｍｉｎで運転される。

　図１０は、本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置１の省エネモードの動作を示すフローチャートである。次に、本実施の形態４に係る冷凍空調装置１の動作について説明する。ステップＳＴ１からステップＳＴ１１までは、実施の形態１と同様である。図１０に示すように、ステップＳＴ９において、出口温度検出部８において検出された出口温度Ｔｅが、低下閾値温度ＴｅＦｆｄ以下であるか否かが判定され、出口温度Ｔｅが低下閾値温度ＴｅＦｆｄ以下である場合（ステップＳＴ９のＹｅｓ）、圧縮制御手段２３における判定基準が、第１の出口閾値温度Ｔｅｔであるか否かが判定される（ステップＳＴ２５）。判定基準が、第１の出口閾値温度Ｔｅｔではない場合（ステップＳＴ２５のＮｏ）、ステップＳＴ２７に進む。一方、判定基準が、第１の出口閾値温度Ｔｅｔである場合（ステップＳＴ２５のＹｅｓ）、閾値設定手段２２によって、基準温度が、第２の出口閾値温度Ｔｅｔ２に設定される（ステップＳＴ２６）。

　その後、ステップＳＴ２７において、送風機７の駆動周波数Ｆｆが最小駆動周波数Ｆｆｍｉｎを上回るか否かが判定される。送風機７の駆動周波数Ｆｆが最小駆動周波数Ｆｆｍｉｎである場合（ステップＳＴ２７のＮｏ）、送風機７の駆動周波数Ｆｆを更に低下させることはできないため、最小駆動周波数Ｆｆｍｉｎのまま、ステップＳＴ１５に進む。一方、送風機７の駆動周波数Ｆｆが最小駆動周波数Ｆｆｍｉｎを上回る場合（ステップＳＴ２７のＹｅｓ）、出口温度検出部８によって出口温度Ｔｅが検出される（ステップＳＴ２８）。そして、出口温度Ｔｅを低下閾値温度ＴｅＦｆｄで除算した比率ΔＴｅが算出される（ステップＳＴ２９）。その後、送風機７の駆動周波数Ｆｆが、比例駆動周波数Ｆｆｄｏｗｎｐに変更される（ステップＳＴ３０）。その後、ステップＳＴ１５に進む。ステップＳＴ１５は、実施の形態１と同様である。

　このように、本実施の形態４において、送風機７の駆動周波数は、出口温度を低下閾値温度で除算した比率に基づいた比例駆動周波数に変更される。そして、出口温度検出部８は、予め決められた時間毎に、負荷熱交換器６から流出する冷媒の出口温度を検出するため、比率は徐々に小さくなり、それに伴い、比例駆動周波数も徐々に小さくなる。このように、送風機７の駆動周波数は、段階的に低下されるため、直ちに大幅に低下されるよりも、負荷空間１２を冷却する時間を短縮することができ、消費エネルギを更に削減することができる。

　更に、実施の形態２のように、省エネモードと通常モードとを切り替え可能な構成とし、利用者が運転モードを適宜変更するようにしてもよい。また、実施の形態３のように、圧縮機３の圧縮能力を低下させるタイミングが、負荷温度に基づいて決定されてもよい。これにより、負荷空間１２の温度を、より正確に目標温度まで冷却し、より正確に目標温度に維持することができる。なお、負荷温度は、負荷側代表温度検出部９ａにおいて検出された負荷温度としてもよく、第１の負荷側局所温度検出部９ｂにおいて検出された負荷温度としてもよく、第２の負荷側局所温度検出部９ｃにおいて検出された負荷温度としてもよい。

　なお、圧縮機３に設けられた電動機３ａは、電源１０との間に電動機３ａを駆動する圧縮機用インバータ３ｂが設けられたインバータ回路３ｃのほかに、この圧縮機用インバータ３ｂをバイパスするバイパス回路３ｄにおいて、電源１０に接続されている。これにより、圧縮機３の電動機３ａを、圧縮機用インバータ３ｂで駆動するか、又は、電源１０で駆動するかを適宜選択することができる。圧縮機１は、複数の駆動周波数によって駆動されるが、例えば電源１０と同等の周波数で駆動されている場合、電動機３ａが電源１０で駆動されれば、圧縮機用インバータ３ｂが使用される際の消費電力を削減することができる。従って、過剰な電力を消費することを抑制し、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態４において、バイパス回路３ｄは省略してもよい。

　また、冷凍空調装置１は、負荷空間１２に設けられた副負荷熱交換器３２、及び副熱源熱交換器３１が、副冷媒管３０ａにより接続され、冷媒が流通する副冷媒回路３０を備えていてもよい。これにより、圧縮機３を有する冷媒回路２によって負荷空間１２を冷却するか、又は、圧縮機３を有しない副冷媒回路３０によって負荷空間１２を冷却するかを、適宜選択することができる。従って、消費エネルギを更に削減することができる。なお、本実施の形態４において、副冷媒回路３０は省略してもよい。

　１　冷凍空調装置、２　冷媒回路、２ａ　冷媒管、３　圧縮機、３ａ　電動機、３ｂ　圧縮機用インバータ、３ｃ　インバータ回路、３ｄ　バイパス回路、４　熱源熱交換器、５　膨張部、６　負荷熱交換器、７　送風機、７ａ　送風機用インバータ、８　出口温度検出部、９　負荷温度検出部、９ａ　負荷側代表温度検出部、９ｂ　第１の負荷側局所温度検出部、９ｃ　第２の負荷側局所温度検出部、１０　電源、１１　選択部、１２　負荷空間、２０　制御部、２１　周波数低下手段、２２　閾値設定手段、２３　圧縮制御手段、２４　判定手段、３０　副冷媒回路、３０ａ　副冷媒管、３１　副熱源熱交換器、３２　副負荷熱交換器。

Claims

　圧縮機、熱源熱交換器、膨張部及び負荷熱交換器が冷媒管により接続され、冷媒が流通する冷媒回路と、
　前記負荷熱交換器に空気を供給する送風機と、
　前記送風機の動作に用いられる温度を検出する第１の比較温度検出部と、
　前記圧縮機の動作に用いられる温度を検出する第２の比較温度検出部と、
　前記圧縮機の圧縮能力を制御する制御部と、を備え、
　前記第１の比較温度検出部は、
　前記負荷熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検出する出口温度検出部であり、
　前記制御部は、
　前記出口温度検出部において検出された出口温度が低下閾値温度以下の場合、前記送風機の駆動周波数を低下させる周波数低下手段と、
　前記第２の比較温度検出部において検出された温度が基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように前記圧縮機を制御する圧縮制御手段と、
　前記基準温度を、前記負荷熱交換器において冷媒と熱交換された空気が供給される負荷空間の温度が目標温度に達するまで前記圧縮機の圧縮能力を維持する温度に設定する閾値設定手段と、
　を有する冷凍空調装置。
　前記出口温度検出部において検出された出口温度が前記低下閾値温度以下の場合、前記周波数低下手段が前記送風機の駆動周波数を低下させる省エネモードと、
　前記出口温度検出部において検出された出口温度にかかわらず、前記周波数低下手段が前記送風機の駆動周波数を維持する通常モードと、を選択する選択部を更に備え、
　前記制御部は、
　前記選択部において選択された運転モードが、省エネモードであるか通常モードであるかを判定する判定手段を更に有し、
　前記閾値設定手段は、
　前記省エネモードにおける基準温度を、前記通常モードにおける基準温度よりも低く設定するものである請求項１記載の冷凍空調装置。
　前記第２の比較温度検出部は、
　前記負荷熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検出する出口温度検出部であり、
　前記圧縮制御手段は、
　前記出口温度検出部において検出された出口温度が前記基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように前記圧縮機を制御するものである請求項１又は２記載の冷凍空調装置。
　前記第２の比較温度検出部は、
　前記負荷空間の負荷温度を検出する負荷温度検出部であり、
　前記圧縮制御手段は、
　前記負荷温度検出部において検出された負荷温度が前記基準温度以下の場合、圧縮能力が低下するように前記圧縮機を制御するものである請求項１又は２記載の冷凍空調装置。
　複数の前記負荷温度検出部を備え、
　前記圧縮制御手段は、
　複数の前記負荷温度検出部において検出された負荷温度が複数の前記負荷温度検出部の夫々に対応する負荷閾値温度以下の場合、圧縮能力が低下するように前記圧縮機を制御するものである請求項４記載の冷凍空調装置。
　前記出口温度検出部は、
　予め決められた時間毎に、前記負荷熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検出するものであり、
　前記周波数低下手段は、
　前記出口温度検出部において検出された出口温度が前記低下閾値温度以下の場合、該出口温度を前記低下閾値温度で除算した値に基づいて、前記送風機の駆動周波数を低下させるものである請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
　前記圧縮機は、
　電源に接続され、前記圧縮機を駆動する電動機を有する請求項１～６のいずれか１項に記載の冷凍空調装置であって、
　前記冷凍空調装置は、
　前記電動機を駆動する圧縮機用インバータを備え、
　前記電源と前記電動機とを接続し、前記圧縮機用インバータが設けられたインバータ回路と、
　前記電源と前記電動機とを接続し、前記圧縮機用インバータをバイパスするバイパス回路と、を更に備える請求項１～６のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
　副熱源熱交換器、及び、前記負荷空間に設けられた副負荷熱交換器が副冷媒管により接続され、冷媒が流通する副冷媒回路を更に備え、
　前記副冷媒回路は、
　前記冷媒回路とは独立して設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。