JP2701612B2 - 空気調和装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置の運転制
御装置に係り、特に除湿性能及び室温制御性能の向上対
策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭５９―１２５３
６１号公報に開示される如く、圧縮機、室外熱交換器、
膨脹弁及び室外熱交換器を順次接続してなる冷媒回路を
備えるとともに、冷房運転時に室内熱交換器の吹出空気
を再加熱する再加熱器を設けることにより、熱交換器の
表面温度を露点以下に下げるとともに、吹出空気温度を
上昇させて、高温の吹出空気を要求されるような冷房運
転時における除湿能力の不足を補い、空調の快適性の向
上を図ろうとするものは公知の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、再加熱することによりエネルギーロスを
生じるので、運転効率が悪化するとともに、システムが
複雑となり、設備コストが高く付くという問題がある。

【０００４】その一方、熱交温度をあまりに下げること
は吹出空気温度が過度に低下することになり、空調空間
の温度制御が無視される結果、空調の快適性が悪化する
虞れがある。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、室内熱交換器を２つに分割し、各々
を別系統にして能力制御することにより、室内空間の空
気温度を適正に維持しながら、空調空気の除湿を行い、
もって、空調の快適性の向上を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、図１に示すよう
に、空調ユニット（Ａ）内に一対の第１、第２室内熱交
換器（７ａ），（７ｂ）を収納するとともに、冷媒回路
中で上記各室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）を互いに並
列に接続し、かつ各室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）ご
とに第１、第２電動膨張弁（ＥＶ１），（ＥＶ２）を設
けてなる空気調和装置を前提とする。そして、上記空調
ユニット（Ａ）内の通風路（６）に上記第１、第２室内
熱交換器（７ａ），（７ｂ）を空調空気の流れる方向に
対して互いに並列に配置する。さらに、空気調和装置の
運転制御装置として、室内空間の空気温度を検出する空
気温度検出手段（Ｔｈａ）と、該空気温度検出手段（Ｔ
ｈａ）の出力を受け、空気温度が設定温度になるよう上
記第１電動膨張弁（ＥＶ１）の開度を制御する第１開度
制御手段（５１）と、上記第２室内熱交換器（７ｂ）出
口の過熱度を検出する過熱度検出手段（５０）と、冷房
運転時、該過熱度検出手段（５０）の出力を受け、過熱
度が目標値になるよう上記第２電動膨張弁（ＥＶ２）の
開度を制御する第２開度制御手段（５２）とを設ける構
成としたものである。

【０００７】請求項２の発明の講じた手段は、図１の破
線部分に示すように、上記請求項１の発明において、冷
房運転時、第１電動膨張弁の（ＥＶ２）が全閉のときに
は、空気温度検出手段（Ｔｈａ）で検出される空気温度
に応じて第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度を制御するよ
う第２開度制御手段（５２）の制御指標を変更する制御
指標変更手段（５３）を設けたものである。

【０００８】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、空調
ユニット（Ａ）内の通風路（６）に、一対の室内熱交換
器（７ａ），（７ｂ）が空調空気の流れる方向に対して
互いに並列に設置され、第１室内熱交換器（７ａ）の能
力については、第１開度制御手段（５１）により、第１
電動膨張弁（ＥＶ１）の開度が空気温度に応じて制御さ
れる一方、第２室内熱交換器（７ｂ）の能力について
は、第２開度制御手段（５２）により、第２電動膨張弁
（ＥＶ２）の開度が過熱度に応じて制御される。

【０００９】したがって、２つの室内熱交換器（７
ａ），（７ｂ）の能力の制御が無駄なく行われ、第２室
内熱交換器（７ｂ）側で熱交表面温度を露点以下に維持
することが可能になり、適正な空調空気の除湿が行われ
る一方、第１室内熱交換器（７ａ）側で吹出空気や吸込
空気などの空気温度が制御目標値になるよう制御され、
冷 却された空調空気を再加熱することに起因するエネル
ギーロスを生じることなく室内空間の空気温度が適正に
維持されることになる。

【００１０】請求項２の発明では、室内空間の冷房負荷
が極めて小さい条件下において、空気温度による開度制
御を行う第１電動膨張弁（ＥＶ１）の開度が全閉のとき
には、第２室内熱交換器（７ｂ）側で過熱度に基づく制
御が行われると、除湿量は大きいものの室内空間の空気
温度が低下して制御目標値から大きく外れることになる
が、制御指標変更手段（５３）により第２開度制御手段
（５２）の制御指標が変更され、第２電動膨張弁（ＥＶ
２）の開度が空気温度に応じて制御されるので、かかる
条件下でも、室内空間の空気温度が適正に維持される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図２以下の
図面に基づき説明する。

【００１２】図２は実施例に係る空気調和装置の縦断面
構造を示し、空気調和装置の空調ユニット（Ａ）のケー
シング（１）は床面（Ｆ）上に設置され、該ケーシング
（１）内において、ケーシング（１）の下方に向かって
空調空気を送風する送風ファン（２）が配設されてお
り、ケーシング（１）の上方に開口された空気吸込口
（３）から下方の空気吹出口（５）に向かって空調空気
が流通する第１通風路（６）が形成されている。そし
て、この第１通風路（６）の上記送風ファン（２）の直
上には一対の第１，第２室内熱交換器（７ａ），（７
ｂ）が互いに並列に配設されている。また、該各室内熱
交換器（７ａ），（７ｂ）は、冷媒回路内で互いに並列
に接続されるとともに、その各々に第１，第２電動膨張
弁（ＥＶ１），（ＥＶ２）が設けられており、各電動膨
張弁（ＥＶ１），（ＥＶ２）の開度は後述のごとく個別
に制御されるようになされている。

【００１３】また、上記ケーシング（１）が設置される
床面（Ｆ）の上記空気吹出口（５）に対峙する部位には
空気流入口（９）が開口されており、さらに床面（Ｆ）
の内部には、空気流入口（９）から流入した空調空気が
流通する第２通風路（１０）が形成されていて、該第２
通風路（１０）の室内側に隣接する床面（Ｆ）の壁面に
は、必要箇所に空調空気の供給口（１１），…が設けら
れている。すなわち、空調ユニット（Ａ）のケーシング
（１）の空気吹出口（５）から吹出される空調空気を第
２通風路（１０）に流通させ、床面（Ｆ）の各部に設け
られた各供給口（１１），…から室内上方に向かって空
調空気を吹出すようにしている。

【００１４】そして、空気調和装置には温度センサ類が
配置されており、（Ｔｈａ）は第２通風路（１０）に配
置され、吹出空気温度Ｔａを検出する空気温度検出手段
としての吹出温センサ、（Ｔｈｒ）は室内温度Ｔｒを検
出する室温センサ、（Ｔｈｗ）は湿度を検出する湿度セ
ンサ、（Ｔｈｉ１），（Ｔｈｉ２）は、それぞれ第１、
第２室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）の液管温度Ｔｉ
１，Ｔｉ２を検出する第１、第２液管センサ、（Ｔｇ
１），（Ｔｇ２）は、それぞれ第１、第２室内熱交換器
（７ａ），（７ｂ）のガス管温度Ｔｇ１，Ｔｇ２を検出
する第１，第２ガス管センサである。上記ガス管センサ
（Ｔｈｇ１），（Ｔｈｇ２）で検出されるガス管温度Ｔ
ｇ１，Ｔｇ２と、各液管センサ（Ｔｈｉ１），（Ｔｈｉ
２）で検出される液管温度Ｔｉ１，Ｔｉ２との温度差
（Ｔｇ１−Ｔｉ１），（Ｔｇ２−Ｔｉ２）により冷媒の
過熱度Ｓｈ１，Ｓｈ２が求められる。特に、上記第２ガ
ス管センサ（Ｔｈｇ２）及び第２液管センサ（Ｔｈｉ
２）により、本発明にいう過熱度検出手段（５０）が構
成されている。

【００１５】そして、上記各センサは空気調和装置のコ
ントローラ（２０）に信号線で接続されており、該コン
トローラ（２０）により、上記各センサの信号に応じて
空気調和装置の運転を制御するようになされている。特
に、第１室内熱交換器（７ａ）側では、その能力を調節
する第１電動膨張弁（ＥＶ１）の開度Ｅ１は主として吹
出空気温度Ｔａに応じ、第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開
度Ｅ２は主として過熱度Ｓｈ２に応じて制御されるよう
になされている。以下、各電動膨張弁（ＥＶ１），（Ｅ
Ｖ２）の開度制御の内容について、図３及び図４のフロ
―チャ―トに基づき説明する。

【００１６】図３は、冷房運転時における第１室内熱交
換器（７ａ）の能力制御モジュールＳＴ１Ｍを示し、ま
ず、ステップＳＴ１１で、第１電動膨張弁（ＥＶ１）の
開度Ｅ１を制御するための変数について、現在値Ｅｓ１
を前回値Ｅｃ１とする変数の更新を行った後、ステップ
ＳＴ１２で、上記吹出温センサ（Ｔｈａ）の検出値Ｔａ
から、Ｅｓ１＝Ｔａ−Ｔｓ（ただし、Ｔｓは吹出空気温
度Ｔａの制御目標値）として、新しい変数の現在値Ｅｓ
１を求める。そして、ステップＳＴ１３で、変数値Ｅｓ
１と不感帯幅ΔＴｄ１（例えば０．５℃程度の温度幅）
とを比較し、｜Ｅｓ１｜＜ΔＴｄ１でなければ、ステッ
プＳＴ１４で、下記式（１） ΔＥ１＝Ｋc1｛（Ｅs1−Ｅc1）＋（Δｔs1／２Ｔi1）（Ｅs1＋Ｅc1）｝ (1) （ただし、Ｋc はゲイン、Ｔi は積分時間、Δｔs はサ
ンプリング時間であって、後述の(2) 式においても添字
は異なるが同様である）に基づき第１電動膨張弁（ＥＶ
１）の開度変更値ΔＥ１を演算する一方、｜Ｅｓ１｜＜
ΔＴｄ１であれば、現在の開度を変更する必要はないと
判断して、ステップＳＴ１５で、ΔＥ１＝０とする。そ
して、ステップＳＴ１６で、第１電動膨張弁（ＥＶ１）
の新開度Ｅ１について、Ｅ１＝Ｅ１＋ΔＥ１とし、第１
室内熱交換器（７ａ）の能力制御モジュールを終了す
る。

【００１７】次に、図４は、第２室内熱交換器（７ｂ）
の能力制御モジュールＳＴ２Ｍを示し、まず、ステップ
ＳＴ２１で、第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度を制御す
るための変数について、現在値Ｅｓ２を前回値Ｅｃ２と
する変数の更新を行った後、ステップＳＴ２２で、上記
第２液管センサ（Ｔｈｉ２）及び第２ガス管センサ（Ｔ
ｈｇ２）の検出値Ｔｉ２，Ｔｇ２から、Ｅｓ２＝Ｔｇ２
−Ｔｉ２（つまり、過熱度）として、新しい変数の現在
値Ｅｓ２を求める。そして、ステップＳＴ２３で、第１
電動膨張弁（ＥＶ１）の開度Ｅ１が「０」か否かを判別
し、Ｅ１＝０であれば、第１室内熱交換器（７ａ）側の
能力が「０」であるため、吹出空気温度Ｔａを優先的に
制御すべく、ステップＳＴ２４で、上記式（１）を利用
し、Ｅ１の変わりにＥ２を代入して第２電動膨張弁（Ｅ
Ｖ２）の開度Ｅ２を演算する。

【００１８】次に、ステップＳＴ２５で、変数値Ｅｓ２
と目標過熱度Ｓhsとの差の絶対値｜Ｅs2−Ｓhs｜を不感
帯幅ΔＴｄ２（例えば０．５℃程度の温度幅）と比較
し、｜Ｅｓ２−Ｓhs｜＜ΔＴｄ２でなければ、ステップ
ＳＴ２７で、下記式（２） ΔＥ２＝Ｋc2｛（Ｅs2−Ｅc2）＋（Δｔs2／２Ｔi2）（Ｅs2＋Ｅc2）｝ (2) に基づき第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度変更値ΔＥ２
を演算する一方、｜Ｅｓ２−Ｓhs｜＜ΔＴｄ２であれ
ば、現在の開度を変更する必要はないと判断して、ステ
ップＳＴ２６で、ΔＥ２＝０とする。そして、ステップ
ＳＴ２８で、第２電動膨張弁（ＥＶ２）の新開度Ｅ２に
ついて、Ｅ２＝Ｅ２＋ΔＥ２とし、第２室内熱交換器
（７ｂ）の能力制御モジュールを終了する。

【００１９】上記フローにおいて、ステップＳＴ１４及
びＳＴ１６の制御により、本発明にいう第１開度制御手
段（５１）が構成され、ステップＳＴ２６及びＳＴ２８
の制御により、本発明にいう第２開度制御手段（５２）
が構成されている。また、ステップＳＴ２４及びＳＴ２
８の制御により、請求項２の発明にいう制御指標変更手
段（５３）が構成されている。

【００２０】したがって、上記実施例では、空調ユニッ
ト（Ａ）のケーシング（１）内に形成される第１通風路
（６）に、一対の室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）が設
置され、第１室内熱交換器（７ａ）の能力については、
第１開度制御手段（５１）により、第１電動膨張弁（Ｅ
Ｖ１）の開度Ｅ１が吹出空気温度Ｔａを設定温度Ｔｓに
収束させるよう制御される一方、第２室内熱交換器（７
ｂ）の能力については、第２開度制御手段（５２）によ
り、第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度が過熱度Ｓｈを目
標値に収束させるよう制御される。

【００２１】ここで、図５は、吹出空気温度を制御した
ときの除湿量を示し、特に吸込空気温度が乾球温度で２
７℃、湿球温度で１９．５℃、バイパスファクタが０．
１５、第２室内熱交換器（７ｂ）出口の空気温度が乾球
温度で１２．５℃、湿球温度で１１．６℃のときのデー
タであって、第２室内熱交換器（７ｂ）側の風量比Ｆ２
の設定を０％〜８０％まで２０％ごとに変えたときのも
のである。

【００２２】図５において、風量比Ｆ２が１００％のと
き、つまり全ての空調空気が過熱度制御される第２室内
熱交換器（７ｂ）を通過するときには、低圧が一定に制
御されており、過熱度を目標値制御することで熱交表面
温度が露点以下になるので、除湿機能がフルに発揮さ
れ、約２．９（×１０-3kg/kg ）の除湿量が確保され
る。また、風量比Ｆ２が８０％のときには、第１電動膨
張弁（ＥＶ１）の開度が絞られるにつれて除湿量は点
（Ｏ）から点（Ｎ）（除湿量は約２．３（×１０-3kg/k
g ））まで変化し、その後は第１電動膨張弁（ＥＶ１）
の開度を絞っても除湿量は変化しない。つまり、吹出空
気温度Ｔａが１３℃から１４℃に相当する点（Ｏ）から
点（Ｎ）までの除湿量は第１室内熱交換器（７ａ）によ
る除湿量であって、吹出空気温度Ｔａが約１４℃以上で
は第１室内熱交換器（７ａ）側ではほとんど除湿機能が
発揮されないことになる。そして、吹出空気温度Ｔａが
上昇して第１電動膨張弁（ＥＶ１）が全閉になると、除
湿量は点（Ｍ）で止まり、第２室内熱交換器（７ｂ）側
の除湿量で全体の除湿量が維持される。そのとき、上記
実施例におけるステップＳＴ２４の制御のように、第１
電動膨張弁（ＥＶ１）の開度を吹出空気温度Ｔａに応じ
て制御すると、除湿量は吹出温度Ｔａの変化に応じて点
（Ｍ）から点（Ｅ）まで変化する。したがって、除湿量
は低減することになるが、後述のように吹出空気温度Ｔ
ａは維持される。

【００２３】以下、風量比Ｆ２が６０％，４０％，２０
％と低下するにつれて、上記風量比Ｆ２が８０％のとき
と基本的に同じような除湿量の変化を示し、風量比Ｆ２
が６０％のときには点（Ｏ）−（Ｌ）−（Ｋ）−（Ｄ）
−（Ａ）間で、風量比Ｆ２が４０％のときには点（Ｏ）
−（Ｊ）−（Ｉ）−（Ｃ）−（Ａ）間で、風量比Ｆ２が
２０％のときには点（Ｏ）−（Ｈ）−（Ｇ）−（Ｂ）−
（Ａ）間で除湿量が変化する。また、風量比Ｆ２が０％
のとき、つまり第１室内熱交換器（７ａ）のみを使用
し、第１電動膨張弁（ＥＶ１）の開度を吹出空気温度Ｔ
ａに応じて制御する場合には、除湿量は図中の点（Ｏ）
−（Ｆ）−（Ａ）間で変化し、吹出空気温度Ｔａが約１
７℃以上では除湿量は「０」になる。すなわち、従来の
もののように、一台の室内熱交換器で吹出空気温度Ｔａ
を制御しようとすると、吹出空気温度Ｔａの制御目標値
が高い場合には除湿能力がほとんどなくなることにな
る。一方、上述のように、一台の室内熱交換器で過熱度
を制御しようとすると、除湿量は確保しうるものの吹出
空気温度Ｔａを制御目標値に維持できない。

【００２４】それに対し、上記実施例では、各室内熱交
換器（７ａ），（７ｂ）の風量が等しく設定されている
ので、除湿能力は図中の点（Ｏ）−（Ｚ）−（Ｙ）−
（Ｘ）−（Ａ）の間で変化し、吹出空気温度Ｔａの広い
範囲で大きな除湿量を確保することができる。すなわ
ち、各室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）の能力につい
て、一方は吹出空気温度Ｔａに応じて、他方は過熱度Ｓ
ｈに応じて各電動膨張弁（ＥＶ１），（ＥＶ２）の開度
が制御されるので、吹出空気温度Ｔａを適正に維持しな
がら除湿量を確保することができる。したがって、除湿
によっていったん冷却した空調空気を再加熱することに
起因するエネルギーロスを生じることなく、空調の快適
性を維持することができるのである。

【００２５】特に、上記実施例のように、吹出空気温度
Ｔａが極めて高いような条件下において、吹出空気温度
Ｔａによる開度制御を行う第１電動膨張弁（ＥＶ１）の
開度が全閉のときには、第１室内熱交換器（７ａ）の能
力は「０」であり除湿量は大きいものの、吹出空気温度
Ｔａが制御目標値から大きく外れることになる。かかる
場合、制御指標変更手段（５３）により、本来は過熱度
Ｓｈを制御指標として第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度
を制御する第２開度制御手段（５２）の制御指標を変更
させて、第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度を吹出空気温
度Ｔａを制御指標として制御することにより、除湿機能
を保持しながら室温を適正に維持することができ、よっ
て、著効を発揮することができる。

【００２６】なお、上記実施例では、第１、第２室内熱
交換器（７ａ），（７ｂ）の風量をほぼ等しく設定した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
上記図４に示すごとく、種々の割合に設定することがで
きる。

【００２７】また、上記実施例では、吹出空気温度に応
じて第１電動膨張弁（ＥＶ１）の開度を制御するように
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、例えば吸込空気温度等を目標値にするように制御し
てもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、空調ユニット内の通風路に、一対の室内熱交換
器を空調空気の流れる方向に対して互いに並列に配置す
るとともに、冷媒回路内で各室内熱交換器を互いに並列
に接続し、かつ両者にそれぞれ電動膨張弁を設けてお
き、一方の電動膨張弁の開度を空気温度に応じて制御す
る一方、他方の電動膨張弁の開度を過熱度に応じて制御
するようにしたので、室内空間の空気温度を適正に維持
しながら除湿能力を発揮することができ、よって、エネ
ルギーロスを生じることなく空調の快適性の向上を図る
ことができる。

【００２９】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明において、第１電動膨張弁が全閉となるときには、
第２電動膨張弁の開度を空気温度に応じて制御するよう
にしたので、室内空間の温度が極めて高いように条件下
においても、除湿機能を保持しながら空気温度を適正に
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の構成を示す図である。

【図２】実施例に係る空気調和装置の空調ユニットの構
成を示す縦断面図である。

【図３】実施例における第１室内熱交換器の能力制御モ
ジュールの内容を示すフロ―チャ―ト図である。

【図４】実施例における第２室内熱交換器の能力制御モ
ジュールの内容を示すフロ―チャ―ト図である。

【図５】吹出空気温度制御時における除湿量の特性を示
す特性図である。

【符号の説明】

Ａ 空調ユニット １ ケーシング ６ 第１通風路 ７ａ 第１室内熱交換器 ７ｂ 第２室内熱交換器 ５０ 過熱度検出手段 ５１ 第１開度制御手段 ５２ 第２開度制御手段 ５３ 制御指標変更手段 ＥＶ１ 第１電動膨張弁 ＥＶ２ 第２電動膨張弁 Ｔｈａ 吹出温センサ（空気温度検出手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調ユニット（Ａ）内に一対の第１、第
   ２室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）を収納するととも
   に、冷媒回路中で上記各室内熱交換器（７ａ），（７
   ｂ）を互いに並列に接続し、かつ各室内熱交換器（７
   ａ），（７ｂ）ごとに第１、第２電動膨張弁（ＥＶ
   １），（ＥＶ２）を設けてなる空気調和装置において、上記空調ユニット（Ａ）内の通風路（６）に、上記第
   １、第２室内熱交換器（７ａ），（７ｂ）を空調空気の
   流れる方向に対して互いに並列に配置するとともに、 室内空間の空気温度を検出する空気温度検出手段（Ｔｈ
   ａ）と、該空気温度検出手段（Ｔｈａ）の出力を受け、
   空気温度が設定温度になるよう上記第１電動膨張弁（Ｅ
   Ｖ１）の開度を制御する第１開度制御手段（５１）と、
   上記第２室内熱交換器（７ｂ）出口の過熱度を検出する
   過熱度検出手段（５０）と、冷房運転時、該過熱度検出
   手段（５０）の出力を受け、過熱度が目標値になるよう
   上記第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度を制御する第２開
   度制御手段（５２）とを備えたことを特徴とする空気調
   和装置の運転制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空気調和装置において、 冷房運転時、第１電動膨張弁の（ＥＶ２）が全閉のとき
   には、空気温度検出手段（Ｔｈａ）で検出される空気温
   度に応じて第２電動膨張弁（ＥＶ２）の開度を制御する
   よう第２開度制御手段（５２）の制御指標を変更する制
   御指標変更手段（５３）を備えたことを特徴とする空気
   調和装置の運転制御装置。