JP2003166762A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過冷却度の推定精度を向上する。 【解決手段】 容量制御可能な圧縮機１により圧縮され
た冷媒ガスを室内熱交換器３に導いて、室内熱交換器３
に通流する空気と熱交換させて凝縮させ、室内熱交換器
３から排出される液冷媒を電子膨張弁７を介してレシー
バ１１に導き、レシーバ１１から排出される冷媒をロー
タリー二方弁１３を介して室外熱交換器１５に導き、室
外熱交換器１５で蒸発された冷媒ガスを圧縮機１に戻す
冷凍サイクルを有し、室内熱交換器３の吹出し空気温度
Taioと、室内熱交換器３出口の液冷媒の温度Trilとから
過冷却度の推定値ＳＣを求め、ロータリー二方弁１３の
開度を調整して過冷却度の推定値ＳＣを目標値ＳＣｏに
制御することにより、その時々の過冷却度の推定値ＳＣ
を求めることができ、過冷却度の推定精度を向上するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に関
し、特に暖房運転時における凝縮器の過冷却度の制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、減圧
弁、及び蒸発器を備え、これらに冷媒を循環させる冷凍
サイクルが形成されている。このような空気調和装置
は、一般に、暖房時において凝縮器出口の過冷却度を最
適な値にすることで運転効率を高められることが知られ
ている。この過冷却度は、冷媒の凝縮温度と凝縮器の出
側冷媒の温度との差に相当し、この凝縮温度は圧力セン
サによって検出された凝縮圧力から求められる。

【０００３】しかし、空気調和装置の低価格化のために
圧力センサを用いずに過冷却度を推定する方法が提案さ
れている。例えば、特開２０００−８８３６２号公報に
記載の空気調和装置は、減圧弁を全開で運転したときの
凝縮器の入側冷媒の温度と出側冷媒の温度との差を過熱
度として記憶しておき、記憶しておいた過熱度を運転中
の凝縮器の冷媒入出温度差から引いて運転中の過冷却度
の推定値を求めている。つまり、凝縮器の冷媒の入出温
度差は、過熱度と過冷却度との和に等しいことに鑑み、
減圧弁を全開で運転して凝縮器の出側冷媒を２相状態に
することによって、過冷却度を０にすれば、凝縮器の入
出温度差は過熱度のみになるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、過熱度は、冷
媒の循環量に応じて変わるので、記憶しておいた過熱度
と現在の過熱度とには誤差が生じる。このため、冷媒の
循環量によっては、過冷却度の推定値に誤差が生じ、過
冷却度を最適な値に制御することができないという問題
がある。

【０００５】そこで、本発明は、過冷却度の推定精度を
向上することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、凝縮器におけ
る冷媒の凝縮温度と、冷媒の凝縮によって昇温される凝
縮器からの吹出し空気温度との間に一定の相関があるこ
とに着目してなされたものである。

【０００７】すなわち、本発明は、容量制御可能な圧縮
機により圧縮された冷媒ガスを凝縮器に導き、この凝縮
器に通流する空気と熱交換させて凝縮させ、凝縮器から
排出される液冷媒を減圧弁を介して蒸発器に導き、この
蒸発器で蒸発された冷媒ガスを圧縮機に戻す冷凍サイク
ルを有しする空気調和装置において、暖房運転時に、凝
縮器の吹出し空気温度と、凝縮器出口の液冷媒の温度と
から凝縮器の過冷却度の推定値を求め、減圧弁の開度を
調整して過冷却度の推定値を目標値に制御することによ
って、上記課題を解決することを特徴とする。

【０００８】これにより、運転中の冷媒循環量の変動に
対応した過冷却度を推定することができ、過冷却度の推
定精度を向上できる。ここで、凝縮温度と吹出し空気の
温度との関係は、シミュレーションや事前試験等により
求めることができる（図６参照）。また、過冷却度の推
定値ＳＣは、吹出し空気の温度Taioと、凝縮器出口の液
冷媒の温度Trilとから、式（１）に基づいて求めること
ができる。なお、同式のＧ、Ｈは定数である。 ＳＣ＝Taio×Ｇ＋Ｈ−Tril …（１） また、本発明は、凝縮器から蒸発器に冷媒を導く冷媒流
路に、液溜めであるレシーバが設けられた構成の空気調
和装置にも適用することができる。この場合、凝縮器と
レシーバの間に第１の減圧弁、レシーバと蒸発器との間
に第２の減圧弁を設け、第２の減圧弁の開度を調整して
凝縮器の過冷却度を制御する構成とする。

【０００９】ここで、第２の減圧弁はロータリー二方弁
とすることが好ましい。すなわち、ロータリー二方弁
は、冷媒が通流する流路に、この流路と同じ断面積を有
する貫通穴を形成した回動可能なローターを流路と貫通
穴が同軸になるように配置し、このローターを流路に垂
直な軸を中心に回動させて冷媒の流量の調整する構成で
あるため、一般の膨張弁に比べてコストを小さく、か
つ、圧損を零にすることができるので、減圧量を小さく
設定することが必要な過冷却度の制御に適している。

【００１０】ところで、暖房時において凝縮器の過冷却
度を最適にして運転することで空気調和装置の運転効率
を向上できることは前述した通りだが、この過冷却度の
最適点は、冷媒の循環量に応じて変化する。そこで、制
御手段は、圧縮機の冷媒循環量に応じて過冷却度の目標
値を可変設定できる構成とすることが好ましい。具体的
には、圧縮機の冷媒循環量が定格の量より少ない場合に
過冷却度の目標値を低下させて設定する。これは、凝縮
器の伝熱面積が定格の量の冷媒の凝縮熱を放熱できるよ
うに設計されているため、冷媒循環量が減ると凝縮器の
能力に余裕ができ、凝縮器内を高圧にする必要がなくな
る。このため、凝縮器内の圧力を下げて運転した方が圧
縮機にかかる負荷を減らすことができ運転効率を向上で
きるからである。また、同様に、蒸発器に通流する空気
の温度に応じて蒸発する冷媒の量が変化することにより
冷媒循環量が変化することから、蒸発器に通流する空気
の温度に応じて過冷却度の目標値を可変設定することが
好ましい。

【００１１】また、制御手段は、通常運転時の制御とは
別に、圧縮機の起動時には過冷却度の目標値を低下させ
ることが好ましい。これにより、第２の減圧弁の減圧量
を大きくして、圧縮機の吐出圧力を低くすると共に、圧
縮機の吸入圧力を高くすることができる。結果、蒸発器
内の冷媒の蒸発温度が上がり、圧縮機に吸入される冷媒
の温度が上がるので、圧縮機の温度の低下による冷媒の
冷凍機油への溶け込みを解消することができる。さら
に、暖房の過負荷時には過冷却度の目標値を低下させる
ことが好ましい。これにより、過負荷時、つまり、凝縮
器を通流する気流の温度が高く、かつ、蒸発器を通流す
る気流の温度が高い場合、凝縮圧力が圧縮機や冷媒配管
などの設計圧力を超えるおそれがあるため、凝縮器の過
冷却度を低下させることで、凝縮器内の圧力を設計圧力
以下に低下させることができ、安全に運転を行うことが
できる。

【００１２】また、緊急時の保護制御として、制御手段
は、過冷却度の推定値が設定値以上である場合に第２の
減圧弁を全閉とする。これにより、圧縮機の吸入圧力を
低下させて、圧縮機の吐出圧力の急激な上昇を防ぐこと
ができ、安全に運転を行うことができる。

【００１３】ところで、本発明は、凝縮温度と吹出し空
気温度との間に一定の相関があることに基づいてなされ
たものである。しかし、運転中に凝縮器の過冷却度が大
きくなりすぎると、凝縮器内に液冷媒が溜まりすぎて凝
縮器の熱交換効率が低下するため、凝縮温度（凝縮圧
力）は上昇しているにもかかわらず凝縮器からの吹出し
空気の温度は上昇しない場合がある。この場合、過冷却
度の推定値も上昇しないため、過冷却度の推定値に基づ
いて圧縮機の吐出圧力を低下させる保護制御が作動しな
いことがある。

【００１４】そこで、制御手段は、蒸発器出口の冷媒の
温度と、圧縮機の回転数と、圧縮機の駆動モータの電流
値から圧縮機の吐出圧力を推定し、この吐出圧力の推定
値に基づいて保護制御を作動するようにすることが好ま
しい。これにより、過冷却度の推定値を求めることな
く、圧縮機の吐出圧力の急激な上昇を防いで安全に運転
を行うことができる。さらに、圧縮機の吐出圧力を低下
させることで、凝縮器の過冷却度が低下し凝縮器内の液
冷媒の割合を減らすことができるので、再び、凝縮器の
吹出し空気温度によって過冷却度の推定値を求めること
ができるようになる。ここで、圧縮機の吐出圧力は、蒸
発器出口の冷媒温度から蒸発圧力を求め、この蒸発圧力
から圧縮機の吸入圧力を推定する。そして、圧縮機の回
転数及び圧縮機の駆動モータの電流値から圧縮機にかか
る負荷を求め、この負荷と推定した圧縮機の吸入圧力と
から圧縮機の吐出圧力を推定することができる。なお、
各圧縮機吸入圧力における圧縮機の駆動モータの電流値
と圧縮機吐出圧力との関係は、事前試験などにより予め
求めておく。（図１１参照） また、制御手段は、以下の手順で空気調和装置の制御を
行うことができる。すなわち、外気温度と圧縮機の回転
数とを取込み、予め記憶してあるデータからこの外気温
度と圧縮機の回転数に対応する過冷却度の目標値を求め
る第１のステップと、凝縮器の吹出し空気温度と凝縮器
の出口の冷媒温度とを取込み、予め記憶してあるデータ
からこの凝縮器の吹出し空気温度に対応する凝縮温度を
求め、この凝縮温度と凝縮器の出口の冷媒温度とから過
冷却度の推定値を求める第２のステップと、過冷却度の
推定値と設定値とを比較する第３のステップと、この第
３のステップの比較で推定値が大きい場合に第２の減圧
弁を全閉にする第４のステップと、この第４のステップ
が減圧弁を全開にした後または第３のステップの比較で
推定値が小さい場合に、目標値と推定値との偏差を求
め、この偏差に応じて第２の減圧弁の開度を制御する第
５のステップとを含む構成とする。

【００１５】このとき、制御手段は、空気調和装置の起
動からの経過時間が設定時間未満である場合、または、
暖房の設定温度と凝縮器に流入する空気の温度との差が
設定値以上である場合に、過冷却度の目標値を０に設定
して第５のステップへ進む。これにより、また、圧縮機
の起動時及び暖房過負荷時に、直ちに過冷却度を低下さ
せることができる。また、第１のステップから第４のス
テップを設定回数繰り返してから、第５のステップを行
う制御を行うことができ、第１から第４のステップであ
る検出周期に対して第５のステップである制御周期を遅
らせることができる。

【００１６】また、冷房運転時において、制御手段は、
凝縮器に通流する空気の温度が設定値以下である場合、
第１の減圧弁の開度を絞るように制御することが好まし
い。これにより、凝縮器内の凝縮圧力を上昇させること
ができ、凝縮器に通流する気流の温度の低下によって凝
縮器内の冷媒が活発に凝縮され圧縮機の吐出圧力が低下
してしまうことを抑制することができる。したがって、
運転可能な外気温度の範囲を拡大することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる空気
調和装置の一実施形態について図１乃至図１２を参照し
て説明する。図１は、本発明を適用してなる空気調和装
置の構成を示した図である。図２は、レシーバの構成を
示した図である。図３は、ロータリー二方弁の構成を示
した図である。図４は、図３のロータリー二方弁におけ
るＡ−Ａ矢視図である。図５は、本発明を適用してなる
過冷却度の推定値を求める制御手順を示したフローチャ
ートである。図６は、横軸に室内熱交換器の吹出し空気
温度、縦軸に凝縮温度を表し、室内熱交換器の吹出し空
気温度と凝縮温度との関係を示したグラフである。図７
は、本発明を適用してなる空気調和装置の運転制御手順
を示したフローチャートである。図８は、圧縮機を定格
周波数で運転するときの凝縮器過冷却度と運転効率との
関係を示したグラフである。図９は、圧縮機を最低周波
数で運転するときの凝縮器過冷却度と運転効率との関係
を示したグラフである。図１０は、圧縮機の駆動周波数
と過冷却度目標値との関係を示したグラフである。図１
１は、圧縮機電流と圧縮機吐出圧力との関係を示したグ
ラフである。図１２は、圧縮機の運転許容範囲の逸脱を
保護する制御を示したフローチャートである。

【００１８】本実施形態の空気調和装置の構成は、図１
のように、暖房運転時、容量制御可能な圧縮機１により
圧縮された冷媒ガスは、四方弁２を介して室内熱交換器
３に導かれるようになっている。室内熱交換器３に導か
れた冷媒ガスは、室内送風機５によって室内熱交換器３
へ送られる空気と熱交換して凝縮され、電子膨張弁７を
介してサブクーラ９に導かれる構成になっている。サブ
クーラ９に導かれた冷媒は、室外送風機１０によってサ
ブクーラ９に送られる外気と熱交換して凝縮されレシー
バ１１に導かれるようになっている。レシーバ１１内の
液冷媒は、ロータリー二方弁１３を介して室外熱交換器
１５に導かれ、室外送風機１０によって室外熱交換器１
５に送られる外気と熱交換して蒸発し圧縮機１に戻され
る構成になっている。

【００１９】また、圧縮機１から吐出する冷媒ガスの温
度を検出する圧縮機温度センサ１７が設けられ、圧縮機
温度センサ１７によって検出された温度はマイクロコン
ピュータ１９に入力されるように構成されている。圧縮
機１は、例えばスクロール圧縮機であり、圧縮機１を駆
動させる図示していない駆動モータには、インバータ２
１を介して電源２３が供給されている。インバータ２１
は、マイクロコンピュータ１９から入力される制御信号
に応じて駆動モータの周波数を制御して圧縮機１の回転
数を制御するようになっている。また、駆動モータの電
流値を検出する電流センサ２４が設けられ、電流センサ
２４によって検出された電流値はマイクロコンピュータ
１９に入力されるように構成されている。

【００２０】また、室内熱交換器３に送られる空気の温
度を検出する室内吸入温度センサ２５と、室内熱交換器
３にから吹出す空気の温度を検出する室内吹出温度セン
サ２７と、室内熱交換器３から吐出する液冷媒の温度を
検出する室内熱交換器液温度センサ２９とが設けられ、
室内吸入温度センサ２５、室内吹出温度センサ２７及び
室内熱交換器液温度センサ２９によって検出された温度
はマイクロコンピュータ１９へ入力されるように構成さ
れている。なお、室内吹出温度センサ２７は、吹出し空
気の流れの中心部分の温度を計測できるように配置され
ている。さらに、室外熱交換器１５に送られる空気の温
度を検出する室外吸入温度センサ３１と、室外熱交換器
１５に流入する液冷媒の温度を検出する室外熱交換器液
温度センサ３３とが設けられ、室外吸入温度センサ３１
及び室外熱交換器液温度センサ３３によって検出した温
度もマイクロコンピュータ１９へ入力されるようになっ
ている。また、圧縮機１から排出された冷媒はガス阻止
弁３５を介して室内熱交換器３へ導かれ、電子膨張弁７
を通流した冷媒は液阻止弁３７を介してサブクーラ９へ
導かれるようになっている。

【００２１】レシーバ１１は、図２に示すように、容器
１１１と、容器１１１の内部に冷媒を導入、導出する冷
媒管１１３、１１５とを備えて形成されている。冷媒管
１１３のはサブクーラ９に接続され、冷媒管１１５はロ
ータリー二方弁１３に接続されている。冷媒管１１３及
び１１５の端部は、それぞれ容器１１１の底部に開口し
て配設されている。このため、レシーバ１１からは、容
器１１１の底部に溜まった、かわき度が０に近い液冷媒
が流出するようになっている。また、流入する冷媒の量
と流出する冷媒の量とに応じてレシーバ１１に貯留され
る液冷媒の量が変化するようになっている。

【００２２】ロータリー二方弁１３は、図３及び図４に
示すように、レシーバ１１と室外熱交換器１５とを接続
させる冷媒管１３１に、冷媒管１３１と同じ断面積の貫
通穴１３３が形成されたローター１３５が配置されて構
成されている。ローター１３５は、貫通穴１３３の軸と
冷媒流路１３１の軸とが同軸になるように配置され、ロ
ーターケース１３７によって冷媒流路１３１の軸方向に
対して垂直に回動可能に保持されている。ローター１３
５は、歯車による減速装置１３６を介して駆動モータ１
３９に接続され、駆動モータの回転によって回動される
ように構成されている。駆動モータ１３９は、マイクロ
コンピュータ１９から入力される制御信号に応じて回転
するようになっている。また、ローター１３５の外周に
は溝１３８が形成され、冷媒を溝１３８に流すことで、
通流する冷媒の量を調整できるようになっている。

【００２３】また、電子膨張弁７は、マイクロコンピュ
ータ１９から入力される制御信号に応じて開度が変わる
ように構成されている。この電子膨張弁７は、以下に述
べる制御と別系統で室外熱交換器１５の出口の過熱度を
保つように制御されている。

【００２４】次に、本発明の特徴部である過冷却度の推
定値を求める制御手順について、図５を参照して説明す
る。図５に示すように、過冷却度の推定の手順は、ま
ず、室内吹出温度センサ２７から、吹出す空気の温度Ta
ioを取り込み（ステップＳ１）、吹出空気の温度Taioに
対する凝縮温度をデータベースから取り込む（ステップ
Ｓ２）。次に、室内熱交換器液温度センサ２９から、室
内熱交換器３の出側の液冷媒の温度Trilを取り込み（ス
テップＳ３）、凝縮温度から液冷媒の温度Trilを減算し
て過冷却度の推定値を求める（ステップＳ４）。ここ
で、凝縮温度と吹出し空気の温度Taioとの間には、図６
に示すように、ほぼ比例する一定の相関があることか
ら、吹出し空気の温度Taioに対応する凝縮温度を予め実
測などにより求めてデータベースに格納している。ま
た、データベースに換えて、凝縮温度と吹出し空気の温
度Taioとの関係を関数式としておき演算により凝縮温度
を求めてもよい。このような制御手順で過冷却度の推定
値を求めることにより、運転中の冷媒循環量の変動に対
応した過冷却度の推定値ＳＣを求めることができ、過冷
却度の推定精度を向上できる。

【００２５】以下に、本発明の特徴部である過冷却度の
推定値を求める制御手順を含む空気調和装置の運転制御
の動作について図７を参照して説明する。空気調和装置
の運転が開始されると、図７に示すように、まず、タイ
マ２（ステップＳ１０）、及びタイマ１を始動する（ス
テップＳ１１）。そして、空気調和装置の起動からの経
過時間と設定時間とを比較して（ステップＳ１２）経過
時間が設定時間以上である場合、かつ、暖房の設定温度
と凝縮器に流入する空気の温度との温度差を判断して
（ステップＳ１３）温度差が一定の幅未満である場合に
ステップＳ１４へ進む。次に、室外吸入温度センサ３１
から外気温度Taoを取込み（ステップＳ１４）、インバ
ータ１９から圧縮機の駆動モータの周波数Ｈｚを取込む
（ステップＳ１５）。取込んだ外気温度Taoと駆動モー
タの周波数Ｈｚとから式（２）により過冷却度の目標値
ＳＣｏを算出する（ステップＳ１６）。なお、ＡＢＣＤ
ＥＦは定数である。 ＳＣｏ＝Ａ+（Ｈｚ−Ｂ）×Ｃ＋（Tao−Ｄ）×Ｅ＋Ｆ …（２） （０≦ＳＣｏ≦ＳＣｍａｘ） ここで、目標値ＳＣｏは、図１０に示すように、圧縮機
の駆動モータの周波数が高いほど、また、外気温度が高
いほど大きくなるように設定する。これは、空気調和装
置の成績係数が最大になるような過冷却度の最適点が、
冷媒の循環量や外気温度によって変化するためである。
すなわち、圧縮機の駆動周波数が定格である場合の成績
係数は、図８に示すように、ある程度の過冷却度がある
ときに最大になる。一方、圧縮機の駆動周波数が最低で
ある場合の成績係数は、図９に示すように、過冷却度が
低い点で最大となる。つまり、駆動周波数が低下して冷
媒の循環量が減ることで、凝縮器の冷媒を凝縮する能力
に余裕ができ凝縮器内を高圧にする必要がなくなるた
め、凝縮器内の圧力を下げる方が運転効率がよくなるか
らである。また、蒸発器に通流する外気温度に応じて蒸
発する冷媒の量は変化し、これに伴ない冷媒の循環量も
変化するため、外気温度に比例させて過冷却度の目標値
ＳＣｏを設定するようにする。

【００２６】次に、室内吹出温度センサ２７から、吹出
し空気の温度Taioを取り込み（ステップＳ１７）、室内
熱交換器液温度センサ２９から、室内熱交換器３の出側
の液冷媒の温度Trilを取り込む（ステップＳ１８）。そ
して、吹出し空気の温度Taioと液冷媒の温度Trilとか
ら、過冷却度の推定値ＳＣを算出する（ステップＳ１
９）。この過冷却度の推定値ＳＣは、式（１）により求
める。なお、Ｇ及びＨは定数である。 ＳＣ＝Taio×Ｇ＋Ｈ−Tril …（１） また、過冷却度が高くなりすぎて圧縮機の吐出圧力が上
がりすぎることを防止するために、ステップＳ２０の保
護制御が設けられている。すなわち、ＳＣとＳＣｏｍａ
ｘとを比較して（ステップＳ２０）ＳＣ＞ＳＣｏｍａｘ
である場合、ロータリーニ方弁１３を全閉にする信号を
出力（ステップＳ２１）してステップＳ２２へ進む。Ｓ
Ｃ≦ＳＣｏｍａｘである場合、ステップＳ２２へ進む。
タイマ２の計測時間を判断し（ステップＳ２２）、タイ
マ２の計測時間が設定時間Ｔ２を経過している場合、Ｓ
ＣｏとＳＣとの偏差を求め（ステップＳ２３）、求めた
偏差に応じてＳＣがＳＣｏになるようにロータリー二方
弁１３に制御信号を出力（ステップＳ２４）してステッ
プＳ１０に戻る。ここで、例えば、ＳＣｏ＞ＳＣである
場合、ロータリー二方弁１３は、減圧量を小さくするよ
うに、つまり開度を大きくするように制御される。この
とき電子膨張弁７は、過熱度を保つように減圧量を大き
くするように制御される。レシーバ１１では、かわき度
が０付近に保たれるため、レシーバ１１の上流側に配置
されている電子膨張弁７の減圧量に比例して凝縮器の過
冷却度が大きくなる。また、ＳＣｏ＜ＳＣである場合、
ロータリー二方弁１３は、減圧量を大きくするように制
御される。

【００２７】また、ステップＳ２２において、タイマ２
の計測時間が設定時間Ｔ２経過していない場合、タイマ
１の計測時間を判断し（ステップＳ２５）、タイマ１の
計測時間が設定時間Ｔ１を経過していないならば、ステ
ップＳ２５を繰り返し、タイマ１の計測時間が設定時間
Ｔ１を経過しているならば、ステップＳ１１に戻る。

【００２８】ところで、暖房起動時において、圧縮機の
温度が低下することで冷媒が冷凍機油に溶け込んだり、
過負荷によって凝縮圧力が高くなりぎる場合がある。こ
のような場合は、図７中のステップＳ１２及びＳ１３で
対応するようになっている。すなわち、ステップＳ１２
及びＳ１３において、空気調和装置の起動からの経過時
間と設定時間とを比較して（ステップＳ１２）経過時間
が設定時間未満である場合、または、暖房の設定温度と
凝縮器に流入する空気の温度との温度差を判断して（ス
テップＳ１３）温度差が一定の幅以上である場合に、過
冷却度目標値ＳＣｏを０に設定（ステップＳ２６）して
ステップＳ２３へ進む。

【００２９】上述した実施形態の変形例を以下に記載す
る。図１に示す実施形態では、過冷却度が高くなりすぎ
て圧縮機の吐出圧力が上がりすぎることを防止するため
に、ステップＳ２０の保護制御が設けられている。しか
し、運転中に凝縮器の過冷却度が大きくなりすぎると、
凝縮器内に液冷媒が溜まりすぎて凝縮器の熱交換効率が
低下するため、凝縮温度（凝縮圧力）は上昇しているに
もかかわらず凝縮器からの吹出し空気の温度は上昇しな
い場合がある。この場合、過冷却度の推定値ＳＣも上昇
しないため、ステップＳ２０の保護制御が作動しない場
合がある。したがって、図１２に示すような圧縮機の運
転許容範囲の逸脱を保護する制御を行うことが好まし
い。まず、運転が開始されると、タイマ３を始動する
（ステップＳ１００）。そして、電流センサ２４から圧
縮機の駆動モータの電流値Ａを取込み（ステップＳ１０
１）、室外熱交換器液温度センサ３３から室外熱交換器
出口の液冷媒の温度Ｔｅを取込む（ステップＳ１０
２）。そして、データベースから取込んだＡおよびＴｅ
に対応する圧縮機１の吐出温度Ｐｄａを取込む（ステッ
プＳ１０３）。取込んだ吐出温度Ｐｄａと設定吐出圧力
Ｐｄａｍａｘとを比較して（ステップＳ１０４）Ｐｄａ
＞Ｐｄａｍａｘである場合、ロータリー二方弁を全閉に
して（ステップＳ１０５）ステップＳ１０６へ進む。Ｐ
ｄａ＜Ｐｄａｍａｘである場合、ステップＳ１０６へ進
む。ステップＳ１０６において、タイマ３を判断し（ス
テップＳ１０６）、タイマ３が計測時間が設定時間未満
であれば、ステップＳ１０６を繰り返し、タイマ３が計
測時間が設定時間以上であれば、ステップＳ１００に戻
る。

【００３０】これにより、過冷却度の推定値ＳＣを求め
ることなく、圧縮機１の吐出圧力の急激な上昇を防いで
安全に運転を行うことができる。さらに、圧縮機１の吐
出圧力を低下させて、凝縮器１の過冷却度が低下し凝縮
器内の液冷媒の割合を減らすことができるので、再び、
凝縮温度と凝縮器の吹出し空気の温度との関係を図６に
示すような一定の相関する関係に戻すことができ、過冷
却度の推定値ＳＣを求めることができるようになる。こ
こで、圧縮機１の吐出圧力は、室外熱交換器１５出口の
冷媒温度から蒸発圧力を求め、この蒸発圧力から圧縮機
１の吸入圧力を推定する。そして、圧縮機１の回転数及
び圧縮機１の駆動モータの電流値Ａから圧縮機１にかか
る負荷を求め、この負荷と推定した圧縮機１の吸入圧力
とから圧縮機１の吐出圧力Ｐｄａを推定することができ
る。なお、各圧縮機１吸入圧力における圧縮機１の駆動
モータの電流値Ａと圧縮機１の吐出圧力Ｐｄａとの関係
は、図１１に示すように事前試験などにより予め求めて
記憶しておくことが好ましい。

【００３１】また、冷房運転時において、室外吸入温度
センサ３１から室外熱交換器１５に送られる外気温度Ta
oを取込み、外気温度Taoと設定値とを比較してTaoが設
定値以下である場合に、ロータリー二方弁１３の開度を
絞る制御を行うことが好ましい。これにより、室外熱交
換器１５出口の過冷却度を大きくすることができ、圧縮
機１の吐出圧力が低下を抑制することができるので、運
転可能な外気温度の範囲を拡大することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、過冷却度の推定精度を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる空気調和装置の構成を示
した図である。

【図２】レシーバの構成を示した図である。

【図３】ロータリー二方弁の構成を示した図である。

【図４】図３のロータリー二方弁におけるＡ−Ａ矢視図
である。

【図５】本発明を適用してなる空気調和装置の暖房運転
時における過冷却度の推定値を求める制御手順を示した
フローチャートである。

【図６】横軸に室内熱交換器の吹出し空気温度、縦軸に
凝縮温度を表し、室内熱交換器の吹出し空気温度と凝縮
温度との関係を示したグラフである。

【図７】本発明を適用してなる空気調和装置の暖房運転
時における運転制御手順を示したフローチャートであ
る。

【図８】圧縮機を定格周波数で運転するときの凝縮器過
冷却度と運転効率との関係を示したグラフである。

【図９】圧縮機を最低周波数で運転するときの凝縮器過
冷却度と運転効率との関係を示したグラフである。

【図１０】圧縮機の駆動周波数と過冷却度目標値との関
係を示したグラフである。

【図１１】圧縮機電流と圧縮機吐出圧力との関係を示し
たグラフである。

【図１２】圧縮機の運転許容範囲の逸脱を保護する制御
を示したフローチャートである。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 室内熱交換器 ７ 電子膨張弁 １１ レシーバ １３ ロータリー二方弁 １５ 室外熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 進 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 岡部 眞幸 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量制御可能な圧縮機により圧縮された
   冷媒ガスを凝縮器に導き、該凝縮器に通流する空気と熱
   交換させて凝縮させ、前記凝縮器から排出される液冷媒
   を減圧弁を介して蒸発器に導き、該蒸発器で蒸発された
   冷媒ガスを前記圧縮機に戻す冷凍サイクルを有し、 暖房運転時に、前記凝縮器の吹出し空気温度と、前記凝
   縮器出口の液冷媒の温度とから凝縮器の過冷却度の推定
   値を求め、前記減圧弁の開度を調整して前記過冷却度の
   推定値を目標値に制御する制御手段を備えた空気調和装
   置。
2. 【請求項２】 容量制御可能な圧縮機により圧縮された
   冷媒ガスを凝縮器に導き、該凝縮器に通流する空気と熱
   交換させて凝縮させ、前記凝縮器から排出される液冷媒
   を第１の減圧弁を介してレシーバに導き、該レシーバか
   ら排出される冷媒を第２の減圧弁を介して蒸発器に導
   き、該蒸発器で蒸発された冷媒ガスを前記圧縮機に戻す
   冷凍サイクルを有し、 暖房運転時に、前記凝縮器の吹出し空気温度と、前記凝
   縮器出口の液冷媒の温度とから凝縮器の過冷却度の推定
   値を求め、前記第２の減圧弁の開度を調整して前記過冷
   却度の推定値を目標値に制御する制御手段を備えた空気
   調和装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記圧縮機の冷媒循環
   量に応じて前記過冷却度の目標値を可変設定することを
   特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、外気温度と圧縮機の回
   転数とを取込み、予め記憶してあるデータから該外気温
   度と圧縮機の回転数に対応する過冷却度の目標値を求め
   る第１のステップと、 凝縮器の吹出し空気温度と凝縮器の出口の冷媒温度とを
   取込み、予め記憶してあるデータから該凝縮器の吹出し
   空気温度に対応する凝縮温度を求め、該凝縮温度と凝縮
   器の出口の冷媒温度とから前記過冷却度の推定値を求め
   る第２のステップと、 前記過冷却度の推定値と設定値とを比較する第３のステ
   ップと、該第３のステップの比較で前記推定値が大きい
   場合に前記第２の減圧弁を全閉にする第４のステップ
   と、該第４のステップが前記減圧弁を全開にした後また
   は前記第３のステップの比較で前記推定値が小さい場合
   に、前記目標値と前記推定値との偏差を求め、該偏差に
   応じて前記第２の減圧弁の開度を制御する第５のステッ
   プとを含んでなることを特徴とする請求項２に記載の空
   気調和装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、空気調和装置の起動か
   らの経過時間が設定時間未満である場合、または、暖房
   の設定温度と前記凝縮器に流入する空気の温度との差が
   設定値以上である場合に、前記過冷却度の目標値を０に
   設定して前記第５のステップへ進むことを特徴とする請
   求項４に記載の空気調和装置。