JP2014190628A

JP2014190628A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2014190628A
Application number: JP2013066771A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Kumashiro; 靖人熊城
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP5943869B2

Abstract

【課題】信頼性を確保することができる空気調和機を提供する。
【解決手段】冷媒配管のうち、圧縮機２１の吐出側に接続される吐出管５５と、圧縮機２１の圧縮機周波数を制御する制御部６１と、を備え、制御部６１は、外気温度Ｔｓが予め定めた低温範囲に属するか否かを判定する外気温度判定値と、圧縮機２１の圧縮機外郭温度Ｔ０が予め定めた高温範囲に属するか否かを判定する圧縮機外郭温度判定値とが設定され、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下であって、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上の場合、吐出管５５を現在流通している第１冷媒流量Ｖ０と、吐出管５５の温度目標値である吐出管温度目標値Ｔ１に基づいて定まる第２冷媒流量Ｖ１と、に基づいて、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１を求め、予め設定されている圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１にするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

従来、室外温度又は室内温度と、圧縮機周波数下限値とを予め紐付けしておき、室外温度又は室内温度が低くなるにつれ、圧縮機周波数下限値を高く設定する空気調和機があった（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２３６３３４号公報（段落［００４０］）

ところで、室外温度が低い場合又は室内が低負荷状態の場合に、冷媒の寝込み現象又は冷媒の偏在が生じることがある。冷媒の寝込み現象又は冷媒の偏在に起因して圧縮機が起動した場合、過渡的な冷媒循環量の低下が生じる。特許文献１に記載の空気調和機は、室外温度又は室内温度と、圧縮機周波数下限値とを予め対応づけているため、過渡的な冷媒循環量の低下に伴って、圧縮機周波数を変更する動作を行わない。

具体的には、特許文献１に記載の空気調和機では、過渡的な冷媒循環量の低下が生じた場合、冷媒循環量が一時的に不足する状態に陥る虞がある。冷媒循環量が一時的に不足すれば、圧縮機の返油不良等に起因して圧縮機外郭温度の異常上昇を引き起こす。よって、圧縮機外郭温度の異常上昇を回避するために、圧縮機を一旦停止させ、再起動させる動作が実施される。

しかし、圧縮機の停止と再起動とが実施されたとしても、再度同様の現象が繰り返されることもあり、圧縮機の不具合に至る虞がある。そこで、特許文献１に記載されるような空気調和機では、例えば、室外温度が低く、又は、室内が低負荷状態であって、圧縮機外郭温度が異常上昇した場合には、冷媒循環量を増加させる必要があった。例えば、特許文献１に記載されるような空気調和機は、膨張弁の開度を閉めることで、吐出管温度を上げる動作を行い、冷媒循環量を増加させていた。

しかし、膨張弁の開度が閉まりすぎることで、圧縮機外郭温度はさらに上昇し、圧縮機の不具合に至る虞があった。

したがって、特許文献１に記載の空気調和機では、過渡的な冷媒循環量の低下に起因して圧縮機が不具合に至るという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機の不具合を回避することができる空気調和機を提供することを目的とするものである。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室内熱交換器、膨張装置、及び室外熱交換器が冷媒配管で接続された空気調和機であって、前記冷媒配管のうち、前記圧縮機の吐出側に接続される吐出管と、前記圧縮機の圧縮機周波数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、外気温度が予め定めた低温範囲に属するか否かを判定する第１判定値と、前記圧縮機の外郭温度である圧縮機外郭温度が予め定めた高温範囲に属するか否かを判定する第２判定値とが設定され、前記外気温度が前記第１判定値以下であって、前記圧縮機外郭温度が前記第２判定値以上の場合、前記吐出管を現在流通している第１冷媒流量と、前記吐出管の温度目標値である吐出管温度目標値に基づいて定まる第２冷媒流量と、に基づいて、前記圧縮機周波数の目標下限値を求め、予め設定されている前記圧縮機周波数の下限値を前記圧縮機周波数の目標下限値にするものである。

本発明は、圧縮機外郭温度が異常上昇した場合、冷媒流量に基づいて圧縮機周波数の下限値を上げる。よって、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機の不具合を回避することができる。したがって、圧縮機の信頼性を確保することができるという効果を有する。

本発明の実施の形態１における空気調和機１の概略構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１における制御部６１の機能構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１における圧縮機外郭温度通常時に設定される圧縮機周波数に基づいて運用される空気調和機１に関する各種運用データの一例を示す図である。本発明の実施の形態１における空気調和機１の制御例を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態１における圧縮機外郭温度異常時に設定される圧縮機周波数に基づいて運用される空気調和機１に関する各種運用データの一例を示す図である。本発明の実施の形態２における空気調和機２の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
＜空気調和機１の概要＞
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和機１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機１１及び室外機１３を備え、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常上昇した場合、冷媒流量Ｖの割合に基づいて圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に上げる。よって、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、室外機１３に設けられる圧縮機２１の不具合を回避し、圧縮機２１の信頼性を確保する。以下、空気調和機１の構成、動作、及び作用効果の詳細について、順に説明する。

＜空気調和機１の構成＞
空気調和機１は、室内機１１と、室外機１３とが、ガス側配管５１及び液側配管５３で接続され、室内機１１及び室外機１３の内部で冷媒回路が形成されている。室内機１１は、例えば、空調対象空間である室内等に設けられ、室外機１３と連係動作することで、室内空気と熱交換を行い、室内の空気を制御する。室外機１３は、例えば、屋外等に設けられ、室内機１１と連係動作することで、室外空気と熱交換を行っている。次に、冷媒回路の概略構成について説明する。

室外機１３は、圧縮機２１、四方弁２２、電子膨張弁２４、室外熱交換器２５、及びアキュムレーター２６を備え、圧縮機２１、四方弁２２、電子膨張弁２４、室外熱交換器２５、及びアキュムレーター２６が冷媒回路の一部を形成している。室外機１３は、室外熱交換器２５に空気を供給する室外ファン４１を備えている。室外機１３は、圧縮機外郭温度センサー３１、吐出管温度センサー３２、及び外気温度センサー３３を備えている。室外機１３は、また、制御部６１を備えている。

室内機１１は、室内熱交換器２３を備え、室内熱交換器２３が冷媒回路の一部を形成している。室内機１１は、室内熱交換器２３に空気を供給する室内ファン４３を備えている。

圧縮機２１、四方弁２２、室内熱交換器２３、電子膨張弁２４、室外熱交換器２５、アキュムレーター２６が冷媒配管で順次接続されることで、冷媒回路が形成されている。なお、ガス側配管５１及び液側配管５３は、冷媒配管の一部を形成している。次に、冷媒回路の詳細構成について説明する。

圧縮機２１は、冷媒を圧縮して吐出し、また、運転容量を可変にする構成を備えることで、冷媒の吐出量を変動させ、冷媒回路を流通する冷媒循環量を変動させる。圧縮機２１は、例えば、図示しないＤＣブラシレスモータ等で駆動され、ＤＣブラシレスモータがインバータ制御されることで、圧縮機周波数が制御される。また、圧縮機２１の吐出側には、吐出管５５が設けられている。吐出管５５は、冷媒回路の一部を形成している。吐出管５５の温度が検知されることで、吐出管５５を流通する冷媒循環量が推定される。

四方弁２２は、４つのポートを備え、各ポートは、圧縮機２１の吐出側と、室外熱交換器２５と、圧縮機２１の吸入側に設けられるアキュムレーター２６と、にそれぞれ接続され、冷媒の流路を切り替える。

室内熱交換器２３は、例えば、空冷式熱交換器で形成され、冷媒と、周囲の利用媒体との間で、熱交換が行われる。室内熱交換器２３は、空気調和機１が暖房運転時には凝縮器として機能し、空気調和機１が冷媒運転時には蒸発器として機能する。

電子膨張弁２４は、開度が可変な構成を備えた流量調整弁である。電子膨張弁２４は、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２５との間に設けられている。電子膨張弁２４は、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２５との間を接続する液側配管５３を流通する冷媒の流量を調整する。電子膨張弁２４は、冷媒の流量を調整することで、高圧の冷媒液を低圧に絞り膨張させる。なお、冷媒回路の一部を形成する電子膨張弁２４は、上記の説明に限定しない。例えば、冷媒の流量調整量が固定されているキャピラリチューブであってもよい。また、電子膨張弁２４は、本発明における膨張装置に相当する。

室外熱交換器２５は、例えば、空冷式熱交換器で形成され、冷媒と、周囲の熱媒体との間で、熱交換が行われる。室外熱交換器２５は、空気調和機１が暖房運転時には蒸発器として機能し、空気調和機１が冷媒運転時には凝縮器として機能する。

アキュムレーター２６は、上記で説明したように、圧縮機２１の吸入側に設けられ、液冷媒を貯留することで、圧縮機２１にはガス冷媒が供給される。

次に、各種ファンについて説明する。室内ファン４３は、室内熱交換器２３から予め定めた間隔で設けられている。室内ファン４３には、例えば、図示しないＤＣブラシレスモータが設けられ、室内ファン４３は、図示しないＤＣブラシレスモータの回転軸に固定され、ＤＣブラシレスモータの回転数が制御されることで、室内ファン４３から吹き出される空気の風量が調整される。よって、室内熱交換器２３の周囲に存在する利用媒体、例えば、空気の流量は変化し、室内熱交換器２３での熱交換量が調整される。

室外ファン４１は、室外熱交換器２５から予め定めた間隔で設けられている。室外ファン４１には、例えば、図示しないＤＣブラシレスモータが設けられ、室外ファン４１は、図示しないＤＣブラシレスモータの回転軸に固定され、ＤＣブラシレスモータの回転数が制御されることで、室外ファン４１から吹き出される空気の風量が調整される。よって、室外熱交換器２５の周囲に存在する熱媒体、例えば、空気の流量は変化し、室外熱交換器２５での熱交換量が調整される。

次に、各種センサーについて説明する。圧縮機外郭温度センサー３１は、圧縮機２１の筐体である外郭上に設けられ、圧縮機２１の外郭温度である圧縮機外郭温度Ｔ０を検知し、検知結果を制御部６１に供給する。圧縮機外郭温度Ｔ０は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度とみなした場合、圧縮機２１から吐出され、高温かつ高圧の冷媒の温度であって、室内熱交換器２３又は室外熱交換器２５で放熱される前の温度と等価である。つまり、圧縮機外郭温度センサー３１は、圧縮機２１から吐出され、放熱前の流体の温度とみなすことができる。なお、予め定めた補正演算等が実行されることで、精度の高い値が演算されてもよい。

吐出管温度センサー３２は、例えば、圧縮機２１の吐出側から予め定めた距離ｘで吐出管５５に設けられ、設けられた位置の吐出管５５の表面温度である吐出管温度Ｔを検知し、検知結果を制御部６１に供給する。吐出管温度Ｔは、吐出管５５の内部を流通する冷媒の温度とみなした場合、圧縮機２１の吐出側である冷媒の吐出口から予め定めた距離ｘを離した位置で流通する流体の温度と等価である。

外気温度センサー３３は、例えば、室外機１３の図示しない外気取込口と、室外熱交換器２５との間に設けられ、外気温度Ｔｓを検知し、検知結果を制御部６１に供給する。外気温度Ｔｓは、室外温度と等価である。

なお、上記で説明した冷媒回路は、構成例を説明しただけであり、特にこれらに限定しない。例えば、圧縮機２１が複数台設けられていてもよい。また、例えば、室内熱交換器２３が複数台設けられていてもよい。また、例えば、室外熱交換器２５が複数台設けられていてもよい。また、例えば、四方弁２２が設けられていなくてもよい。また、上記で説明した各種センサーについても、一例を説明しただけであり、特にこれらに限定しない。

なお、冷媒回路を流通する冷媒については特に限定しない。例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）、炭化水素、及びヘリウム等の自然冷媒、並びにＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、及びＲ４０４等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒が採用されればよい。また、冷媒と熱交換対象となる媒体は、上記で説明したように、例えば、空気であるが、特に限定しない。例えば、水、冷媒、及びブライン等であってもよい。要するに、空気調和機１は、任意の冷媒回路が形成され、ヒートポンプ式で空気調和が行われればよい。

次に、制御部６１の概要について説明する。制御部６１は、圧縮機外郭温度センサー３１、吐出管温度センサー３２、及び外気温度センサー３３のそれぞれの検知結果を取得し、電子膨張弁２４、室外ファン４１、及び後述する室内ファン４３等を制御する。制御部６１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常上昇した場合、冷媒流量Ｖの割合に基づいて圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に上げる。次に、制御部６１の詳細について図２を用いて説明する。

なお、室外機１３に制御部６１が設けられる一例について説明したが、特にこれに限定しない。例えば、室内機１１に制御部６１が設けられていてもよい。また、室内機１１と、室外機１３とのそれぞれに制御部６１が設けられていてもよい。また、室内機１１及び室外機１３の外部に制御部６１が設けられていてもよい。

また、制御部６１は、例えば、図示しないリモートコントローラーからの制御指令に基づいて動作してもよい。また、制御部６１は、自律的に動作してもよい。また、制御部６１は、図示しない遠隔地から制御指令が送信されることで、動作してもよい。また、制御部６１は、図示しないリモートコントローラーと、遠隔地からの制御指令と、自律動作との組合せで動作してもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における制御部６１の機能構成の一例を示す図である。なお、制御部６１の各機能をハードウェアで実現するか、又は、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、実施の形態１で説明される各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアで構成される機能ブロック図と考えてもよい。例えば、各ブロック図は、回路デバイス等のハードウェアで実現されてもよく。又は、図示しないプロセッサ等の演算装置上で実行されるソフトウェアで実現されてもよい。

図２に示すように、制御部６１は、温度判定部７１、冷媒流量演算部７３、吐出管温度目標値演算部７５、及び圧縮機周波数演算部７７等を備えている。

温度判定部７１は、外気温度Ｔｓが、予め定めた低温範囲に属するか否かを判定する外気温度判定値以下であるか否かを判定する。例えば、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下の場合、温度判定部７１は外気温度Ｔｓが低温範囲に属すると判定する。低温範囲の温度とは、例えば、冷媒の寝込み現象又は冷媒の偏在が生じる温度であり、冷媒の寝込み又は冷媒の偏在を解消するために、制御部６１は、圧縮機２１を起動させる。また、低温範囲の温度とは、外気温度Ｔｓである室外温度と、室内温度との温度差が少ない場合であり、室内が低負荷状態を意味する。

また、温度判定部７１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が、予め定めた高温範囲に属するか否かを判定する圧縮機外郭温度判定値以上であるか否かを判定する。例えば、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上の場合、温度判定部７１は圧縮機外郭温度Ｔ０が高温範囲に属すると判定する。高温範囲の温度とは、例えば、圧縮機２１内部が高温状態となって、圧縮機２１内部の油が不足していき、圧縮機２１内部に設けられている摺動部が滑らかに可動しない状態である。圧縮機２１内部の油が不足した状態で、圧縮機２１が稼働を続ければ、圧縮機２１が故障する虞がある。

温度判定部７１は、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下であって、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上の場合、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常状態に遷移していると判定し、冷媒流量演算指令を冷媒流量演算部７３に供給する。つまり、冷媒流量演算部７３が処理を行う場合は、圧縮機外郭温度異常発生時である。

なお、外気温度判定値と、圧縮機外郭温度判定値とは、温度閾値データ群に属するデータセットである。また、外気温度Ｔｓは、外気温度センサー３３の検知結果が外気温度データとして制御部６１に供給される。また、圧縮機外郭温度Ｔ０は、圧縮機外郭温度センサー３１の検知結果が圧縮機外郭温度データとして制御部６１に供給される。また、外気温度判定値は、本発明における第１判定値に相当し、圧縮機外郭温度判定値は、本発明における第２判定値に相当する。

冷媒流量演算部７３は、冷媒流量演算指令が供給された場合、例えば、異常判定フラグを１に設定する。冷媒流量演算部７３は、異常判定フラグが１のときの吐出管５５を流通する冷媒流量Ｖを第１冷媒流量Ｖ０として演算する。

具体的には、冷媒流量演算部７３は、吐出管温度Ｔと、圧縮機外郭温度Ｔ０と、外気温度Ｔｓとに基づいて第１冷媒流量Ｖ０を求める。さらに具体的には、次に表される式（１）及び式（２）を用いて説明する。

式（１）は、放熱に関する一般的な式である。式（１）の各種パラメータについて説明する。吐出管温度Ｔは、吐出管温度センサー３２の検出値、すなわち、検知結果であって、圧縮機２１の吐出側である入口から、例えば、ｘ［ｍ］離れた点の流体の温度である。圧縮機外郭温度Ｔ０は、圧縮機外郭温度センサー３１の検出値、すなわち、検知結果であって、圧縮機２１から吐出された冷媒の放熱前の流体の温度である。外気温度Ｔｓは、外気温度センサー３３の検出値、すなわち、検知結果である。

熱伝導率ｋは、吐出管５５の熱の伝導率である。吐出管５５が、例えば、銅製の場合には、銅の熱伝導率ｋが適用される。密度ρは、冷媒回路を流通する冷媒の密度ρである。冷媒流量Ｖは、例えば、吐出管温度センサー３２が検知する箇所の吐出管５５内部を流通する冷媒の流量である。距離ｘは、圧縮機２１の吐出側と、吐出管温度センサー３２との間の距離ｘ、すなわち、圧縮機２１の吐出側である入口からの距離ｘである。比熱ｃは、冷媒の比熱ｃであって、冷媒回路を流通する冷媒の比熱ｃが適用される。

式（１）から、冷媒流量Ｖを導くと、式（２）で表される。

つまり、冷媒流量演算部７３は、吐出管温度Ｔと、圧縮機外郭温度Ｔ０と、外気温度Ｔｓと、熱伝導率ｋと、距離ｘと、比熱ｃと、密度ρと、に基づいて第１冷媒流量Ｖ０を求める。なお、熱伝導率ｋ、距離ｘ、比熱ｃ、及び密度ρは、第１設定データ群に属するデータセットである。

吐出管温度目標値演算部７５は、吐出管温度Ｔと、吐出管温度補正値Ａとに基づいて吐出管温度目標値Ｔ１を演算する。具体的には、吐出管温度目標値Ｔ１は、次に示す式（３）で演算される。

式（３）の各種パラメータについて説明する。吐出管温度目標値Ｔ１は、吐出管温度センサー３２の目標値であって、上昇させたい値であり、吐出管温度センサー３２の検知結果の目標値である。吐出管温度Ｔは、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常発生時の吐出管温度センサー３２の検出値であって、現在の状態の吐出管５５で検出された温度である。吐出管温度補正値Ａは、予め定めた値、例えば、２０、３０、及び４０といった値であって、吐出管５５を流通する冷媒の冷媒循環量の増加を見込んだ値である。吐出管温度補正値Ａは、例えば、空気調和機１に形成される冷媒回路に対応して定まる値であって、系が変われば異なる値が設定される。

吐出管温度補正値Ａは、第２設定データ群に属するデータセットである。吐出管温度目標値Ｔ１は、吐出管温度目標値データとして、冷媒流量演算部７３に供給される。冷媒流量演算部７３は、式（２）に基づいて、吐出管温度目標値Ｔ１と、圧縮機外郭温度Ｔ０と、外気温度Ｔｓと、熱伝導率ｋと、距離ｘと、比熱ｃと、密度ρと、に基づいて第２冷媒流量Ｖ１を求める。つまり、第２冷媒流量Ｖ１は、式（２）の吐出管温度Ｔに吐出管温度目標値Ｔ１が適用されて冷媒流量Ｖが演算された値である。

冷媒流量演算部７３は、第１冷媒流量Ｖ０を第１冷媒流量データとして圧縮機周波数演算部７７に供給し、第２冷媒流量Ｖ１を第２冷媒流量データとして圧縮機周波数演算部７７に供給する。

圧縮機周波数演算部７７は、第１冷媒流量Ｖ０と、第２冷媒流量Ｖ１とに基づいて圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１を演算する。具体的には、圧縮機周波数演算部７７は、第１冷媒流量Ｖ０と、第２冷媒流量Ｖ１と、現在設定されている圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０とに基づいて、次に示す式（４）を用いて、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１を求める。

式（４）の各種パラメータについて説明する。圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１は、補正後の圧縮機周波数の値である。圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０は、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常発生時の圧縮機周波数の値であって、現在の設定値である。第１冷媒流量Ｖ０は、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常発生時の冷媒流量Ｖである。第２冷媒流量Ｖ１は、吐出管温度センサー３２の吐出管温度目標値Ｔ１のときの冷媒流量Ｖである。

つまり、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１は、現在の圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０に、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常発生時の第１冷媒流量Ｖ０と、吐出管温度センサー３２の吐出管温度目標値Ｔ１のときの第２冷媒流量Ｖ１との割合を乗じた値である。

圧縮機周波数演算部７７は、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に基づいて、圧縮機制御指令を生成し、圧縮機２１に供給する。圧縮機２１は、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１が供給された場合、圧縮機２１は再起動し、制御部６１は、再度、圧縮機外郭温度Ｔ０の判定処理を行うことで、圧縮機外郭温度異常が解消されるまで、上記で説明した処理が繰り返される。なお、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０は、第３設定データ群に属するデータセットである。

なお、上記で説明した各種データは、図示しない記憶部に格納されていてもよく、演算の都度、図示しない記憶部を介さずに制御部６１が取得してもよい。また、上記で説明した各種処理例は一例を示し、特にこれらに限定しない。

次に、圧縮機外郭温度Ｔ０が通常時に設定される圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０に基づいた制御結果を図３を用いて説明し、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常時の圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１の演算例について図４を用いて説明し、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常時に設定された圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に基づいた制御結果を図５を用いて説明する。

＜空気調和機１の動作＞
図３は、本発明の実施の形態１における圧縮機外郭温度通常時に設定される圧縮機周波数に基づいて運用される空気調和機１に関する各種運用データの一例を示す図である。図３においては、横軸を時間［ｍｉｎ］に設定し、縦軸を温度［℃］及び周波数［Ｈｚ］に設定した場合の各種運転データの一例が示されている。なお、図３に示す一例の前提として、電子膨張弁２４の開度を絞ることで、吐出管温度Ｔが制御されている。

図３に示すように、圧縮機周波数特性曲線１０１は、４［分］以降は、予め設定された圧縮機外郭温度通常時の圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０に漸近しながら推移している。圧縮機周波数特性曲線１０１は、２２［分］以降は、時間が経過するにつれ、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０が低減し、２４［分］以降は、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０が下がっている。

圧縮機外郭温度特性曲線１０３は、１２［分］以降、急峻な曲線が描かれ、２２［分］には、ピークに到達し、１４０［℃］になり、その後は、１２０［℃］に漸近しながら推移している。つまり、圧縮機外郭温度Ｔ０は、１２［分］以降、急激に上昇し続け、その後、高温状態となっている。

吐出管温度特性曲線１０５は、圧縮機外郭温度Ｔ０の上昇に伴い、上昇を続けており、１８［分］には４０［℃］に到達し、それ以後も上昇を続けている。つまり、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０は予め設定された値であるため、圧縮機外郭温度Ｔ０がこのまま上昇し続ければ、冷媒回路を流通する冷媒循環量は減り、圧縮機２１が故障に至る虞がある。そこで、冷媒回路を流通する冷媒循環量を上げるために、電子膨張弁２４の開度をしだいに閉めているが、吐出管温度Ｔの上昇速度が遅いため、電子膨張弁２４の開度をさらに閉めている。結果として、電子膨張弁２４の開度を絞り過ぎるため、圧縮機外郭温度Ｔ０が上昇し続け、圧縮機外郭温度Ｔ０は異常な高温状態に至っている。つまり、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を変更せず、電子膨張弁２４の開度の絞り制御だけでは、吐出管温度Ｔの上昇速度は遅い。

そこで、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を変更する動作を行う。図４は、本発明の実施の形態１における空気調和機１の制御例を説明するフローチャートである。

なお、実施の形態１の動作を行うプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理であるが、必ずしも時系列的に処理されなくてもよい。例えば、並列的に処理される処理を含んでもよく、また、個別に実行される処理を含んでもよい。

また、ステップＳ１７〜ステップＳ２７の各処理は、圧縮機外郭温度異常発生時の処理であり、ステップＳ２８の処理は、圧縮機外郭温度通常時の処理である。つまり、後述するように、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上であるか否かを判定することで、圧縮機外郭温度異常が解消されるまで、一連の処理が繰り返し実行される。

（ステップＳ１１）
制御部６１は、外気温度データを取得する。

（ステップＳ１２）
制御部６１は、外気温度判定値データを取得する。

（ステップＳ１３）
制御部６１は、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下であるか否かを判定する。制御部６１は、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下の場合、ステップＳ１４に進む。一方、制御部６１は、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下でない場合、ステップＳ１１に戻る。

（ステップＳ１４）
制御部６１は、圧縮機外郭温度データを取得する。

（ステップＳ１５）
制御部６１は、圧縮機外郭温度判定値データを取得する。

（ステップＳ１６）
制御部６１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上であるか否かを判定する。制御部６１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上の場合、ステップS１７に進む。一方、制御部６１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上でない場合、ステップＳ２８に進む。

（ステップＳ１７）
制御部６１は、異常判定フラグを１に設定する。

（ステップＳ１８）
制御部６１は、異常判定フラグが１のときの吐出管５５を流通する冷媒流量Ｖを第１冷媒流量Ｖ０として演算する。

（ステップＳ１９）
制御部６１は、吐出管温度データを取得する。

（ステップＳ２０）
制御部６１は、吐出管温度補正値データを取得する。

（ステップＳ２１）
制御部６１は、吐出管温度Ｔと吐出管温度補正値Ａとに基づいて吐出管温度目標値Ｔ１を演算する。

（ステップＳ２２）
制御部６１は、演算結果を吐出管温度目標値Ｔ１に設定する。

（ステップＳ２３）
制御部６１は、吐出管温度目標値Ｔ１に基づいて定まる冷媒流量Ｖを第２冷媒流量Ｖ１として演算する。

（ステップＳ２４）
制御部６１は、第１冷媒流量Ｖ０と第２冷媒流量Ｖ１とに基づいて圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１を演算する。

（ステップＳ２５）
制御部６１は、演算結果を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に設定する。

（ステップＳ２６）
制御部６１は、設定結果に基づいて圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に変更する。

（ステップＳ２７）
制御部６１は、圧縮機２１を再起動し、ステップＳ１４に戻る。

（ステップＳ２８）
制御部６１は、現在の各種設定で運転を継続し、処理を終了する。

上記で説明したように、制御部６１は、外気温度Ｔｓと、圧縮機外郭温度Ｔ０とに基づいて、圧縮機外郭温度異常発生時の処理を実行するか否かを判定している。

＜空気調和機１の作用効果＞
図５は、本発明の実施の形態１における圧縮機外郭温度異常時に設定される圧縮機周波数に基づいて運用される空気調和機１に関する各種運用データの一例を示す図である。図５においては、横軸を時間［ｍｉｎ］に設定し、縦軸を温度［℃］及び周波数［Ｈｚ］に設定した場合の各種運転データの一例が示されている。なお、図５に示す一例の前提として、電子膨張弁２４の開度の絞り制御だけではなく、圧縮機２１の圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に上げることで、吐出管温度Ｔが制御されている。

図５に示すように、圧縮機周波数特性曲線１１１は、２［分］以降は、制御部６１の演算の結果、設定された圧縮機外郭温度異常時の圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に漸近しながら推移している。

圧縮機外郭温度特性曲線１１３は、１０［分］以降、急峻な曲線が描かれ、１６［分］には、ピークに到達し、１１０［℃］になり、２０［分］以降は、ゆるやかに下降している。つまり、圧縮機外郭温度Ｔ０は、１０［分］以降、上昇し続けたものの、異常な高温状態とならずに、１６［分］では上昇はゆるやかとなり、その後、下降している。

吐出管温度特性曲線１１５は、圧縮機外郭温度Ｔ０の上昇に伴い、上昇を続け、１４［分］以降、６０［℃］に漸近しながら推移し、２２［分］以降はゆるやかに下降している。つまり、圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０が圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に上がった分だけ、吐出管温度Ｔの上昇速度は速まるため、電子膨張弁２４の開度の閉め過ぎが解消し、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常な高温状態に至らない。よって、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常上昇が回避されている。

したがって、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常な高温状態に移行しないため、冷媒回路を流通する冷媒循環量の不足が回避され、圧縮機２１内部の油の循環不良を低減できる。また、圧縮機外郭温度Ｔ０の異常上昇が回避されるため、圧縮機２１内部の図示しない摺動部への負荷が低減する。

結果として、圧縮機２１の信頼性を確保することができるため、空気調和機１の耐久性が向上し、空気調和機１を長期間にわたって使用することができる。

換言すれば、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機２１の不具合を回避することができる。したがって、圧縮機２１の信頼性を確保することができる。この結果、空気調和機１は、耐久性が向上するため、長期間にわたり、使用することができる。

なお、上記で説明した図３及び図５においては、温度の単位として［℃］を用いたが、特にこれに限定しない。例えば、温度の単位として［Ｋ］が用いられてもよい。

なお、図３及び図５で説明した各種値は一例を示し、特にこれに限定しない。

以上、本実施の形態１において、圧縮機２１、室内熱交換器２３、電子膨張弁２４、及び室外熱交換器２５が冷媒配管で接続された空気調和機１であって、冷媒配管のうち、圧縮機２１の吐出側に接続される吐出管５５と、圧縮機２１の圧縮機周波数を制御する制御部６１と、を備え、制御部６１は、外気温度Ｔｓが予め定めた低温範囲に属するか否かを判定する外気温度判定値と、圧縮機２１の外郭温度である圧縮機外郭温度Ｔ０が予め定めた高温範囲に属するか否かを判定する圧縮機外郭温度判定値とが設定され、外気温度Ｔｓが外気温度判定値以下であって、圧縮機外郭温度Ｔ０が圧縮機外郭温度判定値以上の場合、吐出管５５を現在流通している第１冷媒流量Ｖ０と、吐出管５５の温度目標値である吐出管温度目標値Ｔ１に基づいて定まる第２冷媒流量Ｖ１と、に基づいて、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１を求め、予め設定されている圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１にする空気調和機１が構成される。

したがって、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機２１の不具合を回避することができる。

また、本実施の形態１において、制御部６１は、第１冷媒流量Ｖ０を、吐出管５５の温度、圧縮機外郭温度Ｔ０、及び外気温度Ｔｓに基づいて求め、吐出管温度目標値Ｔ１を、吐出管５５の温度と、吐出管５５を流通する冷媒の冷媒循環量の増加を見込んだ温度補正値と、に基づいて求め、第２冷媒流量Ｖ１を、吐出管温度目標値Ｔ１、圧縮機外郭温度Ｔ０、及び外気温度Ｔｓに基づいて求める。

また、本実施の形態１において、制御部６１は、圧縮機外郭温度Ｔ０が第２判定値以上の場合、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１の演算と、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に基づいた圧縮機２１の再起動とを繰り返し行い、圧縮機外郭温度Ｔ０が第２判定値未満の場合、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１の演算と、圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に基づいた圧縮機２１の再起動との繰り返しを終了する。

また、本実施の形態１において、圧縮機２１と、室内熱交換器２３との間に、冷媒を溜めるアキュムレーター２６がさらに設けられている。

したがって、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機２１の不具合を特に顕著に回避することができる。

実施の形態２．
実施の形態１との相違点は、空気調和機２に形成される冷媒回路の一部の構成である。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能又は構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図６は、本発明の実施の形態２における空気調和機２の概略構成を示す図である。図６に示すように、空気調和機２に形成される冷媒回路は、アキュムレーター２６ではなく、レシーバタンク２９が設けられている。レシーバタンク２９は、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２５との間に設けられている。レシーバタンク２９は、四方弁２２と、圧縮機２１の吸入側との間に設けられている。

レシーバタンク２９と、室内熱交換器２３との間を接続する冷媒配管には、電子膨張弁２７が設けられ、電子膨張弁２７は、室内熱交換器２３と、レシーバタンク２９との間を流通する冷媒の流量を調整する。レシーバタンク２９と、室外熱交換器２５との間を接続する冷媒配管には、電子膨張弁２８が設けられ、電子膨張弁２８は、室外熱交換器２５と、レシーバタンク２９との間を流通する冷媒の流量を調整する。

レシーバタンク２９は、例えば、液冷媒を貯留する。具体的には、レシーバタンク２９は、空気調和機２が暖房運転時、室内熱交換器２３から室外熱交換器２５へ流通する冷媒のうち、液冷媒を貯留する。レシーバタンク２９は、空気調和機２が冷房運転時、室外熱交換器２５から室内熱交換器２３へ流通する冷媒のうち、液冷媒を貯留する。レシーバタンク２９は、四方弁２２から圧縮機２１へ流通する冷媒のうち、液冷媒を貯留する。

空気調和機２は、レシーバタンク２９と、電子膨張弁２７と、電子膨張弁２８とが設けられている点で、実施の形態１で説明した空気調和機１と相違するが、その他の構成については同じ構成である。よって、制御部６１は、実施の形態１で説明した動作を行うことで、圧縮機外郭温度Ｔ０が異常上昇した場合、冷媒流量Ｖの割合に基づいて圧縮機周波数の下限値Ｈｚ０を圧縮機周波数の目標下限値Ｈｚ１に設定する。よって、過渡的に冷媒循環量が低下した場合であっても、圧縮機２１の不具合を回避することができる。したがって、圧縮機２１の信頼性を確保することができる。この結果、空気調和機２は、耐久性が向上するため、長期間にわたり、使用することができる。

すなわち、特定の冷媒回路の構成に依存することなく、過渡的に冷媒循環量が低下した場合には、圧縮機２１の不具合を回避することができるため、耐久性が向上し、空気調和機２を長期使用できる。

以上、本実施の形態２においては、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２５との間に、冷媒を溜めるレシーバタンク２９がさらに設けられている。

したがって、特定の冷媒回路の構成に依存することなく、過渡的に冷媒循環量が低下した場合には、圧縮機２１の不具合を特に顕著に回避することができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２は、単独で実施されてもよく、組合せて実施されてもよい。いずれの場合においても、上記で説明した有利な効果を奏することとなる。

１、２空気調和機、１１室内機、１３室外機、２１圧縮機、２２四方弁、２３室内熱交換器、２４、２７、２８電子膨張弁、２５室外熱交換器、２６アキュムレーター、２９レシーバタンク、３１圧縮機外郭温度センサー、３２吐出管温度センサー、３３外気温度センサー、４１室外ファン、４３室内ファン、５１ガス側配管、５３液側配管、５５吐出管、６１制御部、７１温度判定部、７３冷媒流量演算部、７５吐出管温度目標値演算部、７７圧縮機周波数演算部、１０１、１１１圧縮機周波数特性曲線、１０３、１１３圧縮機外郭温度特性曲線、１０５、１１５吐出管温度特性曲線。

Claims

圧縮機、室内熱交換器、膨張装置、及び室外熱交換器が冷媒配管で接続された空気調和機であって、
前記冷媒配管のうち、前記圧縮機の吐出側に接続される吐出管と、
前記圧縮機の圧縮機周波数を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
外気温度が予め定めた低温範囲に属するか否かを判定する第１判定値と、前記圧縮機の外郭温度である圧縮機外郭温度が予め定めた高温範囲に属するか否かを判定する第２判定値とが設定され、
前記外気温度が前記第１判定値以下であって、前記圧縮機外郭温度が前記第２判定値以上の場合、
前記吐出管を現在流通している第１冷媒流量と、前記吐出管の温度目標値である吐出管温度目標値に基づいて定まる第２冷媒流量と、に基づいて、前記圧縮機周波数の目標下限値を求め、
予め設定されている前記圧縮機周波数の下限値を前記圧縮機周波数の目標下限値にする
ことを特徴とする空気調和機。
前記制御部は、
前記第１冷媒流量を、前記吐出管の温度、前記圧縮機外郭温度、及び前記外気温度に基づいて求め、
前記吐出管温度目標値を、前記吐出管の温度と、前記吐出管を流通する冷媒の冷媒循環量の増加を見込んだ温度補正値と、に基づいて求め、
前記第２冷媒流量を、前記吐出管温度目標値、前記圧縮機外郭温度、及び前記外気温度に基づいて求める
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記制御部は、
前記圧縮機外郭温度が前記第２判定値以上の場合、前記目標下限値の演算と、前記目標下限値に基づいた前記圧縮機の再起動とを繰り返し行い、
前記圧縮機外郭温度が前記第２判定値未満の場合、前記目標下限値の演算と、前記目標下限値に基づいた前記圧縮機の再起動との繰り返しを終了する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
前記圧縮機と、前記室内熱交換器との間に、冷媒を溜めるアキュムレーターをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機。
前記室内熱交換器と、前記室外熱交換器との間に、冷媒を溜めるレシーバタンクをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機。