JP2016205773A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率かつ信頼性の高い空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機Ｓは、圧縮機１１と、室外熱交換器１２と、液冷媒貯留器１３と、ポンプ１４と、膨張弁１５と、室内熱交換器１６と、アキュムレータ１７と、が環状に順次接続されてなる冷媒回路１と、液冷媒貯留器１３から流出する冷媒がポンプ１４を迂回して膨張弁１５に向かうように配設されるバイパス配管ｐ１と、室内熱交換器１６から流出する冷媒がアキュムレータ１７及び圧縮機１１を迂回して室外熱交換器１２に向かうように配設されるバイパス配管ｐ２と、室内熱交換器１６から流出する冷媒の圧力・温度を検出する圧力センサ２１・温度センサ２２と、ポンプサイクル運転中、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度が第１閾値以上である場合、圧縮機サイクル運転に切り替える制御装置３１，３２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

近年、情報処理技術の発達に伴い、大量の情報を処理するデータセンタがビジネスとして脚光を浴びている。データセンタのサーバルームには、コミュニケーション用、データベース用、ファイル管理用等の多数のサーバが、サーバラックに収納された状態で昼夜に亘って連続稼動している。

また、サーバにおけるデータ処理の高速化・高効率化が求められており、サーバが有する電子デバイスの高密度化が進んでいる。このように電子デバイスの高密度化が進むと、それに伴ってサーバの単位時間当たりの発熱量も増加するため、サーバルームに設置される空気調和機には高い冷房能力が求められる。

一方、地球環境の保全の観点から、サーバの稼動に要する消費電力の低減を図ることが要請されている。なお、前記した消費電力のうち、サーバルームに設置される空気調和機の消費電力が大きな割合を占めている。したがって、空気調和機の消費電力を低減できれば、サーバの稼動に要する消費電力の大幅な低減につながる。

前記したように、サーバの発熱量は大きいため、サーバルームに設置される空気調和機は、冬季でも冷房運転を行うように設定されている。したがって、例えば、外気の温度が比較的低ければ、圧縮機を駆動するまでもなく、ポンプによって冷媒を循環させることでサーバルームを冷やすことができる。このような外気冷却方式のフリークーリングに関する技術として、例えば、以下に示すものが知られている。

すなわち、特許文献１には、圧縮機が停止した状態で液冷媒を循環させるポンプと、このポンプの起動前に気液分離器内の冷媒を加熱するヒータと、を備える空気調和機について記載されている。

特開２０１３−７６４９１号公報

特許文献１に記載の技術では、ポンプの起動前に気液分離器内の冷媒を加熱し、この気液分離器から冷媒を流出させることで、ポンプにおけるキャビテーションを防止している。なお、「キャビテーション」とは、冷媒中の気泡がポンプのプロペラ等に張り付きながら分裂して圧力波が発生する現象である。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ヒータによる加熱を行う分、空気調和機の消費電力が大きくなるという課題があり、さらなる高効率化を図る余地がある。

また、例えば、気液分離器の上流側に電磁弁を設け、ポンプによって冷媒を循環させている間は電磁弁を閉じることで、気液分離器に冷媒が流れ込まないようにすることも考えられる。しかしながら、場合によっては電磁弁が詰まる可能性があり、信頼性の点で問題がある。

そこで、本発明は、高効率かつ信頼性の高い空気調和機を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る空気調和機は、圧縮機を停止しポンプを駆動するポンプサイクル運転中、蒸発器から流出する冷媒の過熱度が第１閾値未満である場合、前記ポンプを停止し前記圧縮機を駆動する圧縮機サイクル運転に切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、高効率かつ信頼性の高い空気調和機を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る空気調和機の構成図である。 空気調和機の制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機の構成図である。 空気調和機の制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る空気調和機の制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。

≪第１実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
図１は、第１実施形態に係る空気調和機Ｓの構成図である。空気調和機Ｓは、サーバルーム等の室内空気を冷やすものであり、冷媒回路１と、バイパス配管ｐ１，ｐ２と、圧力センサ２１（第１圧力検出手段）と、温度センサ２２（第１温度検出手段）と、制御装置３１，３２（制御手段）と、を備えている。

冷媒回路１は、圧縮機１１と、室外熱交換器１２（凝縮器）と、液冷媒貯留器１３と、ポンプ１４と、膨張弁１５（減圧手段）と、室内熱交換器１６（蒸発器）と、アキュムレータ１７（気液分離器）と、が環状に順次接続された構成になっている。

圧縮機１１は、配管ｋ７を介して流入するガス状の冷媒を、制御装置３２からの指令に従って圧縮する装置である。圧縮機１１の種類は特に限定されず、スクロール式、ピストン式、ロータリ式、スクリュー式、遠心式等の圧縮機を用いることができる。

なお、後記するポンプ１４を停止した状態で圧縮機１１を駆動して、周知のヒートポンプサイクルで冷媒を循環させる運転モードを「圧縮機サイクル運転」という。
また、圧縮機１１を停止した状態でポンプ１４を駆動して、冷媒を循環させる運転モードを「ポンプサイクル運転」という。
空気調和機Ｓの運転中は、圧縮機サイクル運転及びポンプサイクル運転のうちいずれか一方が実行され、圧力センサ２１や温度センサ２２等の検出値に基づいて、一方から他方の運転モードに切り替えられる。

図１に示す逆止弁Ｂ１は、圧縮機１１の停止中（つまり、ポンプサイクル運転中）、圧縮機１１に冷媒が流れ込まないようにするための弁であり、圧縮機１１の吐出側の配管ｋ１に設けられている。
室外熱交換器１２は、室外ファンＦ１から送り込まれる外気との熱交換によって冷媒を凝縮させる熱交換器であり、その上流側は配管ｋ１を介して圧縮機１１の吐出側に接続されている。
液冷媒貯留器１３は、空気調和機Ｓの配管等に封入された冷媒のうち、余剰分の冷媒（液冷媒）を貯留する殻状部材であり、配管ｋ２を介して室外熱交換器１２に接続されている。

ポンプ１４は、前記したポンプサイクル運転中、制御装置３１からの指令に従って駆動することで冷媒を循環させるものである。ポンプ１４の種類は特に限定されないが、例えば、比較的小流量でも冷媒を圧送可能な遠心式のポンプを用いることが好ましい。図１に示すように、ポンプ１４の吸込側は、配管ｋ３を介して液冷媒貯留器１３に接続され、ポンプ１４の吐出側は、配管ｋ４を介して膨張弁１５に接続されている。
なお、ポンプ１４の駆動に要する電力は、圧縮機１１の駆動に要する電力に比べて非常に小さい（例えば、１／１０以下）。したがって、前記したポンプサイクル運転を行う時間を長く確保できれば、そのぶん電力コストを軽減できる。

膨張弁１５は、配管ｋ４を介して流入する冷媒を減圧する弁であり、制御装置３２からの指令に従って、その開度が調整されるようになっている。
室内熱交換器１６は、室内ファンＦ２から送り込まれる室内空気との熱交換によって、冷媒を蒸発させる（つまり、室内空気を冷やす）熱交換器であり、その上流側は配管ｋ５を介して膨張弁１５に接続されている。
アキュムレータ１７は、冷媒を気液分離するための殻状部材であり、配管ｋ６を介して室内熱交換器１６に接続され、また、配管ｋ７を介して圧縮機１１の吸込側に接続されている。

バイパス配管ｐ１（第１バイパス流路）は、圧縮機サイクル運転中、液冷媒貯留器１３から流出する冷媒が、ポンプ１４を迂回して膨張弁１５に向かうように配設されている。バイパス配管ｐ１の上流端は配管ｋ３に接続され、下流端は配管ｋ４に接続されている。バイパス配管ｐ１には、ポンプサイクル運転中に冷媒が逆流することを防止するための逆止弁Ｂ２が設けられている。

バイパス配管ｐ２（第２バイパス流路）は、ポンプサイクル運転中、室内熱交換器１６から流出する冷媒が、アキュムレータ１７及び圧縮機１１を迂回して室外熱交換器１２に向かうように配設されている。バイパス配管ｐ２の上流端は配管ｋ６に接続され、下流端は配管ｋ１に接続されている。バイパス配管ｐ２には、圧縮機サイクル運転中に冷媒が逆流することを防止するための逆止弁Ｂ３が設けられている。

圧力センサ２１は、室内熱交換器１６から流出する冷媒の圧力を検出するセンサであり、バイパス配管ｐ２に設置されている。より詳しく説明すると、圧力センサ２１は、バイパス配管ｐ２において、逆止弁Ｂ３よりも上流側に設置されている。

温度センサ２２は、室内熱交換器１６から流出する冷媒の温度を検出するセンサであり、配管ｋ６に設置されている。より詳しく説明すると、温度センサ２２は、配管ｋ６において、バイパス配管ｐ２との接続箇所Ｑよりも下流側（アキュムレータ１７の付近）に設置されている。
圧力センサ２１及び温度センサ２２の検出値は、次に説明する制御装置３２に出力される。これらの検出値は、冷媒の過熱度を算出する際に用いられる。

その他、図１では図示を省略したが、空気調和機Ｓは、室内温度を検出する温度センサや、室外温度を検出する温度センサ等を備えている。

室外機Ｕ１に設置されている制御装置３１は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。室内機Ｕ２に設置されている制御装置３２も同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成される。

これらの制御装置３１，３２は、相互に通信可能に接続され、圧力センサ２１・温度センサ２２等の検出値に基づいて、圧縮機１１、ポンプ１４、膨張弁１５、室外ファンＦ１、及び室内ファンＦ２を制御するようになっている。なお、制御装置３１，３２が実行する処理については後記する。

図１に示す例では、室外熱交換器１２、液冷媒貯留器１３、ポンプ１４、室外ファンＦ１、及び制御装置３１が、室外機Ｕ１に設置されている。また、圧縮機１１、膨張弁１５、室内熱交換器１６、アキュムレータ１７、室内ファンＦ２、及び制御装置３２が、室内機Ｕ２に設置されている。ちなみに、圧縮機１１が室内機Ｕ２に設置されているのは、天候（雨天等）に関わらず圧縮機１１のメンテナンスを行えるようにするためである。なお、圧縮機１１を室外機Ｕ１に設置してもよい。

＜空気調和機の動作＞
本実施形態では、一例として、室内機Ｕ２（図１参照）に設置されている制御装置３２（図１参照）によって、圧縮機サイクル運転／ポンプサイクル運転の切替えを行う場合について説明する。

図２は、空気調和機Ｓの制御装置３２が実行する処理を示すフローチャートである（適宜、図１参照）。なお、図２に示す「ＳＴＡＲＴ」時には、ポンプサイクル運転が実行されているものとする。
ポンプサイクル運転中、制御装置３２は、圧縮機１１を停止した状態でポンプ１４を駆動するとともに、室外ファンＦ１、室内ファンＦ２を駆動し、さらに膨張弁１５の開度を調整する。ポンプサイクル運転中、ポンプ１４によって昇圧された冷媒は、膨張弁１５、室内熱交換器１６、バイパス配管ｐ２、室外熱交換器１２、液冷媒貯留器１３の順に循環し、外気の冷熱によって室内空気が冷やされる。

図２のステップＳ１０１において制御装置３２は、圧力センサ２１及び温度センサ２２の検出値を読み込む。
ステップＳ１０２において制御装置３２は、室内熱交換器１６から流出する（つまり、アキュムレータ１７付近の）冷媒の過熱度ＳＨを算出する。なお、冷媒の「過熱度」とは、ガス冷媒の圧力に対応する飽和温度に対して、ガス冷媒の実際の温度が何度高いかを示す数値である。

ステップＳ１０２について具体的に説明すると、制御装置３２は、圧力センサ２１によって検出される圧力Ｐ_Dに対応する飽和温度Ｔ_satを算出し、温度センサ２２によって検出される温度Ｔ_Dから飽和温度Ｔ_satを減算することで、冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔ_D−Ｔ_sat）を算出する。ちなみに、冷媒の圧力Ｐ_Dと飽和温度Ｔ_satとの関係を示す情報が、例えば、所定の関数として制御装置３２に記憶されている。

ステップＳ１０３において制御装置３２は、ステップＳ１０２で算出した冷媒の過熱度ＳＨが、所定閾値ＳＨ_α（第１閾値）未満であるか否かを判定する。この所定閾値ＳＨ_αは、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

例えば、室内空気と外気との温度差が小さい低負荷時には、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度が小さくなり（つまり、気液二相冷媒の割合が大きくなり）、アキュムレータ１７に液冷媒が溜まりやすくなる。言い換えると、液冷媒貯留器１３内の液冷媒が不足し、ポンプ１４においてキャビテーションが起こりやすくなる。

ステップＳ１０３において冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α以上である場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、制御装置３２はポンプサイクル運転を継続する（Ｓ１０８）。この場合、アキュムレータ１７に多量の冷媒が溜まり込んでいる可能性が低く、また、液冷媒貯留器１３に十分な量の液冷媒が貯留されている可能性が高いからである。このように、ポンプサイクル運転を継続することで、空気調和機Ｓの省エネルギ化を図ることができる。

一方、ステップＳ１０３において冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満である場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において制御装置３２は、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替える。すなわち、制御装置３２は、それまで駆動していたポンプ１４を停止し、圧縮機１１を駆動する。過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満である場合には（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、アキュムレータ１７に多量の冷媒が溜まり込んでいる可能性が高く、また、液冷媒貯留器１３に貯留されている液冷媒が不足している可能性が高いからである。

圧縮機サイクル運転中、圧縮機１１によって圧縮された冷媒は、室外熱交換器１２、液冷媒貯留器１３、バイパス配管ｐ１、膨張弁１５、室内熱交換器１６、アキュムレータ１７の順に、周知のヒートポンプサイクルで循環する。

なお、圧縮機サイクル運転中、制御装置３２によって、圧縮機１１のモータ（図示せず）の回転速度を小さくし、膨張弁１５の開度を小さくし、さらに、室内ファンＦ２の風量を大きくすることが好ましい。これによって、アキュムレータ１７付近の冷媒の過熱度が高くなり、アキュムレータ１７に溜まり込んでいた液冷媒が蒸発しやすくなるからである。アキュムレータ１７から冷媒が流出（蒸発）すると、余剰分の冷媒（液冷媒）が液冷媒貯留器１３に貯留される。つまり、圧縮機サイクル運転を行うことで、液冷媒貯留器１３に貯留されている冷媒が徐々に増加する。これによって、その後のポンプ運転に備えることができる。

ステップＳ１０５において制御装置３２は、圧力センサ２１及び温度センサ２２の検出値を再び読み込む。
ステップＳ１０６において制御装置３２は、室内熱交換器１６から流出する（つまり、アキュムレータ１７付近の）冷媒の過熱度ＳＨを算出する。

ステップＳ１０７において制御装置３２は、ステップＳ１０６で算出した冷媒の過熱度ＳＨが、所定閾値ＳＨ_β以上であるか否かを判定する。この所定閾値ＳＨ_βは、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。なお、過熱度に関する所定閾値ＳＨ_βは、前記した所定閾値ＳＨ_αよりも高い値に設定されている。このように所定閾値ＳＨ_α，ＳＨ_βを異なる値にすることで、圧縮機サイクル運転／ポンプサイクル運転が頻繁に切り替わること（ハンチング）を防止できる。

ステップＳ１０７において冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上である場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８において制御装置３２は、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替える。ステップＳ１０８でポンプサイクル運転に切り替えた時点において、アキュムレータ１７に貯留されている冷媒は比較的少なく、また、液冷媒貯留器１３には充分な量の液冷媒が貯留されている。したがって、ポンプサイクル運転の再開後にポンプ１４でキャビテーションが発生するおそれはない。

なお、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替える際の条件として、冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上であるという条件（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）の他、室内温度と、この室内温度よりも低い室外温度と、の温度差が所定値以上であるという条件や、想定されるポンプサイクル運転の効率が所定値以上であるという条件を適宜追加してもよい。
ステップＳ１０８の処理を行った後、制御装置３２の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
また、ステップＳ１０７において冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β未満である場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、制御装置３２は圧縮機サイクル運転を継続する（Ｓ１０４）。

＜効果＞
本実施形態では、ポンプサイクル運転中、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満である場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に一時的に切り替えられる（Ｓ１０４）。これによって、アキュムレータ１７に溜まり込んでいた冷媒を流出させ、また、液冷媒貯留器１３に貯留されている液冷媒を増加させることができる。つまり、その後に再開されるポンプサイクル運転において、ポンプ１４でキャビテーションが発生することを防止できる。

また、アキュムレータ１７に溜まり込んだ冷媒を、圧縮機サイクル運転を行うことで流出させるため、アキュムレータ１７への冷媒の流入を防ぐ電磁弁（図示せず）を配管ｋ６（図１に示す接続箇所Ｑよりも下流側）に設ける必要がない。つまり、本実施形態によれば、電磁弁の詰まりに起因する不具合が生じるおそれがないため、空気調和機Ｓの信頼性を高めることができる。

また、本実施形態では、ポンプサイクル運転前にアキュムレータ１７内の冷媒を温めるためのヒータ（図示せず）を設ける必要がない。前記したように、ポンプサイクル運転が実行可能であるか否かについては、冷媒の過熱度ＳＨに基づいて適切に判定できるからである（Ｓ１０３，Ｓ１０７）。したがって、本実施形態によれば、部品点数の削減や設備コストの低減を図ることができる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、ポンプ１４（図４参照）の吸込側における冷媒の過冷却度を算出し、この過冷却度と、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度と、に基づいて、ポンプ運転サイクルから圧縮機サイクル運転への切替えの要否を判定する点が異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

＜空気調和機の構成＞
図３は、第２実施形態に係る空気調和機ＳＡの構成図である。空気調和機ＳＡは、第１実施形態で説明した構成（図１参照）に加えて、圧力センサ２３（第２圧力検出手段）と、温度センサ２４（第２温度検出手段）と、を備えている。
圧力センサ２３は、ポンプ１４に吸込側の圧力を検出するセンサであり、配管ｋ３に設置されている。温度センサ２４は、ポンプ１４の吸込側の温度を検出するセンサであり、配管ｋ３に設置されている。なお、図４には、配管ｋ３とバイパス配管ｐ１との接続箇所Ｒよりも下流側に圧力センサ２３・温度センサ２４を設置する構成を図示したが、接続箇所Ｒよりも上流側に各センサを設置してもよい。圧力センサ２３・温度センサ２４の検出値は、室外機Ｕ１の制御装置３１を介して、室内機Ｕ２の制御装置３２に送信される。

＜空気調和機の動作＞
図４は、空気調和機ＳＡの制御装置３２が実行する処理を示すフローチャートである（適宜、図３参照）。なお、図４の「ＳＴＡＲＴ」時には、ポンプサイクル運転が実行されているものとする。
ステップＳ２０１において制御装置３２は、圧力センサ２１，２３及び温度センサ２２，２４の検出値を読み込む。
ステップＳ２０２において制御装置３２は、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプ１４の吸込側における冷媒の過冷却度ＳＣと、を算出する。なお、冷媒の「過冷却度」とは、液冷媒の圧力に対応する凝縮温度に対して、液冷媒の実際の温度が何度低いかを示す数値である。

ステップＳ２０２について具体的に説明すると、制御装置３２は、第１実施形態（Ｓ１０２：図２参照）と同様に、圧力センサ２１及び温度センサ２２の検出値に基づいて、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨを求める。
また、制御装置３２は、圧力センサ２３によって検出される圧力Ｐ_Fに対応する凝縮温度Ｔ_conを算出し、この凝縮温度Ｔ_conから温度センサ２４の検出値（温度Ｔ_F）を減算することで、過冷却度ＳＣ（＝Ｔ_con−Ｔ_F）を算出する。つまり、制御装置３２は、ポンプ１３の吸込側における冷媒の過冷却度ＳＣを算出する。ちなみに、冷媒の圧力Ｐ_Fと凝縮温度Ｔ_conとの関係を示す情報が、例えば、所定の関数として制御装置３２に記憶されている。

ステップＳ２０３において制御装置３２は、ステップＳ２０２で算出した過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α（第１閾値）未満であるか否かを判定する。冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α以上である場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、液冷媒貯留器１３には十分な量の液冷媒が貯留されている可能性が高いため、制御装置３２はポンプサイクル運転を継続する（Ｓ２１０）。一方、冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満である場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、、制御装置３２の処理はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において制御装置３２は、ステップＳ２０２で算出した過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_α（第２閾値）未満であるか否かを判定する。この所定閾値ＳＣ_αは、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

冷媒の過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_α以上である場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、液冷媒貯留器１３には十分な量の液冷媒が貯留されている可能性が高いため、制御装置３２はポンプサイクル運転を継続する（Ｓ２１０）。一方、冷媒の過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_α未満である場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、液冷媒貯留器１３に貯留されている液冷媒が不足している可能性が高いため、制御装置３２の処理はステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５において制御装置３２は、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替える。これによって、アキュムレータ１７に溜まり込んだ冷媒が流出（蒸発）するとともに、液冷媒貯留器１３に貯留されている冷媒が増加する。

ステップＳ２０６において制御装置３２は、圧力センサ２１，２３及び温度センサ２２，２４の検出値を再び読み込む。
ステップＳ２０７において制御装置３２は、ステップＳ２０６で読み込んだ各検出値に基づき、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプ１４の吸込側における冷媒の過冷却度ＳＣと、を算出する。

ステップＳ２０８において制御装置３２は、ステップＳ２０７で算出した過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上であるか否かを判定する。第１実施形態と同様に、所定閾値ＳＨ_βは、所定閾値ＳＨ_αよりも高い値に設定されている。過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上である場合（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０９において制御装置３２は、ステップＳ２０７で算出した過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_β以上であるか否かを判定する。この所定閾値ＳＣ_β（＞ＳＣ_α）は、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_β以上である場合（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ２１０に進む。
ステップＳ２１０において制御装置３２は、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替える。ステップＳ２１０の処理を行った後、制御装置３２の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。

また、ステップＳ２０８において過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β未満である場合や（Ｓ２０８：Ｎｏ）、ステップＳ２０９において過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_β未満である場合には（Ｓ２０９：Ｎｏ）、制御装置３２は、圧縮機サイクル運転を継続する（Ｓ２０５）。

＜効果＞
本実施形態では、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプ１４の吸込側における冷媒の過冷却度ＳＣと、に基づき、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転への切替えの要否を判定するようにしている（Ｓ２０１〜Ｓ２０５）。したがって、第１実施形態（過熱度ＳＨに基づく判定）と比較して、前記した切替えの要否をさらに適切に判定できる。つまり、本実施形態によれば、圧縮機サイクル運転が無駄に長時間行われることを抑制し、空気調和機ＳＡの高効率化を図ることができる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、ポンプ１４（図３参照）の吸込側の圧力と、バイパス配管ｐ２を流れる冷媒の圧力と、の比に基づいて、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転への切替えの要否を判定する点が、第２実施形態と異なっている。また、第３実施形態に係る空気調和機ＳＡの構成は、第２実施系形態と同様であるが（図３参照）、温度センサ２４については必須の構成ではない。したがって、第２実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

＜空気調和機の動作＞
図５は、第３実施形態に係る空気調和機ＳＡの制御装置３２が実行する処理を示すフローチャートである（適宜、図３参照）。なお、図５の「ＳＴＡＲＴ」時には、ポンプサイクル運転が実行されているものとする。
ステップＳ３０１において制御装置３２は、圧力センサ２１，２３及び温度センサ２２の検出値を読み込む。
ステップＳ３０２において制御装置３２は、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプの圧力比ｒと、を求める。なお、冷媒の過熱度ＳＨの算出方法は、第１実施形態で説明したとおりである。また、圧力比ｒとは、ポンプ１４の吸込側の圧力Ｐ_F（圧力センサ２３の検出値）に対して、バイパス配管ｐ２における冷媒の圧力Ｐ_D（圧力センサ２１の検出値）が占める割合Ｐ_D／Ｐ_Fである。

ステップＳ３０３において制御装置３２は、ステップＳ３０２で算出した過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α（第１閾値）未満であるか否かを判定する。冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α以上である場合（Ｓ３０３：Ｎｏ）、液冷媒貯留器１３に十分な量の液冷媒が貯留されている可能性が高いため、制御装置３２はポンプサイクル運転を継続する（Ｓ３１０）。一方、冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満である場合（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４において制御装置３２は、ステップＳ３０２で算出した圧力比ｒが所定閾値ｒ_α（第３閾値）未満であるか否かを判定する。この所定閾値ｒ_αは、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。圧力比ｒが所定閾値ｒ_α以上である場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、制御装置３２はポンプサイクル運転を継続する（Ｓ３１０）。

一方、圧力比ｒが所定閾値ｒ_α未満である場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ３０５に進む。例えば、外気温度が徐々に低下して室内温度との差が小さくなると、室外熱交換器１２で凝縮する冷媒の量が少なくなる。その結果、ポンプ１４の吸込側の圧力が徐々に上昇し、場合によっては、圧力比ｒの許容範囲の下限値（つまり、所定閾値ｒ_α）を下回ることがある。

ステップＳ３０５において制御装置３２は、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替える。これによって、ポンプ１４で不具合が起こることを防止し、また、アキュムレータ１７に溜まり込んだ冷媒を流出させることができる。

ステップＳ３０６において制御装置３２は、圧力センサ２１，２３及び温度センサ２２の検出値を再び読み込む。
ステップＳ３０７において制御装置３２は、ステップＳ３０６で読み込んだ各検出値に基づき、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプ１４の圧力比ｒと、を算出する。

ステップＳ３０８において制御装置３２は、ステップＳ３０７で算出した過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β以上である場合（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ３０９に進む。
ステップＳ３０９において制御装置３２は、ステップＳ３０７で算出した圧力比ｒが所定閾値ｒ_β以上であるか否かを判定する。この所定閾値ｒ_β（＞ｒ_α）は、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替えるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

ステップＳ３０９において圧力比ｒが所定閾値ｒ_β以上である場合（Ｓ３０９：Ｙｅｓ）、制御装置３２の処理はステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０において制御装置３２は、圧縮機サイクル運転からポンプサイクル運転に切り替える。ステップＳ３１０の処理を行った後、制御装置３２の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。

また、ステップＳ３０８において過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_β未満である場合や（Ｓ３０８：Ｎｏ）、ステップＳ３０９において圧力比ｒが所定閾値ｒ_β未満である場合には（Ｓ３０９：Ｎｏ）、制御装置３２は、圧縮機サイクル運転を継続する（Ｓ３０５）。

＜効果＞
本実施形態では、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨと、ポンプ１４の圧力比ｒと、に基づき、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転への切替えの要否が判定される。したがって、ポンプ１４でキャビテーションが発生したり、ポンプの圧力比が許容範囲を下回ったりすることを防止できる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機Ｓ，ＳＡについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第１実施形態（図１参照）では、バイパス配管ｐ２に圧力センサ２１を設置する構成について説明したが、これに代えて、配管ｋ６に圧力センサ２１を設置してもよい。
また、第１実施形態では、配管ｋ６においてアキュムレータ１７の付近に温度センサ２２を設置する構成について説明したが、配管ｋ６において室内熱交換器１６の下流端付近に温度センサ２２を設置してもよい。また、バイパス配管ｐ２に温度センサ２２を設置してもよいし、配管ｋ７に温度センサ２２を設置してもよい。なお、第２、第３実施形態についても同様のことがいえる。

また、第３実施形態（図５参照）では、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切替えるか否かを、ポンプ１４の圧力比ｒ等に基づいて判定する場合について説明したが、これに限らない。例えば、バイパス配管ｐ２における冷媒の圧力から、ポンプ１４の吸込側の圧力を減算することで圧力差ｇを算出し、この圧力差ｇ等に基づいて、前記した判定を行うようにしてもよい。つまり、室内熱交換器１６から流出する冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満であり、かつ、前記した圧力差ｇが所定閾値ｇ_α未満であるとき、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替えるようにしてもよい。

また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、冷媒の過熱度ＳＨが所定閾値ＳＨ_α未満であり（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、かつ、冷媒の過冷却度ＳＣが所定閾値ＳＣ_α未満であり（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、かつ、ポンプ１４の圧力比ｒが所定閾値ｒ_α未満である場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、ポンプサイクル運転から圧縮機サイクル運転に切り替えるようにしてもよい。

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

Ｓ，ＳＡ 空気調和機
１ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 室外熱交換器（凝縮器）
１３ 液冷媒貯留器
１４ ポンプ
１５ 膨張弁（減圧手段）
１６ 室内熱交換器（蒸発器）
１７ アキュムレータ（気液分離器）
２１ 圧力センサ（第１圧力検出手段）
２２ 温度センサ（第１温度検出手段）
２３ 圧力センサ（第２圧力検出手段）
２４ 温度センサ（第２温度検出手段）
３１，３２ 制御装置（制御手段）
ｐ１ バイパス配管（第１バイパス流路）
ｐ２ バイパス配管（第２バイパス流路）

Claims (4)

1. 圧縮機と、凝縮器と、液冷媒貯留器と、ポンプと、減圧手段と、蒸発器と、気液分離器と、が環状に順次接続されてなる冷媒回路と、
   前記液冷媒貯留器から流出する冷媒が、前記ポンプを迂回して前記減圧手段に向かうように配設される第１バイパス流路と、
   前記蒸発器から流出する冷媒が、前記気液分離器及び前記圧縮機を迂回して前記凝縮器に向かうように配設される第２バイパス流路と、
   前記蒸発器から流出する冷媒の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
   前記蒸発器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
   前記圧縮機及び前記ポンプを制御する制御手段と、を備える空気調和機であって、
   前記制御手段は、
   前記圧縮機を停止し前記ポンプを駆動するポンプサイクル運転中、前記第１圧力検出手段の検出値と、前記第１温度検出手段の検出値と、に基づいて冷媒の過熱度を算出し、前記過熱度が第１閾値未満である場合、前記ポンプを停止し前記圧縮機を駆動する圧縮機サイクル運転に切り替えること
   を特徴とする空気調和機。
2. 前記ポンプの吸込側の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
   前記ポンプの吸込側の温度を検出する第２温度検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記ポンプサイクル運転中、前記過熱度を算出するとともに、前記第２圧力検出手段の検出値と、前記第２温度検出手段の検出値と、に基づいて冷媒の過冷却度を算出し、前記過熱度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記過冷却度が第２閾値未満である場合、前記圧縮機サイクル運転に切り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記ポンプの吸込側の圧力を検出する第２圧力検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記ポンプサイクル運転中、前記第２圧力検出手段の検出値に対して前記第１圧力検出手段の検出値が占める割合である圧力比を算出し、前記過熱度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記圧力比が第３閾値未満である場合、前記圧縮機サイクル運転に切り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 前記第１圧力検出手段は、前記第２バイパス流路に設置され、
   前記第１温度検出手段は、前記蒸発器と前記気液分離器とを接続する配管において、前記気液分離器の付近に設置されること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。

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