JP2020122626A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の信頼性低下を抑制した室外ファンの回転数制御を行う空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和機１は、冷媒が、冷房運転時に、圧縮機２１、室外ファン２７を有する室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内熱交換器３１の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路１０と、圧縮機２１及び室外ファン２７を制御する制御手段を備え、制御手段２００は、通常時には、フィードフォワード制御として圧縮機２１の回転数に基づいて室外ファン２７の回転数を制御し、室温と外気温の差分が所定の閾値以上のときには、圧縮機２１の差圧が目標値となるように、フィードバック制御として室外ファン２７の回転数を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

従来、空気調和機の室外機において、冷房運転時は運転効率が最大となるように室外ファン回転数を制御しているが、外気温が低い条件などにおいて、圧縮機の吐出側の冷媒圧力（高圧）と吸入側の冷媒圧力（低圧）との差圧が圧縮機仕様を下回ることで、潤滑油が圧縮機内に戻らなくなるなど、圧縮機の信頼性を守れない場合がある。

そのため、空気調和機では、通常時は効率優先で室外ファン回転数を制御しつつ、差圧が圧縮機の仕様で定められた最低差圧（高圧−低圧）を確保できないと判断した場合には、差圧を確保することを優先して室外ファン回転数を制御している。効率を優先した制御では最低差圧が確保できないと判断する方法として次の方法が挙げられる。一つは、運転開始時や運転中に外気温が閾値を下回っている場合には確保ができないと判断する方法である。他には、運転中に差圧の監視を行い、閾値を下回った場合に最低差圧が確保できないと判断する方法がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、外気温が閾値を下回っている場合に差圧が確保できないと判断して、差圧が目標値となるように室外ファン、すなわち、凝縮器近傍のファンの回転数を制御する。具体的には、室外ファンの回転数を下げることで、高圧が上昇するため、差圧を大きくすることができる。したがって、外気温が閾値を下回っている場合には、室外ファンの回転数の上限値を下げることで、差圧が最低差圧を確保できるようにしている。

しかしながら、従来技術の制御では、外気温が閾値以上であっても差圧が確保できない場合がある。例えば、室温が高い場合は蒸発温度が高くなるため、差圧が圧縮機仕様を下回る可能性があった。

特開２００７−２１８５３１号公報

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、圧縮機の信頼性低下を抑制した室外ファンの回転数制御を行う空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下のように把握される。
（１）本発明の第１の観点は、空気調和機であって、冷媒が、冷房運転時に、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、前記室外熱交換器へ室外空気を導入する室外ファンと、前記圧縮機及び前記室外ファンを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、室温と外気温の温度差が所定の閾値未満のときには、フィードフォワード制御として前記圧縮機の回転数に基づいて前記室外ファンの回転数を制御し、室温と外気温の温度差が所定の閾値以上のときには、前記圧縮機の吐出側における冷媒の圧力と吸入側における冷媒の圧力との差である差圧が目標値以上となるように前記室外ファンの回転数を制御する、ことを特徴とする。
（２）上記（１）において、前記目標値は、前記圧縮機における最低差圧となる値である。
（３）上記（１）又は（２）において、前記閾値は、湿度が基準となる湿度より高くなるにつれて小さくして、湿度が基準となる湿度より低くなるにつれて大きくする、前記室内ファンの回転数が基準となる回転数より高くなるにつれて小さくして、前記室内ファンの回転数が基準となる回転数より低くなるにつれて大きくする、室内熱交換器の蒸発性能が基準となる蒸発性能より高くなるにつれて小さくして蒸発性能が低くなるにつれて大きくする、という判定基準から選択された少なくとも１つによって変更可能である。

本発明によれば、圧縮機の信頼性低下を抑制した室外ファンの回転数制御を行う空気調和装置を提供することができる。

本発明の実施形態の空気調和機を説明する図であって、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 基本的な冷媒回路を説明する図である。 図２の冷媒回路に係るモリエル線図（ｐｈ線図）である。 本発明の実施形態の空気調和機において、フィードフォワード制御からフィードバック制御への切替を示す図である。 本発明の実施形態の空気調和機において、最低差圧となる室外ファン回転数と最大効率となる室外ファン回転数の関係を示す図である。 本発明の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の空気調和機において、ＦＢ制御（その１）を説明する図である。 本発明の実施形態の空気調和機において、ＦＢ制御（その２）を説明する図である。 本発明の実施形態の空気調和機において、湿度の影響を説明する図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

＜冷媒回路の構成＞
まず、図１（Ａ）を参照して、室外機２を含む空気調和機１の冷媒回路について説明する。図１（Ａ）に示すように、本実施形態における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され、室外機２に液管４及びガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の液側閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３が液管４で接続されている。また、室外機２のガス側閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４がガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成される。

＜＜室外機の冷媒回路＞＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、液管４が接続された液側閉鎖弁２５と、ガス管５が接続されたガス側閉鎖弁２６と、室外ファン２７を備えている。そして、室外ファン２７を除くこれら各装置が後述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。なお、圧縮機２１の冷媒吸入側には、アキュムレータ（不図示）が設けられてもよい。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａと吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、四方弁２２のポートｃと吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、ガス側閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。なお、四方弁２２が、本発明の流路切替手段である。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は液側閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、後述する四方弁２２の切替えによって、冷房時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。

膨張弁２４は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁である。具体的には、パルスモータに加えられるパルス数によりその開度が調整される。膨張弁２４は、暖房運転時は圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように、その開度が調整される。

室外ファン２７は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、その中心部が図示しないファンモータの回転軸に接続されている。ファンモータが回転することで室外ファン２７が回転する。室外ファン２７の回転によって、室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（上述した吐出温度）を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４が、室外機液管６３には、膨張弁２４から流出した冷媒の温度を検出する室外機液管温度センサ７７ｂが設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒パスの略中間部には、室外熱交換器２３の温度である室外熱交温度を検出する熱交温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０を備えている（なお、本明細書では、室外機制御手段２００を単に制御手段ということがある）。

記憶部２２０は、フラッシュメモリで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７等の制御状態等を記憶している。また、図示は省略するが、記憶部２２０には室内機３から受信する要求能力に応じて圧縮機２１の回転数を定めた回転数テーブルが予め記憶されている。

通信部２３０は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果を、センサ入力部２４０を介して取り込む。さらには、ＣＰＵ２１０は、室内機３から送信される制御信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号等に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切替制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、膨張弁２４の開度調整を行う。

＜＜室内機の冷媒回路＞＞
次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを形成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器３１の一方の冷媒出入口は、液管接続部３３と室内機液管６７で接続されている。室内熱交換器３１の他方の冷媒出入口は、ガス管接続部３４と室内機ガス管６８で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３２は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管６７には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ７７ａが設けられている。室内機ガス管６８には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ７９が備えられている。

＜冷媒回路の動作の概要＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、より詳しくは図２から図５を用いて説明するが、図１（Ａ）を用いてその概要をまず説明する。以下では、図中、実線で示した冷媒の流れに基づいて、室内機３が暖房運転を行う場合について説明する。なお、破線で示した冷媒の流れが冷房運転を示している。

室内機３が暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入する。四方弁２２のポートａに流入した冷媒は、四方弁２２のポートｄから室外機ガス管６４を流れて、ガス側閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管６８を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機液管６７を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流入する。液管４を流れ、液側閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れて膨張弁２４を通過する際に減圧される。上述したように、膨張弁２４の開度は、圧縮機２１の吐出温度が所定の目標値となるように調整される。

膨張弁２４を通過して室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２のポートｂ及びポートｃ、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜冷媒回路の動作の詳細＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図を用いて詳しく説明する。

＜＜基本的な冷媒回路＞＞
図２及び図３を用いて、基本的な冷媒回路１１について説明する。図２に示すように、冷媒回路１１における基準点として、点Ａは圧縮機２１と凝縮器（暖房運転時の室内熱交換器３１に対応。以下、凝縮器３１と表記）の間、点Ｂは凝縮器３１と膨張弁２４の間、点Ｃは膨張弁２４と蒸発器（暖房運転時の室外熱交換器２３に対応。以下、蒸発器２３と表記）の間、点Ｄは蒸発器２３と圧縮機２１の間を指す（以下同様）。

点Ａから点Ｄ、又は各点間における冷媒の状態は、図３に示すように、以下のとおりとなる。（１）圧縮機２１での圧縮過程の冷媒（点Ｄ〜Ａ間）は、圧縮され、圧力（縦軸）・温度共に上昇して高温高圧の過熱蒸気となる（周囲空気との熱交換で凝縮しやすい状態になる）。（２）圧縮機２１から吐出された冷媒（点Ａ）は、過熱状態の高圧気相冷媒である。（３）凝縮器３１での凝縮過程の冷媒（点Ａ〜Ｂ間）は、周囲空気と熱交換（放熱）することで、圧力が一定のまま、過熱蒸気、飽和蒸気、湿り蒸気、飽和液の各状態を経て高圧の過冷却液となる。（４）凝縮器３１から流出した冷媒（点Ｂ）は、過冷却状態の高圧液相冷媒である。（５）膨張弁２８での膨張過程の冷媒（点Ｂ〜Ｃ間）は、膨張し、圧力（縦軸）・温度共に下降して湿り蒸気となる（周囲空気との熱交換で蒸発しやすい状態になる）。（６）膨張弁２４から流出した冷媒（点Ｃ）は、液リッチ（＝液相比率が高い）状態の低圧二相冷媒である。（７）蒸発器２３での蒸発過程の冷媒（点Ｃ〜Ｄ間）は、周囲空気と熱交換（吸熱）することで、圧力が一定のまま、湿り蒸気、飽和蒸気、の各状態を経て低圧の過熱蒸気となる。（８）蒸発器２３から流出した冷媒（点Ｄ）は、過熱状態の低圧気相冷媒である。

この基本的な冷媒回路１１における制御対象である圧縮機２１、室内ファン３２、膨張弁２４及び室外ファン２７の制御方法は、次のとおりである。圧縮機２１は、室内機３側の要求される能力に基づいて制御される（要求される能力：室内熱交換器３１（暖房運転時：凝縮器、冷房時：蒸発器）の周囲温度（＝室温）と目標温度の差に応じて設定）。室内ファン３２は、暖房運転時（凝縮器が室内熱交換器３１の場合）冷房運転時（凝縮器が室外熱交換器２３の場合）ともに室温と設定温度の差に応じて制御、若しくはユーザによって好みの風量となるように設定される。膨張弁２４は、点Ａの温度（吐出温度）が目標値となるように制御（吐出温度制御）、又は、圧縮機２１の回転数の変化量に応じて予め定めた制御量（パルス）で膨張弁２４の開度を調整する制御（回転数パルス制御）によって制御される。なお、吐出温度制御は、室内温度や外気温等の外乱が吐出温度の変化に現れてから開度調整を行うフィードバック制御であるのに対し、回転数パルス制御は、回転数の変化量から循環量の変化量を予測して予め膨張弁２４が適正な開度となるように調整を行うフィードフォワード制御である。室外ファン２７は、暖房運転時（蒸発器が熱源側の場合）冷房運転時（蒸発器が利用側の場合）ともに圧縮機２１の回転数に基づいて制御される。

基本的な冷媒回路１１における運転上の制約は、次のとおりである。点Ｂでは冷媒が液相状態である（＝過冷却が取れている）ことが求められる。なぜならば、膨張弁２４に二相冷媒が流入すると、冷媒流動音の発生や、制御性の悪化などの不都合が生じるからである。点Ｄでは冷媒が気相状態である（＝過熱が取れている）ことが求められる。なぜならば、圧縮機２１に液相冷媒が流入すると液圧縮（液相冷媒は非圧縮性であるため、圧縮機２１が破損する。）し、信頼性が低下するからである。

＜＜冷房運転時の処理の流れ＞＞
次に、図を用いて、冷房運転を行う際に、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が実行する処理について説明する。

図４に示すように、ＣＰＵ２１０は、運転開始前や運転中に室温と外気温の差を計算し、［式：室温−外気温≧閾値α（例えば、閾値０℃）］を満たさない場合には、フィードワード制御（ＦＦ制御）として効率優先の制御を行い、［式：室温−外気温≧閾値α］を満たす場合には、フィードバック制御（ＦＢ制御）として差圧優先確保の制御へ切り替える。差圧とは、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力（高圧）と吸入側における冷媒の圧力（低圧）の差である。差圧確保優先制御では、圧縮機２１の差圧（高圧−低圧）が圧縮機における仕様で定められた固有の最低差圧以上となるように、室外ファン２７を制御する。具体的には、圧縮機における固有の仕様で定められた最低差圧が、圧縮機２１の仕様書等で定められている。そして、圧縮機２１の回転数に応じて予め設定された差圧の目標値と現在の差圧との差に応じて室外ファン２７の回転数を制御し、室外ファン２７の回転数は、圧縮機２１の差圧（高圧−低圧）が圧縮機における最低差圧を確保できる回転数を上限として制御する。

この点に関連し、図５は、圧縮機２１の回転数と室外ファン２７の回転数の関係を示している。
空気調和機１が最大効率となる室外ファン２７の回転数は、試験等により予め定められる。圧縮機２１の差圧（高圧−低圧）が圧縮機２１の仕様上での最低差圧となる室外ファン２７の回転数（最低差圧を確保できる室外ファン２７の回転数の上限）は、空気調和機１の運転状況により変動するものであり、図５はその一例を示している。
図に示す通り、最大効率となる室外ファン２７の回転数は、圧縮機２１の回転数が低い領域よりも、圧縮機２１の回転数が高い領域の方が、圧縮機２１の回転数が変化したときの変化量が小さい。一方で、最低差圧となる室外ファン２７の回転数は、圧縮機２１の回転数が低い領域よりも、圧縮機２１の回転数が高い領域の方が、圧縮機２１の回転数が変化したときの変化量が大きい。そのため、圧縮機２１の回転数がある回転数（図中破線）よりも低い領域では、最大効率となるファン回転数が、最低差圧となるファン回転数を上回っている。したがって、最大効率となるファン回転数で室外ファン２７を駆動すると、差圧が最低差圧を下回るため、圧縮機の信頼性を確保できない。
一方、圧縮機２１の回転数がある回転数（図中破線）よりも高い領域では、最大効率となるファン回転数が、最大差圧となるファン回転数を下回っている。したがって、最大効率となるファン回転数で室外ファン２７を駆動させても、差圧が最低差圧を確保できているため、圧縮機の信頼性を確保できる。

上記では閾値αとして例えば０℃と記したが、閾値αは、０℃を初期設定として、以下のような判定基準から選択される少なくとも１つによって変更可能としてもよい。すなわち、室外ファン２７の単位回転数あたりの圧縮機２１の差圧の変化は、室内湿度の影響を受ける。具体的には、湿度が高い場合は差圧の変化が小さく、低い場合は差圧の変化が大きくなる。そのため、この場合、湿度が高い場合は閾値αを小さくして湿度が低い場合は閾値αを大きくしてもよい。また、室外ファン２７の単位変化回転数あたりの圧縮機２１の差圧の変化は、室内ファン３２の影響を受ける。具体的には、室内ファン３２の回転数が高い場合は差圧の変化が大きく、低い場合は差圧の変化が大きくなる。そのため、この場合、室内ファン３２の回転数が高い場合は閾値αを小さくして室内ファン３２の回転数が低い場合は閾値αを大きくしてもよい。さらにまた、室外ファン２７の単位変化回転数あたりの圧縮機２１の差圧の変化は、蒸発器の影響を受ける。蒸発性能が高い場合は差圧の変化が小さく、低い場合は差圧の変化が大きくなる。そのため、この場合、蒸発性能が高い場合は閾値αを小さくして蒸発性能が高い場合は閾値αを大きくしてもよい。

また、制御の頻繁な切り替わりを防ぐため、ＦＦ制御からＦＢ制御へ切替える際の閾値とＦＢ制御からＦＦ制御に切替える際の閾値とに温度差を設けてもよい。例えば、［ＦＦ制御からＦＢ制御への切替え時：室温−外気温度≧閾値α（例えば、０℃）］、［ＦＢ制御からＦＦ制御への切替え時：室温−外気温度＜閾値β（例えば、−２℃）］などと設定できる。

以上のような制御を行うことにより、圧縮機２１の信頼性低下を抑制することができる。具体的には、室温と外気温の差に基づいて室外ファン２７の回転数を制御する。これにより、従来の外気温だけで差圧が確保できないと判断していた場合と比較して、外気温が高くても差圧が確保できない状態を検出できるようになる。よって、外気温だけで判断した場合よりも信頼性を高くすることができる。さらに、室内湿度、室内ファン３２の回転数、蒸発器の性能に応じて閾値αを変更可能とした場合は、より一層信頼性を高めることができる。

ここで、図を用いて、本実施形態に係る制御をさらに詳しく説明する。
まず、図６を参照して、ＦＢ制御を具体的に説明する。

図６に示すフローチャートは、ＣＰＵ２１０が冷房運転を行う際の処理の流れを示すものであり、ＳＴはステップを表しこれに続く番号はステップ番号を表している。尚、図１０では、本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、使用者の指示した設定温度や風量等の運転条件に対応した冷媒回路１００の制御といった、空気調和機１に関わる一般的な処理については説明を省略している。

ＣＰＵ２１０は、冷房運転を開始すると、「室温Ｔｉ−外気温Ｔｏ≧閾値α」の条件が成立したか否かを判定する（ＳＴ１０１）。条件が成立していなければ（ＳＴ１０１−ＮＯ）、運転効率が最大となる室外ファン２７の回転数（最大効率回転数Ｎｍａｘ）を、室外ファン２７の目標回転数Ｎｔとして設定する（ＳＴ１０２）。最大効率回転数Ｎｍａｘは、図５において示したとおり、圧縮機２１の回転数に応じた値が試験等により予め定められ、記憶部２２０に記憶されている。その後、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるように制御する（ＳＴ１０３）。すなわち、「室温Ｔｉ−外気温Ｔｏ≧閾値α」の条件が成立していなければ、運転効率を優先させたＦＦ制御を行う。ＳＴ１０３の処理を終えたら、ＳＴ１０１に戻る。

一方、「室温Ｔｉ−外気温Ｔｏ≧閾値α」の条件が成立していれば（ＳＴ１０１−ＹＥＳ）、目標差圧ΔＰｍｉｎを算出する（ＳＴ１０４）。目標差圧ΔＰｍｉｎは、圧縮機２１の仕様で定められている最低差圧であり、圧縮機２１の回転数に応じた値が予め記憶部２２０に記憶されている。なお、目標差圧ΔＰｍｉｎは、圧縮機の仕様における最低差圧とするが、余裕度を持たせて最低差圧＋γとしてもよい。圧縮機の最低差圧は、圧縮機２１内部の図示しないベーンがベーン飛びしない差圧である。つまり、コンプの回転によってベーンを押し込む力に対して、ベーンに十分な背圧がかかるように回転数の上昇に応じて目標値（最低差圧）も上昇させる必要がある。一方で、圧縮機の仕様において、圧縮機２１の回転数が変化しても最低差圧を一定とする場合もある（例えば、図７）。最低差圧は圧縮機２１の回転数により異なるため、圧縮機２１の回転数を入力として決定する。図７に示すように、低回転数域は目標差圧を小さくし、高回転域は目標差圧を大きくする。また、中間の回転数域では目標差圧を一定とする（数値は圧縮機２１の実機により異なる）。なお、これは一例であり、圧縮機の仕様に応じて適宜変更しても良い。

次に、ＣＰＵ２１０は、現在の差圧ΔＰを算出する（ＳＴ１０５）。現在の差圧ΔＰは、凝縮温度と蒸発温度から算出できる。また、吐出圧力センサ７１の検出値から推定する凝縮圧力と、吸入圧力センサ７２の検出値から推定される蒸発圧力から算出しても良い。

その後、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の回転数の操作量ΔＮを設定する（ＳＴ１０６）。操作量ΔＮは、目標差圧ΔＰｍｉｎと現在の差圧ΔＰの差に基づいて設定され、例えば、ＰＩＤ制御により設定される。

このとき、目標差圧ΔＰｍｉｎに対して現在の差圧ΔＰが低い時には、室外ファン２７の回転数を下げて高圧を上げ、差圧を大きくするため、操作量ΔＮは負の値となる。一方、目標差圧ΔＰｍｉｎに対して現在の差圧ΔＰが高い時には、室外ファン２７の回転数を上げて高圧を下げ、差圧を小さくするため、操作量ΔＮは正の値となる。

次に、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の目標回転数Ｎｔを算出する（ＳＴ１０７）。目標回転数Ｎｔは、現在の回転数Ｎに操作量ΔＮを加えた値である。次に、ＣＰＵ２１０は、目標回転数Ｎｔが前述の最大効率回転数Ｎｍａｘを下回っているか否かを判定する（ＳＴ１０８）。目標回転数Ｎｔが最大効率回転数Ｎｍａｘ以上であれば（ＳＴ１０８−ＮＯ）、ＣＰＵ２１０は、最大効率回転数Ｎｍａｘを目標回転数Ｎｔに設定する（ＳＴ１０９）。つまり、最低差圧となる室外ファン２７の目標回転数Ｎｔが最大効率回転数Ｎｍａｘ以上（図５の破線から右側の状態）なら、目標回転数Ｎｔを最大効率回転数Ｎｍａｘに変更して、効率優先の運転を行う。その後、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるように制御する（ＳＴ１１２）。目標回転数Ｎｔが最大効率回転数Ｎｍａｘを下回っていれば（ＳＴ１０８−ＹＥＳ）、ＳＴ１１０に処理を進めて差圧の確保を優先した運転を行う。つまり、最低差圧となる室外ファン２７の目標回転数Ｎｔが最大効率回転数Ｎｍａｘ未満（図５の破線より左側の状態）なら、目標回転数Ｎｔは最低差圧となる室外ファンの目標回転数を維持して、差圧の確保を優先した運転を行う。

ＳＴ１１０では、ＣＰＵ２１０は、目標回転数Ｎｔが最低回転数Ｎｍｉｎを超えているか否かを判定する（ＳＴ１１０）。最低回転数Ｎｍｉｎは、室外ファン２７において制御可能な回転数の下限値であり、室外ファン２７を駆動する図示しないモータの仕様によって決まる固定値である。
目標回転数Ｎｔが最低回転数Ｎｍｉｎ以下であれば（ＳＴ１１０−ＮＯ）、ＣＰＵ２１０は、最低回転数Ｎｍｉｎを目標回転数Ｎｔに設定する（ＳＴ１１１）。ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるように制御する（ＳＴ１１２）。目標回転数Ｎｔが最低回転数Ｎｍｉｎを超えていれば（ＳＴ１１０−ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２７の回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるように制御する（ＳＴ１１２）。

以上のように、「室温Ｔｉ−外気温Ｔｏ≧閾値α」の条件が成立していれば、運転効率を優先させたＦＢ制御を行う。ＳＴ１１２の処理を終えたら、ＳＴ１０１に戻る。

なお、本実施例では、閾値αは判定基準に応じて変更するように設定してもよい旨を述べたが、このうち、湿度が及ぼす影響について、図９を用いて説明する。水蒸気を含む空気に与える熱量は、たとえ温度が同じであっても湿度が高いと潜熱が大きくなり、総熱量が大きくなる。図９（ａ）に示すように、湿度が低い場合、除湿が発生しないため顕熱のみを使用して熱交換が行われる。顕熱を利用した場合は温度が低下していくため、空気温度が下がりやすく、熱交出口では温度差が小さくなり、空気温度と冷媒温度の曲線の間の面積を能力とした場合、能力は小さくなる。

これに対し、図９（ｂ）に示すように、湿度が高い場合、顕熱を利用して熱交換を行うと空気温度は露点温度に達する。露点温度に達した場合は除湿が行われ、潜熱が使用されるが、潜熱使用時は温度が下がらない。したがって、顕熱と潜熱の両方が使用されるため空気温度が下がりにくく、熱交出口でも温度差が大きくなる。その結果、湿度が高い場合は差圧の変化が小さく、低い場合は差圧の変化が大きくなる。そのため、例えば、基準湿度はＪＩＳで定められた冷房能力試験条件である室内側乾球温度２７℃、湿球温度１９℃の時の相対湿度４７．４[％ＲＨ]を基準として、基準となる湿度より室内湿度が高い場合は閾値αを小さくして、基準となる湿度より室内湿度が低い場合は閾値αを大きくすることで、圧縮機２１の信頼性をより高めることができる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 液管
５ ガス管
１０ 冷媒回路
１０ａ 室外機冷媒回路
１０ｂ 室内機冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ 液側閉鎖弁
２６ ガス側閉鎖弁
２７ 室外ファン
３１ 室内熱交換器
３２ 室内ファン
３３ 液管接続部
３４ ガス管接続部
６１ 吐出管（圧縮機〜四方弁）
６２ 冷媒配管（四方弁〜室外熱交換器）
６３ 室外機液管（室外熱交換器〜液側閉鎖弁）
６４ 室外機ガス管（ガス側閉鎖弁〜四方弁）
６６ 吸入管（四方弁〜圧縮機）
６７ 室内機液管（液側閉鎖弁〜室内熱交換器）
６８ 室内機ガス管（室内熱交換器〜ガス側閉鎖弁）
７１ 吐出圧力センサ
７２ 吸入圧力センサ
７３ 吐出温度センサ
７４ 吸入温度センサ
７５ 熱交温度センサ
７６ 外気温度センサ
７７ａ 液側温度センサ
７７ｂ 室外機液管温度センサ
７８ ガス側温度センサ
７９ 室温センサ
２００ 室外機制御手段
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部
２３０ 通信部
２４０ センサ入力部

Claims (4)

1. 冷媒が、冷房運転時に、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、
   前記室外熱交換器へ室外空気を導入する室外ファンと、
   前記圧縮機及び前記室外ファンを制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、室温と外気温の温度差が所定の閾値未満のときには、フィードフォワード制御として前記圧縮機の回転数に基づいて前記室外ファンの回転数を制御し、室温と外気温の温度差が所定の閾値以上のときには、前記圧縮機の吐出側における冷媒の圧力と吸入側における冷媒の圧力との差である差圧が目標値以上となるように前記室外ファンの回転数を制御する、ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記目標値は、前記圧縮機における最低差圧となる値である、ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記閾値は、基準となる湿度より室内湿度が高いときに低くして、基準となる湿度より室内湿度が低いときに高くする、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記閾値は、初期設定として０℃である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。