JP2020159615A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路に充填する冷媒量を削減しつつ、圧縮機の信頼性が低下することを抑制する空気調和装置を提供する。【解決手段】室外機制御部２００は、液管５の下流側の熱交換器（冷房運転時は室内熱交換器３１、暖房運転時は室外熱交換器２３）に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出部２５０を備え、当該乾き度が閾値Ａを上回るとき、液管５の上流側の膨張弁（冷房運転時は室内膨張弁３２、暖房運転時は室外膨張弁２４）の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行する。これにより、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が大きくなるような場合であっても、圧縮機の信頼性が低下することを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。

空気調和装置において、近年では、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の小さい冷媒、例えば、Ｒ３２冷媒が冷媒回路に充填されている。Ｒ３２冷媒を含む地球温暖化係数の小さい冷媒の多くは可燃性冷媒であるため、冷媒回路から冷媒が漏洩した際の漏洩量を減らすために、冷媒回路に充填する冷媒量が削減される。冷媒量を削減する手段として、室内機と室外機を接続する接続配管（液管・ガス管）の内径を従来よりも小さくする方法がある（例えば、特許文献１）。接続配管の内径を小さくすれば、冷媒回路の内容積が小さくなるため、冷媒回路に充填する冷媒量を削減できる。

上記の方法によれば、目的に対して一定の効果が見込めるが、昨今の環境規制の高まりにより、他の技術も併用して更なる冷媒量の削減が求められている。例えば、液管の内部を流通する冷媒が常に低密度状態となるように制御することで、冷媒回路に充填する冷媒量を削減する方法が考えられる。

室外機にのみ膨張弁を備えた空気調和装置の場合、冷房運転中に液管の内部を流通する冷媒は低密度な気液二相状態だが、暖房運転中に液管の内部を流通する冷媒は高密度な液単相状態となる。液管の内部を流通する冷媒の状態が、運転中常に低密度な気液二相状態となるように制御するため、冷房運転時でも暖房運転時でも常に冷媒回路における液管の上流側で膨張弁によって減圧させる必要がある。そのため、膨張弁を室内機と室外機にそれぞれ備えることが考えられる。

膨張弁を室内機と室外機にそれぞれ備えた空気調和装置では、冷媒回路における液管の下流側の膨張弁では減圧しないため、全開になるように制御する。また、液管の上流側の膨張弁の開度を変化させると、液管やその下流側の膨張弁を通過し、下流側の熱交換器に流入する気液二相状態の冷媒の乾き度が変動する。乾き度が変動すると、冷媒密度が変化する。例えば、乾き度が上昇すると、冷媒密度は低下する。液管や下流側の膨張弁の内部を流れる冷媒の密度が低くなれば、冷媒の密度が高い場合と比べて冷媒の流速が速くなる。その結果、冷媒が液管や下流側の膨張弁を流れる際に生じる圧力損失が大きくなり、冷媒の圧力は低下する。

つまり、液管の下流側の熱交換器に流入する気液二相状態の冷媒の乾き度が高いときにおいて、液管の上流側の膨張弁を制御する場合、当該膨張弁の開度を小さくする方向に変化させたときにおける、総減圧量（上流側の膨張弁＋液管＋下流側の膨張弁）が大きくなる。その結果、制御性が悪化する。例えば、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が急激に大きくなると、空気調和装置の冷媒回路における低圧が過剰に低下してしまう。その結果、圧縮機に吸入される冷媒の密度が過剰に低下して、圧縮機の温度が過昇する等、信頼性が悪化する。

特開２０１３−２０００９０号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒回路に充填する冷媒量を削減しつつ、圧縮機の信頼性が低下することを抑制することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、流路切替手段と、室内熱交換器と、第１膨張弁と、液管と、第２膨張弁と、室外熱交換器とが順に接続された冷媒回路と、前記流路切替手段の切替制御と、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁の開度制御と、を行う制御手段と、を有する空気調和装置において、前記制御手段は、暖房運転時において、前記室内熱交換器、前記第１膨張弁、前記液管、前記第２膨張弁、前記室外熱交換器の順に冷媒が流れるように前記流路切替手段を切替え、前記暖房運転時における前記室外熱交換器に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出手段を備え、前記暖房運転時において、前記乾き度が閾値以下であれば、前記液管の内部を流通する冷媒が気液二相状態となるように前記第１膨張弁を制御し、且つ、前記第２膨張弁の開度が所定の開度となるように制御する通常モードを実行し、前記乾き度が閾値を上回れば、前記第１膨張弁の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述した発明において、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記禁止モードの最中、前記吐出温度が目標値となるように前記第２膨張弁の開度を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述した発明において、前記制御手段は、前記圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を算出する吸入過熱度算出手段を備え、前記禁止モードの最中、前記吸入過熱度が目標値となるように前記第２膨張弁の開度を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、流路切替手段と、室内熱交換器と、第１膨張弁と、液管と、第２膨張弁と、室外熱交換器とが順に接続された冷媒回路と、前記流路切替手段の切替制御と、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁の開度制御と、を行う制御手段と、を有する空気調和装置において、前記制御手段は、冷房運転時において、前記室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記液管、前記第１膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒が流れるように前記流路切替手段を切替え、前記冷房運転時における前記室内熱交換器に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出手段を備え、前記冷房運転時において、前記乾き度が閾値以下であれば、前記液管の内部を流通する冷媒が気液二相状態となるように前記第２膨張弁を制御し、且つ、前記第１膨張弁の開度が所定の開度となるように制御する通常モードを実行し、前記乾き度が閾値を上回れば、前記第２膨張弁の開度を小さくする方向に制御することを禁止する、
ことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述した発明において、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記禁止モードの最中、前記吐出温度が目標値となるように前記第１膨張弁の開度を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述した発明において、前記制御手段は、前記圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を算出する吸入過熱度算出手段を備え、前記禁止モードの最中、前記吸入過熱度が目標値となるように前記第１膨張弁の開度を制御する、ことを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置によれば、冷媒回路に充填する冷媒量を削減しつつ、圧縮機の信頼性が低下することを抑制することができる。

本発明に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。 本発明に係る室外機制御部２００の暖房運転時における制御方法を示すフローチャートである。 気液二相状態の冷媒の乾き度と冷媒密度［ｋｇ／ｍ３］の関係を示したグラフである。

以下に、本発明に係る空気調和装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
［空気調和装置の構成］
次に、本発明に係る空気調和装置について説明する。図３は、本発明に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。空気調和装置１は、室内を冷暖房する空気調和装置に適用されており、図１（Ａ）に示すように、室外機２と、室内機３とを備えている。室外機２は、液管５とガス管６によって室内機３と接続されている。室外機２は、圧縮機２１、四方弁（流路切替手段）２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４（第２膨張弁）及び室外機制御部２００（制御手段）を備えている。室内機３は、室内熱交換器３１及び室内膨張弁（第１膨張弁）３２を備えている。

圧縮機２１は、吐出部としての吐出口１８と、吸入部としての吸入口１９と、を備えている。圧縮機２１は、室外機制御部２００によって制御されることで、吸入口１９から吸入管４２及び四方弁２２を介して供給される冷媒を圧縮し、吐出口１８から、その圧縮された冷媒を吐出管４１を介して四方弁２２へ供給する。

四方弁２２は、吐出管４１及び吸入管４２と接続されると共に、冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に、冷媒配管４４及びガス管６を介して室内機３にそれぞれ接続されている。室内機３と室外熱交換器２３は、冷媒配管４５を介して接続されている。四方弁２２は室外機制御部２００に制御されることにより、空気調和装置１を暖房モードまたは冷房モードのどちらかに切り替える。冷房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介して圧縮機２１から吐出された冷媒を室外熱交換器２３に供給し、室内機３から流出した冷媒を圧縮機２１に吸入管４２を介して供給する。暖房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介して圧縮機２１から吐出された冷媒を室内機３に供給し、室外熱交換器２３から流出した冷媒を圧縮機２１に吸入管４２を介して供給する。

室外熱交換器２３は、冷媒配管４５を介して室外膨張弁２４に接続されている。室外熱交換器２３の近傍には、室外ファン２７が配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３によって冷媒と熱交換した外気を室外機２の外部へ放出する。室外熱交換器２３は、冷房モードの場合、四方弁２２から冷媒が供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を膨張弁２４に供給する。室外熱交換器２３は、暖房モードの場合、室外膨張弁２４から冷媒が供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。

室外膨張弁２４は、冷媒配管４５、液管５、冷媒配管４６を介して室内機３の室内膨張弁３２に接続されている。室外膨張弁２４は、冷房モードの場合に、室外熱交換器２３から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室内機３に供給する。室外膨張弁２４は、暖房モードの場合に、室内機３から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室外熱交換器２３に供給する。さらに、室外膨張弁２４は、室外機制御部２００に制御されることにより、開度が調節され、暖房モードの場合、室内機３から室外熱交換器２３に供給される冷媒の流量を調節する。冷房モードの場合、室外熱交換器２３から室内機３に供給される冷媒の流量を調節する。

以上説明した構成の他に、室外機２の吐出管４１には、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７１と、圧力を検出する吐出圧力センサ７２が設けられている。また、吸入管４２には、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度（吸入温度）を検出する吸入温度センサ７３と、圧力を検出する吸入圧力センサ７４が設けられている。また、冷媒配管４５における室外膨張弁２４と室外熱交換器２３の間に、当該箇所を通過する冷媒の温度を検出する室外側冷媒温度センサ７５が設けられている。また、室外熱交換器２３には、内部を流れる冷媒の温度を検出する室外熱交中間温度センサ７６が設けられている。

室内機３は、室内熱交換器３１、室内膨張弁３２及び室内ファン３３を有する。室内膨張弁３２は、冷媒配管４６を介して室内熱交換器３１に接続されている。室内膨張弁３２は、冷房モードの場合に、室外機２から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室内熱交換器３１に供給する。室内膨張弁３２は、暖房モードの場合に、室内熱交換器３１から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室外機２に供給する。

室内ファン３３は、室内熱交換器３１の近傍に配置されており、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室内機３の内部へ室内空気を取り込み、室内熱交換器３１によって冷媒と熱交換した室内空気を室内へ放出する。室内熱交換器３１は、冷媒配管４４を介して四方弁２２に、冷媒配管４５を介して室内膨張弁３２とそれぞれ接続されている。

室内熱交換器３１は、冷媒配管４７、ガス管６及び冷媒配管４４を介して四方弁２２に接続されている。空気調和装置１が冷房モードに切り替えられたときに蒸発器として機能し、空気調和装置１が暖房モードに切り替えられたときに凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器３１は、冷房モードの場合に、室内膨張弁３２から供給された低温低圧となった二相冷媒と、室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。室内熱交換器３１は、暖房モードの場合に、四方弁２２から供給された冷媒と、室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を室内膨張弁３２に供給する。

以上説明した構成の他に、冷媒配管４６における室内膨張弁３２と室内熱交換器３１の間に、当該箇所を通過する冷媒の温度を検出する室内側冷媒温度センサ７７が設けられている。また、室内熱交換器３１には、内部を流れる冷媒の温度を検出する室内熱交中間温度センサ７８が設けられている。また、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内温度センサ７９が設けられている。
［室外機制御部の構成］
室外機制御部２００は、いわゆるマイクロコンピュータによって構成されており、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と、乾き度算出部（乾き度算出手段）２５０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２５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。乾き度算出部２５０は、室外機２の各種センサでの検出結果から冷媒の乾き度を算出する。

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、室外膨張弁２４や室内膨張弁３２の開度調整を行う。

以上、本実施例の空気調和装置１は、１つの室外機２に対応する１つの室内機３を有するシングルタイプとして構成されたが、１つの室外機２に対応する複数の室内機３を有するマルチタイプとして構成されてもよい。
［空気調和装置の動作］
空気調和装置１のユーザは、室内機３が配置されている室内を温度調節するときに、図示しないリモートコントローラを操作することにより、空気調和装置１を起動し、室内機制御部５００に運転条件を入力する。室内機制御部５００は、運転条件が入力されると、入力された運転条件と、室内温度とを室外機制御部２００に送信する。室外機制御部２００は、室内機制御部５００から受信した運転条件及び室内温度に基づいて、暖房運転または冷房運転のどちらかを実行する。図１には、暖房運転時における冷媒回路内の冷媒の流れを矢印で示す。
［冷房運転］
室外機制御部２００は、冷房運転を行う場合、四方弁２２を制御することにより、四方弁２２を冷房モードに切り替える。室外機制御部２００によって制御された圧縮機２１は、吸入管４２を介して四方弁２２から吸入したガス冷媒を圧縮する。圧縮機２１は、圧縮した高温高圧のガス冷媒を四方弁２２に吐出する。四方弁２２は、冷房モードに切り替えられているとき、圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器２３に供給する。室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気と、高温高圧のガス冷媒との間で熱交換させることにより、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて液化させる。室外熱交換器２３は、その高圧の液冷媒を室外膨張弁２４に供給する。

室外膨張弁２４は、室外熱交換器２３から供給された高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の二相冷媒にする。室外膨張弁２４は、低温低圧の二相冷媒を室内機３の室内膨張弁３２を介して室内熱交換器３１に供給する。室内熱交換器３１は、室内膨張弁３２から供給された低温低圧の二相冷媒と、室内機３の内部に取り込まれた室内空気との間で熱交換させることにより、低温低圧の二相冷媒を蒸発させてガス化させる。室内熱交換器３１は、低圧のガス冷媒を、四方弁２２に供給する。四方弁２２は、冷房モードに切り替えられているとき、室内熱交換器３１から流出た低圧のガス冷媒を圧縮機２１に供給する。
［暖房運転］
室外機制御部２００は、暖房運転を行う場合、四方弁２２を制御することにより、四方弁２２を暖房モードに切り替える。室外機制御部２００によって制御された圧縮機２１は、吸入管４２を介して四方弁２２から吸入したガス冷媒を圧縮する。圧縮機２１は、圧縮された高温高圧のガス冷媒を四方弁２２に吐出する。四方弁２２は、暖房モードに切り替えられているとき、圧縮機２１から吐出した高温高圧のガス冷媒を室内機３の室内熱交換器３１に供給する。室内熱交換器３１は、四方弁２２から室内機３に供給された高温高圧のガス冷媒と、室内機３の内部に取り込まれた室内空気との間で熱交換させることにより、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて液化させる。室内熱交換器３１は、高圧の液冷媒を室内膨張弁３２に供給する。

室内膨張弁３２は、室内熱交換器３１から供給された高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の二相冷媒にする。室内膨張弁３２は、低温低圧の二相冷媒を、室外膨張弁２４を介して室外熱交換器２３に供給する。室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気と、膨張弁２４から供給された低温低圧の二相冷媒との間で熱交換させることにより、低温低圧の冷媒を蒸発させてガス化させる。室外熱交換器２３は、低圧のガス冷媒を四方弁２２に供給する。四方弁２２は、暖房モードに切り替えられているとき、室外熱交換器２３から流出した低圧のガス冷媒を圧縮機２１に供給する。
［室外機制御部（制御手段）による制御］
次に、室外機制御部（制御手段）２００による室外膨張弁（第２膨張弁）２４及び室内膨張弁（第１膨張弁）３２の制御方法について詳細に説明する。なお、以下の説明では、暖房運転時における室外機制御部２００の制御方法について説明し、冷房運転時における制御方法については省略する。空気調和装置１の運転時において、図示しない室内機制御部は、ユーザの操作によって入力された運転条件である設定温度と、室内温度センサ７９が検出した室温から、予め定められ室内機制御部の図示しない記憶部に記憶された要求回転数を出力し、室外機制御部２００へ送信する。要求回転数は、室温を設定温度にするために必要な圧縮機２１の回転数であり、設定温度と室温の差に応じて定められる。室外機制御部２００は、圧縮機２１が要求回転数となるように制御する。

空気調和装置１が暖房運転を行っている場合、室内膨張弁３２は液管５の内部の冷媒が、気液二相状態となるように開度を調整し、室外膨張弁２４は所定の開度（全開）となるように制御する。具体的には、室外機制御部２００は、目標吐出温度制御によって室内膨張弁３２の開度制御を行う。目標吐出温度制御とは、圧縮機２１に吸入される冷媒を適正な状態にすることを目的として、吐出温度Ｔｄが目標値（目標吐出温度Ｔｄｔ）となるように膨張弁の開度を調整する制御である。

ここで、圧縮機２１に吸入される冷媒の状態は、乾き度が１付近（例えば、０．８〜１．０）、且つ、吸入過熱度ＳＨが０付近（例えば、０〜５）であるときを適正な状態とする。なぜなら、乾き度が１より大きく下回ると、圧縮機２１に液冷媒が吸入され、液圧縮によって圧縮機２１が故障する恐れがあるからである。また、吸入過熱度ＳＨが０より大きく上回ると、圧縮機２１内部の温度が過昇して信頼性の悪化に繋がる。

目標吐出温度Ｔｄｔは、空気調和装置１に設けられる各種センサが検出した検出結果に基づいて算出されるものであり、すなわち、目標吐出温度Ｔｄｔは、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態のときの吐出温度Ｔｄの推定値である。

その検出結果は、吐出圧力センサ７２、吸入温度センサ７３、吸入圧力センサ７４、室外熱交中間温度センサ７６、室内熱交中間温度センサ７８の検出値を含んでいる。目標吐出温度Ｔｇｔは、理論吐出温度に調整値が加算された値である。理論吐出温度は、空気調和装置１の冷媒回路内における圧力損失や運転効率を加味せずに、その検出結果により特定された空気調和装置１の負荷状態に基づいて算出される理論値である。理論吐出温度は、冷凍サイクルの負荷状態（各部圧力、温度）、および目標過熱度Ｔｓｈから算出される。目標過熱度Ｔｓｈは０、すなわち、圧縮機２１に流入する冷媒が、乾き度が１付近、且つ、吸入過熱度ＳＨが０付近の状態となるように設定される。

以上の制御により、暖房運転時において、液管５の上流側の室内膨張弁３２で冷媒が減圧されるため、液管５の内部を流れる冷媒の密度を下げることができる。その結果、冷媒回路に充填する冷媒量を削減できる。

一方、液管５の下流側の膨張弁である室外膨張弁２４は、全開であっても流路抵抗による圧力損失によって、室外膨張弁２４を流出した冷媒の圧力は低下する。また、室内膨張弁３２の開度を変化させると、液管５や室外膨張弁２４を通過し、室外熱交換器２３に流入する気液二相状態の冷媒の乾き度が変動する。乾き度が変動すると、冷媒密度が変化する。例えば、乾き度が上昇すると、冷媒密度は低下する。液管５や室内膨張弁３２の内部を流れる冷媒の密度が低くなれば、冷媒の密度が高い場合と比べて冷媒の流速が速くなる。その結果、冷媒が液管５や室外膨張弁２４を流れる際に生じる圧力損失が大きくなり、液管５を流出した冷媒の圧力は低下する。図３は、気液二相状態の冷媒の乾き度と、乾き度が０のときの液管５及び室外膨張弁２４を通過する冷媒の圧力損失［Ｐａ］を基準としたの関係を示したグラフである。本グラフは、横軸が乾き度で、縦軸が圧力損失である。なお、縦軸の圧力損失は、乾き度＝０を基準としている。図に示す通り、液管５及び室外膨張弁２４を通過する冷媒の圧力損失は、乾き度の上昇に伴って急激に増加する。

つまり、室外熱交換器２３に流入する気液二相状態の冷媒の乾き度が高いときにおいて、液管５の上流側の膨張弁である室内膨張弁３２を制御する場合、室内膨張弁３２の開度を変化させたときにおける、総減圧量（室内膨張弁３２＋液管５＋室外膨張弁２４）が大きくなる。その結果、制御性が悪化する。例えば、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が急激に大きくなると、空気調和装置１の冷媒回路における低圧が過剰に低下してしまう。その結果、圧縮機２１に吸入される冷媒の密度が過剰に低下して、圧縮機２１の温度が過昇する等、信頼性が悪化する。従来、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔの付近で安定して運転している最中における、蒸発器（液管の下流側の熱交換器）に流入する冷媒の乾き度は、０．１〜０．２の範囲を推移する。そのため、乾き度が０．２を上回る場合は、室内膨張弁３２の開度を変化させたときにおける、総減圧量（室内膨張弁３２＋液管５＋室外膨張弁２４）が大きくなり、圧縮機２１の信頼性が悪化する可能性がある、と言える。

そこで、室外機制御部２００は、液管５の下流側の熱交換器（暖房運転時は室外熱交換器２３）に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出部２５０を備え、乾き度算出手段２５０の算出結果（乾き度）が閾値Ａを上回るとき、液管５の上流側の膨張弁（暖房運転時は室内膨張弁３２）の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行する。これにより、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が大きくなるような場合であっても、圧縮機の信頼性が低下することを防止できる。

また、室外機制御部２００は、禁止モードの最中、下流側の膨張弁（暖房運転時は室外膨張弁２４）の開度を目標吐出温度制御する。これにより、禁止モードの最中であっても、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態となるように制御することができる。

次に、本発明に係る室外機制御部（制御手段）２００の制御方法について、図２及び図３を用いて詳細に説明する。図２は、暖房運転時における室外機制御部２００の制御方法を示すフローチャートである。暖房運転中、室外機制御部２００は、ステップＳＴ０１以降の処理を繰り返し実行する。

まず、室外機制御部２００は、吐出温度センサ７１により検出された吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔを上回っているか否かを判定する（ＳＴ０１）。目標吐出温度Ｔｄｔは、前述の通り、空気調和装置１に設けられる各種センサが検出した検出結果に基づいて算出されるものであり、その検出結果は、吐出圧力センサ７２、吸入温度センサ７３、吸入圧力センサ７４、室外熱交中間温度センサ７６、室内熱交中間温度センサ７８の検出値を含んでいる。

吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔを上回っている場合（ＳＴ０１−ＹＥＳ）、室外膨張弁（第２膨張弁）２４が所定開度、すなわち、全開であるか否かを判定する（ＳＴ０２）。室外膨張弁２４が全開だった場合は（ＳＴ０２−ＹＥＳ）、室内膨張弁（第１膨張弁）３２の開度を開く方向に制御して（ＳＴ０４）、吐出温度Ｔｄを低下させる。室外膨張弁２４が全開ではない場合は（ＳＴ０２−ＮＯ）、室外膨張弁２４を開く方向に制御して（ＳＴ０４）、吐出温度Ｔｄを低下させる。液管５の上流側である室内膨張弁３２を開く方向に制御すると、液管５の内部を流れる冷媒の密度を上昇させることになるため、液管５の下流側である室外膨張弁２４で減圧量を調整することが可能であれば、その方が好ましいためである。

また、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔ以下の場合（ＳＴ０１−ＮＯ）、室外熱交換器２３に流入する冷媒の乾き度が閾値Ａ以下であるか否かを判定し（ＳＴ０３）、乾き度が閾値Ａ以下であれば（ＳＴ０３−ＹＥＳ）、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔとなるように室内膨張弁（第１膨張弁）３２を絞る（開度を小さくする）方向に制御する。閾値Ａは、予め室外機制御部２００の図示しない記憶部に記憶される。室外熱交換器２３に流入する冷媒の乾き度は、凝縮温度（暖房運転時は室内熱交中間温度センサ７８の検出値）と蒸発温度（暖房運転時は室外熱交中間温度センサ７６の検出値）と凝縮器出口温度（暖房運転時は室内側冷媒温度センサ７７の検出値）から算出することができる。閾値Ａは、例えば、前述したように、０．２である。なお、閾値Ａは、液管５の内径や長さ、室外膨張弁２４の弁口径等によって許容できる大きさが変動する。具体的には、液管５の内径が小さい、液管５が長い、又は、室外膨張弁２４の弁口径が小さいと、液管５と室外膨張弁２４を通過する冷媒の圧力損失は大きくなる。そのため、同じ乾き度の値であっても液管５の内径が大きい、液管５が短い、又は、室外膨張弁２４の弁口径が大きい場合と比較して閾値Ａを小さく設定する。また、冷媒の循環量が多い程、液管５と室外膨張弁２４を通過する冷媒の圧力損失は大きくなる。そのため、冷媒の循環量の変化に応じて閾値Ａを変更しても良い。具体的には、圧縮機２１の回転数が増加するに従い、閾値Ａも大きい値を設定しても良い。

一方、乾き度が閾値Ａを上回る場合（ＳＴ０３−ＮＯ）、室内膨張弁３２を絞る方向に制御することを禁止する禁止モードを開始（ＳＴ０７）し、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔとなるように、室内膨張弁３２の代わりに室外膨張弁（第２膨張弁）２４を絞る（開度を小さくする）方向に制御する（ＳＴ０８）。乾き度が０．１を上回る場合、乾き度の変化に伴い冷媒密度が急激に変化する。室内膨張弁を絞る方向に制御すると、液管５や室内膨張弁３２の内部を流れる冷媒の圧力損失が増大することによって、総減圧量が急激に大きくなる恐れがある。そのため、最も下流側の室外膨張弁２４を絞ることで、総減圧量の増加を抑制している。その後、室外機制御部２００は、禁止モードを終了（ＳＴ０９）する。

以上のように、室外機制御部２００は、室外熱交換器２３に流入する冷媒の乾き度が閾値Ａ以下であれば、液管５の内部を流通する冷媒が気液二相状態となるように室内膨張弁（第１膨張弁）３２を制御し、且つ、室外膨張弁（第２膨張弁）２４の開度が所定の開度（全開）となるように制御する通常モード（ＳＴ０１〜ＳＴ０６）を行う。また、室外機制御部２００は、室外熱交換器２３に流入する冷媒の乾き度が閾値Ａを上回れば、室内膨張弁（第１膨張弁）３２の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行し、禁止モードの最中、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態となるように室外膨張弁（第２膨張弁）２４の開度を制御する。これにより、室外熱交換器２３に流入する冷媒の乾き度が高く、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が大きくなるような場合であっても、圧縮機の信頼性が低下することを防止できる。また、禁止モードの最中であっても、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態となるように制御することができる。

なお、本実施例では、暖房運転時の室外機制御部２００の制御方法について説明したが、冷房運転時においても本発明は適用可能である。冷房運転時の場合、室外機制御部２００は、液管５の下流側の熱交換器であれる室内熱交換器３１に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出部２５０を備え、当該乾き度が閾値Ａを上回るとき、液管５の上流側の膨張弁である室外膨張弁（第２膨張弁）２４の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行する。これにより、膨張弁の単位制御量当たりの減圧量が大きくなるような場合であっても、圧縮機の信頼性が低下することを防止できる。

また、室外機制御部２００は、禁止モードの最中、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態となるように液管５の下流側の膨張弁である室内膨張弁（第１膨張弁）３２の開度を制御する。これにより、禁止モードの最中であっても、圧縮機２１に吸入される冷媒が適正な状態となるように制御することができる。

また、本実施例では、液管５の上流側の膨張弁（通常モード時）と液管５の下流側の膨張弁（禁止モード時）を目標吐出温度制御により開度制御していた。しかし、これに限定されるものではなく、液管５の内部の冷媒が、気液二相状態となるように開度を調整できれば良いので、吐出温度の代わりに吸入過熱度が目標値（例えば、２〜５）となるように制御する方法（目標過熱度制御）であっても良い。なお、吸入過熱度は、例えば蒸発温度（冷房運転時は室内熱交中間温度センサ７８の検出値、暖房運転時は室外熱交中間温度センサ７６の検出値）と吸入温度（吸入温度センサ７３の検出値）から算出される。

１ 空気調和装置
２ 室外機
２００ 室外機制御部
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 室外膨張弁（第２膨張弁）
２５ 室外ファン
４１ 吐出管
４２ 吸入管
４３ 冷媒配管
４４ 冷媒配管
４５ 冷媒配管
４６ 冷媒配管
４７ 冷媒配管
３ 室内機
３１ 室内熱交換器
３２ 室内膨張弁（第１膨張弁）
３３ 室内ファン
７１ 吐出温度センサ
７２ 吐出圧力センサ
７３ 吸入温度センサ
７４ 吸入圧力センサ
７５ 室外側冷媒温度センサ
７６ 室外熱交中間温度センサ
７７ 室内側冷媒温度センサ
７８ 室内熱交中間温度センサ
７９ 室内温度センサ

Claims (6)

1. 圧縮機と、流路切替手段と、室内熱交換器と、第１膨張弁と、液管と、第２膨張弁と、室外熱交換器とが順に接続された冷媒回路と、
   前記流路切替手段の切替制御と、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁の開度制御と、を行う制御手段と、を有する空気調和装置において、
   前記制御手段は、
   暖房運転時において、前記室内熱交換器、前記第１膨張弁、前記液管、前記第２膨張弁、前記室外熱交換器の順に冷媒が流れるように前記流路切替手段を切替え、
   前記暖房運転時における前記室外熱交換器に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出手段を備え、
   前記暖房運転時において、
   前記乾き度が予め定めた閾値以下であれば、前記液管の内部を流通する冷媒が気液二相状態となるように前記第１膨張弁を制御し、且つ、前記第２膨張弁の開度が所定の開度となるように制御する通常モードを実行し、
   前記乾き度が閾値を上回れば、前記第１膨張弁の開度を小さくする方向に制御することを禁止する禁止モードを実行する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記禁止モードの最中、前記吐出温度が目標値となるように前記第２膨張弁の開度を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御手段は、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を算出する吸入過熱度算出手段を備え、
   前記禁止モードの最中、前記吸入過熱度が目標値となるように前記第２膨張弁の開度を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
4. ※冷房運転時
   圧縮機と、流路切替手段と、室内熱交換器と、第１膨張弁と、液管と、第２膨張弁と、室外熱交換器とが順に接続された冷媒回路と、
   前記流路切替手段の切替制御と、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁の開度制御と、を行う制御手段と、を有する空気調和装置において、
   前記制御手段は、
   冷房運転時において、前記室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記液管、前記第１膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒が流れるように前記流路切替手段を切替え、
   前記冷房運転時における前記室内熱交換器に流入する冷媒の乾き度を算出する乾き度算出手段を備え、
   前記冷房運転時において、
   前記乾き度が予め定めた閾値以下であれば、前記液管の内部を流通する冷媒が気液二相状態となるように前記第２膨張弁を制御し、且つ、前記第１膨張弁の開度が所定の開度となるように制御する通常モードを実行し、
   前記乾き度が閾値を上回れば、前記第２膨張弁の開度を小さくする方向に制御することを禁止する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記禁止モードの最中、前記吐出温度が目標値となるように前記第１膨張弁の開度を制御する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
6. 前記制御手段は、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を算出する吸入過熱度算出手段を備え、
   前記禁止モードの最中、前記吸入過熱度が目標値となるように前記第１膨張弁の開度を制御する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。

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