JP2022117022A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル装置において、室外熱交換器に取り付けた１つの温度センサにより凝縮温度の測定を行わせるため、室外熱交換器に液冷媒が溜まることによる凝縮温度の測定の不具合を解消する。【解決手段】 制御部６０は、通常運転時には室外熱交換器温度センサ３４の測定値を用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御し、通常運転時に比べて負荷が低い所定の低負荷運転時と判断したときに室外熱交換器温度センサ３４の測定値に代わる代用値を用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。制御部６０は、代用値として、室外空気の温度から推定される凝縮温度、あるいは、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度と冷媒回路１０の冷凍サイクルの蒸発温度と圧縮機２１の運転周波数から推定される凝縮温度を用いる。【選択図】図１

Description

循環する冷媒により蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実施される冷媒回路を備える冷凍サイクル装置に関する。

従来から、例えば特許文献１（国際公開第２０１６／１２１６２３号）に記載されている冷凍サイクル装置の一種である空気調和装置においては、負荷が小さくなったことに対応して圧縮機の運転周波数を下げて冷媒循環量を抑え低負荷運転が行われるように構成されている場合がある。このような低負荷運転時には、特許文献１に記載されているように熱交換器に液冷媒が溜まり込むことがあることが知られている。

特許文献１に記載されているように、室内熱交換器に対して、液冷媒が溜まり込む位置に温度センサを取り付けたのでは、サブクール制御に支障をきたす恐れがある。そこで、特許文献１に記載の空気調和装置では、室内熱交換器の中で液冷媒が溜まる位置よりも高い位置に温度センサが取り付けられている。

冷凍サイクル装置の室外熱交換器においては、室外熱交換器が凝縮器として機能する冷房運転時に、室外熱交換器に取り付けた温度センサによって凝縮温度を測定する。この室外熱交換器においても、低負荷運転時に液冷媒が溜まる位置に温度センサを取り付けたのでは、凝縮温度の測定に支障をきたす恐れがある。しかしながら、例えば、室外熱交換器に取り付けた温度センサは、暖房運転時に室外熱交換器に付着した霜を除去する際には、霜が完全に除去されたか否かを判断するための温度センサとしても機能させる場合がある。そのような場合には、霜が室外熱交換器の上部から順に下部に向かって融けていくため、霜が室外熱交換器から完全に除去されるタイミングを精度良く検知するには、温度センサを室外熱交換器の下部に取り付けることが好ましい。しかし、室外熱交換器の下部に取り付けられた温度センサで凝縮温度を測定しようとすると、室外熱交換器の下部に溜まった液冷媒により凝縮温度の測定の誤差が大きくなるという問題がある。

従って、冷凍サイクル装置の室外熱交換器に取り付けた１つの温度センサにより凝縮温度の測定を行わせるには、室外熱交換器に液冷媒が溜まることによる凝縮温度の測定の不具合を解消するという課題がある。

第１観点の冷凍サイクル装置は、冷媒回路と、第１温度センサと、制御部とを備える。冷媒回路は、室外空気と冷媒との間で熱交換を行わせる室外熱交換器及び圧縮した冷媒を吐出する圧縮機を含み、循環する冷媒により蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実施される。第１温度センサは、室外熱交換器に取り付けられ、室外熱交換器の温度を測定するためのセンサである。制御部は、圧縮機の運転周波数を負荷に応じて制御し、第１温度センサの測定値に基づいて冷媒回路の冷凍サイクルを制御する。制御部は、通常運転時には第１温度センサの測定値を用いて冷媒回路の冷凍サイクルを制御し、通常運転時に比べて負荷が低い所定の低負荷運転時と判断したときには第１温度センサの測定値に代わる代用値を用いて冷媒回路の冷凍サイクルを制御する。制御部は、代用値として、室外空気の温度から推定される凝縮温度、あるいは、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と冷媒回路の冷凍サイクルの蒸発温度と圧縮機の運転周波数から推定される凝縮温度を用いる。

第１観点の冷凍サイクル装置では、所定の低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器に溜まる影響で第１温度センサが凝縮温度を精度良く測定できなくなっても、制御部は、第１温度センサの測定値に代えて代用値を用いることで冷媒回路の冷凍サイクルを適切に制御することができる。

第２観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、室外熱交換器のデフロスト運転時には第１温度センサの測定値を用いてデフロスト運転を終了するタイミングを判断する。

第２観点の冷凍サイクル装置では、デフロスト運転時にはデフロスト運転を終了するタイミングを精度良く判断できる位置であって、且つ所定の低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器に溜まる影響で凝縮温度を精度良く測定できなくなる可能性のある位置に、第１温度センサを配置することができる。

第３観点の冷凍サイクル装置は、第１観点または第２観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、所定条件を満たしたときに所定の低負荷運転になっていると判断する。所定条件は、第１条件、第２条件、第３条件、第４条件及び第５条件のいずれかを用いて、あるいは第１条件から第５条件の中より選択された条件を組み合わせた条件を用いて設定される。第１条件が、室外空気の温度と、第１温度センサの測定値との差が第１所定レベルまで小さくなるという条件である。第２条件が、室外空気の温度から推定される凝縮温度と、第１温度センサの測定値との差が第２所定レベルまで小さくなるという条件である。第３条件が、吐出温度、蒸発温度及び運転周波数から推定される凝縮温度と、第１温度センサの測定値との差が第３所定レベルまで小さくなるという条件である。第４条件が、冷媒回路の冷凍サイクルにより冷やされる室内空気の温度と設定温度との差が所定閾値以下のときに、室内空気の温度と室外空気の温度との温度差が第４所定レベルまで小さくなるという条件である。第５条件が、圧縮機の運転周波数が第５所定レベルまで小さくなるという条件である。

第３観点の冷凍サイクル装置は、制御部が、第１条件から第５条件のいずれか、あるいはそれらの条件を組み合わせた条件を満たすときに、第１温度センサの測定値に代えて代用値を用いることで、所定の低負荷運転時の冷媒回路の冷凍サイクルの適切な制御を実現することができる。

第４観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、第１温度センサは、通常運転時に室外熱交換器に液冷媒が溜まる位置よりも上であり、且つ所定の低負荷運転時に液冷媒が溜まることがある位置に取り付けられている。

第４観点の冷凍サイクル装置では、所定の低負荷運転時に液冷媒が溜まることがある位置が室外熱交換器の低い位置にあるので、例えば、デフロスト運転時に霜が最後まで融け残る位置に近く、第１温度センサにより霜が完全に溶けきるタイミングを精度良く検知することができる。

第５観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第４観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、冷媒回路に含まれ、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器と、室外空気の温度を測定するための第２温度センサと、室内熱交換器が蒸発器として機能するときに、蒸発温度を測定するための第３温度センサと、吐出温度を測定するための第４温度センサとを備える。

第５観点の冷凍サイクル装置では、制御部が、第1温度センサから第４温度センサを使って圧縮機が吸入する冷媒に含まれる液冷媒の割合が過剰にならないように監視しながら、適切に冷凍サイクルを制御することができる。

実施形態に係る空気調和機の回路図である。 室外熱交換器の模式的な正面図である。 室外熱交換器の模式的な側面図である。

冷凍サイクル装置として、図1に示されている空気調和機１を例に挙げて説明する。

（１）全体構成
空気調和機１は、冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、圧縮機２１、室外熱交換器２３、電動膨張弁２５及び室内熱交換器５２を含んでいる。冷媒回路１０には、冷媒が充填されている。冷媒には、例えばR３２冷媒が用いられる。冷媒回路１０では、循環する冷媒により、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実施される。

空気調和機１の冷媒回路１０には、四方弁２２が含まれている。この四方弁２２によって冷媒回路１０の循環方向を切り替えることにより、空気調和機１は、2種類の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを実施することができる。四方弁２２は、第１状態と第２状態とを切り替えて、冷媒回路の中を流れる冷媒の循環方向を切り替えることができる。言い換えると、四方弁２２は、冷媒回路１０の中の流路を切り換えて、冷媒の流れ方向を切り替える流路切換機構である。

四方弁２２が第１状態になると、冷媒回路１０では、圧縮機２１から吐出された冷媒が、室外熱交換器２３、電動膨張弁２５、室内熱交換器５２、圧縮機２１の順に流れる。四方弁２２が第１状態になっているとき、圧縮機２１により冷媒が圧縮され、室外熱交換器２３により冷媒が凝縮され、電動膨張弁２５により冷媒が減圧され、室内熱交換器５２により冷媒が蒸発させられる。この場合、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器５２が蒸発器として機能する。凝縮器として機能している室外熱交換器２３では、室外空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が凝縮する。このとき、室外熱交換器２３では、凝縮する冷媒が室外空気に熱を放出する。蒸発器として機能している室内熱交換器５２では、室内空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が蒸発する。このとき、室内熱交換器５２では、蒸発する冷媒が室内空気から熱を奪う。冷房運転時には、四方弁２２が第１状態に切り替えられ、室内熱交換器５２で室内空気が冷やされる。

四方弁２２が第２状態になると、冷媒回路１０では、圧縮機２１から吐出された冷媒が、室内熱交換器５２、電動膨張弁２５、室外熱交換器２３、圧縮機２１の順に流れる。四方弁２２が第２状態になっているとき、圧縮機２１により冷媒が圧縮され、室内熱交換器５２により冷媒が凝縮され、電動膨張弁２５により冷媒が減圧され、室外熱交換器２３により冷媒が蒸発させられる。この場合、室外熱交換器２３が蒸発器として機能し、室内熱交換器５２が凝縮器として機能する。蒸発器として機能している室外熱交換器２３では、室外空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が蒸発する。このとき、室外熱交換器２３では、蒸発する冷媒が室外空気から熱を奪う。凝縮器として機能している室内熱交換器５２では、室内空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が凝縮する。このとき、室内熱交換器５２では、凝縮する冷媒が室内空気に熱を放出する。暖房運転時は、四方弁２２が第２状態に切り替えられ、室内熱交換器５２で凝縮する冷媒から室内空気に放出される熱により、室内空気が温められる。

空気調和機１は、室外熱交換器２３を通過する室外空気の気流を発生させる室外ファン２８、及び室内熱交換器５２を通過する室内空気の気流を発生させる室内ファン５３を備えている。なお、図１において二点鎖線で示されている矢印は、室外ファン２８及び室内ファン５３により発生する気流を表している。これら室外ファン２８及び室内ファン５３は、ファンの回転数を変えることができる。室外ファン２８及び室内ファン５３は、回転数を変えることにより、それぞれ室外熱交換器２３を通過する室外空気の風量及び室内熱交換器５２を通過する室内空気の風量を変えることができる。

上述のような冷媒回路１０の冷凍サイクルは、制御部６０により制御される。そのため、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を負荷に応じて制御する。制御部６０は、電動膨張弁２５の開度を制御する。制御部６０は、室外ファン２８及び室内ファン５３の回転数を制御する。制御部６０は、冷媒回路１０の状態を監視するために、空気調和機１に設けられている種々のセンサに接続されている。制御部６０は、図１に示されているように、伝送線６６で接続されている室外ユニット制御部６１と室内ユニット制御部６２とを含んでいる。

制御部６０に接続されているセンサの中に、第１温度センサである室外熱交換器温度センサ３４が含まれている。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３に取り付けられている。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３の温度を測定するためのセンサである。

制御部６０は、通常運転時には室外熱交換器温度センサ３４の測定値を用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。しかし、制御部６０は、通常運転時に比べて負荷が低い所定の低負荷運転時と判断したときに、室外熱交換器温度センサ３４の測定値に代わる代用値を用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。

制御部６０は、代用値として、室外空気の温度から推定される凝縮温度、あるいは、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度と冷媒回路１０の冷凍サイクルの蒸発温度と圧縮機の運転周波数から推定される凝縮温度を用いる。

（２）詳細構成
（２－１）室外ユニット
室外ユニット２０は、空調対象空間の外の室外空気が流通する空間に配置されている。室外ユニット２０は、例えば、空気調和機１の設置される建物の屋上、建物のベランダまたは建物に隣接する敷地に設置される。

室外ユニット２０には、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、電動膨張弁２５と、アキュムレータ２４と、室外ファン２８、室外ユニット制御部６１が収納されている（図１参照）。室外ユニット２０には、室外熱交換器温度センサ３４などの各種センサが収納されている。

室外ユニット２０に収納されている四方弁２２は、第１ポート２２ａ、第２ポート２２ｂ、第３ポート２２ｃ及び第４ポート２２ｄを有している。四方弁２２において、第１状態では、第１ポート２２ａと第２ポート２２ｂの間が連通し、第３ポート２２ｃと第４ポート２２ｄの間が連通する。四方弁２２において、第２状態では、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとの間が連通し、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃの間が連通する。

四方弁２２の第１ポート２２ａは圧縮機２１の吐出口に通じている。四方弁の第２ポート２２ｂが室外熱交換器２３のガス側出入口２３ａに通じ、室外熱交換器２３の液側出入口２３ｂが電動膨張弁２５の一端に通じている。四方弁２２の第３ポート２２ｃは、アキュムレータ２４を介して圧縮機２１の吸入口に通じている。

圧縮機２１は、吸入口から低圧の冷媒を吸入し、内部で冷媒を圧縮して、圧縮した高圧の冷媒を吐出口から吐出する機械である。本実施形態では、空気調和機１が、室外ユニット２０の中に、圧縮機２１を１台だけ有するが、空気調和機１が備える圧縮機２１の台数は１台に限定されず、複数であってもよい。圧縮機２１は、容積圧縮機であり、モータ２１ａによって駆動される。モータ２１ａは、例えば、インバータにより運転周波数制御が可能なモータである。モータ２１ａの運転周波数が制御されることで、圧縮機２１の容量が制御される。従って、モータ２１ａの運転周波数を上げると、冷媒回路１０を流れる冷媒の流量が増加する。

電動膨張弁２５は、開度を変更することにより、冷媒回路１０を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行う弁である。電動膨張弁２５の開度が小さくなると、電動膨張弁２５に流入する冷媒の圧力と流出する冷媒の圧力の差が大きくなり、冷媒回路１０を流れる冷媒の流量が小さくなる。

アキュムレータ２４が、圧縮機２１の吸入口に接続されている（図１参照）。アキュムレータ２４は、室内ユニット５０の運転負荷の変動等に応じて発生する余剰冷媒の貯留機能を有する容器である。また、アキュムレータ２４は、流入する冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離機能を有する。アキュムレータ２４に流入する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、上部空間に集まるガス冷媒が圧縮機２１へと流出する。なお、冷媒回路１０には、アキュムレータ２４に代えて、あるいはアキュムレータ２４とともに、余剰冷媒の貯留機能を有するレシーバが設けられてもよい。

室外ファン２８は、室外熱交換器２３に室外空気を供給するファンである。具体的には、室外ファン２８は、室外ユニット２０の図示しないケーシング内に室外空気を吸い込み、室外熱交換器２３を通過させ、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した空気を室外ユニット２０のケーシング外に排出するためのファンである。室外ファン２８は、回転数を変更可能なモータ２８ａによって駆動される。そのため、室外ファン２８は、モータ２８ａの回転数を上げると、室外熱交換器２３を通過する風量が増加する。

室外ユニット２０には、各種センサが設けられている。室外ユニット２０に設けられているセンサには、吐出温度センサ３３、室外熱交換器温度センサ３４及び室外温度センサ３６が含まれている（図１参照）。吐出温度センサ３３は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度Ｔｄを測定するセンサである。

室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３に設けられている（図１参照）。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度を測定する。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときには凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度を計測し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するときには蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度を測定する。室外温度センサ３６は、室外空気の温度Ｔｏを測定する。室外温度センサ３６は、例えば、室外ファン２８によって室外ユニット２０の中に吸い込まれ、室外熱交換器２３で熱交換される前の室外空気の温度を測定する。

なお、コスト削減のために、冷媒回路１０の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを制御するためのセンサとしては、圧力センサを備えていない。例えば、この空気調和機１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力（吐出圧力）を測定する吐出圧力センサが設けられていない。また、この空気調和機１には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力（吸入圧力）を測定する吸入圧力センサが設けられていない。

室外ユニット制御部６１は、例えば、コンピュータにより実現されるものである。室外ユニット制御部６１は、例えば、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、例えばＣＰＵのようなプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出す演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

室外ユニット制御部６１は、圧縮機２１、四方弁２２、電動膨張弁２５、室外ファン２８、吐出温度センサ３３、室外熱交換器温度センサ３４及び室外温度センサ３６、と制御信号や情報のやりとりを行うことが可能に電気的に接続されている（図１参照）。

室外ユニット制御部６１は、伝送線６６により、制御信号等のやりとりを行うことが可能な状態で、室内ユニット５０の室内ユニット制御部６２に接続されている。室外ユニット制御部６１と室内ユニット制御部６２とは、協働して空気調和機１全体の動作を制御する制御部６０として機能する。室内ユニット制御部６２と室外ユニット制御部６１とは、物理的な伝送線６６により接続されてなくてもよく、無線により通信可能に接続されてもよい。

（２－１－１）室外熱交換器２３への室外熱交換器温度センサ３４の取り付け位置
図２及び図３には室外熱交換器２３の構成が模式的に示されている。図２は、室外熱交換器２３の正面図であり、図３は、室外熱交換器２３の側面図である。室外熱交換器２３は、本体部２１０とヘッダ２２０と２つの分流器２３０（第１分流器２３１と第２分流器２３２）を備えている。本体部２１０は、伝熱管２４０と伝熱フィン（図示せず）とを有している。伝熱管２４０は、伝熱フィンを貫通して延びる直管２４１と、伝熱管２４０の２つの直管２４１をつなぐＵ字管２４２とを含んでいる。図３において、円で描かれているのが直管２４１であり、直線状の実線または破線で描かれているのがＵ字管242である。

伝熱管２４０は、本体部２１０において、複数のパスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を形成している。ここで、パスとは、本体部２１０において、直管２４１とＵ字管２４２が連続して繋がっているものをいう。パスＰ１は、図３に示されているように、室外熱交換器２３の本体部２１０の最上部にある。パスＰ２は、パスＰ１の下にあってパスＰ１に隣接するパスである。パスＰ３は、パスＰ２の下にあってパスＰ２に隣接するパスである。パスＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、第１分流器２３１に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を流れる冷媒が、第１分流器２３１で合流して、パスＰ７に流れる。

パスＰ４は、パスＰ３の下にあってパスＰ３に隣接するパスである。パスＰ４は、図３に示されているように、本体部２１０の鉛直方向において中央部に位置する。パスＰ５は、パスＰ４の下にあってパスＰ４に隣接するパスである。パスＰ６は、パスＰ５の下にあってパスＰ５に隣接するパスである。パスＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、第２分流器２３２に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ４，Ｐ５，Ｐ６を流れる冷媒が、第２分流器２３２で合流して、パスＰ８に流れる。

パスＰ７は、パスＰ６の下にあってパスＰ６に隣接するパスである。パスＰ８は、パスＰ７の下にあってパスＰ７に隣接するパスである。パスＰ８は室外熱交換器２３の最下部に位置する。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合には、パスＰ７，Ｐ８に流れる冷媒は、合流して液側出入口２３ｂから室外熱交換器２３の外部へ流出する。ここでは、パスＰ１～Ｐ６が主熱交換部を構成し、パスＰ７，Ｐ８が副熱交換部を構成する。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合には、主熱交換部で熱交換が行われた後の冷媒がさらに副熱交換部で熱交換される。

ヘッダ２２０においては、室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、ガス側出入口２３ａに通じている一方の流入出口から流入した冷媒が、６つに分流されて、本体部２１０の６つのパスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６に向けて流出する。

室外熱交換器２３が蒸発器として機能している場合には、液側出入口２３ｂから流入した冷媒は、パスＰ７，Ｐ８に分流される。パスＰ７を流れた冷媒はさらに第１分流器２３１で３つに分流されてパスＰ１，Ｐ２，Ｐ３に流れる。パスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を流れた冷媒は、ヘッダ２２０に流れる。また、パスＰ８を流れた冷媒はさらに第２分流器２３２で３つに分流されてパスＰ４，Ｐ５，Ｐ６に流れる。パスパスＰ４，Ｐ５，Ｐ６に流れた冷媒は、ヘッダ２２０に流れる。このように、室外熱交換器２３が蒸発器として機能している場合には、パスＰ１～Ｐ６を流れた冷媒がヘッダ２２０で合流してガス側出入口２３ａから流出する。

室外熱交換器温度センサ３４は、パスＰ６の途中にあるＵ字管２４２に取り付けられている。室外熱交換器温度センサ３４は、暖房運転の際に付着した霜を除去するためのデフロスト運転時に除霜が完了したタイミングを検知するセンサとして用いられる。デフロスト運転時には、霜が室外熱交換器２３の上部から順に融けるので、室外熱交換器温度センサ３４が室外熱交換器２３の下方に取り付けられていることが好ましい。除霜が完了したタイミングを検知するには、特に、主熱交換部の最下部のパスであるパスＰ６に取り付けられるのが好ましい。もし、主熱交換部と副熱交換部の区別が無い場合、言い換えると、ヘッダ２２０での冷媒の分流数とパス数とが同じ場合、除霜が完了したタイミングを検知するには、室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３の最下部のパスに取り付けられるのが好ましい。

（２－２）室内ユニット
室内ユニット５０は、空調対象空間に対して設置されるユニットである。空調対象空間は、例えば室内である。例えば、室内ユニット５０は、例えば、室内の壁に取り付けられる壁掛け式、室内の天井に埋め込まれる天井埋込式または室内の床に置かれる床置式のユニットである。室内ユニット５０は、空調対象空間内に設置されてもよく、空調対象空間外に設置されてもよい。室内ユニット５０が設置される空調対象空間外の場所としては、例えば、屋根裏、機械室、ガレージがある。室内ユニット５０が空調対象空間外に設置される場合には、室内ユニット５０から空調対象空間へと、室内熱交換器５２において冷媒と熱交換した空気を供給する空気通路が設置される。空気通路は、例えばダクトである。

室内ユニット５０には、室内熱交換器５２、室内ファン５３、室内ユニット制御部６２及び各種のセンサが収納されている（図１参照）。この室内ユニット５０に設けられているセンサには、室内熱交換器温度センサ５５と室内温度センサ５６がある（図１参照）。室内温度センサ５６は、室内空気の温度Ｔｒを測定する。室内温度センサ５６は、例えば、室内ファン５３によって室内ユニット５０の中に吸い込まれ、室内熱交換器５２で熱交換される前の室内空気の温度を測定する。室内熱交換器温度センサ５５は、室内熱交換器５２を流れる冷媒の温度を測定する。室内熱交換器温度センサ５５は、室内熱交換器５２が凝縮器として機能するときには凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度を計測し、室内熱交換器５２が蒸発器として機能するときには蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度を測定する。

室内熱交換器５２では、室内熱交換器５２を流れる冷媒と、空調対象空間の空気（室内空気）との間で熱交換が行われる。室内熱交換器５２は、例えば、図示しない複数の伝熱管とフィンとを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器５２の液側出入口は、電動膨張弁２５の他端に通じている。室内熱交換器５２のガス側出入口は、四方弁２２の第４ポート２２ｄに通じている。

室内ファン５３は、室内熱交換器５２に室内空気（空調対象空間の空気）を供給するファンである。室内ファン５３は、回転数を変更することができるモータ５３ａによって駆動される。室内ファン５３は、モータ５３ａの回転数が上がると、室内熱交換器５２を通過する風量が増加する。

室内温度センサ５６は、室内ユニット５０のケーシング（図示せず）の空気の吸入側に設けられる。室内温度センサ５６は、室内ユニット５０のケーシングに流入する空調対象空間の空気の温度（室内空気の温度Ｔｒ）を検出する。

室内ユニット制御部６２は、室内ユニット５０を構成する各部の動作を制御する。室内ユニット制御部６２は、例えば、コンピュータにより実現されるものである。室内ユニット制御部６２は、例えば、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、例えばＣＰＵのようなプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出す演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

室内ユニット制御部６２は、室内ファン５３及び室内温度センサ５６との間で、制御信号や情報のやりとりを行うことが可能に電気的に接続されている（図１参照）。

室内ユニット制御部６２は、室内ユニット５０を操作するためのリモートコントローラ（図示せず）から送信される各種信号を受信可能に構成されている。リモートコントローラから送信させる各種信号には、例えば、室内ユニット５０の運転／停止を指示する信号、運転モードの切換信号、冷房運転または暖房運転の室内空気の設定温度Ｔｒｓに関する信号がある。

（２－３）空気調和機の動作
（２－３－１）冷房運転時の動作
空気調和機１に対し、例えばリモートコントローラにより冷房運転の実行が指示されると、制御部６０は、空気調和機１の運転モードを冷房運転モードに設定する。冷房運転モードでは、制御部６０は、冷媒回路１０の四方弁２２が第１状態になるよう、四方弁２２を切り換えた後に、圧縮機２１、室外ファン２８、及び室内ファン５３を駆動する。

制御部６０は、冷房運転時に、室内ファン５３のモータ５３ａの回転数を、例えばリモートコントローラに入力される指示、例えば風量の指示に基づいて制御する。制御部６０は、圧縮機２１に吸入される冷媒中の液冷媒の割合を所定値以下に抑えるため、電動膨張弁２５の開度を制御する。そのため、制御部６０は、吐出温度Ｔｄと凝縮温度Ｔｃとの差（Ｔｄ－Ｔｃ）が第１所定温度以上になるように制御する。言い換えると、制御部６０は、吐出過熱度に基づいて電動膨張弁２５の開度を制御するということである。制御部６０は、通常は、室外熱交換器温度センサ３４で気液二相状態の冷媒の温度（飽和温度）を測れるので、室外熱交換器温度センサ３４の測定値を凝縮温度Ｔｃとして用いる。

制御部６０は、負荷に応じて、圧縮機２１の運転周波数を制御する。制御部６０は、空気調和機１の負荷が小さいと圧縮機２１の運転周波数を小さくする。冷房運転において、例えば、室外空気の温度Ｔｏと室内空気の温度Ｔｒとの差（Ｔｏ－Ｔｒ）及び室内空気の温度Ｔｒと設定温度Ｔｒｓとの差（Ｔｒ－Ｔｒｓ）が小さいと、空気調和機１の負荷が小さくなるので、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を小さくする。例えば、低負荷運転以外の通常運転において、圧縮機２１の運転周波数は、例えば数十Ｈｚから百数十Ｈｚである。通常運転よりも負荷の小さい低負荷運転の場合には、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を例えば１０Ｈｚより小さくする。また、制御部６０は、室外ファン２８のモータ２８ａの回転数を室外空気の温度Ｔｏに応じて制御する。

低負荷運転時には、圧縮機２１の運転周波数が小さくなるので、室外熱交換器２３に冷媒が溜まり易くなる。特に、冷房運転時において、室外空気の温度が低い低負荷運転時には、例えば、室外熱交換器２３において、図２及び図３に斜線で示されている下部の領域の伝熱管２４０に液冷媒で溜まる場合がある。この下部の領域の伝熱管２４０に室外熱交換器温度センサ３４が取り付けられていると、室外熱交換器温度センサ３４は、気液二相状態の冷媒の温度（飽和温度）を測れず、液体状の冷媒の温度を測ることになる。このような状態になると、制御部６０は、冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御するにあたって、室外熱交換器温度センサ３４の測定値を、凝縮温度Ｔｃとして用いることができなくなる。

空気調和機１は、低負荷の冷房運転の中でも、特に、室外熱交換器温度センサ３４は、気液二相状態の冷媒の温度を測れなくなった場合または、気液二相状態の冷媒の温度を測れなくなることが生じ得る場合には、所定の低負荷運転として冷房運転を行う。具体的には、制御部６０は、所定条件を満たした場合に所定の低負荷運転と判断する。

次に、所定条件について説明する。

所定条件として、冷房運転において、第１条件を採用する場合について説明する。制御部６０は、第１所定レベルとして、特定の数値または種々のパラメータから特定の数値を選択できるテーブルを記憶している。制御部６０は、第１所定レベルと、室外熱交換器温度センサ３４の測定値から室外空気の温度Ｔｏを差し引いた温度差との比較を行う。例えば、制御部６０が第１所定レベルとして「１度」という特定の数値を記憶している場合、室外空気の温度Ｔｏと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が１度以下になったら、制御部６０は、所定の低負荷運転になったと判断する。

制御部６０は、所定の低負荷運転になったと判断すると、室外熱交換器温度センサ３４の測定値の代用値として、室外空気の温度Ｔｏから推定される凝縮温度Ｔｃを用いて、冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。制御部６０は、例えば、記憶している計算式またはテーブルを用い、室外温度センサ３６によって測定された室外空気の温度Ｔｏから凝縮温度Ｔｃを決定する。凝縮温度Ｔｃを推定するために制御部６０が記憶している計算式またはテーブルは、例えば、予め実機で実施した実験またはシミュレーションによって準備されたものである。この空気調和機１では、具体的には、室外温度センサ３６によって測定された室外空気の温度Ｔｏから決定された凝縮温度Ｔｃと、吐出温度Ｔｄとの温度差（Ｔｄ－Ｔｃ）が第１所定温度以上になるように、制御部６０が電動膨張弁２５の開度を制御する。

（２－３－２）暖房運転時の動作
空気調和機１に対し、例えばリモートコントローラにより暖房運転の実行が指示されると、制御部６０は、空気調和機１の運転モードを暖房運転モードに設定する。暖房運転モードでは、制御部６０は、冷媒回路１０の四方弁２２が第２状態になるよう、四方弁２２を切り換えた後に、圧縮機２１、室外ファン２８、及び室内ファン５３を駆動する。

制御部６０は、暖房運転時に、室内ファン５３のモータ５３ａの回転数を、例えばリモートコントローラに入力される指示、例えば風量の指示に基づいて制御する。制御部６０は、室内熱交換器温度センサ５５で測定される冷媒の温度を凝縮温度Ｔｃとして冷凍サイクルの制御を行う。制御部６０は、圧縮機２１に吸入される冷媒中の液冷媒の割合を抑えるため、電動膨張弁２５の開度を制御する。そのため、制御部６０は、例えば、吐出温度Ｔｄと凝縮温度Ｔｃとの差（Ｔｄ－Ｔｃ）が第１所定温度以上になるように制御する。

制御部６０は、負荷に応じて、圧縮機２１の運転周波数を制御する。制御部６０は、空気調和機１の負荷が小さいと圧縮機２１の運転周波数を小さくする。冷房運転において、例えば、室外空気の温度Ｔｏと室内空気の温度Ｔｒとの差（Ｔｏ－Ｔｒ）及び室外空気の温度Ｔｏと設定温度Ｔｒｓとの差（Ｔｏ－Ｔｒｓ）が小さいと、空気調和機１の負荷が小さくなるので、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を小さくする。また、制御部６０は、室外ファン２８のモータ２８ａの回転数を室外空気の温度Ｔｏに応じて制御する。

暖房運転時に室外熱交換器２３に付着する霜を除去するために、制御部６０は、デフロスト運転を行う。デフロストは、例えば、冷房運転と同様に、室外熱交換器２３を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２３に供給される高温の冷媒によって霜を融かす運転（逆サイクルデフロスト運転という。）によって行われる。しかし、デフロストの方法は、前述の逆サイクルデフロスト運転には限られず、他の方法であってもよい。

（３）変形例
（３－１）変形例Ａ
上記実施形態では冷凍サイクル装置が空気調和機１である場合について説明したが、冷凍サイクル装置は、空気調和機１に限定されるものではない。冷凍サイクル装置には、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器、床暖房装置がある。

（３－２）変形例Ｂ
上記実施形態では、室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合において、所定条件に第１条件を採用する場合について説明した。第１条件は、室外空気の温度Ｔｏと、室外熱交換器温度センサ３４（第１温度センサ）の測定値との差が第所定レベルまで小さくなるという条件である。しかし、所定条件は、第１条件には限られない。

制御部６０が用いる所定条件は、第１条件に代えて、次の第２条件、第３条件、第４条件及び第５条件のいずれかであってもよい。

第２条件は、室外空気の温度Ｔｏから推定される凝縮温度Ｔｃと、室外熱交換器温度センサ３４（第１温度センサ）の測定値との差が第２所定レベルまで小さくなるという条件である。制御部６０は、例えば、記憶している計算式またはテーブルを用い、室外温度センサ３６によって測定された室外空気の温度Ｔｏから凝縮温度Ｔｃを決定する。凝縮温度Ｔｃを推定するために制御部６０が記憶している計算式またはテーブルは、例えば、予め実機で実施した実験またはシミュレーションによって準備されたものである。第２条件を採用する場合に、制御部６０は、推定された凝縮温度Ｔｃと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が第２所定レベル以下になれば、推定された凝縮温度Ｔｃを代用値として用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。

第３条件は、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄ、室内熱交換器５２における冷媒の蒸発温度Ｔｅ及び圧縮機２１の運転周波数から推定される凝縮温度Ｔｃと、室外熱交換器温度センサ３４（第１温度センサ）の測定値との差が第３所定レベルまで小さくなるという条件である。例えば、予め実機で実施した実験またはシミュレーションによって、吐出温度Ｔｄ、蒸発温度Ｔｅ及び圧縮機２１の運転周波数から、例えば冷媒回路１０で実施されている蒸気圧縮式の冷凍サイクルのモリエル線図を描くことが可能になる。この描かれるモリエル線図から凝縮温度Ｔｃを決定することができる。なお、モリエル線図を描く方法は一例であって、制御部６０に記憶させる、吐出温度Ｔｄ、蒸発温度Ｔｅ及び圧縮機２１の運転周波数から凝縮温度Ｔｃを推定する推定方法は、モリエル線図を描く方法には限られない。第３条件を採用する場合に、制御部６０は、推定された凝縮温度Ｔｃと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が第３所定レベル以下になれば、推定された凝縮温度Ｔｃを代用値として用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。

第４条件は、冷媒回路１０の冷凍サイクルにより冷やされる室内空気の温度Ｔｒと、設定温度Ｔｒｓとの温度差が所定閾値以下のときに、室外空気の温度Ｔｏとの温度差（Ｔｏ－Ｔｒ）が第４所定レベルまで小さくなるという条件である。例えば、設定温度が２４℃、所定閾値が２．５℃、第４所定レベルが３℃、室外温度の温度Ｔｏが２８℃とすると、例えば室内空気の温度が２６℃であれば、｜２６－２４｜≦２．５且つ｜２８－２６｜≦３となって条件を満たすので、制御部６０は、低負荷運転と判断する。制御部６０は、室内空気の温度Ｔｒには室内温度センサ５６の測定値を用い、室外空気の温度Ｔｏには室外温度センサ３６の測定値を用いる。第４条件を採用する場合に、制御部６０は、推定された凝縮温度Ｔｃと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が第４所定レベル以下になれば、推定された凝縮温度Ｔｃを代用値として用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。第４条件を採用する場合に、制御部６０は、推定された凝縮温度Ｔｃと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が第４所定レベル以下になれば、推定された凝縮温度Ｔｃを代用値として用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。この場合の推定された凝縮温度Ｔｃは、室外空気の温度Ｔｏから推定される凝縮温度Ｔｃ、あるいは、吐出温度Ｔｄと蒸発温度Ｔｅと運転周波数から推定される凝縮温度Ｔｃである。

第５条件は、圧縮機２１の運転周波数が第５所定レベルまで小さくなるという条件である。圧縮機２１の運転周波数は、制御部６０が設定するため、制御部６０が常に有している情報である。第５条件を採用する場合に、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数が第５所定レベル以下になれば、推定された凝縮温度Ｔｃを代用値として用いて冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御する。この場合の推定された凝縮温度Ｔｃは、室外空気の温度Ｔｏから推定される凝縮温度Ｔｃ、あるいは、吐出温度Ｔｄと蒸発温度Ｔｅと運転周波数から推定される凝縮温度Ｔｃである。

制御部６０は、例えば、第２所定レベル、第３所定レベル、第４所定レベルまたは第５所定レベルとして、特定の数値または種々のパラメータから特定の数値を選択できるテーブルを記憶装置に記憶している。

（３－３）変形例Ｃ
上記変形例Ｂでは、第１条件から第５条件のいずれかを所定条件として用いる場合について説明した。しかし、所定条件は、第１条件から第５条件の５条件の中の２つの条件を組み合わせたものとしても良い。例えば、第１条件と第５条件とを組み合わせて、第１条件と第５条件の両方の条件が満たされたときに所定条件が満たされるように構成してもよい。例えば、室外空気の温度Ｔｏと室外熱交換器温度センサ３４の測定値との差が例えば１度以下になり、且つ圧縮機２１の運転周波数が例えば６Ｈｚ以下になることを所定条件としてもよい。

また、所定条件は、第１条件から第５条件の５条件の中の３つ以上の条件を組み合わせたものとしてもよい。例えば、第１条件と第３条件と第５条件とを組み合わせて、すべての条件が満たされたときに所定条件が満たされるように構成してもよい。

（３－４）変形例Ｄ
上記変形例Ｂ及び上記変形例Ｃで説明した第１条件から第５条件のいずれか、あるいは第１条件から第５条件の５条件の中のいずれかを組み合わせたものを所定条件とする場合について説明したが、所定条件にはさらに他の条件が加えられてもよい。例えば、第１条件から第５条件のいずれか、あるいは第１条件から第５条件の５条件の中のいずれかを組み合わせたものが、一定時間維持されることを所定条件としてもよい。

（４）特徴
（４－１）
上述の空気調和機１においては、所定の低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器２３に溜まる影響で室外熱交換器温度センサ３４が凝縮温度を精度良く測定できなくなっても、制御部６０は、室外熱交換器温度センサ３４の測定値に代えて代用値を用いることで冷媒回路１０の冷凍サイクルを適切に制御することができる。ここでは、室外熱交換器温度センサ３４が第１温度センサの例である。

（４－２）
上述の空気調和機１では、デフロスト運転時にはデフロスト運転を終了するタイミングを精度良く判断できる位置に室外熱交換器温度センサ３４（第１温度センサ）を配置することができている。このような室外熱交換器温度センサ３４の配置位置は、所定の低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器２３に溜まる影響で凝縮温度Ｔｃを精度良く測定できなくなる可能性のある位置である。しかし、室外熱交換器２３に溜まる影響で凝縮温度Ｔｃを精度良く測定できなくなる場合には、凝縮温度Ｔｃの代用値を用いることで、冷媒回路１０の冷凍サイクルを適切に制御できる。

（４－３）
上述の空気調和機１では、制御部６０が、第１条件から第５条件のいずれか、あるいはそれらの条件を組み合わせた条件を所定条件としている。このような所定条件を用いて制御部６０が所定の低負荷運転を判断して、室外熱交換器温度センサ３４の測定値に代えて代用値を用いることで、空気調和機１は、所定の低負荷運転時においても、冷媒回路１０の冷凍サイクルの適切な制御を実現することができる。

（４－４）
上述の空気調和機１では、所定の低負荷運転時に液冷媒が溜まることがある位置が室外熱交換器２３の低い位置にあるので、例えば、デフロスト運転時に霜が最後まで融け残る位置に近く、霜が完全に溶けきるタイミングを、室外熱交換器温度センサ３４により精度良く検知することができる。他方、通常運転時には、液例外が溜まることがある位置よりも上に室外熱交換器温度センサ３４が取り付けられているので、通常運転時には室外熱交換器温度センサ３４によって凝縮温度を測定して適切な冷凍サイクルの制御を、制御部が行うことができる。

（４－５）
上述の空気調和機１では、室外空気の温度Ｔｏを測定する第２温度センサが室外温度センサ３６である。室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときの蒸発温度Ｔｅを測定する第３温度センサが室内熱交換器温度センサ５５である。吐出温度Ｔｄを測定する第４温度センサが吐出温度センサ３３である。

上述の空気調和機１では、制御部６０が、室外熱交換器温度センサ３４、室外温度センサ３６、室内熱交換器温度センサ５５、吐出温度センサ３３を使って圧縮機２１が吸入する冷媒に含まれる液冷媒の割合が過剰にならないように監視しながら、適切に冷凍サイクルを制御することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ 空気調和機 （冷凍サイクル装置の例）
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
３３ 吐出温度センサ （第４温度センサの例）
３４ 室外熱交換器温度センサ （第１温度センサの例）
３６ 室外温度センサ （第２温度センサの例）
５２ 室内熱交換器
５５ 室内熱交換器温度センサ （第３温度センサの例）
６０ 制御部

国際公開第２０１６／１２１６２３号

Claims (5)

1. 室外空気と冷媒との間で熱交換を行わせる室外熱交換器（２３）及び圧縮した冷媒を吐出する圧縮機（２１）を含み、循環する冷媒により蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実施される冷媒回路（１０）と、
   前記室外熱交換器に取り付けられ、前記室外熱交換器の温度を測定するための第１温度センサ（３４）と、
   前記圧縮機の運転周波数を負荷に応じて制御し、前記第１温度センサの測定値に基づいて前記冷媒回路の冷凍サイクルを制御する制御部（６０）と
   を備え、
   前記制御部は、通常運転時には前記第１温度センサの測定値を用いて前記冷媒回路の冷凍サイクルを制御し、通常運転時に比べて負荷が低い所定の低負荷運転時と判断したときに前記第１温度センサの測定値に代わる代用値を用いて前記冷媒回路の冷凍サイクルを制御し、
   前記制御部は、前記代用値として、室外空気の温度から推定される凝縮温度、あるいは、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と前記冷媒回路の冷凍サイクルの蒸発温度と前記圧縮機の前記運転周波数から推定される凝縮温度を用いる、冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記制御部は、前記室外熱交換器のデフロスト運転時には前記第１温度センサの測定値を用いてデフロスト運転を終了するタイミングを判断する、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置（１）。
3. 前記制御部は、所定条件を満たしたときに前記所定の低負荷運転になっていると判断し、
   前記所定条件は、第１条件、第２条件、第３条件、第４条件及び第５条件のいずれかを用いて、あるいは前記第１条件から前記第５条件の中より選択された条件を組み合わせた条件を用いて設定され、
   前記第１条件が、室外空気の温度と、前記第１温度センサの測定値との差が第１所定レベルまで小さくなるという条件であり、
   前記第２条件が、室外空気の温度から推定される凝縮温度と、前記第１温度センサの測定値との差が第２所定レベルまで小さくなるという条件であり、
   前記第３条件が、前記吐出温度、前記蒸発温度及び前記運転周波数から推定される凝縮温度と、前記第１温度センサの測定値との差が第３所定レベルまで小さくなるという条件であり、
   前記第４条件が、前記冷媒回路の冷凍サイクルにより冷やされる室内空気の温度と設定温度との差が所定閾値以下のときに、室内空気の温度と室外空気の温度との温度差が第４所定レベルまで小さくなるという条件であり、
   前記第５条件が、前記圧縮機の前記運転周波数が第５所定レベルまで小さくなるという条件である、
   請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置（１）。
4. 前記第１温度センサは、通常運転時に前記室外熱交換器に液冷媒が溜まる位置よりも上であり、且つ前記所定の低負荷運転時に液冷媒が溜まることがある位置に取り付けられている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置（１）。
5. 前記冷媒回路に含まれ、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器（５２）と、
   室外空気の温度を測定するための第２温度センサ（３６）と、
   前記室内熱交換器が蒸発器として機能するときに、前記蒸発温度を測定するための第３温度センサ（５５）と、
   前記吐出温度を測定するための第４温度センサ（３３）と
   を備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置（１）。

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