JP3864956B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、空気調和機に関し、特に、低外気温度下の冷房運転における圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持する差圧調整装置を備えた空気調和機に関する。
背景技術
近年は、照明器具の照度アップや電子機器利用の増大などから、外気温度が低い条件でも冷房が必要となってきている。このため、空気調和機に求められる冷房運転可能な外気温度範囲が低温方向に拡大する傾向にある。一方、空気調和機は、一般的な特性として、外気温度が低くなるほど冷房運転時の高低圧力差が小さくなる。しかし、圧縮機の高低圧力差は、次のような理由から所定値以上に保持する必要がある。まず第１の理由として、圧縮機は、一般的に高低圧力差を利用して摺動部分に潤滑油を供給する給油機構を有しており、各摺動部へ所定量の冷凍機油を供給するために所定の高低圧力差を保持する必要がある。また、第２の理由として、空気調和機は、圧縮機の高低圧力差が小さくなると所定の冷媒循環量、つまり所定の冷房能力を確保することが困難となる。なお、高低圧力差が小さくなることに対応して冷媒制御としての電動膨張弁などの膨張装置を大口径のものにすれば、空気調和機は所定の冷媒循環量を確保することも可能となる。しかし、この場合には、低外気温度用の大口径の膨張装置と、高外気温度用の小口径の膨張装置とを用いる必要があり、空気調和機のコストアップの要因になるという問題がある。
このような問題点を解決する従来の空気調和機として、特開２００２−３９５９８号公報に記載されているような差圧調整装置を用いたものがある。この差圧調整装置は、所定外気温度以下における冷房運転時において圧縮機の高低圧力差が所定値に低下した場合には、まず冷媒量調整タンク内の冷媒を室外熱交換器に移動させることにより室外熱交換器の放熱能力を低下させて高低圧力差の低下を防止するようにした差圧調整を行う。そして、このような冷媒量調整による差圧調整でもなお高低圧力差の低下を防止することができない場合には、室外ファンの回転数を低下させることにより、更に高低圧力差の低下を防止するようにした差圧調整を行うというものであった。
しかしながら、上記差圧調整装置の場合には、冷媒タンクや複数の電磁開閉弁が必要になるなど冷媒回路及び冷媒量制御に必要な冷媒回路機器や制御機器のコストが高く、コスト低減の面でなお改善の余地が残されていた。
本発明は、このような従来技術における課題を解決するために成されたものであって、低外気温度下の冷房運転における圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持する、低コストの差圧調整装置を備えた空気調和機を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る空気調和機は、少なくともインバータ駆動される圧縮機、外気と熱交換する室外熱交換器、膨張装置、室内熱交換器を接続した冷媒回路と、室外熱交換器に外気を供給するための、回転数制御可能に構成された室外ファンと、外気温度が所定温度以下である冷房運転時において高低圧力差が所定圧力差に低下したと判断し得る場合に、室外ファンの回転数を低下させることにより前記高低圧力差の低下を防止するように調整する第１段差圧調整装置と、外気温度が所定温度以下である冷房運転時において第１段差圧調整装置による高低圧力差制御では前記高低圧力差を所定値以上に保持できないと判断し得る場合に、圧縮機の運転周波数を増大させることにより前記高低圧力差の低下を防止するように制御する第２段差圧調整装置とを備えていることを特徴とする。
このように構成することにより、室外ファンの回転数制御と、インバータ駆動される圧縮機の運転周波数の制御とにより、低外気温度下の冷房運転における圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持することができる。したがって、本発明によれば、従来コスト上昇の要因となっていた冷媒量制御に必要な冷媒回路機器や制御機器を必要としないので、低コストの差圧調整装置を備えた空気調和機を提供することができる。
また、前記第１段差圧調整装置は、室外ファンの回転数を運転許容範囲の下限回転数以上に保持するファン回転数下限規制装置を備えていることが好ましい。室外ファンモータにＤＣモータを用いた場合、ファン駆動回路の電子部品の保護及びファン回転数制御の確実性の点から運転許容範囲の下限回転数が定まる。したがって、上記ように構成した場合は、ファン駆動回路の電子部品を保護し、室外ファンの回転数を確実に制御することができる。
前記第１段差圧調整装置は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に室外ファンの上限運転回転数を所定回転数低下させるように制御するように構成してもよい。このように構成すると、簡易な方法で高低圧力差を保持することができるか否かを判断し、室外ファンの回転数を制御することができる。
このこの第１段差圧調整装置による差圧制御において、前記室外熱交温度のゾーンは、室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定されることが好ましい。この場合より正確に高低圧力差を保持することができるか否かを判断することができる。
また、この第１段差圧調整装置による差圧制御において、前記室外熱交温度を、室外熱交換器の中間温度を検出する室外熱交温度検出器により検出される温度とし、さらに、前記室内熱交温度を、室内熱交器の温度を検出する室内熱交温度検出器により検出される温度とすることができる。このように構成すれば、高圧圧力に対応する室外熱交温度及び室内熱交器の温度を通常の温度検出器により検出することができる。
なお、前記室外ファンの上限運転回転数は、前記第１段差圧調整装置における高低圧力差制御において、初期設定値を外気温度に対応して定めるようにすれば、安定した運転までの立ち上がり時間を短くすることができる。
また、前記第２段差圧調整装置は、圧縮機の運転周波数を運転許容範囲の上限周波数以下に保持する圧縮機運転周波数上限規制装置を備えていることが好ましい。インバータ駆動される圧縮機の場合、インバータ回路を構成する電子部品の保護及び機構的理由により運転周波数を一定値以上とする必要がある。したがって、上記構成とすることにより、インバータ回路を構成する電子部品を保護し、圧縮機の機構的損壊を防止することができる。
また、前記第２段差圧調整装置は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に圧縮機の下限運転周波数を所定周被数上昇させるように制御するように構成してもよい。このように構成すると、簡易な方法で高低圧力差を保持することができるか否かを判断し、圧縮機の運転周波数を増大させる必要があるか否か判断し、圧縮機の運転周波数を制御することができる。
この第２段差圧調整装置による差圧制御において、前記室外熱交温度のゾーンを室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定されることが好ましい。この場合より正確に高低圧力差を保持することができるか否かを判断することができる。
また、この第２段差圧調整装置による差圧制御において、前記室外熱交温度を、室外熱交換器の中間温度を検出する室外熱交温度検出器により検出される温度とし、さらに、前記室内熱交温度を、室内熱交器の温度を検出する室内熱交温度検出器により検出される温度とすることができる。このように構成すれば、高圧圧力に対応する室外熱交温度及び室内熱交器の温度を通常の温度検出器により検出することができる。
また、前記空気調和機は、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤に、制御盤内部の電子部品が発生する熱を放熱するための放熱フィンを設け、この放熱フィンの温度が所定値以下となるにように前記第１段差圧調整装置に優先して前記室外ファンの回転数を上昇させる第１電装品保護装置を備えているようにしてもよい。空気調和機では、通常、室外ファン駆動用ドライバーなどの電子部品を冷却するために、室外ファンの送風作用を利用して外気を電子部品周りに供給している。したがって、室外ファンの回転数を低下させた場合には、電子部品の冷却作用が低下するというおそれがある。しかしながら、上記のように電子部品保護の観点から室外ファンの回転数に制限を設ければ、電子部品の冷却に必要な最低量の冷却用外気を確実に放熱フィンに供給することができ、電子部品の焼損を防止することができる。
また、前記空気調和機は、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤に、制御盤の内部に発生する熱を放熱するための放熱フィンを有し、この放熱フィンの温度が所定値以下となるにように前記第２段差圧調整装置に優先して前記圧縮機の運転周波数を低下させる第２電装品保護装置を備えているようにしてもよい。空気調和機では、通常、前述のように室外ファンの送風作用を利用して外気が電子部品周りに供給されている。したがって、室外ファンの回転数を低下させた場合に電子部品の冷却作用が低下するおそれがある。しかしながら、上記のように電子部品の放熱フィンの温度が上昇した場合に、圧縮機の運転周波数を低下させて電子部品からの発熱を抑制すれば、電子部品の発熱を確実に放熱することができ、電子部品の焼損等を防止することができる。
発明を実施するための最良の形態
本実施の形態に係る空気調和機は、図１に示すように室外ユニット１に対し４台の室内ユニット２が接続されたヒートポンプ式冷暖房装置として構成されている。
室外ユニット１は、内部に、インバータ駆動の圧縮機１１、室外熱交換器１２、室外ファン１２ａ、回転数可変に構成されたＤＣモータからなる室外ファン用モータ１２ｂ、各室内ユニット用の４個の膨張装置１３、四路切換弁１４、アキュムレータ１５、液管１６、ガス管１７などが収納されている。室外熱交換器１２は、四路切換弁１４を介し圧縮機１１に接続されている。アキュムレータ１５は、四路切換弁１４と圧縮機１１の吸入ポートとの間に接続されている。液管１６における室内ユニット接続側は４本に分岐されている。ガス管１７における室内ユニット接続側は４本に分岐されている。膨張装置１３は、暖房用及び冷房用を兼用する電動膨張弁であり、液管１６の分岐管にそれぞれ設けられている。
室内ユニット２は、内部に、室内熱交換器２１、室内ファン（図示せず）及び室内ファン用モータ２１ｂ（図２参照）が収納されている。そして、各室内ユニット２内に収納されている室内熱交換器２１は、液側連絡配管１８及びガス側連絡配管１９により、室外ユニット１の液管１６の分岐管とガス管１７の分岐管との間に並列に接続されている。
また、室外ユニット１には、室外熱交換器１２の中間温度（つまり凝縮温度）を検出する室外熱交温度検出器３１及び室外熱交換器１２の外気入口側の外気温度を検出する外気温度検出器３２が設けられている。一方、室内熱交換器２１には、室内熱交換器２１の温度（つまり蒸発温度）を検出する室内熱交温度検出器３３が設けられている。
また、この空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤３４が室外ユニット１内に設けられている。なお、制御盤３４には、図示しないが、収納された電子部品の発生熱を放熱するための放熱フィンが適宜の形態で設けられている。
制御盤３４は、図２に概略構成図が示されるように、空気調和機の冷暖房運転を制御する冷暖房制御装置３５、低外気温度の冷房運転時における圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上の保持するための第１段差圧調整装置３６及び第２段差圧調整装置３７、制御盤３４の放熱フィンの温度を所定温度以下に保持する電装品保護装置３８などを備えている。また、この制御盤３４は、室外熱交温度検出器３１、外気温度検出器３２、室内熱交温度検出器３３、制御盤３４の放熱フィンの温度を検出する放熱フィン温度検出器３９に接続され、これら温度検出器から外気温度情報、室外熱交温度情報、室内熱交温度情報及び放熱フィン温度情報を受け取ることができるように構成されている。また、制御盤３４は、圧縮機１１、室外ファン用モータ１２ｂ、室内ファン用モータ２１ｂ、四路切換弁１４に接続され、これら機器を制御するように構成されている。
制御盤３４は、以上のような構成を備え、冷暖房運転制御、低外気温時における圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上に保持する差圧調整制御を行う。
上記のように構成された空気調和機は、制御盤３４の冷暖房制御装置３５の制御により、次のように冷暖房運転が行われる。
冷房運転時は、図１において四路切換弁１４が破線の接続状態に切り換えられて冷媒が循環される。すなわち、圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は、四路切換弁１４を介して室外熱交換器１２に送られる。室外熱交換器１２に送られた高圧ガス冷媒は外気と熱交換して冷却され、液冷媒となる。この液冷媒は液管１６の分岐管に接続された膨張装置１３で減圧され、低圧の液ガス２相流となって液側連絡配管１８を介して各室内ユニット２に供給される。室内ユニット２に供給された低圧冷媒は、室内空気と熱交換して室内空気を冷却し、冷媒自身は気化して低圧ガス冷媒となる。この低圧ガス冷媒はガス側連絡配管１９を介し室外ユニット１に送り返される。室外ユニット１に送り返された低圧ガス冷媒は、四路切換弁１４及びアキュムレータ１５を介し圧縮機１１に返戻される。以上のようなサイクルにより冷房が行われる。
暖房運転時は、図１において四路切換弁１４が実線の接続状態に切り換えられて冷媒が循環される。すなわち、圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は、四路切換弁１４を介して室内ユニット２に送られる。室内ユニット２に送られた高圧ガス冷媒は、室内熱交換器２１で室内空気と熱交換して室内空気を加熱し、冷媒自身は冷却されて液冷媒となる。この液冷媒は液側連絡配管１８を介して室外ユニット１に送られる。室外ユニット１に送られた高圧の液冷媒は、液管１６の分岐管に接続された各膨張装置１３で減圧され、低圧の液ガス２相流となって室外熱交換器１２に送られる。室外熱交換器１２に送られた低圧冷媒は、外気と熱交換して外気から熱を汲み上げて冷媒自身は気化して低圧ガス冷媒となる。この低圧ガス冷媒は、四路切換弁１４及びアキュムレータ１５を介し圧縮機１１に返戻される。以上のようなサイクルにより暖房が行われる。
なお、上記冷房運転及び暖房運転において、圧縮機１１は、冷房又は暖房負荷に対応して（例えば、室内ユニット２の運転台数の多少や室内温度の高低に対応して）圧縮機１１の運転周波数が増減されて運転回転数が増減するように制御されている。
次に、低外気温時の冷房運転について説明する。
本実施の形態に係る空気調和機は、第１段差圧調整装置３６及び第２段差圧調整装置３７の制御により、低外気温時の冷房運転において圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上に調整する。
第１段差圧調整装置３６は、圧縮機１１の高低圧力差が所定値に低下した場合に、室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸを低下させて前記高低圧力差の低下を防止するように調整するものである。そのために、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーン（復帰域、アップ域、無変化域、垂下域）の何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかをみて、室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸを設定する。そして、室外ファン１２ａは、この設定された上限運転回転数ＲＭＡＸに規制されるように実際の回転数が制御される。なお、室外熱交温度のゾーンは、上記のような判断が可能となるように予め実験的に求められた所定値に設定されている。
以下この第１段差圧調整装置３６による高低圧力差制御（以下の説明において単に差圧制御というときは高低圧力差制御を意味する）について、図３〜図５に示すフローチャートに基づき説明する。また、このフローチャートに基づく説明において補助説明図として図６〜図８を併せ使用する。なお、図６は同第１段差圧調整装置３６による差圧制御における室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸの設定値を示すグラフであり、図７は同第１段差圧調整装置３６による差圧制御における室外熱交温度のゾーン図であり、図８は図７における室外熱交温度の基準となる温度を設定するための線図である。
第１段差圧調整装置３６による差圧制御は、外気温度が２５℃以下の場合に行われる（ステップＳ１、Ｓ２）。外気温度が２５℃以下となると、制御の安定性のためにタイマＴＬＴＦをスタートさせ（ステップＳ３）、初期設定が行われ（ステップＳ４）、所定時間経過した後（ステップＳ５）室外熱交温度が何れのゾーンに位置しているかの判定が行われる（ステップＳ６）。この初期設定（ステップＳ４）においては、室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸの初期設定値がバッファＲＬＴＢＵＦに記憶される。更にこの初期設定（ステップＳ４）においては、前回判定時のゾーン（以下前回ゾーンという）として復帰域が記憶される。また、上限運転回転数ＲＭＡＸの初期設定値は、図６により外気温度に対応して定められる。なお、ステップＳ４におけるＲＭＡＸの式中ＫＬＴＦＡ及びＫＬＴＦＢは実験データに基づき定められた係数である。
運転中の室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸは、室外熱交温度が図７に定めたゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかにより定められる。図７の室外熱交温度のゾーン図は、上記のような判断を可能とするように設定されるものであって、図８により室内熱交温度から求められる室外熱交温度を最上位温度とし、各ゾーンの温度幅を一定の温度（この場合４℃）として作成されている。このように図７の室外熱交温度のゾーン図は、室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定される。なお、図７は、室内熱交温度が１０℃の場合のゾーン図を例として示したものである。
室外熱交温度が何れのゾーンに位置するかの判定は、ステップＳ７、Ｓ９及びＳ１６で行われる。
室外熱交温度がステップＳ７で復帰域に位置すると判定された場合は、室外熱交温度が高く、つまり高圧圧力が高く圧縮機１１の高低圧力差は充分であると判断され、バッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸが解除される（ステップＳ８）。
室外熱交温度がステップＳ９でアップ域であると判定された場合は、前回ゾーンの判定が行われる（ステップＳ１０、Ｓ１２）。前回ゾーンを判定することは、前回ゾーンと現在の室外熱交温ゾーンとの対比を可能とし、室外熱交温度が下降中か、上昇中か、安定しているかの判断を可能とすることを意味する。そして、この判定に応じてバッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを書き換えるように制御する。
前回ゾーンが復帰域である場合は（ステップＳ１０でＹＥＳ）、室外熱交温度は高く高低圧力差は所定水準を越えているが、下降中であることが分る。このため、温度低下を予備的に防止する意味合いを含めたエッジ処理として上限運転回転数ＲＭＡＸを一定回転数ＲＬＴＦ１（例えば１０ｒｐｍ）低下させる（ステップＳ１１）。
前回ゾーンがアップ域である場合は（ステップＳ１２でＹＥＳ）、室外熱交温度は高く高低圧力差は所定水準を越えており、しかも下降していないと判断されるので、タイマＴＬＴＦ２２をスタートさせる。そして、タイマＴＬＴＦ２２のタイムアップまでの所定時間中バッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを一定時間（この例では３０秒）毎に一定回転数ＲＬＴＦ２（１０ｒｐｍ）上昇させて書き換える（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
前回ゾーンがアップ域でも復帰域でもない場合、具体的には無変化域である場合は（ステップＳ１２でＮＯ）、室外熱交温度は高くなった状態であるので、バッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸをそのまま維持する（ステップＳ１５）。
次に、室外熱交温度がステップＳ１６で無変化域であると判定された場合、前述の場合と同様に前回ゾーンの判定が行われる（ステップＳ１７、Ｓ１９）。また、前回ゾーンを判定することにより、室外熱交温度の変化、つまりは高低圧力差の変化を読み取りバッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを書き換えるように制御する。
すなわち、前回ゾーンが復帰域かアップ域である場合（具体的にはアップ域である、ステップＳ１７でＹＥＳ）、室外熱交温度は所定の水準高さにあるがなお下降中であることが分る。このため、温度低下を予備的に防止する意味合いを含めたエッジ処理としてバッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを一定回転数ＲＬＴＦ１（例えば１０ｒｐｍ）低下させる（ステップＳ１８）。
また、前回ゾーンが垂下域である場合は（ステップＳ１９でＹＥＳ）、室外熱交温度が低い水準から所定水準まで上昇したと判断されるので、エッジ処理として上限運転回転数ＲＭＡＸを一定回転数ＲＬＴＦ２（例えば１０ｒｐｍ）上昇させる（ステップＳ２０）。
また、前回ゾーンが復帰域でも、アップ域でも、垂下域でもない場合（ステップＳ１９でＮＯ）、室外熱交温度は所定の水準を保持した状態であることから、バッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸをそのまま継続させている（ステップＳ２１）。
次に、ステップＳ１６でＮＯと判断された場合、すなわち室外熱交温度が垂下域であると判断された場合、前述の場合と同様に前回ゾーンの判定が行われる（ステップＳ２２）。また、前回ゾーンを判定することにより、室外熱交温度の変化、つまりは高低圧力差の変化を読み取りバッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを書き換えるように制御される。
すなわち、前回ゾーンが垂下域以外である場合、具体的には無変化域である場合は（ステップＳ２２でＹＥＳ）、室外熱交温度が所定水準より低い状態になったと判断されるので、温度低下を防止する意味合いを含めたエッジ処理としてバッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを一定回転数ＲＬＴＦ１（例えば１０ｒｐｍ）低下させる（ステップＳ２３）。
また、前回ゾーンが垂下域である場合は（ステップＳ２２でＮＯ）、室外熱交温度は所定水準より低い状態が継続しているため、つまり高低圧力差が所定水準より低い状態にあると考えられる。そこで、タイマＴＬＴＦ２１をスタートさせ、タイムアップまでの所定時間中バッファＲＬＴＢＵＦに記憶されている上限運転回転数ＲＭＡＸを一定時間（この例では６０秒）毎に一定回転数ＲＬＴＦ１（例えば１０ｒｐｍ）低下させる（ステップＳ２４、Ｓ２５）。
以上のような処理が終了した次のステップＳ２６では、ステップＳ４で前回ゾーンとして記憶している内容を今回判定したゾーンに書き換える処理を行う（ステップＳ２６）。そして、今回再設定された上限運転回転数ＲＭＡＸが室外ファン１２ａに許容される最低回転速度（下限回転数）ＲＬＴＭＩＮ以下かどうか判断し（ステップＳ２７）、以下であれば、今回再設定された上限運転回転数ＲＭＡＸを下限回転数ＲＬＴＭＩＮに置き換える（ステップＳ２８）。さらに、外気温度が２５℃以下である場合には（ステップＳ２９）、ステップＳ６に戻る。
第１段差圧調整装置３６は、以上のごとく圧縮機１１の高低圧力差の低下を防止するために室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸの設定値を変更して、室外ファン１２ａの回転速度を制御する装置である。また、ステップＳ２７及びステップＳ２８による処理は、本発明におけるファン回転数下限規制装置を構成するものである。
次に、第２段差圧調整装置３７による差圧制御について、図９〜図１１に示すフローチャートに基づき説明する。また、このフローチャートに基づく説明において補助説明図として図１２を併せ使用する。図１２は同第２段差圧調整装置３７におけるゾーン図である。
第２段差圧調整装置３７は、第１段差圧調整装置３６による差圧制御によってもなお圧縮機１１の高低圧力差が所定水準以下にある場合に、圧縮機１１の運転周波数を増加させて前記高低圧力差の低下を防止するように制御するものである。そのために、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーン（復帰域、垂下域、無変化域、アップ域）の何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかにより、圧縮機１１の下限運転周波数ＦＳＫを設定する。そして、圧縮機１１は、この設定された下限運転周波数ＦＳＫにより規制されるように実際の運転周波数が制御される。このゾーンは、このような判断を行えるように実験結果に基づき設定されるものであって、室内熱交温度の変化に対応所定値となるように設定されている。また、図１２のゾーン図は、室内熱交温度が１０℃の場合を例にしたものである。なお、圧縮機１１の下限運転周波数ＦＳＫを増大させることにより圧縮機１１の回転数が増加すると、圧縮機１１の能力が増加して高低圧力差が大きくなる。
上記第２段差圧調整装置３７による差圧制御は、外気温度が２５℃以下であり、かつ、前述の第１段差圧調整装置３６における室外ファン１２ａの上限運転回転数ＲＭＡＸが室外ファン１２ａに許容される下限回転数ＲＬＴＭＩＮ以下となる（ステップＳ２７参照）場合に作動する（図９のステップＳ３１）。
この条件を満足した場合は、ゾーン判定が行われる（ステップＳ３２）。
室外熱交温度が何れのゾーンに位置するかの判定は、ステップＳ３３、Ｓ３５及びＳ４０で行われる。
ステップＳ３３において、室外熱交温度が復帰域であると判定された場合は、室外熱交温度が高く、つまり高圧圧力が高く圧縮機１１の高低圧力差は充分であると判断され、この制御は終了する（ステップＳ３４）。
また、ステップＳ３５において、室外熱交温度が垂下域であると判定された場合は、前回ゾーンの判定が行われる（ステップＳ３６）。前回ゾーンを判定することは、室外熱交温度が下降中か、上昇中か、安定しているかの判断を可能とすることを意味する。そして、この判定に応じて記憶されている圧縮機１１の下限運転周波数ＦＳＫを書き換えるように制御する。
前回ゾーンが垂下域以外である場合は（ステップＳ３６でＹＥＳ）、室外熱交温度は高く高低圧力差は所定水準以上であるので、エッジ処理として下限運転周波数ＦＳＫを一定周波数ＦＳＫＡ（例えば２Ｈｚ）減少させる（ステップＳ３７）。
前回ゾーンが垂下域である場合は（ステップＳ３６でＮＯ）、室外熱交温度は高く高低圧力差は所定水準以上であり、しかも下降していないと判断されるので、タイマＴＳＫＢをスタートさせ、タイムアップまでの所定時間中、下限運転周波数ＦＳＫを一定時間（この例では２０秒）毎に一定周波数ＦＳＡＢ（２Ｈｚ）減少させる（ステップＳ３８、３９）。
次に、ステップＳ４０において、室外熱交温度が無変化域であると判定された場合（ステップＳ４０でＹＥＳ）、室外熱交温度は所定の水準高さにあるので、下限運転周波数ＦＳＫをそのまま維持する（ステップＳ４１）。
そして、室外熱交温度が上記のように復帰域から無変化域にある場合において、上記ステップＳ３５からステップＳ４１のように処理された後は、記憶されている前回ゾーンを今回判定されたゾーンに変更する（図１１のステップＳ５３）。そして、外気温が２５℃を超えた場合、又は、室外熱交温度が復帰域となった場合には、圧縮機１１の下限運転周波数ＦＳＫを規制する必要がないのでこの差圧制御は終了される（ステップＳ５４→Ｓ５５、ステップＳ５８→Ｓ５９）。また、室外熱交温度が垂下域以外にあって、記憶する下限運転周波数ＦＳＫが圧縮機１１の許容最低周波数以下となる場合には、圧縮機１１の運転ができなくなるのでこの差圧制御を終了する（ステップＳ５６→Ｓ５７）。なお、以上のパターンに当てはまらない場合はこの差圧制御を継続するため、ステップＳ３２のゾーン判定に戻る。
一方、室外熱交温度がアップ域にあると判断された場合（つまり、ステップＳ４０でＮＯと判断された場合）、前回ゾーンがどうであったかが判断される。前回ゾーンがアップ域以外（つまり、無変化域）であった場合、室外熱交温度が所定水準以下になったと判断し、まずエッジ処理として下限運転周波数ＦＳＫを一定周波数ＦＳＫＡ（例えば２Ｈｚ）増加する。
また、前回ゾーンがアップ域にあった場合は、室外熱交温度がまだ所定水準以下であると判断して、タイマＴＳＫＡをスタートさせ、タイムアップするまでの所定時間中、一定時間（例えば１３０秒）毎に一定周波数ＦＳＫＡ（例えば２Ｈｚ）ずつ運転周波数を増加させ、室外熱交温度の温度上昇、つまり高低圧力差を増加させるように制御する（ステップＳ４４、Ｓ４５）。
そして、この処理を終えた後は、ステップＳ５３に移行する前に、下限運転周波数ＦＳＫが圧縮機１１に許容される最大周波数（上限周波数）ＦＭＡＸを超えていないか判断される（ステップＳ４６）。下限運転周波数ＦＳＫが上限周波数ＦＭＡＸを超えていない場合は、タイマＴＹＣをリセットし（ステップＳ４７）、前記ステップＳ５３に移行する。次いで、タイマＴＹＣがスタートしていない状態であって下限運転周波数ＦＳＫが上限周波数ＦＭＡＸを超えている場合は（ステップＳ４８、ＮＯ）、タイマＴＹＣをスタートさせる（ステップＳ４９）。また、タイマＴＹＣがタイムアップした段階でなお下限運転周波数ＦＳＫが上限周波数ＦＭＡＸを超えている場合に（ステップＳ５０、ＹＥＳ）、圧縮機１１の運転を停止させ（ステップＳ５１）、この差圧制御を終了する（ステップＳ５２）。
第２段差圧調整装置３７は、以上のごとく圧縮機１１の高低圧力差の低下を防止するために圧縮機１１の下限運転周波数ＦＳＫの設定値を変更して圧縮機１１の運転周波数を変更し、圧縮機１１の回転数を制御する装置である。また、ステップＳ４６〜Ｓ５２による処理は、本発明における圧縮機運転周波数上限規制装置を構成する。
次に、本実施の形態に係る空気調和機では、前述のように、電子部品の発生熱を放熱させるための放熱フィンが制御盤３４に設けられ、室外熱交換器１２に供給される外気の一部をこの放熱フィンに供給するように構成されている。しかしながら、上記の第１段差圧調整装置３６により室外ファン１２ａの回転数を低下させた場合に、特に外気温度がそれほど低くないような場合には、放熱フィンからの放熱量を所定量に保持できない場合が想定される。この場合電子部品が焼損するおそれがある。そこで、本実施の形態においては、放熱フィンの温度が所定温度以上になった場合に放熱フィンの放熱能力が不足すると判断して、放熱しなければならない熱量を減少させる電装品保護装置３８を備えている。
電装品保護装置３８は、放熱フィン温度が所定値に上昇した場合に、圧縮機１１の運転周波数を低下させて電子部品からの放熱量を低減し、放熱フィン温度の上昇を防止する。そのために、第１段差圧調整装置３６が作動する低外気温度において、予め定められた放熱フィン温度のゾーン（垂下域、無変化域、アップ域、復帰域）の何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかにより、圧縮機１１の上限運転周波数ＦＦＩＮを設定する。そして、圧縮機１１は、この設定された上限運転周波数ＦＦＩＮに規制されるように、実際の運転周波数が制御される。また、この電装品保護装置３８による圧縮機１１の運転周波数制御は、前記第２段差圧調整装置３７による圧縮機１１の運転周波数制御に優先する。なお、上記放熱フィン温度のゾーンは、上記判断が可能となるように、第１段差圧調整装置３６による差圧制御に関連した実験的データに基づき定められる。図１５は、その一例を示した放熱フィン温度のゾーン図である。
以下この電装品保護装置３８による放熱量制御について、図１３及び図１４に示すフローチャートに基づき説明する。また、このフローチャートに基づく説明において補助説明図として図１５を併せ使用する。
この電装品保護装置３８による放熱量制御は、外気温度が２５℃以下の場合、すなわち、前述の第１段差圧調整装置３６による差圧制御が行われるときに行われる（ステップＳ６１）。外気温度が２５℃以上になると第１段差圧調整装置３６による差圧制御が行われないので、この放熱量制御を行う必要がなく停止される（ステップＳ６２）。
次いで、放熱フィンの温度が何れのゾーンに位置するかゾーン判定がなされる（ステップＳ６３）。
放熱フィン温度が何れのゾーンに位置するかの判定は、ステップＳ６４、Ｓ６６及びＳ７３で行われる。
ステップＳ６４において、放熱フィン温度が復帰域にあると判断された場合（ステップＳ６４、ＹＥＳ）、放熱フィン温度が低くこの電装品保護装置３８による放熱量制御は必要なしとして解除される（ステップＳ６５）。
また、ステップＳ６６において、放熱フィン温度がアップ域にあると判断された場合（ステップＳ６６、ＹＥＳ）となると、前回ゾーンの判定が行われる。
前回ゾーンが復帰域の場合、放熱フィン温度は低いが、上昇中であることが分る。このため、温度上昇を予備的に防止する意味合いを含めたエッジ処理として、圧縮機１１の運転周波数の上限運転周波数ＦＦＩＮを一定周波数ＦＦＩＮ１（例えば２Ｈｚ）低下させる（ステップＳ６８）。
前回ゾーンがアップ域である場合は（ステップＳ６９でＹＥＳ）、放熱フィン温度は低く、上昇もしていないと判断されるので、タイマＴＦＩＮＩをスタートさせ、タイムアップまでの所定時間中、記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮを一定時間（この例では１８０秒）毎に一定周波数ＦＦＩＮ１（例えば２Ｈｚ）上昇させて書き換える（ステップＳ７０、Ｓ７１）。
前回ゾーンがアップ域でも復帰域でもない場合、具体的には無変化域である場合は（ステップＳ６７でＮＯ）、放熱フィン温度が下がったので、エッジ処理として記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮを一定周波数ＦＦＩＮ１（例えば２Ｈｚ）増加させる（ステップＳ７２）。
次に、ステップＳ７３において、放熱フィン温度が無変化域であると判定された場合、ステップＳ６６の場合と同様に前回ゾーンの判定が行われる。
前回ゾーンが復帰域かアップ域である場合（具体的にはアップ域である場合となる。ステップＳ６７でＹＥＳ）、放熱フィン温度は所定の温度水準にあるが上昇中であることが分る。このため、放熱フィン温度の上昇を予備的に防止する意味を含めたエッジ処理として、記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮを一定周波数ＦＦＩＮ２（例えば２Ｈｚ）低下させる（ステップＳ７５）。
また、前回ゾーンが垂下域である場合は（ステップＳ７６でＹＥＳ）、放熱フィン温度が所定水準まで低下したと判断されるので、エッジ処理として上限運転周波数ＦＦＩＮを一定周波数ＦＦＩＮ１（例えば２Ｈｚ）上昇させる（ステップＳ７７）。
また、前回ゾーンが復帰域でも、アップ域でも、垂下域でもない場合（ステップＳ７６でＮＯ、つまり無変化域である場合）、放熱フィン温度は所定の水準を保持した状態であることから、記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮをそのまま継続させている（ステップＳ７８）。
次に、ステップＳ７３において、放熱フィン温度がＮＯと判断された場合、すなわち垂下域であると判断された場合、前述の場合と同様に前回ゾーンの判定が行われる。
前回ゾーンが垂下域以外である場合、具体的には無変化域である場合は（ステップＳ７９でＹＥＳ）、放熱フィン温度が所定水準より高い状態になったと判断されるので、放熱フィン温度の上昇を防止する意味合いを含めたエッジ処理として、記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮを一定周波数ＦＦＩＮ２（例えば２Ｈｚ）低下させる（ステップＳ８０）。
また、前回ゾーンが垂下域である場合は（ステップＳ７９でＮＯ）、放熱フィン温度は所定水準より高い状態が継続していると考えられる。そこで、タイマＴＦＩＮ２をスタートさせ、タイムアップまでの所定時間中記憶されている上限運転周波数ＦＦＩＮを一定時間（この例では１２０秒）毎に一定周波数ＦＦＩＮ４（この例では２Ｈｚ）低下させる（ステップＳ８１、Ｓ８２）。
以上のような処理が終了した次のステップＳ８３では、前回ゾーンとして記憶している内容を今回判定したゾーンに書き換える処理を行う。次いで、外気温度が２５℃を超えていないことを確認して（ステップＳ８４）、ステップＳ６３に戻る。
電装品保護装置３８による放熱量制御は、以上のごとく放熱フィン温度の上昇防止、すなわち電子部品の焼損防止のために、運転中の圧縮機１１の上限運転周波数ＦＦＩＮを、前記第２段差圧調整装置３７による差圧制御に優先して制御することにより、圧縮機１１の実際の運転周波数を制御するものである。なお、このような電装品保護装置３８が本発明にいう第２電装品保護装置である。
なお、上記電装品保護装置３８に代えて、放熱フィンの温度が上昇したときに、上記のように圧縮機１１の運転周波数を低下させるのでなく、室外ファン１２ａの下限運転回転数を増加させることにより、室外ファン１２ａの回転数を増加させるように制御するようにしてもよい。その具体的な方法については詳細の記載を省略するが、上記電装品保護装置３８の制御内容に準じて構成することができる。なお、このような電装品保護装置が本発明にいう第１電装品保護装置である。
本発明は、以上のように構成されているため次のような効果を奏することができる。
本発明は、所定外気温度以下における冷房運転時の圧縮機１１の高低圧力差が所定値に低下したと判断し得る場合に、室外ファン１２ａの回転数を低下させることにより圧縮機１１の高低圧力差の低下を防止するように調整する第１段差圧調整装置３６と、所定外気温度以下における冷房運転時において、第１段差圧調整装置３６による高低圧力差制御では高低圧力差を所定値以上に保持できないと判断し得る場合に、圧縮機１１の運転周波数を増大させることにより圧縮機１１の高低圧力差の低下を防止するように調整する第２段差圧調整装置３７とを備えているので、低外気温度下の冷房運転における圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上に保持することができる。また、従来コスト上昇の要因となっていた冷媒量制御に必要な冷媒回路機器や制御機器を必要としないので、低コストの差圧調整装置を備えた空気調和機を提供することができる。
また、第１段差圧調整装置３６に、室外ファン１２ａの回転数を下限回転数以上に保持するファン回転数下限規制装置を備えているので、室外ファン１２ａが運転許容回転数以下で運転されることがなく、ファン駆動回路の電子部品が保護され、室外ファン１２ａの回転数が確実に制御される。
また、第２段差圧調整装置３７に、圧縮機１１の運転周波数を運転許容範囲の上限周波数以下に保持する圧縮機運転周波数上限規制装置を備えているので、インバータ回路を構成する電子部品が保護され、圧縮機１１の機構的損壊が防止される。
また、第１段差圧調整装置３６は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に室外ファン１２ａの上限運転回転数ＦＭＡＸを所定回転数低下させるように制御するので、簡易な方法で高低圧力差を保持することができるか否かを判断し、室外ファン１２ａの回転数を制御することができる。なお、この第１段差圧調整装置３６における高低圧力差制御では、室外ファン１２ａの上限運転回転数ＦＭＡＸの初期設定値を外気温度に対応して定めているので、安定した運転までの立ち上がり時間を短くすることができる。
また、第２段差圧検出装置３７は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機１１の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に圧縮機１１の下限運転回転数ＦＳＫを所定回転数上昇させるように制御するので、簡易な方法で高低圧力差を保持することができるか否かを判断し、圧縮機１１の運転周波数を制御することができる。
また、上記第１差圧検出装置３６及び第２差圧検出装置３７による差圧制御では、室外熱交温度のゾーンは、室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定されているので、より正確に高低圧力差を保持することができるか否かを判断することができる。
また、第１差圧検出装置３６及び第２差圧検出装置３７による差圧制御では、室外熱交換器の中間温度を検出する室外熱交温度検出器により室外熱交温度を検出し、さらに、室内熱交器の温度を検出する室内熱交温度検出器により前記室内熱交温度を検出するので、高低圧力差を判断する基礎となる室外熱交温度及び室内熱交器の温度を通常の温度検出器により検出することができる。
また、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤３４に、この制御盤３４の内部の電子部品が発生する熱を放熱するための放熱フィンを設け、この放熱フィン温度が所定値以下となるにように第１段差圧調整装置３６に優先して室外ファン１２ａの回転数を上昇させる電装品保護装置３８（第１電装品保護装置）を備えているので、電子部品の冷却に必要な最低量の冷却用外気を確実に放熱フィンに供給することができる。
また、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤３４に、この制御盤３４の内部の電子部品が発生する熱を放熱するための放熱フィンを設け、この放熱フィン温度が所定値以下となるにように第２段差圧調整装置３７に優先して圧縮機１１の運転周波数を低下させる第２電装品保護装置を備えているので、電子部品の冷却に必要な最低量の冷却用外気を確実に放熱フィンに供給することができる。
産業上の利用の可能性
以上のように、本発明に係る空気調和機は、照明器具や電子機器などの発熱量が大きい建造物の冷房用として有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路である。図２は、同空気調和機に係る制御盤の概略構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係る第１段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図４は、同第１段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図５は、同第１段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図６は、同第１段差圧調整装置における室外ファンの上限運転回転数設定値を示すグラフである。図７は、同第１段差圧調整装置による高低圧力差制御における室外熱交温度のゾーン図である。図８は、図７における室外熱交温度の基準となる温度を設定するための線図である。図９は、本発明の実施の形態に係る第２段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図１０は、同第２段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図１１は、同第２段差圧調整装置による高低圧力差制御のフローチャートである。図１２は、同第２段差圧調整装置による高低圧力差制御における室外熱交温度のゾーン図である。図１３は、本発明の実施の形態に係る第２電装品保護装置による放熱量制御のフローチャートである。図１４は、同第２電装品保護装置による放熱量制御のフローチャートである。図１５は、同第２電装品保護装置による放熱量制御における放熱フィン温度のゾーン図である。

Claims (14)

1. 少なくともインバータ駆動される圧縮機、外気と熱交換する室外熱交換器、膨張装置、室内熱交換器を接続した冷媒回路と、室外熱交換器に外気を供給するための、回転数制御可能に構成された室外ファンと、外気温度が所定温度以下である冷房運転時において高低圧力差が所定圧力差に低下したと判断し得る場合に、室外ファンの回転数を低下させることにより前記高低圧力差の低下を防止するように調整する第１段差圧調整装置と、外気温度が所定温度以下である冷房運転時において第１段差圧調整装置による高低圧力差制御では前記高低圧力差を所定値以上に保持できないと判断し得る場合に、圧縮機の運転周波数を増大させることにより前記高低圧力差の低下を防止するように制御する第２段差圧調整装置とを備えていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記第１段差圧調整装置は、室外ファンの回転数を運転許容範囲の下限回転数以上に保持するファン回転数下限規制装置を備えていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記第１段差圧調整装置は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に室外ファンの上限運転回転数を所定回転数低下させるように制御することを特徴とする請求の範囲第１項記載の空気調和機。
4. 前記室外熱交温度のゾーンは、室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定されることを特徴とする請求の範囲第３項記載の空気調和機。
5. 前記室外熱交温度は、室外熱交換器の中間温度を検出する室外熱交温度検出器により検出される温度であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の空気調和機。
6. 前記室内熱交温度は、室内熱交器の温度を検出する室内熱交温度検出器により検出される温度であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の空気調和機。
7. 前記室外ファンの上限運転回転数は、前記第１段差圧調整装置における高低圧力差制御において、初期設定値が外気温度に対応して定められていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の空気調和機。
8. 前記第２段差圧調整装置は、圧縮機の運転周波数を運転許容範囲の上限周波数以下に保持する圧縮機運転周波数上限規制装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の空気調和機。
9. 前記第２段差圧調整装置は、所定時間毎に、予め定められた室外熱交温度のゾーンの何れに位置するか及びそのゾーンに位置する前に何れのゾーンに位置していたかを判別し、この判別結果に基づき圧縮機の高低圧力差を所定値以上に保持できるか否か判断し、保持できない恐れがあると判断された場合に圧縮機の下限運転周波数を所定周波数上昇させるように制御することを特徴とする請求の範囲第１項記載の空気調和機。
10. 前記室外熱交温度のゾーンは、室内熱交温度の変化に対応する所定値に設定されていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の空気調和機。
11. 前記室外熱交温度は、室外熱交換器の中間温度を検出する室外熱交温度検出器により検出される温度であることを特徴とする請求の範囲第９項記載の空気調和機。
12. 前記室内熱交温度は、室内熱交器の温度を検出する室内熱交温度検出器により検出される温度であることを特徴とする請求の範囲第１０項記載の空気調和機
13. 前記空気調和機は、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤と、この制御盤内部の電子部品が発生する熱を放熱するように制御盤に設けられた放熱フィンと、この放熱フィンの温度が所定値以下となるにように前記第１段差圧調整装置に優先して前記室外ファンの回転数を上昇させる第１電装品保護装置とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載の空気調和機。
14. 前記空気調和機は、空気調和機の運転を制御する制御機器としての電子部品を収納した制御盤と、この制御盤内部の電子部品が発生する熱を放熱するように制御盤に設けられた放熱フィンと、この放熱フィンの温度が所定値以下となるにように前記第２段差圧調整装置に優先して前記圧縮機の運転周波数を低下させる第２電装品保護装置とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載の空気調和機。

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