JP4497234B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、冷媒回路を構成する凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファンを備えており、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように、送風ファンの風量を制御することが可能な空気調和装置に関する。

従来より、冷媒回路を構成する凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファンを備えており、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように、送風ファンの風量を制御する空気調和装置がある（特許文献１参照）。
特開平１−２２５８５２号公報

しかし、上述の空気調和装置において、一層きめ細かく高圧を制御できるようにすることが望まれている。特に、外気温が高い場合には、凝縮器における冷媒の飽和温度と空気の温度との温度差が小さくなるため、凝縮器における熱交換効率が低下し、これにより、装置全体の運転効率の最適化を図ることができないおそれがある。これに対して、冷凍サイクル運転における高圧を高めるには送風ファンの風量を下げることが考えられるが、それでは、凝縮器における冷媒の飽和温度が高まり空気との温度差を大きくすることができるものの、冷媒と熱交換を行う風量を減少させることになるため、凝縮器における交換熱量自体を増やすことは困難である。また、外気温が低い場合には、冷凍サイクル運転における高圧を維持するために、送風ファンの風量を下げることで凝縮器における交換熱量を減らすことが考えられるが、風量をリニアに変化させると構造的に共振してしまうことや制御が煩雑なため、複数の段階でステップ的に風量を制御する必要がある。しかし、複数の段階でステップ的に風量を制御すると、各ステップ間でのバランスする高圧が異なるため、結果としてステップ間でハンチングすることになり制御の安定性が得られにくくなる。

本発明の課題は、冷媒回路を構成する凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファンを備えており、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように、送風ファンの風量を制御することが可能な空気調和装置において、きめ細かく高圧を制御できるようにすることにある。

第１の発明にかかる空気調和装置は、圧縮機と凝縮器と第１膨張弁と第２膨張弁と蒸発器とが順次接続されることによって構成される冷媒回路と、凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファンとを備えている。そして、規定風量になるように送風ファンが制御された状態において、冷媒回路の冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように第１膨張弁の開度を制御し、高圧が目標高圧の下限未満であるにもかかわらず第１膨張弁が下限開度になっている場合には、規定風量を減少させるように送風ファンを制御し、高圧が目標高圧の上限を超えているにもかかわらず第１膨張弁が上限開度になっている場合には、規定風量を増加させるように送風ファンを制御するものである。ここで、「冷凍サイクル運転における高圧」とは、圧縮機の吐出側から凝縮器を経由して第１膨張弁に流入するまでの間を流れる冷媒の圧力を意味するものである。また、「目標高圧」とは、１つの圧力値だけを意味するものではなく、上記のように、高圧の下限値と高圧の上限値との間の圧力範囲を意味するものである。

この空気調和装置では、第１膨張弁の開度を制御することによって、凝縮器に溜まる冷媒量を調節し、これにより、高圧の制御を行うことができるため、例えば、外気温が高い場合のように、凝縮器における冷媒の飽和温度と空気の温度との温度差が小さくなって凝縮器における熱交換効率が低下しやすい運転条件であっても、高圧を高めて凝縮器における熱交換効率が低下するのを抑えることができる。また、外気温が低い場合における送風ファンの風量のステップ間のハンチングに対しても、風量の大きいステップにおいては高圧が下がりすぎる状況においては、凝縮器に冷媒を溜めることで高圧を維持し、風量の小さいステップにおいては高圧が上がりすぎる状況においては、凝縮器に溜まる冷媒を減すことで高圧を維持することができる。

このように、この空気調和装置では、送風ファンの風量制御だけでなく、第１膨張弁の開度制御を併用しているため、きめ細かく高圧を制御することができる。

また、この空気調和装置では、第１膨張弁の開度制御によって高圧が目標高圧になるように制御し、第１膨張弁の開度制御だけでは高圧が目標高圧にならない場合に送風ファンの規定風量を変更するようにしていることから、基本的には、第１膨張弁の開度制御が送風ファンの風量制御よりも優先的に行われることになるため、より一層きめ細かく高圧を制御することができる。

第２の発明にかかる空気調和装置は、第１の発明にかかる空気調和装置において、第１膨張弁と第２膨張弁との間には、冷媒を溜めることが可能なレシーバが接続されている。

この空気調和装置では、第１膨張弁の開度制御によって凝縮器に溜まる冷媒量が変動することになるが、この冷媒量の変動は、レシーバに溜まる冷媒量が変動することによって吸収されて、蒸発器に送られる冷媒の状態が安定することから、例えば、蒸発器における冷媒量が変動したり、圧縮機に吸入される冷媒の状態が変動するのを抑えることができる。

このように、この空気調和装置では、送風ファンの風量制御とともに第１膨張弁の開度制御を併用して高圧を目標高圧になるように制御を行っているにもかかわらず、第１膨張弁と第２膨張弁との間に冷媒を溜めることが可能なレシーバを接続しているため、冷媒回路の第２膨張弁から蒸発器を経由して圧縮機に至るまで部分の冷媒量が変動しにくくなり、これにより、蒸発器や圧縮機の運転状態に影響を与えにくくすることができる。

第３の発明にかかる空気調和装置は、第２の発明にかかる空気調和装置において、蒸発器の出口における冷媒の過熱度又は過熱度に等価な状態量が目標過熱度又は目標過熱度に等価な目標状態量になるように、第２膨張弁の開度が制御される。ここで、「過熱度に等価な状態量」や「目標過熱度に等価な目標状態量」とは、蒸発器の出口における冷媒の過熱度だけでなく、圧縮機の吐出における冷媒の過熱度のような蒸発器の出口における冷媒の過熱度に等価な状態量も含むことを意味するものである。

この空気調和装置では、レシーバによって冷媒回路の第２膨張弁から蒸発器を経由して圧縮機に至るまで部分の冷媒量を変動しにくくするとともに、第２膨張弁の開度制御によって、蒸発器における冷媒量及び蒸発器の出口における冷媒の状態を安定させることができるため、装置全体の運転効率の最適化及び圧縮機の信頼性向上（例えば、ガス欠運転や湿り圧縮の防止）を図ることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、送風ファンの風量制御だけでなく、第１膨張弁の開度制御を併用しているため、きめ細かく高圧を制御することができる。また、基本的には、第１膨張弁の開度制御が送風ファンの風量制御よりも優先的に行われることになり、より一層きめ細かく高圧を制御することができる。

第２の発明では、冷媒回路の第２膨張弁から蒸発器を経由して圧縮機に至るまで部分の冷媒量が変動しにくくなり、蒸発器や圧縮機の運転状態に影響を与えにくくすることができる。

第３の発明では、蒸発器における冷媒量及び蒸発器の出口における冷媒の状態を安定させることができ、装置全体の運転効率の最適化及び圧縮機の信頼性向上を図ることができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について説明する。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４と、室外ユニット２と室内ユニット４とを接続する液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４と、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６とが接続されることによって構成されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット４は、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室内ユニット４の構成について説明する。室内ユニット４は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室内側冷媒回路１０ａを有している。この室内側冷媒回路１０ａは、主として、第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２と、室内熱交換器４１とを有している。

本実施形態において、室内膨張弁ＥＶ２は、室内側冷媒回路１０ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器４１の液側に接続された電動膨張弁である。

本実施形態において、室内熱交換器４１は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却する熱交換器である。

本実施形態において、室内ユニット４は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。室内ファン４２は、本実施形態において、室内ファン用モータ４２ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

また、室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４３を有している。そして、室内側制御部４３は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線７ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して室内ユニット４に接続されており、室内ユニット４との間で冷媒回路１０を構成している。

次に、室外ユニット２の構成について説明する。室外ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室外側冷媒回路１０ｂを有している。この室外側冷媒回路１０ｂは、主として、圧縮機２１と、室外熱交換器２２と、第１膨張弁としての室外膨張弁ＥＶ１と、レシーバ２３と、液側閉鎖弁２４と、ガス側閉鎖弁２５とを有している。

圧縮機２１は、本実施形態において、圧縮機用モータ２１ａによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機用モータ２１ａは、インバータ装置（図示せず）を介して電力の供給を受けて駆動されるようになっており、周波数（すなわち、回転数）を可変することによって、運転容量を可変することが可能になっている。

本実施形態において、室外熱交換器２２は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷媒の凝縮器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２２は、そのガス側が圧縮機２１に接続され、その液側が室外膨張弁ＥＶ１に接続されている。

本実施形態において、室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２２において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２６を有している。この室外ファン２６は、室外熱交換器２２に供給する熱源としての室外空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなる室外ファン用モータ２６ａによって駆動されるプロペラファン等である。室外ファン用モータ２６ａは、インバータ装置（図示せず）を介して電力の供給を受けて駆動されるようになっており、周波数（すなわち、回転数）をステップ的に可変することによって、室外ファン２６の風量を可変することが可能になっている。

レシーバ２３は、室外膨張弁ＥＶ１と液側閉鎖弁２４との間に接続された冷媒を溜めることが可能な容器であり、冷媒回路１０における冷媒量分布の変動を吸収することが可能である。

液側閉鎖弁２４及びガス側閉鎖弁２５は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２４は、レシーバ２３に接続されている。ガス側閉鎖弁２５は、圧縮機２１に接続されている。

また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、圧縮機２１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２７と、圧縮機２１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ２８と、圧縮機２１の吸入温度を検出する吸入温度センサ２９と、圧縮機２１の吐出温度を検出する吐出温度センサ３０とが設けられている。本実施形態において、吸入温度センサ２９及び吐出温度センサ３０は、サーミスタからなる。また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３１を有している。そして、室外側制御部３１は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリや圧縮機用モータ２１ａを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット４の室内側制御部４３との間で伝送線７ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４３と室外側制御部３１との間を接続する伝送線７ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部７が構成されている。

制御部７は、図２に示されるように、各種センサ２７〜３０の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１ａ、２６ａ、４２ａ、ＥＶ１、ＥＶ２を制御することができるように接続されている。ここで、図２は、空気調和装置１の制御ブロック図である。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室内側冷媒回路１０ａと室外側冷媒回路１０ｂと冷媒連絡管５、６とが接続されること、すなわち、圧縮機２１と、凝縮器としての室外熱交換器２２と、第１膨張弁としての室外膨張弁ＥＶ１と、レシーバ２３と、液冷媒連絡管５と、第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２と、蒸発器としての室内熱交換器４１とが順次接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置１は、室内側制御部４３と室外側制御部３１とから構成される制御部７によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作（後述の高圧制御を除く動作）について、図１を用いて説明する。

圧縮機２１、送風ファンとしての室外ファン２６及び室内ファン４２を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、凝縮器としての室外熱交換器２２に送られ、室外熱交換器２２において、送風ファンとしての室外ファン２６によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却されることによって凝縮して、高圧の液冷媒となる。そして、室外熱交換器２１において凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁としての室外膨張弁ＥＶ１（ここでは、全開状態であるものとする）、レシーバ２３、液側閉鎖弁２４及び液冷媒連絡管５を経由して室内ユニット４に送られる。この室内ユニット４に送られた高圧液冷媒は、第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器４１に送られ、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって供給される室内空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して、低圧のガス冷媒となる。この室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６及びガス側閉鎖弁２５を経由して室外ユニット２に送られて、再び、圧縮機２１に吸入される。このように、本実施形態の空気調和装置１の冷媒回路１０では、室内の冷房を行う冷凍サイクル運転が行われる。

しかし、このような基本動作中においては、外気温の変動に応じて室外熱交換器２２における冷媒の飽和温度と空気との温度差が変動するため、室外熱交換器２２における熱交換効率が変動することになる。これに対して、従来から、冷凍サイクル運転の高圧（本実施形態においては、圧縮機２１の吐出側から室外熱交換器２２を経由して室外膨張弁ＥＶ１に流入するまでの間を流れる冷媒の圧力）が目標高圧になるように、室外ファン２６の風量を制御が行われることがあるが、室外ファン２６の風量制御だけでは、風量変更をステップ的に行うことしかできないこともあって、きめ細かく高圧を制御することが困難であり、特に、外気温が高い場合には、室外熱交換器２２における冷媒の飽和温度と空気の温度との温度差が小さくなることから、室外熱交換器２２における熱交換効率が低下し、これにより、空気調和装置１全体の運転効率の最適化を図ることができないおそれがある。

そこで、本実施形態においては、主として、室外ファン２６の風量制御だけでなく、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御を併用することで、きめ細かく高圧を制御できるようにしている。

（３）室外膨張弁、室外ファン及び室内膨張弁の制御について
次に、本実施形態における第１膨張弁としての室外膨張弁ＥＶ１、送風ファンとしての室外ファン２６及び第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２の制御について、図１〜７を用いて説明する。ここで、図３は、本実施形態にかかる空気調和装置１の室外膨張弁ＥＶ１の制御を主に示すフローチャートであり、図４は、本実施形態にかかる空気調和装置１の室外ファン２６の制御を主に示すフローチャートであり、図５は、本実施形態にかかる空気調和装置１の高圧が標準的な圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図であり、図６は、本実施形態にかかる空気調和装置１の高圧が高い圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図であり、図７は、本実施形態にかかる空気調和装置１の高圧が低い圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図である。

＜室外膨張弁の動作について＞
まず、本実施形態における制御について、図３を用いて、室外膨張弁ＥＶ１の動作を中心に説明する。

ステップＳ１において、室外膨張弁ＥＶ１を全開状態とし、ステップＳ２において、送風ファンとしての室外ファン２６が規定風量に達しているかどうかを判定する。ここで、室外ファン２６の風量変更のステップは、複数の段階に分割されており、規定風量とは、これら複数の風量変更のステップのいずれかを意味する。そして、ステップＳ１からステップＳ２に移行する際には、室外ファン２６の規定風量は、予め決められた初期風量に設定される。このように、ステップＳ２、Ｓ３の処理によって、室外ファン２６の規定風量に達するまでは、ステップＳ３の室外ファン２６の風量変更が行われて、ステップＳ４の処理に移行する。

次に、ステップＳ４において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっているかどうかを判定する。ここで、αは、室外ファン２６の規定風量の変更によって冷媒回路１０内が安定するまでに必要な室外膨張弁ＥＶ１の開度の変動分を意味している。そして、ステップＳ２から初めてステップＳ４に移行する際には、室外膨張弁ＥＶ１は全開状態であり、最小開度＋αより小さくなっていないため、ステップＳ５の処理に移行する。

次に、ステップＳ５において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも大きいかどうかを判定する。ここで、高圧は、吐出圧力センサ２８によって検出される吐出圧力が使用される。また、目標高圧は、下限値と上限値との間の圧力範囲とされており、これらは、後述のステップＳ１３において、圧縮機２１の運転容量や外気温等の条件に基づいて設定される。そして、ステップＳ５において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも大きくないと判定された場合には、ステップＳ６の処理に移行して、室外膨張弁ＥＶ１の開度を小さくする閉操作を行い、ステップＳ４の処理に戻り、ステップＳ４において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっていると判定されるまで、又は、ステップＳ５において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも大きいと判定されるまで、ステップＳ６の室外膨張弁ＥＶ１の閉操作が繰り返される。そして、ステップＳ５において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ７の処理に移行する。

次に、ステップＳ７において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きいかどうかを判定する。そして、ステップＳ７において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きくないと判定された場合には、ステップＳ８の処理に移行して、室外膨張弁ＥＶ１の開度を現状の開度で維持される。また、ステップＳ７において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ９の処理に移行して、室外膨張弁ＥＶ１の開度を大きくする開操作を行い、ステップＳ１０の処理に移行する。

次に、ステップＳ１０において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっているかどうかを判定する。ここで、βは、室外ファン２６の規定風量の変更によって冷媒回路１０内が安定するまでに必要な室外膨張弁ＥＶ１の開度の変動分を意味している。そして、ステップＳ１０において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっていないと判定された場合には、ステップＳ４の処理に戻り、ステップＳ４、Ｓ５の処理を経て、ステップＳ７において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きいと判定されるまで、又は、ステップＳ１０において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっていると判定されるまで、ステップＳ９の室外膨張弁ＥＶ１の開操作が繰り返される。

このように、本実施形態において、室外膨張弁ＥＶ１は、室外ファン２６がある規定風量に設定された状態において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値と上限値との間の圧力範囲内に収まるように、開度制御がなされることになる。

しかし、ステップＳ５において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも大きいと判定されず、かつ、ステップＳ４において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっていると判定された場合や、ステップＳ７において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きくないと判定されず、かつ、ステップＳ１０において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっていると判定された場合には、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御だけでは、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値と上限値との間の圧力範囲内に収めることができないことから、ステップＳ１１の処理に移行して、室外ファン２６の風量制御によって規定風量を変更した後に、ステップＳ２、Ｓ３の処理に戻り、再び、ステップＳ４〜Ｓ１０からなる室外膨張弁ＥＶ１の開度制御が行われる。

＜室外ファンの動作について＞
次に、本実施形態における制御について、図４を用いて、室外ファン２６の動作を中心に説明する。

まず、ステップＳ１２において、蒸発温度等の条件に基づいて圧縮機２１の運転容量が決定され、圧縮機用モータ２１ａの周波数制御により、圧縮機２１の運転容量が設定される。ここで、蒸発温度は、吸入圧力センサ２７によって検出される吸入圧力を飽和温度に換算した値が使用される。そして、ステップＳ１３において、ステップＳ１２において決定された圧縮機２１の運転容量や外気温等の条件に基づいて目標高圧（ここでは、下限値及び上限値）が設定される。

次に、ステップＳ１４において、上述のステップＳ７と同様に、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きいかどうかを判定する。そして、ステップＳ１４において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１５の処理に移行して、上述のステップＳ１０と同様に、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっているかどうかを判定する。そして、ステップＳ１５において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっていないと判定された場合には、ステップＳ１６において、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御が反映されるのを待って、ステップＳ１２の処理に戻る。また、ステップＳ１５において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が全開−βより大きくなっていると判定された場合には、上述のステップＳ１１に対応するステップＳ１７において、室外ファン２６の規定風量を増加させる方向に変更して、ステップＳ１２の処理に戻る。また、ステップＳ１４において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の上限値よりも大きくないと判定された場合には、ステップＳ１８の処理に移行する。

次に、上述のステップＳ５に対応するステップＳ１８において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも小さいかどうかを判定する。そして、ステップＳ１８において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１９の処理に移行して、上述のステップＳ１０と同様に、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっているかどうかを判定する。そして、ステップＳ１９において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっていないと判定された場合には、ステップＳ２０において、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御が反映されるのを待って、ステップＳ１２の処理に戻る。また、ステップＳ１９において、室外膨張弁ＥＶ１の開度が最小開度＋αより小さくなっていると判定された場合には、上述のステップＳ１１に対応するステップＳ２１において、室外ファン２６の規定風量を減少させる方向に変更して、ステップＳ１２の処理に戻る。また、ステップＳ１８において、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧の下限値よりも小さくないと判定された場合にも、ステップＳ１２の処理に戻る。

このように、本実施形態において、室外膨張弁ＥＶ１は、規定風量になるように室外ファン２６の風量制御が行われた状態において、高圧が目標高圧になるように、開度制御され、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御によって高圧が目標高圧にならない場合には、室外ファン２６の風量制御によって規定風量が変更される制御が行われる。

＜室内膨張弁の動作について＞
本実施形態では、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御及び室外ファン２６の風量制御とともに、蒸発器としての室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度になるように室内膨張弁ＥＶ２の開度を制御するようにしている。ここで、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度は、吸入圧力センサ２７によって検出される吸入圧力を飽和温度に換算し、吸入温度センサ２９によって検出される吸入温度からこの飽和温度を差し引くことによって得られる。

＜本実施形態における制御の具体例について＞
次に、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御、室外ファン２６の風量制御及び室内膨張弁ＥＶ２の開度制御の具体例について、図３〜図７を用いて説明する。

まず、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御、室外ファン２６の風量制御及び室内膨張弁ＥＶ２の開度制御が行われることによって、冷凍サイクル運転における高圧が標準的な圧力で安定している際には、冷媒回路１０における液冷媒の分布（配管内を除く）は、図５の状態（室外熱交換器２２、レシーバ２３及び室内熱交換器４１に図示されたハッチング部分が液冷媒の量を示す）になる。

これに対して、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御、室外ファン２６の風量制御及び室内膨張弁ＥＶ２の開度制御が行われることによって、冷凍サイクル運転における高圧が高い圧力で安定している際には、ステップＳ６の室外膨張弁ＥＶ１の閉操作によって、室外膨張弁ＥＶ１の開度が小さくなることから、図６に示されるように、室外熱交換器２２に溜まる液冷媒の量が増加するため、室外熱交換器２２の内容積が減少した状態になる。言い換えれば、室外膨張弁ＥＶ１の閉操作によって、室外膨張弁ＥＶ１の開度が小さくなると、室外熱交換器２２に溜まる液冷媒の量が増加して、室外熱交換器２２の内容積が減少した状態になるため、冷凍サイクル運転における高圧を高い圧力にすることができる。しかも、本実施形態では、室外膨張弁ＥＶ１と室内膨張弁ＥＶ２との間にレシーバ２３が接続されているため、図６に示されるように、室外膨張弁ＥＶ１の閉操作によって生じる室外熱交換器２２に溜まる液冷媒量の増加分が、レシーバ２３に溜まる液冷媒量が減少することによって吸収されている。これにより、レシーバ２３から室内熱交換器４１に送られる冷媒の状態が安定し、冷媒回路１０の室内膨張弁ＥＶ２から室内熱交換器４１を経由して圧縮機２１に至るまで部分の冷媒量が変動しにくくなっている。さらに、本実施形態では、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度になるように、室内膨張弁ＥＶ２の開度制御が行われているため、図６に示されるように、室内熱交換器４１における液冷媒量の増減が少なくなり、室内熱交換器４１における冷媒量及び室内熱交換器４１の出口における冷媒の状態を安定させることができる。

また、上述の室外膨張弁ＥＶ１の開度制御、室外ファン２６の風量制御及び室内膨張弁ＥＶ２の開度制御が行われることによって、冷凍サイクル運転における高圧が低い圧力で安定している際には、ステップＳ８の室外膨張弁ＥＶ１の開操作によって、室外膨張弁ＥＶ１の開度が大きくなることから、図７に示されるように、室外熱交換器２２に溜まる液冷媒の量が減少するため、室外熱交換器２２の内容積が増加した状態になる。言い換えれば、室外膨張弁ＥＶ１の開操作によって、室外膨張弁ＥＶ１の開度が大きくなると、室外熱交換器２２に溜まる液冷媒の量が減少して、室外熱交換器２２の内容積が増加した状態になるため、冷凍サイクル運転における高圧を低い圧力にすることができる。しかも、本実施形態では、室外膨張弁ＥＶ１と室内膨張弁ＥＶ２との間にレシーバ２３が接続されているため、図７に示されるように、室外膨張弁ＥＶ１の開操作によって生じる室外熱交換器２２に溜まる液冷媒量の減少分が、レシーバ２３に溜まる液冷媒量が増加することによって吸収されている。これにより、レシーバ２３から室内熱交換器４１に送られる冷媒の状態が安定し、冷媒回路１０の室内膨張弁ＥＶ２から室内熱交換器４１を経由して圧縮機２１に至るまで部分の冷媒量が変動しにくくなっている。さらに、本実施形態では、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度になるように、室内膨張弁ＥＶ２の開度制御が行われているため、図７に示されるように、室内熱交換器４１における液冷媒量の増減が少なくなり、室内熱交換器４１における冷媒量及び室内熱交換器４１の出口における冷媒の状態を安定させることができる。

（４）本実施形態の特徴
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。

＜Ａ＞
本実施形態の空気調和装置１では、第１膨張弁としての室外膨張弁ＥＶ１の開度を制御することによって、凝縮器としての室外熱交換器２２に溜まる冷媒量を調節し、これにより、高圧の制御を行うことができるため、例えば、外気温が高い場合のように、室外熱交換器２２における冷媒の飽和温度と空気の温度との温度差が小さくなって室外熱交換器２２における熱交換効率が低下しやすい運転条件であっても、高圧を高めて室外熱交換器２２における熱交換効率が低下するのを抑えることができる。また、外気温が低い場合における室外ファン２６の風量のステップ間のハンチングに対しても、風量の大きいステップにおいては高圧が下がりすぎる状況においては、室外熱交換器２２に冷媒を溜めることで高圧を維持し、風量の小さいステップにおいては高圧が上がりすぎる状況においては、室外熱交換器２２に溜まる冷媒を減すことで高圧を維持することができる。

このように、本実施形態の空気調和装置１では、送風ファンとしての室外ファン２６の風量制御だけでなく、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御を併用しているため、きめ細かく高圧を制御することができる。本実施形態の室外ファン２６のように、風量をステップ的にしか変更できない室外ファンを使用する場合には、特に有効である。

＜Ｂ＞
本実施形態の空気調和装置１では、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御によって高圧が目標高圧になるように制御し、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御だけでは高圧が目標高圧にならない場合に室外ファン２６の規定風量を変更するようにしていることから、基本的には、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御が室外ファン２６の風量制御よりも優先的に行われることになるため、より一層きめ細かく高圧を制御することができる。

＜Ｃ＞
本実施形態の空気調和装置１では、室外膨張弁ＥＶ１の開度制御によって室外熱交換器２２に溜まる冷媒量が変動することになるが、この冷媒量の変動は、レシーバ２３に溜まる冷媒量が変動することによって吸収されて、蒸発器としての室内熱交換器４１に送られる冷媒の状態が安定することから、例えば、室内熱交換器４１における冷媒量が変動したり、圧縮機２１に吸入される冷媒の状態が変動するのを抑えることができる。

このように、本実施形態の空気調和装置１では、室外ファン２６の風量制御とともに室外膨張弁ＥＶ１の開度制御を併用して高圧を目標高圧になるように制御を行っているにもかかわらず、室外膨張弁ＥＶ１と第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２との間に冷媒を溜めることが可能なレシーバ２３を接続しているため、冷媒回路１０の室内膨張弁ＥＶ２から室内熱交換器４１を経由して圧縮機２１に至るまで部分の冷媒量が変動しにくくなり、これにより、室内熱交換器４１や圧縮機２１の運転状態に影響を与えにくくすることができる。

＜Ｄ＞
本実施形態の空気調和装置１では、レシーバ２３によって冷媒回路１０の室内膨張弁ＥＶ２から室内熱交換器４１を経由して圧縮機２１に至るまで部分の冷媒量を変動しにくくするとともに、室内膨張弁ＥＶ２の開度制御によって、室内熱交換器４１における冷媒量及び室内熱交換器４１の出口における冷媒の状態を安定させることができるため、空気調和装置１全体の運転効率の最適化及び圧縮機２１の信頼性向上（例えば、ガス欠運転や湿り圧縮の防止）を図ることができる。

（５）他の実施形態
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

＜Ａ＞
上述の実施形態では、室外ユニット２に圧縮機２１及び室外熱交換器２２が設けられたセパレート型の空気調和装置１に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されず、室内ユニット４に圧縮機２１が設けられたリモートコンデンサ型の空気調和装置等の他のユニット構成の空気調和装置に本発明を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、冷房のみを行う冷房専用型の空気調和装置１に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されず、冷房と暖房とを切り替えて運転することが可能な冷暖切替型の空気調和装置や冷房と暖房とを同時に運転することが可能な冷暖同時型の空気調和装置等の他の型式の空気調和装置に本発明を適用してもよい。

＜Ｂ＞
上述の実施形態では、高圧として、吐出圧力センサ２９によって検出される吐出圧力を使用したが、これに限定されず、例えば、室外熱交換器２２に温度センサを設けている場合には、この温度センサによって検出される冷媒温度を飽和圧力に換算して高圧として使用する等のように、他のセンサ類によって検出される温度や圧力を使用してもよい。

また、上述の実施形態では、目標高圧として、高圧の下限値と高圧の上限値との間の圧力範囲としたが、これに限定されず、例えば、１つの圧力値としてもよい。

＜Ｃ＞
上述の実施形態では、蒸発器としての室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度が目標か熱度になるように、第２膨張弁としての室内膨張弁ＥＶ２の開度を制御しているが、これに限定されず、圧縮機２１の吐出における冷媒の過熱度のような室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度に等価な状態量が目標か熱度に等価な目標状態量になるように、室内膨張弁ＥＶ２の開度を制御するようにしてもよい。ここで、圧縮機２１の吐出における冷媒の過熱度とは、圧縮機２１の吐出温度（吐出温度センサ３０によって検出される吐出温度）から圧縮機２１の吐出圧力（吐出圧力センサ２８によって検出される吐出圧力）を飽和温度に換算した値を差し引くことによって得られる。

＜D＞
上述の実施形態では、室外膨張弁ＥＶ１を高圧が目標高圧に対して高いか低いかによって開閉動作する旨が記載されているが、高圧と目標高圧との差に応じて室外膨張弁ＥＶ１の開閉速度を変化させてもよいし、また、室外膨張弁ＥＶ１の開閉速度の決定に関しては、ＰＩ制御等を適用してもよい。

＜Ｅ＞
上述の実施形態では、室外ファン２６の風量変更前や風量変更中における室外膨張弁ＥＶ１の制御については記載されていないが、室外ファン２６の風量変更による高圧変化分を先に予測しておき、あらかじめ所定開度だけ室外膨張弁ＥＶ１を開閉する制御を行う、又は、あらかじめ所定時間内に所定速度で室外膨張弁ＥＶ１を開閉する制御を行うフィードフォワード制御を行うようにしてもよい。

本発明を利用すれば、冷媒回路を構成する凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファンを備えており、冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように、送風ファンの風量を制御することが可能な空気調和装置において、きめ細かく高圧を制御できるようにすることができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の室外膨張弁の制御を主に示すフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の室外ファンの制御を主に示すフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の高圧が標準的な圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の高圧が高い圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の高圧が低い圧力で安定している際における液冷媒の分布（配管内を除く）を示す図である。

１ 空気調和装置
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 室外熱交換器（凝縮器）
２３ レシーバ
２６ 室外ファン（送風ファン）
４１ 室内熱交換器（蒸発器）
ＥＶ１ 室外膨張弁（第１膨張弁）
ＥＶ２ 室内膨張弁（第２膨張弁）

Claims (3)

1. 圧縮機（２１）と凝縮器（２２）と第１膨張弁（ＥＶ１）と第２膨張弁（ＥＶ２）と蒸発器（４１）とが順次接続されることによって構成される冷媒回路（１０）と、
   前記凝縮器に熱源としての空気を供給する送風ファン（２６）とを備え、
   前記第１膨張弁は、規定風量になるように前記送風ファンが制御された状態において、前記冷媒回路の冷凍サイクル運転における高圧が目標高圧になるように、開度制御されており、
   前記高圧が前記目標高圧の下限未満であるにもかかわらず前記第１膨張弁が下限開度になっている場合には、前記規定風量を減少させるように前記送風ファンを制御し、
   前記高圧が前記目標高圧の上限を超えているにもかかわらず前記第１膨張弁が上限開度になっている場合には、前記規定風量を増加させるように前記送風ファンを制御する、
   空気調和装置（１）。
2. 前記第１膨張弁（ＥＶ１）と前記第２膨張弁（ＥＶ２）との間には、冷媒を溜めることが可能なレシーバ（２３）が接続されている、請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記蒸発器（４１）の出口における冷媒の過熱度又は前記過熱度に等価な状態量が目標過熱度又は前記目標過熱度に等価な目標状態量になるように、前記第２膨張弁（ＥＶ２）の開度が制御される、請求項２に記載の空気調和装置（１）。

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