JP5858022B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転を行うとともに、冷凍サイクル運転中に、放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように膨張弁の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置に関する。

従来より、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器が接続されることによって構成された冷媒回路を有しており、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷房運転や暖房運転（冷凍サイクル運転）を行う空気調和装置がある。このような空気調和装置として、特許文献１（ＷＯ２００９／０４７９０６号公報）に示すように、冷凍サイクル運転中に、放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように膨張弁の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置がある。

上記従来の空気調和装置では、冷凍サイクル運転の開始時に、放熱器に液冷媒が過度に溜まり込む液没現象が発生することがある。特に、要求空調負荷が小さい条件で冷凍サイクル運転を開始する場合には、液没現象が発生するおそれが高い。

このような液没現象が発生すると、放熱器における冷媒の飽和温度を正確に検出することができなくなってしまい、正確な冷媒の過冷却度が得られなくなる結果、過冷却度が目標過冷却度になるように制御することができなくなるおそれがある。具体的には、液没現象によって、放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度よりも小さいものと誤検知されてしまい、膨張弁の開度が閉止方向に調節され続ける現象が発生するおそれがある。特に、冷媒回路に封入される冷媒として、Ｒ３２のような単位重量当たりの交換熱量が大きいことから要求空調負荷に対する冷媒循環量が少なくて済む冷媒を使用する場合には、冷凍サイクル運転の開始時に液没現象が発生しやすいため、上記のような膨張弁過冷却度制御の不具合が発生するおそれが高い。

本発明の課題は、冷凍サイクル運転中に膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置において、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御が良好に行われるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器が接続されることによって構成された冷媒回路を有しており、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転を行うとともに、冷凍サイクル運転中に、放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように膨張弁の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行う。また、放熱器の中間部分における冷媒の温度を検出する中間温度センサと、放熱器の液側における冷媒の温度を検出する液側温度センサと、がさらに設けられており、過冷却度は、中間温度センサによって検出される冷媒の温度から液側温度センサによって検出される冷媒の温度を差し引くことによって得られるものであり、膨張弁過冷却度制御は、冷凍サイクル運転の開始時から行われている。そして、ここでは、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機を、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定されるまでは、要求空調負荷に応じて設定される目標回転数よりも高い所定回転数に設定し、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定された後に、目標回転数まで低下させる液没防止制御を行う。

ここでは、上記のように、冷凍サイクル運転中に膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置において、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機を、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定されるまでは、要求空調負荷に応じて設定される目標回転数よりも高い所定回転数に設定し、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定された後に、目標回転数まで低下させる液没防止制御を行うようにしている。このため、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機を目標回転数で運転する場合に比べて冷媒循環量を多くした運転が行われることになり、液没現象が抑えられる。そして、液没現象が抑えられることによって、放熱器における冷媒の飽和温度が正確に検出されるようになり、正確な過冷却度が得られるようになる。そうすると、過冷却度の誤検知によって膨張弁の開度が閉止方向に調節され続ける現象が抑えられて、膨張弁過冷却度制御が良好に行われるようになる。

このように、ここでは、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、過冷却度が目標過冷却度になったことを検知したときに、又は、冷凍サイクル運転の開始から所定時間が経過したときに、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定する。

ここでは、上記のように、過冷却度が目標過冷却度になったことを検知したときに、又は、冷凍サイクル運転の開始から所定時間が経過したときに、過冷却度が目標過冷却度になったものと判定するようにしているため、液没現象を抑えて膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる運転状態を確実に作り出すことができる。

第３の観点にかかる空気調和装置は、第１又は第２の観点にかかる空気調和装置において、冷媒回路に封入される冷媒は、Ｒ３２である。

ここでは、上記のように、冷媒回路に封入される冷媒がＲ３２であるため、単位重量当たりの交換熱量が大きく、要求空調負荷に対する冷媒循環量が少なくて済むという特徴がある。このため、冷凍サイクル運転の開始時に液没現象が発生しやすく、膨張弁過冷却度制御の不具合が発生するおそれが高い。

しかし、ここでは、上記のように、冷凍サイクル運転の開始時に液没防止制御を行うようにしているため、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる。

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の観点にかかる空気調和装置では、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、液没現象を抑えて膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる運転状態を確実に作り出すことができる。

第３の観点にかかる空気調和装置では、冷媒回路に封入される冷媒として、冷凍サイクル運転の開始時に液没現象が発生しやすいＲ３２を使用しているが、それにもかかわらず、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる。

本発明の第１実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 第１実施形態にかかる空気調和装置の制御ブロック図である。 冷凍サイクル運転の開始時に液没防止制御を行わない場合の過冷却度、膨張弁及び圧縮機のタイムチャートである。 液没防止制御のフローチャートである。 冷凍サイクル運転の開始時に液没防止制御を行う場合の過冷却度、膨張弁及び圧縮機のタイムチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 第２実施形態にかかる空気調和装置の制御ブロック図である。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例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。

−第１実施形態−
（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の第１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を行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。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とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。すなわち、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とが冷媒連絡管５、６を介して接続されることによって構成されている。また、この冷媒回路１０には、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒の一種であるＲ３２が封入されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

室内ユニット４は、室内ユニット４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。すなわち、室内ユニット４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に供給するファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、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が使用されている。

室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器４１には、室内熱交換器４１の液側における冷媒の温度Ｔｒｒｌを検出する室内熱交液側温度センサ４９と、室内熱交換器４１の中間部分における冷媒の温度Ｔｒｒｍを検出する室内熱交中間温度センサ４８とが設けられている。室内ユニット４には、室内ユニット４内に吸入される室内空気の温度Ｔｒａを検出する室内温度センサ５０が設けられている。

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４０を有している。そして、室内側制御部４０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、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、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２６と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより周波数（回転数）制御可能な圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。すなわち、圧縮機２１は、周波数（回転数）を変化させることで運転容量を制御することが可能に構成されている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、四路切換弁２２は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。ここで、第１ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２と室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３４は、四路切換弁２２とガス側閉鎖弁２８とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管５側とを接続する冷媒管である。

膨張弁２６は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。また、膨張弁２６は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。膨張弁２６は、液冷媒管３５の液側閉鎖弁２７寄りの部分に設けられている。ここでは、膨張弁２６として、電動膨張弁が使用されている。

液側閉鎖弁２７及びガス側閉鎖弁２８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２７は、液冷媒管３５の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２８は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン３６を有している。すなわち、室外ユニット２は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器２３に供給するファンとして、室外ファン３６を有している。ここでは、室外ファン３６として、室外ファン用モータ３６ａによって駆動されるプロペラファン等が使用されている。

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、吸入管３１には、圧縮機２１に吸入される冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の温度Ｔｓを検出する吸入温度センサ４３が設けられている。吐出管３２には、圧縮機２１から吐出される冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ４４が設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３の中間部分における冷媒の温度Ｔｏｒｍを検出する室外熱交中間温度センサ４５と、室外熱交換器２３の液側における冷媒の温度Ｔｏｒｌを検出する室外熱交液側温度センサ４６とが設けられている。室外ユニット２には、室外ユニット２内に吸入される室外空気の温度Ｔｏａを検出する室外温度センサ４７が設けられている。

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２０を有している。そして、室外側制御部２０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やメモリ等を有しており、室内ユニット４（すなわち、室内側制御部４０）との間で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。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物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、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管５、６とが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。冷媒回路１０は、主として、圧縮機２１、放熱器又は蒸発器としての室外熱交換器２３、膨張弁２６、蒸発器又は放熱器としての室内熱交換器４１が接続されることによって構成されている。そして、圧縮機２１、放熱器としての室外熱交換器２３、膨張弁２６、蒸発器としての室内熱交換器４１の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転としての冷房運転を行うようになっている。また、圧縮機２１、放熱器としての室内熱交換器４１、膨張弁２６、蒸発器としての室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転としての暖房運転を行うようになっている。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部４０と室外側制御部２０とから構成される制御部８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。すなわち、室内側制御部４０と室外側制御部２０とによって、上記の冷房運転や暖房運転等の冷凍サイクル運転を含む空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、図２に示すように、各種センサ４３〜５０等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、２２、２６、３６ａ、４２ａ等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷凍サイクル運転としての冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。また、ここでは、冷凍サイクル運転中（ここでは、冷房運転中及び暖房運転中）に、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように膨張弁２６の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行うようになっている。また、ここでは、冷凍サイクル運転中（ここでは、冷房運転中及び暖房運転中）に、要求空調負荷に応じて圧縮機２１の周波数（回転数）を調節する圧縮機容量制御を行うようになっている。尚、冷房運転、暖房運転、膨張弁過冷却度制御及び圧縮機容量制御は、制御部８によって行われる。

＜冷房運転＞
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、膨張弁２６に送られる。

膨張弁２６に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２６によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２６で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁２７及び液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

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、ガス側閉鎖弁２８及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜暖房運転＞
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２８及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側閉鎖弁２７を通じて、膨張弁２６に送られる。

膨張弁２６に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２６によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２６で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜膨張弁過冷却度制御＞
上記の冷凍サイクル運転中（ここでは、冷房運転中及び暖房運転中）においては、成績係数の向上等を目的として、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように膨張弁２６の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行うようになっている。

具体的には、冷房運転中においては、膨張弁過冷却度制御として、放熱器としての室外熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように、膨張弁２６の開度を調節する。ここで、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、室外熱交中間温度センサ４５によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｍ（室外熱交換器２３における冷媒の飽和温度に相当）から室外熱交液側温度センサ４６によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｌ（室外熱交換器２３の出口における冷媒の温度に相当）を差し引くことによって得られる。そして、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、膨張弁２６の開度を大きくする変更を行う。また、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、膨張弁２６の開度を小さくする変更を行う。

また、暖房運転中においては、膨張弁過冷却度制御として、放熱器としての室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように、膨張弁２６の開度を調節する。ここで、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、室内熱交中間温度センサ４８によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｍ（室内熱交換器４１における冷媒の飽和温度に相当）から室内熱交液側温度センサ４９によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｌ（室内熱交換器４１の出口における冷媒の温度に相当）を差し引くことによって得られる。そして、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、膨張弁２６の開度を大きくする変更を行う。また、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、膨張弁２６の開度を小さくする変更を行う。

＜圧縮機容量制御＞
上記の冷凍サイクル運転中（ここでは、冷房運転中及び暖房運転中）においては、要求空調負荷に応じて圧縮機２１の周波数（回転数）を調節する圧縮機容量制御を行うようになっている。

具体的には、冷房運転中においては、圧縮機容量制御として、室内温度センサ５０によって検出される室内空気の温度Ｔｒａとリモコン（図示せず）等によって設定される目標室内温度Ｔｒａｓとの温度差に応じて、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを設定し、圧縮機２１が目標回転数Ｎｓになるように周波数（回転数）を調節する。ここで、室内空気の温度Ｔｒａと目標室内温度Ｔｒａｓとの温度差は、要求空調負荷（ここでは、要求冷房負荷）に相当する。そして、要求冷房負荷が大きい場合（すなわち、Ｔｒａ−Ｔｒａｓが大きい場合）には、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを大きくする変更を行い、それに応じて圧縮機の周波数を大きくする変更を行う。また、要求冷房負荷が小さい場合（すなわち、Ｔｒａ−Ｔｒａｓが小さい場合）には、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを小さくする変更を行い、それに応じて圧縮機２１の周波数を小さくする変更を行う。

また、暖房運転中においては、圧縮機容量制御として、室内温度センサ５０によって検出される室内空気の温度Ｔｒａとリモコン（図示せず）等によって設定される目標室内温度Ｔｒａｓとの温度差に応じて、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを設定し、圧縮機２１が目標回転数Ｎｓになるように周波数（回転数）を調節する。ここで、室内空気の温度Ｔｒａと目標室内温度Ｔｒａｓとの温度差は、要求空調負荷（ここでは、要求暖房負荷）に相当する。そして、要求暖房負荷が大きい場合（すなわち、Ｔｒａｓ−Ｔｒａが大きい場合）には、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを大きくする変更を行い、それに応じて圧縮機の周波数を大きくする変更を行う。また、要求暖房負荷が小さい場合（すなわち、Ｔｒａｓ−Ｔｒａが小さい場合）には、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓを小さくする変更を行い、それに応じて圧縮機２１の周波数を小さくする変更を行う。

（３）液没防止制御
上記のように、冷凍サイクル運転中（ここでは、冷房運転中及び暖房運転中）に膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置１では、冷凍サイクル運転（ここでは、冷房運転や暖房運転）の開始時に、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１に液冷媒が過度に溜まり込む液没現象が発生することがある。特に、要求空調負荷が小さい条件で冷凍サイクル運転を開始する場合には、液没現象が発生するおそれが高い。

このような液没現象が発生すると、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１における冷媒の飽和温度を正確に検出することができなくなってしまう。ここでは、室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１における冷媒の飽和温度は、室外熱交中間温度センサ４５によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｍ又は室内熱交中間温度センサ４８によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｍであり、これらの温度Ｔｏｒｍ、Ｔｒｒｍを正確に検出することができなくなるということである。これにより、正確な冷媒の過冷却度ＳＣが得られなくなる結果、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように制御することができなくなるおそれがある。具体的には、図３（冷凍サイクル運転の開始時に液没防止制御を行わない場合の過冷却度ＳＣ、膨張弁２６及び圧縮機２１のタイムチャート）に示すように、室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象によって、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さいものと誤検知されてしまい、膨張弁２６の開度が閉止方向に調節され続ける現象が発生するおそれがある。特に、ここでは、冷媒回路１０に封入される冷媒として、Ｒ３２のような単位重量当たりの交換熱量が大きいことから要求空調負荷に対する冷媒循環量（ここでは、圧縮機２１の目標回転数Ｎｓに相当）が少なくて済む冷媒を使用している。このため、冷凍サイクル運転の開始時に液没現象が発生しやすくなり、上記のような膨張弁過冷却度制御の不具合が発生するおそれが高い。

そこで、ここでは、冷凍サイクル運転（ここでは、冷房運転及び暖房運転）の開始時に、圧縮機２１を、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定されるまでは、目標回転数Ｎｓよりも高い所定回転数（液没防止回転数Ｎｓｓ）に設定し、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定された後に、目標回転数Ｎｓまで低下させる液没防止制御を行うようにしている。

次に、液没防止制御について、図１〜図５を用いて説明する。ここで、図４は、液没防止制御のフローチャートである。図５は、冷凍サイクル運転の開始時に液没防止制御を行う場合の過冷却度ＳＣ、膨張弁２６及び圧縮機２１のタイムチャートである。尚、以下に説明する液没防止制御は、上記の基本動作と同様、制御部８によって行われる。

冷凍サイクル運転（ここでは、冷房運転及び暖房運転）の開始時に、制御部８は、まず、ステップＳＴ１において、膨張弁２６による膨張弁過冷却度制御を開始するとともに、圧縮機２１を、要求空調負荷（ここでは、室内空気の温度Ｔｒａと目標室内温度Ｔｒａｓとの温度差）に応じて設定される目標回転数Ｎｓよりも高い液没防止回転数Ｎｓｓに設定する。これにより、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機２１を目標回転数Ｎｓで運転する場合（図３参照）に比べて冷媒循環量を多くした運転が行われることになり、冷房運転の開始時には室外熱交換器２３の液没現象が抑えられ、また、暖房運転の開始時には室内熱交換器４１の液没現象が抑えられる。ここで、液没防止回転数Ｎｓｓは、室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象を抑制する効果を十分に得るために、液没目標回転数Ｎｓに比べて１．５倍以上の回転数に設定することが好ましい。そして、室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象が抑えられることによって、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１における冷媒の飽和温度（ここでは、温度Ｔｏｒｍ、Ｔｒｒｍ）が正確に検出されるようになり、正確な過冷却度ＳＣが得られるようになる。そうすると、図５に示すように、過冷却度ＳＣの誤検知によって膨張弁２６の開度が閉止方向に調節され続ける現象が抑えられて、膨張弁過冷却度制御が良好に行われるようになる。そして、制御部８は、ステップＳＴ２において、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定されるまで、ステップＳＴ１の圧縮機２１を液没防止回転数Ｎｓｓでの運転を継続する。すなわち、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定されたことをもって、液没現象が抑制されて膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる運転状態になったものと判定するのである。ここでは、図５に示すように、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったこと（ＳＣ＝ＳＣｓ）を検知したときに、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定するようにしている。このため、室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象を抑えて膨張弁過冷却度制御を良好に行うことができる運転状態を確実に作り出すことができる。尚、ここでは、目標過冷却度ＳＣｓを冷凍サイクル運転の開始時から一定の値に設定しているが、これに限定されるものではなく、冷凍サイクル運転の開始時から段階的に変化させるようにしてもよい。

次に、ステップＳＴ２において、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定された後、制御部８は、ステップＳＴ３において、圧縮機２１を液没防止回転数Ｎｓｓから目標回転数Ｎｓに低下させる。これにより、圧縮機２１は、通常の圧縮機容量制御に移行することになる。

（４）変形例１
上記第１実施形態では、制御部８は、ステップＳＴ２において、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったこと（ＳＣ＝ＳＣｓ）を検知したときに、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳＴ２において、冷凍サイクル運転の開始から過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものとみなすことができる程度の所定時間（液没防止時間ｔｓ、図５参照）が経過したときに、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになったものと判定するようにしてもよい。ここで、液没防止時間ｔｓは、予め実験的に求めておくことが好ましく、例えば、１０分〜６０分程度の値に設定される。

この場合においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（５）変形例２
室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象は、要求空調負荷が小さい条件で冷凍サイクル運転を開始する場合に、液没現象が発生するおそれが高い。逆に言えば、要求空調負荷が大きい条件で冷凍サイクル運転を開始する場合には、液没現象が発生するおそれが低い。

そこで、ここでは、冷凍サイクル運転の開始時における圧縮機２１の目標回転数Ｎｓが所定の閾回転数Ｎｓｍ以下の場合だけ、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機２１の回転数Ｎを液没防止回転数Ｎｓｓに設定し、冷凍サイクル運転の開始時における圧縮機２１の目標回転数Ｎｓが所定の閾回転数Ｎｓｍよりも大きい場合には、冷凍サイクル運転の開始時に、圧縮機２１の回転数Ｎを目標回転数Ｎｓに設定するようにしてもよい。

この場合においても、上記第１実施形態及びその変形例１と同様の作用効果を得ることができる。

−第２実施形態−
上記の第１実施形態及びその変形例１、２では、冷凍サイクル運転としての冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても、膨張弁２６によって膨張弁過冷却度制御を行う冷媒回路１０を有する空気調和装置１に液没防止制御を適用しているが、これに限定されるものではない。

例えば、図６及び図７に示すように、２つの膨張弁２４、２６を含む冷媒回路１１０を有する空気調和装置１０１に、第１実施形態及びその変形例１、２と同様の液没防止制御を適用するようにしてもよい。

ここで、冷媒回路１１０を有する空気調和装置１０１の構成は、室外ユニットの構成が異なる点を除き、第１実施形態の空気調和装置１の構成と同様であるため、以下においては、室外ユニット１０２の構成を中心に説明する。

室外ユニット１０２は、室外に設置されており、冷媒回路１１０の一部を構成している。室外ユニット１０２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、第１膨張弁２４と、レシーバ２５と、第２膨張弁２６と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８と、レシーバガス抜き管３０とを有している。また、室外ユニット１０２は、室外ファン３６、各種センサ４３〜４７、及び、室外側制御部４０を有している。尚、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、液側閉鎖弁２７、ガス側閉鎖弁２８、各種センサ４３〜４７、及び、室外ファン３６は、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

第１膨張弁２４は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧する上流側膨張弁として機能する弁である。また、第１膨張弁２４は、暖房運転時には、レシーバ２５に溜められた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する下流側膨張弁として機能する弁である。第１膨張弁２４は、液冷媒管３５の室外熱交換器２３寄りの部分に設けられている。ここでは、第１膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。

レシーバ２５は、第１膨張弁２４と第２膨張弁２６との間に設けられている。レシーバ２５は、冷房運転時及び暖房運転時には、冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を溜めることが可能な容器である。

第２膨張弁２６は、第１実施形態とは異なり、冷房運転時には、レシーバ２５に溜められた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する下流側膨張弁として機能する弁である。また、第２膨張弁２６は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧する上流側膨張弁として機能する弁である。

レシーバガス抜き管３０は、レシーバ２５内に溜まった冷凍サイクルにおける中間圧のガス冷媒を圧縮機２１の吸入管３１に導く冷媒管である。レシーバガス抜き管３０は、レシーバ２５の上部と吸入管３１の途中部分との間を接続するように設けられている。レシーバガス抜き管３０には、レシーバガス抜き弁３０ａ、キャピラリーチューブ３０ｂ、及び、逆止弁３０ｃが設けられている。レシーバガス抜き弁３０ａは、レシーバガス抜き管３０の冷媒の流れをＯＮ／ＯＦＦする開閉制御可能な弁であり、ここでは、電磁弁が使用されている。キャピラリーチューブ３０ｂは、レシーバ２５内に溜まったガス冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する機構であり、ここでは、レシーバガス抜き管よりも細径のキャピラリーチューブが使用されている。逆止弁３０ｃは、レシーバ２５側から吸入管３１側への冷媒の流れのみを許容する弁機構であり、ここでは、逆止弁が使用されている。

室外側制御部２０は、第１実施形態と同様、室内側制御部４０とともに制御部８を構成している。尚、ここでは、第１実施形態とは異なり、２つの膨張弁２４、２６及びレシーバガス抜き弁３０ａも制御部８によって制御されるようになっている。

また、ここでは、第１実施形態と同様に、基本動作として、膨張弁過冷却度制御や圧縮機容量制御が行われる。但し、膨張弁過冷却度制御については、第１実施形態とは異なり、冷房運転時には、第１膨張弁２４によって膨張弁過冷却度制御を行い、暖房運転時には、第２膨張弁２６によって膨張弁過冷却度制御を行うようになっている。また、ここでは、冷房運転時においては、下流側膨張弁である第２膨張弁２６が圧縮機２１の吸入側における冷媒が所定の過熱度又は乾き度になるように開度制御され、暖房運転時においては、下流側膨張弁である第１膨張弁２４が圧縮機２１の吸入側における冷媒が所定の過熱度又は乾き度になるように開度制御されるようになっている。さらに、冷房運転時及び暖房運転時において、レシーバガス抜き弁３０ａは、レシーバ２５内に溜まったガス冷媒を圧縮機２１の吸入側に抜き出すために、必要に応じて開閉制御されるようになっている。

そして、このような空気調和装置１０１においても、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、冷凍サイクル運転の開始時に、放熱器としての室外熱交換器２３又は室内熱交換器４１の液没現象が発生するおそれがあるが、第１実施形態及びその変形例１、２と同様の液没防止制御を行うことによって、冷凍サイクル運転の開始時に、液没現象を抑えて、膨張弁過冷却度制御が良好に行われるようにすることができる。

−他の実施形態−
上記の第１実施形態及びその変形例、第２実施形態では、冷媒としてＲ３２が使用されているが、これに限定されるものではなく、他の冷媒を使用してもよい。

本発明は、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転を行うとともに、冷凍サイクル運転中に、放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように膨張弁の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１、１０１ 空気調和装置
１０、１１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器（放熱器、蒸発器）
２４ 第１膨張弁（膨張弁）
２６ 膨張弁、第２膨張弁（膨張弁）
４１ 室内熱交換器（蒸発器、放熱器）

ＷＯ２００９／０４７９０６号公報

Claims (3)

1. 圧縮機（２１）、放熱器（２３、４１）、膨張弁（２４、２６）、蒸発器（４１、２３）が接続されることによって構成された冷媒回路（１０、１１０）を有しており、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張弁、前記蒸発器の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル運転を行うとともに、前記冷凍サイクル運転中に、前記放熱器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように前記膨張弁の開度を調節する膨張弁過冷却度制御を行う空気調和装置において、
   前記放熱器の中間部分における冷媒の温度を検出する中間温度センサ（４５、４８）と、前記放熱器の液側における冷媒の温度を検出する液側温度センサ（４６、４９）と、がさらに設けられており、
   前記過冷却度は、前記中間温度センサによって検出される冷媒の温度から前記液側温度センサによって検出される冷媒の温度を差し引くことによって得られるものであり、
   前記膨張弁過冷却度制御は、前記冷凍サイクル運転の開始時から行われており、
   前記冷凍サイクル運転の開始時に、前記圧縮機を、前記過冷却度が前記目標過冷却度になったものと判定されるまでは、要求空調負荷に応じて設定される目標回転数よりも高い所定回転数に設定し、前記過冷却度が前記目標過冷却度になったものと判定された後に、前記目標回転数まで低下させる液没防止制御を行う、
   空気調和装置（１、１０１）。
2. 前記過冷却度が前記目標過冷却度になったことを検知したときに、又は、前記冷凍サイクル運転の開始から所定時間が経過したときに、前記過冷却度が前記目標過冷却度になったものと判定する、
   請求項１に記載の空気調和装置（１、１０１）。
3. 前記冷媒回路（１０、１１０）に封入される冷媒は、Ｒ３２である、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置（１、１０１）。

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