JP6191490B2

JP6191490B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP6191490B2
Application number: JP2014021636A
Authority: JP
Inventors: 将弘近藤; 和也船田; 藤　利行; 利行藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: JP2015148387A

Description

本発明は空気調和装置に係り、特に、冷房能力及び暖房能力の向上のための膨張弁制御に関するものである。

従来、空気調和装置の運転性能及び効率の向上のため、又は、圧縮機の信頼性を維持するために膨張弁の吐出温度制御を行っている。膨張弁の吐出温度制御とは、圧縮機の吸入冷媒の状態が最適となるよう冷凍サイクルの凝縮圧と蒸発圧から目標吐出温度を予測し、現吐出温度が該目標吐出温度になるように膨張弁を制御（以下、フィードバック開度制御）するものである（例えば、特許文献１）。

特許文献１は、蒸発器出口乾き度＝１付近となる吐出温度を最適な目標吐出温度としている。一方、Ｒ３２等のＲ２２やＲ４１０Ａより温暖化係数が小さく、断熱圧縮指数の高い冷媒を空気調和機に使用する場合は、従来に比べ冷媒の吐出温度が高くなりやすい。これに対し、圧縮機は内部のモータ巻線が耐熱温度を超えると絶縁部の劣化や焼損等が発生してしまうため、使用上限温度が設定されている。そのため、特許文献１のように目標吐出温度を算出し、フィードバック開度制御をしたとしても、圧縮機の使用上限温度が問題となり、実際はモータ巻線の耐熱温度以上に目標吐出温度を設定できない。したがって算出した目標吐出温度をそのまま使用すると、吐出温度を耐熱温度以下に抑制するための保護動作がしばしば起こり、安定的な運転が阻害される。

ここで、目標吐出温度を設定するにあたり、圧縮機の故障を回避するために耐熱温度よりも低い温度とする必要がある。この場合、通常の目標吐出温度（蒸発器出口乾き度＝１）より低い温度（蒸発器出口乾き度＜１）を目標値として設定する運転（以後、湿り運転）となる。このとき、過度に吐出温度を下げるような運転を行うと、蒸発器で十分に熱交換されなかった冷媒が圧縮機に吸入されることになり、蒸発器の熱交換量が低下する。これによって、空気調和機の冷房能力及び暖房能力が低下してしまう。また、過度な湿り運転を行うと、圧縮機が液冷媒を吸入して液圧縮してしまい、故障を誘発することになる。したがって、性能低下及び圧縮機故障の防止のためにはなるべく高い温度で運転させる必要がある。

湿り運転をしつつなるべく高い吐出温度で運転させる手段として、膨張弁の回転数パルス制御がある。膨張弁の回転数パルス制御とは、運転開始時など圧縮機の回転数が変化する時などの目標吐出温度が変化する過渡期に行う制御である。前述したフィードバック開度制御は実吐出温度に基づいて開度制御を行っていたが、実吐出温度は圧縮機の回転数の変化に対して追従性が悪い。これに対し、回転数パルス制御は圧縮機の回転数の変化から吐出温度の変化を予測し膨張弁の開度を調整する制御方法である。これによって、圧縮機の耐熱温度付近での運転中に圧縮機の回転数変化によって目標吐出温度に変化が生じる場合であっても、目標吐出温度の変化を予測して膨張弁を制御できるので、吐出温度が耐熱温度を超過することを防止できる。

しかし、圧縮機の目標吐出温度は圧縮機の回転数だけではなく、負荷（気温、室温、風量等）によっても変化する。上述した回転数パルス制御では、圧縮機の回転数変化による目標吐出温度の変化には対応できるが、圧縮機の回転数変化を伴わない他の要因（負荷）による目標吐出温度の変化には対応できない。したがって、圧縮機の耐熱温度付近での運転中に負荷によって目標吐出温度に変化が生じた場合、耐熱温度を超過する恐れがあり、これによって、空気調和装置の安定的な運転が阻害され、また、場合によっては圧縮機が故障してしまう恐れがある。Ｒ２２やＲ４１０Ａ等では、冷凍サイクルとして最適な目標吐出温度が従来の圧縮機の耐熱温度よりも低かった。そのため、Ｒ２２やＲ４１０Ａ等では圧縮機の耐熱温度付近という高温で吐出温度を維持させる運転をする必要が無かった。したがって、運転中に吐出温度が耐熱温度を超えてしまうリスクが低く、負荷変動による影響まで考慮する必要はなかった。しかし、Ｒ３２等の断熱圧縮指数の高い冷媒では、Ｒ３２を使用した空気調和機の性能を引き出すためには耐熱温度に近い温度で安定した運転をすることが求められ、従来と同じ耐熱温度の圧縮機を使用すると、空気調和装置の運転中に吐出温度が耐熱温度を超えてしまうリスクが高くなる。したがって、Ｒ３２等の断熱圧縮指数の高い冷媒を用いた場合は、負荷変動による影響まで考慮した膨張弁開度制御をする必要がある。

特開昭５４−４９６６１号公報

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、断熱圧縮指数の高い冷媒を使用する空気調和機において、圧縮機耐熱温度よりも低い吐出温度で、かつ、過度な空調能力低下を生じさせない吐出温度で運転することができ、負荷変動による吐出温度変化にも対応できる膨張弁の制御を行う空気調和装置を提供することを目的とするものである。

本発明の空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器と、前記凝縮器での凝縮温度を検出する凝縮温度センサと、前記蒸発器での蒸発温度を検出する蒸発温度センサと、前記圧縮機からの冷媒吐出温度を検出する吐出温度センサを有し、前記凝縮温度、前記蒸発温度とに基づいて予め定められた前記圧縮機の吸入冷媒が乾き度＝１となる時の前記圧縮機からの吐出冷媒の温度となる理論吐出温度に前記冷媒吐出温度が近づくように前記膨張弁の開度を制御するフィードバック開度制御と、前記冷媒吐出温度が前記圧縮機の耐熱温度を超えた場合に前記圧縮機の運転を停止する圧縮機保護停止制御とを行い、Ｒ４１０Ａと比較して断熱圧縮指数の高い冷媒を用いた空気調和装置であって、前記空気調和装置は、予め前記耐熱温度よりも低く定めた目標吐出温度上限値を前記理論吐出温度が超えた場合、前記フィードバック開度制御に加えて、前記理論吐出温度と前記目標吐出温度上限値との温度差の大きさに応じて前記膨張弁の開度を開制御する湿り制御を行うことを特徴としている。

また、請求項１に記載の空気調和装置において、前記湿り制御は、前記理論吐出温度と前記目標吐出温度上限値との温度差が大きくなるにつれて前記膨張弁の開度を開く方向へ制御する制御量の加算率が大きくなるように調節することを特徴としている。

また、請求項１ないし２に記載の空気調和装置において、冷媒はＲ３２を使用することを特徴としている。

本発明によれば、圧縮機の回転数変化に伴わない吐出温度の変化にも対応できるため、圧縮機の耐熱温度を超えない吐出温度で、且つ、空気調和機の冷房能力及び暖房能力の低下を抑えた吐出温度で安定的に運転させることができる。

本実施形態の空気調和装置の冷凍サイクル全体を示す概略図である。Ｒ３２とＲ４１０Ａとの理論吐出温度の比較を示す図である。本実施形態の目標吐出温度上限値と理論吐出温度との差に応じた湿りレベルの変化を示す図である。本実施形態の湿りレベルの変化とパルス加算率の関係を示した図である。本実施例の空気調和装置の膨張弁の開度制御を示すフローチャートである。本実施例の空気調和装置の初期パルス制御及び回転数パルス制御を示すフローチャートである。本実施例の空気調和装置のフィードバック開度制御を示すフローチャートである。本実施例の空気調和装置の湿り制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３とを備えている。詳細には、液管４は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が室内機３の液管接続部３４に接続されている。また、ガス管５は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が室内機３のガス管接続部３５に接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２１と、室外ファン２４とを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを構成している。

圧縮機２０は、図示しないインバータにより回転数が制御されるモータ２０１によって駆動されることで、運転能力を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２０の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａに吐出管６１で接続されており、また、圧縮機２０の冷媒吸入側は、アキュムレータ２１の冷媒流出側に吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２０の冷媒吐出側に吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２１の冷媒流入側と冷媒配管６５で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管６３で閉鎖弁２５に接続されている。

膨張弁２７は、室外機液管６３に設けられている。膨張弁２７は電子膨張弁である。膨張弁２７の開度制御の詳細な説明は、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機２内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

アキュムレータ２１は、上述したように、冷媒流入側が四方弁２２のポートｃと冷媒配管６５で接続され、冷媒流出側が圧縮機２０の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。アキュムレータ２１は、冷媒配管６５からアキュムレータ２１内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒のみを圧縮機２０に吸入させる。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。

室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３から流出、または、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度を検知するための室外熱交換器温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２内に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段１００が備えられている。室外機制御手段１００は、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１００は、ＣＰＵ１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、検出値入力部１４０と、膨張弁制御部１５０とを備えている。

記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭ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２０や室外ファン２４の制御状態等を記憶している。通信部１３０は、室内機３との通信を行うためのインターフェイスである。検出値入力部１４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ１１０に出力する。膨張弁制御部１５０は、後述する膨張弁２７の開度制御を行う。

ＣＰＵ１１０は、前述した室外機２の各種センサでの検出結果を検出値入力部１４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、室内機３から送信される制御信号を通信部１３０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２０や室外ファン２４の駆動制御を行う。さらには、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。

次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、液管４の他端が接続された液管接続部３４と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３５と、室内ファン３３とを備えている。そして、室内ファン３３を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３３により図示しない吸込口から室内機３内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３４に室内機液管６８で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３５に室内機ガス管６９で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部３４やガス管接続部３５では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３３は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３内に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内熱交換器３１には、室内熱交換器３１を通過する冷媒の温度を検出する室内熱交換器温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３内に流入する室内空気の温度、すなわち室内温
度を検出する室内温度センサ７９が備えられている。

次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機３が冷房運転を行う場合について説明し、暖房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示している。

図１（Ａ）に示すように、室内機３が冷房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器３１が蒸発器として機能する。

圧縮機２０から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は室外機液管６３を流れ、膨張弁２７を通過するときに減圧されて低圧の冷媒となる。その後、閉鎖弁２５を介して液管４に流入する。

液管４を流れて液管接続部３４を介して室内機３に流入した冷媒は、室内機液管６８を流れ、室内機液管６８から室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３３の回転により室内機３内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器３１が蒸発器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行い冷却された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機ガス管６９を流れガス管接続部３５ガス管５に流入する。ガス管５を流れ閉鎖弁２６を介して室外機２に流入した冷媒は、順に室外機ガス管６４、四方弁２２、冷媒配管６５、アキュムレータ２１、吸入管６６を流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。
以上説明したように冷媒回路１０を冷媒が循環することで、空気調和機１の冷房運転が行われる。

尚、室内機３が暖房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する。

次に、膨張弁２７の制御方法について詳細に説明する。

膨張弁２７の制御は冷媒回路１０内の冷媒循環量を調節するために行う。冷媒循環量を調節することで冷房・暖房能力を調整し、且つ、圧縮機２０の適正な冷媒吸入状態を保っている。これによって、蒸発器（暖房時は室外熱交換器２３、冷房時は室内熱交換器３１）の熱交換効率及び圧縮機２０の信頼性を向上させることができる。

一方、圧縮機２０は、前述したように内部にモータ２０１を備えており、モータ２０１の巻線には使用上限温度がある。巻線が使用上限温度を超えると絶縁部の劣化や焼損等が発生するおそれがある。巻線は圧縮機２０内の吐出側で冷媒に晒されているため、圧縮機の信頼性を保つためには冷媒の吐出温度が巻線の使用上限温度のような高温にならないようにする必要がある。そこで、記憶部１２０は圧縮機２０の吐出温度が所定温度（耐熱温度）を超えた場合に圧縮機２０の運転を停止する圧縮機保護制御を組み込んでいる。

膨張弁２７の開度制御は、要求される冷房又は暖房能力に応じて行われる。一般的な制御方法として、圧縮機２０の吸入冷媒が乾き度＝１になるように制御する制御方法がある。これは、圧縮機２０の吸入冷媒が完全に気相となり、さらに過熱度も取れた状態となると圧縮機２０の吐出温度が上昇して信頼性を損なうためである。また、圧縮機２０の吸入冷媒が乾き度＜１の場合でも、蒸発器における熱交換効率が低下し、さらに、圧縮機２０に蒸発しきれなかった液冷媒が吸入され液圧縮を引き起こしてしまう。したがって、吸入乾き度＝１の状態を目標として膨張弁を制御している。

本実施例の記憶部１２０は、圧縮機２０の吐出温度が理論吐出温度（吸入乾き度＝１の時の吐出温度）に近づくように膨張弁２７の開度制御を行うフィードバック開度制御を組み込んでいる。

フィードバック開度制御とは、凝縮温度と蒸発温度とから圧縮機の吸入冷媒の乾き度が最適（乾き度＝１）となるような理論吐出温度を算出し、検出吐出温度が理論吐出温度に近づくように膨張弁２７の開度を調整する制御のことをいう。具体的には、理論吐出温度と検出吐出温度との温度差が大きいときは開度の絞り量を大きく、温度差が小さいときは開度の絞り量を小さくしている。

このとき、理論吐出温度の温度域の高さは冷媒の断熱圧縮指数によって左右される。例えば、Ｒ３２はＲ４１０Ａに比べて断熱圧縮指数が高いので理論吐出温度が高くなる。したがって、Ｒ４１０Ａを用いた場合では異常な運転条件でない限り理論吐出温度が耐熱温度を超えることはない圧縮機であっても、Ｒ３２を用いた場合だとＲ４１０Ａに比べて理論吐出温度が耐熱温度に近くなるか、若しくは耐熱温度を超えてしまう。図２には、同じ圧縮機を用いた場合のＲ４１０Ａの理論吐出温度の温度範囲（１）とＲ３２の理論吐出温度の温度範囲（２）の比較が示されている。Ｒ４１０Ａ（１）では、理論吐出温度は耐熱温度ｂ℃よりも低いｄ℃が上限である。それに対してＲ３２（２）では、理論吐出温度は耐熱温度ｂ℃を上回るａ℃まで上昇してしまう。

吐出温度が耐熱温度を超えてしまうと、圧縮機保護制御によって圧縮機２０が運転停止してしまう。これを避けるため、耐熱温度よりも十分に低い温度域で安定させて運転させることが望ましい。一方、吐出温度が理論吐出温度（吸入乾き度＝１のときの吐出温度）となる運転が最適な状態である。したがって、理論吐出温度が耐熱温度に近い値であるか、若しくは耐熱温度以上である場合であっても、少しでも理論吐出温度に近づくような高い吐出温度で安定した運転をさせたいという要求がある。図２を用いて説明すると、耐熱温度ｂ℃に近いｃ℃で安定させた運転が好ましい。この場合、耐熱温度よりも低く、耐熱温度に近い温度域で理論吐出温度を安定させることによって、圧縮機２０の信頼性を保ちつつ、空気調和機１の能力低下の抑制を図れることになる。しかし、圧縮機２０の回転数の上昇や負荷（室温や室内風量）の変動などにより凝縮温度と蒸発温度は変化するため、理論吐出温度もそれに伴って変化し、理論吐出温度が耐熱温度を超えることがある。このとき、フィードバック開度制御では実吐出温度は理論吐出温度に追従するため、実吐出温度が耐熱温度を超えてしまい、圧縮機２０が停止してしまう。なお、圧縮機の耐熱温度を上げることでも本課題を解決することは可能だが、製品コストの増大に繋がってしまう。

このように、Ｒ３２等の断熱圧縮指数が高い冷媒を使用した空気調和装置であって、理論吐出温度が耐熱温度に近い温度域で運転するものにおいて、負荷変動等により理論吐出温度が変化する場合でも、変化を予測して吐出温度が耐熱温度以上にならないようにする制御が望まれていた。よって、本発明の制御を行う。

図５は、圧縮機２０起動後の膨張弁２７の開度制御方法を示すフローチャートである。

まず、圧縮機２０起動後、初期パルス制御を行う（ＳＴ１）。圧縮機２０起動直後は圧縮機２０の回転数が目標回転数に向かって増加しており、冷凍サイクル中の凝縮温度及び蒸発温度が安定しておらず、理論吐出温度が算出できないため、フィードバック開度制御を行うことはできない。その代りに、膨張弁２７の開度を適正な冷媒流量が確保できる開度に予め調整しておく初期パルス制御を行っている。これによって、圧縮機２０の回転数が目標値に到達したときに膨張弁２７の開度が不十分だと吐出温度が急激に上昇し、耐熱温度をオーバーシュートすることを防止している。初期パルス制御を開始したら、図６に示すように、記憶部１２０から初期パルスの情報をＣＰＵ１１０に出力し、ＣＰＵ１１０は取り込んだ初期パルスの情報を膨張弁２７に送信し開度制御を行う（ＳＴ１−１）。その後、初期パルス制御を終了する。なお、パルスとは膨張弁２７の開度を制御する際の制御量であり、加算されると膨張弁２７の開度は開方向に制御される、減算されると膨張弁２７の開度は閉方向に制御される。

次に、圧縮機２０の目標回転数（要求ｒｐｓ）が変化したかどうかを判定し（ＳＴ２）、変化があった場合は回転数パルス制御を行う（ＳＴ３）。なお、回転数パルス制御（ＳＴ３）については後述する。回転数変化がなかった場合、圧縮機２０の起動から所定時間ｔ１（分）経過したかどうかを判定する（ＳＴ４）。なお、この所定時間ｔ１は、圧縮機２０が室外機制御手段１００の要求した回転数に到達するための予め設定した時間である。所定時間を経過していない場合はＳＴ２に戻る。

次に、回転数パルス制御（ＳＴ３）について説明する。圧縮機２０の回転数（ｒｐｓ）変化があった場合、本制御を行う。検出吐出温度（Ｔｄ）は、理論吐出温度（Ｔｄｉ）の短時間での変化に対して追従性が悪い。したがって、検出吐出温度（Ｔｄ）に基づいて行うフィードバック開度制御では検出吐出温度（Ｔｄ）を安定させるのに時間が掛かってしまい、検出吐出温度（Ｔｄ）が圧縮機２０の耐熱温度に到達する場合がある。よって、冷媒循環量が変化した時点で膨張弁２７の開度を制御する必要があり、この場合には圧縮機２０の回転数変化毎に変化量に応じて開度制御を行う。回転数パルス制御では、図６に示すように、圧縮機２０の回転数（ｒｐｓ）を検出し（ＳＴ３−１）、ＣＰＵ１１０は検出した回転数（ｒｐｓ）の大きさに応じて予め定められた加算パルスを記憶部１２０から取り出す（ＳＴ３−２）。その後、ＣＰＵ１１０は取り込んだ加算パルスの情報を膨張弁２７に送信し開度制御を行う（ＳＴ３−３）。その後、回転数パルス制御を終了する。

ＳＴ４において圧縮機起動開始から所定時間ｔ１が経過した場合、ＣＰＵ１１０は検出値入力部１４０から凝縮温度（Ｔｃ）、蒸発温度（Ｔｅ）、吐出温度（Ｔｄ）、圧縮機回転数（ｒｐｓ）を取り込む（ＳＴ５）。空気調和機１が暖房運転の場合、室外熱交換器２３は蒸発器、室内熱交換器３１は凝縮器として機能するため、室外機制御手段１００の検出値入力部１４０は、室内熱交換器温度センサ７８と室外熱交換器温度センサ７５とからそれぞれが検出した凝縮温度と蒸発温度を取り込んでＣＰＵ１１０に出力する。その後、凝縮温度（Ｔｃ）、蒸発温度（Ｔｅ）および圧縮機回転数（ｒｐｓ）に基づいて理論吐出温度（Ｔｄｉ）を算出する（ＳＴ６）。理論吐出温度（Ｔｄｉ）を算出した後、フィードバック（ＦＢ）開度制御を行う（ＳＴ７）。

フィードバック開度制御の態様は前述のとおり、凝縮温度と蒸発温度とから圧縮機の吸入冷媒の乾き度が最適（乾き度＝１）となるような理論吐出温度に検出吐出温度が近づくように膨張弁２７の開度調整を行う制御である。まず、フィードバック開度制御では図７に示すように、前回のフィードバック開度制御から所定時間ｔ２が経過したかを判定する（ＳＴ７−１）。なお、この所定時間ｔ２がはフィードバック開度制御の制御間隔であり、圧縮機２０起動後初めてのフィードバック開度制御であった場合もｔ２が経過したものとみなす。所定時間ｔ２がを経過していない場合はそのままフィードバック開度制御を終了し、所定時間ｔ２がを経過した場合は、ＣＰＵ１１０はＳＴ５で検出した吐出温度（Ｔｄ）とＳＴ６で算出した理論吐出温度（Ｔｄｉ）の差（Ｔｄｘ＝Ｔｄｉ−Ｔｄ）を算出し、差（Ｔｄｘ）の大きさに応じて予め定められた加算パルスを記憶部１２０から取り出す（ＳＴ７−２）。その後、ＣＰＵ１１０は取り込んだ加算パルスの情報を膨張弁２７に送信し開度制御を行う（ＳＴ７−３）。その後、フィードバック開度制御を終了する。

その後、湿り制御を行う（ＳＴ８）。理論吐出温度（Ｔｄｉ）が短時間に変化する要因は回転数（ｒｐｓ）の変化だけではなく、室内風量や室温等の負荷変動によっても変化が発生する。上述した圧縮機２０の回転数（ｒｐｓ）に応じた開度制御では負荷変動による理論吐出温度（Ｔｄｉ）の変化には対応できない。よって、現在の吐出温度（Ｔｄ）が耐熱温度に近い場合には不要な圧縮機保護停止制御が発生するおそれがある。これを避けるため、膨張弁２７の開度調節が必要になる状況の発生を検出した時点で予め膨張弁２７の開度を調整する予測制御が必要となる。そこで、理論吐出温度（Ｔｄｉ）がある閾値を超えた場合、その閾値との差の大きさに応じて膨張弁２７の開度を開く方向に制御する。本実施例において、これを湿り制御と呼ぶ。

次に、湿り制御の具体的な制御態様について、図２、図３、図４及び図８を用いて詳細に説明する。

湿り制御では、耐熱温度（図２におけるｂ℃を指す）より低い温度の目標吐出温度上限値（Ｔｄｌ）という閾値を設けており（図２におけるｃ℃を指す）、この目標吐出温度上限値（Ｔｄｌ）と理論吐出温度（Ｔｄｉ）との差から湿らせ度合い（湿りレベル）を算出する（図８のＳＴ８−１）。湿りレベル（ｎ）の算出方法は、
ｎ＝（Ｔｄｉ−Ｔｄｌ）／ｄ＋１（Ｔｄｉ＜Ｔｄｌのときｎ＝０、それ以外のときｎは整数：小数点以下切り捨て）
とする。このとき、ｄは湿りレベルの幅であって、例えばｄ＝２とした場合（図３）、２℃毎にレベルが変化することを意味する。図３は目標吐出温度上限値（Ｔｄｌ）と理論吐出温度（Ｔｄｉ）の差に応じた湿りレベル（ｎ）の変化を表した図である。

図３に示すように、目標吐出温度上限値（Ｔｄｌ）と理論吐出温度（Ｔｄｉ）の差（Ｔｄｘ）が上昇している場合は、当該差が０、＋２、＋４、＋６を超える時に湿りレベル（ｎ）がＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶとそれぞれ変化する。湿りレベル（ｎ）が変化した場合、図４に示すように、変化後の湿りレベルに応じて予め定められた加算パルスを記憶部１２０から取り出す（図８のＳＴ８−２）。その後、ＣＰＵ１１０は取り込んだ加算パルスの情報を膨張弁２７に送信し開度制御を行う（図８のＳＴ８−３）。その後、湿り制御を終了する。このとき、例えば湿りレベルが０からＩに変化した場合、制御パルスは２％加算される。
また、ハンチングを防止するために上昇時と下降時とでヒステリシスを設けている（３℃）。

上記した湿り制御によれば、負荷変動によって短時間に理論吐出温度の変化が発生した場合でも、湿りレベルの大きさに応じて膨張弁２７の開度調整を行える。よって、圧縮機２０の吐出温度を耐熱温度よりも低く、且つ、耐熱温度に近い温度で安定させることができ、圧縮機２０の信頼性を保ちつつ、空気調和機１の暖房能力及び冷房能力の向上が図れることになる。

図５において、湿り制御（ＳＴ８）が終了した後、圧縮機２０の停止指令があるか判定（ＳＴ９）し、指令がなければＳＴ２まで戻って回転数パルス制御、フィードバック開度制御及び湿り制御を各ステップに従って行う。停止指令がある場合は圧縮機２０を停止する。

また、本実施形態では、湿りレベルの幅を２℃、ヒステリシスを３℃に設定しているが、本発明の実施形態はこの限りでなく、試験結果等に基づいて適宜設定するものとしている。なお、図４における、パルス加算率についても、本実施形態では、湿りレベルが０からＩに上昇した場合＋２％、ＩからＩＩに上昇した場合＋２％等に設定しているが、湿りレベルの幅やヒステリシスと同様に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１空気調和機
２室外機
３室内機
４液管
５ガス管
１０冷媒回路
２０圧縮機
２０１モータ
２１アキュムレータ
２２四方弁
２３室外熱交換器
２４室外ファン
２７膨張弁
３１室内熱交換器
３３室内ファン
６１吐出管
６２冷媒配管
６３室外気液管
６４室外機ガス管
６５冷媒配管
６６吸入管
６８室内機液管
６９室内機ガス管
７３吐出温度センサ
７５室外熱交換器温度センサ
７８室内熱交換器温度センサ
７９室内温度センサ
１００室外機制御手段

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器と、前記凝縮器での凝縮温度を検出する凝縮温度センサと、前記蒸発器での蒸発温度を検出する蒸発温度センサと、前記圧縮機からの冷媒吐出温度を検出する吐出温度センサを有し、前記凝縮温度、前記蒸発温度とに基づいて予め定められた前記圧縮機の吸入冷媒が乾き度＝１となる時の前記圧縮機からの吐出冷媒の温度となる理論吐出温度に前記冷媒吐出温度が近づくように前記膨張弁の開度を制御するフィードバック開度制御と、前記冷媒吐出温度が前記圧縮機の耐熱温度を超えた場合に前記圧縮機の運転を停止する圧縮機保護停止制御とを行い、Ｒ４１０Ａと比較して断熱圧縮指数の高い冷媒を用いた空気調和装置であって、前記空気調和装置は、予め前記耐熱温度よりも低く定めた目標吐出温度上限値を前記理論吐出温度が超えた場合、前記フィードバック開度制御に加えて、前記理論吐出温度と前記目標吐出温度上限値との温度差の大きさに応じて前記膨張弁の開度を開制御する湿り制御を行うことを特徴とする空気調和装置。
前記湿り制御は、前記理論吐出温度と前記目標吐出温度上限値との温度差が大きくなるにつれて前記膨張弁の開度を開く方向へ制御する制御量の加算率が大きくなるように調節することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記冷媒はＲ３２を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。