JP7030037B2

JP7030037B2 - 空気調和機

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Inventors: 円上野
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Publication date: 2022-03-04
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Description

本発明は、圧縮機を含む冷凍サイクルを用いた空気調和機に関する。

冷凍サイクルを用いる空気調和機では、凝縮圧力（圧縮機の吐出圧力）が高くなるほど圧縮機への負荷が大きくなる。このため、凝縮圧力が高くなりすぎないようにするために、圧縮機の回転数制御が行われる。例えば、特許文献１には、圧縮機の吐出圧力を圧力センサにて検知し、圧力センサからの検知圧力が基準値を超えている場合に圧縮機回転数を所定回転数だけ低下させることが開示されている。また、圧力センサは、センサ類の中でも規模が大きくコストも高くなることから、圧力センサに代えてサーミスタを用い、サーミスタによる検知温度から間接的に凝縮圧力を求める方法も一般に知られている。

サーミスタを用いて間接的に求められる凝縮圧力は、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じるものとなる。このため、サーミスタを用いて求められる凝縮圧力によって圧縮機回転数を制御する場合、実際の凝縮圧力によって圧縮機回転数を制御する場合に比べて、反応が遅れることになる。その結果、空気調和機の風量が突然変更された場合や、圧縮機回転数が変動した場合などに、一時的に凝縮圧力が設計圧力（許容圧力）以上となり、圧縮機や空気調和機の部品に損傷が生じてしまう虞がある。

また、圧縮機の立ち上がり時などは、サイクルが安定しておらず、冷媒の状態が二相域とならずに過熱域や過冷却域となる場合がある。その場合、サーミスタの検知温度が大きく変化して、凝縮圧力を予測すること自体が困難となり、適切な圧縮機の回転数制御が行えないこともある
これに対し、特許文献２には、サーミスタを用いずに、圧縮機における現在の回転数と入力電流とに基づいて凝縮圧力を予測し、予測された凝縮圧力が上限ラインを超えた場合に圧縮機回転数を下げるように制御することが開示されている。このように予測される凝縮圧力は、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じるものではなく、特許文献２における制御は、反応遅れを生じないものとされている。

特開平８－５８３５７号公報特開平５－２８８４１２号公報

特許文献２に開示された圧縮機の回転数制御においては、予測された凝縮圧力が上限ラインを超えて圧縮機回転数が下げられた後、予測された凝縮圧力が下限ラインを下回ると通常の回転数制御に戻される。

ここで、設定される凝縮圧力の上限ラインと下限ラインとの間のマージンが小さい場合、予測された凝縮圧力が上限ラインを超えて圧縮機回転数が下げられた後、その後すぐに凝縮圧力が上限ラインを超えてしまい、再び圧縮機回転数を下げるといった変動が繰り返されやすい。このため、圧縮機の回転数変動による騒音や温度変化などにより、ユーザーに不快感を与えるといった問題がある。一方で、凝縮圧力の上限ラインと下限ラインとの間のマージンが大きい場合、圧縮機回転数が下げられた状態で長く運転されることになり、圧縮機の運転効率（運転状態にある圧縮機の能力：運転状態にある圧縮機の回転数／最大圧縮機回転数）が低くなるといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、圧縮機の回転数変動を低減しながらも圧縮機の運転効率を高いレベルで維持することのできる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様である空気調和機は、圧縮機を含む冷凍サイクルを用いた空気調和機であって、前記圧縮機における現在の電流値を検知する電流検知部と、基準凝縮圧力に相当する基準電流を、圧縮機回転数に基づいて算出する基準電流算出部と、前記圧縮機回転数を制御する回転数制御部とを備えており、前記回転数制御部は、前記圧縮機回転数が、室温と設定温度との温度差に応じて設定される目標回転数となるように制御する通常制御と、凝縮圧力が許容ラインを超えないように、前記圧縮機回転数を制御する回転数規制制御とを行うものであり、前記基準電流算出部は、第１基準凝縮圧力に相当する第１基準電流を、前記圧縮機の現在の回転数に基づいて算出すると共に、前記第１基準凝縮圧力よりも小さい第２基準凝縮圧力に相当する第２基準電流を、前記圧縮機の前記目標回転数に基づいて算出するものであり、前記回転数制御部は、前記回転数規制制御として、前記電流検知部で検知される電流値が前記第１基準電流以上となったときに前記圧縮機回転数を下げる制御を行い、前記電流検知部で検知される電流値が前記第２基準電流未満となったときに前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる制御を行うことを特徴としている。

上記の構成によれば、回転数規制制御として圧縮機回転数を下げる制御は、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じることがなく、このため、凝縮圧力が圧縮機の仕様として規定されている最大圧力を超えることを確実に防止できる。

また、回転数規制制御として圧縮機回転数を目標回転数にまで上げる制御では、目標回転数に対応する第２予測凝縮圧力が使用されるため、圧縮機回転数が速やかに第２基準凝縮圧力近くまで回復する。その結果、圧縮機回転数を第１基準凝縮圧力と第２基準凝縮圧力との間で精度よく変動させることができ、圧縮機回転数が下がり過ぎることも防止できるため、圧縮機の運転効率を高いレベルで維持することができる。

また、上記空気調和機は、前記回転数規制制御において、前記電流検知部で検知される電流値が前記第２基準電流未満となり、前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる場合の前記圧縮機回転数の上昇速度は、前記通常制御で前記圧縮機回転数を上昇させる場合の上昇速度よりも遅くされる構成とすることができる。

上記の構成によれば、回転数規制制御において圧縮機回転数を目標回転数にまで上げる場合に、圧縮機回転数の上昇速度を遅くすることにより、急激なサイクル状態の変化をより確実に抑え、圧縮機の回転数変動をより小さくすることができる。

また、上記空気調和機では、前記基準電流算出部は、凝縮器雰囲気温度によって補正される前記第１基準電流および前記第２基準電流を求める構成とすることができる。

上記の構成によれば、第１基準電流および第２基準電流を凝縮器雰囲気温度で補正されたものとして求めることで、基準電流の精度を高めることができ、空気調和機の運転効率をより向上させることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の第２の態様である空気調和機は、圧縮機を含む冷凍サイクルを用いた空気調和機であって、前記圧縮機における現在の電流値を検知する電流検知部と、前記電流検知部で検知される電流値と圧縮機回転数とに基づく予測凝縮圧力を求める凝縮圧力算出部と、前記圧縮機回転数を制御する回転数制御部とを備えており、前記回転数制御部は、前記圧縮機回転数が、室温と設定温度との温度差に応じて設定される目標回転数となるように制御する通常制御と、凝縮圧力が許容ラインを超えないように、前記圧縮機回転数を制御する回転数規制制御とを行うものであり、前記凝縮圧力算出部は、前記電流検知部で検知される電流値と前記圧縮機の現在の回転数とに基づく第１予測凝縮圧力と、前記電流検知部で検知される電流値と前記圧縮機の前記目標回転数とに基づく第２予測凝縮圧力とを求めるものであり、前記回転数制御部は、前記回転数規制制御として、前記第１予測凝縮圧力が第１基準凝縮圧力以上となったときに前記圧縮機回転数を下げる制御を行い、前記第２予測凝縮圧力が前記第１基準凝縮圧力よりも小さい第２基準凝縮圧力未満となったときに前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる制御を行うことを特徴としている。

上記の構成によれば、第１予測凝縮圧力は実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じるものではなく、回転数規制制御として圧縮機回転数を下げる制御は、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じることがない。このため、凝縮圧力が圧縮機の仕様として規定されている最大圧力を超えることを確実に防止できる。

また、上記空気調和機は、前記回転数規制制御において、前記第２予測凝縮圧力が前記第２基準凝縮圧力未満となり、前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる場合の前記圧縮機回転数の上昇速度は、前記通常制御で前記圧縮機回転数を上昇させる場合の上昇速度よりも遅くされる構成とすることができる。

また、上記空気調和機では、前記凝縮圧力算出部は、凝縮器雰囲気温度によって補正される前記第１予測凝縮圧力および前記第２予測凝縮圧力を求める構成とすることができる。

上記の構成によれば、第１予測凝縮圧力および第２予測凝縮圧力を凝縮器雰囲気温度で補正されたものとして求めることで、予測凝縮圧力の精度を高めることができ、空気調和機の運転効率をより向上させることができる。

本発明の空気調和機は、圧縮機回転数を第１基準凝縮圧力と第２基準凝縮圧力との間で精度よく変動させることができ、圧縮機の回転数変動を低減しながらも、圧縮機の運転効率を高いレベルで維持することができるといった効果を奏する。

実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。実施の形態１に係る空気調和機の制御系を示すブロック図である。実施の形態１に係る空気調和機の回転数規制制御を示すフローチャートである。冷凍サイクルの凝縮圧力と圧縮機の電流値および回転数との相関を示すグラフである。実施の形態２に係る空気調和機の回転数規制制御を示すフローチャートである。実施の形態３に係る空気調和機の回転数規制制御を示すフローチャートである。実施の形態４に係る空気調和機の制御系を示すブロック図である。実施の形態４に係る空気調和機の回転数規制制御を示すフローチャートである。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１０の概略構成図であり、空気調和機１０において適用される冷凍サイクルを示している。

空気調和機１０は、室内ユニット１００および室外ユニット１１０により構成されている。空気調和機１０における冷凍サイクルの経路上には、室内ユニット１００側に室内熱交換器１０１が備えられており、室外ユニット１１０側に圧縮機１１１、室外熱交換器１１２、四方弁１１３および膨張弁１１４が備えられている。また、室内ユニット１００には、室内熱交換器１０１で熱交換された空気を室内に送り出すための室内ファン１０２が備えられており、室外ユニット１１０には、室外熱交換器１１２に空気を送るための室外ファン１１５が備えられている。

四方弁１１３は、空気調和機１０の暖房／冷房運転に応じて、冷媒の循環の向きを切り替えるものである（図１は暖房運転時の状態を示している）。暖房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室内熱交換器１０１、膨張弁１１４、室外熱交換器１１２、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、暖房運転時には、室内熱交換器１０１が凝縮器、室外熱交換器１１２が蒸発器として機能する。

一方、冷房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室外熱交換器１１２、膨張弁１１４、室内熱交換器１０１、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、冷房運転時には、室外熱交換器１１２が凝縮器、室内熱交換器１０１が蒸発器として機能する。

さらに、空気調和機１０は、室内熱交換器１０１付近に室温センサ１２１を有しており、室外熱交換器１１２付近に外気温センサ１２２を有している。室温センサ１２１は、室内熱交換器１０１における吸込空気の温度を室温として検知する。外気温センサ１２２は、室外熱交換器１１２における吸込空気の温度を外気温度として検知する。

図２は、空気調和機１０の制御系を示すブロック図である。但し、図２では、圧縮機１１１の回転数制御に関する構成のみを示している。空気調和機１０は、制御部２０によって圧縮機１１１の回転数制御を行っており、制御部２０は、主制御部２０１、凝縮圧力算出部２０２、閾値格納部２０３および温度差－回転数テーブル２０４を具備している。また、主制御部２０１は、圧縮機１１１および室温センサ１２１とも接続されている。

空気調和機１０は、圧縮機１１１の通常制御として、室温と設定温度との温度差に応じて圧縮機回転数を変化させる運転制御を行っている。この運転制御では、室温センサ１２１にて検知される現在の室温が主制御部２０１に入力され、主制御部２０１は室温と設定温度との温度差を求める。さらに、主制御部２０１は、この温度差を温度差－回転数テーブル２０４への入力パラメータとして圧縮機１１１の目標回転数を求め、圧縮機１１１の回転数が目標回転数となるように圧縮機１１１を制御する。すなわち、温度差－回転数テーブル２０４には、室温と設定温度との温度差と、圧縮機１１１の目標回転数とが対応付けて格納されている。尚、本実施の形態では、主制御部２０１が特許請求の範囲に記載の回転数制御部に相当する。

温度差－回転数テーブル２０４を用いた通常制御により、空気調和機１０では、室温と設定温度との温度差が大きい時は空気調和機の運転能力を上げることで室温を速やかに設定温度に近づけ、室温と設定温度との温度差が小さい時は空気調和機の運転能力を下げることで室温が設定温度付近で維持される。

また、空気調和機１０では、圧縮機１１１に対して過大な負荷が掛からないように、冷凍サイクルの凝縮圧力が許容ラインを超えないようにする必要があり、そのための圧縮機１１１の回転数の制御も必要となる。すなわち、圧縮機１１１に対して、上述の通常制御のみでは凝縮圧力が許容ラインを超える場合があるので、その場合は圧縮機１１１の回転数を通常制御で求められる目標回転数よりも下げる必要がある。

続いて、本実施の形態１に係る空気調和機１０の特徴である、凝縮圧力が許容ラインを超えないようにするための圧縮機１１１の回転数規制制御について、図３のフローチャートを参照して説明する。

この回転数規制制御では、最初に圧縮機１１１の目標回転数ｎ２が決定される（Ｓ１）。この目標回転数ｎ２は、上述した通常制御によって、すなわち室温と設定温度との温度差から温度差－回転数テーブル２０４によって求められるものである。

続いて、圧縮機１１１における現在の電流値Ｉが電流センサ１３０（電流検知部：図２参照）によって検知される（Ｓ２）。この電流センサ１３０は、圧縮機１１１の給電回路に設けられており、検知された電流値Ｉは凝縮圧力算出部２０２に入力される。また、凝縮圧力算出部２０２には、主制御部２０１から、圧縮機１１１の現在の回転数ｎ１（主制御部２０１が圧縮機１１１を制御する制御回転数）も入力される。

凝縮圧力算出部２０２は、入力された電流値Ｉと回転数ｎ１とに基づき、第１予測凝縮圧力Ｐｄを求める（Ｓ３）。一般に冷凍サイクルの凝縮圧力は、図４に示すように、圧縮機の電流値と回転数とに対して相関を示すものである。このため、予め実験などを行うことで、第１予測凝縮圧力Ｐｄを電流値Ｉと回転数ｎ１との関数（Ｐｄ＝ｆ（Ｉ，ｎ１））で規定することができる。そして、予め規定された関数式に電流値Ｉと回転数ｎ１とを入力することで第１予測凝縮圧力Ｐｄを算出できる。また、第１予測凝縮圧力Ｐｄの求め方は、関数式を用いて算出する方法には限定されない。例えば、電流値Ｉおよび回転数ｎ１と第１予測凝縮圧力Ｐｄとを対応付けたテーブルを作成しておき、このテーブルに電流値Ｉおよび回転数ｎ１を入力して第１予測凝縮圧力Ｐｄを読み出すようにしてもよい。

凝縮圧力算出部２０２で求められた第１予測凝縮圧力Ｐｄは主制御部２０１に入力され、主制御部２０１は、第１予測凝縮圧力Ｐｄと第１基準凝縮圧力Ｐｄｓとを比較し、第１予測凝縮圧力Ｐｄが第１基準凝縮圧力Ｐｄｓ以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。ここで、第１基準凝縮圧力Ｐｄｓは、凝縮圧力の許容上限値であり、圧縮機１１１の仕様として規定されている最大圧力よりも低い値とされている。また、第１基準凝縮圧力Ｐｄｓは、閾値格納部２０３に予め格納されている。

第１予測凝縮圧力Ｐｄが第１基準凝縮圧力Ｐｄｓ以上である場合（Ｓ４でＹＥＳ）、主制御部２０１は圧縮機１１１の回転数を下げる運転制御を行う（Ｓ５）。電流値Ｉと回転数ｎ１とから求められる第１予測凝縮圧力Ｐｄは、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じるものではなく、Ｓ５の運転制御は、空気調和機１０の風量が突然変更された場合や圧縮機１１１の回転数が変動した場合などにも反応遅れを生じない。このため、凝縮圧力が圧縮機１１１の仕様として規定されている最大圧力を超えることを確実に防止できる。尚、Ｓ５の運転制御は、圧縮機１１１の回転数を所定回転数（ｒｐｓ）だけ一度に下げる制御であってもよく、あるいは、圧縮機１１１の回転数を所定変化率（ｒｐｓ／ｓｅｃ）で減少させる制御であってもよい。

第１予測凝縮圧力Ｐｄが第１基準凝縮圧力Ｐｄｓ未満である場合（Ｓ４でＮＯ）は、凝縮圧力算出部２０２が、入力された電流値Ｉと目標回転数ｎ２とに基づき、目標回転数ｎ２に対応する第２予測凝縮圧力Ｐｄ２を求める（Ｓ６）。この第２予測凝縮圧力Ｐｄ２は、第１予測凝縮圧力Ｐｄとは入力される圧縮機回転数が異なるのみであるので、第１予測凝縮圧力Ｐｄと同様の方法で求めることができる。

凝縮圧力算出部２０２で求められた第２予測凝縮圧力Ｐｄ２は主制御部２０１に入力され、主制御部２０１は、第２予測凝縮圧力Ｐｄ２と第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２とを比較し、第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２以上であるか否かを判定する（Ｓ７）。ここで、第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２は、Ｓ５の運転制御の終了を判定するための下限閾値であり、第１基準凝縮圧力Ｐｄｓよりも小さな値とされている。また、第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２は、閾値格納部２０３に予め格納されている。

第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２以上である場合（Ｓ７でＹＥＳ）、圧縮機１１１の運転制御は変更されることなく処理はＳ２へ戻る。すなわち、Ｓ５の運転制御が行われている場合、その運転制御は継続される（Ｓ５の運転制御で下げられた圧縮機１１１の回転数が維持される）。これは、第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２以上である状態で圧縮機１１１の回転数制御を通常制御に戻して回転数を目標回転数ｎ２とすると、その後、短時間で再び第１予測凝縮圧力Ｐｄが第１基準凝縮圧力Ｐｄｓ以上となり、圧縮機１１１の回転数変動が頻繁となる虞があるためである。

第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２未満である場合（Ｓ７でＮＯ）、圧縮機１１１の回転数制御が通常制御に戻され、主制御部２０１は圧縮機１１１の回転数を目標回転数ｎ２まで上昇させる（Ｓ８）。尚、Ｓ８では、圧縮機１１１の回転数制御が通常制御に戻されることで、圧縮機１１１の回転数が目標回転数ｎ２に到達するまで、所定変化率（ｒｐｓ／ｓｅｃ）で圧縮機１１１の回転数が上昇させられる。

このように、第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２未満である状態で圧縮機１１１の回転数制御を通常制御に戻すことで、圧縮機１１１の回転数変動が頻繁となることを防止できる。一方で、Ｓ７の判定には、目標回転数ｎ２に対応する第２予測凝縮圧力Ｐｄ２が使用されるため、Ｓ８において圧縮機１１１の回転数制御が通常制御に戻された後は、圧縮機１１１の回転数が速やかに第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２近くまで回復する。すなわち、圧縮機１１１の回転数が下がり過ぎることも防止でき、圧縮機１１１の運転効率を可能な限り高いレベルで維持することができる。

言い換えれば、Ｓ７において第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２と比較される第２予測凝縮圧力Ｐｄ２を目標回転数ｎ２から求めることにより、圧縮機１１１の回転数を目標回転数ｎ２に変更した場合に、変更後の凝縮圧力が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２を超えるかどうかが予め判断されることになる。その結果、圧縮機１１１の回転数を第１基準凝縮圧力Ｐｄｓと第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２との間で精度よく変動させることができ、運転効率を高いレベルで維持することができる。

〔実施の形態２〕
上記実施の形態１における回転数規制制御では、図３のフローチャートのＳ８において、圧縮機１１１の回転数制御を通常制御に戻し、圧縮機１１１の回転数が目標回転数ｎ２に到達するまで所定変化率（ｒｐｓ／ｓｅｃ）で圧縮機１１１の回転数を上昇させている。これに対し、本実施の形態２における回転数規制制御は図５に示すものとなる。図５に示す回転数規制制御において、Ｓ１～Ｓ７の処理は実施の形態１における図３のフローチャートと同じである。

図５のフローチャートでは、Ｓ７でＹＥＳの場合、Ｓ１８において圧縮機１１１の回転数が目標回転数ｎ２に到達するまで上昇させられることは、図３のフローチャートのＳ８と同じである。但し、この時の回転数の上昇速度はＳ８の場合よりも遅くされる。すなわち、Ｓ１８で圧縮機１１１の回転数を上昇させる時の変化率は、通常制御で圧縮機１１１の回転数を変動させる場合の所定変化率よりも小さい変化率とされる。

このように、本実施の形態２における回転数規制制御では、圧縮機１１１の回転数の上昇速度を遅くすることにより、急激なサイクル状態の変化をより確実に抑え、圧縮機１１１の回転数変動をより小さくすることができる。

〔実施の形態３〕
本実施の形態３における回転数規制制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。図６に示す回転数規制制御は、実施の形態１における図３のフローチャートと類似したものであるが、図３のＳ３，Ｓ４に代えてＳ２３，Ｓ２４を行い、Ｓ６，Ｓ７に代えてＳ２６，Ｓ２７を行っている。さらに、図６のＳ８の処理は、図５のＳ１８の処理に代えてもよい。

図３のＳ３では、空気調和機１０の冷房または暖房運転に関わらず、圧縮機１１１の第１予測凝縮圧力Ｐｄを電流値Ｉと回転数ｎ１とに基づいて求めていた。これに対し、図６のＳ３では、凝縮器雰囲気温度で補正された第１予測凝縮圧力Ｐｄ’を求めている。冷房運転時には、室外熱交換器１１２が凝縮器となるため、外気温センサ１２２にて検知される室外雰囲気温度Ｔｏｕｔが凝縮圧力算出部２０２に入力され、凝縮圧力算出部２０２は入力された電流値Ｉと回転数ｎ１と室外雰囲気温度Ｔｏｕｔとに基づき、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’を求める。暖房運転時には、室内熱交換器１０１が凝縮器となるため、室温センサ１２１にて検知される室内雰囲気温度Ｔｉｎが凝縮圧力算出部２０２に入力され、凝縮圧力算出部２０２は入力された電流値Ｉと回転数ｎ１と室内雰囲気温度Ｔｉｎとに基づき、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’を求める。尚、この場合の第１予測凝縮圧力Ｐｄ’も、予め実験などを行うことで、電流値Ｉと回転数ｎ１と凝縮器雰囲気温度との関数（冷房時：Ｐｄ＝ｆ（Ｉ，ｎ１，Ｔｏｕｔ）、暖房時：Ｐｄ＝ｆ（Ｉ，ｎ１，Ｔｉｎ））で規定することができる。

Ｓ２４では、Ｓ２３で求められた第１予測凝縮圧力Ｐｄ’が第１基準凝縮圧力Ｐｄｓと比較され、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’が第１基準凝縮圧力Ｐｄｓ以上であるか否かが判定される。

また、Ｓ２６で求められる第２予測凝縮圧力Ｐｄ２’は、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’とは入力される圧縮機回転数が異なるのみであるので、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’と同様の方法で求めることができる。Ｓ２７では、Ｓ２６で求められた第２予測凝縮圧力Ｐｄ２’が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２と比較され、第２予測凝縮圧力Ｐｄ２’が第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２以上であるか否かが判定される。

このように、本実施の形態３における回転数規制制御では、第１予測凝縮圧力Ｐｄ’および第２予測凝縮圧力Ｐｄ２’を凝縮器雰囲気温度で補正されたものとして求めることで、予測凝縮圧力の精度を高めることができ、空気調和機１０の運転効率をより向上させることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態１～３では予測凝縮圧力を求め、この予測凝縮圧力に基づいて圧縮機１１１の回転数規制制御を行っていた。これに対し、本実施の形態４では、基準凝縮圧力に相当する基準電流を求め、この基準電流に基づいて圧縮機１１１の回転数規制制御を行う。本実施の形態４における回転数規制制御について、図７および図８を参照して説明する。

図７は、本実施の形態４に係る空気調和機１０の制御系を示すブロック図である。図７に示す制御部２１は、図２に示す制御部２０と類似した構成であるが、凝縮圧力算出部２０２に代えて基準電流算出部２１２を有しており、閾値格納部２０３は有していない。また、主制御部２０１は、圧縮機１１１、室温センサ１２１および外気温センサ１２２とも接続されている。

図８は、本実施の形態４に係る空気調和機の回転数規制制御を示すフローチャートである。図８に示す回転数規制制御では、最初に圧縮機１１１の目標回転数ｎ２が決定される（Ｓ１）。続いて、圧縮機１１１における現在の電流値Ｉが電流センサ１３０（図７参照）によって検知される（Ｓ２）。Ｓ１およびＳ２の処理は、図３に示す回転数規制制御と同じである。

基準電流算出部２１２は、圧縮機１１１における現在の回転数ｎ１と凝縮器雰囲気温度とに基づき、第１基準凝縮圧力Ｐｄｓに相当する第１基準電流Ｉｓを求める（Ｓ３３）。凝縮器雰囲気温度は、冷房時は外気温センサ１２２にて検知される室外雰囲気温度Ｔｏｕｔであり、暖房時は室温センサ１２１にて検知される室内雰囲気温度Ｔｉｎである。また、第１基準電流Ｉｓは、現在の回転数ｎ１と凝縮器雰囲気温度との下で第１基準凝縮圧力Ｐｄｓとなる電流を意味している。この場合の第１基準電流Ｉｓも、予め実験などを行うことで、回転数ｎ１と凝縮器雰囲気温度との関数（冷房時：Ｉｓ＝ｆ（ｎ１，Ｔｏｕｔ）、暖房時：Ｉｓ＝ｆ（ｎ１，Ｔｉｎ））で規定することができる。

尚、Ｓ３３では、第１基準電流Ｉｓを求めるのに凝縮器雰囲気温度も用いているが、この凝縮器雰囲気温度は、実施の形態３における第１予測凝縮圧力Ｐｄ’の算出時と同様に、温度補正によって第１基準電流Ｉｓの精度を高めるために用いられているものである。すなわち、第１基準電流Ｉｓを求める上で凝縮器雰囲気温度は必須ではなく、圧縮機１１１の回転数ｎ１のみから第１基準電流Ｉｓを求めることも可能である。

基準電流算出部２１２で求められた第１基準電流Ｉｓは主制御部２０１に入力され、主制御部２０１は、第１基準電流ＩｓとＳ２で検知された電流値Ｉとを比較し、電流値Ｉが第１基準電流Ｉｓ以上であるか否かを判定する（Ｓ３４）。電流値Ｉが第１基準電流Ｉｓ以上である場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、主制御部２０１は圧縮機１１１の回転数を下げる運転制御を行う（Ｓ５）。Ｓ３４の判定は、実際の凝縮圧力に対して時間遅れを生じることなく判定可能であり、Ｓ５の運転制御は、空気調和機１０の風量が突然変更された場合や圧縮機１１１の回転数が変動した場合などにも反応遅れを生じない。このため、凝縮圧力が圧縮機１１１の仕様として規定されている最大圧力を超えることを確実に防止できる。

電流値Ｉが第１基準電流Ｉｓ未満である場合（Ｓ３４でＮＯ）は、基準電流算出部２１２が、目標回転数ｎ２と凝縮器雰囲気温度とに基づき、第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２に相当する第２基準電流Ｉｓ２を求める（Ｓ３６）。第２基準電流Ｉｓ２は、目標回転数ｎ２と凝縮器雰囲気温度との下で第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２となる電流を意味している。この第２基準電流Ｉｓ２は、第１基準電流Ｉｓと同様の方法で求めることができる。

基準電流算出部２１２で求められた第２基準電流Ｉｓ２は主制御部２０１に入力され、主制御部２０１は、第２基準電流Ｉｓ２とＳ２で検知された電流値Ｉとを比較し、電流値Ｉが第２基準電流Ｉｓ２以上であるか否かを判定する（Ｓ３７）。

電流値Ｉが第２基準電流Ｉｓ２以上である場合（Ｓ３７でＹＥＳ）、圧縮機１１１の運転制御は変更されることなく処理はＳ２へ戻る。すなわち、Ｓ５の運転制御が行われている場合、その運転制御は継続される（Ｓ５の運転制御で下げられた圧縮機１１１の回転数が維持される）。

電流値Ｉが第２基準電流Ｉｓ２未満である場合（Ｓ３７でＮＯ）、圧縮機１１１の回転数制御が通常制御に戻され、主制御部２０１は圧縮機１１１の回転数を目標回転数ｎ２まで上昇させる（Ｓ８）。尚、図８のＳ８の処理は、図５のＳ１８の処理に代えてもよい。

このように、電流値Ｉが第２基準電流Ｉｓ２未満である状態で圧縮機１１１の回転数制御を通常制御に戻すことで、圧縮機１１１の回転数変動が頻繁となることを防止できる。一方で、Ｓ３７の判定には、第２基準凝縮圧力に相当し、かつ、目標回転数ｎ２に対応する第２基準電流Ｉｓ２が使用されるため、Ｓ８において圧縮機１１１の回転数制御が通常制御に戻された後は、圧縮機１１１の回転数が速やかに第２基準凝縮圧力Ｐｄｓ２近くまで回復する。すなわち、圧縮機１１１の回転数が下がり過ぎることも防止でき、圧縮機１１１の運転効率を可能な限り高いレベルで維持することができる。また、本実施の形態４の回転数規制制御では、予測凝縮圧力に代えて基準電流を算出しているが、これにより、予測凝縮圧力を算出する場合よりも制御部２１における負荷を低減することができる。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０空気調和機
１００室内ユニット
１０１室内熱交換器
１０２室内ファン
１１０室外ユニット
１１１圧縮機
１１２室外熱交換器
１１３四方弁
１１４膨張弁
１１５室外ファン
１２１室温センサ
１２２外気温センサ
１３０電流センサ（電流検知部）
２０，２１制御部
２０１主制御部（回転数制御部）
２０２凝縮圧力算出部
２０３閾値格納部
２０４温度差－回転数テーブル
２１２基準電流算出部
Ｉ現在の電流値
ｎ２目標回転数
ｎ１現在の回転数
Ｐｄ，Ｐｄ’ 第１予測凝縮圧力
Ｐｄ２，Ｐｄ２’ 第２予測凝縮圧力
Ｐｄｓ第１基準凝縮圧力
Ｐｄｓ２第２基準凝縮圧力
Ｉｓ第１基準電流
Ｉｓ２第２基準電流
Ｔｏｕｔ室外雰囲気温度
Ｔｉｎ室内雰囲気温度

Claims

圧縮機を含む冷凍サイクルを用いた空気調和機であって、
前記圧縮機における現在の電流値を検知する電流検知部と、
基準凝縮圧力に相当する基準電流を、圧縮機回転数に基づいて算出する基準電流算出部と、
前記圧縮機回転数を制御する回転数制御部とを備えており、
前記回転数制御部は、
前記圧縮機回転数が、室温と設定温度との温度差に応じて設定される目標回転数となるように制御する通常制御と、
凝縮圧力が許容ラインを超えないように、前記圧縮機回転数を制御する回転数規制制御とを行うものであり、
前記基準電流算出部は、
第１基準凝縮圧力に相当する第１基準電流を、前記圧縮機の現在の回転数に基づいて算出すると共に、
前記第１基準凝縮圧力よりも小さい第２基準凝縮圧力に相当する第２基準電流を、前記圧縮機の前記目標回転数に基づいて算出するものであり、
前記回転数制御部は、前記回転数規制制御として、
前記電流検知部で検知される電流値が前記第１基準電流以上となったときに前記圧縮機回転数を下げる制御を行い、
前記電流検知部で検知される電流値が前記第２基準電流未満となったときに前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる制御を行うことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記回転数規制制御において、前記電流検知部で検知される電流値が前記第２基準電流未満となり、前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる場合の前記圧縮機回転数の上昇速度は、前記通常制御で前記圧縮機回転数を上昇させる場合の上昇速度よりも遅くされることを特徴とする空気調和機。
請求項１または２に記載の空気調和機であって、
前記基準電流算出部は、凝縮器雰囲気温度によって補正される前記第１基準電流および前記第２基準電流を求めることを特徴とする空気調和機。
圧縮機を含む冷凍サイクルを用いた空気調和機であって、
前記圧縮機における現在の電流値を検知する電流検知部と、
前記電流検知部で検知される電流値と圧縮機回転数とに基づく予測凝縮圧力を求める凝縮圧力算出部と、
前記圧縮機回転数を制御する回転数制御部とを備えており、
前記回転数制御部は、
前記圧縮機回転数が、室温と設定温度との温度差に応じて設定される目標回転数となるように制御する通常制御と、
凝縮圧力が許容ラインを超えないように、前記圧縮機回転数を制御する回転数規制制御とを行うものであり、
前記凝縮圧力算出部は、
前記電流検知部で検知される電流値と前記圧縮機の現在の回転数とに基づく第１予測凝縮圧力と、
前記電流検知部で検知される電流値と前記圧縮機の前記目標回転数とに基づく第２予測凝縮圧力とを求めるものであり、
前記回転数制御部は、前記回転数規制制御として、
前記第１予測凝縮圧力が第１基準凝縮圧力以上となったときに前記圧縮機回転数を下げる制御を行い、
前記第２予測凝縮圧力が前記第１基準凝縮圧力よりも小さい第２基準凝縮圧力未満となったときに前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる制御を行うことを特徴とする空気調和機。
請求項４に記載の空気調和機であって、
前記回転数規制制御において、前記第２予測凝縮圧力が前記第２基準凝縮圧力未満となり、前記圧縮機回転数を前記目標回転数にまで上げる場合の前記圧縮機回転数の上昇速度は、前記通常制御で前記圧縮機回転数を上昇させる場合の上昇速度よりも遅くされることを特徴とする空気調和機。
請求項４または５に記載の空気調和機であって、
前記凝縮圧力算出部は、凝縮器雰囲気温度によって補正される前記第１予測凝縮圧力および前記第２予測凝縮圧力を求めることを特徴とする空気調和機。