JPWO2018092203A1 - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

圧縮機、凝縮器、減圧装置、および蒸発器が冷媒配管により接続されて形成された冷媒回路と、蒸発器に空気を送風する送風機を有し、蒸発器を通過する風量を調整する風量調整ユニットと、冷媒回路および風量調整ユニットの動作を制御する制御装置と、を有する空気調和機。制御装置は、蒸発温度が凍結閾値まで低下した場合、圧縮機の運転周波数をもとに、風量調整ユニットによって蒸発器に送風される風量を示す風量設定値を演算し、演算した風量設定値をもとに、蒸発器を通過する風量を増加させるものである。

Description

本発明は、蒸発器を備えた空気調和機に係り、特に冷房運転時における蒸発器の凍結防止処理に関する。

空気調和機は、例えば、室外温度が低い環境下で冷房運転を行う場合、低温の外気で冷却された冷媒が蒸発器に流入し、蒸発温度が低下するため、蒸発器に付着した水分が凍結することがある。こうした蒸発器の凍結は、運転能力の低下に繋がるため、従来から、蒸発器の凍結を抑制するための技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１の空気調和機は、容量可変の圧縮機と蒸発器とを備え、蒸発器の近傍に取り付けられた圧力センサの検出値から蒸発温度を演算するようになっている。そして、特許文献１の空気調和機は、演算した蒸発温度の値が所定値を下回ると、圧縮機の容量を低減させるように構成されている。特許文献２の空気調和機は、容量可変の圧縮機と、温度センサが取り付けられた蒸発器とを備え、温度センサによって蒸発温度をモニタするようになっている。そして、特許文献２の空気調和機は、温度センサによる検出値が所定値を下回ると、圧縮機の容量を低減させるように構成されている。また、空気調和機には、蒸発器へ流入する冷媒を別回路へバイパスさせ、冷媒流量を調整することにより、蒸発器の凍結を抑制しているものもある。

特許第２５４１１７２号公報 特開平７−１０３５９６号公報

しかしながら、特許文献１及び２の空気調和機は、蒸発温度が所定値を下回ったとき、圧縮機の容量を低減させるため、空気調和機の能力が低下し、要求される能力を維持できなくなるという課題がある。また、蒸発器へ流入する冷媒をバイパスさせる手法を採った空気調和機でも、蒸発器へ流入する冷媒量が減少するため、空気調和機の能力が低下する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、能力を低下させることなく蒸発器の凍結を抑制する空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を減圧する減圧装置、および冷媒を蒸発させる蒸発器が冷媒配管により接続されて形成された冷媒回路と、蒸発器に空気を送風する送風機を有し、蒸発器を通過する風量を調整する風量調整ユニットと、冷媒回路および風量調整ユニットの動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、蒸発温度が凍結閾値以下であるか否かを判定する凍結判定部と、凍結判定部において蒸発温度が凍結閾値以下であると判定された場合、圧縮機の運転周波数をもとに、風量調整ユニットによって蒸発器に送風される風量を示す風量設定値を演算する設定値演算処理部と、設定値演算処理部において演算された風量設定値をもとに、蒸発器を通過する風量を増加させる動作制御部と、を有している。

本発明によれば、蒸発温度が凍結閾値以下である場合に、蒸発器を通過する風量を上昇させることから、圧縮機の容量および蒸発器への冷媒流入量を減らす必要がないため、空気調和機の能力を低下させることなく、蒸発器の凍結を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。 図１の空気調和機における冷凍サイクルの動作状態を示すＰ−ｈ線図である。 図１の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 図１の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を例示する説明図である。 図１の空気調和機の冷房運転時の動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。 図６の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。 図８の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 図８の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を例示する説明図である。 図８の空気調和機の冷房運転時の動作例を示すフローチャートである。 図８の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との他の関係を例示する説明図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。 図１３の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 従来の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。図２は、図１の空気調和機における冷凍サイクルの動作状態を示すＰ−ｈ線図である。図１に示すように、空気調和機１０は、圧縮機２１と、凝縮器２２と、減圧装置２３と、蒸発器２４と、風量調整ユニット３０と、を有している。空気調和機１０では、圧縮機２１、凝縮器２２、減圧装置２３、および蒸発器２４が冷媒配管２０により接続され、冷媒回路１０Ａが形成されている。冷媒回路１０Ａには冷媒が充填されている。

圧縮機２１は、低圧のガス状態の冷媒を吸入し、高圧のガス状態の冷媒へと圧縮するものであり、室外に設置される室外機（図示せず）に設けられている。圧縮機２１は、インバータ制御により運転周波数を任意に変化させることができるものであってよい。また、圧縮機２１は、運転周波数を変化させる機能をもたず、かつ、容量をバイパス弁などで調整することができる一定速のものであってもよい。

凝縮器２２は、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器からなり、室外機に設けられている。凝縮器２２は、圧縮機２１から送り込まれる高圧のガス状態の冷媒を、外部流体との間で熱交換させることにより、高圧の液状態の冷媒へと凝縮させるものである。熱交換に用いられる外部流体は、空気などの気体でもよいし、水などの液体でもよい。

減圧装置２３は、例えば電子膨張弁からなり、高圧の液状態の冷媒を、低圧の気液二相状態の冷媒へと膨張させ減圧させるものである。もっとも、減圧装置２３は、電子膨張弁に限らず、例えばキャピラリーチューブなどのように、冷媒を減圧させる機能をもつものであればよい。減圧装置２３は、室外機に設けられていてもよく、室内に設置される室内機（図示せず）に設けられていてもよい。

蒸発器２４は、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器からなり、室内機に設けられている。蒸発器２４は、減圧装置２３から流入する低圧の気液二相状態の冷媒を、空気との間で熱交換させることにより、低圧のガス状態の冷媒へと蒸発させ、圧縮機２１に返すものである。

すなわち、冷媒回路１０Ａは、圧縮機２１により、冷媒を圧縮して高圧のガス状態とし、凝縮器２２へ送る。また、冷媒回路１０Ａは、凝縮器２２により、冷媒を凝縮して高圧の液状態とし、減圧装置２３へ送る。さらに、冷媒回路１０Ａは、減圧装置２３により、冷媒を膨張させて低圧の気液二相状態にし、蒸発器２４へ送る。そして、冷媒回路１０Ａは、蒸発器２４により、冷媒を蒸発して低圧のガス状態とし、低圧のガス状態となった冷媒を再び圧縮機２１へ送る。空気調和機１０は、上記のような冷凍サイクルを利用して、室内の温度を調整する。本実施の形態１の空気調和機１０は、冷房運転を行うように構成されているため、室内の空気は、蒸発器２４によって冷却される。

風量調整ユニット３０は、蒸発器２４に付設され、蒸発器２４を通過する風量を調整するものである。風量調整ユニット３０は、蒸発器２４に空気を送風する送風機３１を有している。送風機３１は、インバータによって駆動されるファンモータ３１ａと、ファンモータ３１ａを動力源として回転し、蒸発器２４に空気を送風するファン３１ｂと、を有している。つまり、ファンモータ３１ａは、ファン３１ｂを駆動させるためのものである。

送風機３１は、空気と蒸発器２４の低圧の気液二相状態の冷媒とを熱交換させるために、空気を蒸発器２４に送風するものである。すなわち、空気調和機１０では、送風機３１によって送風された空気が蒸発器２４を通過し、蒸発器２４に流れる冷媒と室内の空気との熱交換が促進される。送風機３１の種類は特に限定されるものではなく、送風機３１としては、シロッコファン又はプラグファンなどを採用することができる。また、送風機３１は、押し込み方式のものでもよいし、引っぱり方式のものでもよい。

空気調和機１０は、凝縮器圧力センサ４１と、凝縮器出口温度センサ４２と、蒸発器入口温度センサ４３と、蒸発器出口温度センサ４４と、制御装置５０と、を有している。凝縮器圧力センサ４１は、凝縮器２２の圧力である凝縮圧力Ｐｃｍを測定するものである。図２の例では、点ｂ−点ｃ間における冷媒の圧力が凝縮圧力に相当する。凝縮器出口温度センサ４２は、凝縮器２２の出口の温度である凝縮器出口温度を測定するものである。図２の例では、点ｃにおける冷媒の温度が凝縮器出口温度に相当する。

蒸発器入口温度センサ４３は、蒸発器２４の減圧装置２３側の温度である蒸発温度Ｔｅを測定するものである。図２の例では、点ｄ−点ｚ間における冷媒の温度が蒸発温度Ｔｅに相当する。蒸発器出口温度センサ４４は、蒸発器２４の出口の温度である蒸発器出口温度を測定するものである。図２の例では、点ａにおける冷媒の温度が蒸発器出口温度に相当する。

制御装置５０は、冷媒回路１０Ａおよび風量調整ユニット３０の動作を制御するものである。制御装置５０は、図２に示すような所定の冷凍サイクルに基づく蒸発器入口エンタルピｈｒｉおよび蒸発器出口エンタルピｈｒｏ、凝縮器圧力センサ４１から得られた圧力データ、凝縮器出口温度センサ４２、蒸発器入口温度センサ４３、および蒸発器出口温度センサ４４から得られた各温度データをもとに、空調制御を実行する。すなわち、制御装置５０は、空気調和機１０における冷凍サイクルの動作状態をもとに、圧縮機２１および減圧装置２３を制御したり、冷媒流量を演算したり、風量を演算したり、ファンモータ３１ａを制御してファン３１ｂを駆動させたりするものである。

図３は、図１の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御装置５０は、記憶部５１と、凝縮温度演算部５２と、過冷却度演算部５３と、過熱度演算部５４と、凍結判定部５５と、設定値演算処理部５６と、動作制御部５７と、を有している。記憶部５１には、空気物性の情報、冷媒物性の情報、および能力演算式の情報等が格納されている。能力演算式の情報とは、後述する式（１）および式（２）等を示す情報である。また、記憶部５１には、空気調和機１０の能力と、風量調整ユニット３０により蒸発器２４に送風される風量を示す風量設定値とが関連づけられた設定値テーブルが格納されている。以降では、空気調和機１０の能力を機器の能力Ｑｅともいう。

本実施の形態１の設定値テーブルには、風量設定値として、送風機３１の回転周波数を示す回転周波数設定値が記憶されている。回転周波数設定値は、蒸発器２４の凍結防止用に設定されている。すなわち、設定値テーブルでは、空気調和機１０が発揮し得る複数の能力のそれぞれに、回転周波数設定値が対応づけられている。より具体的に、設定値テーブルでは、機器の能力Ｑｅの範囲ごとに回転周波数設定値が関連づけられている。設定値テーブルは、機器の能力Ｑｅが小さくなると、回転周波数設定値が大きくなるように構成されている。よって、空気調和機１０が、設定値テーブル内のある能力を発揮しているとき、送風機３１の回転周波数を当該能力に対応する回転周波数設定値にすれば、蒸発器２４の凍結を防止することができる。

凝縮温度演算部５２は、凝縮器圧力センサ４１によって測定された凝縮圧力Ｐｃｍと、記憶部５１内の冷媒物性の情報とをもとに、凝縮温度を演算するものである。図２の例では、点ｘ−点ｙ間における冷媒の温度が凝縮温度に相当する。

過冷却度演算部５３は、凝縮器出口温度センサ４２によって測定された凝縮器出口温度と、凝縮温度演算部５２において演算された凝縮温度とを用いて、過冷却度ＳＣを演算するものである。より具体的に、過冷却度演算部５３は、凝縮温度から凝縮器出口温度を減算することにより過冷却度ＳＣを求めるものである。

過熱度演算部５４は、蒸発器入口温度センサ４３によって測定された蒸発温度Ｔｅと、蒸発器出口温度センサ４４によって測定された蒸発器出口温度とを用いて、過熱度ＳＨを演算するものである。より具体的に、過熱度演算部５４は、蒸発器出口温度から蒸発温度Ｔｅを減算することにより過熱度ＳＨを求めるものである。

凍結判定部５５は、蒸発器入口温度センサ４３によって測定された蒸発温度Ｔｅと、予め設定された凍結閾値Ｔとを比較し、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であるか否かを判定するものである。これにより、凍結判定部５５は、蒸発器２４に凍結のおそれがあるか否かを判定する。凍結閾値Ｔは、例えば０℃に設定される。もっとも、凍結閾値Ｔは、蒸発器２４の凍結を防止できる温度に設定されていればよく、空気調和機１０の構成内容および冷媒物性等に基づき、０℃以外の温度に設定されていてもよい。また、凍結判定部５５は、予め決められた設定時間ごとに、蒸発器入口温度センサ４３から蒸発温度Ｔｅを取得し、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であるか否かを判定する機能を有している。

設定値演算処理部５６は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定された場合、圧縮機２１の容量、すなわち圧縮機２１の運転周波数をもとに、風量設定値を演算するものである。本実施の形態１において、設定値演算処理部５６は、風量設定値として、送風機３１の回転周波数を示す回転周波数設定値を演算する。

設定値演算処理部５６は、蒸発圧力演算部５６ａと、冷媒流量演算部５６ｂと、能力演算部５６ｃと、風量演算部５６ｄと、を有している。蒸発圧力演算部５６ａは、蒸発器入口温度センサ４３によって測定された蒸発温度Ｔｅと、記憶部５１内の冷媒物性の情報とをもとに、冷媒流量Ｇｒの算出に用いられる蒸発圧力Ｐｅを演算するものである。図２の例では、点ｄ−点ａ間における冷媒の圧力が蒸発圧力Ｐｅに相当する。

冷媒流量演算部５６ｂは、蒸発圧力演算部５６ａにおいて演算された蒸発圧力Ｐｅを用いて、冷媒流量Ｇｒを求めるものである。冷媒流量Ｇｒは、圧縮機２１の押しのけ容積Ｖと、圧縮される冷媒の密度ρとにより、下記式（１）のように表される。ここで、圧縮機２１の押しのけ容積Ｖは、圧縮機２１の運転周波数に対応するものであり、記憶部５１に予め格納されている。圧縮される冷媒の密度ρは、冷媒流量演算部５６ｂが、蒸発圧力Ｐｅと、記憶部５１内の冷媒物性の情報とをもとに演算する。

すなわち、冷媒流量演算部５６ｂは、蒸発圧力Ｐｅと冷媒物性の情報とをもとに、圧縮される冷媒の密度ρを求めるものである。そして、冷媒流量演算部５６ｂは、式（１）に基づき、圧縮機２１の押しのけ容積Ｖと、圧縮される冷媒の密度ρとを積算することで、冷媒流量Ｇｒを求めるものである。

能力演算部５６ｃは、冷媒流量演算部５６ｂにおいて求められた冷媒流量Ｇｒを用いて、機器の能力Ｑｅを演算するものである。ここで、機器の能力Ｑｅについては、冷媒流量Ｇｒと、蒸発器入口エンタルピｈｒｉおよび蒸発器出口エンタルピｈｒｏとを用いた下記の式（２）が成り立つ。

すなわち、能力演算部５６ｃは、上記式（２）に基づき、冷媒流量Ｇｒと、蒸発器出口エンタルピｈｒｏから蒸発器入口エンタルピｈｒｉを減じた差分である蒸発器出入口エンタルピ差Δｈｒとを積算することにより、機器の能力Ｑｅを求めるようになっている。なお、機器の能力Ｑｅは、圧縮機２１の押しのけ容積Ｖを用いて演算されるため、機器の能力Ｑｅと圧縮機２１の運転周波数との間には関連性がある。

風量演算部５６ｄは、能力演算部５６ｃにおいて演算された機器の能力Ｑｅを設定値テーブルに照らすことにより、回転周波数設定値を演算するものである。また、風量演算部５６ｄは、演算した回転周波数設定値の情報を動作制御部５７へ出力する機能を有している。

動作制御部５７は、ファンモータ３１ａの駆動を制御することにより、ファン３１ｂの回転数を変化させる機能を有している。すなわち、動作制御部５７は、送風機３１を制御することにより、風量初期値Ａｆｉから風量最大値Ａｆｍまでの範囲である風量調整範囲Ｒにおいて、蒸発器２４を通過する風量を調整することができる。

動作制御部５７は、蒸発器２４に凍結のおそれがあるとき、設定値演算処理部５６において演算された回転周波数設定値の情報をもとに、送風機３１の回転周波数を上昇させて、蒸発器２４を通過する風量を増加させるものである。つまり、動作制御部５７は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、送風機３１の回転周波数が回転周波数設定値となるように、ファンモータ３１ａの駆動を制御し、ファン３１ｂの回転数を上昇させるものである。

また、動作制御部５７は、空調負荷等に応じて圧縮機２１の運転周波数を制御し、冷媒回路１０Ａを循環する冷媒の流量を調整するものである。さらに、動作制御部５７は、減圧装置２３が開度調整可能な電子膨張弁等である場合、空調負荷等に応じて減圧装置２３の開度を制御する機能を有する。

図４は、図１の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を例示する説明図である。図４では、外気温度が経時的に低下していく環境下における凍結防止制御を例示している。図４に示すように、空気調和機１０は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、風量調整範囲Ｒにおいて、蒸発器２４を通過する風量を増加させることができる。そのため、空気調和機１０は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下した場合であっても、圧縮機２１の運転周波数を維持させることができる。よって、空気調和機１０によれば、能力を低下させることなく、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。本実施の形態１において、風量は、送風機３１の回転周波数に対応している。風量初期値Ａｆｉは、冷房運転を開始する際の送風機３１の回転周波数の初期値であり、風量最大値Ａｆｍは、送風機３１の回転周波数の最大値である。

ところで、図４では、時間の経過に伴って、送風機３１の回転周波数を段階的に上昇させる様子を示しているが、空気調和機１０は、例えば、外気温度が経時的に上昇していく環境下にあっては、送風機３１の回転周波数を段階的に上昇させるようにしてもよい。また、空気調和機１０は、例えば、外気温度が上昇と低下とを繰り返す環境下にあっては、送風機３１に、回転周波数の上昇と下降とを繰り返させるようにしてもよい。すなわち、空気調和機１０は、外気温度の変動、すなわち機器の能力Ｑｅの変動に応じて、送風機３１の回転周波数の上昇処理又は下降処理を行うようにしてもよい。

制御装置５０は、室内機に設けられていてもよく、室外機に設けられていてもよい。また、制御装置５０は、上記の各機能を分離させた２つの制御装置により構成してもよく、この場合、一方の制御装置を室内機に設け、他方の制御装置を室外機に設けるようにしてもよい。

制御装置５０は、上記の各機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、例えば、マイコン、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。また、記憶部５１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等のＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等により構成することができる。

図５は、図１の空気調和機１０の冷房運転時の動作例を示すフローチャートである。図５を参照して、本実施の形態１の空気調和機１０による凍結抑制制御について説明する。

空気調和機１０が冷房運転を開始すると、凍結判定部５５は、蒸発器入口温度センサ４３から蒸発温度Ｔｅを取得する（ステップＳ１０１）。そして、凍結判定部５５は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であるか否かを判定することで、蒸発器２４に凍結のおそれがあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

設定値演算処理部５６は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定された場合（ステップＳ１０２／Ｙｅｓ）、風量設定値を演算し、演算した風量設定値の情報を動作制御部５７へ出力する（ステップＳ１０３）。一方、設定値演算処理部５６は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔより大きいと判定された場合（ステップＳ１０２／Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻る。

動作制御部５７は、設定値演算処理部５６から出力された風量設定値の情報に従い、蒸発器２４を通過する風量が風量設定値となるように風量調整を実行する。すなわち、動作制御部５７は、ファンモータ３１ａの駆動を制御してファン３１ｂの回転数を上昇させる。このようにして、動作制御部５７は、送風機３１の回転周波数を上昇させ、蒸発器２４を通過する風量を風量設定値まで増加させる（ステップＳ１０４）。

動作制御部５７による風量調整後、凍結判定部５５は、設定時間が経過するまで待機し（ステップＳ１０５／Ｎｏ）、設定時間が経過すると（ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ戻る。すなわち、空気調和機１０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の一連の動作を繰り返す。

ところで、図５では、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔより大きいと判定された場合（ステップＳ１０２／Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻る例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０２のＮｏからステップＳ１０５に進むといった処理により、所定時間が経過した後、改めて凍結判定部５５が蒸発温度Ｔｅを取得し、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の一連の動作を行うようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態１における空気調和機１０は、蒸発温度が凍結閾値Ｔ以下である場合に、蒸発器２４を通過する風量を上昇させることから、圧縮機２１の容量および蒸発器２４への冷媒流入量を減らす必要がないため、空気調和機１０の能力を低下させることなく、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。

ところで、機器の能力Ｑｅは、上記のように演算されるため、外気温度の変化に応じて変化する。例えば、外気温度が低下すると、機器の能力Ｑｅも下がり、外気温度が上昇すると、機器の能力Ｑｅも上がる。そして、外気温度は、時々刻々と変化し、例えば１日の変化をみると、日中から夜間にかけて経時的に低下し、明け方から日中にかけて経時的に上昇する。この点、制御装置５０は、設定時間ごとに凍結のおそれがあるか否かを判定し、凍結のおそれがある場合に風量調整を行うようになっている。よって、空気調和機１０は、外気温度が経時的に低下していく状況において、段階的に送風機３１の回転周波数を上昇させることができる。また、空気調和機１０は、設定時間を短く設定すれば、外気温度の急激な変化にも対応することができる。すなわち、空気調和機１０によれば、外気温度の変化に柔軟に対応した凍結防止制御を実現することができる。

本実施の形態１では、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに、送風機３１の回転周波数を上昇させる処理について説明したが、送風機３１の回転周波数を上昇させた後、所定の条件を満たした場合に、送風機３１の回転周波数を下降させるようにするとよい。例えば、制御装置５０は、凍結のおそれがない状態（ステップＳ１０２のＮｏの状態）が一定時間以上継続したときに、送風機３１の回転周波数を下降させるようにしてもよい。すなわち、設定値演算処理部５６が、凍結のおそれがない状態が一定時間以上継続したときに、設定値テーブル又はこれと同様に構成されたテーブル情報を参照して、回転周波数設定値を演算するようにしてもよい。そして、動作制御部５７が、設定値演算処理部５６において演算された回転周波数設定値の情報をもとに、送風機３１の回転周波数を下降させて、蒸発器２４を通過する風量を減少させるようにしてもよい。このようにすれば、外気温度の上昇に応じて、送風機３１の回転周波数を下降させることができるため、蒸発器２４の凍結を防止すると共に、送風機３１の動作に起因したコストを削減することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。図７は、図６の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図６および図７に基づき、本実施の形態２に係る空気調和機の構成および動作について説明する。前述した実施の形態１と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態２における空気調和機１１０は、風量調整ユニット１３０と、冷媒回路１０Ａおよび風量調整ユニット１３０の動作を制御する制御装置１５０と、を有している。風量調整ユニット１３０は、送風機３１と、蒸発器２４に付設された風量調整ダンパ３２と、を有している。風量調整ダンパ３２は、送風機３１によって形成される風路上に設けられ、蒸発器２４を通過する風量を調整するものである。風量調整ダンパ３２は、複数の羽根の開閉により、設置された風路を通過する風量を調整できる多翼式ダンパ、又は一枚の板の回転により設置された風路を通過する風量を調整できるバタフライダンパなどである。

本実施の形態２における記憶部５１に格納されている設定値テーブルには、風量設定値として、回転周波数設定値と、風量調整ダンパ３２の開度を示す開度設定値とが記憶されている。回転周波数設定値と開度設定値とは、蒸発器２４の凍結防止用に予め設定されている。すなわち、本実施の形態２における設定値テーブルは、機器の能力Ｑｅと、回転周波数設定値と、開度設定値とが関連づけられたものである。より具体的に、設定値テーブルでは、機器の能力Ｑｅの範囲ごとに、回転周波数設定値および開度設定値が関連づけられている。設定値テーブルは、機器の能力Ｑｅが小さくなると、回転周波数設定値が大きくなり、開度設定値が大きくなるように構成されている。よって、空気調和機１１０が、設定値テーブル内のある能力を発揮しているとき、送風機３１の回転周波数を当該能力に対応する設定周波数に設定すると共に、風量調整ダンパ３２の開度を当該能力に対応する開度設定値に設定すれば、蒸発器２４の凍結を防止することができる。

制御装置１５０は、図７に示すように、記憶部５１と、凝縮温度演算部５２と、過冷却度演算部５３と、過熱度演算部５４と、凍結判定部５５と、設定値演算処理部１５６と、動作制御部１５７と、を有している。設定値演算処理部１５６は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定された場合、圧縮機２１の運転周波数をもとに風量設定値を演算するものである。本実施の形態２において、設定値演算処理部１５６は、風量設定値として、風量調整ダンパ３２を介して蒸発器２４に送風される風量、すなわち、開度設定値と回転周波数設定値とを演算するものである。

設定値演算処理部１５６は、蒸発圧力演算部５６ａと、冷媒流量演算部５６ｂと、能力演算部５６ｃと、風量演算部１５６ｄと、を有している。風量演算部１５６ｄは、能力演算部５６ｃにおいて演算された機器の能力Ｑｅを設定値テーブルに照らして、開度設定値および回転周波数設定値を演算するようになっている。また、風量演算部１５６ｄは、演算した開度設定値の情報および回転周波数設定値の情報を動作制御部１５７へ出力する機能を有している。風量演算部１５６ｄの他の構成は、前述した実施の形態１の風量演算部５６ｄと同様である。

動作制御部１５７は、設定値演算処理部５６において演算された開度設定値の情報と回転周波数設定値の情報とをもとに、蒸発器２４を通過する風量を調整するものである。すなわち、動作制御部１５７は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、送風機３１の回転周波数が回転周波数設定値となり、かつ風量調整ダンパ３２の開度が開度設定値となるように、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度を調整するものである。本実施の形態２において、風量は、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度に対応している。

ここで、設定値テーブルでは、各機器の能力Ｑｅごとに、開度設定値および回転周波数設定値のうちの少なくとも１つが変化している。したがって、風量演算部１５６ｄにより演算された開度設定値および回転周波数設定値のうちの何れか一方は、凍結判定部５５による判定時の値と同じである場合もある。つまり、動作制御部１５７は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、送風機３１の回転周波数を上昇させる処理、および風量調整ダンパ３２の開度を大きくする処理のうちの少なくとも一方を行うことにより、蒸発器２４を通過する風量を増加させるようになっている。動作制御部１５７の他の構成は、前述した実施の形態１の動作制御部５７と同様である。

空気調和機１１０の動作は、図５に基づいて説明した空気調和機１０の動作と同様である。例えば、空気調和機１１０は、設定値テーブル内のデータを調整することにより、ステップＳ１０３およびＳ１０４において、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度の双方を調整することができる。すなわち、空気調和機１１０によれば、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度のうちの何れか一方を調整する凍結防止制御と、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度の双方を調整する凍結防止制御とを組み合わせることができる。

以上のように、本実施の形態２における空気調和機１１０は、蒸発温度が凍結閾値Ｔ以下である場合に、蒸発器２４を通過する風量を上昇させることから、圧縮機２１の容量又は蒸発器２４への冷媒流入量を減らす必要がないため、空気調和機１１０の能力を低下させることなく、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。

そして、空気調和機１１０は、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度を調整することができる。このため、空気調和機１１０によれば、風量調整ダンパ３２の開度を予め所定量だけ狭めておき、最初に蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに、風量調整ダンパ３２の開度を大きくし、次に蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに、送風機３１の回転周波数を増加させるといった凍結防止制御を実現することができる。また、空気調和機１１０によれば、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに、送風機３１の回転周波数又は風量調整ダンパ３２の開度を調整したり、送風機３１の回転周波数および風量調整ダンパ３２の開度の双方を調整したりすることができる。すなわち、空気調和機１１０によれば、風量調整ダンパ３２の開度調整と送風機３１の回転周波数の調整とを組み合わせることができるため、より柔軟な凍結防止制御を実現することができる。

ところで、上記の説明では、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに、送風機３１の回転周波数を上昇させる処理、および風量調整ダンパ３２の開度を大きくする処理のうちの少なくとも一方を行う場合について説明した。しかし、送風機３１を通過する風量を増加させた後、所定の条件を満たした場合に、送風機３１の回転周波数を下降させる処理、および風量調整ダンパ３２の開度を小さくする処理のうちの少なくとも一方を行うようにするとよい。例えば、制御装置１５０は、凍結のおそれがない状態が一定時間以上継続したときに、送風機３１の回転周波数を下降させる処理、および風量調整ダンパ３２の開度を小さくする処理のうちの少なくとも一方を行うようにしてもよい。他の効果については、実施の形態１の空気調和機１０と同様である。

本実施の形態２では、回転数制御が可能なファンモータ３１ａを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、空気調和機１１０は、ファンモータ３１ａの代わりに、一定速度で回転するファンモータを有するようにし、蒸発器２４を通過する風量を風量調整ダンパ３２のみによって調整するように構成してもよい。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。図９は、図８の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。上述した実施の形態１および２と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

図８および図９に示すように、本実施の形態３における空気調和機２１０は、冷媒回路１０Ａおよび風量調整ユニット３０の動作を制御する制御装置２５０を有している。制御装置２５０は、記憶部５１と、凝縮温度演算部５２と、過冷却度演算部５３と、過熱度演算部５４と、凍結判定部５５と、設定値演算処理部２５６と、動作制御部２５７と、風量判定部２５８と、を有している。

本実施の形態３における記憶部５１には、風量設定値としての回転周波数設定値と、圧縮機２１の運転周波数を示す運転周波数設定値と、が記憶されている。回転周波数設定値と運転周波数設定値とは、蒸発器２４の凍結防止用に予め設定されている。より具体的に、記憶部５１には、設定値テーブルとして、機器の能力Ｑｅと回転周波数設定値とが関連づけられた回転設定値テーブルと、機器の能力Ｑｅと運転周波数設定値とが関連づけられた運転設定値テーブルと、が格納されている。運転設定値テーブルでは、機器の能力Ｑｅの範囲ごとに運転周波数設定値が関連づけられている。運転設定値テーブルは、機器の能力Ｑｅが小さくなると、運転周波数設定値が小さくなるように構成されている。

風量判定部２５８は、現在の風量と、送風機３１によって送風可能な風量の最大値である風量最大値Ａｆｍとを比較し、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達しているか否かを判定するものである。

設定値演算処理部２５６は、蒸発圧力演算部５６ａと、冷媒流量演算部５６ｂと、能力演算部５６ｃと、風量演算部５６ｄと、運転周波数演算部２５６ｅを有している。設定値演算処理部２５６は、風量判定部２５８において現在の風量が風量最大値Ａｆｍ未満であると判定された場合、風量演算部５６ｄが、能力演算部５６ｃにおいて演算された機器の能力Ｑｅを回転設定値テーブルに照らして回転周波数設定値を演算するようになっている。風量演算部５６ｄは、演算した回転周波数設定値の情報を動作制御部２５７に出力する機能を有している。

また、設定値演算処理部２５６は、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達していると判定された場合、運転周波数演算部２５６ｅが、能力演算部５６ｃにおいて演算された機器の能力Ｑｅを運転設定値テーブルに照らして運転周波数設定値を演算するようになっている。つまり、運転周波数演算部２５６ｅは、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定され、かつ送風機３１によって蒸発器２４に送風される風量が風量最大値Ａｆｍに到達している場合に、運転周波数設定値を演算するものである。運転周波数演算部２５６ｅは、演算した運転周波数設定値の情報を動作制御部２５７に出力する機能を有している。

動作制御部２５７は、運転周波数演算部２５６ｅにおいて演算された運転周波数設定値をもとに、圧縮機２１の運転周波数を調整する機能を有している。動作制御部２５７は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定され、かつ送風機３１によって蒸発器２４に送風される風量が風量最大値Ａｆｍに到達している場合、圧縮機２１の運転周波数を低下させるようになっている。動作制御部２５７の他の構成は、上述した実施の形態１の動作制御部５７と同様である。

図１０は、図８の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を例示する説明図である。図１０に示すように、空気調和機２１０は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、風量調整範囲Ｒにおいて、蒸発器２４を通過する風量を増加させることができる。また、空気調和機２１０は、送風機３１によって蒸発器２４に送風される風量が風量最大値Ａｆｍに到達している場合に、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、はじめて圧縮機２１の運転周波数を低下させる。よって、空気調和機２１０によれば、能力の低下を極力抑えて蒸発器２４の凍結を抑制することができる。

図１１は、図８の空気調和機１１０の冷房運転時の動作例を示すフローチャートである。図１１を参照して、本実施の形態３の空気調和機２１０による凍結抑制制御について説明する。図５に示す各ステップと同一のステップには、同一の符号を付して説明は省略する。

空気調和機２１０は、図５の場合と同様に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２の処理を実行する。そして、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定された場合（ステップＳ１０２／Ｙｅｓ）、風量判定部２５８は、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達しているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

風量判定部２５８において、現在の風量が風量最大値Ａｆｍ未満であると判定された場合（ステップＳ２０１／Ｎｏ）、設定値演算処理部２５６は、風量設定値を演算し、演算した風量設定値の情報を動作制御部２５７へ出力し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０４へ進む。一方、風量判定部２５８において、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達していると判定された場合（ステップＳ２０１／Ｙｅｓ）、設定値演算処理部２５６は、運転周波数設定値を演算し、演算した運転周波数設定値の情報を動作制御部２５７へ出力する（ステップＳ２０２）。

動作制御部２５７は、設定値演算処理部５６から出力された運転周波数設定値の情報に従い、圧縮機２１の運転周波数が運転周波数設定値となるように、圧縮機２１の運転周波数を調整する（ステップＳ２０３）。次いで、ステップＳ１０５に進み、設定時間が経過すると（ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ戻る。

以上のように、本実施の形態３における空気調和機２１０は、蒸発温度が凍結閾値Ｔ以下である場合に、蒸発器２４を通過する風量を上昇させる処理を優先的に行う。よって、圧縮機２１の容量低下を最小限に抑えることができるため、空気調和機２１０の冷房能力の低下を抑えながら、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。すなわち、空気調和機２１０は、送風機３１の回転周波数を上昇させた上で、それでも凍結のおそれがある場合に、圧縮機２１の運転周波数を低下させるため、能力の低下を最小限に抑えると共に、精度よく蒸発器２４の凍結を防ぐことができる。

ところで、上記においては、現在の風量が風量最大値Ａｆｍ未満であると判定された場合に、設定値演算処理部２５６が、回転周波数設定値のみを演算する場合を例示したが、これに限定されるものではない。図１２は、図８の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との他の関係を例示する説明図である。例えば、図１２に示す時間Ｍのように、現在の風量と風量最大値Ａｆｍとの差が小さい場合は、送風機３１の回転周波数を風量最大値Ａｆｍまで上昇させても、凍結防止を十分に図れない可能性がある。そこで、こうした場合を想定して、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、設定値演算処理部２５６が、送風機３１の回転周波数を上昇させると共に、圧縮機２１の運転周波数を低下させるようにしてもよい。

この場合、例えば記憶部５１に、機器の能力Ｑｅと回転周波数設定値と運転周波数設定値とが関連づけられた１つの設定値テーブルを格納しておき、制御装置２５０が、風量演算部５６ｄの機能と運転周波数演算部２５６ｅの機能とを併せもつ演算部を有するようにするとよい。そして、設定値演算処理部２５６は、風量判定部２５８による判定の結果にかかわらず、回転周波数設定値と運転周波数設定値との双方を演算し、演算結果を動作制御部２５７に出力するようにしてもよい。このようにすれば、風量判定部２５８の判定時における送風機３１の回転周波数と風量最大値Ａｆｍとの差が小さく、送風機３１の回転周波数の上昇量が十分でない状況下でも、圧縮機２１の運転周波数を減少させることにより、蒸発器２４の凍結を精度よく防止することができる。

加えて、空気調和機２１０は、風量調整ユニット３０の代わりに風量調整ユニット１３０を有し、風量演算部５６ｄの代わりに風量演算部１５６ｄを有するようにしてもよい。そして、動作制御部２５７が、動作制御部１５７と同様に風量調整ダンパ３２の開度を調整する機能を有していてもよい。すなわち、空気調和機２１０は、送風機３１の回転周波数の調整と、風量調整ダンパ３２の開度の調整と、圧縮機２１の運転周波数の調整とを組み合わせて、蒸発器２４の凍結防止制御を行うようにしてもよい。かかる構成を採った空気調和機２１０によれば、より細かく柔軟な凍結防止制御を行うことができるため、蒸発器２４の凍結をさらに精度よく防止することができる。

ところで、図１０および図１２では、経時的な外気温度の低下に伴って、送風機３１の回転周波数を段階的に上昇させ、次いで圧縮機２１の運転周波数を段階的に低下させる様子を示している。しかし、空気調和機２１０は、外気温度の変動、すなわち機器の能力Ｑｅの変動に応じて、送風機３１の回転周波数の上昇処理又は下降処理と、圧縮機２１の運転周波数の上昇処理又は低下処理とを組み合わせて行うようにしてもよい。

実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成を例示する概略図である。図１４は、図１３の空気調和機が有する制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図１３および図１４に基づき、本実施の形態４に係る空気調和機の構成および動作について説明する。上述した実施の形態１〜３と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態４における空気調和機３１０は、図１３に示すように、蒸発器２４に流入する冷媒を迂回させるバイパス回路３２０を備えた冷媒回路３１０Ａを有している。冷媒回路３１０Ａの他の構成は、冷媒回路１０Ａと同様に構成されている。

バイパス回路３２０は、蒸発器２４の入口側と出口側とを接続するバイパス配管３２０ａと、バイパス配管３２０ａに設けられ、バイパス配管３２０ａに流入する冷媒の流量を調整する流量調整弁３２０ｂと、を有している。流量調整弁３２０ｂは、例えば電子膨張弁からなり、開度が調整できるようになっている。

また、空気調和機３１０は、図１３および図１４に示すように、冷媒回路１３０Ａおよび風量調整ユニット３０の動作を制御する制御装置３５０を有している。制御装置３５０は、記憶部５１と、凝縮温度演算部５２と、過冷却度演算部５３と、過熱度演算部５４と、凍結判定部５５と、設定値演算処理部３５６と、動作制御部３５７と、風量判定部２５８と、を有している。

本実施の形態４における記憶部５１には、風量設定値としての回転周波数設定値と、流量調整弁３２０ｂの開度を示す弁開度設定値と、が記憶されている。回転周波数設定値と弁開度設定値とは、蒸発器２４の凍結防止用に予め設定されている。より具体的に、記憶部５１には、設定値テーブルとして、機器の能力Ｑｅと回転周波数設定値とが関連づけられた回転設定値テーブルと、機器の能力Ｑｅと弁開度設定値とが関連づけられた弁開度設定値テーブルと、が格納されている。弁開度設定値テーブルでは、機器の能力Ｑｅの範囲ごとに弁開度設定値が関連づけられている。弁開度設定値テーブルは、機器の能力Ｑｅが小さくなると、弁開度設定値が大きくなるように構成されている。

設定値演算処理部３５６は、蒸発圧力演算部５６ａと、冷媒流量演算部５６ｂと、能力演算部５６ｃと、風量演算部５６ｄと、弁開度演算部３５６ｆを有している。設定値演算処理部３５６は、風量判定部２５８において現在の風量が風量最大値Ａｆｍ未満であると判定された場合に、風量演算部５６ｄが回転周波数設定値を演算するようになっている。

また、設定値演算処理部３５６は、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達していると判定された場合、弁開度演算部３５６ｆが、能力演算部５６ｃにおいて演算された機器の能力Ｑｅを弁開度設定値テーブルに照らして弁開度設定値を演算するようになっている。つまり、弁開度演算部３５６ｆは、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定され、かつ送風機３１によって蒸発器２４に送風される風量が風量最大値Ａｆｍに到達している場合に、弁開度設定値を演算するものである。弁開度演算部３５６ｆは、演算した弁開度設定値の情報を動作制御部３５７に出力する機能を有している。

動作制御部３５７は、弁開度演算部３５６ｆにおいて演算された弁開度設定値をもとに、流量調整弁３２０ｂの開度を調整する機能を有している。つまり、動作制御部３５７は、蒸発器２４へ流入する冷媒の一部をバイパス回路３２０へ迂回させる機能を有している。動作制御部３５７は、凍結判定部５５において蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔ以下であると判定され、かつ送風機３１によって蒸発器２４に送風される風量が風量最大値Ａｆｍに到達している場合、流量調整弁３２０ｂの開度を大きくするようになっている。動作制御部３５７の他の構成は、上述した実施の形態１の動作制御部５７と同様である。

空気調和機３１０の動作は、図１１に基づいて説明した空気調和機２１０の動作と同様である。すなわち、風量判定部２５８において、現在の風量が風量最大値Ａｆｍに達していると判定された場合に（ステップＳ２０１／Ｙｅｓ）、設定値演算処理部３５６は、弁開度設定値を演算し、演算した弁開度設定値の情報を動作制御部３５７へ出力する（ステップＳ２０２に対応）。動作制御部３５７は、設定値演算処理部５６から出力された弁開度設定値の情報に従い、流量調整弁３２０ｂの開度が弁開度設定値となるように、流量調整弁３２０ｂの開度を調整する（ステップＳ２０３に対応）。

ここで、流量調整弁３２０ｂは、開閉のみが可能な電磁弁等であってもよい。この場合、空気調和機３１０は、例えば、蒸発器２４の凍結のおそれがない状態において、流量調整弁３２０ｂを閉の状態にしておくようにするとよい。そして、空気調和機３１０は、蒸発器２４の凍結のおそれが生じ、かつ送風機３１の回転周波数が風量最大値Ａｆｍに達するといった特定の条件を具備した場合に、流量調整弁３２０ｂを開の状態とするようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態４における空気調和機３１０は、蒸発温度が凍結閾値Ｔ以下である場合に、蒸発器２４を通過する風量を上昇させる処理を優先的に行う。よって、空気調和機３１０によれば、蒸発器２４への冷媒流入量の減少を最小限に抑えることができるため、空気調和機３１０の冷房能力の低下を抑えながら、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。

ところで、上記においては、現在の風量が風量最大値Ａｆｍ未満であると判定された場合に、設定値演算処理部２５６が、回転周波数設定値のみを演算する場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、設定値演算処理部３５６が、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したとき、送風機３１の回転周波数を上昇させると共に、流量調整弁３２０ｂの開度を大きくするようにしてもよい。この場合、例えば記憶部５１に、機器の能力Ｑｅと回転周波数設定値と弁開度設定値とが関連づけられた１つの設定値テーブルを格納しておき、制御装置３５０が、風量演算部５６ｄの機能と、弁開度演算部３５６ｆの機能とを併せもつ演算部を有するようにするとよい。そして、設定値演算処理部３５６は、風量判定部２５８による判定の結果にかかわらず、回転周波数設定値と弁開度設定値との双方を演算し、演算結果を動作制御部３５７に出力するようにしてもよい。このようにすれば、風量判定部２５８の判定時における送風機３１の回転周波数と風量最大値Ａｆｍとの差が小さく、送風機３１の回転周波数の上昇量が十分でない状況下でも、流量調整弁３２０ｂの開度を大きくすることにより、蒸発器２４の凍結を精度よく防止することができる。

加えて、空気調和機３１０は、風量調整ユニット３０の代わりに風量調整ユニット１３０を有し、風量演算部５６ｄの代わりに風量演算部１５６ｄを有するようにしてもよい。そして、動作制御部３５７が、動作制御部１５７と同様に風量調整ダンパ３２の開度を調整する機能を有していてもよい。すなわち、空気調和機３１０は、送風機３１の回転周波数の調整と、風量調整ダンパ３２の開度の調整と、流量調整弁３２０ｂの開度の調整とを組み合わせて、蒸発器２４の凍結防止制御を行うようにしてもよい。また、空気調和機３１０は、運転周波数演算部２５６ｅをさらに有するようにし、送風機３１の回転周波数の調整と、圧縮機２１の運転周波数の調整と、流量調整弁３２０ｂの開度の調整とを組み合わせて、蒸発器２４の凍結防止制御を行うようにしてもよい。もっとも、空気調和機３１０は、運転周波数演算部２５６ｅを有すると共に、風量調整ユニット３０および風量演算部５６ｄの代わりに風量調整ユニット１３０および風量演算部１５６ｄを有するようにしてもよい。そして、空気調和機３１０は、送風機３１の回転周波数の調整と、風量調整ダンパ３２の開度の調整と、圧縮機２１の運転周波数の調整と、流量調整弁３２０ｂの開度の調整とを組み合わせて、蒸発器２４の凍結防止制御を行うようにしてもよい。上記のような各構成を採った空気調和機３１０によれば、より細かく柔軟な凍結防止制御を行うことができるため、蒸発器２４の凍結をさらに精度よく防止することができる。

ここで、上記各実施形態の空気調和機によって得られる効果を更に詳細に説明するための比較例を、図１５を参照して説明する。図１５は、従来の空気調和機における蒸発温度と風量と圧縮機の運転周波数との関係を示す説明図である。図１５では、上記各実施の形態における空気調和機と対比するため、便宜上、凍結閾値Ｔ、周波数下限値Ｌ、および風量初期値Ａｆｉが設定されていることを前提とする。図１５に示すように、従来の空気調和機は、蒸発温度が凍結閾値Ｔまで低下したときに、圧縮機の運転周波数を低下させるため、空気調和機の能力が低下し、冷房運転に要求される能力を維持できなくなるといった課題がある。さらに、図１５において、「×」で示すように、圧縮機の運転周波数を周波数下限値Ｌまで低下させても、蒸発温度が凍結閾値Ｔを下回ってしまう場合は、蒸発器の凍結を防ぐことができなくなる。

この点、上記各実施の形態における空気調和機は、蒸発温度Ｔｅが凍結閾値Ｔまで低下したときに蒸発器２４を通過する風量を上昇させるため、蒸発器２４の凍結を抑制することができる。さらに、実施の形態３および４における空気調和機は、蒸発器２４を通過する風量の調整と共に、圧縮機２１の運転周波数および流量調整弁３２０ｂの開度のうちの少なくとも１つの調整を行う機能を有している。すなわち、実施の形態３および４における空気調和機によれば、圧縮機２１の運転周波数の調整および流量調整弁３２０ｂの開度の調整のうちの少なくとも１つにより、風量調整による蒸発器２４の凍結防止処理を補填することができるため、凍結防止の精度を高めることができる。

上記各実施の形態は、空気調和機における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態では、冷房運転を実行する空気調和機を例示したが、これに限定されるものではない。各実施の形態における空気調和機は、冷媒の流路を切り替える四方弁を冷媒回路に設け、冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な構成としてもよい。なお、空気調和機が暖房運転を行う場合、凝縮器２２は蒸発器として機能し、蒸発器２４は凝縮器として機能する。

また、上記各実施の形態における空気調和機は、上述した各構成部材による構成に限定されるものではない。すなわち、各実施の形態における空気調和機は、圧縮機２１を保護するために液冷媒を分離するアキュムレータを具備していてもよいし、冷凍機油を回収するために油分離器を具備していてもよい。なお、上記各実施の形態における空気調和機に用いる冷媒は、冷凍サイクルを利用可能なものであればよく、例えば、Ｒ２２のような単一冷媒でもよいし、Ｒ４１０Ａのような混合冷媒でもよいし、ＣＯ２のような自然冷媒でもよい。

１０、１１０、２１０、３１０ 空気調和機、１０Ａ、３１０Ａ 冷媒回路、２０ 冷媒配管、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 減圧装置、２４ 蒸発器、３０、１３０ 風量調整ユニット、３１ 送風機、３１ａ ファンモータ、３１ｂ ファン、３２ 風量調整ダンパ、４１ 凝縮器圧力センサ、４２ 凝縮器出口温度センサ、４３ 蒸発器入口温度センサ、４４ 蒸発器出口温度センサ、５０、１５０、２５０、３５０ 制御装置、５１ 記憶部、５２ 凝縮温度演算部、５３ 過冷却度演算部、５４ 過熱度演算部、５５ 凍結判定部、５６、１５６、２５６、３５６ 設定値演算処理部、５６ａ 蒸発圧力演算部、５６ｂ 冷媒流量演算部、５６ｃ 能力演算部、５６ｄ、１５６ｄ 風量演算部、５７、１５７、２５７、３５７ 動作制御部、２５６ｅ 運転周波数演算部、２５８ 風量判定部、３２０ バイパス回路、３２０ａ バイパス配管、３２０ｂ 流量調整弁、３５６ｆ 弁開度演算部、Ａｆｉ 風量初期値、Ａｆｍ 風量最大値、Ｇｒ 冷媒流量、Ｐｃｍ 凝縮圧力、Ｐｅ 蒸発圧力、Ｑｅ 機器の能力、Ｔ 凍結閾値、Ｔｅ 蒸発温度、ｈｒ 蒸発器入口エンタルピ、ｈｒｏ 蒸発器出口エンタルピ、Δｈｒ 蒸発器出入口エンタルピ差、Ｖ 圧縮機の押しのけ容積、ρ 圧縮される冷媒の密度。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を減圧する減圧装置、および冷媒を蒸発させる蒸発器が冷媒配管により接続されて形成された冷媒回路を備えた空気調和機であって、蒸発器に空気を送風する送風機を有し、蒸発器を通過する風量を調整する風量調整ユニットと、冷媒回路および風量調整ユニットの動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、空気調和機の能力と、風量調整ユニットによって蒸発器に送風される風量を示す風量設定値と、が関連づけられた設定値テーブルを記憶する記憶部と、蒸発温度が凍結閾値以下であるか否かを判定する凍結判定部と、凍結判定部において蒸発温度が凍結閾値以下であると判定された場合、圧縮機の運転周波数に応じた空気調和機の能力を求め、求めた空気調和機の能力を設定値テーブルに照らして風量設定値を演算する設定値演算処理部と、設定値演算処理部において演算された風量設定値をもとに、蒸発器を通過する風量を増加させる動作制御部と、を有している。

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を減圧する減圧装置、および冷媒を蒸発させる蒸発器が冷媒配管により接続されて形成された冷媒回路と、
   前記蒸発器に空気を送風する送風機を有し、前記蒸発器を通過する風量を調整する風量調整ユニットと、
   前記冷媒回路および前記風量調整ユニットの動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   蒸発温度が凍結閾値以下であるか否かを判定する凍結判定部と、
   前記凍結判定部において蒸発温度が凍結閾値以下であると判定された場合、前記圧縮機の運転周波数をもとに、前記風量調整ユニットによって前記蒸発器に送風される風量を示す風量設定値を演算する設定値演算処理部と、
   前記設定値演算処理部において演算された前記風量設定値をもとに、前記蒸発器を通過する風量を増加させる動作制御部と、を有する空気調和機。
2. 前記動作制御部は、
   前記送風機の回転周波数を上昇させて、前記蒸発器を通過する風量を増加させるものである請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記風量調整ユニットは、
   前記蒸発器に付設され、前記蒸発器を通過する風量を調整する風量調整ダンパを有し、
   前記動作制御部は、
   前記風量調整ダンパの開度を大きくして、前記蒸発器を通過する風量を増加させるものである請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記設定値演算処理部は、
   前記凍結判定部において蒸発温度が凍結閾値以下であると判定され、かつ前記送風機によって前記蒸発器に送風される風量が最大値に到達している場合に、前記圧縮機の運転周波数を示す運転周波数設定値を演算する運転周波数演算部を有し、
   前記動作制御部は、
   前記運転周波数演算部において演算された前記運転周波数設定値をもとに、前記圧縮機の運転周波数を低下させる機能を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機。
5. 前記冷媒回路は、
   前記蒸発器の入口側と出口側とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管に流入する冷媒の流量を調整する流量調整弁と、を有し、
   前記設定値演算処理部は、
   前記凍結判定部において蒸発温度が凍結閾値以下であると判定され、かつ前記送風機によって前記蒸発器に送風される風量が最大値に到達している場合に、前記流量調整弁の開度を示す弁開度設定値を演算する弁開度演算部を有し、
   前記動作制御部は、
   前記弁開度演算部において演算された前記弁開度設定値をもとに、前記流量調整弁の開度を大きくする機能を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の空気調和機。

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