WO2010143424A1

WO2010143424A1 - 冷凍装置

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Publication number: WO2010143424A1
Application number: PCT/JP2010/003840
Authority: WO
Inventors: 牧野達也
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2010-12-16
Also published as: AU2010259838A1; EP2442043B1; JP2011017526A; JP4840522B2; AU2010259838B2; CN102460030B; EP2442043A1; EP2442043A4; CN102460030A

Abstract

使用条件が異なる場合であってもＣＯＰが向上するように室外ファンを制御することができる冷凍装置を提供する。冷媒回路（１０）と、室外ファン（２８）と、外気温度センサ（３４）と、熱交温度センサ（３３）と、制御部（９）とを備える。冷媒回路（１０）は、圧縮機（２１）と室外熱交換器（２３）と室外膨張弁（２４）と室内熱交換器（４２）とが接続されることによって構成され、冷房サイクルと暖房サイクルとに可逆運転可能である。室外ファン（２８）は、室外熱交換器（２３）に対して外気を送る。外気温度センサ（３４）は、室外熱交換器（２３）を流れる冷媒と熱交換を行う外気の温度を検出する。熱交温度センサ（３３）は、室外熱交換器（２３）の温度を検出する。制御部（９）は、外気の温度と、室外熱交換器（２３）の温度とを用いて負荷を算出し、負荷に対応する室外ファン（２８）の送風量に基づいて室外ファン（２８）の出力を制御する。

Description

冷凍装置

　本発明は、冷凍装置に関する。

　従来、ＣＯＰの向上を目的として各種機器が制御される空調機が提案されている。例えば、特許文献１（特開平１０－３０８５３号公報）に記載の空調機の制御装置では、室外温度に応じた好適なＣＯＰが得られるように室外ファンの風量を制御している。

　特許文献１に記載の空調機では、冷房運転時において、ＣＯＰが向上するように室外ファンの制御が行われている。
　しかし、近年の省エネルギー対策等を考慮すると、その他の運転時（例えば、暖房運転時）においてもＣＯＰを向上させる制御が行われることが好ましい。
　そこで、本発明の課題は、使用条件が異なる場合であってもＣＯＰが向上するように室外ファンを制御することができる冷凍装置を提供することにある。

　第１発明に係る冷凍装置は、冷媒回路と、送風ファンと、外気温度検出手段と、熱交温度検出手段と、制御手段とを備える。冷媒回路は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機構と利用側熱交換器とが接続されることによって構成され、冷房サイクルと暖房サイクルとに可逆運転可能である。送風ファンは、熱源側熱交換器に対して外気を送る。外気温度検出手段は、熱源側熱交換器を流れる冷媒と熱交換を行う外気の温度を検出する。熱交温度検出手段は、熱源側熱交換器の温度を検出する。制御手段は、外気の温度と、熱源側熱交換器の温度とを用いて負荷を算出し、負荷に対応する送風ファンの送風量に基づいて送風ファンの出力を制御する。
　ここで、例えば、冷凍装置は、空調機である。また、ここで、例えば、送風ファンの送風量とは、冷凍装置のＣＯＰが好適化するような送風量である。
　第１発明に係る冷凍装置では、負荷に対応する送風ファンの送風量に基づいて送風ファンの出力を制御することによって、冷凍装置の使用条件が異なる場合であっても、ＣＯＰが向上するように送風ファンの送風量を制御することができる。

　第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、制御手段は、外気の温度と熱源側熱交換器の温度との差に基づいて負荷を算出する。
　第２発明に係る冷凍装置では、外気の温度と熱源側熱交換器の温度との差に基づいて負荷を算出し、送風ファンの出力を制御している。これにより、例えば、外気の温度が変動しても、熱源側熱交換器の温度との差で送風ファンの出力を制御することで、より細やかに送風ファンの送風量の制御を行うことができる。

　第３発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、制御手段は、外気の温度および熱源側熱交換器の温度の一方から他方を減算して負荷を算出する。
　第３発明に係る冷凍装置では、例えば、外気の温度が変動しても、熱源側熱交換器の温度との差で送風ファンの出力を制御することで、より細やかに送風ファンの送風量の制御を行うことができる。

　第４発明に係る冷凍装置は、第１発明～第３発明のいずれかに係る冷凍装置であって、制御手段は、負荷と送風ファンの送風量との関係式から、負荷に対応する送風ファンの送風量を算出する。
　第４発明に係る冷凍装置では、まず、負荷を算出し、そして、負荷と送風ファンの送風量との関係式から、負荷に対応する送風ファンの送風量を算出することによって、負荷の情報を入力する手間を省きつつ、送風ファンの送風量を正確に算出することができる。

　第５発明に係る冷凍装置は、第１発明～第４発明のいずれかに係る冷凍装置であって、熱交温度検出手段は、冷媒回路が冷房サイクルとなっている状態において熱源側熱交換器の凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段である。
　第５発明に係る冷凍装置では、冷房運転時、熱源側熱交換器において、熱源側熱交換器内を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われている。つまり、熱源側熱交換器は、冷媒の凝縮器として機能している。よって、外気温度および熱源側熱交換器の凝縮温度を検出することによって、適当な負荷を算出することができる。

　第６発明に係る冷凍装置は、第１発明～第４発明のいずれかに係る冷凍装置であって、熱交温度検出手段は、冷媒回路が暖房サイクルとなっている状態において熱源側熱交換器の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段である。
　第６発明に係る冷凍装置では、暖房運転時、熱源側熱交換器において、熱源側熱交換器内を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われている。つまり、熱源側熱交換器は、冷媒の蒸発器として機能している。よって、外気温度および熱源側熱交換器の蒸発温度を検出することによって、適当な負荷を算出することができる。

　第７発明に係る冷凍装置は、第４発明に係る冷凍装置であって、関係式は、複数ある。そして、制御手段は、設定温度と室内温度との乖離度及び／又は圧縮機の周波数に基づいて、複数の関係式から１つの関係式を選択し、１つの関係式から、負荷に対応する送風ファンの送風量を算出する。
　第７発明に係る冷凍装置では、例えば、状況に応じて複数の関係式から１つの関係式を選択し、当該選択した関係式を用いて、負荷に対応する送風ファンの送風量を算出できることによって、状況に応じた送風ファンの制御を行うことができる。

　第１発明に係る冷凍装置では、負荷に対応する送風ファンの送風量に基づいて送風ファンの出力を制御することによって、冷凍装置の使用条件が異なる場合であっても、ＣＯＰが向上するように送風ファンの送風量を制御することができる。
　第２発明に係る冷凍装置では、外気の温度と熱源側熱交換器の温度との差に基づいて負荷を算出し、送風ファンの出力を制御している。これにより、例えば、外気の温度が変動しても、熱源側熱交換器の温度との差で送風ファンの出力を制御することで、より細やかに送風ファンの送風量の制御を行うことができる。
　第３発明に係る冷凍装置では、例えば、外気の温度が変動しても、熱源側熱交換器の温度との差で送風ファンの出力を制御することで、より細やかに送風ファンの送風量の制御を行うことができる。

　第４発明に係る冷凍装置では、まず、負荷を算出し、そして、負荷と送風ファンの送風量との関係式から、負荷に対応する送風ファンの送風量を算出することによって、負荷の情報を入力する手間を省きつつ、送風ファンの送風量を正確に算出することができる。
　第５発明に係る冷凍装置では、冷房運転時、熱源側熱交換器において、熱源側熱交換器内を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われている。つまり、熱源側熱交換器は、冷媒の凝縮器として機能している。よって、外気温度および熱源側熱交換器の凝縮温度を検出することによって、熱源側熱交換器の適当な負荷を算出することができる。
　第６発明に係る冷凍装置では、暖房運転時、熱源側熱交換器において、熱源側熱交換器内を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われている。つまり、熱源側熱交換器は、冷媒の蒸発器として機能している。よって、外気温度および熱源側熱交換器の蒸発温度を検出することによって、熱源側熱交換器の適当な負荷を算出することができる。

　第７発明に係る冷凍装置では、状況に応じた送風ファンの制御を行うことができる。

空調機の冷媒回路の系統図。制御部の制御ブロック図。室外ファンの前面風速に対するＣＯＰの関係を示す図。室外熱交換器に対する最適ＣＯＰ前面風速の関係を示す図。第１実施形態に係る空調機の、冷房運転時においてＣＯＰが最適となるように行われる室外ファンの制御を示すフローチャート。変形例に係る冷媒回路の系統図。第２実施形態に係る空調機の室外ファンの制御を示すフローチャート。許容前面風速の範囲を示すグラフ。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　＜空調機１の構成＞
　図１は、空調機１の冷媒回路１０の系統図である。
　空調機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、建物の室内の冷暖房に使用される機器である。空調機１は、図１に示すように、主として、１台の熱源ユニットとしての室外ユニット２と、室外ユニット２に接続される１台の利用ユニットとしての室内ユニット４と、室外ユニット２と室内ユニット４とを接続する冷媒連絡配管としての液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７とを備えている。すなわち、空調機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、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７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４の構成＞
　まず、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、建物の室内の天井に埋め込みや吊り下げにより、または、室内の壁面に壁掛けにより設置されている。室内ユニット４は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７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。
　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、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２を有している。
　室内熱交換器４２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、冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する。

　また、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４２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送風ファンとしての室内ファン４３を有している。室内ファン４３は、ファンモータ４３ａによって駆動され、室内熱交換器４２に供給する空気の風量を可変することが可能なファンである。
　また、室内ユニット４の室内空気の吸入口側には、室内ユニット４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４４が設けられている。
　＜室外ユニット２の構成＞
　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、建物の室外に設置されており、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７を介して室内ユニット４に接続されている。そして、室外ユニット２は、室内ユニット４との間で冷媒回路１０を構成している。

　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、四路切換弁２２と、熱源熱交換器としての室外熱交換器２３と、膨張機構としての室外膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。
　圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、圧縮機用モータ２１ａ（図２を参照）によって駆動される容積式圧縮機である。
　四路切換弁２２は、冷媒の流れ方向を切り換えるための弁である、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によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２５）とガス側冷媒連絡配管７とを接続する（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、室内熱交換器４２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側とガス側冷媒連絡配管７とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

　室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンとにより構成される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る。室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には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、そのガス側が四路切換弁２２に接続され、その液側が液側冷媒連絡配管６に接続されている。
　室外膨張弁２４は、室外側冷媒回路１０ｂ内を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行うために、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。
　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、室外に排出するための送風ファンである室外ファン２８を有している。室外ファン２８は、室外熱交換器２３に供給する外気の量を可変することが可能なファンであり、ファンモータ２８ａによって駆動されるプロペラファンである。ファンモータ２８ａ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、室外ファン２８の風量を可変することが可能になっている。

　アキュムレータ２５は、圧縮機２１と四路切換弁２２との間に接続されており、室内ユニット４の運転負荷の変動に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。
　液側閉鎖弁２６およびガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、室外熱交換器２３に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。
　また、室外ユニット２には、センサ３３、３４が設けられている。具体的には、室外熱交換器２３に、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の温度（すなわち、冷房運転時における凝縮温度、または、暖房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する熱交温度検出手段としての熱交温度センサ３３が設けられている。また、室外ユニット２の室外空気の吸入口側には、室外ユニット２内に流入する室外空気（外気）の温度（すなわち、外気温度）を検出する外気温度検出手段としての外気温度センサ３４が設けられている。

　＜液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７の構成＞
　液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７は、空調機１を建物内の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニット２と室内ユニット４との組み合わせの設置条件に応じて種々の長さや管径を有する冷媒配管が使用される。

　＜制御部９（制御手段に相当）の構成＞
　図２は、制御部９の制御ブロック図である。
　制御部９は、図２に示すように、室内制御部９ａと、室外制御部９ｂとを有している。室内制御部９ａおよび室外制御部９ｂは、メモリやマイクロコンピュータから構成される。室内制御部９ａは、室内ユニット４を構成する各種機器（具体的には、室内ファン４３）の動作を制御する。室外制御部９ｂは、室外ユニット２を構成する各種機器（具体的には、圧縮機２１や室外ファン２８等）の動作を制御する。
　室内制御部９ａは、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）との間で制御信号の送受信を行うことが可能である。また、室内制御部９ａおよび室外制御部９ｂは、互いに伝送線を介して制御信号の送受信を行うことができるようになっている。そして、室内制御部９ａと室外制御部９ｂとから構成される制御部９は、センサ３３、３４、４４の検出信号を受信することができるように、センサ３３、３４、４４と接続されており、これらの検出信号に基づいて、室内ファン４３および室外ファン２８の回転数、圧縮機２１の回転数、室外膨張弁２４の開度の制御を行うことができるようになっている。
　また、制御部９には、図４に示すように、負荷に対応する室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速（ｍ／ｓ）（空調機１のＣＯＰがおおむね最適となるような室外ファン２８の前面風速）の関係を示す関係式（以下、第１関係式という）が記憶されている。具体的には、第１関係式は、ｙ（ｍ／ｓ）＝ａｘ（ｄｅｇ）＋ｂで表される。前面風速とは、室外ファン２８の送風量を室外熱交換器２３の面積で除したものである。負荷は、外気温度センサ３４により検出される外気温度と熱交温度センサ３３により検出される室外熱交換器２３における冷媒の温度（すなわち、冷房運転時においては、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の凝縮温度、暖房運転時においては、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の蒸発温度）との差に基づくものである。具体的には、負荷は、外気温度から、室外熱交換器２３における冷媒の温度を減算して算出される。

　ここで、図３は、空調機１の冷房定格運転時、暖房定格運転時、冷房中間運転時（例えば、外気温度が１８℃～２０℃の条件において行われる冷房運転時）、暖房中間運転時（例えば、外気温度が１３℃～１８℃の条件において行われる暖房運転時）における、室外ファン２８の前面風速に対するＣＯＰ比の関係を示すグラフである。図４に示す点は、例えば、図３に示す冷房定格運転時、暖房定格運転時、冷房中間運転時、暖房中間運転時それぞれにおいて、ＣＯＰ比が１００％となる室外ファン２８の前面風速（冷房定格運転時においては、２．０ｍ／ｓであり、暖房定格運転時においては、１．４６ｍ／ｓであり、冷房中間運転時においては、１．３２ｍ／ｓであり、暖房中間運転時においては、０．９０ｍ／ｓである）を、負荷をパラメータとしてプロットした点である。そして、第１関係式は、当該プロットした点を最小二乗法により求めたものである。
　なお、第１関係式は、前面風速を利用して導かれていることから、空調機の馬力（電力量）に影響されるものではない。
　また、制御部９には、最適ＣＯＰ前面風速に対応する室外ファン２８の回転数（送風量）の関係を示す関係式（マップ）（以下、第２関係式（マップ）という）が記憶されている。

　＜空調機１の動作＞
　空調機１の動作としては、主として、冷媒回路１０が冷房サイクルとなっている状態（すなわち、冷房運転の状態であり、四路切換弁２２の図１の実線で示される状態）と、冷媒回路１０が暖房サイクルとなっている状態（すなわち、暖房運転の状態であり、四路切換弁２２の図１の破線で示される状態）とがある。なお、空調機１の動作は、制御部９によって行われるものである。
　ここで、通常の冷房運転時および暖房運転時においては、室外ファンの送風量は一定に制御されることが多い（例えば、室外熱交換器において冷媒と外気との熱交換を多く行わせるために室外ファンの送風量が常時最大となるように制御される等）。しかし、室外ファンの送風量が常に一定に制御されると、ＣＯＰに影響を与える場合があることが想定される（例えば、室内ユニットの負荷が小さい場合などにおいて、室外ファンの送風量が常に最大に制御される等）。
　しかし、省エネルギー対策に鑑み、空調機のＣＯＰがより好適となることが望ましいと考えられる。
　一方、例えば、図３に示すように、空調機１の冷房定格運転時、暖房定格運転時、冷房中間運転時、暖房中間運転時のそれぞれの４条件において、ＣＯＰが最適になる前面風速は異なっている。
　よって、室外ファンの送風量を常に一定に保つ制御が行われるよりも、空調機の運転条件によって室外ファンの送風量を変更する制御が行われることが望ましいと考えられる。
　そこで、本実施形態においては、異なる条件下であってもＣＯＰがおおむね最適となるように、以下のような空調機１の制御を行っている。

　（１）空調機１の冷房運転時における制御
　まず、冷房運転時における空調機１の制御について図１を用いて説明する。
　冷房運転時は、冷媒回路１０が冷房サイクルの状態（四路切換弁２２が図１に示す実線の状態）となるように制御されている。すなわち、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２３のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側がガス側閉鎖弁２７およびガス側冷媒連絡配管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続された状態となるように制御されている。
　そして、この状態で、圧縮機２１、室外ファン２８および室内ファン４３が駆動されると、まず、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、そして圧縮されて高圧の冷媒となる。この後、この高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由して室外熱交換器２３に送られる。この高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２８によって供給される外気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。そして、高圧の液冷媒は、室外膨張弁２４によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、液側閉鎖弁２６および液側冷媒連絡配管６を経由して室内ユニット４に送られる。室内ユニット４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に送られ、室内熱交換器４１で室内空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、ガス側冷媒連絡配管７およびガス側閉鎖弁２７を経由して室外ユニット２に送られ、四路切換弁２２を経由してアキュムレータ２５に流入する。そして、アキュムレータ２５に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

　そして、冷媒回路１０が、室内温度センサ４４により検出される室内温度がリモコンを介してユーザから設定される設定温度になるような運転サイクル（すなわち、安定運転状態のサイクル）になると、室外ファン２８の送風量が制御され、常時、空調機１のＣＯＰがおおむね最適になるようになっている。ここで、室外ファン２８の送風量の制御は、図５に示すステップＳ１～ステップＳ３を繰り返すことによって行われる。以下、ステップＳ１～ステップＳ３について説明する。
　図５は、空調機１の、ＣＯＰが最適となるように行われる室外ファン２８の制御を示すフローチャートである。
　ステップＳ１では、外気温度センサ３４により検出される外気温度から熱交温度センサ３３により検出される室外熱交換器２３における冷媒の凝縮温度が減算されることによって負荷（ｄｅｇ）が算出される。

　ステップＳ２では、第１関係式に基づいて、ステップＳ１で算出された負荷から室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速が算出される。
　ステップＳ３では、室外ファン２８の前面風速がステップＳ２で算出された最適ＣＯＰ前面風速となるように、室外ファン２８の送風量が制御される。すなわち、制御部９は、第２関係式（マップ）を用いて最適ＣＯＰ前面風速からファンモータ２８ａの目標回転数を決定し、この室外ファン２８の目標回転数に対応する周波数の電力をインバータ装置を介してファンモータ２８ａに入力することによって、室外ファン２８の送風量を制御している。

　（２）空調機１の暖房運転時における制御
　次に、暖房運転時における空調機１の制御について図１を用いて説明する。
　暖房運転時は、冷媒回路１０が暖房サイクルの状態（四路切換弁２２が図１に示す破線の状態）となるように制御されている。すなわち、圧縮機２１の吐出側がガス側閉鎖弁２７およびガス側冷媒連絡配管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２３のガス側に接続された状態となるように制御されている。
　そして、この状態で、圧縮機２１、室外ファン２８および室内ファン４３が駆動されると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、そして圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２７およびガス側冷媒連絡配管７を経由して室内ユニット４に送られる。室内ユニット４に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４２において、室内ファン４３によって供給される室内空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、液側冷媒連絡配管６および液側閉鎖弁２６を経由して室外ユニット２に送られる。そして、室外ユニット２に送られた高圧の液冷媒は、室外膨張弁２４で減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、室外熱交換器２３に送られる。低圧の気液二相状態の液冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２８によって供給される外気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由してアキュムレータ２５に流入し、そして再び、圧縮機２１に吸入される。

　そして、冷媒回路１０が、室内温度センサ４４により検出される室内温度がリモコンを介してユーザから設定される設定温度になるような運転サイクル（すなわち、安定運転状態のサイクル）になると、暖房運転時においても冷房運転時と同様に、室外ファン２８の送風量が制御され、常時、空調機１のＣＯＰがおおむね最適となるようになっている。暖房運転時における室外ファン２８の送風量の制御は、ほぼ冷房運転時における室外ファン２８の送風量の制御（ステップＳ１～ステップＳ３、図５を参照）と同じであるが、暖房運転時においては、ステップＳ１で、負荷が、外気温度から室外熱交換器２３における冷媒の蒸発温度が減算されて算出されている点が異なる。
　以上のように、空調機１では、制御部９は、室外熱交換器２３における冷媒の温度と外気温度との差を用いて負荷を算出し、そして第１関係式を用いて得られる、負荷に基づいた室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速に室外ファン２８の送風量を合わせる制御を行っている。
　これにより、室外ユニット２の設置条件や設置環境により外気温度が変動しても、外気温度と熱源側熱交換器２３の温度との差で負荷を算出することで、より極め細やかに、室外ファン２８の送風量の制御を行うことが可能になっている。また、これにより、異なる運転条件下においても、空調機１のＣＯＰをおおむね最適とすることができるようになっている。

　＜第１実施形態に係る空調機１の特徴＞
　従来、特許文献１（特開平１０－３０８５３号公報）のように、外気温度に基づいてＣＯＰが好適化するように室外ファンの風量を制御している空調機が提案されている。この空調機では、外気温度が低い場合は室外ファンの送風量が少なくなるように制御されている。しかし、外気温度が低い場合であっても負荷（例えば、室外熱交換器の負荷）が高い場合が想定され、この場合は室外ファンの風量を上げることが望ましい。ここで、外気温度が低い場合であっても負荷が高い場合とは、室外ユニットが設置される屋外の環境が例えば、台風や雨雪の場合や、また、室外ユニットが吹出口や吸入口が壁等に塞がれるように屋外に設置され室外熱交換器において熱交換がされにくい場合などが挙げられる。

　そこで、本実施形態では、外気温度だけでなく室外熱交換器２３における冷媒の温度（冷房運転時においては、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の凝縮温度、暖房運転時においては、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の蒸発温度）も考慮して負荷を算出している（具体的には、外気温度から室外熱交換器２３における冷媒の温度を減算して算出している）。そして、第１関係式を用いて負荷から最適ＣＯＰ前面風速を算出し、最適ＣＯＰ前面風速となるように室外ファン２８の送風量を制御している。
　よって、外気温度および室外熱交換器２３における冷媒の温度の２つの検出値を用いて負荷を算出することで、より極め細やかに室外ファン２８の送風量を制御することができるようになっている。
　また、上述したように、第１関係式は、空調機１の冷房定格運転時、暖房定格運転時、冷房中間運転時、暖房中間運転時といった主な４条件における室外ファン２８の送風量に対応するＣＯＰ比のグラフを基に、室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速を算出し、この室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速を、負荷をパラメータとして作成したものである。

　よって、第１関係式を用いて負荷から室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速を算出することにより、それぞれの運転条件における負荷に対応する室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速を算出することができるようになっている。
　そして、以上のような制御を行うことで、空調機１のＣＯＰがおおむね最適となるようにすることができる。
　＜第１実施形態に係る空調機１の変形例＞
　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、上記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）
　図６は、本変形例（Ａ）に係る冷媒回路１０の系統図である。
　上記実施形態では、１台の室外ユニット２に対して１台の室内ユニット４が接続される、いわゆるペア式の空調機１に限定して記載しているが、本発明はこれに限られるものではない。
　例えば、図６に示すように、１台の室外ユニット２に複数台の室内ユニット４、５、・・・、ｎが接続される、いわゆるマルチ式の空調機１００であってもよい。
　この場合、室内ユニット４、５、・・・、ｎには、それぞれ室内ユニット４、５、・・・、ｎの負荷に応じた冷媒が流れるように調節可能な室内膨張弁４４、５４、・・・ｎ４が設けられる。なお、図６に示す室内ユニット５の各種機器に付した番号は、室内ユニット４の各種機器を示す４０番台の符号を５０番台の符号に代えたものである。
　（Ｂ）
　上記実施形態では、室外熱交換器２３に設けられる熱交温度センサ３３によって室外熱交換器２３内を流れる冷媒の温度を検出すると説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
　例えば、室外熱交換器２３に圧力センサを設ける場合、この圧力センサによって検出される冷媒圧力を冷媒の飽和温度に換算した値を冷媒の温度として使用してもよい。

　（Ｃ）
　上記実施形態では、制御部９には第１関係式が記憶されていると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１関係式に代えて、負荷に対応する室外ファン２８の最適ＣＯＰ前面風速（ｍ／ｓ）の関係を示す関係マップであってもよい。
　（Ｄ）
　上記実施形態では、空調機１に限定して説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ヒートポンプ式の給湯器であってもよい。
　（Ｅ）
　上記実施形態では、室内温度を室内温度センサ４４によって検出しているが、これに限られるものではない。例えば、室内温度センサ４４に代えて、室内ユニット４に吸い込まれる吸込空気の温度を検出する吸込温度センサ（図示せず）を室内ユニット４に設け、当該吸込温度センサによって検出される吸込温度を、室内温度としてもよい。

　＜第２実施形態＞
　続いて、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成機器等については、同符号を付し、説明を省略する。
　第２実施形態の第１実施形態と異なる点について簡単に説明すると、第１実施形態では、第１関係式に基づいて負荷から最適ＣＯＰ前面風速を算出し、最適ＣＯＰ前面風速となるように室外ファン２８の送風量を制御している（以下、当該制御を最適風速制御という）が、第２実施形態では、状況に応じて、最適風速制御以外の制御を行う場合があるという点である。
　ここで、最適ＣＯＰ前面風速に合わせて室外ファン２８の送風量を制御すれば（最適風速制御を行えば）、ＡＰＦ（Annual　Performance Factor：通年エネルギー消費効率）もおおむね最適になることがわかっている。すなわち、ＣＯＰが向上すれば、ＡＰＦも向上する。このことについては、第１実施形態の空調機１においても同様である。

　そして、第２実施形態では、ＡＰＦが、従来多く行われている制御を行う場合（具体的には、室外熱交換器の負荷に関係なく室外ファンの送風量を一定に制御する場合）に比べて向上する範囲（ＡＰＦ向上範囲：図８に示す二点鎖線で囲んだ範囲）にある前面風速を、許容前面風速としている。そして、状況に応じて、最適風速制御を行うだけでなく、当該許容前面風速に基づいた室外ファン２８の送風量の制御を行っている。なお、以下では、許容前面風速に基づいた室外ファン２８の送風量の制御を、適宜許容風速制御という。
　以下、第２実施形態における空調機１の室外ファン２８の制御について図７を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様に、以下の制御は、制御部９が行うものとする。
　図７は、第２実施形態に係る空調機１の室外ファン２８の制御を示すフローチャートである。図８は、許容前面風速の範囲を示すグラフである。

　まず、ステップＳ１０１に示すように、設定温度と室内温度センサ４４によって検出される室内温度との乖離度（すなわち、設定温度から室内温度を減算した値、図面上は、Ｔと示す）が、予め制御部９に記憶されている第１閾値（図面上は、ｘ１と示す）以上であるか否かを判定する。乖離度が第１閾値以上である場合は、ステップＳ１０３へ移行し、他方、乖離度が第１閾値未満である場合は、ステップＳ１０２へ移行する。
　なお、上述の判定を行う前提として、制御部９は、設定温度及び室内温度のデータを取得しているものとする。
　ステップＳ１０２では、第１実施形態と同様に、最適風速制御を行う。
　ここでは、設定温度と室内温度との乖離度が第１閾値未満であれば、空調機１による空調によってユーザの快適性を満たしていると判断できるので、省エネ性が高まるように、すなわち、おおむね最適なＣＯＰ／ＡＰＦが得られるように、室外ファン２８を制御している。

　ステップＳ１０３では、設定温度と室内温度との乖離度が、予め制御部９に記憶されている第２閾値（第２閾値＞第１閾値とする、図面上は、ｘ２と示す）以上であるか否かを判定する。乖離度が第２閾値以上である場合は、ステップＳ１０４へ移行し、他方、乖離度が第２閾値未満である場合は、ステップＳ１０５へ移行する。
　ステップＳ１０４では、設定温度と室内温度との乖離度が大きいと判断して、室外ファン２８を室内ユニット４の負荷に応じて制御する、又は、室外ファン２８を最大風量（最大回転数）で運転するように制御する。すなわち、ここでは、ＣＯＰ／ＡＰＦを考慮した（省エネ性を考慮した）制御を行わずに、ユーザの快適性を優先した制御を行う。
　ステップＳ１０５では、まず、室外熱交換器２３における冷媒の温度と外気温度との差を用いて負荷を算出する。そして、図８のグラフを用いて、負荷から室外ファン２８の許容前面風速を算出し、当該許容前面風速に基づいて室外ファン２８の出力を制御する。なお、制御部９には、予め、許容前面風速と、室外ファン２８の送風量（回転数）との関係を示す関係式（マップ）が記憶されているものとする。

　ここで、ＡＰＦをどの程度得たいかによって、室外ファン２８の許容前面風速は変わる。よって、第２実施形態では、予め制御部９に、室内温度と設定温度との乖離度と、ＡＰＦとの関係が示された乖離度―ＡＰＦマップが記憶されている。そして、当該乖離度―ＡＰＦマップに基づいて、乖離度からＡＰＦを決定し、当該ＡＰＦになる許容前面風速のグラフを図８の複数（本実施形態では、８つ）のグラフ（Ａ～Ｈのグラフ）から選択して決定している。そして、当該許容前面風速のグラフに基づいて、負荷から許容前面風速を算出し、上述したように、当該算出した許容前面風速となるように室外ファン２８の出力を制御している。
　具体的に、ステップＳ１０５の処理について説明すると、例えば、設定温度と室内温度との乖離度に基づいて決定されたＡＰＦになる許容前面風速のグラフがＡであるとする。このとき、負荷が６．０（ｄｅｇ）の場合は、Ａのグラフにおいて負荷が６．０（ｄｅｇ）となる許容前面風速は約１．４４（ｍ／ｓ）であるので、この許容前面風速になるように、室外ファン２８の送風量を制御している。

　なお、図８においては、ＡＰＦは、Ａ，Ｅ＞Ｂ，Ｆ＞Ｃ，Ｇ＞Ｄ，Ｈとなる。また、図８におけるＡ，Ｅ、Ｂ，Ｆ、Ｃ，Ｇ、Ｄ，Ｈのグラフは、それぞれ、冷房定格運転時の最適前面風速を固定した状態で、暖房中間運転時、冷房中間運転時、暖房定格運転時の最適ＣＯＰ前面風速に±０．２（ｍ／ｓ）、±０．４（ｍ／ｓ）、±０．６（ｍ／ｓ）、±０．８（ｍ／ｓ）を足したときの許容前面風速のグラフである。当該グラフは、関係式で表すことができ、その一例として、Ａのグラフは、４．４≦負荷≦７のときは、ｙ＝ａ１ｘ＋ｂ１の関係式で表され、７＜負荷のときは、＝ａ２ｘ＋ｂ２の関係式で表される。
　以上のように、第２実施形態では、制御部９は、室内温度と設定温度との差を算出し、当該差に基づいておおむね最適な省エネ性を優先した制御（最適風速制御）を行うか、好適な省エネ性を維持しながらユーザの快適性を考慮した制御（許容風速制御）、すなわち、最適風速制御よりも空調機１の運転能力を上げる制御、を行うかを判定して決定している。
　これにより、最適風速制御を行う場合は、おおむね最適なＣＯＰ／ＡＰＦが得られ、許容風速制御を行う場合は、最適ではないが、従来の、負荷を考慮せずに室外ファンの送風量を制御する場合に比べるとより向上したＣＯＰ／ＡＰＦを得ることができる。

　＜第２実施形態に係る空調機１の特徴＞
　第２実施形態では、種々に起こりうる状況を考慮し、第１実施形態のように一律に最適風速制御を行っていない。具体的には、上述の通り、ある条件を設け、当該条件を満たすか否かによって、最適風速制御を行うか許容風速制御を行うか（すなわち、最適な省エネを優先するか、好適な省エネを維持しながら、ユーザの快適性も考慮した制御を行うか）を決定している。すなわち、状況に応じて室外ファン２８の制御を行うことができる。よって、ユーザの快適性が満たされていないと判断する場合に空調機１の運転能力を上げたい場合、許容風速制御を行うことで、従来に比べてより向上したＣＯＰ／ＡＰＦを得つつ、ユーザの快適性をも考慮できる。

　＜第２実施形態に係る空調機１の変形例＞
　（Ａ）
　上記実施形態では、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１で設定温度と室内温度との乖離度が第１閾値未満であると判定した場合は、ステップＳ１０２で最適風速制御を行っているが、これに限られるものではない。例えば、ステップＳ１０１でＮＯと判定する場合にさらに設定温度と室内温度との乖離度が第３閾値未満であるか否かを判定する判定処理を設け、当該判定結果に基づいて、最適風速制御を行うか、許容風速制御を行うかを決定してもよい。具体的には、乖離度が第３閾値未満であれば、室外ファン２８を最小風量（最小回転数）で運転するように制御し、乖離度が第３閾値未満でない場合に、最適風速制御を行う制御パターンであってもよい。また、乖離度が第３閾値未満であれば、室外ファン２８を最小風量（最小回転数）で運転するように制御し、乖離度が第３閾値未満でない場合、許容風速制御を行う制御パターンであってもよい。
　この場合であっても、負荷を考慮せず室外ファン２８の風量を一定に制御する場合に比べてより向上したＣＯＰ／ＡＰＦを得ることができる。

　（Ｂ）
　上記実施形態では、設定温度と室内温度との乖離度に基づいて、最適風速制御を行うか許容風速制御を行うかを決定しているが、これに限られるものではない。例えば、圧縮機２１の周波数に基づいて、最適風速制御を行うか許容風速制御を行うかを決定してもよい。この場合、図７のフローチャートにおける、ステップＳ１０１，ステップＳ１０３において、判定対象となる設定温度と室内温度との乖離度が、圧縮機２１の周波数に代えられる。そして、第１閾値、第２閾値が、予め制御部９に記憶される第４閾値、第５閾値（第４閾値＜第５閾値とする）に代わる。

　圧縮機２１の周波数によって室外ファン２８の制御を決定する場合を具体的に説明すると、まず、ステップＳ１０１において、圧縮機２１の周波数が第４閾値よりも高いか否かを判定する。そして、圧縮機２１の周波数が第４閾値よりも高いと判定する場合は、負荷が高いと判断して、ステップＳ１０３において、圧縮機２１の周波数が第５閾値よりも高いか否かを判定している。
　なお、圧縮機２１の周波数が第４閾値よりも高くないと判定する場合は、上述と同様に、ステップＳ１０２において最適風速制御を行う。また、ステップＳ１０５において、圧縮機２１の周波数が第５閾値よりも高くないと判定する場合は、上述と同様に、許容風速制御を行う。また、圧縮機２１の周波数が第５閾値よりも高いと判定する場合は、上述と同様に、ステップＳ１０４の処理を行う。

　なお、この場合も上述と同様に、ステップＳ１０５の許容風速制御を行う前提として、予め制御部９に、圧縮機２１の周波数と、ＡＰＦとの関係が示された周波数―ＡＰＦマップが記憶されている。そして、ステップＳ１０５では、当該周波数―ＡＰＦマップに基づいて、圧縮機２１の周波数からＡＰＦを決定し、当該ＡＰＦになる許容前面風速のグラフを図８のグラフ（Ａ～Ｈのグラフ）から選択して決定している。そして、当該許容前面風速のグラフに基づいて、負荷から許容前面風速を決定している。
　この場合であっても、負荷を考慮せず室外ファン２８の風量を一定に制御する場合に比べてより向上したＣＯＰ／ＡＰＦを得ることができる。
　また、上述と同様にして、設定温度と室内温度との乖離度及び圧縮機２１の周波数に基づいて、最適風速制御を行うか許容風速制御を行うかを決定してもよい。この場合であっても、上述と同様の効果を奏する。

　（Ｃ）
　上記実施形態では、許容前面風速のグラフは、Ａ～Ｈの８つのグラフのみであるが、これに限られず、８つ以上であってもよい。この場合、よりＡＰＦをきめ細やかに可変した制御を行うことができる。

　本発明では、使用条件が異なる場合であってもＣＯＰ／ＡＰＦが向上するように室外ファンを制御することができるので、有用である。

　　１　　　空調機（冷凍装置）
　　９　　　制御部（制御手段）
　　１０　　冷媒回路
　　２１　　圧縮機
　　２３　　室外熱交換器（熱源側熱交換器）
　　２４　　室外膨張弁（膨張機構）
　　２８　　室外ファン（送風ファン）
　　３３　　熱交温度センサ（熱交温度検出手段）
　　３４　　外気温度センサ（外気温度検出手段）
　　４２　　室内熱交換器（利用側熱交換器）
　　１００　空調機（冷凍装置）

特開平１０－３０８５３号公報

Claims

　圧縮機（２１）と熱源側熱交換器（２３）と膨張機構（２４）と利用側熱交換器（４２）とが接続されることによって構成され、冷房サイクルと暖房サイクルとに可逆運転可能な冷媒回路（１０）と、
　前記熱源側熱交換器（２３）に対して外気を送る送風ファン（２８）と、
　前記熱源側熱交換器（２３）を流れる冷媒と熱交換を行う前記外気の温度を検出する外気温度検出手段（３４）と、
　前記熱源側熱交換器（２３）の温度を検出する熱交温度検出手段（３３）と、
　前記外気の温度と、前記熱源側熱交換器（２３）の温度とを用いて負荷を算出し、前記負荷に対応する前記送風ファン（２８）の送風量に基づいて前記送風ファン（２８）の出力を制御する制御手段（９）と、
を備える冷凍装置（１，１００）。
　前記制御手段（９）は、前記外気の温度と前記熱源側熱交換器（２３）の温度との差に基づいて前記負荷を算出する、
請求項１に記載の冷凍装置（１，１００）。
　前記制御手段（９）は、前記外気の温度および前記熱源側熱交換器（２３）の温度の一方から他方を減算して前記負荷を算出する、
請求項１に記載の冷凍装置（１，１００）。
　前記制御手段（９）は、前記負荷と前記送風ファン（２８）の送風量との関係式から、前記負荷に対応する前記送風ファン（２８）の送風量を算出する、
請求項１～３のいずれかに記載の冷凍装置（１，１００）。
　前記熱交温度検出手段（３３）は、前記冷媒回路（１０）が前記冷房サイクルとなっている状態において前記熱源側熱交換器（２３）の凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段である、
請求項１～４のいずれかに記載の冷凍装置（１，１００）。
　前記熱交温度検出手段（３３）は、前記冷媒回路（１０）が前記暖房サイクルとなっている状態において前記熱源側熱交換器（２３）の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段である、
請求項１～４のいずれかに記載の冷凍装置（１，１００）。
　前記関係式は、複数あり、
　前記制御手段（９）は、設定温度と室内温度との乖離度及び／又は前記圧縮機（２１）の周波数に基づいて、複数の関係式から１つの関係式を選択し、前記１つの関係式から、前記負荷に対応する前記送風ファン（２８）の送風量を算出する、
請求項４に記載の冷凍装置（１，１００）。