WO2020194655A1

WO2020194655A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2020194655A1
Application number: PCT/JP2019/013568
Authority: WO
Inventors: 有騎新井
Original assignee: 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-01

Abstract

空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、少なくとも圧縮機及び膨張弁を制御する制御部と、を備え、凝縮器及び蒸発器の一方は室外熱交換器であり、他方は室内熱交換器であり、制御部は、室内熱交換器を蒸発器として機能させ、室内熱交換器を凍結させる凍結処理中に、室内熱交換器の温度に基づいて圧縮機の運転周波数の制御を行うとともに（ステップＳ２０）、圧縮機の吸入冷媒の乾き度、又は、圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて膨張弁の開度の制御を行う（ステップＳ３０）。

Description

空気調和機

　本発明は、空気調和機に関する。

　空気調和機の室内熱交換器を清潔な状態にする技術として、例えば、特許文献１には、室内熱交換器の着霜・除霜を順次に行って、室内熱交換器の汚れを除去することが記載されている。

特開２０１０－１４２８８号公報

　特許文献１によれば、除湿運転をする際に、室内熱交換器の親水性プレコートフィンに対して着霜させる場合に、外気温度が高い時には室内熱交換器の温度は比較的高いために、室内熱交換器の温度を低下させるには、外気温度に応じて、室外機の室外送風機の回転速度及び電動膨張弁の開度を制御することが記載されている。すなわち、外気温度が高くなるにつれて、室外機の室外送風機の回転速度を上げ、電動膨張弁の開度を小さくする。これにより、室内熱交換器の温度を低下させて、室内熱交換器を凍結させて親水性プレコートフィンに対して着霜させることができるとしている。

　しかしながら、発明者らは種々の検討を行い、凍結洗浄運転は運転温度条件や、配管長・接続室内台数などシステムの熱容量が異なる多様な施工条件に対応する必要がある。例えば、低い外気温度と高い外気温度における凍結運転時（凍結処理中）の高圧圧力は異なり、目標凍結温度における低圧圧力の組合せによっては圧縮機の吐出温度の過昇や、過降により圧縮機の信頼性を著しく損ねる可能性がある。また、目標凍結温度に到達しても、室内熱交換器の出口において過熱状態に至ると過熱域で熱交換性能が低下し凍結しない可能性があることを見出した。

　本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、室内熱交換器を適切に凍結するとともに、圧縮機の信頼性を確保できる空気調和機を提供することを目的とする。

　前記目的を達成するため、本発明の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、少なくとも圧縮機及び膨張弁を制御する制御部と、を備え、凝縮器及び蒸発器の一方は室外熱交換器であり、他方は室内熱交換器であり、制御部は、室内熱交換器を蒸発器として機能させ、室内熱交換器を凍結させる凍結処理中に、室内熱交換器の温度に基づいて圧縮機の運転周波数の制御を行うとともに、圧縮機の吸入冷媒の乾き度、又は、圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて膨張弁の開度の制御を行うことを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

　本発明によれば、室内熱交換器を適切に凍結するとともに、圧縮機の信頼性を確保できる。

第１実施形態に係る空気調和機の構成図である。第１実施形態に係る空気調和機の室内機の縦断面図である。第１実施形態に係る空気調和機の機能ブロック図である。第１実施形態に係る空気調和機が備える室内熱交換器の凍結洗浄に関する処理のフローチャートである。第１実施形態に係る空気調和機が備える室内熱交換器の解凍中の状態を示す説明図である。凍結処理中の冷媒状態図を示す説明図である。凍結処理中の課題を示す説明図である。第１実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における制御対象を示す説明図である。第１実施形態に係る室内熱交換器を凍結させるための処理の詳細を示すフローチャートである。第１実施形態に係る圧縮機の運転周波数制御の処理を示すフローチャートである。第１実施形態に係る室内膨張弁の開度制御の処理を示すフローチャートである。室内熱交換器の温度の時間的な変化の一例を示す説明図である。第２実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における吐出温度を下げる補正を示す説明図である。第３実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における蒸発温度を上げる調整を示す説明図である。第３実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における蒸発温度を下げる調整を示す説明図である。第４実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における室外ファン回転速度によるサイクルバランス変化を示す説明図である。

≪第１実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
　図１は、第１実施形態に係る空気調和機１００の構成図である。空気調和機１００は、暖房運転や冷房運転等の空調を行う機器である。図１に示すように、空気調和機１００は、室外機Ｕｏ、室内機Ｕｉ、及び制御部３０（図３参照）を含んで構成される。室外機Ｕｏは、室外熱交換器１２、室外ファン１３、室外膨張弁１４ａ、圧縮機１１、アキュムレータ２９、及び四方弁１７を含んで構成されている。一方、室内機Ｕｉは、室内熱交換器１５、室内ファン１６、室内膨張弁１４ｂを含んで構成される。

　圧縮機１１は、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する機器である。図１に示すように、圧縮機１１は、駆動源である圧縮機モータ１１ａを備えている。四方弁１７は、空気調和機１００の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。

　室外熱交換器１２は、その伝熱管（図示せず）を通流する冷媒と、室外ファン１３から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。室外ファン１３は、室外熱交換器１２に外気を送り込むファンである。室外ファン１３は、駆動源である室外ファンモータ１３ａを備え、室外熱交換器１２の付近に配置されている。

　室外膨張弁１４ａ、室内膨張弁１４ｂは、「凝縮器」（室外熱交換器１２及び室内熱交換器１５の一方）で凝縮した冷媒を減圧する弁である。なお、室外膨張弁１４ａ及び室内膨張弁１４ｂのうち少なくとも一方で減圧された冷媒は、「蒸発器」（室外熱交換器１２及び室内熱交換器１５の他方）に導かれる。

　室内熱交換器１５は、その伝熱管ｇ（図２参照）を通流する冷媒と、室内ファン１６から送り込まれる室内空気（空調対象空間の空気）と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。室内ファン１６は、室内熱交換器１５に室内空気を送り込むファンである。室内ファン１６は、駆動源である室内ファンモータ１６ｃ（図３参照）を有し、室内熱交換器１５の付近に配置されている。

　冷房運転時（図１の破線矢印を参照）には、冷媒回路Ｑにおいて、圧縮機１１、室外熱交換器１２（凝縮器）、室外膨張弁１４ａ（膨張弁）、室内膨張弁１４ｂ（膨張弁）、及び室内熱交換器１５（蒸発器）を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する。

　室内熱交換器１５で気化した冷媒（気体）は、室外機Ｕｏに導入され、四方弁１７を流通してアキュムレータ２９に流入する。アキュムレータ２９は、冷媒を気液分離する殻状部材である。アキュムレータ２９は、過渡的に液冷媒が過剰に流入した際に冷媒（液体）を貯留するバッファタンクとして機能し、これによって圧縮機１１での液圧縮が防止される。従って、アキュムレータ２９において冷媒の乾き度が高まり、圧縮機１１には乾き度の高い冷媒が流入する。

　暖房運転時（図１の実線矢印を参照）には、冷媒回路Ｑにおいて、圧縮機１１、室内熱交換器１５（凝縮器）、室内膨張弁１４ｂ（膨張弁）、室外膨張弁１４ａ（膨張弁）、及び室外熱交換器１２（蒸発器）を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する。

　圧縮機１１で圧縮された冷媒（気体）は、四方弁１７を経由して室内機Ｕｉに導入される。室内機Ｕｉに導入された冷媒（気体）は室内熱交換器１５に流入し、室内ファン１６で送風される室内空気との熱交換で冷却されて凝縮する。このとき、室内熱交換器１５で凝縮する冷媒（気体）が凝縮熱を室内空気に与えて室内空気を加熱する。室内熱交換器１５で凝縮した冷媒（液体）は室内膨張弁１４ｂを経由して室外機１０に導入される。室外機１０に導入された冷媒（液体）は、室外膨張弁１４ａで減圧されて室外熱交換器１２に流入する。室外熱交換器１２に流入した冷媒（液体）は、室外ファン１３で送風される外気との熱交換で気化し、四方弁１７を経由してアキュムレータ２９に流入する。そして、アキュムレータ２９で乾き度が高まった冷媒（気体、又は気液二相状態）が圧縮機１１に流入する。

　すなわち、圧縮機１１、「凝縮器」、室外膨張弁１４ａ、室内膨張弁１４ｂ及び「蒸発器」を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路Ｑにおいて、前記した「凝縮器」及び「蒸発器」の一方は室外熱交換器１２であり、他方は室内熱交換器１５である。

　なお、室外機Ｕｏには、圧縮機１１で吐出される冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）を計測する吐出温度センサ２８ｂと、圧縮機１１の出口側での冷媒の圧力（吐出圧力Ｐｄ）を計測する吐出圧力センサ２８ｄと、圧縮機１１の入口側での冷媒の圧力（吸入圧力Ｐｓ）を計測する吸入圧力センサ２８ｅと、が備わっている。なお、吐出温度Ｔｄに替えて、圧縮機１１のチャンバー上部温度を計測して使用する構成としてもよい。また、前記した各センサのうち一つ又は複数を適宜省略してもよい。

　また、室外機Ｕｏには、室外熱交換器１２での冷媒の凝縮温度Ｔｃ（冷房運転時）又は蒸発温度Ｔｅ（暖房運転時）を計測するための室外熱交換器温度センサ２８ｃが備わり、室内機Ｕｉには、室内熱交換器１５での冷媒の蒸発温度Ｔｅ（冷房運転時）又は凝縮温度Ｔｃ（暖房運転時）を計測するための室内熱交換器温度センサ２７ｃが備わっている。

　図２は、室内機Ｕｉの縦断面図である。図２に示すように、室内機Ｕｉは、前記した室内熱交換器１５や室内ファン１６の他に、ドレンパン１８（露受皿ともいう）と、筐体ベース１９と、フィルタ２０ａ，２０ｂと、を備えている。さらに、室内機Ｕｉは、前面パネル２１と、左右風向板２２と、上下風向板２３と、を備えている。

　室内熱交換器１５は、複数のフィンｆと、それらのフィンｆを貫通する複数の伝熱管ｇと、を備えている。また、別の観点から説明すると、室内熱交換器１５は、室内ファン１６の前側に配置される前側室内熱交換器１５ａと、室内ファン１６の後側に配置される後側室内熱交換器１５ｂと、を備えている。図２に示す例では、前側室内熱交換器１５ａの上端部と、後側室内熱交換器１５ｂの上端部と、が逆Ｖ状に接続されている。

　室内ファン１６は、例えば、円筒状のクロスフローファンであり、室内熱交換器１５の付近に配置されている。室内ファン１６は、複数のファンブレード１６ａと、これらのファンブレード１６ａが設置される円環状の仕切板１６ｂと、駆動源である室内ファンモータ１６ｃ（図３参照）と、を備えている。

　ドレンパン１８は、室内熱交換器１５の凝縮水を受けるものであり、室内熱交換器１５の下側に配置されている。筐体ベース１９は、室内熱交換器１５や室内ファン１６等の機器が設置される筐体である。

　フィルタ２０ａ，２０ｂは、室内ファン１６の駆動に伴って室内熱交換器１５に向かう空気から塵埃を捕集するものである。一方のフィルタ２０ａは室内熱交換器１５の前側に配置され、他方のフィルタ２０ｂは室内熱交換器１５の上側に配置されている。

　前面パネル２１は、前側のフィルタ２０ａを覆うように設置されるパネルであり、下端を軸として前側に回動可能になっている。なお、前面パネル２１が回動しない構成であってもよい。

　左右風向板２２は、室内に吹き出される空気の左右方向の風向きを調整する板状部材である。左右風向板２２は、吹出風路ｈ３に配置され、左右風向板用モータ２４（図３参照）によって左右方向に回動するようになっている。

　上下風向板２３は、室内に吹き出される空気の上下方向の風向きを調整する板状部材である。上下風向板２３は、空気吹出口ｈ４の付近に配置され、上下風向板用モータ２５（図３参照）によって上下方向に回動するようになっている。

　空気吸込口ｈ１，ｈ２を介して吸い込まれた空気は、室内熱交換器１５の伝熱管ｇを通流する冷媒と熱交換し、熱交換した空気が吹出風路ｈ３に導かれる。そして、吹出風路ｈ３を通流する空気は、左右風向板２２及び上下風向板２３によって所定方向に導かれ、さらに、空気吹出口ｈ４を介して室内に吹き出される。

　なお、空気の流れに伴って空気吸込口ｈ１，ｈ２に向かう塵埃の大部分は、フィルタ２０ａ，２０ｂで捕集される。しかしながら、細かい塵埃がフィルタ２０ａ，２０ｂを通り抜けて室内熱交換器１５に付着することがあるため、室内熱交換器１５を定期的に洗浄することが望ましい。そこで、本実施形態では、室内熱交換器１５で凍結して着霜させた後、室内熱交換器１５を解凍して洗浄するようにしている。以下では、室内熱交換器１５の着霜・解凍を含む一連の処理を、室内熱交換器１５の「凍結洗浄」という。

　図３は、空気調和機１００の機能ブロック図である。図３に示す室内機Ｕｉは、前記した各構成の他に、リモコン送受信部２６と、室内環境検出部２７と、室内制御回路３１と、を備えている。リモコン送受信部２６は、赤外線通信等によって、リモコン４０との間で所定の情報をやり取りする。

　室内環境検出部２７は、室内温度センサ２７ａと、湿度センサ２７ｂと、室内熱交換器温度センサ２７ｃと、を備えている。室内温度センサ２７ａは、室内（空調対象空間）の温度を検出するセンサであり、例えば、フィルタ２０ａ，２０ｂ（図２参照）の空気吸込側に設置されている。湿度センサ２７ｂは、室内空気の湿度を検出するセンサであり、室内機Ｕｉの所定位置に設置されている。

　室内熱交換器温度センサ２７ｃは、室内熱交換器１５（図２参照）の温度を検出するセンサであり、室内熱交換器１５に設置されている。室内温度センサ２７ａ、湿度センサ２７ｂ、及び室内熱交換器温度センサ２７ｃの検出値は、室内制御回路３１に出力される。

　室内制御回路３１は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

　図３に示すように、室内制御回路３１は、記憶部３１ａと、室内制御部３１ｂと、を備えている。記憶部３１ａには、所定のプログラムの他、リモコン送受信部２６を介して受信したデータや、各センサの検出値等が記憶される。室内制御部３１ｂは、記憶部３１ａに記憶されたデータに基づいて、室内ファンモータ１６ｃ、左右風向板用モータ２４、上下風向板用モータ２５、室内膨張弁１４ｂ等を制御する。

　室外機Ｕoは、図１で説明した他に、室外環境検出部２８と、室外制御回路３２と、を備えている。室外環境検出部２８は、室外温度センサ２８ａと、吐出温度センサ２８ｂと、室外熱交換器温度センサ２８ｃと、吐出圧力センサ２８ｄと、吸入圧力センサ２８ｅと、を備えている。室外温度センサ２８aを含む各センサの検出値は、室外制御回路３２に出力される。

　室外制御回路３２は、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、通信線を介して室内制御回路３１に接続されている。図３に示すように、室外制御回路３２は、記憶部３２ａと、室外制御部３２ｂと、を備えている。

　記憶部３２ａには、所定のプログラムの他、室内制御回路３１から受信したデータ等が記憶される。室外制御部３２ｂは、記憶部３２ａに記憶されたデータに基づいて、圧縮機モータ１１ａ、室外ファンモータ１３ａ、室外膨張弁１４ａ等を制御する。以下では、室内制御回路３１及び室外制御回路３２を一括して「制御部３０」という。

　次に、室内熱交換器１５の凍結洗浄に関する制御部３０の処理について、図４を用いて説明する。

＜制御部の処理＞
　図４は、室内熱交換器１５の凍結洗浄に関する処理のフローチャートである。適宜、図１、図２、図３を参照する。室内熱交換器１５の凍結洗浄に関する制御部３０の処理について、図４を用いて説明する。

　図４のステップＳ１０１において制御部３０は、凍結処理をし、室内熱交換器１５を凍結させる。すなわち、制御部３０は、室内熱交換器１５を蒸発器として機能させ、空気中の水分を室内熱交換器１５に着霜させて、室内熱交換器１５を凍結させる。

　ステップＳ１０１についてさらに詳しく説明すると、制御部３０は、圧縮機１１（図１参照）を駆動し、室外膨張弁１４ａ（第１膨張弁）の開度を大きくし、室内膨張弁１４ｂ（第２膨張弁）の開度の制御を行う。例えば、制御部３０は、室内膨張弁１４ｂの開度を冷房運転時よりも小さくする。なお、室外膨張弁１４ａは、配管での流路損失を少なくするため、室内膨張弁１４ｂの開度よりも大きい開度に設定するとよい。

　これによって、低圧で蒸発温度の低い冷媒が室内熱交換器１５に流入するため、空気中の水分が室内熱交換器１５で着霜し、さらに、その霜や氷（図５に示す符号ｉ）が成長しやすくなる。

　次に、ステップＳ１０２において制御部３０は、室内熱交換器１５を解凍する。
　図５は、室内熱交換器１５の解凍中の状態を示す説明図である。制御部３０は、室内熱交換器１５の凍結後、例えば、室内ファン１６や圧縮機１１（図１参照）等の機器を停止状態にする。これによって、室内熱交換器１５の霜や氷（図５に示す符号ｉ）が室温で自然解凍され、多量の水ｗが、フィンｆを伝ってドレンパン１８に流れ落ちる。これによって、室内熱交換器１５に付着した塵埃ｊが洗い流される。

　なお、室内熱交換器１５の凍結・解凍（図４のＳ１０１，Ｓ１０２）の後、制御部３０が暖房運転又は送風運転を行うことで、室内機Ｕｉの内部を乾燥させてもよい。これによって、室内機Ｕｉにおけるカビ等の菌の繁殖を抑制できる。

　図６は、凍結処理中の冷媒状態図を示す説明図である。図７は、凍結処理中の課題を示す説明図である。図６中、ＣＰは、圧縮工程（Compression process）、ＤＳＨは、吐出過熱度（Discharge superheat）、ＥＤＤは、等乾き度線図（Etc. dryness diagram）、ＩＩは、等エントロピー線（Isentropic line）、ＩＳＳは、過熱蒸気の等温線（Isotherms superheated steam）、ＩＳＬは、過冷却液の等温線（Isotherms of supercooled liquid）、ＩＷＳは、湿り蒸気の等温線（Isotherm wet steam）、ＳＬＬは、飽和液線（Saturated liquid line）、ＳＶＬは、飽和蒸気線（Saturated vapor line）を示す。

　従来、凍結処理中における凍結温度の制御では、圧縮機１１の運転周波数Ｆ（圧縮機１１の回転速度Ｆｒ）や室外膨張弁１４ａ、室内膨張弁１４ｂなど各々のアクチュエータにて凍結温度を作ることは可能となるが、運転条件（温度条件や施工条件）により、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄが過昇したり凍結中の室内熱交換器１５の出口に過熱が生じたりする可能性がある。

　図６及び図７で説明すると、例えば、空気調和機１００（図１参照）が凍結処理されるとき、点Ａ１の状態にある冷媒（気体）は、圧縮機１４で圧縮されて（圧縮工程ＣＰ）温度（比エンタルピ）と圧力が上昇して点Ａ２の状態になり、室外熱交換器１２に導入される。室外熱交換器１２に導入された冷媒（気体）は、ほぼ等圧で凝縮して点Ａ３の状態（液体又は気液２相域の状態）になり、室外膨張弁１４ａを介して室内膨張弁１４ｂに導入される。点Ａ３の状態で室内膨張弁１４ｂに導入された冷媒（液体）は室内膨張弁１４ｂで減圧されて点Ａ４の状態になり、室内熱交換器１５で気化して点Ａ１の状態（気体）になる。このように、凍結処理する空気調和機１００では、冷媒が点Ａ１～Ａ４の状態を遷移しながら循環する。つまり、室内膨張弁１４ｂで減圧（点Ａ３→Ａ４）された冷媒が室内熱交換器１５で蒸発（点Ａ４→Ａ１）するときに、室内熱交換器１５が凍結する。なお、点３の凍結処理中の室外熱交換器１２の出口側の冷媒は気液２相域である。

　このとき、室内熱交換器１５の出口の冷媒に過熱が付くと室内熱交換器１５の凍結力が低下する（図７の点Ａ１ａ）。つまり、室内熱交換器１５の下流域では凍結しにくくなる。また、図７の点Ａ２ａで示すように、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ（吐出冷媒温度）が過昇する。また、図７の点Ａ２ｂで示すように、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ（吐出冷媒温度）が過昇する。あるいは、図７の点Ａ２ｃで示すように、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ（吐出冷媒温度）が過降することもある。

　また、凍結処理時は室内に冷風が吹き込まないように、室内ファン１６の風量を抑制又は停止により実施するため、空気側の熱抵抗が大きく伝熱管ｇ（図２参照）の内部の熱抵抗が非常に小さい関係となる。従って、凍結力は冷媒循環量による依存は低く、室内熱交換器温度ＴＥつまり凍結温度に依存する。

　そのため、本実施形態では、冷媒循環量を制御するのではなく、室内熱交換器温度ＴＥつまり凍結温度と、圧縮機１１の入口側における冷媒の乾き度（以下、「吸入乾き度Ｘｓ」と称する）又は圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ（吐出冷媒温度）が所定の目標となるよう制御することで、室内熱交換器１５を適切に凍結するとともに、圧縮機１１の信頼性の両立を可能とする。

　図８は、本実施形態１に係る凍結処理中の冷媒状態図における制御対象を示す説明図である。本実施形態では、圧縮機１１の運転周波数制御（回転速度制御）により、液管温度、蒸発温度Ｔｅ（室内熱交換器温度ＴＥ）を調整する。さらに、本実施形態では、室内膨張弁１４ｂの開度制御により、吸入冷媒温度（吸入温度Ｔｓ）、吐出冷媒温度（吐出温度Ｔｄ）を調整する。

　図９は、第１実施形態に係る室内熱交換器１５を凍結させるための処理（図４のＳ１０１）の詳細を示すフローチャートである。適宜、図１～図４を参照する。ステップＳ１１において制御部３０は、初期設定をする。初期設定項目として、凍結時間（凍結処理開始後からの凍結処理終了までの時間）の他、凍結の判定基準となる温度である目標室内熱交換器温度ＴＬ_０、目標吐出温度Ｔｄ_０等がある。

　ステップＳ１２において制御部３０は、四方弁１７を制御する。すなわち、制御部３０は、室外熱交換器１２を凝縮器として機能させ、室内熱交換器１５を蒸発器として機能させるように四方弁１７を制御する。なお、「凍結処理」（図５参照）を行う直前に冷房運転を行っていた場合、制御部３０は、ステップＳ１２において四方弁１７の状態を維持する。

　次に、ステップＳ１３において制御部３０は、圧縮機１１の回転速度を設定する。すなわち、制御部３０は、室外温度センサ２８ａの検出値である室外温度に基づいて、圧縮機モータ１１ａの回転速度を設定し、圧縮機１１を駆動する。

　室内熱交換器１５を凍結させる際、制御部３０は、室外温度が高いほど、圧縮機モータ１１ａの回転速度を大きくする。室内熱交換器１５において室内空気から熱を奪うには、それに対応して、室外熱交換器１２での放熱が充分に行われることを要するからである。例えば、室外温度が比較的高い場合、制御部３０は、圧縮機モータ１１ａの回転速度を大きくすることで、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度・圧力を高くする。これによって、室外熱交換器１２での熱交換が適切に行われ、ひいては、室内熱交換器１５の凍結も適切に行われる。なお、圧縮機１１の運転周波数（回転速度）の設定は、マップ（データテーブル）、所定の数式を用いるとよい。

　ちなみに、通常の空調運転（冷房運転や暖房運転）では、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）等に基づいて、圧縮機１１の回転速度が制御されることが多い。一方、本実施形態では、凍結力が室内熱交換器１５の温度に依存するため、後記するステップＳ３０において、室内熱交換器１５を凍結処理中には、前記したように、室内熱交換器温度ＴＥに基づいて制御する。

　ステップＳ１４において制御部３０は、室内膨張弁１４ｂの開度を調整する。なお、ステップＳ１４では、通常の冷房運転時よりも室内膨張弁１４ｂの開度を小さくすることが望ましい。これによって、通常の冷房運転時よりも低温低圧の冷媒が、室内膨張弁１４ｂを介して室内熱交換器１５に流入する。従って、室内熱交換器１５に付着した水が凍結しやすくなり、また、室内熱交換器１５の凍結に要する消費電力量を低減できる。

　ステップＳ１５において制御部３０は、室内ファン１６を停止する。なお、室内熱交換器１５を凍結させているとき（つまり、所定の凍結時間が経過するまでの間）、制御部３０は、室内ファン１６を停止状態にしてもよいし、また、室内ファン１６を所定の回転速度で駆動してもよい。いずれの場合でも、室内熱交換器１５の凍結が進むからである。

　ステップＳ１６において制御部３０は、室外ファン３３の回転速度を設定する。すなわち、制御部３０は、圧縮機モータ１１ａの回転速度に基づいて、室外ファン３３の回転速度を設定する。例えば、圧縮機モータ１１ａの回転速度が大きいほど、室外ファン１３の回転速度を大きくする。

　次に、ステップＳ２０において制御部３０は、圧縮機１１の運転周波数Ｆ（圧縮機１１の回転速度Ｆｒ）の制御を行う（詳細は図１０参照）とともに、ステップＳ３０において制御部３０は、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖの制御を行う（詳細は図１１参照）。

　そして、ステップＳ４０において制御部３０は、所定の凍結終了条件を満たすか否かを判定し、凍結終了条件を満たす場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、処理を終了し、凍結終了条件を満たさない場合（Ｓ４０：Ｎｏ）、ステップＳ２０に戻る。具体的には、凍結終了条件として凍結処理を開始してからの所定時間とすると、凍結処理が、ステップＳ１１で設定した凍結時間に達したか否かで判定する。なお、他の凍結終了条件で終了してもよい。

　他の凍結終了条件としては、例えば、制御部３０は、凍結処理を開始してから室内熱交換器温度ＴＥが氷点下になるまでの第１所定時間、又は、第１所定時間より長い第２所定時間が凍結処理を開始してから経過した場合、凍結処理を終了するとよい。これによって、無駄に凍結処理を継続しないで終了することができる。

　凍結処理中に、室内熱交換器温度ＴＥと、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ又は圧縮機１１の吸入乾き度Ｘｓを両立させようとすると、運転状況によっては圧縮機１１の信頼性が低下する場合がある。このため、制御部３０は、予め設定された上限運転周波数Ｆmax以下、かつ、下限運転周波数Ｆmin以上で、圧縮機１１の運転周波数Ｆの制御を行うとよい。これは、圧縮機１１の保護を優先させるためである。

　図１０は、第１実施形態に係る圧縮機１１の運転周波数制御（回転速度制御）の処理を示すフローチャートである。制御部３０は、室内熱交換器温度センサ２７ｃから室内熱交換器温度ＴＬ（室内熱交換器温度ＴＥ）を読込み（ステップＳ２１）、室内熱交換器温度ＴＬと目標室内熱交換器温度ＴＬ_０との差であるΔＴＬを算出し（ステップＳ２２）、ΔＴＬが正（＞０）であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。制御部３０は、ΔＴＬが正であれば（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）、圧縮機１１の運転周波数Ｆに所定値ΔＦを加算し（ステップＳ２４）、ステップＳ２５に進む。つまり、圧縮機１１の現状の回転速度では室内熱交換器１５が十分に冷えていない場合、回転速度を増加させる。一方、ΔＴＬが正でなければ（ステップＳ２３，Ｎｏ）、ステップＳ２５に進む。

　ステップＳ２５において制御部３０は、ΔＴＬが負（＜０）であるか否かを判定する。制御部３０は、ΔＴＬが負であれば（ステップＳ２５，Ｙｅｓ）、圧縮機１１の運転周波数Ｆに所定値ΔＦを減算し（ステップＳ２６）、ステップＳ３０（図９参照）に進む。つまり、圧縮機１１の現状の回転速度では室内熱交換器１５が十分に冷えすぎているから、回転速度を減少させる。一方、ΔＴＬが負でなければ（ステップＳ２５，Ｎｏ）、ステップＳ３０（図９参照）に進む。

　図１１は、第１実施形態に係る室内膨張弁１４ｂの開度制御の処理を示すフローチャートである。制御部３０は、吐出温度センサ２８ｂから吐出温度Ｔｄを読込み（ステップＳ３１）、吐出温度Ｔｄと目標吐出温度Ｔｄ_０との差であるΔＴｄを算出し（ステップＳ３２）、ΔＴｄが正（＞０）であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。制御部３０は、ΔＴｄが正であれば（ステップＳ３３，Ｙｅｓ）、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖに、所定値ΔＶを加算し（ステップＳ３４）、ステップＳ３５に進む。これによって、制御部３０は、吐出温度Ｔｄを下げるようにする。一方、ΔＴｄが正でなければ（ステップＳ３３，Ｎｏ）、ステップＳ３５に進む。

　ステップＳ３５において制御部３０は、ΔＴｄが負（＜０）であるか否かを判定する。制御部３０は、ΔＴｄが負であれば（ステップＳ３５，Ｙｅｓ）、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖに所定値ΔＶを減算し（ステップＳ３６）、ステップＳ４０（図９参照）に進む。これによって、制御部３０は、吐出温度Ｔｄを上げるようにする。一方、ΔＴｄが負でなければ（ステップＳ３５，Ｎｏ）、ステップＳ４０（図９参照）に進む。

　図１１では、吐出温度Ｔｄに基づき室内膨張弁１４ｂの開度調整について説明したが、吸入乾き度Ｘｓで制御する際は、ステップＳ３１に代えて、吸入乾き度Ｘｓを制御部３０が推定し、ステップＳ３２において、（１）式でΔＸｓを算出する。
　　　　　　　　ΔＸｓ＝Ｘｓ－Ｘｓ_０　　　　　　・・・・・・・（１）
ここで、Ｘｓ_０は、目標吸入乾き度である。

　制御部３０は、ΔＸｓの正負に応じて、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖを調整するとよい。すなわち、ΔＸｓが正のときには、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖを大きくし、ΔＸｓが負のときには、室内膨張弁１４ｂの開度Ｖを小さくするとよい。

　凍結処理時に、制御部３０は、少なくとも、圧縮機１１における冷媒の吐出温度Ｔｄと、圧縮機１１における冷媒の吐出圧力Ｐｄと、圧縮機１１における吸入圧力Ｐｓと、圧縮機１１の回転速度Ｆｒと、に基づいた演算で、吸入乾き度Ｘｓを推定するとよい。

　図１２は、室内熱交換器１５の温度の時間的な変化の一例を示す説明図である。図１２では、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０に設定幅（不感帯）を持たせている。これは、１点で制御するとチャタリングしたり、ノイズの影響を受けるために設定幅を持たせたものである。設定幅とは、目標温度Ｔｄ_１と目標温度Ｔｄ_２の差である。目標温度Ｔｄ_１は、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０に所定値ΔＴＬ_０を加算した値、目標温度Ｔｄ_２は、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０に所定値ΔＴＬ_０を減算した値である。

　図１２の横軸は、凍結処理開始からの経過時間である。図１２の縦軸は、室内熱交換器温度ＴＥである。室内熱交換器温度ＴＥは、凍結処理を開始すると、室内空気（被空調空間）の相対湿度等に基づいて、急速に凍結が進む。室内熱交換器温度ＴＥが、目標温度Ｔｄ_２以下になると、制御部３０は圧縮機１１の運転周波数Ｆを下げる（時刻ｔ₂₁参照）。室内熱交換器１５での蒸発機能が進むと、室内熱交換器温度ＴＥが上昇する。そして、室内熱交換器温度ＴＥが目標温度Ｔｄ_１以上になると、制御部３０は圧縮機１１の運転周波数Ｆを上げる（時刻ｔ_２２参照）。その後、制御部３０は、凍結時間に達すると、凍結処理を終了し、次の工程（例えば、乾燥処理）に移行する。

≪第２実施形態≫
　第１実施形態では、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０を予め設定していたが、これに限定されるわけではない。第２実施形態においては、制御部３０が、室内熱交換器１５の目標温度（目標室内熱交換器温度ＴＬ_０）に基づいて圧縮機１１の運転周波数の制御を行うとともに、圧縮機１１の目標吸入乾き度Ｘｓ_０又は圧縮機１１の目標吐出温度Ｔｄ_０に基づいて室内膨張弁１４ｂの開度の制御を行うに際し、室内熱交換器１５の目標温度を変更する。

　圧縮機１１の運転周波数Ｆと室内膨張弁１４ｂの開度Ｖは有限なため、運転条件の幅に対応しきれない条件も発生する場合がある。このため、それらの条件においては、圧縮機１１の信頼性と室内熱交換器１５の出口の過熱防止を優先して、制御部３０が目標室内熱交換器温度ＴＬ_０（目標凍結温度）を上下させる。

　図１３は、第２実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における吐出温度Ｔｄを下げる補正を示す説明図である。圧縮機１１の目標吐出温度Ｔｄ_０は、凝縮温度Ｔｃ、目標吐出過熱度Ｔｄ_ＳＨにより（２）式で示される。
　　　　　　　　Ｔｄ_０＝Ｔｃ＋Ｔｄ_ＳＨ　　　　　　　・・・・・・・（２）

　目標吐出過熱度Ｔｄ_ＳＨは、（３）式で示される。
　　　　　　　　Ｔｄ_ＳＨ＝Ａε＋Ｂ　　　　　　　　・・・・・・・（３）
　ここで、Ａ，Ｂは係数
　　　　　εは、吸入圧力Ｐｓに対する吐出圧力Ｐｄの比である圧力比

　図１３において、例えば、目標凍結温度を－１５℃に設定している場合、室内熱交換器１５の凍結は表面温度０℃未満で凍結可能となるため、凍結温度を－５℃、すなわち、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０を－１５℃から－５℃に上げる。これにより点Ａ２を点Ａ２ｄにできる。このため、吐出温度Ｔｄが過昇している場合、蒸発温度を上げて吸入乾き度Ｘｓ（１未満）を下げることにより吐出温度Ｔｄを下げることができる。従って、圧縮機信頼性と熱交出口過熱を防止することで機器の信頼性が向上できる。

≪第３実施形態≫
　第２実施形態で、室内熱交換器１５の出口の過熱防止をするため、制御部３０が吸入冷媒の吸入乾き度Ｘｓを制御している。これに対して第３実施形態では、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０(目標凍結温度)に到達しない場合は、目標吸入乾き度Ｘｓ_０又は目標吐出温度Ｔｄ_０を多少上下に調整することで目標凍結温度に近づけるようにしている。

　図１４は、第３実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における蒸発温度を上げる調整を示す説明図である。図１４に示すように、蒸発温度Ｔｅが目標値未満に過降している場合、目標吸入乾き度Ｘｓ_０を下げることで蒸発温度Ｔｅを上げる。これにより、点Ａ１を点Ａ１ｂに移動させることができる。同様に、蒸発温度Ｔｅが目標値未満に過降している場合、目標吐出温度Ｔｄ_０を下げることで蒸発温度Ｔｅを上げる。これにより、点Ａ１を点Ａ１ｂに移動させることができる。

　図１５は、第３実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における蒸発温度を下げる調整を示す説明図である。図１５に示すように、蒸発温度Ｔｅが目標値より高い場合、目標吸入乾き度Ｘｓ_０を上げることで蒸発温度を下げる。これにより、点Ａ１を点Ａ１ｃに移動させることができる。同様に、蒸発温度Ｔｅが目標値より高い場合、目標吐出温度Ｔｄ_０を上げることで蒸発温度を下げる。これにより、点Ａ１を点Ａ１ｃに移動させることができる。

　図１４及び図１５において、例えば、目標吸入乾き度Ｘｓ_０を０．９０に設定した場合、制御部３０は、±０．０５で吸入乾き度Ｘｓを調整する。このことで、室内熱交換器１５の蒸発温度Ｔｅを±数℃目標に近づけることが可能となる。目標室内熱交換器温度ＴＬ_０（目標凍結温度）を－１５℃に設定している場合、蒸発温度Ｔｅが－１５℃を下回る場合は目標吸入乾き度Ｘｓ_０を下げて蒸発温度Ｔｅを上昇させ、蒸発温度Ｔｅが－１５℃を上回る場合は目標吸入乾き度Ｘｓ_０を上げて蒸発温度Ｔｅを下降させる。

≪第４実施形態≫
　第３実施形態では、吸入乾き度Ｘｓの上げ・下げにより蒸発温度Ｔｅを調整していたが、これに限定されるわけではない。第４実施形態では、凍結温度と吸入乾き度Ｘｓの関係は、運転圧力の高低圧の圧力比により変化するため、制御部３０が室外ファン１３の風量を制御することで、高圧圧力を上下させて凍結温度と吸入乾き度Ｘｓのバランスを変えることも可能である。

　図１６は、第４実施形態に係る凍結処理中の冷媒状態図における室外ファン１３の回転速度によるサイクルバランス変化を示す説明図である。点Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ１のサイクルＳ０が、室外ファン１３の回転速度の調整により、サイクルＳ１に変化させたり、また、サイクルＳ２に変化させたりすることができる。これにより、蒸発温度Ｔｅを上げ、下げできるとともに、圧力比ε、吸入乾き度Ｘｓ、吐出温度Ｔｄを補正することができる。

　例えば、圧力比ε又は吐出圧力Ｐｄを下げることで圧縮機１１の吐出温度Ｔｄの上昇を抑制することができる。このため、圧力比εまたは吐出圧力Ｐｄを下げるときは室外ファン１３の風量をさげるとよい。すなわち、第４実施形態では、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧力比ε、又は、吐出圧力Ｐｄに基づいて室外ファン１３の制御を行ってもよい。

≪変形例≫
　以上、本発明に係る空気調和機１００等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

　図１０のステップＳ２０において、室内熱交換器温度ＴＥ（目標室内熱交換器温度ＴＬ_０）に基づいて圧縮機１１の運転周波数Ｆの制御を説明したが、これに限定されるわけではない。制御部３０は、室内熱交換器温度ＴＥに代えて、吸入圧力Ｐｓに対する吐出圧力Ｐｄの比である圧力比ε、又は、吐出圧力Ｐｄに基づいて圧縮機１１の制御を行ってもよい。これにより、室内熱交換器を適切に凍結するとともに、圧縮機の信頼性を確保できる。

　第１実施形態では、目標室内熱交換器温度ＴＬ_０を一定として説明したが、凍結処理中に時間の経過とともに段階的に下げてもよい。これにより、凍結処理中の凍結現象で発生する音を低減できる。

　また、室外熱交換器１３と室外膨張弁１４ａの間に過冷却器を配設した空気調和機においても、同様に本実施形態を適用できる。

　各実施形態は、ルームエアコン（ＲＡＣ）、パッケージエアコン（ＰＡＣ）、ビル用マルチエアコン（ＶＲＦ）のいずれにも適用することができる。ルームエアコンとパッケージエアコンとの大きな違いは、冷暖房能力である。

　また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

　１１　　圧縮機
　１２　　室外熱交換器（凝縮器／蒸発器）
　１３　　室外ファン
　１４ａ　　室外膨張弁（膨張弁、第１膨張弁）
　１４ｂ　　室内膨張弁（膨張弁、第２膨張弁）
　１５　　室内熱交換器（蒸発器／凝縮器）
　１６　　室内ファン
　１７　　四方弁
　１８　　ドレンパン
　１９　　筐体ベース
　２７　　室内環境検出部
　２７ａ　　室内温度センサ
　２７ｂ　　湿度センサ
　２７ｃ　　室内熱交換器温度センサ
　２８　　室外環境検出部
　２８ａ　　室外温度センサ
　２８ｂ　　吐出温度センサ
　２８ｃ　　室外熱交換器温度センサ
　２８ｄ　　吐出圧力センサ
　２８ｅ　　吸入圧力センサ
　３０　　制御部
　４０　　リモコン
　１００　　空気調和機
　Ｆ　　圧縮機の運転周波数
　Ｆｒ　　圧縮機の回転速度
　Ｆmax　　上限運転周波数
　Ｆmin　　下限運転周波数
　Ｔｃ　　凝縮温度
　Ｔｅ　　蒸発温度
　ＴＥ　　室内熱交換器温度（室内熱交換器の温度）
　Ｔｄ　　吐出温度（吐出冷媒温度）
　Ｔｄ_０　　目標吐出温度（目標吐出冷媒温度）
　Ｔｓ　　吸入温度（吸入冷媒温度）
　ＴＬ_０　　目標室内熱交換器温度（室内熱交換器の目標温度）
　ＴＬｐ　　液管温度
　Ｐｄ　　吐出圧力
　Ｐｓ　　吸入圧力
　Ｑ　　　冷媒回路
　Ｕｏ　　室外機
　Ｕｉ　　室内機
　Ｘｓ　　吸入乾き度（吸入冷媒の乾き度）
　Ｘｓ_０　　目標吸入乾き度（目標吸入乾き度）
　ε　　圧力比（吐出圧力と吸入圧力との圧力比）
　ＣＰ　　　圧縮工程（Compression process）
　ＤＳＨ　　吐出過熱度（Discharge superheat）
　ＥＤＤ　　等乾き度線図（Etc. dryness diagram）
　ＩＩ　　　等エントロピー線（Isentropic line）
　ＩＳＳ　　過熱蒸気の等温線（Isotherms superheated steam）
　ＩＳＬ　　過冷却液の等温線（Isotherms of supercooled liquid）
　ＩＷＳ　　湿り蒸気の等温線（Isotherm wet steam）
　ＳＬＬ　　飽和液線（Saturated liquid line）
　ＳＶＬ　　飽和蒸気線（Saturated vapor line）

Claims

　圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、
　少なくとも前記圧縮機及び前記膨張弁を制御する制御部と、を備え、
　前記凝縮器及び前記蒸発器の一方は室外熱交換器であり、他方は室内熱交換器であり、
　前記制御部は、前記室内熱交換器を前記蒸発器として機能させ、前記室内熱交換器を凍結させる凍結処理中に、前記室内熱交換器の温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数の制御を行うとともに、前記圧縮機の吸入冷媒の乾き度、又は、前記圧縮機の吐出冷媒の温度に基づいて前記膨張弁の開度の制御を行う空気調和機。
　請求項１に記載の空気調和機において、
　前記制御部は、予め設定された上限運転周波数以下、かつ、下限運転周波数以上で、前記圧縮機の運転周波数の制御を行う
　ことを特徴とする空気調和機。
　請求項２に記載の空気調和機において、
　前記制御部は、前記凍結処理中、前記室内熱交換器の目標温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数の制御を行うとともに、前記圧縮機の目標吸入乾き度又は前記圧縮機の目標吐出温度に基づいて前記膨張弁の開度の制御を行うに際し、
　前記室内熱交換器の温度は、前記目標吸入乾き度、又は、前記目標吐出温度で調整する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において、
　前記圧縮機の吐出圧力を測定する吐出圧力センサと、
　前記圧縮機の吸入圧力を測定する吸入圧力センサと、を有し、
　前記凍結処理中、前記吸入圧力に対する前記吐出圧力の比である圧力比、又は、前記吐出圧力に基づいて室外ファンの制御を行う
　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において、
　前記膨張弁は、前記室外熱交換器側の第１膨張弁と前記室内熱交換器側の第２膨張弁を有し、
　前記制御部は、前記凍結処理中、前記第２膨張弁の開度の制御を行う
　ことを特徴とする空気調和機。
　請求項５に記載の空気調和機において、
　前記制御部は、前記凍結処理中、前記第１膨張弁の開度を前記第２膨張弁の開度よりも大きい開度に設定する
　ことを特徴とする空気調和機。
　請求項５に記載の空気調和機において、
　前記制御部は、前記凍結処理を開始してから前記室内熱交換器の温度が氷点下になるまでの第１所定時間、又は、前記第１所定時間より長い第２所定時間が前記凍結処理を開始してから経過した場合、前記凍結処理を終了する
　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において、
　前記圧縮機の吐出圧力を測定する吐出圧力センサと、
　前記圧縮機の吸入圧力を測定する吸入圧力センサと、を有し、
　前記制御部は、前記凍結処理中、前記室内熱交換器の温度に代えて、前記吸入圧力に対する前記吐出圧力の比である圧力比、又は、前記吐出圧力に基づいて前記圧縮機の制御を行う
　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において、
　前記凍結処理中の前記室外熱交換器の出口側の冷媒は気液２相域である
　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において、
　前記制御部は、前記凍結処理中、室内ファンを停止状態とする
　ことを特徴とする空気調和機。
　請求項３に記載の空気調和機において、
　前記圧縮機の吐出圧力を測定する吐出圧力センサと、
　前記圧縮機の吸入圧力を測定する吸入圧力センサと、を有し、
　前記制御部は、前記凍結処理中、前記目標吐出温度を前記吸入圧力に対する前記吐出圧力の比である圧力比、又は、前記吐出圧力に基づいて決定する
　ことを特徴とする空気調和機。