JPWO2020003490A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および負荷側熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、負荷側熱交換器に空気を供給する室内ファンと、圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、圧縮機に吸入される冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、吐出圧力が高圧上限値に上昇したか否か、または吸入圧力が低圧上限値まで上昇したか否かによって、冷媒圧力が保護圧力に到達したか否かを判定する判定手段と、冷媒圧力が保護圧力に達したと判定手段が判定すると、室内ファンと室内ファン以外のアクチュエータとを制御して冷媒圧力を下げる制御手段と、を有するものである。

Description

本発明は、冷媒回路を有する空気調和装置に関する。

従来、空気調和機は、高圧側回路の圧力である高圧側圧力が上限値を超えないように、室外ファンおよび圧縮機を含む室外機アクチュエータを制御する圧力保護制御を行う。また、空気調和機は、低圧側回路の圧力である低圧側圧力が上限値を超えないように、室内ファンおよび膨張弁を含む室内機アクチュエータを制御する圧力保護制御を行う。例えば、室内機が外気導入型室内機で、かつ外気温度が４０℃を超える高外気の場合、空気調和機が冷房運転を行うと、高圧側圧力および低圧側圧力のうち、一方または両方が上昇する傾向がある。

空気調和機は、高圧側圧力が上限値まで上昇すると、高圧側回路のアクチュエータを保護するために、圧縮機の周波数を下げる高圧保護制御を行う。圧縮機の周波数が低下することで、低圧側圧力が上昇する。低圧側圧力が上限値まで上昇すると、空気調和機は、低圧側回路のアクチュエータを保護するため、膨張弁の開度を絞る低圧保護制御を行う。高圧保護制御と低圧保護制御とが繰り返され、圧縮機の吸入圧力が保証範囲を逸脱すると、空気調和機は、運転を一旦、停止せざるを得ないことがある。

この問題に対して、複数の室内機を有する空気調和機において、一部の室内機のファンの風量を下げる、またはサーモオフする制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１２４９５８号公報

複数の室内機のうち、制御対象として選択できる室内機がない場合、および室内機が１台しかない空気調和機の場合、特許文献１に開示された制御を採用できない。

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、室内機が１台であっても、冷媒圧力の上昇を抑制できる空気調和装置を提供するものである。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および負荷側熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記負荷側熱交換器に空気を供給する室内ファンと、前記圧縮機の冷媒吐出口に設けられ、冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、前記圧縮機の冷媒吸入口に設けられ、冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、前記吐出圧力が高圧上限値に上昇したか否か、または前記吸入圧力が低圧上限値まで上昇したか否かによって、冷媒圧力が保護圧力に到達したか否かを判定する判定手段と、前記冷媒圧力が前記保護圧力に達したと前記判定手段が判定すると、前記室内ファンと前記室内ファン以外のアクチュエータとを制御して前記冷媒圧力を下げる制御手段と、を有するものである。

本発明によれば、負荷側ユニットが１台であっても、冷媒圧力の上昇に対して、室内ファンだけでなく他のアクチュエータも制御することで、冷媒圧力を低下させることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。 図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。 図１に示した室内ファンの風量制御の一例を示す表である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。 比較例の空気調和装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。

実施の形態１．
本実施の形態１の空気調和装置の構成を説明する。本実施の形態１では、空気調和装置が外気を導入し、導入した外気を空気調和して空調対象空間に供給する外気導入型装置の場合で説明するが、外気導入型装置に限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１は、熱源側ユニット１０と、負荷側ユニット２０とを有する。熱源側ユニット１０は、圧縮機１１と、流路切替装置１２と、熱源側熱交換器１３と、室外ファン１４と、制御装置１５とを有する。負荷側ユニット２０は、膨張弁２１と、負荷側熱交換器２２と、室内ファン２３とを有する。圧縮機１１、熱源側熱交換器１３、膨張弁２１および負荷側熱交換器２２が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路３０が構成される。本実施の形態１では、負荷側ユニット２０が１台の場合で説明するが、複数の負荷側ユニット２０が熱源側ユニット１０と接続されていてもよい。

圧縮機１１の冷媒吐出口側に吐出圧力センサ４１が設けられている。吐出圧力センサ４１は、圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力Ｐｄを検出する。吐出圧力Ｐｄが冷凍サイクルの高圧側圧力に相当する。圧縮機１１の冷媒吸入口側に吸入圧力センサ４２が設けられている。吸入圧力センサ４２は、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力Ｐｓを検出する。吸入圧力Ｐｓが冷凍サイクルの低圧側圧力に相当する。負荷側ユニット２０には、温度センサ４３が設けられている。温度センサ４３は、外気が負荷側熱交換器２２において冷媒と熱交換した後の空気の吹出温度Ｔａｏｕｔを検出する。

圧縮機１１は、冷媒回路３０を循環する冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１１は、回転周波数を制御することで容量を調節することができるインバータ型圧縮機である。圧縮機１１は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機およびスクリュー圧縮機等の圧縮機である。流路切替装置１２は、圧縮機１１の冷媒吐出口側に設けられている。流路切替装置１２は、暖房運転および冷房運転の運転モードにしたがって、冷媒の流れを切り替える。具体的には、流路切替装置１２は、冷房運転時に圧縮機１１から吐出される冷媒が熱源側熱交換器１３に流通するように流路を切り替え、暖房運転時に圧縮機１１から吐出される冷媒が負荷側熱交換器２２に流通するように流路を切り替える。流路切替装置１２は、例えば、四方弁である。

熱源側熱交換器１３は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。熱源側熱交換器１３は、例えば、フィンチューブ型熱交換器である。室外ファン１４は、回転することで熱源側熱交換器１３に空気を供給する。室外ファン１４は、例えば、プロペラファンおよびターボファン等のファンである。室外ファン１４の回転数によって熱源側熱交換器１３の凝縮能力および蒸発能力が調整される。

負荷側熱交換器２２は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。負荷側熱交換器２２は、例えば、フィンチューブ型熱交換器である。膨張弁２１は、熱源側熱交換器１３または負荷側熱交換器２２から流出した冷媒を膨張させて減圧する。膨張弁２１は、例えば、冷媒の流量を調整できる電動膨張弁である。室内ファン２３は、回転することで負荷側熱交換器２２に空気を供給する。室内ファン２３は、例えば、プロペラファン、クロスフローファン、シロッコファンおよびターボファン等のファンである。

図１に示した制御装置１５の構成を説明する。図２は、図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、制御装置１５は、プログラムを記憶するメモリ５１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５２とを有する。制御装置１５は、例えば、マイクロコンピュータである。制御装置１５は、圧縮機１１、流路切替装置１２、膨張弁２１、室外ファン１４および室内ファン２３と信号線で接続されている。制御装置１５は、吐出圧力センサ４１、吸入圧力センサ４２および温度センサ４３の各種センサと信号線で接続されている。図２に示すように、制御装置１５は、判定手段５３と、制御手段５４とを有する。ＣＰＵ５２がプログラムを実行することで、判定手段５３および制御手段５４が空気調和装置１に構成される。

判定手段５３は、吐出圧力センサ４１が検出する吐出圧力Ｐｄが高圧上限値に上昇したか否かを判定する。判定手段５３は、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値に上昇したと判定すると、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を制御手段５４に通知する。制御手段５４は、温度センサ４３の検出値が設定温度になるように、圧縮機１１の回転周波数および膨張弁２１の開度を制御する。また、制御手段５４は、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を判定手段５３から通知されると、室内ファン２３の風量と圧縮機１１の周波数とを制御して冷媒圧力を下げる。

なお、図１は、制御装置１５が熱源側ユニット１０に設けられている場合の構成を示しているが、制御装置１５の設置場所は熱源側ユニット１０に限らない。例えば、制御装置１５が負荷側ユニット２０に設けられていてもよい。また、図１は、膨張弁２１が負荷側ユニット２０に設けられている場合の構成を示しているが、膨張弁２１は熱源側ユニット１０に設けられていてもよい。また、図に示さない温度センサおよび圧力センサが設けられていてもよく、この場合、制御手段５４は、図に示さない温度センサおよび圧力センサの検出値も用いて冷凍サイクルを制御してもよい。さらに、高圧側圧力を検出する圧力センサは、吐出圧力センサ４１に限定されず、冷媒回路３０における高圧側回路に設けられていればよい。また、低圧側圧力を検出する圧力センサは、吸入圧力センサ４２に限定されず、冷媒回路３０における低圧側回路に設けられていればよい。

次に、図１に示す冷媒回路３０において、冷媒の流れを説明する。はじめに、空気調和装置１の運転状態が冷房運転の場合を説明する。空気調和装置１が冷房運転を行う場合、制御装置１５は、圧縮機１１から吐出される冷媒が熱源側熱交換器１３に流入するように、流路切替装置１２の流路を切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮されることで、高温高圧のガス冷媒が圧縮機１１から吐出される。圧縮機１１から吐出されたガス冷媒は、流路切替装置１２を経由して、熱源側熱交換器１３に流入する。熱源側熱交換器１３に流入した冷媒は、熱源側熱交換器１３において、空気と熱交換することで凝縮し、低温高圧の液冷媒となって熱源側熱交換器１３から流出する。

熱源側熱交換器１３から流出した液冷媒は、膨張弁２１によって低温低圧の液冷媒になる。液冷媒は、負荷側熱交換器２２に流入する。負荷側熱交換器２２に流入した冷媒は、負荷側熱交換器２２において、外気と熱交換することで蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって負荷側熱交換器２２から流出する。負荷側熱交換器２２において、導入された外気から冷媒が吸熱することで、冷却された空気が室内に供給される。負荷側熱交換器２２から流出した冷媒は、流路切替装置１２を介して圧縮機１１に吸入される。空気調和装置１が冷房運転を行っている間、圧縮機１１から吐出する冷媒が、熱源側熱交換器１３、膨張弁２１および負荷側熱交換器２２を順に流通した後、圧縮機１１に吸引されるまでのサイクルが繰り返される。

続いて、空気調和装置１の運転状態が暖房運転の場合の冷媒の流れを、図１を参照して説明する。空気調和装置１が暖房運転を行う場合、制御装置１５は、圧縮機１１から吐出される冷媒が負荷側熱交換器２２に流入するように、流路切替装置１２の流路を切り替える。

低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮されることで、高温高圧のガス冷媒が圧縮機１１から吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１２を経由して、負荷側熱交換器２２に流入する。負荷側熱交換器２２に流入した冷媒は、負荷側熱交換器２２において、外気と熱交換することで凝縮され、高温高圧の液冷媒となって負荷側熱交換器２２から流出する。負荷側熱交換器２２において、導入された外気に冷媒が放熱することで、温められた空気が室内に供給される。

負荷側熱交換器２２から流出した高温高圧の液冷媒は、膨張弁２１によって低温低圧の液冷媒になる。液冷媒は、熱源側熱交換器１３に流入する。熱源側熱交換器１３に流入した冷媒は、熱源側熱交換器１３において、空気と熱交換することで蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって熱源側熱交換器１３から流出する。熱源側熱交換器１３から流出した冷媒は、流路切替装置１２を介して圧縮機１１に吸入される。空気調和装置１が暖房運転を行っている間、圧縮機１１から吐出される冷媒が、負荷側熱交換器２２、膨張弁２１および熱源側熱交換器１３を順に流通した後、圧縮機１１に吸引されるまでのサイクルが繰り返される。

次に、本実施の形態１の空気調和装置１の動作を説明する。運転モードが冷房の場合である。図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。図４は、図１に示した室内ファンの風量制御の一例を示す表である。判定手段５３は、吐出圧力Ｐｄを一定の周期で監視し、高圧側圧力が高圧保護圧力に達していないか判定する。具体的には、判定手段５３は、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達していない場合、判定手段５３はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１の判定の結果、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達している場合、制御手段５４は、圧縮機１１の周波数を下げる（ステップＳ１０２）。また、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を下げる（ステップＳ１０３）。このようにして、空気調和装置１は、高圧保護制御によって圧縮機１１に低下させる周波数の低下量ΔＦを少なくし、残り分を室内ファン２３の風量制御で補う。

ステップＳ１０３における室内ファン２３の風量制御について説明する。外気温度をＴｉｎとし、外気温度の閾値をＴｓｔ＿ｏｕｔｄｏｏｒとする。閾値Ｔｓｔ＿ｏｕｔｄｏｏｒは、例えば、４０℃以上の値である。吹出温度Ｔａｏｕｔについて設定される閾値をＴｓｔとする。ステップＳ１０３の風量制御が行われる前の現在の室内ファン２３の風量をＶａｉｒとし、ステップＳ１０３の風量制御が行われた後の室内ファン２３の風量をＶａｉｒ^＊とする。

また、本実施の形態１では、室内ファン２３に設定できる風量の種類は、強風Ｈｉ、中風Ｍｉ、弱風Ｌｏおよび微風ＬｏＬｏの４種類とする。強風Ｈｉに設定された室内ファン２３の風量をＶａｉｒ＿ｈｉとし、中風Ｍｉに設定された室内ファン２３の風量をＶａｉｒ＿ｍｉとする。弱風Ｌに設定された室内ファン２３の風量をＶａｉｒ＿ｌｏとし、微風ＬｏＬｏに設定された室内ファン２３の風量をＶａｉｒ＿ｌｏｌｏとする。風量の大きさは、Ｖａｉｒ＿ｈｉ＞Ｖａｉｒ＿ｍｉ＞Ｖａｉｒ＿ｌｏ＞Ｖａｉｒ＿ｌｏｌｏの関係になっている。室内ファン２３の風量の種類は４種類に限らない。

制御手段５４は、次の条件（１）および条件（２）が満たされる場合、室内ファン２３の風量を強制的に微風ＬｏＬｏに落とす。
条件（１）：Ｔｉｎ＞Ｔｓｔ＿ｏｕｔｄｏｏｒ
条件（２）：Ｔａｏｕｔ＞Ｔｓｔ

室内ファン２３の風量が微風ＬｏＬｏに設定された後、制御手段５４は、以下の判定および図４にしたがって、室内ファン２３の風量をユーザの設定風量まで上げる。判定に用いられるａ〜ｃは、負荷側ユニット２０の冷凍能力および冷凍負荷等によって設定される任意の定数である。

室内ファン２３の風量が微風ＬｏＬｏに設定された後、Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ａが満たされると、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を弱風Ｌｏに切り替える。これにより、Ｖａｉｒ^＊＝Ｖａｉｒ＿ｌｏとなる。風量が弱風Ｌｏに設定された後、Ｔｓｔ−ｂ＜Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ａが満たされると、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を中風Ｍｉに切り替える。これにより、Ｖａｉｒ^＊＝Ｖａｉｒ＿ｍｉとなる。風量が中風Ｍｉに設定された後、Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ｃが満たされると、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を強風Ｈｉに切り替える。これにより、Ｖａｉｒ^＊＝Ｖａｉｒ＿ｈｉとなる。その後、条件（１）および条件（２）が満たされない限り、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を維持する。室内ファン２３の風量が強制的に微風ＬｏＬｏに設定されるが、その後、ユーザの設定風量に切り替えられるため、ユーザに違和感を生じさせることを抑制できる。

次に、本実施の形態１の空気調和装置１の動作を、比較例と比較して説明する。はじめに、比較例の制御を説明する。

式（１）において、ΔＰｄは従来の高圧保護制御により下げるべき高圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。ΔＦは従来の高圧保護制御によって圧縮機の周波数を減少させるときの周波数減少量［Ｈｚ］である。Ａは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ａは高圧側圧力と圧縮機の周波数との関係で決まる係数である。

式（２）において、ΔＰｓはΔＦにより上がってしまう低圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。Ｂは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ｂは低圧側圧力と圧縮機の周波数との関係で決まる係数である。式（１）および式（２）に示すように、高圧側圧力を下げようとすると、低圧側圧力が高くなってしまう。

続いて、本実施の形態１の空気調和装置１の制御を説明する。ここでは、空気調和装置１が、熱源側ユニット１０に接続される複数の負荷側ユニット２０を有する場合で説明する。複数の負荷側ユニット２０の各負荷側ユニット２０には互いに異なる識別番号が割り当てられている。識別番号は、例えば、１、２、３、・・・の正の整数であるものとする。

式（３）において、ｆは圧縮機１１の任意の周波数［Ｈｚ］である。ここでは、ｆは、高圧保護制御で低下させる低下量ΔＦよりも、低下させる周波数を少なくする値を意味する。Ｃは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ｃは高圧側圧力と室内ファンの風量との関係で決まる係数である。Ｇａεは負荷側熱交換器のポテンシャル［ｋｇ／ｈ］である。熱交換器のポテンシャルとは、熱交換器の性能を示す値である。ｊは空気調和装置１が有する負荷側ユニット２０の識別番号である。ｘは室内ファン２３の風量を下げる対象となる負荷側ユニット２０を示す識別番号である。Ｇａは室内ファン２３の風量［ｍ^３／ｍｉｎ］である。

式（４）において、Δ^＊ＰｓはΔ（Ｆ−ｆ）により上がってしまう低圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。Ｄは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ｄは低圧側圧力と室内ファンの風量との関係で決まる係数である。式（２）と式（４）とを見比べると、Δ^＊Ｐｓ＜ΔＰｓになる。そのため、本実施の形態１は、比較例に比べて低圧側圧力の上昇量を抑制できる。

本実施の形態１では、圧縮機１１に低下させる周波数の低下量ΔＦを高圧保護制御時に低下させる周波数よりも少なくし、残り分を室内ファン２３の風量制御で低下させることにより、高圧側圧力を必要量下げることができる。その結果、圧縮機１１の周波数の低下に起因する低圧側圧力の上昇量を抑制できる。

本実施の形態１の空気調和装置１は、判定手段５３が高圧側圧力または低圧側圧力の冷媒圧力が保護圧力に達したと判定すると、制御手段５４が室内ファン２３と室内ファン２３以外のアクチュエータとを制御して冷媒圧力を下げるものである。

本実施の形態１によれば、冷媒圧力の上昇に対して、室内ファン２３だけでなく他のアクチュエータとして圧縮機１１も制御することで、室内ファン２３の制御で足りない分を圧縮機１１の制御で補って、冷媒圧力を低下させることができる。また、圧縮機１１の周波数の低下に起因する低圧側圧力の上昇量を抑制できる。その結果、高圧側圧力および低圧側圧力の上昇量を抑制できる。

また、本実施の形態１において、制御手段５４は、吐出圧力Ｐｄの下げ分のうち、一部の下げ分を圧縮機１１の制御で下げ、残りの下げ分を室内ファン２３の風量の制御で下げてもよい。

空気調和装置１は、室内ファン２３の風量を吹出温度Ｔａｏｕｔに対応して調整することで、高圧側圧力および低圧側圧力のいずれもの圧力の上昇を防ぐことができる。しかし、室内ファン２３の風量はユーザによって設定されることが多い。空気調和装置１が室内ファン２３の風量制御だけで冷媒圧力を下げようとすると、ユーザが設定した風量と大きく異なってしまうことになる。これに対して、本実施の形態１では、室内ファン２３だけでなく圧縮機１１も制御して冷媒圧力を低下させている。そのため、室内ファン２３の風量の変化が、ユーザの設定した風量と大きく異なることが抑制され、ユーザに違和感を生じさせることを抑制できる。

本実施の形態１によれば、４０℃を超える高外気下での冷房能力を改善することができる。また、外気温度の運転保証範囲を、例えば、４３℃から５０℃前後まで上げることができ、製品が保証する外気温度を拡大できる。さらに、中東アジア、東南アジアおよび南米などの熱帯および砂漠地帯に属する地域に、ハードウェアの追加を不要とし、制御技術で高外気に対応できる空気調和装置を安価に提供できる。

実施の形態２．
実施の形態１は、室内ファンおよび圧縮機を制御して冷媒圧力の上昇を抑制する場合であるが、本実施の形態２は、室内ファンおよび膨張弁を制御して冷媒圧力の上昇を抑制するものである。本実施の形態２では、実施の形態１で説明した構成と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態２の空気調和装置の構成を、図１および図２を参照して説明する。判定手段５３は、吸入圧力センサ４２が検出する吸入圧力Ｐｓが低圧上限値まで上昇しかた否かを判定する。判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値まで上昇したと判定すると、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を制御手段５４に通知する。制御手段５４は、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を判定手段５３から通知されると、室内ファン２３の風量と膨張弁２１の開度とを制御して冷媒圧力を下げる。

次に、本実施の形態２の空気調和装置１の動作を説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓを一定の周期で監視し、低圧側圧力が低圧保護圧力に達していないか判定する。具体的には、判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達しているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達していない場合、判定手段５３はステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０１の判定の結果、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達している場合、制御手段５４は、膨張弁２１の開度を絞る（ステップＳ２０２）。また、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を下げる（ステップＳ２０３）。このようにして、空気調和装置１は、低圧保護制御によって膨張弁２１に低下させる開度の低下量ΔＳｊを少なくし、残り分を室内ファン２３の風量制御で補っている。

次に、本実施の形態２の空気調和装置１の動作を、比較例と比較して説明する。はじめに、比較例の制御を説明する。

比較例の制御を説明する。

式（５）において、ΔＰｓは従来の低圧保護制御により下げるべき低圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。Ｇａεは負荷側熱交換器２２のポテンシャル［ｋｇ／ｈ］である。ｊは空気調和装置が有する負荷側ユニットの識別番号である。ｘは室内ファンの風量を下げる対象となる負荷側ユニットを示す識別番号である。ΔＳｊは従来の低圧保護制御により絞るべき膨張弁の開度の減少量［ｐｕｌｓｅ］である。膨張弁は、ステッピングモータの回転角度で開度が調節される電子膨張弁である。ステッピングモータの回転角度はパルス数で制御される。Ｅは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ｅは低圧側圧力と膨張弁の開度との関係で決まる係数である。

式（６）において、ΔＰｄはΔＳｊにより上がってしまう高圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。Ｆは冷凍サイクルシステム系統によって決まる任意の係数である。具体的には、Ｆは高圧側圧力と膨張弁の開度との関係で決まる係数である。式（５）および式（６）に示すように、低圧側圧力を下げようとすると、高圧側圧力が高くなってしまう。

続いて、本実施の形態２の空気調和装置１が行う制御を説明する。ここでは、空気調和装置１が、熱源側ユニット１０に接続される複数の負荷側ユニット２０を有する場合で説明する。複数の負荷側ユニット２０の各負荷側ユニット２０には互いに異なる識別番号が割り当てられている。

式（７）において、ｓｊは膨張弁２１の任意の開度［ｐｕｌｓｅ］である。ここでは、ｓｊは、低圧保護制御で小さくする低下量ΔＳｊよりも、小さくする開度を少なくする値を意味する。他のパラメータについては上述した内容と同様であるため、説明を省略する。

式（８）において、Δ^＊ＰｄはΔ（Ｓｊ−ｓｊ）により上がってしまう低圧側圧力の圧力量［Ｐａ］である。他のパラメータについては上述した内容と同様であるため、説明を省略する。式（６）と式（８）とを見比べると、Δ^＊Ｐｄ＜ΔＰｄになる。そのため、本実施の形態２は、比較例に比べて高圧側圧力の上昇量を抑制できる。

本実施の形態２では、膨張弁２１に低下させる開度Ｓｊの低下量ΔＳｊを低圧保護制御時に低下させる開度よりも少なくし、残り分を室内ファン２３の風量制御で低下させることにより、低圧側圧力を必要量下げることができる。その結果、膨張弁２１の開度の調節に起因する高圧側圧力の上昇量を抑制できる。

本実施の形態２の空気調和装置１は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値に到達すると、膨張弁２１の開度を小さくする制御と室内ファン２３の風量を下げる制御とを行うものである。この場合、制御手段５４は、吸入圧力Ｐｓの下げ分のうち、一部の下げ分を膨張弁２１の制御で下げ、残りの下げ分を室内ファン２３の制御で下げてもよい。

本実施の形態２によれば、膨張弁２１の開度を制御することで低圧側圧力の上昇を抑えるとともに、高圧側圧力の上昇量を抑制できる。本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、４０℃を超える高外気下での冷房能力が改善され、製品が保証する外気温度を拡大できる。

実施の形態３．
本実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２を組み合わせたものである。本実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２で説明した構成と同様な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態３の空気調和装置の構成を、図１および図２を参照して説明する。判定手段５３は、吐出圧力センサ４１が検出する吐出圧力Ｐｄが高圧上限値に上昇したか否かを判定する。判定手段５３は、吸入圧力センサ４２が検出する吸入圧力Ｐｓが低圧上限値まで上昇しかた否かを判定する。判定手段５３は、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値に上昇したと判定すると、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を制御手段５４に通知する。判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値まで上昇したと判定すると、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を制御手段５４に通知する。制御手段５４は、冷媒圧力が保護圧力に到達した旨の判定結果を判定手段５３から通知されると、圧縮機１１の周波数と、膨張弁２１の開度と、室内ファン２３の風量とを制御して冷媒圧力を下げる。

次に、本実施の形態３の空気調和装置１の動作を説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の動作手順を示すフローチャートである。判定手段５３は、吐出圧力Ｐｄを一定の周期で監視し、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達しているか否かを判定する（ステップＳ３０１）。吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達していない場合、判定手段５３はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２において、判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達しているか否かを判定する。ステップＳ３０２の判定の結果、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達していない場合、判定手段５３はステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３０２において、判定手段５３は、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達しているか否かを判定する。ステップＳ３０２の判定の結果、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘに達している場合、圧縮機１１の周波数を下げ（ステップＳ３０３）、膨張弁２１の開度を絞る（ステップＳ３０４）。また、ステップＳ３０１の判定の結果、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに達している場合も、制御手段５４は、ステップＳ３０３およびＳ３０４の制御を行う。ステップＳ３０３およびＳ３０４の後、制御手段５４は、室内ファン２３の風量を下げる（ステップＳ３０５）。

このようにして、空気調和装置１は、圧縮機１１に低下させる周波数の低下量ΔＦを高圧保護制御時に低下させる周波数よりも少なくし、膨張弁２１に低下させる開度Ｓｊの低下量ΔＳｊを低圧保護制御時に低下させる開度よりも少なくしている。そして、圧縮機１１および膨張弁２１の制御で不足する冷媒圧力の低下分を、室内ファン２３の風量で低下させている。なお、図６を参照して、判定手段５３がステップＳ３０１の後にステップＳ３０２の処理を行う場合を説明したが、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２の順番はいずれが先であってもよい。また、制御手段５４がステップＳ３０３の後にステップＳ３０４の処理を行う場合を説明したが、どちらの処理が先であってもよく、並列処理が望ましい。

次に、本実施の形態３の空気調和装置１の動作を、比較例と比較して説明する。はじめに、比較例の制御を説明する。図７は、比較例の空気調和装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。図７に示す５つのグラフは、圧縮機の周波数ｆ、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、膨張弁の開度Ｓｊ、および吹出温度Ｔａｏｕｔの各パラメータの時間変化を示すグラフである。５つのグラフの横軸は時間ｔである。吐出圧力Ｐｄは高圧側圧力に相当し、吸入圧力Ｐｓは低圧側圧力に相当する。なお、空気調和装置の運転停止時、高圧側圧力および低圧側圧力が均圧化され、低圧側圧力は低圧上限値Ｐｓｍａｘより高い値になっているため、空気調和装置が運転を開始すると、低圧保護制御は運転開始から数分は作動しない。

比較例の空気調和装置は、吹出温度Ｔａｏｕｔを下げようとして、圧縮機の周波数ｆを大きくすると、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに近づき高圧保護制御を行う。高圧保護制御により、圧縮機の周波数ｆが低下する。圧縮機の周波数ｆが低下すると、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘから離れて下がっていくので、再び、空気調和装置は圧縮機の周波数ｆを大きくする。その結果、図７に示すように、圧縮機の周波数ｆが上下に変動する。

一方、圧縮機の周波数ｆが下がると、吸入圧力Ｐｓが上昇して低圧上限値Ｐｓｍａｘに近づくため、比較例の空気調和装置は低圧保護制御を行う。低圧保護制御により、膨張弁の開度Ｓｊが小さくなる。膨張弁の開度Ｓｊが小さくなると、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値Ｐｓｍａｘから離れて下がっていくので、再び、空気調和装置は膨張弁の開度Ｓｊを大きくする。その結果、図７の膨張弁開度のグラフに示すように、膨張弁の開度Ｓｊが上下に変動する。また、膨張弁の開度Ｓｊは開度Ｓｊの上限値Ｓｊｍａｘまで達していなくても、低圧保護制御により開度Ｓｊを大きくすることができない。

比較例では、次の（１）〜（６）の動作を繰り返す。（１）高圧保護作動→（２）圧縮機の周波数を下げる→（３）低圧側圧力が上昇→（４）低圧保護作動→（５）膨張弁の開度を絞る→（６）高圧側圧力が上昇→（１）→・・・。その結果、圧縮機は周波数最小運転に陥る。高外気の状況下で圧縮機が周波数最小運転を行うと、吸入圧力が高過ぎる低圧過多になる。このまま圧縮機が運転を継続すると、最悪の場合、保証範囲を逸脱する運転を継続することになり、圧縮機の寿命が短くなってしまう。

図７に示す吹出温度Ｔａｏｕｔのグラフを参照すると、比較例の空気調和装置では、上述の保護制御により、吹出温度Ｔａｏｕｔは３０℃以上の高い温度である。また、吹出温度Ｔａｏｕｔは、３０℃および４０℃の間の範囲で上下に変動し、高い温度を維持している。その結果、室内を冷却することができない。

続いて、本実施の形態３の空気調和装置１の動作を、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。図８に示す６つのグラフは、圧縮機１１の周波数ｆ、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、膨張弁２１の開度Ｓｊ、室内ファン２３の風量および吹出温度Ｔａｏｕｔの各パラメータの時間変化を示すグラフである。６つのグラフの横軸は時間ｔである。吐出圧力Ｐｄは高圧側圧力に相当し、吸入圧力Ｐｓは低圧側圧力に相当する。空気調和装置１の運転停止時、高圧側圧力および低圧側圧力が均圧化され、低圧側圧力は低圧上限値Ｐｓｍａｘより高い値になっているため、空気調和装置１が運転を開始すると、低圧保護制御は運転開始から数分は作動しない。

制御手段５４は、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘまで上昇していなければ、高圧保護制御が働かないように、圧縮機１１の周波数ｆを周波数上限値まで上げて維持する。圧縮機１１の周波数ｆの上昇に伴って吐出圧力Ｐｄが上昇するが、制御手段５４は、吐出圧力Ｐｄが高圧上限値Ｐｄｍａｘに到達しないように膨張弁２１の開度Ｓｊを大きくしていく。これらの制御により、高圧保護制御が働かない限界の状態が維持される。

圧縮機１１の周波数ｆが高い値まで上がることで、吸入圧力Ｐｓが低圧上限値よりも離れた低い値で維持される。また、制御手段５４は、室内ファン２３の風量Ｖａｉｒを微風ＬｏＬｏに落とす。風量Ｖａｉｒが微風ＬｏＬｏに設定された後、Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ａが満たされると、制御手段５４は、風量Ｖａｉｒを弱風Ｌｏに切り替える。風量Ｖａｉｒが弱風Ｌｏに設定された後、Ｔｓｔ−ｂ＜Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ａが満たされると、制御手段５４は、風量Ｖａｉｒを中風Ｍｉに切り替える。風量Ｖａｉｒが中風Ｍｉに設定された後、Ｔａｏｕｔ＜Ｔｓｔ−ｃが満たされると、制御手段５４は、風量Ｖａｉｒを強風Ｈｉに切り替える。図８に示すグラフでは、定数ａおよびｃは、ａ＝ｃの関係である。

上述の制御の結果を、図８の吹出温度Ｔａｏｕｔのグラフを参照して説明する。吹出温度Ｔａｏｕｔのグラフに示すように、室内ファン２３の風量Ｖａｉｒが微風ＬｏＬｏの状態で、吹出温度Ｔａｏｕｔは２０℃より低い温度Ｔｓｔ−ａまで低下する。風量Ｖａｉｒが微風ＬｏＬｏから弱風Ｌｏに切り替わると、吹出温度Ｔａｏｕｔが、一旦上昇するが、再び低下し、温度Ｔｓｔ−ｂまで低下する。風量Ｖａｉｒが弱風Ｌｏから中風Ｍｉに切り替わると、吹出温度Ｔａｏｕｔが、一旦上昇するが、温度Ｔｓｔ−ｃまで低下する。風量Ｖａｉｒが中風Ｍｉから強風Ｈｉに切り替わると、吹出温度Ｔａｏｕｔは、上昇するが、閾値Ｔｓｔより低い温度で維持される。図８の吹出温度Ｔａｏｕｔのグラフに示すように、吹出温度Ｔａｏｕｔは、３０℃および２０℃の間の範囲で維持される。そのため、室内を冷却することができる。

本実施の形態３では、圧縮機１１に低下させる周波数の低下量ΔＦを高圧保護制御時に低下させる周波数よりも少なくし、膨張弁２１に低下させる開度Ｓｊの低下量ΔＳｊを低圧保護制御時に低下させる開度よりも少なくしている。そして、圧縮機１１および膨張弁２１の制御で不足する冷媒圧力の低下分を、室内ファン２３の風量で低下させている。その結果、高圧側圧力および低圧側圧力を必要量下げるだけでなく、高圧側圧力および低圧側圧力の低下によって生じる相手の圧力の上昇量を抑制できる。

本実施の形態３の空気調和装置１は、圧縮機１１の周波数を下げる制御と、膨張弁２１の開度を小さくする制御と、室内ファン２３の風量を下げる制御とを行うものである。

本実施の形態３によれば、圧縮機１１の周波数、膨張弁２１の開度および室内ファン２３の風量を制御することで、高圧側圧力の上昇量および低圧側圧力の上昇量を抑制できる。本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、４０℃を超える高外気下での冷房能力が改善され、製品が保証する外気温度を拡大できる。

また、負荷側ユニット２０が外気導入型の場合、外気温度が高いと、高い温度の空気を熱交換して室内に送り出すため、高圧側圧力および低圧側圧力の両方が上昇する傾向がより強い。本実施の形態３では、制御手段５４は、冷媒圧力の下げ分のうち、一部の下げ分を圧縮機１１および膨張弁２１の制御で下げ、残りの下げ分を室内ファン２３の制御で下げる。圧縮機１１および膨張弁２１を制御して冷媒圧力の一部を下げ、残りを室内ファン２３の制御で下げているので、高圧側圧力および低圧側圧力の両方が上昇することを抑制することができる。

１ 空気調和装置、１０ 熱源側ユニット、１１ 圧縮機、１２ 流路切替装置、１３ 熱源側熱交換器、１４ 室外ファン、１５ 制御装置、２０ 負荷側ユニット、２１ 膨張弁、２２ 負荷側熱交換器、２３ 室内ファン、３０ 冷媒回路、４１ 吐出圧力センサ、４２ 吸入圧力センサ、４３ 温度センサ、５１ メモリ、５２ ＣＰＵ、５３ 判定手段、５４ 制御手段。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および負荷側熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記負荷側熱交換器に外気を供給する室内ファンと、前記圧縮機の冷媒吐出口に設けられ、冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、前記圧縮機の冷媒吸入口に設けられ、冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、前記吐出圧力が高圧上限値に上昇したか否か、または前記吸入圧力が低圧上限値まで上昇したか否かによって、冷媒圧力が保護圧力に到達したか否かを判定する判定手段と、前記冷媒圧力が前記保護圧力に達したと前記判定手段が判定すると、前記室内ファンと、前記圧縮機および前記膨張弁の一方または両方とを制御して前記冷媒圧力を下げる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記圧縮機および前記膨張弁の一方または両方の制御で不足する前記冷媒圧力の低下分を前記室内ファンの制御で低下させるものである。

Claims (7)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および負荷側熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記負荷側熱交換器に空気を供給する室内ファンと、
   前記圧縮機の冷媒吐出口に設けられ、冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、
   前記圧縮機の冷媒吸入口に設けられ、冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、
   前記吐出圧力が高圧上限値に上昇したか否か、または前記吸入圧力が低圧上限値まで上昇したか否かによって、冷媒圧力が保護圧力に到達したか否かを判定する判定手段と、
   前記冷媒圧力が前記保護圧力に達したと前記判定手段が判定すると、前記室内ファンと前記室内ファン以外のアクチュエータとを制御して前記冷媒圧力を下げる制御手段と、
   を有する空気調和装置。
2. 前記制御手段は、
   前記吐出圧力が前記高圧上限値に到達したと前記判定手段が判定した場合、前記圧縮機の周波数を下げる制御と前記室内ファンの風量を下げる制御とを行う、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御手段は、
   前記吐出圧力の下げ分のうち、一部の下げ分を前記圧縮機の制御で下げ、残りの下げ分を前記室内ファンの風量の制御で下げる、請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御手段は、
   前記吸入圧力が前記低圧上限値に到達すると、前記膨張弁の開度を小さくする制御と前記室内ファンの風量を下げる制御とを行う、請求項１に記載の空気調和装置。
5. 前記制御手段は、
   前記吸入圧力の下げ分のうち、一部の下げ分を前記膨張弁の制御で下げ、残りの下げ分を前記室内ファンの制御で下げる、請求項４に記載の空気調和装置。
6. 前記制御手段は、
   前記圧縮機の周波数を下げる制御と、前記膨張弁の開度を小さくする制御と、前記室内ファンの風量を下げる制御とを行う、請求項１に記載の空気調和装置。
7. 前記制御手段は、
   前記冷媒圧力の下げ分のうち、一部の下げ分を前記圧縮機および前記膨張弁の制御で下げ、残りの下げ分を前記室内ファンの制御で下げる、請求項６に記載の空気調和装置。

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