JP5673738B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁によって圧縮機から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒の循環を行う空気調和装置に関する。

従来より、特許文献１（特開平１０−１３２３９３号公報）に示すように、上流側膨張弁及び下流側膨張弁によって圧縮機から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒の循環を行う冷媒回路を有する空気調和装置がある。具体的には、空気調和装置の冷媒回路は、圧縮機、室外熱交換器、２つの膨張弁、室内熱交換器が接続されることによって構成されている。

また、特許文献２（特開２００３−１０６６８３号公報）に示すように、膨張弁の開度制御として、圧縮機の運転容量変化の前後の高圧及び低圧（膨張弁の入口及び出口における冷媒の圧力に対応）を予測して、このような予測値に基づいて膨張弁の開度を変化させるフィードフォワード制御を行う空気調和装置がある。

ここで、特許文献１に示される２段膨張の冷媒回路を有する空気調和装置において、特許文献２のような膨張弁のフィードフォワード制御を適用することが考えられる。

このとき、２段膨張の冷媒回路を構成する２つの膨張弁のそれぞれについてフィードフォワード制御を行うために、圧縮機の運転容量変化の前後の膨張弁の入口及び出口における冷媒の圧力を予測する必要がある。そして、このような予測においては、冷凍サイクルにおける高圧及び低圧だけでなく、２つの膨張弁の間の冷媒の圧力である冷凍サイクルにおける中間圧を知る必要がある。

しかし、中間圧を検出するためのセンサを設けるとコストアップが発生することになるため、中間圧を検出するためのセンサを設けることなく、２つの膨張弁のフィードフォワード制御を行えるようにすることが望ましい。

本発明の課題は、２段膨張の冷媒回路を有する空気調和装置において、中間圧を検出するためのセンサを設けることなく、２つの膨張弁のフィードフォワード制御を行うことができるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、上流側膨張弁、下流側膨張弁、室内熱交換器が接続されることによって構成されており上流側膨張弁及び下流側膨張弁によって圧縮機から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒の循環を行う冷媒回路と、室外熱交換器に冷却源又は加熱源となる室外空気を供給する室外ファンとを有する空気調和装置である。そして、ここでは、圧縮機の運転容量、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させる際に、圧縮機、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させる直前である運転容量変化前における上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を合算した運転容量変化前の仮想合算開度を算出し、算出された運転容量変化前の仮想合算開度から、運転容量変化前に上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する運転容量変化前の冷媒循環量を算出し、圧縮機の運転容量、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させた前後において高圧から中間圧を差し引いた高圧側圧力差が一定であるという関係に基づく予測条件にて、算出された運転容量変化前の冷媒循環量から、圧縮機の運転容量、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させた直後である運転容量変化後における上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する運転容量変化後の冷媒循環量を算出し、算出された運転容量変化後の冷媒循環量から、運転容量変化後の上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を合算した運転容量変化後の仮想合算開度を算出し、算出された運転容量変化後の仮想合算開度から、運転容量変化後の上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を算出し、圧縮機の運転容量、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させた際に、算出された運転容量変化後の上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度になるように上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を変化させる制御を行う。

ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うに当たり、高圧側圧力差と低圧側圧力差との相関関係に基づく予測条件にて、圧縮機や室外ファンの運転容量を変化させた後における上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測するようにしている。具体的には、相関関係として、圧縮機の運転容量、及び／又は、室外ファンの運転容量を変化させた前後において、高圧側圧力差が一定であるという関係を使用している。

これにより、ここでは、中間圧を検出するためのセンサを設けることなく、上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測して、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うことができる。そして、圧縮機や室外ファンの運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度の制御追従性を向上させることができる。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、上流側膨張弁が、室外熱交換器及び室内熱交換器のうち冷媒の放熱器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が所定の目標過冷却度になるように開度制御され、下流側膨張弁が、室外熱交換器及び室内熱交換器のうち冷媒の蒸発器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように開度制御される。

ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度制御として、フィードフォワード制御とともに、過冷却度や過熱度に基づくフィードバック制御を行うようにしている。このため、ここでは、圧縮機や室外ファンの運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を、フィードフォワード制御によって、圧縮機や室外ファンの運転容量の変化後の最適な開度に予め近づけた後に、フィードバック制御によって、最適な開度に一致させることができる。

これにより、ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードバック制御に要する時間を効果的に短縮することができる。そして、圧縮機や室外ファンの運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度の制御追従性を向上させることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる空気調和装置では、中間圧を検出するためのセンサを設けることなく、上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測して、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うことができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードバック制御に要する時間を効果的に短縮することができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 圧縮機、室外ファン及び２つの膨張弁の制御構成の詳細を示す図である。 ２つの膨張弁のフィードフォワード制御のフローチャートである。 変形例にかかる２つの膨張弁のフィードフォワード制御のフローチャートである。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例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。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。すなわち、空気調和装置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とが冷媒連絡管５、６を介して接続されることによって構成されている。また、この冷媒回路１０に封入される冷媒としては、種々のものが使用可能であるが、ここでは、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒の一種であるＲ３２が封入されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、室内に設置されており、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、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、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放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

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４１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室内ファン４２を有している。室内ファン４２は、室内ファン用モータ４３によって駆動される。

室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器４１には、室内熱交換器４１の液側における冷媒の温度Ｔｒｒｌを検出する室内熱交液側温度センサ５７と、室内熱交換器４１の中間部分における冷媒の温度Ｔｒｒｍを検出する室内熱交中間温度センサ５８とが設けられている。室内ユニット４には、室内ユニット４内に吸入される室内空気の温度Ｔｒａを検出する室内温度センサ５９が設けられている。

室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４４を有している。そして、室内側制御部４４は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、第１膨張弁２４と、レシーバ２５と、第２膨張弁２６と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより周波数制御される圧縮機用モータ２１ａによって駆動する密閉式構造となっている。これにより、圧縮機２１は、その運転容量が可変に構成されている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２の第１ポート２２ａとを接続する冷媒管である。吸入管３１には、アキュムレータ２９が設けられている。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２の第２ポート２２ｂとを接続する冷媒管である。吐出管３２には、逆止弁３２ａが設けられている。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。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において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（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、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。第１ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２の第３ポート２２ｃと室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２の第４ポート２２ｄとガス冷媒連絡管６側とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする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、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管５側とを接続する冷媒管である。

第１膨張弁２４は、冷房運転時には、圧縮機２１から吐出された冷媒を２段階で膨張させるための上流側膨張弁として機能し、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧する弁である。また、第１膨張弁２４は、暖房運転時には、圧縮機２１から吐出された冷媒を２段階で膨張させるための下流側膨張弁として機能し、レシーバ２５に溜められた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する弁である。第１膨張弁２４は、液冷媒管３５のうち室外熱交換器２３とレシーバ２５との間の部分に設けられている。

レシーバ２５は、第１膨張弁２４と第２膨張弁２６との間（すなわち、上流側膨張弁と下流側膨張弁との間）に設けられている。レシーバ２５は、冷房運転時及び暖房運転時には、冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を溜めることが可能な容器である。

第２膨張弁２６は、冷房運転時には、圧縮機２１から吐出された冷媒を２段階で膨張させるための下流側膨張弁として機能し、レシーバ２５に溜められた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する弁である。また、第２膨張弁２６は、暖房運転時には、圧縮機２１から吐出された冷媒を２段階で膨張させるための上流側膨張弁として機能し、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧する弁である。第２膨張弁２６は、液冷媒管３５のうちレシーバ２５と液側閉鎖弁２７との間の部分に設けられている。

液側閉鎖弁２７及びガス側閉鎖弁２８は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２７は、液冷媒管３５の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２８は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

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、外部に排出するための室外ファン３６を有している。室外ファン３６は、回転数を制御することが可能な室外ファン用モータ３７によって駆動される。これにより、室外ファン３６は、その運転容量が可変に構成されている。

室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、吸入管３１には、圧縮機２１に吸入される冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の温度Ｔｓを検出する吸入温度センサ５１が設けられている。吐出管３２には、圧縮機２１から吐出される冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ５２が設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３の中間部分における冷媒の温度Ｔｏｒｍを検出する室外熱交中間温度センサ５３と、室外熱交換器２３の液側における冷媒の温度Ｔｏｒｌを検出する室外熱交液側温度センサ５４とが設けられている。室外ユニット２には、室外ユニット２内に吸入される室外空気の温度Ｔｏａを検出する室外温度センサ５５が設けられている。液冷媒管３５には、第２膨張弁２６と液側閉鎖弁２７との間の部分における冷媒の液管温度Ｔｌｐを検出する液管温度センサ５６が設けられている。

室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３８を有している。そして、室外側制御部３８は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管５、６とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。空気調和装置１の冷媒回路１０は、四路切換弁２２を冷房サイクル状態に切り換えることで、圧縮機２１、室外熱交換器２３、上流側膨張弁としての第１膨張弁２４、下流側膨張弁としての第２膨張弁２６、室内熱交換器４１が接続されるようになっており、上流側膨張弁としての第１膨張弁２４及び下流側膨張弁としての第２膨張弁２６によって圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒を循環させる冷房運転を行うようになっている。また、空気調和装置１の冷媒回路１０は、四路切換弁２２を暖房サイクル状態に切り換えることで、圧縮機２１、室内熱交換器４１、上流側膨張弁としての第２膨張弁２６、下流側膨張弁としての第１膨張弁２４、室外熱交換器２３が接続されるようになっており、上流側膨張弁としての第２膨張弁２６及び下流側膨張弁としての第１膨張弁２４によって圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒を循環させる暖房運転を行うようになっている。また、空気調和装置１は、室外熱交換器２３に冷却源又は加熱源となる室外空気を供給する室外ファン３６を有している。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部４４と室外側制御部３８とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４４と室外側制御部３８との間を接続する伝送線８ａとによって、上記の冷房運転や暖房運転等を含む空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。そして、制御部８は、図２に示すように、各種センサ５１〜５９等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、２６、３７、４３等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。

＜暖房運転＞
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２８及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側閉鎖弁２７を通じて、上流側膨張弁としての第２膨張弁２６に送られる。

第２膨張弁２６に送られた高圧の液冷媒は、第２膨張弁２６によって冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧されて、中間圧の気液二相状態の冷媒になる。

第２膨張弁２６で減圧された中間圧の気液二相状態の冷媒は、レシーバ２５に一時的に溜められた後に、下流側膨張弁としての第１膨張弁２４に送られる。

第１膨張弁２４に送られた中間圧の気液二相状態の冷媒は、第１膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。

第１膨張弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

このような暖房運転時において、制御部８は、室内ユニット４の要求暖房負荷に応じて、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の制御を行い、また、膨張弁２４、２６の開度制御も行っている。尚、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の制御、及び、膨張弁２４、２６の開度制御については、後述するものとする。

＜冷房運転＞
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、上流側膨張弁としての第１膨張弁２４に送られる。

第１膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、第１膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧されて、中間圧の気液二相状態の冷媒になる。

第１膨張弁２４で減圧された中間圧の気液二相状態の冷媒は、レシーバ２５に一時的に溜められた後に、下流側膨張弁としての第２膨張弁２６に送られる。

第２膨張弁２６に送られた中間圧の気液二相状態の冷媒は、第２膨張弁２６によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。

第２膨張弁２６で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁２７及び液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１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において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６、ガス側閉鎖弁２８及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

このような冷房運転時において、制御部８は、室内ユニット４の要求暖房負荷に応じて、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の制御を行い、また、膨張弁２４、２６の開度制御も行っている。尚、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の制御、及び、２つの膨張弁２４、２６の開度制御については、後述するものとする。

（３）圧縮機、室外ファン及び２つの膨張弁の制御
次に、圧縮機２１、室外ファン３６及び２つの膨張弁２４、２６の制御について、図１〜図５を用いて説明する。

＜圧縮機、室外ファンの運転容量の制御＞
圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御は、図３に示すように、制御部８の容量制御部８２によって行われる。容量制御部８２は、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける低圧や高圧が目標値になるように、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量を制御する。ここで、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける低圧や高圧（又は、低圧や高圧に相当する蒸発温度や凝縮温度）の目標値は、図３に示すように、制御部８の目標値決定部８１によって設定される。以下、冷房運転時と暖房運転時とに分けて、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御について説明する。

−暖房運転時−
暖房運転において、目標値決定部８１は、リモコン（図示せず）等から入力される室内の設定温度Ｔｔと、室内熱交中間温度センサ５８によって検出される室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍ（ここでは、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける高圧に相当する凝縮温度Ｔｃに対応）とに基づいて、凝縮温度Ｔｃの目標値である目標凝縮温度Ｔｃｓを設定する。例えば、設定温度Ｔｔから室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍを差し引いた温度差が大きい場合には、暖房能力を大きくする必要があるため、目標凝縮温度Ｔｃｓが高くなるように設定される。また、設定温度Ｔｔから室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍを差し引いた温度差が小さい場合には、暖房能力を小さくする必要があるため、目標凝縮温度Ｔｃｓが低くなるように設定される。

そして、容量制御部８２は、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける高圧に相当する凝縮温度Ｔｃが目標値決定部８１によって設定された目標凝縮温度Ｔｃｓになるように、圧縮機用モータ２１ａの周波数を変更することによって圧縮機２１の運転容量を制御する。例えば、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｓよりも低い場合には、圧縮機用モータ２１ａの周波数を大きくすることによって圧縮機２１の運転容量を増加させる方向に変更する。また、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｓよりも高い場合には、圧縮機用モータ２１ａの周波数を小さくすることによって圧縮機２１の運転容量を減少させる方向に変更する。また、容量制御部８２は、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｓになるように、室外ファン用モータ３７の回転数を変更することによって室外ファン３６の運転容量を制御する。例えば、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｓよりも低い場合には、室外ファン用モータ３７の回転数を大きくすることによって室外ファン３６の運転容量を増加させる方向に変更する。また、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｓよりも高い場合には、室外ファン用モータ３７の回転数を小さくすることによって室外ファン３６の運転容量を減少させる方向に変更する。

尚、ここでは、容量制御部８２が、圧縮機２１及び室外ファン３６の運転容量を制御しているが、圧縮機２１の運転容量だけを制御してもよいし、又は、室外ファン３６の運転容量だけを制御してもよい。

−冷房運転時−
冷房運転において、目標値決定部８１は、リモコン（図示せず）等から入力される室内の設定温度Ｔｔと、室内熱交中間温度センサ５８によって検出される室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍ（ここでは、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける低圧に相当する蒸発温度Ｔｅに対応）とに基づいて、蒸発温度Ｔｅの目標値である目標蒸発温度Ｔｅｓを設定する。例えば、室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍから設定温度Ｔｔを差し引いた温度差が大きい場合には、冷房能力を大きくする必要があるため、目標蒸発温度Ｔｅｓが低くなるように設定される。また、室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍから設定温度Ｔｔを差し引いた温度差が小さい場合には、冷房能力を小さくする必要があるため、目標蒸発温度Ｔｅｓが高くなるように設定される。

そして、容量制御部８２は、冷媒回路１０の冷凍サイクルにおける低圧に相当する蒸発温度Ｔｅが目標値決定部８１によって設定された目標蒸発温度Ｔｅｓになるように、圧縮機用モータ２１ａの周波数を変更することによって圧縮機２１の運転容量を制御する。例えば、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｓよりも高い場合には、圧縮機用モータ２１ａの周波数を大きくすることによって圧縮機２１の運転容量を増加させる方向に変更する。また、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｓよりも低い場合には、圧縮機用モータ２１ａの周波数を小さくすることによって圧縮機２１の運転容量を減少させる方向に変更する。また、容量制御部８２は、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｓになるように、室外ファン用モータ３７の回転数を変更することによって室外ファン３６の運転容量を制御する。例えば、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｓよりも高い場合には、室外ファン用モータ３７の回転数を大きくすることによって室外ファン３６の運転容量を増加させる方向に変更する。また、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｓよりも低い場合には、室外ファン用モータ３７の回転数を小さくすることによって室外ファン３６の運転容量を減少させる方向に変更する。

尚、ここでは、容量制御部８２が、圧縮機２１及び室外ファン３６の運転容量を制御しているが、圧縮機２１の運転容量だけを制御してもよいし、又は、室外ファン３６の運転容量だけを制御してもよい。

＜膨張弁のフィードバック制御＞
ここでは、２つの膨張弁２４、２６の開度制御として、後述のフィードフォワード制御とともに、過冷却度や過熱度に基づくフィードバック制御を行うようにしている。膨張弁２４、２６のフィードバック制御は、図３に示すように、制御部８のフィードバック制御部８４によって行われる。フィードバック制御部８４は、室外熱交換器２３及び室内熱交換器４１のうち冷媒の放熱器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が所定の目標過冷却度になるように、膨張弁２４、２６のうち上流側膨張弁として機能する膨張弁の開度を制御する。また、フィードバック制御部８４は、室外熱交換器２３及び室内熱交換器４１のうち冷媒の蒸発器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、膨張弁２４、２６のうち下流側膨張弁として機能する膨張弁の開度を制御する。以下、冷房運転時と暖房運転時とに分けて、膨張弁２４、２６のフィードバック制御について説明する。

−暖房運転時−
暖房運転時において、フィードバック制御部８４は、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように、レシーバ２５の上流側に位置する上流側膨張弁としての第２膨張弁２６の開度を制御する。例えば、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、室内熱交換器４１を通過する冷媒の流量を増加させるために、第２膨張弁２６の開度を大きくする方向に変更する。また、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、室内熱交換器４１を通過する冷媒の流量を減少させるために、第２膨張弁２６の開度を小さくする方向に変更する。ここで、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、室内熱交中間温度センサ５８によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｍから室内熱交液側温度センサ５７によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｌを差し引くことによって得られる。

また、暖房運転時において、フィードバック制御８４は、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過熱度ＳＨが所定の目標過熱度ＳＨｓになるように、レシーバ２５の下流側に位置する下流側膨張弁としての第１膨張弁２４の開度を制御する。例えば、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｓよりも大きい場合には、室外熱交換器２３を通過する冷媒の流量を増加させるために、第１膨張弁２４の開度を大きくする方向に変更する。また、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｓよりも小さい場合には、室外熱交換器２３を通過する冷媒の流量を減少させるために、第１膨張弁２４の開度を小さくする方向に変更する。ここで、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過熱度ＳＨは、吸入温度センサ５１によって検出される冷媒の温度Ｔｓから室外熱交中間温度センサ５３によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｍを差し引くことによって得られる。

尚、過冷却度ＳＣや過熱度ＳＨを得るためのセンサは、上記のものに限定されず、冷凍サイクルにおける高圧や低圧を検出するための圧力センサが設けられている場合、及び／又は、熱交換器及びその近傍に他の温度センサが設けられている場合には、これらのセンサの検出値を使用してもよい。

−冷房運転時−
冷房運転時において、フィードバック制御部８４は、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓになるように、レシーバ２５の上流側に位置する上流側膨張弁としての第１膨張弁２４の開度を制御する。例えば、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、室外熱交換器２３を通過する冷媒の流量を増加させるために、第１膨張弁２４の開度を大きくする方向に変更する。また、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、室外熱交換器２３を通過する冷媒の流量を減少させるために、第１膨張弁２４の開度を小さくする方向に変更する。ここで、室外熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、室外熱交中間温度センサ５３によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｍから室外熱交液側温度センサ５４によって検出される冷媒の温度Ｔｏｒｌを差し引くことによって得られる。

また、冷房運転時において、フィードバック制御８４は、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度ＳＨが所定の目標過熱度ＳＨｓになるように、レシーバ２５の下流側に位置する下流側膨張弁としての第２膨張弁２６の開度を制御する。例えば、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｓよりも大きい場合には、室内熱交換器４１を通過する冷媒の流量を増加させるために、第２膨張弁２６の開度を大きくする方向に変更する。また、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｓよりも小さい場合には、室内熱交換器４１を通過する冷媒の流量を減少させるために、第２膨張弁２６の開度を小さくする方向に変更する。ここで、室内熱交換器４１の出口における冷媒の過熱度ＳＨは、吸入温度センサ５１によって検出される冷媒の温度Ｔｓから室内熱交中間温度センサ５８によって検出される冷媒の温度Ｔｒｒｍを差し引くことによって得られる。

尚、過冷却度ＳＣや過熱度ＳＨを得るためのセンサは、上記のものに限定されず、冷凍サイクルにおける高圧や低圧を検出するための圧力センサが設けられている場合、及び／又は、熱交換器及びその近傍に他の温度センサが設けられている場合には、これらのセンサの検出値を使用してもよい。

＜膨張弁のフィードフォワード制御＞
ここでは、２つの膨張弁２４、２６の開度制御として、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた際に、各膨張弁２４、２６を通過する冷媒循環量の変化を予測して、予測された冷媒循環量の変化を加味して上流側膨張弁及び下流側膨張弁としての２つの膨張弁２４、２６の開度を変化させるフィードフォワード制御を行うようにしている。膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御は、図３に示すように、制御部８のフィードフォワード制御部８３によって行われる。フィードフォワード制御部８３は、予測部８３ａと開度変更部８３ｂとを有している。予測部８３ａは、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルにおける中間圧を差し引いた高圧側圧力差と中間圧から冷凍サイクルにおける低圧を差し引いた低圧側圧力差との相関関係に基づく予測条件にて、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた後における上流側膨張弁及び下流側膨張弁としての２つの膨張弁２４、２６を通過する冷媒循環量の変化を予測する。そして、予測部８３ａは、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた際に、予測された冷媒循環量の変化を加味して上流側膨張弁及び下流側膨張弁としての２つの膨張弁２４、２６の開度を算出する。そして、開度変更部８３ｂは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁としての２つの膨張弁２４、２６の開度を、予測部８３ａによって算出された開度に変更する制御を行う。以下、冷房運転時と暖房運転時とに分けて、膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御について説明する。

−暖房運転時−
暖房運転時において、フィードフォワード制御部８３は、図４に示すように、まず、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量が変化するかどうかを判定する（ステップＳＴ１）。ここでは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量は、上述の圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御によって変化する。このため、ステップＳＴ１において圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量が変化するものと判定される場合とは、上述の圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われることを意味する。そして、ステップＳＴ１において、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量が変化するものと判定された場合には、ステップＳＴ２〜ＳＴ７の処理に移行する。

次に、ステップＳＴ２において、フィードフォワード制御部８３の予測部８３ａは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における２つの膨張弁２４、２６の開度ＥＶｕ、ＥＶｄを合算した運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦを算出する。例えば、膨張弁２４、２６として開度とＣｖ値とが比例する特性の膨張弁を採用する場合には、運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦは、次式＜１＞によって算出される。

１／ＥＶＦＦ ＝ １／ＥＶｕ ＋１／ＥＶｄ ・・・＜１＞
ここで、ＥＶｕは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における上流側膨張弁（ここでは、第２膨張弁２６）の開度（ここでは、最大開度が１となるように正規化した開度）である。また、ＥＶｄは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における下流側膨張弁（ここでは、第１膨張弁２４）の開度（ここでは、最大開度が１となるように正規化した開度）である。

次に、ステップＳＴ３において、予測部８３ａは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における２つの膨張弁２４、２６を通過する運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒを算出する。ここで、運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒは、次式＜２＞のように、ステップＳＴ２において算出された運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦの関数として表すことができる。

Ｇｒ ＝ ｆ（ＥＶＦＦ） ・・・＜２＞
次に、ステップＳＴ４において、予測部８３ａは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における２つの膨張弁２４、２６を通過する運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃを算出する。ここで、運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃは、次式＜３＞のように、圧縮機２１の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｃｃ／Ｆｃ、室外ファン３６の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｆｃ／Ｆｆ、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける凝縮温度Ｔｃ、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける蒸発温度Ｔｅ、及び、運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒの関数として表すことができる。

Ｇｒｃ ＝ ｆ（Ｆｃｃ／Ｆｃ、Ｆｆｃ／Ｆｆ、Ｔｃ、Ｔｅ）×Ｇｒ ・・・＜３＞
ここで、Ｆｃｃは、圧縮機２１の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における圧縮機２１の運転容量であり、Ｆｃは、圧縮機２１の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における圧縮機２１の運転容量である。そして、ここでは、圧縮機２１の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｃｃ／Ｆｃとして、圧縮機２１の運転容量の変化前後の圧縮機用モータ２１ａの周波数比が使用されている。また、Ｆｆｃは、室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における室外ファン３６の運転容量であり、Ｆｆは、室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における室外ファン３６の運転容量である。そして、ここでは、室外ファン３６の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｆｃ／Ｆｆとして、室外ファン３６の運転容量の変化前後の室外ファン用モータ３７の回転数比が使用されている。また、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける凝縮温度Ｔｃとしては、暖房運転時においては、冷媒の凝縮器として機能する室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｒｒｍが使用され、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける蒸発温度Ｔｅとしては、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｏｒｍが使用されている（冷房運転時は、温度Ｔｏｒｍが凝縮温度Ｔｃとなり、温度Ｔｒｒｍが蒸発温度Ｔｅとなる）。

次に、ステップＳＴ５において、予測部８３ａは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における２つの膨張弁２４、２６の開度（すなわち、運転容量変化後の上流側膨張弁の開度ＥＶｕｃ、及び、運転容量変化後の下流側膨張弁の開度ＥＶｄｃ）を合算した運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃを算出する。ここで、運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃは、次式＜４＞のように、ステップＳＴ４において算出された運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃの関数として表すことができる。

ＥＶＦＦｃ ＝ ｆ（Ｇｒｃ） ・・・＜４＞
次に、ステップＳＴ６において、予測部８３ａは、ステップＳＴ５において算出された運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃを用いて、２つの膨張弁２４、２６の運転容量変化後の開度ＥＶｕｃ、ＥＶｄｃを算出する。

ここで、２つの膨張弁２４、２６の運転容量変化後の開度ＥＶｕｃ、ＥＶｄｃを算出するためには、第１膨張弁２４の入口及び出口における冷媒の圧力、第２膨張弁２６の入口及び出口における冷媒の圧力を予測する必要がある。このような予測においては、冷凍サイクルにおける高圧Ｐｈ及び低圧Ｐｌだけでなく、２つの膨張弁２４、２６の間の冷媒の圧力である冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍを知る必要がある。

しかし、ここでは、高圧Ｐｈに対応する凝縮温度Ｔｃ及び低圧Ｐｌに対応する蒸発温度Ｔｅを検出するためのセンサ５３、５８が設けられているが、中間圧Ｐｍを検出するためのセンサが設けられていない。

そこで、ここでは、高圧Ｐｈから中間圧Ｐｍを差し引いた高圧側圧力差ΔＰｈと中間圧Ｐｍから低圧Ｐｌを差し引いた低圧側圧力差ΔＰｌとの相関関係に基づく予測条件を設定している。具体的には、この相関関係として、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量を変化させた前後において、高圧側圧力差ΔＰｈと低圧側圧力差ΔＰｌとの比率が一定であるという関係を設定している。

すなわち、ここでは、次の２つの式＜５＞及び＜６＞と、ステップＳＴ５において算出された運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃと、既知の運転容量変化前の開度ＥＶｕ、ＥＶｄとを用いて、連立式を解くことで、２つの膨張弁２４、２６の運転容量変化後の開度ＥＶｕｃ、ＥＶｄｃが算出されるようになっている。

１／ＥＶＦＦｃ ＝ １／ＥＶｕｃ ＋１／ＥＶｄｃ ・・・＜５＞
ＥＶｕ：ＥＶｄ ＝ ＥＶｕｃ：ＥＶｄｃ ・・・＜６＞
次に、ステップＳＴ７において、フィードフォワード制御部８３の開度変更部８３ｂは、２つの膨張弁２４、２６の開度を、ステップＳＴ６において算出された開度ＥＶｕｃ、ＥＶｄｃに変更する制御を行う。

そして、再び、ステップＳＴ１の処理に戻り、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量を変化させる毎に、上記のステップＳＴ２〜ＳＴ７の処理が行われる。このようにして、２つの膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御が行われる。

−冷房運転時−
冷房運転時においても、上述の暖房運転時と同様のフィードフォワード制御が行われる。尚、暖房運転時においては、第２膨張弁２６が上流側膨張弁として機能し、かつ、第１膨張弁２４が下流側膨張弁として機能し、また、室内熱交換器４１が冷媒の凝縮器として機能し、かつ、室外熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能するのに対して、冷房運転時においては、第１膨張弁２４が上流側膨張弁として機能し、かつ、第２膨張弁２６が下流側膨張弁として機能し、また、室外熱交換器２３が冷媒の凝縮器として機能し、かつ、室内熱交換器４１が冷媒の蒸発器として機能する点が異なっているが、これらの点を除いては、暖房運転時と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

（４）空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。

ここでは、上述のように、高圧Ｐｈから中間圧Ｐｍを差し引いた高圧側圧力差ΔＰｈと中間圧Ｐｍから低圧Ｐｌを差し引いた低圧側圧力差ΔＰｌとの相関関係に基づく予測条件にて、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた後における上流側膨張弁及び下流側膨張弁（ここでは、膨張弁２４、２６）を通過する冷媒循環量の変化を予測して、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた際に、予測された冷媒循環量の変化を加味して上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を変化させる制御を行うようにしている。

すなわち、ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うに当たり、高圧側圧力差ΔＰｈと低圧側圧力差ΔＰｍとの相関関係に基づく予測条件にて、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量を変化させた後における上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測するようにしている。尚、ここでは、相関関係として、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた前後において、高圧側圧力差ΔＰｈと低圧側圧力差ΔＰｌとの比率が一定であるという関係を設定している。

これにより、ここでは、中間圧Ｐｍを検出するためのセンサを設けることなく、上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測して、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うことができる。そして、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度の制御追従性を向上させることができる。

また、ここでは、上述のように、上流側膨張弁（ここでは、膨張弁２４、２６の一方）が、室外熱交換器２３及び室内熱交換器４１のうち冷媒の放熱器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが所定の目標過冷却度ＳＣｓになるように開度制御し、下流側膨張弁（ここでは、膨張弁２４、２６の他方）が、室外熱交換器２３及び室内熱交換器４１のうち冷媒の蒸発器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過熱度ＳＨが所定の目標過熱度ＳＨｓになるように開度制御するようになっている。

ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度制御として、上述のフィードフォワード制御とともに、過冷却度や過熱度に基づくフィードバック制御を行うようにしている。このため、ここでは、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を、フィードフォワード制御によって、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の変化後の最適な開度に予め近づけた後に、フィードバック制御によって、最適な開度に一致させることができる。

これにより、ここでは、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードバック制御に要する時間を効果的に短縮することができる。そして、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度の制御追従性を向上させることができる。

（５）変形例
上記の２つの膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御（図４参照）では、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うに当たり、高圧側圧力差ΔＰｈと低圧側圧力差ΔＰｍとの相関関係として、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた前後において、高圧側圧力差ΔＰｈと低圧側圧力差ΔＰｌとの比率が一定であるという関係を設定しているが、これに限定されるものではない。

例えば、相関関係として、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量を変化させた前後において、高圧側圧力差ΔＰｈが一定であるという関係を設定するようにしてもよい。以下、この相関関係を採用した膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御について説明する。尚、ここでも、上述のフィードフォワード制御と同様に、暖房運転時における内容だけを説明し、冷房運転時における内容を省略する。

暖房運転時において、フィードフォワード制御部８３は、図５に示すように、まず、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ１と同様に、圧縮機２１の運転容量、及び／又は、室外ファン３６の運転容量が変化するかどうかを判定する（ステップＳＴ１１）。そして、ステップＳＴ１１において、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量が変化するものと判定された場合には、ステップＳＴ１２〜ＳＴ２０の処理に移行する。

次に、ステップＳＴ１２において、フィードフォワード制御部８３の予測部８３ａは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ２と同様に、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における２つの膨張弁２４、２６の開度ＥＶｕ、ＥＶｄを合算した運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦを算出する。例えば、膨張弁２４、２６として開度とＣｖ値とが比例する特性の膨張弁を採用する場合には、上述の運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ２と同様に、次式＜１１＞によって算出される。

１／ＥＶＦＦ ＝ １／ＥＶｕ ＋１／ＥＶｄ ・・・＜１１＞
次に、ステップＳＴ１３において、予測部８３ａは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ３と同様に、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われる直前（すなわち、運転容量が変化する直前）における２つの膨張弁２４、２６を通過する運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒを算出する。ここで、運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ３と同様に、次式＜１２＞のように、ステップＳＴ１２において算出された運転容量変化前の仮想合算開度ＥＶＦＦの関数として表すことができる。

Ｇｒ ＝ ｆ（ＥＶＦＦ） ・・・＜１２＞
次に、ステップＳＴ１４において、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ３とは異なり、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における上流側膨張弁（暖房運転時における第２膨張弁２６、又は、冷房運転時における第１膨張弁２４）の圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における運転容量変化後の上流側膨張弁を通過する冷媒循環量Ｇｒｕｃを算出する。ここで、運転容量変化後の上流側膨張弁を通過する冷媒循環量Ｇｒｕｃは、次式＜１３＞のように、圧縮機２１の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｃｃ／Ｆｃ、室外ファン３６の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｆｃ／Ｆｆ、及び、運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒの関数として表すことができる。

Ｇｒｕｃ ＝ ｆ（Ｆｃｃ／Ｆｃ、Ｆｆｃ／Ｆｆ）×Ｇｒ ・・・＜１３＞
ここで、上式＜１３＞において、上述のフィードフォワード制御（図４参照）における式＜３＞とは異なり、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける凝縮温度Ｔｃ、及び、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける蒸発温度Ｔｅの関数にしていないのは、実質的には、運転容量の変化前後で冷凍サイクルにおける高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないこと、すなわち、運転容量の変化前後で高圧側圧力差ΔＰｈが一定であるという相関関係を考慮したためである。すなわち、運転容量変化後の上流側膨張弁を通過する冷媒循環量Ｇｒｕｃは、運転容量の変化前後で高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないという条件で算出された運転容量変化後の冷媒循環量である。

次に、ステップＳＴ１５において、予測部８３ａは、運転容量の変化前後で高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないという条件における運転容量変化後の２つの膨張弁２４、２６の開度を合算した運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｕｃを算出する。ここで、運転容量の変化前後で高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないという条件における運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｕｃは、次式＜１４＞のように、ステップＳＴ１４において算出された運転容量の変化前後で高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないという条件における運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｕｃの関数として表すことができる。

ＥＶＦＦｕｃ ＝ ｆ（Ｇｒｕｃ） ・・・＜１４＞
次に、ステップＳＴ１６において、予測部８３ａは、ステップＳＴ１５において算出された運転容量の変化前後で高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｌの変化がないという条件における運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｕｃを用いて、上流側膨張弁（暖房運転時における第２膨張弁２６、又は、冷房運転時における第１膨張弁２４）の運転容量変化後の開度ＥＶｕｃを算出する。

ここでは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）における式＜５＞及び＜６＞と同様の式＜１５＞及び＜１６＞の連立式を解くことで、上流側膨張弁の運転容量変化後の開度ＥＶｕｃを算出する。但し、このステップＳ１６においては、上述のフィードフォワード制御（図４参照）のステップＳＴ６とは異なり、下流側膨張弁（暖房運転時における第１膨張弁２４、又は、冷房運転時における第２膨張弁２６）の運転容量変化後の開度ＥＶｄｃは算出せず、ステップＳＴ１７〜ＳＴ１９において算出する。

１／ＥＶＦＦｕｃ ＝ １／ＥＶｕｃ ＋１／ＥＶｄｃ ・・・＜１５＞
ＥＶｕ：ＥＶｄ ＝ ＥＶｕｃ：ＥＶｄｃ ・・・＜１６＞
次に、ステップＳＴ１７において、予測部８３ａは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）におけるステップＳＴ４と同様に、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における２つの膨張弁２４、２６を通過する運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃを算出する。ここで、運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃは、次式＜１７＞のように、圧縮機２１の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｃｃ／Ｆｃ、室外ファン３６の運転容量の変化前後の運転容量比Ｆｆｃ／Ｆｆ、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける凝縮温度Ｔｃ、運転容量変化前の冷凍サイクルにおける蒸発温度Ｔｅ、及び、運転容量変化前の冷媒循環量Ｇｒの関数として表すことができる。

Ｇｒｃ ＝ ｆ（Ｆｃｃ／Ｆｃ、Ｆｆｃ／Ｆｆ、Ｔｃ、Ｔｅ）×Ｇｒ ・・・＜１７＞
次に、ステップＳＴ１８において、予測部８３ａは、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量の制御が行われた直後（すなわち、運転容量が変化した直後）における２つの膨張弁２４、２６の開度（すなわち、運転容量変化後の上流側膨張弁の開度ＥＶｕｃ、及び、運転容量変化後の下流側膨張弁の開度ＥＶｄｃ）を合算した運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃを算出する。ここで、運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃは、次式＜１８＞のように、ステップＳＴ１７において算出された運転容量変化後の冷媒循環量Ｇｒｃの関数として表すことができる。

ＥＶＦＦｃ ＝ ｆ（Ｇｒｃ） ・・・＜１８＞
次に、ステップＳＴ１９において、予測部８３ａは、ステップＳＴ１８において算出された運転容量変化後の仮想合算開度ＥＶＦＦｃ、及び、ステップＳＴ１６において算出された運転容量変化後の上流側膨張弁の開度ＥＶｕｃを用いて、下流側膨張弁（暖房運転時における第１膨張弁２４、又は、冷房運転時における第２膨張弁２６）の運転容量変化後の開度ＥＶｄｃを算出する。

ここでは、上述のフィードフォワード制御（図４参照）における式＜５＞と同様の式＜１９＞に、ステップＳＴ１６において算出された開度ＥＶｄｃ及びステップＳＴ１８において算出された開度ＥＶＦＦｃを代入することによって、下流側膨張弁（暖房運転時における第１膨張弁２４、又は、冷房運転時における第２膨張弁２６）の運転容量変化後の開度ＥＶｄｃが算出されるようになっている。

１／ＥＶＦＦｃ ＝ １／ＥＶｕｃ ＋１／ＥＶｄｃ ・・・＜１９＞
次に、ステップＳＴ２０において、フィードフォワード制御部８３の開度変更部８３ｂは、２つの膨張弁２４、２６の開度を、ステップＳＴ１６及びステップＳＴ１９において算出された開度ＥＶｕｃ、ＥＶｄｃに変更する制御を行う。

そして、再び、ステップＳＴ１１の処理に戻り、圧縮機２１及び／又は室外ファン３６の運転容量を変化させる毎に、上記のステップＳＴ１２〜ＳＴ２０の処理が行われる。このようにして、２つの膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御が行われる。

本変形例にかかる２つの膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御においても、上述の２つの膨張弁２４、２６のフィードフォワード制御（図４参照）と同様に、中間圧Ｐｍを検出するためのセンサを設けることなく、上流側膨張弁及び下流側膨張弁を通過する冷媒循環量の変化を予測して、上流側膨張弁及び下流側膨張弁のフィードフォワード制御を行うことができる。そして、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度の制御追従性を向上させることができる。

また、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度制御として、上述のフィードフォワード制御（図５参照）とともに、過冷却度や過熱度に基づくフィードバック制御を行うことで、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量が変化する際に、上流側膨張弁及び下流側膨張弁の開度を、フィードフォワード制御によって、圧縮機２１や室外ファン３６の運転容量の変化後の最適な開度に予め近づけた後に、フィードバック制御によって、最適な開度に一致させることができる。

本発明は、上流側膨張弁及び下流側膨張弁によって圧縮機から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒の循環を行う空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
２４ 第１膨張弁（上流側膨張弁、下流側膨張弁）
２６ 第２膨張弁（下流側膨張弁、上流側膨張弁）
３６ 室外ファン
４１ 室内熱交換器

特開平１０−１３２３９３号公報 特開２００３−１０６６８３号公報

Claims (2)

1. 圧縮機（２１）、室外熱交換器（２３）、上流側膨張弁（２４、２６）、下流側膨張弁（２６、２４）、室内熱交換器（４１）が接続されることによって構成されており前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁によって前記圧縮機から吐出された高圧の冷媒を中間圧、低圧の順に２段階で膨張させつつ冷媒の循環を行う冷媒回路（１０）と、前記室外熱交換器に冷却源又は加熱源となる室外空気を供給する室外ファン（３６）とを有する空気調和装置において、
   前記圧縮機の運転容量、及び／又は、前記室外ファンの運転容量を変化させる際に、前記圧縮機、及び／又は、前記室外ファンの運転容量を変化させる直前である運転容量変化前における前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁の開度を合算した前記運転容量変化前の仮想合算開度を算出し、
   前記算出された運転容量変化前の仮想合算開度から、前記運転容量変化前に前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁を通過する前記運転容量変化前の冷媒循環量を算出し、
   前記圧縮機の運転容量、及び／又は、前記室外ファンの運転容量を変化させた前後において前記高圧から前記中間圧を差し引いた高圧側圧力差が一定であるという関係に基づく予測条件にて、前記算出された運転容量変化前の冷媒循環量から、前記圧縮機の運転容量、及び／又は、前記室外ファンの運転容量を変化させた直後である運転容量変化後における前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁を通過する前記運転容量変化後の冷媒循環量を算出し、
   前記算出された運転容量変化後の冷媒循環量から、前記運転容量変化後の前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁の開度を合算した前記運転容量変化後の仮想合算開度を算出し、
   前記算出された運転容量変化後の仮想合算開度から、前記運転容量変化後の前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁の開度を算出し、
   前記圧縮機の運転容量、及び／又は、前記室外ファンの運転容量を変化させた際に、前記算出された前記運転容量変化後の前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁の開度になるように前記上流側膨張弁及び前記下流側膨張弁の開度を変化させる制御を行う、
   空気調和装置（１）。
2. 前記上流側膨張弁（２４、２６）は、前記室外熱交換器（２３）及び前記室内熱交換器（４１）のうち冷媒の放熱器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が所定の目標過冷却度になるように開度制御され、
   前記下流側膨張弁（２６、２４）は、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器のうち冷媒の蒸発器として機能する熱交換器の出口における冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように開度制御される、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。

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