JP6400223B2

JP6400223B2 - 空気調和機および空気調和機の制御方法

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Publication number: JP6400223B2
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Inventors: 和典是永
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Description

本発明は空気調和機および空気調和機の制御方法に関し、特に冷房運転時の膨張装置の制御に関するものである。

一般的な空気調和機の冷房運転時において、延長配管が長いような場合、または室内ユニットが室外ユニットよりも高い位置に設置されるような場合、室内ユニットの主膨張装置に液単相の冷媒を流すことが困難となる。そして、液単相の冷媒を流せなくなると、主膨張装置から異常音が発生しやすくなり、また、室内ユニットを複数台接続した場合は分配が悪くなるといった懸念がある。

そこで、このような設置状態に備えて、室外ユニットの凝縮器と室内ユニットの主膨張装置との間に、高圧冷媒と中圧冷媒とを熱交換する過冷却熱交換器を配し、さらに過冷却熱交換器の中圧側冷媒流量を調節するためのバイパス膨張装置をバイパス回路に配する冷媒回路構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１のような冷媒回路構成とすることにより、室外ユニットの凝縮器からある程度のサブクールをつけられて流出した液冷媒は、この場所で中間圧冷媒との熱交換を行うことによりさらにサブクールがつき、その状態で室外ユニットの出口から液側延長配管へと流出するため、室内ユニットの主膨張装置に液単相での冷媒を流しやすくできる。

特開２０１３−２７４４号公報

特許文献１のような従来の空気調和機の冷房運転時において、主膨張装置は、凝縮器の出口側における冷媒のサブクール（以下、凝縮器出口サブクールと称する）ＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとなるように制御される。また、バイパス膨張装置は、室外ユニットの出口側、つまり、過冷却熱交換器の出口側における冷媒のサブクール（以下、室外ユニット出口サブクール）ＳＣ＿ｏｕｔがサブクールの目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとなるように制御される。

ここで、特許文献１のような冷媒回路構成では、主膨張装置とバイパス膨張装置とは並列に接続されているため、主冷媒回路の絞り量は、実質、主膨張装置の現在開度Ａ’とバイパス膨張装置の現在開度Ｂ’との合計で決まる。凝縮器出口サブクールは、主膨張装置を閉じることで増加し、開くことで減少する。一方、室外ユニット出口サブクールは、バイパス膨張装置を開くことで増加し、閉じることで減少する。

凝縮器出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘより小さくなると、凝縮器出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘを大きくするため、主膨張装置の目標開度Ａ_０＝Ａ_０’＋ΔＳ１は現在開度Ａ_０’より小さい値となる。ここで、ΔＳ１は、主膨張装置を単独で凝縮器出口サブクールの目標値ＳＣｍ−ｈｅｘに追従するために必要な補正量であり、凝縮器出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差、ＳＣ＿ｈｅｘ−ＳＣｍ＿ｈｅｘから求められる補正量である。

凝縮器出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘが小さくなると、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔも連動して小さくなるが、このとき、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔを大きくするため、バイパス膨張装置の目標開度Ｂ_０＝Ｂ_０’＋ΔＳ２は現在開度Ｂ’よりも大きい値となる。ここで、ΔＳ２は、バイパス膨張装置が室外ユニット出口サブクールの目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔに追従するために必要な補正量であり、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差、ＳＣｍ＿ｏｕｔ−ＳＣ＿ｏｕｔから求められる補正量である。

前述のとおり、主冷媒回路の絞り量は、主膨張装置の現在開度Ａ_０’とバイパス膨張装置の現在開度Ｂ_０’との合計で決まるため、補正量が|ΔＳ１|＜|ΔＳ２|の場合には凝縮器出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘを減らしてしまうことになり、また、場合によっては室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔの量も増加しない状況となる。この状況が続くと制御の収束性が落ち、結果的に室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔがつかなくなるという問題が発生する。

そこで、この状況が発生するのを防ぐため、バイパス膨張装置を、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔがその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとなるように制御する代わりに、中圧側配管の出口側のスーパーヒート量または温度で制御することが考えられる。しかし、室外ユニット出口サブクールが不明確になるため、運転状態によっては前記サブクール不足による分配悪化、または前記サブクール過多による主膨張装置からの異音発生、などを引き起こすことが考えられる。加えて、過冷却熱交換器の中圧側配管出口に圧力検知装置および温度検知装置を追加することが必要なため、コスト増加の要因となる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、コスト増加を抑制しつつ、室外ユニットの出口側における冷媒のサブクールを適切に保つことができる空気調和機および空気調和機の制御方法を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和機は、凝縮器、および、過冷却熱交換器を有する室外ユニットと、蒸発器を有する室内ユニットと、圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却熱交換器、主膨張装置、および、前記蒸発器が環状に接続された主冷媒回路と、前記凝縮器と前記主膨張装置との間で前記主冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記主冷媒回路に接続したバイパス回路と、前記バイパス回路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張装置と、前記主膨張装置および前記バイパス膨張装置を制御する制御装置と、を備え、前記主膨張装置の目標開度Ａは、現在時刻における前記主膨張装置の開度をＡ’、前記凝縮器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差から求められる補正量をΔＳ１、前記過冷却熱交換器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差から求められる補正量をΔＳ２とすると、Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２で求められるものであり、前記バイパス膨張装置の目標開度Ｂは、現在時刻における前記バイパス膨張装置の開度をＢ’とすると、Ｂ＝Ｂ’＋ΔＳ２で求められるものであり、前記制御装置は、前記目標開度Ｂを求め、前記Ｂ’が前記目標開度Ｂとなるように前記バイパス膨張装置を動作させた後、前記目標開度Ａを求め、前記Ａ’が前記目標開度Ａとなるように前記主膨張装置を動作させるものである。

本発明に係る空気調和機によれば、目標開度ＢをＢ＝Ｂ’＋ΔＳ２により求め、Ｂ’が目標開度Ｂとなるようにバイパス膨張装置を動作させ、その後、目標開度ＡをＡ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２により求め、Ａ’が目標開度Ａとなるように主膨張装置を動作させる。そうすることにより、凝縮器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｈｅｘを適切な値に保つことができるため、室外ユニットの出口側、つまり、過冷却熱交換器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｏｕｔを適切な値に保つことができ、主膨張装置およびバイパス膨張装置の制御の安定性を向上させることができる。また、過冷却熱交換器の中圧側配管出口のスーパーヒートおよび温度でこれを実現しないため、過冷却熱交換器の中圧側配管出口に圧力検知装置および温度検知装置を配することなくコスト増加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冷媒回路構成図である。従来の空気調和機のバイパス膨張装置が閉じている場合におけるモリエル線図である。従来の空気調和機のバイパス膨張装置が開いている場合におけるモリエル線図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機のバイパス膨張装置が開いている場合におけるモリエル線図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の制御フロー図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。本発明の実施の形態４に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

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冷媒回路構成図である。
本実施の形態１に係る空気調和機は、図１に示すように、室外ユニット７と室内ユニット１３とを備え、それらは液側延長配管８およびガス側延長配管９で接続されている。
室外ユニット７は、圧縮機１、四方弁２、送風機４を有する室外熱交換器３、過冷却熱交換器１８、バイパス膨張装置１９、液側延長配管接続バルブ５、ガス側延長配管接続バルブ６、アキュムレータ２０、および、室外制御装置１６を備えている。また、室内ユニット１３は、主膨張装置１０、送風機１２を有する室内熱交換器１１、および、室内制御装置１７を備えている。

なお、室外熱交換器３は、本発明の「凝縮器」に相当し、室内熱交換器１１は、本発明の「蒸発器」に相当する。

また、空気調和機の冷媒回路は、主冷媒回路３０とバイパス回路４０とを備えている。
主冷媒回路３０は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、過冷却熱交換器１８、主膨張装置１０、室内熱交換器１１、および、アキュムレータ２０が環状に接続されて構成されている。

バイパス回路４０は、室外熱交換器３と主膨張装置１０との間で主冷媒回路３０から分岐し、過冷却熱交換器１８を経由して、室内熱交換器１１と、圧縮機１の吸入側すなわちアキュムレータ２０の吸入側との間の主冷媒回路３０に接続されて構成されている。

バイパス回路４０には、過冷却熱交換器１８よりも上流側にバイパス膨張装置１９が設けられている。

また、空気調和機の冷媒回路において、圧縮機１と四方弁２とを接続する配管、つまり、圧縮機１の吐出側には圧力検知装置１４が設けられており、室外熱交換器３と過冷却熱交換器１８とを接続する配管、つまり、冷房時における室外熱交換器３の出口側には第一温度検知装置１５が設けられており、過冷却熱交換器１８と主膨張装置１０とを接続する配管、つまり、冷房時における過冷却熱交換器１８の出口側には第二温度検知装置２１が設けられている。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。なお、圧縮機１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して構成することができる。

四方弁２は、四つのポートを有し、冷媒の流れの方向を切り換えるための流路切換装置である。なお、流路切換装置として、四方弁２に代えて二方弁や三方弁を組み合わせて用いてもよい。

室外熱交換器３および室内熱交換器１１は、蒸発器または凝縮器として機能し、送風機４または送風機１２から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。
なお、室外熱交換器３および室内熱交換器１１は、送風機４または送風機１２から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、クロスフィンチューブ式、クロスフロー式などの各種タイプを利用して構成することができる。

主膨張装置１０およびバイパス膨張装置１９は、減圧弁または膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。本実施の形態１では、主膨張装置１０およびバイパス膨張装置１９は、開度が可変に制御可能であり緻密な流量制御が可能な電子式膨張弁で構成されているものとする。

過冷却熱交換器１８は、冷房運転時に室外熱交換器３において凝縮した冷媒をバイパス膨張装置１９において減圧された冷媒と熱交換させることによって冷却するものである。本実施の形態１では、過冷却熱交換器１８は、二重管式で構成されているものとするが、プレート式などで構成してもよい。

アキュムレータ２０は、圧縮機１の吸入側に配置され、過剰な冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレータ２０は、過剰な冷媒を貯留することができる容器であればよい。

圧力検知装置１４は、圧縮機１から吐出された高圧冷媒の圧力Ｐｄ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ］を検知するものである。圧力検知装置１４で検知された圧力Ｐｄの情報は、空気調和機の動作を統括制御する室外制御装置１６に送られ、空気調和機を構成している各種アクチュエータ、つまり、空気調和機を構成している駆動部品の制御に利用されることになる。

第一温度検知装置１５は、冷房時において室外熱交換器３から流出した冷媒の温度Ｔｃｏｕｔ［℃］を検知するものである。第一温度検知装置１５で検知された温度Ｔｃｏｕｔの情報は、空気調和機の動作を統括制御する室外制御装置１６に送られ、空気調和機を構成している各アクチュエータの制御に利用されることになる。

第二温度検知装置２１は、冷房時において過冷却熱交換器１８から流出した冷媒の温度Ｔｏｕｔ［℃］を検知するものである。第二温度検知装置２１で検知された温度Ｔｏｕｔの情報は、空気調和機の動作を統括制御する室外制御装置１６に送られ、空気調和機を構成している各アクチュエータの制御に利用されることになる。

室外制御装置１６は、圧縮機１の駆動周波数、送風機４の回転数、四方弁２の切り換え、バイパス膨張装置１９の開度など、各種アクチュエータの動作を制御するものである。室外制御装置１６はマイコンなどで構成されており、圧力検知装置１４、第一温度検知装置１５、および、第二温度検知装置２１の各種検知装置から検知情報を受け取り、その検知情報に基づいて各種アクチュエータの動作を制御する。なお、室外制御装置１６は、圧力検知装置１４で検知した圧力Ｐｄから、高圧飽和温度Ｃｔ［℃］を求めることができる。

室内制御装置１７は、室外制御装置１６と通信を行い、各種アクチュエータおよび各種検知装置の情報を相互共有し、主膨張装置１０の開度および送風機１２の回転数の制御を行うものである。室内制御装置１７も室外制御装置１６と同様に、マイコンなどで構成されている。

なお、本実施の形態１に係る空気調和機では、室外制御装置１６および室内制御装置１７を備えた構成としたが、それらの両方の機能を備えた制御装置を一つ備えた構成としてもよい。
また、室外制御装置１６および室内制御装置１７は、本発明の「制御装置」に相当する。

次に、本実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１により圧縮された高圧蒸気冷媒は、四方弁２を通って凝縮器として機能する室外熱交換器３に流入し、室外熱交換器３により凝縮されて高圧気液二相冷媒となり、過冷却熱交換器１８に流入する。その気液二相冷媒は、過冷却熱交換器１８内でバイパス膨張装置１９を出た中間圧気液二相冷媒で冷却され、高圧の過冷却液の状態となって主膨張装置１０に流入する。その高圧の過冷却液冷媒は、主膨張装置１０内で減圧され、低圧気液二相冷媒となって蒸発器として機能する室内熱交換器１１に流入し、空気と熱交換されて蒸発し、低圧蒸気冷媒となる。その低圧蒸気冷媒は、アキュムレータ２０を通って圧縮機１に吸入され、再び圧縮される。

また、過冷却熱交換器１８を出た高圧過冷却液冷媒の一部は、バイパス膨張装置１９により減圧されて低圧となった後、過冷却熱交換器１８に流入し、室外熱交換器３からの高圧気液二相冷媒と熱交換する。その後、低圧の冷媒は、バイパス回路４０を通って室内熱交換器１１から流出した低圧蒸気冷媒と合流後、アキュムレータ２０を通って圧縮機１に吸入され、再び圧縮される。

次に、本実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の主膨張装置１０およびバイパス膨張装置１９の制御方法について説明する。
主膨張装置１０は、Ｃｔ−Ｔｃｏｕｔで求めることができる室外熱交換器３の出口側における冷媒のサブクール（以下、室外熱交出口サブクールと称する）ＳＣ＿ｈｅｘ[ｄｅｇ]が、そのサブクールの目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘ[ｄｅｇ]に近づくよう開閉動作を行う。

室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差から室内制御装置１７によって主膨張装置１０の目標開度Ａを決定し、目標開度Ａとなるように主膨張装置１０の開閉動作を行う。
室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘの値より大きい場合は、主膨張装置１０の目標開度Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２において、ΔＳ１が正の値に設定される。

ここで、Ａ’は現在時刻における主膨張装置１０の開度（以下、現在開度Ａ’と称する）である。ΔＳ１は主膨張装置１０を単独で室外熱交出口サブクールの目標値ＳＣｍ−ｈｅｘに追従するために必要な補正量であり、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差、ＳＣ＿ｈｅｘ−ＳＣｍ＿ｈｅｘから求められる補正量である（以下、第一補正量と称する）。

ΔＳ２はバイパス膨張装置１９が室外ユニット７の出口側、つまり、過冷却熱交換器１８の出口側における冷媒のサブクールの目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔに追従するために必要な補正量であり、室外ユニット７の出口側、つまり、過冷却熱交換器１８の出口側における冷媒のサブクール（以下、室外ユニット出口サブクールと称する）ＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差、ＳＣｍ＿ｏｕｔ−ＳＣ＿ｏｕｔから求められる補正量である（以下、第二補正量と称する）。

また、逆の場合、つまり、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘの値より小さい場合は、第一補正量ΔＳ１が負の値に設定される。ただし、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘは開度安定域をもっており、開度安定域［ＳＣｍ＿ｈｅｘ−ｂ１≦ＳＣ＿ｈｅｘ≦ＳＣｍ＿ｈｅｘ＋ｂ２］の範囲内である場合は、主膨張装置１０の動作を行わないようにする。ここで、ｂ１は定数であり、ＳＣｍ＿ｈｅｘ−ｂ１はＳＣ＿ｈｅｘの開度安定域の下限値であり、ｂ２は定数であり、ＳＣｍ＿ｈｅｘ＋ｂ２はＳＣ＿ｈｅｘの開度安定域の上限値である。

バイパス膨張装置１９は、Ｃｔ−Ｔｏｕｔで求めることができる室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔ[ｄｅｇ]が、そのサブクールの目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔ[ｄｅｇ]に近づくよう開閉動作を行う。

室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差から室外制御装置１６によってバイパス膨張装置１９の目標開度Ｂを決定し、目標開度Ｂとなるようにバイパス膨張装置１９の開閉動作を行う。
室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔがその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔの値より大きい場合は、バイパス膨張装置１９の目標開度Ｂ＝Ｂ’＋ΔＳ２において、第二補正量ΔＳ２が負の値に設定される。ここで、Ｂ’は現在時刻におけるバイパス膨張装置１９の開度（以下、現在開度Ｂ’と称する）である。

また、逆の場合、つまり、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔがその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔの値より小さい場合は、第二補正量ΔＳ２は正の値に設定される。ただし、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘと同様に室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔは開度安定域をもっており、開度安定域［ＳＣｍ＿ｏｕｔ−ａ１≦ＳＣ＿ｏｕｔ≦ＳＣｍ＿ｏｕｔ＋ａ２］の範囲内である場合は、バイパス膨張装置１９の動作を行わないようにする。ここで、ａ１は定数であり、ＳＣｍ＿ｏｕｔ−ａ１はＳＣ＿ｏｕｔの開度安定域の下限値であり、ａ２は定数であり、ＳＣｍ＿ｏｕｔ＋ａ２はＳＣ＿ｏｕｔの開度安定域の上限値である。

図２は、従来の空気調和機のバイパス膨張装置が閉じている場合におけるモリエル線図であり、図３は、従来の空気調和機のバイパス膨張装置が開いている場合におけるモリエル線図である。なお、従来の空気調和機の冷媒回路は、図１に示す実施の形態１と同様とする。
ここで、主膨張装置とバイパス膨張装置とは並列に配置されているため、バイパス膨張装置が開いている状態で室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔを制御する場合は、主冷媒回路の絞り量は、主膨張装置１０の現在開度Ａ_０’だけでなく、バイパス膨張装置の現在開度Ｂ_０’との合計で決まる。

この場合、主膨張装置のみが開いている状態、つまり、バイパス膨張装置が閉じている状態よりもバイパス膨張装置が開いている状態の方が、主冷媒回路の絞りが緩い状態、または、主冷媒回路を流れる冷媒が少ない状態となる。そのため、図２に示すバイパス膨張装置が閉じている場合に比べ、図３に示すバイパス膨張装置が開いている場合の方が室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘの値が小さくなる。

室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘの値が小さくなると、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔの値も小さくなることになる。そのため、主膨張装置の目標開度Ａ_０（＝Ａ_０’＋ΔＳ１）は現在開度Ａ_０’よりも小さくする必要があるため、Ａ_０＜Ａ_０’(ΔＳ１＜０)となる。そして、バイパス膨張装置の目標開度Ｂ_０（＝Ｂ_０’＋ΔＳ２）は現在開度Ｂ_０’よりも大きくする必要があるため、Ｂ_０＞Ｂ_０’(ΔＳ２＞０)となる。しかし、主冷媒回路の絞り量は、主膨張装置の現在開度Ａ_０’とバイパス膨張装置の現在開度Ｂ_０’との合計で決まるため、補正量が|ΔＳ１|＜|ΔＳ２|の場合には室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘが小さくなってしまうことになり、場合によっては室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔも大きくならない状況となる。この状況が続くと制御の収束性が落ち、結果的に室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔを小さくしてしまうことになり、前述した問題の発生リスクが増えてしまう。

図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機のバイパス膨張装置１９が開いている場合におけるモリエル線図である
そこで、本実施の形態１では、冷房運転時の主膨張装置１０の目標開度Ａを、Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２という計算式から求める。つまり、前記計算式では第二補正量ΔＳ２を減じた形としている。そのため、バイパス膨張装置１９の開閉によって主冷媒回路３０を流れる冷媒量が増減すると、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘも増減するが、冷媒量の増減を考慮して目標開度Ａを求めることができ、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘの増減を抑制することができる。また、実質的に主冷媒回路３０の絞り量は、あくまで主膨張装置１０の絞り量のみと考えることができる。そのため、バイパス膨張装置１９の開度が大きくなることによる室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔの低下および収束性悪化の問題を解消することができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の制御フロー図である。
以下、本実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の制御フローについて、図５を用いて説明する。

まず、室内ユニット１３側からの冷房運転指令が届いたら室外制御装置１６は、冷房運転を開始し（Ｓ１００）、圧縮機１の運転を開始し（Ｓ１０１）、冷房運転を起動する。起動直後は、室内制御装置１７は主膨張装置１０を、室外制御装置１６はバイパス膨張装置１９をそれぞれ一定の開度に固定し（Ｓ１０２）、冷凍サイクル状態の安定を待つ（Ｓ１０３）。

主膨張装置１０およびバイパス膨張装置１９について、一定時間ｔ１を経過して冷凍サイクル状態が安定した後（Ｓ１０３のＹＥＳ）、室外熱交出口サブクールの目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘおよび室外ユニット出口サブクールの目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔへの追従制御を開始する。

まず、バイパス膨張装置１９について、室外制御装置１６は、ＳＣｍ＿ｏｕｔ−ａ１≦ＳＣ＿ｏｕｔ≦ＳＣｍ＿ｏｕｔ＋ａ２の開度安定域判定を実施し（Ｓ１０４）、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔがこの開度安定域を逸脱している場合、つまり開度安定域の範囲外である場合は（Ｓ１０４のＮＯ）、Ｂ＝Ｂ’＋ΔＳ２にて目標開度Ｂを設定し（Ｓ１０５）、バイパス膨張装置１９を動作させる。そうすることで、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔをその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔの値に近づける。一方、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔが開度安定域の範囲内である場合は（Ｓ１０４のＹＥＳ）、バイパス膨張装置１９の動作を行わないようにする。

次に、主膨張装置１０について、室内制御装置１７は、ＳＣｍ＿ｈｅｘ−ｂ１≦ＳＣ＿ｈｅｘ≦ＳＣｍ＿ｈｅｘ＋ｂ２の開度安定域判定を実施し（Ｓ１０６）、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがこの開度安定域を逸脱している場合、つまり開度安定域の範囲外である場合は（Ｓ１０６のＮＯ）、Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２にて目標開度Ａを設定し（Ｓ１０７）、主膨張装置１０を動作させる。そうすることで、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘをその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘの値に近づける。一方、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘが開度安定域の範囲内である場合は（Ｓ１０６のＹＥＳ）、主膨張装置１０の動作を行わないようにする。

上記（Ｓ１０４）〜（Ｓ１０７）の動作を一定時間ｔ２間隔（Ｓ１０９のＹＥＳ）で運転指令が継続されなくなるまで（Ｓ１０８のＮＯ）繰り返すことで、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘ、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔの値をそれらの目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘ、ＳＣｍ＿ｏｕｔに追従させていく。

このようにバイパス膨張装置１９を制御することで、過不足なく室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔの値を確保することが可能になり、冷房時の主膨張装置１０からの異常音などの改善に寄与する。

以上より、本実施の形態１に係る空気調和機によれば、目標開度ＢをＢ＝Ｂ’＋ΔＳ２により求め、現在開度Ｂ’が目標開度Ｂとなるようにバイパス膨張装置１９を動作させ、その後、目標開度ＡをＡ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２により求め、現在開度Ａ’が目標開度Ａとなるように主膨張装置１０を動作させる。そうすることにより、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘを適切な値に保つことができるため、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔを適切な値に保つことができ、主膨張装置１０およびバイパス膨張装置１９の制御の安定性を向上させることができる。

加えて、室外ユニット７の出口側、つまり、過冷却熱交換器１８の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｏｕｔの値そのものをバイパス膨張装置１９の制御目標とすることができるので、室外ユニット出口サブクールＳＣ＿ｏｕｔ不足または過多を引き起こすことなくバイパス膨張装置１９を制御することができる。

また、過冷却熱交換器１８の中圧側配管出口のスーパーヒートおよび温度でこれを実現しないため、過冷却熱交換器１８の中圧側配管出口に圧力検知装置および温度検知装置を配することなくコスト増加を抑制することができる。

実施の形態２．
以下、本実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。

本実施の形態２では、実施の形態１のように主膨張装置１０を室内ユニット１３が備えていない。本実施の形態２では、図６に示すように、室外ユニット７および室内ユニット１３とは別体として設けられた膨張装置格納ユニット２６が主膨張装置２４を備えている。そして、主膨張装置２４を用いて、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘの値に近づくように開度の制御を行う。室外ユニット７と膨張装置格納ユニット２６とは液延長配管２２で接続されており、室内ユニット１３と膨張装置格納ユニット２６とは液延長配管２３で接続されている。また、膨張装置格納ユニット２６も格納ユニット制御装置２５を備えており、室外制御装置１６および室内制御装置１７と通信を行い、各種アクチュエータおよび各種検知装置の情報を相互共有し、主膨張装置２４の開度の制御を行うものである。
なお、その他の構成については実施の形態１と同様である。
本実施の形態２に係る空気調和機によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
以下、本実施の形態３について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図７は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。

本実施の形態３では、実施の形態１のように主膨張装置１０を室内ユニット１３が備えておらず、また、実施の形態２のように膨張装置格納ユニット２６も冷媒回路構成に含まれていない。本実施の形態３では、図７に示すように、室外ユニット７が主膨張装置２７を備えており、主膨張装置２７は、過冷却熱交換器１８と液側延長配管接続バルブ５との間に設けられている。そして、室外制御装置１６は、室外熱交出口サブクールＳＣ＿ｈｅｘがその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘの値に近づくように主膨張装置２７を用いて開度の制御を行う。
なお、その他の構成については実施の形態１と同様である。
本実施の形態３に係る空気調和機によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
以下、本実施の形態４について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図８は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。

本実施の形態４では、図１に示す実施の形態１の冷媒回路構成に加え、複数台の室内ユニット１３−１〜１３−ｎが室外ユニット７に対してそれぞれ並列に接続されている。なお、各室内ユニット１３−１〜１３−ｎは、主膨張装置１０−１〜１０−ｎ、送風機１２−１〜１２−ｎを有する室内熱交換器１１−１〜１１−ｎ、および、室内制御装置１７−１〜１７−ｎを備えており、それぞれ同様の構成である。
このような冷媒回路構成においても、実施の形態１と同様の方法で主膨張装置１０−１〜１０−ｎおよびバイパス膨張装置１９の制御が可能である。
なお、その他の構成については実施の形態１と同様である。
本実施の形態４に係る空気調和機によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

１圧縮機、２四方弁、３室外熱交換器、４送風機、５液側延長配管接続バルブ、６ガス側延長配管接続バルブ、７室外ユニット、８液側延長配管、９ガス側延長配管、１０主膨張装置、１０−１〜１０−ｎ主膨張装置、１１室内熱交換器、１１−１〜１１−ｎ室内熱交換器、１２送風機、１２−１〜１２−ｎ送風機、１３室内ユニット、１３−１〜１３−ｎ室内ユニット、１４圧力検知装置、１５第一温度検知装置、１６室外制御装置、１７室内制御装置、１７−１〜１７−ｎ室内制御装置、１８過冷却熱交換器、１９バイパス膨張装置、２０アキュムレータ、２１第二温度検知装置、２２液延長配管、２３液延長配管、２４主膨張装置、２５格納ユニット制御装置、２６膨張装置格納ユニット、２７主膨張装置、３０主冷媒回路、４０バイパス回路。

Claims

凝縮器、および、過冷却熱交換器を有する室外ユニットと、
蒸発器を有する室内ユニットと、
圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却熱交換器、主膨張装置、および、前記蒸発器が環状に接続された主冷媒回路と、
前記凝縮器と前記主膨張装置との間で前記主冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記主冷媒回路に接続したバイパス回路と、
前記バイパス回路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張装置と、
前記主膨張装置および前記バイパス膨張装置を制御する制御装置と、を備え、
前記主膨張装置の目標開度Ａは、
現在時刻における前記主膨張装置の開度をＡ’、前記凝縮器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差から求められる補正量をΔＳ１、前記過冷却熱交換器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差から求められる補正量をΔＳ２とすると、
Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２で求められるものであり、
前記バイパス膨張装置の目標開度Ｂは、
現在時刻における前記バイパス膨張装置の開度をＢ’とすると、
Ｂ＝Ｂ’＋ΔＳ２で求められるものであり、
前記制御装置は、
前記目標開度Ｂを求め、前記Ｂ’が前記目標開度Ｂとなるように前記バイパス膨張装置を動作させた後、
前記目標開度Ａを求め、前記Ａ’が前記目標開度Ａとなるように前記主膨張装置を動作させるものである
空気調和機。
前記制御装置は、
ＳＣ＿ｏｕｔが、ＳＣｍ＿ｏｕｔと定数とにより求められる開度安定域の範囲外である場合は、前記目標開度Ｂを求め、前記Ｂ’が前記目標開度Ｂとなるように前記バイパス膨張装置を動作させるものであり、
ＳＣ＿ｈｅｘが、ＳＣｍ＿ｈｅｘと定数とにより求められる開度安定域の範囲外である場合は、前記目標開度Ａを求め、前記Ａ’が前記目標開度Ａとなるように前記主膨張装置を動作させるものである
請求項１に記載の空気調和機。
前記制御装置は、
前記目標開度Ｂを求め、前記Ｂ’が前記目標開度Ｂとなるように前記バイパス膨張装置を動作させた後、
前記目標開度Ａを求め、前記Ａ’が前記目標開度Ａとなるように前記主膨張装置を動作させる動作を繰り返すものである
請求項１または２に記載の空気調和機。
前記主膨張装置は前記室内ユニットが備えている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記過冷却熱交換器の出口側と前記蒸発器の入口側との間に、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットとは別体の主膨張装置格納キットを備えており、
前記主膨張装置は前記主膨張装置格納キットが備えている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記主膨張装置は室外ユニットが備えている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記室内ユニットを複数有し、
前記室内ユニットは、前記室外ユニットに対してそれぞれ並列に接続されている
請求項４に記載の空気調和機。
凝縮器、および、過冷却熱交換器を有する室外ユニットと、
蒸発器を有する室内ユニットと、
圧縮機、前記凝縮器、前記過冷却熱交換器、主膨張装置、および、前記蒸発器が環状に接続された主冷媒回路と、
前記凝縮器と前記主膨張装置との間で前記主冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記主冷媒回路に接続したバイパス回路と、
前記バイパス回路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張装置と、を備えた空気調和機において、
前記主膨張装置の目標開度Ａは、
現在時刻における前記主膨張装置の開度をＡ’、前記凝縮器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｈｅｘとその目標値ＳＣｍ＿ｈｅｘとの差から求められる補正量をΔＳ１、前記過冷却熱交換器の出口側における冷媒のサブクールＳＣ＿ｏｕｔとその目標値ＳＣｍ＿ｏｕｔとの差から求められる補正量をΔＳ２とすると、
Ａ＝Ａ’＋ΔＳ１−ΔＳ２で求められるものであり、
前記バイパス膨張装置の目標開度Ｂは、
現在時刻における前記バイパス膨張装置の開度をＢ’とすると、
Ｂ＝Ｂ’＋ΔＳ２で求められるものであり、
前記目標開度Ｂを求め、前記Ｂ’が前記目標開度Ｂとなるように前記バイパス膨張装置を動作させた後、
前記目標開度Ａを求め、前記Ａ’が前記目標開度Ａとなるように前記主膨張装置を動作させる
空気調和機の制御方法。