JP6559361B2

JP6559361B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6559361B2
Application number: JP2018537908A
Authority: JP
Inventors: 孝太森本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2036-09-06
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Description

本発明は、低外気条件下における室外ファンの制御を行う冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の空気調和機においては、低外気での冷房運転時では室内機の熱交換器の温度が凍結する寸前の温度となる。このような状態になるのを防止するために、室内機の熱交換器の温度が設定温度まで下がると圧縮機を停止し、熱交換器の温度が一定の温度に到達すると再度圧縮機を運転させるといった断続運転を行う制御がある。このような制御では、高圧側圧力（凝縮器圧力）が低くなり、かつ断続運転を続けるため圧縮機シェル温度も高くなりにくいため、圧縮機シェル温度と凝縮器圧力から計算した飽和温度との差である吐出過熱度を確保することができない場合がある。

吐出過熱度を確保するための対策として、室外ファンの風量を低下させることで高圧側圧力を上昇させ吐出過熱度を確保する方法がある。しかしながら、室外ファンの下限使用回転数には制約があり、室外ファン風量を十分に低下させることができない場合がある。

そこで、室外ファンを、常に回転させる連続運転からある一定の間隔で断続させる断続運転に切り替えることで、室外ファンの風量を低下させ、高圧側圧力を上昇させて吐出過熱度を確保する空気調和機がある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、安価な単一速度の誘導モータを用いて、ブラシレスＤＣモータに匹敵する高効率かつ安定した運転を図った空気調和機が開示されている。特許文献１では、外気温度と圧縮機の回転数とから室外ファンの想定回転数が算出され、算出された想定回転数と、予めテーブルとして記憶された室外ファン回転数のＯＮ／ＯＦＦ時間の固定値とを参照して室外ファンを制御する技術が提案されている。

特開２００６−１６２２１４号公報

しかしながら、特許文献１のようにテーブルにＯＮ／ＯＦＦ時間の固定値を記憶させた制御方法では、例えばマルチスプリットタイプのように室内機の運転容量が変化する場合もしくは外気温度が変化する場合に、高圧側圧力値を目標値に合わせることが困難である。そのため、高圧側圧力が目標値を下回り、吐出過熱度が確保できない場合がある。またＯＮ／ＯＦＦ時間の固定値を使って断続運転がなされるので、高圧側圧力が上昇し過ぎてしまい、圧縮機入力が増大して運転効率が悪くなる場合がある。

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、吐出過熱度を確保しつつ圧縮機の運転効率の低下を防ぐ冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と流路切替装置と室外熱交換器と減圧装置と室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側に設けられ、冷媒の高圧側圧力を検出する高圧側圧力センサと、前記室外熱交換器に空気を供給する室外ファンと、前記室外ファンを駆動するファン駆動部と、前記ファン駆動部の回転数を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記高圧側圧力センサにより検出された前記高圧側圧力に基づいて、設定時間経過後の高圧側圧力の予測値を予測する圧力予測手段と、前記ファン駆動部が設定下限値の回転数で動作しており、且つ検出された前記高圧側圧力が目標値未満である場合に、前記圧力予測手段により予測された予測値が前記目標値になるように前記室外ファンが駆動するオン時間と前記室外ファンが停止するオフ時間とを設定して断続運転を行うように前記ファン駆動部を制御するファン断続制御手段と、を備える。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、冷房運転中の室外ファンの回転数が設定下限値になり高圧側圧力が目標値未満である場合に、オン時間とオフ時間を可変させることで断続運転がなされる。断続運転では、高圧側圧力の予測値が目標値となるように室外ファンのオン時間とオフ時間とが設定されるので、冷凍サイクル装置は、室外ファンの風量を最適な風量に低下させることができ、圧縮機の運転効率の低下を防ぐとともに吐出過熱度を確保できる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を搭載した空気調和機の冷媒循環経路図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る制御装置が行う圧力予測を説明するための時刻と圧力との関係図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外ファンの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る制御装置の制御動作を説明するための時刻と高圧側圧力値と室外ファン回転数との関係図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の室外ファンの動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
＜空気調和機の全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を搭載した空気調和機の冷媒循環経路図である。図１に示されるように、空気調和機は、室内機２１及び室外機２２で構成される。

室外機２２は、圧縮機１、流路切替装置３、室外熱交換器４、第１静止弁５、第２静止弁６を有し、これらが冷媒配管によって接続された構成を有している。圧縮機１は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして冷媒回路３０に搬送するものである。流路切替装置３は、圧縮機１の下流側に設けられており、暖房運転モード時における冷媒の流れと冷房運転モード時における冷媒の流れとを切り替えるものである。室外熱交換器４は空気と冷媒との間で熱交換を行うものであって、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する。

また室外機２２は、圧力センサ及び温度センサ等の各種センサと、基板及びマイコン等で構成される制御装置２０とを備えている。制御装置２０は、各種センサ及び流路切替装置３等と電気的に接続されている。室外機２２には、各種センサとして、例えば外気温度センサ９、基板温度センサ１５、高圧側圧力センサ２、及び低圧側圧力センサ１４等が設けられている。外気温度センサ９は室外空気の外気温度を検出し、基板温度センサ１５は制御装置２０の基板温度を検出する。また高圧側圧力センサ２は、圧縮機１の吐出側に設けられ、冷媒の高圧側圧力（凝縮器圧力）を検出する。また低圧側圧力センサ１４は、圧縮機１の吸入側に設けられ、冷媒の低圧側圧力（蒸発器圧力）を検出する。

また室外機２２は、室外ファン７及びファン駆動部８を有している。室外ファン７は、例えばプロペラファン等で構成され、室外熱交換器４に空気を供給するものである。ファン駆動部８は例えばモータ等で構成され、室外ファンを駆動するものである。室外ファン７はまた、室外機２２に設けられた制御装置２０に送風して基板を冷却している。

室内機２１は、減圧装置１０と室内熱交換器１１とを有し、これらが冷媒配管によって接続された構成を有している。室内熱交換器１１は、図示しないファンにより送風される空気と冷媒との間で熱交換を行うものである。室内熱交換器１１は、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器として機能する。減圧装置１０は例えば膨張弁等で構成され、冷媒を減圧して膨張させるものである。

また室内機２１は各種の温度センサを備えている。室内機２１の各種センサ及び減圧装置１０もまた、室外機２２の各種センサ等と同様に制御装置２０に電気的に接続されている。室内機２１の温度センサとして、例えば室内熱交換器１１に、蒸発器温度を検出する蒸発器温度センサが設けられている。図１において蒸発器温度センサは、液管に設けられた室内液管温度センサ１２と、ガス管に設けられた室内ガス管温度センサ１３とから構成されている。

図１には、複数台の室内機２１ａ，２１ｂを備える空気調和機が示されている。第１静止弁５と第２静止弁６との間で、各室内機２１ａ，２１ｂは冷媒配管によって並列に接続されている。各室内機２１ａ，２１ｂでは、室内熱交換器１１ａ，１１ｂと減圧装置１０ａ，１０ｂとが接続され、各室内熱交換器１１ａ，１１ｂには、室内液管温度センサ１２ａ，１２ｂと室内ガス管温度センサ１３ａ，１３ｂとが設けられている。

そして圧縮機１、流路切替装置３、室外熱交換器４、第１静止弁５、減圧装置１０、室内熱交換器１１、及び第２静止弁６が順次配管で接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクルが形成されている。冷媒には、例えば溶融性能が類似であるＲ４１０Ａ／Ｒ３２冷媒を使用する。

制御装置２０は冷媒回路３０及び室外ファン７等の運転を制御する。具体的には、各種センサで得られた検出値に基づいて、圧縮機１の容量制御、減圧装置１０の開度制御、及び室外ファン７の駆動制御等を行っている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置が行う圧力予測を説明するための時刻と圧力との関係図である。図２及び図３に基づき、制御装置２０の機能について説明する。

制御装置２０は、圧力予測手段２３とファン回転数制御手段２４とファン断続制御手段２５と運転制御手段２６と記憶手段２７とを備えている。ファン回転数制御手段２４は、外気温度センサ９で検出した外気温度と、接続された室内機２１が運転している容量とに基づいて室外ファン７の回転数を変化させるよう構成されている。具体的には、ファン回転数制御手段２４は、外気温度と室内機２１の運転容量とに応じた回転数を、制御信号としてファン駆動部８に出力する。ファン駆動部８は制御信号に基づいた回転数で室外ファン７を駆動する。例えば外気温度が低いとき、又は接続している室内機の運転容量が少ないとき等のように、冷媒と外気との間で必要な熱交換量が少ない場合には、ファン回転数制御手段２４はファン駆動部８の回転数を下げる。なお、ファン駆動部８には回転数の使用範囲が定められており、使用下限値が設けられている。

圧力予測手段２３は、高圧側圧力センサ２で検出された高圧側圧力に基づいて、設定時間（例えばＡ秒）経過後の高圧側圧力の予測値を予測するよう構成されている。圧縮機１運転中において、図３に示されるように、圧力予測手段２３は、例えば高圧側圧力センサ２の検出値に基づいて、現時刻ｔ０からＡ秒後の予測値Ｐｐｒｅを算出する。具体的には、一定の時間間隔（例えばＡ秒）で高圧側圧力センサ２の検出値をサンプリングし、例えば現時刻ｔ０から２Ａ秒前の検出値Ｐ２と、Ａ秒前の検出値Ｐ１と、現時刻ｔ０における検出値Ｐ０から、現時刻ｔ０よりＡ秒経過後の予測値Ｐｐｒｅを算出する。圧力予測手段２３は、例えば複数の検出値Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２の各検出値間の傾斜の変化を基に予測値Ｐｐｒｅを算出する。

ファン断続制御手段２５は、室外ファン７の断続運転を制御するものである。ファン断続制御手段２５は、ファン回転数制御手段２４からファン駆動部８の制御回転数を取得するとともに圧力予測手段２３から高圧側圧力の予測値Ｐｐｒｅを取得する。ファン断続制御手段２５は、ファン駆動部８が下限回転数で作動しており、且つ、高圧側圧力センサ２により検出された高圧側圧力が目標高圧側圧力値未満である場合に、室外ファン７の運転を連続運転から断続運転に切り替え断続運転を制御する。具体的にはファン断続制御手段２５は、予測値が目標値に近づくようにオン時間とオフ時間とを設定し、設定されたオン時間及びオフ時間でファン駆動部８を制御する。断続運転中、ファン断続制御手段２５は設定時間間隔毎にオン時間又はオフ時間を更新し、更新されたオン時間及びオフ時間で室外ファン７を運転する。ファン断続制御手段２５は、オン時間又はオフ時間を可変とすることで室外熱交換器４に供給される空気の量を変化させる。したがって熱交換量が増減されるので、ファン断続制御手段２５は高圧側圧力を目標値に向けて調整することができる。

またファン断続制御手段２５は、高圧側圧力センサ２で検出された高圧側圧力、蒸発器温度センサで検出された蒸発温度、及び基板温度センサ１５で検出された基板温度等を取得する。ファン断続制御手段２５は、取得した各種センサの検出値に基づいて冷凍サイクル装置１００の各機器の状態を判断し、例えば異常を検知した場合には、設定されたオン時間又はオフ時間を補正する構成となっている。

運転制御手段２６は、圧縮機１等の冷凍サイクルの各機器を制御するものである。また運転制御手段２６と各室内機２１ａ，２１ｂとは信号を送受信するよう構成されている。運転制御手段２６は、断続運転中には、ファン断続制御手段２５から断続運転の運転情報を受信するとともに、接続されている室内機の容量をファン断続制御手段２５に送信している。

記憶手段２７はメモリ等で構成され、設定制御情報及び各種初期値等が記憶されている。記憶手段２７に記憶されている情報は、圧力予測手段２３、ファン回転数制御手段２４、ファン断続制御手段２５、及び運転制御手段２６により参照される。

図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外ファンの動作を示すフローチャートである。図４に基づき、制御装置２０が室外ファン７のオン時間を調整し、オフ時間を一定とする制御について説明する。

室外ファン７は、ファン回転数制御手段２４により回転数が制御され、連続運転している。冷房運転時には、ファン断続制御手段２５は、室外ファン７の断続運転を開始するための条件が成立するか否かを判定する。具体的には、ファン断続制御手段２５は、室外ファン７の回転数が下限値であり、且つ高圧側圧力が目標値未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ１）。断続運転の開始条件が満たされていない場合には（ステップＳＴ１；Ｎｏ）、連続運転が続行される。一方、断続運転の開始条件が満たされている場合には（ステップＳＴ１；Ｙｅｓ）、ファン断続制御手段２５は、記憶手段２７を参照して、オン時間Ｔｏｎ、オフ時間Ｔｏｆｆ、及びオン可変時間ΔＴｏｎのそれぞれに初期値を設定する（ステップＳＴ２）。図４には、オン時間Ｔｏｎに初期値Ｘ、オフ時間Ｔｏｆｆに初期値Ｙ、及びオン可変時間ΔＴｏｎに初期値０が設定される場合が示されている。

高圧側圧力の予測値が目標値となるように、ファン断続制御手段２５はステップＳＴ４〜ステップＳＴ６及びステップＳＴ３を設定時間間隔（例えばＺ分間隔）ごとに繰り返し、オン時間Ｔｏｎは、設定時間間隔（Ｚ分間隔）ごとに更新されて変化していく。このとき、高圧側圧力の目標値と予測値との差の絶対値が０に近く設定値以下であることを、予測値が収束範囲内であるものとする。ファン断続制御手段２５は、圧力予測手段２３により予測された予測値と目標値とによってオン可変時間ΔＴｏｎの値を決定し、前回のオン時間Ｔｏｎにオン可変時間ΔＴｏｎを加算して次のオン時間Ｔｏｎを設定する制御を繰り返す。オン可変時間ΔＴｏｎの初期値は０であるため、断続運転に切り替えられた後に最初にステップＳＴ３が実施されると、オン時間Ｔｏｎは初期値Ｘとなる。

ステップＳＴ４にて、ファン断続制御手段２５は、高圧側圧力の予測値と目標値との差が収束範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。ファン断続制御手段２５は、予測値と目標値との差が収束範囲内であれば（ステップＳＴ４；Ｙｅｓ）オン可変時間ΔＴｏｎを０とし（ステップＳＴ５）、予測値と目標値との差が収束範囲より大きい場合には（ステップＳＴ４；Ｎｏ）ステップＳＴ６に移る。そしてファン断続制御手段２５は、予測値が目標値より小さい場合にはオン可変時間ΔＴｏｎを−Ｔとし、予測値が目標値以上である場合にはオン可変時間ΔＴｏｎを＋Ｔとする。ファン断続制御手段２５は、ステップＳＴ５又はステップＳＴ６でオン可変時間ΔＴｏｎを決定した後、再びステップＳＴ３に戻り、オン時間Ｔｏｎにオン可変時間ΔＴｏｎを加算して更新する。ファン断続制御手段２５は、新たに設定されたオン時間Ｔｏｎで室外ファン７に断続運転を行わせる。

つまり、目標値と予測値との差が収束範囲内であれば、オン可変時間ΔＴｏｎは０と決定され、次のＺ分間は前回と同じオン時間Ｔｏｎで室外ファン７の断続運転が実施される。一方、目標値と予測値との差が収束範囲外であれば、予測値が目標値に近づくようオン時間Ｔｏｎが設定される。このとき、予測値が目標値より小さい場合には、次のＺ分間は前回より短く設定されたオン時間Ｔｏｎで断続運転が実施され、予測値が目標値以上である場合には、次のＺ分間は前回より長く設定されたオン時間Ｔｏｎで断続運転が実施される。

図５は、本発明の実施の形態１に係る制御装置の制御動作を説明するための時刻と高圧側圧力値と室外ファン回転数との関係図である。図５に基づき、オフ時間Ｔｏｆｆを一定としオン時間Ｔｏｎを調整する場合の高圧側圧力の調整過程について説明する。

図５の横軸は経過時間を表し、縦軸は下段から室外ファンの制御回転数、冷媒の吐出過熱度、及び設定時間（例えばＡ秒）経過後の高圧側圧力の予測値を表している。空気調和機は圧縮機１を稼動させて冷房運転を行っており、室外ファン７はファン駆動部８を介して下限回転数で運転制御されている。高圧側圧力が目標値未満であるため、制御装置２０は室外ファン７の運転を連続運転から断続運転に切り替える。

最初のＺ分間には高圧側圧力の予測値は、目標値を含む収束範囲から外れており、目標値未満である。そのため次のＺ分間には前回より短いオン時間Ｔｏｎが設定され、吐出過熱度は目標吐出過熱度に近づき、高圧側圧力の予測値は目標値に近づく。しかし２番目のＺ分間において高圧側圧力の予測値は未だ収束範囲外であるため、３番目のＺ分間では２番目のＺ分間より更に短いオン時間Ｔｏｎが設定されて風量が低減される。また３番目のＺ分間でも高圧側圧力の予測値は未だ収束範囲外であり且つ目標値未満である。そのため４番目のＺ分間には３番目のＺ分間より更に短いオン時間Ｔｏｎが設定される。４番目のＺ分間では高圧側圧力の予測値は目標値を上回り、また収束範囲から外れている。そのため５番目のＺ分間には４番目のＺ分間より長いオン時間Ｔｏｎが設定される。そして高圧圧力値の予測値が収束範囲内となると、このときのオン時間Ｔｏｎが維持される。

このように高圧側圧力の予測値が目標値に近づくように室外ファン７のオン時間Ｔｏｎが設定時間間隔で更新され、高圧側圧力の予測値と目標値との差が収束範囲となるようにオン時間Ｔｏｎが収束する。

また制御装置２０は、室外ファン７の断続運転中も冷凍サイクル装置１００全体として安定した運転が維持できるよう、上述した調整制御の他にも各種制御を行っている。例えば運転制御手段２６は、圧縮機１の回転数に設定上限値を設け、断続運転中に圧縮機を設定上限値以下で運転させている。

またファン断続制御手段２５は、断続運転中、低圧側圧力センサ１４で検出された低圧側圧力が凍結圧力より大きくなるようにオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。例えばファン断続制御手段２５は、低圧側圧力に凍結する寸前の圧力値を設定下限値として設け、低圧側圧力センサ１４の検出値が設定下限値となった場合には補正を行う。具体的にはファン断続制御手段２５は、低圧側圧力が設定下限値より大きくなるまで、オン時間Ｔｏｎを短くする若しくはオフ時間Ｔｏｆｆを長くする。

またファン断続制御手段２５は、断続運転中、室内液管温度センサ１２又は室内ガス管温度センサ１３で検出された蒸発器温度が凍結温度より高くなるようにオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。例えばファン断続制御手段２５は、蒸発器温度に凍結する寸前の温度を設定下限値として設け、検出された蒸発器温度が設定下限値となった場合には補正を行う。具体的にはファン断続制御手段２５は、蒸発器温度が設定下限値より大きくなるまで、オン時間Ｔｏｎを短くする若しくはオフ時間Ｔｏｆｆを長くする。

またファン断続制御手段２５は、断続運転中に、基板温度センサ１５で検出された基板温度が高温になりすぎないようにオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。例えばファン断続制御手段２５は、基板温度に通常使用される温度範囲よりも高温の設定閾値を設け、基板温度センサ１５で検出された検出値が設定閾値となった場合には補正を行う。具体的にはファン断続制御手段２５は、基板温度が設定閾値より低くなるまで、オン時間Ｔｏｎを長くする若しくはオフ時間Ｔｏｆｆを短くする。補正を続けても基板温度が設定閾値より低くならない場合には、ファン断続制御手段２５は、室外ファン７の運転を断続運転から連続運転に切り替えて風量を確保する。

またファン断続制御手段２５は、断続運転中、高圧側圧力センサ２で検出された高圧側圧力が高温になりすぎないようにオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。例えばファン断続制御手段２５は、高圧側圧力に通常使用される温度範囲よりも高温の設定閾値を設け、高圧側圧力センサ２で検出された検出値が設定閾値となった場合には補正を行う。具体的にはファン断続制御手段２５は、高圧側圧力値が設定閾値より小さくなるまでオン時間Ｔｏｎを長くする若しくはオフ時間Ｔｏｆｆを短くする。補正を続けても高圧側圧力値が設定閾値より小さくならない場合には、ファン断続制御手段２５は室外ファン７の運転を断続運転から連続運転に切り替えて風量を確保する。

実施の形態１では、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路３０と高圧側圧力センサ２と室外ファン７とファン駆動部８と制御装置２０とを備える。制御装置は、高圧側圧力センサ２により検出された高圧側圧力に基づいて、設定時間経過後の高圧側圧力の予測値Ｐｐｒｅを予測する圧力予測手段２３と、ファン駆動部８が設定下限値の回転数で動作しており、且つ検出された高圧側圧力が目標値未満である場合に、圧力予測手段２３により予測された予測値が目標値になるように室外ファン７が駆動するオン時間Ｔｏｎと室外ファン７が停止するオフ時間Ｔｏｆｆとを設定して断続運転を行うようにファン駆動部を制御するファン断続制御手段２５と、を備えるものである。

これより冷凍サイクル装置１００は、ファン駆動部８のオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとをそれぞれ設定するため、従来のＯＮ／ＯＦＦ時間の固定値で断続運転するものに比べ、高圧側圧力が目標値になる風量に室外ファン７の風量を合わせることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００は、吐出過熱度を確保することができるとともに、高圧側圧力が無駄に上昇することによる圧縮機１の入力増大を防止できる。

また、冷凍サイクル装置１００は、外気温度を検出する外気温度センサ９と、室内熱交換器１１が蒸発器として機能する冷房運転中に、外気温度センサ９により検出された外気温度と室内機２１の運転容量とに基づいてファン駆動部８の回転数を調整するファン回転数制御手段２４と、を更に備えるものである。

これより、冷凍サイクル装置１００は、外気温度が変化する場合、又はマルチスプリットタイプのように室内機２１の運転容量等が変化する場合でも、吐出過熱度を確保するとともに圧縮機１の入力増大を防止できる。

またファン断続制御手段２５は、オン時間Ｔｏｎを繰り返し設定するものであって、オン時間Ｔｏｎは、予測値Ｐｐｒｅが目標値になるように前回設定されたオン時間Ｔｏｎから調整される。これより、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆのうちのオン時間Ｔｏｎは増減されオフ時間Ｔｏｆｆは一定となる。予測値と目標値とによってオンオフ時間比が設定されるため、室外熱交換器４に供給される風量が調整される。したがって冷凍サイクル装置１００は目標の吐出過熱度を確保することができる。

また制御装置２０は、断続運転中、圧縮機１を設定上限値以下の回転数で運転させる運転制御手段２６を更に備える。これより、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆが設定される断続運転において、運転制御手段２６は、圧縮機１の回転数の上昇を制限することで圧縮機１の無駄な入力増大を抑制できる。

また冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吸入側に設けられ、冷媒の低圧側圧力を検出する低圧側圧力センサ１４を更に備え、ファン断続制御手段２５は、断続運転中、低圧側圧力センサ１４により検出された低圧側圧力が凍結圧力より大きくなるように、設定されたオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。これより冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力が凍結圧力以下に低下して吸入配管等が凍結してしまうことを防止できる。

また冷凍サイクル装置１００は、室内熱交換器１１の蒸発器温度を検出する蒸発器温度センサを更に備え、ファン断続制御手段２５は、断続運転中、蒸発器温度センサにより検出された蒸発器温度が凍結温度より高くなるように、設定されたオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。これより冷凍サイクル装置１００は、冷房運転時に蒸発器となる室内熱交換器１１の蒸発器温度が凍結温度以下に低下し室内熱交換器１１が凍結してしまうことを防止できる。

また冷凍サイクル装置１００は、制御装置２０の基板温度を検出する基板温度センサ１５を更に備え、室外ファン７は、室外熱交換器４に空気を供給するとともに制御装置２０を冷却するものであって、ファン断続制御手段２５は、断続運転中、基板温度センサ１５により検出された基板温度が設定閾値より低くなるように、設定されたオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。これよりファン断続制御手段２５は、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆが設定される断続運転において、例えば基板温度が設定閾値まで上昇した場合にはオン時間Ｔｏｎが長くなるように補正することで、室外ファン７は制御装置２０を冷却する風量を確保でき、基板温度が低下する。したがって、冷凍サイクル装置１００は、室外ファン７の断続運転を行う場合であっても、制御装置２０の熱による損傷を防止でき、正常な運転を行うことができる。

また、ファン断続制御手段２５は、断続運転中、高圧側圧力が設定閾値より小さくなるように、設定されたオン時間Ｔｏｎ又はオフ時間Ｔｏｆｆを補正する。これよりファン断続制御手段は、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆが設定される断続運転において、例えば高圧側圧力が設定閾値まで上昇した場合にはオン時間Ｔｏｎが長くなるように補正することで、上昇しすぎた高圧側圧力を下げることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００は、室外ファン７の断続運転を行う場合であっても安全な運転を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２において冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１と同一の構成を備え、実施の形態１と同一構成を有する空気調和機に搭載されている。また実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、図１〜図３と同一の構成を備えるものとする。実施の形態１では、制御装置２０は目標の吐出過熱度を確保するために所定時間ごとにオン時間Ｔｏｎを変化させる構成であったが、実施の形態２では、制御装置２０は所定時間ごとにオフ時間Ｔｏｆｆを変化させる構成となっている。

図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の室外ファンの動作を示すフローチャートである。図６に基づき、制御装置２０が室外ファン７のオフ時間Ｔｏｆｆを調整し、オン時間Ｔｏｎを一定とする制御について説明する。

ファン回転数制御手段２４は、室外ファン７の回転数を調整し連続運転している。圧縮機１運転中であり冷房運転時には、ファン断続制御手段２５は、室外ファン７の断続運転を開始するための条件が成立するか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。ステップＳＴ１１は図４のステップＳＴ１と同じであるため詳細は省略する。断続運転の開始条件が満たされている場合には（ステップＳＴ１１；Ｙｅｓ）、ファン断続制御手段２５は、オン時間Ｔｏｎ、オフ時間Ｔｏｆｆ、及びオフ可変時間ΔＴｏｆｆのそれぞれに初期値を設定する（ステップＳＴ１２）。図６では、オン時間Ｔｏｎに初期値Ｘ、オフ時間Ｔｏｆｆに初期値Ｙ、及びオフ可変時間ΔＴｏｆｆに初期値０が設定されている。

高圧側圧力の予測値が目標値となるようにファン断続制御手段２５によりステップＳＴ１４からステップＳＴ１６及びステップＳＴ１３が設定時間間隔（例えばＺ分間隔）ごとに繰り返し実施される。このとき、オフ時間Ｔｏｆｆは、設定時間間隔（Ｚ分間隔）ごとに更新されて変化していく。ファン断続制御手段２５は、圧力予測手段２３により予測された高圧側圧力の予測値と目標値とによってオフ可変時間ΔＴｏｆｆの値を決定し、前回のオフ時間Ｔｏｆｆにオフ可変時間ΔＴｏｆｆを加算することで次のオフ時間Ｔｏｆｆを設定する。オフ可変時間ΔＴｏｆｆの初期値が０であるため、断続運転に切り替えられた後に最初にステップＳＴ１３が実施されると、オフ時間Ｔｏｆｆは初期値Ｙとなる。

ステップＳＴ１４にて、ファン断続制御手段２５は、高圧側圧力の予測値と目標値との差が収束範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。予測値と目標値との差が収束範囲内であれば（ステップＳＴ１４；Ｙｅｓ）、ファン断続制御手段２５はオフ可変時間ΔＴｏｆｆを０とし（ステップＳＴ１５）、予測値と目標値との差が収束範囲外であれば（ステップＳＴ１４；Ｎｏ）ステップＳＴ１６に移る。そしてファン断続制御手段２５は、予測値が目標値より小さい場合にはオフ可変時間ΔＴｏｆｆを＋Ｔとし、予測値が目標値以上である場合にはオフ可変時間ΔＴｏｆｆを−Ｔとする。ファン断続制御手段２５は、ステップＳＴ１５又はステップＳＴ１６でオフ可変時間ΔＴｏｆｆを決定した後、再びステップＳＴ１３に戻り、オフ時間Ｔｏｆｆにオフ可変時間ΔＴｏｆｆを加算して更新する。ファン断続制御手段２５は、新たに設定されたオフ時間Ｔｏｆｆで室外ファン７の断続運転を実施する。

つまり、目標値と予測値との差が収束範囲内であれば、オフ可変時間ΔＴｏｆｆは０と決定され、次のＺ分間は前回と同じオフ時間Ｔｏｆｆで室外ファン７の断続運転が実施される。一方、目標値と予測値との差が収束範囲外であれば、予測値が目標値に近づくようオフ時間Ｔｏｆｆが設定される。このとき、予測値が目標値より小さい場合には、次のＺ分間は前回より長く設定されたオフ時間Ｔｏｆｆで断続運転が実施され、予測値が目標値以上である場合には、次のＺ分間は前回より短く設定されたオフ時間Ｔｏｆｆで断続運転が実施される。

実施の形態２では、実施の形態１と同様に、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路３０と高圧側圧力センサ２と室外ファン７とファン駆動部８と制御装置２０とを備える。制御装置は、高圧側圧力センサ２により検出された高圧側圧力に基づいて、設定時間経過後の高圧側圧力の予測値Ｐｐｒｅを予測する圧力予測手段２３と、ファン駆動部８が設定下限値の回転数で動作しており、且つ検出された高圧側圧力が目標値未満である場合に、圧力予測手段２３により予測された予測値が目標値になるように室外ファン７が駆動するオン時間Ｔｏｎと室外ファン７が停止するオフ時間Ｔｏｆｆとを設定して断続運転を行うようにファン駆動部を制御するファン断続制御手段２５と、を備えるものである。

これより実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１の場合と同様に、ファン駆動部８のオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとをそれぞれ設定するため、高圧側圧力が目標値になる風量に室外ファン７の風量を合わせることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００は、吐出過熱度を確保することができるとともに、高圧側圧力が無駄に上昇することによる圧縮機１の入力増大を防止できる。

またファン断続制御手段２５は、オフ時間Ｔｏｆｆを繰り返し設定するものであって、オフ時間Ｔｏｆｆは、予測値Ｐｐｒｅが目標値になるように前回設定されたオフ時間Ｔｏｆｆから調整される。これより、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆのうちのオフ時間Ｔｏｆｆは増減されオン時間Ｔｏｎは一定となる。予測値と目標値とによってオンオフ時間比が設定されるため、室外熱交換器４に供給される風量が調整される。したがって冷凍サイクル装置１００は目標の吐出過熱度を確保することができる。

なお、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば空気調和機が複数の室内機２１ａ，２１ｂを備える場合を例に説明したが、室内機２１は１台であってもよい。

また、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆの増減をオン可変時間ΔＴｏｎ及びオフ可変時間ΔＴｏｆｆの符号（プラス又はマイナス）により示したが、増減の大きさ｜Ｔ｜については変数にするとよい。例えばファン断続制御手段は、増減の大きさ｜Ｔ｜を高圧側圧力の目標値と予測値との差、調整制御の繰り返し回数、又は前回と今回との増減の方向の違い等に応じて変えてもよい。このような構成によれば、高圧側圧力の予測値を目標値に精度良く合わせることができ、また収束範囲内に収束させるまでの時間を短縮できる。

１圧縮機、２高圧側圧力センサ、３流路切替装置、４室外熱交換器、５第１静止弁、６第２静止弁、７室外ファン、８ファン駆動部、９外気温度センサ、１０，１０ａ，１０ｂ減圧装置、１１，１１ａ，１１ｂ室内熱交換器、１２，１２ａ，１２ｂ室内液管温度センサ、１３，１３ａ，１３ｂ室内ガス温度センサ、１４低圧側圧力センサ、１５基板温度センサ、２０制御装置、２１，２１ａ，２１ｂ室内機、２２室外機、２３圧力予測手段、２４ファン回転数制御手段、２５ファン断続制御手段、２６運転制御手段、２７記憶手段、３０冷媒回路、１００冷凍サイクル装置、Ｐ０〜Ｐ２検出値、Ｐｐｒｅ予測値、Ｔｏｎオン時間、Ｔｏｆｆオフ時間、ΔＴｏｎオン可変時間、ΔＴｏｆｆオフ可変時間。

Claims

圧縮機と流路切替装置と室外熱交換器と減圧装置と室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、
前記圧縮機の吐出側に設けられ、冷媒の高圧側圧力を検出する高圧側圧力センサと、
前記室外熱交換器に空気を供給する室外ファンと、
前記室外ファンを駆動するファン駆動部と、
前記ファン駆動部の回転数を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記高圧側圧力センサにより検出された前記高圧側圧力に基づいて、設定時間経過後の高圧側圧力の予測値を予測する圧力予測手段と、
前記ファン駆動部が設定下限値の回転数で動作しており、且つ検出された前記高圧側圧力が目標値未満である場合に、前記圧力予測手段により予測された予測値が前記目標値になるように前記室外ファンが駆動するオン時間と前記室外ファンが停止するオフ時間とを設定して断続運転を行うように前記ファン駆動部を制御するファン断続制御手段と、を備える
冷凍サイクル装置。
外気温度を検出する外気温度センサと、
前記室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転中に、前記外気温度センサにより検出された前記外気温度と室内機の運転容量とに基づいて前記ファン駆動部の回転数を調整して連続運転するように前記ファン駆動部を制御するファン回転数制御手段と、を更に備える請求項１記載の冷凍サイクル装置。
前記ファン断続制御手段は、前記オン時間を繰り返し設定するものであって、
前記オン時間は、前記予測値が前記目標値になるように前回設定された前記オン時間から調整される請求項１又は２記載の冷凍サイクル装置。
前記ファン断続制御手段は、前記オフ時間を繰り返し設定するものであって、
前記オフ時間は、前記予測値が前記目標値になるように前回設定された前記オフ時間から調整される請求項１〜３のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。
前記制御装置は、
前記断続運転中、前記圧縮機を設定上限値以下の回転数で運転させる運転制御手段を更に備える請求項１〜４のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。
前記圧縮機の吸入側に設けられ、前記冷媒の低圧側圧力を検出する低圧側圧力センサを更に備え、
前記ファン断続制御手段は、前記断続運転中、前記低圧側圧力センサにより検出された前記低圧側圧力が凍結圧力より大きくなるように、設定された前記オン時間又は前記オフ時間を補正する請求項１〜５のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。
前記室内熱交換器の蒸発器温度を検出する蒸発器温度センサを更に備え、
前記ファン断続制御手段は、前記断続運転中、前記蒸発器温度センサにより検出された前記蒸発器温度が凍結温度より高くなるように、設定された前記オン時間又は前記オフ時間を補正する請求項１〜６のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。
前記制御装置の基板温度を検出する基板温度センサを更に備え、
前記室外ファンは、前記室外熱交換器に空気を供給するとともに前記制御装置を冷却するものであって、
前記ファン断続制御手段は、前記断続運転中、前記基板温度センサにより検出された前記基板温度が設定閾値より低くなるように、設定された前記オン時間又は前記オフ時間を補正する請求項１〜７のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。
前記ファン断続制御手段は、前記断続運転中、前記高圧側圧力が設定閾値より小さくなるように、設定された前記オン時間又は前記オフ時間を補正する請求項１〜８のいずれか一項記載の冷凍サイクル装置。