JP2020003155A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房運転時に要求される冷房能力を発揮しつつ冷媒充填量を削減できる空気調和機を提供する。【解決手段】第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第１所定開度Ｐｅｔ１以上である場合、かつ、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が全閉あるいは最大開度Ｐｅ２ｍａｘでない場合は、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を、現在の第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２に開度増減値Ｄを加えた開度とする。一方、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第２所定開度Ｐｅｔ２以上である場合、かつ、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が最小開度Ｐｅ２ｍｉｎでない場合は、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を、現在の第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２から開度増減値Ｄを減じた開度とする。【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、高圧側に気液分離器を備える空気調和機に関する。

近年、地球温暖化防止の観点から、冷媒回路に地球温暖化係数の小さい冷媒、例えば、プロパンやイソブタンなどの炭化水素冷媒やＲ３２冷媒を充填する空気調和機が提案されている。しかし、これらの冷媒は可燃性冷媒であるので、冷媒回路から冷媒が漏洩した際に漏洩量を減らすために、冷媒回路に充填する冷媒量が削減される。冷媒の充填量を削減する方法として、室外機と室内機とを接続する液管を細くする方法がある。液管を細くすれば、液管が太い場合と比べて冷房運転時に液管を流れる冷媒量が少なくなるので、冷媒回路に充填する冷媒量を削減することができる。

しかし、冷房運転時に、液冷媒とガス冷媒とが混ざった気液二相冷媒、つまり、密度の低い冷媒が液管を流れる際に、液管を流れる冷媒の速度が速くなって圧力損失が大きくなる。また、液管が細くなるほど冷媒が液管を流れる際の圧力損失が大きくなる。従って、液管を細くした空気調和機で冷房運転を行ったときに、液管を冷媒が流れる際の圧力損失が大きくなることに起因して、膨張弁の開度を全開としても室内機の室内熱交換器における蒸発能力が低下して室内機で要求される冷房能力を発揮できない恐れがある。

上記の問題を解決する方法として、室外機の室外熱交換器と室内機の室内熱交換器とを接続する液管に気液分離器を備え、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器から流出して気液分離器に流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、液冷媒のみを気液分離器から液管に流出させることが考えられる（例えば、特許文献１）。このように、気液分離器を用いて液管に液冷媒、つまり、密度の高い冷媒を流すことで、液管を冷媒が流れる際の圧力損失を低減できる。これにより、冷媒充填量の削減のために液管を細くしても、この液管の細さに起因する圧力損失の影響を低減でき、室内機で要求される冷房能力を発揮するのに必要な量の冷媒を室内機に流すことができる。

特開２００４−２７８８２５号公報

しかし、気液分離器を用いて液管を流れる冷媒の密度を高くすれば、冷房運転時に冷媒回路を循環する冷媒のうちの多くが液管に存在することとなる。この場合、冷媒回路には、冷房運転時に液管に存在する冷媒量を考慮して、室内機で要求される冷房能力を発揮するのに必要な量の冷媒を充填しなければならない。従って、液管を細くしたにもかかわらず冷媒回路に充填する冷媒量の削減効果が小さくなるという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、冷房運転時に室内機で要求される冷房能力を発揮するために必要な量の冷媒を室内機に供給しつつ、冷媒充填量を削減できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、冷房運転時に、圧縮機、室外熱交換器、第１膨張弁、気液分離器、室内熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路と、第２膨張弁を備え気液分離器から圧縮機へと冷媒を導くバイパス管と、第１膨張弁の開度や第２膨張弁の開度を調整する制御手段とを有する。制御手段は、冷房運転を行っているとき、第１膨張弁の開度を、圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整する。そして、制御手段は、冷房運転を行っているとき、第２膨張弁の開度を、第１膨張弁の開度が予め定められた第１所定開度より大きい場合は、現在の開度より大きくし、第１膨張弁の開度が第２所定開度より小さい予め定められた第２所定開度より小さい場合は、現在の開度より小さくする。

上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、冷房運転時に第１膨張弁の開度を吐出温度に基づいて調整し、第２膨張弁の開度を第１膨張弁の開度に基づいて調整する。これにより、冷房運転時に室内機で要求される冷房能力を発揮しつつ、冷媒充填量を削減できる。

本発明の実施形態における、空気調和機の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、冷房運転時の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機と１台の室内機が２本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３とが液管４で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４とがガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成されている。なお、本実施形態の空気調和機１では、冷媒回路１０に充填する冷媒量を削減するために、液管４が細くされている。例えば、空気調和装置１の冷房運転時の定格能力が１０ｋＷである場合は、通常は液管４の内径が９．５ｍｍであるのに対し、本実施形態では６．４ｍｍとする。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外ファン２４と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、第１膨張弁２７ａと、第２膨張弁２７ｂと、気液分離器２８と、開閉弁２９と、第１逆止弁３０ａと、第２逆止弁３０ｂとを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側と四方弁２２のポートａとが、吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側と四方弁２２のポートｃとが、吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。

第１膨張弁２７ａは、例えば電子膨張弁であり、室外機液管６３に設けられている。第１膨張弁２７ａの開度が調整されることで、室内機３を流れる冷媒量が調整される。なお、第１膨張弁２７ａの具体的な開度の調整方法については、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

気液分離器２８は、略円筒形状の密閉容器であり、流入した気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器２８の密閉容器の天面に設けられた冷媒流入口と、室外機液管６３における第１膨張弁２７ａと閉鎖弁２５の間とが第１液分管６７で接続されており、冷房運転時に第１液分管６７から気液分離器２８の内部に気液二相冷媒が流入する。また、気液分離器２８の密閉容器の側面下方に設けられた液冷媒流出口と、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と閉鎖弁２５の間とが第２液分管６８で接続されており、気液分離器２８で分離されて密閉容器の底部に溜まった液冷媒が第２液分管６８へと流出する。そして、気液分離器２８の底面に設けられたガス冷媒流出口と吸入管６６とがバイパス菅６９で接続されており、気液分離器２８で分離されたガス冷媒がバイパス管６９へと流出する。なお、バイパス管６９の一部はガス冷媒流出口を通して気液分離器２８の内部に挿入されており、バイパス管６９の気液分離器２８の内部に開口する端部は、液冷媒流出口よりも高い位置に配置される。

開閉弁２９は、第１液分管６７に設けられている。開閉弁２９は、冷房運転時は開かれ、暖房運転時は閉じられる。第１逆止弁３０ａは、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と第２液分管６８の接続部との間に設けられており、室外機液管６３を閉鎖弁２５から第１膨張弁２７ａに向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。第２逆止弁３０ｂは、第２液分管６８に設けられており、第２液分管６８を気液分離器２８から室外機液管６３に向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。

第２膨張弁２７ｂは例えば電子膨張弁であり、バイパス管６９における気液分離器２８のガス冷媒流出口の近傍に設けられている。第２膨張弁２７ｂの開度が調整されることで、気液分離器２８から吸入管６６へと流れるガス冷媒の量が調整される。第２膨張弁２７ｂの具体的な開度の調整方法については、後述する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４とが設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路の中間部には、冷媒流路の中間部を流れる冷媒の温度、すなわち室外熱交換器２３の温度を検出するための熱交温度センサ７５が設けられている。室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、本発明の制御手段である室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、例えばフラッシュメモリであり、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外機ファン２８の駆動状態、各室内機５から送信される運転情報（運転／停止情報、冷房／暖房等の運転モード等を含む）や室外機２の定格能力および各室内機５の要求能力を記憶する。通信部２３０は、各室内機５との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込むとともに、各室内機５から送信される運転情報を含む信号が通信部２３０を介して入力される。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、第１膨張弁２４ａや第２膨張弁２４ｂの開度調整、圧縮機２１や室外機ファン２８の駆動制御を行う。

＜室内機の構成＞
次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と、後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３３と室内機液管９１で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３４と室内機ガス管９２で接続されている。室内熱交換器３１は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部３３やガス管接続部３４では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管９１には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ８１が設けられている。室内機ガス管９２には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ８２が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ８３が備えられている。

＜冷媒回路の動作＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について説明する。以下の説明では、まず、図１（Ａ）を用いて、空気調和機１が暖房運転を行う場合について説明し、次に、空気調和機１が冷房運転を行う場合について説明する。

＜暖房運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が暖房運転を行う場合、冷媒回路１０は、図１に示すように四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路１０において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁２９は暖房運転時は閉じられている。また、第２膨張弁２７ｂの開度は全開とされている。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れ閉鎖弁２６を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管９２を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機液管９１を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流出する。液管４を流れ閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れ第１逆止弁３０ａを介して第１膨張弁２７ａへと流れ、第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧される。このとき、第２逆止弁３０ｂにより、液管４から室外機液管６３に流入した冷媒は、第２液分管６８には流れない。また、開閉弁２９が閉じられていることにより、液管４から室外機液管６３に流出した冷媒は、第１液分管６７には流れない。

第１膨張弁２７ａは、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。具体的には、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より大きくされる。第１膨張弁２７ａの開度が大きくされることで、冷媒回路１０から圧縮機２１に戻る冷媒量が多くなって吐出温度が低下する。一方、検出した吐出温度が目標温度より低い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より小さくされる。第１膨張弁２７ａの開度が小さくされることで、冷媒回路１０から圧縮機２１に戻る冷媒量が少なくなって圧縮機２１の内部温度が上昇するので、吐出温度が上昇する。第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧された冷媒は、室外機液管６３を流れて室外熱交換器２３に流入し、室外熱交換器２３で室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜冷房運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が冷房運転を行う場合、冷媒回路１０は、図１に示すように四方弁２２が実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器３１が蒸発器として機能する暖房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁２９は冷房運転時は開かれている。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。

室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧される。第１膨張弁２７ａの開度は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される冷房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。なお、具体的な第１膨張弁２７ａの開度調整方法については、暖房運転の際に説明した方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、第１膨張弁２７ａの開度により、室外熱交換器２３から流出する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とが混合された気液二相冷媒となる。

第１膨張弁２７ａを通過した冷媒は、第１逆止弁３０ａによって閉鎖弁２５側へ流れないこと、および、開閉弁６７が開かれていることによって第１液分管６７へと流れ、気液分離器２８に流入する。このとき、気液分離器２８に流入した冷媒は気液分離器２８の内部で液冷媒とガス冷媒とに分離される。

気液分離器２８の内部に滞留するガス冷媒はバイパス管６９へと流出し、第１膨張弁２７ａの開度に応じた開度とされている第２膨張弁２７ｂ（開度調整の詳細については、後述する）を通過する際に減圧されて、吸入管６６へと流れる。一方、気液分離器２８の内部に滞留する液冷媒は第２液分管６８へと流出し、第２逆止弁３０ｂを介して室外機液管６３へと流れる。

室外機液管６３を流れ閉鎖弁２５を介して液管４に流出する。液管４を流れ液管接続部３３を介して室内機３に流入した冷媒は、室内機液管９１を流れて室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１に流入した冷媒は、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器３１が蒸発器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機ガス管９２を流れガス管接続部３４を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れて閉鎖弁２６を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管６４、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜第２膨張弁の開度調整＞
前述したように、冷房運転時の第２膨張弁２７ｂの開度は、第１膨張弁２７ａの開度に応じた開度とされる。具体的には、第１膨張弁２７ａの開度が予め定められた第１所定開度以上である場合は、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくする。一方、第１膨張弁２７ａの開度が、第１所定開度よりも小さい予め定められた第２所定開度以下である場合は、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくする。なお、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度よりも小さく、かつ、第２所定開度よりも大きい場合は、現在の第２膨張弁２７ｂの開度を維持する。

以下、第２膨張弁２７ｂの開度を第１膨張弁２７ａの開度に応じて調整する方法とその効果について説明する。まず、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より大きい場合の第２膨張弁２７ｂの開度調整の方法とその効果について説明し、次に、第１膨張弁２７ａの開度が第２所定開度より小さい場合の第２膨張弁２７ｂの開度調整の方法とその効果について説明する。

＜第１膨張弁の開度が第１所定開度より大きい場合＞
前述したように、冷房運転時の第１膨張弁２７ａの開度は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が予め定められている目標温度となるように開度が調整されており、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より大きくされる。

本実施形態の空気調和機１のように、冷媒回路１０に充填する冷媒量を削減するために液管４を細くしている場合は、液管４が太い場合と比べて冷媒が液管４を流れる際に受ける圧力損失が大きくなる。このため、冷媒回路１０における冷媒循環量が少なくなって吐出温度が上昇し、第１膨張弁２７ａの開度を大きくして全開としても吐出温度を下げて目標温度とすることができなくなる場合がある。

そこで、本実施形態の空気調和機１では、第１膨張弁２７ａの開度が予め定められた第１所定開度以上である場合は、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくする。ここで、第１所定開度とは、第１膨張弁２７ａの最大開度より少し小さい開度であり、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より大きいときは、液管４を流れる際の圧力損失が大きくなっていることに起因して吐出温度が下がりにくい状態となっていることが、予め行った試験などによって判明している第１膨張弁２７ａの開度である。なお、一例として、第１膨張弁２７ａが最大開度であるときに第１膨張弁２７ａの図示しないステッピングモータに加えられるパルス数を５００パルスとしたとき、第１所定開度とするために第１膨張弁２７ａに加えられるパルス数は、４００パルスである。

第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度以上である場合に第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくすると、第２膨張弁２７ｂの開度が小さい場合と比べて気液分離器２８に滞留するガス冷媒がバイパス管６９へと流出する量が増加する。このため、気液分離器２８から第２液分管６８に流出する液冷媒に対するガス冷媒の割合が少なくなって、第２液分管６８から液管４へと流れる冷媒の密度が高くなる。そして、液管４を流れる冷媒の密度が高くなれば、冷媒が液管４を流れる際の圧力損失が冷媒の密度が低い場合と比べて小さくなるので、冷媒回路１０における冷媒循環量が多くなって吐出温度が低下する。

＜第１膨張弁の開度が第２所定開度より小さい場合＞
上述したように、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度以上となっているときに、第２膨張弁２７ｂの開度を大きくして第２液分管６８から液管４へと流れる冷媒の密度を高くすることで、吐出温度は低下する。そして、検出した吐出温度が目標温度より低くなった場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より小さくされる。このとき、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より小さくなったことによって第２膨張弁２７ｂの開度を小さくすれば、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度を境として大きくなったり小さくなったりを繰り返し、これに応じて第２膨張弁２７ｂの開度も大きくなったり小さくなったりを繰り返す、所謂ハンチングを起こす恐れがある。

そこで、本実施形態の空気調和機１では、第１膨張弁２７ａの開度が予め定められた第２所定開度以下である場合に、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくする。ここで、第２所定開度は、第１所定開度より小さい開度であり、例えば３５０パルスである。なお、この第２所定開度は、室内機３で発揮される冷房能力を考慮して決定される。第１膨張弁２７ａの開度が第２所定開度以下であるときに第２膨張弁２７ｂの開度が大きくされていると、液管４を流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合が低くなって液管４を流れる冷媒の密度が高くなることに起因して、室内熱交換器３１における蒸発能力が低下して室内機３で発揮される冷房能力が低下する恐れがある。そこで、本実施形態では、上述した冷房能力の低下を抑制しつつ、第２膨張弁２７ｂの開度調整のハンチングを防ぐことができるように、第２所定開度が定められる。

以上説明したように、本実施形態の空気調和機１では、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より大きいときは、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくして液側配管を流れる冷媒の密度を高くする。一方、第１膨張弁２７ａの開度が第２所定開度より小さいときは、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくして液管４を流れる冷媒の密度を小さくする。これにより、液管４を細くして冷媒回路１０に充填する冷媒量を削減しても、冷房運転時に冷媒循環量を確保して要求される冷房能力を発揮させつつ、吐出温度が高い場合はこれを確実に低下させることができる。なお、第２膨張弁２７ｂの開度調整は、予め定められた所定の開度増減値ずつ、例えば第２膨張弁２７ｂに加えるパルス数を５０パルスずつ増減すればよい。

＜冷房運転時の第２膨張弁の開度調整に関わる処理の流れ＞
次に、図３を用いて、冷房運転時の第１膨張弁２７ａおよび第２膨張弁２７ｂの開度調整に関わる処理について説明する。図３に示すのは、冷房運転時の第１膨張弁２７ａおよび第２膨張弁２７ｂの開度調整において、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が行う処理の流れを示すフローチャートである。図３のフローチャートにおいて、ＳＴは処理のステップを表し、これに続く数字はステップの番号を表している。

また、図３のフローチャートでは、第１膨張弁２７ａの開度をＰｅ１、第２膨張弁２７ｂの開度をＰｅ２、第１膨張弁２７ａの冷房運転開始時の初期開度をＰｅｄ、第１所定開度をＰｅｔ１、第２所定開度をＰｅｔ２、第２膨張弁２７ｂの最小開度をＰｅ２ｍｉｎ、第２膨張弁２７ｂの最大開度をＰｅ２ｍａｘ、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２の開度増減値をＤとする。

ここで、初期開度Ｐｅｄは、冷房運転を開始してから冷媒回路１０の各所における圧力や温度が安定するのにかかる所定時間（例えば、３分間）の間、維持される開度であり、冷房運転開始時の外気温度や室内機３で求められる冷房能力によって決定される。また、第２膨張弁２７ｂを最小開度Ｐｅ２ｍｉｎとするために第２膨張弁２７ｂに加えられるパルス数は一例として５０パルス、第２膨張弁２７ｂを最大開度Ｐｅ２ｍａｘとするために第２膨張弁２７ｂに加えられるパルス数は一例として５００パルスである。さらには、開度増減値Ｄは、一例として５０パルスである。

まず、ＣＰＵ２１０は、使用者の運転指示が冷房運転指示であるか否かを判断する（ＳＴ１）。使用者の運転指示が冷房運転指示でなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、つまり、使用者の運転指示が暖房運転であれば、ＣＰＵ２１０は、暖房運転の開始処理である暖房運転開始処理を実行する（ＳＴ２１）。ここで、暖房運転開始処理とは、ＣＰＵ２１０が冷媒回路１０を暖房サイクルとすることであり、空気調和装置１が停止している状態から暖房運転を開始するとき、もしくは、冷房運転から暖房運転に切り替えられる際に行われる処理である。

そして、ＣＰＵ２１０は、暖房運転の制御を開始し（ＳＴ２２）、ＳＴ１０に処理を進める。具体的には、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１や室外ファン２４を室内機３で要求された暖房能力に応じた回転数で駆動する。また、ＣＰＵ２１０は、第１膨張弁２７ａの開度を吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が予め定められている目標温度となるように調整するとともに、第２膨張弁２７ｂを全開（最大開度）とする。さらには、ＣＰＵ２１０は、通信部２３０を介して室内機３に対し室内ファン３２の駆動制御を行うよう指示する。

ＳＴ１において、使用者の運転指示が冷房運転指示であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、冷房運転開始処理を実行する（ＳＴ２）。ここで、冷房運転開始処理とは、ＣＰＵ２１０が冷媒回路１０を冷房サイクルとすることであり、空気調和装置１が停止している状態から冷房運転を開始するとき、もしくは、暖房運転から冷房運転に切り替えられる際に行われる処理である。

次に、ＣＰＵ２１０は、タイマー計測を開始し（ＳＴ３）、圧縮機２１と室外ファン２４とを駆動する（ＳＴ４）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、冷房運転を行う室内機３からの要求能力に応じた回転数で圧縮機２１や室外ファン２４を起動する。なお、ＣＰＵ２１０は、内部にタイマー計測機能を有している。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ３でタイマー計測を開始してから所定時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ５）。所定時間が経過していなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１を初期開度Ｐｅｄとするとともに第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を全閉として（ＳＴ２０）、ＳＴ１０に処理を進める。

所定時間が経過していれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度をセンサ入力部２４０を介して取り込む（ＳＴ６）。なお、ＣＰＵ２１０は、吐出温度を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込み、取り込んだ吐出温度を記憶部２２０に記憶している。

次に、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ吐出温度が目標温度となるように、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１を調整する（ＳＴ７）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ吐出温度が目標温度よりも高い場合は、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１を現在の開度より大きくし、取り込んだ吐出温度が目標温度よりも低い場合は、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１を現在の開度より小さくする。なお、目標温度は予め記憶部２２０に記憶されており、ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０から目標温度を読み出して取り込んだ吐出温度と比較する。

次に、ＣＰＵ２１０は、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第１所定開度Ｐｅｔ１以上であるか否かを判断する（ＳＴ８）。第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第１所定開度Ｐｅｔ１以上である場合は（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が全閉であるか否かを判断する（ＳＴ１３）。

第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が全閉である場合は（ＳＴ１３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を最小開度Ｐｅ２ｍｉｎとして（ＳＴ１６）、ＳＴ１０に処理を進める。第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が全閉でない場合は（ＳＴ１３−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が最大開度Ｐｅ２ｍａｘであるか否かを判断する（ＳＴ１４）。

第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が最大開度Ｐｅ２ｍａｘである場合は（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、ＳＴ１０に処理を進める。第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２が最大開度Ｐｅ２ｍａｘでない場合は（ＳＴ１４−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を、現在の第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２に開度増減値Ｄを加えた開度として（ＳＴ１５）、ＳＴ１０に処理を進める。

ＳＴ８において、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第１所定開度Ｐｅｔ１以上でない場合は（ＳＴ８−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第２所定開度Ｐｅｔ２以下であるか否かを判断する（ＳＴ９）。第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第２所定開度Ｐｅｔ２以下でない場合は（ＳＴ９−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度に維持して、ＳＴ１０に処理を進める。

第１膨張弁２７ａの開度Ｐｅ１が第２所定開度Ｐｅｔ２以下である場合は（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度が最小開度Ｐｅ２ｍｉｎであるか否かを判断する（ＳＴ１７）。第２膨張弁２７ｂの開度が最小開度Ｐｅ２ｍｉｎである場合は（ＳＴ１７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第２膨張弁２７ｂの開度を全閉として（ＳＴ１９）、ＳＴ１０に処理を進める。第２膨張弁２７ｂの開度が最小開度Ｐｅ２ｍｉｎでない場合は（ＳＴ１７−Ｎｏ）、第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２を、現在の第２膨張弁２７ｂの開度Ｐｅ２から開度増減値Ｄを減じた開度として（ＳＴ１８）、ＳＴ１０に処理を進める。

ＳＴ９あるいはＳＴ１８〜２０あるいはＳＴ２２のいずれかの処理を終えたＣＰＵ２１０は、使用者による運転モード切替指示があるか否かを判断する（ＳＴ１０）。ここで、運転モード切替指示とは、現在の運転（冷房運転あるいは暖房運転）から別の運転（暖房運転あるいは冷房運転）への切替を指示するものである。運転モード切替指示がある場合は（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１に処理を戻す。運転モード切替指示がない場合は（ＳＴ１０−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、使用者による運転停止指示があるか否かを判断する（ＳＴ１１）。

運転停止指示があれば（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行するとともにタイマーをリセットして（ＳＴ１２）、処理を終了する。運転停止処理では、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１や室外ファン２４を停止するとともに第１膨張弁２４ａおよび第２膨張弁２４ｂをそれぞれ全閉とする。また、ＣＰＵ２１０は、室内機３に対し通信部２３０を介して運転を停止する旨の運転停止信号を送信する。運転停止信号を受信した室内機３は、室内ファン３２を停止する。

ＳＴ１１において運転停止指示がなければ（ＳＴ１１−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が冷房運転であるか否かを判断する（ＳＴ２３）。現在の運転が冷房運転でなければ（ＳＴ２３−Ｎｏ）、つまり、現在の運転が暖房運転であれば、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ２２に処理を戻す。現在の運転が冷房運転であれば（ＳＴ２３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４に処理を戻す。

以上説明したように、本実施形態の空気調和機１では、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より大きいときは、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくして液側配管を流れる冷媒の密度を高くする。一方、第１膨張弁２７ａの開度が第２所定開度より小さいときは、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくして液管４を流れる冷媒の密度を小さくする。これにより、液管４を細くして冷媒回路１０に充填する冷媒量を削減しても、冷房運転時に室内熱交換器３１における凝縮能力を確保して要求される冷房能力を発揮させつつ、吐出温度が高い場合はこれを確実に低下させることができる。

また、本実施形態の空気調和機１では、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくするときに、現在の第２膨張弁２７ｂの開度が最大開度Ｐｅ２ｍａｘである場合はこの開度を維持し、現在の第２膨張弁２７ｂの開度が全閉である場合は第２膨張弁２７ｂの開度を最小開度Ｐｅ２ｍｉｎとする。これにより、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくするときに、確実に現在の開度より大きくできる。また、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくするときに、現在の第２膨張弁２７ｂの開度が最小開度Ｐｅ２ｍｉｎである場合は、第２膨張弁２７ｂの開度を全閉とする。これにより、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくするときに、確実に現在の開度より小さくできる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２７ａ 第１膨張弁
２７ｂ 第２膨張弁
２８ 気液分離器
２９ 開閉弁
３０ａ 第１逆止弁
３０ｂ 第２逆止弁
６７ 第一液分管
６８ 第二液分管
６９ バイパス管
７３ 吐出温度センサ
Ｐｅ１ 第１膨張弁開度
Ｐｅｄ 初期開度
Ｐｅｔ１ 第１所定開度
Ｐｅｔ２ 第２所定開度
Ｐｅ２ 第２膨張弁開度
Ｐｅ２ｍｉｎ 最小開度
Ｐｅ２ｍａｘ 最大開度
Ｄ 開度増減値

Claims (3)

1. 冷房運転時に、圧縮機、室外熱交換器、第１膨張弁、気液分離器、室内熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路と、
   第２膨張弁を備え前記気液分離器から前記圧縮機へと冷媒を導くバイパス管と、
   前記第１膨張弁の開度や前記第２膨張弁の開度を調整する制御手段と、
   を有する空気調和機であって、
   前記制御手段は、冷房運転を行っているとき、
   前記第１膨張弁の開度を、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整し、
   前記第２膨張弁の開度を、前記第１膨張弁の開度が予め定められた第１所定開度より大きい場合は、現在の開度より大きくし、前記第１膨張弁の開度が前記第１所定開度より小さい予め定められた第２所定開度より小さい場合は、現在の開度より小さくする、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御手段は、
   前記第２膨張弁の開度を現在の開度より大きくするとき、同現在の第２膨張弁の開度が最大開度である場合はこの状態を維持し、前記現在の第２膨張弁の開度が全閉である場合は最小開度とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御手段は、
   前記第２膨張弁の開度を現在の開度より小さくするとき、同現在の第２膨張弁の開度が最小開度である場合は、前記第２膨張弁の開度を全閉とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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