(57)【要約】【課題】温度センサの個数を増やすことなく、適切に膨張弁の開度を制御することのできる空気調和機、膨張弁の開度制御方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】空気調和機は、冷媒を圧縮するための圧縮機５と、冷媒の流量を調整するための膨張弁２と、圧縮機５の吐出温度を検出するための温度センサ７と、凝縮器の温度を検出するための温度センサ６，８とを備え、温度センサ７により検出された吐出温度と温度センサ６または８により検出された凝縮器として機能している室外熱交換器１または室内熱交換器３の温度との差を、吐出温度差として算出し、算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて膨張弁の開度を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するための圧縮機と、
前記冷媒の流量を調整するための膨張弁と、
前記圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、
凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサと、
前記膨張弁の開度を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出し、
前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における前記膨張弁の開度を基本開度として設定する、空気調和機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が予め定められた第１の閾値以上の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも開く方向に前記膨張弁の開度を制御する、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が予め定められた第２の閾値以下の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも絞る方向に前記膨張弁の開度を制御する、請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記目標の吐出温度差を、前記圧縮機の回転数により算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項５】
冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において前記冷媒の巡回方向を切替えるための切替弁と、
室外の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室外熱交換器と、
室内の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室内熱交換器とをさらに備え、
冷房サイクル運転の場合、前記凝縮器は前記室外熱交換器に対応し、暖房サイクル運転の場合には、前記凝縮器は前記室内熱交換器に対応する、請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項６】
冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、前記膨張弁の開度を制御するための方法であって、
前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、
前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における前記膨張弁の開度を基本開度として設定するステップとを含む、膨張弁の開度制御方法。
【請求項７】
冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、前記膨張弁の開度を制御するためのプログラムであって、
前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、
前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における前記膨張弁の開度を基本開度として設定するステップとを含む、膨張弁の開度制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機、膨張弁の開度制御方法およびプログラムに関し、特に、膨張弁の開度を制御することで冷媒の流量を調整する空気調和機、膨張弁の開度制御方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空気調和機は、圧縮機、四方（切換）弁、室外熱交換器、減圧を行う際に冷媒流量を調節する膨張弁、室内熱交換器等の部品を備えている。このような空気調和機では、四方弁を切り換えることで、冷房サイクル運転および暖房サイクル運転の両方が可能である。冷房サイクル運転時には、圧縮機、四方弁、室外熱交換器（凝縮器）、膨張弁、室内熱交換器（蒸発器）、四方弁、圧縮機の順に冷媒が巡回する冷媒流路（冷房サイクル）が構成されるように配管接続される。これにより、室内熱交換器で吸収した熱が室外熱交換器で室外に放出される。また、暖房サイクル運転時には、圧縮機、四方弁、室内熱交換器（凝縮器）、膨張弁、室外熱交換器（蒸発器）、四方弁、圧縮機の順に冷媒が巡回する冷媒流路（暖房サイクル）が構成されるように配管接続される。これにより、室外熱交換器で吸収した室外の熱が室内熱交換器で室内に放出される。
【０００３】
上記のような熱交換サイクルを形成する際に、蒸発器の温度と蒸発器の出口温度とを検出することによって過熱度を計算し、その過熱度を用いて膨張弁の開度を制御することが一般的である。
【０００４】
膨張弁の他の制御方法としては、特許文献１には、膨張弁の入口温度と膨張弁の出口温度（または蒸発器の入口温度）とを検出することで蒸発飽和温度を推測し、推測した蒸発飽和温度と設定過熱度量とから圧縮機の目標吸い込み温度を決定し、圧縮機の吸い込み温度が目標吸い込み温度に一致するように膨張弁の開度を制御することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、圧縮機の吐出冷媒温度と、蒸発温度と凝縮温度とに基づき演算される吐出冷媒温度の最適温度との温度差に応じて、膨張弁の開度を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９８１６０号公報
【特許文献２】特開平４−９３５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
過熱度を算出するために蒸発器の温度と蒸発器の出口温度とを用いる場合には、蒸発器の入口と出口とにそれぞれサーミスタなどの温度センサが必要となる。
【０００８】
特許文献１のように蒸発器の温度を検出せずに過熱度を推測する場合でも、圧縮機の吸い込み温度を検出するためのサーミスタ等が別途必要になる。
【０００９】
また、特許文献２では、吐出冷媒温度、蒸発温度および凝縮温度を検出することで膨張弁の開度が制御されており、２箇所の温度差で膨張弁の開度が制御されることは記載されていない。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度センサの個数を増やすことなく、適切に膨張弁の開度を制御することのできる空気調和機、膨張弁の開度制御方法およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のある局面に従う空気調和機は、冷媒を圧縮するための圧縮機と、冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサと、膨張弁の開度を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、第１の温度センサにより検出された吐出温度と第２の温度センサにより検出された凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出し、算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における膨張弁の開度を基本開度として設定する。
【００１２】
好ましくは、制御手段は、算出された吐出温度差が予め定められた第１の閾値以上の場合には、通常制御における基本開度よりも開く方向に膨張弁の開度を制御する。
【００１３】
好ましくは、制御手段は、算出された吐出温度差が予め定められた第２の閾値以下の場合には、通常制御における基本開度よりも絞る方向に膨張弁の開度を制御する。
【００１４】
好ましくは、制御手段は、目標の吐出温度差を、圧縮機の回転数により算出する。
好ましくは、冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において冷媒の巡回方向を切替えるための切替弁と、室外の空気および冷媒の間で熱交換するための室外熱交換器と、室内の空気および冷媒の間で熱交換するための室内熱交換器とをさらに備え、冷房サイクル運転の場合、凝縮器は室外熱交換器に対応し、暖房サイクル運転の場合には、凝縮器は室内熱交換器に対応する。
【００１５】
この発明の他の局面に従う膨張弁の開度制御方法は、冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、膨張弁の開度を制御するための方法であって、第１の温度センサにより検出された吐出温度と第２の温度センサにより検出された凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における膨張弁の開度を基本開度として設定するステップとを含む。
【００１６】
この発明のさらに他の局面に従う膨張弁の開度制御プログラムは、冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、膨張弁の開度を制御するためのプログラムであって、第１の温度センサにより検出された吐出温度と第２の温度センサにより検出された凝縮器の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、通常制御における膨張弁の開度を基本開度として設定するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、圧縮機の吐出温度と凝縮器の温度との差（吐出温度差）と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて、膨張弁の開度が設定されるため、温度センサの個数を増やすことなく、適切に膨張弁の開度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における空気調和機での冷媒回路を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における空気調和機の室内機の外観図である。
【図３】図２に示した室内機の内部構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における空気調和機の室外機の外観図である。
【図５】図４に示した室外機の内部構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における空気調和機の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図７】モリエル線図（Ｐ−ｈ線図）の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態において、目標の吐出温度差および各閾値と、圧縮機回転数との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における目標開度算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２０】
＜冷媒回路について＞
はじめに、本実施の形態における空気調和機での冷媒回路の例について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機での冷媒回路を模式的に示す図である。
【００２２】
図１を参照して、空気調和機は、室外機側の熱交換器（以下「室外熱交換器」という）１と、膨張弁２と、室内機側の熱交換器（以下「室内熱交換器」という）３と、四方弁４と、圧縮機５とを含み、それらが順に閉ループ状に接続されている。圧縮機５は、冷媒を圧縮する。室外熱交換器１は、室外の空気および冷媒の間で熱交換する。膨張弁２は、冷媒の流量を調整するために制御される。室内熱交換器３は、室内の空気および冷媒の間で熱交換する。四方弁４は、冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において冷媒の巡回方向を切替える。
【００２３】
空気調和機は、さらに、室外熱交換器１の温度を測定するための温度センサ６と、圧縮機５の吐出温度を測定するための温度センサ７と、室内熱交換器３の温度を測定するための温度センサ８とを含む。これらの温度センサ６，７，８は、たとえばサーミスタである。
【００２４】
図１の矢印に示されるように、冷房サイクル運転時には、圧縮機５、四方弁４、室外熱交換器１、膨張弁２、室内熱交換器３、四方弁４、圧縮機５の順に冷媒が巡回する。この場合、室外熱交換器１が、圧縮された高温の冷媒を凝縮して液化させるための凝縮器として機能し、室内熱交換器３が、液化された冷媒を蒸発させることで冷媒を低温の気体に変化させるための蒸発器として機能する。暖房運転時には、圧縮機５、四方弁４、室内熱交換器３、膨張弁２、室外熱交換器１、四方弁４、圧縮機５の順に冷媒が巡回する。この場合、室外熱交換器１が蒸発器、室内熱交換器３が凝縮器として機能する。
【００２５】
なお、本実施の形態では、暖房サイクル運転および冷房サイクル運転を切替え可能として説明するが、空気調和機は、暖房サイクル運転および冷房サイクル運転の一方のみ可能であってもよい。その場合、室外熱交換器１および室内熱交換器３の機能は、凝縮器または蒸発器として固定される。
【００２６】
＜外観および構成＞
（室内機について）
図２は、本発明の実施の形態における空気調和機の室内機１００の外観図である。図３は、図２の室内機１００の内部構成を概略的に示す断面図である。図３は、図２のＹ軸方向から見た室内機１００の断面図を示す。
【００２７】
図３を参照して、室内機１００は、図１で示した室内熱交換器３および温度センサ８に加えて、室温を測定するための温度センサ１１と、室内ファン１４と、ルーバー１５と、ルーバーモータ１６とをさらに含む。ルーバー１５は、室内機１００の吹出し口に設けられた風向案内部材である。ルーバーモータ１６は、ルーバー１５を回転駆動する。複数のルーバー１５は同方向を向くように駆動される。
【００２８】
（室外機について）
図４は、本発明の実施の形態における空気調和機の室外機２００の外観図である。図５は、図４の室外機２００の内部構成を概略的に示す図である。
【００２９】
図５を参照して、室外機２００は、図１で示した室外熱交換器１、四方弁４、圧縮機５および温度センサ６に加えて、外気温を測定するための温度センサ２１と、室外ファン２４とを含む。
【００３０】
（空気調和機の機能構成について）
図６は、本発明の実施の形態における空気調和機の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００３１】
図６を参照して、空気調和機は、図１、図３および図５で示した構成に加えて、膨張弁２の開度を調整するために駆動されるステッピングモータ１２と、空気調和機全体の制御を行なうための制御部３０と、ユーザからの指示を受付けるための操作部３６とをさらに含む。本実施の形態では、膨張弁２の開度は、ステッピングモータ１２での相の励磁ステップ数として算出されることとする。なお、膨張弁２は、ステッピングモータ１２により開度が調整されるものに限定されず、たとえば、温度式膨張弁であってもよい。すなわち、冷媒を封入した感温筒と膨張弁とが接続されており、膨張弁内部ではダイヤフラムにて分離された構造で、感温筒温度を制御してダイヤフラムに圧力をかけることで膨張弁の開閉を制御してもよい。
【００３２】
制御部３０は、室内機１００に内蔵され、各種演算処理を行なうためのプロセッサ３２と、各種プログラムやデータを記憶するためのメモリ３４とを含む。プロセッサ３２は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される。プロセッサ３２は、メモリ３４内に格納されたプログラムを実行することで、後述するような膨張弁２の開度の制御を行なう。メモリ３４は、たとえば、フラッシュメモリなどの不揮発性のメモリであってよい。
【００３３】
操作部３６は、たとえば、電源スイッチ、温度調節キー、風量調節キー、タイマ設定キーなどを含む。
【００３４】
空気調和機は、さらに、コンピュータが読取可能な一時的でない（non-transitory）記録媒体３８ａからデータやプログラムの読出しや書き込みを行なうためのインターフェイス部３８を備えていてもよい。プロセッサ３２は、インターフェイス部３８が記録媒体３８ａから読出したプログラムをメモリ３４に格納（または既存のプログラムをアップデート）することで、後述するような膨張弁２の開度の制御（開度算出処理）を行なってもよい。記録媒体３８ａは、たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-ROM）などの光学媒体や、メモリカードなどの磁気記録媒体などを含む。
【００３５】
（膨張弁の制御について）
本実施の形態の制御部３０（プロセッサ３２）が実行する、膨張弁２の制御（開度の制御）について説明する。
【００３６】
一般的に、サイクルが効率よく熱交換を行うために、蒸発器の出口温度より換算された過熱度により膨張弁の開度の制御を行うことが多い。実際には、蒸発器温度と蒸発器出口温度とを検出してその温度差が目標の過熱度となるように制御が行われる。「過熱度」とは、ある圧力のもとにある過熱蒸気温度と乾き飽和蒸気温度との間の温度差を表わす。
【００３７】
本実施の形態でも同様に、過熱度により膨張弁２の制御を行うが、目標の過熱度は吐出温度（TMP_to）と凝縮器温度（TMP_con）との温度差（TMP_diff）により推定する。
【００３８】
上述のように、従来は、過熱度は蒸発器温度と蒸発器の出口温度とから算出されることが多い。しかし、圧縮機５の圧力（回転数）により圧縮機５のラインが決定されるため、蒸発器の温度差と同様の制御が、吐出温度と凝縮器温度との差（以下「吐出温度差」という）を用いても代用可能である。このことについて、図７を用いてより詳細に説明する。
【００３９】
図７は、モリエル線図（Ｐ−ｈ線図）の一例を示す図である。モリエル線図においては、圧力(kg/dm2)とエンタルピ(kcal/kg)との関係が表わされている。
【００４０】
図７において、ラインＬ１〜Ｌ４で示された閉ループは、ヒートポンプサイクルを表わしている。ラインＬ１は、等エントロピー線７４と並行となる圧縮機５のラインを示し、ラインＬ２は凝縮器のライン、ラインＬ３は膨張弁２のライン、ラインＬ４は蒸発器のラインを示す。凝縮器のラインＬ２および蒸発器のラインＬ４は、それぞれ、凝縮器のサーミスタおよび蒸発器のサーミスタが検出する温度により定まる。
【００４１】
飽和液線７６よりも左側（エンタルピが小さい側）の領域にある等温線７１は、過冷却液の等温線を示しており、飽和液線７６と飽和蒸気線７７とで囲まれた領域にある等温線７２は、湿り蒸気の等温線を示している。飽和蒸気線７７よりも右側（エンタルピが大きい側）の領域にある等温線７３は、過熱蒸気の等温線を示している。飽和液線７６と飽和蒸気線７７とは、臨界点７５にて区分される。
【００４２】
圧縮機ラインＬ１は圧縮機５固有のものであるため、圧縮機ラインＬ１は決定されている。したがって、凝縮器の圧力（温度）を検出している凝縮器サーミスタと蒸発器の圧力（温度）を検出している蒸発器サーミスタとにより圧力差が分かる。ここで本来は、凝縮器および蒸発器の吐出の圧力（温度）が分からないと過熱度（過熱蒸気温度と乾き飽和蒸気温度との間の温度差）は求められないが、膨張弁２がある開度で安定している場合の圧力差は、圧縮機５の圧力（回転数）によって決まる。したがって、従来、蒸発器温度と蒸発器出口温度とにより検出されていた過熱度Δｈ１は、吐出温度サーミスタ（本実施の形態における温度センサ７に相当）と凝縮器サーミスタ（本実施の形態における温度センサ６または８に相当）とで求められる過熱度Δｈ２で代用可能である。
【００４３】
以上の理由により、本実施の形態では、目標過熱度となるような目標吐出温度差（TMP_aim）は、圧縮機５内の圧力を概算する圧縮機５の回転数(F)により算出される。
【００４４】
TMP_aim = f(F)
なお、圧縮機５の回転数は、公知のアルゴリズムに基づいて決定されるものであってよい。たとえば、操作部３６にて設定された室内温度と、現在の室内温度（温度センサ１１）との差に基づいて決定される。つまり、設定温度と室内温度との差が大き程、圧縮機５の回転数は大きくなる。
【００４５】
本来は、凝縮器および蒸発器の両方の温度を検出した方がより確実に吐出温度差から、蒸発器と蒸発器出口との温度差（過熱度）が算出できる。しかし、本実施の形態では、後述するように、正確な過熱度の算出よりも、危険な状態から脱するための制御（ここでは以下「安全制御」という）を主な目的としているため、実験的に決定された膨張弁２の開度による圧力差を用いて、吐出温度と凝縮器温度との温度差（吐出温度差）のみで制御を行なう。
【００４６】
ここでは目標の吐出温度差を算出により決定したが、予めメモリ３４内に格納されたデータテーブルを用いて決定してもよい。すなわち、事前に蒸発器と蒸発器出口とにサーミスタ（温度センサ）を設置して過熱度制御を行い、目標過熱度となるような際の吐出温度と凝縮器温度とを測定し、実験的に目標温度差を決定しておいてもよい。
【００４７】
膨張弁２の制御では、圧縮機５の駆動直後はサイクル安定化のため、通常、膨張弁２の初期開度を設定しておき、ある程度の時間、温度差による開度制御はマスクされる。この初期開度は、冷房サイクル時、暖房サイクル時、さらに外気温高温時と外気温低温時などにより異なる値を持たせておくことで、サイクルを安定させる時間を短縮させるのが一般的である。
【００４８】
初期開度に設定される一定時間のマスク時間経過後は、圧縮機５の回転数により決められた開度となるように膨張弁２の開度を制御する。その後、圧縮機５の回転数ごとに決められた過熱度に基づき、吐出温度差が圧縮機５の回転数ごとの目標温度差となるように、膨張弁２の開度をＰＩＤ制御（比例制御（Proportional Control)、積分制御（Integral Control)、微分制御（Derivative Control)）する。
【００４９】
目標温度差に実際の温度差を近づける制御としてＰＩＤ制御と記述した。ここでは比例制御のみでも積分制御のみでもよいが、オーバーシュートをできるだけ減らして目標温度差に近づけるような制御が望ましい。ただし、吐出温度変化は膨張弁２の開度による影響が非常に遅れて現れる。そのため、膨張弁２の開度変更による吐出温度変化が現れた時点での温度変化の傾きから、安定する吐出温度を予想するようなフィードフォワード制御により開度制御を行う方法でもかまわないし、一度開度変更を行ってから次に開度変更を行なうまでにマスク時間を設けるような制御方法でもかまわない。結果として吐出温度のオーバーシュートを防ぎ、吐出温度がすばやく安定するような制御方法が望ましい。
【００５０】
（安全制御について）
本実施の形態における空気調和機は、以下のような安全制御を行なう。
【００５１】
（１）  結露を防止するための安全制御
特に冷房サイクル運転の場合、蒸発器側、つまり室内熱交換器３側が結露状態になるのを回避するための制御を行なう。吐出温度から凝縮器温度が大きく離れすぎると、膨張弁２の開度が絞りすぎとなり、冷媒流量が少ない（気化しやすい）状態となる。そのため、室内熱交換器３内で冷媒が早く乾いてしまい（室内熱交換器３で冷媒が液相→気相となる部分が多い）、室内熱交換器３内部で熱交換される部分とされない部分とが分かれてしまう。そのため、冷たい空気と暖かい空気が交わり、室内熱交換器３が結露しやすい状態となる。
【００５２】
そこで、吐出温度差が閾値Hth以上になれば、通常制御における開度（以下「基本開度」という）よりも膨張弁２の開度を大きく開く方向に制御することで、室内熱交換器３の結露を防止する。具体的には、通常制御における基本開度より、膨張弁２の開度を“Shigh”ステップだけ開く方向に制御を行う。
【００５３】
閾値Hthについて、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態において、目標の吐出温度差および各閾値と、圧縮機回転数との関係を示す図であり、図８では、縦軸に吐出温度差（吐出−凝縮器温度差）、横軸に圧縮機５の回転数が示されている。
【００５４】
図８を参照して、閾値Hthは、たとえば、圧縮機５の回転数ごとに設けられている目標吐出温度差ライン（図８の「TMP_aim」）からある一定の温度だけ高い温度に設定される。たとえば、冷房サイクルの際に凝縮器側の熱交換器（室内熱交換器３）が結露しやすい状態の吐出温度差を予め実験的に測定しておき、測定した吐出温度差にマージンを持たせた上で閾値Hthの温度差ラインを決定すればよい。
【００５５】
ステップ数Shighは、実験的に決定してもよいし、圧縮機５の周波数（回転数）ごとに決められた膨張弁２の開度に1/X倍して算出してもよい。ただし、同じ開度変更でも圧縮機５の回転数が大きい方が温度変化が大きいため、圧縮機５の回転数が大きい方が補正ステップ数Shighも大きい方が望ましい。
【００５６】
Shigh（圧縮機低回転） ＜ Shigh（圧縮機高回転）
（２）  液バックを防止するための安全制御
また、冷房サイクル、暖房サイクルにかかわらず、圧縮機５に冷媒が液相のまま戻ってくるような状態（液バック）を回避するための制御を行なう。
【００５７】
吐出温度差が閾値Lth以下となった場合に、通常制御よりも膨張弁２の開度を大きく絞る方向に制御する。冷房サイクルおよび暖房サイクルのどちらにおいても、吐出温度と凝縮器温度とが近すぎる場合、凝縮器側の熱交換器で冷媒が液相のまま圧縮機５に戻りやすい状態（湿り度が大きい）となり、圧縮機５への液バックが発生しやすくなる。このような場合に、膨張弁２の開度を大きく絞る方向に制御することで、冷媒減圧後の気液二相状態の気相を多くするように制御する。具体的には、通常制御における基本開度より、膨張弁２の開度を“Slow”ステップだけ絞る方向に制御を行う。これにより、圧縮機５の寿命が短くなるのを防止したり、圧縮機５を故障しにくくすることができる。
【００５８】
閾値Lthについて、再び図８を参照して説明する。図８を参照して、閾値Lthは、たとえば、圧縮機５の回転数ごとに設けられている目標吐出温度差ライン（図８の「TMP_aim」）からある一定の温度だけ低い温度に設定される。たとえば、液バックしやすい状態の吐出温度差を予め実験的に測定しておき、測定した吐出温度差にマージンを持たせた上で閾値Hthの温度差ラインを決定すればよい。
【００５９】
ここでのステップ数Slowは、実験的に決定してもよいし、圧縮機５の周波数（回転数）ごとに決められた膨張弁２の開度に1/Y倍して算出してもよい。ただし、同じ開度変更でも圧縮機５の回転数大きい方が温度変化が大きいため、圧縮機５の回転数が大きい方が補正ステップ数Slowも大きい方が望ましい。
【００６０】
Slow（圧縮機低回転） ＜ Slow（圧縮機高回転）
＜膨張弁２の目標開度算出処理＞
次に、本実施の形態において、膨張弁２の開度を制御するためにプロセッサ３２が実行する目標開度の算出処理について説明する。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態における目標開度算出処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、膨張弁２の目標開度を算出する関数を示している。図９のフローチャートの処理は、たとえば、運転停止指示などの終了イベントが発生するまでの間、定期的に実行される。また、図９のフローチャートに示す処理は、予めプログラムとしてメモリ３４に格納されており、プロセッサ３２がこのプログラムを読み出して実行することにより、目標開度算出処理の機能が実現される。
【００６２】
図９を参照して、はじめに、吐出温度“TMP_to”と凝縮器温度“TMP_con”の値が更新される（ステップＳ１）。冷房サイクル運転の場合は、圧縮機５の出口側の温度センサ７と、室外熱交換器１側の温度センサ６とから、それぞれの温度が検出される。暖房サイクル運転の場合は、圧縮機５の出口側の温度センサ７と、室内熱交換器３側の温度センサ８とから、それぞれの温度が検出される。
【００６３】
次に、ステップＳ１にて更新された各温度により、吐出温度差“TMP_diff”を算出する。具体的には、吐出温度差（TMP_diff）は、吐出温度（TMP_to）から凝縮器温度（TMP_con）を引くことで算出される。
【００６４】
吐出温度差（TMP_diff）が算出されると、その温度差（TMP_diff）が目標温度差“TMP_aim”となるように、通常制御時の膨張弁２の開度（基本開度）を開度実行値“S”として算出する（ステップＳ３）。目標温度差（TMP_aim）は、圧縮機５の周波数ごとに目標過熱度となるように予め設定されている。通常制御時の基本開度の算出式は、予め行なわれた実験結果に基づき定められてよい。また、このような基本開度（ステップ数）も、算出式によらず、メモリ３４内に格納されたデータテーブルより求められてもよい。
【００６５】
続いて、吐出温度差（TMP_diff）が、設定された閾値Hthより小さいかどうかを判定する（ステップＳ４）。吐出温度差（TMP_diff）が閾値Hth以上の場合（ステップＳ４にて「ＦＡＬＳＥ」）、通常制御における基本開度（ステップＳ３における開度実行値S）に、さらに開度を緩める方向に“S_high”加算した値を新たな開度実行値Sとして設定する（ステップＳ５）。これにより、開度実行値が変更される。プロセッサ３２は、変更後の開度実行値にてステッピングモータ１２を駆動する。その結果、通常制御時よりも流量が増加するよう膨張弁２の開度が制御される。
【００６６】
吐出温度差（TMP_diff）が閾値Hthより小さい場合は（ステップＳ４にて「ＴＲＵＥ」）、ステップＳ６へ移行する。
【００６７】
ステップＳ６では、吐出温度差（TMP_diff）が、設定された閾値Lthよりも大きいかどうかを判定する。吐出温度差（TMP_diff）が閾値Lth以下の場合は（ステップＳ６にて「ＦＡＬＳＥ」）、通常制御における基本開度（ステップＳ３における開度実行値S）をさらに開度を絞る方向に“S_low”を減算した値を新たな開度実行値Sとして設定する（ステップＳ７）。これにより、開度実行値が変更される。プロセッサ３２は、変更後の開度実行値にてステッピングモータ１２を駆動する。その結果、通常制御時よりも流量が減少するよう膨張弁２の開度が制御される。
【００６８】
吐出温度差（TMP_diff）が閾値Lthより大きい場合は（ステップＳ６にて「ＴＲＵＥ」）、開度実行値は変更されず、制御を行う開度実行値が、通常制御における基本開度に決定される。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によると、空気調和機に通常設置されている吐出温度サーミスタ（温度センサ７）、および、凝縮器となる熱交換器用のサーミスタ（温度センサ６，８）だけを利用して過熱度を推定するため、過熱度算出用に温度センサの個数を増やすことなく膨張弁の開度を制御することができる。その結果、空気調和器の製造コストを抑えることができる。
【００７０】
また、冷媒が不安定な状態に陥った場合でも、早急に安全な方向に膨張弁の開度を制御するため、圧縮機の故障を低減することができる。その結果、快適で安全な空気調和機を提供することができる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１  室外熱交換器、２  膨張弁、３  室内熱交換器、４  四方弁、５  圧縮機、６，７，８，１１，２１  温度センサ、１２  ステッピングモータ、１４  室内ファン、１５  ルーバー、１６  ルーバーモータ、２４  室外ファン、３０  制御部、３２  プロセッサ、３４  メモリ、３６  操作部、３８  インターフェイス部、３８ａ  記録媒体、１００  室内機、２００  室外機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年3月18日(2011.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和機であって、
冷媒を圧縮するための圧縮機と、
前記冷媒の流量を調整するための膨張弁と、
前記圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、
凝縮器における前記冷媒の凝縮過程の温度を検出するための第２の温度センサと、
前記膨張弁の開度を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮過程の温度との差を、吐出温度差として算出し、
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて所定の演算を行なうことによって、前記算出された吐出温度差が前記目標の吐出温度差になるような前記膨張弁の基本開度を算出し、
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が予め定められた第１の閾値未満の値でありかつ予め定められた第２の閾値を超える値の場合には、前記膨張弁の開度を前記基本開度に設定する通常制御を行い、
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が前記第１の閾値以上の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも開く方向に前記膨張弁の開度を制御し、
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が前記第２の閾値以下の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも絞る方向に前記膨張弁の開度を制御し、
前記制御手段は、前記目標の吐出温度差を、前記圧縮機の回転数により算出し、
前記空気調和機は、
冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において前記冷媒の巡回方向を切替えるための切替弁と、
室外の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室外熱交換器と、
室内の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室内熱交換器とをさらに備え、
冷房サイクル運転の場合、前記凝縮器は前記室外熱交換器に対応し、暖房サイクル運転の場合には、前記凝縮器は前記室内熱交換器に対応する、空気調和機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が前記第１の閾値以上の場合において、前記圧縮機の回転数が大きいほど、前記通常制御における前記基本開度に比べてより開く方向に前記膨張弁の開度を設定し、
前記制御手段は、前記算出された吐出温度差が前記第２の閾値以下の場合において、前記圧縮機の回転数が大きいほど、前記通常制御における前記基本開度に比べてより絞る方向に前記膨張弁の開度を設定する、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記所定の演算は、比例制御演算、積分制御演算、および比例積分微分制御演算のうちのいずれか１つである、請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】
冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器における前記冷媒の凝縮過程の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、前記膨張弁の開度を制御するための方法であって、
前記空気調和機は、
冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において前記冷媒の巡回方向を切替えるための切替弁と、
室外の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室外熱交換器と、
室内の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室内熱交換器とをさらに備え、
冷房サイクル運転の場合、前記凝縮器は前記室外熱交換器に対応し、暖房サイクル運転の場合には、前記凝縮器は前記室内熱交換器に対応し、
前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮過程の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、
前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて所定の演算を行なうことによって、前記算出された吐出温度差が前記目標の吐出温度差になるような前記膨張弁の基本開度を算出するステップと、
前記算出された吐出温度差が予め定められた第１の閾値未満の値でありかつ予め定められた第２の閾値を超える値の場合には、前記膨張弁の開度を前記基本開度に設定する通常制御を行うステップと、
前記算出された吐出温度差が前記第１の閾値以上の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも開く方向に前記膨張弁の開度を制御するステップと、
前記算出された吐出温度差が前記第２の閾値以下の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも絞る方向に前記膨張弁の開度を制御するステップと、
前記目標の吐出温度差を、前記圧縮機の回転数により算出するステップとを含む、膨張弁の開度制御方法。
【請求項５】
冷媒の流量を調整するための膨張弁と、圧縮機の吐出温度を検出するための第１の温度センサと、凝縮器における前記冷媒の凝縮過程の温度を検出するための第２の温度センサとを備えた空気調和機において、前記空気調和機に備えられたコンピュータによって前記膨張弁の開度を制御するためのプログラムであって、
前記空気調和機は、
冷房サイクル運転および暖房サイクル運転において前記冷媒の巡回方向を切替えるための切替弁と、
室外の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室外熱交換器と、
室内の空気および前記冷媒の間で熱交換するための室内熱交換器とをさらに備え、
冷房サイクル運転の場合、前記凝縮器は前記室外熱交換器に対応し、暖房サイクル運転の場合には、前記凝縮器は前記室内熱交換器に対応し、
前記第１の温度センサにより検出された前記吐出温度と前記第２の温度センサにより検出された前記凝縮過程の温度との差を、吐出温度差として算出するステップと、
前記算出された吐出温度差と、目標過熱度となるように設定された目標の吐出温度差とに基づいて所定の演算を行なうことによって、前記算出された吐出温度差が前記目標の吐出温度差になるような前記膨張弁の基本開度を算出するステップと、
前記算出された吐出温度差が予め定められた第１の閾値未満の値でありかつ予め定められた第２の閾値を超える値の場合には、前記膨張弁の開度を前記基本開度に設定する通常制御を行うステップと、
前記算出された吐出温度差が前記第１の閾値以上の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも開く方向に前記膨張弁の開度を制御するステップと、
前記算出された吐出温度差が前記第２の閾値以下の場合には、前記通常制御における前記基本開度よりも絞る方向に前記膨張弁の開度を制御するステップと、
前記目標の吐出温度差を、前記圧縮機の回転数により算出するステップとを含む、膨張弁の開度制御プログラム。