(57)【要約】【課題】低負荷時でも高効率で運転可能な空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機Ｓは、圧縮機１０１と、室外熱交換器１０４と、室外用膨張弁１０６と、室内用膨張弁１０７と、室内熱交換器１０８と、が環状に順次接続される冷媒回路と、設定温度と室内温度との差が所定値以下になったとき、圧縮機１０１を連続運転する場合の消費電力と、圧縮機１０１を断続運転する場合の消費電力と、をそれぞれ予測し、小さいほうの消費電力に対応する運転を実行する制御装置３と、を備える。【選択図】図１
2015021628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、が環状に順次接続され、前記圧縮機の駆動に伴って冷媒が循環する冷媒回路と、
前記圧縮機が有するモータの回転速度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
温度設定器から入力される設定温度と、前記室内熱交換器が設置される室内の温度と、の差が所定値以下になったとき、その後に前記圧縮機を連続運転する場合の消費電力と、前記モータの駆動／停止を交互に繰り返して前記圧縮機を断続運転する場合の消費電力と、をそれぞれ予測し、小さいほうの消費電力に対応する運転を実行すること
を特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記設定温度と、前記室内の温度と、の差が前記所定値以下になったとき、その後に前記圧縮機を断続運転する場合の消費電力を予測する際、前記モータの前記駆動時での回転速度として大きさの異なる複数の回転速度に対応する消費電力をそれぞれ予測し、予測したそれぞれの前記消費電力、及び、前記圧縮機を連続運転する場合の消費電力のうち、最小の消費電力に対応する運転を実行すること
を特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記設定温度と、前記室内の温度と、の差が前記所定値以下になったとき、その後に前記圧縮機を連続運転する場合の消費電力を予測する際、熱平衡状態での前記モータの平衡回転速度と、前記圧縮機の平衡吸入圧力及び平衡吐出圧力と、を算出し、前記平衡回転速度、前記平衡吸入圧力、及び前記平衡吐出圧力に基づいて、前記連続運転する場合の消費電力を予測すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電気機器のエネルギ効率を向上させ、省エネ化を図ることが要請されている。空気調和機に関しても、運転時のエネルギ効率を向上させるために様々な工夫がなされている。
ところで、空気調和機の容量は、冷房運転時の空調負荷を基準として設定される。これは、冷房運転時のほうが暖房運転時よりも高負荷になることが多いためである。したがって、実際の空調負荷に対して過大な容量の空気調和機が設置されやすく、特に暖房運転時において低負荷状態になりやすい。なお、冷房運転時でも室外温度が低温である場合、低負荷状態になる。
【０００３】
また、空気調和機は、空調負荷が小さくなるにつれて、圧縮機を駆動するモータの回転速度を小さくするように設定されている。前記したモータの回転速度を小さくすると、圧縮機の効率や、圧縮機のモータに設置されるインバータの効率が低くなる。そして、空気調和機の能力が空調負荷とつり合う状態においてモータの平衡回転速度が所定の最低回転速度を下回る場合、圧縮機は連続運転から断続運転に切り替えられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、圧縮機停止時の室内の温度を記憶し、圧縮機を次回起動する際、記憶した前記温度よりも室内温度が高くなった時に起動することで、圧縮機の発停頻度を低減させる空気調和機の制御装置について記載されている。
【０００５】
特許文献２には、容量制御動作によって圧縮機が停止された場合、過熱度目標値を強制的に引き上げる過熱度目標値変更動作を行うことで、圧縮機の発停頻度を低減させる冷凍装置について記載されている。
【０００６】
特許文献３には、圧縮機運転時間検出手段によって検出される圧縮機の運転時間と、圧縮機目標運転時間設定手段によって設定される圧縮機目標運転時間と、に基づいて、インバータ装置の出力周波数を制御する冷凍装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３０８３６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９０１２号公報
【特許文献３】特開２００９−２２８９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３に記載の発明では、圧縮機を可能な限り連続で運転し、断続運転の発生頻度を低減することで高効率運転が可能になるという考え方を前提としている。
ところで、圧縮機を駆動するモータの回転速度が小さくなるにつれて圧縮機の効率は低くなる。すなわち、空調場の温度が設定温度に近付いて、超低負荷（例えば、圧縮機の指令回転速度が５s-1（rps）未満）の状態になると、圧縮機を断続運転した方が高効率になる場合がある。引用文献１〜３に記載の発明では、このような逆転現象について考慮されておらず、低負荷運転時の効率をさらに向上させる余地がある。
【０００９】
そこで本発明は、低負荷時でも高効率で運転可能な空気調和機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、温度設定器から入力される設定温度と、室内熱交換器が設置される室内の温度と、の差が所定値以下になったとき、圧縮機を連続運転する場合の消費電力と、圧縮機を断続運転する場合の消費電力と、をそれぞれ予測し、小さいほうの消費電力に対応する運転を実行することを特徴とする。
なお、詳細については、発明を実施するための形態において説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低負荷時でも高効率で運転可能な空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和機の系統図である。
【図２】空調場の状態を説明するための模式図である。
【図３】空気調和機の能力の時間的変化を示す説明図であり、（ａ）は圧縮機が平衡能力ＱEで連続運転する場合であり、（ｂ）は圧縮機が能力ＱE+ΔＱで断続運転する場合であり、（ｃ）は圧縮機が能力ＱE+２ΔＱで断続運転する場合である。
【図４】空気調和機が備える制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】空気調和機が備える制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】圧縮機の回転速度と圧縮機効率との関係を示す説明図である。
【図７】連続運転又は断続運転を行う場合における圧縮機の回転速度と消費電力との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、一例として、空気調和機Ｓ（図１参照）が２台の室外ユニットＵ１１，Ｕ１２と、２台の室内ユニットＵ２１，Ｕ２２と、を備える場合について説明する。
【００１４】
≪実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
図１は、本実施形態に係る空気調和機の系統図である。空気調和機Ｓは、リモコン（温度設定器：図示せず）から入力される信号に応じて室内を冷房する「冷房運転」と、室内を暖房する「暖房運転」と、を行う機能を有している。空気調和機Ｓは、室外に設置される室外ユニットＵ１１，Ｕ１２と、室内（空調場）に設置される室内ユニットＵ２１，Ｕ２２と、これらを制御する制御装置３と、を備えている。
【００１５】
（室外ユニット）
室外ユニットＵ１１は、主として、圧縮機１０１と、四方弁１０３と、室外熱交換器１０４と、室外用膨張弁１０６と、を備えている。
圧縮機１０１は、四方弁１０３を介して自身に流入する冷媒を圧縮する機能を有している。圧縮機１０１を駆動するモータ（図示せず）の巻線には、制御装置３からの指令に応じてモータを制御するインバータ１０２が電気的に接続されている。
【００１６】
図１に示す配管ａ１には、圧縮機１０１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入側温度センサ１１１と、圧縮機１０１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入側圧力センサ１２１と、が設置されている。
図１に示す配管ａ２には、圧縮機１０１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出側温度センサ１１２と、圧縮機１０１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出側圧力センサ１２２と、が設置されている。
【００１７】
四方弁１０３は、冷房運転と暖房運転とで室内熱交換器１０８を通流する冷媒の向きを切り替える機能を有している。四方弁１０３を切り替えることで、冷房運転時には、室内用膨張弁１０７で膨張した低温低圧の冷媒が室内熱交換器１０８に流入する。また、暖房運転時には、圧縮機１０１で圧縮された高温高圧の冷媒が室内熱交換器１０８に流入する。
【００１８】
室外熱交換器１０４は、室外ファン１０５から送られてくる空気（室外空気）と冷媒との熱交換を行う熱交換器であり、四方弁１０３を介して圧縮機１０１に接続されている。室外熱交換器１０４には、室外空気の温度を検出する室外温度センサ１１３が設置されている。
室外用膨張弁１０６は、室外熱交換器１０４を通流する冷媒の流量を調整するとともに、自身を通流する冷媒を減圧する機能を有している。
室外ユニットＵ１２の構成については、前記した室外ユニットＵ１１と同様であるから説明を省略する。
【００１９】
（室内ユニット）
室内ユニットＵ２１は、主として、室内用膨張弁１０７と、室内熱交換器１０８と、を備えている。
室内用膨張弁１０７は、室内熱交換器１０８を通流する冷媒の流量を調整するとともに、自身を通流する冷媒を減圧する機能を有している。
室内熱交換器１０８は、室内ファン１０９から送られてくる空気（室内空気）と冷媒との熱交換を行う熱交換器であり、配管ａ８を介して室内用膨張弁１０７に接続されている。
【００２０】
なお、室内ユニットＵ２１には、室内ファン１０９の吸込温度（室内温度）を検出する吸込温度センサ１１４と、室内熱交換器１０８で熱交換した空気の吹出温度を検出する吹出温度センサ１１５と、が設置されている。
室内ユニットＵ２２の構成については、前記した室内ユニットＵ２１と同様であるから説明を省略する。
【００２１】
（各接続部）
室外液側接続部２０１及び室内液側接続部２０２は、配管ｃ１を介して接続されている。例えば、冷房運転時において配管ａ５を通流する液冷媒と、配管ｂ５を通流する液冷媒と、が室外液側接続部２０１において合流する。合流した液冷媒は配管ｃ１を通流し、室内液側接続部２０２において分流する。分流した液冷媒は、配管ａ９，ｂ９を介して室内用膨張弁１０７に向かう。
【００２２】
室内ガス側接続部２０３及び室外ガス側接続部２０４は、配管ｃ２を介して接続されている。例えば、冷房運転時において配管ａ７を通流するガス冷媒と、配管ｂ７を通流するガス冷媒と、が室内ガス側接続部２０３において合流する。合流したガス冷媒は配管ｃ２を通流し、室外ガス側接続部２０４において分流する。分流したガス冷媒は、配管ａ６，ｂ６を介して四方弁１０３に向かう。
【００２３】
このように各配管を接続することで、２つの室外ユニットＵ１１，Ｕ１２と、２つの室内ユニットＵ２１，Ｕ２２と、を接続する冷媒回路が構成される。空気調和機Ｓは、圧縮機１０１を駆動することで図１に示す冷媒回路において冷媒を循環させ、冷房運転又は暖房運転を行うようになっている。
【００２４】
（制御装置）
以下では、一例として、空気調和機Ｓが暖房運転を行う場合について制御装置３の機能を説明する。制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行する。
【００２５】
＜制御装置の機能＞
（低負荷判定機能）
制御装置３は、空気調和機Ｓの設定温度Ｔsetに対し、空調場が低負荷であるか否かを判定する機能を有している。当該判定処理は、リモコン（温度設定器）から入力される設定温度Ｔsetと、室内温度Ｔi(t)との差が所定値ΔＴ以下であるか否かに基づいて行われる。
【００２６】
（パラメータ係数の同定機能）
図２は、空調場の状態を説明するための模式図である。図２に示す符号Ｑ(t)は、時刻ｔにおける空気調和機Ｓの能力（暖房能力又は冷房能力）を表している。符号Ｔi(t)は室内温度を表し、符号Ｔo(t)は室外温度を表している。なお、本実施形態では、室内空気、壁Ｇ、及び床を一つのモデルとして取り扱い、集中定数系で説明する。
【００２７】
制御装置３は、空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)、室内温度Ｔi(t)、室外温度Ｔo(t)等の関係を規定するパラメータの係数を同定する機能を有している。前記した関係は、係数ｑR，ｑV（図２参照）を用いて、以下の（数式１）で表わされる。なお、Ｃは空調場の空気・床・壁Ｇ等の合計熱容量、ｑRは壁Ｇを介した伝熱によって室内・室外間で授受される熱量を表す係数、ｑVは外気の導入又は導出によって室内・室外間で授受される熱量を表す係数である。
【数１】
2015021628.tif 000003
【００２８】
（数式１）左辺の第一項は、空気調和機Ｓが能力Ｑ(t)で運転した場合、空調場（空気・床・壁Ｇ）の状態量Ｔiが熱容量Ｃを持っていることを表している。左辺の第二項は壁Ｇを介した伝熱によって授受される熱量を表し、第三項は外気の導入又は導出によって授受される熱量を表している。
なお、前記した合計熱容量Ｃ及び係数ｑR，ｑVは、例えば、特開平９−２１５７４号公報に開示されているシステム同定法を用いて、空気調和機Ｓを運転しながら予測できる。
【００２９】
ここで、（数式１）に示した外気導入量の係数ｑRと放熱量の係数ｑVとの和をＫと置く。
【数２】
2015021628.tif 000004
【００３０】
（数式２）に示すＫを用いると、前記した（数式１）は、以下の（数式３）で表わされる。
【数３】
2015021628.tif 000005
【００３１】
また、制御装置３は、圧縮機１０１を駆動するモータ（図示せず）の回転速度Ｆ(t)と、空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)と、の関係を規定するパラメータの係数を同定する機能を有している。
前記モータの回転速度Ｆ(t)、及び空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)は、以下に示す（数式４）の特性を有するものとする。なお、（数式４）に示す係数ｑ1，ｑ2，ｑ3も、前記したシステム同定法を用いて予測できる。
【数４】
2015021628.tif 000006
【００３２】
（数式４）は、前記モータの回転速度Ｆ(t)が、時間的な遅れ（（数式４）左辺）を伴って空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)に反映されることを意味している。以下では、圧縮機１０１が有するモータの回転速度を、「圧縮機１０１の回転速度」と記すことがあるものとする。
【００３３】
システム同定法によって各パラメータの係数（Ｃ，Ｋ，ｑ1，ｑ2，ｑ3）を同定している間も、空気調和機Ｓは運転し続ける。そうすると、空調場の状態が急変しない限り、所定時間経過後に室内温度Ｔi(t)が設定温度Ｔsetに略等しくなって平衡状態になる。
平衡状態における空気調和機Ｓの能力を平衡能力ＱEとし、圧縮機１０１の回転速度を平衡回転速度ＦEとする。平衡能力ＱEは、（数式３）左辺の微分項をゼロとし、室内温度Ｔi(t)に設定温度Ｔsetを代入し、以下の（数式５）で求められる。
【数５】
2015021628.tif 000007
【００３４】
また、圧縮機１０１の平衡回転速度ＦEは、（数式４）の左辺の微分項をゼロとし、能力Ｑ(t)に前記した平衡能力ＱEを代入し、以下に示す（数式６）で求められる。
【数６】
2015021628.tif 000008
【００３５】
（数式６）は、現在（つまり、システム同定時）の空調場において、室内温度Ｔi(t)を設定温度Ｔsetに落ち着かせる場合、圧縮機１０１は平衡回転速度ＦEで駆動することを意味している。
図３（ａ）は、圧縮機を連続運転し続けた場合において、空気調和機の能力の時間的変化を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、圧縮機１０１を連続運転する場合、空気調和機Ｓは平衡能力ＱEで運転し続ける。
【００３６】
また、制御装置３は、圧縮機１０１の吸入圧力Ｐs及び吐出圧力Ｐdを予測する機能を有している。前記した吸入圧力Ｐsは以下に示す（数式７）を用いてモデリングされ、吐出圧力Ｐdは以下に示す（数式８）を用いてモデリングする。なお、（数式７）、（数式８）に示すステップ数ｋは、現在時刻に対応している。ｎはモデリングを行う際の次数であり、予め設定されている。
【数７】
2015021628.tif 000009
【数８】
2015021628.tif 000010
【００３７】
（数式７）は、現在の圧縮機１０１の吸入圧力Ｐs(k)が、過去における圧縮機１０１の吸入圧力Ｐs(k-1)，Ｐs(k-2)，…，Ｐs(k-n)、及び、圧縮機１０１の回転速度Ｆ(k-1)，Ｆ(k-2)，…，Ｆ(k-n)に依存することを意味している。(数式８)についても同様である。
（数式７）の各係数ｐs1〜ｐsn，ｆs1〜ｆsn、及び（数式８）の各係数ｐd1〜ｐdn，ｆd1〜ｆdnは、前記したシステム同定法によって予測できる。
【００３８】
なお、（数式７）、（数式８）に示すモデルは離散時間型であるが、ステップ時間を用いて連続時間型との間で変換可能である。制御装置３は、圧縮機１０１を平衡回転速度ＦEで駆動した場合の平衡吸入圧力ＰsEを（数式９）に基づいて予測し、平衡吐出圧力ＰdEを（数式１０）に基づいて予測する。
【数９】
2015021628.tif 000011
【数１０】
2015021628.tif 000012
【００３９】
（消費電力算出機能）
制御装置３は、平衡回転速度ＦEで駆動する圧縮機１０１の消費電力を算出する機能を有している。まず、制御装置３は、前記した（数式９）に示す平衡吸入圧力ＰsEと、（数式１０）に示す平衡吐出圧力ＰdEと、冷媒物性（吸入密度、吐出密度等）と、に基づいて理論圧縮機動力ＷthEを算出する。
【００４０】
次に、制御装置３はデータベース（図示せず）を参照し、平衡状態における圧縮機効率ηtEと、インバータ効率ηinvEと、を読み込む。前記した圧縮機効率ηtEとは、平衡状態で圧縮機１０１を駆動した場合の効率（断熱効率とモータ効率との積）である。また、インバータ効率とは、圧縮機１０１のモータに設置されるインバータ１０２（図１参照）の電力変換効率である。
【００４１】
圧縮機効率ηtE及びインバータ効率ηinvEは事前実験によって求められ、圧縮機１０１の平衡回転速度ＦE、平衡吸入圧力ＰsE、平衡吐出圧力ＰdE等に対応付けて、データベースとして記憶手段（図示せず）に格納されている。
平衡状態での圧縮機１０１の消費電力ＷEは、前記した理論圧縮機動力ＷthE、圧縮機効率ηtE、及びインバータ効率ηinvEを用いて、以下に示す（数式１１）で求められる。
【数１１】
2015021628.tif 000013
【００４２】
また、制御装置３は、平衡回転速度ＦEよりも所定値ΔＦ（＞０）だけ高い回転速度で断続運転した場合、圧縮機１０１でどれだけの電力が消費されるかを予測する機能を有している。なお、前記した所定値ΔＦは、０．１s-1（rps）、１s-1（rps）といった値であり、制御装置３の演算時間・演算精度等を考慮して予め設定される。
【００４３】
圧縮機１０１が断続運転した場合の消費電力に先立って、圧縮機１０１が回転速度（ＦE＋ΔＦ）で連続運転した場合の消費電力について考える。この場合、空気調和機Ｓの能力は、平衡能力ＱE（（数式５）参照）に所定値ΔＱを足し合わせた値（ＱE＋ΔＱ）になる。ここで、所定値ΔＱは、前記した所定値ΔＦに対応する能力の増加分である。
【００４４】
圧縮機１０１を回転速度（ＦE＋ΔＦ）で連続運転した場合、予測吸入圧力Ｐs(1)及び予測吐出圧力Ｐd(1)は、以下に示す（数式１２）、（数式１３）で求められる。なお、かっこ内の数字「１」は、回転速度（ＦE＋ΔＦ）におけるΔＦの係数「１」を表している。
【数１２】
2015021628.tif 000014
【数１３】
2015021628.tif 000015
【００４５】
さらに、予測吸入圧力Ｐs(1)、予測吐出圧力Ｐd(1)、及び冷媒物性（吸入密度、吐出密度等）に基づいて、理論圧縮機動力Ｗth(1)が求められる。また、圧縮機１０１の吸入圧力Ｐs(1)、吐出圧力Ｐd(1)等に基づいてデータベース（図示せず）を参照し、圧縮機効率ηt(1)及びインバータ効率ηinv(1)が取得される。
圧縮機１０１の予測消費電力Ｗ(1)は、理論圧縮機動力Ｗth(1)、圧縮機効率ηt(1)、及びインバータ効率ηinv(1)を用いて、以下に示す（数式１４）で求められる。
【数１４】
2015021628.tif 000016
【００４６】
次に、圧縮機１０１を断続運転する場合について考える。図３（ｂ）は、圧縮機が断続運転する（能力ＱE＋ΔＱと能力ゼロとを交互に切り替える）場合を示している。図３（ｂ）に示すように、圧縮機１０１が断続運転する際のインターバルをΔｔAとする。また、インターバルΔｔAのうちの駆動時間をΔｔB(1)とする（つまり、圧縮機１０１は時間（ΔｔA−ΔｔB(1)において停止している）。なお、前記したインターバルΔｔAは、予め設定された固定値である。
【００４７】
ここで、平衡状態において回転速度ＦEで連続運転する際の空気調和機Ｓの能力と、前記した断続運転する際の能力と、を等しくする必要がある。つまり、図３（ａ）に示す長方形ＳEの面積と、図３（ｂ）に示す長方形Ｓ１の面積と、を等しくするために、以下のす関係を満たす必要がある。
【数１５】
2015021628.tif 000017
【００４８】
したがって、インターバルΔｔAに対する駆動時間ΔｔB(1)の割合は、以下の（数式１６)で表わされる。
【数１６】
2015021628.tif 000018
【００４９】
また、圧縮機１０１が回転速度（ＦE＋ΔＦ）で連続運転した場合の能力に対し、圧縮機１０１が断続運転した場合（図３（ｂ）参照）の能力が占める割合（比Ｘ(1)）は、以下の（数式１７）で表わされる。
【数１７】
2015021628.tif 000019
【００５０】
前記した比Ｘ(1)は、JIS C9612や、JIS B8616で規定されている「外気温度ｔjの時の建物の冷房負荷とエアコンを外気温度ｔjで冷房（暖房）運転したときの能力との比」とは異なる定義であるが、同じ値となる。また、ＪＩＳに倣って、効率低下係数をｃDで表し、部分負荷係数をＰＬＦ（Part Load Factor）で表すと、部分負荷係数ＰＬＦ(1)は以下の（数式１８）で表わされる。
【数１８】
2015021628.tif 000020
【００５１】
したがって、回転速度（ＦE＋ΔＦ）で断続運転した場合での圧縮機１０１の消費電力Ｗper(1)は、以下の（数式１９）で求められる。
【数１９】
2015021628.tif 000021
【００５２】
回転速度Ｆ(i)＝ＦE＋ｉΔＦ（ただし、ｉ＝１，２，…，ｍ）で駆動する場合の圧縮機１０１の消費電力Ｗper(i)についても、前記と同様の方法で求めることができる。なお、所定値ｍは、圧縮機１０１が断続運転すると仮定した場合において、回転速度の上限値（Ｆ(m)＝ＦE＋ｍΔＦ）を規定する自然数であり、予め設定されている。
【００５３】
図３（ｃ）は、圧縮機が断続運転する（能力ＱE＋２ΔＱと能力ゼロとを交互に切り替える）場合の空調能力の変化を示している。つまり、図３（ｃ）は、前記したｉ＝２の場合に相当する。
ｉの値が大きくなるにつれて（つまり、圧縮機１０１の回転速度Ｆ(i)が大きくなるにつれて）、前記した比Ｘは小さくなる。例えば、図３（ｃ）に示す長方形Ｓ２が図３（ｂ）に示す長方形Ｓ１よりも細長くなる（各長方形ＳE，Ｓ１，Ｓ２の面積は等しい）。
【００５４】
（連続／断続運転決定機能）
制御装置３は、消費電力ＷE，Ｗper(1)，Ｗper(2)，…、Ｗper(m)の中で最も小さいものを特定し、その消費電力に対応する回転速度で圧縮機１０１を連続運転又は断続運転する機能を有している。
前記した消費電力ＷEとは、回転速度ＦEで圧縮機１０１を連続運転した場合の消費電力である。また、消費電力Ｗper(i)とは、回転速度（ＦE＋iΔＦ：ただし、ｉ＝１，２，…，ｍ）で圧縮機１０１を断続運転した場合の消費電力である。
【００５５】
（運転制御機能）
制御装置３は、リモコン（温度設定器：図示せず）から入力される信号に応じて圧縮機１０１、四方弁１０３、室外用膨張弁１０６、室内用膨張弁１０７、室外ファン１０５、室内ファン１０９を制御し、暖房運転や冷房運転を実行する機能を有している。
【００５６】
＜制御装置の処理手順＞
図４、図５は、制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。図４の「ＳＴＡＲＴ」において制御装置３は、リモコン(図示せず)から入力される信号に応じて暖房運転を開始する。
【００５７】
すなわち、制御装置３は、圧縮機１０１から吐出される冷媒が室内熱交換器１０８に流入するように四方弁１０３を制御するとともに、室外用膨張弁１０６及び室内用膨張弁１０７の開度（絞り）、圧縮機１０１、室外ファン１０５、室内ファン１０９の回転速度を制御する。なお、この時点において空調場の必要空調機能力は比較的大きく、圧縮機１０１は連続運転しているものとする。
【００５８】
図４のステップＳ１０１において制御装置３は、パラメータ係数の同定処理を実行する。すなわち、制御装置３は、室内温度Ｔi(t)、室外温度Ｔo(t)、及び空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)の関係を表す（数式３）の係数Ｃ，Ｋ，ｑR，ｑVを同定する。
また、制御装置３は、圧縮機１０１の回転速度Ｆ(t)、及び空気調和機Ｓの能力Ｑ(t)の関係を示す（数式４）の係数ｑ1，ｑ2，ｑ3を同定する。
さらに、制御装置３は、圧縮機１０１の吸入圧力Ｐsの特性を示す（数式７）、及び吐出圧力Ｐdの特性を示す（数式８）の係数ｐs1〜ｐsn，ｆs1〜ｆsn，ｐd1〜ｐdn，ｆd1〜ｆdnを同定する。
【００５９】
ステップＳ１０１の処理は、温度センサ１１１〜１１５から入力される温度情報、圧力センサ１２１，１２２から入力される圧力情報、圧縮機１０１の回転速度等に基づき、システム同定法によって行う。暖房運転を開始してから時間が経過するにつれて、同定対象である各係数が真の値に近付いていく。
【００６０】
ステップＳ１０２において制御装置３は、ステップＳ１０１の同定処理を開始してから所定時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。なお、所定時間Δｔ１は、ステップＳ１０１の同定処理によって各係数が真の値に充分近づくように予め設定された値である。
所定時間Δｔ１が経過していない場合（Ｓ１０２→Ｎｏ）、制御装置３は同定処理を継続する（Ｓ１０１）。室内温度Ｔiが上昇して設定温度Ｔsetに近づく（つまり、必要空調機能力が小さくなる）につれて、制御装置３は圧縮機１０１の回転速度を徐々に小さくする。
【００６１】
図６は、圧縮機の回転速度と圧縮機効率との関係を示す説明図である。図６に示すように、圧縮機１０１の回転速度が小さくなるにつれて圧縮機効率ηtEも低下する（インバータ効率ηinvも同様である）。
【００６２】
図４のステップＳ１０２において所定時間Δｔ１が経過した場合（Ｓ１０２→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において制御装置３は、圧縮機１０１の平衡回転速度ＦE、平衡吸入圧力ＰsE、及び平衡吐出圧力ＰdEを算出（予測）する。
【００６３】
すなわち、制御装置３は、前記した（数式６）に基づいて圧縮機１０１の平衡回転速度ＦEを算出する。また、制御装置３は、（数式９）に基づいて圧縮機１０１の平衡吸入圧力ＰsEを算出し、（数式１０）に基づいて圧縮機１０１の平衡吐出圧力ＰdEを算出する。
このようにして制御装置３は、連続運転をそのまま継続して平衡状態に達した場合、圧縮機１０１がどのような状態になるかを予測する。
【００６４】
ステップＳ１０４において制御装置３は、リモコン（図示せず）から入力される設定温度Ｔsetから室内温度Ｔiを減算した温度差が所定値ΔＴ以下であるか否かを判定する。
ちなみに、室内温度Ｔiは、室内ファン１０９の吸入側に設置される吸込温度センサ１１４（図１参照）から制御装置３に入力される。また、所定値ΔＴ（例えば、１℃）は、低負荷において連続運転を継続するか否かの判定処理を開始する際の閾値であり、予め設定されている。
【００６５】
温度差（Ｔset−Ｔi）が所定値ΔＴ以下である場合（Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はステップＳ１０５に進む。この場合、空調場は低負荷であるため、連続運転から断続運転に切り替えるほうが高効率となる可能性がある。
一方、温度差（Ｔset−Ｔi）が所定値ΔＴよりも大きい場合（Ｓ１０４→Ｎｏ）、制御装置３はステップＳ１０４の処理を繰り返す。この場合、空調場は高負荷であるため、連続運転をし続けるほうが確実に高効率である。
【００６６】
ステップＳ１０５において制御装置３は、ステップＳ１０３で算出した圧縮機１０１の平衡回転速度ＦEが、最低回転速度Ｆmin以上であるか否かを判定する。なお、最低回転速度Ｆmin（図６参照）は、圧縮機１０１が連続運転可能な回転速度の下限値（例えば、５ｓ-1）であり、圧縮機１０１の信頼性・耐久性を考慮して予め設定されている。
平衡回転速度ＦEが最低回転速度Ｆmin未満である場合（Ｓ１０５→Ｎｏ）、制御装置３の処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において制御装置３は、圧縮機１０１を連続運転から断続運転に切り替えた後、ステップＳ１２３（図５参照）の処理に進む。
【００６７】
一方、平衡回転速度ＦEが最低回転速度Ｆmin以上である場合（Ｓ１０５→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において制御装置３は、圧縮機効率ηtE及びインバータ効率ηinvEをデータベース（図示せず）から取得する。すなわち、制御装置３はデータベースを参照し、ステップＳ１０３で算出した平衡回転速度ＦE、平衡吸入圧力ＰsE、及び平衡吐出圧力ＰdEに対応する圧縮機効率ηtE及びインバータ効率ηinvEを取得する。
【００６８】
ステップＳ１０８において制御装置３は、理論圧縮機動力ＷthEを算出する。すなわち、制御装置３は、ステップＳ１０３で算出した平衡吸入圧力ＰsE、平衡吐出圧力ＰdE、及び冷媒物性等に基づいて理論圧縮機動力ＷthEを算出する。
【００６９】
ステップＳ１０９において制御装置３は、圧縮機１０１の消費電力ＷEを算出する。すなわち、制御装置３は、ステップＳ１０７で取得した圧縮機効率ηtE、インバータ効率ηinvEと、ステップＳ１０８で算出した理論圧縮機動力ＷthEと、に基づき、前記した（数式１１）によって圧縮機１０１の消費電力ＷEを算出する。なお、ステップＳ１０９で求めた消費電力ＷEは、そのまま連続運転を継続して平衡状態に達すると仮定した場合に、圧縮機１０１で消費される電力である。
【００７０】
次に、図５のステップＳ１１０〜Ｓ１１９において制御装置３は、回転速度Ｆ(i)＝ＦE＋ｉΔＦ（ただし、ｉ＝１，２，…，ｍ）で圧縮機１０１を断続運転する場合の消費電力Ｗper(i)を逐次算出する。
まず、ステップＳ１１０において制御装置３は、ｉ＝１とする。前記したｉは、ステップＳ１１１〜Ｓ１１８の処理を繰り返すたびにインクリメント（Ｓ１１９）される値である。
【００７１】
ステップＳ１１１において制御装置３は、圧縮機１０１の回転速度Ｆ(i)として、Ｆ(1)＝ＦE＋ΔＦを代入する。前記したように、所定値ΔＦは予め設定された値（例えば、０．１s-1）である。
ステップＳ１１２において制御装置３は、圧縮機１０１の予測吸入圧力Ｐs(1)及び予測吐出圧力Ｐd(1)を算出する。すなわち、制御装置３は、圧縮機１０１を回転速度（ＦE＋ΔＦ）で連続運転した場合の予測吸入圧力Ｐs(1)を（数式１２）によって算出し、予測吐出圧力Ｐd(1)を（数式１３）によって算出する。
【００７２】
ステップＳ１１３において制御装置３は、圧縮機１０１を回転速度（ＦE＋ΔＦ）で連続運転した場合における空気調和機Ｓの能力Ｑ(1)＝ＱE＋ΔＱを算出する。前記したΔＱは、所定値ΔＦに対応する能力の増加分である（図３（ｂ）参照）。ちなみに、断続運転した場合の損失を考慮した消費電力は、ステップＳ１１４〜Ｓ１１７で算出される。
【００７３】
ステップＳ１１４において制御装置３は、インターバルΔｔA（図３（ｂ）参照）に対する駆動時間ΔｔBの比Ｘ(1)と、部分負荷係数ＰＬＦ(1)と、を算出する。すなわち制御装置３は、前記した（数式１７）によって比Ｘ(1)を算出し、（数式１８）によって部分負荷係数ＰＬＦ(1)を算出する。
ステップＳ１１５において制御装置３は、圧縮機効率ηt(1)及びインバータ効率ηinv(1)をデータベース（図示せず）から取得する。すなわち、制御装置３はデータベースを参照し、ステップＳ１１１で算出した回転速度Ｆ(1)と、ステップＳ１１２で算出した予測吸入圧力Ｐs(1)及び予測吐出圧力Ｐd(1)と、に対応して、圧縮機効率ηt(1)及びインバータ効率ηinv(1)を取得する。
【００７４】
ステップＳ１１６において制御装置３は、圧縮機１０１の理論圧縮機動力Ｗth(1)を算出する。すなわち、制御装置３は、ステップＳ１１２で算出した予測吸入圧力Ｐs(1)、予測吐出圧力Ｐd(1)、及び冷媒物性等に基づいて理論圧縮機動力Ｗth(1)を算出する。
ステップＳ１１７において制御装置３は、断続運転した場合の圧縮機１０１の消費電力Ｗper(1)を算出する。すなわち、制御装置３は、前記した（数式１９）を用いて、回転速度（ＦE＋ΔＦ）で断続運転した場合の消費電力Ｗper(1)を算出する。
【００７５】
ステップＳ１１８において制御装置３は、ｉが所定値ｍに等しいか否かを判定する。前記したように、所定値ｍは予め設定される自然数である。ｉが所定値ｍよりも小さい場合（Ｓ１１８→Ｎｏ）、制御装置３はｉをインクリメントし（Ｓ１１９）、ステップＳ１１１の処理に戻る。一方、ｉが所定値ｍに等しい場合（Ｓ１１８→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はステップＳ１２０に進む。
【００７６】
ステップＳ１２０において制御装置３は、ステップＳ１１７で算出したｍ個の消費電力Ｗper(i)のうち、最小値Ｗperminを特定する。図７は、連続運転又は断続運転を行う場合における圧縮機の回転速度と消費電力との関係を示す説明図である。なお、図７では、前記した所定値ｍ＝５であり、最小値Ｗperminに対応する圧縮機１０１の回転速度Ｆ(i)＝Ｆ(2)である場合を示している。
【００７７】
ステップＳ１２１において制御装置３は、ステップＳ１２０で特定した最小値Ｗperminが、ステップＳ１０９（図４参照）で算出した消費電力ＷE未満であるか否かを判定する。つまり、制御装置３は、断続運転すると仮定した場合での消費電力の最小値Ｗperminが、低速で連続運転し続けると仮定した場合の消費電力ＷE未満であるか否かを判定する。
【００７８】
最小値Ｗperminが消費電力ＷE以上である場合（Ｓ１２１→Ｎｏ）、制御装置３の処理はステップＳ１２３に進む。この場合、断続運転よりも連続運転のほうが高効率であるから、制御装置３は圧縮機１０１を低速で連続運転し続ける。
一方、最小値Ｗperminが消費電力ＷE未満である場合（Ｓ１２１→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はステップＳ１２２に進む。この場合、連続運転よりも断続運転のほうが高効率である（図７のＷpermin＜ＷE）。
【００７９】
ステップＳ１２２において制御装置３は、圧縮機１０１の消費電力が最小値Ｗperminとなるように断続運転する。すなわち、制御装置３は、ステップＳ１２０で特定した最小値Ｗpermin（＝Ｗper(i)）に対応する回転速度Ｆ(i)及び比Ｘ(i)で、圧縮機１０１を断続運転する（つまり、連続運転から断続運転に切り替える）。
【００８０】
ステップＳ１２３において制御装置３は、室内温度Ｔiが、ステップＳ１２２の処理を実行した時点から所定値以上変化（上昇又は低下）したか否かを判定する。つまり、制御装置３は、ステップＳ１２２（又は、Ｓ１０６，Ｓ１２１）の処理後、空調場の環境が大きく変化したか否かを判定する。
室内温度Ｔiが所定値以上変化していない場合（Ｓ１２３→Ｎｏ）、制御装置３はステップＳ１２３の処理を繰り返す。一方、室内温度Ｔiが所定値以上変化した場合（Ｓ１２３→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理はＳＴＡＲＴ（図４参照）に戻る。
【００８１】
なお、室内温度Ｔiが所定値以上変化した場合（Ｓ１２３→Ｙｅｓ）、制御装置３の処理がステップＳ１０５（図４参照）に戻るようにしてもよい。一般に、空調場自体の特性（Ｓ１０２で同定される各係数）が大きく変化することは稀だからである。
【００８２】
このように制御装置３は、超低速で圧縮機１０１の連続運転を継続することが可能であったとしても、断続運転のほうが高効率である場合（Ｓ１２１→Ｙｅｓ）、連続運転から断続運転に切り替える（Ｓ１２２）。したがって、低負荷時においても空気調和機Ｓを高効率で運転できる。
なお、前記した例では暖房運転を行う場合について説明したが、冷房運転を行う場合についても同様の方法を適用できる。
【００８３】
＜効果＞
本実施形態に係る空気調和機Ｓによれば、低負荷運転時、設定温度Ｔsetと室内温度Ｔiとの差が所定値ΔＴ以下になったとき（Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、その後に圧縮機１０１の連続運転を継続する場合の消費電力と、断続運転に切り替える場合の消費電力と、を比較し、高効率であるほうの運転を実行する。したがって、低負荷状態において可能な限り低速運転を継続する場合と比較し、圧縮機１０１を高効率で運転できる。
特に、空気調和機Ｓがオフィス等に設置される場合、年間を通して低負荷状態となる時間が長くなる傾向にある。本実施形態によれば、低負荷状態でも高効率で運転し、空気調和機Ｓ全体での消費電力を低減して省エネ化を図ることができる。
【００８４】
なお、前記した特許文献１〜３に記載の発明では、低負荷運転時でも可能な限り圧縮機１０１の連続運転を継続するほうが高効率である（つまり、圧縮機１０１の断続運転は極力避けるべきである）という考え方を前提としている。
しかしながら、圧縮機１０１の回転速度が低下するにつれて、インバータ効率及び圧縮機効率も低下する傾向がある。そして、圧縮機１０１の回転速度が所定値よりも低くなると、圧縮機１０１を発停させる断続運転の方が高効率になる逆転現象が発生する。
【００８５】
本実施形態では、連続運転を継続する場合と断続運転に切り替える場合との消費電力を比較し、最も高効率な運転方法を特定する。したがって、長時間継続する可能性が高い低負荷運転時において、最も効率が高くなるように連続運転又は断続運転を実行できる。
【００８６】
また、制御装置３は、回転速度Ｆ(1)，Ｆ(2)，…，Ｆ(m)で断続運転する場合を仮定してそれぞれの消費電力を求める。そして、制御装置３は、各消費電力の最小値Ｗpermin及び連続運転時の消費電力ＷEの小さい方（つまり、断続運転を行う場合の各消費電力Ｗper(i)、及び、連続運転を行う場合の消費電力ＷEのうち、最小の消費電力）に対応する運転を実行する。したがって、効率が低くなりがちな超低負荷運転時において、最も高効率となるように運転できる。
【００８７】
また、制御装置３は、室内温度Ｔiが、ある程度設定温度Ｔsetに近い場合にのみ（つまり、Ｔset−Ｔi≦ΔＴ：Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、断続運転に切り替えるか否かの判定を行う。すなわち、制御装置３は、連続運転が必要であったり、連続運転を行うほうが明らかに効率が高い高負荷運転時には、前記した判定処理を行わない。これによって、制御装置３の演算負荷を低減できる。
【００８８】
≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機Ｓについて前記実施形態により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、大きさの異なる複数の回転速度Ｆ(1)，Ｆ(2)，…，Ｆ(m)で圧縮機１０１を断続運転する際の消費電力を予測する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、ｍ＝１（図５のステップＳ１１８における値ｍ）に設定し、断続運転する場合の回転速度を予め設定された所定値としてもよい。
この場合、制御装置３は、圧縮機１０１を連続運転する場合の消費電力ＷE、及び、圧縮機１０１を断続運転する場合の消費電力Ｗper(1)のうち、小さいほうの消費電力に対応する運転を実行する。
【００８９】
また、前記実施形態では、制御装置３が圧縮機１０１の消費電力を求める際、システム同定法を用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、その他の方法（例えば、逐次補助変数法）を用いて各係数を同定してもよい。
また、前記実施形態では、空気調和機Ｓが四方弁１０３（図１参照）を備える場合について説明したが、四方弁１０３を省略してもよい。すなわち、空気調和機Ｓは、圧縮機１０１と、室外熱交換器１０４と、膨張弁（室外用膨張弁１０６、室内用膨張弁１０７）と、室内熱交換器１０８と、が環状に順次接続される冷媒回路を備える構成であればよい。
【００９０】
また、前記実施形態では、空気調和機Ｓが室外用膨張弁１０６及び室内用膨張弁１０７を備える場合について説明したが、これに限らない。すなわち、前記した各膨張弁のうち一方を省略してもよい。
また、圧縮機１０１の吸入口に接続される配管ａ１，ｂ１（図１参照）に、気液分離器であるアキュムレータを設置してもよい。また、室外用膨張弁１０６と室外液側接続部２０１とを接続する配管ａ５，ｂ５に、冷媒流量の変動を吸収する受液器を設置してもよい。
また、配管ａ１，ａ５を接続するバイパス配管を設置し、配管ａ５を通流する冷媒と熱交換する過冷却熱交換器を設置してもよい。この場合、過冷却熱交換器よりも上流側のバイパス配管に、バイパス用膨張弁を設置する。
【００９１】
また、前記実施形態では、一つの制御装置３で各種演算処理を実行する場合について説明したが、複数の制御装置を設けて処理負荷を分散させてもよい。
また、前記実施形態では、室外ユニットＵ１１，Ｕ１２、室内ユニットＵ２１，Ｕ２２の外部に制御装置３が設置される場合について説明したが、これに限らない。例えば、室外ユニットＵ１１，Ｕ１２、及び室内ユニットＵ２１，Ｕ２２が制御部を有し、制御部間で通信可能な構成としてもよい。
また、各機能を実現するプログラム、各閾値、測定値、設定時間等の情報は、前記したＲＯＭの他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に格納してもよい。
【００９２】
また、前記実施形態では、空気調和機Ｓが２台の室外ユニットＵ１１，Ｕ１２と、２台の室内ユニットＵ２１，Ｕ２２と、を有する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、室外ユニットの接続台数は１台であってもよいし、３台以上であってもよい。室内ユニットの接続台数についても同様である。
【符号の説明】
【００９３】
Ｓ  空気調和機
Ｕ１１，Ｕ１２  室外ユニット
Ｕ２１，Ｕ２２  室内ユニット
１０１  圧縮機
１０２  インバータ
１０３  四方弁
１０４  室外熱交換器
１０６  室外用膨張弁（膨張弁）
１０７  室内用膨張弁（膨張弁）
１０８  室内熱交換器
３      制御装置
【図１】
2015021628.tif 000022
【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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