(57)【要約】【課題】  室内膨張弁開度を適切にすることにある。【解決手段】  室内熱交換器３の入口出口の空気温度差ΔＴ１と、室内熱交換器３の入口出口の冷媒温度差ΔＴ２とにそれぞれ対応させて室内膨張弁開度を設定してなるテーブルを有し、空気温度差ΔＴ１と冷媒温度差ΔＴ２を計測してテーブルに基づいてそれぞれに対応する室内膨張弁開度ＥＶＩ（１）、ＥＶＩ（２）を求め、室内膨張弁開度の一方を選択して室内膨張弁開度を制御し、今回制御結果の空気温度差ΔＴ１が前回制御結果の空気温度差ΔＴ１（α）に対して増および変化なしのときと判定結果が減のときとで選択する室内膨張弁開度を切り替えて制御を繰り返すことにより、室内機容量に対して小さい容量の室外機を接続しても、室内膨張弁開度５が適正に保たれるので、所要の能力を出すことが可能になる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外熱交換器および室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器および室内膨張弁を有する室内機と、前記室内膨張弁を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、制御周期毎に、前記室内膨張弁を開または閉のいずれかの方向に設定量だけ制御し、その制御結果に基づいて前記室内熱交換器の入口出口の空気温度差が増加する方向に前記室内膨張弁の開閉方向を切り替える空気調和機。
【請求項２】
前記制御手段は、制御周期毎に、前記室内熱交換器の入口出口の空気温度差を検出し、前回制御周期の前記空気温度差と今回制御周期の前記空気温度差を比較し、該比較の結果が増および変化なしであるときは次回制御周期で前記室内膨張弁の開度を今回制御周期と同方向に制御し、前記比較の結果が減であるときは次回制御周期で前記室内膨張弁の開度を今回制御周期と逆方向に制御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】
圧縮機、室外熱交換器および室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器および室内膨張弁を有する室内機と、前記室内膨張弁を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記室内熱交換器の入口出口の空気温度差と、前記室内熱交換器の入口出口の冷媒温度差とにそれぞれ対応させて室内膨張弁開度を設定してなるテーブルを有し、前記空気温度差と前記冷媒温度差を計測して前記テーブルに基づいてそれぞれに対応する室内膨張弁開度を求め、該求めた室内膨張弁開度の一方を選択して前記室内膨張弁開度を制御し、今回制御結果の前記空気温度差が前回制御結果の前記空気温度差に対して増および変化なしのときと減のときとで前記選択する前記室内膨張弁開度を切り替えて制御を繰り返す空気調和機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記室外膨張弁の開度が設定開度よりも小さいときは前記空気温度差および前記冷媒温度差にかかわらず前記室内膨張弁を全開にすることを特徴とする請求項３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】
空気調和機の一例として、圧縮機、室外熱交換器および室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器および室内膨張弁を有する室内機とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このように構成された空気調和機の暖房運転時の冷凍サイクルは次の通りとなる。すなわち、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスが凝縮器となる室内熱交換器で冷却され高温・高圧の液冷媒になり、室外機に内蔵された膨張弁またはキャピラリチューブで減圧され、蒸発器となる室外熱交換器で低温・低圧のガス冷媒となり、圧縮機に戻ることを繰り返す。その際、室内機に内蔵された膨張弁またはキャピラリチューブは全開もしくはバイパスされている。なお、冷房運転は逆サイクルとなる。
【０００３】
通常、室外機と室内機が１対１で接続された空気調和機の場合、室外熱交換器および室内熱交換器は冷凍サイクルが最適となるようバランス設計されているため、上述の冷凍サイクルで運転して問題はない。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２０７７４１号公報（第１図、第２−３頁参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、据付面積の低減、冷媒量の低減および製品コストの低減を行うために室外機を小型にすることが望まれているが、実際室外機を小型にすると、室外熱交換器の容量が室内熱交換器の容量に対して小さくなり、冷凍サイクルがアンバランスになる。この冷凍サイクルにおいては、次式（１）の関係になる。
【０００６】
凝縮器の放熱量＝蒸発器の吸熱量＋圧縮機の仕事量                  （１）
したがって、暖房時において、室外機の小型化により室外熱交換器の吸熱量が減少することにより、室内熱交換器による放熱量、つまり暖房能力が低下することになる。
【０００７】
暖房能力の向上は、特許文献１のように室内機に室内膨張弁を有する空気調和機によれば、室内膨張弁の開度を絞って凝縮圧力（凝縮温度）を上げることにより可能である。しかしながら、室内膨張弁を絞りすぎると、液冷媒が室内熱交換器に溜まって液面が上昇し、実質的な室内熱交換器面積が減少することになるので、凝縮温度は上がるものの暖房能力が向上しないことになる。このため室内膨張弁を最適な開度に設定することが望ましいが、室内膨張弁の最適な開度は、室内室外の空気温度や圧縮機駆動周波数によって変わるため、適宜適正に調整する必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、室内機の暖房能力を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器および室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器および室内膨張弁を有する室内機と、室内膨張弁を制御する制御手段とを備え、制御手段は、制御周期毎に、室内膨張弁を開または閉のいずれかの方向に設定量だけ制御し、その制御結果に基づいて室内熱交換器の入口出口の空気温度差が増加する方向に室内膨張弁の開閉方向を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、室内熱交換器の暖房能力は凝縮能力φｋに相関する。φｋは、熱通過率をＫ、伝熱面積をＡ、空気の平均温度をＴａ、凝縮温度をＴｋ、とした場合、次式（２）で表すことができる。
φｋ＝Ｋ・Ａ・（Ｔｋ−Ｔａ）                                      （２）
【００１１】
この式（２）からわかるように、暖房能力は伝熱面積Ａと（Ｔｋ−Ｔａ）を大きくすることで向上できる。しかし、暖房時において、室内膨張弁を絞ると（Ｔｋ−Ｔａ）は増加し、液冷媒量は増えて伝熱面積Ａが小さくなる。一方、室内膨張弁を開くと伝熱面積Ａが増え、（Ｔｋ−Ｔａ）は減少する。つまり、伝熱面積Ａと（Ｔｋ−Ｔａ）は相反するので、室内膨張弁の開度に最適値が存在する。しかし、室内膨張弁の最適な開度は、室内室外の空気温度や圧縮機駆動周波数によって変わるため最適な開度を導き出すことは困難である。
【００１２】
そこで、上記制御を行うことにより、空気温度差が増加するように室内膨張弁の開度が調整されるので、室内膨張弁の開度を最適にでき、室内機の暖房能力を向上させることができる。これにより、室内機容量に対して小さい容量の室外機を接続しても最大の暖房能力を出すことが可能になる。したがって、例えば、室外機の製品コンパクト設計が可能となり、製品コストの大幅な低減を図ることができる。 また、据付面積の低減や冷媒量の低減を実現できる。
【００１３】
具体的に制御手段は、制御周期毎に、室内熱交換器の入口出口の空気温度差を検出し、前回制御周期の空気温度差と今回制御周期の空気温度差を比較し、この比較の結果が増および変化なしであるときは次回制御周期で室内膨張弁の開度を今回制御周期と同方向に制御し、比較の結果が減であるときは次回制御周期で室内膨張弁の開度を今回制御周期と逆方向に制御する構成とする。
【００１４】
また、式（２）において、伝熱面積Ａの増減の影響は比較的空気温度差に表れ易く、凝縮温度Ｔｋの増減の影響は比較的冷媒温度差に表れ易い。そこで空気温度差と冷媒温度差の２つの指標を切り替えて用いることにより室内膨張弁の開度をより適切に調整することができる。
【００１５】
すなわち、制御手段は、室内熱交換器の入口出口の空気温度差と、室内熱交換器の入口出口の冷媒温度差とにそれぞれ対応させて室内膨張弁開度を設定してなるテーブルを有し、空気温度差と冷媒温度差を計測してテーブルに基づいてそれぞれに対応する室内膨張弁開度を求め、求めた室内膨張弁開度の一方を選択して室内膨張弁開度を制御し、今回制御結果の空気温度差が制御結果の空気温度差に対して増および変化なしのときと判定結果が減のときとで選択する室内膨張弁開度を切り替えて制御を繰り返す構成とすることができる。これによれば、室内空気温度と冷媒空気温度の２つの指標のうち適切な方に基づいて室内膨張弁の開度を制御することができ、室内室外の空気温度や圧縮機駆動周波数による変化に対応することができる。
【００１６】
また、この場合において、制御手段は、室外膨張弁の開度が設定開度よりも小さいときは空気温度差および冷媒温度差にかかわらず室内膨張弁を全開にすることができる。これによれば、室内、および室外膨張弁の開度が小さくなりすぎて冷媒循環量が低下するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、室内機の暖房能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は、本実施形態の空気調和機の一実施形態の制御動作を示すフローチャートである。図２は、本実施形態の空気調和機を示す図である。
【００１９】
本実施形態の空気調和機は、図２に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１、室内熱交換器３、室内膨張弁５、室外膨張弁７、および室内熱交換器９が冷媒配管１１により順次連結されてなる冷凍サイクルを形成している。室内熱交換器３および室内膨張弁５は、室内機に設けられ、室外膨張弁７および室外熱交換器９は室外機に設けられている。室内熱交換器３には、室内の空気を送る送風ファン１３が設けられ、室外熱交換器９には、外気を送る送風ファン１５が設けられている。また、圧縮機１は四方弁１７を介して冷媒配管１１に接続されており、冷媒の吹出および吸引方向を切り替えられるようになっている。なお、図中実線は、暖房時を示す。
【００２０】
制御器１９は、室内膨張弁５、および室外膨張弁７に接続され、パルス信号により各膨張弁の開度を調整するとともに、各膨張弁の現在の開度を記憶しておくようになっている。室内熱交換器３の吸引側と吹出側にそれぞれ温度検出器２１、２２が設けられている。温度検出器２１、２２は、それぞれ制御器１９に検出した温度情報を入力するようになっている。室内熱交換器３の液側（圧縮機１側）とガス側（室内膨張弁５側）の冷媒配管１１には温度検出器２３、２４が設けられている。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴部である制御器による室内膨張弁の制御動作について説明する。図１に示すように、まず、制御器１９は、温度検出器２１、２２から室内機の吹出空気温度と吸込空気温度を取り込み、その差ΔＴ１を求め、温度検出器２３、２４から室内ガス管温度と室内液管温度を検出し、その差ΔＴ２を求める（ステップＳ１）。ΔＴ１に対応する室内膨張弁５の開度ＥＶＩ（１）を演算するとともに（ステップＳ２）、ΔＴ２に対応する室内膨張弁５の開度ＥＶＩ（２）を演算する（ステップＳ３）。
【００２２】
ここで、ステップＳ２、Ｓ３の演算について説明する。図３はΔＴ１からＥＶＩ（１）を演算する詳細制御フローを示し、図４は図３によって算出されたΔＴ１に対応した室内膨張弁開度が設定されたテーブルの設定内容を示す。まず、ステップＳ２では、室外膨張弁７の開度を取り込み、設定開度（例えば、３９０ｐｌｓ）と比較する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１の結果、室外膨張弁開度ＥＶＯ≦３９０ｐｌｓでないならば、温度検出器２１、２２から室内機の吹出空気温度と吸込空気温度を取り込み、その差ΔＴ１を求め（ステップＳ２２）、図４のテーブルからステップＳ２１で求めたΔＴ１に対応する室内膨張弁開度ＥＶＩ（１）を算出する（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２１において、室外膨張弁開度ＥＶＯ≦３９０ｐｌｓである場合は膨張弁開度に余裕がないと考えられるため、上記の制御を適用せずステップＳ２４に進む。また、ΔＴ１が小さくなるにつれて室内膨張弁開度ＥＶＩ（１）を小さくするが、室内膨張弁開度ＥＶＩ（１）を小さくしすぎると冷媒循環量が低下し、逆に暖房能力が低下する可能性がある。そのため、例えばΔＴ１＜１０℃となった場合は、例えば７５０ｐｌｓまで回復させる。また、制御手段に内臓されたタイマによって、図３に示す制御を定期的（例えば、１分間隔）に繰り返すことにより、常に最適な室内膨張弁開度となるように制御を行なう（ステップＳ２４）。
【００２３】
一方、図５はΔＴ２からＥＶＩ（２）を演算する詳細制御フローを示し、図６は図５によって算出されたΔＴ２に対応した室内膨張弁開度のテーブルを示す。まず、ステップＳ３では、室外膨張弁７の開度ＥＶＯを取り込み、設定開度（例えば、３９０ｐｌｓ）と比較する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の結果、室外膨張弁開度ＥＶＯ≦３９０ｐｌｓでないならば、温度検出器２３、２４から室内機のガス冷媒温度と液冷媒温度を取り込み、その差ΔＴ２を求め（ステップＳ３２）、図６のテーブルからステップＳ３１で求めたΔＴ２に対応する室内膨張弁開度ＥＶＩ（２）を算出する（ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３１において、室外膨張弁開度ＥＶＯ≦３９０ｐｌｓである場合は膨張弁開度に余裕がないと考えられるため、上記の制御を適用せずステップＳ３４に進む。また、ΔＴ２が小さくなるにしたがい室内膨張弁開度ＥＶＩ（２）を小さくするが、室内膨張弁開度ＥＶＩ（２）を小さくしすぎると冷媒循環量が低下し、逆に暖房能力が低下する可能性がある。そのため、例えばΔＴ２＜１５℃となった場合は７５０ｐｌｓまで回復させる。また、制御手段に内臓された、タイマによって、本制御を定期的に繰り返すことにより、常に最適な室内膨張弁開度となるように制御を行なう（ステップＳ３４）。
【００２４】
このようにステップＳ２、３で求めたＥＶＩ（１）、ＥＶＩ（２）は、ステップＳ４において比較され、小さい方を適正値として判定し（ステップＳ４）、室内膨張弁５の開度として出力する（ステップＳ５）。
【００２５】
以上を初期ルーチンとし、以後運転停止まで、以下に示す第２ルーチンを繰り返す。まず、ΔＴ１とΔＴ２を計測し（ステップＳ６）、ΔＴ１をΔＴ（α）として記憶する。そして、ステップＳ２、Ｓ３と同様に、ΔＴ１によるＥＶＩ（１）の演算（ステップＳ７）、ΔＴ２によるＥＶＩ（２）の演算（ステップＳ８）を行う。次に、ＥＶＩ（１）とＥＶＩ（２）を比較して室内膨張弁開度判定を行う（ステップＳ９）。この際、前回の膨張弁開度の判定方法が ＥＶＩ（１）、ＥＶＩ（２）の小さい値を適正値としている場合は、同様に小さい値を判定値とし、大きい値を判定値としている場合は、大きい値を判定値として、室内膨張弁開度を出力する（ステップＳ１０）。そして、ΔＴ１とΔＴ２を再度計測し（ステップＳ１１）、ΔＴ１がΔＴ１（α）に対して増加もしくは変化なしの場合は、室内膨張弁開度がうまく調整されていると考え、室内膨張弁開度を変更せずにステップＳ６に戻る（ステップＳ１２）。また、ステップＳ１２において、ΔＴ１がΔＴ１（α）に対して減少している場合は前回と逆の判定方法により室内膨張弁開度を決定し、出力させる（ステップＳ１２）。
【００２６】
このように本実施形態によれば、空気温度差ΔＴ１が増加するように室内膨張弁５の開度が調整されるので、室内膨張弁５の開度を最適にでき、室内機の暖房能力を向上させることができる。これにより、室内機容量に対して小さい容量の室外機を接続しても、室内膨張弁開度が適正に保たれるので、所望の暖房能力を出すことが可能になる。したがって、室内熱交換器と室外熱交換器に容量のアンバランスがある場合でも、暖房能力の低下を防止することが可能となる。このように、本実施形態を採用することにより、室外熱交換器のポテンシャルを最大限に発揮させ、室外機容量をコンパクト化する事が可能となりコスト低減やイニシャルコストの低減が可能となる。また、室内機容量をアップさせる必要になっても、室外機を変更せずに、室内機の容量のみアップすることで対応することも可能となる。また、室内機を高風量とした場合も、室外機をそのまま使用することが可能である。さらに、室内熱交換器の伝熱面積の増減の影響を受け易い空気温度差と、凝縮温度Ｔｋの増減の影響を受け易い冷媒温度差の２つの指標を切り替えて用いることにより室内膨張弁の開度をより適切に調整することができる。また、上述の制御によって決まる室内膨張弁開度ＥＶＩ（１）とＥＶＩ（２）とを比較することにより、最適な室内膨張弁開度を決定することが可能となる。なお、本実施形態では、室内機と室外機が１対１で接続される空調機に適用した例について説明したが、室内機と室外機とが多数対１で接続される空調機に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の一実施形態の空気調和機の制御手段のフローチャートである。
【図２】本実施形態の一実施形態の空気調和機を示す図である。
【図３】室内機の吹出し空気温度と吸込み空気温度の差で室内膨張弁開度を決定する制御フローチャートである。
【図４】図３によって算出されたΔＴ１に対応した室内膨張弁開度のテーブルである。
【図５】室内ガス管温度と室内液管温度の差で室内膨張弁開度を決定する制御フローチャートである。
【図６】図５によって算出されたΔＴ２に対応した室内膨張弁開度の分割図表である。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
３  室内熱交換器
５  室内膨張弁
７  室外膨張弁
９  室外熱交換器
１１  冷媒配管
１３、１５  送風ファン
１９  制御手段
２１、２２、２３、２４  温度検出器
【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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