特許 6890727 空気調和システムおよび制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6890727

(24)【登録日】2021年5月27日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】空気調和システムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20210607BHJP

   F24F 11/84 20180101ALI20210607BHJP

   F24F 110/10 20180101ALN20210607BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 304F

   F24F11/84

   F24F110:10

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-545600(P2020-545600)

(86)(22)【出願日】2020年4月23日

(86)【国際出願番号】JP2020017449

【審査請求日】2020年8月31日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】316011466

【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】中安 悟

(72)【発明者】

【氏名】浦田 和幹

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 太樹

(72)【発明者】

【氏名】徳地 幹人

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０５８２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０７２２９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２４Ｆ １１／８４

Ｆ２４Ｆ １１０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

室内機と室外機とを備える空気調和システムであって、
前記室内機が、
熱交換器と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室外機が、
熱交換器と、
圧縮機と、
前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、
前記冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と、所定時間における該室内の温度の変化量と、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数とに応じて、前記室内機の前記弁の開度を制御する制御手段
を含んでおり、
前記制御手段は、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数が周波数閾値より小さく、かつ、空調負荷と空調能力との差分を、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と設定温度との差と、前記所定時間における室内温度の変化量とから検出し、検出された前記差分が負荷閾値より小さい場合に、前記室内機の前記弁の開度を小さくする制御を行う、空気調和システム。

【請求項2】

室内機と室外機とを備える空気調和システムであって、
前記室内機が、
熱交換器と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室外機が、
熱交換器と、
圧縮機と、
前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、
前記冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と、所定時間における該室内の温度の変化量と、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数とに応じて、前記室内機の前記弁の開度を制御する制御手段
を含んでおり、
前記制御手段は、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数が周波数閾値以上、または、空調負荷と空調能力との差分を、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と設定温度との差と、前記所定時間における室内温度の変化量とから検出し、検出された前記差分が負荷閾値以上である場合に、前記室内機の前記弁の開度を大きくする制御を行う、空気調和システム。

【請求項3】

前記室内機は、
前記熱交換器と前記室外機とを接続する２本の配管のそれぞれの温度を検出する２つの配管温度検出手段
を含み、
前記制御手段は、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と、前記所定時間における室内の温度の変化量とに基づいて、前記熱交換器から排出される前記冷媒の目標過熱度を計算し、前記２つの配管温度検出手段により検出された２つの温度の差から得られる過熱度が、計算した前記目標過熱度になるような前記室内機の前記弁の開度の変化量を計算する、請求項１または２に記載の空気調和システム。

【請求項4】

複数の室内機と室外機とを備える空気調和システムであって、
前記各室内機が、
熱交換器と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室外機が、
熱交換器と、
圧縮機と、
前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、
前記冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記各室内機の前記各室内温度検出手段により検出された前記各室内の温度と、所定時間における該各室内の温度の変化量と、前記各室内機の前記各周波数検出手段により検出された前記各運転周波数とに応じて、前記各室内機の前記各弁の開度を制御する制御手段
を含んでおり、
前記制御手段は、１以上の前記室内機につき、該室内機の前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数が周波数閾値より小さく、かつ、空調負荷と空調能力との差分を、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と設定温度との差と、前記所定時間における室内温度の変化量とから検出し、検出された前記差分が負荷閾値より小さい場合に、該室内機の前記弁の開度を小さくする制御を行う、空気調和システム。

【請求項5】

複数の室内機と室外機とを備える空気調和システムであって、
前記各室内機が、
熱交換器と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記室外機が、
熱交換器と、
圧縮機と、
前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、
前記冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
前記各室内機の前記各室内温度検出手段により検出された前記各室内の温度と、所定時間における該各室内の温度の変化量と、前記各室内機の前記各周波数検出手段により検出された前記各運転周波数とに応じて、前記各室内機の前記各弁の開度を制御する制御手段
を含んでおり、
前記制御手段は、１以上の前記室内機につき、該室内機の前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数が周波数閾値以上、または、空調負荷と空調能力との差分を、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と設定温度との差と、前記所定時間における室内温度の変化量とから検出し、検出された前記差分が負荷閾値以上である場合に、該室内機の前記弁の開度を大きくする制御を行う、空気調和システム。

【請求項6】

前記各室内機は、
前記熱交換器と前記室外機とを接続する２本の配管のそれぞれの温度を検出する２つの配管温度検出手段
を含み、
前記制御手段は、１以上の前記室内機につき、該室内機の前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と、前記所定時間における室内の温度の変化量とに基づいて、該室内機の前記熱交換器から排出される前記冷媒の目標過熱度を計算し、該室内機の前記２つの配管温度検出手段により検出された２つの温度の差から得られる過熱度が、計算した前記目標過熱度になるような該室内機の前記弁の開度の変化量を計算する、請求項４または５に記載の空気調和システム。

【請求項7】

熱交換器と、室内の温度を検出する室内温度検出手段と、冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁とを含む室内機と、
熱交換器と、圧縮機と、前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁とを含む室外機と、
制御手段と
を含む、空気調和システムの前記制御手段により実行される制御方法であって、
前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度から所定時間における該室内の温度の変化量を計算するステップと、
前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数と、計算した前記室内の温度の変化量とに応じて、前記室内機の前記弁の開度を制御するステップと
を含み、
前記制御手段は、前記周波数検出手段により検出された前記運転周波数が周波数閾値より小さく、かつ、空調負荷と空調能力との差分を、前記室内温度検出手段により検出された前記室内の温度と設定温度との差と、前記所定時間における室内温度の変化量とから検出し、検出された前記差分が負荷閾値より小さい場合に、前記室内機の前記弁の開度を小さくする制御を行う、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和システムおよび該空気調和システムの運転を制御する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の空気調和システムでは、室内機の負荷に応じて室外機の圧縮機周波数を制御し、室温を調整する手法が広く採用されている。室外機の圧縮機には、運転可能な周波数範囲があり、室内機の負荷が小さく、圧縮機が最低運転周波数で運転しても室温を維持できない場合は、圧縮機の停止（サーモオフ）と圧縮機の運転（サーモオン）を繰り返す運転、いわゆる断続運転を実施して、室温を安定させている。

【0003】

しかしながら、断続運転は、室温の上下変動があり、快適性を損ない、連続運転に比較して機器の効率が低下するという問題がある。

【0004】

そこで、断続運転を回避する目的で、起動用運転周波数より低い最低運転周波数に、あるいは圧縮機の使用上の下限運転周波数以上の範囲で一時的に周波数を下げる技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。また、室外機の膨張弁の開度を小さくし、冷媒循環量を減少させる技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２０２８８５号公報

【特許文献2】特開２０１５−１０２２５２号公報

【特許文献3】特開平１０−１４１７４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の特許文献１、２に記載の技術では、室温を設定温度に保つために必要な圧縮機周波数が、圧縮機の使用上の下限運転周波数より低下することになる場合、断続運転を回避することができなくなるという問題があった。

【0007】

上記の特許文献３に記載の技術では、室外機の膨張弁の開度を強制的に小さくし、冷媒循環量を減少させて能力を低下させるため、複数の室内機が接続されている場合には、すべての室内機の冷房能力を低下させてしまう。そのため、室内機が負荷の異なる部屋に位置する場合には、負荷の大きい部屋で室温を維持することができなくなり、快適性を維持することができないという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記課題に鑑み、室内機と室外機とを備える空気調和システムであって、
室内機が、
熱交換器と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
室外機が、
熱交換器と、
圧縮機と、
圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、
冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁と
を含み、
室内温度検出手段により検出された室内の温度と、所定時間における該室内の温度の変化量と、周波数検出手段により検出された運転周波数とに応じて、室内機の弁の開度を制御する制御手段
を含む、空気調和システムが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、断続運転を抑制し、快適性を維持することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】空気調和システムの第１の構成例を示した図。

【図2】空気調和システムが備える制御装置のハードウェア構成を例示した図。

【図3】室内膨張弁の開度制御の第１の例を示したフローチャート。

【図4】従来の制御と本制御における運転開始後の消費電力の時間履歴を示した図。

【図5】室内膨張弁の開度制御の第２の例を示したフローチャート。

【図6】室内膨張弁の開度制御の第３の例を示したフローチャート。

【図7】室内膨張弁の開度制御の第４の例を示したフローチャート。

【図8】空気調和システムの第２の構成例を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、空気調和システムの第１の構成例を示した図である。空気調和システムは、住宅やビル等の室内に設置される室内機１０と、室外に設置される室外機２０とを含んで構成される。空気調和システムは、室内機１０が設置される室内に、室内機１０と無線により通信を行い、室内機を操作するための操作装置（リモートコントローラ）を含むことができる。

【0012】

室内機１０と室外機２０とは、熱媒体としての冷媒が循環する２本の配管３０、３１により接続される。冷媒としては、例えばＲ４１０ａやＲ３２等のハイドロフルオロカーボンが用いられる。また、室内機１０と室外機２０とは、互いに通信を行うために通信ケーブル等により接続される。なお、室内機１０と室外機２０とは、通信ケーブル等により有線接続されることに限定されるものではなく、ＷｉＦｉ（登録商標）等を使用して無線接続されていてもよい。

【0013】

室内機１０は、ユーザの操作を受けて起動し、または停止する。室内機１０は、起動した際、室外機２０に対して起動を指令し、室内機１０において設定された設定温度や測定した室温等を通知する。室内機１０は、ユーザから運転モードや設定温度等の運転条件の変更を受け付けた場合、室外機２０に対して変更された運転条件も通知する。室内機１０は、停止する際、室外機２０に対して運転の停止を指令する。

【0014】

室内機１０は、運転中、室内の空気を取り込み、取り込んだ空気と、室外機２０から供給される冷媒との間で熱交換し、冷却された空気または暖められた空気を吹き出し、室内を設定温度になるように冷却または暖める。

【0015】

このため、室内機１０は、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器１１と、室内の空気を熱交換器１１へ取り込み、熱交換器１１により熱交換された空気を吹き出す送風機（ファン）１２とを備える。

【0016】

室内機１０は、室外機２０へ室内の温度を通知するために、室内の温度を検出する室内温度検出手段を備える。室内温度検出手段としては、室温センサ１３を用いることができる。また、室内機１０は、熱交換器１１と接続される２本の配管３０、３１の外壁面温度を検出するための配管温度検出手段を備える。配管温度検出手段としては、配管温度センサ１４、１５を用いることができる。さらに、室内機１０は、冷媒を膨張させ、熱交換器１１を流れる冷媒の流量を調整するための室内膨張弁１６を含む。

【0017】

室内機１０を冷房として使用する場合、熱交換器１１は、蒸発器として機能し、冷媒は液とガスが混在した二相流の状態（液冷媒）として熱交換器１１へ流入する。冷媒は、熱交換器１１においてファン１２により取り込まれた空気と熱交換を行うことで液成分が蒸発し、ガス冷媒として熱交換器１１から排出され、室外機２０へ送られる。液成分は、熱交換器１１内の圧力に対応する一定の温度（飽和温度）で蒸発し、飽和温度または飽和温度より高い温度で熱交換器１１から排出される。飽和温度よりΔｔほど高い温度で排出される場合のΔｔは、飽和温度からの温度上昇を示し、過熱度と呼ばれる。

【0018】

室外機２０は、室内機１０からの指定を受けて起動し、設定された、または室内機１０から通知された運転モードで運転を開始する。運転モードは、冷房モード、暖房モード、送風モード等である。室外機２０は、設定された、または室内機１０から通知された設定温度、室内温度、配管温度等に応じて、冷媒の温度、圧力、流量等を制御する。また、室外機２０は、室内機１０からの指令を受けて運転を停止する。

【0019】

室外機２０は、配管３０、３１を介して室内機１０と接続され、冷媒を循環させる。このため、冷媒を循環させるための圧縮機２１を備える。圧縮機２１によって圧縮された冷媒ガスは、熱交換器２２においてファン２３によって取り込まれた空気と熱交換を行い、高圧の液冷媒となる。また、室外機２０は、暖房運転も可能にするため、冷媒が流れる方向を逆にするための四方弁２５を備える。室外膨張弁２４は、暖房時に高圧の状態となった冷媒を、低温、低圧の冷媒にするとともに、冷媒の流量を調整するために備えられる。

【0020】

圧縮機２１は、運転周波数を変えることで冷媒の流量が変えられる。

【0021】

室外機２０は、制御装置２６を備える。制御装置２６は、室温センサ１３により検出された室内温度と、設定温度と、配管温度と、運転モードとに基づき、圧縮機２１の運転周波数と、室外膨張弁２４の開度とを制御する。また、設定された運転モードに応じて、四方弁２５を切り替える。

【0022】

圧縮機２１の運転周波数には下限があり、圧縮機２１が最低運転周波数で運転しても発生能力が室内負荷よりも大きい場合には、連続運転で室内温度を設定温度に維持することができない。そのため、サーモオンとサーモオフとを繰り返す断続運転を実施して、室内温度を設定温度に維持する。しかしながら、断続運転を行うと、連続運転に比較して機器の効率や信頼性が低下し、室内温度も変動するため、快適性を損なうという問題がある。

【0023】

そこで、室外機２０は、圧縮機２１の運転周波数を検出する周波数検出手段として、周波数センサ２７を備え、制御装置２６が、室温センサ１３により検出された室温および該室温の所定時間における変化量と、周波数センサ２７により検出された運転周波数とに応じて、室内膨張弁１６の開度を制御するように構成される。

【0024】

制御装置２６は、圧縮機２１が最低運転周波数付近で運転している場合に、室内膨張弁１６の開度を小さくして、熱交換器１１へ流入する冷媒の流量を減少させ、発生する空調能力（冷房能力）を小さくする。これにより、圧縮機２１が最低運転周波数で動作していても、さらなる冷房能力の低減が可能となるため、従来では圧縮機２１の断続運転が必要となる空調負荷であっても、圧縮機２１の断続運転を回避することができる。この詳細については以下に説明する。

【0025】

図２は、空気調和システムに用いられる制御装置２６のハードウェア構成の一例を示した図である。制御装置２６は、ＣＰＵ４０と、フラッシュメモリ４１と、ＲＡＭ４２と、通信Ｉ／Ｆ４３と、制御Ｉ／Ｆ４４とを備える。ＣＰＵ４０等の構成要素は、バス４５に接続され、バス４５を介して情報等のやりとりを行う。

【0026】

フラッシュメモリ４１は、ＣＰＵ４０により実行されるプログラムや各種のデータ等を記憶する。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４０に対して作業領域を提供する。ＣＰＵ４０は、フラッシュメモリ４１に記憶されたプログラムをＲＡＭ４２に読み出し実行することで、上記の制御を実現する。

【0027】

通信Ｉ／Ｆ４３は、室内機１０と接続し、室内機１０から室内温度、液配管温度、ガス配管温度等の情報を受信する。また、通信Ｉ／Ｆ４３は、周波数センサ２７からの情報も受信する。制御Ｉ／Ｆ４４は、圧縮機２１、ファン２３、室外膨張弁２４、四方弁２５、室内膨張弁１６と接続し、それぞれの機器の制御を行う。

【0028】

ここでは、制御装置２６は、ＣＰＵ４０がフラッシュメモリ４１からプログラムを読み出し実行することにより上記の制御を実現するが、回路等のハードウェアを使用して上記の制御を実現してもよい。

【0029】

以下に具体的な制御を、冷房運転時の制御として詳細に説明する。図３は、室内膨張弁１６の開度制御の第１の例を示したフローチャートである。この制御は、冷房運転を開始した段階で、ステップ１００から開始する。ステップ１０１では、運転周波数Ｆが、最低運転周波数Ｆ_ｍｉｎより大きい任意の周波数（周波数閾値）Ｆ_ｄより小さいか否かを判定する。周波数閾値Ｆ_ｄは、室内膨張弁１６の開度の制御を開始する前に断続運転に入らないように、最低運転周波数Ｆ_ｍｉｎに一定の余裕をみて決定される。室内膨張弁１６の開度制御は、ＦがＦ_ｄより小さいと判定されるまでステップ１０１の判定が繰り返される。

【0030】

ステップ１０１でＦがＦ_ｄより小さいと判定された場合、ステップ１０２へ進み、室内の空調負荷と発生冷房能力との差分ＲＬが、負荷閾値ＲＬ_ｔｈより小さいか否かを判定する。

【0031】

室内の空調負荷と発生能力との差分ＲＬは、設定温度と、室温センサ１３により検出された検出値（室温）と、所定時間内の室温の変化量とを用いて検出することができる。所定時間は、室内膨張弁１６の制御にかかる時間（数秒程度）のように短い時間では、変化量が小さすぎて、変化量を検出することができず、長い時間では、その間に断続運転に入ってしまう可能性があることから、例えば数十秒から数分程度とすることができる。

【0032】

ＲＬがＲＬ_ｔｈ以上と判定された場合、空調負荷に対して冷房能力が相対的に小さく能力を減少させる必要がないため、室内膨張弁１６の開度制御を行わない。このため、ステップ１０１へ戻り、制御を継続する。

【0033】

一方、ステップ１０２でＲＬがＲＬ_ｔｈより小さいと判定された場合、空調負荷に対して冷房能力が相対的に大きいため、ステップ１０３へ進み、冷媒の流量を低下させるべく、室内膨張弁１６の開度を小さくする。室内膨張弁１６の開度を小さくすると、冷媒の流量を低下させるとともに、圧力が低いために二相冷媒はより小さい熱交換量で気相となるので、熱交換器１１の蒸発器として機能する伝熱管の部分の面積（有効面積）も小さくなる。室内の空気は、主に冷媒が蒸発する際の潜熱により冷却されるため、有効面積が小さくなることにより冷房能力を低下させることができる。冷房能力が低下することで、冷媒を全て蒸発させ、さらには過熱度を付与して熱交換器１１から排出させることができる。

【0034】

制御装置２６は、設定温度と、室温センサ１３の検出値に基づき、圧縮機２１の回転数を制御し、過熱度を一定の範囲に保つように室外膨張弁２４の開度を制御する。したがって、室内負荷が大きい場合、制御装置２６は、圧縮機２１の回転数を上げて冷媒の循環量を増加させ、室内負荷が小さくなると、圧縮機２１の回転数を下げて冷媒の循環量を減少させる。

【0035】

室内負荷が次第に小さくなり、圧縮機２１の運転が最低運転周波数になった場合であっても、室内膨張弁１６の開度を小さくして冷房能力を低下させることで、圧縮機２１が最低運転周波数で運転し続けても、室温を維持することができる。このため、圧縮機２１の連続運転を維持することが可能となる。

【0036】

ステップ１０３で室内膨張弁１６の開度を小さくした後は、ステップ１０１へ戻り、制御を継続する。なお、空気調和システムの運転を停止した場合は、この制御も終了する。

【0037】

図４に、従来の制御と図３に示した室内膨張弁１６の開度制御における運転開始後の消費電力の時間履歴を示す。従来の制御は、断続運転を繰り返す制御であり、時間履歴を破線で示す。従来の制御は、サーモオフになると、消費電力がゼロになるが、サーモオン時に電力を多く消費する。一方、室内膨張弁１６の開度制御（本制御）を行うと、サーモオフ／サーモオンが発生せず、一定の低い電力を消費するのみであるため、時間軸と実線とにより囲まれるトータルの消費電力（消費電力の時間積分の値）は、同じく時間軸と破線とにより囲まれる従来の制御のトータルの消費電力に比較して小さくなる。したがって、本制御は、従来制御に比較して消費電力を低減することができる。

【0038】

図３に示した制御は、室内膨張弁１６の開度を小さくするのみの制御であったが、外気温の上昇等により、室温が上昇し、空調負荷が大きくなると、低下した冷房能力を向上させたい場合がある。また、空調負荷が大きくなった場合に冷媒の循環量が小さく、蒸発器の有効面積も小さいままであると、非効率な運転となる。そこで、冷房能力を向上させることができる制御について、図５を参照して説明する。

【0039】

図５は、室内膨張弁１６の開度制御の第２の例を示したフローチャートである。ステップ２００から開始し、図３に示した制御と同様、ステップ２０１では、運転周波数Ｆが、周波数閾値Ｆ_ｄより小さいか否かを判定する。ＦがＦ_ｄより小さいと判定された場合、ステップ２０２へ進み、室内の空調負荷と発生冷房能力との差分ＲＬが、閾値ＲＬ_ｔｈより小さいか否かを判定する。そして、ＲＬがＲＬ_ｔｈより小さいと判定された場合、ステップ２０３へ進み、冷媒の流量を低下させるべく、室内膨張弁１６の開度を小さくする。室内膨張弁１６の開度を小さくした後、ステップ２０１へ戻り、制御を継続する。

【0040】

ステップ２０１でＦがＦ_ｄ以上と判定された場合、またはステップ２０２でＲＬがＲＬ_ｔｈ以上と判定された場合、ステップ２０４へ進み、室内膨張弁１６の開度を大きくする。ＦがＦ_ｄ以上である場合、冷房能力を向上させる必要があることを示しており、冷房能力を向上させるために、冷媒の循環量を増加させ、熱交換器１１の出口側の過熱度を減少させて有効面積を増加させるべく、室内膨張弁１６の開度を大きくする。ＲＬがＲＬ_ｔｈ以上である場合、発生冷房能力に比較して空調負荷が相対的に大きくなったことを示しており、空調負荷が大きくなったのに、冷媒の循環量が少なく、有効面積も小さいままであると、非効率な運転となることから、室内膨張弁１６の開度を大きくし、冷媒の循環量を増加させる。

【0041】

室内膨張弁１６の開度を大きくした後は、ステップ２０１へ戻り、制御を継続する。この場合も、空気調和システムの運転を停止した場合、制御を終了する。

【0042】

図５に示した制御は、室内膨張弁１６の開度を小さく、または大きくする制御であったが、一度に開度を大きく変化させると、室温に変動が生じる。また、空調負荷によっては室内膨張弁１６の開度を変更せず、維持したほうが室温の変動が小さい場合もある。室温に変動が生じ、その変動が大きいと、快適性が損なわれるからである。そこで、室内膨張弁１６の開度を調整し、維持することができる制御について、図６を参照して説明する。

【0043】

図６は、室内膨張弁１６の開度制御の第３の例を示したフローチャートである。図６に示すステップ３０１、３０２については、図５に示したステップ２０１、２０２と同様であるため、その説明については省略する。

【0044】

ステップ３０２でＲＬがＲＬ_ｔｈより小さいと判定された場合、ステップ３０３へ進み、所定時間における室温の変化量ｄＴ_ｉｎが、予め設定された開度減少開始変化量ｄＴ_ｄｅｃより小さいか否かを判定する。ｄＴ_ｄｅｃは、室内膨張弁１６の開度の減少を開始させる基準となる室温の変化量である。なお、室温の変化量ｄＴ_ｉｎは、所定時間における室温センサ１３の検出値の変化量として算出することができる。

【0045】

ステップ３０３でｄＴ_ｉｎがｄＴ_ｄｅｃより小さいと判定された場合は、室温が急激に下がっているので、冷房能力を低下させる必要があることから、ステップ３０４へ進み、室温の変化量ｄＴ_ｉｎに応じて、室内膨張弁１６の開度の変化量を演算し、その変化量に応じて室内膨張弁１６の開度を減少させる。そして、ステップ３０１へ戻り、制御を継続する。

【0046】

ステップ３０３でｄＴ_ｉｎが、ｄＴ_ｄｅｃ以上と判定された場合、ステップ３０５へ進み、室温Ｔ_ｉｎと設定温度Ｔ_ｓｅｔとの温度差が、予め設定された開度減少開始温度差ΔＴ_ｄｅｃより小さいか否かを判定する。ΔＴ_ｄｅｃは、室内膨張弁１６の開度の減少を開始させる基準となる室温と設定温度との温度差である。温度差がΔＴ_ｄｅｃより小さいと判定された場合、室温の変化量としてはｄＴ_ｄｅｃより大きいが、室温が低いため冷房能力を低下させる必要があることから、ステップ３０４へ進み、室内膨張弁１６の開度を減少させる。そして、ステップ３０１へ戻り、制御を継続する。

【0047】

一方、ステップ３０５で温度差がΔＴ_ｄｅｃ以上と判定された場合、室温が下がっていないと判断でき、室内膨張弁１６の開度を減少する制御を行うと、発生能力を小さくしすぎて室温が上昇する可能性がある。このため、ステップ３０６へ進み、室内膨張弁１６の開度を現在の開度に維持する。そして、ステップ３０１へ戻り、制御を継続する。

【0048】

ステップ３０１でＦがＦ_ｄ以上と判定された場合、またはステップ３０２でＲＬがＲＬ_ｔｈ以上と判定された場合、ステップ３０７へ進み、ｄＴ_ｉｎが、予め設定された開度増加開始変化量ｄＴ_ｉｎｃより大きいか否かを判定する。ｄＴ_ｉｎｃは、室内膨張弁１６の開度の増加を開始させる基準となる室温の変化量である。ｄＴ_ｉｎがｄＴ_ｉｎｃより大きい場合、外気温の上昇等により室温が大きく変化していることを示すため、室内膨張弁１６の開度を増加して冷媒の流量を増加させる必要がある。このため、ｄＴ_ｉｎがｄＴ_ｉｎｃより大きいと判定された場合、ステップ３０８へ進み、室温センサ１３の検出値の変化量に応じて、室内膨張弁１６の開度の変化量を演算し、室内膨張弁１６の開度を増加させる。

【0049】

ステップ３０７でｄＴ_ｉｎがｄＴ_ｉｎｃ以下と判定された場合、ステップ３０９へ進み、室温Ｔ_ｉｎと設定温度Ｔ_ｓｅｔとの温度差が、予め設定された開度増加開始温度差ΔＴ_ｉｎｃより大きいか否かを判定する。ΔＴ_ｉｎｃは、室内膨張弁１６の開度の増加を開始させる基準となる室温と設定温度との温度差である。温度差がΔＴ_ｉｎｃより大きい場合、室内膨張弁１６の開度を増加して冷媒の流量を増加させる必要があるため、ステップ３０８へ進む。一方、温度差がΔＴ_ｉｎｃ以下である場合に室内膨張弁１６の開度を増加する制御を行うと、室温が上がっていないのに冷房能力を高め、室温を低下させる可能性がある。このため、ステップ３１０へ進み、室内膨張弁１６の開度を現在の開度に維持する。そして、ステップ３０１へ戻り、制御を継続する。

【0050】

このようにして、室内膨張弁１６の開度を調整し、維持する制御を行うことで、室温をより安定させることができる。この場合も、空気調和システムの運転を停止した場合、制御を終了する。

【0051】

図６に示した制御は、室内膨張弁１６の開度を調整し、維持する制御であったが、配管温度センサ１４、１５の検出値を使用することで、室内熱交換器出口側の冷媒過熱度を目標値とする制御が可能となる。そこで、配管温度センサ１４、１５の検出値を用いた制御について、図７を参照して説明する。

【0052】

図７は、室内膨張弁１６の開度制御の第４の例を示したフローチャートである。この場合も、図５に示した処理とは異なる部分についてのみ説明する。ステップ４０３では、ｄＴ_ｉｎが過熱度増加開始変化量ｄＴ_ｉｎｃより小さいか否かを判定する。図６に示した例では、ｄＴ_ｉｎｃが開度増加開始変化量であったが、この例では過熱度増加開始変化量とされている。同様に、この例ではｄＴ_ｄｅｃが過熱度減少開始変化量とされ、ΔＴ_ｉｎｃが過熱度増加開始温度差、ΔＴ_ｄｅｃが過熱度増加開始温度差とされている。

【0053】

ｄＴ_ｉｎｃは、過熱度の増加を開始させる基準となる室温の変化量であり、ｄＴ_ｄｅｓは、過熱度の減少を開始させる基準となる室温の変化量である。ΔＴ_ｉｎｃは、過熱度の増加を開始させる基準となる室温と設定温度との温度差であり、ΔＴ_ｄｅｃは、過熱度の減少を開始させる基準となる室温と設定温度との温度差である。

【0054】

ステップ４０４では、室温センサ１３の検出値と、所定時間における室温センサ１３の検出値の変化量とに基づき、熱交換器１１の冷媒の出口側の目標過熱度を演算する。この場合、冷媒の流量を減少させ、過熱度を付与して有効面積を減少させることにより、冷房能力を低下させるため、過熱度が増加する。

【0055】

ステップ４０５では、室内熱交換器出口側の冷媒過熱度がステップ４０４で求めた目標過熱度となるような室内膨張弁１６の開度の変化量を演算し、室内膨張弁１６の開度を制御する。ここでは、室内膨張弁１６の開度を減少させる。そして、ステップ４０１へ戻り、制御を継続する。

【0056】

ステップ４０６でＴ_ｉｎとＴ_ｓｅｔとの温度差がΔＴ_ｄｅｃ以下と判定された場合、ステップ４０７へ進み、ステップ４０４と同様にして、目標過熱度を演算するが、冷房能力を低下させないため、過熱度を現在の過熱度に維持し、ステップ４０８では、室内膨張弁１６の開度を現在の開度に維持する。そして、ステップ４０１へ戻り、制御を継続する。

【0057】

ステップ４０９でｄＴ_ｉｎがｄＴ_ｉｎｃより大きいと判定された場合、ステップ４１０へ進み、ステップ４０４と同様、目標過熱度を演算する。この場合、冷媒の流量を増加させ、過熱度を減じて有効面積を増加させることにより、冷房能力を向上させるため、過熱度が減少する。

【0058】

ステップ４１１では、ステップ４０５と同様にして、室内熱交換器出口側の冷媒過熱度がステップ４１０で求めた目標過熱度となるような室内膨張弁１６の開度の変化量を演算し、室内膨張弁１６の開度を制御する。この場合、室内膨張弁１６の開度を増加させる。そして、ステップ４０１へ戻り、制御を継続する。

【0059】

ステップ４１２でＴ_ｉｎとＴ_ｓｅｔとの温度差がΔＴ_ｉｎｃより大きいと判定された場合、ステップ４１３へ進み、ステップ４０４と同様にして、目標過熱度を演算するが、冷房能力を増加させないため、過熱度を現在の過熱度に維持し、ステップ４１４では、室内膨張弁１６の開度を現在の開度に維持する。そして、ステップ４０１へ戻り、制御を継続する。この場合も、空気調和システムの運転を停止した場合、制御を終了する。

【0060】

これまで、室内膨張弁１６の開度制御を、室外機２０が備える制御装置２６により実施することを説明してきたが、室内膨張弁１６の開度制御は、制御装置２６により実施することに限定されるものではない。例えば、室内機１０が備える制御装置で実施してもよいし、室内機１０や室外機２０とは別に設けられた集中制御装置等で実施してもよい。

【0061】

空気調和システムは、室内機１０と室外機２０が１台ずつで構成されるものに限定されるものではない。したがって、１台の室外機２０に複数の室内機１０が接続されたシステムや、複数の室外機２０と複数の室内機１０とを接続したシステムであってもよい。図８は、１台の室外機２０に複数の室内機１０が接続されたシステムの例を示している。図８に示す例では、３台の室内機１０ａ〜１０ｃと室外機２０とが接続されている。

【0062】

各室内機１０ａ〜１０ｃは、各室内に設置され、各室内の室温を設定温度になるように調整する。各室内機１０ａ〜１０ｃは、それぞれ室内膨張弁１６ａ〜１６ｃを備えるため、室内ごとに冷房能力を調整することができる。このため、室内ごとに空調負荷が異なる場合でも、断続運転を回避しつつ、各室内の室温を安定させることができる。

【0063】

断続運転を回避し、連続運転を実現することにより、消費電力を低減させることもでき、また、起動、停止の回数を減少させることができるので機器の効率を向上させることができ、故障等も減少するので、信頼性を向上させることもできる。また、室温を安定させることができるため、快適性を維持することができる。

【0064】

これまで本発明の室内機、空気調和システムおよび制御方法について上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0065】

１０、１０ａ〜１０ｃ…室内機
１１、１１ａ〜１１ｃ…熱交換器
１２、１２ａ〜１２ｃ…ファン
１３、１３ａ〜１３ｃ…室温センサ
１４、１４ａ〜１４ｃ、１５、１５ａ〜１５ｃ…配管温度センサ
１６、１６ａ〜１６ｃ…室内膨張弁
２０…室外機
２１…圧縮機
２２…熱交換器
２３…ファン
２４…室外膨張弁
２５…四方弁
２６…制御装置
２７…周波数センサ
３０、３１…配管
４０…ＣＰＵ
４１…フラッシュメモリ
４２…ＲＡＭ
４３…通信Ｉ／Ｆ
４４…制御Ｉ／Ｆ
４５…バス

【要約】

断続運転を抑制し、快適性を維持することができるシステムや方法を提供する。空気調和システムは、室内機と、室外機とを含み、室内機が、熱交換器と、室内の温度を検出する室内温度検出手段と、冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁とを含み、室外機が、熱交換器と、圧縮機と、圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段と、冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を調整するための弁とを含み、さらに、室内温度検出手段により検出された室内の温度と、所定時間における該室内の温度の変化量と、周波数検出手段により検出された運転周波数とに応じて、室内機の弁の開度を制御する制御手段を含む。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】