JP5818734B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関するものである。

従来より、１台の室外機に複数の室内機を接続して冷凍サイクルを構成するマルチタイプの空気調和機がある。この種の空気調和機では、各室内機が設置される各部屋の設定温度と運転中の各室内機が検出する室内温度との差温に基づいて、室外機に設置された圧縮機の周波数や各室内機にそれぞれ設置された各電子膨張弁の開度を制御し、各部屋の室内温度を設定温度に近づける制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。

圧縮機の周波数制御や各室内機の電子膨張弁の開度制御の具体的な手法については各種提案されている。例えば、設定温度と室内温度との差温の大きい部屋の室内機が十分な空調能力（冷房能力又は暖房能力）を発揮できるように、冷房時は目標蒸発温度、暖房時は目標凝縮温度を決定している。そして、その目標蒸発温度又は目標凝縮温度となるように圧縮機の周波数を制御し、また、過熱度（冷房時）又は過冷却度（暖房時）が目標値となるように各電子膨張弁の開度を個別に制御することが一般的に行われている。

特開２００５−２４１５３号公報（第４頁）

ところで、近年では空気調和機に対して省エネ制御が求められている。しかしながら、差温が大きい室内機に合わせて目標蒸発温度、目標凝縮温度を決定する従来制御では、各室内機の差温にバラツキがある場合、例えば仮に１台でも差温が大きい室内機があると、その室内機に合わせて空調能力を高めるべく、目標蒸発温度を下げる又は目標凝縮温度を上げる制御を行うことになる。冷凍サイクルでは、目標蒸発温度を低くするほど、また目標凝縮温度を高くするほど運転効率が低下するため、１台の差温の大きい室内機に合わせて目標蒸発温度、目標凝縮温度を決定することは省エネの観点から好ましくない。

一方、差温の大きい室内機が複数台あるにも関わらず、高い省エネ効果を得ようとして、空調能力を高める制御を行わないようにした場合、室内の快適性が損なわれてしまう。このように、複数台の室内機を有する空気調和機では、省エネ運転を効果的に行える運転状況の見極めが難しいという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、省エネ運転を効果的に行える運転状況を見極めた上で省エネ運転を行うことが可能な空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機及び室外熱交換器を有する室外機と、絞り装置及び室内熱交換器を有し、冷房及び暖房の少なくとも一方の運転が可能な複数の室内機と、冷房時は、室内機が設置される各部屋の設定温度と、室内機で検出した室内温度との差温に基づいて目標蒸発温度を決定し、暖房時は、差温に基づいて目標凝縮温度を決定し、決定した目標蒸発温度又は目標凝縮温度を維持するように圧縮機の周波数を制御する目標維持制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、差温が予め設定した所定温度以上となる室内機の合計容量を、運転中の全室内機の合計容量で除算した容量比率を計算し、容量比率が所定比率未満で且つ圧縮機の周波数が、所定レベル以上の高圧縮機効率を得ることができる周波数範囲の下限値未満の場合には、冷房時であれば目標維持制御に代えて、目標蒸発温度を下げると共に圧縮機の周波数の上限値を上げる制御を行い、暖房時であれば目標維持制御に代えて、目標凝縮温度を上げると共に圧縮機の周波数の上限値を上げる制御を行うものである。

本発明によれば、容量比率と圧縮機周波数とに基づいて省エネ運転を効果的に行える運転状況を見極めた上で、省エネ運転を行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る空気調和機の構成図である。 温度差ΔＴに応じた目標蒸発温度の決定方法の説明図である。 圧縮機の周波数を制御したときの部屋の温度変化を示す図である。 蒸発温度毎の圧縮機効率特性を示した図である。 温度差ΔＴに応じた目標凝縮温度の決定方法の説明図である。 凝縮温度毎の圧縮機効率特性を示した図である。 本発明の一実施の形態に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る空気調和機の制御動作を示すフローチャートである。 容量比率αと圧縮機周波数上限との関係を示す図である。

（空気調和機の構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る空気調和機の構成図である。
空気調和機は、室外機Ａと、複数の室内機Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３（各室内機を区別しない場合は総称してＢと符号を付す）とを備えている。各室内機Ｂは室外機Ａに対して並列に接続されており、それぞれ別々の部屋に設置されて各部屋の空調を行う。なお、室内機がここでは３台設置された例を示しているが、室内機の設置台数は３台に限られない。室外機Ａと複数の室内機Ｂは、後述の冷凍サイクルを構成しており、冷凍サイクル内を冷媒が循環することで室内空調を行う。

まず、室外機Ａの構成について説明する。室外機Ａは、圧縮機１と、油分離器２と、四方弁３と、室外熱交換器４と、アキュムレータ７とを備えている。また、室外機Ａには、油分離器２で分離した油を開閉弁８ａ及びキャピラリーチューブ８ｂを介して圧縮機１の吸入側に戻す返油回路８を備えている。室外機Ａは更に、室外熱交換器４に空気を送風する室外送風機９を備えている。

圧縮機１は、周波数を可変することが可能な圧縮機であり、吸入したガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒として吐出し、冷凍サイクルに冷媒を循環させるものである。

油分離器２は、圧縮機１から吐出された冷媒から油を分離するものである。

四方弁３は、冷凍サイクルにおける冷媒の流路を切り換えるものである。四方弁３の流路の切り換えは、後述の室外制御装置１００から出力される駆動信号に基づいて実施され、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器４に送る流路、又は室内熱交換器６に送る流路に切り換える。四方弁３の切り換えにより冷房運転又は暖房運転の切り換えが可能となっている。なお、空気調和機は冷房及び暖房の少なくともどちらか一方が可能であればよく、よって、四方弁３は必ずしも必須の構成ではなく、省略可能である。

室外熱交換器４は、流入する冷媒と室外送風機９からの外気との間で熱交換を実施するものである。なお、図１では室外送風機９によって外気と熱交換される場合を記載したが、水配管と熱交換されるプレート式や二重管式のようなものとしてもよい。

アキュムレータ７は、圧縮機１の吸入側に設置されており、アキュムレータ７内に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離して、余剰な液冷媒を貯留すると共に、ガス冷媒を圧縮機１に送る機能を有する。

次に、室内機Ｂの構成について説明する。なお、各室内機Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は同様の構成となっている。
室内機Ｂは、絞り装置５と室内熱交換器６とを有し、これらが直列に冷媒配管で接続されている。室内機Ｂ１には更に、室内熱交換器６に室内空気を送る室内送風機１１を備えている。

絞り装置５は、流入する冷媒を膨張及び減圧させるものであり、開度を調整可能な電動膨張弁で構成されている。

室内熱交換器６は、流入する冷媒と室内送風機１１からの室内空気との間で熱交換を実施するものである。

室外機Ａと各室内機Ｂとは延長配管により接続され、圧縮機１、油分離器２、四方弁３、室外熱交換器４、絞り装置５、室内熱交換器６及びアキュムレータ７が順次接続されて冷凍サイクルが構成されている。なお、冷凍サイクルの構成は図示のものに限定されず、少なくとも圧縮機１、室外熱交換器４、絞り装置５及び室内熱交換器６を備えた構成とすればよい。

（センサ類及び制御装置）
次に、空気調和機に備えられたセンサ類及び制御装置について説明する。
室外機Ａは、圧縮機１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２１と、圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ２２とを備えている。

室外機Ａは、室外機Ａを構成する各部の動作を制御する室外制御装置１００を備えており、各室内機Ｂそれぞれに設けられた後述の室内制御装置１１０との間で、通信手段としての通信線１２０によりセンサ情報や制御情報等を送受信可能に接続されている。室外制御装置１００は、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭには制御プログラムが記憶されている。

室外制御装置１００は、吸入圧力センサ２１及び吐出圧力センサ２２で検出された検出圧力を取得でき、また、室内熱交換器６の容量と、後述の室内温度検出センサ３３で検出された室内温度と、設定温度とを含む各種情報を通信線１２０を介して各室内機Ｂの室内制御装置１１０から取得できるようになっている。室外制御装置１００は、これらの各種情報と予め搭載されている制御プログラムに基づいて、圧縮機１の周波数制御、四方弁３の切り換え、室外送風機９の回転数制御、開閉弁８ａの開閉制御等の室外機Ａ全体の制御を行う。

室内機Ｂは、室内熱交換器６の液側に設けられて冷媒の温度を検出する液側温度センサ３１と、室内熱交換器６のガス側に設けられて冷媒の温度を検出するガス側温度センサ３２と、を備えている。また、室内機Ｂに流入する室内空気の温度（室内温度）を検出する室内温度検出センサ３３を備えている。

また、室内機Ｂは、室内機Ｂを構成する各部の動作を制御する室内制御装置１１０を備えている。室内制御装置１１０は、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。また、室内機Ｂには、室内機Ｂを個別に操作するためのリモコン１２が接続されており、使用者が設定温度などを入力できるようになっている。

また、室内機Ｂには、制御基板（図示せず）に設けたスイッチにより、自己が発揮できる冷暖房能力（室内熱交換器６の容量に相当）に応じた機種設定がなされている。室内機Ｂの室内制御装置１１０は、その制御基板（図示せず）上のスイッチの設定によって自己の室内熱交換器６の容量（以下、室内機の容量という）を把握できるようになっている。

室内制御装置１１０は、運転状態（冷房運転しているか、暖房運転しているか）と、各種センサ３１〜３３により検出された温度と、リモコン１２から設定された設定温度とを取り込めるようになっており、これらの情報に基づいて絞り装置５の開度制御や、室内送風機１１の回転数制御を行う。また、室内制御装置１１０は、室外機Ａの室外制御装置１００との間でセンサ情報や制御情報等を送受信可能となっている。すなわち、室内制御装置１１０と室外制御装置１００により空気調和機全体を制御する制御装置が構成されている。

なお、上記の構成例では室外制御装置１００と室内制御装置１１０との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成を示したが、室内制御装置１１０の全ての機能を室外制御装置１００に持たせた構成としてもよい。

（冷房運転動作）
次に、図１に基づいて空気調和機の冷房運転について説明する。冷房運転を実施する場合、制御装置は予め、圧縮機１から吐出された冷媒が室外熱交換器４へ流れるように四方弁３の流路を切り換える（図１の実線側）。圧縮機１によって圧縮された高温高圧の冷媒は、圧縮機１から吐出された後、四方弁３を介して室外熱交換器４に流入する。この室外熱交換器４に流入した冷媒は、室外送風機９によって送られてくる外気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器４を流出する。室外熱交換器４を流出した液冷媒は、分岐して、それぞれ各室内機Ｂの絞り装置５に流入する。絞り装置５に流入した液冷媒は、膨張・減圧されて低圧の冷媒となり、それぞれ室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、室内送風機１１によって送られてくる室内空気と熱交換して蒸発し、室内熱交換器６から流出する。各室内熱交換器６から流出した冷媒は合流した後、四方弁３、アキュムレータ７を経由して圧縮機１に戻される。以上の動作を繰り返すことにより室内を冷房する。

（暖房運転動作）
図１に基づいて、空気調和機の暖房運転について説明する。暖房運転を実施する場合、制御装置は予め、圧縮機１から吐出された冷媒が室内熱交換器６へ流れるように四方弁３の流路を切り換える（図１の点線側）。圧縮機１によって圧縮された高温高圧の冷媒は、圧縮機１から吐出された後、四方弁３を経由し、その後、分岐して各室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、室内送風機１１によって送られてくる室内空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって室内熱交換器６を流出する。室内熱交換器６を流出した冷媒は、それぞれ絞り装置５に流入し、絞り装置５によって膨張・減圧され、低圧の冷媒となる。各絞り装置５から流出した低圧の冷媒は合流して室外熱交換器４に流入する。室外熱交換器４に流入した冷媒は、室外送風機９によって送られる室外空気と熱交換して蒸発し、室外熱交換器４から流出する。室外熱交換器４から流出した冷媒は四方弁３、アキュムレータ７を経由して圧縮機１に戻る。以上の動作を繰り返すことにより室内を暖房する。

（冷房時の能力制御）
次に、冷房時の能力制御について説明する。
冷房時は、蒸発温度が目標蒸発温度となるように圧縮機１の周波数を制御する。具体的には、蒸発温度が目標蒸発温度よりも低ければ、圧縮機１の周波数を減少させて冷房能力を下げ、蒸発温度が目標蒸発温度よりも高ければ、圧縮機１の周波数を増加させて冷房能力を上げる。目標蒸発温度は、例えば次の図２に示すように差温ΔＴ（設定温度と室内温度との差温）に応じて変化させる。

図２は、温度差ΔＴに応じた目標蒸発温度の決定方法の説明図である。図２において横軸は差温ΔＴ、縦軸は目標蒸発温度である。図２に示すグラフは、差温ΔＴのときに十分な冷却能力を発揮できる目標蒸発温度を示している。
図２に示すように、差温ΔＴが大きくなるに連れ、目標蒸発温度を下げるようにしている。また、差温ΔＴが所定の温度Ｔ０以上のときには、最低目標蒸発温度に設定する。なお、目標蒸発温度を決定するための差温ΔＴには、各室内機Ｂの差温ΔＴのうち最も大きいものを代表として使用する。

すなわち、冷房中の各部屋それぞれの差温ΔＴを検出し、各差温ΔＴのうち最も大きい差温ΔＴに基づいて図２に基づき目標蒸発温度を決定する。よって、その差温ΔＴを検出した室内機Ｂで十分な冷却能力が発揮される蒸発温度が目標蒸発温度として決定されることになる。そして、室外機Ａは、吸入圧力センサ２１により検出された吸入圧力を換算して得られる蒸発温度が、上記のようにして決定した目標蒸発温度となるように圧縮機１の周波数を制御すると共に、室外送風機９の回転数を制御する。

図３は、圧縮機の周波数を制御したときの部屋の温度変化を示す図である。
図３に示したように、圧縮機１の周波数が低いときは部屋の温度が上昇し、周波数が高いときは部屋の温度が低下する。

また、各室内機Ｂのそれぞれは、自己の室内熱交換器６の出口冷媒の過熱度が目標過熱度に一定になるように自己の絞り装置５を調整する制御を行う。

（冷房時の圧縮機効率）
図４は、蒸発温度毎の圧縮機効率特性を示した図で、横軸に圧縮機周波数、縦軸に圧縮機効率を取っている。圧縮機効率特性は、圧縮機１内部の構造やモーターの巻き数等の構造的要素によって決まるものである。図４において（１）は蒸発温度Ｔａのときの圧縮機効率特性、（２）は蒸発温度Ｔｏ（＞Ｔａ）のときの圧縮機効率特性、（３）は蒸発温度Ｔｂ（＞Ｔｏ）のときの圧縮機効率特性を示している。

まず、図４に基づいて、圧縮機周波数の増減に伴う圧縮機効率の変化について説明する。図４上の点Ｏ（圧縮機周波数ｆｏ、蒸発温度Ｔｏ）で運転しているときに、圧縮機周波数を増加させた場合、蒸発温度が低下する。すなわち、点Ｏから右下へ遷移して点Ａとなる。また逆に圧縮機周波数を減少させたときは蒸発温度が上昇する。すなわち点Ｏから左上へ遷移して点Ｂとなる。

次に、図４に基づいて、高圧縮機効率が得られる周波数範囲について説明する。図４に示すように、蒸発温度を下げると、一般には圧縮機効率が低下するが、蒸発温度を下げても、所定レベルε１以上の高圧縮機効率を得ることができる周波数範囲が存在する。図４において最も蒸発温度の低い圧縮機効率特性（１）の例で説明すると、圧縮機効率特性（１）は他の（２）、（３）よりも全体的に圧縮機効率が低いものの、圧縮機周波数がｆ１〜ｆ２の範囲では、所定レベルε１以上の高圧縮機効率とすることができる。

よって、冷房時の圧縮機１の現在の周波数が例えばｆ１よりも低いｆｏであれば、蒸発温度をＴｏからＴａに下げても、周波数はｆａであり高圧縮機効率が得られる周波数範囲内であるため、高圧縮機効率が見込める。したがって、目標蒸発温度を下げることにより運転効率は悪くなるが、その中でも、高圧縮機効率が得られる周波数範囲ｆ１〜ｆ２内で圧縮機周波数を上げるようにすることによって、運転効率低下の下げ幅を小さくできる。なお、この周波数範囲ｆ１〜ｆ２は予め空気調和機の制御装置に記憶されている。

（冷房時の容量比率αに応じた切り換え制御）
次に、本実施の形態の特徴的な制御である、容量比率αに応じた切り換え制御について説明する。容量比率αは次式で算出する。
容量比率α＝差温ΔＴが予め設定した所定温度（例えば１℃）以上の各室内機の室内熱交換器６の合計容量／運転中の全ての室内機の室内熱交換器６の合計容量
ここでは容量比率による関係を記載したが、室内機運転容量でも構わない。

容量比率αが所定比率（例えば、３０％）以上のとき、言い換えれば、能力が足りない室内機が多い場合は、省エネ運転よりも室内温度を設定温度にすることを優先して目標蒸発温度を維持する制御、つまり差温ΔＴが最も大きい室内機で能力が出る目標蒸発温度で運転する。一方、容量比率αが所定比率未満のとき、言い換えれば、能力が足りない室内機が少ない場合は、圧縮機周波数を上げることによって圧縮機効率を上げることができるかどうかをチェック（具体的には現在の圧縮機周波数が周波数下限値ｆ１未満かどうかをチェック）し、圧縮機効率を上げることができる場合は、目標蒸発温度を所定温度（例えば１℃）下げて、圧縮機周波数の上限を所定周波数（例えば１０Ｈｚ）、増加させる。この制御とすると、上述したように目標蒸発温度を下げることにより、運転効率が悪くなるが、その中でも、高圧縮機効率が得られる周波数範囲ｆ１〜ｆ２内で圧縮機周波数を上げるようにすることによって、効率低下の下げ幅を小さくできる。

（暖房時の能力制御）
次に、暖房時の能力制御について説明する。
暖房時は、凝縮温度が目標凝縮温度となるように圧縮機１の周波数を制御する。具体的には、凝縮温度が目標凝縮温度よりも低ければ圧縮機１の周波数を増加させて暖房能力を上げ、凝縮温度が目標凝縮温度よりも高ければ、圧縮機１の周波数を減少させて冷房能力を下げる。目標凝縮温度は、例えば次の図５に示すように差温ΔＴ（設定温度と室内温度との差温）に応じて変化させる。

図５は、温度差ΔＴに応じた目標凝縮温度の決定方法の説明図である。図５において横軸は差温ΔＴ、縦軸は目標凝縮温度である。図５に示すグラフは、差温ΔＴのときに十分な暖房能力を発揮できる目標凝縮温度を示している。
図５に示すように、差温ΔＴが大きくなるに連れ、目標凝縮温度を上げるようにしている。また、差温ΔＴが所定の温度Ｔ０以上のときには、最高目標凝縮温度に設定する。なお、目標凝縮温度を決定するための差温ΔＴには、各室内機Ｂの差温ΔＴのうち最も大きいものを代表として使用する。

すなわち、暖房中の各部屋それぞれの差温ΔＴを検出し、各差温ΔＴのうち最も大きいものに基づいて目標凝縮温度を決定する。そして、室外機Ａは、吐出圧力センサ２２により検出された吐出圧力を換算して得られる凝縮温度が、上記のようにして決定した目標凝縮温度となるように圧縮機１の周波数を制御すると共に、室外送風機９の回転数を制御する。

また、各室内機Ｂのそれぞれは、自己の室内熱交換器６の出口冷媒の過冷却度が目標過冷却度に一定になるように自己の絞り装置５を調整する制御を行う。

（暖房時の圧縮機効率）
図６は、凝縮温度毎の圧縮機効率特性を示した図で、横軸に圧縮機周波数、縦軸に圧縮機効率を取っている。圧縮機効率特性は、圧縮機１内部の構造やモーターの巻き数等の構造的要素によって決まるものである。図６において（１）は凝縮温度Ｔａのときの圧縮機効率特性、（２）は凝縮温度Ｔｏ（＜Ｔａ）のときの圧縮機効率特性、（３）は凝縮温度Ｔｂ（＜Ｔｏ）のときの圧縮機効率特性を示している。

まず、図６に基づいて、圧縮機周波数の増減に伴う圧縮機効率の変化について説明する。図６上の点Ｏ（圧縮機周波数ｆｏ、凝縮温度Ｔｏ）で運転しているときに、圧縮機周波数を増加させた場合、凝縮温度が上昇する。すなわち、点Ｏから右下へ遷移して点Ａとなる。また逆に圧縮機周波数を減少させた場合、凝縮温度が低下する。すなわち点Ｏから左上へ遷移して点Ｂとなる。

次に、図６に基づいて、高圧縮機効率が得られる周波数範囲について説明する。図６に示すように、凝縮温度を上げると、一般には圧縮機効率が低下するが、凝縮温度を上げても、所定レベルε１以上の高圧縮機効率を得ることができる圧縮機周波数範囲が存在する。図６において最も凝縮温度の高い圧縮機効率特性（１）の例で説明すると、圧縮機効率特性（１）は他の（２）、（３）よりも全体的に圧縮機効率が低いものの、圧縮機周波数がｆ１〜ｆ２の範囲では、所定レベルε１以上の高圧縮機効率とすることができる。

よって、暖房時の圧縮機１の現在の周波数が例えばｆ１よりも低いｆｏであれば、凝縮温度をＴｏからＴａに上げても、周波数はｆａであり高圧縮機効率が得られる周波数範囲内であるため、高圧縮機効率が見込める。したがって、目標凝縮温度を下げることにより、運転効率は悪くなるが、その中でも、高圧縮機効率が得られる周波数範囲ｆ１〜ｆ２内で圧縮機周波数を上げるようにすることによって、運転効率低下の下げ幅を小さくできる。

（暖房時の容量比率αに応じた切り換え制御）
次に、本実施の形態の特徴的な制御である、容量比率αに応じた切り換え制御について説明する。容量比率αは次式で算出する。
容量比率α＝差温ΔＴが予め設定した所定温度（例えば１℃）以上の各室内機の室内熱交換器６の合計容量／運転中の全ての室内機の室内熱交換器６の合計容量
ここでは、暖房時において例えば容量比率αが４０％のときに圧縮機効率が最大となる圧縮機周波数（ここでは５０Ｈｚ）となるようなシステムを選択している。ここでは容量比率による関係を記載したが、室内機運転容量でも構わない。

容量比率αが所定比率（例えば３０％）以上のとき、言い換えれば、能力が足りない室内機が多い場合は、省エネ制御よりも室内温度を設定温度にすることを優先して目標凝縮温度を維持、つまり差温ΔＴが最も大きい室内機で能力が出る目標凝縮温度で運転する。一方、容量比率αが所定比率未満のとき、言い換えれば、能力が足りない室内機が少ない場合は、圧縮機周波数を上げることによって圧縮機効率を上げることができるかどうかをチェック（具体的には現在の圧縮機周波数が周波数下限値ｆ１未満かどうかをチェック）し、圧縮機効率を上げることができる場合は、目標凝縮温度を所定温度（例えば１℃）上げて、圧縮機周波数の上限を所定周波数（例えば１０Ｈｚ）、増加させる。この制御とすると、上述したように目標凝縮温度を上げることにより、運転効率が悪くなるが、その中でも高圧縮機効率が得られる周波数範囲ｆ１〜ｆ２内で圧縮機周波数を上げるようにすることによって、効率低下の下げ幅を小さくできる。

（制御ブロック図）
図７は、本発明の一実施の形態に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。以下、図７及び前述の図１を参照して空気調和機に備えられた制御装置及び計測データの流れについて説明する。

室外制御装置１００は、ＣＰＵと制御プログラムにより、蒸発温度・凝縮温度換算部１０１と、差温・容量比率計算部１０２と、目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３と、圧縮機周波数決定部１０４とが機能的に構成されている。本実施の形態は、上述したように、各部屋それぞれの差温ΔＴと各室内機Ｂの容量とを考慮して目標蒸発温度を変更すると共に、圧縮機周波数を決定する点に特徴を有しており、この特徴的な制御が、各処理部によって実現される。

蒸発温度・凝縮温度換算部１０１は吸入圧力センサ２１で検出された吸入圧力を蒸発温度に換算すると共に、吐出圧力センサ２２で検出された吐出圧力を凝縮温度に換算し、蒸発温度及び凝縮温度を目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３及び圧縮機周波数決定部１０４に渡す。

差温・容量比率計算部１０２は、各室内制御装置１１０からの室内温度と設定温度とに基づいて差温ΔＴを計算すると共に、各室内制御装置１１０からの各室内機の容量に基づいて容量比率αを計算し、計算した差温ΔＴと容量比率αとを目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３に渡す。なお、ここでは各室内制御装置１１０のそれぞれが室内温度及び設定温度を室外機Ａに通信する例を説明したが、各室内制御装置１１０のそれぞれで差温ΔＴを計算して室外機Ａの室外制御装置１００に送信してもよい。

目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３は、冷房時は、蒸発温度・凝縮温度換算部１０１からの蒸発温度、差温ΔＴ及び容量比率αに基づいて目標蒸発温度を計算して圧縮機周波数決定部１０４に渡す。目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３は、暖房時は、蒸発温度・凝縮温度換算部１０１からの凝縮温度、差温ΔＴ及び容量比率αに基づいて目標凝縮温度を計算して圧縮機周波数決定部１０４に渡す処理を行う。

圧縮機周波数決定部１０４は、冷房時は、目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３からの目標蒸発温度と、蒸発温度・凝縮温度換算部１０１からの蒸発温度とに基づいて圧縮機１の周波数を決定する。暖房時は、目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部１０３からの目標凝縮温度と、蒸発温度・凝縮温度換算部１０１からの凝縮温度とに基づいて圧縮機１の周波数を決定する。

（制御フロー）
図８は、本発明の一実施の形態に係る空気調和機の制御動作を示すフローチャートである。次に、空気調和機の制御動作について図８を参照して説明する。ここでは、全ての室内機Ｂが冷房運転しており、全ての室内機Ｂにおいて差温ΔＴが１℃以下で、安定した運転状況から、例えば窓が開けられるなどして室内機Ｂ１で差温ΔＴが大きくなり、室内機Ｂ１での差温ΔＴが２℃に変化した状況にあるものとする。また、室内機Ｂ２、Ｂ３での各差温ΔＴは０．５℃で、容量比率αは２０％であるものとする。そして、運転状況が変化する前の安定した運転状況（圧縮機周波数、蒸発温度）が、図４の点Ｏで示される状況にあるものとする。なお、図８のフローチャートでは、差温ΔＴや所定比率等について具体的な数値を用いているが、これは一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件等に応じて適宜設定すれば良い。

空気調和機は冷房運転を開始しており（Ｓ１）、運転開始時の過渡的な温度変化中であるか否かを判断する（Ｓ２）。具体的には各室内機Ｂのそれぞれにおける差温ΔＴの時間変化をチェックし、差温ΔＴの時間変化が０．５℃以上の室内機Ｂがあれば、運転開始時の過渡的な温度変化中にある、と判断する。一方、差温ΔＴの時間変化が何れの室内機Ｂでも０．５℃未満の場合は、運転開始時の過渡的な温度変化中ではないと判断する。なお、ステップＳ２では、運転開始時の過渡的な温度変化ではなく、室内負荷による温度変化が生じているのかどうかを確認できればよく、ここでは差温ΔＴの時間変化を監視したが、冷房運転開始からの運転時間が所定時間経過したかを監視するようにしてもよい。

そして、ここでは過渡的な温度変化中ではないため、ステップＳ２で「いいえ」に進み、続いて、各室内機Ｂのうち、差温ΔＴが１℃（所定温度）よりも大きい室内機があるかどうかをチェックする（Ｓ３）。この温度は、部屋の負荷と空調能力で決めればよく、上述したように１℃以外でも構わない。ここでは、室内機Ｂ１の差温ΔＴが１℃以下であった状態から２℃に変化した状態であるため、ステップＳ３で「はい」に進み、続いて容量比率αが３０％（所定比率）未満か否かを判断する（Ｓ４）。

ここで、ステップＳ４で用いる容量比率αの所定比率の決定方法について説明する。
図９は、容量比率αと圧縮機周波数上限との関係を示す図で、横軸に容量比率α、縦軸に圧縮機周波数上限を取っている。図９には、冷房時と暖房時のそれぞれについて示している。
圧縮機効率と圧縮機周波数との関係は、上述したように圧縮機１内部の構造やモーターの巻き数等の構造的要素によって決まっている（図４参照）。圧縮機効率が最も良くなるときの圧縮機周波数は、図４では５０Ｈｚであり、図９の冷房側の特性において、圧縮機周波数が５０Ｈｚとなるときの容量比率αである３０％を、所定比率に決定する。なお、所定比率は５０％未満の値となる。

図８のフローの説明に戻る。
ステップＳ４で容量比率αが３０％未満か否かを判断する。容量比率αが３０％以上の場合、換言すれば差温ΔＴの大きい室内機が多い場合は、目標蒸発温度を維持する（Ｓ１０）。つまり、上記図２で説明したように、差温ΔＴの最も大きい室内機Ｂ１において十分な冷却能力が発揮できる蒸発温度を目標蒸発温度として決定し、その決定した目標蒸発温度に維持する制御（目標維持制御）を行う。よって、差温ΔＴの大きい室内機が多く、ステップＳ４で「いいえ」となる場合には、省エネ運転は行わず、室内温度を設定温度にすることを優先した制御となる。

ここでは、容量比率αが２０％であるため、ステップＳ４で「はい」に進み、続いて現在の圧縮機周波数が、高圧縮機効率となる周波数範囲ｆ１〜ｆ２（図２参照）の下限値ｆ１未満か否かを判断する（Ｓ５）。

ここでは、運転状況が図４の点Ｏで示す状況であり、圧縮機周波数がｆｏで高圧縮機効率となる周波数範囲の下限値ｆ１よりも小さいため、ステップＳ５で「はい」となり、目標蒸発温度を１℃下げると共に、周波数上限を１０Ｈｚ上げる（Ｓ６）。

なお、このステップＳ６において、周波数上限を１０Ｈｚ上げた後の周波数上限が５０Ｈｚ未満とする。そして、ステップＳ６で決定した目標蒸発温度となるように、周波数上限の範囲内で圧縮機周波数を上げる制御を行う（Ｓ７）。このように、ステップＳ４、５の両方の判断で「はい」の場合には、Ｓ１０の制御に代えて、ステップＳ６、７の制御を行う。

そして、圧縮機周波数を上げる制御を行うことで、室内機Ｂ１（差温ΔＴが最も大きい室内機）の差温ΔＴが０．５℃以下に下がり（Ｓ８）、室内温度が設定温度に近づいてくると、目標蒸発温度を１℃上げると共に、圧縮機周波数上限を元に戻す（Ｓ９）。そして、目標蒸発温度を維持してステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

ここで、本制御による省エネ効果について説明する。図８に示したフローにより、容量比率αが３０％未満で、圧縮機周波数がｆ１未満場合、Ｓ６、Ｓ７の制御を行うことになる。この場合、Ｓ１０の制御を行う場合に比べて、蒸発温度を高くした運転ができるため、省エネ効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、容量比率αが所定比率未満で且つ圧縮機周波数が高圧縮機効率を得られる周波数範囲の下限値未満のとき、省エネ運転を効果的に行える運転状況であると判断し、目標蒸発温度を下げると共に圧縮機周波数を上げるようにしたので、効率の良い運転が可能となり、省エネ運転が実現できる。

そして、目標蒸発温度を上昇・下降させてトータルとして省エネ運転が実現できる。

なお、図８では冷房運転の場合を記載しているが、暖房運転の場合は、ステップＳ６で目標凝縮温度を例えば＋１℃とし、ステップＳ９では目標蒸発温度を例えば−１℃とし、ステップＳ１０では目標凝縮温度を維持するようにすればよい。その他のステップは冷房運転のときと同じである。

また、図８のフローの説明では、差温ΔＴが大きい室内機Ｂが１台の場合を例に説明したが、差温ΔＴが大きい室内機Ｂが複数台の場合でも同様である。

また、図８のフローでは、ステップＳ６、ステップＳ９で目標蒸発温度と圧縮機周波数の上限値とを変更する制御としたが、圧縮機周波数を変更する制御でも構わない。

また、図８のフローでは、ステップＳ８で室内機Ｂの差温ΔＴを判定したが、差温ΔＴが小さくなることと、容量比率が小さくなることとの間には相関関係があるため、差温ΔＴの判定に代えて、容量比率で判定してもよい。

１ 圧縮機、２ 油分離器、３ 四方弁、４ 室外熱交換器、５ 絞り装置、６ 室内熱交換器、７ アキュムレータ、８ 返油回路、８ａ 開閉弁、８ｂ キャピラリーチューブ、９ 室外送風機、１１ 室内送風機、１２ リモコン、２１ 吸入圧力センサ、２２ 吐出圧力センサ、３１ 液側温度センサ、３２ ガス側温度センサ、３３ 室内温度検出センサ、１００ 室外制御装置、１０１ 蒸発温度・凝縮温度換算部、１０２ 差温・容量比率計算部、１０３ 目標蒸発温度・目標凝縮温度計算部、１０４ 圧縮機周波数決定部、１１０ 室内制御装置、１２０ 通信線、Ａ 室外機、Ｂ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３） 室内機。

Claims (1)

1. 圧縮機及び室外熱交換器を有する室外機と、
   絞り装置及び室内熱交換器を有し、冷房及び暖房の少なくとも一方の運転が可能な複数の室内機と、
   冷房時は、前記室内機が設置される各部屋の設定温度と、前記室内機で検出した室内温度との差温に基づいて目標蒸発温度を決定し、暖房時は、前記差温に基づいて目標凝縮温度を決定し、決定した前記目標蒸発温度又は前記目標凝縮温度を維持するように前記圧縮機の周波数を制御する目標維持制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記差温が予め設定した所定温度以上となる室内機の合計容量を、運転中の全室内機の合計容量で除算した容量比率を計算し、前記容量比率が所定比率未満で且つ前記圧縮機の周波数が、所定レベル以上の高圧縮機効率を得ることができる周波数範囲の下限値未満の場合には、
   前記冷房時であれば前記目標維持制御に代えて、前記目標蒸発温度を下げると共に前記圧縮機の周波数の上限値を上げる制御を行い、
   前記暖房時であれば前記目標維持制御に代えて、前記目標凝縮温度を上げると共に前記圧縮機の周波数の上限値を上げる制御を行う
   ことを特徴とする空気調和機。

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