JP2007107860A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチ組合せ室外機を備えた空気調和装置において、冷媒循環量の少ない室外機ユニットの室外熱交換器側に冷媒が寝込んでガスロー状態になることを防止すること。
【解決手段】複数の室外機ユニット５を連結して使用するマルチ組合せ室外機を備え、室外機ユニット５毎に冷媒供給量の異なる冷房運転が可能な空気調和装置において、室外機ユニット５に各々設置されている室外熱交換器２３の冷媒寝込み検出手段を設け、該冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット５側で所定の冷媒寝込み状態を検出すると、該冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット５側で室外熱交換器２３に送風する室外ファン２４の回転速度を減速する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数台の室外機ユニットを組み合わせて使用するマルチ組合せ室外機を備えた空気調和装置に係り、特に、マルチ組合せ室外機を構成する室外機ユニットの室外ファン運転制御に関する。

一般に、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構などの要素を備えた冷媒回路を用いて、室内の冷房及び暖房などの空調運転を行う空気調和装置が知られている。この空気調和装置における室内の冷暖房は、冷媒が、室内熱交換器において室内の空気（以下「室内気」という。）と交換した熱を室外熱交換器に運び、室外熱交換器において外気と熱交換することにより行われている。
通常の空気調和装置は、適度な高圧／効率を確保するため、冷房運転時の室外熱交ファンが圧縮機の吐出圧力に相当する高圧により運転制御されている。すなわち、高圧が上昇すれば室外熱交ファンの運転速度を速め、高圧が低下すれば室外熱交ファンの運転速度を低下させるという運転制御を行うことにより、室外熱交換器の通過風量を変化させて熱交換能力を調整するというものである。

上述した空気調和装置において、搭載された圧縮機の駆動源としてガスエンジンを用いたものが知られており、このガスエンジンを利用した空気調和装置は、一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」という。）と呼ばれている。
このようなＧＨＰにおいては、室外熱交換器の温度を検出する温度センサまたは高圧圧力を検出する圧力センサを設け、冷房運転時にこれらセンサの検出値が所定値より低下したとき、室外熱交換器に送風する室外ファンの運転を停止または回転数を低下させる制御が提案されている。このような室外ファンの運転制御を行うことにより、冷房運転時における高圧圧力の低下を防止し、圧縮機の液圧縮や室内熱交換器の氷結を阻止することができるとされる。（たとえば、特許文献１参照）

また、室外熱交換器を複数に分割して並列に接続し、複数設けた室内機ユニットによる全数冷房運転、全数暖房運転及び冷暖房同時運転が可能なＧＨＰにおいては、室内機ユニットの運転状態によっては分割した室外熱交換器を休止させる場合がある。このような休止状態の室外熱交換器には、外気温度と冷媒飽和温度との関係から液冷媒が熱交換器内部に溜まり込む場合がある。このような冷媒の寝込み現象は、冷媒循環量の不足により空調能力が低下するというガスロー運転の原因となるため、休止状態の室外熱交換器を四方弁の操作により圧縮機の吸入系統に連通させることで冷媒の寝込みを防止することが提案されている。（たとえば、特許文献２参照）
特開平８−２４７５６４号公報（図１等） 特開２００３−４３２６号公報（図３等）

ところで、従来より複数台の室外機ユニットを組み合わせて使用するマルチ組合せ室外機を備えた空気調和装置が知られている。
このような空気調和装置においては、冷房運転時にコンデンサとして機能する室外熱交換器の性能差によって、高圧あるいは室外熱交換器の冷媒循環量にアンバランスを生じ、冷媒循環量の少ない室外熱交換器側に冷媒が溜まり込む現象、すなわち寝込み現象が発生してガスロー状態となることが懸念される。このようなガスロー状態になると、冷媒回路を循環する冷媒量が不足して十分な空調性能を得られなくなる。

すなわち、マルチ組合せ室外機においては、各室外機ユニットから供給される冷媒が主冷媒配管に合流してから各室内機ユニットに分配供給されるため、各室外機ユニット毎に冷媒循環量が異なる場合でも圧縮機の高圧は、コンデンサ／過冷却熱交での圧損差のみとなり、ほぼ同じ値になる。前述したように室外ファンは高圧を用いて制御するので、このように冷媒循環量が異なる運転状況になると、冷媒循環量が少ない状態で運転される室外機ユニットに設置された室外熱交換器では、ガス冷媒を凝縮させるコンデンサ能力が過剰となって液冷媒を自然に溜め込むので、外気と熱交換して放熱する能力が低下して高圧を維持することができる。換言すれば、液冷媒が室外熱交換器の内部に溜まり込んで寝込むことにより、液冷媒で満たされた分だけ見かけ上の熱交換器容積（容量）が小さくなるので、その分実際にコンデンサとして機能する容量及び放熱能力が低下して高圧を維持することができる。
なお、上述した冷媒の寝込み現象は、特に、圧縮機から供給されるガス冷媒との温度差が大きくなる低外気温時に生じやすい。

このように、マルチ組合せ室外機を備えた空気調和装置においては、冷媒循環量の少ない室外機ユニットの室外熱交換器に液冷媒が溜まり込む寝込み現象が促進されてガスロー状態となることが懸念されるので、この問題を解消して良好な冷房能力を得ることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マルチ組合せ室外機を備えた空気調和装置において、冷媒循環量の少ない室外機ユニットの室外熱交換器側に冷媒が寝込んでガスロー状態になることを防止することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る空気調和装置は、複数の室外機ユニットを連結して使用するマルチ組合せ室外機を備え、前記室外機ユニット毎に冷媒供給量の異なる冷房運転が可能な空気調和装置において、前記室外機ユニットに各々設置されている室外熱交換器の冷媒寝込み検出手段を設け、該冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット側で所定の冷媒寝込み状態を検出すると、該冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット側で前記室外熱交換器に送風する室外ファンの回転速度を減速することを特徴とするものである。

このような空気調和装置によれば、室外機ユニットに各々設置されている室外熱交換器の冷媒寝込み検出手段を設け、該冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット側で所定の冷媒寝込み状態を検出すると、該冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット側で室外熱交換器に送風する室外ファンの回転速度を減速するので、冷媒供給量の少ない室外機ユニット側では、コンデンサとして機能する室外熱交換器への送風量が減少し、ガス冷媒を凝縮させて放熱するコンデンサ能力が低減される。

上記の空気調和装置において、前記冷媒寝込み検出手段は、吐出圧力飽和温度と、前記室外熱交換器の液管部に設けた温度センサの検出温度との差により算出される過冷却量が所定値以上に大きい場合を冷媒寝込み状態と判断することが好ましく、これにより、室外熱交換器の寝込み状態を容易に検出することができる。

上記の空気調和装置において、前記室外ファンの回転速度は、前記過冷却量に応じて段階的に減速されることが好ましく、これにより、コンデンサとして機能する室外熱交換器の放熱能力を過冷却量に応じて最適化することができる。

上述した本発明によれば、室外熱交換器の冷媒寝込み検出手段を設け、この冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット側で所定の冷媒寝込み状態を検出した場合には、冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット側で室外熱交換器に送風する室外ファンの回転速度を減速してコンデンサ能力を低下させる制御を実施するので、圧縮機から供給される高温高圧のガス冷媒は、冷媒循環量の少ない室内機ユニット側でも高圧を維持し、かつ、室外熱交換機内で凝縮して寝込むことが防止される。このため、冷媒の寝込みにより冷媒回路を循環する冷媒量が減少するガスロー運転を防止でき、快適な空調性能を維持した冷房運転が可能になる。

特に、低外気温での冷房運転時のように、圧縮機から供給される高温高圧のガス冷媒と室外熱交換器を通過する外気温度との温度差が大きくコンデンサ能力を得やすい運転状況において、マルチ組合せ室外機を構成する各室外機ユニットの圧縮機が異なる回転数で運転され、各室外機ユニット毎に冷媒供給量が異なるアンバランスな運転状態になっても、冷媒循環量が少ない室内機ユニットの室外熱交換器に冷媒が寝込むのを防止し、ガスロー運転のない快適な空調運転を継続することが可能になる。
従って、マルチ組合せ室外機の各室外機ユニットに設置される圧縮機は、圧縮機毎に異なる運転回転数（冷媒循環量）を広範囲にわたって設定可能になるなど、運転制御の制約が低減されて柔軟な運転制御が可能になる。

以下、本発明に係る空気調和装置の一実施形態として、マルチ組合せ室外機を備えたガスヒートポンプ式空気調和装置（ＧＨＰ）の構成例を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明に係るＧＨＰの全体構成を示す回路図である。
ＧＨＰ（空気調和装置）１は、空調対象の室内に配置される１または複数の室内機ユニット３と、室外に配置される複数の室外機ユニット５と、室内機ユニット３及び室外機ユニット５との間で冷媒を循環させる冷媒回路７から概略構成されている。図示のＧＨＰ１は、２台の室外機ユニット５，５を連結して使用するマルチ組合せ室外機を備えており、このマルチ組合せ室外機は、互いの冷媒出口配管及び冷媒戻り配管どうしを合流させた主冷媒配管７ａを介して各室内機ユニット３と連結されている。なお、主冷媒配管７ａは、冷媒が状態変化を繰り返して循環する冷媒回路７の一部を構成する配管である。

各室内機ユニット３には、室内熱交換器（吸熱器、放熱器）９と、冷房運転時に高圧の冷媒を減圧・膨張させる室内側電子膨張弁（絞り部）１１と、室内側電子膨張弁１１の前後に配置された異物を除去するストレーナ１３と、冷媒の温度を検出する温度センサ１５とが設けられている。
室内熱交換器９は、冷房運転時には室内の空気（室内気）から熱を奪い、低温低圧の液冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能し、暖房運転時には室内気に熱を放出し、高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能するものである。

室外機ユニット５は、たとえば図３に示すように、その内部において二つの大きな構成部分に分割される。
第１の構成部分は、後述する圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット３とともに冷媒回路を構成する部分であり、以後「冷媒回路部」と呼ぶ。また、第２の構成部分は圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに付随する機器を備えた部分であり、以後「ガスエンジン部」と呼ぶ。

冷媒回路部には、圧縮機１７、オイルセパレータ１９、四方弁（切替部）２１、室外熱交換器（吸熱器、放熱器）２３、室外ファン２４、室外側膨張弁（絞り部）２５、レシーバ２７、過冷却コイル（冷却用熱交換器）２９、水熱交換器３１、逆止弁３３、運転制御に伴い選択的に開閉動作がなされる電磁弁３５、室内側に通じる主冷媒配管７ａ等の現地接続配管と室外側とを連結する操作弁３６、ストレーナ１３などが備えられており、それぞれが冷媒回路７により接続されている。
また、室外機ユニット５には、温度センサや圧力センサなどの出力に基づき、少なくとも室内側電子膨張弁１１、室外側膨張弁２５を制御する制御部３７が配置されている。

圧縮機１７は、後述するガスエンジン５３により駆動され、室内熱交換器９または室外熱交換器２３、水熱交換器３１のいずれかから吸入される低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。
圧縮機１７の吐出側には、吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３９と圧力を検出する吐出圧力センサ４１とが配置され、吸入側には、吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ４３と圧力を検出する吸入圧力センサ４５とが配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の圧縮機１７を用いる実施形態に適用して説明している。

オイルセパレータ１９は、圧縮機１７と四方弁２１との間に配置され、圧縮機１７から吐出された冷媒中に含まれる圧縮機１７の潤滑油を分離して、圧縮機１７に戻すために設けられている。具体的には、各圧縮機１７から吐出された冷媒が導入される２本の略円筒形状のオイル分離部と、その下方に配置されたオイル貯留部とから構成されている。オイル貯留部には、分離された潤滑油の温度を制御するヒータ４７が配置されている。また、オイルセパレータ１９のオイル貯留部と圧縮機１７との間には、分離された潤滑油を圧縮機１７に供給する供給回路が配置されている。

四方弁２１は、オイルセパレータ１９の下流側に配置されて冷媒の流れを切り替える流路切替弁であり、冷媒が流入・流出する４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられている。ポートＤは圧縮機１７の吐出側と接続され、ポートＣは室外熱交換器２３と、ポートＳは圧縮機１７の吸入側と、ポートＥは室内熱交換器９と接続されている。

室外熱交換器２３は、冷房運転時に外気に熱を放出して高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能し、暖房運転時に外気から熱を奪い低温低圧の冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能する。この室外熱交換器２３は、外気を熱交換器部分に送風する室外ファン２４を備えている。また、室外熱交換器２３には、気相及び液相の冷媒温度を検出するため２箇所に温度センサ１５が配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の室外熱交換器２３を用いる実施形態に適用して説明している。

レシーバ２７は、室外熱交換器２３または室内熱交換器９から流出した冷媒に含まれるガス冷媒をトラップし、液冷媒のみを室内熱交換器９または室外熱交換器２３に供給するものである。
室外熱交換器２３とレシーバ２７との間には室外側膨張弁２５と逆止弁３３とが並列に配置され、室外側膨張弁２５及び逆止弁３３の上流側、下流側にストレーナ１３が配置されている。逆止弁３３は、室外熱交換器２３からレシーバ２７に向けて冷媒を流すように配置されている。

過冷却コイル２９は、レシーバ２７と室内機ユニット３とを接続する冷媒回路に配置されている。過冷却コイル２９には、レシーバ２７と過冷却コイル２９との間を流れる冷媒の一部を分流させて過冷却コイル２９に導く冷媒配管が設けられ、この冷媒配管にはストレーナ１３及び冷媒の圧力を減圧・膨張させる過冷却用膨張弁（冷却用絞り部）４９が配置されている。過冷却コイル２９を通過した一部の冷媒は、四方弁２１と圧縮機１７とを接続する冷媒回路に導かれる。
過冷却コイル２９は、冷房運転時に、室内機ユニット３に必要な温度に冷却された冷媒を送るために設けられている。すなわち、過冷却用膨張弁４９により形成された低温の冷媒により室内機ユニット３に送られる冷媒をより冷却して（過冷却度を高めて）いる。そのため、室内機ユニット３の配置位置が室外機ユニット５から離れ主冷媒配管７aでの配管圧損が大きい場合でも、室内機ユニット３の膨張弁入口の冷媒状態を液相で保持でき、適正な冷房能力を得ることができる。また、冷媒流動音の発生なども抑制することが出来る。

水熱交換器３１は、室外熱交換器２３とレシーバ２７とを接続する冷媒回路から分岐して四方弁２１と圧縮機１７とを接続する冷媒回路に合流する冷媒配管に配置され、冷媒の流入側にはストレーナ１３及び冷媒の圧力を減圧・膨張させる水熱交換器用膨張弁（加熱用絞り部）５１が配置されている。また、水熱交換器３１には、後述するガスエンジン５３のエンジン冷却水が循環するように配置されている。
水熱交換器３１は、後述するエンジン冷却水の熱を冷媒に回収させるために設けられている。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交換器２３における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエンジン５３のエンジン冷却水からも排熱を回収することとなり、暖房運転の効率をより高めることができる。また、冷房運転時においても、低外気で室内機の運転負荷が非常に小さい場合、エバポレータとして活用することで適正な高低圧を維持することができる。

一方、ガスエンジン部には、ガスエンジン５３を中心として、冷却水系５５及び燃料吸入系５７のほか、燃焼ガスの排気系やエンジンオイル系（いずれも図示せず）が設けられている。
ガスエンジン５３は、冷媒回路内に設置されている圧縮機１７をシャフトまたはベルトなどを介して駆動している。

冷却水系５５は、水ポンプ５９、リザーバタンク６１、ラジエータ６３等を備え、これらを配管にて接続して構成される回路（図中の破線で表示）を循環するエンジン冷却水（冷却媒体）によって、ガスエンジン５３を冷却する系である。
水ポンプ５９は、ガスエンジン５３の冷却水を循環させるために配置され、リザーバタンク６１は、この回路を循環する冷却水の余剰分を一時貯蔵するため、あるいは、回路を循環する冷却水が不足する場合に冷却水を供給するために配置されている。ラジエータ６３は、エンジン冷却水がガスエンジン５３から奪った排熱を放出するため、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。

また、冷却水系５５には、上述した構成のほかに、排気ガス熱交換器６５が設けられている。排気ガス熱交換器６５は、ガスエンジン５３から排出される排気ガスの熱を、エンジン冷却水に回収するためのものである。また、冷却水系５５には、前述した水熱交換器３１が配置され、冷媒回路部及び冷却水系５５の両系にまたがるように配置されている。
そのため、エンジン冷却水はガスエンジン５３から熱を奪うだけではなく、排気ガスからも熱を回収し、かつ、その回収した熱を、水熱交換器３１を介して冷媒に与える構成になっている。
なお、冷却水系５５におけるエンジン冷却水の流量制御は、２つの流量制御弁６７Ａ，６７Ｂによりおこなわれている。

燃料吸入系５７は、ガスエンジン５３に液化天然ガス（ＬＮＧ）などの都市ガスをガス燃料として供給するための系であり、ガス燃料の供給量を調節する燃料ガス弁６９が備えられている。燃料吸入系５７からガスエンジン５３に供給された燃料ガスは、ガスエンジン５３の吸気孔（図示せず）から吸入された空気と混合された後、ガスエンジン５３の燃焼室に供給されている。

次に、上記構成からなるＧＨＰ１について、室内を冷暖房するそれぞれの運転時の作用について説明する。
最初に、図２及び図３に基づいて暖房運転時について説明する。なお、各弁類の開閉状態は黒塗りで図示した弁類が閉であり、冷媒及びエンジン冷却水の流れ方向が矢印で示されている。なお、図２においては、暖房運転時の冷媒流れ方向を実線矢印で示し、後述する冷房運転時の冷媒流れ方向を破線矢印で示す。

暖房運転が選択されると、冷媒回路部の四方弁２１が切り替えられて、ポートＤ／Ｅ間及びポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機１７の吐出側と室内熱交換器９とが接続される。また、室外側膨張弁２５及び水熱交換器用膨張弁５１、過冷却用膨張弁４９がが制御部３７により制御される。室内側電子膨張弁１１は、室内機に設置した制御部により制御される。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９に流入してガス冷媒中に含まれる潤滑油が分離される。潤滑油が分離されたガス冷媒は、四方弁２１のポートＤからポートＥへ流れて室内熱交換器９に流入する。このガス冷媒は、室内熱交換器９において室内気に熱を放出して凝縮・液化される。室内気はガス冷媒から熱を吸収して暖められる。液化した冷媒は、室内側電子膨張弁１１、過冷却コイル２９を通過してレシーバ２７に流入する。レシーバ２７において冷媒は気液分離され、液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、室外側膨張弁２５を通って室外熱交換器２３に流入する。残りの冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通って水熱交換器３１に流入する。

室外熱交換器２３に流入する冷媒は、室外側膨張弁２５を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。室外熱交換器２３において、低温低圧の液冷媒は外気などから熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。
水熱交換器３１に流入する冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となる。水熱交換器３１では、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室外熱交換器２３において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＣからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。一方、水熱交換器３１において蒸発したガス冷媒も同様に、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間を接続する冷媒配管に流入する。
こうして圧縮機１７に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１７により圧縮され高温高圧のガス冷媒となり、再びオイルセパレータ１９に向けて吐出される。以降、同様の過程が繰り返される。

続いて、図２及び図４に基づいて、冷房運転時について説明する。
冷房運転が選択されると、四方弁２１のポートＤ／Ｃ間及びポートＥ／Ｓ間が連通するため、圧縮機１７の吐出側と室外熱交換器２３とが接続される。
また、過冷却用膨張弁４９、水熱交換器用膨張弁５１が制御部３７により制御され、室外側膨張弁２５が全開にされる。室内側電子膨張弁１１は、室内機に設置した制御部により制御される。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９により潤滑油が分離され、四方弁２１を通過して室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３において、ガス冷媒は熱を放出して凝縮・液化して液冷媒となる。室外熱交換器２３から流出した液冷媒は、逆止弁３３を通過してレシーバ２７に流入し、気液分離されて液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、過冷却コイル２９及び室内側電子膨張弁１１を通って室内熱交換器９に流入する。残りの冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通って過冷却コイル２９に流入する。なお、冷房負荷が非常に小さい時は、室外熱交換器２３から流出した液冷媒の一部が水熱交換器用膨張弁５１を経て水熱交換器３１を通過し、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となることで吸熱量を確保し、適正な運転点を維持する。

室内熱交換器９に流入する冷媒は、過冷却コイル２９を通過する過程で、後述する過冷却用膨張弁４９を通過した低温低圧の液冷媒に熱を奪われる。その後、室内側電子膨張弁１１を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。室内熱交換器９において、低温低圧の液冷媒は、室内気から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。
過冷却コイル２９に流入する冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。この液冷媒は、過冷却コイル２９において上述した室内熱交換器９に流入する液冷媒から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室内熱交換器９において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＥからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。一方、過冷却コイル２９において蒸発したガス冷媒も同様に、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間を接続する冷媒配管に流入する。
こうして圧縮機１７に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１７により圧縮された高温高圧のガス冷媒となり、再びオイルセパレータ１９に向けて吐出され、以降は同様の過程が繰り返される。

さて、上述した構成のＧＨＰ１において、２台の室外機ユニット５，５を連結して使用するマルチ組合せ室外機が、室外機ユニット５，５毎に冷媒供給量の異なる冷房運転を実施可能な場合には、以下に説明するような制御を実施する。
２台の室外機ユニット５，５は、いずれか一方を親機として、他方を子機として運転するが、両ユニットに設置された圧縮機７は、冷房負荷等の諸条件により異なる回転数で運転することがある。このような運転状況では、室外機ユニット５，５の親機側と子機側との冷媒供給量に差が生じるので、ユニット内を流れる冷媒循環量も異なっている。
一方、親機及び子機から供給される異なる冷媒量は、主冷媒配管７ａで合流した後に各室内機ユニット３へ分配供給されるため、圧縮機１７の高圧はコンデンサ／過冷却熱交の圧損差のみとなりほぼ同じ値となる。そのため、高圧をコントロールする室外ファンの回転数も、ほぼ同じ値となる。

そこで、冷媒循環量の異なる２台の室外機ユニット５，５において、冷房運転時に冷媒循環量の少ない室外熱交換器２３に液冷媒が溜まり込む寝込み現象を防止するため、各室外熱交換器２３に設置されている温度センサ１５の検出温度を用いて冷媒寝込み状態を検出する。ここで使用する温度センサ１５は、室外熱交換器２３の液管部に配置したものとする。すなわち、冷房運転時においては、室外熱交換器２３が圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサ（凝縮器）として機能するので、この場合の液管部は室外熱交換器２３の冷媒出口側となる。
従って、高圧を検出する吐出圧力センサ４１の検出値から換算して得られる吐出圧力飽和温度と、室外熱交換器２３から室外側膨張弁２５に向けて冷媒が流出する冷媒出口近傍に設置された温度センサ１５の検出温度（以下、「液管部温度」と呼ぶ）とを利用し、二つの温度差により算出される過冷却量ＳＣから冷媒寝込み状態を判断する。

以下、冷媒寝込み状態の判断を具体的に説明する。
圧縮機１７の回転数が低く冷媒循環量の少ない室外機ユニット５側では、制御部３７に入力される吐出圧力センサ４１の検出値（高圧の圧力値）から飽和温度を換算し、吐出圧力飽和温度ＤＳＴを得る。
一方、室外熱交換器２３の液管部温度Ｔｒは、たとえば二分割した室外熱交換器２３にそれぞれ温度センサ１５を設けて得られた検出温度の平均値を採用する。

こうして得られた吐出飽和温度ＤＳＴと液管部温度Ｔｒとの差により、過冷却量ＳＣを算出する。すなわち、室外熱交換器２３の過冷却量ＳＣは、吐出飽和温度ＤＳＴから液管部温度Ｔｒを引き算（ＳＣ＝ＤＳＴ−Ｔｒ）することにより算出される。
従って、算出した過冷却量ＳＣが所定値以上に大きい場合には、室外熱交換器２３のコンデンサ能力が大きいため冷媒寝込み状態にあると判断できるので、制御部３７は、コンデンサ能力を低減するため室外ファン２４の回転速度を減速する方向に制御する。

この場合、室外ファン２４の回転速度は、たとえば図１に示すように、過冷却量ＳＣに応じて段階的に減速する。すなわち、過冷却量ＳＣが大きいほど減算量（ΔＦ）を大きく設定し、室外ファン２４の回転数が低い低速回転で運転する。
図１に示す具体例において、過冷却量が増大して寝込み状態を促進する方向へ変化した場合には、過冷却量ＳＣが５℃まで大きくなった時点で減算量を０からＲ１に増加し、さらに、過冷却量ＳＣが１０℃まで大きくなった時点で再度減算量をＲ１からＲ２に増加して減速する。
反対に、過冷却量ＳＣが低減して寝込み状態を解消する方向へ変化した場合には、７℃まで小さくなった時点で減算量をＲ２からＲ１に減少し、さらに、過冷却量ＳＣが２℃まで小さくなった時点で再度減算量をＲ１から０に減少して増速する。
すなわち、過冷却量ＳＣが増加する場合と減少する場合とでは、ヒステリシスを設けて減算量を変化させる値が異なる設定とされるため、室外ファン２４の回転数が頻繁に変動するようなことはない。

このような室外ファン２４の運転制御を実施することにより、冷媒供給量の少ない室外機ユニット５側では、冷媒寝込み状態の検出によりコンデンサとして機能する室外熱交換器２３への送風量が減少するので、ガス冷媒を凝縮させて放熱するコンデンサ能力が低減される。
すなわち、室外機ユニット５，５に各々設置されている室外熱交換器２３の冷媒寝込み検出手段を設け、この冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット５側で所定の冷媒寝込み状態を検出すると、冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット５側で室外熱交換器２３に送風する室外ファン２４の回転速度を減速する運転制御を実施するので、冷媒供給量の少ない室外機ユニット５側では、コンデンサとして機能する室外熱交換器２３へ送風する外気量が減少し、ガス冷媒を凝縮させて放熱するコンデンサ能力は低減される。

この場合の冷媒寝込み検出手段は、制御部３７が、吐出圧力センサ４１で検出した圧力値から換算して得られる吐出圧力飽和温度ＤＳＴと、室外熱交換器２３の液管部に設けた温度センサ１４の検出温度である液管部温度Ｔｒとの差により算出される過冷却量ＳＣが所定値以上に大きい場合を冷媒寝込み状態と判断するものであり、簡単な装置構成により室外熱交換器２３の寝込み状態を容易に検出することができる。なお、吐出圧力センサ４１及び液管部温度Ｔｒを検出する温度センサ１５は、他の制御に使用するセンサとの共用が可能であるから、コスト面でも有利である。
また、室外ファン２４の回転速度は、過冷却量ＳＣが大きくなるにつれて段階的に減速するので、コンデンサとして機能する室外熱交換器の放熱能力を過冷却量に応じて最適化することができる。

このように、上述した本発明のＧＨＰ１によれば、室外熱交換器２３の冷媒寝込み検出手段を設け、この冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット５側で所定の冷媒寝込み状態を検出した場合には、冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット５側で室外熱交換器２３に送風する室外ファン２４の回転速度を減速してコンデンサ能力を低下させる運転制御を実施するので、圧縮機１７から供給される高温高圧のガス冷媒は、冷媒循環量の少ない室内機ユニット５側でも高圧を維持し、かつ、室外熱交換機２３内で凝縮して寝込むことが防止される。このため、冷媒の寝込みにより冷媒回路７を循環する冷媒量が減少するというガスロー運転を防止できるので、快適な空調性能を維持した冷房運転が可能になる。

特に、低外気温での冷房運転時のように、圧縮機１７から供給される高温高圧のガス冷媒と室外熱交換器２３を通過する外気温度との温度差が大きくコンデンサ能力を得やすい運転状況においては、マルチ組合せ室外機を構成する各室外機ユニット５，５の圧縮機１７が異なる回転数で運転され、各室外機ユニット５毎に冷媒供給量が異なるアンバランスな運転状態になることもあるが、このような運転状態となっても、冷媒循環量が少ない室内機ユニット５の室外熱交換器２３に冷媒が寝込むのを防止し、ガスロー運転のない快適な空調運転を継続することができる。
従って、マルチ組合せ室外機の各室外機ユニット５に設置される圧縮機１７は、圧縮機１７毎に異なる運転回転数（冷媒循環量）を広範囲にわたって設定可能になるなど、運転制御の制約が低減されて柔軟な運転制御が可能になる。

ところで、上述した実施形態では、空気調和装置をＧＨＰとして説明したが、複数の室外機ユニットを連結して使用するマルチ組合せ室外機の圧縮機が電動機で駆動される空気調和装置（ＥＨＰ）についても、本発明を同様に適用することができる。
また、上述した実施形態では、２台の室外機ユニットを連結して使用するマルチ組合せ室外機を例示して説明したが、室外機ユニットを３台以上を連結して使用するマルチ組合せ室外機への適用が可能なことはいうまでもない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る空気調和装置の一実施形態を示す図で、室外ファンの運転制御例として過冷却量ＳＣと減算量（ΔＦ）との関係を示す図である。 本発明に係る空気調和装置の一例として、ガスヒートポンプ式空気調和装置（ＧＨＰ）の全体構成及び冷暖房運転時の冷媒流れを示す図である。 図２のガスヒートポンプ式空気調和装置における室外機ユニットの構成例及び暖房運転時の冷媒流れを示す図である。 図２のガスヒートポンプ式空気調和装置における室外機ユニットの構成例及び冷房運転時の冷媒流れを示す図である。

符号の説明

１ ガスヒートポンプ式空気調和装置（空気調和装置）
９ 室内熱交換器（吸熱器、放熱器）
１１ 室内側電子膨張弁（絞り部）
１７ 圧縮機
２１ 四方弁（切替部）
２３ 室外熱交換器（吸熱器、放熱器）
２４ 室外ファン
２５ 室外側膨張弁（絞り部）
２９ 過冷却コイル（冷却用熱交換器）
３１ 水熱交換器（加熱用熱交換器）
３７ 制御部
４９ 過冷却用膨張弁（冷却用絞り部）
５１ 水熱交換器用膨張弁（加熱用絞り部）

Claims (3)

1. 複数の室外機ユニットを連結して使用するマルチ組合せ室外機を備え、前記室外機ユニット毎に冷媒供給量の異なる冷房運転が可能な空気調和装置において、
   前記室外機ユニットに各々設置されている室外熱交換器の冷媒寝込み検出手段を設け、該冷媒寝込み検出手段が冷媒供給量の少ない室外機ユニット側で所定の冷媒寝込み状態を検出すると、該冷媒寝込み状態を検出した室外機ユニット側で前記室外熱交換器に送風する室外ファンの回転速度を減速することを特徴とする空気調和装置。
2. 前記冷媒寝込み検出手段は、吐出圧力飽和温度と前記室外熱交換器の液管部に設けた温度センサの検出温度との差により算出される過冷却量が所定値以上に大きい場合を冷媒寝込み状態と判断することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記室外ファンの回転速度は、前記過冷却量に応じて段階的に減速されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。

Images