JP2007255750A - 冷凍装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の利用側熱交換器で個別に加熱動作を可能とする冷凍装置において、休止側の利用側熱交換器における冷媒の寝込みを防止する。
【解決手段】冷媒回路（10）では、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする冷凍サイクルが行われる。第１室内熱交換器（33a）で加熱動作を行うと同時に第２室内熱交換器（33b）を休止させる運転を行う際には、休止側の室内熱交換器（33b）に対応する室内膨張弁（34b）を全閉状態とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の利用側熱交換器で個別に加熱動作を可能とする冷凍装置に関し、特に休止状態の利用側熱交換器における冷媒の寝込み対策に係るものである。
冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置は、空気調和装置等に広く適用されている。この空調調和装置として、複数の室内ユニットが室外ユニットに対して並列に接続される、いわゆるマルチ式空気調和装置がある。
例えば特許文献１の空気調和装置は、圧縮機及び室外熱交換器（熱源側熱交換器）を有する１台の室外ユニットと、各々が室内熱交換器（利用側熱交換器）を有する２台の室内ユニットとを備えている。２つの室内熱交換器がそれぞれ接続される２本の分岐配管には、各室内熱交換器に対応するように電動弁がそれぞれ設けられている。
この空気調和装置は、各電動弁の開度を制御することで、各室内ユニットで個別に暖房運転が可能となっている。具体的には、例えば２台の室内ユニットで同時に暖房運転を行う場合、両方の電動弁を所定の開度で開放状態とし、両方の室内熱交換器に冷媒を積極的に送り込むようにしている。その結果、両室内熱交換器を流れる冷媒から室内空気へ熱が放出され、各室内の暖房が行われる。一方、例えば１台の室内ユニットのみで暖房運転を行う場合、運転側の室内ユニットに対応する電動弁を開放させる一方、休止側の室内ユニットに対応する電動弁を閉じるようにしている。その結果、運転側の室内ユニットの室内熱交換器のみに冷媒が送られ、この室内熱交換器内の冷媒が室内空気に放熱する。
特開平８−１５９５９０号公報
ところで、上述のように１台の室内ユニットのみを継続して運転する場合、休止側の室内熱交換器内の冷媒が凝縮し、冷媒が室内熱交換器内に溜まり込んでしまう、いわゆる冷媒の寝込みが生じてしまうことがある。このように休止側の室内熱交換器内に冷媒が寝込んでいくと、運転側（加熱動作側）の室内熱交換器を流れる冷媒量が不足気味となり、この室内ユニットの暖房能力が低下してしまう。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、休止側の利用側熱交換器における冷媒の寝込みを防止することである。
第１の発明は、圧縮機（22）及び熱源熱交換器（23）を有する熱源側回路（21）に対して、利用側熱交換器（33a,33b）及び該利用側熱交換器（33a,33b）に対応する電動弁（34a,34b）をそれぞれ有する複数の利用側回路（31a,31b）が並列に接続されて構成される冷媒回路（10）を備え、利用側熱交換器（33a,33b）内の冷媒から熱を放出する加熱動作を各利用側熱交換器（33a,33b）で個別に可能とする冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記冷媒回路（10）が、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする冷凍サイクルを行うように構成されていることを特徴とするものである。
第１の発明の冷凍装置では、全ての利用側熱交換器（33a,33b）で加熱動作を行う運転（以下、全部運転と称する）と、一部の利用側熱交換器（33b）の加熱動作を休止すると同時に残りの利用側熱交換器（33a）で加熱動作を行う運転（以下、一部運転と称する）とが可能となる。
具体的に、各利用側熱交換器（33a,33b）に対応する電動弁（34a,34b）をそれぞれ所定開度に開放することで、上記全部運転が可能となる。即ち、全部運転では、圧縮機（22）の吐出冷媒が、各利用側熱交換器（33a,33b）を流れる。その結果、各利用側熱交換器（33a,33b）を流れる冷媒から熱がそれぞれ放出され、各利用側熱交換器（33a,33b）で加熱動作が行われる。その結果、各利用側熱交換器（33a,33b）によって例えば各室内の暖房が行われる。
一方、各利用側熱交換器（33a,33b）のうちの一部の利用側熱交換器（33b）の加熱動作を休止させる場合には、休止させる利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）の開度を微小開度、あるいは全閉とすると同時に、加熱動作させる利用側熱交換器（33a）に対応する電動弁（34a）の開度を所定開度で開放させる。その結果、冷媒は、加熱動作側の利用側熱交換器（33a）のみを実質的に流れることになり、休止側の利用側熱交換器（33b）では加熱動作が行われない。
ところで、このような一部運転を行う場合には、休止側の電動弁（34b）の開度が小さくなることに伴い、休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒が溜まり込んでいく。ここで、例えばＨＦＣ等の冷媒を用いて圧縮機の吐出圧力を亜臨界圧力とする冷凍サイクルを行う場合、利用側熱交換器（33b）の休止に伴い該利用側熱交換器（33b）の周囲温度も低下すると、休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒が徐々に凝縮していく。その結果、休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒が寝込んでしまうため、加熱動作側の利用側熱交換器（33a）を流れる冷媒量が不足してしまうという問題が生じる。
そこで、本発明では、このような休止側の利用側熱交換器（33b）における冷媒の寝込みを防止するために、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上としている。つまり、本発明の冷凍装置の冷媒回路（10）では、冷媒を臨界圧力以上とする冷凍サイクル（いわゆる超臨界サイクル）を行うようにしている。その結果、一部運転時の休止側の利用側熱交換器（33b）には臨界状態の冷媒が貯まるため、この冷媒が利用側熱交換器（33b）内で凝縮することがない。つまり、ＨＦＣ等の冷媒を用いた冷凍サイクルを行う従来のものと比較すると、本発明の休止側の利用側熱交換器（33b）では、冷媒が相変化しないため、利用側熱交換器（33b）内での冷媒の寝込みの速度が遅くなる。
第２の発明は、第１の発明において、加熱動作を行う利用側熱交換器（33a）と休止状態の利用側熱交換器（33b）とが共存する運転を行う際、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉する制御手段（51）を備えていることを特徴とするものである。
第２の発明では、上述した一部運転を行う際、制御手段（51）が休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉状態とする。その結果、休止側の利用側熱交換器（33b）内には冷媒が溜まり込んでいくことになるが、本発明では、上述の如く超臨界サイクルを行っているため、休止側の利用側熱交換器（33b）内における冷媒の寝込み量は大幅に削減される。
一方、このように電動弁（34b）を完全に閉じた状態とすると、冷媒は加熱動作側の利用側熱交換器（33a）のみを流れることになる。即ち、休止側の利用側熱交換器（33b）を冷媒が流れてこの利用側熱交換器（33b）から無駄な放熱が行われることはない。
第３の発明は、第２の発明において、上記制御手段（51）が、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉してから第１規定時間ｔ１が経過すると、該電動弁（34b）を第２規定時間ｔ２に亘って一時的に開放することを特徴とするものである。
第３の発明では、上記一部運転を行う際に、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉とした後、所定の第１規定時間ｔ１が経過すると、制御手段（51）が電動弁（34b）を所定開度（比較的微小な開度が好ましい）で開放する。即ち、一部運転を長期間に亘って継続して行う場合には、上述のような超臨界サイクルを行っているとしても、休止側の利用側熱交換器（33b）内に徐々に冷媒が寝込んでしまうことがある。このため、本発明の一部運転では、第１規定時間ｔ１が経過することで電動弁（34b）を強制的に開放し、第２規定時間ｔ２の間だけ休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒を流すようにしている。その結果、第２規定時間ｔ２の間に休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒が流れることで、利用側熱交換器（33b）やその周囲の温度が高くなり、冷媒の寝込みが解消される。そして、その後に第２規定時間ｔ２が経過すると再び電動弁（34b）が全閉となる。
第４の発明は、第３の発明において、上記各利用側熱交換器（33a,33b）は、室内に配置されて室内空気へ冷媒の熱を放出するように構成され、各利用側熱交換器（33a,33b）の周囲には、該各利用側熱交換器（33a,33b）に対応する室内の温度を検出する室内温度センサ（44,45）がそれぞれ設けられ、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する室内温度センサ（45）の検出温度に基づいて上記第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２のいずれか一方又は両方を補正する補正手段（52）を備えていることを特徴とするものである。
第４の発明では、補正手段（52）が、休止側の利用側熱交換器（33b）の室内温度センサ（45）で検出した室内温度に基づいて第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２の一方又は両方の補正を行う。
具体的に、例えば休止側の利用側熱交換器（33b）の周囲の室内温度が高い場合には、休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒が寝込みにくくなる。従って、このような場合には、第１規定時間ｔ１を長くしたり、第２規定時間ｔ２を短くしたりする補正を行うことで、電動弁（34b）を全閉する時間を長くとることができる。その結果、休止側の利用側熱交換器（33b）で冷媒が無駄に放熱してしまうことを回避できる。
一方、例えば休止側の利用側熱交換器（33b）の周囲の室内温度が低い場合には、休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒が寝込み易くなる。従って、このような場合には、第１規定時間ｔ１を短くしたり、第２規定時間ｔ２を長くしたりする補正を行うことで、利用側熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを未然に回避することができる。
第５の発明は、各利用側熱交換器（33a,33b）内の冷媒密度をそれぞれ検出する冷媒密度検出手段（40,41,42,43）を備え、上記制御手段（51）が、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉してから該利用側熱交換器（33b）に対応する冷媒密度検知手段（40,41,43）の検出冷媒密度が規定冷媒密度より大きくなると、該電動弁（34b）を一時的に開放することを特徴とするものである。
第５の発明では、上記一部運転を行う際に休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉とした後、休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒密度が冷媒密度検出手段（40,41,43）によって検出される。つまり、冷媒検出手段（40,41,43）は、この冷媒密度に基づき、休止側の利用側熱交換器（33b）内に溜まり込んだ冷媒量を間接的に検出している。そして、この検出冷媒密度が規定冷媒密度よりも大きくなると、休止側の利用側熱交換器（33b）内に多量の冷媒が貯まっているとみなし、制御手段（51）が電動弁（34b）を一時的に開放する。その結果、休止側の利用側熱交換器（33b）における冷媒の寝込みを未然に回避することができる。
第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１の発明において、上記冷媒回路（10）には、冷媒として二酸化炭素が充填されていることを特徴とするものである。
第６の発明では、冷媒回路（10）で二酸化炭素を用いた超臨界サイクルが行われる。
第７の発明は、第２乃至第５のいずれか１の発明において、各利用側熱交換器（33a,33b）を通過した空気がそれぞれ吹き出される吹出口と、該吹出口をそれぞれ開閉自在な開閉機構とを備え、該各開閉機構は、加熱動作を行う利用側熱交換器（33b）の吹出口を開放する一方、休止側の利用側熱交換器（33a）の吹出口を閉鎖するように構成されていることを特徴とするものである。
第７の発明の冷凍装置には、各利用側熱交換器（33a,33b）に対応して複数の吹出口が設けられる。また、各吹出口には、該吹出口を開放又は閉鎖する開閉機構が設けられる。ここで、全部運転では、全ての吹出口の開閉機構が開放状態となり、各利用側熱交換器（33a,33b）で加熱された空気は、各吹出口から室内等に吹き出される。一方、一部運転では、加熱側の利用側熱交換器（33a）の吹出口の開閉機構が開放状態となる一方、休止側の利用側熱交換器（33b）の吹出口の開閉機構が閉鎖状態となる。その結果、休止側の利用側熱交換器（33b）では、その内部の冷媒の熱が吹出口を介して室内等の別の空間にに逃げてしまうのを防止できる。このため、休止側の利用側熱交換器（33b）の周囲温度の低下を抑制でき、この利用側熱交換器（33b）についての冷媒の寝込みを効果的に回避できる。
本発明では、複数の利用側熱交換器（33a,33b）で個別に加熱動作を行うことが可能な冷凍装置において、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする超臨界サイクルを行うようにしている。このため、上述した一部運転時に休止側の電動弁（34b）の開度を微小開度又は全閉としても、休止側の利用側熱交換器（33a,33b）内で冷媒が寝込みにくくなる。従って、本発明によれば、加熱動作側の利用側熱交換器（33a）を流れる冷媒量が不足することを解消でき、加熱動作側の利用側熱交換器（33a）の加熱能力を充分に得ることができる。
特に、第２の発明では、一部運転を行う際に休止側の電動弁（34b）を全閉にしている。このため、第２の発明によれば、全ての冷媒が加熱動作側の利用側熱交換器（33a）に送られるので、休止側の利用側熱交換器（33b）で無駄な放熱が行われるのを回避できる。従って、本発明によれば、加熱側の利用側熱交換器（33a）の加熱能力の向上を図ることができ、ひいてはこの冷凍装置のＣＯＰ（成績係数）の向上を図ることができる。
また、第３の発明では、一部運転を行う際に一度全閉状態とした電動弁（34b）を第１規定時間ｔ１経過後に第２規定時間ｔ２の間だけ開放するようにしている。このため、第３の発明によれば、一部運転を長期間継続して行う場合において、休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを確実に解消することができ、この冷凍装置の信頼性を確保することができる。
特に、第４の発明では、一部運転時において、休止側の利用側熱交換器（33b）の周囲の室内温度に基づいて第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２を補正するようにしている。このため、第４の発明によれば、必要以上に電動弁（34b）の全閉時間が長くなってしまい、休止側の利用側熱交換器（33b）内に冷媒が寝込んでしまうのを確実に回避できる。また、第４の発明によれば、必要以上に電動弁（34b）の開放時間が長くなってしまい、休止側の利用側熱交換器（33b）で無駄な放熱がなされるのを確実に回避できる。
また、第５の発明では、一部運転時において、休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒密度を検出し、この冷媒密度が規定冷媒密度よりも大きくなると、全閉状態であった電動弁（34b）を一時的に開放するようにしている。即ち、第５の発明では、休止側の利用側熱交換器（33b）内に貯まった冷媒量を間接的に求め、この冷媒量が多くなると電動弁（34b）を開放するようにしている。従って、休止側の利用側熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを確実に回避することができる。
更に、第６の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いることで、比較的臨界温度の低い自然冷媒を用いた超臨界サイクルを行うことが可能となる。
また、第７の発明によれば、一部運転時において、休止側の利用側熱交換器（33b）の吹出口を開閉機構によって閉鎖するようにしたので、この利用側熱交換器（33b）の周囲温度の低下を抑制でき、利用側熱交換器（33b）内での冷媒の寝込みを一層効果的に回避することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態に係る冷凍装置は、室内の暖房や冷房が可能な、いわゆるマルチ式の空気調和装置（1）を構成している。図１に示すように、この空気調和装置（1）は、室外に設置される１つの室外ユニット（20）と、異なる室内に設置される第１と第２の室内ユニット（30a,30b）とを備えている。
上記室外ユニット（20）には、熱源側回路を構成する室外側回路（21）が設けられている。上記第１室内ユニット（30a）には、利用側回路を構成する第１室内側回路（31a）が、上記第２室内ユニット（30b）には、利用側回路を構成する第２室内側回路（31b）がそれぞれ設けられている。
各室内側回路（31a,31b）は、第１連絡配管（11）及び第２連絡配管（12）を介して室外側回路（21）に並列に接続されている。その結果、この空気調和装置（1）では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる冷媒回路（10）が構成される。この冷媒回路（10）には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。
室外側回路（21）には、圧縮機（22）、室外熱交換器（23）、室外膨張弁（24）、及び四路切換弁（25）が設けられている。圧縮機（22）は、全密閉型で高圧ドーム型のスクロール圧縮機である。この圧縮機（22）には、インバータを介して電力が供給される。即ち、圧縮機（22）は、インバータの出力周波数を変化させて圧縮機モータの回転速度を変更することによって、その容量が変更可能となっている。室外熱交換器（23）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、熱源側熱交換器を構成している。この室外熱交換器（23）では、冷媒と室外空気の間で熱交換が行われる。室外膨張弁（24）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。
四路切換弁（25）は、第１から第４までのポートを有している。この四路切換弁（25）は、第１ポートが圧縮機（22）の吐出管（22a）と接続し、第２ポートが室外熱交換器（23）と接続し、第３ポートが圧縮機（22）の吸入管（22b）と接続し、第４ポートが第１連絡配管（11）と接続している。四路切換弁（25）は、第１ポートと第４ポートが互いに連通して第２ポートと第３ポートが互いに連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第２ポートが互いに連通して第３ポートと第４ポートが互いに連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。
第１室内側回路（31a）には、一端が第１連絡配管（11）側と繋がり、他端が第２連絡配管（12）側と繋がる第１分岐配管（32a）が設けられている。この第１分岐配管（32a）には、第１室内熱交換器（33a）及び第１室内膨張弁（34a）が設けられている。第２室内側回路（31b）には、一端が第１連絡配管（11）側と繋がり、他端が第２連絡配管（12）側と繋がる第２分岐配管（32b）が設けられている。この第２分岐配管（32b）には、第２室内熱交換器（33b）及び第２室内膨張弁（34b）が設けられている。
各室内熱交換器（33a,33b）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、利用側熱交換器をそれぞれ構成している。各室内熱交換器（33a,33b）では、冷媒と室内空気の間で熱交換が行われる。
第１室内膨張弁（34a）及び第２室内膨張弁（34b）は、電動弁であって、開度が調節可能な電子膨張弁をそれぞれ構成している。第１室内膨張弁（34a）は、第１分岐配管（32a）についての第２連絡配管（12）側に設けられている。また、第２室内膨張弁（34b）は、第２分岐配管（32b）についての第２連絡配管（12）側に設けられている。そして、第１室内膨張弁（34a）は第１室内熱交換器（33a）を流れる冷媒の流量を調節可能とし、第２室内膨張弁（34b）は第２室内熱交換器（33b）を流れる冷媒の流量を調節可能としている。
冷媒回路（10）には、高圧圧力センサ（40）、高圧温度センサ（41）、第１冷媒温度センサ（42）、第２冷媒温度センサ（43）が設けられている。高圧圧力センサ（40）は、圧縮機（22）の吐出冷媒の圧力を検出する。高圧温度センサ（41）は、圧縮機（22）の吐出冷媒の温度を検出する。第１冷媒温度センサ（42）は、第１室内熱交換器（33a）の出口に設けられ、第１室内熱交換器（33a）の流出直後の冷媒の温度を検出する。第２冷媒温度センサ（43）は、第２室内熱交換器（33b）の出口に設けられ、第２室内熱交換器（33b）の流出直後の冷媒の温度を検出する。
また、第１室内ユニット（30a）には、第１室内熱交換器（33a）の近傍に第１室内温度センサ（44）が設けられている。この第１室内温度センサ（44）は、第１室内熱交換器（33a）の周囲の空気温度を検出する。第２室内ユニット（30b）には、第２室内熱交換器（33b）の近傍に第２室内温度センサ（45）が設けられている。この第２室内温度センサ（45）は、第２室内熱交換器（33b）の周囲の空気温度を検出する。
本実施形態の空気調和装置（1）の冷媒回路（10）では、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上として冷凍サイクル（超臨界サイクル）が行われる。また、この空気調和装置（1）では、第１室内ユニット（30a）及び第２室内ユニット（30b）で個別に運転が可能となっている。即ち、この空気調和装置（1）では、第１室内ユニット（30a）で暖房を行うと同時に第２室内ユニット（30b）を休止状態とする運転（以下、一部暖房運転と称する）や、第１室内ユニット（30a）及び第２室内ユニット（30b）の双方で暖房を行う運転（以下、全部暖房運転と称する）が可能となっている。
更に、空気調和装置（1）には、上記一部暖房運転において、各室内膨張弁（34a,34b）の開度を制御するためのコントローラ（50）が設けられている。このコントローラ（50）には、制御手段（51）及び補正手段（52）が設けられている。このコントローラ（50）による各室内膨張弁（34a,34b）の開度制御の詳細は後述するものとする。
−運転動作−
次に本実施形態に係る空気調和装置（1）の運転動作について説明する。この空気調和装置（1）では、各室内ユニット（30a,30b）で暖房を行う運転と、各室内ユニット（30a,30b）で冷房を行う運転とが可能となっている。以下には、この空気調和装置（1）の暖房運転について説明する。なお、この暖房運転では、四路切換弁（25）が図２及び図３に示す状態に設定され、上述した全部暖房運転と一部暖房運転とが切り換えて行われる。
<全部暖房運転>
全部暖房運転では、第１室内膨張弁（34a）及び第２室内膨張弁（34b）が所定開度で開放される。図２に示すように、圧縮機（22）で臨界圧力以上に圧縮された冷媒は、四路切換弁（25）及び第１連絡配管（11）を経由して第１分岐配管（32a）及び第２分岐配管（32b）に分流する。
第１分岐配管（32a）に流入した冷媒は、第１室内熱交換器（33a）を流れる。第１室内熱交換器（33a）では、冷媒が室内空気に熱を放出する。つまり、第１室内熱交換器（33a）では、室内空気を加熱する加熱動作が行われ、第１室内ユニット（30a）が設置された室内の暖房が行われる。第１室内熱交換器（33a）を流出した冷媒は、第１室内膨張弁（34a）を通過して第２連絡配管（12）に流入する。
一方、第２分岐配管（32b）に流入した冷媒は、第２室内熱交換器（33b）を流れる。第２室内熱交換器（33b）では、冷媒が室内空気に熱を放出する。つまり、第２室内熱交換器（33b）では、室内空気を加熱する加熱動作が行われ、第２室内ユニット（30b）が設置された室内の暖房が行われる。第２室内熱交換器（33b）を流出した冷媒は、第２室内膨張弁（34b）を通過して第２連絡配管（12）に流入する。
第２連絡配管（12）で合流した冷媒は、室外膨張弁（24）を通過する際に減圧されてから室外熱交換器（23）を流れる。室外熱交換器（23）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）を流出した冷媒は、四路切換弁（25）を経由して圧縮機（22）に吸入される。圧縮機（22）では、この冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される。
<一部暖房運転>
一部暖房運転では、第１室内熱交換器（33a）で加熱動作を行うと同時に第２室内熱交換器（33b）の加熱動作を休止させる運転や、第２室内熱交換器（33b）で加熱動作を行うと同時に第１室内熱交換器（33a）の加熱動作を休止させる運転が行われる。ここでは、第１室内熱交換器（33a）のみで加熱動作を行う運転を代表して、図３を参照しながら説明する。
この一部暖房運転では、コントローラ（50）の制御手段（51）によって、第１室内膨張弁（34a）が所定開度で開放される一方、第２室内膨張弁（34b）が全閉状態に設定される。第１室内膨張弁（34a）が開放されると、第１室内熱交換器（33a）では上述のような加熱動作が行われる。一方、第２室内膨張弁（34b）が全閉状態となると、冷媒は第２室内膨張弁（34b）を通過しない。従って、冷媒は、第２室内熱交換器（33b）を流通することなく、第２室内熱交換器（33b）は休止状態となる。
このように第２室内熱交換器（33b）を休止させると、第２室内熱交換器（33b）には徐々に冷媒が溜まり込んでいくことになる。しかしながら、本実施形態の空気調和装置（1）では、この一部暖房運転においても、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする、超臨界サイクルを行うようにしている。このため、第２室内熱交換器（33b）の休止に伴い第２室内熱交換器（33b）の周囲温度が低くなっても、第２室内熱交換器（33b）内の冷媒が凝縮しない。従って、第２室内熱交換器（33b）で冷媒が寝込んでいく速度は、例えばＨＦＣ等を用いて亜臨界での冷凍サイクルを行うものよりも大幅に遅くなる。
このことについて、図４及び図５を参照しながらより詳細に説明する。なお、図４は、本実施形態の二酸化炭素を用いた超臨界サイクルのＰ−Ｈ線図を、図５は従来のＨＦＣを用いた亜臨界での冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図をそれぞれ示すものである。
図５に示す従来のものでは、圧縮機の吐出冷媒の圧力が臨界圧力より小さくなる。具体的に、この冷凍サイクルの圧縮後の冷媒は、例えばその圧力が２．７ＭＰａ、その温度が８０℃、冷媒密度ρ1が８５ｋｇ／ｍ3となる。一方、この冷媒が室内熱交換器で凝縮すると、凝縮後の冷媒は、その圧力が２．７ＭＰａ、その温度が３７℃、冷媒密度ρ2が９９６ｋｇ／ｍ3となる。つまり、従来の冷凍サイクルでは、室内熱交換器の出口側の冷媒密度ρ2と入口側の冷媒密度ρ1との密度比（ρ2／ρ1）が１１．７２となる。
一方、図４に示す本実施形態では、圧縮機の吐出冷媒の圧力が臨界圧力以上となる。具体的に、このサイクルの圧縮後の冷媒は、例えばその圧力が１０ＭＰａ、その温度が８０℃、冷媒密度ρ1が２２１ｋｇ／ｍ3となる。一方、この冷媒が室内熱交換器で放熱すると、放熱後の冷媒は、その圧力が１０ＭＰａ、その温度が３５℃、冷媒密度ρ2が７１３ｋｇ／ｍ3となる。つまり、本実施形態の超臨界サイクルでは、室内熱交換器の出口側の冷媒密度ρ2と入口側の冷媒密度ρ1との密度比（ρ2／ρ1）が３．２３となる。
以上のように、従来のものと本実施形態とで室内熱交換器前後の密度比（ρ2／ρ1）を比較すると、従来のものは本実施形態よりも密度比が３倍以上大きくなる。つまり、従来の冷凍サイクルでは、休止側の室内熱交換器内で冷媒が凝縮すると、その冷媒は高密度となって体積が小さくなるので、室内熱交換器へは次々と冷媒が送り込まれることになる。従って、従来のものでは、休止側の室内熱交換器で冷媒が寝込んでいく速度が比較的速いものとなる。
これに対して本実施形態では、休止側の室内熱交換器内で冷媒が放熱しても、その冷媒は比較的低密度であるため、その体積もあまり小さくならない。従って、室内熱交換器へは冷媒がさほど送り込まれず、その結果、休止側の室内熱交換器で冷媒が寝込んでいく速度も比較的遅いものとなる。
一方、このような一部暖房運転を長期間に亘って継続して行うと、やはり第２室内熱交換器（33b）内の冷媒の寝込み量が増大していく。そこで、本実施形態の制御手段（51）は、一部暖房運転を開始して第２室内膨張弁（34b）を全閉状態としてから、第１規定時間ｔ１が経過すると、第２室内膨張弁（34b）の開度を第２規定時間ｔ２の間だけ微小開度で開放するようにしている。このようにすると、冷媒は第２室内熱交換器（33b）を微小流量で流れることになり、第２室内熱交換器（33b）及びその周囲の温度が上昇する。その結果、第２室内熱交換器（33b）内での冷媒の寝込みが解消される。その後、第２規定時間ｔ２が経過すると、制御手段（51）は、再び第２室内膨張弁（34b）を全閉状態とする。
また、一部暖房運転を開始してから第２室内膨張弁（34b）を全閉状態としてから、第２室内熱交換器（33b）内に冷媒が寝込む量は、第２室内熱交換器（33b）の周囲温度に依存する。つまり、第２室内熱交換器（33b）が設置された室内の温度が比較的低い場合には、第２室内熱交換器（33b）内で冷媒が寝込んでいく速度も速くなり、この室内の温度が比較的高い場合には、冷媒が寝込んでいく速度も遅くなる。このため、本実施形態のコントローラ（50）の補正手段（52）は、休止側の室内熱交換器（33b）の周囲の室内温度を室内温度センサ（45）で検出し、この室内温度に基づいて、上述の第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２を補正するようにしている。
具体的には、一部暖房運転の開始時に第２室内温度センサ（45）の検出室内温度が比較的低い場合、補正手段（52）は、第１規定時間ｔ１を短くする補正を行う。また、第１規定時間ｔ１経過時の第２室内温度センサ（45）の検出室内温度が比較的低い場合、補正手段（52）は、第２規定時間ｔ２を長くする補正を行う。その結果、一部暖房運転時において第２室内膨張弁（34b）を全閉状態とする時間が短くなるので、第２室内熱交換器（33b）内に冷媒が寝込んでしまうのを未然に解消できる。なお、このような第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２の補正は、いずれか一方でも良いし両方であっても良い。
一方、一部暖房運転の開始時に第２室内温度センサ（45）の検出室内温度が比較的高い場合、補正手段（52）は、第１規定時間ｔ１を長くする補正を行う。また、第１規定時間ｔ１経過時の第２室内温度センサ（45）の検出室内温度が比較的高い場合、補正手段（52）は、第２規定時間ｔ２を短くする補正を行う。その結果、一部暖房運転時において第２室内膨張弁（34b）を開放状態とする時間が短くなるので、休止側の第２室内熱交換器（33b）で無駄な放熱が行われない。
−実施形態の効果−
上記実施形態では、複数の室内熱交換器（33a,33b）で個別に加熱動作を行うことが可能な空気調和装置（1）において、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする超臨界サイクルを行うようにしている。このため、一部暖房運転時に休止側の室内膨張弁（34b）の開度を全閉としても、休止側の室内熱交換器（33b）内で冷媒が凝縮することはない。従って、上記実施形態によれば、休止側の室内熱交換器（33b）で冷媒が寝込んでいく速度を大幅に小さくすることができる。その結果、加熱動作中の室内熱交換器（33a）における冷媒不足を回避でき、加熱動作側の室内熱交換器（33a）の暖房能力を充分に得ることができる。
また、上記実施形態では、一部暖房運転を行う際に休止側の室内膨張弁（34b）を全閉にしている。このため、上記実施形態によれば、休止側の室内熱交換器（33b）における無駄な放熱を防ぐことができる。従って、この空気調和装置（1）のＣＯＰ（成績係数）の向上を図ることができる。
更に、上記実施形態では、一部暖房運転を行う際に一度全閉状態とした室内膨張弁（34b）を第１規定時間ｔ１経過後に第２規定時間ｔ２の間だけ開放するようにしている。このため、上記実施形態によれば、一部暖房運転を長期間継続して行う場合においても、休止側の室内熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを確実に解消することができ、加熱動作中の室内熱交換器（33a）における冷媒量不足を確実に防止することができる。
また、上記実施形態では、一部暖房運転時において、休止側の室内熱交換器（33b）の周囲の室内温度に基づいて第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２を補正するようにしている。このため、上記実施形態によれば、必要以上に室内膨張弁（34b）の全閉時間が長くなってしまい、休止側の室内熱交換器（33b）内に冷媒が寝込んでしまうのを回避できる。また、上記実施形態によれば、必要以上に室内膨張弁（34b）の開放時間が長くなってしまい、休止側の室内熱交換器（33b）で冷媒から無駄に熱が放出されてしまうのを回避できる。従って、この空気調和装置（1）のＣＯＰを更に向上させることができる。
−室内膨張弁の開度制御の変形例−
上記実施形態では、一部暖房運転時において、休止側の室内膨張弁（33a,33b）を全閉状態とした後、第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２に基づいてこの室内膨張弁（34b）を開閉するようにしている。しかしながら、このような室内膨張弁（34b）の開度制御に代わって、図６に示すように室内膨張弁（34b）の開度制御を行うようにしても良い。
この変形例の一部暖房運転では、高圧圧力センサ（40）の検出冷媒圧力と、高圧温度センサ（41）の検出冷媒温度と、第１冷媒温度センサ（42）の検出冷媒温度と、第２冷媒温度センサ（43）の検出冷媒温度とがコントローラ（50）に出力される。そして、このコントローラ（50）では、一部暖房運転における休止側の室内熱交換器（33b）を流れる冷媒密度を、これらの各センサ（40,41,42,43）の検出値に基づいて求めるようにしている。つまり、上記各センサ（40,41,42,43）は、休止側の室内熱交換器（33b）の冷媒密度を検出するための冷媒密度検出手段を構成している。
具体的には、例えば上記実施形態と同様の一部暖房運転を行う際、制御手段（51）は、まず第２室内膨張弁（34b）の開度を全閉状態とする。一方、この一部暖房運転が長期間に亘って継続して行われると、第２室内熱交換器（33b）内には次第に冷媒が寝込んでいくことになる。
ここで、この変形例の制御手段（51）では、休止側の第２室内熱交換器（33b）内の冷媒密度を、冷媒圧力及び冷媒温度から求めるようにしている。具体的に、例えば第２室内熱交換器（33b）が休止側となる場合には、コントローラ（50）が、高圧圧力センサ（40）で検出した冷媒圧力と、高圧温度センサ（41）で検出した冷媒温度と、休止側となる第２冷媒温度センサ（43）で検出した冷媒温度とに基づいて、第２室内熱交換器（33b）内の冷媒密度を求める。即ち、高圧圧力センサ（40）の検出冷媒圧力は、第２室内熱交換器（33b）内の冷媒圧力と実質的には同じとなる。一方、高圧温度センサ（41）で検出した冷媒温度は、第２室内熱交換器（33b）に流入する冷媒温度とみなすことができ、また、第２冷媒温度センサ（43）で検出した冷媒温度は、第２室内熱交換器（33b）から流出した冷媒温度となる。従って、これらの流入及び流出冷媒温度とから、室内熱交換器（33b）内の冷媒の平均的な温度を求めることができる。そして、この平均冷媒温度と上記冷媒圧力とから、第２室内熱交換器（33b）内の冷媒の平均的な冷媒密度を求めることができる。
以上のようにして求めた冷媒密度は、第２室内熱交換器（33b）内に貯まった冷媒量を表す指標となる。そして、この変形例の制御手段（51）は、一部暖房運転を開始して第２室内膨張弁（34b）を全閉としてから、各センサ（40,41,43）の検出値から求めた冷媒密度が、規定冷媒密度よりも大きくなると、第２室内熱交換器（33b）内に冷媒が多く貯まっていると判断して第２室内膨張弁（34b）を一時的に開放させる。その結果、第２室内熱交換器（33b）内における冷媒の寝込みが確実に解消される。
なお、第１室内熱交換器（33a）を休止させ、第２室内熱交換器（33b）で加熱動作を行う一部暖房運転においては、高圧圧力センサ（40）、高圧温度センサ（41）、及び休止側となる第１冷媒温度センサ（42）の検出値に基づいて第１室内熱交換器（33a）内の冷媒密度が求められる。この場合、この冷媒密度が規定冷媒密度よりも大きくなると、第１室内膨張弁（34a）が開放され、第１室内熱交換器（33a）内の冷媒の寝込みが解消される。
−変形例の効果−
この変形例では、一部暖房運転時において、休止側の室内熱交換器（33b）内の冷媒密度を検出し、この冷媒密度が規定冷媒密度よりも大きくなると、全閉状態であった室内膨張弁（34b）を一時的に開放するようにしている。即ち、この変形例では、休止側の室内熱交換器（33b）内に貯まった冷媒量を間接的に求め、この冷媒量が多くなると室内膨張弁（34b）を開放するようにしている。従って、休止側の室内熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを確実に回避することができる。
また、この変形例においても、一部暖房運転時に冷媒回路（10）で超臨界サイクルを行うことで、休止側となる各室内熱交換器（33a,33b）での冷媒が寝込む速度を大幅に遅くすることができる。
更に、このように冷媒回路（10）で超臨界サイクルを行うと、休止側の室内熱交換器（33b）の平均的な冷媒密度をより正確に把握することもできる。具体的には、例えば図８に示すように、従来のもの（高圧が亜臨界圧力となる冷凍サイクルを行うもの）の休止側の室内熱交換器について、その入口から出口に至るまでの冷媒密度（冷媒温度）の変化を見ると、その変化の挙動は線形性が弱いものとなる。なぜなら、従来のものでは、休止側の室内熱交換器内で冷媒が凝縮して相変化するからである。従って、室内熱交換器内に貯まった冷媒量を正確に把握しようとすると、複数箇所（例えば３点以上）における冷媒密度（冷媒温度）を検出する必要があり、温度センサの数量も多くなってしまう。
一方、図７に示すように、本実施形態の休止側の室内熱交換器（33b）について、その入口から出口に至るまでの冷媒密度（冷媒温度）の変化を見ると、その変化の挙動は比較的線形性が強いものとなる。なぜなら、本実施形態では、室内熱交換器（33b）内に臨界圧力以上の冷媒が貯まるため、室内熱交換器（33b）内の冷媒が入口から出口に至るまで相変化しないためである。従って、本実施形態では、上述の変形例のようにして入口及び出口の冷媒密度を求めることで、予めコントローラ（50）内に記憶されたデータテーブル（冷媒密度や冷媒温度の変化の挙動に関するデータ等）に基づき、室内熱交換器（33b）の入口から出口までの冷媒密度の挙動を正確に予測することができる。そして、このように求めた冷媒密度に基づいて、室内膨張弁（34a,34b）を開放させるタイミングを判定することで、休止側の室内熱交換器（33b）における冷媒の寝込みを一層確実に回避することができる。
《その他の実施形態》
上記実施形態に係る空気調和装置（1）について、各利用側熱交換器（33a,33b）を通過した空気がそれぞれ吹出される各吹出口に、該各吹出口を開閉自在なルーバー等の開閉機構をそれぞれ設けるようにしてもよい。そして、上述のような一部運転時において、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する吹出口のみを開閉機構によって閉鎖するようにしても良い。この場合には、休止側の利用側熱交換器（33b）内に溜まった冷媒の熱が、吹出口を介して室内空間へ逃げてしまうことを抑制できる。従って、利用側熱交換器（33b）の周囲温度の低下を抑制でき、利用側熱交換器（33b）内の冷媒の寝込みを一層効果的に回避することができる。なお、ルーバー等の開閉機構には、吹出口を封止した際のシール性を高めるため、パッキン等のシール材をルーバーの周囲に設けると好適である。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、本発明は、複数の利用側熱交換器で個別に加熱動作を可能とする冷凍装置において、休止側の利用側熱交換器の冷媒の寝込み対策として有用である。
実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路の配管系統図である。 全部暖房運転時の冷媒回路の冷媒の流れを示す配管系統図である。 一部暖房運転時の冷媒回路の冷媒の流れを示す配管系統図である。 実施形態に係る超臨界サイクルのＰ−Ｈ線図（モリエル線図）である。 従来例に係る冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図（モリエル線図）である。 変形例に係る空気調和装置の一部暖房運転時の冷媒回路の冷媒の流れを示す配管系統図である。 実施形態における休止側の室内熱交換器について、その入口から出口までの冷媒密度及び冷媒温度の変化の挙動を示すグラフである。 従来例における休止側の室内熱交換器について、その入口から出口までの冷媒密度及び冷媒温度の変化の挙動を示すグラフである。
符号の説明
1 空気調和装置（冷凍装置）
10 冷媒回路
21 室外側回路（熱源側回路）
22 圧縮機
23 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
33a 第１室内熱交換器（利用側熱交換器）
33b 第２室内熱交換器（利用側熱交換器）
34a 第１室内膨張弁（電動弁）
34b 第２室内膨張弁（電動弁）
44 第１室内温度センサ（室内温度センサ）
45 第２室内温度センサ（室内温度センサ）
51 制御手段
52 補正手段

Claims (7)

  1. 圧縮機（22）及び熱源熱交換器（23）を有する熱源側回路（21）に対して、利用側熱交換器（33a,33b）及び該利用側熱交換器（33a,33b）に対応する電動弁（34a,34b）をそれぞれ有する複数の利用側回路（31a,31b）が並列に接続されて構成される冷媒回路（10）を備え、利用側熱交換器（33a,33b）内の冷媒から熱を放出する加熱動作を各利用側熱交換器（33a,33b）で個別に可能とする冷凍装置であって、
    上記冷媒回路（10）は、圧縮機（22）の吐出冷媒を臨界圧力以上とする冷凍サイクルを行うように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
  2. 請求項１において、
    加熱動作を行う利用側熱交換器（33a）と休止状態の利用側熱交換器（33b）とが共存する運転を行う際、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉する制御手段（51）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
  3. 請求項２において、
    上記制御手段（51）は、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉してから第１規定時間ｔ１が経過すると、該電動弁（34b）を第２規定時間ｔ２に亘って一時的に開放することを特徴とする冷凍装置。
  4. 請求項３において、
    上記各利用側熱交換器（33a,33b）は、室内に配置されて室内空気へ冷媒の熱を放出するように構成され、
    各利用側熱交換器（33a,33b）の周囲には、該各利用側熱交換器（33a,33b）に対応する室内の温度を検出する室内温度センサ（44,45）がそれぞれ設けられ、
    休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する室内温度センサ（45）の検出温度に基づいて上記第１規定時間ｔ１及び第２規定時間ｔ２のいずれか一方又は両方を補正する補正手段（52）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
  5. 請求項２において、
    各利用側熱交換器（33a,33b）内の冷媒密度をそれぞれ検出する冷媒密度検出手段（40,41,42,43）を備え、
    上記制御手段（51）は、休止側の利用側熱交換器（33b）に対応する電動弁（34b）を全閉してから該利用側熱交換器（33b）に対応する冷媒密度検知手段（40,41,43）の検出冷媒密度が規定冷媒密度より大きくなると、該電動弁（34b）を一時的に開放することを特徴とする冷凍装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１において、
    上記冷媒回路（10）には、冷媒として二酸化炭素が充填されていることを特徴とする冷凍装置。
  7. 請求項２乃至５のいずれか１において、
    各利用側熱交換器（33a,33b）を通過した空気がそれぞれ吹き出される吹出口と、該吹出口をそれぞれ開閉自在な開閉機構とを備え、
    上記各開閉機構は、加熱動作を行う利用側熱交換器（33b）の吹出口を開放する一方、休止側の利用側熱交換器（33a）の吹出口を閉鎖するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
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