JP2019002620A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、停止中の接続液管からの冷媒移動を抑制することで、再起動に要するの時間を短縮し、快適性や信頼性を向上させるとともに、アキュムレータの大型化に伴う製造コスト増加を防いだ空気調和機を提供することにある。【解決手段】圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、前記室外機と前記室内機を接続する液管と、前記室外機と前記室内機を接続するガス管と、を備えた空気調和機であって、前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記液管に連結され、前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁の両方を閉じる空気調和機。【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に、圧縮機停止後の膨張弁制御に特徴を有するマルチ空気調和機に関する。

空気調和機内の冷媒分布は、運転中と停止中で大きく異なることが知られている。図６は、空気調和機内部の冷媒分布の一例であり、空気調和機内部を、接続液管、接続ガス管、室外機、その他の四区分に大別し、運転中と停止中（停止から所定時間経過後）の冷媒分布を比較したものである。ここから、運転中に比べ停止中は、接続液管内と室外機内の冷媒が減り、接続ガス管内の冷媒が増えていることが分かる。

特に注目すべきは、接続液管が保有する冷媒量の大幅な変化であり、図６の例では、運転中に約６割を占めた接続液管内の冷媒が、停止中は約４割にまで減少している。これは、接続液管内の冷媒の多くが、接続ガス配管に移動したためである。

図６のように、停止中に接続液管から接続ガス管へ冷媒が移動してしまうと、次に空気調和機を起動する際に、接続ガス管に移動している冷媒が接続液管に移動し、接続液管に適正量の冷媒が再び溜まるのを待つ必要があり、空気調和機の立ち上がりに時間がかかるという問題がある。

また、接続液管から室外機に冷媒が移動する場合には、接続ガス管やアキュムレータなどに冷媒が溜まり込む恐れがある。この溜まり込みが発生した状態での再起動時は、圧縮機の液圧縮のリスクが高くなるため、アキュムレータの容積を大きくすることで液圧縮のリスクを回避する必要がある。

本発明の目的は、停止中の接続液管からの冷媒移動を抑制することで、再起動に要するの時間を短縮し、快適性や信頼性を向上させるとともに、アキュムレータの大型化に伴う製造コスト増加を防いだ空気調和機を提供することにある。

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、室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、前記室外機と前記室内機を接続する液管と、前記室外機と前記室内機を接続するガス管と、を備え、前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記液管に連結され、前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁の両方を閉じるものとした。

また、本発明の他の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、高低圧ガス管切替弁と低圧ガス管切替弁を有する冷暖切替ユニットと、前記室外機と前記室内機を接続する液管と、前記室外機と前記高低圧ガス管切替弁を接続する高低圧ガス管と、前記室外機と前記低圧ガス管切替弁を接続する低圧ガス管と、前記室内機と前記冷暖切替ユニットを接続するガス管と、を備え、前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記液管に連結され、前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、前記室外膨張弁と前記室内膨張弁の両方を閉じるか、前記室外膨張弁と前記高低圧ガス管切替弁と前記低圧ガス管切替弁の全てを閉じるものとした。

さらに、本発明の他の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、気液分離器、高圧管用切替弁、低圧管用切替弁、液圧調整膨張弁を有する冷暖切替ユニットと、前記室外機と前記冷暖切替ユニットを連結する高圧管と、前記室外機と前記冷暖切替ユニットを連結する低圧管と、前記室内機と前記冷暖切替ユニットを連結するガス管と、前記室内機と前記冷暖切替ユニットを連結する液管と、を備え、前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記高圧管に連結され、前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、前記室外膨張弁、前記室内膨張弁、前記高圧管用切替弁、前記低圧管用切替弁、前記液圧調整弁の全てを閉じるものとした。

本発明によれば、停止時の接続液管からの冷媒移動を抑制できるため、空気調和機の再起動時の暖房運転または冷房運転の立ち上りを早めることができ、快適性を向上させることができる。また、アキュムレータを大型化しなくても、圧縮機での液圧縮の可能性を低減できるため、製造コストを上昇させることなく、信頼性を向上させることができる。

冷暖切替マルチにおける従来の暖房停止時膨張弁制御 冷暖切替マルチにおける従来の冷房停止時膨張弁制御 冷暖切替マルチにおける実施例１の停止時膨張弁制御 高低差による冷媒差圧の例 室内外温度差による冷媒差圧の例 運転中と停止中の冷媒分布の一例 液冷媒の等容変化 従来の運転から停止中の圧力挙動 停止時膨張弁制御時の運転から停止中の圧力挙動 停止時膨張弁制御時の運転から停止中の圧力挙動 停止時膨張弁制御のフローチャート例 冷暖同時マルチにおける従来の停止時膨張弁制御 冷暖同時マルチにおける実施例２の停止時膨張弁制御 冷暖同時マルチにおける実施例２の変形例の停止時膨張弁制御（冷暖切替ユニット弁開） 冷暖同時マルチにおける実施例２の他の変形例の停止時膨張弁制御（暖房室内膨張弁開） ２管式冷暖同時マルチにおける従来の停止時膨張弁制御 ２管式冷暖同時マルチにおける実施例３の停止時膨張弁制御 過冷却回路使用構成における実施例４の冷房停止時膨張弁制御

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

先ず、図１〜図５、図７〜図１１を用いて、本発明の実施例１の空気調和機を説明する。
＜従来の暖房停止時膨張弁制御＞
図１は、冷暖切換マルチの空気調和機１００に適用した従来の暖房停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。ここに示す空気調和機１００は、室外機１０と、室内機４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの総称）を、液主管２１とガス主管２４で接続したものであり、各室内機４０は暖房停止状態である。なお、図１では、室外機１０が一台、室内機４０が四台の構成を例示しているが、これ以外の台数構成であってもよい。

室内機４０ａは、室内熱交換器４１ａ、室内膨張弁４２ａ、室内熱交換器用ファン４９ａから構成される。そして、室内熱交換器４１の一端は、室内膨張弁４２を介して、液主管２１に連通する。また、図示する箇所に、室内熱交換器ガス温度センサ４５ａ、室内熱交換器液温度センサ４６ａ、室内温度センサ７３ａを設置している。なお、室内機４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの構成は同等であるので、重複説明を省略する。

室外機１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器用ファン１３、室外熱交換器１４、室外膨張弁１５、圧縮機逆止弁１６、アキュムレータ１８から構成される。そして、室外熱交換器１４の一端は、室外膨張弁１５を介して、液主管２１に連通する。また、図示する箇所に、吐出圧力検知センサ５５、室外熱交換器液温度センサ５０、室外熱交換器ガス温度センサ５１、液圧力検知装置７１、外気温度センサ７２を設置している。

次に、暖房運転中と暖房停止時の冷媒の流れを説明する。暖房運転中は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧ガス冷媒が、四方弁１２、ガス主管２４を介して、室内機４０へ送られる。

室内機４０では、室内熱交換器４１に流入したガス冷媒が、室内空気と熱交換して凝縮し、高圧二相冷媒あるいは高圧過冷却冷媒となり、室内膨張弁４２、液主管２１を介して、室外機１０へ送られる。

室外機１０では、流入した冷媒が所望の開度で開放された室外膨張弁１５で流量調整され、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となった後、四方弁１２、アキュムレータ１８を介して、圧縮機１１へ送られ、暖房運転時の冷凍サイクルが完成する。この暖房運転中は、液主管２１内はほぼ液冷媒で満たされており、ガス主管２４内はガス冷媒のみが存在している。

ここから暖房停止に移行すると、図１に示すように、室外膨張弁１５は全閉、室内膨張弁４２は開となる。圧縮機１１の停止直後に、その下流のガス主管２４の圧力は低下し、ある程度時間が経過すると圧縮機１１の吸入側圧力とバランスする。このバランス圧力が液主管２１の圧力よりも下がると、液主管２１内の液冷媒が室内膨張弁４２、室内熱交換器４１を通ってガス主管２４に移動し、図６のような冷媒移動が生じる。また、四方弁１２や圧縮機逆止弁１６などは完全密閉ではないため、ガス主管２４内の冷媒が、アキュムレータ１８や室外熱交換器１４に移動することもある。このように、液主管２１内の冷媒が冷凍サイクル各所に分散してしまうと、次の起動時に、冷媒が冷凍サイクル各所に適正配分されるまで、運転効率が悪く、暖房立ち上がりに時間がかかってしまう。

また、暖房運転の停止後、室外熱交換器１４に冷媒が溜まり込むと、起動時に気液混合状態の冷媒がアキュムレータ１８に入る。アキュムレータ１８は、気液混合状態の低圧冷媒から液冷媒を分離し、ガス冷媒を圧縮機１１に送り出し、圧縮機１１の液圧縮を防止するものであるが、室外熱交換器１４からの液戻り量が多い場合、或いはアキュムレータ１８自体に冷媒が溜まり込む場合は、液冷媒を分離する機能が低下し、圧縮機液圧縮のリスクが高くなる。これを防ぐにはアキュムレータ１８の容積を大きくする必要があり、製造コストが増加してしまう。
＜従来の冷房停止時膨張弁制御＞
図２は、図１と同構成の空気調和機１００に適用した従来の冷房停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図であり、四方弁１２の接続が図１と異なっている。この図を用いて、冷房運転中と冷房停止時の冷媒の流れを説明する。冷房運転中は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧ガス冷媒が、四方弁１２を介して室外熱交換器１４へ送られる。室外熱交換器１４に流入したガス冷媒は、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧二相冷媒あるいは高圧過冷却冷媒となり、室外膨張弁１５、液主管２１を介して、室内機４０へ送られる。室内機４０では、流入した冷媒が所望の開度で開放された室内膨張弁４２で流量調整され、室内熱交換器４１で室内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となった後、ガス主管２４、四方弁１２、アキュムレータ１８を介して、圧縮機１１へ送られ、冷房運転時の冷凍サイクルが完成する。この冷房運転中は、液主管２１内はほぼ液冷媒で満たされ、ガス主管２４内はガス冷媒のみが存在している。

ここから冷房停止に移行すると、図２に示すように、室内膨張弁４２は全閉、室外膨張弁１５は開となる。圧縮機１１の停止直後に室外熱交換器１４の圧力は低下し、ある程度時間が経過すると圧縮機１１の吸入側圧力とバランスする。このバランス圧力が液主管２１の圧力よりも下がると、液主管２１の冷媒が室外膨張弁１５を通って、室外熱交換器１４に移動するため、図６に示した冷媒移動が生じる。また、四方弁１２や圧縮機逆止弁１６などは完全密閉ではないため、室外熱交換器１４内の冷媒が、アキュムレータ１８やガス主管２４に移動することもある。このように、液主管２１内の冷媒が冷凍サイクル各所に分散してしまうと、次の起動時に、冷媒が冷凍サイクル各所に適正配分されるまで、冷房効率が悪く、冷房立ち上がりに時間がかかってしまう。

また、冷房運転の停止後、ガス主管２４に冷媒が溜まり込むと、起動時の液戻り量が多くなり、アキュムレータ１８での液冷媒分離機能が低下し、圧縮機液圧縮のリスクが高くなる。これを防ぐにはアキュムレータ１８の容積を大きくする必要があり、製造コストが増加してしまう。
＜実施例１の停止時膨張弁制御＞
図３は、図１、図２と同構成の空気調和機１００に適用した実施例１の停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。なお、ここでは、四方弁１２が冷房運転時の接続（図２）である状況を例示しているが、暖房運転時の接続（図１）である状況であっても、本実施例の停止時膨張弁制御を適用することができる。

本実施例では、冷房運転から冷房停止に移行すると、図３に示すように、室内膨張弁４２の全てと、室外膨張弁１５を閉じる。前述したように、従来の停止時膨張弁制御では、圧縮機１１が停止し、圧縮機１１の流出側の圧力が低下すると、開放された膨張弁を介して、冷媒が冷凍サイクルの各所に分散するが、本実施例のように、液主管２１の両端の膨張弁を共に閉じることで、運転中に液主管２１に溜まった液冷媒が他の場所に移動するのを防ぐことができ、次回起動時の冷房運転または暖房運転の立ち上がりを早めることができる。

次に、図４、図５の模式図を用いて、室外機１０と室内機４０の冷媒差圧による液冷媒移動とその対策を説明する。

図４は、下方に室外機１０を配置し、その１０ｍ上方に室内機４０を配置した空気調和機１００の冷房運転停止時の模式図であり、液主管２１両端の高低差によって冷媒が下方の熱交換器に移動しやすい一例である。なお、図４は、同図中のかっこ書きで示すように、下方に室内機４０を配置し、その上方に室外機１０を配置した空気調和機の暖房運転停止時の模式図でもある。

冷房運転停止後に下方の膨張弁を開くと、液柱のヘッドの影響で、液冷媒は下方の熱交換器へ移動する。例えば、室外機１０と室内機４０の高低差が１０ｍ、冷媒の液密度が１０００ｋｇ／ｍ^３、室外膨張弁１５が開の場合、液主管２１の下端に設置された室外膨張弁１５には、約０．１ＭＰａの差圧が発生し、液主管２１内の冷媒が下に移動する。これを防ぐには、本実施例のように、下側にある膨張弁を停止時に閉じる必要がある。具体的には、室外機１０が下、室内機４０が上の冷房停止時には、室外膨張弁１５を閉じ、室外機１０が上、室内機が下の暖房停止時には、室内膨張弁４２を閉じる。このように、室外機１０と室内機４０の設置場所に高低差がある場合、運転停止時に下方の膨張弁を閉じることで下方の熱交換器等への液冷媒の流入を防止することができる。

図５は、１７℃の雰囲気中に室外機１０を配置し、２０℃の雰囲気中に室内機４０を配置した空気調和機１００の運転停止時の模式図であり、液主管２１両端の温度差によって冷媒が低温側の熱交換器に移動しやすい一例である。なお、図５では、室外機１０と室内機４０は同じ高さに設定されており、液主管２１は水平であるものとする。

運転停止中であっても室内外の雰囲気温度に差があると、自然対流により空気調和機１００内部の冷媒と空気で熱交換が発生し、冷媒移動がおきる。例えば、室外が１７℃、室内が２０℃の場合、時間はかかるが、室内熱交換器４１内の液冷媒が蒸発し、室外熱交換器１４内のガス冷媒が凝縮することで、室内機４０の液冷媒が徐々に室外機１０に溜まっていく。２０℃の飽和圧力が１．４５ＭＰａであり、１７℃の飽和圧力が１．３５ＭＰａであることから、図５に示す室内外の温度差３℃による飽和圧力の差圧は０．１ＭＰａとなる。これは、図４に示した、高低差１０ｍの液搬送力に相当し、無視できるものではない。従って、室内外の温度差が所定を超えた場合に、液主管２１からの冷媒流出を防ぐため、低温側の膨張弁を閉じる制御を実施してもよい。

図７は液配管が液冷媒で満たされた液封現象のイメージ図である。満液状態で配管両端の弁を封止した後、温度を上げると、液冷媒の圧力が上がり、配管の耐圧を超えると配管が破損し冷媒が漏洩する恐れがある。このため、図３のように、液主管２１両端の室内膨張弁４２と室外膨張弁１５の両方を閉じる場合には、液主管２１が満液ではないことを確認してから両端の弁を閉じるのが望ましい。例えば、暖房運転の場合、各々の室内熱交換器４１の出口の過冷却度を吐出圧力検知センサ５５、室内熱交換器液温度センサ４６で検知し、全ての室内機４０の出口温度が飽和温度である場合は、液主管２１に二相冷媒が送られており、満液状態でない可能性が高いため、両端の弁をそのまま閉じても支障はない。また、高低差施工で凝縮器となる熱交換器が下にある場合や、液主管２１の配管長が長い場合などは、液管末端で圧力が下がり二相冷媒となる可能性が高いため、冷媒状態に応じて両端の弁を閉じても支障ない。なお、液主管２１内が二相冷媒であるかは、停止直前のサイクル状態、液管温度、液管圧力から推定してもよい。

図８は、図１、図２に示した、従来の停止時膨張弁制御を実施した場合の圧力挙動である。空気調和機１００が運転を停止すると、吐出圧力と吸入圧力は同じ圧力になるように、徐々にバランスする。このとき、液主管２１の一端の弁が開放されているため、液圧力は吐出圧力より低いかほぼ同等の圧力となる。ここで吐出圧力が液圧力より低くなると、液主管２１内の冷媒が他の機器に移動して圧力が自然に下がる。その結果、図１、図２の説明中で紹介した種々の問題が生じる。

図９は、図３に示した、本実施例の停止時膨張弁閉止制御を実施した場合の圧力挙動である。図８と同様に、空気調和機１００の停止後しばらくして吐出圧力が液圧力より低くなるが、ここでは、空気調和機１００の停止後に液主管２１の両端の弁が閉じられるため、液主管２１内の液圧力は一定に保たれている。

なお、空気調和機１００の停止直後に、液主管２１両端の膨張弁閉止すると、液圧力が高い状態で維持されるが、これに高低差の液ヘッドの影響や液配管雰囲気温度の上昇の影響が加わり液圧上昇し、液主管２１の耐圧を超えるリスクを回避するために、停止後しばらく、例えば数分程度してから液主管２１両端の膨張弁を閉じることにより、停止初期の液圧力を下げ、液圧上昇による液主管２１破損のリスクを低減することができる。

図１０は停止時の膨張弁閉止制御を実施した場合の圧力挙動であり、図９よりも長い時間経過を対象とし、外気温度および液冷媒温度が上昇した場合の例である。液封でない場合は、昼間の温度上昇に伴い、飽和圧力相当の圧力で液圧力も上昇する。液封状態の液主管２１で液圧が過剰に上昇した場合は、液主管２１破損のおそれがあるため、室外熱交換器液温度センサ５０で観測した液管温度、或いは、液主管２１に取付けた液圧力検知装置７１で観測した液圧力が所定の閾値を超えた場合に、閉じている膨張弁を一時的に開いて、液主管２１の冷媒を他の機器に逃がすことで液主管２１内の圧力を下げてもよい。ここで、液圧力検知装置７１は圧力を測定する圧力センサでもよく、所定の圧力を超えると出力を発生する圧力スイッチのようなものでもよい。圧力センサの場合は、圧力を測定しているため、所定値以下に圧力が下がった場合に再び膨張弁を閉じてもよい。圧力スイッチの場合は、作動時から所定時間後に再び膨張弁を閉じてもよい。

次に、図１１を用いて、本実施例で用いられる停止時膨張弁制御のフローチャートを説明する。なお、ここに示す停止時膨張弁制御は空気調和機１００が停止した後の制御であるため、空気調和機１００の動作中の膨張弁制御は省略している。

先ず、ステップＳ１では、空気調和機１００が運転中か停止中かを確認する。運転中であった場合は、停止するまでステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２では、空気調和機１００が停止してから所定時間経過したかを確認する。所定時間経過する前は、ステップＳ５に進み、通常停止開度での膨張弁制御、すなわち、図１または図２に示した、液主管２１の両端の膨張弁の一方を閉じ他方を閉じない膨張弁制御を実行する。なお、ステップＳ２で、所定期間の経過を確認するのは、停止直後に図３に示した本実施例の停止時膨張弁制御を行うと、運転中の高い液圧力が維持されるため、ある程度の時間が経過し、液主管２１内の液圧力がある程度低下してから、本実施例の停止時膨張弁制御を実行するのが望ましいからである。

ステップＳ２で所定時間の経過が確認されたときは、ステップＳ３に進み、液主管２１内の液圧力が所定値以下であるかを確認する。液圧力が所定値より大きかった場合は、ステップＳ５に進み、通常停止開度での膨張弁制御を実行する。なお、ここで用いられる閾値は、液主管２１の耐圧を考慮して定められるものであり、この閾値を液主管２１の耐圧よりも低く設定しておくことで、本実施例の停止時膨張弁制御の実行後に、外気温度の上昇などに起因し、液主管２１の液圧力が上昇した場合であっても、液主管２１の破損を回避することができる。例えば、液主管２１の耐圧が４ＭＰａである場合、その半分である２ＭＰａを閾値とすることができる。

ステップＳ３で液主管２１の液圧力が所定値以下であることが確認されたときは、ステップＳ４に進み、液主管２１が液封状態であるかを確認する。液封状態であったときは、本実施例の停止時膨張弁制御の実行後に、外気温度の上昇などに起因し、液主管２１の液圧力が図７に示すように著しく上昇する恐れがあるため、ステップＳ５に進み、通常停止開度での膨張弁制御を実行する。なお、液封であるかは、液主管２１内のガス冷媒有無の確認から判断できるが、高低差施工、配管長、暖房運転時の室内熱交換器出口液温度や過冷却度、冷房運転時の液管温度や過冷却度、停止中の外気温度と液冷媒温度などから総合的に判断してもよい。

ステップＳ４で液封でないと判断された場合、図３に例示した、本実施例の停止時膨張弁制御を実施する。これにより、液主管２１の両端の膨張弁が閉じると、液圧上昇による液主管２１の破損を避けつつ、液主管２１内の冷媒の他要素への流出を防止することができる。

なお、一旦、ステップＳ６の停止時膨張弁制御に入っても、図１０のように、外気温度上昇に伴う液圧上昇に対処する必要がある場合は、再びステップＳ５の通常停止開度による膨張弁制御に戻ってもよく、その後、液圧が再度下がれば、ステップＳ６の停止時膨張弁制御を実行しても良い。

以上で説明した本実施例によれば、空気調和機の運転停止時の液主管から他要素への冷媒移動を抑制できるため、空気調和機の再起動時の暖房運転または冷房運転の立ち上りを早めることができ、快適性を向上させることができる。また、アキュムレータを大型化しなくても、圧縮機での液圧縮の可能性を低減できるため、製造コストを上昇させることなく、信頼性を向上させることができる。

次に、図１２から図１５を用いて、実施例２の空気調和機２００を説明する。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。
＜従来の停止時膨張弁制御＞
図１２は、冷暖同時マルチの空気調和機２００に適用した従来の停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。ここに示す空気調和機２００は、室外機１０と、室内機４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの総称）と、室内機４０と室外機１０の間に存在する冷暖切替ユニット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの総称）を、液主管２１、及び、高低圧ガス主管２６、低圧ガス主管２７等のガス管で接続したものであり、室内機４０ａ〜４０ｄは夫々、暖房高圧停止、暖房低圧停止、冷房停止、送風（低圧停止）の状態である。なお、図１２では、室外機１０が一台、室内機４０が四台の構成を例示しているが、これ以外の台数構成であってもよい。

室内機４０の室内熱交換器４１の一端は冷暖切替ユニット３０を介して高低圧ガス主管２６または低圧ガス主管２７と接続され、他端は室内膨張弁４２を介して液主管２１に接続されている。

冷暖切替ユニット３０は、室内機４０を高低圧ガス主管２６または低圧ガス主管２７に選択的に接続する分岐回路であり、高低圧ガス管用膨張弁３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの総称）と、低圧ガス管用膨張弁３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの総称）を備えている。この高低圧ガス管用膨張弁３１と低圧ガス管用膨張弁３２の開閉を制御することにより、室内機４０を通流する冷媒の方向を変え、室内膨張弁４２（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの総称）の減圧絞りや開閉動作と連係して室内熱交換器４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの総称）の蒸発器の作用と凝縮器の作用を切替える。

室外機１０は、圧縮機１１、熱交換器側四方弁１２ａ、高低圧ガス管側四方弁１２ｂ、室外熱交換器１４、室外膨張弁１５、アキュムレータ１８から構成される。そして、室外熱交換器１４の一端は、室外膨張弁１５を介して、液主管２１に連通しており、他端は、熱交換器側四方弁１２ａにより、圧縮機１１の吐出側と吸入側に選択的に接続される。また、高低圧ガス主管２６は、高低圧ガス管側四方弁１２ｂにより、圧縮機１１の吐出側と吸入側に選択的に接続される。なお、図１２では、高低圧ガス主管２６、室外熱交換器１４の双方が圧縮機１１の吐出側に接続されているが、室内機４０の運転状態や冷暖負荷比率によりそれぞれが吸入側につながる場合もある。

次に、運転中と停止時の冷媒の流れを説明する。運転中は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧ガス冷媒の一部が、高低圧ガス管側四方弁１２ｂ、高低圧ガス主管２６、冷暖切替ユニット３０ａの高低圧ガス管用膨張弁３１ａを通って、暖房運転する室内機４０ａに送られる。室内機４０ａでは、室内熱交換器４１ａに流入したガス冷媒が、室内空気と熱交換して凝縮し、高圧二相冷媒あるいは高圧過冷却冷媒となり、室内膨張弁４２、液主管２１へ送られる。

圧縮機１１で圧縮された高温高圧ガス冷媒の残りは、熱交換器側四方弁１２ａを介して室外熱交換器１４へ送られ、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧二相冷媒あるいは高圧過冷却冷媒となり、室外膨張弁１５を通り液主管２１へ送られる。

室内機４０ａと室外機１０から液主管２１へ送られ合流した液冷媒は、冷房運転する室内機４０ｃへ送られ、室内膨張弁４２ｃで流量調整され、室内熱交換器４１ｃで室内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となる。そして冷暖切替ユニット３０ｃ、低圧ガス管用膨張弁３２ｃ、低圧ガス主管２７を介して圧縮機１１へ送られ、冷凍サイクルが完成する。この運転中は、液主管２１内はほぼ液冷媒で満たされており、高低圧ガス主管２６内、低圧ガス主管２７内はガス冷媒のみが存在している。

ここから停止に移行すると、図１２に示すように、室内機４０では、暖房停止の室内膨張弁４２ａは開、停止を継続する室内膨張弁４２ｂは閉、冷房停止の室内膨張弁４２ｃは閉、送風の室内膨張弁４２ｄは閉となる。また、冷暖切替ユニット３０では、室内機運転中のモードに合せて、冷暖切替ユニット３０ａの高低圧ガス管用膨張弁３１ａは開、低圧ガス管用膨張弁３２ｂは閉を維持する。冷暖切替ユニット３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの高低圧ガス管用膨張弁３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは閉、低圧ガス管用膨張弁３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは開を維持する。さらに、室外機１０では、室外膨張弁１５は開を維持する。

圧縮機１１の停止直後に、その下流の室外熱交換器１４と高低圧ガス主管２６の圧力は低下し、ある程度時間が経過すると圧縮機１１の吸入側圧力とバランスする。このバランス圧力が液主管２１の圧力よりも下がると、液主管２１内の液冷媒が室外膨張弁１５を通って室外熱交換器１４に移動したり、室内膨張弁４２ａ、室内熱交換器４１ａ、高低圧ガス管用膨張弁３１ａを通って高低圧ガス主管２６に移動したりすることで、図６のような冷媒移動が生じる。また、熱交換器側四方弁１２ａや圧縮機逆止弁１６などは完全密閉性ではないため、室外熱交換器１４や高低圧ガス主管２６内の冷媒が、アキュムレータ１８に移動することもある。このように、液主管２１内の冷媒が冷凍サイクル各所に分散してしまうと、次の起動時に、冷媒が冷凍サイクル各所に適正配分されるまで、運転効率が悪く、立ち上がりに時間がかかる。また、起動時の液戻り量が多くなり、アキュムレータでの液冷媒分離機能が低下し、圧縮機液圧縮のリスクが高くなる。これを防ぐにはアキュムレータ容積を大きくする必要があり、製造コストが増加してしまう。
＜実施例２の停止時膨張弁制御＞
図１３は、図１２と同構成の空気調和機２００に適用した実施例２の停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。ここに示すように、本実施例の停止時膨張弁制御では、圧縮機１１の停止後に、全ての膨張弁、すなわち、室内膨張弁４２の全て、高低圧ガス管用膨張弁３１の全て、低圧ガス管用膨張弁３２の全て、および、室外膨張弁１５を閉じる。これにより、運転中に液主管２１に溜まった液冷媒が他の場所に移動するのを防ぐことができ、冷暖同時マルチの空気調和機２００においても、実施例１と同等の効果を得ることができる。

図１４は、実施例２の停止時膨張弁制御の変形例であり、圧縮機１１の停止後に、室内膨張弁４２の全てと、室外膨張弁１５を閉じる停止時膨張弁制御である。これにより、運転中に液主管２１に溜まった液冷媒が他の場所に移動するのを防ぐことができる。本変形例では、冷暖切替ユニット３０の膨張弁制御が不要なため、図１３に比べ、簡単に作りこむことができる。なお、本変形例では、暖房運転の室内熱交換器４１ａの冷媒が高低圧ガス管用膨張弁３１ａを介して高低圧ガス主管２６に移動したり、冷房運転の室内熱交換器４１ｃの冷媒が低圧ガス管用膨張弁３２ｃを介して低圧ガス主管２７に移動したりするが、移動する冷媒量は限定されるため、図１３とほぼ同等の効果を得ることができる。

図１５は、実施例２の停止時膨張弁制御の他の変形例であり、圧縮機１１の停止後に、高低圧ガス管用膨張弁３１の全て、低圧ガス管用膨張弁３２の全て、および、室外膨張弁１５を全て閉じる停止時膨張弁制御である。これにより、運転中に液主管２１に溜まった液冷媒が他の場所に移動するのを防ぐことができる。本変形例では、室内膨張弁４２の制御が不要なため、図１３に比べ、簡単に作りこむことができる。なお、本変形例でも、暖房運転の室内膨張弁４２ａを介して、室内熱交換器４１ａや冷暖切替ユニット３０ａへ液主管２１の液冷媒が移動するが、他の場所への移動を防ぐことができるので、図１３、図１４とほぼ同等の効果を得ることができる。

次に、図１６、図１７を用いて、実施例３の空気調和機を説明する。なお、上述した実施例と共通する点は重複説明を省略する。
＜従来の停止時膨張弁制御＞
図１６は、２管式冷暖同時マルチの空気調和機３００に適用した従来の停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。ここに示す空気調和機３００は、室外機１０と、室内機４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）と、室内機４０と室外機１０の間に存在する冷暖切替ユニット３０を、高圧主管２８と低圧主管２９で接続したものであり、室内機４０は夫々、暖房高圧停止、暖房低圧停止、冷房停止、送風（低圧停止）の状態である。なお、図１６では、室外機１０が一台、室内機４０が四台の構成を示しているが、これ以外の台数構成であってもよい。

冷暖切替ユニット３０は、気液分離器６３、第一膨張弁６４、第二膨張弁６５、高圧管用切替弁６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄの総称）、低圧管用切替弁６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄの総称）から構成される。そして、室内機４０の室内熱交換器４１の一端は、高圧管用切替弁６１と低圧管用切替弁６２に接続され、他端は、室内膨張弁４２を介して、気液分離器６３の下部液配管に接続される。なお、ここでは、高圧管用切替弁６１、低圧管用切替弁６２に電磁弁を用いている。

また、冷暖切替ユニット３０は、高圧管用切替弁６１と低圧管用切替弁６２の開閉を制御することにより、室内機４０を通流する冷媒の方向を変え、室内膨張弁４２の減圧絞りや開閉動作と連係して室内熱交換器４１の蒸発器の作用と凝縮器の作用を切替える。

室外機１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器用ファン１３、室外熱交換器１４、室外膨張弁１５、圧縮機逆止弁１６、アキュムレータ１８から構成される。そして、室外熱交換器１４の一端は、室外膨張弁１５を介して、高圧主管２８あるいは低圧主管２９に連通する。何れの主管に連通するかは室外熱交換器１４の圧力によって異なる。一般に高圧の場合は高圧主管２８につながり、低圧の場合は、低圧主管２９につながる。

次に、運転中と停止時の冷媒の流れを説明する。運転中は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧ガス冷媒が、四方弁１２を介して、室外熱交換器１４へ送られ、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧二相冷媒となり、室外膨張弁１５、逆止弁を通り、高圧主管２８、冷暖切替ユニット３０へ送られる。冷暖切替ユニット３０に送られた高圧二相冷媒は、気液分離器６３でガス冷媒と液冷媒に分離される。

気液分離器６３で分離された高圧ガス冷媒の一部は、高圧管用切替弁６１ａを通って暖房運転中の室内機４０ａに送られ、室内熱交換器４１ａで室内空気と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。この液冷媒は、室内膨張弁４２ａ、逆止弁を通り、気液分離器６３の下部液配管に流れる。この下部液配管の圧力は気液分離器６３の圧力より低い必要があるため、第一膨張弁６４及び第二膨張弁６５を制御して、下部液配管の圧力調整を行う。

一方、気液分離器６３で分離された液冷媒は、第一膨張弁を通り液配管に送られる。室内機４０ａと気液分離器６３から送られた液冷媒は、冷房運転する室内機４０ｃへ送られ、室内膨張弁４２ｃで流量調整され、室内熱交換器４１ｃで室内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となる。この低圧ガス冷媒は、低圧管用切替弁６２ｃ、低圧主管２９を介して、室外機１０へ送られる。

室外機１０へ送られた低圧ガス冷媒は、逆止弁、四方弁１２、アキュムレータ１８を介して、圧縮機１１へ送られ、冷凍サイクルが完成する。この運転中は、高圧主管２８や気液分離器６３の下部液配管に液冷媒が多く存在している。

ここから停止に移行すると、図１６に示すように、室内機４０では、暖房停止の室内膨張弁４２ａは開、停止を継続する室内膨張弁４２ｂは閉、冷房停止の室内膨張弁４２ｃは閉、送風の室内膨張弁４２ｄは閉となる。また、冷暖切替ユニット３０では、第一膨張弁６４は開、第二膨張弁６５は閉、高圧管用切替弁６１ａ、低圧管用切替弁６２ｂは閉となる。さらに、室外機１０では、室外膨張弁１５は開を維持する。

圧縮機１１の停止直後に、その下流の室外熱交換器１４と高圧主管２８の圧力は低下し、ある程度時間が経過すると圧縮機１１の吸入側圧力とバランスする。ここで、室外機で使用する逆止弁などは完全密閉性はないため、室外熱交換器１４や高圧主管２８内の冷媒が、アキュムレータ１８に移動することもある。このように、高圧主管２８内の冷媒等がサイクル各所に分散してしまうと、次の起動時に、冷媒が冷凍サイクル各所に適正配分されるまで、運転効率が悪く、立ち上がりに時間がかかる。また、起動時の液戻り量が多くなり、アキュムレータでの液冷媒分離機能が低下し、圧縮機液圧縮のリスクが高くなる。これを防ぐにはアキュムレータ容積を大きくする必要があり、製造コストが増加してしまう。
＜実施例３の停止時膨張弁制御＞
図１７は、図１６と同構成の空気調和機３００に適用した実施例３の停止時膨張弁制御を示す冷凍サイクル系統図である。ここに示すように、本実施例の停止時膨張弁制御では、圧縮機１１の停止後に、全ての弁、すなわち、室内膨張弁４２の全て、高圧管用切替弁６１の全て、低圧管用切替弁６２の全て、および、第一膨張弁６４、第二膨張弁６５、室外膨張弁１５を閉じる。これにより、運転中に高圧主管２８や気液分離器６３の下部液配管に溜まった液冷媒が他の場所に移動するのを防ぐことができ、２管式冷暖同時マルチの空気調和機３００においても、実施例１と同等の効果を得ることができる。

次に、図１８を用いて、実施例４の空気調和機を説明する。なお、上述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。

図１８は冷房運転時に過冷却熱交換器１９を使用する例である。冷房運転時に凝縮した高圧液冷媒の一部で、室内に送る残りの液冷媒を冷やすことを目的とし、過冷却膨張弁２０で一部の冷媒を過冷却熱交換器１９に送り、残りの液冷媒を冷やしたのち、圧縮機吸入側に送られる。この場合、高低差施工で室外機が下、室内機が上にあっても、配管長が長くて液管の圧損が大きかったとしても、液管は満液になる。また、条件によっては外気温度より低い温度まで冷却できるため、そのまま液管前後の膨張弁を閉じると液封となる。外気により液冷媒温度が上昇すると、液冷媒の圧力が上がる恐れがある。

冷房時に過冷却熱交換器１９を使う場合には、不用意に弁を閉じるべきではない。液管温度が上昇した後で閉じるか、ある程度液管内の冷媒が他の機器に移動した後で閉じるとよい。圧力や冷媒移動の挙動は停止中の液管温度、圧力から推定してもよい。

１００、２００、３００、４００ 空気調和機、
１０ 室外機、
１１ 圧縮機、
１２ 四方弁、
１２ａ 熱交換器側四方弁、
１２ｂ 高低圧ガス管側四方弁、
１３ 室外熱交換器用ファン、
１４ 室外熱交換器、
１５ 室外膨張弁、
１６ 圧縮機逆止弁、
１８ アキュムレータ、
１９ 過冷却熱交換器、
２０ 過冷却膨張弁、
２１ 液主管、
２４ ガス主管、
２６ 高低圧ガス主管、
２７ 低圧ガス主管、
２８ 高圧主管、
２９ 低圧主管、
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 冷暖切替ユニット、
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 高低圧ガス管用膨張弁、
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 低圧ガス管用膨張弁、
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 室内機、
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ 室内熱交換器、
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 室内膨張弁、
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ 室内熱交換器ガス温度センサ、
４６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ 室内熱交換器液温度センサ、
４７ 吐出温度センサ、
４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ 室内熱交換器用ファン、
５０ 室外熱交換器液温度センサ、
５１ 室外熱交換器ガス温度センサ、
５２ 液管温度センサ、
５５ 吐出圧力検知センサ、
５６ 吸入圧力検知センサ、
６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ 高圧管用切替弁、
６２、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 低圧管用切替弁、
６３ 気液分離器、
６４ 第一膨張弁、
６５ 第二膨張弁、
７１ 液圧力検知装置、
７２ 外気温度センサ、
７３、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ 室内温度センサ

Claims (7)

1. 圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、
   室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、
   前記室外機と前記室内機を接続する液管と、
   前記室外機と前記室内機を接続するガス管と、
   を備えた空気調和機であって、
   前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記液管に連結され、
   前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、
   前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁の両方を閉じることを特徴とする空気調和機。
2. 圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、
   室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、
   高低圧ガス管切替弁と低圧ガス管切替弁を有する冷暖切替ユニットと、
   前記室外機と前記室内機を接続する液管と、
   前記室外機と前記高低圧ガス管切替弁を接続する高低圧ガス管と、
   前記室外機と前記低圧ガス管切替弁を接続する低圧ガス管と、
   前記室内機と前記冷暖切替ユニットを接続するガス管と、
   を備えた空気調和機であって、
   前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記液管に連結され、
   前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、
   前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、
   前記室外膨張弁と前記室内膨張弁の両方を閉じるか、
   前記室外膨張弁と前記高低圧ガス管切替弁と前記低圧ガス管切替弁の全てを閉じることを特徴とする空気調和機。
3. 圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を有する室外機と、
   室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内機と、
   気液分離器、高圧管用切替弁、低圧管用切替弁、液圧調整弁を有する冷暖切替ユニットと、
   前記室外機と前記冷暖切替ユニットを連結する高圧管と、
   前記室外機と前記冷暖切替ユニットを連結する低圧管と、
   前記室内機と前記冷暖切替ユニットを連結するガス管と、
   前記室内機と前記冷暖切替ユニットを連結する液管と、
   を備えた空気調和機であって、
   前記室外熱交換器の一端は前記室外膨張弁を介して前記高圧管に連結され、
   前記室内熱交換器の一端は前記室内膨張弁を介して前記液管に連結されており、
   前記圧縮機の停止から所定時間経過後に、
   前記室外膨張弁、前記室内膨張弁、前記高圧管用切替弁、前記低圧管用切替弁、前記液圧調整弁の全てを閉じることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機において、
   前記液管内の液圧が所定値以下になった場合に所定の弁を閉じることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機において、
   前記液管内が液封ではない場合に所定の弁を閉じることを特徴とする空気調和機。
6. 請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和機において、
   所定の弁を閉じた後に前記液管内の液圧が上昇した場合、何れかの弁を開くことを特徴とする空気調和機。
7. 請求項５に記載の空気調和機において、
   前記液管内の液圧の検知は、冷凍サイクル過程に設置した温度センサ、圧力センサ、または、前記室外機に設置した外気温度センサの出力に基づいて推定することを特徴とする空気調和機。

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