JP2019039599A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房運転の開始時に圧縮機が保護停止することを抑制できる空気調和装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ２１０は、外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上でなければ、圧縮機２１の初期回転数Ｃｃｐを室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力に応じた値とする。一方、取り込んだ外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上であれば、圧縮機２１の初期回転数Ｃｃｐを最小回転数Ｃｃｍとする。次に、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ外気温度Ｔｏと決定した初期回転数Ｃｃｐを用いて初期開度Ｄｐを算出する。そして、ＣＰＵ２１０は、室外膨張弁２４の開度Ｄを算出した初期開度Ｄｐとするとともに、圧縮機２１を初期回転数Ｃｃｐで起動して、タイマー計測を開始する。ＣＰＵ２１０は、タイマー計測を開始してから所定時間ｔｐが経過するまで、圧縮機２１の回転数Ｃｃを初期回転数Ｃｃｐに維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも１台の室外機に複数台の室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置に関する。

従来、少なくとも１台の室外機と複数台の室内機が液管とガス管で接続された空気調和装置では、各室内機の設置位置に高低差があり、かつ、室外機が各室内機より高い位置に設置される場合がある。このように設置された空気調和装置が冷房運転を行うときは、以下に記載する理由により低い位置に設置された室内機に設けられる室内膨張弁が開閉しなくなる恐れや、室内膨張弁が破損する恐れがある。

室外機が各室内機より高い位置に設置される場合、室外機と各室内機を接続する液管の一部が縦方向（鉛直方向）に配置される（以降、縦方向に配置される液管の一部を液縦管と記載する）。この場合、室外機から流出して液縦管を流れる冷媒の圧力は、室外機の冷媒出口側における冷媒圧力と、当該液縦管内の冷媒密度、および、当該液縦管内の冷媒が流れている箇所と室外機との高低差に応じた圧力（以降、液ヘッド圧と記載する）を加えたものとなる。室外機の設置位置と室内機の設置位置の高低差が大きくなるほど、液縦管の長さが長くなるので液縦管における冷媒量が多くなる。従って、室外機の設置位置と室内機の設置位置の高低差が大きくなるほど液ヘッド圧は大きくなる。

また、液縦管と各室内機は、横方向（水平方向）に配置される室内機と同数の液分管で接続される。液分管の長さが短くて液分管による圧力損失が無視できる程度に小さい場合は、上述した液縦管における冷媒の圧力が各室内機の冷媒入口側に位置する室内膨張弁に加わる。室外機の設置位置との高低差が大きくて大きな液ヘッド圧が作用する室内機では、当該室内機の室内膨張弁に加わる圧力が高くなり過ぎて、室内膨張弁が開閉しなくなる恐れや、室内膨張弁が破損する恐れがある。

上記のような問題を解決するものとして、特許文献１に記載の冷凍装置が提案されている。この冷凍装置では、室外機の冷媒出口側における冷媒の圧力を検出し、検出した冷媒の圧力が、室内膨張弁の設計使用範囲の上限値（これ以上の圧力が作用すると、室内膨張弁が開閉しなくなる恐れや、室内膨張弁が破損する恐れがある値）より若干低い圧力から、室外機の設置位置と室内機の設置位置の高低差に応じた液ヘッド圧を減じた目標値以下となるように、室外膨張弁の開度を調整している。これにより、室内膨張弁に作用する圧力が高くなり過ぎることを防いでいる。

特開２００８−１８５２９２号公報

通常、空気調和装置で冷房運転を開始するとき、室外膨張弁は冷媒回路が安定（冷媒回路各所の冷媒の圧力や温度がそれぞれ一定値に安定）するまでの間は、予め定められた初期開度とされる。そして、空気調和装置が上述したように室外機が各室内機より高い位置に設置されるものである場合は、この初期開度も、室外機の設置位置と室内機の設置位置の高低差に応じた液ヘッド圧を考慮して下方に設置される室内機の室内膨張弁に加わる圧力が設計使用範囲の上限値を超えないような開度とされる。

一方、冷房運転開始時は、各室内機の室内膨張弁が全閉の状態から開く方向へと動作するため、冷房運転中と比べると液管での冷媒の圧力が上昇しやすくなっている。このため、室外膨張弁の初期開度を冷房運転中の室外膨張弁の開度より小さくして、各室内機の室内膨張弁に加わる圧力が室内膨張弁の設計使用範囲の上限値を超えないようにする。

上述した理由により、冷房運転の開始時に室外膨張弁の初期開度は小さくなる。このため、室外機の設置位置と室内機の設置位置の高低差が小さい、つまり、液ヘッド圧が小さくて室外膨張弁の初期開度が大きい場合と比べて、冷媒回路の高圧側における冷媒の圧力（以降、高圧と記載する）が高くなりやすい。この状態で、各室内機で要求される冷房能力が大きいことに起因して圧縮機の起動時回転数が高くなるときや、外気温度が高温（例えば、４０℃以上）であるときは、高圧が過昇する恐れがある。そして、高圧が過昇すると、圧縮機の設計使用範囲の上限値を超えて圧縮機が保護停止する恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、冷房運転の開始時に高圧の過昇により圧縮機が保護停止することを抑制できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と室外膨張弁と外気温度を検出する外気温度検出手段を備える室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を備える複数台の室内機と、室外膨張弁の開度を調整する制御手段を有し、複数台の室内機のうちの少なくとも１台の室内機が室外機より下方に設置されるとともに、室外機の設置場所と室外機より下方に設置される室内機の設置場所に高低差がある。また、室外膨張弁と複数の室内膨張弁は液管で接続される。そして、制御手段は、各室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転を開始するとき、高低差が所定の閾高低差以上、かつ、冷房運転の開始時に外気温度検出手段から取り込んだ外気温度が所定の閾温度以上である場合は、室内膨張弁に流入する冷媒の圧力が所定の上限圧力を超えないように室外膨張弁の開度を調整するとともに、圧縮機を各室内機で要求される冷房能力の合計値に応じた第１回転数より低い所定の第２回転数で起動する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、室外機の設置位置と各室内機の設置位置の高低差が所定の閾高低差以上であり、かつ、外気温度が所定の閾温度以上である場合は、室内膨張弁に流入する冷媒の圧力が所定の上限圧力を超えないように、室外膨張弁の開度を調整するとともに圧縮機を所定の第２回転数で起動する。これにより、冷房運転の開始時に高圧が過昇して圧縮機が保護停止することを抑制できる。

本発明の実施形態における、空気調和装置の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段および室内機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、室内機および室外機の設置状態を表す図面である。 本発明の実施形態における、冷房運手開始時の処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、建物の屋上に設置される１台の室外機に、建物の各階に設置される１０台の室内機が並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転あるいは暖房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）および図２に示すように、本実施形態における空気調和装置１は、１０階建ての建物６００の屋上に設置される１台の室外機２と、建物の各階に設置され、室外機２に液管８および１０本の液分管とガス管９および１０本のガス分管で並列に接続された１０台の室内機を備えている。

液管８は、室外機２から所定の距離（例えば、室外機２から建物６００の壁面までの距離）までの横方向（水平方向）に配置される液横管８１と、液横管８１における室外機２側の端部と反対側の端部から建物６００の下方に向かうように折り曲げられて縦方向（鉛直方向）に配置される液縦管８２を有する。また、ガス管９は、室外機２から所定の距離までの横方向に配置されるガス横管９１と、ガス横管９１における室外機２側の端部と反対側の端部から建物６００の下方に向かうように折り曲げられて縦方向に配置されるガス縦管９２を有する。また、１０本の液分管と１０本のガス分管は、各階において横方向に配置される。

液管８の液横管８１は、室外機２の閉鎖弁２５に接続されている。液管８の液縦管８２と各室内機の液管接続部（液管接続部５３ａ〜５３ｃ）が、各液分管（液分管８ａ〜８ｃ）で接続されている。ガス管９のガス横管９１は、室外機２の閉鎖弁２６に接続されている。ガス管９のガス縦管９２と各室内機のガス管接続部（ガス管接続部５４ａ〜５４ｃ）が、各ガス分管（ガス分管９ａ〜９ｃ）で接続されている。

以上のように室外機２と１０台の室内機が接続されて、空気調和装置１の冷媒回路１００が形成されている。尚、図１（Ａ）および図２では、１０台の室内機のうち、１階に設置される室内機５ａと２階に設置される室内機５ｂと１０階に設置される室内機５ｃのみを示している。
＜室外機の構成＞

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、液管８（液横管８１）の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９（ガス横管９１）の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２８と、室外ファン２７と、室外機制御手段２００を備えている。そして、室外ファン２７および室外機制御手段２００を除くこれら各装置が、以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を形成している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、後述する四方弁２２のポートａと吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２８の冷媒流出側と吸入管４２で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管４１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側と冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管４３で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管４４で閉鎖弁２５と接続されている。

室外膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外膨張弁２４は図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに与えられるパルス数によって開度が調整されることで、室外熱交換器２３に流入する冷媒量、あるいは、室外熱交換器２３から流出する冷媒量が調整される。室外膨張弁２４の開度は、空気調和装置１が暖房運転を行っている場合は、後述する吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度に応じてその開度が調整されることで、吐出温度が性能上限値を超えないようにしている。また、空気調和装置１が冷房運転を行っている場合は、後述するように、室内機５ａに流入する冷媒圧力が所定の上限圧力を超えないようにその開度が調整される。

室外ファン２７は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

アキュムレータ２８は、上述したように、冷媒流入側が四方弁２２のポートｃと冷媒配管４６で接続されるとともに、冷媒流出側が圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２８は、冷媒配管４６からアキュムレータ２８の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離してガス冷媒のみを圧縮機２１に吸入させる。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２８の冷媒流入口近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸込温度センサ３４とが設けられている。

室外機液管４４における室外熱交換器２３と室外膨張弁２４との間には、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度、あるいは、室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出するための熱交温度センサ３５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度検出手段である外気温度センサ３６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７の制御状態等を記憶している。通信部２３０は、各室内機（室内機５ａ〜５ｃ）との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果をセンサ入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、各室内機（室内機５ａ〜５ｃ）から送信される制御信号を通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室外膨張弁２４の開度調整を行う。
＜室内機の構成＞

次に、１０台の室内機について説明する。１０台の室内機は、室内機５ａのみ後述する液管圧力センサ６４ａを有することを除き構成が全て同じである。このため、以下の説明では図２に示す３台の室内機５ａ〜５ｃについて説明する。

３台の室内機５ａ〜５ｃは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃと、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃと、液分管８ａ〜８ｃの一端が接続された液管接続部５３ａ〜５３ｃと、ガス分管９ａ〜９ｃの一端が接続されたガス管接続部５４ａ〜５４ｃと、室内ファン５５ａ〜５５ｃと、室内機制御手段５００ａ〜５００ｃを備えている。そして、室内ファン５５ａ〜５５ｃおよび室内機制御手段５００ａ〜５００ｃを除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室内機冷媒回路５０ａ〜５０ｃを形成している。

以下に、室内機５ａ〜５ｃの構成について詳細に説明する。尚、以下の説明では、室内機５ａを例に挙げて詳細な説明を行い、その他の室内機５ｂ、５ｃについては詳細な説明を省略する。また、図１では、室内機５ａの各構成装置に付与した番号の末尾をａからｂおよびｃにそれぞれ変更したものが、室外機５ａの各構成装置と対応する室内機５ｂ、５ｃの各構成装置となる。

室内熱交換器５１ａは、冷媒と、後述する室内ファン５５ａの回転により図示しない吸込口から室内機５ａの内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器５１ａの一方の冷媒出入口が液管接続部５３ａに室内機液管７１ａで接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部５４ａに室内機ガス管７２ａで接続されている。室内熱交換器５１ａは、室内機５ａが冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機５ａが暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部５３ａやガス管接続部５４ａは、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内膨張弁５２ａは、室内機液管７１ａに設けられている。室内膨張弁５２ａは電子膨張弁であり、室内熱交換器５１ａが蒸発器として機能する場合すなわち室内機５ａが冷房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ側）での冷媒過熱度が目標冷媒過熱度となるように調整される。また、室内膨張弁５２ａは、室内熱交換器５１ａが凝縮器として機能する場合すなわち室内機５ａが暖房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（液管接続部５３ａ側）での冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度となるように調整される。ここで、目標冷媒過熱度や目標冷媒過冷却度とは、室内機５ａで十分な冷房能力あるいは暖房能力を発揮するのに必要な冷媒過熱度および冷媒過冷却度である

室内ファン５５ａは樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１ａの近傍に配置されている。室内ファン５５ａは、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機５ａの内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１ａにおいて冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ放出する。

以上説明した構成の他に、室内機５ａには各種のセンサが設けられている。室内機液管７１ａにおける室内熱交換器５１ａと室内膨張弁５２ａとの間には、室内熱交換器５１ａに流入あるいは室内熱交換器５１ａから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａが設けられている。室内機ガス管７２ａには、室内熱交換器５１ａから流出あるいは室内熱交換器５１ａに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６２ａが設けられている。室内機５ａの図示しない吸込口付近には、室内機５ａの内部に流入する室内空気の温度、すなわち吸込温度を検出する吸込温度センサ６３ａが備えられている。

そして、室内機液管７１ａにおける室内膨張弁５２ａと液側接続部５３ａとの間には、室内膨張弁５２ａに流入あるいは室内膨張弁５２ａから流出する冷媒の圧力である液管冷媒圧力を検出する液管圧力センサ６４ａが設けられている。この液管圧力センサ６４ａは、液分管８ａおよび室内機液管７１ａにおける圧力損失が加味された液管冷媒圧力を検出できるようにするために、できる限り室内膨張弁５２ａの近傍に配置されるのが望ましい。

また、室内機５ａには、室内機制御手段５００ａが備えられている。室内機制御手段５００ａは、室内機５ａの図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ５１０ａと、記憶部５２０ａと、通信部５３０ａと、センサ入力部５４０ａとを備えている。

記憶部５２０ａは、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室内機５ａの制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、使用者による空調運転に関する設定情報等を記憶する。通信部５３０ａは、室外機２および他の室内機５ｂ、５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部５４０ａは、室内機５ａの各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ５１０ａに出力する。

ＣＰＵ５１０ａは、前述した室内機５ａの各センサでの検出結果をセンサ入力部５４０ａを介して取り込む。また、ＣＰＵ５１０ａは、使用者が図示しないリモコンを操作して設定した運転情報やタイマー運転設定等を含んだ信号を図示しないリモコン受光部を介して取り込む。また、ＣＰＵ５１０ａは、運転開始／停止信号や運転情報（設定温度や室内温度等）を含んだ制御信号を、通信部５３０ａを介して室外機２に送信するとともに、室外機２が検出した吐出圧力等の情報を含む制御信号を通信部５３０ａを介して室外機２から受信する。ＣＰＵ５１０ａは、取り込んだ検出結果やリモコンおよび室外機２から送信された信号に基づいて、室内膨張弁５２ａの開度調整や、室内ファン５５ａの駆動制御を行う。

尚、以上説明した室外機制御手段２００と室内機制御手段５００ａ〜５００ｃとで、本発明の制御手段が構成される。
＜室外機と各室内機の設置状態＞

以上説明した空気調和装置１が、図２に示す建物６００に設置されている。具体的には、室外機２が屋上（ＲＦ）に配置されており、室内機５ａが１階、室内機５ｂが２階、室内機５ｃが１０階に、それぞれ設置されている。そして、室外機２と室内機５ａ〜５ｃとは、上述した液管８および液分管８ａ〜８ｃとガス管９およびガス分管９ａ〜９ｃで相互に接続されており、これら各冷媒配管は、図示しない建物６００の壁面内や天井裏等に埋設されている。液分管８ａ〜８ｃは全て同じ長さであり、ガス分管９ａ〜９ｃも全て同じ長さである。
＜冷媒回路の動作＞

次に、本実施形態における空気調和装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、空気調和装置１が冷房運転を行う場合について説明し、暖房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示している。また、各室内機における冷媒の流れや各部の動作については、図１（Ａ）および図２に示す３台の室内機５ａ〜５ｃについてのみ記載するが、他の室内機についてもこれらと同様である。

図１に示すように、空気調和装置１が冷房運転を行う場合、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管４３を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器２３から室外機液管４４に流出した冷媒は、室外膨張弁２４を通過する際にその開度に応じて減圧される。

室外膨張弁２４の開度は、冷房運転時に室内膨張弁５２ａ、５２ｂに加えられる冷媒による圧力（以降、液管圧力と記載する）が、室内膨張弁５２ａ、５２ｂの使用上限圧力（例えば、４．２ＭＰａ）を超えないように、かつ、液管圧力の目標値（例えば、３．０ＭＰａ）となるように、調整される。ここで、液管圧力の目標値とは、予め試験などを行って求められた値であり、室内機５ａ〜５ｃで十分な冷房能力が発揮されることが確認できている値である。

ＣＰＵ２１０は、液管圧力センサ６４ａで検出した液管圧力が液管圧力の目標値である３．０ＭＰａより高い場合は、検出した液管圧力と目標値の差圧が大きくなるほど、室外膨張弁２４の開度を小さくする。一方、ＣＰＵ２１０は、液管圧力センサ６４ａで検出した液管圧力が液管圧力の目標値である３．０ＭＰａより低い場合は、検出した液管圧力と目標値の差圧が大きくなるほど、室外膨張弁２４の開度を大きくする。

室外膨張弁２４を通過し閉鎖弁２５を介して液管８に流出した冷媒は液分管８ａ〜８ｃに分流し、液分管８ａ〜８ｃから液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して室内機５ａ〜５ｃに流入する。室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れ、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過して減圧される。

室内膨張弁５２ａ〜５２ｃで減圧された冷媒は室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入し、室内ファン５５ａ〜５５ｃの回転により室内機５ａ〜５ｃの内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機５ａ〜５ｃが設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は室内機ガス管７２ａ〜７２ｃを流れ、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃを介してガス分管９ａ〜９ｃに流出する。ガス分管９ａ〜９ｃを流れる冷媒はガス管９で合流し、閉鎖弁２６を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管４５、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

尚、空気調和装置１が暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するように切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに各室内機の室内熱交換器が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。
＜冷房運転開始時の圧縮機制御＞

次に、図１乃至図３を用いて、本実施形態の空気調和装置１が冷房運転を開始するときの、圧縮機２１の制御方法やその作用、および、効果について説明する。本実施形態の空気調和装置１では、図２に示す室外機２の設置位置と、１階に設置される室内機５ａの設置位置との高低差Ｈが所定の閾高低差（例えば、５０ｍ）以上である場合に、冷房運転開始時に、以下に説明する起動時制御を行う。

ここで、閾高低差は、予め試験などを行って求められる数値であり、室外機２の設置位置と室内機５ａの設置位置の高低差Ｈによる液ヘッド圧により、室内機５ａの室内膨張弁５２ａに加わる冷媒の圧力が大きくて室内膨張弁５２ａの使用上限圧力を超える恐れがある高低差Ｈの下限値である。

従って、１階に設置される室内機５ａの設置位置との高低差Ｈが閾高低差以上である場合は、高低差Ｈが閾高低差未満である場合と比べて、冷房運転開始時の室外膨張弁２４の初期開度が小さくされる。しかし、冷房運転開始時に室外膨張弁２４の初期開度が小さくされると、室外膨張弁２４の初期開度が大きい場合と比べて、冷媒回路１００の高圧側における冷媒の圧力（以降、特に言及する必要がある場合を除き、単に高圧と記載する）が高くなりやすい。

上記のような状態で、室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力が大きいことに起因して圧縮機２１の起動時の回転数が高くなるときや、外気温度が高温（例えば、４０℃以上）であるときは、高圧が過昇する恐れがある。そして、高圧が過昇すると、圧縮機２１の設計使用範囲の上限値（例えば、４．３ＭＰａ）を超えて圧縮機２１が保護停止する。

以上記載したことを踏まえて、本実施形態の空気調和装置１では、冷房運転開始時に、以下に説明する起動時制御を行うことで、１階に設置される室内機５ａの設置位置との高低差Ｈが所定の閾高低差以上である場合であっても、室外機２の吐出圧力センサ３１で検出する高圧が圧縮機２１の使用範囲の上限値を超えて保護停止とならないようにしている。

尚、以下の説明では、圧縮機２１の回転数をＣｃ（単位：ｒｐｓ）、圧縮機２１の起動時の回転数である第１回転数および第２回転数をＣｃ１およびＣｃ２（いずれも単位：ｒｐｓ）とする。

ここで、圧縮機２１の第１回転数Ｃｃ１は、室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力を発揮するために必要となる、冷媒回路１００における冷媒循環量を実現できる回転数である。図示は省略するが、第１回転数Ｃｃ１は、室外機制御手段２００の記憶部２２０に室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力の合計値に関連付けて予め記憶されている。尚、第２回転数Ｃｃ２についての詳細は後述する。

また、以下の説明では、室外膨張弁２４の開度をＤ（単位：パルス）、冷房運転開始時の室外膨張弁２４の開度である初期開度をＤｐ（単位：パルス）とする。

ここで、室外膨張弁２４の初期開度Ｄｐは、以下の数式１で算出される値である。

初期開度Ｄｐ＝（外気温度Ｔｏ−Ａ）×Ｂ＋（初期回転数Ｃｃｐ−Ｃ）×Ｄ＋Ｅ・・・数式１

この数式１は、予め試験などを行って求められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されているものである。具体的には、数式１は、以下に箇条書きで記載する室内膨張弁５２ａ、５２ｂに加わる液管圧力が最大となる条件であっても、実際に室内膨張弁５２ａに加わる液管圧力が前述した使用上限圧力である４．２ＭＰａを超えない初期開度Ｄｐが算出されるように、定数Ａ〜Ｅが求められている。

−室内膨張弁５２ａに加わる液管圧力が最大となる条件−
・室外機２の設置位置と室内機５ａの設置位置の高低差Ｈが最大（例：１１０ｍ）
・外気温度Ｔｏが空気調和装置１の冷房運転時の使用可能温度範囲の最大温度（例：４６℃）
・起動時の圧縮機２１の回転数Ｃｃが最大（例：９０ｒｐｓ）

また、室外ファン２７の回転数をＣｆ（単位：ｒｐｍ）、冷房運転開始時の室外ファン２７の回転数である初期回転数をＣｆｐ（単位：ｒｐｍ）とする。ここで、初期回転数Ｃｐｆは、冷房運転の開始時に外気温度センサ３６で外気温度Ｔｏを検出すために室外ファン２７を起動する際の回転数であり、例えば９００ｒｐｍである。

さらには、以下の説明では、外気温度をＴｏ（単位：℃）、外気温度Ｔｏの閾温度をＴｔｈ（単位：℃。例えば、４０℃）、圧縮機を起動してからの経過時間をｔ（単位：分）、圧縮機２１の初期回転数Ｃｃｐを最小回転数Ｃｃｍとする場合の、最小回転数Ｃｃｍを維持する時間である所定時間をｔｐ（単位：分）とする。
＜起動時制御の処理の流れ＞

次に、主に図３を用いて、冷房運転開始時に室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が行う、起動時制御の処理の流れについて説明する。図３において、ＳＴは処理のステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図３では、本発明の起動時制御に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、使用者の指示した設定温度や風量等の運転条件に対応した冷媒回路１００の制御、といった空気調和装置１に関わる一般的な処理については説明を省略している。また、以下の説明では、冷房運転を行っている全ての室内機のうち、図１および図２に図示している３台の室内機５ａ〜５ｃの制御について説明している。

使用者が図示しないリモコン等を操作することによって、室外機２の設置位置と室内機５ａの設置位置の高低差Ｈが閾高低差以上である空気調和装置１で冷房運転の開始が指示されると、冷房運転開始の指示を受けたＣＰＵ２１０は、室外ファン回転数２７を初期回転数Ｃｆｐで起動する（ＳＴ１）。尚、高低差Ｈと閾高低差は、空気調和装置１の設置時に予め記憶部２２０に記憶されており、高低差Ｈが閾高低差以上である場合のみ、起動時制御が行われる。

次に、ＣＰＵ２１０は、外気温度センサ３６で検出した外気温度Ｔｏを、センサ入力部２４０を介して取り込む（ＳＴ２）。次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ２で取り込んだ外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する（ＳＴ３）。

前述した数式１では、代入する外気温度Ｔｏが高くなる程求められる初期開度Ｄｐは小さい値となる。閾温度Ｔｔｈは、冷房運転開始時の室外膨張弁２４の開度Ｄを、数式１にこの閾温度Ｔｔｈ以上の外気温度Ｔｏを代入して求めた初期開度Ｄｐとしたとき、この初期開度Ｄｐが小さいことに起因して高圧が圧縮機２１の使用範囲の上限値を超える恐れがあることが、予め試験などを行って確認できている温度である。尚、閾温度Ｔｔｈは例えば４０℃である。

外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上でなければ（ＳＴ３−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１を室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力の合計値に応じた第１回転数Ｃｃ１として（ＳＴ１１）、ＳＴ５に処理を進める。

外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上であれば（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１の初期回転数Ｃｃｐを第１回転数Ｃｃ１より低い第２回転数Ｃｃ２として（ＳＴ４）、ＳＴ５に処理を進める。ここで、第２回転数Ｃｃ２は、予め試験などを行って求められた値であり、冷房運転開始時の室外膨張弁２４の開度Ｄが、外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上であるときに数式１を用いて算出された初期開度Ｄｐとされても、高圧が圧縮機２１の使用範囲の上限値を超える恐れがないことが確認できている値である。尚、第２回転数Ｃｃ２は、例えば、圧縮機２１の設計使用範囲の最小回転数である２０ｒｐｓである。

ＳＴ４もしくはＳＴ１１の処理を終えたＣＰＵ２１０は、ＳＴ２で取り込んだ外気温度Ｔｏと、第１回転数Ｃｃ１あるいは第２回転数Ｃｃ２のうちのいずれか１つの回転数を用いて初期開度Ｄｐを算出する（ＳＴ５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０に記憶している数式１に上記外気温度Ｔｏと、第１回転数Ｃｃ１あるいは第２回転数Ｃｃ２のうちのいずれか１つの回転数を代入して、初期開度Ｄｐを算出する。

次に、ＣＰＵ２１０は、室外膨張弁２４の開度ＤをＳＴ５で求めた初期開度Ｄｐとする（ＳＴ６）とともに、圧縮機２１を第１回転数Ｃｃ１あるいは第２回転数Ｃｃ２のうちのいずれか１つの回転数で起動して（ＳＴ８）、タイマー計測を開始する（ＳＴ９）。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ８でタイマー計測を開始指定からの経過時間ｔが所定時間ｔｐとなったか否かを判断する（ＳＴ９）。ここで、所定時間ｔｐは、予め試験などを行って求められた時間であり、所定時間ｔｐの間、圧縮機２１を第１回転数Ｃｃ１あるいは第２回転数Ｃｃ２のうちのいずれか１つの回転数に維持すれば、冷媒回路１００が安定することが確認できている時間である。

また、所定時間ｔｐは、圧縮機２１の回転数Ｃｃを第２回転数Ｃｃ２として起動したときに、所定時間ｔｐの間この第２回転数Ｃｃ２を維持することで、所定時間ｔｐが経過した後の圧縮機２１の回転数Ｃｃを、第２回転数Ｃｃ２よりも高く室内機５ａ〜５ｃで要求される冷房能力の合計値に応じた第１回転数Ｃｃ１に上昇させても、高圧が過昇して圧縮機２１の使用範囲の上限値を超えないことが確認できている時間である。

経過時間ｔが所定時間ｔｐとなっていなければ（ＳＴ９−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ９に処理を戻し、圧縮機２１の回転数Ｃｃを第２回転数Ｃｃ２に維持しつつタイマー計測を継続する。経過時間ｔが所定時間ｔｐとなれば（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、タイマー計測を終了してタイマーをリセットし（ＳＴ１０）、起動時制御に関わる処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の空気調和装置１では、室外機２の設置位置より下方に室内機５ａ〜５ｃが設置され、室外機２の設置位置と１階に設置される室内機５ａ設置位置との高低差Ｈが閾高低差以上である場合、かつ、外気温度Ｔｏが閾温度Ｔｔｈ以上である場合に、冷房運転開始時に起動時制御を行う。これにより、冷房運転開始時に高圧が過昇して圧縮機２１の使用範囲の上限値を超えることを抑制できる。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ〜５ｃ 室内機
２１ 圧縮機
２４ 室外膨張弁
３１ 吐出圧力センサ
３６ 外気温度センサ
５１ａ〜５１ｃ 室内熱交換器
５２ａ〜５２ｃ 室内膨張弁
６４ａ 液管圧力センサ
１００ 冷媒回路
２００ 室外機制御部
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部
Ｃｃ 圧縮機回転数
Ｃｃ１ 第１回転数
Ｃｃ２ 第２回転数
Ｄ 室外膨張弁開度
Ｄｐ 初期開度
Ｔｏ 外気温度
Ｔｔｈ 閾温度
ｔ 経過時間
ｔｐ 所定時間

Claims (2)

1. 圧縮機と室外膨張弁と外気温度を検出する外気温度検出手段を備える室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を備える複数台の室内機と、前記室外膨張弁の開度を調整する制御手段を有し、前記複数台の室内機のうちの少なくとも１台の室内機が前記室外機より下方に設置されるとともに、前記室外機の設置場所と同室外機より下方に設置される室内機の設置場所に高低差がある空気調和装置であって、
   前記室外膨張弁と複数の前記室内膨張弁は液管で接続され、
   前記制御手段は、
   前記各室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転を開始するとき、
   前記高低差が所定の閾高低差以上であり、かつ、前記冷房運転の開始時に前記外気温度検出手段から取り込んだ外気温度が所定の閾温度以上である場合は、前記室内膨張弁に流入する冷媒の圧力が所定の上限圧力を超えないように前記室外膨張弁の開度を調整するとともに、前記圧縮機を前記各室内機で要求される冷房能力の合計値に応じた第１回転数より低い所定の第２回転数で起動する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御手段は、
   前記冷房運転を開始した時点から所定時間の間、前記圧縮機の回転数を前記第２回転数に維持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。

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