JP2022070160A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時に室外機の底部で水が凍結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、取り込んだ第１冷媒温度Ｔ１が第２閾温度以下である場合は、過冷却膨張弁２９の開度が全閉であるか否かを確認し、過冷却膨張弁２９の開度が全閉でなければ、膨張弁開度縮小制御を実行する。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度超であれば、算出した過冷却器過熱度ＳＨｓを用いて第１過冷却器過熱度制御を実行する。ＣＰＵ２１０は、第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度超でなければ、つまり、第１冷媒温度Ｔ１が第２閾温度超第１閾温度以下であれば、算出した過冷却器過熱度ＳＨｓを用いて第２過冷却器過熱度制御を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多室型の空気調和装置に係り、特に、暖房運転時の過冷却膨張弁の制御に関する。

空気調和装置が暖房運転を行っているとき、蒸発器として機能する室外熱交換器の温度が氷点下となれば室外熱交換器に霜が発生し、発生した霜によって室外熱交換器における外気と冷媒との熱交換が阻害されることがある。そこで、暖房運転時は発生した霜を融かす除霜運転が適宜行われる。除霜運転によって霜が融解することで生成された水は室外機の底部へと流れ落ちるため、暖房運転時の外気温度によっては室外機の底部へと流れ落ちた水が凍結することがある。このような、室外機の底部へと流れ落ちた水が凍結する環境下では、室外熱交換器は着霜しやすく頻繁に除霜運転が行われるため、室外機の底部へと流れ落ちる水の量が多くなり、水の凍結により生成される氷の量が多くなって室外熱交換器の下部が氷で覆われることがある。室外熱交換器の下部が氷で覆われると、当該室外熱交換器の下部における外気と冷媒との熱交換が氷により阻害される恐れがあるとともに、室外熱交換器の下部に配置されている冷媒流路を構成する配管が氷により変形する恐れもある。

そこで、暖房運転時に室外機の底部に除霜運転により霜が融けて室外機の底部へと流れ落ちて滞留している水が凍結することを抑制する様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、室外熱交換器の下方に配置される凍結防止管と過冷却熱交換器とを室外機に備えた空気調和装置が提案されている。特許文献１に記載の空気調和装置では、暖房運転時に各室内機から室外機に流入した高圧冷媒を過冷却熱交換器で低圧側に分流させる冷媒と熱交換させ、過冷却熱交換器から流出した高圧冷媒を凍結防止管を通過させたのちに室外機膨張弁で減圧して室外熱交換器へと流す。このように、室外機膨張弁で減圧させる前の高圧冷媒を凍結防止管に流すことで、暖房運転時に室外機の底部で水が凍結することを抑制することができる。

特開２０１９－６６１５８号公報

しかし、上述した特許文献１に記載の方法では、過冷却熱交換器において低圧側に分流させる冷媒と熱交換する高圧冷媒の温度が、過冷却熱交換器での熱交換量によっては氷点下となる、つまり、過冷却熱交換器から流出して凍結防止管へと流れる高圧冷媒の温度が氷点下となる。このように、凍結防止管に流す冷媒の温度が氷点下となれば、室外機の底部で水が凍結することを抑制するどころかかえって水が凍結することを助長することとなり、暖房運転時に室外熱交換器の下部における外気と冷媒との熱交換が阻害されることや、室外熱交換器の下部に配置されている冷媒流路を構成する配管が氷により変形することを抑制できない恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、暖房運転時に室外機の底部で水が凍結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、室内機と、圧縮機と室外熱交換器と一端が室外熱交換器に接続され他端が室内機に接続される第１冷媒配管とこの第１冷媒配管に設けられる室外機膨張弁と一端が第１冷媒配管における室外膨張弁から見て室内機側に接続され他端が圧縮機の冷媒吸入側に接続される第２冷媒配管と第１冷媒配管を流れる冷媒と第２冷媒配管を流れる冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器と第２冷媒配管における過冷却熱交換器の上流側に設けられる過冷却膨張弁とを有する室外機と、過冷却膨張弁を制御する制御手段と、を有する。室外機膨張弁と過冷却熱交換器の間の第１冷媒配管の一部が室外熱交換器の下方に配置されて凍結防止管を形成し、凍結防止管を流れる冷媒の温度である第１冷媒温度を検出する第１冷媒温度センサを有する。制御手段は、暖房運転を行っているとき、第１冷媒温度が第１閾温度より高い温度である場合は、第２冷媒配管における過冷却熱交換器の冷媒出口側での冷媒過熱度に基づいて過冷却膨張弁の開度を調整する過冷却器過熱度制御を実行し、第１冷媒温度が第１閾温度より低い温度である場合は、過冷却膨張弁の開度を一定時間ごとに所定値小さくする膨張弁開度縮小制御を実行する。

上記のような本発明の空気調和装置では、暖房運転時に室外機の底部で水が凍結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冷媒回路図であり、（Ａ）は冷媒回路の全体図、（Ｂ）は室外機制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における、暖房運転時の過冷却膨張弁の制御に関わる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１０台の室内機と１台の室外機とが冷媒配管で接続され、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多室型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）に示すように、本実施形態における多室型の空気調和装置１は、１台の室外機２に液管８およびガス管９で接続された１０台の室内機５－１～５－１０（図１では、これらのうちの２台の室内機５－１と５－１０のみを描画している）とを備えている。より詳細には、室外機２の閉鎖弁２５と各室内機５の液管接続部５３とが液管８で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と各室内機５のガス管接続部５４とがガス管９で接続されている。このように、室外機２と１０台の室内機５とが液管８およびガス管９で接続されて、空気調和装置１の冷媒回路１０が形成されている。

＜室外機の構成＞
まずは、図１（Ａ）を用いて、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、オイルセパレータ２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外機膨張弁２４と、液管８が接続された閉鎖弁２５と、ガス分９が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７と、過冷却熱交換器２８と、過冷却膨張弁２９と、室外機ファン３０とを備えている。そして、室外機ファン３０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１０の一部をなす室外機冷媒回路４０を形成している。

圧縮機２０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２０の冷媒吐出口は、吐出管４０の一端に接続されている。吐出管４０の他端は、後述するオイルセパレータ２１に接続される。また、圧縮機２０の冷媒吸入口は、吸入管４２の一端に接続されている。吸入管４２の他端は、後述するアキュムレータ２７に接続される。

圧縮機２０は、冷房運転時は後述する吸入圧力センサ３２で検出した吸入圧力を用いて求めた低圧飽和温度が、室内機５－１～５－１０のそれぞれで要求される冷房能力の合計値に応じて定められる目標低圧飽和温度となるように各々の回転数が制御され、暖房運転時は後述する吐出圧力センサ３１で検出した吐出圧力を用いて求めた高圧飽和温度が、室内機５－１～５－１０のそれぞれで要求される暖房能力の合計値に応じて定められる目標高圧飽和温度となるように各々の回転数が制御される。

オイルセパレータ２１は、円筒形状の密閉容器を有する遠心分離式のオイルセパレータである。オイルセパレータ２１には油戻し管４７の一端が接続されており、油戻し管４７の他端は吸入管４２に接続されている。そして、油戻し管４７にはキャピラリーチューブ２９が設けられている。また、オイルセパレータ２１は、後述する四方弁２２のポートａと流出管４１で接続されている。オイルセパレータ２１は、圧縮機２０から吐出され吐出管４０を介して流入した冷凍機油を含む冷媒を冷媒と冷凍機油とに分離し、分離された冷凍機油を油戻し管４７および吸入管４２を介して圧縮機２０に戻すとともに、分離された冷媒を流出管４１へと流出させる。なお、油戻し管４７へは、冷凍機油とともに冷媒も流入するが、油戻し管４７に設けられたキャピラリーチューブ２９により圧縮機２０に戻る冷媒量が規制される。

四方弁２２は、冷媒回路１０における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、上述したようにオイルセパレータ２１と流出管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２７の冷媒流入口と冷媒配管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、後述する室外機ファン３０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。上述したように、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と四方弁２２のポートｂが冷媒配管４３で接続されている。また、室外熱交換器２３の他方の冷媒出入口と閉鎖弁２５が室外機液管４４で接続されている。室外熱交換器２３は、空気調和装置１が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、空気調和装置１が暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。なお、室外機液管４４が、本発明の第１冷媒配管に相当する。

室外機膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外機膨張弁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。室外機膨張弁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、室外熱交換器２３から流出する冷媒の過熱度（以降、蒸発器過熱度と記載する場合がある）が予め定められた目標冷媒過熱度（例えば、４ｄｅｇ）となるように、その開度が調整される。具体的には、蒸発器過熱度が目標冷媒過熱度より大きな値である場合は、蒸発器過熱度を小さくするために室外機膨張弁２４の開度が大きくされ、蒸発器過熱度が目標冷媒過熱度より小さな値である場合は、蒸発器過熱度を大きくするために室外機膨張弁２４の開度が小さくされる。また、室外機膨張弁２４の開度は、冷房運転を行っている場合は全開とされる。

アキュムレータ２７は、前述したように、冷媒流入口が四方弁２２のポートｃと冷媒配管４６で接続されるとともに、冷媒流出口が圧縮機２０の冷媒吸入口と吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２７は、冷媒配管４６からアキュムレータ２７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２０に吸入させる。

過冷却熱交換器２８は、室外機液管４４における室外機膨張弁２４と閉鎖弁２５の間に設けられており、室外機液管２８を流れる冷媒とバイパス管４８を流れる冷媒とを熱交換させる。ここで、バイパス管４８は、一端が室外機液管４４における過冷却熱交換器２８と閉鎖弁２５の間に接続され、他端が吸入管４２に接続されており、バイパス管４８における室外機液管４４の接続点と過冷却熱交換器２８の間に、バイパス管４８流れる冷媒を減圧する過冷却膨張弁２９が設けられている。つまり、過冷却熱交換器２８は、室外機液管４４を流れる冷媒と、室外機液管４４からバイパス管４８に分流して過冷却膨張弁２９で減圧された冷媒とを熱交換させるものである。なお、バイパス管４８が、本発明の第２冷媒配管に相当する。

過冷却膨張弁２９は、上述したようにバイパス管４８における室外機液管４４の接続点と過冷却熱交換器２８の間に設けられている。過冷却膨張弁２９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、バイパス管４８を流れる冷媒量が調整される。過冷却膨張弁２９の開度は、バイパス管４８における過冷却熱交換器２８の冷媒出口側における冷媒の過熱度（以降、過冷却器過熱度と記載する場合がある）が予め定められた目標冷媒過熱度（例えば、４ｄｅｇ）となるように、その開度が調整される。具体的には、過冷却器過熱度が目標冷媒過熱度より大きな値である場合は、過冷却器過熱度を小さくするために過冷却膨張弁２９の開度が大きくされ、過冷却器過熱度が目標冷媒過熱度より小さな値である場合は、過冷却器過熱度を大きくするために過冷却膨張弁２９の開度が小さくされる。

図１（Ａ）に示すように、室外機液管４４の一部、具体的には、室外機膨張弁２４と過冷却熱交換器２８の間の室外機液管４４の一部は、室外熱交換器２３の下方部２３ａに配置される凍結防止管４４ａとされている。ここで、下方部２３ａとは、室外熱交換器２３の下端部と図示しない室外機２の底板の間の空間であり、凍結防止管４４ａは例えば下方部２３ａの直下の室外機２の底板に固定される。暖房運転時には、凍結防止管４４ａに室外機膨張弁２４で減圧される前の冷媒が流れるので、室外熱交換器２３の除霜運転で融解した水が下方部２３ａに滞留しても、滞留した水の温度が氷点下となって凍結することが凍結防止管４４ａにより抑制される。

室外機ファン３０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。室外機ファン３０は、図示しないファンモータによって回転することで、室外機２の図示しない筐体に設けられた吸込口から室外機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室外機２の図示しない筐体に設けられた吹出口から室外機２の外部へ放出する。

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４０には、圧縮機２０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２０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２０に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２０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と室外機膨張弁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。室外機液管４４における過冷却熱交換器２８と凍結防止管４４ａの間には、暖房運転時に凍結防止管４４ａへと流れる冷媒の温度（以降、第１冷媒温度と記載する場合がある）を検出する第１冷媒温度センサ３６が設けられている。バイパス管４８における過冷却熱交換器２８の冷媒出口側には、過冷却熱交換器２８から流出する冷媒の温度（以降、第２冷媒温度と記載する）を検出する第２冷媒温度センサ３７が設けられている。そして、室外機２の図示しない筐体の吸込口付近には、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センサ３６が備えられている。

また、室外機２には、本発明の制御手段である室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない筐体の内部に設けられる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、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、例えばフラッシュメモリであり、室外機２の制御プログラムや前述した各種センサから取り込んだ検出信号に対応した検出値、圧縮機２０や室外機ファン３０の駆動状態、室外機膨張弁２４や過冷却膨張弁２９の各開度、室内機５－１～５－１０の各々から受信した運転情報（運転／停止情報、冷房／暖房等の運転モード、室内機５－１～５－１０のそれぞれが要求する冷房能力あるいは暖房能力などを含む）、冷房運転時の目標値となる目標低圧飽和温度や暖房運転時の目標値となる目標高圧飽和温度のなどを記憶する。通信部２３０は、室内機５－１～５－１０の各々と通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、前述した室外機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、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込むとともに、室内機５－１～５－１０のそれぞれから送信される運転情報を含む信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、室外機膨張弁２４や過冷却膨張弁２９の開度調整、圧縮機２０や室外機ファン３０の駆動制御などを行う。なお、室外機制御手段２００が、本発明の制御手段に相当する。

＜各室内機の構成＞
次に、図１（Ａ）を用いて、１０台の室内機５－１～５－１０について説明する。１０台の室内機５－１～５－１０は全て同じ構成を有しており、室内熱交換器５１と、室内機膨張弁５２と、液管接続部５３と、ガス管接続部５４と、室内機ファン５５とを備えている。そして、室内機ファン５５を除くこれら各構成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１０の一部をなす室内機冷媒回路５０を構成している。

室内熱交換器５１は、冷媒と、後述する室内機ファン５５の回転により図示しない吸込口から室内機５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５１の一方の冷媒出入口と液管接続部５３とが室内機液管７１で接続され、他方の冷媒出入口とガス管接続部５４とが室内機ガス管７２で接続されている。室内熱交換器５１は、空気調和装置１が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、空気調和装置１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５３やガス管接続部５４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。

室内機膨張弁５２は、室内機液管７１に設けられている。室内機膨張弁５２は電子膨張弁であり、室内熱交換器５１が蒸発器として機能する場合すなわち室内機５が冷房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１の冷媒出口（ガス管接続部５４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、室内機膨張弁５２は、室内熱交換器５１が凝縮器として機能する場合すなわち室内機５が暖房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１の冷媒出口（液管接続部５３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５－１～５－１０の各々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。

室内機ファン５５は樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１の近傍に配置されている。室内機ファン５５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５の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１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５には各種のセンサが設けられている。室内機液管７１における室内熱交換器５１と室内機膨張弁５２との間における室内熱交換器５１の近傍には、冷房運転時は室内熱交換器５１に流入する冷媒の温度を、また、暖房運転時は室内熱交換器５１から流出する冷媒の温度をそれぞれ検出する液側温度センサ６１が設けられている。室内機ガス管７２における室内熱交換器５１の近傍には、冷房運転時は室内熱交換器５１から流出する冷媒の温度を、また、暖房運転時は室内熱交換器５１に流入する冷媒の温度をそれぞれ検出するガス側温度センサ６２が設けられている。また、室内機５の図示しない吸込口付近には、室内機５の内部に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ６３が備えられている。なお、液側温度センサ６１と室外機制御手段２００とが本発明の液側圧力検出手段である。

＜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１０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。以下の説明ではまず、空気調和装置１が暖房運転を行う場合について説明し、次に、空気調和装置１が冷房運転を行う場合について説明する。なお、図１（Ａ）における実線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを、破線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを、太線矢印はバイパス管４８における冷媒の流れを、それぞれ示している。

＜暖房運転＞
図１（Ａ）に示すように、空気調和装置１が暖房運転を行う場合は、四方弁２２が実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するように、また、ポートｂとポートｃとが連通するように切り換えられる。これにより、冷媒回路１０は、各室内熱交換器５１が凝縮器として機能するとともに、室外熱交換器２３が蒸発器として機能する暖房サイクルとなる。

冷媒回路１０が暖房サイクルとして機能する状態で圧縮機２０が駆動すると、圧縮機２０から吐出された冷媒は、吐出管４０を流れてオイルセパレータ２１へと流入し、オイルセパレータ２１から流出管４１へと流れて四方弁２２に流入する。そして、四方弁２２から流出した冷媒は、室外機ガス管４５を流れて、閉鎖弁２６ａを介してガス管９へと流入する。なお、オイルセパレータ２１では、冷媒とともに圧縮機２０から吐出された冷凍機油が冷媒から分離され、分離された冷凍機油は、図１（Ａ）に一点鎖線矢印で示すように、オイルセパレータ２１から流出して油戻し管４７を流れ、吸入管４２を介して圧縮機２０へと戻される。

ガス管９から各ガス管接続部５４を介して室内機５－１～５－１０に流入した冷媒は、各室内機ガス管７２を流れて各室内熱交換器５１に流入する。各室内熱交換器５１に流入した冷媒は、各室内機ファン５５の回転により各室内機５の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。
このように、各室内熱交換器５１が凝縮器として機能し、各室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って加熱され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５－１～５－１０が設置された室内の暖房が行われる。

各室内熱交換器５１から各室内機液管７１に流入した冷媒は、各室内熱交換器５１の冷媒出口側での冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度となるように開度が調整された各室内機膨張弁５２を通過する際に減圧される。ここで、目標冷媒過冷却度は、室内機５－１～５－１０の各々で要求される暖房能力に基づいて定められるものである。また、暖房能力は、各室内機５－１～５－１０において、設定された設定温度と検出した室内温度との温度差に基づいて決定されるものである。

各室内機膨張弁５２で減圧された冷媒は、各室内機液管７１から各液管接続部５３を介して液管８に流出する。液管８で合流した冷媒は閉鎖弁２５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、室外機液管４４を過冷却熱交換器２８へと流れる際に、過冷却膨張弁２９の開度に応じた量の冷媒が図１（Ａ）に太線矢印で示すようにバイパス管４８へと分流し、過冷却膨張弁２９で減圧された後に過冷却熱交換器２８で室外機液管４４を流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、吸入管４２へと流れる。

一方、室外機液管４４から過冷却熱交換器２８へ流入した冷媒は、過冷却熱交換器２８においてバイパス管４８を流れる冷媒と熱交換を行って冷却されて過冷却熱交換器２８から流出し、凍結防止管４４ａへと流れる。凍結防止管４４ａから流出した冷媒は、室外機膨張弁２４を通過する際にさらに減圧される。室外機膨張弁２４の開度は、室外熱交換器２３の冷媒出口側における蒸発器過熱度が目標冷媒過熱度となるように調整される。

室外機膨張弁２４で減圧された冷媒は、室外機液管４４を流れて室外熱交換器２３に流入し、室外機ファン３０の回転によって室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管４３へと流入した冷媒は、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２７、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。

＜冷房運転＞
空気調和装置１が冷房運転を行う場合は、図１（Ａ）に示すように、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するように、また、ポートｃとポートｄとが連通するように切り換えられる。これにより、冷媒回路１０は、各室内熱交換器５１が蒸発器として機能するとともに、室外熱交換器２３が凝縮器として機能する冷房サイクルとなる。

冷媒回路１０が冷房サイクルとして機能する状態で圧縮機２０が駆動すると、圧縮機２０から吐出された冷媒は、吐出管４０を流れてオイルセパレータ２１へと流入し、オイルセパレータ２１から流出管４１へと流れて四方弁２２に流入する。なお、オイルセパレータ２１では、冷媒とともに圧縮機２０から吐出された冷凍機油が冷媒から分離され、分離された冷凍機油は、図１（Ａ）に一点鎖線矢印で示すように、オイルセパレータ２１から流出して油戻し管４７を流れ、吸入管４２を介して圧縮機２０へと戻される。

四方弁２２から流出した冷媒は、冷媒配管４３を流れて室外熱交換器２３へと流入する。室外熱交換器２３へと流入した冷媒は、室外機ファン３０の回転によって室外機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へと流出した冷媒は、凍結防止管４４ａおよび開度が全開とされている室外機膨張弁２４を通過し、過冷却熱交換器２８に流入する。

室外機液管４４から過冷却熱交換器２８へ流入した冷媒は、過冷却熱交換器２８においてバイパス管４８を流れる冷媒と熱交換を行って冷却されて過冷却熱交換器２８から流出する。過冷却熱交換器２８から流出した冷媒は、過冷却膨張弁２９の開度に応じた量の冷媒が図１（Ａ）に太線矢印で示すようにバイパス管４８へと分流し、過冷却膨張弁２９で減圧された後に過冷却熱交換器２８で室外機液管４４を流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、吸入管４２へと流れる。

室外機液管４４を流れ閉鎖弁２５を介して液管８へと流れた冷媒は、各液管接続部５３を介して室内機５－１～５－１０に流入する。室内機５－１～５－１０に流入した冷媒は各室内機液管７１を流れ、各室内熱交換器５１の各々の冷媒出口での冷媒過熱度が目標冷媒過熱度となるように開度が調整された各室内機膨張弁５２を通過する際に減圧される。ここで、目標冷媒過熱度は、室内機５－１～５－１０の各々で要求される冷房能力に基づいて定められるものである。また、冷房能力は、各室内機５－１～５－１０において、設定された設定温度と検出した室内温度との温度差に基づいて決定されるものである。

各室内機液管７１から各室内熱交換器５１に流入した冷媒は、各室内機ファン５５の回転により室内機５－１～５－１０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、各室内熱交換器５１が蒸発器として機能し、各室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って冷却され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５－１～５－１０が設置された室内の冷房が行われる。

各室内熱交換器５１から各室内機ガス管７２に流出した冷媒は、各ガス管接続部５４を介してガス管９に流出する。ガス管９で合流した冷媒は、閉鎖弁２６ａ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２７、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。

＜暖房運転時の過冷却膨張弁の制御について＞
次に、図１および図２を用いて、本実施形態の空気調和装置１が暖房運転を行っているときの過冷却膨張弁２９の制御について詳細に説明する。本実施形態の空気調和装置１では、暖房運転時に過冷却器過熱度が予め定められた目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整する過冷却器過熱度制御を実行することで、室外熱交換器２３とともに過冷却熱交換器２８を蒸発器として機能させることで、蒸発能力を大きくして暖房能力の向上を行っている。また、暖房運転時に、室内機５－１～５０－１０から室外機２に流入した冷媒を室外機膨張弁２４で減圧させる前に凍結防止管４４ａに流すことで、室外熱交換器２３の下方部２３ａにおける水の凍結を抑制している。そして、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度である第１冷媒温度を検出し、検出した第１冷媒温度が予め定められた第１閾温度以下にならないように過冷却膨張弁２９の開度を調整する。

具体的には、暖房運転時に過冷却器過熱度が目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整しているとき、検出した第１冷媒温度が第１閾温度より高い温度である第２閾温度超の温度である場合は、過冷却器過熱度が目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整する。以降、第１冷媒温度が第２閾温度超の温度である場合に行う過冷却器過熱度制御を第１過冷却器過熱度制御と記載する。

次に、検出した第１冷媒温度が第１閾温度超第２閾温度以下である場合は、過冷却器過熱度が目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整する際に、過冷却膨張弁２９の開度を大きくすることを禁止し、過冷却器過熱度を目標冷媒過熱度に近づけるために過冷却膨張弁２９の開度を変化させないあるいは小さくする制御は許容する。以降、第１冷媒温度が第１閾温度超第２閾温度以下である場合に行う過冷却器過熱度制御を第２過冷却器過熱度制御と記載する。

そして、検出した第１冷媒温度が第１閾温度以下である場合は、過冷却器過熱度の値に関わらず過冷却膨張弁２９の開度を定期的に所定の開度ずつ小さく、例えば、３０秒毎に過冷却膨張弁２９に与えるパルス数で１０パルスに相当する開度ずつ小さくしていき、第１冷媒温度が第１閾温度超の温度とならない限りは過冷却膨張弁２９が全閉となるまで開度を開度調整値ずつ小さくしていく。以降、第１冷媒温度が第１閾温度以下である場合に行う過冷却膨張弁２９の制御を膨張弁開度縮小制御と記載する。

ここで、上述した第１閾温度は、室外機２に搭載される室外熱交換器２３の熱交換量や空気調和装置１が設置される地域の冬季の外気温度などを考慮した試験を行って予め定められている温度であり、暖房運転時に第１冷媒温度が第１閾温度以下の温度であれば、膨張弁開度縮小制御を行えば室外熱交換器２３の下方部２３ａでの水の凍結を凍結防止管４４ａにより抑制できることが確認できている温度である。また、上述した第２閾温度は、室外機２に搭載される室外熱交換器２３の熱交換量や空気調和装置１が設置される地域の冬季の外気温度などを考慮した試験を行って予め定められている温度であり、暖房運転時に第１冷媒温度が第２閾温度超の温度であれば、第１過冷却器過熱度制御を行っても室外熱交換器２３の下方部２３ａでの水の凍結を凍結防止管４４ａにより抑制できることが確認できている温度である。なお、一例として第１閾温度は１２℃、第２閾温度は１５℃である。

以上に説明した第１過冷却器過熱度制御、第２過冷却器過熱度制御、および、膨張弁開度縮小制御を暖房運転時に行う際の処理の流れについて、図２を用いて説明する。図２に示すのは、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が、暖房運転時に過冷却膨張弁２９の開度調整を行う場合の処理の流れを示すフローチャートであり、ＳＴは各処理のステップを、ＳＴに続く番号はステップの番号を示している。なお、図２では、吸入圧力をＰｓ、吸入圧力Ｐｓを用いて算出する低圧飽和温度をＴｌｓ、第１冷媒温度をＴ１、第２冷媒温度をＴ２、第１閾温度をＴｐ１、第２閾温度をＴｐ２、第２冷媒温度から低圧飽和温度Ｔｌｓを演じて求める過冷却器過熱度をＳＨｓとしている。

空気調和装置１が暖房運転を行っているとき、ＣＰＵ２１０は、吸入圧力Ｐｓと第１冷媒温度Ｔ１と第２冷媒温度Ｔ２をそれぞれ取り込む（ＳＴ１）。ＣＰＵ２１０は、吸入圧力センサ３２で検出した吸入圧力Ｐｓをセンサ入力部２４０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、第１冷媒温度センサ３６で検出した第１冷媒温度Ｔ１をセンサ入力部２４０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、第２冷媒温度センサ３７で検出した第２冷媒温度Ｔ２をセンサ入力部２４０を介して取り込む。

次に、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度Ｔｐ１以下であるか否かを判断する（ＳＴ２）。第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度Ｔｐ１以下である場合は（ＳＴ２－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、過冷却膨張弁２９の開度が全閉であるか否かを確認する（ＳＴ３）。過冷却膨張弁２９の開度が全閉であれば（ＳＴ３－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１に処理を戻す。過冷却膨張弁２９の開度が全閉でなければ（ＳＴ３－Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、膨張弁開度縮小制御を実行し（ＳＴ４）、ＳＴ１に処理を戻す。

ＳＴ２において、第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度Ｔｐ１以下でない場合は（ＳＴ２－Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１で取り込んだ吸入圧力Ｐｓを用いて低圧飽和温度Ｔｌｓを算出し（ＳＴ５）、ＳＴ１で取り込んだ第２冷媒温度Ｔ２から算出した低圧飽和温度Ｔｌｓを減じて過冷却器過熱度ＳＨｓを算出する（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ第１冷媒温度Ｔ１が第２閾温度Ｔｐ２超であるか否かを判断する（ＳＴ７）。第１冷媒温度Ｔ１が第２閾温度Ｔｐ２超であれば（ＳＴ７－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で算出した過冷却器過熱度ＳＨｓを用いて第１過冷却器過熱度制御を実行し（ＳＴ８）、ＳＴ１に処理を戻す。第１冷媒温度Ｔ１が第２閾温度Ｔｐ２超でなければ（ＳＴ７－Ｎｏ）、つまり、第１冷媒温度Ｔ１が第１閾温度Ｔｐ１超第２閾温度Ｔｐ２以下であれば、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で算出した過冷却器過熱度ＳＨｓを用いて第２過冷却器過熱度制御を実行し（ＳＴ９）、ＳＴ１に処理を戻す。

以上に説明した本発明の実施形態では、暖房運転時に凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度である第１冷媒温度が第１閾温度以下とならないようにするので、過冷却器過熱度を目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整しているときでも、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度を、室外熱交換器２３の下方部２３ａにおける水の凍結を抑制できる温度とできる。このため、暖房運転時に室外熱交換器２３の下方部２３ａにおいて水の凍結により外気と冷媒との熱交換が阻害されることや、室外熱交換器２３の下方部２３ａに配置されている冷媒流路を構成する配管が氷により変形することを抑制できる。

なお、以上に説明した本発明の実施形態では、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度が第１閾温度超の温度である場合に、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度が第１閾温度超第２閾温度以下であるときは第２過冷却器過熱度制御（過冷却膨張弁２９の開度を大きくすることを禁止する制御）を実行し、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度が第２閾温度超であるときは第１過冷却器過熱度制御を実行した。これに代えて、閾温度を第１閾温度のみとし、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度が第１閾温度超であれば第１過冷却器過熱度制御を実行し、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度が第１閾温度以下であれば膨張弁開度縮小制御を実行するようにしてもよい。このように、第２過冷却器過熱度制御を省略する場合でも、第１閾温度を実施形態で例示した１２℃より高い温度、例えば１５℃とすれば、過冷却器過熱度を目標冷媒過熱度となるように過冷却膨張弁２９の開度を調整しているときでも、凍結防止管４４ａに流れる冷媒の温度を、室外熱交換器２３の下方部２３ａにおける水の凍結を抑制できる温度とできる。

１ 空気調和装置
２ 室外機
２０ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２３ａ 室外熱交換器下部
２４ 室外機膨張弁
２８ 過冷却熱交換器
２９ 過冷却膨張弁
３６ 第１冷媒温度センサ
３７ 第２冷媒温度センサ
４４ 室外機液管
４４ａ 凍結防止管
５－１～５－１０ 室内機
２００ 室外機制御手段
２１０ ＣＰＵ
Ｐｓ 吸入圧力
Ｔｌｓ 低圧飽和温度
Ｔｐ１ 第１閾温度
Ｔｐ２ 第２閾温度
Ｔ１ 第１冷媒温度
Ｔ２ 第２冷媒温度
Ｄｐ 開度調整値

Claims (2)

1. 室内機と、
   圧縮機と、室外熱交換器と、一端が前記室外熱交換器に接続され他端が前記室内機に接続される第１冷媒配管と、前記第１冷媒配管に設けられる室外機膨張弁と、一端が前記第１冷媒配管における前記室外膨張弁から見て前記室内機側に接続され他端が前記圧縮機の冷媒吸入側に接続される第２冷媒配管と、前記第１冷媒配管を流れる冷媒と前記第２冷媒配管を流れる冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器と、前記第２冷媒配管における前記過冷却熱交換器の上流側に設けられる過冷却膨張弁と、を有する室外機と、
   前記過冷却膨張弁を制御する制御手段と、
   を有する空気調和装置であって、
   前記室外機膨張弁と前記過冷却熱交換器の間の前記第１冷媒配管の一部が、前記室外熱交換器の下方に配置されて凍結防止管を形成し、
   前記凍結防止管を流れる冷媒の温度である第１冷媒温度を検出する第１冷媒温度センサを有し、
   前記制御手段は、暖房運転を行っているとき、
   前記第１冷媒温度が第１閾温度より高い温度である場合は、前記第２冷媒配管における前記過冷却熱交換器の冷媒出口側での冷媒過熱度に基づいて前記過冷却膨張弁の開度を調整する過冷却器過熱度制御を実行し、
   前記第１冷媒温度が前記第１閾温度より低い温度である場合は、前記過冷却膨張弁の開度を一定時間ごとに所定値小さくする膨張弁開度縮小制御を実行する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御手段は、
   過冷却器過熱度制御として第１過冷却器過熱度制御と第２過冷却器過熱度制御を実行でき、
   前記第１過冷却器過熱度制御は、前記第１冷媒温度が、前記第１閾温度より高い温度である第２閾温度より高い温度である場合、前記冷媒過熱度に基づいて前記過冷却膨張弁の開度を大きくあるいは小さくするものであり、
   前記第２過冷却器過熱度制御は、前記第１冷媒温度が、前記第１閾温度より高く前記第２閾温度より低い温度である場合に、前記冷媒過熱度に基づいて前記過冷却膨張弁の開度を調整する際に開度を大きくすることを禁止するものである、
   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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