JP5164527B2

JP5164527B2 - 空気調和機

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Publication number: JP5164527B2
Application number: JP2007286426A
Authority: JP
Inventors: 宏治内藤; 憲一中村; 康孝吉田; 和幹浦田
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: JP2009115340A

Description

本発明は、空気調和機に係わり、特に、冷媒量判定運転が可能な空気調和機に好適なものである。

圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び冷房・暖房サイクルを切換える四方弁を有する室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、を備える空気調和機が知られている。

係る空気調和機では、据え付け場所である現地で接続配管が繋がれるが、現地施工の接続配管の長さが通常の設定よりも長くなる場合等に、出荷時に室外機に封入した冷媒以外に現地施行の接続配管長等に合わせて追加の冷媒を封入することが必要となる。

しかし、実際の接続配管長が予め設定された長さではない場合や、配管長が不明な既設配管を接続配管として利用する場合等には、施工後の試運転時に冷媒量を判定する運転を行うことが知られている。

係る冷媒量判定運転を行うことが可能な空気調和機としては、例えば特許第３９３３１７９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許文献１の空気調和機の冷媒量判定運転では、室内機全数を強制的に冷房サイクルで運転し、蒸発器となる室内熱交換器の出口側過熱度が一定になるように制御し、蒸発圧力が一定になるように圧縮機運転容量を制御し、凝縮圧力が一定になるように室外ファン風量を制御することにより、冷媒量判定を行っている。

特許第３９３３１７９号公報

係る特許文献１の空気調和機では、冬季等に冷房サイクルによる冷媒量判定運転を実施する場合、室内側に冷房負荷が無いため、圧縮機運転容量を小さくし、室内空気温度及び蒸発圧力が低下し過ぎないように制御する必要がある。しかし、冬季等における室外空気温度が低く、室外ファンを停止しても室外熱交換器周りの空気の対流による放熱量が多い場合には、圧縮機運転容量を小さくすると、吐出圧力が低くなり過ぎて圧縮機の信頼性が低下してしまう、という問題が生じる。

一方、圧縮機の信頼性に問題のない吐出圧力を確保するため、冬季等の冷房サイクルによる冷媒量判定運転で圧縮機運転容量を大きくすると、今度は室内熱交換器の蒸発圧力が低下し、長時間安定して冷媒量判定運転をすることができない、という問題が生じる。冷媒量判定を精度良く行うには冷凍サイクルの安定は欠かせないため、冬季等に冷房サイクルで冷媒量判定を実施することは不適切であった。

なお、冬季に暖房サイクルによる冷媒量判定運転を実施することが考えられるが、冷媒量の支配的な要素となる凝縮器である室内熱交換器内の冷媒量推定が容易ではない。即ち、冷房運転時の凝縮器である室外熱交換器は室外機毎に必要冷媒量が明らかであるが、暖房運転時の凝縮器である室内熱交換器は、接続される室内機の台数、機種が異なるために、必要冷媒量が異なり、冷媒量の推定が容易ではない。

また、暖房運転による冷媒量判定を実施した場合、暖房運転で冷媒量が適量であっても、従来判定の基準としている冷房運転で冷媒量が過少、過多であることがあり得る。

更に、レシーバがある冷凍サイクルでは、余剰液冷媒がレシーバに溜まっていない状態で冷媒量を判定しなければならないが、レシーバにおける余剰液冷媒の有無は暖房運転の冷凍サイクル安定状態での圧力や各部温度に影響を与えないため判定しにくい。冷房運転による冷媒量判定運転では、過冷却バイパスを使用し、室内に送られる液冷媒が過冷却することによりレシーバ内に液が溜まり始めたことを検知することが可能であるが、暖房運転時に過冷却バイパスを使用すると、レシーバが液冷媒で満液となってしまう。同等のことを行うには、過冷却回路をレシーバ下流に配置し、液冷媒圧力を計測する必要があるが、冷房運転時に過冷却回路として使えなくなる。

本発明の目的は、冬季等の室外空気温度が低い場合でも、圧縮機の信頼性を確保しつつ、長時間安定した精度のよい冷媒量判定運転を可能にする空気調和機を得ることにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張
弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有
する室内機と、前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、冷媒量
判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、前記四方
弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室
内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイ
クルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前
記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サ
イクルとを切換える空気調和機において、冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を基準として暖房サイクルによる室内熱交換器の目標過冷却度を算出し、この目標過冷却度に基づいて冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する構成にしたことにある。

また、本発明の第２の態様は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、前記室外熱交換器の容積及び前記室内熱交換器の容積を格納した記憶装置を備え、冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記記憶装置に格納した前記室内熱交換器の容積と前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度とに基づいて前記暖房サイクルにおける室内熱交換器内の冷媒量を算出し、前記室内熱交換器内の冷媒量が前記冷房サイクルにおける適正冷媒量と合致する場合の前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度を前記冷凍サイクルの適性冷媒量として判定する構成にしたことにある。
また、本発明の第３の態様は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない複数台の室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する複数台の室内機と、前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、前記各室外機は当該室外機に備えた室外熱交換器の容積を格納した室外記憶装置をそれぞれに備え、前記各室内機は当該室内機に備えた室内熱交換器の容積を格納した室内記憶装置をそれぞれに備え、前記冷媒量判定手段は、前記各室外記憶装置に格納した前記各室外熱交換器の容積の合計に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記各室内記憶装置に格納した前記各室内熱交換器の容積の合計と前記暖房サイクルによる各室内熱交換器の過冷却度とに基づいて前記暖房サイクルにおける室内熱交換器内の冷媒量を算出し、前記室内熱交換器内の冷媒量が前記冷房サイクルにおける適正冷媒量と合致する場合の前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度を前記冷凍サイクルの適性冷媒量として判定する構成にしたことにある。
本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記室外膨張弁の開度は、冷媒量判定運転時に、前記室外熱交換器の出口の過熱度或いは乾き度の状態が一定となるように前記圧縮機の吐出温度の過熱度に基づいて調整されること。
本発明の第３の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記複数の室内機の各室内膨張弁は、冷媒量判定運転時に、前記各室内熱交換器の出口の過冷却度が同じになるように、それぞれバランス制御されること。

また、本発明の第４の態様は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、四方弁、レシーバ及びこのレシーバのバイパス機構を有する室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記バイパス機構は冷媒量判定運転時に前記レシーバへの冷媒の流れを閉じ前記レシーバ内に溜った液冷媒を回収した上で当該レシーバをバイパスして冷媒を流すように切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を基準として暖房サイクルによる室内熱交換器の目標過冷却度を算出し、この目標過冷却度に基づいて冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する構成にしたことにある。

上述した本発明によれば、冬季等の室外空気温度が低い場合でも、圧縮機の信頼性を確保しつつ、長時間安定した精度のよい冷媒量判定運転を可能にする空気調和機が得られる。

以下、本発明の複数の実施形態の空気調和機について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の空気調和機を図１から図４を用いて説明する。

まず、本実施形態の空気調和機の全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。

空気調和機は、複数の室外機１０ａ、１０ｂと、複数の室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと、これらを繋ぐ液接続配管３５及びガス接続配管３６と、図示しない制御装置と、図示しない記憶装置とを備えて構成されている。なお、本実施形態では、室外機１０ａ、１０ｂが２台、室内機４０ａ〜４０ｄが４台の例で説明するが、これらより多くても少なくても本発明は適用可能である。

制御装置は、各機器の制御を行う制御手段と冷媒量の判定を行う冷媒量判定手段とを備え、各室外機１０ａ、１０ｂ、各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの制御基板に分散して搭載されたマイコンで構成されている。また、記憶装置は、各機器の仕様情報を格納しており、各室外機１０ａ、１０ｂ、各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの制御基板に分散して搭載されたＲＯＭで構成されている。室外機１０ａ、１０ｂに配置された室外記憶装置は、当該室外機１０ａ、１０ｂの型式、当該室外熱交換器１４ａ、１４ｂの容積を含む室外機器仕様情報、当該室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの容積を含む室内機器仕様情報を格納している。各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに配置された室内記憶装置は当該各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの型式を含む情報を格納している。

室外機１０ａは、圧縮機１１ａ、圧縮機吐出側逆止弁１２ａ、四方弁１３ａ、室外熱交換器１４ａ、室外膨張弁１５ａ、過冷却回路１７ａ、過冷却用膨張弁１８ａ、アキュームレータ２６ａ、液阻止弁３１ａ、及びガス阻止弁３２ａを備え、これらを冷媒配管で接続している。室外機１０ｂは、圧縮機１１ｂ、圧縮機吐出側逆止弁１２ｂ、四方弁１３ｂ、室外熱交換器１４ｂ、室外膨張弁１５ｂ、過冷却回路１７ｂ、過冷却用膨張弁１８ｂ、アキュームレータ２６ｂ、液阻止弁３１ｂ、及びガス阻止弁３２ｂを備え、これらを冷媒配管で接続している。ここで、各室外機１０ａ、１０ｂにはレシーバが存在せず、暖房運転による冷媒量判定運転時に余剰液冷媒がレシーバに溜まらない構成となっている。

これらの室外機１０ａ、１０ｂは、液接続配管３５及びガス接続配管３６に対して、並列に接続されている。なお、四方弁１３ａ、１３ｂは、冷房サイクルと暖房サイクルとを切換える切換弁である。

室内機４０ａは、室内熱交換器４１ａ及び室内膨張弁４２ａを備え、これらを冷媒配管で直列に接続している。室内機４０ｂは、室内熱交換器４１ｂ及び室内膨張弁４２ｂを備え、これらを冷媒配管で直列に接続している。室内機４０ｃは、室内熱交換器４１ｃ及び室内膨張弁４２ｃを備え、これらを冷媒配管で直列に接続している。室内機４０ｄは、室内熱交換器４１ｄ及び室内膨張弁４２ｄを備え、これらを冷媒配管で直列に接続している。

これらの室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、液接続配管３５及びガス接続配管３６に対して、並列に接続されている。

次に、冷房運転時の冷房サイクルにおける冷媒の流れを図１を参照しながら説明する。室外機１０ａ、１０ｂの動作は同じであるため、室外機１０ａを代表に冷媒の流れを説明する。

冷房運転時には、室外機１０ａにおける圧縮機１１ａは運転、室外膨張弁１５ａは全開、四方弁１３ａは冷房サイクル側の状態とする。ここで四方弁１３ａの冷房サイクル側とは、圧縮機１１ａの吐出側と室外熱交換器１４ａとを繋ぎ、圧縮機１１ａの吸入側とガス阻止弁３２ａとを繋ぐ向きのことである。

冷房サイクルにおいて、圧縮機１１ａで圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機吐出側逆止弁１２ａ、四方弁１３ａを通り、室外熱交換器１４ａへと送られ、室外空気と熱交換して高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は、全開の室外膨張弁１５ａを通過し、過冷却回路１７ａの第１流路１７ａ_１を通ることにより過冷却された後、液阻止弁３１ａを通り、液接続配管３５へと送られる。なお、室外膨張弁１５ａを通過した高圧液冷媒の一部は、分流されて過冷却用膨張弁１８ａで減圧され、過冷却回路１７ａの第２流路１７ａ_２を通る際に蒸発され、第１流路１７ａ_１を流れる冷媒から吸熱して過冷却した後に、アキュームレータ２６ａを通して圧縮機１１ａに戻される。

室外機１０ｂからも同様に、高圧液冷媒が液阻止弁３１ｂから液接続配管３５へ送られ、室外機１０ａからの高圧液冷媒と合流する。この液接続配管３５に合流された液冷媒は、冷房運転している室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄへそれぞれ送られ、室内膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄでそれぞれ減圧され、室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにて室内空気と熱交換し、蒸発して低圧ガス冷媒となり、ガス接続配管３６へ送られる。

ガス接続配管３６にて合流した低圧ガス冷媒は、室外機１０ａ、１０ｂへ送られ、ガス阻止弁３２ａ、３２ｂ、四方弁１３ａ、１３ｂを通り、アキュームレータ２６ａ、２６ｂを経て圧縮機１１ａ、１１ｂへ戻され、再度圧縮されて循環される。

次に、暖房運転時または冷媒量判定運転時の暖房サイクルによる冷媒の流れを図１を参照しながら説明する。室外機１０ａ、１０ｂの動作は同じであるため、室外機１０ａを代表に冷媒の流れを説明する。

暖房運転時または冷媒量判定運転時には、室外機１０ａにおける圧縮機１１ａは運転、室外膨張弁１５ａは開、四方弁１３ａは暖房サイクル側の状態とする。ここで、四方弁１３ａの暖房サイクル側とは、圧縮機１１ａの吐出側とガス阻止弁３２ａとを繋ぎ、圧縮機１１ａの吸入側と室外熱交換器１４ａとを繋ぐ向きのことである。

暖房サイクルにおいて、圧縮機１１ａで圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機吐出側逆止弁１２ａ、四方弁１３ａを通り、ガス阻止弁３２ａを経てガス接続配管３６へ送られる。室外機１０ｂからも同様に、高圧ガス冷媒がガス阻止弁３２ｂを経てガス接続配管３６へ送られ、合流する。

この合流された高圧ガス冷媒は、室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄへそれぞれ送られ、室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにて室内空気と熱交換し、冷媒は凝縮して高圧液冷媒となり、室内膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを通り、液接続配管３５にて合流して室外機１０ａ、１０ｂへそれぞれ送られる。室外機１０ａへ送られた高圧液冷媒は、液阻止弁３１ａを通り、過冷却回路１７ａの第１流路１７ａ_１を通り、室外膨張弁１５ａへ送られて減圧され、室外熱交換器１４ａで室外空気と熱交換して低圧ガス冷媒となる。この低圧ガス冷媒は、四方弁１３ａを通り、アキュームレータ２６ａを経て圧縮機１１ａへ戻され、再度圧縮されて循環する。

液接続配管３５から室外機１０ｂへ送られた高圧液冷媒も同様の経路を通り、圧縮機１１ｂへ戻され、再度圧縮され循環する。

次に、暖房サイクルによる冷媒量判定運転の概要について、図１を参照しながら説明する。

暖房サイクルによる冷媒量判定運転時には、室外膨張弁１５ａ、１５ｂは、圧縮機１１ａ、１１ｂの吐出温度の過熱度をみて、その開度が調整される。目標となる圧縮機１１ａ、１１ｂの吐出温度は、室外熱交換器１４ａ、１４ｂの出口の過熱度が数℃とれるように調整されてもよく、また、室外熱交換器１４ａ、１４ｂの出口が若干湿り冷媒となるように調整されてもよい。室外熱交換器１４ａ、１４ｂの出口の過熱度或いは乾き度の状態が一定となるように室外膨張弁１５ａ、１５ｂを制御する。

一方、室内膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの出口の過冷却度が同じになるように、それぞれバランス制御される。例えば、ある室内機４０ａの過冷却度が他の室内機４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに比べて相対的に小さい場合は、当該室内機４０ａの膨張弁４２ａが絞られることにより、過冷却度が大きい他の室内機４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの冷媒を当該室内機４０ａに溜め込むようにし、各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの過冷却度がバランスされる。逆に、ある室内機４０ａの過冷却度が他の室内機４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに比べて相対的に大きい場合は、当該室内機４０ａの膨張弁４２ａが開かれることにより、過冷却度が小さい他の室内機４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに冷媒を分散させて、各室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの過冷却度がバランスされる。

この方法では、室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのうち少なくとも１台（例えば４ａ）は膨張弁開度が全開となり、他の室内機（４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）の膨張弁開度も基本的に全開付近で推移することとなる。レシーバ無し冷凍サイクルでは、余剰液冷媒が無いため、仮に室内膨張弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを全体に絞っても、室外膨張弁１５ａ、１５ｂが開くだけであり、冷凍サイクル状態が変化することはない。

そして、冷凍サイクル中の冷媒量を増やすと、室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの出口の過冷却度が大きくなり、逆に冷媒量を減らすと、室内熱交換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの出口の過冷却度が小さくなる。従って、この過冷却度の変化を基に適正冷媒量の封入を行うことが可能である。

次に、係る過冷却度の変化と冷媒封入量及び冷媒循環量との関係について、２通りのモリエル線図を表す図２を参照しながら詳細に説明する。

図２において、点線のモリエル線図で示す冷凍サイクル１は圧力降下ΔＰｉがΔＰi１と小さい場合の例であり、実線のモリエル線図で示す冷凍サイクル２は圧力降下ΔＰｉがΔＰi２と大きい場合の例である。なお、各符号の添え字はモリエル線図１の符号に対応しており、以下の説明に出てくる符号の添え字も同様である。

この種の空気調和機の冷凍サイクルについては、レシーバ有りの場合とレシーバ無しの場合とが想定されるため、それぞれの場合について説明する。

まず、レシーバ有りの場合について説明する。レシーバは室外膨張弁と過冷却器との間に設置されているものとする。レシーバ有りの場合の圧力降下ΔＰiは室内膨張弁の入口からレシーバの出口までの圧力降下を表し、レシーバ有りの場合の圧力降下ΔＰoはレシーバの出口から室外膨張弁の出口までの圧力降下を表す。

レシーバ有りの場合、冷凍サイクル２は、冷凍サイクル１と比較して、冷凍サイクル冷媒量Ｗtotalが同じである。しかし、冷凍サイクル２のように、圧力降下ΔＰiをΔＰi１からΔＰi２へと大きくすることにより、室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣがＳＣ１からＳＣ２へと大きくなる。

ここで、圧力降下ΔＰiは主に液接続配管と室内膨張弁での圧力降下である。液接続配管での圧力降下は冷媒循環量を増やさないと増えないため、圧力降下ΔＰiを大きくするということは、室内膨張弁を絞ることを意味する。この室内膨張弁を絞ることに対応して圧力降下ΔＰoは小さくなり、蒸発圧力、圧縮機吸入圧力は低下しない。これは、圧力降下ΔＰoが主に室外膨張弁での圧力降下であり、室内膨張弁を絞るのに応じて室外膨張弁を開いたことを意味する。室外膨張弁が全開とならない限りは室内膨張弁を絞っても室外膨張弁が開き、蒸発圧力、圧縮機吸入圧力は低下せず、圧縮機吸入部での過熱も大きくならない。

冷凍サイクル冷媒量Ｗtotalが同じで、圧縮機吸入部の冷媒状態がさほど変わらないにもかかわらず、室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣが大きくなる理由は、レシーバ内の余剰液冷媒が室内熱交換器内へ移動するためである。以下に冷媒の冷凍サイクル内での移動について詳細を説明する。

冷凍サイクル１の過冷却度ＳＣ１に比べ冷凍サイクル２の過冷却度ＳＣ２が大きいということは、室内熱交換器での液冷媒領域が長くなることとほぼ同じである。この液冷媒領域が長くなった分、室内機内冷媒量Ｗcondが増加する。例えばｎ番目室内機の冷媒量を比べると、Ｗcond１（ｎ）＜Ｗcond２（ｎ）となる。従って、冷凍サイクル１に対し冷凍サイクル２の全室内機内冷媒量はΣＷcond２（ｎ）−ΣＷcond１（ｎ）だけ増加する。

一方、冷凍サイクル２は、冷凍サイクル１に対し、蒸発、凝縮圧力があまり変化しないため、室外熱交換器内、ガス接続配管内の冷媒量もあまり変化しない。また、液接続配管もモリエル線図の過冷却域に相当し液単相であるため、冷媒量もあまり変化しない。

残った要素としてレシーバがあり、レシーバ内の余剰液冷媒が室内熱交換器内へ移動し、レシーバ内冷媒量ＷrecがＷrec１からＷrec２に減少したといえる。式に表すと、Ｗrec１＋ΣＷcond１（ｎ）≒Ｗrec２＋ΣＷcond２（ｎ）が成り立つため、Ｗrec１＞Ｗrec２となる。

ここでレシーバはモリエル線図上では飽和液線上を移動している。飽和液線より左上側に入るとレシーバは満液となり、飽和液線より右下側に入るとレシーバ出口配管の端面付近まで液面が低下する。しかし、これらの状態変化は温度では現れにくく、暖房運転時にレシーバ内に余剰液冷媒があるかどうかの判定はつけにくい。仮に判定できても、冷凍サイクル内の冷媒量を変化させる度に、全室内機の室内膨張弁を調整し、レシーバ内に余剰液冷媒が生じないようにしなければならない。

説明を総括すると、レシーバ有り冷凍サイクルでは、冷凍サイクル内の冷媒量を変化させた場合、全室内機の室内膨張弁をレシーバ内に余剰液冷媒が生じないように調整しないと、室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣが適正に変化しないため、冷媒量判定が難しいといえる。

これに対してレシーバ無しの場合、冷凍サイクル２の冷凍サイクル冷媒量Ｗtotal２は、冷凍サイクル１の冷凍サイクル冷媒量Ｗtotal１と異なる（Ｗtotal２＞Ｗtotal１）。つまり、冷凍サイクル冷媒量ＷtotalをＷtotal１からＷtotal２に冷媒量を増やすと、室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣがＳＣ１からＳＣ２へと大きくなる。ここで、冷凍サイクルにレシーバが無いため、室外膨張弁入口の位置がモリエル線図上で飽和液線で固定されることは無く、飽和液線より左上側の過冷却域で圧力変化する分には、液接続配管の冷媒量は変化せず冷凍サイクルの変化もない。

仮に室外膨張弁前の位置が飽和液線より右下側の二相域で圧力変化する場合には、液接続配管内の冷媒が若干室内機に回収されて室内熱交換器出口の過冷却度が若干増えるものの、同時に室外膨張弁入口が二相になることにより圧力降下ΔＰoが大きくなり、蒸発圧力、圧縮機吸入圧力が低下し、圧縮機吸入部での過熱も大きくなり、冷凍サイクルが大きく変化する。この状態では室内膨張弁は絞り過ぎというのがわかるため、絞り過ぎないように調整することが可能である。ここで、冷凍サイクル２の場合、室内膨張弁開度をほぼ全開状態で使用しΔＰi≒ΔＰi１程度とした場合も、室内膨張弁全てを若干絞りΔＰi≒ΔＰi２程度とした場合も冷凍サイクルの変化は起きない。単にΔＰiとΔＰoの比率が変わるだけである。

説明を総括すると、レシーバ無し冷凍サイクルでは、冷凍サイクル内の冷媒量を変化させた場合、全室内機の室内膨張弁を調整することなく、室内熱交換器出口の過冷却度が変化するため、冷媒量判定が簡単といえる。

以上の理由により、本実施形態では暖房サイクル時の冷媒量の変化が室内熱交換器出口の過冷却度の変化に直接繋がるレシーバ無しの冷凍サイクルを対象とする。

次に、図３を参照しながら、適正冷媒量の判定基準となる暖房サイクルにおける室内熱交換器出口の目標過冷却度について説明する。図３は本実施形態の適正冷媒量の判定基準となる暖房サイクルにおける室内熱交換器出口の目標過冷却度の演算例を示すフローチャートである。ここで、適正冷媒量とは、従来の冷房サイクルで判定していた適正冷媒量と同量を意味する。つまり、暖房サイクルで冷媒量の判定をしながら冷房サイクルで必要となる冷凍サイクルの冷媒量を推定する必要がある。

冷凍サイクルの冷媒量で支配的なのは、液接続配管内冷媒量と凝縮器内冷媒量の２つである。液接続配管内冷媒が液単相の場合、冷房サイクルの液接続配管内冷媒量と暖房サイクルのそれとの差は僅かである。液接続配管内冷媒は、冷房サイクルで過冷却バイパスを使用することにより液単相とでき、暖房サイクルで室内熱交換器出口に過冷却をつけることにより液単相とすることができる。一方、凝縮器内冷媒量は、冷房サイクルでは室外熱交換器内に溜まる冷媒量Ｗototalのことであり、暖房サイクルでは室内熱交換器内に溜まる冷媒量Ｗitotalのことである。

各室外機の制御基板間の伝送のやり取りにより、室外機の接続台数ｍmax、室外記憶装置に格納された室外機の型式等の情報を入手し、これらの情報に基づいて、事前に室外制御基板上の記憶装置に格納された必要冷媒量Ｗo（ｍ）を求める（ステップＳ１）。

次いで、これらの室外機毎の必要冷媒量Ｗo（ｍ）を加算し、室外熱交換器内に溜まる冷媒量Ｗototalを求める（ステップＳ２）。つまりＷototal＝ΣＷo（ｍ）となる。室外機毎の必要冷媒量Ｗo（ｍ）は冷媒量が多く溜まる条件、例えば冷房過負荷条件等を考慮して決定することが望ましい。この必要冷媒量Ｗo（ｍ）は実測してもよく、計算で求めてもよい。

この冷媒量Ｗototalは冷房サイクル時の凝縮器に必要とされる冷媒量であるが、先に説明のとおり冷房サイクルと暖房サイクルとの液接続配管の冷媒量差はわずかであると共に、他の要素、例えば圧縮機、蒸発器、アキュームレータ、ガス接続配管等の冷媒量は全体に対して支配的とはいえない。このため、冷房サイクル時の凝縮器に必要とされる冷媒量をそのまま暖房サイクル時の凝縮器に溜める冷媒量とする（ステップＳ３）。このことにより、従来冷房サイクルで判定していた適正冷媒量と同量の冷媒を封入できるといえる。つまりＷitotal≒Ｗototalとなる。現実にはガス接続配管や室外機内の配管内のガス冷媒が、冷房から暖房の切替に応じて、低圧から高圧、或いは高圧から低圧に変化するため、この分の冷媒量の補正を加えてもよい。

このようにして、暖房サイクル時の室内熱交換器の合計冷媒量を推定した後、この冷媒量が暖房サイクルにおける室内機の過冷却度として何℃となるか求める必要がある。

まず、室外制御基板と室内制御基板の伝送のやり取りにより、室内機の接続台数ｎmax、室内記憶装置に格納された室内機の型式等の情報を入手し、これらの情報に基づいて、事前に室外基板上の室外記憶装置に登録された室内機の機種毎の室内熱交換器内容積Ｖi（ｎ）を求める（ステップＳ４）。

次いで、これらの室内機毎の室内熱交換器内容積Ｖi（ｎ）を加算し、室内熱交換器合計内容積Ｖitotalを求める（ステップＳ５）。つまり、Ｖitotal＝ΣＶi（ｎ）となる。

この室内熱交換器合計内容積Ｖitotal、必要冷媒量Ｗitotalから目標過冷却度を演算で求める（ステップＳ６）。

この目標過冷却度の演算の詳細を図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態の暖房サイクルによる運転時の室内熱交換器内冷媒量Ｗiと室内熱交換器内容積Ｖiの関係を表す特性図である。

暖房サイクルによる運転時の室内熱交換器内冷媒量Ｗiは、室内熱交換器内容積Ｖiと室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣの２変数で表される。ここで、室内熱交換器内冷媒量Ｗiと室内熱交換器内容積Ｖiは、室内熱交換器の伝熱管、放熱フィン、パス配列によらず、比例関係にある。一方、室内熱交換器出口の過冷却度ＳＣの大小は、前記比例関係式の傾きの大小に影響を与える。この関係を数式に表すと、次の式（１）となる。ここで、α、βは係数であり、実測から求めてもよく、計算で求めてもよい。

Ｗi＝〔α×ＳＣ＋β〕×Ｖi … （１）
この式（１）を図３のステップＳ６の室内熱交換器合計内容積Ｖitotal、必要冷媒量Ｗitotalから目標過冷却度を求める式に当てはめて変換すると、目標過冷却度＝〔Ｗitotal／Ｖitotal−β〕／αとなる。

このようにして求められた目標過冷却度に対し、実機の過冷却度が大きい場合は冷媒を抜き、過冷却度が小さい場合は冷媒を追加するように冷媒量判定を行い、冷房サイクルによる運転で判定していた適正冷媒量と同量の冷媒を封入できる。

上述した本実施形態によれば、冬季等の室外空気温度が低い場合でも、圧縮機の信頼性を確保しつつ、長時間安定した精度のよい冷媒量判定運転を可能とする空気調和機が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の空気調和機について図５を用いて説明する。図５はこの第２実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態の空気調和機は、１台の室外機１ａと４台の室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとから構成され、室外機１ａにレシーバ２５ａ及びこのレシーバ２５ａのバイパス機構３０を備えている。なお、室外機は１台より多くてもよく、室内機は４台より多くても少なくてもよい。

レシーバ２５ａは室外膨張弁１５ａと過冷却器１７ａとの間に設置されている。バイパス機構３０は、レシーバ入口に設けられた閉止機構２７ａと、レシーバ出口に設けられた閉止機構２８ａと、レシーバ２５ａをバイパスする流路に設けられた閉止機構２９ａとからなっている。ここで閉止機構２７ａ、２８ａ、２９ａは、電磁弁でも、手動ボールバルブでもよい。

通常の冷房運転時、暖房運転時にはレシーバ２５ａを使用するため、レシーバ入口閉止機構２７ａを開、レシーバ出口閉止機構２８ａを開、レシーバ２５ａをバイパスする閉止機構２９ａを閉として使用する。また、暖房サイクルで冷媒量判定を行う場合、レシーバ２５ａに余剰液冷媒が溜まるのを防ぐため、レシーバ入口閉止機構２７ａを閉、レシーバ出口閉止機構２８ａを閉、レシーバ２５ａをバイパスする閉止機構２９ａを開として使用する。このように閉止機構２７ａ、２８ａ、２９ａを動作させた場合の冷媒の流れ、冷媒量判定方法は、第１実施形態と同様であり、暖房サイクルによる冷媒量判定ができる。

通常運転から暖房サイクルによる冷媒量判定に切換える場合、過渡的にレシーバ入口閉止機構２７ａを閉、レシーバ出口閉止機構２８ａを開、レシーバ２５ａをバイパスする閉止機構２９ａを閉として、レシーバ２５ａ内に溜まった液冷媒を回収することが望ましい。このとき、吸入圧力をみて、冷媒回収完了を確認し、レシーバ入口閉止機構２７ａを閉、レシーバ出口閉止機構２８ａを閉、レシーバ２５ａをバイパスする閉止機構２９ａを開の冷媒量判定モードに切換えてもよい。更に、レシーバに残留した液冷媒を回収するためにレシーバ２５ａと低圧圧力側にバイパス回路を設け、冷媒量判定運転時に、バイパス回路が有効になるように開閉機構を設けてもよい。また、開閉機構２７ａと２９ａ、或いは開閉機構２８ａと２９ａの開閉動作は相反するため、３方弁を使用してもよい。

本発明の第１実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。冷凍サイクルの過冷却度の変化と冷媒封入量及び冷媒循環量との関係を説明するモリエル線図である。第１実施形態の適正冷媒量の判定基準となる暖房サイクルにおける室内熱交換器出口の目標過冷却度の演算例を示すフローチャートである。第１実施形態の暖房サイクルによる運転時の室内熱交換器内冷媒量Ｗiと室内熱交換器内容積Ｖiの関係を表す特性図である。本発明の第２実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…室外機、１１ａ、１１ｂ…圧縮機、１２ａ、１２ｂ…圧縮機吐出側逆止弁、１３ａ、１３ｂ…四方弁、１４ａ、１４ｂ…室外熱交換器、１５ａ、１５ｂ…室外膨張弁、１７ａ、１７ｂ…過冷却回路、１８ａ、１８ｂ…過冷却用膨張弁、２５ａ…レシーバ、２６ａ、２６ｂ…アキュームレータ、２７ａ、２８ａ、２９ａ…閉止機構、３０…バイパス機構、３１ａ、３１ｂ…液阻止弁、３２ａ、３２ｂ…ガス阻止弁、３５…液接続配管、３６…ガス接続配管、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…室内機、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…室内熱交換器、４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…室内膨張弁。

Claims

圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない室外機と、
室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、
前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、
冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、
前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、
冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を基準として暖房サイクルによる室内熱交換器の目標過冷却度を算出し、この目標過冷却度に基づいて冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する、
ことを特徴とする空気調和機。
圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない室外機と、
室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、
前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、
冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、
前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、
前記室外熱交換器の容積及び前記室内熱交換器の容積を格納した記憶装置を備え、
冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記記憶装置に格納した前記室内熱交換器の容積と前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度とに基づいて前記暖房サイクルにおける室内熱交換器内の冷媒量を算出し、前記室内熱交換器内の冷媒量が前記冷房サイクルにおける適正冷媒量と合致する場合の前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度を前記冷凍サイクルの適性冷媒量として判定する、
ことを特徴とする空気調和機。
圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁及び四方弁を有し且つレシーバを有しない複数台の室外機と、
室内熱交換器及び室内膨張弁を有する複数台の室内機と、
前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、
冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、
前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、
前記各室外機は当該室外機に備えた室外熱交換器の容積を格納した室外記憶装置をそれぞれに備え、
前記各室内機は当該室内機に備えた室内熱交換器の容積を格納した室内記憶装置をそれぞれに備え、
冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記各室外記憶装置に格納した前記各室外熱交換器の容積の合計に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記各室内記憶装置に格納した前記各室内熱交換器の容積の合計と前記暖房サイクルによる各室内熱交換器の過冷却度とに基づいて前記暖房サイクルにおける室内熱交換器内の冷媒量を算出し、前記室内熱交換器内の冷媒量が前記冷房サイクルにおける適正冷媒量と合致する場合の前記暖房サイクルによる室内熱交換器の過冷却度を前記冷凍サイクルの適性冷媒量として判定する、
ことを特徴とする空気調和機。
請求項２において、前記室外膨張弁の開度は、冷媒量判定運転時に、前記室外熱交換器の出口の過熱度或いは乾き度の状態が一定となるように前記圧縮機の吐出温度の過熱度に基づいて調整される、ことを特徴とする空気調和機。
請求項３において、前記複数の室内機の各室内膨張弁は、冷媒量判定運転時に、前記各室内熱交換器の出口の過冷却度が同じになるように、それぞれバランス制御される、ことを特徴とする空気調和機。
圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、四方弁、レシーバ及びこのレシーバのバイパス機構を有する室外機と、
室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機と、
前記室外機と前記室内機とを繋ぐ液接続配管及びガス接続配管と、
冷媒量判定運転時に冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する冷媒量判定手段と、を備え、
前記四方弁は、冷媒を前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記液接続配管、前記室内膨張弁、前記室内熱交換器、前記ガス接続配管、前記圧縮機の順に循環させる冷房サイクルと、冷媒を前記圧縮機、前記ガス接続配管、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記液接続配管、前記室外膨張弁、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房サイクルとを切換える空気調和機において、
冷媒量判定運転時に、前記四方弁は暖房サイクル側に切換えられ、前記バイパス機構は冷媒量判定運転時に前記レシーバへの冷媒の流れを閉じ前記レシーバ内に溜った液冷媒を回収した上で当該レシーバをバイパスして冷媒を流すように切換えられ、前記冷媒量判定手段は、前記記憶装置に格納した前記室外熱交換器の容積に基づいて前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を算出し、前記冷房サイクルにおける適正冷媒量を基準として暖房サイクルによる室内熱交換器の目標過冷却度を算出し、この目標過冷却度に基づいて冷凍サイクルの適正冷媒量を判定する、
ことを特徴とする空気調和機。