JP5324768B2

JP5324768B2 - 空気調和機

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Publication number: JP5324768B2
Application number: JP2007249181A
Authority: JP
Inventors: 健上田; 秀行末廣
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: JP2009079828A

Description

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に関し、より詳細には複数台の室外ユニットを備える空気調和機に関する。

ヒートポンプ式空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内外でそれぞれ熱交換を行う室内熱交換器及び室外熱交換器と、これらを環状に接続して冷媒を還流させる冷媒通路と、を備えるのが一般的であり、冷房と暖房とを兼用するために冷媒通路の経路を切り替える切替弁の設けられる場合が多い。さらに、圧縮された冷媒を膨張させる膨張弁や、冷媒を貯留したり気液分離したりするためのアキュームレータ、冷媒の圧力を検出する圧力センサや、冷媒通路を開閉する弁類などが、一般的に設けられている。特許文献１に開示される空気調和装置は、ヒートポンプ式空気調和機の一例であり、室外熱交換器と切替弁に相当する四方弁とをそれぞれ複数備え、さらに冷媒通路に相当する冷媒回路の途中に電磁弁及び逆止弁を備えている。

特許文献１の空気調和装置で室外熱交換器と四方弁とを複数備える主要な目的は、空調容量制御と高耐圧化及び低コスト化にある。詳述すると、空調負荷が重いときには全ての室外熱交換器を使用する必要があるが、空調負荷が軽いときには電磁弁及び逆止弁を用いて冷媒回路の一部を閉じ、一部の室外熱交換器のみに冷媒を流すことにより、駆動源のエネルギ消費を節約することができる。また、四方弁を大形化すると構造上の制約から耐圧性能が低下するため、冷媒回路を分岐してそれぞれに小形の四方弁を設けることで高耐圧を実現することができる。さらには、小形の四方弁２個のほうが大形の四方弁１個よりも低コストである、という経済的な利点もある。

また、四方弁は、接続される４つの通路の接続状態を切り替えるものであるが、通路間の差圧が所定の条件を満たしていないときには正常に切替動作が行われないおそれがある。特許文献１の空気調和装置では、複数の四方弁の切り替えと電磁弁の開閉とを異なるタイミングで行うように制御することで、確実に四方弁を切替動作させ、冷暖房間の運転モードを切り替えるようにしている。

さらに、最近では、コージェネレーション装置の駆動源に用いられるガスエンジンを利用して、圧縮機と室外熱交換器と四方弁とをそれぞれ備えた複数台の室外ユニットを一括して駆動する、いわゆるガスエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和機も実用化されている。
特開２００５−４９０５１号公報

ところで、特許文献１では、冷媒通路の切り替えに必要な四方弁以外にも、電磁弁と逆止弁とを余分に備えているので、その分だけコストが上昇している。また、運転モードの切り替え時にタイミング制御を行っているが、正常に切り替わらないおそれは必ずしも解消されていない。一方、ガスエンジンを用い複数台の室外ユニットを一括して駆動する空気調和機では、並列運転される全室外ユニットの運転モードを確実に切り替える制御方法が必要とされている。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、複数の四方弁が並設された室外ユニットを複数台備えた構成において、四方弁の切替動作を確実に行うことができ、動作信頼性が高くかつ経済性に優れた空気調和機を提供する。

本発明の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、室外冷媒通路及び複数の四方弁を有する第１室外ユニットと、前記第１室外ユニットと同じ構造の第２室外ユニットと、室内熱交換器及び室内冷媒通路を有して前記室内冷媒通路が前記第１及び前記第２室外ユニットの前記室外冷媒通路に並列接続された室内ユニットと、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方の圧縮機及び四方弁の動作制御を行う制御部と、を備える空気調和機であって、前記制御部は、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方の前記圧縮機の同期制御及び／または前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方のすべての前記四方弁の同期制御を行い、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニットはそれぞれ、前記圧縮機の吐出側に冷媒の吐出圧を検知する高圧側センサを有しさらに前記圧縮機の吸入側に前記冷媒の吸入圧を検知する低圧側センサを有するとともに、前記圧縮機の前記吸入側に前記冷媒の吸入温度を検知する温度センサを有し、前記制御部は、前記四方弁の同期切替動作を行った後に双方の前記圧縮機の各前記吐出圧及び各前記吸入圧を求め、さらに各前記吐出圧から各前記吸入圧を引いて得られる複数個の差圧が全て所定圧力値以上で、かつ前記四方弁の前記同期切替動作に伴う前記吸入温度の上昇分が双方とも所定温度上昇値以下であるときに前記同期切替動作が正常に終了したと判定し、それ以外のときに前記同期切替動作が正常に終了していないと判定し、前記制御部は、前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了していないと判定したときに、双方の前記圧縮機の動作を増強する制御を行った後、再度前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了したか否かを判定することを特徴とする。

本発明の空気調和機は、２台の室外ユニットと室内ユニットと制御部とを備え、制御部が室外ユニット双方の圧縮機の同期制御及び／または室外ユニット双方の四方弁の同期制御を行うことにより、四方弁の同期切替動作を確実に行うようにしたことを特徴としている。また、後述するように四方弁の同期切替動作が正常に終了したか否かを判定して以降の制御を選択実施することにより、動作信頼性を向上させたことを特徴としている。なお、本発明は、３台以上の屋外ユニットを備える空気調和機にも応用することができる。

第１及び第２室外ユニットはそれぞれ、圧縮機、室外熱交換器、室外冷媒通路及び複数の四方弁を有している。圧縮機は、ガスエンジンやモータなどの駆動源によって駆動され、冷媒を吸入口から吸入して圧縮することにより圧力を高め、吐出口から吐出する部位である。駆動源は、各室外ユニットごとに別体としてもよく、あるいは室外ユニット双方に共通とし動力伝達機構を介して駆動力を分配するようにしてもよい。室外熱交換器は、室外に設置され、内部通路を流れる冷媒と外側の室外空気との間で熱交換を行う部位であり、冷媒の流れる経路により放熱または吸熱が行われるように構成することができる。

室外冷媒通路は、管材で形成することができ、圧縮機と室外熱交換器とに連通して、内部に冷媒を流すことができる。室外ユニット双方の室外冷媒通路は、後述の室内冷媒通路にそれぞれ接続されて、それぞれが還流通路を構成することができる。複数の四方弁は、室外冷媒通路の途中に並設され冷媒の流れる経路を切り替える部位である。複数の四方弁は、所望される冷媒の流量と圧力に応じまた経済性も考慮して適当数とすることができ、室外冷媒通路の途中の並列通路にそれぞれ設け、分担して冷媒の経路を切り替えるようにすることができる。すなわち、冷房運転時には、圧縮機で吐出された高圧の冷媒は、まず室外熱交換機器を流れ、続いて室内ユニットに流れ出た後、室外ユニットに戻って圧縮機の吸入口に還流する。一方、暖房運転時には、圧縮機で吐出された高圧の冷媒は、まず室内ユニットに流れ出た後、室外ユニットに戻って室外熱交換機器を流れ、圧縮機の吸入口に還流する。

室内ユニットは、室内熱交換器及び室内冷媒通路を有しており、さらに膨張弁などを適宜設けることができる。室内熱交換器は、室内に設置され、内部通路を流れる冷媒と室内空気との間で熱を交換する部位であり、冷媒の流れる経路により放熱または吸熱が行われるように構成することができる。室内冷媒通路は、管材で形成することができ、室内熱交換器に連通しかつ室外ユニットの各室外冷媒通路に接続されて還流通路を構成することができる。膨張弁は、室内冷媒通路の途中に設けることができ、圧縮された冷媒を膨張させて圧力を下げる部位である。

室外ユニットの圧縮機及び室外熱交換器と、室内ユニットの膨張弁及び室内熱交換器とにより、圧縮、放熱、膨張、吸熱からなるヒートポンプの熱サイクル作用を実現することができる。

制御部は、第１室外ユニット及び第２室外ユニット双方の圧縮機の動作状態の制御及び／または四方弁の切替動作の制御を行う部位である。制御部はまた、室内ユニットをも制御するようにしてもよい。制御部は、例えば、各室外ユニットと室内ユニットにそれぞれ設けられる複数のユニット制御部と、各ユニット制御部を統括して制御するシステム制御部と、で構成することができる。さらに、双方の圧縮機を共通の駆動源で駆動する構成では、駆動源の運転動作を制御する駆動制御部を設け、システム制御部から統括制御する構成としてもよい。

例えば、室外ユニット双方の圧縮機を駆動する共通のガスエンジンを有する態様では、ガスエンジンから双方の圧縮機に駆動力を伝達する駆動力伝達機構と、駆動力を継断するクラッチ部とを設け、各ユニット制御部で各クラッチ部の継断を制御し、駆動制御部でガスエンジン自体の出力を調整制御するように構成することができる。また、双方の圧縮機が個別に駆動モータを有する態様では、各ユニット制御部で駆動モータへの電気入力を制御するように構成することができる。一方、四方弁には、例えば電気入力により切替動作を行う電磁弁を用いることができ、各ユニット制御部で電気入力を制御するように構成することができる。

本発明では、制御部は、室外ユニット双方の圧縮機の同期制御及び／または双方のすべての四方弁の同期制御を行うようにしている。ここで、圧縮機の同期制御とは、室外ユニット双方の圧縮機に対して同一のタイミングで指令を発し、同一のタイミングで始動、停止、あるいは出力を変更することを意味する。また、四方弁の同期制御とは、室外ユニット双方にそれぞれ並設された複数の四方弁に対して、同一のタイミングで電気入力を変更して通路の接続状態を切り替えることを意味する。これらの同期制御は、前述のシステム制御部から各ユニット制御部に対して同一のタイミングで制御指令を送信し、各ユニット制御部がユニット内の圧縮機及び四方弁を遅滞なく制御することで、実現することができる。

以上のように構成された本発明の空気調和機では、停止状態からの始動時や、冷房、暖房、除湿、霜取りなどの運転モードの切り替え時や、空調設定温度の変更時に、室外ユニット双方の圧縮機及び／または複数の四方弁を同期して制御することができる。したがって、並列運転される複数の室外ユニットにおいて、ユニット間の動作タイムラグが生じないので、ユニット間に圧力差が生ぜず、全室外ユニットが安定して始動し、あるいは安定して運転モードが切り替わる。換言すると、室外ユニット双方の圧縮機を同期運転及び／または四方弁を同期切替制御することで、安定した切替動作を行うことができ、高い動作信頼性を備えることができる。

これに対して、同期制御を行わない場合、並列接続されている２台の室外ユニットで冷媒が往き来して干渉しあうことにより吐出側と吸入側の冷媒圧力が変動するため、四方弁における通路間の差圧が確保できなくなって正常に切り替えられなくなるおそれがある。また、いずれか１台の室外ユニット内でも、並設されている四方弁のひとつが先行して切り替わると、吐出側と吸入側との間で冷媒が回り込み、残りの四方弁で通路間の差圧が確保できなくなって、やはり正常に切り替えられなくなるおそれがある。

さらに、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニットはそれぞれ、前記圧縮機の吐出側に冷媒の吐出圧を検知する高圧側センサを有しさらに前記圧縮機の吸入側に前記冷媒の吸入圧を検知する低圧側センサを有するとともに、前記圧縮機の前記吸入側に前記冷媒の吸入温度を検知する温度センサを有している。前記制御部は、前記四方弁の同期切替動作を行った後に双方の前記圧縮機の各前記吐出圧及び各前記吸入圧を求め、さらに各前記吐出圧から各前記吸入圧を引いて得られる複数個の差圧が全て所定圧力値以上で、かつ前記四方弁の前記同期切替動作に伴う前記吸入温度の上昇分が双方とも所定温度上昇値以下であるときに前記同期切替動作が正常に終了したと判定し、それ以外のときに前記同期切替動作が正常に終了していないと判定する。

本発明では、四方弁の同期切替動作が正常に終了したか否かの判定を、各吐出圧から各吸入圧を引いて得られる複数個の差圧を用いて行うことができる。詳述すると、吐出圧を検知する高圧側センサ及び吸入圧を検知する低圧側センサには、電気出力をもつ圧力センサを用いることができる。一方、制御部は圧力センサの電気出力をディジタル計測し、さらに演算を行って差圧を求めることができる。そして、屋外ユニット双方の各吐出圧から各吸入圧を引いたユニット内差圧が所定圧力値以上のときに、四方弁の同期切替動作が正常に終了して、冷媒が正常に還流していると判定することができる。また、いずれかのユニット内差圧が所定圧力値未満のときには、いずれかの四方弁の切替動作に不具合が生じ冷媒がうまく還流していない、すなわち同期切替動作が正常に終了していない、と判定することができる。

前記複数個の差圧には、一方の前記圧縮機で求めた前記吐出圧から他方の前記圧縮機で求めた前記吸入圧を引いて得られるユニット間差圧が含まれる、ことでもよい。

ユニット間差圧を求めることで、判定の信頼性を一層向上することができる。例えば、第１屋外ユニットの吐出圧ＰＤ１、吸入圧ＰＳ１、第２屋外ユニットの吐出圧ＰＤ２、吸入圧ＰＳ２としたとき、ユニット内差圧Ｐ１（＝ＰＤ１−ＰＳ１）、Ｐ２（＝ＰＤ２−ＰＳ２）だけでなく、ユニット間差圧Ｐ１２（＝ＰＤ１−ＰＳ２）、Ｐ２１（＝ＰＤ２−ＰＳ１）を求めて判定に用いことができる。このユニット間差圧により、第１屋外ユニットと第２屋外ユニットとが異なる運転モードで動作する不具合などを判定することができる。なお、屋外ユニットが３台以上の構成においては、全てのユニット間の組み合わせでユニット間差圧を全数求めてもよいが、適宜省略することもできる。

さらに、本発明では、前述の差圧だけでなく冷媒の吸入温度をも併用して、四方弁の同期切替動作の良否、すなわち冷媒の還流による熱サイクル作用が良好か否かを判定するので、動作信頼性を一層向上することができる。なぜなら、空調負荷に対して所定の冷媒流量が確保され熱サイクルが安定していれば冷媒の吸入温度は一定の範囲内で変化するが、四方弁の切替が正常でない場合は圧縮機吐出側の高温の冷媒が吸入側に回り込むことにより、吸入温度が過昇するからである。したがって、本発明では、冷媒の吸入温度の上昇分が所定温度上昇値以下であることを、正常判定の必要条件としている。

さらに、本発明では、前記制御部は、前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了していないと判定したときに、双方の前記圧縮機の動作を増強する制御を行った後、再度前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了したか否かを判定する。

四方弁の同期切替動作が正常に終了していないと判定したときには、圧縮機の動作を増強して四方弁の通路間の差圧を大きくする制御を行うことで、四方弁の動作を促し正常状態への復帰を容易にすることができる。そしてさらに、圧縮機の運作を増強する制御を行った後に、四方弁が正常に切替動作したか否かを再度判定することができる。圧縮機の運転動作の増強の程度は、前もって定めておくことができ、また、増強の度合いを徐々に強めて複数回繰り返すようにしてもよい。この復帰を志向した制御と再度の判定により、同期切替動作の信頼性を一層向上することができる。

前記制御部は、双方の前記圧縮機の駆動回転数を増大させ、あるいは双方の前記圧縮機に設けられた圧縮機能段の段数を増大させることにより前記動作を増強する、ようにしてもよい。

圧縮機の動作を増強するとは、吐出する冷媒の圧力を大きくすることを意味する。圧縮機には各種の方式があるが、駆動源の回転力を直接利用するロータリ式圧縮機や、回転力を往復運動に変換するピストン式圧縮機では、駆動源の回転数を増大させることにより、吐出圧を大きくすることができる。また、複数の圧縮機能段を有するタイプの圧縮機では、使用する段数を増大させることにより、吐出圧を大きくすることができる。

前記制御部は、前記四方弁の前記同期切替動作を行うときに双方の前記圧縮機の前記動作を所定の切替専用モードとし、前記同期切替動作が正常に終了したことを判定した後に双方の前記圧縮機の前記動作を所望される空調条件に適した所定の運転モードにする、ことが好ましい。

前述したように、四方弁の通路間の差圧が所定の条件を満たしていないときには正常に切替動作が行われないおそれがあり、あらかじめ通路間の差圧を大きくしておくことが切替動作の信頼性向上に有用である。したがって、四方弁の同期切替動作に先立ち、圧縮機を切替専用モードとして大きな吐出圧で運転することが効果的となる。そして、四方弁の同期切替動作が正常に終了して冷媒通路の還流の経路が確立された後に、圧縮機を所定の運転モードにすることで、適正な空調効果を発揮することができる。

前記室内ユニットを並列に複数台備える、ようにしてもよい。本発明では、室外ユニットを複数台としており、室内ユニットも１台だけでなく複数台とすることができる。つまり、複数の空調負荷に対応するいわゆる空気調和システムとすることも可能である。

本発明の空気調和機では、第１室外ユニット及び第２室外ユニット双方の圧縮機の同期制御及び／または第１室外ユニット及び第２室外ユニット双方のすべての四方弁の同期制御を行うので、室外ユニット間に圧力差が生ぜず、四方弁の安定した切替動作を行うことができる。また、ユニット内差圧やユニット間差圧、冷媒吸入温度の上昇分を求めて四方弁の同期切替動作の正常終了を判定し、同期切替動作が正常に終了していないと判定したときに圧縮機の動作を増強する制御を行うので、四方弁の同期切替動作の信頼性を一層向上することができる。さらに、小形の四方弁を並列に複数用いることができ他に弁類は不要であるので、耐圧性能及び経済性に優れている。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図５を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例の空気調和機の構成を説明する図である。実施例の空気調和機１０は、第１室外ユニット１及び第２室外ユニット２と、室内ユニット７と、システム制御部８とで構成されており、駆動源として図示されていないガスエンジンを備えている。２台の室外ユニット１、２は同じ構造であるので一方の第１室外ユニット１について詳述する。

第１室外ユニット１は、アキュームレータ３１、圧縮機３２、オイルセパレータ３３、２個の四方弁３４、３５、室外熱交換器３６、排熱用熱交換器３７、過冷却熱交換機３８、高圧側センサ４１及び低圧側センサ４２、温度センサ４３と、これらの部材を接続して冷媒を流す室外冷媒通路５１〜６０と、ユニット制御部４９と、で構成されている。アキュームレータ３１は、冷媒を貯留するタンクである。圧縮機３２は、並列に配置され使用段数を調節することのできる４段の圧縮機能段を有し、アキュームレータ３１から室外冷媒通路５１、５２を経由して冷媒を吸入し、所望の圧力に圧縮した後、室外冷媒通路５３を経由してオイルセパレータ３３に吐出するようになっている。オイルセパレータ３３は、圧縮された冷媒中に含まれる油分を分離するようになっている。２個の四方弁３４、３５は、オイルセパレータ３３から出た室外冷媒通路５４に並設され、冷媒が還流する経路を切り替えるようになっている。

ここで、図２を参考にして、四方弁３４、３５の構造及び機能を説明する。図２は、四方弁３４、３５の切替機能を説明する図であり、（１）は冷房運転時の連通状態、（２）は暖房運転時の連通状態をそれぞれ示している。四方弁３４、３５は、吐出ポート３４０、第１ポート３４１、第２ポート３４２、第３ポート３４３の４ポートをもっている。そして、冷房運転時は図２（１）に示されるように、吐出ポート３４０から第１ポート３４１への流れと、第３ポート３４３から第２ポート３４２への流れとが許容されるようになっている。また暖房運転時は図２（２）に示されるように、吐出ポート３４０から第３ポート３４３への流れと、第１ポート３４１から第２ポート３４２への流れとが許容されるようになっている。また、連通状態の切替動作は、電気的な制御によって行われるようになっている。

図１に戻り、２個の四方弁３４、３５の各吐出ポート３４０はオイルセパレータ３３に並列に連通されており、各第１ポート３４１は合流されたのち室外冷媒通路５５を経由して室外熱交換器３６に連通され、各第２ポート３４２も合流されたのち室外冷媒通路５６を経由してアキュームレータ３１に連通され、各第３ポート３４３も合流されたのち室外冷媒通路５７を経由して引き出され室内ユニット７に向かうようになっている。

室外熱交換器３６の一端３６１は前述のように四方弁３４、３５に連通され、他端３６２は室外冷媒通路５８から流量調整部６９、室外冷媒通路５９を経由して過冷却熱交換機３８に連通されている。過冷却熱交換機３８からは、さらに室外冷媒通路６０が引き出されて、室内ユニット７に向かうようになっている。また、排熱用熱交換器３７は、流量調整部６９と室外冷媒通路５６との間に設けられている。排熱用熱交換器３７は、暖房運転時にガスエンジンの排熱を利用して冷媒を暖めることにより室外熱交換器３６の吸熱作用を補うものである。

高圧側センサ４１は、オイルセパレータ３３と四方弁３４、３５との間の室外冷媒通路５４に設けられ、圧縮機３２の吐出側の吐出圧ＰＤ１を検知して、電気信号を出力するようになっている。低圧側センサ４２は、アキュームレータ３１と圧縮機３２との間の室外冷媒通路５２に設けられ、圧縮機３２の吸入側の吸入圧ＰＳ１を検知して電気信号を出力するようになっている。温度センサ４３は、圧縮機３２の吸入側の２つの冷媒通路５１、５２にそれぞれ設けられ、圧縮機３２の吸入側の冷媒温度ＴＳ１を検知して電気信号を出力するようになっている。

ユニット制御部４９にはマイクロコンピュータが組み込まれ、ディジタル計測や演算の機能及び制御信号の入出力機能が具備されている。ユニット制御部４９は、前述の吐出圧ＰＤ１、吸入圧ＰＳ１及び冷媒温度ＴＳ１の電気信号を取り込むとともに、四方弁３４、３５の連通状態を制御し、またガスエンジンと圧縮機３２との間で駆動力を継断するクラッチ部を制御するとともに使用する圧縮機能段の段数を設定するようになっており、さらにシステム制御部８と制御信号をやりとりし、システム制御部８からの指令に応じて実際の制御を行うようになっている。

一方、室内ユニット７は、室内熱交換器７１、膨張弁７２と、これらの部材を接続して冷媒を流す室内冷媒通路７３、７４と、室内ユニット制御部７９と、で構成されている。室内熱交換器７１の一端７１１は、室内冷媒通路７３によって引き出され、室外ユニット１、２双方の各室外冷媒通路５７に並列接続され、それぞれの四方弁３４、３５の第３ポート３４３合計４箇所に連通している。室内熱交換器７１の他端７１２は、膨張弁７２の一端に連通している。また、膨張弁７２の他端は、室内冷媒通路７４によって引き出され、室外ユニット１、２双方の各室外冷媒通路６０に並列接続され、それぞれの過冷却熱交換機３８に連通している。室内ユニット制御部７９は、室内ユニット７内の図示されないセンサの情報や、利用者が設定する空調設定温度などの情報を検知し、システム制御部８と情報のやりとりをするようになっている。

システム制御部８は、第１屋外ユニット１及び第２屋外ユニット２の各ユニット制御部４９と、屋内ユニット７の屋内ユニット制御部７９と、ガスエンジンを制御するエンジン制御部と、を統括して制御する上位の制御部位である。システム制御部８は、屋外ユニット１、２双方の各ユニット制御部４９に同一のタイミングで指令を送信することにより、２台のユニット制御部４９が同期して制御を行うことを可能としている。また、システム制御部８は、エンジン制御部を介してガスエンジンの運転動作を制御し、各圧縮機３２を駆動する回転数を制御するようになっている。

次に、上述のように構成された実施例の空気調和機１の作用について説明する。冷房運転時に、四方弁３４、３５は、図２（１）の連通状態に切り替えられる。そして、アキュームレータ３１内の冷媒は、圧縮機３２に吸入され圧縮され高圧高温となって吐出され、四方弁３４、３５を経由して室外熱交換器３６で放熱した後、室内ユニット７に図中上側から流入し、膨張弁７２を通過して低圧低温となり、室内熱交換器７１で吸熱作用が生じて、室内空気を冷やすことができる。その後、吸熱作用により暖まった冷媒は、室外ユニット１、２に戻り四方弁３４、３５を経由してアキュームレータ３１に還流し、次の吸入のために貯留されて、ヒートポンプの冷房が１サイクル分だけ作用する。また、暖房運転時には、四方弁３４、３５は、図２（２）の連通状態に切り替えられる。そして、アキュームレータ３１内の冷媒は、圧縮機３２に吸入され圧縮され高圧高温となって吐出され、四方弁３４、３５を経由して室内ユニット７に図中下側から流入し、室内熱交換器７１で放熱作用が生じて、室内空気を暖めることができる。その後、冷媒は膨張弁７２を通過して低圧低温となり、室外ユニット１、２に戻り室外熱交換器３６で吸熱した後、四方弁３４、３５を経由してアキュームレータ３１に還流し、次の吸入のために貯留されて、ヒートポンプの暖房が１サイクル分だけ作用する。

本実施例においては、冷房運転や暖房運転を開始する際に、室外ユニット１、２双方の圧縮機３２を同期して始動し、各四方弁３４、３５合計４個を同期して切り替える制御を行う。この制御は、各ユニット制御部４９とシステム制御部８とが、制御信号をやりとりしながら進めている。図３は、図１の実施例において、圧縮機３２及び四方弁３４、３５を同期して制御する処理フローを説明する図である。図中左側には各ユニット制御部４９で行う処理内容が記載され、右側にはシステム制御部８で行う処理内容が記載されており、また図中のカッコ付番号は、以降の説明中の番号に対応している。以下、図３にしたがって、処理フローを詳述する。

まず、各ユニット制御部４９は、圧縮機３２が所定の始動条件を満たしているかを調査し、始動条件が満たされていなければ待機し（１）、始動条件が満たされるとシステム制御部８に圧縮機始動可能信号を送信する（２）。システム制御部８は、各ユニット制御部４９からの圧縮機始動可能信号を待ち受け、２台分を受信していなければ待機し（３）、２台分が揃うと各ユニット制御部４９に同一のタイミングで圧縮機始動許可信号を指令する（４）。各ユニット制御部４９は、圧縮機始動許可信号を受信すると（５）、遅滞なくクラッチ部を接続することにより圧縮機３２を始動する（６）。このとき、室外ユニット１、２双方のユニット制御部４９は同一のタイミングで制御を行うので、それぞれの圧縮機３２を同期して始動することができる。なお、圧縮機３２は、通常の運転モードよりも増強された切替専用モードで始動される。

圧縮機３２が始動された後、各ユニット制御部４９は、高圧側センサ４１で検知した吐出圧ＰＤ１、ＰＤ２を求め、また低圧側センサ４２で検知した吸入圧ＰＳ１、ＰＳ２を求めて、両者の差であるユニット内差圧Ｐ１（＝ＰＤ１−ＰＳ１）、Ｐ２（＝ＰＤ２−ＰＳ２）を演算し、ユニット内差圧Ｐ１、Ｐ２が四方弁３４、３５を安定して切り替える所定の差圧以上になるという差圧条件が満たされるのを待つ（７）。そして、差圧条件が満たされると、各ユニット制御部４９は、システム制御部８に四方弁切替可能信号を送信する（８）。システム制御部８は、各ユニット制御部２９からの四方弁切替可能信号を待ち受け、２台分を受信していなければ待機し（９）、２台分が揃うと各ユニット制御部４９に同一のタイミングで四方弁切替許可信号を指令する（１０）。各ユニット制御部２９は、四方弁切替許可信号を受信すると（１１）、遅滞なく四方弁３４、３５の切替動作を実行し、図２に示される冷房運転時または暖房運転時の連通状態とする（１２）。このとき、室外ユニット１、２双方の各四方弁３４、３５合計４個は、同期して切り替えられる。

四方弁３４、３５の同期切替動作に引き続いて、各ユニット制御部４９とシステム制御部８とは、同期切替動作が正常に終了したか否かを判定する。図４は、図１の実施例において、四方弁３４、３５の切替動作が正常に終了したか否かを判定する処理フローを説明する図であり、図中左側には各ユニット制御部４９で行う処理内容が記載され、右側にはシステム制御部８で行う処理内容が記載されており、また図中のカッコ付番号は、図３から連番とされている。以下、図４を参照して詳述する。

各ユニット制御部４９は、四方弁３４、３５の同期切替動作を実行すると、直ちにシステム制御部８に切替動作実施信号を送信する（１３）。システム制御部８は、２台のユニット制御部４９からの切替動作実施信号を確認するとともに、タイマをスタートして経過時間ｔを計時する（１４）。一方、各ユニット制御部４９では、一定時間間隔で吐出圧ＰＤ１、ＰＤ２と、吸入圧ＰＳ１、ＰＳ２と、吸入温度ＴＳ１、ＴＳ２と、を求め、システム制御部８に送信する（１５）。システム制御部８では、受信した検知情報をもとにして、正常判定条件を満たしているか否かを判定する（１６）。ここで、正常判定条件は、差圧条件と吸入温度条件の全てが満たされる場合である。差圧条件とは、屋外ユニット１、２双方におけるユニット内差圧Ｐ１＝（ＰＤ１−ＰＳ１）、Ｐ２＝（ＰＤ２−ＰＳ２）及びユニット間差圧Ｐ１２＝（ＰＤ１−ＰＳ２）、Ｐ２１＝（ＰＤ２−ＰＳ１）の４量が全て所定圧力値ＰＪ以上であるという条件である。また吸入温度条件とは、吸入温度ＴＳ１、ＴＳ２の切替動作直前からの上昇分Ｔ１、Ｔ２が、両方とも所定温度上昇値ＴＪ以下であるという条件である。

正常判定条件が満たされていれば、正常判定とすることができ（１７）、空調条件に適した所定の運転モードに制御を戻して（１８）（１９）、始動及び同期切替動作の処理を終了する。正常判定条件が満たされていなければ、同期切替動作が正常に終了していないと判定することができるので、経過時間ｔが所定の失敗判定時間ｔＪに達するまで、検知情報の受信と正常判定条件による判定を繰り返す（２０）。繰り返しの途中で正常判定条件が満たされるようになれば正常判定とすることができ（１７）、失敗判定時間ｔＪに達しても不可の場合は失敗判定として（２１）、図５に示される再度の始動及び切替動作を行う。

図５は、図１の実施例において、四方弁３４、３５の同期切替動作が正常に終了しなかった場合に行う再度の始動及び切替動作の処理フローを説明する図であり、図中左側には各ユニット制御部４９で行う処理内容が記載され、右側にはシステム制御部８で行う処理内容が記載されており、また図中のカッコ付番号は、図４から連番とされている。以下、図５を参照して詳述する。

失敗判定の場合に、システム制御部８は、まず空気調和機１０として停止が必要か否か判定し（２２）、必要であれば各ユニット制御部４９に停止信号を指令する（２３）。停止信号を受信した各ユニット制御部４９は一旦停止して、室外ユニット１、２双方を再度の始動に好ましい初期状態に戻す（２４）。次に、システム制御部８は、再度の始動に好ましい増強された切替専用モード、すなわち前回の始動よりも大きな差圧を発生し得るモードを設定する（２５）。そして、図３に準拠した処理フローにしたがって、再度圧縮機３２の始動及び四方弁３４、３５の同期切替動作を実行する（２６）。次に、図４に準拠した処理フローにしたがって、正常判定条件を満たすか否かを判定し（２７）、正常判定されれば（２８）、空調条件に適した所定の運転モードに制御を戻して（２９）（３０）、正常に処理を終了することができる。それでも正常判定できない場合には、異常判定回数ｎＪに達するまで始動及び切替動作を繰り返して行い（３１）、途中で正常判定になれば、正常に処理を終了することができる。異常判定回数ｎＪまで繰り返しても正常判定できない場合は、正常な運転状態への復帰をあきらめて異常判定とし（３２）、警報通知などの異常時処理を実施したのち停止して処理を終了する（３３）。

なお、本実施例では、ユニット内差圧及びユニット間差圧を判定する所定圧力値ＰＪはシステム制御部８内にマップとして保持している。また、所定温度上昇値ＴＪは２０℃、正常判定条件を満たすか否かの判断を打ち切る失敗判定時間ｔＪは６０秒、再度の始動及び切替動作を繰り返す異常判定回数ｎＪは１０回、の固定値として保持している。これらの設定値は、空気調和機１０の構成部材の仕様や、要望される動作信頼性などを考慮して、適宜変更することができる。

実施例の空気調和機１０では、室外ユニット１、２双方の圧縮機３２を同期して始動し、４個の四方弁３４、３５を同期して切替動作させるので、２台の室外ユニット１、２間や並列配置される四方弁３４、３５間に圧力差が生ぜず、安定した切替動作を行うことができる。また、四方弁３４、３５の同期切替動作を実行した後に、ユニット内差圧Ｐ１、Ｐ２や、ユニット間差圧Ｐ１２、Ｐ２１、及び吸入温度の上昇分Ｔ１、Ｔ２を求めて、切替動作の正常終了を判定し、さらに、正常終了していないと判定したときには圧縮機３２の運転動作を増強した切替専用モードで最大１０回まで再度始動を行うようにしているので、極めて高い動作信頼性を有している。

本発明の実施例の空気調和機の構成を説明する図である。図１の実施例において、四方弁の切替機能を説明する図であり、（１）は冷房運転時の連通状態、（２）は暖房運転時の連通状態をそれぞれ示している。図１の実施例において、圧縮機及び四方弁を同期して制御する処理フローを説明する図である。図１の実施例において、四方弁の同期切替動作が正常に終了したか否かを判定する処理フローを説明する図である。図１の実施例において、四方弁の同期切替動作が正常に終了しなかった場合に行う再度の始動及び切替動作の処理フローを説明する図である。

符号の説明

１０：空気調和機
１：第１室外ユニット
２：第２室外ユニット
３１：アキュームレータ３２：圧縮機３３：オイルセパレータ
３４、３５：四方弁３６：室外熱交換器３７：排熱用熱交換器
３８：過冷却熱交換機
４１：高圧側センサ４２低圧側センサ４３：温度センサ
４９：ユニット制御部
５１〜６０：室外冷媒通路
７：室内ユニット
７１：室内熱交換器７２：膨張弁７３、７４：室内冷媒通路
７９：室内ユニット制御部
８：システム制御部
ＰＤ１、ＰＤ２：吐出圧
ＰＳ１、ＰＳ２：吸入圧
Ｐ１、Ｐ２：ユニット内差圧
Ｐ１２、Ｐ２１：ユニット間差圧
ＴＳ１、ＴＳ２：吸入温度
Ｔ１、Ｔ２：吸入温度の切替動作直前からの上昇分
ＰＪ：所定圧力値ＴＪ：所定温度上昇値
ｔＪ：失敗判定時間ｎＪ：異常判定回数

Claims

圧縮機、室外熱交換器、室外冷媒通路及び複数の四方弁を有する第１室外ユニットと、前記第１室外ユニットと同じ構造の第２室外ユニットと、室内熱交換器及び室内冷媒通路を有して前記室内冷媒通路が前記第１及び前記第２室外ユニットの前記室外冷媒通路に並列接続された室内ユニットと、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方の圧縮機及び四方弁の動作制御を行う制御部と、を備える空気調和機であって、
前記制御部は、前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方の前記圧縮機の同期制御及び／または前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニット双方のすべての前記四方弁の同期制御を行い、
前記第１室外ユニット及び前記第２室外ユニットはそれぞれ、前記圧縮機の吐出側に冷媒の吐出圧を検知する高圧側センサを有しさらに前記圧縮機の吸入側に前記冷媒の吸入圧を検知する低圧側センサを有するとともに、前記圧縮機の前記吸入側に前記冷媒の吸入温度を検知する温度センサを有し、
前記制御部は、前記四方弁の同期切替動作を行った後に双方の前記圧縮機の各前記吐出圧及び各前記吸入圧を求め、さらに各前記吐出圧から各前記吸入圧を引いて得られる複数個の差圧が全て所定圧力値以上で、かつ前記四方弁の前記同期切替動作に伴う前記吸入温度の上昇分が双方とも所定温度上昇値以下であるときに前記同期切替動作が正常に終了したと判定し、それ以外のときに前記同期切替動作が正常に終了していないと判定し、
前記制御部は、前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了していないと判定したときに、双方の前記圧縮機の動作を増強する制御を行った後、再度前記四方弁の前記同期切替動作が正常に終了したか否かを判定することを特徴とする空気調和機。
前記複数個の差圧には、一方の前記圧縮機で求めた前記吐出圧から他方の前記圧縮機で求めた前記吸入圧を引いて得られるユニット間差圧が含まれる、請求項１に記載の空気調和機。
前記制御部は、双方の前記圧縮機の駆動回転数を増大させ、あるいは双方の前記圧縮機に設けられた圧縮機能段の段数を増大させることにより前記動作を増強する、請求項１または２に記載の空気調和機。
前記制御部は、前記四方弁の前記同期切替動作を行うときに双方の前記圧縮機の前記動作を所定の切替専用モードとし、前記同期切替動作が正常に終了したことを判定した後に双方の前記圧縮機の前記動作を所望される空調条件に適した所定の運転モードにする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記室内ユニットを並列に複数台備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機。