JP5436375B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数台の室外機と複数台の室内機とを共通のガス管及び共通の液管で配管接続して構成される空気調和装置に関わるものであり、特に暖房時に問題となる均液・余剰冷媒処理に関するものである。

従来、空気調和装置の大容量化に応じるため、複数の室外機と複数の室内機と共通のガス管と共通の液管とにより構成される空気調和機が開発されている。この種の空気調和装置では、圧縮機回転数、ファン回転数、外機減圧装置開度等により冷媒循環量を制御することで、各室外機のアキュームレータ（気液分離器）を均液管で接続することなく暖房時の均液・余剰冷媒処理を行っているので、施工性・コスト面でよいものがある（例えば、特許文献１参照）。

また他の従来の空気調和装置では、均液・余剰冷媒処理を実施するため、圧縮機等における過熱度を目標として室外機の流量調整弁の開度を制御するものもある（例えば、特許文献２、３参照）。

特開平１１−１４２０１０号公報（第１−６、１０、１１貢、第１−８、１３図） 特開平８−２００８６９号公報（第５−１２貢、第１図） 特開２００５−１２１３６１号公報（第４−９貢、第１図）

従来の空気調和装置では、暖房時の均液・余剰冷媒処理のため、圧縮機回転数、ファン回転数、外機減圧装置開度等により複数台の室外機への流量分配を制御して室外機熱交換器の出口側の過熱度が各室外機ともに等しくなるようにするため、以下のような問題があった。

まず、過熱度の絶対値の目標値を定めないため、高乾き度で能力が低下したり、過度の湿りでアキュームレータ内に溜まった冷媒がオーバーフローすることで、圧縮機（室外機）の信頼性を損なう恐れがある。また、過熱度合わせの冷媒流量調整と、室内機側の負荷変動に応じた冷媒流量制御との対応がとれず、結果として追従できなかったり、時間を要する場合がある。そして、最悪の場合、１台の室外機にすべての余剰冷媒が溜まろうとしてしまうことが起こり得るため、それに備えようとすると各室外機のアキュームレータの容積を十分に大きくしておく必要がある。

また、上記の空気調和装置では、アキュームレータに設けた液面検知器により冷媒流量を制御するようにしているが、液面検知器のコスト・生産性・信頼性を考慮すれば、アキュームレータの容積を十分大きくして液冷媒をオーバーフローさせない方が現実的である。しかし、これはコンパクト化、低コスト化が要求される現状と合致しない。

また他の従来の空気調和装置では、室外機の流量調整弁の開度を制御するとしても、アキュームレータが起動時の液バック等の保護に使われており、さらに余剰冷媒処理のためにはレシーバを併せて設ける必要があるため、高コストとなる。

この発明は以上の課題に鑑み、暖房時の均液・余剰冷媒処理の制御を安定して実施できることを目的としている。

この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器及びアキュームレータを少なくとも有し、レシーバを有さずに構成した室外機を複数有し、膨張弁を有する室内機と配管接続して冷媒回路を構成する空気調和装置において、共通の液配管と各室外機の各室外熱交換器との間に、各室外機に流入する冷媒量を調整するための流量調整弁をそれぞれ備え、また、暖房運転時において、各室外機の室外熱交換器の出口側の過熱度が、出口側の過熱度用に定めた２つのしきい値の間にあるか、低い方のしきい値より低いか、又は高い方のしきい値より高いかを判断し、また、圧縮機の吐出過熱度が、吐出過熱度用のしきい値以上であるか否かを判断して、各判断結果の組み合わせに基づき、室外熱交換器の出口側の過熱度を、高い方のしきい値が上限となるようにし、かつ、圧縮機の吐出過熱度が吐出過熱度用のしきい値以上となるように各流量調整弁の開度を調整する制御装置を備えるものである。

この発明によれば、流量調整弁の開度を適度に調整して、室外熱交換器の出口側において、乾き度１近傍の低過熱度に制御することにより、蒸発器である室外熱交換器に存在する冷媒を凡そ一定の状態でなおかつ性能を充分高く確保して安定に運転できる。なおかつ圧縮機の吐出過熱度を一定の範囲内に制御することにより、アキュームレータから液冷媒がオーバーフローすることなく信頼性を確保して安定に運転できる。そして、各室外機において、過熱度等が同じになるような制御をしているので、各室外機内における冷媒量をほぼ均一にすることができる。これにより、レシーバ等の機器をさらに設けることなく、制御装置における演算により、均液・余剰冷媒処理を行うことができ、また、アキュームレータの容積を空気調和装置全体の能力に応じて変更等しなくてもよいので、低コスト及びコンパクト化が実現できる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す構成図である。 冷房運転における制御装置１４の構成を示す図である。 暖房運転における制御装置１４の構成を示す図である。 この空気調和装置の一部の冷媒状態を示すモリエル線図である。 流量調整弁の開度を変化させた時の室外機の状態を表す図である。 本実施の形態に係る制御装置１４が行うフローチャートを表す図である。 室外機１ａ、１ｂの状態の分類例を表す図である。 室外機を３台で構成した場合のフローチャートを表す図である。 温度センサ２０ｅ、２０ｆの配設位置の他の例を表す図である。 実施の形態３に係る圧縮機に関するセンサの配設位置を表す図である。 圧縮機に関するセンサの配設位置の他の例を表す図である。 実施の形態４に係る制御装置１４が行うフローチャートを表す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す構成図である。以下、この発明の実施の形態１について説明する。なお、ここでは室外機が２台、室内機が２台接続されているものとして説明する。図１において、１ａ、１ｂは室外機、８ｐ、８ｑは室内機、２２ａ、２２ｂは各室外機より出るガス分岐管、２４ｐ、２４ｑは各室内機より出るガス枝管、７はガス分岐管２２ａ、２２ｂとガス枝管２４ｐ、２４ｑを接続する共通のガス配管、１３はガス分岐管２２ａ、２２ｂと共通のガス配管７との接続点、２３ａ、２３ｂは各室外機より出る液分岐管、２５ｐ、２５ｑは各内機より出る液枝管、１１は液分岐管２３ａ、２３ｂと液枝管２５ｐ、２５ｑを接続する共通の液配管、１２は液分岐管２３ａ、２３ｂと共通の液配管１１との接続点である。本実施の形態では、以上の管を含め、液（気液二相の場合も含む）が通過する管を液管とし、ガスが通過する管をガス管というものとする。

また、室外機１ａ、１ｂ内において、２ａ、２ｂは圧縮機であり、圧縮機２ａ、２ｂの吐出側では、１５ａ、１５ｂはオイルセパレータ、３ａ、３ｂは流路切り替え弁である四方弁、４ａ、４ｂは室外熱交換器、１７ａ、１７ｂは高低圧熱交換器、５ａ、５ｂは流量調整弁であり、液分岐管２３ａ、２３ｂへと順に接続される。なお流量調整弁５ａ、５ｂは熱交換器４ａ、４ｂと高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂとの間に接続されてもよい。また圧縮機２ａ、２ｂの吸入側では、６ａ、６ｂはアキュームレータであり、四方弁３ａ、３ｂ、ガス分岐管２２ａ、２２ｂへと順に接続される。また、１６ａ、１６ｂは返油バイパス回路であり、一方をオイルセパレータ１５ａ、１５ｂの下側内部、他方を圧縮機２ａ、２ｂの吸入側配管に接続される。１４ａ、１４ｂは制御装置である（詳細は後述する）。

１８ａ、１８ｂは流量調整弁であり、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂと液分岐管２３ａ、２３ｂとの間より分岐し、流量調整弁１８ａ、１８ｂ、高低圧熱交１７ａ、１７ｂ、アキュームレータ６ａ、６ｂと四方弁３ａ、３ｂを繋ぐ配管へ合流するように順に接続される。６ｃ、６ｄはアキュームレータ６ａ、６ｂの返油穴であり、圧縮機２ａ、２ｂの吸入側に接続されるＵ字形状であるＵ字管の下部に設けてある。

室内機８ｐ、８ｑ内においては、９ｐ、９ｑは室内熱交換器、１０ｐ、１０ｑは膨張弁であり、室内機８ｐ、８ｑから出るガス枝管２４ｐ、２４ｑから液枝管へと、順に接続される。１４ｐ、１４ｑは制御装置である（詳細は後述する）。

ここで、圧縮機２ａ、２ｂは、インバータ回路を有しており、インバータ回路による電源周波数の変換により回転数が制御され、容量制御が行われるタイプである。また、流量調整弁５ａ、５ｂ、１８ａ、１８ｂ、膨張弁１０ｐ、１０ｑは開度が可変に制御される電子膨張弁である。これらの制御は、前述した制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｐ及び１４ｑが行う。

室外機１ａ、１ｂ内における圧力センサは、１９ａ、１９ｂが圧縮機２ａ、２ｂの吐出側、１９ｃ、１９ｄが圧縮機２ａ、２ｂの吸入側に設けられ、それぞれ設置場所の圧力を計測し、その計測に基づく信号を送信する。室外機１ａ、１ｂ内における温度センサは、２０ａ、２０ｂが圧縮機２ａ、２ｂの吐出側、２０ｃ、２０ｄが圧縮機２ａ、２ｂの吸入側、２０ｅ、２０ｆは室外熱交換器４ａ、４ｂのガス側出口、２０ｇ、２０ｈは室外熱交換器４ａ、４ｂの液側出口、２０ｉ、２０ｊは高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂと流量調整弁５ａ、５ｂと流量調整弁１８ａ、１８ｂとの間、２０ｋ、２０ｌはアキュームレータ６ａ、６ｂと四方弁３ａ、３ｂとの接続配管と高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂとの間に設けられており、それぞれ設置場所の温度を計測する。温度センサ２０ｍ、２０ｎは室外機１ａ、１ｂの周囲温度を計測し、その計測に基づく信号を送信する。

室内機８ｐ、８ｑ内における温度センサは、２０ｐ、２０ｑが室内熱交換器９ｐ、９ｑのガス側出口、２０ｒ、２０ｓが室内熱交換器９ｐ、９ｑの液側出口に設けられており、それぞれ設置場所の温度を計測する。

前述のように、室外機１ａ、１ｂ、室内機８ｐ、８ｑには、例えばマイクロコンピュータで構成された制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｐ、１４ｑがそれぞれ設けられており、圧力センサ１９、温度センサ２０が検出したデータ、空気調和装置の使用者からの運転内容（負荷要求）の指示等に基づいて、圧縮機２ａ、２ｂの起動、停止等の運転、四方弁３ａ、３ｂの流路切替、室外熱交換器４ａ、４ｂにおける熱交換量、膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度、流量調整弁５ａ、５ｂ、１８ａ、１８ｂの開度等を制御する。そして、制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｐ、１４ｑは例えば、各種データ等を含む通信を送受信することができるものとする。なお、以下では、各制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｐ、１４ｑの制御全体をまとめる場合は制御装置１４として説明する。ここでは各制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｐ、１４ｑを各室外機１ａ、１ｂ、室内機８ｐ、８ｑに分けて設置しているが、一箇所にまとめて設置してもよい。また１つの装置で各装置の制御を行うようにしてもよい。制御装置１４の機能を実行する内部構成については後述する。

次にこの空気調和装置での運転動作について説明する。まず冷房運転時の動作について説明する。四方弁３ａ、３ｂでは、図１の実線方向に管が接続される。また、流量調整弁５ａ、５ｂは全開または全開に近い状態、流量調整弁１８ａ、１８ｂは適度な開度、膨張弁１０ｐ、１０ｑは適度な開度に設定する。この場合の冷媒の流れは以下の様になる。

圧縮機２ａ、２ｂから吐出された高圧高温ガスの冷媒は、オイルセパレータ１５ａ、１５ｂを通過する。この時に冷媒に混在する冷凍機油のおよそ大部分は、冷媒と分離され、内側底部に溜められて、返油バイパス回路１６ａ、１６ｂを通り、圧縮機２ａ、２ｂの吸入配管に戻される。これにより室外機１ａ、１ｂの外部へ流出する冷凍機油を低減でき、圧縮機の信頼性を改善することができる。

一方、冷凍機油が占める割合が低下した高圧高温の冷媒は、四方弁３ａ、３ｂを通り、室外熱交換器４ａ、４ｂで凝縮、液化され、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂを通過する。高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂを出て分岐した一方の流れは、流量調整弁１８ａ、１８ｂで適度に流量調整されて低圧低温の冷媒となり、室外熱交換器４ａ、４ｂを出た冷媒と高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂ内で熱交換するため、室外熱交換器４ａ、４ｂの出口側の冷媒状態よりも、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂの出口側での冷媒状態の方がエンタルピーが低くなる。流量調整弁１８ａ、１８ｂを通り、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂを出た低圧の冷媒は、アキュームレータ６ａ、６ｂと四方弁３ａ、３ｂとを結ぶ配管に至る。これにより、エンタルピー差が増大するため、同一能力にする場合の必要冷媒流量を低減でき、圧損低減による性能改善の効果がある。なお、ここでいう高圧、低圧は冷媒回路内における圧力の相対的な関係を表すものとする（温度についても同様である）。

一方、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂを出た高圧側の冷媒は、流量調整弁５ａ、５ｂを通るが、流量調整弁５ａ、５ｂが全開のため、さして減圧することなく高圧の液冷媒として液配管１１に供給される。その後、室内機８ｐ、８ｑ内に入り、膨張弁１０ｐ、１０ｑで減圧されて低圧二相冷媒となり、室内熱交換器９ｐ、９ｑで蒸発、ガス化し、ガス配管７、四方弁３ａ、３ｂ、アキュームレータ６ａ、６ｂを通り、圧縮機２ａ、２ｂに吸入される。

ここで、アキュームレータ６ａ、６ｂ内に二相冷媒が流入すると液冷媒が容器下部に溜まり、Ｕ字管の上方開口部より流入されたガスリッチな冷媒が、圧縮機２ａ、２ｂへ吸入される。過渡的な液や二相冷媒をアキュームレータ６ａ、６ｂ内に溜めきり、オーバーフローするまで、圧縮機２ａ、２ｂの液バックを一時的に防止することができ、圧縮機の信頼性維持の効果が得られる。

また、オイルセパレータ１５ａ、１５ｂで分離出来なかった冷凍機油も、冷媒回路を循環してアキュームレータ６ａ、６ｂ内に溜まる。ある一定量の冷凍機油が滞留すると、Ｕ字管の上方開口部より下方に位置するＵ字管返油穴６ｃ、６ｄより圧縮機２ａ、２ｂへ返油される。アキュームレータ６ａ、６ｂ内に滞留する冷凍機油を低減することができ、圧縮機信頼性の向上や、冷凍機油の油量低減によるコスト改善といった効果が得られる。ただし、同時に下部に滞留したり、冷凍機油に溶解した液冷媒もＵ字管返油穴６ｃ、６ｄより圧縮機２ａ、２ｂへ吸入されるが、適度なＵ字管返油穴形状を設定することにより、適度な吸入乾き度を有し、冷凍機油だけを返油できる機能を持つことができる。

図２は冷房運転における制御装置１４の構成を示す図である。次にこの空気調和装置での制御装置１４により行われる制御動作について説明する。冷房運転では室内熱交換器９ｐ、９ｑが蒸発器となるので、ここで所定の熱交換能力が発揮されるように蒸発温度（蒸発器の二相冷媒温度）が設定され、この蒸発温度を実現する圧力の値を低圧目標値として設定する。そして、圧縮機制御手段３０でインバータ回路による圧縮機２ａ、２ｂの回転数制御を行う。圧縮機２ａ、２ｂの運転容量は圧力センサ１９ｃ、１９ｄで計測される圧力が定められた目標値、例えば飽和温度１０℃に相当する圧力になるよう制御される。また回転数制御により、凝縮温度（凝縮器の二相冷媒温度）も変化するが、性能、信頼性確保のため、凝縮温度として一定の範囲が設定され、この凝縮温度を実現する圧力の値を、高圧目標値として設定する。伝熱媒体である空気や水を搬送するファン回転数やポンプ流量を、室外熱交換器４ａ、４ｂの熱交換量や、室内熱交換器９ｐ、９ｑの熱交換量から予め定められた状態を元に、圧縮機制御手段３０と室外熱交換量制御手段３１とにより、圧力センサ１９ａ、１９ｂで計測される圧力が目標範囲内になるよう制御される。

また、過熱度制御手段３２により、膨張弁１０ｐ、１０ｑは（温度センサ２０ｐの温度）−（温度センサ２０ｒの温度）、（温度センサ２０ｑの温度）−（温度センサ２０ｓの温度）で演算される室内熱交換器９ｐ、９ｑの出口の過熱度が目標（温度）値となるように開度制御する。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば５℃を用いる。目標となる出口過熱度に制御することで、室内熱交換器９ｐ、９ｑ内の二相状態の冷媒が占める割合を好ましい状態に保つことができる。

また流量調整弁５ａ、５ｂは流量制御手段３４によって予め定められた初期開度、例えば全開または全開に近い開度に制御される。また、流量調整弁１８ａ、１８ｂは、高低圧熱交換器過熱度制御手段３３によって（温度センサ２０ｇの温度）−（圧力センサ１９ｃで計測される圧力から換算される飽和温度）、（温度センサ２０ｈの温度）−（圧力センサ１９ｄで計測される圧力から換算される飽和温度）で演算される高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂの低圧の冷媒が通過する低圧側出口の過熱度があらかじめ定めた目標値となるように開度制御される。目標値は任意に定めることができるが、ここでは例えば２℃が用いられる。これにより、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂの仕様に見合った熱交換が実現できる。ここで、圧縮機制御手段３０、室外熱交換量制御手段３１、高低圧熱交換器過熱度制御手段３３及び流量制御手段３４は各室外機１ａ、１ｂにある制御手段１４ａ、１４ｂに設けられ、過熱度制御手段３２は室内機８ｐ、８ｑの制御手段１４ｐ、１４ｑに設けられる。

次に暖房運転の動作について説明する。四方弁３ａ、３ｂでは、図１の破線方向に管が接続される。流量調整弁５ａ、５ｂは適度に流量を調整して、室外機内の冷媒分布状態が各室外機で同様になり、なおかつ流量調整弁５ａ、５ｂの前後で適度な差圧が生じるように開度を予め設定されている。流量調整弁１８ａ、１８ｂは全閉、膨張弁１０ｐ、１０ｑは適度な開度に設定する。

この場合の冷媒の流れは次のようになる。圧縮機２ａ、２ｂから吐出された高圧高温ガスの冷媒はオイルセパレータ１５ａ、１５ｂ、四方弁３ａ、３ｂを通りガス配管７に流入する。オイルセパレータ１５ａ、１５ｂは前記した冷房運転時と同じ動作を行う。ガス配管７を通り室内機８に供給されたガス冷媒は室内機８ｐ、８ｑ内の室内熱交換器９ｐ、９ｑで凝縮、液化された後、膨張弁１０ｐ、１０ｑで減圧され、中間圧で液飽和状態に近い二相冷媒となる。中間圧の冷媒は液配管１１を通った後、室外機１ａ、１ｂに分配され室外機１ａ、１ｂに流入する。流量調整弁５ａ、５ｂで適度に各室外機１ａ、１ｂの冷媒流量を調節しているため、流量調整弁５ａ、５ｂを通った冷媒は低圧二相状態となる。低圧二相状態となった冷媒は高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂを通り、室外熱交換器４ａ、４ｂで蒸発し、ガス化した後、アキュムーレータ６ａ、６ｂを通り、圧縮機２ａ、２ｂに吸入される。アキュムーレータ６ａ、６ｂは前記した冷房運転時と同じ動作を行う。流量調整弁１８ａ、１８ｂは全閉しており、流れがないため、高低圧熱交換器１７ａ、１７ｂで冷媒間の熱交換はなされない。逆に流れがあると、熱交換するほど性能が低下することになる。

次にこの空気調和装置での制御装置１４により行われる制御動作について説明する。図３は暖房運転における制御装置１４の構成を示す。暖房運転では室内熱交換器９ｐ、９ｑが凝縮器となるので、ここで所定の熱交換量が発揮されるように凝縮温度が設定され、この凝縮温度を実現する高圧の圧力値を高圧目標値として設定する。そして圧縮機制御手段３０がインバータ回路による圧縮機２ａ、２ｂの回転数制御を行う。圧縮機２ａ、２ｂの運転容量は圧力センサ１９ａ、１９ｂで計測される高圧の圧力値が定められた目標値、例えば飽和温度５０℃に相当する圧力になるよう制御される。また同時に回転数制御により、室外熱交換器４ａ、４ｂの蒸発温度が変化するが、能力、信頼性確保のため一定の範囲が設定され、この蒸発温度を実現する圧力の値を低圧目標値として設定する。圧縮機制御手段３０と室外熱交換量制御手段３１とにより、伝熱媒体である空気や水を搬送するファン回転数やポンプ流量を、室外熱交換器４ａ、４ｂの熱交換量や、室内熱交換器９ｐ、９ｑの熱交換量から予め定められた状態を元に、圧力センサ１９ｃ、１９ｄで計測される低圧の圧力値が目標範囲内になるよう制御される。

また、過冷却度制御手段３５により、膨張弁１０ｐ、１０ｑは（圧力センサ１９ｐで計測される圧力から換算される飽和温度）−（温度センサ２０ｒの温度）、（圧力センサ１９ｑで計測される圧力から換算される飽和温度）−（温度センサ２０ｓの温度）で演算される室内熱交換器９ｐ、９ｑの出口側の過冷却度（以下、室内熱交換器出口過冷却度という）が目標値（温度）となるように開度制御される。この目標値としては、予め定められた目標値、例えば１０℃を用いる。また、流量調整弁１８ａ、１８ｂは、高低圧熱交換器過熱度制御手段３３によって予め定められた初期開度、例えば全閉または全閉に近い開度に固定して制御される。また、流量制御手段３４は、後述する圧縮機吐出過熱度及び蒸発器出口過熱度を演算して流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御する。ここで、圧縮機制御手段３０、室外熱交換量制御手段３１、高低圧熱交換器過熱度制御手段３３及び流量制御手段３４は各室外機１ａ、１ｂにある制御手段１４ａ、１４ｂに設けられ、過冷却度制御手段３５は室内機８ｐ、８ｑの制御手段１４ｐ、１４ｑに設けられる。

ここで、暖房運転と冷房運転の違いをみると、冷房運転では液配管１１に高圧の液冷媒が存在する一方、暖房運転では液配管１１に中間圧の液相または飽和液に近い二相冷媒が存在する。従って暖房運転では冷房運転に比べて液配管１１内を流れる冷媒の量は少なく、その分発生した余剰冷媒はアキュームレータ６ａ、６ｂに液冷媒として溜まることになる。大容量化した空気調和装置では、共通の液配管１１や液分岐管２３ａ、２３ｂ、液枝管２５ｐ、２５ｑの管径、配管長が増加するが、それに比例して冷媒量も増加するため、余剰冷媒の量もさらに増大することになる。

そこで、室外流量制御手段３４が、圧力センサ１９からの圧力値及び温度センサ２０からの温度値に基づく演算を行って、流量調整弁５ａ、５ｂの開度を調整し、余剰冷媒の総量と、各室外機１ａ、１ｂのアキュームレータ６ａ、６ｂに余剰冷媒がいくら存在するかを制御する。なお、一般的に熱交換器の容積は室内熱交換器９ｐ、９ｑより室外熱交換器４ａ、４ｂのほうが大きい。暖房時には室内熱交換器９ｐ、９ｑを凝縮器として使うので、その容積差が暖房時の熱交換器における余剰冷媒となる。このような熱交換器の余剰冷媒と前述の液管内の余剰冷媒の和に安全率を掛け合わせたものがアキュームレータ６ａ、６ｂの容積となる。この安全率には、従来では空気調和装置が室外機１台構成であり流量調整弁５ａ、５ｂが存在せず液管の余剰冷媒が増大することも含まれる。

熱交換器容積、液管長さ、冷媒充填量等は多種あるものの、それらが合わさった空気調和装置の能力については、ほぼ線形性があり、余剰冷媒量も空気調和装置の能力の大きさに基づいて推定できる。室外機１台で空気調和装置を構成する場合は、その能力に見合った分の容積のアキュームレータを設ければよく、能力が大きくなると、アキュームレータの容積も大きくすればよい。ここで、大容量の空気調和装置を複数台の室外機で構成し、十分な均液制御が行われる場合、各室外機は個々の室外機の能力に見合ったアキュームレータの容積とすればよい。一方、同一構成でも均液制御が十分に機能しない場合、各室外機のアキュームレータは、最悪の事態を考え、同一能力の空気調和装置を室外機１台で構成する場合の容積としなくてはならない。このように、均液制御の良否によって、発生する余剰冷媒量が同じであっても空気調和装置におけるアキュームレータの容積の総計が大きく異なり、コスト・コンパクト性に影響を及ぼす。そこで、本実施の形態では、均液制御を十分に機能させるための制御を行う。

図４は凝縮器から蒸発器までの冷媒状態を流量調整弁の開度を変えて示したモリエル線図である。図４に基づいて流量調整弁５ａ、５ｂの開度と液管内の冷媒量の関係について説明する。ここで、おおよそ蒸発圧力、凝縮圧力は一定であり、高低差圧を占めるのは、膨張弁圧損、液管圧損、流量調整弁圧損である。本来、Ｏ、Ａ、Ｂはほぼ同じエンタルピー線上であるが、区別するためずらして記している。

モリエル線図上で状態Ｏとなっている場合、この状態より流量調整弁５ａ、５ｂの開度を減少させると、状態はＡ側に変化する。このとき、流量調整弁５ａ、５ｂ通過前後の冷媒の圧力の差圧が増大し、高低差一定であるため、膨張弁１０ｐ、１０ｑ通過前後の冷媒の圧力の差圧も減少し、そのため膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度が増加する。また、液管圧力の上昇、乾き度低下により液管内の密度が増加し、液管内に存在する冷媒量が増加する。さらに、液管内の乾き度低下により液管圧損も減少する。

逆に状態Ｏより流量調整弁５ａ、５ｂの開度を増加させると、モリエル線図上の状態はＢ側に変化する。このとき、流量調整弁５ａ、５ｂ通過前後の冷媒の圧力の差圧が減少し、高低差一定であるため、膨張弁１０ｐ、１０ｑ通過前後の冷媒の圧力の差圧も増大し、そのため膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度が減少する。また、液管圧力の低下、乾き度増大により液管内の密度が減少し、液管内に存在する冷媒量が減少する。さらに、液管内の乾き度増大により液管圧損も増加する。

図５は流量調整弁５ａ、５ｂの開度を変化させた時の室外機１ａ、１ｂにおける状態量を表す図である。図４より流量調整弁５ａ、５ｂの開度を減少させると液管内の冷媒量が増加する。図中の開度Ａまでは、液管内の冷媒増加分によりアキュームレータ６ａ、６ｂの液冷媒量が減少となる。アキュームレータ６ａ、６ｂ内に冷媒が存在しており、圧縮機２ａ、２ｂの吸入側における乾き度（以下、圧縮機吸入乾き度という）が１近傍、その結果、圧縮機２ａ、２ｂの吐出側の過熱度（以下、圧縮機吐出過熱度という）が一定値近傍で若干増加する程度であり、圧縮機２ａ、２ｂの信頼性は確保される。また、蒸発器である室外熱交換器４ａ、４ｂにおける冷媒滞留量に変化はなく、その出口乾き度（以下、蒸発器出口過熱度という）は１近傍であり、熱交換性能は高い。

そして流量調整弁５ａ、５ｂの開度の減少が開度Ａを超え、アキュームレータ６ａ、６ｂ内に液冷媒が存在しなくなると、室外熱交換器４ａ、４ｂの冷媒滞留量が減少し、蒸発器出口過熱度が増加する。室外熱交換器４ａ、４ｂの熱交換能力が低下して蒸発温度も上がるため、暖房能力が低下して性能（ＣＯＰ：成績係数）が低下する。また、圧縮機吐出過熱度及び圧縮機吸入乾き度は大きく増加し、圧縮機内が温度上昇して信頼性を損なうおそれがある。また、膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度を増加させる必要があるが、最終的には全開または全開に近い状態となり、凝縮器である室内熱交換器９ａ、９ｂの室内熱交換器出口過冷却度が目標値以上となってしまい、要求される暖房能力を発揮でないおそれがある。また、膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度制御による室外機１ａ、１ｂへの冷媒の流量分配ができなくなる。

逆に流量調整弁５ａ、５ｂの開度を増加させると液管内の冷媒量が減少する。図中の開度Ｂまでは、液管内の冷媒減少分によりアキュームレータ６ａ、６ｂの液冷媒量が増加となる。そのため、アキュームレータ６ａ、６ｂ内の液面が高くなるが、アキュームレータ６ａ、６ｂの気液分離が機能しており、圧縮機吸入乾き度が１近傍、その結果、圧縮機吐出過熱度は一定値近傍で若干減少する程度であり、圧縮機２ａ、２ｂの信頼性は確保される。室外熱交換器４ａ、４ｂの冷媒滞留量に変化はなく蒸発器出口過熱度は０近傍であり、熱交換性能は高い。

さらに流量調整弁５ａ、５ｂの開度の増加が開度Ｂを超え、アキュームレータ６ａ、６ｂの気液分配が機能しなくなると、アキュームレータ６ａ、６ｂの代わりに室外熱交換器４ａ、４ｂに冷媒が滞留し始め、蒸発器出口過熱度は変化しないが室外熱交換器４ａ、４ｂの出口側が液バック状態となる。さらに、圧縮機吐出過熱度、圧縮機吸入乾き度は大きく減少し圧縮機２ａ、２ｂの信頼性が損なわれるおそれがある。

以上より、流量調整弁５ａ、５ｂの開度を、好ましい状態である図５の開度Ａと開度Ｂの範囲内に調整すれば、室外熱交換器４ａ、４ｂの蒸発器出口過熱度を０近傍の低過熱度に制御することができ、また、圧縮機吐出過熱度をある一定値以上または圧縮機吸入乾き度を１近傍に制御することができるので、目的とする均液・余剰冷媒処理を実現することができる。そして、このことは本実施の形態のように２つの室外機１ａ、１ｂの構成だけによるものではなく、３台以上の室外機を有する空気調和装置についても同様のことがいえる。

図６は本実施の形態に係る制御装置１４が行う制御の処理に関するフローチャートを表す図である。図６に基づいて、制御装置１４（特に制御装置１４ａ、１４ｂ）が行う制御、特に室外流量制御手段３４が行う流量調整弁５ａ、５ｂの開度の制御について説明する。まず、ステップＳ０で、圧縮機２ａ、２ｂ等が起動して空気調和装置による暖房運転が開始される。ステップＳ１で、制御装置１４を構成する各制御手段は、各センサの初期状態検知に応じた初期設定による固定値を設定する。

次にステップＳ２で、空気調和装置の運転開始後、一定時間（例えば５分、１０分等）が経過したかどうかを判断する。ここで、暖房運転開始時に、流量調整弁５ａ、５ｂを、その前後において差圧が発生する程度の開度にしておくと、冷媒が低圧となって着霜してしまい、能力低下となり、低圧目標値に回復するまでに時間を要す、さらには回復できないなどの起動不良のおそれがある。そこで、例えば、暖房運転開始時には、流量調整弁５ａ、５ｂを全開または全開に近い状態とすることで、前述の能力低下や起動不良を防止することができる。その後、流量調整弁５ａ、５ｂは、室外流量制御手段３４による制御が実施されるまで、全開または全開に近い状態のまま維持させる。

ステップＳ２で運転開始後、一定時間が経過したものと判断すると、ステップＳ３で、各圧力センサ１９及び温度センサ２０並びに、室内機８ｐ、８ｑの使用状況（負荷）等の情報（データ）基づいて室外流量制御手段３４を除く他の制御手段が各制御対象の制御を行う。そして、ステップＳ４で、流量調整弁５ａ、５ｂを制御する時間間隔に基づいて時間経過を判断する。ここで、他の制御手段が各々に固有の制御の指令が出る時間間隔（例えば１分）ごとに実施するのに対し、室外流量制御手段３４は、それよりも十分大きい時間間隔（例えば５分）でステップＳ５ａ、Ｓ５ｂを実行して流量調整弁５ａ、５ｂを制御するものとする。これは後述するように、ハンチング等の発生を防止し、制御を安定させるためである。なお、以下のステップにおいて、室外流量制御手段３４は流量調整弁５ａ、５ｂを制御するが、流量調整弁５ａ、５ｂの両方に同じ制御が行われるのではなく、流量調整弁５ａ及び５ｂはそれぞれが設けられている室外機１ａ、１ｂの各機器の状態等に応じて制御が行われる。

室外流量制御手段３４が行うステップＳ５ａ、Ｓ５ｂの内容として、まず、ステップＳ６ａ、Ｓ６ｂで、各室外機１ａ、１ｂの室外熱交換器４ａ、４ｂにおける蒸発器出口過熱度を、（温度センサ２０ｅの温度）−（圧力センサ１９ｃで計測される圧力から換算される飽和温度）、（温度センサ２０ｆの温度）−（圧力センサ１９ｄで計測される圧力から換算される飽和温度）により演算する。また、圧縮機２ａ、２ｂの圧縮機吐出過熱度を（温度センサ２０ａの温度）−（圧力センサ１９ａで計測される圧力から換算される飽和温度）、（温度センサ２０ｂの温度）−（圧力センサ１９ｂで計測される圧力から換算される飽和温度）により演算する。ここで、飽和温度については、制御装置１４（室外流量制御手段３４）が圧力−飽和温度換算テーブルのデータを記憶手段（図示せず）に記憶しており、計測される圧力の値に基づいて換算を行う。

図７は流量調整弁５ａ、５ｂの開度操作を行う判断基準となる室外機１ａ、１ｂの状態の分類例を表す図である。ステップＳ７ａ、Ｓ７ｂで、演算した圧縮機吐出過熱度及び蒸発器出口過熱度に基づいて、室外機１ａ、１ｂの状態が図７に示すような状態Ａ〜状態Ｅの５分類のどの状態に該当するかを判断する。ここで、圧縮機吐出過熱度には１つのしきい値（例えば３０℃）を設け、蒸発器出口過熱度には２つのしきい値（例えば２℃と５℃）を設けて分類する。なお、等号は実質的に意味がなく、しきい値がそれよりも大きい数値の分類に属しても小さい分類に属してもよい。

状態Ａは、
圧縮機吐出過熱度＜３０℃（しきい値）かつ、
０≦蒸発器出口過熱度＜２℃（しきい値１）
となる状態である。圧縮機吸入状態が液バック状態であり、今後もこの状態が続く。
状態Ｂは、
圧縮機吐出過熱度＜３０℃（しきい値）かつ、
２℃（しきい値１）≦蒸発器出口過熱度＜５℃（しきい値２）
となる状態である。圧縮機吸入状態は湿り気味であるが、蒸発器出口乾き度がある程度高いので、時間が経過すると吸入湿り状態が解消される可能性がある。
状態Ｃは、
圧縮機吐出過熱度＜３０℃（しきい値）かつ、
蒸発器出口過熱度＞５℃（しきい値２）
となる状態である。圧縮機吸入状態は湿り気味であるが、蒸発器出口乾き度が高いので、時間が経過すると吸入湿り状態から高乾き状態となり性能低下する恐れがある。
状態Ｄは、
圧縮機吐出過熱度≧３０℃（しきい値）かつ、
０≦蒸発器出口過熱度＜５℃（しきい値２）
となる状態である。蒸発器出口乾き度ほぼ０近傍で性能が確保でき、なおかつ圧縮機吸入状態が良好である。
状態Ｅは、
圧縮機吐出過熱度≧３０℃（しきい値）かつ、
蒸発器出口過熱度＞５℃（しきい値２）
となる状態である。状態Ｅは圧縮機吸入状態がかなり乾いてアキュームレータ６ａ、６ｂに余剰冷媒がなく、性能低下の恐れがある。

ステップＳ７ａ、Ｓ７ｂの判断に基づいて流量調整弁５ａ、５ｂの開度の増減または維持を判断する。開度増減の変化量は、例えば変化前と約５％異なるようにする。ここで、
状態Ａの場合は、流量調整弁が開き過ぎているため、開度を減少させるものと判断する（ステップＳ８ａ、Ｓ８ｂ）。
状態Ｂの場合は、流量制御弁の開度を変更する必要がないものと判断する（ステップＳ９ａ、Ｓ９ｂ）。
状態Ｃの場合は、流量制御弁を絞り過ぎているため、開度を増加させるものと判断する。（ステップＳ１０ａ、Ｓ１０ｂ）
状態Ｄの場合は、流量制御弁の開度は望ましい状態であり変更しないものと判断する（ステップＳ９ａ、Ｓ９ｂ）。
状態Ｅの場合は、流量調整弁を絞り過ぎているため、開度を増加させるものと判断する（ステップＳ１０ａ、Ｓ１０ｂ）。

次に、ステップＳ１１ａ、１１ｂで、流量調整弁５ａ、５ｂの開度の上限値及び下限値を求める。流量調整弁５ａ、５ｂの開度範囲を固定してもよいが、後述するように、図５の好ましい状態の範囲は一意的に決まらないため、流量調整弁５ａ、５ｂの開度範囲を調整した方が望ましい。ここで、ステップＳ１１ａ、１１ｂはステップＳ３より後であれば、これより前のステップにおいて算出するようにしてもよい。ステップＳ１２ａ、１２ｂで、増減または維持したときの開度が、上限値及び下限値で定めた範囲内に収まっているか判断し、収まっていない場合は開度を修正する。開度が下限値以下の場合は開度を下限値に修正する（Ｓ１３ａ、Ｓ１３ｂ）。また、開度が上限値以上の場合は開度を上限値に修正する（Ｓ１４ａ、Ｓ１４ｂ）。ステップＳ１５ａ、Ｓ１５ｂで、流量調整弁５ａ、５ｂに指令を送信し、流量調整弁５ａ、５ｂが決定した開度になるように制御する。そして、またステップＳ３に戻り、順に処理を始める。

室外流量制御手段３４において、以上のような流量調整弁５ａ、５ｂの制御を行い、圧縮機吐出過熱度を一定値以上に設定することにより圧縮機吸入乾き度を高く保つことができ、圧縮機２ａ、２ｂの信頼性向上、特に軸受け部分の信頼性を確保する上で、実運転時において必要な分の冷凍機油の潤滑性能を確保する効果がある。また蒸発器出口過熱度を１近傍の低い過熱度に設定することにより、室外熱交換器４ａ、４ｂにおける熱交換性能を高く保ち、空気調和装置全体の性能を改善する効果がある。

また、複数台の室外機１ａ、１ｂで大容量の空気調和装置を構成するため、冷媒充填量が多く余剰冷媒処理のためにアキュームレータの容量を大きくする必要がある。しかし、圧縮機吐出過熱度を一定値以上にし、蒸発器出口を乾き度１近傍の低過熱度の状態（上述した状態Ｄ）になるように流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御することにより、各室外機１ａ、１ｂ内における冷媒分布状態が同一（均一）の状態になるように近づけ、各室外機１ａ、１ｂ内に大きな偏りなく（余剰）冷媒を分配することができる。このため、各室外機１ａ、１ｂ内には、その室外機の能力に応じた容積のアキュームレータ６ａ、６ｂを設ければよい。そのため、１台で用いるか、複数台で用いるかにより同能力の室外機でアキュームレータの容積を分けずにすみ、生産性向上、コスト低減の効果を得られる。また、圧縮機吐出過熱度は圧縮機吸入乾き度の他に、圧縮機運転時の吐出、吸入圧力に強く依存する。

ここで、低圧縮比ほど圧縮機吐出過熱度が低下することがわかっているので、暖房時のような外気温度が低い環境での運転においては圧縮機吐出過熱度に設けるしきい値を低くするように補正してもよい。

次に流量調整弁５ａ、５ｂの制御の時間的な変化について説明する。室外熱交換器４ａ、４ｂの蒸発器出口過熱度が変化すると、アキュームレータ６ａ、６ｂ内に液冷媒が存在し、その液面高さが変化する場合は、アキュームレータ６ａ、６ｂにあるＵ字管の気液分離が機能し、圧縮機吸入乾き度の変化は少ない。逆にアキュームレータ６ａ、６ｂ内に液冷媒が存在しないか、またはオーバーフローして気液分離が機能しない場合は、圧縮機吸入乾き度は大きく変化する。このように蒸発器出口過熱度は圧縮機吸入乾き度に影響を与えるが、圧縮機吸入乾き度の大きな変化は、アキュームレータ６ａ、６ｂの容積分、時間遅れを生じる。

また、図５に示しているように、圧縮機吸入乾き度の変化が小さい場合は圧縮機吐出過熱度の変化も小さいが、圧縮機吸入乾き度が１から小さくなるに従い、圧縮機吐出過熱度の変化も大きくなる。圧縮機吐出過熱度の変化は遅れを生じることなく圧縮機吸入乾き度の変化に反映する。室外機１ａ、１ｂの状態が、図５に示した好ましい範囲内にある場合は、状態変化が少なく、流量調整弁５ａ、５ｂの制御時間間隔が大きくても十分制御可能である。一方、好ましい状態の範囲を外れる、または外れそうな場合は、圧縮機吸入乾き度が低い高湿り側（Ｂより右側）の状態では時間遅れのない圧縮機吐出過熱度により、また、圧縮機吸入乾き度が高い高乾き側（Ａより左側）の状態では蒸発器出口過熱度について２つのしきい値を設けて状態を区別することにより、流量調整弁５ａ、５ｂの制御時間間隔が大きくても十分制御可能である。

さらに、前記のように圧縮機制御手段３０が行う圧縮機の容量（運転周波数）制御、室内過冷却度制御手段３５が行う膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度制御は、制御すべき指令が出る時間間隔が小さく、図４に示している配管圧損、膨張弁差圧は、その制御に同期して短い時間間隔で変化する。流量調整弁５ａ、５ｂをこれらの時間間隔に合わせて制御すると、差圧も短い時間で変化する可能性があり、これらの変化が互いに影響を及ぼし合ってハンチング等が生じ、制御が安定しないおそれがある。そこで、流量調整弁５ａ、５ｂの開度制御は、圧縮機２ａ、２ｂの容量制御、膨張弁１０ｐ、１０ｑの開度制御よりも指令する時間間隔を大きくし、少なくとも流量調整弁における差圧の変化をゆっくりとしたものにして、ハンチング発生を防止することで、安定した制御が実現できる。

次に流量調整弁５ａ、５ｂの個別の開度範囲について説明する。図５の好ましい状態の範囲は一意的に決まらず、流量調整弁５ａ、５ｂの開度範囲は必ずしも一定でない。実使用の条件ごとに図５の好ましい状態の開度範囲を決めればよいが、現実には、開度範囲を変化させる因子が多く煩雑である。そのため、特定の因子に絞る必要がある。ここで、開度範囲が一定でなくてもモリエル線図上の状態は大きく変化しないので、できる限り差圧一定となるように、例えば下限側０．５ＭＰａ、上限側１．４ＭＰａとして開度範囲を定める。このためには冷媒流量を想定する必要がある。そのため、室外機１ａ、１ｂに要求される能力（負荷）、外気温度、吸入圧力、冷媒の蒸発温度、圧縮機の運転周波数等、冷媒流量に関するデータ等が開度範囲を特定するための因子となる。また、開度範囲だけでなく開度の補正も行うようにしてもよい。

ここで、実使用条件における各種のばらつきを考慮して余裕の開度範囲を定めた場合、開度範囲外になるのは想定される実使用条件を外れた使用であることになる。従って、運転を継続すべきではないという判断ができる。このように、開度範囲の設定は想定外の使用の歯止めとして性能・信頼性を確保する効果がある。また、開度範囲の変化に応じて流量調整弁５ａ、５ｂの開度を変化させることで、実使用条件の変化に応じて、安定した制御を実施することができる。そして、室外機１ａ、１ｂの機種構成は、通常、定格能力に対し圧縮機、熱交換器、アキュームレータ等を相似設計するので、機種によらず、要求される負荷容量、外気温度に基づいて開度範囲を設定することができ、開発負荷を低減でき、制御仕様を共通化することにより生産性向上が図れる効果がある。

以上のように実施の形態１の空気調和装置によれば、制御装置１４の室外流量制御手段３４が圧力センサ１９、温度センサ２０等の測定から得られる物理量に基づいて、蒸発器出口過熱度及び圧縮機吐出過熱度を演算して算出し、流量調整弁５ａ、５ｂの開度の増減または維持を判断し、適度に調整することにより、各室外機１ａ、１ｂにおける室外熱交換器４ａ、４ｂの出口側において乾き度１近傍の低過熱度に制御し、室外熱交換器４ａ、４ｂに存在する冷媒を凡そ一定の状態でなおかつ性能を充分高く確保して安定に運転できる。そして、圧縮機２ａ、２ｂの圧縮機吐出過熱度を一定の範囲内に制御することにより、アキュームレータ６ａ、６ｂから液冷媒がオーバーフローすることなく、室外機の信頼性を確保しつつ、安定な運転をおこなうことができる。そして、室外機１ａ、１ｂに蒸発器出口過熱度及び圧縮機吐出過熱度が一定になるようにしたので、室外機１ａ、１ｂ内の冷媒量をほぼ均一にすることができる。さらに、制御装置における演算により、均液・余剰冷媒処理を行うことができるので、レシーバ等の機器を新たに設けなくてもよいので、低コスト等が実現できる。

また、開度の上限値及び下限値を設けるようにしたので、例えばその開度を超えようとする想定外の使用を防止することができ、信頼性を確保することができる。そして、その開度、開度範囲を補正するようにしたので、より好ましい範囲に流量調整弁５ａ、５ｂの開度を調整することができる。そして、開度範囲、開度の補正の際、多くの因子として、冷媒流量に着目し、要求される能力、外気温度等の冷媒流量に関するデータに基づいて補正を行うようにしたので、多くの因子を用いて複雑な開度範囲の計算をしなくても、ほぼ適当な開度範囲、開度の補正を行うことができる。そして、上記のような流量調整弁５ａ、５ｂの開度制御を行って、各室外機１ａ、１ｂ内の冷媒をその能力応じて均一に分配等できるので、アキュームレータ６ａ、６ｂの容積について、単体用途、複数台並列使用用途等に分けることなく、仕様等の変更なく、製品コスト、製品サイズを抑えることができ、生産性を高くすることができる。

実施の形態２．
図８は室外機を３台で構成した場合の制御装置１４が行う制御の処理に関するフローチャートを表す図である。図８に基づいて、制御装置１４が行う制御、特に室外流量制御手段３４が行う流量調整弁の開度の制御について説明する。複数台の室外機で空気調和装置を構成することで、前記のように、図５の好ましい状態の開度範囲は各流量調整弁で一意的に決まらない。そして、各流量調整弁の開度範囲は他の流量調整弁の開度の相対関係にも依存する。接続点１２で分岐した気液二相状態の冷媒が偏って分配され、求めた流量調整弁の開度が、予め想定して定めた開度の上限値・下限値の範囲を超えようとする場合にも、各流量調整弁の開度について、以下のような補正を行うことにより、より最適な均液・余剰冷媒処理を行うことができる。ここで、特に図示はしないが、３台目の室外機を室外機１ｃとし、室外機１ｃ内の各手段について、符号にｃを付すものとする。

まず、ステップＳ２０からＳ３０までの処理は、図６に示したステップＳ０からＳ１０と同様の処理を行うため説明を省略する。ステップＳ３０の後、ステップＳ３１ａ、Ｓ３１ｂ、Ｓ３１ｃで、制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃの室外流量制御手段３４は、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれについて、開度の上限値と下限値を求める。そして、Ｓ３２でどの室外機の流量調整弁の開度が最も突出しているかを判断するための指標を演算等により求める。この指標を求める処理は、制御装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃのいずれかが行えばよい。例えば、（流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃについて求めた開度の下限値Ｌ_min ）−（流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度Ｌ）の中で最も大きな値を指標δ_min とする。また、（流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度Ｌ）−（流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに求めた開度の上限値Ｌ_max ）の中で最も大きな値を指標δ_max とする。

ステップＳ３３で、δ_min ≧０であるかどうか（下限値を超えようとする流量調整弁があるかどうか）を判断する。δ_min ≧０であれば、ステップＳ３４ａ、Ｓ３４ｂ、Ｓ３４ｃで、求めた流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度Ｌが、下限値Ｌ_min と上限値Ｌ_max の範囲内にあり、かつ、図７で示す状態Ａにあるかどうかを判断する。この条件を満たしていると判断すれば、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、求めた開度Ｌになるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。この条件を満たしていないと判断すれば、ステップＳ３５ａ、Ｓ３５ｂ、Ｓ３５ｃで、開度Ｌにδ_min を加えた開度をあらためて開度Ｌとする補正を行う。そして、さらにステップＳ３６ａ、Ｓ３６ｂ、Ｓ３６ｃで、補正した開度Ｌが上限値Ｌ_max より大きいかどうかを判断し、大きくなければ、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、補正した開度Ｌになるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。一方、補正した開度Ｌが上限値Ｌ_max より大きければ、ステップＳ３７ａ、Ｓ３７ｂ、Ｓ３７ｃで上限値Ｌ_max を開度Ｌにする補正をし、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、補正した開度Ｌ（上限値Ｌ_max ）になるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。以上のようにして、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御した後、ステップＳ２３に戻り、順に処理を始める。

一方、ステップＳ３３で、δ_min ≧０でないと判断すると、ステップＳ３８で、δ_max ≧０であるかどうか（上限値を超えようとする流量調整弁があるかどうか）を判断する。δ_max ≧０であれば、ステップＳ３９ａ、Ｓ３９ｂ、Ｓ３９ｃで、求めた流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度Ｌが、下限値Ｌ_min と上限値Ｌ_max の範囲内にあり、かつ、図７で示す状態ＣまたはＥにあるかどうかを判断する。この条件を満たしていると判断すれば、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、求めた開度Ｌになるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。この条件を満たしていないと判断すれば、ステップＳ４０ａ、Ｓ４０ｂ、Ｓ４０ｃで、開度Ｌからδ_max を引いた開度をあらためて開度Ｌとする補正を行う。そして、さらにステップＳ４１ａ、Ｓ４１ｂ、Ｓ４１ｃで、補正した開度Ｌが下限値Ｌ_min より大きいかどうかを判断し、大きくなければ、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、補正した開度Ｌになるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。一方、補正した開度Ｌが下限値Ｌ_min より大きければ、ステップＳ４２ａ、Ｓ４２ｂ、Ｓ４２ｃで上限値Ｌ_max を開度Ｌにする補正をし、ステップＳ４３で、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃに指令を送信し、補正した開度Ｌ（下限値Ｌ_min ）になるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。以上のようにして、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御した後、ステップＳ２３に戻り、順に処理を始める。

ステップＳ３８で、δ_max ≧０でないと判断すると、求めた開度Ｌになるように流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。以上のようにして、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃを制御した後、ステップＳ２３に戻り、順に処理を始める。

例えば、仮に空気調和装置の設置工事等のイレギュラー要因や運転起動前に液冷媒分布が偏っている等のために、室外機から出る液配管と共通の液配管との接続点１３から、ある室外機（例えば室外機１ａ）に、液リッチに偏った二相冷媒が分配されてしまう場合がある。このとき、室外流量制御手段３４は、例えば、流量調整弁５ａの開度を減少させる判断をすることにより、定められた下限値を下回る開度となってしまう場合がある。このとき、本実施の形態では、下限値を超過する開度分を、他の流量調整弁の開度に加え、流量調整弁５ａを開度下限値に設定する。そのため、各流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃにおいて、開度範囲を逸脱することなく、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの間の相対的な開度関係を拡大し、開度総量を低減させることにより余剰冷媒を減少させるようにしたので、液リッチに偏った冷媒分配にも対応できる。

逆に、ある室外機（例えば室外機１ａ）にガスリッチに偏った二相冷媒が分配される場合は、このとき、室外流量制御手段３４は、例えば、流量調整弁５ａの開度を増加させる判断をすることにより、定められた上限値を上回る開度となってしまう場合がある。このとき、本実施の形態では、上限値を超過する開度分を、他の流量調整弁の開度から差し引いて、流量調整弁５ａを開度上限値に設定する。そのため、各流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃにおいて、開度範囲を逸脱することなく、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの間の相対的な開度関係を拡大し、開度総量を増加させることにより乾き度を減少させ、ガスリッチに偏った冷媒分配に対応できる。

図９は温度センサ２０ｅ、２０ｆの配設位置の他の例を表す図である。図１では、蒸発器出口過熱度を計測できるようにするため、室外熱交換器４ａ、４ｂ内を通過する各パス（配管等）が集合した部分の管に温度センサ２０ｅ、２０ｆを配置している。各パスにより過熱度のつきやすさにばらつきがあるため、各パスが集合した部分に配設すれば、平均の蒸発器出口過熱度に基づく温度が計測できる。

一方、図９では過熱度がつきやすい（温度が高い）パスに温度センサ２０ｅ、２０ｆを配設するようにしている。このような配設をすると、室外熱交換器４ａ、４ｂにおける高い過熱度のパスの温度を計測することになるため、各パスが集合した部分に配設した温度と同じ温度を計測しても、その温度に基づく平均的な蒸発器出口過熱度は低くなる。従って、室外熱交換器４ａ、４ｂ内において、二相冷媒が占める割合は大きいと判断した上で対応することができるので、熱交換性能を高く維持する効果がある。

以上のように実施の形態２の空気調和装置では、流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度制御によって、設定した開度範囲が突出する（超えてしまう）ときは、その流量調整弁については、開度範囲を超えないように制御し、他の流量調整弁の開度の増減が可能であれば、増減させることにより、開度の絶対値を変化させず、室外機１ａ、１ｂ、１ｃ間の相対的な変化と流量調整弁５ａ、５ｂ、５ｃの開度の総計を調整することで、連携により、より精度の高い均液・余剰冷媒処理を行うことができる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態３に係る圧縮機２ａ、２ｂに関するセンサの配設位置を表す図である。前記の実施の形態（特に実施の形態１）では、温度センサ２０ａ、２０ｂの温度から圧力センサ１９ａ、１９ｂで計測される圧力から換算される飽和温度を引くことで圧縮機吐出過熱度を算出した。本実施の形態では、圧縮機２ａ、２ｂの冷凍機油が溜まる部位の圧縮機シェル表面に温度センサ２０ｔ、２０ｕを設け、圧縮機シェルにおける圧縮機シェル表面温度過熱度を判断して流量調整弁５ａ、５ｂの開度制御を実施する。

ここで、圧力センサ１９ｃ、１９ｄについては、室外機１ａ、１ｂの吸引側であれば特定の箇所である必要はない。前述のように、圧力−飽和温度換算テーブルに基づいて圧力値を飽和温度に換算する。この飽和温度と温度センサ２０ｔ、２０ｕが計測して得られた温度値との差に基づいて、圧縮機シェル表面温度過熱度を求める。なお、図１０に示すように、圧縮機２ａ、２ｂ内の低圧空間に冷凍機油が溜まっているために圧力センサ１９ｃ、１９ｄが計測した圧力の値を用いたが、例えば、場合であるが、圧縮機２ａ、２ｂ内の高圧空間に冷凍機油が溜まっている場合、温度センサ２０ｔ、２０ｕが計測して得られた温度値と圧力センサ１９ａ、１９ｂで計測される圧力から換算される飽和温度を用いてシェル表面温度過熱度を求める。

そして、圧縮機吐出過熱度の代わりに圧縮機シェル表面温度過熱度を用いて、室外流量制御手段３４は流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御する。ここで、図７において圧縮機吐出過熱度のしきい値を例えば３０℃で設定したが、圧縮機シェル表面温度過熱度のしきい値としては、例えば１０℃で設定すればよい。

圧縮機２ａ、２ｂの信頼性を確保するにあたり、特に軸受け信頼性を確保する上で必要な実運転時の冷凍機油の潤滑性能は圧縮機吐出過熱度と相関関係がある。しかし、圧縮機２ａ、２ｂの実運転状態、特に冷媒循環量により圧縮機内部の温度分布によりその相関関係は異なる。また最近の圧縮機は、ＤＣブラシレスモーター化等の高効率化により、圧縮機吐出過熱度が低く、圧縮機吐出過熱度に基づいて圧縮機吸入乾き度を判断すると誤差を伴う。そこで、潤滑油性能との相関の変化要因、誤差要因を圧縮機吐出過熱度より低い圧縮機シェル表面温度過熱度に基づいて判断することにより、均液・余剰冷媒制御を高精度で実現できる効果がある。また、圧縮機２ａ、２ｂ（特に軸受け）の信頼性を確保することができる。

図１１は圧縮機２ａ、２ｂに関するセンサの配設位置の他の例を表す図である。図１１では、温度センサ２０ｔ、２０ｕを冷凍機油が溜まる部位の圧縮機シェル表面に配設する代わりに、直接、冷凍機油の温度を計測することができる油温センサ２１ａ、２１ｂを用いるようにしたものである。油温センサ２１ａ、２１ｂが計測して得られた温度値と圧力センサ１９ａ、１９ｂで計測される圧力から換算される飽和温度を用いて冷凍機油の過熱度を求める。

そして、圧縮機吐出過熱度の代わりに冷凍機油の過熱度を用いて、室外流量制御手段３４は流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御する。ここで、図７において圧縮機吐出過熱度のしきい値を例えば３０℃で設定したが、冷凍機油の過熱度のしきい値としては、例えば５℃で設定すればよい。

圧縮機２ａ、２ｂの軸受け信頼性を確保する上で、必要な実運転時の冷凍機油の潤滑性能は、圧縮機シェル表面温度過熱度と相関があるが、実運転状態、特に外気温度や圧縮機内部の冷媒流れ、圧縮機への返油状況によりその相関は異なる。潤滑油性能との相関の変化要因、誤差要因を圧縮機シェル表面の過熱度より低い冷凍機油の過熱度を検知することにより、均液・余剰冷媒制御を高精度で実現できる効果がある。また、圧縮機２ａ、２ｂ（特に軸受け）の信頼性を確保することができる。

以上のように実施の形態３の空気調和装置によれば、圧縮機シェル表面温度過熱度を演算し、圧縮機吐出過熱度の代わりに圧縮機シェル表面温度過熱度に基づいて、流量調整弁５ａ、５ｂの開度制御を行うようにしたので、圧縮機の高効率化による低過熱度化により、判断に誤差が含まれる可能性がある圧縮機吐出過熱度よりも均液・余剰冷媒制御を高精度で実現でき、圧縮機２ａ、２ｂ（特に軸受け）の信頼性を確保することができる。また、圧縮機シェル表面温度過熱度よりも誤差が含まれる可能性が小さい冷凍機油の過熱度により流量調整弁５ａ、５ｂの開度制御を行うようにすることで、さらに効果を高めることができる。

実施の形態４．
図１２は実施の形態４に係る制御装置１４が行う制御の処理に関するフローチャートを表す図である。前記の実施の形態（特に実施の形態１）では、各室外機１ａ、１ｂで余剰冷媒を偏りなく分配することを目的として、圧縮機吐出過熱度を一定値以上にし、蒸発器出口過熱度を０に近い状態にするように流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御するようにした。本実施形態では、１台の室外機（例えば室外機１ａ）のアキュームレータ６ａに余剰冷媒を溜め、残りの室外機には余剰冷媒を溜めないようにすることを目的として、流量調整弁５ａ、５ｂの開度を制御する。基本的な空気調和装置の構成は図１と同じであるが、余剰冷媒を溜めようとする室外機１ａのアキュームレータ６ａの容積は、溜めようとする余剰冷媒に見合った分大きいものとする。

まず、ステップＳ５０からＳ５４までの処理は、図６に示したステップＳ０からＳ４と同様の処理を行うため説明を省略する。ステップＳ５４の後、室外流量制御手段３４では、余剰冷媒を溜める室外機１ａにおける流量調整弁５ａの開度の判断を行うステップＳ５５ａと、その他の室外機における流量調整弁５ｂの開度の判断を行うステップＳ５５ｂに分けて判断を行う。

室外流量制御手段３４が行うステップＳ５５ａの内容として、まず、ステップＳ５６ａで、各室外機１ａの室外熱交換器４ａにおける蒸発器出口過熱と圧縮機２ａの圧縮機吐出過熱度を演算する。演算方法については前記したものと同様の方法で行う。

ステップＳ５７ａで、３つの分類から室外機１ａの状態を判断する。蒸発器出口過熱度があらかじめ定めた所定の範囲（以下、第１の範囲という）の下限値よりも小さいか、または圧縮機吐出過熱度があらかじめ定めたしきい値より小さいと判断した場合は、ステップＳ５８ａで流量調整弁５ａの開度を減少させると判断し、ステップＳ６１ａにおいて、流量調整弁５ａに指令を送信し、流量調整弁５ａが決定した開度になるように制御する。また、蒸発器出口過熱度が第１の範囲内にあると判断した場合は、ステップＳ５９ａで流量調整弁５ａの開度を現状維持すると判断し、ステップＳ６１ａにおいて、流量調整弁５ａに指令を送信し、流量調整弁５ａが開度を維持するように制御する。また、蒸発器出口過熱度が第１の範囲の上限値より大きいと判断した場合は、ステップＳ６０ａで流量調整弁５ａの開度を増加させると判断し、ステップＳ６１ａにおいて、流量調整弁５ａに指令を送信し、流量調整弁５ａが決定した開度になるように制御する。

一方、室外流量制御手段３４が行うステップＳ５５ｂの内容として、まず、ステップＳ５６ｂで、各室外機１ｂの室外熱交換器４ｂにおける蒸発器出口過熱を演算する。演算方法については前記したものと同様の方法で行う。

ステップＳ５７ｂで、３つの分類から室外機１ｂの状態を判断する。蒸発器出口過熱度があらかじめ定めた所定の範囲（以下、第２の範囲という）の下限値よりも小さいと判断した場合は、ステップＳ５８ｂで流量調整弁５ｂの開度を減少させると判断し、ステップＳ６１ｂにおいて、流量調整弁５ｂに指令を送信し、流量調整弁５ｂが決定した開度になるように制御する。また、蒸発器出口過熱度が第２の範囲内にあると判断した場合は、ステップＳ５９ｂで流量調整弁５ｂの開度を現状維持すると判断し、ステップＳ６１ｂにおいて、流量調整弁５ｂに指令を送信し、流量調整弁５ｂが開度を維持するように制御する。また、蒸発器出口過熱度が第２の範囲の上限値より大きいと判断した場合は、ステップＳ６０ｂで流量調整弁５ｂの開度を増加させると判断し、ステップＳ６１ｂにおいて、流量調整弁５ｂに指令を送信し、流量調整弁５ｂが決定した開度になるように制御する。

ここで、少なくとも第２の範囲の上限値は第１の範囲の上限値よりも大きくする。例えば、第１の範囲の下限値を０℃、上限値を２℃とすると、第２の範囲の下限値を２℃、上限値を５℃とする。これにより、流量調整弁５ａの開度が流量調整弁５ｂの開度に比べて増加することになるため、冷媒が室外機１ａ側に流れ込むことになる。そして、その範囲が重ならないようにすることで、

以上のように実施の形態４によれば、余剰冷媒を溜める室外機を特定し、その室外機について、蒸発器出口過熱度に基づいて流量調整弁の開度を増加させる基準となる上限値を下げることにより、余剰冷媒を溜めない他の室外機の流量調整弁の開度に比べて流量調整弁の開度を増加させやすくし、特定の室外機に余剰冷媒を溜めるようにしたので、余剰冷媒の挙動が把握しやすく、制御の精度が改善する効果がある。

実施の形態５．
なお、ここでは、空気調和装置について説明した。本発明は、室内熱交換器４ａ、４ｂを蒸発器及び凝縮器に用いることができる冷暖房両用の空気調和装置で、余剰冷媒に差が出るような状況で特に効果を発揮するが、室内熱交換器４ａ、４ｂを蒸発器として用いるヒートポンプ等にも用いることができる。

１ａ，１ｂ 室外機、２ａ，２ｂ 圧縮機、３ａ，３ｂ 四方弁、４ａ，４ｂ 室外熱交換器、５ａ，５ｂ 流量調整弁、６ａ，６ｂ アキュームレータ、６ｃ，６ｄ アキュームレータ内のＵ字管返油穴、７ 共通のガス配管、８ｐ，８ｑ 室内機、９ｐ，９ｑ 室内熱交換器、１０ｐ，１０ｑ 膨張弁、１１ 共通の液配管，１２ 室外機から出る液配管と共通の液配管との接続点、１３ 室外機から出るガス配管と共通のガス配管との接続点、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｐ，１４ｑ 制御装置、１５ａ，１５ｂ オイルセパレータ、１６ａ，１６ｂ 返油バイパス回路、１７ａ，１７ｂ 高低圧熱交換器、１８ａ，１８ｂ 流量調整弁、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｐ，１９ｑ 圧力センサ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｌ，２０ｍ，２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒ，２０ｓ，２０ｔ，２０ｕ 温度センサ、２１ａ，２１ｂ 油温センサ、２２ａ，２２ｂ ガス分岐管、２３ａ，２３ｂ 液分岐管、２４ｐ，２４ｑ ガス枝管、２５ｐ，２５ｑ 液枝管、３０ 圧縮機制御手段、３１ 室外熱交換量制御手段、３２ 室内過熱度制御手段、３３ 高低圧熱交換器過熱度制御手段、３４ 室外流量制御手段、３５ 室内過冷却度制御手段。

Claims (10)

1. 圧縮機、室外熱交換器及びアキュームレータを少なくとも有し、レシーバを有さずに構成した室外機を複数有し、膨張弁を有する室内機と配管接続して冷媒回路を構成する空気調和装置において、
   共通の液配管と各室外機の各室外熱交換器との間に、前記各室外機に流入する冷媒量を調整するための流量調整弁をそれぞれ備え、
   また、暖房運転時において、各室外機の前記室外熱交換器の出口側の過熱度が、前記出口側の過熱度用に定めた２つのしきい値の間にあるか、低い方のしきい値より低いか、又は高い方のしきい値より高いかを判断し、また、前記圧縮機の吐出過熱度が、前記吐出過熱度用のしきい値以上であるか否かを判断して、各判断結果の組み合わせに基づき、前記室外熱交換器の出口側の過熱度を、前記高い方のしきい値が上限となるようにし、かつ、前記圧縮機の吐出過熱度が前記吐出過熱度用のしきい値以上となるように各流量調整弁の開度を調整する制御装置を備えることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御装置は、前記圧縮機の吐出過熱度を前記吐出過熱度用のしきい値以上とする代わりに、
   前記圧縮機内の冷凍機油が滞留する部分における圧力換算飽和温度に対する前記滞留する部分の圧縮機シェル表面の過熱度を一定の範囲内に収めるように前記流量調整弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記圧縮機の吐出過熱度を前記吐出過熱度用のしきい値以上とする代わりに、
   前記圧縮機内の冷凍機油が滞留する部分における圧力換算飽和温度に対する前記滞留する部分の冷凍機油の過熱度を一定の範囲内に収めるように前記流量調整弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記流量調整弁の開度範囲を予め設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記各室外機を流れる冷媒流量に基づいて、前記各室外機の前記流量調整弁の開度範囲を補正することを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記制御装置は、前記各室外機を流れる冷媒流量に基づいて、前記各室外機の前記流量調整弁の開度を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
7. 吸入圧力、蒸発温度、圧縮機運転周波数、外気温度、要求能力のうちの１または複数の値に基づいて、前記各室外機を流れる冷媒流量を算出することを特徴とする請求項５または６記載の空気調和装置。
8. 前記制御装置は、前記流量調整弁の開度の増減を判断したときに、設定した前記開度範囲を超える前記流量調整弁があると判断すると、前記流量調整弁の開度を前記開度範囲にし、前記開度範囲を超えない前記流量調整弁の開度が増減できるかどうかを判断し、増減できると判断すると、前記開度範囲を超えない前記流量調整弁の開度を増減させることを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
9. 前記流量調整弁の開度に関する制御間隔を、前記空気調和装置の他の機器の制御間隔よりも長くすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の空気調和装置。
10. 前記各室外機を単体で構成した際に必要となるアキュームレータの容積に基づいて、前記各室外機のアキュームレータを構成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の空気調和装置。

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