JP5921712B2 - 空気調和機及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機及びその運転制御方法に関する。

従来より、マルチ型の空気調和機では、空気調和機の機器、冷媒配管内に冷媒が寝込むといった問題が発生することがある。このような冷媒寝込みを解消する技術として、運転停止中の室外機内の室外熱交換器等に寝込んだ冷媒を、運転中において冷媒不足に至った室外機に導くようにした、複数台の室外機を備えたマルチ型空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３０９６６８７号公報（第３頁、図２）

ところで、近年、室外機は省スペース化により、トップフローと言われる、上方に排気する方式が主流となっている。室外機に設置される室外熱交換器には、空冷式のプレートフィンチューブ型の熱交換器が用いられており、上方に排気する方式が主流となった結果、室外熱交換器の配置はおのずとフィンを鉛直に設置する縦置きが一般的となっている。そして、省スペースゆえ、室外熱交換器の高さ方向が大きくなり、液冷媒のヘッド圧の差が増える傾向にある。

また、複数台の室内機を備えたマルチ型の空気調和機では、室内機の運転台数が少ないと、室外機の熱交換器(凝縮器)容量が、運転中の室内機の熱交換器（蒸発器）の合計容量と比較して相対的に過大となってくる。また、凝縮器のパス数は室内機を全数運転した場合の各パスにおける圧力損失で決められている。このため、運転台数が少ないと、相対的に蒸発器に比べて容量過大となっている凝縮器の各パスの冷媒流量が極端に低下する。このように、凝縮器の各パスの冷媒流量が少なくなる現象が、上述したように高さ方向が大きくなってヘッド圧の差が増えたタイプの熱交換器で生じると、凝縮器のパス中に液冷媒が寝込む現象が発生する。つまり、冷房運転中に室外機内の凝縮器で液冷媒が寝込む現象が発生する。

このように、凝縮器において冷媒寝込みが発生すると、冷凍サイクル内で循環する冷媒量が少なくなるため、凝縮器出口冷媒の過冷却度が低下する。その結果、エンタルピー差の低下による能力低下、液管内が二相冷媒となることによる、室内機の膨張弁からの冷媒音発生などの課題が生じてくる。

このため、冷房運転中の室外機内の凝縮器における冷媒寝込みを解消する技術が求められている。しかし、特許文献１では、停止中の室外機内の凝縮器における冷媒寝込みに対する対策については記載されているものの、運転中の室外機内の凝縮器における冷媒寝込みを減少又は解消する点については何ら記載されていない。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、冷房運転中における、室外機内の凝縮器の冷媒寝込みを減少又は解消することが可能な空気調和機及びその運転制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、周波数可変の圧縮機及び室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器を有する複数台の室内機とが冷媒配管で接続され、室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転を少なくとも行う冷媒回路と、冷媒回路において室外熱交換器と室内熱交換器との間に設けられた膨張弁と、冷房運転中、蒸発温度が目標蒸発温度になるように圧縮機の周波数を制御し、冷房運転中に室外機の凝縮器の冷媒寝込みを検知した場合、寝込み解消運転を実施する制御装置とを備え、制御装置は、寝込み解消運転として、凝縮器の冷媒循環量を増やすように、目標蒸発温度を、蒸発器が凍結しない範囲内で下げる寝込み抑制制御を行い、寝込み抑制制御の実施で寝込みを解消できない場合、膨張弁の開度を開方向に制御すると共に、更に目標蒸発温度を低下させ、冷媒循環量を更に増やす寝込み回避優先制御を行うものである。

本発明によれば、冷房運転中における、室外機内の凝縮器の冷媒寝込みを抑制又は解消することが可能である。

本発明の一実施の形態におけるヒートポンプ式マルチ型の空気調和機の冷媒回路図である。 図１の室外熱交換器の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る空気調和機における寝込み解消運転の流れを示すフローチャートである。 図３の寝込み抑制制御の流れを示すフローチャートである。 図３の凍結防止制御における蒸発温度（室外機の低圧の飽和温度）と室内機液管温度とのそれぞれの温度変化の一例を示す図である。 図３の寝込み回避優先制御の流れを示すフローチャートである。 外気温度と凝縮温度との温度差と、寝込み解消運転の実施制御間隔との関係を、凝縮器風量毎に示した図である。 図４の寝込み抑制制御の変形例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の一実施の形態におけるヒートポンプ式マルチ型の空気調和機の冷媒回路図である。
ヒートポンプ式マルチ型の空気調和機（以下、単に空気調和機という）は、室外機Ａと、複数の室内機Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３（総称して室内機Ｂということがある）とを備えている。室外機Ａは、インバータにより周波数が可変可能な圧縮機１と、冷媒の流れ方向を切り替える切替装置２と、室外熱交換器３と、アキュームレータ４と、室外熱交換器３に送風する送風機５と備えている。室外機Ａには更に、室外熱交換器３と膨張弁１５、１６、１７との間から分岐し、過冷却膨張弁２４を介してアキュムレータ４の吸入側に至るバイパス回路２６が設けられている。図１では、室外機Ａが１台の例を示したが、複数台としてもよい。

室内機Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は同様の構成となっており、室外機Ａに対して並列に接続されている。なお、図１では室内機Ｂが３台の例を示したが、台数はこれに限定されるものではなく、２台としてもよいし、４台以上としてもよい。

室内機Ｂは、室内熱交換器９、１０、１１と、室内熱交換器９、１０、１１に送風する送風機１２、１３、１４と、冷媒を減圧膨張するための膨張弁１５、１６、１７とを有する。膨張弁１５、１６、１７は、開度を調整可能な電動膨張弁で構成されており、その開度は後述の制御装置３０からのパルス信号により変更可能となっている。

そして、室外機Ａと室内機Ｂとが冷媒配管で接続されて、圧縮機１、室外熱交換器３、膨張弁１５、１６、１７及び室内熱交換器９、１０、１１、アキュームレータ４に冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。また、冷媒回路にはバイパス回路２６が接続され、過冷却膨張弁２４にて流量を調整することで室内機Ｂ側へ流れる冷媒の過冷却度を更に増加させるようにしている。

このように構成された空気調和機は、切替装置２の切り替えにより冷房運転又は暖房運転が可能となっている。切替装置２を図１の実線側に切り換えた場合、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器９、１０、１１が蒸発器となり冷房運転が実施され、切替装置２を図１の点線側に切り替えた場合、室外熱交換器３が蒸発器、室内熱交換器９、１０、１１が凝縮器となり暖房運転が実施される。図１における矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示している。

なお、空気調和機は少なくとも冷房運転が可能であればよく、よって、切替装置２は必ずしも必須の構成ではなく、省略可能である。また、冷媒回路の構成は図示のものに限定されず、バイパス回路２６及びアキュームレータ４は省略可能である。バイパス回路２６の過冷却膨張弁２４は、室内機Ｂの膨張弁１５、１６、１７と同様、開度を調整可能な電動膨張弁で構成されており、その開度は後述の制御装置３０からのパルス信号により変更可能となっている。

次に、空気調和機に設けられたセンサ類について説明する。
室外機Ａは、室外熱交換器３の液側に設けられ、冷媒の圧力を検知する圧力センサ６と、圧縮機１の出口配管に設けられ、吐出圧力を検知する圧力センサ７と、アキュームレータ４の入口配管に設けられ、吸入圧力を検知する圧力センサ８とを備えている。また、室外機Ａには更に、外気温度を測定する温度センサ２３ａを備えている。

室内機Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、室内機液管温度を検知する温度センサ１８、１９、２０と、吸込み空気温度（室内温度）を検知する温度センサ２１、２２、２３とを備えている。

空気調和機には更に、空気調和機全体を制御する制御装置３０が設けられている。制御装置３０はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び後述の寝込み解消運転に対応したプログラムが記憶されている。

制御装置３０は、複数の室内機Ｂで必要とされる空調能力を発揮できるように、冷房運転時は目標蒸発温度、暖房運転時は目標凝縮温度を決定している。そして、その目標蒸発温度又は目標凝縮温度となるように圧縮機１の周波数を制御する。また、制御装置３０は、過熱度（冷房運転時）又は過冷却度（暖房運転時）が目標値となるように各室内機Ｂのユーザーにより決定された送風機５、１２、１３、１４の回転数に対して膨張弁１５、１６、１７の開度制御を行う。

また、制御装置３０は更に、冷房運転中に各種センサからの検知値に基づいて室外熱交換器（凝縮器）３の冷媒寝込みを検知すると、寝込み解消運転に対応したプログラムに基づき、室外熱交換器（凝縮器）３の冷媒寝込みを解消するための寝込み解消運転を行う。なお、図１には制御装置３０を室外機Ａに設けた例を示したが、室外機Ａと室内機Ｂに分けて構成し、互いに連携処理を行う構成にしてもよい。

本実施の形態は、寝込み解消運転を特徴としている。ここでは、寝込み解消運転の説明に先立って、まず、冷媒寝込みの発生原理について説明する。なお、冷媒寝込み解消の対象とされる室外熱交換器３は凝縮器であるため、以下では、室外熱交換器３に代えて凝縮器３という場合がある。

図２は、図１の室外熱交換器３の概略構成を示す図である。室外熱交換器３は、空冷式フィンチューブ型の熱交換器で構成され、ここでは、切替装置２によって冷媒の流れ方向が切り替えられることによって、蒸発器又は凝縮器として用いられる熱交換器を示している。

室外熱交換器３は、鉛直に配置された板状フィン３１が複数、間隔を空けて並行に配置され、この複数の板状フィン３１に直交するように複数の伝熱管３２が貫通して設けられた構成を有している。また、複数の伝熱管３２の一方の端部にはヘッダ３３が設けられ、複数の伝熱管３２の端部のそれぞれとヘッダ３３とが連通している。また、複数の伝熱管３２のそれぞれの他方の端部には、キャピラリチューブ３４の一端が接続されている。また、各キャピラリチューブ３４の他端には、室外熱交換器３が蒸発器として用いられる場合に冷媒を分配するディストリビュータ３５が接続されている。

室外熱交換器３が凝縮器として用いられる場合には、ヘッダ３３側から冷媒が流入し、各伝熱管（以下、各パスということもある）に分配されて、各伝熱管３２を一端側（パス入口側）から他端側（パス出口側）へ流れる。そして、キャピラリチューブ３４を通過した後、ディストリビュータ３５で合流し、室内機Ｂに向かう流れとなる。

図２に示したように、空冷式プレート型の熱交換器は、効率良く熱交換できるよう、熱交換器全体に冷媒を分布するために冷媒を複数の伝熱管３２に分割して流す構造となっている。ここで、室内機Ｂの運転台数が少なくなる等して必要とされる冷房能力が下がり、圧縮機１の周波数が少なくなると、つまり圧縮機１が小容量運転となると、圧縮機１から吐出される冷媒量が少なくなる。すると、凝縮器３の各パスに流れる循環量が少なくなり、熱交換器全体の出入口圧力差ΔＰが大きく低下する。また、凝縮器３が縦置きの場合、凝縮器３において上段のパスに対し下段のパスの出口には高低差によりヘッド圧がかかる。

圧縮機１が小容量運転となり、下段のパスにおける出入口圧力差（圧損）が小さくなると、この出入口圧力差が、下段のパスの出口に作用するヘッド圧に負け、パス出口側に冷媒が流れず、冷媒が伝熱管３２中に液冷媒となって滞留する(いわゆる冷媒が寝込む)現象が発生する。この点について、以下に説明する。

図２において凝縮器入口圧力をＰｉｎ、最上段の出入口圧力差（圧損）をΔＰ１、最下段の出入口圧力差（圧損）をΔＰ２、最上段のパスと最下段のパスとのヘッド圧の差をΔＨとする。この場合、凝縮器出口(キャピラリチューブ３４との接続部)の圧力は最上段でＰｉｎ−ΔＰ１、最下段でＰｉｎ−ΔＰ２となる。

次に、最下段の位置を基準で考えた場合、最上段のパスにはヘッド圧の差ΔＨがかかるため、最上段のパスの出口圧力はＰｉｎ−ΔＰ１＋ΔＨとなる。また、最下段のパスはヘッド圧が0であるため、最下段のパスの出口圧力はＰｉｎ−ΔＰ２となる。評価位置では、各パスの冷媒が合流しているため、圧力は同じとなり、
Ｐｉｎ−ΔＰ１＋ΔＨ＝Ｐｉｎ−ΔＰ２
が成り立つ。
これを変形すると、
ΔＰ２＝ΔＰ１−ΔＨ
となる。

ここで凝縮器３の流量が少なくてΔＰ１＝ΔＨとなった場合、ΔＰ２＝０となる。ΔＰ２が０ということは、最下段では出入口圧力差ΔＰ２が取れないため冷媒が流れない。このため、凝縮器３内に冷媒が寝込んでいく。

よって、冷媒寝込みを解消するには、出入口圧力差ΔＰを確保する必要があり、そのためには冷媒回路の冷媒循環量を増やせばよいということになる。

図３は、本発明の一実施の形態に係る空気調和機における寝込み解消運転の流れを示すフローチャートである。以下、まずは寝込み解消運転の概要について図３を参照して説明する。

空気調和機を冷房運転中、制御装置３０は、各種センサからの検知値に基づいて凝縮器３に冷媒寝込みが発生しているかをチェックしている。寝込み検知方法は特に制限するものではなく、任意の方法を採用できる。寝込み検知方法の具体的な方法については、後述する。そして、制御装置３０は、冷媒寝込みが発生していると検知すると、冷媒寝込みを解消するための寝込み解消運転を開始する。

冷媒寝込みを解消するには、上述したように室外熱交換器３の出入口圧力差ΔＰを増加させる必要があるため、冷媒循環量を増やす必要がある。そのため、まず、寝込み抑制制御を行う（Ｓ１）。寝込み抑制制御の詳細については後述するが、寝込み抑制制御では、冷媒回路の冷媒循環量を、室外熱交換器３に冷媒が寝込まない冷媒循環量（以下、寝込み循環量基準値という）以上に増量させることを目的として、目標蒸発温度を現在よりも下げる制御が行われる。このため、室内機Ｂの室内熱交換器９、１０、１１が凍結する可能性がある。このため、寝込み抑制制御では、室内機Ｂの室内熱交換器９、１０、１１が凍結しないように凍結防止制御を行いつつ、冷媒寝込み解消を行う運転となる。つまり、ある意味、室内機Ｂの室内熱交換器９、１０、１１が凍結しないように制限が加わった運転となる。

このため、寝込み抑制制御を行っても、冷媒寝込みを解消できない場合がある。よって、寝込み抑制制御を終えた後、制御装置３０は、冷媒寝込みが解消できたかどうかをチェックし（Ｓ２）、冷媒寝込みが解消できていなければ、凍結防止制御による制限を解いて冷媒寝込みを回避することを優先とした寝込み回避優先制御を行う（Ｓ３）。なお、寝込み回避優先制御においても、冷媒回路の冷媒循環量が寝込み循環量基準値以上まで増量することを目的とすること自体は寝込み抑制制御と同じである。寝込み抑制制御で冷媒寝込みが解消できていれば、寝込み回避優先制御を行わずに寝込み解消運転を終了して、通常の冷房運転に戻る。

以下、寝込み検知方法と、寝込み解消運転における各制御の詳細について順に説明する。

［寝込み検知方法]
寝込み検知方法としては、以下の（ａ）〜（ｂ）の２通りの方法がある。これらのうち、何れかの方法、又はその他の方法で冷媒寝込みを検知すればよい。
（ａ）「圧力センサ７検知値−圧力センサ６検知値≦ΔＨ＋α」を満足する状態が、連続して例えば１５分程度、続いた場合に、冷媒寝込みが発生しているものと判断する。ここで、ΔＨは、凝縮器３の最上段のパスと最下段のパスとのヘッド圧の差である。αの数値は、圧力センサ７から室外熱交換器３の入口までの圧力損失及び圧力センサの誤差などを加味して決定する。

（ｂ）「凝縮器３のパス１本あたりの冷媒循環量≦寝込み循環量基準値」を満足する状態が連続して例えば１５分程度、続いた場合に冷媒寝込みが発生しているものと判断する。パス１本あたりの冷媒循環量は、実測値でもよいし、計算値から検知してもよい。計算値から求める場合、冷媒流量計又は圧縮機固有の流量特性から全体の冷媒循環量を求め、１パスあたりの流量を求める。圧縮機固有の流量特性を計算するには、圧力センサ７、圧力センサ８、圧縮機１の吸入温度、圧縮機周波数が必要となるため、その検知手段が必要である。

冷媒寝込みの循環量基準値は、冷媒寝込みが発生し始めるときの冷媒循環量であり、パス１本あたり、５０〜１００ｋｇ／ｍ^２・ｓ以下程度が目安である。しかし、この数値はパス分配及びヘッド圧の差及び運転圧力の状況により計算値と実際の冷媒寝込み開始流量が異なるため、実験的に求める必要がある。

寝込み循環量基準値Ｇｒｓ［ｋｇ／ｍｉｎ］は、以下の様にして算出できる。室外熱交換器３の最上段の出入口圧力差ΔＰ１がヘッド圧の差ΔＨと等しくなったときに冷媒寝込みが発生するため、以下の（１）式が成り立つ。

ΔＨ＝Ｌ×α×Ｇｒｓ÷６０÷Ｎ ・・・（１）
ここで、
Ｌ ：最上段の伝熱管の長さ［ｍ］
Ｎ ：凝縮器３のパス数
α ：伝熱管の特性にて決まる圧損特性［Ｐａ／（ｋｇ／ｓ）／ｍ］
ΔＨ：ヘッド圧の差［Ｐａ］

上記（１）式を変形して、以下の（２）式で寝込み循環量基準値Ｇｒｓを求めることができる。
Ｇｒｓ＝ΔＨ÷Ｌ÷α×６０×Ｎ ・・・（２）

［寝込み抑制制御]
図４は、図３の寝込み抑制制御の流れを示すフローチャートである。
制御装置３０は、まず、寝込み抑制制御によって冷媒寝込みが解消した場合に「１」に更新される寝込み解消フラグを「０」にする（Ｓ１１）。なお、ここでは、寝込み解消運転の流れを分かりやすくするため、フラグを設けているが、必ずしもフラグを設ける必要はない。要は、寝込み抑制制御によって冷媒寝込みが解消していなければ、寝込み回避優先制御を行い、寝込み抑制制御終了時に冷媒寝込みが解消していれば、寝込み回避優先制御を行わずに寝込み解消運転を終了する流れとできればよい。なお、この点は後述の変形例においても同様である。

そして、制御装置３０は、目標蒸発温度を、寝込み抑制制御に入る前の目標蒸発温度よりも所定温度（例えば５℃）下げる（Ｓ１２）。目標蒸発温度を低下させることで、制御装置３０は、蒸発温度が目標蒸発温度に近づくように圧縮機１の周波数を現在より上昇させる。このように圧縮機１の周波数を上昇させることで、冷媒循環量が増加して冷媒寝込みを解消する動作が行われる。

制御装置３０は、目標蒸発温度を変更した後、冷媒回路内の冷媒循環量が変化して新たな目標蒸発温度が室内機液管温度に反映される程度の時間（以下、反映時間という。例えば３分）が経過するのを待つ（Ｓ１３）。そして、制御装置３０は冷媒寝込みが解消されたかをチェックする（Ｓ１４）。冷媒寝込みが解消されたか否かの判断は、圧力センサ７検知値−圧力センサ６検知値＞ΔＨ＋αとなり、その状態が例えば３分経過したことを以て、冷媒寝込みが解消されたと判断すればよい。

なお、Ｓ１４における具体的な処理としては、圧力センサ７検知値−圧力センサ６検知値＞ΔＨ＋αを満たすかどうかをチェックし、満たしていれば、寝込み解消タイマーをスタートさせる。そして、再び処理ループでＳ１４に戻った際に、寝込み解消タイマーがスタートされており、且つ、寝込み解消タイマーの計測時間が例えば３分経過を示していれば、冷媒寝込みが解消されたと判断し、寝込み解消フラグ＝１にして（Ｓ１９）、寝込み抑制制御を終了する。一方、寝込み解消タイマーがスタートされていないか、又は、寝込み解消タイマーがスタートされていても、例えば３分、経過していない間は、冷媒寝込みが解消されていないと判断すればよい。

そして、Ｓ１４の判断で、冷媒寝込みが解消されていないと判断した場合、更に目標蒸発温度を下げて冷媒寝込み解消を図る。つまり、寝込み抑制制御では、反映時間（ここでは例えば３分）毎に所定温度（例えば２℃）ずつ目標蒸発温度を下げる制御を、寝込み抑制制御開始後、予め設定された寝込み抑制制御実施期間（例えば２０分）経過するまで、繰り返す（Ｓ１４〜Ｓ１８）。

しかし、上述したように、あまり目標蒸発温度を下げすぎると、室内機Ｂの室内熱交換器９、１０、１１が凍結する可能性がある。このため、寝込み抑制制御では、室内機Ｂの室内熱交換器９、１０、１１が凍結しそうな場合、凍結しないようにするための凍結防止制御を行うようにしている。

すなわち、Ｓ１２で目標蒸発温度を新たな目標蒸発温度としてから反映時間経過後、冷媒寝込みが解消していなければ（Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４でＮＯ）、制御装置３０は、温度センサ１８、１９、２０により検知された室内機液管温度が、０℃未満であるか否かをチェックする（Ｓ１５）。そして、制御装置３０は、温度センサ１８、１９、２０により検知された室内機液管温度が、０℃以上の場合、凍結が生じないと判断し、更に目標蒸発温度を２℃下げる（Ｓ１６）。

一方、制御装置３０は、温度センサ１８、１９、２０により検知された室内機液管温度が、０℃未満の場合、すなわち凍結が生じそうであると判断した場合、新しい目標蒸発温度を「現在の目標蒸発温度＋０−現在の室内機液管温度」に更新する（Ｓ１７）。これは、寝込み抑制制御の開始によって目標蒸発温度を下げたことにより、室内機液管温度が０℃を下回る場合（つまり現在の室内機液管温度がマイナス値の場合）、０℃を下回った分だけ目標蒸発温度を上げる意図である。このように、現在の室内機液管温度が０℃を下回った分だけ目標蒸発温度を上げることで、室内機液管温度を上昇させて０℃以上に導き、室内機液管の凍結防止を図るようにしている。

ここで、凍結防止制御における蒸発温度と室内機液管温度とのそれぞれの温度変化を、具体的な数値の一例を挙げて説明する。

図５は、図３の凍結防止制御における蒸発温度（室外機の低圧の飽和温度）と室内機液管温度とのそれぞれの温度変化の一例を示す図である。
寝込み解消運転のスタート時、蒸発温度が０℃、室内機液管温度が２℃であったとする。そして、冷媒寝込み有りと検知されて寝込み解消運転を開始し、寝込み抑制制御のＳ１２で目標蒸発温度を５℃下げて、−５℃とする。これにより、反映時間後、室内機液管温度は−３℃まで下がる。

室内機液管温度が−３℃まで下がったことにより、Ｓ１５の判断でＹＥＳとなり、Ｓ１７で目標蒸発温度を−５℃−（−３℃）＝−２℃とする。このように目標蒸発温度を上昇させたことにより、反映時間後、室内機液管温度は上昇して−０．５℃となる。

そして、再びＳ１５の判断でＹＥＳとなり、目標蒸発温度を−２℃−（−０．５℃）＝−１．５℃とする。このように再び目標蒸発温度を上昇させたことにより、室内機液管温度は上昇して０．２℃まで上がる。すなわち、室内機液管温度＞０を達成している。

以上のＳ１３〜Ｓ１８の処理を、寝込み抑制制御実施期間（例えば２０分）が経過するまで繰り返す。Ｓ１３〜Ｓ１８の処理を繰り返す間に、冷媒寝込みが解消されれば、Ｓ１４でＹＥＳとなり、寝込み解消フラグ＝１にして寝込み抑制制御を終了する。一方、冷媒寝込みを解消できないままでも、寝込み抑制制御実施期間が経過した場合（Ｓ１８）、寝込み抑制制御を終了する。寝込み抑制制御終了後は、図３に示したＳ２へと移行する。このように、冷媒寝込みを解消できた場合には、寝込み解消フラグ＝１、冷媒寝込みを解消できないまま寝込み抑制制御実施期間が経過した場合、寝込み解消フラグ＝０となる。よって、寝込み解消フラグが「０」か「１」かに応じて、次の寝込み回避優先制御を行うか否かを切り分けることができる。

［寝込み回避優先制御]
図６は、図３の寝込み回避優先制御の流れを示すフローチャートである。
寝込み回避優先制御は、目標蒸発温度を下げて圧縮機１の周波数を上げる点は寝込み抑制制御と同じである。寝込み回避優先制御では、室内機液管温度が０℃より低いか否かに関係無く、膨張弁１５、１６、１７の開度を開方向に制御（例えば２０パルス増加）する（Ｓ２１）と共に、更に目標蒸発温度を例えば現在より５℃下げる（Ｓ２２）。

このように室内機Ｂの膨張弁１５、１６、１７の開度を大きくすることで、低圧を上昇させると共に、目標蒸発温度を下げることで、圧縮機１の周波数が更に上昇して冷媒循環量が更に増加する。その結果、冷媒寝込みを解消する動作が行われる。

そして、制御装置３０は、図４のＳ１４と同様の、冷媒寝込みが解消したかの判断を行い（Ｓ２３）、冷媒寝込み解消と判断した場合、寝込み回避優先制御を終了する。一方、制御装置３０は、Ｓ２３で冷媒寝込み解消していないと判断した場合、予め設定された寝込み回避優先制御実施期間（例えば１０分）が経過するまでの間、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理を繰り返す（Ｓ２４）。つまり、寝込み回避優先制御では、寝込み回避優先制御実施期間（例えば１０分）の間、膨張弁１５、１６、１７の開度を開方向に制御する動作と、目標蒸発温度を下げる動作との組み合わせを繰り返し行う制御となる。

寝込み回避優先制御実施期間は、寝込み抑制制御実施期間よりも短い期間とし、凍結のリスクを短時間だけ負いつつも冷媒寝込みの解消を優先した制御となっている。仮に、寝込み回避優先制御実施期間で冷媒寝込みが解消しない場合は、タイムアップとして、冷媒寝込みが解消されないまま寝込み回避優先制御を終了する。なお、この場合でも、冷媒寝込み解消とまでは行かなくても、寝込み解消運転の開始時に比べて冷媒寝込み量の低減が可能となっている。また、このように寝込み回避優先制御を時間で区切ることは、例えばセンサ異常等の要因で、実際には冷媒寝込みが解消されているにもかかわらず、冷媒寝込みが解消されていないと判断されるなどのエラー対策としても有効である。

［寝込み解消運転の実施間隔]
図７は、外気温度と凝縮温度との温度差と、寝込み解消運転の実施制御間隔との関係を、凝縮器風量毎に示した示す図である。
寝込み解消運転は、一度実施して冷媒寝込みを一旦解消してから次に寝込むまでは実施する必要はない。冷媒の寝込み速度は、外気温度と凝縮温度との温度差と、凝縮器風量（送風機５の回転数により求められる）とにより決まる。図７には、凝縮器風量が小よりも大の方が、寝込み解消運転の実施間隔が短くなることが示されている。

このため、外気温度と凝縮温度との温度差と、凝縮器風量（送風機５の回転数により求められる）とに基づいて今回の寝込み解消運転終了から次の寝込み解消運転開始までの間隔（以下、寝込み解消運転の実施間隔という）を定義するようにしてもよい。寝込み解消運転の実施間隔は、今回の寝込み解消制御が終わった時点で決定すればよい。このように、寝込み解消制御終了時の温度情報等に基づいて寝込み解消運転の実施間隔を決定する場合、寝込み解消運転の実施間隔を固定間隔にして毎回同じにする場合に比べて、実環境に即したペースで実施することができる。

また、寝込み解消運転の開始は、上記では、冷房運転中のセンサ検知値等に基づいて冷媒寝込みを検知した場合としたが、ここで説明したように、寝込み解消運転の実施間隔に基づいて開始するようにしてもよい。また、初回は、冷房運転中のセンサ検知値等に基づいて冷媒寝込みを検知し、２回目以降は、外気温度と凝縮温度との温度差と、凝縮器風量（送風機５の回転数により求められる）とに基づいて算出された寝込み解消運転の実施間隔に基づいて寝込み解消運転を開始するようにしてもよい。

［圧縮機停止中の寝込み解消制御]
寝込み抑制制御又は寝込み回避優先制御を行った場合、目標蒸発温度が通常の冷房運転時より低くなる。このため、室内機Ｂにおいて冷媒温度（蒸発温度）と温度センサ２１、２２、２３により検知される吸込み空気温度との温度差が大きくなり、冷房能力が過大となる。そのため、寝込み解消運転中は、吸込み空気温度が設定温度を下回り、室内機Ｂの膨張弁１５、１６，１７が閉止され、全ての室内機Ｂがサーモオフ状態(送風状態)となる場合が多くなると考えられる。このように、全ての室内機Ｂがサーモオフ状態となると、制御装置３０は、圧縮機１を停止させる。

圧縮機１の停止時は冷媒の高圧・低圧が平衡化するため、凝縮器３の飽和温度が温度センサ２３により検知される外気温度を下回る。このため、室外機Ａの室外熱交換器３を蒸発器として作用させることができる。その場合、一定時間、室外機Ａの送風機５を強制的に動作させる。これにより、室外機Ａの室外熱交換器３に寝込んだ冷媒の蒸発を促進させて冷媒寝込みを減少又は解消させることができる。

以上説明したように本実施の形態では、冷房運転中に室外機Ａの凝縮器で冷媒寝込みが発生すると、まずは凝縮器３の冷媒循環量を増やすように、目標蒸発温度を、蒸発器が凍結しない範囲内で下げる寝込み抑制制御を行う。そして、寝込み抑制制御で冷媒寝込みを解消できない場合、膨張弁１５、１６、１７の開度を開方向に制御して更に目標蒸発温度を低下させ、冷媒循環量を更に増やす寝込み回避優先制御を行う。これにより、冷房運転を継続しつつ、小容量運転時の凝縮器における冷媒寝込みを抑制又は解消することができる。その結果、冷媒回路における必要冷媒量を確保することができ、能力の確保、室内機からの冷媒音の低減が可能となる。

なお、本発明の寝込み解消運転における寝込み抑制制及び寝込み回避優先制御は、図４、図６に示した制御に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しないを範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。また、寝込み抑制制御と寝込み回避優先制御とのそれぞれの変形例同士を組み合わせた寝込み解消運転としてもよい。

［寝込み抑制制御の変形例]
図８は、図４の寝込み抑制制御の変形例を示すフローチャートである。
図４に示した寝込み抑制制御では、冷媒寝込みが検知されると、その時点の室内機液管温度に関わらず、まず、目標蒸発温度を５℃下げるようにしている。これに対し、この変形例の寝込み抑制制御では、冷媒寝込みが検知されると、寝込み解消フラグを０にしてから（Ｓ３１）、まず、温度センサ１８、１９、２０により検知される室内機液管温度が、予め設定した凍結直前温度（例えば１℃）以上であるかどうかをチェックする（Ｓ３２）。

そして、室内機液管温度が１℃以上であれば、目標蒸発温度を上記の寝込み抑制制御よりも少なめの例えば２℃下げる（Ｓ３３）。そして、制御装置３０は、反映時間経過後（Ｓ３４）、冷媒寝込みが解消されたかをチェックする（Ｓ３５）。冷媒寝込みが解消されたか否かの判断は、図４のＳ１４と同じである。そして、冷媒寝込みが解消されていなければ、凝縮器３のパス１本あたりの冷媒循環量が、寝込み循環量基準値（冷媒寝込みの発生しない流量に相当）以下で、且つ、室内機液管温度が、１℃以上であるかどうかをチェックする（Ｓ３６）。制御装置３０は、Ｓ３６の判断がＹＥＳであれば、目標蒸発温度を現在より２℃さげる（Ｓ３７）。一方、制御装置３０は、Ｓ３６の判断がＮＯであれば、つまり室内機液管温度が１℃未満であれば、これ以上、目標蒸発温度を下げると、室内機液管温度が０℃未満となって凍結する可能性があるため、目標蒸発温度を下げずにそのままとする。

以上のＳ３３〜Ｓ３８の処理を、寝込み抑制制御実施期間（例えば２０分）が経過するまで繰り返し、冷媒寝込みを解消できないまま寝込み抑制制御実施期間が経過すると（Ｓ３８）、寝込み抑制制御を終了する。そして、図３に示したＳ２へと移行する。冷媒寝込みを解消できないまま寝込み抑制制御実施期間が経過した場合、寝込み解消フラグ＝０のままとなっている。よって、寝込み解消フラグが０か１かに応じて、次の寝込み回避優先制御を行うか否かを切り分けることができる。

このような変形例の寝込み抑制制御とした場合、室内機液管温度が１℃未満であれば、目標蒸発温度を下げることがないまま、寝込み解消フラグ＝１で寝込み抑制制御を終了して次の寝込み回避優先制御に入ることになる。

［寝込み回避優先制御の変形例１]
上記の寝込み回避優先制御（変形例も含む）において更に、一時的に停止している停止室内機Ｂの送風機を強制的に起動し、停止室内機Ｂの室内熱交換器を蒸発器として作用させてもよい。なお、停止室内機Ｂの送風機の起動は、微風での起動とし、その上で停止室内機Ｂ内の膨張弁開度を、少し（例えば５０パルス）開けるようにする。

［寝込み回避優先制御の変形例２]
図６では、室内機Ｂの膨張弁の開度を現時点よりも例えば２０パルス増加させるとしたが、室内機Ｂに代えて室外機Ａの過冷却膨張弁２４の開度を開方向に制御（例えば８０パルス増加）させるようにしてもよい。つまり寝込み回避優先制御において開度が開方向に制御される膨張弁は、室外熱交換器３と室内熱交換器９、１０、１１との間にある膨張弁であればよいということになる。このように、過冷却膨張弁２４の開度を開方向に制御する場合も、過冷却膨張弁２４の開度変更後、目標蒸発温度を現状よりも５℃下げる点は同様である。

［寝込み解消タイマーの計測時間の変形例]
上記では、寝込み解消タイマーの計測時間を予め決定した固定時間（ここでは３分）としていた。これに代えて、冷媒寝込み解消に要する時間を、寝込み抑制制御又は寝込み回避優先制御の開始時において動的に、凝縮器３の１パスあたりの冷媒循環量に基づいて以下のようにして計算し、寝込み回避優先制御の終了時間を決定してもよい。なお、寝込み解消タイマーの計測時間及び冷媒寝込み解消に要する時間が、本発明の「継続時間」に相当する。

１パスあたりの伝熱管の長さ÷冷媒流速、が冷媒寝込み解消に要する時間になる。このため、寝込みを解消する時間ｔ１[ｓｅｃ]は、以下の式となる。
ｔ１＝Ｌ÷（Ｇｒｓ÷６０÷Ｎ×γ÷Ａ）
ここで、
γ：冷媒の比容積[ｍ^３／ｋｇ]
Ａ：伝熱管の断面積[ｍ^２]

１ 圧縮機、２ 切替装置、３ 室外熱交換器（凝縮器）、４ アキュームレータ、５ 送風機、６ 圧力センサ、７ 圧力センサ、８ 圧力センサ、９ 室内熱交換器、１０ 室内熱交換器、１１ 室内熱交換器、１２ 送風機、１３ 送風機、１４ 送風機、１５ 膨張弁、１６ 膨張弁、１７ 膨張弁、１８ 温度センサ、１９ 温度センサ、２０ 温度センサ、２１ 温度センサ、２２ 温度センサ、２３ 温度センサ、２３ａ 温度センサ、２４ 過冷却膨張弁、２５ 過冷却熱交換器、２６ バイパス回路、３０ 制御装置、３１ 板状フィン、３２ 伝熱管、３３ ヘッダ、３４ キャピラリチューブ、３５ ディストリビュータ、Ａ 室外機、Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 室内機。

Claims (14)

1. 周波数可変の圧縮機及び室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器を有する複数台の室内機とが冷媒配管で接続され、前記室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に前記室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転を少なくとも行う冷媒回路と、
   前記冷媒回路において前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に設けられた膨張弁と、
   冷房運転中、蒸発温度が目標蒸発温度になるように前記圧縮機の周波数を制御し、前記冷房運転中に前記室外機の前記凝縮器の冷媒寝込みを検知した場合、寝込み解消運転を実施する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記寝込み解消運転として、
   前記凝縮器の冷媒循環量を増やすように、目標蒸発温度を、前記蒸発器が凍結しない範囲内で下げる寝込み抑制制御を行い、前記寝込み抑制制御の実施で寝込みを解消できない場合、前記膨張弁の開度を開方向に制御すると共に、更に目標蒸発温度を低下させ、冷媒循環量を更に増やす寝込み回避優先制御を行う
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御装置は、前記凝縮器の前後の圧力差に基づいて前記凝縮器の冷媒寝込みを検知する
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記制御装置は、前記凝縮器の冷媒循環量に基づいて前記凝縮器の冷媒寝込みを検知する
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 前記制御装置は前記寝込み抑制制御において、
   前記凝縮器を流れる冷媒循環量が、前記凝縮器への冷媒寝込みが発生しない冷媒循環量以上に増量するように、予め設定された寝込み抑制制御実施期間の間、目標蒸発温度を下げる動作、を繰り返し実施し、前記繰り返しの途中で冷媒寝込みが解消すると、前記寝込み解消運転を終了し、
   前記凝縮器の冷媒寝込みが解消しないまま前記寝込み抑制制御実施期間が経過すると、前記寝込み回避優先制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空気調和機。
5. 前記制御装置は前記寝込み抑制制御において、
   前記蒸発器の液管温度が予め設定した凍結直前温度以上の場合、前記凝縮器を流れる冷媒循環量が、前記凝縮器への冷媒寝込みが発生しない冷媒循環量以上に増量するように、予め設定された寝込み抑制制御実施期間の間、目標蒸発温度を下げる動作を繰り返し実施し、前記繰り返しの途中で冷媒寝込みが解消すると、前記寝込み解消運転を終了し、
   前記蒸発器の液管温度が前記凍結直前温度未満の場合、目標蒸発温度を低下させずに前記寝込み抑制制御実施期間の経過を待ち、前記寝込み抑制制御を開始してから前記寝込み抑制制御実施期間が経過すると、前記寝込み回避優先制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の空気調和機。
6. 前記制御装置は、前記寝込み回避優先制御において、
   前記凝縮器を流れる冷媒循環量が、前記凝縮器に冷媒が寝込まない冷媒循環量以上まで増量するように、前記膨張弁の開度を開方向に制御する動作と前記寝込み回避優先制御における前記目標蒸発温度を下げる動作との組み合わせを、予め設定された寝込み回避優先制御実施期間の間、繰り返し実施する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の空気調和機。
7. 前記寝込み回避優先制御実施期間は、前記寝込み抑制制御実施期間よりも短い
   ことを特徴とする請求項４に従属する請求項６又は請求項５に従属する請求項６記載の空気調和機。
8. 前記制御装置は、前記寝込み回避優先制御の際、
   前記複数の室内機のうち、停止している室内機の送風機を強制的に起動させて前記冷媒回路の冷媒循環量を増量させる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の空気調和機。
9. 前記制御装置は、
   前記寝込み解消運転により、冷媒寝込みが一旦、解消された場合、次に再び寝込み解消運転を開始するまでの間隔を、外気温度と、凝縮温度と、凝縮器風量とに基づいて決定することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の空気調和機。
10. 前記制御装置は、前記寝込み解消運転中に前記複数の室内機の全てが停止された場合に前記圧縮機を停止させ、前記圧縮機を停止中に前記室外熱交換器の飽和温度が外気温度を下回るときには、前記室外熱交換器の送風機を駆動させて前記室外熱交換器の寝込みを解消させる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の空気調和機。
11. 前記凝縮器は、上下方向に立てて配置された板状フィンが複数、間隔を空けて配置され、この複数の板状フィンに直交するように複数の伝熱管が貫通して設けられた構成を有し、
    前記制御装置は、冷媒寝込みが解消したかどうかの判断を、前記凝縮器の前後の圧力差が、前記複数の伝熱管で形成された複数のパスのうちの最上段のパスと最下段のパスとのヘッド差、よりも大きい状態が、予め設定した継続時間又は前記凝縮器の１パスあたりの冷媒循環量に基づいて決定される継続時間、継続したことを以て冷媒寝込みが解消したと判断することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の空気調和機。
12. 前記寝込み回避優先制御で開度が制御される前記膨張弁は、前記複数の室内機のそれぞれに設けられた膨張弁である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の空気調和機。
13. 前記圧縮機と前記室内熱交換器との間に設けられたアキュームレータと、
    前記室外熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、過冷却膨張弁を介して前記アキュームレータの吸入側に至るバイパス回路とを更に備え、
    前記バイパス回路は、前記室外熱交換器と前記膨張弁との間の冷媒と、前記バイパス回路において前記過冷却膨張弁を通過した冷媒との熱交換を行う過冷却熱交換器を有し、
    前記寝込み回避優先制御で開度が制御される前記膨張弁は、前記過冷却膨張弁である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の空気調和機。
14. 周波数可変の圧縮機及び室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器を有する複数台の室内機とが冷媒配管で接続され、前記室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に前記室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転を少なくとも行う冷媒回路と、前記冷媒回路において前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に設けられた膨張弁とを備えた空気調和機の運転制御方法であって、
    冷房運転中、蒸発温度が目標蒸発温度になるように前記圧縮機の周波数を制御し、前記冷房運転中に前記室外機の前記凝縮器の冷媒寝込みを検知した場合、
    前記凝縮器の冷媒循環量を増やすように、前記目標蒸発温度を、前記蒸発器が凍結しない範囲内で下げる寝込み抑制制御を行い、前記寝込み抑制制御の実施で寝込みを解消できない場合、前記膨張弁の開度を開方向に制御すると共に、更に前記目標蒸発温度を低下させ、冷媒循環量を更に増やす寝込み回避優先制御を行う寝込み解消運転を実施する
    ことを特徴とする空気調和機の運転制御方法。

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