JP6031367B2 - 空気調和装置の運転制御装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、室外熱交換器と圧縮機とを有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁とを有し並列に接続された複数の室内機とを備え、室外機より複数の室内機に冷媒を供給する空気調和装置の運転制御装置および方法に関するものである。

従来より、室外機と複数の室内機とを備えた空気調和装置の運転制御装置として、例えば特許文献１に示されているような空気調和装置の運転制御装置がある。

この特許文献１に示された空気調和装置の運転制御装置では、室外機の吸入ライン又は吐出ラインにおいて、冷房運転時には蒸発温度(圧力)、暖房運転時には凝縮温度(圧力)を検出し、その値が所定の一定値となるように圧縮機の運転容量を制御することにより、各室内の要求負荷に応じた冷媒流量を確保して、適切な空調運転を行うようにしている。

すなわち、特許文献１に示された空気調和装置の運転制御装置では、冷房運転時には定蒸発温度（圧力）制御技術を行い、暖房運転時には定凝縮温度（圧力）制御を行うようにしている。以下、この定蒸発温度（圧力）制御および定凝縮温度（圧力）制御の技術を総称して、定蒸発・定凝縮温度（圧力）制御技術と呼ぶ。

しかしながら、この定蒸発・定凝縮温度（圧力）制御技術において、蒸発温度（圧力）、凝縮温度（圧力）などの物理状態量の目標値（制御目標値）は、複数の室内機に対して適切な空調運転を確保するであろうと考えられる平均的な値とされる。

この平均的な値を制御目標値として、蒸発温度（圧力）や凝縮温度（圧力）を一定に制御すると、各室内機側の要求能力がすべて小さい場合には、室内膨張弁の開度をすべて小さめに絞らなければならない。そのため、圧縮機の圧力の大部分が室内膨張弁に掛かり、圧縮機において必要以上に電力が消費され、空気調和装置の成績係数（ＣＯＰ）が低下する。

そこで、空気調和装置の成績係数を上げるために、例えば特許文献２に示された空気調和装置の運転制御装置では、冷房運転時には変蒸発温度（圧力）制御を行い、暖房運転時には変凝縮温度（圧力）制御を行うようにしている。以下、この変蒸発温度（圧力）制御および変凝縮温度（圧力）制御の技術を総称して、変蒸発・変凝縮温度（圧力）制御技術と呼ぶ。

図８に特許文献２に示された空気調和装置の運転制御装置の基本構成を示す。同図において、１００は室外機、２０は室内機であり、室外機１００は室外熱交換器１０１と圧縮機１０２と室外膨張弁１０３とサイクル切換機構１０４とを有し、室内機２００は室内熱交換器２０１と室内膨張弁２０２とを有している。そして、室外機１００に対して室外側制御装置３００が設けられ、室内機２００に対して室内側制御装置４００が設けられている。この例では、室内機２００として室内機２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃが並列に接続されており、室内機２００Ａに対して室内側制御装置４００Ａが、室内機２００Ｂに対して室内側制御装置４００Ｂが、室内機２００Ｃに対して室内側制御装置４００Ｃが設けられている。

室内側制御装置４００は、室内熱交換器２０１における冷媒の気液温度差を検出する気液温度差検出手段４０１と、室内熱交換器２０１によって熱交換される室内の要求能力を検出する要求能力検出手段４０２と、要求能力検出手段４０２が検出する室内の要求入力および気液温度差検出手段４０１が検出する冷媒の気液温度差を入力とし室内膨張弁２０２の開度を制御する開度制御手段４０３と、要求能力検出手段４０２が検出する室内の要求能力に相当する要求物理状態量（蒸発温度（圧力）、凝縮温度（圧力））を演算する演算手段４０４とを備えている。

室外側制御装置３００は、冷媒の物理状態量（蒸発温度（圧力）、凝縮温度（圧力））を検出する物理状態量検出手段３０１と、室内側制御装置４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃの演算手段４０４で演算された要求物理状態量のうち最大要求能力に相当する最適物理状態量を選択する選択手段３０２と、選択手段３０２で選択された最適物理状態量に基づいて圧縮機１０２の運転容量を制御する容量制御手段３０３とを備えている。

この空気調和装置の運転制御装置において、室内側制御装置４００（４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ）の開度制御手段４０３は、要求能力検出手段４０２の出力を受け、気液温度差検出手段４０１で検出される冷媒の気液温度差が要求能力に相当する値に収束するように、室内膨張弁２０２の開度を制御する。これにより、要求能力に相当する冷媒の気液温度差に応じて、すなわち冷房運転時には過熱度（ＳＨ）に応じて、暖房運転時には過冷却度（ＳＣ）に応じて、室内膨張弁２０２の開度が制御される。

一方、室内側制御装置４００（４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ）の演算手段４０４は、要求能力検出手段４０２で検出される室内の要求能力に相当する要求物理状態量（蒸発温度（圧力）、凝縮温度（圧力））を演算し、室外側制御装置３００へ送る。室外側制御装置３００の選択手段３０２は、室内側制御装置４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃの演算手段４０４で演算された要求物理状態量のうち最大要求能力に相当する最適物理状態量を選択し、容量制御手段３０３に送る。容量制御手段３０３は、選択手段３０２で選択された最適物理状態量に基づいて圧縮機１０２の運転容量を制御する。

これにより、室外機１００から室内機２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃへの冷媒の循環量として、室内機２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃが要求する冷媒循環量のうち最大値が確保され、よって、系全体として余裕があれば、特に要求能力の高い室内機２００で定格容量以上の空調能力が発揮され、室内の要求に応じた快適な空調感が維持されることになる。また、圧縮機１０２の容量制御の制御目標値そのものが室内機２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃの要求能力の最大値に応じて変更されるので、圧縮機１０２の成績係数の低下を招くことなく、要求能力に応じた冷媒循環量が確保されることになり、運転効率の低下が防止される。

図９に図８における室内機の膨張弁の開度制御のブロック線図を示す。なお、図９には、一例として、変蒸発温度制御技術を使用した場合のブロック線図、すなわち物理状態量を蒸発温度とした場合の冷房モード時のブロック線図を示している。このブロック線図で示された制御動作が室内側制御装置４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃで同様にして行われる。

このブロック線図において、機能ブロック４０５では、現在の室内温度Ｔａとその時の室温設定値Ｔａｓｐとを入力とし、室温制御の偏差ΔＴを算出する。この算出された室温制御の偏差ΔＴは機能ブロック４０６に送られる。

機能ブロック４０６では、機能ブロック４０５で算出された室温制御の偏差ΔＴとその時の室内機２００の風量Ｌとによって室内機２００の空調負荷Ｑを算出する。この算出された室内負荷Ｑは機能ブロック４０７に送られる。

機能ブロック４０７では、機能ブロック４０６で算出された空調負荷Ｑと室内機２００の設計容量Ｑmaxとから室内機２００の空調負荷率Ｑ／Ｑmaxを求め、この求めた空調負荷率Ｑ／Ｑmaxによって室内機２００における冷媒の気液温度差の設定値（過熱度設定値）ＳＨｓｐを決定する。この決定された過熱度設定値ＳＨｓｐは機能ブロック４０８へ送られる。

機能ブロック４０８では、機能ブロック４０７で決定された過熱度設定値ＳＨｓｐと室内機２００における現在の冷媒の気液温度差（過熱度）ＳＨとを入力とし、過熱度偏差ΔＳＨを算出する。この過熱度偏差ΔＳＨは機能ブロック４０９へ送られる。機能ブロック４０９では、機能ブロック４０８で算出された過熱度偏差ΔＳＨに基づいて、室内膨張弁２０２の開度φを決定する。これにより、過熱度偏差ΔＳＨが零となるように、室内膨張弁２０２の開度が制御される。

一方、機能ブロック４０７で求められた空調負荷率Ｑ／Ｑmaxは機能ブロック４１０へ送られる。機能ブロック４１０では、機能ブロック４０７で求められた空調負荷率Ｑ／Ｑmaxに対応する要求蒸発温度Ｔｅｒを求め、この求めた要求蒸発温度Ｔｅｒを室外制御倒置３００へ送る。

図１０に図８における室外機の圧縮機の運転容量制御のブロック線図を示す。なお、図１０には、一例として、変蒸発温度制御技術を使用した場合のブロック線図、すなわち物理状態量を蒸発温度とした場合の冷房モード時のブロック線図を示している。

このブロック線図において、機能ブロック３０４には、室内側制御装置４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃから送られてくる要求蒸発温度Ｔｅｒ１，Ｔｅｒ２，Ｔｅｒ３が入力される。機能ブロック３０４では、入力された要求蒸発温度Ｔｅｒ１，Ｔｅｒ２，Ｔｅｒ３の中から最低蒸発温度を最適蒸発温度として選出し、この選出した最適蒸発温度を蒸発温度設定値Ｔｅｓｐとする。この蒸発温度設定値Ｔｅｓｐは機能ブロック３０５に送られる。

機能ブロック３０５では、機能ブロック３０４からの蒸発温度設定値Ｔｅｓｐと現在の冷媒の蒸発温度Ｔｅとを入力とし、蒸発温度の偏差ΔＴｅを算出する。この蒸発温度の偏差ΔＴｅは機能ブロック３０６へ送られる。

機能ブロック３０６では、機能ブロック３０５で算出された蒸発温度の偏差ΔＴｅに基づいて、圧縮機１０２の運転容量Ｒ（この例では、圧縮機１０２の回転数）を決定する。これにより、蒸発温度の偏差ΔＴｅが零となるように、すなわち冷媒の蒸発温度Ｔｅが蒸発温度設定値Ｔｅｓｐとなるように、圧縮機１０２の運転容量が制御される。

なお、図９，図１０は物理状態量を蒸発温度とした場合のブロック線図を示しているが、物理状態量を蒸発発力とする場合には、図９，図１０中に括弧書きで示したように、蒸発温度Ｔｅを蒸発圧力Ｐｅに置き換えればよい。

図１１に特許文献２に記載された制御例を示す。Ａ，Ｂ，Ｃの室内ユニット（室内機）に対して、室温偏差ΔＴはそれぞれ３℃、４℃、１℃、過熱度設定値ＳＨｓｐはそれぞれ８℃、５℃、１２℃、要求蒸発温度Ｔｅｒはそれぞれ５℃、０℃、１０℃として求められている。この場合、室外側制御装置３００では、５℃、０℃、１０℃の要求蒸発温度Ｔｅｒのうち最低の値である０℃が最適蒸発温度として選出され、この選出された最適蒸発温度０℃が蒸発温度設定値Ｔｅｓｐとして用いられる。

特開昭６１−１１０８３３号公報 特開平２−５７８７５号公報

圧縮機の成績係数を上げるためには、図１２に示す冷凍サイクルのモリエ線図からも分かるように、膨張弁の抵抗を減らすことが有効である。このことは、室外機と複数の室内機とを備えた空気調和装置において、室内膨張弁の抵抗を減らすことが有効であることを意味している。すなわち、圧縮機の運転容量の制御中、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となれば、圧縮機の成績係数をさらに上げることができることを示唆している。しかしながら、従来の変蒸発・変凝縮温度（圧力）制御技術では、室内膨張弁の開度を全開とさせるロジックが欠けており、圧縮機の成績係数を十分な値まで上げているとは言えなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、圧縮機の成績係数をさらに上げることができる空気調和装置の運転制御装置および方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、室外熱交換器と圧縮機とを有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁とを有し並列に接続された複数の室内機とを備え、室外機より複数の室内機に冷媒を供給する空気調整装置の運転制御装置において、室外機からの複数の室内機への現在の冷媒の供給量と複数の室内機で必要としている現在の冷媒の供給量の合計値との差を各室内機の冷媒流量の変化分の合計値として算出する冷媒流量変化分合計値手段と、冷媒流量変化分合計値手段によって算出された各室内機の冷媒流量の変化分の合計値より圧縮機の運転容量制御の変化分を算出する圧縮機運転容量制御変化分算出手段と、複数の室内機の現在の室内膨張弁の開度を集計し、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となるように、圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量を算出する圧縮機運転容量制御修正量算出手段と、算出された圧縮機の運転容量制御の変化分を算出された圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量で修正し、この修正した運転容量制御の変化分から圧縮機の運転容量を定めることによって、圧縮機の運転容量の制御中、複数の室内機の室内膨張弁の少なくとも１つの開度を全開とする圧縮機運転容量決定手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、室外機からの複数の室内機への現在の冷媒の供給量（Ｇｍ）と複数の室内機で必要としている現在の冷媒の供給量の合計値（Ｇｒ）との差が各室内機の冷媒流量の変化分の合計値（Ｇｖ＝Ｇｒ−Ｇｍ）として算出され、この算出された各室内機の冷媒流量の変化分の合計値（Ｇｖ）より圧縮機の運転容量制御の変化分（Ｒｖ）が算出される。また、複数の室内機の現在の室内膨張弁の開度（φ）が集計され、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となるように、圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量（ΔＲ）が算出される。そして、算出された圧縮機の運転容量制御の変化分（Ｒｖ）が算出された圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量（ΔＲ）で修正され、この修正された運転容量制御の変化分から圧縮機の運転容量（Ｒ）が定められることによって、圧縮機の運転容量の制御中、複数の室内機の室内膨張弁の少なくとも１つの開度が全開とされる。

本発明によれば、室外機からの複数の室内機への現在の冷媒の供給量（Ｇｍ）と複数の室内機で必要としている現在の冷媒の供給量の合計値（Ｇｒ）との差を各室内機の冷媒流量の変化分の合計値（Ｇｖ）として算出し、この算出された各室内機の冷媒流量の変化分の合計値（Ｇｖ）より圧縮機の運転容量制御の変化分（Ｒｖ）を算出する一方、複数の室内機の現在の室内膨張弁の開度（φ）を集計し、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となるように、圧縮機の運転容量制御の変化分（Ｒｖ）に対する修正量（ΔＲ）を算出し、圧縮機の運転容量制御の変化分（Ｒｖ）を修正量（ΔＲ）によって修正し、圧縮機の運転容量の制御中、少なくとも１つの室内膨張弁の開度を全開とするようにしたので、圧縮機の成績係数をさらに上げることができるようになる。

本発明に係る運転制御装置の一実施の形態が用いられた空気調和装置の概略構成図である。 本実施の形態の運転制御装置における室内機の膨張弁の開度制御のブロック線図（冷房モード時のブロック線図）である。 リニア膨張弁の流量特性（液体）を例示する図である。 リニア膨張弁の流量特性（ガス）を例示する図である。 本実施の形態の運転制御装置における室外機の圧縮機の運転容量制御のブロック線図（冷房モード時のブロック線図）である。 圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量の求め方の具体例を示すフローチャートである。 室内機の風量が自動モードの場合の室内機の膨張弁の開度制御の具体例を示すフローチャートである。 特許文献２に示された空気調和装置の運転制御装置の基本構成を示す図である。 従来の変蒸発温度（圧力）制御技術を使用した場合の室内機の膨張弁の開度制御のブロック線図（冷房モード時のブロック線図）である。 従来の変蒸発温度（圧力）制御技術を使用した場合の室外機の圧縮機の運転容量制御のブロック線図（冷房モード時のブロック線図）である。 特許文献２に記載された制御例を示す図である。 冷凍サイクルのモリエ線図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る運転制御装置の一実施の形態が用いられた空気調和装置の概略構成図である。

〔空気調和装置の構成〕
図１において、１は空気調和装置であり、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の室外機２と、室外機２に並列に接続された複数台（この実施の形態では、３台）の室内機４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）と、室外機２と室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃとを接続する冷媒連絡管としての液冷媒連絡管５およびガス冷媒連絡管６とを備えている。この空気調和装置１では、室外機２と、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、液冷媒連絡管５およびガス冷媒連絡管６とが接続されることによって、蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。

〔室内機〕
室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。また、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、液冷媒連絡管５およびガス冷媒連絡管６を介して室外機２に並列に接続されており、冷媒回路の一部を構成している。

次に、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの構成について説明する。なお、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃは同構成とされているので、１つの室内機４について説明する。室内機４は、冷媒回路の一部を構成する室内側冷媒回路を有している。この室内側冷媒回路は、主として、室内膨張弁４１と、室内熱交換器４２とを有している。

本実施の形態において、室内膨張弁４１は、室内側冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器４２の液側に接続された電動膨張弁であり、冷媒の通過を遮断することも可能である。

本実施の形態において、室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。なお、本実施の形態において、室内熱交換器４２は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であってもよい。

本実施の形態において、室内機４は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風機としての室内ファン４３を有している。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量を所定風量範囲において可変することが可能なファンであり、本実施の形態において、ＤＣファンモータ等からなるモータ４３ｍによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

本実施の形態において、室内ファン４３では、風量が最も小さい弱風、風量が最も大きい強風、および弱風と強風との中間程度の中風の３種類の固定風量に設定する風量固定モードと、過熱度ＳＨや過冷却度ＳＣなどに応じて弱風から強風までの間において自動的に変更する風量自動モードとをリモコン等の入力装置によって風量設定モードを設定可能である。

また、室内機４には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器４２の液側には、冷媒の液体温度を検出する液側温度センサ４４が設けられている。室内熱交換器４２のガス側には、冷媒のガス温度を検出するガス側温度センサ４５が設けられている。室内機４の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度（室内温度）を検出する室内温度センサ４６が設けられている。

〔室内側制御装置〕
また、室内機４には、室内機４を構成する各部の動作を制御する室内側制御装置７が付設されている。すなわち、室内機４Ａに対しては室内機４Ａの各部の動作を制御する室内側制御装置７Ａが付設され、室内機４Ｂに対しては室内機４Ｂの各部の動作を制御する室内側制御装置７Ｂが付設され、室内機４Ｃに対しては室内機４Ｃの各部の動作を制御する室内側制御装置７Ｃが付設されている。室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃは同構成とされている。

室内側制御装置７は、室内機４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等（図示せず）を有しており、室内機４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外機２との間で制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。

また、室内側制御装置７には、液側温度センサ４４の検出出力が冷媒の液体温度Ｔｌとして、ガス側温度センサ４５の検出出力が冷媒のガス温度Ｔｇとして、室内温度センサ４６の検出出力が室内温度Ｔａとして、リモコンなどで設定される室内温度の設定値が室温設定値Ｔａｓｐとして、室外機２に設けられている後述する低圧圧力センサ２９の検出圧力がＰｅとして、室外機２に設けられている後述する高圧圧力センサ３０の検出圧力がＰｃとして入力されるようになっている。室内側制御装置７は、これらの入力情報に基づいて、室内膨張弁４１の開度制御や室内ファン４３の風量の制御などを行う。

〔室外機〕
室外機２は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡管５およびガス冷媒連絡管６を介して室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃに接続されており、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃとともに冷媒回路を構成している。

次に、室外機２の構成について説明する。室外機２は、冷媒回路の一部を構成する室外側冷媒回路を有している。この室外側冷媒回路は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。

圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施の形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ２１ｍによって駆動される容積式圧縮機である。

なお、本実施の形態において、圧縮機２１は、１台のみであるが、これに限定されず、室内機の接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。２台以上の圧縮機が並列に接続されている場合、その圧縮機の運転台数と回転数とによって圧縮機の運転容量が定められる。

四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２５）とガス冷媒連絡管６側とを接続し（冷房運転状態：図１の四路切換弁２２の実線を参照）、暖房運転時には、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの室内熱交換器４２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器２３を室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの室内熱交換器４２において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡管６側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（暖房運転状態：図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

本実施の形態において、室外熱交換器２３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、空気を熱源として冷媒と熱交換するための機器である。室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、そのガス側が四路切換弁２２に接続され、その液側が室外膨張弁２４に接続されている。なお、本実施の形態において、室外熱交換器２３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であってもよい。

本実施の形態において、室外膨張弁２４は、室外側冷媒回路内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷媒回路における冷媒の流れ方向において室外熱交換器２３の下流側に配置されている（本実施の形態においては、室外熱交換器２３の液側に接続されている）電動膨張弁である。

本実施の形態において、室外機２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風機としての室外ファン２８を有している。この室外ファン２８は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施の形態において、ＤＣファンモータ等からなるモータ２８ｍによって駆動されるプロペラファン等である。

液側閉鎖弁２６およびガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５およびガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、冷房運転を行う際の冷媒回路における冷媒の流れ方向において室外膨張弁２４の下流側であって液冷媒連絡管５の上流側に配置されており、冷媒の通過を遮断することが可能である。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。

また、室外機２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外機２には、圧縮機２１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ（低圧圧力センサ）２９と、圧縮機２１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ（高圧圧力センサ）３０と、圧縮機２１の吸入温度を検出する吸入温度センサ３１と、圧縮機２１の吐出温度を検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。室外機２の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３３が設けられている。

また、室外機２に対しては、室外機２を構成する各部の動作を制御する室外側制御装置８が設けられている。室外側制御装置８は、室外機２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等（図示せず）を有しており、室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃとの間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

また、室外側制御装置８には、低圧圧力センサ２９の検出圧力がＰｅとして、高圧圧力センサ３０の検出圧力がＰｃとして、吸入温度センサ３１の検出出力がＴ１として、吐出温度センサ３２の検出出力がＴ２として、室外温度センサ３３の検出出力がＴｏｕｔとして入力されるようになっている。室外側制御装置８は、これらの入力情報に基づいて、圧縮機２１の運転容量制御や室外膨張弁２４の開度制御や室外ファン２８の風量制御などを行う。

以上のように、室外機１と、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、液冷媒連絡管５と、ガス冷媒連絡管６とが接続されて、空気調和装置１の冷媒回路が構成されている。そして、室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃと室外側制御装置８とによって空気調和装置１全体の運転制御を行う運転制御装置が構成され、この運転制御装置によって、四路切換弁２２により冷房運転および暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの運転負荷に応じて、室外機２および室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各機器の制御が行われるようになっている。また、この空気調和装置１全体の運転制御を行う運転制御装置では、変蒸発・変凝縮温度（圧力）制御技術が使用されている。この空気調和装置１全体の運転制御を行う運転制御装置が本発明に係る空気調和装置の運転制御装置に相当する。

〔室内機の膨張弁の開度制御〕
図２に本実施の形態の運転制御装置における室内機の膨張弁の開度制御のブロック線図を示す。なお、図２には、一例として、変蒸発温度制御技術を使用した場合のブロック線図、すなわち物理状態量を蒸発温度とした場合の冷房モード時のブロック線図を示している。このブロック線図で示された制御動作が室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃで同様にして行われる。

このブロック線図において、機能ブロック７１では、現在の室内温度Ｔａ（室内温度センサ４６の検出出力）とその時の室温設定値Ｔａｓｐとから、室温制御の偏差ΔＴを算出する。この算出された室温制御の偏差ΔＴは機能ブロック７２に送られる。

機能ブロック７２では、機能ブロック７１で算出された室温制御の偏差ΔＴを入力とし、Ｃ＃１の制御演算（例えば、ＰＩ動作制御）によって、室内膨張弁４１の要求開度（膨張弁要求開度）φｐを決定する。この決定された膨張弁要求開度φｐは機能ブロック７３へ送られる。

一方、機能ブロック７４では、冷媒の液体温度Ｔｌ（液側温度センサ４４の検出出力）と冷媒の飽和温度Ｔ（室外機２における低圧圧力センサ２９の検出出力Ｐｅから算出された冷媒の飽和温度）とを入力とし、その何れか大きい方を冷媒の蒸発温度Ｔｅとする。この蒸発温度Ｔｅは機能ブロック７５へ送られる。

機能ブロック７５では、機能ブロック７４からの蒸発温度Ｔｅと冷媒のガス温度Ｔｇ（ガス側温度センサ４５の検出出力）とから、室内機４における冷媒の過熱度（気液温度差）ＳＨを算出する。この算出された過熱度ＳＨは機能ブロック７６へ送られる。

機能ブロック７６では、機能ブロック７５からの過熱度ＳＨと過熱度設定値ＳＨｓｐとから、過熱度偏差ΔＳＨを算出する。この算出された過熱度偏差ΔＳＨは機能ブロック７７へ送られる。なお、過熱度設定値ＳＨｓｐは、室内機４の現在の空調負荷Ｑと室内機４の設計容量Ｑmaxとから求められる空調負荷率Ｑ／Ｑmaxから決定される。

機能ブロック７７では、機能ブロック７６からの過熱度偏差ΔＳＨを入力とし、Ｃ＃２の制御演算（例えば、ＰＩ動作制御）によって、室内膨張弁４１の要求開度の修正値（膨張弁要求開度の修正値）Δφｐを決定する。この決定された膨張弁要求開度の修正値Δφｐは機能ブロック７３へ送られる。

機能ブロック７３では、機能ブロック７２からの膨張弁要求開度φｐと機能ブロック７７からの膨張弁要求開度の修正値Δφｐとを入力とし、膨張弁要求開度φｐを膨張弁要求開度の修正値Δφｐで修正し、φｐ’（φｐ’＝φｐ＋Δφｐ）とする。これにより、修正された膨張弁要求開度φｐ’となるように、室内膨張弁４１の開度が制御される。

従来においては、図９に示されるように、過熱度ＳＨで室内膨張弁の開度制御が行われていた。空調機では要求される過熱度の範囲はそれほど広くなく、過熱度ＳＨで室内膨張弁の開度制御を行うと、ＯＮ／ＯＦＦ動作に陥り易い。これに対して、本実施の形態では、過熱度偏差ΔＳＨから膨張弁要求開度の修正値Δφｐを求め、この修正値Δφｐで膨張弁要求開度φｐを修正しているので、ＯＮ／ＯＦＦ動作に陥り難くなる。

一方、機能ブロック７３で修正された膨張弁要求開度φｐ’は機能ブロック７８へ送られる。機能ブロック７８では、修正された膨張弁要求開φｐ’から室内機４における要求冷媒流量ｇｒを求め、機能ブロック８０へ送る。

また、機能ブロック７９では、室内膨張弁４１の現在の開度φと室外機２における低圧圧力センサ２９の検出出力Ｐｅとから、室内機４における現在の冷媒流量ｇｍを算出する。この算出された室内機４における現在の流量ｇｍは機能ブロック８０へ送られる。

機能ブロック８０では、機能ブロック７８からの室内機４における要求冷媒流量ｇｒと機能ブロック７９からの室内機４における現在の冷媒流量ｇｍとから、ｇｖ＝ｇｒ−ｇｍとして室内機４における冷媒流量の変化分を求める。機能ブロック８０で求められた室内機４における冷媒流量の変化分ｇｖおよび室内膨張弁４１の現在の開度φは室外側制御装置８へ送られる。

図３および図４に「Green Ind.Co.,Ltd.(Chagwon-si,Gyeongsangnam-do,South Korea)」の製品カタログに示されたリニア膨張弁の流量特性を示す。このリニア膨張弁は、液体／気体に拘わらず、共に制御弁開度と流量が相関度の高いリニアな特性を有している。よって、膨張弁の開度を用いて、冷媒の流量を測定することができる。

また、冷媒の流量が分かれば、冷媒の潜熱と過熱度で、室内機の空調負荷は算出できる。このようにして、膨張弁の開度から冷媒の流量を求め、冷媒の潜熱と過熱度で室内機の空調負荷を算出することにより、空調負荷を正しく求めることが可能となる。機能ブロック７６への過熱度偏差ΔＳＨは、このようにして求められる空調負荷Ｑから求める。従来の室内機の空調負荷の算出では、顕熱だけを計算していたため、室内機の除湿量が大きい場合、算出される空調負荷は実際の空調負荷と大きく乖離する。

ｑ＝ｇ・（ｒ＋Ｃｐ・Δｔ） ・・・・（１）
但し、ｑ：室内機の空調負荷〔Ｗ〕、ｇ：冷媒流量〔ｋｇ／ｓ〕、ｒ：冷媒の蒸発潜熱〔Ｊ／ｋｇ〕、Ｃｐ：冷媒の定圧比熱〔Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）〕、Δｔ：冷媒の過熱度〔Ｋ〕。

〔室外機の圧縮機の運転容量制御〕
図５に本実施の形態の運転制御装置における室外機の圧縮機の運転容量制御のブロック線図を示す。なお、図５には、一例として、変蒸発温度制御技術を使用した場合のブロック線図、すなわち物理状態量を蒸発温度とした場合の冷房モード時のブロック線図を示している。

このブロック線図において、機能ブロック８１には、室内制御装置７からの室内機４における冷媒流量の変化分ｇｖが入力される。すなわち、室内制御装置７Ａからの室内機４Ａにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１と、室内制御装置７Ｂからの室内機４Ｂにおける冷媒流量の変化分ｇｖ２と、室内制御装置７Ｃからの室内機４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ３とが入力される。

機能ブロック８１では、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１，ｇｖ２，ｇｖ３の合計値Ｇｖ（Ｇｖ＝Σｇｖ）を演算する。この演算された各室内機４の冷媒流量の変化分の合計値Ｇｖは機能ブロック８２へ送られる。

機能ブロック８２では、機能ブロック８１からの各室内機４の冷媒流量の変化分の合計値Ｇｖより圧縮機２１の運転容量制御の変化分Ｒｖを算出する。この算出された圧縮機２１の運転容量制御の変化分Ｒｖは機能ブロック８３へ送られる。

一方、機能ブロック８４には、室内制御装置７からの室内機４における室内膨張弁４１の現在の開度φが入力される。すなわち、室内制御装置７Ａからの室内機４Ａにおける室内膨張弁４１の開度φ１と、室内制御装置７Ｂからの室内機４Ｂにおける室内膨張弁４１の開度φ２と、室内制御装置７Ｃからの室内機４Ｃにおける室内膨張弁４１の開度φ３とが入力される。

機能ブロック８４では、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける室内膨張弁４１の開度φ１，φ２，φ３を集計し、少なくとも１つの室内膨張弁４１の開度が全開となるように、圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲを算出する。この算出された圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲは機能ブロック８３へ送られる。

機能ブロック８３では、機能ブロック８２からの圧縮機２１の運転容量制御の変化分Ｒｖと機能ブロック８４からの圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲとを入力とし、圧縮機２１の運転容量制御の変化分Ｒｖを圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲで修正し、この修正した運転容量制御の変化分から圧縮機２１の運転容量Ｒ（この例では、圧縮機２１の回転数）を定める。

このようにして、本実施の形態では、圧縮機２１の運転容量Ｒが運転容量制御の変化分Ｒｖと修正量ΔＲとを用いて定められ、圧縮機２１の運転容量の制御中、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける室内膨張弁４１の内、少なくとも１つの室内膨張弁４１の開度が全開となり、圧縮機２１の成績係数がさらに上げられるものとなる。

なお、機能ブロック８４では、例えば図６に示すようなフローチャートに従って、圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲを求めるようにする。この例では、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける室内膨張弁４１の開度φ１，φ２，φ３のうち最大開度のものをφmaxとし（ステップＳ１０１）、この最大開度と最大設計開度φFullとを比較する（ステップＳ１０２）。

ここで、φFull＝φmaxであれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲは零とする（ステップＳ１０３）。これに対し、φFull＝φmaxでなければ（ステップＳ１０２のＮＯ）、下記（２）式によって、圧縮機２１の運転容量制御の変化分に対する修正量ΔＲを求める。
ΔＲ＝Ｋｐ（φmax−φFull） ・・・・（２）
但し、Ｋｐは予め定められた定数。

また、室内機の膨張弁の開度制御において、室内機４の風量が自動モードの場合には、先ず室内ファン４３の回転数制御を行う。そして、室内ファン４３の回転数制御が最大値Ｌmaxで（図７：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、過熱度偏差ΔＳＨがなお規定値ΔＳＨmaxを超える場合（ΔＳＨ＞ΔＳＨmax、ステップＳ２０２のＹＥＳ）、過熱度偏差ΔＳＨによって膨張弁要求開度の修正値Δφｐを決定する（ステップＳ２０３）。

同様に、室内ファン４３の回転数制御が最小値Ｌmin（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、過熱度偏差ΔＳＨがなお規定値ΔＳＨminを超える場合（ΔＳＨ＜ΔＳＨmin、ステップＳ２０２のＹＥＳ）、過熱度偏差ΔＳＨによって膨張弁要求開度の修正値Δφｐを決定する（ステップＳ２０３）。

室内ファン４３の回転数制御が最大値Ｌmaxでもなく最小値Ｌminでもない場合（ステップＳ２０１のＮＯ）、また過熱度偏差ΔＳＨがΔＳＨmin≦ΔＳＨ≦ΔＳＨmaxの間にある場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、室内ファン４３の回転数制御で過熱度ＳＨの制御を行い（ステップＳ２０４）、そのときの膨張弁開度修正は行わず、膨張弁要求開度の修正値Δφｐは零とする（ステップＳ２０５）。

また、室内機の膨張弁の開度制御において、暖房モードの場合には、過熱度を過冷却度に入れ替え、低圧圧力センサ２９の検出圧力Ｐｅによって算出された冷媒の飽和温度Ｔ（Ｐｅ）は高圧圧力センサ３０の検出出力Ｐｃによって算出された冷媒の凝縮温度Ｔ（Ｐｃ）に入れ替える。また、冷媒の液体温度Ｔｌと冷媒の飽和温度Ｔ（Ｐｅ）の大きい方の選択は冷媒のガス温度Ｔｇと冷媒の凝縮温度Ｔ（Ｐｃ）の小さい方に入れ替える。

また、上述した実施の形態では、室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃにおいて室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１，ｇｖ２，ｇｖ３を算出し、この算出した室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１，ｇｖ２，ｇｖ３を室外側制御装置８へ送るようにしたが、室内側制御装置７Ａ，７Ｂ，７Ｃから室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける要求冷媒流量ｇｒ１，ｇｒ２，ｇｒ３を室外側制御装置８へ送るようにし、室外側制御装置８側で室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１，ｇｖ２，ｇｖ３を求めて、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒流量の変化分ｇｖ１，ｇｖ２，ｇｖ３の合計値Ｇｖ（Ｇｖ＝Σｇｖ）を演算するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、説明しなかったが、冷房モードの場合、室外機２の室外膨張弁２４は全開とする。また、暖房モードでは、室外機２の室外膨張弁２４が１つである場合、最大弁開度の選択プロセスを省く。

また、室外機２の低圧圧力センサ２９の検出出力Ｐｅと室外膨張弁２４の開度によって室外機２から室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃへの現在の冷媒流量Ｇｍを算出し、下記(３)式を用いて室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃで必要としている現在の冷媒の供給量の合計値（圧縮機運転容量制御の要求流量）Ｇｒを求め、室内機４Ａ，４Ｂ，４Ｃの冷媒流量の変化分の合計値ＧｖをＣｖ＝Ｇｒ−Ｇｍとして求めるようにしてもよい。

Ｇｒ＝Ｇｍ・〔Σａ・（φｐ＋Δφｐ）〕／Σａ・φ ・・・・（３）
但し、ａ：各室内機の重み係数、室内機の重み係数ａは各室内機設計容量Ｑ_i,maxの総和ΣＱ_i,maxに対する室内機容量の割合（ａ＝Ｑ_i,max／ΣＱ_i,max）である。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…空気調和装置、２…室外機、４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）…室内機、５…液冷媒連絡管、６…ガス冷媒連絡管、７（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）…室内側制御装置、８…室外側制御装置、２１…圧縮機、２２…四路切換弁、２３…室外熱交換器、２４…室外膨張弁、２９…吸入圧力センサ（低圧圧力センサ）、３０…吐出圧力センサ（高圧圧力センサ）、４１…室内膨張弁、４２…室内熱交換器、４３…室内ファン、４４…液側温度センサ、４５…ガス側温度センサ、４６…室内温度センサ。

Claims (8)

1. 室外熱交換器と圧縮機とを有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁とを有し並列に接続された複数の室内機とを備え、前記室外機より前記複数の室内機に冷媒を供給する空気調整装置の運転制御装置において、
   前記室外機からの前記複数の室内機への現在の冷媒の供給量と前記複数の室内機で必要としている現在の冷媒の供給量の合計値との差を各室内機の冷媒流量の変化分の合計値として算出する冷媒流量変化分合計値手段と、
   前記冷媒流量変化分合計値手段によって算出された各室内機の冷媒流量の変化分の合計値より前記圧縮機の運転容量制御の変化分を算出する圧縮機運転容量制御変化分算出手段と、
   前記複数の室内機の現在の室内膨張弁の開度を集計し、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となるように、前記圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量を算出する圧縮機運転容量制御修正量算出手段と、
   前記算出された圧縮機の運転容量制御の変化分を前記算出された圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量で修正し、この修正した運転容量制御の変化分から前記圧縮機の運転容量を定めることによって、前記圧縮機の運転容量の制御中、前記複数の室内機の室内膨張弁の少なくとも１つの開度を全開とする圧縮機運転容量決定手段と
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御装置。
2. 請求項１に記載された空気調和装置の運転制御装置において、
   前記冷媒流量変化分合計値手段は、
   前記室内機毎に、その室内機に供給されている現在の冷媒の供給量とその室内機で必要としている現在の冷媒の供給量との差を冷媒流量の変化分として求め、この室内機毎に求めた冷媒流量の変化分の和を前記各室内機の冷媒流量の変化分の合計値とする
   ことを特徴とする空気調和装置の運転制御装置。
3. 請求項２に記載された空気調和装置の運転制御装置において、
   前記冷媒流量変化分合計値手段は、
   前記室内機に供給されている現在の冷媒の供給量を、前記室内機の現在の室内膨張弁の開度と前記圧縮機への冷媒の吸入ラインに設けられた低圧圧力センサの検出圧力とによって算出する手段
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御装置。
4. 請求項１に記載された空気調和装置の運転制御装置において、
   前記室内機毎に室内側制御装置を備え、
   前記室内側制御装置は、
   前記室内熱交換器によって熱交換される室内の温度の検出値と室内の温度の設定値との偏差から前記室内膨張弁の要求開度を決定する要求開度決定手段と、
   前記室内熱交換器における冷媒の現在の気液温度差と気液温度差の設定値との偏差から前記室内膨張弁の要求開度に対する修正値を決定する要求開度修正値決定手段と、
   前記要求開度決定手段によって決定された要求開度を前記要求開度修正値決定手段によって決定された修正値によって修正し、修正された開度に基づいて前記室内膨張弁の開度制御を行う室内膨張弁開度制御手段と
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御装置。
5. 室外熱交換器と圧縮機とを有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁とを有し並列に接続された複数の室内機とを備え、前記室外機より前記複数の室内機に冷媒を供給する空気調整装置の運転制御方法において、
   前記室外機からの前記複数の室内機への現在の冷媒の供給量と前記複数の室内機で必要としている現在の冷媒の供給量の合計値との差を各室内機の冷媒流量の変化分の合計値として算出する冷媒流量変化分合計値ステップと、
   前記冷媒流量変化分合計値ステップによって算出された各室内機の冷媒流量の変化分の合計値より前記圧縮機の運転容量制御の変化分を算出する圧縮機運転容量制御変化分算出ステップと、
   前記複数の室内機の現在の室内膨張弁の開度を集計し、少なくとも１つの室内膨張弁の開度が全開となるように、前記圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量を算出する圧縮機運転容量制御修正量算出ステップと、
   前記算出された圧縮機の運転容量制御の変化分を前記算出された圧縮機の運転容量制御の変化分に対する修正量で修正し、この修正した運転容量制御の変化分から前記圧縮機の運転容量を定めることによって、前記圧縮機の運転容量の制御中、前記複数の室内機の室内膨張弁の少なくとも１つの開度を全開とする圧縮機運転容量決定ステップと
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御方法。
6. 請求項５に記載された空気調和装置の運転制御方法において、
   前記冷媒流量変化分合計値ステップは、
   前記室内機毎に、その室内機に供給されている現在の冷媒の供給量とその室内機で必要としている現在の冷媒の供給量との差を冷媒流量の変化分として求め、この室内機毎に求めた冷媒流量の変化分の和を前記各室内機の冷媒流量の変化分の合計値とする
   ことを特徴とする空気調和装置の運転制御方法。
7. 請求項６に記載された空気調和装置の運転制御方法において、
   前記冷媒流量変化分合計値ステップは、
   前記室内機に供給されている現在の冷媒の供給量を、前記室内機の現在の室内膨張弁の開度と前記圧縮機への冷媒の吸入ラインに設けられた低圧圧力センサの検出圧力とによって算出するステップ
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御方法。
8. 請求項５に記載された空気調和装置の運転制御方法において、
   前記室内機毎に前記室内膨張弁の開度制御を行う室内側制御ステップを備え、
   前記室内側制御ステップは、
   前記室内熱交換器によって熱交換される室内の温度の検出値と室内の温度の設定値との偏差から前記室内膨張弁の要求開度を決定する要求開度決定ステップと、
   前記室内熱交換器における冷媒の現在の気液温度差と気液温度差の設定値との偏差から前記室内膨張弁の要求開度に対する修正値を決定する要求開度修正値決定ステップと、
   前記要求開度決定ステップによって決定された要求開度を前記要求開度修正値決定ステップによって決定された修正値によって修正し、修正された開度に基づいて前記室内膨張弁の開度制御を行う室内膨張弁開度制御ステップと
   を備えることを特徴とする空気調和装置の運転制御方法。

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