JP6350338B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１台の室外機に複数の室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置に関する。

従来、少なくとも１台の室外機に複数の室内機が液管とガス管で接続された空気調和装置において、室外機の設置場所と各室内機の設置場所の高低差や、各室内機間の高低差を考慮して冷媒回路を制御することで、各室内機で十分な空調能力を発揮できるようにしたものが提案されている。

例えば、特許文献１に記載の空気調和装置は、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外ファンと室外膨張弁を備えた室外機を地上に設置する一方、室内熱交換器と室内膨張弁と室内ファンを備えた２台の室内機が高低差をもって（特許文献１では、建物の１階に１台の室内機が、４階にもう１台の室内機が各々）設置され、これらと室外機とを冷媒配管で接続して冷媒回路を形成している。

この空気調和装置で冷房運転を行うとき、室外機で凝縮し室外機から液管に流入した液冷媒は、重力に逆らって各室内機に流れるので、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側（室外機側）における液冷媒の圧力は、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側における液冷媒の圧力よりも低くなる。このため、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側の冷媒圧力と下流側（室内熱交換器側）の冷媒圧力との圧力差が、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側の冷媒圧力と下流側（室内熱交換器側）の冷媒圧力との圧力差に比べて小さくなる。室内膨張弁の上流側と下流側との圧力差が小さいほど室内膨張弁を流れる冷媒量が少なくなるので、低い位置に設置された室内機に多くの冷媒が流れて高い位置に設置された室内機に流れる冷媒量が減少して十分な冷房能力が得られない虞がある。

そこで、特許文献１の空気調和装置では、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度を、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度より所定開度小さくすることで、低い位置に設置された室内機における冷媒流量を少なくし、高い位置に設置された室内機における冷媒流量を増やしている。これにより、室外機を地上に設置する一方、２台の室内機が高低差をもって設置されている空気調和装置であっても、高い位置に設置された室内機で十分な冷房能力を発揮できるようにしている。

特開平６−１５９８４３号公報

ところで、特許文献１の空気調和装置において、各室内機が高低差をもって設置され、かつ、室外機が各室内機より高い位置に設置されている場合に、空気調和装置で暖房運転を行ったときは、以下のような問題があった。

暖房運転では、圧縮機から吐出されたガス冷媒は各室内機の室内熱交換器に流入して凝縮するが、室内熱交換器で凝縮し液管に流入した液冷媒が高い位置に設置された室外機に向かい重力に逆らって流れるため、低い位置に設置された室内機程、当該室内機から液管に流出した液冷媒が室外機に向かって流れにくくなる。これにより、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の下流側（室外機側）における液冷媒の圧力は、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の下流側における液冷媒の圧力よりも高くなる。従って、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側（室内熱交換器側）の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差に比べて小さくなる。

室内膨張弁の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が小さいほど室内膨張弁を流れる冷媒量が少なくなるので、高い位置に設置された室内機に多くの冷媒が流れる一方、低い位置に設置された室内機に流れる冷媒量が減少して当該室内機で十分な暖房能力が得られない虞がある。そこで、特許文献１の空気調和装置と同様の思想で、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度を、高い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度よりも常に大きくなるように制御することが考えられる。これにより、高い位置に設置された室内機に流れる冷媒量に比べて低い位置に設置された室内機に流れる冷媒量が多くなるので、低い位置に設置された室内機における暖房能力を向上させることができる。

ここで、低い位置に設置された室内機と高い位置に設置された室内機との高低差が大きい程、低い位置に設置された室内機から流出した液冷媒が液管内を室外機に向けて流れにくくなるので、両者の室内膨張弁の下流側における液冷媒の圧力の差が大きくなり、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が小さくなる。そのため、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度は、低い位置に設置された室内機と高い位置に設置された室内機との高低差に応じた開度とする必要がある。つまり、低い位置に設置された室内機と高い位置に設置された室内機との高低差が大きくなる程、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度を大きくする必要がある。

しかし、低い位置に設置された室内機と高い位置に設置された室内機との高低差が大きく、低い位置に設置された室内機から液管に流出した液冷媒が室外機に向けて流れなくなる、つまり、液管の下方に液冷媒が滞留する場合は、低い位置に設置された室内機の室内膨張弁の開度を全開としても当該室内機に冷媒が流れず暖房能力が出ない（暖房ができない）という問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、室外機が複数の室内機より高い位置に設置されている場合でも、暖房運転時に各室内機で十分な暖房能力を発揮できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と室外熱交換器と室外膨張弁と冷媒貯留器を有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数の室内機がガス管と液管で接続されてなる冷媒回路と、室外機や複数の室内機を運転制御する制御手段を有するものであって、室外機が複数の室内機より上方に設置されかつ複数の室内機が高低差をもって設置されている。制御手段は、空気調和装置の暖房運転中に、複数の室内機のうち低い位置に配置された室内機に冷媒が流れないことによって当該室内機で暖房能力が低下しているとき、運転を停止している室内機が存在すれば、当該室内機の室内熱交換器に冷媒を収容する第１冷媒収容動作を実行し、第１冷媒収容動作の実行中に停止している室内機の室内熱交換器が冷媒で満たされたときに暖房能力が低下している室内機が存在すれば、第１冷媒収容動作に加えて暖房能力が低下している室内機以外の運転している室内機の室内熱交換器に冷媒を収容する第２冷媒収容動作を実行する。また、制御手段は、運転を停止している室内機が存在しなければ、第２冷媒収容動作を実行する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、室外機が複数の室内機より高い位置に設置されている場合でも、暖房運転時に各室内機で十分な暖房能力を発揮できる。

本発明の実施形態における、空気調和装置の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段および室内機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、室内機および室外機の設置図である。 本発明の実施形態における、室外機制御部での処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、建物の屋上に設置される１台の室外機に、建物の各階に設置される３台の室内機が並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転あるいは暖房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）および図２に示すように、本実施形態における空気調和装置１は、建物の屋上に設置される１台の室外機２と、建物の各階に設置され、室外機２に液管８およびガス管９で並列に接続された３台の室内機５ａ〜５ｃとを備えている。詳細には、液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が分岐して室内機５ａ〜５ｃの各液管接続部５３ａ〜５３ｃに、それぞれ接続されている。また、ガス管９は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が分岐して室内機５ａ〜５ｃの各ガス管接続部５４ａ〜５４ｃに、それぞれ接続されている。以上により、空気調和装置１の冷媒回路１００が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、液管８の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続された閉鎖弁２６と、冷媒貯留器であるアキュムレータ２８と、室外ファン２７とを備えている。そして、室外ファン２７を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、後述する四方弁２２のポートａに吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２８の冷媒流出側に吸入管４２で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管４１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側と冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２７の回転により室外機２内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管４３で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管４４で閉鎖弁２５に接続されている。

室外膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外膨張弁２４は電子膨張弁であり、その開度が調整されることで、室外熱交換器２３に流入する冷媒量、あるいは、室外熱交換器２３から流出する冷媒量を調整する。室外膨張弁２４の開度は、空気調和装置１が冷房運転を行っている場合は全開とされる。また、空気調和装置１が暖房運転を行っている場合は、後述する吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度に応じてその開度を制御することで、吐出温度が性能上限値を超えないようにしている。

室外ファン２７は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機２内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

アキュムレータ２８は、上述したように、冷媒流入側が四方弁２２のポートｃと冷媒配管４６で接続されるとともに、冷媒流出側が圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２８は、冷媒配管４６からアキュムレータ２８内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離してガス冷媒のみを圧縮機２１に吸入させる。また、後述する第３冷媒収容動作において、液管８に滞留する冷媒を収容する冷媒貯留器として機能する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２８の冷媒流入口近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

室外機液管４４における室外熱交換器２３と室外膨張弁２４との間には、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度あるいは室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出するための熱交温度センサ３５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２内に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７の制御状態、後述する室外ファン制御テーブル３００や室外ファン回転数テーブル４００、等を記憶している。通信部２３０は、室内機５ａ〜５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果をセンサ入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃから送信される制御信号を通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室外膨張弁２４の開度調整を行う。

次に、３台の室内機５ａ〜５ｃについて説明する。３台の室内機５ａ〜５ｃは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃと、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃと、分岐した液管８の他端が接続された液管接続部５３ａ〜５３ｃと、分岐したガス管９の他端が接続されたガス管接続部５４ａ〜５４ｃと、室内ファン５５ａ〜５５ｃとを備えている。そして、室内ファン５５ａ〜５５ｃを除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室内機冷媒回路５０ａ〜５０ｃを構成している。

尚、室内機５ａ〜５ｃの構成は全て同じであるため、以下の説明では、室内機５ａの構成についてのみ説明を行い、その他の室内機５ｂ、５ｃについては説明を省略する。また、図１では、室内機５ａの構成装置に付与した番号の末尾をａからｂおよびｃにそれぞれ変更したものが、室外機５ａの構成装置と対応する室内機５ｂ、５ｃの構成装置となる。

室内熱交換器５１ａは、冷媒と後述する室内ファン５５ａにより図示しない吸込口から室内機５ａ内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部５３ａに室内機液管７１ａで接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部５４ａに室内機ガス管７２ａで接続されている。室内熱交換器５１ａは、室内機５ａが冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機５ａが暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。
尚、液管接続部５３ａやガス管接続部５４ａは、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内膨張弁５２ａは、室内機液管７１ａに設けられている。室内膨張弁５２ａは電子膨張弁であり、室内熱交換器５１ａが蒸発器として機能する場合は、その開度が室内熱交換器５１ａの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ側）での過熱度が目標過熱度となるように調整され、室内熱交換器５１ａが凝縮器として機能する場合は、その開度が室内熱交換器５１ａの冷媒出口（液管接続部５３ａ側）での過冷却度が目標過冷却度となるように調整される。ここで、目標過熱度および目標過冷却度は、室内機５ａで十分な暖房能力あるいは冷房能力が発揮されるための過熱度および過冷却度である。

室内ファン５５ａは樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１ａの近傍に配置されている。室内ファン５５ａは、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機５ａ内に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１ａにおいて冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ供給する。

以上説明した構成の他に、室内機５ａには各種のセンサが設けられている。室内機液管７１ａにおける室内熱交換器５１ａと室内膨張弁５２ａとの間には、室内熱交換器５１ａに流入あるいは室内熱交換器５１ａから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａが設けられている。室内機ガス管７２ａには、室内熱交換器５１ａから流出あるいは室内熱交換器５１ａに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６２ａが設けられている。室内機５ａの図示しない吸込口付近には、室内機５ａ内に流入する室内空気の温度、すなわち吸込温度を検出する吸込温度センサ６３ａが備えられている。そして、室内機５ａの図示しない吹出口付近には、室内熱交換器５１ａで冷媒と熱交換を行って室内機５ａから室内に放出される空気の温度、すなわち吹出温度を検出する吹出温度センサ６４ａが備えられている。

また、室内機５ａには、室内機制御手段５００ａが備えられている。室内機制御手段５００ａは、室内機５ａの図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ５１０ａと、記憶部５２０ａと、通信部５３０ａと、センサ入力部５４０ａとを備えている。

記憶部５２０ａは、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室内機５ａの制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、使用者による空調運転に関する設定情報等を記憶する。通信部５３０ａは、室外機２および他の室内機５ｂ、５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部５４０ａは、室内機５ａの各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ５１０ａに出力する。

ＣＰＵ５１０ａは、前述した室内機５ａの各センサでの検出結果をセンサ入力部５４０ａを介して取り込む。また、ＣＰＵ５１０ａは、使用者が図示しないリモコンを操作して設定した運転情報やタイマー運転設定等を含んだ信号を図示しないリモコン受光部を介して取り込む。ＣＰＵ５１０ａは、取り込んだ検出結果やリモコンから送信された信号に基づいて、室内膨張弁５２ａの開度調整や、室内ファン５５ａの駆動制御を行う。また、ＣＰＵ５１０ａは、運転開始／停止信号や運転情報（設定温度や室内温度等）を含んだ制御信号を、通信部５３０ａを介して室外機２に送信する。
尚、以上説明した室外機制御手段２００と室内機制御手段５００ａ〜５００ｃとで、本発明の制御手段が構成される。

以上説明した空気調和装置１が、図２に示す建物６００に設置されている。具体的には、室外機２が屋上（ＲＦ）に配置されており、室内機５ａが３階、室内機５ｂが２階、室内機５ｃが１階に、それぞれ設置されている。そして、室外機２と室内機５ａ〜５ｃとは、上述した液管８とガス管９とで相互に接続されており、これら液管８とガス管９とは、図示しない建物６００の壁面内や天井裏に埋設されている。尚、図２では、最上階（３階）に設置されている室内機５ａと最下階（１階）に設置されている室内機５ｃとの高低差をＨで表している。

次に、本実施形態における空気調和装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機５ａ〜５ｃが暖房運転を行う場合について説明し、冷房／除霜運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１（Ａ）に示すように、室内機５ａ〜５ｃが暖房運転を行う場合、室外機制御手段２００は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管４５、閉鎖弁２６、ガス管９、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃの順に流れて室内機５ａ〜５ｃに流入する。室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は、室内機ガス管７２ａ〜７２ｃを流れて室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入し、室内ファン５５ａ〜５５ｃの回転により室内機５ａ〜５ｃ内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機５ａ〜５ｃが設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れ、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過して減圧される。減圧された冷媒は、室内機液管７１ａ〜７１ｃ、液管接続部５３ａ〜５３ｃを流れて液管８に流入する。

液管８を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管４４を流れ、吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度に応じた開度とされた室外膨張弁２４を通過するときにさらに減圧される。室外機液管４４から室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒配管４３、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。
以上説明したように冷媒回路１００を冷媒が循環することで、空気調和装置１の暖房運転が行われる。

尚、室内機５ａ〜５ｃが冷房／除霜運転を行う場合、室外機制御手段２００は、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するように切り換える。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能する。

次に、図１乃至図３を用いて、本実施形態の空気調和装置１において、本発明に関わる冷媒回路の動作やその作用、および、効果について説明する。以下の説明では、吐出圧力センサ３１で検出した圧縮機２１の吐出圧力をＰｄ、吐出圧力Ｐｄを用いて算出する高圧飽和温度をＴｈとする。また、室内機５ａ〜５ｃにおいて、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能しているときに、ガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃで検出する冷媒温度である熱交入口温度をＴｉａ〜Ｔｉｃ（特に区別が必要ない場合は、熱交入口温度Ｔｉ）、液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出する冷媒温度である熱交出口温度をＴｏａ〜Ｔｏｃ（特に区別が必要ない場合は、熱交出口温度Ｔｏ）とする。さらには、吸込温度センサ６３ａ〜６３ｃで検出した吸込温度をＴｓａ〜Ｔｓｃ（特に区別が必要ない場合は、吸込温度Ｔｓ）、吹出温度センサ６４ａ〜６４ｃで検出した吹出温度をＴｂａ〜Ｔｂｃ（特に区別が必要ない場合は、吹出温度Ｔｂ）とする。尚、室内熱交換器５１ａが凝縮器として機能するときに、熱交入口温度をＴｉａ〜Ｔｉｃを検出するガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃが本発明の熱交入口温度センサとなり、熱交出口温度をＴｏａ〜Ｔｏｃを検出する液側温度センサ６１ａ〜６１ｃが本発明の熱交出口温度センサとなる。

図２に示すように、本実施形態の空気調和装置１では、室外機２が建物６００の屋上に設置されるとともに室内機５ａ〜５ｃが各階に設置されている。つまり、室外機２が室内機５ａ〜５ｃより高い位置に設置されるとともに、室内機５ａと室内機５ｃの設置場所にも高低差Ｈがある設置となっている。この場合に、空気調和装置１で暖房運転を行ったときは、以下のような問題がある。

暖房運転では、圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、吐出管４１から四方弁２２を介して室外機ガス管４５を流れて室外機２から流出し、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入して凝縮する。このとき、室外機２が室内機５ａ〜５ｃより高い位置に設置されているために、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで凝縮し液管８に流出した液冷媒は、重力に逆らって室外機２に向かって液管８を流れることになる。

従って、室外機２に比べて室内機５ａ〜５ｃの設置位置が低くなる程液管８に流出した液冷媒が室外機２に向かって流れにくくなるため、１階に設置されている室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの下流側（室外機２側）における液冷媒の圧力は、他の階に設置されている室内機５ａ、５ｂの室内膨張弁５２ａ、５２ｂの下流側における液冷媒の圧力よりも高くなる。このため、室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの上流側（室内熱交換器５１ｃ側）の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が、室内機５ａ、５ｂの室内膨張弁５２ａ、５２ｂの上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差に比べて小さくなる。

上記のような冷媒回路１００の状態では、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が小さいほど、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを流れる冷媒量が少なくなる。従って、１階に設置された室内機５ｃを流れる冷媒量は、他の室内機５ａ、５ｂを流れる冷媒量と比べて少なくなる。このことは、１階（一番低い位置）に設置された室内機５ｃと３階（一番高い位置）に設置された室内機５ａとの高低差Ｈが大きくなる程顕著になり、高低差が大きくなる（例えば、５０ｍ）と室内機５ｃから液管８に流出した液冷媒が室外機２に向かって流れなくなって液管８の下方に液冷媒が滞留する恐れがある。そして、液管８の下方に液冷媒が滞留すると、室内膨張弁５ｃを全開としても室内機５ｃに冷媒が流れずに室内機５ｃで暖房能力が発揮されない虞あった。

以上説明したように、室外機２が建物６００の屋上に設置されるとともに室内機５ａ〜５ｃが各階に設置されている空気調和装置１が暖房運転を行うときに、室内機５ｃで暖房能力が発揮されない原因は、室内機５ａと室内機５ｃとの高低差Ｈが大きいことに起因する液管８での液冷媒の滞留である。そこで、本発明では、空気調和装置１が暖房運転を行うときに、液管８に液冷媒が滞留して室内機５ｃで暖房能力が発揮されない場合は、まずは停止している室内機があれば当該室内機の室内熱交換器に、液管８に滞留する液冷媒を収容する第１冷媒収容動作を実行する。

次に、停止している室内機が存在しない場合や、第１冷媒収容動作の実行中に停止室内機の室内熱交換器に液冷媒が充満したときに室内機５ｃで暖房能力がまだ発揮されない場合は、第１冷媒収容動作に加えて、運転している室内機のうち暖房能力が発揮されていない室内機５ｃ以外の室内機５ａ、５ｂにおいて目標過冷却度を所定値（例えば、２℃）増加させ、当該室内機５ａ、５ｂの過冷却度が、所定値増加させた目標過冷却度となるように各室内膨張弁５２ａ、５２ｂの開度を減じることで、当該室内機５ａ、５ｂの室内熱交換器５１ａ、５１ｂに、液管８に滞留する液冷媒を収容する第２冷媒収容動作を実行する。尚、上述した所定値は、予め試験等を行って求められたものであり、所定値だけ上昇させた目標過冷却度とするために各室内膨張弁の開度を減じることで当該室内機の冷媒流量が減少しても、発揮される暖房能力の減少が極力抑えられることが判明している値である。

そして、第１冷媒収容動作および／または第２冷媒収容動作を実行しても、室内機５ｃで暖房能力がまだ発揮されない場合は、第１冷媒収容動作および／または第２冷媒収容動作に加えて、室外熱交換器２４の開度を、吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度が性能上限値を超えないように調整しているときの開度より大きくして、冷媒貯留器であるアキュムレータ２８に液管８に滞留する液冷媒を収容する第３冷媒収容動作を実行する。

上述した第１冷媒収容動作、第２冷媒収容動作、および第３冷媒収容動作を実行することで、液管８に滞留する液冷媒が減少することによって室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの下流側における液冷媒の圧力が小さくなり、室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差が小さくなる。これにより、室内機５ｃに流入する冷媒量が増えるので、室内機５ｃを流れる冷媒量が増加して室内機５ｃで暖房能力が発揮できるようになる。

次に、図３を用いて、本実施形態の空気調和装置１における暖房運転時の制御について説明する。図３は、空気調和装置１が暖房運転を行う場合の、室外機制御部２００のＣＰＵ２１０が行う制御に関する処理の流れを示すものである。図３において、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図３では本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、使用者の指示した設定温度や風量等の運転条件に対応した冷媒回路１００の制御、といった、空気調和装置１に関わる一般的な処理については説明を省略している。また、以下の説明では、室内機５ａは運転を停止しており、室内機５ｂ、５ｃが暖房運転を行っている場合を例に挙げて説明する。

最初に、ＣＰＵ２１０は、使用者の運転指示が暖房運転指示であるか否かを判断する（ＳＴ１）。
暖房運転指示でなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、冷房運転時もしくは除湿運転時の制御を行い（ＳＴ１６）、ＳＴ１に処理を戻す。ここで、冷房運転時もしくは除湿運転時の制御とは、四方弁２２を操作して室外熱交換器２３が凝縮器として機能するように冷媒回路１００を切り換える制御や、冷房運転時または除湿運転時における室内機５ａ〜５ｃからの要求能力に応じた回転数で圧縮機２１や室外ファン２７を起動する、等、冷房運転時または除湿運転時の一般的な制御のことである。

ＳＴ１において、暖房運転指示であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように、四方弁２２を操作して室外熱交換器２３が蒸発器として機能するように冷媒回路１００を切り換る（ＳＴ２）。次に、ＣＰＵ２１０は、暖房運転の開始処理を行う（ＳＴ３）。暖房運転の開始処理では、ＣＰＵ２１０は、室内機５ｂ、５ｃからの要求能力に応じた回転数で圧縮機２１や室外ファン２７を起動する。また、ＣＰＵ２１０は、吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度をセンサ入力部２４０を介して取り込み、取り込んだ吐出温度に応じて室外膨張弁２４の開度を調整する。さらには、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃに対し通信部２３０を介して暖房運転を開始する旨の運転開始信号を送信する。

運転開始信号を通信部５３０ｂ、５３０ｃを介して受信した室内機５ｂ、５ｃ（暖房運転を行う室内機）の室内機制御手段５００ｂ、５００ｃのＣＰＵ５１０ｂ、５１０ｃは、使用者の風量指示に応じた回転数で室内ファン５５ｂ、５５ｃを起動するとともに、室内熱交換器５１ｂ、５１ｃの冷媒出口（液管接続部５３ｂ、５３ｃ側）での過冷却度が目標過冷却度となるように室内膨張弁５２ｂ、５２ｃの開度を調整する。一方、運転開始信号を通信部５３０ａを介して受信した室内機５ａ（暖房運転を行わない室内機）の室内機制御手段５００ａのＣＰＵ５１０ａは、室内膨張弁５２ａの開度を最小開度より少しだけ大きい開度とする。これは、ガス管９から室内機５ａに流入した冷媒や冷凍機油が室内熱交換器５１ａに滞留しないようにするためである。

次に、ＣＰＵ２１０は、吐出圧力センサ３１で検出した吐出圧力Ｐｈをセンサ入力部２４０を介して取り込むとともに、各室内機５ａ〜５ｃから通信部２３０を介して、熱交入口温度Ｔｉ（Ｔｉａ〜Ｔｉｃ）、熱交出口温度Ｔｏ（Ｔｏａ〜Ｔｏｃ）、吸込温度Ｔｓ（Ｔｓａ〜Ｔｓｃ）、および、吹出温度Ｔｂ（Ｔｂａ〜Ｔｂｃ）を取り込む（ＳＴ４）。尚、熱交入口温度Ｔｉ、熱交出口温度Ｔｏ、吸込温度センサＴｓ、吹出温度Ｔｂは、室内機５ａ〜５ｃにおいてそれぞれを検出する各センサ（ガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃ、液側温度センサ６１ａ〜６１ｃ、吸込温度センサ６３ａ〜６３ｃ、吹出温度センサ６４ａ〜６４ｃ）での検出値をＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃが取り込み、通信部５３０ａ〜５３０ｃを介して室外機２に送信しているものである。また、上述した各検出値は、所定時間毎（例えば、５秒毎）に各ＣＰＵに取り込まれて各記憶部に記憶されている。

次に、ＣＰＵ２１０は、暖房能力が発揮できていない室内機があるか否かを判断する（ＳＴ５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４で取り込んだ吐出圧力Ｐｈを用いて算出した高圧飽和温度をＴｈからＳＴ４で取り込んだ熱交出口温度Ｔｏｂ、Ｔｏｃを減じて室内機５ｂ、５ｃの室内熱交換器５１ｂ、５１ｃの冷媒出口側における過冷却度を求める。また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ｂ、５ｃの吹出温度Ｔｂｂ、Ｔｂｃから吸込温度Ｔｓｂ、Ｔｓｃを減じてその温度差を求める。そして、ＣＰＵ２１０は、求めた過冷却度が所定の過冷却度（例えば、２０℃）より大きく、かつ、求めた温度差が所定温度差（例えば５℃）より小さい室内機があれば、当該室内機で暖房能力が発揮できていないと判断する。
尚、本実施形態では、１階に設置されている室内機５ｃが上述した条件を満たして暖房能力が発揮できていないとして説明を続ける。

暖房能力が発揮できていない室内機があれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、停止している室内機があるか否かを判断する（ＳＴ６）。前述したように、本実施形態では、室内機５ａが暖房運転を停止しているため（ＳＴ６−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ７に処理を進める。

ＳＴ７において、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａで冷媒充満条件が成立しているか否かを判断する。ここで、冷媒充満条件とは、室内機５ａの室内熱交換器５１ａが液冷媒で満たされた状態であるか否かを示すものであり、具体的には、ＳＴ４で取り込んだ室内機５ａの熱交入口温度Ｔｉａと熱交出口温度Ｔｏａが同じ温度であれば、室内熱交換器５１ａが液冷媒で満たされていることを示す。

冷媒充満条件が成立していれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１３に処理を進める。冷媒充満条件が成立していなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在第１冷媒収容動作を実行中であるか否かを判断する（ＳＴ８）。

第１冷媒収容動作を実行中であれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１３に処理を進める。第１冷媒収容動作を実行中でなければ（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第１冷媒収容動作を実行する（ＳＴ９）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、通信部２３０を介して室内機５ａに室内膨張弁５２ａの開度を最小開度とするよう指示する信号を送信する。室外機２からの信号を通信部５３０ａを介して受信したＣＰＵ５１０ａは、室内膨張弁５２ａの開度を最小開度とする。室内膨張弁５２ａの開度を最小開度とすることで、室内熱交換器５１ａから流出する冷媒量が最小量となる。従って、室内熱交換器５１ａに液冷媒を収容でき、この分液管８に滞留する液冷媒量が減少する。尚、室内膨張弁５２ａの開度を全閉とはせずに最小開度とするのは、室内機５ａに冷媒とともに流入する冷凍機油を室内熱交換器５１ａに滞留させないためであり、室内熱交換器５１ａから最小量で流出する冷媒とともに冷凍機油を室内機５ａから流出させるためである。

ＳＴ９の処理を終えたＣＰＵ２１０は、使用者による運転モード切替指示があるか否かを判断する（ＳＴ１０）。ここで、運転モード切替指示とは、現在の運転（ここでは暖房運転）から別の運転（冷房運転あるいは除湿運転）への切替を指示するものである。運転モード切替指示がある場合は（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１に処理を戻す。運転モード切替指示がない場合は（ＳＴ１０−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、使用者による運転停止指示があるか否かを判断する（ＳＴ１１）。運転停止指示とは、全ての室内機５ａ〜５ｃが運転を停止することを示すものである。

運転停止指示があれば（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ１２）、処理を終了する。運転停止処理では、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１や室外ファン２７を停止するとともに室外膨張弁２４を全閉とする。また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃに対し通信部２３０を介して暖房運転を停止する旨の運転停止信号を送信する。運転停止信号を通信部５３０ｂ、５３０ｃを介して受信した室内機５ｂ、５ｃのＣＰＵ５１０ｂ、５１０ｃは、室内ファン５５ｂ、５５ｃを停止するとともに室内膨張弁５２ｂ、５２ｃを全閉とする。また、運転停止信号を通信部５３０ａを介して受信した室内機５ａのＣＰＵ５１０ａは、室内膨張弁５２ａを全閉とする。
運転停止指示がなければ（ＳＴ１１−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４に処理を戻す。

ＳＴ６において停止室内機が存在しない場合（ＳＴ６−Ｎｏ）、ＳＴ７において停止している室内機５ａで冷媒充満条件が成立している場合（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、および、ＳＴ８で第１冷媒収容動作を実行中である場合（ＳＴ８−Ｙｅｓ）は、ＣＰＵ２１０は、第２冷媒収容動作を実行中であるか否かを判断する（ＳＴ１３）。

第２冷媒収容動作を実行中でなければ（ＳＴ１３−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、第２冷媒収容動作を実行し（ＳＴ１４）、ＳＴ１０に処理を進める。第２冷媒収容動作を実行中であれば（ＳＴ１３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、第３冷媒収容動作を実行し（ＳＴ１５）、ＳＴ１０に処理を進める。

第２冷媒収容動作では、ＣＰＵ２１０は、通信部２３０を介して室内機５ｂに、室内熱交換器５１ｂの冷媒出口側における過冷却度の目標値である目標過冷却度を、現在の値より所定値（例えば、２℃）増加させる旨を示す信号を送信する。そして、この信号を通信部５３０ｂを介して受信したＣＰＵ５１０ｂは、冷媒出口側における過冷却度が現在の目標過冷却度より所定値増加させた値となるように、室内膨張弁５２ｂの開度を現在の開度より減じる。これにより、室内熱交換器５１ｂから流出する冷媒量が減少し、室内熱交換器５１ｂに滞留する液冷媒量が多くなる、つまり、室内熱交換器５１ｂに液冷媒を収容でき、この分液管８に滞留する液冷媒量が減少する。

第３冷媒収容動作では、ＣＰＵ２１０は、室外膨張弁２４の開度を現在の開度より大きくすることで、室内機５ａ〜５ｃから室外機２に流入する冷媒量を増加させる。室外機２に流入する冷媒量を増加させることによって、室外熱交換器２３で冷媒が蒸発し切らずに気液二相状態でアキュムレータ２８に流入し、アキュムレータ２８に液冷媒のみが滞留する。これにより、アキュムレータ２８に液冷媒を収容でき、この分液管８に滞留する液冷媒量が減少する。

ＳＴ１４の処理あるいはＳＴ１５の処理を終えたＣＰＵ２１０はＳＴ１０へと処理を進め、以降はＳＴ９からＳＴ１０に処理を進めた場合と同様に、ＳＴ１０における運転モード切替指示とＳＴ１１における運転停止指示がない場合は、ＳＴ４に処理を戻す。そして、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ５において、運転能力が低下している室内機が存在する限り、ＳＴ６からＳＴ１１までの処理（ＳＴ１３〜ＳＴ１５の処理を含む）を繰り返す。このように、第１冷媒収容動作、第２冷媒収容動作、第３冷媒収容動作を順に開始し、かつ、各冷媒収容動作を並行して行うことで、液管８に液冷媒が滞留している状態を解消して室内機５ｃに冷媒が流れるようになり、室内機５ｃで暖房能力が発揮できるようになる。

尚、各冷媒収容動作を行う際に、第１冷媒収容動作、第２冷媒収容動作、第３冷媒収容動作の順で開始する理由は、以下の通りである。まず、第１冷媒収容動作を先に開始するのは、第１冷媒収容動作が停止している室内機の室内熱交換器に液冷媒を収容する動作であるため、空気調和装置１全体の運転（本実施形態では暖房運転を行っている室内機５ｂ、５ｃ）に与える影響が少ないためである。

次に、第３冷媒収容動作を最後に開始する理由は次の通りである。第３冷媒収容動作はアキュムレータ２８に液冷媒を溜める動作であるため、第３冷媒収容動作を優先して行うとアキュムレータ２８で液冷媒がオーバーフローして圧縮機２１に液冷媒が吸入される所謂液圧縮が発生する可能性が高くなる。そこで、第１冷媒収容動作や第２冷媒収容動作を先に実行して液管８に滞留する液冷媒量をある程度減少させた上で第３冷媒収容動作を行えば、アキュムレータ２８でオーバーフローが発生する可能性が低くなるようにしている。

そして、第２冷媒収容動作は、運転している室内機のうち暖房能力を発揮していない室内機以外の室内機（本実施形態では、室内機５ｂ）の室内熱交換器に冷媒を収容する動作であるため、当該室内機の暖房能力が（僅かであっても）低下することは防げず、第１冷媒収容動作と比べると空気調和装置１全体の運転に与える影響は大きい。しかし、第３冷媒収容動作の実行中にアキュムレータ２８でオーバーフローが発生した場合に空気調和装置１に与える影響と比べると、第２冷媒収容動作の実行中に僅かに暖房能力が低下する方が空気調和装置１全体の運転に与える影響は小さい。従って、第２冷媒収容動作は、第１冷媒収容動作よりも後に開始し、第３冷媒収容動作よりも先に開始する。

ＳＴ５において、暖房能力が発揮できていない室内機がなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在、第１冷媒収容動作、第２冷媒収容動作、第３冷媒収容動作のうちいずれかの冷媒収容動作を実行中であるか否かを判断する（ＳＴ１７）。いずれかの冷媒収容動作を実行中でなければ（ＳＴ１７―Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１０に処理を進める。いずれかの冷媒収容動作を実行中であれば（ＳＴ１７―Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、実行中の冷媒収容動作を全て停止し（ＳＴ１８）、ＳＴ１０に処理を進める。

以上説明したように、本発明の空気調和装置は、第１冷媒収容動作、第２冷媒収容動作、および第３冷媒主要動作を実行することによって冷媒回路中に滞留する冷媒を収容する。これにより、室外機が複数の室内機より高い位置に設置されている場合でも、暖房運転時に各室内機で十分な暖房能力を発揮できる。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ〜５ｃ 室内機
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
２４ 室外膨張弁
３１ 吐出圧力センサ
５１ａ〜５１ｃ 室内熱交換器
５２ａ〜５２ｃ 室内膨張弁
６１ａ〜６１ｃ 液側温度センサ
６２ａ〜６２ｃ ガス側温度センサ
６３ａ〜６３ｃ 吸込温度センサ
６４ａ〜６４ｃ 吹出温度センサ
１００ 冷媒回路
２００ 室外機制御部
２１０ ＣＰＵ
５００ａ〜５００ｃ 室内機制御部
５１０ａ〜５１０ｃ ＣＰＵ
Ｐｈ 吐出圧力
Ｔｈ 高圧飽和温度
Ｔｉ 熱交入口温度
Ｔｏ 熱交出口温度
Ｔｓ 吸入圧力センサ
Ｔｂ 吹出温度

Claims (2)

1. 圧縮機と室外熱交換器と室外膨張弁と冷媒貯留器を有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数の室内機がガス管と液管で接続され、前記室外機や複数の前記室内機を運転制御する制御手段を有する空気調和装置であって、
   前記室外機が、前記複数の室内機より上方に設置されかつ前記複数の室内機の設置場所に高低差があり、
   前記制御手段は、
   前記空気調和装置の暖房運転中に、前記複数の室内機のうち低い位置に配置された室内機に冷媒が流れないことによって当該室内機で暖房能力が低下しているとき、
   運転を停止している室内機が存在すれば、当該室内機の室内熱交換器に冷媒を収容する第１冷媒収容動作を実行し、前記第１冷媒収容動作の実行中に停止している前記室内機の室内熱交換器が冷媒で満たされたときに、暖房能力が低下している室内機が存在すれば、前記第１冷媒収容動作に加えて、前記暖房能力が低下している室内機以外の運転している室内機の室内熱交換器に冷媒を収容する第２冷媒収容動作を実行し、
   運転を停止している室内機が存在しなければ、前記第２冷媒収容動作を実行し、
   前記第１冷媒収容動作では、停止している前記室内機の前記室内膨張弁が、最小開度より大きな開度から前記最小開度とされ、
   前記第２冷媒収容動作では、運転している前記室内機のうち暖房能力が低下している前記室内機以外の室内機のうち少なくとも１台の室内機において、当該室内機の室内膨張弁の開度を他の室内機より所定開度小さくする、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記第１冷媒収容動作および／または前記第２冷媒収容動作を実行しているときに暖房能力が低下している室内機が存在すれば、前記室外膨張弁の開度を所定開度大きくして前記冷媒貯留器に冷媒を収容する第３冷媒収容動作を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
   
   

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