JP6468300B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１台の室外機に複数台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台の室外機に複数台の室内機が液管とガス管で接続された空気調和装置で冷房運転を行うときは、蒸発器として機能する各室内機の室内熱交換器の冷媒出口側における冷媒過熱度が、予め定められた基準値（例えば、２ｄｅｇ）となるように、各室内機に対応する膨張弁の開度が調整される（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、室内機毎に、室内熱交換器の冷媒入口側における冷媒温度（以降、熱交入口温度と記載）と室内熱交換器の冷媒出口側における冷媒温度（以降、熱交出口温度と記載）を検出し、熱交出口温度から熱交入口温度を減じて、各室内機の冷媒過熱度が求められる。

そして、求めた各室内機の冷媒過熱度が上述した基準値となるように、各室内機に対応する膨張弁の開度が調整される。具体的には、ある室内機において求めた冷媒過熱度が基準値より大きい場合は、当該室内機に対応する膨張弁の開度が大きくされる。膨張弁の開度が大きくされることで、当該室内機の室内熱交換器に流入する冷媒量が増えて冷媒過熱度が低下する。一方、ある室内機において求めた冷媒過熱度が基準値より小さい場合は、当該室内機に対応する膨張弁の開度が小さくされる。膨張弁の開度が小さくされることで、当該室内機の室内熱交換器に流入する冷媒量が減って冷媒過熱度が上昇する。

特開昭６３−２９１５９号公報

上述した空気調和装置で冷房運転を行う場合に、室外機と各室内機の設置状態によっては、特定の室内機に流入する冷媒量が少なくなる場合がある。例えば、各室内機の設置場所が室外機の設置場所より高い位置であり、かつ、各室内機の設置場所に高低差がある場合は、上方に設置された室内機に冷媒が流れにくくなるので、当該室内機に流入する冷媒量が他の室内機と比べて少なくなる。冷房運転時は、室外機から各室内機へ向かって流れる冷媒が、室外機の室外熱交換器で凝縮されて液冷媒となり、液冷媒を重力に逆らって室外機より上方に設置された室内機に流さなければならないためである。

また、各室内機の設置場所と室外機の設置場所がほぼ同じ高さであっても、各室内機と室外機の距離が異なれば、室外機から遠い場所に配置される室内機に流入する冷媒量は室外機に近い場所に配置される室内機に流入する冷媒量と比べて少なくなる。室外機から遠い場所に設置される室内機は、当該室内機と室外機を接続する冷媒配管の長さが他の室内機と比べて長くなり、他の室内機と比べて冷媒配管による圧力損失が大きくなるためである。

このように、特定の室内機に流入する冷媒量が少なくなる各室内機の設置状態となっているときに、室内機間の高低差が大きい（例えば、５０ｍ以上の高低差がある）場合の一番上方に設置された室内機や、室外機から一番遠い場所に設置されている室内機と室外機の距離が大きい（例えば、５０ｍ以上離れている）場合は、当該室内機に流入する冷媒量が著しく減少して冷媒不足となり、使用者が要求する冷房能力を発揮できない恐れがあった。

一方、冷房運転時に、上述したような特定の室内機に流入する冷媒量が少なくなる各室内機の設置状態でない場合でも、室外機に接続される室内機の台数が多くて各室内機の定格能力の合計値が室外機の定格能力より大きい場合は、各室内機の定格能力の合計値が室外機の定格能力と同じかあるいは小さい場合と比べて、各室内機に流入する冷媒量が少なくなる。

このように、室外機に接続される室内機の台数が多くて各室内機の能力の合計値が室外機の能力より大きいときに、空調負荷が大きい（例えば、当該室内機が設置される部屋の室内温度が４０℃近い高温である）室内機では、使用者が要求する冷房能力を発揮するために必要な冷媒量に対して現在流入している冷媒量では不足する場合があった。

そして、冷房運転時に上述したような理由で流入する冷媒量が不足して冷房能力が発揮できていない室内機が存在する場合は、当該室内機における冷媒過熱度が高い値（例えば、８ｄｅｇ）となっている。このとき、特許文献１に記載されているように、当該室内機で冷媒過熱度を基準値とするために対応する膨張弁の開度を大きくしても、そもそも当該室内機に流入する冷媒量が不足しているために冷媒過熱度が低下しない、つまり、当該室内機で冷媒過熱度を基準値とするために膨張弁の開度を大きくしても冷房能力を発揮できない状態は解消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、冷房能力が発揮できていない室内機に十分な量の冷媒を流入させることで、各室内機で十分な冷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、室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数台の室内機と、室内熱交換器の各々が蒸発器として機能しているときに室内熱交換器の各々から流出する冷媒の過熱度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出手段と、複数個の室内膨張弁の開度を調整する制御手段を有する。そして、制御手段は、過熱度検出手段が検出した各冷媒過熱度の中の最大値と最小値を平均して平均冷媒過熱度を求め、各室内機の冷媒過熱度が平均冷媒過熱度となるように、各室内膨張弁の開度を調整する冷媒量バランス制御を実行する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、冷房運転時に冷媒量バランス制御を実行することで、十分な冷媒量となっている室内機から冷媒量が不足する室内機に冷媒が分配されるので、冷房運転時に各室内機で十分な冷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、室外機制御手段での処理を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施形態における、室外機制御手段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、先に説明した、冷房運転時に特定の室内機に流入する冷媒量が不足する設置状態として、地上に設置される１台の室外機と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、地上に設置される１台の室外機２と、建物６００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の一端が接続される閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続される閉鎖弁２６と、アキュムレータ２８と、室外ファン２７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と吐出管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の冷媒流出側と吸入管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の冷媒吐出側と吐出管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の内部に取り込まれた外気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と冷媒配管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と接続されている。

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の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の外部へ放出する。

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の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。

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室外熱交温度センサ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の内部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。そして、３台の室内機５ａ〜５ｃは全て同じ能力であり、冷房運転時の室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過熱度を所定値（例えば、４ｄｅｇ）以下とできれば、各室内機で充分な冷房能力を発揮できるものである。

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の回転により図示しない吸込口から室内機５ａの内部に取り込まれた室内空気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と室内機液管７１ａで接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部５４ａと室内機ガス管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が凝縮器として機能する場合、すなわち、室内機５ａが暖房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（液管接続部５３ａ側）での冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度となるように調整される。ここで、目標冷媒過冷却度とは、室内機５ａで十分な暖房能力が発揮されるための冷媒過冷却度である。また、室内膨張弁５２ａは、室内熱交換器５１ａが蒸発器として機能する場合、すなわち、室内機５ａが冷房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ側）での冷媒過熱度が後述する平均冷媒過熱度となるように調整される。

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の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の内部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。

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。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に送信するとともに、室外機２が検出した外気温度等の情報を含む信号を通信部５３０ａを介して室外機２から受信する。ＣＰＵ５１０ａは、取り込んだ検出結果やリモコンおよび室外機２から送信された各種信号に基づいて、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。
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が地上に配置されており、室内機５ａが１階、室内機５ｂが２階、室内機５ｃが３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５ｃと最下階（１階）に設置されている室内機５ａ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が冷房運転を行う場合について説明し、暖房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）における矢印は冷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が冷房運転を行う場合、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０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ｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。これにより、冷媒回路１００が、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暖房サイクルとなる。

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から冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に流入する。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の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、室外機液管４４、開度が全開とされている室外膨張弁２４、閉鎖弁２５を介して液管８に流入する。

液管８を流れる冷媒は、液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して室内機５ａ〜５ｃに流入する。室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は、室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れ、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃで減圧されて室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入する。室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入した冷媒は、室内ファン５５ａ〜５５ｃの回転により室内機５ａ〜５ｃの内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで冷媒と熱交換を行って冷却され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冷房が行われる。

室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は室内機ガス管７２ａ〜７２ｃを流れ、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃを介してガス管９に流入する。ガス管９を流れる冷媒は、閉鎖弁２６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、室外機ガス管４５、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。

尚、室内機５ａ〜５ｃが暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するように切り換える。これにより、冷媒回路１００が、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暖房サイクルとなる。

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。尚、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能するときに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入する冷媒の温度である熱交入口温度を検出する液側温度センサ６１ａ〜６１ｃと、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出する冷媒の温度である熱交出口温度を検出するガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃと、室外機制御手段２００と、室内機制御手段５００ａ〜５００ｃが、本発明の過熱度検出手段である。

図２を用いて前述したように、本実施形態の空気調和装置１では、室外機２が建物６００の地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より低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で冷房運転を行ったときは、以下のような問題がある。

冷房運転では、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および冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に流入し、室外熱交換器２３で外気と熱交換を行って凝縮して液冷媒となる。このとき、室外機２が室内機５ａ〜５ｃより低い位置に設置されているために、室外熱交換器２３で凝縮し液管８に流出した液冷媒は、重力に逆らって室内機５ａ〜５ｃ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の設置位置が高い場合は、液管８に流出した液冷媒が室内機５ａ〜５ｃに向かって流れにくくなる。そして、各室内機５ａ〜５ｃの設置位置の高低差Ｈがある場合は、３階に設置されている室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの上流側（室外機２側）における冷媒圧力は、他の階に設置されている室内機５ａ、５ｂの室内膨張弁５２ａ、５２ｂの上流側における冷媒圧力よりも低くなる。このため、室内機５ｃの室内膨張弁５２ｃの上流側の冷媒圧力と下流側（室内熱交換器５１ｃ側）の冷媒圧力の圧力差が、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の圧力差が小さいほど、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過する冷媒量が少なくなる。従って、３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５ａと３階（一番高い位置）に設置された室内機５ｃの高低差Ｈが大きくなる程顕著になる。つまり、高低差が大きくなる程、室外機２から液管８に流出した液冷媒が室内機５ｃに向かって流れにくくなって室内機５ｃに流入する冷媒量が室内機５ａ、５ｂと比べて少なくなる。

そして、室内機５ａと室内機５ｃの高低差がある値（例えば、５０ｍ）以上となれば、室内機５ｃに流入する冷媒量が要求される冷房能力を発揮するのに必要な冷媒量に対して不足する恐れがある。このとき、室内機５ｃに流入する冷媒量を増やすために室内膨張弁５２ｃの開度を大きくしても、そもそも室外機２から室内機５ｃに向かって流れる冷媒量が不足しているため、室内機５ｃに流入する冷媒量は増加せず、冷房能力を発揮できない状態が解消できないという問題がある。

そこで、本発明では、空気調和装置１が冷房運転を行うときに、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側（ガス側閉鎖弁５４ａ〜５４ｃ側）における冷媒過熱度を定期的（例えば、３０秒毎）に求め、求めた冷媒過熱度のうち最大値と最小値を抽出してこれらの平均値である平均冷媒過熱度を求める。そして、室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整して、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過熱度を求めた平均冷媒過熱度とする冷媒量バランス制御を実行する。

上記のように、室内膨張弁５ｃを大きくしても室内機５ｃに冷媒が流れず、室内機５ｃで冷媒量が不足して冷房能力が発揮されないとき、室内機５ａ〜５ｃの各冷媒過熱度は、例えば、室内機５ａで１ｄｅｇ、室内機５ｂで２ｄｅｇ、室内機５ｃで１１ｄｅｇ、というように、各室内機の設置位置が室外機２から上方に行く程大きくなっている。これは、室内機５ｃで冷媒量が不足することで冷媒過熱度が大きな値となっているのに対し、室内機５ａ、５ｂでは冷媒量が室内機５ｃと比べて多いため冷媒過熱度が小さい値となっていることを示す、つまり、冷房運転時の冷媒回路１００において各室内機５ａ〜５ｃでの冷媒分布が偏っていることを示す。

冷房運転時に、各室内機５ａ〜５ｃでの冷媒分布が偏っているときに冷媒量バランス制御を実行すると、平均冷媒過熱度（上記の例の場合では、最大値：１１ｄｅｇと最小値：１ｄｅｇの平均値である６ｄｅｇ）より冷媒過熱度の小さい室内機５ａおよび５ｂでは、冷媒過熱度を平均冷媒過熱度まで上昇させるために室内膨張弁５２ａ、５２ｂの開度が絞られる。これにより、室内機５ａ、５ｂに流入する冷媒量が減少するとともに、室内膨張弁５２ａ、５２の下流側（室内熱交換器５１ａ、５１ｂ側）における冷媒圧力が低下する。

一方、平均冷媒過熱度より冷媒過熱度の大きい室内機５ｃでは、室内膨張弁５２ａ、５２ｂの下流側の冷媒圧力が低下することによって室内膨張弁５２ｃの下流側の冷媒圧力も低下するために、室内膨張弁５２ｃの上流側と下流側の圧力差が大きくなる。これにより、冷媒量バランス制御において室内機５ｃの冷媒過熱度を平均冷媒過熱度まで低下させるために、室内膨張弁５２ｃの開度を大きくすると室内膨張弁５２を通過する冷媒量が増加する、つまり、室内機５ｃに流入する冷媒量が増えるので、室内機５ｃの冷房能力が上昇する。

次に、図３を用いて、本実施形態の空気調和装置１における冷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が冷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、全ての室内機５ａ〜５ｃが冷房運転を行っている場合を例に挙げて説明する。

また、以下の説明では、室内機５ａ〜５ｃの液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出する室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒入口側における冷媒温度である熱交入口温度をＴｉ（単位：℃。室内機５ａ〜５ｃ毎に個別に言及する場合は、Ｔｉａ〜Ｔｉｃ）、室内機５ａ〜５ｃのガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃで検出する室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒温度である熱交出口温度をＴｏ（単位：℃。室内機５ａ〜５ｃ毎に個別に言及する場合は、Ｔｏａ〜Ｔｏｃ）、熱交出口温度Ｔｏから熱交入口温度Ｔｉを減じて求める室内機５ａ〜５ｃにおける冷媒過熱度をＳＨ（単位：ｄｅｇ。室内機５ａ〜５ｃ毎に個別に言及する場合は、ＳＨａ〜ＳＨｃ）、各室内機５ａ〜５ｃの冷媒過熱度ＳＨのうちの最大値である最大冷媒過熱度をＳＨｍａｘ、各室内機５ａ〜５ｃの冷媒過熱度ＳＨのうちの最小値である最小冷媒過熱度をＳＨｍｉｎ、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘと最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎを平均して求める平均冷媒過熱度をＳＨｖとする。

まず、ＣＰＵ２１０は、使用者の運転指示が冷房運転指示であるか否かを判断する（ＳＴ１）。
冷房運転指示でなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、暖房運転の開始処理である暖房運転開始処理を実行する（ＳＴ１１）。ここで、暖房運転開始処理とは、ＣＰＵ２１０が四方弁２２を操作して冷媒回路１００を暖房サイクルとすることであり、空気調和装置１が停止している状態から暖房運転を開始するとき、もしくは、冷房運転から暖房運転に切り替えられる際に行われる処理である。

そして、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１や室外ファン２７を所定の回転数で起動するとともに、通信部２３０を介して室内機５ａ〜５ｃに対し室内ファン５５ａ〜５５ｃの駆動制御や室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度調整を行うよう指示して暖房運転の制御を開始し（ＳＴ１２）、ＳＴ８に処理を進める。

ＳＴ１において、冷房運転指示であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、冷房運転開始処理を実行する（ＳＴ２）。ここで、冷房運転開始処理とは、ＣＰＵ２１０が四方弁２２を操作して冷媒回路１００を図１（Ａ）に示す状態、つまり、冷媒回路１００を冷房サイクルとすることであり、空気調和装置１が停止している状態から冷房運転を開始するとき、もしくは、暖房運転から冷房運転に切り替えられる際に行われる処理である。

次に、ＣＰＵ２１０は、冷房運転の開始処理を行う（ＳＴ３）。冷房運転の開始処理では、ＣＰＵ２１０は、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。また、ＣＰＵ２１０は、室外膨張弁２４の開度を全開とする。さらには、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃに対し通信部２３０を介して冷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５３０ａ〜５３０ｃを介して受信した室内機５ａ〜５ｃの室内機制御手段５００ａ〜５００ｃのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃの各々は、使用者の風量指示に応じた回転数で室内ファン５５ａ〜５５ｃを起動する。また、ＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃの各々は、ガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃで検出した熱交出口温度Ｔｏａ〜Ｔｏｃから液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出した熱交入口温度Ｔｉａ〜Ｔｉｃを減じて、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側（ガス管接続部５４ａ〜５４ｃ側）での冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃを求め、求めた冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃが、運転開始時の目標冷媒過熱度（例えば、４ｄｅｇ）となるように室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。

ここで、目標冷媒過熱度は、予め試験等を行って求めて記憶部５３０ａ〜５３０ｃに記憶されている値であり、各室内機で冷房能力が十分に発揮されることが確認できている値である。尚、ＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃは、冷房運転の開始から冷媒回路１００の状態が安定するまでの間（例えば、運転開始から３分間）は、上述した運転開始時の目標冷媒過熱度となるように室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。

次に、ＣＰＵ２１０は、各室内機５ａ〜５ｃから熱交入口温度Ｔｉ（Ｔｉａ〜Ｔｉｃ）と熱交出口温度Ｔｏ（Ｔｏａ〜Ｔｏｃ）を通信部２３０を介して取り込む（ＳＴ４）。尚、各熱交入口温度Ｔｉおよび各熱交出口温度Ｔｏは、室内機５ａ〜５ｃにおいて液側温度センサ６１ａ〜６１ｃやガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃ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、３０秒毎）にＣＰＵ２１０およびＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃに取り込まれて、記憶部２１０および記憶部５２０ａ〜５２０ｃに記憶されている。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４で取り込んだ各室内機５ａ〜５ｃの熱交出口温度Ｔｏから熱交入口温度Ｔｉを減じて、室内機５ａ〜５ｃの冷媒過熱度ＳＨを求める（ＳＴ５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａの熱交出口温度Ｔｏａから熱交入口温度Ｔｉａを減じて冷媒過熱度ＳＨａを求め、これを室内機５ａに関連付けて記憶部２２０に記憶する。ＣＰＵ２１０は、室内機５ｂと室内機５ｃについても室内機５ａと同様に冷媒過熱度ＳＨｂ、ＳＨｃをそれぞれ求め、これらを室内機５ｂあるいは室内機５ｃに関連付けて記憶部２２０に記憶する。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ５で求めた室内機５ａ〜５ｃの冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃのうちの最大値を最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘ、最小値を最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎとし、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘと最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎを平均して平均冷媒過熱度ＳＨｖを求める（ＳＴ６）。尚、平均冷媒過熱度ＳＨｖは、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘと最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎの算術平均値：［最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘ＋最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎ］／２、である。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で求めた平均冷媒過熱度ＳＨｖを、通信部２３０を介して室内機５ａ〜５ｃに送信する（ＳＴ７）。通信部５３０ａ〜５３０ｃを介して平均冷媒過熱度ＳＨｖを受信した室内機５ａ〜５ｃのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃの各々は、ガス側温度センサ６２ａ〜６２ｃで検出した熱交出口温度Ｔｏａ〜Ｔｏｃから液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出した熱交入口温度Ｔｉａ〜Ｔｉｃを減じて求めた冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃが、室外機２から受信した平均冷媒過熱度ＳＨｖとなるように、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。
以上説明したＳＴ４〜ＳＴ７までの処理が、本発明の冷媒量バランス制御に関わる処理である。

ＳＴ７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（ＳＴ８）。ここで、運転モード切替指示とは、現在の運転（冷房運転）から別の運転（暖房運転）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（ＳＴ８−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（ＳＴ８−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（ＳＴ９）。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指示すものである。

運転停止指示があれば（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ１０）、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５３０ａ〜５３０ｃを介して受信した室内機５ａ〜５ｃのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃは、室内ファン５５ａ〜５５ｃを停止するとともに室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを全閉とする。

ＳＴ９において運転停止指示がなければ（ＳＴ９−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が冷房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１３）。現在の運転が冷房運転であれば（ＳＴ１３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ３に処理を戻す。現在の運転が冷房運転でなければ（ＳＴ１３−Ｎｏ）、つまり、現在の運転が暖房運転であれば、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１２に処理を戻す。

次に、主に図４を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なるのは、第１の実施形態では冷房運転開始時から（正確には、冷媒回路１００が安定してから）冷媒量バランス制御を実行するのに対し、第２の実施形態では、使用者により要求されている冷房能力が発揮できていない室内機があると判断した時点から冷媒量バランス制御を開始する点である。尚、これ以外の点、つまり、空気調和装置１の構成や冷房運転時の冷媒回路１００の状態については、第１の実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

第１の実施形態で説明したように、冷媒量バランス制御を実行すれば、室内機５ａ〜５ｃの平均冷媒過熱度より冷媒過熱度の大きい室内機（第１の実施形態では室内機５ｃ）では、当該室内機に流入する冷媒量が増加して冷房能力が上昇する。一方、平均冷媒過熱度より冷媒過熱度の小さい室内機（第１の実施形態では室内機５ａおよび５ｂ）では、当該各室内機に流入する冷媒量が冷媒量バランス制御を行わない場合と比べて減少して冷房能力が低下する。つまり、要求されている冷房能力が発揮できていない上方に設置された室内機５ｃで冷房能力を発揮させるために、室内機５ｃより下方に設置された室内機５ａ、５ｂで冷房能力を低下させることとなる。

第１の実施形態では、冷房運転開始時から冷媒量バランス制御を実行する。このため、要求されている冷房能力が発揮できていない室内機が存在する／しないに関わらず冷媒量バランス制御を実行することとなる。従って、要求されている冷房能力が発揮できていない室内機が存在しない場合に冷媒量バランス制御が実行されると、冷房能力が発揮できている室内機で冷房能力を不必要に低下させることになっていた。

これに対し、第２の実施形態では、以下に説明する方法によって要求されている冷房能力が発揮できていない室内機の有無を判断し、当該室内機が存在する場合のみ冷媒量バランス制御を実行する。これにより、冷房運転時において要求されている冷房能力が発揮できている室内機の冷房能力を不必要に低下させることを防ぎつつ、要求されている冷房能力が発揮できていない室内機が存在する場合に当該室内機の冷房能力を上昇させることができる。

要求されている冷房能力が発揮できていない室内機の有無の判断は、次のようにして行う。まず、室外機２のＣＰＵ２１０は、第１の実施形態で説明した方法と同じ方法で、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘと最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎを求める。そして、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘと最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎの差である冷媒過熱度差（以降、冷媒過熱度差ＳＨｄ（単位：ｄｅｇ）と記載）が所定の閾過熱度差（例えば、８ｄｅｇ。以降、閾過熱度差ＳＨＴｓ（単位：ｄｅｇ）と記載）以上であれば、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘとなっている室内機で要求されている冷房能力が発揮できていないと判断する。

ここで、閾過熱度差ＳＨＴｓは予め試験等を行って室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されているものであり、冷媒過熱度差ＳＨｄが閾過熱度差ＳＨＴｓ以上となっていれば、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘとなっている室内機で要求されている冷房能力が発揮できないほど当該室内機に流入する冷媒量が不足している状態であることが判明している値である。

次に、図４を用いて、本実施形態の空気調和装置１における冷房運転時の制御について説明する。図４は、空気調和装置１が冷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４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４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、第１の実施形態と同様に、全ての室内機５ａ〜５ｃが冷房運転を行っている場合を例に挙げて説明する。

尚、図４に示すフローチャートは、ＳＴ３６の処理を除き、第１の実施形態で説明した図３に示すフローチャートと同じ処理であるため、これらの詳細な説明は省略し、ここではＳＴ３６に関わる処理のみ説明する。

ＳＴ３４（第１の実施形態におけるＳＴ４に相当）とＳＴ３５（第１の実施形態におけるＳＴ５に相当）の処理を終えたＣＰＵ２１０は、ＳＴ３５で求めた室内機５ａ〜５ｃの冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃのうちの最大値を最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘ、最小値を最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎとし、最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘから最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎを減じて求めた冷媒過熱度差ＳＨｄが閾過熱度差ＳＨＴｓ以上であるか否かを判断する（ＳＴ３６）。

冷媒過熱度差ＳＨｄが閾過熱度差ＳＨＴｓ以上でなければ（ＳＴ３６−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、冷媒量バランス制御を実行する必要がないと判断し、ＳＴ３９に処理を進める。一方、冷媒過熱度差ＳＨｄが閾過熱度差ＳＨＴｓ以上であれば（ＳＴ３６−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、冷媒量バランス制御を実行する必要があると判断し、ＳＴ３７（第１の実施形態におけるＳＴ６に相当）とＳＴ３８（第１の実施形態におけるＳＴ７に相当）の処理を実行して、ＳＴ３９に処理を進める。

以上説明したＳＴ３４〜ＳＴ３８までの処理が、本発明の第２の実施形態における冷媒量バランス制御に関わる処理である。

以上説明したように、本発明の空気調和装置１は、冷房運転時に室内機５ａ〜５ｃにおける冷媒過熱度ＳＨａ〜ＳＨｃが、これらのうちの最大冷媒過熱度ＳＨｍａｘおよび最小冷媒過熱度ＳＨｍｉｎを平均して求めた平均冷媒過熱度ＳＨｖとなるように、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する冷媒量バランス制御を実行する。これにより、流入する冷媒量の不足に起因して冷房能力が発揮できていない室内機に流入する冷媒量を増やすことができるので、当該室内機の冷房能力が上昇する。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ〜５ｃ 室内機
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
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
ＳＨ 冷媒過熱度
ＳＨｖ 平均冷媒過熱度
ＳＨｍａｘ 最大冷媒過熱度
ＳＨｍｉｎ 最小冷媒過熱度
ＳＨｄ 冷媒過熱度差
ＳＨＴｓ 閾過熱度差
Ｔｉ 熱交入口温度
Ｔｏ 熱交出口温度

Claims (1)

1. 室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数台の室内機と、前記室内熱交換器の各々が蒸発器として機能しているときに同室内熱交換器の各々から流出する冷媒の過熱度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出手段と、前記複数個の室内膨張弁の開度を調整する制御手段を有する空気調和装置であって、
   前記制御手段は、前記過熱度検出手段が検出した前記各室内機の冷媒過熱度の中の最大値と最小値を平均して平均冷媒過熱度を求め、前記各室内機の冷媒過熱度の中の最大値と最小値の差である冷媒過熱度差を求め、求めた同冷媒過熱度差が予め定められた閾過熱度差より大きければ、複数の前記室内機のうち冷房能力が発揮できていない室内機が存在すると判断し、前記冷房能力が発揮できていない室内機が存在する場合は、前記各室内機の冷媒過熱度が前記平均冷媒過熱度となるように、前記各室内膨張弁の開度を調整する冷媒量バランス制御を実行する、
   ことを特徴とする空気調和装置。

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