JP6672860B2 - 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は、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る場合がある。このように設置された空気調和装置が暖房運転を行うときは、以下に記載する理由により低い位置に設置された室内機で十分な暖房能力が得られない恐れがある。

暖房運転では、各室内機の室内熱交換器で凝縮し液管に流入した液冷媒を、各室内機より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す必要がある。このため、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恐れがある。

そこで、以上説明した状態で設置される空気調和装置で暖房運転を行うときは、低い位置に設置された室内機で暖房能力が発揮されているか否かをできる限り正確に把握し、暖房能力が十分に発揮されていないことが判明した場合は、当該室内機で暖房能力を向上させる制御（以下、不暖房解消制御）を行う必要がある。

特許文献１に記載のマルチ型空気調和機は、暖房運転時に各室内機における冷媒過冷却度が目標値となるように各室内膨張弁の開度が調整されるものである。このマルチ空気調和機において、複数台の室内機が高低差をもって設置されている場合に、暖房運転開始から一定時間経過後に冷媒過冷却度が目標値より高い値となっている室内機があれば、当該室内機で液冷媒が滞留して十分な暖房能力が発揮できていないと判断し、不暖房解消制御を行っている。

特開２０１１−１５８１１８号公報

ところで、空気調和装置が暖房運転を行っているときに各室内機の凝縮温度が低いときは、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る場合であっても、各室内機における冷媒過冷却度が全て目標値となっている場合がある。

例えば、図２に示すように、１０階建てのビルの各階に室内機が設置されるとともに、屋上に室外機が設置される空気調和装置で暖房運転を行い、このときの条件が、各室内機の凝縮温度に相当する高圧飽和温度が３０℃、外気温度が−２０℃、暖房運転の設定温度が２４℃であり、このときに冷媒過冷却度が１５ｄｅｇ以上となっている室内機が存在すれば、当該室内機で暖房能力が十分に発揮できていないと判断するものとする。この場合、図２に記載のある通り、各室内機における冷媒過冷却度（図２では、冷媒過冷却度はＳＣａ、ＳＣｂ、およびＳＣｃで表している）がいずれも１５ｄｅｇ未満であるので、全ての室内機で暖房能力が十分に発揮できていると判断する。

しかし、実際は、１階に設置されている室内機において、室内熱交換器から流出する冷媒温度である熱交出口温度と室内機に吸い込まれる室内空気の温度である吸込温度が同じ２０℃となっている。これは、１階に設置されている室内機で液冷媒が滞留して室内熱交換器の冷媒出口側の冷媒温度が室内空気温度になじんでしまっているためであり、この室内機では暖房能力が十分に発揮できていない可能性を示すものである。

以上説明したように、冷媒過冷却度が目標値に達しているか否かで室内機で暖房能力が発揮されているか否かを判断するものでは、低い位置に設置された室内機で実際に暖房能力が十分に発揮できていない場合であっても、暖房能力が発揮できていると誤判断する恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、暖房運転時に暖房能力が十分に発揮できていない室内機があるか否かを精度良く判断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、圧縮機と圧縮機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検出手段を有する室外機と、室内熱交換器と室内膨張弁と室内熱交換器が凝縮器として機能しているときに室内熱交換器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液側温度検出手段を有する複数台の室内機を有し、室外機が複数台の室内機より上方に設置されるとともに複数台の室内機の設置場所に高低差があるものである。また、複数台の室内機は流入する空気の温度を検出する吸込温度検出手段を有する。そして、室内熱交換器が凝縮器として機能しているときに、複数台の室内機毎に吐出圧力と熱交出口温度を用いて冷媒過冷却度を算出するとともに、吐出圧力と吸込温度を用いて最大冷媒過冷却度を算出し、冷媒過冷却度を最大冷媒過冷却度で除した過冷却度比が予め定められた閾過冷却度比より大きい場合は、当該室内機で暖房能力が発揮できていないと判断する制御手段を有する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、暖房運転時に暖房能力が十分に発揮できていない室内機があるか否かを精度良く判断できる。

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状態と、各室内機の運転状態を表す図面である。 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１０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、１０階建ての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１０台の室内機を備えている。詳細には、液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が分岐して各室内機の液管接続部（室内機５ａ〜５ｃでは、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、他端が分岐して各室内機のガス管接続部（室内機５ａ〜５ｃでは、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。
尚、図１（Ａ）および図２では、１０台の室内機のうち１０階に設置される室内機５ａと５階に設置される室内機５ｂと１階に設置される室内機５ｃのみを示している。

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に冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側に冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６に室外機ガス管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に冷媒配管４６で接続されるとともに、冷媒流出側が圧縮機２１の冷媒吸入側に吸入管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検出手段である吐出圧力センサ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込温度センサ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、１０台の室内機について説明する。１０台の室内機は構成が全て同じであるため、以下の説明では図２に示している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。

次に、室内機５ａ〜５ｃの構成について詳細に説明する。尚、以下の説明では、室内機５ａを例に挙げて詳細な説明を行い、その他の室内機５ｂ、５ｃについては詳細な説明を省略する。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）での冷媒過熱度が目標冷媒過熱度となるように調整される。また、室内膨張弁５２ａは、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、目標冷媒過熱度や目標冷媒過冷却度とは、室内機５ａで十分な冷房能力あるいは暖房能力を発揮するのに必要な冷媒過熱度およに冷媒過冷却度である。

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検出手段である液側温度センサ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検出手段である吸込温度センサ６３ａが備えられている。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。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が検出した吐出圧力等の情報を含む制御信号を通信部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が屋上（ＲＦ）に配置されており、室内機５ａが１０階、室内機５ｂが５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（１０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。また、図示は省略しているが、図２に示す室内機５ａ〜５ｃ以外の室内機は、２階〜４階、および、６階〜９階の各階に設置されている。

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、空気調和装置１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。また、室内機における冷媒の流れや各部の動作については、図１（Ａ）および図２に示す３台の室内機５ａ〜５ｃについてのみ記載するが、他の室内機についてもこれらと同様である。

図１（Ａ）に示すように、空気調和装置１が暖房運転を行う場合、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、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。

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の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の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。

尚、空気調和装置１が冷房／除霜運転を行う場合、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、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各室内機の室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

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が凝縮器として機能するときの液側温度センサ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各室内機が建物６００の各階に設置されている。つまり、室外機２が各室内機より高い位置に設置されるとともに、１０階に設置されている室内機５ａと１階に設置されている室内機５ｃの設置場所に高低差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、各室内機の室内熱交換器に流入して凝縮する。このとき、室外機２が各室内機より高い位置に設置されているために、各室内熱交換器で凝縮し液管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、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ので、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の圧力差が、他の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１０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恐れあった。

そこで、本実施形態の空気調和装置１のように、室外機２が屋上に設置されるとともに各室内機が室外機２より低い位置に設置され、かつ、各室内機の設置位置に高低差がある場合、暖房運転時に低い位置に設置された室内機で暖房能力が発揮されているか否かをできる限り正確に把握し、暖房能力が十分に発揮されていないことが判明した場合は、当該室内機で暖房能力を向上させる不暖房解消制御）を行う必要がある。

従来の空気調和装置では、暖房運転開始から一定時間経過後に各室内機における冷媒過冷却度を算出しこれが予め定められた目標値に到達していない室内機、より具体的には、暖房能力が発揮できることが予めわかっている冷媒過冷却度の上限値（以降、性能補償上限値と記載する）より大きい室内機で、十分な暖房能力が得られていないと判断していた。しかし、この方法では、各室内熱交換器の凝縮温度が低い場合は、各室内機における冷媒過冷却度が全て性能補償上限値より小さい値となっている場合があり、低い位置に設置された室内機で実際に暖房能力が十分に発揮できていない場合であっても、暖房能力が発揮できていると誤判断する恐れがあった。

上述した、暖房運転時に全ての室内機で暖房能力が発揮できていると誤判断する状態について、図２に記載の例を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの凝縮温度に相当し吐出圧力センサ３１で検出した吐出圧力を用いて求める高圧飽和温度をＴｈｓ、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出する冷媒温度であり液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出する熱交出口温度をＴｏ（室内機５ａ〜５ｃに対して個別に言及する必要がある場合は、Ｔｏａ〜Ｔｏｃと記載）、室内機５ａ〜５ｃに流入する空気の温度であり吸込温度センサ６３ａ〜６３ｃで検出する吸込温度をＴｓ（室内機５ａ〜５ｃに対して個別に言及する必要がある場合は、Ｔｓａ〜Ｔｓｃと記載）、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度をＳＣ（室内機５ａ〜５ｃに対して個別に言及する必要がある場合は、ＳＣａ〜ＳＣｃと記載）とする。

また、高圧飽和温度Ｔｈｓから室内機５ａ〜５ｃの吸込温度Ｔｓを減じた最大冷媒過冷却度をＳＣｍ（室内機５ａ〜５ｃに対して個別に言及する必要がある場合は、ＳＣｍａ〜ＳＣｍｃと記載）とする。
ここで、高圧飽和温度Ｔｈｓから吸込温度Ｔｓを減じた値を最大冷媒過冷却度ＳＣｍとしている理由は次の通りである。冷媒過冷却度ＳＣは、高圧飽和温度Ｔｈｓから室内機５ａ〜５ｃの熱交出口温度Ｔｏを減じて求める。一方、室内機５ａ〜５ｃに液冷媒が滞留している場合は、熱交出口温度Ｔｏが室温つまり吸込温度Ｔｓになじんで同じ温度となる。暖房運転時は、熱交出口温度Ｔｏが吸込温度Ｔｓより低くなることはないため、このときの冷媒過冷却度ＳＣの値が取り得る最大値となる。

また、図２に記載の例では、外気温度センサ３６で検出する暖房運転時の外気温度を−２０℃、室内機５ａ〜５ｃでの暖房設定温度を２４℃としている。さらには、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際に使用する冷媒過冷却度の性能補償上限値をＳＣｐとする。この性能補償上限値ＳＣｐは、予め試験等を行って定められるものであり、例えば、本実施形態では１５ｄｅｇである。

以上説明した状態で空気調和装置１が暖房運転を行っているとき、室内機５ａ〜５ｃにおける各検出値や算出値は、図２に示すような値となる。まず、室内機５ａでは、熱交出口温度Ｔｏａが２８℃、吸込温度Ｔｓａが２４℃であり、冷媒過冷却度ＳＣａは高圧飽和温度Ｔｈｓ−熱交出口温度Ｔｏａ＝２ｄｅｇとなる。つまり、冷媒過冷却度ＳＣａ＝２ｄｅｇ＜性能補償上限値＝１５ｄｅｇであるため、室内機５ａでは暖房能力が十分に発揮されていると判断される。

次に、室内機５ｂでは、熱交出口温度Ｔｏｂが２７℃、吸込温度Ｔｓｂが２３℃であり、冷媒過冷却度ＳＣｂは高圧飽和温度Ｔｈｓ−熱交出口温度Ｔｏｂ＝３ｄｅｇとなる。つまり、冷媒過冷却度ＳＣａ＝３ｄｅｇ＜性能補償上限値＝１５ｄｅｇであるため、室内機５ｂでも暖房能力が十分に発揮されていると判断される。

そして、室内機５ｃでは、熱交出口温度Ｔｏｃと吸込温度Ｔｓｃがともに２０℃であり、冷媒過冷却度ＳＣｃは高圧飽和温度Ｔｈｓ−熱交出口温度Ｔｏｃ＝１０ｄｅｇとなる。つまり、冷媒過冷却度ＳＣｂ＝１０ｄｅｇ＜性能補償上限値＝１５ｄｅｇであるため、室内機５ｃでも暖房能力が十分に発揮されていると判断される。

しかし、室内機５ｃでは、上述したように熱交出口温度Ｔｏｃと吸込温度Ｔｓｃがともに２０℃となっている。熱交出口温度Ｔｏｃと吸込温度Ｔｓｃが同じ温度となっているということは室内機５ｃに液冷媒が滞留していることを示しており、室内機５ｃで暖房能力が十分に発揮されていない可能性を示すものである。従って、従来の空気調和装置のように、各室内機の冷媒過冷却度ＳＣが性能補償上限値ＳＣｐ以上となっているか否かで暖房能力が十分に発揮できているか否かを判断すると、実際は暖房能力が発揮できていない室内機も暖房能力が十分に発揮できていると誤判断する恐れがあった。

これに対し、本発明では、空気調和装置１が暖房運転を行うときに、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度ＳＣと、高圧飽和温度Ｔｈｓと吸込温度センサ６３ａ〜６３ｃで検出する吸込温度Ｔｓを用いて求める最大冷媒過冷却度ＳＣｍを定期的（例えば、３０秒毎）に算出する。そして、冷媒過冷却度ＳＣを最大冷媒過冷却度ＳＣｍで除した値（以降、過冷却度比ＳＣｒと記載。また、室内機５ａ〜５ｃに対して個別に言及する必要がある場合はＳＣｒａ〜ＳＣｒｃと記載）が、予め定められた比率（以降、閾過冷却度比Ｒｓｃと記載する）より大きいか否かで、当該室内機で暖房能力が発揮できているか否かを判断する。ここで、閾過冷却度比Ｒｓｃは、予め試験等を行って求められて記憶部２２０に記憶されているものであり、暖房能力に支障をきたすことが判明している室内熱交換器５１ａ〜５１ｃにおける液冷媒の滞留量に対応する冷媒過冷却度を元に決定されており、例えば、本実施形態では０．５である。

前述したように、液冷媒が滞留している室内機における最大冷媒過冷却度ＳＣｍは、室内熱交換器の冷媒出口付近の室内機液管に滞留する冷媒温度つまり熱交出口温度Ｔｏが、室温つまり吸込温度Ｔｓになじんで同じ温度となったときの冷媒過冷却度である。つまり、最大冷媒過冷却度ＳＣｍは当該室内機に液冷媒が滞留して暖房能力が発揮できていないときの冷媒過冷却度である。従って、最大冷媒過冷却度ＳＣｍに対する冷媒過冷却度ＳＣの比率である過冷却度比ＳＣｒを見ることによって、室内機で暖房能力が十分に発揮できているか否かを正確に判断できる。

具体的には、図２に示すように、室内機５ａでは、最大冷媒過冷却度ＳＣｍａは高圧飽和温度Ｔｈｓ−吸込温度Ｔｓａ＝６ｄｅｇ、過冷却度比ＳＣｒａ＝冷媒過冷却度ＳＣａ／最大冷媒過冷却度ＳＣｍａ＝２ｄｅｇ／６ｄｅｇ＝０．３３となるので、過冷却度比ＳＣｒａ＜０．５となり、室内機５ａでは暖房能力が十分に発揮されていると判断される。また、室内機５ｂでは、最大冷媒過冷却度ＳＣｍｂは高圧飽和温度Ｔｈｓ−吸込温度Ｔｓｂ＝７ｄｅｇ、過冷却度比ＳＣｒｂ＝冷媒過冷却度ＳＣｂ／最大冷媒過冷却度ＳＣｍｂ＝３ｄｅｇ／７ｄｅｇ＝０．４３となるので、過冷却度比ＳＣｒｂ＜０．５となり、室内機５ｂでも暖房能力が十分に発揮されていると判断される。

これに対し、室内機５ｃでは、最大冷媒過冷却度ＳＣｍｃは高圧飽和温度Ｔｈｓ−吸込温度Ｔｓｃ＝１０ｄｅｇ、過冷却度比ＳＣｒｃ＝冷媒過冷却度ＳＣｃ／最大冷媒過冷却度ＳＣｍｃ＝１０ｄｅｇ／１０ｄｅｇ＝１となるので、過冷却度比ＳＣｒｃ＞０．５となり、室内機５ｃでは暖房能力が発揮されていないと判断される。従来の冷媒過冷却度ＳＣｃのみを用いた判断では、前述したように室内機５ｃも暖房能力が十分に発揮できているという判断となったが、本発明の過冷却度比ＳＣｒを用いて判断する方法では、室内機５ｃで暖房能力が発揮できていないことを正確に判断できる。

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、全ての室内機５ａ〜５ｃが暖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、前述した高圧飽和温度Ｔｈｓ、熱交出口温度Ｔｏ、吸込温度Ｔｓ、冷媒過冷却度ＳＣ、最大冷媒過冷却度ＳＣｍ、および、閾過冷却度比Ｒｓｃに加えて、吐出圧力センサ３１で検出する冷媒圧力である吐出圧力をＰｈとする。また、以下の説明では、制御対象の室内機として１０台の室内機のうち、図１（Ａ）および図２に示す室内機５ａ〜５ｃを例に挙げているが、その他の７台の室内機についても同様の制御が行われる。

まず、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、冷房運転もしくは除湿運転の開始処理である冷房／除湿運転開始処理を実行する（ＳＴ１２）。ここで、冷房／除湿運転開始処理とは、ＣＰＵ２１０が四方弁２２を操作して冷媒回路１００を冷房サイクルとすることであり、最初に冷房運転もしくは除湿運転を行うとき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冷房運転あるいは除湿運転の制御を開始し（ＳＴ１３）、ＳＴ９に処理を進める。

ＳＴ１において、暖房運転指示であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、暖房運転開始処理を実行する（ＳＴ２）。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を図１（Ａ）に示す状態、つまり、冷媒回路１００を暖房サイクルとすることであり、最初に暖房運転を行うときに行われる処理である。

次に、ＣＰＵ２１０は、暖房運転制御を開始する（ＳＴ３）。暖房運転制御の開始では、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、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を起動するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口（液管接続部５３ａ〜５３ｃ側）での冷媒過冷却度が運転開始時の目標冷媒過冷却度（例えば、６ｄｅｇ）となるように室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。ここで、目標冷媒過冷却度は、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、各室内機で暖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、暖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冷却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、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から熱交出口温度Ｔｏ（Ｔｏａ〜Ｔｏｃ）と吸込温度Ｔｓ（Ｔｓａ〜Ｔｓｃ）を通信部２３０を介して取り込む（ＳＴ４）。尚、熱交出口温度Ｔｏおよび吸込温度Ｔｓは、室内機５ａ〜５ｃにおいて液側温度センサ６１ａ〜６１ｃや吸込温度センサ６３ａ〜６３ｃでの検出値をＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃがセンサ入力部５４０ａ〜５４０ｃを介して取り込み、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）に各ＣＰＵが取り込んで各記憶部に記憶している。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４で取り込んだ吐出圧力Ｐｈを用いて高圧飽和温度Ｔｈｓを求め（ＳＴ５）、求めた高圧飽和温度ＴｈｓとＳＴ４で取り込んだ熱交出口温度Ｔｏを用いて、室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣ（ＳＣａ〜ＳＣｃ）を求めるとともに、求めた高圧飽和温度ＴｈｓとＳＴ４で取り込んだ吸込温度Ｔｓを用いて、室内機５ａ〜５ｃの最大冷媒過冷却度ＳＣｍ（ＳＣｍａ〜ＳＣｍｃ）を求める（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で求めた室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣを最大冷媒過冷却度ＳＣｍで除して求める過冷却度比ＳＣｒ（ＳＣｒａ〜ＳＣｒｃ）が閾過冷却度比Ｒｓｃより大きい室内機５ａ〜５ｃ存在するか否かを判断する（ＳＴ７）。過冷却度比ＳＣｒが閾過冷却度比Ｒｓｃより大きい室内機５ａ〜５ｃが存在しなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ９に処理を進める。過冷却度比ＳＣｒが閾過冷却度比Ｒｓｃより大きい室内機５ａ〜５ｃが存在すれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、不暖房解消制御を実行し（ＳＴ８）、ＳＴ９に処理を進める。

ここで、不暖房解消制御とは、暖房能力が発揮できていない室内機５ｃに滞留する冷媒を室内機５ｃから流出させて室内機５ｃの暖房能力を向上させるために行う制御である。例えば、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃの中で最大値（室内機５ｃの冷媒過冷却度：１０ｄｅｇ）と最小値（室内機５ａの冷媒過冷却度：２ｄｅｇ）を抽出してこれらの平均値：（２＋１０）／２＝６ｄｅｇである平均冷媒過冷却度を求め、この平均冷媒過冷却度と高圧飽和温度Ｔｈｓを通信部２３０を介して室内機５ａ〜５ｃに送信する。通信部５３０ａ〜５３０ｃを介して平均冷媒過冷却度と高圧飽和温度Ｔｈｓを受信した室内機５ａ〜５ｃのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃは、室外機２から受信した高圧飽和温度Ｔｈｓから液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出した熱交出口温度Ｔｏａ〜Ｔｏｃを減じて冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃを求め、求めた冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃが、室外機２から受信した平均冷媒過冷却度となるように、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。

以上に記載したような不暖房解消制御を行えば、平均冷媒過冷却度（６ｄｅｇ）より冷媒過冷却度ＳＣの小さい室内機５ａおよび５ｂでは、冷媒過冷却度ＳＣａ、ＳＣｂを平均冷媒過冷却度まで上昇させるために室内膨張弁５２ａ、５２ｂの開度が絞られるので、室内膨張弁５２ａ、５２ｂの下流側の冷媒圧力が低下する。

このとき、平均冷媒過冷却度より冷媒過冷却度Ｓｃ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ので、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、室内機５ｃの室内熱交換器５１ｃに滞留する液冷媒が液管８に流出して室内機５ｃでの液冷媒の滞留が解消されるので、室内機５ｃの暖房能力が上昇する。

ＳＴ８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（ＳＴ９）。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（ＳＴ９−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（ＳＴ９−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（ＳＴ１０）。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（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ１１）、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。

ＳＴ１０において運転停止指示がなければ（ＳＴ１０−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が暖房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１４）。現在の運転が暖房運転であれば（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ３に処理を戻す。現在の運転が暖房運転でなければ（ＳＴ１４−Ｎｏ）、つまり、現在の運転が冷房運転もしくは除湿運転であれば、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１３に処理を戻す。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ〜５ｃ 室内機
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
６３ａ〜６３ｃ 吸込温度センサ
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
Ｒｓｃ 閾過冷却度比
ＳＣ 冷媒過冷却度
ＳＣｍ 最大冷媒過冷却度
ＳＣｒ 過冷却度比
Ｔｈｓ 高圧飽和温度
Ｔｏ 熱交出口温度
Ｔｓ 吸込温度

Claims (2)

1. 圧縮機と、同圧縮機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検出手段を有する室外機と、
   室内熱交換器と、室内膨張弁と、前記室内熱交換器が凝縮器として機能しているときに同室内熱交換器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液側温度検出手段を有する複数台の室内機を有し、
   前記室外機が前記複数台の室内機より上方に設置されるとともに、前記複数台の室内機の設置場所に高低差がある空気調和装置であって、
   前記複数台の室内機は、同複数台の室内機に流入する空気の温度である吸込温度を検出する吸込温度検出手段を有し、
   前記室内熱交換器が凝縮器として機能しているときに、前記複数台の室内機毎に、前記吐出圧力と前記熱交出口温度を用いて冷媒過冷却度を算出するとともに、前記吐出圧力と前記吸込温度を用いて最大冷媒過冷却度を算出し、前記冷媒過冷却度を前記最大冷媒過冷却度で除した過冷却度比が予め定められた閾過冷却度比より大きい場合は、当該室内機で暖房能力が発揮できていないと判断する制御手段を有する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御手段は、暖房能力が発揮できていない室内機が存在する場合は、当該室内機の暖房能力を向上させるための不暖房解消制御を実行する、
   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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