JP6716960B2 - 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は、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）室外機より高い場所に設置され、２台の室内機と室外機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へと流れるので、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る一方、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室外機より高い場所に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。

特開平４−２８９７０号公報

ところで、特許文献１の空気調和装置とは異なり、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空気調和装置で暖房運転を行うときは、以下の記載する問題があった。

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する。特に、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ときは、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ほぼゼロとなって当該室内機から室外機に向けて液冷媒が流れなくなる、つまり、当該室内機に液冷媒が滞留する。この場合、圧縮機から冷媒とともに吐出されて冷媒とともに低い位置に設置された室内機に流入した冷凍機油も当該室内機に液冷媒とともに滞留するため、圧縮機に戻る冷凍機油量が減少して圧縮機が潤滑不良となる恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、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に、暖房運転時に室内機に液冷媒とともに滞留する冷凍機油を当該室内機から流出させ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、圧縮機とこの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の室内機を有し、室外機が複数の室内機より上方に設置されるとともに複数の室内機の設置場所に高低差があるものである。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、複数の室内機に圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油が滞留していることを示す油滞留条件が成立している室内機がある場合は、各室内機の冷媒過冷却度が冷媒過冷却度の最大値と最小値を用いて求める平均冷媒過冷却度となるように、あるいは、各室内機の熱交出口温度が熱交出口温度の最大値と最小値を用いて求める平均熱交出口温度となるように、各室内膨張弁の開度を調整する油流出制御を実行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、室内熱交換器が凝縮器として機能しているとき、つまり、暖房運転時に室内機に液冷媒とともに滞留する冷凍機油を当該室内機から流出させる油流出制御を実行する。これにより、圧縮機に十分な量の冷凍機油を戻せるので、圧縮機が循環不良となることを防止できる。

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。尚、３台の室内機５ａ〜５ｃは全て同じ能力であり、暖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冷却度を所定値（例えば、１０ｄｅｇ）以下とできれば、各室内機で十分な暖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、一方の冷媒出入口と液管接続部５３ａが室内機液管７１ａで接続され、他方の冷媒出入口とガス管接続部５４ａが室内機ガス管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。ここで、目標冷媒過熱度とは、室内機５ａで十分な冷房能力が発揮されるための冷媒過熱度である。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後述する平均冷媒過冷却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。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検出手段である吹出温度センサ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３階（３Ｆ）、室内機５ｂが２階（２Ｆ）、室内機５ｃが１階（１Ｆ）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、最上階である３階に設置されている室内機５ａと最下階である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、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て加熱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を流れて液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して液管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、室内機５ａ〜５ｃ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室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ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の設置位置に対して室内機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。このため、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。この結果、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、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の室内膨張弁５２ｃの上流側と下流側の圧力差がほぼゼロとなって室内機５ｃから室外機２に向かって液冷媒が流れなくなる、つまり、室内機５ｃに液冷媒が滞留する。この場合、圧縮機２１から冷媒とともに冷媒回路１００に吐出されて冷媒とともに冷媒回路１００を流れて室内機５ｃに流入した冷凍機油も、室内機５ｃに液冷媒とともに滞留する。このため、圧縮機２１に戻る冷凍機油量が減少して圧縮機２１が潤滑不良となる恐れがあった。

そこで、本発明では、空気調和装置１が暖房運転を行っているときに、室内機５ａ〜５ｃのうちで冷凍機油が滞留していることを示す油滞留条件が成立している室内機が存在する場合は、当該室内機から冷媒回路１００に冷凍機油を流出させる油流出制御を実行する。ここで、油滞留条件とは、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒出口側（室外膨張弁５２ａ〜５２ｃ側）における冷媒過冷却度が所定の液冷媒滞留時過冷却度（例えば、２０ｄｅｇ）以上となっている状態が継続している時間である液冷媒滞留時間が所定時間（例えば、１０分間）継続している室内機５ａ〜５ｃがあれば、当該室内機に圧縮機２１に潤滑に支障をきたすことを示すものである。

尚、液冷媒滞留時過冷却度は予め試験等を行って求められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されているものであり、室内機５ａ〜５ｃに液冷媒が滞留して室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒出口側（室外膨張弁５２ａ〜５２ｃ側）における液冷媒温度が室温になじんで低い温度となったときの冷媒過冷却度に相当する。つまり、冷媒過冷却度が液冷媒滞留時過冷却度以上となっている室内機５ａ〜５ｃでは、当該室内機に液冷媒が滞留している。

また、油滞留条件の所定時間も予め試験等を行って求められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されているものである。室内機５ａ〜５ｃで上述した冷媒過冷却度が液冷媒滞留時過冷却度以上となっている状態、つまり、室内機５ａ〜５ｃに液冷媒が滞留している状態が継続している時間である液冷媒滞留時間が所定時間以上となれば、この所定時間の間、室内機５ａ〜５ｃから冷凍機油が流出して室外機２に戻らないことが原因で圧縮機２１に潤滑に支障をきたす恐れがあることを示す。

そして、本発明の空気調和装置１では、暖房運転を行っているときに上記油滞留条件が成立している室内機５ａ〜５ｃが存在する場合に、以下に説明する油流出制御を実行する。油流出制御では、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度を定期的（例えば、３０秒毎）に算出し、算出した冷媒過冷却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冷却度を求める。次に、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度が求めた平均冷媒過冷却度となるように室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。

例えば、空気調和装置１が暖房運転を行っているときに、室内機５ａの冷媒過冷却度が６ｄｅｇ、室内機５ｂの冷媒過冷却度が１０ｄｅｇである一方、室内機５ｃには液冷媒が滞留して冷媒過冷却度が液冷媒滞留時過冷却度：２０ｄｅｇより大きい２６ｄｅｇとなっているとする。そして、室内機５ｃで冷媒過冷却度が液冷媒滞留時過冷却度以上となっている状態が所定時間：１０分間以上継続すれば、つまり、室内機５ｃで油滞留条件が成立すれば、室内機５ｃに滞留する冷凍機油を室内機５ｃから流出させるために油流出制御を実行する。

油流出制御では、まず室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度の平均冷媒過冷却度（上記の例の場合では、最大値：２６ｄｅｇと最小値：６ｄｅｇの平均値である１３ｄｅｇ）を求め、求めた平均冷媒過冷却度より冷媒過冷却度の小さい室内機５ａおよび５ｂでは、冷媒過冷却度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の開度が絞られて、室内膨張弁５２ａ、５２ｂの下流側の冷媒圧力が低下する。

一方、平均冷媒過冷却度より冷媒過冷却度の大きい室内機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、室内機５ｃの冷媒過冷却度を平均冷媒過冷却度まで低下させるために室内膨張弁５２ｃの開度を大きくしてその開度が全開となっても、室内機５ｃの室内熱交換器５１ｃに滞留する液冷媒が液管８に流出する。このとき、室内機５ｃからは、液冷媒とともに室内機５ｃに滞留していた冷凍機油が液管８に流出し、液冷媒とともに液管８を流れて室外機２に流入するので、圧縮機２１に十分な量の冷凍機油が戻り圧縮機２１が潤滑不良となることが防止される。

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、室外機２の吐出圧力センサ３１で検出する圧縮機２１の吐出圧力をＰｈ、吐出圧力Ｐｈを用いて求める高圧飽和温度をＴｈｓ、室内機５ａ〜５ｃの液側温度センサ６１ａ〜６１ｃで検出する熱交出口温度をＴｏ（各室内機に対して個別に言及する必要がある場合は、Ｔｏａ〜Ｔｏｃと記載）、高圧飽和温度Ｔｈｓから熱交出口温度Ｔｏを減じて求める室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度をＳＣ（各室内機に対して個別に言及する必要がある場合は、ＳＣａ〜ＳＣｃと記載）、各室内機での冷媒過冷却度ＳＣのうち最大値と最小値を用いて求める平均冷媒過冷却度をＳＣｖ、液冷媒滞留時過冷却度をＳＣｐ、液冷媒滞留時間をｔｌｒ、所定時間をｔｐとする。

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（ＳＴ１７）。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（ＳＴ１８）、ＳＴ１３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暖房運転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５ａ〜５ｃ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。暖房運転時、ＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃは、油滞留条件が成立して油流出制御を実行するとき以外は、上述した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）を通信部２３０を介して取り込む（ＳＴ４）。尚、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、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、各室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣ（ＳＣａ〜ＳＣｃ）を求める（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃの中でＳＴ６で求めた冷媒過冷却度ＳＣが液冷媒滞留時過冷却度ＳＣｐ以上となっている室内機があるか否かを判断する（ＳＴ７）。冷媒過冷却度ＳＣが液冷媒滞留時過冷却度ＳＣｐ以上となっている室内機がなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、後述するフラグＦを０として記憶部２２０に記憶するとともに液冷媒滞留時間ｔｌｒをリセットして（ＳＴ１６）。ＳＴ１３に処理を進める。

冷媒過冷却度ＳＣが液冷媒滞留時過冷却度ＳＣｐ以上となっている室内機があれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０に記憶しているフラグＦを読み出し、読み出したフラグＦが０であるか否かを判断する（ＳＴ８）。

このフラグＦは、液冷媒滞留時間ｔｌｒの計測を既に開始しているか否かを判断するためのものであり、ＳＴ８においてフラグＦが０であれば、室内機５ａ〜５ｃの中で冷媒過冷却度ＳＣが液冷媒滞留時過冷却度ＳＣｐ以上となっている室内機が発生して液冷媒滞留時間ｔｌｒの計測を開始する必要があることを示す。また、フラグＦが１であれば既に液冷媒滞留時間ｔｌｒの計測を実行していることを示す。尚、図示は省略しているが、フラグＦは空気調和装置１の起動時に０とされている。

ＳＴ８においてフラグＦが０でなければ（ＳＴ８−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１０に処理を進める。フラグＦが０であれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、自己が有するタイマー機能を使用して液冷媒滞留時間ｔｌｒの計測を開始するとともにフラグＦを１として（ＳＴ９）記憶部２２０に記憶し、ＳＴ１０に処理を進める。以上説明したＳＴ７〜ＳＴ１０までの処理が、油滞留条件の成立／不成立を判断する処理である。

ＳＴ１０において、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ９で計測を開始した液冷媒滞留時間ｔｌｒが所定時間ｔｐ以上となったか否かを判断する。液冷媒滞留時間ｔｌｒが所定時間ｔｐ以上となっていなければ（ＳＴ１０−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１３に処理を進める。液冷媒滞留時間ｔｌｒが所定時間ｔｐ以上となっていれば（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で求めた室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣを用いて平均冷媒過冷却度ＳＣｖを算出する（ＳＴ１１）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃの中で最大値と最小値を抽出し、これらの平均値を求めてこれを平均冷媒過冷却度ＳＣｖとする。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１１で求めた平均冷媒過冷却度ＳＣｖとＳＴ５で求めた高圧飽和温度Ｔｈｓを、通信部２３０を介して室内機５ａ〜５ｃに送信する（ＳＴ１２）。通信部５３０ａ〜５３０ｃを介して平均冷媒過冷却度ＳＣｖ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ＳＣｖ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〜ＳＴ１２までの処理が、本発明の油流出制御に関わる処理である。

ＳＴ１２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（ＳＴ１３）。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（ＳＴ１３−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（ＳＴ１３−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（ＳＴ１４）。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（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ１５）、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。

ＳＴ１４において運転停止指示がなければ（ＳＴ１４−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が暖房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１９）。現在の運転が暖房運転であれば（ＳＴ１９−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（ＳＴ１９−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、ＳＴ１８に処理を戻す。

尚、以上説明した各実施形態では、各室内機の冷媒過冷却度を用いて油流出制御を実行する場合について説明したが、冷媒過冷却度に代えて液側温度検出手段（液側温度センサ６１ａ〜６１ｃ）で検出した各室内機の室内熱交換器の熱交出口温度を用いて油流出制御を実行してもよい。熱交出口温度を用いて油流出制御を実行する場合は、各室内機の熱交出口温度が、これら熱交出口温度のうちの最大値と最小値を用いて求める平均熱交出口温度となるように、各室内膨張弁の開度を調整する。

また、油滞留条件として、各室内機の冷媒過冷却度のうち液冷媒滞留時過冷却度以上となっている液冷媒滞留時間が所定時間以上継続しているか否かを判断する場合について説明したが、これに代えて、各室内機の室内熱交換器の熱交出口温度が、室内機に液冷媒が滞留することによって室温になじんでいるときの熱交出口温度である液冷媒滞留時熱交出口温度以下となっている時間を冷媒滞留時間とし、この冷媒滞留時間が所定時間以上継続しているか否かを判断してもよい。

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
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
ＳＣ 冷媒過冷却度
ＳＣｖ 平均冷媒過冷却度
ＳＣｐ 液冷媒滞留時過冷却度
Ｔｈｓ 高圧飽和温度
Ｔｏ 熱交出口温度
ｔｌｒ 液冷媒滞留時間
ｔｐ 所定時間

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の室内機を有し、
   前記室外機が前記複数の室内機より上方に設置されるとともに、前記複数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、
   前記複数の室内機に、前記圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油が滞留していることを示す油滞留条件が成立している室内機がある場合は、
   前記各室内機の冷媒過冷却度が同冷媒過冷却度の最大値と最小値の２値の相加平均値である平均冷媒過冷却度となるように、あるいは、前記各室内機の熱交出口温度が同熱交出口温度の最大値と最小値の２値の相加平均値である平均熱交出口温度となるように、前記各室内膨張弁の開度を調整する油流出制御を実行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. 前記油滞留条件は、前記各室内機の冷媒過冷却度のうち前記各室内機に液冷媒が滞留しているときの冷媒過冷却度である液冷媒滞留時過冷却度以上となっている状態、あるいは、前記各室内機の熱交出口温度のうち前記各室内機に液冷媒が滞留しているときの熱交出口温度である液冷媒滞留時熱交出口温度以下となっている状態が継続する時間である冷媒滞留時間が、予め定められた所定時間以上となったか否かで規定される、
   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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