JP6737053B2 - 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、室外機や各室内機の設置状態によっては冷媒が流れにくい室内機が発生し、当該室内機で十分な空調能力が得られない場合がある。例えば、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空気調和装置で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の冷媒流量が減少して十分な暖房能力が得られない恐れがある。

上述した空気調和装置で暖房運転を行っているときは、各室内機の室内熱交換器で凝縮して液管に流出した液冷媒を、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と比べて低い位置に設置された室内機では冷媒が流れにくくなって当該室内機における冷媒流量が減少して十分な暖房能力が得られない恐れがある。

以上のような問題点に対して、特許文献１に記載のマルチ型空気調和機は、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に達していない室内機があれば、当該室内機で暖房能力が発揮できていないと判断する。そして、冷媒過冷却度が最も小さい室内機の目標冷媒過冷却度を所定値だけ大きくする一方、冷媒過冷却度が最も大きい室内機の目標冷媒過冷却度を所定値だけ小さくすることにより、暖房能力が発揮できていない室内機における冷媒流量を増加させて暖房能力が十分発揮できるようにする不暖房解消制御を行っている。

また、本出願人は、空気調和装置の暖房運転中に暖房能力が発揮できていない室内機が存在する場合に、各室内機における冷媒過冷却度のうちの最大値と最小値を用いて平均冷媒過冷却度を算出し、各室内機の冷媒過冷却度が求めた平均冷媒過冷却度となるように、各室内機の室内膨張弁の開度を調整する不暖房解消制御の一種である冷媒量バランス制御を実行する空気調和装置を先に提案している（特願２０１６−２６９８）。

例えば、３台の室内機が高低差をもって設置される空気調和装置で暖房運転を行うとき、最も高い位置に設置されている室内機の冷媒過冷却度が６ｄｅｇ、最も低い位置に設置されている室内機の冷媒過冷却度が２６ｄｅｇ、これらの間の高さに設置されている室内機の冷媒過冷却度が１０ｄｅｇであるとする。この場合、最も低い位置に設置されている室内機では、冷媒過冷却度が他の室内機と比べて大きな値となっているが、これは当該室内機の室内熱交換器の冷媒出口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ているためであり、このことは室内熱交換器に液冷媒が滞留して当該室内機で暖房能力が発揮できていないことを示す。

以上のような状態で暖房運転を行っている空気調和装置で本出願人が提案する冷媒量バランス制御を実行すると、全ての室内機における冷媒過冷却度が、平均冷媒過冷却度（＝（６+２６）／２＝１６ｄｅｇ）となるように、各室内機の室内膨張弁の開度を調整する。このため、最も低い位置に設置されている室内機に滞留している液冷媒が当該室内機から流出して冷媒が流れるようになり、当該室内機における冷媒過冷却度が冷媒量バランス制御を行う前の値である２６ｄｅｇより小さくなる。そして、上記のような平均冷媒過冷却度を目標値とした各室内膨張弁の開度調整を定期的（例えば、３０秒毎）に行うことによって、最も低い位置に設置されている室内機の冷媒流量が増加して（冷媒過冷却度が小さくなって）暖房能力が発揮されるようになる。

特開２０１１−１５８１１８号公報

ところで、各室内機の設計時には、予め定められた暖房能力が発揮できるように、室内熱交換器の大きさや室内ファンの風量等が決定される。そして、各室内機で最大の暖房能力を要求されたとき、この最大暖房能力に対応する室内熱交換器の冷媒出口側における最大の冷媒過冷却度（以降、最高冷媒過冷却度と記載する）が存在する。つまり、各室内機で暖房運転を行っているとき、室内熱交換器の冷媒出口側における冷媒過冷却度が最高冷媒過冷却度以下の値であれば、各室内機で最大暖房能力を要求されてもこの暖房能力が発揮できる。

冷媒量バランス制御を実行しているときに、各室内機における冷媒過冷却度の目標値となる平均冷媒過冷却度が上述したいずれかの室内機の最高冷媒過冷却度より大きい値となり、かつ、このような状態が長時間継続される場合は、平均冷媒過冷却度より小さい最高冷媒過冷却度である室内機で暖房能力が発揮されるまでに時間がかかる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、暖房運転時に各室内機で速やかに暖房能力が十分に発揮される状態と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するものであって、複数台の室内機の各々で予め定められた暖房能力を発揮できる冷媒過冷却度の最大値である最高冷媒過冷却度のうちの最小値である閾冷媒過冷却度を記憶する制御手段を有する。制御手段は、空気調和装置の暖房運転開始時に各室内機の室内膨張弁の開度を所定開度とした後に、各室内機の冷媒過冷却度を用いて平均冷媒過冷却度を算出し、算出した平均冷媒過冷却度が閾冷媒過冷却度より大きい場合は、各室内機の冷媒過冷却度が閾冷媒過冷却度となるように室内膨張弁の開度を調整し、算出した平均冷媒過冷却度が閾冷媒過冷却度より小さい場合は、各室内機の冷媒過冷却度が平均冷媒過冷却度となるように室内膨張弁の開度を調整する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、暖房運転時に各室内機で速やかに暖房能力が十分に発揮される状態とできる。

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、３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、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、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。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目標冷媒過冷却度あるいは平均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。尚、平均冷媒過冷却度については後述する。

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は、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、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、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、空気調和装置１における、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。

図２を用いて先に説明したように、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、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、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を冷媒が流れにくくなる。従って、１階に設置された室内機５ｃは他の室内機５ａ、５ｂと比べて冷媒が流れにくく、これに伴って、室内機５ｃを流れる冷媒量は他の室内機５ａ、５ｂ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。

液冷媒が滞留して暖房能力が発揮されない室内機５ｃでは、室内熱交換器５１ｃの冷媒出口側（室内膨張弁５２ｃ側）における冷媒過冷却度が非常に大きな値（例えば、２６ｄｅｇ）となっている。これは、室内熱交換器５１ｃの冷媒出口側に滞留する液冷媒の温度が、室内機５ｃが設置される部屋の温度になじんで低い温度となっているためである。

以上説明した、空気調和装置１の暖房運転時に室内機５ｃで液冷媒は滞留していることによって暖房能力が発揮されていない場合は、室内機５ｃに滞留する液冷媒を室内機５ｃから流出させて室内機５ｃでの冷媒流量を増加させることで暖房能力が十分に発揮できるようにする冷媒量バランス制御を実行すればよい。具体的には、室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度のうち最大値（本実施形態では、上述した室内機５ｃの冷媒過冷却度：２６ｄｅｇ）と最小値（本実施形態では、最上階に設置される室内機５ａの冷媒過冷却度、例えば６ｄｅｇ）の平均値である平均冷媒過冷却度（＝（２６＋６）／２＝１６ｄｅｇを求める。そして、各室内機５ａ〜５ｃの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。

冷媒量バランス制御を行うと、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（例えば、１０ｄｅｇ）では、各冷媒過冷却度を平均冷媒過冷却度まで大きくす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の冷媒過冷却度を平均冷媒過冷却度まで小さくするために室内膨張弁５２ｃの開度を大きくしているときに、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。そして、このような各室内膨張弁の開度調整を定期的（例えば、３０秒毎）に行うことで、室内機５ｃでの冷媒流量が増加して室内機５ｃで暖房能力が十分に発揮できるようになる。

尚、冷媒量バランス制御を継続して行うと、上述したように室内機５ｃに滞留していた液冷媒が冷媒回路１００に流出するので、室外機２から見た室内機５ａ〜５ｃ側の冷媒回路１００における冷媒循環量が冷媒量バランス制御を実行する前と比べて増加する。また、室内機５ｃでの冷媒流量が増加するのに伴って室内機５ｃにおける冷媒過冷却度が冷媒量バランス制御を実行する前と比べて小さくなる。

しかし、前述した室内機５ａと室内機５ｃの設置位置の高低差Ｈが非常に大きい（例えば、５０ｍ以上）である場合は、冷媒量バランス制御実行時の目標値となる平均冷媒過冷却度が室内機５ａ〜５ｃのいずれかにおける最高冷媒過冷却度より大きい値となる状態が長時間継続することがある。ここで、最高冷媒過冷却度とは、室内機５ａ〜５ｃで予め定められた最大の暖房能力を発揮できる室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過冷却度の最大値である。つまり、上述した室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度が最高冷媒過冷却度以下の値であれば、各室内機５ａ〜５ｃで最大暖房能力を要求されてもこの暖房能力を発揮できるというものである。尚、上述した最高冷媒過冷却度は、各室内機５ａ〜５ｃの設計時に決定される。

従って、冷媒量バランス制御実行時に、目標値となる平均冷媒過冷却度が室内機５ａ〜５ｃのいずれかにおける最高冷媒過冷却度より大きい値となると、平均冷媒過冷却度より小さい最高冷媒過冷却度である室内機で、冷媒過冷却度が平均冷媒過冷却度となるように室内膨張弁の開度を制御すると、当該室内機で暖房能力が発揮できない状態となる。そして、冷媒量バランス制御を継続して行って当該室内機における冷媒過冷却度が小さくなるとしても、平均冷媒過冷却度が当該室内機の最大冷媒過冷却度より大きい状態が長時間続くと、当該室内機で暖房能力が発揮されるまでに時間がかかるという問題がある。

そこで、本発明の空気調和装置１では、室内機５ａ〜５ｃの最高冷媒過冷却度のうち最小のものを閾冷媒過冷却度とし、冷媒量バランス制御を実行する際に室内機５ａ〜５ｃの平均冷媒過冷却度と閾冷媒過冷却度を比較して、いずれか小さい方を各室内機５ａ〜５ｃの目標値として室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。

尚、平均冷媒過冷却度は、前述した冷媒過冷却度の最大値と最小値の平均値以外に、全ての室内機の冷媒過冷却度の加算平均値や、冷媒過冷却度の大きい方から順に複数の値と小さい方から順に複数の値をそれぞれ選択してこれらの平均値とする等、少なくとも２つ以上の冷媒過冷却度を用いて求めたものであればよい。但し、各室内機における冷媒過冷却度を全て用いて算出した場合は、以下のような問題点がある。

例えば、複数台の室内機のうち他と比べて冷媒過冷却度が極端に大きくて暖房能力が発揮されていない室内機が１台のみ存在する場合に、全ての室内機の冷媒過冷却度を用いて平均冷媒過冷却度を算出すると、暖房能力が発揮されていない室内機が複数台存在する場合の平均冷媒過冷却度より小さくなる。そして、この平均冷媒過冷却度を目標に各室内膨張弁の開度を調整すると、暖房能力が発揮されていない室内機以外の室内機の室内膨張弁の開度があまり絞られないため、暖房能力が発揮されていない室内機の室内膨張弁の下流側の冷媒圧力がさほど低下しない。このような状態で冷媒量バランス制御を続けても、暖房能力が発揮されていない室内機の冷媒流量が増加するまでに時間がかかり、暖房能力が発揮されるようになるまでの時間がかかる。

これに対し、本実施形態のように、全ての室内機における冷媒過冷却度のうちの最大値と最小値を用いて平均冷媒過冷却度を算出した方が、上述した複数台の室内機のうち他と比べて冷媒過冷却度が極端に大きいつまり暖房能力が発揮されていない室内機が少ない場合に、全ての冷媒過冷却度を用いて算出した平均冷媒過冷却度よりも大きい値となる。従って、暖房能力が発揮されていない室内機以外の室内機の室内膨張弁の開度がより絞られて暖房能力が発揮されていない室内機の室内膨張弁の下流側の冷媒圧力が低下するので、暖房能力が発揮されていない室内機における冷媒流量が早く増加して暖房能力が発揮されるようになるまでの時間が短縮される。

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。

尚、以下の説明では、吐出圧力センサ３１で検出した吐出圧力を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）、各室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃのうちの最大値と最小値を用いて求める平均冷媒過冷却度をＳＣｖ、各室内機５ａ〜５ｃの最高冷媒過冷却度のうちの最小値である閾冷媒過冷却度をＳＣｔとする。尚、最高冷媒過冷却度は前述したように室内機５ａ〜５ｃの設計時に決定される値であり、閾冷媒過冷却度ＳＣｔはこれら各最高冷媒過冷却度のうちの最小値を予め選択して記憶部２２０に記憶している。

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（ＳＴ１４）。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（ＳＴ１５）、ＳＴ１１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ＳＣが通常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の開度を予め定められた所定開度とする。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の最高冷媒過冷却度より小さい値である、すなわち、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。

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、ＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｃが液側温度センサ６１ａ〜６１ｃでの検出値をセンサ入力部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（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ６で求めた室内機５ａ〜５ｃの冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃを用いて平均冷媒過冷却度ＳＣｖを算出する（ＳＴ７）。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、ＳＴ７で求めた平均冷媒過冷却度ＳＣｖが閾冷媒過冷却度ＳＣｔ以上であるか否かを判断する（ＳＴ８）。ここで、閾冷媒過冷却度ＳＣｔは、予め定められて記憶部２２０に記憶されているものであり、前述したように、各室内機５ａ〜５ｃの最高冷媒過冷却度のうちの最小値（各室内機５ａ〜５ｃの最高冷媒過冷却度が全て同じ値である場合は、その値）である。ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０から閾冷媒過冷却度ＳＣｔを読み出して平均冷媒過冷却度ＳＣｖと比較する。

ＳＴ８において平均冷媒過冷却度ＳＣｖが閾冷媒過冷却度ＳＣｔ以上でない場合は（ＳＴ８−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ７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（ＳＴ９）。一方、平均冷媒過冷却度ＳＣｖが閾冷媒過冷却度ＳＣｔ以上である場合は（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ８で記憶部２２０から読み出した閾冷媒過冷却度ＳＣｔ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（ＳＴ１０）。

通信部５３０ａ〜５３０ｃを介して平均冷媒過冷却度ＳＣｖあるいは閾冷媒過冷却度ＳＣｔ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あるいは閾冷媒過冷却度ＳＣｔ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〜ＳＴ１０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。

ＳＴ９もしくはＳＴ１０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（ＳＴ１１）。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（ＳＴ１１−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（ＳＴ１１−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（ＳＴ１２）。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（ＳＴ１２−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ１３）、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。

ＳＴ１２において運転停止指示がなければ（ＳＴ１２−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が暖房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１６）。現在の運転が暖房運転であれば（ＳＴ１６−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（ＳＴ１６−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、ＳＴ１５に処理を戻す。

以上説明したように、本発明の空気調和装置１では、冷媒量バランス制御を実行するときに、算出した平均冷媒過冷却度ＳＣｖが閾冷媒過冷却度ＳＣｔ以上である場合は、各室内機５ａ〜５ｃにおける冷媒過冷却度ＳＣａ〜ＳＣｃが閾冷媒過冷却度ＳＣｔとなるように、各室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度を調整する。これにより、各室内機５ａ〜５ｃで速やかに暖房能力が十分に発揮される状態とできる。

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
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
ＳＣｔ 閾冷媒過冷却度
ＳＣｖ 平均冷媒過冷却度
Ｔｈｓ 高圧飽和温度
Ｔｏ 熱交出口温度

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と、を有する空気調和装置であって、
   前記複数台の室内機の各々で予め定められた暖房能力を発揮できる冷媒過冷却度の最大値である最高冷媒過冷却度のうちの最小値である閾冷媒過冷却度を記憶する制御手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記空気調和装置の暖房運転開始時に前記各室内機の前記室内膨張弁の開度を所定開度とした後に、前記各室内機の冷媒過冷却度を用いて平均冷媒過冷却度を算出し、
   算出した前記平均冷媒過冷却度が前記閾冷媒過冷却度より大きい場合は、前記各室内機の冷媒過冷却度が前記閾冷媒過冷却度となるように前記室内膨張弁の開度を調整し、
   算出した前記平均冷媒過冷却度が前記閾冷媒過冷却度より小さい場合は、前記各室内機の冷媒過冷却度が前記平均冷媒過冷却度となるように前記室内膨張弁の開度を調整する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記平均冷媒過冷却度は、前記各室内機の冷媒過冷却度のうちの最大値と最小値を用いて算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。

Images