JP6897069B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、室外機と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。

例えばコンピュータのサーバールームのように、熱源となる装置が多数設置された部屋（以降、熱負荷の大きい部屋と記載）では、部屋に設置された空気調和装置で年間を通して冷房運転が必要である。このような空気調和装置において、冬季等の外気温度が低い環境下で冷房運転を行う場合は、外気温度が低くなるほど室外熱交換器での放熱量が多くなって凝縮圧力が低下する。そして、凝縮圧力が低下すれば、室内機に送られる冷媒量が減少して室内熱交換器での蒸発能力が低下するので、冷房能力が低下する。

特許文献１に記載の空気調和装置では、容量が異なる複数の小熱交換器からなる室外熱交換器を室外機に有し、冷房運転時に外気温度に応じて使用する小熱交換器を選択している。これにより、冷房運転時に現在の外気温度に適した容量の小熱交換器を使用して当該小熱交換器で必要以上の放熱が行われることを防ぐことができるので、凝縮圧力の低下を抑えて室内機への冷媒流量低下による冷房能力の低下を抑制できる。

特開２００４−３６９１号公報

ところで、上述した熱負荷の大きい部屋には、複数台の室内機が設置され、かつ、各々の室内機の冷房能力が異なる場合がある。そして、これら複数台の室内機は、各室内機の寿命を考慮したローテーション運転が行われている場合や部屋の負荷の変動に応じて、一部の室内機のみ運転を行い残りの室内機は停止していることがある。このように、複数台の室内機のうち一部の室内機しか運転していない状態では、蒸発能力が低下して蒸発圧力が低下するので、運転している室内機から室外機に戻る冷媒量が減少して凝縮圧力が低下する。

上記のように蒸発能力が低下している状態が低外気温度時に起こっている場合は凝縮圧力が低下し、特許文献１に記載の空気調和装置のように容量の小さい小熱交換器を選択して凝縮圧力を確保しようとしても、一番容量の小さい小熱交換器を選択しているにも関わらず凝縮圧力と蒸発圧力の圧力差が確保できず、運転している室内機に流れる冷媒量が減少して室内機で冷房能力が低下する恐れがあった。

尚、上述した問題を解決するためには、空気調和装置の設置環境、室外機に接続される室内機の台数、あるいは各室内機の能力に応じて、室外機に容量の異なる小熱交換器を複数台設ければよいのであるが、室外機に接続される室内機の台数や能力は様々であり、また、設置環境も様々であるため、現実的ではない。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、低外気温度での冷房運転時に冷房能力の低下を抑制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、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と外気温度を検出する外気温度検出手段を有する室外機と、室内熱交換器を有する複数台の室内機と、圧縮機や四方弁を制御する制御手段を有する。また、複数台の室内機は、他の室内機と異なる冷房能力を有する室内機を少なくとも１台含む。そして、空気調和装置が冷房運転を行うとき、制御手段は、外気温度検出手段で検出した外気温度が予め定められた所定温度より低い温度である場合は、運転する室内機の冷房能力の合計値である合計冷房能力が、当該外気温度下で必要となる室内機における蒸発能力に応じた冷房能力である最低必要能力以上となるように、複数台の室内機を選択して運転する能力補償制御を実行する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、冷房運転時に外気温度に応じて運転する室内機を選択する能力補償制御得を実行することで、当該外気温度において運転している室内機で発揮される冷房能力の合計値である合計冷房能力が、当該外気温度における最低必要能力以上となるようにする。これにより、低外気温度での冷房運転時に冷房能力の低下を抑制できる。

本発明の実施形態の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、室内機能力テーブルである。 本発明の実施形態における、運転室内機選択テーブルである。 本発明の実施形態における、冷房運転時に室外機制御手段が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における、能力補償制御実行時に室外機制御手段が実行する処理の流れを示す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、１台の室外機に５台の室内機が並列に接続されて、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）に示すように、本実施形態における空気調和装置１は、屋外に設置される１台の室外機２と、サーバールーム等の熱負荷の大きい部屋に設置され室外機２に液管８およびガス管９で並列に接続された５台の室内機５ａ〜５ｅを備えている。具体的には、液管８の一端は室外機２の閉鎖弁２５に接続され、液管８の他端は分岐して各室内機５ａ〜５ｅの液管接続部５３ａ〜５３ｅに接続されている。また、ガス管９の一端は室外機２の閉鎖弁２６に接続され、ガス管９の他端は分岐して各室内機５ａ〜５ｔのガス管接続部５４ａ〜５４ｅに接続されている。このように室外機２と５台の室内機５ａ〜５ｅが接続されて、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）では、５台の室内機５ａ〜５ｅのうち、室内機５ａ、室内機５ｂ、および、室内機５ｅ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、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で接続されている。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閉鎖弁２５と室外機液管４４で接続されている。

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、空気調和装置１が暖房運転を行っている場合すなわち室外熱交換器２３が蒸発器として機能する場合は、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が調整されることで、吐出温度が性能上限値を超えないようにしている。また、空気調和装置１が冷房運転を行っている場合すなわち室外熱交換器２３が凝縮器として機能する場合は、その開度が全開とされる

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込温度センサ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検出手段である外気温度センサ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、後述する室内機能力テーブル３００や運転室内機選択テーブル４００等を記憶している。通信部２３０は、室内機５ａ〜５ｅ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〜５ｅ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、５台の室内機５ａ〜５ｅについて説明する。５台の室内機５ａ〜５ｅは、全て熱負荷の大きい１つの部屋に設置されている。５台の室内機５ａ〜５ｅは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｅと、室内膨張弁５２ａ〜５２ｅと、分岐した液管８の他端が接続された液管接続部５３ａ〜５３ｅ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〜５４ｅと、室内ファン５５ａ〜５５ｅを備えている。そして、室内ファン５５ａ〜５５ｅ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〜５０ｅを構成している。

以下に、室内機５ａ〜５ｅの構成について詳細に説明する。室内機５ａ〜５ｅは、図２に示す室内機能力テーブル３００に示すように冷房能力（単位：ＫＷ）が異なる。具体的には、室内機５ａと室内機５ｂの冷房能力がそれぞれ２．２ＫＷ、室内機５ｃと室内機５ｄの冷房能力がそれぞれ２．８ＫＷ、室内機５ｅの冷房能力が４．５ＫＷである。尚、この室内機能力テーブル３００は記憶部２２０に記憶されているものであり、空気調和装置１の設置時に行う初期設定で、各室内機から送信される冷房能力を室外機２の室外機制御手段２００が通信部２３０を介して受信して、記憶部２２０に記憶するものである。

室内機５ａ〜５ｅは、上述した冷房能力の違いを除いて全て構成が同じであるため、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〜５ｅについては詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）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〜ｅ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〜５ｅ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び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の内部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放出する。

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（要求能力や設定温度、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〜５００ｔとで、本発明の制御手段が構成される。

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が冷房運転を行う場合であり、かつ、全ての室内機５ａ〜５ｅが運転する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、空気調和装置１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は、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〜５１ｅが蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

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を流れて室外熱交換器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から室外機液管４４に流出した冷媒は、室外膨張弁２４および閉鎖弁２５を介して液管８に流出する。

液管８を流れる冷媒は液管接続部５３ａ〜５３ｅを介して室内機５ａ〜５ｅに流入する。室内機５ａ〜５ｅに流入した冷媒は室内機液管７１ａ〜７１ｅを流れ、室内膨張弁５２ａ〜５２ｅを通過して減圧される。減圧された冷媒は室内熱交換器５１ａ〜５１ｅに流入し、室内ファン５５ａ〜５５ｅの回転により室内機５ａ〜５ｅ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〜５１ｅが蒸発器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｅ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〜５ｅが設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器５１ａ〜５１ｅから流出した冷媒は室内機ガス管７２ａ〜７２ｅを流れ、ガス管接続部５４ａ〜５４ｅを介してガス管９に流出する。ガス管９を流れ閉鎖弁２６を介して室外機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、空気調和装置１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は、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに各室内機５ａ〜５ｅの室内熱交換器５１ａ〜５１ｅが凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

ところで、空気調和装置１が冷房運転を行うときに外気温度が低い、例えば、冷房運転時の外気温度が−５℃未満である場合は、外気温度が低くなるほど室外機２の室外熱交換器２３での放熱量が多くなって室外熱交換器２３における凝縮圧力が低下する。また、空気調和装置１が冷房運転を行うときに、各室内機の寿命を考慮したローテーション運転が行われている場合や、室内機５ａ〜５ｅが設置された部屋の負荷の変動に応じて、室内機５ａ〜５ｅのうちの一部の室内機のみを運転し残りの室内機は停止させることがある。このように、室内機５ａ〜５ｅのうちの一部しか運転していない状態では、室内機５ａ〜５ｅが全て運転している場合と比べて蒸発能力が低下して蒸発圧力が低下するので、運転している室内機から室外機２に戻る冷媒量が減少して室外熱交換器２３における凝縮圧力が低下する。

以上のように、外気温度が低く、かつ、一部の室内機のみ運転している状況では凝縮圧力が低下するので、室内機５ａ〜５ｅに送られる冷媒量が減少して各室内熱交換器５１ａ〜５１ｅにおける蒸発能力が低下するので、室内機５ａ〜５ｃにおける冷房能力が低下する。

そこで、本発明の空気調和装置１では、外気温度が低い環境で冷房運転を行うときに、外気温度、および、当該外気温度下で凝縮圧力を確保するために最低限必要な、運転する室内機における蒸発能力に応じた冷房能力である最低必要能力に応じて、室内機５ａ〜５ｅのうちのいくつかを選択して運転する能力補償制御を実行する。具体的には、能力補償制御を実行する際は、図３に示す運転室内機選択テーブル４００を用いて、外気温度と最低必要能力に応じて室内機５ａ〜５ｅから運転する室内機を選択する。

尚、以下の説明では、外気温度センサで検出する外気温度をＴｏ（単位：℃）、外気温度Ｔｏ下での最低必要能力をＣｎ（単位：ＫＷ）、現在運転している室内機の合計冷房能力をＣｓ（単位：ＫＷ）とする。

図３に示す運転室内機選択テーブル４００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る。運転室内機選択テーブル４００では、外気温度Ｔｏに応じて、冷房運転時に室内機５ａ〜５ｅ側で必要となる最低必要能力Ｃｎと、室内機５ａ〜５ｅの中で現在運転している室内機の合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以下であるときに運転する室内機（運転室内機）を定めている。

具体的には、外気温度Ｔｏが−５℃（本発明の「予め定められた所定温度」に相当）以上である場合は、最低必要能力Ｃｎは空気調和装置１の最小冷房能力である２．２ＫＷであり、運転室内機は現在運転しているものを継続運転させる。つまり、外気温度Ｔｏが−５℃以上である場合は、最低必要能力Ｃｎに制限はなく室内機５ａ〜５ｅのうちいずれの室内機が運転していていもよい。

また、外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満である場合は、最低必要能力Ｃｎは５．０ＫＷであり、運転室内機は室内機５ａと室内機５ｃとされている。室内機５ａと室内機５ｃと運転すれば、室内機５ａの冷房能力：２．２ＫＷと室内機５ｃの冷房能力：２．８ＫＷを加えて５．０ＫＷとなる。また、外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満である場合は、最低必要能力Ｃｎは１０．０ＫＷであり、運転室内機は室内機５ａ〜５ｄ（つまり、室内機５ｅ以外のすべて）とされている。室内機５ａ〜５ｄを運転すれば、室内機５ａ、５ｂの冷房能力：２．２ＫＷと室内機５ｃ、５ｄの冷房能力：２．８ＫＷを全て加えて１０．０ＫＷとなる。

そして、外気温度Ｔｏが−１５℃未満である場合は、室内機５ａ〜５ｅの全てを停止して冷房運転を停止するので、最低必要能力Ｃｎは定められていない。外気温度Ｔｏが−１５℃未満という条件は、全ての室内機５ａ〜５ｅを運転しても、上述した蒸発圧力の低下に起因する室外熱交換器２３における凝縮圧力の低下が抑えられず、室内機５ａ〜５ｅに必要量の冷媒を流すのに必要な凝縮圧力が確保できないことが試験等を行うことによって予め判明している温度である。

次に、主に図４と図５を用いて、冷房運転時に室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が行う処理の流れについて説明する。図４は、ＣＰＵ２１０が空調運転時に行うメインルーチンに関する処理の流れを示すフローチャートである。また、図５は、ＣＰＵ２１０が冷房運転時に行うサブルーチンである能力補償制御に関する処理の流れを示すフローチャートである。各図において、ＳＴは処理のステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図４や図５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。

まず、図４を用いて空調運転時のメインルーチンに関する処理の流れについて説明する。空気調和装置１が運転を開始すると、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、暖房運転開始処理を実行する（ＳＴ８）。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、暖房運転を開始する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室外膨張弁２４の開度を調整し、また、通信部２３０を介して室内機５ａ〜５ｅに対し室内ファン５５ａ〜５５ｅの駆動制御や室内膨張弁５２ａ〜５２ｅの開度調整を行うよう指示して暖房運転制御を開始し（ＳＴ９）、ＳＴ５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、冷房運転を開始するときに行われる処理である。次に、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｅ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を起動するとともに、室外膨張弁２４を全開とする冷房運転制御を開始する（ＳＴ３）。

また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｅ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〜５３０ｅを介して受信した室内機５ａ〜５ｅの室内機制御手段５００ａ〜５００ｅのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｅは、使用者の風量指示に応じた回転数で室内ファン５５ａ〜５５ｅを起動するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｅの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ〜５４ｅ側）での冷媒過熱度が所定の目標冷媒過熱度（例えば、２ｄｅｇ）となるように室内膨張弁５２ａ〜５２ｅ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〜５３０ｅ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。

ＳＴ３の処理を終えたＣＰＵ２１０は、後述するサブルーチンである能力補償制御を実行し（ＳＴ４）、ＳＴ５に処理を進める。

次に、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（ＳＴ５）。ここで、運転モード切替指示とは、現在の運転（ここでは冷房運転）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（ＳＴ５−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（ＳＴ５−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（ＳＴ６）。運転停止指示とは、全ての室内機５ａ〜５ｅが運転を停止することを指示するものである。

運転停止指示があれば（ＳＴ６−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、運転停止処理を実行し（ＳＴ７）、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〜５ｅ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〜５３０ｅを介して受信した室内機５ａ〜５ｅのＣＰＵ５１０ａ〜５１０ｅは、室内ファン５５ａ〜５５ｅを停止するとともに室内膨張弁５２ａ〜５２ｅを全閉とする。

ＳＴ６において運転停止指示がなければ（ＳＴ６−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、現在の運転が冷房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１０）。現在の運転が冷房運転であれば（ＳＴ１０−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（ＳＴ１０−Ｎｏ）、つまり、現在の運転が暖房運転であれば、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ９に処理を戻す。

次に、図５を用いて、空気調和装置１のサブルーチンである能力補償制御を行う際の処理の流れについて説明する。ＣＰＵ２１０は、能力補償制御を開始すると、外気温度センサ３６で検出した外気温度Ｔｏをセンサ入力部２４０を介して取り込む（ＳＴ２１）。尚、ＣＰＵ２１０は、外気温度Ｔｏを所定時間毎（例えば、３０秒毎）に取り込んで記憶部２２０に記憶している。

次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ２１で取り込んだ外気温度Ｔｏが−５℃以上であるか否かを判断する（ＳＴ２２）。外気温度Ｔｏが−５℃以上であれば（ＳＴ２２−Ｙｅｓ）、図３に示す運転室内機選択テーブル４００に定められている通り、室内機５ａ〜５ｅ側の冷房能力が最小の２．２ＫＷであってもよいので、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｅのうちの現在運転中の室内機を継続して運転し（ＳＴ３０）、能力補償制御を終了する。

ＳＴ２２において外気温度Ｔｏが−５℃以上でなければ（ＳＴ２２−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満であるか否かを判断する（ＳＴ２３）。取り込んだ外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満であれば（ＳＴ２３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上であるか否かを判断する（ＳＴ２６）。尚、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｅのうちの現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓを算出するとともに、運転室内機選択テーブル４００を参照して外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎを抽出し、合計冷房能力Ｃｓと最低必要能力Ｃｎを比較する。

合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上であれば（ＳＴ２６−Ｙｅｓ）、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが凝縮圧力を確保するのに充分であるため、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ３０に処理を進めて能力補償制御を終了する。合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上でなければ（ＳＴ２６−Ｎｏ）、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓでは凝縮圧力を確保するのに不足するので、ＣＰＵ２１０は運転室内機選択テーブル４００を参照して室内機５ａと室内機５ｃに運転を指示する（ＳＴ２７）。

尚、ＳＴ２７においては、現在運転している室内機に加えて室内機５ａと室内機５ｃを運転するようにしてもよく、また、現在運転している室内機を停止して室内機５ａと室内機５ｃを運転するようにしてもよい。また、室内機５ａと室内機５ｃのうちいずれか一方が既に運転している場合は、他方の室内機のみ運転を開始するようにしてもよい。つまり、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが、外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎ以上となればよい。

但し、能力補償制御を行っているときは、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓを外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎ以上とするために、停止している室内機やより冷房能力の大きい室内機を選択して運転することで、本来必要とされる以上の冷房能力を発揮させることとなる。従って、省エネ性を考慮すると、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが−１０℃以上−５℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎと同じとなる室内機の組合せで運転をすることが望ましい。

ＳＴ２３において外気温度Ｔｏが−１０℃以上−５℃未満でなければ（ＳＴ２３−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満であるか否かを判断する（ＳＴ２４）。取り込んだ外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満であれば（ＳＴ２４−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｅのうちの現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓを算出するとともに、運転室内機選択テーブル４００を参照して外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎを抽出し、合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上であるか否かを判断する（ＳＴ２８）。

合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上であれば（ＳＴ２８−Ｙｅｓ）、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが凝縮圧力を確保するのに充分であるため、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ３０に処理を進めて能力補償制御を終了する。合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎ以上でなければ（ＳＴ２８−Ｎｏ）、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓでは凝縮圧力を確保するのに不足するので、ＣＰＵ２１０は運転室内機選択テーブル４００を参照して室内機５ａ〜室内機５ｄに運転を指示する（ＳＴ２９）。

尚、ＳＴ２９においては、現在運転している室内機に加えて室内機５ａ〜室内機５ｄを運転するようにしてもよく、また、現在運転している室内機を停止して室内機５ａ〜室内機５ｄを運転するようにしてもよい。また、室内機５ａ〜室内機５ｄのうちのいずれかが既に運転している場合は、残りの室内機の運転を開始するようにしてもよい。つまり、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが、外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎ以上となればよい。

但し、能力補償制御を行っているときは、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓを外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎ以上とするために、停止している室内機やより冷房能力の大きい室内機を選択して運転することで、本来必要とされる以上の冷房能力を発揮させることとなる。従って、省エネ性を考慮すると、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが−１５℃以上−１０℃未満であるときの最低必要能力Ｃｎと同じとなる室内機の組合せで運転をすることが望ましい。

ＳＴ２４において外気温度Ｔｏが−１５℃以上−１０℃未満でなければ（ＳＴ２４−Ｎｏ）、つまり、外気温度Ｔｏが−１５℃未満であれば、ＣＰＵ２１０は、運転室内機選択テーブル４００を参照して全ての室内機５ａ〜５ｅの運転を停止し（ＳＴ２５）、能力補償制御を終了する。

以上説明したように、本実施形態の空気調和装置１は、冷房運転中に能力補償制御を実行することで、外気温度Ｔｏに応じた室内機５ａ〜５ｅ側の最低必要能力Ｃｎを確保する。これにより、室内機５ａ〜５ｅにおける蒸発能力の低下に起因して蒸発圧力が低下し、ひいては凝縮圧力が低下することで室内機５ａ〜５ｅに流れる冷媒量が減少して冷房能力が低下するといったことを防止できる。

尚、以上説明した本発明の実施形態においては、外気温度Ｔｏに応じた最低必要能力Ｃｎを確保するために、運転室内機選択テーブル４００で予め定めた室内機を運転する場合について説明した。しかし、これに限るものではなく、現在運転中の室内機の合計冷房能力Ｃｓが最低必要能力Ｃｎより小さい場合に、その差分（最低必要能力Ｃｎ−合計冷房能力Ｃｓ）を充当する冷房能力を有する室内機を室内機５ａ〜５ｅの中から適宜選択して運転するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、５台の室内機５ａ〜５ｅが全て同じ部屋に設置されている場合を説明したが、２つ以上の部屋に室内機５ａ〜５ｅが分指して配置されている場合でも、本発明を適用できる。例えば、熱負荷の大きい部屋に室内機５ａ、５ｂが配置され、別の部屋に室内機５ｃ〜５ｅが配置されており、室内機５ａ、５ｂは冷房運転を行っており、室内機５ｃ〜５ｅは停止している場合に能力補償制御を実行するときは、停止している室内機５ｃ〜５ｅのうちのいずれかを選択して冷房運転を開始し、運転している室内機の合計冷房能力がそのときの外気温度に応じた最低必要能力以上となるようにすればよい。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ〜５ｅ 室内機
８ 液管
９ ガス管
３６ 外気温度センサ
１００ 冷媒回路
２００ 室外機制御部
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部
２３０ 通信部
３００ 室内機能力テーブル
４００ 運転室内機選択テーブル
５００ａ〜５００ｔ 室内機制御部
Ｃｓ 合計冷房能力
Ｃｎ 最低必要能力
Ｔｏ 外気温度

Claims (1)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、外気温度を検出する外気温度検出手段を有する室外機と、
   室内熱交換器を有し、２つ以上の部屋に分散して配置される複数台の室内機と、
   前記圧縮機や前記四方弁を制御する制御手段と、
   を有する空気調和装置であって、
   前記複数台の室内機は、他の室内機と異なる冷房能力を有する室内機を少なくとも１台含み、
   前記空気調和装置が少なくとも１つの部屋で冷房運転を行い、他の部屋では運転を停止しているとき、前記制御手段は、
   前記外気温度検出手段で検出した外気温度が、予め定められた所定温度より低く、低外気温度となる場合は、運転する室内機の冷房能力の合計値である合計冷房能力が、当該外気温度下で必要となる室内機における蒸発能力に応じた冷房能力である最低必要能力以上となるように、前記運転を停止している部屋に設置されている室内機を選択して運転する能力補償制御を実行する、
   ことを特徴とする空気調和装置。

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