JPWO2017199384A1

JPWO2017199384A1 - 空気調和装置

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Publication number: JPWO2017199384A1
Application number: JP2018518010A
Authority: JP
Inventors: 和久岩▲崎▼; 裕之森本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: JP6824259B2; WO2017199384A1

Abstract

空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する室内機及び複数の室外機と、制御装置と、を備え、制御装置は、冷房運転中に、複数の前記室外機のうち一台以上が停止している状態において、停止中の前記室外機に形成された前記閉回路内の圧力と、運転中の前記室外機の低圧側圧力との差圧を算出する圧力算出部と、前記差圧から前記バイパス流量調整弁の開度を決定し、前記バイパス流量調整弁を決定した開度に制御する弁開度制御部と、を備えたものである。

Description

本発明は、複数台の室外機と少なくとも１台以上の室内機とを共通のガス管及び共通の液管で接続して構成される空気調和装置に関し、特に冷房運転中に複数台の室外機のうち、１台以上の室外機が停止している場合の閉回路内に存在する冷媒の移行方法に関するものである。

従来から、空気調和装置の大容量化に対応するため、複数台の室外機と、複数台の室内機とを、共通のガス管及び共通の液管で接続して構成した空気調和装置が存在している（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の空気調和装置では、アキュムレータを室外機に搭載し、余剰冷媒を貯留することが多い。また、一般的には、圧縮機の回転数、ファンの回転数、流量調整弁の開度等を制御することによって、各室外機を循環している冷媒量を調整し、均液・余剰冷媒処置を行なうことも多い。このようにすれば、各室外機に搭載されているアキュムレータを均液管あるいは均圧管で接続することがなく、簡易な回路構成を実現することができる。

特開２００１−２０１１９９号公報

特許文献１に記載の空気調和装置では、閉回路内に冷媒が溜り込んだ状態が保持される可能性があるため、閉回路内の圧力が許容値を上回らないように閉回路内から冷媒を移動させる必要がある。そして、閉回路内から冷媒を移動させるために室外機間を接続するバイパス配管が設けられているのが一般的である。ただし、このように専用のバイパス配管を設けることは、製品コストの増加につながるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コストの増加を抑制しつつ、閉回路内の圧力を許容値内に抑えることができる空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する室内機及び複数の室外機と、制御装置と、を備え、複数台の前記室外機がガス管及び液管で前記室内機に並列に接続された空気調和装置において、前記室外機は、冷媒の流路を閉塞し、前記冷媒回路の一部を閉回路にする流路閉塞装置と、冷房運転時における前記室外熱交換器の下流側から前記圧縮機の低圧側に接続されたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられたバイパス流量調整弁と、前記室外機の低圧側圧力を検知する圧力センサと、を有し、前記バイパス配管は前記閉回路に接続されており、前記制御装置は、冷房運転中に、複数の前記室外機のうち一台以上が停止している状態において、停止中の前記室外機に形成された前記閉回路内の圧力と、運転中の前記室外機の低圧側圧力との差圧を算出する圧力算出部と、前記差圧から前記バイパス流量調整弁の開度を決定し、前記バイパス流量調整弁を決定した開度に制御する弁開度制御部と、を備えたものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、停止中の前記室外機に形成された閉回路内の圧力と、運転中の室外機の低圧側圧力との差圧を算出する圧力算出部と、差圧からバイパス流量調整弁の開度を決定し、バイパス流量調整弁を決定した開度に制御する弁開度制御部と、を備えており、停止中の室外機の閉回路内の冷媒を、閉回路に接続されたバイパス配管を介して、運転中の前記室外機の低圧側へ移動させるため、閉回路内の圧力が上昇した場合でも閉回路内の圧力を許容値内に抑えることができる。また、専用のバイパス配管を設ける必要がないため、コストの増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態に係る空気調和装置の制御装置の機能ブロック図である。本発明の実施の形態に係る空気調和装置の制御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図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置３００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
以下、本実施の形態に係る空気調和装置３００の回路構成及び動作について、図１を用いて説明する。
空気調和装置３００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷房運転または暖房運転を行なうものである。

空気調和装置３００は、２台の室外機１０ａ及び室外機１０ｂと、２台の室内機５０ａ及び室内機５０ｂとが冷媒配管で接続されて構成されている。２台の利用側ユニットは、２台の熱源機に並列接続されて連絡するようになっている。つまり、空気調和装置３００は、２台の熱源機に搭載される各機器と、２台の利用側ユニットに搭載される各機器とを冷媒配管で接続することで冷媒回路を形成し、この冷媒回路に冷媒を循環させることによって、冷房運転または暖房運転することができるようになっている。

空気調和装置３００の冷媒配管は、各室外機と接続されているガス分岐管、つまり室外機１０ａに接続されているガス分岐管２０２ａ及び室外機１０ｂに接続されているガス分岐管２０２ｂと、各室内機に接続されているガス枝管、つまり室内機５０ａに接続されているガス枝管２０６ａ及び室内機５０ｂに接続されているガス枝管２０６ｂと、ガス分岐管とガス枝管とを接続する共通のガス配管２０４と、各室外機と接続されている液分岐管、つまり室外機１０ａに接続されている液分岐管２０３ａ及び室外機１０ｂに接続されている液分岐管２０３ｂと、各室内機に接続されている液枝管、つまり室内機５０ａに接続されている液枝管２０７ａ及び室内機５０ｂに接続されている液枝管２０７ｂと、液分岐管と液枝管とを接続する共通の液配管２０５と、からなる。

ガス分岐管２０２ａ及びガス分岐管２０２ｂと、ガス配管２０４との間には、これらの冷媒配管を接続するガス分配器２００が設けられている。また、液分岐管２０３ａ及び液分岐管２０３ｂと、液配管２０５との間には、これらの冷媒配管を接続する液分配器２０１が設けられている。なお、図１では、空気調和装置３００にガス分配器２００及び液分配器２０１が搭載された状態が例示されているが、ガス分配器２００及び液分配器２０１が搭載されることに限定するものではない。また、ガス分岐管２０２ａ、ガス分岐管２０２ｂ、及び、ガス配管２０４がガス管を構成し、液分岐管２０３ａ、液分岐管２０３ｂ、及び、液配管２０５が液管を構成している。

室外機１０ａと室内機５０ａとは、ガス分岐管２０２ａ、ガス配管２０４、ガス枝管２０６ａ、液枝管２０７ａ、液配管２０５、及び、液分岐管２０３ａを介して接続されている。また、室外機１０ａと室内機５０ｂとは、ガス分岐管２０２ａ、ガス配管２０４、ガス枝管２０６ｂ、液枝管２０７ｂ、液配管２０５、及び、液分岐管２０３ａを介して接続されている。

同様に、室外機１０ｂと室内機５０ａとは、ガス分岐管２０２ｂ、ガス配管２０４、ガス枝管２０６ａ、液枝管２０７ａ、液配管２０５、及び、液分岐管２０３ｂを介して接続されている。また、室外機１０ｂと室内機５０ｂとは、ガス分岐管２０２ｂ、ガス配管２０４、ガス枝管２０６ｂ、液枝管２０７ｂ、液配管２０５、及び、液分岐管２０３ｂを介して接続されている。

室外機１０ａには、圧縮機１ａと、オイルセパレータ２ａと、逆止弁３ａと、四方弁４ａと、室外熱交換器５ａと、高低圧熱交換器６ａと、流量調整弁８ａと、液側開閉弁９ａと、ガス側開閉弁１１ａと、アキュムレータ１２ａと、返油バイパスキャピラリ１３ａと、返油バイパス用電磁弁１４ａと、バイパス流量調整弁７ａと、が搭載されている。圧縮機１ａ、オイルセパレータ２ａ、逆止弁３ａ、四方弁４ａ、室外熱交換器５ａ、高低圧熱交換器６ａ、流量調整弁８ａ、液側開閉弁９ａ、ガス側開閉弁１１ａ、及び、アキュムレータ１２ａは、冷媒配管で直列に接続されるように設けられている。

高低圧熱交換器６ａは、室外熱交換器５ａと流量調整弁８ａとの間における液配管２６ａに設けられている。この高低圧熱交換器６ａには、液配管２６ａと、この高低圧熱交換器６ａと流量調整弁８ａとの間における液配管２６ａから分岐し、圧縮機１ａの低圧側であるアキュムレータ１２ａの上流側に接続されたバイパス配管２３ａと、が接続されている。また、バイパス流量調整弁７ａは、高低圧熱交換器６ａと流量調整弁８ａとの間におけるバイパス配管２３ａに設けられている。

さらに、返油バイパスキャピラリ１３ａ及び返油バイパス用電磁弁１４ａは、オイルセパレータ２ａと、アキュムレータ１２ａ及び圧縮機１ａを接続している冷媒配管とを接続している返油バイパス回路２９ａに設けられている。返油バイパスキャピラリ１３ａは、返油バイパス用電磁弁１４ａの上流側及び下流側を接続し、返油バイパス用電磁弁１４ａを迂回するように設けられている。

なお、以下の説明において、液配管２６ａとバイパス配管２３ａとが接続されているポイントを接続点２５ａと称し、バイパス配管２３ａと四方弁４ａとアキュムレータ１２ａとの間の上流側配管とが接続されているポイントを接続点２４ａと称する。

また、室外機１０ａには、室外機１０ａに搭載されている、たとえば圧縮機１ａ、四方弁４ａ、図示省略の室外送風機などの各アクチュエータの駆動を制御する制御装置２７ａが搭載されている。さらに、室外機１０ａには、第１圧力センサ１５ａ、第２圧力センサ１６ａ、第１温度センサ１７ａ、第２温度センサ１８ａ、第３温度センサ１９ａ、第４温度センサ２０ａ、第５温度センサ２１ａ、第６温度センサ２２ａ、及び、第７温度センサ２８ａが設けられている。

圧縮機１ａは、インバータ回路を有しており、インバータ回路による電源周波数変換により圧縮機回転数が制御され、容量制御されるタイプであり、吸入した冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。オイルセパレータ２ａは、圧縮機１ａの吐出側に設けられており、圧縮機１ａから吐出され、冷凍機油が混在している冷媒ガスから冷凍機油成分を分離する機能を有している。逆止弁３ａは、オイルセパレータ２ａと四方弁４ａとの間における冷媒配管に設けられており、圧縮機１ａの停止時に圧縮機１ａ吐出部側への冷媒の逆流を防止するためのものである。

四方弁４ａは、流路切替装置として機能し、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替えるものである。ただし、冷房専用とする回路の場合は、四方弁４ａは不要とする。また、四方弁４ａの代わりに二方弁または三方弁等を組み合わせることによって、流路切替装置を構成してもよい。

室外熱交換器５ａは、冷房運転時には凝縮器または放熱器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能し、図示省略の室外送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。高低圧熱交換器６ａは、液配管２６ａを流れる冷媒と、バイパス配管２３ａを流れる冷媒との間で熱交換を行なうものである。流量調整弁８ａは、冷房回路における接続点２５ａの下流側に設置されており、減圧弁または膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この流量調整弁８ａは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。

液側開閉弁９ａは、制御装置２７ａまたは手動で開閉されることで冷媒を導通する、もしくは遮断するものである。ガス側開閉弁１１ａも、制御装置２７ａまたは手動で開閉されることで冷媒を導通したりしなかったりするものである。液側開閉弁９ａ及びガス側開閉弁１１ａは、開閉されることによって、冷凍サイクル内の圧力変動を調整するために設置されている。アキュムレータ１２ａは、圧縮機１ａの吸入側に設けられており、冷媒回路を循環する過剰な冷媒を貯留するものである。

バイパス流量調整弁７ａは、接続点２５ａと高低圧熱交換器６ａとの間におけるバイパス配管２３ａに設置されており、減圧弁または膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。このバイパス流量調整弁７ａは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。返油バイパス回路２９ａは、オイルセパレータ２ａで分離した冷凍機油を圧縮機１ａの吸入側に戻すようになっている。返油バイパスキャピラリ１３ａは、返油バイパス回路２９ａを通る冷凍機油の流量を調整するものである。返油バイパス用電磁弁１４ａは、開閉制御されることで、返油バイパスキャピラリ１３ａとともに冷凍機油の流量を調整するものである。

第１圧力センサ１５ａは、オイルセパレータ２ａと四方弁４ａとの間に設けられ、圧縮機１ａから吐出された冷媒の圧力を検知するものである。第２圧力センサ１６ａは、アキュムレータ１２ａの上流側に設けられ、圧縮機１ａに吸入される冷媒の圧力を検知するものである。第１温度センサ１７ａは、圧縮機１ａとオイルセパレータ２ａとの間に設けられ、圧縮機１ａから吐出された冷媒の温度を検知するものである。第２温度センサ１８ａは、室外機１０ａの周囲の温度を検知するものである。第３温度センサ１９ａは、室外熱交換器５ａと高低圧熱交換器６ａとの間に設けられ、室外熱交換器５ａと高低圧熱交換器６ａとの間を通る冷媒の温度を検知するものである。

第４温度センサ２０ａは、高低圧熱交換器６ａ通過後のバイパス配管２３ａに設けられ、高低圧熱交換器６ａ通過後のバイパス配管２３ａを通る冷媒の温度を検知するものである。第５温度センサ２１ａは、接続点２５ａと流量調整弁８ａとの間に設けられ、接続点２５ａと流量調整弁８ａとの間における液配管２６ａを通る冷媒の温度を検知するものである。第６温度センサ２２ａは、接続点２４ａとアキュムレータ１２ａとの間に設けられ、接続点２４ａとアキュムレータ１２ａとの間を通る冷媒の温度を検知するものである。第７温度センサ２８ａは、アキュムレータ１２ａと圧縮機１ａとの間に設けられ、圧縮機１ａに吸入する冷媒の温度を検知するものである。

そして、各圧力センサで検知された圧力情報、及び、各温度センサで検知された温度情報は、信号として制御装置２７ａに送られるようになっている。制御装置２７ａは、後に詳述するが、各圧力センサ及び各温度センサから送信される信号に基づいて、各アクチュエータを制御するようになっている。この制御装置２７ａは、特に種類を限定するものではないが、たとえば室外機１０ａに搭載される各アクチュエータを制御できるような専用のハードウェア、またはメモリに格納されるプログラムを実行するマイクロコンピュータ等で構成するとよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置３００の制御装置２７ａの機能ブロック図である。
図２に示すように、制御装置２７ａは、圧縮機制御部３０と、外気温度取得部３１と、第１判定部３２と、圧力算出部３３と、圧力取得部３４と、弁開度制御部３５と、熱エネルギ算出部３６と、流入ガス熱量算出部３７と、時間算出部３８と、第２判定部３９とを備えている。

ところで、室外機１０ｂは、室外機１０ａと同様の構成となっている。つまり、室外機１０ａの構成部品の「ａ」を「ｂ」に変更すれば室外機１０ｂの構成部品となる。また、以下において室外機の構成部品の符号に「ａ」または「ｂ」が付されていない場合は、総称であるものとする。

なお、図１では、室外機１０ａ及び室外機１０ｂの双方に制御装置が搭載されている状態が例示されているが、１つの制御装置が室外機１０ａ及び室外機１０ｂの双方を制御するようにしてもよい。また、室外機１０ａ及び室外機１０ｂの双方に制御装置が搭載されている状態では、互いの制御装置が有線または無線で通信可能になっている。

室内機５０ａには、室内熱交換器１００ａ及び膨張弁１０１ａが、ガス枝管２０６ａ及び液枝管２０７ａで直列に接続されて搭載されている。また、室内機５０ａには、室内機５０ａに搭載されている、たとえば、膨張弁１０１ａ、図示省略の室内送風機などの各アクチュエータの駆動を制御する制御装置１０２ａが搭載されている。さらに、室内機５０ａには、第８温度センサ１０３ａ及び第９温度センサ１０４ａが設けられている。

室内熱交換器１００ａは、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器（または放熱器）として機能し、冷媒と空気との間で熱交換を行なうものである。膨張弁１０１ａは、減圧弁または膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この膨張弁１０１ａは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。第８温度センサ１０３ａは、室内熱交換器１００ａに接続されているガス枝管２０６ａに設けられ、室内熱交換器１００ａのガス側出口における冷媒の温度を検知するものである。第９温度センサ１０４ａは、室内熱交換器１００ａに接続されている液枝管２０７ａに設けられ、室内熱交換器１００ａの液側出口における冷媒の温度を検知するものである。

そして、各温度センサで検知された温度情報は、信号として制御装置１０２ａに送られるようになっている。制御装置１０２ａは、後に詳述するが、各温度センサから送信される信号に基づいて、各アクチュエータを制御するようになっている。この制御装置１０２ａは、特に種類を限定するものではないが、たとえば室内機５０ａに搭載される各アクチュエータを制御できるような専用のハードウェア、またはメモリに格納されるプログラムを実行するマイクロコンピュータ等で構成するとよい。

ところで、室内機５０ｂは、室内機５０ａと同様の構成となっている。つまり、室内機５０ａの構成部品の「ａ」を「ｂ」に変更すれば室内機５０ｂの構成部品となる。また、以下において室内機の構成部品の符号に「ａ」または「ｂ」が付されていない場合は、総称であるものとする。

なお、図１では、室内機５０ａ及び室内機５０ｂの双方に制御装置が搭載されている状態が例示されているが、１つの制御装置が室内機５０ａ及び室内機５０ｂの双方を制御するようにしてもよい。また、室内機５０ａ及び室内機５０ｂの双方に制御装置が搭載されている状態では、互いの制御装置が有線または無線で通信可能になっている。さらに、室内機に搭載されている制御装置は、室外機に搭載されている制御装置と有線または無線で通信可能になっている。

空気調和装置３００の冷房回路では、圧縮機１、オイルセパレータ２、逆止弁３、四方弁４、室外熱交換器５、高低圧熱交換器６、流量調整弁８、液側開閉弁９、膨張弁１０１、室内熱交換器１００、ガス側開閉弁１１、四方弁４、及び、アキュムレータ１２が、順次配管で接続されており、冷媒が流れるように構成されている。

次に、本実施の形態に係る空気調和装置３００の動作について説明する。
まず、空気調和装置３００の冷房運転時の動作について説明する。
この場合、圧縮機１からの吐出冷媒を室外熱交換器５に流入させるように四方弁４が切り替えられる。つまり、四方弁４では、図１で示す実線方向に配管が接続される。また、流量調整弁８が全開または全開に近い状態に設定され、バイパス流量調整弁７が適度な開度に設定され、膨張弁１０１が適度な開度に設定されて運転が開始される。この場合の冷媒の流れは、以下のようになる。

圧縮機１から吐出された高温・高圧のガスの冷媒は、まずオイルセパレータ２を通過する。この時に冷媒に混在する冷凍機油のおよそ大部分は、冷媒と分離され、オイルセパレータ２の内側底部に溜められて、返油バイパス回路２９を通る。なお、返油バイパス用電磁弁１４が開口されている場合はそこも通る。圧縮機１の吸入配管に戻される。これにより、室外機１０の外部へ流出する冷凍機油を低減でき、圧縮機１の信頼性を改善することができる。

冷凍機油が占める割合が低下した高温高圧の冷媒は、四方弁４を通り、室外熱交換器５で凝縮、液化され、高低圧熱交換器６を通過する。高低圧熱交換器６から流出した冷媒は、バイパス配管２３に流れる冷媒と、液配管２６に流れる冷媒とに分岐される。バイパス配管２３を流れる冷媒は、バイパス流量調整弁７で適度に流量調整されて低圧・低温の冷媒となり、室外熱交換器５を出た冷媒と高低圧熱交換器６内で熱交換する。そのため、室外熱交換器５の出口側の冷媒状態よりも、高低圧熱交換器６の出口側での冷媒状態の方が、エンタルピーが低くなる。

バイパス流量調整弁７を通り、高低圧熱交換器６から流出した低圧の冷媒は、バイパス配管２３を流れて、バイパス配管２３ａとアキュムレータ１２ａの上流側配管とが接続している接続点２４ａに至る。これにより、エンタルピー差が増大するため、同一能力にする場合の必要冷媒流量を低減でき、圧損低減による性能改善の効果がある。なお、ここでいう高圧、低圧は、冷媒回路内における圧力の相対的な関係を表すものとし、温度についても同様である。

一方、高低圧熱交換器６から流出した高圧側の冷媒は、流量調整弁８を通るが、流量調整弁８が全開または全開に近い状態のため、さして減圧することなく高圧の液冷媒として液配管２０５に供給される。その後、液冷媒は、室内機５０に入り、膨張弁１０１で減圧されて低圧二相冷媒となり、室内熱交換器１００で蒸発、ガス化する。このとき、室内等の空調対象空間に冷房空気が供給され、空調対象空間の冷房運転が実現される。室内熱交換器１００から流出した冷媒は、ガス配管２０４、四方弁４、及び、アキュムレータ１２を通り、圧縮機１に再度吸入される。

ここで、アキュムレータ１２には、図１に示すようなＵ字管が設けられているので、アキュムレータ１２内に気液二相状態の冷媒が流入すると、液冷媒がアキュムレータ１２の容器下部に溜まり、Ｕ字管の上方開口部より流入されたガスリッチな冷媒が、アキュムレータ１２から流出することになる。このようなアキュムレータ１２を設けることによって、ガスリッチな冷媒が圧縮機１へ吸入される。そして、アキュムレータ１２は過渡的な液または気液二相冷媒を溜めきることができるため、オーバーフローするまで圧縮機１の液バックを一時的に防止することができ、それによって圧縮機１の信頼性維持の効果が得られる。

図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置３００の制御処理の流れを示すフローチャートである。
以下、本実施の形態に係る空気調和装置３００の特徴事項である制御装置２７が実行する制御処理の流れについて、図３を用いて詳細に説明する。
まず、ユーザにより室内機５０のリモコンスイッチがＯＮされると、制御装置２７の圧縮機制御部３０は、圧縮機１の駆動を開始させ、空気調和装置３００による冷房運転を開始する（ステップＳ１）。このとき、複数台の室外機の内、一方の室外機、たとえば室外機１０ｂはサーモＯＦＦ状態、つまり圧縮機１ｂは停止状態である。なお、制御装置２７を構成する各制御部は、室外機１０及び室内機５０の電源投入後に、各センサの初期状態検知に応じた初期設定による固定値を設定して、立ち上げ処理を完了しているものとする。

また、室外機１０ａが運転中に室外機１０ｂの圧縮機１ｂが停止している場合、室外機１０ｂを構成する冷媒回路の中で、逆止弁３ｂ、バイパス流量調整弁７ｂ、及び、流量調整弁８ｂにより、それぞれ冷媒の流入出がなされない閉塞された閉回路が形成されている。つまり、逆止弁３ｂ、バイパス流量調整弁７ｂ、及び、流量調整弁８ｂは、冷媒の流路を閉塞し、冷媒回路の一部を閉回路にする流路閉塞装置である。

ステップＳ１の後、制御装置２７の外気温度取得部３１は、第２温度センサ１８ｂで検知された、室外機１０ｂの停止直後、または以降に示す冷媒の移行制御が前回実施された後の外気温度Ｔｂの情報を取得する（ステップＳ２）。

ステップＳ２の後、制御装置２７の外気温度取得部３１は、第２温度センサ１８ｂで検知された、外気温度Ｔｂを検知してから一定時間経過後の外気温度Ｔｂｎの情報を取得する（ステップＳ３）。制御装置２７の第１判定部３２は、外気温度Ｔｂｎと外気温度Ｔｂとの差温により、停止中の室外機１０ｂの閉回路内の圧力上昇度を予測する。そして、その差温がある閾値ΔＴ以上となったかどうかにより、停止中の室外機１０ｂの閉回路内の配管の圧力が許容圧力を超えたと判断する。そのため、制御装置２７の第１判定部３２は、Ｔｂｎ−Ｔｂ≧ΔＴ（≧０℃）の判定を行う（ステップＳ４）。

Ｔｂｎ−Ｔｂ≧ΔＴの条件を満たしている場合は（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御装置２７の第１判定部３２は、停止中の室外機１０ｂの閉回路内の圧力が許容圧力を超えたと判断し、次ステップに移行する。
一方、Ｔｂｎ−Ｔｂ≧ΔＴの条件を満たしていない場合は（ステップＳ４のＮｏ）、制御装置２７の第１判定部３２は、条件を満たすまで、つまり停止中の室外機１０ｂの閉回路内の圧力が許容圧力を超えたと判断するまで、一定間隔でＴｂｎ−Ｔｂ≧ΔＴの判定を行う（ステップＳ４）。

ステップＳ４の後、制御装置２７の圧力算出部３３は、外気温度Ｔｂｎより停止中の室外機１０ｂの閉回路内圧力Ｐｍを算出する。

ここで、実際の閉回路内圧力Ｐｍの上昇度は、停止中の室外機１０ｂの閉回路内に存在する液冷媒の充填率（＝閉回路内の冷媒容積／閉回路配管内容積）に応じて変化する。そのため、制御装置２７の圧力算出部３３は、停止中の室外機１０ｂのバイパス流量調整弁７ｂ及び流量調整弁８ｂに異物が一時的に噛み込んで、閉回路内に液冷媒が充填率＝１となった場合を想定して、外気温度Ｔｂｎから閉回路内圧力Ｐｍを算出する（ステップＳ５）。また、冷媒が移行される運転側のアキュムレータ内の圧力≒第２圧力センサ１６ａで検知された圧力を運転側低圧圧力Ｐｓとし、制御装置２７の圧力取得部３４は、第２圧力センサ１６ａで検知された圧力の情報を取得する（ステップＳ６）。そして、制御装置２７の圧力算出部３３は、差圧ΔＰ＝Ｐｍ−Ｐｓを算出する（ステップＳ７）。

ステップＳ７の後、制御装置２７の弁開度制御部３５は、ステップＳ７で算出された差圧ΔＰに応じて、バイパス流量調整弁７ｂの開度を決定し、バイパス流量調整弁７ｂを決定した開度に制御し（ステップＳ８）、適正冷媒量を移行する。この時の冷媒の流れは、図１に示す冷媒回路図中の矢印で示す流れとなっており、まず、室外機１０ｂの閉回路中に存在する冷媒が、バイパス流量調整弁７ｂを開口することで、高低圧熱交換器６ｂを通過した後、バイパス配管２３ｂを介して、圧力が低い四方弁４ｂ側へ移動し、ガス分岐管２０２ｂ、ガス分岐管２０２ａの順に室外機１０ａに流入する。そして、最終的には余剰冷媒を貯留するためのアキュムレータ１２ａへ流入するものとする。このように、適正冷媒量を移行することで、停止中の室外機１０ｂの閉回路内の圧力が上昇した場合でも、停止中の室外機１０ｂの閉回路内の圧力を許容値内に抑えることができる。

アキュムレータ１２ａへ冷媒が移動された後、アキュムレータ１２ａに分布する冷媒量及び冷媒潜熱量と、アキュムレータ１２ａに流入する低圧ガス熱量とにより、アキュムレータ１２ａ内の余剰冷媒が、次回制御において再び冷媒の移行ができるかどうかを判断する必要がある。

次に、アキュムレータ１２ａ内の冷媒分布量について説明する。冷房運転中において、室外機１０ａ及び室外機１０ｂの出口状態は、第８温度センサ１０３と第９温度センサ１０４とを用いて過熱度一定制御が実施されている。また、高低圧熱交換器６ａを通過した後のバイパス配管２３ａの出口状態は、第４温度センサ２０ａと第２圧力センサ１６ａとを用いて過熱度一定制御が実施されている。

そのため、アキュムレータ１２ａに液冷媒が流入することはなく、ステップＳ８における冷媒の移動量のみをアキュムレータ１２ａ内の冷媒分布量とする。前記冷媒の移動量は、第５温度センサ２１ｂ（液密度の判定）、差圧ΔＰ＝Ｐｍ−Ｐｓ、及びバイパス流量調整弁７ｂの開度を用いて算出される。なお、冷媒の移動量は、冷媒の移動先である運転側の室外機１０ａのアキュムレータ１２ａの有効容積以下となるように設定される。つまり、弁開度制御部３５は、差圧ΔＰに加え、運転中の室外機１０のアキュムレータ１２の有効容積からバイパス流量調整弁７の開度を決定する。

また、第２圧力センサ１６ａで検知した圧力を用いてアキュムレータ１２ａの飽和温度が算出される。また、第２圧力センサ１６ａで検知した圧力を用いて飽和液エンタルピー及び飽和ガスエンタルピーが算出され、飽和液エンタルピー及び飽和ガスエンタルピーから冷媒潜熱量が算出される。

そして、アキュムレータ１２ａの冷媒分布量及び冷媒潜熱量から、アキュムレータ１２ａ内の液冷媒を蒸発させるために必要な熱エネルギが算出される。

冷房運転中にアキュムレータ１２ａに流入するガス冷媒のエンタルピーは、第６温度センサ２２ｂで検知した温度及び第２圧力センサ１６ａで検知した圧力を用いて算出される。また、アキュムレータ１２ａに流入する冷媒循環量は、圧縮機１ａの運転状態（運転周波数、第１圧力センサ１５ａで検知した圧力、第２圧力センサ１６ａで検知した圧力、及び、第７温度センサ２８ｂで検知した温度）から算出される。そして、冷房運転中にアキュムレータ１２ａに流入するガス冷媒のエンタルピー及びアキュムレータ１２ａに流入する冷媒循環量から、アキュムレータ１２ａに流入する流入ガスの熱量が算出される。

前述の通り、制御装置２７の熱エネルギ算出部３６は、アキュムレータ１２ａの冷媒分布量及び冷媒潜熱量から、アキュムレータ１２ａ内の液冷媒を蒸発させるために必要な熱エネルギを算出する（ステップＳ９）。さらに、制御装置２７の流入ガス熱量算出部３７は、冷房運転中にアキュムレータ１２ａに流入するガス冷媒のエンタルピー及びアキュムレータ１２ａに流入する冷媒循環量から、アキュムレータ１２ａに流入する流入ガスの熱量を算出する（ステップＳ１０）。そして、制御装置２７の時間算出部３８は、必要な熱エネルギと流入ガスの熱量とを用いて、アキュムレータ１２ａ内の液冷媒が蒸発するまでの時間t_ａｃを算出する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１の後、制御装置２７の第２判定部３９は、液冷媒が蒸発するまでの時間t_ａｃが次回ステップＳ２以降の制御開始時間ｔｓ２を超えたかどうか（t_ａｃ＞ｔｓ２）を判定する（ステップＳ１２）。
制御装置２７の第２判定部３９は、t_ａｃ＞ｔｓ２の条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、制御装置２７の圧縮機制御部３０は、圧縮機１ａの圧縮機周波数Ｆについて、ｔ_ａｃに応じて増速させることで（ステップＳ１３）、アキュムレータ１２ａに流入する流入ガスの熱量を増加させて、t_ａｃの短縮を図る。そして、制御装置２７は、t_ａｃ＞ｔｓ２の条件を満たさなくなるまで、ステップＳ１２及びステップＳ１３を繰り返す。そうすることで、確実にアキュムレータ１２ａ内の余剰冷媒を蒸発させてから、ステップＳ２以降の制御の再開を許可する（ステップＳ１２）。
一方、制御装置２７の第２判定部３９は、t_ａｃ＞ｔｓ２の条件を満たしてないと判定した場合（ステップＳ１２のＮｏ）、再びステップＳ２に回帰する。
なお、ステップＳ１２により、アキュムレータ１２ａがオーバーフローして、圧縮機１ａへ液冷媒が吸入されることを是正している。

以上より、本実施の形態に係る空気調和装置３００は、圧縮機１、室外熱交換器５、膨張弁１０１、室内熱交換器１００を接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する室内機５０及び複数の室外機１０と、制御装置２７と、を備え、複数台の室外機１０がガス管及び液管で室内機５０に並列に接続された空気調和装置３００において、室外機１０は、冷媒の流路を閉塞し、冷媒回路の一部を閉回路にする流路閉塞装置と、冷房運転時における室外熱交換器５の下流側から圧縮機１の低圧側に接続されたバイパス配管２３と、バイパス配管２３に設けられたバイパス流量調整弁７と、圧力を検知する圧力センサと、を有し、バイパス配管２３は閉回路に接続されており、制御装置２７は、冷房運転中に、複数の室外機１０のうち一台以上が停止している状態において、停止中の室外機１０に形成された閉回路内の圧力と、運転中の室外機１０の低圧側圧力との差圧を算出する圧力算出部３３と、差圧からバイパス流量調整弁７の開度を決定し、バイパス流量調整弁７を決定した開度に制御する弁開度制御部３５と、を備えたものである。

本実施の形態に係る空気調和装置３００によれば、閉回路内の圧力が上昇した場合でも閉回路内の圧力を許容値内に抑えることができる。また、専用のバイパス配管を設ける必要がないため、コストの増加を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置３００は、外気温度を検知する温度センサを備え、圧力算出部３３は、停止中の室外機１０に形成された閉回路内の圧力を、該室外機１０が停止してから一定時間が経過した後の外気温度から算出するものである。

従来、閉回路内の圧力が許容値を上回らないように、圧力センサなどで直接的に閉回路内の圧力を検知することで、バイパス配管などを介して冷媒を移動させ、閉回路内の圧力を調整するものがある。また、閉回路と並列に所定の一次側圧力以上となった場合に開口されるような圧力リリーフポート等を設けることで、同様に閉回路内の圧力を調整するものがある。

圧力算出部３３は、停止中の室外機１０に形成された閉回路内の圧力を、該室外機１０が停止してから一定時間が経過した後の外気温度から算出する。そのため、圧力センサなどの直接的に圧力を検知する手段、または、閉回路と並列に所定の一次側圧力以上となった場合に開口されるような圧力リリーフポート等を設ける必要がなく、コストの増加を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置３００は、室外機１０は、圧縮機１の低圧側及びバイパス配管２３に接続されたアキュムレータ１２を有し、弁開度制御部３５は、差圧に加え、運転中の室外機１０のアキュムレータ１２の有効容積からバイパス流量調整弁７の開度を決定するものである。

従来、アキュムレータを室外機に搭載した場合、アキュムレータに設けた液面検知器により冷媒流量を制御するものがある。ただし、液面検知器のコスト性、生産性、及び、信頼性を考慮すれば、アキュムレータの容量を十分に大きくして冷媒をオーバーフローさせない方が現実的である。しかしながら、アキュムレータの容量を大きくすることでオーバーフローに備えようとすると、コンパクト化及び低コスト化の要請に応えることができないことになる。

本実施の形態に係る空気調和装置３００によれば、差圧に加え、運転中の室外機１０のアキュムレータ１２の有効容積からバイパス流量調整弁７の開度を決定するものである。そのため、アキュムレータ１２の容量を大きくすることなくオーバーフローに備えることができ、コンパクト化及び低コスト化の要請に応えることができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置３００は、制御装置２７は、停止中の室外機１０の閉回路内の冷媒を、閉回路に接続されたバイパス配管２３を介して、運転中の室外機１０の低圧側へ移動させた後、アキュムレータ１２内の冷媒が蒸発するまでの時間を算出する時間算出部３８と、該時間に基づいて停止中の室外機１０の閉回路内の冷媒を、閉回路に接続されたバイパス配管２３を介して、運転中の室外機１０の低圧側へ再び移動させるタイミングを決定する判定部と、を備えたものである。

従来、２台以上の室外機を組み合せた形態の空気調和装置では、各室外機の運転負荷均等化のために、再起動させる室外機をある一定の周期で決定している。しかしながら、一定時間が経過しないと、起動する室外機が入れ替わることなく、余剰冷媒が過剰にアキュムレータに分布した状態で起動することになってしまう。再起動後の余剰冷媒処理を適正に制御できない場合は、繰り返しオーバーフローに至ることで圧縮機、つまり室外機への負荷が増大し、製品寿命への影響が懸念され、品質が大きく損なわれる可能性がある。

本実施の形態に係る空気調和装置３００によれば、制御装置２７は、停止中の室外機１０の閉回路内の冷媒を、閉回路に接続されたバイパス配管２３を介して、運転中の室外機１０の低圧側へ移動させた後、アキュムレータ１２内の冷媒が蒸発するまでの時間を算出する時間算出部３８と、該時間に基づいて停止中の室外機１０の閉回路内の冷媒を、閉回路に接続されたバイパス配管２３を介して、運転中の室外機１０の低圧側へ再び移動させるタイミングを決定する判定部と、を備えたものである。そのため、再起動後の余剰冷媒処理を適正に制御でき、オーバーフローを抑制することができる。また、圧縮機１、つまり室外機１０への負荷の増大を抑制し、品質が損なわれるのを抑制することができる。

１圧縮機、１ａ圧縮機、１ｂ圧縮機、２オイルセパレータ、２ａオイルセパレータ、３逆止弁、３ａ逆止弁、３ｂ逆止弁、４四方弁、４ａ四方弁、４ｂ四方弁、５室外熱交換器、５ａ室外熱交換器、６高低圧熱交換器、６ａ高低圧熱交換器、６ｂ高低圧熱交換器、７バイパス流量調整弁、７ａバイパス流量調整弁、７ｂバイパス流量調整弁、８流量調整弁、８ａ流量調整弁、８ｂ流量調整弁、９液側開閉弁、９ａ液側開閉弁、１０室外機、１０ａ室外機、１０ｂ室外機、１１ガス側開閉弁、１１ａガス側開閉弁、１２アキュムレータ、１２ａアキュムレータ、１３ａ返油バイパスキャピラリ、１４返油バイパス用電磁弁、１４ａ返油バイパス用電磁弁、１５ａ第１圧力センサ、１６ａ第２圧力センサ、１７ａ第１温度センサ、１８ａ第２温度センサ、１８ｂ第２温度センサ、１９ａ第３温度センサ、２０ａ第４温度センサ、２１ａ第５温度センサ、２１ｂ第５温度センサ、２２ａ第６温度センサ、２２ｂ第６温度センサ、２３バイパス配管、２３ａバイパス配管、２３ｂバイパス配管、２４ａ接続点、２５ａ接続点、２６液配管、２６ａ液配管、２７制御装置、２７ａ制御装置、２８ａ第７温度センサ、２８ｂ第７温度センサ、２９返油バイパス回路、２９ａ返油バイパス回路、３０圧縮機制御部、３１外気温度取得部、３２第１判定部、３３圧力算出部、３４圧力取得部、３５弁開度制御部、３６熱エネルギ算出部、３７流入ガス熱量算出部、３８時間算出部、３９第２判定部、５０室内機、５０ａ室内機、５０ｂ室内機、１００室内熱交換器、１００ａ室内熱交換器、１０１膨張弁、１０１ａ膨張弁、１０２ａ制御装置、１０３第８温度センサ、１０３ａ第８温度センサ、１０４第９温度センサ、１０４ａ第９温度センサ、２００ガス分配器、２０１液分配器、２０２ａガス分岐管、２０２ｂガス分岐管、２０３ａ液分岐管、２０３ｂ液分岐管、２０４ガス配管、２０５液配管、２０６ａガス枝管、２０６ｂガス枝管、２０７ａ液枝管、２０７ｂ液枝管、３００空気調和装置。

Claims

圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する室内機及び複数の室外機と、
制御装置と、を備え、
複数台の前記室外機がガス管及び液管で前記室内機に並列に接続された空気調和装置において、
前記室外機は、
冷媒の流路を閉塞し、前記冷媒回路の一部を閉回路にする流路閉塞装置と、
冷房運転時における前記室外熱交換器の下流側から前記圧縮機の低圧側に接続されたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられたバイパス流量調整弁と、
前記室外機の低圧側圧力を検知する圧力センサと、を有し、
前記バイパス配管は前記閉回路に接続されており、
前記制御装置は、
冷房運転中に、複数の前記室外機のうち一台以上が停止している状態において、
停止中の前記室外機に形成された前記閉回路内の圧力と、運転中の前記室外機の低圧側圧力との差圧を算出する圧力算出部と、
前記差圧から前記バイパス流量調整弁の開度を決定し、
前記バイパス流量調整弁を決定した開度に制御する弁開度制御部と、を備えた
空気調和装置。
外気温度を検知する温度センサを備え、
前記圧力算出部は、
停止中の前記室外機に形成された前記閉回路内の圧力を、該室外機が停止してから一定時間が経過した後の外気温度から算出するものである
請求項１に記載の空気調和装置。
前記室外機は、前記圧縮機の低圧側及び前記バイパス配管に接続されたアキュムレータを有し、
前記弁開度制御部は、前記差圧に加え、運転中の前記室外機の前記アキュムレータの有効容積から前記バイパス流量調整弁の開度を決定するものである
請求項１または２に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、
停止中の前記室外機の前記閉回路内の冷媒を、前記閉回路に接続された前記バイパス配管を介して、運転中の前記室外機の低圧側へ移動させた後、前記アキュムレータ内の冷媒が蒸発するまでの時間を算出する時間算出部と、
該時間に基づいて停止中の前記室外機の前記閉回路内の冷媒を、前記閉回路に接続された前記バイパス配管を介して、運転中の前記室外機の低圧側へ再び移動させるタイミングを決定する判定部と、を備えた
請求項３に記載の空気調和装置。