JP7294027B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を使用した空気調和装置に関する。

室内機を複数台備えるマルチ型空気調和装置においても、環境性および安全性の観点から省冷媒化が求められる。省冷媒化のためには、冷媒回路内の冷媒密度を低減することが考えられる。特に液管（接続配管を含む）の内部には、装置の運転中に密度の高い冷媒が多く分布するため、液管の内部の冷媒密度を下げることによる効果は大きい。

そこで、冷媒の流れる方向に関して液管の上流側と下流側に膨張弁を接続し、上流側膨張弁を過冷却度に基づいて制御し、下流側膨張弁を過熱度に基づいて制御することで、液管内の冷媒密度を調整する従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。この従来技術により、液管内を低密度な二相冷媒にし、液管内の冷媒密度を低減できるため、装置に封入される冷媒量を低減できる。

特再公表２０１４－１１８９５３号公報

上記の従来技術では、マルチ型空気調和装置の場合、室外機に膨張弁を１つ設け、各室内機に膨張弁を設け、室外機の１つの膨張弁と複数の室内機の膨張弁を分岐配管で接続する。このため、冷房運転において、上流側の膨張弁である室外機の膨張弁で減圧すると、気液二相冷媒が分岐配管の分岐部に流入する。ここで、分岐部における気相と液相の密度差に起因する慣性力差により、分岐部から流出する冷媒に気液の分流偏りが発生する。

図６は、分岐部における気液の分流偏りを説明するための図である。図６では、膨張弁９１と室外熱交換器９２が配管で接続され、膨張弁９３ａと室内熱交換器９４ａおよび膨張弁９３ｂと室内熱交換器９４ｂがそれぞれ配管で接続される。膨張弁９１と膨張弁９３ａと膨張弁９３ｂは、分岐配管９５で接続される。また、図６における矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。冷房運転において、膨張弁９１で減圧すると、分岐配管９５の分岐部Ｂに気液二相冷媒が流入し、分岐部Ｂから流出する冷媒に気液の分流偏りが発生する。その結果、例えば、膨張弁９３ａには気相比率の高い冷媒が流入し、膨張弁９３ｂには液相比率が高い冷媒が流入する。

気液の分流偏りにより気相比率が大きくなった配管においては、室内機の膨張弁の開度を全開にしても必要な流量の冷媒が流れにくくなり、室内機の能力不足が発生することがある。

また従来技術では、下流側膨張弁を過熱度に基づいて制御する。圧縮機の吸入冷媒は、信頼性の観点から、液相の含まれない乾き度１の冷媒であることが求められる。ここで、過熱度は、乾き度が１未満、すなわち冷媒が湿り状態にある場合でも０である。したがって、過熱度に基づいて、圧縮機の吸入冷媒を確実に乾き度１にするためには、０より大きい所定値以上の過熱度を確保しなければならず、過熱度が大きくなることにより、圧縮機の吸入冷媒密度が低下する。これにより、冷媒循環量が低下し、空気調和装置の能力不足が発生する。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、分岐部から流出する冷媒の気液の分流偏りを防ぐとともに、空気調和装置の能力不足の発生を防ぐことを目的とする。

開示の態様では、空気調和装置は、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数の室内機と、圧縮機と室外熱交換器と室内機にそれぞれ対応する室外膨張弁と圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサを有する室外機とを有する。そして、空気調和装置は、各室内膨張弁と各室外膨張弁とを接続する液管と、室外熱交換器と各室外膨張弁を接続する分岐液管と、冷房運転時に各室内熱交換器を圧縮機の冷媒吸入側に接続する分岐ガス管を有する。そして、空気調和装置は、冷房運転時に各室内熱交換器から流出する冷媒の温度を検出するガス側温度センサと、暖房運転時に各室内熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサと、各室内熱交換器における凝縮温度を検出する室内凝縮温度検出部を有する。そして、空気調和装置は、冷房運転においては、運転室内機に関して、室外膨張弁を、吐出温度センサで検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各ガス側温度センサで検出した冷媒温度同士の差が小さくなるように制御し、室内膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とする。また、空気調和装置は、暖房運転においては、運転室内機に関して、室内膨張弁を、吐出温度センサで検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度同士の差または当該室内機の各室内凝縮温度検出部と当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度に基づく過冷却度同士の差が小さくなるように制御し、室外膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とする。

開示の空気調和装置は、冷媒の気液の分流偏りを防ぐとともに、空気調和装置の能力不足の発生を防げる。

本実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図（冷房運転時）である。 室外機制御手段のブロック図である。 本実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図（暖房運転時）である。 膨張弁制御の処理のフローを示すフローチャートである。 冷媒格納・放出制御の処理のフローを示すフローチャートである。 分岐部における気液の分流偏りを説明するための図である。

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４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。例えば、室内機の台数は、２台以上であれば４台以外でもよい。

図１は、本実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。図１に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１は、１台の室外機２と、室外機２に液管８ａ～８ｄおよびガス管９ａ～９ｄで並列に接続された４台の室内機５ａ～５ｄを備えている。詳細には、各液管８ａ～８ｄは、一端が室外機２の各操作弁２５ａ～２５ｄに、他端が室内機５ａ～５ｄの各液管接続部５３ａ～５３ｄに、それぞれ接続されている。また、各ガス管９ａ～９ｄは、一端が室外機２の各操作弁２６ａ～２６ｄに、他端が室内機５ａ～５ｄの各ガス管接続部５４ａ～５４ｄ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が形成されている。また、空気調和装置１は制御手段を有し、室内機を制御する図示しない室内機制御手段と、室外機を制御する室外機制御手段２００を有する。
＜室外機の構成＞

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、四方弁２１と、室外熱交換器２２と、室外膨張弁２４ａ～２４ｄと、各液管８ａ～８ｄの一端がそれぞれ接続された操作弁２５ａ～２５ｄと、各ガス管９ａ～９ｄの一端がそれぞれ接続された操作弁２６ａ～２６ｄとを備えている。そして、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４０を形成している。

圧縮機２０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、運転容量を可変にできる能力可変型圧縮機である。圧縮機２０の冷媒吐出側は、後述する四方弁２１のポートａと吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２０の冷媒吸入側は、四方弁２１のポートｃと吸入管４２で接続されている。

四方弁２１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２０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２２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、上述したように圧縮機２０の冷媒吸入側と吸入管４２で接続されている。そして、ポートｄは、操作弁２６ａ～２６ｄと室外機分岐ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２２は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、冷媒と、図示しない室外ファン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２２の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２１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操作弁２５ａ～２５ｄと室外機分岐液管４４で接続されている。

室外膨張弁２４ａ～２４ｄは、室外機分岐液管４４の各分岐管にそれぞれ設けられている。室外膨張弁２４ａ～２４ｄは電子膨張弁である。尚、室外膨張弁２４ａ～２４ｄの開度制御については後述する。

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に示すように、吐出管４１には、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。

室外機分岐液管４４における室外熱交換器２２と分岐部の間には、冷房運転時に室外熱交換器２２から流出する冷媒の温度を検出するための液温度センサ３４が設けられている。室外熱交換器２２には、室外熱交中間温度を検出するための室外熱交中間温度センサ３６が設けられている。

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２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２０や室外ファンの制御状態等を記憶している。通信部２３０は、室内機５ａ～５ｄ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～５ｄ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２０や室外ファンの駆動制御を行う。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２１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２４ａ～２４ｄの開度調整を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室内膨張弁５２ａ～５２ｄの開度調整をそれぞれ行うように室内機５ａ～５ｄに通信部２３０を介して指示する。
＜室内機の構成＞

次に、４台の室内機５ａ～５ｄについて説明する。４台の室内機５ａ～５ｄは、室内熱交換器５１ａ～５１ｄと、室内膨張弁５２ａ～５２ｄと、各液管８ａ～８ｄの他端がそれぞれ接続された液管接続部５３ａ～５３ｄと、各ガス管９ａ～９ｄの他端がそれぞれ接続されたガス管接続部５４ａ～５４ｄとを備えている。そして、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～５０ｄを形成している。

尚、室内機５ａ～５ｄ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、５ｄについては説明を省略する。また、図１では、室内機５ａ中の各構成に付与した番号の末尾をａからｂ、ｃまたはｄにそれぞれ変更したものが、室内機５ａ中の各構成と対応する室内機５ｂ、５ｃ、５ｄの各構成となる。

室内熱交換器５１ａは、冷媒と図示しない室内ファンの回転により吸込口から室内機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には液管８ａが溶接やフレアナット等により接続され、また、ガス管接続部５４ａにはガス管９ａ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は電子膨張弁である。尚、室内膨張弁５２ａの開度制御については後述する。

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。尚、ガス側温度センサ６２ａは、冷房運転時において操作弁２６ａの下流に位置する、室外機分岐ガス管４５の各分岐管に設けられてもよい。室内熱交換器５１ａには、凝縮温度を検出するための室内凝縮温度センサ６３ａが設けられている。尚、上述の室内凝縮温度センサは、本発明の凝縮温度検出部であり、凝縮圧力を検出するための凝縮圧力センサでもよい。この場合、凝縮温度は、凝縮圧力から換算される。

また、図示と詳細な説明は省略するが、室内機５ａには、室内機制御手段が備えられている。室内機制御手段は、室外機制御手段２００と同様に、ＣＰＵと、記憶部と、室外機２と通信を行う通信部と、上述した各温度センサの検出値を取り込むセンサ入力部を備えている。
＜空気調和装置の動作＞

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を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機５ａ～５ｄが冷房運転を行う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に示すように、室内機５ａ～５ｄが冷房運転を行う場合、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、四方弁２１を図１で示す状態、すなわち、四方弁２１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２２が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ～５１ｄが蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

圧縮機２０から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２１に流入し、四方弁２１から冷媒配管４３を介して室外熱交換器２２に流入する。室外熱交換器２２に流入した冷媒は、室外ファン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２２から室外機分岐液管４４に流出した冷媒は、分岐部で４つに分流され、各室外膨張弁２４ａ～２４ｄを通過して操作弁２５ａ～２５ｄを介して液管８ａ～８ｄに流入する。

液管８ａ～８ｄを流れる冷媒は、液管接続部５３ａ～５３ｄを介して室内機５ａ～５ｄに流入する。室内機５ａ～５ｄに流入した冷媒は、室内機液管７１ａ～７１ｄを流れ、室内膨張弁５２ａ～５２ｄで減圧されて室内熱交換器５１ａ～５１ｄに流入する。室内熱交換器５１ａ～５１ｄに流入した冷媒は、室内ファンの回転により室内機５ａ～５ｄ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～５１ｄが蒸発器として機能し、室内熱交換器５１ａ～５１ｄで冷媒と熱交換を行って冷却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～５ｄが設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器５１ａ～５１ｄから流出した冷媒は室内機ガス管７２ａ～７２ｄを流れ、ガス管接続部５４ａ～５４ｄを介してガス管９ａ～９ｄに流入する。ガス管９ａ～９ｄを流れる冷媒は、操作弁２６ａ～２６ｄ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、室外機分岐ガス管４５、四方弁２１、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。

尚、室内機５ａ～５ｄが暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２１を図３で示す状態、すなわち、四方弁２１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が、室外熱交換器２２が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ～５１ｄが凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。
＜室外膨張弁および室内膨張弁の開度制御＞

次に、室外膨張弁２４ａ～２４ｄおよび室内膨張弁５２ａ～５２ｄの開度制御について説明する。尚、膨張弁は、ステッピングモータにパルス信号を加えることで動作する。また、ステッピングモータに加えるパルス信号のパルス数で膨張弁の開度が設定される。

冷房運転の場合には、冷媒回路１００を流れる冷媒は、室外膨張弁２４ａ～２４ｄに流入後に液管８ａ～８ｄを通過し、室内膨張弁５２ａ～５２ｄに流入する。ここで、空気調和装置１は、冷媒の流れる方向に関して液管の上流側となる室外膨張弁２４ａ～２４ｄで冷媒を減圧し、流量調整を行う。ただし、空気調和装置１は、室内機が停止している場合には、対応する室外膨張弁を全閉とする。また、空気調和装置１は、冷媒の流れる方向に関して液管の下流側となる室内膨張弁５２ａ～５２ｄについては、冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の開度、例えば全開等で開度を固定とする。ただし、空気調和装置１は、室内機が停止している場合には、対応する室内膨張弁を全開とする。

暖房運転の場合には、冷媒回路１００を流れる冷媒は、室内膨張弁５２ａ～５２ｄに流入後に液管８ａ～８ｄを通過し、室外膨張弁２４ａ～２４ｄに流入する。ここで、空気調和装置１は、冷媒の流れる方向に関して液管の上流側となる室内膨張弁５２ａ～５２ｄで冷媒を減圧し、流量調整を行う。ただし、空気調和装置１は、室内機が停止している場合には、対応する室内膨張弁を全閉とする。また、空気調和装置１は、冷媒の流れる方向に関して液管の下流側となる室外膨張弁２４ａ～２４ｄについては、冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の開度、例えば全開等で開度を固定とする。ただし、空気調和装置１は、室内機が停止している場合には、対応する室外膨張弁を全開とする。

すなわち、空気調和装置１は、運転モードに応じて液管の上流側となる膨張弁と下流側となる膨張弁が入れ替わるが、各運転モードにおいて、上流側膨張弁で流量制御を行い、下流側膨張弁については冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の開度で固定とする。このように、空気調和装置１は、冷媒を単相の状態で分流し、各上流側膨張弁で流量を調整するので、冷媒の偏流を防ぐことができる。

上流側膨張弁での流量制御については、空気調和装置１は、圧縮機２０の吐出温度に基づいて制御する。また、空気調和装置１は、冷房時には、冷房運転を行っている各運転室内機の熱交換器出口の冷媒温度同士の差または室外機分岐ガス管４５の各運転室内機に対応する管の冷媒温度同士の差が小さくなるように制御し、暖房運転時には、暖房運転を行っている各運転室内機の熱交換器出口の冷媒温度同士の差または過冷却度同士の差が小さくなるように制御する。尚、圧縮機２０の吐出温度は、吐出温度センサ３３により検出される。

すなわち、全室内機が運転中であるとすると、冷房運転の場合には、空気調和装置１は、圧縮機２０の吐出温度を目標に近づけるように、すべての室外膨張弁を同じパルスだけ開閉する。そして、空気調和装置１は、室内熱交換器５１ａ～５１ｄから流出する冷媒の温度同士を比較し、温度が高いものに対応する室外膨張弁を開く方向に制御し、温度が低いものに対応する室外膨張弁を閉じる方向に制御する。尚、室内熱交換器５１ａ～５１ｄから流出する冷媒の温度は、ガス側温度センサ６２ａ～６２ｄで検出される。

暖房運転の場合には、空気調和装置１は、圧縮機２０の吐出温度を目標に近づけるように、すべての室内膨張弁を同じパルスだけ開閉する。そして、空気調和装置１は、室内機５ａ～５ｄの熱交換器出口の温度同士または過冷却度同士を比較し、温度が低いものまたは過冷却度が高いものに対応する室内膨張弁を開く方向に制御し、温度が高いものまたは過冷却度が低いものに対応する室内膨張弁を閉じる方向に制御する。尚、室内機５ａ～５ｄの熱交換器出口の温度は、液側温度センサ６１ａ～６１ｄで検出される。また、過冷却度は、液側温度センサ６１ａ～６１ｄで検出された温度と室内凝縮温度センサ６３ａ～６３ｄで検出された温度に基づいて計算される。

このように、空気調和装置１は、圧縮機２０の吐出温度に基づいて上流側膨張弁の開度を制御する。ここで、吐出温度の目標値は、圧縮機の吸入冷媒が乾き度１かつ過熱度０になる値であり、凝縮温度、蒸発温度、圧縮機回転数などから決定される。したがって、空気調和装置１は、冷媒の過熱度を過剰に確保する必要がないので、冷媒循環量を低下させることなく、空気調和装置１の能力を確保できる。

ただし、冷房運転において、上流側膨張弁で減圧して液管に分布する冷媒を低減することで凝縮器として機能する熱交換器（室外熱交換器２２）に冷媒が過剰に分布し、二相冷媒に比べて熱伝達率が低い液単相状態の冷媒の比率が増加しすぎることにより、空気調和装置１の能力不足が起こることが考えられる。そこで、空気調和装置１は、冷房運転において、上流側膨張弁前の過冷却度が第１所定過冷却度より大きいときは、少なくとも１台の運転室内機に対応する下流側膨張弁の固定開度をその時点の下流側膨張弁の開度より所定値だけ小さくする。ここで、第１所定過冷却度は、室外熱交換器２２に冷媒が過剰に分布していると考えられる過冷却度であり、例えば１５度である。また、小さくする下流側膨張弁の開度の所定値は、例えば、１００パルスに相当する開度である。なお、上述の第１所定過冷却度が本発明の所定過冷却度であり、下流側膨張弁の開度の所定値が本発明の室内膨張弁の開度の所定値である。

また、空気調和装置１は、室外熱交中間温度センサ３６で検出された室外熱交中間温度から、冷房運転時に液温度センサ３４で検出された室外熱交換器２２の出口温度を引くことで過冷却度を算出する。ただし、空気調和装置１は、室外熱交中間温度を検出する代わりに、凝縮圧力を検出して飽和温度に換算し、飽和温度から室外熱交換器２２の出口温度を引くことで過冷却度を算出してもよい。

下流側膨張弁の開度を小さくすると、冷媒流量が減少して吐出温度が上がるので、吐出温度を下げるために上流側膨張弁の開度が大きくなり、凝縮器として機能する熱交換器に過剰に分布した冷媒が液管に分布する。したがって、空気調和装置１は、上流側膨張弁前の過冷却度が第１所定過冷却度より大きいときに下流側膨張弁の開度を小さくすることで、空気調和装置１の能力不足を防げる。

下流側膨張弁の開度を小さくする場合、空気調和装置１は、最も開度の小さい上流側膨張弁に対応する下流側膨張弁を優先する。その理由は、開度が小さい上流側膨張弁ほど開度を大きくする余裕があるためである。

また、下流側膨張弁の開度を小さくする場合に、空気調和装置１は、運転室内機に対応する下流側膨張弁の開度は、対応する上流側膨張弁の開度よりも常に大きいようにする。すなわち、空気調和装置１は、過冷却度が第１所定過冷却度を下回るまで一定時間ごとに動作を繰り返すが、下流側膨張弁の開度が上流側膨張弁の開度よりも小さくなる場合は動作を中止する。その理由は、上流側膨張弁で流量制御を行う場合、上流側膨張弁による減圧が大きく、下流側膨張弁に二相冷媒が流入することで冷媒音が発生するので、この冷媒音をできるだけ抑えるためである。

また、上流側膨張弁前の過冷却度が第１所定過冷却度より大きいときで、停止室内機が存在する場合には、空気調和装置１は、停止室内機に対応する下流側膨張弁を全閉にし、上流側膨張弁を所定開度まで開き、所定時間経過後に閉じる。その理由は、停止室内機に対応する液管に冷媒をためることで、凝縮器として機能する熱交換器（室外熱交換器２２）に冷媒が過剰に分布することを防ぐためである。

このように、空気調和装置１は、冷房運転において、液管に冷媒をためることにより、凝縮器として機能する熱交換器（室外熱交換器２２）に冷媒が過剰に分布することを防止でき、二相冷媒に比べて熱伝達率が低い液単相状態の冷媒の比率が増加することを抑制でき、空気調和装置１の能力不足を防止できる。尚、空気調和装置１は、冷房運転において、上流側膨張弁前の過冷却度が第２所定過冷却度より小さい場合には、最も開度の大きい上流側膨張弁に対応する下流側膨張弁の開度をその時点の下流側膨張弁の開度より所定値だけ大きくする。ここで、第２所定過冷却度は、室外熱交換器２２への冷媒の分布が不足していると考えられる過冷却度であり、例えば２度である。空気調和装置１は、下流側膨張弁の開度を大きくすることで、液管から冷媒を放出し、凝縮器として機能する熱交換器に分布する冷媒が過少になることを防ぐ。
＜空気調和装置の処理フロー＞

次に、図４および図５を用いて、膨張弁制御の処理のフローについて説明する。図４は、膨張弁制御の処理のフローを示すフローチャートである。空気調和装置１は、タイマ＃１、タイマ＃２のカウントを開始する（ステップＳ１）。ここで、タイマ＃１は、圧縮機２０の吐出温度に基づいて膨張弁制御を行うインターバルをカウントするタイマであり、上流側膨張弁前の過冷却度を判定するインターバルをカウントするタイマである。

そして、空気調和装置１は、いずれかの室内機が運転中であるか否かを判定し（ステップＳ２）、いずれの室内機も運転中でない場合には（ステップＳ２－Ｎｏ）、すべての膨張弁を全開し（ステップＳ１４）、処理を終了する。一方、いずれかの室内機が運転中である場合には（ステップＳ２－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、新しく運転が開始された新規運転室内機に対応する上流側膨張弁を運転初期開度に設定し、下流側膨張弁を全開に設定し、新しく運転が停止された新規停止室内機に対応する上流側膨張弁を停止開度に設定し、下流側膨張弁を全開に設定する（ステップＳ３）。例えば、全開は５００パルスであり、全閉は０パルスであり、停止開度は冷房時は０パルスであり、暖房時は１００パルスである。暖房時は室内機に液冷媒がたまりこむため、停止開度は少し開いた状態である。

そして、空気調和装置１は、タイマ＃１がＴ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、Ｔ１は、圧縮機２０の吐出温度に基づいて膨張弁制御を行うインターバルである。Ｔ１は、例えば６０秒である。そして、空気調和装置１は、タイマ＃１がＴ１以下の場合には（ステップＳ４－Ｎｏ）、ステップＳ２に戻る。

一方、タイマ＃１がＴ１より大きい場合には（ステップＳ４－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、吐出温度Ｔｄを検出し、各室内熱交出口温度Ｔｉ１～Ｔｉ４を検出する（ステップＳ５）。そして、空気調和装置１は、運転条件により算出される目標吐出温度ＴｄｔからＴｄを引いてΔＴｄを計算し（ステップＳ６）、ΔＴｄに基づいて、吐出温度による加算パルスΔＰｄを決定する（ステップＳ７）。

ΔＰｄが正の値の場合には、パルス数が増加され、加算パルスΔＰｄが負の値の場合には、パルス数が減少される。ΔＰｄはΔＴｄと相関関係にあり、ΔＴｄが正のとき、ΔＰｄは負である。また、空気調和装置１は、ΔＴｄの時間変化にも基づいてΔＰｄを決定してもよい。例えば、ΔＴｄが急激に増加している場合には、空気調和装置１は、ΔＰｄを負の方向に大きくしてもよい。

そして、空気調和装置１は、Ｔｉ１～Ｔｉ４の最大値をＴｍａｘとし、Ｔｉ１～Ｔｉ４の最小値をＴｍｉｎとし、ＴｍａｘからＴｍｉｎを引いた値をΔＴｉとする（ステップＳ８）。そして、空気調和装置１は、バランス調整の加算パルスΔＰｉを決定する（ステップＳ９）。

ΔＰｉは、ΔＴｉと相関関係にあり、冷房の場合には、Ｔｍａｘに対応する膨張弁のΔＰｉは正であり、Ｔｍｉｎに対応する膨張弁のΔＰｉは負であり、その他の膨張弁のΔＰｉは０である。また、暖房の場合には、Ｔｍａｘに対応する膨張弁のΔＰｉは負であり、Ｔｍｉｎに対応する膨張弁のΔＰｉは正であり、その他の膨張弁のΔＰｉは０である。尚、空気調和装置１は、Ｔｉ１～Ｔｉ４の平均値とＴｉ１～Ｔｉ４の差に基づいてΔＰｉを算出してもよい。

そして、空気調和装置１は、運転室内機に対応する上流側膨張弁のパルス数にΔＰｄ、ΔＰｉを加算し（ステップＳ１０）、タイマ＃１をリセットする（ステップＳ１１）。そして、空気調和装置１は、冷房運転であるか否かを判定し（ステップＳ１２）、冷房運転でない場合には（ステップＳ１２－Ｎｏ）、ステップＳ２に戻り、冷房運転の場合には（ステップＳ１２－Ｙｅｓ）、冷媒格納・放出制御を行い（ステップＳ１３）、ステップＳ２に戻る。ここで、冷媒格納・放出制御は、冷房運転において凝縮器として機能する室外熱交換器２２に冷媒が過剰に分布した場合に液管に冷媒を格納し、冷媒が過少に分布した場合に液管から冷媒を放出する制御である。

図５は、冷媒格納・放出制御の処理のフローを示すフローチャートである。図５に示すように、空気調和装置１は、タイマ＃２がＴ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、Ｔ２は、冷媒格納・放出制御を行うインターバルである。Ｔ２は、例えば５分である。そして、空気調和装置１は、タイマ＃２がＴ２以下の場合には（ステップＳ２１－Ｎｏ）、冷媒格納・放出制御の処理を終了する。

一方、タイマ＃２がＴ２より大きい場合には（ステップＳ２１－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、室外熱交中間温度Ｔｈｐを検出し、室外熱交出口温度Ｔｏを検出する（ステップＳ２２）。そして、空気調和装置１は、ＴｈｐからＴｏを引いて過冷却度ＳＣを計算する（ステップＳ２３）。

そして、空気調和装置１は、ＳＣがＸより大きいか否かを判定する（ステップＳ２４）。ここで、Ｘは第１所定過冷却度であり、本発明の所定過冷却度である。そして、ＳＣがＸより大きい場合には（ステップＳ２４－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、下流側膨張弁が全開の停止室内機ありか否かを判定する（ステップＳ２５）。

そして、下流側膨張弁が全開の停止室内機ありの場合には（ステップＳ２５－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、冷媒格納処理として、すべての停止室内機に対応する上流側膨張弁を全開とし、すべての停止室内機に対応する下流側膨張弁を全閉とする（ステップＳ２６）。そして、空気調和装置１は、タイマ＃２をリセットし、タイマ＃３のカウントを開始する（ステップＳ２７）。ここで、タイマ＃３は、上流側膨張弁を全開としておく時間をカウントするタイマである。そして、空気調和装置１は、タイマ＃３がＴ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ２８）。ここで、Ｔ３は、上流側膨張弁を全開としておく時間である。例えば、Ｔ３は３０秒である。そして、空気調和装置１は、タイマ＃３がＴ３以下の場合には（ステップＳ２８－Ｎｏ）、ステップＳ２８に戻り、Ｔ３より大きい場合には（ステップＳ２８－Ｙｅｓ）、すべての停止室内機の上流側膨張弁を全閉とし（ステップＳ２９）、タイマ＃３をリセットする（ステップＳ３０）。

一方、ステップＳ２５において、下流側膨張弁が全開の停止室内機なしの場合には（ステップＳ２５－Ｎｏ）、空気調和装置１は、冷媒格納処理として、最も開度の小さい上流側膨張弁に対応する下流側膨張弁に負の所定のパルス数を加算して開度を小さくする（ステップＳ３１）。ここで、所定のパルス数は小さくする下流側膨張弁の開度の所定値に対応する。また、対応する上流側膨張弁のパルス数が下流側膨張弁のパルス数の下限である。そして、空気調和装置１は、タイマ＃２をリセットする（ステップＳ３２）。

また、ステップＳ２４において、ＳＣがＸ以下の場合には（ステップＳ２４－Ｎｏ）、空気調和装置１は、ＳＣがＹより小さいか否かを判定する（ステップＳ３３）。ここで、Ｙは、第２所定過冷却度である。そして、ＳＣがＹ以上の場合には（ステップＳ３３－Ｎｏ）、空気調和装置１は、冷媒格納・放出制御の処理を終了する。

一方、ＳＣがＹより小さい場合には（ステップＳ３３－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、すべての運転室内機に対応する下流側膨張弁が全開であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。そして、すべての運転室内機に対応する下流側膨張弁が全開である場合には（ステップＳ３４－Ｙｅｓ）、空気調和装置１は、冷媒放出処理として、すべての停止室内機に対応する上流側膨張弁を全閉とし、下流側膨張弁を全開とする（ステップＳ３５）。そして、空気調和装置１は、タイマ＃２をリセットする（ステップＳ３６）。

一方、対応する下流側膨張弁が全開でない運転室内機がある場合には（ステップＳ３４－Ｎｏ）、空気調和装置１は、冷媒放出処理として、最も開度の大きい上流側膨張弁に対応する下流側膨張弁に正の所定のパルス数を加算して開度を大きくする（ステップＳ３７）。ここで、所定のパルス数の上限は、全開パルスである。そして、空気調和装置１は、タイマ＃２をリセットする（ステップＳ３８）。

以上説明したように、本実施形態の空気調和装置１は、室内膨張弁５２ａ～５２ｄと室外膨張弁２４ａ～２４ｄをそれぞれ接続する液管８ａ～８ｄと、室外熱交換器２２と各室外膨張弁２４ａ～２４ｄを接続する室外機分岐液管４４を有する。また、空気調和装置１は、冷房運転時に各室内熱交換器５１ａ～５１ｄを圧縮機２０の冷媒吸入側に接続する室外機分岐ガス管４５を有する。また、空気調和装置１は、冷房運転時に各室内熱交換器５１ａ～５１ｄ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～６２ｄと、暖房運転時に各室内熱交換器５１ａ～５１ｄから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａ～６１ｄと、各室内熱交換器５１ａ～５１ｄにおける凝縮温度を検出する室内凝縮温度センサ６３ａ～６３ｄを有する。そして、空気調和装置１は、冷房運転においては、運転室内機に関して、室外膨張弁を、吐出温度センサ３３で検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各ガス側温度センサで検出した冷媒温度同士の差が小さくなるように制御し、室内膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とする。また、空気調和装置１は、暖房運転においては、運転室内機に関して、室内膨張弁を、吐出温度センサ３３で検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度同士の差または当該室内機の各室内凝縮温度センサと当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度に基づく過冷却度同士の差が小さくなるように制御し、室外膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とする。これにより、空気調和装置１は、冷媒の過熱度を過剰に確保する必要がないので、冷媒循環量が低下することなく、空気調和装置１の能力を確保できる。

また、空気調和装置１は、冷房運転において、上流側膨張弁の入口の過冷却度が第１所定過冷却度より大きいときは、少なくとも１台の運転室内機に対応する下流側膨張弁の固定開度をその時点の下流側膨張弁の開度より所定値だけ小さくする。下流側膨張弁の開度を小さくすると、冷媒流量が減少して吐出温度が上がるので、吐出温度を下げるために上流側膨張弁の開度が大きくなり、凝縮器として機能する熱交換器に過剰に分布した冷媒が液管に分布する。これにより、空気調和装置１は、凝縮器として機能する熱交換器（室外熱交換器２２）に冷媒が過剰に分布することを防止でき、二相冷媒に比べて熱伝達率が低い液単相状態の冷媒の比率が増加することを抑制でき、空気調和装置１の能力不足が発生することを防げる。

また、空気調和装置１は、固定開度をその時点の下流側膨張弁の開度より所定値だけ小さくする下流側膨張弁として、最も開度の小さい上流側膨張弁に対応する下流側膨張弁を優先する。これにより、空気調和装置１は、開度に余裕のある上流側膨張弁の開度を大きくできる。

また、空気調和装置１は、下流側膨張弁の固定開度をその時点の下流側膨張弁の開度より所定値だけ小さくする場合に、下流側膨張弁の開度は、対応する上流側膨張弁の開度よりも小さくならないようにする。これにより、空気調和装置１は、下流側膨張弁において冷媒音の発生を防げる。

また、空気調和装置１は、冷房運転において、上流側膨張弁の入口の過冷却度が第１所定過冷却度より大きいときで、停止室内機が存在する場合は、停止室内機に対応する下流側膨張弁を全閉にする。そして、空気調和装置１は、停止室内機に対応する上流側膨張弁を所定開度まで開き、所定時間経過後に閉じる。これにより、空気調和装置１は、停止室内機に対応する液管に冷媒をためることができ、凝縮器として機能する熱交換器（室外熱交換器）に冷媒が過剰に分布することを防げる。

１ 空気調和装置
２ 室外機
５ａ～５ｄ 室内機
２０ 圧縮機
２２ 室外熱交換器
２４ａ～２４ｄ 室外膨張弁
３３ 吐出温度センサ
３４ 液温度センサ
３６ 室外熱交中間温度センサ
４０ 室外機冷媒回路
４４ 室外機分岐液管
４５ 室外機分岐ガス管
５０ａ～５０ｄ 室内機冷媒回路
５１ａ～５１ｄ 室内熱交換器
５２ａ～５２ｄ 室内膨張弁
６１ａ～６１ｄ 液側温度センサ
６２ａ～６２ｄ ガス側温度センサ
６３ａ～６３ｄ 室内凝縮温度センサ
１００ 冷媒回路
２００ 室外機制御手段
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部

Claims (4)

1. 室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数の室内機と、圧縮機と室外熱交換器と前記室内機にそれぞれ対応する室外膨張弁と前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサを有する室外機とを有する空気調和装置であって、
   前記各室内膨張弁と前記各室外膨張弁とを接続する液管と、前記室外熱交換器と前記各室外膨張弁を接続する分岐液管と、冷房運転時に各室内熱交換器を前記圧縮機の冷媒吸入側に接続する分岐ガス管と、冷房運転時に前記各室内熱交換器から流出する冷媒の温度を検出するガス側温度センサと、暖房運転時に前記各室内熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサと、前記各室内熱交換器における凝縮温度を検出する室内凝縮温度検出部を有し、
   冷房運転においては、運転室内機に関して、前記室外膨張弁を、前記吐出温度センサで検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各ガス側温度センサで検出した冷媒温度同士の差が小さくなるように制御し、前記室内膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とし、
   暖房運転においては、運転室内機に関して、前記室内膨張弁を、前記吐出温度センサで検出した吐出温度に基づいて制御するとともに、当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度同士の差または、当該室内機の各室内凝縮温度検出部と当該室内機の各液側温度センサで検出した冷媒温度に基づく過冷却度同士の差が小さくなるように制御し、前記室外膨張弁を冷媒の流動抵抗が小さくなる所定の固定開度とし、
   冷房運転において前記室外膨張弁の入口の過冷却度が所定過冷却度より大きいときは、少なくとも１台の運転室内機に対応する室内膨張弁の開度をその時点の前記室内膨張弁の開度より所定値だけ小さくする、
   空気調和装置。
2. 開度を前記所定値だけ小さくする室内膨張弁は、最も開度の小さい室外膨張弁に対応する室内膨張弁である、
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 運転室内機に対応する室内膨張弁の開度は、対応する室外膨張弁の開度よりも常に大きい、
   請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記室外膨張弁の入口の過冷却度が前記所定過冷却度より大きいときで、停止室内機が存在する場合は、該停止室内機に対応する室内膨張弁を全閉にし、該停止室内機に対応する室外膨張弁を所定開度まで開いて所定時間経過後に閉じる、
   請求項１、２または３に記載の空気調和装置。

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