(57)【要約】【課題】  外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる空気調和装置を提供する。【解決手段】  冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外ユニットと、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって室外ユニットと接続され、高圧ガス管または液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、制御部は、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記総要求コンデンサ容量を外気温に応じて段階的に補正することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が正の場合、前記圧縮機の吐出圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記圧縮機の吸入圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記制御部は、通常運転時、冷媒圧力をフィードバックすることによって前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定し、
前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合に、前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的に変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項６】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総冷房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総暖房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項９】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、該総冷房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項１０】
冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、該総暖房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮機として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス管、低圧ガス管および液管によって室外機と接続された室内機およびこれを備えた空気調和装置の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス管、低圧ガス管および液管によって一つの室外機と接続された複数の室内機を備え、それぞれの室内機で冷房・暖房運転を独立に行う空気調和装置として、いわゆる冷暖房フリーマルチエアコンが知られている（特許文献１参照）。
図１５には、このような冷暖房フリーマルチエアコンが示されている。
室外ユニット１００には、冷媒を圧縮する圧縮機１０１と、二つの室外熱交換器１０３Ａ，Ｂとが設けられている。室外熱交換器１０３Ａ，Ｂには、それぞれ、室外側切換弁１０２Ａ，Ｂが設けられており、高圧ガス管１１０及び低圧ガス管１１１との接続を選択的に切り替えるようになっている。
高圧ガス管１１０は、圧縮機１０１からの吐出ガスが導かれる流路となっており、低圧ガス管１１１は、室内機Ａ，Ｂ，Ｃからの低圧ガスが導かれる流路となっている。
室外側切換弁１０２Ａ，Ｂとは反対側となる室外熱交換器１０３Ａ，Ｂの端部には、液管１１２が接続されている。
【０００３】
室内ユニットＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、室内熱交換器１０７Ａ，Ｂ，Ｃを備えており、各室内熱交換器１０７Ａ，Ｂ，Ｃは、室外ユニット１００と高圧ガス管１１０、低圧ガス管１１１および液管１１２によって接続されている。各室内熱交換器１０７Ａ，Ｂ，Ｃには、室内側切換弁１０８Ａ，Ｂ，Ｃが設けられており、高圧ガス管１１０及び低圧ガス管１１１との接続を選択的に切り替えるようになっている。また、各室内熱交換器１０７Ａ，Ｂ，Ｃには、液管１１２からの液冷媒を膨張させるための膨張弁１０６Ａ，Ｂ，Ｃが設けられている。
【０００４】
上記構成の冷暖房フリーマルチエアコンは、次のように運転される。
一例として、室内ユニットＡ，Ｂが冷房、室内ユニットＣが暖房とされた運転について説明する。
圧縮機１０１によって圧縮された冷媒は、高圧ガス管１１０へと導かれ、この高圧ガス管１１０が室外側切換弁１０２Ｂによって選択されて、室外熱交換器１０３Ｂへと導かれる。
他方の室外熱交換器１０３Ａは、液冷媒の溜まり込みを防止するために、室外切換弁１０２Ａから高圧ガスを導き、逆止弁１０５Ａおよびキャピラリチューブ１３５を通過させて減圧し、液管１１２へと導く。
凝縮器として動作する室外熱交換器１０３Ａを通過して凝縮液化した液冷媒は、液管１１２によって室内ユニットＡ，Ｂへと導かれ、膨張弁１０６Ａ，Ｂで膨張した後、室内熱交換器１０７Ａ，Ｂで蒸発して室内空気を冷却する。これにより、室内ユニットＡ，Ｂは冷房動作を行う。室内熱交換器１０７Ａ，Ｂを通過した冷媒は、室内側切換弁１０８Ａ，Ｂによって選択された低圧ガス管１１１へと導かれ、アキュムレータ１１４を通過して再び圧縮機１０１へと戻される。
室内ユニットＣの室内側切換弁１０８Ｃは、高圧ガス管１１０を選択しており、高圧ガスが室内熱交換器１０７Ｃに導かれ、室内空気を暖める。室内空気を暖めて凝縮液化した冷媒は、液管１１２へと導かれる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１０９３１号公報（［００１７］〜［００２１］，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の冷暖房フリーマルチエアコンは、冷房運転を行っている室内機と暖房運転を行っている室内機とが混在する冷暖混在運転の場合、外気温との関係で、以下の問題を有していた。
【０００７】
冷暖房フリーマルチエアコンは、冷暖混在運転を実現するために、必要な凝縮温度および蒸発温度すなわち必要な冷媒圧力の高低圧値がある。この冷媒圧力の高低圧値が達成されない限り、室内ユニットの所望の吹出温度が得られず、暖房が不十分な不暖や冷房が不十分な不冷といった快適性に関わる問題が生じてしまう。
従来の冷暖房フリーマルチエアコンは、冷媒圧力をフィードバックさせながら、各熱交換器の容量を調整して冷媒の高低圧を維持している。しかし、室内ユニットの運転状態が急激に変化した場合（例えば、全ての室内ユニットが暖房を行っていたい状態から、半数の室内ユニットが冷房に切り替わった場合）、室内ユニットの運転状態の変化後の冷媒圧力をフィードバックして制御していたのでは応答が悪いといった問題がある。
これを回避するために、室外ユニットに必要とされる熱交換器容量をフィードフォワード的に予測して変化させることがあるが、室内ユニットの運転状態の変化を単に取り込んで室外ユニットの運転状態を変化させたのでは、外気温によって交換熱量が異なることから、室外ユニットの運転状態および運転台数を過剰に変化させてしまう場合がある。
【０００８】
また、室外熱交換器の冷媒飽和温度と外気温との差が大きい場合、室外熱交換器が小容量であっても大きな容量が出るため、冷媒圧力のフィードバック制御によって冷媒の高低圧値が維持できていても、コンデンサとエバポレータの容量バランスが崩れ、室内熱交換器への冷媒循環量が不足して不暖・不冷を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる空気調和装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の空気調和装置およびその運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
【００１１】
室外熱交換器が凝縮器とされている場合、外気温が低いほど室外熱交換器の凝縮能力は増大する。一方、室外熱交換器が蒸発器とされている場合、外気温が高いほど蒸発能力は増大する。制御部は、外気温を考慮することにより室外熱交換器の凝縮能力および蒸発能力を把握し、要求コンデンサ容量に的確に対応した室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する。
ここで、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器の運転状態（冷房運転または暖房運転）に応じて他の熱交換器（主として室外熱交換器）に要求する冷媒凝縮熱量であり、正の場合は室内熱交換器が主として冷房運転を行い、負の場合は主として暖房運転を行っていることを意味する。
「室外熱交換器の運転状態」とは、室外熱交換器が凝縮器として運転しているか又は蒸発器として運転しているか、もしくは、冷媒が流れない状態で停止（待機）しているかを意味する。
【００１２】
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記総要求コンデンサ容量を外気温に応じて段階的に補正することを特徴とする。
【００１３】
総要求コンデンサ容量が負の場合には、室内熱交換器は全体として暖房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は蒸発器として動作する。室外熱交換器が蒸発器として動作している場合、外気中の水分が凝縮して室外熱交換器の表面に付着することがある。室外熱交換器の表面に凝縮水が付着すると、室外熱交換器の表面を通過する空気の流れを阻害し、熱交換量が減少する。一方、室外熱交換器の表面に付着した凝縮水が蒸発することによって室外熱交換器の蒸発能力が増大する。このように、熱交換器表面の状態によって熱交換量が明確に決まらないので、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正しつつも段階的にすることとし、制御の安定性を増大させることとした。
【００１４】
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が正の場合、前記圧縮機の吐出圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする。
【００１５】
総要求コンデンサ容量が正の場合には、室内熱交換器は全体として冷房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は凝縮器として動作する。この場合、室外熱交換器では、圧縮機から吐出された高圧冷媒が供給されて凝縮が行われるので、吐出圧力における飽和温度と外気温との差によって制御することが好ましい。
【００１６】
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記圧縮機の吸入圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする。
【００１７】
総要求コンデンサ容量が負の場合には、室内熱交換器は全体として暖房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は蒸発器として動作する。この場合、室外熱交換器には圧縮機の吸入側に接続されて低圧液冷媒が蒸発するので、吸入圧力における飽和温度と外気温との差によって制御することが好ましい。
【００１８】
さらに、前記制御部は、通常運転時、冷媒圧力をフィードバックすることによって前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定し、
前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合に、前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的に変化させることを特徴とする。
【００１９】
通常運転では、冷房および暖房に必要な冷媒の高低圧差を実現するように、冷媒圧力を検出してフィードバック制御により、室外熱交換器の運転状態および運転台数（運転パターン）を変化させる。総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合には、室外熱交換器に大きな運転パターンの変更が予測されるので、室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的（割り込み処理）に変化させることとした（フィードフォワード的な制御）。これにより、冷媒圧力をフィードバックして制御する場合に比べて、大きな運転パターンの変更への追従性が向上するので、室外熱交換器の運転パターンが決定するまでの時間を短縮させることができ、その間の室内熱交換器の能力不足を抑えることが可能となる。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器の運転パターンの変更を極力抑えて制御の安定を図る。
ここで、「所定値」とは、例えば、補正後の総要求コンデンサ容量の変化量を意味し、室外熱交換器を２台とした場合、６０％を意味する。すなわち、１台の室外熱交換器で賄える範囲を超えた場合を意味する。
【００２０】
また、本発明の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総冷房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする。
【００２１】
冷房運転を行っている室内熱交換器と暖房運転を行っている室内熱交換器が混在している冷暖混在運転の場合、冷房運転を行っている室内熱交換器の総冷房容量が、室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を超えない場合には、暖房運転を行っている室内熱交換器が室外機に定格容量（すなわち１００％）の蒸発容量を要求しても、室外機余剰容量を用いて冷房運転をしている室内熱交換器に冷媒を供給することが可能である。
しかし、冬季のような低外気温とされた冷暖混在運転の場合、暖房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒高圧圧力を保つために室外熱交換器を蒸発器として使用すると、低外気温のため室外熱交換器に冷媒が多く流れ込んでしまう。この場合に、総冷房容量が室外機余剰容量を超えていると、総冷房容量に対応する冷媒流量を室外機が供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不冷となってしまう。
そこで、総冷房容量が室外機余剰容量を超えるような場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止して、総冷房能力に対応する冷媒流量を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
【００２２】
また、本発明の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総暖房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする。
【００２３】
冷房運転を行っている室内熱交換器と暖房運転を行っている室内熱交換器が混在している冷暖混在運転の場合、暖房運転を行っている室内熱交換器の総暖房容量が室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を超えない場合には、冷房運転を行っている室内熱交換器が室外機に定格容量（すなわち１００％）の凝縮容量を要求しても、余剰容量で暖房運転をすることが可能である。
しかし、夏季のような高外気温とされた冷暖混在運転の場合、冷房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒流量を確保するために室外熱交換器を凝縮器として使用すると、多くの冷媒が凝縮器として動作する室外熱交換器に流れ込んでしまい、暖房運転を行う室内熱交換器の冷媒圧力が低下する。この場合に、総暖房容量が室外機余剰容量を超えていると、総暖房容量に対応する冷媒高圧圧力を供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不暖となってしまう。
そこで、このような場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止して、総暖房能力に対応する冷媒高圧圧力を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
【００２４】
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、該総冷房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、該総暖房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の空気調和装置およびその運転方法によれば、外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、冷暖房フリーマルチエアコン（空気調和装置）の概略構成が示されている。
冷暖房フリーマルチエアコンは、一つの室外ユニット（室外機）１と、複数の室内ユニット（室内機）３と、これらを接続する高圧ガス管５、低圧ガス管７および液管９とを備えている。
室外ユニット１は、例えば２台とされた圧縮機１０と、例えば２台とされた室外熱交換器１２とを備えている。
室外熱交換器１２は、室外空気と熱交換するものであり、通過する冷媒の状態に応じて、凝縮器または蒸発器として動作する。各室外熱交換器１２ａ，ｂとレシーバ２３との間の液管９との間であって、各室外熱交換器１２ａ，ｂの近傍には、それぞれ、室外側膨張弁１３ａ，ｂが設けられている。この室外側膨張弁１３ａ，ｂをバイパスする室外側膨張弁バイパス管１６ａ，ｂが設けられており、各バイパス管１６ａ，ｂには、室外熱交換器１２ａ，ｂからレシーバ２３への冷媒流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁１９ａ，ｂが設けられている。一方の第１室外熱交換器１２ａに接続された室外側膨張弁バイパス管１６ａには、逆止弁１９ａの上流側に開閉弁２１が設けられている。
室外側膨張弁１３ａ，ｂのレシーバ２３側に接続された配管は、液管９の合流点９ａにて合流するようになっている。
【００２９】
各圧縮機１０ａ，ｂは、好適にはスクロールコンプレッサが用いられる。これらの圧縮機１０ａ，ｂは、要求される能力に応じて、２台同時に運転する場合もあり、また、１台のみ運転させ、他の１台をバックアップとする場合もある。
圧縮機１０で圧縮された冷媒は、高圧ガス冷媒となり、高圧ガス管５へと吐出される。
なお、冷媒としては、例えばＲ４０１Ａが用いられる。このＲ４０１Ａは、従来の冷媒であるR22，R407Cに比べて1.4倍（５℃）の密度を有し、1.6倍（5℃）の高圧が可能な高密度高圧冷媒とされており、高い冷凍能力を発揮し、圧力損失も少ないという利点を有する。
【００３０】
室外ユニット１内に位置する高圧ガス管５は、分岐点５ａ，ｂにおいて分岐し、それぞれの分岐管１３ａ，ｂが高圧ガス管用ポート１４−１において室外側四方弁１４ａ，１４ｂに接続されている。室外側四方弁１４ａ，ｂは、それぞれ、室外熱交換器１２ａ，ｂに接続される室外熱交換器側ポート１４−２と、低圧ガス管７の分岐点７ｄにおいて分岐する低圧ガス分岐管１５ａ，ｂに接続される低圧ガス管側ポート１４−３と、ストレーナ１７ａ，ｂ及びキャピラリチューブ１８ａ，ｂを介して低圧ガス分岐管１５ａ，ｂに接続されるバイパス管側ポート１４−４とを備えている。
【００３１】
室外ユニット１内に位置する低圧ガス管７は、アキュムレータ２０を介して、各圧縮機１０ａ，ｂに接続されている。アキュムレータ２０において回収された液冷媒は、液冷媒返送ライン２２ａ，ｂによって各圧縮機１０ａ，ｂに戻されるようになっている。
【００３２】
室外熱交換器１２ａ，ｂは、室外側四方弁１４ａ，ｂに接続される側の反対側に、液管９が接続されている。この室外ユニット１内の液管９には、液冷媒を貯留するレシーバ２３と、冷房運転時に液管９を流れる冷媒に過冷却を与える過冷却器２５とを備えている。過冷却器２５は、液管９を流れる液冷媒の一部を取り出し、膨張弁２５ａによって膨張気化させて冷却した冷媒によって、液管９を流れる液冷媒に過冷却を与えるようになっている。過冷却に用いられて気化したガス冷媒は、アキュムレータ２０に返送される。
【００３３】
室内ユニット３は、複数設けられており、各室内ユニットの構成は同等とされる。
室内ユニット３は、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器４０を備えている。室内熱交換器４０と液管９とを接続する液冷媒用分岐管４４には、膨張弁４２が設けられている。
各室内ユニット３には、高圧ガス管５及び低圧ガス管７の切り換えを行う分流コントローラ４６が設けられている。
【００３４】
分流コントローラ４６は、次のような構成となっている。
分流コントローラ４６は、室内側四方弁４８を備えている。室内側四方弁４８は、高圧ガス管５の主管から分岐された高圧ガス分岐管５ｃに接続される高圧ガス管用ポート４８−１と、室内熱交換器４０側に接続される室内熱交換器側ポート４８−２と、低圧ガス管７の主管から分岐された室内側低圧ガス分岐管７ｃに接続される低圧ガス管用ポート４８−３と、室内側低圧ガス分岐管７ｃの中途位置４９に合流する低圧バイパス管５０に接続される低圧バイパス管用ポート４８−４とを有している。
【００３５】
室内側四方弁４８は、暖房運転時には、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通する。また、室内側四方弁４８は、冷房運転時には、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通する。
【００３６】
室内側四方弁４８の上流側の高圧ガス分岐管５ｃには、高圧ガス分岐管用開閉弁５２が設けられている。この高圧ガス分岐管用開閉弁５２を迂回するように高圧ガス分岐管用バイパス流路５４が形成されており、この高圧ガス分岐管用バイパス流路５４には第１キャピラリチューブ（減圧手段）５５が設けられている。
室内側四方弁４８の下流側の低圧バイパス管５０には、第２キャピラリチューブ（流量調整手段）５７が設けられている。
高圧ガス分岐管用バイパス流路５４の上流側の高圧ガス分岐管５ｃと低圧バイパス管５０の下流側（中途位置４９の下流側）の室内側低圧ガス分岐管７ｃとの間には、高低圧バイパス管５８が設けられている。高低圧バイパス管５８には、高圧ガス分岐管５ｃ側から室内側低圧ガス分岐管７ｃ側に向かって、高低圧バイパス管用開閉弁６０と第３キャピラリチューブ６２とが順に設けられている。
【００３７】
冷暖房フリーマルチエアコンは、図示しないが、圧縮機１０や室外熱交換器１２を含む室外ユニット１、および室内熱交換器４０や分流コントローラ４６を含む室内ユニット３の制御を行う制御部を備えている。
【００３８】
次に、上記構成の冷暖房フリーマルチエアコンについて、各運転モードに応じてその動作を説明する。
以下に説明するように、本実施形態にかかる冷暖房フリーマルチエアコンは、要求される凝縮能力・蒸発能力に応じて、室外熱交換器１２の動作を適宜変更するものである。
また、制御部によって各運転パターンが決定・変更される。
【００３９】
［全冷房全台運転：運転パターンＣ４］
先ず、夏季のように、全ての室内ユニット３において冷房運転が選択されている場合の動作について、図１を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器１２ａ，ｂは凝縮器として動作する。
圧縮機１０ａによって圧縮された高圧ガス冷媒は、高圧ガス管５の各分岐点５ａ，ｂで分岐して、各室外側四方弁１４ａ，ｂへと流れる。一方、高圧ガス冷媒の一部分（ごく少量）は、室内ユニット３へと接続される高圧ガス管５を通って室内ユニット３へと流れる。なお、本実施形態において、圧縮機は１台のみ用いており、他の１台はバックアップ用とされている。
室外側四方弁１４ａ，ｂでは、高圧ガス管用ポート１４−１と室外熱交換器側ポート１４−２が連通され、また、低圧ガス管側ポート１４−３とバイパス管側ポート１４−４とが連通されている。したがって、高圧ガス管用ポート１４−１へと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、室外熱交換器側ポート１４−２を通過して、室外熱交換器１２ａ，ｂへと導かれる。一方、室外側四方弁１４ａ，ｂの低圧ガス管側ポート１４−３とバイパス管側ポート１４−４とが連通され、室外側低圧ガス分岐間１５ａ，ｂを通る流路は閉ループとされているので、室外側低圧ガス分岐管１５ａ，ｂには高圧ガス冷媒は流れず、また、低圧ガス管７の分岐点７ｄから低圧ガス冷媒が流れ込むこともない。ただし、室外側低圧ガス分岐管１５ａ，ｂ内は低圧ガス冷媒が満たされた状態となっている。
【００４０】
室外熱交換器１２ａ，ｂへと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、外気と熱交換して放熱し、凝縮液化される。凝縮液化した高圧液冷媒は、レシーバ２３を通過し、過冷却器２５で過冷却された後、液管９を通って室内ユニット３へと導かれる。なお、室外ユニット１と室内ユニット３とを接続する液管９は、その長さが１００ｍを超えるので、このように過冷却をつけて液管９内での液冷媒の蒸発を避けることが望ましい。
【００４１】
室内ユニット３側へと流れ込んだ高圧液冷媒は、各室内ユニット３に接続された高圧ガス分岐管５ｃに分岐した後、各室内ユニット３の膨張弁４２で絞られて膨張させられる。その後、液冷媒は室内熱交換器４０で蒸発して、室内空気から熱を奪い冷却する。蒸発気化した低圧ガス冷媒は、分流コントローラ４６の室内側四方弁４８へと流れ込む。室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通している。したがって、室内熱交換器４０からの低圧ガス冷媒は、室内側四方弁４８を通り、室内側低圧ガス分岐管７ｃへと流れ込んだ後、主管である低圧ガス管７を通って室外ユニット１へと導かれる。
【００４２】
分流コントローラ４６内では、高圧ガス冷媒について、次のような冷媒流れが形成されている。高圧ガス管５から各室内ユニット３に分岐した高圧ガス分岐管５ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒は、高圧ガス分岐管用開閉弁５２が閉とされているので、高圧ガス分岐管用バイパス流路５４を通り、第１キャピラリチューブ５５で減圧される。減圧されたガス冷媒は、室内側四方弁４８を通り、低圧バイパス管５０へと流れ込み、第２キャピラリチューブ５７で絞られて流量調整された後、中途位置４９において室内側低圧ガス分岐管７ｃに合流する。このように、高圧ガス分岐管５ｃの高圧ガス冷媒を、室内側四方弁４８を介して流すようにしたので、高圧ガス分岐管５ｃにおいて高圧ガスが滞留することがなく、ひいては、主管である高圧ガス管５において高圧ガスが滞留することがない。したがって、高圧ガス管５（もしくは高圧ガス分岐管５ｃ）内で高圧ガス冷媒が放熱・凝縮してしまい、液冷媒が高圧ガス管５内に溜まり込むことが防止される。特に、室外ユニット１と室内ユニット３とを接続する高圧ガス管５の配管長は１００ｍを超え、たとえ配管を断熱したとしてもその放熱量は無視できないものとなるため、このような高圧ガス冷媒を分流コントローラ４６によって流動させる冷媒回路が有効となる。
一方、分流コントローラ４６の高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉とされているので、高低圧バイパス管５８には高圧ガス冷媒が流れない。
【００４３】
低圧ガス管７を通って室外ユニット１に流れ込んだ低圧ガス冷媒は、アキュムレータ２０で液冷媒が除去された後、圧縮機１０ａへと戻される。
このように、全冷房全台運転では、要求される凝縮能力が大きいため、二つの室外熱交換器１２ａ，ｂが凝縮器として運転される。
【００４４】
［全冷房運転（停止ユニット有）：運転パターンＣ４’］
図２に示すように、全冷房運転であっても、全ての室内ユニット３の送風ファン（図示せず）が動作している場合に限らず、何台かは（同図においては室内ユニット３ｄ）送風ファンが回転せず、停止ユニットとされている場合もある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい（例えば能力の１００％）ので、室外熱交換器１２ａ，ｂは２台とも凝縮器として動作する。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００４５】
［冷房主体（冷房期）：運転パターンＣ４”］
図３に示すように、夏季のような冷房期であっても、１又は複数台の室内ユニット３（同図においては室内ユニット３ａのみ）が暖房運転を選択されている場合がある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい（例えば能力の１００％）ので、室外熱交換器１２ａ，ｂは２台とも凝縮器として動作する。
室内ユニット３ａは、室内側四方弁４８を切り替えることによって、冷房運転から暖房運転へと切り替えられる。つまり、室内側四方弁４８は、冷房運転時には、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通していたものを、暖房運転時には、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通するように切り替えられる。
【００４６】
その後、高圧ガス分岐管用開閉弁５２が開けられる。この開閉弁５２が開けられる直前には、高圧ガスは、高圧ガス分岐管用バイパス流路５４に設けた第１キャピラリチューブ５５によって高圧ガスの圧力が減じられて低圧ガスに近い圧力まで減じられているので、高圧ガス管用ポート４８−１には、低圧ガスに近い圧力が加わっている。この状態で室内側四方弁４８を切り替えて、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを接続するので、切り替え時における圧力差を可及的に小さくすることができ、室内側四方弁４８の切り替え時における騒音を防止することができる。
このように室内側四方弁４８が切り替えられると、高圧ガス冷媒は、室内熱交換器４０へと導かれ、この室内熱交換器４０で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器４０で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管４４を通って、主管である液管９へと合流する。
【００４７】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００４８】
［冷房主体（中間期：室外ファンコントロール範囲内）：運転パターンＣ２］
図４には、春季や秋季のような中間期であって、冷房運転を行う室内ユニット３の台数が、暖房運転を行う室内ユニット３の台数よりも多い冷房主体の運転を行う場合が示されている。また、室外温度が冬季のように低すぎず（例えば5℃程度）、室外熱交換器１２ａ，ｂに設けた室外ファン（図示せず）の運転・停止（又は室外ファンの回転数制御）によって凝縮能力をコントロールできる範囲における場合である。
【００４９】
この運転パターンでは、夏季のように要求冷房能力が大きくなく、したがって要求される凝縮能力が比較的小さい（例えば能力の５０％）ので、第２室外熱交換器１２ｂは停止されている。この第２室外熱交換器１２ｂの停止は次のように行われる。
第２室外熱交換器１２ｂに接続された室外側四方弁１４ｂを切り替えて、高圧ガス管用ポート１４−１と室外熱交換器側ポート１４−２との連通を切り、高圧ガス管用ポート１４−１とバイパス管側ポート１４−４とを連通させ、室外熱交換器側ポート１４−２と低圧ガス管側ポート１４−３とを連通させる。これにより、圧縮機１０ａから吐出された高圧ガスを第２室外熱交換器１２ｂに流さないようにする。また、第２室外熱交換器１２ｂに接続された室外側膨張弁１３ｂを全閉にする。
【００５０】
他方の第１室外熱交換器１２ａの下流側の室外側膨張弁１３ａは全開とされており、また、室外側膨張弁バイパス管１６ａに設けた開閉弁２１も開とされている。
【００５１】
暖房運転を行う室内ユニット３ａの分流コントローラ４６は、次のように動作される。
分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通している。したがって、高圧ガス冷媒は、室内側四方弁４８を通って、室内熱交換器４０へと導かれ、この室内熱交換器４０で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器４０で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管４４を通って、主管である液管９へと合流する。
【００５２】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００５３】
［冷房主体（中間期：室外ファンコントロール範囲内）：運転パターンＣ１］
図５には、図４を用いて説明した運転パターンＣ２に類似した運転パターンが示されている。本運転パターンＣ１と運転パターンＣ２とは、要求される凝縮能力が本運転パターンＣ１の方が小さい（例えば能力の０〜５０％程度）点で異なる。したがって、運転パターンＣ２では、第１室外熱交換器１２ａの下流側に配置された室外側膨張弁１３ａおよび室外側膨張弁バイパス管１６ａの開閉弁２１のいずれもが全開となっていたが、本運転パターンＣ１では室外側膨張弁１３ａをステップ的に中間段階の開度に絞り、室外側膨張弁バイパス管１６ａの開閉弁２１を全閉としている。このようにして、室外ユニット１において発揮される凝縮能力を調整している。
【００５４】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００５５】
［冷暖バランス（冷房≒暖房，低外気温室内小容量）：運転パターンＣ２’］
図６には、室内ユニット３の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しく、各室内熱交換器４０が小容量でバランスしている冷暖バランス運転のときであって、かつ冬季のように外気温が低い場合が示されている。
【００５６】
同図において、室内ユニット３ａ，ｂは暖房運転が選択され、室内ユニット３ｃ，ｄは冷房運転が選択されている。暖房運転時および冷房運転時における分流コントローラ４６の動作は上述の通りである。
すなわち、暖房運転が行われている分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通している。
冷房運転が行われている分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通している。
【００５７】
本運転パターンＣ２’では、第１室外熱交換器１２ａを凝縮器として、第２室外熱交換器１２ｂを蒸発器として運転している。
すなわち、室外側膨張弁１３ａおよび室外側膨張弁バイパス管１６ａに設けた開閉弁２１を開として第１室外熱交換器１２ａを凝縮器として動作させている。
第２室外熱交換器１２ｂに接続されている室外側四方弁１４ｂによって室外熱交換器側ポート１４−２と低圧ガス管側ポート１４−３とが連通されているので、液管９の合流点９ａから高圧液冷媒が室外側膨張弁１３ｂへと流れ込む。室外側膨張弁１３ｂは絞り弁として動作するように開度調整がなされており、ここで高圧液冷媒が膨張させられて第２室外熱交換器１２ｂへと流され、外気との熱交換により蒸発させられるようになっている。これにより、第２室外熱交換器１２ｂを蒸発器として動作させている。
【００５８】
本運転パターンＣ２’では、低外気温に見合った低圧で圧縮機１０を運転させると、必要な高圧を維持するために圧縮機の周波数が増大し、システム内を循環する冷媒量が多くなってしまう。しかし、各室内熱交換器４０が小容量でバランスしているので、冷媒循環量が多くなると冷暖混在運転のバランスを失うおそれがある。
また、低外気温とされているので、室外熱交換器１２ａ，ｂをともに停止させておくと（これらの室外熱交換器１２ａ，ｂは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している）、室外熱交換器１２ａ，ｂ内に冷媒が凝縮して大量に溜まり込んでしまうおそれがある。
そこで、第１室外熱交換器１２ａを凝縮器として、かつ第２室外熱交換器１２ｂを蒸発器として動作させることにより、室外熱交換器１２ａ，ｂで冷媒を常に流動させることを可能にして、冷媒の溜まり込みを防いでいる。また、冷媒循環量を増加させることができるので、必要な圧縮機の周波数を維持することができる。
【００５９】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００６０】
［冷暖バランス（冷房≒暖房、低圧許容範囲）：運転パターンＣ０］
図７には、室内ユニット３の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しい冷暖バランス運転の場合が示されている。本運転パターンＣ０は、図６を用いて示した運転パターンＣ２’と異なり、室内ユニット３の暖房運転をしている各室内熱交換器４０の容量が比較的大きく、しかも、外気温に対応する飽和蒸気圧を考慮しても室外熱交換器１２ａ，ｂにおける液冷媒の溜まり込みが許容される範囲（低圧許容範囲）となっている。
したがって、本運転パターンＣ０では、室外熱交換器１２ａ，ｂのいずれも停止すなわち冷媒を流さないようになっており、凝縮器としても蒸発器としても動作させていない。ただし、これらの室外熱交換器１２ａ，ｂは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している。すなわち、室外側四方弁１４ａ，ｂの高圧ガス管用ポート１４−１とバイパス管側ポート１４−４とを連通させ、室外熱交換器側ポート１４−２と低圧ガス管側ポート１４−３とを連通させて、高圧ガス管用ポート１４−１と室外熱交換器側ポート１４−２との連通を切る。
冷房運転に供される高圧液冷媒は、暖房運転をしている室内ユニット３ａ，ｂの室内熱交換器４０において凝縮した高圧液冷媒が用いられる。
【００６１】
本運転パターンにおいても、暖房運転が行われている分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通している。
また、冷房運転が行われている分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通している。
【００６２】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００６３】
［全暖房全台運転：運転パターンＥ４］
次に、冬季のように、全ての室内ユニット３において暖房運転が選択されている場合の動作について、図８を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器１２ａ，ｂは蒸発器として動作する。
【００６４】
圧縮機１０ａによって圧縮された高圧ガス冷媒は、高圧ガス管５を通って室内ユニット３へと導かれる。高圧ガス冷媒のごく一部は、高圧ガス管５の分岐点５ａ，ｂにおいて分岐して各室外側四方弁１４ａ，ｂへと流れ込む。室外側四方弁１４ａ，ｂは、高圧ガス管用ポート１４−１とバイパス管側ポート１４−４とが連通され、また、室外熱交換器側ポート１４−２と低圧ガス管側ポート１４−３とが連通されている。したがって、室外側四方弁１４ａ，ｂへと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、バイパス管側ポート１４−４を通って、キャピラリチューブ１８ａ，ｂで減圧された後、室外側低圧ガス分岐管１５ａ，ｂに合流する。室外側低圧ガス分岐管１５ａ，ｂ内の低圧ガス冷媒は、アキュムレータ２０を通過して、再び圧縮機１０ａへと戻される。また、室外熱交換器１２ａ，ｂから導かれる低圧ガス冷媒も、室外側四方弁１４ａ，ｂを介して室外側低圧ガス分岐管１５ａ，ｂに流れるようになっている。
【００６５】
高圧ガス管５によって室内ユニット３へと導かれた高圧ガス冷媒は、各高圧ガス分岐管５ｃを通過して、各分流コントローラ４６へと流れ込む。分流コントローラ４６の室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と室内熱交換器側ポート４８−２とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート４８−３と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通している。したがって、高圧ガス冷媒は、室内側四方弁４８を通って、室内熱交換器４０へと導かれ、この室内熱交換器４０で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器４０で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管４４を通って、主管である液管９へと合流する。この高圧液冷媒は、液管９によって室外ユニット１へと導かれ、室外熱交換器１２ａ，ｂの上流側に位置する室外側膨張弁１３ａ，ｂによって減圧させられて低圧液冷媒とされた後に、室外熱交換器１２ａ，ｂへと送られる。低圧液冷媒は、室外熱交換器１２ａ，ｂにおいて外気から熱を奪うことにより蒸発して低圧ガス冷媒とされる。低圧ガス冷媒は、上述のように、室外側四方弁１４ａ，ｂへと導かれた後、低圧ガス分岐管１５ａ，ｂを通って圧縮機１０ａへと戻される。
【００６６】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００６７】
［暖房主体（暖房期）：運転パターンＥ４’］
図９に示すように、冬季のような暖房期であり殆どの室内ユニット３が暖房運転とされていても、一部の室内ユニット（図においては室内ユニット３ｄ）のみが冷房運転を選択している場合がある。
この場合には、室内ユニット３ｄの分流コントローラを冷房運転時の設定に変更されている。すなわち、室内側四方弁４８は、高圧ガス管用ポート４８−１と低圧バイパス管用ポート４８−４とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート４８−２と低圧ガス管用ポート４９−３とを連通している。
このように暖房運転から冷房運転に切り替える場合、高圧ガス分岐管用開閉弁５２を開から閉にして、高圧ガスを高圧ガス分岐管用バイパス流路５４に流して第１キャピラリチューブ５５で減圧した後に、室内側四方弁４８を切り替える。このようにすることで、切り替え時における圧力差を可及的に小さくすることができ、室内側四方弁４８の切り替え時における騒音を防止することができる。
【００６８】
室外熱交換器１２ａ，ｂについては、暖房期でありシステム全体として要求される蒸発能力が依然として大きい（例えば能力の１００％）ので、上述の運転パターンＥ４（図８参照）と同様に、蒸発器として動作している。
【００６９】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００７０】
［暖房主体（中間期）：運転パターンＥ２］
図１０に示すように、暖房運転が選択されている室内ユニット３の台数が冷房運転が選択されている室内ユニット３の台数よりも多く、しかも春季や秋季のような中間期の場合の運転パターンが示されている。
本運転パターンでは、冬季ほど蒸発能力が要求されない（例えば能力の５０％程度）ので、第一室外熱交換器１２ａの膨張弁１３ａを全閉として第１室外熱交換器１２ａを停止し、第２室外熱交換器１２ｂのみを蒸発器として動作させている。
【００７１】
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁６０は閉じられている。
【００７２】
［油戻し運転］
図１１には、高圧ガス管６及び低圧ガス管７に溜まった圧縮機１０の潤滑油を圧縮機１０へと返送する油戻し運転の冷媒回路が示されている。
本油戻し運転は、暖房運転時に、室内側四方弁４８を切り替えて高圧ガス管５と室内熱交換器４０との高圧ガス冷媒流れを切断した後に、分流コントローラ４６に設けた、高圧ガス分岐管５ｃと低圧ガス分岐管７ｃとを連通する高低圧バイパス管５８の高低圧バイパス管用開閉弁６０を開とすることによって行われる。このとき、分流コントローラ４６内を流れる高圧ガスは、高低圧バイパス管５８を通って、高圧ガス分岐管５ｃから低圧ガス分岐管７ｃへと流される。なお、高圧ガス分岐管用開閉弁５２は開とされているが、この開閉弁５２を通り、室内側四方弁４６及び第２キャピラリチューブ５７を通る圧力損失よりも、高低圧バイパス管５８を通る圧力損失が小さくなるように第３キャピラリチューブ６２の圧力損失を設定しているので、殆どの高圧ガス冷媒は高低圧バイパス管５８内を流れる。
このように、高低圧バイパス管５８を高圧ガスが流れるようにして、高低圧バイパス管５８よりも室内熱交換器４０側の冷媒流路をショートカットする冷媒回路を形成することとしたので、高低圧差を維持したままで高圧ガスから低圧ガス管７に流すことができる。これにより、室内の負荷に関わらずガス冷媒の流速を高く保つことができ、冷媒配管内壁に付着した潤滑油を効果的に回収することができる。
【００７３】
［室外ユニット運転パターン制御］
以上のＣ４，Ｃ２，Ｃ０，Ｅ２，Ｅ４等の運転パターンは、室外熱交換器１２の運転状態および運転台数の観点から分類され、次表のようになる。
【表１】
2006145169.tif 000003
ここで、エバポレータ待機とは、室外側膨張弁１３ａおよび開閉弁２１が全閉とされており、室外熱交換器１２が室外側四方弁１４によってシステムの低圧側と接続されている場合である。
判定用要求コンデンサ容量割合は、以下に説明する補正を総要求コンデンサ容量に加えた値である。
【００７４】
上表に示された室外ユニット運転パターンは、制御部によって次のように決定・変更される。
図１２には、運転パターンを決定・変更するフローチャートが示されている。
現在選択されている初期運転パターン（Ｓ１）を実行しつつ、１０分ごとに、冷媒圧力の高圧および低圧の圧力判定が行われる（Ｓ２）。すなわち、得られた冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力の高低圧値を一定に保つようにフィードバック制御する。このような圧力基準によるフィードバック制御により、圧縮機１０の周波数を増大させたり、室外熱交換器１２の運転状態（コンデンサ、エバポレータ、又はエバポレータ待機）を変更したり、その運転台数を増減したりする。
外気温が低く室外熱交換器１２での冷媒の溜まり込みのおそれがある場合には、運転パターンＣ２’等を選択する低外気温制御や、機種容量を超えないような制限を加える機種容量制限運転パターン（後述する）を選択する（Ｓ３）。
以上の判断を経て、運転パターンが決定される（Ｓ４）。
【００７５】
一方、この運転パターンの決定には、次のような割り込み処理が加わる。
制御部は、室内ユニット３の運転状態を常時把握しており、各室内ユニット３の室内熱交換器４０が要求する要求コンデンサ容量を得て、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量を算出する。そして、外気温によって補正された総要求コンデンサ容量の室外機種容量に対する割合が６０％以上変化した場合には、圧力判定に基づくフィードバック制御を行わずに（割り込み処理）、フィードフォワード的に運転パターンを変更する（Ｓ５）。具体的には、６０％以上に増大した場合には、室外熱交換器のコンデンサ容量を増大させ（運転台数増加）、６０％以下に減少した場合には、室外熱交換器１２のコンデンサ容量を減少させる（運転台数減少）。
ここで、本実施形態の室外熱交換器１２は２台であり、１台で制御できる容量は機種容量の５０％なので、この５０％を超えた６０％を割り込み制御の閾値としている。したがって、１台で制御できる容量を超えた割合を閾値とすればよい。
なお、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器４０の運転状態（冷房運転または暖房運転）に応じて要求する冷媒凝縮熱量（具体的には、室内ユニット３の機種容量が用いられる。）であり、正の場合は室内熱交換器が冷房運転を行い、負の場合は暖房運転を行っていることを意味する。
【００７６】
このように、通常運転では、冷房および暖房に必要な冷媒の高低圧差を実現するように、冷媒圧力を検出してフィードバック制御により、室外熱交換器１２の運転パターンを変化させる。総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が６０％（所定値）を超えた場合には、室外熱交換器に大きな運転パターンの変更が予測されるので、室外熱交換器１２の運転パターンを優先的（割り込み処理）に変化させることとした（フィードフォワード的な制御）。これにより、冷媒圧力をフィードバックして制御する場合に比べて、大きな運転パターンの変更への追従性が向上するので、室外熱交換器１２の運転パターンが決定するまでの時間を短縮させることができ、その間の室内熱交換器１２の能力不足を抑えることが可能となる。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が６０％を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器１２の運転パターンの大きな変更を極力抑えて制御の安定を図る。
【００７７】
上述のフィードフォワード的な割り込み処理（Ｓ５）で用いられる総要求コンデンサ容量は、以下のように、外気温によって補正された値とされている。
（要求コンデンサ容量［ｗ］）＝
（冷房室内機サーモON容量合計［ｗ］）−（暖房室内機サーモON容量合計［ｗ］）
（要求コンデンサ容量割合［％］）＝
（要求コンデンサ容量［ｗ］）／（室外機種容量［ｗ］）×１００
（判定用要求コンデンサ容量割合Ｒｃｊ［％］）
＝（要求コンデンサ容量割合［％］）×（室外熱交換器能力補正係数）
ここで、冷房室内機サーモONとは、室内ユニット３のうち、冷房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器４０内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。同様に、暖房室内機サーモONとは、室内ユニット３のうち、暖房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器４０内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。
このように算出される判定用要求コンデンサ容量割合Ｒｃｊによって、割り込み処理（Ｓ５）がなされるか否かが決定される。
【００７８】
室外熱交換器能力補正係数Ｇｒｅｆは、図１３及び図１４に示されたマップを用いて決定されている。この補正係数Ｇｒｅｆは、制御部に備えられたマイクロコンピュータの記憶領域に保持されている。
【００７９】
図１３は、要求コンデンサ容量割合が０以上の場合（正の場合）、すなわち室内ユニット３を全体としてみれば冷房とされている場合の室外熱交換器能力補正係数Ｇｒｅｆが示されている。この場合、室外熱交換器１２はコンデンサとして動作すると考える。図において、横軸は圧縮機１０の吐出圧力における飽和温度から外気温を減じた温度差Δｔを示し、縦軸は室外熱交換器能力補正係数Ｇｒｅｆを示す。
同図に示すように、補正係数Ｇｒｅｆを温度差Δｔに比例するように定めた。これは、圧縮機１０の吐出圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器１２における冷媒温度と、外気温との温度差Δｔに交換熱量は比例し、温度差Δｔが大きいほど室外熱交換器１２の凝縮能力が増大するからである。
【００８０】
折れ点Ａ（８ｄｅｇ，１００％），Ｂ（６０ｄｅｇ，１３％）については、次のように定めた。
最も温度差がつかない場合は、冷房の定格外気温を３５℃としたとき、圧縮機１０の吐出圧力の範囲を規定する高圧ゾーンの下限は２．５ＭＰａ（飽和温度で４３℃）となる。この温度差８ｄｅｇと１００％時の補正係数Ｇｒｅｆとの交点を折れ点Ａとした。
最も温度差がつく場合は、使用制限となる下限外気温を−５℃としたとき、高圧ゾーンの上限は３．３ＭＰａ（５５℃）となる。
これらの温度差６０ｄｅｇの位置を補正係数Ｇｒｅｆの下限値ｙ１とし、この下限値ｙ１は、折れ点Ａの温度差８ｄｅｇと折れ点Ｂの温度差６０ｄｅｇとの比が、折れ点Ａの補正係数１００％と折れ点Ｂの補正係数ｙ１との比が等しくなるように（すなわち、８ｄｅｇ：６０ｄｅｇ＝１００％：ｙ１％となるように）定めた。
このように定めた折れ点Ａ，Ｂ間を直線でつなぐことにより、温度差Δｔに対して比例する補正係数Ｇｒｅｆを決定する。
このように補正係数Ｇｒｅｆを温度差Δｔに比例するように設定したので、外気温に対応した室外熱交換器１２の凝縮能力を反映させて運転パターンを決定することができる。
【００８１】
図１４は、要求コンデンサ容量割合が０よりも下回る場合（負の場合）、すなわち室内ユニット３を全体としてみれば暖房とされている場合の室外熱交換器能力補正係数Ｇｒｅｆが示されている。この場合、室外熱交換器１２はエバポレータとして動作すると考える。図において、横軸は外気温から圧縮機１０の吸入圧力における飽和温度を減じた温度差Δｔを示し、縦軸は室外熱交換器能力補正係数Ｇｒｅｆを示す。
同図に示すように、補正係数Ｇｒｅｆを温度差Δｔに比例するように定めた。これは、圧縮機１０の吸入圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器１２における冷媒温度と、外気温との温度差Δｔに交換熱量は比例し、温度差Δｔが大きいほど室外熱交換器１２の蒸発能力が増大するからである。
【００８２】
折れ点Ｃ（８ｄｅｇ，１００％），Ｄ（１７ｄｅｇ，３２％）については、次のように定めた。
最も温度差がつかない場合は、暖房の定格外気温を７℃としたとき、圧縮機１０の吸入圧力の範囲を規定する低圧ゾーンの下限は０．６７ＭＰａ（飽和温度で−１℃）となる。この温度差８ｄｅｇと１００％時の補正係数Ｇｒｅｆとの交点を折れ点Ｃとした。
最も温度差がつく場合は、暖房の高外気温を２４℃としたとき、低圧ゾーンの上限は０．６７ＭＰａ（−１℃）となる。
これらの温度差２５ｄｅｇの位置を補正係数Ｇｒｅｆの下限値ｙ２とし、この下限値ｙ２は、折れ点Ｃの温度差８ｄｅｇと折れ点Ｄの温度差２５ｄｅｇとの比が、折れ点Ｃの補正係数１００％と折れ点Ｄの補正係数ｙ２との比が等しくなるように（すなわち、８ｄｅｇ：２５ｄｅｇ＝１００％：ｙ２％となるように）定めた。
【００８３】
図１４の補正係数Ｇｒｅｆは、温度差Δｔに対して段階的に設定されているが、その理由は次の通りである。
室外熱交換器１２がエバポレータとして動作する場合、外気中の水分が凝縮して室外熱交換器１２の表面に付着することがある。室外熱交換器１２の表面に凝縮水が付着すると、室外熱交換器１２の表面を通過する空気の流れを阻害し、熱交換量が減少する。一方、室外熱交換器１２の表面に付着した凝縮水が蒸発することによって室外熱交換器１２の蒸発能力が増大する。このように、熱交換器表面の状態によって熱交換量が明確に決まらないので、補正係数Ｇｒｅｆを段階的に設定した。具体的には、折れ点Ｃ，Ｄ間を直線で結ばずに、中間に折れ点Ｅをさらに設定して、階段状の補正係数Ｇｒｅｆとした。このように定められた補正係数Ｇｒｅｆにより、判定用要求コンデンサ容量割合Ｒｃｊはゾーン制御されることになり、制御の安定性が増大することとなる。
【００８４】
［機種容量制限運転］
次に、機種容量から制限を加える運転パターン（図１２のＳ３参照）の決定方法について説明する。
室外ユニット１には、一般に、定格容量（１００％）を超えて運転可能な範囲の余剰容量（例えば定格容量を超えて３０％）が定められている。制御部は、この余剰容量を考慮して室外機の運転パターンを以下のように制限する。
まず、圧縮機１０が動作しているか否かを判断し、動作している場合には次の１及び２ように制御する。
【００８５】
１．（冷房サーモON室内機種容量合計（総冷房容量）［ｗ］）
＞（余剰容量［ｗ］：室外機種容量×30％）
となった場合には、室外ユニット１の運転パターンの内、C4(総要求コンデンサ容量100%)〜E2(総要求コンデンサ容量-50％)までに制限して、運転パターンＥ４(総要求コンデンサ容量-100%)を禁止する。ここで、冷房サーモＯＮ室内機種容量とは、冷媒を流して実際に冷房運転を行っている室内熱交換器４０の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器１２がエバポレータ（蒸発器）として運転することを禁止することにより、暖房運転を行っている室内熱交換器４０が定格容量の蒸発容量を室外ユニット１に要求したとしても、少なくとも１台の室外熱交換器１２はコンデンサとして確保されるので、冷房運転を行う室内熱交換器４０に必要な冷媒流量を供給することができる。
例えば、冷暖混在運転時でかつ低外気温での冷房主体運転の場合には、暖房運転を行っている室内熱交換器４０の冷媒高圧圧力ＨＰを上昇させるために、冷房主体運転にもかかわらず室外熱交換器１２がエバポレータになる場合がある。この場合、冷媒圧力が一定でもエバポレータとされた室外熱交換器１２に冷媒が流れてしまい、冷房運転をしている室内熱交換器４０に冷媒が十分に流れず、不冷となる可能性がある。（あたかも、室外側で冷房運転を行い、室内側よりも優先してしまう。特に外気温が低い場合は冷媒が室外側に流れやすい。）上式に従った制御を行えば、室外熱交換器１２の全てがエバポレータとなることはないので、室外熱交換器１２に冷媒が流れてしまい、室内熱交換器４０の冷媒供給不足が生じるという事態を避けることができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器４０が不冷となってしまうことを防止できる。
【００８６】
２．（暖房サーモON室内機種容量合計（総暖房容量）［ｗ］）
＞(余剰容量［ｗ］：室外機種容量)×30％
となった場合には、室外ユニットの運転パターンの内、E4(総要求コンデンサ容量-100%)〜C2(総要求コンデンサ容量50％)までに制限して、運転パターンＣ４(総要求コンデンサ容量100%)を禁止する。ここで、暖房サーモON室内機種容量とは、冷媒を流して実際に暖房運転を行っている室内熱交換器４０の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器１２がコンデンサ（凝縮器）として運転することを禁止することにより、冷房運転を行っている室内ユニット３が定格容量の凝縮容量を室外ユニット１に要求したとしても、少なくとも１台の室外熱交換器１２はエバポレータとして確保されるので、暖房運転を行う室内熱交換器４０に必要な高圧圧力を保持することができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器４０が不暖となってしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の冷暖房フリーマルチエアコンであり、全冷房全台運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図２】停止室内ユニットがある場合の全冷房運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図３】冷房期における冷房主体運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図４】中間期における冷房主体運転であって室外ファンのコントロール範囲内の運転パターンを示した概略構成図である。
【図５】中間期における冷房主体運転であって室外ファンのコントロール範囲内であり要求される凝縮能力が比較的小さい場合の運転パターンを示した概略構成図である。
【図６】冷暖バランス運転であって低外気温の運転パターンを示した概略構成図である。
【図７】冷暖バランス運転であって低圧が許容範囲内の運転パターンを示した概略構成図である。
【図８】全暖房全台運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図９】暖房期における暖房主体運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図１０】中間期における暖房主体運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図１１】油戻し運転の運転パターンを示した概略構成図である。
【図１２】運転パターンの変更手順を示したフローチャートである。
【図１３】冷房運転時の補正係数Ｇｒｅｆを示した図である。
【図１４】暖房運転時の補正係数Ｇｒｅｆを示した図である。
【図１５】従来の冷暖房フリーマルチエアコンを示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  室外ユニット（室外機）
３  室内ユニット（室内機）
５  高圧ガス管
７  低圧ガス管
９  液管
４８  室内側四方弁
５０  低圧バイパス管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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