(57)【要約】【課題】  適切な過冷却度に保つことができる空気調和装置を提供すること。【解決手段】  圧縮機１で圧縮された冷媒を室内熱交換器６と室外熱交換器２０との間で循環させることにより、室内の空気調和を行う空気調和装置において、前記室外熱交換器２０から出た冷媒の一部を絞る電子膨張弁３３と、該絞られた冷媒により前記室外熱交換器から出た冷媒を冷却する過冷却熱交換器１７と、前記圧縮機１の入口側冷媒圧力を検出する圧力計（圧力検出手段）３１と、前記圧縮機１の入口側冷媒温度を検出するサーミスタ（温度検出手段）３０と、前記圧力計３１とサーミスタ３０の検出出力に基づいて前記電子膨張弁３３を制御して前記過冷却熱交換器１７における過冷却度を制御する制御部３５とを備えたことを特徴とする。【選択図】      図１
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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、および冷媒を室外空気との間で熱交換する室外熱交換器を有する室外ユニットと、冷媒を膨張させる膨張弁、および冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器を有する複数の室内ユニットと、を備え、これら室外ユニットと室内ユニットとが異なる高さに配置された空気調和装置において、
前記室外ユニットには、
前記室外熱交換器から吐出した冷媒の一部を絞る膨張弁と、絞られた該一部の冷媒により前記室外熱交換器から吐出した冷媒を冷却する過冷却熱交換器と、
前記圧縮機の入口側冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧縮機の入口側冷媒温度を検出する温度検出手段と、が設けられ、
前記圧力検出手段と温度検出手段の検出出力に基づいて前記膨張弁を制御することで前記過冷却熱交換器における過冷却度を調整する制御部とを備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機、および冷媒を室外空気との間で熱交換する室外熱交換器を有する室外ユニットと、冷媒を膨張させる膨張弁、および冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器を有する複数の室内ユニットと、を備え、これら室外ユニットと室内ユニットとが異なる高さに配置された空気調和装置の運転制御方法において、
前記圧縮機の入口側の冷媒圧力と冷媒温度を検出し、これら検出結果に基づいて前記電子膨張弁の絞り量を制御することで前記過冷却熱交換器における過冷却度を調整することを特徴とする空気調和装置の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置及びその運転制御方法に関し、特に過冷却度制御を伴う空気調和装置及びその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２には、下記特許文献１に示された従来の空気調和装置の冷媒回路図が示されている。空気調和装置は、室外ユニット２２と室内ユニット２３とにより構成されている。
室外ユニット２２は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒流路を冷房運転時と暖房運転時とで切り換える四方弁２、室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器２０、気相の冷媒を圧縮機１に送るアキュムレータ２１とを備えている。
室内ユニット２３は、冷媒と室内空気とを熱交換することにより室内の空気調和を行う室内熱交換器６と、暖房運転時に冷媒を絞る膨張機構９とを備えている。
【０００３】
また、室外ユニット２２と室外ユニット２３とは、配管接合部３，５，１１，１３の間に、室内外接続配管４，１２を接続することによって連結されている。
【０００４】
冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、四方弁２を介して室外熱交換器２０に入る。ここで、放熱し凝縮して高圧の液冷媒となりサーキット毎に分配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃを通り分配器１８で合流し、過冷却熱交換器１７に入る。高圧液冷媒は、この過冷却熱交換器１７で過冷却される。つまり、過冷却熱交換器１７には、流量調整管１６によって減圧・冷却された冷媒が流されるようになっており、これにより高圧冷媒は過冷却される。冷媒は過冷却された後、膨張機構１５に入る。膨張機構１５によって減圧され低圧・低温の液ガス二相冷媒となって、配管接合部１３、室内外接続配管１２、配管接合部１１、逆止弁１０を通り分配器８に入る。冷媒は分配器８で分配され、分配管７ａ，７ｂを介して室内熱交換器６に入る。ここで吸熱蒸発して、配管接合部５、室内外接続配管４、配管接合部３、四方弁２を通りアキュムレータ２１に入る。ここで、液状の未蒸発冷媒は下部にたまり、分離されたガス冷媒が吸入管２８を通り圧縮機１に吸込まれ圧縮される。
【０００５】
さらに、流量調整管１６に代えて、流量調整弁を用い、圧縮機の吸入側温度および吸入側圧力に基づいて過冷却度を調整する技術が開示されている（段落［００２６］及び図２）。つまり、吸入側温度および吸入側圧力によって得られる過熱度が一定になるように、過冷却度を調整するようになっている。
【０００６】
このように、特許文献１に示された空気調和装置は、室外ユニット２２に設けられた膨張機構１５によって液ガス二相冷媒とした後に室内ユニット２３に冷媒を送るため、室内外接続配管１２が長くなっても、追加冷媒量が少なくなるという利点を有する。
また、吸入過熱度が一定となるように流量調整弁を用いて過冷却度を調整することとしたので、広範囲の運転が可能となるという利点を有する。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５６５２７号公報（段落［００２１］〜［００２６］，図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された空気調和装置において採用された膨張機構１５を用いずに、室内ユニット２３側に設けた膨張弁によって高圧冷媒を絞るシステムを採用する場合、室内外接続配管１２内は液相の冷媒が流れることになる。複数の室内ユニット２３が、図４に示すようにヘッド差ｈを有して配置されると、ヘッド差ｈに基づく圧力損失が生じる。この圧力損失は、１０ｍにつき１０１ｋＰａ程度となる。このように、液冷媒の場合、無視できないほどの圧力損失がヘッド差ｈによって生じることになる。
圧力損失が生じると、図３のｐ−ｈ線図に示したように、ヘッド差ｈにより流動の過程で図３の符号ａのように減圧して室内ユニット２３の膨張弁手前における必要な過冷却度がなくなり、液冷媒がフラッシュ（ガス混じりの状態となる）する。このため、膨張弁で十分な絞りができなくなり、冷房能力が低下する。また、膨張弁で急激に膨張するために騒音が発生する。
【０００９】
一方、図４に示したように、一つの室外ユニット２２に対して複数の室内ユニット２３が接続されたマルチ型空気調和装置の場合、ヘッド差ｈが大きい室外ユニット２２に合わせて過冷却をつけると、ヘッド差ｈが小さい室内ユニット２３に対しては過冷却度が大きくなりすぎる。
この場合、室内熱交換器６で冷媒が蒸発しきれず、液が圧縮機１に戻る液バック現象が起こり、圧縮機１の寿命を低下させる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ヘッド差を有する複数の室内ユニットを備えたマルチ型空気調和装置に対し、適切な過冷却度に保つことで空調能力を向上させ、また圧縮機の信頼性を向上できる空気調和装置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】
【００１１】
本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、および冷媒を室外空気との間で熱交換する室外熱交換器を有する室外ユニットと、冷媒を膨張させる膨張弁、および冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器を有する複数の室内ユニットと、を備え、これら室外ユニットと室内ユニットとが異なる高さに配置された空気調和装置において、前記室外熱交換器から吐出した冷媒の一部を絞る電子膨張弁と、絞られた該一部の冷媒により前記室外熱交換器から吐出した冷媒を冷却する過冷却熱交換器と、前記圧縮機の入口側冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧縮機の入口側冷媒温度を検出する温度検出手段と、前記圧力検出手段と温度検出手段の検出出力に基づいて前記電子膨張弁を制御することで前記過冷却熱交換器における過冷却度を調整する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
冷房運転時には、室外ユニットにおいて圧縮されて室外熱交換器において凝縮液化を行った冷媒は、液相状態のまま、異なる高さの室内ユニットへと送られ、膨張弁によって膨張させられた後、室内熱交換器へと導かれる。異なる高さに室外ユニットおよび室内ユニットが設置されており、無視できないほどのヘッド差による圧力損失が液冷媒に加えられる。本発明では、この液冷媒の圧力損失を考慮して、例えば、圧縮機の入口側圧力（低圧圧力）と温度から圧縮機入口側における冷媒の過熱度を求める。この過熱度が適切となるように、過冷却熱交換器における過冷却度を調節する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、および冷媒を室外空気との間で熱交換する室外熱交換器を有する室外ユニットと、冷媒を膨張させる膨張弁、および冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器を有する複数の室内ユニットと、を備え、これら室外ユニットと室内ユニットとが異なる高さに配置された空気調和装置の運転制御方法において、前記圧縮機の入口側の冷媒圧力と冷媒温度を検出し、これら検出結果に基づいて前記電子膨張弁の絞り量を制御することで前記過冷却熱交換器における過冷却度を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明では、例えば、圧縮機の入口側圧力（低圧圧力）と温度から圧縮機入口側における冷媒の過熱度を求める。この過熱度が適切となるように、過冷却熱交換器における過冷却度を調節する。
【発明の効果】
【００１５】
過冷却熱交換器における過冷却度を調整することにより、室外ユニットと室内ユニットとの間でヘッド差を有する設置環境においても適切な過冷却度に保つことができるから、空気調和装置の能率が向上し、また圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、従来技術である図２に示した空気調和装置と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の空気調和装置は、一つの室外ユニット２２と、この室外ユニット２２に接続された複数の室内ユニット２３，２３…とにより構成されている。なお、図１では、理解の容易のために、室内ユニット２３は１つのみ示している。実際には、図４に示すように、複数の室内ユニット２３が、室外ユニット２２とは異なる高さに設置されている。各室内ユニット２３は、例えばビルの各階の各部屋に設置されている。
また、室外ユニット２２と各室外ユニット２３とは、配管接合部３，５，１１，１３の間に、室内外接続配管４，１２を接続することによって連結されている。
室外ユニット２２の過冷却熱交換器１７と室内ユニット２３の室内電子膨張弁４０との間に設けられた室内外接続配管１２は、液冷媒が流通する配管となっている。
【００１７】
室外ユニット２２は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒流路を冷房運転時と暖房運転時とで切り換える四方弁２、室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器２０、気相の冷媒を圧縮機１に送るアキュムレータ２１とを備えている。
室内ユニット２３は、冷媒と室内空気とを熱交換することにより室内の空気調和を行う室内熱交換器６と、冷媒を絞って膨張させるための室内電子膨張弁４０とを備えている。
【００１８】
室外ユニット２２には、圧縮機１入口側の冷媒温度を検出するサーミスタ（温度検出手段）３０と、同圧縮機１入口側の冷媒圧力を検出する圧力計３１とが設けられている。
また、過冷却熱交換器１７に流入する冷媒を絞る電子膨張弁３３が設けられている。
さらに、これらサーミスタ３０および圧力計３１の出力を受け、これらの出力値に基づいて電子膨張弁３３を制御する制御部３５が設けられている。
【００１９】
制御部３５は、運転中に圧縮機１入口側の冷媒圧力から飽和温度を計算し、該飽和温度とサーミスタ３０が検出した温度とにより、過熱度ＳＨ（図３参照）を計算する。このようにして得られた過熱度ＳＨに基づいて、過冷却熱交換器１７における過冷却度が適切な値となるように電子膨張弁３３を調節する。
【００２０】
詳細には、まず空気調和装置設置の前に、基準となる過冷却度を設定し、電子膨張弁３３の開度を初期設定しておく。実際の設置に際しては、ヘッド差ｈ、運転台数、配管長等により、適切な過冷却度は異なる。このため、空気調和装置の運転を行い、圧縮機１入口側の冷媒の状態により、過冷却熱交換器１７における過冷却度を調整する。例えば、過冷却度が足りない場合、冷媒は過熱状態で圧縮機１に戻ってくる。また、過冷却度が大きすぎる場合、室内熱交換器６で冷媒が蒸発しきれず、液バック状態で圧縮機１に戻ってくる。制御部３５は圧縮機１入口側の冷媒の状態、すなわち過熱度ＳＨが適切な値（例えば２０℃）となるように電子膨張弁３３を制御し、過冷却熱交換器１７における過冷却度を調整する。
【００２１】
このように調整された本実施形態の空気調和装置においては、冷房運転時は圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは四方弁２を介して室外熱交換器２０に入る。ここで、放熱し凝縮して高圧の液冷媒となり、サーキット毎に分配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃを通り分配器１８で合流し、過冷却熱交換器１７に入る。高圧液冷媒は、この過冷却熱交換器１７で過冷却される。つまり、過冷却熱交換器１７には、室外熱交換器２０から一部取り出されて電子膨張弁３３によって減圧・冷却された冷媒が流されるようになっており、これにより高圧冷媒は過冷却される。
【００２２】
過冷却熱交換器１７を流れる冷媒は、各室内ユニット２３のヘッド差ｈ等の設置・運転状況に応じた適切な過冷却度を得て、配管接合部１３、室内外接続配管１２、配管接合部１１を通過して、室内ユニット２３へと導かれる。室内外接続配管１２を流れる冷媒は液相の状態で室内ユニット２３へとポンプアップされる。したがって、この液冷媒には、室内外接続配管１２を流れる際に、ヘッド差に応じた圧力損失が与えられる。
【００２３】
室内ユニット２３に流入した冷媒は、室内電子膨張弁４０で絞られた後に、分配器８に入る。冷媒は分配器８で分配され分配管７ａ，７ｂを介して室内熱交換器６に入る。室内熱交換器６で、冷媒は、室内空気から吸熱することによって蒸発した後、配管接合部５、室内外接続配管４、配管接合部３、四方弁２を通りアキュムレータ２１に入る。ここで、液状の未蒸発冷媒は下部に溜まり、分離されたガス冷媒が吸入管２８を通り圧縮機１に吸込まれ圧縮される。
【００２４】
このように、本実施形態に係る空気調和装置によれば、室外ユニット２２と各室内ユニット２３との高さが異なるためにヘッド差があり、液冷媒が流れる室内外接続配管１２における圧力損失が無視できない場合であっても、圧縮機１の吸入側の温度および圧力を用いて過熱度が一定になるように過冷却度を調整することとしたので、各室内ユニット２３のヘッド差等の設置状態に対して適切な過冷却度を設定でき、安定した運転が可能となる。すなわち室内機の能力が向上し、また圧縮機の信頼性が向上する。
【００２５】
また、本実施形態の変形例として、制御流量を支配する膨張弁の口径を通常のものより小さめに設定し、電子膨張弁と並列に電磁弁と固定絞り（キャピラリ）とを設けた冷媒回路を配置する構成も採用し得る。
これにより、室内熱交換器出口過熱度の制御において膨張弁の制御範囲を下回る場合であっても過冷却調整が可能となる。
具体的には、室内熱交換器出口過熱度が小さく膨張弁開度が下限値近くになったら、電磁弁を閉として膨張弁のみで過熱度制御を行うことにより、過冷却が大きすぎる場合も対応可能となる。また、ヘッド差が大きく過冷却が必要な場合は、膨張弁と固定絞りを併用する構成を採用することにより過冷却の大小に対応できる装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態として示した空気調和装置の冷媒回路を示した図である。
【図２】従来の空気調和装置の冷媒回路を示した図である。
【図３】同空気調和装置における冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。
【図４】室内機と室外機のヘッド差について示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    圧縮機
１７  過冷却熱交換器
３０  サーミスタ（温度検出手段）
３１  圧力計（圧力検出手段）
３３  電子膨張弁
３５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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