JP2018146169A - 空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、室内ユニットの最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することにある。【解決手段】空調機１では、低負荷時過冷却度制御によって、室内熱交換器温度センサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃに液単相域を形成することができる。それゆえ、負荷が小さい場合には、低負荷時過冷却度制御によって過冷却度を大きくして液単相域を増やし、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃにおける空気と冷媒との間の熱交換性能を下げることができる。したがって、最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する空調機に関する。

空調機では、暖房運転時における熱交性能をサブクール制御によって上げている。例えば、特許文献１（特開２０１０−２６１６０６号公報）に記載の多室型空調機では、凝縮温度と室内熱交換器の温度との差から算出される室内熱交換器の過冷却度が、目標過冷却度となるように膨張弁を動作させている。

しかしながら、上記の空調機では、各部屋の室内ユニットは圧力が同等となるため、空調負荷の大きい部屋の室内ユニットが最大に能力を出している場合に、空調負荷の小さい部屋の室内ユニットがそれに引きずられ、能力供給が過剰となる。そのため、サーモオン／オフが頻繁に繰り返され、快適性を損なうことがある。

この点について、出願人は、室内ユニットの最小能力を（より低い能力側へ）拡大することができれば、空調機が多室型か否かにかかわらず、空調負荷が小さい場合でもサーモオン／オフの繰り返しを防止することができる、と考えている。

本発明の課題は、室内ユニットの最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することにある。

本発明の第１観点に係る空調機は、圧縮機、ガス冷媒連絡管、室内熱交換器、液冷媒連絡管、膨張弁、及び室外熱交換器の順に流れた冷媒が圧縮機に戻る暖房サイクル運転を行う空調機であって、液管温度センサと、熱交換器温度センサと、制御部とを備えている。液管温度センサは、液冷媒連絡管に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する。熱交換器温度センサは、室内熱交換器に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する。制御部は、暖房サイクル運転時に、通常過冷却度制御を行う。通常過冷却度制御は、冷媒の凝縮温度と液管温度センサによって測定される温度との差を用いて膨張弁の開度を決める過冷却度制御である。また、制御部は、所定の低負荷条件のときに、通常過冷却度制御から低負荷時過冷却度制御へ切り換える。低負荷時過冷却度制御は、冷媒の凝縮温度と熱交換器温度センサによって測定される温度との差に応じて膨張弁の開度を決める過冷却度制御である。

一般に、過冷却度を小さく制御した場合、室内熱交換器全体に占める気液二相冷媒域の割合が増加し、液単相域の割合が減少する。かかる場合、液単相の伝熱性より気液二相の伝熱性の方が高いので、熱交換性能は上がる。

それゆえ、負荷が大きい場合には、通常過冷却度制御によって過冷却度を小さくして二相冷媒域を増やし、室内熱交換器における空気と冷媒との間の熱交換性能を上げることができる。

一方、この空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域を形成することができる。

それゆえ、負荷が小さい場合には、低負荷時過冷却度制御によって過冷却度を大きくして液単相域を増やし、室内熱交換器における空気と冷媒との間の熱交換性能を下げることができる。

したがって、最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することができる。

本発明の第２観点に係る空調機は、第１観点に係る空調機であって、圧縮機の吐出圧力を測定する高圧センサをさらに備えている。制御部は、熱交換器温度センサおよび高圧センサのいずれか一方の測定値に基づき冷媒の凝縮温度を算出する。

この空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域が形成され、当該センサが冷媒の飽和温度を測定することができなくなっても、高圧センサの測定値に基づき冷媒の凝縮温度を正確に算出することができるので、低負荷時過冷却度制御を精度よく実行することができる。

一方、通常過冷却制御では、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域が形成されることはなく、熱交換器温度センサは気液二相冷媒の温度を測定することができる。かかる場合、熱交換器温度センサの測定値に基づき冷媒の凝縮温度を正確に算出することができるので、通常過冷却度制御を精度よく実行することができる。

本発明の第３観点に係る空調機は、第１観点又は第２観点に係る空調機であって、空調対象空間の温度を測定する室内温度センサと、空調対象空間の設定温度を調節する室内温度設定手段とをさらに備えている。制御部は、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差に応じて、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更する。

この空調機では、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差が狭まり、通常過冷却度制御ならすぐにサーモオフしそうな状態であっても、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更することによって、能力をより低い側へ拡大することができるので、サーモオフを遅らせることができる。その結果、空調負荷が小さい場合でもサーモオン／オフの繰り返しを防止することができる。

本発明の第４観点に係る空調機は、第１観点又は第２観点に係る空調機であって、空調機が、室外ユニットに複数の室内ユニットが接続されるマルチエアコンである。室外ユニットには、圧縮機及び室外熱交換器が搭載されている。室内ユニットには、室内熱交換器が搭載されている。空調機は、複数の室内ユニットそれぞれに対応する、液冷媒連絡管、液管温度センサ、熱交換器温度センサ、及び膨張弁を含んでいる。

従来、マルチエアコンでは、各部屋の室内ユニットは圧力が同等となるため、空調負荷の大きい部屋の室内ユニットは最大に能力を出している場合に、空調負荷の小さい部屋の室内ユニットがそれに引きずられるため、能力供給が過剰となる。

しかし、この空調機では、制御部が、空調負荷の大きい部屋の室内ユニットに対しては通常過冷却度制御を実行することによって十分な能力を供給し、空調負荷の小さい部屋の室内ユニットに対しては低負荷時過冷却度制御を実行することによって過剰な能力供給を抑制する。

本発明の第５観点に係る空調機は、第４観点に係る空調機であって、複数の室内ユニットそれぞれに対応する、空調対象空間の温度を測定する室内温度センサ、及び空調対象空間の設定温度を調節する室内温度設定手段をさらに含んでいる。制御部は、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差に応じて、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更する。

この空調機では、空調負荷が小さい部屋では、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差が狭まり、通常過冷却度制御ならすぐにサーモオフしそうな状態であっても、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更することによって、能力をより低い側へ拡大することができるので、サーモオフを遅らせることができる。その結果、空調負荷が小さい部屋における室内ユニットのサーモオン／オフの繰り返しを防止することができる。

本発明の第６観点に係る空調機は、第４観点又は第５観点に係る空調機であって、制御部が、他の空調対象空間の室内ユニットに属する熱交換器温度センサによって測定される温度に基づき冷媒の凝縮温度を算出する。

この空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域が形成されて、当該センサが飽和温度を測定することができなくなっても、他の室内ユニットのいずれかが通常過冷却度制御を実行している限り、冷媒の凝縮温度を算出することができる。その結果、高価な高圧センサの使用を避けることができる。

本発明の第１観点に係る空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域を形成することができる。それゆえ、負荷が小さい場合には、低負荷時過冷却度制御によって過冷却度を大きくして液単相域を増やし、室内熱交換器における空気と冷媒との間の熱交換性を下げることができる。したがって、最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することができる。

本発明の第２観点に係る空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域が形成され、当該センサが飽和温度を測定することができなくなっても、高圧センサの測定値に基づき冷媒の凝縮温度を正確に算出することができるので、低負荷時過冷却度制御を精度よく実行することができる。

本発明の第３観点に係る空調機では、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差が狭まり、通常過冷却度制御ならすぐにサーモオフしそうな状態であっても、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更することによって、能力をより低い側へ拡大することができるので、サーモオフを遅らせることができる。その結果、空調負荷が小さい場合でもサーモオン／オフの繰り返しを防止することができる。

本発明の第４観点に係る空調機では、制御部が、空調負荷の大きい部屋の室内ユニットに対しては通常過冷却度制御を実行することによって十分な能力を供給し、空調負荷の小さい部屋の室内ユニットに対しては低負荷時過冷却度制御を実行することによって過剰な能力供給を抑制する。

本発明の第５観点に係る空調機では、空調負荷が小さい部屋では、室内温度センサによって測定される温度と設定温度との差が狭まり、通常過冷却度制御ならすぐにサーモオフしそうな状態であっても、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更することによって、能力をより低い側へ拡大することができるので、サーモオフを遅らせることができる。その結果、空調負荷が小さい部屋における室内ユニットのサーモオン／オフの繰り返しを防止することができる。

本発明の第６観点に係る空調機では、低負荷時過冷却度制御によって、熱交換器温度センサが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器に液単相域が形成されて、当該センサが飽和温度を測定することができなくなっても、他の室内ユニットのいずれかが通常過冷却度制御を実行している限り、冷媒の凝縮温度を算出することができる。その結果、高価な高圧センサの使用を避けることができる。

本発明の一実施形態にかかる空調機の概略構成図。 空調機の制御部を示すブロック図。 過冷却度を小さく制御した場合の室内熱交換器内部および液冷媒連絡管内部の冷媒状態を示すイメージ図。 過冷却度を大きく制御した場合の室内熱交換器内部および液冷媒連絡管内部の冷媒状態を示すイメージ図。 暖房運転時における空調負荷に応じた通常過冷却度制御および低負荷時過冷却度制御の使い分けのイメージ図。 暖房運転における過冷却度制御のフローチャート。 通常過冷却度制御のフローチャート。 低負荷時過冷却度制御のフローチャート。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）空調機１の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空調機１の概略構成図である。空調機１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転によって、室内の冷暖房を行う多室型空気調和装置である。空調機１は、１台の室外ユニット２と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、３台）の室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃと、室外ユニット２と室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃとを接続する液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよびガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃとを備えている。

空調機１０の冷媒回路Ｃは、室外ユニット２と、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃと、液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよびガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃとが接続されることによって構成されている。

なお、一室のみを空調する場合には、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃのいずれかが代表して使用されるので、かかる場合、室内ユニット３と称し、対応する構成部品・部材についても小文字のａ，ｂ，ｃを外した符号を用いればよい。

（１−１）室外ユニット２の構成
室外ユニット２は、室外に設置されており、３本の液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび３本のガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃに接続されており、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃとともに冷媒回路Ｃを構成している。

ガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、室外ユニット２のガス管接続ポート２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介してガス側ヘッダ２２に接続されている。

液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、室外ユニット２の液管接続ポート２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの一端側に接続され、膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの他端側は液側ヘッダ２４に接続されている。

図１において、室外ユニット２は、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、及び膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。さらに、室外ユニット２は室外ファン２９も有している。

（１−１−１）圧縮機１１
圧縮機１１は、低圧の冷媒を圧縮し、圧縮後の高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１では、スクロール式、ロータリ式等の圧縮機構が圧縮機モータによって駆動される。圧縮機モータの運転周波数は、インバータ装置によって変更される。

（１−１−２）四方切換弁１２
四方切換弁１２は、第１から第４までのポートＰ１〜Ｐ４を有している。四方切換弁１２では、第１ポートＰ１が圧縮機１１の吐出側に接続され、第２ポートＰ２が圧縮機１１の吸入側に接続され、第３ポートＰ３が室外熱交換器１３のガス側端部に接続され、第４ポートＰ４がガス側閉鎖弁１８に接続されている。

四方切換弁１２は、第１状態（図１の実線で示す状態）と第２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換わる。第１状態の四方切換弁１２では、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３とが連通し且つ第２ポートＰ２と第４ポートＰ４とが連通する。第２状態の四方切換弁１２では、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４とが連通し且つ第２ポートＰ２と第３ポートＰ３とが連通する。

（１−１−３）室外熱交換器１３
室外熱交換器１３は、フィン・アンド・チューブ式の熱交換器である。室外熱交換器１３の近傍には、室外ファン２９が設置される。室外熱交換器１３では、室外ファン２９が搬送する空気と冷媒とが熱交換する。

（１−１−４）膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、電動膨張弁であり、冷媒回路Ｃ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う。膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、冷房運転時の冷媒回路Ｃにおける冷媒の流れ方向において室外熱交換器１３の下流側に配置されている。

（１−１−５）ガス側閉鎖弁１８及び液側閉鎖弁１９
ガス側閉鎖弁１８及び液側閉鎖弁１９は、ガス側ヘッダ２２及び液側ヘッダ２４の接続口に設けられる弁である。ガス側閉鎖弁１８は、四方切換弁１２に接続されている。液側閉鎖弁１９は、冷房運転時の冷媒回路Ｃにおける冷媒の流れ方向において液側ヘッダ２４の上流側に配置されている。ガス側閉鎖弁１８及び液側閉鎖弁１９は、冷媒の通過を遮断することができる。

（１−１−６）室外ファン２９
室外ファン２９は、吸入した室外空気を室外熱交換器１３に送風して冷媒と熱交換させる。室外ファン２９は、室外熱交換器１３に送風する際の風量を可変することができる。室外ファン２９は、プロペラファン等であり、ＤＣファンモータ等によって駆動される。

（１−１−７）室外側制御部４１
図１に示すように、室外ユニット２には室外側制御部４１が搭載されている。また、図２は、空調機１の制御部４０を示すブロック図である。図２において、室外側制御部４１は、マイコン４１１、メモリ４１２を内蔵している。マイコン４１１は、各種の演算を行い、制御対象機器への指令を行う。メモリ４１２は、各種データを格納する。

室外側制御部４１は、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの室内側制御部４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの間で制御信号等の通信を行う。

（１−１−８）各種センサ
室外ユニット２には、液管温度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、吐出管温度センサ５１、室外温度センサ５２、高圧センサ５３、第４温度センサ５４及び第５温度センサ５５が設けられている。

液管温度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、液管接続ポート２５ａ，２５ｂ，２５ｃと膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃとの間の配管部分に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する。

吐出管温度センサ５１は、圧縮機１１の吐出配管に取付けられ、吐出管温度を検出する。

室外温度センサ５２は、室外ユニット２が設置されている周囲温度を測定する。高圧センサ５３は、圧縮機１１の吐出圧力を測定する。

第４温度センサ５４は、室外熱交換器１３と膨張弁１４との間の配管に取り付けられ、その配管の内側を通る冷媒の温度を測定する。

第５温度センサ５５は、室外熱交換器１３の中間位置に設置され、内部の冷媒温度を測定する。

本実施形態において、液管温度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、吐出管温度センサ５１、室外温度センサ５２、第４温度センサ５４及び第５温度センサ５５は、サーミスタからなる。

（１−２）室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの構成
室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃは、室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。

室内ユニット３ａと室内ユニット３ｂ，３ｃとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット３ａの構成のみ説明し、室内ユニット３ｂ，３ｃの構成については、それぞれ、室内ユニット３ａの各部を示す符号の末尾に示す「ａ」の代わりに「ｂ」、または「ｃ」を付して、各部の説明を省略する。

室内ユニット３ａには、室内熱交換器１６ａと室内ファン２７ａとが含まれている。

（１−２−１）室内熱交換器１６ａ
室内熱交換器１６ａは、フィン・アンド・チューブ式の熱交換器である。室内熱交換器１６ａの近傍には、室内ファン２７ａが設置される。

室内熱交換器１６ａは、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する。

（１−２−２）室内ファン２７ａ
室内ファン２７ａは、クロスフローファンである。室内ファン２７ａは、ファンと、ファンを回転させるためのファンモータとを有している。

室内ファン２７ａの稼動によって、室内ユニット３ａは内部に室内空気を吸入し、室内熱交換器１６ａにおいて冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給する。また、室内ファン２７ａは、室内熱交換器１６ａに供給する空気の風量を所定風量範囲において変更することができる。

（１−２−３）室内側制御部４２ａ
図１に示すように、室内ユニット３ａには、室内側制御部４２ａが搭載されている。また、図２に示すように、室内側制御部４２ａは、マイコン４２１ａ及びメモリ４２２ａを内蔵している。マイコン４２１ａは、各種の演算を行う。また、メモリ４２２ａは、各種データを格納する。

（１−２−４）各種センサ
室内ユニット３ａには、室内熱交換器温度センサ３３ａ、及び室内温度センサ３５が設けられている。

室内熱交換器温度センサ３３ａは、室内熱交換器１６ａの中間位置に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する。

室内温度センサ３５ａは、室内ユニット３ａの室内空気の吸入口側に設けられている。室内温度センサ３５は、室内ユニット３ａ内に流入する室内空気の温度（すなわち、室内温度）を検出する。

本実施形態において、室内熱交換器温度センサ３３ａおよび室内温度センサ３５ａは、サーミスタからなる。

（１−３）制御部４０
制御部４０は、室内側制御部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、室外側制御部４１、及び伝送線で構成されている。制御部４０は、各種センサと接続され、各種センサからの検出信号等に基づいて各種機器を制御する。

さらに、制御部４０は、室内側制御部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを介してリモコン３７ａ，３７ｂ，３７ｃと信号の送受信を行う。

（２）空調機１の動作
空調機１では、四方切換弁１２によって、冷媒の循環サイクルを冷房運転時の循環サイクルおよび暖房運転時の循環サイクルのいずれか一方に切り換えることが可能である。

（２−１）冷房運転
冷房運転では、図１に示す四方切換弁１２が実線で示す状態となり、圧縮機１１、室内ファン２７、室外ファン２９が運転状態となる。これにより、冷媒回路Ｃでは、室外熱交換器１３が凝縮器となり、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃが蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

具体的には、圧縮機１１で圧縮された高圧冷媒は、室外熱交換器１３を流れ、空気と熱交換する。室外熱交換器１３では、高圧冷媒が空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器１３で凝縮した冷媒は、液側閉鎖弁１９を通過した後、液側ヘッダ２４において３つに分流され、それぞれ膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃで減圧され、液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃを通り、その後、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃを流れる。

室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃでは、室内ファン２７ａ，２７ｂ，２７ｃによって吸い込まれた室内空気が、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃを通過し、その際に冷媒と熱交換する。室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃでは、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、その際に空気が冷却される。室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃで冷却された空気は、室内空間へ供給される。

また、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃで蒸発した冷媒は、ガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃを通って室外ユニット２に戻り、圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

（２−２）暖房運転
暖房運転では、図１に示す四方切換弁１２が破線で示す状態となり、圧縮機１１、室内ファン２７、室外ファン２９が運転状態となる。これにより、冷媒回路Ｃでは、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃが凝縮器となり、室外熱交換器１３が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

具体的には、圧縮機１１で圧縮された高圧冷媒は、ガス冷媒連絡管１５ａ，１５ｂ，１５ｃを通り、その後、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃを流れる。室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃでは、室内ファン２７ａ，２７ｂ，２７ｃよって吸い込まれた室内空気が、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃを通過し、その際に冷媒と熱交換する。室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃでは、冷媒が室内空気へ放熱して凝縮し、その際に空気が加熱される。室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃで加熱された空気は、室内空間へ供給される。

また、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃで凝縮した冷媒は、液冷媒連絡管１７ａ，１７ｂ，１７ｃを通って室外ユニット２に戻る。室外ユニット２に戻った液冷媒は、膨張弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃで減圧された後、室外熱交換器１３を流れる。室外熱交換器１３では、冷媒が空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１３で蒸発した冷媒は、圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

（３）過冷却度制御
図３Ａは、過冷却度を小さく制御した場合の室内熱交換器１６ａ内部及び液冷媒連絡管１７ａ内部の冷媒状態を示すイメージ図である。また、図３Ｂは、過冷却度を大きく制御した場合の室内熱交換器１６ａ内部及び液冷媒連絡管１７ａ内部の冷媒状態を示すイメージ図である。図３Ａ及び図３Ｂともに、黒塗り部分は液単相域を示し、それ以外は気液二相域を示している。

一般に、過冷却度を小さく制御した場合、室内熱交換器全体に占める気液二相域の割合が増加し、液単相域の割合が減少する。かかる場合、液単相の伝熱性より気液二相の伝熱性の方が高いので、熱交換性能は上がる。

それゆえ、負荷が大きい場合には、図３Ａに示すように過冷却度を小さくして気液二相域を増やし、室内熱交換器１６ａにおける空気と冷媒との間の熱交換性能を上げることができる。ここでは、この過冷却度制御を通常過冷却度制御と称する。

一方、負荷が小さい場合には、図３Ｂに示すように過冷却度を大きくして液単相域を増やし、室内熱交換器１６ａにおける空気と冷媒との間の熱交換性能を下げることができる。ここでは、この過冷却度制御を低負荷時過冷却度制御と称する。

本実施形態では、負荷が大きい場合は、通常過冷却制御を実行し、負荷が小さい場合は、過冷却度を大きくして液単相域を増やして室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃに液単相域を形成し、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃにおける空気と冷媒との間の熱交換性能を下げる低負荷時過冷却制御を実行している。

図４は、暖房運転時における空調負荷に応じた通常過冷却度制御および低負荷時過冷却度制御の使い分けのイメージ図である。

図４において、前提条件として、部屋Ｒａに室内ユニット３ａ、部屋Ｒｂに室内ユニット３ｂ、部屋Ｒｃに室内ユニット３ｃが据え付けられている。部屋Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの設定温度は全て２４℃であり、許容範囲は±１℃である。したがって、上閾値は２５℃、下閾値は２３℃である。

部屋Ｒａでは、設定温度と室内温度とが乖離して空調負荷が大きい間は、制御部４０は、通常過冷却度制御によって室内温度を設定温度に近づけ、室内温度が設定温度の許容範囲内に入った後は、低負荷時過冷却度制御によって温度上昇を抑制している。

部屋Ｒｂでは、室内温度が未だ設定温度の許容範囲内に入っていない状態であり、制御部４０は、通常過冷却度制御を維持して室内温度を設定温度に近づける。

部屋Ｒｃでは、室内温度が既に設定温度の許容範囲内に入った状態であり、低負荷時過冷却度制御を維持して温度上昇を抑制している。

（３−１）過冷却度制御の動作説明
以下、図面を用いて過冷却度制御の動作を説明する。図５は、暖房運転における過冷却度制御のフローチャートである。なお、説明の便宜上、図４における部屋Ｒａの室内ユニット３ａを想定して説明する。

（ステップＳ１）
先ず、制御部４０は、ステップＳ１において、暖房運転指令の有無を判定し、暖房運転指令があったときは、ステップＳ２へ進み、無い場合はこの判定を継続する。ここで、「暖房運転指令があったとき」とは、例えば、ユーザーが空調機に備えられているリモコン３７ａで暖房運転モードを選択したときが、それに該当する。

（ステップＳ２）
次に、制御部４０は、ステップＳ２において、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差が第１閾値Ｔｄ以上であるか否かを判定する。ここでの判定の技術的意義は、Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄのときに空調負荷が一定値以上あると判断することができるところにある。

制御部４０は、「Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄである」と判定したときはステップＳ３へ進み、「Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄでない」と判定したときはステップＳ５へ進む。

（ステップＳ３）
次に、制御部４０は、ステップＳ３において、通常過冷却度制御を実行する。通常過冷却度制御については、後に説明する。

（ステップＳ４）
次に、制御部４０は、ステップＳ４において、再び、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差が第１閾値Ｔｄ以上であるか否かを判定する。ここでの判定の技術的意義は、通常過冷却度制御によって空調負荷が小さくなっているか否かを判断することができるところにある。

制御部４０は、「Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄである」と判定したときは通常過冷却度制御の実行下で当該判定を継続し、「Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄでない」と判定したときはステップＳ５へ進む。

（ステップＳ５）
次に、制御部４０は、ステップＳ５において、低負荷時過冷却度制御を実行する。低負荷時過冷却度制御については、後に説明する。

（ステップＳ６）
次に、制御部４０は、ステップＳ６において、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差が第２閾値Ｔｄｏｆｆ以下であるか否かを判定する。ここでの判定の意義は、低負荷時過冷却度制御によって室内温度Ｔｉが設定温度Ｔｓに達したとみなしてよいほどに空調負荷が小さくなっているか否かを判断することができるところにある。

制御部４０は、「Ｔｓ−Ｔｉ≦Ｔｄｏｆｆである」と判定したときはステップＳ７へ進み、「Ｔｓ−Ｔｉ≦Ｔｄｏｆｆでない」と判定したときは低負荷時過冷却度制御の実行下で当該判定を継続する。

（ステップＳ７）
次に制御部４０は、ステップＳ７において、空調対象空間の制御対象である室内ユニット３、例えば室内ユニット３ａの場合、室内ファン２７ａを停止し、いわゆる、室内サーモオフを行う。

（ステップＳ８）
次に、制御部４０は、ステップＳ８において、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差が第３閾値Ｔｄｏｎ以上であるか否かを判定する。ここでの判定の意義は、室内サーモオフによって室内温度Ｔｉが低下し、暖房が必要となっているか否かを判断することができるところにある。

制御部４０は、「Ｔｓ−Ｔｉ≧Ｔｄｏｎである」と判定したときはステップＳ２へ戻って、再び室内ファン２７ａを稼働し、膨張弁１４ａを開き、通常過冷却度制御または低負荷時過冷却制御を実行するルーチンに入り、いわゆる、室内サーモオンを行う。

また、制御部４０は、「Ｔｓ−Ｔｉ≦Ｔｄｏｆｆでない」と判定したときはステップＳ９へ進む。

（ステップＳ９）
そして、制御部４０は、ステップＳ９において、運転停止指令の有無を判定し、運転停止指令があったときは制御を終了し、運転停止指令が無い場合はステップ８に戻る。ここで、「運転停止指令があったとき」とは、例えば、ユーザーが空調機に備えられているリモコン３７ａで運転停止ボタンを押したときが、それに該当する。

以上のように、制御部４０は、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差から空調負荷の大小を判断し、空調負荷が一定値以上のときは通常過冷却度制御を実行し、空調負荷がその一定値に満たないときには低負荷時過冷却度制御を実行する。

（３−２）通常過冷却度制御の動作説明
ここでは、図５のステップＳ３に記載した通常過冷却度制御の動作について図面を用いて説明する。図６は、通常過冷却度制御のフローチャートであり、ステップＳ３の中味を表している。

（ステップＳ３１）
先ず、制御部４０は、ステップＳ３１において、通常過冷却度制御の実行指令が有るか否かを判定し、当該実行指令が有るときはステップＳ３２へ進み、当該実行指令が無いときはこの判定を継続する。

（ステップＳ３２）
次に、制御部４０は、ステップＳ３２において、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差に基いて目標過冷却度ＳＣｓを設定する。

（ステップＳ３３）
次に、制御部４０は、ステップＳ３３において、室内熱交換器温度センサ３３ａを介して、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈを測定する。

（ステップＳ３４）
次に、制御部４０は、ステップＳ３４において、液管温度センサ３１ａを介して、液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔを測定する。

（ステップＳ３５）
次に、制御部４０は、ステップＳ３５において、「室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈ」と「液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔ」との差が目標過冷却度ＳＣｓ以上であるか否かを判定する。

すなわち、制御部４０は、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈを室内熱交換器１６ａ内における冷媒の凝縮温度とみなし、液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔとの差を実際の過冷却度ＳＣとしているのである。

制御部４０は、「ＳＣ≧ＳＣｓである」と判定したときはステップＳ３６へ進み、「ＳＣ≧ＳＣｓでない」と判定したときはステップＳ３７へ進む。

（ステップＳ３６）
次に、制御部４０は、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、ステップＳ３６において、膨張弁１４ａの開度を所定量大きくする変更を行う。

（ステップＳ３７）
また、制御部４０は、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、ステップＳ３７において、膨張弁１４ａの開度を所定量小さくする変更を行う。

（ステップＳ３８）
そして、制御部４０は、ステップＳ３８において、制御解除指令の有無を判定し、制御解除指令があったときは制御を終了し、制御解除指令が無い場合はステップ３２に戻る。

ここで、「制御解除指令があったとき」とは、例えば、低負荷時過冷却度制御の実行指令があったとき、或いは、ユーザーが空調機に備えられているリモコン３７ａで運転停止ボタンを押したときが、それに該当する。

以上のように、制御部４０は、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈを室内熱交換器１６ａ内における冷媒の凝縮温度とみなし、液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔとの差を実際の過冷却度ＳＣとして、それ用いて膨張弁１４ａの開度を決める通常過冷却度制御を行うのである。

（３−３）低負荷時過冷却制御の動作説明
ここでは、図５のステップＳ５に記載した低負荷時過冷却度制御の動作について図面を用いて説明する。図７は、低負荷時過冷却度制御のフローチャートであり、ステップＳ５の中味を表している。

（ステップＳ５１）
先ず、制御部４０は、ステップＳ５１において、低負荷時過冷却度制御の実行指令が有るか否かを判定し、当該実行指令が有るときはステップＳ５２へ進み、当該実行指令が無いときはこの判定を継続する。

（ステップＳ５２）
次に、制御部４０は、ステップＳ５２において、設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｉとの差に基いて目標過冷却度ＳＣｓを設定する。

（ステップＳ５３）
次に、制御部４０は、ステップＳ５３において、高圧センサ５３を介して、室内熱交換器１６ａにおける冷媒の飽和温度Ｔｃを算出する。

（ステップＳ５４）
次に、制御部４０は、ステップＳ５４において、室内熱交換器温度センサ３３ａを介して、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈを測定する。

（ステップＳ５５）
次に、制御部４０は、ステップＳ５５において、「室内熱交換器１６ａにおける冷媒の飽和温度Ｔｃ」と「室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈ」との差が目標過冷却度ＳＣｓ以上であるか否かを判定する。

すなわち、制御部４０は、冷媒の飽和温度Ｔｃと、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈとの差を実際の過冷却度ＳＣとしているのである。

制御部４０は、「ＳＣ≧ＳＣｓである」と判定したときはステップＳ５６へ進み、「ＳＣ≧ＳＣｓでない」と判定したときはステップＳ５７へ進む。

（ステップＳ５６）
次に、制御部４０は、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも大きい場合には、ステップＳ５６において、膨張弁１４ａの開度を所定量大きくする変更を行う。

（ステップＳ５７）
また、制御部４０は、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓよりも小さい場合には、ステップＳ５７において、膨張弁１４ａの開度を所定量小さくする変更を行う。

（ステップＳ５８）
そして、制御部４０は、ステップＳ５８において、制御解除指令の有無を判定し、制御解除指令があったときは制御を終了し、制御解除指令が無い場合はステップＳ５２に戻る。

ここで、「制御解除指令があったとき」とは、例えば、通常過冷却度制御の実行指令があったとき、或いは、ユーザーが空調機に備えられているリモコン３７ａで運転停止ボタンを押したときが、それに該当する。

以上のように、制御部４０は、室内熱交換器１６ａにおける冷媒の飽和温度Ｔｃと、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈとの差を実際の過冷却度ＳＣとして、それ用いて膨張弁１４ａの開度を決める低負荷時過冷却度制御を行うのである。

（４）特徴
（４−１）
空調機１では、低負荷時過冷却度制御によって、室内熱交換器温度センサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃに液単相域を形成することができる。それゆえ、負荷が小さい場合には、低負荷時過冷却度制御によって過冷却度を大きくして液単相域を増やし、室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃにおける空気と冷媒との間の熱交換性能を下げることができる。したがって、最小能力をより低い側へ拡大することができる空調機を提供することができる。

（４−２）
空調機１では、低負荷時過冷却度制御によって、室内熱交換器温度センサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器１６ａ，１６ｂ，１６ｃに液単相域が形成され、当該センサが飽和温度を測定することができなくなっても、高圧センサ５３の測定値に基づき冷媒の凝縮温度を正確に算出することができる。その結果、低負荷時過冷却度制御を精度よく実行することができる。

（４−３）
空調機１では、制御部４０が、空調負荷の大きい部屋の室内ユニットに対しては通常過冷却度制御を実行することによって十分な能力を供給し、空調負荷の小さい部屋の室内ユニットに対しては低負荷時過冷却度制御を実行することによって過剰な能力供給を抑制する。つまり、室内温度センサ３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって測定される温度と設定温度との差が狭まり、通常過冷却度制御ならすぐに室内サーモオフしそうな状態であっても、低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更することによって、能力をより低い側へ拡大することができるので、室内サーモオフを遅らせることができる。その結果、空調負荷が小さい部屋における室内ユニットの室内サーモオン／オフの繰り返しを防止することができる。

（５）変形例
上記実施形態では、制御部４０は、低負荷時過冷却度制御において、高圧センサ５３の測定値から算出した室内熱交換器１６ａにおける冷媒の飽和温度Ｔｃを用いて実際の過冷却度を求めているが、これに限定されるものではない。

例えば、制御部４０が、他の空調対象空間の室内ユニット３ｂ，３ｃに属する室内熱交換器温度センサ３３ｂ，３３ｃによって測定される温度に基づき室内ユニット３ａの室内熱交換器１６ａにおける冷媒の凝縮温度を算出してもよい。

かかる場合、低負荷時過冷却度制御によって、室内熱交換器温度センサ３３ａが液冷媒の温度を測定する状態になるまで室内熱交換器１６ａに液単相域が形成されて、当該センサが飽和温度Ｔｃを測定することができなくなっても、他の室内ユニット３ｂ，３ｃのいずれかが通常過冷却度制御を実行している限り、冷媒の凝縮温度を算出することができる。その結果、高価な高圧センサ５３の使用を避けることができる。

（６）その他
（６−１）
上記実施形態では、制御部４０は、通常過冷却度制御において、室内熱交換器１６ａ内の冷媒温度Ｔｉｈを室内熱交換器１６ａ内における冷媒の凝縮温度とみなし、液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔとの差を実際の過冷却度ＳＣとしている。

しかし、これに限定されるものではなく、制御部４０は、高圧センサ５３の測定値から算出した室内熱交換器１６における冷媒の飽和温度Ｔｃと、液冷媒連絡管１７ａ内の冷媒温度Ｔｒｔとの差を実際の過冷却度ＳＣとしてもよい。

（６−２）
上記実施形態では、一台の室外ユニット２に複数台の室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃが接続されている。しかし、これに限定されるものではなく、室外ユニット２が複数台であってもよい。

上記の通り、本願発明によれば、最小能力をより低い側へ拡大することができ、低負荷時に室内サーモオン／オフが頻繁に繰り返されることを抑制し、快適性を維持することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する空調機に広く有用である。

１ 空調機
２ 室外ユニット
３ 室内ユニット
３ａ 室内ユニット
３ｂ 室内ユニット
３ｃ 室内ユニット
１１ 圧縮機
１３ 室外熱交換器
１４ 膨張弁
１４ａ 膨張弁
１４ｂ 膨張弁
１４ｂ 膨張弁
１５ ガス冷媒連絡管
１５ａ ガス冷媒連絡管
１５ｂ ガス冷媒連絡管
１５ｃ ガス冷媒連絡管
１６ 室内熱交換器
１６ａ 室内熱交換器
１６ｂ 室内熱交換器
１６ｃ 室内熱交換器
１７ 液冷媒連絡管
１７ａ 液冷媒連絡管
１７ｂ 液冷媒連絡管
１７ｃ 液冷媒連絡管
３１ 液管温度センサ
３１ａ 液管温度センサ
３１ｂ 液管温度センサ
３１ｃ 液管温度センサ
３３ 室内熱交換器温度センサ（熱交換器温度センサ）
３３ａ 室内熱交換器温度センサ（熱交換器温度センサ）
３３ｂ 室内熱交換器温度センサ（熱交換器温度センサ）
３３ｃ 室内熱交換器温度センサ（熱交換器温度センサ）
３５ 室内温度センサ
３５ａ 室内温度センサ
３５ｂ 室内温度センサ
３５ｃ 室内温度センサ
３７ リモコン（室内温度設定手段）
３７ａ リモコン（室内温度設定手段）
３７ｂ リモコン（室内温度設定手段）
３７ｃ リモコン（室内温度設定手段）
４０ 制御部
５３ 高圧センサ

特開２０１０−２６１６０６号公報

Claims (6)

1. 圧縮機（１１）、ガス冷媒連絡管（１５）、室内熱交換器（１６）、液冷媒連絡管（１７）、膨張弁（１４）、及び室外熱交換器（１３）の順に流れた冷媒が前記圧縮機（１１）に戻る暖房サイクル運転を行う空調機であって、
   前記液冷媒連絡管（１７）に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する液管温度センサ（３１）と、
   前記室内熱交換器（１６）に装着され、その内部を流れる冷媒の温度を測定する熱交換器温度センサ（３３）と、
   前記暖房サイクル運転時に、冷媒の凝縮温度と前記液管温度センサ（３１）によって測定される温度との差を用いて前記膨張弁（１４）の開度を決める通常過冷却度制御を行う制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、所定の低負荷条件のときに、前記通常過冷却度制御から、冷媒の凝縮温度と前記熱交換器温度センサ（３３）によって測定される温度との差に応じて前記膨張弁（１４）の開度を決める低負荷時過冷却度制御へ切り換える、
   空調機。
2. 前記圧縮機（１１）の吐出圧力を測定する高圧センサ（５３）をさらに備え、
   前記制御部（４０）は、前記熱交換器温度センサ（３３）および前記高圧センサ（５３）のいずれか一方の測定値に基づき冷媒の凝縮温度を算出する、
   請求項１に記載の空調機。
3. 空調対象空間の温度を測定する室内温度センサ（３５）と、
   前記空調対象空間の設定温度を調節する室内温度設定手段（３７）と、
   をさらに備え、
   前記制御部（４０）は、前記室内温度センサ（３５）によって測定される温度と前記設定温度との差に応じて、前記低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更する、
   請求項１又は請求項２に記載の空調機。
4. 前記空調機は、前記圧縮機（１１）及び前記室外熱交換器（１３）が搭載された室外ユニット（２）に、前記室内熱交換器（１６）が搭載された複数の室内ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ）が接続されるマルチエアコンであって、
   複数の前記室内ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ）それぞれに対応する、前記液冷媒連絡管（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ）、前記液管温度センサ（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）、前記熱交換器温度センサ（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）、及び前記膨張弁（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を含む、
   請求項１又は２に記載の空調機。
5. 複数の前記室内ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ）それぞれに対応する、空調対象空間の温度を測定する室内温度センサ（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）、及び前記空調対象空間の設定温度を調節する室内温度設定手段（３７ａ，３７ｂ，３７ｃ）をさらに含み、
   前記制御部（４０）は、前記室内温度センサ（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）によって測定される温度と前記設定温度との差に応じて、前記低負荷時過冷却度制御における目標過冷却度を変更する、
   請求項４に記載の空調機。
6. 前記制御部（４０）は、他の空調対象空間の前記室内ユニットに属する前記熱交換器温度センサによって測定される温度に基づき冷媒の凝縮温度を算出する、
   請求項４又は請求項５に記載の空調機。

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