JP2017146042A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各空気熱交換器への冷媒流量をそれぞれの空気熱交換器にとって最適な状態に設定できる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】各空気熱交換器１２，２２は、各膨張弁１１，２１から流出する冷媒が流れる集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘ、この集合冷媒流路から流出する冷媒を分流する分流機構１２ｙ，２２ｙ、この分流機構で分流した冷媒を風上側から取込んで風下側に流出する複数の分岐冷媒流路１２ａ〜ｄ，２２ａ〜ｄを含み、これら分岐冷媒流路のいずれか１つの風上側に前記集合冷媒流路を配置した構成である。制御部５０は、水熱交換器３から流出する冷媒の温度が目標値となるように各膨張弁の開度を制御し、その制御により定まる各膨張弁の開度を各空気熱交換器から流出する冷媒の温度に応じて調整する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、複数の空気熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

空気を熱源として水を加熱または冷却するヒートポンプ式熱源機（ヒートポンプ式チラーともいう）は、圧縮機、四方弁、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器などを順次に配管接続してなるヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載している。水熱交換器は、圧縮機から供給される冷媒と貯湯タンク等から供給される水との熱交換を行う。空気熱交換器は、膨張弁を経た冷媒と室外空気との熱交換を行う。複数の空気熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルの場合、入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化する電動膨張弁（PMV：Pulse Motor Valve）を複数採用し、これら電動膨張弁の開度変化により各空気熱交換器への冷媒流量を調節する。

上記水熱交換器として、多数枚のプレートを積層したプレート式熱交換器が広く用いられる。上記空気熱交換器として、銅製の伝熱管をアルミニウム製の多数枚の伝熱フィンに挿通してなるフィンチューブ式熱交換器が広く用いられる。このフィンチューブ式熱交換器は、水熱交換器であるプレート式熱交換器に比べ、容量が非常に大きい。この容量差（冷媒量差）を吸収するべく、水熱交換器と電動膨張弁との間の冷媒流路にレシーバを配置する場合がある。

レシーバを配置した場合、水熱交換器が凝縮器として機能し空気熱交換器が蒸発器として機能する加熱運転時、水熱交換器から流出する液冷媒の一部がレシーバに蓄えられる。空気熱交換器が凝縮器として機能し水熱交換器が蒸発器して機能する冷却運転時は、空気熱交換器から流出する低圧の二相冷媒がそのレシーバを通過する。

このような構成のヒートポンプ式冷凍サイクルでは、加熱運転時、各空気熱交換器から流出するガス冷媒の温度を検知し、かつ圧縮機に吸込まれる冷媒の圧力から吸入飽和冷媒温度を算出し、その検知温度と吸入飽和冷媒温度との差を各空気熱交換器における冷媒の過熱度（スーパーヒート）ＳＨとしてそれぞれ求め、これら過熱度ＳＨがそれぞれ目標値となるように各電動膨張弁の開度を制御する。こうして、各空気熱交換器における冷媒の過熱度ＳＨを個別に制御することにより、各空気熱交換器に流れる冷媒の量がそれぞれの空調用空気に最適な状態に設定される。これにより、各空気熱交換器において冷媒が効率よく蒸発する。

ただし、水熱交換器と各電動膨張弁との間に存するレシーバの内部空間が圧力の逃げ場となるため、図１０のモリエル線図に示すように、水熱交換器における冷媒の過冷却度ＳＣを大きく確保することが困難となる。このままでは、加熱エンタルピ差を充分に確保できない。充分な加熱能力を確保するためには、圧縮機の回転数を増加しなければならない。冷媒の循環量が多くなる高循環量時に必要な循環量を電動膨張弁が流しきれなくなるという課題もある。

これらの課題は、レシーバの内部空間を液冷媒で満たすか、レシーバを削除することにより、解決できる。すなわち、レシーバの内部空間を液冷媒で満たすかレシーバを削除することで、圧力の逃げ場がなくなり、水熱交換器における冷媒の過冷却度ＳＣを大きく確保できるようになる。

しかしながら、レシーバの内部空間を液冷媒で満たすには、冷媒の充填量を増加する必要がある。これは好ましくない。レシーバを削除するべきである。

ただし、レシーバを削除すると、水熱交換器と空気熱交換器との容量差を吸収できなくなる。レシーバを削除した上で、水熱交換器が凝縮器として機能する加熱運転時に最適な冷媒循環量となるように冷媒の充填量を調整すると、空気熱交換器が凝縮器として機能する冷却運転時に冷媒不足に陥る。

このような不具合に対処するためには、空気熱交換器が凝縮器として機能する冷却運転時に最適な冷媒循環量となるように冷媒の充填量を調整し、かつ四方弁と圧縮機の冷媒吸込口との間の冷媒流路にアキュームレータを配置し、そのアキュームレータの冷媒入口において所定の過熱度ＳＨを確保できるように各膨張弁の開度を制御すればよい。水熱交換器が凝縮器として機能する加熱運転時は、水熱交換器の冷媒出口の凝縮液温度Ｔｃを検知し、その凝縮液温度Ｔｃが目標値Ｔｃｓとなるように各膨張弁の開度を制御するか、圧縮機の吐出冷媒圧力から算出した吐出飽和冷媒温度と上記凝縮液温度Ｔｃとの差を水熱交換器における冷媒の過冷却度ＳＣとして求め、この過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｓとなるように各膨張弁の開度を制御する。この際、各空気熱交換器の冷媒出口では冷媒の状態が成行きとなり、二相冷媒がアキュームレータに流入する。アキュームレータに流入した二相冷媒はガス冷媒と液冷媒とに分かれ、ガス冷媒は圧縮機に吸入され、液冷媒は余剰分としてアキュームレータに溜まる。なお、ガス冷媒は飽和状態であるため、充分な過熱度ＳＨを確保するには、凝縮液との熱交換によってガス冷媒を加熱する気液熱交換器を設置する。また、アキュームレータに溜まる液冷媒には、圧縮機から流出した冷凍機油（潤滑油ともいう）も含まれる。この液冷媒および潤滑油が圧縮機に多量に吸込まれると圧縮機に損傷等を生じる可能性があるため、圧縮機保護の観点から、液冷媒および冷凍機油は少量ずつ圧縮機に戻す。

以上のようにヒートポンプ式冷凍サイクルを構成することで、図１１のモリエル線図に示すように、水熱交換器における冷媒の過冷却度ＳＣを大きく確保することができる。これにより、先に挙げた課題を解決した高性能なヒートポンプ式冷凍サイクルを実現できる。

特開平04-263733号公報

上記のように、凝縮液温度Ｔｃが目標値Ｔｃｓとなるように各膨張弁の開度を制御するか、または水熱交換器における冷媒の過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｓとなるように複数の膨張弁の開度を制御する場合、複数の膨張弁が互いに同じ開度に設定される。こうなると、各空気熱交換器に流れる冷媒の量をそれぞれの空気熱交換器にとって最適な状態に維持できなくなる。

本発明の実施形態の目的は、各空気熱交換器への冷媒流量をそれぞれの空気熱交換器にとって最適な状態に設定できる冷凍サイクル装置を提供することである。

請求項１の冷凍サイクル装置は、圧縮機、水熱交換器、複数の膨張弁、複数の空気熱交換器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記水熱交換器から流出する冷媒の温度を検知する第１温度センサと、前記各空気熱交換器から流出する冷媒の温度を検知する複数の第２温度センサと、制御手段とを備える。制御手段は、前記第１温度センサの検知温度が目標値となるように、または前記第１温度センサの検知温度から求まる前記水熱交換器における冷媒の過冷却度が目標値となるように、前記各膨張弁の開度を制御し、その制御により定まる前記各膨張弁の開度を、前記各第２温度センサの検知温度に応じて、または前記各第２温度センサの検知温度から求まる前記各空気熱交換器における冷媒の過熱度に応じて、調整する。前記各空気熱交換器は、前記各膨張弁から流出する冷媒が流れる集合冷媒流路、この集合冷媒流路から流出する冷媒を分流する分流機構、この分流機構で分流した冷媒を風上側から取込んで風下側に流出する複数の分岐冷媒流路を含み、これら分岐冷媒流路のいずれか１つの風上側に前記集合冷媒流路を配置した構成となっている。前記各第２温度センサは、前記各分岐冷媒流路のうち前記集合冷媒流路の風下側に位置する前記分岐冷媒流路から流出する冷媒の温度を検知する。

第１実施形態の構成を示すブロック図。 第１実施形態における空気熱交換器の具体的な構成および冷媒温度センサの取付け位置を示す図。 第１実施形態を搭載したヒートポンプ式熱源機の外観を概略的に示す図。 第１実施形態における空気熱交換器の変形例の構成を示す図。 第１実施形態における空気熱交換器の別の変形例の構成を示す図。 第２実施形態を搭載したヒートポンプ式熱源機の変形例の構成を示す図。 第２実施形態を搭載したヒートポンプ式熱源機が複数台並んで設置された状態を示す図。 第２実施形態の構成の変形例を示すブロック図。 第３実施形態の構成の他の変形例を示すブロック図。 従来のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて冷媒の過冷却度ＳＣを大きく確保できない状態を示すモリエル線図。 従来のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて冷媒の過冷却度ＳＣを大きく確保できた状態を示すモリエル線図。

［１］第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、圧縮機１の冷媒吐出口に四方弁２を介して水熱交換器３の冷媒流路３ａの一端が配管接続され、その冷媒流路３ａの他端に気液熱交換器４の液流路４ａを介して複数の電動膨張弁（ＰＷＭ）１１，２１のそれぞれ一端が配管接続されている。これら電動膨張弁１１，２１の他端に複数の空気熱交換器１２，２２が配管接続され、その空気熱交換器１２，２２に上記四方弁２を介してアキュームレータ５の流入管５ａが接続されている。そして、アキュームレータ５の流出管５ｂに上記気液熱交換器４のガス流路４ｂを介して圧縮機１のサクションカップ１ａが配管接続されている。

電動膨張弁１１，２１は、流量調整弁とも称し、入力される駆動パルスにより動作するパルスモータを含み、その入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化する。アキュームレータ５は、四方弁２と接続される流入管５ａおよび気液熱交換器４のガス流路４ｂと接続される流出管５ｂを上部に備え、流入管５ａから流入する二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、分離したガス冷媒を流出管５ｂから流出し、分離した液冷媒を溜める。また、アキュームレータ５は、溜まった液冷媒およびその液冷媒に含まれる冷凍機油を圧縮機１に戻すための液戻し管５ｃを下部に備える。この液戻し管５ｃは、電動膨張弁６を介してサクションカップ１ａに配管接続されている。

空気熱交換器１２は、電動膨張弁１１から流出する冷媒が流れる集合冷媒流路１２ｘ、この集合冷媒流路１２ｘから流出する冷媒を分流する分流機構１２ｙ、この分流機構１２ｙで分流した冷媒を風上側から取込んで風下側に流出する複数の分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄ、これら分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄの流出端が合流する合流部１２ｚを含み、集合冷媒流路１２ｘを分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄのいずれか１つ例えば最下部の分岐冷媒流路１２ｄの風上側に配置したもので、銅製の伝熱管である集合冷媒流路１２ｘおよび分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄをアルミニウム製の多数枚の伝熱フィンに挿通してなるフィンチューブ式熱交換器である。

この空気熱交換器１２の具体的な構成を図２に示す。分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄは、銅製でヘアピン状の伝熱管を空気熱交換器１２の上下方向（段方向ともいう）に沿って複数配置し且つヘアピン状の伝熱管の端部同士をＵ字状の伝熱管で接続することで蛇行状の１本の流路を形成したものをさらに空気熱交換器１２の厚み方向（空気流通方向または列方向ともいう）に沿って重ねたもので、空気熱交換器１２の最上部から最下部にかけて順次に配置される。集合冷媒流路１２ｘは、銅製でヘアピン状の伝熱管を空気熱交換器１２の上下方向に沿って複数配置し且つヘアピン状の伝熱管の端部同士をＵ字状の伝熱管で接続して蛇行状の１本の流路を形成したもので、空気熱交換器１２の最下部において分岐冷媒流路１２ｄの風上側に配置される。

集合冷媒流路１２ｘから流出する冷媒の温度は、分流機構１２ｙにおける圧力損失の影響を受ける。また、集合冷媒流路１２ｘから流出する冷媒の温度は、集合冷媒流路１２ｘを経た空気によって分岐冷媒流路１２ｄを加熱できるようにするため、空気熱交換器１２の下部の着霜を防止するためにも、周りの外気の温度よりも高くする必要がある。この点を考慮し、集合冷媒流路１２ｘから流出する冷媒の温度が周りの外気の温度よりも常に高い状態となるように、上記圧力損失が設計されている。

空気熱交換器２２は、電動膨張弁１１から流出する冷媒が流れる集合冷媒流路２２ｘ、この集合冷媒流路２２ｘから流出する冷媒を分流する分流機構２２ｙ、この分流機構２２ｙで分流した冷媒を風上側から取込んで風下側に流出する複数の分岐冷媒流路２２ａ〜２２ｄ、これら分岐冷媒流路２２ａ〜２２ｄの流出端が合流する合流部２２ｚを含み、集合冷媒流路２２ｘを分岐冷媒流路２２ａ〜２２ｄのいずれか１つ例えば最下部の分岐冷媒流路２２ｄの風上側に配置し、銅製の伝熱管である集合冷媒流路２３ｘおよび分岐冷媒流路２３ａ〜２３ｄをアルミニウム製の多数枚の伝熱フィンに挿通してなるフィンチューブ式熱交換器である。この空気熱交換器２２の具体的な構成は、図２に示した空気熱交換器１２と同じである。よって、その説明は省略する。

これら圧縮機１、四方弁２、水熱交換器３、電動膨張弁１１，２１、空気熱交換器１３，２３、気液熱交換器４、アキュームレータ５の配管接続により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。

水熱交換器３の水流路３ｂは、循環ポンプ７を介して負荷である例えば貯湯タンクや暖房用放熱器に配管接続される。循環ポンプ７の運転により、水流路３ｂと負荷との間で水が循環する。

圧縮機１の冷媒吐出口と四方弁２との間の高圧側配管に冷媒の高圧側圧力を検知する高圧センサ３１が取付けられ、気液熱交換器４のガス流路４ｂとサクションカップ１ａとの間の低圧側配管に冷媒の低圧側圧力を検知する低圧センサ３２が取付けられる。水熱交換器３の冷媒流路３ａの他端と気液熱交換器４の液流路４ａとの間の配管において、冷媒流路３ａ寄りの位置に、冷媒流路３ａから流出する冷媒の温度（凝縮液温度という）Ｔｃを検知する凝縮液温度センサ（第１温度センサ）４０が取付けられる。空気熱交換器１２における最下部の分岐冷媒流路１２ｄの流出側の位置に、分岐冷媒流路１２ｄから流出する冷媒の温度（蒸発ガス温度という）Ｔｅ１を検知する蒸発ガス温度センサ（第２温度センサ）４１が取付けられる。空気熱交換器２２における最下部の分岐冷媒流路２２ｄの流出側の位置に、分岐冷媒流路２２ｄから流出する冷媒の温度（蒸発ガス温度という）Ｔｅ２を検知する蒸発ガス温度センサ（第２温度センサ）４２が取付けられる。

そして、制御部５０に、四方弁２、電動膨張弁６，１１，２１、循環ポンプ７、高圧センサ３１、低圧センサ３２、凝縮液温度センサ４０、蒸発ガス温度センサ４１，４２などが信号線接続される。制御部５０は、ヒートポンプ式冷凍サイクル、高圧センサ３１、低圧センサ３２、凝縮液温度センサ４０、蒸発ガス温度センサ４１，４２と共に本実施形態の冷凍サイクル装置を構成し、各センサの検知結果に応じて四方弁２、電動膨張弁６，１１，２１、循環ポンプ７を制御する。

このヒートポンプ式冷凍サイクル装置が搭載されるヒートポンプ式熱源機の概略的な構成を図３に示す。ヒートポンプ式熱源機６０は、機械室６１および熱交換室６２を備える。機械室６１は、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよび制御部５０を収容する。熱交換室６２は、空気熱交換器１２，２２を略Ｖ字形に相対向する状態で収容するとともに、その空気熱交換器１２，２２の相互間に配置された室外ファン６３を収容する。この室外ファン６３の運転により、太線矢印で示すように、外気が空気熱交換器１２，２２を通って熱交換室６２に流入し、流入した空気が室外ファン６３を通って熱交換室６２外に排出される。

上記のように構成された冷凍サイクル装置の作用について説明する。
水熱交換器３に流れる水を加熱する加熱運転時、圧縮機１の吐出冷媒が実線矢印のように四方弁２、水熱交換器３の冷媒流路３ａ、気液熱交換器４の液流路４ａ、電動膨張弁１１，２１を通って空気熱交換器１２，２２に流れ、その空気熱交換器１２，２２を経た冷媒が四方弁２、アキュームレータ５、気液熱交換器４のガス流路４ｂを通って圧縮機１に戻る。水熱交換器３の冷媒流路３ａが凝縮器として機能し、空気熱交換器１２，２２が蒸発器として機能する。

この加熱運転時、水熱交換器３の冷媒流路３ａから流出する冷媒の凝縮液温度Ｔｃが凝縮液温度センサ４０で検知される。空気熱交換器１２，２２のそれぞれ最下部の分岐冷媒流路１２ｄ，２２ｄから流出する冷媒の蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が蒸発ガス温度センサ４１，４２で検知される。

制御部５０は、凝縮液温度センサ４０で検知される凝縮液温度Ｔｃが予め定めた目標値Ｔｃｓとなるように、または水熱交換器３における冷媒の過冷却度ＳＣが予め定めた目標値ＳＣｓとなるように、電動膨張弁１１，２１の開度を制御する。過冷却度ＳＣは、高圧センサ３１の検知圧力から算出した吐出飽和冷媒温度と、凝縮液温度センサ４０で検知される凝縮液温度Ｔｃとの差として、検出できる。

こうして、凝縮液温度Ｔｃが目標値Ｔｃｓとなるように、または過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｓとなるように電動膨張弁１１，２１の開度を制御することにより、空気熱交換器１２，２２から流出する冷媒がそれぞれ湿り状態となる。湿り状態の冷媒は、アキュームレータ５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離されたガス冷媒は、気液熱交換器４で加熱されることにより十分な過熱度を確保した状態で圧縮機１に吸込まれる。分離された液冷媒は、その液冷媒に含まれる冷凍機油と共に液戻し管５ｃおよび電動膨張弁６を通って少量ずつ圧縮機１に戻る。

ただし、空気熱交換器１２，２２から流出する冷媒が湿り状態のままでは、空気熱交換器１２，２２における冷媒流量の過不足を検出できない。

しかしながら、空気熱交換器１２における最下部の分岐冷媒流路１２ｄの風上側に集合冷媒流路１２ｘがあって、その集合冷媒流路１２ｘには外気より温度の高い冷媒が流れるので、空気熱交換器１２における分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄのうち最下部の分岐冷媒流路１２ｄから流出する冷媒のみ集合冷媒流路１２ｘを経た空気との熱交換により温度上昇して乾き状態となる。同様に、空気熱交換器２２における最下部の分岐冷媒流路２２ｄの風上側に集合冷媒流路２２ｘがあって、その集合冷媒流路２２ｘには外気より温度の高い冷媒が流れるので、空気熱交換器２２における分岐冷媒流路２２ａ〜２２ｄのうち最下部の分岐冷媒流路２２ｄから流出する冷媒のみ集合冷媒流路２２ｘを経た空気との熱交換により温度上昇して乾き状態となる。

分岐冷媒流路１２ｄ，２２ｄから流出する乾き状態の冷媒の蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２を蒸発ガス温度センサ４１，４２でそれぞれ検知し、これら蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２を相互に比較することにより、空気熱交換器１２，２２における冷媒流量の過不足を検出できる。

一方、上記のように、凝縮液温度Ｔｃが目標値Ｔｃｓとなるように電動膨張弁１１，２１の開度を制御した場合、あるいは過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｓとなるように電動膨張弁１１，２１の開度を制御した場合、電動膨張弁１１，２１が互いに同じ開度となる。このままでは、空気熱交換器１２，２２に流れる冷媒の量がそれぞれの空気熱交換器１２，２２にとって最適な状態とならない。

そこで、制御部５０は、凝縮液温度Ｔｃまたは過冷却度ＳＣに応じて電動膨張弁１１，２１の開度を制御した後、その制御により定まる電動膨張弁１１，２１の開度を蒸発ガス温度センサ４１，４２で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２または空気熱交換器１２，２２における冷媒の過熱度ＳＨ１，ＳＨ２に応じて調整する。過熱度ＳＨ１，ＳＨ２は、低圧センサ３２の検知圧力から算出した吸入飽和冷媒温度と、蒸発ガス温度センサ４１，４２で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２との差として、検出できる。

具体的には、制御部５０は、凝縮液温度Ｔｃまたは過冷却度ＳＣに応じた開度制御によって電動膨張弁１１，２１が例えば300ステップの駆動パルス数に相当する開度Ｑ１，Ｑ２で安定した後、蒸発ガス温度センサ４１，４２で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２の相互の大小関係がＴｅ１＞Ｔｅ２であれば、または空気熱交換器１２，２２における冷媒の過熱度ＳＨ１，ＳＨ２の相互の大小関係がＳＨ１＞ＳＨ２であれば、空気熱交換器１２側の冷媒循環量が足りないとの判断の下に、その不足分を補うべく、電動膨張弁１１の開度Ｑ１（＝300ステップ）を所定値ΔＱ（例えば3ステップ）だけ大きい開度Ｑ１´（＝303ステップ）に増大し、電動膨張弁２１の開度Ｑ２を上記所定値ΔＱだけ小さい開度Ｑ２´（＝297ステップ）に縮小する。逆に、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２の相互の大小関係がＴｅ１＜Ｔｅ２であれば、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２の相互の大小関係がＳＨ１＜ＳＨ２であれば、制御部５０は、空気熱交換器２２側の冷媒循環量が足りないとの判断の下に、その不足分を補うべく、電動膨張弁２１の開度Ｑ２（＝300ステップ）を所定値ΔＱ（例えば3ステップ）だけ大きい開度Ｑ２´（＝303ステップ）に増大し、電動膨張弁１１の開度Ｑ１を上記所定値ΔＱだけ小さい開度Ｑ１´（＝297ステップ）に縮小する。そして、制御部５０は、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が互いに同じ値となるまで、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が互いに同じ値となるまで、この開度Ｑ１，Ｑ２の増大と縮小の調整を繰り返す。

このように、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が互いに同じ値となるように、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が互いに同じ値となるように、電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整することにより、水熱交換器３における冷媒の過冷却度ＳＣを目標値ＳＣｓに維持しながら、空気熱交換器１２，２２に流れる冷媒の量をそれぞれの空気熱交換器１２，２２にとって過不足のない最適な状態に設定できる。これにより、空気熱交換器１２，２２において冷媒を効率よく蒸発させることができる。

なお、図４に示すように、集合冷媒流路１２ｘおよび分岐冷媒流路１２ｄの長さが短縮された構成の空気熱交換器１２を採用してもよい。同様に、集合冷媒流路２２ｘおよび分岐冷媒流路２２ｄの長さが短縮された構成の空気熱交換器２２を採用してもよい。また、図５に示すように、分岐冷媒流路１２ａ〜１２ｄの列方向の重ね数を減らした薄型形状の空気熱交換器１２を採用してもよい。同様に、分岐冷媒流路２２ａ〜２２ｄの列方向の重ね回数を減らした薄型形状の空気熱交換器２２を採用してもよい。

［２］第２実施形態について説明する。
図６に示すように、空気熱交換器１２，２２の容量が互いに異なる場合がある。
このような状況において、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が互いに同じ値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整すると、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が互いに同じ値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整すると、容量が小さい側の空気熱交換器２２に流れる冷媒の量が、容量が大きい側の空気熱交換器１２に流れる冷媒の量よりも少なくなる。

また、図７に示すように、複数台たとえば３台のヒートポンプ式熱源機６０が並んで設置される場合がある。この場合、左端に位置するヒートポンプ式熱源機６０における空気熱交換器１２，２２を通して吸込まれる空気の量を互いに比較すると、他の空気熱交換器と隣接しない側の空気熱交換器１２を通して吸込まれる空気の量は減少しないが、他の空気熱交換器と隣接する側の空気熱交換器２２を通して吸込まれる空気の量は減少する。右端に位置するヒートポンプ式熱源機６０における空気熱交換器１２，２２を通して吸込まれる空気の量を互いに比較すると、他の空気熱交換器と隣接しない側の空気熱交換器２２を通して吸込まれる空気の量は減少しないが、他の空気熱交換器と隣接する側の空気熱交換器１２を通して吸込まれる空気の量は減少する。

このような状況において、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が互いに同じ値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整すると、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が互いに同じ値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整すると、通気量が少ない側の空気熱交換器に流れる冷媒の量が、通気量が多い側の空気熱交換器に流れる冷媒の量よりも少なくなる。

ただし、空気熱交換器１２，２２における冷媒流量が互いに大きく異なる状態では、分流機構１２ｙ，２２ｙにおいて生じる冷媒の圧力損失も互いに大きく異なる状態となる。この場合、集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘに触れる空気への加熱量が互いに大きく異なる状態となる。

例えば、空気熱交換器１２における冷媒流量が空気熱交換器２２における冷媒流量より多い場合、冷媒流量が多い側の空気熱交換器１２の分岐冷媒流路１２ｄから流出する冷媒の温度（蒸発ガス温度Ｔｅ１）は例えば１℃から８℃に上昇するが、冷媒流量が少ない側の空気熱交換器２２の分岐冷媒流路２２ｄから流出する冷媒の温度（蒸発ガス温度Ｔｅ２）は例えば１℃から４℃までしか上昇しない。

この状況で、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が互いに同じ値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２が調整されると、または過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が互いに同じとなるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２が調整されると、加熱量不足で制御が成り立たなくなるおそれがある。

そこで、空気熱交換器１２，２２の容量が図６のように互いに異なる場合、または空気熱交換器１２，２２の通気量が図７のように互いに異なる場合、図８に示すように、空気熱交換器１２，２２の集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘの出口側に、その集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘから流出して分流機構１２ｙ，２２ｙへと流れる冷媒の温度（蒸発液温度という）Ｔｘ１，Ｔｘ２をそれぞれ検知する蒸発液温度センサ（第３温度センサ）７１，７２が取付けられる。

制御部５０は、凝縮液温度Ｔｃまたは過冷却度ＳＣに応じて電動膨張弁１１，２１の開度を制御した後、その制御により定まる電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を、蒸発ガス温度センサ４１，４２で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が蒸発液温度センサ７１，７２で検知される蒸発液温度Ｔｘ１，Ｔｘ２に応じた所定値となるように、または空気熱交換器１２，２２における冷媒の過熱度ＳＨ１，ＳＨ２が蒸発液温度センサ７１，７２で検知される蒸発液温度Ｔｘ１，Ｔｘ２に応じた所定値となるように、調整する。

例えば、蒸発液温度Ｔｘ１が例えば２０℃で蒸発液温度Ｔｘ２が例えば８℃の場合、制御部５０は、蒸発ガス温度センサ４１で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ１がその蒸発液温度Ｔｘ１に応じた所定値であるところの例えば８℃となって、蒸発ガス温度センサ４２で検知される蒸発ガス温度Ｔｅ２に応じた所定値であるところの例えば４℃となるように、電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整する。

このように、蒸発ガス温度Ｔｅ１，Ｔｅ２が蒸発液温度Ｔｘ１，Ｔｘ２に応じた所定値となるように電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整することにより、水熱交換器３における冷媒の過冷却度ＳＣを目標値ＳＣｓに維持しながら、空気熱交換器１２，２２に流れる冷媒の量をそれぞれの空気熱交換器１２，２２にとって過不足のない最適な状態に設定できる。これにより、空気熱交換器１２，２２において冷媒を効率よく蒸発させることができる。

なお、蒸発液温度Ｔｘ１（例えば２０℃）と蒸発液温度Ｔｘ２（例えば８℃）との温度差ΔＴｘ（＝１２℃）を求め、蒸発ガス温度Ｔｅ１と蒸発ガス温度Ｔｅ２との温度差ΔＴｅがその温度差ΔＴｘに応じた所定値であるところの例えば４℃となるように、電動膨張弁１１，２１の開度Ｑ１，Ｑ２を調整してもよい。温度差ΔＴｅの所定値については、種々の温度差ΔＴｘに対応付けてマップデータとして予め制御部５０の内部メモリに記憶しておき、実際の温度差ΔＴｘに対応する値を選定するようにしてもよいし、実際の温度差ΔＴｘを用いる演算により求めてもよい。

蒸発液温度センサ７１，７２を集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘの出口側に取付ける構成としたが、集合冷媒流路１２ｘ，２２ｘの入口側に取付ける構成としてもよい。

［３］第３実施形態について説明する。
第１および第２実施形態では、アキュームレータ５から圧縮機１に供給される冷媒の十分な過熱度を確保するために気液熱交換器４を設けたが、図９に示すように、気液熱交換器４に代えて過冷却熱交換器１０が設けてもよい。

水熱交換器３の冷媒流路３ａと電動膨張弁１１，１２との間の配管にバイパス８の一端が接続され、そのバイパス８の他端がアキュームレータ５と圧縮機１のサクションカップ１ａとの間の配管に接続される。バイパス８には、減圧用の電動膨張弁９が配置されるとともに、過冷却熱交換器１０の冷媒流路１０ｂが配置される。また、バイパス８において、上記電動膨張弁９よりも下流側の位置に、過冷却熱交換器１０の冷媒流路１０ａが配置される。

すなわち、水熱交換器３の冷媒流路３ａから流出する冷媒の一部が、バイパス８および電動膨張弁９により、減圧された状態で、アキュームレータ５から圧縮機１に供給される冷媒に合流する。過冷却熱交換器１０は、バイパス８を通る冷媒と水熱交換器の冷媒流路３ａから流出する冷媒との熱交換を行う。

このような構成でも、アキュームレータ５から圧縮機１に供給される冷媒の十分な過熱度を確保することができる。

なお、Ｕ字形の流出管５ｂを有するアキュームレータ５が採用されている。流出管５ｂは、溜まった液冷媒および冷凍機油が流入する開口を中途部に有する。この開口に流入する液冷媒および冷凍機油は、流出管５ｂの上部開口から流入するガス冷媒と共に圧縮機１へと導かれる。

上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…圧縮機、２…四方弁、３…水熱交換器、４…気液熱交換器、５…アキュームレータ、６…電動膨張弁、７…循環ポンプ、１１，２１…電動膨張弁、１２，２２…空気熱交換器、１２ｘ，２２ｘ…集合冷媒流路、１２ｙ，２２ｙ…分流機構、１２ａ，２２ａ〜１２ｄ，２２ｄ…分岐冷媒流路、１２ｚ，２２ｚ…合流部、４０…凝縮液温度センサ（第１温度センサ）、４１，４２…蒸発ガス温度センサ（第２温度センサ）、５０…制御部（制御手段）、６０…ヒートポンプ式熱源機、７１，７２…蒸発液温度センサ（第３温度センサ）

Claims (3)

1. 圧縮機、水熱交換器、複数の膨張弁、複数の空気熱交換器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
   前記水熱交換器から流出する冷媒の温度を検知する第１温度センサと、
   前記各空気熱交換器から流出する冷媒の温度を検知する複数の第２温度センサと、
   前記第１温度センサの検知温度が目標値となるように、または前記第１温度センサの検知温度から求まる前記水熱交換器における冷媒の過冷却度が目標値となるように、前記各膨張弁の開度を制御し、その制御により定まる前記各膨張弁の開度を、前記各第２温度センサの検知温度に応じて、または前記各第２温度センサの検知温度から求まる前記各空気熱交換器における冷媒の過熱度に応じて、調整する制御手段と、
   を備え、
   前記各空気熱交換器は、前記各膨張弁から流出する冷媒が流れる集合冷媒流路、この集合冷媒流路から流出する冷媒を分流する分流機構、この分流機構で分流した冷媒を風上側から取込んで風下側に流出する複数の分岐冷媒流路を含み、これら分岐冷媒流路のいずれか１つの風上側に前記集合冷媒流路を配置した構成であり、
   前記各第２温度センサは、前記各分岐冷媒流路のうち前記集合冷媒流路の風下側に位置する前記分岐冷媒流路から流出する冷媒の温度を検知する、
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機に戻る冷媒からガス冷媒を分離しそのガス冷媒を前記圧縮機に供給するアキュームレータと、
   前記アキュームレータから前記圧縮機に供給されるガス冷媒と前記水熱交換器から前記各膨張弁に流れる液冷媒との熱交換を行う気液熱交換器と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機に戻る冷媒からガス冷媒を分離しそのガス冷媒を前記圧縮機に供給するアキュームレータと、
   前記水熱交換器から流出する冷媒の一部を減圧して前記アキュームレータから前記圧縮機に供給される冷媒に合流させるバイパスと、
   前記バイパスを通る冷媒と前記水熱交換器から流出する冷媒との熱交換を行う過冷却熱源側熱交換器と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。

Images