JP6546813B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−４５８３７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「膨張弁と室外熱交換器との間に設けた気液分離器により分離されたガス冷媒を、圧縮機吸入側へとバイパスするガスバイパス回路を備えた空気調和装置において、ガスバイパス回路の流量を調整する流量調整弁と、気液分離器により分離された液冷媒を室外熱交換器へと供給する液冷媒回路における気液分離器の液出口部分と室外熱交換器の液入口部分との圧力差を検出する検出手段と、前記圧力差に応じて流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を備えた」と記載されている（要約参照）。

特開２００８−４５８３７号公報

前記特許文献１には、ガスバイパス回路の流量調整弁の開度の調整を、気液分離器により分離された液冷媒を室外熱交換器へと供給する液冷媒回路における気液分離器の液出口部分と、室外熱交換器の液入口部分との圧力差に応じて行う点が記載されている。
しかし、特許文献１の技術では、液冷媒もガスバイパス回路を介して圧縮機入口側へとバイパスしてしまう液バック現象を防止できず、空気調和の効率が低下すること、及び、空気調和機の信頼性が低下することを防止することができない。
そこで、本発明は、気液分離器を設けた空気調和機において、空気調和の効率を向上させ、装置の信頼性を高めることができる空気調和機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態は、室外熱交換器、室内熱交換器、圧縮機、膨張弁、四方弁、及びこれらを接続する主配管を備え、前記四方弁の切り替えにより前記各部の冷媒の流れを変えて空気調和を行う空気調和機であって、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器とを接続する前記主配管のうち前記膨張弁が設けられている側に設けられ、前記主配管から流れ込む冷媒を気液分離する気液分離器を備え、前記膨張弁として、冷房時に前記主配管における冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられた第１の膨張弁、及び、暖房の際に前記主配管における前記冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられた第２の膨張弁を備え、前記気液分離器と、前記圧縮機の入口側に接続されている前記主配管とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管中に設けられ前記気液分離器からのガス冷媒の流量を調整する流量調整部と、前記バイパス配管の前記流量調整部より下流側に設けられている第１の温度センサと、前記主配管の前記バイパス配管との接続部と前記四方弁との間に設けられている第２の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と前記第２の温度センサの検出温度とに基づいて前記流量調整部によるガス冷媒の流量を制御する制御部とを備えることを特徴とする空気調和機である。

また、本発明の別の一形態は、室外熱交換器、室内熱交換器、圧縮機、膨張弁、四方弁、及びこれらを接続する主配管を備え、前記四方弁の切り替えにより前記各部の冷媒の流れを変えて空気調和を行う空気調和機であって、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器とを接続する前記主配管のうち前記膨張弁が設けられている側に設けられ、前記主配管から流れ込む冷媒を気液分離する気液分離器を備え、前記膨張弁は、冷房運転時の前記主配管における冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられており、前記気液分離器と、前記圧縮機の前記冷房の際の入口側と接続されている前記主配管とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管中に設けられ前記気液分離器からのガス冷媒の流量を調整する流量調整部と、前記バイパス配管の前記流量調整部より下流側に設けられている第１の温度センサと、冷房運転時における前記主配管の前記バイパス配管との接続部と前記室内熱交換器との間に設けられている第２の温度センサと、冷房運転時に、前記第１の温度センサの検出温度と前記第２の温度センサの検出温度とに基づいて前記流量調整部によるガス冷媒の流量を制御する制御部とを備えることを特徴とする空気調和機である。

本発明によれば、気液分離器を設けた空気調和機において、空気調和の効率を向上させ、装置の信頼性を高めることができる空気調和機を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の実施例１である空気調和機の全体構成を示す説明図である。 図２は、本発明の一実施例である制御部を中心とした空気調和機の制御系を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施例である空気調和機の作用をｐ−ｈ線図で説明するグラフである。 図４は、本発明の一実施例である空気調和機の作用を温度差と冷媒ガス割合とで説明するグラフである。 図５は、本発明の一実施例である空気調和機の動作を説明するフローチャートである。 図６は、本発明の一実施例である空気調和機の作用を流量調整部の開度と温度差とで説明するグラフである。 図７は、本発明の一実施例である空気調和機の作用を流量調整部の開度と温度差の時間変化で説明するグラフである。 図８は、本発明の実施例２である空気調和機の全体構成を示す説明図である。 図９は、本発明の実施例３である空気調和機の全体構成を示す説明図である。

冷凍サイクルの効率向上を図る手段として、冷凍サイクル中における低圧側の圧力損失の低減を図る手段が知られている。例えば前記の特許文献１には、膨張弁と室外熱交換器との間の配管に、気液分離器と、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の冷媒入口側へとバイパスするガスバイパス回路と、このガスバイパス回路のガス冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備えた空気調和装置が開示されている。

これは、蒸発器へ流入する冷媒のうち、熱交換への寄与が少ないガス冷媒を、気液分離器を用いて分離するものである。このようにガス冷媒を分離した液冷媒のみを蒸発器に創出することで、冷凍サイクル中における低圧側の冷媒圧力損失（熱交換器を冷媒が通過する際に配管から摩擦抵抗を受けて冷媒の圧力が下がる現象）が低減する。また、冷媒の循環量減少による冷却能力の減少を、蒸発器入口の冷媒の乾き度を低減させることで蒸発器入口のエンタルピを減少させ、蒸発器におけるエンタルピ差を大きくとることにより補うことができるため、空調効率が向上する。
ここで、特許文献１では、気液分離器の入口に流入する二相冷媒中のガス冷媒の量に応じて流量調整弁の開度を調整するために、気液分離器の液冷媒出口と室外熱交換器の液冷媒入口との圧力差の変動から液冷媒回路にガス冷媒が混入したことを検知して、ガスバイパス回路に設けられた流量調整弁の開度を調整している。

しかしながら、前記流量調整弁の開度を開きすぎて、ガスバイパス配管に液冷媒が流入してしまう液バック現象を防止する制御としては、圧力差が一定となる最小開度を流量調整弁の目標開度として開度調整を行うのみである。すなわち、流量調整弁を最適開度で運転中に、空調負荷の変動により液バック現象が生じてしまっても、飽和液冷媒の圧力自体は変化せずに、前記の圧力差は一定のため、液バック現象の発生を判定できない。

そのため、液バック現象により蒸発器に戻る液冷媒が減少し、空気調和の効率が低下してしまうという課題がある。また、本来、気液分離器からガス冷媒で冷媒を圧縮機に戻しているものが、液冷媒も圧縮機に戻ってしまうため、圧縮機の信頼性を低下させてしまうという課題もある。
以下では、これらの課題を解決することができる本発明の実施例について複数例説明する。

図１は、本発明の実施例１にかかる空気調和機の全体構成を示す説明図である。
空気調和機１は、大別して室外機６０と室内機６１とから構成される。そして、空気調和機１は、室外熱交換器３、室内熱交換器６、圧縮機１１、膨張弁４及び５、四方弁２、並びに、これらを接続する主配管１０などを備えた冷凍サイクル装置であり、四方弁２の切り替えにより前記各部の冷媒の流れを変えて選択的に冷房又は暖房を行うことができる。

すなわち、暖房を行うときは、図１に実線で示された四方弁２の切り替え状態により、冷媒を実線矢印の方向に流通させる。つまり、低圧、低温の液冷媒は蒸発器となる室外熱交換器３で室外空気と熱交換して気化、吸熱してガス冷媒となる。このガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１１に送られ、圧縮機１１で高温、高圧にされて、四方弁２を介して室内熱交換器６に送られる。この場合、室内熱交換器６は凝縮器となり、ガス冷媒は室内空気と熱交換して液化、放熱し、高温、高圧の液冷媒になる。そして、この液冷媒は、第２の膨張弁となる膨張弁５で膨張されて低温、低圧の液冷媒（気液二相冷媒）にされ、室外熱交換器３に戻る。

一方、冷房を行うときは、図１に破線で示された四方弁２の切り替え状態により、冷媒を破線矢印の方向に流通させる。すなわち、低圧、低温の液冷媒は蒸発器となる室内熱交換器６で気化、吸熱してガス冷媒となる。このガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１１に送られ、圧縮機１１で高温、高圧にされて、四方弁２を介して室外熱交換器３に送られる。この場合、室外熱交換器３は凝縮器となり、ガス冷媒は液化、放熱し、高温、高圧の液冷媒になる。そして、この液冷媒は、第１の膨張弁となる膨張弁４で膨張されて低温、低圧の液冷媒（気液二相冷媒）にされ、室内熱交換器６に戻る。以上が基本的な冷凍サイクルの動作である。

室外熱交換器３と室内熱交換器６とを接続する主配管１０のうち膨張弁４，５が設けられている側には、主配管１０から流れ込む冷媒を気液分離する気液分離器７が設けられている。気液分離器７は、二相冷媒を、重力や遠心力、表面張力など用いて液冷媒とガス冷媒とに分離し、バイパス配管９からは通常はガス冷媒のみを、主配管１０（の二相冷媒の流入側とは反対側の配管）からはほぼ液冷媒のみを流出できる良好な分離効率を得られるようにする装置である。

そして、前記のとおり、冷房運転時に主配管１０における冷媒の流れの気液分離器７よりも上流側に設けられた膨張弁４が第１の膨張弁となり、暖房運転時に主配管１０における冷媒の流れの気液分離器７よりも上流側に設けられた膨張弁５が第２の膨張弁となる。
バイパス配管９は、気液分離器７と圧縮機１１の入口側とを接続する。なお、符号１２は、液冷媒の戻り防止のためのサクションタンクである。また、圧縮機１１には、圧縮機１１の出口冷媒温度を検出する温度センサ５３が設けられている。

流量調整部８は、バイパス配管９中に設けられ、気液分離器７からのガス冷媒の流量を調整する。流量調整部８は、開度調整が可能であり、最小開度ではバイパス配管９を閉止できる膨張弁を用いることが望ましい。あるいは、開閉の２動作のみの二方弁と、固定された流路抵抗であるキャピラリーチューブと、逆止弁とを直列に接続した構成としてもよい。
バイパス配管９の流量調整部８より下流側の位置には、冷媒の温度を測定する第１の温度センサとなる温度センサ５１が設けられている。

また、主配管１０のバイパス配管９との接続部と四方弁２との間、図１の例で、四方弁２と圧縮機１１の入口側とを接続する主配管１０におけるバイパス配管９との合流の手前側の位置には、冷媒の温度を測定する第２の温度センサとなる温度センサ５２が設けられている。
さらに、室外熱交換器３、室内熱交換器６にも、それぞれ温度を検出する温度センサ５４，５５が設けられている。温度センサ５１〜５５は、サーミスタなどの温度計であり、配管９，１０にバネなどで固定することで温度を検出する。

制御部５０は、空気調和機１を制御する制御装置である。図２は、制御部５０を中心とした空気調和機１の制御系を示すブロック図である。制御部５０は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成され、所定のインターフェイスを介して、温度センサ５１〜５５、四方弁２（のアクチュエータ）、圧縮機１１（のアクチュエータ）、膨張弁４及び５（のアクチュエータ）、流量調整部８（のアクチュエータ）がそれぞれ接続されている。

次に、以上のよう空気調和機１における特徴的な動作について詳細に説明する。
まず、暖房運転時における気液分離サイクルモードについて述べる。図１において、四方弁２を冷媒が実線で示す方向（実線矢印方向）に流れるように切換えると、圧縮機１１（の出口）、四方弁２、室内熱交換器６、膨張弁５、気液分離器７、膨張弁４、室外熱交換器３、四方弁２、圧縮機１１（の入口）の順に冷媒が流れる。膨張弁５は、制御部５により空調負荷に応じた適度な開度に調整され、室内熱交換器６で十分に凝縮して液化した冷媒は膨張弁５で気液二相流となって気液分離器７へ流入する。

そして、この冷媒は、気液分離器７で液冷媒とガス冷媒に完全分離するよう流量調整部８の開度が調整され、液冷媒は室外熱交換器３、ガス冷媒は圧縮機１１の入口へ流入する。この液冷媒は、室外熱交換器３で十分蒸発して、圧縮機１１の入口側で気液分離器７からバイパス配管９を介して流入するガス冷媒と合流して、圧縮機１１へ戻る。

このような冷凍サイクルの効果について図３に示すモリエル線図で説明する。図３は、ｐ−ｈ線図を示すグラフである。符号１０１は飽和液線を示し、符号１０２は飽和蒸気線を示す。図３において、破線は、気液分離器７及びバイパス配管９を備えない通常の冷凍サイクルの場合の空気調和機１の冷媒の状態を示している。すなわち、符号Ａ４→Ａ１間は圧縮機１１での冷媒の状態の変化を示している。符号Ａ１→Ａ２間は凝縮器（室内熱交換器６）での冷媒の状態の変化を示している。符号Ａ２→Ａ３間は膨張弁４での冷媒の状態の変化を示している。符号Ａ３→Ａ４間は蒸発器（室外熱交換器３）での冷媒の状態の変化を示している。

これに対して、図３の太実線は、気液分離器７及びバイパス配管９を備えた本実施例の気液分離サイクルモードの場合の空気調和機１の冷媒の状態を示している。すなわち、符号Ｂ４→Ｂ１間は圧縮機１１での冷媒の状態の変化を示している。符号Ｂ１→Ｂ２間は凝縮器（室内熱交換器６（暖房時））での冷媒の状態の変化を示している。符号Ｂ２→Ｂ３間は膨張弁４での冷媒の状態の変化を示している。符号Ｂ３→Ｂ４間は蒸発器（室外熱交換器３）での冷媒の状態の変化を示している。なお、太実線と破線が僅かな間隔を空けて並行して図示されている部分は、実際には両線が重なっているが、便宜上、僅かな間隔を空けて図示している。

この気液分離サイクルでは、符号Ｂ３→Ｂ４間で線が２区間になっているが、区間Ｂ３３はバイパス配管９を通過する冷媒を示し、区間Ｂ３４は主配管１０を通って蒸発器（室外熱交換器３）に流れる冷媒を示している。気液分離器７により分離したガス冷媒を圧縮機１１の入口へ導き（Ｂ３２）、残りの液冷媒を蒸発器（室外熱交換器３（暖房時））へ導く（Ｂ３１）ことで、図３のように蒸発器（室外熱交換器３）入口の比エンタルピがｈａからｈｂへ減少し、蒸発器（室外熱交換器３）の比エンタルピ差が大きくなって冷却能力が増加する。さらに、蒸発器（室外熱交換器３）へのガス冷媒の冷媒流量が減少して、冷媒圧力損失が低減することにより、圧縮機１１の吸込み圧力がｐａからｐｂへ上昇して、冷媒の吸込密度が増加して冷却能力が増加する。この結果、通常の冷凍サイクルと比較して効率が向上することとなる。

続いて、図３、図４を用いて気液分離サイクルモードの効果を最大限に引き出すための流量調整部８の動作について説明する。
気液分離器７に流入する二相冷媒が気液分離器７でガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒が圧縮機１１の入口へ、液冷媒が室外熱交換器３へ流入する。気液分離器７では、重力により下方に液が溜まり、液界面は周囲のガス冷媒との圧力バランスにより保持されている。このとき、気液分離器７で分離後のガス冷媒は流量調整部８の上流側で気液分離器７の内部の二相冷媒の飽和温度となる（温度Ｔ１）（Ｂ３２）。流量調整部８により、気液分離器７で分離後のガス冷媒は比エンタルピ的にＢ４まで減圧される。
そして、流量調整部８の開度により、気液分離後のガス冷媒の圧縮機１１側への供給量が制御される。ガス冷媒供給量が少ない場合、バイパス配管９における流量調整部８より上流側の配管の周囲温度により、ガス冷媒が加熱され、断熱で減圧したときよりも温度が高くなる。

一方、蒸発器（室外熱交換器３（暖房時））に流入した液冷媒（Ｂ３１）は、外部の空気から吸熱しながら蒸発し、ガス冷媒となって、圧縮機１１の入口側へ向かい、前述の気液分離されたガス冷媒と合流する（Ｂ４）。このとき、ガス化した液冷媒は室外熱交換器３を通過して温度が低下して、温度Ｔ２となる。温度の大小関係は通常はＴ２＜Ｔ１である。図４に示すように、この温度差“Ｔ１−Ｔ２”は気液分離器７での気液分離後のガス冷媒量が多くなるほど小さくなる。

流量調整部８の開度を大きくしすぎると、気液分離器７内でガスの圧力が低下し、液界面が保持できなくなってフォーミングを生じ、バイパス配管９のガス冷媒に液冷媒が混入する（液バック現象）。気液分離後のガス冷媒に液冷媒が混ざると、蒸発器（室外熱交換器３）へ流入する液冷媒が大きく減少して空気による交換熱量に対して、冷媒で交換できる熱量が減少するために、液冷媒が必要以上にガス化して冷媒が過熱し、“Ｔ２＞Ｔ１”となって温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差が逆転する。

そこで、気液分離器７と圧縮機１１側とを接続するバイパス配管９の温度Ｔ１を流量調整部８の下流側で検出する温度センサ５１と、圧縮機１１と四方弁２とを接続している主配管１０のうち、バイパス配管９との合流前の部分の温度Ｔ２を検出する温度センサ５２とにより冷媒の温度を検出し、その温度差の大小関係に応じて、気液分離器７による気液分離効果が最大となるように流量調整部８を調整する制御を制御部５０により行う。

気液分離器７による気液分離効果が最大となるときとは、理想的には温度差“Ｔ１−Ｔ２”が０となるときであるが、温度センサに用いるサーミスタの製造ばらつきや、冷媒温度と配管表面温度との差、さらには配管表面とサーミスタの接触熱抵抗などに起因して、温度Ｔ１と温度Ｔ２とは必ずしも同じ温度とはならない（温度差“Ｔ１−Ｔ２”は０にはならない）。
そこで、目標の温度差“Ｔ１−Ｔ２”としては、当該温度差“Ｔ１−Ｔ２”の絶対値が最小となるように制御する。

このような気液分離サイクルモードは蒸発圧力損失低減の効果が大きい。すなわち、主配管１０が長く、冷媒の循環量が多いほど、冷媒の圧力損失が大きいので、蒸発圧力損失低減の効果が顕著になる。逆に、冷媒の循環量が少ない場合には効果が小さくなる。そのため、冷媒の低圧側の主配管１０が短い暖房運転時や、空調負荷が小さく、圧縮機１１の回転数が低速で冷媒の循環量が少ない場合においては、流量調整部８で流量を調整する気液分離サイクルモードではなく、流量調整部８を全閉とする通常のサイクルモードで運転してもよく、場合に応じて切り替えてもよい。

次に、冷房運転時における気液分離サイクルモードについて説明する。この場合は、図１において、四方弁２を破線で示すように切り替えて冷媒が破線矢印方向に流れるようにして、冷媒が、圧縮機１１（の出口側）、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、気液分離器７、膨張弁５、室内熱交換器６、四方弁２、圧縮機１１（の入口側）の順に流れるようにする。

膨張弁４は空調負荷に応じた適度な開度に調整し、室外熱交換器３で十分に凝縮して液化した冷媒は膨張弁４で気液二相流となって気液分離器７へ流入する。この冷媒は、気液分離器７で液冷媒とガス冷媒とに完全分離するように流量調整部８の開度を調整し、液冷媒は室外熱交換器３、ガス冷媒は圧縮機１１の入口側に供給する。液冷媒は、室外熱交換器３で十分蒸発して、圧縮機１１の入口側で気液分離器７よりバイパス配管９を介して流入するガス冷媒と合流して、圧縮機１１へ戻る。
前記の暖房の説明において図３を参照して説明した通常の冷凍サイクルの効果については、室外熱交換器３と室内熱交換器６の役割が逆になるだけで、冷房の場合も同様であるため説明を省略する。
次に、冷房の場合における気液分離サイクルモードの効果を最大限に引き出すための流量調整部８の動作について説明する。

気液分離器７に流入する二相冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒が圧縮機１１の入口側へ、液冷媒が室内熱交換器６へ流入する。気液分離器７では、重力により下方に液冷媒が溜まり、液界面は周囲のガス冷媒との圧力バランスにより保持されている。このとき、気液分離器７で分離後のガス冷媒は流量調整部８の上流側で気液分離器７内部の二相冷媒の飽和温度（温度Ｔ１（図３））となる。

一方、室内熱交換器６に流入した液冷媒は、空気から吸熱しながら蒸発し、ガス冷媒となって、圧縮機１１の入口側へ向かい、前記の気液分離器７で分離されたガス冷媒と合流する。流量調整部８の開度により、気液分離器７で分離後のガス冷媒は減圧されるとともに流量が調整される。このガス冷媒量が少ない場合、バイパス配管９の周囲温度によりガスが加熱され、断熱で減圧したときよりも温度が高くなる。

他方、室内熱交換器６に流入した液冷媒は、空気から吸熱しながら蒸発し、ガス冷媒となって、圧縮機１１の入口側へ向かい、前述の分離されたガス冷媒と合流する。このとき、ガス化した液冷媒は室外熱交換器３を通過して温度が低下して温度Ｔ２となる（図３）。
このとき、温度の大小関係は“Ｔ２＜Ｔ１”である（図３）。図４に示すように、この温度差“Ｔ１−Ｔ２”（図４）は気液分離器７で分離後のガス冷媒量が多くなるほど小さくなる。

ここで、流量調整部８の開度を大きくしすぎると、気液分離器７内でガス冷媒の圧力が低下し、液界面が保持できなくなってフォーミングを生じ、バイパス配管９に液冷媒が混入する（液バック現象）。
このように、気液分離器７で気液分離してバイパス配管９に流れるガス冷媒に液冷媒が混ざると、室内熱交換器６へ流入する液冷媒が大きく減少し、室内空気による交換熱量に対して、冷媒で交換できる熱量が減少するために、液冷媒が必要以上にガス化して冷媒が過熱し、温度Ｔ１と温度Ｔ２とは“Ｔ２＞Ｔ１”となって温度差が逆転する。

そこで、気液分離器７と圧縮機１１側とを接続するバイパス配管９の温度Ｔ１を検出する温度センサ５１と、圧縮機１１と四方弁２側とを接続する主配管１０のうち、バイパス配管９との合流前の部分の温度Ｔ２を検出する温度センサ５２とにより、それぞれ温度を検出し、その温度差の大小関係に応じて、気液分離効果が最大となるように、すなわち温度差“Ｔ１−Ｔ２”（図４）の絶対値が最小となるように、流量調整部８を制御部５０で制御する。

さらに、暖房運転時と同様に、冷媒の循環量が少ない場合には気液分離サイクルモードの効果が減少するため、冷房運転を低速で行う時には気液分離サイクルモードでなく流量調整部８を全閉として、通常の冷凍サイクルモードで運転するなど、場合に応じて切り替えてもよい。

以上、説明した動作の具体的な制御方法について、図５を参照して説明する。図５は、制御部５０が実行する制御の内容を説明するフローチャートである。
まず、空気調和機１の運転を開始することにより、本処理は開始する。運転開始後、流量調整部８を開いても急激なサイクル変動が生じないように、気液分離サイクルモードの許可があったか否かを判断する（Ｓ１）。制御部５０において、気液分離サイクルモードの許可がなかった場合は（Ｓ１のＮＯ）、Ｓ１に戻る。ここで流量調整部８を開いた際に冷凍サイクルが不安定になる要因として、空調運転開始直後、前記のように空調負荷が小さい（内外空気温度差が小さい）、前記のように冷媒循環量が少ない（圧縮機１１の回転数が少ない）、製品不良により流量調整部８に漏れがある、などが考えられる。これらの要因を避けるため、空調運転開始から一定時間内である場合や、外気温度と室温との差が一定以下である場合や、圧縮機回転速度が所定回転速度以下である場合や、バイパス配管９の前記の温度Ｔ１と配管１０の前記の温度Ｔ２の温度差が一定以下の場合などには、気液分離サイクルモードを禁止する。この場合は、流量調整部８を全閉して気液分離サイクルモードを行わない通常の冷凍サイクルモードを行う。

気液分離サイクルモードの許可があった場合は（Ｓ１のＹＥＳ）、気液分離サイクルモードに切り替わり、気液分離サイクルモードとして以下の処理を実行する。すなわち、気液分離器７と圧縮機１１側とを接続するバイパス配管９の温度Ｔ１を検出する温度センサ５１と、バイパス配管９との合流前の主配管１０の温度Ｔ２を検出する温度センサ５２とにより、それぞれ温度Ｔ１、温度Ｔ２を検出する。そして、温度差“Ｔ１−Ｔ２”の大小関係に応じて、流量調整部８を調整する。

例えば、暖房運転時（例えば、室外気温７℃、室内気温２０℃であるとする）、流量調整部８が閉じている場合、Ｔ１＝７℃、Ｔ２＝０℃で、Ｔ１−Ｔ２＝７℃となっている。流量調整部８を開いていくと、図６のように流量調整部８の開度が大きくなるほど温度差“Ｔ１−Ｔ２”が小さくなっていき、“Ｔ１＝Ｔ２”（Ｔ１−Ｔ２＝０）が気液分離サイクルの最適状態となる。

ここで、温度センサ５１，５２としてはサーミスタなどを管壁に接触させる構造の成否品などがあるが、接触熱抵抗などの誤差を含むことになるため、気液分離サイクルの最適状態（Ｔ１＝Ｔ２）に少しの幅をもたせる。すなわち、最適上限温度差ｄＴｕ（第１の基準値）と、最適上限温度差ｄＴｕより少し低い最適下限温度差ｄＴｌ（第２の基準値）を設定する。例えば、ｄＴｕ＝１℃、ｄＴｌ＝０℃とする。

そして、“Ｔ１＝Ｔ２＜ｄＴｕ”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＞ｄＴｌ”であるか否か、すなわち、“Ｔ１＝Ｔ２”が最適上限温度差ｄＴｕと最適下限温度差ｄＴｌとの間の範囲におさまっているか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、温度差“Ｔ１−Ｔ２”が最適下限温度差ｄＴｌ以下になると（流量調整部８の開き過ぎ）、液バック現象が生じやすくなる。図６は、ｄＴｌ＝０℃の場合における温度差“Ｔ１−Ｔ２”、流量調整部８の開度、液バック現象の関係を示すもので、温度差“Ｔ１−Ｔ２”が０（最適下限温度差ｄＴｌ）以下になると（流量調整部８を開き過ぎ）、液バック現象が生じやすくなることを示している。逆に、温度差“Ｔ１−Ｔ２”が最適上限温度差ｄＴｕ以上となると（流量調整部８を閉じ過ぎ）、気液分離器７は本来の役割を果たせなくなる。
“Ｔ１＝Ｔ２＜ｄＴｕ”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＞ｄＴｌ”であるときは（Ｓ２のＹＥＳ）、気液分離サイクルモードは最適な状態で運転されているので、Ｓ１に戻り、流量調整部８の開度は現状に維持される。

一方、“Ｔ１＝Ｔ２＜ｄＴｕ”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＞ｄＴｌ”ではないときは（Ｓ２のＮＯ）、Ｓ３に進む。そして、“Ｔ１＝Ｔ２≧ｄＴｕ”であるときは（Ｓ３のＹＥＳ）、流量調整部８を所定量だけ開く（Ｓ４）。この処理を繰り返せば流量調整部８の開度は漸次拡大していく。“Ｔ１＝Ｔ２≧ｄＴｕ”でないときは（Ｓ３のＮＯ）、Ｓ５に進む。そして、“Ｔ１＝Ｔ２≦ｄＴｌ”であるときは（Ｓ５のＹＥＳ）、流量調整部８を所定量だけ閉じる（Ｓ４）。この処理を繰り返せば流量調整部８の開度は漸次縮小していく。Ｓ５の処理を行ったときは、Ｓ１に戻る。“Ｔ１＝Ｔ２≦ｄＴｌ”でないときも（Ｓ５のＮＯ）、Ｓ１に戻る。

図６は、かかる制御による温度差“Ｔ１−Ｔ２”と流量調整部８の開度の時間変化を示すグラフである。実線は温度差“Ｔ１−Ｔ２”を示し、破線は流量調整部８の開度を示している。この両者は同一時間において相関している。
図７に示すように、制御部５０は、最適下限温度差ｄＴｌになるまで、流量調整部８の開度を大きくし、温度差“Ｔ１−Ｔ２”が最適下限温度差ｄＴｌを下回ると流量調整部８の開度を小さくし、最終的には、最適上限温度差ｄＴｕと最適下限温度差ｄＴｌの間で温度差“Ｔ１−Ｔ２”が安定するように制御する。

温度差“Ｔ１−Ｔ２”が最適下限温度差ｄＴｌを下回るＴ２＞Ｔ１となって、温度Ｔ１と温度Ｔ２の温度差が逆転するような値に設定すると、気液分離器７で分離後のガス冷媒に液冷媒が混ざって、液バック現象が発生し、圧縮機１１の信頼性を損なう恐れもあるので、温度センサ５１，５２の配置位置や状態に応じて、最適上限温度差ｄＴｕと最適下限温度差ｄＴｌは余裕を持った値とすることが望ましい。もちろん、このような不具合が生じない範囲で最適上限温度差ｄＴｕと最適下限温度差ｄＴｌとの差分は極力小さくすることが望ましい。
冷房運転の場合においても同様の制御を行うことで、気液分離器７で分離後のガス冷媒に液冷媒が混ざる液バック現象が生じることなく、気液分離効果を最大限に得られる制御を実行することができる。

なお、本実施例では気液分離サイクルモードの制御を中心に説明しているが、冷凍サイクル全体の制御として、例えば温度センサ５３で検出する圧縮機１１の冷媒の吐出温度に基づいて冷凍サイクル全体の制御も並行して行う。このとき、冷凍サイクルの変動を最小限に抑えるため、流量調整部８が開いている間は、圧縮機１１の回転数を固定してもよい。
また、本実施例において、空調運転を停止して、圧縮機１１も停止した後、流量調整部８は全開にするのが望ましい。これは、空気調和機１の長期停止の際の流量調整部８の弁の固着を防ぐために行うものである。
さらに、本実施例の空気調和機１を移設する場合などに、冷媒回収運転をする必要があるが、冷媒回収運転は、冷房サイクルでの運転であり、このときには流量調整部８は開かないようにすることが望ましい。

以上説明した本実施例の空気調和機１によれば、液バック現象により蒸発器に戻る液冷媒が減少することを防止し、空気調和の効率を高めることができる。また、本来、気液分離器からガス冷媒で冷媒を圧縮機１１に戻しているのに対して、液バック現象により、液冷媒も圧縮機１１に戻ってしまうため、圧縮機１１の信頼性を低下させてしまうという不具合も防止することができる。

また、主配管１０の圧縮機１１の入口に接続されている部分に、バイパス配管９を接続しているので、暖房運転時に、圧縮機１１側が高圧になってしまうのを抑制することができる。そのため、流量調整部８に逆止弁を設ける際に強力な（よって製造コストの高い）逆止弁を設ける必要はなく、空気調和機１の運転停止の場合のバイパス配管９における冷媒の逆流だけを考慮した逆止弁を設けておけばよい。

図８は、本発明の実施例２にかかる空気調和機の全体構成を示す説明図である。
図８において、図１と同一符号の部材等は実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
実施例２が実施例１と異なるのは、まず、実施例１における膨張弁５が存在しないことである。すなわち、膨張弁としては、冷房運転時の主配管１０における冷媒の流れの気液分離器７よりも上流側に設けられた膨張弁４のみが存在する。
また、第２の温度センサ５２は、冷房時における主配管１０のバイパス配管９との接続部と室内熱交換器６との間に設けられている。より具体的には、図２の例では、四方弁２と圧縮機１１の入口側とを接続する主配管１０におけるバイパス配管９との合流の手前側の位置に第２の温度センサ５２が設けられている。

また、実施例１で説明した気液分離サイクルモードは、冷房運転時に行い、暖房運転時には行わないことも異なる。このように、気液分離サイクルモードは、冷房運転時に行い、暖房運転時には行わないために、膨張弁５が不要となっている。
本実施例では、気液分離サイクルモードにおいて、その効果（前記のとおり）が得られやすいのは、一般に冷媒が蒸発する蒸発器（室内熱交換器６）から気液分離器７までの主配管１０の径路が長くなりがちな冷房運転の場合であることに着眼したものである。

すなわち、暖房運転時には前記の主配管１０の経路が比較的短くて気液分離サイクルモードの前記の効果を得にくいので、冷房運転の場合のみに気液分離サイクルモードを実施する構成とした。
このような構成によれば、実施例１の場合と比較して膨張弁５が存在しない分、製造コストを低減できる。また、制御部５０による制御ロジックも実施例１に比較して単純化できるので、この点でも製造コストを低減できる。

図９は、本発明の実施例３にかかる空気調和機の全体構成を示す説明図である。
図９において、図８と同一符号の部材等は実施例２と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施例でも気液分離サイクルモードは、冷房運転時に行い、暖房運転時には行わないことは実施例２と共通である。また、第２の温度センサ５２は、冷房時における主配管１０のバイパス配管９との接続部と室内熱交換器６との間に設けられている点も実施例２の共通である。
実施例３が実施例２と異なるのは、圧縮機１１側の主配管１０のどの位置にバイパス配管９を接続したか、及びこれにともなって温度センサ５２をどの位置に配置したかである。すなわち、本実施例では冷房運転時の圧縮機１１の入口側の主配管１０であって四方弁２より冷媒の上流側の位置と、気液分離器７とを接続している。そして、温度センサ５２は、冷房運転時の圧縮機１１の入口側の主配管１０であってバイパス配管９との接続部より冷媒の上流側の位置に設けられている。

本実施例３によれば、気液分離サイクルモードの際にバイパス配管９を通過するガス冷媒中に液冷媒が混ざっても、圧縮機１１の入口に直接流入せずに、一度、四方弁２を介すため、液バック現象の程度が実施例１，２の例より減少し、圧縮機１１の信頼性が向上する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１ 空気調和機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 膨張弁（第１の膨張弁）
５ 膨張弁（第２の膨張弁）
６ 室内熱交換器
７ 気液分離器
８ 流量調整部
９ バイパス配管
１０ 主配管
１１ 圧縮機
５０ 制御部
５１ 第１の温度センサ
５２ 第２の温度センサ
ｄＴｕ 最適上限温度差（第１の基準値）
ｄＴｌ 最適下限温度差（第２の基準値）

Claims (5)

1. 室外熱交換器、室内熱交換器、圧縮機、膨張弁、四方弁、及びこれらを接続する主配管を備え、前記四方弁の切り替えにより前記各部の冷媒の流れを変えて空気調和を行う空気調和機であって、
   前記室外熱交換器と前記室内熱交換器とを接続する前記主配管のうち前記膨張弁が設けられている側に設けられ、前記主配管から流れ込む冷媒を気液分離する気液分離器を備え、
   前記膨張弁として、冷房時に前記主配管における冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられた第１の膨張弁、及び、暖房の際に前記主配管における前記冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられた第２の膨張弁を備え、
   前記気液分離器と、前記圧縮機の入口側に接続されている前記主配管とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管中に設けられ前記気液分離器からのガス冷媒の流量を調整する流量調整部と、
   前記バイパス配管の前記流量調整部より下流側に設けられている第１の温度センサと、
   前記主配管の前記バイパス配管との接続部と前記四方弁との間に設けられている第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサの検出温度と前記第２の温度センサの検出温度とに基づいて前記流量調整部によるガス冷媒の流量を制御する制御部とを備えることを特徴とする空気調和機。
2. 室外熱交換器、室内熱交換器、圧縮機、膨張弁、四方弁、及びこれらを接続する主配管を備え、前記四方弁の切り替えにより前記各部の冷媒の流れを変えて空気調和を行う空気調和機であって、
   前記室外熱交換器と前記室内熱交換器とを接続する前記主配管のうち前記膨張弁が設けられている側に設けられ、前記主配管から流れ込む冷媒を気液分離する気液分離器を備え、
   前記膨張弁は、冷房運転時の前記主配管における冷媒の流れの前記気液分離器よりも上流側に設けられており、
   前記気液分離器と、前記圧縮機の前記冷房の際の入口側と接続されている前記主配管とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管中に設けられ前記気液分離器からのガス冷媒の流量を調整する流量調整部と、
   前記バイパス配管の前記流量調整部より下流側に設けられている第１の温度センサと、
   冷房運転時における前記主配管の前記バイパス配管との接続部と前記室内熱交換器との間に設けられている第２の温度センサと、
   冷房運転時に、前記第１の温度センサの検出温度と前記第２の温度センサの検出温度とに基づいて前記流量調整部によるガス冷媒の流量を制御する制御部とを備えることを特徴とする空気調和機。
3. 前記バイパス配管は、前記圧縮機の入口側に接続されている前記主配管と、前記気液分離器とを接続し、
   前記第２の温度センサは、前記圧縮機の入口に接続された前記主配管の前記バイパス配管の接続部分より冷媒の上流側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記バイパス配管は、冷房運転時の前記圧縮機の入口側の前記主配管であって前記四方弁より冷媒の上流側の位置と、前記気液分離器とを接続し、
   前記第２の温度センサは、前記冷房運転の際の前記圧縮機の入口側の主配管であって前記バイパス配管との接続部より上流側の位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
5. 前記制御部は、前記第１の温度センサの検出温度と前記第２の温度センサの検出温度との差分が第１の基準値と当該第１の基準値より低い第２の基準値との間におさまるように前記制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの一項に記載の空気調和機。

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