JP6614877B2 - 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、下記特許文献１の要約書には、「圧縮機、室外熱交換器、及びアキュームレータ等を具備した室外ユニットと、この室外ユニットと複数の電動膨張弁を介して配管で接続され、各室内を冷房又は暖房する各室内熱交換器を有する複数の室内ユニットとで構成された室内マルチ空気調和機において、制御手段が、前記室外熱交換器の検出過冷却度が目標過冷却度になるように前記電動膨張弁のトータル開度を決め、この決めたトータル開度を前記各室内熱交換器の容量比で分配し、この分配した各開度をそれぞれの前記各室内熱交換器の検出過熱度と目標過熱度との差に基づいて制御するものである。」と記載されている。

特開２００２−５４８３６号公報

前記特許文献１に記載の室内マルチタイプの空気調和機は、複数の室内機が一台の室外機に接続されていて、トータル開度を各室内熱交換器の容量比で分配することにより、各電動膨張弁の開度を制御している。
このため、それぞれの各室内機が設けられている個々の部屋の負荷にアンバランス（かたより）が生じた場合、対応した制御が必要とされる。そして、電動膨張弁の開度の制御が適切に行われない場合には、冷凍サイクル中の冷媒に過不足が生じて、非効率な運転となるとともに、故障の原因となるおそれもあった。
この発明は、冷媒の過不足を抑制して、効率的な運転を行うことができる空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明（請求項１）は、第１熱交換器を含む室外機と、第２熱交換器を含む複数の室内機と、室外機に、各室内機を並列に接続して、冷媒を第１熱交換器および第２熱交換器の間で循環させる冷媒通路と、を備え、室内機には、冷媒通路から分岐されて、冷房時の冷媒の流通方向で、第２熱交換器の上流側に位置する入口側から冷媒を第２熱交換器に戻すバイパス通路と、第２熱交換器から流出した冷媒およびバイパス通路内の冷媒の間にて、熱交換を行う第３熱交換器と、バイパス通路から第２熱交換器に流入する冷媒流量を変更する流量制御弁と、第２熱交換器の入口側に減圧弁をさらに備え、バイパス通路は、減圧弁の手前で、冷媒通路から分岐されるとともに、第３熱交換器にて熱交換が行われた冷媒を、第２熱交換器の入口側に戻し、流量制御弁は、第２熱交換器の入口側に備えられた減圧弁と、同じ仕様の減圧弁である空気調和機を提供する。

本発明によれば、冷媒の過不足を抑制して、効率的な運転を行う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、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態１の空気調和機で、要部の構成を説明する冷凍サイクル図である。 室内マルチタイプの空気調和機の全体構成を説明する冷凍サイクル図である。 空気調和機の冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。 実施形態１の空気調和機で、冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。 実施形態１の変形例の空気調和機で、冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。 実施形態２の空気調和機で、冷凍サイクル図である。

（実施形態１）
以下、図１，図２に示す冷凍サイクルの模式図を用いて、空気調和機の構成を説明する。
図１において、本発明の実施形態１の空気調和機は、一台の室外機ｃに複数の室内機ａ１，ｂ１が接続される室内マルチタイプの空気調和機（以下、空気調和機とも記す。）であり、各室内機ａ１，ｂ１は、負荷の異なる部屋に設置されていても、個別に冷凍能力を調整できるように構成されている。

（全体構成）
図２は、一般的な室内マルチタイプの空気調和機の構成を説明する冷凍サイクル図である。
空気調和機１０は、前記室内機ａ，ｂと、一台の室外機ｃと、この室外機ｃに各室内機ａ，ｂを並列に接続する冷媒通路１００Ｌ，１００Ｖと、制御部２０とを備えている。
このうち、室外機ｃは、圧縮機１と、四方弁２と、第１熱交換器としての室外熱交換器３と、室外ファン４と、気液分離器５とを含む。
また、室内機ａ，ｂは、室内減圧装置としての減圧弁６ａ，６ｂと、第２熱交換器としての室内熱交換器７ａ，７ｂと、室内熱交換器７ａ，７ｂを通過した空気を室内に送り込む室内ファン８ａ，８ｂとを含む。

前記冷媒通路１００Ｌは、液接続配管１００Ｌａ，１００Ｌｂ，１００Ｌｃおよび分岐部１１０Ｌを含む。液接続配管１００Ｌｃは、一端を前記室外機ｃの気液分離器５に接続するとともに、他端を分岐部１１０Ｌを介して、液接続配管１００Ｌａ，１００Ｌｂに分岐している。液接続配管１００Ｌａ，１００Ｌｂは、前記室内機ａ，ｂの減圧弁６ａ，６ｂにそれぞれ接続されている。

また、前記冷媒通路１００Ｖは、ガス接続配管１００Ｖａ，１００Ｖｂ，１００Ｖｃおよび合流部１１０Ｖを含む。ガス接続配管１００Ｖｃは、一端を前記室外機ｃの四方弁２を介して圧縮機１に接続するとともに、他端を合流部１１０Ｖを介して、ガス接続配管１００Ｖａ，１００Ｖｂに接続している。さらにガス接続配管１００Ｖａ，１００Ｖｂは、前記室内機ａ，ｂの室内熱交換器７ａ，７ｂにそれぞれ接続されている。

そして、制御部２０は、図示しない温度センサなどからの検出信号に基づいて、圧縮機１、室外ファン４の制御を行うとともに、電子膨張弁により構成される減圧弁６ａ，６ｂの開度を調整することにより、室内機ａ，ｂの冷凍能力を個別に変更するように構成されている。

（一般的な冷房運転）
このように構成された空気調和機１０では、冷房を行う際、図２中に矢印によって示す方向に冷媒が流れる。すなわち、室外機ｃの圧縮機１から吐出された冷媒（ガス）は、四方弁２を通過して、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３では、室外ファン４により送風される空気とこの冷媒との間で熱交換が行われる。そして、冷却された冷媒は、気液分離器５を介して凝縮した状態にて室外機ｃを出る。

室外機ｃから送り出された冷媒（液）は、冷媒通路１００Ｌの液接続配管１００Ｌｃを通り、分岐部１１０Ｌにて、各液接続配管１００Ｌａ，１００Ｌｂに分岐されて、各室内機ａ，ｂに導入される。
各室内機ａ，ｂでは、各減圧弁６ａ，６ｂの開度が制御されることにより、それぞれの冷媒の圧力および温度が下げられて、第２熱交換器としての室内熱交換器７ａ，７ｂにて、室内ファン８ａ，８ｂを用いて送り込まれた空気との間で熱交換が行われる。
この熱交換により、室内に送風される空気は冷却されるとともに、冷媒は、加熱されて蒸発する。そして、冷媒は、冷媒通路１００Ｖのガス接続配管１００Ｖａ，１００Ｖｂから、合流部１１０Ｖを介して合流して、ガス接続配管１００Ｖｃを通り、前記室外機ｃの圧縮機１の入口側に戻る。

（一般的な暖房運転）
空気調和機１０では、暖房を行う際、四方弁２の弁体の位置の切替えることにより、図２中に矢印にて示す方向とは、反対方向に圧縮機１から吐出された冷媒（ガス）が流れ、冷媒通路１００Ｖから、室内熱交換器７ａ，７ｂに導入される。
導入された冷媒は室内熱交換器７ａ，７ｂに別に流入された空気を熱交換により加熱する。そして、冷媒は空気への放熱により液化して、高圧の液冷媒となり、それぞれ減圧弁６ａ，６ｂ、冷媒通路１００Ｌを通り、室外機ｃに流入する。

室外機ｃに流入した冷媒は、図示しない室外膨張弁にて減圧されて低温、低圧となり、室外熱交換器３によって、流入した室内の空気と熱交換されることにより、低圧のガス冷媒となり、再び四方弁２を介して圧縮機１の入口側から導入される。
なお、室内マルチタイプの空気調和機１０として、室内機ａ，ｂの２台が並列に１台の室外機ｃに冷媒通路１００Ｌ，１００Ｖを介して接続されるものを示して説明するが、室内機の台数は、特にこれに限らず、たとえば３台，４台など、２台以上の複数台であればよい。

（室内マルチタイプの空気調和機の課題）
一台の室外機ｃに並列に接続される複数台の室内機ａ，ｂがそれぞれ異なる別の部屋に設置される場合、冷房負荷にアンバランスが発生することがある。
たとえば、室内機ａの負荷が室内機ｂの負荷より少ない状態では、制御部２０は、室内機ａに設けられている減圧弁６ａの開度が小さくなるように絞り、室内機ａへの冷媒の流量を少なくする制御を行う。

しかしながら、減圧弁６ａの開度を絞り、冷凍能力を低下させると、室内熱交換器７ａの冷媒出口が冷媒量の減少により大きく過熱される。これにより、室外機ｃに戻されて、圧縮機１に吸込まれる冷媒の過熱度が大きくなり、圧縮機１の吐出側の温度も上昇してしまう。このような圧縮機１の温度上昇は、潤滑油などの温度限界によって、圧縮機１を故障させてしまうおそれがあった。

このような圧縮機１の故障を防止するため、たとえば、制御部２０は、負荷の大きな室内機ｂ側の減圧弁６ｂを開くことにより、室内熱交換器７ａの冷媒出口から流出する冷媒を未蒸発の液混じり状態である２相流の状態として、冷媒の過熱を抑制することが可能である。
この温度の低い冷媒は、合流部１１０Ｖにて、ガス接続配管１００Ｖａから送られてくる冷媒に合流して混合される。このため、圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度上昇が抑制されて圧縮機１を保護することができる。

ところが、減圧弁６ｂの開度を大きくすると、冷媒が蒸発しきれずに、前記のように液が混合した２相流となり、液冷媒がガス接続配管１００Ｖｂ内に滞留してしまう。
ガス接続配管１００Ｖｂの内径寸法は、ガスの通気抵抗を減少させるために、液体を通す液接続配管１００Ｌｂの内径寸法に比して、予め大きくなるように設定されている。

特に、室内機ａ，ｂと、室外機ｃとの間を接続する冷媒通路１００Ｖ，１００Ｌの道程が長い、いわゆる長配管接続では、２相流を構成する液冷媒の部分がガス接続配管１００Ｖｂ内部に残留してしまいやすい。
このように比較的、大きな容量で液冷媒がガス接続配管１００Ｖｂ内部に残留してしまうと、冷凍サイクル全体の冷媒量が不足してしまうことから、非効率な冷凍サイクルの運転となってしまう。

すなわち、一方のガス接続配管１００Ｖｂに冷媒が残留してしまい、冷媒を配管に取られると、合流部１１０Ｖにて、ガス接続配管１００Ｖａから送られてくる冷媒と合流しても、室外機ｃに戻される冷媒量が不足してしまう。
本来、圧縮機１から送り出された冷媒の全量が再び圧縮機１に戻ってくることを想定して冷凍サイクル全体の冷媒量が設定されている。このような室外熱交換器３に流入する冷媒量が不足している状態では、室外熱交換器３から液化して流出する冷媒も減少してしまい、汲み上げ量の減少を招くため、冷凍サイクルを効率的に運転できなくなるといった問題があった。

また、このような冷媒量の不足を想定して、予め冷凍サイクル全体の冷媒量を増やしておくと、たとえば、室内熱交換器７ｂにて必要とされる冷媒量が少なく、減圧弁６ｂの開度を大きくする必要がない場合など、ガス接続配管１００Ｖｂ内が２相流とならない条件（ガスとなる条件）では、冷媒量が過多となり、適切な冷媒量の冷凍サイクルに比べて、こちらも非効率な冷凍サイクルの運転となってしまう。
したがって、減圧弁６ｂの開度を調整することによって、並列接続された複数の室内機の冷凍能力を増減して負荷の大小に対応させることには、一定の限界があった。

（要部の構成）
そこで、本発明の実施形態１の空気調和機１１０によれば、冷媒量の増減ではなく、室内熱交換器の流入側にて、冷媒の温度を低下させることにより、冷媒の過不足の発生を抑制して、かつ２相流とすることなく、冷房負荷のアンバランス状態に対応させた冷凍能力の調整を行うことができるように構成されている。
図１は、実施形態１の空気調和機１１０のうち、室内に配置される室内機ａ１，ｂ１の構成を説明するものである。図１にて、図２に示す空気調和機１０と同様に構成される室外機ｃおよび室内機ａ，ｂの室内ファン８ａ，８ｂについては、説明を省略する。また、冷媒通路１００Ｌ，１００Ｖの構成については、同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態１の空気調和機１１０は、複数の室内機ａ１，ｂ１と、前記一台の室外機ｃと、この室外機ｃに前記２台の各室内機ａ１，ｂ１を並列に接続する冷媒通路１００Ｌ，１００Ｖとを備えている。
まず、構成上の相違点を中心に説明すると、この実施形態の２台の室内機ａ１，ａ２のうち、室内機ａ１は、バイパス通路６０を備えている。バイパス通路６０は、室内熱交換器７ａの入口側にて、減圧弁６０ａの手前の前記液接続配管１００Ｌａから分岐されている。ここで入口側とは、冷房時の冷媒の流通方向で上流側に位置する入口側を示し、後述する冷房時の冷媒の流通方向で下流側に位置する出口側とは、室内熱交換器７ａを挟んで反対側に形成されている。

バイパス通路６０には、第３熱交換器としての内部熱交換器３００ａが設置されている。
内部熱交換器３００ａは、前記室内熱交換器７ａの出口側のガス接続配管１００Ｖａを流れる冷媒および、このバイパス通路６０を流れる冷媒の間で熱交換を行う。

さらに、この実施形態１の室内機ａ１の前記バイパス通路６０には、流量制御弁としての減圧弁６１ａが備えられている。減圧弁６１ａは、制御部１２０からの制御信号に応じて、バイパス通路を開閉するとともに、膨張弁としても機能して、バイパス通路を通過する冷媒流量を変更可能に構成されている。この実施形態１では、減圧弁６１ａは、前記減圧弁６０ａと同等の性能を有する同じ仕様のものを用いている。
そして、前記バイパス通路６０は、室内熱交換器７ａの入口側にて、液接続配管１００Ｌａに合流するように接続されている。

このため、減圧弁６１ａの開放動作により、内部熱交換器３００ａにて冷却された冷媒は、この減圧弁６１ａを介して、室内熱交換器７ａの入口側に導かれて流入し、室内熱交換器７ａを通過する空気との間における熱交換に用いることができる。

また、前記室内機ｂ１は、室内熱交換器７ｂの入口側にて前記液接続配管１００Ｌｂから分岐されるバイパス通路７０を備えている。
このバイパス通路７０には、第３熱交換器としての内部熱交換器３００ｂが設置されている。内部熱交換器３００ｂは、前記室内熱交換器７ａの出口側のガス接続配管１００Ｖｂを流れる冷媒および、このバイパス通路６０を流れる冷媒の間で熱交換を行う。

さらに、この実施形態１の室内機ｂ１は、前記バイパス通路７０を通過する冷媒流量を変更可能な流量制御弁としての減圧弁６１ｂを備えている。この実施形態１では、減圧弁６１ｂは、前記減圧弁６０ｂと同等の性能を有する同じ仕様のものを用いている。
そして、前記バイパス通路７０は、室内熱交換器７ｂの入口側にて、液接続配管１００Ｌｂに合流するように接続されている。
このため、内部熱交換器３００ｂにて冷却された冷媒は、この減圧弁６１ｂを通過して、室内熱交換器７ｂの入口側から流入し、室内熱交換器７ｂを通過する空気との間における熱交換に用いられる。

実施形態１の制御部１２０は、図示しない温度センサなどからの検出信号に基づいて、室外機ｃの圧縮機１、室外ファン４の制御を行うとともに、室内機ａ１の減圧弁６０ａ，６０ｂの開度、および、室内機ｂ１の減圧弁６１ａ，６１ｂの開度をそれぞれ調整することにより、室内機ａ１，ｂ１の冷凍能力を個別に変更可能に構成されている。
この実施形態１では、各減圧弁６０ａ，６０ｂおよび、減圧弁６１ａ，６１ｂとして、同じ仕様のものを用いたが、特にこれに限らず、異なる仕様のものであってもよく、異なる仕様のものである場合には、同程度の能力のものが用いられることが好ましい。

（冷媒の選定）
また、近年のエネルギ枯渇問題，地球温暖化問題が注目を浴び、空気調和機に使用される冷媒に対しても、COP（冷暖房平均エネルギ消費効率：Coefficient Of Performance）が高く環境負荷がより小さいものが望まれている。
特に、地球温暖化問題に対する注目度は高く、冷媒が漏れることによる直接的影響すなわちGWP (地球温暖化係数;Global Warming Potential)が低く、間接的影響すなわち消費エネルギが小さい冷媒が求められている。

以上のことを考慮し、空気調和機１１０に使われる冷媒の開発や選定が行われることになり、空気調和システムにおける体積能力の確保やCOP値、安全性等が重要な選定項目となる。
しかし、単独の冷媒で必要な性能や、あるいは低環境負荷が目標通り得られない場合がある。このような場合には、冷媒を数種混合して、目的の特性を得ることがある。このような混合冷媒は、沸点の温度と露点の温度とが異なる非共沸性を有することが多い。

そこで、本実施形態１の空気調和機１１０は、冷媒として、複数の冷媒成分を有する非共沸性混合冷媒（以下、冷媒とも記す）を用いている。
本実施形態の非共沸性混合冷媒として混合される冷媒は、GWPの値の高さと、冷凍性能の高さを両立させるように、一方の冷媒のGWPの値が高い場合は、他方の冷媒の冷凍性能が高いものを選定して混合している。

一方、ビルなどの空調用途に一台の室外機ｃに複数の室内機ａ，ｂを接続し、複数の部屋を冷却または、加熱するマルチ型パッケージエアコンに対して省エネ性が求められている。
しかし、このような複数の室内機でそれぞれ異なる部屋を冷却する場合、各部屋における環境条件は異なり、通常負荷のアンバランス（かたより）が生じる。
このアンバランスに対応して室内機ａ，ｂを制御しないと、単に冷媒量を増減するだけでは、電力を多く消費する非効率な運転になってしまう。

このため、実施形態１の空気調和機１１０は、減圧弁６１ａ，６１ｂを用いて各室内機ａ１，ｂ１に備えられているバイパス通路６０，７０を通過させる冷媒量をそれぞれ変更可能としている。これにより、各室内機ａ１，ｂ１の入口側に導かれる冷媒の温度を低下させつつ、個別に冷凍能力を変更可能とすることができる。

このように、実施形態１に記載されている空気調和機１１０では、一般的な室内マルチタイプの空気調和機で課題となっている冷凍サイクル全体の冷媒量の増減に起因する冷凍能力の低下の影響を受けることなく、各室内機ａ１，ｂ１から所望の冷力を発揮させることができる。

具体的には、たとえば、各室内機ａ１，ｂ１が設置された異なる各部屋により、負荷のアンバランスが生じている状況で、図１に示す室内機ａ１の負荷が室内機ａ２の負荷に比して小さい場合を想定する。

図３は、比較のために示す一般的な室内マルチタイプの空気調和機１０の冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。
図３中、符号Ａ，Ｄで示す冷媒の状態は、図２中の符号（Ａ），（Ｄ）における冷媒の状態に相当し、冷房時、室内熱交換器７ａ，７ｂ内の冷媒は、図３に示す[Ｄ→Ａ]のように変化する。

一般に負荷の比較的小さな室内機ａ１においては、制御部２０は、図示しない温度センサなどからの検出信号に基づいて、圧縮機１、室外ファン４の制御を行うとともに、電子膨張弁により構成される減圧弁６ａ，６ｂの開度を調整することにより、所望の冷凍能力を得ている。
しかしながら、減圧弁６ａ，６ｂの開度を調整することによって、並列接続された複数の室内機ａ１，ａ２の冷凍能力を増減して負荷の大小に対応させることには、前記のように一定の限界があった。

一方、実施形態１の空気調和機１１０では、対応する図１に示された室内機ａ１にて、制御部１２０が室内機ａ１の負荷が少ないと判定すると、減圧弁６１ａを閉じて、バイパス通路６０を閉鎖する。
この状態では、本実施形態１の室内機ａ１は、図２に示す一般的な冷凍サイクルの室内機ａと同じ構成となる。この場合、室内機ａ１は、減圧弁６０ａを膨張弁として使用して、室内熱交換器７ａの冷凍能力を制御する。

このように、実施形態１では、減圧弁６０ａにより、図１中（Ａ）の室内熱交換器７ａの出口側から流出する冷媒が飽和蒸気または、少し過熱した状態となるように調整できる。
したがって、室内機ａ１は、設置されている部屋の負荷に応じた所望の冷凍能力を得ることができる。
（冷凍能力の向上）

図４は、本実施形態１の空気調和機１１０における冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。
一方、負荷の比較的大きな部屋に設置される室内機ｂ１においては、制御部１２０が減圧弁６０ｂを閉じて、バイパス通路７０に冷媒を通すとともに、バイパス通路７０側の減圧弁６１ｂを膨張弁として使用する。

たとえば、実施形態１の空気調和機１１０では、制御部１２０によって、室内機ｂ１の負荷が大きいと判定されると、減圧弁６１ｂが開かれて、バイパス通路７０内に冷媒を通過させる。
この際、減圧弁６１ｂの開閉量を制御部２０にて制御することにより、図１中（Ａ’）の室内熱交換器７ａの出口側から流出する飽和蒸気または、少し過熱した状態となるように調整することができる。

すなわち、室内機ｂ１においても、室内機ａ１と同様に、液接続配管１００Ｌｂを流れてくる冷媒の状態は、室外熱交換器３で凝縮された図４中に示すＣである。

しかしながら、実施形態１の空気調和機１１０では、内部熱交換器３００ｂにて、前記室内熱交換器７ｂの出口側のガス接続配管１００Ｖｂを流れる冷媒および、このバイパス通路７０を流れる冷媒同士の間で熱交換が行われる。
このため、図１中（Ａ’）の室内熱交換器７ａの出口側から流出した自身の低温冷媒により、バイパス通路７０内を通過する冷媒は、冷却されて図４中に示す状態Ｃ’となる[Ｃ→Ｃ’]。

バイパス通路７０を流れる冷媒は、減圧弁６１ｂにより減圧されて、液接続配管１００Ｌｂに設けられた減圧弁６０ｂからの冷媒とともに、または単独で、室内熱交換器７ｂの入口側に供給されている。
本実施形態に示すように、減圧弁６１ｂを介してバイパス通路７０から導かれる室内熱交換器７ｂの入口側における冷媒温度は、減圧弁６０ｂからの冷媒のみの場合に比して、低下させることができる[Ｄ→Ｄ’]。
したがって、冷媒の蒸発温度を低下させて、室内熱交換器７ｂで行われる熱交換の際の空気との温度差を大きくすることができ、室内機ｂ１は、前記室内機ａ１よりも大きな冷凍能力を発生させることができる。

なお、室内熱交換器７ｂの出口側では、内部熱交換器３００ｂにて、バイパス通路７０を通過する冷媒がガス接続配管１００Ｖｂ内を通過する冷媒により冷却される熱量[Ｃ→Ｃ’]は、ガス接続配管１００Ｖｂ内を通過する冷媒がバイパス通路７０を通過する冷媒を加熱する熱量[Ａ’→Ａ]と等しい。
すなわち、内部熱交換器３００ｂでは、等しい熱量の（[Ｃ→Ｃ’]＝[Ａ’→Ａ]）の熱交換が行われていて、冷凍サイクル全体として増減させることなく、冷凍能力を増大させることができる。したがって、効率に冷凍サイクルの運転を行うことができる。

また、ガス接続配管１００Ｖｂに流れ込む冷媒の状態Ａは、減圧弁６１ｂによる予め設定された調整しろの範囲内にて調整可能である。このため、冷媒過多にて２相流とならないように制御可能であり、室内熱交換器７ｂの出口側の冷媒の状態をほぼガス冷媒の状態とすることができる。
したがって、冷凍サイクル全体における冷媒量が過不足することがなく、室外熱交換器３に所望の冷媒量を戻して、室外熱交換器３の出口側にて想定される液化された冷媒状態を得ることができ、効率な冷凍サイクルの運転を行うことができる。

（非共沸混合冷媒による冷凍能力の向上）
次に、非共沸混合冷媒を用いることにより、冷媒量を増減させずに、室内熱交換器７ｂの入口側の冷媒温度を低下させて、冷凍能力を向上させることができることについて、図３と図４とを対比させながら説明する。
本実施形態１では、前記負荷が少ない場合、図３に示す室内機ａ１の室内熱交換器７ａにおける冷媒の状態が、入口側から出口側に至るまでに[Ｄ→Ａ]と変化することに対応して、同一の空気調和機１１０における負荷が大きい室内熱交換器７ｂでは、内部熱交換器３００ｂを用いることにより、図４に示すように同じ熱量（[Ｃ→Ｃ’]＝[Ａ→Ａ’]）の熱交換により、冷媒が変化[Ｄ’→Ａ’]している。

本実施形態１では、冷媒として非共沸混合冷媒を用いている。非共沸混合冷媒は、同一圧力条件下においても、相状態の変化によって蒸発温度を低下させることができる。
このため、この実施形態１では、図３に示す[Ｄ→Ａ]の比エンタルピと、図４に示す[Ｄ’→Ａ’]の比エンタルピとは、同一でありながら、蒸発温度を約１０Ｋ、低温方向にシフトさせることができる（[Ｄ→Ｄ’]および[Ａ→Ａ’]）。

したがって、本実施形態１では、冷媒として非共沸混合冷媒を用いることにより、一定の圧力でありながら、室内熱交換器７ｂ内の非共沸混合冷媒の蒸発温度を下げることができる。
これにより、室内熱交換器７ｂにより、低い温度の非共沸混合冷媒で通過する空気を冷却でき、非共沸混合冷媒と空気との間の温度差を大きく設定して、冷凍能力を向上させることができる。

（構成および作用効果の総括）
上述してきたように、本実施形態１では、減圧弁６０ａ，６０ｂおよび６１ａ，６１ｂの開度の変更により、冷媒の過熱度が上昇したり、あるいは、２相流を発生させることなく、室内機ｂ１の冷凍能力と、室内機ａ１の冷凍能力との間に差を設定することが可能となり、各室内機ａ１，ｂ１が配置される負荷の異なる部屋に対応した所望の冷凍能力を発揮させることができる。
よって、本実施形態１の空気調和機１１０は、冷媒の過不足が抑制されて、効率的な運転を行うことができる。

さらに、本実施形態１の空気調和機１１０は、各バイパス通路６０，７０に配置されて、制御部１２０による制御信号に応じて、開閉量を調整可能な減圧弁６１ａ，６１ｂにより冷媒の流量制御が行われている。このため、容易に減圧弁６１ａ，６１ｂの開閉度を変更して、室内熱交換器７ａ，７ｂの熱交換量を調整できる。
このように、各室内機ａ１，ｂ１の冷凍能力に調整しろをそれぞれ設けることができるため、負荷の異なる部屋への対応性が良好である。

また、上記実施形態１では、室内機ｂ１の内部熱交換器３００ｂを用いて冷凍能力を調整するものを示して説明してきたが、室内機ａ１の内部熱交換器３００ａを用いて冷凍能力を調整してもよく、少なくとも何れか１つの室内機の冷凍能力を調整するものであればよい。

さらにたとえば、制御部１２０は、室内機ｂ１の減圧弁６０ｂを用いて、室内熱交換器７ｂの出口側に接続されるガス接続配管１００Ｖｂの冷媒の状態Ａを制御するとともに、減圧弁６１ｂを用いて、室内熱交換器７ｂの入口側の冷媒の状態Ｄ’を温度面から調整するように制御してもよい。

そして、本実施形態１の空気調和機１１０は、バイパス通路６０，７０に膨張弁として機能する減圧弁６１ａ，６１ｂがそれぞれ設けられている。このため、図２に示す一般的な空気調和機１０の室内機ａ，ｂのように、膨張弁としての減圧弁６ａ，６ｂを別途、設ける必要がない。したがって、部品点数の増大を抑制できる。

（変形例）
図５は、実施形態１の一変形例の空気調和機で、冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。
なお、本変形例の冷凍サイクルの基本構成は、本実施形態１と同じであるので、図１を参照しつつ説明する。
前記実施形態では、制御部１２０によって、室内機ｂ１の減圧弁６１ｂの開閉量を調整して室内熱交換器７ｂの冷凍能力を制御するものを示して説明してきたが、特にこれに限らず、たとえば、室内機ａ１，ｂ１の両方を同時に使用する際、前記内部熱交換器３００ａ，３００ｂを同時に用いてもよい。この場合、冷凍サイクル全体のエネルギ効率は、さらに向上する。

また、室内機ａ１および室内機ｂ１の両方ともに、負荷に対応して冷凍能力の増大が必要な場合は、減圧弁６０ａ，６０ｂを閉じて、それぞれの減圧弁６１ａ，６１ｂにて、室内熱交換器７ａ，７ｂの冷凍能力を調整することにより、最大能力状態でエネルギ効率よく運転することができる。この実施形態１の減圧弁６０ａ，６０ｂおよび減圧弁６１ａ，６１ｂは、同じ仕様の弁である。
さらに、室内機ａ１と室内機ｂ１との負荷に差がなく、室外機ｃの圧縮機１（図２参照）の回転速度が可変で全体能力を調整できる場合であっても、減圧弁６１ａ，減圧弁６１ｂの両方を個別に調整することにより、エネルギ効率をさらに向上させることができる。

また、圧縮機１の回転速度が調整できない、または、圧縮機１の回転速度の調整下限に到達している状態であっても、さらに能力を下げたい場合がある。
このような場合は、室内機ａ１および室内機ｂ１の両方ともに、減圧弁６１ａ，減圧弁６１ｂを閉じる方向に制御する。減圧弁６１ａ，６１ｂが全閉状態では、内部熱交換器３００ａ，３００ｂからの冷媒が室内熱交換器７ａ，７ｂの入口側に到達せず、バイパス通路６０，７０内に滞留する。この状態にて、減圧弁６０ａ，６０ｂの開閉度を調整することにより、図２に示す一般的な室内マルチタイプの空気調和機１０のように、冷凍能力を低下させても、冷媒過多となりにくい。

（中間能力状態）
制御部１２０は、各室内機ａ１，ｂ１に備えられている２つの減圧弁６０ａ，６１ａおよび６０ｂ，６１ｂをそれぞれ用いて、各室内熱交換器７ａ，７ｂに中間能力状態を発生させることが可能である（図５中のＡ''部、Ｃ''部参照）。

すなわち、室内機ｂ１の最低能力状態は、図１の減圧弁６１ｂを閉じて、減圧弁６０ｂにて冷媒の状態（Ａ）を調整することにより達成される。
また、室内機ｂ１の最高能力状態は、減圧弁６０ｂを閉じて、減圧弁６１ｂにて冷媒の状態（Ａ）を調整することにより達成される。

このため、減圧弁６０ｂにて冷媒状態（Ａ）を調整するとともに、減圧弁６１ｂを調整することにより、内部熱交換器３００ｂにて冷却された冷媒と室内熱交換器７ｂの入口側にて混合して、室内熱交換器７ｂに流入させる。
これにより、室内熱交換器７ｂに流入する冷媒の状態（Ｄ’）を調整することが可能である。

たとえば、図１の減圧弁６１ｂを閉じている状態で達成される図５に示す冷媒の状態Ｃ（Ｃ＝Ｄ）と、減圧弁６０ｂを閉じている状態で達成される冷媒の状態（Ｃ’）との間の状態Ｃ’'となるように調整する。
これにより、室内熱交換器７ｂの入口側の冷媒の状態Ｄ’’を状態（Ｄ）から状態Ｄ’’までの間の任意の状態となるように調整可能である。

したがって、蒸発温度に調整幅を持たせることができる。たとえば、減圧弁６１ｂを開ける方向に制御を行うと、蒸発温度は低下するため、最大能力に近づく。
この際、減圧弁６１ｂは、室内熱交換器７ｂの冷媒の流入温度（状態Ｄ’）、または、冷媒の流出温度（Ａ’）を図示しない温度センサを用いて検知して、あるいは、冷却された空気温度を検知して制御するようにしてもよい。

中間能力状態では、室内熱交換器７ｂの流入状態がＤ''となり、流出状態がＡ''となる。蒸発温度は、最低能力を示す[Ｄ→Ａ]の変化と、最大能力を示す[Ｄ'→Ａ']との間にて、連続して調整することが可能である。

（実施形態２）
図６は、実施形態２の空気調和機２１０の構成を説明する冷凍サイクル図である。
なお、前記実施形態１の空気調和機１１０の構成と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明を省略する。
図６において、本発明の実施形態２の空気調和機２１０は、複数の室内機ａ２，ｂ２を有する室内マルチタイプの空気調和機であり、各室内機ａ２，ｂ２は、負荷の異なる部屋に設置されていても、個別に冷凍能力を調整できるように構成されている。

各室内機ａ２，ｂ２には、各室内機ａ２，ｂ２と、室外機ｃとの間にそれぞれ介挿されて、各室内機ａ２，ｂ２に対応するユニットＨＸａ，ＨＸｂが着脱自在に装着されている。
これらのユニットＨＸａ，ＨＸｂには、それぞれ実施形態１のバイパス通路６０，７０に対応するバイパス通路１６０，１７０と、前記第３熱交換器としての内部熱交換器３００ａ，３００ｂとが設けられている。

また、これらのユニットＨＸａ，ＨＸｂには、それぞれ実施形態１の減圧弁６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂに対応する流量制御弁としての開閉弁１６０ａ，１６０ｂ，１６１ａ，１６１ｂが設けられている。
なお、室内機ａ２，ｂ２には、それぞれ室内熱交換器７ａ，７ｂの入口側に膨張弁としての減圧弁６０ａ，６０ｂが設けられている。

そして、制御部２２０は、図示しない温度センサなどからの検出信号に基づいて、室外機ｃの圧縮機１、室外ファン４の制御を行うとともに、室内機ａ２，ｂ２の減圧弁６０ａ，６０ｂの開度の制御を行う。

さらに、この実施形態２の空気調和機２１０は、制御部２２０によって、前記各開閉弁１６０ａ，１６０ｂ，１６１ａ，１６１ｂの開閉動作が制御される。これにより、室内機ａ１，ｂ１に備えられている室内熱交換器７ａ，７ｂのそれぞれの冷凍能力を変更可能に構成されている。

このように構成された実施形態２の空気調和機２１０では、前記実施形態１の作用効果に加えて、さらに、各室内機ａ２，ｂ２から、それぞれ対応するユニットＨＸａ，ＨＸｂを分離できる。
このため、初期の施工時にユニットＨＸａ，ＨＸｂを装着するか否か選択可能である。

また、現有の施工状態に、さらにユニットＨＸａ，ＨＸｂを追加して、冷凍能力の負荷適用性を向上させることができる。
さらに、実施形態２の空気調和機２１０は、制御部２２０によって室内機ａ２，ｂ２に設けられた減圧弁６０ａ，６０ｂの開度を制御して、室内熱交換器７ａ，７ｂの冷凍能力を調整することができる。

このため、ユニットＨＸａ，ＨＸｂが、室内機ａ２，ｂ２から取外された状態であっても、室外機ｃと、これらの室内機ａ２，ｂ２とを、冷媒通路１００Ｖ，１００Ｌを介して直接、接続することにより、冷凍サイクルを構成することができ、メンテナンス性が良好である。
他の構成、および作用効果については、前記実施形態１の空気調和機１１０と同一であるので説明を省略する。

上述してきたように、実施形態１，２の空気調和機１１０，２１０は、内部熱交換器３００ａ，３００ｂによって、室内熱交換器７ａ，７ｂの入口側の冷媒の蒸発温度を低下させることができる。
このため、冷媒の過不足や、あるいは２相流を発生させることなく、安定した状態で、各室内熱交換器７ａ，７ｂの冷凍能力を個別に調整することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

上記各実施形態においては、第３熱交換器として、図１に示した空気調和機１１０にて備えられる冷媒管路を隣接配置させた内部熱交換器３００ａ，３００ｂを示して説明してきたが特にこれに限らず、冷媒同士を熱交換するものであれば、たとえば、二重管を用いた二重管熱交換器、プレート熱交換器など、熱交換方式が限定されるものではなく、また、冷媒配管同士を直接、接触させ、あるいは接触部分をろう付けする構造を採用するものなど、第３熱交換器の形状、数量および材質が限定されるものではない。

また、上記実施形態１，２では、制御部１２０，２２０により実行されるプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えても良い。

さらに、上記実施形態１，２では、冷房動作について説明してきたが、特にこれに限らず、暖房動作を行うヒートポンプ方式の空気調和機に適用してもよく、冷房動作および暖房動作を切替え可能な空気調和機に用いてもよい。
そして、上記実施形態１では、流量制御弁として電子膨張弁として機能する減圧弁６１ａ，６１ｂを用いたものを示して、また、実施形態２では、流量制御弁として電動開閉弁により構成される開閉弁１６１ａ，１６１ｂを用いたものを示して説明してきたが、特にこれに限定されることはない。

たとえば、バイパス通路６０，７０または１６０，１７０から各室内熱交換器７ａ，７ｂの入口側に戻る冷媒流量を変更可能な流量制御弁であれば、たとえば、絞り弁や、あるいは、バタフライ型、ボール型のストップバルブなど、他の種類の弁およびこれらの組合せであってもよく、流量制御弁の形状、数量および材質が限定されるものではない。

［構成・効果の総括］
以上のように、実施形態における空気調和機によれば、各室内機ａ１，ｂ２のいずれかの減圧弁６１ａ，６１ｂの開度の変更により、バイパス通路６０，７０の内部熱交換器３００ａ，３００ｂにて冷却された冷媒を、室内熱交換器７ａ，７ｂの入口側に導入して、非共沸混合冷媒の蒸発温度を低下させた状態にて、いずれかの室内熱交換器７ａ，７ｂに流入させることができる。

たとえば、室内機ｂ１は、熱交換される空気との温度差が大きく設定できるため、室内機ｂ１は、室内機ａ１よりも大きな冷凍能力を発生させることができる。
また、冷媒量を変化させる一般的な冷凍サイクルと比して、室内熱交換器７ａ，７ｂの出口側にて、冷媒の過熱度が上昇したり、あるいは、２相流を発生させることなく、室内機ｂ１の冷凍能力と、室内機ａ１の冷凍能力との間に差を設定可能となる。
よって、各室内機ａ１，ｂ１が配置される室の異なる負荷の状態に対応させて、個別に冷凍能力を設定でき、冷媒の過不足を発生させることなく、効率的な運転を行うことができる。

また、空気調和機１１０は、冷媒の流量制御弁として、各バイパス通路６０，７０に配置された減圧弁６１ａ，６１ｂを膨張弁として用いることにより、別途膨張弁を設ける必要がなくなり、部品点数の増大が抑制される。

そして、空気調和機２１０は、冷媒の流量制御弁として、開閉弁１６０ａ，１６０ｂ，１６１ａ，１６１ｂの開閉動作を制御することにより、室内機ａ２，ｂ２の冷凍能力を変更可能に構成されている。

さらに、空気調和機２１０では、各室内機ａ２，ｂ２から、それぞれ対応するユニットＨＸａ，ＨＸｂを分離できる。このため、初期の施工時にユニットＨＸａ，ＨＸｂを装着するか否か選択可能であるとともに、現有の施工状態に、ユニットＨＸａ，ＨＸｂを追加して、冷凍能力の負荷対応性を向上させることができる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器（第１熱交換器）
４ 室外ファン
５ 気液分離器
６ａ，６ｂ 減圧弁
７ａ，７ｂ 室内熱交換器（第２熱交換器）
８ａ，８ｂ 室内ファン
１０，１１０，２１０ 空気調和機
２０，１２０，２２０ 制御部
６０，７０，１６０，１７０ バイパス通路
６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ 減圧弁（流量調整弁の一つ）
１００Ｌ，１００Ｖ 冷媒通路
１００Ｌａ，１００Ｌｂ，１００Ｌｃ 液接続配管
１００Ｖａ，１００Ｖｂ，１００Ｖｃ ガス接続配管
１１０Ｌ 分岐部
１１０Ｖ 合流部
１６０ａ，１６０ｂ，１６１ａ，１６１ｂ 開閉弁（流量調整弁の一つ）
３００ａ，３００ｂ 内部熱交換器（第３熱交換器）
ＨＸａ，ＨＸｂ ユニット
ａ，ｂ，ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２ 室内機
ｃ 室外機

Claims (4)

1. 第１熱交換器を含む室外機と、
   第２熱交換器を含む複数の室内機と、
   前記室外機に、前記各室内機を並列に接続して、冷媒を前記第１熱交換器および第２熱交換器の間で循環させる冷媒通路と、を備え、
   前記室内機には、前記冷媒通路から分岐されて、冷房時の冷媒の流通方向で、前記第２熱交換器の上流側に位置する入口側から前記冷媒を前記第２熱交換器に戻すバイパス通路と、
   前記第２熱交換器から流出した冷媒および前記バイパス通路内の冷媒の間にて、熱交換を行う第３熱交換器と、
   前記バイパス通路から前記第２熱交換器に流入する冷媒流量を変更する流量制御弁と、
   前記第２熱交換器の入口側に減圧弁をさらに備え、
   前記バイパス通路は、前記減圧弁の手前で、前記冷媒通路から分岐されるとともに、前記第３熱交換器にて熱交換が行われた冷媒を、前記第２熱交換器の入口側に戻し、
   前記流量制御弁は、前記第２熱交換器の入口側に備えられた減圧弁と、同じ仕様の減圧弁であることを特徴とする空気調和機。
2. 前記冷媒は、非共沸性の冷媒である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記流量制御弁は、開閉弁である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機 。
4. 前記バイパス通路と、前記第３熱交換器と、前記開閉弁とを、前記室内機に対して着脱自在に構成されたユニットに設けた
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機 。

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