JP7067318B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、高圧側に気液分離器を備える空気調和機に関する。

空気調和機において、室外機の室外熱交換器と室内機の室内熱交換器とを接続する液管に気液分離器を備えるものがある（例えば、特許文献１）。このような空気調和機では、暖房運転時に室内機から室外機へと流入した気液二相冷媒（ガス冷媒と液冷媒とが混合した状態の冷媒）が、液管を流れて気液分離器へと流入し、気液分離器によってガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、分離した液冷媒は、気液分離器から液管に流出して室外熱交換器へと流れる。また、分離したガス冷媒は気液分離器から流出して吸入管を介して圧縮機へと流れる。

ところで近年では、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の小さい冷媒、例えば、Ｒ３２冷媒が冷媒回路に充填されている。しかし、これらの冷媒は可燃性冷媒であるので、冷媒回路から冷媒が漏洩した際の漏洩量を減らすために、冷媒回路に充填する冷媒量が削減される。

特開２００４－２７８８２５号公報

前述した気液分離器を備える空気調和機では、暖房運転時に気液分離器から流出して室外熱交換器へと流れる冷媒が液冷媒である。このとき、気液分離器から流出する冷媒が飽和液（ガス冷媒が混じっていない状態）であれば、気液分離器の液冷媒の出口から室外熱交換器までの間の冷媒配管は、液冷媒で満たされることとなる。このような空気調和機に地球温暖化係数の小さい可燃性冷媒を充填しその充填量を削減した場合、暖房運転時に気液分離器の液冷媒の出口から室外熱交換器までの間の冷媒配管が液冷媒で満たされると、当該冷媒配管が気液二相冷媒で満たされている場合と比べて、凝縮器として機能している室内熱交換器での凝縮能力が低下して暖房能力が低下する恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、冷媒充填量を削減しても暖房運転時に暖房能力が低下しない空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、暖房運転時に圧縮機、室内熱交換器、第１膨張弁、気液分離器、第２膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路と、第３膨張弁を備え気液分離器から圧縮機へと冷媒を導くバイパス管とを有する。第１膨張弁の開度は、圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整され、第２膨張弁の開度は、第２膨張弁に流入する冷媒の温度と、第２膨張弁から流出した冷媒の温度との温度差が所定の目標値となるように調整され、第３膨張弁の開度は、第３膨張弁から流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように調整されて、第２膨張弁から流出する冷媒が、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とされる。

上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、暖房運転時に気液分離器から流出して室外熱交換器へと流れる冷媒を、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とできる。これにより、冷媒充填量を削減しても暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器での凝縮能力の低下を抑制できるので、暖房能力の低下を抑制できる。

本発明の実施形態における、空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態における、暖房運転時の冷凍サイクルを表すモリエル線図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機と１台の室内機が２本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３とが液管４で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４とがガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成されている。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外ファン２４と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、第１膨張弁２７ａと、第２膨張弁２７ｂと、第３膨張弁２７ｃと、気液分離器２８と、開閉弁２９と、第１逆止弁３０ａと、第２逆止弁３０ｂとを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側と四方弁２２のポートａとが、吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側と四方弁２２のポートｃとが、吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。

第１膨張弁２７ａは、例えば電子膨張弁であり、室外機液管６３に設けられている。第１膨張弁２７ａの開度が調整されることで、室内機３を流れる冷媒量が調整される。なお、第１膨張弁２７ａの具体的な開度の調整方法については、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

気液分離器２８は、略円筒形状の密閉容器であり、流入した気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器２８の密閉容器の天面に設けられた冷媒流入口と、室外機液管６３における室外熱交換器２３と第１膨張弁２７ａの間とが第１液分管６７で接続されており、暖房運転時に第１液分管６７から気液分離器２８の内部に気液二相冷媒が流入する。また、気液分離器２８の密閉容器の側面下方に設けられた液冷媒流出口と、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と室外熱交換器２３の間とが第２液分管６８で接続されており、気液分離器２８で分離されて密閉容器の底部に溜まった液冷媒が第２液分管６８へと流出する。そして、気液分離器２８の底面に設けられたガス冷媒流出口と吸入管６６とがバイパス菅６９で接続されており、気液分離器２８で分離されたガス冷媒がバイパス管６９へと流出する。なお、バイパス管６９の一部はガス冷媒流出口を通して気液分離器２８の内部に挿入されており、バイパス管６９の気液分離器２８の内部に開口する端部は、液冷媒流出口よりも高い位置に配置される。

開閉弁２９は、第１液分管６７に設けられている。開閉弁２９は、冷房運転時は閉じられ、暖房運転時は開かれる。第１逆止弁３０ａは、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と第２液分管６８の接続部との間に設けられており、室外機液管６３を室外熱交換器２３から第１膨張弁２７ａに向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。第２逆止弁３０ｂは、第２液分管６８に設けられており、第２液分管６８を気液分離器２８から室外機液管６３に向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。

第２膨張弁２７ｂは、例えば電子膨張弁であり、第２液分管６８における気液分離器２８の液冷媒流出口と第２逆止弁３０ｂとの間に設けられ、かつ、気液分離器２８の液冷媒流出口の近傍に配置されている。第２膨張弁２７ｂの開度が調整されることで、気液分離器２８から室外機液管６３へと流れる液冷媒の量が調整される。第３膨張弁２７ｃは例えば電子膨張弁であり、バイパス管６９に設けられ、かつ、気液分離器２８のガス冷媒流出口の近傍に配置されている。第３膨張弁２７ｃの開度が調整されることで、気液分離器２８から吸入管６６へと流れるガス冷媒の量が調整される。第２膨張弁２７ｂおよび第３膨張弁２７ｃのそれぞれの具体的な開度の調整方法については、後述する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４が設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路の中間部には、冷媒流路の中間部を流れる冷媒の温度、すなわち室外熱交換器２３の温度を検出するための熱交温度センサ７５が設けられている。室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

第２液分管６８における気液分離器２８と第２膨張弁２７ｂとの間には、気液分離器２８から第２液分管６８に流出する液冷媒の温度である流出液冷媒温度を検出する流出液冷媒温度センサ７８が備えられている。バイパス菅６９における第３膨張弁２７ｃの冷媒出口側には、気液分離器２８からバイパス菅６９に流出し第３膨張弁２７ｃで減圧されたガス冷媒の圧力である流出ガス冷媒圧力を検出する流出ガス冷媒圧力センサ７２と、気液分離器２８からバイパス菅６９に流出し第３膨張弁２７ｃで減圧されたガス冷媒の温度である流出ガス冷媒温度を検出する流出ガス冷媒温度センサ７８とが備えられている。

＜室内機の構成＞
次に、図１を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と、後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３３と室内機液管９１で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３４と室内機ガス管９２で接続されている。室内熱交換器３１は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部３３やガス管接続部３４では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管９１には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ８１が設けられている。室内機ガス管９２には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ８２が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ８３が備えられている。

＜冷媒回路の動作＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について説明する。以下の説明では、まず、図１を用いて、室内機３が冷房運転を行う場合について説明し、次に、図１と図２とを用いて暖房運転を行う場合について説明する。

＜冷房運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が冷房運転を行う場合、冷媒回路１０は、図１に示すように四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路１０において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器３１が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁２９は冷房運転時は閉じられている。また、第２膨張弁２７ｂと第３膨張弁２７ｃとは、ともにその開度が全開とされている。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。

室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、第１逆止弁３０ａを通過して第１膨張弁２７ａへと流れる。このとき、第２逆止弁３０ｂにより、室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、第２液分管６８には流れない。また、開閉弁２９が閉じられていることにより、室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、第１液分管６７には流れない。

第１膨張弁２７ａは、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される冷房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。具体的には、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より大きくされる。第１膨張弁２７ａの開度が大きくされることで、冷媒回路１０から圧縮機２１に戻る冷媒量が多くなって、吐出温度が低下する。一方、検出した吐出温度が目標温度より低い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より小さくされる。第１膨張弁２７ａの開度が小さくされることで、吐出温度が上昇する。第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧された冷媒は、室外機液管６３を流れ閉鎖弁２５を介して液管４に流出する。液管４を流れ液管接続部３３を介して室内機３に流入した冷媒は、室内機液管９１を流れて室内熱交換器３１に流入する。

室内熱交換器３１に流入した冷媒は、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器３１が蒸発器として機能し、冷房運転の場合は、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機ガス管９２を流れガス管接続部３４を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れて閉鎖弁２６を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管６４、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜暖房運転時の冷媒回路の動作＞
次に、図１と図２とを用いて、暖房運転時の冷媒回路１０の動作について説明する。なお、前述したように、開閉弁２９は暖房運転時は開かれている。また、図２に示すモリエル線図では、縦軸が圧力（単位：ＭＰａ）、横軸が比エンタルピ（単位：ｋＪ／ｋｇ）とされており、凝縮圧力がＰｈ（ＭＰａ）、蒸発圧力がＰｌ（ＭＰａ）の場合の冷凍サイクルを示している。このモリエル線図において、線図上に示す点Ａ～点Ｇの各々は、図１の冷媒回路１０に示した点Ａ～点Ｇにおける冷媒の状態に対応する。また、点Ｘは飽和曲線上の臨界点であり、点Ｘより比エンタルピが小さい側が飽和液線、点Ｘより比エンタルピが大きい側が飽和蒸気線である。また、点Ｙは飽和蒸気線上における圧力の変化に対する比エンタルピの変化の仕方が変わる点であり、具体的には、点Ｙより圧力が高い場合は、圧力が高くなるのにつれて比エンタルピが小さくなり、点Ｙより圧力が低い場合は、圧力が低くなるのにつれて比エンタルピが小さくなる。

室内機３が暖房運転を行う場合、冷媒回路１０は、図１に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁２９は暖房運転時は開かれている。

圧縮機２１で圧縮されて高圧となった冷媒（図２の点Ｂの状態となった冷媒）は圧縮機２１から吐出管６１へと吐出され、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れ閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管９２を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒（図２の点Ｃの状態となった冷媒）は室内機液管９１を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流入する。液管４を流れ閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れて第１膨張弁２７ａへと流れる。第１膨張弁２７ａの開度は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように調整されている。なお、具体的な第１膨張弁２７ａの開度調整方法については、冷房運転の際に説明した方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。

第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧されてガス冷媒に対して液冷媒の割合が大きい気液二相状態となった冷媒（図２の点Ｄの状態となった冷媒）は、室外機液管６３から第１液分管６７へと流れ、開かれている開閉弁２９を介して気液分離器２８に流入する。気液分離器２８に流入した気液二相冷媒は、気液分離器２８の内部で液冷媒とガス冷媒とに分離される。

気液分離器２８の内部で分離された飽和液冷媒（図２の点Ｅの状態となった冷媒。なぜ飽和液冷媒となるのかについては、後述する）は、第２液分管６８へと流出して第２膨張弁２７ｂへと流れる。第２膨張弁２７ｂは、流出液冷媒温度センサ７７で検出した流出液冷媒温度と、熱交温度センサ７５で検出した第２膨張弁２７ｂから流出した冷媒の温度との温度差が、予め定めた目標値となるように、開度が調整されている。

具体的には、温度差が目標値より大きい場合は、第２膨張弁２７ｂの開度が現在の開度より大きくされる。第２膨張弁２７ｂの開度が大きくされるほど、第２膨張弁２７ｂを通過する液冷媒が減圧される程度が小さくなるため、流出液冷媒温度と第２膨張弁２７ｂから流出した冷媒の温度との温度差が小さくなる。一方、温度差が目標値より小さい場合は、第２膨張弁２７ｂの開度が現在の開度より小さくされる。第２膨張弁２７ｂの開度が小さくされるほど、第２膨張弁２７ｂを通過する液冷媒が減圧される程度が大きくなるため、第２膨張弁２７ｂから流出した冷媒の温度が低下して流出液冷媒温度との温度差が大きくなる。

ここで、上述した目標値は、第２膨張弁２７ｂから流出する冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を所望の割合とするために定められる値である。具体的には、室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失を低減するよりも、冷媒回路１０に充填する冷媒量の削減を優先したい場合は、目標値を大きい値としてこの目標値となるように第２膨張弁２７ｂの開度を調整することで、第２膨張弁２７ｂから室外熱交換器２３へと流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を多くする。一方、冷媒回路１０に充填する冷媒量の削減よりも、室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失を低減することを優先したい場合は、目標値を小さい値としてこの目標値となるように第２膨張弁２７ｂの開度を調整することで、第２膨張弁２７ｂから室外熱交換器２３へと流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を少なくする。

但し、上記目標値を定める際には、図２に示す点Gの圧力が点Ｙの圧力を超えないように定める必要がある。詳しくは後述するが、点Gの圧力が点Ｙの圧力を超えている場合は、第３膨張弁２７ｃの開度を調整して第３膨張弁２７ｃの冷媒出口側における冷媒の過熱度が０ｄｅｇかつ乾き度が１の飽和ガス冷媒としても、第３膨張弁２７ｃで減圧される前の冷媒、つまり、気液分離器２８からバイパス管６９に流出して第３膨張弁２７ｃに流入する冷媒の状態は、当該冷媒の比エンタルピの値が飽和蒸気線上の比エンタルピの値より大きくなる過熱ガス状態となる。本発明では、第３膨張弁２７ｃに流入する冷媒の状態を、過熱ガス状態とするのではなくガス冷媒にわずかに液冷媒が混ざった状態としたいため、点Gの圧力が点Ｙの圧力を超えないように目標値を定める。

第２膨張弁２７ｂを通過して減圧されて液冷媒の割合が高い気液二相冷媒となった冷媒（図２の点Ｆの状態となった冷媒）は、第２液分管６８を流れ、第２逆止弁３０ｂを通過して室外機液管６３へと流入する。室外機液管６３を流れて室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

一方、気液分離器２８の内部で分離されたガス冷媒は、バイパス管６９に流出して第３膨張弁２７ｃへと流れる。第３膨張弁２７ｃは、流出ガス冷媒温度センサ７８で検出した流出ガス冷媒温度から、流出ガス冷媒圧力センサ７２で検出した圧力を用いて算出する冷媒温度を減じた求めた値（以降、流出ガス冷媒過熱度と記載する）が０ｄｅｇとなるように、つまり、バイパス管６９に流出する冷媒が飽和ガス冷媒となるように開度が調整される。具体的には、求めた流出ガス冷媒過熱度が０ｄｅｇより大きいである場合は、第３膨張弁２７ｃの開度は現在の開度より大きくされる。一方、求めた流出ガス冷媒過熱度が０ｄｅｇであれば、第３膨張弁２７ｃの開度は現在の開度より小さくされる。

ここで、第３膨張弁２７ｃの開度の変化によって、気液分離器２８の内部における冷媒の状態や、第２液分管６８およびバイパス管６９に流出する冷媒がどのように変化するのかを説明する。前述したように、気液分離器２８に流入した冷媒は、図２の点Ｄで示す状態、つまり、ガス冷媒に対して液冷媒の割合が多い状態となっている。

まず、第３膨張弁２７ｃの開度が小さい場合に、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の量は、気液分離器２８に流入した冷媒におけるガス冷媒の量より少なく、かつ、ガス冷媒のみがバイパス管６９へと流出する。このため、第３膨張弁２７ｃの開度が小さい場合に、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の状態は、過熱度が０ｄｅｇかつ乾き度が１の飽和ガス状態（図２に示す点Ｇが飽和蒸気線上にある状態）となる。一方、気液分離器２８から第２液分管６８へと流出する冷媒の状態は、液冷媒にわずかにガス冷媒が混ざった状態（図２の点Ｅが少し点Ｄ側に寄った状態）となる。

次に、第３膨張弁２７ｃの開度を大きくしていくにつれて、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の状態は変わらないまま（過熱度０ｄｅｇの飽和ガス冷媒のまま）、バイパス管６９へと流出するガス冷媒の量が多くなり、ある第３膨張弁２７ｃの開度で気液分離器２８に流入した冷媒におけるガス冷媒の量と同じ量のガス冷媒が、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出する。このとき、気液分離器２８から第２液分管３０ｂへと流出する冷媒の状態は、ガス冷媒を含まない飽和液状態（図２の点Ｅに示す状態）となる。

そして、第３膨張弁２７ｃの開度を上記の大きさからさらに大きくしていくと、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の量が、気液分離器２８に流入した冷媒におけるガス冷媒の量より多くなって、気液分離器２８の内部に滞留していたガス冷媒もバイパス管６９へと流れる。これにより、気液分離器２８の内部では、液冷媒の滞留量が増加して液面が上昇し、液面が気液分離器２８の内部のバイパス管６９の開口部に達して、気液分離器２８からバイパス管６９へと流れるガス冷媒に液冷媒がわずかに含まれる状態（図２の点Ｇに示す状態）となる。

本実施形態の空気調和機１では、以上に説明した第３膨張弁２７ｃの開度の変化により気液分離器２８の内部における冷媒の状態が変化することや、第２液分管６８およびバイパス管６９に流出する冷媒の状態が変化することを利用して、第３膨張弁２７ｃの開度を調整して流出ガス冷媒温度センサ７８で検出した流出ガス冷媒温度から、流出ガス冷媒圧力センサ７２で検出した圧力を用いて求めた冷媒の温度を減じて求めた値（以降、流出ガス冷媒過熱度と記載する）が０ｄｅｇとなる状態（図２の点Ａに示す状態）、つまり、飽和ガス状態にする。第３膨張弁２７ｃから流出した冷媒を飽和ガス冷媒とすることで、第３膨張弁２７ｃで減圧される前の冷媒、つまり、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出する冷媒の状態を、図２の点Ｇで示す状態、つまり、ガス冷媒に液冷媒がわずかに混ざった状態とできる。

前述したように、気液分離器２８からバイパス管６９へと流れるガス冷媒に液冷媒がわずかに含まれる状態となっているときは、気液分離器２８の内部で液冷媒の滞留量が増加して液面が上昇し、液面が気液分離器２８の内部のバイパス管６９の開口部より達している。そして、液面高さがバイパス管６９の開口部に達するまでの量の液冷媒が気液分離器２８の内部に滞留していれば、気液分離器２８の密閉容器側面の下方に設けられている液冷媒出口から第２液分管３０ｂへと流出する冷媒が、ガス冷媒を含まない飽和液冷媒に確実になっている。

以上に説明したように、第３膨張弁２７ｃから流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように第３膨張弁２７ｃの開度を調整すれば、気液分離器２８の内部において液冷媒の液面高さをバイパス管６９の開口部付近（第３膨張弁２７ｃの開度によって液面高さがバイパス管６９の開口部に達する状態とわずかに達しない状態を繰り返す状態）とでき、液面高さをバイパス管６９の開口部付近とすることで気液分離器２８から第２液分管６８へと流出する冷媒を飽和液冷媒とすることができる。従って、第２液分管６８へと流出した飽和液冷媒を第２膨張弁２７ｂで減圧することで、第２膨張弁２７ｂから第２液分管６８に流出する冷媒の状態を、ガス冷媒に対し液冷媒の割合が多い気液二相状態（図２の点Ｆに示す状態）と確実にできる。これにより、冷媒回路１０に充填する冷媒量を削減しても、暖房運転時に凝縮器として機能している室内熱交換器３１における凝縮能力が低下して暖房能力が低下することを抑制できる。

なお、本発明は、室外熱交換器がマイクロ流路熱交換器である場合に、よりその効果が発揮される。マイクロ流路熱交換器は、フィンアンドチューブ式熱交換器などの通常の熱交換器と比べて小型かつ伝熱性が高いので、冷媒回路に充填する冷媒量を通常の熱交換器を備える場合と比べて削減できる。その一方で、マイクロ流路熱交換器の冷媒流路は通常の熱交換器の冷媒流路よりも流路断面積が小さいために、マイクロ流路熱交換器の冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失が大きくなり、マイクロ流路熱交換器に流入する冷媒におけるガス冷媒の割合が大きくなるのにつれて、圧力損失が大きくなる。

従って、室外熱交換器がマイクロ流路熱交換器である場合は、暖房運転時にマイクロ流路熱交換器に流入する冷媒が液冷媒であるほうが望ましい。しかし、前述したように、暖房運転時にマイクロ流路熱交換器に流入する冷媒を液冷媒すれば、気液分離器からマイクロ流路熱交換器までの間が液冷媒で満たされることによって、室内熱交換器３１における凝縮能力が低下して暖房能力が低下する恐れがある。

しかし、本発明の空気調和機１では、前述したように、暖房運転時に気液分離器２８から流出した液冷媒を気液分離器２８の液冷媒流出口の近傍に配置されている第２膨張弁２７ｂによって液冷媒の割合の高い気液二相状態として室外熱交換器２３へと流す。従って、室外熱交換器２３をマイクロ流路熱交換器としても、マイクロ流路熱交換器を冷媒が流れる際の圧力損失を最小限に抑えつつ、気液分離器２８から室外熱交換器２３までの間が液冷媒で満たされることによって、室内熱交換器３１における凝縮能力が低下して暖房能力が低下するという状態が発生しないようにできる。

また、以上説明した実施形態では、第１膨張弁２７ａの開度が吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が予め定められている目標温度となるように調整され、第２膨張弁２７ｂの開度が熱交温度センサ７５で検出した第２膨張弁２７ｂから流出した冷媒の温度との温度差が目標値となるように調整される場合を説明した。しかし、第１膨張弁２７ａの開度調整方法と、第２膨張弁２７ｂの開度調整方法とを入れ替えても、本発明の効果が発揮される。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２７ａ 第１膨張弁
２７ｂ 第２膨張弁
２７ｃ 第３膨張弁
２８ 気液分離器
２９ 開閉弁
３０ａ 第１逆止弁
３０ｂ 第２逆止弁
３１ 室内熱交換器
６７ 第一液分管
６８ 第二液分管
６９ バイパス管
７２ 流出ガス冷媒圧力センサ
７５ 熱交温度センサ
７７ 流出液冷媒温度センサ
７８ 流出ガス冷媒温度センサ

Claims (2)

1. 暖房運転時に、圧縮機、室内熱交換器、第１膨張弁、気液分離器、第２膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路と、
   第３膨張弁を備え前記気液分離器から前記圧縮機へと冷媒を導くバイパス管と、
   を有する空気調和機であって、
   前記第１膨張弁の開度は、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整され、前記第２膨張弁の開度は、同第２膨張弁に流入する冷媒の温度と、前記第２膨張弁から流出した冷媒の温度との温度差が所定の目標値となるように調整され、前記第３膨張弁の開度は、同第３膨張弁から流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように調整されて、前記第２膨張弁から流出する冷媒が、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とされる、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記第１膨張弁の開度は、前記第２膨張弁に流入する冷媒の温度と、前記第２膨張弁から流出した冷媒の温度との温度差が所定の目標値となるように調整され、
   前記第２膨張弁の開度は、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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