JPWO2009123190A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

冷暖同時運転でのＣＯＰを改善できる空気調和装置を得る。室外機１００と複数の室内機３０１〜３０３とを分流コントローラ２００により接続し、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成した空気調和システムにおいて、前記室外機１００と前記分流コントローラ２００との間を、高圧配管４００及び低圧配管５００の２管で接続し、前記分流コントローラ２００と前記複数の室内機３０１〜３０３との間を、高圧配管７００及び低圧配管８００の２管で接続し、前記分流コントローラ２００は、前記室外機から前記室内機への冷媒を分岐して第１膨張弁２１１により減圧した冷媒と前記室内機からの冷媒とが合流して流入される比較的高温の中間圧二相冷媒と、前記室内機へ流出される冷媒を分岐して第２膨張弁２１２により減圧して前記室外機へ流出される比較的低温の低圧二相冷媒とを熱交換させる二重管熱交換器２４０を有する。

Description

この発明は、室外機と複数の室内機を分流コントローラにより接続し、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成した空気調和装置に関するものである。

従来、ＣＯ₂などの超臨界流体を用いた冷暖同時の熱回収タイプの空気調和装置が知られている。このような空気調和装置においては、室外機と分岐キットを高圧配管と低圧配管及び高温ガス管の３管で接続されるのが主であった。なお、分岐キットから室内機までは２管式である。

しかし、超臨界流体の臨界域における圧力は非常に高い圧力であるため、各ユニット間の接続配管の肉厚が従来のフロンに代表される冷媒の場合よりも大幅にアップする。このため、材料費コストの増大、または曲げなどの現地加工費が膨大に膨れ上がることが容易に予想される。

そこで、接続配管低減のために各室内機毎の分岐キットを１つの分流コントローラ内に内蔵し、接続配管本数を低減することが考えられる。

一方で、超臨界流体を用いた空気調和装置の特徴として、冷房運転室内機へ送り込む流体の温度を低く、暖房運転室内機へ送り込む流体の温度を高くすることが、最も能力が発揮され、より少ない流体の流量で実現される。このため、効率（ここでは、分子を空調機の能力（単位ｋＷ）、分母を消費電力（単位ｋＷ）としたＣＯＰ：Coefficient of Performance）もよくなる。従って、室内機の入口温度、すなわち、熱源側熱交換器の出口温度は、冷房時は低く、暖房時は高くするのが基本である。

しかし、２管式により冷暖同時を可能とする空気調和装置においては、冷房運転室内機と暖房運転室内機が同時に存在（混在）する場合において、以下のトレードオフが発生する。

・冷房運転室内機に対しては、低い温度の流体を供給するために、熱源側熱交換器の出口温度を低くする必要がある。
・暖房運転室内機に対しては、高い温度の流体を供給するために、熱源側熱交換器の出口温度を高くする必要がある。

例えば、従来での冷房主体運転（冷凍サイクルは冷房サイクルにおける冷暖同時運転）は、冷暖ともにある程度（例えば、モリエ線図で超臨界領域における圧力１０ＭＰａ、４０〜５０℃近辺）の熱源側熱交換器出口温度で制御せざるを得なく、結果的に能力を発揮するためには、エンタルピ差が不足し、その分流体流量を増やす（圧縮機消費電力アップ）ことで補い、その結果ＣＯＰが低下する。

さらに、空気調和装置の効率については、これまで前述のＣＯＰと呼ばれる係数を用いて、１００％負荷に対しての効率のみで評価を行っている。しかし、近年、例えば一般的な事務所における負荷は、ＯＡ機器の発達、および建築物の断熱性能の向上とともに、暖房シーズンにおいても冷房負荷が発生しており、年間を通じて冷暖同時運転の頻度が高まってきている。従って、１００％負荷のＣＯＰのみで評価するのではなく、冷暖同時運転でのＣＯＰまで含めて効率改善する動向が強まってきている。

上述したように、従来の空気調和装置においては、冷暖房の両者を満たすように運転すると、ＣＯＰが低下するという問題点があった。

この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、冷暖同時運転でのＣＯＰを改善できる空気調和装置を得ることを目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、室外機と複数の室内機とを分流コントローラにより接続し、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成した空気調和システムにおいて、前記室外機と前記分流コントローラとの間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、前記分流コントローラと前記複数の室内機との間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、前記分流コントローラは、前記室外機から前記室内機への冷媒を分岐して第１膨張弁により減圧した冷媒と前記室内機からの冷媒とが合流して流入される比較的高温の中間圧二相冷媒と、前記室内機へ流出される冷媒を分岐して第２膨張弁により減圧して前記室外機へ流出される比較的低温の低圧二相冷媒とを熱交換させる二重管熱交換器を有することを特徴とする。

この発明によれば、室外機から分流コントローラとの間、および分流コントローラから各室内機との間までの接続配管本数を大幅に低減でき、かつ冷房運転室内機側でのエンタルピ差を大きく確保できることで冷暖同時運転でのＣＯＰも向上する。

この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の説明に用いるモリエ線図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態２に係る空気調和装置における冷主運転時の第１膨張弁２１１の制御フローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る空気調和装置における全暖及び暖主運転時の第１膨張弁２１１の制御フローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る空気調和装置における全冷及び冷主運転時の第２膨張弁２１２の制御フローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る空気調和装置における暖主運転時の第２膨張弁２１２の制御フローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る空気調和装置の説明に用いるモリエ線図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒回路図である。図１に示す空気調和装置は、室外機１００と複数の室内機３０１〜３０３とが分流コントローラ２００により接続され、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成している。室外機１００は、主に、圧縮機１１０、四方弁１２０、熱源機側熱交換器１３０及び逆止弁１４１〜１４７を具備している。また、室内機３０１〜３０３は、利用側（負荷側）熱交換器３１１〜３１３と、絞り装置としての膨張弁３２１〜３２３を具備している。さらに、分流コントローラ２００は、主に、第１膨張弁２１１、第２膨張弁２１２、逆止弁２３１〜２３３、流路切換弁２２１〜２２３及び二重管熱交換器２４０を具備している。なお、二重管熱交換器２４０は、プレート熱交換器またはマイクロチャネル熱交換器であってもよい。

ここで、室外機１００と分流コントローラ２００との間は、高圧配管４００と低圧配管５００の２管で接続され、分流コントローラ２００と各室内機３０１〜３０３との間も同様に高圧配管７００と低圧配管８００の２管でそれぞれ接続されている。ここでは、冷房運転が主体で、一部暖房運転の冷房主体運転（以下、冷主運転と略す）について記載するが、暖房主体運転（以下、暖主運転と略す）については、四方弁１２０、逆止弁１４１〜１４７にて流路が切り換えられる。

なお、図１では、分流コントローラ２００内に、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２、第１温度検知手段２９１、第２温度検知手段２９２が図示されているが、この実施の形態１では不要であり、後述する実施の形態２において用いられる。

まず、図１にて冷主運転での冷媒回路内の流れを説明する。ここでは、超臨界流体としてＣＯ₂を用いた場合について述べる。圧縮機１１０で圧縮された高圧高温の流体は、四方弁１２０を介して熱源機側熱交換器１３０にて周囲の空気と熱交換され、周囲の空気温度まではいかない温度まで冷却され、例えば、図２に示すモリエ線図（圧力ｐ−エンタルピｈ）の乾き度が０．５近辺（図２中Ｂ点）の温度まで冷却され、熱源機側熱交換器１３０出口が高圧中温の状態となる。熱源機側熱交換器１３０を出た流体は、高圧配管４００を介して分流コントローラ２００内に流入し、その流路切換弁２２１〜２２３にて、それぞれ冷房運転室内機３０２，３０３、暖房運転室内機３０１へと分岐する。

暖房運転室内機３０１側への冷媒は、分岐口から流路切換弁２２３を介して負荷側熱交換器内３１１へ流入した高圧中温の流体がさらに室温と熱交換し、室温とほぼ同等の高圧中温となり（図２中Ｃ点）、膨張弁３２１にて減圧される（図２中Ｄ点）。低圧配管８００を介して暖房運転室内機３０１を出た冷媒は、中圧中温の状態で分流コントローラ２００内の逆止弁２３１を介して、第１膨張弁２１１と二重管熱交換器２４０間で合流する。

一方、冷房運転室内機３０２，３０３側への冷媒は、前記分岐口から第１膨張弁２１１で高圧よりも少し低い超臨界域での中間圧まで減圧され（図２中Ｅ点）、中圧中温の状態で二重管熱交換器２４０内の中温側へ流入する。さらに、暖房運転室内機３０１の膨張弁３２１で減圧された中圧中温の流体もここで合流して二重管熱交換器２４０の中温側へ流入する。ここで、二重管熱交換器２４０の中温側から出た一部流体は分岐口でさらに分岐され、第２膨張弁２１２にてさらに減圧され気液二相の低圧低温となり（図２中Ｉ点）、二重管熱交換器２４０内の低温側へ流入する。

二重管熱交換器２４０にて前記中温側の中圧中温の流体と熱交換することで、低温側の低圧低温流体は、低圧中温の乾き度の大きい状態（図２中Ｈ点）となり、一方、中温側の中圧中温流体は、さらに冷却され、低エンタルピ状態の中圧中温流体（図２中Ｄ点）となる。そして、このさらに冷却された中圧中温流体（図２中Ｄ点）が、負荷側の膨張弁３２２,３２３にてさらに減圧されて気液二相の低圧低温（図２中Ｇ点）となり、負荷側の熱交換器３２２,３２３内へ流入することで、室温と熱交換し、低圧中温の乾き度の大きい状態となる（図２中Ｈ点）。最後に、二重管熱交換器２４０の低温側を出た低圧中温の流体と、負荷側熱交換器３２２,３２３を出た低圧中温の流体とが合流し、低圧配管５００を介して室外機１００側へ戻る。

これにより、室外機１００から分流コントローラ２００との間、および分流コントローラ２００から各室内機３０１〜３０３との間までの接続配管本数を大幅に低減でき、かつ冷房運転室内機３０２，３０３側でのエンタルピ差を大きく確保できたことで冷暖同時運転でのＣＯＰも向上する。

次に、図３は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒回路図である。図３に示す空気調和装置は、図１に示す実施の形態１の構成と同様な構成を備える。

図３により、暖主運転時の冷媒回路内の流れを説明する。圧縮機１１０で圧縮された高圧高温の流体は、四方弁１２０、逆止弁１４５および高圧配管４００を介して、分流コントローラ２００へ流入する。さらに、高圧高温の流体は、分流コントローラ２００内の流路切換弁２２１〜２２３にて、それぞれ冷房運転室内機３０３、暖房運転室内機３０１，３０２へと分岐する。また、第１膨張弁２１１は、全閉の状態で流れが遮断されている。

暖房運転室内機３０１，３０２側への冷媒は、分流コントローラ２００内の分岐口から流路切換弁２２２、２２３および高圧配管７００を介して負荷側熱交換器内３１１，３１２へ流入し、高圧中温の流体がさらに室温と熱交換し、室温とほぼ同等の高圧中温となり（図２中Ｃ点）、膨張弁３２１,３２２にて減圧され、中圧中温となる（図２中Ｄ点）。そして、膨張弁３２１,３２２にて減圧された冷媒は、低圧配管８００を介して分流コントローラ２００内へ流入し、逆止弁２３１,２３２を介して、第１膨張弁２１１と二重管熱交換器２４０の間へ中圧中温状態で合流する。

一方、冷房運転室内機３０３側への冷媒は、以下の経路を介して負荷側膨張弁３２３へ流入する。暖房運転室内機３０１，３０２から低圧配管８００および逆止弁２３１，２３２を介して二重管熱交換器２４０の中圧中温側へ流入した流体は、分岐口でさらに分岐され、一部の流量が第２膨張弁２１２にてさらに減圧され低圧低温となり（図２中Ｉ点）、二重管熱交換器２４０内の低温側へ流入する。そして、二重管熱交換器２４０にて前記中温側の中圧中温の流体と熱交換することで、低温側の低圧低温流体は、低圧中温の乾き度の大きい状態（図２中Ｈ点）となり、中温側の中圧中温流体は、さらに冷却され、低エンタルピ状態の中圧中温流体（図２中Ｄ点）となる。

そして、このさらに冷却された中圧中温流体（図２中Ｄ点）が、負荷側の膨張弁３２３にてさらに減圧されて低圧低温となり、負荷側熱交換器３１３内へ流入することで、室温と熱交換され、低圧中温の乾き度の大きい状態となる（図２中Ｈ点）。最後に、二重管熱交換器２４０の低温側を出た低圧中温の流体と、負荷側熱交換器３１３を出た低圧中温の流体とが合流し、低圧配管５００、熱源機側熱交換器１３０、四方弁１２０を介して室外機１００側へ戻る。

したがって、実施の形態１によれば、１台の室外機１００と１台の分流コントローラ２００とを２管で接続し、分流コントローラ２００と複数の室内機３０１〜３０３とを２管で接続することで、分流コントローラ２００から各室内機３０１〜３０３までの接続配管本数を大幅に低減でき、かつ冷房運転室内機３０２，３０３側でのエンタルピ差を大きく確保できることで、冷暖同時運転でのＣＯＰも向上する。また、冷房主体で一部暖房運転となる冷房主体運転においても省エネ運転を実現することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、図１及び図３に示す実施の形態１の構成と同様な構成を備える。さらに、図１及び図３において、分流コントローラ２００内に、実施の形態１では不要であった、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２、第１温度検知手段２９１、第２温度検知手段２９２が備えられる。

この実施の形態２において、冷媒の流れは、実施の形態１と同じである。以下、第１膨張弁２１１の制御方法について説明する。まず、各制御モード（全冷、冷主、全暖、暖主）における制御概要は、表１の通りである。

全ての室内機３０１〜３０３が冷房運転である全冷房運転（以下、「全冷」と略す）の場合には、第１膨張弁２１１は、全開状態としておき、室内機３０１〜３０３の膨張弁３２１〜３２３のみで負荷に応じた流量制御を行う。

図１において、負荷側熱交換器３１１〜３１３の上側に温度を検知するための温度センサ３１１ａ、３１２ａ、３１３ａが設けられている。負荷側熱交換器３１１〜３１３と負荷側の膨張弁３２１〜３２３の間には、温度を検知するための温度センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂと圧力を検知する圧力センサ３１１ｃ、３１２ｃ、３１３ｃが設けられている。

全冷運転の場合は、温度センサ３１１ａ、３１２ａ、３１３ａと温度センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂとの温度差を演算し、その演算結果を過熱度（スーパーヒート）とし、過熱度が所定の値、例えば２℃程度になるように、負荷側の膨張弁３２１、３２２、３２３の開度を調節する。

冷房サイクルの状態で、冷暖同時運転する「冷主」運転の場合、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２の差圧を用いた後述する差圧制御を行う。冷主運転においても、負荷側熱交換器が蒸発器として作用しているときは、前述した過熱度を検知しながら負荷側の膨張弁開度を所定の過熱度になるように調整する。

また、全ての室内機３０１〜３０３が暖房運転である全暖房運転（以下、「全暖」と略す）の場合には、第１膨張弁２１１は、基本的には全閉状態としておき、室内機の膨張弁３２１〜３２３のみで負荷に応じた流量制御を行い、前記高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２の差圧を用いた後述する差圧制御を行う。

負荷側熱交換器３１１〜３１３と負荷側の膨張弁３２１〜３２３の間に、温度を検知するための温度センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂと圧力を検知する圧力センサ３１１ｃ、３１２ｃ、３１３ｃが設けられている。

全暖運転の場合は、圧力センサ３１１ｃ、３１２ｃ、３１３ｃで検知された圧力値から飽和温度Ｔ_scを演算する。演算された飽和温度は凝縮温度Ｔ_cとする。あらかじめ式（１）で示されるような飽和温度Ｔ_scと圧力Ｐとの関係式を作成しておく必要がある。
Ｔ_sc＝ｆ（Ｐ） （１）

なお、後述する図８に示すように、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、高圧側は臨界点以上で動作するため、相変化が起こらない。すなわち、飽和温度Ｔ_scが存在しない。そこで、冷凍サイクルの実験などを行い、バランスする圧力と吸込み空気温度から仮想の飽和温度を設定する。例えば、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ²の時は飽和温度４５℃とする。本実施の形態における式（１）は仮想の飽和温度Ｔ_scが算出される演算式である。

圧力センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂから得られた圧力値から式（１）を用いて、仮想の凝縮温度Ｔ_cを演算する。温度センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂから得られた温度Ｔ_Lと仮想凝縮温度Ｔ_cとの差（Ｔ_c−Ｔ_L）を求め、この値を過冷却度ＳＣ（サブクール）とする。過冷却度ＳＣが所定の値、例えば５℃程度になるように、負荷側の膨張弁３２１、３２２、３２３の開度を調節する。

そして、暖房サイクルの状態で、冷暖同時運転する「暖主」運転の場合も全暖と同様、基本的には全閉状態として、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２の差圧を用いた後述する差圧制御を行う。

次に、制御方法の詳細を、図４及び図５に示す制御フローチャートを用いて説明する。まず、「全冷」運転については、第１膨張弁２１１は、常に全開状態としておき、室内機の膨張弁３２１〜３２３のみで負荷に応じた流量制御を行う。

そして、「冷主」運転については、図４に示すように、圧縮機１１０の起動などをトリガにして、あらかじめ設定しておいた初期開度Ｌ０からスタートし（ステップＳ４１）、スタートから所定時間Ｕ経過後（ステップＳ４２）、前記高圧圧力検知手段２８１と中間圧圧力検知手段２８２との検出値の差圧ΔＰとあらかじめ設定した設定値Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の比較に応じて、第１膨張弁２１１の開度を制御する。

例えばΔＰ＞Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ４３→Ｓ４４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１を現状開度に維持し（ステップＳ４３→Ｓ４５→Ｓ４６）、Ｐ１＜ΔＰの場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ４３→Ｓ４５→Ｓ４７→Ｓ４８）。

以上の制御により、暖房運転室内機側の負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧を確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしまうことで、低圧低下を招き、結果的にＣＯＰ低下となることを抑制できる。

また、「全暖」運転については、第１膨張弁２１１は、常に全閉状態としておき、室内機の膨張弁３２１〜３２３のみで負荷に応じた流量制御を行う。

そして、「暖主」運転については、図５に示すように、圧縮機１１０の起動などをトリガにして、第１膨張弁２１１の全閉状態からスタートし（ステップＳ５１）、スタートから所定時間Ｕ経過後（ステップＳ５２）、前記高圧圧力検知手段２８１と中間圧圧力検知手段２８２の検出値の差圧ΔＰとあらかじめ設定した設定値Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の比較に応じて、第１膨張弁２１１の開度を制御する。

例えば、ΔＰ＞Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ５３→Ｓ５４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１を現状開度に維持し（ステップＳ５３→Ｓ５５→Ｓ５６）、Ｐ１＜ΔＰの場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ５３→Ｓ５５→Ｓ５７→Ｓ５８）。

以上の制御により、暖房運転室内機側の負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧を確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしまうことで、冷房運転室内機の入口圧が低圧に近づき、冷房運転室内機で負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧が確保できることになり、結果的にＣＯＰ低下となることを抑制できる。また、圧力の変化を抑制し、室内機へ安定して冷媒を送り込むことができ、省エネ運転と快適性を実現することができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、前述した実施の形態２と同様に、図１及び図３に示す実施の形態１の構成と同様な構成を備える。さらに、図１及び図３において、分流コントローラ２００内に、実施の形態１では不要であった、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２、第１温度検知手段２９１、第２温度検知手段２９２が備えられる。

この実施の形態３において、冷媒の流れは、実施の形態１と同じである。以下、第２膨張弁２１２の制御方法について説明する。まず、各制御モード（全冷、冷主、全暖、暖主）における制御概要は表１の通りである。

全ての室内機３０１〜３０３が冷房運転である「全冷」運転の場合には、第２膨張弁２１２は、第１温度検知手段２９１、第２温度検知手段２９２を用いた後述する差温（スーパーヒート）制御を行い、室内機３０１〜３０３側では膨張弁３２１〜３２３にて負荷に応じた流量制御を行う。冷房サイクルの状態で、冷暖同時運転する「冷主」運転の場合も「全冷」と同様である。

また、全ての室内機３０１〜３０３が暖房運転である「全暖」運転の場合には、第２膨張弁２１２は、全開状態としておき、室内機の膨張弁３２１〜３２３で負荷に応じた流量制御を行い、負荷側と熱交換した冷媒はこの第２膨張弁２１２を介して、室外機低圧ラインへ流入する。

そして、暖房サイクルの状態で、冷暖同時運転する「暖主」運転の場合は、基本的には全閉状態として、高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２の差圧を用いた後述する差圧制御を行う。

次に、制御方法の詳細を図６及び図７に示す制御フローチャートを用いて説明する。まず、「全冷」運転については、図６に示すように、圧縮機１１０の起動などをトリガにして、あらかじめ設定しておいた初期開度Ｌ０からスタートし（ステップＳ６１）、スタートから所定時間Ｕ経過後（ステップＳ６２）、前記第１温度検知手段２９１、第２温度検知手段２９２を用いてその検出値の差温ΔＴ（スーパーヒート）を演算し、その差温ΔＴとあらかじめ設定したＴ１，Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）との比較に応じて、第２膨張弁２１２の開度を制御する。

例えば、ΔＴ＞Ｔ２の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ６３→Ｓ６４）、Ｔ１≦ΔＴ≦Ｔ２の場合には、第２膨張弁２１２を現状開度に維持し（ステップＳ６３→Ｓ６５→Ｓ６６）、Ｔ１＜ΔＴの場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ６３→Ｓ６５→Ｓ６７→Ｓ６８）。

以上の制御により、冷房運転室内機側入口の冷媒温度を冷却し、性能を満足するだけの必要エンタルピ差を確保し、結果的にＣＯＰ低下となることを抑制できる。また、冷房主体で一部暖房運転となる冷房主体運転においても、冷房運転室内機へより低温の冷媒を送り込むことができ、省エネ運転を実現することができる。

また、「全暖」運転については、第２膨張弁２１２は、常に全開状態としておき、室内機の膨張弁３２１〜３２３で負荷に応じた流量制御を行い、負荷側と熱交換した冷媒はこの第２膨張弁２１２を介して室外機低圧ラインへ流入する。

そして、「暖主」運転については、図７に示すように、圧縮機１１０の起動などをトリガにして、全閉状態からスタートし（ステップＳ７１）、スタートから所定時間Ｕ経過後（ステップＳ７２）、前記高圧圧力検知手段２８１、中間圧圧力検知手段２８２の検出値の差圧ΔＰとあらかじめ設定した設定値Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）との比較に応じて、第２膨張弁２１２の開度を制御する。

例えば、ΔＰ＞Ｐ２の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけダウンし（ステップＳ７３→Ｓ７４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第２膨張弁２１２を現状開度に維持し（ステップＳ７３→Ｓ７５→Ｓ７６）、Ｐ１＜ΔＰの場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけアップさせる（ステップＳ７３→Ｓ７５→Ｓ７７→Ｓ７８）。

以上の制御により、暖房運転室内機側の負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧を確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしまう（中間圧が低圧に近づく）ことで、冷房運転室内機の入口圧が低圧に近づき、冷房運転室内機で負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧が確保できなくなり、結果的にＣＯＰ低下となることを抑制できる。

冷主運転時においては、熱源機側熱交換器１３０は凝縮器（放熱器）と作用する。冷主運転は冷房負荷が暖房負荷を上回っている状態なので、放熱能力の一部を熱源機側熱交換器１３０で放熱する必要がある。そのためには、ファン速度や熱源機側熱交換器１３０を分割し、熱交換器容量を増減させる必要がある。

この発明では、熱源機側熱交換器１３０を分割することなく、放熱能力を調整する方法を説明する。本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いている。この冷媒は図２や図８で示すように、臨界点以上で高圧側が動作する。この特性を利用すれば容易に放熱容量を調整することが可能となる。

図３に示すように、熱源機側熱交換器１３０と逆止弁１４１との間に、圧力センサ９００、温度センサ９０１を設けると共に、熱源機側熱交換器１３０の入口に温度センサ９０２を設ける。超臨界では温度と圧力が決まれば、一義的にエンタルピが決定される。

図８において、ａは熱源機側熱交換器１３０入口のエンタルピＨ₁、ｂは熱源機側熱交換器１３０出口のエンタルピＨ₂（暖房運転になっている負荷側熱交換器の入口）、ｃは熱源機側熱交換器１３０入口のエンタルピＨ₃である。

暖房側の負荷は暖房運転を行っている台数と接続されている室内機の容量から知ることができる。この暖房負荷をＱ_cとする。また、圧縮機の吐出圧力、吸入圧力から冷媒流量Ｇ_rを求めることができる。式（２）から暖房負荷を賄うのに必要なエンタルピ差ΔＨを求めることができる。
Ｑ_c／Ｇ_r＝ΔＨ＝Ｈ₂−Ｈ₃ （２）

また、負荷側熱交換器出口の圧力センサ３１１ｃと温度センサ３１１ｂから負荷側熱交換器（暖房）出口のエンタルピＨ₃を求めることができる。式（２）は式（３）のように書き換えられる。
Ｈ₂＝Ｑ_c／Ｇ_r＋Ｈ₃ （３）

すなわち、熱源機側熱交換器出口のエンタルピＨ₂が決定される。熱源機側熱交換器出口のエンタルピは圧力センサ９００、温度センサ９０１から求めることができる。式（３）から求められたエンタルピを目標のエンタルピＨ_2mとする。

また、圧力センサ９００、温度センサ９０１で測定されたエンタルピをＨ_2sとする。目標エンタルピＨ_2mと測定されたエンタルピＨ_2sの差（Ｈ_2m−Ｈ_2s）を演算し、Ｈ_2m−Ｈ_2s＝ΔＨ_sとする。

そして、−ｅｐｓＨ₂＜ΔＨ_s＜ｅｐｓＨ₂（なお、−ｅｐｓＨ₂とｅｐｓＨ₂は誤差範囲の下限値と上限値を示す）が所定の値になるように制御手段により熱源機側ファン（送風機）の回転を増減させる。−ｅｐｓＨ₂＞ΔＨ_sの場合は、ファン回転数をアップさせ、ΔＨ_s＞ｅｐｓＨ₂の場合はファン回転数を小さくする制御を行う。

なお、エンタルピＨを求めるためには、あらかじめ式（４）の物性式を作成しておく必要ある。
Ｈ＝ｆ（Ｐ，Ｔ) （４）
Ｐ：圧力、Ｔ：温度

この発明に係る空気調和装置は、熱源機側熱交換器を有する室外機と、個別の負荷側熱交換器を有する複数の室内機とを分流コントローラにより接続し、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成した空気調和装置において、前記室外機と前記分流コントローラとの間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、前記分流コントローラと前記複数の室内機との間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、前記分流コントローラは、前記室外機から前記室内機への冷媒を分岐して第１膨張弁により減圧した冷媒と前記室内機からの冷媒とが合流して流入される比較的高温の中間圧二相冷媒と、前記室内機へ流出される冷媒を分岐して第２膨張弁により減圧して前記室外機へ流出される比較的低温の低圧二相冷媒とを熱交換させる二重管熱交換器を有し、前記冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側を臨界点以上で動作させ、前記熱源機側熱交換器及び前記個別の負荷側熱交換器がガスクーラとして作用するとき、前記熱源機側熱交換器および前記個別の負荷側熱交換器の出口は、単相状態であり、前記分流コントローラの高圧側の入口は、単相状態であることを特徴とする。

二重管熱交換器２４０にて前記中温側の中圧中温の流体と熱交換することで、低温側の低圧低温流体は、低圧中温の乾き度の大きい状態（図２中Ｈ点）となり、一方、中温側の中圧中温流体は、さらに冷却され、低エンタルピ状態の中圧中温流体（図２中Ｄ点）となる。そして、このさらに冷却された中圧中温流体（図２中Ｄ点）が、負荷側の膨張弁３２２,３２３にてさらに減圧されて気液二相の低圧低温（図２中Ｇ点）となり、負荷側の熱交換器３１２,３１３内へ流入することで、室温と熱交換し、低圧中温の乾き度の大きい状態となる（図２中Ｈ点）。最後に、二重管熱交換器２４０の低温側を出た低圧中温の流体と、負荷側熱交換器３１２,３１３を出た低圧中温の流体とが合流し、低圧配管５００を介して室外機１００側へ戻る。

圧力センサ３１１ｃ、３１２ｃ、３１３ｃから得られた圧力値から式（１）を用いて、仮想の凝縮温度Ｔ_ｃを演算する。温度センサ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂから得られた温度Ｔ_Ｌと仮想凝縮温度Ｔ_ｃとの差（Ｔ_ｃ−Ｔ_Ｌ）を求め、この値を過冷却度ＳＣ（サブクール）とする。過冷却度ＳＣが所定の値、例えば５℃程度になるように、負荷側の膨張弁３２１、３２２、３２３の開度を調節する。

例えばΔＰ＞Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ４３→Ｓ４４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１を現状開度に維持し（ステップＳ４３→Ｓ４５→Ｓ４６）、ΔＰ＜Ｐ１の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ４３→Ｓ４５→Ｓ４７→Ｓ４８）。

例えば、ΔＰ＞Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ５３→Ｓ５４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第１膨張弁２１１を現状開度に維持し（ステップＳ５３→Ｓ５５→Ｓ５６）、ΔＰ＜Ｐ１の場合には、第１膨張弁２１１をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ５３→Ｓ５５→Ｓ５７→Ｓ５８）。

例えば、ΔＴ＞Ｔ２の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけアップし（ステップＳ６３→Ｓ６４）、Ｔ１≦ΔＴ≦Ｔ２の場合には、第２膨張弁２１２を現状開度に維持し（ステップＳ６３→Ｓ６５→Ｓ６６）、ΔＴ＜Ｔ１の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけダウンさせる（ステップＳ６３→Ｓ６５→Ｓ６７→Ｓ６８）。

例えば、ΔＰ＞Ｐ２の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけダウンし（ステップＳ７３→Ｓ７４）、Ｐ１≦ΔＰ≦Ｐ２の場合には、第２膨張弁２１２を現状開度に維持し（ステップＳ７３→Ｓ７５→Ｓ７６）、ΔＰ＜Ｐ１の場合には、第２膨張弁２１２をあらかじめ設定した所定開度だけアップさせる（ステップＳ７３→Ｓ７５→Ｓ７７→Ｓ７８）。

Claims (6)

1. 室外機と複数の室内機とを分流コントローラにより接続し、超臨界流体を用いて１つの冷凍サイクルを構成した空気調和システムにおいて、
   前記室外機と前記分流コントローラとの間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、
   前記分流コントローラと前記複数の室内機との間を、高圧配管及び低圧配管の２管で接続し、
   前記分流コントローラは、
   前記室外機から前記室内機への冷媒を分岐して第１膨張弁により減圧した冷媒と前記室内機からの冷媒とが合流して流入される比較的高温の中間圧二相冷媒と、前記室内機へ流出される冷媒を分岐して第２膨張弁により減圧して前記室外機へ流出される比較的低温の低圧二相冷媒とを熱交換させる二重管熱交換器を有する
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記二重管熱交換器は、プレート熱交換器またはマイクロチャネル熱交換器でなる
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記第１膨張弁の出入口に、それぞれ圧力検知手段を設け、
   前記第１膨張弁の開度は、前記圧力検知手段の２つの圧力検知値の差圧が一定となるように制御される
   ことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記第２膨張弁の出口と、前記二重管熱交換器の低圧側出口とに、それぞれ温度検出手段を設け、
   前記第２膨張弁の開度は、前記温度検出手段の２つの温度検知値の差温が一定となるように制御される
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記第１膨張弁の出入口に、それぞれ圧力検知手段を設け、
   前記第２膨張弁の開度は、前記圧力検知手段の２つの圧力検知値の差圧が一定となるように制御される
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   熱源機側熱交換器の出口に、圧力検知手段及び温度検知手段と、前記圧力検知手段の値と前記温度検知手段の値とからエンタルピを演算する制御手段とを備え、目標のエンタルピになるように熱源機側の送風機の回転速度を増減させる
   ことを特徴とする空気調和装置。

Images