JPWO2014103407A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置は、複数の室内機から流出した冷媒を気液分離する気液分離器と、気液分離器により気液分離された液冷媒を流路切替器を介して熱源側熱交換器へ流出する液側配管と、気液分離器により気液分離されたガス冷媒を圧縮機の吸引側に流出するガス側配管と、ガス側配管を流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、室外機内を流れる冷媒の状態に応じて流量調整器の動作を制御する流量制御装置とを備える。

Description

本発明は、熱源機に対して複数の室内機が接続され、室内機ごとに冷暖房運転が選択可能な空気調和装置に関するものである。

熱源機（室外機）と複数台の室内機とを中継器を介して第１の接続配管および第２の接続配管により接続した空気調和装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１の多室型の空気調和装置は、ある室内機では冷房運転を行うとともに別の室内機では暖房運転を行うといったように冷房運転と暖房運転とを同時に行うことが可能になっている。また、熱源機において、第１、第２の接続配管間に第１の接続配管を低圧に、第２の接続配管を高圧に切り替える切替弁が設けられており、中継器において、第２の接続配管と複数台の室内機とは第２の流量制御装置を介して接続する。また、第２の接続配管と複数の室内機を接続する配管と第１の接続配管を、第３の流量制御装置を介して接続されている。

特開平４−３５９７６７号公報（第８頁、図１）

特許文献１のように冷房運転と暖房運転とを同時に運転可能な空気調和装置において、１台の室外機に対して複数の室内機が接続されている。このため、室外機全体のサイズが大きくなり、冷媒の流量も増える。また、各室内機の運転モードや室内温度等によって室外機に戻ってくる冷媒の状態は変化するものであり、特に暖房運転時において冷媒の状態によっては熱源側熱交換器での熱交換効率が悪化してしまう場合があるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱源側熱交換器の熱交換効率低下を防止することができる空気調和装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器とアキュムレータとを備えた室外機に複数の室内機が接続された、冷房運転または暖房運転が選択可能な空気調和装置であって、室外機が、圧縮機と熱源側熱交換器との間の冷媒流路を切り替えるものであって、暖房運転時に熱源側熱交換器から圧縮機の吸引側へ流れる暖房流路に切り替え、冷房運転時に圧縮機の吐出側から熱源側熱交換器へ流れる冷房流路に切り替える流路切替器と、複数の室内機から流入する側に設けられた、複数の室内機から流出した冷媒を気液分離する気液分離器と、気液分離器により気液分離された液冷媒を流路切替器を介して熱源側熱交換器へ流出する液側配管と、気液分離器により気液分離されたガス冷媒をアキュムレータの吸引側に流出するガス側配管と、ガス側配管を流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、室外機内を流れる冷媒の状態に応じて流量調整器の動作を制御する流量制御装置とを備え、流量制御装置は、室外機内の熱源側熱交換器の出口冷媒温度が過熱度を持つように、ガス側配管に液冷媒を戻すように流量調整器を制御することを特徴とする。

本発明によれば、複数の室内機と室外機との間に気液分離器を挿入し、気液分離器からガス側配管を介して圧縮機の吸入側に流れる冷媒の流量を、室外機内の熱源側熱交換器の出口冷媒温度が過熱度を持つように制御することにより、熱交換に不要なガス冷媒と少量の液冷媒を気液分離器によりバイパスさせることができる。さらに、気液分離器の液側配管から熱源側熱交換器の冷媒の状態を、ガス側配管側の流量を制御することにより熱交換効率のよい状態にして熱源側熱交換器の熱交換効率低下を防止することができる。

本発明の空気調和装置の実施形態１を示す冷媒回路図である。 図１の空気調和装置の全暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図２の空気調和装置の全暖房運転時のＰ−ｈ線図である。 図１の空気調和装置の全冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図４の空気調和装置の全冷房運転時のＰ−ｈ線図である。 図１の空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図６の空気調和装置の暖房主体運転時のＰ−ｈ線図である。 図１の空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図８の空気調和装置の冷房主体運転時のＰ−ｈ線図である。 図１の空気調和装置における流量調整器の周辺部位を示す模式図である。 図１の空気調和装置における熱源側熱交換器および温度検知装置の一例を示す模式図である。 図１の空気調和装置の動作例を示すフローチャートである。 暖房運転時もしくは暖房主体運転時の流量調整器の開度に対するガス側配管及び液側配管における入口乾き度の変化を示すグラフである。 ガス側配管及び熱源側熱交換器からアキュムレータへ流出する冷媒の出口乾き度の変化を示すグラフである。 暖房運転時もしくは暖房主体運転時の流量調整器の開度に対するエントロピの変化の様子を示すグラフである。 本発明の空気調和装置の実施形態２を示す模式図である。 図１４の空気調和装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の空気調和装置の実施形態３を示す模式図である。 図１６の空気調和装置における冷媒流量Ｇｒとストロークボリュームと圧縮機周波数の積Ｖｓｔ・ｆの関係を示すグラフである。 本発明の空気調和装置の実施形態４に示す冷媒回路図である。 本発明の空気調和装置の実施形態４に示す冷媒回路図である。

実施形態１．
以下、図面を参照しながら本発明の空気調和装置の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る空気調和装置１００の実施形態１を示す冷媒回路図であり、図１に基づいて空気調和装置１００の冷媒回路構成について説明する。図１の空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して冷房運転および暖房運転を行うものであって、複数の部屋について暖房・冷房を行う多室型の空気調和装置である。この空気調和装置１００は、室外機（熱源機）１０１、中継機１０２、複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃを有している。なお、図１の空気調和装置１００において、１台の室外機１０１と１台の中継機１０２と３台の室内機１０３ａ〜１０３ｃとが接続された場合について例示するが、２台以上の室外機１０１、２台以上の中継機１０２、及び２台以上の室内機１０３ａ〜１０３ｃを接続してもよい。

室外機１０１は、圧縮機１、第１流路切替器２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ４、逆止弁５ａ〜５ｄ、気液分離器６、ガス側配管７、液側配管８、流量調整器９等を備えている。圧縮機１は、冷媒を吸引および圧縮して高温・高圧の状態にするものであって、たとえばスクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等から構成されている。

第１流路切替器２は、冷房運転もしくは暖房運転の運転モードの切替に応じて暖房流路と冷房流路との切替を行うものであって、たとえば四方弁からなっている。全暖房運転時（暖房主体運転時）において、第１流路切替器２は、熱源側熱交換器３とアキュムレータ４とを接続させるとともに、圧縮機１の吐出側と逆止弁５ｃとを接続させる。すると、圧縮機１から吐出された冷媒は室内機１０３ａ〜１０３ｃ側へ流れることになる。一方、全冷房運転時（冷房主体運転時）において、第１流路切替器２は、逆止弁５ａとアキュムレータ４とを接続させるとともに、圧縮機１の吐出側と熱源側熱交換器３とを接続させる。すると、圧縮機１から吐出された冷媒は熱源側熱交換器３側へ流れることになる。なお、第１流路切替器２として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らずたとえば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。

熱源側熱交換器３は、冷媒と空気（外気）との間で熱交換を行うものであって、たとえば冷媒を通過させる伝熱管と、伝熱管を流れる冷媒と外気との間の伝熱面積を大きくするためのフィンとを備えた構造を有している（図１１参照）。なお、熱源側熱交換器３は、冷媒が他の流体と熱交換するものであればその構造を問わず、たとえば水冷式等他の方式でもよい。熱源側熱交換器３は、第１流路切替器２および逆止弁５ｂ、５ｄにそれぞれ接続されている。熱源側熱交換器３は、暖房運転時および暖房主体運転時には冷媒を蒸発させて気化させる蒸発器として機能し、全冷房運転時および冷房主体運転時には冷媒を凝縮して液化させる凝縮器として機能する。

アキュムレータ４は、圧縮機１の吸引側に設けられたものであって、熱源側熱交換器３または気液分離器６から流入した冷媒を貯留するものである。そして、圧縮機１はアキュムレータ４に貯留された冷媒のうちガス冷媒を吸引し圧縮するようになっている。これにより、圧縮機１への冷媒の液バックを防止することができる。

流路形成部５は、第１流路切替器２により切り替えられる暖房流路（図２、図６参照）および冷房流路（図４、図８参照）のいずれの場合においても、複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃへ流出する冷媒経路と複数の室内機から冷媒が流入する冷媒経路とを一定方向にするものであって、４つの逆止弁５ａ〜５ｄから構成されている。具体的には、逆止弁５ａは第１流路切替器２と低圧管１１との間に位置し、低圧管１１から第１流路切替器２の方向への冷媒流れを許容する。逆止弁５ｂは低圧管１１と熱源側熱交換器３との間に位置し、低圧管１１から熱源側熱交換器３の方向への冷媒流れを許容する。逆止弁５ｃは、第１流路切替器２と高圧管１２との間に位置し、第１流路切替器２から高圧管１２への冷媒流れを許容する。逆止弁５ｄは、熱源側熱交換器３と高圧管１２との間に位置し、熱源側熱交換器３から高圧管１２の方向への冷媒流れを許容する。

気液分離器６は、中継機１０２から低圧管１１を介して流入する冷媒をガス冷媒（気相の冷媒）と液冷媒（液相の冷媒）とに分離するものである。気液分離器６の上部にはガス側配管７が接続されており、気液分離器６の下部には液側配管８が接続されている。ガス側配管７はアキュムレータ４の入口または内部に接続されており、気液分離器６において分離されたガス冷媒はガス側配管７側に流出するようになっている。一方、液側配管８は、逆止弁５ａ、５ｂを介して熱源側熱交換器３もしくはアキュムレータ４に接続されており、第１流路切替器２の流路の運転モードに応じた切替により熱源側熱交換器３もしくはアキュムレータ４側に冷媒を流出する。なお、ガス側配管７とは、ガス冷媒が流れる場合に限らず、液バックによりガス冷媒と液冷媒とが混合して流れることも意味する。同様に、液側配管８とは液冷媒のみが流れる場合に限らず、気液二相状態の冷媒が流れる場合も含む。

流量調整器９は、ガス側配管７上に設けられており、ガス側配管７を流れるガス冷媒の流量を調整するものである。この流量調整器９は、たとえばＬＥＶ（リニア電子膨張弁）などに代表される絞り装置や開閉により冷媒の流れのＯＮ／ＯＦＦを行う開閉弁等からなっている。

中継機１０２は、室外機１０１から流出する冷媒を複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃに分流するものであり、室外機１０１と中継機１０２とは、低圧管１１および高圧管１２を介して接続されている。なお、高圧管１２には高圧の冷媒が室外機１０１側から中継機１０２側へ流れ、低圧管１１には高圧管１２を流れる冷媒に比べて低圧の冷媒が中継機１０２側から複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃ側へ流れることを意味する。また、中継機１０２と各室内機１０３ａ〜１０３ｃとは液管およびガス管を介して接続されており、中継機１０２は、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃの運転モードに応じて冷媒の流れを切り替える機能を有している。

中継機１０２は、気液分離器２１、第２流路切替器２２、冷媒間熱交換器２４、２５、流量制御装置２６、２７等を備えている。気液分離器２１は、室外機１０１から高圧管１２を介して流れる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２１のうちガス冷媒が流れ出る気相部（図示せず）は、第２流路切替器２２に接続されている。一方、気液分離器２１のうち液冷媒が流れ出る液相部（図示せず）は第１冷媒間熱交換器２４に接続されている。

第２流路切替器２２は各室内機１０３ａ〜１０３ｃの運転モードに応じて開閉することにより冷媒の流れを切り替えるものであって、第１開閉弁２２ａ〜２２ｃおよび第２開閉弁２３ａ〜２３ｃを有している。第１開閉弁２２ａ〜２２ｃの一端は気液分離器２１に接続されており、他端は各室内機１０３ａ〜１０３ｃの液管側に接続されている。第２開閉弁２３ａ〜２３ｃの一端は各室内機１０３ａ〜１０３ｃのガス管側に接続されており、他端は配管２１ａ〜２１ｃを介して低圧管１１に接続されている。

第１開閉弁２２ａ〜２２ｃおよび第２開閉弁２３ａ〜２３ｃの開閉は、室内機１０３ａ〜１０３ｃの運転モードに基づいてそれぞれ独立に制御される。具体的には、室内機１０３ａ〜１０３ｃの暖房運転時には第１開閉弁２２ａ〜２２ｃが開放し第２開閉弁２３ａ〜２３ｃが閉止する。すると、気液分離器２１側から室内機１０３ａ〜１０３ｃ側に冷媒が流れる（図２参照）。一方、室内機１０３ａ〜１０３ｃの冷房運転時には第１開閉弁２２ａ、２２ｂが閉止し第２開閉弁２３ａ、２３ｂが開放する。すると、室内機１０３ａ、１０３ｂ側から低圧管１１側に冷媒が流れる（図４参照）。なお、第１開閉弁２２ａ〜２２ｃおよび第２開閉弁２３ａ〜２３ｃが電磁弁により構成されている場合について例示しているが、たとえば三方弁等を用いてもよい。

第１流量制御装置（絞り装置）２６は、第１冷媒間熱交換器２４と第２冷媒間熱交換器２５との間の接続配管に設けられており、運転モードに基づいて開度を制御し、気液分離器２１から流れる冷媒流量および冷媒の圧力を調整するものである。第２流量制御装置（絞り装置）２７は、第２冷媒間熱交換器２５の上流側のバイパス管に設けられており、開度を制御して冷媒流量および冷媒の圧力を調整するものである。第１冷媒間熱交換器２４は、気液分離器２１と第１流量制御装置２６との間の接続配管に設けられており、気液分離器２１から流出した冷媒と、第２冷媒間熱交換器２５から流出した冷媒との間で熱交換を行うものである。第２冷媒間熱交換器２５は、第１流量制御装置２６から流出した冷媒と第２流量制御装置２７から流出した冷媒との間で熱交換を行なうものである。

複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃは、それぞれ利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃ、室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃを有している。利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃは、空調対象空間の空気と冷媒の間で熱交換を行うものであって、暖房運転時には冷媒を蒸発させて気化させる蒸発器として機能し、冷房運転時には冷媒を凝縮して液化させる凝縮器として機能する。なお、各利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃの近辺に、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うために図示しない送風機を設けてもよい。

室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃは、たとえば開度を変化させることができる電子式膨張弁等で構成されており、利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃに直列的に接続されている。室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃは、減圧弁や膨張弁として機能し利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃを通過する冷媒の圧力を調整する。

以上のように構成した空気調和装置１００は、各室外機１０１と各室内機１０３ａ〜１０３ｃとは中継機１０２および低圧管１１、高圧管１２を介して接続された冷凍サイクル回路を構成している。そして、空気調和装置１００は、第１流路切替器２および第２流路切替器２２の冷媒流路の切替により４つの運転モードで運転可能な構成を有している。具体的には、空気調和装置１００は、室内機１０３ａ〜１０３ｃの全てが冷房動作を実施する全冷房運転モード、室内機１０３ａ〜１０３ｃの全てが暖房動作を実施する全暖房運転モード、室内機１０３ａ〜１０３ｃ毎に冷房動作又は暖房動作を選択でき、冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モード、室内機１０３ａ〜１０３ｃ毎に冷房動作又は暖房動作を選択でき、暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードである。以下に、各運転モードについて冷媒の流れとともに説明する。

［全暖房運転モード］
図２は全暖房運転モードにおける冷媒の流れを表す冷媒回路図、図３は図２の全暖房運転モードでの冷媒の変遷を表すＰ−ｈ線図であり、図２および図３を参照して室内機１０３ａ〜１０３ｃの全てが暖房運転する全暖房運転モードについて説明する。なお、図２において冷媒の流れは太線で示しており、図３に示す点ａ１〜ｆ１の冷媒状態はそれぞれ図２に示す部位での冷媒状態である。また、室外機１０１側の第１流路切替器２において、圧縮機１と逆止弁５ｃとが接続され、熱源側熱交換器３とアキュムレータ４とが接続するように流路が切り替えられる。さらに、中継機１０２側の第２流路切替器２２において、第１開閉弁２２ａ〜２２ｃが開放され第２開閉弁２３ａ〜２３ｃが閉止される。

まず、圧縮機１により低温低圧のガス冷媒が圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１における冷媒圧縮過程は図３の点ａ１から点ｂ１に示す線で表される。図２の圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替器２、逆止弁５ｃ、高圧管１２を介して中継機１０２に流入する。中継機１０２内において高温高圧のガス冷媒は気液分離器２１を介して第２流路切替器２２の第１開閉弁２２ａ〜２２ｃを通り、各室内機１０３ａ〜１０３ｃに流入する。

各室内機１０３ａ〜１０３ｃに流入した高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃ内を通過する際に熱交換により凝縮して液冷媒となり、室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃを通過する。このとき、利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃにおいて冷媒と室内空気との間で熱交換が行われることにより室内空気が冷媒により加熱され、空調対象空間（室内）の暖房が行われる。なお、各室内機１０３ａ〜１０３ｃにおいて、室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃが開度調整されることにより、利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃ内を流れる冷媒流量が調整される。この利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃでの冷媒の変化は、図３の点ｂ１から点ｃ１に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

図２の室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃを通過した液相または気液二相の中温高圧の冷媒は、液管３２ａ〜３２ｃ、第２流量制御装置２７、各冷媒間熱交換器２５、２４を通過し、低圧管１１から室外機１０１側に流入する。室外機１０１に流入した冷媒は気液分離器６に流入し、気液分離器６により気液二相状態の冷媒が気液分離される。そして、ガス冷媒はガス側配管７および流量調整器９を介してアキュムレータ４の入口または内部へ流入する。一方、液冷媒は液側配管８および逆止弁５ｂを介して熱源側熱交換器３へ流入する。気液分離器６での冷媒変化は、気液分離されたガス冷媒については図３の点ｄ１から点ｆ１、気液分離された液冷媒については図３の点ｄ１から点ｅ１に示す破線の矢印の経路を通る。

図２の熱源側熱交換器３へ流入した液冷媒は室外空気と熱交換して加熱され低温低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器３での冷媒変化は、図３の点ｅ１から点ａ１に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。このときの点ｅ１から点ａ１に示す熱源側熱交換器３の冷媒変化では、一部のガス冷媒がバイパスされているため、熱源側熱交換器３の圧力損失が低減する結果となる。図２の熱源側熱交換器３を出た低温低圧のガス冷媒は第１流路切替器２を通りアキュムレータ４に流入する。その後、アキュムレータ４内の冷媒が圧縮機１に吸入され圧縮される。

［全冷房運転モード］
図４は全冷房運転モードにおける冷媒流れを表す冷媒回路図、図５は図４の全冷房運転モードでの冷媒の変遷を表すＰ−ｈ線図であり、図４および図５を参照して室内機１０３ａ〜１０３ｃの全てが冷房運転する全冷房運転モードについて説明する。なお、図４において冷媒の流れは太線で示しており、図５に示す点ａ２〜ｆ２の冷媒状態はそれぞれ図３に示す部位での冷媒状態である。また、室外機１０１側の第１流路切替器２において、圧縮機１と熱源側熱交換器３とが接続され、逆止弁５ａ（気液分離器６）とアキュムレータ４とが接続されるように流路が切り替えられる。さらに、中継機１０２側の第２流路切替器２２において、第１開閉弁２２ａ〜２２ｃが閉止され第２開閉弁２３ａ〜２３ｃが開放される。

まず、圧縮機１により低温低圧のガス冷媒が圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１の冷媒圧縮過程は、圧縮機１の断熱効率の分だけ等エントロピ線で断熱圧縮されるよりも加熱されるように圧縮される。圧縮機１における冷媒変化は図５の点ａ２から点ｂ２に示す線で表される。図４の圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替器２を介して熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３において冷媒は室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器３での冷媒変化は、熱源側熱交換器３の圧力損失を考慮すると、図５の点ｂ２から点ｃ２に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

図４の熱源側熱交換器３から流出した中温高圧の液冷媒は高圧管１２を介して中継機１０２に流入する。中継機１０２において、中温高圧の液冷媒は気液分離器２１を介して第１冷媒間熱交換器２４で冷却され過冷却度を増加し、第１流量制御装置２６で中間圧の液冷媒になるまで絞られ、第２冷媒間熱交換器２５で冷却される。このときの冷却過程は図５の点ｃ２から点ｄ２で表される。そして、図４の第２冷媒間熱交換器２５から流出した液冷媒は、室内機１０３ａ〜１０３ｃ側に流れる液冷媒と第２流量制御装置２７側に流れる液冷媒とに分配される。

室内機１０３ａ〜１０３ｃ側に流れた液冷媒は、室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃにおいて低圧に絞られ、低温低圧の気液二相状態の冷媒となる。室内機側絞り装置３１ａ〜３１ｃでの冷媒変化はエンタルピが一定のもとで行われるものであって、その冷媒変化は図５の点ｄ２から点ｅ２に示す垂直線で表される。その後、この低温低圧の気液二相状態の冷媒は利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃに流入し対象空間の空気と熱交換し蒸発・ガス化する。このとき、室内機１０３ａ〜１０３ｃが設置されている場所の冷房が行われることになる。利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃでの冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図５の点ｅ２から点ｆ２に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。そして、図４の利用側熱交換器３０ａ〜３０ｃを流出した冷媒は第２流路切替器２２の第２開閉弁２３ａ〜２３ｃ、低圧管１１を通過して室外機１０１側に流入する。

なお、第２冷媒間熱交換器２５から第２流量制御装置２７側へ分配された液冷媒は、第２流量制御装置２７において低圧まで絞られ、第２冷媒間熱交換器２５および第１冷媒間熱交換器２４により気液分離器２１から流れてくる液冷媒と熱交換し蒸発・ガス化される。そして、第１冷媒間熱交換器２４から流出した冷媒は、室内機１０３ａ〜１０３ｃから流出した冷媒に合流し低圧管１１を介して室外機１０１側に流入する。

その後、ガス冷媒は室外機１０１の気液分離器６に流入し、ガス側配管７と液側配管８の２経路に分岐してアキュムレータ４へ流出していく。なお、ガス冷媒単相の分岐であることおよびその後にアキュムレータ４へ流入するだけであることから、流量調整器９は調整せずに全開に設定されている。ガス側配管７に流出したガス冷媒は流量調整器９を通り、アキュムレータ４へ流入する。また、液側配管８に流出したガス冷媒は逆止弁５ｂおよび第１流路切替器２を介してアキュムレータ４へ流入される。このように、気液分離器６で分岐されたガス冷媒はアキュムレータ４の入口または内部で合流し、圧縮機１に流入し、圧縮される。

このように、ガス冷媒が気液分離器６により分離されたことにより、気液分離器６からアキュムレータ４までの経路での流路断面積を増やすことができるため、同経路での圧力損失を低減することが可能となる。そのため、圧縮機吸入温度は高く維持され、圧縮機１のパフォーマンスは向上し、ガス側配管７上に流れを制御するための逆止弁または電磁弁などは不要となる。気液分離器６から圧縮機１までの冷媒変化は、図５の点ｆ２から点ａ２に示す直線で表わされ、気液分離器６がない場合は図５の破線のような経路を通り、気液分離器６を設けることにより圧縮機１のパフォーマンスを向上させることができる。

［暖房主体運転モード］
図６は、暖房主体運転モードにおける冷媒流れを表す冷媒回路図、図７は図６の暖房主体運転での冷媒の変遷を表すＰ−ｈ線図である。なお、図６において冷媒の流れは太線で示しており、図７に示す点ａ３〜ｆ３の冷媒状態はそれぞれ図６に示す部位での冷媒状態である。また、室内機１０３ａ〜１０３ｃにおいて、室内機１０３ａ、１０３ｂが暖房運転を行い、室内機１０３ｃが冷房運転を行うものとする。このとき、室外機１０１側の第１流路切替器２において、圧縮機１と逆止弁５ｃとが接続され、熱源側熱交換器３とアキュムレータ４とが接続するように流路が切り替えられる。さらに、中継機１０２側の第２流路切替器２２において、第１開閉弁２２ａ、２２ｂが開放され第１開閉弁２２ｃが閉止されるとともに、第２開閉弁２３ａ、２３ｂが閉止され第２開閉弁２３ｃが開放される。

この状態で、圧縮機１の運転が開始される。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１により吸引・圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１における冷媒変化は図７の点ａ３から点ｂ３に示す線で表される。

図２の圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替器２、逆止弁５ｃ、高圧管１２を介して中継機１０２に流入する。中継機１０２内において高温高圧のガス冷媒は気液分離器２１を介して第２流路切替器２２の第１開閉弁２２ａ、２２ｂを通り、各室内機１０３ａ、１０３ｂに流入する。そして、各室内機１０３ａ、１０３ｂに流入した高温高圧のガス冷媒は利用側熱交換器３０ａ、３０ｂに流入し、利用側熱交換器３０ａ、３０ｂにおいて冷媒が室内空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。利用側熱交換器３０ａ、３０ｂにおける冷媒変化は、図７の点ｂ３から点ｃ３に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

利用側熱交換器３０ａ、３０ｂから流出した中温高圧の液冷媒は、第２流量制御装置２７側に流れる液冷媒と、室内機１０３ｃ側に流れる液冷媒とに分岐する。室内機１０３ｃ側に流れた液冷媒は、室内絞り装置３１ｃに流入して膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。室内絞り装置３１ｃによる冷媒変化は、図７の点ｃ２から点ｄ２に示す垂直線で表される。図６の室内絞り装置３１ｃを出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は利用側熱交換器３０ｃに流入し、利用側熱交換器３０ｃにおいて冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。利用側熱交換器３０ｃの冷媒変化は、図７の点ｄ３から点ｅ３に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。その後、図６の利用側熱交換器３０ｃから流出したガス冷媒は、第２流路切替器２２の第２開閉弁２３ｃを通り低圧管１１に流入する。

一方、第２流量制御装置２７側に流れた高圧の液冷媒は、第２流量制御装置２７で絞られて膨張（減圧）し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒変化は図７の点ｃ３から点ｆ３に示す垂直線で表される。図６の第２流量制御装置２７を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は低圧管１１に流入し、利用側熱交換器３０ｃから流入した低温低圧の蒸気状冷媒と合流し、室外機１０１に流入する（図６、図７における点ｇ３）。

室外機１０１に流入した低温低圧で気液二相状態の冷媒は気液分離器６に流入する。気液分離器６において気液分離されたガス冷媒は、ガス側配管７および流量調整器９を介し、アキュムレータ４の入口または内部に流入される。このときの冷媒変化は図７の点ｇ３から点ｉ３に示す破線の矢印で表される。一方、気液分離器６において気液分離された液冷媒は、液側配管８および逆止弁５ｂを介して、熱源側熱交換器３に流入する。このときの冷媒変化は図７の点ｇ３から点ｈ３に示す破線の矢印で表される。そして、熱源側熱交換器３において冷媒は室外空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。このときの冷媒変化は図７の点ｈ３から点ａ３に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。この際、気液分離器６でガス冷媒の一部がガス側配管７からアキュムレータ４へバイパスされているため、熱源側熱交換器３の圧力損失を低減することが可能となる。熱源側熱交換器３を出た低温低圧のガス冷媒は、第１流路切替器２を通ってアキュムレータ４に流入する。そして、アキュムレータ４に滞留する冷媒が圧縮機１おいて吸引・圧縮される。

［冷房主体運転モード］
図８は、冷房主体運転の冷媒流れを表す冷媒回路図、図９は図８の冷房主体運転での冷媒の変遷を表すＰ−ｈ線図である。なお、図８において冷媒の流れは太線で示しており、図９に示す点ａ４〜ｆ４の冷媒状態はそれぞれ図７に示す部位での冷媒状態である。また、室内機１０３ａ〜１０３ｃにおいて、室内機１０３ａが暖房運転を行い、室内機１０３ｂ、１０３ｃが冷房運転を行うものとする。このとき、室外機１０１側の第１流路切替器２において、圧縮機１と熱源側熱交換器３とが接続され、逆止弁５ａ（気液分離器６）とアキュムレータ４とが接続されるように流路が切り替えられる。さらに、中継機１０２側の第２流路切替器２２において、第１開閉弁２２ａが開放され第１開閉弁２２ｂ、２２ｃが閉止されるとともに、第２開閉弁２３ａが閉止され第２開閉弁２３ｂ、２３ｃが開放される。

この状態で、圧縮機１の運転が開始される。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１における冷媒圧縮過程は、図９の点ａ４から点ｂ４に示す線で表される。

図８の圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替器２を介して熱源側熱交換器３に流入する。このとき、熱源側熱交換器３では暖房で必要な熱量を残して冷媒が室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の気液二相状態となる。熱源側熱交換器３での冷媒変化は、図９の点ｂ４から点ｃ４に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。図８の熱源側熱交換器３から流出した中温高圧の気液二相冷媒は、高圧管１２を介して中継機１０２に流入する。

中継機１０２において、室外機１０１から流出した中温高圧の気液二相冷媒は、気液分離器２１に流入し気液分離され、ガス冷媒は第２流路切替器２２側に流出し、液冷媒は第１冷媒間熱交換器２４側に流出する。図９において、気液分離器２１により冷媒はガス冷媒点ｄ４と液冷媒点ｅ４とに分離されることになる。図８の第２流路切替器２２に流入したガス冷媒は、第１開閉弁２２ａを介して室内機１０３ａに流入する。そして、室内機１０３ａの利用側熱交換器３０ａにおいて冷媒が室内空気を加熱しながら冷却され、中温高圧のガス冷媒となる。利用側熱交換器３０ａでの冷媒の変化は、図９の点ｄ４から点ｆ４に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。その後、図８の利用側熱交換器３０ａから流出したガス冷媒は中継機１０２側へ流出する。

一方、気液分離器２１で分離された液冷媒は、第１冷媒間熱交換器２４に流入し、低圧冷媒と熱交換して冷却される。第１冷媒間熱交換器２４での冷媒変化は、図９の点ｅ４から点ｇ４に示すほぼ水平な直線で表される。図８の第１冷媒間熱交換器２４で冷却された液冷媒は、第１流量制御装置２６で中間圧の液冷媒になるまで絞られ、第２冷媒間熱交換器２５で冷却される。そして、第２冷媒間熱交換器２５から流出した液冷媒と上述した室内機１０３ａから流出した冷媒とが合流するとともに、室内機１０３ｂ、１０３ｃ側に流れる液冷媒と第２流量制御装置２７側に流れる液冷媒とに分配される。

室内機１０３ｂ、１０３ｃ側に流れた液冷媒は、室内機１０３ｂ、１０３ｃの室内機側絞り装置３１ｂ、３１ｃに流入する。そして、高圧の液冷媒は室内機側絞り装置３１ｂ、３１ｃで絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。この室内機側絞り装置３１ｂ、３１ｃでの冷媒の変化はエンタルピが一定のもとで行われ、このときの冷媒変化は、図９の点ｈ４から点ｉ４に示す垂直線で表される。

図８の室内機側絞り装置３１ｂ、３１ｃを出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は冷房を行う利用側熱交換器３０ｂ、３０ｃに流入する。そして、冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。利用側熱交換器３０ｂ、１０ｃでの冷媒の変化は、図９の点ｉ４から点ｊ４に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。図８の利用側熱交換器３０ｂ、３０ｃを出た低温低圧のガス冷媒はそれぞれ第２流路切替器２２の第２開閉弁２３ｂ、２３ｃを通り、低圧管１１に流入する。

一方、第２冷媒間熱交換器２４から第２流量制御装置２７側に流れた液冷媒は、第２流量制御装置２７で絞られて膨張（減圧）し、低温低圧の気液二相状態になる。第２流量制御装置２７を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、第２冷媒間熱交換器２５および第１冷媒間熱交換器２４を通って第２開閉弁２３ｂ側から流出したガス冷媒と合流し、低圧管１１を介して室外機１０１へ流入する。

室外機１０１において、低圧管１１を通ったガス冷媒は気液分離器６に流入し気液分離される。そして、気液分離器６においてガス冷媒がガス側配管７へ流出し、液冷媒が液側配管８へ流出する。ガス側配管７側に流出したガス冷媒は流量調整器９を通り、アキュムレータ４の入口または内部へ流入する。一方、液側配管８側に流出したガス冷媒は逆止弁５ｂ、熱源側熱交換器３、第１流路切替器２を介してアキュムレータ４へ流入する。そして、アキュムレータ４に滞留したガス冷媒が圧縮機１に吸引・圧縮される。

この際、気液分離器６により分離されたことにより、気液分離器６からアキュムレータ４までの経路での流路断面積が増加することになる。すると、同経路での圧力損失を低減することが可能となるため、圧縮機吸入温度は高く維持され、圧縮機１のパフォーマンスは向上し、ガス側配管７上に流れを制御するための逆止弁または電磁弁などは不要となる。気液分離器６から圧縮機１までの冷媒変化は、図９の点ｊ４から点ａ４に示す直線で表わされ、気液分離器６がない場合は図９の破線のような経路を通り、圧縮機１のパフォーマンスを向上させることができる。

ここで、上述した各運転モードのうち、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードでは、気液分離器６のガス側配管７および液側配管８の双方ともにアキュムレータ４に接続された状態になっており、特に全冷房運転モードにおいては気液分離器６にガス冷媒単相の状態で流入する。このため、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードにおいて、ガス側配管７上の流量調整器９は全開の状態に設定される。

一方、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードでは、ガス側配管７がアキュムレータ４に接続され、液側配管８が熱源側熱交換器３に接続されている。そして、熱交換に不要なガス冷媒はアキュムレータ４に直接流入するとともに、液冷媒は熱源側熱交換器３において熱交換された後にアキュムレータ４に流入するようになっている。これにより、熱源側熱交換器３に流れる冷媒流量を低減できるとともに冷媒を液リッチな状態で熱源側熱交換器３に流入させることができるため、圧力損失を低減させることができるとともに、分配特性を向上させることができる。

このとき、各室内機１０３ａ〜１０３ｃを通り合流して戻ってくる冷媒の状態や全体の冷媒流量は、室内機１０３ａ〜１０３ｃの運転状態や冷房運転・暖房運転の違い等によって異なる。すると、熱源側熱交換器３に流入される液冷媒の状態や冷媒流量によっては熱源側熱交換器３における冷却能力が低下してしまうおそれがある。たとえば後述するように熱源側熱交換器３に流入される冷媒の過熱度は所定の範囲であることが望ましいが、各室内機１０３ａ〜１０３ｃの運転状態等によっては過熱度が小さすぎるもしくは大きすぎる場合がある。このため、熱源側熱交換器３の性能を十分に発揮させることができず、運転効率を低下させる原因となってしまう。そこで、空気調和装置１００は、全暖房運転モード時および暖房主体運転モード時において、熱源側熱交換器３に流れる冷媒の状態に基づいて、ガス側配管７側の流量調整器９を制御してガス側配管７側からバイパスされるガス冷媒の量を制御することにより、熱源側熱交換器３に熱交換効率のよい状態で冷媒が流れるように制御するようになっている。

［気液分離器６の制御］
図１０は、図１の空気調和装置１００における流量調整器９の周辺部位を示す模式図である。図１０の空気調和装置１００は、温度センサ４１ａ、（圧力検知手段）４２、流量制御装置５０を備えている。温度センサ４１ａおよび飽和温度検知装置４２は、それぞれ熱源側熱交換器３の出口側に設けられており、熱源側熱交換器３の出口の冷媒温度Ｔｄおよび圧力Ｐｏｕｔを検出するものである。なお、この熱源側熱交換器３から吐出される冷媒温度Ｔｄは、圧縮機周波数、室内機運転台数、室内機冷暖比率、外気温度などにより変化する。飽和温度検知装置４２は、熱源側熱交換器３における冷媒の飽和温度Ｔｅを検知するものであって、たとえば熱源側熱交換器３の出口側の圧力を検知する圧力センサからなっている。飽和温度検知装置４２は、上記圧力を検出する場合に限らず、熱源側熱交換器３内の温度を検出することにより飽和温度Ｔｅを検知するものであってもよい。

流量制御装置５０は、温度センサ４１ａおよび飽和温度検知装置４２により検知された冷媒温度Ｔｄおよび出口側圧力Ｐｏｕｔを用いて流量調整器９の開度を調整するものである。具体的には、流量制御装置５０は、全暖房運転時及び暖主運転時において、熱源側熱交換器３の過熱度ＳＨに基づいて流量調整器９の開度を調整するものであって、過熱度算出装置５１および開度制御装置５２を備えている。

過熱度算出装置５１は、下記式（１）のように、温度センサ４１ａによって検知された冷媒温度Ｔｄから飽和温度Ｔｅを減算することにより、室外機１０１における圧縮機１の過熱度ＳＨを求める（ＳＨ＝Ｔｄ−Ｔｅ）。なお、過熱度算出装置５１には、出口側圧力Ｐｏｕｔと飽和温度Ｔｅとの関係が予め記憶されており、飽和温度検知装置４２により検知された出口側圧力Ｐｏｕｔに基づいて飽和温度Ｔｅを求めるようになっている。

なお、図１０において、過熱度ＳＨが熱源側熱交換器３の出口において検知される場合について例示しているが、図１１に示すように熱源側熱交換器３の各冷媒パス３ａの出口で検知してもよい。具体的には、図１１の熱源側熱交換器３は、複数の冷媒パス３ａと、複数の冷媒パス３ａが挿入された板状フィン３ｂとを備えており、各冷媒パス３ａに冷媒が流れるようになっている。この冷媒パス３ａは１本もしくは複数本の冷媒配管からなるものであり、各冷媒パス３ａ内に冷媒が流入し熱交換が行われる。温度センサ４１ａは、複数の冷媒パス３ａ毎にそれぞれ設けられた温度センサ４１ａを備えたものであり、各温度センサ４１ａは各冷媒パス３ａ内の冷媒の温度をそれぞれ検知する。過熱度算出装置５１は複数の温度センサ４１ａにより検知された冷媒温度の最小値、最大値または平均値を冷媒温度Ｔｄとして用い過熱度ＳＨを算出する。

これにより、熱源側熱交換器３の容量が大きくなるに従い、熱源側熱交換器３の大型化および冷媒パス３ａによる多パス化を行った場合であっても、熱源側熱交換器３から流出した冷媒温度Ｔｄを精度良く検出することができ、より細かい精度の高い制御を行うことができる。

図１０の開度制御装置５２は、過熱度算出装置５１により算出された過熱度ＳＨに基づいて流量調整器９における開度を決定し制御するものである。開度制御装置５２には、設定過熱度ＳＨｒｅｆが記憶されており、この設定過熱度ＳＨｒｅｆはたとえば５度程度で制御することが望ましく、１〜３度程度で制御することがより好ましい。そこで、開度制御装置５２には、設定過熱度ＳＨｒｅｆとしてたとえば１度〜５度の範囲が記憶されている。

過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きい場合（ＳＨ＞ＳＨｒｅｆ）、開度制御装置５２は流量調整器９の開度を所定量だけ閉じ、ガス側配管７を流れるガス冷媒の流量を小さくする。すると、気液分離器６の液側配管８から熱源側熱交換器３に流れる冷媒の過熱度ＳＨが低くなる。このように、開度制御装置５２は、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下になるまで流量調整器９の開度を小さくしていく。これにより、熱交換に不要なガス冷媒をバイパスさせることが可能となる。

一方、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも小さい場合（ＳＨ＜ＳＨｒｅｆ）、開度制御装置５２は流量調整器９の開度を所定量だけ開け、ガス側配管７を流れるガス冷媒の流量を大きくする。すると、気液分離器６の液側配管８から熱源側熱交換器３に流れる冷媒の過熱度ＳＨが高くなる。開度制御装置５２は過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以上になるまで流量調整器９の開度を大きくしていく。これにより、過熱度ＳＨが小さくなりすぎることによる弊害を防止することができる。

図１２は図１の空気調和装置１００の動作例を示すフローチャートであり、図１から図１２を参照して空気調和装置１００について説明する。なお、図１２において、流量調整器９が可変流路抵抗からなる場合について例示する。まず、運転開始時において、流量調整器９は全閉状態（抵抗なし）に設定されている。その後、圧縮機１の運転周波数、室内機の運転台数、室内機の冷房運転・暖房運転の比率等に基づいて流量調整器９の開度の初期設定が行われる（ステップＳＴ１）。

この状態で、室外機１０１が全暖房運転等を行っている間、温度センサ４１ａおよび飽和温度検知装置４２により熱源側熱交換器３の出口側の冷媒温度Ｔｄおよび出口側圧力Ｐｏｕｔが検知される（ステップＳＴ２）。その後、過熱度算出装置５１において、出口側圧力Ｐｏｕｔに対応する飽和温度Ｔｅが求められ、冷媒温度Ｔｄと飽和温度Ｔｅとの差分である過熱度ＳＨが算出される（ステップＳＴ３）。

そして、開度制御装置５２により過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆの範囲内に収まるように流量調整器９の開度が制御される（ステップＳＴ４〜７）。具体的には、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより小さい場合（ステップＳＴ４）、流量調整器９の開度が所定量だけ大きくなるように制御される（ステップＳＴ５）。すると、ガス側配管７からアキュムレータ４へ流れるガス冷媒の流量が増加し過熱度ＳＨが大きくなる。過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以上になるまで流量調整器９の開度が開くような制御が行われる。

一方、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより大きい場合（ステップＳＴ６）、流量調整器９の開度が所定量だけ小さくなるように制御される（ステップＳＴ７）。すると、ガス側配管７からアキュムレータ４へ流れるガス冷媒の流量が減少し過熱度ＳＨが小さくなる。過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以上になるまで流量調整器９の開度が開くような制御が行われる。

なお、図１１において、流量調整器９が可変流路抵抗（電磁ＬＥＶ、絞り装置等）である場合について例示しているが、開閉のみを行う開閉弁を用いた場合についても適用することができる。この場合、設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きくなれば流量調整器９が開放され、設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも小さくなれば流量調整器９が閉止するように制御される。

このように、過熱度ＳＨに基づいてガス側配管７からアキュムレータ４へバイパスされるガス冷媒量を制御することにより、熱源側熱交換器３において効率的な熱交換を行うことができるため、空気調和装置１００の効率的な運転を行うことができる。すなわち、従来のように、気液分離器６が設けられていない場合、中継機１０２から戻った冷媒はすべて熱源側熱交換器３に流入されることになる。このため、蒸発器として機能している熱源側熱交換器３における熱交換には不要なガス冷媒が混入することになり、効率的な熱交換を行うことができない。

そこで、室外機１０１と中継機１０２との間に気液分離器６が配置されることにより、熱交換に不要なガス冷媒を気液分離器６によりバイパスさせる。すると、熱交換に必要な液冷媒のみを熱源側熱交換器３に流入させることができ、熱源側熱交換器３の圧力損失低減が可能となる。

また、熱源側熱交換器３に流入する冷媒はほぼ液状態となるため、単相の分配に近くなることで熱源側熱交換器３における各冷媒パス３ａへの冷媒分配も改善が可能となる。さらに、気液分離器６の冷媒流れ方向が一方向流れとなるような構成においては、暖房時のみでなく、冷房時に流入したガス冷媒をガス側配管７と液側配管８に流入させることが可能となり、圧縮機１の吸入圧力損失の低減が可能となり、圧縮機吸入温度を高く維持することになり、圧縮機１の性能を高く維持できる。

一方、気液分離器６を設けるだけで流量調整器９が設置されていない場合、気液分離されたガス冷媒がすべてアキュムレータ４側へバイパスされ、液冷媒が熱源側熱交換器３側に流入することになる。この液冷媒の状態によっては圧力損失が低下する等の熱交換効率が悪くなってしまい、装置全体の効率が低下してしまう場合がある。さらに、１台の室外機１０１に対して複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃを有するような空気調和装置１００の場合、室外機１０１全体のサイズが大きくなり流れる冷媒も増えるため、熱源側熱交換器３の圧力損失増大や多パス化に伴う分配悪化が懸念される。そこで、流量制御装置５０が熱源側熱交換器３における過熱度ＳＨに基づいてアキュムレータ４へバイパスされるガス冷媒の流量を制御することにより、熱交換に不要なガス冷媒をバイパスさせるとともに、熱源側熱交換器３に流入する液冷媒の状態を熱交換に最適な過熱度ＳＨに設定した状態に設定することができる。

図１３Ａは、上記暖房運転時もしくは暖房主体運転時の流量調整器９の開度に対するガス側配管７および液側配管８における入口乾き度の変化を示すグラフ、図１３Ｂは、ガス側配管７および熱源側熱交換器３からアキュムレータ４へ流出する冷媒の出口乾き度の変化を示すグラフ、図１３Ｃは、上記暖房運転時もしくは暖房主体運転時の流量調整器９の開度に対するエントロピの変化の様子を示すグラフである。図１３Ａに示すように、気液分離器６のガス側配管７から流出するガス冷媒は、流量調整器９の開度が所定量になるまでは乾き度１のまま推移するが、所定の開度以上開いたときに液バックにより乾き度が低下していく。一方、気液分離器６の液側配管８から流出する液冷媒は、流量調整器９の開度が所定量になるまではガス側配管７からガス冷媒が流出するため乾き度が低下していき、所定の開度以上開いたとき液相（乾き度０）のまま推移するような特性を有している。なお、図示しないが気液分離器の気液分離特性に依存し、流量調整器９の開度を所定以上開いた場合でも液側配管８から流出する液冷媒の乾き度は０以上で推移する場合もある。これは、気液分離器でガス冷媒が完全に分離されず、液冷媒側にガス冷媒が混入する場合に発生する。

また、図１３Ｂに示すように、熱源側熱交換器３により熱交換された液冷媒は低温低圧の所定の乾き度のガス冷媒となってアキュムレータ４に流入していく。このとき、熱源側熱交換器３の過熱度ＳＨ（または乾き度）は、流量調整器９の開度が所定の開度以上になったとき乾き度１以下から徐々に大きくなっていき、乾き度１を超えて過熱度ＳＨを持つようになる。一方、ガス側配管７からアキュムレータ４へ流出するガス冷媒は、上述したように所定の開度以上開いたときに乾き度１の状態から液バックにより出口乾き度が低下していく。また、アキュムレータ４において、ガス側配管７を流れた冷媒（図３における点ｆ１）と、熱源側熱交換器３から流出した冷媒（図３における点ａ１）の冷媒が合流するため、図１３Ｃに示すようなエンタルピ変化が生じる。また、熱交換器出口は徐々に乾き度が上昇し、過熱度ＳＨが付き始める。以上、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、入口乾き度および出口乾き度が変化する所定の開度が存在する。上述した過熱度ＳＨと設定過熱度ＳＨｒｅｆとの比較は、この開度近傍において制御の切替が行われていることを意味する（図１３Ａ〜図１３Ｃにおける制御ポイント）。

つまり、アキュムレータ４内に液が溜まるため、アキュムレータ４の出口では常に乾き度が１となり、熱源側熱交換器３とガス側配管７を通った各冷媒が合流後に乾き度１のガスになる。そのため、ガス側配管７を通った冷媒が常にガス冷媒（乾き度１）である場合、熱源側熱交換器３を通った冷媒も乾き度１となるため、過熱蒸気にならない。よって、過熱度ＳＨに基づいてガス側配管７側から少量の液冷媒を流出させるように流量調整器９を調整することにより、熱源側熱交換器３の出口に過熱度ＳＨをつけることができ、制御対象とすることができるため、熱源側熱交換器３における圧力損失の低減等が可能となる。

なお、本制御方法について、図１及び図１０に例示した回路を用いて説明したが、本回路に限定するものではなく、熱源側熱交換器３と、アキュムレータ４と、気液分離器６と、気液分離器６で分離された冷媒が流れるガス側配管７と、ガス側配管７上に設けられ、ガス側配管７に流れる冷媒流量を調整する流量調整器９とで構成されており、そのガス側配管７がアキュムレータ４の手前に接続されており、その接続点以後の冷媒温度の過熱度ではなく、その接続点以前にある熱源側熱交換器３の出口冷媒温度の過熱度を検知していればどのような回路でも構わない。

実施形態２．
図１４は本発明の空気調和装置の実施形態２を示す模式図であり、図１４を参照して空気調和装置２００について説明する。なお、図１４の空気調和装置２００において図１０の空気調和装置１００と同一の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の空気調和装置２００が図１０の空気調和装置１００と異なる点は、流量制御装置２５０が熱源側熱交換器３の圧力損失に基づいて流量調整器９を制御する点である。

図１４の空気調和装置２００は、熱源側熱交換器３の入口側の冷媒圧力を検出する入口側圧力検知装置２４１と、熱源側熱交換器３の出口側の冷媒圧力を検出する出口側圧力検知装置２４２とを有している。また、流量制御装置２５０は、圧力損失算出装置２５１および開度制御装置２５２を備えている。圧力損失算出装置２５１は、各圧力検知装置２４１、２４２において検出された入口側圧力Ｐｉｎと出口側圧力Ｐｏｕｔとの差分を熱源側熱交換器３における圧力損失ΔＰとして算出するものである。開度制御装置２５２は、圧力損失算出装置２５１により算出された圧力損失ΔＰに応じて流量調整器９の開度を制御する。

開度制御装置２５２には設定圧力損失ΔＰｒｅｆが予め記憶されており、開度制御装置２５２は圧力損失ΔＰと設定圧力損失ΔＰｒｅｆとを比較することにより、流量調整器９の開度を制御する。なお、この設定圧力損失ΔＰｒｅｆは所定の値であってもよいし、ある上限および下限を有する所定の幅を持った値であってもよい。

そして、圧力損失ΔＰが設定圧力損失ΔＰｒｅｆよりも大きい場合（ΔＰ＞ΔＰｒｅｆ）、開度制御装置５２は流量調整器９の開度を所定量だけ開き、ガス側配管７を流れるガス冷媒の流量を大きくする。すると、熱源側熱交換器３の圧力損失ΔＰが小さくなる。一方、圧力損失ΔＰが設定圧力損失ΔＰｒｅｆよりも小さい場合（ΔＰ＜ΔＰｒｅｆ）、開度制御装置５２は流量調整器９の開度を所定量だけ閉じて、ガス側配管７を流れるガス冷媒の流量を小さく。すると、熱源側熱交換器３の圧力損失ΔＰが大きくなる。これにより、開度を調整して制御可能であり、熱交換に不要なガス冷媒をバイパスさせることが可能となる。

図１５は図１４の空気調和装置の動作例を示すフローチャートであり、図１４および図１５を参照して空気調和装置２００の動作例について説明する。まず、運転開始時の流量調整器９は全閉の状態とし、圧縮機周波数、室内機運転台数、室内機冷暖比率などにより、流量調整器９の開度が調整される（ステップＳＴ１１）。その後、各圧力検知装置２４１、２４２において熱源側熱交換器３の入口側および出口側の圧力Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔが検知される（ステップＳＴ１２）。そして、圧力損失算出装置２５１により圧力損失ΔＰ（＝Ｐｏ ｕｔ−Ｐｉｎ）が算出される（ステップＳＴ１３）。

開度制御装置２５２において、圧力損失ΔＰと設定圧力損失ΔＰｒｅｆとが比較され、流量調整器９の開度制御が行われる（ステップＳＴ１４〜ステップＳＴ１７）。具体的には、圧力損失ΔＰが設定圧力損失ΔＰｒｅｆよりも大きい場合（ΔＰ＜Ｐｒｅｆ、ステップＳＴ１４）、開度制御装置２５２により流量調整器９の開度が開ける方向へ制御され、圧力損失ΔＰを小さくして設定圧力損失ΔＰｒｅｆの範囲内に収まるように制御する（ステップＳＴ１５）。一方、圧力損失ΔＰが設定圧力損失ΔＰｒｅｆよりも大きい場合（ΔＰ＞Ｐｒｅｆ、ステップＳＴ１６）、開度制御装置２５２により流量調整器９が閉める方向へ制御され、圧力損失ΔＰを大きくして設定圧力損失ΔＰｒｅｆの範囲内に収まるように制御される。

図１４および図１５に示すように、圧力損失ΔＰにより流量調整器９の開度を制御した場合であっても、熱源側熱交換器３での熱交換に不要なガス冷媒をバイパスさせることが可能となり、効率的な熱交換を行うことができる。また、熱源側熱交換器３に流入する冷媒はほぼ液状態となるため、単相の分配に近くなることで冷媒分配も改善が可能となる。さらに、気液分離器６の冷媒流れ方向が一方向流れとなるような構成においては、暖房時のみでなく、冷房時に流入したガス冷媒をガス側配管と液側配管に流入させることが可能となり、圧縮機１の吸入圧力損失の低減が可能となり、圧縮機吸入温度を高く維持することになり、圧縮機１の性能を高く維持できる。

実施形態３．
図１６は本発明の空気調和装置の実施形態３を示す模式図であり、図１６を参照して空気調和装置３００について説明する。なお、図１６の空気調和装置３００において図１０の空気調和装置１００と同一の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１６の空気調和装置３００が図１０の空気調和装置１００と異なる点は、圧縮機１の運転状況に基づいて流量調整器９の開度を調整する点である。なお、流量調整器９は、開放もしくは閉止を切り替える切替弁である場合について例示する。

図１６の流量制御装置３５０は、圧縮機１のストロークボリュームＶｓｔおよび圧縮機１の周波数ｆとの積Ｖｓｔ・ｆと、圧縮機１における吸入圧力Ｐｓとに基づいて冷媒流量Ｇｒを算出する冷媒流量算出装置３５１と、冷媒流量算出装置３５１により算出された冷媒流量Ｇｒに応じて流量調整器９の開度を制御する開度制御装置３５２とを備えている。冷媒流量Ｇｒは、ストロークボリュームと圧縮機周波数の積Ｖｓｔ・ｆと吸入圧力Ｐｓ（または、吸入温度）との関係において以下の式（１）が成立する。そして、冷媒流量算出装置３５１は、上記（１）に基づいて冷媒流量Ｇｒを算出する。

［数１］
Ｇｒ＝ｆ（Ｖｓｔ・ｆ）・ｇ（Ｐｓ） ・・・（１）

開度制御装置３５２は、上記式（１）により算出された冷媒流量Ｇｒが予め設定された設定冷媒流量Ｇｒｒｅｆより大きければ流量調整器９を開放し、設定冷媒流量Ｇｒｒｅｆより小さければ流量調整器９を閉止するように制御する。ここで、図１７に示すように、吸入圧力Ｐｓが異なる場合には冷媒流量Ｇｒが異なるものであり（図１７中のＰｓ１、Ｐｓ２）、開度制御装置３５２は室外機１０１の運転状態に合わせて流量調整器９の開閉を制御していることになる。

図１６および図１７に示すように、冷媒流量Ｇｒに応じて流量調整器９を制御した場合であっても、圧力損失ΔＰにより流量調整器９の開度を制御した場合であっても、熱交換に不要なガス冷媒をバイパスさせることが可能となり、熱源側熱交換器３において効率的な熱交換を行うことができる。また、熱源側熱交換器３に流入する冷媒はほぼ液状態となるため、単相の分配に近くなることで冷媒分配も改善が可能となる。さらに、流路形成部５の作用により気液分離器６の冷媒の流れ方向が一方向の流れとなるような構成においては、暖房時のみでなく、冷房時に流入したガス冷媒をガス側配管と液側配管に流入させることが可能となり、圧縮機１の吸入圧力損失の低減が可能となり、圧縮機吸入温度を高く維持することになり、圧縮機１の性能を高く維持できる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、図１１において、過熱度ＳＨにより流量調整器９を制御する際に複数の冷媒パス３ａ毎に温度センサ４１ａが設けられている場合について例示しているが、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、圧力により流量調整器９を制御する際にも複数の冷媒パス３ａ毎にそれぞれ圧力検知装置が設けられた構成であってもよい。

さらに、図１５および図１６において、流量調整器９として切替弁を用いた場合について例示しているが、開度が調整可能な電磁弁等を用いた場合であってもよい。この場合、たとえば開度制御装置３５２には冷媒流量Ｇｒ毎に流量調整器９の開度が設定されており、開度制御装置３５２は冷媒流量Ｇｒに応じて設定された流量調整器９の開度になるように制御する。

実施形態４．
図１８及び図１９は本発明の実施形態４に係る空気調和装置を示す冷媒回路図であり、図１８及び図１９を参照して空気調和装置４００について説明する。なお、図１８及び図１９の空気調和装置４００において図１の空気調和装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１８の空気調和装置４００は、流路形成部５及び中継機２０を配置することなく、第１流路切替器２と複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃの上流側とを接続するとともに、複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃの下流側と気液分離器６とを接続している。すなわち、本発明における制御方法は、図１８に示すような複数の室内機１０３ａ〜１０３ｃを有し、各室内機１０３ａ〜１０３ｃで冷房運転と暖房運転を切り替えて行う冷媒回路であってもよい。

また、図１９の空気調和装置４００は、１台の室外機１０１に対し、膨張弁２８及び利用側熱交換器３０を備えた１台の室内機１０３を有するものであって、気液分離する対象となる熱源側熱交換器３と、熱源側熱交換器３の下流に位置し、圧縮機１の上流側に位置するアキュムレータ４と、気液二相冷媒を気液分離する気液分離器１４と、気液分離器１４から流出し、アキュムレータ４の上流側またはアキュムレータ４内に流入するように接続されたガス側配管７と、そのガス側配管７上に設置してある流量調整器９と、その流量調整器９の開度を制御する流量制御装置５０と、を有している。その他の構成に関しては、どのような構成でも構わない。

これは、通常のアキュムレータ４を搭載する回路において、常にアキュムレータ４の底部には液冷媒が溜まっているため、熱源側熱交換器３から常に液冷媒が供給されることになり、熱源側熱交換器３の出口は液冷媒を少量含んだ気液二相冷媒状態で流出しているため、熱源側熱交換器３の出口には過熱度はつかない。そこで、気液分離器１４を設け、ガス側配管７から直接液冷媒を流出させることで、熱源側熱交換器３から液冷媒は流出せず、全て蒸発して過熱度がつくため、その過熱度を検知することで、流量調整器９の開度調整を制御することができる。

これにより、熱交換に不要なガス冷媒と少量の液冷媒をバイパスするため、熱源側熱交換器３の圧力損失が低減することができる。そのときの蒸発側の熱交換量は、ガス冷媒と液冷媒をバイパスさせた分、入口乾き度が低下し、熱源側熱交換器３の入口エンタルピが低下するため、エンタルピ差が多くなり、気液分離する前と同等以上を保つことができる。また、入口乾き度が低下することで、熱源側熱交換器３の入口が液単相に近い状態となるため、熱交換器入口の分配特性が向上する。これらの効果により、システム効率の高い冷媒回路が構成できることになる。

１ 圧縮機、２ 第１流路切替器、３ 熱源側熱交換器、３ａ 冷媒配管、３ｂ 板状フィン、４ アキュムレータ、５ 流路形成部、５ａ〜５ｄ 逆止弁、６、１４ 気液分離器、７ ガス側配管、８ 液側配管、９ 流量調整器、１１ 低圧管、１２ 高圧管、２１ 気液分離器、２２ 第２流路切替器、２２ａ〜２２ｃ 第１開閉弁、２３ａ〜２３ｃ 第２開閉弁、２４、２５ 冷媒間熱交換器、２６ 第１流量制御装置、２７ 第２流量制御装置、２８ 膨張弁、３０、３０ａ〜３０ｃ 利用側熱交換器、３１ａ〜３１ｃ 室内機側絞り装置、４１ 温度検知装置、４１ａ 温度センサ、４２ 飽和温度検知装置、５０、２５０、３５０ 流量制御装置、５１ 過熱度算出装置、５２、２５２、３５２ 開度制御装置、１００、２００、３００、４００ 空気調和装置、１０１ 室外機、１０２ 中継機、１０３、１０３ａ〜１０３ｃ 室内機、２４１ 入口側圧力検知装置、２４２ 出口側圧力検知装置、２５１ 圧力損失算出装置、３５１ 冷媒流量算出装置、ｆ 周波数、Ｇｒ 冷媒流量、Ｇｒｒｅｆ 設定冷媒流量、Ｐｉｎ 入口側圧力、Ｐｏｕｔ 出口側圧力、Ｐｓ 吸入圧力、ＳＨ 過熱度、ＳＨｒｅｆ 設定過熱度、Ｔｄ 冷媒温度、ＳＨ 過熱度、Ｔｅ 飽和温度、Ｖｓｔ ストロークボリューム、ΔＰ 圧力損失、ΔＰｒｅｆ 設定圧力損失。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器とを備えた室外機に複数の室内機が接続された、冷房運転または暖房運転が選択可能な空気調和装置であって、室外機が、圧縮機と熱源側熱交換器との間の冷媒流路を切り替えるものであって、暖房運転時に熱源側熱交換器から圧縮機の吸引側へ流れる暖房流路に切り替え、冷房運転時に圧縮機の吐出側から熱源側熱交換器へ流れる冷房流路に切り替える流路切替器と、冷房運転時及び暖房運転時のいずれにおいても室外機から複数の室内機へ冷媒が流出する冷媒経路と複数の室内機から室外機へ冷媒が流入する冷媒経路とを一定方向とする流路形成部と、流路形成部よりも室外機へ冷媒が流入する経路側に設置されて複数の室内機から流出した冷媒を気液分離する気液分離器と、気液分離器により気液分離された液冷媒を流出する液側配管と、気液分離器により気液分離されたガス冷媒を圧縮機の吸引側に流出するガス側配管と、ガス側配管を流れる冷媒流量を調整する流量調整器と、流量調整器の動作を制御する流量制御装置とを備え、暖房運転時に気液分離器により気液分離された液冷媒は液側配管及び流路形成部を介して熱源側熱交換器へ流出し、冷房運転時に気液分離器に流入するガス冷媒はガス側配管と液側配管とに分岐して流れた後に合流して圧縮機に流入するものである。

Claims (12)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器とを備えた室外機に複数の室内機が接続された、冷房運転または暖房運転が選択可能な空気調和装置であって、
   前記室外機が、
   前記圧縮機と前記熱源側熱交換器との間の冷媒流路を切り替えるものであって、暖房運転時に前記熱源側熱交換器から前記圧縮機の吸引側へ流れる暖房流路に切り替え、冷房運転時に前記圧縮機の吐出側から前記熱源側熱交換器へ流れる冷房流路に切り替える流路切替器と、
   前記複数の室内機から流出した冷媒を気液分離する気液分離器と、
   前記気液分離器により気液分離された液冷媒を前記流路切替器を介して前記熱源側熱交換器へ流出する液側配管と、
   前記気液分離器により気液分離されたガス冷媒を前記圧縮機の吸引側に流出するガス側配管と、
   前記ガス側配管を流れる冷媒流量を調整する流量調整器と、
   前記流量調整器の動作を制御する流量制御装置と
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記室外機が、前記圧縮機の吸入側にアキュムレータを備え、
   前記ガス側配管が前記アキュムレータに接続されているとともに、前記熱源側熱交換器の出口側が前記流路切替器を介して前記アキュムレータに接続されるものであり、
   前記アキュムレータが、前記ガス側配管を流れる冷媒と前記熱源側熱交換器から流出した冷媒とを内部で合流させるものであり、
   前記圧縮機が、前記アキュムレータ内のガス冷媒を吸引し圧縮するものであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記室外機において、
   さらに前記熱源側熱交換器の出口での冷媒の過熱状態を検出する検出装置を備え、
   前記流量制御装置が、前記検出装置の過熱状態の情報を用いて、前記熱源側熱交換器の出口での冷媒の過熱状態を保つように、液冷媒を流入させることで、前記熱源側熱交換器の出口冷媒温度に過熱度を付加することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 請求項３の前記室外機であって、
   前記流量制御装置が、前記ガス側配管に、前記ガス冷媒に加えて、前記液冷媒も流入させるように、前記流量調整器の動作を制御することを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項３または４に記載の前記室外機であって、
   前記検出装置は、
   前記熱源側熱交換器の冷媒出口側の前記出口冷媒温度を検知する温度検知装置と、
   前記熱源側熱交換器における冷媒の飽和温度を検知する飽和温度検知装置と
   を有し、
   前記流量制御装置が、
   前記温度検知装置および前記飽和温度検知装置により検知された前記出口冷媒温度および前記飽和温度から過熱度を算出する過熱度算出装置と、
   前記過熱度算出装置により算出された前記過熱度に基づいて前記流量調整器の開度を制御する開度制御装置と
   をさらに備えたことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項３または４に記載の前記室外機であって、
   前記熱源側熱交換器が、冷媒が流れる複数の冷媒パスと、前記複数の冷媒配管が挿入された板状フィンとを有するものであり、
   前記検出装置が、前記複数の冷媒パス毎に設置された複数の温度センサであり、
   前記流量制御装置が、
   前記温度検知装置及び前記飽和温度検知装置により検知された前記出口冷媒温度および前記飽和温度から過熱度を算出する過熱度算出装置と、
   前記過熱度算出装置により算出された前記過熱度に基づいて前記流量調整器の開度を制御する開度制御装置とをさらに備え、
   前記過熱度算出装置が、前記複数の温度センサにより検知された温度情報の最大値、最小値もしくは平均値のいずれか１つを読み取り、前記出口冷媒温度として検知するものであることを特徴とする空気調和装置。
7. 前記室外機が、
   前記熱源側熱交換器の入口側圧力を検知する入口側圧力検知装置と、
   前記熱源側熱交換器の出口側圧力を検知する出口側圧力検知装置と
   をさらに備え、
   前記流量制御装置が、
   前記入口側圧力検知装置により検出された入口側圧力と、前記出口側圧力検知装置により検出された出口側圧力との差分を前記熱源側熱交換器における圧力損失として算出する圧力損失算出装置と、
   前記圧力損失算出装置により算出された前記圧力損失に応じて前記流量調整器の開度を制御する開度制御装置と
   を備えたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
8. 前記流量制御装置が、
   前記圧縮機における冷媒の吸入温度、吸入圧力、圧縮機周波数に基づいて前記冷媒流量を算出する冷媒流量算出装置を備え、
   前記冷媒流量算出装置により算出された前記冷媒流量に応じて前記流量調整器の開度を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の空気調和装置。
9. 前記流量調整器が開度の調整が可能な可変流量抵抗からなるものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の空気調和装置。
10. 前記流量調整器が開放もしくは閉止の切替を行う切替弁からなるものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の空気調和装置。
11. 前記流路切替器により切り替えられる前記暖房流路および前記冷房流路のいずれの場合においても、前記複数の室内機へ流出する冷媒経路と前記複数の室内機から冷媒が流入する冷媒経路とを一定方向にする流路形成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の空気調和装置。
12. 圧縮機と熱源側熱交換器とを備えた室外機に、複数または単一の室内機が接続された、冷房運転または暖房運転を切り替えて行う空気調和装置であって、
    前記熱源側熱交換器の下流かつ前記圧縮機の上流側に設置されたアキュムレータと、
    前記熱源側熱交換器の上流に設置され、前記熱源側熱交換器の入口の乾き度を変える気液分離器と、
    前記気液分離器から前記熱源側熱交換器をバイパスし、前記アキュムレータの入口または前記アキュムレータ内に流入するように接続されたガス側配管と、
    前記気液分離器から前記熱源側熱交換器へ流入するように接続された液側配管と、
    前記ガス側配管上に接続され、前記ガス側配管に流入する冷媒流量を調整する流量調整器と、
    前記流量調整器の開度を制御する流量制御装置と、
    前記熱源側熱交換器の冷媒出口の過熱状態を検出する検出装置とを備え、
    前記流量制御装置が、前記検出装置の過熱状態の情報を用いて、前記熱源側熱交換器の出口での冷媒の過熱状態を保つように、前記流量調整器の動作を制御することを特徴とする空気調和装置。

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