JPWO2015079531A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置１００は、熱媒体循環回路Ｂにおいて、熱源側冷媒の膨張動力を熱媒体の搬送動力として利用する冷媒膨張熱媒体搬送装置を備えたものである。

Description

本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置に関するものである。

従来から、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置においては、たとえば建物外に配置した熱源機である室外ユニット（室外機）と建物の室内に配置した室内ユニット（室内機）との間に冷媒を循環させる。そして、冷媒が放熱、吸熱して、加熱、冷却された空気により空調対象空間の冷房または暖房を行なっていた。このような空気調和装置に使用される冷媒としては、たとえばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒が多く使われている。また、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の自然冷媒を使うものも提案されている。

また、チラーと呼ばれる空気調和装置においては、建物外に配置した熱源機にて、冷熱または温熱を生成する。そして、熱源機内に配置した熱交換器で水、不凍液等を加熱、冷却し、これを室内ユニットであるファンコイルユニット、パネルヒーター等に搬送して冷房または暖房を行なっていた（たとえば、特許文献１参照）。

また、排熱回収型チラーと呼ばれる、熱源機と室内ユニットの間に４本の水配管を接続し、冷却、加熱した水等を同時に供給し、室内ユニットにおいて冷房または暖房を自由に選択できるものもある（たとえば、特許文献２参照）。

また、１次冷媒と２次冷媒の熱交換器を各室内ユニットの近傍に配置し、室内ユニットに２次冷媒を搬送するように構成されているものもある（たとえば、特許文献３参照）。

また、室外ユニットと熱交換器を持つ分岐ユニット間を２本の配管で接続し、室内ユニットに２次冷媒を搬送するように構成されているものもある（たとえば、特許文献４参照）。

また、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置において、室外ユニットから中継器まで冷媒を循環させ、中継器から室内ユニットまで水等の熱媒体を循環させることにより、室内ユニットに水等の熱媒体を循環させながら、熱媒体の搬送動力を低減させるように構成されているものもある（たとえば、特許文献５参照）。

特開２００５−１４０４４４号公報（第４頁、図１等） 特開平５−２８０８１８号公報（第４、５頁、図１等） 特開２００１−２８９４６５号公報（第５〜８頁、図１、図２等） 特開２００３−３４３９３６号公報（第５頁、図１） ＷＯ２０１０／０４９９９８号公報（第３頁、図１等）

従来のビル用マルチエアコン等の空気調和装置では、室内ユニットまで冷媒を循環させているため、冷媒が室内等に漏れる可能性があった。一方、特許文献１及び特許文献２に記載されているような空気調和装置では、冷媒が室内ユニットを通過することはない。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されているような空気調和装置では、建物外の熱源機において熱媒体を加熱または冷却し、室内ユニット側に搬送する必要がある。このため、熱媒体の循環経路が長くなる。ここで、熱媒体により、所定の加熱あるいは冷却の仕事をする熱を搬送しようとすると、搬送動力等によるエネルギーの消費量が冷媒よりも高くなる。そのため、循環経路が長くなると、搬送動力が非常に大きくなる。このことから、空気調和装置において、熱媒体の循環をうまく制御することができれば省エネルギー化を図れることがわかる。

特許文献２に記載されているような空気調和装置においては、室内ユニット毎に冷房または暖房を選択できるようにするためには室外側から室内まで４本の配管を接続しなければならず、工事性が悪いものとなっていた。特許文献３に記載されている空気調和装置においては、ポンプ等の２次媒体循環手段を室内ユニット個別に持つ必要があるため、高価なシステムとなるだけでなく、騒音も大きいものとなり、実用的なものではなかった。加えて、熱交換器が室内ユニットの近傍にあるため、冷媒が室内に近い場所で漏れるという可能性を排除することができなかった。

特許文献４に記載されているような空気調和装置においては、熱交換後の１次冷媒が熱交換前の１次冷媒と同じ流路に流入しているため、複数の室内ユニットを接続した場合に、各室内ユニットにて最大能力を発揮することができず、エネルギー的に無駄な構成となっていた。また、分岐ユニットと延長配管との接続が冷房２本、暖房２本の合計４本の配管でなされているため、結果的に室外ユニットと分岐ユニットとが４本の配管で接続されているシステムと類似の構成となっており、工事性が悪いシステムとなっていた。

特許文献５に記載されているような空気調和装置においては、単一冷媒または擬似共沸冷媒を冷媒として用いる場合は特に問題はない。しかしながら、非共沸混合冷媒を冷媒として用いる場合は、冷媒−熱媒体間熱交換器を蒸発器として用いる際に、冷媒の飽和液温度と飽和ガス温度との温度勾配のために、水等の熱媒体が凍結に至ってしまう可能性があった。

また、特許文献５においては、冷媒により熱媒体が加熱された場合においては、熱媒体搬送手段を用いて、接続された室内ユニットのうち暖房運転を行う室内ユニットへ対して搬送が行われている。また冷媒により熱媒体が冷却された場合においては、熱媒体搬送手段を用いて冷却された熱媒体は熱媒体搬送装置を用いて、接続された室内ユニットのうち冷房運転を行う室内機へ対して搬送が行われている。そのため、このような冷媒及び熱媒体を用いて冷房運転または暖房運転を行う上で、熱媒体搬送装置は、冷房用熱容量搬送手段、暖房用熱容量搬送手段として必要なものであり、熱媒体搬送装置の動作によって冷房運転または暖房運転を継続して行うことができる。

一方、冷媒を用いて熱媒体を加熱または冷却する上で、冷媒−熱媒体間熱交換器へ搬送される冷媒は高温高圧または低温低圧である必要があり、その冷媒回路中で冷媒は圧縮、膨張を繰り返されることで冷媒−熱媒体間での熱交換を実現している。この過程において、冷媒が高温高圧から低温低圧へと膨張される際に、冷媒の膨張に伴う膨張エネルギーが存在する。

これらのことから、空気調和装置においては、接続された室内ユニットに加熱または冷却された熱媒体を搬送するために、熱媒体搬送装置及び熱媒体搬送装置を駆動させるべく外部からの動力が必要である。また一方で、冷媒回路においては、熱媒体の加熱または冷却のために冷媒−熱媒体間熱交換器へ搬送される冷媒は高温高圧または低温低圧で圧縮、膨張が繰り返されており、その膨張過程において、膨張エネルギーが存在するものの、エネルギーとして利用されておらず、システムとしての省エネ性を十分に活かしきれていないものであった。

このことから、空気調和装置において、冷媒の膨張時に発生する膨張エネルギーを熱媒体搬送のために必要な熱媒体搬送装置の動力に利用することができれば、システムとしての省エネ化を図ることができる。さらに、これにより部品点数を削減することができれば、システムとしての省スペース性を図ることも可能となる。

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、発生する膨張エネルギーを複数の接続室内ユニットへ搬送するために必要な熱媒体搬送装置の動力として利用することで、省エネ性を向上させた空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、複数の絞り装置、複数の熱媒体間熱交換器の冷媒側流路、冷媒循環経路を切り替える複数の冷媒流路切替装置を冷媒配管で接続して熱源側冷媒を循環させる冷媒循環回路と、複数の利用側熱交換器、前記複数の熱媒体間熱交換器の熱媒体側流路を熱媒体配管で接続して熱媒体を循環させる熱媒体循環回路と、を有し、前記熱媒体間熱交換器において前記熱源側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する空気調和装置であって、前記熱媒体循環回路において、前記複数の絞り装置で膨張された前記熱源側冷媒の膨張動力を前記熱媒体の搬送動力として利用する熱媒体搬送装置を備えたものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、熱媒体搬送装置により流入した熱源側冷媒の膨張に伴う膨張動力を、熱媒体搬送に必要な動力へと変換し、熱媒体を搬送することができるので、複数の室内機に対して適切な熱媒体流量を供給することが可能になり、省エネ性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置における冷媒循環回路において、熱源側冷媒の膨張に伴って利用することができる膨張エネルギーを示した概念図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房暖房混在運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置に搭載される冷媒膨張熱媒体搬送装置の構成を概念的に示す概念図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図１に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、冷媒（熱源側冷媒、熱媒体）を循環させる冷凍サイクル（冷媒循環回路Ａ、熱媒体循環回路Ｂ）を利用することで各室内ユニットが運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードを自由に選択できるようになっている。図１では、複数台の室内ユニット３を接続している空気調和装置の全体を概略的に示している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１においては、本実施の形態に係る空気調和装置は、室外ユニット（熱源機）１と、複数台の室内ユニット３と、室外ユニット１と室内ユニット３との間に介在する１台の中継ユニット２と、を有している。中継ユニット２は、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行なうものである。室外ユニット１と中継ユニット２とは、熱源側冷媒を導通する冷媒配管４で接続されている。中継ユニット２と室内ユニット３とは、熱媒体を導通する配管（熱媒体配管）５で接続されている。そして、室外ユニット１で生成された冷熱あるいは温熱は、中継ユニット２を介して室内ユニット３に配送されるようになっている。

室外ユニット１は、通常、ビル等の建物９の外の空間（たとえば、屋上等）である室外空間６に配置され、中継ユニット２を介して室内ユニット３に冷熱または温熱を供給するものである。室内ユニット３は、建物９の内部の空間（たとえば、居室等）である室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。中継ユニット２は、室外ユニット１及び室内ユニット３とは別筐体として、室外空間６及び室内空間７とは別の位置に設置できるように構成されており、室外ユニット１及び室内ユニット３とは冷媒配管４及び配管５でそれぞれ接続され、室外ユニット１から供給される冷熱あるいは温熱を室内ユニット３に伝達するものである。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の動作を簡単に説明する。熱源側冷媒は、室外ユニット１から中継ユニット２に冷媒配管４を通して搬送される。搬送された熱源側冷媒は、中継ユニット２内の後述する熱媒体間熱交換器にて熱媒体と熱交換を行ない、熱媒体を加温又は冷却する。つまり、熱媒体間熱交換器で、温水又は冷水が作り出される。中継ユニット２にて作られた温水又は冷水は、後述する熱媒体搬送装置にて、配管５を通して室内ユニット３へ搬送され、室内ユニット３にて室内空間７に対する暖房運転（温水を必要とする運転状態であればよい）又は冷房運転（冷水を必要とした運転状態であればよい）に供される。なお、このとき、温水又は冷水は、後述する熱媒体流路切替流量調整装置により選択された室内ユニット３に搬送される。

熱源側冷媒としては、たとえばＲ−２２、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−３２等の単一冷媒、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０４Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、化学式内に二重結合を含む、ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒やその混合物、あるいはＣＯ_２やプロパン等の自然冷媒を用いることができる。

一方、熱媒体としては、たとえば水、不凍液、水と不凍液の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。

図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置においては、室外ユニット１と中継ユニット２とが２本の冷媒配管４を用いて、中継ユニット２と各室内ユニット３とが２本の配管５を用いて、それぞれ接続されている。このように、本実施の形態に係る空気調和装置では、２本の配管（冷媒配管４、配管５）を用いて各ユニット（室外ユニット１、室内ユニット３及び中継ユニット２）を接続することにより、施工が容易となっている。

なお、図１においては、中継ユニット２が、建物９の内部ではあるが室内空間７とは別の空間である天井裏等の空間（以下、単に空間８と称する）に設置されている状態を例に示している。ただし、中継ユニット２は、天井裏以外でも、居住空間以外であり、屋外と何らかの通気がなされている空間であれば、どんなところに設置してもよく、たとえばエレベーター等がある共用空間で屋外と通気がなされている空間等に設置することも可能である。また、中継ユニット２は、室外ユニット１の近傍に設置することもできる。ただし、中継ユニット２から室内ユニット３までの距離が長すぎると、熱媒体の搬送動力がかなり大きくなるため、省エネルギー化の効果は薄れることに留意が必要である。

図１においては、室外ユニット１が室外空間６に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外ユニット１は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよく、排気ダクトで廃熱を建物９の外に排気することができるのであれば建物９の内部に設置してもよく、あるいは、水冷式の室外ユニット１を用いる場合にも建物９の内部に設置するようにしてもよい。このような場所に室外ユニット１を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。

図１においては、室内ユニット３が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではなく、天井埋込型や天井吊下式等、室内空間７に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。

また、接続する室内ユニット３については、暖房用空気あるいは冷房用空気を室内空間７に吹き出せるようになっていなかったとしても、パネルヒーターや床暖房機器のような中継ユニット２からの温水または冷水の供給により、室内空間８７へ対して暖房効果または冷房効果を与える機能を目的としたユニットであっても特段の問題が発生することはない。

さらに、室外ユニット１、室内ユニット３及び中継ユニット２の接続台数を図１に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る空気調和装置が設置される建物９に応じて台数を決定すればよい。

１台の室外ユニット１に対して複数台の中継ユニット２を接続する場合、その複数台の中継ユニット２をビル等の建物における共用スペースまたは天井裏等のスペースに点在して設置することができる。そうすることにより、各中継ユニット２内の熱媒体間熱交換器で空調負荷を賄うことができる。また、室内ユニット３を、各中継ユニット２内における熱媒体搬送装置の搬送許容範囲内の距離または高さに設置することが可能であり、ビル等の建物全体へ対しての配置が可能となる。

図２は、本実施の形態に係る空気調和装置（以下、空気調和装置１００と称する）の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図２に基づいて、空気調和装置１００の構成、つまり冷媒回路を構成している各アクチュエーターの作用について詳細に説明する。図２に示すように、室外ユニット１と中継ユニット２とが、中継ユニット２に備えられている熱媒体間熱交換器（冷媒−水熱交換器）２５ａ及び熱媒体間熱交換器（冷媒−水熱交換器）２５ｂを介して冷媒配管４で接続されている。また、中継ユニット２と室内ユニット３とが、熱媒体間熱交換器２５ａ、熱媒体間熱交換器２５ｂ、及び、熱媒体流路切替流量調整装置４０を介して配管５で接続されている。

［室外ユニット１］
室外ユニット１には、圧縮機１０と、四方弁等の第１冷媒流路切替装置１１と、熱源側熱交換器１２と、アキュムレーター１９とが冷媒配管４で直列に接続されて搭載されている。また、室外ユニット１には、冷媒用接続配管４ａ、冷媒用接続配管４ｂ、逆止弁１３ａ、逆止弁１３ｂ、逆止弁１３ｃ、及び、逆止弁１３ｄが設けられている。冷媒用接続配管４ａ、冷媒用接続配管４ｂ、逆止弁１３ａ、逆止弁１３ｂ、逆止弁１３ｃ、及び、逆止弁１３ｄを設けることで、室内ユニット３の要求する運転に関わらず、中継ユニット２に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。

圧縮機１０は、熱源側冷媒を吸入し、その熱源側冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒循環回路Ａに搬送するものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第１冷媒流路切替装置１１は、暖房運転モード時（全暖房運転モード時及び暖房主体運転モード時）における熱源側冷媒の流れである冷媒循環経路と冷房運転モード時（全冷房運転モード時及び冷房主体運転モード時）における熱源側冷媒の流れである冷媒循環経路とを切り替えるものである。

熱源側熱交換器１２は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器（または放熱器）として機能し、図示省略のファン等の送風装置から供給される空気等の流体と熱源側冷媒との間で熱交換を行ない、その熱源側冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。アキュムレーター１９は、圧縮機１０の吸入側に設けられており、暖房運転時と冷房運転時の違いによる余剰冷媒、または過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒を蓄えるものである。

逆止弁１３ｃは、中継ユニット２と第１冷媒流路切替装置１１との間における冷媒配管４に設けられ、所定の方向（中継ユニット２から室外ユニット１への方向）のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁１３ａは、熱源側熱交換器１２と中継ユニット２との間における冷媒配管４に設けられ、所定の方向（室外ユニット１から中継ユニット２への方向）のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁１３ｄは、冷媒用接続配管４ａに設けられ、暖房運転時において圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を中継ユニット２に流通させるものである。逆止弁１３ｂは、冷媒用接続配管４ｂに設けられ、暖房運転時において中継ユニット２から戻ってきた熱源側冷媒を圧縮機１０の吸入側に流通させるものである。

冷媒用接続配管４ａは、室外ユニット１内において、第１冷媒流路切替装置１１と逆止弁１３ｃとの間における冷媒配管４と、逆止弁１３ａと中継ユニット２との間における冷媒配管４と、を接続するものである。冷媒用接続配管４ｂは、室外ユニット１内において、逆止弁１３ｃと中継ユニット２との間における冷媒配管４と、熱源側熱交換器１２と逆止弁１３ａとの間における冷媒配管４と、を接続するものである。なお、図２では、冷媒用接続配管４ａ、冷媒用接続配管４ｂ、逆止弁１３ａ、逆止弁１３ｂ、逆止弁１３ｃ、及び、逆止弁１３ｄを設けた場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、これらを必ずしも設ける必要はない。

［室内ユニット３］
室内ユニット３には、それぞれ利用側熱交換器３５が搭載されている。この利用側熱交換器３５は、配管５によって中継ユニット２の熱媒体流路切替流量調整装置４０に接続するようになっている。この利用側熱交換器３５は、図示省略のファン等の送風装置から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、室内空間７に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである

この図２では、４台の室内ユニット３が中継ユニット２に接続されている場合を例に示しており、紙面上側から室内ユニット３ａ、室内ユニット３ｂ、室内ユニット３ｃ、室内ユニット３ｄとして図示している。また、室内ユニット３ａ〜室内ユニット３ｄに応じて、利用側熱交換器３５も、紙面上側から利用側熱交換器３５ａ、利用側熱交換器３５ｂ、利用側熱交換器３５ｃ、利用側熱交換器３５ｄとして図示している。なお、図１と同様に、室内ユニット３の接続台数を図２に示す４台に限定するものではない。

［中継ユニット２］
中継ユニット２には、２つ以上の熱媒体間熱交換器２５と、２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０と、２つの開閉装置（開閉装置２７、開閉装置２９）と、２つの第２冷媒流路切替装置２８と、４つの熱媒体流路切替流量調整装置４０と、が搭載されている。

２つの熱媒体間熱交換器２５（熱媒体間熱交換器２５ａ、熱媒体間熱交換器２５ｂ）は、暖房運転をしている室内ユニット３へ対して温熱を供給する際には凝縮器（放熱器）として、冷房運転をしている室内ユニット３へ対して冷熱を供給する際には蒸発器として機能し、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行ない、室外ユニット１で生成され熱源側冷媒に貯えられた冷熱または温熱を熱媒体に伝達するものである。熱媒体間熱交換器２５ａは、冷媒循環回路Ａにおける冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａと第２冷媒流路切替装置２８ａとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の冷却に供するものである。また、熱媒体間熱交換器２５ｂは、冷媒循環回路Ａにおける冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂと第２冷媒流路切替装置２８ｂとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の加熱に供するものである。

２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０（冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂ）は、冷媒循環回路Ａにおいては、減圧弁や膨張弁等の絞り装置としての機能を有し、熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器２５ａの上流側に設けられている。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器２５ｂの上流側に設けられている。

また、２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、熱媒体循環回路Ｂにおいては、後述の熱媒体搬送装置としての機能も有している。そのため、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、絞り装置と熱媒体搬送装置とが一体となって構成するとよい。ただし、熱媒体の搬送に必要な動力以上の動力が熱源側冷媒の減圧膨張によって得られる場合、または熱媒体搬送に必要な動力を調整する場合、図２においては省略しているが、２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０それぞれに対して、膨張弁または絞り装置を伴うバイパス回路を設けることも可能である。こうすることにより、２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０では、冷媒循環回路Ａからの安定した膨張動力を得ることができる。

さらに、２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、配管５を導通する熱媒体を熱媒体循環回路Ｂに循環させる熱源機搬送装置としての機能も有している。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａは、熱媒体間熱交換器２５ａと熱媒体流路切替流量調整装置４０との間における配管５に設けられている。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂは、熱媒体間熱交換器２５ｂと熱媒体流路切替流量調整装置４０との間における配管５に設けられている。２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、熱媒体循環回路Ｂにおいても、それぞれに対して熱媒体流量可能な調整弁を伴うバイパス回路を設けることも可能であり、これにより熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体の流量を調整することも可能となる。

２つの冷媒膨張熱媒体搬送装置６０について、構造概念図である図７を用いると、以下の通りとなる。図７は、空気調和装置１００に搭載される冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の構成を概念的に示す概念図である。なお、図７では、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の一般的な構成の一部を図示している。図７に示す矢印Ｘ１、Ｘ２は、熱源側冷媒の流れを示している。図７に示す矢印Ｙ１、Ｙ２は、熱媒体の流れを示している。図７に示すＺ１は、冷媒循環回路Ａ、熱媒体循環回路Ｂの双方が同軸で回転していることを示している。図７に示す矢印Ｚ２は、冷媒膨張動力の回転動力への変換、伝播を示している。

図７に示すように、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、仕切板６５で内部空間が仕切られている密閉容器６９を有している。仕切板６５で仕切られている空間の内、紙面下側の空間が、熱源側冷媒を膨張させる冷媒膨張室６０Ａとして機能する。仕切板６５で仕切られている空間の内、紙面上側の空間が、熱媒体を循環させる熱媒体搬送室６０Ｂとして機能する。冷媒膨張室６０Ａは、熱源側冷媒の入口となる冷媒入口６１、及び、熱源側冷媒の出口となる冷媒出口６２を介して冷媒循環回路Ａと連通している。熱媒体搬送室６０Ｂは、熱媒体の入口となる熱媒体入口６３、及び、熱媒体の出口となる熱媒体出口６４を介して熱媒体循環回路Ｂと連通している。

また、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、仕切板６５の中央部を貫通するシャフト６６を有している。シャフト６６は、冷媒膨張室６０Ａで熱源側冷媒を膨張する際に発生する動力によって回転し、この回転力によって熱媒体搬送室６０Ｂの熱媒体を熱媒体循環回路Ｂに搬送させる（図７に示す矢印Ｚ１、Ｚ２）。

冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の作用について説明する。
高圧の熱源側冷媒が、冷媒入口６１を介して冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の冷媒膨張室６０Ａへと流入する（図７に示す矢印Ｘ１）。この熱源側冷媒は、冷媒膨張室６０Ａで絞られ膨張する。このとき、膨張エネルギー（冷媒膨張動力）が発生する。発生した冷媒膨張動力は、回転動力としてシャフト６６を介して同軸に繋がっている熱媒体搬送室６０Ｂへと伝播する（図７に示す矢印Ｚ１、Ｚ２）。膨張した熱源側冷媒は、冷媒出口６２を介して冷媒膨張熱媒体搬送装置６０から流出する（図７に示す矢印Ｘ２）。

一方、熱媒体は、熱媒体入口６３を介して冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の熱媒体搬送室６０Ｂも流入し（図７に示す矢印Ｙ１）、熱媒体搬送室６０Ｂにおいて同軸で繋がっているシャフト６６を介して伝搬された冷媒膨張動力による回転動力により、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０外へと流出する（図７に示す矢印Ｙ２）。熱媒体出口６４を介して冷媒膨張熱媒体搬送装置６０外へと流出した熱媒体は、利用側熱交換器３５まで搬送されることとなる。

なお、図７においては、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０において熱源側冷媒の膨張動力を回転動力として熱媒体へ伝播、熱媒体搬送動力として利用していたが、これに限定するものではない。例えば、回転動力に拘るものではなく、冷媒からの膨張動力を熱媒体の搬送動力に利用することができる構造であればどのようなものであっても問題はない。

２つの開閉装置（開閉装置２７、開閉装置２９）は、通電により開閉動作が可能な電磁弁等で構成されており、冷媒配管４を開閉するものである。つまり、２つの開閉装置は、運転モードに応じて開閉が制御され、熱源側冷媒の流路を切り替えている。開閉装置２７は、熱源側冷媒の入口側における冷媒配管４（室外ユニット１と中継ユニット２とを接続している冷媒配管４のうち紙面最下段に位置する冷媒配管４）に設けられている。開閉装置２９は、熱源側冷媒の入口側の冷媒配管４と出口側の冷媒配管４とを接続した配管（バイパス配管２０）に設けられている。なお、開閉装置２７、開閉装置２９は、冷媒流路の切り替えが可能なものであればよく、たとえば電子式膨張弁等の開度を可変に制御が可能なものを用いてもよい。

２つの第２冷媒流路切替装置２８（第２冷媒流路切替装置２８ａ、第２冷媒流路切替装置２８ｂ）は、たとえば四方弁等で構成され、運転モードに応じて熱媒体間熱交換器２５が凝縮器または蒸発器として作用するよう、熱源側冷媒の流れを切り替えるものである。第２冷媒流路切替装置２８ａは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器２５ａの下流側に設けられている。第２冷媒流路切替装置２８ｂは、全冷房運転モード時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器２５ｂの下流側に設けられている。

４つの熱媒体流路切替流量調整装置４０（熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄ）は、一つの駆動装置と弁体等で構成されており、熱媒体の流路を熱媒体間熱交換器２５ａと熱媒体間熱交換器２５ｂとの間で切り替えるとともに、各分岐に対する熱媒体の流量を調整するものである。つまり、熱媒体流路切替流量調整装置４０は、熱媒体流路切替装置としての機能と熱媒体流量調整装置としての機能を併せ持たせたものである。また、熱媒体流路切替流量調整装置４０は、室内ユニット３の設置台数に応じた個数（ここでは４つ）が設けられるようになっており、それぞれが相互に連結することも可能とした構造である。

さらに、この熱媒体流路切替流量調整装置４０は、その内部にて、一方が熱媒体間熱交換器２５ａに、他方が熱媒体間熱交換器２５ｂに、それぞれ接続されており、利用側熱交換器３５にも接続されている。なお、室内ユニット３に対応させて、紙面上側から熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ｂ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ｃ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄとして図示している。また、熱媒体流路の切替には、一方から他方への完全な切替だけでなく、一方から他方への部分的な切替も含んでいるものとする。

また、４つの熱媒体流路切替流量調整装置４０（熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄ）は流量調整も可能であり、開口面積を調整することで、配管５に流れる熱媒体の流量を制御するものである。熱媒体流路切替流量調整装置４０は、一方が利用側熱交換器３５に、他方が熱媒体間熱交換器２５に、それぞれ接続されている。すなわち、熱媒体流路切替流量調整装置４０は、室内ユニット３へ流入する熱媒体の温度及び流出する熱媒体の温度により室内ユニット３へ流入する熱媒体の量を調整し、室内負荷に応じた最適な熱媒体量を室内ユニット３に提供可能とするものである。

なお、室内ユニット３において、停止やサーモＯＦＦ等の負荷を必要としていないとき、または、メンテナンス等により、熱媒体の流路を遮断したい場合、熱媒体流路切替流量調整装置４０を全閉にすることにより、室内ユニット３への熱媒体供給を止めることができる。

また、中継ユニット２には、熱媒体間熱交換器２５の出口側における熱媒体の温度を検出するための温度センサー５５（温度センサー５５ａ、温度センサー５５ｂ）が設けられている。温度センサー５５で検出された情報（温度情報）は、空気調和装置１００の動作を統括制御する制御装置５０に送られ、圧縮機１０の駆動周波数、図示省略の送風装置の回転数、第１冷媒流路切替装置１１の切り替え、第２冷媒流路切替装置２８の切り替え、熱媒体の流路の切替、室内ユニット３の熱媒体流量の調整等の制御に利用されることになる。なお、制御装置５０が、中継ユニット２内に搭載されている状態を例に示しているが、これに限定するものではなく、室外ユニット１又は室内ユニット３、あるいは、各ユニットに通信可能に搭載するようにしてもよい。

また、制御装置５０は、マイコン等で構成されており、各種検出手段での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、圧縮機１０の駆動周波数、送風装置の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、第１冷媒流路切替装置１１の切り替え、開閉装置の開閉、第２冷媒流路切替装置２８の切り替え、熱媒体流路切替流量調整装置４０の切り替え、及び、熱媒体流路切替流量調整装置４０の駆動等、各アクチュエーター（冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の駆動に伴う絞り装置等の駆動部品を含む）を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。

熱媒体を導通する配管５は、熱媒体間熱交換器２５ａに接続されるものと、熱媒体間熱交換器２５ｂに接続されるものと、で構成されている。配管５は、中継ユニット２に接続される室内ユニット３の台数に応じて分岐（ここでは、各４分岐）されている。そして、配管５は、熱媒体流路切替流量調整装置４０で接続されている。熱媒体流路切替流量調整装置４０を制御することで、熱媒体間熱交換器２５ａからの熱媒体を利用側熱交換器３５に流入させるか、熱媒体間熱交換器２５ｂからの熱媒体を利用側熱交換器３５に流入させるかが決定されるようになっている。

そして、空気調和装置１００では、圧縮機１０、第１冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、開閉装置２７、開閉装置２９、第２冷媒流路切替装置２８、熱媒体間熱交換器２５の冷媒流路、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０（冷媒膨張部）、及び、アキュムレーター−１９を、冷媒配管４で接続して冷媒循環回路Ａを構成している。また、熱媒体間熱交換器２５の熱媒体流路、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０（熱媒体搬送部）、熱媒体流路切替流量調整装置４０、及び、利用側熱交換器３５を、配管５で接続して熱媒体循環回路Ｂを構成している。つまり、熱媒体間熱交換器２５のそれぞれに複数台の利用側熱交換器３５が並列に接続され、熱媒体循環回路Ｂを複数系統としているのである。

よって、空気調和装置１００では、室外ユニット１と中継ユニット２とが、中継ユニット２に設けられている熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂを介して接続され、中継ユニット２と室内ユニット３とも、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂを介して接続されている。すなわち、空気調和装置１００では、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂで冷媒循環回路Ａを循環する熱源側冷媒と熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体とが熱交換するようになっている。このような構成を用いることで、空気調和装置１００は、室内負荷に応じた最適な冷房運転または暖房運転を実現することができる。

［運転モード］
次に空気調和装置１００が実行する各運転モードについて、熱源側冷媒及び熱媒体の流れに加えて冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の動力の一例について併せて説明する。この空気調和装置１００は、各室内ユニット３からの指示に基づいて、その室内ユニット３で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。つまり、空気調和装置１００は、室内ユニット３の全部で同一運転をすることができるとともに、室内ユニット３のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。

空気調和装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内ユニット３の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モード、駆動している室内ユニット３の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、冷房暖房混在運転モードのうち冷房負荷よりも暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モード、及び、冷房暖房混在運転モードのうち暖房負荷よりも冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モードがある。

［全冷房運転モード］
図３は、空気調和装置１００の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図３では、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄの全部で冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図３では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。

図３に示す全冷房運転モードの場合、室外ユニット１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２へ流入させるように切り替える。

中継ユニット２では、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂを駆動させ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄを開放し、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂのそれぞれと利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄとの間を熱媒体が循環するようにしている。また、このとき第２冷媒流路切替装置２８ａ及び第２冷媒流路切替装置２８ｂは冷房側に切り替えられており、開閉装置２７は開、開閉装置２９は閉となっている。

まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機１０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１０から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２を通過し、室外空間６の空気（以下、外気と称する）との熱交換を行い、高温・高圧の液または二相冷媒となり、逆止弁１３ａを通過した後、冷媒用接続配管４ａを導通し、室外ユニット１から流出する。室外ユニット１から流出した高温・高圧の液または二相冷媒は、冷媒配管４を通って中継ユニット２に流入する。

中継ユニット２に流入した高温・高圧の液または二相冷媒は、開閉装置２７を通過した後、分岐されて冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。これらの二相冷媒は、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱しながら蒸発気化し、低温のガス冷媒となる。熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂから流出したガス冷媒は、第２冷媒流路切替装置２８ａ及び第２冷媒流路切替装置２８ｂを通って中継ユニット２から流出し、冷媒配管４を導通し、逆止弁１３ｃを通過して第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。

このとき冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、熱媒体間熱交換器２５と冷媒膨張熱媒体搬送装置６０との間を流れる熱源側冷媒の圧力を飽和温度換算した値と、熱媒体間熱交換器２５の出口側の温度との差として得られるスーパーヒート（過熱度）が一定になるように開度が制御される。または、スーパーヒートが一定になるようにバイパス回路を設けて調整することも可能である。なお、熱媒体間熱交換器２５の中間位置の温度が測定できる場合は、その中間位置での温度を換算した飽和温度を変わりに用いてもよい。この場合、圧力センサーを設置しなくて済み、安価にシステムを構成できる。

次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂの双方で熱源側冷媒へ熱媒体の温熱が伝えられ、冷却された熱媒体が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで加圧されて流出し、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄを介して、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄで室内空気から吸熱することで、室内空間７の冷房を行う。

なお、このとき冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の搬送動力としては、前述の通り、熱源側冷媒が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０へ対して流入した時に得られる膨張動力が用いられており、これにより熱媒体は加圧、流出されている。

それから、熱媒体は、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄから流出して熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄに再度流入する。このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄの流量調整作用によって熱媒体の流量が、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄに流入するようになっている。熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄから流出した熱媒体は、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂへ流入し、室内ユニット３を通じて室内空間７から吸熱した分の熱量を冷媒側へ渡し、再び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂへ吸い込まれる。

なお、利用側熱交換器３５の配管５内では、熱媒体流路切替流量調整装置４０から冷媒膨張熱媒体搬送装置６０へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、温度センサー５５ａで検出された温度、あるいは、温度センサー５５ｂで検出された温度と利用側熱交換器３５から流出した熱媒体の温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器２５の出口温度は、温度センサー５５ａまたは温度センサー５５ｂのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。

次に、全冷房運転モードにおける、熱源側冷媒から回収される冷媒膨張動力及び熱媒体搬送動力の一例について、図４を用いて説明する。図４は、空気調和装置１００における冷媒循環回路Ａにおいて、熱源側冷媒の膨張に伴って利用することができる膨張エネルギーを示した概念図である。具体的には、図４は熱源側冷媒の圧力とそのときのエンタルピーを示すＰ−ｈ線図であり、図４中の矢印は各運転モード時の熱源側冷媒の動きを示すイメージである。なお、全冷房運転モード中の高温・高圧の冷媒圧力は図中Ｐｃで与えられ、全冷運転モード中の低温・低圧の冷媒圧力は図中Ｐｅで与えられる。

全冷房運転モード中の熱源側冷媒の圧力、温度、冷媒流量が以下のように与えられた場合、熱源側冷媒の膨張動力を計算することができる。
Ｐｃ＝３［Ｍｐａ］、Ｐｅ＝１［Ｍｐａ］、サブクールＳＣ＝１０［ｄｅｇ］、冷媒流量Ｇｒ＝６５４［ｋｇ／ｈｒ］。
このとき、
（等エンタルピー変化時に対する等エントロピー変化とのエンタルピー差）×冷媒流量＝冷媒膨張動力であり、上記例での冷媒膨張動力は０．７８［ｋＷ］となり、この冷媒膨張動力を熱媒体搬送動力に利用することが可能となる。

なお、熱負荷のない利用側熱交換器３５（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流路切替流量調整装置４０により流路を閉じて、利用側熱交換器３５へ熱媒体が流れないようにすればよい。図３においては、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄの全部において熱負荷があるため熱媒体を流しているが、熱負荷がなくなった場合には対応する熱媒体流路切替流量調整装置４０を全閉とすればよい。そして、再度、熱負荷の発生があった場合には、対応する熱媒体流路切替流量調整装置４０を開放し、熱媒体を循環させればよい。これについては、以下で説明する他の運転モードでも同様である。

［全暖房運転モード］
図５は、空気調和装置１００の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図５では、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄの全部で温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図５では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。

図５に示す全暖房運転モードの場合、室外ユニット１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２を経由させずに中継ユニット２へ流入させるように切り替える。

中継ユニット２では、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂを駆動させ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄを開放し、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂのそれぞれと利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄとの間を熱媒体が循環するようにしている。また、このとき第２冷媒流路切替装置２８ａ及び第２冷媒流路切替装置２８ｂは暖房側に切り替えられており、開閉装置２７は閉、開閉装置２９は開となっている。

まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機１０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１０から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を通り、冷媒用接続配管４ａを導通し、逆止弁１３ｄを通過し、室外ユニット１から流出する。室外ユニット１から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管４を通って中継ユニット２に流入する。中継ユニット２に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第２冷媒流路切替装置２８ａ及び第２冷媒流路切替装置２８ｂを通って、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂのそれぞれに流入する。

熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂに流入した高温・高圧のガス冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂから流出した液冷媒は、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。これらの二相冷媒は、合流した後、開閉装置２９を通って、中継ユニット２から流出し、冷媒配管４を通って再び室外ユニット１へ流入する。室外ユニット１に流入した冷媒は、冷媒用接続配管４ｂを導通し、逆止弁１３ｂを通過して、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入する。

そして、熱源側熱交換器１２に流入した熱源側冷媒は、熱源側熱交換器１２で外気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器１２から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。

このとき、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０は、熱媒体間熱交換器２５と冷媒膨張熱媒体搬送装置６０との間を流れる熱源側冷媒の圧力を飽和温度に換算した値と、熱媒体間熱交換器２５の出口側の温度との差として得られるサブクール（過冷却度）が一定になるように開度が制御される。または、サブクールが一定になるようにバイパス回路を設けて調整することも可能である。なお、熱媒体間熱交換器２５の中間位置の温度が測定できる場合は、その中間位置での温度を換算した飽和温度の代わりに用いてもよい。この場合、圧力センサーを設置しなくて済み、安価にシステムを構成できる。

次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂによって配管５内を流動させられることになる。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで加圧されて流出した熱媒体は、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄを介して、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄで室内空気に放熱することで、室内空間７の暖房を行なう。

それから、熱媒体は、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄから流出して熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄに流入する。このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄに流入するようになっている。熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄから流出した熱媒体は、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂへ流入し、室内ユニット３を通じて室内空間７へ供給した分の熱量を冷媒側から受け取り、再び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂへ吸い込まれる。

なお、このとき冷媒膨張熱媒体搬送装置６０の搬送動力としては、前述の通り、熱源側冷媒が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０へ対して流入した時に得られる膨張動力が用いられており、これにより熱媒体は加圧、流出されている。

それから、熱媒体は、利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄから流出して熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄに再度流入する。このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄの流量調整作用によって熱媒体の流量が、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器３５ａ〜利用側熱交換器３５ｄに流入するようになっている。熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄから流出した熱媒体は、熱媒体間熱交換器２５ａ及び熱媒体間熱交換器２５ｂへ流入し、室内ユニット３を通じて室内空間７へ供給した分の熱量を冷媒側から受け取り、再び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂへ吸い込まれる。

なお、利用側熱交換器３５の配管５内では、熱媒体流路切替流量調整装置４０から冷媒膨張熱媒体搬送装置６０へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、温度センサー５５ａで検出された温度、あるいは、温度センサー５５ｂで検出された温度と利用側熱交換器３５から流出した熱媒体の温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器２５の出口温度は、温度センサー５５ａまたは温度センサー５５ｂのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。

次に、全暖房運転モードにおける、熱源側冷媒から回収される冷媒膨張動力及び熱媒体搬送動力の一例について、図４を用いて説明する。なお、全暖房運転モード中の高温・高圧の冷媒圧力は図中Ｐｃで与えられ、全暖房運転モード中の低温・低圧の冷媒圧力は図中Ｐｅで与えられる。

全暖房運転モード中の熱源側冷媒の圧力、温度、冷媒流量が以下のように与えられた場合、熱源側冷媒の膨張動力を計算することができる。
Ｐｃ＝２．３［Ｍｐａ］、Ｐｅ＝０．６５［Ｍｐａ］、サブクールＳＣ＝４［ｄｅｇ］、冷媒流量Ｇｒ＝５５５［ｋｇ／ｈｒ］。
このとき、
（等エンタルピー変化時に対する等エントロピー変化とのエンタルピー差）×冷媒流量＝冷媒膨張動力であり、上記例での冷媒膨張動力は０．８２［ｋＷ］となり、この冷媒膨張動力を熱媒体搬送動力に利用することが可能となる。

［冷房暖房混在運転モード］
図６は、空気調和装置１００の冷房暖房混在運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図６では、利用側熱交換器３５のうちのいずれかで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器３５のうちの残りで冷熱負荷が発生している場合である冷房暖房混在運転のうち、暖房主体運転モードについて説明する。なお、図６では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。

図６に示す暖房主体運転モードの場合、室外ユニット１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２を経由させずに中継ユニット２へ流入させるように切り替える。

中継ユニット２では、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂを駆動させ、熱媒体流路切替流量調整装置４０ａ〜熱媒体流路切替流量調整装置４０ｄを開放し、熱媒体間熱交換器２５ａと冷熱負荷が発生している利用側熱交換器３５との間を、熱媒体間熱交換器２５ｂと温熱負荷が発生している利用側熱交換器３５との間を、それぞれ熱媒体が循環するようにしている。また、このとき第２冷媒流路切替装置２８ａは冷房側、第２冷媒流路切替装置２８ｂは暖房側に切り替えられており、開閉装置２７は閉、開閉装置２９は閉となっている。

まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機１０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１０から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を通り、冷媒用接続配管４ａを導通し、逆止弁１３ｄを通過し、室外ユニット１から流出する。室外ユニット１から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管４を通って中継ユニット２に流入する。中継ユニット２に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第２冷媒流路切替装置２８ｂを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器２５ｂに流入する。

熱媒体間熱交換器２５ｂに流入したガス冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、液冷媒となる。熱媒体間熱交換器２５ｂから流出した液冷媒は、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで膨張させられて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａを介して蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器２５ａに流入する。熱媒体間熱交換器２５ａに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱することで蒸発し、熱媒体を冷却する。この低圧二相冷媒は、熱媒体間熱交換器２５ａから流出し、第２冷媒流路切替装置２８ａを介して中継ユニット２から流出し、冷媒配管４を通って再び室外ユニット１へ流入する。

室外ユニット１に流入した低温・低圧の二相冷媒は、逆止弁１３ｂを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２に流入した冷媒は、熱源側熱交換器１２で外気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器１２から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。

このとき、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂは、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａと合わせて熱媒体間熱交換器２５ｂの出口冷媒のサブクール（過冷却度）が目標値になるように開度が制御される。または、サブクールが一定になるようにバイパス回路を設けて調整することも可能である。なお、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂを合わせたサブクール制御は、サブクールを一定に保ちながら、併せて冷媒膨張による膨張動力回収が可能であるものであればよい。

次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器２５ｂで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂによって配管５内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器２５ａで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体が冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａによって配管５内を流動させられることになる。冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａで加圧されて流出した冷やされた熱媒体は、冷熱負荷が発生している利用側熱交換器３５に熱媒体流路切替流量調整装置４０を介して流入し、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂで加圧されて流出した熱媒体は、温熱負荷が発生している利用側熱交換器３５に熱媒体流路切替流量調整装置４０を介して流入する。

このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０は、接続されている室内ユニット３が暖房運転モードであるときは、熱媒体間熱交換器２５ｂ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂが接続されている方向に切り替えられ、接続されている室内ユニット３が冷房運転モードであるときは、熱媒体間熱交換器２５ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａが接続されている方向に切り替えられる。すなわち、熱媒体流路切替流量調整装置４０によって、室内ユニット３へ供給する熱媒体を暖房用又は冷房用に切り替えることを可能としている。

利用側熱交換器３５では、熱媒体が室内空気から吸熱することによる室内空間７の冷房運転、または、熱媒体が室内空気に放熱することによる室内空間７の暖房運転を行なう。このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０の流量調整作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器３５に流入するようになっている。

冷房運転に利用され、利用側熱交換器３５を通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流路切替流量調整装置４０を通って、熱媒体間熱交換器２５ａに流入し、再び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａへ吸い込まれる。暖房運転に利用され、利用側熱交換器３５を通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流路切替流量調整装置４０を通って、熱媒体間熱交換器２５ｂへ流入し、再び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂへ吸い込まれる。このとき、熱媒体流路切替流量調整装置４０は、接続されている室内ユニット３が暖房運転モードであるときは、熱媒体間熱交換器２５ｂ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂが接続されている方向に切り替えられ、接続されている室内ユニット３が冷房運転モードであるときは、熱媒体間熱交換器２５ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａが接続されている方向に切り替えられる。

この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、熱媒体流路切替流量調整装置４０の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器３５へ導入される。これにより、暖房運転モードで利用された熱媒体を暖房用途として冷媒から熱を与えている熱媒体間熱交換器２５ｂへ、冷房運転モードで利用された熱媒体を冷房用途として冷媒が熱を受け取っている熱媒体間熱交換器２５ａへと流入させ、再度それぞれが冷媒と熱交換を行なった後、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ及び冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂへと搬送される。

なお、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては温度センサー５５ｂで検出された温度と利用側熱交換器３５から流出した熱媒体の温度との差を、冷房側においては利用側熱交換器３５から流出した熱媒体の温度と温度センサー５５ａで検出された温度との差を目標値として保つように制御することにより、賄うことができる。

また、図６の空気調和装置１００における冷房暖房混在運転モード時において、利用側熱交換器３５のうちのいずれかで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器３５のうちの残りで温熱負荷が発生している場合である混在運転のうち、冷房主体運転モードにおいても、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れ及び熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れは暖房主体運転モードと同様となる。

次に、暖房主体運転モードにおける、熱源側冷媒から回収される冷媒膨張動力及び熱媒体搬送動力の一例について、図４を用いて説明する。なお、暖房主体運転モード中の高温・高圧の冷媒圧力は図中Ｐｃで与えられ、暖房主体運転モード中の低温・低圧の冷媒圧力は図中Ｐｅで与えられる。

暖房主体運転モード中の熱源側冷媒の圧力、温度、冷媒流量が以下のように与えられた場合、熱源側冷媒の膨張動力を計算することができる。
Ｐｃ＝２．３［Ｍｐａ］、Ｐｅ＝１［Ｍｐａ］、サブクールＳＣ＝４［ｄｅｇ］、冷媒流量Ｇｒ＝６５４［ｋｇ／ｈｒ］。
このとき、
（等エンタルピー変化時に対する等エントロピー変化とのエンタルピー差）×冷媒流量＝冷媒膨張動力であり、上記例での冷媒膨張動力は０．５３［ｋＷ］となり、この冷媒膨張動力を熱媒体搬送動力に利用することが可能となる。

なお、第２冷媒流路切替装置２８が四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

熱媒体としては、たとえばブライン（不凍液）や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、空気調和装置１００においては、熱媒体が室内ユニット３を介して室内空間７に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。

本実施の形態では、空気調和装置１００にアキュムレーター１９を含めている場合を例に説明したが、アキュムレーター１９を設けなくてもよい。また、一般的に、熱源側熱交換器１２及び利用側熱交換器３５には、送風装置が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば、利用側熱交換器３５としては放射を利用したパネルヒーターのようなものを用いることもできるし、熱源側熱交換器１２としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものを用いることもできる。つまり、熱源側熱交換器１２及び利用側熱交換器３５としては、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであれば種類を問わず、用いることができる。

本実施の形態では、利用側熱交換器３５が４つである場合を例に説明したが、個数を特に限定するものではない。また、熱媒体間熱交換器２５ａ、熱媒体間熱交換器２５ｂが２つである場合を例に説明したが、当然、これに限るものではなく、熱媒体を冷却または／及び加熱できるように構成すれば、幾つ設置してもよい。さらに、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ａ、冷媒膨張熱媒体搬送装置６０ｂはそれぞれ一つとは限らず、複数の小容量の冷媒膨張熱媒体搬送装置６０を並列に並べて接続してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、室内ユニット３または室内ユニット３の近傍まで熱源側冷媒を循環させずに安全性の向上を図るだけでなく、熱源側冷媒が高圧から低圧へと変化する際に発生する膨張動力を利用する熱媒体の搬送動力に利用することにより、冷房運転時または暖房運転時、冷房主体運転時、暖房主体運転時における運転動力の削減につながると共に、部品点数削減による低コスト化、省スペース化も図ることができる。

１ 室外ユニット、２ 中継ユニット、３ 室内ユニット、３ａ 室内ユニット、３ｂ 室内ユニット、３ｃ 室内ユニット、３ｄ 室内ユニット、４ 冷媒配管、４ａ 冷媒用接続配管、４ｂ 冷媒用接続配管、５ 配管、６ 室外空間、７ 室内空間、８ 空間、９ 建物、１０ 圧縮機、１１ 第１冷媒流路切替装置、１２ 熱源側熱交換器、１３ａ 逆止弁、１３ｂ 逆止弁、１３ｃ 逆止弁、１３ｄ 逆止弁、１９ アキュムレーター、２０ バイパス配管、２５ 熱媒体間熱交換器、２５ａ 熱媒体間熱交換器、２５ｂ 熱媒体間熱交換器、２７ 開閉装置、２８ 第２冷媒流路切替装置、２８ａ 第２冷媒流路切替装置、２８ｂ 第２冷媒流路切替装置、２９ 開閉装置、３５ 利用側熱交換器、３５ａ 利用側熱交換器、３５ｂ 利用側熱交換器、３５ｃ 利用側熱交換器、３５ｄ 利用側熱交換器、４０ 熱媒体流路切替流量調整装置、４０ａ 熱媒体流路切替流量調整装置、４０ｂ 熱媒体流路切替流量調整装置、４０ｃ 熱媒体流路切替流量調整装置、４０ｄ 熱媒体流路切替流量調整装置、５０ 制御装置、５５ 温度センサー、５５ａ 温度センサー、５５ｂ 温度センサー、６０ 冷媒膨張熱媒体搬送装置、６０Ａ 冷媒膨張室、６０Ｂ 熱媒体搬送室、６０ａ 冷媒膨張熱媒体搬送装置、６０ｂ 冷媒膨張熱媒体搬送装置、６１ 冷媒入口、６２ 冷媒出口、６３ 熱媒体入口、６４ 熱媒体出口、６５ 仕切板、６６ シャフト、６９ 密閉容器、８７ 室内空間、１００ 空気調和装置、Ａ 冷媒循環回路、Ｂ 熱媒体循環回路。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、複数の絞り装置、複数の熱媒体間熱交換器の冷媒側流路、冷媒循環経路を切り替える複数の冷媒流路切替装置を冷媒配管で接続して熱源側冷媒を循環させる冷媒循環回路と、複数の利用側熱交換器、前記複数の熱媒体間熱交換器の熱媒体側流路を熱媒体配管で接続して熱媒体を循環させる熱媒体循環回路と、を有し、前記熱媒体間熱交換器において前記熱源側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する空気調和装置であって、前記熱媒体循環回路において、前記複数の絞り装置で膨張された前記熱源側冷媒の膨張動力を前記熱媒体の搬送動力として利用する熱媒体搬送装置を備え、複数の前記熱媒体間熱交換器の熱交換に係る前記熱媒体のうち、いずれの熱媒体を前記利用側熱交換器に流入出させるかの切り替えを行う熱媒体流路切替流量調整装置を前記熱媒体循環回路に備え、前記熱媒体流路切替流量調整装置は、各利用側熱交換器に係る容量に基づいて、前記熱媒体循環回路の切り替え及び前記利用側熱交換器への流量調整を一つの駆動装置で実行するものである。

Claims (4)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、複数の絞り装置、複数の熱媒体間熱交換器の冷媒側流路、冷媒循環経路を切り替える複数の冷媒流路切替装置を冷媒配管で接続して熱源側冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
   複数の利用側熱交換器、前記複数の熱媒体間熱交換器の熱媒体側流路を熱媒体配管で接続して熱媒体を循環させる熱媒体循環回路と、を有し、
   前記熱媒体間熱交換器において前記熱源側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する空気調和装置であって、
   前記熱媒体循環回路において、
   前記複数の絞り装置で膨張された前記熱源側冷媒の膨張動力を前記熱媒体の搬送動力として利用する熱媒体搬送装置を備えた
   空気調和装置。
2. 前記絞り装置と前記熱媒体搬送装置とを一体とした冷媒膨張熱媒体搬送装置を備え、
   前記冷媒膨張熱媒体搬送装置は、
   前記熱源側冷媒の膨張動力を回転動力として前記熱媒体循環回路へ伝達することにより前記熱媒体の搬送動力を得る
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記熱媒体間熱交換器のすべてを凝縮器として作用させる全暖房運転モードと、
   前記熱媒体間熱交換器のすべてを蒸発器として作用させる全冷房運転モードと、
   前記熱媒体間熱交換器の一部を凝縮器として作用させ、前記熱媒体間熱交換器の一部を蒸発器として作用させる冷房暖房運転混在運転モードと、を備え、
   前記冷媒膨張熱媒体搬送装置は、
   各運転モードにおいて必要とする前記熱媒体の搬送動力を前記熱源側冷媒の膨張時の動力によって回収する
   請求項２に記載の空気調和装置。
4. 複数の前記熱媒体間熱交換器の熱交換に係る前記熱媒体のうち、いずれの熱媒体を前記利用側熱交換器に流入出させるかの切り替えを行う熱媒体流路切替流量調整装置を前記熱媒体循環回路に備え、
   前記熱媒体流路切替流量調整装置は、
   各利用側熱交換器に係る容量に基づいて、前記熱媒体循環回路の切り替え及び前記利用側熱交換器への流量調整を実行する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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