WO2015029160A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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山下 浩司
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三菱電機株式会社
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    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner.
  • a high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of a condenser (heat source side heat exchanger) during cooling operation is connected between the outdoor unit and the indoor unit. It was flowing through an extension pipe.
  • an air conditioner including a heat medium converter interposed between an outdoor unit and an indoor unit is known (see, for example, Patent Document 2).
  • the outdoor unit and the heat medium converter are connected by two refrigerant pipes that conduct the heat source side refrigerant, and the heat medium is conducted between the heat medium converter and each indoor unit.
  • the two heat medium pipes to be connected are connected.
  • heat exchange between the heat source side refrigerant and the heat medium is performed.
  • a refrigeration cycle having a high-pressure receiver with a built-in heat exchanger at the outlet of the condenser is known (for example, see Patent Document 3).
  • the high-temperature refrigerant that has passed through the condenser is supercooled by exchanging heat between the low-temperature bypass refrigerant that has passed through the expansion valve and the high-pressure receiver with a built-in heat exchanger.
  • an air conditioner including a heat source side expansion valve in a heat source unit is known (see, for example, Patent Document 4).
  • the heat source side expansion valve is provided on the liquid side of the heat source side heat exchanger, and adjusts the refrigerant pressure and the refrigerant flow rate.
  • the heat source side expansion valve is opened during the cooling operation, and the opening degree is adjusted so as to depressurize the liquid refrigerant flowing through the liquid refrigerant pipe in the heating operation.
  • the heat source side expansion valve is opened during the cooling operation, and the opening degree is adjusted so as to depressurize the liquid refrigerant flowing through the liquid refrigerant pipe in the heating operation.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an air conditioner that can reduce the amount of refrigerant in a refrigerant circuit.
  • the air conditioner according to the present invention includes a compressor, a first heat exchanger, at least one first expansion device, and at least one second heat exchanger connected via a refrigerant pipe, and a refrigerant inside. And the compressor and the first heat exchanger are accommodated in a heat source unit, and the first expansion device and the second heat exchanger are separated from the heat source unit.
  • the heat source device and the housing are connected via a plurality of extension pipes constituting a part of the refrigerant pipe, and the refrigerant
  • the circuit is capable of cooling operation in which the first heat exchanger operates as a condenser, and all the second heat exchangers that are not stopped operate as evaporators.
  • a second throttle device provided at a position upstream of the first throttle device is accommodated, and the extension pipe is connected between the second throttle device and the first throttle device.
  • the second expansion device is connected via a first extension pipe which is one of them, and the second expansion device decompresses the refrigerant before flowing into the first extension pipe in the cooling operation, and the condenser
  • the first extension pipe includes the medium pressure. And a two-phase refrigerant is circulated.
  • the density of the refrigerant in the first extension pipe can be reduced by reducing the refrigerant before flowing into the first extension pipe into the two-phase by reducing the pressure with the second expansion device. . Therefore, the amount of refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced.
  • FIG. 3 is a ph diagram showing a refrigerant state in a cooling operation mode of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows the example of a structure of the branch part 18 of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an installation example of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
  • This air conditioner can select either a cooling mode or a heating mode as an operation mode by using a refrigeration cycle in which a refrigerant is circulated.
  • the dimensional relationship and shape of each component may differ from the actual ones.
  • the air-conditioning apparatus includes one outdoor unit 1 that is a heat source unit, and a plurality of indoor units 2a to 2d (installed at positions away from the outdoor unit 1).
  • the indoor units 2a to 2d may be collectively referred to as the indoor unit 2.
  • the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 are connected via extension pipes (refrigerant pipes) 5a and 5b that conduct the refrigerant.
  • the cold or warm heat generated by the outdoor unit 1 is transported to the indoor unit 2 via the extension pipes 5a and 5b.
  • the outdoor unit 1 is usually disposed in an outdoor space 6 that is a space outside a building 9 such as a building (for example, a rooftop or the like), and supplies cold or hot heat to the indoor unit 2.
  • the indoor unit 2 is disposed at a position where air whose temperature is adjusted can be supplied to the indoor space 7 which is a space inside the building 9 (for example, a living room) and the like. Supply air.
  • the outdoor unit 1 and each indoor unit 2 are connected to each other using two extension pipes 5a and 5b.
  • the indoor unit 2 is a ceiling cassette type
  • the indoor unit 2 may be of any type as long as it can blow heating air or cooling air directly into the indoor space 7 or via a duct, such as a ceiling-embedded type or a ceiling-suspended type. Good.
  • the outdoor unit 1 may be installed in an enclosed space such as a machine room provided with a ventilation opening, and if the exhaust heat can be exhausted outside the building 9 by an exhaust duct, It may be installed inside. Alternatively, it may be installed inside the building 9 using the water-cooled outdoor unit 1. Even if the outdoor unit 1 is installed in such a place, no particular problem occurs.
  • the number of connected outdoor units 1 and indoor units 2 is not limited to the number shown in FIG.
  • the number of connected outdoor units 1 and indoor units 2 may be determined according to the building 9 in which the air conditioner according to the present embodiment is installed.
  • FIG. 2 is a schematic circuit configuration diagram showing an example of a circuit configuration of an air-conditioning apparatus (hereinafter referred to as an air-conditioning apparatus 100) according to the embodiment. Based on FIG. 2, the detailed structure of the air conditioning apparatus 100 is demonstrated. As shown in FIG. 2, the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 are connected by an extension pipe (refrigerant pipe) 5a and an extension pipe (refrigerant pipe) 5b through which the refrigerant flows.
  • an extension pipe refrigerant pipe
  • 5b extension pipe
  • the outdoor unit 1 includes an accumulator 15, a compressor 10, a refrigerant flow switching device 11 such as a four-way valve, a heat source side heat exchanger 12 (an example of a first heat exchanger), and a throttling device 14 (first An example of a second throttle device) is connected in series with a refrigerant pipe.
  • the accumulator 15, the compressor 10, the refrigerant flow switching device 11, the heat source side heat exchanger 12, and the expansion device 14 constitute a part of the refrigerant circuit.
  • the compressor 10 sucks refrigerant and compresses the refrigerant to bring it into a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 10 may be composed of an inverter compressor capable of capacity control.
  • a compressor having a low-pressure shell structure that has a compression chamber in a sealed container, the inside of the sealed container has a low-pressure refrigerant pressure atmosphere, and sucks and compresses the low-pressure refrigerant in the sealed container is used. .
  • the refrigerant flow switching device 11 switches the refrigerant flow during the cooling operation and the refrigerant flow during the heating operation.
  • the heat source side heat exchanger 12 functions as a condenser (or radiator) during cooling operation, and functions as an evaporator during heating operation.
  • the heat source side heat exchanger 12 exchanges heat between the refrigerant flowing through the inside and air supplied from a blower (not shown), and evaporates or condenses the refrigerant.
  • the accumulator 15 is provided on the suction side of the compressor 10 and stores excess refrigerant in the refrigerant circuit. When no surplus refrigerant is generated or when there is little surplus refrigerant, the accumulator 15 may not be provided.
  • the expansion device 14 is for reducing the pressure of the liquid refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 12 during the cooling operation, and converting it into a medium-pressure two-phase refrigerant and flowing it into the extension pipe 5a.
  • the medium pressure is lower than the high pressure (refrigerant pressure in the condenser or the discharge refrigerant pressure of the compressor 10) in the refrigeration cycle, and low pressure (refrigerant pressure in the evaporator or the suction refrigerant pressure of the compressor 10). ) Is a higher pressure.
  • the outdoor unit 1 in addition to the compressor 10, the refrigerant flow switching device 11, the heat source side heat exchanger 12, the expansion device 14, and the accumulator 15, the discharged refrigerant temperature detection device 21, the high pressure detection device 22, and the low pressure detection device 23. And a liquid refrigerant temperature detection device 24 is provided.
  • the discharged refrigerant temperature detection device 21 detects the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 10 and outputs detected temperature information.
  • the high pressure detection device 22 detects the pressure (high pressure) of the refrigerant discharged from the compressor 10 and outputs detected pressure information.
  • the low pressure detection device 23 detects the refrigerant pressure (low pressure) flowing into the accumulator 15 and outputs detected pressure information.
  • the liquid refrigerant temperature detection device 24 is provided at a position downstream of the expansion device 14 in the refrigerant flow direction during the cooling operation, and detects the temperature of the liquid refrigerant (two-phase refrigerant) and outputs detected temperature information. To do. Note that the liquid refrigerant temperature detection device 40 may be provided at a position downstream of the heat source side heat exchanger 12 and upstream of the expansion device 14 in the refrigerant flow direction during the cooling operation. The liquid refrigerant temperature detection device 40 will be described later.
  • the outdoor unit 1 is provided with a control device 50.
  • the control device 50 is configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, an I / O port, and the like.
  • the control device 50 is based on detection information from various detection devices (for example, the discharge refrigerant temperature detection device 21, the high pressure detection device 22, the low pressure detection device 23, the liquid refrigerant temperature detection device 24, etc.) and instructions from a remote controller or the like. Perform various controls.
  • the control device 50 controls the driving frequency of the compressor 10, the rotational speed of the blower (including ON / OFF), the opening degree of the expansion device 14, the switching control of the refrigerant flow switching device 11, and the like, which will be described later.
  • Each operation mode is to be executed.
  • the control apparatus 50 can communicate now with the control apparatus of each indoor unit 2 mentioned later.
  • the plurality of indoor units 2a to 2d are equipped with use side heat exchangers 17a, 17b, 17c, and 17d (an example of a second heat exchanger), respectively.
  • the use side heat exchangers 17a to 17d may be collectively referred to as the use side heat exchanger 17.
  • the use side heat exchanger 17 is connected to the outdoor unit 1 via the extension pipes 5a and 5b.
  • the use side heat exchanger 17 exchanges heat between the refrigerant circulating in the interior and air supplied from a blower (not shown) to generate cooling air or heating air to be supplied to the indoor space 7. To do.
  • the use side heat exchanger 17 functions as an evaporator during cooling operation, and functions as a condenser (or radiator) during heating operation.
  • each of the indoor units 2a to 2d is equipped with an expansion device 16a, 16b, 16c, 16d (an example of a first expansion device).
  • the expansion devices 16a to 16d may be collectively referred to as the expansion device 16.
  • the expansion device 16 is provided at a position on the upstream side of the use side heat exchanger 17 in the refrigerant flow direction during the cooling operation, and is connected to the extension pipe 5b.
  • the use side heat exchanger 17 and the expansion device 16 are one of the refrigerant circuits together with the accumulator 15, the compressor 10, the refrigerant flow switching device 11, the heat source side heat exchanger 12, the expansion device 14, and the like mounted on the outdoor unit 1. Part.
  • Each of the indoor units 2a to 2d includes a use-side liquid refrigerant temperature detection device 27a, 27b, 27c, 27d and a use-side gas refrigerant temperature detection device 28a, 28b, 28c, 28d.
  • the liquid refrigerant temperature detection devices 27a to 27d may be collectively referred to as the liquid refrigerant temperature detection device 27, and the gas refrigerant temperature detection devices 28a to 28d may be collectively referred to as the gas refrigerant temperature detection device 28.
  • the liquid refrigerant temperature detection device 27 is provided at a position downstream of the expansion device 16 and upstream of the use side heat exchanger 17 in the refrigerant flow direction during the cooling operation.
  • the gas refrigerant temperature detection device 28 is provided at a position downstream of the use side heat exchanger 17 in the refrigerant flow direction during the cooling operation.
  • each indoor unit 2a to 2d is provided with a control device (not shown).
  • the control device is configured by a microcomputer or the like having a CPU, a ROM, a RAM, an I / O port, and the like.
  • the control device includes detection information from various detection devices (for example, the liquid refrigerant temperature detection device 27, the gas refrigerant temperature detection device 28, etc.), information acquired from the control device 50 of the outdoor unit 1 through communication, and instructions from a remote controller or the like.
  • various detection devices for example, the liquid refrigerant temperature detection device 27, the gas refrigerant temperature detection device 28, etc.
  • FIG. 2 illustrates the case where four indoor units 2 are connected, but the number of connected indoor units 2 is not limited to the four shown in FIG. 2 as in FIG.
  • the extension pipe 5a includes a main pipe 5a0 connected to the outdoor unit 1, and branch pipes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad connecting the main pipe 5a0 and each of the indoor units 2a, 2b, 2c, and 2d. is doing.
  • the branch pipe 5aa is branched from the main pipe 5a0 at the branch part 18a
  • the branch pipe 5ab is branched from the main pipe 5a0 at the branch part 18b
  • the branch pipe 5ac is branched from the main pipe 5a0 at the branch part 18c.
  • 5ad branches off from the main pipe 5a0 at a branch portion 18d.
  • the extension pipe 5b includes a main pipe 5b0 connected to the outdoor unit 1, and branch pipes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd that connect the main pipe 5b0 and each of the indoor units 2a, 2b, 2c, and 2d. is doing.
  • the branch pipe 5ba merges (branches) with the main pipe 5b0 at the merge part 19a
  • the branch pipe 5bb merges (branches) with the main pipe 5b0 at the merge part 19b
  • the branch pipe 5bc merges with the main pipe 5b0 at the merge part 19c.
  • the branch pipe 5bd joins (branches) the main pipe 5b0 at the joining portion 19d.
  • the operation modes include at least a cooling operation mode and a heating operation mode.
  • the air conditioner 100 determines the operation mode of the outdoor unit 1 to be either the cooling operation mode or the heating operation mode based on an instruction from each indoor unit 2. That is, the air conditioner 100 can perform the same operation (cooling operation or heating operation) for all of the indoor units 2, thereby adjusting the indoor temperature. Note that each of the indoor units 2 can be freely operated / stopped in both the cooling operation mode and the heating operation mode.
  • the cooling operation mode is an operation mode in which the cooling operation is executed in all the indoor units 2 that are operating. That is, in the cooling operation mode, all use side heat exchangers 17 that are not stopped operate as evaporators.
  • the heating operation mode is an operation mode in which the heating operation is executed in all the indoor units 2 that are operating. That is, in the heating operation mode, all the use side heat exchangers 17 that are not stopped operate as condensers.
  • each operation mode will be described together with the flow of the refrigerant.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a refrigerant flow in the cooling operation mode of the air-conditioning apparatus 100.
  • the cooling load has generate
  • the piping through which the refrigerant flows is indicated by a thick line, and the flow direction of the refrigerant is indicated by a solid line arrow.
  • the refrigerant flow switching device 11 is switched so that the refrigerant discharged from the compressor 10 flows into the heat source side heat exchanger 12.
  • the low-temperature and low-pressure refrigerant is compressed by the compressor 10 and discharged as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 flows into the heat source side heat exchanger 12 through the refrigerant flow switching device 11.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the heat source side heat exchanger 12 is condensed and liquefied while dissipating heat to the outdoor air in the heat source side heat exchanger 12, and becomes high pressure liquid refrigerant and flows out of the heat source side heat exchanger 12.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the heat source side heat exchanger 12 flows into the expansion device 14 to be depressurized, and becomes a medium-pressure two-phase refrigerant that flows out of the outdoor unit 1.
  • the opening degree (opening area) of the expansion device 14 is controlled so that, for example, the detected temperature of the liquid refrigerant temperature detection device 24 approaches the target saturation temperature (control target value) of the medium pressure. Details of the control of the aperture device 14 will be described later.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant that has flowed out of the outdoor unit 1 flows into the main pipe 5a0 of the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the main pipe 5a0 is branched into branch pipes 5aa to 5ad at the branch portions 18a to 18d, and flows into the indoor units 2 (2a to 2d).
  • the medium-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the indoor unit 2 is expanded by the expansion device 16 (16a to 16d) to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant.
  • the opening degree (opening area) of the expansion device 16 is, for example, a control target value that is a temperature difference (superheat degree) between the detection temperature of the gas refrigerant temperature detection device 28 and the detection temperature of the liquid refrigerant temperature detection device 27. It is controlled by the control device of each indoor unit 2 so as to approach.
  • the low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant flows into each of the use side heat exchangers 17 (17a to 17d) operating as an evaporator, absorbs heat from the air blown to the use side heat exchanger 17, and evaporates.
  • the low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant, and the air blown into the indoor space 7 is cooled.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant flowing out from the use side heat exchanger 17 flows out from the indoor unit 2.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant flowing out from the indoor unit 2 flows into the outdoor unit 1 again through the branch pipes 5ba to 5bd, the junctions 19a to 19d and the main pipe 5b0 of the extension pipe (gas side) 5b.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 flows into the accumulator 15 through the refrigerant flow switching device 11 and is then sucked into the compressor 10 again.
  • the two-phase refrigerant is a mixture of a liquid refrigerant and a gas refrigerant having a lower density than the liquid refrigerant.
  • the refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a into a two-phase state, the mixed gas compared to when the refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a is in a liquid state
  • the amount of refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a can be reduced by the amount of refrigerant.
  • FIG. 4 is a ph diagram (pressure-enthalpy diagram) showing the refrigerant state in the cooling operation mode of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
  • the low-pressure gas refrigerant sucked into the compressor 10 (point F in FIG. 4) is compressed by the compressor 10 to become a high-pressure (pressure P H ) gas refrigerant ( Point G in FIG. 4 is condensed in the heat source side heat exchanger 12 to become a high-pressure liquid refrigerant (point H in FIG. 4).
  • the high-pressure liquid refrigerant is reduced in pressure by the expansion device 14 to become a two-phase refrigerant having a medium pressure (pressure P M ) (point M in FIG. 4) and flows out of the outdoor unit 1.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant flowing out of the outdoor unit 1 flows into the indoor unit 2 (2a to 2d) through the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant flowing into the indoor unit 2 is reduced in pressure by the expansion device 16 (16a to 16d) to become a low-pressure (P L ) two-phase refrigerant (point L in FIG. 4).
  • This low-pressure two-phase refrigerant evaporates in the use side heat exchanger 17 (17a to 17d) to become a low-pressure gas refrigerant and flows out of the indoor unit 2.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out from the indoor unit 2 flows into the outdoor unit 1 through the extension pipe (gas side) 5b.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 flows into the accumulator 15 via the refrigerant flow switching device 11 (point F in FIG. 4), and is sucked into the compressor 10 again.
  • the refrigerant decompressed by the expansion device 14 undergoes an isenthalpy change from the point H to the point M in FIG.
  • the pressure P M of the pressure two-phase refrigerant in the point M less than the pressure P K of saturated liquid point of the same enthalpy (K point in FIG. 4), than the pressure P L at the inlet of the utilization-side heat exchanger 17 Larger value.
  • the expansion device 14 is preferably one that can change the opening area (for example, an electronic expansion valve). If an electronic expansion valve or the like is used as the expansion device 14, the pressure of the refrigerant flowing through the extension pipe 5a can be freely controlled.
  • the expansion device 14 is not limited to an electronic expansion valve or the like.
  • a combination of a plurality of open / close valves such as a small solenoid valve may be used as the expansion device 14, and a plurality of opening areas may be selected by appropriately switching these open / close patterns.
  • a capillary tube may be used as the expansion device 14, and a predetermined degree of supercooling may be formed according to the pressure loss of the refrigerant. Even when these are used, the controllability is slightly deteriorated, but a medium-pressure two-phase refrigerant can be generated.
  • the operation is stopped because there is no need to flow the refrigerant through the use side heat exchanger 17 (including the thermo-off) without the heat load.
  • the throttle device 16 of the stopped indoor unit 2 is fully closed or set to an opening that is small enough to prevent the refrigerant from flowing.
  • branch portions 18 (18a to 18d) for diverting the medium-pressure two-phase refrigerant flowing through the main pipe 5a0 to the branch pipes 5aa to 5ad.
  • the branching portion 18 has a structure in which a part of the two-phase refrigerant flowing through the main pipe 5a0 is diverted to the branch pipes 5aa to 5ad in the two-phase state during the cooling operation.
  • 5 and 6 show examples of the configuration of the branching unit 18.
  • the branch portion 18 shown in FIG. 5 has a Y-shaped (Y-shaped) joint structure
  • the branch portion 18 shown in FIG. 6 has a T-shaped (T-shaped) joint structure.
  • Each of the branch portions 18 shown in FIGS. 5 and 6 is installed in such a direction that the medium-pressure two-phase refrigerant flowing from the lower side to the upper side in the direction of gravity is divided in the substantially left-right direction.
  • the branching section 18 includes one inlet 30 into which the refrigerant flows and two outlets 31 and 32 from which the refrigerant flows out in the cooling operation mode.
  • the outlets 31 and 32 are provided symmetrically with respect to the inlet 30.
  • the branch portion 18 is arranged so that the inflow port 30 is located below the outflow ports 31 and 32.
  • the inlet 30 is connected to the upstream side (outdoor unit 1 side) of the main pipe 5a0 in the refrigerant flow direction during the cooling operation, the outlet 31 is connected to the downstream side of the main pipe 5a0, and the outlet 32 is The branch pipes 5aa to 5ad are connected.
  • the two-phase refrigerant that has flowed upward from the upstream side of the main pipe 5a0 into the inflow port 30 is diverted substantially in the left-right direction within the branch portion 18.
  • a part of the divided two-phase refrigerant flows out from the left outlet 32 and flows to the indoor units 2a to 2d side of the branch pipes 5aa to 5ad.
  • the remaining two-phase refrigerant flows out from the right outlet 31 and flows directly downstream of the main pipe 5a0.
  • the two-phase refrigerant flows in from the lower side of the branching portion 18 and is divided in the left-right direction, so that the gas refrigerant and the liquid refrigerant in the two-phase refrigerant are in two directions at a substantially equal ratio (gas-liquid ratio). Can be distributed.
  • the structure of the branch part 18 is not restricted to the structure shown in FIG.5 and FIG.6.
  • the branch portion 18 may have any structure.
  • the branch portion 18 is arranged so that the inflow port 30 is located above the outflow ports 31 and 32 and the two-phase refrigerant flowing from the upper side to the lower side is divided in the left-right direction, The gas refrigerant and the liquid refrigerant can be evenly distributed to some extent.
  • each of the indoor units 2 (2a to 2d) is provided with a throttle device 16, and the required refrigerant amount in each indoor unit 2 is adjusted by the throttle device 16. For this reason, in each flow path after branching at the branching portion 18, the gas refrigerant and the liquid refrigerant may not be distributed at a completely equal ratio, and the liquid refrigerant and the gas refrigerant are mixed in a certain amount. If you do.
  • the branch part 18 is not restricted to a 2 branch thing, For example, it may be comprised so that it may branch into several flow paths, such as 4 branches and 6 branches, by a header branch system etc.
  • the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant decompressed by the expansion device 14 of the outdoor unit 1 will be described.
  • a two-phase refrigerant having a high dryness as much as possible that is, a gas ratio to the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 12 is squeezed (depressurized) into an intermediate-pressure two-phase refrigerant. It is equal to the enthalpy of the refrigerant at the inlet of the expansion device 14 (the outlet of the heat source side heat exchanger 12).
  • the intermediate pressure P M is equal to or smaller than the pressure P H at the inlet of the expansion device 14 (the outlet of the heat source side heat exchanger 12), and the expansion device 14 inlet smaller than the pressure P K of saturated liquid point (heat source-side outlet of the heat exchanger 12) and the same enthalpy, and greater than the inlet pressure P L of the indoor unit 2 of the utilization-side heat exchanger 17.
  • Condensation temperature (temperature when the refrigerant in the heat source side heat exchanger 12 operating as a condenser during cooling operation is condensed) is defined as CT, and a case where the condensation temperature CT is 55 ° C. and a case where it is 45 ° C. is considered.
  • the supercooling degree SC is 20 ° C, 10 ° C, and 0 ° C. think of.
  • a case saturation temperature of a pressure P M of the pressure two-phase refrigerant among generated is throttled by the throttle device 14 is a case and 10 ° C. is 15 ° C..
  • the pressure P M of the medium-pressure two-phase refrigerant generated by being throttled by the throttle device 14 is in the relationship of the formula (1), and shows a value larger than the low-pressure pressure P L.
  • the expansion device 16 is provided in the indoor unit 2, the medium pressure P M needs to be a value that is somewhat larger than the low pressure P L. Since the evaporation temperature is the saturation temperature of the low pressure of the pressure P L is about 5 ° C. from 0 ° C., the pressure P M in the medium pressure was assumed to be about 15 °C from 10 ° C. greater than this.
  • Figure 7 shows each condensation temperature CT, the supercooling degree SC, the result of calculation of the degree of dryness X M of pressure two-phase refrigerant in the extension pipe (biphasic side) in 5a the saturation temperature of the pressure P M Yes.
  • FIG. 7 not only the calculation result of R32 as the refrigerant type, but also the calculation result of the mixed refrigerant of R32 and other refrigerants described later is shown. It is to be noted that the calculation of the degree of dryness X M, using Version 9.0 of REFPROP manufactured by NIST (National Institute of Standards and Technology ).
  • the condensation temperature CT is 45 ° C.
  • the supercooling degree SC is 20 ° C.
  • the saturation temperature of the intermediate-pressure pressure P M is 15 ° C.
  • the dryness of X M of the intermediate-pressure two-phase refrigerant 0. 0633.
  • Condensation temperature CT is 55 ° C.
  • the supercooling degree SC is 0 ° C.
  • the saturation temperature of the intermediate-pressure pressure P M is 10 ° C.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant becomes 0.3062.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant becomes a value between them.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant takes the numeric value in the range from 0.0633 to 0.3062, it can be seen that changes depending on the conditions.
  • the lengths of the main pipes 5a0 and 5b0 are set to 100 m
  • the lengths of the branch pipes 5aa to 5ad and 5ba to 5bd are set to 50 m
  • the main pipe 5a0 and the branch pipes 5aa to 5ad is a pipe with an outer diameter of 9.52 mm and a wall thickness of 0.8 mm
  • the gas side main pipe 5b0 is a pipe with an outer diameter of 22.2 mm and a wall thickness of 1 mm
  • the gas side branch pipes 5ba to 5bd are outer diameters of 15.88 mm. Assume that the pipe has a thickness of 1 mm.
  • the expansion device 14 is fully opened, and the liquid refrigerant is allowed to flow through the main pipe 5a0 and the branch pipes 5aa to 5ad, the cooling operation is performed.
  • the approximate amount of refrigerant in each part is 6.616 kg in the condenser (heat source side heat exchanger 12), 0.828 kg in the evaporator (use side heat exchanger 17), 4.680 kg in the main pipe 5a0, 4.680 kg in the branch pipes 5aa to 5ad, 0.960 kg in the main pipe 5b0, 0.460 kg in the branch pipes 5ba to 5bd, and 0.317 kg in the other parts.
  • a total of 18.541 kg of refrigerant is refrigerant.
  • the refrigerant amount in the main pipe 5a0 is 25.2% of the refrigerant quantity of the whole refrigerant circuit
  • the refrigerant quantity in the branch pipes 5aa to 5ad is 25.2% of the refrigerant quantity of the whole refrigerant circuit
  • the extension pipe (two-phase side) The total refrigerant amount of the main pipe 5a0 of 5a and the branch pipes 5aa to 5ad is 50.4% of the whole refrigerant circuit. Therefore, the two-phase refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a greatly contributes to the refrigerant amount reduction.
  • the ratio of the refrigerant amount in the extension pipe 5a to the refrigerant quantity in the entire refrigerant circuit is small.
  • the refrigerant quantity reduction effect by making the refrigerant in the extension pipe 5a into two phases differs depending on the length of the extension pipe 5a, and becomes larger as the length of the extension pipe 5a is longer.
  • the refrigerant amount of the entire refrigerant circuit becomes 17.969 kg, and is reduced by 0.572 kg (3.1% of the refrigerant amount of the entire refrigerant circuit) as compared with the case where liquid refrigerant is passed through the extension pipe (two-phase side) 5a. It ’s done.
  • the refrigerant quantity in the main pipe 5a0 is 3.297 kg
  • the amount of refrigerant in the branch pipes 5aa to 5ad is 3.297 kg.
  • the refrigerant amount of the entire refrigerant circuit becomes 15.775 kg, which is a reduction of 2.766 kg (14.9% of the refrigerant amount of the entire refrigerant circuit) as compared with the case where the liquid refrigerant flows through the extension pipe (two-phase side) 5a. It ’s done.
  • the extension pipe Since the refrigerant amount in the (two-phase side) 5a can be reduced, the refrigerant amount in the refrigerant circuit can be reduced.
  • an air conditioner having a long extension pipe 5a such as a building multi-air conditioner (for example, the extension pipe 5a has a length of 100 m or the like)
  • a larger amount of refrigerant can be reduced, so that a high effect can be obtained.
  • the purpose is to reduce the refrigerant charge amount in the refrigerant circuit, in the cooling operation, when the refrigerant circuit requires a small amount of refrigerant and the excess refrigerant is generated (for example, many indoor units 2). Except for the case where the engine is stopped, etc., the medium pressure two-phase refrigerant is caused to flow through the extension pipe (two-phase side) 5a almost always during normal stable cooling operation.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant may be a value within the range of 0.0633 to 0.3062.
  • the supercooling degree SC of the condenser heat source side heat exchanger 12
  • the dryness X M of the medium pressure two-phase refrigerant is within the range of 0.1310 to 0.3062 from FIG. The value of
  • R1234yf is a tetrafluoropropene refrigerant represented by the chemical formula CF 3 CF ⁇ CH 2 .
  • a mixed refrigerant in which the mixing ratio of R32 is 74 wt% and the mixing ratio of R1234yf is 26 wt% is considered.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant may be a value within the range of 0.0791 to 0.3316.
  • the degree of supercooling SC is controlled to 10 ° C. or less (0 ° C. to 10 ° C.)
  • the dryness X M of the medium pressure two-phase refrigerant is set to a value within the range of 0.1529 to 0.3316. Good.
  • the dryness X M medium pressure two-phase refrigerant may be a value within the range of 0.1069 to 0.3585.
  • the dryness X M of the medium pressure two-phase refrigerant is assumed to be a value within the range of 0.1869 to 0.3585. Good.
  • R32 for mixed refrigerant of (single refrigerant) and R32 and R1234yf determined by the least square approximation of the relationship between degree of dryness X M with respect to the mixing ratio of R32.
  • the mixing ratio of R32 in the mixed refrigerant is R (1/100 wt%) (0 ⁇ R ⁇ 1)
  • the dryness X M of the medium pressure two-phase refrigerant is ( ⁇ 0.0782 ⁇ R + 0.1399) to ( ⁇ 0 .0933 ⁇ R + 0.3999).
  • the degree of supercooling SC is controlled to 10 ° C. or less (0 ° C. to 10 ° C.)
  • the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant is ( ⁇ 0.1002 ⁇ R + 0.2297) to ( ⁇ 0.0933).
  • R1234ze in addition to R1234yf. Since R1234yf and R1234ze do not differ greatly in physical property values, the above dryness relationship can be applied to whichever refrigerant is used.
  • the appropriate dryness of the medium-pressure two-phase refrigerant flowing in the extension pipe (two-phase side) 5a varies depending on the type of refrigerant used.
  • the outdoor unit 1 is provided with a control device 50 and a liquid refrigerant temperature detection device 24 (an example of an intermediate pressure detection device).
  • the liquid refrigerant temperature detection device 24 is provided at a position on the outlet side (downstream side) of the expansion device 14 in the cooling operation mode, and has a medium pressure that is the pressure of the medium-pressure two-phase refrigerant that is throttled by the expansion device 14. The saturation temperature is detected. Since it is difficult to measure the dryness of the refrigerant, the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant cannot be directly controlled.
  • the expansion device 14 since the refrigerant in the expansion device 14 undergoes an isenthalpy change, if the pressure (high pressure) and the temperature (the value obtained by subtracting the degree of supercooling) from the inlet refrigerant of the expansion device 14 are known, the expansion device 14 By specifying the pressure on the outlet side, the dryness can be determined indirectly. Therefore, assuming a high pressure and a degree of supercooling in advance, a range of the saturation temperature of the medium pressure corresponding to the range of the dryness of the refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a (for example, 10 ° C. to 15 ° C., etc.) Ask for.
  • the control device 50 sets the range of the saturation temperature of the medium pressure as the control target range (control target value), so that the detected temperature of the liquid refrigerant temperature detection device 24 enters the control target range (that is, approaches the control target value). )
  • the opening degree of the expansion device 14 is controlled.
  • it can comprise cheaply if it comprised so that the saturation temperature of an intermediate pressure may be measured using a temperature sensor, it installs a pressure sensor (other examples of an intermediate pressure detection apparatus) instead of the liquid refrigerant temperature detection apparatus 24. Then, the pressure (medium pressure) of the medium pressure refrigerant may be detected.
  • the opening degree of the expansion device 14 is controlled so that the detected pressure of the pressure sensor approaches the control target value of the medium pressure, thereby controlling the dryness of the refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant varies depending on the target medium pressure setting value.
  • the pressure needs to be larger than the pressure (low pressure) in the exchanger 17.
  • the low pressure is the load condition such as the temperature of the air-conditioning target space (indoor space 7), the number of operating indoor units 2, the total capacity of all indoor units 2 connected to the outdoor unit 1, and the ambient temperature of the outdoor unit 1. It varies depending on various factors such as outside temperature.
  • the control target value for the saturation pressure at the medium pressure is set to a value obtained by adding a predetermined temperature (for example, 5 ° C.) to the saturation temperature at the low pressure.
  • a predetermined temperature for example, 5 ° C.
  • the control target value of the saturation pressure of the medium pressure is set to 10 ° C.
  • the low pressure is 1.1069 MPa.
  • the control target value of the medium-pressure saturation temperature is preferably set to 15 ° C.
  • the high pressure detection device 22 is provided on the discharge side (downstream side) of the compressor 10, and is located downstream of the heat source side heat exchanger 12 and upstream of the expansion device 14 in the refrigerant flow direction during the cooling operation.
  • the liquid refrigerant temperature detection device 40 may be provided in the device (see FIG. 2).
  • the enthalpy at the condenser outlet (inlet of the expansion device 14) is determined by the high pressure and the high pressure liquid temperature.
  • the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant for a certain medium pressure is determined. Therefore, it is preferable to set (change) the control target value of the medium pressure based on the detected pressure (high pressure) of the high-pressure detector 22 and the detected temperature (high-pressure liquid temperature) of the liquid refrigerant temperature detector 24. That is, if the control target value of the saturation pressure of the medium pressure is set to a value that differs depending on the high pressure and the high pressure liquid refrigerant temperature, the appropriate dryness can be set more accurately.
  • the amount of refrigerant can be reduced by increasing the dryness of the medium pressure two-phase refrigerant as much as possible, so the description will be made assuming that the saturation temperature of the medium pressure two-phase refrigerant is 10 ° C. and 15 ° C. It was. However, in actuality, it is necessary to reduce the pressure with the expansion device 16, and there is also a pressure loss in the extension pipe (two-phase side) 5a, so that the saturation temperature of the intermediate pressure is set to a value as large as possible, for example, 30 ° C. However, it can be operated stably.
  • the degree of supercooling at the outlet of the condenser is reduced and the intermediate pressure is increased, the degree of dryness can be increased and the operation can be stably performed. Even in this case, if the refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a is controlled to have a value equivalent to the dryness described above, the amount of refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced.
  • the two-phase refrigerant that has flowed through the extension pipe (two-phase side) 5a is caused to flow into the expansion device 16 during the cooling operation.
  • noise heat (refrigerant sound) is generated when a two-phase refrigerant flows into the expansion device. Therefore, as the expansion device 16, a low-noise expansion device that is devised so that noise (refrigerant noise caused by a two-phase refrigerant) is not easily generated is used.
  • a low noise type throttle device for example, a foam metal member (open cell body) is inserted upstream of the portion where the refrigerant flow path is throttled, and the two-phase refrigerant is stirred by the foam metal member to reduce the noise.
  • diaphragm devices that reduce noise.
  • FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a refrigerant flow in the heating operation mode of the air-conditioning apparatus 100.
  • produced in all the utilization side heat exchangers 17 is illustrated.
  • the pipe through which the refrigerant flows is indicated by a thick line, and the flow direction of the refrigerant is indicated by a solid line arrow.
  • the refrigerant discharged from the compressor 10 is allowed to flow into the indoor unit 2 through the refrigerant flow switching device 11 without passing through the heat source side heat exchanger 12. Switch to.
  • the low-temperature and low-pressure refrigerant is compressed by the compressor 10 and discharged as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 passes through the refrigerant flow switching device 11 and flows out of the outdoor unit 1.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant flowing out of the outdoor unit 1 flows into the main pipe 5b0 of the extension pipe (gas side) 5b.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the main pipe 5b0 is branched into the branch pipes 5ba to 5bd at the junctions 19a to 19d, and flows into the indoor units 2 (2a to 2d).
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor unit 2 flows into each of the usage-side heat exchangers 17 (17a to 17d) that operate as a condenser, and dissipates heat to the air that is blown to the usage-side heat exchanger 17. Condensed liquid.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant, and the air blown into the indoor space 7 is heated.
  • the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the use-side heat exchanger 17 is expanded by the expansion device 16 (16a to 16d) to become a low-pressure two-phase refrigerant.
  • the opening degree (opening area) of the expansion devices 16a to 16d is, for example, the condensing temperature acquired by communication from the control device 50 of the outdoor unit 1 and the liquid refrigerant temperature detection device 27 (27a to 27d) on the use side. It is controlled by the control device of each indoor unit 2 so that the temperature difference (degree of supercooling) between the detected temperature and the control target value approaches.
  • the low-pressure two-phase refrigerant expanded by the expansion device 16 flows out from the indoor unit 2.
  • the low-pressure two-phase refrigerant flowing out of the indoor unit 2 flows again into the outdoor unit 1 through the branch pipes 5aa to 5ad, the branch portions 18a to 18d and the main pipe 5a0 of the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the low-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 flows into the heat source side heat exchanger 12 via the expansion device 14 that is fully open.
  • the low-pressure two-phase refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 12 absorbs heat from the outdoor air flowing around the heat source side heat exchanger 12 and evaporates to become a low temperature and low pressure gas refrigerant from the heat source side heat exchanger 12. leak.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the heat source side heat exchanger 12 flows into the accumulator 15 through the refrigerant flow switching device 11, and is then sucked into the compressor 10 again.
  • the ph diagram is the same as in the normal heating operation. For this reason, the description of the refrigerant state using the ph diagram is omitted.
  • the heating operation mode When the heating operation mode is executed, it is not necessary to flow the refrigerant to the use side heat exchanger 17 (including the thermo-off) that has no heat load.
  • the heating operation mode if the expansion device 16 corresponding to the use-side heat exchanger 17 having no heating load is fully closed or has a small opening at which the refrigerant does not flow, the inside of the use-side heat exchanger 17 that is not in operation. There is a possibility that the refrigerant is cooled and condensed by the ambient air, and the refrigerant accumulates, resulting in a shortage of refrigerant in the entire refrigerant circuit. Therefore, in the heating operation mode, the opening degree (opening area) of the expansion device 16 corresponding to the use-side heat exchanger 17 having no heat load is set to a large opening degree such as full opening to prevent the refrigerant from accumulating.
  • the refrigerant flowing out from the condenser (use side heat exchanger 17) is decompressed by the expansion device 16 and is circulated through the extension pipe (two phase side) 5a as a low-pressure two-phase refrigerant.
  • the case where the expansion device 14 of the machine 1 is fully opened has been described.
  • the internal volume of the heat source side heat exchanger 12 is larger than the internal volume of the use side heat exchanger 17, such an operation is performed in the heating operation.
  • the internal volume of the use side heat exchanger 17 is larger than the internal volume of the heat source side heat exchanger 12, such as when the pipes constituting the heat source side heat exchanger 12 are narrowed.
  • the refrigerant that has flowed out of the condenser is decompressed by the expansion device 16 and is circulated through the extension pipe (two-phase side) 5a as a medium-pressure two-phase refrigerant. Then, the pressure may be reduced again, and the refrigerant may be made into a low-pressure two-phase refrigerant and then flowed to the evaporator (heat source side heat exchanger 12). In this way, the total amount of refrigerant existing in each part of the refrigerant circuit can be made substantially the same during cooling operation and during heating operation, and an accumulator that stores excess refrigerant on the suction side of the compressor 10 You do not have to own.
  • a four-way valve is generally used, but is not limited to this.
  • a plurality of two-way flow path switching valves and three-way flow path switching valves may be used so that the flow paths can be switched in the same manner as the four-way valve.
  • refrigerants include single refrigerants such as R-22, R-134a, and R-32, pseudo-azeotropic mixed refrigerants such as R-410A and R-404A, non-azeotropic mixed refrigerants such as R-407C, and global warming.
  • the density may increase when the pressure is lowered.
  • the amount of refrigerant in the extension pipe (two-phase side) 5a does not necessarily decrease.
  • the refrigerant that reaches the supercritical state on the high pressure side has a large pressure difference between the high pressure and the low pressure, so the intermediate pressure can be set low.
  • the heat exchanger gas cooler
  • a heat blower is attached to the heat source side heat exchanger 12 and the use side heat exchangers 17a to 17d, and in many cases, condensation or evaporation is promoted by air blowing, but this is not restrictive.
  • a panel heater using radiation can be used
  • a water-cooling type that moves heat by water or antifreeze liquid.
  • a type can also be used. That is, as the heat source side heat exchanger 12 and the use side heat exchangers 17a to 17d, any one having a structure capable of radiating heat or absorbing heat can be used.
  • the explanation has been made by taking as an example a cooling / heating switching type direct expansion air conditioner that circulates a refrigerant between the outdoor unit 1 and the indoor unit 2, but the present invention is not limited thereto.
  • the present embodiment can also be applied to a direct expansion type air conditioner capable of a mixed operation of cooling and heating.
  • the refrigerant circulates between the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 via a relay unit, and cooling and heating can be selected for each indoor unit 2.
  • the refrigerant flowing out of the condenser is decompressed by the expansion device of the outdoor unit 1 when all the indoor units 2 are in the cooling only operation mode in which the cooling operation (including stoppage) is performed. If the medium pressure two-phase refrigerant flows through the extension pipe, the same effect can be obtained.
  • the extension pipe through which high-pressure refrigerant flows in the all-cooling operation mode uses a pipe that is thicker than the cooling and heating switching type air conditioner. is doing.
  • the outdoor unit 1 to the relay unit is connected by a main pipe (part of the extension pipe), and the relay unit to the indoor unit 2 is connected by a branch pipe (part of the extension pipe). To do. At this time, the branch of the refrigerant from the main pipe to the branch pipe is performed in the relay machine.
  • the branch section in the repeater by using the branch section 18 having the same structure as the air conditioner of the cooling / heating switching type, the medium-pressure two-phase refrigerant in the all-cooling operation mode is distributed to the branch pipes in the two-phase state. can do.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the condenser (heat source side heat exchanger 12) is reduced in pressure by the expansion device 14 to become a medium-pressure two-phase refrigerant.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant flowing into the indoor unit 2 through the extension pipe (two-phase side) 5a is further depressurized by the expansion device 16 to become a low-pressure two-phase refrigerant, and the evaporator (use side heat exchanger 17) Then, it becomes a low-pressure gas refrigerant and flows out of the indoor unit 2.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the indoor unit 2 flows through the extension pipe (gas side) 5 b and flows into the outdoor unit 1.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 flows out of the outdoor unit 1 and flows through the extension pipe (gas side) 5b.
  • the high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor unit 2 through the extension pipe (gas side) 5b becomes high-pressure liquid refrigerant in the condenser (use side heat exchanger 17), and is reduced in pressure by the expansion device 16 to be medium or low pressure.
  • the two-phase refrigerant flows out of the indoor unit 2 and flows through the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the medium-pressure or low-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 via the extension pipe (two-phase side) 5 a flows into the evaporator (heat source side heat exchanger 12) via the expansion device 14.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the condenser (heat source side heat exchanger 12) is decompressed by the expansion device 14 and is a medium-pressure two-phase refrigerant. It flows out of the outdoor unit 1 and flows through the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant flowing into the indoor unit 2 through the extension pipe (two-phase side) 5a is further depressurized by the expansion device 16 to become a low-pressure two-phase refrigerant, and the evaporator (use side heat exchanger 17) Then, it becomes a low-pressure gas refrigerant and flows out of the indoor unit 2.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the indoor unit 2 flows through the extension pipe (gas side) 5 b and flows into the outdoor unit 1.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 flows out of the outdoor unit 1 and flows through the extension pipe (two-phase side) 5a.
  • the high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor unit 2 through the extension pipe (two-phase side) 5a becomes high-pressure liquid refrigerant in the condenser (use side heat exchanger 17), and is reduced in pressure by the expansion device 16 to the medium pressure or It becomes a low-pressure two-phase refrigerant, flows out of the indoor unit 2, and flows through the extension pipe (gas side) 5b.
  • the medium-pressure or low-pressure two-phase refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 through the extension pipe (gas side) 5b flows into the evaporator (heat source side heat exchanger 12) through the expansion device 14.
  • FIG. 9 is a schematic circuit configuration diagram showing a circuit configuration of a refrigerant-heat medium conversion type cooling / heating switching type air conditioning apparatus as another example of the circuit configuration of the air conditioner according to the present embodiment.
  • a refrigerant-heat medium conversion type air conditioner includes a refrigerant circuit that circulates a refrigerant, a heat medium circuit 60 that circulates a heat medium (for example, water, brine, and the like), and a refrigerant circuit.
  • a relay device 70 an example of a housing interposed between the heating medium circuit 60 and the heat medium circuit 60.
  • the refrigerant circuit connects between the outdoor unit 1 and the relay unit 70.
  • the relay device 70 accommodates the expansion device 16, the refrigerant-heat medium heat exchanger 71 (an example of a second heat exchanger), the pump 61 for the heat medium circuit 60, and the like.
  • the refrigerant-heat medium heat exchanger 71 heat exchange between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit and the heat medium circulating in the heat medium circuit 60 is performed.
  • the heat medium circuit 60 connects between the relay unit 70 and the indoor unit 80.
  • the heat medium circuit 60 is provided with a refrigerant-heat medium heat exchanger 71, a pump 61 for circulating the heat medium, a use side heat exchanger 81 housed in the indoor unit 80, and the like.
  • the use-side heat exchanger 81 generates heat for cooling or heating to be supplied to the indoor space 7 by exchanging heat between a heat medium flowing through the inside and air supplied from a blower (not shown). To do.
  • the refrigerant-heat medium conversion type air conditioner shown in FIG. 9 the cold or warm heat generated by the outdoor unit 1 is conveyed to the indoor unit 80 via the refrigerant circuit, the relay unit 70, and the heat medium circuit 60. It has become. Since the refrigerant flow in the cooling operation and the heating operation is the same as the refrigerant flow described with reference to FIGS. 3 and 8, the description thereof is omitted.
  • FIG. 10 is a schematic circuit configuration diagram showing still another example of the circuit configuration of the air conditioner according to the present embodiment.
  • the outdoor unit 1 of the refrigerant-heat medium conversion type air conditioner shown in FIG. 10 is provided with connection pipes 41a, 41b and check valves 42a, 42b, 42c, 42d.
  • the check valve 42a is provided in the refrigerant pipe between the expansion device 14 and the extension pipe 5a, and allows the refrigerant to flow only in the direction from the expansion device 14 toward the extension pipe 5a.
  • the check valve 42b is provided in the refrigerant pipe between the extension pipe 5b and the refrigerant flow switching device 11, and allows the refrigerant flow only in the direction from the extension pipe 5b to the refrigerant flow switching device 11. It is.
  • connection pipe 41a and the check valve 42c provided in the connection pipe 41a allow high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 to flow into the extension pipe 5a during the heating operation.
  • the connection pipe 41b and the check valve 42d provided in the connection pipe 41b are configured to pass the expansion device 14 and the heat source side heat exchanger 12 from the medium pressure or low pressure two-phase refrigerant flowing from the extension pipe 5b during the heating operation.
  • the connection pipe 41a connects the refrigerant pipe between the refrigerant flow switching device 11 and the check valve 42b and the refrigerant pipe between the check valve 42a and the extension pipe 5a. It is.
  • the connection pipe 41b connects a refrigerant pipe between the check valve 42b and the extension pipe 5b and a refrigerant pipe between the expansion device 14 and the check valve 42a.
  • the relay machine 70 is provided with connection pipes 72a and 72b and open / close valves 73a, 73b, 73c and 73d.
  • the on-off valve 73 a is provided in the refrigerant pipe between the extension pipe 5 a and the expansion device 16.
  • the on-off valve 73b is provided in the refrigerant pipe between the refrigerant-heat medium heat exchanger 71 and the extension pipe 5b.
  • the connection pipe 72a connects the refrigerant pipe between the extension pipe 5a and the on-off valve 73a and the refrigerant pipe between the refrigerant-heat medium heat exchanger 71 and the on-off valve 73b.
  • the connection pipe 72a is provided with an on-off valve 73c.
  • connection pipe 72b connects the refrigerant pipe between the on-off valve 73a and the expansion device 16d and the refrigerant pipe between the on-off valve 73b and the extension pipe 5b.
  • the connection pipe 72b is provided with an on-off valve 73d.
  • the on-off valves 73a and 73b are opened, and the on-off valves 73c and 73d are controlled to be closed.
  • the medium-pressure two-phase refrigerant decompressed by the expansion device 14 flows into the expansion device 16 through the check valve 42a, the extension pipe 5a, and the on-off valve 73a.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out from the refrigerant-heat medium heat exchanger 71 is sucked into the compressor 10 through the on-off valve 73b, the extension pipe 5b, the check valve 42b, and the refrigerant flow switching device 11. That is, in the air conditioning apparatus shown in FIG. 10, in the cooling operation, a medium-pressure two-phase refrigerant is circulated through the extension pipe 5a, and a low-pressure gas refrigerant is circulated through the extension pipe 5b.
  • the on-off valves 73a and 73b are closed and the on-off valves 73c and 73d are controlled to be open.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 passes through the refrigerant flow switching device 11, the connection pipe 41a (check valve 42c), the extension pipe 5a, and the connection pipe 72a (open / close valve 73c). And flows into the refrigerant-heat medium heat exchanger 71.
  • the medium-pressure or low-pressure two-phase refrigerant decompressed by the expansion device 16 flows into the expansion device 14 through the connection pipe 72b (open / close valve 73d), the extension pipe 5b, and the connection pipe 41b (check valve 42d). .
  • a high-pressure gas refrigerant is circulated through the extension pipe 5a, and a medium-pressure or low-pressure two-phase refrigerant is circulated through the extension pipe 5b.
  • the heat medium circuit 60 includes a plurality of indoor units 80 (a plurality of usage-side heat exchangers 81). Of course, they may be connected in parallel. Further, a flow rate control valve for controlling the flow rate of the heat medium flowing through the use side heat exchanger 81 may be provided in the heat medium flow path for each indoor unit 80. Further, a plurality of refrigerant-heat medium heat exchangers 71 may be provided. If a plurality of refrigerant-heat medium heat exchangers 71 are provided in the configuration of FIG. 10, a refrigerant-heat medium conversion type air conditioner capable of mixed cooling / heating operation can be configured.
  • the extension piping through which high-pressure refrigerant flows in all-cooling operation mode must be thicker than the cooling / heating switching type air conditioner. I use it. Therefore, a large amount of refrigerant can be reduced by flowing the medium pressure two-phase refrigerant through the extension pipe.
  • the outdoor unit 1 and the relay unit 70 are connected by extension pipes 5a and 5b through which refrigerant flows, and a heat medium is connected between the relay unit 70 and the indoor unit 80. It is connected by another extension pipe that flows.
  • the refrigerant on the outlet side of the outdoor unit 1 is decompressed by the expansion device 14 to be a medium-pressure two-phase refrigerant, so that the inside of the extension pipe 5a that connects between the outdoor unit 1 and the relay unit 70 The amount of refrigerant can be reduced.
  • the two-phase refrigerant can be distributed in a two-phase state by using the branch portion 18 having the structure described above.
  • the state of the refrigerant flowing through the extension pipe (two-phase side) 5a and the extension pipe (gas side) 5b during the cooling operation and the heating operation is the same as that in the mixed operation of the cooling and heating operation. It is similar to a possible air conditioner.
  • the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 are two-tube type in which two extension pipes (refrigerant pipes) are connected.
  • a three-tube type in which the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 (or relay unit) are connected by three extension pipes (refrigerant pipes) may be used.
  • the refrigerant flowing out from the condenser (heat source side heat exchanger 12) is reduced in the cooling operation among a plurality of (two or three) extension pipes.
  • a throttling device 14 in a pressure two-phase state is installed in the outdoor unit 1 so that the medium pressure two-phase refrigerant flows through an extension pipe through which the refrigerant flowing out of the condenser flows to the indoor unit 2 (or relay unit).
  • coolant amount in the said extension piping can be reduced, As a result, the refrigerant
  • the compressor 10, the heat source side heat exchanger 12, the expansion devices 16a to 16d, and the use side heat exchangers 17a to 17d are connected via the refrigerant pipe.
  • the compressor 10 and the heat source side heat exchanger 12 are accommodated in the outdoor unit 1, and the expansion devices 16a to 16d and the use side heat exchangers 17a to 17d It is accommodated in a casing (for example, indoor units 2a to 2d) installed at a position distant from the outdoor unit 1. Between the outdoor unit 1 and the casing, there are a plurality of pieces constituting a part of the refrigerant pipe.
  • the refrigerant circuit is connected via the extension pipes 5a and 5b.
  • the heat source side heat exchanger 12 operates as a condenser, and all the use side heat exchangers 17a to 17d that are not stopped operate as evaporators. Cooling operation is possible and the outdoor unit 1
  • the expansion device 14 is accommodated in a position downstream of the heat source side heat exchanger 12 and upstream of the expansion devices 16a to 16d in the flow direction of the refrigerant in the cooling operation. And the expansion devices 16a to 16d are connected via an extension piping 5a, which is one of the extension piping 5a and 5b, and the expansion device 14 is in a state before flowing into the extension piping 5a in the cooling operation.
  • the refrigerant is depressurized, and has a medium pressure lower than the refrigerant pressure in the heat source side heat exchanger 12 (condenser) and higher than the refrigerant pressure in the use side heat exchangers 17a to 17d (evaporator), and in a two-phase state.
  • a medium-pressure and two-phase refrigerant is circulated through the extension pipe 5a.
  • the refrigerant before flowing into the extension pipe 5a is decompressed by the expansion device 14 to be two-phased, whereby the density of the refrigerant in the extension pipe 5a can be reduced, and the refrigerant in the extension pipe 5a can be reduced.
  • the amount of refrigerant can be reduced. Therefore, the amount of refrigerant in the entire refrigerant circuit can be reduced.
  • the amount of refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced, it is possible to reduce the environmental impact when the refrigerant leaks.
  • the air conditioner according to the present embodiment includes a plurality of expansion devices 16a to 16d and use side heat exchangers 17a to 17d, and the casing supplies cooling air or heating air to the indoor space.
  • the expansion devices 16a to 16d and the use side heat exchangers 17a to 17d are accommodated in the indoor units 2a to 2d, respectively, and the extension pipe 5a is connected to the outdoor unit 1.
  • a plurality of branch pipes 5aa to 5ad connected to each of the indoor units 2a to 2d.
  • the medium pressure two-phase state flowing out of the outdoor unit 1 is provided.
  • the refrigerant is circulated from the outdoor unit 1 to the indoor units 2a to 2d, and after the refrigerant has evaporated, the refrigerant is returned to the outdoor unit 1.
  • the amount of refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced in the direct expansion type air conditioner.
  • the air conditioner according to the present embodiment further includes a heat medium circuit 60 that circulates a heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the refrigerant-heat medium heat exchanger 71, and the housing includes the refrigerant circuit and the heat medium. It is a relay device 70 interposed between the circuit 60, and in the cooling operation, a medium-pressure two-phase refrigerant flowing out of the outdoor unit 1 is circulated from the outdoor unit 1 to the relay device 70, and after the refrigerant is evaporated, The refrigerant is returned to the outdoor unit 1.
  • the amount of refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced in the refrigerant-heat medium conversion type air conditioner.

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Abstract

 空気調和装置は、圧縮機、第一の熱交換器、第一の絞り装置及び第二の熱交換器が接続された冷媒回路を備え、圧縮機及び第一の熱交換器は熱源機に収容されており、第一の絞り装置及び第二の熱交換器は筐体に収容されており、熱源機と筐体との間は、冷媒配管の一部を構成する複数本の延長配管を介して接続されており、熱源機には、第一の熱交換器よりも下流側でありかつ第一の絞り装置よりも上流側である位置に設けられた第二の絞り装置が収容されており、第二の絞り装置と第一の絞り装置との間は、延長配管のうちの1本である第一の延長配管を介して接続されており、第二の絞り装置は、冷房運転において第一の延長配管に流入する前の冷媒を減圧し、凝縮器内の冷媒圧力よりも低く蒸発器内の冷媒圧力よりも高い中圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、冷房運転時に、第一の延長配管に、中圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とするものである。

Description

空気調和装置
 本発明は、空気調和装置に関するものである。
 従来の冷房暖房切替型のビル用マルチエアコン等の空気調和装置においては、冷房運転時に凝縮器(熱源側熱交換器)から流出した高圧液冷媒を、室外機と室内機との間を接続する延長配管に流していた。
 冷房暖房混在運転を行うことが可能な空気調和装置においても、冷房運転時に凝縮器から流出した高圧液冷媒を延長配管に流していた(例えば、特許文献1参照)。
 また、室外機と室内機との間に介在する熱媒体変換機を備えた空気調和装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。この空気調和装置では、室外機と熱媒体変換機との間は熱源側冷媒を導通させる2本の冷媒配管で接続されており、熱媒体変換機と各室内機との間は熱媒体を導通させる2本の熱媒体配管で接続されている。熱媒体変換機では、熱源側冷媒と熱媒体との熱交換が行われる。
 また、凝縮器出口に熱交換器内蔵高圧レシーバを備えた冷凍サイクルが知られている(例えば、特許文献3参照)。この冷凍サイクルにおいて、凝縮器を経た高温冷媒は、膨張弁を通過した低温のバイパス冷媒と熱交換器内蔵高圧レシーバで熱交換することにより過冷却される。
 また、熱源側膨張弁を熱源ユニットに備えた空気調和装置が知られている(例えば、特許文献4参照)。熱源側膨張弁は、熱源側熱交換器の液側に設けられており、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うようになっている。
特開平4-6636号公報(第3-6頁、図1-4等) 国際公開第2011/030430号(段落0031-0047、図3等) 特開平6-331223号公報(段落0017、図1等) 国際公開第2004/070293号(第7-8頁、図1等)
 従来のビル用マルチエアコンにおいては、冷房運転時の凝縮器(熱源側熱交換器)から流出した高圧液冷媒を延長配管に流していたため、延長配管が長い場合(例えば100m)には冷媒回路全体の冷媒量が多くなってしまうという問題点があった。このため、万が一冷媒が外に漏れた場合の環境への影響が大きくなってしまうという問題点があった。
 特許文献1に記載の空気調和装置においては、冷房暖房混在運転モードでは、延長配管に二相冷媒が流れる。ところが、最も多くの冷媒量を必要とする全冷房運転モード(全部の室内機が冷房運転(停止を含む)を行っている運転モード)では、延長配管に液冷媒が流れる。したがって、冷媒回路に封入する冷媒量を削減することはできないという問題点があった。
 特許文献2に記載の空気調和装置においては、熱媒体変換機と各室内機の間には冷媒ではなく熱媒体が流れているため、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。しかしながら、これは特殊な形態の空気調和装置であるためであって、室内機まで冷媒が流れる通常の空気調和装置の冷媒量を削減することはできないという問題点があった。
 特許文献3に記載の冷凍サイクルにおいては、凝縮器出口に設けられた熱交換器内蔵高圧レシーバで冷媒を過冷却することができるため、凝縮器出口の冷媒の過冷却度を小さくすることができる。これにより、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。しかしながら、凝縮器出口の冷媒の過冷却度を小さくして冷媒量を削減することは一般的な方法であり、この状態からさらに冷媒量を削減するための方法については示されていない。
 特許文献4に記載の空気調和装置において、熱源側膨張弁は、冷房運転では開にされ、暖房運転では液冷媒配管を流れてきた液冷媒を減圧するように開度調節される。しかしながら、熱源側膨張弁を制御することにより冷媒回路の冷媒量を削減することについては何ら示唆されていない。
 本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、冷媒回路の冷媒量を削減できる空気調和装置を提供することを目的とする。
 本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、第一の熱交換器、少なくとも1つの第一の絞り装置、及び少なくとも1つの第二の熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記圧縮機及び前記第一の熱交換器は、熱源機に収容されており、前記第一の絞り装置及び前記第二の熱交換器は、前記熱源機から離れた位置に設置される筐体に収容されており、前記熱源機と前記筐体との間は、前記冷媒配管の一部を構成する複数本の延長配管を介して接続されており、前記冷媒回路は、前記第一の熱交換器が凝縮器として動作し、停止状態にない全ての前記第二の熱交換器が蒸発器として動作する冷房運転が可能であり、前記熱源機には、前記冷房運転の冷媒の流れ方向において前記第一の熱交換器よりも下流側で前記第一の絞り装置よりも上流側となる位置に設けられた第二の絞り装置が収容されており、前記第二の絞り装置と前記第一の絞り装置との間は、前記延長配管のうちの1本である第一の延長配管を介して接続されており、前記第二の絞り装置は、前記冷房運転において前記第一の延長配管に流入する前の冷媒を減圧し、前記凝縮器内の冷媒圧力よりも低く前記蒸発器内の冷媒圧力よりも高い中圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、前記冷房運転において、前記第一の延長配管には、前記中圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とするものである。
 本発明によれば、第一の延長配管に流入する前の冷媒を第二の絞り装置で減圧して二相化することにより、第一の延長配管内の冷媒の密度を小さくすることができる。したがって、冷媒回路の冷媒量を削減することができる。
本発明の実施の形態1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1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1に係る空気調和装置の冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転モードにおける冷媒状態を示すp-h線図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の分岐部18の構成の例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の分岐部18の構成の例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置において、各凝縮温度CT、各過冷却度SC、各圧力Pの飽和温度における延長配管(二相側)5a内の中圧二相冷媒の乾き度Xを計算した結果を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の別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1に係る空気調和装置の回路構成のさらに別の一例を示す概略回路構成図である。
実施の形態1.
 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置について説明する。図1は、本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。この空気調和装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。
 図1に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置は、熱源機である1台の室外機1と、室外機1から離れた位置に設置される複数台の室内機2a~2d(筐体の一例)と、を有している。以下、室内機2a~2dを総称して室内機2という場合がある。室外機1と室内機2とは、冷媒を導通する延長配管(冷媒配管)5a、5bを介して接続されている。室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、延長配管5a、5bを介して室内機2に搬送されるようになっている。
 室外機1は、通常、ビル等の建物9の外の空間(例えば、屋上等)である室外空間6に配置され、室内機2に冷熱又は温熱を供給するものである。室内機2は、建物9の内部の空間(例えば、居室等)である室内空間7に温調された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。
 本実施の形態に係る空気調和装置においては、室外機1と各室内機2とが2本の延長配管5a、5bを用いて、それぞれ接続されている。
 なお、図1においては、室内機2が天井カセット型である場合を例示しているが、これに限定するものではない。例えば、室内機2は、天井埋込型や天井吊下式等、室内空間7に直接又はダクト等を介して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、図1においては、室外機1が室外空間6に設置されている場合を例示しているが、これに限定するものではない。例えば、室外機1は、換気口の設けられた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い。あるいは、水冷式の室外機1を用いて建物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機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。
 また、室外機1及び室内機2の接続台数は、図1に図示してある台数に限定するものではない。室外機1及び室内機2の接続台数は、本実施の形態に係る空気調和装置が設置される建物9に応じて決定すればよい。
 図2は、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の詳しい構成について説明する。図2に示すように、室外機1と室内機2とは、内部に冷媒が流れる延長配管(冷媒配管)5a及び延長配管(冷媒配管)5bで接続されている。
[室外機1]
 室外機1には、アキュムレータ15と、圧縮機10と、四方弁等の冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12(第一の熱交換器の一例)と、絞り装置14(第二の絞り装置の一例)とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。アキュムレータ15、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12及び絞り装置14は、冷媒回路の一部を構成している。
 圧縮機10は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、例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。圧縮機10としては、例えば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものが使用される。冷媒流路切替装置11は、冷房運転時における冷媒の流れと暖房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器12は、冷房運転時には凝縮器(又は放熱器)として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する。熱源側熱交換器12は、内部を流通する冷媒と不図示の送風機から供給される空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレータ15は、圧縮機10の吸入側に設けられており、冷媒回路中で余剰となる冷媒を貯留するものである。余剰冷媒が発生しない場合、あるいは、余剰冷媒が少ない場合は、アキュムレータ15が設けられていなくてもよい。
 絞り装置14は、冷房運転時において熱源側熱交換器12で凝縮された液冷媒を減圧し、中圧の二相冷媒にして、延長配管5aに流入させるためのものである。ここで、中圧とは、冷凍サイクルにおける高圧(凝縮器内の冷媒圧力、又は圧縮機10の吐出冷媒圧力)よりも低く、低圧(蒸発器内の冷媒圧力、又は圧縮機10の吸入冷媒圧力)よりも高い圧力のことである。
 室外機1には、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、絞り装置14及びアキュムレータ15の他に、吐出冷媒温度検出装置21、高圧検出装置22、低圧検出装置23及び液冷媒温度検出装置24が備えられている。吐出冷媒温度検出装置21は、圧縮機10から吐出された冷媒の温度を検出して検出温度情報を出力する。高圧検出装置22は、圧縮機10から吐出された冷媒の圧力(高圧)を検出して検出圧力情報を出力する。低圧検出装置23は、アキュムレータ15に流入する冷媒圧力(低圧)を検出して検出圧力情報を出力する。液冷媒温度検出装置24は、冷房運転時の冷媒の流れ方向において絞り装置14の下流側となる位置に設けられており、液冷媒(二相冷媒)の温度を検出して検出温度情報を出力する。なお、冷房運転時の冷媒の流れ方向において熱源側熱交換器12の下流側でありかつ絞り装置14の上流側である位置には、液冷媒温度検出装置40を設けてもよい。液冷媒温度検出装置40については後述する。
 また、室外機1には、制御装置50が備えられている。制御装置50は、CPU、ROM、RAM、I/Oポート等を備えたマイコン等で構成されている。制御装置50は、各種検出装置(例えば、吐出冷媒温度検出装置21、高圧検出装置22、低圧検出装置23、液冷媒温度検出装置24等)での検出情報及びリモコン等からの指示に基づいて、各種制御を行う。例えば、制御装置50は、圧縮機10の駆動周波数、送風機の回転数(ON/OFF含む)、絞り装置14の開度等の制御や、冷媒流路切替装置11の切替え制御等を行い、後述する各運転モードを実行するようになっている。また、制御装置50は、後述する各室内機2の制御装置との間で通信できるようになっている。
[室内機2]
 複数の室内機2a~2dには、それぞれ利用側熱交換器17a、17b、17c、17d(第二の熱交換器の一例)が搭載されている。以下、利用側熱交換器17a~17dを総称して利用側熱交換器17という場合がある。利用側熱交換器17は、延長配管5a、5bを介して室外機1に接続されている。この利用側熱交換器17は、内部を流通する冷媒と不図示の送風機から供給される空気との間で熱交換を行い、室内空間7に供給するための冷房用空気あるいは暖房用空気を生成するものである。利用側熱交換器17は、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器(又は放熱器)として機能する。
 また、各室内機2a~2dには、それぞれ絞り装置16a、16b、16c、16d(第一の絞り装置の一例)が搭載されている。以下、絞り装置16a~16dを総称して絞り装置16という場合がある。絞り装置16は、冷房運転時の冷媒の流れ方向において利用側熱交換器17の上流側となる位置に設けられており、延長配管5bに接続されている。利用側熱交換器17及び絞り装置16は、室外機1に搭載されたアキュムレータ15、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12及び絞り装置14等と共に、冷媒回路の一部を構成している。
 各室内機2a~2dには、それぞれ利用側の液冷媒温度検出装置27a、27b、27c、27d及び利用側のガス冷媒温度検出装置28a、28b、28c、28dが備えられている。以下、液冷媒温度検出装置27a~27dを総称して液冷媒温度検出装置27という場合があり、ガス冷媒温度検出装置28a~28dを総称してガス冷媒温度検出装置28という場合がある。液冷媒温度検出装置27は、冷房運転時の冷媒の流れ方向において絞り装置16の下流側でありかつ利用側熱交換器17の上流側となる位置に設けられている。ガス冷媒温度検出装置28は、冷房運転時の冷媒の流れ方向において利用側熱交換器17の下流側となる位置に設けられている。
 また、各室内機2a~2dには、不図示の制御装置が備えられている。制御装置は、CPU、ROM、RAM、I/Oポート等を備えたマイコン等で構成されている。制御装置は、各種検出装置(例えば、液冷媒温度検出装置27、ガス冷媒温度検出装置28等)からの検出情報、室外機1の制御装置50から通信により取得した情報、及びリモコン等からの指示に基づいて、各種制御を行う。
 図2では、4台の室内機2が接続されている場合を例示しているが、図1と同様に、室内機2の接続台数を図2に示す4台に限定するものではない。
 延長配管5aは、室外機1に接続された主管5a0と、主管5a0と各室内機2a、2b、2c、2dのそれぞれとの間を接続する枝管5aa、5ab、5ac、5adと、を有している。枝管5aaは分岐部18aで主管5a0から分岐しており、枝管5abは分岐部18bで主管5a0から分岐しており、枝管5acは分岐部18cで主管5a0から分岐しており、枝管5adは分岐部18dで主管5a0から分岐している。
 延長配管5bは、室外機1に接続された主管5b0と、主管5b0と各室内機2a、2b、2c、2dのそれぞれとの間を接続する枝管5ba、5bb、5bc、5bdと、を有している。枝管5baは合流部19aで主管5b0と合流(分岐)しており、枝管5bbは合流部19bで主管5b0と合流(分岐)しており、枝管5bcは合流部19cで主管5b0と合流(分岐)しており、枝管5bdは合流部19dで主管5b0と合流(分岐)している。
 空気調和装置100が実行する各運転モードについて説明する。運転モードには、少なくとも冷房運転モードと暖房運転モードがある。この空気調和装置100は、例えば、各室内機2からの指示に基づいて、室外機1の運転モードを冷房運転モード又は暖房運転モードのいずれかに決定する。すなわち、空気調和装置100は、室内機2の全部で同一運転(冷房運転か暖房運転)をすることができ、これにより室内の温度調節を行う。なお、冷房運転モード及び暖房運転モードのいずれにおいても、各室内機2の運転/停止は自由に行うことができる。
 冷房運転モードは、運転している全ての室内機2で冷房運転が実行される運転モードである。すなわち、冷房運転モードでは、停止状態にない全ての利用側熱交換器17が蒸発器として動作する。暖房運転モードは、運転している全ての室内機2で暖房運転が実行される運転モードである。すなわち、暖房運転モードでは、停止状態にない全ての利用側熱交換器17が凝縮器として動作する。以下、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。
[冷房運転モード]
 まず、冷房運転モードについて説明する。図3は、空気調和装置100の冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す回路構成図である。この図3では、全ての利用側熱交換器17において冷熱負荷が発生している場合を例示している。なお、図3では、冷媒が流れる配管を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
 図3に示す冷房運転モードの場合、室外機1では、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替える。低温低圧の冷媒は、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、冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。熱源側熱交換器12に流入した高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となって熱源側熱交換器12から流出する。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、絞り装置14に流入して減圧され、中圧の二相冷媒となって室外機1から流出する。
 このとき、絞り装置14の開度(開口面積)は、例えば、液冷媒温度検出装置24の検出温度が目標とする中圧の飽和温度(制御目標値)に近づくように制御される。絞り装置14の制御の詳細は後述する。
 室外機1から流出した中圧二相冷媒は、延長配管(二相側)5aの主管5a0に流入する。主管5a0に流入した中圧二相冷媒は、分岐部18a~18dで枝管5aa~5adに分流され、室内機2(2a~2d)のそれぞれに流入する。室内機2に流入した中圧二相冷媒は、絞り装置16(16a~16d)で膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となる。このとき、絞り装置16の開度(開口面積)は、例えば、ガス冷媒温度検出装置28の検出温度と、液冷媒温度検出装置27の検出温度と、の温度差(過熱度)が制御目標値に近づくように各室内機2の制御装置によって制御される。低温低圧の二相冷媒は、蒸発器として動作する利用側熱交換器17(17a~17d)のそれぞれに流入し、利用側熱交換器17に送風される空気から吸熱して蒸発する。これにより、低温低圧の二相冷媒が低温低圧のガス冷媒となるとともに、室内空間7に吹き出される空気が冷却される。利用側熱交換器17から流出した低温低圧のガス冷媒は、室内機2から流出する。
 室内機2から流出した低温低圧のガス冷媒は、延長配管(ガス側)5bの枝管5ba~5bd、合流部19a~19d及び主管5b0を通って再び室外機1に流入する。室外機1に流入した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を通ってアキュムレータ15に流入し、その後、圧縮機10に再度吸入される。
 このように、室外機1から流出する冷媒を絞り装置14によって二相化することにより、室外機1と室内機2とを接続する延長配管(二相側)5a内の冷媒を二相状態とすることができる。二相冷媒は、液冷媒と液冷媒よりも密度の小さいガス冷媒とが混在したものである。このため、延長配管(二相側)5a内の冷媒を二相状態とすることにより、延長配管(二相側)5a内の冷媒を液状態としたときと比較して、混在しているガス冷媒の分、延長配管(二相側)5a内の冷媒量を少なくすることができる。
 次に、冷房運転モードにおける冷媒状態の詳細について説明する。図4は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房運転モードにおける冷媒状態を示すp-h線図(圧力-エンタルピ線図)である。図4に示すように、冷房運転モードにおいて、圧縮機10に吸入された低圧のガス冷媒は(図4の点F)、圧縮機10で圧縮されて高圧(圧力P)のガス冷媒となり(図4の点G)、熱源側熱交換器12で凝縮して高圧の液冷媒となる(図4の点H)。この高圧の液冷媒は、絞り装置14で減圧されて中圧(圧力P)の二相冷媒となり(図4の点M)、室外機1から流出する。
 室外機1から流出した中圧の二相冷媒は、延長配管(二相側)5aを通って室内機2(2a~2d)に流入する。室内機2に流入した中圧の二相冷媒は、絞り装置16(16a~16d)で減圧されて低圧(P)の二相冷媒となる(図4の点L)。この低圧の二相冷媒は、利用側熱交換器17(17a~17d)で蒸発して低圧のガス冷媒となり、室内機2から流出する。
 室内機2から流出した低圧のガス冷媒は、延長配管(ガス側)5bを通って室外機1に流入する。室外機1に流入した低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を経由してアキュムレータ15に流入し(図4の点F)、再び圧縮機10に吸入される。
 ここで、絞り装置14で減圧される冷媒は、熱の出入りがないとすると、図4の点Hから点Mに等エンタルピ変化をする。点Mの中圧二相冷媒の圧力Pは、同一エンタルピの飽和液点(図4の点K)の圧力Pよりも小さく、利用側熱交換器17の入口での圧力Pよりも大きい値となる。
 なお、絞り装置14は、開口面積を変化させられるもの(例えば、電子式膨張弁等)が望ましい。絞り装置14として電子式膨張弁等を用いれば、延長配管5aに流す冷媒の圧力を自由に制御することができる。しかしながら、絞り装置14は、電子式膨張弁等に限るものではない。例えば、絞り装置14として、小型の電磁弁等の開閉弁を複数組み合わせたものを用い、これらの開閉パターンを適宜切り換えることによって開口面積を複数選択できるようにしてもよい。また、絞り装置14としてキャピラリチューブを用い、冷媒の圧損に応じて所定の過冷却度が形成されるようにしてもよい。これらのものを用いた場合であっても、制御性は少し悪化するが、中圧の二相冷媒を生成することはできる。
 冷房運転モードの実行中において、熱負荷のない利用側熱交換器17(サーモオフを含む)には冷媒を流す必要がないため、運転を停止させる。このとき、停止している室内機2の絞り装置16は、全閉、又は冷媒が流れない程度に小さい開度としておく。
 また、延長配管(二相側)5aの途中には、主管5a0を流れる中圧の二相冷媒を枝管5aa~5adのそれぞれに分流させるための分岐部18(18a~18d)が設けられている。分岐部18は、冷房運転時に、主管5a0を流れる二相状態の冷媒の一部を二相状態のまま枝管5aa~5adに分流させる構造を有している。図5及び図6は、分岐部18の構成の例を示している。図5に示す分岐部18はY形(Y字形)継手構造を有しており、図6に示す分岐部18はT形(T字形)継手構造を有している。図5及び図6に示す分岐部18はいずれも、重力方向において下方から上方に流れる中圧の二相冷媒がほぼ左右方向に分流されるような向きに設置されている。
 分岐部18は、冷房運転モードにおいて、冷媒が流入する1つの流入口30と冷媒が流出する2つの流出口31、32とを備えている。例えば流出口31、32は、流入口30を基準として互いに左右対称に設けられている。分岐部18は、流入口30が流出口31、32よりも下方に位置するように配置されている。流入口30は、冷房運転時の冷媒の流れ方向における主管5a0の上流側(室外機1側)に接続されており、流出口31は主管5a0の下流側に接続されており、流出口32は枝管5aa~5adに接続されている。主管5a0の上流側から流入口30に上向きに流入した二相冷媒は、分岐部18内でほぼ左右方向に分流される。分流された二相冷媒の一部は左側の流出口32から流出し、枝管5aa~5adの室内機2a~2d側に流れる。残りの二相冷媒は、右側の流出口31から流出し、そのまま主管5a0の下流側に流れる。このように、二相冷媒を分岐部18の下方から流入させてほぼ左右方向に分流させることにより、二相冷媒中のガス冷媒と液冷媒とをほぼ均等な比率(気液比)で2方向に分配することができる。
 なお、分岐部18の構造は図5及び図6に示す構造に限るものではない。分岐部18には、ガス冷媒と液冷媒が適度に混在した二相冷媒を分岐後の流路の双方に流すことができるものであれば、どのような構造のものが用いられてもよい。例えば、流入口30が流出口31、32よりも上方に位置するように分岐部18を配置し、上方から下方に流れる二相冷媒を左右方向に分流させるようにしても、二相冷媒中のガス冷媒と液冷媒とをある程度均等に分配できる。また、分岐部18は設置方向に対して少し傾いていても、傾き角度が小さければ(例えば15度以内等)問題なく、同様の効果を奏する。また、室内機2(2a~2d)にはそれぞれ絞り装置16が設けられており、各室内機2での必要冷媒量は絞り装置16によって調整される。このため、分岐部18での分岐後の各流路においては、ガス冷媒と液冷媒とが完全に均等な比率で分配されていなくてもよく、液冷媒とガス冷媒とがある程度の量で混在していればよい。また、分岐部18は2分岐のものに限られるものではなく、例えばヘッダー分岐方式等で4分岐、6分岐等の複数の流路に分岐させるように構成されていてもよい。
 次に、室外機1の絞り装置14で減圧された中圧二相冷媒の乾き度について説明する。延長配管(二相側)5aの内部の冷媒量を削減するためには、なるべく乾き度の大きい、すなわちガスの割合の大きい二相冷媒を延長配管(二相側)5aに流す方が望ましい。ただし、先に説明した通り、熱源側熱交換器12で凝縮した冷媒を絞って(減圧して)中圧二相冷媒とするため、中圧二相冷媒のエンタルピは、熱の出入りがなければ絞り装置14の入口(熱源側熱交換器12の出口)の冷媒のエンタルピと等しい。したがって、下記の式(1)に示すように、中圧の圧力Pは、絞り装置14の入口(熱源側熱交換器12の出口)の圧力Pと同じ又はそれより小さく、絞り装置14の入口(熱源側熱交換器12の出口)と同一エンタルピの飽和液点の圧力Pよりも小さく、かつ、室内機2の利用側熱交換器17の入口の圧力Pよりも大きい。
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 次に、冷媒としてR32を使用することを想定する。凝縮温度(冷房運転時に凝縮器として動作する熱源側熱交換器12内の冷媒が凝縮するときの温度)をCTとし、凝縮温度CTが55℃である場合と45℃である場合とを考える。また、凝縮器(熱源側熱交換器12)の出口での冷媒の過冷却度をSCとし、過冷却度SCが20℃である場合と、10℃である場合と、0℃である場合とを考える。さらに、絞り装置14で絞られて生成された中圧二相冷媒の圧力Pの飽和温度が15℃である場合と10℃である場合とを考える。絞り装置14で絞られて生成された中圧二相冷媒の圧力Pは、式(1)の関係にあり、低圧の圧力Pよりも大きい値を示す。また、室内機2には絞り装置16が設けられているため、中圧の圧力Pは低圧の圧力Pよりもある程度大きい値である必要がある。低圧の圧力Pの飽和温度である蒸発温度は0℃から5℃程度であるため、中圧の圧力Pはこれよりも大きい10℃から15℃程度を想定した。
 図7は、各凝縮温度CT、各過冷却度SC、各圧力Pの飽和温度における延長配管(二相側)5a内の中圧二相冷媒の乾き度Xを計算した結果を示している。図7では、冷媒種としてR32の計算結果だけでなく、後述するR32と他冷媒との混合冷媒の計算結果についても併記している。なお、乾き度Xの計算には、NIST(National Institute of Standards and Technology)製のREFPROPのVersion 9.0を使用した。
 図7に示すように、凝縮温度CTが45℃、過冷却度SCが20℃、中圧の圧力Pの飽和温度が15℃の場合、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.0633となる。凝縮温度CTが55℃、過冷却度SCが0℃、中圧の圧力Pの飽和温度が10℃の場合、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.3062となる。他の条件では、中圧二相冷媒の乾き度Xはこれらの間の数値となる。これにより、中圧二相冷媒の乾き度Xは、0.0633~0.3062の範囲内の数値をとり、条件によって変化することがわかる。
 また、延長配管5a、5bのうち、主管5a0、5b0の長さをそれぞれ100mとし、枝管5aa~5ad、5ba~5bdの長さをそれぞれ50mとし、二相側の主管5a0及び枝管5aa~5adを外径9.52mm、肉厚0.8mmの配管とし、ガス側の主管5b0を外径22.2mm、肉厚1mmの配管とし、ガス側の枝管5ba~5bdを外径15.88mm、肉厚1mmの配管とした場合を想定する。このとき、10HP(冷房能力28kW)の室外機1及び室内機2を使用するものとし、絞り装置14を全開状態とし、主管5a0及び枝管5aa~5adに液冷媒を流したとすると、冷房運転時の各部における概略の冷媒量は、凝縮器(熱源側熱交換器12)内に6.616kg、蒸発器(利用側熱交換器17)内に0.828kg、主管5a0内に4.680kg、枝管5aa~5ad内に4.680kg、主管5b0内に0.960kg、枝管5ba~5bd内に0.460kg、その他の部分に0.317kg、であり、合計で18.541kgの冷媒が冷媒回路内に存在する。主管5a0内の冷媒量は冷媒回路全体の冷媒量の25.2%、枝管5aa~5ad内の冷媒量は冷媒回路全体の冷媒量の25.2%であり、延長配管(二相側)5aの主管5a0と枝管5aa~5adを合わせた冷媒量は、冷媒回路全体の50.4%にもなる。したがって、延長配管(二相側)5a内の冷媒を二相化することが、冷媒量削減に大きく寄与する。なお、延長配管5aの長さが短い場合には、延長配管5a内の冷媒量が冷媒回路全体の冷媒量に占める割合は小さくなる。このため、延長配管5a内の冷媒を二相化することによる冷媒量削減効果は、延長配管5aの長さにより異なり、延長配管5aの長さが長いほど大きくなる。
 この運転状態で、絞り装置14の開度を調整し、延長配管(二相側)5a内に中圧二相冷媒を流す場合を考える。乾き度Xが0.0633である中圧二相冷媒を延長配管(二相側)5aの主管5a0及び枝管5aa~5adに流すものとすると、主管5a0の冷媒量は4.394kg、枝管5aa~5adの冷媒量は4.394kgとなる。これにより、冷媒回路全体の冷媒量は17.969kgとなり、延長配管(二相側)5aに液冷媒を流した場合に比べ、0.572kg(冷媒回路全体の冷媒量の3.1%)削減できたことになる。
 また、乾き度Xが0.3062の中圧二相冷媒を延長配管(二相側)5aの主管5a0及び枝管5aa~5adに流すものとすると、主管5a0の冷媒量は3.297kg、枝管5aa~5adの冷媒量は3.297kgとなる。これにより、冷媒回路全体の冷媒量は15.775kgとなり、延長配管(二相側)5aに液冷媒を流した場合に比べ、2.766kg(冷媒回路全体の冷媒量の14.9%)削減できたことになる。
 このように、冷房運転時の室外機1の出口側に設けられた絞り装置14で高圧液冷媒を減圧し、延長配管(二相側)5a内に中圧二相冷媒を流すと、延長配管(二相側)5a内の冷媒量を減らすことができるため、冷媒回路内の冷媒量を削減することができる。特に、ビル用マルチエアコン等の延長配管5aが長い空気調和装置(例えば、延長配管5aの長さが100m等)においては、より多くの冷媒量を削減できるため、高い効果が得られる。なお、本実施の形態では、冷媒回路の冷媒充填量を低減するのが目的であるため、冷房運転において、冷媒回路で必要な冷媒が少なく余剰冷媒が発生する場合(例えば、多くの室内機2が停止している場合等)を除いて、通常の安定した冷房運転時にはほぼ常時、延長配管(二相側)5a内に中圧二相冷媒を流す運転を行う。
 このとき、R32を主成分とする冷媒を使用する場合には、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.0633~0.3062の範囲内の値とするとよい。また、冷媒回路内の冷媒量をなるべく少なくするため、冷房運転時の凝縮器(熱源側熱交換器12)の過冷却度SCはあまり大きい値としない場合が多い。したがって、過冷却度SCを10℃以下(0℃~10℃)に制御する場合を考えると、図7より、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.1310~0.3062の範囲内の値とするとよい。
 次に、冷媒として、R32とR1234yfとの混合冷媒を使用する場合を考える。R1234yfは、化学式CFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒である。まず、R32の混合比率が74wt%、R1234yfの混合比率が26wt%の混合冷媒を考える。図7に示すように、先のR32と同様の考え方をすると、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.0791~0.3316の範囲内の値とするとよい。また、過冷却度SCを10℃以下(0℃~10℃)で制御する場合を考えると、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.1529~0.3316の範囲内の値とするとよい。
 次に、R32の混合比率が44wt%、R1234yfの混合比率が56wt%の混合冷媒を考える。図7に示すように、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.1069~0.3585の範囲内の値とするとよい。また、過冷却度SCを10℃以下(0℃~10℃)で制御する場合を考えると、中圧二相冷媒の乾き度Xは0.1869~0.3585の範囲内の値とするとよい。
 上述の結果から、R32(単一冷媒)及びR32とR1234yfとの混合冷媒について、R32の混合比率に対する乾き度Xの関係を最小二乗近似により求める。混合冷媒におけるR32の混合比率をR(1/100wt%)とすると(0≦R<1)、中圧二相冷媒の乾き度Xは(-0.0782×R+0.1399)~(-0.0933×R+0.3999)の範囲内の値とするとよい。また、過冷却度SCを10℃以下(0℃~10℃)で制御する場合を考えると、中圧二相冷媒の乾き度は(-0.1002×R+0.2297)~(-0.0933×R+0.3999)の範囲内の値とするとよい。
 なお、テトラフロオロプロペン系冷媒としては、R1234yfの他にR1234zeがある。R1234yfとR1234zeとは、物性値が大きくは違わないため、上記の乾き度の関係はどちらの冷媒を使用した場合にも適用できる。
 以上のように、使用する冷媒の種類によって、延長配管(二相側)5a内に流す中圧二相冷媒の適正乾き度は変化する。
 室外機1には、制御装置50と液冷媒温度検出装置24(中圧検出装置の一例)とが設けられている。液冷媒温度検出装置24は、冷房運転モードにおいて絞り装置14の出口側(下流側)となる位置に設けられており、絞り装置14で絞られた中圧二相冷媒の圧力である中圧の飽和温度を検出するようになっている。冷媒の乾き度を測定することは困難なため、中圧二相冷媒の乾き度を直接制御することはできない。しかし、絞り装置14では冷媒は等エンタルピ変化をするため、絞り装置14の入口冷媒の圧力(高圧)と温度(凝縮温度から過冷却度を引いた値)が分かっていれば、絞り装置14の出口側の圧力を規定することにより、間接的に乾き度を決めることができる。そこで、予め、高圧と過冷却度とを仮定し、延長配管(二相側)5aでの冷媒の乾き度の範囲に対応する中圧の飽和温度の範囲(例えば、10℃~15℃等)を求めておく。制御装置50は、中圧の飽和温度の範囲を制御目標範囲(制御目標値)とし、液冷媒温度検出装置24の検出温度が制御目標範囲に入るように(すなわち、制御目標値に近づくように)絞り装置14の開度を制御する。なお、温度センサを用いて中圧の飽和温度を測定するように構成した方が安価に構成できるが、液冷媒温度検出装置24の代わりに圧力センサ(中圧検出装置の他の例)を設置し、中圧冷媒の圧力(中圧)を検出するようにしてもよい。この場合、圧力センサの検出圧力が中圧の制御目標値に近づくように絞り装置14の開度を制御し、これにより延長配管(二相側)5a内の冷媒の乾き度を制御する。
 また、目標とする中圧の設定値によって、中圧二相冷媒の乾き度が異なるが、中圧二相冷媒は室内機2で絞り装置16によって減圧されるため、中圧は、利用側熱交換器17内の圧力(低圧)よりも大きい値である必要がある。低圧は、空調対象空間(室内空間7)の温度等の負荷状況、室内機2の運転台数、室外機1に接続されている全ての室内機2の合計容量、室外機1の周囲温度である外気温度、等の各種要因で変化する。したがって、圧縮機10の吸入側(上流側)に低圧検出装置23を設け、低圧検出装置23の検出圧力(低圧)に基づいて、中圧の制御目標値を設定(変更)するようにするとよい。すなわち、中圧の飽和温度の制御目標値は、低圧の飽和温度に所定温度(例えば5℃)を加えた値に設定する。冷媒がR32である場合、例えば、低圧が0.9515MPaであるときには、低圧の飽和温度が5℃であるため中圧の飽和温度の制御目標値を10℃に設定し、低圧が1.1069MPaであるときには、低圧の飽和温度が10℃であるため中圧の飽和温度の制御目標値を15℃に設定する、等とするとよい。
 また、中圧が同じであっても、凝縮器出口(絞り装置14の入口)のエンタルピが異なると、絞り装置14の出口側の中圧二相冷媒の乾き度は異なったものとなる。そこで、圧縮機10の吐出側(下流側)に高圧検出装置22を設け、冷房運転時の冷媒の流れ方向において熱源側熱交換器12の下流側でありかつ絞り装置14の上流側である位置に液冷媒温度検出装置40を設けるようにしてもよい(図2参照)。高圧検出装置22で高圧を検出し、液冷媒温度検出装置40で高圧液温度を検出するようにすれば、高圧と高圧液温度により、凝縮器出口(絞り装置14の入口)のエンタルピが決まるため、ある中圧に対する中圧二相冷媒の乾き度が決まる。したがって、高圧検出装置22の検出圧力(高圧)と、液冷媒温度検出装置24の検出温度(高圧液温度)とに基づき、中圧の制御目標値を設定(変更)するようにするとよい。すなわち、中圧の飽和温度の制御目標値は、高圧及び高圧液冷媒温度によって異なった値に設定するようにすると、より正確に適正乾き度を設定することができる。
 また、なるべく冷媒回路内の冷媒量を少なくするためには、延長配管(二相側)5a内の冷媒の乾き度を大きくすることが望ましい。そこで、延長配管(二相側)5a内に、先に示した乾き度範囲の中央値(下限値と上限値との平均値)から上限値までの値の中圧二相冷媒を流すようにすると、冷媒量削減効果が大きくなる。すなわち、乾き度が乾き度範囲の中央値から上限値までの範囲内に入るように、中圧の飽和温度の制御目標値を設定し、絞り装置14を制御するとよい。また、延長配管(二相側)5a内に、先に示した乾き度範囲の上限になるべく近い冷媒を流すようにすると、更によい。
 また、ここでは、中圧二相冷媒の乾き度をなるべく大きくした方が冷媒量を少なくすることができるため、中圧二相冷媒の飽和温度を10℃と15℃に仮定して説明を行った。しかし、実際は、絞り装置16で減圧する必要があり、さらに、延長配管(二相側)5aでの圧力損失もあるため、中圧の飽和温度をなるべく大きい値、例えば30℃等、にした方が、安定して動作させることができる。凝縮器出口の過冷却度を小さめにし、中圧を高めにすると、乾き度を大きくでき、かつ、安定して動作させることができる。なお、この場合においても、延長配管(二相側)5a内の冷媒が、先に説明した乾き度と同等の値になるように制御すると、冷媒回路の冷媒量を少なくすることができる。
 また、本実施の形態においては、冷房運転時は、延長配管(二相側)5aを流れた二相冷媒を絞り装置16に流入させている。通常、絞り装置に二相冷媒を流入させると、騒音(冷媒音)が発生する。そこで、絞り装置16としては、騒音(二相冷媒による冷媒音)が発生し難い工夫をした低騒音型の絞り装置を用いる。低騒音型の絞り装置には、例えば、冷媒の流路が絞られる部分よりも上流側に発泡金属部材(連続気泡体)が挿入され、当該発泡金属部材で二相冷媒を攪拌することにより低騒音化を図った絞り装置等がある。
[暖房運転モード]
 次に、暖房運転モードについて説明する。図8は、空気調和装置100の暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す回路構成図である。この図8では、全部の利用側熱交換器17において温熱負荷が発生している場合を例示している。なお、図8では、冷媒が流れる配管を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
 図8に示す暖房運転モードの場合、室外機1では、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに室内機2へ流入するように切り替える。低温低圧の冷媒は、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、冷媒流路切替装置11を通り、室外機1から流出する。
 室外機1から流出した高温高圧のガス冷媒は、延長配管(ガス側)5bの主管5b0に流入する。主管5b0に流入した高温高圧のガス冷媒は、合流部19a~19dで枝管5ba~5bdに分流され、室内機2(2a~2d)のそれぞれに流入する。室内機2に流入した高温高圧のガス冷媒は、凝縮器として動作する利用側熱交換器17(17a~17d)のそれぞれに流入し、利用側熱交換器17に送風される空気に放熱して凝縮液化する。これにより、高温高圧のガス冷媒が高温高圧の液冷媒となるとともに、室内空間7に吹き出される空気が加熱される。利用側熱交換器17から流出した高温高圧の液冷媒は、絞り装置16(16a~16d)で膨張させられて、低圧の二相冷媒となる。このとき、絞り装置16a~16dの開度(開口面積)は、例えば、室外機1の制御装置50から通信により取得した凝縮温度と、利用側の液冷媒温度検出装置27(27a~27d)の検出温度と、の間の温度差(過冷却度)が制御目標値に近づくように、各室内機2の制御装置によって制御される。絞り装置16で膨張した低圧の二相冷媒は、室内機2から流出する。
 室内機2から流出した低圧の二相冷媒は、延長配管(二相側)5aの枝管5aa~5ad、分岐部18a~18d及び主管5a0を通って再び室外機1に流入する。
 室外機1に流入した低圧の二相冷媒は、全開状態の絞り装置14を介して熱源側熱交換器12に流入する。熱源側熱交換器12に流入した低圧の二相冷媒は、熱源側熱交換器12の周囲に流れる室外空気から吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって熱源側熱交換器12から流出する。熱源側熱交換器12から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を通ってアキュムレータ15に流入し、その後、圧縮機10に再度吸入される。なお、暖房運転モードにおいては、絞り装置14が全開状態であるため、p-h線図は通常の暖房運転の場合と同じになる。このため、p-h線図を用いての冷媒状態の説明は省略する。
 暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器17(サーモオフを含む)へは冷媒を流す必要がない。しかし、暖房運転モードにおいて、暖房負荷のない利用側熱交換器17と対応する絞り装置16を全閉又は冷媒が流れない小さい開度とすると、運転していない利用側熱交換器17の内部で冷媒が周囲空気によって冷やされて凝縮し、冷媒が溜まり込んでしまい、冷媒回路全体として冷媒不足に陥ってしまう可能性がある。そこで、暖房運転モードにおいては、熱負荷のない利用側熱交換器17と対応する絞り装置16の開度(開口面積)は全開等の大きい開度にし、冷媒の溜まり込みを防止する。
 なお、暖房運転モードにおいて、凝縮器(利用側熱交換器17)から流出した冷媒を絞り装置16で減圧し、低圧の二相状態の冷媒として延長配管(二相側)5aに流通させ、室外機1の絞り装置14を全開状態とする場合について説明した。通常は、熱源側熱交換器12の内容積は、利用側熱交換器17の内容積よりも大きいため、暖房運転においては、このような運転を行う。しかし、熱源側熱交換器12を構成する配管が細管化された場合等、熱源側熱交換器12の内容積よりも利用側熱交換器17の内容積の方が大きい場合も存在する。このような場合は、暖房運転モードにおいて、凝縮器から流出した冷媒を絞り装置16で減圧し、中圧の二相状態の冷媒として延長配管(二相側)5aに流通させ、絞り装置14にて再度減圧して、低圧の二相状態の冷媒としてから蒸発器(熱源側熱交換器12)に流すようにしてもよい。このようにすると、冷房運転時と暖房運転時とで、冷媒回路中の各部位に存在する冷媒量の合計を同程度にすることができ、圧縮機10の吸入側に、余剰冷媒を貯めるアキュムレータを保有しなくてもよくなる。
 また、冷媒流路切替装置11としては四方弁を用いるのが一般的であるが、これに限るものではない。二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、四方弁と同様に流路を切り換えることができるように構成してもよい。
 また、ここでは、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ15を圧縮機10の吸入側に備える場合について説明したが、余剰冷媒が少ない場合等にはアキュムレータを備えていなくてもよい。
 また、室内機2が4台接続されている場合を例に説明したが、室内機2の接続台数が何台であっても上記と同様のことが成り立つのは言うまでもない。
 また、室外機1が複数台接続されており、複数の室外機1の冷媒回路が室外機1の外部で互いに合流するように配管接続されている場合でも同じであり、同様のことが成り立つ。
 また、圧縮機10として、低圧シェル型の圧縮機を使用する場合を例に説明したが、当然、高圧シェル型の圧縮機を使用してもよく、同様の効果を奏する。
 冷媒としては、例えば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、地球温暖化係数が小さく化学式CFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒(R1234yf、R1234ze等)、プロパン等の自然冷媒、あるいはこれらの冷媒のいずれかの成分を含む混合冷媒等、凝縮器内で亜臨界状態で動作し、凝縮器の出口側が液冷媒になるものであれば、どんな冷媒を使用してもよく、同様の効果を奏する。また、CO冷媒やCOを含む混合冷媒のように高圧側で超臨界状態になる冷媒に関しては、圧力を下げると密度が増加する場合もあるため、単純に中圧二相にすれば、延長配管(二相側)5a内の冷媒量が少なくなるとは限らない。しかし、高圧側で超臨界状態になる冷媒は高圧と低圧との圧力差が大きいため、中圧を低めに設定することができ、亜臨界状態の冷媒と同様、高圧側の熱交換器(ガスクーラ)の出口の冷媒の密度よりも中圧二相冷媒の密度が小さくなるような中圧に制御すれば、同様の効果を得ることができる。
 また、一般的に、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器17a~17dには、送風機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。例えば、利用側熱交換器17a~17dとしては、放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、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も用いることができる。すなわち、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器17a~17dとしては、それぞれ放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんなものでも用いることができる。
 また、ここでは、室外機1と室内機2との間で冷媒を循環させる冷房暖房切替型の直膨式空気調和装置を例に説明を行ったが、これに限るものではない。本実施の形態は、冷房暖房混在運転が可能な直膨式空気調和装置にも適用可能である。冷房暖房混在運転が可能な直膨式空気調和装置では、室外機1と室内機2との間を中継機を介して冷媒が循環し、各室内機2毎に冷房と暖房とを選択できる。冷房暖房混在運転が可能な空気調和装置において、全ての室内機2が冷房運転(停止を含む)を行う全冷房運転モードのときに、凝縮器から流出した冷媒を室外機1の絞り装置で減圧し、延長配管に中圧二相冷媒を流すようにすれば、同様の効果を得ることができる。なお、このタイプの空気調和装置においては、冷房暖房混在運転を行う必要があることから、全冷房運転モードで高圧冷媒が流れる延長配管は、冷房暖房切替型の空気調和装置よりも太い配管を使用している。したがって、冷房暖房混在運転が可能な空気調和装置では、延長配管に中圧二相冷媒を流すことにより、冷房暖房切替型の空気調和装置よりも多くの冷媒量を削減することができる。また、このタイプの空気調和装置においては、室外機1から中継機までを主管(延長配管の一部)で接続し、中継機から室内機2までを枝管(延長配管の一部)で接続する。この際、主管から枝管への冷媒の分岐は中継機内で行われる。この中継機内の分岐部に関しても、冷房暖房切替型の空気調和装置と同様の構造の分岐部18を用いることで、全冷房運転モードにおける中圧二相冷媒を二相状態のまま枝管に分配することができる。
 また、冷房暖房切替型の空気調和装置において、冷房運転では、凝縮器(熱源側熱交換器12)から流出した高圧の液冷媒は、絞り装置14で減圧されて中圧の二相冷媒となって室外機1から流出し、延長配管(二相側)5aを流れる。延長配管(二相側)5aを介して室内機2に流入した中圧の二相冷媒は、絞り装置16でさらに減圧されて低圧の二相冷媒となり、蒸発器(利用側熱交換器17)で低圧のガス冷媒となって室内機2から流出する。室内機2から流出した低圧のガス冷媒は、延長配管(ガス側)5bを流れ、室外機1に流入する。暖房運転では、圧縮機10から吐出された高圧のガス冷媒は、室外機1から流出し、延長配管(ガス側)5bを流れる。延長配管(ガス側)5bを介して室内機2に流入した高圧のガス冷媒は、凝縮器(利用側熱交換器17)で高圧の液冷媒となり、絞り装置16で減圧されて中圧又は低圧の二相冷媒となって室内機2から流出し、延長配管(二相側)5aを流れる。延長配管(二相側)5aを介して室外機1に流入した中圧又は低圧の二相冷媒は、絞り装置14を介して蒸発器(熱源側熱交換器12)に流入する。
 一方、冷房暖房混在運転が可能な空気調和装置において、冷房運転では、凝縮器(熱源側熱交換器12)から流出した高圧の液冷媒は、絞り装置14で減圧されて中圧の二相冷媒となって室外機1から流出し、延長配管(二相側)5aを流れる。延長配管(二相側)5aを介して室内機2に流入した中圧の二相冷媒は、絞り装置16でさらに減圧されて低圧の二相冷媒となり、蒸発器(利用側熱交換器17)で低圧のガス冷媒となって室内機2から流出する。室内機2から流出した低圧のガス冷媒は、延長配管(ガス側)5bを流れ、室外機1に流入する。暖房運転では、圧縮機10から吐出された高圧のガス冷媒は、室外機1から流出し、延長配管(二相側)5aを流れる。延長配管(二相側)5aを介して室内機2に流入した高圧のガス冷媒は、凝縮器(利用側熱交換器17)で高圧の液冷媒となり、絞り装置16で減圧されて中圧又は低圧の二相冷媒となって室内機2から流出し、延長配管(ガス側)5bを流れる。延長配管(ガス側)5bを介して室外機1に流入した中圧又は低圧の二相冷媒は、絞り装置14を介して蒸発器(熱源側熱交換器12)に流入する。
 また、本実施の形態は、冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置にも適用可能である。図9は、本実施の形態に係る空気調和機の回路構成の別の一例として、冷媒-熱媒体変換型で冷房暖房切替型の空気調和装置の回路構成を示す概略回路構成図である。図9に示すように、冷媒-熱媒体変換型の空気調和機は、冷媒を循環させる冷媒回路を備えるとともに、熱媒体(例えば、水、ブライン等)を循環させる熱媒体回路60と、冷媒回路と熱媒体回路60との間に介在する中継機70(筐体の一例)とを有している。この構成において、冷媒回路は室外機1と中継機70との間を接続している。中継機70には、絞り装置16、冷媒-熱媒体熱交換器71(第二の熱交換器の一例)、及び熱媒体回路60用のポンプ61等が収容されている。冷媒-熱媒体熱交換器71では、冷媒回路を循環する冷媒と、熱媒体回路60を循環する熱媒体との熱交換が行われる。熱媒体回路60は、中継機70と室内機80との間を接続している。熱媒体回路60には、冷媒-熱媒体熱交換器71、熱媒体を循環させるポンプ61、室内機80内に収容された利用側熱交換器81、等が設けられている。利用側熱交換器81は、内部を流通する熱媒体と不図示の送風機から供給される空気との間で熱交換を行い、室内空間7に供給するための冷房用空気あるいは暖房用空気を生成するものである。図9に示す冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置では、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、冷媒回路、中継機70及び熱媒体回路60を介して室内機80に搬送されるようになっている。冷房運転及び暖房運転における冷媒の流れについては、図3及び図8等を用いて説明した冷媒の流れと同様であるので、その説明を省略する。
 図10は、本実施の形態に係る空気調和機の回路構成のさらに別の一例を示す概略回路構成図である。図10に示す冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置の室外機1には、接続配管41a、41bと、逆止弁42a、42b、42c、42dと、が設けられている。逆止弁42aは、絞り装置14と延長配管5aとの間の冷媒配管に設けられており、絞り装置14から延長配管5aに向かう方向のみに冷媒の流れを許容するものである。逆止弁42bは、延長配管5bと冷媒流路切替装置11との間の冷媒配管に設けられており、延長配管5bから冷媒流路切替装置11に向かう方向のみに冷媒の流れを許容するものである。接続配管41a及び当該接続配管41aに設けられた逆止弁42cは、暖房運転時において圧縮機10から吐出された高圧のガス冷媒を延長配管5aに流入させるものである。接続配管41b及び当該接続配管41bに設けられた逆止弁42dは、暖房運転時において延長配管5bから流入してきた中圧又は低圧の二相冷媒を、絞り装置14及び熱源側熱交換器12を介して圧縮機10の吸入側に流通させるものである。接続配管41aは、室外機1内において、冷媒流路切替装置11と逆止弁42bとの間の冷媒配管と、逆止弁42aと延長配管5aとの間の冷媒配管と、を接続するものである。接続配管41bは、室外機1内において、逆止弁42bと延長配管5bとの間の冷媒配管と、絞り装置14と逆止弁42aとの間の冷媒配管と、を接続するものである。
 また、中継機70には、接続配管72a、72bと、開閉弁73a、73b、73c、73dと、が設けられている。開閉弁73aは、延長配管5aと絞り装置16との間の冷媒配管に設けられている。開閉弁73bは、冷媒-熱媒体熱交換器71と延長配管5bとの間の冷媒配管に設けられている。接続配管72aは、延長配管5aと開閉弁73aとの間の冷媒配管と、冷媒-熱媒体熱交換器71と開閉弁73bとの間の冷媒配管と、を接続するものである。接続配管72aには、開閉弁73cが設けられている。接続配管72bは、開閉弁73aと絞り装置16dとの間の冷媒配管と、開閉弁73bと延長配管5bとの間の冷媒配管と、を接続するものである。接続配管72bには、開閉弁73dが設けられている。
 冷房運転時には、開閉弁73a、73bが開状態になり、開閉弁73c、73dが閉状態となるように制御される。これにより、冷房運転時には、絞り装置14で減圧された中圧の二相冷媒は、逆止弁42a、延長配管5a、開閉弁73aを通って絞り装置16に流入する。また、冷媒-熱媒体熱交換器71から流出した低圧のガス冷媒は、開閉弁73b、延長配管5b、逆止弁42b、冷媒流路切替装置11を通って圧縮機10に吸入される。すなわち、図10に示す空気調和装置では、冷房運転において、延長配管5aには中圧の二相冷媒を流通させ、延長配管5bには低圧のガス冷媒を流通させるようになっている。
 暖房運転時には、開閉弁73a、73bが閉状態になり、開閉弁73c、73dが開状態となるように制御される。これにより、暖房運転時には、圧縮機10から吐出された高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11、接続配管41a(逆止弁42c)、延長配管5a、接続配管72a(開閉弁73c)を通って冷媒-熱媒体熱交換器71に流入する。また、絞り装置16で減圧された中圧又は低圧の二相冷媒は、接続配管72b(開閉弁73d)、延長配管5b、接続配管41b(逆止弁42d)を通って絞り装置14に流入する。すなわち、図10に示す空気調和装置では、暖房運転において、延長配管5aには高圧のガス冷媒を流通させ、延長配管5bには中圧又は低圧の二相冷媒を流通させるようになっている。
 なお、図9及び図10では、1台の室内機80が接続されている構成を例示しているが、熱媒体回路60には複数の室内機80(複数の利用側熱交換器81)が並列に接続されていてももちろんよい。また、各室内機80毎の熱媒体流路には、利用側熱交換器81を流れる熱媒体の流量を制御する流量制御弁が設けられていてもよい。また、冷媒-熱媒体熱交換器71は複数であっても構わない。図10の構成で、冷媒-熱媒体熱交換器71を複数備えるようにすると、冷房暖房混在運転が可能な冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置を構成することができる。
 冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置においても、冷房暖房混在運転が可能なものに関しては、全冷房運転モードで高圧冷媒が流れる延長配管は、冷房暖房切替型の空気調和装置よりも太い配管を使用している。したがって、延長配管に中圧二相冷媒を流すことにより、多くの冷媒量を削減することができる。また、このタイプの空気調和装置においては、室外機1と中継機70との間は冷媒が流れる延長配管5a、5bで接続されており、中継機70と室内機80との間は熱媒体が流れる別の延長配管で接続されている。よって、冷房運転モードにおいて、室外機1の出口側の冷媒を絞り装置14で減圧して中圧二相冷媒にすることにより、室外機1と中継機70との間を接続する延長配管5a内の冷媒量を削減することができる。また、中継機70内で中圧二相冷媒の分岐が必要な場合は、先に説明した構造の分岐部18を用いることで、二相冷媒を二相状態のまま分配することできる。また、冷媒-熱媒体変換型の空気調和装置において、冷房運転時及び暖房運転時の延長配管(二相側)5a及び延長配管(ガス側)5bを流れる冷媒の状態は、冷房暖房混在運転が可能な空気調和装置と同様である。
 また、冷房暖房混在運転が可能な空気調和装置においては、室外機1と室内機2(又は中継機)との間が2本の延長配管(冷媒配管)で接続される2管式であってもよいし、室外機1と室内機2(又は中継機)との間が3本の延長配管(冷媒配管)で接続される3管式であってもよい。これは、室内機2まで冷媒が流れる直膨型、又は中継機から室内機2までは熱媒体が流れる冷媒-熱媒体変換型のいずれであっても同様である。2管式又は3管式のいずれにおいても、複数本(2本又は3本)の延長配管のうち、冷房運転において、凝縮器(熱源側熱交換器12)から流出した冷媒を減圧して中圧二相状態とする絞り装置14を室外機1に設置し、凝縮器から流出した冷媒が室内機2(又は中継機)まで流れる延長配管に中圧二相冷媒を流すようにする。これにより、当該延長配管内の冷媒量を減らすことができ、その結果、冷媒回路全体としての冷媒量を削減することができる。
 以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置は、圧縮機10、熱源側熱交換器12、絞り装置16a~16d、及び利用側熱交換器17a~17dが冷媒配管を介して接続され、内部に冷媒を循環させる冷媒回路を備え、圧縮機10及び熱源側熱交換器12は、室外機1に収容されており、絞り装置16a~16d及び利用側熱交換器17a~17dは、室外機1から離れた位置に設置される筐体(例えば、室内機2a~2d)に収容されており、室外機1と筐体との間は、冷媒配管の一部を構成する複数本の延長配管5a、5bを介して接続されており、冷媒回路は、熱源側熱交換器12が凝縮器として動作し、停止状態にない全ての利用側熱交換器17a~17dが蒸発器として動作する冷房運転が可能であり、室外機1には、冷房運転の冷媒の流れ方向において熱源側熱交換器12よりも下流側でありかつ絞り装置16a~16dよりも上流側となる位置に設けられた絞り装置14が収容されており、絞り装置14と絞り装置16a~16dとの間は、延長配管5a、5bのうちの1本である延長配管5aを介して接続されており、絞り装置14は、冷房運転において延長配管5aに流入する前の冷媒を減圧し、熱源側熱交換器12(凝縮器)内の冷媒圧力よりも低く利用側熱交換器17a~17d(蒸発器)内の冷媒圧力よりも高い中圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、冷房運転において、延長配管5aには、中圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とするものである。
 この構成によれば、延長配管5aに流入する前の冷媒を絞り装置14で減圧して二相化することにより、延長配管5a内の冷媒の密度を小さくすることができ、延長配管5a内の冷媒量を削減することができる。したがって、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。また、冷媒回路の冷媒量を削減することができるため、万が一冷媒が漏れた場合の環境への影響を低減することができる。
 また、本実施の形態に係る空気調和装置は、絞り装置16a~16d及び利用側熱交換器17a~17dはそれぞれ複数設けられており、筐体は、室内空間に冷房用空気又は暖房用空気を供給する複数の室内機2a~2dであり、絞り装置16a~16d及び利用側熱交換器17a~17dは、室内機2a~2dのそれぞれに収容されており、延長配管5aは、室外機1に接続された主管5a0と、室内機2a~2dのそれぞれに接続された複数の枝管5aa~5adと、を有しており、冷房運転において、室外機1から流出した中圧の二相状態の冷媒を、室外機1から室内機2a~2dまで循環させ、冷媒の蒸発後、冷媒を室外機1に戻すことを特徴とするものである。
 この構成によれば、直膨型空気調和装置において、冷媒回路の冷媒量を削減することができる。
 また、本実施の形態に係る空気調和装置は、冷媒-熱媒体熱交換器71で冷媒と熱交換される熱媒体を循環させる熱媒体回路60をさらに備え、筐体は、冷媒回路と熱媒体回路60との間に介在する中継機70であり、冷房運転において、室外機1から流出した中圧の二相状態の冷媒を、室外機1から中継機70まで循環させ、冷媒の蒸発後、冷媒を室外機1に戻すことを特徴とするものである。
 この構成によれば、冷媒-熱媒体変換型空気調和装置において、冷媒回路の冷媒量を削減することができる。
 上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
 1 室外機、2、2a、2b、2c、2d 室内機、5、5a、5b 延長配管、5a0、5b0 主管、5aa、5ab、5ac、5ad、5ba、5bb、5bc、5bd 枝管、6 室外空間、7 室内空間、9 建物、10 圧縮機、11 冷媒流路切替装置、12 熱源側熱交換器、14 絞り装置、15 アキュムレータ、16、16a、16b、16c、16d 絞り装置、17、17a、17b、17c、17d 利用側熱交換器、18、18a、18b、18c、18d 分岐部、19a、19b、19c、19d 合流部、21 吐出冷媒温度検出装置、22 高圧検出装置、23 低圧検出装置、24 液冷媒温度検出装置、27、27a、27b、27c、27d 液冷媒温度検出装置、28、28a、28b、28c、28d ガス冷媒温度検出装置、30 流入口、31、32 流出口、40 液冷媒温度検出装置、41a、41b 接続配管、42a、42b、42c、42d 逆止弁、50 制御装置、60 熱媒体回路、61 ポンプ、70 中継機、71 冷媒-熱媒体熱交換器、72a、72b 接続配管、73a、73b、73c、73d 開閉弁、80 室内機、81 利用側熱交換器、100 空気調和装置。

Claims (15)

  1.  圧縮機、第一の熱交換器、少なくとも1つの第一の絞り装置、及び少なくとも1つの第二の熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
     前記圧縮機及び前記第一の熱交換器は、熱源機に収容されており、
     前記第一の絞り装置及び前記第二の熱交換器は、前記熱源機から離れた位置に設置される筐体に収容されており、
     前記熱源機と前記筐体との間は、前記冷媒配管の一部を構成する複数本の延長配管を介して接続されており、
     前記冷媒回路は、前記第一の熱交換器が凝縮器として動作し、停止状態にない全ての前記第二の熱交換器が蒸発器として動作する冷房運転が可能であり、
     前記熱源機には、前記冷房運転の冷媒の流れ方向において前記第一の熱交換器よりも下流側でありかつ前記第一の絞り装置よりも上流側となる位置に設けられた第二の絞り装置が収容されており、
     前記第二の絞り装置と前記第一の絞り装置との間は、前記延長配管のうちの1本である第一の延長配管を介して接続されており、
     前記第二の絞り装置は、前記冷房運転において前記第一の延長配管に流入する前の冷媒を減圧し、前記凝縮器内の冷媒圧力よりも低く前記蒸発器内の冷媒圧力よりも高い中圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、
     前記冷房運転において、前記第一の延長配管には、前記中圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とする空気調和装置。
  2.  前記第一の絞り装置及び前記第二の熱交換器はそれぞれ複数設けられており、
     前記筐体は、室内空間に冷房用空気又は暖房用空気を供給する複数の室内機であり、
     前記第一の絞り装置及び前記第二の熱交換器は、前記室内機のそれぞれに収容されており、
     前記第一の延長配管は、前記熱源機に接続された主管と、前記室内機のそれぞれに接続された複数の枝管と、を有しており、
     前記冷房運転において、前記熱源機から流出した中圧の二相状態の冷媒を、前記熱源機から前記室内機まで循環させ、前記冷媒の蒸発後、前記冷媒を前記熱源機に戻すことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  前記第二の熱交換器で冷媒と熱交換される熱媒体を循環させる熱媒体回路をさらに備え、
     前記筐体は、前記冷媒回路と前記熱媒体回路との間に介在する中継機であり、
     前記冷房運転において、前記熱源機から流出した中圧の二相状態の冷媒を、前記熱源機から前記中継機まで循環させ、前記冷媒の蒸発後、前記冷媒を前記熱源機に戻すことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  4.  前記第一の延長配管は、前記熱源機に接続された主管と、前記主管と前記筐体との間を接続する枝管と、前記主管から前記枝管を分岐させる分岐部と、を有しており、
     前記分岐部は、前記冷房運転において、前記主管を流れる二相状態の冷媒の一部を二相状態のまま前記枝管に分流させる構造を有していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。
  5.  前記分岐部は、Y形又はT形の継手構造を有しており、
     前記分岐部は、前記冷房運転の冷媒の流れ方向において、下方から上方又は上方から下方に流れる冷媒がほぼ左右方向に分流されるような向きに設置されることを特徴とする請求項4に記載の空気調和装置。
  6.  前記冷媒回路は、前記第一の熱交換器が蒸発器として動作し、停止状態にない全ての前記第二の熱交換器が凝縮器として動作する暖房運転が可能であり、
     前記第一の絞り装置は、前記暖房運転において前記第一の延長配管に流入する前の冷媒を減圧し、前記中圧又は前記蒸発器内の冷媒圧力である低圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、
     前記暖房運転において、前記第一の延長配管には、前記中圧又は前記低圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7.  前記冷媒回路は、前記第一の熱交換器が蒸発器として動作し、停止状態にない全ての前記第二の熱交換器が凝縮器として動作する暖房運転が可能であり、
     前記暖房運転の際には、前記第一の絞り装置と前記第二の絞り装置との間は、前記延長配管のうち前記第一の延長配管とは別の第二の延長配管を介して接続されるものであり、
     前記第一の絞り装置は、前記暖房運転において前記第二の延長配管に流入する前の冷媒を減圧し、前記中圧又は前記蒸発器内の冷媒圧力である低圧で、かつ二相状態の冷媒とするものであり、
     前記暖房運転において、前記第二の延長配管には、前記中圧又は前記低圧でかつ二相状態の冷媒を流通させることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8.  R32を主成分とする冷媒が用いられ、
     前記冷房運転において、前記第一の延長配管に流通させる冷媒の乾き度は、0.0633~0.3062の乾き度範囲内の値であることを特徴とする請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9.  前記乾き度は、0.1310~0.3062の乾き度範囲内の値であることを特徴とする請求項8に記載の空気調和装置。
  10.  R32とテトラフルオロプロペン系冷媒との混合冷媒が用いられ、
     前記混合冷媒におけるR32の混合比率をR(1/100wt%)としたとき、
     前記冷房運転において、前記第一の延長配管に流通させる冷媒の乾き度は、(-0.0782×R+0.1399)~(-0.0933×R+0.3999)の乾き度範囲内の値であることを特徴とする請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11.  前記乾き度は、(-0.1002×R+0.2297)~(-0.0933×R+0.3999)の乾き度範囲内の値であることを特徴とする請求項10に記載の空気調和装置。
  12.  前記乾き度は、前記乾き度範囲の中央値から上限値までの値であることを特徴とする請求項8~請求項11のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  13.  前記冷房運転の冷媒の流れ方向における前記第二の絞り装置の下流側に設けられ、冷媒の圧力又は飽和温度を検出する中圧検出装置と、
     前記中圧検出装置の検出圧力又は検出温度に基づいて前記第二の絞り装置の開度を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  14.  前記圧縮機の吸入側に設けられ、冷媒の圧力を検出する低圧検出装置をさらに備え、
     前記制御装置は、前記中圧でかつ二相状態の冷媒の圧力又は飽和温度の制御目標値を前記低圧検出装置の検出圧力に基づいて変更し、前記中圧検出装置の検出圧力又は検出温度が前記制御目標値に近づくように前記第二の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項13に記載の空気調和装置。
  15.  前記圧縮機の吐出側に設けられ、冷媒の圧力を検出する高圧検出装置と、
     前記冷房運転の冷媒の流れ方向における前記第一の熱交換器の下流側でかつ前記第二の絞り装置の上流側に設けられ、冷媒の温度を検出する液冷媒温度検出装置と、をさらに備え、
     前記制御装置は、前記中圧でかつ二相状態の冷媒の圧力又は飽和温度の制御目標値を前記高圧検出装置の検出圧力及び前記液冷媒温度検出装置の検出温度に基づいて変更し、前記中圧検出装置の検出圧力又は検出温度が前記制御目標値に近づくように前記第二の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の空気調和装置。
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