(57)【要約】【課題】冷媒と共に流れる冷凍機油が、均等に分かれるべき流路分岐部で均等に分離されない事態に対応する。【解決手段】超臨界状態に遷移する冷媒を流通させる冷凍サイクル用の冷媒回路を有し、亜臨界状態の高圧液冷媒を２つ以上の流路に分流する分流装置１４を備え、分流装置１４は、冷媒の液状態の時の流れ方向に対して、ほぼ水平方向またはほぼ鉛直上向き方向に設置されているように構成することにより、冷凍機油が均等に分流され、熱交換性能を損なうことなく、熱媒体の搬送動力も小さく抑えた省エネ性の高い冷凍サイクル装置。【選択図】図２
2014089042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器とが接続された冷媒回路を有し、前記冷媒回路内に超臨界状態に遷移する冷媒を流通させる冷凍サイクルを構成し、
前記第一の熱交換器に超臨界状態の前記冷媒を流通させて前記第一の熱交換器をガスクーラーとして、または、亜臨界状態の前記冷媒を流通させて凝縮器として動作させ、
前記第二の熱交換器に低圧二相状態の前記冷媒を流通させて蒸発器として動作させ、
前記冷媒回路内に、前記冷媒がその臨界圧力より低い圧力の状態である前記亜臨界状態において、ある温度以下では相溶性を示しある温度よりも高い温度では非相溶性あるいは難相溶性を示す冷凍機油を封入し、
前記第一の熱交換器の出口側から前記絞り装置の入口側に至る流路のいずれかの位置に前記冷媒を２つ以上の流路に分流する分流装置を備え、
前記分流装置は、前記冷媒が亜臨界状態で運転されている時に液状態となっている位置に設置され、前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ水平方向またはほぼ鉛直上向き方向とされており、
空気とは異なる熱媒体が流通し前記熱媒体と周囲空気との間で熱交換する利用側熱交換器を収容し、空調対象空間を空調できる位置に設置された複数の室内機と、
前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器の一方を、前記冷媒と周囲空気との間で熱交換するようにした熱源側熱交換器と、
前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器の他方を、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換するようにした少なくとも２台の熱媒体間熱交換器と、
前記圧縮機の出口側流路を、前記熱源側熱交換器と前記熱媒体間熱交換器との間で切替える第一の冷媒流路切替装置と、
前記熱媒体間熱交換器の冷媒側流路を、前記圧縮機の出口側又は前記熱源側熱交換器の出口側と接続される高温高圧の前記冷媒が流れる高圧側流路と、前記圧縮機の入口側又は前記熱源側熱交換器の入口側と接続される低温低圧の冷媒が流れる低圧側流路との間で切替える第二の冷媒流路切替装置と、
前記熱媒体を前記熱媒体間熱交換器と前記利用側熱交換器との間で循環させる熱媒体送出装置と、
複数の前記利用側熱交換器の熱媒体流路の入口側または出口側に設置され前記利用側熱交換器に対する前記熱媒体の循環量を調整する複数の利用側流量制御装置と、
前記複数の利用側熱交換器の熱媒体側流路の入口側および出口側のそれぞれに設置された複数の熱媒体流路切替装置と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ水平方向であり、かつ、前記冷媒が前記分流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ前記分流装置への流入方向に対してほぼ直角な方向であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ水平方向であり、かつ、前記冷媒が前記分流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ前記分流装置への流入方向に対してほぼ平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ鉛直上向きであり、かつ、前記冷媒が前記分流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ前記分流装置への流入方向に対してほぼ直角な方向であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ鉛直上向きであり、かつ、前記冷媒が前記分流装置から流出する方向がほぼ鉛直上向きかつ前記分流装置への流入方向に対してほぼ平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷凍機油の、非相溶性あるいは難相溶性と相溶性との境界の温度は、−１０度から１５度の間の温度であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
少なくとも前記圧縮機、複数の前記第一の冷媒流路切替装置および前記熱源側熱交換器を室外機に収容し、
少なくとも前記絞り装置、前記複数の熱媒体間熱交換器および複数の前記第二の冷媒流路切替装置を熱媒体変換機に収容し、
前記室外機と前記熱媒体変換機と前記室内機とは、それぞれ別体に形成されて互いに離れた場所に設置できるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記複数の熱媒体間熱交換器のすべてに高温高圧の前記冷媒を流して前記熱媒体を加熱する全暖房運転モードと、前記複数の熱媒体間熱交換器のすべてに低温低圧の前記冷媒を流して前記熱媒体を冷却する全冷房運転モードと、前記複数の熱媒体間熱交換器の一部に高温高圧の冷媒を流して前記熱媒体を加熱しかつ前記複数の熱媒体間熱交換器の一部に低温低圧の冷媒を流して前記熱媒体を冷却する冷房暖房混在運転モードと、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記室外機と前記熱媒体変換機とを２本の配管で接続したことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される冷凍サイクル装置に係り、特に、高圧側が冷媒の臨界圧力を超える圧力となる冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ビル用マルチエアコンなどの冷凍サイクル装置の一種である空気調和装置においては、たとえば室外に配置した熱源機である室外機と室内に配置した室内機との間に冷媒を循環させることによって冷房運転又は暖房運転を実行するようになっている。具体的には、冷媒が放熱して加熱された空気あるいは冷媒が吸熱して冷却された空気により空調対象空間の冷房または暖房を行なっていた。このような空気調和装置に使用される冷媒としては、従来はＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒が多く使われており、これらの冷媒は圧力が臨界圧力よりも低い、亜臨界領域にて運転されていた。
【０００３】
しかし、近年は、二酸化炭素（ＣＯ２）等の自然冷媒を使うものも提案されており、二酸化炭素等においては、臨界温度が低いため、高圧側のガスクーラー内の冷媒圧力が臨界圧力を超える超臨界状態で冷凍サイクル運転が行われる。この場合には、冷媒と共に流れる冷凍機油が均等に分かれるべき流路分岐部で均等に分離されないおそれがあり、その場合に冷凍サイクルの熱交換性能を損なうおそれがあった。
【０００４】
また、チラーシステムに代表される空気調和装置では、室外に配置した熱源機において、冷熱または温熱を生成し、室外機内に配置した熱交換器で水や不凍液等の熱媒体を加熱または冷却し、これを空調対象域に配置した室内機であるファンコイルユニットやパネルヒーター等に搬送し、冷房あるいは暖房を実行するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
また、熱源機と室内機の間に４本の水配管を接続し、冷却、加熱した水等を同時に供給し、室内機において冷房または暖房を自由に選択できる排熱回収型チラーと呼ばれる熱源側熱交換器も存在している（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
１次冷媒及び２次冷媒の熱交換器を各室内機の近傍に配置し、室内機に２次冷媒を搬送するように構成されている空気調和装置も存在している（たとえば、特許文献３参照）。
また、室外機と熱交換器を持つ分岐ユニットとの間を２本の配管で接続し、室内機に２次冷媒を搬送するように構成されている空気調和装置も存在している（たとえば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４０４４４号公報（第４頁、図１等）
【特許文献２】特開平５−２８０８１８号公報（第４、５頁、図１等）
【特許文献３】特開２００１−２８９４６５号公報（第５〜８頁、図１、図２等）
【特許文献４】特開２００３−３４３９３６号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
二酸化炭素は地球温暖化係数が小さいため地球環境への影響も少なくできる。しかし、二酸化炭素等のように臨界温度が低い冷媒の場合には、高圧側のガスクーラー内の冷媒圧力が臨界圧力を超える超臨界状態で冷凍サイクル運転が行われる。この場合には、冷媒と共に流れる冷凍機油が、均等に分かれるべき流路分岐部で均等に分離されない事態が生じ、冷凍サイクルの熱交換性能を損なうおそれがあった。
【０００８】
また、従来のビル用マルチエアコンなどの空気調和装置では、室内機まで冷媒を循環させているため、冷媒が室内等に漏れる可能性があった。そこで、冷媒としては、不燃性の冷媒のみが使用されており、安全面より、地球温暖化係数の小さい可燃性の冷媒を使用することができなかった。一方、特許文献１および特許文献２に記載されているような空気調和装置では、冷媒は屋外に設置された熱源機内のみで循環されており、冷媒が室内機を通過することはなく、冷媒として可燃性の冷媒を用いたとしても、冷媒が室内に漏れることはない。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されているような空気調和装置では、建物外の熱源機において熱媒体を加熱または冷却し、室内機側に搬送する必要があるため、熱媒体の循環経路が長くなる。ここで、熱媒体により、所定の加熱あるいは冷却の仕事をする熱を搬送しようとすると、循環経路が長くなると、搬送動力によるエネルギーの消費量が、冷媒を室内機搬送する空気調和装置よりも、非常に大きくなる。このことから、空気調和装置において、熱媒体の循環をうまく制御することができれば省エネルギー化を図れることがわかる。
【０００９】
特許文献２に記載されているような空気調和装置においては、室内機毎に冷房または暖房を選択できるようにするためには室外側から室内まで４本の配管を接続しなければならず、工事性が悪いものとなっていた。特許文献３に記載されている空気調和装置においては、ポンプ等の２次媒体循環手段を室内機個別に持つ必要があるため、高価なシステムとなるだけでなく、騒音も大きいものとなり、実用的なものではなかった。加えて、熱交換器が室内機の近傍にあるため、冷媒が室内に近い場所で漏れるという危険性を排除することができず、可燃性の冷媒を使用することができなかった。
特許文献４に記載されているような空気調和装置においては、熱交換後の１次冷媒が熱交換前の１次冷媒と同じ流路に流入しているため、複数の室内機を接続した場合に、各室内機にて最大能力を発揮することができず、エネルギー的に無駄な構成となっていた。また、分岐ユニットと延長配管との接続が冷房２本、暖房２本の合計４本の配管でなされているため、結果的に室外機と分岐ユニットとが４本の配管で接続されているシステムと類似の構成となっており、工事性が悪いシステムとなっていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に対応してなされたものであり、その主目的は、冷媒として超臨界状態に遷移する二酸化炭素等を用いた冷凍サイクル装置において、冷媒の分岐部で生じる上記の問題を解決して、省エネルギー化を図ることができる冷凍サイクル装置を提案することである。
これに加えて、上記に列挙された課題に対処することを補助的な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器とが接続された冷媒回路を有し、前記冷媒回路内に超臨界状態に遷移する冷媒を流通させる冷凍サイクルを構成し、前記第一の熱交換器に超臨界状態の前記冷媒を流通させて前記第一の熱交換器をガスクーラーとして、または、亜臨界状態の前記冷媒を流通させて凝縮器として動作させ、前記第二の熱交換器に低圧二相状態の前記冷媒を流通させて蒸発器として動作させ、前記冷媒回路内に、前記冷媒がその臨界圧力より低い圧力の状態である前記亜臨界状態において、ある温度以下では相溶性を示しある温度よりも高い温度では非相溶性あるいは難相溶性を示す冷凍機油を封入し、前記第一の熱交換器の出口側から前記絞り装置の入口側に至る流路のいずれかの位置に前記冷媒を２つ以上の流路に分流する分流装置を備え、前記分流装置は、前記冷媒が亜臨界状態で運転されている時に液状態となっている位置に設置され、前記冷媒が前記分流装置に流入する方向がほぼ水平方向またはほぼ鉛直上向き方向とされており、空気とは異なる熱媒体が流通し前記熱媒体と周囲空気との間で熱交換する利用側熱交換器を収容し、空調対象空間を空調できる位置に設置された複数の室内機と、前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器の一方を、前記冷媒と周囲空気との間で熱交換するようにした熱源側熱交換器と、前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器の他方を、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換するようにした少なくとも２台の熱媒体間熱交換器と、前記圧縮機の出口側流路を、前記熱源側熱交換器と前記熱媒体間熱交換器との間で切替える第一の冷媒流路切替装置と、前記熱媒体間熱交換器の冷媒側流路を、前記圧縮機の出口側又は前記熱源側熱交換器の出口側と接続される高温高圧の前記冷媒が流れる高圧側流路と、前記圧縮機の入口側又は前記熱源側熱交換器の入口側と接続される低温低圧の冷媒が流れる低圧側流路との間で切替える第二の冷媒流路切替装置と、前記熱媒体を前記熱媒体間熱交換器と前記利用側熱交換器との間で循環させる熱媒体送出装置と、複数の前記利用側熱交換器の熱媒体流路の入口側または出口側に設置され前記利用側熱交換器に対する前記熱媒体の循環量を調整する複数の利用側流量制御装置と、前記複数の利用側熱交換器の熱媒体側流路の入口側および出口側のそれぞれに設置された複数の熱媒体流路切替装置と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の冷凍サイクル装置は、冷媒が亜臨界状態で運転されている時に液状態となっている位置において、冷媒の液状態の時の流れ方向に対して、ほぼ水平方向またはほぼ鉛直上向き方向に、分流装置を設置したことにより、亜臨界状態で運転されても、冷媒と共に流れる冷凍機油が均等に分配されるため、必要な熱交換量を維持しながらＣＯＰを高く維持することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム回路図。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の全冷房運転時のシステム回路図。
【図４】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の全暖房運転時のシステム回路図。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房主体運転時のシステム回路図。
【図６】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房主体運転時のシステム回路図。
【図７】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のＰ−ｈ線図（圧力−エンタルピ線図）。
【図８】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別のＰ−ｈ線図（圧力−エンタルピ線図）。
【図９】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷凍機油の溶解度線図。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒と冷凍機油の温度と密度の関係図。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の冷凍機油の溶解度線図。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の冷媒と冷凍機油の温度と密度の関係図。
【図１３】この発明の実施の形態１で使用する冷媒分配装置を上面側から見た拡大図。
【図１４】この発明の実施の形態１で使用する別の冷媒分配装置を上面側から見た拡大図。
【図１５】この発明の実施の形態１で使用する別の冷媒分配装置を側面側から見た拡大図。
【図１６】この発明の実施の形態１で使用する別の冷媒分配装置を側面側から見た拡大図。
【図１７】この発明が適用可能な直膨式冷凍サイクル装置の例示図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図１及び図２に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、冷媒（熱源側冷媒、熱媒体）を循環させる冷凍サイクル（冷媒循環回路Ａ、熱媒体循環回路Ｂ）を利用することで各室内機が運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードを自由に選択できるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１５】
図１においては、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、複数台の室内機２と、室外機１と室内機２との間に介在する熱媒体変換機３と、を有している。熱媒体変換機３は、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行なうものである。室外機１と熱媒体変換機３とは、熱源側冷媒を導通する冷媒配管４で接続されている。熱媒体変換機３と室内機２とは、熱媒体を導通する熱媒体配管５で接続されている。そして、室外機１で生成された冷熱あるいは温熱は、熱媒体変換機３を介して室内機２に配送されるようになっている。
【００１６】
室外機１は、通常、ビル等の建物９の外の空間（たとえば、屋上等）である室外空間６に配置され、熱媒体変換機３を介して室内機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（たとえば、居室等）である室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。熱媒体変換機３は、室外機１及び室内機２とは別筐体として、室外空間６及び室内空間７とは別の位置に設置できるように構成されており、室外機１及び室内機２とは冷媒配管４及び熱媒体配管５でそれぞれ接続され、室外機１から供給される冷熱あるいは温熱を室内機２に伝達するものである。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置においては、室外機１と熱媒体変換機３とが２本の冷媒配管４を用いて、熱媒体変換機３と各室内機２とが２本の熱媒体配管５を用いて、それぞれ接続されている。このように、本実施の形態に係る空気調和装置では、２本の配管４，５を用いて各ユニット（室外機１、室内機２及び熱媒体変換機３）を接続することにより、施工が容易となっている。
【００１８】
なお、図１においては、熱媒体変換機３が、建物９の内部ではあるが室内空間７とは別の空間である天井裏等の空間（以下、単に空間８と称する）に設置されている状態を例に示している。熱媒体変換機３は、その他、エレベーター等がある共用空間等に設置することも可能である。また、図１及び図２においては、室内機２が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではなく、天井埋込型や天井吊下式等、室内空間７に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。
【００１９】
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に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外機１は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよく、排気ダクトで廃熱を建物９の外に排気することができるのであれば建物９の内部に設置してもよく、あるいは、水冷式の室外機１を用いる場合にも建物９の内部に設置するようにしてもよい。このような場所に室外機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。
【００２０】
また、熱媒体変換機３は、室外機１の近傍に設置することもできる。ただし、熱媒体変換機３から室内機２までの距離が長すぎると、熱媒体の搬送動力がかなり大きくなるため、省エネの効果は薄れることに留意が必要である。さらに、室外機１、室内機２及び熱媒体変換機３の接続台数を図１及び図２に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る空気調和装置が設置される建物９に応じて台数を決定すればよい。
【００２１】
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と熱媒体変換機３とが、熱媒体変換機３に備えられている熱媒体間熱交換器１５（１５ａ，１５ｂ）を介して冷媒配管４で接続されている。また、熱媒体変換機３と室内機２とが、熱媒体間熱交換器１５（１５ａ，１５ｂ）を介して熱媒体配管５で接続されている。
【００２２】
［室外機１］
室外機１には、圧縮機１０と、四方弁等の第一の冷媒流路切替装置１１と、熱源側熱交換器１２と、アキュムレーター１９とが冷媒配管４で直列に接続されて搭載されている。また、室外機１には、第１接続配管４ａ、第２接続配管４ｂ、逆止弁１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が設けられている。第１接続配管４ａ、第２接続配管４ｂ、逆止弁１３ａ〜１３ｄを設けることで、室内機２の要求する運転に関わらず、熱媒体変換機３に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。
【００２３】
圧縮機１０は、熱源側冷媒を吸入し、その熱源側冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第一の冷媒流路切替装置１１は、暖房運転時（全暖房運転モード時及び暖房主体運転モード時）における熱源側冷媒の流れと冷房運転時（全冷房運転モード時及び冷房主体運転モード時）における熱源側冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器１２は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時にはガスクーラーとして機能し、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱源側冷媒との間で熱交換を行ない、その熱源側冷媒を蒸発ガス化又は冷却するものである。アキュムレーター１９は、圧縮機１０の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。
【００２４】
逆止弁１３ｄは、熱媒体変換機３と第一の冷媒流路切替装置１１との間における冷媒配管４に設けられ、所定の方向（熱媒体変換機３から室外機１への方向）のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁１３ａは、熱源側熱交換器１２と熱媒体変換機３との間における冷媒配管４に設けられ、所定の方向（室外機１から熱媒体変換機３への方向）のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁１３ｂは、第１接続配管４ａに設けられ、暖房運転時において圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱媒体変換機３に流通させるものである。逆止弁１３ｃは、第２接続配管４ｂに設けられ、暖房運転時において熱媒体変換機３から戻ってきた熱源側冷媒を圧縮機１０の吸入側に流通させるものである。
【００２５】
第１接続配管４ａは、室外機１内において、第一の冷媒流路切替装置１１と逆止弁１３ｄとの間における冷媒配管４と、逆止弁１３ａと熱媒体変換機３との間における冷媒配管４と、を接続するものである。第２接続配管４ｂは、室外機１内において、逆止弁１３ｄと熱媒体変換機３との間における冷媒配管４と、熱源側熱交換器１２と逆止弁１３ａとの間における冷媒配管４と、を接続するものである。なお、図２では、第１接続配管４ａ、第２接続配管４ｂ、逆止弁１３ａ〜１３ｄを設けた場合を例に示しているが、循環方向が同じになる別の構成を採用しても良く、またこれらを用いない構成としても良い。
【００２６】
［室内機２］
室内機２には、それぞれ利用側熱交換器２６が搭載されている。この利用側熱交換器２６は、熱媒体配管５によって熱媒体変換機３の熱媒体流量調整装置２５と第二の熱媒体流路切替装置２３に接続するようになっている。この利用側熱交換器２６は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、室内空間７に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
【００２７】
この図２では、４台の室内機２が熱媒体変換機３に接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機２ａ、室内機２ｂ、室内機２ｃ、室内機２ｄとして図示している。また、室内機２ａ〜室内機２ｄに応じて、利用側熱交換器２６も、紙面下側から利用側熱交換器２６ａ、利用側熱交換器２６ｂ、利用側熱交換器２６ｃ、利用側熱交換器２６ｄとして図示している。なお、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。
【００２８】
［熱媒体変換機３］
熱媒体変換機３には、２つの熱媒体間熱交換器１５（１５ａ，１５ｂ）と、２つの絞り装置１６（１６ａ，１６ｂ）と、２つの開閉装置１７（１７ａ，１７ｂ）と、２つの第二の冷媒流路切替装置１８（１８ａ，１８ｂ）と、流体送出装置である２つのポンプ２１（２１ａ，２１ｂ）と、４つの第一の熱媒体流路切替装置２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）と、４つの第二の熱媒体流路切替装置２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）と、４つの熱媒体流量調整装置２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ）と、が搭載されている。
【００２９】
２つの熱媒体間熱交換器１５（１５ａ，１５ｂ）は、ガスクーラー又は蒸発器として機能し、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行ない、室外機１で生成され熱源側冷媒に貯えられた冷熱又は温熱を熱媒体に伝達するものである。熱媒体間熱交換器１５ａは、冷媒循環回路Ａにおける絞り装置１６ａと第二の冷媒流路切替装置１８ａとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の加熱に供するものである。また、熱媒体間熱交換器１５ｂは、冷媒循環回路Ａにおける絞り装置１６ｂと第二の冷媒流路切替装置１８ｂとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の冷却に供するものである。
【００３０】
２つの絞り装置１６（１６，１６ｂ）は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置１６ａは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器１５ａの上流側に設けられている。絞り装置１６ｂは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器１５ｂの上流側に設けられている。２つの絞り装置１６は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
【００３１】
２つの開閉装置１７（１７ａ，１７ｂ）は、二方弁等で構成されており、冷媒配管４を開閉するものである。開閉装置１７ａは、熱源側冷媒の入口側における冷媒配管４に設けられている。開閉装置１７ｂは、熱源側冷媒の入口側と出口側の冷媒配管４を接続した配管に設けられている。２つの第二の冷媒流路切替装置１８（１８ａ、１８ｂ）は、四方弁等で構成され、運転モードに応じて熱源側冷媒の流れを切り替えるものである。第二の冷媒流路切替装置１８ａは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器１５ａの下流側に設けられており、第二の冷媒流路切替装置１８ｂは、全冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器１５ｂの下流側に設けられている。
【００３２】
２つのポンプ２１（２１ａ，２１ｂ）は、熱媒体配管５を導通する熱媒体を循環させるものである。ポンプ２１ａは、熱媒体間熱交換器１５ａと第二の熱媒体流路切替装置２３との間における熱媒体配管５に設けられている。ポンプ２１ｂは、熱媒体間熱交換器１５ｂと第二の熱媒体流路切替装置２３との間における熱媒体配管５に設けられている。これらのポンプ２１は、たとえば容量制御可能なポンプ等で構成するとよい。
【００３３】
４つの第一の熱媒体流路切替装置２２（２２ａ〜２２ｄ）は、三方弁等で構成されており、熱媒体の流路を切り替えるものである。第一の熱媒体流路切替装置２２は、室内機２の設置台数に応じた個数（ここでは４つ）が設けられるようになっている。第一の熱媒体流路切替装置２２は、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器１５ａに、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器１５ｂに、三方のうちの一つが熱媒体流量調整装置２５に、それぞれ接続され、利用側熱交換器２６の熱媒体流路の出口側に設けられている。なお、室内機２に対応させて、紙面下側から２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとして図示している。
【００３４】
４つの第二の熱媒体流路切替装置２３（２３ａ〜２３ｄ）は、三方弁等で構成されており、熱媒体の流路を切り替えるものである。第二の熱媒体流路切替装置２３は、室内機２の設置台数に応じた個数（ここでは４つ）が設けられるようになっている。第二の熱媒体流路切替装置２３は、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器１５ａに、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器１５ｂに、三方のうちの一つが利用側熱交換器２６に、それぞれ接続され、利用側熱交換器２６の熱媒体流路の入口側に設けられている。なお、室内機２に対応させて、紙面下側から２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとして図示している。
【００３５】
４つの熱媒体流量調整装置２５（２５ａ〜２５ｄ）は、開口面積を制御できる二方弁等で構成されており、熱媒体配管５に流れる流量を制御するものである。熱媒体流量調整装置２５は、室内機２の設置台数に応じた個数（ここでは４つ）が設けられるようになっている。熱媒体流量調整装置２５は、一方が利用側熱交換器２６に、他方が第一の熱媒体流路切替装置２２に、それぞれ接続され、利用側熱交換器２６の熱媒体流路の出口側に設けられている。なお、室内機２に対応させて、紙面下側から２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとして図示している。熱媒体流量調整装置２５は、利用側熱交換器２６の熱媒体流路の入口側に設けてもよい。
【００３６】
また、熱媒体変換機３には、各種検出装置（２つの第１温度センサー３１（３１ａ，３１ｂ）、４つの第２温度センサー３４（３４ａ〜３４ｄ）、４つの第３温度センサー３５（３５ａ〜３５ｄ）、及び、圧力センサー３６）が設けられている。これらの検出装置で検出された情報（温度情報、圧力情報）は、空気調和装置１００の動作を統括制御する制御装置（図示省略）に送られ、圧縮機１０の駆動周波数、図示省略の送風機の回転数、第一の冷媒流路切替装置１１の切り替え、ポンプ２１の駆動周波数、第二の冷媒流路切替装置１８の切り替え、熱媒体の流路の切替等の制御に利用されることになる。
【００３７】
２つの第１温度センサー３１（３１ａ，３１ｂ）は、熱媒体間熱交換器１５から流出した熱媒体、つまり熱媒体間熱交換器１５の出口における熱媒体の温度を検出するものであり、たとえばサーミスター等で構成するとよい。第１温度センサー３１ａは、ポンプ２１ａの入口側における熱媒体配管５に設けられている。第１温度センサー３１ｂは、ポンプ２１ｂの入口側における熱媒体配管５に設けられている。
【００３８】
４つの第２温度センサー３４（３４ａ〜３４ｄ）は、第一の熱媒体流路切替装置２２と熱媒体流量調整装置２５との間に設けられ、利用側熱交換器２６から流出した熱媒体の温度を検出するものであり、サーミスター等で構成するとよい。第２温度センサー３４は、室内機２の設置台数に応じた個数（ここでは４つ）が設けられるようになっている。なお、室内機２に対応させて、紙面下側から３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとして図示している。
【００３９】
４つの第３温度センサー３５（３５ａ〜３５ｄ）は、熱媒体間熱交換器１５の熱源側冷媒の入口側または出口側に設けられ、熱媒体間熱交換器１５に流入する熱源側冷媒の温度または熱媒体間熱交換器１５から流出した熱源側冷媒の温度を検出するものであり、サーミスター等で構成するとよい。第３温度センサー３５ａは、熱媒体間熱交換器１５ａと第二の冷媒流路切替装置１８ａとの間に設けられている。第３温度センサー３５ｂは、熱媒体間熱交換器１５ａと絞り装置１６ａとの間に設けられている。第３温度センサー３５ｃは、熱媒体間熱交換器１５ｂと第二の冷媒流路切替装置１８ｂとの間に設けられている。第３温度センサー３５ｄは、熱媒体間熱交換器１５ｂと絞り装置１６ｂとの間に設けられている。
【００４０】
圧力センサー３６は、第３温度センサー３５ｄの設置位置と同様に、熱媒体間熱交換器１５ｂと絞り装置１６ｂとの間に設けられ、熱媒体間熱交換器１５ｂと絞り装置１６ｂとの間を流れる熱源側冷媒の圧力を検出するものである。
【００４１】
また、図示省略の制御装置は、マイコン等で構成されており、各種検出装置での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、圧縮機１０の駆動周波数、送風機の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、第一の冷媒流路切替装置１１の切り替え、ポンプ２１の駆動、絞り装置１６の開度、開閉装置１７の開閉、第二の冷媒流路切替装置１８の切り替え、第一の熱媒体流路切替装置２２の切り替え、第二の熱媒体流路切替装置２３の切り替え、及び、熱媒体流量調整装置２５の開度等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。なお、制御装置は、ユニット毎に設けてもよく、室外機１または熱媒体変換機３に設けてもよい。
【００４２】
熱媒体を導通する熱媒体配管５は、熱媒体間熱交換器１５ａに接続されるものと、熱媒体間熱交換器１５ｂに接続されるものと、で構成されている。熱媒体配管５は、熱媒体変換機３に接続される室内機２の台数に応じて分岐（ここでは、各４分岐）されている。そして、熱媒体配管５は、第一の熱媒体流路切替装置２２、及び、第二の熱媒体流路切替装置２３で接続されている。第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３を制御することで、熱媒体間熱交換器１５ａからの熱媒体を利用側熱交換器２６に流入させるか、熱媒体間熱交換器１５ｂからの熱媒体を利用側熱交換器２６に流入させるかが決定されるようになっている。
【００４３】
そして、空気調和装置１００では、圧縮機１０、第一の冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、開閉装置１７、第二の冷媒流路切替装置１８、熱媒体間熱交換器１５の冷媒流路、絞り装置１６、及び、アキュムレーター１９を、冷媒配管４で接続して冷媒循環回路Ａを構成している。また、熱媒体間熱交換器１５の熱媒体流路、ポンプ２１、第一の熱媒体流路切替装置２２、熱媒体流量調整装置２５、利用側熱交換器２６、及び、第二の熱媒体流路切替装置２３を、熱媒体配管５で接続して熱媒体循環回路Ｂを構成している。つまり、熱媒体間熱交換器１５のそれぞれに複数台の利用側熱交換器２６が並列に接続され、熱媒体循環回路Ｂを複数系統としているのである。
【００４４】
よって、空気調和装置１００では、室外機１と熱媒体変換機３とが、熱媒体変換機３に設けられている熱媒体間熱交換器１５ａ，１５ｂを介して接続され、熱媒体変換機３と室内機２とも、熱媒体間熱交換器１５ａ，１５ｂを介して接続されている。すなわち、空気調和装置１００では、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂで冷媒循環回路Ａを循環する熱源側冷媒と熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体とが熱交換するようになっている。
【００４５】
次に、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。この空気調和装置１００は、各室内機２からの指示に基づいて、その室内機２で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。つまり、空気調和装置１００は、室内機２の全部で同一運転をすることができるとともに、室内機２のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。
【００４６】
空気調和装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内機２の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、駆動している室内機２の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モード、冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モード、及び、暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードがある。以下に、各運転モードについて、熱源側冷媒及び熱媒体の流れとともに説明する。
【００４７】
［全冷房運転モード］
図３は、空気調和装置１００の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図３では、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図３では、太線で表された配管が熱源側冷媒と熱媒体の流れる配管を示し、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
また、図７は、高圧側が超臨界状態に遷移する冷凍サイクルの動作を示すＰ−ｈ線図、図８は、高圧側が亜臨界状態にて動作する冷凍サイクルの動作を示すＰ−ｈ線図である。通常の環境条件では、図７に示す高圧側が超臨界状態となる冷凍サイクルになり、低温外気冷房運転（外気温が低い状態での冷房運転）時等においては、高圧が低い状態で運転されることになり、図８に示す亜臨界状態の冷凍サイクルになる。
【００４８】
図３に示す全冷房運転モードの場合、室外機１では、第一の冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機３では、ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂを駆動させ、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂを開放し、熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉とし、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂのそれぞれと利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂとの間を熱媒体が循環するようにしている。
【００４９】
まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒（図７または図８の点Ａ）が圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒となって吐出される（図７または図８の点Ｂ）。圧縮機１０から吐出された高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２がガスクーラーまたは凝縮器として動作して室外空気に放熱しながら冷却され、中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｃ）となる。この点の冷媒が臨界点よりも上の超臨界状態である場合は、冷媒はガスでも液でもない超臨界状態の冷媒のまま、温度が変化し、亜臨界状態の冷媒の場合は、二相状態を経て液冷媒となる。熱源側熱交換器１２から流出した中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、逆止弁１３ａを通って室外機１から流出し、冷媒配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、開閉装置１７ａを経由した後に分流装置１４で分岐されて絞り装置１６ａ及び絞り装置１６ｂに入り、そこで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒（図７または図８の点Ｄ）となる。
【００５０】
この二相冷媒は、蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒（図７または図８の点Ａ）となる。熱媒体間熱交換器１５ａ，１５ｂから流出したガス冷媒は、第二の冷媒流路切替装置１８ａ，１８ｂを介して熱媒体変換機３から流出し、冷媒配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１に流入した冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、第一の冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。
【００５１】
このとき、絞り装置１６ａは、第３温度センサー３５ａで検出された温度と第３温度センサー３５ｂで検出された温度との差として得られるスーパーヒート（過熱度）が一定になるように開度が制御される。同様に、絞り装置１６ｂは、第３温度センサー３５ｃで検出された温度と第３温度センサー３５ｄで検出された温度との差として得られるスーパーヒートが一定になるように開度が制御される。なお、開閉装置１７ａは開、開閉装置１７ｂは閉となっている。
【００５２】
次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方で熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂで加圧されて流出した熱媒体は、第二の熱媒体流路切替装置２３ａ及び第二の熱媒体流路切替装置２３ｂを介して、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂで室内空気から吸熱することで、室内空間７の冷房を行なう。
【００５３】
それから、熱媒体は、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂから流出して熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂに流入する。このとき、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入するようになっている。熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂから流出した熱媒体は、第一の熱媒体流路切替装置２２ａ及び第一の熱媒体流路切替装置２２ｂを通って、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂへ流入し、再びポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。
【００５４】
なお、利用側熱交換器２６の熱媒体配管５内では、第二の熱媒体流路切替装置２３から熱媒体流量調整装置２５を経由して第一の熱媒体流路切替装置２２へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、第１温度センサー３１ａで検出された温度、あるいは、第１温度センサー３１ｂで検出された温度と第２温度センサー３４で検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器１５の出口温度は、第１温度センサー３１ａまたは第１温度センサー３１ｂのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。このとき、第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３は、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。
【００５５】
全冷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２６（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置２５により流路を閉じて、利用側熱交換器２６へ熱媒体が流れないようにする。図３においては、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃ及び利用側熱交換器２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉としている。そして、利用側熱交換器２６ｃや利用側熱交換器２６ｄから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置２５ｃや熱媒体流量調整装置２５ｄを開放し、熱媒体を循環させればよい。
【００５６】
［全暖房運転モード］
図４は、空気調和装置１００の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図４では、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂでのみ温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図４では、太線で表された配管が熱源側冷媒と熱媒体の流れる配管を示し、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
【００５７】
図４に示す全暖房運転モードの場合、室外機１では、第一の冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２を経由させずに熱媒体変換機３へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機３では、ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂを駆動させ、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂを開放し、熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉とし、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂのそれぞれと利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂとの間を熱媒体が循環するようにしている。
【００５８】
まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒（図７または図８の点Ａ）が圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｂ）となって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１を通り、第１接続配管４ａを導通し、逆止弁１３ｂを通過し、室外機１から流出する。室外機１から流出した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、冷媒配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体間熱交換器バイパス配管４ｄを通った後、分岐されて第二の冷媒流路切替装置１８ａ及び第二の冷媒流路切替装置１８ｂを通って、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂのそれぞれに流入する。
【００５９】
熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂに流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂがガスクーラーまたは凝縮器として動作して、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱しながら冷却され、中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｃ）となる。ガスクーラー内の冷媒が臨界点よりも上の超臨界状態である場合は、冷媒はガスでも液でもない超臨界状態の冷媒のまま、温度が変化し、凝縮器内の冷媒が亜臨界状態の冷媒の場合は、二相状態を経て液冷媒となる。熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂから流出した中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、絞り装置１６ａ及び絞り装置１６ｂで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒（図７または図８の点Ｄ）となる。この二相冷媒は、開閉装置１７ｂを通って、熱媒体変換機３から流出し、冷媒配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１に流入した冷媒は、第２接続配管４ｂを導通し、逆止弁１３ｃを通過して、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入する。
【００６０】
そして、熱源側熱交換器１２に流入した冷媒は、熱源側熱交換器１２で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒（図７または図８の点Ａ）となる。熱源側熱交換器１２から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。
【００６１】
このとき、絞り装置１６ａは、高圧側が超臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を擬似飽和温度に換算した値（図７のＴｃｃ）と第３温度センサー３５ｂで検出された温度（図７のＴｃｏ）との差として得られるサブクール（過冷却度）が一定になるように開度が制御される。ガスクーラー内においては、冷媒が超臨界状態のため、冷媒は二相状態にはならないため、飽和温度は存在せず、それに変わって、擬似飽和温度を使用する。同様に、絞り装置１６ｂは、圧力センサー３６で検出された圧力を擬似飽和温度に換算した値と第３温度センサー３５ｄで検出された温度との差として得られるサブクールが一定になるように開度が制御される。また、高圧側が亜臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を飽和温度（凝縮温度）に換算した値（図８のＴｃ）と第３温度センサー３５ｂで検出された温度（図８のＴｃｏ）との差として得られるサブクール（過冷却度）が一定になるように開度が制御される。同様に、絞り装置１６ｂは、圧力センサー３６で検出された圧力を飽和温度（凝縮温度）に換算した値と第３温度センサー３５ｄで検出された温度との差として得られるサブクールが一定になるように開度が制御される。なお、開閉装置１７ａは閉、開閉装置１７ｂは開となっている。また、熱媒体間熱交換器１５の中間位置の温度が測定できる場合は、その中間位置での温度を圧力センサー３６の代わりに用いてもよく、安価にシステムを構成できる。
【００６２】
次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂで加圧されて流出した熱媒体は、第二の熱媒体流路切替装置２３ａ及び第二の熱媒体流路切替装置２３ｂを介して、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂで室内空気に放熱することで、室内空間７の暖房を行なう。
【００６３】
それから、熱媒体は、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂから流出して熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂに流入する。このとき、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入するようになっている。熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂから流出した熱媒体は、第一の熱媒体流路切替装置２２ａ及び第一の熱媒体流路切替装置２２ｂを通って、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂへ流入し、再びポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。
【００６４】
なお、利用側熱交換器２６の熱媒体配管５内では、第二の熱媒体流路切替装置２３から熱媒体流量調整装置２５を経由して第一の熱媒体流路切替装置２２へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、第１温度センサー３１ａで検出された温度、あるいは、第１温度センサー３１ｂで検出された温度と第２温度センサー３４で検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器１５の出口温度は、第１温度センサー３１ａまたは第１温度センサー３１ｂのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。
【００６５】
このとき、第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３は、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。また、本来、利用側熱交換器２６ａは、その入口と出口の温度差で制御すべきであるが、利用側熱交換器２６の入口側の熱媒体温度は、第１温度センサー３１ｂで検出された温度とほとんど同じ温度であり、第１温度センサー３１ｂを使用することにより温度センサーの数を減らすことができ、安価にシステムを構成できる。
【００６６】
全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２６（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置２５により流路を閉じて、利用側熱交換器２６へ熱媒体が流れないようにする。図４においては、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃ及び利用側熱交換器２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉としている。そして、利用側熱交換器２６ｃや利用側熱交換器２６ｄから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置２５ｃや熱媒体流量調整装置２５ｄを開放し、熱媒体を循環させればよい。
【００６７】
［冷房主体運転モード］
図５は、空気調和装置１００の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図５では、利用側熱交換器２６ａで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器２６ｂで温熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、図５では、太線で表された配管が冷媒（熱源側冷媒及び熱媒体）の循環する配管を示している。また、図５では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
【００６８】
図５に示す冷房主体運転モードの場合、室外機１では、第一の冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機３では、ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂを駆動させ、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂを開放し、熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉とし、熱媒体間熱交換器１５ａと利用側熱交換器２６ａとの間を、熱媒体間熱交換器１５ｂと利用側熱交換器２６ｂとの間を、それぞれ熱媒体が循環するようにしている。
【００６９】
まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒（図７または図８の点Ａ）が圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｂ）となって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２がガスクーラーまたは凝縮器として動作して、室外空気に放熱しながら冷却されて、熱源側熱交換器１２から流出し、逆止弁１３ａを通って室外機１から流出し、冷媒配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体間熱交換器バイパス配管４ｄを介し、第二の冷媒流路切替装置１８ｂを通ってガスクーラーまたは凝縮器として動作する熱媒体間熱交換器１５ｂに流入する。
【００７０】
熱媒体間熱交換器１５ｂに流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱しながら冷却され、中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｃ）となる。熱媒体間熱交換器１５ｂから流出した中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、絞り装置１６ｂで膨張させられて低圧二相冷媒（図７または図８の点Ｄ）となる。この低圧二相冷媒は、絞り装置１６ａを介して蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器１５ａに流入する。熱媒体間熱交換器１５ａに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低圧のガス冷媒（図７または図８の点Ａ）となる。このガス冷媒は、熱媒体間熱交換器１５ａから流出し、第二の冷媒流路切替装置１８ａを介して熱媒体変換機３から流出し、冷媒配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１に流入した冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、第一の冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。
【００７１】
このとき、絞り装置１６ｂは、第３温度センサー３５ａで検出された温度と第３温度センサー３５ｂで検出された温度との差として得られるスーパーヒートが一定になるように開度が制御される。また、絞り装置１６ａは全開、開閉装置１７ａは閉、開閉装置１７ｂは閉となっている。なお、絞り装置１６ｂは、高圧側が超臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を擬似飽和温度に換算した値（図７のＴｃｃ）と第３温度センサー３５ｄで検出された温度（図７のＴｃｏ）との差として得られるサブクールが一定になるように開度を制御してもよく、高圧側が亜臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を飽和温度（凝縮温度）に換算した値（図８のＴｃ）と第３温度センサー３５ｄで検出された温度（図８のＴｃｏ）との差として得られるサブクールが一定になるように開度を制御してもよい。また、絞り装置１６ｂを全開とし、絞り装置１６ａでスーパーヒートまたはサブクールを制御するようにしてもよい。
【００７２】
次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ｂで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ２１ｂによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。また、冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ａで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ２１ａによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂで加圧されて流出した熱媒体は、第二の熱媒体流路切替装置２３ａ及び第二の熱媒体流路切替装置２３ｂを介して、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入する。
【００７３】
利用側熱交換器２６ｂでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間７の暖房を行なう。また、利用側熱交換器２６ａでは熱媒体が室内空気から吸熱することで、室内空間７の冷房を行なう。このとき、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入するようになっている。利用側熱交換器２６ｂを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整装置２５ｂおよび第一の熱媒体流路切替装置２２ｂを通って、熱媒体間熱交換器１５ｂへ流入し、再びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。利用側熱交換器２６ａを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整装置２５ａおよび第一の熱媒体流路切替装置２２ａを通って、熱媒体間熱交換器１５ａへ流入し、再びポンプ２１ａへ吸い込まれる。
【００７４】
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器２６へ導入される。なお、利用側熱交換器２６の熱媒体配管５内では、暖房側、冷房側ともに、第二の熱媒体流路切替装置２３から熱媒体流量調整装置２５を経由して第一の熱媒体流路切替装置２２へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては第１温度センサー３１ｂで検出された温度と第２温度センサー３４で検出された温度との差を、冷房側においては第２温度センサー３４で検出された温度と第１温度センサー３１ａで検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
【００７５】
冷房主体運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器２６（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置２５により流路を閉じて、利用側熱交換器２６へ熱媒体が流れないようにする。図５においては、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃ及び利用側熱交換器２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉としている。そして、利用側熱交換器２６ｃや利用側熱交換器２６ｄから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置２５ｃや熱媒体流量調整装置２５ｄを開放し、熱媒体を循環させればよい。
【００７６】
［暖房主体運転モード］
図６は、空気調和装置１００の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図６では、利用側熱交換器２６ａで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器２６ｂで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、図６では、太線で表された配管が熱源側冷媒と熱媒体の循環する配管を示し、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
【００７７】
図６に示す暖房主体運転モードの場合、室外機１では、第一の冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器１２を経由させずに熱媒体変換機３へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機３では、ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂを駆動させ、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂを開放し、熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉とし、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂのそれぞれと利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂとの間を熱媒体が循環するようにしている。
【００７８】
まず始めに、冷媒循環回路Ａにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒（図７または図８の点Ａ）が圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｂ）となって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１を通り、第１接続配管４ａを導通し、逆止弁１３ｂを通過し、室外機１から流出する。室外機１から流出した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、冷媒配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体間熱交換器バイパス配管４ｄを介し、第二の冷媒流路切替装置１８ｂを通ってガスクーラーまたは凝縮器として動作する熱媒体間熱交換器１５ｂに流入する。
【００７９】
熱媒体間熱交換器１５ｂに流入した高温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱しながら冷却されて、中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒（図７または図８の点Ｃ）となる。熱媒体間熱交換器１５ｂから流出した中温・高圧の超臨界状態または亜臨界状態の冷媒は、絞り装置１６ｂで膨張させられて低圧二相冷媒（図７または図８の点Ｄ）となる。この低圧二相冷媒は、絞り装置１６ａを介して蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器１５ａに流入する。熱媒体間熱交換器１５ａに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱することで蒸発し、熱媒体を冷却する。この低圧二相冷媒は、熱媒体間熱交換器１５ａから流出し、第二の冷媒流路切替装置１８ａを介して熱媒体変換機３から流出し、冷媒配管４を通って再び室外機１へ流入する。
【００８０】
室外機１に流入した冷媒は、逆止弁１３ｃを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２に流入した冷媒は、熱源側熱交換器１２で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒（図７または図８の点Ａ）となる。熱源側熱交換器１２から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第一の冷媒流路切替装置１１及びアキュムレーター１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。
【００８１】
このとき、絞り装置１６ｂは、高圧側が超臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を擬似飽和温度に換算した値（図７のＴｃｃ）と第３温度センサー３５ｂで検出された温度（図７のＴｃｏ）との差として得られるサブクールが一定になるように開度が制御される。ガスクーラー内においては、冷媒が超臨界状態のため、冷媒は二相状態にはならないため、飽和温度は存在せず、それに変わって、擬似飽和温度を使用する。また、高圧側が亜臨界状態で動作している場合は、圧力センサー３６で検出された圧力を飽和温度（凝縮温度）に換算した値（図８のＴｃ）と第３温度センサー３５ｂで検出された温度（図８のＴｃｏ）との差として得られるサブクール（過冷却度）が一定になるように開度が制御される。また、絞り装置１６ａは全開、開閉装置１７ａは閉、開閉装置１７ｂは閉となっている。なお、絞り装置１６ｂを全開とし、絞り装置１６ａでサブクールを制御するようにしてもよい。
【００８２】
次に、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の流れについて説明する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ｂで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ２１ｂによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器１５ａで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ２１ａによって熱媒体配管５内を流動させられることになる。ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂで加圧されて流出した熱媒体は、第二の熱媒体流路切替装置２３ａ及び第二の熱媒体流路切替装置２３ｂを介して、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入する。
【００８３】
利用側熱交換器２６ｂでは熱媒体が室内空気から吸熱することで、室内空間７の冷房を行なう。また、利用側熱交換器２６ａでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間７の暖房を行なう。このとき、熱媒体流量調整装置２５ａ及び熱媒体流量調整装置２５ｂの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂに流入するようになっている。利用側熱交換器２６ｂを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整装置２５ｂおよび第一の熱媒体流路切替装置２２ｂを通って、熱媒体間熱交換器１５ａに流入し、再びポンプ２１ａへ吸い込まれる。利用側熱交換器２６ａを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整装置２５ａおよび第一の熱媒体流路切替装置２２ａを通って、熱媒体間熱交換器１５ｂへ流入し、再びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。
【００８４】
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器２６へ導入される。なお、利用側熱交換器２６の熱媒体配管５内では、暖房側、冷房側ともに、第二の熱媒体流路切替装置２３から熱媒体流量調整装置２５を経由して第一の熱媒体流路切替装置２２へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間７にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては第１温度センサー３１ｂで検出された温度と第２温度センサー３４で検出された温度との差を、冷房側においては第２温度センサー３４で検出された温度と第１温度センサー３１ａで検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
【００８５】
暖房主体運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器２６（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置２５により流路を閉じて、利用側熱交換器２６へ熱媒体が流れないようにする。図６においては、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃ及び利用側熱交換器２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置２５ｃ及び熱媒体流量調整装置２５ｄを全閉としている。そして、利用側熱交換器２６ｃや利用側熱交換器２６ｄから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置２５ｃや熱媒体流量調整装置２５ｄを開放し、熱媒体を循環させればよい。
【００８６】
［冷凍機油］
冷凍サイクルの冷媒回路内には、圧縮機１０等の潤滑のために、冷凍機油が封入されている。冷凍機油は、圧縮機１０から冷媒と一緒に吐出され、大部分は、圧縮機１０の吐出側に設けられている油分離器（図示せず）によって、ガス冷媒と分離され、油分離器と圧縮機１０の吸入側とを接続している油戻し配管（図示せず）によって、圧縮機１０の吸入側に戻される。しかし、油分離器で分離されなかった冷凍機油は、冷媒と一緒に冷凍サイクル内を循環し、熱交換器１２および１５、絞り装置１６を通って、圧縮機１０へ戻される。
【００８７】
冷凍機油としては、例えば、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）やＰＯＥ（ポリオールエステル）等が使用される。図９に、ＰＡＧと二酸化炭素の溶解度線図を示すが、ＰＡＧは、二酸化炭素とは使用温度範囲内の全領域で難相溶性（非相溶性）で、ほとんど溶け合わない。図１０は、ＰＡＧと二酸化炭素の密度の関係を示したものであるが、温度Ｔｇよりも高い温度では、冷凍機油ＰＡＧの方が密度が大きく（重量が重く）、温度Ｔｇよりも低い温度では、冷凍機油ＰＡＧは冷媒よりも密度が小さく（重量が軽く）なる。ここでＴｇは、例えば−１５℃〜−２０℃くらいである。
【００８８】
また、図１１は、ＰＯＥと二酸化炭素の溶解度線図を示すが、ＰＯＥは、使用温度範囲内において、二酸化炭素とは温度Ｔｂ’よりも高い温度では難相溶性を示し溶け合う量が少ないが、温度がＴｂ’よりも低い領域では相溶性を示し、ＰＯＥと二酸化炭素は互いに溶け合う。図１２は、ＰＯＥと二酸化炭素の密度の関係を示したものであるが、温度Ｔｇ’よりも高い温度では、冷凍機油ＰＯＥの方が密度が大きく（重量が重く）、温度Ｔｇ’よりも低い温度では、冷凍機油ＰＯＥは冷媒よりも密度が小さく（重量が軽く）なる。なお、Ｔｇ’はＴｂ’よりも低い温度であり、ＰＯＥが難相溶性を示している領域では、ＰＯＥの密度は冷媒の密度よりも大きく（重く）、ＰＯＥの密度が冷媒の密度よりも小さくなる（軽くなる）のは相溶性の領域に入ってからである。ここで、Ｔｂ’は、例えば０℃〜１０℃くらいであり、Ｔｇ’は、例えば−１５℃〜−２０℃くらいである。また、ＰＯＥの相溶性と難相溶性の境目の温度Ｔｂ’は、ここでは、０℃〜１０℃である場合について説明を行ったが、実際は、ＰＯＥの種類によって多少異なり、おおよそ−１０〜１５℃の間の数値を取る。なお、ＰＯＥは、更に低い温度、例えば−４５℃以下等にて、再び、非相溶性または難相溶性を示すものがあるが、実際の冷凍サイクル装置の使用範囲外の温度のため、図示していない。
【００８９】
従って、冷凍機油としてＰＡＧを使っている場合は、冷媒が高圧側の亜臨界液状態および低圧側のＴｇよりも温度が高い状態では、ＰＡＧと二酸化炭素の液冷媒は分離して、ＰＡＧは液冷媒の下に沈んでおり、低圧側のＴｇよりも温度が低い状態では、ＰＡＧと液冷媒は分離して、ＰＡＧは液冷媒の上に浮いている状態となる。一方、凍機油としてＰＯＥを使っている場合は、冷媒が高圧側の亜臨界液状態または低圧側で温度がＴｂ’よりも高い場合、例えば０℃以上の場合、では、ＰＯＥと液冷媒は油リッチな層と冷媒リッチな層に分離して、ＰＯＥは液冷媒の下に沈んでおり、冷媒が低圧でＴｂ’よりも低い場合は、ＰＯＥと冷媒は溶け合うため、お互いの密度は関係なく、分離することなく一緒に冷凍サイクル内を循環する。
【００９０】
［亜臨界状態での液冷媒の分流］
二酸化炭素冷媒が、低温外気冷房運転の場合等、高圧側が亜臨界状態となり、凝縮器出口側では、液冷媒になっている運転状態が想定される。先に述べた通り、亜臨界液冷媒においては、冷凍機油がＰＡＧであってもＰＯＥであっても、冷凍機油と液冷媒は分離し、凝縮器出口の温度では、冷凍機油の密度が液冷媒の密度よりも大きいため、冷凍機油は液冷媒の下に沈みながら、冷媒と共に冷凍サイクルの冷媒回路内を循環している。なお、冷凍機油がＰＡＧの場合、ＰＡＧ内には微量の冷媒しか溶けず、ＰＯＥの場合はＰＯＥ内にはＰＡＧの場合よりは少し多く冷媒が溶けているが、油リッチの層と液冷媒リッチな層に分離していることには変わりなく、どちらの油であっても、冷凍機油が液冷媒の下に沈みながら冷媒と共に冷凍サイクル内を循環していると言って問題ない。
【００９１】
亜臨界状態の液冷媒が流れる冷媒配管において、冷媒を分流するために、配管を分岐しなければならない場合がある。例えば、図３の冷房運転においては、熱媒体変換機３には、亜臨界状態の場合、冷媒は液冷媒で流れ込む。そして、この液冷媒は、開閉装置１７ａを通過した後、絞り装置１６ａを経由して熱媒体間熱交換器１５ａに流れる冷媒と、絞り装置１６ｂを経由して熱媒体間熱交換器１５ｂに流れる冷媒とに分流される。この時、液冷媒は、分流装置１４によって、絞り装置１６ａと１６ｂとに分流される。この分岐部は、例えば、図１３のようになっている。図１３は、冷媒の分岐部を上面方向から見た図である。ここでは分流装置１４としてＴ型の分配器等が用いられ、液冷媒が分流装置１４に水平方向から流入し、それを水平方向の２つの液冷媒に分流する。分流装置１４には液冷媒と冷凍機油が共に流入するが、熱媒体間熱交換器内に冷凍機油が多く混入すると、熱交換性能が悪くなってしまうため、液冷媒と冷凍機油を双方の熱媒体間熱交換器に均等に分配する必要がある。冷凍機油は液冷媒の下部に分離されて流れているため、分岐部を流れがほぼ水平方向に分かれるように配置すれば、液冷媒と冷凍機油とが、双方の絞り装置および熱媒体間熱交換器に均等に分配でき、熱媒体間熱交換器での熱交換性能を維持することができ、省エネにできる。
【００９２】
分流装置１４は、なるべく圧力損失が小さく安価なものを用いる方がよいため、図１３に示すＴ型の分流装置が使用される。Ｔ型分流装置では、分流装置１４への冷媒の流入方向がほぼ水平方向であり、かつ、冷媒が分流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ分流装置への流入方向に対してほぼ直角な方向になっている。なお、分流装置１４はこれに限れるものではない。例えば、図１４のように、冷媒が分流装置に流入する方向がほぼ水平方向であり、かつ、冷媒が分流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ分流装置への流入方向に対してほぼ平行な方向であるような分流装置を使用してもよい。
【００９３】
また、図１５および図１６に示すように、分流装置１４に、液冷媒が下から鉛直上向きに流れ込むように配置してもよく、液冷媒と冷凍機油とを双方の絞り装置および熱媒体間熱交換器に均等に分配できる。なお、図１５の冷媒分流装置においては、冷媒が分流装置に流入する方向がほぼ鉛直上向きであり、かつ、冷媒が分岐流装置から流出する方向がほぼ水平方向かつ分流装置への流入方向に対してほぼ直角な方向となっており、図１６に示す冷媒分流装置においては、冷媒が分流装置に流入する方向がほぼ鉛直上向きであり、かつ、冷媒が分流装置から流出する方向がほぼ鉛直上向きかつ分流装置への流入方向に対してほぼ平行な方向となっている。
【００９４】
なおここでは、冷媒分流装置１４によって、冷媒を２つに分流する場合を例に説明を行ったが、分流の数はこれに限るものではなく、３つ以上に分流してもよい。
【００９５】
また、ここでは、分流装置１４が、開閉装置１７ａと絞り装置１６との間の流路に設置されている場合を例に説明を行ったが、分流装置１４の設置位置は、ここに限るものではない。例えば、価格面等から、絞り装置１６ａまたは／および絞り装置１６ｂが、開口面積の小さい２つの絞り装置を２つ並列に並べて構成しようとした場合、図４に示す暖房運転では、液冷媒が絞り装置１６ａおよび１６ｂに流入する。従って、熱媒体間熱交換器１５ａと絞り装置１６ａとの間の流路、または／および、熱媒体間熱交換器１５ｂと絞り装置１６ｂとの間の流路に、冷媒分流装置１４を設置し、同様の方向に分流させる必要がある。
【００９６】
［冷媒配管４］
以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機１と熱媒体変換機３とを接続する冷媒配管４には熱源側冷媒が流れる。
【００９７】
［熱媒体配管５］
本実施の形態に係る空気調和装置１００が実行する幾つかの運転モードにおいては、熱媒体変換機３と室内機２を接続する熱媒体配管５には水や不凍液等の熱媒体が流れる。
【００９８】
空気調和装置１００では、利用側熱交換器２６にて暖房負荷または冷房負荷のみが発生している場合は、対応する第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３を中間の開度にし、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方に熱媒体が流れるようにしている。これにより、熱媒体間熱交換器１５ａ及び熱媒体間熱交換器１５ｂの双方を暖房運転または冷房運転に使用することができるため、伝熱面積が大きくなり、効率のよい暖房運転または冷房運転を行なうことができる。
【００９９】
また、利用側熱交換器２６にて暖房負荷と冷房負荷とが混在して発生している場合は、暖房運転を行なっている利用側熱交換器２６に対応する第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３を加熱用の熱媒体間熱交換器１５ｂに接続される流路へ切り替え、冷房運転を行なっている利用側熱交換器２６に対応する第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３を冷却用の熱媒体間熱交換器１５ａに接続される流路へ切り替えることにより、各室内機２にて、暖房運転、冷房運転を自由に行なうことができる。
【０１００】
なお、実施の形態で説明した第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３は、三方弁等の三方流路を切り替えられるもの、開閉弁等の二方流路の開閉を行なうものを２つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであればよい。また、ステッピングモーター駆動式の混合弁等の三方流路の流量を変化させられるもの、電子式膨張弁等の２方流路の流量を変化させられるものを２つ組み合わせる等して第一の熱媒体流路切替装置２２及び第二の熱媒体流路切替装置２３として用いてもよい。この場合は、流路の突然の開閉によるウォーターハンマーを防ぐこともできる。さらに、実施の形態では、熱媒体流量調整装置２５が二方弁である場合を例に説明を行なったが、三方流路を持つ制御弁とし利用側熱交換器２６をバイパスするバイパス管と共に設置するようにしてもよい。
【０１０１】
また、熱媒体流量調整装置２５は、ステッピングモーター駆動式で流路を流れる流量を制御できるものを使用するとよく、二方弁でも三方弁の一端を閉止したものでもよい。また、熱媒体流量調整装置２５として、開閉弁等の二法流路の開閉を行うものを用い、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返して平均的な流量を制御するようにしてもよい。
【０１０２】
また、第二の冷媒流路切替装置１８を四方弁として示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
【０１０３】
本実施の形態に係る空気調和装置１００は、冷房暖房混在運転ができるものとして説明をしてきたが、これに限定するものではない。熱媒体間熱交換器１５及び絞り装置１６がそれぞれ１つで、それらに複数の利用側熱交換器２６と熱媒体流量調整装置２５が並列に接続され、冷房運転か暖房運転のいずれかしか行なえない構成であっても同様の効果を奏する。
【０１０４】
また、利用側熱交換器２６と熱媒体流量調整装置２５とが１つしか接続されていない場合でも同様のことが成り立つのは言うまでもなく、更に熱媒体間熱交換器１５及び絞り装置１６として、同じ動きをするものが複数個設置されていても問題ない。さらに、熱媒体流量調整装置２５は、熱媒体変換機３に内蔵されている場合を例に説明したが、これに限るものではなく、室内機２に内蔵されていてもよく、熱媒体変換機３と室内機２とは別体に構成されていてもよい。
【０１０５】
熱源側冷媒としては、二酸化炭素、二酸化炭素とジエチルエーテルとの混合冷媒等の超臨界状態に遷移する冷媒が使用できるが、その他の超臨界状態に遷移する冷媒を用いても、同様の効果を奏する。
【０１０６】
熱媒体としては、たとえばブライン（不凍液）や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、空気調和装置１００においては、熱媒体が室内機２を介して室内空間７に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。
【０１０７】
また、一般的に、熱源側熱交換器１２および利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄ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く、例えば利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄとしては放射を利用したパネルヒーター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、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。
【０１０８】
また、ここでは、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄが４つである場合を例に説明を行ったが、利用側熱交換器２６の個数は適宜に決定して良い。
【０１０９】
また、熱媒体間熱交換器１５が２つである場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、熱媒体を冷却または／および加熱できるように構成すれば、幾つ設置してもよい。
【０１１０】
また、ポンプ２１は各熱媒体間熱交換器にそれぞれ一つとは限られず、複数の小容量のポンプを並列に並べてもよい。
【０１１１】
また、本発明は、熱源側熱交換器１２と利用側熱交換器２６とを配管接続し、熱源側熱交換器１２から利用側熱交換器２６の間に冷媒を循環させる図１７のような完全直膨タイプの空気調和装置１０１に分流装置を採用する場合にも適用でき、同様の効果を奏する。
【０１１２】
また、空気調和装置に限らず、ショーケースやユニットクーラーと接続し、食品等を冷却する冷凍装置においても、同様のことが言え、同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１１３】
１  熱源機（室外機）、２  室内機、２ａ  室内機、２ｂ  室内機、２ｃ  室内機、２ｄ  室内機、３  熱媒体変換機、４（４ａ、４ｂ）  冷媒配管、４ｄ  熱媒体間熱交換器バイパス配管、５  熱媒体配管、６  室外空間、７  室内空間、８  天井裏等の室外空間および室内空間とは別の空間、９  ビル等の建物、１０  圧縮機、１１  四方弁（第一の冷媒流路切替装置）、１２  熱源側熱交換器、１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）  逆止弁、１４  分流装置、１５（１５ａ、１５ｂ）  熱媒体間熱交換器、１６（１６ａ、１６ｂ）  絞り装置、１７（１７ａ、１７ｂ）  開閉装置、１８（１８ａ、１８ｂ）  第二の冷媒流路切替装置、１９  アキュムレーター、２１（２１ａ、２１ｂ）  ポンプ、２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）  第一の熱媒体流路切替弁、２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）  第二の熱媒体流路切替弁、２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）  熱媒体流量調整装置、２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）  利用側熱交換器、３１（３１ａ、３１ｂ）  熱媒体間熱交換器出口温度検出装置、３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）  利用側熱交換器出口温度検出装置、３５（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）  熱媒体間熱交換器冷媒温度検出装置、３６  熱媒体間熱交換器冷媒圧力検出装置、１００  空気調和装置、Ａ  冷媒循環回路、Ｂ  熱媒体循環回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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