(57)【要約】【課題】  空気調和装置において、充填冷媒量を、能力低下や運転不能等の問題を起こさずに削減可能とする。【解決手段】  室外に設置される室外機と、室内に設置される室内機と、前記室外機と前記室内機との間に設けられ、冷媒を流通させるための配管と、記配管に液冷媒として流通している前記冷媒を、当該冷媒の密度を低下させて前記室外機又は前記室内機に不足する当該冷媒を補うために減圧するための絞り装置と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外機が備える室外熱交換器と、
室内機が備える室内熱交換器と、
前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に配置され、冷媒を流通させる配管と、
前記配管内を液冷媒又は二相冷媒の状態で流通している前記冷媒を減圧し、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を変更するように構成されている絞り機構と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記絞り機構が、前記配管に複数設置され、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器のいずれか一方から他方へ流れる前記冷媒を段階的に減圧し、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を段階的に変更するように構成されている請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記複数の絞り機構のうちで前記配管の上流側に配置される絞り機構が、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器のうちで前記配管の上流側に配置される方の凝縮圧力に基づいて減圧量を調節できるように構成されている請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】
冷房運転時に前記室外熱交換器をバイパスする回路と、
前記回路の開閉を切り替えるための開閉弁と、
を更に備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
冷房運転時において、
前記室外熱交換器の上流側に設置される圧縮機と、
前記開閉弁を制御する制御装置と、を更に備え、
前記回路が、一端を前記圧縮機の吐出側に合流すると共に、他端を前記配管に設置される前記いずれかの絞り機構に対して下流側に合流するものであり、
前記制御装置が、前記圧縮機の吐出側から前記配管を流通する前記冷媒へガス冷媒を合流させ、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を調節するように前記開閉弁を制御するものである請求項４記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記室内熱交換器の蒸気圧力に基づいて前記開閉弁を制御するものである請求項５記載の空気調和装置。
【請求項７】
暖房運転時に前記室内熱交換器をバイパスする回路と、
前記回路の開閉を切り替えるための開閉弁と、
を更に備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項８】
暖房運転時において、
前記室内熱交換器の上流側に設置される圧縮機と、
前記開閉弁を制御する制御装置と、を更に備え、
前記回路が、一端を前記圧縮機の吐出側に合流すると共に、他端を前記配管に設置される前記いずれかの絞り機構に対して下流側に合流するものであり、
前記制御装置が、前記圧縮機の吐出側から前記配管を流通する前記冷媒へガス冷媒を合流させ、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を調節するように前記開閉弁を制御するものである請求項７記載の空気調和装置。
【請求項９】
圧縮機、室内熱交換器、第１減圧弁、第２減圧弁、及び、室外熱交換器を順に冷媒が流れるように構成されたメイン冷媒回路と、
前記メイン冷媒回路における前記第１減圧弁と前記第２減圧弁との間から分岐して前記圧縮機に接続されるインジェクション回路と、
前記メイン冷媒回路に対して第３減圧弁を前記第２減圧弁と並列するように接続するバイパス回路と、を備えることを特徴とする空気調和装置。
【請求項１０】
前記バイパス回路が、一端を室外熱交換器と第２減圧弁との間に接続し、他端を前記メイン冷媒回路のインジェクション回路との分岐点よりも室内熱交換器側に接続する請求項９記載の空気調和装置。
【請求項１１】
外気温度を直接的又は間接的に示す値である外気温度指標値を測定する測定部と、前記第１減圧弁、前記第２減圧弁及び前記第３減圧弁を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部が、暖房運転において、
前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度以上であった場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を小さくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を開くように制御し、
前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度未満であった場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を大きくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を閉じるように制御する請求項９又は１０のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項１２】
前記制御部が、暖房運転において、
・前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度以上
・前記第２減圧弁、室外熱交換器及び圧縮機を備える室外ユニットの室内負荷が所定割合以上
からなる二つの条件のいずれか一方又は双方を満たした場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を小さくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を開くように制御し、
前記二つの条件の双方を満たさない場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を大きくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を閉じるように制御する請求項１１記載の空気調和装置。
【請求項１３】
前記メイン冷媒回路が、前記室外熱交換器が備える各伝熱管に対して冷媒を分配する分流器をさらに具備し、
前記分流器が、前記第２減圧弁側に伸びる一つの入口管と、前記室外熱交換器の前記各伝熱管に接続される複数の出口管とを備える請求項９乃至１２のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項１４】
前記分流器が、前記各出口管の内径Ｂに対する前記入口管の内径の比が０．６以上になっているものである請求項１３記載の空気調和装置。
【請求項１５】
前記分流器が、
一端に前記入口管が接続されて他端に前記各出口管が接続され、前記入口管と前記複数の出口管との間に胴体空間を有する本体とをさらに備え、
前記入口管の内径に対する前記胴体空間の最大内径の比が２．２５以下、前記入口管の内径に対する前記胴体空間の入口側から出口側までの長さの比が１．４以下になっているものである請求項１３又は１４のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項１６】
前記制御部が、前記圧縮機の吐出圧力が±０．３ＭＰａ以内になる定常運転において、前記分流器の前記入口管側の乾き度が０．１２以上になるように制御する請求項１３乃至１５のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項１７】
前記分流器が、前記入口管を下方に向けると共に、前記複数の出口管を上方に向けて設置されており、
前記制御部が、前記分流器の前記各出口管を流れる冷媒の流速を下記式で表される限界冷媒流速Ｕ以上になるように制御する請求項１３乃至１６のいずれかに記載の空気調和装置。
【数１】
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なお、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ２）、ｄｘは前記分流器の前記入口管側の乾度が０．１２以上になった状態における前記分流器の出口管の内径（ｍ）、ρｌｉｑは冷媒の液相密度（ｋｇ／ｍ３）、ρｇは冷媒の気相密度（ｋｇ／ｍ３）である。
【請求項１８】
圧縮機、室外熱交換器、互いに並列接続される複数の膨張弁、前記各膨張弁にそれぞれ直列接続される複数の室内熱交換器を有する冷媒回路を備えた空気調和装置であって、
前記複数の膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられる気液分離器を備え、
前記気液分離器内の気相冷媒の少なくとも一部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配する分配流路とを備えることを特徴とする空気調和装置。
【請求項１９】
前記分配流路が、前記気液分離器内の気相冷媒の一部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配するものであり、
前記気液分離器内の気相冷媒の一部を前記複数の室内熱交換器の圧縮機側へ搬送するバイパス流路をさらに備える請求項１８記載の空気調和装置。
【請求項２０】
前記分配流路が、前記気液分離器内の気相冷媒の全部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配する請求項１８記載の空気調和装置。
【請求項２１】
前記分配流路が、前記各膨張弁に対して気相冷媒及び液相冷媒を略均一に分配するものである請求項１８乃至２０のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項２２】
前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間と液相空間とを跨ぐように接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第１分配管によって構成され、
前記第１分配管が、各他端をそれぞれ対応する前記膨張弁に接続するように構成されている請求項１８，１９又は２１のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項２３】
前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間と液相空間とを跨ぐように接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第１分配管と、一端を前記気液分離器の気相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第２分配管とを具備し、
前記第１分配管と前記第２分配管とが、それぞれ同じ膨張弁に対応する他端同士を合流させて該膨張弁に接続するように構成されている請求項１８乃至２１のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項２４】
前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第２分配管と、一端を前記気液分離器内の液相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第３分配管とを具備し、
前記第２分配管と前記第３分配管とが、それぞれ同じ膨張弁に対応する他端同士を合流させて該膨張弁に接続するように構成されている請求項１８乃至２１のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項２５】
前記分配流路が、前記複数の膨張弁に対応する数の第４分配管を具備し、
前記各第４分配管が、一端を前記気液分離器の気相空間及び気相空間に対してそれぞれ別々に接続し、他端を対応する前記膨張弁に接続するように構成されている請求項１８乃至２１のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項２６】
前記各第４分配管が、一端を前記気液分離器に対して液相空間を貫いて気相空間に達するように差し込んだ構成になっており、
前記各第４分配管の一端側に前記気液分離器内の気相冷媒を取り込む第１取込口と前記気液分離器内の液相冷媒を取り込む第２取込口とが設けられている請求項２５記載の空気調和装置。
【請求項２７】
前記第１取込口又は前記第２取込口のいずれか一方又は双方が、前記気液分離器内を流れる冷媒の進行方向に向かって開口している請求項２６記載の空気調和装置。
【請求項２８】
前記第１取込口の開口面積と前記第２取込口の開口面積との比が、冷媒回路を流れる冷媒に含まれる気相冷媒と液相冷媒との比に一致する請求項２６又は２７のいずれかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、凝縮器、蒸発器等の機器で冷凍サイクルを構成し、これらの機器を室外ユニットと室内ユニットとに分配して配置し、これら両ユニットをユニット間配管で接続し、且つこの冷凍サイクルの冷媒として非共沸混合冷媒を用いる分離型の冷凍装置において、運転／停止時に余剰冷媒をユニット間配管に貯留させるための弁を、凝縮器と蒸発器との間に設けるようにした冷凍装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＰＵは、吸入圧力と吸入温度とを取り込み、吸入圧力を用いて蒸発圧力相当飽和温度を算出し、吸入温度と蒸発圧力相当飽和温度とを用いて圧縮機の吸入過熱度を算出し、室外膨張弁の現在の開度を読み出し、取り込んだ吸入圧力や室外膨張弁開度、算出した吸入過熱度を用い、室外ファン制御テーブルを参照して室外ファンの制御態様を決定し、室外ファン回転数テーブルを参照し決定した制御態様に応じて室外ファンの制御を実行する空気調和装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７４０８８号公報
【特許文献２】特開２０１５−６８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、空気調和装置において、充填される冷媒が削減された場合には、冷媒が不足することにより、能力低下や運転不能等の問題が起きることがある。
【０００６】
本発明の目的は、空気調和装置において、充填冷媒量を、能力低下や運転不能等の問題を起こさずに削減可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明は、室外機が備える室外熱交換器と、室内機が備える室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に配置され、冷媒を流通させる配管と、前記配管内を液冷媒又は二相冷媒の状態で流通している前記冷媒を減圧し、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を変更するように構成されている絞り機構と、を備えたことを特徴とする空気調和装置を提供する。
【０００８】
ここで、前記絞り機構が、前記配管に複数設置され、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器のいずれか一方から他方へ流れる前記冷媒を段階的に減圧し、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を変更するように構成されているものであってもよい。
【０００９】
また、前記絞り機構が、前記複数の絞り機構のうちで前記配管の上流側に配置される絞り機構が、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器のうちで前記配管の上流側に配置される方の凝縮圧力に基づいて減圧量を調節できるように構成されているものであってもよい。
【００１０】
また、前記いずれかの空気調和装置が、冷房運転時に前記室外熱交換器をバイパスする回路と、前記回路の開閉を切り替えるための開閉弁と、を更に備えたものであってもよく、この場合、冷房運転時において、前記室外熱交換器の上流側に設置される圧縮機と、前記開閉弁を制御する制御装置と、を更に備え、前記回路が、一端を前記圧縮機の吐出側に合流すると共に、他端を前記配管に設置される前記いずれかの絞り機構に対して下流側に合流するものであり、前記制御装置が、前記圧縮機の吐出側から前記配管を流通する前記冷媒へガス冷媒を合流させ、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を調節するように前記開閉弁を制御するものであってもよく、さらに、前記制御装置が、前記室内熱交換器の蒸気圧力に基づいて前記開閉弁を制御するものであってもよい。
【００１１】
また、前記いずれかの空気調和装置が、暖房運転時に前記室内熱交換器をバイパスする回路と、前記回路の開閉を切り替えるための開閉弁と、を更に備えたものであってもよく、この場合、暖房運転時において、前記室内熱交換器の上流側に設置される圧縮機と、前記開閉弁を制御する制御装置と、を更に備え、前記回路が、一端を前記圧縮機の吐出側に合流すると共に、他端を前記配管に設置される前記いずれかの絞り機構に対して下流側に合流するものであり、前記制御装置が、前記圧縮機の吐出側から前記配管を流通する前記冷媒へガス冷媒を合流させ、当該冷媒に含まれるガス冷媒の割合を調節するように前記開閉弁を制御するものであってもよい。
【００１２】
また、前記空気調和装置は、室外に設置される室外機と、室内に設置される室内機と、室外機と室内機との間に設けられ、冷媒を流通させるための配管と、配管に流通している冷媒を、冷媒の密度を低下させて室外機又は室内機に不足する冷媒を補うために減圧するための絞り装置とを備えたことを特徴とするものであってもよい。
【００１３】
また、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、第１減圧弁、第２減圧弁、及び、室外熱交換器を順に冷媒が流れるように構成されたメイン冷媒回路と、前記メイン冷媒回路における前記第１減圧弁と前記第２減圧弁との間から分岐して前記圧縮機に接続されるインジェクション回路と、前記メイン冷媒回路に対して第３減圧弁を前記第２減圧弁と並列するように接続するバイパス回路と、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
このようなものであれば、暖房運転において、バイパス回路に設置された第３減圧弁の開閉度合を制御することにより、インジェクション回路を介して圧縮機に供給される冷媒のインジェクション圧力を調節することができ、必要に応じて第３減圧弁を閉じてインジェクション圧力を上昇させることにより、暖房能力を維持することできる。
【００１５】
また、バイパス回路及びインジェクション回路を備えた空気調和装置において、前記バイパス回路が、一端を室外熱交換器と第２減圧弁との間に接続し、他端を前記メイン冷媒回路のインジェクション回路との分岐点よりも室内熱交換器側に接続するものであってよい。
【００１６】
このようなものであれば、第３減圧弁によって圧縮機へ供給される冷媒のインジェクション圧力を調整することができるため、より細かい運転が可能となる。
【００１７】
また、前記いずれかのバイパス回路及びインジェクション回路を備えた空気調和装置において、外気温度を直接的又は間接的に示す値である外気温度指標値を測定する測定部と、前記第１減圧弁、前記第２減圧弁及び前記第３減圧弁を制御する制御部とをさらに備え、前記制御部が、暖房運転において、前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度以上であった場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を小さくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を開くように制御し、前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度未満であった場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を大きくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を閉じるように制御するものであってもよく、また、前記制御部が、暖房運転において、前記外気温度指標値が示す外気温度が所定温度以上、前記第２減圧弁、室外熱交換器及び圧縮機を備える室外ユニットの室内負荷が所定割合以上からなる二つの条件のいずれか一方又は双方を満たした場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を小さくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を開くように制御し、前記二つの条件の双方を満たさない場合に、前記第１減圧弁による冷媒の減圧を大きくし、前記第２減圧弁を開くと共に前記第３減圧弁を閉じるように制御するものであってもよい。
【００１８】
このようなものであれば、高い暖房能力が必要となる外気温度が低い場合に、インジェクション回路を介して圧縮機に供給される冷媒のインジェクション圧力を上昇させ、また、低い暖房能力で足りる外気温度が高い場合に、メイン冷媒回路を流れる冷媒の圧力損失を低減することができるため、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えしたとしても、必要な暖房能力を維持できる。また、制御部における制御の切替条件として、室外ユニットの室内負荷を参照することにより、より高い精度で制御を実施できる。
【００１９】
また、前記いずれかのバイパス回路及び前記インジェクション回路を備えた空気調和装置において、前記メイン冷媒回路が、前記室外熱交換器が備える各伝熱管に対して冷媒を分配する分流器をさらに具備し、前記分流器が、前記第２減圧弁側に伸びる一つの入口管と、前記室外熱交換器の前記各伝熱管に接続される複数の出口管とを備えるものであってもよい。
【００２０】
また、前記分流器を備えた空気調和装置において、前記分流器が、前記各出口管の内径Ｂに対する前記入口管の内径の比が０．６以上になっているものであってもよく、さらに、前記分流器が、一端に前記入口管が接続されて他端に前記各出口管が接続され、前記入口管と前記複数の出口管との間に胴体空間を有する本体とをさらに備え、前記入口管の内径に対する前記胴体空間の最大内径の比が２．２５以下、前記入口管の内径に対する前記胴体空間の入口側から出口側までの長さの比が１．４以下になっているものであってもよい。
【００２１】
このようなものであれば、分流器における冷媒の圧力損失を低減することができ、より多くの液相冷媒を気相冷媒に代替えしても、必要な冷暖房能力を維持できる。また、冷房運転において、分流器における冷媒の圧力損失が低減するため、インジェクション回路を介して圧縮機に送り込まれる冷媒のインジェクション圧力が上昇し、冷房能力を向上させることができる。
【００２２】
また、前記いずれかの分流器を備えた空気調和装置において、前記制御部が、前記圧縮機の吐出圧力が±０．３ＭＰａ以内になる定常運転において、前記分流器の前記入口管側の乾き度が０．１２以上になるように制御するものであってもよい。このような乾度になる冷媒は、液相冷媒の一部が気相冷媒に代替えされたものであり、液相冷媒を削減することができる。
【００２３】
また、前記いずれかの分流器を備えた空気調和装置において、前記分流器が、前記入口管を下方に向けると共に、前記出口管を上方に向けて設置されており、前記制御部が、前記分流器の前記各出口管を流れる冷媒の流速を下記式で表される限界冷媒流速Ｕ以上になるように制御するものであってもよい。
【数１】
2018077037.tif 000003
なお、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ２）、ｄｘは前記分流器の前記入口管側の乾度が０．１２以上になった状態における前記分流器の出口管の内径（ｍ）、ρｌｉｑは冷媒の液相密度（ｋｇ／ｍ３）、ρｇは冷媒の気相密度（ｋｇ／ｍ３）である。
【００２４】
このようなものであれば、重力の影響によって冷媒が分流器内を上昇できなくなって偏流が発生する現象を防止することができる。
【００２５】
また、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、互いに並列接続される複数の膨張弁、前記各膨張弁にそれぞれ直列接続される複数の室内熱交換器を有する冷媒回路を備えた空気調和装置であって、前記複数の膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられる気液分離器を備え、前記気液分離器内の気相冷媒の少なくとも一部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配する分配流路とを備えることを特徴とするものである。また、前記空気調和装置において、前記分配流路が、前記各膨張弁に対して気相冷媒及び液相冷媒を略均一に分配するものである。
【００２６】
このようなものであれば、冷房運転時に、気液分離器から各膨張弁に対して冷媒を分配する場合に、各膨張弁に対して気相冷媒の少なくとも一部及び液相冷媒がいずれも略均一に分配され、分配流路の分岐部分において乾き度の差が生じ難くなり、これにより、各膨張弁に直列に接続される室内熱交換器が略同一の冷房性能を発揮するようになる。また、各膨張弁へ供給される冷媒に対して多くの気相冷媒が混合された状態となり、液相冷媒の総量を削減することができる。
【００２７】
また、前記気液分離器を備えた空気調和装置において、前記分配流路が、前記気液分離器内の気相冷媒の一部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配するものであり、前記気液分離器内の気相冷媒の一部を前記複数の室内熱交換器の圧縮機側へ搬送するバイパス流路をさらに備えるものであってもよい。
【００２８】
このようなものであれば、分配流路の分岐部分における乾き度に差を生じさせる過剰分の気相冷媒をバイパス流路を介して各室内熱交換器を迂回させることができるため、これにより、分配流路の分岐部分において乾き度の差が生じ難くなる。
【００２９】
また、前記気液分離器を備えた空気調和装置において、前記分配流路が、前記気液分離器内の気相冷媒の全部及び液相冷媒の全部を前記各膨張弁へ分配するものであってもよい。
【００３０】
このようなものであれば、全ての気相冷媒を分配して室内熱交換器に供給するため、冷媒中に含まれるより多くの液相冷媒を気相冷媒に代替えすることができる。
【００３１】
また、前記気液分離器を備えた空気調和装置において、前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間と液相空間とを跨ぐように接続し、前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第１分配管から構成され、前記第１分配管が、各他端をそれぞれ対応する前記膨張弁に接続するように構成されているものであってもよい。なお、第１分配管は、一端の開口を気液分離器の気相空間と液相空間とを跨ぐように配置すればよい。
【００３２】
このようなものであれば、気液分離器の気相冷媒の一部及び液相冷媒の全部を第１分配管内で混合して各膨張弁に供給することができる。
【００３３】
また、前記気液分離器を備えた空気調和装置において、前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間と液相空間とを跨ぐように接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第１分配管と、一端を前記気液分離器の気相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第２分配管とを具備し、前記第１分配管と前記第２分配管とが、それぞれ同じ膨張弁に対応する他端同士を合流させて該膨張弁に接続するように構成されているものであってもよく、また、前記分配流路が、一端を前記気液分離器の気相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第１分配管と、一端を前記気液分離器内の液相空間に接続し、他端を前記複数の膨張弁に対応する数に分岐する第２分配管とを具備し、前記第１分配管と前記第２分配管とが、それぞれ同じ膨張弁に対応する他端同士を合流させて該膨張弁に接続するように構成されているものであってもよく、さらに、前記分配流路が、前記複数の膨張弁に対応する数の第４分配管を具備し、前記各第４分配管が、一端を前記気液分離器の気相空間及び液相空間に対してそれぞれ別々に接続し、他端を対応する前記膨張弁に接続するように構成されているものであってもよい。
【００３４】
このようなものであれば、気液分離器から液相冷媒の全部を含む冷媒と気相冷媒とを別々に分配し、各膨張弁に供給するまでに合流させて混合しているため、各膨張弁に対して略均一に気相冷媒が分配され、これにより、各膨張弁に直列に接続される室内熱交換器が略同一の冷房性能を発揮するようになる。また、気相冷媒の全部を各室内熱交換器に供給することができるため、液相冷媒を大幅に削減することができる。
【００３５】
また、前記気液分離器を備えた分配流路が複数の第４分配管を具備するものにおいて、前記各第４分配管が、一端を前記気液分離器に対して液相空間を貫いて気相空間に達するように差し込んだ構成になっており、前記各第４分配管の一端側に前記気液分離器内の気相冷媒を取り込む第１取込口と前記気液分離器内の液相冷媒を取り込む第２取込口とが設けられているものであってもよい。このようなものであれば、第１取込口が第２取込口の上方に位置付けられ、かつ、気相冷媒と液相冷媒とを下方へ向かうように取り込む構造になるため、気液分離器から気相冷媒と液相冷媒を効率良く各第４分配管へ取り込むことができる。
【００３６】
また、前記分配流路が複数の第４分配管を具備するものにおいて、前記第１取込口又は前記第２取込口のいずれか一方又は双方が、前記気液分離器内を流れる冷媒の進行方向に向かって開口しているものであってもよい。このようなものであれば、気液分離器内を流れる気相冷媒や液相冷媒の流れに影響を受けずに、各第４分配管に気相冷媒と液相冷媒とを取り込むことができる。
【００３７】
また、前記分配流路が複数の第４分配管を具備するものにおいて、前記第１取込口の開口面積と前記第２取込口の開口面積との比が、冷媒回路を流れる冷媒に含まれる気相冷媒と液相冷媒との比と一致するものであってもよい。このようなものであれば、各第４分配管に取り込まれる冷媒の乾き度のばらつきを抑制することができ、各第４分配管に取り込まれた冷媒の乾き度が均一になる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、空気調和装置において、充填冷媒量が、能力低下や運転不能等の問題を起こさずに削減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態１における空気調和装置の概略構成図である。
【図２】開度補正を決定する関数を表す近似曲線を示す図である。
【図３】実施形態１の変形例１における空気調和装置の概略構成図である。
【図４】実施形態１の変形例２における空気調和装置の概略構成図である。
【図５】実施形態１の変形例３における空気調和装置の概略構成図である。
【図６】実施形態２に係る空気調和装置の概略を示した構成図である。
【図７】実施形態２に係る分流器を示す断面図である。
【図８】実施形態２に係る分流器を示す平面図である。
【図９】実施形態２に係る空気調和装置の暖房運転時における所定条件を満たした場合及び満たしてない場合を示すモリエ線図である。
【図１０】実施形態２の変形例に係る空気調和装置の概略を示した構成図である。
【図１１】実施形態３に係る空調装置の概略を示した構成図である。
【図１２】実施形態３に係る空調装置の気液分離器を示した断面図である。
【図１３】実施形態３に係る室内ユニットの概略を示した構成図である。
【図１４】実施形態３の変形例１に係る室内ユニットの概略を示した構成図である。
【図１５】実施形態３の変形例２に係る気液分離器を示した断面図である。
【図１６】実施形態３の変形例３に係る室内ユニットの概略を示した構成図である。
【図１７】実施形態３の変形例３に係る気液分離器を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明に係る昇降機構を備えた冷蔵庫を図面を参照して説明する。
【００４１】
＜実施形態１の概要＞
近年、ＥＵのＦ−Ｇａｓ規制をはじめ各国での環境対策の重みが年々増加しており、充填冷媒量の削減は即刻に求められている。
【００４２】
本実施の形態は、かかる要求に鑑み、空気調和装置において、室外機と室内機との間の液冷媒配管に貯め込んでいる冷媒の状態を制御して室外機及び室内機における不足冷媒量を補うことにより、冷媒不足で生じる能力低下や運転不能等の問題を起こさずに充填冷媒量を削減可能とする。
【００４３】
室外機と室内機と液冷媒配管とガス冷媒配管とからなる閉回路内で、液冷媒配管内の冷媒の密度が高くなれば、その他の箇所の冷媒量は減少し、逆に液冷媒配管内の冷媒の密度が低くなれば、その他の箇所の冷媒量は増加する。つまり、液冷媒配管内の冷媒の密度を制御することで、それ以外の各構成部品内の冷媒量を増減することが可能となる。尚、冷媒の密度としては、冷媒のガスと液との割合（例えば、乾き度又は湿り度）を用いてもよい。
【００４４】
＜実施形態１＞
実施形態１は、液冷媒配管を流通する冷媒を、膨張弁により減圧することで液冷媒から二相冷媒（液とガスが入り混じった冷媒）へと変化させ、更に膨張弁により減圧することでガスの割合を増加させて密度を低くするものである。
【００４５】
図１は、実施形態１における空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、例えば建物の屋上等に設置される室外機１０と、建物内の各部に設置される複数の室内機２０と、室外機１０と室内機２０との間に接続されてこれら室外機１０及び室内機２０に循環する冷媒が流通する配管３０とを備えている。尚、図１に示す例では、１台の室外機１０に対して２台の室内機２０が接続されているが、室内機２０が１台又は３台以上であってもよい。
【００４６】
室外機１０は、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させる機器である室外熱交換器１１と、室外熱交換器１１に空気を当てて冷媒と空気との熱交換を促進させる送風機１２と、凝縮された冷媒液を膨張気化させて低圧かつ低温にする室外膨張弁１３とを備えている。また、冷媒の流路を切り換える四路切換弁１４と、蒸発し切れなかった冷媒液を分離するアキュムレータ１５と、冷媒を圧縮する圧縮機１６とを備えている。四路切換弁１４は、室外熱交換器１１、アキュムレータ１５及び圧縮機１６とそれぞれ配管で接続されている。また、室外熱交換器１１と室外膨張弁１３とは配管で接続され、アキュムレータ１５と圧縮機１６とは配管で接続されている。尚、図１では、四路切換弁１４の切換接続状態として、暖房運転を行う場合の状態を示している。
【００４７】
また、室外機１０は、圧縮機１６の吐出圧力を検出する圧力センサ１７と、室外熱交換器１１の入口温度を検出する温度センサ１８とを備えている。
【００４８】
更に、室外機１０は、送風機１２、室外膨張弁１３、圧縮機１６等の作動や、四路切換弁１４の切り換え等を制御する制御装置１９を備えている。
【００４９】
室内機２０は、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させる機器である室内熱交換器２１と、室内熱交換器２１に空気を当てて冷媒と空気との熱交換を促進させる送風機２２と、凝縮された冷媒液を膨張気化させて低圧かつ低温にする室内膨張弁２３とを備えている。
【００５０】
また、室内機２０は、室内熱交換器２１の出口温度を検出する温度センサ２８を備えている。
【００５１】
配管３０は、液化した冷媒が流通する液冷媒配管３１と、ガス冷媒が流通するガス冷媒配管３２とを有している。液冷媒配管３１は、室内機２０の室内膨張弁２３と、室外機１０の室外膨張弁１３との間を冷媒が流通するように配置される。ガス冷媒配管３２は、室外機１０の四路切換弁１４と、室内機２０の室内熱交換器２１のガス側との間を冷媒が通過するように配置される。
【００５２】
尚、図１では、室内膨張弁２３を各室内機２０に対して設けたが、複数の室内機２０に対して共通の膨張弁を別途に設けてもよい。
【００５３】
このように、実施形態１では、室外熱交換器１１と室内熱交換器２１との間に２つ以上の絞り機構を設け、多段的に減圧することで、液冷媒配管３１を流通する冷媒を液冷媒から二相冷媒へと変化させる。尚、図では、絞り機構として膨張弁を示したが、これには限らない。例えば、キャピラリチューブを用いてもよい。
【００５４】
また、実施形態１では、室外熱交換器１１及び室内熱交換器２１における冷媒の凝縮圧力及び蒸発圧力により冷媒の密度を推定して制御する。尚、このような制御は、既存のセンサである圧力センサ１７及び温度センサ１８，２８を用いて行えばよく、追加のセンサを設ける必要はない。
【００５５】
まず、冷房運転時の制御について説明する。
【００５６】
この場合、室内熱交換器２１の過熱度が目標過熱度となるように、室内膨張弁２３にて、室内熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力が制御される。
【００５７】
また、室外熱交換器１１における冷媒の凝縮圧力は送風機１２により制御される。このとき、室外膨張弁１３を絞ると、室外熱交換器１１側に冷媒が貯まりその凝縮圧力は上昇する。従って、制御装置１９は、凝縮圧力が目標凝縮圧力よりも低ければ、室外膨張弁１３の開度を閉じ、凝縮圧力が目標凝縮圧力よりも高ければ、室外膨張弁１３の開度を開けるように制御する。
【００５８】
更に、実施形態１における空気調和装置１には、通常運転時は液冷媒配管３１に二相冷媒を流通させることにより効率を維持し、低負荷時には液冷媒配管３１に液冷媒を貯めることにより効率を向上させる機能を持たせてもよい。
【００５９】
即ち、室内機２０側の負荷が低い場合は、室外熱交換器１１における冷媒量を減少させて凝縮圧力を低くした方が効率が良くなる。従って、圧縮機１６の運転容量が小さくなるほど室外膨張弁１３の開度が大きくなるように、室外膨張弁１３の開度に補正を加える。この開度補正は、例えば、図２に示す近似曲線で表される関数「開度補正＝Ｆ（圧縮機運転容量）」によって決定するとよい。
【００６０】
次に、暖房運転時の制御について説明する。
【００６１】
この場合、室外熱交換器１１の過熱度が目標過熱度となるように、送風機１２及び室外膨張弁１３にて、室外熱交換器１１における冷媒の蒸発圧力が制御される。
【００６２】
また、室内熱交換器２１における冷媒の凝縮圧力は、室内機２０側の負荷に依存する。圧縮機１６は高圧を目標とし、室内機２０側の負荷に依存するためである。このとき、室内膨張弁２３を絞ると、室内熱交換器２１側に冷媒が貯まりその凝縮圧力は上昇する。従って、制御装置１９は、凝縮圧力が目標凝縮圧力よりも低ければ、室内膨張弁２３の開度を閉じ、凝縮圧力が目標凝縮圧力よりも高ければ、室内膨張弁２３の開度を開けるように制御する。
【００６３】
＜実施形態１の変形例１＞
実施形態１では、室外機１０と室内機２０との間の配管３０が長い等の圧力損失が大きい条件下において、冷房運転時に、室内熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力が低下して能力低下が生じる場合がある。
【００６４】
そこで、実施形態１の変形例１では、実施形態１に加え、冷房運転時に室外熱交換器１１を通過する前の高圧ガスを室外熱交換器１１の下流側にバイパスする回路を設ける。そして、このバイパスする回路の開閉を切り替える開閉弁を設け、液冷媒配管３１を流通する冷媒に高圧ガスを混入させることにより、二相冷媒化に必要な減圧量を小さくする。
【００６５】
図３は、実施形態１の変形例１における空気調和装置１の概略構成図である。図示するように、変形例１における空気調和装置１は、図１に示した変形例１における空気調和装置１に対して、圧縮機１６の吐出側から室外熱交換器１１の下流側へバイパスする配管及びその配管の開閉を切り替える開閉弁１３１と、圧縮機１６の吸入圧力を検出する圧力センサ１７１とが追加されたものとなっている。
【００６６】
そして、空気調和装置１における配管３０の長さが、予め定められた長さ（例えば６０ｍ）よりも長い際に、制御装置１９は、実施形態１の制御に追加して、室内熱交換器２１の蒸発圧力が基準蒸発圧力よりも高い場合に開閉弁を開くように制御する。尚、室内熱交換器２１の蒸発圧力は、圧力センサ１７１で検出すればよい。
【００６７】
また、実施形態１では、室外機１０と室内機２０との間の配管３０が長い等の圧力損失が大きい条件下において、暖房運転時に、室外熱交換器１１における冷媒の蒸発圧力が低下して能力低下が生じる場合がある。
【００６８】
そこで、変形例１では、実施形態１に加え、暖房運転時に室内熱交換器２１を通過する前の高圧ガスを室内熱交換器２１の下流側にバイパスする回路を設けてもよい。そして、このバイパスする回路の開閉を切り替える開閉弁を設け、液冷媒配管３１を流通する冷媒に高圧ガスを混入させることにより、二相冷媒化に必要な減圧量を小さくしてもよい。
【００６９】
＜実施形態１の変形例２＞
図４は、実施形態１の変形例２における空気調和装置１の概略構成図である。図示するように、変形例２における空気調和装置１は、図３に示した変形例１における室外機１０及び室内機２０をそれぞれ複数台接続したものとなっている。但し、室外機１０としては、図１に示した実施形態１における室外機１０を用いてもよい。
【００７０】
変形例２における冷房運転時の制御は、変形例１のような接続形態の場合と同様である。
【００７１】
一方、変形例２における暖房運転時の制御は、次のようになる。即ち、複数の室外機１０が運転している場合には、室外機１０間の偏りを防止するために、室外熱交換器１１の過熱度が目標過熱度となるように、室外膨張弁１３にて、室外熱交換器１１における冷媒の蒸発圧力が制御される。また、停止している室外機１０がある場合は、その室外機１０への冷媒の貯まり込みを防止するためにその室外機１０の室外膨張弁１３は閉じられる。
【００７２】
＜実施形態１の変形例３＞
図５は、実施形態１の変形例３における空気調和装置１の概略構成図である。図示するように、変形例３における空気調和装置１は、図１に示した実施形態１における空気調和装置１において、室外機１０内の液冷媒配管３１に圧力センサ１７２を設け、室内機２０内の液冷媒配管３１に圧力センサ２７を設け、室内機２０のガス冷媒配管３２に温度センサ２８１を設けたものとなっている。
【００７３】
尚、図５では、室内膨張弁２３及び圧力センサ２７を各室内機２０に対して設けたが、複数の室内機２０に対して共通に設けてもよい。
【００７４】
そして、変形例３では、液冷媒配管３１の圧力及び温度並びに減圧後の圧力により冷媒の密度を算出して制御する。
【００７５】
具体的には、冷房運転時には次のような制御を行う。即ち、圧力センサ１７２，２７により、液冷媒配管３１に貯め込んでいる冷媒の物性値を検出する。また、圧力センサ１７及び温度センサ１８，２８が検出した冷媒の物性値と、圧力センサ１７２が検出した室外膨張弁１３による減圧後の圧力とから、冷媒の密度を推定する。そして、冷媒削減量に応じて冷媒の密度を決定し、室外膨張弁１３による減圧で冷媒の密度がこの決定した密度になるように制御する。例えば、冷媒充填量を３０％削減する場合は、冷媒の密度も３０％削減するように制御する。
【００７６】
一方、暖房運転時には、温度センサ２８が検出した温度と圧力センサ１７が検出した吐出圧力により、冷媒の物性値を求め、この冷媒の物性値と、圧力センサ１７２が検出した減圧後の圧力とから、冷媒の密度を推定する。
【００７７】
前記実施形態１及びその変形例１〜３によれば、空気調和装置１において、冷媒量を例えば３０％削減したとしても、液冷媒配管３１を流通している冷媒の密度を相応分低くすることにより、性能を維持したままその運転が可能となる。
【００７８】
また、各運転条件で液冷媒配管の密度を調整し、室外機と室内機内の冷媒量を各運転情的に最適な冷媒量として調整すれば、各運転条件で最も効率の良い運転が可能となる。
【００７９】
＜実施形態２の概要＞
近年、地球温暖化を防ぐために、空気調和装置に使用される液体冷媒の削減が求められており、この要求を満たすために、液体冷媒の一部を気体冷媒に代替えする試みがなされている。
【００８０】
しかし、特開２００２−１６２０８６号公報に開示される空気調和装置のように、圧縮機、室内熱交換器、第１減圧弁、第２減圧弁、及び、室外熱交換器を順に冷媒が流れるように構成されたメイン冷媒回路と、メイン冷媒回路における第１減圧弁と第２減圧弁との間から分岐して圧縮機に接続されるインジェクション回路とを備える構成のもので、液体冷媒の一部を気体冷媒に代替えすると、暖房運転において、インジェクション回路を介して圧縮機へ送り込まれる冷媒のインジェクション圧力が低下し、これにより、暖房能力が低下するという問題があった。
【００８１】
そこで、実施形態２は、インジェクション回路を備える空気調和装置において、液体冷媒の一部を液体冷媒に代替えしても、暖房運転において、インジェクション圧力が上昇し、暖房能力を維持できるようにすることを主たる課題とするものである。
【００８２】
＜実施形態２＞
実施形態２に係る空気調和装置１は、図６に示すように、室内ユニット２０（室内機）と、室外ユニット１０（室外機）と、この室内ユニット２０及び室外ユニット１０に冷媒が流通できるように構成されたヒートポンプサイクル３００とを備える。なお、前記冷媒は、気液二相冷媒であり、ヒートポンプサイクル３００内の平均気相体積が３０％以上になっているものである。
【００８３】
室内ユニット２０は、気液分離器４０と、互いに並列に接続された第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ（室内膨張弁）と、各第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃにそれぞれ直列に接続された室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとを備えている。なお、各第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと該各第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと対となる各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとは、それぞれ別の空間ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに設置されている。
【００８４】
室外ユニット１０は、四方弁１４（四路切換弁）と、圧縮機１６と、室外熱交換器１１と、分流器５０と、第２減圧弁１３と、補助熱交換器６０とを備えている。
【００８５】
ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０、第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ、四方弁１４、室外熱交換器１１、分流器５０、第２減圧弁１３（室外膨張弁）、をこの順に接続されたメイン冷媒回路３２０と、四方弁１４に圧縮機１６が接続された圧縮回路３１０とを有している。
【００８６】
ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０と第２減圧弁１３との間に流れる気液二相冷媒の一部を上述したメイン冷媒回路３２０から分岐させて、室外熱交換器１１に導くことなく圧縮機１６に導くインジェクション流路３３０をさらに有している。具体的にこのインジェクション流路３３０は、一端が圧縮機１６の吸入側に接続されて他端が気液分離器４０と第２減圧弁１３との間のメイン冷媒回路３２０に接続されるインジェクション配管３３１と、前記インジェクション配管３３１に設けられた流量制御弁たる電動弁３３２と、前記インジェクション配管３３１における圧縮機１６と電動弁３３２との間に設けられ、メイン冷媒回路３２０を跨ぐように配置される補助熱交換器６０とから構成されている。
【００８７】
また、前記ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０内の気相冷媒の一部を上述したメイン冷媒回路３２０から分岐させて、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと圧縮機１６との間に導く第１バイパス流路３４０をさらに有している。具体的にはこの第１バイパス流路３４０は、一端が気液分離器４０の気相空間に接続されて他端が室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと圧縮機１６との間のメイン冷媒回路３２０に接続される第１バイパス配管３４１と、第１バイパス配管３４１に設けられた流量制御弁たる電動弁３４２と、第１バイパス配管３４１における電動弁３４２と気液分離器４０との間に設けられた逆止弁３４３とから構成されている。なお、逆止弁３４３は、暖房運転において、圧縮機１６から吐出される高圧の冷媒が気液分離器４０に流入しないように設けられている。
【００８８】
また、前記ヒートポンプサイクル３００は、メイン冷媒回路３２０に対して第３減圧弁３５２を第２減圧弁１３と並列に接続する第２バイパス流路３５０をさらに有している。具体的にはこの第２バイパス流路３５０は、一端が第２減圧弁１３と分流器５０との間に接続され、他端が第２減圧弁１３とメイン冷媒回路３２０のインジェクション流路３３０との分岐点との間に接続される第２バイパス配管３５１と、第２バイパス配管３５１に設けられた電磁膨張弁たる第３減圧弁３５２とから構成されている。なお、第２バイパス流路３５０が、請求項４〜１２におけるバイパス回路に対応している。
【００８９】
分流器５０は、図７に示すように、一つの入口管５０ａと、複数の出口管５０ｂと、入口管５０ａを一端に接続し、複数の出口管５０ｂを他端に接続する本体５０ｃとを具備する構成になっている。本体５０ｃは、入口側の開口から出口側の開口に向かって途中で径がテーパー状に広がる円筒状に形成され、出口側の開口に蓋体５０ｄが嵌め込まれた構成になっている。なお、本体５０ｃは、入口側の径が広がるまでの開口が入口管５０ａを差し込む入口接続ポート５０ｅになっており、蓋体に設けられた複数の開口が各出口管５０ｂを差し込む出口接続ポート５０ｆになっている。なお、本実施形態では、蓋体５０ｄに対して四つの出口接続ポート５０ｆが設けられ、これらの出口接続ポート５０ｆが四角形状に配置されている（図８参照）。そして、本体５０ｃの入口接続ポート５０ｅに入口管５０ａを接続し、各出口接続ポート５０ｆに出口管５０ｂを接続した状態において、本体５０ｃの内部における入口管５０ａの先端と出口管５０ｂの先端との間の部分に、入口側に向かって径がテーパー状に狭くなる胴体空間５０ｇが形成される。
【００９０】
なお、分流器５０は、入口管５０ａの内径Ａに対する各出口管５０ｂの内径Ｂの比が０．６以上になるように設定されている。また、入口管５０ａの内径Ａに対する胴体空間５０ｇの最大内径Ｃの比が２．２５以下になるように設定されている。また、入口管５０ａの内径Ａに対する胴体空間５０ｇの入口側から出口側までの長さＤの比が１．４以下になるように設定されている。分流器５０は、これらの設定を満たし、出口管５０ｂを４つ以上具備するものであればよい。
【００９１】
そして、分流器５０は、重力方向に沿って入口管５０ａが下方に伸び、複数の出口管５０ｆが上方に伸びるように配置された状態で、入口管５０ａが第２減圧弁１３に接続されると共に、複数の出口管５０ｆが室外熱交換器１１が備える図示しない各伝熱管に接続される。
【００９２】
なお、本実施形態の空気調和装置１は、図示しない制御部によって制御されるように構成されている。制御部は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータにより構成してあり、前記メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協働することによってその機能が実現されるようにしてある。
【００９３】
具体的には、制御部は、圧縮機１６の冷媒の吐出圧力が±０．３ＭＰａ以上になる場合に、分流器５０の入口管５０ａの乾き度が０．１２以上になるように各種機器を制御している。これにより、分流器５０の分流時における体積流速を上昇させることができ、各出口管５０ｆを大径化した圧力損失の少ない分流器５０を採用することができるようになる。また、分流器５０の各出口管５０ｆを流れる冷媒の流速が下記式（数１）から算出される限界冷媒流速Ｕ（ｍ／ｓ）以上になるように各種機器を制御している。なお、分流器５０の各出口管５０ｆの冷媒流速を限界冷媒流速Ｕ以上に制御することにより、液相冷媒が重力に逆らって各出口管５０ｆを上昇し、分流器５０内における偏流が防止される。
【数１】
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ここで、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ２）、ｄｘは前記分流器５０の前記入口管５０ａ側の乾度が０．１２以上になった状態における前記分流器の出口管５０ｆの内径（ｍ）、ρｌｉｑは冷媒の液相密度（ｋｇ／ｍ３）、ρｇは冷媒の気相密度（ｋｇ／ｍ３）である。
【００９４】
次に、暖房運転時における動作を説明する。
【００９５】
先ず、制御部が、室外に設けられた外気温度を測定する図示しない温度計から外気温度を取得し、その外気温度が所定温度以上（具体的には、外気温度が７℃以上）であった場合に、暖房能力が低くなっても支障がないため、制御部は、第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを大きく開く制御を実施し、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃから吐出された冷媒を大きく減圧し、さらに、第２減圧弁１３を開くと共に第３減圧弁３５２を開く制御（第１制御）を実施し、分流器５０へ流れ込む冷媒の量を増加させる。この制御により、インジェクション流路３３０を介して圧縮機１６へ流れ込む冷媒のインジェクション圧力が低下し、これに伴って圧縮機１６の冷媒を圧縮する能力が低下して暖房能力が低下するが、メイン冷媒回路３２０を流れる冷媒の圧力損失を低減することができるため、これにより、液相冷媒に対する気相冷媒の割合を増すことができ、液相冷媒を削減することができる（図９（ａ）参照）。
【００９６】
一方、外気温度が所定温度未満（具体的には、外気温度が７℃未満）であった場合には、暖房能力を高く維持する必要があるため、制御部は、第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを小さく開く制御を実施し、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃから吐出された冷媒を小さく減圧し、さらに、第２減圧弁１３を開くと共に第３減圧弁３５２を閉じる制御（第２制御）を実施し、分流器５０へ流れ込む冷媒の量を減少させる。この制御により、メイン冷媒回路３２０を流れる冷媒の圧力損失が増加するが、インジェクション流路３３０を介して圧縮機１６へ流れ込む冷媒のインジェクション圧力が上昇し、これに伴って圧縮機１６の冷媒を圧縮する能力が上昇して暖房能力が上昇する（図９（ｂ）参照）。
【００９７】
また、本実施形態では、分流器５０として、気液二相冷媒が入口管５０ａ側から複数の出口管５０ｆ側へ通過する場合における圧力損失を軽減する構成を採用しているため、これにより、前記暖房運転における冷媒の圧力損失を大幅に軽減することができ、液相冷媒に対する気相冷媒の割合を大幅に削減することができる。なお、この分流器５０の圧力損失の軽減する構成は、冷房運転においても冷房能力を上昇させる効果を発揮する。詳述すると、分流器５０による圧力損失が低減するため、メイン冷媒回路３２０を流れる冷媒の流量が増加し、これにより、インジェクション流路３３０を介して圧縮機１６に流れ込む冷媒のインジェクション圧力が上昇し、これに伴って圧縮機１６の冷媒を圧縮する能力が上昇して冷房能力が上昇する。
【００９８】
＜実施形態２の変形例１＞
本変形例の空気調和装置１は、前記実施形態２の空気調和装置１における第２バイパス流路３５０の変形例であり、図１０に示すように、本変形例の第２バイパス流路３５０は、一端が第２減圧弁１３と分流器５０との間に接続され、他端が気液分離器４０とメイン冷媒回路３２０の気液分離器４０（第１減圧弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）との間、言い換えれば、暖房運転においてメイン冷媒回路３２０におけるインジェクション流路３３０との分岐点の上流側に接続される第２バイパス配管３５１を具備している。このようなものであれば、暖房運転において、インジェクション流路３３０を介して圧縮機１６へ流れ込む冷媒のインジェクション圧力を第３減圧弁３５２によって制御することができ、外気温度に対応した更に細かい制御を実施することが可能となる。
【００９９】
なお、前記実施形態２においては、暖房運転における制御部の制御切り替え条件を決める値として、外気温度を使用しているが、外気温度の代わりとして、例えば、第３減圧弁３５２の高圧側と低圧側との差圧のように、外気温度を間接的に示す値（外気温度指標値）を使用してもよい。具体的には、外気温度の代わりに第３減圧弁３５２の高圧側と低圧側との差圧を前記制御切り替え条件として用いる場合には、その差圧が０，７ＭＰａ以上であった場合に第１制御を実施し、その差圧が０，７ＭＰａ未満であった場合に第２制御を実施するようにすればよい。
【０１００】
また、前記実施形態２のように、外気温度指標値が示す外気温度が所定温度以上であることのみを前記制御切り替え条件としてもよく、さらに、室外ユニットの室内負荷が所定割合以上であることも前記制御切り替え条件として加えてもよい。具体的には、外気温度指標値が示す外気温度が７℃以上、室外ユニットの室内負荷の５０％以上の二つの条件のいずれか一方又は双方を満たした場合に前記第１制御を実施し、前記二つの条件の双方を満たさない場合に前記第２制御を実施するようにすればよい。
【０１０１】
また、前記実施形態２の分流器５０の変形例として、本体５０ｃ内部に円錐体を設置して入口管５０ａから流れ込む冷媒を各出口管５０ｂに分散させるようにしてもよい。具体的には、蓋体５０ｄの中央に各出口接続ポート５０ｆを隠さないように入口管５０ａ側に突出するように円錐体を設置し、その円錐体の先端を入口管５０ａの中心軸に一致させる。なお、円錐体でなくても、出口管５０ｂの数に対応する角錐体であってもよい。
【０１０２】
また、前記実施形態２の分流器５０は、本体５０ｃに対して入口管５０ａと複数の出口管５０ｆとを差し込んで接続した構造になっているが、本体５０ｃに対して入口管５０ａと複数の出口管５０ｆとが一体に成形されたものであってもよい。
【０１０３】
前記実施形態２に係る空気調和装置よれば、暖房運転時におけるインジェクション圧力が上昇し、暖房能力を向上させることができ、また、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えしても、必要な冷暖房能力を維持できる。
【０１０４】
＜実施形態３の概要＞
近年、地球温暖化防止のために、空気調和装置に使用される液相冷媒の削減が要求されているが、例えば、特許文献１に開示された空気調和装置のように、気液分離器によって冷媒を気相と液相とに分離し、気液分離器の液相冷媒のみを各室内機へ分配するものでは、液相冷媒の総量を減少させることは、空気調和能力の低下に直結し、空気調和能力を維持したまま前記要求を満たすことはできなかった。
【０１０５】
前記要求を満たすために、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えする試みがなされているが、特開平６−２４１５９２号公報に開示された空気調和装置のように複数の室内機を備えるものにおいて、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えすると、各室内機に冷媒を分配するための各分配流路の分岐部分において乾き度が均一にならず、各室内機毎に流れ込む気相冷媒の量が変動し、気相冷媒が多く流れ込む室内機の空気調和能力が低下するという問題があった。
【０１０６】
そこで、本実施形態は、複数の室内機を備える空気調和装置において、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えした場合に、各室内機に流れ込む気相冷媒の量の差を減少させ、各室内機に可能な限り均一に気相冷媒が流れ込むようにすることを主たる課題とするものである。
【０１０７】
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る空気調和装置１は、図１１に示すように、室内ユニット２０（室内機）と、室外ユニット１０（室外機）と、この室内ユニット２０及び室外ユニット１０に冷媒が流通できるように構成されたヒートポンプサイクル３００とを備える。なお、前記冷媒は、気液二相冷媒である。
【０１０８】
室内ユニット２０は、気液分離器４０と、互いに並列に接続された室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと、各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃにそれぞれ直列に接続された室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとを備えている。なお、各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと該各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと対となる各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとは、それぞれ別の空間ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ用として設置されている。よって、室内熱交換器２１Ａ及び室内膨張弁２３Ａが空間ＲＡの室内機となり、室内熱交換器２１Ｂ及び室内膨張弁２３Ｂが空間ＲＢの室内機となり、室内熱交換器２１Ｃ及び室内膨張弁２３Ｃが空間ＲＣの室内機となる。なお、室内膨張弁が、請求項１３〜２３に記載された膨張弁に対応している。
【０１０９】
室外ユニット１０は、四方弁１４と、圧縮機１６と、室外熱交換器１１と、分配器５０（分流器）と、室外膨張弁１３と、補助熱交換器６０とを備えている。
【０１１０】
ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０、室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ、四方弁１４（四路切換弁）、室外熱交換器１１、分配器５０、室外膨張弁１３、をこの順に接続されたメイン回路３２０（メイン冷媒回路）と、四方弁１４に圧縮機１６が接続された圧縮回路３１０とを有している。
【０１１１】
気液分離器４０は、冷房運転時に室外膨張弁１３側から流入する気液二相冷媒を一時的に滞留させて気相と液相とに分離した後に気相冷媒の一部及び液相冷媒の全部を室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ側へ流出する構造になっている。具体的にこの気液分離器４０は、図１２に示すように、一時的に冷媒を滞留させて気相と液相とに分離する滞留タンク４０ａと、滞留タンク４０ａの内部空間に繋がるように設けられた冷媒を流入する流入口４０ｂと、滞留タンク４０ａの気相空間ＧＰと液相空間ＬＰとに跨って繋がるように設けられ、気相冷媒の一部及び液相冷媒の全部を流出する第１流出口４０ｃと、滞留タンク４０ａの気相空間ＧＰに繋がるように設けられた気相冷媒の一部を流出する第２流出口４０ｄとを有する構造になっている。なお、本実施形態の気液分離器４０は、流入口４０ｂと第１流出口４０ｃとが滞留タンク４０ａの互いに対向する側面に設けられ、滞留タンク４０ａは、水平方向に伸びる円筒状に形成され、その胴体が流入口４０ｂ及び第１流出口４０ｃの内径に対して大径に形成されている。この胴体の径は、流入口４０ｂから滞留タンク４０ａ内に入流した気液二相冷媒が成層流になる長さに設定されている。また、第２流出口４０ｄが滞留タンクの上面に設けられている。
【０１１２】
ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０と室外膨張弁１３との間に流れる気液二相冷媒の一部を上述したメイン回路３２０から分岐させて、室外熱交換器１１に導くことなく圧縮機１６に導くインジェクション流路３３０をさらに有している。具体的にこのインジェクション流路３３０は、一端が圧縮機１６の吸入側に接続されて他端が気液分離器４０と室外膨張弁１３との間のメイン回路３２０に接続されるインジェクション配管３３１と、前記インジェクション配管３３１に設けられた流量制御弁たる電動弁３３２と、前記インジェクション配管３３１における圧縮機１６と電動弁３３２との間に設けられ、メイン回路３２０を跨ぐように配置される補助熱交換器６０とから構成されている。
【０１１３】
また、前記ヒートポンプサイクル３００は、気液分離器４０内の気相冷媒の一部を上述したメイン回路３２０から分岐させて、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに導くことなく室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと圧縮機１６との間に導くバイパス流路３４０（第１バイパス流路）をさらに有している。具体的にはこのバイパス流路３４０は、一端が気液分離器４０の第２流出口４０ｄに接続されて他端が室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと圧縮機１６との間のメイン回路３２０に接続されるバイパス配管３４１（第１バイパス配管）と、バイパス配管３４１に設けられた流量制御弁又は開閉弁たる電動弁３４２と、バイパス配管３４１における電動弁３４２と気液分離器４０との間に設けられた逆止弁３４３と、電動弁３４２を通過したバイパス配管３４１を流れる気相冷媒の温度を測定する温度センサ３４４とから構成されている。なお、逆止弁３４３は、暖房運転時に、圧縮機１６から吐出される高圧の冷媒が気液分離器４０に流入しないように設けられている。
【０１１４】
前記メイン回路３２０は、冷房運転時に気液分離器４０から吐出される気相冷媒の一部と液相冷房の全部とを各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃへ分配する分配流路３６０を有している。具体的にはこの分配流路３６０は、一端が気液分離器４０の第１流出口４０ｃに接続され、他端が室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数に分岐される第１分配管３６１から構成さており、第１分配管３６１は、その各他端がそれぞれ対応する室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに接続されている。なお、本実施形態の第１分配管３６１は、気液分離器４０の第１流出口４０ｃに接続される一端側から室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数だけ櫛状に分岐して伸びる他端側を有する形状になっている。また、第１流出口４０ｃから最初に分岐する他端側までの距離は１ｍ以内であることが好ましい。
【０１１５】
なお、本実施形態の空気調和装置１は、図示しない制御部によって制御されるように構成されている。制御部は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータにより構成してあり、前記メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協働することによってその機能が実現されるようにしてある。
【０１１６】
次に、冷房運転時における動作を説明する。
【０１１７】
先ず、制御部は、室外熱交換器１１から吐出された気液二相冷媒を室外膨張弁１３によって乾き度が０．０３以上になるように減圧し、さらに、気液分離器４０内を流れる気相冷媒の見かけ流速が０．２ｍ／ｓ以下、液相冷媒の見かけ流速が１０ｍ／ｓ以下になるように各種機器を制御する。この制御により、気液分離器４０内に流入した気液二相冷媒は、気相と液相とに分離し、第１流出口４０ｃが液相冷媒によって略液封され、第１流出口４０ｃから液相冷媒の全部と気相冷媒の一部とが流出する状態となり、これにより、第１流出口４０ｃから流出する液相冷媒の全部と気相冷媒の一部からなる冷媒の乾き度が０．０３未満になる。なお、制御部は、また、制御部は、気液分離器４０に流入するバイパス配管３４１に流れ込む気相冷媒の温度を温度センサ３４４で監視し、気液分離器４０からバイパス配管３４１を介して室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを迂回する気相冷媒の流量を電動弁３３２で調整し、バイパス配管３４１に液相冷媒が流入しないように制御する。
【０１１８】
このような構成であれば、気液分離器４０内の気相冷媒の一部と液相冷媒の全部とを各室内膨張弁２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに分配することができる。
【０１１９】
＜実施形態３の変形例１＞
本変形例は、前記第３実施形態に係る空気調和装置における室内ユニット２０、具体的には、分配流路３６０の変形例である。図１３に示すように、本変形例では、バイパス配管３４１が設けられていない。そして、本変形例の分配流路３６０は、一端が気液分離器４０の第１流出口４０ｃに接続され、他端が室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数に分岐される第１分配管３６１と、一端が気液分離器４０の第２流出口４０ｄに接続され、他端が室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数に分岐される第２分配管３６２とから構成され、第１分配管３６１と第２分配管３６２とが、同じ室内膨張弁に対応する他端同士を合流させてそれぞれ対応する室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに接続されている。このような構成であれば、気液分離器４０内の気相冷媒の全部と液相冷媒の全部とを各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに分配することができる。
【０１２０】
＜実施形態３の変形例２＞
本変形例は、前記第３実施形態に係る空気調和装置における室内ユニット２０、具体的には、気液分離器４０及び分配流路３６０の変形例である。図１４に示すように、本変形例では、バイパス配管３４０が設けられていない。そして、本変形例の気液分離器４０は、図１５に示すように、一時的に冷媒を滞留させて気相と液相とに分離する滞留タンク４０ａと、滞留タンク４０ａの内部空間に繋がるように設けられた冷媒を流入する流入口４０ｂと、滞留タンク４０ａの気相空間ＧＰに繋がるように設けられた気相冷媒の全部を流出する第２流出口４０ｄと、滞留タンク４０ａの液相空間ＬＰに繋がるように設けられた液相冷媒の全部を流出する第３流出口４０ｅとを有する構造になっている。また、本変形例の分配流路３６０は、図１４に示すように、一端が気液分離器４０の第２流出口４０ｄに接続され、他端が室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数に分岐される第２分配管３６２と、一端が気液分離器４０の第３流出口４０ｅに接続され、他端が室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数に分岐される第３分配管３６３とから構成され、第２分配管３６２と第３分配管３６３とが、同じ室内膨張弁に対応する他端同士を合流させてそれぞれ対応する室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに接続している。このような構成であれば、気液分離器４０内の気相冷媒の全部と液相冷媒の全部とを各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに分配することができる。
【０１２１】
＜実施形態３の変形例３＞
本変形例は、前記第３実施形態に係る空気調和装置における室内ユニット２０、具体的には、気液分離器４０及び分配流路３６０の変形例である。図１６に示すように、本変形例では、バイパス配管３４１が設けられていない。そして、本変形例の気液分離器４０は、図１７（ａ）に示すように、一時的に冷媒を滞留させて気相と液相とに分離する滞留タンク４０ａと、滞留タンク４０ａの内部空間に繋がるように設けられた冷媒を流入する流入口４０ｂと、滞留タンク４０ａの液相空間ＬＰに繋がるように設けられた室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数の差込口４０ｆとを有する構造になっている。また、本変形例の分配流路３６０は、図１６に示すように、室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに対応する数の第４分配管３６４を具備しており、各分配管３６４が、一端をそれぞれ別の差込口４０ｆから液相空間ＬＰを貫いて気相空間ＧＰに達するように挿入して気液分離器４０に接続され、他端をそれぞれ別の室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに接続している。各分配管３６４の一端側には、図１７（ａ）に示す気液分離器４０のＡ−Ａ断面図を示す図１７（ｂ）に示すように、気相空間ＧＰに位置する部分に第１取込口３６４ａが設けられ、液相空間ＬＰに位置する部分に第２取込口３６４ｂが設けられている。なお、各分配管３６４の第１取込口３６４ａ及び第２取込口３６４ｂは、気液分離器４０の流入口４０ｂと反対方向、言い換えれば、気液分離器４０内の冷媒が流れる方向に向けて開口している。また、第１取込口３６４ａと第２取込口３６４ｂとは、その開口面積が気液二相冷媒中に含まれる気相冷媒と液相冷媒との比に合わせた広さになっており、第１取込口３６４ａの開口面積が、気液二相冷媒中に含まれる気相冷媒の割合に一致し、第２取込口３６４ｂの開口面積が、気液二相冷媒中に含まれる液相冷媒の割合に一致する構成になっている。このような構成であれば、気液分離器４０内の気相冷媒の全部と液相冷媒の全部とを各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに分配することができる。
【０１２２】
なお、前記実施形態３の変形例１、変形例２及び変形例３において、バイパス流路３４０を設け、気液分離器４０内の気相冷媒の一部を室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの圧縮機１６側へ合流させてもよい。この場合には、気液分離器４０内の気相冷媒の一部と液相冷媒の全部とを各室内膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに分配することになる。
【０１２３】
前記実施形態３に係る空気調和装置によれば、液相冷媒の一部を気相冷媒に代替えしても、各室内機に流れ込む気相冷媒の量の大きな差が生じず、各室内機に対して略均一に気相冷媒が流れ込み、各室内機の空気調和能力を一定に保つことができる。
【０１２４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１２５】
１  空気調和装置
１０  室外機（室外ユニット）
１１  室外熱交換器
１２  送風機
１３  室外膨張弁（第２減圧弁）
１６  圧縮機
２０  室内機（室内ユニット）
２１  室内熱交換器
２２  送風機
２３  室内膨張弁（第１減圧弁）
４０  気液分離器
５０  分流器（分配器）
３２０  インジェクション流路
３４０  バイパス流路（第１バイパス流路）
３５０  第２バイパス流路
３５２  第３減圧弁
３６０  分流流路
【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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