JP6041995B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッダ型分配器に接続された熱交換器及び送風機を備えた空気調和機に関するものである。

従来の熱源側熱交換器は、機器の運転状態による冷媒流量と乾き度の変化に対応して、熱交換器が主熱交換器と副熱交換器とに分割され、熱源側熱交換器の分割領域毎に冷媒流量を制御する空気調和機が知られている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１には、熱源側熱交換器が互いに並列に接続された主熱交換部と補助熱交換部とを有しており、主熱交換部と補助熱交換部との冷媒の流量比を制御して熱源側熱交換器の蒸発能力を向上させることが開示されている。この熱源側熱交換器はヘッダ型分配器に接続されており、冷媒がヘッダ型分配器と主熱交換部及び補助熱交換部の各伝熱管との間を流通するようになっている。

特開２０１３−０６１０９１号公報

しかし、ヘッダ型分配器が熱源側熱交換器の複数の伝熱管に冷媒を分配する際、冷媒流量及び乾き度の変化によって、ヘッダ型分配器において気液二相状態の冷媒の分配が不均一になり、結果として熱交換性能が低下してしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、運転状態による冷媒流量と乾き度が変化しても冷媒を均一に分配することができる空気調和機を提供することを目的としている。

本発明の空気調和機は、圧縮機と流路切替器と熱源側熱交換器と絞り装置と利用側熱交換器とを順に接続した冷凍サイクルを有し、熱源側熱交換器は、流路切替器に接続された複数の冷媒入口と複数の冷媒出口とを備えた複数の伝熱管を有する熱源側主熱交換器と、熱源側主熱交換器と一体に形成され、熱源側主熱交換器の冷媒出口及び絞り装置に接続された冷媒流路を有する熱源側副熱交換器とを備えた空気調和機であって、熱源側熱交換器に送風する送風ユニットと、熱源側主熱交換器の複数の冷媒入口に接続され、熱源側主熱交換器が蒸発器として機能している際に、熱源側副熱交換器側から流入する冷媒を熱源側主熱交換器の複数の伝熱管へ分配するヘッダ型分配器と、圧縮機と熱源側副熱交換器との間に設けられた気液分離器と、気液分離器から熱源側副熱交換器へ流入されるガス冷媒の量を制御する制御弁と、熱源側主熱交換器の異なる高さ位置に設置され、熱源側主熱交換器が蒸発器として機能している際に、熱源側主熱交換器の異なる高さ位置から流出する冷媒の温度を出口温度として検出する複数の出口温度センサと、熱源側副熱交換器へ送風する風量を制御することにより、熱源側副熱交換器から流出する冷媒の乾き度を変化させるように、ヘッダ型分配器における冷媒の分配を制御する制御装置とを有し、制御装置は、複数の出口温度のばらつきが所定量より大きい場合、ヘッダ型分配器での冷媒の分配が不均一であると判定する分配判定部と、分配判定部においてヘッダ型分配器での分配が不均一であると判定された場合、制御弁を閉止する制御弁制御部とを備える。

本発明の空気調和機によれば、ヘッダ型分配器内に流入する冷媒の乾き度に応じて熱源側副熱交換器側に送風する送風ユニットの送風量を制御することができ、熱源側副熱交換器の熱交換量を変化させて熱源主熱交換器側のヘッダ型分配器の入口における乾き度を所定値になるように調整する。このため、ヘッダ型分配器の上端まで冷媒が上昇しなくなることによる冷媒の分配の不均一を抑制することができる。

本発明の実施形態１による空気調和機の熱源側ユニットを示す斜視透視図である。 本発明の実施形態１による空気調和機の一例を示す冷媒回路図である。 図１の熱源側熱交換器の一例を示す模式図である。 図２の空気調和機において、冷媒がハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０Ａである場合のＰ−Ｈサイクル線図である。 熱源側主熱交換器の入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。 熱源側主熱交換器の入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。 本発明の実施形態２による空気調和機の冷媒回路図である。 乾き度Ｘ＝０．０５でのヘッダ型分配器の高さ位置毎の出口過熱度を示すグラフである。 乾き度Ｘ＝０．２でのヘッダ型分配器の高さ位置毎の出口過熱度を示すグラフである。 本発明の実施形態３による空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態４による空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態５による空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態６による空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態７による空気調和機の冷媒回路図である。 図１４のヘッダ型分配器の高さ位置毎の液冷媒の流量を示すグラフである。 図１４のヘッダ型分配器の高さ位置毎の出口過熱度を示すグラフである。 本発明の実施形態８による空気調和機の熱源側ユニットを示す斜視透視図である。 本発明の実施形態８による空気調和機の一例を示す冷媒回路図である。 図１７の熱源側熱交換器の一例を示す模式図である。 図１７の熱源側主熱交換器の一端側の一例を示す模式図である。 図１７の熱源側主熱交換器の他端側の一例を示す模式図である。 図１７の空気調和機において、冷媒がハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０Ａである場合のＰ−Ｈサイクル線図である。 図１７の熱源側主熱交換器の入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。 図１７の熱源側主熱交換器の入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。 図１７のヘッダ型分配器の高さ位置毎の過熱度を示すグラフである。 図１７のヘッダ型分配器の高さ位置毎の過熱度を示すグラフである。 本発明の実施形態９による空気調和機の冷媒回路図である。 図２７の空気調和機におけるＰ−Ｈサイクル線図の一例を示すグラフである。 図２７の空気調和機において中途温度を測定する中途温度センサが設置された様子を示す模式図である。 空気温度が７度のときに伝熱管に異なった冷媒を流して運転した場合の冷媒の温度と伝熱管との位置の関係を示す模式図である。

実施形態１．
以下、本発明に係る空気調和機の室外機の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。図１は本発明の実施形態１による空気調和機の熱源側ユニットを示す斜視透視図、図２は本発明の実施形態１による空気調和機の一例を示す冷媒回路図である。

熱源側ユニット１Ａは、利用側ユニット１Ｂと共に冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成することで、戸外から空調の熱を廃熱及び供給するものである。熱源側ユニット１Ａは、筐体２を有しており、筐体２内に圧縮機１０、流路切替器２０、熱源側熱交換器３０、送風ユニット４０、絞り装置５０、アキュムレータ６０が収納している。一方、利用側ユニット１Ｂは、空調対象である室内等に設置されており、利用側熱交換器３を備えている。そして、空気調和機１は、圧縮機１０と流路切替器２０と利用側熱交換器３と絞り装置５０と熱源側副熱交換器３０Ｂとキャピラリーチューブ３３とヘッダ型分配器３２と熱源側主熱交換器３０Ａと合流管３１とアキュムレータ６０で構成された冷凍サイクルを有している。

圧縮機１０は、冷媒を吸引及び圧縮して高温・高圧の状態にするものであって、たとえばスクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等から構成されている。流路切替器２０は、冷房運転もしくは暖房運転の運転モードの切替に応じて暖房流路と冷房流路との切替を行うものであって、たとえば四方弁からなっている。流路切替器２０は、暖房運転時において、圧縮機１０の吐出側と利用側熱交換器３とを接続するとともに、熱源側熱交換器３０とアキュムレータ６０とを接続する。一方、流路切替器２０は、全冷房運転時において、圧縮機１０の吐出側と熱源側熱交換器３０とを接続するとともに、利用側熱交換器３とアキュムレータ６０とを接続する。なお、流路切替器２０として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らずたとえば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。

熱源側熱交換器３０は、冷媒と外気との間で熱交換を行うものであって、例えば筐体２の正面左側にＬ字状に曲げられた形状を有している。熱源側熱交換器３０は、熱源側主熱交換器３０Ａと熱源側副熱交換器３０Ｂとを有している。熱源側主熱交換器３０Ａは筐体２の上部側に配置されており、熱源側副熱交換器３０Ｂは筐体２の下部に配置されている。熱源側主熱交換器３０Ａと熱源側副熱交換器３０Ｂとは一体的に形成されており、共通の伝熱フィン３０Ｄの異なる領域に設けられている。

具体的には、図３は図１の熱源側熱交換器３０の一例を示す模式図である。図３の熱源側熱交換器３０は、複数の伝熱管３０Ｃに伝熱フィン３０Ｄが例えば１ｍｍ間隔で多数挿入され構成されている。動作時には図中Ａのように伝熱フィン３０Ｄの平面に気流が通風され、冷媒が図中Ｂのように伝熱管３０Ｃの軸方向に流動する。これにより、冷媒と空気とが熱交換して廃熱及び熱供給が実現される。熱源側主熱交換器３０Ａと熱源側副熱交換器３０Ｂとは同一の伝熱フィン３０Ｄ上に一体的に設けられており、伝熱管３０Ｃは互いに独立している。

図２の熱源側主熱交換器３０Ａは合流管３１及びヘッダ型分配器３２に接続されている。合流管３１は、蒸発器として機能する際（暖房運転時）に冷媒出口になるものであって、流路切替器２０に接続されている。ヘッダ型分配器３２は、蒸発器として機能する際（暖房運転時）に冷媒入口になるものであって、ヘッダ及びヘッダから熱源側主熱交換器３０Ａの各伝熱管３０Ｃに接続された分岐管を有している。そして、暖房運転時において、ヘッダ型分配器３２に流入した冷媒は、各分岐管から熱源側主熱交換器３０Ａの各伝熱管３０Ｃへ分配され、合流管３１から流出するようになっている。

一方、熱源側副熱交換器３０Ｂの一方には絞り装置５０が接続されており、他方にはキャピラリーチューブ３３を介してヘッダ型分配器３２に接続されている。そして、暖房運転時において、冷媒が絞り装置５０から熱源側副熱交換器３０Ｂへ流入し、ヘッダ型分配器３２側に流出することになる。

送風ユニット４０は、熱源側熱交換器３０に送風するものであって、熱源側熱交換器３０と対向するよう設けられている。なお、図１の送風ユニット４０は、筐体２内で圧縮機１０と、図示しないアキュムレータ６０と流路切替器２０とに干渉させないことを両立させている。このように筐体２に取り付けられた送風ユニット４０の上流側には、グリル２Ａが設けられている。送風ユニット４０は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとを有している。第１送風機４０Ａは熱源側主熱交換器３０Ａと対向するように筐体２の上部に配置されており、第２送風機４０Ｂは熱源側副熱交換器３０Ｂと熱源側主熱交換器３０Ａとに対向するように筐体２の下部に配置されている。

絞り装置５０は、利用側熱交換器３と熱源側副熱交換器３０Ｂとの間に設けられており、流量を調整することにより冷媒の温度を調整するものである。この絞り装置５０は、たとえばＬＥＶ（リニア電子膨張弁）などに代表される絞り装置や開閉により冷媒の流れのＯＮ／ＯＦＦを行う開閉弁等からなっている。アキュムレータ６０は、圧縮機１０の吸引側に設けられたものであって冷媒を貯留するものである。そして、圧縮機１０はアキュムレータ６０に貯留された冷媒のうちガス冷媒を吸引し圧縮するようになっている。

次に、図１から図３を参照して、熱源側熱交換器３０が蒸発器として動作する場合（暖房運転）の空気調和機１の動作例について説明する。まず、冷媒が圧縮機１０において圧縮されたガス冷媒になり、圧縮機１０から流路切替器２０を介して利用側熱交換器３へと流れる。その後、ガス冷媒は、利用側熱交換器３において放熱し気体から液体へと凝縮し、凝縮した冷媒が絞り装置５０において減圧されることで気液二相状態となる。そして、気液二相状態の冷媒が熱源側副熱交換器３０Ｂへと流入し、第２送風機４０Ｂの送風により空気から吸熱することで液体が蒸発し、気液二相状態の気体の割合が上昇する。その後、気液二相状態の冷媒は、キャピラリーチューブ３３で減圧された後にヘッダ型分配器３２に流入する。ヘッダ型分配器３２において、気液二相状態の冷媒が熱源側主熱交換器３０Ａの複数の伝熱管３０Ｃに分配され、第１送風機４０Ａ及び第２送風機４０Ｂの送風によって空気から吸熱することで気液二相状態が気相になり、流路切替器２０を経てアキュムレータ６０に流れる。その後、アキュムレータ６０内の冷媒が圧縮機１０へと吸入される。

図４は図２の空気調和機１において、冷媒がハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０Ａである場合のＰ−Ｈサイクル線図である。なお、図４において、熱源側熱交換器３０が蒸発器として動作する場合（暖房運転）について説明する。また、図４のうち、略台形の実線がサイクル動作状態を示しており、横軸のエンタルピー軸から伸びたＸ＝０．１からＸ＝０．９の線は冷媒の気相の比率を示す等乾き度線であり、凸実線は飽和線であり左側の領域は気体、右側の領域は液体となる。

上述した暖房運転時の冷凍サイクルは、点ＡＢから点ＡＣ、点ＡＤ、点ＡＥ、点ＡＦ、点ＡＡにて運転される。点ＡＢは圧縮機１０の吐出部で過熱気体である。冷媒は利用側熱交換器３で放熱されることで利用側熱交換器３の出口では点ＡＣの過冷却液になる。その後、冷媒は絞り装置５０を通過することで減圧され、点ＡＤの乾き度０．０５程度の気液二相状態になる。この気液二相状態の冷媒は熱源側副熱交換器３０Ｂにおいて一部吸熱蒸発することで点ＡＥまで乾き度Ｘの上昇と圧力の低下とが生じ、キャピラリーチューブ３３において更に減圧することで点ＡＦになりヘッダ型分配器３２に流入する。ヘッダ型分配器３２により分配された冷媒は熱源側主熱交換器３０Ａに流入し吸熱蒸発することで、点ＡＡの過熱気体に変化し、アキュムレータ６０を介して圧縮機１０へと吸入される。

ここで、熱源側熱交換器３０が蒸発器として動作する場合、ヘッダ型分配器３２には気液二相状態の冷媒が流入する。気液二相冷媒は密度が異なる気体と液体とが混在しており、各相が流速に依存した運動エネルギーと重力によって定まる位置エネルギーの釣り合いを維持しながら流動する。熱源側熱交換器３０の熱交換効率を高めるためには、エンタルピーが低い液相の冷媒がヘッダ型分配器３２から各々の伝熱管３０Ｃへ均等に分配されることが望ましい。しかし、例えば低負荷の冷媒循環量が少ない場合等において、冷媒の乾き度によっては冷媒の分配が高さ位置によって不均一な状態になってしまう場合がある。

具体的には、図５及び図６は熱源側主熱交換器３０Ａの入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器３２の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。なお、図５はヘッダ型分配器３２の冷媒入口乾き度Ｘ＝０．０５の場合であり、図６は冷媒入口乾き度Ｘ＝０．２の場合を図示している。図５に示すとおり、乾き度Ｘ＝０．０５の場合、熱源側主熱交換器３０Ａの低い位置に冷媒が偏って流れるとともに、高い位置に冷媒が流れない。

このように、ヘッダ型分配器３２において冷媒が著しく不均等に分配されて流動されてしまう。なお、乾き度Ｘ＝０．０５の場合について例示しているが、乾き度Ｘが０．１未満である場合、ヘッダ型分配器３２から液冷媒が均等に分配されず不均一になる。よって、熱源側副熱交換器３０Ｂにおいて蒸発によるエンタルピーの上昇がない場合、図４の点ＡＤから点ＡＥへのエンタルピー変化に伴う乾き度Ｘの上昇が生じない。したがって、上述した点ＡＤの乾き度０．０５程度の気液二相状態の状態で冷媒がヘッダ型分配器３２に流入し、ヘッダ型分配器３２において不均一に冷媒が分配されてしまう。

一方、図６に示すように、乾き度Ｘ＝０．２の場合、ヘッダ型分配器３２の分岐位置によらず、液冷媒がほぼ均等に分配されて流動される。また、乾き度Ｘ＝０．２の場合に限らず、乾き度Ｘが０．２以上であれば液冷媒がほぼ均等に分配される。そこで、制御装置７０は、熱源側副熱交換器３０Ｂからヘッダ型分配器３２に流入する冷媒が乾き度Ｘ＝０．２以上になるように制御を行うようになっている。

具体的には、制御装置７０は、空気調和機１の運転条件に応じて送風ユニット４０の動作を制御するものであって、運転条件検知部７１、分配判定部７２、送風制御部７３、判定テーブル７４を備えている。運転条件検知部７１は、制御装置７０において圧縮機１０及び絞り装置５０の制御が行われている際の圧縮機１０の運転周波数及び絞り装置５０の開度とを検知するものである。

分配判定部７２は、運転条件検知部７１により検知された圧縮機１０の運転周波数及び絞り装置５０の開度に基づいてヘッダ型分配器３２での冷媒の分配が均一に行われているか否かを判定するものである。具体的には、制御装置７０は、圧縮機１０の運転周波数（冷媒の吐出圧力）及び絞り装置５０の開度に関連づけてヘッダ型分配器３２での冷媒の分配状態（「均一」もしくは「不均一」の情報）を予め記憶した判定テーブル７４を有している。そして、分配判定部７２は、圧縮機１０の運転周波数及び絞り装置５０の開度から冷媒の分配状態を判定する。

送風制御部７３は、送風ユニット４０の動作を制御するものであって、分配判定部７２において冷媒の分配が不均一であると判定された場合、熱源側副熱交換器３０Ｂへ送風する風量を増加させるようになっている。ここで、上述した判定テーブル７４には、圧縮機１０の運転周波数及び絞り装置５０の開度に関連付けて送風ユニット４０の回転数も予め記憶されている。なお、この判定テーブル７４に記憶された回転数は、ヘッダ型分配器３２に流入する冷媒の乾き度Ｘが０．２になるように設定されたものである。そして、送風制御部７３は、熱源側副熱交換器３０Ｂに対向する第２送風機４０Ｂの回転数をヘッダ型分配器３２の入り口の冷媒乾き度が０．２に上昇するよう予め設定した数値に定める。

特に、送風制御部７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂの消費電力の和が一定となるように制御を行う。例えば、送風制御部７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの回転数の和が一定になるように制御を行うものであって、第２送風機４０Ｂの回転数が増加した場合、第１送風機４０Ａの回転数が減少するように制御する。これにより、熱源側熱交換器３０の各伝熱管３０Ｃの熱交換効率の増加と、送風ユニット４０の消費電力の抑制が同時に達成することができる。

上記実施形態１によれば、運転条件を用いてヘッダ型分配器３２の分配が不均一になると判定した場合、送風ユニット４０から熱源側副熱交換器３０Ｂに供給される風量を増加させることにより、熱源側副熱交換器３０Ｂにおいて冷媒の乾き度を上昇させ、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される状態にすることができる。このため、熱源側熱交換器３０の熱交換効率を増加させ、空気調和機１全体のシステム性能を向上できる。

なお、上記本実施形態１では、送風ユニット４０が第１送風機４０Ａ及び第２送風機４０Ｂを備えた場合について例示しているが、熱源側主熱交換器３０Ａにおける冷媒の入口状態が熱源側副熱交換器３０Ｂへの送風によって制御されるものであればよく、１台の送風機であってもよいし、３台以上の送風機を有していてもよい。また、送風制御部７３は、不均一であると判定された場合に、判定テーブル７４に予め記憶されている回転数を用いる場合について例示しているが、所定の回転数だけ上昇させるように制御するものであってもよい。

実施形態２．
図７は本発明の実施形態２による空気調和機の冷媒回路図であり、図７を参照して空気調和機１００について説明する。なお、図７の空気調和機１００において図２の空気調和機１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７の空気調和機１００が図２の空気調和機１と異なる点は、熱源側主熱交換器３０Ａから流出する冷媒の出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいて冷媒の分配が不均一であるか否かを判定する点である。

図７の空気調和機１００は、熱源側主熱交換器３０Ａの複数の冷媒出口に設けられた冷媒の出口温度Ｔ１〜Ｔ３を検知する複数の出口温度センサ８０ａ、８０ｂ、８０ｃを有している。複数の出口温度センサ８０ａ、８０ｂ、８０ｃは、合流管３１に接続された熱源側主熱交換器３０Ａの複数の伝熱管３０Ｃのうち、上段、中段及び下段にそれぞれ設けられている。また、空気調和機１００は、ヘッダ型分配器３２の冷媒入口に設けられた冷媒の入口温度Ｔ０を検知する入口温度センサ８１を備えている。なお、各出口温度センサ８０ａ〜８０ｃ及び入口温度センサ８１は、例えば熱電対や測温抵抗体などの温度を電気信号に変換する検出素子から構成されている。

一方、制御装置１７０は、温度制御部１７１、分配判定部１７２、送風制御部１７３を備えている。温度制御部１７１は、熱源側副熱交換器３０Ｂに流入する冷媒の温度を制御するものであって、出口温度Ｔ１〜Ｔ３のうちいずれか１つが入口温度Ｔ０よりも大きくなるように絞り装置５０の開度を調整し、冷媒の温度を制御するものである。

分配判定部１７２は、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づきヘッダ型分配器３２における分配状態を判定するものである。具体的には、分配判定部１７２は、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３のばらつきが所定量より大きい場合、各伝熱管３０Ｃへの冷媒の分配が不均一であると判定するものである。言い換えれば、出口温度Ｔ１〜Ｔ３から熱源側主熱交換器３０Ａの入口温度Ｔ０を減算した熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３を用いた場合、熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３にばらつきがないとき、ヘッダ型分配器３２において冷媒の分配が均一に行われる。一方、熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３は異なった値になったとき、ヘッダ型分配器３２において冷媒の分配が不均一になる。特に上段の出口過熱度ＳＨ１が中段もしくは下段の出口過熱度ＳＨ２、ＳＨ３より大きな値になる傾向がある。

具体的には、図８及び図９はヘッダ型分配器３２の高さ位置毎の出口過熱度を示すグラフである。なお、図８は熱源側主熱交換器３０Ａの入口の冷媒の乾き度Ｘ＝０．０５の場合を示し、図９は熱源側主熱交換器３０Ａの入口の冷媒の乾き度Ｘ＝０．２の場合を示している。図８の乾き度Ｘ＝０．０５の場合、液冷媒が下部に偏って不均一に分配された結果、過熱度は上段が高く下段が低いというように、高さ位置によって不均一な過熱度になる。一方、図９の乾き度Ｘ＝０．２の場合、液冷媒が比較的均一に分配された結果、出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３もほぼ均一になる。上述した通り、出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３は、入口温度Ｔ０と出口温度Ｔ１〜Ｔ３との差分であり、出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３がばらついていることは出口温度Ｔ１〜Ｔ３がばらついていることを意味する。そこで、分配判定部１７２は、出口温度Ｔ１〜Ｔ３の値が一定でなく、最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。

送風制御部１７３は、送風ユニット４０の送風動作を制御するものであって、分配判定部１７２において不均一になっていると判定された場合、熱源側副熱交換器３０Ｂに対向する第２送風機４０Ｂの回転数を増加させる。これにより、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される乾き度Ｘになるように、熱源側副熱交換器３０Ｂからヘッダ型分配器３２へ流出する冷媒の状態が調整される。

なお、この場合であっても、送風制御部１７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの消費電力の和が一定となるようにすることが好ましい。具体的には、送風制御部１７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの回転数の和が一定になるように、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させた際には第１送風機４０Ａの回転数を減少させる。すると、送風ユニット４０の消費電力の抑制が同時に達成することができる。

上記実施形態２の空気調和機１００によれば、出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づき冷媒が均一に分配されているか否かを判定し、空気調和機１００の運転条件に対して自立的に熱源側副熱交換器３０Ｂの冷媒の乾き度Ｘを上昇させることができる。その結果、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱交換器の熱交換効率を増加させ、空気調和機１００全体のシステム性能を向上できる。特に、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３によって制御を実施することで、空気調和機１００の運転状態を記憶せずとも自動的に均一な分配が実現されるように制御することができる。

実施形態３．
図１０は本発明の実施形態３による空気調和機の冷媒回路図であり、図１０を参照して空気調和機２００について説明する。なお、図１０の空気調和機２００において図７の空気調和機１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１０の空気調和機２００が図７の空気調和機１００と異なる点は、送風量の増加によっては分配の不均一が改善されない場合、さらに乾き度Ｘを上昇させる制御を行う点である。

まず、図１０に示すように、熱源側主熱交換器２３０Ａは、複数の熱交換部２３０Ｂ、２３０Ｃに分割されており、例えば上部熱交換部２３０Ｂ及び下部熱交換部２３０Ｃを有している。上部熱交換部２３０Ｂ及び下部熱交換部２３０Ｃは、同一のヘッダ型分配器３２に接続されているとともに、それぞれ異なる合流管２３１Ａ、２３１Ｂに接続されている。すなわち、上部熱交換部２３０Ｂには上部合流管２３１Ａが接続されており、下部熱交換部２３０Ｃには下部合流管２３１Ｂが接続されている。上部合流管２３１Ａと下部合流管２３１Ｂとは接続配管を介して接続されており、上部合流管２３１Ａに接続された接続配管上には電磁弁２３４が設けられている。

また、上部熱交換部２３０Ｂの冷媒出口となる複数の伝熱管３０Ｃの上部及び中央部には出口温度Ｔ１１、Ｔ１２を検知する出口温度センサ２８０ａ、２８０ｂが配置されており、下部熱交換部２３０Ｃの冷媒出口となる複数の伝熱管３０Ｃの上部及び中央部には出口温度Ｔ１３、Ｔ１４を検知する出口温度センサ２８０ｃ、２８０ｄが配置されている。

一方、制御装置２７０は、温度制御部１７１、分配判定部２７２、送風制御部２７３を備えている。温度制御部１７１は、出口温度Ｔ１１〜Ｔ１４のいずれか１つが入口温度センサ８１により検知された入口温度Ｔ０よりも大きくなるように絞り装置５０の開度を調整する。分配判定部２７２は、複数の出口温度Ｔ１１〜Ｔ１４の値が一定でない、すなわちばらつきが所定量より大きい場合、各伝熱管３０Ｃへの冷媒の分配が不均一であると判定するものである。

送風制御部２７３は、分配判定部２７２において分配が不均一であると判定された場合、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させ、第１送風機４０Ａの回転数を減少させる。このとき、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂの消費電力の和が一定となるように、簡易的には回転数の和が一定になるように、第１送風機４０Ａの回転数を減少させ第２送風機４０Ｂの回転数を増加させる。

さらに、分配判定部２７２は、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させた後に、最上段の出口温度Ｔ１１が最下段の出口温度Ｔ１４よりも大きいか否かを判定する。最上段の出口温度Ｔ１１が最下段の出口温度Ｔ１４よりも大きいままの場合、未だ分配が不均一であると判定する。すると、送風制御部２７３は電磁弁２３４を閉塞し、第１送風機４０Ａを停止させ、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させる。この際も、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂの消費電力の和が一定となるように、簡易的には回転数の和が一定になるように、第１送風機４０Ａの回転数を減少させ第２送風機４０Ｂの回転数を増加させてもよい。

上記実施形態３の空気調和機２００によれば、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させた後に最上段の出口温度Ｔ１１が下段の出口温度Ｔ１４よりも大きい場合、電磁弁２３４の閉塞と第１送風機４０Ａの停止と第２送風機４０Ｂの回転数の増加を行うように制御する。これにより、送風ユニット４０を制御しただけでは分配が不均一になってしまう場合であっても、さらに乾き度Ｘを上昇させるように制御して冷媒を均一な分配が行われるような状態にする。よって、熱源側主熱交換器３０Ａの熱交換効率を増加させ、空気調和機２００全体のシステム性能を向上できる。特に、空気調和機が低能力時に運転する場合など冷媒流量が少なく分配を乾き度Ｘによって改善することが困難な場合等の送風ユニット４０の総風量による乾き度Ｘの調整では分配が改善しなかった場合、冷媒流量と送風ユニット４０の気流とを下部熱交換部２３０Ｃに集中させることで、確実に冷媒を均一な分配が行われるような状態にすることができる。

実施形態４．
図１１は本発明の実施形態４による空気調和機の冷媒回路図であり、図１１を参照して空気調和機３００について説明する。なお、図１１の空気調和機３００において図１０の空気調和機２００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の空気調和機３００が図１０の空気調和機２００と異なる点は、送風ユニット４０は１つの第１送風機４０Ａから構成されているとともに、風路閉塞用のシャッター３４１を設ける点である。

図１１に示すように、空気調和機３００は、上部熱交換部２３０Ｂの上流側に気流を通過させないシャッター３４１を有している。制御装置３７０の送風制御部３７３は、第１送風機４０Ａの回転数の制御を行うとともにシャッター３４１の開閉により送風量を制御する機能を有している。そして、分配判定部２７２は、分配判定部２７２において複数の出口温度Ｔ１１〜Ｔ１４のばらつきが所定量より大きく、最上段の出口温度Ｔ１１が最下段の出口温度Ｔ１４よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。分配が不均一であると判定された場合、送風制御部３７３は電磁弁２３４を閉塞し、シャッター３４１を閉塞し、気流を下部熱交換部２３０Ｃ側に集中させるようにする。

以上、本実施形態４の空気調和機４００によれば、単数の送風機からなる場合であっても、シャッター３４１を閉塞させることにより、上部熱交換部２３０Ｂを閉塞する一方、第１送風機４０Ａの気流と冷媒とを下部熱交換部２３０Ｃに集中させることで熱源側主熱交換器２３０Ａの熱交換効率を増加させ、空気調和機３００全体のシステム性能を向上できる。

また、本実施形態４では、熱源側主熱交換器２３０Ａを複数に分割することで、空気調和機が低能力時に運転する場合など冷媒流量が少なく分配を乾き度Ｘによって改善することが困難な場合においても効率的に熱交換を行うことができる。さらに、送風ユニット４０として１つの第１送風機４０Ａしか搭載できず複数の送風機４０Ａ、４０Ｂを搭載できない場合であっても、均等に分配する乾き度Ｘにすることができる。なお、本実施形態４においても、実施形態３のように、分配判定部２７２において複数の出口温度Ｔ１１〜Ｔ１４のばらつきが所定量より大きい場合にシャッター３４１が閉じ、その後に最上段の出口温度Ｔ１１が最下段の出口温度Ｔ１４よりも大きいままの場合には、電磁弁２３４が閉じるように２段階の制御を行うようにしてもよい。

実施形態５．
図１２は本発明の実施形態５による空気調和機の冷媒回路図であり、図１２を参照して空気調和機４００について説明する。なお、図１２の空気調和機４００において図７の空気調和機１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２の空気調和機４００が図７の空気調和機１００と異なる点は、気液分離器４１０を有する点及び気液分離器４１０の機能の停止により乾き度Ｘを制御する点である。なお、図１２において、送風ユニット４０は１つの第１送風機４０Ａから構成されている。

図１２の空気調和機４００において、気液分離器４１０は、流入側には絞り装置５０が接続されている。絞り装置５０は、冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても気液分離器４１０に冷媒が流入するように、利用側熱交換器３及び熱源側副熱交換器３０Ｂに逆止弁４１１を介してそれぞれ接続されている。また、気液分離器４１０の液側配管も同様に逆止弁４１１を介して利用側熱交換器３及び熱源側副熱交換器３０Ｂにそれぞれ接続されている。一方、気液分離器４１０のガス側配管はアキュムレータ６０に接続されており、ガス側配管上には開閉制御が行われる制御弁４１２が配置されている。

一方、制御装置４７０は、温度制御部１７１、分配判定部１７２、弁制御部４７３を有している。分配判定部１７２は、出口温度Ｔ１〜Ｔ３の値が一定でなく、最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。分配が不均一であると判定された場合、弁制御部４７３は制御弁４１２を閉塞し、気液分離器４１０の動作を停止させる。すなわち、ガス側配管でのガス冷媒の流通を停止し、絞り装置５０から流入する冷媒がそのまま熱源側副熱交換器３０Ｂ側へ流出するように制御する。すると、気液分離器４１０から熱源側副熱交換器３０Ｂへ流入する冷媒の乾き度Ｘが上昇する。なお、分配が均一であると判定される場合、弁制御部４７３は制御弁４１２を開放し、気液分離器４１０が機能している状態に制御する。

上記実施形態５の空気調和機４００によれば、気液分離器４１０の動作を停止させて冷媒の乾き度Ｘを上昇させることにより、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱源側主熱交換器３０Ａの熱交換効率を増加させ、空気調和機全体のシステム性能を向上できる。特に、気液分離器４１０側で制御を行うことにより、送風機を複数備えられない場合でも均一に分配することができる乾き度Ｘに制御することができる。

なお、図１２の空気調和機４００において、送風ユニット４０が１つの第１送風機４０Ａから構成されている場合について例示しているが、複数の送風機４０Ａ、４０Ｂを有するものであってもよい。また、図１０及び図１１に示すように、熱源側主熱交換器２３０Ａを複数の領域に分割するとともに電磁弁２３４を有する構成にしてもよい。そして、制御弁４１２の閉塞によっては乾き度Ｘが十分に上昇しない場合には電磁弁２３４を閉止させるようにしてもよい。

実施形態６．
図１３は本発明の実施形態６による空気調和機の冷媒回路図であり、図１３を参照して空気調和機５００について説明する。なお、図１３の空気調和機５００において図１２の空気調和機４００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３の空気調和機５００が図１２の空気調和機４００と異なる点は、気液分離器４１０の制御とともに、送風ユニット４０による風量制御を行う点である。なお、図１３の送風ユニット４０は複数の第１送風機４０Ａ及び第２送風機４０Ｂを有している。

制御装置５７０は、温度制御部１７１、分配判定部１７２、弁制御部４７３、送風制御部５７４を有している。そして、分配判定部２７２において不均一な分配が行われていると判定された場合、さらに、送風制御部５７４は最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３よりも大きいか否かを判定する。最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３よりも大きい場合、送風制御部５７４は第２送風機４０Ｂの回転数を増加させ、第１送風機４０Ａの回転数を減少させ、弁制御部４７３は制御弁４１２を閉塞し、気液分離器４１０の動作を停止する。一方、最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３よりも小さい場合、送風制御部１７３は第２送風機４０Ｂ及び第１送風機４０Ａの回転数を変化させず、弁制御部４７３は制御弁４１２を開き、気液分離器４１０を動作させる。

以上、本実施形態６の空気調和機５００においては、出口温度Ｔ１〜Ｔ３の値が一定でなく不均一な分配状態になっている際に、最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３より大きい場合には送風制御及び気液分離器の制御の双方を行う。すると、熱源側副熱交換器３０Ｂにおいて冷媒の乾き度Ｘが上昇する。一方、最上段の出口温度Ｔ１が最下段の出口温度Ｔ３より小さい場合には、送風制御は行わずに気液分離器４１０の制御を行い乾き度Ｘを低減させる。これにより分配が均等になるような乾き度Ｘの条件にすることができる。従って、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱源側主熱交換器３０Ａの熱交換効率を増加させ、空気調和機５００全体のシステム性能を向上できる。また、本実施形態６では、幅広い運転範囲においても実施できるという効果を得ることができる。

実施形態７．
図１４は本発明の実施形態７による空気調和機の冷媒回路図であり、図１４を参照して空気調和機６００について説明する。なお、図１４の空気調和機において図７の空気調和機１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の空気調和機６００が図７の空気調和機１００と異なる点は、制御装置６７０が熱源側主熱交換器３０Ａから流出する冷媒の出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいて冷媒の分配が不均一であるか否かを判定する点である。

制御装置６７０は、温度制御部６７１、分配判定部６７２、送風制御部６７３を備えている。温度制御部６７１は、実施形態２と同様、熱源側副熱交換器３０Ｂに流入する冷媒の温度を制御するものであって、出口温度Ｔ１〜Ｔ３のうちいずれか１つが入口温度Ｔ０よりも大きくなるように絞り装置５０の開度を調整し、冷媒の温度を制御するものである。

分配判定部６７２は、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づきヘッダ型分配器３２における分配状態を判定するものであって、出口温度Ｔ１〜Ｔ３の値が一定でなく、最下段の出口温度Ｔ１が最上段の出口温度Ｔ３よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。具体的には、分配判定部６７２は、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３のばらつきが予め記憶された所定量より大きい場合、各伝熱管３０Ｃへの冷媒の分配が不均一であると判定する。言い換えれば、出口温度Ｔ１〜Ｔ３から熱源側主熱交換器３０Ａの入口温度Ｔ０を減算した熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３を用いた場合、熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３にばらつきがないとき、ヘッダ型分配器３２において冷媒の分配が均一に行われる。一方、熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３は異なった値になったとき、ヘッダ型分配器３２において冷媒の分配が不均一になる。熱源側熱交換器３０が蒸発器として運転している時にヘッダ型分配器３２に乾き度Ｘ＝０．２以上の冷媒が流入する場合などは、特に下段の出口過熱度ＳＨ３が中段もしくは上段の出口過熱度ＳＨ２、ＳＨ１より大きな値になる傾向がある。

具体的には、図１５はヘッダ型分配器３２の高さ位置毎の液冷媒の流量を示すグラフであり、図１６はヘッダ型分配器３２の高さ位置毎の出口過熱度を示すグラフである。なお、図１５は熱源側主熱交換器３０Ａの入口の冷媒の乾き度Ｘ＝０．３の場合を示す。液冷媒が上部に偏って不均一に分配された結果、過熱度は下段が高く上段が低いというように、高さ位置によって不均一な過熱度になる。上述した通り、出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３は、入口温度Ｔ０と出口温度Ｔ１〜Ｔ３との差分であり、出口過熱度ＳＨ１〜ＳＨ３がばらついていることは出口温度Ｔ１〜Ｔ３がばらついていることを意味する。そこで、分配判定部６７２は、出口温度Ｔ１〜Ｔ３の値が一定でなく、最下段の出口温度Ｔ１が最上段の出口温度Ｔ３よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。

送風制御部６７３は、送風ユニット４０の送風動作を制御するものであって、分配判定部６７２において不均一になっていると判定された場合、熱源側副熱交換器３０Ｂに対向する第２送風機４０Ｂの回転数を低下させ、あるいは停止する。これにより、熱源側副熱交換器３０Ｂの熱交換量が減少し、ヘッダ型分配器３２へ流入する乾き度が低減し、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される乾き度Ｘに近い値になる。これに加え、熱源側主熱交換器３０Ａの上部で流入する冷媒に対して過剰に熱交換することが抑制されるため、熱交換に要する送風機の消費電力を低減することができる。

なお、この場合であっても、送風制御部６７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの消費電力の和が一定となるようにすることが好ましい。具体的には、送風制御部５７４は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの回転数の和が一定になるように、第２送風機４０Ｂの回転数を減少させた際には第１送風機４０Ａの回転数を増加させる。すると、送風ユニット４０の消費電力の抑制が同時に達成することができる。

上記実施形態７の空気調和機６００によれば、制御装置６７０は出口温度Ｔ１〜Ｔ３に基づき冷媒が均一に分配されているか否かを判定し、空気調和機６００の運転条件に対して自立的に熱源側副熱交換器３０Ｂの冷媒の乾き度Ｘを上昇させることができる。その結果、ヘッダ型分配器３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱交換器の熱交換効率を増加させ、空気調和機６００全体のシステム性能を向上できる。特に、複数の出口温度Ｔ１〜Ｔ３によって制御を実施することで、空気調和機６００の運転状態を記憶せずとも自動的に均一な分配が実現されるように制御することができる。

実施形態８．
図１７は本発明の実施形態８による空気調和機の熱源側ユニットを示す斜視透視図、図１８は本発明の実施形態８による空気調和機の一例を示す冷媒回路図である。なお、図１７及び図１８の空気調和機７００において図７の空気調和機１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１７及び図１８の空気調和機７００が図７の空気調和機１００と異なる点は、熱源側熱交換器７３０の構成である。

熱源側熱交換器７３０は、冷媒と外気との間で熱交換を行うものであって、例えば筐体２の正面左側にＬ字状に曲げられた形状を有している。熱源側熱交換器７３０の一端側に合流管７３１及びヘッダ型分配器７３２が配置されており、他端側には複数の折曲部７３４が設けられている。熱源側熱交換器７３０は、熱源側主熱交換器７３０Ａと熱源側副熱交換器７３０Ｂとを有している。熱源側主熱交換器７３０Ａは筐体２の上部側に配置されており、熱源側副熱交換器７３０Ｂは筐体２の下部に配置されている。

図１９は図１７の熱源側熱交換器７３０の一例を示す模式図である。図１９の熱源側主熱交換器７３０Ａと熱源側副熱交換器７３０Ｂとは一体的に形成されており、共通の伝熱フィン７３０Ｄの異なる領域に設けられている。伝熱フィン７３０Ｄは複数の伝熱管７３０Ｃに例えば１ｍｍ間隔で多数挿入され構成されている。動作時には図中Ａのように伝熱フィン７３０Ｄ平面に気流が通風され、冷媒が図中Ｂのように伝熱管７３０Ｃの軸方向に流動する。これにより、冷媒と空気とが熱交換して廃熱及び熱供給が実現される。さらに、熱源側熱交換器７３０は伝熱管７３０Ｃに挿入された複数の伝熱フィン７３０Ｄが複数層（例えば２層）積層された構造を有している。

伝熱管７３０Ｃは互いに独立しており、扁平な略矩形部材の断面に複数の流路が形成されている。これにより、パイプ管のように伝熱管が区切られない１つの流路で構成するよりも、製造上困難だった直径５ｍｍ未満の円管並みの１流路あたりの断面積を持った扁平多穴管（以降扁平管と呼ぶ）の伝熱管７３０Ｃを構成することができる。このような流路断面積の小さな伝熱管では冷媒の流速が上昇するため熱伝達率の向上し、冷媒容量の削減も実現することができる。

図２０は図１７の熱源側主熱交換器７３０Ａの一端側の一例を示す模式図である。図２０の熱源側主熱交換器７３０Ａの一端側において複数の伝熱管７３０Ｃはそれぞれ合流管７３１及びヘッダ型分配器７３２に接続されている。合流管７３１は、積層された伝熱フィン７３０Ｄのうち、一方の伝熱フィン７３０Ｄ側（図中右側）の伝熱管７３０Ｃに所定間隔（例えば１本間隔）で接続されている。一方、ヘッダ型分配器７３２は、他方の伝熱フィン７３０Ｄ側（図中左側）の伝熱管７３０Ｃに所定間隔（例えば１本間隔）で接続されている。さらに、伝熱フィン７３０Ｄの積層方向に隣り合う伝熱管７３０Ｃ同士はベント管７３３により接続されており、ベント管７３３は上下方向の所定間隔毎（例えば１本間隔毎）に設けられている。

合流管７３１は、蒸発器として機能する際（暖房運転時）に冷媒出口になるものであって、流路切替器２０に接続されている。ヘッダ型分配器７３２は、蒸発器として機能する際（暖房運転時）に冷媒入口になるものであり、ヘッダ及びヘッダから熱源側主熱交換器７３０Ａの各伝熱管７３０Ｃに接続された分岐管を有している。そして、暖房運転時において、ヘッダ型分配器７３２に流入した冷媒は、各分岐管から熱源側主熱交換器７３０Ａの各伝熱管７３０Ｃへ分配され、合流管７３１から流出するようになっている。

図２１は熱源側主熱交換器７３０Ａの他端側の一例を示す模式図である。熱源側主熱交換器７３０Ａの他端側には、上下方向に隣接する伝熱管７３０Ｃ同士を接続する折曲部７３４が設けられている。そして、ヘッダ型分配器７３２から流入した冷媒は、ベント管７３３及び折曲部７３４を介して４本の伝熱管７３０Ｃを通った後に合流管７３１から流出する。なお、冷媒の流路は４本の伝熱管７３０Ｃを通る場合に限らず、複数本の伝熱管７３０Ｃを通るものであればよい。

一方、図１８の熱源側副熱交換器７３０Ｂの一方には絞り装置５０が接続されており、他方にはキャピラリーチューブ３３を介してヘッダ型分配器７３２に接続されている。そして、暖房運転時において、冷媒が絞り装置５０から熱源側副熱交換器７３０Ｂへ流入し、ヘッダ型分配器７３２側に流出することになる。

次に、図１７から図２１を参照して、熱源側熱交換器７３０が蒸発器として動作する場合（暖房運転）の空気調和機７００の動作例について説明する。まず、冷媒が圧縮機１０において圧縮されたガス冷媒になり、圧縮機１０から流路切替器２０を介して利用側熱交換器３へと流れる。その後、ガス冷媒は、利用側熱交換器３において放熱し気体から液体へと凝縮し、凝縮した冷媒が絞り装置５０において減圧されることで気液二相状態となる。そして、気液二相状態の冷媒が熱源側副熱交換器７３０Ｂへと流入し、第２送風機４０Ｂの送風により空気から吸熱することで液体が蒸発し、気液二相状態の気体の割合が上昇する。その後、気液二相状態の冷媒は、キャピラリーチューブ３３で減圧された後にヘッダ型分配器７３２に流入する。ヘッダ型分配器７３２において、気液二相状態の冷媒が熱源側主熱交換器７３０Ａの複数の伝熱管７３０Ｃに分配され、第１送風機４０Ａ及び第２送風機４０Ｂの送風によって空気から吸熱することで気液二相状態が気相になり、流路切替器２０を経てアキュムレータ６０に流れる。その後、アキュムレータ６０内の冷媒が圧縮機１０へと吸入される。

図２２は図１８の空気調和機７００において、冷媒がハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０Ａである場合のＰ−Ｈサイクル線図である。なお、図２２において、熱源側熱交換器７３０が蒸発器として動作する場合（暖房運転）について説明する。また、図２２のうち、略台形の実線がサイクル動作状態を示しており、横軸のエンタルピー軸から伸びたＸ＝０．１からＸ＝０．９の線は冷媒の気相の比率を示す等乾き度線であり、凸実線は飽和線であり左側の領域は気体、右側の領域は液体となる。

上述した暖房運転時の冷凍サイクルは、点ＡＢから点ＡＣ、点ＡＤ、点ＡＥ、点ＡＦ、点ＡＡにて運転される。点ＡＢは圧縮機１０の吐出部で過熱気体である。冷媒は利用側熱交換器３で放熱されることにより、利用側熱交換器３の出口では点ＡＣの過冷却液になる。その後、冷媒は絞り装置５０を通過することで減圧され、点ＡＤの乾き度０．０５程度の気液二相状態になる。この気液二相状態の冷媒は熱源側副熱交換器７３０Ｂにおいて一部吸熱蒸発することにより、点ＡＥまで乾き度Ｘの上昇と圧力の低下とが生じる。さらに、冷媒はキャピラリーチューブ３３において減圧することで点ＡＦになりヘッダ型分配器７３２に流入する。ヘッダ型分配器７３２により分配された冷媒は熱源側主熱交換器７３０Ａに流入し吸熱蒸発することにより、点ＡＡの過熱気体に変化し、アキュムレータ６０を介して圧縮機１０へと吸入される。

ここで、熱源側熱交換器７３０が蒸発器として動作する場合、ヘッダ型分配器７３２には気液二相状態の冷媒が流入する。気液二相冷媒は密度が異なる気体と液体とが混在しており、各相が流速に依存した運動エネルギーと重力によって定まる位置エネルギーの釣り合いを維持しながら流動する。熱源側熱交換器７３０の熱交換効率を高めるためには、エンタルピーが低い液相の冷媒がヘッダ型分配器７３２から各々の伝熱管３０Ｃへ均等に分配されることが望ましい。しかし、例えば低負荷の冷媒循環量が少ない場合等において、冷媒の乾き度によっては冷媒の分配が高さ位置によって不均一な状態になってしまう場合がある。

具体的には、図２３及び図２４は熱源側主熱交換器７３０Ａの入口の冷媒乾き度と、ヘッダ型分配器７３２の液冷媒流量の偏り度合いとを示すグラフである。なお、図２３はヘッダ型分配器７３２の冷媒入口乾き度Ｘ＝０．０５の場合であり、図２４は冷媒入口乾き度Ｘ＝０．２の場合を図示している。図２３に示すとおり、乾き度Ｘ＝０．０５の場合、熱源側主熱交換器７３０Ａの低い位置に冷媒が偏って流れるとともに、高い位置に冷媒が流れない。

このように、ヘッダ型分配器７３２において冷媒が著しく不均等に分配されて流動されてしまう。なお、乾き度Ｘ＝０．０５の場合について例示しているが、乾き度Ｘが０．１未満である場合、ヘッダ型分配器７３２から液冷媒が均等に分配されず不均一になる。よって、熱源側副熱交換器３０Ｂにおいて蒸発によるエンタルピーの上昇がない場合、図２２の点ＡＤから点ＡＥへのエンタルピー変化に伴う乾き度Ｘの上昇が生じない。したがって、上述した点ＡＤの乾き度０．０５程度の気液二相状態の状態で冷媒がヘッダ型分配器７３２に流入し、ヘッダ型分配器７３２において不均一に冷媒が分配されてしまう。

一方、図２２に示すように、乾き度Ｘ＝０．２の場合、ヘッダ型分配器７３２の分岐位置によらず、液冷媒がほぼ均等に分配されて流動される。また、乾き度Ｘ＝０．２の場合に限らず、乾き度Ｘが０．２以上であれば液冷媒がほぼ均等に分配される。

図１８及び図２１に示すように、空気調和機７００は、熱源側主熱交換器７３０Ａの複数の伝熱管７３０Ｃの折曲部７３４に設けられ、熱源側主熱交換器７３０Ａを流れた冷媒の出口温度（伝熱管温度）Ｔ７１〜Ｔ７３を検知する複数の出口温度センサ７８０ａ、７８０ｂ、７８０ｃを有している。なお、図２１において出口温度センサ７８０ａ〜７８０ｃが伝熱管７３０Ｃの流路のうち７５％の位置、すなわち４本の伝熱管７３０Ｃが接続された流路のうち、３本の伝熱管７３０Ｃを通過した後の位置に設置された場合について例示している。また、図１８及び図２１において、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３が折曲部７３４に設置された場合について例示しているが、図１〜図１４と同様、合流管７３１の枝管部分に設置するようにしてもよい。

また、空気調和機７００は、ヘッダ型分配器７３２の冷媒入口に設けられた冷媒の入口温度Ｔ０を検知する入口温度センサ８１を備えている。なお、各出口温度センサ７８０ａ〜７８０ｃ及び入口温度センサ８１は、例えば熱電対や測温抵抗体などの温度を電気信号に変換する検出素子から構成されている。伝熱管７３０Ｃに扁平管が適用されている場合、伝熱管１本あたりの流路断面積が小さくなり、冷媒の圧力損失を抑制するため、ヘッダ型分配器７３２から冷媒が流入し合流管７３１に合流するまでの伝熱管７３０Ｃの一組の長さを円管に比べて短くなる。

制御装置７７０は、温度制御部７７１、分配判定部７７２、送風制御部７７３を備えている。温度制御部７７１は、熱源側副熱交換器７３０Ｂに流入する冷媒の温度を制御するものであって、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３のうちいずれか１つが入口温度Ｔ０よりも大きくなるように絞り装置５０の開度を調整し、冷媒の温度を制御するものである。

分配判定部７７２は、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３に基づきヘッダ型分配器７３２における分配状態を判定するものである。具体的には、分配判定部７７２は、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３のばらつきが所定量より大きい場合、各伝熱管７３０Ｃへの冷媒の分配が不均一であると判定するものである。言い換えれば、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３から熱源側主熱交換器７３０Ａの入口温度Ｔ０を減算した熱源側主熱交換器７３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３を用いた場合、熱源側主熱交換器７３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３にばらつきがないとき、ヘッダ型分配器７３２において冷媒の分配が均一に行われる。一方、熱源側主熱交換器７３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３は異なった値になったとき、ヘッダ型分配器７３２において冷媒の分配が不均一になる。特に上段の出口過熱度ＳＨ７１が中段もしくは下段の出口過熱度ＳＨ７２、ＳＨ７３より大きな値になる傾向がある。

図２５及び図２６はヘッダ型分配器７３２の高さ位置毎の過熱度を示すグラフである。なお、図２５は熱源側主熱交換器７３０Ａの入口の冷媒の乾き度Ｘ＝０．０５の場合を示し、図２６は熱源側主熱交換器７３０Ａの入口の冷媒の乾き度Ｘ＝０．２の場合を示している。図２５の乾き度Ｘ＝０．０５の場合、液冷媒が下部に偏って不均一に分配された結果、過熱度は上段が高く下段が低いというように、高さ位置によって不均一な過熱度になる。一方、図２６の乾き度Ｘ＝０．２の場合、液冷媒が比較的均一に分配された結果、出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３もほぼ均一になる。上述した通り、出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３は、入口温度Ｔ０と出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３との差分であり、出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３がばらついていることは出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３がばらついていることを意味する。そこで、分配判定部３７２は、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３の値が一定でなく、最上段の出口温度Ｔ７１が最下段の出口温度Ｔ７３よりも大きい場合、分配が不均一であると判定する。

送風制御部７７３は、送風ユニット４０の送風動作を制御するものであって、分配判定部７７２において不均一になっていると判定された場合、熱源側副熱交換器７３０Ｂに対向する第２送風機４０Ｂの回転数を増加させる。これにより、ヘッダ型分配器７３２において液冷媒が均等に分配される乾き度Ｘになるように、熱源側副熱交換器７３０Ｂからヘッダ型分配器７３２へ流出する冷媒の状態が調整される。

なお、この場合であっても、送風制御部７７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの消費電力の和が一定となるようにすることが好ましい。具体的には、送風制御部７７３は、第１送風機４０Ａと第２送風機４０Ｂとの回転数の和が一定になるように、第２送風機４０Ｂの回転数を増加させた際には第１送風機４０Ａの回転数を減少させる。すると、送風ユニット４０の消費電力の抑制が同時に達成することができる。

上記実施形態８の空気調和機７００によれば、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３に基づき冷媒が均一に分配されているか否かを判定し、空気調和機７００の運転条件に対して自立的に熱源側副熱交換器７３０Ｂの冷媒の乾き度Ｘを上昇させることができる。その結果、ヘッダ型分配器７３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱交換器の熱交換効率を増加させ、空気調和機７００全体のシステム性能を向上できる。特に、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３によって制御を実施することで、空気調和機７００の運転状態を記憶せずとも自動的に均一な分配が実現されるように制御することができる

なお、上記本実施形態８では、送風ユニット４０が第１送風機４０Ａ及び第２送風機４０Ｂを備えた場合について例示しているが、熱源側主熱交換器７３０Ａにおける冷媒の入口状態が熱源側副熱交換器７３０Ｂへの送風によって制御されるものであればよく、１台の送風機であってもよいし、３台以上の送風機を有していてもよい。

実施形態９．
図２７は本発明の実施形態９による空気調和機の冷媒回路図、図２８は図２７の空気調和機８００におけるＰ−Ｈサイクル線図の一例を示すグラフであり、図２７及び図２８を参照して空気調和機８００について説明する。なお、図２７の空気調和機において図１８の空気調和機７００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図２７の空気調和機８００が図２７の空気調和機７００と異なる点は、熱源側主熱交換器７３０Ａにおける冷媒の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３及び中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３に基づいて冷媒の分配が不均一であるか否かを判定する点である。

図２７の空気調和機８００は、熱源側主熱交換器７３０Ａ内の流路の中途部位に設けられた複数の中途温度センサ８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃを備えている。図２９の中途温度を測定する中途温度センサが設置された様子を示す模式図である。中途温度センサ８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃは、熱源側主熱交換器内の流路の中途部位に設けられたものであって、熱源側主熱交換器７３０Ａの複数のベント管７３３のうち、上段、中段及び下段にそれぞれ設けられている。なお、図２８において、中途温度センサ８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃが伝熱管７３０Ｃの流路の中途５０％の位置に設置された場合について例示している。また、空気調和機８００は、ヘッダ型分配器７３２の冷媒入口に設けられた冷媒の入口温度Ｔ０を検知する入口温度センサ８１を備えている。

一方、制御装置８７０は、温度制御部８７１、分配判定部８７２、送風制御部８７３を備えている。温度制御部８７１は、熱源側副熱交換器７３０Ｂに流入する冷媒の温度を制御するものであって、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３がＴ０以下になり、かつ中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３のうちいずれか１つが入口温度Ｔ０よりも大きくなるように絞り装置５０の開度を調整し、冷媒の温度を制御するものである。

分配判定部８７２は、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３及び中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３に基づきヘッダ型分配器７３２における分配状態を判定するものである。具体的には、分配判定部８７２は、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３あるいは複数の中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３のばらつきが所定量より大きい場合、各伝熱管７３０Ｃへの冷媒の分配が不均一であると判定する。言い換えれば、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３から熱源側主熱交換器７３０Ａの入口温度Ｔ０を減算した熱源側主熱交換器７３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３を用いた場合、熱源側主熱交換器７３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３にばらつきがなく、かつ、中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３から熱源側主熱交換器７３０Ａの入口温度Ｔ０を減算した熱源側主熱交換器７３０Ａの中途過熱度ＳＨ８１〜ＳＨ８３のばらつきがないとき、分配判定部８７２はヘッダ型分配器７３２において冷媒の分配が均一に行われると判定する。一方、熱源側主熱交換器３０Ａの出口過熱度ＳＨ７１〜ＳＨ７３は異なった値になったとき、分配判定部８７２はヘッダ型分配器７３２において冷媒の分配が不均一になっていると判定する。蒸発運転時にヘッダ型分配器７３２に乾き度０．２以上の冷媒が流入する場合などは、特に下段の過熱度ＳＨ７３が中段もしくは上段の出口過熱度ＳＨ７１、ＳＨ７２より大きな値になる傾向がある。なお、中途過熱度ＳＨ８１〜ＳＨ８３についても同様の傾向がある。

図３０は空気温度が７度のときに伝熱管に異なった冷媒を流して運転した場合の冷媒の温度と伝熱管との位置の関係を示す模式図である。扁平管熱交換器にＲ３２（ジフルオロカーボン）冷媒を用いた空気調和機の場合には熱交換性能が向上することに加え、冷媒の比熱が小さいため、熱源側熱交換器７３０が伝熱管７３０Ｃの中途から過熱状態になることが多くなる。このような場合には冷媒温度は空気の温度に一致する。この場合、熱源側熱交換器７３０の出口の温度による過熱度では熱源側熱交換器７３０の状態を十分に計測できない。そこで、伝熱管７３０Ｃの中途、たとえば全長の７５％の位置に出口温度センサ７８０ａ〜７８０ｃを設けることで、熱交換器の過熱状態の発生部位を正確に検出でき、結果的に分配状態を正確に判定することが可能となる。

上記実施形態９の空気調和機８００によれば、出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３と中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３とに基づき冷媒が均一に分配されているか否かを判定し、空気調和機８００の運転条件に対して自立的に熱源側副熱交換器７３０Ｂの冷媒の乾き度Ｘを上昇させることができる。その結果、ヘッダ型分配器７３２において液冷媒が均等に分配される冷媒の入口状態を生じさせ、熱交換器の熱交換効率を増加させ、空気調和機８００全体のシステム性能を向上できる。特に、複数の出口温度Ｔ７１〜Ｔ７３及び中途温度Ｔ８１〜Ｔ８３によって制御を実施することで、空気調和機８００の熱交換器の中途から過熱状態が発生する場合でも均一な分配が実現されるように制御することができる。

１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 空気調和機、１Ａ 熱源側ユニット、１Ｂ 利用側ユニット、２ 筐体、２Ａ グリル、３ 利用側熱交換器、１０ 圧縮機、２０ 流路切替器、３０、７３０ 熱源側熱交換器、３０Ａ、２３０Ａ、７３０Ａ 熱源側主熱交換器、３０Ｂ、７３０Ｂ 熱源側副熱交換器、３０Ｃ、７３０Ｃ 伝熱管、３０Ｄ、７３０Ｄ 伝熱フィン、３１、７３１ 合流管、３２、７３２ ヘッダ型分配器、３３ キャピラリーチューブ、４０ 送風ユニット、４０Ａ 第１送風機、４０Ｂ 第２送風機、５０ 絞り装置、６０ アキュムレータ、７０、２７０、３７０、４７０、５７０、６７０、８７０ 制御装置、７１ 運転条件検知部、７２、１７２、２７２、６７２、７７２、８７２ 分配判定部、７３、１７３、２７３、３７３、６７３、７７３、８７３ 送風制御部、７４ 判定テーブル、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ
出口温度センサ、８１ 入口温度センサ、１７１、６７１、７７１、８７１ 温度制御部、２３０Ｂ 上部熱交換部、２３０Ｃ 下部熱交換部、２３１Ａ 上部合流管、２３１Ｂ 下部合流管、２３４ 電磁弁、３４１ シャッター、４１０ 気液分離器、４１１ 逆止弁、４１２ 制御弁、４７３ 弁制御部、５７４ 送風制御部、ＳＨ１〜ＳＨ３、ＳＨ７１〜ＳＨ７３ 出口過熱度、ＳＨ８１〜ＳＨ８３ 中途過熱度、Ｔ０ 入口温度、Ｔ１〜Ｔ３、Ｔ１１〜Ｔ１４、Ｔ７１〜Ｔ７３ 出口温度、Ｔ８１〜Ｔ８３ 中途温度、Ｘ
乾き度。

Claims (5)

1. 圧縮機と流路切替器と熱源側熱交換器と絞り装置と利用側熱交換器とを順に接続した冷凍サイクルを有し、前記熱源側熱交換器は、前記流路切替器に接続された複数の冷媒入口と複数の冷媒出口とを備えた複数の伝熱管を有する熱源側主熱交換器と、前記熱源側主熱交換器と一体に形成され、前記熱源側主熱交換器の冷媒出口及び前記絞り装置に接続された冷媒流路を有する熱源側副熱交換器とを備えた空気調和機であって、
   前記熱源側熱交換器に送風する送風ユニットと、
   前記熱源側主熱交換器の前記複数の冷媒入口に接続され、前記熱源側主熱交換器が蒸発器として機能している際に、前記熱源側副熱交換器側から流入する冷媒を前記熱源側主熱交換器の前記複数の伝熱管へ分配するヘッダ型分配器と、
   前記圧縮機と前記熱源側副熱交換器との間に設けられた気液分離器と、
   前記気液分離器から前記熱源側副熱交換器へ流入されるガス冷媒の量を制御する制御弁と、
   前記熱源側主熱交換器の異なる高さ位置に設置され、前記熱源側主熱交換器が蒸発器として機能している際に、前記熱源側主熱交換器の異なる高さ位置から流出する冷媒の温度を出口温度として検出する複数の出口温度センサと、
   前記熱源側副熱交換器へ送風する風量を制御することにより、前記熱源側副熱交換器から流出する冷媒の乾き度を変化させるように、前記ヘッダ型分配器における冷媒の分配を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   複数の前記出口温度のばらつきが所定量より大きい場合、前記ヘッダ型分配器での冷媒の分配が不均一であると判定する分配判定部と、
   前記分配判定部において前記ヘッダ型分配器での分配が不均一であると判定された場合、前記制御弁を閉止する制御弁制御部と
   を備える空気調和機。
2. 前記熱源側主熱交換器もしくは前記熱源側副熱交換器は扁平多穴伝熱管を備え、
   前記熱源側主熱交換器の１つの伝熱管の冷媒入口と、前記熱源側主熱交換器の冷媒出口と、前記熱源側主熱交換器内の流路の中途部位との少なくとも３点以上の温度を検知する複数の温度センサを備える請求項１に記載の空気調和機。
3. 圧縮機と流路切替器と熱源側熱交換器と絞り装置と利用側熱交換器とを順に接続した冷凍サイクルを有し、前記熱源側熱交換器は、前記流路切替器に接続された複数の冷媒入口と複数の冷媒出口とを備えた複数の伝熱管を有する熱源側主熱交換器と、前記熱源側主熱交換器と一体に形成され、前記熱源側主熱交換器の冷媒出口及び前記絞り装置に接続された冷媒流路を有する熱源側副熱交換器とを備えた空気調和機であって、
   前記熱源側熱交換器に送風する送風ユニットと、
   前記熱源側主熱交換器の前記複数の冷媒入口に接続され、前記熱源側主熱交換器が蒸発器として機能している際に、前記熱源側副熱交換器側から流入する冷媒を前記熱源側主熱交換器の前記複数の伝熱管へ分配するヘッダ型分配器と、
   前記熱源側副熱交換器から流出する冷媒の乾き度を変化させるように、前記ヘッダ型分配器における冷媒の分配を制御する制御装置と
   を有し、
   前記送風ユニットは、前記熱源側主熱交換器に送風を行う第１送風機と、前記熱源側副熱交換器に送風を行う第２送風機とを備えたものであり、
   前記制御装置は、前記送風ユニットにおける前記第２送風機の回転数を増加させるものである空気調和機。
4. 前記制御装置は、前記第１送風機と前記第２送風機との回転数の和が一定になるように、前記第１送風機及び前記第２送風機の回転数を制御するものである請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記制御装置は、前記第２送風機の回転の増加後であっても分配の不均一が解消されないと判定された場合、前記第１送風機の運転を停止させるように制御するものである請求項３又は４に記載の空気調和機。

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