JP6847239B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、空気調和装置に関し、特に冷房運転のときに膨張弁の上流側の冷媒を過冷却するための熱交換器を備えた空気調和装置に関する。

従来、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットが互いに並列に接続された空気調和装置が知られている。このような空気調和装置では、室内ユニットに膨張弁が配置される。膨張弁には液相冷媒のみが流入することが望ましい。液相と気相が共存する二相冷媒が膨張弁に流入すると、液相と気相とが交互に不連続に通過するため圧力変動が生じ、膨張弁から冷媒音が発生する。このような冷媒音の発生を抑制するために、膨張弁の上流側の冷媒を過冷却するための熱交換器を設ける技術が開発されている。

たとえば、特開２００１−３１７８３２号公報（特許文献１）には、冷房運転のときに、室外熱交換器から膨張弁に流れる高圧の冷媒と、室内熱交換器から圧縮機に流れる低圧の冷媒との間で熱交換させて、高圧の冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器が開示されている。

特開平１０−６８５５３号公報（特許文献２）には、凝縮器と膨張弁との間において主回路から分岐し、キャピラリチューブを通過した低圧のバイパス流冷媒と、主回路を流れる高圧の主流冷媒との間で熱交換させて、主流冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器が開示されている。

特開２００１−３１７８３２号公報 特開平１０−６８５５３号公報

特開２００１−３１７８３２号公報に記載の技術では、室内熱交換器から圧縮機までの流路が過冷却熱交換器を通るため、冷房負荷が大きくなると、当該流路における圧力損失が増大する。当該圧力損失を抑制するには、過冷却熱交換器を大型化する必要があり、過冷却熱交換器に要するコストが増大する。

特開平１０−６８５５３号公報に記載の技術では、室内熱交換器から圧縮機までの流路が過冷却熱交換器を通らないため、当該流路における圧力損失の増大を抑制できる。しかしながら、循環する主流冷媒の一部がバイパス流冷媒として過冷却熱交換器を通過するため、冷房負荷が小さくなった場合には、過冷却熱交換器から膨張弁までの主流冷媒の流量が少なくなりすぎる。その結果、過冷却熱交換器から膨張弁までの配管を主流冷媒が流れる際に、主流冷媒が当該配管を介して外気から受ける吸熱量が大きくなり、膨張弁の入口において冷媒の一部が気相となり、膨張弁から冷媒音が発生する可能性がある。

本開示の目的は、室内熱交換器と圧縮機との間の圧力損失の増大を抑制するとともに、膨張弁における冷媒音の発生を抑制することが可能な空気調和装置を提供することである。

本開示の空気調和装置は、圧縮機と室外熱交換器とを含む室外ユニットと、膨張弁と室内熱交換器とを含む少なくとも１台の室内ユニットと、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器に冷媒を循環させる主回路とを備える。主回路は、室外熱交換器と膨張弁との間の第１流路を含む。空気調和装置は、第１流路を流れる冷媒を過冷却するための過冷却熱交換器をさらに備える。主回路は、室内熱交換器と圧縮機との間の流路として、過冷却熱交換器を通らない第２流路と、過冷却熱交換器を通る第３流路とを含む。空気調和装置は、流路切換弁と、バイパス回路と、バイパス調整弁と、制御装置とをさらに備える。流路切換弁は、室内熱交換器と圧縮機との間の流路を、第２流路と第３流路とのいずれかに切り換える。バイパス回路は、第１流路から分岐し、過冷却熱交換器を通って主回路に合流する。バイパス調整弁は、バイパス回路に設けられる。制御装置は、流路切換弁とバイパス調整弁とを制御する。制御装置は、冷房運転において、主回路の冷媒流量に相関するパラメータが基準値よりも冷媒流量が多いことを示すときに、室内熱交換器と圧縮機との間の流路を第２流路に切り換えるように流路切換弁を制御するとともに、バイパス調整弁を開く。制御装置は、冷房運転において、パラメータが基準値よりも冷媒流量が少ないことを示すときに、室内熱交換器と圧縮機との間の流路を第３流路に切り換えるように流路切換弁を制御するとともに、バイパス調整弁を閉じる。

本開示によれば、パラメータが基準値よりも冷媒流量が少ないことを示す低負荷の場合には、バイパス調整弁が閉じられるため、過冷却熱交換器から膨張弁までの間の冷媒の吸熱量を抑えることができ、膨張弁から発生する冷媒音を抑制できる。パラメータが基準値よりも冷媒流量が多いことを示す低負荷ではない場合には、室内熱交換器と圧縮機との間の流路が、過冷却熱交換器を通らない第２流路に切り換えられる。これにより、室内熱交換器と圧縮機との間の流路における圧力損失の増大を抑制できる。以上から、室内熱交換器と圧縮機との間の圧力損失の増大を抑制するとともに、膨張弁における冷媒音の発生を抑制することが可能な空気調和装置を提供することができる。

実施の形態に係る空気調和装置を示す図である。 空気調和装置の運転モードと、四方弁、流路切換弁およびバイパス調整弁の状態との関係を示す図である。 第１冷房運転モードにおける主回路およびバイパス回路を示す図である。 第２冷房運転モードにおける主回路を示す図である。 冷房運転のときの、第１流路における過冷却熱交換器を通過直後の冷媒のエンタルピーを示すグラフである。 冷房運転のときの、冷媒が液管を流れるときの吸熱量を示すグラフである。 冷房運転のときの、膨張弁の入口における冷媒のエンタルピーを示すグラフである。 低負荷ではないときの冷房運転における、室内熱交換器と圧縮機との間の流路における圧力損失の低減量を示すグラフである。 暖房運転モードにおける主回路およびバイパス回路を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、実施の形態に係る空気調和装置１を示す図である。図１を参照して、空気調和装置１は、圧縮機２０と室外熱交換器２２とを含む室外ユニット２と、膨張弁３２と室内熱交換器３１とを含む複数の室内ユニット３とを備える。圧縮機２０には、冷媒を吸入するための吸入口２０ａと、冷媒を吐出するための吐出口２０ｂとが形成されている。空気調和装置１は、圧縮機２０、室外熱交換器２２、膨張弁３２および室内熱交換器３１に冷媒を循環させる主回路４をさらに備える。

空気調和装置１は、さらに、アキュムレータ２１と、過冷却熱交換器２３と、四方弁２４と、流路切換弁２５と、バイパス調整弁２６と、主回路４から分岐して主回路４に戻るバイパス回路５とを備える。本実施の形態では、アキュムレータ２１と、過冷却熱交換器２３と、四方弁２４と、流路切換弁２５と、バイパス調整弁２６と、バイパス回路５とは、室外ユニット２内に配置される。ただし、これらの構成の一部が室外ユニット２の外部に配置されてもよい。四方弁２４には、４つのポートＥ〜Ｈが形成される。流路切換弁２５は三方弁であり、流路切換弁２５には３つのポートＥ〜Ｇが形成される。

主回路４は、室外ユニット２内に配置された管４１〜４８と、室外ユニット２と複数の室内ユニット３とを接続するガス管４０および液管４９とを含む。主回路４は、運転モードに応じて変更される。バイパス回路５は、管４８，５０を含む。管４８は、一部の運転モードでは主回路４を構成し、他の運転モードではバイパス回路５を構成する。

管（第１管）４１は、ガス管４０と流路切換弁２５のポートＥとを接続する。管（第２管）４２は、流路切換弁２５のポートＦと四方弁２４のポートＥとを接続する。管４３は、四方弁２４のポートＦと圧縮機２０の吐出口２０ｂとを接続する。管４４は、四方弁２４のポートＧと室外熱交換器２２のポートＰ１とを接続する。管４５は、四方弁２４のポートＨとアキュムレータ２１の冷媒入口とを接続する。管４６は、アキュムレータ２１の冷媒出口と圧縮機２０の吸入口２０ａとを接続する。管４７は、室外熱交換器２２のポートＰ２と液管４９とを接続し、過冷却熱交換器２３を通る。

管４８は、流路切換弁２５のポートＧと管４５の分岐点とを接続し、過冷却熱交換器２３を通る。

管５０は、管４７における過冷却熱交換器２３と液管４９との間の分岐点と、管４８における流路切換弁２５のポートＧと過冷却熱交換器２３との間の分岐点とを接続する。管５０と管４８の一部とによって構成されるバイパス回路５は、管４７から分岐し、過冷却熱交換器２３を通って管４７との間で熱交換を行ない、主回路４を構成する管４５に合流する。

ガス管４０は、一端が室外ユニット２の管４１に接続されたガス主管４０ａと、ガス主管４０ａの他端から分岐する複数のガス枝管４０ｂとを有する。ガス枝管４０ｂの個数は、室内ユニット３の個数と一致する。ガス枝管４０ｂは、ガス主管４０ａと、対応する室内ユニット３とを接続する。ガス主管４０ａの内径は、ガス枝管４０ｂの内径よりも大きい。

液管４９は、一端が室外ユニット２の管４７に接続された液主管４９ａと、液主管４９ａの他端から分岐する複数の液枝管４９ｂとを有する。液枝管４９ｂの個数は、室内ユニット３の個数と一致する。液枝管４９ｂは、液主管４９ａと、対応する室内ユニット３とを接続する。液主管４９ａの内径は、液枝管４９ｂの内径よりも大きい。

複数の室内ユニット３の各々は、室内熱交換器３１と膨張弁３２とを含む。室内熱交換器３１のポートＰ３は、対応するガス枝管４０ｂに接続される。室内熱交換器３１のポートＰ４は、膨張弁３２を介して、対応する液枝管４９ｂに接続される。なお、膨張弁３２は、液枝管４９ｂに設けられてもよい。

空気調和装置１は、図示しない圧力センサと、図示しない温度センサと、制御装置６０とをさらに含む。本実施の形態では、制御装置６０は、室外ユニット２内に配置される。ただし、制御装置６０は、室外ユニット２の外部に配置されてもよい。

制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含む（いずれも図示せず）。制御装置６０は、冷房運転の場合に、冷房負荷が基準よりも低いか否かを判定する。具体的には、制御装置６０は、主回路４の冷媒流量に相関するパラメータと基準値とを対比し、パラメータが基準値よりも冷媒流量が少ないことを示す場合に低負荷であると判定し、パラメータが基準値よりも冷媒流量が多いことを示す場合に低負荷ではないと判定する。本実施の形態では、制御装置６０は、当該パラメータとして、複数の室内ユニット３のうちの運転中の室内ユニット３の台数を用いる。制御装置６０は、運転中の室内ユニット３の台数が基準値よりも小さい場合に低負荷であると判定し、運転中の室内ユニット３の台数が基準値よりも大きい場合に低負荷ではないと判定する。

制御装置６０は、上記の判定結果とユーザから与えられる運転指令信号と各種センサの出力とに応じて、圧縮機２０と、四方弁２４と、膨張弁３２と、流路切換弁２５と、バイパス調整弁２６との制御を行なう。なお、この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

アキュムレータ２１は、管４５を流れる冷媒から液相冷媒を分離する。圧縮機２０は、アキュムレータ２１を通過した気相冷媒を吸入口２０ａから吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出口２０ｂから吐出する。圧縮機２０は、制御装置６０から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。圧縮機２０の運転周波数を変更することにより圧縮機２０の出力が調整される。具体的には、圧縮機２０は、空調負荷（冷房負荷または暖房負荷）が高くなるほど運転周波数を大きくなるように制御される。空調負荷が高くなることは、主回路４の冷媒流量が多くなることを意味する。圧縮機２０には種々のタイプ、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用することができる。

室外熱交換器２２は、冷媒と室外空気とを熱交換させる。室外熱交換器２２は、冷房運転の場合に凝縮器として機能し、暖房運転の場合に蒸発器として機能する。

過冷却熱交換器２３は、主回路４のうちの室外熱交換器２２と膨張弁３２との間の第１流路を流れる冷媒を過冷却する。具体的には、過冷却熱交換器２３は、第１流路を構成する管４７を流れる高圧の冷媒と、管４８を流れる低圧の冷媒との間で熱交換させ、管４７を流れる冷媒を過冷却する。

室内熱交換器３１は、冷媒と室内空気とを熱交換させる。室内熱交換器３１は、冷房運転の場合に蒸発器として機能し、暖房運転の場合に凝縮器として機能する。

四方弁２４は、制御装置６０から受ける制御信号によって冷房運転状態および暖房運転状態のいずれかになるように制御される。冷房運転状態は、ポートＥとポートＨとが連通し、ポートＦとポートＧとが連通する状態である。暖房運転状態は、ポートＥとポートＦとが連通し、ポートＨとポートＧとが連通する状態である。言い換えると、四方弁２４は、冷房運転の場合に、管４５、アキュムレータ２１および管４６を介して、管４２を圧縮機２０の吸入口２０ａに連通させ、管４４，４３を介して、室外熱交換器２２のポートＰ１を圧縮機２０の吐出口２０ｂに連通させる。四方弁２４は、暖房運転のときに、管４３を介して、管４２を圧縮機２０の吐出口２０ｂに連通させ、管４５、アキュムレータ２１および管４６を介して、室外熱交換器２２のポートＰ１を圧縮機２０の吸入口２０ａに連通させる。

膨張弁３２は、制御装置６０から受ける制御信号によって開度が制御される。たとえば、冷房運転の場合に、室内熱交換器３１のポートＰ３の冷媒の過熱度が適切な範囲になるように膨張弁３２の開度が制御される。

流路切換弁２５は、制御装置６０から受ける制御信号に基づいて、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路と、過冷却熱交換器２３を通る第３流路とのいずれかに切り換える。流路切換弁２５は、制御信号に従って、第１状態および第２状態のいずれかになるように制御される。第１状態は、ポートＥとポートＦとが連通し、ポートＧが閉止する状態である。第２状態は、ポートＥとポートＧとが連通し、ポートＦが閉止する状態である。言い換えると、流路切換弁２５は、管４１を管４２と管４８とのいずれか一方に連通させ、管４２と管４８とのいずれか他方を閉止させるように構成される。流路切換弁２５が第１状態に制御されることにより、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路が、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路に切り換えられる。流路切換弁２５が第２状態に制御されることにより、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路が、過冷却熱交換器２３を通る第３流路に切り換えられる。

バイパス調整弁２６は、バイパス回路５を構成する管５０に設けられる。バイパス調整弁２６は、過冷却熱交換器２３の上流側に配置される。バイパス調整弁２６は、制御装置６０から受ける制御信号によって、開状態および閉状態のいずれかに制御される。バイパス調整弁２６は、開状態に制御される場合、全開を除く開度に設定される。バイパス調整弁２６が開状態に制御されることにより、管４７から分岐された冷媒は、バイパス調整弁２６によって減圧され、過冷却熱交換器２３を通過する。バイパス調整弁２６が閉状態に制御されると、バイパス回路５が閉止される。

図２は、空気調和装置１の運転モードと、四方弁２４、流路切換弁２５およびバイパス調整弁２６の状態との関係を示す図である。運転モードには、低負荷ではないときの冷房運転モードである第１冷房運転モード、低負荷のときの冷房運転モードである第２冷房運転モード、および暖房運転モードが含まれる。図２を参照して、四方弁２４は、第１冷房運転モードおよび第２冷房運転モードのときに冷房運転状態に制御され、暖房運転モードのときに暖房運転状態に制御される。第１冷房運転モードのときに、流路切換弁２５が第１状態に制御され、バイパス調整弁２６が開状態に制御される。第２冷房運転モードのときに、流路切換弁２５が第２状態に制御され、バイパス調整弁２６が閉状態に制御される。暖房運転モードのときに、流路切換弁２５が第１状態に制御され、バイパス調整弁２６が閉状態に制御される。

図３は、第１冷房運転モード（低負荷ではないときの冷房運転モード）における主回路４およびバイパス回路５を示す図である。図３を参照して、第１冷房運転モードにおける主回路４は、圧縮機２０、管４３、管４４、室外熱交換器２２、管４７（途中で過冷却熱交換器２３を通る）、液管４９、膨張弁３２、室内熱交換器３１、ガス管４０、管４１、管４２、管４５、アキュムレータ２１、および管４６をこの順に循環する回路である。第１冷房運転モードにおいて、流路切換弁２５は、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路に切り換える。第１冷房運転モードにおける第２流路は、ガス管４０、管４１、管４２、管４５、アキュムレータ２１および管４６を通る流路である。

第１冷房運転モードでは、バイパス調整弁２６が開状態に制御されるため、管５０および管４８によってバイパス回路５が構成される。すなわち、第１冷房運転モードでは、管４８はバイパス回路５を構成する。これにより、管４７を流れる冷媒の一部は、管４７から分岐し、過冷却熱交換器２３を通って管４７を流れる冷媒との間で熱交換を行ない、主回路４を構成する管４５に合流する。

第１冷媒運転モードでは、圧縮機２０は、管４６から冷媒を吸入し、圧縮する。圧縮された冷媒は、管４３および四方弁２４を経由して管４４へ流れる。室外熱交換器２２は、管４４を流れる冷媒を凝縮する。室外熱交換器２２は、圧縮機２０から吐出された高温高圧の過熱蒸気（冷媒）が室外空気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液化する。凝縮された冷媒は、管４７を流れ、過冷却熱交換器２３において管４８を流れる冷媒と熱交換を行ない、過冷却される。管４７において過冷却熱交換器２３を通過した冷媒の一部は、管５０および管４８の一部によって構成されたバイパス回路５を通って、管４５に合流する。管５０を流れる冷媒は、バイパス調整弁２６によって減圧される。減圧された冷媒は、管４８を流れ、過冷却熱交換器２３を通過する。管４８を流れる冷媒は、管４７を流れる冷媒よりも低圧低温であるため、管４７に流れる冷媒から熱を奪う。これにより、管４７を流れる冷媒が過冷却される。

管４７から液主管４９ａに流れ込んだ冷媒は、複数の液枝管４９ｂに分岐して流れる。複数の室内ユニット３を備える空気調和装置１では、液主管４９ａの内径および表面積が大きい。さらに、室内ユニット３の配置場所によっては、液主管４９ａおよび液枝管４９ｂが長くなる。そのため、液管４９を流れる冷媒は、液管４９を介して外気から多少吸熱する。冷媒が液管４９を流れる際の吸熱量は、液管４９の冷媒流量に関係している。冷媒流量が多いほど、液管４９を通過する時間が短くなり、吸熱量が少なくなる。

膨張弁３２は、液枝管４９ｂを流れる冷媒を減圧する。室内熱交換器３１は、膨張弁３２を通過した冷媒を蒸発させる。室内熱交換器３１は、膨張弁３２により減圧された冷媒が室内空気と熱交換（吸熱）を行ない蒸発するように構成される。蒸発した冷媒は、ガス管４０を経由して室外ユニット２に流入する。

室外ユニット２に流入した冷媒は、管４１、流路切換弁２５、管４２、四方弁２４、管４５、アキュムレータ２１および管４６を経由して、圧縮機２０に到達する。

このように、第１冷房運転モードでは、過冷却熱交換器２３は、管４７を流れる冷媒と、管４７から分岐したバイパス回路５を流れる冷媒との間で熱交換を行ない、管４７を流れる冷媒を過冷却する。低負荷ではないため、液管４９の冷媒流量がある程度確保され、液管４９を流れる冷媒の吸熱量も少なくてすむ。そのため、膨張弁３２の入口における冷媒中の気相量が低減し、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制できる。

さらに、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路が、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路に切り換えられるため、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失の増大を抑制することができる。

図４は、第２冷房運転モード（低負荷のときの冷房運転モード）における主回路４を示す図である。図４では、複数の室内ユニット３のうち１台のみが運転中である場合が示される。図４を参照して、第２冷房運転モードにおける主回路４は、圧縮機２０、管４３、管４４、室外熱交換器２２、管４７（途中で過冷却熱交換器２３を通る）、液管４９、膨張弁３２、室内熱交換器３１、ガス管４０、管４１、管４８、管４５、アキュムレータ２１、および管４６をこの順に循環する回路である。第２冷房運転モードにおいて、流路切換弁２５は、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を、過冷却熱交換器２３を通って管４７との間で熱交換を行なう第３流路に切り換える。第２冷房運転モードにおける第３流路は、ガス管４０、管４１、管４８、管４５、アキュムレータ２１、および管４６を通る流路である。第２冷房運転モードでは、管４８は主回路４を構成する。

第２冷房運転モードにおける圧縮機２０から管４７までの流路は、図３に示す第１冷媒運転モードにおける圧縮機２０から管４７までの流路と同一である。そのため、圧縮機２０から管４７までの流路の詳細な説明を省略する。バイパス調整弁２６が閉状態に制御されるため、過冷却熱交換器２３によって過冷却された冷媒の全量が液主管４９ａに流れ込む。停止中の室内ユニット３の膨張弁３２が閉止されるため、液主管４９ａを流れる冷媒は、運転中の室内ユニット３に対応する液枝管４９ｂを通り、膨張弁３２によって減圧される。室内熱交換器３１は、膨張弁３２を通過した冷媒を蒸発させる。蒸発した冷媒は、ガス管４０を経由して室外ユニット２へ流入する。

室外ユニット２に流入した冷媒は、管４１、流路切換弁２５、管４８および管４５を経由してアキュムレータに流れる。過冷却熱交換器２３は、管４７を流れる高温高圧の冷媒と、管４８を流れる低温低圧の冷媒との間で熱交換を行ない、管４７を流れる冷媒を過冷却する。室内熱交換器３１を通過した冷媒の全量が過冷却熱交換器２３を通過するものの、低負荷であるために主回路４の冷媒流量がそもそも少ない。そのため、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失の増大は抑制される。

バイパス調整弁２６が閉状態に制御されるため、管４７に流れる冷媒の全量が液管４９を流れる。そのため、液管４９の冷媒流量が極端に少なくなることを避けることができ、液管４９を通過する冷媒の吸熱量が増大することを抑制できる。その結果、膨張弁３２の入口における冷媒中の気相量が低減し、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制できる。

さらに、ガス管４０を通過した冷媒は、過冷却熱交換器２３において熱吸収を行なう。これにより、ガス管４０を流れる冷媒が二相共存状態であったとしても、管４８における過冷却熱交換器２３の下流側を流れる冷媒を気相状態にすることができる。その結果、圧縮機２０に液相冷媒が流入する液バックを抑制できる。また、室内熱交換器３１の出口の冷媒を二相共存状態にすることにより、室内熱交換器３１の温度分布ムラを低減できる。その結果、室内熱交換器３１の温度分布ムラに起因する露飛びを抑制できる。

図５は、冷房運転のときの、第１流路を構成する管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピーを示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸は、主回路４における冷媒の全流量のうちバイパス調整弁２６を通過する冷媒流量の比（以下、バイパス比という）を示し、縦軸は、管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピーを示す。

図６は、冷房運転のときの、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、横軸はバイパス比を示し、縦軸は、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量を示す。

図７は、冷房運転のときの、膨張弁３２の入口における冷媒のエンタルピーを示すグラフである。図７に示すグラフにおいて、横軸はバイパス比を示し、縦軸は、膨張弁３２の入口における冷媒のエンタルピーを示す。

図５，７に示すグラフにおいて、線Ａ，Ｂは、流路切換弁２５を第１状態とし、バイパス調整弁２６を開状態にしたときの、バイパス比に対するエンタルピーの変化を示す。線Ａは、低負荷のときのエンタルピーの変化を示し、線Ｂは、低負荷ではないのときのエンタルピーの変化を示す。丸Ｃ，Ｄは、流路切換弁２５を第２状態とし、バイパス調整弁２６を閉状態にしたときのエンタルピーを示す。丸Ｃは、低負荷のときのエンタルピーを示し、丸Ｄは、低負荷ではないときのエンタルピーを示す。

同様に、図６に示すグラフにおいて、線Ａ，Ｂは、流路切換弁２５を第１状態とし、バイパス調整弁２６を開状態にしたときの、バイパス比に対する吸熱量の変化を示す。線Ａは、低負荷のときの吸熱量の変化を示し、線Ｂは、低負荷ではないのときの吸熱量の変化を示す。丸Ｃ，Ｄは、流路切換弁２５を第２状態とし、バイパス調整弁２６を閉状態にしたときの吸熱量を示す。丸Ｃは、低負荷のときの吸熱量を示し、丸Ｄは、低負荷ではないときの吸熱量を示す。

図５の線Ａ，Ｂに示されるように、バイパス比が大きくなるにつれ、管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピーは減少する。これは、バイパス比が大きくなると、管４８の冷媒流量が増え、過冷却熱交換器２３における熱交換量が増大するためである。

さらに、低負荷ではないときの管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピー（線Ｂおよび丸Ｄ）は、低負荷のときの管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピー（線Ａおよび丸Ｃ）よりも小さい。これは、低負荷ではないときに主回路４における冷媒の全流量が低負荷のときの全流量よりも多いため、低負荷ではないときの管４８の冷媒流量が低負荷のときに管４８の冷媒流量よりも多くなるためである。

図６の線Ａに示されるように、バイパス比が大きくなるにつれ、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量は急激に増大する。これは、低負荷のときには主回路４の冷媒流量がそもそも少ないのに加え、管４７から管５０に冷媒が分岐して流れるため、液管４９の冷媒流量が極端に少なくなるからである。液管４９の冷媒流量が極端に少なくなると、冷媒が液管４９を通過するのに要する時間が長くなり、吸熱量が急激に多くなる。一方、低負荷ではないときには、主回路４の冷媒流量が多いため、バイパス比が大きくなったとしても、液管４９の冷媒流量をある程度確保できる。そのため、線Ｂの傾きは、線Ａの傾きに比べて小さい。線Ａ，Ｂの傾きは、バイパス比の増加量に対する吸熱量の増大量の傾きを示す。

図６の丸Ｃ，Ｄの吸熱量は、線Ａ，Ｂにおいてバイパス比を０としたときの冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量にぞれぞれ一致する。

膨張弁３２の入口における冷媒のエンタルピーは、管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒のエンタルピーと、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量との和に相関する。

図５〜７において、線Ａにおけるバイパス比が０の点ａは、過冷却熱交換器２３を通る管４８に冷媒が流れない場合の値を示す。すなわち、室外熱交換器２２によって凝縮された冷媒が過冷却熱交換器２３によって過冷却されずに膨張弁３２まで到達する。低負荷では、管４７における過冷却熱交換器２３を通過直後の冷媒が液相であっても、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量が大きいために、膨張弁３２の入口における冷媒は、気相と液相とが共存する二相状態となる（図７の点ａ参照）。さらに、図６の線Ａに示されるように、低負荷では、バイパス比が大きくなるにつれ、冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量は急激に増大する。そのため、図７の線Ａに示されるように、低負荷では、バイパス比が大きくなるにつれ、膨張弁３２の入口における冷媒のエンタルピーが急激に増大する。

これに対し、図７の丸Ｃのエンタルピーは、線Ａのエンタルピーよりも小さく、液相であることを示している。これは、図６の丸Ｃの吸熱量が点ａの吸熱量と同じであるものの、図５の丸Ｃのエントロピーが図５の点ａのエンタルピーよりも小さいためである。そのため、低負荷の場合、膨張弁３２の入口において気相の混入を低減し、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制するためには、流路切換弁２５を第２状態とし、バイパス調整弁２６を閉状態に制御することが好ましい。

図７に示されるように、線Ｂは、いずれのバイパス比においても、線Ａおよび丸Ｃよりも小さいエンタルピーを示す。これは、図６に示されるように、低負荷ではないときに冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量（線Ｂ）が、低負荷のときに冷媒が液管４９を流れるときの吸熱量（線Ａ）よりも小さいためである。また、図５の線Ｂの傾きの絶対値は、図６の線Ｂの傾きの絶対値よりも大きい。そのため、低負荷ではない場合、図７の線Ｂに示されるように、バイパス比が大きくなるにつれ、膨張弁３２の入口における冷媒のエンタルピーは減少する。また、図７の丸Ｄのエンタルピーは、線Ｂのエンタルピーよりも小さくなる。以上から、低負荷ではない場合には、流路切換弁２５を第１状態、かつバイパス調整弁２６を開状態に制御しても、流路切換弁２５を第２状態、かつバイパス調整弁２６を閉状態に制御しても、膨張弁３２の入口における気相の混入を低減でき、膨張弁から発生する冷媒音を抑制することができる。

図８は、低負荷ではないときの冷房運転における、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失の低減量を示すグラフである。図８において、横軸はバイパス比を示し、縦軸は基準からの圧力損失の低減量を示す。ここで、圧力損失の低減量の基準は、低負荷ではない場合に、流路切換弁２５を第２状態、かつバイパス調整弁２６を閉状態に制御したときの室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路の圧力損失であり、丸Ｄで示される。線Ｂは、低負荷ではない場合に、流路切換弁２５を第１状態、かつバイパス調整弁２６を開状態に制御したときの、バイパス比に対する圧力損失の低減量の変化を示す。

図８に示されるように、低負荷ではない場合、バイパス比が０であっても、流路切換弁２５を第１状態とすることにより、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失を低減させることができる（点ｂ参照）。これは、当該流路が過冷却熱交換器２３を通らないためである。バイパス比を大きくすることにより、室内熱交換器３１の冷媒流量が少なくなるため、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路の圧力損失をさらに低減させることができる。

このように、低負荷ではない場合には、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路の圧力損失を抑制するために、流路切換弁２５を第１状態とし、バイパス調整弁２６を開状態に制御することが好ましい。バイパス比は、膨張弁３２の入口のエンタルピー（図７の線Ｂ参照）および圧力損失の低減量（図８の線Ｂ参照）が適切な範囲内になるように設定される。本実施の形態では、図７，８に示すバイパス比ｒに設定される。

なお、低負荷の場合には、そもそも室内熱交換器３１の冷媒流量が少ないため、流路切換弁２５を第１状態に制御した場合と第２状態に制御した場合とで、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路の圧力損失に大きな差がない。

以上のように、低負荷のときの冷房運転では、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制するためには、バイパス調整弁２６を閉止させることが好ましい。このとき、過冷却熱交換器２３において管４７の冷媒を過冷却させるためには、流路切換弁２５を第２状態にする必要がある。そのため、低負荷のときには、図４に示される主回路４に切り換えられる。

一方、低負荷ではないとの冷房運転では、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路の圧力損失を抑制するために、流路切換弁２５を第１状態に制御することが好ましい。このとき、過冷却熱交換器２３において管４７の冷媒を過冷却させるためには、バイパス調整弁２６を開状態に制御する必要がある。そのため、低負荷ではないときには、図３に示される主回路４およびバイパス回路５に切り換えられる。

図９は、暖房運転モードのときの主回路４およびバイパス回路５を示す図である。図９を参照して、暖房運転モードにおける主回路４は、圧縮機２０、管４３、管４２、管４１、ガス管４０、室内熱交換器３１、膨張弁３２、液管４９、管４７、室外熱交換器２２、管４４、管４５、アキュムレータ２１、および管４６をこの順に循環する回路である。暖房運転モードにおいて、流路切換弁２５は、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路に切り換える。暖房運転モードにおける第２流路は、管４３、管４２、管４１およびガス管４０を通る流路である。

暖房運転モードでは、第１冷房運転モードと同様にバイパス調整弁２６が閉状態に制御される。暖房運転モードでは、過冷却熱交換器２３において熱交換を行なわない。

暖房運転モードでは、圧縮機２０は、管４６から冷媒を吸入し、圧縮する。圧縮された冷媒は、管４３および四方弁２４を経由して管４２へ流れる。流路切換弁２５が第１状態に制御されているため、管４２を流れる冷媒は、流路切換弁２５、管４１およびガス管４０を経由して室内熱交換器３１（凝縮器）に達する。室内熱交換器３１は、冷媒を凝縮する。室内熱交換器３１により凝縮された冷媒は、膨張弁３２により減圧され、液管４９を経由して室外ユニット２の管４７に流れ込む。

一般に暖房運転では冷媒運転に比べて主回路４の冷媒流量が少なく、余剰の冷媒はアキュムレータ２１に溜まる。そのため、暖房負荷の大きさにかかわらず、圧縮機２０から室内熱交換器３１までの流路における圧力損失の増大を抑制できる。

また、暖房運転では室内熱交換器３１が凝縮器として機能する。室内熱交換器３１の出口（ここではポートＰ４）から膨張弁３２までの距離が短いため、当該距離を通過する冷媒の吸熱量は無視できる。そのため、室内熱交換器３１のポートＰ４において冷媒がある程度の過冷却度を満たすように室内熱交換器３１において熱交換させることにより、膨張弁３２の入口における気相の混入を低減できる。その結果、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制できる。

変形例．
上記の説明では、制御装置６０は、複数の室内ユニット３のうち運転中の室内ユニット３の台数が基準値よりも大きいか否かに基づいて、低負荷か否かを判定した。しかしながら、制御装置６０は、主回路４の冷媒流量と相関する別のパラメータを用いて、冷房負荷が基準よりも低いか否かを判定してもよい。たとえば、制御装置６０は、圧縮機２０の運転周波数と基準値とを対比し、運転周波数が基準値よりも小さい場合に低負荷であると判定し、運転周波数が基準値よりも大きい場合に低負荷ではないと判定すればよい。

四方弁２４として、圧縮機２０の吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧に基づいて、冷房運転状態と暖房運転状態とを切り換える差圧駆動式四方弁を用いることができる。差圧駆動式四方弁は、内部に弁室が形成された本体と、弁室内を摺動する一対のピストンと、一対のピストン間に固定された弁体とを含む。圧縮機２０の吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧に応じて一対のピストンを移動させることにより、冷媒の流路が切り換えられる。差圧駆動式四方弁を用いる場合、冷房運転から暖房運転への切り換えの際に、吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧が十分にないと、弁体が完全に移動せずに途中で止まってしまうことがある。そこで、冷房運転から暖房運転に切り換える際に、制御装置６０は、第２状態にした後に第１状態にするように流路切換弁２５を制御する。言い換えると、制御装置６０は、管４１を管４８に連通させた後に管４１を管４２に連通させるように流路切換弁２５を制御する。流路切換弁２５が第２状態であるとき、圧縮機２０が吐出された冷媒は、管４３および管４２に留まる。そのため、圧縮機２０の吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧が大きくなり、差圧駆動式四方弁を正常に暖房運転状態に切り換えることができる。さらに、制御装置６０は、流路切換弁２５を第２状態に制御している間、膨張弁３２およびバイパス調整弁２６を閉状態に制御してもよい。これにより、圧縮機２０の吸入口２０ａの圧力が低下し、圧縮機２０の吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧をさらに大きくすることができる。

流路切換弁２５は、２つの開閉弁により構成されてもよい。この場合、一方の開閉弁は、管４１と管４２との間に配置され、他方の開閉弁は、管４１と管４８との間に配置される。これにより、流路切換弁２５を三方弁によって構成する場合に比べて、コストを抑えることができる。管４１から管４８に冷媒を流す場合は、低負荷の冷房運転時に限定される。そのため、管４１と管４８との間に配置される開閉弁は、管４１と管４２との間に配置される開閉弁よりも口径の小さい弁を適用することができる。その結果、流路切換弁２５に要するコストをさらに抑えることができる。

上記の説明では、管５０が接続される管４７の分岐点を、過冷却熱交換器２３と液管４９との間とした。しかしながら、管５０が接続される管４７の分岐点は、室外熱交換器２２と過冷却熱交換器２３との間であってもよい。

図１には室内ユニット３の台数が４台である形態が示されているが、室内ユニット３の台数は限定されない。室内ユニットの台数は、１〜３台であってもよく、５台以上であってもよい。

最後に、再び図面を参照しつつ本実施の形態について総括する。図１を参照して、空気調和装置１は、圧縮機２０と室外熱交換器２２とを含む室外ユニット２と、膨張弁３２と室内熱交換器３１とを含む少なくとも１台の室内ユニット３と、圧縮機２０、室外熱交換器２２、膨張弁３２および室内熱交換器３１に冷媒を循環させる主回路４とを備える。主回路４は、室外熱交換器２２と膨張弁３２との間の第１流路を含む。空気調和装置１は、第１流路を流れる冷媒を過冷却するための過冷却熱交換器２３をさらに備える。主回路４は、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路として、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路と、過冷却熱交換器２３を通る第３流路とを含む。

空気調和装置１は、流路切換弁２５と、バイパス回路５と、バイパス調整弁２６と、制御装置６０とをさらに備える。流路切換弁２５は、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を、第２流路と第３流路とのいずれかに切り換える。バイパス回路５は、第１流路から分岐し、過冷却熱交換器２３を通って主回路４に合流する。バイパス調整弁２６は、バイパス回路５に設けられる。制御装置は、流路切換弁２５とバイパス調整弁２６とを制御する。制御装置６０は、冷房運転において、主回路４の冷媒流量に相関するパラメータが基準値よりも冷媒流量が多いことを示すときに、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を第２流路に切り換えるように流路切換弁２５を制御するとともに、バイパス調整弁２６を開く。制御装置６０は、冷房運転において、パラメータが基準値よりも冷媒流量が少ないことを示すときに、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路を第３流路に切り換えるように流路切換弁２５を制御するとともに、バイパス調整弁２６を閉じる。

上記の構成によれば、低負荷の場合には、バイパス調整弁２６が閉じられるため、第１流路の冷媒流量が少なくなりすぎることを抑制できる。そのため、過冷却熱交換器２３から膨張弁３２までの間の冷媒の吸熱量を抑えることができ、膨張弁３２の入口の気相量を低減できる。その結果、低負荷であっても、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制できる。さらに、空気調和装置１の制御が安定する。なお、低負荷の場合には、主回路４における冷媒流量が少ないため、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失の増大を抑制できる。

さらに、低負荷ではない場合には、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路が、過冷却熱交換器２３を通らない第２流路に切り換えられる。これにより、室内熱交換器３１と圧縮機２０との間の流路における圧力損失の増大を抑制できる。その結果、過冷却熱交換器２３を大型化する必要がなく、過冷却熱交換器２３に要するコストを低く抑えることができる。さらに、空気調和装置１の効率が改善される。なお、低負荷ではない場合には、バイパス調整弁２６が開かれることで、バイパス回路５を流れる冷媒と第１流路を流れる冷媒とが熱交換することにより、第１流路を流れる冷媒を過冷却することができる。これにより、膨張弁３２の入口の気相量を低減でき、膨張弁３２から発生する冷媒音を抑制できる。

以上のように、室内熱交換器と圧縮機との間の圧力損失の増大を抑制するとともに、膨張弁における冷媒音の発生を抑制することが可能な空気調和装置を提供することができる。さらに、このような効果を流路切換弁２５とバイパス調整弁２６と管という簡単な部品で発揮させており、空気調和装置１の製造コストの増大も抑制できる。

パラメータは圧縮機２０の運転周波数であってもよい。もしくは、空気調和装置１が複数の室内ユニット３を備え、パラメータは、複数の室内ユニット３のうち運転中の室内ユニット３の台数であってもよい。

圧縮機２０には、冷媒を吸入するための吸入口２０ａと、冷媒を吐出するための吐出口２０ｂとが形成されている。主回路４は、室内熱交換器３１と連通するように構成された管（第１管）４１と、過冷却熱交換器２３を通らないように構成された管（第２管）４２と、過冷却熱交換器２３を通るとともに、吸入口２０ａに連通するように構成された管（第３管）４８とを含む。室外ユニット２は、冷房運転の場合に、管４２を吸入口２０ａに連通させるとともに、室外熱交換器２２を吐出口２０ｂに連通させ、暖房運転の場合に、管４２を吐出口２０ｂに連通させるとともに、室外熱交換器２２を吸入口２０ａに連通させるように構成された四方弁２４をさらに含む。四方弁２４は、吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧によって駆動される。流路切換弁２５は、管４１を管４２と管４８とのいずれか一方に連通させ、管４２と管４８とのいずれか他方を閉止させるように構成される。管４１が管４２と連通することにより第２流路が形成される。管４１が管４８と連通することにより第３流路が形成される。制御装置６０は、冷房運転から暖房運転に切り換えるときに、管４１を管４８に連通させた後に管４１を管４２に連通させるように流路切換弁２５を制御する。

上記の構成によれば、冷房運転から暖房運転に切り換えるとき、管４１を管４８に一旦連通させる。このとき、管４２が閉止される。そのため、圧縮機２０によって圧縮された冷媒は管４２に留まることとなる。これにより、圧縮機２０の吸入口２０ａと吐出口２０ｂとの差圧が大きくなり、四方弁２４を正常に動作させることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 空気調和装置、２ 室外ユニット、３ 室内ユニット、４ 主回路、５ バイパス回路、２０ 圧縮機、２０ａ 吸入口、２０ｂ 吐出口、２１ アキュムレータ、２２ 室外熱交換器、２３ 過冷却熱交換器、２４ 四方弁、２５ 流路切換弁、２６ バイパス調整弁、３１ 室内熱交換器、３２ 膨張弁、４０ ガス管、４０ａ ガス主管、４０ｂ ガス枝管、４１〜４８，５０ 管、４９ 液管、４９ａ 液主管、４９ｂ 液枝管、６０ 制御装置。

Claims (4)

1. 圧縮機と室外熱交換器とを含む室外ユニットと、
   膨張弁と室内熱交換器とを含む少なくとも１台の室内ユニットと、
   前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記膨張弁および前記室内熱交換器に冷媒を循環させる主回路とを備える空気調和装置であって、
   前記主回路は、前記室外熱交換器と前記膨張弁との間の第１流路を含み、
   前記空気調和装置は、前記第１流路を流れる冷媒を過冷却するための過冷却熱交換器をさらに備え、
   前記主回路は、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間の流路として、前記過冷却熱交換器を通らない第２流路と、前記過冷却熱交換器を通る第３流路とを含み、
   前記空気調和装置は、
   前記室内熱交換器と前記圧縮機との間の流路を、前記第２流路と前記第３流路とのいずれかに切り換える流路切換弁と、
   前記第１流路から分岐し、前記過冷却熱交換器を通って前記主回路に合流するバイパス回路と、
   前記バイパス回路に設けられたバイパス調整弁と、
   前記流路切換弁と前記バイパス調整弁とを制御するための制御装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、冷房運転において、
   前記主回路の冷媒流量に相関するパラメータが基準値よりも冷媒流量が多いことを示すときに、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間の流路を前記第２流路に切り換えるように前記流路切換弁を制御するとともに、前記バイパス調整弁を開き、
   前記パラメータが前記基準値よりも冷媒流量が少ないことを示すときに、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間の流路を前記第３流路に切り換えるように前記流路切換弁を制御するとともに、前記バイパス調整弁を閉じる、空気調和装置。
2. 前記パラメータは前記圧縮機の運転周波数である、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記少なくとも１台の室内ユニットは複数の室内ユニットを含み、
   前記パラメータは、前記複数の室内ユニットのうち運転中の室内ユニットの台数である、請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記圧縮機には、前記冷媒を吸入するための吸入口と、前記冷媒を吐出するための吐出口とが形成され、
   前記主回路は、
   前記室内熱交換器と連通するように構成された第１管と、
   前記過冷却熱交換器を通らないように構成された第２管と、
   前記過冷却熱交換器を通るとともに、前記吸入口に連通するように構成された第３管とを含み、
   前記室外ユニットは、冷房運転において、前記第２管を前記吸入口に連通させるとともに、前記室外熱交換器を前記吐出口に連通させ、暖房運転において、前記第２管を前記吐出口に連通させるとともに、前記室外熱交換器を前記吸入口に連通させるように構成された四方弁をさらに含み、
   前記四方弁は、前記吸入口と前記吐出口との差圧によって駆動され、
   前記流路切換弁は、前記第１管を前記第２管と前記第３管とのいずれか一方に連通させ、前記第２管と前記第３管とのいずれか他方を閉止させるように構成され、
   前記第１管が前記第２管と連通することにより前記第２流路が形成され、
   前記第１管が前記第３管と連通することにより前記第３流路が形成され、
   前記制御装置は、冷房運転から暖房運転に切り換えるときに、前記第１管を前記第３管に連通させた後に前記第１管を前記第２管に連通させるように前記流路切換弁を制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和装置。

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