実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1に係る空気� �和装置の冷房主体運転時の冷媒回路図であ� �。図1に示す空気調和装置は、室外機100と複� ��の室内機301~303とが分流コントローラ200によ り接続され、超臨界流体を用いて1つの冷凍� �イクルを構成している。室外機100は、主に� �圧縮機110、四方弁120、熱源機側熱交換器130� �び逆止弁141~147を具備している。また、室内� ��301~303は、利用側(負荷側)熱交換器311~313と、 絞り装置としての膨張弁321~323を具備してい� �。さらに、分流コントローラ200は、主に、� �1膨張弁211、第2膨張弁212、逆止弁231~233、流� �切換弁221~223及び二重管熱交換器240を具備し� ��いる。なお、二重管熱交換器240は、プレー� ��熱交換器またはマイクロチャネル熱交換器� ��あってもよい。

 ここで、室外機100と分流コントローラ200� ��の間は、高圧配管400と低圧配管500の2管で接 続され、分流コントローラ200と各室内機301~30 3との間も同様に高圧配管700と低圧配管800の2� ��でそれぞれ接続されている。ここでは、冷� ��運転が主体で、一部暖房運転の冷房主体運� ��(以下、冷主運転と略す)について記載する� �、暖房主体運転(以下、暖主運転と略す)につ いては、四方弁120、逆止弁141~147にて流路が� �り換えられる。

 なお、図1では、分流コントローラ200内に 、高圧圧力検知手段281、中間圧圧力検知手段 282、第1温度検知手段291、第2温度検知手段292� ��図示されているが、この実施の形態1では不 要であり、後述する実施の形態2において用� �られる。

 まず、図1にて冷主運転での冷媒回路内の流 れを説明する。ここでは、超臨界流体として CO ₂ を用いた場合について述べる。圧縮機110で圧 縮された高圧高温の流体は、四方弁120を介し て熱源機側熱交換器130にて周囲の空気と熱交 換され、周囲の空気温度まではいかない温度 まで冷却され、例えば、図2に示すモリエ線� �(圧力p-エンタルピh)の乾き度が0.5近辺(図2中B 点)の温度まで冷却され、熱源機側熱交換器13 0出口が高圧中温の状態となる。熱源機側熱� �換器130を出た流体は、高圧配管400を介して� �流コントローラ200内に流入し、その流路切� �弁221~223にて、それぞれ冷房運転室内機302,303 、暖房運転室内機301へと分岐する。

 暖房運転室内機301側への冷媒は、分岐口� ��ら流路切換弁223を介して負荷側熱交換器内3 11へ流入した高圧中温の流体がさらに室温と� ��交換し、室温とほぼ同等の高圧中温となり( 図2中C点)、膨張弁321にて減圧される(図2中D点 )。低圧配管800を介して暖房運転室内機301を� �た冷媒は、中圧中温の状態で分流コントロ� �ラ200内の逆止弁231を介して、第1膨張弁211と� ��重管熱交換器240間で合流する。

 一方、冷房運転室内機302,303側への冷媒は 、前記分岐口から第1膨張弁211で高圧よりも� �し低い超臨界域での中間圧まで減圧され(図2 中E点)、中圧中温の状態で二重管熱交換器240� ��の中温側へ流入する。さらに、暖房運転室� ��機301の膨張弁321で減圧された中圧中温の流� ��もここで合流して二重管熱交換器240の中温� ��へ流入する。ここで、二重管熱交換器240の� ��温側から出た一部流体は分岐口でさらに分� ��され、第2膨張弁212にてさらに減圧され気液 二相の低圧低温となり(図2中I点)、二重管熱� �換器240内の低温側へ流入する。

 二重管熱交換器240にて前記中温側の中圧� ��温の流体と熱交換することで、低温側の低� ��低温流体は、低圧中温の乾き度の大きい状� ��(図2中H点)となり、一方、中温側の中圧中温 流体は、さらに冷却され、低エンタルピ状態 の中圧中温流体(図2中D点)となる。そして、� �のさらに冷却された中圧中温流体(図2中D点)� ��、負荷側の膨張弁322,323にてさらに減圧され て気液二相の低圧低温(図2中G点)となり、負� �側の熱交換器322,323内へ流入することで、室� ��と熱交換し、低圧中温の乾き度の大きい状� ��となる(図2中H点)。最後に、二重管熱交換器 240の低温側を出た低圧中温の流体と、負荷側 熱交換器322,323を出た低圧中温の流体とが合� �し、低圧配管500を介して室外機100側へ戻る� �

 これにより、室外機100から分流コントロ� ��ラ200との間、および分流コントローラ200か� ��各室内機301~303との間までの接続配管本数を 大幅に低減でき、かつ冷房運転室内機302,303� �でのエンタルピ差を大きく確保できたこと� �冷暖同時運転でのCOPも向上する。

 次に、図3は、この発明の実施の形態1に� �る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒回� �図である。図3に示す空気調和装置は、図1に 示す実施の形態1の構成と同様な構成を備え� �。

 図3により、暖主運転時の冷媒回路内の流 れを説明する。圧縮機110で圧縮された高圧高 温の流体は、四方弁120、逆止弁145および高圧 配管400を介して、分流コントローラ200へ流入 する。さらに、高圧高温の流体は、分流コン トローラ200内の流路切換弁221~223にて、それ� �れ冷房運転室内機303、暖房運転室内機301,302� ��と分岐する。また、第1膨張弁211は、全閉の 状態で流れが遮断されている。

 暖房運転室内機301,302側への冷媒は、分流 コントローラ200内の分岐口から流路切換弁222 、223および高圧配管700を介して負荷側熱交換 器内311,312へ流入し、高圧中温の流体がさら� �室温と熱交換し、室温とほぼ同等の高圧中� �となり(図2中C点)、膨張弁321,322にて減圧され 、中圧中温となる(図2中D点)。そして、膨張� �321,322にて減圧された冷媒は、低圧配管800を� ��して分流コントローラ200内へ流入し、逆止� ��231,232を介して、第1膨張弁211と二重管熱交� �器240の間へ中圧中温状態で合流する。

 一方、冷房運転室内機303側への冷媒は、� ��下の経路を介して負荷側膨張弁323へ流入す� ��。暖房運転室内機301,302から低圧配管800およ び逆止弁231,232を介して二重管熱交換器240の� �圧中温側へ流入した流体は、分岐口でさら� �分岐され、一部の流量が第2膨張弁212にてさ� ��に減圧され低圧低温となり(図2中I点)、二重 管熱交換器240内の低温側へ流入する。そして 、二重管熱交換器240にて前記中温側の中圧中 温の流体と熱交換することで、低温側の低圧 低温流体は、低圧中温の乾き度の大きい状態 (図2中H点)となり、中温側の中圧中温流体は� �さらに冷却され、低エンタルピ状態の中圧� �温流体(図2中D点)となる。

 そして、このさらに冷却された中圧中温� ��体(図2中D点)が、負荷側の膨張弁323にてさら に減圧されて低圧低温となり、負荷側熱交換 器313内へ流入することで、室温と熱交換され 、低圧中温の乾き度の大きい状態となる(図2� ��H点)。最後に、二重管熱交換器240の低温側� �出た低圧中温の流体と、負荷側熱交換器313� �出た低圧中温の流体とが合流し、低圧配管50 0、熱源機側熱交換器130、四方弁120を介して� �外機100側へ戻る。

 したがって、実施の形態1によれば、1台� �室外機100と1台の分流コントローラ200とを2管 で接続し、分流コントローラ200と複数の室内 機301~303とを2管で接続することで、分流コン� ��ローラ200から各室内機301~303までの接続配管 本数を大幅に低減でき、かつ冷房運転室内機 302,303側でのエンタルピ差を大きく確保でき� �ことで、冷暖同時運転でのCOPも向上する。� �た、冷房主体で一部暖房運転となる冷房主� �運転においても省エネ運転を実現すること� �できる。

 実施の形態2.
 この実施の形態2では、図1及び図3に示す実� ��の形態1の構成と同様な構成を備える。さら に、図1及び図3において、分流コントローラ2 00内に、実施の形態1では不要であった、高圧 圧力検知手段281、中間圧圧力検知手段282、第 1温度検知手段291、第2温度検知手段292が備え� ��れる。

 この実施の形態2において、冷媒の流れは 、実施の形態1と同じである。以下、第1膨張� ��211の制御方法について説明する。まず、各� ��御モード(全冷、冷主、全暖、暖主)におけ� �制御概要は、表1の通りである。

 全ての室内機301~303が冷房運転である全冷 房運転(以下、「全冷」と略す)の場合には、� ��1膨張弁211は、全開状態としておき、室内機 301~303の膨張弁321~323のみで負荷に応じた流量� ��御を行う。

 図1において、負荷側熱交換器311~313の上� �に温度を検知するための温度センサ311a、312a 、313aが設けられている。負荷側熱交換器311~3 13と負荷側の膨張弁321~323の間には、温度を検 知するための温度センサ311b、312b、313bと圧力 を検知する圧力センサ311c、312c、313cが設けら れている。

 全冷運転の場合は、温度センサ311a、312a� �313aと温度センサ311b、312b、313bとの温度差を� ��算し、その演算結果を過熱度(スーパーヒー ト)とし、過熱度が所定の値、例えば2℃程度� ��なるように、負荷側の膨張弁321、322、323の� ��度を調節する。

 冷房サイクルの状態で、冷暖同時運転す� ��「冷主」運転の場合、高圧圧力検知手段281� ��中間圧圧力検知手段282の差圧を用いた後述� ��る差圧制御を行う。冷主運転においても、� ��荷側熱交換器が蒸発器として作用している� ��きは、前述した過熱度を検知しながら負荷� ��の膨張弁開度を所定の過熱度になるように� ��整する。

 また、全ての室内機301~303が暖房運転であ る全暖房運転(以下、「全暖」と略す)の場合� ��は、第1膨張弁211は、基本的には全閉状態と しておき、室内機の膨張弁321~323のみで負荷� �応じた流量制御を行い、前記高圧圧力検知� �段281、中間圧圧力検知手段282の差圧を用い� �後述する差圧制御を行う。

 負荷側熱交換器311~313と負荷側の膨張弁321 ~323の間に、温度を検知するための温度セン� �311b、312b、313bと圧力を検知する圧力センサ31 1c、312c、313cが設けられている。

 全暖運転の場合は、圧力センサ311c、312c、31 3cで検知された圧力値から飽和温度T _sc を演算する。演算された飽和温度は凝縮温度 T _c とする。あらかじめ式(1)で示されるような飽 和温度T _sc と圧力Pとの関係式を作成しておく必要があ� �。
   T _sc =f(P)          (1)

 なお、後述する図8に示すように、二酸化炭 素を冷媒として用いた場合、高圧側は臨界点 以上で動作するため、相変化が起こらない。 すなわち、飽和温度T _sc が存在しない。そこで、冷凍サイクルの実験 などを行い、バランスする圧力と吸込み空気 温度から仮想の飽和温度を設定する。例えば 、圧力100kgf/cm ² の時は飽和温度45℃とする。本実施の形態に� ��ける式(1)は仮想の飽和温度T _sc が算出される演算式である。

 圧力センサ311b、312b、313bから得られた圧力� ��から式(1)を用いて、仮想の凝縮温度T _c を演算する。温度センサ311b、312b、313bから得 られた温度T _L と仮想凝縮温度T _c との差(T _c -T _L )を求め、この値を過冷却度SC(サブクール)と� ��る。過冷却度SCが所定の値、例えば5℃程度� ��なるように、負荷側の膨張弁321、322、323の� ��度を調節する。

 そして、暖房サイクルの状態で、冷暖同� ��運転する「暖主」運転の場合も全暖と同様� ��基本的には全閉状態として、高圧圧力検知� ��段281、中間圧圧力検知手段282の差圧を用い� ��後述する差圧制御を行う。

 次に、制御方法の詳細を、図4及び図5に� �す制御フローチャートを用いて説明する。� �ず、「全冷」運転については、第1膨張弁211� ��、常に全開状態としておき、室内機の膨張� ��321~323のみで負荷に応じた流量制御を行う。

 そして、「冷主」運転については、図4に 示すように、圧縮機110の起動などをトリガに して、あらかじめ設定しておいた初期開度L0� ��らスタートし(ステップS41)、スタートから� �定時間U経過後(ステップS42)、前記高圧圧力� �知手段281と中間圧圧力検知手段282との検出� �の差圧δPとあらかじめ設定した設定値P1,P2(P1 <P2)の比較に応じて、第1膨張弁211の開度を� ��御する。

 例えばδP>P2の場合には、第1膨張弁211を あらかじめ設定した所定開度だけアップし(� �テップS43→S44)、P1≦δP≦P2の場合には、第1� �張弁211を現状開度に維持し(ステップS43→S45� ��S46)、P1<δPの場合には、第1膨張弁211をあ� �かじめ設定した所定開度だけダウンさせる(� ��テップS43→S45→S47→S48)。

 以上の制御により、暖房運転室内機側の� ��荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧� ��確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしま� ��ことで、低圧低下を招き、結果的にCOP低下� ��なることを抑制できる。

 また、「全暖」運転については、第1膨張 弁211は、常に全閉状態としておき、室内機の 膨張弁321~323のみで負荷に応じた流量制御を� �う。

 そして、「暖主」運転については、図5に 示すように、圧縮機110の起動などをトリガに して、第1膨張弁211の全閉状態からスタート� �(ステップS51)、スタートから所定時間U経過� �(ステップS52)、前記高圧圧力検知手段281と中 間圧圧力検知手段282の検出値の差圧δPとあら かじめ設定した設定値P1,P2(P1<P2)の比較に応 じて、第1膨張弁211の開度を制御する。

 例えば、δP>P2の場合には、第1膨張弁211 をあらかじめ設定した所定開度だけアップし (ステップS53→S54)、P1≦δP≦P2の場合には、第 1膨張弁211を現状開度に維持し(ステップS53→S 55→S56)、P1<δPの場合には、第1膨張弁211を� �らかじめ設定した所定開度だけダウンさせ� �(ステップS53→S55→S57→S58)。

 以上の制御により、暖房運転室内機側の� ��荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧� ��確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしま� ��ことで、冷房運転室内機の入口圧が低圧に� ��づき、冷房運転室内機で負荷に応じた冷媒� ��量を流すだけの必要差圧が確保できること� ��なり、結果的にCOP低下となることを抑制で� ��る。また、圧力の変化を抑制し、室内機へ� ��定して冷媒を送り込むことができ、省エネ� ��転と快適性を実現することができる。

 実施の形態3.
 この実施の形態3では、前述した実施の形態 2と同様に、図1及び図3に示す実施の形態1の� �成と同様な構成を備える。さらに、図1及び� ��3において、分流コントローラ200内に、実施 の形態1では不要であった、高圧圧力検知手� �281、中間圧圧力検知手段282、第1温度検知手� ��291、第2温度検知手段292が備えられる。

 この実施の形態3において、冷媒の流れは 、実施の形態1と同じである。以下、第2膨張� ��212の制御方法について説明する。まず、各� ��御モード(全冷、冷主、全暖、暖主)におけ� �制御概要は表1の通りである。

 全ての室内機301~303が冷房運転である「全 冷」運転の場合には、第2膨張弁212は、第1温� ��検知手段291、第2温度検知手段292を用いた後 述する差温(スーパーヒート)制御を行い、室� ��機301~303側では膨張弁321~323にて負荷に応じ� �流量制御を行う。冷房サイクルの状態で、� �暖同時運転する「冷主」運転の場合も「全� �」と同様である。

 また、全ての室内機301~303が暖房運転であ る「全暖」運転の場合には、第2膨張弁212は� �全開状態としておき、室内機の膨張弁321~323� ��負荷に応じた流量制御を行い、負荷側と熱� ��換した冷媒はこの第2膨張弁212を介して、室 外機低圧ラインへ流入する。

 そして、暖房サイクルの状態で、冷暖同� ��運転する「暖主」運転の場合は、基本的に� ��全閉状態として、高圧圧力検知手段281、中� ��圧圧力検知手段282の差圧を用いた後述する� ��圧制御を行う。

 次に、制御方法の詳細を図6及び図7に示� �制御フローチャートを用いて説明する。ま� �、「全冷」運転については、図6に示すよう� ��、圧縮機110の起動などをトリガにして、あ� ��かじめ設定しておいた初期開度L0からスタ� �トし(ステップS61)、スタートから所定時間U� �過後(ステップS62)、前記第1温度検知手段291� �第2温度検知手段292を用いてその検出値の差� ��δT(スーパーヒート)を演算し、その差温δT� �あらかじめ設定したT1,T2(T1<T2)との比較に� �じて、第2膨張弁212の開度を制御する。

 例えば、δT>T2の場合には、第2膨張弁212 をあらかじめ設定した所定開度だけアップし (ステップS63→S64)、T1≦δT≦T2の場合には、第 2膨張弁212を現状開度に維持し(ステップS63→S 65→S66)、T1<δTの場合には、第2膨張弁212を� �らかじめ設定した所定開度だけダウンさせ� �(ステップS63→S65→S67→S68)。

 以上の制御により、冷房運転室内機側入� ��の冷媒温度を冷却し、性能を満足するだけ� ��必要エンタルピ差を確保し、結果的にCOP低� ��となることを抑制できる。また、冷房主体� ��一部暖房運転となる冷房主体運転において� ��、冷房運転室内機へより低温の冷媒を送り� ��むことができ、省エネ運転を実現すること� ��できる。

 また、「全暖」運転については、第2膨張 弁212は、常に全開状態としておき、室内機の 膨張弁321~323で負荷に応じた流量制御を行い� �負荷側と熱交換した冷媒はこの第2膨張弁212� ��介して室外機低圧ラインへ流入する。

 そして、「暖主」運転については、図7に 示すように、圧縮機110の起動などをトリガに して、全閉状態からスタートし(ステップS71)� ��スタートから所定時間U経過後(ステップS72)� ��前記高圧圧力検知手段281、中間圧圧力検知� ��段282の検出値の差圧δPとあらかじめ設定し� ��設定値P1,P2(P1<P2)との比較に応じて、第2膨 張弁212の開度を制御する。

 例えば、δP>P2の場合には、第2膨張弁212 をあらかじめ設定した所定開度だけダウンし (ステップS73→S74)、P1≦δP≦P2の場合には、第 2膨張弁212を現状開度に維持し(ステップS73→S 75→S76)、P1<δPの場合には、第2膨張弁212を� �らかじめ設定した所定開度だけアップさせ� �(ステップS73→S75→S77→S78)。

 以上の制御により、暖房運転室内機側の� ��荷に応じた冷媒流量を流すだけの必要差圧� ��確保し、かつ必要以上の差圧をつけてしま� ��(中間圧が低圧に近づく)ことで、冷房運転� �内機の入口圧が低圧に近づき、冷房運転室� �機で負荷に応じた冷媒流量を流すだけの必� �差圧が確保できなくなり、結果的にCOP低下� �なることを抑制できる。

 冷主運転時においては、熱源機側熱交換� ��130は凝縮器(放熱器)と作用する。冷主運転� �冷房負荷が暖房負荷を上回っている状態な� �で、放熱能力の一部を熱源機側熱交換器130� �放熱する必要がある。そのためには、ファ� �速度や熱源機側熱交換器130を分割し、熱交� �器容量を増減させる必要がある。

 この発明では、熱源機側熱交換器130を分� ��することなく、放熱能力を調整する方法を� ��明する。本実施の形態では、冷媒として二� ��化炭素を用いている。この冷媒は図2や図8� �示すように、臨界点以上で高圧側が動作す� �。この特性を利用すれば容易に放熱容量を� �整することが可能となる。

 図3に示すように、熱源機側熱交換器130と 逆止弁141との間に、圧力センサ900、温度セン サ901を設けると共に、熱源機側熱交換器130の 入口に温度センサ902を設ける。超臨界では温 度と圧力が決まれば、一義的にエンタルピが 決定される。

 図8において、aは熱源機側熱交換器130入口� �エンタルピH ₁ 、bは熱源機側熱交換器130出口のエンタルピH ₂ (暖房運転になっている負荷側熱交換器の入� �)、cは熱源機側熱交換器130入口のエンタルピ H ₃ である。

 暖房側の負荷は暖房運転を行っている台数� ��接続されている室内機の容量から知ること� ��できる。この暖房負荷をQ _c とする。また、圧縮機の吐出圧力、吸入圧力 から冷媒流量G _r を求めることができる。式(2)から暖房負荷を 賄うのに必要なエンタルピ差δHを求めること ができる。
   Q _c /G _r =δH=H ₂ -H ₃      (2)

 また、負荷側熱交換器出口の圧力センサ311c と温度センサ311bから負荷側熱交換器(暖房)出 口のエンタルピH ₃ を求めることができる。式(2)は式(3)のように 書き換えられる。
   H ₂ =Q _c /G _r +H ₃         (3)

 すなわち、熱源機側熱交換器出口のエンタ� ��ピH ₂ が決定される。熱源機側熱交換器出口のエン タルピは圧力センサ900、温度センサ901から求 めることができる。式(3)から求められたエン タルピを目標のエンタルピH _2m とする。

 また、圧力センサ900、温度センサ901で測定� ��れたエンタルピをH _2s とする。目標エンタルピH _2m と測定されたエンタルピH _2s の差(H _2m -H _2s )を演算し、H _2m -H _2s =δH _s とする。

 そして、-epsH ₂ <δH _s <epsH ₂ (なお、-epsH ₂ とepsH ₂ は誤差範囲の下限値と上限値を示す)が所定� �値になるように制御手段により熱源機側フ� �ン(送風機)の回転を増減させる。-epsH ₂ >δH _s の場合は、ファン回転数をアップさせ、δH _s >epsH ₂ の場合はファン回転数を小さくする制御を行 う。

 なお、エンタルピHを求めるためには、あら かじめ式(4)の物性式を作成しておく必要ある 。
   H=f(P,T)          (4)
   P:圧力、T:温度