JP2014149141A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の放熱効率を向上させつつ熱交換器の腐食を抑制させることが可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】主冷媒回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮部２１と、放熱器として機能しうる室外熱交換器２３と、冷媒を減圧させる第１膨張部２６と、蒸発器として機能しうる室内熱交換器４１を有している。バイパス路３０は、主冷媒回路１０において、室外熱交換器２３と第１膨張部２６の間と、室内熱交換器４１と圧縮機２１の吸入側の間と、を接続している。バイパス路３０には、第２膨張部３２と、第２膨張部３２で減圧されて屋外の露点温度よりも低い温度になった冷媒を流すことが可能であって室外熱交換器２３の上方に配置された室外上方熱交換器３３と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来から、冷媒の熱を放熱させる凝縮器において、放熱効率を向上させることが検討されている。例えば、特許文献１（特開２０１０―２７６２６９号公報）に記載の冷凍装置では、凝縮器に対して散水することにより、凝縮器での凝縮能力を向上させている。

上述の特許文献１（特開２０１０―２７６２６９号公報）に記載の冷凍装置では、凝縮器に対して散水される水として、具体的な明示は無いものの、一般的な水道水を利用しているものと考えられる。

ところが、このような水道水には、塩素等の熱交換器を腐食させる成分が含有されているため、散水を行うことによって、熱交換器の腐食が進行してしまう。

上述の特許文献１（特開２０１０―２７６２６９号公報）においても、散水量を少なくすることや散水時間を短くすることは検討されているものの、腐食を抑制することができるような散水用の水の性質については、なんら検討されていない。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本願発明の課題は、冷媒の放熱効率を向上させつつ熱交換器の腐食を抑制させることが可能な冷凍装置を提供することにある。

第１観点に係る冷凍装置は、主冷媒回路とバイパス路を備えている。主冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮部と、室外熱交換器と、第１膨張部と、室内熱交換器を有している。室外熱交換器は、圧縮部で圧縮された冷媒を、室外の空気と熱交換させることで、放熱させることが可能である。第１膨張部は、室外熱交換器を通過した冷媒を膨張させることが可能である。室内熱交換器は、第１膨張部を通過した冷媒を圧縮部の吸入側に送られる前に蒸発させることが可能である。バイパス路は、主冷媒回路において、室外熱交換器と第１膨張部の間と、室内熱交換器と圧縮機の吸入側の間と、を接続している。バイパス路は、通過する冷媒を膨張させる第２膨張部と、第２膨張部を通過した冷媒であって屋外の露点温度よりも低い温度の冷媒を流すことが可能であり室外熱交換器の上方に配置されている室外上方熱交換器と、を有している。

ここで、室外上方熱交換器が室外熱交換器の上方に配置されているとは、室外上方熱交換器の全体が室外熱交換器の上方に配置されている場合に限定されるものではなく、例えば、室外上方熱交換器の下端が、室外熱交換器の下端よりも上方に配置されているような場合も含まれる。

この冷凍装置では、室外上方熱交換器に屋外の露点温度よりも低い温度の冷媒を流すことが可能であるため、室外上方熱交換器の表面において、屋外の空気中に存在している水分を凝縮させて結露水を生じさせることができる。この室外上方熱交換器は、冷媒の放熱器として機能しうる室外熱交換器の上方に配置されているため、室外上方熱交換器において生じた結露水を、冷媒の熱を放熱させている室外熱交換器に向けて滴下させることができる。そして、室外熱交換器の表面に滴下した結露水は、室外熱交換器の内部を流れる冷媒からの熱を受けて蒸発する際に、蒸発潜熱（気化熱）として吸熱を行うことで、室外熱交換器の内部を流れる冷媒の放熱を促進させる。このようにして、室外熱交換器における冷媒の放熱効率を高めることが可能になっている。

しかも、室外熱交換器に滴下される水は、室外上方熱交換器の表面において生じた結露水であり、消毒用の塩素等を含む水道水ではない。このため、室外熱交換器の表面に水が滴下する場合であっても、室外熱交換器の腐食の進行を抑制することができる。

以上により、室外熱交換器の腐食を抑制しながら室外熱交換器の放熱効率を高めることが可能になる。

第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、第１運転状態と第２運転状態を切り換える切換部をさらに備えている。第１運転状態では、室外熱交換器において冷媒の熱を放熱させ、室内熱交換器において冷媒を蒸発させ、屋外の露点温度よりも低い温度の冷媒を室外上方熱交換器に流す。第２運転状態では、室内熱交換器において冷媒の熱を放熱させ、室外熱交換器および室外上方熱交換器の両方において冷媒を蒸発させる。

この冷凍装置では、室外上方熱交換器は、室外熱交換器を放熱器として機能させる際には放熱効果を高めるために利用することが可能であり、室外熱交換器が蒸発器として機能する際には蒸発能力を補うために利用することが可能になる。

第３観点に係る冷凍装置は、第１観点または第２観点に係る冷凍装置であって、室外熱交換器に対して室外の空気を送る室外ファンをさらに備えている。室外上方熱交換器は、室外ファンが生じさせる空気流れ方向の上流側に配置されている。

この配置としては、例えば、室外上方熱交換器の空気流れ方向の下流側端部が、室外熱交換器の空気流れ方向の下流側端部よりも、空気流れ方向の上流側に配置されている場合が含まれる。

この冷凍装置では、室外上方熱交換器で生じた結露水は、室外ファンの空気流れによって風下側に移動させられたとしても、室外熱交換器に十分に供給することができる。

第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、室外熱交換器は、室外伝熱管と、複数の室外放熱フィンと、を有している。室外上方熱交換器は、室外上方伝熱管と、複数の室外上方放熱フィンと、を有している。室外放熱フィンと室外上方放熱フィンとは、鉛直方向に延びるようにして一体的に設けられている。

この冷凍装置では、室外上方熱交換器において生じて、室外上方放熱フィンの表面をつたうようにして下方に導かれる結露水を、室外上方放熱フィンと一体的に設けられている室外放熱フィンに対して効率的に伝えることができる。これにより、室外熱交換器における放熱効率をより向上させることが可能になる。

第５観点に係る冷凍装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、室外上方熱交換器の容量は、室外熱交換器の容量の１／４以上であって、室外熱交換器の容量以下である。

例えば、放熱器として機能させることが可能な室外熱交換器を設置することができるスペースの一部を、室外上方熱交換器用のスペースとして用いた場合には、その分だけ、放熱器としての容量が小さくなることになる。

これに対して、この冷凍装置では、室外上方熱交換器が生じさせる結露水によって室外熱交換器の放熱効率を十分に高めることができる。このため、室外熱交換器と室外上方熱交換器の合計の設置スペースが同程度である場合において、室外上方熱交換器の設置スペース分だけ室外熱交換器の容量が小さくなった場合であっても、全体としての冷媒の放熱効率を向上させることが可能になる。

第１観点に係る冷凍装置では、室外熱交換器の腐食を抑制しながら室外熱交換器の放熱効率を高めることが可能になる。

第２観点に係る冷凍装置では、放熱効果を高め、蒸発能力を補うことが可能になる。

第３観点に係る冷凍装置では、室外ファンの空気流れによって結露水が風下側に移動したとしても、室外熱交換器に十分に結露水を供給することができる。

第４観点に係る冷凍装置では、室外熱交換器における放熱効率をより向上させることが可能になる。

第５観点に係る冷凍装置では、室外熱交換器と室外上方熱交換器の合計の設置スペースが同程度である場合において、室外上方熱交換器の設置スペース分だけ室外熱交換器の容量が小さくなった場合であっても、全体としての冷媒の放熱効率を向上させることが可能になる。

第１実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る室外熱交換器および室外上方熱交換器の側面視概略構成図である。 第１実施形態に係る空気調和装置の冷房運転時における冷媒流れを示す図である。 第１実施形態に係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒流れを示す図である。 第２実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る空気調和装置の冷房運転時における冷媒流れを示す図である。 第２実施形態に係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒流れを示す図である。 他の実施形態（３−１）に係る室外熱交換器および室外上方熱交換器の側面視概略構成図である。 他の実施形態（３−２）に係る室外熱交換器および室外上方熱交換器の側面視概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の各実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置を例に挙げて説明する。

（１）第１実施形態
図１に、第１実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図を示す。

（１−１）空気調和装置１の概略構成
空気調和装置１は、熱源側装置としての室外ユニット２と、利用側装置としての室内ユニット４とが冷媒配管によって接続されて、利用側装置が配置された空間の空気調和を行う。この空気調和装置１は、主冷媒回路１０、バイパス路３０、各種センサ２１ａ、２１ｂ、２８、２９ａ、２９ｂ、３９、４３、４４および制御部７０を有している。なお、空気調和装置１において採用される冷媒としては、特に限定されず、炭化水素冷媒であっても二酸化炭素等の自然冷媒であってもよい。

主冷媒回路１０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、主膨張弁２６、液冷媒連絡配管６、室内熱交換器４１、および、ガス冷媒連絡配管７等が接続されることで構成されている。四路切換弁２２は、４つの接続ポートを有しており、圧縮機２１の吐出側、圧縮機２１の吸入側、室外熱交換器２３側、および、室内熱交換器４１側の４つとそれぞれ接続されており、各接続状態を切り換えることで、後述するように暖房運転状態と冷房運転状態とを切り換えることができる。図１においては、冷房運転状態の接続状態を実線で、暖房運転状態の接続状態を点線で記載している。なお、冷房運転状態では、室外熱交換器２３が冷媒の冷却器（放熱器）として、室内熱交換器４１が冷媒の加熱器（蒸発器）として機能する。暖房運転状態では、室内熱交換器４１が冷媒の冷却器（放熱器）として、室外熱交換器２３が冷媒の加熱器（蒸発器）として機能する。主膨張弁２６は、主冷媒回路１０における室外熱交換器２３と室内熱交換器４１との間に設けられており、制御部７０によって制御されることで通過する冷媒の減圧程度を調節する。室外熱交換器２３は、Ｕ字管を介して互いに接続されており、軸方向が水平方向となるように延びた複数の室外伝熱管２３ａと、各室外伝熱管２３ａが板厚方向に貫通している複数の室外放熱フィン２３ｂと、を有している。

以下、各種センサ２１ａ、２１ｂ、２８、２９ａ、２９ｂ、３９、４３、４４について説明する。低圧センサ２１ａは、圧縮機２１の吸入冷媒の圧力を検知し、四路切換弁２２から圧縮機２１の吸入側に向けて流れる冷媒の圧力を制御部７０が把握可能となるような接続構成が採用されている。高圧センサ２１ｂは、圧縮機２１の吐出冷媒の圧力を検知し、圧縮機２１の吐出側から四路切換弁２２に向けて流れる冷媒の圧力を制御部７０が把握可能となるような接続構成が採用されている。室外熱交温度センサ２８は、室外熱交換器２３に対して四路切換弁２２側（ガス冷媒側）を流れる冷媒温度を検知し、室外熱交換器２３のガス冷媒側を流れる冷媒温度を制御部７０が把握可能となるような接続構成が採用されている。室外湿度センサ２９ａは、室外熱交換器２３の風上側に設けられており、室外熱交換器２３を通過する前の空気の湿度（室外湿度）を検知し、制御部７０が室外湿度を把握可能となるような接続構成が採用されている。室外温度センサ２９ｂも同様に、室外熱交換器２３に対して、後述の室外ファン２７によって形成される空気流れ方向の風上側に設けられており、室外熱交換器２３を通過する前の温度（室外温度）を検知し、制御部７０が室外温度を把握可能となるような接続構成が採用されている。室内温度センサ４３は、室内熱交換器４１に対して、後述の室内ファン４２によって形成される空気流れ方向の風上側に設けられており、室内熱交換器４１を通過する前の温度（室内温度）を検知し、制御部７０が室内温度を把握可能となるような接続構成が採用されている。室内熱交温度センサ４４は、室内熱交換器４１に対して四路切換弁２２側（ガス冷媒側）を流れる冷媒温度を検知し、室内熱交換器４１のガス冷媒側を流れる冷媒温度を制御部７０が把握可能となるような接続構成が採用されている。

バイパス路３０は、主冷媒回路１０における室外熱交換器２３と主膨張弁２６の間と室内熱交換器４１と圧縮機２１の吸入側の間と、を接続している。より具体的には、バイパス路３０は、主冷媒回路１０における室外熱交換器２３と主膨張弁２６の間の分岐点Ｘと、四路切換弁２２と圧縮機２１の吸入側の間の合流点Ｙと、を主冷媒回路１０とは独立して接続している。バイパス路３０は、分岐点Ｘ側から合流点Ｙ側に向けて、バイパス膨張弁３２、室外上方熱交換器３３、および、バイパス開閉弁３５がこの順に設けられている。バイパス膨張弁３２は、制御部７０によって制御されることで通過する冷媒の減圧程度を調節する。バイパス開閉弁３５は、制御部７０によって制御されることで、バイパス路３０に冷媒を流す場合には開状態に制御され、バイパス路３０に冷媒を流さない場合には閉状態に制御される。室外上方熱交換器３３は、Ｕ字管を介して互いに接続されており、軸方向が水平方向となるように延びた複数の室外上方伝熱管３３ａと、各室外上方伝熱管３３ａが板厚方向に貫通している複数の室外上方放熱フィン３３ｂと、を有している。室外上方熱交換器３３の室外上方伝熱管３３ａには、内部を通過する冷媒温度を検知するための室外上方熱交温度センサ３９が設けられており、制御部７０が室外上方熱交換器３３を通過する冷媒温度を把握可能となるような接続構成が採用されている。また、室外熱交換器２３および室外上方熱交換器３３の側面視概略構成図である図２に示すように、第１実施形態においては、室外上方熱交換器３３は、室外熱交換器２３の鉛直上方に連続するように配置されている。室外上方熱交換器３３の室外上方放熱フィン３３ｂは、室外熱交換器２３の室外放熱フィン２３ｂと連続するように一体化されている。ここで、室外上方伝熱管３３ａと室外伝熱管２３ａとは同じ管径であって、同様の間隔で設けられている。第１実施形態においては、室外ファン２７によって形成される空気流れが、室外熱交換器２３および室外上方熱交換器３３のそれぞれに対して略水平方向に供給されている。なお、特に限定されないが、室外上方熱交換器３３の容量は、室外熱交換器２３の容量の１／４以上であって室外熱交換器２３の容量以下となるように設計されている。

室外ユニット２には、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、主膨張弁２６、室外ファン２７、バイパス膨張弁３２、室外上方熱交換器３３、バイパス開閉弁３５、低圧センサ２１ａ、高圧センサ２１ｂ、室外熱交温度センサ２８、室外湿度センサ２９ａ、室外温度センサ２９ｂ、室外上方熱交温度センサ３９、および、室外制御部７２等が収容されている。

室内ユニット４には、室内熱交換器４１、室内ファン４２、室内温度センサ４３、室内熱交温度センサ４４、および、室内制御部７４等が収容されている。

室外ユニット２と室内ユニット４は、液冷媒連絡配管６とガス冷媒連絡配管７を介して接続されている。

制御部７０は、室外ユニット２内に配置されて室外ユニット２の機器を制御する室外制御部７２と、室内ユニット４内に配置されて室内ユニット４の機器を制御する室内制御部７４と、ユーザからの各種設定入力を受け付けたり各種表示出力を行ったりするコントローラ７１と、各種センサ２１ａ、２１ｂ、２８、２９ａ、２９ｂ、３９、４３、４４とが、通信線７０ａによって接続されることで構成されている。この制御部７０は、空気調和装置１を対象とした種々の制御を行う。

（１−２）冷房運転状態
図３に、空気調和装置１の冷房運転状態における冷媒流れを矢印と共に示す。

冷房運転状態では、四路切換弁２２が制御部７０によって図３に示すように、接続状態が切り換えられる。すなわち、圧縮機２１の吐出側に室外熱交換器２３が接続され、圧縮機２１の吸入側に室内熱交換器４１が接続され、室外熱交換器２３を冷媒の冷却器（放熱器）として機能させ、室内熱交換器４１が冷媒の加熱器（蒸発器）として機能させる状態になる。

ここで、制御部７０は、室内熱交換器４１の出口（圧縮機２１の吸入側）を通過する冷媒の過熱度が所定の過熱度になるように、主膨張弁２６の減圧程度を制御する。なお、特に限定されないが、第１実施形態においては、制御部７０は、冷房運転状態における室内熱交換器４１の出口を通過する冷媒の過熱度を、低圧センサ２１ａの検知圧力と室内熱交温度センサ４４の検知温度に基づいて求める。

そして、制御部７０は、バイパス開閉弁３５を開状態に制御しつつ、バイパス膨張弁３２の減圧程度の制御も行う。具体的には、制御部７０は、室外上方熱交温度センサ３９が検知する冷媒温度が、室外（屋外）の露点温度よりも低い温度になるように、バイパス膨張弁３２の減圧程度の制御を行う。ここで、制御部７０は、室外湿度センサ２９ａが検知する室外湿度と、室外温度センサ２９ｂが検知する室外温度と、に基づいて、室外の露点温度を求める。

冷房運転状態では、制御部７０によるこのような制御が行われることで、以下のように冷媒が流れる。すなわち、圧縮機２１から吐出された高温高圧冷媒は、室外熱交換器２３において室外ファン２７によって送られてくる室外空気の熱と熱交換して放熱し、分岐点Ｘにおいて主冷媒回路１０側とバイパス路３０側に分岐し、主冷媒回路１０内を並列に流れる。

主冷媒回路１０側に流れた冷媒は、主膨張弁２６を通過する際に減圧されて低圧冷媒となって、液冷媒連絡配管６を通過して室内熱交換器４１に送られる。室内熱交換器４１に送られた冷媒は、室内ファン４２によって送られてくる室内空気の熱と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となって、ガス冷媒連絡配管７を介して四路切換弁２２に向けて流れる。

また、分岐点Ｘにおいてバイパス路３０側に分岐した冷媒は、バイパス膨張弁３２において減圧され、冷媒温度が露点温度以下となって、室外上方熱交換器３３を流れる。室外上方熱交換器３３において蒸発した冷媒は、開状態のバイパス開閉弁３５を通過して合流点Ｙにおいて、室内熱交換器４１から送られてきたガス冷媒と合流する。

この合流冷媒は、圧縮機２１の吸入側に送られ、再び、圧縮機２１から吐出される。冷房運転状態では、以上の冷凍サイクルが繰り返される。

（１−３）暖房運転状態
図４に、空気調和装置１の暖房運転状態における冷媒流れを矢印と共に示す。

暖房運転状態では、四路切換弁２２が制御部７０によって図４に示すように、接続状態が切り換えられる。すなわち、圧縮機２１の吐出側に室内熱交換器４１が接続され、圧縮機２１の吸入側に室外熱交換器２３が接続され、室内熱交換器４１を冷媒の冷却器（放熱器）として機能させ、室外熱交換器２３が冷媒の加熱器（蒸発器）として機能させる状態になる。

ここで、制御部７０は、室外熱交換器２３の出口（圧縮機２１の吸入側）を通過する冷媒の過熱度が所定の過熱度になるように、主膨張弁２６の減圧程度を制御する。なお、特に限定されないが、第１実施形態においては、制御部７０は、暖房運転状態における室外熱交換器２３の出口を通過する冷媒の過熱度を、低圧センサ２１ａの検知圧力と室外熱交温度センサ２８の検知温度に基づいて求める。

ここで、制御部７０は、室外熱交換器２３における冷媒の蒸発能力が十分であると判断した場合にはバイパス開閉弁３５を全閉状態にしてバイパス路３０に冷媒を流さないように制御し、室外熱交換器２３における冷媒の蒸発能力が不十分であると判断した場合にはバイパス開閉弁３５を全開状態にしてバイパス路３０に冷媒を流して室外上方熱交換器３３においても冷媒を蒸発させるように制御する。なお、バイパス路３０に冷媒を流す場合には、バイパス膨張弁３２の弁開度は全開状態に制御される。室外熱交換器２３における冷媒の蒸発能力が十分であるか否かは、特に限定されないが、例えば、制御部７０が室外熱交換器２３の出口を通過する冷媒の過熱度に基づいて判断するようにしてもよい。

暖房運転状態では、制御部７０によるこのような制御が行われることで、以下のように冷媒が流れる。すなわち、圧縮機２１から吐出された高温高圧冷媒は、室内熱交換器４１において室内ファン４２によって送られてくる室内空気の熱と熱交換して放熱する。室内熱交換器４１を通過した冷媒は、液冷媒連絡配管６を通過して、主膨張弁２６において減圧されて低圧冷媒となり、分岐点Ｘまで送られる。分岐点Ｘに送られた冷媒は、バイパス開閉弁３５が全開状態に制御されている場合には分岐点Ｘにおいて主冷媒回路１０側とバイパス路３０側に分岐して主冷媒回路１０内を並列に流れ、バイパス開閉弁３５が全閉状態に制御されている場合には分岐点Ｘを通過してバイパス路３０側に冷媒が流れることなく主冷媒回路１０側にのみ冷媒が流れる。

主冷媒回路１０側を流れる冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２７によって供給される室外空気の熱と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となって四路切換弁２２に向けて流れる。なお、バイパス路３０に冷媒が流れる場合には、当該冷媒は、室外上方熱交換器３３において、室外ファン２７によって供給される室外空気の熱と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となって、バイパス開閉弁３５を通過して合流点Ｙに向けて流れる。

合流点Ｙを通過した冷媒は、圧縮機２１の吸入側に送られ、再び、圧縮機２１から吐出される。暖房運転状態では、以上の冷凍サイクルが繰り返される。

（１−４）室外上方熱交換器３３において結露水を生じさせる放熱促進作用について
上記冷房運転状態においては、室外上方熱交換器３３において生じた結露水によって、室外上方熱交換器３３の下方に配置されている室外熱交換器２３における冷媒の放熱効率が高められている。

具体的には、冷房運転状態において、分岐点Ｘからバイパス路３０側に分岐した冷媒は、バイパス膨張弁３２において減圧され、冷媒温度が露点温度以下となって、室外上方熱交換器３３を流れることになる。

ここで、室外上方熱交換器３３では、露点温度以下の冷媒が流れることで、内部を流れる冷媒は室外ファン２７によって供給される室外空気の熱で蒸発する。この際に、室外上方熱交換器３３の室外上方伝熱管３３ａの表面および室外上方放熱フィン３３ｂの表面には、室外の空気中に含まれる水分が凝縮した凝縮水が生じる。これらの凝縮水は、室外上方熱交換器３３の室外上方伝熱管３３ａの表面から下方に向けて滴下されるか、室外上方放熱フィン３３ｂの表面をつたうようにして下方に向けて流れ落ちる。

これにより、室外熱交換器２３の室外伝熱管２３ａの表面および室外放熱フィン２３ｂの表面に、空気中の水分が凝縮して生じた結露水が付着することになる。

室外伝熱管２３ａの表面および室外放熱フィン２３ｂの表面に付着した結露水は、室外熱交換器２３の内部を流れる高温高圧冷媒からの熱を受けて蒸発する。この際に、室外熱交換器２３の内部を流れる高温高圧冷媒は、室外伝熱管２３ａの表面および室外放熱フィン２３ｂの表面から蒸発した結露水の蒸発潜熱に相当する分だけ熱を奪われ、放熱効率が高められる。

（１−５）第１実施形態の特徴
第１実施形態の空気調和装置１では、冷房運転状態において、室外上方熱交換器３３に室外の露点温度よりも低い温度の冷媒が流れるため、室外上方熱交換器３３の表面において、室外の空気中に存在している水分が凝縮して結露水を生じる。

そして、冷房運転状態では、この室外上方熱交換器３３は、冷媒の放熱器として機能している室外熱交換器２３の上方に配置されているため、室外上方熱交換器３３において生じた結露水を、冷媒の熱を放熱させている室外熱交換器２３に向けて滴下させることができる。そうすると、室外熱交換器２３の表面に滴下した結露水は、室外熱交換器２３の内部を流れる冷媒からの熱を受けて蒸発する際に、蒸発潜熱（気化熱）として吸熱を行うことで、室外熱交換器２３の内部を流れる冷媒の放熱を促進させる。このようにして、室外熱交換器２３における冷媒の放熱効率を高めることが可能になっている。

しかも、室外熱交換器２３に滴下される水は、室外上方熱交換器３３の表面において生じた結露水であり、消毒用の塩素等を含む水道水ではない。すなわち、従来のように、放熱効率を高めるための打ち水を、水道水を利用して行っているものではない。このため、室外熱交換器２３の表面に水が滴下する場合であっても、室外熱交換器２３の腐食の進行を抑制することが可能になっている。

なお、第１実施形態の空気調和装置１では、冷房運転状態において室外熱交換器２３に結露水を付着させるために用いられた室外上方熱交換器３３を、暖房運転時において、冷媒の蒸発能力を確保するための手段として流用することが可能になっている。

さらに、第１実施形態の空気調和装置１では、室外上方熱交換器３３は室外熱交換器２３に対して結露水が供給されやすいように上方に配置されているだけではなく、室外上方熱交換器３３の室外上方放熱フィン３３ｂと室外熱交換器２３の室外放熱フィン２３ｂとが連続した一体化板状部材をなすように構成されている。このため、凝縮水は、室外上方熱交換器３３の室外上方放熱フィン３３ｂの表面を下方に向けてつたうことで、室外熱交換器２３の室外放熱フィン２３ｂに対してより確実に供給されることになる。

そして、第１実施形態の空気調和装置１では、室外上方熱交換器３３の容量が、室外熱交換器２３の容量の１／４以上であって室外熱交換器２３の容量以下となるように設計されている。ここで、第１実施形態において室外上方熱交換器３３を室外熱交換器２３に換えることで室外上方熱交換器３３が設けられている設置スペースを室外熱交換器２３として利用した場合には、その分だけ放熱器としての容量を増大できることになる。これに対して、第１実施形態の空気調和装置１では、室外上方熱交換器３３を採用した分だけ室外熱交換器２３の容量を小さく設計していることにはなるが、室外上方熱交換器３３が生じさせる結露水によって室外熱交換器２３の放熱効率を十分に高めることができている。このため、室外熱交換器２３と室外上方熱交換器３３の合計の設置スペースが同程度である場合において、室外上方熱交換器３３の設置スペース分だけ室外熱交換器２３の容量が小さくなった場合であっても、全体としての冷媒の放熱効率を向上させることが可能になっている。

（２）第２実施形態
図５に、第２実施形態に係る空気調和装置２０１の概略構成図を示す。

（２−１）空気調和装置２０１の概略構成
空気調和装置２０１は、上記第１実施形態の室外ユニット２の代わりに室外ユニット２０２を有しており、主冷媒回路１０の代わりに主冷媒回路２１０を有している点で相違している。以下、当該相違点を中心に説明する。

主冷媒回路２１０には、分岐点Ｘと主膨張弁２６との間において主開閉弁５３が設けられている。

さらに、空気調和装置２０１には、主冷媒回路２１０およびバイパス路３０以外に、第１接続路５１および第２接続路５４を有している。

第１接続路５１は、主冷媒回路２１０の主膨張弁２６と主開閉弁５３との間と、バイパス路３０の室外上方熱交換器３３とバイパス開閉弁３５との間と、を接続している。この第１接続路５１の途中には、第１開閉弁５２が設けられている。

第２接続路５４は、主冷媒回路２１０の室外熱交換器２３と分岐点Ｘとの間と、バイパス路３０のバイパス膨張弁３２と室外上方熱交換器３３との間と、を接続している。この第２接続路５４の途中には、第２開閉弁５５が設けられている。

（２−２）冷房運転状態
この空気調和装置２０１では、冷房運転状態では、図６において矢印で示しているように、上記第１実施形態と同様の冷媒流れとなる。

ここで、冷房運転状態では、制御部７０は、上記実施形態の冷房運転状態と同様の接続状態に切り換え、主開閉弁５３を全開状態にしつつ第１開閉弁５２および第２開閉弁５５を全閉状態に切り換えつつ、上記実施形態と同様の運転制御を行う。

これにより、空気調和装置２０１においても、室外上方熱交換器３３において凝縮水を生じさせ、室外熱交換器２３における放熱効率を高めることが可能になっている。

（２−３）暖房運転状態
この空気調和装置２０１では、暖房運転状態では、図７において矢印で示しているように、室外上方熱交換器３３と室外熱交換器２３とで直列的に冷媒が流れる。

ここで、暖房運転状態では、制御部７０は、上記実施形態の暖房運転状態と同様の接続状態に切り換え、主開閉弁５３、バイパス膨張弁３２およびバイパス開閉弁３５を全閉状態にしつつ第１開閉弁５２および第２開閉弁５５を全開状態に切り換える。そして、制御部７０は、室外熱交換器２３の出口（圧縮機２１の吸入側）を流れる冷媒の過熱度が所定の過熱度になるように、主膨張弁２６の減圧程度を制御する。

これにより、空気調和装置２０１においては、暖房運転状態において以下のように冷媒が流れる。すなわち、圧縮機２１から吐出された高温高圧冷媒は、室内熱交換器４１において室内ファン４２によって送られてくる室内空気の熱と熱交換して放熱する。室内熱交換器４１を通過した冷媒は、液冷媒連絡配管６を通過して、主膨張弁２６において減圧されて低圧冷媒となり、主開閉弁５３が全閉状態に制御され第１開閉弁５２が全開状態に制御されていることから、第１接続路５１側を流れて、室外上方熱交換器３３に送られる。室外上方熱交換器３３に流入した冷媒は、一部が蒸発し、第２接続路５４を介して室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、さらに蒸発し、四路切換弁２２を介して圧縮機２１の吸入側に送られ、再び、圧縮機２１から吐出される。暖房運転状態では、以上の冷凍サイクルが繰り返される。

なお、特に限定されないが、例えば、制御部７０が、室外熱交換器２３における冷媒の蒸発能力が十分であると判断した場合には、主開閉弁５３を全開状態にしつつ第１開閉弁５２、第２開閉弁５５およびバイパス膨張弁３２を全閉状態にして、バイパス路３０に冷媒を流さないように制御し、室外熱交換器２３のみにおいて冷媒を蒸発させるようにしてもよい。

（２−４）第２実施形態の特徴
第２実施形態の空気調和装置２０１においても、上記第１実施形態の空気調和装置１と同様に、室外熱交換器２３の腐食を抑制しつつ放熱効率を向上させる効果、室外上方熱交換器３３を流用できる効果、室外放熱フィン２３ｂに対してより確実に凝縮水を供給する効果、限られた設置スペースにおいても放熱効率を向上させる効果をそれぞれ奏することができる。

さらに、第２実施形態の空気調和装置２０１では、暖房運転状態において、室外上方熱交換器３３と室外熱交換器２３とを直列接続させることが可能になり、蒸発器としての入口から出口に至るまでの間の距離を長くすることができるため、冷媒の蒸発をより十分に行わせ、出口を通過する冷媒の過熱度を確保しやすくさせることが可能になっている。

（３）他の実施形態
（３−１）
上記実施形態では、室外上方熱交換器３３の全体が室外熱交換器２３の上端部分よりもさらに上方に配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、両熱交換器の配置としては、これに限られるものではなく、例えば、図８に示すように、室外上方熱交換器２３３の下端が室外熱交換器２２３の下端よりも上方に位置するように配置されつつ、室外上方熱交換器２３３が室外熱交換器２２３よりも空気流れ方向の上流側に配置されているような場合であってもよい。

この場合であっても、室外上方熱交換器２３３において生じた結露水は、自重によって下方に降下していきつつ、空気流れによって下流側に送られることで、室外熱交換器２２３に供給することが可能になっている。

また、室外上方熱交換器２３３が有する室外上方伝熱管２３３ａや室外上方放熱フィン２３３ｂで生じた凝縮水は、室外上方放熱フィン２３３ｂの表面を下方であって空気流れの下流側に向けて沿うように送られていくことで、室外熱交換器２２３の室外放熱フィン２２３ｂに送ることができる。さらに、凝縮水は、室外上方放熱フィン２３３ｂと室外放熱フィン２２３ｂの間をつたうように送られるものに限られず、室外上方熱交換器２３３の他の部分から、自重および空気流れによって、室外熱交換器２２３が有する室外伝熱管２２３ａに送ることができる。

（３−２）
上記第１、第２実施形態および上記他の実施形態（３−１）では、室外上方熱交換器３３の全体が室外熱交換器２３の上端部分よりもさらに上方に配置されているか、室外上方熱交換器２３３の全体が室外熱交換器２２３よりも空気流れ方向上流側に配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、両熱交換器の配置としては、これに限られるものではなく、例えば、図９に示すように、室外上方熱交換器３３３の下端が室外熱交換器２３の下端よりも上方に配置されつつ、室外上方熱交換器３３３の空気流れ方向の下流側端部が室外熱交換器３２３の空気流れ方向の下流側端部よりも上流側に配置されており、室外上方熱交換器３３３の上端と室外熱交換器３２３の上端が同程度の高さ位置であって、室外上方熱交換器３３３の空気流れ方向の上流側端部と室外熱交換器３２３の空気流れ方向の上流側端部とが空気流れ方向において同程度の位置に位置するように配置されていてもよい。

この場合であっても、室外上方熱交換器３３３において生じた結露水は、自重によって下方に降下して、室外熱交換器３２３に供給することができる。しかも、室外上方熱交換器３３３において生じた結露水は、空気流れによって下流側に送られることで、室外熱交換器３２３に供給することもできる。

また、室外上方熱交換器３３３が有する室外上方伝熱管３３３ａや室外上方放熱フィン３３３ｂで生じた凝縮水は、室外上方放熱フィン３３３ｂの表面を下方および／または空気流れの下流側に向けて沿うように送られていくことで、室外熱交換器３２３の室外放熱フィン３２３ｂに送ることができる。さらに、凝縮水は、室外上方放熱フィン３３３ｂと室外放熱フィン３２３ｂの間をつたうように送られるものに限られず、室外上方熱交換器３３３の他の部分から、自重および／または空気流れによって、室外熱交換器３２３が有する室外伝熱管３２３ａに送ることができる。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
１０ 主冷媒回路
２１ 圧縮機
２１ａ 低圧センサ
２１ｂ 高圧センサ
２２ 四路切換弁（切換部）
２３ 室外熱交換器
２３ａ 室外伝熱管
２３ｂ 室外放熱フィン
２６ 主膨張弁（第１膨張部）
２７ 室外ファン
２８ 室外熱交温度センサ
２９ａ 室外湿度センサ
２９ｂ 室外温度センサ
３０ バイパス路
３２ バイパス膨張弁（第２膨張部）
３３ 室外上方熱交換器
３３ａ 室外上方伝熱管
３３ｂ 室外上方放熱フィン
３５ バイパス開閉弁（切換部）
３９ 室外上方熱交温度センサ
４１ 室内熱交換器
４３ 室内温度センサ
４４ 室内熱交温度センサ
５１ 第１接続路
５２ 第１開閉弁（切換部）
５３ 主開閉弁（切換部）
５４ 第２接続路
５５ 第２開閉弁（切換部）
２０１ 空気調和装置（冷凍装置）

特開２０１０―２７６２６９号公報

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮部（２１）と、
   前記圧縮部で圧縮された冷媒を、室外の空気と熱交換させることで、放熱させることが可能な室外熱交換器（２３）と、
   前記室外熱交換器を通過した冷媒を膨張させることが可能な第１膨張部（２６）と、
   前記第１膨張部（２６）を通過した冷媒を前記圧縮部の吸入側に送られる前に蒸発させることが可能な室内熱交換器（４１）と、
   を有する主冷媒回路（１０）と、
   前記主冷媒回路において、前記室外熱交換器（２３）と前記第１膨張部（２６）の間と、前記室内熱交換器（４１）と前記圧縮機（２１）の吸入側の間と、を接続するバイパス路（３０）と、
   を備え、
   前記バイパス路（３０）は、通過する冷媒を膨張させる第２膨張部（３２）と、前記第２膨張部（３２）を通過した冷媒であって屋外の露点温度よりも低い温度の冷媒を流すことが可能であり前記室外熱交換器（２３）の上方に配置されている室外上方熱交換器（３３）と、を有している、
   冷凍装置（１、２０１）。
2. 前記室外熱交換器（２３）において冷媒の熱を放熱させ、前記室内熱交換器（４１）において冷媒を蒸発させ、屋外の露点温度よりも低い温度の冷媒を前記室外上方熱交換器（３３）に流す第１運転状態と、
   前記室内熱交換器（４１）において冷媒の熱を放熱させ、前記室外熱交換器（２３）および前記室外上方熱交換器（３３）の両方において冷媒を蒸発させる第２運転状態と、
   を切り換える切換部（２２、３５、５２、５３、５５）をさらに備えた、
   請求項１に記載の冷凍装置（２０１）。
3. 前記室外熱交換器に対して室外の空気を送る室外ファン（２７）をさらに備え、
   前記室外上方熱交換器（３３）は、前記室外ファン（２７）が生じさせる空気流れ方向の上流側に配置されている、
   請求項１または２に記載の冷凍装置（１、２０１）。
4. 前記室外熱交換器（２３）は、室外伝熱管（２３ａ）と、複数の室外放熱フィン（２３ｂ）と、を有しており、
   前記室外上方熱交換器（３３）は、室外上方伝熱管（３３ａ）と、複数の室外上方放熱フィン（３３ｂ）と、を有しており、
   前記室外放熱フィン（２３ｂ）と前記室外上方放熱フィン（３３ｂ）とは、鉛直方向に延びるようにして一体的に設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１、２０１）。
5. 前記室外上方熱交換器（３３）の容量は、前記室外熱交換器（２３）の容量の１／４以上であって、前記室外熱交換器の容量以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置（１，２０１）。

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