JP2015117936A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、冷房運転及び暖房運転のそれぞれの場合において熱交換機が最適な熱交換効率を維持できる空気調和機を提供するためのものである。
【解決手段】空気調和機は、複数の単位流路に区画された室外熱交換機を含み、複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路が、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって互いに直列または並列に連結されることによって、冷媒が通過する流路の個数または長さを変えることができる。流路の個数または長さが適当に選択されて利用されるので、効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機に関し、特に、冷房運転時の熱交換機の冷媒流路と、暖房運転時の熱交換機の冷媒流路とが切り替わることによって、冷房運転及び暖房運転のそれぞれの場合において最適な熱交換効率を維持できる空気調和機に関する。
一般に、空気調和機は、暖房装置、冷房装置、ヒートポンプ、エアクリーナなどを含む。
空気調和機は、冷媒を圧縮、凝縮、膨脹、蒸発させる過程を遂行して、室内空間を冷房または暖房する装置である。空気調和機は、室外機に１台の室外機が連結される通常の空気調和機、または室外機に複数個の室外機が連結されるマルチ空気調和機に分けられる。このような空気調和機は、圧縮機、凝縮機、膨脹バルブ、及び蒸発機を含む。圧縮機から吐出された冷媒は、凝縮機で凝縮された後、膨脹バルブで膨脹する。膨脹した冷媒は蒸発機で蒸発した後、圧縮機に吸い込まれる。
冷房運転と暖房運転とを実行する空気調和機において、空気調和機の冷房運転時において、室外熱交換機は熱交換を実行して圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒を液状の冷媒に凝縮させる凝縮機としての役割を果たす。室内熱交換機は蒸発機の役割を果たす。空気調和機の暖房運転時において、室外熱交換機は熱交換を実行して室内熱交換機から回収されるガスと液体の混合状態である冷媒をガス状態の冷媒に蒸発させる蒸発機としての役割を果たす。
従来のヒートポンプにおいて、冷房運転時及び暖房運転時においては、室外熱交換機を通過する冷媒の状態が相違し、冷媒の状態が液体状態であるか、または気体状態であるかによって冷媒の流速が相違する。また、冷媒の流速によって熱交換性能が変化する。
したがって、最適な冷媒流速を得るためには、室外熱交換機の冷媒流路の個数または長さを調節しなければならない。
しかしながら、冷房運転時及び暖房運転時において、冷媒流路の個数または長さは一定であるため、従来の空気調和機は、冷房あるいは暖房のうち、いずれか一方で最適な性能が得られるように設計されている。したがって、冷房あるいは暖房のうち、他方の性能が低下するという問題がある。
本発明は、冷房運転及び暖房運転のそれぞれの場合において、熱交換機が最適な熱交換効率を維持できる空気調和機を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、複数の単位流路に区画された冷媒流路を備える熱交換機と、暖房運転時に複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに並列に連結し、冷房運転時に複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに直列に連結するように切り換える流路切換部と、を含む空気調和機を提供することができる。
本発明の他の態様によれば、複数の単位流路に区画された冷媒流路を備える熱交換機と、複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を並列に連結する並列連結流路と、複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を直列に連結する直列連結流路と、並列連結流路及び直列連結流路のうちの少なくともいずれか一方に設けられて、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって並列連結流路と直列連結流路とが選択的に使用されるように流路を切り換える流路切換部と、を含む空気調和機を提供することができる。
本発明の更に他の態様によれば、複数の単位流路を備える熱交換機と、暖房運転時に冷媒が複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路に流入するように複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路の入口側を互いに並列に連結する第１並列連結流路と、暖房運転時に複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を各々通過した冷媒が集められて吐出されるように複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路の出口側を互いに並列に連結する第２並列連結流路と、冷房運転時に複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を通過した冷媒が他の単位流路の入口側を通過するように複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに直列に連結する直列連結流路と、直列連結流路に配置されて、予め決定された基準負荷範囲の冷房動作で直列連結流路を開放し、基準負荷範囲を超過する低温冷房動作で直列連結流路を閉鎖する直列連結バルブと、第１並列連結流路に配置されて暖房運転及び低温冷房運転時に、第１並列連結流路を開放する第１並列連結バルブと、第２並列連結流路に配置されて、基準負荷範囲の冷房動作及び低温冷房運転時に、第２並列連結流路を閉鎖する第２並列連結バルブと、を含む空気調和機を提供することができる。
本発明の種々の実施例に従って上記のように構成された空気調和機において、冷媒が通過する流路の個数や長さを増減させることができる。したがって、流路の個数や長さを適切に選択し使用することにより、冷媒の状態によって最適な効率を得ることができ、その効率を向上させることができる。
また、低温冷房運転時に、冷媒は複数の単位流路のうちの少なくとも一部を通過するようにして、単位流路が負荷に応じて適切に使用できる。
本発明の実施例１に係る空気調和機の構成を例示した概略図である。 本発明の実施例１に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの図１の室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例１に従って、空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例１に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機の単位流路と流路長を例示した概略図である。 本発明の実施例１に従って、空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機の単位流路と流路長を例示した概略図である。 室外熱交換機の流路の個数と性能との関係を例示したグラフである。 本発明の実施例２に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例２に係る空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例３に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例３に従って、空気調和機が標準冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例３に従って、空気調和機が低温冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例４に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例４に従って、空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例５に従って、空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。 本発明の実施例５に従って、空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。
以下、本発明の好適な実施例について添付した図面と共に詳細に説明する。しかしながら、本発明は本実施例には限定されず、他の実施例に具現化することもできる。これら実施例は、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明の例示された目的及び理解のために提供される。図面全体に亘って同一の符号は同一の構成要素を示す。
図１は、本発明の実施例１に係る空気調和機の構成を例示した概略図である。
図１を参照すると、本発明の実施例１に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、室内に設けられて冷房運転時に蒸発機の役割を果たし、暖房運転時に凝縮機の役割を果たす室内熱交換機４と、室外に設けられて冷房運転時に凝縮機の役割を果たし、暖房運転時に蒸発機の役割を果たす室外熱交換機１０と、凝縮機を通過する冷媒を膨脹させる膨脹装置６、８と、圧縮機から吐出された冷媒が室内熱交換機４または室外熱交換機１０に流れるように流路を切り換える四方バルブ９と、を含む。
また、空気調和機は室内空間を冷暖房するためのヒートポンプを含む。
図２は、本発明の実施例１に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの図１に図示された室外熱交換機１０における冷媒の流れを示す概略図である。図３は、本発明の実施例１に従って空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機１０における冷媒の流れを示す概略図である。
図２及び図３を参照すると、本発明の実施例１に係る室外熱交換機１０は、複数の単位流路に区画された冷媒流路を備える。本実施例では、室外熱交換機１０の冷媒流路が２つの単位流路に区画されているが、これには限定されず、２つ以上の単位流路に区画することもできる。本実施例では、室外熱交換機１０の冷媒流路は第１単位流路２０及び第２単位流路３０に区画される。
第１単位流路２０の一方の側と第２単位流路３０の一方の側は、第１並列連結流路５０により互いに並列連結され、第１単位流路２０の他方の側と第２単位流路３０の他方の側は、第２並列連結流路６０により互いに並列連結される。
第１並列連結流路５０には第１単位流路２０及び第２単位流路３０に各々対応する第１分配機５１及び第２分配機５２が設けられている。
第１分配機５１は暖房運転時に室外熱交換機１０に流入する冷媒を第１単位流路２０の内部に分配し、第２分配機５２は暖房運転時に室外熱交換機１０に流入する冷媒を第２単位流路３０の内部に分配する。
第１並列連結流路５０は、室外熱交換機１０の出入口及び第１分配機５１を連結する第１分配機連結流路５０ａと、室外熱交換機１０の出入口及び第２分配機５２を連結する第２分配機連結流路５０ｂと、を含む。
第２並列連結流路６０には、第１単位流路２０及び第２単位流路３０に対応する部分に第１ヘッダ６１及び第２ヘッダ６２が各々設けられている。
分配機及びヘッダを設ける位置は変更できる。しかしながら、分配機を液体冷媒が流入する側に設け、ヘッダを気体状態の冷媒が流入する側に設けることが好ましいため、分配機を暖房運転時に２相の冷媒が流入する第１出入口１１側に配置し、ヘッダを冷房運転時に気体状態の冷媒が流入する第２出入口１２側に配置することが好ましい。
室外熱交換機１０は流路を切り換える流路切換手段を更に備え、第１並列連結流路５０、第２並列連結流路６０、及び後述する直列連結流路７０を冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって選択的に使用できる。
流路切換手段の切換は制御装置により実行される。このような制御装置は、マイクロプロセッサ、カスタムチップ、論理回路等により構成することができる。
流路切換手段は、第１並列連結流路５０、第２並列連結流路６０、直列連結流路７０のうちの少なくともいずれか１つに設けられて、流路を開閉する開閉バルブを含むことができる。また、流路切換手段は冷媒の流れを一方向のみに制限する逆止弁を含むことができる。
流路切換手段は、後述する並列連結バルブ６４、直列連結バルブ７２、及び逆流遮断用バルブ５４を含む。
第２並列連結バルブ６４は、第２並列連結流路６０に設けられている。また、第２並列連結バルブ６４は、冷房運転時に第２並列連結流路６０を閉鎖し、暖房運転時に第２並列連結流路６０を開放する。並列連結バルブ６４の開閉は制御装置により行なわれる。
暖房運転時に、並列連結バルブ６４は、第１ヘッダ６１と第２ヘッダ６２とを互いに連通して第２並列連結流路６０を開放することができる。冷房運転時に、並列連結バルブ６４は、第２並列連結流路６０を閉鎖して第１ヘッダ６１を通過する冷媒が第２ヘッダ６２側に流入しないようにすることができる。本実施例において、並列連結バルブ６４として逆止弁が使用される。この逆止弁は、第２ヘッダ６２から第１ヘッダ６１に向かう方向のみに冷媒の流れを制限する。
第１及び第２ヘッダ６１、６２は、第１並列連結流路５０に設けることができ、第１及び第２分配機５１、５２は第２並列連結流路６０に設けることができる。しかしながら、分配機はヘッダ側より液状の冷媒が通過する側に設けることが望ましい。
室外熱交換機１０は、第１及び第２単位流路２０、３０を互いに直列に連結する直列連結流路７０を更に含む。
直列連結流路７０は、冷房運転時、第１単位流路２０を通過する冷媒が第２単位流路３０の入口側にバイパスされるように形成される。即ち、直列連結流路７０は、第１分配機流路５０ａでバイパスされて第２ヘッダ６２に連結される。
直列連結バルブ７２は直列連結流路７０に設けられている。この直列連結バルブ７２は、冷房運転時に直列連結流路７０を開放し、暖房運転時に直列連結流路７０を閉鎖する。
第１並列連結流路５０には逆流遮断用バルブ５４が設けられている。この逆流遮断用バルブ５４は、冷房運転時、第１単位流路２０を通過した冷媒が第２単位流路３０の出口側に逆流することを防止する。即ち、逆流遮断用バルブ５４は第１及び第２分配機流路５０ａ、５０ｂの間に設けられ、逆止弁が逆流遮断用バルブ５４として使用できる。
図４は、本発明の実施例１に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機の単位流路及び流路長を例示する概略図である。図５は、本発明の実施例１に従って空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機の単位流路及び流路長を例示した概略図である。
図４を参照すると、空気調和機が暖房運転を行っているときに第１及び第２単位流路２０、３０が互いに並列連結され、これによって冷媒が通過する流路の個数Ｎhは、第１単位流路２０の流路の個数Ｎ１と第２単位流路３０の流路の個数Ｎ２との合計に等しい。冷媒が通過する流路の長さＬhは、第１単位流路２０の流路長Ｌ１に等しい。ここで、冷媒が通過する流路の個数が、冷媒が流入する入口の個数、または冷媒が吐出される出口の個数と同一であるので、流路の個数は入口の個数や出口の個数として説明できる。しかしながら、以下では説明の便宜のために、流路の個数をＮhとして説明する。
図５を参照すると、空気調和機の冷房運転時に、第１及び第２単位流路２０、３０が互いに直列に連結されて、これによって、冷媒が通過する流路の個数Ｎcは、第１単位流路２０の流路の個数に等しくなる（Ｎ１＝Ｎ２）。また、冷媒が通過する流路の長さＬcは、第１単位流路２０の長さＬ１と第２単位流路３０の長さＬ２との合計に等しい。
本実施例において、室外熱交換機１０の総冷媒流路は、第１及び第２単位流路２０、３０に区画される。即ち、第１単位流路２０の長さＬ１と、第２単位流路の長さＬ２は同一である。
冷房運転時には、第１及び第２単位流路２０、３０が互いに直列連結されるため、冷房運転時に冷媒が通過する流路の個数Ｎcは、暖房運転時の流路の個数より少なく、冷房運転時に冷媒が通過する流路の長さＬcは、暖房運転時の流路の長さより長い。したがって、凝縮機としての役割を果たす室外熱交換機１０を通過する冷媒の流速を増加させることができる。
また、暖房運転時には、第１及び第２単位流路２０、３０が互いに並列連結されるため、暖房運転時に冷媒が通過する流路の個数Ｎhは、冷房運転時の流路の個数より多く、暖房運転時に冷媒が通過する流路の長さＬhは、冷房運転時の流路の長さより短い。したがって、蒸発機としての役割を果たす室外熱交換機１０を通過する冷媒の流速を減少させることができる。
図６は、室外熱交換機における、冷媒が通過する流路の個数と性能との関係を例示したグラフである。
図６を参照すると、暖房運転時に冷媒が通過する流路の個数Ｎhが増加するほど、室外熱交換機の性能は向上する。暖房運転時に冷媒が通過する流路の個数の増加は、冷媒が通過する流路の長さが短くなるということを意味する。
冷房運転時に冷媒が通過する流路の個数Ｎcが、暖房運転時の流路の個数Ｎhより小さいとき、室外熱交換機の最適な性能が得られる。即ち、冷房運転時の流路の長さが暖房運転時の流路の長さより長いとき、室外熱交換機の最適な性能が得られる。
暖房運転時に最適な性能が得られる流路の個数と、冷房運転時に最適な性能が得られる流路の個数とが互いに異なるため、冷房運転か暖房運転かによって流路の個数及び長さを適切に変えることによって、最適な性能を確保することができる。
本発明の実施例１に係る室外熱交換機の動作について以下の通り説明する。
図２を参照すると、本発明の実施例１に係る空気調和機の暖房運転時において、室外熱交換機１０は蒸発機として使用される。
気体と液体とが混合した低温低圧状態の２相の冷媒は、室外熱交換機１０の第１出入口１１を通じて流入し、その後、第１並列連結流路５０を通じて第１及び第２分配機５１、５２に流入する。
直列連結バルブ７２が直列連結流路７０を閉鎖するため、冷媒は第１並列連結流路５０側のみに流入できる。即ち、第１及び第２単位流路２０、３０は、第１並列連結流路５０により互いに並列連結される。
第１分配機５１は冷媒を第１単位流路２０に分配し、第２分配機は冷媒を第２単位流路３０に分配する。
第１単位流路２０を通過しながら蒸発した冷媒は、第１ヘッダ６１で集められた後、室外熱交換機１０の第２出入口１２を通じて外部に吐出される。
第２単位流路３０を通過しながら蒸発した冷媒は、第２ヘッダ６２で集められて、第２並列連結流路６０を通じて第１ヘッダ６１側に移動した後、外部に吐出される。
第２並列連結流路６０は、第２出入口１２に連結しているので、第１及び第２ヘッダ６１、６２を通過する冷媒は、第２並列連結流路６０を通じて第２出入口１２から吐出される。
上記のように、冷媒が第１及び第２単位流路２０、３０を各々通過するため、冷媒が通過する流路の個数は、第１単位流路２０の流路の個数と第２単位流路３０の流路の個数との合計に等しい。したがって、暖房運転時に冷媒が通過する流路の個数は、冷房運転時の流路の個数より多く、暖房運転時に冷媒が通過する流路の長さは、冷房運転時の流路の長さより短くなる。
即ち、室外熱交換機１０で蒸発を遂行する過程で気体状態に変わった冷媒の流速が増加するので、冷媒が通過する流路の長さは相対的に短く設定されて、冷媒の流速を減少させることができるので、効率を向上させることができる。また、蒸発圧力降下が防止されるので、空気調和機の圧力を上昇させることができ、これによって、空気調和機の全体的な効率を向上させることができる。
図３を参照すると、本発明の実施例１に係る空気調和機の冷房運転時において、室外熱交換機１０は凝縮機として使用される。
高温高圧状態で気体状態である冷媒が、第１室外熱交換機１０の第２出入口１２を通じて流入する。冷媒は、第１ヘッダ６１を通じて第１単位流路２０に流入する。
第２並列連結流路６０には並列連結バルブ６４が設けられて、第１ヘッダ６１から第２ヘッダ６２側に冷媒が流れることを防止する。したがって、第１ヘッダ６１に流入した冷媒は、第２ヘッダ６２側に流入せず、第１単位流路２０のみに流入する。
第１単位流路２０を通過する冷媒は、第１分配機５１及び第１分配機流路５０ａを通じて順次に通過し、直列連結流路７０を通じて第２ヘッダ６２に流入する。この際、直列連結バルブ７２が開放されて、冷媒は直列連結流路７０を通過できる。また、逆流遮断用バルブ５４は冷媒が第２分配機流路５０ｂ側に流入するのを防止することができる。
即ち、直列連結バルブ７２が開放されれば、第１及び第２単位流路２０、３０は直列連結流路７０により互いに直列連結される。
したがって、第１単位流路２０を通過する冷媒は、直列連結流路７０を通じて第２ヘッダ６２に流入し、第２単位流路３０を通過する。第２単位流路３０を通過しながら凝縮された冷媒は、室外熱交換機１０の第１出入口１１を通じて外部に吐出される。
上記のように、冷房運転時において、冷媒が第１単位流路２０を通過した後、第２単位流路３０を通過するので、冷媒が通過する流路の個数は半分に減り、冷媒が通過する流路の長さは第１単位流路２０の長さと第２単位流路３０の長さとの合計に等しく、これは暖房運転時の流路の長さより長い。
液体状態に変わった冷媒の流速は、室外熱交換機１０で凝縮を行なう過程で相対的に減少する。本実施例において、冷媒が通過する流路の長さが増加するので、冷媒の流速を増加させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
図７は、本発明の実施例２に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。図８は、本発明の実施例２に従って空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。
図７及び図８を参照すると、本発明の実施例２に係る室外熱交換機１００の構成要素及び動作は、第１及び第２単位流路２０、３０が第１及び第２並列連結流路５０、６０により互いに並列連結され、第１開閉バルブ１０１が第１並列連結流路５０で第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間に設けられ、第２開閉バルブ１０２が第２並列連結流路６０に設けられていることを除いて、実施例１と同一である。第１開閉バルブ１０１及び第２開閉バルブ１０２の開閉は、制御装置により行なわれる。同一の構成要素は同一の符号で表示され、その詳細な説明は省略する。
図７を参照すると、暖房運転時に、第１開閉バルブ１０１は第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間を開放し、第２開閉バルブ１０２は第２並列連結流路６０を開放する。この際、直列連結バルブ７２は直列連結流路７０を閉鎖する。直列連結バルブ７２の開閉は制御装置により行なわれる。
したがって、第１及び第２単位流路２０、３０は互いに並列に連結される。
図８を参照すると、冷房運転時に、第１開閉バルブ１０１は第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間を閉鎖し、第２開閉バルブ１０２は第２並列連結流路６０を閉鎖する。この際、直列連結バルブ７２は直列連結流路７０を開放する。
したがって、第１及び第２単位流路２０、３０の並列連結は解除され、第１及び第２単位流路２０、３０は直列連結流路７０により互いに直列に連結される。
第１開閉バルブ１０１及び第２開閉バルブ１０２は冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって制御されるので、第１及び第２単位流路２０、３０の直列または並列連結を第１及び第２単位流路２０、３０の並列または直列連結に切り替えることが容易である。
図９は、本発明の実施例３に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。図１０は、本発明の実施例３に従って空気調和機が標準冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。図１１は、本発明の実施例３に従って空気調和機が低温冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。
図９乃至図１１を参照すると、本発明の実施例３に係る室外熱交換機１１０の構成要素及び動作は、第１及び第２単位流路２０、３０が第１及び第２並列連結流路５０、６０により互いに並列に連結され、第１並列連結流路５０における第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間に第１並列連結バルブ１１１が設けられ、第２並列連結流路６０には第２並列連結バルブ１１２が設けられ、第２分配機連結流路５０ｂには開閉バルブ１１３が設けられていることを除いて、本発明の実施例１と同一である。第１並列連結バルブ１１１、第２並列連結バルブ１１２、及び開閉バルブ１１３の開閉は、制御装置により行なわれる。同一の構成要素は同一の符号で表示され、その詳細な説明は省略する。
図９を参照すると、暖房運転時において、第１並列連結バルブ１１１は第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間を開放し、第２並列連結バルブ１１２は第２並列連結流路６０を開放する。また、開閉バルブ１１３は第２分配機連結流路５０ｂを開放する。この際、直列連結バルブ７２は直列連結流路７０を閉鎖する。直列連結バルブ７２の開閉は制御装置により行なわれる。
したがって、第１及び第２単位流路２０、３０は互いに並列に連結され、室外熱交換機１１０の第１出入口１１を通じて流入した冷媒は第１及び第２分配機連結流路５０ａ、５０ｂを通じて第１及び第２単位流路２０、３０に流入する。
図１０を参照すると、冷房運転時において、第１並列連結バルブ１１１は第１分配機連結流路５０ａと第２分配機連結流路５０ｂとの間を閉鎖し、第２並列連結バルブ１１２は第２並列連結流路６０を閉鎖する。また、開閉バルブ１１３は第２分配機連結流路５０ｂを閉鎖する。直列連結バルブ７２は直列連結流路７０を開放する。
したがって、第１及び第２単位流路２０、３０の並列連結は解除され、第１及び第２単位流路２０、３０は直列連結流路７０により互いに直列に連結される。
室外熱交換機１１０の第２出入口１２を通じて流入した冷媒は、第１単位流路２０を通過し、第１単位流路２０から吐出される冷媒は、第１分配機連結流路５０ａ及び直列連結流路７０を通じて第２単位流路３０に流入する。
したがって、第１及び第２並列連結バルブ１１１、１１２は冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって制御されるため、第１及び第２単位流路２０、３０の直列連結または並列連結を第１及び第２単位流路２０、３０の並列連結または直列連結に切り替えることが容易である。
図１１を参照すると、本発明の実施例３に係る室外熱交換機１１０は室外温度が低いとき、室内冷房運転のような負荷の少ない低温運転時において、第１及び第２単位流路２０、３０のうちのいずれか一つの流路のみを使用することができる。本実施例において、第１単位流路２０は低温運転時に使用される。
図１１に示すように、第１並列連結バルブ１１１は第１並列連結流路５０を開放し、開閉バルブ１１３は第２分配機連結流路５０ｂを閉鎖する。直列連結バルブ７２は直列連結流路７０を閉鎖する。
室外熱交換機１１０の第２出入口１２に流入した冷媒は、第１ヘッダ６１及び第１単位流路２０を通じて第１分配機連結流路５０ａに流れる。第１単位流路２０で凝縮された冷媒は第１並列連結バルブ１１１を通過し、室外熱交換機１１０の第１出入口１１を通じて外部に吐出される。即ち、負荷の少ない低温冷房の場合、第１単位流路２０から吐出される冷媒は直列連結流路７０にバイパスされない。また、第１単位流路２０から吐出された冷媒は第１分配機連結流路５０ｂ側に流れず、室外熱交換機１１０の外部に直ぐ吐出される。
本実施例において、室外熱交換機１１０の冷媒流路は２つの単位流路に区画される。しかしながら、室外熱交換機１１０の冷媒流路が複数の単位流路に区画される場合には、一部の単位流路を室外熱交換機１１０の負荷によって選択的に使用することができる。
図１２は、本発明の実施例４に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。図１３は、本発明の実施例４に従って空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。
図１２及び図１３を参照すると、本発明の実施例４に係る室外熱交換機１２０の構成要素及び動作は、第１及び第２単位流路２０、３０が第１及び第２並列連結流路５０、６０により互いに並列に連結され、室外熱交換機１２０が、第１及び第２単位流路２０、３０が互いに直列に連結されるように第１並列連結流路５０でバイパスされた直列連結流路７０を更に含み、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって流路を直列または並列に切り換える四方バルブ１２１が直列連結流路７０及び第１並列連結流路５０の連結地点に設けられていることを除いて、本発明の実施例１と同一である。四方バルブ１２１の切り換えは制御装置により行なわれる。同一の構成要素は同一の符号で表示され、その詳細な説明は省略する。
図１２を参照すると、暖房運転時において、四方バルブ１２１は第１及び第２分配機連結流路５０ａ、５０ｂが互いに連結されるように動作する。四方バルブ１２１は直列連結流路７０の連結が解除されるように動作する。したがって、第１及び第２単位流路２０、３０は第１及び第２分配機連結流路５０ａ、５０ｂにより互いに並列に連結される。
室外熱交換機１２０の第１出入口１１を通じて流入した冷媒は、第１及び第２分配機連結流路５０ａ、５０ｂを通じて第１及び第２単位流路２０、３０に各々流入する。
図１３を参照すると、冷房運転時において、四方バルブ１２１は第１分配機連結流路５０ａが直列連結流路７０に連結されるように動作する。また、四方バルブ１２１は、第２分配機連結流路５０ｂとの連結が解除されるように動作する。したがって、第１及び第２単位流路２０、３０は直列連結流路７０により互いに直列に連結される。
第１単位流路２０を通過しながら凝縮された冷媒は、直列連結流路７０を通じて第２単位流路３０に流入して凝縮された後、室外熱交換機１２０の外部に吐出される。
四方バルブ１２１が使用されるので、第１単位流路２０から吐出される冷媒が第２単位流路３０の出口側に逆流することを防止する別途の逆止弁を必要としない。したがって、室外熱交換機は簡単な構成となり、室外熱交換機を容易に制御することができる。
図１４は、本発明の実施例５に従って空気調和機が暖房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。図１５は、本発明の実施例５に従って空気調和機が冷房運転を行っているときの室外熱交換機における冷媒の流れを例示した概略図である。
図１４及び図１５を参照すると、本発明の実施例５に係る室外熱交換機２００の構成要素及び動作は、冷媒流路が４個の単位流路に区画されて、４個の単位流路が暖房運転時に互いに並列に連結され、冷房運転時に互いに直列に連結されることを除いて、本願発明の実施例１と同一である。したがって、同一の構成要素は同一の符号で表示し、その詳細な説明は省略する。
４個の単位流路は、第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０を含む。第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０の一方の側には、第１乃至第４分配機２１１、２２１、２３１、２４１が各々設けられ、他方の側には、第１乃至第４ヘッダ２１２、２２２、２３２、２４２が各々設けられている。
第１乃至第４分配機２１１、２２１、２３１、２４１には、第１乃至第４分配機連結流路２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａが各々連結される。第１乃至第４分配機２１１、２２１、２３１、２４１は、第１乃至第４分配機連結流路２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａに互いに並列に連結される。
第１ヘッダ２１２及び第２ヘッダ２２２は、第１ヘッダ連結流路２５０に連結され、第１並列連結バルブ２５１が第１ヘッダ連結流路２５０に設けられている。第１並列連結バルブ２５１は、冷房運転時に第１ヘッダ連結流路２５０を閉鎖し、暖房運転時に第１ヘッダ連結流路２５０を開放する。第１並列連結バルブ２５１として逆止弁が使用できる。
第２ヘッダ２２２及び第３ヘッダ２３２は第２ヘッダ連結流路２６０に連結され、第２ヘッダ連結流路２６０には第２並列連結バルブ２６１が設けられている。第２並列連結バルブ２６１は、冷房運転時に第２ヘッダ連結流路２６０を閉鎖し、暖房運転時に第２ヘッダ連結流路２６０を開放する。第２並列連結バルブ２６１として逆止弁が使用できる。
第３ヘッダ２３２及び第４ヘッダ２４２は第３ヘッダ連結流路２７０に連結され、第３ヘッダ連結流路２７０には第３並列連結バルブ２７１が設けられている。第３並列連結バルブ２７１は、冷房運転時に第３ヘッダ連結流路２７０を閉鎖し、暖房運転時に第３ヘッダ連結流路２７０を開放する。第３並列連結バルブ２７１として逆止弁が使用できる。
第１並列連結バルブ２５１、第２並列連結バルブ２６１、及び第３並列連結バルブ２７１の開閉は制御装置により行なわれる。
室外熱交換機２００は、第１分配機連結流路２１１ａでバイパスされて第１及び第２単位流路２１０、２２０を互いに直列に連結する第１直列連結流路３１０と、第２分配機連結流路２２１ａでバイパスされて第２及び第３単位流路２２０、２３０を互いに直列に連結する第２直列連結流路３２０と、第３分配機連結流路２３１ａでバイパスされて第３及び第４単位流路２３０、２４０を互いに直列に連結する第３直列連結流路３３０と、を更に含む。
第１直列連結流路３１０には第１直列連結バルブ３１１が設けられている。第１直列連結バルブ３１１は冷房運転時のみにおいて第１直列連結流路３１０を開閉する。
第２直列連結流路３２０には第２直列連結バルブ３２１が設けられている。第２直列連結バルブ３２１は冷房運転時のみにおいて第２直列連結流路３２０を開閉する。
第３直列連結流路３３０には第３直列連結バルブ３３１が設けられている。第３直列連結バルブ３３１は冷房運転時のみにおいて第３直列連結流路３３０を開閉する。
第１直列連結バルブ３１１、第２直列連結バルブ３２１、及び第３直列連結バルブ３３１の開閉は制御装置により行なわれる。
第１分配機連結流路２１１ａと第２分配機連結流路２２１ａとの間には第１開閉バルブ２５１が設けられている。第１開閉バルブ２５１は、第１単位流路２１０から吐出された冷媒が冷房運転時に第２単位流路２２０の入口側に逆流することを防止する。
第２分配機連結流路２２１ａと第３分配機連結流路２３１ａとの間には第２開閉バルブ２５２が設けられている。第２開閉バルブ２５２は、第２単位流路２２０から吐出される冷媒が冷房運転時に第３単位流路２３０の出口側に逆流することを防止する。
第３分配機連結流路２３１ａと第４分配機連結流路２４１ａとの間には第３開閉バルブ２５３が設けられている。第３開閉バルブ２５３は、第３単位流路２３０から吐出される冷媒が冷房運転時に第４単位流路２４０の出口側に逆流することを防止する。
第１開閉バルブ２５１、第２開閉バルブ２５２、及び第３開閉バルブ２５３の開閉は、制御装置により行なわれる。
上記のように構成された本発明の実施例５に係る室外熱交換機の動作は、次の通りである。
図１４を参照すると、暖房運転時に室外熱交換機２００の第１出入口２０１を通じて流入した冷媒は、第１乃至第４分配機連結流路２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａを通じて第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０に流入して凝縮された後、第１乃至第４ヘッダ２１２、２２２、２３２、２４２を通じて室外熱交換機２００の外部に吐出される。
第１乃至第３直列連結バルブ３１１、３２１、３３１は、第１乃至第３直列連結流路３１０、３２０、３３０を各々閉鎖するので、第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０は互いに直列に連結されず、互いに並列に連結される。
第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０が互いに並列に連結されることによって、冷媒が通過する流路の長さは短く、流路の個数は増加する。したがって、暖房運転時において、熱交換効率を向上させることができる。
図１５を参照すると、冷房運転時に第１乃至第３直列連結バルブ３１１、３２１、３３１は、第１乃至第３直列連結流路３１０、３２０、３３０を各々開放して、第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０は互いに直列に連結される。
室外熱交換機２００の第２出入口２０２を通じて流入した冷媒は、第１ヘッダ２１２を通じて第１単位流路２１０に流入して凝縮された後、第１直列連結流路３１０にバイパスされる。このバイパスされた冷媒は第２ヘッダ２２２を通じて第２単位流路２２０に流入して凝縮される。
第２単位流路２２０から吐出される冷媒は、第２直列連結流路３２０にバイパスされ、第３ヘッダ２３２を通じて第３単位流路２３０に流入して凝縮される。
第３単位流路２３０から吐出される冷媒は、第３直列連結流路３３０にバイパスされ、第４ヘッダ２４２を通じて第４単位流路２４０に流入して凝縮される。
第４単位流路２４０から吐出される冷媒は、室外熱交換機２００の第１出入口を通じて外部に吐出される。
上記のように、第１乃至第４単位流路２１０、２２０、２３０、２４０は、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって互いに直列または並列に連結できるので、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかに関わらず、常に最適な熱交換性能を得ることができる。
実施例５は４個の単位流路が暖房運転時に互いに並列に連結され、冷房運転時に互いに直列に連結されるように記載したが、空気調和機はこれら２つの特定の構成で動作するように構成される必要はない。例えば、他の実施例において、空気調和機は少なくとも２つの単位流路が互いに並列に連結され、残りの単位流路が並列にまたは直列に連結されるように構成することができる。同様に、少なくとも２つの単位流路は直列に連結され、残りの単位流路が直列または並列に連結されないことがある。空気調和機は４個の単位流路に限定せず、４個以上または４個より少ない数の単位流路を含むことができる。
以上、本発明はについて、好ましい実施例について説明した。本発明の技術分野に熟練した者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、各種の変更案を作成することができることは自明である。また、本発明は特定の条件及び特定の応用例について説明したが、本技術分野に熟練した者であれば、これらに制限されず、各種の条件及び具現化に有益に利用できることは明らかである。これによって、上述の説明及び図面は限定的ではなく、例示的なものと見なされなければならない。
１０ 室外熱交換機
２０ 第１単位流路
３０ 第２単位流路
５０ 第１並列連結流路
５０ａ 第１分配機連結流路
５０ｂ 第２分配機連結流路
５１ 第１分配機
５２ 第２分配機
５４ 逆流遮断用バルブ
６０ 第２並列連結流路
６４ 並列連結バルブ
７０ 直列連結流路
７２ 直列連結バルブ

Claims (10)

  1. 空気調和機であって、
    複数の単位流路に区画された冷媒流路と、
    暖房運転時に前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに並列に連結し、冷房運転時に前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに直列に連結するように切り換える流路切換部を有する熱交換機と、
    前記流路切換部を制御する制御機と、
    を含む空気調和機において、
    前記熱交換機は、
    暖房運転時において、前記熱交換機に流入する冷媒が並列に連結された前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路に各々流入するように前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路の一方の側を互いに並列に連結する第１並列連結流路と、
    暖房運転時において、並列に連結された前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を各々通過した冷媒が集められて吐出されるように前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路の他方の側を互いに並列に連結する第２並列連結流路と、
    前記複数の単位流路のうち、少なくとも２つの単位流路のうちの１つの単位流路を通過した冷媒が直列に連結された他の単位流路の入り口側を通過するように前記複数の単位流路のうちの少なくとも２つの単位流路を互いに直列に連結する直列連結流路と、
    前記第１並列連結流路で前記複数の単位流路に対応するように各々配置され、暖房運転時において、冷媒を前記複数の単位流路に案内する複数の分配機と、
    前記第２並列連結流路で前記複数の単位流路に対応するように各々配置され、暖房運転時において、前記複数の単位流路を通過した冷媒が吐出される複数のヘッダと、を含み、
    前記複数の単位流路のうちの一部の単位流路を室外熱交換機の負荷によって選択的に使用することを特徴とする空気調和機。
  2. 前記流路切換部は、
    冷房運転時に前記直列連結流路を開放し、暖房運転時に前記直列連結流路を閉鎖する直列連結バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  3. 前記流路切換部は、
    前記第１並列連結流路に配置されて、冷房運転時において、前記複数の単位流路のうちの１つの単位流路を通過した冷媒が他の単位流路の出口側に逆流することを防止する逆流遮断用バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  4. 前記流路切換部は、
    前記第２並列連結流路に配置されて、冷房運転時において、前記複数の単位流路のうちの１つの単位流路に流入する冷媒が他の単位流路の入口側に逆流することを防止する逆流遮断用バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  5. 前記流路切換部は、
    前記第２並列連結流路に配置されて、冷房運転時に前記第２並列連結流路を閉鎖し、暖房運転時に前記第２並列連結流路を開放する並列連結バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  6. 前記流路切換部は、
    前記第１並列連結流路及び前記直列連結流路の連結地点に配置されて、冷房運転を行うか、暖房運転を行うかによって、流路を切り換える四方バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  7. 前記流路切換部は、
    前記直列連結流路に配置されて、予め設定された基準負荷範囲の冷房運転時に前記直列連結流路を開放し、前記基準負荷範囲を超過する低温冷房運転時に前記直列連結流路を閉鎖する直列連結バルブを含む、請求項１に記載の空気調和機。
  8. 前記流路切換部は、
    前記第１並列連結流路で前記複数の単位流路のうちの１つの単位流路側に配置されて、低温冷房運転時において、前記単位流路を通過した冷媒が前記第１並列連結流路を通じて吐出されるように前記第１並列連結流路の出口側を開放する第１並列連結バルブを含む、請求項７に記載の空気調和機。
  9. 前記流路切換部は、
    前記第１並列連結流路で他の単位流路側に配置されて、低温冷房運転時において、前記複数の単位流路のうちの１つの単位流路を通過した冷媒が他の単位流路側に流れることを防止する第２並列連結バルブを含む、請求項８に記載の空気調和機。
  10. 前記複数の単位流路の流路長は全て同一である、請求項１に記載の空気調和機。
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