JP2018144528A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器への着霜の発生を抑制する。
【解決手段】空調装置１は、コンプレッサ２１と、コンプレッサ２１にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱するヒータコア２２と、外気と冷媒との間で熱交換を行う第１熱交換器２３と、第１熱交換器２３と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う第２熱交換器２４と、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４とを接続する冷媒流路２０に配設され、通過する冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁２７と、を備え、暖房運転時には、ヒータコア２２から導かれた冷媒は、第１熱交換器２３から第１膨張弁２７を介して第２熱交換器２４に導かれる。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調装置に関するものである。

特許文献１には、熱交換器に着霜が発生した場合に除霜を行うための除霜用熱交換器を備える車両用空調装置が開示されている。

特開２０１３−１１２００１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用空調装置は、熱交換器に着霜が発生した場合に、除霜用熱交換器に冷媒を流通させ、熱交換器を加熱して除霜を行うものである。この車両用空調装置では、熱交換器への着霜の発生を防止することはできない。

本発明は、暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器への着霜の発生を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する加熱器と、外気と冷媒との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記第１熱交換器と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する冷媒流路に配設され、通過する冷媒を減圧膨張させる絞り機構と、を備え、暖房運転時には、前記加熱器から導かれた冷媒は、前記第１熱交換器から前記絞り機構を介して前記第２熱交換器に導かれる。

上記態様では、第１熱交換器は、外気と冷媒との間で熱交換を行い、第２熱交換器は、第１熱交換器と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う。第１熱交換器には、圧縮機にて圧縮されて加熱器を通過した高温の冷媒が流通し、第２熱交換器には、絞り機構を通過して減圧膨張により低温になった冷媒が流通する。このように、第１熱交換器にて高温の冷媒と熱交換を行った外気が、第２熱交換器に導かれる。よって、第２熱交換器にて冷媒との間で熱交換を行う外気は、外気温と比較して温度が高い。したがって、暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器への着霜の発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空調装置の構成図である。 図２は、冷房運転時における空調装置の冷媒の流れを説明する図である。 図３は、暖房運転時における空調装置の冷媒の流れを説明する図である。 図４は、除霜運転時における空調装置の冷媒の流れを説明する図である。 図５は、第１熱交換器と第２熱交換器との位置関係を説明する図である。 図６は、第１熱交換器と第２熱交換器との位置関係の第１の変形例を説明する図である。 図７は、第１熱交換器と第２熱交換器との位置関係の第２の変形例を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る空調装置１について説明する。

まず、図１を参照して、空調装置１の全体構成について説明する。

空調装置１は、冷媒が循環する冷凍サイクル２と、車室内の空調に利用する空気が通過するＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット５と、弁の動作などを制御するコントローラ１０と、を備える。空調装置１は、冷暖房可能なヒートポンプシステムである。空調装置１は、車両（図示省略）に搭載されて車室（図示省略）内の空調を行う。例えば、冷媒にはＨＦＯ−１２３４ｙｆが用いられる。

冷凍サイクル２は、圧縮機としてのコンプレッサ２１と、加熱器としてのヒータコア２２と、第１熱交換器２３と、第２熱交換器２４と、蒸発器としてのエバポレータ２５と、アキュムレータ２６と、これらを冷媒が循環可能となるように接続する冷媒流路２０と、を備える。

コンプレッサ２１は、ガス状冷媒を吸入し圧縮する。これにより、ガス状冷媒は高温高圧になる。

ヒータコア２２は、暖房運転時に、コンプレッサ２１を通過した後の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。ヒータコア２２は、コンプレッサ２１によって高温高圧となった冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する。

ヒータコア２２に代えて、水冷コンデンサ（図示省略）を設けてもよい。この場合、水冷コンデンサは、高水温サイクル（図示省略）を循環する温水との間で熱交換を行い、冷媒の熱を温水に伝達する。水冷コンデンサは、高水温サイクルを循環する温水を介して、空調に用いられる空気を加熱する。

第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は、例えば車両のエンジンルーム（電気自動車においてはモータルーム）内に配置され、冷媒と外気との間で熱交換を行う。第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４には、車両の走行や室外ファン９の回転によって、外気が導入される。

第１熱交換器２３は、冷房運転時には凝縮器として機能する。第１熱交換器２３は、暖房運転時には凝縮器として機能する。第１熱交換器２３は、除霜運転時には蒸発器として機能する。

第２熱交換器２４は、第１熱交換器２３と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う。第２熱交換器２４は、車両のエンジンルーム内における第１熱交換器２３の後ろに配設される。

第２熱交換器２４は、冷房運転時には第１熱交換器２３と共に凝縮器として機能する。第２熱交換器２４は、暖房運転時には蒸発器として機能する。第２熱交換器２４は、除霜運転時には凝縮器として機能する。

第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して熱交換容量が小さい。これにより、暖房運転時に凝縮器として機能するヒータコア２２及び第１熱交換器２３の熱交換容量の合計と、暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器２４の熱交換容量とを適切な比率にすることができる。また、冷房運転時に凝縮器として機能する第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４の熱交換容量の合計と、蒸発器として機能するエバポレータ２５の熱交換容量とを適切な比率にすることができる。よって、暖房運転時及び冷房運転時の凝縮器と蒸発器との熱交換容量のバランスが取れる。

エバポレータ２５は、ＨＶＡＣユニット５内に配置され、冷房運転時に、エバポレータ２５を通過して空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで、冷媒を蒸発させる。エバポレータ２５によって蒸発した冷媒は、第２膨張弁２８を通ってアキュムレータ２６へ流れる。

アキュムレータ２６は、冷媒流路２０を流れる冷媒を一時的に溜めると共に、ガス状冷媒と液状冷媒とに気液分離する。アキュムレータ２６からは、分離したガス状冷媒のみがコンプレッサ２１へと流れる。

冷媒流路２０には、絞り機構としての第１膨張弁２７と、膨張弁としての第２膨張弁２８と、が設けられる。また、冷媒流路２０には、開閉によって冷媒の流れを切り換える第１切換弁３１と、第２切換弁３２と、第３切換弁３３と、第４切換弁３４と、が配置される。

第１膨張弁２７は、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４とを接続する冷媒流路２０に配設される。第１膨張弁２７は、通過する冷媒を減圧膨張させる。具体的には、第１膨張弁２７は、暖房運転時にヒータコア２２及び第１熱交換器２３にて凝縮した冷媒を減圧膨張させる。また、第１膨張弁２７は、除霜運転時にヒータコア２２及び第１熱交換器２３にて凝縮した冷媒を減圧膨張させる。

第１膨張弁２７には、例えば、固定絞りや可変絞りが用いられる。固定絞りには、例えば、オリフィスやキャピラリーチューブを用いることができ、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。また、可変絞りには、例えば、段階的に又は無段階的に開度を調節できる電磁弁を用いることができる。

第２膨張弁２８は、第１熱交換器２３とエバポレータ２５との間に配置され、冷房運転時に第１熱交換器２３からエバポレータ２５に導かれる液状冷媒を減圧膨張させる。第２膨張弁２８には、エバポレータ２５を通過した冷媒の温度に応じて開度が調節される温度式膨張弁が用いられる。

第１切換弁３１は、冷媒の流路を切り換える四方弁である。第１切換弁３１は、例えば、複数の開閉弁の組み合わせによって構成されてもよく、同様の流路切換機能を有するものであればよい。

第１切換弁３１は、冷房運転時には、コンプレッサ２１から第２熱交換器２４へ冷媒を導くと共に、第１熱交換器２３から第２膨張弁２８へ冷媒を導くように切り換えられる。第１切換弁３１は、暖房運転時には、ヒータコア２２から第１熱交換器２３へ冷媒を導くと共に、第２熱交換器２４からアキュムレータ２６へ冷媒を導くように切り換えられる。第１切換弁３１は、除霜運転時には、ヒータコア２２から第２熱交換器２４へ冷媒を導くと共に、第１熱交換器２３からアキュムレータ２６へ冷媒を導くように切り換えられる。

第２切換弁３２は、第１膨張弁２７を冷媒がバイパスする第１バイパス流路２０ａと第１膨張弁２７へ繋がる冷媒流路２０との分岐点に設けられる三方弁である。第２切換弁３２は、例えば、複数の開閉弁の組み合わせによって構成されてもよく、同様の流路切換機能を有するものであればよい。

第２切換弁３２は、冷房運転時には、第１膨張弁２７をバイパスして第１バイパス流路２０ａを冷媒が流通するように切り換えられる。即ち、第２切換弁３２は、第１膨張弁２７を冷媒がバイパスするように第１熱交換器２３と第２熱交換器２４とを接続する。第２切換弁３２は、暖房運転時及び除霜運転時には、第１膨張弁２７を冷媒が流通するように切り換えられる。

第３切換弁３３は、ヒータコア２２を冷媒がバイパスする第２バイパス流路２０ｂとヒータコア２２へ繋がる冷媒流路２０との分岐点に設けられる三方弁である。第３切換弁３３は、例えば、複数の開閉弁の組み合わせによって構成されてもよく、同様の流路切換機能を有するものであればよい。

第３切換弁３３は、冷房運転時には、ヒータコア２２をバイパスして第２バイパス流路２０ｂを冷媒が流通するように切り換えられる。第３切換弁３３は、暖房運転時及び除霜運転時には、ヒータコア２２を冷媒が流通するように切り換えられる。

なお、第３切換弁３３及び第２バイパス流路２０ｂを設けずに、冷房運転時にはＨＶＡＣユニット５の後述するエアミックスドア５３の開度を調整することで、空調に用いられる空気の一部がヒータコア２２を通過するようにして空気温度を調整してもよい。また、エアミックスドア５３を閉じることで、空調に用いられる空気がヒータコア２２を通過しないようにしてもよい。

第４切換弁３４は、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５を冷媒がバイパスする第３バイパス流路２０ｃと第２膨張弁２８へ繋がる冷媒流路２０との分岐点に設けられる三方弁である。第４切換弁３４は、例えば、複数の開閉弁の組み合わせによって構成されてもよく、同様の流路切換機能を有するものであればよい。

第４切換弁３４は、冷房運転時には、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５を冷媒が流通するように切り換えられる。第４切換弁３４は、暖房運転時及び除霜運転時には、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５をバイパスして第３バイパス流路２０ｃを冷媒が流通するように切り換えられる。

ＨＶＡＣユニット５は、空調に利用する空気を冷却又は加熱する。ＨＶＡＣユニット５は、空気を送風するブロワ５２と、ヒータコア２２を通過する空気の量を調整するエアミックスドア５３と、これらを空調に利用する空気が通過可能となるように囲うケース５１と、を備える。ＨＶＡＣユニット５内には、ヒータコア２２とエバポレータ２５とが配置される。ブロワ５２から送風された空気は、ヒータコア２２及びエバポレータ２５内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。

ブロワ５２は、ＨＶＡＣユニット５内に空気を送風する送風機である。

エアミックスドア５３は、ＨＶＡＣユニット５内に配置されたヒータコア２２のブロワ５２側に設置される。エアミックスドア５３は、暖房運転時にヒータコア２２側を開き、冷房運転時にヒータコア２２側を閉じる。エアミックスドア５３の開度によって、空気とヒータコア２２内の冷媒との間の熱交換量が調節される。

コントローラ１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等によって構成されるマイクロコンピュータである。コントローラ１０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ１０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、空調装置１に各種機能を発揮させる。

コントローラ１０は、各種センサから入力された信号に基づいて、冷凍サイクル２の制御を実行する。即ち、コントローラ１０は、図１に破線で示すように、コンプレッサ２１の出力を設定すると共に、第１切換弁３１，第２切換弁３２，第３切換弁３３，及び第４切換弁３４の切換制御を実行する。また、コントローラ１０は、図示しない出力信号を送信することで、ＨＶＡＣユニット５の制御を実行する。

次に、図２から図４を参照して、空調装置１の各空調運転モードについて説明する。

＜冷房モード＞
図２に示す冷房モードでは、冷媒流路２０の冷媒が、太実線で示すように循環する。

コントローラ１０は、コンプレッサ２１から第２熱交換器２４へ冷媒を導くと共に、第１熱交換器２３から第２膨張弁２８へ冷媒を導くように第１切換弁３１を切り換える。コントローラ１０は、第１膨張弁２７を冷媒がバイパスするように第２切換弁３２を切り換える。コントローラ１０は、ヒータコア２２を冷媒がバイパスするように第３切換弁３３を切り換える。コントローラ１０は、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５を冷媒が流通するように第４切換弁３４を切り換える。

コンプレッサ２１で圧縮されて高温高圧になった冷媒は、第２熱交換器２４から、第１膨張弁２７をバイパスし第１バイパス流路２０ａを通って、第１熱交換器２３に導かれる。第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４を流れる冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い冷却される。つまり、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は、共に凝縮器として機能する。第２熱交換器２４及び第１熱交換器２３を通過した冷媒は、第２膨張弁２８へ導かれる。

第２熱交換器２４では、コンプレッサ２１にて圧縮されて高温になった冷媒と第１熱交換器２３を通過して温度が上昇した外気との間で熱交換を行う。第１熱交換器２３では、第２熱交換器２４を通過して温度が低下した後の冷媒と温度が上昇する前の外気との間で熱交換を行う。そのため、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４との両方で、冷媒と外気との間の温度差を確保することができる。よって、熱交換容量が大きくなるので、コンプレッサ２１の動力を低減させることができる。

その後、冷媒は、第２膨張弁２８で減圧膨張してエバポレータ２５へ流通し、エバポレータ２５を通過する際に空調に利用する空気の熱を吸収することで蒸発する。エバポレータ２５にて蒸発したガス状冷媒は、アキュムレータ２６を介して再びコンプレッサ２１へと流れる。

エバポレータ２５にて冷媒によって冷却された空気は、ＨＶＡＣユニット５の下流に流されて冷房風として用いられる。

なお、エバポレータ２５で空気を冷却することによって空気中の水蒸気を凝縮させ取り除いた後、ヒータコア２２で再加熱することによって、除湿風を得ることもできる（除湿モード）。この場合、冷媒がヒータコア２２を流通するように第３切換弁３３を切り換えておく必要がある。

＜暖房モード＞
図３に示す暖房モードでは、いわゆる外気吸熱ヒートポンプ運転が実行され、冷媒流路２０の冷媒が、太実線で示すように循環する。

コントローラ１０は、コンプレッサ２１からヒータコア２２を介して第１熱交換器２３へ冷媒を導くと共に、第２熱交換器２４からアキュムレータ２６を介してコンプレッサ２１へ冷媒を導くように第１切換弁３１を切り換える。コントローラ１０は、第１膨張弁２７へ冷媒を導くように第２切換弁３２を切り換える。コントローラ１０は、ヒータコア２２へ冷媒を導くように第３切換弁３３を切り換える。コントローラ１０は、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５を冷媒がバイパスするように第４切換弁３４を切り換える。

コンプレッサ２１で圧縮されて高温高圧になったガス状冷媒は、ヒータコア２２に導かれる。ヒータコア２２から導かれた冷媒は、第１熱交換器２３から第１膨張弁２７を介して第２熱交換器２４に導かれる。このとき、第１熱交換器２３は、凝縮器として機能し、第２熱交換器２４は、蒸発器として機能する。第１熱交換器２３へ導かれた冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い冷却される。その後、冷媒は、第１膨張弁２７を通過して、減圧膨張により低温になる。第２熱交換器２４へ流れた冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い加熱された後、アキュムレータ２６を介して再びコンプレッサ２１へ導かれる。

ここで、第１熱交換器２３は、外気と冷媒との間で熱交換を行い、第２熱交換器２４は、第１熱交換器２３と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う。第１熱交換器２３には、コンプレッサ２１にて圧縮されてヒータコア２２を通過した高温の冷媒が流通し、第２熱交換器２４には、第１膨張弁２７を通過して減圧膨張により低温になった冷媒が流通する。このように、第１熱交換器２３にて高温の冷媒と熱交換を行った外気が、第２熱交換器２４に導かれる。よって、第２熱交換器２４にて冷媒との間で熱交換を行う外気は、外気温と比較して温度が高い。したがって、暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器２４への着霜の発生を抑制することができる。また、着霜の発生が抑制されるので、外気吸熱ヒートポンプ運転が可能な外気温の温度域を更に低温な範囲に広げることができる。

ヒータコア２２に流れたガス状冷媒は、ヒータコア２２の周囲の空気を加熱する。加熱された空気は、ＨＶＡＣユニット５の下流へ流されて暖房風として用いられる。

＜除霜モード＞
図４に示す除霜モードでは、冷媒流路２０の冷媒が、太実線で示すように循環する。

暖房運転時には、外気よりも低温の冷媒が第２熱交換器２４内を流れる。第２熱交換器２４周囲の外気中の水蒸気が、極低温の冷媒によって露点温度以下まで冷やされると、結露して第２熱交換器２４に付着する。極低温の冷媒によって結露水が氷点下以下まで冷やされると、凍結して第２熱交換器２４に着霜が発生するおそれがある。第２熱交換器２４に着霜が発生すると、第２熱交換器２４内を流れる冷媒と外気との間で行われる熱交換が阻害されて、ヒータコア２２における加熱効率や再加熱効率、即ち空調装置１の暖房効率が低下するおそれがある。

そこで、空調装置１は、第２熱交換器２４に着霜が発生しているか否かを判定して、着霜が発生していると判定された場合には除霜モードに切り換えられる。着霜判定では、例えば、第２熱交換器２４の出口における冷媒の温度と外気温とがかい離している場合に、第２熱交換器２４にて冷媒と外気とが熱交換を十分に行えず、着霜が発生していると判定される。

コントローラ１０は、コンプレッサ２１からヒータコア２２を介して第２熱交換器２４へ冷媒を導くと共に、第１熱交換器２３からアキュムレータ２６を介してコンプレッサ２１へ冷媒を導くように第１切換弁３１を切り換える。コントローラ１０は、第１膨張弁２７へ冷媒を導くように第２切換弁３２を切り換える。コントローラ１０は、ヒータコア２２へ冷媒を導くように第３切換弁３３を切り換える。コントローラ１０は、第２膨張弁２８及びエバポレータ２５を冷媒がバイパスするように第４切換弁３４を切り換える。

コンプレッサ２１で圧縮されて高温高圧になったガス状冷媒は、ヒータコア２２に導かれる。ヒータコア２２から導かれた冷媒は、第２熱交換器２４から第１膨張弁２７を介して第１熱交換器２３に導かれる。このとき、第２熱交換器２４は、凝縮器として機能し、第１熱交換器２３は、蒸発器として機能する。第２熱交換器２４へ導かれた冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い冷却される。

このとき、第２熱交換器２４には高温の冷媒が流通する。そのため、第２熱交換器２４に着霜が発生している場合には、内部を高温の冷媒が流通することで、着霜を直接加熱して溶かすことができる。よって、除霜時間を短くできる。また、空調装置１では、除霜モードにおいても、ヒータコア２２に高温の冷媒が導かれている。よって、暖房運転を行いながら除霜を行うことができる。

その後、冷媒は、第１膨張弁２７を通過して、減圧膨張により低温になる。第１熱交換器２３へ流れた冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い加熱された後、アキュムレータ２６を介して再びコンプレッサ２１へ導かれる。

次に、図５から図７を参照して、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４との位置関係について説明する。

図５に示すように、第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して小さく形成される。具体的には、第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して高さ方向に小さく形成される。これにより、第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して熱交換容量が小さく設定される。

第２熱交換器２４は、暖房運転時に冷媒が導入される第１冷媒流通口２４ａと、暖房運転時に冷媒が導出される第２冷媒流通口２４ｂと、を有する。第２冷媒流通口２４ｂは、第１冷媒流通口２４ａと比較して高い位置に形成される。

第１熱交換器２３は、第２冷媒流通口２４ｂよりも第１冷媒流通口２４ａに近い位置に配設される。つまり、第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４の下側寄りに配設される。

これにより、第２熱交換器２４に付着した凝縮水若しくは着霜が溶けてできた凝縮水が重力で下方に落ちて行く際に再び着霜することを抑制できる。また、第１熱交換器２３と熱交換を行い暖かくなった空気は上昇するので、第２熱交換器２４の全体への着霜の発生を抑制できる。

図６に示す第１の変形例のように、第１熱交換器２３の上側に第３熱交換器としてのサブラジエータ６０を配設してもよい。サブラジエータ６０は、電動車両に搭載されるインバータやモータ等の電装部品を冷却するための冷却水（不凍液）が流通する熱交換器である。この場合、サブラジエータ６０にて高温の冷却水と熱交換を行った外気が、第２熱交換器２４に導かれる。暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器２４への着霜の発生を更に抑制することができる。

なお、サブラジエータ６０は、電装部品を冷却するための冷却水が流通する熱交換器に限らず、外気よりも高い温度の媒体が流通する熱交換器であればよい。

また、図７に示す第２の変形例のように、第１熱交換器２３にチューブ間のフィンを設けずに、第１熱交換器２３を第２熱交換器２４と同等の大きさとしてもよい。第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して、フィンが設けられない分だけ表面積が小さいので、熱交換容量が小さい。よって、この場合にも、暖房運転時及び冷房運転時の凝縮器と蒸発器との熱交換容量のバランスが取れる。

なお、第１熱交換器２３における複数のチューブの配置を不等ピッチにしてもよい。具体的には、第２熱交換器２４にて着霜が発生しやすい上部に臨むチューブの間隔を狭くし、比較的着霜が発生しにくい下部に臨むチューブの間隔を広くしてもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

空調装置１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ２１と、コンプレッサ２１にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱するヒータコア２２と、外気と冷媒との間で熱交換を行う第１熱交換器２３と、第１熱交換器２３と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う第２熱交換器２４と、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４とを接続する冷媒流路２０に配設され、通過する冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁２７と、を備える。暖房運転時には、ヒータコア２２から導かれた冷媒は、第１熱交換器２３から第１膨張弁２７を介して第２熱交換器２４に導かれる。

これにより、第１熱交換器２３は、外気と冷媒との間で熱交換を行い、第２熱交換器２４は、第１熱交換器２３と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う。第１熱交換器２３には、コンプレッサ２１にて圧縮されてヒータコア２２を通過した高温の冷媒が流通し、第２熱交換器２４には、第１膨張弁２７を通過して減圧膨張により低温になった冷媒が流通する。このように、第１熱交換器２３にて高温の冷媒と熱交換を行った外気が、第２熱交換器２４に導かれる。よって、第２熱交換器２４にて冷媒との間で熱交換を行う外気は、外気温と比較して温度が高い。したがって、暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器２４への着霜の発生を抑制することができる。また、着霜の発生が抑制されるので、外気吸熱ヒートポンプ運転が可能な外気温の温度域を更に低温な範囲に広げることができる。

また、空調装置１は、第２熱交換器２４に着霜が発生した場合に、ヒータコア２２から導かれた冷媒の流れを、第２熱交換器２４から第１膨張弁２７を介して第１熱交換器２３に導くように冷媒流路２０を切り換える第１切換弁３１を更に備える。

これにより、コンプレッサ２１で圧縮されて高温高圧になったガス状冷媒は、ヒータコア２２を通って第２熱交換器２４へと流れる。第２熱交換器２４へ導かれた冷媒は、外部から導入される外気と熱交換を行い冷却される。このとき、第２熱交換器２４には高温の冷媒が流通する。そのため、第２熱交換器２４に着霜が発生している場合には、内部を高温の冷媒が流通することで、着霜を直接加熱して溶かすことができる。よって、除霜時間を短くできる。また、空調装置１では、除霜モードにおいても、ヒータコア２２に高温の冷媒が導かれている。よって、暖房運転を行いながら除霜を行うことができる。

また、空調装置１は、空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させるエバポレータ２５と、エバポレータ２５に導かれる冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁２８と、第１膨張弁２７を冷媒がバイパスするように第１熱交換器２３と第２熱交換器２４とを接続する第２切換弁３２と、を更に備える。冷房運転時には、第２切換弁３２は、第１膨張弁２７を冷媒がバイパスするように切り換えられ、第１切換弁３１は、コンプレッサ２１にて圧縮された冷媒を第２熱交換器２４から第１熱交換器２３に導くように切り換えられる、第２膨張弁２８には、第１熱交換器２３を通過した冷媒が導かれる。

これにより、第２熱交換器２４では、コンプレッサ２１にて圧縮されて高温になった冷媒と第１熱交換器２３を通過して温度が上昇した外気との間で熱交換を行う。第１熱交換器２３では、第２熱交換器２４を通過して温度が低下した後の冷媒と温度が上昇する前の外気との間で熱交換を行う。そのため、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４との両方で、冷媒と外気との間の温度差を確保することができる。よって、熱交換容量が大きくなるので、コンプレッサ２１の動力を低減させることができる。

また、空調装置１では、第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して熱交換容量が小さい。

これにより、暖房運転時に凝縮器として機能するヒータコア２２及び第１熱交換器２３の熱交換容量の合計と、暖房運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器２４の熱交換容量とを適切な比率にすることができる。また、冷房運転時に凝縮器として機能する第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４の熱交換容量の合計と、蒸発器として機能するエバポレータ２５の熱交換容量とを適切な比率にすることができる。よって、暖房運転時及び冷房運転時の凝縮器と蒸発器との熱交換容量のバランスが取れる。

また、空調装置１では、第２熱交換器２４は、暖房運転時に冷媒が導入される冷媒入口と、前記冷媒入口と比較して高い位置に形成され、暖房運転時に冷媒が導出される冷媒出口と、を有する。第１熱交換器２３は、第２熱交換器２４と比較して小さく形成され、冷媒出口よりも冷媒入口に近い位置に配設される。

これにより、第２熱交換器２４の下側に第１熱交換器２３が配設される。よって、第２熱交換器２４に付着した凝縮水若しくは着霜が溶けてできた凝縮水が重力で下方に落ちて行く際に再び着霜することを抑制できる。また、第１熱交換器２３と熱交換を行い暖かくなった空気は上昇するので、第２熱交換器２４の全体への着霜の発生を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 空調装置
２ 冷凍サイクル
１０ コントローラ
２０ 冷媒流路
２１ コンプレッサ（圧縮機）
２２ ヒータコア（加熱器）
２３ 第１熱交換器
２４ 第２熱交換器
２４ａ 第１冷媒流通口
２４ｂ 第２冷媒流通口
２５ エバポレータ（蒸発器）
２７ 第１膨張弁（絞り機構）
２８ 第２膨張弁（膨張弁）
３１ 第１切換弁
３２ 第２切換弁
３３ 第３切換弁
３４ 第４切換弁

Claims (5)

1. 空調装置であって、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する加熱器と、
   外気と冷媒との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器と熱交換を行った外気と冷媒との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する冷媒流路に配設され、通過する冷媒を減圧膨張させる絞り機構と、を備え、
   暖房運転時には、前記加熱器から導かれた冷媒は、前記第１熱交換器から前記絞り機構を介して前記第２熱交換器に導かれる、
   ことを特徴とする空調装置。
2. 請求項１に記載の空調装置であって、
   前記第２熱交換器に着霜が発生した場合に、前記加熱器から導かれた冷媒の流れを、前記第２熱交換器から前記絞り機構を介して前記第１熱交換器に導くように切り換える第１切換弁を更に備える、
   ことを特徴とする空調装置。
3. 請求項２に記載の空調装置であって、
   空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器に導かれる冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、
   前記絞り機構を冷媒がバイパスするように前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第２切換弁と、を更に備え、
   冷房運転時には、前記第２切換弁は、前記絞り機構を冷媒がバイパスするように切り換えられ、前記第１切換弁は、前記圧縮機にて圧縮された冷媒を前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に導くように切り換えられ、前記膨張弁には、前記第１熱交換器を通過した冷媒が導かれる、
   ことを特徴とする空調装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の空調装置であって、
   前記第１熱交換器は、前記第２熱交換器と比較して熱交換容量が小さい、
   ことを特徴とする空調装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の空調装置であって、
   前記第２熱交換器は、
   暖房運転時に冷媒が導入される第１冷媒流通口と、
   前記第１冷媒流通口と比較して高い位置に形成され、暖房運転時に冷媒が導出される第２冷媒流通口と、を有し、
   前記第１熱交換器は、前記第２熱交換器と比較して小さく形成され、前記第２冷媒流通口よりも前記第１冷媒流通口に近い位置に配設される、
   ことを特徴とする空調装置。

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