JP2022117023A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル装置において、室外温度が低い場合の冷房における低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器に溜まり易くなるのを解消する。
【解決手段】合流部２６０は、パスＰ１，Ｐ２と液側出入口２３ｂとの間に配置され、パスＰ１，Ｐ２から液側出入口２３ｂに流れる冷媒を合流させて流す合流流路２６１を有する。分岐路２５０は、パスＰ１に接続された一端２５１と合流流路２６１に接続された他端２５２とを有する。室外熱交換器２３では、負荷が小さくなると、パスＰ１に流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比が大きくなる。
【選択図】図１

Description

室外熱交換器が凝縮器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを実施する冷媒回路を備える冷凍サイクル装置に関する。

従来から、例えば特許文献１（特開２００９－４１８２９号公報）に開示されているような、冷凍サイクル装置の一種である空気調和装置が知られている。特許文献１の空気調和装置において、室外空気の温度があまり高くないときに冷房運転を行う低外気温度冷房時には、負荷が小さくなる。低外気温度冷房時には、特許文献１に記載されているように、小さな負荷に対応させるため、定格運転時に比べて圧縮機の回転数を小さくする低負荷運転が行われる。

特許文献１に示されている低外気温度冷房時に低負荷運転をすると、圧縮機の回転数が小さくなるため、室外熱交換器を流れる冷媒の流速が遅くなる。このような状態では、室外熱交換器に液冷媒が溜まり、冷凍サイクル装置の適正な冷媒量に対して冷媒が不足し易くなる。冷媒量が不足すると、低負荷運転時における効率低下の原因ともなる。

冷凍サイクル装置には、室外温度が低い場合の低負荷運転時に、凝縮器として機能する室外熱交換器に液冷媒が溜まり易くなるという課題がある。

第１観点の冷凍サイクル装置は、室外空気と冷媒の熱交換を行うための室外熱交換器及び圧縮した冷媒を吐出する圧縮機を含み、室外熱交換器が凝縮器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを実施する冷媒回路を備える冷凍サイクル装置である。室外熱交換器は、入口と出口と複数の熱交換用パスと合流部と分岐路とを備える。入口は、室外熱交換器が凝縮器として機能するときに、室外熱交換器に冷媒が流入する。出口は、室外熱交換器が凝縮器として機能するときに、室外熱交換器から冷媒が流出する。複数の熱交換用パスは、熱交換を行うときに入口から流入した冷媒が分配されて並行に流れる複数の伝熱管を有する。合流部は、複数の熱交換用パスと出口との間に配置され、複数の熱交換用パスから出口に流れる冷媒を合流させて流す合流流路を有する。複数の熱交換用パスは、室外熱交換器の下部に配置される第１パス及び第１パスよりも上部に配置されている第２パスを含む。合流部は、少なくとも第１パスと第２パスを通過した冷媒を合流させる。分岐路は、第１パスに接続された一端と合流流路に接続された他端とを有する。室外熱交換器は、負荷が小さくなると、第１パスに流れる冷媒量に対する分岐路に流れる冷媒量の流量比が大きくなる。

第１観点の冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル装置の負荷が大きいときには分岐路に流れる冷媒量を少なくして性能の低下を抑制でき、負荷が小さい低負荷運転時には分岐路に多くの冷媒を流すことで液冷媒が第１パスに溜まるのを抑制することができる。

第２観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、分岐路は、キャピラリーチューブを含む。

第２観点の冷凍サイクル装置は、負荷が小さくなると、第１パスに流れる冷媒量に対する分岐路に流れる冷媒量の流量比が大きくなる構成を、複雑な制御をすることなく、キャピラリーチューブを用いて実現することで装置の低コスト化を図ることができる。

第３観点の冷凍サイクル装置は、第１観点又は第２観点の冷凍サイクル装置であって、第１パスから分岐路を通らずに合流流路まで流れる冷媒量に対する分岐路に流れる冷媒量の流量比は、定格運転時と比べて所定の低負荷運転時に５倍以上になる。

第３観点の冷凍サイクル装置は、第１パスから分岐路を通らずに合流流路まで流れる冷媒量に対する分岐路に流れる冷媒量の流量比を、定格運転時と比べて所定の低負荷運転時に５倍以上とすることで、所定の低負荷運転時に十分に液冷媒を流すことができる。

なお、ここで、所定の低負荷運転時とは、圧縮機の運転周波数が最低の状態になっている低負荷運転である。

第４観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、冷媒回路に流れる冷媒は、Ｒ３２冷媒である。所定の低負荷運転時において、第１パスから合流部を経由して他端に至るまでの圧力損失に対する分岐路の一端から他端までの圧力損失の比率が１より小さい。

第４観点の冷凍サイクル装置は、所定の低負荷運転時における第１パスから合流部を経由して他端に至るまでの圧力損失に対する岐路の一端から他端までの圧力損失の比率を１より小さくすることで負荷運転時に十分に液冷媒を流すことができる。

第５観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、分岐路は、開度を変更できる電動弁を含み、電動弁の開度を負荷に基づいて制御する制御部を備える。

第５観点の冷凍サイクル装置は、負荷が小さくなると、第１パスに流れる冷媒量に対する分岐路に流れる冷媒量の流量比が大きくなる構成を、制御部及び電動弁を用いて容易に実現することができる。

第６観点の冷凍サイクル装置は、第５観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、室外熱交換器を凝縮器として機能させるときには、所定の低負荷時に開度が最大になり、負荷が大きくなるに従って開度が小さくなるように電動弁を制御し、室外熱交換器を蒸発器として機能させるときには開度が最小になるように電動弁を制御する。

第６観点の冷凍サイクル装置は、室外熱交換器を凝縮器として機能させるときには負荷が大きくなるに従って開度が小さくなるように電動弁を制御して冷凍サイクル装置の性能の向上を図ることができる。また、室外熱交換器を蒸発器として機能させるときには開度が最小になるように電動弁を制御することによって、分岐路を設けることによる冷凍サイクル装置の性能の低下を抑制することができる。

実施形態に係る空気調和機の回路図である。 室外熱交換器の一例を示す模式的な側面図である。 室外熱交換器の他の例を示す模式的な側面図である。 室外熱交換器の他の例を示す模式的な側面図である。

冷凍サイクル装置として、図１に示されている空気調和機１を例に挙げて説明する。

（１）全体構成
空気調和機１は、冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、圧縮機２１、室外熱交換器２３、電動膨張弁２５及び室内熱交換器５２を含んでいる。冷媒回路１０には、冷媒が充填されている。冷媒には、例えばR３２冷媒が用いられる。冷媒回路１０では、循環する冷媒により、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実施される。

空気調和機１の冷媒回路１０には、四方弁２２が含まれている。この四方弁２２によって冷媒回路１０の循環方向を切り替えることにより、空気調和機１は、2種類の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを実施することができる。四方弁２２は、第１状態と第２状態とを切り替えて、冷媒回路の中を流れる冷媒の循環方向を切り替えることができる。言い換えると、四方弁２２は、冷媒回路１０の中の流路を切り換えて、冷媒の流れ方向を切り替える流路切換機構である。

四方弁２２が第１状態になると、冷媒回路１０では、圧縮機２１から吐出された冷媒が、室外熱交換器２３、電動膨張弁２５、室内熱交換器５２、圧縮機２１の順に流れる。四方弁２２が第１状態になっているとき、圧縮機２１により冷媒が圧縮され、室外熱交換器２３により冷媒が凝縮され、電動膨張弁２５により冷媒が減圧され、室内熱交換器５２により冷媒が蒸発させられる。この場合、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器５２が蒸発器として機能する。凝縮器として機能している室外熱交換器２３では、室外空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が凝縮する。このとき、室外熱交換器２３では、凝縮する冷媒が室外空気に熱を放出する。蒸発器として機能している室内熱交換器５２では、室内空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が蒸発する。このとき、室内熱交換器５２では、蒸発する冷媒が室内空気から熱を奪う。冷房運転時には、四方弁２２が第１状態に切り替えられ、蒸発する冷媒によって室内空気から熱が奪われることにより、室内熱交換器５２で室内空気が冷やされる。

四方弁２２が第２状態になると、冷媒回路１０では、圧縮機２１から吐出された冷媒が、室内熱交換器５２、電動膨張弁２５、室外熱交換器２３、圧縮機２１の順に流れる。四方弁２２が第２状態になっているとき、圧縮機２１により冷媒が圧縮され、室内熱交換器５２により冷媒が凝縮され、電動膨張弁２５により冷媒が減圧され、室外熱交換器２３により冷媒が蒸発させられる。この場合、室外熱交換器２３が蒸発器として機能し、室内熱交換器５２が凝縮器として機能する。蒸発器として機能している室外熱交換器２３では、室外空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が蒸発する。このとき、室外熱交換器２３では、蒸発する冷媒が室外空気から熱を奪う。凝縮器として機能している室内熱交換器５２では、室内空気と冷媒との間の熱交換により、冷媒が凝縮する。このとき、室内熱交換器５２では、凝縮する冷媒が室内空気に熱を放出する。暖房運転時は、四方弁２２が第２状態に切り替えられ、室内熱交換器５２で凝縮する冷媒から室内空気に放出される熱により、室内空気が温められる。

空気調和機１は、室外熱交換器２３を通過する室外空気の気流を発生させる室外ファン２８、及び室内熱交換器５２を通過する室内空気の気流を発生させる室内ファン５３を備えている。なお、図１において二点鎖線で示されている矢印は、室外ファン２８及び室内ファン５３により発生する気流を表している。これら室外ファン２８及び室内ファン５３は、ファンの回転数を変えることができる。室外ファン２８及び室内ファン５３は、回転数を変えることにより、それぞれ室外熱交換器２３を通過する室外空気の風量及び室内熱交換器５２を通過する室内空気の風量を変えることができる。

上述のような冷媒回路１０の冷凍サイクルは、制御部６０により制御される。そのため、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を負荷に応じて制御する。制御部６０は、電動膨張弁２５の開度を制御する。制御部６０は、室外ファン２８及び室内ファン５３の回転数を制御する。制御部６０は、冷媒回路１０の状態を監視するために、空気調和機１に設けられている種々のセンサに接続されている。制御部６０は、図１に示されているように、伝送線６６で接続されている室外ユニット制御部６１と室内ユニット制御部６２とを含んでいる。

（２）詳細構成
（２－１）室外ユニット
室外ユニット２０は、空調対象空間の外の室外空気が流通する空間に配置されている。室外ユニット２０は、例えば、空気調和機１の設置される建物の屋上、建物のベランダまたは建物に隣接する敷地に設置される。

室外ユニット２０には、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、電動膨張弁２５と、アキュムレータ２４と、室外ファン２８、室外ユニット制御部６１が収納されている（図１参照）。室外ユニット２０には、室外熱交換器温度センサ３４などの各種センサが収納されている。

室外ユニット２０に収納されている四方弁２２は、第１ポート２２ａ、第２ポート２２ｂ、第３ポート２２ｃ及び第４ポート２２ｄを有している。四方弁２２において、第１状態では、第１ポート２２ａと第２ポート２２ｂの間が連通し、第３ポート２２ｃと第４ポート２２ｄの間が連通する。四方弁２２において、第２状態では、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとの間が連通し、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃの間が連通する。

四方弁２２の第１ポート２２ａは圧縮機２１の吐出口に通じている。四方弁の第２ポート２２ｂが室外熱交換器２３のガス側出入口２３ａに通じ、室外熱交換器２３の液側出入口２３ｂが電動膨張弁２５の一端に通じている。四方弁２２の第３ポート２２ｃは、アキュムレータ２４を介して圧縮機２１の吸入口に通じている。

圧縮機２１は、吸入口から低圧の冷媒を吸入し、内部で冷媒を圧縮して、圧縮した高圧の冷媒を吐出口から吐出する機械である。本実施形態では、空気調和機１が、室外ユニット２０の中に、圧縮機２１を１台だけ有するが、空気調和機１が備える圧縮機２１の台数は１台に限定されず、複数であってもよい。圧縮機２１は、容積圧縮機であり、モータ２１ａによって駆動される。モータ２１ａは、例えば、インバータにより運転周波数制御が可能なモータである。モータ２１ａの運転周波数が制御されることで、圧縮機２１の容量が制御される。従って、モータ２１ａの運転周波数を上げると、冷媒回路１０を流れる冷媒の流量が増加する。

電動膨張弁２５は、開度を変更することにより、冷媒回路１０を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行う弁である。電動膨張弁２５の開度が小さくなると、電動膨張弁２５に流入する冷媒の圧力と流出する冷媒の圧力の差が大きくなり、冷媒回路１０を流れる冷媒の流量が小さくなる。

アキュムレータ２４が、圧縮機２１の吸入口に接続されている（図１参照）。アキュムレータ２４は、室内ユニット５０の運転負荷の変動等に応じて発生する余剰冷媒の貯留機能を有する容器である。また、アキュムレータ２４は、流入する冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離機能を有する。アキュムレータ２４に流入する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、上部空間に集まるガス冷媒が圧縮機２１へと流出する。なお、冷媒回路１０には、アキュムレータ２４に代えて、あるいはアキュムレータ２４とともに、余剰冷媒の貯留機能を有するレシーバが設けられてもよい。

室外ファン２８は、室外熱交換器２３に室外空気を供給するファンである。具体的には、室外ファン２８は、室外ユニット２０の図示しないケーシング内に室外空気を吸い込み、室外熱交換器２３を通過させ、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した空気を室外ユニット２０のケーシング外に排出するためのファンである。室外ファン２８は、回転数を変更可能なモータ２８ａによって駆動される。そのため、室外ファン２８は、モータ２８ａの回転数を上げると、室外熱交換器２３を通過する風量が増加する。

室外ユニット２０には、各種センサが設けられている。室外ユニット２０に設けられているセンサには、吐出温度センサ３３、室外熱交換器温度センサ３４及び室外温度センサ３６が含まれている（図１参照）。吐出温度センサ３３は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度Ｔｄを測定するセンサである。

室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３に設けられている（図１参照）。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度を測定する。室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときには凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度を計測し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するときには蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度を測定する。室外温度センサ３６は、室外空気の温度Ｔｏを測定する。室外温度センサ３６は、例えば、室外ファン２８によって室外ユニット２０の中に吸い込まれ、室外熱交換器２３で熱交換される前の室外空気の温度を測定する。

室外ユニット制御部６１は、例えば、コンピュータにより実現されるものである。室外ユニット制御部６１は、例えば、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、例えばＣＰＵのようなプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出す演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

室外ユニット制御部６１は、圧縮機２１、四方弁２２、電動膨張弁２５、室外ファン２８、吐出温度センサ３３、室外熱交換器温度センサ３４及び室外温度センサ３６、と制御信号や情報のやりとりを行うことが可能に電気的に接続されている（図１参照）。

室外ユニット制御部６１は、伝送線６６により、制御信号等のやりとりを行うことが可能な状態で、室内ユニット５０の室内ユニット制御部６２に接続されている。室外ユニット制御部６１と室内ユニット制御部６２とは、協働して空気調和機１全体の動作を制御する制御部６０として機能する。室内ユニット制御部６２と室外ユニット制御部６１とは、物理的な伝送線６６により接続されてなくてもよく、無線により通信可能に接続されてもよい。

（２－１－１）室外熱交換器２３
図２には室外熱交換器２３の構成が模式的に示されている。図２は、室外熱交換器２３の側面図である。室外熱交換器２３は、本体部２１０と副熱交換部２１５とヘッダ２２０と７つの分流器２３０を備えている。７つの分流器２３０には、第１分流器２３１、第２分流器２３２、第３分流器２３３、第４分流器２３４、第５分流器２３５、第６分流器２３６、第７分流器２３７が含まれる。

本体部２１０と副熱交換部２１５は、伝熱管２４０と伝熱フィン（図示せず）とを有している。伝熱管２４０は、伝熱フィンを貫通して延びる直管２４１と、伝熱管２４０の２つの直管２４１をつなぐＵ字管２４２とを含んでいる。図２において、円で描かれているのが直管２４１であり、直線状の実線または破線で描かれているのがＵ字管２４２である。

伝熱管２４０は、本体部２１０において、複数のパスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８を形成している。パスＰ１～Ｐ８では室外空気と冷媒との熱交換が行われる。ここで、パスとは、本体部２１０において、直管２４１とＵ字管２４２が連続して繋がっているものをいう。言い換えると、パスは、ヘッダ２２０と分流器２３０の間の連続した流路であって、本体部２１０にある伝熱管２４０で構成されているものである。パスＰ８は、図２に示されているように、室外熱交換器２３の本体部２１０の最上部にある。パスＰ７は、パスＰ８の下にあってパスＰ８に隣接するパスである。パスＰ７，Ｐ８は、第４分流器２３４に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ７，Ｐ８を流れる冷媒が、第４分流器２３４で合流して、第６分流器２３６に流れる。第４分流器２３４から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第６分流器２３６に流れる。

パスＰ６は、パスＰ７の下にあってパスＰ７に隣接するパスである。パスＰ５は、パスＰ６の下にあってパスＰ６に隣接するパスである。パスＰ５，Ｐ６は、第３分流器２３３に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ５，Ｐ６を流れる冷媒が、第３分流器２３３で合流して、第６分流器２３６に流れる。第３分流器２３３から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第６分流器２３６に流れる。

パスＰ５～Ｐ８は、図２に示されているように、本体部２１０の鉛直方向において、中央よりも上に位置する。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ５～Ｐ８を流れる冷媒は、第３分流器２３３と第４分流器２３４で合流した後、さらに第６分流器２３６で合流して第７分流器２３７に流れる。第６分流器２３６から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第７分流器２３７に流れる。

パスＰ４は、図２に示されているように、パスＰ５の下にあってパスＰ５に隣接するパスである。パスＰ３は、パスＰ４の下にあってパスＰ４に隣接するパスである。パスＰ３，Ｐ４は、第２分流器２３２に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ３，Ｐ４を流れる冷媒が、第２分流器２３２で合流して、第５分流器２３５に流れる。第２分流器２３２から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第５分流器２３５に流れる。

パスＰ２は、パスＰ３の下にあってパスＰ３に隣接するパスである。パスＰ１は、パスＰ２の下にあってパスＰ２に隣接するパスである。パスＰ１，Ｐ２は、第１分流器２３１に通じている。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ１，Ｐ２を流れる冷媒が、第１分流器２３１で合流して、第５分流器２３５に流れる。第１分流器２３１から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第５分流器２３５に流れる。第１分流器２３１で室外熱交換器２３の下部のパスＰ１から上に向かって冷媒を流さなければならない部分では、特に、液冷媒が流れ難くなる。

パスＰ１～Ｐ４は、図２に示されているように、本体部２１０の鉛直方向において、中央よりも下に位置する。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ１～Ｐ４を流れる冷媒は、第１分流器２３１と第２分流器２３２で合流した後、さらに第５分流器２３５で合流して第７分流器２３７に流れる。第５分流器２３５から流出した冷媒は、副熱交換部２１５の伝熱管２４０を通って第７分流器２３７に流れる。

室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、パスＰ１～Ｐ８を流れる冷媒は、最終的に、第７分流器２３７で合流して液側出入口２３ｂを通って、室外熱交換器２３の外に流出する。

ヘッダ２２０においては、室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合、ガス側出入口２３ａに通じている一方の流入出口から流入した冷媒が、８つに分流されて、本体部２１０の８つのパスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８に向けて流出する。

室外熱交換器２３は、分岐路２５０を備えている。分岐路２５０は、キャピラリーチューブ２５５を含んでいる。分岐路２５０は、第１パスであるパスＰ１に接続された一端２５１と、合流流路２６１に接続された他端２５２とを有している。

合流流路２６１は、合流部２６０が有する流路である。合流部２６０は、室外熱交換器複数の熱交換用パスであるパスＰ１～Ｐ４と、出口である液側出入口２３ｂとの間に配置されている。合流部２６０は、パスＰ１～Ｐ４から液側出入口２３ｂに流れる冷媒を合流させて流す合流流路２６１を有している。ここで、合流部２６０は、第１分流器２３１と第２分流器２３２と第５分流器２３５とそれらに接続されている伝熱管２４０と合流流路２６１の配管によって構成される部分である。

室外熱交換器２３が蒸発器として機能している場合には、液側出入口２３ｂから冷媒が流入する。液側出入口２３ｂ流入した冷媒は、第７分流器２３７で２つの流路に分流され、その２つの流路が第５分流器２３５及び第６分流器２３６で４つの流路に分流され、さらにその４つの流路が第１分流器２３１～第４分流器２３４で８つの流路に分流される。第１分流器２３１～第４分流器２３４で分流された８つの流路にパスＰ１～Ｐ８が繋がっている。このように、室外熱交換器２３が蒸発器として機能している場合には、パスＰ１～Ｐ８を通過した冷媒は、ヘッダ２２０に流入して合流され、ヘッダ２２０からガス側出入口２３ａを通って室外熱交換器２３の外部に流出する。

室外熱交換器温度センサ３４は、例えば、パスＰ３の途中にあるＵ字管２４２に取り付けられる。室外熱交換器温度センサ３４は、暖房運転の際に付着した霜を除去するためのデフロスト運転時に除霜が完了したタイミングを検知するセンサとして用いられる。デフロスト運転時には、霜が室外熱交換器２３の上部から順に融けるので、室外熱交換器温度センサ３４が室外熱交換器２３の下方に取り付けられていることが好ましい。除霜が完了したタイミングを検知するには、本体部２１０の下部のパス、例えばパスＰ１～Ｐ３に取り付けられるのが好ましい。特に、ヘッダ２２０での冷媒の分流数とパス数とが同じ場合、除霜が完了したタイミングを検知する観点から、室外熱交換器温度センサ３４は、室外熱交換器２３の最下部のパスＰ１に取り付けられてもよい。

（２－２）室内ユニット
室内ユニット５０は、空調対象空間に対して設置されるユニットである。空調対象空間は、例えば室内である。例えば、室内ユニット５０は、例えば、室内の壁に取り付けられる壁掛け式、室内の天井に埋め込まれる天井埋込式または室内の床に置かれる床置式のユニットである。室内ユニット５０は、空調対象空間内に設置されてもよく、空調対象空間外に設置されてもよい。室内ユニット５０が設置される空調対象空間外の場所としては、例えば、屋根裏、機械室、ガレージがある。室内ユニット５０が空調対象空間外に設置される場合には、室内ユニット５０から空調対象空間へと、室内熱交換器５２において冷媒と熱交換した空気を供給する空気通路が設置される。空気通路は、例えばダクトである。

室内ユニット５０には、室内熱交換器５２、室内ファン５３、室内ユニット制御部６２及び各種のセンサが収納されている（図１参照）。この室内ユニット５０に設けられているセンサには、室内熱交換器温度センサ５５と室内温度センサ５６がある（図１参照）。室内温度センサ５６は、室内空気の温度Ｔｒを測定する。室内温度センサ５６は、例えば、室内ファン５３によって室内ユニット５０の中に吸い込まれ、室内熱交換器５２で熱交換される前の室内空気の温度を測定する。室内熱交換器温度センサ５５は、室内熱交換器５２を流れる冷媒の温度を測定する。室内熱交換器温度センサ５５は、室内熱交換器５２が凝縮器として機能するときには凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度を計測し、室内熱交換器５２が蒸発器として機能するときには蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度を測定する。

室内熱交換器５２では、室内熱交換器５２を流れる冷媒と、空調対象空間の空気（室内空気）との間で熱交換が行われる。室内熱交換器５２は、例えば、図示しない複数の伝熱管とフィンとを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器５２の液側出入口は、電動膨張弁２５の他端に通じている。室内熱交換器５２のガス側出入口は、四方弁２２の第４ポート２２ｄに通じている。

室内ファン５３は、室内熱交換器５２に室内空気（空調対象空間の空気）を供給するファンである。室内ファン５３は、回転数を変更することができるモータ５３ａによって駆動される。室内ファン５３は、モータ５３ａの回転数が上がると、室内熱交換器５２を通過する風量が増加する。

室内温度センサ５６は、室内ユニット５０のケーシング（図示せず）の空気の吸入側に設けられる。室内温度センサ５６は、室内ユニット５０のケーシングに流入する空調対象空間の空気の温度（室内空気の温度Ｔｒ）を検出する。

室内ユニット制御部６２は、室内ユニット５０を構成する各部の動作を制御する。室内ユニット制御部６２は、例えば、コンピュータにより実現されるものである。室内ユニット制御部６２は、例えば、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、例えばＣＰＵのようなプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出す演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

室内ユニット制御部６２は、室内ファン５３及び室内温度センサ５６との間で、制御信号や情報のやりとりを行うことが可能に電気的に接続されている（図１参照）。

室内ユニット制御部６２は、室内ユニット５０を操作するためのリモートコントローラ（図示せず）から送信される各種信号を受信可能に構成されている。リモートコントローラから送信させる各種信号には、例えば、室内ユニット５０の運転／停止を指示する信号、運転モードの切換信号、冷房運転または暖房運転の室内空気の設定温度Ｔｒｓに関する信号がある。

（２－３）空気調和機の動作
（２－３－１）冷房運転時の動作
空気調和機１に対し、例えばリモートコントローラにより冷房運転の実行が指示されると、制御部６０は、空気調和機１の運転モードを冷房運転モードに設定する。冷房運転モードでは、制御部６０は、冷媒回路１０の四方弁２２が第１状態になるよう、四方弁２２を切り換えた後に、圧縮機２１、室外ファン２８、及び室内ファン５３を駆動する。

制御部６０は、冷房運転時に、室内ファン５３のモータ５３ａの回転数を、例えばリモートコントローラに入力される指示、例えば風量の指示に基づいて制御する。制御部６０は、圧縮機２１に吸入される冷媒中の液冷媒の割合を所定値以下に抑えるため、電動膨張弁２５の開度を制御する。そのため、制御部６０は、吐出温度Ｔｄと凝縮温度Ｔｃとの差（Ｔｄ－Ｔｃ）が第１所定温度以上になるように制御する。言い換えると、制御部６０は、吐出過熱度に基づいて電動膨張弁２５の開度を制御するということである。制御部６０は、通常は、室外熱交換器温度センサ３４で気液二相状態の冷媒の温度（飽和温度）を測れるので、室外熱交換器温度センサ３４の測定値を凝縮温度Ｔｃとして用いる。

制御部６０は、負荷に応じて、圧縮機２１の運転周波数を制御する。制御部６０は、空気調和機１の負荷が小さいと圧縮機２１の運転周波数を小さくする。冷房運転において、例えば、室外空気の温度Ｔｏと室内空気の温度Ｔｒとの差（Ｔｏ－Ｔｒ）及び室内空気の温度Ｔｒと設定温度Ｔｒｓとの差（Ｔｒ－Ｔｒｓ）が小さいと、空気調和機１の負荷が小さくなるので、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を小さくする。例えば、低負荷運転以外の通常運転において、圧縮機２１の運転周波数は、例えば数十Ｈｚから百数十Ｈｚである。通常運転よりも負荷の小さい低負荷運転の場合には、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を例えば１０Ｈｚより小さくする。特に、所定の低負荷運転では、圧縮機２１の運転周波数が最低になる。また、制御部６０は、室外ファン２８のモータ２８ａの回転数を室外空気の温度Ｔｏに応じて制御する。

低負荷運転時には、圧縮機２１の運転周波数が小さくなるので、室外熱交換器２３に冷媒が溜まり易くなる。特に、冷房運転時おいて、室外空気の温度が低い低負荷運転時には、例えば、室外熱交換器２３において、下部の領域の伝熱管２４０に液冷媒で溜まる場合がる。この下部の領域の伝熱管２４０に室外熱交換器温度センサ３４が取り付けられていると、室外熱交換器温度センサ３４は、気液二相状態の冷媒の温度（飽和温度）を測れず、液体状の冷媒の温度を測ることになる。このような状態になると、制御部６０は、冷媒回路１０の冷凍サイクルを制御するにあたって、室外熱交換器温度センサ３４の測定値を、凝縮温度Ｔｃとして用いることができなくなる。

また、低負荷運転時に液冷媒が室外熱交換器２３に多く溜まると、冷媒回路１０を循環する冷媒に不足が生じる。

上述の様な不具合を解消するため、液冷媒が室外熱交換器２３に溜まり難くするように、室外熱交換器２３には、分岐路２５０が設けられている。室外熱交換器２３は、負荷が小さくなると、本体部２１０の最も下にあるパスＰ１（第１パス）に流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比が大きくなるように構成されている。

定格運転時（高負荷運転時）には、パスＰ１（第１パス）から分岐路２５０を通らずに合流流路２６１まで流れる冷媒量に対する分岐路を通る冷媒量の比が、例えば、１／１４である。それに対し、低負荷運転時には、パスＰ１（第１パス）から分岐路２５０を通らずに合流流路２６１まで流れる冷媒量に対する分岐路を通る冷媒量の比が、例えば、１／１よりも小さくなる。このように、パスＰ１（第１パス）から分岐路２５０を通らずに合流流路２６１まで流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比は、定格運転時と比べて所定の低負荷運転時に５倍以上であることが好ましい。ここで所定の低負荷運転時とは、空気調和機１の圧縮機の運転周波数が最低になる運転時である。所定の低負荷運転時における圧縮機の運転周波数は、例えば６Ｈｚである。

冷媒回路１０に流れる冷媒が、Ｒ３２冷媒である場合、所定の低負荷運転時において、パスＰ１（第１パス）から合流部２６０を経由して分岐路２５０の他端２５２に至るまでの圧力損失ＰＬ１に対する分岐路２５０の一端２５１から他端２５２までの圧力損失ＰＬ２の比率（ＰＬ２／ＰＬ１）が１より小さいことが好ましい。

（２－３－２）暖房運転時の動作
空気調和機１に対し、例えばリモートコントローラにより暖房運転の実行が指示されると、制御部６０は、空気調和機１の運転モードを暖房運転モードに設定する。暖房運転モードでは、制御部６０は、冷媒回路１０の四方弁２２が第２状態になるよう、四方弁２２を切り換えた後に、圧縮機２１、室外ファン２８、及び室内ファン５３を駆動する。

制御部６０は、暖房運転時に、室内ファン５３のモータ５３ａの回転数を、例えばリモートコントローラに入力される指示、例えば風量の指示に基づいて制御する。制御部６０は、室内熱交換器温度センサ５５で測定される冷媒の温度を凝縮温度Ｔｃとして冷凍サイクルの制御を行う。制御部６０は、圧縮機２１に吸入される冷媒中の液冷媒の割合を抑えるため、電動膨張弁２５の開度を制御する。そのため、制御部６０は、吐出温度Ｔｄと凝縮温度Ｔｃとの差（Ｔｄ－Ｔｃ）が第１所定温度以上になるように制御する。

制御部６０は、負荷に応じて、圧縮機２１の運転周波数を制御する。制御部６０は、空気調和機１の負荷が小さいと圧縮機２１の運転周波数を小さくする。冷房運転において、例えば、室外空気の温度Ｔｏと室内空気の温度Ｔｒとの差（Ｔｏ－Ｔｒ）及び室外空気の温度Ｔｏと設定温度Ｔｒｓとの差（Ｔｏ－Ｔｒｓ）が小さいと、空気調和機１の負荷が小さくなるので、制御部６０は、圧縮機２１の運転周波数を小さくする。また、制御部６０は、室外ファン２８のモータ２８ａの回転数を室外空気の温度Ｔｏに応じて制御する。

暖房運転時に室外熱交換器２３に付着する霜を除去するために、制御部６０は、デフロスト運転を行う。デフロストは、例えば、冷房運転と同様に、室外熱交換器２３を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２３に供給される高温の冷媒によって霜を融かす運転（逆サイクルデフロスト運転という。）によって行われる。しかし、デフロストの方法は、前述の逆サイクルデフロスト運転には限られず、他の方法であってもよい。

（３）変形例
（３－１）変形例Ａ
上記実施形態では冷凍サイクル装置が空気調和機１である場合について説明したが、冷凍サイクル装置は、空気調和機１に限定されるものではない。冷凍サイクル装置には、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器、床暖房装置がある。

（３－２）変形例Ｂ
上記実施形態では、合流部２６０は、パスＰ１～Ｐ４から液側出入口２３ｂに流れる冷媒を合流させて流す合流流路２６１を有し、第１分流器２３１と第２分流器２３２と第５分流器２３５とそれらに接続されている副熱交換部２１５の伝熱管２４０と合流流路２６１の配管によって構成される部分であった。しかし、合流部２６０の構成はこれだけには限られない。例えば、図２のＥ１点に分岐路２５０の他端２５２を接続してもよい。この場合には、合流部は、パスＰ１，Ｐ２から液側出入口２３ｂに流れる冷媒を合流させて流す合流流路（Ｅ１点の箇所の流路）を有するものとなる。この場合の合流部は、第１分流器２３１とそれに接続されている副熱交換部２１５の伝熱管２４０と合流流路の配管によって構成される部分である。

また、図２のＥ２点に分岐路２５０の他端２５２を接続してもよい。この場合には、合流部は、パスＰ１～Ｐ８から液側出入口２３ｂに流れる冷媒を合流させて流す合流流路（Ｅ２点の箇所の流路）を有するものとなる。この場合の合流部は、第１分流器２３１～第７分流器２３７とそれらに接続されている副熱交換部２１５の伝熱管２４０と合流流路の配管によって構成される部分である。

（３－３）変形例Ｃ
上記実施形態では、室外熱交換器２３が本体部２１０と副熱交換部２１５とに分かれている者について説明した。しかし、室外熱交換器２３は、副熱交換部２１５を有しない本体部２１０のみの構成であってもよい。また、上記実施形態の本体部２１０では、伝熱管２４０（直管２４１）が、室外空気の通過する方向に２列に配置されていた。しかし、本体部の伝熱管の配置は２列には限られず、１列であってもよく、あるいは３列以上であってもよい。また、上記実施形態では、本体部２１０には８つのパスＰ１～Ｐ８が設けられる場合について説明した。しかし、室外熱交換器２３のパス数は８つに限られるものではない。

（３－４）変形例Ｄ
上記実施形態では、分岐路２５０にキャピラリーチューブ２５５のみが設けられる場合について説明した。しかし、図３に示されているように、分岐路２５０には、キャピラリーチューブ２５５以外に逆止弁２５６が設けられてもよい。分岐路２５０に設けられる逆止弁２５６は、パスＰ１から液側出入口２３ｂに向かう方向には冷媒を流すが、その反対の液側出入口２３ｂからにパスＰ１向かう方向には冷媒が流れないように取り付けられる。この場合、分岐路２５０の一端２５１と他端２５２との間において、キャピラリーチューブ２５５と逆止弁２５６が直列に接続される。この逆止弁２５６により、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するときに、分岐路２５０に冷媒が流れ難くなり、副熱交換部２１５を冷媒が通らないことによる熱交換効率の低下を抑制することができる。

（３－５）変形例Ｅ
上記実施形態では、分岐路２５０がキャピラリーチューブ２５５を含む場合について説明した。しかし、図４に示されているように、分岐路２５０は、キャピラリーチューブ２５５に代えて、開度を変更できる電動弁２５７を含むように構成されてもよい。分岐路２５０が電動弁２５７を含む場合には、制御部６０の室外ユニット制御部６１が電動弁２５７の開度を制御する。制御部６０の室外ユニット制御部６１は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときには、負荷が小さくなるに従って、電動弁２５７の開度を大きくするように制御する。制御部６０は、所定の低負荷運転時、言い換えると負荷が最も小さくなるときに電動弁２５７の開度を最大にする。負荷が小さくなるに従って、電動弁２５７の開度を大きくするように制御することにより、負荷が小さくなるに従って分岐路２５０を通じて液冷媒が流れ易くなる。その結果、低負荷運転時に室外熱交換器２３に液冷媒が溜まるのを抑制することができる。また、制御部６０は、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させるときには、開度が最小になるように電動弁２５７を制御する。その結果、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するときには、分岐路２５０に冷媒が流れ難くなり、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するときに、副熱交換部２１５を冷媒が通らないことによる熱交換効率の低下を抑制することができる。

（３－６）変形例Ｆ
上記実施形態では、空気調和機１が、空調対象空間の冷房（除湿を含む）及び暖房を行う空気調和機について説明した。しかし、空気調和機は、冷房専用の空気調和機であってもよい。

（４）特徴
（４－１）
上述の空気調和機１においては、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときに、空気調和機１の負荷が大きいときには分岐路２５０に流れる冷媒量を少なくして性能の低下を抑制でき、負荷が小さい低負荷運転時には分岐路２５０に多くの冷媒を流すことで液冷媒がパスＰ１に溜まるのを抑制することができる。上述の実施形態では、パスＰ１が第１パスであり、パスＰ２が第２パスである。室外熱交換器２３が凝縮器として機能している場合の低負荷運転時に、液冷媒が室外熱交換器２３に溜まるのを抑制できる結果、適切な冷凍サイクルができないほどに冷媒が不足するのを防ぐことができる。また、室外熱交換器温度センサ３４が取り付けられている箇所の伝熱管２４０が液冷媒に浸かって凝縮温度Ｔｃを測れなくなるのを防ぐことができる。なお、室外熱交換器２３において、凝縮器として機能するときには、ガス側出入口２３ａが冷媒の入口となり、液側出入口２３ｂが冷媒の出口となる。

（４－２）
上述の空気調和機１では、負荷が小さくなると、パスＰ１（第１パス）に流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比が大きくなる構成を、複雑な制御をすることなく、キャピラリーチューブ２５５を用いて実現できている。その結果、上述の空気調和機１では、低コストで、室外熱交換器２３に液冷媒が溜まるのを抑制することができる。

（４－３）
上述の空気調和機１では、パスＰ１（第１パス）から分岐路２５０を通らずに合流流路２６１まで流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比を、定格運転時と比べて所定の低負荷運転時に５倍以上となることで、所定の低負荷運転時に十分に液冷媒を流すことができる。なお、ここで、所定の低負荷運転時とは、圧縮機２１の運転周波数が最低の状態になっている低負荷運転である。

（４－４）
上述の空気調和機１では、所定の低負荷運転時におけるパスＰ１（第１パス）から合流部２６０を経由して他端に至るまでの圧力損失に対する岐路の一端２５１から他端２５２までの圧力損失の比率を１より小さくすることで負荷運転時に十分に液冷媒を流すことができる。

（４－５）
変形例Ｅに係る空気調和機１では、負荷が小さくなると、パスＰ１（第１パス）に流れる冷媒量に対する分岐路２５０に流れる冷媒量の流量比が大きくなる構成を、制御部６０及び電動弁２５７を用いて容易に実現することができる。例えば、制御部６０は、負荷の増減を把握して圧縮機２１の運転周波数を指示しているので、制御部６０自身の持つ情報によって、負荷に基づいて分岐路２５０に流れる冷媒量を増減させる。

（４－６）
変形例Ｅに係る空気調和機１では、室外熱交換器２３を凝縮器として機能させるときには負荷が大きくなるに従って開度が小さくなるように電動弁２５７を制御して空気調和機１の性能の向上を図ることができる。また、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させるときには開度が最小になるように電動弁２５７を制御することによって、分岐路２５０を設けることによる冷凍サイクル装置の性能の低下を抑制することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ 空気調和機 （冷凍サイクル装置の例）
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
２３ａ ガス側出入口 （室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときの入口の例）
２３ｂ 液側出入口 （室外熱交換器２３が凝縮器として機能するときの出口の例）
６０ 制御部
２４０ 伝熱管
２５０ 分岐路
２５１ 分岐路の一端
２５２ 分岐路の他端
２５５ キャピラリーチューブ
２５７ 電動弁
２６０ 合流部
２６１ 合流流路
Ｐ１ パス （熱交換用パスの例、第１パスの例）
Ｐ２ パス （熱交換用パスの例、第２パスの例）
Ｐ３～Ｐ８ パス （熱交換用パスの例）

特開２００９－４１８２９号公報

Claims (6)

1. 室外空気と冷媒の熱交換を行うための室外熱交換器（２３）及び圧縮した冷媒を吐出する圧縮機（２１）を含み、前記室外熱交換器が凝縮器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを実施する冷媒回路（１０）を備える冷凍サイクル装置（１）であって、
   前記室外熱交換器は、
   前記室外熱交換器が凝縮器として機能するときに、前記室外熱交換器に冷媒が流入する入口（２３ａ）と、
   前記室外熱交換器が凝縮器として機能するときに、前記室外熱交換器から冷媒が流出する出口（２３ｂ）と、
   前記熱交換を行うときに前記入口から流入した冷媒が分配されて並行に流れる複数の伝熱管（２４０）を有する複数の熱交換用パス（Ｐ１～Ｐ８）と、
   前記複数の熱交換用パスと前記出口との間に配置され、前記複数の熱交換用パスから前記出口に流れる冷媒を合流させて流す合流流路（２６１）を有する合流部（２６０）と、
   分岐路（２５０）と
   を備え、
   前記複数の熱交換用パスは、前記室外熱交換器の下部に配置される第１パス（Ｐ１）及び前記第１パスよりも上部に配置されている第２パス（Ｐ２）を含み、
   前記合流部は、少なくとも前記第１パスと前記第２パスを通過した冷媒を合流させ、
   前記分岐路は、前記第１パスに接続された一端（２５１）と前記合流流路に接続された他端（２５２）とを有し、
   前記室外熱交換器は、負荷が小さくなると、前記第１パスに流れる冷媒量に対する前記分岐路に流れる冷媒量の流量比が大きくなる、冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記分岐路は、キャピラリーチューブ（２５５）を含む、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置（１）。
3. 前記第１パスから前記分岐路を通らずに流れる冷媒量に対する前記分岐路に流れる冷媒量の前記流量比は、定格運転時と比べて所定の低負荷運転時に５倍以上になる、
   請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置（１）。
4. 前記冷媒回路に流れる冷媒は、Ｒ３２冷媒であり、
   所定の低負荷運転時において、前記第１パスから前記合流部を経由して前記他端に至るまでの圧力損失に対する前記分岐路の前記一端から前記他端までの圧力損失の比率が１より小さい、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置（１）。
5. 前記分岐路は、開度を変更できる電動弁（２５７）を含み、
   前記電動弁の開度を負荷に基づいて制御する制御部（６０）を備える、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置（１）。
6. 前記制御部は、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させるときには、所定の低負荷時に開度が最大になり、負荷が大きくなるに従って開度が小さくなるように前記電動弁を制御し、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させるときには開度が最小になるように前記電動弁を制御する、
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置（１）。

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