JP4201990B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒圧縮方式冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式の空気調和機に係わり、冷房運転時と暖房運転時に室外熱交換器および室内熱交換器の冷媒流路の系路数を変化させる冷凍サイクルを用いた空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機において、熱交換器をより効率的に使用するためには、次のことに留意することが望ましい。すなわち、この熱交換器を蒸発器として使用する場合には、冷媒を通すパス内における冷媒の圧損を考慮して、パスの並列接続数を複数とした多パス構成を採用することが望ましく、また、凝縮器として使用する場合は、冷媒の圧損が小さいので、冷媒の熱伝達率を考慮すると、パスの並列接続数を少なくした少パス構成を採用することが望ましい。
【０００３】
図９は、以上の点を考慮した従来の空気調和機を示している。この空気調和機は、室外機６に設けられた圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧器４と、室内機７に設けられた室内熱交換器５とを順次配管接続することによって冷凍サイクルを構成している。
【０００４】
室外機６は、上記各要素の他に室外送風機（プロペラファン）１１、室外送風機モータ１３、室外熱交換器３の入口側と出口側に設けた冷媒回路切換弁１５ａ，１５ｂおよび１５ｃを備えている。また、室内機７は、室内熱交換器５の他に室内熱交換器冷房入口側冷媒分配器８、室内熱交換器冷房出口側冷媒分配器９、室内送風機（貫流ファン）１２および室内送風機モータ１４を備えている。なお、符号１６は液接続配管を、また、符号１７はガス接続配管をそれぞれ示している。
【０００５】
この空気調和機では、上記冷媒回路切換弁１５ａ，１５ｂおよび１５ｃを冷房運転と暖房運転に応じて選択的に開閉動作させることにより、室外熱交換器３のパス数を変えている。すなわち、図９に示す冷房運転時には、冷媒回路での冷媒流れ方向が実線矢印方向となる。そこで、上記切換弁１５ａ，１５ｃを閉じ、切換弁１５ｂを開けることにより、凝縮器として動作する室外熱交換器３での冷媒のパス数を１に設定している。このように、冷房運転時に室外熱交換器３の冷媒パスを直列（１パス）にすれば、冷媒流速向上による冷媒熱伝達率向上によってエネルギー効率が向上する。
【０００６】
一方、図１０に示す暖房運転時には、冷媒回路での冷媒流れ方向が点線矢印方向となる。そこで、切換弁１５ａ，１５ｂを開け、切換弁１５ｂを閉じることにより、蒸発器として動作する室外熱交換器３での冷媒のパス数を２に設定している。このように、暖房運転時に室外熱交換器３の冷媒パスを並列（２パス）にすれば、この室外熱交換器３での圧力損失による暖房運転時のエネルギー効率の低下を少なくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、３個の冷媒回路切換弁１５ａ〜１５ｃを使用する上記従来の空気調和機は、コストがアップするとともに、これらを収納するための大きなスペースが必要になるという問題があった。また、上記切換弁１５ａ〜１５ｃにおける冷媒圧力損失が熱交換器の性能に著しく大きな影響を与えるので、冷房、暖房に応じた冷媒のパス数の切換えによって熱交換器の性能向上を図ることは事実上困難であった。
【０００８】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、熱交換器の冷媒流路の系路数の変更をエネルギー効率の向上を図りながら安価かつコンパクトな手段を用いて実施することができる空気調和機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる空気調和機は、複数の冷媒回路を有した室内熱交換器及び室外熱交換器を含んで構成される冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、前記室内熱交換器及び室外熱交換器の少なくとも一方に、冷媒回路切換弁を併設し、前記冷媒回路切換弁は、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と暖房運転の切換による前記冷凍サイクル内の冷媒の流れ方向の切換に基づくこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器及び／又は室外熱交換器のパス数を変える弁体とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記冷媒回路切換弁が、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートを有し、冷房運転と暖房運転時におけるこれらのポートの圧力差によって切換え作動して、前記熱交換器の各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換える。つまり、１つの冷媒流回切換弁によって熱交換器のパス数を変える。
【００１１】
つぎの発明にかかる空気調和機は、上記に発明において、前記冷媒回路切換弁は、冷房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記熱交換器に向かう空気の流れと対向し、前記暖房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記空気の流れと並向するよう切換作動することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、冷房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記熱交換器に向かう空気の流れと対向するように、また、暖房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記空気の流れと並向するよう前記冷媒回路切換弁が切換作動する。
【００１３】
つぎの発明にかかる空気調和機は、複数の冷媒回路を有した室内熱交換器及び室外熱交換器を含んで構成される冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、前記室内熱交換器に冷媒回路切換弁を併設し、前記冷媒回路切換弁は、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と再熱除湿運転時あるいは暖房運転と再熱除湿運転時におけるこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器のパス数を変える弁体と、この弁体を固定する弁体固定手段とを備え、前記室内熱交換器の各冷媒回路によって構成される回路中に流量制御弁を介在させたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、冷媒回路切換弁が、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートを有し、冷房運転と再熱除湿運転時あるいは暖房運転と再熱除湿運転時におけるこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換える。そして、前記弁体を弁体固定手段によって固定することができ、また、前記流量制御弁の流量制御に基づく圧力差を前記冷媒回路切換弁に作用させることができる。
【００１５】
つぎの発明にかかる空気調和機は、上記の発明において、冷媒として、Ｒ４１０ＡなどのＲ３２／１２５混合冷媒、Ｒ３２単体冷媒、二酸化炭素を使用することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、エネルギー効率が高い運転を実現でき、かつ、地球温暖化を防止することができるＲ４１０ＡなどのＲ３２／１２５混合冷媒、Ｒ３２単体冷媒、二酸化炭素が冷媒として使用される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる空気調和機の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る空気調和機の第１の実施の形態を示している。なお、この図１では、図９に示す要素に対応する要素に同一の符号を付してある。この空気調和機は、室外機６に設けられた圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧器４と、室内機７に設けられた室内熱交換器５とを順次配管接続することによって冷凍サイクルを構成している。
【００１９】
上記室外機６は、上記各要素の他に室外送風機（プロペラファン）１１、室外送風機モータ１３、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０も備えている。また、室内機７は、室内熱交換器５の他に、この室内熱交換器５の冷房入口側に設けられた冷媒分配器８、該室内熱交換器５の冷房出口側に設けられた冷媒分配器９、室内送風機（貫流ファン）１２および室内送風機モータ１４を備えている。なお、符号１６は液接続配管を、また、符号１７はガス接続配管をそれぞれ示している。
【００２０】
図１は、冷房運転の状態を示しており、この状態では、冷媒が実線矢印方向に流れる。室外熱交換器３は複数に分割され（この例では、４分割）、パス５１、５２，５３および５４を形成している。これらのパス５１，５２，５３および５４は、それぞれ冷媒回路６１，６２，６３および６４を介して上記差圧スライド式冷媒回路切換弁１０に接続されている。四方弁２と差圧スライド式冷媒回路切換弁１０は、冷媒回路７１，７２を介して接続され、流量制御弁４と差圧スライド式冷媒回路切換弁１０は、冷媒回路７３，７４を介して接続されている。
【００２１】
つぎに、この実施の形態１にかかる空気調和機の動作について説明する。冷房運転時、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２を通って冷媒回路７１，７２に流入する。冷媒回路７１に流入した冷媒は、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８１、冷媒回路６１、パス５１、パス５３、冷媒回路６３，６２、パス５４、冷媒回路６４および差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８４を通って冷媒回路７４に流入した後、流量制御弁４に至って凝縮する。この後、冷媒は、液接続配管１６、冷媒分配器８、室内熱交換器５および冷媒分配器９を通って蒸発し、ついで、ガス接続配管１７と四方弁２を通って圧縮機１に戻る。
【００２２】
以上の冷媒の流れから明らかなように、冷房運転時においては、室外熱交換器３が凝縮器として作用する。このとき、室外熱交換器３においては、パス５１，５２，５３および５４が直列に接続された１つのパスが構成されるので、該交換機３の管内流速が増大して、その熱交換性能が向上する。
【００２３】
なお、冷媒回路７２に流入した冷媒は、この冷媒回路７２が接続される差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８２がスライド弁体２１によって封止されているため、差圧スライド式冷切換弁１０内へ流れ込むことはない。また、ポート８３もスライド弁体２１によって封止されているため、冷媒が差圧スライド式冷媒回路切換弁１０内から漏れ出すことはない。
【００２４】
ここで、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８１とポート８４の冷媒圧力を比較すると、パス５１，５２，５３および５４が直列に接続されていることに起因した冷媒圧力損失分の増加のため、ポート８１の方が高くなる。このため、スライド弁体２１は、このポート８１，８４における冷媒圧力の差で白抜き矢印２２方向に付勢されて移動し、その結果、上記ポート８２，８３が共にスライド弁体２１によって封止される。
【００２５】
図２は、暖房運転時の状態を示しており、この状態では、冷媒が点線矢印の方向に流れる。すなわち、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、ガス接続配管１７、室内熱交換器５の冷房出口側に設けられた冷媒分配器９、室内熱交換器５、室内熱交換器５の冷房入口側に設けられた冷媒分配器８を通って凝縮する。その後、冷媒は、液接続配管１６および流量制御弁４に至って低圧二相冷媒となり、冷媒回路７３，７４に流入する。
【００２６】
冷媒回路７４に流入した冷媒は、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８４、冷媒回路６４、パス５４、パス５２、冷媒回路６２、冷媒回路切換弁１０内、該冷媒回路切換弁１０のポート８２および冷媒回路７２を順次流れて蒸発した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。
【００２７】
また、冷媒回路７３に流入した冷媒は、ポート８３を介して差圧スライド式冷媒回路切換弁１０内に流入した後、冷媒回路６３、パス５３、パス５１、冷媒回路６１、ポート８１および冷媒回路７１を順次流れて蒸発した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。
【００２８】
上記冷媒の流れから明らかなように、暖房運転時においては、室外熱交換器３が蒸発器として作用する。このとき、室外熱交換器３において、パス５１，５３からなる流路と、パス５２、５４からなる流路とが互いに並列接続された２つのパスが構成されるので、室外熱交換器３の冷媒圧力損失が低下して、その熱交換性能が向上する。
【００２９】
この状態における差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８１とポート８４の冷媒圧力を比較すると、室外熱交換器３内の冷媒の圧力損失分だけポート８４の方が高くなる。このため、スライド弁体２１は、この圧損に基づく差圧により白抜き矢印２３の方向に付勢されて移動し、ポート８１を封止する。
【００３０】
図３は、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０の構造を例示した破断斜視図である。この差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１は、円筒状ピストン９１，９２および９３と、これらのピストンを連結する部材９４，９５とによって構成されており、円筒状容器９６内をスライド移動することによって冷媒回路の切換を行う。
【００３１】
このスライド弁体２１は、そのピストン９１，９２および９３にピストンリング９７を巻くことによって、スライド移動時における冷媒の漏れを防止している。ピストンリング９７は、耐摩耗性および冷媒に対する耐候性を有した材料（例えば、金属材料でなじみ性向上のためにリン酸処理をしたものや、対摩耗性向上のためにクロムメッキ処理をしたもの、漏れシール性を向上させるためにテフロン材を使用したものなど）で形成されている。
【００３２】
なお、筒状容器９６は、接続される配管の径に比して十分に大きな径を有している。したがって、冷媒回路切換弁１０を通過する冷媒の圧力損失は、上記配管を通過する冷媒の圧力損失に比して著しく小さく、ほぼ無視することができる程度になる。
【００３３】
この実施の形態１に係る空気調和機は以上のように構成されているので、冷房運転、暖房運転のいずれにおいても高いエネルギー効率を得ることができる。また、図９に示す従来例が冷媒回路切換のために弁を３つ使用していたのに対して、この実施の形態１の空気調和機では、１つの冷媒回路切換弁１０を用いて従来例と同様の機能を得ることができるので、構造の簡単化を図れるとともに、安価かつコンパクトに構成することが可能である。加えて、従来例に比して冷媒圧力損失が低減されるので、エネルギー効率の高い運転を実現することができる。
【００３４】
上記実施の形態１においては、冷媒回路切換弁１０を室外熱交換器３に適用しているが、この冷媒回路切換弁１０を室内熱交換器５に適用しても同様のエネルギー効率の向上効果を得ることができる。なお、室内熱交換器５が設けられた室内機７は、室外機６に比して配管設置スペースが小さいが、上記冷媒回路切換弁１０は、コンパクトに構成することができるので、室内機７に対しても容易に設置することが可能である。
【００３５】
冷媒回路切換弁１０を室内熱交換器５に適用した場合の熱交換器効率向上効果は、該冷媒回路切換弁１０を室外熱交換器３に適用した場合のそれとほぼ同等である。しかし、ユニット運転時のエネルギー効率向上効果は、室外熱交換器３の熱交換器効率向上によるよりも室内熱交換器５の熱交換器効率向上による方が高く、したがって、室内機７への導入が容易な上記冷媒回路切換弁１０を使用するこの実施例によれば、従来例にも増してユニット運転時のエネルギー効率を高めることが可能である。
【００３６】
上記実施の形態１では、冷房運転および暖房運転に応じて冷媒回路を切り換えるようにしているが、上記ポート８１とポート８４に、あるしきい値以上の差圧が作用した場合にスライド弁体２１が移動するように冷媒回路切換弁１０を構成して、冷媒回路の切り換えを行うことができる。
【００３７】
一例として、室内熱交換器５にこのような冷媒回路切換弁１０を適用した時の動作について説明する。冷房通常能力運転時は、冷媒のパス数が２となるように冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１が移動する。これにより、室内熱交換器５での冷媒圧力損失が低減して、エネルギー効率を高めた運転が可能になる。一方、冷房低能力運転時は、冷媒のパス数が１となるように冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１が移動する。この冷房低能力運転時は、圧縮機回転数が小さくて冷媒流量が少なくなるので、室内熱交換器での冷媒圧力損失が小さくなる。そこで、パス数を１にすれば、冷媒流速の増大によって熱交換効率が向上し、その結果、エネルギー効率の高い運転が実現される。なお、あるしきい値以上の差圧に基づいてスライド弁体２１を移動させる手段の一例として、ピストンリング９７の表面を粗くしてその摩擦抵抗を大きくするという手段がある。
【００３８】
図４は、実施の形態１における他の第１変形例を示している。この第１変形例は、室外熱交換器３と冷媒回路切換弁１０とを結ぶ冷媒回路６１、６２、６３、６４の接続態様において上述した実施の形態１と相違している。
【００３９】
この第１変形例においては、室外熱交換器３として、数列の伝熱管から構成されたプレートフィンアンドチューブ熱交換器を用い、２パス構成の冷媒回路を構成している。この実施例において、室外熱交換器３は、室外送風機１１により送風された室外空気と熱交換する。
【００４０】
冷房運転のために室外熱交換器３を凝縮器として使用する場合は、冷媒の流れと空気の流れを対向流化した方が、熱交換効率は高くなる。従って、図４に示したように、室外熱交換器３と冷媒回路６１、６２、６３、６４を接続すれば、空気の流れ方向（白抜きの矢印）と冷媒の流れ方向（実線の矢印）が対向するので、熱交換効率が高くなって運転時のエネルギー効率が向上する。
【００４１】
一方、暖房運転のために室外熱交換器３を蒸発器として使用する場合は、冷媒の流れと空気の流れを並向流化した方が熱交換効率が高くなる。暖房運転時においては、冷媒の流れ方向が矢印の方向とは逆になるので、該冷媒の流れと空気の流れとが並向することとなり、このため、熱交換効率が高くなって運転時のエネルギー効率が向上する。
【００４２】
図５は、この発明の第１の実施の形態における他の第２変形例を示している。この第２変形例は、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１のピストン形成数を４にすることによって、室外熱交換器３に６個のパス５１，５２，５３，５４，５５，５６を形成した構成を有する。なお、図５は冷房運転時の状態を示しており、このとき、実線矢印の方向に冷媒が流れる。すなわち、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、冷媒回路７１，７２に流入し、この冷媒回路７１に流入した冷媒は、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート８１、冷媒回路６１、パス５１、パス５４、冷媒回路６４、冷媒回路６５、パス５５、パス５２、冷媒回路６２、冷媒回路６３、パス５３、パス５６、冷媒回路６６およびポート８５を通って冷媒回路７５に流入した後、流量制御弁４に至って凝縮する。他の構成ならびに作用については、図１に示した実施の形態１と同じである。この第２変形例のように、室外熱交換器３の冷媒流路の分割数を増加させても、冷媒のパスを１パスで構成することができる。
【００４３】
図６は、第２変形例における暖房運転時の状態を示しており、この状態では、冷媒が点線矢印方向に流れる。すなわち、流量制御弁４を通った冷媒は、冷媒回路７３，７４，７５に流入する。この冷媒回路７３に流入した冷媒は、ポート８３、冷媒回路６４、パス５４、パス５１、冷媒回路６１、ポート８１および冷媒回路７１を通って四方弁２に流入する。また、この冷媒回路７４に流入した冷媒は、ポート８４、冷媒回路６５、パス５５、パス５２、冷媒回路６２、ポート８２、冷媒回路７２を通って四方弁２に流入する。さらに、冷媒回路７５に流入した冷媒は、ポート８５、冷媒回路６６、パス５６、パス５３、冷媒回路６３、ポート８２、冷媒回路７２を通って四方弁４に流入する。なお、他の作用は、図２の場合と同様である。
【００４４】
実施の形態２
図７、図８は、この発明の第２の実施の形態を示している。なお、これらの図において、前記第１の実施の形態の構成要素と同一の要素には同一の符号を付してある。図７は、冷房運転の例を示したものであり、この例では、実線矢印方向に冷媒が流れる。この第２の実施の形態においても、室内機７の室内熱交換器５に差圧スライド式冷媒回路切換弁１０が接続されている。室内熱交換器５は、４分割されてパス１０１、１０２、１０３、１０４を形成している。そして、室内交換器５のパス１０３と差圧スライド式冷媒回路切換弁１０との間に流量制御弁１１１が接続されている。
【００４５】
図７の空気調和機の動作および作用について説明する。冷房運転時において、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室外熱交換器３、流量制御弁４および液接続配管１６を通って室内機７に至る。このとき、冷媒は、流量制御弁４で減圧されて、低圧二相冷媒となる。また、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１が固定装置１１２によって図示の位置に固定されるとともに、第２の流量制御弁１１１が全開されている。
【００４６】
室内機７に流入した冷媒は、まず、室内熱交換器５のパス１０３とパス１０４に流れ込む。そして、パス１０３，１０４から流出した冷媒は、それぞれパス１０１，１０２に流れ込んで蒸発した後に合流し、ついで、ガス接続配管１７および四方弁２を通って圧縮機１に至る。
【００４７】
一方、室内機７においては、白抜き矢印で示すように、空気がパス１０１からパス１０２に向って、また、パス１０３からパス１０４に向かって流れる。このように、この第２の実施の形態の空気調和機では、室内熱交換器５を蒸発器として作用させて冷房運転を行う。
【００４８】
続いて、図８に示した空気調和機の動作および作用について説明する。図８は、再熱除湿運転の例であり、この例では、冷媒が実線矢印の方向に流れる。再熱除湿運転とは、室温低下を押さえつつ除湿を行う運転方式である。具体的には、室内熱交換器５を凝縮器と蒸発器に分割して運転を行い、蒸発器にて除湿、冷却した空気を、凝縮器にて再加熱する。これにより、室内での顕熱熱交換能力と該能力の制御範囲とを通常の冷房運転より拡大させることができる。
【００４９】
再熱除湿運転時において、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２を通って室外熱交換器３、流量制御弁４および液接続配管１６を通って室内機７に至る。このとき、流量制御弁４は全開された状態で使用され、このため、冷媒は減圧されない。
【００５０】
一方、再熱除湿運転時においては、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のスライド弁体２１および固定装置１１２が解放されて、スライド弁体２１が冷媒回路切換弁１０に作用する冷媒回路の圧力に応じて動き得る状態になっている。
【００５１】
この再熱除湿運転では、冷媒回路における減圧装置として第２の流量制御弁１１１を使用する。従って、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート１２１，１２４おける冷媒圧力を比較すると、流量制御弁１１１での減圧分だけポート１２４の方が高いため、スライド弁体２１はこの圧力差により矢印１１５の方向に押しつけられて移動し、図示の位置に固定される。
【００５２】
これにより、冷媒が実線矢印方向に流れ、パス１０２とパス１０４が凝縮器として動作するとともに、パス１０１と１０３が蒸発器として動作する。また、図８における室内機７での空気の流れは、図７の空気調和機と同様に、パス１０１から１０２、パス１０３から１０４の方向に流れる。
【００５３】
従って、この空機調和機によれば、蒸発器として動作するパス１０１と１０３において空気を冷却、減湿し、その後、凝縮器として動作するパス１０２と１０４においてその空気を加熱するという再熱除湿運転を行うことができる。
【００５４】
図７に示した冷房運転では、室内熱交換器５が２パスの冷媒回路を構成して動作するのに対して、図８に示した再熱除湿運転では、室内熱交換器５が１パスの冷媒回路を構成して動作する。
【００５５】
従って、冷房運転では、室内熱交換器５での冷媒圧力損失が減少して、エネルギー効率の高い運転が実施できる。また、再熱除湿運転では、室内熱交換器５での冷媒圧力損失が増えるものの、冷媒蒸発温度が低下することによって除湿量が増加するので、より除湿能力が大きい再熱除湿運転が実施できる。それ故、従来の空気調和機の再熱除湿運転と比較して、潜熱熱交換器能力と顕熱熱交換能力の制御範囲を拡大することができる。
【００５６】
図７、図８において、冷房から再熱除湿への運転モードの切換は、圧縮機１の運転中でも可能であるが、該圧縮機１を停止してから切り換えた方が冷媒回路内の圧力がバランスするので、冷媒流動に起因する異常音の発生の可能性が少なくなる。すなわち、圧縮機１の停止後に冷房から再熱除湿への運転モードの切換を行えば、第２の流量制御弁１１１の減圧作用に基づいて生じる圧力差によってスライド弁体２１が図７の位置から図８の位置に徐々に移動するので、上記異常音を伴うことなく再熱除湿運転が開始される。
【００５７】
再熱除湿から冷房への運転モードの切換は、圧縮機１を停止した状態で行う。この時、冷媒回路内の圧力がバランスし、冷媒は温度が低い室内熱交換器５へ溜まり混もうとして室外機６から流入してくる。
【００５８】
この時のパス１０１とパス１０４の温度を比較すると、パス１０１の方が低く、したがって、差圧スライド式冷媒回路切換弁１０のポート１２１における冷媒流入量は、ポート１２４における冷媒流入量よりも多くなる。この結果、スライド弁体２１は、図８の位置から図７の位置に徐々に移動した後、固定装置１１２によって冷房運転が可能な位置に固定される。
【００５９】
なお、室内と室外の温度差が少ない場合には、冷媒流入量が少なくなるので、スライド弁体２１を移動させる駆動力が生じにくくなる。この時は、符号１１３に示すようなバネ力を外部からスライド弁体２１に作用させて、該弁体２１を移動させてやればよい。すなわち、圧縮機１は停止されているので、上記スライド弁体２１の移動によって冷媒回路内の圧力がバランスし、冷媒回路切換弁１０内の圧力もバランスする。スライド弁体２１を移動させる駆動力は微小なもので済むので、上記外部バネ力１１３は微小でよい。また、上記固定装置１１２は、予め知られるスライド弁体２１の必要移動時間後に動作させることによってスライド弁体２１を固定する。
【００６０】
上記再熱除湿から冷房への運転モードの切換は、圧縮機１の運転中においても可能である。この場合には、まず最初に第２の流量制御弁１１１を全開とする。これにより、矢印１１５の方向の押圧力は室内熱交換器５での冷媒圧力損失に相当することになるので、上記外部バネ力１１３をこの圧力損失によって生じる力以上に設定してやれば、スライド弁体２１を図７に示す位置まで移動することができる。そこで、固定装置１１２によってスライド弁体２１を固定すれば、冷房運転を始めることができる。
【００６１】
冷房運転時に室内熱交換器５に生じる圧力損失と、再熱除湿運転時に第２の流量制御弁１１１で生じる減圧量とを比較すると、後者の方がはるかに大きい。それ故、外部バネ力１１３を付加しても、再熱除湿運転時にスライド弁体２１が移動しないといった不都合は生じない。
【００６２】
なお、再熱除湿から冷房への運転モードの切換をつぎのようにして行ってもよい。すなわち、四方弁２を切り換えて暖房運転を行い（冷媒の流れ方向は、実線矢印とは反対の方向）、スライド弁体２１を図７の位置に移動させる。そして、固定装置１１２によりスライド弁体２１を固定してから、四方弁２を切り換えて冷房運転に移行してもよい。
【００６３】
再熱除湿運転時は、室内機７内に第２の流量制御弁１１１が存在するので、この流量制御弁１１１の上流側から気液二相流が流入すると、不連続な冷媒流動音が発生して不快感を与える。
【００６４】
この対策として、図８に示すように、冷媒回路切換弁１０の筒状容器とスライド弁体２１とで画成される隙間に多孔体（発泡金属や燒結金属、セラミックなど）を埋め込むという手段を採用することができる。この手段によれば、第２の流量制御弁１１１により混合された状態の気液二相流が流入することになるので、冷媒流動音の発生が押さえられる。なお、上記多孔体の空隙率を大きくすることにより、ここを通過する冷媒圧力損失を最小限にすることができる。
【００６５】
なお、上記においては、実施の形態２として冷房運転と再熱除湿運転の例を示したが、四方弁２の流れ方向を暖房方向に切り換えて、暖房運転と再熱除湿運転を実施する場合にも同様の効果が得られる。この時、室外熱交換器３は蒸発器として動作する。また、四方弁２の流れ方向が冷房方向である場合と比較して、暖房方向での再熱除湿運転はより加熱できる熱量が多く、このため、暖房しながら除湿を行う（例えば、降雪地など多湿空気条件での暖房で、窓や壁などへの結露を防止するのに有効）ことが可能となる。
【００６６】
上述した実施の形態２では、冷房運転と再熱除湿運転とで冷媒回路を切り換えているが、例えば、冷房や暖房運転時に、第２の流量制御弁１１１を全開とし、冷媒流量に応じてスライド弁体２１の固定装置１１２を動作させるように構成しても良い。すなわち、冷媒流量の多い冷房通常能力運転時は、冷媒のパス数が２となるようにスライド弁体２１の固定装置１１２を動作させることにより、室内熱交換器５での冷媒圧力損失を低減して、エネルギー効率の高い運転を実施することができる。
【００６７】
一方、圧縮機回転数が低い冷房低能力運転時は、冷媒流量が少なくなるので、室内熱交換器５での冷媒圧力損失が小さくなる。そこで、冷媒のパス数が１となるようにスライド弁体２１の固定装置１１２を動作させることにより、冷媒流速の増大による熱交換効率の向上によって、エネルギー効率の高い運転を実現することができる。
【００６８】
なお、上記実施の形態２においても、図３、図４、図５および図６に示した実施の形態１と同様な構造を採用して、この実施の形態１と同様の効果を達成することが可能である。
【００６９】
上述した実施の形態１，２では、圧縮方式の冷凍サイクルに用いる冷媒として種々のものを適用することができる。例えば、ＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２や、ＨＦＣ系冷媒（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ系冷媒（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、自然冷媒（空気、二酸化炭素、水、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、また、これらＨＣＦＣ系、ＨＦＣ系、ＨＣ系冷媒、自然冷媒、ＨＦＥ系冷媒（エーテル系冷媒）などの数種を混合した冷媒など、どんな冷媒を用いてもその効果が発揮される。
【００７０】
特に、ＨＣ系冷媒や自然冷媒は、地球温暖化係数が低いので、このような冷媒を使用すれば、運転時のエネルギー効率向上と合わせて、地球温暖化を防止することができる。また、特にＲ４１０ＡなどのＲ３２／１２５混合冷媒、Ｒ３２単体冷媒、二酸化炭素などは、動作圧力が高いため、高い圧力差を冷媒回路切換弁１０に作用させること、つまり、スライド弁体２１に大きな駆動力を作用させることができるので、このような冷媒を使用すれば、冷媒回路の切換動作をより確実に行うことができる。
【００７１】
一方、冷凍サイクルに用いる冷凍機油も種々のものを用いることができる。すなわち、冷媒に対して非相溶性または難溶性の冷凍機油、もしくは相溶性の冷凍機油、あるいは、アルキルベンゼン系、鉱油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系などの冷凍機油のいずれを用いても、その効果が発揮される。
【００７２】
なお、実施の形態１，２において使用した差圧スライド式冷媒回路切換弁１０は、その中を流れる冷媒の差圧により動作するので、その設置姿勢が縦、横いずれの場合でも、その機能に差を生じない。また、冷媒回路切換弁１０は、その動作をより確実なものとするため、外部から駆動力が加わるような構造（電磁コイルや空気圧による駆動など）にしても、その機能は満足される。
【００７３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、室内熱交換器及び室外熱交換器の少なくとも一方に併設される冷媒回路切換弁が、対応する熱交換器の各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と暖房運転時におけるこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器及び／又は室外熱交換器のパス数を変える弁体とを備えた構成を有するので、冷房運転、暖房運転ともエネルギー効率の高い運転が可能であり、また、冷媒回路切換弁の構造が簡単になるので、その動作不良を減少して信頼性を向上することができるとともに、低コスト化、コンパクト化を図ることができる。加えて、冷媒圧力損失が十分に抑制して、エネルギー効率の高い運転を実現することができる。
【００７４】
つぎの発明によれば、冷房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記熱交換器に向かう空気の流れと対向するように、また、暖房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記空気の流れと並向するよう前記冷媒回路切換弁が切換作動するので、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても熱交換率を向上して各運転時のエネルギー効率を高めることができる。
【００７５】
つぎの発明によれば、室内熱交換器に併設される冷媒回路切換弁が、該交換器の各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と再熱除湿運転時あるいは暖房運転と再熱除湿運転時におけるこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器のパス数を変える弁体と、この弁体を固定する弁体固定手段とを備え、前記室内熱交換器の各冷媒回路によって構成される回路中に流量制御弁を介在させた構成を有するので、冷房運転または暖房運転ではエネルギー効率を図れ、また、再熱除湿運転ではより除湿能力を高めることができる。したがって、潜熱熱交換器能力と顕熱熱交換能力の制御範囲をより拡大することが可能になる。
【００７６】
つぎの発明によれば、冷媒として、Ｒ４１０ＡなどのＲ３２／１２５混合冷媒、Ｒ３２単体冷媒、二酸化炭素を使用するので、一層エネルギー効率が高い運転を実現できるとともに、地球温暖化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態にかかる空気調和機の冷房運転時の状態を示す回路図である。
【図２】 図１に示した空気調和機の暖房運転時の状態を示す回路図である。
【図３】 この発明の第１の実施の形態において使用される冷媒流路切換弁の構造の一例を示す破断斜視図である。
【図４】 この発明の第１の実施の形態の第１変形例である空気調和機の冷房運転時の状態を示す回路図である。
【図５】 この発明の第１の実施の形態の第２変形例である空気調和機の冷房運転時の状態を示す回路図である。
【図６】 図５に示した空気調和機の暖房運転時の状態を示す回路図である。
【図７】 この発明の第２の実施の形態にかかる空気調和機の冷房運転時の状態を示す回路図である。
【図８】 図７に示した空気調和機の再熱除湿運転時の状態を示す回路図である。
【図９】 従来の空気調和機の冷房運転時の状態を示す回路図である。
【図１０】 図９に示した空気調和機の暖房運転時の状態を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 流量制御弁、５ 室内熱交換器、１０ 差圧スライド式冷媒回路切換弁、２１ スライド弁体。

Claims (4)

1. 複数の冷媒回路を有した室内熱交換器及び室外熱交換器を含んで構成される冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、
   前記室内熱交換器及び室外熱交換器の少なくとも一方に、冷媒回路切換弁を併設し、
   前記冷媒回路切換弁は、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と暖房運転の切換による前記冷凍サイクル内の冷媒の流れ方向の切換に基づくこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器及び／又は室外熱交換器のパス数を変える弁体とを備えることを特徴とする空気調和機。
2. 前記冷媒回路切換弁は、冷房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記熱交換器に向かう空気の流れと対向し、前記暖房運転時に前記各冷媒回路を流れる冷媒の流れが前記空気の流れと並向するよう切換作動することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 複数の冷媒回路を有した室内熱交換器及び室外熱交換器を含んで構成される冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、
   前記室内熱交換器に冷媒回路切換弁を併設し、
   前記冷媒回路切換弁は、前記各冷媒回路の内の最上流側冷媒回路および最下流側冷媒回路にそれぞれ連通する第１および第２のポートと、冷房運転と再熱除湿運転時あるいは暖房運転と再熱除湿運転時におけるこれらのポートの圧力差によって移動されて、前記各冷媒回路を直列接続と並列接続とに切り換え、前記室内熱交換器のパス数を変える弁体と、この弁体を固定する弁体固定手段とを備え、
   前記室内熱交換器の各冷媒回路によって構成される回路中に流量制御弁を介在させたことを特徴とする空気調和機。
4. 冷媒として、Ｒ４１０ＡなどのＲ３２／１２５混合冷媒、Ｒ３２単体冷媒、二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和機。

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