JP6006664B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、流路切替機構を備える空気調和機に関する。

特許文献１には、高圧三方弁と低圧三方弁を備え、高圧三方弁に圧縮機から吐出した高温冷媒を流し、低圧三方弁に膨張弁を通過した低温冷媒を流す四方弁が記載されている。特許文献１に記載の四方弁によれば、四方弁での高温冷媒と低温冷媒との熱交換を抑制することができる。

特開２０１２−２１１６８８公報

しかしながら、特許文献１に記載の四方弁は、圧縮機から吐出した高温冷媒が高圧三方弁だけでなく、低圧三方弁のスライド弁外側空間にも流れる。低圧三方弁のスライド弁内側空間には低温冷媒が流れるため、低圧三方弁に流れた高温冷媒はスライド弁を介して低温冷媒と接触する。すると、低圧三方弁に流れた高温冷媒は、低圧三方弁で低温冷媒によって凝縮して液状態となる。

液状態となった高温冷媒の密度は、ガス状態の高温冷媒よりも高いため、液状態となった高温冷媒は低圧三方弁から流出し、代わりにガス状態の高温冷媒が低圧三方弁に流入する。

つまり、特許文献１に記載の四方弁では、低圧三方弁のスライド弁外側空間において、高温冷媒の凝縮が連続的に発生し、高温冷媒と低温冷媒の熱交換を抑制できず、四方弁での内部熱損失を低減することができない。

そこで、本発明は、流路切替機構での熱損失が小さい空気調和機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る空気調和機は、圧縮機と、流路切替機構と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、が高圧側接続配管及び低圧側接続配管によって接続された冷媒回路を備え、流路切替機構は、暖房運転時に圧縮機の吐出側と室内熱交換器とを接続する第１の流路切替機構と、暖房運転時に室外熱交換器と圧縮機の吐出側とを接続する第２の流路切替機構と、を有し、第１の流路切替機構及び第２の流路切替機構は冷媒回路の流路を切換える弁体を有し、高圧側接続配管は、第２の流路切替機構の弁体よりも上方で第２の流路切替機構に接続する。

本発明によれば、流路切替機構での熱損失が小さい空気調和機を提供することができる。

第１実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の系統図である。 流路切替機構の暖房運転時の熱交換量の実験結果を示す図である。 第２の吐出側接続配管が弁体より上方で第２の流路切替機構に接続するように配置した場合における第２の流路切替機構の内部状態を説明する図である。 第１実施形態に係る暖房運転時の第２の流路切替機構の内部状態を説明する図である。 第１実施形態に係る空気調和機の暖房運転から冷房運転への切り替え時の系統図である。 第１実施形態に係る空気調和機の第１の流路切替機構と第２の流路切替機構の弁体の位置が反対になった場合の系統図である。 第１実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の系統図である。 第１実施形態に係る空気調和機の冷房運転から暖房運転への切り替え時の系統図である。 第２実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の系統図である。 第２実施形態に係る暖房運転時の第２の流路切替機構の内部状態を説明する図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、第１実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒回路を示す系統図である。図１では、流路切替機構２０を断面図として拡大図示している。空気調和機Ｓ１は、熱源側であって室外（非空調空間）に設置される室外ユニットＵｏと、利用側であって室内（空調空間）に設置される室内ユニットＵｉと、を備えている。

空気調和機Ｓ１の冷媒回路は、圧縮機１０と、流路切替機構２０と、室外熱交換器６０と、膨張弁７０と、室内熱交換器８０と、が環状に配管ａで接続されている。圧縮機１０、流路切替機構２０、室外熱交換器６０、及び膨張弁７０は室外ユニットＵｏに設置され、室内熱交換器８０は室内ユニットＵｉに設置されている。

室外熱交換器６０は、室外ファン６０ｆから送られてくる空気（室外空気）と冷媒との熱交換を行う。膨張弁７０は、冷媒を減圧する減圧装置として機能する。室内熱交換器８０は、室内ファン８０ｆから送られてくる空気（室内空気）と冷媒との熱交換を行う。

なお、圧縮機１０、流路切替機構２０、室外ファン６０ｆ、室内ファン８０ｆ及び膨張弁７０の各動作は、センサ類（図示せず）やリモコン（図示せず）から入力される信号に基づいて、制御装置（図示せず）により制御される。

流路切替機構２０は、第１の流路切替機構２１ａと、第２の流路切替機構２１ｂと、電磁流路切替弁４０と、電磁三方弁５０と、を備えている。流路切替機構２０は、暖房運転時に圧縮機１０から吐出されるガス状態の高温冷媒が室内熱交換器８０に流入するようにし、冷房運転時に膨張弁７０から流出する低温冷媒が室内熱交換器８０に流入するように切り替える。

第１の流路切替機構２１ａは、円筒状の両端を密閉した弁本体２２ａの一方の側面に圧縮機１０の高圧側接続配管１２に連通する第１の吐出側接続配管２３ａを有する。第１の流路切替機構２１ａは、第１の吐出側接続配管２３ａの反対側に、圧縮機１０の低圧側接続配管１１に連通する第１の吸入側接続配管２４ａと、第１の吸入側接続配管２４ａの一方の側に隣接し、室内熱交換器８０に連通する室内熱交換器側接続配管２５ａと、第１の吸入側接続配管２４ａの他方の側に隣接し、電磁三方弁５０に連通する第１の開閉機構接続配管２６ａと、を有する。

弁台座２７ａは、平面状の弁シート面２８ａを有する。弁シート面２８ａは、弁本体２２ａの内側の側部に、室内熱交換器側接続配管２５ａと、第１の吸入側接続配管２４ａと、第１の開閉機構接続配管２６ａに接続する開口部を有する。

弁体２９ａは、弁シート面２８ａ上を摺動して、冷媒回路の流路を切り替える。室内熱交換器側接続配管２５ａと第１の開閉機構接続配管２６ａのうち一方を第１の吸入側接続配管２４ａと連通状態とし、他方を第１の吐出側接続配管２３ａと連通状態とする。

ピストン３０ａ及びピストン３１ａは、弁本体２２ａの両端にそれぞれ密閉空間Ｖ１ａ及び密閉空間Ｖ２ａを形成し、連結板３２ａで連結されている。弁体２９ａは連結板３２ａに設けられた図示しない孔に固定され、連結板３２ａ、ピストン３０ａ及びピストン３１ａと共に円筒軸方向を移動する。

第２の流路切替機構２１ｂは、第１の流路切替機構２１ａと一部同様に、円筒状の両端を密閉した弁本体２２ｂの一方の側面に圧縮機１０の高圧側接続配管１２に連通する第２の吐出側接続配管２３ｂを有する。第２の流路切替機構２１ｂは、第２の吐出側接続配管２３ｂの反対側に圧縮機１０の低圧側接続配管１１に連通する第２の吸入側接続配管２４ｂと、第２の吸入側接続配管２４ｂの一方の側に隣接し、電磁三方弁５０に連通する第２の開閉機構接続配管２６ｂと、第２の吸入側接続配管２４ｂの他方の側に隣接し、室外熱交換器６０に連通する室外熱交換器側接続配管２５ｂと、を有する。

弁台座２７ｂは、平面状の弁シート面２８ｂを有する。弁シート面２８ｂは、弁本体２２ｂの内側の側部に、第２の開閉機構接続配管２６ｂと、第２の吸入側接続配管２４ｂと、室外熱交換器側接続配管２５ｂに接続する開口部を有する。

弁体２９ｂは、弁シート面２８ｂ上を摺動して、第２の開閉機構接続配管２６ｂと室外熱交換器側接続配管２５ｂのうち一方を第２の吸入側接続配管２４ｂと連通状態とし、他方を第２の吐出側接続配管２３ｂと連通状態とする。

ピストン３０ｂ及びピストン３１ｂは、弁本体２２ｂの両端にそれぞれ密閉空間Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂを形成し、連結板３２ｂで連結されている。弁体２９ｂは連結板３２ｂに設けられた図示しない孔に固定され、連結板３２ｂ、ピストン３０ｂ及びピストン３１ｂと共に円筒軸方向を移動する。

電磁流路切替弁（パイロット弁）４０は、第２の流路切替機構２１ｂの第２の吐出側接続配管２３ｂの圧力（圧縮機１０の吐出圧力）と第２の吸入側接続配管２４ｂの圧力（圧縮機１０の吸入圧力）との差圧により、第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａと、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂと、を作動させる。

電磁流路切替弁（パイロット弁）４０は、流路切替部４１と電磁コイル４２とを備え、流路切替部４１は、第１のピストン側連通口４３ｃと第２のピストン側連通口４３ｄのうち一方が吸入側連通口４３ｂと連通状態となり、他方が吐出側連通口４３ａと連通状態となるように流路を切り替える。

吐出側連通口４３ａは、キャピラリ（細管）４４を介して第２の流路切替機構２１ｂの第２の吐出側接続配管２３ｂに接続される。吸入側連通口４３ｂは、キャピラリ４５を介して第２の流路切替機構２１ｂの第２の吸入側接続配管２４ｂに接続される。第１のピストン側連通口４３ｃは、キャピラリ４６及びキャピラリ４７を介して第１の流路切替機構２１ａの密閉空間Ｖ１ａ、及び第２の流路切替機構２１ｂの密閉空間Ｖ２ａに接続される。第２のピストン側連通口４３ｄは、キャピラリ４８及び４９を介して第１の流路切替機構２１ａの密閉空間Ｖ２ａ、及び第２の流路切替機構２１ｂの密閉空間Ｖ２ｂに接続される。

暖房運転時、流路切替部４１は、第１のピストン側連通口４３ｃは吐出側連通口４３ａと連通状態となり、第２のピストン側連通口４３ｄは吸入側連通口４３ｂと連通状態となる。

冷房運転時、流路切替部４１は、第１のピストン側連通口４３ｃは吸入側連通口４３ｂと連通状態となり、第２のピストン側連通口４３ｄは吐出側連通口４３ａと連通状態となる。

このように、本実施例によれば、１個の電磁流路切替弁４０で、第１の流路切替機構２１ａと第２の流路切替機構２１ｂの両方を作動させることにより、電磁流路切替弁の個数を減らしてコスト低減を図ると共に、占有容積を減少することにより、コンパクト化を図ることができる。

電磁三方弁５０は、流路切替部５１と電磁コイル５２とを備え、流路切替部５１は、第１の流路切替機構側連通口５３ｃと第２の流路切替機構側連通口５３ｄのうち一方が、吸入側連通口５３ｂと連通状態となるように流路を切り替える。

第１の流路切替機構２１ａの第１の開閉機構接続配管２６ａまたは第２の流路切替機構２１ｂの第２の開閉機構接続配管２６ｂを圧縮機１０の低圧側接続配管１１に連通させる。圧縮機１０の低圧側接続配管１１は、キャピラリ（細管）５４を介して吸入側連通口５３ｂに接続されている。第１の流路切替機構側連通口５３ｃは、キャピラリ５５を介して第１の流路切替機構２１ａの第１の開閉機構接続配管２６ａに接続されている。第２の流路切替機構側連通口５３ｄは、キャピラリ５６を介して第２の流路切替機構２１ｂの第２の開閉機構接続配管２６ｂに接続されている。

暖房運転時、電磁三方弁５０は、第１の流路切替機構側連通口５３ｃを吸入側連通口５３ｂと連通状態とし、且つ、第２の流路切替機構側連通口５３ｄを電磁三方弁５０の第１の開閉機構によって封止している。一方、冷房運転時、電磁三方弁５０は、第２の流路切替機構側連通口５３ｄを吸入側連通口５３ｂと連通状態とし、且つ、第２の流路切替機構側連通口５３ｄを電磁三方弁５０の第２の開閉機構によって封止している。

本実施例では、第１の開閉機構及び第２の開閉機構を１つの電磁三方弁５０が担っているので、開閉弁を２個とするよりも、個数を減らしてコスト低減を図ると共に、占有容積を減少することにより、コンパクト化を図ることができる。なお、第１の開閉機構及び第２の開閉機構をそれぞれ別の開閉弁によって構成してもよい。

次に、空気調和機Ｓ１の暖房運転時での動作について説明する。図１に示す矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。

暖房運転時、電磁流路切替弁４０は、第１のピストン側連通口４３ｃが吐出側連通口４３ａと連通状態となり、第２のピストン側連通口４３ｄが吸入側連通口４３ｂと連通状態となる。

圧縮機１０の吐出圧力（高圧）は、吐出側連通口４３ａから第１のピストン側連通口４３ｃを介して、第１の流路切替機構２１ａの一方の密閉空間Ｖ１ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの一方の密閉空間Ｖ１ｂに導かれる。一方、圧縮機１０の吸入圧力（低圧）は、吸入側連通口４３ｂから第２のピストン側連通口４３ｄを介して、第１の流路切替機構２１ａの他方の密閉空間Ｖ２ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの他方の密閉空間Ｖ２ｂに導かれる。

第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａと、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂと、に作用する差圧により、ピストン３０ａ及びピストン３１ａと、ピストン３０ｂ及びピストン３１ｂと、は右方向に移動し、連動して弁体２９ａ及び２９ｂも右方向に移動する。

弁体２９ａ及び２９ｂが右方向に移動することにより、第１の流路切替機構２１ａは、第１の吐出側接続配管２３ａと室内熱交換器側接続配管２５ａとが連通状態となり、第１の吸入側接続配管２４ａと第１の開閉機構接続配管２６ａとが連通状態となる。また、第２の流路切替機構２１ｂは、第２の吐出側接続配管２３ｂと第２の開閉機構接続配管２６ｂとが連通状態となり、第２の吸入側接続配管２４ｂと室外熱交換器側接続配管２５ｂとが連通状態となる。

電磁三方弁５０は、第１の流路切替機構側連通口５３ｃが吸入側連通口５３ｂと連通状態となっている。したがって、第１の流路切替機構２１ａの第１の開閉機構接続配管２６ａは、低圧側接続配管１１と連通している。一方、第２の流路切替機構２１ｂの第２の開閉機構接続配管２６ｂは電磁三方弁５０において封止されている。

圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、第１の流路切替機構２１ａの第１の吐出側接続配管２３ａ、吐出側内部空間Ｖ０ａ、室内熱交換器側接続配管２５ａを順に流れ、凝縮器として機能する室内熱交換器８０に流入する。室内熱交換器８０を流れる高温高圧のガス冷媒は、室内ファン８０ｆにより送られてくる室内空気と熱交換し、凝縮する。

凝縮した冷媒は、膨張弁７０で減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となって、蒸発器として機能する室外熱交換器６０に流れる。室外熱交換器６０を流れる気液二相冷媒は、室外ファン６０ｆにより送られてくる室外空気と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。

室外熱交換器６０から流出した低温低圧のガス冷媒は、第２の流路切替機構２１ｂの室外熱交換器側接続配管２５ｂ、吸入側内部空間Ｖ４ｂ、第２の吸入側接続配管２４ｂの順に流れ、圧縮機２０に戻る。

次に、本発明の流路切替機構の内部熱損失に関する実験結果を示す。図２は、流路切替機構の暖房運転時の熱交換量の実験結果を示す図である。図３は、実験結果Ｂに係わる第２の流路切替機構２１ｂである。図４は、実験結果Ｃに係わる第２の流路切替機構２１ｂである。

実験結果Ａは、従来の流路切替機構２０の実験結果であって、流路切替機構２０を四方弁１つで構成した場合の実験結果である。

実験結果Ｂは、特許文献１に係わる流路切替機構２０の実験結果であって、流路切替機構２０を第１の流路切替機構２１ａと第２の流路切替機構２１ｂの２つで構成し、第２の流路切替機構２１ｂを第２の吐出側接続配管２３ｂよりも上方になるように構成した場合の実験結果である。図３に示すように、ここでの第２の吐出側接続配管２３ｂは下部に位置する。

実験結果Ｃは、本実施形態に係わる流路切替機構２０の実験結果であって、流路切替機構２０を第１の流路切替機構２１ａと第２の流路切替機構２１ｂの２つで構成し、第１の流路切替機構２１ａを第１の吐出側接続配管２３ａよりも下方になるように構成し、且つ、第２の流路切替機構２１ｂを第２の吐出側接続配管２３ｂよりも下方になるように構成した場合の実験結果である。

実験結果Ｂに示すとおり、流路切替機構２０を第１の流路切替機構２１ａと第２の流路切替機構２１ｂの２つで構成したとしても、流路切替機構２０を四方弁１つで構成した実験結果Ａに比べて、流路切替機構２０内部での熱損失は低減しない結果となった。

図３において、暖房運転時、圧縮機１０から吐出したガス状態の高温冷媒は、第２の吐出側接続配管２３ｂを介して第２の流路切替機構２１ｂの弁体２９ｂの外側空間Ｖ０ｂに流れる。第２の流路切替機構２１ｂは、弁体２９ｂの内側空間Ｖ４ｂに低温冷媒が流れるため、第２の流路切替機構２１ｂに流れたガス状態の高温冷媒は弁体２９ｂを介して低温冷媒と接触する。すると、ガス状態の高温冷媒は、第２の流路切替機構２１ｂで低温冷媒によって凝縮されて液状態となる。

液状態の高温冷媒の密度は、ガス状態の高温冷媒よりも高い。そのため、液状態となった高温冷媒は第２の流路切替機構２１ｂの外側空間Ｖ０ｂから第２の吐出側接続配管２３ｂへ流出し、代わりにガス状態の高温冷媒が第２の流路切替機構２１ｂに流入する。すると、連続的にガス状態の高温冷媒が第２の流路切替機構２１ｂに流入し、高温冷媒の凝縮が連続的に発生する。従って、実験結果Ｂは、実験結果Ａに比べて、高温冷媒と低温冷媒の熱交換を抑制できず、第２の流路切替機構２１ｂでの熱損失は低減しない結果となった。

一方、実験結果Ｃは、実験結果Ａに比べて、熱交換量は半分に抑制される結果となった。実験結果Ｃに係わる第２の流路切替機構２１ｂは第２の吐出側接続配管２３ｂよりも下方に位置するため、ガス状態に比べて密度が高い液状態となった冷媒が第２の流路切替機構２１ｂから第２の吐出側接続配管２３ｂへ流出することはない。運転開始から所定時間は、第２の流路切替機構２１ｂでガス状態の高温冷媒の凝縮が発生するが、運転開始から所定時間経過した後は、図４に示すとおり、液状態となった高温冷媒が第２の流路切替機構２１ｂの外側空間Ｖ０ｂ内に溜まる。すると、ガス状態の高温冷媒が第２の流路切替機構２１ｂに流入しなくなり、ガス状態の高温冷媒の凝縮の発生が止まる。

従って、高温冷媒の凝縮が連続的に発生するのを防止することができるので、実験結果Ｃは、実験結果Ａに比べて、熱交換量が半分に抑制される結果となった。

次に、図５及び図７を用いて空気調和機Ｓ１の暖房運転から冷房運転への切り替え時の動作について説明する。図５は、第１実施形態に係る空気調和機の暖房運転から冷房運転への切り替え時の系統図である。図７は、第１実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の系統図である。

暖房運転から冷房運転への切り替え時、まず、電磁三方弁５０は、図１に示す第１の流路切替機構側連通口５３ｃが吸入側連通口５３ｂと接続する状態から、図５に示す第２の流路切替機構側連通口５３ｄが吸入側連通口５３ｂと接続する状態に切り替わる。すると、第２の流路切替機構２１ｂの弁体２９ｂの外側空間Ｖ０ｂ（高圧）が低圧側接続配管１１（低圧）と連通し、外側空間Ｖ０ｂに滞留した凝縮液Ｌｂが低圧側接続配管１１側に排出される。この状態では、キャピラリ５４及びキャピラリ５６を介して高圧の外側空間Ｖ０ｂ（高圧）と低圧の低圧側接続配管１１（低圧）とが接続されるため、圧力差が維持されている。

次に、外側空間Ｖ０ｂ（高圧）の凝縮液が低圧側接続配管１１（低圧）に排出される所定時間後に、電磁流路切替弁４０は、図５に示す第１のピストン側連通口４３ｃが吐出側連通口４３ａと接続した状態から、図７に示す第１のピストン側連通口４３ｃが吸入側連通口４３ｂと接続した状態に切り替わる。また、電磁流路切替弁４０は、図５に示す第２のピストン側連通口４３ｄが吸入側連通口４３ｂと接続した状態から、図７に示す第２のピストン側連通口４３ｄが吐出側連通口４３ａと接続した状態に切り替わる。

すると、第１の流路切替機構２１ａの一方の密閉空間Ｖ１ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの一方の密閉空間Ｖ１ｂには、圧縮機１０の吸入圧力（低圧）が導かれる。また、第１の流路切替機構２１ａの他方の密閉空間Ｖ２ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの他方の密閉空間Ｖ２ｂには、圧縮機１０の吐出圧力（高圧）が導かれる。その結果、第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａと、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂと、に作用する圧力差が逆転し、ピストン３０ａ及びピストン３１ａ、ピストン３０ｂ及びピストン３１ｂが左方向に移動し、連動して弁体２９ａ及び弁体２９ｂも左に移動する。弁体２９ａ及び弁体２９ｂの移動により、空気調和機Ｓ１が暖房運転から冷房運転へ切り替わる。

以上説明したように、第２の流路切替機構２１ｂの内部に滞留した液冷媒を排出後、第２の流路切替機構２１ｂの切り替えを行うので、第２の流路切替機構２１ｂ内の液冷媒滞留による切り替え不良を防止することができる。

次に、図６に図１の空気調和機Ｓ１の第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａと、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂとが、静止摩擦係数の違い等により同時に移動せず、第１の流路切替機構２１ａの弁体２９ａと第２の流路切替機構２１ｂの弁体２９ｂの位置が反対になった場合の系統図を示す。

後述する第２の実施形態に係わる空気調和機においては、第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａと、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂとが、同時に移動しない場合、高圧側接続配管１２と低圧側接続配管１１とが連通状態となってしまい、高圧側と低圧側の圧力差を維持できない。そのため、先に移動できなかったピストンは、移動ができなくなる。

一方、本実施形態に係わる空気調和機では、ピストンが同時に移動しない場合であっても、低圧側接続配管１１と高圧側接続配管１２とが連通することはない。具体的には、圧縮機１０の高圧側接続配管１２は、高圧側接続配管１４、第１の流路切替機構２１ａの第１の吐出側接続配管２３ａ、室内熱交換器側接続配管２５ａ、室内熱交換器８０、膨張弁７０、室外熱交換器６０、第２の流路切替機構２１ｂの室外熱交換器側接続配管２５ｂ、第２の吐出側接続配管２３ｂ、吐出高圧側接続配管１３と連通する。一方、圧縮機１０の低圧側接続配管１１は、第１の流路切替機構２１ａの第１の吸入側接続配管２４ａ、第１の開閉機構接続配管２６ａ、第２の流路切替機構２１ｂの第２の吸入側接続配管２４ｂ、第２の開閉機構接続配管２６ｂと連通する。

つまり、第１の流路切替機構２１ａの弁体２９ａと第２の流路切替機構２１ｂの弁体２９ｂの位置が反対になった場合であっても、本実施形態の空気調和機によれば、高圧側と低圧側の圧力差が維持される。そのため、例え第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａ、若しくは、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂのどちらかの移動が遅れた場合であっても、電磁流路切替弁４０を介して差圧が働き、最終的には両方のピストンが移動する。

次に、図７を用いて冷房運転時の動作を説明する。図７は、第１実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の系統図である。図７に示す矢印は、冷房運転時において冷媒が通流する向きを示している。

電磁流路切替弁４０及び電磁三方弁５０の流路は、上述の暖房運転から冷房運転への切り替え後の流路と同じである。したがって、第１の流路切替機構２１ａは、第１の吐出側接続配管２３ａと第１の開閉機構接続配管２６ａとが連通状態となり、第１の吸入側接続配管２４ａと室内熱交換器側接続配管２５ａとが連通状態となる。また、第２の流路切替機構２１ｂは、第２の吐出側接続配管２３ｂと室外熱交換器側接続配管２５ｂとが連通状態となり、第２の吸入側接続配管２４ｂと第２の開閉機構接続配管２６ｂとが連通状態となる。

また、第２の流路切替機構２１ｂの第２の開閉機構接続配管２６ｂは、低圧側接続配管１１と連通している。一方、第１の流路切替機構２１ａの第２の開閉機構接続配管２６ｂは電磁三方弁５０において封止されている。

圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、第２の流路切替機構２１ｂの第２の吐出側接続配管２３ｂ、吐出側内部空間Ｖ０ｂ、室外熱交換器側接続配管２５ｂの順に流れ、凝縮器として機能する室外熱交換器６０に流入する。室外熱交換器６０を通流する高温高圧のガス冷媒は、室外ファン６０ｆにより送られてくる室外空気と熱交換し、凝縮する。

凝縮した高温冷媒は、膨張弁７０で減圧された低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室内熱交換器８０に流れる。室内熱交換器８０を流れる気液二相冷媒は、室内ファン８０ｆにより送られてくる室内空気と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。

室内熱交換器８０から流出した低温低圧のガス冷媒は、第１の流路切替機構２１ａの室内熱交換器側接続配管２５ａ、吸入側内部空間Ｖ４ａ、第１の吸入側接続配管２４ａの順に流れ、低圧側接続配管１１を介して圧縮機２０に戻る。

この時、暖房運転時の説明と同様に、第１の流路切替機構２１ａの弁体２９ａの外側空間Ｖ０ａに凝縮液が滞留する。弁体２９ａの外側が凝縮液で覆われることにより、ガス状態の高温冷媒が第１の流路切替機構２１ａに流れなくなり、第１の流路切替機構２１ａで連続的なガス状態の高温冷媒の凝縮が防止される。

次に、図８を用いて空気調和機Ｓ１の冷房運転から暖房運転への切り替え時の動作について説明する。図８は、第１実施形態に係る空気調和機の冷房運転から暖房運転への切り替え時の系統図である。

冷房運転から暖房運転への切り替え時、まず、電磁三方弁５０は、図７に示す吸入側連通口５３ｂが第２の流路切替機構側連通口５３ｄと連通する状態から、図８に示す吸入側連通口５３ｂが第１の流路切替機構側連通口５３ｃと連通する状態に切り替わる。

すると、第１の流路切替機構２１ａの弁体２９ａの外側空間Ｖ０ａ（高圧）が低圧側接続配管１１（低圧）と連通し、外側空間Ｖ０ａに滞留した凝縮液が低圧側接続配管１１に排出される。なお、この時、高圧である外側空間Ｖ０ａと低圧である低圧側接続配管１１はキャピラリ５４及びキャピラリ５５を介して連通するため、圧力差が維持される。

次に、凝縮液が排出される所定時間後に、電磁流路切替弁４０は、図８に示す第１のピストン側連通口４３ｃが吸入側連通口４３ｂと連通した状態から、図１に示す第１のピストン側連通口４３ｃが吐出側連通口４３ａと連通状態した状態に切り替わる。一方、図８に示す第２のピストン側連通口４３ｄが吐出側連通口４３ａと連通した状態から、図１に示す第２のピストン側連通口４３ｄが吸入側連通口４３ｂと連通した状態に切り替える。

すると、第１の流路切替機構２１ａの一方の密閉空間Ｖ１ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの一方の密閉空間Ｖ１ｂには、圧縮機１０の吐出圧力（高圧）が導かれ、第１の流路切替機構２１ａの他方の密閉空間Ｖ２ａ、及び、第２の流路切替機構２１ｂの他方の密閉空間Ｖ２ｂには、圧縮機１０の吸入圧力（低圧）が導かれる。そして、第１の流路切替機構２１ａのピストン３０ａ及びピストン３１ａ、第２の流路切替機構２１ｂのピストン３０ｂ及びピストン３１ｂに作用する差圧により、ピストン３０ａ及びピストン３１ａと、ピストン３０ｂ及びピストン３１ｂが右方向に移動し、連動して弁体２９ａ及び２９ｂも右に移動し、空気調和機Ｓ１が冷房運転から暖房運転へ切り替わる。

以上説明したように、第１の流路切替機構２１ａの内部に滞留した液冷媒を排出後、第１の流路切替機構２１ａの切り替えを行うので、第１の流路切替機構２１ａ内の液冷媒滞留による切り替え不良を防止することができる。

図９は、第２の実施形態に係わる空気調和機の暖房運転時の系統図である。第３の流路切替機構２１ｃでは、第３の吐出側接続配管２３ｃを圧縮機１０の高圧側接続配管１２に接続し、室内熱交換器側接続配管２５ｃを室内熱交換器８０に接続している。第４の吸入側接続配管２４ｄは圧縮機１０の低圧側接続配管１１に接続され、室外熱交換器側接続配管２６ｄは室外熱交換器６０に接続されている。

室内熱交換器側接続配管２５ｃは、室内熱交換器８０に接続されるとともに、高圧側接続配管１５を介して室内熱交換器側接続配管２５ｄに接続されている。

室外熱交換器側接続配管２６ｃは吐出側流路切替弁２１ｃを介して第３の吸入側接続配管２４ｃに接続されており、室内熱交換器側接続配管２５ｄは第４の吸入側流路切替機構２１ｄを介して第４の吐出側接続配管２３ｄに接続されている。そして、図９に示すとおり、第４の吐出側接続配管２３ｄ及び第３の吸入側接続配管２４ｃは封止されている。

暖房運転時、高温高圧のガス冷媒は、吐出側流路切替弁２１ｃの吐出側配管２３ｃ、吐出側内部空間Ｖ０ｃ、室内熱交換器側接続配管２５ｃの順に流れる。一方、低温低圧の液冷媒は、第４の吸入側流路切替機構２１ｄの室外熱交換器側接続配管２６ｄ、吸入側内部空間Ｖ４ｄ、第４の吸入側接続配管２４ｄの順に流れる。

図１０は、第２の実施形態に係る暖房運転時の第４の流路切替機構の内部状態を説明する図である。図１０は、図９の第４の流路切替機構２１ｄの内部状態であって、室内熱交換器側接続配管２５ｄを第４の流路切替機構２１ｄよりも上方にした状態を示している。

弁体２９ｄの内側空間Ｖ４ｄには低温冷媒が流れ、弁体２９ｄの外側空間Ｖ０ｄには室内熱交換器側接続配管２５ｄからガス状態の高温冷媒が流れる。外側空間Ｖ０ｄに流れたガス状態の高温冷媒は弁体２９ｄを介して内側空間Ｖ４ｄの低温冷媒と熱交換し、凝縮する。ここで、第４の吐出側接続配管２３ｄは封止されているため、弁体２９ｄの外側空間Ｖ０ｄで凝縮した高温冷媒は外側空間Ｖ０ｄに滞留する。

弁体２９ｂの外側空間Ｖ０ｂが凝縮液で覆われると、ガス状態の高温冷媒が弁体２９ｂに直接接触することがなくなるため、凝縮による熱交換が防止され、吐出側流路切替弁２１ｂでの高温冷媒と低温冷媒の熱交換が抑制される。

このように、凝縮液を滞留させて吐出側流路切替弁２１ｂの内部熱交換を抑制するため、弁体２９ｂの外側空間Ｖ４ｂが凝縮液で覆われる必要がある。そのためには、室内熱交換器側接続配管２５ｄを第４の流路切替機構２１ｄよりも上方に位置させる必要がある。

Ｓ１、Ｓ２ 空気調和機
１０ 圧縮機
１２，１３，１４，１５ 高圧側接続配管
１１ 低圧側接続配管
２０ 流路切替機構
２１ａ 第１の流路切替機構
２１ｂ 第２の流路切替機構
２３ａ 第１の吐出側接続配管
２３ｂ 第２の吐出側接続配管
２５ａ 室内熱交換器側接続配管
２５ｂ 室外熱交換器側接続配管
２６ａ 第１の開閉機構接続配管
２６ｂ 第２の開閉機構接続配管
４０ 電磁流路切替弁
５０ 電磁三方弁
６０ 室外熱交換器
７０ 膨張弁
８０ 室内熱交換器

Claims (5)

1. 圧縮機と、流路切替機構と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、が高圧側接続配管及び低圧側接続配管によって接続された冷媒回路を備え、
   前記流路切替機構は、暖房運転時に前記圧縮機の吐出側と前記室内熱交換器とを接続する第１の流路切替機構と、暖房運転時に前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸込側とを接続する第２の流路切替機構と、を有し、
   前記第１の流路切替機構及び前記第２の流路切替機構は前記冷媒回路の流路を切換える弁体を有し、
   前記高圧側接続配管は、前記第２の流路切替機構の前記弁体よりも上方で前記第２の流路切替機構に接続し、
   前記流路切替機構は、第１の開閉機構と、第２の開閉機構と、を有し、
   暖房運転時に、前記圧縮機の吐出側は前記第１の流路切替機構を介して前記室内熱交換器に接続され、前記圧縮機の吐出側は前記第２の流路切替機構を介して前記第２の開閉機構に接続され、且つ、前記第２の開閉機構は閉状態であり、
   冷房運転時に、前記圧縮機の吐出側は前記第１の流路切替機構を介して前記第１の開閉機構に接続され、前記圧縮機の吐出側は前記第２の流路切替機構を介して前記室外熱交換器に接続され、且つ、前記第１の開閉機構は閉状態であることを特徴とする空気調和機。
2. 前記圧縮機の吐出側が、前記第２の流路切替機構を介して前記第２の開閉機構に接続された状態から、前記第２の流路切替機構を介して前記室外熱交換器に接続された状態に切り替える前に、前記第２の開閉機構を閉状態から開状態に切り替え、
   前記圧縮機の吐出側が、前記第１の流路切替機構を介して前記第１の開閉機構に接続された状態から、前記第１の流路切替機構を介して前記室内熱交換器に接続された状態に切り替える前に、前記第１の開閉機構を閉状態から開状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記第１の開閉機構及び前記第２の開閉機構を有する三方弁を備えることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記冷媒回路は、
   前記第１の流路切替機構と前記第１の開閉機構とを接続する第１の開閉機構接続配管と、
   前記第２の流路切替機構と前記第２の開閉機構とを接続する第２の開閉機構接続配管と、を有し、
   前記第１の開閉機構接続配管及び前記第２の開閉機構接続配管の径は、前記高圧側接続配管及び前記低圧側接続配管の径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
5. 前記高圧側接続配管は、前記第１の流路切替機構の前記弁体よりも上方で前記第１の流路切替機構に接続する請求項１に記載の空気調和機。