JP7350892B2

JP7350892B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP7350892B2
Application number: JP2021569672A
Authority: JP
Inventors: 正典佐藤; 和平新宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2023-09-26
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Description

本開示は、空気調和装置に関する。

欧州の冷媒規制等によって、空気調和装置の冷凍サイクルに使用される冷媒も自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ₂）が用いることが求められている。ＣＯ₂冷媒を使用する場合、一般的な冷媒であるＲ４０７ｃ等の冷媒に比べて、理論効率が低く性能が低下する。性能低下を抑制するために、内部熱交換器を使用して、蒸発器エンタルピー差を拡大し性能向上させる技術が知られている。

例えば、特開２００３－１９４４３２号公報（特許文献１）の冷凍サイクル装置は、次のように動作する。冷房運転モードでは、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が、熱源側熱交換器で冷却され、さらに内部熱交換器で冷却される。一方、暖房運転モードでは、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が、利用側熱交換器で冷却され、さらに減圧器で減圧された後に、内部熱交換器に流入される。暖房運転モードでは、低圧側の流路を流れる冷媒の温度と高圧側の流路を流れる冷媒の温度との差がわずかなため、内部熱交換器は、ほとんど利用されない。このような構成によって、新たに四方弁を設けなくても、冷房運転モードと暖房運転モードの両方において、冷媒を循環させることができる。

特開２００３－１９４４３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置には、以下のような課題がある。
冷房運転モードでは、室外熱交換器においてＣＯ₂冷媒と熱交換器する外部流体は夏季の外気（約３０～４０℃）であるため、圧縮機から吐出される冷媒の温度が非常に高くなる。冷房運転モードで内部熱交換器を利用すると、圧縮機の吐出温度がさらに高くなり、圧縮機が正常に運転できる制限値を超えることがある。このような場合には、圧縮機モータの損傷および冷凍機油の劣化が発生するため、圧縮機の周波数を下げるなどの保護制御が実行される。その結果、空気調和装置の運転性能が低下する。

さらに、冷房運転モードでは、室外熱交換器内でＣＯ₂冷媒が超臨界となる。その結果、ＣＯ₂冷媒が二相領域で使用される場合に比べて、空気調和装置の運転性能が低下する。これをカバーするために、室外熱交換器の伝熱面積を室内熱交換器の伝熱面積よりも大きくする必要があるが、これによって次のような問題が生じる。冷房運転モードで内部熱交換器を利用すると、必要な冷媒量が増加するため、コストも増加するともに、ＣＯ₂冷媒が漏洩したときの危険性も高まる。暖房運転モードでは、内部熱交換器を使用しないため、室内熱交換器内の冷媒の量が多くなるため、空気調和装置内において高圧が上がり、空気調和装置の性能が低下する。

それゆえに、本開示の目的は、２つの運転モードを備えるとともに、ＣＯ₂冷媒を用いた場合でも、高い性能を実現できる空気調和装置を提供することである。

本開示の空気調和装置は、圧縮機、流路切替器、第１熱交換部、第２熱交換部、内部熱交換器、第１弁、および第２弁を含み、冷媒が流れる冷媒回路を備える。流路切替器は、第１開口部、第２開口部、第３開口部、および第４開口部を備える。内部熱交換器は、第１内部流路と第２内部流路とを備える。圧縮機の吐出側と、流路切替器の第１開口部とが接続される。第１熱交換部の一端と、流路切替器の第４開口部とが接続される。第１熱交換部の他端と、第１弁の一端とが接続される。第１弁の他端と、内部熱交換器の第１内部流路の一端とが接続される。内部熱交換器の第１内部流路の他端と、第２熱交換部の一端とが接続される。内部熱交換器の第２内部流路の一端と、流路切替器の第２開口部とが接続される。第２熱交換部の他端と、第１分岐部とが接続される。第１分岐部と、第２弁の一端および流路切替器の第３開口部とが接続される。第２弁の他端と、第２分岐部とが接続される。第２分岐部と、圧縮機の吸入側および内部熱交換器の第２内部流路の他端とが接続される。空気調和装置の運転モードが第１モードにおいて、第２弁は開き、第１開口部と第４開口部とが接続し、かつ第２開口部と第３開口部とが接続する。空気調和装置の運転モードが第２モードにおいて、第２弁は閉じ、第１開口部と第３開口部とが接続し、かつ第２開口部と第４開口部とが接続する。

本開示の空気調和装置では、空気調和装置の運転モードが第１モードにおいて、第２弁は開き、第１開口部と第４開口部とが接続し、かつ第２開口部と第３開口部とが接続する。空気調和装置の運転モードが第２モードにおいて、第２弁は閉じ、第１開口部と第３開口部とが接続し、かつ第２開口部と第４開口部とが接続する。

したがって、本開示の空気調和装置によれば、２つの運転モードを備えるとともに、ＣＯ₂冷媒を用いた場合でも、高い性能を実現できる。

実施の形態１の空気調和装置１０００の構成を表わす図である。参考例の空気調和装置１１００の構成を表わす図である。室外機２００の側面図である。室外機２００の側面図である。実施の形態２の空気調和装置１００１の構成を表わす図である。実施の形態３の空気調和装置１００２の構成を表わす図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の空気調和装置１０００の構成を表わす図である。

空気調和装置１０００は、室外機２００と、室内機１００とを備える。
室外機２００は、圧縮機２３０、第１熱交換部２１０、流路切替器２４０、第１弁２５０、第２弁２８０、内部熱交換器２６０、および室外送風機２２０を備える。第１熱交換部２１０は、第１室外熱交換器２１１、および第２室外熱交換器２１２を備える。

室内機１００は、第２熱交換部１１０、および室内送風機１２０を備える。第２熱交換部１１０は、第１室内熱交換器１１１、および第２室内熱交換器１１２を備える。

冷媒回路ＲＣ１は、圧縮機２３０、流路切替器２４０、第１熱交換部２１０、第２熱交換部１１０、内部熱交換器２６０、第１弁２５０、および第２弁２８０を備える。冷媒回路ＲＣ１に封入される冷媒は、ＣＯ₂冷媒である。

流路切替器２４０は、四方弁によって構成されている。流路切替器２４０は、第１開口部Ｐ１、第２開口部Ｐ２、第３開口部Ｐ３、および第４開口部Ｐ４を備える。第１開口部Ｐ１と第３開口部Ｐ３または第４開口部Ｐ４とを接続する第１流路と、第２開口部Ｐ２と第４開口部Ｐ４または第３開口部Ｐ３とを接続する第２流路とが配置される。

内部熱交換器２６０は、第１内部流路２６１ａと第２内部流路２６１ｂとを備える。第１内部流路２６１ａを流れる冷媒と、第２内部流路２６１ｂを流れる冷媒とが熱交換する。第１内部流路２６１ａと第２内部流路２６１ｂとは平行である。第１内部流路２６１ａの一端と第２内部流路２６１ｂの一端とが近傍に配置され、第１内部流路２６１ａの他端と第２内部流路２６１ｂの他端とが近傍に配置される。

圧縮機２３０の吐出側と流路切替器２４０の第１開口部Ｐ１とが配管３１５Ｍによって接続される。第１熱交換部２１０の一端と、流路切替器２４０の第４開口部Ｐ４とが配管３１８Ｍによって接続される。第１熱交換部２１０の他端と、第１弁２５０の一端とが配管３１７Ｍによって接続される。第１弁２５０の他端と、内部熱交換器２６０の第１内部流路２６１ａの一端とが配管３１７Ｍによって接続される。内部熱交換器２６０の第１内部流路２６１ａの他端と、第２熱交換部１１０の一端とが配管３１６Ｍによって接続される。内部熱交換器２６０の第２内部流路２６１ｂの一端と、流路切替器２４０の第２開口部Ｐ２とが配管３１２Ｍによって接続される。第２熱交換部１１０の他端と、第１分岐部ＢＰ１とが配管３１０Ｍによって接続される。第１分岐部ＢＰ１と、第２弁２８０の一端とが第１バイパス配管ＰＢ１によって接続される。第１分岐部ＢＰ１と、流路切替器２４０の第３開口部Ｐ３とが配管３１１Ｍによって接続される。第２弁２８０の他端と、第２分岐部ＢＰ２とが第１バイパス配管ＰＢ１によって接続される。第２分岐部ＢＰ２と、圧縮機２３０の吸入側とが配管３１４Ｍによって接続される。第２分岐部ＢＰ２と、内部熱交換器２６０の第２内部流路２６１ｂの他端とが配管３１３Ｍによって接続される。

配管３１８Ｍ、配管３１７Ｍ、配管３１３Ｍ、配管３１４Ｍ、配管３１５Ｍ、配管３１６Ｍ、配管３１０Ｍ、配管３１１Ｍ、配管３１２Ｍは、メイン配管ＰＭを構成する。

空気調和装置１０００の運転モードは、第１モードと、第２モードと、第３モードとを含む。第１モードは、たとえば、冷房運転モードである。第２モードは、たとえば、暖房運転モードである。第３モードは、たとえば、高負荷冷房運転モードである。

空気調和装置１０００の運転モードが第１モードのときに、外気温度が規定値を超えたときに、空気調和装置１０００の運転モードは、第３モードに変化する。この際に、圧縮機２３０の周波数は変化しない。本実施の形態では、圧縮機２３０の周波数を変化させずに、高負荷冷房運転が可能である。

圧縮機２３０は、吸入した冷媒を圧縮して、吐出する。
流路切替器２４０は、空気調和装置１０００の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える。

空気調和装置１０００の運転モードが第１モードおよび第３モードのときは、第１開口部Ｐ１と第４開口部Ｐ４とが接続し、かつ第２開口部Ｐ２と第３開口部Ｐ３とが接続する。したがって、空気調和装置１０００の運転モードが第１モードおよび第３モードのときは、圧縮機２３０と、第１熱交換部２１０とが接続し、かつ内部熱交換器２６０と、第２熱交換部１１０および第２弁２８０とが接続する。

空気調和装置１０００の運転モードが第２モードのときは、第１開口部Ｐ１と第３開口部Ｐ３とが接続し、かつ第２開口部Ｐ２と第４開口部Ｐ４とが接続する。したがって、空気調和装置１０００の運転モードが第２モードのときは、圧縮機２３０と、第２熱交換部１１０および第２弁２８０とが接続し、かつ内部熱交換器２６０と第１熱交換部２１０とが接続する。

第１熱交換部２１０は、第１モードおよび第３モードにおいて凝縮器として動作する。第１熱交換部２１０は、第２モードにおいて蒸発器として動作する。

第２熱交換部１１０は、第１モードおよび第３モードにおいて蒸発器として動作する。第２熱交換部１１０は、第２モードにおいて凝縮器として動作する。

内部熱交換器２６０は、第１モードおよび第３モードにおいて、流路切替器２４０から圧縮機２３０へ流れる冷媒と、第１弁２５０から第２熱交換部１１０へ流れる冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器２６０は、第２モードにおいて、流路切替器２４０から圧縮機２３０へ流れる冷媒と、第２熱交換部１１０から第１弁２５０へ流れる冷媒と、第１弁２５０からの冷媒とを熱交換させる。

第１弁２５０は、電子膨張弁である。
第２弁２８０は、電磁弁である。第２弁２８０は、第１モードにおいて、開く。第２弁２８０は、第２モードおよび第３モードにおいて、閉じる。

室外送風機２２０は、第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２へ室外の空気を送る。室内送風機１２０は、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２へ室内の空気を送る。

空気調和装置の運転モードが第１モードにおける冷媒の流れについて説明する。図１の破線に示すように、圧縮機２３０、流路切替器２４０、第１熱交換部２１０、第１弁２５０、内部熱交換器２６０、第２熱交換部１１０、第１分岐部ＢＰ１の順に冷媒が流れる。

第１分岐部ＢＰ１の後、冷媒の一部は、第２弁２８０、第２分岐部ＢＰ２、圧縮機２３０の順に流れる。冷媒の残りは、流路切替器２４０、内部熱交換器２６０、第２分岐部ＢＰ２、圧縮機２３０の順に流れる。

空気調和装置の運転モードが第２モードにおける冷媒の流れについて説明する。図１の実線に示すように、圧縮機２３０、流路切替器２４０、第２熱交換部１１０、内部熱交換器２６０、第１弁２５０、第１熱交換部２１０、流路切替器２４０、内部熱交換器２６０、第２分岐部ＢＰ２、圧縮機２３０の順に冷媒が流れる。

空気調和装置の運転モードが第３モードにおける冷媒の流れについて説明する。図１の点線に示すように、圧縮機２３０、流路切替器２４０、第１熱交換部２１０、第１弁２５０、内部熱交換器２６０、第２熱交換部１１０、第１分岐部ＢＰ１、流路切替器２４０、内部熱交換器２６０、第２分岐部ＢＰ２、圧縮機２３０の順に全冷媒が流れる。

図２は、参考例の空気調和装置１１００の構成を表わす図である。
参考例の空気調和装置１１００が、実施の形態１の空気調和装置１０００と相違する点は、参考例の空気調和装置１１００が、２つの圧縮機２３０Ａ，２３０Ｂ、２つの流路切替器２４０Ａ，２４０Ｂと、２つの第１弁２５０Ａ，２５０Ｂを備える点である。

参考例の空気調和装置１１００は、たとえば電車において使用される。参考例の空気調和装置１１００は、一般的な冷媒であるＲ４０７ｃを用いる。参考例の空気調和装置１１００は、要求される性能を実現するために、２つの圧縮機２３０Ａ，２３０Ｂを用いる。

参考例の空気調和装置１１００の筐体を変更せずに、冷媒をＲ４０７ｃからＣＯ₂冷媒に変更する場合に、空気調和装置の理論効率が低下するため、空気調和装置は、内部熱交換器を備える必要がある。

ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置が、参考例のように２つの圧縮機を備える場合には、２つの圧縮機に対応して２つの内部熱交換器を備えるか、あるいは、１つの内部熱交換器と、複雑な制御の仕組みを備えることが必要となる。その結果、ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置のコストが増加する。

ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置は、動作圧力が高くなるため、熱交換器および配管の肉厚を増加させる必要がある。その結果、ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置の重量は、参考例の空気調和装置１１００の重量よりも大きくなる。

一方、ＣＯ₂の体積容積（＝蒸発潜熱×気体密度）は、一般的な冷媒であるＲ４０７ｃに比べて４～５倍に達するので、圧縮機のストロークボリューム（圧縮室の内容積）を大きく減らすことができる。よって、ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置の圧縮機は、一般的な冷媒用の圧縮機より大幅に小型化が可能である。したがって、ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置内の圧縮機の個数を１個にすることが可能である。

従って、性能、コスト、重量の観点から、本実施の形態のＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置は、図１に示すように、１つの圧縮機と、１つの内部熱交換器とを備える。

図３および図４は、室外機２００の側面図である。
図３に示されるように、室外機２００の上面ＵＳは、Ｘ軸方向に沿って円弧状である。室外機２００は、Ｘ軸方向において中央部が最も高くなる。空気調和装置１０００の性能を向上させるために、第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２を可能な限り大きくする必要がある。一方、室外送風機２２０によって第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２に送風して、熱交換の効率を向上させるためには、第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２の間に室外送風機２２０を配置する必要がある。

Ｘ軸方向の室外機２００の中央に室外送風機２２０が配置される。Ｘ軸方向において室外送風機２２０の一方側に第１室外熱交換器２１１が配置され、室外送風機２２０の他方側に第２室外熱交換器２１２が配置される。Ｘ軸方向において室外機２００の一端Ｅ１と第１室外熱交換器２１１との間に圧縮機２３０が配置される。Ｘ軸方向において室外機２００の他端Ｅ２と第２室外熱交換器２１２との間に内部熱交換器２６０が配置される。その結果、圧縮機２３０と内部熱交換器２６０とはＸ軸方向において離れた位置に配置される。

図４に示すように、配管３１０Ｍにおいて、室内機１００の出口と第１分岐部ＢＰ１との間の部分は、Ｙ軸方向に沿って配置される。第１バイパス配管ＰＢ１は、Ｘ軸方向に沿って配置される。配管３１０Ｍと圧縮機２３０との距離が可能な限り小さくなるように圧縮機２３０と配管３１０Ｍとを配置することによって、第１バイパス配管ＰＢ１の長さを配管３１２Ｍの長さ、および配管３１３Ｍの長さよりも小さくすることができる。たとえば、図４に示すように、Ｘ軸方向において、圧縮機２３０と室外機の一端Ｅ１との間に第１バイパス配管ＰＢ１が配置される。ここでは、第１バイパス配管ＰＢ１の太さ、配管３１２Ｍの太さ、および配管３１３Ｍの太さは、すべて同じであることを前提としている。

空気調和装置１０００の運転モードが第１モードのときの空気調和装置１０００の動作を説明する。

圧縮機２３０から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切替器２４０を経て、第１室外熱交換器２１１、および第２室外熱交換器２１２に流入する。

第１室外熱交換器２１１、および第２室外熱交換器２１２において、冷媒は、室外送風機２２０によって送風された室外の空気と熱交換することによって、放熱する。

その後、冷媒は、第１弁２５０において減圧されて、気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器２６０を通過し、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２に流入する。

第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２において、冷媒は、室内送風機１２０で送風された外部の空気と熱交換することによって、吸熱して、ガス状態となる。

ガス状態の冷媒は、第１分岐部ＢＰ１に至る。第１モードでは、第２弁２８０が開いているので、第１分岐部ＢＰ１から圧縮機２３０の吸入側の第２分岐部ＢＰ２に至る流路には、第１流路１１と、第２流路１２とがある。

第１流路１１は、第１バイパス配管ＰＢ１と、第２弁２８０とを経由する流路である。第２流路１２は、配管３１１Ｍと、流路切替器２４０と、配管３１２Ｍと、内部熱交換器２６０と、配管３１３Ｍとを経由する流路である。

図４に示すように、第１バイパス配管ＰＢ１の長さを配管３１２Ｍの長さ、および配管３１３Ｍの長さよりも小さくすることによって、第２流路１２の流路抵抗ＬＲ２が、第１流路１１の流路抵抗ＬＲ１よりも大きくなる。

したがって、したがって、第１分岐部ＢＰ１に達したガス状態の冷媒の流量をＦ１としたときに、第１流路１１に流れる冷媒の流量は、Ｆ１×ａ１であり、第２流路１２に流れる冷媒の流量は、Ｆ１×ａ２である。ａ１＞ａ２である。

ａ１＝ＬＲ２／（ＬＲ１＋ＬＲ２）・・・（１）
ａ２＝ＬＲ１／（ＬＲ１＋ＬＲ２）・・・（２）
第２分岐部ＢＰ２において、第１流路１１を流れた冷媒と、第２流路１２を流れた冷媒とが合流して、圧縮機２３０に吸入される。流路抵抗が小さい第１流路１１に多くの冷媒が流れるため、第１分岐部ＢＰ１の圧力からの第２分岐部ＢＰ２の圧力の低下量を小さくすることができる。その結果、空気調和装置１０００の性能向上が図れる。

第１モードでは、内部熱交換器２６０には、第１弁２５０からの気液二相状態の冷媒（冷媒Ａ）と、第２熱交換部１１０から第２流路１２へ流れた冷媒（冷媒Ｂ）とが流入される。冷媒Ｂの流量が少ないとともに、冷媒Ａと冷媒Ｂは、いずれも減圧された冷媒である。よって、内部熱交換器２６０において、冷媒Ａと冷媒Ｂとは、ほとんど熱交換しない。したがって、第１モードでは、内部熱交換器２６０が利用されない。

次に、空気調和装置１０００の運転モードが第２モードの動作を説明する。
圧縮機２３０から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切替器２４０を経て、第１分岐部ＢＰ１に達する。第２モードでは、第２弁２８０は閉じているので、冷媒は、第１流路１１には流れず、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２へ流入する。第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２において放熱された液冷媒は、内部熱交換器２６０においてさらに冷却される。

その後、冷媒は、第１弁２５０において減圧されて、気液二相状態となって、第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２に流入する。第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２において吸熱された冷媒は、流路切替器２４０を通過して、内部熱交換器２６０に流入する。冷媒は、内部熱交換器２６０において加熱されてガス冷媒となる。その後、冷媒は、第２分岐部ＢＰ２を経て、圧縮機２３０に吸入される。

第２モードでは、内部熱交換器２６０において、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２からの液冷媒（冷媒Ｃ）と、第１室外熱交換器２１１および第２室外熱交換器２１２からの冷媒（冷媒Ｄ）とが熱交換する。冷媒Ｃは、冷媒Ｄへ放熱することによって冷却される。冷媒Ｄは、冷媒Ｃから吸熱することによって加熱される。したがって、第２モードでは、内部熱交換器２６０が有効に利用されている。

次に、空気調和装置１０００の運転モードが第３モードのときの空気調和装置１０００の動作を説明する。

ガス状態の冷媒は、第１分岐部ＢＰ１に至る。第３モードでは、第２弁２８０が閉じているので、第１分岐部ＢＰ１から圧縮機２３０の吸入側の第２分岐部ＢＰ２に至る流路は、第２流路１２のみである。第２流路１２は、配管３１１Ｍと、流路切替器２４０と、配管３１２Ｍと、内部熱交換器２６０と、配管３１３Ｍとを経由する流路である。

第２分岐部ＢＰ２に流れた冷媒は、圧縮機２３０に吸入される。
第３モードでは、内部熱交換器２６０には、第１弁２５０からの気液二相状態の冷媒（冷媒Ａ）と、第２熱交換部１１０から第２流路１２へ流れた冷媒（冷媒Ｂ）とが流入される。冷媒Ａと冷媒Ｂは、いずれも減圧された冷媒である。よって、内部熱交換器２６０において、冷媒Ａと冷媒Ｂとは、ほとんど熱交換しない。したがって、第３モードでは、内部熱交換器２６０が利用されない。

第３モードでは、第１室内熱交換器１１１と第２室内熱交換器１１２において外部の空気から吸熱したガス状冷媒が、流路抵抗の大きい第２流路１２を流れるため、圧縮機２３０の吸入側において大きな圧力低下が生じる。その結果、冷媒の循環流量が減少するので、空気調和装置１０００の冷房能力が低下する。従って、外気温度が規定値を超えるときに、空気調和装置１０００を第３モードに設定することによって、圧縮機２３０が吐出する高圧圧力を低下させることができるので、圧縮機２３０の吐出圧力が高いために、保護動作が実行されるのを回避することができる。

本実施の形態によれば、コスト、および重量などの観点から、１台の圧縮機を備え、ＣＯ₂冷媒を用いた空気調和装置において、暖房運転時には、内部熱交換器を使用する。これによって、空気調和装置の性能向上を図ることができる。この空気調和装置において、冷房運転時には、低圧冷媒が流れる部分に、電磁弁を備えたバイパス経路を設ける。これによって、低圧部における圧力損失を小さくすることができるので、空気調和装置の効率を高くすることができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２の空気調和装置１００１の構成を表わす図である。

図５の空気調和装置１００１が、図１の実施の形態の空気調和装置１０００と相違する点は、以下である。

図５の空気調和装置１００１の冷媒回路ＲＣ２は、第２バイパス配管２７１と第３弁２７０とを備える。

第１弁２５０と内部熱交換器２６０との間の第３分岐部ＢＰ３と、内部熱交換器２６０と第２熱交換部１１０との間の第４分岐部ＢＰ４との間は、第３弁２７０を介して、第２バイパス配管２７１で接続される。

第３弁２７０は、たとえば、逆止弁によって構成される。逆止弁は、第３分岐部ＢＰ３から第４分岐部ＢＰ４への冷媒の流れを通過させ、第４分岐部ＢＰ４から第３分岐部ＢＰ３への冷媒の流れを遮断する。

第３弁２７０によって、空気調和装置１００１の運転モードが第１モードおよび第３モードのときに、第２バイパス配管２７１を冷媒が流れ、空気調和装置１００１の運転モードが第２モードのときに、第２バイパス配管２７１を冷媒が流れない。

空気調和装置１００１の運転モードが第１モードのときの空気調和装置１００１の動作を説明する。

その後、冷媒は、第１弁２５０において減圧されて、気液二相状態となって、第３分岐部ＢＰ３に達する。第３分岐部ＢＰ３に達した気液二相状態の冷媒の大部分は、第２バイパス配管２７１および第３弁２７０を通過して第４分岐部ＢＰ４に達する。第３分岐部ＢＰ３に達した気液二相状態の冷媒の残りは、内部熱交換器２６０を経由して第４分岐部ＢＰ４に達する。第４分岐部ＢＰ４において合流した２つの流路の冷媒は、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２に流入する。

その後、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２において、冷媒は、室内送風機１２０で送風された外部の空気と熱交換することによって、吸熱して、ガス状態となる。

ガス状態の冷媒は、第１分岐部ＢＰ１に至る。第１モードでは、第２弁２８０が開いているので、実施の形態１と同様に、ガス状態の冷媒は、第１分岐部ＢＰ１から第１流路１１および第２流路１２を経て、第２分岐部ＢＰ２に達する。ただし、第１流路１１の流路抵抗は、第２流路１２の流路抵抗よりも小さいので、ガス状態の冷媒の大部分は、第１流路１１を流れる。第２分岐部ＢＰ２において、第１流路１１を流れた冷媒と、第２流路１２を流れた冷媒とが合流して、圧縮機２３０に吸入される。

次に、空気調和装置１００１の運転モードが第２モードのときの空気調和装置１００１動作を説明する。

圧縮機２３０から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切替器２４０を経て、第１分岐部ＢＰ１に達する。第２モードでは、第２弁２８０は閉じているので、冷媒は、第１流路１１には流れず、第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２へ流入する。第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２において放熱された液冷媒は、第２バイパス配管２７１および第３弁２７０を流れず、実施の形態１と同様に、内部熱交換器２６０に流入する。冷媒は、内部熱交換器２６０においてさらに冷却される。

次に、空気調和装置１００１の運転モードが第３モードのときの空気調和装置１００１の動作を説明する。

ガス状態の冷媒は、第１分岐部ＢＰ１に至る。第３モードでは、第２弁２８０が閉じているので、冷媒は、第１分岐部ＢＰ１から第２流路１２を経由して、第２分岐部ＢＰ２に流れる。第２分岐部ＢＰ２に流れた冷媒は、圧縮機２３０に吸入される。

実施の形態２では、第１モードおよび第３モードにおいて、第１弁２５０から放出された冷媒の大部分が、内部熱交換器２６０を経由することなく第１室内熱交換器１１１および第２室内熱交換器１１２に流入する。これによって、内部熱交換器２６０を経由することによる圧力の低下を低減することができる。

冷房運転時に外気温度が非常に高いときに、冷媒の循環量が多いため、第２熱交換部１１０から放出される冷媒の温度が高くなりすぎる。これを回避するために、第１弁２５０の開度が開く方向に制御される。第１弁２５０の開度が全開に達した場合には、第２熱交換部１１０から放出される冷媒の温度を下げることができなくなる。実施の形態２では、第１弁２５０から放出された冷媒の大部分が、内部熱交換器２６０を経由することなく、第２熱交換部１１０に流入するので、第１弁２５０の開度を全開に達していても、圧縮機２３０の吐出温度が制限値を超えて、保護動作が実行されるのを回避することができる。

なお、第３弁２７０として、逆止弁の代わりに電磁弁を用いてもよい。
実施の形態３．
図６は、実施の形態３の空気調和装置１００２の構成を表わす図である。

図６の空気調和装置１００２が、図１の実施の形態の空気調和装置１０００と相違する点は、以下である。

実施の形態３の空気調和装置１００２の冷媒回路ＲＣ３は、内部熱交換器２６０と第２熱交換部１１０との間にメイン配管ＰＭの一部である配管３１６Ｍに配置される第４弁２５１を備える。

第４弁２５１は、電子膨張弁によって構成される。
空気調和装置１００２の運転モードが第１モードおよび第２モードにおいて、第４弁２５１は全開となる。これによって、実施の形態３の空気調和装置１００２は、実施の形態１と同様に動作する。

空気調和装置１００２の運転モードが第３モードにおいて、第１弁２５０は全開となり、第４弁２５１は、配管３１６Ｍを流れる冷媒を減圧する。

空気調和装置１００２の運転モードが第１モード（冷房運転モード）において、外気温度が規定値を超えると、空気調和装置１００２の運転モードが第３モード（高負荷冷房運転モード）に切り替わる。

外気温度が非常に高いときに、空気調和装置１００２を高負荷冷房運転モードにすることによって、内部熱交換器２６０に液冷媒を蓄積することができる。これによって、圧縮機２３０が吐出する高圧圧力を低下させることができるので、圧縮機２３０の吐出圧力が高いために、保護動作が実行されるのを回避することができる。

変形例．
本開示は、上記の実施形態に限定されるものでなく、たとえば、以下のような変形例も含む。

（１）上記の実施形態では、第１熱交換部２１０および第２熱交換部１１０は、それぞれ２つの熱交換器を備えるものとしたが、これに限定されるものではない。第１熱交換部２１０および第２熱交換部１１０は、それぞれ１つの熱交換器を備えるものとしてもよい。

（２）Ｘ軸方向において、圧縮機２３０と室外機の一端Ｅ１との間に第１バイパス配管ＰＢ１が配置されるに代えて、以下のようであってもよい。Ｘ軸方向において、圧縮機２３０と第１室外熱交換器２１１と間に第１バイパス配管ＰＢ１が配置されてもよい。

（３）空気調和装置１０００、１００１、１００２の運転モードが、第１モードから第３モードに変化するときに、圧縮機の周波数が変化しないものとしたが、これに限定されるものではない。空気調和装置１０００、１００１、１００２の運転モードが、第１モードから第３モードに変化するときに、圧縮機の周波数を変化させるとともに、実施の形態１～３に記載された制御を実行するものとしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１第１流路、１２第２流路、１００室内機、１１０第２熱交換部、１１１第１室内熱交換器、１１２第２室内熱交換器、１２０室内送風機、２００室外機、２１０第１熱交換部、２１１第１室外熱交換器、２１２第２室外熱交換器、２２０室外送風機、２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ圧縮機、２４０，２４０Ａ，２４０Ｂ流路切替器、２５０，２５０Ａ，２５０Ｂ第１弁、２５１第４弁、２６０内部熱交換器、２６１ａ第１内部流路、２６１ｂ第２内部流路、２７０第３弁、２７１第２バイパス配管、２８０第２弁、３１０Ｍ，３１１Ｍ，３１２Ｍ，３１３Ｍ，３１４Ｍ，３１５Ｍ，３１６Ｍ，３１７Ｍ，３１８Ｍ配管、１０００，１００１，１００２，１１００空気調和装置、ＢＰ１第１分岐部、ＢＰ２第２分岐部、ＢＰ３第３分岐部、ＢＰ４第４分岐部、Ｅ１室外機の一端、Ｅ２室外機の他端、Ｐ１第１開口部、Ｐ２第２開口部、Ｐ３第３開口部、Ｐ４第４開口部、ＰＢ１第１バイパス配管、ＲＣ１，ＲＣ２冷媒回路、ＵＳ上面。

Claims

空気調和装置であって、
圧縮機、流路切替器、第１熱交換部、第２熱交換部、内部熱交換器、第１弁、および第２弁を含み、冷媒が流れる冷媒回路を備え、
前記流路切替器は、第１開口部、第２開口部、第３開口部、および第４開口部を備え、
前記内部熱交換器は、第１内部流路と第２内部流路とを備え、
前記圧縮機の吐出側と、前記流路切替器の前記第１開口部とが接続され、
前記第１熱交換部の一端と、前記流路切替器の前記第４開口部とが接続され、
前記第１熱交換部の他端と、前記第１弁の一端とが接続され、
前記第１弁の他端と、前記内部熱交換器の前記第１内部流路の一端とが接続され、
前記内部熱交換器の前記第１内部流路の他端と、前記第２熱交換部の一端とが接続され、
前記内部熱交換器の前記第２内部流路の一端と、前記流路切替器の前記第２開口部とが接続され、
前記第２熱交換部の他端と、第１分岐部とが接続され、
前記第１分岐部と、前記第２弁の一端および前記流路切替器の前記第３開口部とが接続され、
前記第２弁の他端と、第２分岐部とが接続され、
前記第２分岐部と、前記圧縮機の吸入側および前記内部熱交換器の第２内部流路の他端とが接続され、
前記空気調和装置の運転モードが第１モードにおいて、前記第２弁は開き、前記第１開口部と前記第４開口部とが接続し、かつ前記第２開口部と前記第３開口部とが接続し、
前記空気調和装置の運転モードが第２モードにおいて、前記第２弁は閉じ、前記第１開口部と前記第３開口部とが接続し、かつ前記第２開口部と前記第４開口部とが接続する、空気調和装置。
前記空気調和装置の運転モードが前記第１モードにおいて、前記圧縮機、前記流路切替器、前記第１熱交換部、前記第１弁、前記内部熱交換器、前記第２熱交換部、第１分岐部の順に冷媒が流れ、その後、前記冷媒の一部は、前記第１分岐部から前記第２弁を経て第２分岐部への第１流路を流れ、前記冷媒の残りは、前記第１分岐部から前記流路切替器、および前記内部熱交換器を経て前記第２分岐部への第２流路を流れ、その後、前記第２分岐部で前記第１流路の冷媒と前記第２流路の冷媒とが合流して、前記圧縮機へ流れ、
前記空気調和装置の運転モードが前記第２モードにおいて、前記圧縮機、前記流路切替器、前記第２熱交換部、前記内部熱交換器、前記第１弁、前記第１熱交換部、前記流路切替器、前記内部熱交換器、前記第２分岐部、前記圧縮機の順に冷媒が流れる、請求項１記載の空気調和装置。
前記第１流路の流路抵抗は、前記第２流路の流路抵抗よりも小さい、請求項２記載の空気調和装置。
前記冷媒回路は、メイン配管と第１バイパス配管とを備え、
前記圧縮機と前記流路切替器との間、前記流路切替器と前記第１熱交換部との間、前記第１熱交換部と前記第１弁を介して前記内部熱交換器との間、前記内部熱交換器と前記第２分岐部との間、前記第２分岐部と前記圧縮機との間、前記内部熱交換器と前記第２熱交換部との間、前記第２熱交換部と前記第１分岐部との間、前記第１分岐部と前記流路切替器との間、前記流路切替器と前記内部熱交換器との間は、メイン配管が接続され、前記第１分岐部と前記第２弁を介して前記第２分岐部との間は、第１バイパス配管が接続される、請求項３記載の空気調和装置。
前記第１バイパス配管の長さは、前記流路切替器と前記内部熱交換器との間の配管の長さよりも短く、かつ前記内部熱交換器と前記第２分岐部との間の配管の長さよりも短い、請求項４記載の空気調和装置。
前記第１熱交換部は、第１室外熱交換器と、第２室外熱交換器を含み、請求項５記載の空気調和装置。
前記圧縮機、前記第１室外熱交換器、前記第２室外熱交換器、室外送風機、前記内部熱交換器、前記第１弁は、室外機に収容され、
前記室外機の上面は、第１軸方向に沿って、円弧状であり、
前記第１軸方向の前記室外機の中央に前記室外送風機が配置され、
前記第１軸方向において前記室外送風機の一方側に前記第１室外熱交換器が配置され、前記室外送風機の他方側に前記第２室外熱交換器が配置され、
前記第１軸方向において前記室外機の一端と前記第１室外熱交換器との間に前記圧縮機が配置され、
前記第１軸方向において前記室外機の他端と前記第２室外熱交換器との間に前記内部熱交換器が配置される、請求項６に記載の空気調和装置。
前記第１バイパス配管は、第１軸と平行に配置され、
前記第１軸方向において、前記圧縮機と前記室外機の前記一端との間に前記第１バイパス配管が配置される、請求項７記載の空気調和装置。
前記第１軸と垂直な方向である第２軸に平行に、前記第１分岐部と接続されるメイン配管の一部が配置される、請求項８記載の空気調和装置。
前記第２熱交換部は、第１室内熱交換器と、第２室内熱交換器を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記冷媒回路は、第２バイパス配管と、第３弁とを備え、
前記第１弁と前記内部熱交換器との間の第３分岐部と、前記内部熱交換器と前記第２熱交換部との間の第４分岐部との間は、前記第３弁を介して、前記第２バイパス配管で接続され、
前記第３弁によって、前記空気調和装置の運転モードが前記第１モードのときに、前記第２バイパス配管を冷媒が流れ、前記空気調和装置の運転モードが前記第２モードのときに、前記第２バイパス配管を冷媒が流れない、請求項４～１０のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記空気調和装置の運転モードが第３モードにおいて、前記第２弁は閉じ、前記第１開口部と前記第４開口部とが接続し、かつ前記第２開口部と前記第３開口部とが接続する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記空気調和装置の運転モードが前記第３モードにおいて、前記圧縮機、前記流路切替器、前記第１熱交換部、前記第１弁、前記内部熱交換器、前記第２熱交換部、前記第１分岐部、前記流路切替器、前記内部熱交換器、前記第２分岐部、前記圧縮機の順に全冷媒が流れる、請求項１２記載の空気調和装置。
前記冷媒回路は、前記内部熱交換器と前記第２熱交換部との間の前記メイン配管に配置される第４弁を備え、
前記空気調和装置の運転モードが前記第１モードおよび前記第２モードにおいて、前記第４弁は全開となり、
前記空気調和装置の運転モードが第３モードにおいて、前記第１弁は全開となり、前記第４弁は、冷媒を減圧する、請求項４～９のいずれか１項に記載の空気調和装置。
外気温度が規定値を超えたときに、前記空気調和装置の運転モードが、前記第１モードから前記第３モードに変化する、請求項１２～１４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記外気温度が前記規定値を超えたときに、前記圧縮機の周波数が変化しない、請求項１５記載の空気調和装置。
前記冷媒は、ＣＯ₂冷媒である、請求項１～１６のいずれか１項に記載の空気調和装置。