JP7357793B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

特開２００５－１３４０９９号公報（特許文献１）には、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、第２熱交換器、および流路切替弁を有する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置が開示されている。この冷凍サイクル装置においては、流路切替弁の状態を切替えることによって、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の順に冷媒を循環させる第１運転と、圧縮機、第２熱交換器、減圧装置、および第１熱交換器の順に冷媒を循環させる第２運転とを切替えることができる。

特開２００５－１３４０９９号公報

上述の第１運転と第２運転とでは、冷媒の圧力分布が異なる。具体的には、第１運転では高圧冷媒が第１熱交換器に分布し低圧冷媒が第２熱交換器に分布する状態となる一方、第２運転では高圧冷媒が第２熱交換器に分布し低圧冷媒が第１熱交換器に分布する状態となる。そのため、第１運転および第２運転の一方から他方に切替える際には、冷媒の圧力分布が崩れることになり、その影響で運転切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間が長くなってしまうことが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の順に冷媒を循環させる第１運転と、圧縮機、第２熱交換器、減圧装置、および第１熱交換器の順に冷媒を循環させる第２運転との間で運転を切替可能な冷凍サイクル装置において、運転切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することである。

本開示による冷凍サイクル装置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の順に冷媒を循環させる第１運転と、圧縮機、第２熱交換器、減圧装置、および第１熱交換器の順に冷媒を循環させる第２運転との間で運転を切替可能な冷凍サイクル装置であって、圧縮機の吐出ポート、第１熱交換器の一方のポート、第２熱交換器の一方のポート、および減圧装置の一方のポートに接続される第１切替弁と、圧縮機の吸入ポート、第１熱交換器の他方のポート、第２熱交換器の他方のポート、および減圧装置の他方のポートに接続され第２切替弁と、第１切替弁および第２切替弁を制御する制御装置とを備える。

第１切替弁は、圧縮機の吐出ポートと第１熱交換器の一方のポートとを接続しつつ第２熱交換器の一方のポートと減圧装置の一方のポートとを接続する第１状態と、圧縮機の吐出ポートと第２熱交換器の一方のポートとを接続しつつ第１熱交換器の一方のポートと減圧装置の一方のポートとを接続する第２状態とのどちらかに切替可能に構成される。

第２切替弁は、第１熱交換器の他方のポートと減圧装置の他方のポートとを接続しつつ第２熱交換器の他方のポートと圧縮機の吸入ポートとを接続する第３状態と、第２熱交換器の他方のポートと減圧装置の他方のポートとを接続しつつ第１熱交換器の他方のポートと圧縮機の吸入ポートとを接続する第４状態と、減圧装置の他方のポートと圧縮機の吸入ポートとを接続しつつ第１熱交換器の他方のポートと第２熱交換器の他方のポートとを遮断する第５状態とのいずれかに切替可能に構成される。

制御装置は、第１運転中において第１切替弁を第１状態にし第２切替弁を第３状態にし、第２運転中において第１切替弁を第２状態にし第２切替弁を第４状態にする。

制御装置は、第１運転中に第２運転への切替が要求された場合、第１切替弁を第２状態にし第２切替弁を第５状態にする第１切替運転を行ない、第１切替運転を行なった後に冷凍サイクル装置の運転を第２運転に切替える。

本開示によれば、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の順に冷媒を循環させる第１運転と、圧縮機、第２熱交換器、減圧装置、および第１熱交換器の順に冷媒を循環させる第２運転との間で運転を切替可能な冷凍サイクル装置において、運転切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することができる。

本実施の形態１による冷凍サイクル装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。 第２切替弁の内部構造の一例を示す斜視図である。 第２切替弁が第３状態である場合の弁体の回転位置を示す図である。 第２切替弁が第４状態である場合の弁体の回転位置を示す図である。 第２切替弁が第５状態である場合の弁体の回転位置を示す図である。 冷媒回路の第１冷房運転中における状態を示す図（その１）である。 冷媒回路の第２冷房運転中における状態を示す図（その１）である。 冷媒回路の第１切替運転中における状態を示す図（その１）である。 冷媒回路の第２切替運転中における状態を示す図（その１）である。 冷凍サイクル装置の運転状態の遷移の一例を示す図である。 冷媒回路の第１冷房運転中における状態を示す図（その２）である。 冷媒回路の第１切替運転中における状態を示す図（その２）である。 冷媒回路の第２冷房運転中における状態を示す図（その２）である。 冷媒回路の第２切替運転中における状態を示す図（その２）である。 冷媒回路の第１冷房運転中における状態を示す図（その３）である。 冷媒回路の第１切替運転中における状態を示す図（その３）である。 冷媒回路の第２冷房運転中における状態を示す図（その３）である。 冷媒回路の第２切替運転中における状態を示す図（その３）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その１）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その２）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その３）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その４）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その５）である。 第１送風装置および第２送風装置の構成例を示す図（その６）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

実施の形態１．
［構成の説明］
図１は、本実施の形態１による冷凍サイクル装置１の全体構成の一例を模式的に示す図である。冷凍サイクル装置１は、冷媒回路ＲＣと、第１送風装置８０と、第２送風装置９０と、制御装置１００とを備える。冷媒回路ＲＣは、圧縮機１０と、第１熱交換器２０と、減圧装置３０と、第２熱交換器４０と、配管５１～５８と、第１切替弁６０と、第２切替弁７０とを含む。

冷媒回路ＲＣは、圧縮機１０と第１熱交換器２０と減圧装置３０と第２熱交換器４０とを、配管５１～５８、第１切替弁６０および第２切替弁７０によって接続することにより、冷媒が循環する循環流路を構成している。冷媒回路ＲＣの内部には、二酸化炭素やＲ４１０Ａ等の相変化を伴う冷媒が循環する。

圧縮機１０の吸入ポートは配管５８に接続され、圧縮機１０の吐出ポートは配管５１に接続される。圧縮機１０は、配管５８から低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として配管５１に吐出する。圧縮機１０の回転速度は、制御装置１００からの指令に応じて調整される。圧縮機１０は、回転速度に応じた流量の冷媒を吐出する。冷凍サイクル装置１内を循環する冷媒流量は、圧縮機１０の回転速度（吐出流量）を調整することにより制御される。

第１熱交換器２０および第２熱交換器４０は、どちらも、冷媒が流れる流路を有する熱交換器である。第１熱交換器２０および第２熱交換器４０の各々においては、流路を流れる冷媒と、流路の外部の空気との間で熱交換が行われる。

減圧装置３０は、高圧冷媒を減圧する。減圧装置３０としては、制御装置１００からの指令に応じて開度を調整可能な弁体を備えた装置、例えば電子制御式膨張弁を用いることができる。

第１切替弁６０は、配管５１を介して圧縮機１０の吐出ポートに接続されるポートと、配管５２を介して第１熱交換器２０の一方のポートに接続されるポートと、配管５６を介して第２熱交換器４０の一方のポートに接続されるポートと、配管５５を介して減圧装置３０の一方のポートに接続されるポートとを有する、四方弁である。

第１切替弁６０は、制御装置１００からの指令に応じて、第１状態と第２状態とのどちらかに切替えられる。

第１切替弁６０が第１状態である場合、配管５１が配管５２に接続されるとともに、配管５６が配管５５に接続される。これにより、圧縮機１０の吐出ポートが第１熱交換器２０の一方のポートに接続されるとともに、第２熱交換器４０の一方のポートが減圧装置３０の一方のポートに接続される。なお、図１には、第１切替弁６０が第１状態とされている場合が例示されている。

第１切替弁６０が第２状態である場合、配管５１が配管５６に接続されるとともに、配管５２が配管５５に接続される。これにより、圧縮機１０の吐出ポートが第２熱交換器４０の一方のポートに接続されるとともに、第１熱交換器２０の一方のポートが減圧装置３０の一方のポートに接続される。

第２切替弁７０は、配管５８を介して圧縮機１０の吸入ポートに接続されるポートと、配管５３を介して第１熱交換器２０の他方のポートに接続されるポートと、配管５７を介して第２熱交換器４０の他方のポートに接続されるポートと、配管５４を介して減圧装置３０の他方のポートに接続されるポートとを有する、四方弁である。

第２切替弁７０は、制御装置１００からの指令に応じて、第３状態、第４状態、第５状態のいずれかに切替えられる。

第２切替弁７０が第３状態である場合、配管５３が配管５４に接続されるとともに、配管５７が配管５８に接続される。これにより、第１熱交換器２０の他方のポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第２熱交換器４０の他方のポートが圧縮機１０の吸入ポートに接続される。なお、図１には、第２切替弁７０が第３状態とされている場合が例示されている。

第２切替弁７０が第４状態である場合、配管５７が配管５４に接続されるとともに、配管５３が配管５８に接続される。これにより、第２熱交換器４０の他方のポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第１熱交換器２０の他方のポートが圧縮機１０の吸入ポートに接続される。

第２切替弁７０が第５状態である場合、配管５４が配管５８に接続されるとともに、配管５３と配管５７とは遮断される。これにより、圧縮機１０の吸入ポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第１熱交換器２０の他方のポートと第２熱交換器４０の他方のポートとは遮断される。

図２は、第２切替弁７０の内部構造の一例を示す斜視図である。第２切替弁７０は、配管５３，５４，５７，５８にそれぞれ接続される４つのポートが形成される中空円柱状の容器７１と、容器７１の内部に収容される円柱状の弁体７２とを有する。弁体７２は、制御装置１００からの指令に応じて、回転軸７６を中心として回動可能に構成される。

図３は、第２切替弁７０が第３状態である場合の弁体７２の回転位置を示す図である。図４は、第２切替弁７０が第４状態である場合の弁体７２の回転位置を示す図である。図５は、第２切替弁７０が第５状態である場合の弁体７２の回転位置を示す図である。

図３～図５に示されるように、弁体７２の内部には、互いに独立した３つの流路７３，７４，７５が形成されている。第２切替弁７０が第３状態である場合、図３に示されるように、配管５４と配管５３とが弁体７２の流路７３を介して接続されるとともに、配管５７と配管５８とが弁体７２の流路７４を介して接続される。これにより、第１熱交換器２０の他方のポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第２熱交換器４０の他方のポートが圧縮機１０の吸入ポートに接続される。

第２切替弁７０が第４状態である場合、図４に示されるように、配管５４と配管５７とが弁体７２の流路７４を介して接続されるとともに、配管５３と配管５８とが弁体７２の流路７３を介して接続される。これにより、第２熱交換器４０の他方のポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第１熱交換器２０の他方のポートが圧縮機１０の吸入ポートに接続される。

第２切替弁７０が第５状態である場合、図５に示されるように、配管５４と配管５８とが弁体７２の流路７５を介して接続されるが、配管５３と配管５７とは弁体７２によって遮断される。これにより、圧縮機１０の吸入ポートが減圧装置３０の他方のポートに接続されるとともに、第１熱交換器２０の他方のポートと第２熱交換器４０の他方のポートとが遮断される。

図１に戻って、第１送風装置８０は、制御装置１００からの指令に応じて、冷却対象である室内側の空気（以下、単に「室内空気」ともいう）を送風可能に構成される。また、第１送風装置８０は、室内空気の送風先を第１熱交換器２０と第２熱交換器４０との間で切替可能に構成される。

第２送風装置９０は、制御装置１００からの指令に応じて、冷却対象でない室外側の空気（以下、単に「室外空気」ともいう）を送風可能に構成される。また、第２送風装置９０は、室外空気の送風先を第１熱交換器２０と第２熱交換器４０との間で切替可能に構成される。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される。制御装置１００は、各センサおよび機器からの信号、並びにメモリに格納されたプログラムなどに基づいて、冷凍サイクル装置１の各機器（圧縮機１０、減圧装置３０、第１切替弁６０、第２切替弁７０、第１送風装置８０、第２送風装置９０など）の制御を行なう。なお、制御装置１００が行なう制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

［第１冷房運転および第２冷房運転］
冷凍サイクル装置１においては、第１切替弁６０および第２切替弁７０の状態を切替えることによって、第１冷房運転と第２冷房運転との切替えが可能である。

図６は、冷媒回路ＲＣの第１冷房運転中における状態を示す図である。第１冷房運転中において、制御装置１００は、圧縮機１０を作動させるとともに、第１切替弁６０を第１状態にしつつ、第２切替弁７０を第３状態にする。

第１冷房運転中においては、圧縮機１０、第１熱交換器２０、減圧装置３０、および第２熱交換器４０の順に冷媒が循環するため、第１熱交換器２０が凝縮器として機能し、第２熱交換器４０が蒸発器として機能する。より具体的には、圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、第１切替弁６０を介して第１熱交換器２０に流入する。高温高圧の冷媒は、第１熱交換器２０において外気と熱交換し、温度低下して第１熱交換器２０から流出する。第１熱交換器２０から流出した冷媒は、減圧装置３０で減圧され、低温低圧の冷媒となって第２熱交換器４０に流入する。低温低圧の冷媒は、第２熱交換器４０において外気と熱交換し、温度上昇して第２熱交換器４０から流出する。第２熱交換器４０を流出した冷媒は、第２切替弁７０を介して圧縮機１０に吸入される。

したがって、第１冷房運転中においては、配管５１，５２、第１熱交換器２０、配管５３，５４に高圧の冷媒が分布し、配管５５，５６、第２熱交換器４０、配管５７，５８に低圧の冷媒が分布する状態となる。

また、第１冷房運転中において、制御装置１００は、室内空気の送風先を第２熱交換器４０とし室外空気の送風先を第１熱交換器２０とするように第１送風装置８０および第２送風装置９０を制御する。これにより、凝縮器として機能する第１熱交換器２０と冷却対象でない室外空気との間の熱交換が促進されるとともに、蒸発器として機能する第２熱交換器４０と冷却対象である室内空気との間の熱交換が促進される。これにより、冷却対象である室内空気を効率的に冷却することができる。なお、上述の図１には、第１冷房運転中の状態が例示されている。

図７は、冷媒回路ＲＣの第２冷房運転中における状態を示す図である。第２冷房運転中において、制御装置１００は、圧縮機１０を作動させるとともに、第１切替弁６０を第２状態にしつつ、第２切替弁７０を第４状態にする。

第２冷房運転中においては、圧縮機１０、第２熱交換器４０、減圧装置３０、および第１熱交換器２０の順に冷媒が循環するため、第２熱交換器４０が凝縮器として機能し、第１熱交換器２０が蒸発器として機能する。より具体的には、圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、第１切替弁６０を介して第２熱交換器４０に流入する。高温高圧の冷媒は、第２熱交換器４０において外気と熱交換し、温度低下して第２熱交換器４０から流出する。第２熱交換器４０から流出した冷媒は、減圧装置３０で減圧され、低温低圧の冷媒となって第１熱交換器２０に流入する。低温低圧の冷媒は、第１熱交換器２０において外気と熱交換し、温度上昇して第１熱交換器２０から流出する。第１熱交換器２０を流出した冷媒は、第２切替弁７０を介して圧縮機１０に吸入される。

したがって、第２冷房運転中においては、配管５１，５６、第２熱交換器４０、配管５７，５４に高圧の冷媒が分布し、配管５５，５２、第１熱交換器２０、配管５３，５８に低圧の冷媒が分布する状態となる。

また、第２冷房運転中において、制御装置１００は、室内空気の送風先を第１熱交換器２０とし室外空気の送風先を第２熱交換器４０とするように第１送風装置８０および第２送風装置９０を制御する。これにより、凝縮器として機能する第２熱交換器４０と冷却対象でない室外空気との間の熱交換が促進されるとともに、蒸発器として機能する第１熱交換器２０と冷却対象である室内空気との間の熱交換が促進される。これにより、第２冷房運転中においても、冷却対象である室内空気を効率的に冷却することができる。

第１冷房運転中において、たとえば、蒸発器として機能する第２熱交換器４０内の冷媒温度が０℃以下になった場合、第２熱交換器４０に霜が付着して風が通り難くなり、第２熱交換器４０における熱交換効率が悪化し得る。そのため、第１冷房運転中において第２熱交換器４０に霜が付着するような状況となった場合（たとえば図示しないセンサによって検出される第２熱交換器４０の冷媒温度が０℃近傍の基準値を下回った場合）、制御装置１００は、第２冷房運転への切替が要求されたと判定して、第２冷房運転に切替える。これにより、蒸発器として機能していた第２熱交換器４０が凝縮器として機能するようになるため、第２熱交換器４０に付着していた霜を取り除くことができる。

また、本実施の形態においては、第２冷房運転中において室内空気の送風先が蒸発器として機能する第１熱交換器２０とされるため、第２冷房運転中においても室内側に冷気を送付することができる。

第２冷房運転中において、凝縮器として機能する第１熱交換器２０に霜が付着するような状況となった場合（たとえば図示しないセンサによって検出される第１熱交換器２０の冷媒温度が０℃近傍の基準値を下回った場合）、制御装置１００は、第１冷房運転への切替が要求されたと判定して、第１冷房運転に切替える。これにより、蒸発器として機能していた第１熱交換器２０が凝縮器として機能するようになるため、第１熱交換器２０に付着していた霜を取り除くことができる。

［第１切替運転および第２切替運転］
上述のように、第１冷房運転中においては高圧冷媒が第１熱交換器２０に分布し低圧冷媒が第２熱交換器４０に分布する状態となる一方、第２冷房運転では高圧冷媒が第２熱交換器４０に分布し低圧冷媒が第１熱交換器２０に分布する状態となる。そのため、第１冷房運転および第２冷房運転の一方から他方に切替える際には、冷媒の圧力分布が崩れることになり、その影響で運転切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間が長くなってしまうことが懸念される。

このような問題に鑑み、本実施の形態による制御装置１００は、第１冷房運転中に第２冷房運転への切替が要求された場合、第１切替弁６０を第２状態にし第２切替弁７０を第５状態にする「第１切替運転」を行ない、第１切替運転を一定時間行なった後に冷凍サイクル装置１の運転を第２冷房運転に切替える。

図８は、冷媒回路ＲＣの第１切替運転中における状態を示す図である。図８に示すように、第１切替運転中においては、制御装置１００は、圧縮機１０を作動させるとともに、第１切替弁６０を第２状態にしつつ、第２切替弁７０を第５状態にする。

第１冷房運転から第２冷房運転に切替える前に第１切替運転を行うことによって、第１冷房運転中に高圧となっている第１熱交換器２０内の冷媒を圧縮機１０に回収して第１熱交換器２０内を低圧状態にするとともに、第１冷房運転中に低圧となっている第２熱交換器４０内に圧縮機１０からの高圧冷媒を供給して第２熱交換器４０内を高圧状態にすることができる。すなわち、第２冷房運転に切替える前に、予め、第１熱交換器２０内を低圧状態にしておくとともに、第２熱交換器４０内を高圧状態にしておくことができる。

特に、第１切替運転中においては、第２切替弁７０が第５状態となることによって、第１熱交換器２０の他方のポートと第２熱交換器４０の他方のポートとが第２切替弁７０によって遮断される。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒とが混合し均圧化されることを防止することができる。そのため、単純に第１冷房運転から第２冷房運転に切替える場合に比べて、第１熱交換器２０内を早期に低圧状態にするとともに、第２熱交換器４０内を早期に高圧状態にすることができる。

さらに、第１切替運転中においては、制御装置１００は、第１送風装置８０および第２送風装置９０による送風を停止する。これにより、第１切替運転中においては、第１熱交換器２０および第２熱交換器４０への送風が停止されるため、第１熱交換器２０内をより早期に低圧状態にするとともに、第２熱交換器４０内をより早期に高圧状態にすることができる。

制御装置１００は、第１切替運転を一定時間行なった後、冷凍サイクル装置１の運転を第２冷房運転に切替える。そのため、第２冷房運転への切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することができる。

また、本実施の形態による制御装置１００は、第２冷房運転中に第１冷房運転への切替が要求された場合、第１切替弁６０を第１状態にし第２切替弁７０を第５状態にする「第２切替運転」を行ない、第２切替運転を一定時間行なった後に第１冷房運転に切替える。

図９は、冷媒回路ＲＣの第２切替運転中における状態を示す図である。図９に示すように、第２切替運転中においては、制御装置１００は、圧縮機１０を作動させるとともに、第１切替弁６０を第１状態にしつつ、第２切替弁７０を第５状態にする。

第２冷房運転から第１冷房運転に切替える前に第２切替運転を行うことによって、第２冷房運転中に高圧となっている第２熱交換器４０内の冷媒を圧縮機１０に回収して第２熱交換器４０内を低圧状態にするとともに、第２冷房運転中に低圧となっている第１熱交換器２０内に圧縮機１０からの高圧冷媒を供給して第１熱交換器２０内を高圧状態にすることができる。すなわち、第１冷房運転に切替える前に、予め、第２熱交換器４０内を低圧状態にしておくとともに、第１熱交換器２０内を高圧状態にしておくことができる。

特に、第２切替運転中においては、第２切替弁７０が第５状態となることによって、第１熱交換器２０の他方のポートと第２熱交換器４０の他方のポートとが第２切替弁７０によって遮断される。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒とが混合し均圧化されることを防止することができる。そのため、第２熱交換器４０内を早期に低圧状態にするとともに、第１熱交換器２０内を早期に高圧状態にすることができる。

さらに、第２切替運転中においては、制御装置１００は、第１送風装置８０および第２送風装置９０による送風を停止する。これにより、第２切替運転中においては、第１熱交換器２０および第２熱交換器４０への送風が停止されるため、第２熱交換器４０内をより早期に低圧状態にするとともに、第１熱交換器２０内をより早期に高圧状態にすることができる。

制御装置１００は、第２切替運転を一定時間行なった後、冷凍サイクル装置１の運転を第１冷房運転に切替える。そのため、第１冷房運転への切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することができる。

図１０は、制御装置１００によって制御される、冷凍サイクル装置１の運転状態の遷移の一例を示す図である。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は上から順に、圧縮機１０の状態、第１切替弁６０の状態、第２切替弁７０の状態、室内空気の送風先、室外空気の送風先を示す。

時刻ｔ１よりも前においては、第１冷房運転が行なわれている。第１冷房運転中においては、制御装置１００は、第１切替弁６０を第１状態とし、第２切替弁７０を第３状態とする。また、制御装置１００は、室内空気の送風先が第２熱交換器４０となるように第１送風装置８０を制御するとともに、室外空気の送風先が第１熱交換器２０となるように第２送風装置９０を制御する。

第１冷房運転中の時刻ｔ１にて第２冷房運転への切替が要求された場合、制御装置１００は、冷凍サイクル装置１の運転を、第１冷房運転から第１切替運転に切替える。具体的には、制御装置１００は、第１切替弁６０を第１状態から第２状態に切替え、第２切替弁７０を第３状態から第５状態に切替える。また、制御装置１００は、第１送風装置８０による室内空気の送風を停止するとともに、第２送風装置９０による室外空気の送風を停止する。

第１切替運転を開始してから一定時間が経過した時刻ｔ２にて、制御装置１００は、冷凍サイクル装置１の運転を、第１切替運転から第２冷房運転に切替える。具体的には、制御装置１００は、第１切替弁６０を第２状態に維持しつつ、第２切替弁７０を第５状態から第４状態に切替える。また、制御装置１００は、室内空気の送風先が第２熱交換器４０から第１熱交換器２０に切替えられるように第１送風装置８０を制御するとともに、室外空気の送風先が第１熱交換器２０から第２熱交換器４０に切替えられるように第２送風装置９０を制御する。

第２冷房運転中の時刻ｔ３にて第１冷房運転への切替が要求された場合、制御装置１００は、冷凍サイクル装置１の運転を、第２冷房運転から第２切替運転に切替える。具体的には、制御装置１００は、第１切替弁６０を第２状態から第１状態に切替え、第２切替弁７０を第４状態から第５状態に切替える。また、制御装置１００は、第１送風装置８０による室内空気の送風を停止するとともに、第２送風装置９０による室外空気の送風を停止する。

第２切替運転を開始してから一定時間が経過した時刻ｔ４にて、制御装置１００は、冷凍サイクル装置１の運転を、第２切替運転から第１冷房運転に切替える。具体的には、制御装置１００は、第１切替弁６０を第１状態に維持しつつ、第２切替弁７０を第５状態から第３状態に切替える。また、制御装置１００は、室内空気の送風先が第１熱交換器２０から第２熱交換器４０に切替えられるように第１送風装置８０を制御するとともに、室外空気の送風先が第２熱交換器４０から第１熱交換器２０に切替えられるように第２送風装置９０を制御する。

時刻ｔ５以降においても、時刻ｔ５までと同様の切替えが行なわれる。
以上のように、本実施の形態による制御装置１００は、第１冷房運転中に第２冷房運転への切替が要求された場合、第２冷房運転に切替える前に、第１切替弁６０を第２状態にし第２切替弁７０を第５状態にする「第１切替運転」を一定時間行なう。これにより、単純に第１冷房運転から第２冷房運転に切替える場合に比べて、運転切替時に高圧冷媒と低圧冷媒とが混合し均圧化されることを防止することができ、かつ予め第２冷房運転の圧力分布に近い状態を早期に形成した後に第２冷房運転に切替えることができる。そのため、第２冷房運転への切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することができる。その結果、第２冷房運転への切替後に冷凍サイクルを安定させるのに消費される無駄なエネルギを低減することができ、冷凍サイクル装置１の省エネルギ化を図ることができる。

また、本実施の形態による制御装置１００は、第２冷房運転中に第１冷房運転への切替が要求された場合、第１冷房運転に切替える前に、第１切替弁６０を第１状態にし第２切替弁７０を第５状態にする「第２切替運転」を一定時間行なう。これにより、単純に第２冷房運転から第１冷房運転に切替える場合に比べて、運転切替時に高圧冷媒と低圧冷媒とが混合し均圧化されることを防止することができ、かつ予め第１冷房運転の圧力分布に近い状態を早期に形成した後に第１冷房運転に切替えることができる。そのため、第１冷房運転への切替後に冷凍サイクルが安定するまでに要する時間を短縮することができる。その結果、第１冷房運転への切替後に冷凍サイクルを安定させるのに消費される無駄なエネルギを低減することができ、冷凍サイクル装置１の省エネルギ化を図ることができる。

実施の形態２．
図１１～図１４には、本実施の形態２による冷凍サイクル装置の冷媒回路ＲＣａの構成の一例が模式的に示される。本実施の形態２による冷媒回路ＲＣａは、上述の実施の形態１による冷媒回路ＲＣに対して、減圧装置３２および第３熱交換器４２を追加したものである。冷媒回路ＲＣａのその他の構成は、冷媒回路ＲＣと同じである。また、本実施の形態２による冷凍サイクル装置のその他の構成および動作は、上述の図１に示す冷凍サイクル装置１と同じである。

減圧装置３２および第３熱交換器４２は、第２切替弁７０と圧縮機１０の吸入ポートとの間に配置される。

減圧装置３２は、第２切替弁７０からの冷媒を減圧して第３熱交換器４２に出力する。減圧装置３２としては、制御装置１００からの指令に応じて開度を調整可能な弁体を備えた装置、例えば電子制御式膨張弁を用いることができる。

第３熱交換器４２は、減圧装置３２によって減圧された冷媒と、外部の空気との間で熱交換を行う。

図１１は、冷媒回路ＲＣａの第１冷房運転中における状態を示す図である。図１２は、冷媒回路ＲＣａの第１切替運転中における状態を示す図である。図１３は、冷媒回路ＲＣａの第２冷房運転中における状態を示す図である。図１４は、冷媒回路ＲＣａの第２切替運転中における状態を示す図である。

各運転中における圧縮機１０、第１切替弁６０、第２切替弁７０、第１送風装置８０、および第２送風装置９０の状態は、基本的に、上述の実施の形態１と同様に制御される。

ただし、本実施の形態２による冷媒回路ＲＣａにおいては、減圧装置３２が追加されたことによって、各運転中において、圧縮機１０の吐出ポートから減圧装置３０までの回路に高圧の冷媒が分布し、減圧装置３０から減圧装置３２までの回路に中間圧の冷媒が分布し、減圧装置３２から圧縮機１０の吸入ポートまでの回路に低圧の冷媒が分布する状態となる。

さらに、本実施の形態２による冷媒回路ＲＣａは、図１１に示されるように、第１冷房運転中において、室内空気が第２熱交換器４０、第３熱交換器４２の順に送風されるように構成される。すなわち、第１冷房運転中においては、第２熱交換器４０および第３熱交換器４２が蒸発器として機能するところ、室内空気は、第２熱交換器４０を通過した後に、第３熱交換器４２へと送風される。

このように、本実施の形態２においては、第１冷房運転中において、室内空気が、第２熱交換器４０、第３熱交換器４２の順に送風される。そのため、第１冷房運転中に蒸発器として機能する（すなわち霜が付着し得る）第２熱交換器４０および第３熱交換器４２のうち、第２冷房運転への切替後に凝縮器として機能する第２熱交換器４０に積極的に霜を付着させ、第２冷房運転への切替後も蒸発器として機能する第３熱交換器４２には霜を付着させ難くすることができる。その結果、その後に第２冷房運転に切替えて除霜する際に、多くの霜が付着した第２熱交換器４０だけを除霜することができるので、効率の良い除霜運転を行なうことができる。

また、本実施の形態２による冷媒回路ＲＣａは、図１３に示されるように、第２冷房運転中において、室内空気が第１熱交換器２０、第３熱交換器４２の順に送風される。すなわち、第２冷房運転中においては、第１熱交換器２０および第３熱交換器４２が蒸発器として機能するところ、室内空気は、第１熱交換器２０を通過した後に、第３熱交換器４２へと送風される。

このように、本実施の形態２においては、第２冷房運転中において、室内空気が、第１熱交換器２０、第３熱交換器４２の順に送風される。そのため、第２冷房運転中に蒸発器として機能する（すなわち霜が付着し得る）第１熱交換器２０および第３熱交換器４２のうち、第１冷房運転への切替後に凝縮器として機能する第１熱交換器２０に積極的に霜を付着させ、第１冷房運転への切替後も蒸発器として機能する第３熱交換器４２に霜を付着させ難くすることができる。その結果、その後に第１冷房運転に切替えて除霜する際に、多くの霜が付着した第１熱交換器２０だけを除霜することができるので、効率の良い除霜運転を行なうことができる。

なお、本実施の形態２による冷媒回路ＲＣａにおいて、第１熱交換器２０および第２熱交換器４０の表面に、空気中の水分を吸着する吸着剤（デシカント材等）を塗布しておくようにしてもよい。これにより、第１熱交換器２０あるいは第２熱交換器４０で空気中の水分が吸着されるため、第３熱交換器４２に着霜することを防ぐことができる。

たとえば、第１熱交換器２０を蒸発器として機能させる第２冷房運転中において、室内空気中の水分は第１熱交換器２０を通過する際に第１熱交換器２０の吸着剤に吸着されるので、第１熱交換器２０を通過した後に第３熱交換器４２に送風される室内空気は乾燥した状態となる。その結果、第３熱交換器４２に霜を付着し難くすることができる。

また、その後に第１冷房運転に切替えて第１熱交換器２０を凝縮器として機能させることで、第１熱交換器２０の吸着剤に含まれている水分を室外空気に放出させることができる。その結果、第１熱交換器２０の吸着剤が乾燥するため、第２冷房運転に再度切替えて第１熱交換器２０を蒸発器として機能させる際、第１熱交換器２０の吸着剤に室内空気中の水分を再び吸着させることができる。

実施の形態３．
図１５～図１８には、本実施の形態３による冷凍サイクル装置の冷媒回路ＲＣｂの構成の一例が模式的に示される。本実施の形態３による冷媒回路ＲＣｂは、上述の実施の形態２による冷媒回路ＲＣａに対して、第４熱交換器４４を追加したものである。冷媒回路ＲＣｂのその他の構成は、冷媒回路ＲＣａと同じである。また、本実施の形態３による冷凍サイクル装置のその他の構成および動作は、上述の図１に示す冷凍サイクル装置１と同じである。

第４熱交換器４４は、圧縮機１０の吐出ポートと第１切替弁６０との間に配置される。第４熱交換器４４は、圧縮機１０から吐出された冷媒と、外部の空気との間で熱交換を行う。

図１５は、冷媒回路ＲＣｂの第１冷房運転中における状態を示す図である。図１６は、冷媒回路ＲＣｂの第１切替運転中における状態を示す図である。図１７は、冷媒回路ＲＣｂの第２冷房運転中における状態を示す図である。図１８は、冷媒回路ＲＣｂの第２切替運転中における状態を示す図である。

各運転中における圧縮機１０、第１切替弁６０、第２切替弁７０、第１送風装置８０、および第２送風装置９０の状態は、基本的に、上述の実施の形態２と同様に制御される。

第１熱交換器２０または第２熱交換器４０を凝縮器として機能させる場合に凝縮器に霜あるいは水分が付着していた場合、霜あるいは水分の付着量によって凝縮器の熱変換効率が変化する。また凝縮器として使っているため霜や水分の付着量は運転とともに変化し得るため、凝縮器内の高圧が時々刻々と変化する。

この点に鑑み、本実施の形態３による冷媒回路ＲＣｂにおいては、圧縮機１０の吐出ポートと第１切替弁６０との間に第４熱交換器４４が追加される。これにより、第１熱交換器２０または第２熱交換器４０の熱交換器性能が変化した場合でも、安定して高圧を一定値に維持することができる。

さらに、本実施の形態３による冷媒回路ＲＣｂは、図１５に示されるように、第１冷房運転中において、室外空気が第１熱交換器２０を通過した後に第３熱交換器４２へと送風されるように構成される。これにより、凝縮器として作用する第４熱交換器４４の熱交換を促進することができる。

［第１送風装置８０および第２送風装置９０の構成例］
以下、上述の実施の形態１～３における冷凍サイクル装置に用いられる第１送風装置８０および第２送風装置９０の構成例について説明する。

図１９および図２０は、上述の実施の形態１における冷凍サイクル装置に適した第１送風装置８０および第２送風装置９０の構成例を示す図である。なお、図１９は実施の形態１による第１冷房運転中（図６参照）における状態を示し、図２０は実施の形態１による第２冷房運転中（図７参照）における状態を示す。

第１送風装置８０は、ファン８１と、風路８２と、風路切替器８３とを備える。ファン８１は、制御装置１００からの指令に応じて作動し、室内空気を風路８２内に送風する。風路８２は、冷却対象である室内と第１熱交換器２０および第２熱交換器４０とを連通する。風路切替器８３は、制御装置１００からの指令に応じて風路８２内の経路を切替えることによって、室内空気の供給先を第１熱交換器２０と第２熱交換器４０との間で切替可能に構成される。なお、風路切替器８３の状態は、たとえば図示しないモータを駆動することによって切替えられる。

第２送風装置９０は、ファン９１と、風路９２と、第１送風装置８０と間で共用される風路切替器８３とを備える。ファン９１は、制御装置１００からの指令に応じて作動し、室外空気を風路９２内に送風する。風路９２は、冷却対象でない室外と第１熱交換器２０および第２熱交換器４０とを連通する。風路切替器８３は、制御装置１００からの指令に応じて風路９２内の経路を切替えることによって、室外空気の供給先を第１熱交換器２０と第２熱交換器４０との間で切替可能に構成される。

第１冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３を図１９に示す状態にすることによって、室内空気の送風先を第２熱交換器４０とし室外空気の送風先を第１熱交換器２０とすることができる。第２冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３を図２０に示す状態にすることによって、室内空気の送風先を第１熱交換器２０とし室外空気の送風先を第２熱交換器４０とすることができる。

図２１および図２２は、上述の実施の形態２における冷凍サイクル装置に適した第１送風装置８０Ａおよび第２送風装置９０Ａの構成例を示す図である。なお、図２１は実施の形態２による第１冷房運転中（図１１参照）における状態を示し、図２２は実施の形態２による第２冷房運転中（図１３参照）における状態を示す。

第１送風装置８０Ａは、上述の第１送風装置８０に対して、風路８２ａ，８２ｂと、風路切替器８３ａ，８３ｂとを追加したものである。第２送風装置９０Ａは、上述の第２送風装置９０に対して、風路９２ａ，９２ｂと、第１送風装置８０Ａとの間で共用される風路切替器８３ａ，８３ｂとを追加したものである。

風路８２ａは、第１熱交換器２０を通過した後の空気を第３熱交換器４２に供給するように形成される。風路８２ｂは、第２熱交換器４０を通過した後の空気を第３熱交換器４２に供給するように形成される。風路９２ａは、第１熱交換器２０を通過した後の空気を室外に供給するように形成される。風路９２ｂは、第２熱交換器４０を通過した後の空気を室外に供給するように形成される。

風路切替器８３ａは、制御装置１００からの指令に応じて、第１熱交換器２０を通過した後の空気の供給先を風路８２ａと風路９２ａとの間で切替可能に構成される。風路切替器８３ｂは、制御装置１００からの指令に応じて、第２熱交換器４０を通過した後の空気の供給先を風路８２ｂと風路９２ｂとの間で切替可能に構成される。なお、風路切替器８３ａ，８３ｂの状態は、たとえば図示しないモータを駆動することによって切替えられる。

第１冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３，８３ａ，８３ｂを図２１に示す状態にすることによって、室内空気を第２熱交換器４０、第３熱交換器４２の順に送風させつつ、室外空気の送風先を第１熱交換器２０とすることができる。第２冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３，８３ａ，８３ｂを図２２に示す状態にすることによって、室内空気を、第１熱交換器２０、第３熱交換器４２の順に送風させつつ、室外空気の送風先を第２熱交換器４０とすることができる。

図２３および図２４は、上述の実施の形態３における冷凍サイクル装置に適した第１送風装置８０Ａおよび第２送風装置９０Ｂの構成例を示す図である。なお、図２３は実施の形態３による第１冷房運転中（図１５参照）における状態を示し、図２４は実施の形態３による第２冷房運転中（図１７参照）における状態を示す。

第１送風装置８０Ａは、上述の図２１に示した第１送風装置８０Ａと同じである。第２送風装置９０Ｂは、上述の図２１に示した第２送風装置９０Ａの風路９２ａ，９２ｂをそれぞれ風路９２ｃ，９２ｄに変更したものである。

風路９２ｃは、第１熱交換器２０を通過した後の空気を第４熱交換器４４に供給するように形成される。風路９２ｄは、第２熱交換器４０を通過した後の空気を第４熱交換器４４に供給するように形成される。

第１冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３，８３ａ，８３ｂを図２３に示す状態にすることによって、室内空気を第２熱交換器４０、第３熱交換器４２の順に送風させつつ、室外空気を第１熱交換器２０、第４熱交換器４４の順に送風させることができる。第２冷房運転中においては、ファン８１，９１を作動させつつ、風路切替器８３，８３ａ，８３ｂを図２４に示す状態にすることによって、室内空気を第１熱交換器２０、第３熱交換器４２の順に送風させつつ、室外空気を第２熱交換器４０、第４熱交換器４４の順に送風させることができる。

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。

１ 冷凍サイクル装置、１０ 圧縮機、２０ 第１熱交換器、３０，３２ 減圧装置、４０ 第２熱交換器、４２ 第３熱交換器、４４ 第４熱交換器、５１～５８ 配管、６０ 第１切替弁、７０ 第２切替弁、７１ 容器、７２ 弁体、７３～７５ 流路、７６ 回転軸、８０，８０Ａ 第１送風装置、８１，９１ ファン、８２，８２ａ，８２ｂ，９２，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ 風路、８３，８３ａ，８３ｂ 風路切替器、９０，９０Ａ 第２送風装置、１００ 制御装置、ＲＣ，ＲＣａ，ＲＣｂ 冷媒回路。

Claims (9)

1. 圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の順に冷媒を循環させる第１運転と、前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記減圧装置、および前記第１熱交換器の順に冷媒を循環させる第２運転との間で運転を切替可能な冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出ポート、前記第１熱交換器の一方のポート、前記第２熱交換器の一方のポート、および前記減圧装置の一方のポートに接続される第１切替弁と、
   前記圧縮機の吸入ポート、前記第１熱交換器の他方のポート、前記第２熱交換器の他方のポート、および前記減圧装置の他方のポートに接続され第２切替弁と、
   前記第１切替弁および前記第２切替弁を制御する制御装置とを備え、
   前記第１切替弁は、前記圧縮機の前記吐出ポートと前記第１熱交換器の前記一方のポートとを接続しつつ前記第２熱交換器の前記一方のポートと前記減圧装置の前記一方のポートとを接続する第１状態と、前記圧縮機の前記吐出ポートと前記第２熱交換器の前記一方のポートとを接続しつつ前記第１熱交換器の前記一方のポートと前記減圧装置の前記一方のポートとを接続する第２状態とのどちらかに切替可能に構成され、
   前記第２切替弁は、前記第１熱交換器の前記他方のポートと前記減圧装置の前記他方のポートとを接続しつつ前記第２熱交換器の前記他方のポートと前記圧縮機の前記吸入ポートとを接続する第３状態と、前記第２熱交換器の前記他方のポートと前記減圧装置の前記他方のポートとを接続しつつ前記第１熱交換器の前記他方のポートと前記圧縮機の前記吸入ポートとを接続する第４状態と、前記減圧装置の前記他方のポートと前記圧縮機の前記吸入ポートとを接続しつつ前記第１熱交換器の前記他方のポートと前記第２熱交換器の前記他方のポートとを遮断する第５状態とのいずれかに切替可能に構成され、
   前記制御装置は、前記第１運転中において前記第１切替弁を前記第１状態にし前記第２切替弁を前記第３状態にし、前記第２運転中において前記第１切替弁を前記第２状態にし前記第２切替弁を前記第４状態にし、
   前記制御装置は、前記第１運転中に前記第２運転への切替が要求された場合、前記第１切替弁を前記第２状態にし前記第２切替弁を前記第５状態にする第１切替運転を行ない、前記第１切替運転を行なった後に前記冷凍サイクル装置の運転を前記第２運転に切替える、冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、前記第２運転中に前記第１運転への切替が要求された場合、前記第１切替弁を前記第１状態にし前記第２切替弁を前記第５状態にする第２切替運転を行ない、前記第２切替運転を行なった後に前記冷凍サイクル装置の運転を前記第１運転に切替える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記冷凍サイクル装置は、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に送風可能に構成された送風装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１切替運転中および前記第２切替運転中において前記第１熱交換器および前記第２熱交換器への送風を停止するように前記送風装置を制御する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記送風装置は、冷却対象である室内空気の送風先を前記第１熱交換器および前記第２熱交換器のどちらかに切替可能に構成された第１送風装置を含み、
   前記制御装置は、前記第１運転中において前記室内空気の送風先を前記第２熱交換器とし、前記第２運転中において前記室内空気の送風先を前記第１熱交換器とするように、前記第１送風装置を制御する、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記送風装置は、冷却対象でない室外空気の送風先を前記第１熱交換器および前記第２熱交換器のどちらかに切替可能に構成された第２送風装置を含み、
   前記制御装置は、前記第１運転中において前記室外空気の送風先を前記第１熱交換器とし、前記第２運転中において前記室外空気の送風先を前記第２熱交換器とするように、前記第２送風装置を制御する、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記冷凍サイクル装置は、前記第２切替弁と前記圧縮機の吸入ポートとの間に配置される第２減圧装置および第３熱交換器をさらに備える、請求項４または５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記室内空気は、前記第１運転中において前記第２熱交換器、前記第３熱交換器の順に送風され、前記第２運転中において前記第１熱交換器、前記第３熱交換器の順に送風される、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１熱交換器および前記第２熱交換器の表面には、空気中の水分を吸着する吸着剤が塗布される、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の吐出ポートと前記第１切替弁との間に配置される第４熱交換器をさらに備える、請求項６～８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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