JPWO2017094148A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置（３０１）は、流路切替弁（２０２）を備える。室外熱交換器（４０）は、第１熱交換器（４０Ａ）および第２熱交換器（４０Ｂ）に分割されている。暖房運転時に膨張弁（３０）から供給される冷媒は、第１熱交換器（４０Ａ）および第２熱交換器（４０Ｂ）に分流されて供給される。流路切替弁（２０２）は、暖房運転時に、第１熱交換器（４０Ａ）および第２熱交換器（４０Ｂ）から排出される冷媒を合流させ、圧縮機（１０）の冷媒入口に戻す。流路切替弁（２０２）の弁本体（２０３）は、暖房運転時には３ポート（Ｂ１，Ｂ２，Ｃ）が他の１ポート（Ａ）とは分離された状態で内部で連通するように構成される。弁本体（２０３）は、第１熱交換器（４０Ａ）または第２熱交換器（４０Ｂ）の除霜運転時には２ポート（Ａ，Ｂ１またはＡ，Ｂ２）が内部で連通するとともに、他の２ポート（Ｂ２，ＣまたはＢ１，Ｃ）が内部で連通するように構成される。

Description

この発明は、空気調和装置に関する。

国際公開第２０１３／００１９７６号（特許文献１）は、デフロスト用流路機構によって、任意の熱交換パスの除霜を行ないつつ、室内熱交換器から室内熱交換器に送られる冷媒を蒸発させる暖房除霜運転（暖房デフロスト運転）を行なうことが可能な空気調和装置を開示する。

暖房デフロスト運転は、まず、室内熱交換器から室外熱交換器に送られる冷媒を、デフロスト用流路機構によって、冷媒分流器に流入させることなく、任意の熱交換パスのガス側端から液側端に向かって任意の熱交換パス内を通過させる。次に、任意の熱交換パスを通過した冷媒を、冷媒分流器を通じて、任意の熱交換パス以外の他の熱交換パスの液側端からガス側端に向かって他の熱交換パス内を通過させる。

このように、デフロスト用流路機構および冷媒分流器を設けて冷媒の流れを制御することによって、暖房能力をほとんど低下させることなく、室外熱交換器の除霜を行なうことができる。

国際公開第２０１３／００１９７６号

国際公開第２０１３／００１９７６号に記載された空気調和装置は、冷媒分流器と複数の電磁弁や切換弁を使用し、室外熱交換器も第１〜第３の熱交換パスに分割するなど構成が複雑なものであった。このため室外熱交換器の小型化が難しく、また製造コストも高いという問題があった。

この発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で暖房運転を停止することなく除霜を行なうことが可能な空気調和装置を提供することである。

この発明は、暖房運転中に、冷媒が圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器の順に循環する空気調和装置であって、圧縮機と室外熱交換器との間の流路に設けられた切替弁を備える。

室外熱交換器は、それぞれ流路が独立した第１熱交換部と第２熱交換部とを含む。暖房運転時に膨張弁からの冷媒は、分割され第１熱交換部および第２熱交換部に供給される。

切替弁は、第１〜第４接続口を含む。第１接続口は、圧縮機の冷媒出口に接続される。第２接続口は、暖房運転中に第１熱交換部に接続される。第３接続口は、暖房運転中に第２熱交換部に接続される。第４接続口は、暖房運転中に圧縮機の冷媒入口に接続される。切替弁は、第１〜第４接続口の連通関係を変更するように構成される。

暖房運転時に、第２接続口、第３接続口および第４接続口は、連通するとともに第１接続口とは非連通とされる。

第１熱交換部の除霜運転時に、第１接続口と第２接続口とは互いに連通するとともに、第３接続口と第４接続口とは互いに連通する。

第２熱交換部の除霜運転時に、第１接続口と第３接続口とは互いに連通するとともに、第２接続口と第４接続口とは互いに連通する。

本発明によれば、１つの切替弁によって室外熱交換器の除霜を、第１熱交換部と第２熱交換部に分けて交互に行なうことができる。したがって、暖房運転を停止することなく除霜を行なうことが可能な空気調和装置を、簡単な構成で実現することができる。

検討例の空気調和装置１の構成図である。 実施の形態１に従う空気調和装置３０１の構成図である。 実施の形態１の空気調和装置における制御装置の接続関係を説明するためのブロック図である。 暖房時の除霜モードにおける流路切替弁２０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁２０２の各運転モードにおける冷媒の流れと流量と圧力とを示した図である。 流路切替弁２０２の外観を示す図である。 流路切替弁２０２の内部構造を説明するための概略図である。 各運転モードにおけるロータリーディスクの制御状態を示した図である。 流路切替弁の第２例である流路切替弁２０２Ａの外観を示す図である。 流路切替弁２０２Ａの内蔵するロータリーディスク２５２の形状を示す図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。 実施の形態２に従う空気調和装置４０１の構成図である。 暖房時の除霜モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 冷房モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁４０２の各運転モードにおける冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁４０２のロータリーディスク４５２の形状を示す図である。

以下、本発明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返さない。

［実施の形態１］
実施の形態１の空気調和装置について、検討例と対比しながら構成を説明する。

図１は、検討例の空気調和装置１の構成図である。図２は、実施の形態１に従う空気調和装置３０１の構成図である。最初に、図１、図２の共通部分について説明を行なう。

図１、図２を参照して、空気調和装置１，３０１は、圧縮機１０と、室内熱交換器２０と、膨張弁３０と、室外熱交換器４０と、管９０，９２，９４，９６，９７Ａ，９７Ｂ，９８，９９，１００，１０１と、四方弁９１とを含む。室外熱交換器４０は、第１熱交換器４０Ａと、第２熱交換器４０Ｂとを含む。第１熱交換器４０Ａと、第２熱交換器４０Ｂとは、たとえば、上下に室外熱交換器４０が２分割されたものである。

管９０は、四方弁９１のポートＨと室内熱交換器２０とを接続する。管９２は、室内熱交換器２０と膨張弁３０とを接続する。管９４は、途中から管９４Ａと管９４Ｂに分岐しており、膨張弁３０と第１熱交換器４０Ａおよび第２熱交換器４０Ｂとを接続する。管９６は、室外熱交換器４０の第１熱交換器４０Ａおよび第２熱交換器４０Ｂを流路切替部１０２（図１）または流路切替弁２０２（図２）を介して四方弁９１のポートＦに接続する。圧縮機１０の冷媒出口と冷媒入口とは、それぞれ四方弁９１のポートＧ，Ｅに接続される。管９７Ａ，９７Ｂは、それぞれ第１熱交換器４０Ａ、第２熱交換器４０Ｂを流路切替部１０２（図１）または流路切替弁２０２（図２）に接続する。管９９は、圧縮機１０の冷媒出口に接続され途中から管１００と管１０１に分岐する。管１００は途中に流量制限部１０４が設けられ、流路切替部１０２（図１の四方弁１０２Ａ，１０２Ｂ）または流路切替弁２０２（図２のポートＡ）に接続される。管１０１は、管９９と四方弁９１のポートＧとを接続する。

膨張弁３０は、室内熱交換器２０と室外熱交換器４０とを結ぶ管９２と管９４からなる冷媒経路の途中に配置される。

空気調和装置１は、図示しない圧力センサと、図示しない温度センサと、制御装置３００とをさらに含む。

圧縮機１０は、制御装置３００から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。圧縮機１０の運転周波数を変更することにより圧縮機１０の出力が調整される。圧縮機１０には種々のタイプを採用可能であり、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

四方弁９１は、暖房運転のときは実線で示すように圧縮機１０の冷媒出口と管９０とを接続すると共に、圧縮機１０の冷媒入口と管９６とを接続する。四方弁９１は、冷房運転のときは破線で示すように圧縮機１０の冷媒出口と管９６とを接続すると共に、圧縮機１０の冷媒入口と管９０とを接続する。図１および図２には、暖房時における冷媒の流れる向きが矢印で示されている。

まず、暖房運転の基本的な動作について説明する。暖房運転では、矢印で示す向きに冷媒が流れる。圧縮機１０は、管９６から四方弁９１を経由して冷媒を吸入し、圧縮する。圧縮された冷媒は四方弁９１を経由して管９０へ流れる。

室内熱交換器２０（凝縮器）は、圧縮機１０から四方弁９１を経由して管９０に流入した冷媒を凝縮して管９２へ流す。室内熱交換器２０（凝縮器）は、圧縮機１０から吐出された高温高圧の過熱蒸気（冷媒）が室内空気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液化する。図示しないが室内機ファンが、室内熱交換器２０（凝縮器）に併設され、制御装置３００は制御信号によって室内機ファンの回転速度を調整する。室内機ファンの回転速度を変更することにより、室内熱交換器２０（凝縮器）における冷媒と室内空気との熱交換量を調整することができる。

膨張弁３０は、室内熱交換器２０（凝縮器）から管９２へ流れた冷媒を減圧する。減圧された冷媒は管９４へ流れる。膨張弁３０は、制御装置３００から受ける制御信号によって開度を調整可能に構成される。膨張弁３０の開度を閉方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。一方、膨張弁３０の開度を開方向に変化させると、膨張弁３０出口側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。

室外熱交換器４０（蒸発器）は、膨張弁３０から管９４へ流れた冷媒を蒸発させる。蒸発した冷媒は、流路切替部１０２または流路切替弁２０２を経由して管９６へ流れる。室外熱交換器４０（蒸発器）は、膨張弁３０により減圧された冷媒が外気と熱交換（吸熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は蒸発して過熱蒸気となる。図示しない室外機ファンが、室外熱交換器４０（蒸発器）に併設される。制御装置３００は、制御信号によって室外機ファンの回転速度を調整する。室外機ファンの回転速度を変更することにより、室外熱交換器４０（蒸発器）における冷媒と外気との熱交換量を調整することができる。

このように暖房運転が行なわれている際に、室外熱交換器４０に霜が付き除霜する必要が生じる場合がある。このような場合、一旦冷房運転に切換えて、高温圧縮冷媒を室外熱交換器４０に流す除霜運転を行なうことが考えられるが、それでは、一旦暖房運転が中断し室内の快適性が損なわれる。

そこで、比較例および実施の形態１では、室外熱交換器４０を第１熱交換器４０Ａと第２熱交換器４０Ｂに分割し、交互に除霜を実行する。その際に除霜する熱交換器に圧縮機１０からの高温高圧の冷媒を流すことが可能なように、流路切替部１０２または流路切替弁２０２が設けられている。

しかし、図１の比較例の流路切替部１０２は、四方弁１０２Ａ，１０２Ｂの２つの弁を含んでおり、構成が複雑で、小型化に改良の余地がある。そこで、図２の実施の形態１は、流路切替部１０２に代えて流路切替弁２０２を設けた。以下に、実施の形態１の空気調和装置３０１の切替弁２０２による流路切替について説明する。

図３は、実施の形態１の空気調和装置における制御装置の接続関係を説明するためのブロック図である。図３を参照して、圧力センサ５２は、室外熱交換器４０（蒸発器）出口の冷媒の圧力を検出し、その検出値を制御装置３００へ出力する。温度センサ５４は、室外熱交換器４０（蒸発器）出口の冷媒の温度を検出し、その検出値を制御装置３００へ出力する。

制御装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、空気調和装置１における四方弁９１、切替弁２０２、圧縮機１０および膨張弁３０等の制御を行なう。なお、この制御については、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）で処理することも可能である。

図４は、暖房時の除霜モードにおける流路切替弁２０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。図４を参照して、交互除霜における第１熱交換器４０Ａの除霜時には、流路切替弁２０２は、ポートＡとポートＢ１が連通し、ポートＢ２とポートＣとが連通するように設定される。すると、圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒の一部が第１熱交換器４０Ａを矢印の向きに流れる。これにより、第１熱交換器４０Ａの霜が溶ける。その間は、引き続き第２熱交換器４０Ｂには膨張弁３０からの液冷媒が流れ、第２熱交換器４０Ｂは蒸発器として作動するので、室内熱交換器２０における暖房運転を維持することができる。

図５は、流路切替弁２０２の各運転モードにおける冷媒の流れと流量と圧力とを示した図である。図５を参照して、各運転モードについて説明する。なお、以下では区別の便宜のため、第１熱交換器４０Ａを除霜する場合を「暖房／除霜運転モード」と記載し、第２熱交換器４０Ｂを除霜する場合を「除霜／暖房運転モード」と記載する場合がある。

（１）暖房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＢ１、ポートＢ２、ポートＣが連通する状態となり、ポートＡは遮断された状態となる。冷媒は、ポートＢ１およびＢ２からポートＣに向けて流れ、ガス液二相状態である。ポートＡの圧力は高圧となり、ポートＢ１およびＢ２の圧力は低圧となり、ポートＣの圧力も低圧となる。

（２−１）暖房／除霜運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＡとポートＢ１とが連通し、ポートＢ２とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ１に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ２からポートＣに向けて流れる。ポートＢ２からポートＣに向けて流れる冷媒はガス液二相状態である。またポートＡからポートＢ１に向けて流れる冷媒はガス単相状態である。ポートＡおよびＢ１の圧力は中圧（ただし、高圧＞中圧＞低圧とする）となり、ポートＢ２およびＣの圧力は低圧となる。

（２−２）除霜／暖房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＡとポートＢ２とが連通し、ポートＢ１とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ２に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ１からポートＣに向けて流れる。ポートＢ１からポートＣに向けて流れる冷媒の流量は、ガス液二相状態である。またポートＡからポートＢ２に向けて流れる冷媒はガス単相状態である。ポートＡおよびＢ２の圧力は中圧となり、ポートＢ１およびＣの圧力は低圧となる。

（３）冷房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＢ１、ポートＢ２、ポートＣが連通する状態となり、ポートＡは遮断された状態となる。冷媒は、ポートＣからポートＢ１およびＢ２に向けて流れ、ガス単相状態である。ポートＡの圧力は、高圧、ポートＢ１およびＢ２の圧力は、高圧、ポートＣの圧力も高圧となる。

各モードの流路切替弁２０２の状態の説明が終わったので、ここで、再び図２〜図５を参照して、実施の形態１に示した空気調和装置３０１について総括する。

空気調和装置３０１は、圧縮機１０と、室内熱交換器２０と、流量制限部１０４と、室外熱交換器４０と、流路切替弁２０２とを備える。

室内熱交換器２０は、室内に配置され、暖房運転時に圧縮機１０の冷媒出口から冷媒が供給される。流量制限部１０４は、暖房運転時に、圧縮機１０の冷媒出口から分流された冷媒が供給される。膨張弁３０は、暖房運転時に、室内熱交換器の冷媒出口から冷媒が供給される。室外熱交換器４０は、室外に配置され、第１熱交換器４０Ａおよび第２熱交換器４０Ｂに分割されている。

暖房運転時に膨張弁３０から供給される冷媒は、第１熱交換器４０Ａおよび第２熱交換器４０Ｂに分流されて供給される。

流路切替弁２０２は、暖房運転時に、第１熱交換器４０Ａおよび第２熱交換器４０Ｂから排出される冷媒を合流させ、圧縮機１０の冷媒入口に戻す。

流路切替弁２０２は、流量制限部１０４を介して圧縮機１０から冷媒が供給されるポートＡと、暖房運転時に冷媒が排出される第１熱交換器４０Ａの冷媒出口に接続されるポートＢ１と、暖房運転時に冷媒が排出される第２熱交換器４０Ｂの冷媒出口に接続されるポートＢ２と、暖房運転時に圧縮機１０の冷媒入口に接続されるポートＣと、ポートＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃの内部連通関係を変更するように構成される弁本体２０３とを含む。なお、ポートＡは「第１接続口」に対応し、ポートＢ１は「第２接続口」に対応し、ポートＢ２は「第３接続口」に対応し、ポートＣは「第４接続口」に対応する。

弁本体２０３は、暖房運転時（１：暖房モード）にはポートＢ１、ポートＢ２およびポートＣがポートＡとは分離された状態で内部で連通するように構成される。弁本体２０３は、第１熱交換器４０Ａの除霜運転時（２−１：暖房／除霜モード）にはポートＡとポートＢ１とが内部で連通するとともに、ポートＢ２とポートＣとが内部で連通するように構成される。弁本体２０３は、第２熱交換器４０Ｂの除霜運転時（２−１：除霜／暖房モード）にはポートＡとポートＢ２とが内部で連通するとともに、ポートＢ１とポートＣとが内部で連通するよう構成される。弁本体２０３は、上記の３状態を切替えるように構成される。なお、弁本体２０３は、冷房運転時には、暖房運転時と同様に制御される。

次に、流路切替弁２０２の構成例について説明する。図６は、流路切替弁２０２の外観を示す図である。図７は、流路切替弁２０２の内部構造を説明するための概略図である。図８は、各運転モードにおけるロータリーディスクの制御状態を示した図である。

図６を参照して、流路切替弁２０２は、接続口２１４，２３４，２３８，２３６（ポートＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ）と、弁本体２０３とを含む。接続口２１４には、流量制限部を介して圧縮機１０から冷媒が供給される。接続口２３４は、暖房運転時に冷媒が排出される第１熱交換器４０Ａの冷媒出口に接続される。接続口２３８は、暖房運転時に冷媒が排出される第２熱交換器４０Ｂの冷媒出口に接続される。接続口２３６は、暖房運転時に圧縮機１０の冷媒入口に接続される。弁本体２０３は、接続口２１４，２３４，２３８，２３６の内部連通関係を変更するように構成される。

図７を参照して、流路切替弁２０２は接続口２１４が設けられた蓋部２１２と、接続口２３４，２３６，２３８が設けられた底部２３２と、連通孔２２２，２２４が設けられた仕切壁部２２０と、ロータリーディスク２１６，２２６と、モータ２４０，２４４と、駆動ギヤ２４２，２４６とを含む。

ロータリーディスク２１６は、蓋部２１２と仕切壁部２２０との間に挟まれており、駆動ギヤ２４２に外周が噛み合っている。ロータリーディスク２１６には、連通孔２１８が設けられている。連通孔２１８は、接続口２１４を連通孔２２２，２２４のいずれか一方に接続することができる（後述の図８で＋１３５°、−１３５°）。また、連通孔２１８と接続口２１４とが重ならないようにロータリーディスク２１６の回転角をセットすることによって接続口２１４を閉止することができる（後述の図８で０°）。

図３の制御装置３００は、モータ２４０を使用して駆動ギヤ２４２を回転させることによって、ロータリーディスク２１６の回転角を変更することができる。

ロータリーディスク２２６は、仕切壁部２２０と底部２３２との間に挟まれており、駆動ギヤ２４６に外周が噛み合っている。ロータリーディスク２２６には、連通孔２２８，２３０が設けられている。

ロータリーディスク２２６は、連通孔２２８によって接続口２３４，２３６，２３８を連通させた状態とすることができる（後述の図８で０°）。また、ロータリーディスク２２６は、連通孔２２８によって接続口２３４，２３６を連通させた状態で連通孔２２４に接続するとともに、連通孔２３０によって接続口２３８を連通孔２２２に接続することができる（後述の図８で−９０°）。また、ロータリーディスク２２６は、連通孔２２８によって接続口２３６，２３８を連通させた状態で連通孔２２２に接続するとともに、連通孔２３０によって接続口２３４を連通孔２２４に接続することができる（後述の図８で＋９０°）。

図３の制御装置３００は、モータ２４４を使用して駆動ギヤ２４６を回転させることによって、ロータリーディスク２２６の回転角を変更することができる。

なお、図７は、理解の容易のため、蓋部２１２と底部２３２との間に、ロータリーディスク２１６，２２６と仕切壁部２２０とが隙間を開けた状態で配置されているが、実際には隙間は無い。実際には、蓋部２１２と底部２３２との間に、ロータリーディスク２１６，２２６と仕切壁部２２０が冷媒が漏れないように密着した状態で配置されており、円筒状のケースに収容されている。

図８を参照して、各モードにおける流路切替弁２０２のロータリーディスク２１６，２２６の回転角度について説明する。

（１）暖房運転モードでは、ロータリーディスク２１６の回転角は、基準位置（０°）に設定され、ロータリーディスク２２６の回転角も基準位置（０°）に設定される。その結果、暖房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＢ１、ポートＢ２、ポートＣが連通するとともに、ポートＡが遮断された状態となる。以降の説明では、ロータリーディスク２１６，２２６の各々の上記基準位置を０°として回転角を示す。

（２−１）暖房／除霜運転モードでは、ロータリーディスク２１６の回転角は、＋１３５°に設定され、ロータリーディスク２２６の回転角は＋９０°に設定される。その結果、暖房／除霜運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＡとポートＢ１とが連通し、ポートＢ２とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ１に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ２からポートＣに向けて流れる。

（２−２）除霜／暖房運転モードでは、ロータリーディスク２１６の回転角は、−１３５°に設定され、ロータリーディスク２２６の回転角は−９０°に設定される。その結果、除霜／暖房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＡとポートＢ２とが連通し、ポートＢ１とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ２に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ１からポートＣに向けて流れる。

（３）冷房運転モードでは、ロータリーディスク２１６の回転角は、０°に設定され、ロータリーディスク２２６の回転角も０°に設定される。その結果、冷房運転モードでは、流路切替弁２０２は、ポートＢ１、ポートＢ２、ポートＣが連通するとともに、ポートＡが遮断された状態となる。冷媒は、ポートＣからポートＢ１およびＢ２に向けて流れる。

図９は、流路切替弁の第２例である流路切替弁２０２Ａの外観を示す図である。図１０は、流路切替弁２０２Ａの内蔵するロータリーディスク２５２の形状を示す図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。

図９〜図１１を参照して、流路切替弁２０２Ａは、円筒状の弁本体２５０と、弁本体２５０の上面に設けられたポートＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃとを含む。ポートＡ，Ｂ２，Ｃ，Ｂ１の順に円形の上面の外周から円中心に向けて直線状にポートが並んで設けられている。弁本体２５０の内部にはロータリーディスク２５２が収容されている。ロータリーディスク２５２は、モータ２５４によって回転可能である。

ロータリーディスク２５２の上面には、凹部２６２，２６４，２６６，２６８，２７０が設けられている。図１１の断面図には、凹部２６２の断面形状が一例として示される。

凹部２６２は、暖房モードにおいて選択される回転位置Ｐ１および冷房モードにおいて選択される回転位置Ｐ３に設けられており、ポートＢ１，Ｂ２，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２６２の周囲にはＯリングなどのシール部材２７１が配置され、弁本体２５０のケースとロータリーディスク２５２との間で冷媒が漏れないようにシールしている。また、この状態では、ポートＡは閉止される。

凹部２６４は、暖房／除霜モード（２−１）において選択される回転位置Ｐ２−１に設けられており、ポートＡ，Ｂ１を連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２６６は、暖房／除霜モード（２−１）において選択される回転位置Ｐ２−１に設けられており、ポートＢ２，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。

凹部２６８は、除霜／暖房モード（２−２）において選択される回転位置Ｐ２−２に設けられており、ポートＢ１，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２７０は、除霜／暖房モード（２−２）において選択される回転位置Ｐ２−２に設けられており、ポートＢ２，Ａを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。

図９〜図１１に示した変形例の流路切替弁２０２Ａを用いれば、流路切替弁２０２と同様に切替弁の数を減らせると共に、さらに、１つのモータ２５４を制御するだけでよいので制御も簡単にすることができる。

なお、図１０では、回転位置が約１２０°毎に均等に設けられているが、特に均等である必要は無く、流路の凹部が重ならないように間隔を設けることができれば回転位置は適宜変更しても良い。（たとえば、後に説明する図１６のロータリーディスクから凹部４５４を削除したものも使用できる。）また、接続口が４つ一列に並んだ構成を示したが、一列に並んでなくても良い。例えば２行２列に接続口を並べて配置して、接続口の配置に合わせて凹部を変形しても良く、この場合は、ロータリーディスクの径を小さくできる。

また、図９、図１０では流路の凹部をロータリーディスクに設けた例を示したが、たとえば、弁本体を縦長の円筒形状とし、円筒ケースの側面に直線的に４つの接続口を並べて配置しても良い。この場合には、円筒ケースの内部に、側面に３パターンの流路の凹部を設けた円筒形状の部材を収容した構成としても良い。円筒形状の部材を上下底面の円中心を通る回転軸の回りに回すことによって、同様な流路の切替ができる。

以上説明したように、実施の形態１の空気調和機は、簡単な構成で暖房を停止せずに除霜が可能となる。したがって、空気調和機の小型化に有利であるとともに、部品点数が減り製造コストも低減させることが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、室外熱交換器を分割して交互に除霜を行なう点は実施の形態１と共通する。実施の形態２では、流路切替弁の構成と四方弁への接続関係を実施の形態１とは変えて、簡単な構成で暖房運転を止めずに除霜を可能とすることに加えて、さらに実施の形態１よりも四方弁における熱損失を低減させている。

図１２は、実施の形態２に従う空気調和装置４０１の構成図である。図１２に示した空気調和装置４０１は、図２に示した空気調和装置３０１の構成において、流路切替弁２０２に代えて流路切替弁４０２を備え、四方弁９１に代えて四方弁４９１を備え、流量制限部１０４に代えて流量調整弁４０４を備える。空気調和装置４０１の他の構成については、すでに実施の形態１で説明した空気調和装置３０１の構成と同じであるので、ここでは説明は繰り返さない。

流路切替弁４０２のポートＣは管４９６に接続される。管４９６は、四方弁４９１を介さずに管９８と直結している。管４９６と管９８の接続部に四方弁４９１の第１ポートＥが接続されている。四方弁４９１の第２ポートＦは閉止されている。四方弁４９１の第３ポートＧは圧縮機１０の冷媒出口に接続されている。四方弁４９１の第４ポートＨは室内熱交換器２０に接続されている。

暖房モードでは、四方弁４９１は、圧縮機１０の冷媒出口と室内熱交換器２０とを接続するように制御される。また暖房モードでは、流量調整弁４０４は閉止される。

四方弁４９１は、暖房モードでは、ポートＥが閉止状態のポートＦと連通し、ポートＧがポートＨと連通するように制御される。流量調整弁４０４は、暖房モードでは閉止され、冷房モードでは開かれ、第１熱交換器４０Ａまたは第２熱交換器４０Ｂの除霜時には開度が絞られた状態となるように構成される。弁本体４０３の内部状態については図１５で後述する。

基本的には、冷媒は、図２の矢印に示した流れと同様に流れるが、図１２では管４９６と管９８が直結されているので四方弁４９１には低圧低温側の冷媒は流れない。したがって、四方弁における高温冷媒と低温冷媒との間の熱交換が発生しにくく、図２に示す構成よりも熱損失が低減される。このため、空気調和装置の消費電力が図２の構成よりも低減される。

図１３は、暖房時の除霜モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。暖房時の除霜モードでは、四方弁４９１は、図１２の暖房モードと同じ状態に設定される。暖房時の除霜モードでは、流量調整弁４０４は開度が絞られた状態とされる。すると、圧縮機１０から吐出された高温高圧冷媒は、大部分が室内熱交換器２０に送られて暖房に使用され、一部分が第１熱交換器４０Ａに送られて除霜に使用されることとなる。他の冷媒の流れは図４で説明した場合と同様であるので説明は繰り返さない。

図１４は、冷房モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。冷房モードでは、四方弁４９１は、ポートＧが閉止状態のポートＦと連通し、ポートＥがポートＨと連通するように制御される。また冷房モードでは、流量調整弁４０４は開いた状態とされる。圧縮機１０から吐出された冷媒は、室外熱交換器４０を経由して膨張弁３０に至り、その後室内熱交換器２０を経由して圧縮機１０に戻る。

図１５は、流路切替弁４０２の各運転モードにおける冷媒の流れを示した図である。冷房運転モードにおける流路切替弁４０２の状態は、実施の形態１の流路切替弁２０２と異なっている。なお他のモードにおける流路切替弁４０２の状態は、実施の形態１の流路切替弁２０２と同じである。図１５を参照して、流路切替弁４０２の各運転モードについて説明する。

（１）暖房運転モードでは、流路切替弁４０２は、ポートＢ１、ポートＢ２、ポートＣが連通するとともに、ポートＡが遮断された状態となる。冷媒は、ポートＢ１およびＢ２からポートＣに向けて流れる。

（２−１）暖房／除霜運転モードでは、流路切替弁４０２は、ポートＡとポートＢ１とが連通し、ポートＢ２とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ１に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ２からポートＣに向けて流れる。

（２−２）除霜／暖房運転モードでは、流路切替弁４０２は、ポートＡとポートＢ２とが連通し、ポートＢ１とポートＣとが連通する状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ２に向けて流れ、その流れとは独立してポートＢ１からポートＣに向けて流れる。

（３）冷房運転モードでは、流路切替弁４０２は、ポートＡ、ポートＢ１、ポートＢ２が連通するとともに、ポートＣが遮断された状態となる。冷媒は、ポートＡからポートＢ１およびＢ２に向けて流れる。

次に、流路切替弁４０２の構成例について説明する。図９に示した流路切替弁２０２Ａの内部のロータリーディスクを変更することによって、流路切替弁４０２が実現できる。

図１６は、流路切替弁４０２のロータリーディスク４５２の形状を示す図である。図１６を参照して、ロータリーディスク４５２の上面には、凹部２６２，２６４，２６６，２６８，２７０に加えて凹部４５４が設けられている。

凹部２６２は、暖房モードにおいて選択される回転位置Ｐ１に設けられており、ポートＢ１，Ｂ２，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２６２の周囲にはＯリングなどのシール部材が配置され、弁本体２５０のケースとの間で冷媒が漏れないようにシールしている。

凹部２６４は、暖房／除霜モード（２−１）において選択される回転位置Ｐ２−１に設けられている。凹部２６４は、ポートＡ，Ｂ１を連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２６６は、暖房／除霜モード（２−１）において選択される回転位置Ｐ２−１に設けられている。凹部２６６は、ポートＢ２，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。

凹部２６８は、除霜／暖房モード（２−２）において選択される回転位置Ｐ２−２に設けられている。凹部２６８は、ポートＢ１，Ｃを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。凹部２７０は、除霜／暖房モード（２−２）において選択される回転位置Ｐ２−２に設けられている。凹部２７０は、ポートＢ２，Ａを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。

凹部４５４は、冷房モードにおいて選択される回転位置Ｐ３に設けられている。凹部４５４は、ポートＢ１，Ｂ２，Ａを連通させる流路を弁本体２５０のケースとともに形成する。

図１０に示したロータリーディスクでは、暖房モードにおいて選択される位置Ｐ１と冷房モードにおいて選択されている位置Ｐ３が同じ位置であった。図１６では、位置Ｐ１と位置Ｐ３とが異なるので、ロータリーディスク４５２は９０°回転させるごとに流路が変更されるように構成されている。

なお、図１６では、回転位置が約９０°毎に均等に設けられているが、特に均等である必要は無く、流路の凹部が重ならないように間隔を設けることができれば回転位置は適宜変更しても良い。また、接続口が４つ一列に並んだ構成を示したが、一列に並んでなくても良い。例えば２行２列に接続口を並べて配置して、接続口の配置に合わせて凹部を変形しても良く、この場合は、ロータリーディスクの径を小さくできる。

また、実施の形態１と同様に、弁本体を縦長の円筒形状とし、円筒ケースの側面に直線的に４つの接続口を並べて配置しても良い。この場合には、円筒ケースの内部に、側面に４パターンの流路の凹部を設けた円筒形状の部材を収容した構成としても良い。円筒形状の部材を上下底面の円中心を通る回転軸の回りに回すことによって、同様な流路の切替ができる。

実施の形態２の空気調和装置では、実施の形態１で奏する効果に加えて、暖房時における四方弁での熱損失が低減され消費電力を低減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。本発明の範囲は、上記した実施の形態の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及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。

１，３０１，４０１ 空気調和装置、１０ 圧縮機、２０ 室内熱交換器、３０ 膨張弁、４０ 室外熱交換器、４０Ａ 第１熱交換器、４０Ｂ 第２熱交換器、５２ 圧力センサ、５４ 温度センサ、９０，９２，９４，９４Ａ，９４Ｂ，９６，９７Ａ，９７Ｂ，９８，９９，１００，１０１，４９６ 管、９１，１０２Ａ，１０２Ｂ，４９１ 四方弁、１０２ 流路切替部、１０４ 流量制限部、２０２，２０２Ａ，４０２ 流路切替弁、２０３，２５０，４０３ 弁本体、２１２ 蓋部、２１４，２３４，２３６，２３８ 接続口、２１６，２２６，２５２，４５２ ロータリーディスク、２１８，２２２，２２４，２２８，２３０ 連通孔、２２０ 仕切壁部、２３２ 底部、２４０，２４４，２５４ モータ、２４２，２４６ 駆動ギヤ、２６２，２６４，２６５，２６６，２６８，２７０，４５４ 凹部、２７１ シール部材、３００ 制御装置、４０４ 流量調整弁。

国際公開第２０１３／００１９７６号（特許文献１）は、デフロスト用流路機構によって、任意の熱交換パスの除霜を行ないつつ、室内熱交換器から室外熱交換器に送られる冷媒を蒸発させる暖房除霜運転（暖房デフロスト運転）を行なうことが可能な空気調和装置を開示する。

検討例の空気調和装置１の構成図である。 実施の形態１に従う空気調和装置３０１の構成図である。 実施の形態１の空気調和装置における制御装置の接続関係を説明するためのブロック図である。 暖房時の除霜モードにおける流路切替弁２０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁２０２の各運転モードにおける冷媒の流れと冷媒状態と圧力とを示した図である。 流路切替弁２０２の外観を示す図である。 流路切替弁２０２の内部構造を説明するための概略図である。 各運転モードにおけるロータリーディスクの制御状態を示した図である。 流路切替弁の第２例である流路切替弁２０２Ａの外観を示す図である。 流路切替弁２０２Ａの内蔵するロータリーディスク２５２の形状を示す図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。 実施の形態２に従う空気調和装置４０１の構成図である。 暖房時の除霜モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 冷房モードにおける流路切替弁４０２の状態と冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁４０２の各運転モードにおける冷媒の流れとを示した図である。 流路切替弁４０２のロータリーディスク４５２の形状を示す図である。

空気調和装置３０１は、図示しない圧力センサと、図示しない温度センサと、制御装置３００とをさらに含む。

図５は、流路切替弁２０２の各運転モードにおける冷媒の流れと冷媒状態と圧力とを示した図である。図５を参照して、各運転モードについて説明する。なお、以下では区別の便宜のため、第１熱交換器４０Ａを除霜する場合を「暖房／除霜運転モード」と記載し、第２熱交換器４０Ｂを除霜する場合を「除霜／暖房運転モード」と記載する場合がある。

弁本体２０３は、暖房運転時（１：暖房モード）にはポートＢ１、ポートＢ２およびポートＣがポートＡとは分離された状態で内部で連通するように構成される。弁本体２０３は、第１熱交換器４０Ａの除霜運転時（２−２：暖房／除霜モード）にはポートＡとポートＢ１とが内部で連通するとともに、ポートＢ２とポートＣとが内部で連通するように構成される。弁本体２０３は、第２熱交換器４０Ｂの除霜運転時（２−１：除霜／暖房モード）にはポートＡとポートＢ２とが内部で連通するとともに、ポートＢ１とポートＣとが内部で連通するよう構成される。弁本体２０３は、上記の３状態を切替えるように構成される。なお、弁本体２０３は、冷房運転時には、暖房運転時と同様に制御される。

Claims (3)

1. 暖房運転中に、冷媒が圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器の順に循環する空気調和装置であって、
   前記圧縮機と前記室外熱交換器との間の流路に設けられた切替弁を備え、
   前記室外熱交換器は、それぞれ流路が独立した第１熱交換部と第２熱交換部とを含み、
   前記切替弁は、
   前記圧縮機の冷媒出口に接続される第１接続口と、
   前記暖房運転中に前記第１熱交換部に接続される第２接続口と、
   前記暖房運転中に前記第２熱交換部に接続される第３接続口と、
   前記暖房運転中に前記圧縮機の冷媒入口に接続される第４接続口とを含み、
   前記暖房運転時に、前記第２接続口、前記第３接続口および前記第４接続口は、連通するとともに前記第１接続口とは非連通とされ、
   前記第１熱交換部の除霜運転時に、前記第１接続口と前記第２接続口とが互いに連通するとともに、前記第３接続口と前記第４接続口とが互いに連通し、
   前記第２熱交換部の除霜運転時に、前記第１接続口と前記第３接続口とが互いに連通するとともに、前記第２接続口と前記第４接続口とが互いに連通する、空気調和装置。
2. 前記暖房運転時に前記圧縮機の冷媒出口を前記室内熱交換器に接続し前記圧縮機の冷媒入口を前記第４接続口に接続し、冷房運転時に前記圧縮機の冷媒出口を前記第４接続口に接続し前記圧縮機の冷媒入口を前記室内熱交換器に接続するように構成される、四方弁をさらに備え、
   前記切替弁は、前記冷房運転時に、前記第２接続口、前記第３接続口および前記第４接続口が連通するともに前記第１接続口とは非連通とされるように構成される、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記暖房運転時に前記圧縮機の冷媒出口を前記室内熱交換器に接続し、冷房運転時に前記圧縮機の冷媒入口を前記室内熱交換器に接続するように構成される、四方弁と、
   前記圧縮機の冷媒出口と前記第１接続口との間を接続する流路に設けられ、前記圧縮機からの冷媒の流量を制限する流量制限部とをさらに備え、
   前記流量制限部は、前記暖房運転時に閉止され、前記冷房運転時に開かれ、前記第１熱交換部または前記第２熱交換部の除霜時に開度が絞られた状態となるように構成される流量調整弁を含み、
   前記切替弁は、前記冷房運転時に、前記第１接続口、前記第２接続口および前記第３接続口が連通するとともに前記第４接続口とは非連通とされるように構成される、請求項１に記載の空気調和装置。

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