JPWO2018002983A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路と、冷媒回路に設けられ、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、を備え、室外熱交換器は、第１熱交換部、第２熱交換部及び第３熱交換部を有しており、第２熱交換部は、第１熱交換部の下方に配置され、第１熱交換部に接続されており、第３熱交換部は、第２熱交換部の下方に配置され、第２熱交換部に接続されており、第２熱交換部と第３熱交換部とを接続する冷媒流路には、流通する冷媒の圧力を減圧する第１減圧装置が設けられており、第１熱交換部及び第２熱交換部が蒸発器として動作する運転モードでは、第３熱交換部は、冷媒の流れにおいて第２熱交換部よりも上流側に配置されており、第３熱交換部には、室外空気の温度よりも温度の高い冷媒が流通する。

Description

本発明は、室外熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
特許文献１には、複数の扁平管と、各扁平管の一端が接続された第１ヘッダ集合管と、各扁平管の他端が接続された第２ヘッダ集合管と、を備えた室外熱交換器が記載されている。この室外熱交換器において、上側の熱交換領域は主熱交換領域となり、下側の熱交換領域は補助熱交換領域となっている。主熱交換領域は複数の主熱交換部に区分されており、補助熱交換領域は主熱交換部と同数の補助熱交換部に区分されている。室外熱交換器が凝縮器として動作する場合、各主熱交換部には高圧のガス冷媒が流入する。各主熱交換部では、室外空気への放熱によってガス冷媒が凝縮する。各主熱交換部で凝縮した冷媒は、各主熱交換部のそれぞれと対応する補助熱交換部でさらに室外空気へ放熱し、過冷却される。室外熱交換器が蒸発器として動作する場合、各補助熱交換部には二相冷媒が流入する。各補助熱交換部では、室外空気からの吸熱によって一部の液冷媒が蒸発する。各補助熱交換部から流出した冷媒は、各補助熱交換部のそれぞれと対応する主熱交換部でさらに室外空気から吸熱し、蒸発してガス単相となる。
特開２０１３−２３１５３５号公報
特許文献１の室外熱交換器を備えた冷凍サイクル装置で暖房運転を行う場合、室外熱交換器は蒸発器として動作する。このため、外気温度が低い条件では、空気中の水分が霜となって主熱交換部及び補助熱交換部のフィンに付着する。フィンに霜が付着すると室外熱交換器での熱交換が阻害されるため、室外熱交換器に高圧ガス冷媒を流入させて霜を融解させる除霜運転が定期的に行われる。除霜運転によって生じた融解水は、室外熱交換器の下部に滞留する。この状態で暖房運転が再開されると、室外熱交換器の下部が凍結し、室外熱交換器が破損するおそれがあるという課題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、室外熱交換器の破損を防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路に設けられ、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、を備え、前記室外熱交換器は、第１熱交換部、第２熱交換部及び第３熱交換部を有しており、前記第２熱交換部は、前記第１熱交換部の下方に配置され、前記第１熱交換部に接続されており、前記第３熱交換部は、前記第２熱交換部の下方に配置され、前記第２熱交換部に接続されており、前記第２熱交換部と前記第３熱交換部とを接続する冷媒流路には、流通する冷媒の圧力を減圧する第１減圧装置が設けられており、前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部が蒸発器として動作する運転モードでは、前記第３熱交換部は、冷媒の流れにおいて前記第２熱交換部よりも上流側に配置されており、前記第３熱交換部には、前記室外空気の温度よりも温度の高い冷媒が流通するものである。
本発明によれば、第１熱交換部及び第２熱交換部が蒸発器として動作する運転モードでは、第１熱交換部及び第２熱交換部の下方に配置された第３熱交換部には室外空気の温度よりも温度の高い冷媒が流通する。これにより、除霜によって生じた融解水が第３熱交換部に滞留した状態で上記運転モードが再開された場合であっても、室外熱交換器の下部が凍結してしまうのを防ぐことができる。したがって、室外熱交換器の破損を防ぐことができる。
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器の一例を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器の他の例を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器のさらに他の例を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態６に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態６に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態７に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、明細書中における各構成部材同士の位置関係（例えば、上下関係等）は、原則として、冷凍サイクル装置が使用可能な状態に設置されたときのものである。
図１に示すように、冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路１０を有している。冷媒回路１０は、圧縮機１１、流路切替装置１５、室内熱交換器１２、減圧装置１３及び室外熱交換器１４が冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。また、冷凍サイクル装置は、例えば室外に設置される室外機２２と、例えば室内に設置される室内機２１と、を有している。室外機２２には、圧縮機１１、流路切替装置１５、減圧装置１３及び室外熱交換器１４と、室外熱交換器１４に室外空気を供給する室外送風ファン３２と、が収容されている。室内機２１には、室内熱交換器１２と、室内熱交換器１２に室内空気を供給する室内送風ファン３１と、が収容されている。
圧縮機１１は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。流路切替装置１５は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒回路１０内の冷媒の流路を切り替えるものである。流路切替装置１５としては、例えば四方弁が用いられる。流路切替装置１５の流路は、冷房運転時には図１中の実線で示すように切り替えられ、暖房運転時には図１中の破線で示すように切り替えられる。室内熱交換器１２は、冷房運転時には蒸発器として動作し、暖房運転時には放熱器（例えば、凝縮器）として動作する負荷側の熱交換器である。室内熱交換器１２では、内部を流通する冷媒と、室内送風ファン３１によって供給される室内空気との熱交換が行われる。
減圧装置１３は、高圧冷媒を減圧するものである。減圧装置１３としては、例えば、制御部の制御によって開度を調節可能な電子式膨張弁などが用いられる。室外熱交換器１４は、冷房運転時には主に放熱器（例えば、凝縮器）として動作し、暖房運転時には主に蒸発器として動作する熱源側の熱交換器である。室外熱交換器１４では、内部を流通する冷媒と、室外送風ファン３２によって供給される室外空気との熱交換が行われる。
不図示の制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマー等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部は、冷媒の温度を検出する温度センサ及び冷媒の圧力を検出する圧力センサからの検出信号等に基づいて、圧縮機１１、減圧装置１３、流路切替装置１５、室内送風ファン３１及び室外送風ファン３２を含む冷凍サイクル装置全体の動作を制御する。制御部は、室外機２２に設けられていてもよいし、室内機２１に設けられていてもよい。また、制御部は、室外機２２に設けられる室外機制御部と、室内機２１に設けられ、室外機制御部と通信可能な室内機制御部と、を備えていてもよい。
図２は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。ここで、室外熱交換器１４は、左右方向に延伸した複数の伝熱管と、複数の伝熱管のそれぞれと交差する複数の板状フィンと、を有している。各伝熱管としては、扁平多孔管、又は６ｍｍ以下の内径を有する細径管（例えば、円管）が用いられている。また、室外熱交換器１４は、複数の伝熱管のそれぞれの一端及び他端に接続された一対のヘッダ集合管を有していてもよい。
図２に示すように、室外熱交換器１４の熱交換領域は、上下方向に並列した３つの熱交換部に分割されている。室外熱交換器１４は、熱交換領域のうちの最上方に配置された第１熱交換部４１と、第１熱交換部４１の下方に配置された第２熱交換部４２と、第２熱交換部４２の下方であって熱交換領域のうちの最下方に配置された第３熱交換部４３と、を有している。本実施の形態において、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３は、１つの室外熱交換器１４の熱交換領域が領域として分割されたものである。このため、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３は、構造としては一体化している。
第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３は、冷媒回路１０の冷媒の流れにおいて互いに直列に接続されている。第１熱交換部４１は、室外熱交換器１４のヘッダ、冷媒配管及び流路切替装置１５等により形成される冷媒流路４４を介して、圧縮機１１の吐出側又は吸入側に接続される。第１熱交換部４１と第２熱交換部４２とは、ヘッダ及び冷媒配管等により形成される冷媒流路４５を介して接続されている。第２熱交換部４２と第３熱交換部４３とは、ヘッダ及び冷媒配管等により形成される冷媒流路４６を介して接続されている。第３熱交換部４３は、ヘッダ及び冷媒配管等により形成される冷媒流路４７を介して、減圧装置１３又は室内熱交換器１２に接続されている。
冷房運転時において圧縮機１１から吐出された冷媒は、図２中の破線矢印で示すように、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３の順に流れる。また、暖房運転時において圧縮機１１に吸入される冷媒は、図２中の実線矢印で示すように、第３熱交換部４３、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１の順に流れる。
第２熱交換部４２と第３熱交換部４３との間の冷媒流路４６には、流通する冷媒の圧力を減圧する減圧装置として、流量調整装置８０が設けられている。流量調整装置８０としては、制御部によって制御される電子式膨張弁などが用いられる。
例えば暖房運転時には、流量調整装置８０の開度は、第１熱交換部４１の出口（図２の点ｅ）での冷媒の過熱度が予め設定された目標値に近づくように制御される。第１熱交換部４１の出口での冷媒の過熱度は、第１熱交換部４１の出口での冷媒の温度を検出する温度センサと、第１熱交換部４１の出口での冷媒の飽和温度を検出する圧力センサと、のそれぞれの検出値に基づいて演算される。圧力センサに代えて、第２熱交換部４２と第１熱交換部４１との間（点ｄ）での冷媒の温度を検出する温度センサが設けられていてもよい。第１熱交換部４１の出口での冷媒の過熱度は、点ｅでの冷媒温度と点ｄでの冷媒温度との差に基づいて演算される。これにより、暖房運転時に第１熱交換部４１で冷媒を完全に蒸発させることができる。このため、熱交換器を有効利用できることにより、冷凍サイクルを高効率で運転することができる。
流量調整装置８０は、冷媒回路１０の減圧装置１３を兼ねていてもよい。この場合、室外熱交換器１４のうちの第３熱交換部４３は、図１に示す冷媒回路１０において、減圧装置１３よりも室内熱交換器１２側に位置する。また、暖房運転時の冷媒の流れにおいて第３熱交換部４３の上流側には、流量調整装置８０とは別の減圧装置１３が設けられていてもよい。この場合、暖房運転時における減圧装置１３の開度は、例えば、第３熱交換部４３に流入する冷媒の温度が室外空気の温度（以下、「外気温度」という場合がある。）よりも高くなるように制御される。なお、流量調整装置８０としては、固定絞りを用いることもできる。
第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３のそれぞれには、１本又は複数本の伝熱管が含まれている。以下、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３のそれぞれに含まれる伝熱管の本数を、伝熱管の段数という場合がある。例えば、第１熱交換部４１に含まれる伝熱管の本数がｎ本である場合、第１熱交換部４１での伝熱管の段数はｎである。また、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３は、各板状フィンを共有している。ただし、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２の板状フィンと、第３熱交換部４３の板状フィンとは、物理的又は熱的に分離されていてもよい。これにより、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と第３熱交換部４３との間の熱干渉を防ぐことができる。
図３は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器の一例を示す模式的な正面図である。図３に示す分配器５０は、例えばヘッダ集合管の一部である中空ヘッダ５１と、中空ヘッダ５１に接続された１本の流入管５２と、中空ヘッダ５１にそれぞれ接続された複数本（本例では４本）の分岐管５３と、を有している。分岐管５３のそれぞれは、第２熱交換部４２の複数の伝熱管のそれぞれ一端に接続されている。これにより、流入管５２を介して中空ヘッダ５１に流入した冷媒は、第２熱交換部４２の複数の冷媒経路に分配される。
図４は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器の他の例を示す模式的な正面図である。図４に示す分配器６０は、分配器本体６１と、分配器本体６１に接続された１本の流入管６２と、分配器本体６１にそれぞれ接続された複数本（本例では４本）の毛細管６３と、を有している。毛細管６３のそれぞれは、第２熱交換部４２の複数の伝熱管のそれぞれ一端に接続されている。これにより、流入管６２を介して分配器本体６１に流入した冷媒は、第２熱交換部４２の複数の冷媒経路に分配される。
図５は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の第２熱交換部４２に接続された分配器のさらに他の例を示す模式的な正面図である。図５に示す分配器７０は、分配流路を備えた積層型ヘッダ７１と、積層型ヘッダ７１に接続された流入管７２と、積層型ヘッダ７１に接続された複数本（本例では４本）の分岐管７３と、を有する積層型ヘッダ分配器である。積層型ヘッダ７１は、Ｓ字状又はＺ字状の貫通溝が形成された板状部材と、円形状の貫通穴が形成された板状部材と、を含む複数枚の板状部材が積層された構成を有している（例えば、国際公開第２０１５／０６３８５７号参照）。分岐管５３のそれぞれは、第２熱交換部４２の複数の伝熱管のそれぞれ一端に接続されている。これにより、流入管７２を介して積層型ヘッダ７１に流入した冷媒は、第２熱交換部４２の複数の冷媒経路に分配される。
図３〜図５に示した分配器５０、６０、７０のいずれかが設けられることにより、第２熱交換部４２には、互いに並列な複数の冷媒経路が形成される。図３〜図５に示す構成では、第２熱交換部４２の冷媒経路の数（パス数）はいずれも４つである。例えば、暖房運転時において、第１熱交換部４１から流出した冷媒は、分配器で複数の流路に分配され、第２熱交換部４２の複数の冷媒経路に流入する。熱交換器の複数の冷媒経路に冷媒を分流させることにより、冷媒の流れる速度が遅くなるため流動損失が減少し、冷凍サイクルを高効率で運転することができるという効果が得られる。
図示を省略しているが、第１熱交換部４１及び第３熱交換部４３にも、分配器５０、６０、７０とは分岐数の異なる分配器が必要に応じて設けられる。
本実施の形態では、第１熱交換部４１での冷媒のパス数が最も多く、第２熱交換部４２での冷媒のパス数がその次に多く、第３熱交換部４３での冷媒のパス数が最も少なくなっている。すなわち、室外熱交換器１４における冷媒のパス数は、第１熱交換部４１＞第２熱交換部４２＞第３熱交換部４３の関係にある。室外熱交換器１４の第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２が蒸発器として動作する暖房運転では、第１熱交換部４１内の冷媒は、第２熱交換部４２内の冷媒よりも乾き度が高くなる。このため、第１熱交換部４１での冷媒の流速と第２熱交換部４２での冷媒の流速とが等しい場合、第１熱交換部４１での圧力損失は、第２熱交換部４２での圧力損失よりも大きくなる。これに対し、本実施の形態では、第１熱交換部４１での冷媒のパス数が第２熱交換部４２での冷媒のパス数よりも多くなっているため、第１熱交換部４１での圧力損失を減少させることができ、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、冷媒経路あたりの伝熱管の本数が同一である。このため、第１熱交換部４１での伝熱管の段数が最も多く、第２熱交換部４２での伝熱管の段数がその次に多く、第３熱交換部４３での伝熱管の段数が最も少なくなっている。すなわち、室外熱交換器１４における伝熱管の段数は、第１熱交換部４１＞第２熱交換部４２＞第３熱交換部４３の関係にある。後述するように、暖房運転時には、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２が蒸発器として動作するのに対し、第３熱交換部４３は蒸発器として動作しない。本実施の形態では、第３熱交換部４３での伝熱管の段数が第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２のそれぞれでの伝熱管の段数よりも少なくなっているため、室外熱交換器１４の蒸発器としての熱交換性能の低下を抑えることができる。
さらに、本実施の形態では、第１熱交換部４１での圧力損失が最も小さく、第２熱交換部４２での圧力損失がその次に小さく、第３熱交換部４３での圧力損失が最も大きくなっている。すなわち、室外熱交換器１４における圧力損失は、第１熱交換部４１＜第２熱交換部４２＜第３熱交換部４３の関係にある。
次に、冷媒回路１０の動作について、室外熱交換器１４を中心に説明する。図６は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸は冷媒の飽和温度を表しており、横軸はエンタルピを表している。グラフ中の点ａ〜点ｅは、図２に示した点ａ〜点ｅに対応している。図６では、暖房運転時の冷媒の動作を示している。
暖房運転時において、冷媒は、点ａ〜点ｅをこの順に流れて圧縮機１１に吸入される。第３熱交換部４３の入口（点ａ）での冷媒は、外気温度よりも高い温度を有している。この冷媒は、例えば、室内熱交換器１２で凝縮した液単相の状態にある。第３熱交換部４３に流入した冷媒は、室外空気との熱交換によって冷却される。これにより、冷媒のエンタルピは低下する（点ｂ）。すなわち、暖房運転時には、室外熱交換器１４の一部である第３熱交換部４３は、蒸発器ではなく放熱器として動作する。第３熱交換部４３を通過した冷媒の圧力は、第３熱交換部４３での圧力損失によって低下する。
第３熱交換部４３から流出した冷媒は、流量調整装置８０に流入する。流量調整装置８０では、冷媒が等エンタルピ的に減圧され、冷媒の温度は外気温度よりも低くなる（点ｃ）。
流量調整装置８０から流出した冷媒は、第２熱交換部４２に流入する。第２熱交換部４２では、冷媒が室外空気との熱交換によって加熱される。これにより、冷媒のエンタルピは増大する（点ｄ）。第２熱交換部４２から流出した冷媒は、第１熱交換部４１に流入する。第１熱交換部４１では、冷媒が室外空気との熱交換によってさらに加熱される。これにより、冷媒のエンタルピはさらに増大し（点ｅ）、ガス冷媒となって第１熱交換部４１から流出する。すなわち、暖房運転時の第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１は、蒸発器として動作する。第１熱交換部４１から流出したガス冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、冷媒回路１０に設けられ、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器１４と、を備えている。室外熱交換器１４は、冷媒回路１０において直列に接続された第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３を有している。第２熱交換部４２は、第１熱交換部４１の下方に配置され、第１熱交換部４１に接続されている。第３熱交換部４３は、第２熱交換部４２の下方に配置され、第２熱交換部４２に接続されている。第２熱交換部４２と第３熱交換部４３とを接続する冷媒流路４６には、流通する冷媒の圧力を減圧する流量調整装置８０（減圧装置の一例）が設けられている。第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２が蒸発器として動作する運転モード（例えば、暖房運転）では、第３熱交換部４３は、冷媒の流れ（例えば、圧縮機１１により吐出されてから圧縮機１１に吸入されるまでの冷媒の流れ）において第２熱交換部４２よりも上流側（例えば、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２のいずれよりも上流側）に配置されている。また、同運転モードでは、第３熱交換部４３には、外気温度よりも温度の高い冷媒が流通する。
暖房運転時には、室外熱交換器１４のうち第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は蒸発器として動作する。このため、外気温度が低い条件（例えば、外気温度が２℃以下）では、空気中の水分が霜となって第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２のフィンに付着する。したがって、外気温度が低い条件で暖房運転を行う場合には、暖房運転を一時的に中断し、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２の霜を融解させる除霜運転が定期的に行われる。除霜運転は、例えば、冷房運転時と同様の流路が形成されるように流路切替装置１５を切り替え、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２を凝縮器として動作させることによって行われる。除霜運転によって生じた融解水は、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２よりも下方（例えば、室外熱交換器１４の最下部）に位置する第３熱交換部４３に滞留する。暖房運転時の第３熱交換部４３には、外気温度よりも温度の高い冷媒が流通する。これにより、融解水が第３熱交換部４３に滞留した状態で暖房運転が再開された場合であっても、室外熱交換器１４の下部が凍結してしまうのを防ぐことができる。したがって、室外熱交換器１４の破損を防ぐことができる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置について説明する。図７は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。図７では、暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７に示すように、本実施の形態では、暖房運転時において第３熱交換部４３の入口側となる冷媒流路４７と、第３熱交換部４３の出口側となる冷媒流路４６とを、第３熱交換部４３を経由せずに接続するバイパス流路９０が設けられている。バイパス流路９０には、当該バイパス流路９０での冷媒の流動抵抗を増大させる流動抵抗体９１と、制御部の制御により開閉する開閉弁９２が設けられている。例えば流動抵抗体９１は、毛細管、又は、バイパス流路９０を形成する冷媒配管よりも内径の小さい配管によって構成されている。開閉弁９２としては、バイパス流路９０を流れる冷媒の流量を多段階で又は連続的に調整する流量調整弁が用いられてもよい。
図８は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフ中の点ａ〜点ｅ、点ｂ１及び点ｂ２は、図７に示した点ａ〜点ｅ、点ｂ１及び点ｂ２に対応している。図８では、暖房運転時の冷媒の動作を示している。
暖房運転時には、開閉弁９２が開状態に制御される。冷媒流路４７を流れる冷媒は、図７に示す点ａにおいて、第３熱交換部４３を通る流路とバイパス流路９０とに分流する。第３熱交換部４３に流入した冷媒は、外気温度よりも高い温度を有しているため、室外空気との熱交換によって冷却される。これにより、冷媒のエンタルピは低下する（図８の点ｂ１）。また、第３熱交換部４３を通過した冷媒の圧力は、第３熱交換部４３での圧力損失によって低下する。
一方、バイパス流路９０に流入した冷媒は、流動抵抗体９１及び開閉弁９２で減圧される（点ｂ２）。バイパス流路９０では熱交換が行われないため、この減圧は等エンタルピ的な減圧となる。
第３熱交換部４３を通った冷媒とバイパス流路９０を通った冷媒とは、流量調整装置８０の上流側で合流する（点ｂ）。合流した冷媒は、流量調整装置８０に流入して等エンタルピ的に減圧される。これにより、冷媒の温度は外気温度よりも低くなる（点ｃ）。
流量調整装置８０から流出した冷媒は、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１に流入し、実施の形態１と同様に動作する（点ｄ、点ｅ）。
冷房運転時には、開閉弁９２が閉状態に制御されるようにしてもよい。これにより、冷媒の全量は、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３をこの順に流れる。ただし、第３熱交換部４３を流れる冷媒の温度が外気温度よりも低い場合には、開閉弁９２が開状態に制御されるようにしてもよい。
本実施の形態では、第３熱交換部４３をバイパスするバイパス流路９０が設けられているため、冷媒の圧力が第３熱交換部４３で過度に低下してしまうのを防ぐことができる。これにより、流量調整装置８０の入口及び出口間の圧力差を拡大することができるため、流量調整装置８０の流量調整代を大きくすることができるとともに、流量調整装置８０を小容量化及び小型化することができる。
また、暖房運転時において第３熱交換部４３での放熱量を小さくできるため、図８の点ｃにおけるエンタルピの過度の低下を防止できる。これにより、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１での蒸発負荷を減少させることができる。したがって、第１熱交換部４１出口での冷媒の飽和温度の低下を抑制することができるため、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置について説明する。図９は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。図９では、暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示している。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図９に示すように、本実施の形態では、暖房運転時における第３熱交換部４３の上流側に、流量調整装置８０（減圧装置の一例）が設けられている。流量調整装置８０としては、電子式膨張弁などが用いられる。また、第３熱交換部４３と第２熱交換部４２との間の冷媒流路４６には、流動抵抗体９３（減圧装置の一例）が設けられている。例えば流動抵抗体９３は、毛細管、又は、バイパス流路９０を形成する冷媒配管よりも内径の小さい配管によって構成されている。また、流動抵抗体９３としては、例えば図４に示した分配器６０又は図５に示した分配器７０を用いることもできる。この場合、流動抵抗体９３は、複数の冷媒経路に冷媒を分配する冷媒分配機能を有する。
図１０は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフ中の点ａ〜点ｆは、図９に示した点ａ〜点ｆに対応している。図１０では、暖房運転時の冷媒の動作を示している。
図１０に示すように、暖房運転時には、外気温度よりも温度の高い冷媒（図１０の点ａ）が流量調整装置８０に流入する。流量調整装置８０では、冷媒が等エンタルピ的に減圧される（点ｂ）。流量調整装置８０から流出した冷媒は、外気温度よりも高い温度を有している。
流量調整装置８０から流出した冷媒は、第３熱交換部４３に流入する。第３熱交換部４３に流入した冷媒は、外気温度よりも高い温度を有しているため、室外空気との熱交換によって冷却される。これにより、冷媒のエンタルピは低下する（点ｃ）。また、第３熱交換部４３を通過した冷媒の圧力は、第３熱交換部４３での圧力損失によって低下する。
第３熱交換部４３から流出した冷媒は、流動抵抗体９３に流入し、等エンタルピ的に減圧される。これにより、冷媒の温度は外気温度よりも低くなる（点ｄ）。
流動抵抗体９３から流出した冷媒は、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１に流入し、実施の形態１と同様に動作する（点ｅ、点ｆ）。
本実施の形態では、実施の形態１と比較して、第３熱交換部４３に流入する冷媒の温度（点ｂの温度）と外気温度との差が小さくなる。これにより、第３熱交換部４３での放熱量（点ｂと点ｃとのエンタルピ差）を小さくすることができるため、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１での蒸発負荷を減少させることができる。したがって、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、流動抵抗体９３を室外熱交換器１４に対して容易に取り付けることができるとともに、流動抵抗体９３と室外熱交換器１４とを容易にユニット化することができる。したがって、室外機２２の製造工程において室外熱交換器１４を接続する際の作業性を向上させることができる。
第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２が凝縮器として動作する冷房運転時には、第３熱交換部４３を流れる冷媒は概ね液状態となるため、圧力損失は小さい。また、冷媒の温度は外気温度よりも高いため、室外空気により冷却される。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１１は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。図１１では、暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示している。なお、実施の形態１〜３のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１１に示すように、本実施の形態では、暖房運転時における第３熱交換部４３の上流側に、流量調整装置８０が設けられている。また、第３熱交換部４３と第２熱交換部４２との間の冷媒流路４６には、流動抵抗体９３が設けられている。さらに、暖房運転時において第３熱交換部４３の入口側となる冷媒流路４７と、第３熱交換部４３の出口側となる冷媒流路４６とを、第３熱交換部４３を経由せずに接続するバイパス流路９０が設けられている。バイパス流路９０には、流動抵抗体９１と開閉弁９２とが設けられている。
図１２は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフ中の点ａ〜点ｆ、点ｂ１及び点ｂ２は、図１１に示した点ａ〜点ｆ、点ｂ１及び点ｂ２に対応している。図１２では、暖房運転時の冷媒の動作を示している。
図１２に示すように、暖房運転時には、外気温度よりも温度の高い冷媒（図１２の点ａ）が流量調整装置８０に流入する。流量調整装置８０では、冷媒が等エンタルピ的に減圧される（点ｂ）。流量調整装置８０から流出した冷媒は、外気温度よりも高い温度を有している。
暖房運転時には、開閉弁９２が開状態に制御される。これにより、流量調整装置８０から流出した冷媒は、第３熱交換部４３を通る流路とバイパス流路９０とに分流する。第３熱交換部４３に流入した冷媒は、外気温度よりも高い温度を有しているため、室外空気との熱交換によって冷却される。これにより、冷媒のエンタルピは低下する（点ｂ１）。また、第３熱交換部４３を通過した冷媒の圧力は、第３熱交換部４３での圧力損失によって低下する。
一方、バイパス流路９０に流入した冷媒は、流動抵抗体９１及び開閉弁９２で減圧される（点ｂ２）。バイパス流路９０では熱交換が行われないため、この減圧は等エンタルピ的な減圧となる。
第３熱交換部４３を通った冷媒とバイパス流路９０を通った冷媒とは、流量調整装置８０の上流側で合流する（点ｃ）。合流した冷媒は、流動抵抗体９３に流入する。流動抵抗体９３では、冷媒が等エンタルピ的に減圧される。これにより、冷媒の温度は外気温度よりも低くなる（点ｄ）。
流動抵抗体９３から流出した冷媒は、第２熱交換部４２及び第１熱交換部４１に流入し、実施の形態１と同様に動作する（点ｅ、点ｆ）。
冷房運転時には、開閉弁９２が閉状態に制御されるようにしてもよい。これにより、冷媒の全量は、第１熱交換部４１、第２熱交換部４２及び第３熱交換部４３をこの順に流れる。
本実施の形態では、第３熱交換部４３をバイパスするバイパス流路９０が設けられているため、第３熱交換部４３での圧力損失を低減できる。これにより、流量調整装置８０の入口及び出口間の圧力差を拡大することができるため、流量調整装置８０の流量調整代を大きくすることができるとともに、流量調整装置８０を小容量化及び小型化することができる。
また、本実施の形態では、冷房運転時には、冷媒の全量を第３熱交換部４３に流すことができる。したがって、室外熱交換器１４での交換熱量が増大する。ただし、第３熱交換部４３の圧力損失が大きい場合には、開閉弁９２を開状態に制御し、冷媒の一部又は全量をバイパス流路９０に流すようにしてもよい。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１３は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。図１３では、暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示している。なお、実施の形態１〜４のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、本実施の形態は、開閉弁９２に代えて逆止弁９４が設けられている点で、実施の形態４と異なっている。逆止弁９４は、バイパス流路９０において、流量調整装置８０から第２熱交換部４２に向かう冷媒の流れを許容し、逆方向の冷媒の流れを阻止する。すなわち、逆止弁９４は、暖房運転時には冷媒の流れを許容し、冷房運転時には冷媒の流れを阻止する。
図１４は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフ中の点ａ〜点ｆ、点ｂ１及び点ｂ２は、図１３に示した点ａ〜点ｆ、点ｂ１及び点ｂ２に対応している。図１４に示すグラフは、図１２に示したグラフと同様であるので説明を省略する。
本実施の形態では、開閉弁９２に代えて逆止弁９４が設けられているため、実施の形態４と比較して冷媒回路１０の製造コストを低減できる。
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１５は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。なお、実施の形態１〜５のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１５に示すように、本実施の形態では、実施の形態５の構成に加えて、バイパス流路９０とは別のバイパス流路９５が設けられている。バイパス流路９５は、暖房運転時において第３熱交換部４３の入口側となる冷媒流路４７と、第３熱交換部４３の出口側となる冷媒流路４６とを、第３熱交換部４３を経由せずに接続しており、バイパス流路９０と並列に設けられている。
バイパス流路９０には、流動抵抗体９１及び逆止弁９４が設けられている。バイパス流路９５には、逆止弁９６が設けられている。逆止弁９６は、バイパス流路９５において、第２熱交換部４２から流量調整装置８０に向かう冷媒の流れを許容し、逆方向の冷媒の流れを阻止する。すなわち、逆止弁９６は、逆止弁９４とは逆に、冷房運転時には冷媒の流れを許容し、暖房運転時には冷媒の流れを阻止する。
図１６は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４を流れる冷媒の飽和温度とエンタルピとの関係を示すグラフである。グラフ中の点ａ〜点ｆは、図１５に示した点ａ〜点ｆに対応している。図１６では、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２が凝縮器として動作する除霜運転時又は冷房運転時の冷媒の動作を示している。なお、暖房運転時の冷媒の動作については、実施の形態５と同様であるので説明を省略する。
圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒（図１６の点ｆ）は、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２に流入する。第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２に流入した冷媒は、フィンに付着した霜、又は室外空気との熱交換によって冷却される（点ｅ、点ｄ）。これにより、除霜運転時には冷媒からの放熱によって霜が融解する。第２熱交換部４２から流出した冷媒は、流動抵抗体９３に流入する。流動抵抗体９３では、冷媒が等エンタルピ的に減圧される（点ｃ）。
流動抵抗体９３から流出した冷媒は、第３熱交換部４３を通る流路とバイパス流路９５とに分流する。ただし、第３熱交換部４３よりも逆止弁９６の方が圧力損失が小さいため、大部分の冷媒はバイパス流路９５を流れる（点ｂ）。第３熱交換部４３を通った冷媒とバイパス流路９５を通った冷媒とは、流量調整装置８０の上流側で合流する。合流した冷媒は、流量調整装置８０に流入して等エンタルピ的に減圧される（点ａ）。
図１６では、バイパス流路９５が設けられていない場合の冷媒の動作を破線で示している。バイパス流路９５が設けられていない場合には、流動抵抗体９３から流出した冷媒の全量が第３熱交換部４３に流入する。第３熱交換部４３を通過した冷媒の圧力は、第３熱交換部４３での圧力損失によって低下する（点ｂ２）。したがって、流量調整装置８０の入口及び出口間での圧力差が小さくなってしまう（点ａ２）。
これに対し、本実施の形態では、バイパス流路９５が設けられているため、冷媒の圧力が第３熱交換部４３で過度に低下してしまうのを防ぐことができる。これにより、流量調整装置８０の入口及び出口間の圧力差を拡大することができるため、流量調整装置８０の流量調整代を大きくすることができるとともに、流量調整装置８０を小容量化及び小型化することができる。
また、本実施の形態では、冷媒の圧力が第３熱交換部４３で過度に低下してしまうのを防ぐことができるため、除霜運転時に流れる冷媒の流量を増大させることができる。したがって、除霜運転時間を短縮できるため、室内空間の快適性を改善できる。
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１７は、本実施の形態に係る室外熱交換器１４の概略構成を示す模式的な正面図である。なお、実施の形態１〜６のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１７に示すように、本実施の形態は、逆止弁９４、９６に代えて三方切替弁９７が設けられている点で、実施の形態６と異なっている。三方切替弁９７は、制御部の制御により、冷媒がバイパス流路９０又はバイパス流路９５のいずれを流れるかを切り替えるものである。三方切替弁９７は、暖房運転時には流量調整装置８０と第３熱交換部４３及びバイパス流路９０とが連通するように切り替えられ、冷房運転時には流量調整装置８０とバイパス流路９５とが連通するように切り替えられる。
本実施の形態では、設置姿勢の制約が大きい逆止弁９４、９６に代えて三方切替弁９７が用いられるため、配管周辺の構造を簡素化できるとともに製品の生産性が改善する。また、本実施の形態では、チャタリング（振動音）が生じる逆止弁９４、９６に代えて三方切替弁９７が用いられるため、冷凍サイクル装置の品質が向上する。さらに、三方切替弁９７が用いられることによって、冷媒流路を確実に切り替えることができる。本実施の形態では三方切替弁９７を例に挙げたが、三方切替弁９７に代えて複数の二方弁を用いることもできる。
上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
１０ 冷媒回路、１１ 圧縮機、１２ 室内熱交換器、１３ 減圧装置、１４ 室外熱交換器、１５ 流路切替装置、２１ 室内機、２２ 室外機、３１ 室内送風ファン、３２ 室外送風ファン、４１ 第１熱交換部、４２ 第２熱交換部、４３ 第３熱交換部、４４、４５、４６、４７ 冷媒流路、５０ 分配器、５１ 中空ヘッダ、５２ 流入管、５３ 分岐管、６０ 分配器、６１ 分配器本体、６２ 流入管、６３ 毛細管、７０ 分配器、７１ 積層型ヘッダ、７２ 流入管、７３ 分岐管、８０ 流量調整装置、９０ バイパス流路、９１ 流動抵抗体、９２ 開閉弁、９３ 流動抵抗体、９４ 逆止弁、９５ バイパス流路、９６ 逆止弁、９７ 三方切替弁。

Claims (10)

  1. 冷媒を循環させる冷媒回路と、
    前記冷媒回路に設けられ、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器と、を備え、
    前記室外熱交換器は、第１熱交換部、第２熱交換部及び第３熱交換部を有しており、
    前記第２熱交換部は、前記第１熱交換部の下方に配置され、前記第１熱交換部に接続されており、
    前記第３熱交換部は、前記第２熱交換部の下方に配置され、前記第２熱交換部に接続されており、
    前記第２熱交換部と前記第３熱交換部とを接続する冷媒流路には、流通する冷媒の圧力を減圧する第１減圧装置が設けられており、
    前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部が蒸発器として動作する運転モードでは、前記第３熱交換部は、冷媒の流れにおいて前記第２熱交換部よりも上流側に配置されており、前記第３熱交換部には、前記室外空気の温度よりも温度の高い冷媒が流通する冷凍サイクル装置。
  2. 前記第２熱交換部での冷媒のパス数は、前記第１熱交換部での冷媒のパス数よりも少なく、前記第３熱交換部での冷媒のパス数よりも多い請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記第２熱交換部での伝熱管の段数は、前記第１熱交換部での伝熱管の段数よりも少なく、前記第３熱交換部での伝熱管の段数よりも多い請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記冷媒回路は、前記第３熱交換部の入口側の冷媒流路と前記第３熱交換部の出口側の冷媒流路とを前記第３熱交換部を経由せずに接続する第１バイパス流路を有している請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記第１バイパス流路には、流動抵抗体及び開閉弁が設けられている請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記第１バイパス流路には、流動抵抗体及び逆止弁が設けられている請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記冷媒回路は、前記第３熱交換部の入口側の冷媒流路と前記第３熱交換部の出口側の冷媒流路とを前記第３熱交換部を経由せずに接続し、前記第１バイパス流路と並列に設けられた第２バイパス流路を有している請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記冷媒回路は、冷媒が前記第１バイパス流路又は前記第２バイパス流路のいずれを流れるかを切り替える切替弁を有している請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記第１減圧装置は、複数の冷媒経路に冷媒を分配する冷媒分配機能を有する請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記運転モードでの冷媒の流れにおいて前記第３熱交換部の上流側には、第２減圧装置が設けられている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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