WO2018051408A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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良太 赤岩
真哉 東井上
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三菱電機株式会社
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    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2513Expansion valves

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner, and more particularly, to an air conditioner capable of switching operation states of heating operation, cooling operation, and continuous heating operation.
  • the heat exchanger when a heat exchanger is used to cool the air temperature, the heat exchanger is referred to as an evaporator or an evaporator.
  • the refrigerant for example, chlorofluorocarbon refrigerant
  • the refrigerant flowing in the heat exchanger flows into the heat exchanger in a gas-liquid two-phase flow state in which a gas refrigerant and a liquid refrigerant having different densities are several tens of times.
  • the refrigerant in the state of the gas-liquid two-phase flow (two-phase refrigerant) that has flowed in is mainly evaporated by the liquid refrigerant absorbing the heat of the air, and changes into a gas refrigerant to become a gas single-phase refrigerant. It is discharged from the heat exchanger.
  • the air side is cooled and cooled by absorbing heat as described above.
  • the heat exchanger when a heat exchanger is used to warm the air temperature, the heat exchanger is referred to as a condenser or a condenser.
  • the high-temperature and high-pressure gas single-phase refrigerant discharged from the compressor flows in the heat exchanger.
  • the gas single-phase refrigerant that has flowed into the heat exchanger is condensed by absorbing heat by air, and the latent heat generated when the phase change to the liquid single-phase refrigerant and the liquefied single-phase refrigerant are subcooled. It becomes a supercooled liquid single-phase refrigerant by sensible heat and flows out of the heat exchanger.
  • the air side is warmed by absorbing the heat and becomes warm.
  • the heat exchanger has been treated so that it can be used for both the evaporator and the condenser by a simple cycle operation and a reverse cycle operation in which the refrigerant flows in the reverse direction. Therefore, when the refrigerant flowing in the heat exchanger flows in parallel through a plurality of refrigerant flow paths in the heat exchanger by, for example, branching the refrigerant flow path into three branches, the heat exchanger is used for either an evaporator or a condenser. Even if it is used, it is common to flow in the heat exchanger in parallel.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-117936
  • Patent Document 1 when using a heat exchanger as an evaporator, the refrigerant is used as a condenser so that the refrigerant flows through the plurality of flow paths (the first flow path and the second flow path) in parallel, the plurality of flow paths can be made to flow in series.
  • An air conditioner including a flow path switching unit has been proposed.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-85484
  • the surface temperature of the fins and heat transfer tubes in the evaporator of the outdoor unit decreases to below freezing point.
  • a phenomenon in which moisture in the air frosts on the fins and the heat transfer tube surface occurs.
  • the ventilation resistance of the air passing between the fins of the evaporator is greatly increased, and the thermal resistance in the heat exchange between the fins and the air is increased. As a result, the heat exchange efficiency decreases.
  • the defrosting operation is an operation state in which the flow of the high-temperature gas refrigerant discharged from the compressor is allowed to flow to the outdoor unit for air conditioning by stopping the flow of the refrigeration cycle functioning as an evaporator and restarting with the flow of refrigerant in the reverse direction. is there.
  • the frost adhering to the fins of the air conditioner outdoor unit becomes water melted by absorbing heat from the high-temperature gas refrigerant through the fins.
  • continuous heating operation also called heating / defrosting operation
  • a part of the heat exchanger is used as an evaporator and the remaining part is used in the defrosting operation state. Sustain.
  • the room can be continuously heated during the defrosting operation time by the continuous heating operation, it is possible to maintain comfort without causing a sudden temperature change in the room.
  • Patent Document 1 that increases or decreases the number of refrigerant channels in the heat exchanger and the technique described in Patent Document 2 that enables continuous heating operation are configured by switching a plurality of refrigerant channels on the refrigerant circuit.
  • the need for a container increases the manufacturing cost and mounting volume.
  • An object of the present invention is to provide an air conditioner capable of improving heat exchange performance during heating operation and cooling operation and realizing continuous heating operation while suppressing an increase in manufacturing cost and mounting volume.
  • the air conditioner according to the present invention includes a refrigerant circuit in which the refrigerant circulates.
  • the refrigerant circuit includes a compressor, a first heat exchanger, an expansion valve, a second heat exchanger, and a flow path switching device.
  • the second heat exchanger includes a first refrigerant channel and a second refrigerant channel.
  • the compressor includes a suction part and a discharge part.
  • the first refrigerant channel and the second refrigerant channel are connected in parallel via the first heat exchanger and a branch point.
  • the flow path switching device includes first to sixth ports.
  • the first port is connected to the discharge unit of the compressor.
  • the second port is connected to the first heat exchanger.
  • the third port is connected to the suction portion of the compressor.
  • the fourth port is connected to a pipe that connects the branch point and the first refrigerant flow path.
  • the fifth port is connected to the second refrigerant flow path.
  • the sixth port is connected to the first refrigerant flow path.
  • the second port is configured such that the connection state can be changed between the first port and the third port.
  • the fifth port is configured such that the connection state can be changed among the first port, the third port, and the fourth port.
  • the sixth port is configured such that the connection state can be changed between the first port and the third port.
  • the heating operation, the cooling operation, and the heating continuous operation can be realized by using one flow path switching device, so that the heat exchange performance during the heating operation and the cooling operation is improved.
  • An air-conditioning apparatus that can perform continuous heating operation can be realized with reduced volume and low cost.
  • Embodiment 1 of this invention It is a block diagram of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram which shows the refrigerant
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of an air conditioner as a refrigeration cycle apparatus of the present embodiment. Below, the structure of this embodiment is demonstrated using the air conditioning apparatus which mounts several indoor unit with respect to one outdoor unit like a building multi air conditioner as an example.
  • the air conditioner includes a refrigerant circuit through which refrigerant circulates.
  • the refrigerant circuit includes a compressor 1, indoor heat exchangers 7a to 7d as a first heat exchanger, indoor fans 9a to 9b as fans, expansion valves 6a to 6d, a three-way pipe 5, an expansion valve 4a as an on-off valve, It includes an expansion valve 4b, refrigerant distributors 10a and 10b, second heat exchangers (outdoor heat exchangers 3a and 3b), an outdoor fan 8 as a fan, and a flow path switching device 12.
  • the refrigerant flows through the refrigerant circuit through the compressor 1, the flow path switching device 12, the indoor heat exchangers 7a to 7d, the expansion valves 6a to 6d, the three-way pipe 5, the expansion valves 4a and 4b, and the second heat. It flows in the order of the exchanger and the flow path switching device 12.
  • the second heat exchanger includes an outdoor heat exchanger 3a as a first refrigerant flow path and an outdoor heat exchanger 3b as a second refrigerant flow path.
  • the compressor 1 includes a suction part and a discharge part.
  • the outdoor heat exchanger 3a and the outdoor heat exchanger 3b are connected in parallel with the indoor heat exchangers 7a to 7d via a three-way pipe 5 as a branch point.
  • the expansion valve 4a as the on-off valve is connected between the three-way pipe 5 and the outdoor heat exchanger 3a (first refrigerant flow path) via pipes 204 to 206. From a different point of view, in the pipes 204 to 206, the expansion valve 4a is installed between the connection point B ′′ connected to the fourth port IV and the three-way pipe 5 as a branch point. May have a configuration in which the expansion valves 6a to 6d are not installed.
  • the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101 includes first to sixth ports.
  • the first port I is connected to the discharge unit of the compressor 1 via a pipe 209.
  • the second port II is connected to the indoor heat exchangers 7a to 7d via the pipe 201.
  • the third port III is connected to the suction portion of the compressor 1 through the pipes 210 and 211 and the accumulator 11.
  • the accumulator 11 is disposed between the third port III and the suction portion of the compressor 1.
  • the fourth port IV is connected to a connection point B ′′ of the pipe 205 between the three-way pipe 5 serving as a branch point and the outdoor heat exchanger 3a (first refrigerant flow path) via the pipe 208.
  • the fifth port. V is connected to the outdoor heat exchanger 3b (second refrigerant flow path) via the pipe 207.
  • the sixth port VI is connected to the outdoor heat exchanger 3a (first refrigerant flow path) via the pipe 207. Is done.
  • the indoor heat exchangers 7a to 7d are connected to the expansion valves 6a to 6d via pipes 202, respectively.
  • the expansion valves 6a to 6d are connected to the three-way pipe 5 through the pipe 203.
  • the three-way pipe 5 is connected to the expansion valves 4a and 4b via the pipe 204.
  • the expansion valve 4a is connected to the refrigerant distributor 10a via the pipe 205.
  • a connection point B ′′ with the pipe 208 is formed on the pipe 205.
  • the refrigerant distributor 10a is connected to the outdoor heat exchanger 3a via the pipe 206.
  • the expansion valve 4b distributes the refrigerant via the pipe 205.
  • the refrigerant distributor 10b is connected to the outdoor heat exchanger 3b via a pipe 206.
  • the second port II is configured such that the connection state can be changed between the first port I and the third port III.
  • the fifth port V is configured such that the connection state can be changed among the first port I, the third port III, and the fourth port IV.
  • the sixth port VI is configured such that the connection state can be changed between the first port I and the third port II.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant during heating operation.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the flow of the refrigerant during the cooling operation.
  • 4 and 5 are schematic diagrams showing the refrigerant flow (pattern 1 and pattern 2) during continuous heating operation.
  • the gas refrigerant in the indoor heat exchangers 7a to 7d is cooled and liquefied by the air supplied to the indoor heat exchangers 7a to 7d by the indoor fans 9a to 9d.
  • the air heated by the heat from the gas refrigerant in the indoor heat exchangers 7a to 7d is supplied to the room to be heated.
  • the liquefied liquid refrigerant passes through the expansion valves 6a to 6d, respectively, and becomes a two-phase refrigerant state in which low-temperature and low-pressure gas refrigerant and liquid refrigerant are mixed, and reaches the point C of the pipe 203. Thereafter, the refrigerant in a two-phase refrigerant state (also referred to as a two-phase refrigerant) passes through the three-way pipe 5 and is bifurcated to flow through the two pipes 204 respectively. The bifurcated two-phase refrigerant flows into the refrigerant distributors 10a and 10b through the expansion valves 4a and 4b, respectively. Then, the refrigerant reaches points B and B ′ of the pipe 206, respectively.
  • the outdoor heat exchanger 3 a is bypassed and passed through the point A ′′, and the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101.
  • a pipe 208 connected to the fourth port IV is connected.
  • the flow path switching device 12 since the flow path connected to the fourth port IV is not formed, no refrigerant flows from the connection point B ′′ to the point A ′′ side.
  • the outdoor heat exchangers 3a and 3b function as an evaporator.
  • the two-phase refrigerant is heated by the air flowing by the outdoor fan 8.
  • the gasified refrigerant reaches point A and point A ′ of the pipe 207.
  • the gas refrigerant having passed through the points A and A ′ flows into the sixth port VI and the fifth port V of the flow path switching device 12, respectively.
  • the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101, a flow path that connects both the sixth port VI and the fifth port V to the third port III is formed. For this reason, the gas refrigerant supplied to the sixth port VI and the fifth port V is supplied to the accumulator 11 via the third port III. Thereafter, the gas refrigerant returns to the compressor 1 via the accumulator 11. With this cycle, a heating operation for heating indoor air is performed.
  • the air conditioner can be operated in the heating operation state as the first operation state.
  • the expansion valve 4a as an on-off valve is in an open state.
  • the first port I and the second port II are connected, and the fifth port V, the sixth port VI, and the third port III are connected.
  • the pressure loss depending on the flow rate can be reduced by slowing the flow rate of the refrigerant.
  • the performance of the heat exchanger as an evaporator can be effectively exhibited.
  • the gas refrigerant changes to a two-phase refrigerant state in which a gas refrigerant and a liquid refrigerant are mixed, or a single phase state of the liquid refrigerant, and reaches the point B of the pipe 206.
  • the two-phase refrigerant or liquid refrigerant passing through the point B reaches the connection point B ′′ of the pipe 205 via the refrigerant distributor 10a.
  • the expansion valve 4a serving as the on-off valve is inevitably closed.
  • the flow of the refrigerant is guided from the connection point B ′′ to the point A ′′ of the pipe 208.
  • the refrigerant reaches the fourth port IV of the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101.
  • a flow path connecting the fourth port IV and the fifth port V is formed, so that the refrigerant (two-phase refrigerant or liquid refrigerant) reaches the point A ′ of the pipe 207.
  • the refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 3b, in which the refrigerant is cooled again by the air flowing by the outdoor fan 8 to become a supercooled liquid single-phase refrigerant, and the point B ′ of the pipe 206 To.
  • the refrigerant passes through the outdoor heat exchangers 3a and 3b in series in the process from point A to point B '.
  • the liquid refrigerant that has passed through the point B ′ of the pipe 206 reaches the point C of the pipe 203 through the refrigerant distributor 10 b, the expansion valve 4 b, and the three-way pipe 5.
  • the liquid refrigerant that has passed through the point C is branched and passes through the plurality of expansion valves 6a to 6d, thereby forming a two-phase refrigerant state in which low-temperature and low-pressure gas refrigerant and liquid refrigerant are mixed.
  • the refrigerant in the two-phase refrigerant state passes through the plurality of indoor heat exchangers 7a to 7d.
  • the indoor heat exchangers 7a to 7d function as evaporators. Therefore, the liquid refrigerant in the two-phase refrigerant is evaporated and gasified in the heat exchangers 7a to 7d by the air flowing by the indoor fans 9a to 9d.
  • the gasified refrigerant merges to reach the point D of the pipe 201 and flows into the second port II of the flow path switching device 12.
  • the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101, a flow path connecting the second port II and the third port III is formed.
  • gasified refrigerant (gas refrigerant) passes through the third port III and flows out of the refrigerant flow switching circuit 101.
  • the gas refrigerant returns to the compressor 1 via the accumulator 11. With this cycle, a cooling operation for cooling the indoor air is performed.
  • the air conditioner can be operated in the cooling operation state as the second operation state.
  • the expansion valve 4a as an on-off valve is closed.
  • the first port I and the sixth port VI are connected, the second port II and the third port III are connected, and the fourth port IV and the fifth port are connected. V is connected.
  • the outdoor heat exchangers 3a and 3b are used as the condenser, the outdoor heat is reduced by reducing the number of branches of the refrigerant flow path so that the refrigerant can be directly used in the outdoor heat exchangers 3a and 3b.
  • the flow rate of the refrigerant in the exchangers 3a and 3b can be made fast. For this reason, the performance as a condenser of the outdoor heat exchangers 3a and 3b can be effectively exhibited as a result.
  • the performance of the outdoor heat exchangers 3a and 3b can be effectively exhibited in both the heating operation and the cooling operation. For this reason, the branch state of the flow path in the refrigerant circuit can be changed in accordance with the function exhibited by the heat exchanger, and the heat exchange efficiency can be increased.
  • the gas refrigerant having passed through the point D is branched and passes through the plurality of indoor heat exchangers 7a to 7d.
  • the indoor heat exchangers 7a to 7d function as condensers.
  • the gas refrigerant is cooled and liquefied by the air flowing by the indoor fans 9a to 9d.
  • the liquefied refrigerant (liquid refrigerant) passes through the expansion valves 6a to 6d, respectively, and becomes a two-phase refrigerant state in which low-temperature and low-pressure gas refrigerant and liquid refrigerant are mixed.
  • the refrigerant in the two-phase refrigerant state (two-phase refrigerant) then reaches the three-way pipe 5 via the point C of the pipe 203.
  • the gas refrigerant that has passed through the point A flows to the outdoor heat exchanger 3a.
  • the outdoor heat exchanger 3a functions as a condenser.
  • the gas refrigerant is cooled in the outdoor heat exchanger 3a by the air flowing by the outdoor fan 8, and the phase changes to a two-phase refrigerant state in which the gas refrigerant and the liquid refrigerant are mixed, or a single phase state of the liquid refrigerant.
  • the phase-change refrigerant passes through the point B of the pipe 206 and reaches the expansion valve 4a through the refrigerant distributor 10a and the point B ". At this time, the refrigerant passes through the expansion valve 4a, so that the refrigerant has a low temperature.
  • the two-phase refrigerant flowing into the three-way pipe 5 through the points D and C and the two-phase refrigerant flowing into the three-way pipe 5 through the points A and B merge.
  • the merged two-phase refrigerant flows from the three-way pipe 5 to the expansion valve 4b.
  • the two-phase refrigerant flows through the refrigerant distributor 10b and the point B 'and flows into the outdoor heat exchanger 3b.
  • the outdoor heat exchanger 3b functions as an evaporator.
  • the two-phase refrigerant is heated and gasified in the outdoor heat exchanger 3b by the air flowing by the outdoor fan 8, and reaches the point A '.
  • the gas refrigerant having passed through the point A ′ flows into the fifth port V of the flow path switching device 12.
  • the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101, a flow path connecting the fifth port V and the third port III is formed.
  • the gas refrigerant flows out from the refrigerant flow switching circuit 101 to the pipe 211 via the third port III. Thereafter, the gas refrigerant returns to the compressor 1 via the accumulator 11.
  • the air conditioner can be operated in the heating continuous operation state (pattern 1) as the third operation state.
  • the expansion valve 4a as the on-off valve is opened.
  • the first port I, the second port II, and the sixth port VI are connected, and the third port III and the fifth port V are connected.
  • the heating operation for heating the indoor air is performed, but the high-temperature and high-pressure refrigerant flows in the outdoor heat exchanger 3a among the outdoor heat exchangers 3a and 3b, so that the outdoor heat exchanger 3a It is possible to prevent moisture in the outside air from condensing or frosting, and even if moisture in the air is frosted in the outdoor heat exchanger 3a, the frost can be heated and removed.
  • the flow of the refrigerant during the continuous heating operation (pattern 2) in FIG. 5 will be described.
  • the flow of the refrigerant shown in FIG. 4 is basically the same as that shown in FIG. It has a configuration in which the functions of the heat exchanger 3a and the outdoor heat exchanger 3b and the refrigerant flow are alternated. That is, in the continuous heating operation shown in FIG. 5, the flow path connecting the first port I, the second port II, and the fifth port V in the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit 101 in FIG. In addition, a flow path that connects the sixth port VI and the third port III is formed.
  • the air conditioner can be operated in the heating continuous operation state (pattern 2) as the fourth operation state.
  • the expansion valve 4a as the on-off valve is opened.
  • the first port I, the second port II, and the fifth port V are connected, and the third port III and the sixth port VI are connected.
  • the heating operation for heating the indoor air is performed, but outdoor heat exchange is performed by flowing high-temperature and high-pressure refrigerant into the outdoor heat exchanger 3b among the outdoor heat exchangers 3a and 3b. Prevent moisture in the outside air from condensing or frosting in the outdoor unit 3b, and even if moisture in the air is frosted in the outdoor heat exchanger 3b, the frost is heated and removed. Can do.
  • the outdoor heat exchanger 3a is repeatedly switched between the continuous heating operation shown in FIG. 4 (pattern 1) and the continuous heating operation shown in FIG. 5 (pattern 2). Even if frost is formed on either one of 3b, the frost can be removed during the operation switched to either pattern 1 or pattern 2. For this reason, in any of the outdoor heat exchangers 3a and 3b, operation capable of exhibiting sufficient capability as an evaporator is possible. Therefore, the state where the heating operation for heating the indoor air is performed can be continuously maintained.
  • the outdoor heat exchanger in the heat pump apparatus such as the air conditioner according to the present embodiment includes a plurality of refrigerant channels (outdoor heat exchangers 3a and 3b).
  • the outdoor heat exchanger with respect to the plurality of refrigerant flow paths, it is possible to flow the refrigerant in parallel in the heating operation and to flow the refrigerant in series in the cooling operation.
  • the outdoor heat exchanger in continuous heating operation (heating and defrosting simultaneous operation), while performing a defrosting operation on a part of the outdoor heat exchanger (for example, the outdoor heat exchanger 3a as one refrigerant flow path),
  • the refrigerant can be caused to flow so that the remaining part of the outdoor heat exchanger (for example, the outdoor heat exchanger 3b as another refrigerant flow path) acts as an evaporator.
  • Such heating operation, cooling operation, and continuous heating operation can be performed with a simple circuit.
  • the flow path switching device 12 can be configured by a combination of a refrigerant flow path as shown in FIG. 6 and a plurality of electromagnetic valves 21 to 27 that can be opened and closed, for example. This will be specifically described below.
  • the flow path switching device 12 shown in FIG. 6 is installed in a pipe connecting between the first port I to the sixth port VI formed in the casing and the first port I to the sixth port VI, and the pipe. And a plurality of solenoid valves 21 to 27 as three or more openable / closable valves.
  • the first port I is connected to the sixth port VI by piping through the point K, the electromagnetic valve 21 and the point J.
  • the first port I is connected to the second port II by piping through the point K, the point L, the solenoid valve 23, and the point I.
  • the second port II is connected to the third port III by piping through the point I, the electromagnetic valve 24, and the point G.
  • the third port III is connected to the sixth port VI by piping through point G, point H, solenoid valve 25, and point J.
  • the third port III is connected to the fifth port V by piping through point G, point H, solenoid valve 26 and point M.
  • the fourth port IV is connected to the first port I by piping through the solenoid valve 27, point M, solenoid valve 22, point L, and point K.
  • Table 1 shows the operating states (open / closed states) of the solenoid valves 21 to 27 constituting the flow path switching device 12 shown in FIG.
  • Each operation state shown in FIGS. 2 to 5 can be realized by using the flow path switching device 12 having such a configuration.
  • FIG. ⁇ Configuration of air conditioner> 7 to 15 show the configuration of the flow path switching device that constitutes the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
  • 7 and 8 are schematic perspective views of the flow path switching device according to the present embodiment.
  • 9 to 11 are schematic diagrams of the branch flow paths 108 to 110 that constitute the flow path switching device shown in FIGS. 7 and 8.
  • FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the flow path switching device according to this embodiment.
  • 13 to 15 are schematic longitudinal sectional views of the flow path switching device according to this embodiment.
  • the air conditioner according to the present embodiment basically has the same configuration as the air conditioner shown in FIGS. 1 to 6, but the configuration of the flow path switching device 12 is the air conditioner shown in FIGS. Different from the device.
  • the configuration of the flow path switching device will be described.
  • the flow path switching device 12 is provided with a branch flow path 108 to 110 and pipes 111 to 113 in a housing 120.
  • the outer peripheral end of the branch flow path 108 corresponds to the second port II of the flow path switching device 12.
  • the outer peripheral end of the branch flow path 109 corresponds to the fifth port V of the flow path switching device 12.
  • the outer peripheral end of the branch flow path 110 corresponds to the sixth port VI of the flow path switching device 12.
  • the outer peripheral end of the pipe 111 corresponds to the fourth port IV of the flow path switching device 12.
  • the outer peripheral end of the pipe 112 corresponds to the first port I of the flow path switching device 12.
  • the outer peripheral end of the pipe 113 corresponds to the third port III of the flow path switching device 12.
  • the branch flow path 108 is connected to the flow path 105 and the flow path 106 via a switching valve 103a.
  • the branch flow path 109 is connected to all of the flow paths 105, 106, and 107 via the switching valve 103b.
  • the branch flow path 110 is connected to the flow paths 105 and 106 via the switching valve 103c.
  • the pipe 111 is connected to the flow path 107.
  • the pipe 112 is connected to the flow path 105.
  • the pipe 113 is connected to the flow path 106.
  • the switching valve 103a is a rod-like body, and an opening 104a serving as a refrigerant flow path is formed.
  • the switching valve 103b is a rod-like body, and two openings 104b and 104c serving as a refrigerant flow path are formed.
  • the switching valve 103c is a rod-like body, and two openings 104d and 104e serving as a refrigerant flow path are formed.
  • the switching valves 103a to 103c as the first to third switching valves are slidably disposed along the extending direction of the switching valves 103a to 103c in the flow path switching device 12.
  • the switching valves 103a to 103c are arranged in sliding holes formed at the connecting portions between the branch flow paths 108 to 110 and the flow paths 105 to 107.
  • the switching valves 103a to 103c are slid to change the arrangement of the openings, thereby changing the connection state between the branch channels 108 to 110 and the channels 105 to 107.
  • driving devices 121a to 121c for sliding the switching valves 103a to 103c are arranged on the upper part of the casing 120 of the flow path switching device 12.
  • the driving devices 121a to 121c can adopt any configuration as long as the switching valves 103a to 103c can be moved.
  • a combination of a conductive motor and a gear, or an actuator can be used.
  • the internal structure of the flow path switching device 12 will be described.
  • the flow path switching device 12 and 13 show a cross-sectional structure of the flow path switching device 12 including the branch flow path 108.
  • the flow path switching device 12 is provided independently so that three refrigerant flow paths 105 to 107 are laminated inside.
  • the cross sections of the refrigerant flow paths 105 to 107 are shown as cross-sectional schematic views in cross sections AA, BB, and CC.
  • the pipes from the first port I, the fourth port IV, and the third port III are provided so as to communicate with the flow paths 105, 107, and 106 in the housing 120, respectively.
  • the switching valves 103a to 103c provided in the flow path switching device 12, the switching valve 103a is related to the branch flow path 108.
  • the switching valve 103a is provided with an opening 104a serving as a refrigerant flow path.
  • the switching valve 103a has an opening 104a serving as a refrigerant flow path that communicates the flow path 105 and the branch flow path 108, or communicates the flow path 106 and the branch flow path 108 depending on the presence or absence of energization. The arrangement changes.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the flow path switching device 12 including the branch flow path 109.
  • the switching valve 103b is related to the branch flow path 109.
  • the switching valve 103b is provided with two openings 104b and 104c as refrigerant flow paths.
  • the switching valve 103b changes the positions of the openings 104b and 104c as the refrigerant flow paths by adjusting energization.
  • the state in which the opening 104b is arranged to communicate with the flow path 106 and the branch flow path 109 the state in which the opening 104c is disposed to communicate with the flow path 105 and the branch flow path 109, the refrigerant flow
  • the arrangement of the switching valve 103b changes to one of the states in which the opening 104b and the opening 104c as the passage are arranged so as to communicate with the flow paths 107 and 106 and the branch flow path 109, respectively.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional structure of the flow path switching device 12 including the branch flow path 110.
  • the switching valve 103c is related to the branch flow path 110.
  • the switching valve 103c is provided with two openings 104d and 104e as refrigerant flow paths.
  • the switching valve 103c changes the positions of the openings 104d and 104e, for example, by adjusting energization.
  • the arrangement of the switching valve 103c changes to one of the two openings 104d and 104e that communicate with the flow paths 105 and 106 and the branch flow path 110, respectively.
  • the flow path switching device 12 shown in FIGS. 7 to 15 includes a casing 120 and switching valves 103a to 103c as first to third switching valves.
  • a first port I to a sixth port VI are formed in the housing 120.
  • the switching valve 103a as the first switching valve switches the connection state of the first port I, the third port III, and the second port II as shown in FIG.
  • the switching valve 103b as the second switching valve switches the connection state between the first port I, the third port III, the fourth port IV, and the fifth port V as shown in FIG.
  • the switching valve 103c as the third switching valve switches the connection state between the first port I, the third port III, and the sixth port VI as shown in FIG.
  • the operation of the air conditioner according to the present embodiment is basically the same as that of the air conditioner shown in FIGS.
  • the specific configuration of the flow path switching device 12 is different from that of the air conditioner shown in FIGS. 1 to 6, and in the following, focusing on the specific operation of the flow path switching device, FIG. This will be described with reference to FIG. 16 to 19, the AA section of FIGS. 13 to 15 is (A), the CC section of FIGS. 13 to 15 is (B), and the BB section of FIGS. 13 to 15 is BB.
  • the cross section is shown as (C).
  • the flow of the refrigerant is indicated by arrows.
  • FIG. 16 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during the heating operation in the air conditioner.
  • the refrigerant flows from the first port I to the second port II through the pipe 112, the flow path 105, and the branch flow path 108 as indicated by arrows.
  • the refrigerant does not flow.
  • the refrigerant flows from the fifth port V and the sixth port VI to the third port III through the branch channels 109 and 110 through the channel 106 and the pipe 113.
  • FIG. 17 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during cooling operation in the air conditioner.
  • the refrigerant flows from the first port I to the sixth port VI through the pipe 112, the flow path 105, and the branch flow path 110 as indicated by arrows.
  • the refrigerant flows from the fourth port IV to the fifth port V through the pipe 111, the flow path 107, and the branch flow path 109.
  • the refrigerant flows from the second port II to the third port III via the branch flow path 108, the flow path 106, and the piping 113.
  • FIG. 18 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during continuous heating operation (pattern 1) in the air conditioner.
  • pattern 1 in the air conditioner.
  • the flow path 105 in the AA cross section shown in FIG. 18A, from the first port I to the second port II and the sixth port VI, as indicated by the arrow through the pipe 112, the flow path 105, and the branch flow paths 108 and 110.
  • the refrigerant flows.
  • the CC cross section shown in FIG. 18B since the connection between the flow path 107 and the branch flow path 109 is blocked by the switching valve 103b (see FIG. 14), the refrigerant does not flow.
  • the refrigerant flows from the fifth port V to the third port III from the branch channel 109 through the channel 106 and the pipe 113.
  • FIG. 19 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during continuous heating operation (pattern 2) in the air conditioner.
  • pattern 2 continuous heating operation
  • FIG. 19 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during continuous heating operation (pattern 2) in the air conditioner.
  • the flow path 105 from the first port I to the second port II and the fifth port V, as indicated by the arrow through the pipe 112, the flow path 105, and the branch flow paths 108 and 109.
  • the refrigerant flows.
  • the CC cross section shown in FIG. 19B since the connection between the flow path 107 and the branch flow path 109 is blocked by the switching valve 103b (see FIG. 14), the refrigerant does not flow.
  • the refrigerant flows from the sixth port VI to the third port III from the branch channel 110 through the channel 106 and the pipe 113.
  • the number of valves in the flow path switching device 12 is reduced as compared with the first embodiment, and the flow path is switched by reducing the number of surrounding piping. It is possible to reduce the manufacturing cost of the apparatus and save space.
  • FIG. ⁇ Configuration of air conditioner> 20 to 23 are configuration diagrams showing the configuration of the flow path switching device that constitutes the air-conditioning apparatus according to the present embodiment. 20 to 23 show states of the flow path switching device during the heating operation, the cooling operation, the continuous heating operation (pattern 1), and the continuous heating operation (pattern 2), respectively.
  • the air conditioner according to the present embodiment basically has the same configuration as the air conditioner shown in FIGS. 1 to 6, but the configuration of the flow path switching device 12 is the air conditioner shown in FIGS. Different from the device. Hereinafter, the configuration of the flow path switching device will be described.
  • the flow path switching device 12 constituting the refrigerant flow path switching circuit of the present embodiment shown in FIGS. 20 to 23 is realized as a simple form using existing components. That is, the flow path switching device 12 in the present embodiment includes at least one or more four-way valves 31 and three or more three-way valves 32 to 34, and the four-way valve 31 and the three-way valves 32 to 34 are connected by piping. It is connected. This will be specifically described below.
  • the flow path switching device 12 includes a first port I to a sixth port VI formed in the housing, a pipe connecting the first port I to the sixth port VI, It includes one four-way valve 31 and three three-way valves 32 to 34 installed in the pipe.
  • the first port I is connected to the four-way valve 31.
  • the second port II is connected to the four-way valve 31 via the point O.
  • the second port II is connected to the three-way valve 34 via the point O.
  • the second port II is connected to the three-way valve 32 via the point O.
  • the third port III is connected to the four-way valve 31.
  • the fourth port IV is connected to the fifth port V by piping through the three-way valve 34 and the three-way valve 33.
  • the fifth port V is connected to the four-way valve 31 via the three-way valve 33 and the point P.
  • the sixth port VI is connected to the four-way valve 31 via the three-way valve 32 and the point P.
  • FIG. 20 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during the heating operation in the air conditioner.
  • the refrigerant from the first port I flows through the four-way valve 31 to the second port II.
  • the refrigerant from the fifth port Vi and the sixth port VI passes through the three-way valves 33 and 32, joins at the point P, passes through the four-way valve 31, and flows to the third port III. Since the flow from the fourth port IV is blocked by the three-way valve 34, no flow is generated.
  • heating operation is implemented in the air conditioning apparatus in this embodiment.
  • FIG. 21 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during cooling operation in the air conditioner.
  • the refrigerant from the first port I passes through the four-way valve 31, the point P and the three-way valve 32 and flows to the sixth port VI.
  • the refrigerant from the fourth port IV flows to the fifth port V through the three-way valve 34 and the three-way valve 33.
  • the refrigerant from the second port II passes through the four-way valve 31 and flows to the third port III. In this way, the air-conditioning apparatus according to the present embodiment performs the cooling operation.
  • FIG. 22 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during the heating continuous image operation (pattern 1) in the air conditioner.
  • the refrigerant from the first port I passes through the four-way valve 31 and partly flows to the second port II, and the remaining part passes through the point O and the three-way valve 32 and flows to the sixth port VI.
  • the refrigerant from the fifth port V flows through the three-way valve 33, the point P and the four-way valve 31 to the third port III. Since the refrigerant from the fourth port IV is blocked by the three-way valve 34, no flow is generated. In this way, the heating continuous operation (pattern 1) is performed in the air conditioner of the present embodiment.
  • FIG. 23 shows the refrigerant flow in the flow path switching device 12 during the heating continuous operation (pattern 2) in the air conditioner.
  • the refrigerant from the first port I passes through the four-way valve 31 and the point O, partly passes to the second port II, and the remaining part passes through the three-way valve 34 and the three-way valve 33 and flows to the fifth port V.
  • the refrigerant from the sixth port VI passes through the three-way valve 32, the point P, and the four-way valve 31 and flows to the third port III.
  • the refrigerant from the fourth port IV does not flow because the flow path is blocked by the three-way valve 34.
  • the heating continuous operation (pattern 2) is performed in the air conditioner of the present embodiment.
  • FIG. FIG. 24 is a configuration diagram illustrating the configuration of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
  • the air conditioner shown in FIG. 24 basically has the same configuration as that of the air conditioner shown in FIGS. 1 to 6, except that the air is blown to the outdoor heat exchanger 3a serving as the first refrigerant flow path.
  • the outdoor fan 8 as one fan is arranged, and the outdoor fan 8 as a second fan for blowing air to the outdoor heat exchanger 3b as a second refrigerant flow path is arranged in FIGS. This is different from the air conditioner shown in FIG.
  • the outdoor heat exchangers 3 a and 3 b are independent outdoor heat exchangers each having an outdoor fan 8.
  • FIG. 25 is a configuration diagram showing a configuration of a modified example of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
  • the air conditioner shown in FIG. 25 basically has the same configuration as the air conditioner shown in FIGS. 1 to 6, but in addition to the outdoor heat exchangers 3a and 3b shown in FIGS.
  • the additional outdoor heat exchangers 3a ′ and 3b ′ are connected to the refrigerant circuit, and the configuration of the flow path switching device 12 is different from that of the air conditioner shown in FIGS.
  • the expansion valves 6a to 6d are connected via the pipe 203, the point C, and the pipe 203 ′ point C ′. 2 three-way pipe 5.
  • the second three-way pipe 5 as another branch point is connected to the second expansion valves 4a and 4b via a pipe 204 '.
  • the second expansion valve 4a is connected to the second refrigerant distributor 10a via a pipe 205 '.
  • a second connection point B ′′ with the pipe 208 ′ is formed on the pipe 205 ′.
  • the second refrigerant distributor 10a is connected to the additional outdoor heat exchanger 3a ′ via the pipe 206 ′.
  • the second expansion valve 4b is connected to the second refrigerant distributor 10b via a pipe 205 ', and the second refrigerant distributor 10b is connected to an additional outdoor heat exchanger 3b' via a pipe 206 '.
  • an additional fourth port IV as a seventh port, an additional fifth port V as an eighth port, and an addition as a ninth port
  • the sixth port VI is formed.
  • the pipe 208 ' is connected to the additional fourth port IV.
  • the additional outdoor heat exchanger 3a ' is connected to the additional sixth port VI via the pipe 207'.
  • the additional outdoor heat exchanger 3b ' is connected to the additional fifth port V via the pipe 207'.
  • the additional fourth port IV to the additional sixth port VI are the same as the switching operation of the fourth port IV to the sixth port VI in the flow path switching device 12 in the air conditioner shown in FIGS.
  • the connection destination is switched.
  • FIG. 26 is a refrigerant flow schematic diagram that satisfies the operation state corresponding to the heating operation of the third embodiment described in FIG. 20.
  • the point X at which the piping path branches into two in the flow path switching device 12 for each of the two fourth ports IV, two fifth ports V, and two sixth ports VI shown in FIG. Point Y and point Z exist.
  • Each of the points X, Y, and Z equally divides the refrigerant into two branches, thereby allowing the outdoor heat exchanger 3a, the additional outdoor heat exchanger 3a ′, the outdoor heat exchanger 3b, and the additional outdoor heat exchanger 3b ′.
  • the additional fourth port IV to sixth port. VI may be formed.
  • point X and point Y branch the piping path into two in the flow path switching device 12 for each of the two fourth ports IV, two fifth ports V, and two sixth ports VI.
  • the second heat exchanger includes an additional outdoor heat exchanger 3a ′ as a third refrigerant flow path, 4 and an additional outdoor heat exchanger 3b ′ as a refrigerant flow path.
  • the third refrigerant flow path (additional outdoor heat exchanger 3a ′) and the fourth medium flow path (additional outdoor heat exchanger 3b ′) are the first heat exchanger (] indoor heat exchangers 7a to 7d). They are connected in parallel via the second three-way pipe 5 as another branch point.
  • the flow path switching device 12 includes a seventh port to a ninth port (an additional fourth port IV to an additional sixth port VI).
  • the seventh port is another pipe 204 that connects another branch point (second three-way pipe 5) and the third refrigerant flow path (additional outdoor heat exchanger 3a ′). Connected with “ ⁇ 206”.
  • the eighth port (additional fifth port V) is connected to the fourth refrigerant flow path (additional outdoor heat exchanger 3b ').
  • the ninth port (additional sixth port VI) is connected to the third refrigerant flow path (additional outdoor heat exchanger 3a ').
  • the fourth port IV and the seventh port constitute a first port group connected to each other at a point X as shown in FIG.
  • the fifth port V and the eighth port constitute a second port group connected to each other at the point Y.
  • the sixth port VI and the ninth port constitute a third port group connected to each other at the point Z.
  • the second port group is configured such that the connection state can be changed among the first port I, the third port III, and the first port group.
  • the third port group is configured such that the connection state can be changed between the first port I and the third port III.
  • each of the outdoor heat exchangers as the two second heat exchangers has a plurality of refrigerant flow paths (for example, outdoor heat exchangers 3a and 3b or outdoor heat exchangers 3a ′ and 3b ′).
  • a plurality of the fourth port IV to the sixth port VI may be formed corresponding to the number of the second heat exchangers.
  • the number of branches at points X, Y, and Z is increased corresponding to the number of added second heat exchangers, so that the number of outdoor heat exchangers is unlimited.
  • the path switching device 12 can be established.
  • an outdoor heat exchanger (second heat exchanger) added to the configuration shown in FIGS. 1 to 6 is used as a refrigerant in the same manner as the outdoor heat exchanger in the configuration shown in FIGS. Connect to the circuit. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effect as the air conditioner shown in FIGS. In particular, in the case of an air conditioner as a refrigeration cycle apparatus as shown in FIG. 25, in one outdoor heat exchanger (second heat exchanger), the divided two outdoor heat exchangers 3a and 3b have different functions.
  • the present invention can be applied to, for example, a heat pump device, a hot water supply device, a refrigeration device, and the like.

Abstract

製造コストと実装容積の増大を抑制しつつ、暖房運転時および冷房運転時の熱交換性能の向上と暖房連続運転を実現できる空気調和装置を提供する。空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。第2熱交換器は第1冷媒流路(3a)と第2冷媒流路(3b)とを含む。流路切替装置の第1ポートは、圧縮機の吐出部と接続される。第2ポートは、第1熱交換器と接続される。第3ポートは、圧縮機の吸入部と接続される。第4ポートは、分岐点と第1冷媒流路とを接続する配管と接続される。第5ポートは、第2冷媒流路と接続される。第6ポートは、第1冷媒流路と接続される。

Description

空気調和装置
 この発明は、空気調和装置に関し、より特定的には、暖房運転、冷房運転、および暖房連続運転という運転状態を切替え可能な空気調和装置に関する。
 一般に、空気調和機等のヒートポンプ装置やカーエアコンにおいては、空気の温度を冷やすことに熱交換器を用いる場合、当該熱交換器を蒸発器又はエバポレータと称する。この場合、熱交換器内を流れる冷媒(たとえばフロン系冷媒)は密度が数十倍異なるガス冷媒と液冷媒の混在した気液二相流の状態で熱交換器へ流入されている。流入された気液二相流の状態の冷媒(二相冷媒)は、主に液冷媒が空気の熱を吸収することで蒸発してガス冷媒へと相変化し、ガス単相冷媒となって熱交換器から流出される。空気側は上記のように熱が吸収されることで冷却され冷気となる。
 また、空気の温度を温めることに熱交換器を用いる場合、当該熱交換器を凝縮器又はコンデンサと称する。この場合、圧縮機から吐出された高温高圧のガス単相冷媒が熱交換器内を流れている。熱交換器に流入されたガス単相冷媒は、空気により熱を吸収されることで凝縮して液単相冷媒へと相変化する際の潜熱と液化した単相冷媒が過冷却される際の顕熱によって過冷却状態の液単相冷媒となって熱交換器から流出される。空気側は上記熱を吸収することで暖められ暖気となる。
 従来のヒートポンプにおいて、熱交換器は単純なサイクル運転とその冷媒の流れが逆方向に流れる逆サイクル運転とによって上記蒸発器と上記凝縮器どちらの用途にも使用出来るように扱われてきた。そのため、熱交換器内を流れる冷媒が、例えば冷媒流路を3分岐することで熱交換器内の複数の冷媒流路を並列に流れる場合、蒸発器・凝縮器どちらの用途に熱交換器を用いる場合であっても熱交換器内を並列に流れているのが一般的である。
 しかし、熱交換器の性能を最大限有効に発揮するには、凝縮器として熱交換器を用いる場合、冷媒流路の分岐数を減らして冷媒の流速が速い状態で使用することが効果的である。一方、蒸発器として熱交換器を用いる場合、冷媒流の分岐数を増やして冷媒の流速が遅い状態で使用するのが効果的である。これは、凝縮器では冷媒の流速に依存する熱伝達が性能に対して支配的であり、蒸発器では冷媒の流速に依存した圧力損失を減少させることが性能に対して支配的であるためである。
 蒸発器と凝縮器の特性に対応した熱交換器の工夫として、例えば特開2015-117936号公報(特許文献1)に示されているように、熱交換器を蒸発器として使用する場合には複数の流路(第1流路および第2流路)を冷媒が並列に流れるように、凝縮器として使用する場合には複数の流路を冷媒が直列に流れるようにすることを可能とする流路切替部を備えた空気調和装置が提案されている。
 一方、近年の空気調和装置では、省エネルギーに留まらず新たな付加機能を持つ機種が製品化され、省エネルギーに代わる付加機能を軸とした競争が激化している。そのような付加機能の一つとして、例えば特開2009-85484号公報(特許文献2)に示されているように、暖房連続運転がある。
 例えばヒートポンプ型の冷暖兼用の空調用室外機を使用して、寒冷時に暖房運転を行った場合、当該室外機の蒸発器におけるフィンや伝熱管の表面温度は氷点下まで低下する。この場合、空気中の水分がフィンや伝熱管表面に着霜する現象が発生する。この着霜現象が生じると蒸発器のフィン間を通過する空気の通風抵抗が大幅に増大し、またフィンと空気の熱交換における熱抵抗が増大する。この結果、熱交換効率が低下する。
 また、上述のような着霜現象により熱交換効率が一定以上低下すると、従来のヒートポンプ型の冷暖兼用の空調用室外機では、除霜運転を開始する。除霜運転とは、蒸発器として機能する冷凍サイクルの流れを停止し、逆周りの冷媒の流れで再起動することによって圧縮機から吐出される高温ガス冷媒を空調用室外機に流す運転状態である。この場合、空調用室外機のフィンに付着した霜は高温ガス冷媒からフィンを介して熱を吸収して融解された水となる。暖房連続運転(暖房・除霜運転とも呼ぶ)では、熱交換器の一部を蒸発器として使用し、残りの一部を除霜運転状態で使用することで、除霜しながら暖房運転を継続的に持続させる。
 暖房連続運転によって、除霜運転時間の間も室内を暖房し続けることが可能なため、室内の急激な温度変化を発生させることが無く快適性を維持することが可能となる。
特開2015-117936公報 特開2009-85484公報
 しかしながら、熱交換器の冷媒流路数を増減させる特許文献1に記載された技術や、暖房連続運転を可能とさせる特許文献2に記載された技術は、冷媒回路上に複数の冷媒流路切替器を必要としていることで製造コストと実装容積が増大するという問題がある。
 本発明の目的は、製造コストと実装容積の増大を抑制しつつ、暖房運転時および冷房運転時の熱交換性能の向上と暖房連続運転を実現できる空気調和装置を提供することである。
 この発明に従った空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、第2熱交換器、および流路切替装置を含む。第2熱交換器は、第1冷媒流路と第2冷媒流路とを含む。圧縮機は、吸入部および吐出部を含む。第1冷媒流路と第2冷媒流路とは、第1熱交換器と分岐点を介して並列に接続される。流路切替装置は、第1~第6ポートを含む。第1ポートは、圧縮機の吐出部と接続される。第2ポートは、第1熱交換器と接続される。第3ポートは、圧縮機の吸入部と接続される。第4ポートは、分岐点と第1冷媒流路とを接続する配管と接続される。第5ポートは、第2冷媒流路と接続される。第6ポートは、第1冷媒流路と接続される。流路切替装置において、第2ポートは、第1ポートおよび第3ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されている。第5ポートは、第1ポート、第3ポートおよび第4ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されている。第6ポートは、第1ポートおよび第3ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されている。
 本発明に従った空気調和装置によれば、1つの流路切替装置を用いて暖房運転、冷房運転および暖房連続運転を実現できるので、暖房運転時および冷房運転時の熱交換性能を向上させるとともに暖房連続運転を実施できる空気調和装置を、省容積かつ低コストで実現できる。
本発明の実施形態1に係る空気調和装置の構成図である。 本発明の実施形態1における暖房運転時の冷媒流れを示す概要図である。 本発明の実施形態1における冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。 本発明の実施形態1における暖房連続運転時の冷媒流れ(パターン1)を示す概要図である。 本発明の実施形態1における暖房連続運転時の冷媒流れ(パターン2)を示す概要図である。 本発明の実施形態1における流路切替回路を構成する流路切替装置の構成図である。 本発明の実施形態2における流路切替装回路を構成する流路切替装置の斜視模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装回路を構成する流路切替装置の斜視模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置に備えられる分岐流路108の概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置に備えられる分岐流路109の概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置に備えられる分岐流路110の概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の横断面模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の縦断面模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の縦断面模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の縦断面模式図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の暖房運転時における状態を説明するための横断面概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の冷房運転時における状態を説明するための横断面概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の暖房除霜同時運転時における状態を説明するための横断面概要図である。 本発明の実施形態2における流路切替装置の暖房除霜同時運転時における状態を説明するための横断面概要図である。 本発明の実施形態3における流路切替装置の暖房運転時における状態を示す構成図である。 本発明の実施形態3における流路切替装置の冷房運転時における状態を示す構成図である。 本発明の実施形態3における流路切替装置の暖房除霜同時運転時における状態を示す構成図である。 本発明の実施形態3における流路切替装置の暖房除霜同時運転時における状態を示す構成図である。 本発明の実施の形態4における空気調和装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態4における空気調和装置の変形例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態4における空気調和装置の変形例における流路切替装置の暖房運転時における状態を示す構成図である。
 以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
 実施の形態1.
 <空気調和装置の構成>
 図1は本実施形態の冷凍サイクル装置としての空気調和装置の構成図を示している。以下においては、例としてビル用マルチエアコンのような一つの室外機に対して複数の室内機を搭載した空気調和装置を用いて本実施形態の構成を説明する。
 空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、圧縮機1、第1熱交換器としての室内熱交換器7a~7d、ファンとしての室内ファン9a~9b、膨張弁6a~6d、三方管5、開閉弁としての膨張弁4a、膨張弁4b、冷媒分配器10a、10b、第2熱交換器(室外熱交換器3a、3b)、ファンとしての室外ファン8、および流路切替装置12を含む。冷媒は、たとえば暖房運転時に、上記冷媒回路を、圧縮機1、流路切替装置12、室内熱交換器7a~7d、膨張弁6a~6d、三方管5、膨張弁4a、4b、第2熱交換器、流路切替装置12の順に流れる。第2熱交換器は、第1冷媒流路としての室外熱交換器3aと第2冷媒流路としての室外熱交換器3bとを含む。圧縮機1は、吸入部および吐出部を含む。室外熱交換器3aと室外熱交換器3bとは、室内熱交換器7a~7dと分岐点としての三方管5を介して並列に接続される。上記開閉弁としての膨張弁4aは、三方管5と室外熱交換器3a(第1冷媒流路)との間に配管204~206を介して接続される。異なる観点から言えば、配管204~206において、第4ポートIVに接続される接続点B”と分岐点としての三方管5との間に膨張弁4aは設置される。なお、上記空気調和機は膨張弁6a~6dが設置されていない構成としてもよい。
 冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12は、第1~第6ポートを含む。第1ポートIは、圧縮機1の吐出部と配管209を介して接続される。第2ポートIIは、室内熱交換器7a~7dと配管201を介して接続される。第3ポートIIIは、配管210、211およびアキュムレータ11を介して圧縮機1の吸入部と接続される。アキュムレータ11は第3ポートIIIと圧縮機1の吸入部との間に配置される。第4ポートIVは、分岐点としての三方管5と室外熱交換器3a(第1冷媒流路)との間の配管205の接続点B”と配管208を介して接続される。第5ポートVは、室外熱交換器3b(第2冷媒流路)と配管207を介して接続される。第6ポートVIは、室外熱交換器3a(第1冷媒流路)と配管207を介して接続される。
 室内熱交換器7a~7dは、それぞれ配管202を介して膨張弁6a~6dと接続される。膨張弁6a~6dは、配管203を介して三方管5に接続される。三方管5は配管204を介して膨張弁4a、4bと接続される。膨張弁4aは配管205を介して冷媒分配器10aと接続される。配管205上に配管208との接続点B”が形成されている。冷媒分配器10aは配管206を介して室外熱交換器3aと接続されている。膨張弁4bは配管205を介して冷媒分配器10bと接続される。冷媒分配器10bは配管206を介して室外熱交換器3bと接続されている。
 後述するように、流路切替装置12において、第2ポートIIは、第1ポートIおよび第3ポートIIIとの間で接続状態が変更可能に構成されている。第5ポートVは、第1ポートI、第3ポートIIIおよび第4ポートIVとの間で接続状態が変更可能に構成されている。第6ポートVIは、第1ポートIおよび第3ポートIIとの間で接続状態が変更可能に構成されている。
 <空気調和装置の動作および作用効果>
 冷媒は、冷房運転時には図1中の実線の矢印で示す方向に冷媒回路中を流れる。また、暖房運転時には、冷媒は図1の点線の矢印で示す方向に冷媒回路中を流れる。以下、各運転状態における空気調和装置の動作を説明する。
 図2は、暖房運転時の冷媒の流れを示す概略図である。図3は、冷房運転時の冷媒の流れを示す概略図である。図4および図5は、暖房連続運転時の冷媒流れ(パターン1およびパターン2)を示す概要図である。
 (1) 暖房運転時
 図2に示すように、暖房運転時において、圧縮機1で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置12の第1ポートIに流入する。流路切替装置12では、第1ポートIと第2ポートIIとを繋ぐ流路が形成されている。このため、流路切替装置12の第2ポートIIを通過したガス冷媒は配管201の点Dに到る。その後、ガス冷媒は分岐して複数の室内熱交換器7a~7dをそれぞれ通過する。このとき、室内熱交換器7a~7dはそれぞれ凝縮器として作用する。そのため、室内ファン9a~9dによって室内熱交換器7a~7dに供給される空気により室内熱交換器7a~7d中のガス冷媒は冷却され液化する。また、室内熱交換器7a~7dにおいてガス冷媒からの熱により暖められた空気は暖房の対象となっている室内に供給される。
 液化された液冷媒はそれぞれ膨張弁6a~6dを通過することで低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態となり配管203の点Cに到る。その後、二相冷媒状態となった冷媒(二相冷媒とも呼ぶ)は三方管5を通過し、二分岐されて2つの配管204にそれぞれ流れる。二分岐された二相冷媒は膨張弁4a、4bをそれぞれ経て冷媒分配器10a、10bに流入する。そして、冷媒はそれぞれ配管206の点B、点B’に到る。
 ここで、膨張弁4aと冷媒分配器10a間にある接続点B”には室外熱交換器3aをバイパスして点A”を通過し、冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12の第4ポートIVへと繋がる配管208が接続されている。しかし、流路切替装置12においては、第4ポートIVと繋がる流路が形成されていないため、接続点B”から点A”側に冷媒の流れが発生することは無い。
 点B、点B’を通過した二相冷媒はそれぞれ、並列に配置されている室外熱交換器3a、3b流れる。室外熱交換器3a、3bを蒸発器として作用する。室外熱交換器3a、3bでは、室外ファン8によって流れる空気により二相冷媒が加熱される。この結果、ガス化した状態の冷媒が配管207の点A、点A’に到る。点A、点A’を経たガス冷媒はそれぞれ流路切替装置12の第6ポートVIおよび第5ポートVに流入する。
 冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12では、第6ポートVIと第5ポートVを両方とも第3ポートIIIに繋ぐ流路が形成される。このため、第6ポートVIおよび第5ポートVに供給されたガス冷媒は、第3ポートIIIを経てアキュムレータ11に供給される。その後、ガス冷媒はアキュムレータ11を経由して圧縮機1に戻る。このサイクルにより、室内空気を加熱する暖房運転がなされている。
 上述した説明を要約すれば、上記空気調和装置は、第1運転状態としての暖房運転状態で運転可能である。暖房運転状態では、開閉弁としての膨張弁4aは開状態なっている。また、暖房運転状態では、流路切替装置12において、第1ポートIと第2ポートIIとが接続され、第5ポートVおよび第6ポートVIと第3ポートIIIとが接続される。このようにすれば、蒸発器として作用する室外熱交換器3a、3bに対して、冷媒を並列に流しているので、冷媒の流速を遅くすることで流速に依存した圧力損失を減少させることができ、結果的に熱交換器の蒸発器としての性能を有効に発揮させることができる。
 (2) 冷房運転時
 次に図3に示す冷房運転時における冷媒の流れについて説明する。圧縮機1で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置12の第1ポートIに流入する。冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12では、第1ポートIと第6ポートVIを繋ぐ流路が形成されている。このため、ガス冷媒は配管207の点Aに到る。その後、ガス冷媒は室外熱交換器3aに流れる。室外熱交換器3aは凝縮器として作用する。室外ファン8によって流れる空気により室外熱交換器3aにおいてガス冷媒が冷却される。このため、ガス冷媒はガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態、もしくは液冷媒の単相状態に相変化して配管206の点Bに到る。
 点Bを経た二相冷媒もしくは液冷媒は、冷媒分配器10aを経由して配管205の接続点B”に到る。ここで開閉弁としての膨張弁4aを閉塞状態にしておくことで、必然的に冷媒の流れは接続点B”から配管208の点A”へと導かれる。その結果、冷媒は冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12の第4ポートIVに到る。流路切替装置12では、第4ポートIVと第5ポートVとを繋ぐ流路が形成されている。このため、冷媒(二相冷媒もしくは液冷媒)は配管207の点A’に到る。その後、冷媒は室外熱交換器3bに流れる。この室外熱交換器3bにおいて、室外ファン8によって流れる空気により、冷媒は再び冷却されて過冷却状態の液単相冷媒となり、配管206の点B’に到る。
 上記のように、冷媒は点Aから点B’に到る過程において、室外熱交換器3a、3bを直列に通過している。配管206の点B’を通過した液冷媒は冷媒分配器10b、膨張弁4b、三方管5を経て配管203の点Cに到る。点Cを通過した液冷媒は分岐してそれぞれ複数の膨張弁6a~6dを通過することで低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態となる。この2相冷媒状態となった冷媒は、複数の室内熱交換器7a~7dをそれぞれ通過する。このとき、室内熱交換器7a~7dは蒸発器として作用する。このため、室内ファン9a~9dによって流れる空気により、熱交換器7a~7dでは2相冷媒状態の冷媒中の液冷媒が蒸発してガス化する。ガス化した冷媒は合流して配管201の点Dに到り、流路切替装置12の第2ポートIIに流入する。冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12では、第2ポートIIと第3ポートIIIとを繋ぐ流路が形成されている。このため、ガス化した冷媒(ガス冷媒)は第3ポートIIIを通過して冷媒流路切替回路101から流出される。当該ガス冷媒は、アキュムレータ11を経由して圧縮機1に戻る。このサイクルにより、室内空気を冷却する冷房運転がなされている。
 上述した説明を要約すれば、上記空気調和装置は、第2運転状態としての冷房運転状態で運転可能である。冷房運転状態では、開閉弁としての膨張弁4aを閉状態とする。また、冷房運転状態では、流路切替装置12において、第1ポートIと第6ポートVIとが接続され、第2ポートIIと第3ポートIIIとが接続され、第4ポートIVと第5ポートVとが接続される。このようにすれば、凝縮器として室外熱交換器3a、3bを用いる場合、室外熱交換器3a、3bを直接に冷媒がなれるように、冷媒流路の分岐数を減らすことで、当該室外熱交換器3a、3bにおける冷媒の流速を速い状態とすることができる。このため、結果的に室外熱交換器3a、3bの凝縮器としての性能を有効に発揮させることができる。
 以上のように、本実施の形態に係る空気調和装置では、暖房運転と冷房運転との双方において、室外熱交換器3a、3bの性能を有効に発揮させることができる。このため、熱交換器の発揮する機能にあわせて冷媒回路における流路の分岐状態を変更でき、熱交換効率を高めることが可能となっている。
 (3) 暖房連続運転時(暖房・除霜運転時)
 次に図4に示す暖房連続運転時(パターン1)における冷媒の流れについて説明する。図4に示す第3運転状態に対応する暖房連続運転では、圧縮機1で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置12の第1ポートIに流入する。冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12では、第1ポートIと第2ポートIIおよび第6ポートVIを繋ぐ流路を形成している。このため、第1ポートIに流入したガス冷媒は、配管201の点Dと配管207の点Aに到る。その後、点Dを通過したガス冷媒は分岐して複数の室内熱交換器7a~7dをそれぞれ通過する。このとき、室内熱交換器7a~7dは凝縮器として作用する。室内熱交換器7a~7dでは、室内ファン9a~9dによって流れる空気によりガス冷媒が冷却され液化する。液化された冷媒(液冷媒)はそれぞれ膨張弁6a~6dを通過することで低温低圧のガス冷媒と液冷媒とが混在した二相冷媒状態となる。二相冷媒状態の冷媒(二相冷媒)は、その後配管203の点Cを経て三方管5に到る。
 一方、点Aを通過したガス冷媒は室外熱交換器3aに流れる。室外熱交換器3aは凝縮器として作用する。室外ファン8によって流れる空気により室外熱交換器3aにおいてガス冷媒は冷却され、ガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態、もしくは液冷媒の単相状態に相変化する。相変化した冷媒は配管206の点Bを通過し、冷媒分配器10aと点B”とを経て膨張弁4aに到る。このとき、膨張弁4aを冷媒が通過することで、当該冷媒は低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態となり、三方管5に到る。
 ここで点D及び点Cを経て三方管5に流入した二相冷媒と、点A及び点Bを経て三方管5に流入した二相冷媒が合流する。合流した二相冷媒は三方管5から膨張弁4bへと流れる。その後、二相冷媒は冷媒分配器10bと点B’とを経て、室外熱交換器3bに流れる。室外熱交換器3bは蒸発器として作用する。室外ファン8によって流れる空気により室外熱交換器3bにおいて二相冷媒は加熱されガス化した状態で点A’に到る。点A’を経たガス冷媒は流路切替装置12の第5ポートVに流入する。冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12では、第5ポートVと第3ポートIIIとを繋ぐ流路が形成されている。ガス冷媒は、第3ポートIIIを経て冷媒流路切替回路101から配管211へ流出される。その後、ガス冷媒はアキュムレータ11を経由して圧縮機1に戻る。
 上述した説明を要約すれば、上記空気調和装置は、第3運転状態としての暖房連続運転状態(パターン1)で運転可能である。暖房連続運転状態(パターン1)では、開閉弁としての膨張弁4aを開状態とする。また、流路切替装置12において、第1ポートIと第2ポートIIおよび第6ポートVIとが接続され、第3ポートIIIと第5ポートVとが接続される。
 このサイクルにより、室内空気を加熱する暖房運転がなされている状態であるが、室外熱交換器3a、3bのうち室外熱交換器3aに高温高圧の冷媒が流れることで、室外熱交換器3aに外気中の水分が結露したり着霜したりすることを防止し、また当該室外熱交換器3aにおいて空気中の水分が着霜していても、当該霜を加熱して除去することができる。
 次に図5の暖房連続運転時(パターン2)における冷媒の流れについて説明する。図5に示す第4運転状態に対応する暖房連続運転では、基本的には上記図4に示した冷媒の流れと同様になっているが、上記図4に示した冷媒流れに対して、室外熱交換器3aと室外熱交換器3bとの機能と冷媒の流れ方を交代させた構成となっている。すなわち、図5に示した暖房連続運転では、図4における冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12において第1ポートIと第2ポートIIおよび第5ポートVとを繋ぐ流路が形成され、また、第6ポートVIと第3ポートIIIとを繋ぐ流路が形成されている。上述した説明を要約すれば、上記空気調和装置は、第4運転状態としての暖房連続運転状態(パターン2)で運転可能である。暖房連続運転状態(パターン2)では、開閉弁としての膨張弁4aを開状態とする。また、流路切替装置12において、第1ポートIと第2ポートIIおよび第5ポートVとが接続され、第3ポートIIIと第6ポートVIとが接続される。
 このような構成によっても、室内空気を加熱する暖房運転がなされている状態であるが、室外熱交換器3a、3bのうち室外熱交換器3bに高温高圧の冷媒が流れることで、室外熱交換器3bに外気中の水分が結露したり着霜したりすることを防止し、また当該室外熱交換器3bにおいて空気中の水分が着霜していても、当該霜を加熱して除去することができる。
 暖房連続運転では、上記図4に示した暖房連続運転時(パターン1)と図5に示した暖房連続運転時(パターン2)とを繰り返し交互に切り替えて実施することによって、室外熱交換器3a、3bのどちらか一方に着霜しても、パターン1およびパターン2のいずれかに切り替えた運転の際には当該霜を除去できる。このため、室外熱交換器3a、3bのいずれにおいても、蒸発器として十分な能力を発揮する運転が可能である。そのため、室内空気を加熱する暖房運転がなされている状態を継続的に維持することが出来る。
 以上のことから、本実施形態に係る空気調和装置では、冷媒流路切替回路101を備えることによって、効率的な暖房運転、冷房運転、暖房連続運転を機能させることが可能となっている。つまり、本実施形態に係る空気調和装置のようなヒートポンプ装置における室外熱交換器は、複数の冷媒流路(室外熱交換器3a、3b)を含む。当該室外熱交換器では、複数の冷媒流路について、暖房運転では冷媒を並列に流し、冷房運転では冷媒を直列に流すことが可能である。さらに、上記室外熱交換器では、暖房連続運転(暖房・除霜同時運転)では室外熱交換器の一部(たとえば1つの冷媒流路としての室外熱交換器3a)を除霜運転しながら、室外熱交換器の残りの一部(たとえば他の冷媒流路としての室外熱交換器3b)を蒸発器として作用するように冷媒を流すことができる。このような暖房運転、冷房運転、および暖房連続運転を簡易な回路で可能にすることができる。
 <流路切替装置の構成例>
 次に本実施形態における冷媒流路切替回路101を構成する流路切替装置12の構成例について説明する。流路切替装置12は、図6で示すような冷媒流路と、例えば開閉可能な複数の電磁弁21~27との組み合わせで構成することが可能である。以下、具体的に説明する。
 図6に示す流路切替装置12は、筐体に形成された第1ポートI~第6ポートVIと、第1ポートI~第6ポートVIとの間を接続する配管と、当該配管に設置された3つ以上の開閉可能な弁としての複数の電磁弁21~27とを含む。第1ポートIは点K,電磁弁21および点Jを介して第6ポートVIと配管により接続される。また、第1ポートIは、点K、点L、電磁弁23、点Iを介して第2ポートIIと配管により接続される。第2ポートIIは、点I,電磁弁24、点Gを介して第3ポートIIIと配管により接続される。第3ポートIIIは、点G、点H,電磁弁25、点Jを介して第6ポートVIと配管により接続される。第3ポートIIIは、点G、点H,電磁弁26、点Mを介して第5ポートVと配管により接続される。第4ポートIVは、電磁弁27、点M、電磁弁22、点L、点Kを介して第1ポートIと配管により接続される。
 図6に示した流路切替装置12を構成する電磁弁21~27の動作状態(開閉状態)を、各運転条件ごとに表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 このような構成の流路切替装置12を用いて、図2~図5に示した各運転状態を実現できる。
 実施の形態2.
 <空気調和装置の構成>
 図7~図15に、本実施形態に係る空気調和装置を構成する流路切替装置の構成を示す。図7および図8は、本実施形態に係る流路切替装置の斜視模式図である。図9~図11は、図7および図8に示した流路切替装置を構成する分岐流路108~110の概要図である。図12は本実施形態に係る流路切替装置の横断面模式図である。図13~図15は本実施形態に係る流路切替装置の縦断面模式図である。本実施形態に係る空気調和装置は、基本的に図1~図6に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、流路切替装置12の構成が図1~図6に示した空気調和装置と異なっている。以下、流路切替装置の構成を説明する。
 図7~図15に示すように、流路切替装置12は、筐体120に分岐流路108~110と、配管111~113とが設けられている。分岐流路108の外周端は流路切替装置12の第2ポートIIに対応する。分岐流路109の外周端は流路切替装置12の第5ポートVに対応する。分岐流路110の外周端は流路切替装置12の第6ポートVIに対応する。配管111の外周端は流路切替装置12の第4ポートIVに対応する。配管112の外周端は流路切替装置12の第1ポートIに対応する。配管113の外周端は流路切替装置12の第3ポートIIIに対応する。
 流路切替装置12の内部には、積層配置された3つの流路105~107が形成されている。分岐流路108は流路105と流路106とに切替弁103aを介して接続されている。分岐流路109は、流路105、106、107のすべてに切替弁103bを介して接続されている。分岐流路110は流路105、106に切替弁103cを介して接続されている。また、配管111は流路107に接続されている。配管112は流路105に接続されている。配管113は流路106に接続されている。切替弁103aは棒状体であり、冷媒の流路となる開口部104aが形成されている。切替弁103bは棒状体であり、冷媒の流路となる2つの開口部104b、104cが形成されている。切替弁103cは棒状体であり、冷媒の流路となる2つの開口部104d、104eが形成されている。
 第1~第3切替弁としての切替弁103a~103cは、流路切替装置12内部において切替弁103a~103cの延在方向に沿って摺動可能に配置されている。切替弁103a~103cは、各分岐流路108~110と流路105~107との接続部に形成された摺動孔内に配置される。切替弁103a~103cは、摺動されて上記開口部の配置を変更することにより、分岐流路108~110と流路105~107との接続状態を変更できる。図7および図8に示すように、流路切替装置12の筐体120の上部には、切替弁103a~103cを摺動させるための駆動装置121a~121cが配置されている。駆動装置121a~121cは、切替弁103a~103cを移動させることができれば任意の構成を採用できるが、たとえば電導モータとギアとの組合せ、あるいはアクチュエータなどを用いることができる。以下、流路切替装置12の内部構造を説明する。
 図12および図13は分岐流路108を含む流路切替装置12の断面構造を示している。流路切替装置12は図13に示すように内部に3つの冷媒流路105~107が積層するように独立して設けられている。なお、後述する図16~図19では、上記冷媒流路105~107の流路断面を断面A-A、B-B、C-Cにおける断面模式図として示している。ここで第1ポートI、第4ポートIV,第3ポートIIIからの配管はそれぞれ筐体120内部の流路105、107、106と連通するように設けている。また、流路切替装置12に備えられている切替弁103a~103cのうち、分岐流路108と関係するものは切替弁103aである。切替弁103aには冷媒流路となる開口部104aが設けられている。切替弁103aはたとえば通電の有無によって冷媒流路としての開口部104aが流路105と分岐流路108とを連通するように、あるいは流路106と分岐流路108とを連通するように、その配置が変化する。
 次に、図14は分岐流路109を含む流路切替装置12の断面構造を示している。流路切替装置12に備えられている切替弁103a~103cのうち、分岐流路109と関係するのは切替弁103bである。切替弁103bには冷媒流路としての2つの開口部104b、104cが設けられている。切替弁103bはたとえば通電の調整によって冷媒流路としての開口部104b、104cの位置を変化させる。たとえば、開口部104bが流路106と分岐流路109とを連通するように配置される状態、開口部104cが流路105と分岐流路109とを連通するように配置される状態、冷媒流路としての開口部104bと開口部104cとがそれぞれ流路107、106と分岐流路109とを連通するように配置される状態、といういずれかの状態に切替弁103bの配置は変化する。
 次に図15は分岐流路110を含む流路切替装置12の断面構造を示している。流路切替装置12に備えられている切替弁103a~103cのうち、分岐流路110と関係するものは切替弁103cである。切替弁103cには冷媒流路としての2つの開口部104d、104eが設けられている。切替弁103cはたとえば通電の調整によって開口部104d、104eの位置を変化させる。冷媒流路としての開口部104dが流路106と分岐流路110とを連通する状態、冷媒流路としての開口部104eが流路105と分岐流路110とを連通する状態、冷媒流路としての2つの開口部104d、104eがそれぞれ流路105、106と分岐流路110とを連通する状態、といういずれかの状態に切替弁103cの配置は変化する。
 異なる観点から言えば、図7~図15に示した流路切替装置12は、筐体120と、第1~第3切替弁としての切替弁103a~103cとを含む。筐体120には第1ポートIから第6ポートVIが形成される。第1切替弁としての切替弁103aは、図13に示すように第1ポートIおよび第3ポートIIIと第2ポートIIとの接続状態を切替える。第2切替弁としての切替弁103bは、図14に示すように第1ポートI、第3ポートIIIおよび第4ポートIVと第5ポートVとの接続状態を切替える。第3切替弁としての切替弁103cは、図15に示すように第1ポートIおよび第3ポートIIIと第6ポートVIとの接続状態を切替える。
 <空気調和装置の動作および作用効果>
 本実施形態に係る空気調和装置の動作は、基本的に図1~図6に示した空気調和装置と同様である。しかし、本実施形態では流路切替装置12の具体的な構成が図1~図6に示した空気調和装置と異なっているため、以下では流路切替装置の具体的な動作を中心に図16~図19を用いて説明する。なお、図16~図19では、図13~図15のA-A断面を(A)とし、図13~図15のC-C断面を(B)とし、図13~図15のB-B断面を(C)として記載している。なお、図16~図19では、冷媒の流れを矢印で示している。
 (1) 暖房運転時
 図16は空気調和装置における暖房運転時の流路切替装置12における冷媒流れを示している。図16(A)に示したA-A断面では第1ポートIから第2ポートIIへ、配管112、流路105、分岐流路108を介して矢印で示すように冷媒が流れる。また、図16(B)に示したC-C断面では、切替弁103b(図14参照)により流路107と分岐流路109との接続が遮断されているので、冷媒は流れない。図16(C)に示したB-B断面では、第5ポートV、第6ポートVIから第3ポートIIIへ、分岐流路109、110から流路106、配管113を介して冷媒が流れる。
 (2) 冷房運転時
 図17は空気調和装置における冷房運転時の流路切替装置12における冷媒流れを示している。図17(A)に示したA-A断面では第1ポートIから第6ポートVIへ、配管112、流路105、分岐流路110を介して矢印で示すように冷媒が流れる。また、図17(B)に示したC-C断面では、第4ポートIVから第5ポートVへ、配管111、流路107、分岐流路109を介して冷媒が流れる。図17(C)に示したB-B断面では、第2ポートIIから第3ポートIIIへ、分岐流路108、流路106、配管113を介して冷媒が流れる。
 (3) 暖房・除霜運転時
 図18は空気調和装置における暖房連続運転時(パターン1)の流路切替装置12における冷媒流れを示している。図18(A)に示したA-A断面では第1ポートIから第2ポートIIおよび第6ポートVIへ、配管112、流路105、分岐流路108、110を介して矢印で示すように冷媒が流れる。また、図18(B)に示したC-C断面では、切替弁103b(図14参照)により流路107と分岐流路109との接続が遮断されているので、冷媒は流れない。図18(C)に示したB-B断面では、第5ポートVから第3ポートIIIへ、分岐流路109から流路106、配管113を介して冷媒が流れる。
 図19は空気調和装置における暖房連続運転時(パターン2)の流路切替装置12における冷媒流れを示している。図19(A)に示したA-A断面では第1ポートIから第2ポートIIおよび第5ポートVへ、配管112、流路105、分岐流路108、109を介して矢印で示すように冷媒が流れる。また、図19(B)に示したC-C断面では、切替弁103b(図14参照)により流路107と分岐流路109との接続が遮断されているので、冷媒は流れない。図19(C)に示したB-B断面では、第6ポートVIから第3ポートIIIへ、分岐流路110から流路106、配管113を介して冷媒が流れる。
 以上の流路切替装置12を用いた冷媒流路切替回路101を用いることによって、実施の形態1と比較して流路切替装置12における弁の数の削減、とりまわし配管の削減による流路切替装置の製造コストの低減と省スペース化とを図ることができる。
 実施の形態3.
 <空気調和装置の構成>
 図20~図23は、本実施形態に係る空気調和装置を構成する流路切替装置の構成を示す構成図である。図20~図23は、それぞれ暖房運転時、冷房運転時、暖房連続運転時(パターン1)、暖房連続運転時(パターン2)における流路切替装置の状態を示している。本実施形態に係る空気調和装置は、基本的に図1~図6に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、流路切替装置12の構成が図1~図6に示した空気調和装置と異なっている。以下、流路切替装置の構成を説明する。
 図20~図23に示した本実施形態の冷媒流路切替回路を構成する流路切替装置12は、既存の部品を利用した簡素な形態として実現されている。すなわち、本実施形態における流路切替装置12は、少なくとも1つ以上の四方弁31と、3つ以上の三方弁32~34とを含み、当該四方弁31と三方弁32~34とが配管により接続されている。以下、具体的に説明する。
 図22に示すように、流路切替装置12は、筐体に形成された第1ポートI~第6ポートVIと、第1ポートI~第6ポートVIとの間を接続する配管と、当該配管に設置された一つの四方弁31と三つの三方弁32~34とを含む。第1ポートIは四方弁31と接続されている。第2ポートIIは、点Oを介して四方弁31と接続されている。また、第2ポートIIは、点Oを介して三方弁34と接続されている。また、第2ポートIIは、点Oを介して三方弁32と接続されている。第3ポートIIIは、四方弁31と接続されている。第4ポートIVは、三方弁34および三方弁33を介して第5ポートVと配管により接続されている。第5ポートVは、三方弁33、点Pを介して四方弁31と接続されている。第6ポートVIは、三方弁32、点Pを介して四方弁31と接続されている。このような構成の流路切替装置12を用いて、図20~図23に示した各運転状態を実現できる。
 <空気調和装置の動作および作用効果>
 (1) 暖房運転時
 図20は空気調和装置における暖房運転時の流路切替装置12における冷媒流れを示している。第1ポートIからの冷媒は四方弁31を通過して第2ポートIIへ流れる。第5ポートViおよび第6ポートVIからの冷媒はそれぞれ三方弁33、32を通過して点Pで合流し、四方弁31を通過して第3ポートIIIへ流れる。第4ポートIVからの流れは三方弁34で流路が遮断されているので流れが発生しない状態となる。このようにして、本実施形態における空気調和装置では暖房運転が実施される。
 (2) 冷房運転時
 図21は空気調和装置における冷房運転時の流路切替装置12における冷媒流れを示している。第1ポートIからの冷媒は四方弁31、点Pおよび三方弁32を通過して第6ポートVIへ流れる。第4ポートIVからの冷媒は三方弁34、三方弁33を通過して第5ポートVへ流れる。第2ポートIIからの冷媒は四方弁31を通過して第3ポートIIIへ流れる。このようにして、本実施形態における空気調和装置では冷房運転が実施される。
 (3) 暖房・除霜運転時
 図22は空気調和装置における暖房連像運転時(パターン1)の流路切替装置12における冷媒流れを示している。第1ポートIからの冷媒は四方弁31を通過して一部は第2ポートIIへ、残りの一部は点O、三方弁32を通過して第6ポートVIへ流れる。第5ポートVからの冷媒は三方弁33、点Pおよび四方弁31を通過して第3ポートIIIへ流れる。第4ポートIVからの冷媒は三方弁34で流路が遮断されているので流れが発生しない状態となる。このようにして、本実施形態における空気調和装置では暖房連続運転(パターン1)が実施される。
 図23は空気調和装置における暖房連像運転時(パターン2)の流路切替装置12における冷媒流れを示している。第1ポートIからの冷媒は四方弁31、点Oを通過して一部は第2ポートIIへ、残りの一部は三方弁34と三方弁33を通過して第5ポートVへ流れる。第6ポートVIからの冷媒は三方弁32、点P、および四方弁31を通過して第3ポートIIIへ流れる。第4ポートIVからの冷媒は三方弁34で流路が遮断されているので流れない状態となる。このようにして、本実施形態における空気調和装置では暖房連続運転(パターン2)が実施される。以上のように流路切替装置12を構成することによって、既存の部品を利用した簡素な構成により流路切替装置12を実現できるので、本実施形態に係る空気調和装置を容易に実現できる。
 実施の形態4.
 図24は、本実施形態に係る空気調和装置の構成を示す構成図である。図24に示した空気調和装置は、基本的に図1~図6に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、第1冷媒流路としての室外熱交換器3aに空気を送風する第1ファンとしての室外ファン8が配置され、また、第2冷媒流路としての室外熱交換器3bに空気を送風する第2ファンとしての室外ファン8が配置されている点が、図1~図6に示した空気調和装置と異なっている。室外熱交換器3a、3bは、それぞれ室外ファン8を有する独立した室外熱交換器となっている。
 このような構成によっても、図1~図6に示した空気調和装置と同様の効果を得ることができる。なお、図24に示した流路切替装置12の構成は、上述した実施の形態1~実施の形態3のいずれかに記載された構成を採用できる。
 図25は、本実施形態に係る空気調和装置の変形例の構成を示す構成図である。図25に示した空気調和装置は、基本的には図1~図6に示した空気調和装置と同様の構成を備えるが、図1~図6に示した室外熱交換器3a、3bに加えて、追加の室外熱交換器3a’、3b’が冷媒回路に接続されている点、および流路切替装置12の構成が図1~図6に示した空気調和装置と異なっている。
 図25に示した空気調和装置では、図1~図6に示した空気調和装置の構成に加えて、膨張弁6a~6dが、配管203、点C、配管203’点C’を介して第2の三方管5に接続される。他の分岐点としての第2の三方管5は配管204’を介して第2の膨張弁4a、4bと接続される。第2の膨張弁4aは配管205’を介して第2の冷媒分配器10aと接続される。配管205’上に配管208’との第2の接続点B”が形成されている。第2の冷媒分配器10aは配管206’を介して追加の室外熱交換器3a’と接続されている。第2の膨張弁4bは配管205’を介して第2の冷媒分配器10bと接続される。第2の冷媒分配器10bは配管206’を介して追加の室外熱交換器3b’と接続されている。
 流路切替装置12では、第1ポートI~第6ポートVIに加えて、第7ポートとしての追加の第4ポートIV、第8ポートとしての追加の第5ポートV、第9ポートとしての追加の第6ポートVIが形成されている。配管208’は追加の第4ポートIVに接続される。追加の室外熱交換器3a’は、配管207’を介して追加の第6ポートVIに接続される。追加の室外熱交換器3b’は、配管207’を介して追加の第5ポートVに接続される。
 追加の第4ポートIV~追加の第6ポートVIについては、図1~図6に示した空気調和装置における流路切替装置12における第4ポートIV~第6ポートVIの切替動作と同様にその接続先が切り替えられる。
 図25に示した流路切替装置12の具体的な構成例について、図26を用いて説明する。図26は、図20で説明した実施の形態3の暖房運転に相当する運転状態を満たす冷媒流れ概要図である。図26では、図25で示した2つの第4ポートIV、2つの第5ポートV、2つの第6ポートVIのそれぞれに対して、流路切替装置12内で配管経路が2分岐する点X、点Y、点Zが存在する。それぞれの点X、点Y、点Zは均等に冷媒を2分岐することで、室外熱交換器3aと追加の室外熱交換器3a’、室外熱交換器3bと追加の室外熱交換器3b’を、同様の冷媒状態として作動させることが可能となる。そのため、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置と同用の効果を得ることが可能となる。また、実施の形態1、2に係る空気調和装置を構成する流路切替装置12に対しても、図26に示した流路切替装置12と同様に、追加の第4ポートIV~第6ポートVIを形成してもよい。また、この場合、2つの第4ポートIV、2つの第5ポートV、および2つの第6ポートVIのそれぞれに対して、流路切替装置12内で配管経路を2分岐する点X、点Y、点Zを設けることで、図26に示した流路切替装置12と同様の動作を実現できる。
 ここで、上記図25および図26に示した空気調和装置の特徴的な構成を要約すれば、第2熱交換器は、第3冷媒流路としての追加の室外熱交換器3a’と、第4冷媒流路としての追加の室外熱交換器3b’とを含む。第3冷媒流路(追加の室外熱交換器3a’)と第4媒流路(追加の室外熱交換器3b’)とは、第1熱交換器(]室内熱交換器7a~7d)と他の分岐点としての第2の三方管5を介して並列に接続される。流路切替装置12は、第7ポート~第9ポート(追加の第4ポートIV~追加の第6ポートVI)を含む。第7ポート(追加の第4ポートIV)は、他の分岐点(第2の三方管5)と第3冷媒流路(追完お室外熱交換器3a’)とを接続する他の配管204’~206’と接続される。第8ポート(追加の第5ポートV)は、第4冷媒流路(追加の室外熱交換器3b’)と接続される。第9ポート(追加の第6ポートVI)は、第3冷媒流路(追加の室外熱交換器3a’)と接続される。流路切替装置12において、第4ポートIVと第7ポート(追加の第4ポートIV)とは、図26に示されるように点Xにおいて互いに接続された第1のポート群を構成する。第5ポートVと第8ポート(追加の第5ポートV)とは、点Yにおいて互いに接続された第2のポート群を構成する。第6ポートVIと第9ポート(追加の第6ポートVI)とは、点Zにおいて互いに接続された第3のポート群を構成する。第2のポート群は、第1ポートI、第3ポートIIIおよび第1のポート群との間で接続状態が変更可能に構成されている。第3のポート群は、第1ポートIおよび第3ポートIIIとの間で接続状態が変更可能に構成されている。
 また、図25のように二台の第2熱交換器としての室外熱交換器のそれぞれが、複数の冷媒流路(たとえば室外熱交換器3a、3bまたは室外熱交換器3a’、3b’)を含む場合、上述のように流路切替装置12において第4ポートIV~第6ポートVIを第2熱交換器の数に対応して複数形成してもよい。さらに、流路切替装置12において、追加した第2熱交換器の数に対応して点X、点Y、点Zにおける分岐数をそれぞれ増加させることで、室外熱交換器の数に制限無く流路切替装置12を成立させることが可能となる。
 また、たとえば図1~図6に示した構成に対して、追加された室外熱交換器(第2熱交換器)を、図1~図6に示した構成における室外熱交換器と同様に冷媒回路に接続する。このような構成によっても、図1~図6に示した空気調和装置と同様の効果を得ることができる。特に図25のような冷凍サイクル装置としての空気調和装置の場合、一台の室外熱交換器(第2熱交換器)において、分割された2つの室外熱交換器3a、3bがそれぞれ別の機能を果たす暖房連続運転を作動させることが可能である。つまり、以上のことから明らかなように、上述した本発明の実施の形態1~3では、室外熱交換器を複数台設置した構成であっても上述した効果を得ることができる。
 以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。
本発明は、例えば、ヒートポンプ装置等、給湯装置、冷凍装置等に適用することができる。
 1 圧縮機、3a,3b,3a’,3b’ 室外熱交換器、4a,4b,6a~6d 膨張弁、5 三方管、7a~7d 室内熱交換器、8 室外ファン、9a~9d 室内ファン、10a,10b 冷媒分配器、11 アキュムレータ、12 流路切替装置、21~27 電磁弁、31 四方弁、32~34 三方弁、101 冷媒流路切替回路、103a~103c 切替弁、104a~104e 開口部、105~107 冷媒流路、108~110 分岐流路、111~113,201~211 配管、120 筐体、121a~121c 駆動装置。

Claims (11)

  1.  圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、第2熱交換器、および流路切替装置を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備え、
     前記第2熱交換器は、第1冷媒流路と第2冷媒流路とを含み、
     前記圧縮機は、吸入部および吐出部を含み、
     前記第1冷媒流路と前記第2冷媒流路とは、前記第1熱交換器と分岐点を介して並列に接続され、
     前記流路切替装置は、
      前記圧縮機の前記吐出部と接続された第1ポートと、
      前記第1熱交換器と接続された第2ポートと、
      前記圧縮機の前記吸入部と接続された第3ポートと、
      前記分岐点と前記第1冷媒流路とを接続する配管と接続された第4ポートと、
      前記第2冷媒流路と接続された第5ポートと、
      前記第1冷媒流路と接続された第6ポートと、を含み、
     前記流路切替装置において、
      前記第2ポートは、前記第1ポートおよび前記第3ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されており、
      前記第5ポートは、前記第1ポート、前記第3ポートおよび前記第4ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されており、
      前記第6ポートは、前記第1ポートおよび前記第3ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されている、
     空気調和装置。
  2.  前記配管において、前記第4ポートに接続される接続点と前記分岐点との間に前記膨張弁は設置される、請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  前記膨張弁を開状態とし、
     前記流路切替装置において、
      前記第1ポートと前記第2ポートとが接続され、
      前記第5ポートおよび前記第6ポートと前記第3ポートとが接続された、第1の運転状態で運転可能である、請求項2に記載の空気調和装置。
  4.  前記膨張弁を閉状態とし、
     前記流路切替装置において、
      前記第1ポートと前記第6ポートとが接続され、
      前記第2ポートと前記第3ポートとが接続され、
      前記第4ポートと前記第5ポートとが接続された、第2の運転状態で運転可能である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  5. [規則91に基づく訂正 06.04.2017] 
     前記膨張弁を開状態とし、
     前記流路切替装置において、
      前記第1ポートと前記第2ポートおよび前記第6ポートとが接続され、
      前記第3ポートと前記第5ポートとが接続された、第3の運転状態で運転可能である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  6. [規則91に基づく訂正 06.04.2017] 
     前記膨張弁を開状態とし、
     前記流路切替装置において、
      前記第1ポートと前記第2ポートおよび前記第5ポートとが接続され、
      前記第3ポートと前記第6ポートとが接続された、第4の運転状態で運転可能である、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  7.  前記流路切替装置は、3つ以上の開閉可能な弁を含む、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  8.  前記流路切替装置は、少なくとも1つ以上の四方弁と、3つ以上の三方弁とを含む、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  9.  前記流路切替装置は、
     前記第1ポートから前記第6ポートが形成された筐体と、
     前記第1ポートおよび前記第3ポートと前記第2ポートとの接続状態を切替える第1切替弁と、
     前記第1ポート、第3ポートおよび第4ポートと前記第5ポートとの接続状態を切替える第2切替弁と、
     前記第1ポートおよび前記第3ポートと前記第6ポートとの接続状態を切替える第3切替弁とを備える、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  10.  前記第1冷媒流路に空気を送風する第1ファンと、
     前記第2冷媒流路に空気を送風する第2ファンとをさらに備える、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  11.  前記第2熱交換器は、第3冷媒流路と第4冷媒流路とを含み、
     前記第3冷媒流路と前記第4冷媒流路とは、前記第1熱交換器と他の分岐点を介して並列に接続され、
     前記流路切替装置は、
      前記他の分岐点と前記第3冷媒流路とを接続する他の配管と接続された第7ポートと、
      前記第4冷媒流路と接続された第8ポートと、
      前記第3冷媒流路と接続された第9ポートと、を含み、
     前記流路切替装置において、
      前記第4ポートと前記第7ポートとは、互いに接続された第1のポート群を構成し、
      前記第5ポートと前記第8ポートとは、互いに接続された第2のポート群を構成し、
      前記第6ポートと前記第9ポートとは、互いに接続された第3のポート群を構成し、
      前記第2のポート群は、前記第1ポート、前記第3ポートおよび前記第1のポート群との間で接続状態が変更可能に構成されており、
      前記第3のポート群は、前記第1ポートおよび前記第3ポートとの間で接続状態が変更可能に構成されている、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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