WO2019225005A1

WO2019225005A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2019225005A1
Application number: PCT/JP2018/020168
Authority: WO
Inventors: 哲矢山下; 雅史冨田; 瑞朗酒井; 野花坂邊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: JPWO2019225005A1; CN210772853U

Abstract

熱交換器は、メイン熱交換部と、少なくとも１つの第１サブ熱交換部と、メイン熱交換部へ導かれる作動流体を複数のパスに分配する分配器と、ヘッダーに設けられた第１弁機構と、作動流体が入出流する第１配管とメイン熱交換部及び第１サブ熱交換部との間に設けられた第２弁機構とを備える。第１サブ熱交換部は、メイン熱交換部よりも少ない数の伝熱管を有し、メイン熱交換部よりも少ない数の作動流体のパスが形成されている。第１弁機構は、ヘッダーにおいて、メイン熱交換部の伝熱管が接続されているメイン領域と第１サブ熱交換部の伝熱管が接続されているサブ領域との間に設けられ、作動流体の流れをサブ領域からメイン領域へ向かう方向にのみ許容する。第２弁機構は、第１配管から流入した作動流体の流れを、第１配管から分配器及び第１サブ熱交換部が配置されている側へ向かう方向にのみ許容する。

Description

熱交換器及び冷凍サイクル装置

　本発明は、熱交換器及び熱交換器を有する冷凍サイクル装置に関するものであり、より詳しくは熱交換器における作動流体のパス構成の変更に関するものである。

　従来、冷凍サイクル装置には、熱源側ユニットと負荷側ユニットを有しているものがある。例えば、熱源側ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器と四方弁を備え、負荷側ユニットは、負荷側熱交換器を備えている。圧縮機と熱源側熱交換器と四方弁と負荷側熱交換器が配管で接続され、配管内を冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。四方弁を制御することにより、冷媒回路における冷媒の流れの方向が切り替えられ、冷凍サイクル装置の暖房運転と冷房運転が切り替えられる。

　特許文献１には、熱源側熱交換器として、冷媒回路における冷媒の流れの方向に応じて、冷媒のパス構成を変更するよう構成されている室外熱交換機が記載されている。特許文献１の室外熱交換機は、冷媒流路が第１単位流路及び第２単位流路に区画されており、第１単位流路及び第２単位流路に接続されている流路に各種バルブが設けられている。そして、暖房運転から冷房運転に切り替えるとき、あるいは冷房運転から暖房運転にきりかえるとき、これらのバルブ及び四方弁の動作を制御装置で制御することにより、冷媒回路における冷媒の流れの方向が切り替えられると共に、パス構成が変更される。

特開２０１２－１０７８５７号公報

　しかしながら、特許文献１の空気調和機における冷暖房の切り替えでは、四方弁の動作及び各種バルブの開閉を連動させなければならない。そのため、制御装置における制御が複雑となり、制御装置に搭載される基板構成が複雑化するという問題がある。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷房運転時及び暖房運転時の冷媒のパス構成が簡易な構成で実現される熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る熱交換器は、作動流体が流れる伝熱管と、前記伝熱管が接続されているヘッダーとを有し、前記作動流体と気体との間で熱交換を行う熱交換器であって、複数の前記伝熱管を有し、前記複数の前記伝熱管内に前記作動流体の複数のパスが形成されているメイン熱交換部と、前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記伝熱管を有し、前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記作動流体のパスが形成されている、少なくとも１つの第１サブ熱交換部と、前記メイン熱交換部へ導かれる前記作動流体を前記複数のパスに分配する分配器と、前記ヘッダーにおいて、前記メイン熱交換部の前記伝熱管が接続されているメイン領域と前記第１サブ熱交換部の前記伝熱管が接続されているサブ領域との間に設けられ、前記作動流体の流れを前記サブ領域から前記メイン領域へ向かう方向にのみ許容する第１弁機構と、前記作動流体が前記熱交換器へ入出流する第１配管と前記メイン熱交換部及び前記第１サブ熱交換部との間に設けられ、前記第１配管から流入した前記作動流体の流れを、前記第１配管から前記分配器及び前記第１サブ熱交換部が配置されている側へ向かう方向にのみ許容する第２弁機構とを備えるものである。また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、このような熱交換器を備えるものである。

　本発明に係る熱交換器及び冷凍サイクル装置によると、一方向にのみ作動流体の流れを許容する第１弁機構及び第２弁機構が設けられているため、熱交換器に流入する作動流体の流れの方向に応じて構成の異なるパスが形成される。従って、冷房運転と暖房運転とで異なる方向に流れる作動流体のパスを構成するに当たり、制御装置による制御が不要となり、制御装置による制御及び制御装置の基板の複雑化を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１の変形例に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の室外ユニットにおける室外熱交換器周辺の構成を模式的に示す図である。

　以下に、本発明における熱交換器及び冷凍サイクル装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさ及び形状は実際の装置とは異なる場合がある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。冷凍サイクル装置１は、熱源側ユニットである室外ユニット１０と負荷側ユニットである室内ユニット２０とを備えている。室外ユニット１０と室内ユニット２０は、ガス冷媒配管３１と液冷媒配管３２を介して接続されている。室外ユニット１０は、圧縮機１１と、流路切替部１２と、熱源側熱交換器である室外熱交換器１３と、第１膨張弁１４と、第２膨張弁１５と、冷媒容器１６とを有している。室内ユニット２０は、負荷側熱交換器である室内熱交換器２１を有している。圧縮機１１、流路切替部１２、室外熱交換器１３、第１膨張弁１４、第２膨張弁１５、冷媒容器１６、室内熱交換器２１、及び上述のガス冷媒配管３１と液冷媒配管３２を含む冷媒配管で、冷媒回路３０が形成されている。冷媒回路内には作動流体である冷媒が循環する。

　圧縮機１１は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。例えばインバータ回路等により、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１１の容量、すなわち単位時間あたりの冷媒を送り出す量を変化させるものである。

　流路切替部１２は、冷媒回路３０内の冷媒の流れを切り替えるものであり、例えば四方弁である。流路切替部１２は、不図示の制御装置により制御される。

　室外熱交換器１３は、冷媒と、室外空気すなわち気体との間で熱交換を行うものであり、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。室外熱交換器１３には、不図示のファンにより室外空気が供給される。

　第１膨張弁１４及び第２膨張弁１５は、冷媒回路３０内を流れる冷媒を減圧する弁であり、開度の調節が可能な電子膨張弁である。冷媒容器１６は、第１膨張弁１４と第２膨張弁１５との間に設けられ、余剰となる冷媒を貯留する余剰冷媒貯留容器である。

　室内熱交換器２１は、冷媒と、室内空気すなわち気体との間で熱交換を行うものであり、冷房運転時は蒸発器として機能し、暖房運転時は凝縮器として機能する。室内熱交換器２１には、不図示のファンにより室内空気が供給される。

　図１において、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。冷房運転時、流路切替部１２は、不図示の制御装置により実線の矢印で示す状態に切り替えられる。冷房運転時、圧縮機１１から高温高圧のガス冷媒が吐出されると、ガス冷媒は流路切替部１２を経て、室外熱交換器１３へ導かれる。室外熱交換器１３で、ガス冷媒は室外空気と熱交換し凝縮され、液冷媒となる。室外熱交換器１３から流出した液冷媒は、第１膨張弁１４へ導かれる。液冷媒は、第１膨張弁１４で減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、冷媒容器１６を経て、第２膨張弁１５を通過し、液冷媒配管３２を介して室内熱交換器２１へ導かれる。室内熱交換器２１において、冷媒は室内空気と熱交換し、蒸発し低圧のガス冷媒となる。室内熱交換器２１から流出した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒配管３１を介して、流路切替部１２に導かれる。低圧のガス冷媒は流路切替部１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

　暖房運転時、流路切替部１２は、不図示の制御装置により点線の矢印で示す状態に切り替えられる。暖房運転時、圧縮機１１から高温高圧のガス冷媒が吐出されると、ガス冷媒は流路切替部１２を経て、ガス冷媒配管３１を介して室内熱交換器２１へ導かれる。室内熱交換器２１で、ガス冷媒は室内空気と熱交換し凝縮され、液冷媒となる。室内熱交換器２１から流出した液冷媒は、液冷媒配管３２を介して第２膨張弁１５へ導かれる。液冷媒は第２膨張弁１５で減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、冷媒容器１６を経て、第１膨張弁１４を通過し、室外熱交換器１３へ導かれる。室外熱交換器１３において、冷媒は室外空気と熱交換し、蒸発しガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、流路切替部１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

　図２は、本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。図２において、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。

　室外熱交換器１３には第１配管４１と第２配管４２が接続されている。第１配管４１は、図１に示す第１膨張弁１４に接続されている。第２配管４２は、図１に示す流路切替部１２に接続されている。冷房運転時、凝縮器として動作する室外熱交換器１３には、第２配管４２から冷媒が流入し、第１配管４１から冷媒が流出する。暖房運転時、蒸発器として動作する室外熱交換器１３には、第１配管４１から冷媒が流入し、第２配管４２から冷媒が流出する。冷房運転時及び暖房運転時において、第１配管４１における冷媒の入出流の方向と第２配管４２における冷媒の入出流の方向は互いに逆方向となっている。

　室外熱交換器１３は、メイン熱交換部５０と、第１サブ熱交換部５１と、ヘッダー５３と、分配器５４とを有している。室外熱交換器１３は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器であり、メイン熱交換部５０は複数の伝熱管１５０を有し、第１サブ熱交換部５１は、メイン熱交換部５０の伝熱管１５０の数よりも少ない数の伝熱管１５１を有している。また、メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１は図示省略のフィンを有している。メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１において、複数の伝熱管が上下方向に並設され、複数のフィンは、並設されている複数の伝熱管に対して垂直に挿入されている。メイン熱交換部５０の下方に第１サブ熱交換部５１が配置されており、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１は上下方向に沿って配置されている。

　メイン熱交換部５０の伝熱管１５０及び第１サブ熱交換部５１の伝熱管１５１の内部には、冷媒の複数のパスが形成されている。第１サブ熱交換部５１のパス数は、メイン熱交換部５０のパス数よりも少ない。図２では、メイン熱交換部５０において４本の伝熱管１５０が示され、第１サブ熱交換部５１において１本の伝熱管１５１が示されているが、パス構成を概念的に示すものであり、伝熱管の数及びパスの数を特定するものではない。尚、室外熱交換器１３の設計に基づいて伝熱管の総数が定められ、パスの総数は伝熱管の総数に従って定められる。伝熱管の総数内において、第１サブ熱交換部５１の伝熱管１５１の数がメイン熱交換部５０の伝熱管１５０の数よりも少なくなるよう、室外熱交換器１３は構成されている。そして、伝熱管に総数に従って定められたパスの総数内において、第１サブ熱交換部５１のパス数がメイン熱交換部５０のパス数よりも少なくなるよう、室外熱交換器１３は構成されている。

　ヘッダー５３には、第１配管４１と第２配管４２が接続されている。また、ヘッダー５３は、メイン熱交換部５０の伝熱管１５０が接続されるメイン領域５３Ａと、第１サブ熱交換部５１の伝熱管１５１が接続されるサブ領域５３Ｂとを有している。

　分配器５４は、一方の端部がメイン熱交換部５０に接続され、他方の端部が第１サブ熱交換部５１に接続されている。暖房運転時、冷媒は分配器５４により複数のパスに分配され、メイン熱交換部５０に導かれる。冷房運転時、メイン熱交換部５０から複数のパスに分かれて流出する冷媒は分配器５４で合流する。

　第１分岐点Ｐ１で、分配器５４が位置している側に延びる第３配管４３が、第１配管４１から分岐している。また、第２分岐点Ｐ２で、第１サブ熱交換部５１に接続されている第４配管４４と分配器５４に接続される第５配管４５が、第３配管４３から分岐している。

　ヘッダー５３において、メイン領域５３Ａとサブ領域５３Ｂとの間には、第１弁機構６１が設けられている。第１弁機構６１は、例えば逆止弁であり、サブ領域５３Ｂからメイン領域５３Ａへ向かう方向にのみ、冷媒の流れを許容するものである。

　第４配管４４において、第１分岐点Ｐ１と第２分岐点Ｐ２の間には、第２弁機構６２が設けられている。第２弁機構６２は、例えば逆止弁であり、第１分岐点Ｐ１から第２分岐点Ｐ２へ向かう方向にのみ冷媒の流れを許容するものである。すなわち、第２弁機構６２は、第１配管４１から流入した冷媒の流れを、第１配管４１から、分配器５４及び第１サブ熱交換部５１が配置されている側へ向かう方向にのみ許容する。

　第３配管４３には、第３弁機構６３が設けられている。第３弁機構６３は、例えば逆止弁であり、ヘッダー５３から第１分岐点Ｐ１へ向かう方向にのみ冷媒の流れを許容するものである。すなわち、第３弁機構６３は、第１配管４１から流入した冷媒がヘッダー５３へ流れることを阻止し、ヘッダー５３から流出した冷媒が第１配管４１から流出することのみを許容する。

　図１の冷凍サイクル装置１が冷房運転するとき、圧縮機１１で圧縮され、吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２配管４２を介してヘッダー５３のメイン領域５３Ａに流入する。ヘッダー５３には第１弁機構６１が設けられているため、ヘッダー５３に流入したガス冷媒は、メイン領域５３Ａからサブ領域５３Ｂには流れず、メイン熱交換部５０にのみ導かれる。ガス冷媒は、メイン熱交換部５０で室外空気と熱交換されて凝縮され、気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、複数のパスに分かれて分配器５４に導かれ、分配器５４で合流する。分配器５４の下流側には第２弁機構６２が設けられている。従って、気液二相状態の冷媒は、第２分岐点Ｐ２から第１分岐点Ｐ１へは流れず、第１サブ熱交換部５１にのみ導かれる。気液二相状態の冷媒は、第１サブ熱交換部５１でさらに室外空気と熱交換される。第１サブ熱交換部５１から流出した冷媒は、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂに流入する。このとき、メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１における圧力損失により、冷房運転時における第１弁機構６１の上流と下流で、すなわち、メイン領域５３Ａとサブ領域５３Ｂで、圧力差が生じている。従って、第１サブ熱交換部５１から流出し、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂに流入した冷媒は、第１弁機構６１を通過してメイン領域５３Ａへ導かれることはなく、ヘッダー５３から流出し、第１配管４１に導かれる。第１配管４１の第３弁機構６３はヘッダー５３から第１分岐点Ｐ１へ向かう方向への冷媒の流れ許容するものであるため、第１配管４１に導かれた冷媒は、第１配管４１を介して室外熱交換器１３から流出する。

　このように、第１弁機構６１、第２弁機構６２、及び第３弁機構６３の配設により、冷凍サイクル装置１が冷房運転するときの冷媒の流れ方向に応じて、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１は直列に接続された状態となっている。すなわち、メイン熱交換部５０のパスと第１サブ熱交換部５１のパスは、冷房運転時には直列に接続された状態となるよう構成されている。そして、第１サブ熱交換部５１のパスの数はメイン熱交換部５０のパスの数より少ない。従って、メイン熱交換部５０から流出した冷媒が分配器５４を経て第１サブ熱交換部５１を通過するとき、冷媒の流速は上昇する。その結果、凝縮器として高い伝熱効率を得ることができる。

　図１の冷凍サイクル装置１が暖房運転するとき、室内熱交換器２１で、室内空気と熱交換し、凝縮された液冷媒は、第１膨張弁１４、冷媒容器１６、及び第２膨張弁１５を経て、第１配管４１を介して室外熱交換器１３に流入する。第１分岐点Ｐ１で分岐し分配器５４の側に延びる第３配管４３には、第２弁機構６２が設けられ、ヘッダー５３に接続されている第１配管４１には、第３弁機構６３が設けられている。上述のように、第３配管４３の第２弁機構６２は、第１分岐点Ｐ１から第２分岐点Ｐ２へ向かう方向にのみ冷媒の流れを許容するものであり、第１配管４１の第３弁機構６３は、第１配管４１から流入した冷媒がヘッダー５３へ流れることを阻止するものである。従って、第１配管４１から流入した冷媒は、ヘッダー５３には導かれず、第１サブ熱交換部５１及び分配器５４が位置する側に導かれる。そして、冷媒は、第２分岐点Ｐ２で分岐し、分配器５４と第１サブ熱交換部５１へ導かれる。

　第１サブ熱交換部５１へ導かれた冷媒は、室外空気と熱交換され、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂへ導かれる。一方、分配器５４へ流入した冷媒は、分配器５４で複数のパスに分配され、メイン熱交換部５０へ導かれる。メイン熱交換部５０へ導かれた冷媒は、メイン熱交換部５０で室外空気と熱交換され、ヘッダー５３のメイン領域５３Ａへ導かれる。このとき、メイン領域５３Ａとサブ領域５３Ｂで、圧力差は生じていない。そして、メイン領域５３Ａとサブ領域５３Ｂの間に設けられている第１弁機構６１は、サブ領域５３Ｂからメイン領域５３Ａへ向かう方向にのみ、冷媒の流れを許容するものである。従って、サブ領域５３Ｂに導かれた冷媒はメイン領域５３Ａに流れ、メイン領域５３Ａにおいて、メイン熱交換部５０から流れてきた冷媒と合流する。メイン領域５３Ａで合流した冷媒は、第１配管４１を介して、室外熱交換器１３から流出する。

　このように、第１弁機構６１、第２弁機構６２、及び第３弁機構６３の配設により、冷凍サイクル装置１が暖房運転するときの冷媒の流れ方向に応じて、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１は並列に接続された状態となっている。すなわち、メイン熱交換部５０のパスと第１サブ熱交換部５１のパスは、暖房運転時には並列に接続された状態となるよう構成されている。従って、低圧の液状態の冷媒が、メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１の双方に全体的に分配される。その結果、メイン熱交換部５０のパス及び第１サブ熱交換部５１のパスにおける冷媒の流速の低下を抑えることができ、圧力損失の発生を抑えることができ、室外熱交換器１３が蒸発器として機能するときの効率低下を抑えることができる。

　以上のように本実施の形態１によれば、室外熱交換器１３の冷媒のパス上に、一方向にのみ冷媒の流れを許容する第１弁機構６１、第２弁機構６２、及び第３弁機構６３が設けられている。従って、冷房運転時の冷媒の流れ及び暖房運転時の冷媒の流れのそれぞれに応じたパス構成が形成される。さらに、冷暖房の切り替えにおいて、制御装置により電磁弁等の開閉の制御をすることなく、冷媒のパス構成が切り替わることになる。このように、本実施の形態１によれば、制御装置の制御及び制御装置の基板を複雑化させることなく、冷房運転及び暖房運転のそれぞれに適したパス構成で冷媒を流すことができるという効果が得られる。

　図３は、本発明の実施の形態１の変形例に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。図３において、図２に示す部材と同一の部材には同一の符号が付されている。また、図３中、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。本変形例では、メイン熱交換部５０の下方に２つの第１サブ熱交換部５１が積層され、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂに、２つの第１サブ熱交換部５１のそれぞれの伝熱管１５１が接続されている。また、第３分岐点Ｐ３において、第５配管４５は、一方の第１サブ熱交換部５１に接続されている第６配管４６と、分配器５４に接続される第７配管４７に分岐している。その他の構成は、図２で説明した構成と同様である。

　尚、上述のように、室外熱交換器１３の設計に基づいて定まる伝熱管の総数に従って、パスの総数は定められる。伝熱管の総数内において、２つの第１サブ熱交換部５１のそれぞれの伝熱管１５１の数がメイン熱交換部５０の伝熱管１５０の数よりも少なくなるよう、室外熱交換器１３は構成されている。すなわち、伝熱管に総数に従って定められたパスの総数内において、２つの第１サブ熱交換部５１のパス数がメイン熱交換部５０のパス数よりも少なくなるよう、室外熱交換器１３は構成されている。

　この変形例においても、室外熱交換器１３の冷媒のパス上に、一方向にのみ冷媒の流れを許容する第１弁機構６１、第２弁機構６２、及び第３弁機構６３が設けられている。従って、上述の効果と同様の効果が得られる。

　尚、この変形例では、２つの第１サブ熱交換部５１が上下に配置されているが、第１サブ熱交換部５１の数はこれに限られるものではない。室外熱交換器１３の設計上、許容される範囲で、第１サブ熱交換部５１の数を３つ以上に決定してもよい。

実施の形態２．
　図４は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。図４において、図２及び図３と同一の構成部材には同一の符号が付されている。また、図４中、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。本実施の形態２の室外熱交換器１００では、実施の形態１の上述の第３弁機構６３に換えて、第２サブ熱交換部５２が設けられている。第２サブ熱交換部５２も第１サブ熱交換部５１と同様、メイン熱交換部５０の伝熱管１５０よりも少ない数の伝熱管１５２を有しており、図示省略のフィンを有している。第２サブ熱交換部５２は第１サブ熱交換部５１の下方に配置されている。すなわち、メイン熱交換部５０、第１サブ熱交換部５１、及び第２サブ熱交換部５２は、上下方向に沿って配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

　実施の形態１と同様、冷房運転時、高温高圧のガス冷媒が第２配管４２からヘッダー５３のメイン領域５３Ａに流入し、メイン熱交換部５０に導かれ、メイン熱交換部５０で凝縮され気液二相状態となり、分配器５４を通過し、第１サブ熱交換部５１へ導かれる。すなわち、第１弁機構６１によりガス冷媒はサブ領域５３Ｂに流れることはない。また、第２弁機構６２により、気液二相状態の冷媒は第２分岐点Ｐ２から第１分岐点Ｐ１へ流れることはない。第１サブ熱交換部５１で室外空気と熱交換され、第１サブ熱交換部５１から流出した気液二相状態の冷媒は、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂに流入し、次いで、第２サブ熱交換部５２へ流入する。気液二相状態の冷媒は、第２サブ熱交換部５２でさらに室外空気と熱交換され、第２サブ熱交換部５２から流出する。このとき、第１サブ熱交換部５１及び第２サブ熱交換部５２における圧力損失により、冷房運転時における第２弁機構６２の上流と下流で、圧力差が生じている。従って、第２サブ熱交換部５２から流出し、第１配管４１へ導かれた冷媒は、第２弁機構６２を通過して、第１サブ熱交換部５１及び分配器５４が配置されている側へ流れることはなく、第１配管４１を介して室外熱交換器１３から流出する。

　暖房運転時、第１配管４１を介して流入した液冷媒は、第２サブ熱交換部５２へ流れると共に、第１分岐点Ｐ１で分岐し、第３配管４３へ流れる。第２サブ熱交換部５２へ流入した液冷媒は、室外空気と熱交換され、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂへ導かれる。一方、第３配管４３へ流れた液冷媒は、第２分岐点Ｐ２で分岐し、第４配管４４を介して第１サブ熱交換部５１へ流れると共に、第５配管４５を介して分配器５４へ流れる。第１サブ熱交換部５１へ流入した液冷媒は、室外空気と熱交換され、ヘッダー５３のサブ領域５３Ｂへ導かれる。一方、分配器５４へ流入した冷媒は、分配器５４で複数のパスに分配され、メイン熱交換部５０へ導かれる。メイン熱交換部５０へ導かれた冷媒は、メイン熱交換部５０で室外空気と熱交換され、ヘッダー５３のメイン領域５３Ａへ導かれる。メイン領域５３Ａとサブ領域５３Ｂの間に設けられている第１弁機構６１は、サブ領域５３Ｂからメイン領域５３Ａへ向かう方向にのみ、冷媒の流れを許容するものである。従って、サブ領域５３Ｂに導かれた冷媒はメイン領域５３Ａに流れ、メイン領域５３Ａにおいて、メイン熱交換部５０から流れてきた冷媒と合流する。メイン領域５３Ａで合流した冷媒は、第２配管４２を介して、室外熱交換器１３から流出する。

　以上のように本実施の形態２によれば、室外熱交換器１００の冷媒のパス上に、一方向にのみ冷媒の流れを許容する第１弁機構６１及び第２弁機構６２が設けられ、第１配管４１には、第２サブ熱交換部５２が設けられている。従って、冷房運転時の冷媒の流れ及び暖房運転時の冷媒の流れのそれぞれに応じたパス構成が形成された状態となり、実施の形態１の上述の効果と同様の効果が得られる。

　さらに、本実施の形態２によれば、冷媒の流れを一方向にのみ許容する弁機構の１つをサブ熱交換部に換えている。従って、室外熱交換器１００の弁機構の点数を減少させることができる。

実施の形態３．
　図５は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器の構成を模式的に示す図である。図５において、図２及び図３と同一の構成部材には同一の符号が付されている。また、図５中、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。本実施の形態３の室外熱交換器１０１において、実施の形態１の上述の第１弁機構６１、第２弁機構６２、及び第３弁機構６３に換えて、三方弁１１０が設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。三方弁１１０は、第１ポート１１１と、第２ポート１１２と、第３ポート１１３と、可動機構部１１４とを有している。第１ポート１１１は、第８配管４８を介してヘッダー５３に接続されている。第２ポート１１２は、第１配管４１に接続されている。第３ポート１１３は、分配器５４及び第１サブ熱交換部５１が位置する側に延びる第３配管４３に接続されている。可動機構部１１４は、一方が配管１２１を介して第１配管４１に接続され、他方が配管１２２を介して第２配管４２に接続されている。可動機構部１１４の内部には、第１配管４１を流れる冷媒の圧力と第２配管４２を流れる冷媒の圧力の差に応じて変位する不図示の可動部材が設けられている。三方弁１１０は、可動部材の位置に応じて、第１ポート１１１、第２ポート１１２、及び第３ポート１１３の開閉が切り替わるよう構成されている。尚、配管１２１及び配管１２２は、冷媒の圧力差を取得するために三方弁１１０の可動機構部１１４に接続されている配管であり、図１の冷媒回路３０を構成するものではない。従って、冷媒回路３０を構成する他の配管と区別するため、図５において、配管１２１及び配管１２２は、一点鎖線で示されている。

　第２配管４２を流れる冷媒の圧力が第１配管４１を流れる冷媒の圧力より高いとき、第１ポート１１１及び第２ポート１１２が開、第３ポート１１３が閉となり、第１ポート１１１と第２ポート１１２が連通するよう、可動機構部１１４の可動部材は変位する。第１配管４１を流れる冷媒の圧力が第２配管４２を流れる冷媒の圧力より高いとき、第２ポート１１２及び第３ポート１１３が開、第１ポート１１１が閉となり、第２ポート１１２と第３ポート１１３が連通するよう、可動機構部１１４の可動部材は変位する。すなわち、三方弁１１０は、室外熱交換器１０１に流入する冷媒と、室外熱交換器１０１から流出した冷媒の圧力差に応じて、連通する経路が切り替わる自律式の三方弁である。

　冷房運転時、冷媒は第２配管４２から流入し、メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１で外気と熱交換された後、第１配管４１から流出する。メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１における熱交換において、圧力損失が発生するため、冷房運転時、第２配管４２を流れる冷媒の圧力は、第１配管４１を流れる冷媒の圧力よりも高い。従って、可動機構部１１４の上述の可動部材は、第１ポート１１１及び第２ポート１１２が開、第３ポート１１３が閉となり、第１ポート１１１と第２ポート１１２が連通するよう、変位する。その結果、分配器５４から流出した冷媒は第１サブ熱交換部５１にのみ流れる。また、ヘッダー５３から流出した冷媒は、第８配管４８を流れ三方弁１１０を通過して第１配管４１に導かれる。この構成により、冷房運転時には、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１が直列に接続されるパス構成が形成される。

　暖房運転時、冷媒は第１配管４１から流入し、メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１で外気と熱交換された後、第２配管４２から流出する。メイン熱交換部５０及び第１サブ熱交換部５１における熱交換において、圧力損失が発生するため、暖房運転時、第１配管４１を流れる冷媒の圧力は、第２配管４２を流れる冷媒の圧力よりも高い。従って、可動機構部１１４の上述の可動部材は、第２ポート１１２及び第３ポート１１３が開となり、第１ポート１１１が閉となって、第２ポート１１２と第３ポート１１３が連通するよう、変位する。その結果、第１配管４１から流入した冷媒は、三方弁１１０を通過するとき、ヘッダー５３に接続されている第８配管４８には流れず、第３配管４３にのみ流れる。この構成により、暖房運転時には、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１が並列に接続されるパス構成が形成される。

　以上のように、本実施の形態３によれば、室外熱交換器１０１の冷媒のパス上に、室外熱交換器１０１に流入する冷媒と室外熱交換器１０１から流出した冷媒の圧力差に応じて、自律的に経路を変更する三方弁１１０が設けられている。従って、冷房運転時及び暖房運転時の双方に適したパス構成が、制御装置に制御されることなく構成される。その結果、上述の実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られる。

　尚、本実施の形態３においても、実施の形態１の変形例と同様、第１サブ熱交換部５１を複数設けてもよい。

実施の形態４．
　図６は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の室外ユニットにおける室外熱交換器周辺の構成を模式的に示す図である。図６において、図１、図２、及び図５と同一の部材には同一の符号が付されている。また、図６中、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。本実施の形態４の室外熱交換器１０２において、三方弁１１０の可動機構部１１４は、一方は配管１２３を介して第２配管４２に接続され、他方は配管１２４を介してガス冷媒配管３１に接続されている。第２配管４２は、流路切替部１２において、冷房運転時は圧縮機１１の吐出側と連通し、暖房運転時は圧縮機１１の吸入側と連通するポートに接続されている。ガス冷媒配管３１は、流路切替部１２において、冷房運転時は圧縮機１１の吸入側と連通し、暖房運転時は圧縮機１１の吐出側と連通するポートに接続されている。尚、配管１２３及び配管１２４は、冷媒の圧力差を取得するために三方弁１１０の可動機構部１１４に接続されている配管であり、図１の冷媒回路３０を構成するものではない。従って、冷媒回路３０を構成する他の配管と区別するため、図６において、配管１２３及び配管１２４は、一点鎖線で示されている。

　第２配管４２を流れる冷媒の圧力がガス冷媒配管３１を流れる冷媒の圧力より高いとき、第１ポート１１１及び第２ポート１１２が開、第３ポート１１３が閉となり、第１ポート１１１と第２ポート１１２が連通するよう、可動機構部１１４の可動部材は変位する。ガス冷媒配管３１を流れる冷媒の圧力が第２配管４２を流れる冷媒の圧力より高いとき、第２ポート１１２及び第３ポート１１３が開、第１ポート１１１が閉となり、第２ポート１１２と第３ポート１１３が連通するよう、可動機構部１１４の可動部材は変位する。このように、本実施の形態４において、三方弁１１０は、圧縮機１１の吸入側の冷媒と圧縮機１１の吐出側の冷媒の圧力差に応じて、連通する経路が切り替わるよう構成されている。その他の構成は、実施の形態３の室外熱交換器１０１と同様である。

　冷房運転時、第２配管４２には、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が流入する。一方、ガス冷媒配管３１には、室外熱交換器１３から流出し、図１に示す第１膨張弁１４、第２膨張弁１５及び室内熱交換器２１を通過し、圧縮機１１に吸入される低圧のガス冷媒が流入する。すなわち、冷房運転時、第２配管４２を流れる冷媒の圧力がガス冷媒配管３１を流れる冷媒の圧力より高い。従って、可動機構部１１４の上述の可動部材は、第１ポート１１１及び第２ポート１１２が開となり、第３ポート１１３が閉となって、第１ポート１１１と第２ポート１１２が連通するよう、変位する。その結果、分配器５４から流出した冷媒は、第２分岐点Ｐ２において、第１サブ熱交換部５１にのみ流れる。また、ヘッダー５３から流出した冷媒は、第８配管４８を流れ三方弁１１０を通過して第１配管４１に導かれる。この構成により、冷房運転時には、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１が直列に接続されるパス構成が形成される。

　暖房運転時、ガス冷媒配管３１には、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が流入する。そして、ガス冷媒配管３１に流入したガス冷媒は、図１に示す室内熱交換器２１、第２膨張弁１５、及び第１膨張弁１４を通過し、室外熱交換器１０２に流入する。一方、第２配管４２には、室外熱交換器１０２から流出し、圧縮機１１に吸入される低圧のガス冷媒が流入する。すなわち、暖房運転時、ガス冷媒配管３１を流れる冷媒の圧力が第２配管４２を流れる冷媒の圧力より高い。従って、可動機構部１１４の上述の可動部材は、第２ポート１１２及び第３ポート１１３が開となり、第１ポート１１１が閉となって、第２ポート１１２と第３ポート１１３が連通するよう、変位する。その結果、第１配管４１から流入した冷媒は、三方弁１１０を通過するとき、ヘッダー５３に接続されている第８配管４８には流れず、第３配管４３にのみ流れる。この構成により、暖房運転時には、メイン熱交換部５０と第１サブ熱交換部５１が並列に接続されるパス構成が形成される。

　以上のように、本実施の形態４においても、室外熱交換器１０２の冷媒のパス上に、室外熱交換器１０１に流入する冷媒と室外熱交換器１０１から流出した冷媒の圧力差に応じて、自律的に経路を変更する三方弁１１０が設けられている。従って、冷房運転時及び暖房運転時の双方に適したパス構成が、制御装置に制御されることなく構成される。その結果、上述の実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３と同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態４では、三方弁１１０は、圧縮機１１の吐出側と吸入側の冷媒の圧力差に応じて動作するよう構成されている。圧縮機１１の吐出側と吸入側の冷媒の圧力差は顕著である。従って、本実施の形態４によれば、冷房運転及び暖房運転のそれぞれのパス構成の切り替えがより確実に行われる。

　尚、本実施の形態４においても、実施の形態１の変形例と同様、第１サブ熱交換部５１を複数設けてもよい。

　上述の実施の形態１～実施の形態４においては、伝熱管が設置面に横方向に延び、メイン熱交換部５０、第１サブ熱交換部５１、及び第２サブ熱交換部５２が上下方向に配置されている構成を有しているがこれに限るものではない。伝熱管が上下方向に延び、横方向に沿って並設されているタイプの熱交換器にも適用される。

　上述の実施の形態１～実施の形態４においては、熱源側ユニットである室外ユニット１０に設けられる室外熱交換器１３の構成について説明したが、これに限るものではない。負荷側ユニットである室内ユニット２０に設けられる室内熱交換器２１についても、上述の室外熱交換器１３の構成と同様の構成を適用してもよい。

　１　冷凍サイクル装置、１０　室外ユニット、１１　圧縮機、１２　流路切替部、１３　室外熱交換器、１４　第１膨張弁、１５　第２膨張弁、１６　冷媒容器、２０　室内ユニット、２１　室内熱交換器、３０　冷媒回路、３１　ガス冷媒配管、３２　液冷媒配管、４１　第１配管、４２　第２配管、４３　第３配管、４４　第４配管、４５　第５配管、４６　第６配管、４７　第７配管、４８　第８配管、５０　メイン熱交換部、５１　第１サブ熱交換部、５２　第２サブ熱交換部、５３　ヘッダー、５３Ａ　メイン領域、５３Ｂ　サブ領域、５４　分配器、６１　第１弁機構、６２　第２弁機構、６３　第３弁機構、１００　室外熱交換器、１０１　室外熱交換器、１０２　室外熱交換器、１１０　三方弁、１１１　第１ポート、１１２　第２ポート、１１３　第３ポート、１１４　可動機構部、１２１　配管、１２２　配管、１２３　配管、１２４　配管、１５０　伝熱管、１５１　伝熱管、１５２　伝熱管、Ｐ１　第１分岐点、Ｐ２　第２分岐点、Ｐ３　第３分岐点。

Claims

　作動流体が流れる伝熱管と、前記伝熱管が接続されているヘッダーとを有し、前記作動流体と気体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
　複数の前記伝熱管を有し、前記複数の前記伝熱管内に前記作動流体の複数のパスが形成されているメイン熱交換部と、
　前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記伝熱管を有し、前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記作動流体のパスが形成されている、少なくとも１つの第１サブ熱交換部と、
　前記メイン熱交換部へ導かれる前記作動流体を前記複数のパスに分配する分配器と、
　前記ヘッダーにおいて、前記メイン熱交換部の前記伝熱管が接続されているメイン領域と前記第１サブ熱交換部の前記伝熱管が接続されているサブ領域との間に設けられ、前記作動流体の流れを前記サブ領域から前記メイン領域へ向かう方向にのみ許容する第１弁機構と、
　前記作動流体が前記熱交換器へ入出流する第１配管と前記メイン熱交換部及び前記第１サブ熱交換部との間に設けられ、前記第１配管から流入した前記作動流体の流れを、前記第１配管から前記分配器及び前記第１サブ熱交換部が配置されている側へ向かう方向にのみ許容する第２弁機構とを備える熱交換器。
　前記第１配管は前記ヘッダーに接続されており、前記第１配管から流入した前記作動流体が前記ヘッダーへ流れることを阻止し、前記ヘッダーから流出した前記作動流体が前記第１配管から流出することのみを許容する第３弁機構が前記第１配管に設けられている請求項１に記載の熱交換器。
　前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記伝熱管を有し、前記メイン熱交換部よりも少ない数の前記作動流体のパスが形成されている第２サブ熱交換部が、前記ヘッダーと前記第１配管との間に設けられている請求項１に記載の熱交換器。
　前記第２弁機構は、前記熱交換器に流入する前記作動流体と、前記熱交換器から流出した前記作動流体の圧力差に応じて連通する経路が切り替わるよう構成されている三方弁である請求項１に記載の熱交換器。
　前記三方弁は、前記ヘッダーに接続されている第１ポートと、前記第１配管に接続されている第２ポートと、前記分配器及び前記第１サブ熱交換部に接続されている第３ポートと、前記熱交換器に流入する前記作動流体と、前記熱交換器から流出した前記作動流体との圧力差に応じて、前記第１ポート、前記第２ポート、及び前記第３ポートの開閉を切り替える可動機構部とを有している請求項４に記載の熱交換器。
　前記可動機構部は、前記ヘッダーに接続され前記第１配管の前記作動流体の入出流の方向と逆方向で前記作動流体が入出流する第２配管を流れる前記作動流体と、前記第１配管を流れる前記作動流体との圧力差に応じて、前記第１ポート、前記第２ポート、及び前記第３ポートの開閉を切り替える請求項５に記載の熱交換器。
　前記可動機構部は、前記作動流体が前記第２配管から流入し、前記第１配管から流出するとき、前記第１ポートと前記第２ポートを連通させ、前記作動流体が前記第１配管から流入し、前記第２配管から流出するとき、前記第２ポートと前記第３ポートを連通させる請求項６に記載の熱交換器。
　前記第１弁機構は逆止弁である請求項１～６のいずれか一項に記載の熱交換器。
　前記第２弁機構は逆止弁である請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
　前記第３弁機構は逆止弁である請求項２に記載の熱交換器。
　複数の前記第１サブ熱交換部を有している請求項１～９のいずれか一項に記載の熱交換器。
　請求項１～１０のいずれか一項に記載の前記熱交換器を備えている冷凍サイクル装置。
　請求項４又は５に記載の前記熱交換器と圧縮機とを有する室外ユニットと、
　室内熱交換器を有する室内ユニットとを有する冷凍サイクル装置であって、
　前記三方弁は、前記圧縮機の吸入側の前記作動流体と前記圧縮機の吐出側の前記作動流体の圧力差に応じて、連通する経路が切り替わるよう構成されている冷凍サイクル装置。