(57)【要約】  製造コストと実装に要する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を実現できる冷凍サイクル装置を提供する。冷凍サイクル装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、圧縮機（１）、室内熱交換器、分岐部（５）、室外熱交換器（３ａ、３ｂ）、および流路切替装置（１２）を含む。室外熱交換器は、室外熱交換器（３ａ）と室外熱交換器（３ｂ）とを含む。室外熱交換器（３ａ）と室外熱交換器（３ｂ）とは、室内熱交換器と分岐部（５）を介して並列に接続される。流路切替装置（１２）は、第１ポート（Ｉ）と第２ポート（ＩＩ）と第３ポート（ＩＩＩ）とを含む。第１ポートは、第３冷媒流路と接続される。第２ポートは、室外熱交換器と接続される。第３ポートは、第４冷媒流路と接続される。第２ポートは、第１ポートに接続された状態と第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている。
2018051409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器を含み、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熱交換器と分岐部を介して並列に接続され、
前記第１冷媒流路は、第１端部と、前記第１端部と反対側に位置する第２端部とを含み、
前記冷媒回路は、流路切替装置と、前記第１端部と前記圧縮機とを接続する第３冷媒流路と、前記第２端部と前記分岐部とを接続する第４冷媒流路とを含み、
前記流路切替装置は、
前記第３冷媒流路と接続された第１ポートと、
前記第２冷媒流路と接続された第２ポートと、
前記第４冷媒流路と接続された第３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ポートに接続された状態と前記第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第４冷媒流路において、前記第３ポートと接続される接続点と前記分岐部との間に配置される開閉弁をさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記開閉弁を開状態とし、
前記流路切替装置において、前記第２ポートが前記第１ポートに接続された第１の運転状態で運転可能である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記開閉弁を閉状態とし、
前記流路切替装置において、前記第２ポートが前記第３ポートに接続された第２の運転状態で運転可能である、請求項２または請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記流路切替装置において、前記圧縮機の運転条件、前記第１熱交換器での冷媒温度、前記第２熱交換器での冷媒温度、および前記冷凍サイクル装置の運転モードからなる群から選択される少なくとも１つに基づいて、前記第２ポートは、前記第１ポートに接続された状態と前記第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記流路切替装置は、１つ以上の開閉可能な弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記流路切替装置は三方弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記流路切替装置は四方弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第２冷媒流路は、第３端部と、前記第３端部と反対側に位置する第４端部とを含み、
前記冷媒回路は、前記第３端部と前記第２ポートとを接続する第５冷媒流路と、前記第４端部と前記分岐部とを接続する第６冷媒流路とを含み、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の一方は、互いに並列な複数の流路を含み、
前記冷媒回路は、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第４冷媒流路または前記第６冷媒流路とを接続するディストリビュータと、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第３冷媒流路または前記第５冷媒流路とを接続する中空ヘッダとを含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記第２冷媒流路は、第３端部と、前記第３端部と反対側に位置する第４端部とを含み、
前記冷媒回路は、前記第３端部と前記第２ポートとを接続する第５冷媒流路と、前記第４端部と前記分岐部とを接続する第６冷媒流路とを含み、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の一方は、互いに並列な複数の流路を含み、
前記冷媒回路は、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第４冷媒流路または前記第６冷媒流路とを接続する第１の中空ヘッダと、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第３冷媒流路または前記第５冷媒流路とを接続する第２の中空ヘッダとを含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記冷媒回路は、
前記第１熱交換器と前記分岐部とに接続された気液分離器と、
前記気液分離器と前記第３冷媒流路とを接続する第７冷媒流路とを含む、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記冷媒回路は、
前記分岐部と第８冷媒流路を介して接続されるとともに、前記第１熱交換器と接続された液液熱交換器と、
前記第８冷媒流路と前記液液熱交換器とを接続する第９冷媒流路と、
前記第９冷媒流路を介して前記液液熱交換器に流入した冷媒を前記第３冷媒流路に流すように、前記液液熱交換器と前記第３冷媒流路とを接続する第１０冷媒流路とを含む、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１熱交換器に空気を送風する第１ファンと、
前記第２熱交換器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１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクル装置に関し、より特定的には、構成要素である熱交換器における冷媒の流れを並列流れと直列流れとの間で切替え可能な冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
また、空気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。空気は上記熱を吸収することで暖められ暖気となる。【０００４】
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との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冷媒が並列に流れているのが一般的である。【０００５】
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、冷媒流路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。【０００６】
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し、熱交換器を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冷凍サイクル装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１１７９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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装置の実装に要する容積が増大するという問題がある。【０００９】
本発明の目的は、製造コストと実装に要する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を実現できる冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器を含み、冷媒が循環する冷媒回路を備える。第２熱交換器は、第１冷媒流路と第２冷媒流路とを含む。第１冷媒流路と第２冷媒流路とは、第１熱交換器と分岐部を介して並列に接続される。第１冷媒流路は、第１端部と、当該第１端部と反対側に位置する第２端部とを含む。冷媒回路は、流路切替装置と、第１端部と圧縮機とを接続する第３冷媒流路と、第２端部と分岐部とを接続する第４冷媒流路とを含む。流路切替装置は、第１ポートと第２ポートと第３ポートとを含む。第１ポートは、第３冷媒流路と接続される。第２ポートは、第２冷媒流路と接続される。第３ポートは、第４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ポートに接続された状態と第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従った冷凍サイクル装置によれば、１つの流路切替装置を用いて第２熱交換器の第１冷媒流路と第２冷媒流路とにおける冷媒の流れを並列と直列とに切り替えることができるので、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ことが可能な冷凍サイクル装置を、省容積かつ低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置において冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置における流路切替装置の概要図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時および冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【図５】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の状態を説明するための模式図である。
【図６】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の状態を説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時および冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【図８】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の状態を説明するための模式図である。
【図９】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の状態を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。
【図１１】本発明の実施形態４における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施形態４における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図１３】冷凍サイクル装置におけるモリエル線図である。
【図１４】本発明の実施形態５に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。
【図１５】本発明の実施形態５における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の実施形態５における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図１７】本発明の実施形態６に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。
【図１８】本発明の実施形態６における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図１９】本発明の実施形態６における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図２０】本発明の実施形態７に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時および冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【図２１】本発明の実施形態７における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図２２】本発明の実施形態７における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。
【図２３】本発明の実施形態８に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時の冷媒流れを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１は本実施形態の冷凍サイクル装置を暖房運転条件で動作させた場合の冷媒流れを示す概要図である。また、図２は、図１の冷凍サイクル装置を冷房運転条件で動作させた場合の冷媒流れを示す概要図である。図１および図２に示す冷凍サイクル装置の構成を説明する。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冷凍サイクル装置を用いて本実施形態の構成を説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、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、第１ファンとしての室内ファン９ａ〜９ｄ、膨張弁６ａ〜６ｄ、分岐部５、冷媒分配器１０ａ、１０ｂ（以下、分配器とも呼ぶ）、第２熱交換器としての室外熱交換器３ａ、３ｂ、第２ファンとしての室外ファン８、圧縮機１と第１熱交換器（室内熱交換器７ａ〜７ｄ）とに接続された四方弁２ａ、および流路切替装置１２を含む。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。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と分岐部５を介して並列に接続される。分岐部５はたとえば三方管である。室外熱交換器３ａ（第１冷媒流路）は、第１端部４０１と、当該第１端部４０１と反対側に位置する第２端部４０２とを含む。冷媒回路は、第１端部４０１と圧縮機１とを接続する第３冷媒流路（配管２０７，２０９〜２１１）と、第２端部４０２と分岐部５とを接続する第４冷媒流路（配管２０４〜２０６）とを含む。室外ファン８は室外熱交換器３ａ、３ｂに空気を送風する。室内ファン９ａ〜９ｄは室内熱交換器７ａ〜７ｄに空気を送風する。
【００１６】
流路切替装置１２は、第１ポートＩと第２ポートＩＩと第３ポートＩＩＩとを含む。第１ポートＩは、第３冷媒流路（配管２０７）と接続される。具体的には、第１ポートＩは配管２１３により配管２０７と接続される。配管２１３は配管２０７の接続点Ａ”に接続されている。第２ポートＩＩは、第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）と接続される。具体的には、第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）は第３端部４０３と当該第３端部とは反対側に位置する第４端部４０４とを含む。第２ポートＩＩは、配管２５７により室外熱交換器３ｂの第３端部４０３に接続される。第３ポートＩＩＩは、第４冷媒流路（配管２０４〜２０６）と接続される。具体的には、第３ポートＩＩＩは、配管２０８により第４冷媒流路（配管２０４〜２０６）と接続される。流路切替装置１２において、第２ポートＩＩは、第１ポートＩに接続された状態と第３ポートＩＩＩに接続された状態との間を切替えるように構成されている。
【００１７】
上記冷凍サイクル装置では、圧縮機１が吐出部と吸入部とを含む。圧縮機１の吐出部は配管２０９を介して四方弁２ａに接続される。また、圧縮機１の吸入部は配管２１０を介してアキュムレータ１１と接続される。アキュムレータ１１は配管２１１を介して四方弁２ａに接続される。また、四方弁２ａは配管２０１を介して室内熱交換器７ａ〜７ｄと互いに並列に接続される。
【００１８】
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を介して三方管である分岐部５に接続される。分岐部５は配管２０４、２５４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。異なる観点から言えば、上記冷凍サイクル装置は、第４冷媒流路（配管２０４〜２０６）において、接続点Ｂ”と分岐部５との間に配置される開閉弁（膨張弁４ａ）をさらに備える。冷媒分配器１０ａは配管２０６を介して室外熱交換器３ａの第２端部４０２と接続されている。膨張弁４ｂは配管２５５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２５６を介して室外熱交換器３ｂの第４端部４０４と接続されている。なお、上述した構成において膨張弁４ａ、４ｂを配置しない態様としてもよい。
【００１９】
室外熱交換器３ａの第１端部４０１は配管２０７を介して四方弁２ａに接続されている。流路切替装置１２の第１ポートＩは、配管２１３を介して配管２０７の途中の接続点Ａ”において配管２０７に接続されている。
【００２０】
後述するように、上記冷凍サイクル装置は、開閉弁（膨張弁４ａ）および膨張弁４ｂを開状態とし、流路切替装置１２において、第２ポートＩＩが第１ポートＩに接続された第１の運転状態（暖房運転状態）で運転可能である。また、上記冷凍サイクル装置は、開閉弁（膨張弁４ａ）を閉状態とし、膨張弁４ｂを開状態とし、流路切替装置１２において、第２ポートＩＩが第３ポートＩＩＩに接続された第２の運転状態（冷房運転状態）で運転可能である。
【００２１】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
（１）  暖房運転時
以下においては、図１に示した冷凍サイクル装置の運転状態を、図１に示した暖房運転時における冷媒の流れにそって説明する。図１に示すように、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２ａを通過し、配管２０１の点Ｄに到達する。配管２０１の点Ｄを通過した後、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を凝縮器として作用させ、室内ファン９ａ〜９ｄによって流れる空気により室内熱交換器７ａ〜７ｄ中の冷媒を冷却して液化する。
【００２２】
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、冷媒は三方管である分岐部５を通過する。分岐部５にて二分岐された冷媒（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。その後、冷媒分配器１０ａ、１０ｂを通過した冷媒はそれぞれ配管２０６の点Ｂ、配管２５６の点Ｂ’に到る。この時、膨張弁４ａと冷媒分配器１０ａ間にある点Ｂ”には配管２０８が接続されている。配管２０８は、配管２０５から室外熱交換器３ａをバイパスして冷媒流路切替回路１０１を構成する流路切替装置１２の第３ポートＩＩＩへと繋がる流路となっている。しかし、流路切替装置１２において、図１に示すように第３ポートＩＩＩと繋がる流路が形成されていない状態であるため、当該配管２０８において冷媒の流れが発生することは無い。
【００２３】
配管２０６の点Ｂ、配管２５６の点Ｂ’を通過した冷媒（二相冷媒）は、それぞれ室外熱交換器３ａ、３ｂへ並列に流入する。室外熱交換器３ａ、３ｂは蒸発器として作用する。そのため、室外ファン８によって室外熱交換器３ａ、３ｂに供給される空気により冷媒は加熱され、ガス化した状態で（ガス冷媒として）配管２０７の点Ａ、配管２５７の点Ａ’に到る。点Ａ’を経たガス冷媒は冷媒流路切替回路１０１の流路切替装置１２の第２ポートＩＩに流入する。
【００２４】
ここで、流路切替装置１２では第２ポートＩＩから第１ポートＩへと繋がる流路が形成されているため、点Ａ’から第２ポートＩＩへ流入するガス冷媒は第１ポートＩへ流れる。一方、冷媒流路切替回路１０１の流路切替装置１２の第１ポートＩが配管２０７と接続されているので、配管２０７の点Ａを通過したガス冷媒は、第１ポートＩが配管２０７と接続された接続部において配管２５７から流路切替装置１２の第２ポートＩＩに供給されたガス冷媒と合流する。その後、合流したガス冷媒は、四方弁２ａ、アキュムレータ１１を経て、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。
【００２５】
（２）  冷房運転時
次に、冷凍サイクル装置の冷房運転時の運転状態を、図２に示す冷房運転時における冷媒の流れに沿って説明する。図２に示すように、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、配管２０９を介して四方弁２ａを通過し、流路切替装置１２の第１ポートＩが配管２０７に接続された接続部へ到達する。ここで、冷媒流路切替回路１０１を構成する流路切替装置１２では、図２に示すように、第１ポートＩから第２ポートＩＩもしくは第３ポートＩＩＩへと続く流路が形成されていない。このため、第１ポートＩから流路切替装置１２へ流入する冷媒の流れは生じない。そのため、四方弁２ａから配管２０７に供給された全ての高温高圧ガス状態である冷媒（ガス冷媒）は点Ａ”を通過して点Ａへと進む。
【００２６】
点Ａを通過したガス冷媒は、室外熱交換器３ａに流入する。室外熱交換器３ａは凝縮器として作用する。具体的には、室外ファン８によって室外熱交換器３ａに供給される空気により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。その後、室外熱交換器３ａの第２端部４０２から配管２０６に排出された冷媒は点Ｂに到る。点Ｂを経た冷媒（二相冷媒もしくは液冷媒）は、冷媒分配器１０ａを経由して点Ｂ”に到る。ここで膨張弁４ａを閉塞状態にしておく。このため、必然的に冷媒の流れは配管２０８を介して冷媒流路切替回路１０１へと導かれる。配管２０８を流れた冷媒は流路切替装置１２の第３ポートＩＩＩに到る。
【００２７】
流路切替装置１２では、第３ポートＩＩＩと第２ポートＩＩとを繋ぐ流路を形成しておく。このため、第３ポートＩＩＩに流入した冷媒（二相冷媒もしくは液冷媒）は、第２ポートＩＩから配管２５７に流入し、点Ａ’に到る。その後、冷媒は室外熱交換器３ｂに流入する。室外ファン８によって室外熱交換器３ｂに供給される空気により、室外熱交換器３ｂにおいて冷媒は冷却されて過冷却状態の液単相冷媒となる。この液単相冷媒は室外熱交換器３ｂから配管２５６に流れ、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を直列に通過するように流れている。点Ｂ’を通過した液単相冷媒は、冷媒分配器１０ｂ、膨張弁４ｂ、分岐部５を経て配管２０３の点Ｃに到る。点Ｃを通過した液単相冷媒は、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。そして、二相冷媒状態となった冷媒は複数の室内熱交換器７ａ〜７ｂをそれぞれ通過する。このとき、室内熱交換器７ａ〜７ｄを蒸発器として作用させる。具体的には室内ファン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、二相冷媒状態の冷媒における液相の冷媒が加熱されて蒸発しガス化する。ガス化された冷媒（ガス冷媒）は、室内熱交換器７ａ〜７ｄより排出された後合流して配管２０１の点Ｄに到る。その後、冷媒は四方弁２ａ、アキュムレータ１１を経て、圧縮機１に戻る。このサイクルにより、室内熱交換器７ａ〜７ｄにおいて室内の空気から熱を奪う（室内空気を冷却する）冷房運転がなされている。
【００２８】
以上のように暖房運転と冷房運転とをそれぞれ実施することによって、冷房運転時のように室外熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器として作用させる場合、冷媒流路の分岐数を減らして室外熱交換器３ａ、３ｂを直列に冷媒が流れるようにし、冷媒の流速の速い状態を実現できる。また、暖房運転時のように室外熱交換器３ａ、３ｂを蒸発器として作用させる場合、冷媒流路の分岐数を増やして室外熱交換器３ａ、３ｂを並列に冷媒が流れるようにし、冷媒の流速が遅い状態を実現できる。この結果、熱交換器の発揮する機能にあわせて有効な冷媒流路の分岐数にすることで、室外熱交換器３ａ、３ｂでの熱交換効率を高めることが可能となっている。
【００２９】
＜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について説明する。流路切替装置１２はたとえば三方弁を含む。たとえば、流路切替装置１２は図３で示すようなパイロット式弁などを用いることで実現することが可能である。図３に示す流路切替装置の構成を以下説明する。
【００３０】
図３に示す流路切替装置はいわゆるパイロット式の三方弁であって、第１ポートＩ、第２ポートＩＩおよび第３ポートＩＩＩが形成された本体部と、当該本体部の内部に配置され、先端部に弁３１０が設置された弁棒３０９と、ピストン３０７と、本体部の上部に配置された電磁コイル３０２と、当該電磁コイル３０２の外周を覆う外函３０１と、電磁コイル３０２の地側に移動可能に配置されたプランジャ３０３と、本体部と電磁コイル３０２との間に配置された電磁部上蓋３０４および上蓋３０５と、プランジャ３０３の先端側に位置する弁３０６とを備える。第１ポートＩ、第２ポートＩＩは本体部に接続された継手３０８により構成される。
【００３１】
流路切替装置１２では、用いる弁の構造により流路のＣｖ値に差が生じる場合、圧力損失が冷凍サイクル装置の性能に大きく寄与する第２ポートＩＩから第１ポートＩに連なる流路のＣｖ値を相対的に大きくし、第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩに連なる流路のＣｖ値を相対的に小さくするようにしてもよい。流路切替装置１２の駆動方法は、冷房運転の際に電磁コイル３０２の通電をＯＮすることで、第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩへの流路が開通する場合と、暖房運転の際に電磁コイル３０２への通電をＯＦＦすることで第２ポートＩＩから第１ポートＩへの流路が開通する場合とで、使い分けることが可能である。また、電磁コイル３０２の通電のＯＮ、ＯＦＦによる流路の開通は、上述した条件に限らず、当該通電をＯＮした場合に第２ポートＩＩから第１ポートＩへの流路が開通し、通電をＯＦＦした場合に第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩへの流路が開通するようにしてもよい。また、冷房運転と暖房運転の運転モードの制御は、冷凍サイクル装置の各種アクチュエータを制御する基盤にあるコントローラ（マイコン）が、運転モードの認識をし、たとえば三方弁である流路切替装置１２への通電の有無を制御する信号を送出することで可能である。
【００３２】
また、本実施形態では流路切替装置１２の一例として上記パイロット式の弁を説明したが、これはあくまでも代表例であり、流路切替装置１２としては、その他ロータ式の弁や直動式の弁を用いてもよい。
【００３３】
以上のように、本実施形態の冷媒流路切替回路１０１では、従来とは異なり単一の装置で構成される流路切替装置１２によって、効率的な暖房運転、冷房運転を低コスト・低スペースで機能させることが可能となっている。
【００３４】
実施の形態２．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図４は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時および冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。図５は、図４に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図６は、図４に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル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３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００３５】
図４〜図６に示した冷凍サイクル装置では、冷媒流路切替回路１０１を構成する流路切替装置１２について、取扱い部品を単純化した形態としている。つまり、図４に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置１２としては、四方弁２ａと同一品である四方弁２ｂが用いられている。異なる観点から言えば、流路切替装置１２は四方弁２ｂを含む。四方弁２ｂの第１ポートＩ〜第４ポートＩＶという４つのポートのうち、第４ポートＩＶについては、当該第４ポートＩＶと繋がる流路が閉鎖されている。この結果、四方弁２ｂは実施形態１における流路切替装置１２と同様の機能を発揮することができる。
【００３６】
例えば、図５に示すように、四方弁２ｂの第１ポートＩが第４ポートＩＶと繋がり、第２ポートＩＩが第３ポートＩＩＩと繋がる状態では、図４の点線矢印で示す方向に冷媒が流れ、冷房運転を実施できる。また、図５に示すように、第１ポートが第２ポートＩＩと繋がり、第３ポートＩＩＩが第４ポートＩＶと繋がる状態では、図４に実線矢印で示す方向に冷媒が流れ、暖房運転を実施できる。
【００３７】
このようにすれば、実施形態１における冷凍サイクル装置と同様に、効率的な暖房運転および冷房運転を実施できる。さらに、本実施形態の構成を用いることで、実施形態１のように四方弁２ａとは異なる種類の部品である三方弁を流路切替装置１２として新たに用意することがなく、四方弁２ａと同じ種類の部品により流路切替装置１２を構成できる。このため、四方弁の使用量を増加することで、四方弁の使用量増加による部品の単価減少に繋がる。また、実施形態１のように三方弁を流路切替装置１２として用いる場合には、当該三方弁について在庫管理などを行う必要がでてくる。しかし、本実施形態のように四方弁２ｂを用いて流路切替装置１２を構成し、部品の共通化を図ることで、結果として実施形態１と同一の効果を奏する冷凍サイクル装置の製造コストを低減し得る。
【００３８】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図７は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置において暖房運転時および冷房運転時の冷媒流れを示す概要図である。図８は、図７に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図９は、図７に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、冷媒流路切替回路１０１に含まれる流路切替装置の構成が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００４０】
図７〜図９に示した冷凍サイクル装置では、冷媒流路切替回路１０１を構成する流路切替装置１２を、電磁弁２１と逆止弁２２とにより構成している。異なる観点から言えば、流路切替装置１２は、１つ以上の開閉可能な弁（電磁弁２１）を含む。
【００４１】
図７に示した流路切替装置１２では、図７に示すように電磁弁２１の２つのポートのうちの一方が第３ポートＩＩＩに対応し、電磁弁２１の２つのポートのうちの他方が逆止弁２２の入側に接続されている。逆止弁２２の出側は第１ポートＩに対応する。また、電磁弁２１の上記２つのポートのうちの他方と逆止弁２２の入側とに接続されるように、第２ポートＩＩが配置されている。このような構成の流路切替装置１２によっても、実施形態１における流路切替装置１２と同様の機能を発揮することができる。
【００４２】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。たとえば、図８に示すように冷房運転時には第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩへと流路が形成されて冷媒が流れる。一方、第２ポートＩＩから第１ポートＩへの流路については、第１ポートＩにおける冷媒が高温高圧のガス冷媒となっている。そのため、第１ポートＩ側の冷媒の圧力が第２ポートＩＩ側の冷媒の圧力より高くなっているので、第２ポートＩＩから第１ポートＩへの冷媒の流れは形成されない。さらに、第１ポートＩから第２ポートＩＩへの冷媒の流れは、逆止弁２２により閉通している。そのため、第１ポートＩから第２ポートＩＩへの冷媒の流れは形成されない。
【００４３】
次に、図９に示すように、暖房運転時には第３ポートＩＩＩに接続された電磁弁２１の流路を閉通することで、第２ポートＩＩから第１ポートＩへの冷媒の流れのみを形成することができる。さらに、冷房運転の負荷が小さい部分負荷運転等では、膨張弁４ｂと電磁弁２１とを閉通することで、室外熱交換器３ａのみ冷媒流路として使用することが可能である。
【００４４】
部分負荷運転によって冷凍サイクル装置の冷媒回路を流れる冷媒量（循環冷媒量）が少ない場合に、室外熱交換器３ａ、３ｂの両方を使用すると、室外熱交換器３ａ、３ｂを流れる冷媒の流速が著しく低下し、室外熱交換器３ａ、３ｂの流路内の熱伝達率が大幅に低下する可能性がある。この場合、結果的に室外熱交換器３ａ、３ｂでの熱交換効率が低下してしまう。一方、室外熱交換器３ａのみ冷媒流路として使用すると、室外熱交換器３ａを流れる冷媒の流速が上述した場合より増加し、室外熱交換器３ａでの流路内の熱伝達率を低下させることなく効率の良い熱交換が可能となる。
【００４５】
なお、室外熱交換器３ａのみを冷媒流路として使用する方法は、上述した実施形態１および実施形態２にも適用できる。具体的には、流路切替装置１２を冷房運転時の状態にした上で、膨張弁４ｂを閉通することで同様の効果を得ることが可能である。
【００４６】
本実施形態では流路切替装置１２として実施形態１の三方弁や実施形態２の四方弁よりも小型で生産量の多い電磁弁２１および逆止弁２２の組合せを用いることで、冷凍サイクル装置の製造コストを削減し得る。この結果、実施形態１や実施の形態２と同一の効果を安価で実施することが可能となる。
【００４７】
実施の形態４．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１０は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。図１１は、図１０に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図１２は、図１０に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、室外熱交換器３ａ、３ｂと配管との接続部の構成が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００４８】
図１０〜図１２に示した冷凍サイクル装置では、上述した実施形態１〜３に用いる分配器１０ａ〜１０ｄに関して詳細な構成例を示している。ここでは、室外熱交換器３ａの流路を６流路とし、室外熱交換器３ｂの流路を３流路としているが、室外熱交換器３ａ、３ｂの流路の数は図１０に示した流路振り分け例に限られず、任意の数としてもよい。
【００４９】
本実施形態では図１２に示すように室外熱交換器３ａ、３ｂを蒸発器として使用する暖房運転を効率的に行うため、冷媒入口側となる分配器１０ａ、１０ｂに関してディストリビュータを使用している。なおディストリビュータの構成としては従来周知の構成を採用することができる。
【００５０】
また、異なる観点から言えば、図１０に示した冷凍サイクル装置において、第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）は、第３端部（室外熱交換器３ｂにおいて分配器１０ｄと接続される端部）と、当該第３端部と反対側に位置する第４端部（室外熱交換器３ｂにおいて配管２８６と接続される端部）とを含む。冷媒回路は、第３端部と第２ポートＩＩとを接続する第５冷媒流路（配管２５７）と、第４端部と分岐部５とを接続する第６冷媒流路（配管２８６、２５５、２５４）とを含む。第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の少なくとも一方は、互いに並列な複数の流路を含む。冷媒回路は、ディストリビュータ（分配器１０ａ、１０ｂ）と中空ヘッダ（分配器１０ｃ、１０ｄ）とを含む。ディストリビュータ（分配器１０ａ、１０ｃ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第４冷媒流路（配管２７６）または第６冷媒流路（配管２８６）とを接続する。中空ヘッダ（分配器１０ｃ、１０ｄ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路）室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第３冷媒流路（配管２０７）または第５冷媒流路（配管２５７）とを接続する。
【００５１】
ディストリビュータは、一般的に内部の縮流部において冷媒を乱流拡散させることで、液冷媒とガス冷媒とからなる二相冷媒を均等に分配させることが知られている。一方、縮流部による冷媒の乱流が、当該ディストリビュータ内部の圧力損失を大きくするという問題がある。しかし、ディストリビュータとなる分配器１０ａ、１０ｂにおける圧力損失と、分配器１０ａ、１０ｂの上流側に位置する膨張弁４ａ、４ｂにおける減圧量の総和を所望の総減圧量として作動させることで、暖房運転となる冷凍サイクルを成立させることが出来る。
【００５２】
次に、暖房運転時において室外熱交換器３ａ、３ｂの冷媒出口側となる分配器１０ｃ、１０ｄに関して述べる。分配器１０ｃ、１０ｄとしては、たとえば内部が中空となっている中空ヘッダを用いる。これは、室外熱交換器３ａ、３ｂからガス化して流出する冷媒が、低圧力損失で分配器１０ｃ、１０ｄを通過することで、当該室外熱交換器３ａ、３ｂから見て下流側の圧縮機１に冷媒を吸入する際、吸入圧力が高いほうが圧縮機１を効率的に作動させることが可能なためである。このように圧縮機１を効率的に作動させることで、結果として冷凍サイクルの省エネルギ化に繋げることができる。
【００５３】
また、図１１に示すように室外熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器として使用する冷房運転において、高温高圧のガス冷媒が分配器１０ｃに流入する際、本実施形態に係る冷凍サイクル装置では、分配器１０ｃにおいて低圧力損失で均等に冷媒を振り分けることができる。一方、分配器１０ｄには、室外熱交換器３ａによって液化した液単相冷媒、もしくは液冷媒とガス冷媒とが混在する二相冷媒が流入する。そのため、室外熱交換器３ａで液単相冷媒まで熱交換した冷媒を分配器１０ｄに流入させ、室外熱交換器３ｂは冷媒を過冷却させる用途に利用することが好ましい。これは、温度によって大きな密度差の生じない液単相冷媒なら、分配器１０ｄ内で冷媒を比較的均等に振り分けることが可能だからである。
【００５４】
図１０に示すように分配器１０ａ、１０ｂと分配器１０ｃ、１０ｄとで形態を変更する理由は、ガス冷媒と液冷媒の混在する冷媒（二相冷媒）が流れる分配器１０ａ、１０ｂに対して中空ヘッダを用いると、密度が大きく異なるガス冷媒と液冷媒とが重力の影響により不均等に分配され、結果として熱交換性能を著しく低下させる可能性があるからである。そのため、分配器１０ａ、１０ｂについてはディストリビュータを用い、分配器１０ｃ、１０ｄについては中空ヘッダを使用する。このような構成は、暖房運転を効率的に機能させることが可能な分配器の使用例である。
【００５５】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態を冷房運転で使用した際、室外熱交換器３ａ、３ｂを通過する冷媒の動作状態に関して、図１３のモリエル線図を用いて説明する。図１３は、横軸にエンタルピｈ（単位：ｋＪ／ｋｇ）、縦軸に圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）を用いたモリエル線図である。冷房運転において室外熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器として用いた場合、分配器１０ｃはガス冷媒を均等に室外熱交換器３ａ内の複数の流路に分配する。そして空気との温度差ΔＴ3aによってガス冷媒は空気と熱交換して液単相まで液化する。液化した冷媒（液冷媒）は分配器１０ａを通過する。この際、分配器１０ａにおいて、ディストリビュータにより圧力損失ΔＰ10aが発生する。そのため、分配器１０ｂによって、室外熱交換器３ｂに流入した液冷媒とガス冷媒とを含む二相冷媒は空気との温度差ΔＴ3bによって熱交換をする。ここで、室外熱交換器３ｂは、室外熱交換器３ａに対して温度差ΔＴ3a＞ΔＴ3bとなるため熱交換する空気との温度差の確保が困難である。すなわち、本実施形態では暖房運転を効率的に作動させるための分配器構成を採用していることが特徴である。
【００５７】
実施の形態５．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１４は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。図１５は、図１４に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図１６は、図１４に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、室外熱交換器３ａ、３ｂと配管との接続部の構成、および気液分離器３１を備える点が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００５８】
図１４〜図１６に示した冷凍サイクル装置は、上記実施形態４において用いた分配器１０ａ〜１０ｄに関して、暖房運転および冷房運転の両方において有効的に利用することが可能な構成となっている。実施形態４に係る冷凍サイクル装置に関して説明したように、分配器１０ａには、図１６に示したように流路切替装置１２を制御する暖房運転時において、均等に冷媒を分配させる機能と、図１５に示した冷房運転時において低圧力損失に冷媒を合流させて室外熱交換器３ｂでの温度差ΔＴ3bを大きく確保する機能が必要である。このため、本実施形態では、分配器１０ａ、１０ｂに中空ヘッダを用いている。さらに、暖房運転において、分配器１０ａの上流側に、気液分離器３１を備えた形態を用いる。
【００５９】
具体的には、中空ヘッドである分配器１０ａは複数の配管２７６により室外熱交換器３ａの複数の流路に接続されている。また、中空ヘッドである分配器１０ｂも複数の配管２８６により室外熱交換器３ｂの複数の流路に接続されている。
【００６０】
また、分岐部５と膨張弁６ａ〜６ｄ（図１参照）とを接続する配管２０３、２２３の途中に気液分離器３１が配置されている。具体的には、配管２０３により膨張弁６ａ〜６ｄが気液分離器３１に接続されている。気液分離器３１は配管２２３により分岐部５と接続されている。気液分離器３１は配管２２４により膨張弁４ｃと接続されている。膨張弁４ｃは配管２２５により配管２０７と接続されている。配管２２５は配管２０７における第１ポートＩと接続された部分と四方弁２ａとの間に位置する部分に接続されている。
【００６１】
異なる観点から言えば、図１４に示した冷凍サイクル装置において、第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）は、第３端部（室外熱交換器３ｂにおいて分配器１０ｄと接続される端部）と、第３端部と反対側に位置する第４端部（室外熱交換器３ｂにおいて配管２８６と接続される端部）とを含む。冷媒回路は、第３端部と第２ポートＩＩとを接続する第５冷媒流路（配管２５７）と、第４端部と分岐部５とを接続する第６冷媒流路（配管２５５、２５４）とを含む。第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の一方は、互いに並列な複数の流路を含む。冷媒回路は、第１の中空ヘッダ（分配器１０ａ）と第２の中空ヘッダ（分配器１０ｃ）とを含む。第１の中空ヘッダ（分配器１０ａ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第４冷媒流路（配管２０４、２０５）または第６冷媒流路（配管２５４、２５５）とを接続する。第２の中空ヘッダ（分配器１０ｃ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第３冷媒流路（配管２０７）または第５冷媒流路（配管２５７）とを接続する。また、冷媒回路は、気液分離器３１と第７冷媒流路（配管２２４、２２５）とを含む。気液分離器３１は、第１熱交換器（室内熱交換器７ａ〜７ｄ）と分岐部５とに接続される。第７冷媒流路（配管２２４、２２５）は、気液分離器３１と第３冷媒流路（配管２０７）とを接続する。
【００６２】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、図１４に示すように、分配器１０ａとして中空のヘッダを用いると、分配器１０ａ内の抵抗が少なく、冷房運転時の圧力損失ΔＰ10aを極力抑えることが可能である。一方、暖房運転時において、二相冷媒を均等に室外熱交換器３ａへと分配するためには、気液分離器３１を活用する。気液分離器３１には室内熱交換器７ａ〜７ｄから膨張弁６ａ〜６ｄによって減圧されたガス冷媒と液冷媒とを含む二相冷媒が流入する。そこで、ガス冷媒は膨張弁４ｃにより液冷媒が混在しないように調節されながら、気液分離器３１から配管２２４、膨張弁４ｃ、配管２２５を介して流れることにより、室外熱交換器３ａ、３ｂをバイパスする。一方、液単相冷媒もしくは限りなく液単相冷媒に近い二相冷媒は、膨張弁４ａ、４ｂを通過して室外熱交換器３ａ、３ｂに流入する。その際、分配器１０ａ、１０ｂは、液単相冷媒もしくは限りなく液単相冷媒に近い二相冷媒を分配することになるので、ほとんど所望の均等分配に近い状態で冷媒を分配できる。このため、室外熱交換器３ａ、３ｂでの冷媒の熱交換条件が劣化することを抑制できる。この結果、分配器１０ａ、１０ｂに中空ヘッダを用いても、暖房運転において室外熱交換器３ａ、３ｂでの効率的な熱交換を実現できる。
【００６４】
実施の形態６．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１７は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。図１８は、図１７に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図１９は、図１７に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、室外熱交換器３ａ、３ｂと配管との接続部の構成、および液液熱交換器３２を備える点が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００６５】
図１７〜図１９に示した冷凍サイクル装置も、実施形態５と同様に、上記実施形態４において用いた分配器１０ａ〜１０ｄに関して、暖房運転および冷房運転の両方において有効的に利用することが可能な構成となっている。図１７に示した冷凍サイクル装置の分配器１０ａ〜１０ｄの構成は、上述した実施形態５に係る冷凍サイクル装置の分配器１０ａ〜１０ｄと同様の構成である。さらに、暖房運転において、分配器１０ａの上流側に、液液熱交換器３２を備えた形態を用いる。
【００６６】
液液熱交換器３２は、分岐部５と膨張弁６ａ〜６ｄ（図１参照）とを接続する配管２０３、２２３の途中に配置されている。具体的には、配管２０３により膨張弁６ａ〜６ｄが液液熱交換器３２に接続されている。液液熱交換器３２は配管２２３により分岐部５と接続されている。配管２２３の途中には配管２３３を介して膨張弁４ｃが接続されている。膨張弁４ｃは配管２３４を介して液液熱交換器３２に接続されている。液液熱交換器３２は配管２３５を介して配管２０７に接続される。配管２３４を介して液液熱交換器３２に流入された冷媒は、配管２３５を介して配管２０７に流入する。配管２３５は配管２０７における第１ポートＩと接続された部分と四方弁２ａとの間に位置する部分に接続されている。
【００６７】
異なる観点から言えば、図１７に示した冷凍サイクル装置において、冷媒回路は、液液熱交換器３２と、第８冷媒流路（配管２２３）と、第９冷媒流路（配管２３３、２３４）と第１０冷媒流路とを含む。液液熱交換器３２は、分岐部５と第８冷媒流路（配管２２３）を介して接続されるとともに、第１熱交換器（室内熱交換器７ａ〜７ｄ）と接続される。第９冷媒流路（配管２３３、２３４）は、第８冷媒流路（配管２２３）と液液熱交換器３２とを接続する。第１０冷媒流路（配管２３５）は、第９冷媒流路（配管２３３、２３４）を介して液液熱交換器３２に流入した冷媒を第３冷媒流路（配管２０７）に流すように、液液熱交換器３２と第３冷媒流路（配管２０７）とを接続する。
【００６８】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。また、図１７に示した冷凍サイクル装置では、液液熱交換器３２を用いて、図１９に示すような暖房運転時における分配器１０ａ、１０ｂに流入する冷媒が液単相冷媒もしくは限りなく液単相冷媒に近い二相冷媒とすることができる。すなわち、膨張弁４ｃを経由して低温になった冷媒が液液熱交換器３２において配管２０３から流入した冷媒と熱交換する（配管２０３から流入した冷媒を冷却する）ことで、分岐部５および分配器１０ａ、１０ｂに流入する冷媒を液単相冷媒もしくは限りなく液単相冷媒に近い二相冷媒とすることができる。このため、上述した実施形態５と同様の効果を得ることができる。すなわち、分配器１０ａにおいて、図１９に示したように流路切替装置１２を制御する暖房運転時において、均等に冷媒を分配させる機能と、図１８に示した冷房運転時において低圧力損失に冷媒を合流させて室外熱交換器３ｂでの温度差ΔＴ3bを大きく確保する機能を発揮させることが可能になる。
【００６９】
実施の形態７．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図２０は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。図２１は、図２０に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の冷房運転時の状態を説明するための模式図である。図２２は、図２０に示した冷凍サイクル装置における流路切替装置の暖房運転時の状態を説明するための模式図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、室外熱交換器としての３つの室外熱交換器３ａ〜３ｃを備える点、および流路切替装置１２の配置が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００７０】
図２０〜図２２に示した冷凍サイクル装置は、上記実施形態１〜６に係る冷凍サイクル装置の構成に対して３分割された室外熱交換器３ａ〜３ｃを備える。図２０に示すように、室外熱交換器として少なくとも三つ以上に分割した熱交換器３ａ〜３ｃを用いる場合、流路切替装置１２の第１ポートＩ、第２ポートＩＩ、第３ポートＩＩＩを図２０に示すように配置することで、上記実施形態１〜６に係る冷凍サイクル装置と同様の機能を持たすことが可能である。具体的には、３つめの室外熱交換器３ｃが、配管２６６、２０６を介して分配器１０ａに接続される。また、室外熱交換器３ｃは、配管２６７、２４７を介して四方弁２ａと接続される。室外熱交換器３ａも、配管２０７、２４７を介して四方弁２ａと接続される。
【００７１】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。すなわち、冷房運転時では、図２１に示すように流路切替装置１２の第２ポートＩＩと第３ポートＩＩＩとが接続され、図２０における実線矢印で示す方向に冷媒が流れる。また、暖房運転時には、図２２に示すように流路切替装置１２の第２ポートＩＩと第１ポートＩとが接続され、図２０における点線矢印で示す方向に冷媒が流れる。以上のことから本実施形態１〜６は室外熱交換器を２つ以上の複数分割した構成に対しても適用できる。
【００７２】
実施の形態８．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図２３は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概要図である。本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様の構成を備えるが、膨張弁４ｃ、４ｄの配置が図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００７３】
図２３に示した冷凍サイクル装置では、膨張弁４ｃが暖房運転時における分岐部５の上流側（配管２０３の途中）に配置されている。また、図１の膨張弁４ａと同じ位置に膨張弁４ｄが配置されている。なお、膨張弁４ｄに替えて、電磁弁など他の開閉可能な機構を配置してもよい。そして、図１に示した膨張弁４ｂは配置されていない。分岐部５は分配器１０ｂと配管２５４により直接接続されている。
【００７４】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。すなわち、暖房運転時には膨張弁４ｃを開状態とし、四方弁２ａや流路切替装置１２を図１に示した冷凍サイクル装置と同様に操作することで、基本的に図１に示した冷凍サイクル装置と同様の作用効果を得ることができる。また、冷房運転時には、膨張弁４ｄを閉塞状態、膨張弁４ｃを開状態とし、四方弁２ａや流路切替装置１２を図２に示した冷凍サイクル装置と同様に操作することで、基本的に図２に示した冷凍サイクル装置と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
また、上述した各実施の形態において、流路切替装置１２は、圧縮機１の運転条件、第１熱交換器としての室内熱交換器７ａ〜７ｄでの冷媒温度、第２熱交換器としての室外熱交換器３ａ、３ｂ、３ｃでの冷媒温度、および冷凍サイクル装置の運転モード（たとえば冷房運転および暖房運転）からなる群から選択される少なくとも１つに基づいて、第２ポートＩＩは、第１ポートＩに接続された状態と第３ポートＩＩＩに接続された状態との間を切替えるように構成されていてもよい。
【００７６】
また、上述した各実施の形態において、流路切替装置１２での切替えに合わせて膨張弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを開閉させ、冷房・暖房運転時の冷媒流路の切替えを行っているが、各実施の形態は当該構成に限定されない。たとえば、膨張弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを設けない構成を採用してもよい。この場合、たとえば分岐部５に配管２０３、２０４、２５４間の接続を切替える機構を設けてもよい。そして、流路切替装置１２での切替えに合わせて分岐部５内での上記配管２０３、２０４、２５４間の接続状態を切替えるようにしてもよい。
【００７７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、例えば、ヒートポンプ装置、給湯装置、冷凍装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  圧縮機、２ａ，２ｂ  四方弁、３ａ〜３ｃ  室外熱交換器、４ａ〜４ｄ，６ａ〜６ｄ  膨張弁、５  分岐部、７ａ〜７ｄ  室内熱交換器、８  室外ファン、９ａ〜９ｄ  室内ファン、１０ａ〜１０ｄ  分配器、１１  アキュムレータ、１２  流路切替装置、２１  電磁弁、２２  逆止弁、３１  気液分離器、３２  液液熱交換器、１０１  冷媒流路切替回路、２０１〜２１１，２１３、２２３，２２４，２２５，２３３，２３４，２３５，２５４，２５５，２５６，２５７，２６６，２６７，２７６，２８６  配管、３０１  外函、３０２  電磁コイル、３０３  プランジャ、３０４  電磁部上蓋、３０５  上蓋、３０６，３１０  弁、３０７  ピストン、３０８  継手、３０９  弁棒、４０１  第１端部、４０２  第２端部、４０３  第３端部、４０４  第４端部。
【図１】
2018051409.tif 000003
【図２】
2018051409.tif 000004
【図３】
2018051409.tif 000005
【図４】
2018051409.tif 000006
【図５】
2018051409.tif 000007
【図６】
2018051409.tif 000008
【図７】
2018051409.tif 000009
【図８】
2018051409.tif 000010
【図９】
2018051409.tif 000011
【図１０】
2018051409.tif 000012
【図１１】
2018051409.tif 000013
【図１２】
2018051409.tif 000014
【図１３】
2018051409.tif 000015
【図１４】
2018051409.tif 000016
【図１５】
2018051409.tif 000017
【図１６】
2018051409.tif 000018
【図１７】
2018051409.tif 000019
【図１８】
2018051409.tif 000020
【図１９】
2018051409.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2018051409.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月7日(2019.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器を含み、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熱交換器と分岐部を介して並列に接続され、
前記第１冷媒流路は、第１端部と、前記第１端部と反対側に位置する第２端部とを含み、
前記冷媒回路は、流路切替装置と、前記第１端部と前記圧縮機とを接続する第３冷媒流路と、前記第２端部と前記分岐部とを接続する第４冷媒流路とを含み、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路はそれぞれ１以上の流路を含み、
前記第１冷媒流路の前記流路の数は、前記第２冷媒流路の前記流路の数より多く、
前記流路切替装置は、
前記第３冷媒流路と接続された第１ポートと、
前記第２冷媒流路と接続された第２ポートと、
前記第４冷媒流路と接続された第３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ポートに接続された状態と前記第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第４冷媒流路において、前記第３ポートと接続される接続点と前記分岐部との間に配置される開閉弁をさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記開閉弁を開状態とし、
前記流路切替装置において、前記第２ポートが前記第１ポートに接続された第１の運転状態で運転可能である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記開閉弁を閉状態とし、
前記流路切替装置において、前記第２ポートが前記第３ポートに接続された第２の運転状態で運転可能である、請求項２または請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記流路切替装置において、前記圧縮機の運転条件、前記第１熱交換器での冷媒温度、前記第２熱交換器での冷媒温度、および前記冷凍サイクル装置の運転モードからなる群から選択される少なくとも１つに基づいて、前記第２ポートは、前記第１ポートに接続された状態と前記第３ポートに接続された状態との間を切替えるように構成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記流路切替装置は、１つ以上の開閉可能な弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記流路切替装置は三方弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記流路切替装置は四方弁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第２冷媒流路は、第３端部と、前記第３端部と反対側に位置する第４端部とを含み、
前記冷媒回路は、前記第３端部と前記第２ポートとを接続する第５冷媒流路と、前記第４端部と前記分岐部とを接続する第６冷媒流路とを含み、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の一方は、互いに並列な複数の流路を含み、
前記冷媒回路は、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第４冷媒流路または前記第６冷媒流路とを接続するディストリビュータと、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第３冷媒流路または前記第５冷媒流路とを接続する中空ヘッダとを含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記第２冷媒流路は、第３端部と、前記第３端部と反対側に位置する第４端部とを含み、
前記冷媒回路は、前記第３端部と前記第２ポートとを接続する第５冷媒流路と、前記第４端部と前記分岐部とを接続する第６冷媒流路とを含み、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の一方は、互いに並列な複数の流路を含み、
前記冷媒回路は、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第４冷媒流路または前記第６冷媒流路とを接続する第１の中空ヘッダと、
前記第１冷媒流路および前記第２冷媒流路の前記一方における前記複数の流路と、前記第３冷媒流路または前記第５冷媒流路とを接続する第２の中空ヘッダとを含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記冷媒回路は、
前記第１熱交換器と前記分岐部とに接続された気液分離器と、
前記気液分離器と前記第３冷媒流路とを接続する第７冷媒流路とを含む、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記冷媒回路は、
前記分岐部と第８冷媒流路を介して接続されるとともに、前記第１熱交換器と接続された液液熱交換器と、
前記第８冷媒流路と前記液液熱交換器とを接続する第９冷媒流路と、
前記第９冷媒流路を介して前記液液熱交換器に流入した冷媒を前記第３冷媒流路に流すように、前記液液熱交換器と前記第３冷媒流路とを接続する第１０冷媒流路とを含む、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１熱交換器に空気を送風する第１ファンと、
前記第２熱交換器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１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
流路切替装置１２では、用いる弁の構造により流路のＣｖ値に差が生じる場合、圧力損失が冷凍サイクル装置の性能に大きく寄与する第２ポートＩＩから第１ポートＩに連なる流路のＣｖ値を相対的に大きくし、第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩに連なる流路のＣｖ値を相対的に小さくするようにしてもよい。流路切替装置１２の駆動方法は、冷房運転の際に電磁コイル３０２の通電をＯＮすることで、第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩへの流路が開通する場合と、暖房運転の際に電磁コイル３０２への通電をＯＦＦすることで第２ポートＩＩから第１ポートＩへの流路が開通する場合とで、使い分けることが可能である。また、電磁コイル３０２の通電のＯＮ、ＯＦＦによる流路の開通は、上述した条件に限らず、当該通電をＯＮした場合に第２ポートＩＩから第１ポートＩへの流路が開通し、通電をＯＦＦした場合に第３ポートＩＩＩから第２ポートＩＩへの流路が開通するようにしてもよい。また、冷房運転と暖房運転の運転モードの制御は、冷凍サイクル装置の各種アクチュエータを制御する基板にあるコントローラ（マイコン）が、運転モードの認識をし、たとえば三方弁である流路切替装置１２への通電の有無を制御する信号を送出することで可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
例えば、図５に示すように、四方弁２ｂの第１ポートＩが第４ポートＩＶと繋がり、第２ポートＩＩが第３ポートＩＩＩと繋がる状態では、図４の点線矢印で示す方向に冷媒が流れ、冷房運転を実施できる。また、図６に示すように、第１ポートが第２ポートＩＩと繋がり、第３ポートＩＩＩが第４ポートＩＶと繋がる状態では、図４に実線矢印で示す方向に冷媒が流れ、暖房運転を実施できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、異なる観点から言えば、図１０に示した冷凍サイクル装置において、第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）は、第３端部（室外熱交換器３ｂにおいて分配器１０ｄと接続される端部）と、当該第３端部と反対側に位置する第４端部（室外熱交換器３ｂにおいて配管２８６と接続される端部）とを含む。冷媒回路は、第３端部と第２ポートＩＩとを接続する第５冷媒流路（配管２５７）と、第４端部と分岐部５とを接続する第６冷媒流路（配管２８６、２５５、２５４）とを含む。第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の少なくとも一方は、互いに並列な複数の流路を含む。冷媒回路は、ディストリビュータ（分配器１０ａ、１０ｂ）と中空ヘッダ（分配器１０ｃ、１０ｄ）とを含む。ディストリビュータ（分配器１０ａ、１０ｂ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路（室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第４冷媒流路（配管２７６）または第６冷媒流路（配管２８６）とを接続する。中空ヘッダ（分配器１０ｃ、１０ｄ）は、第１冷媒流路（室外熱交換器３ａ）および第２冷媒流路）室外熱交換器３ｂ）の一方における複数の流路と、第３冷媒流路（配管２０７）または第５冷媒流路（配管２５７）とを接続する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
また、本実施形態を冷房運転で使用した際、室外熱交換器３ａ、３ｂを通過する冷媒の動作状態に関して、図１３のモリエル線図を用いて説明する。図１３は、横軸にエンタルピｈ（単位：ｋＪ／ｋｇ）、縦軸に圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）を用いたモリエル線図である。冷房運転において室外熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器として用いた場合、分配器１０ｃはガス冷媒を均等に室外熱交換器３ａ内の複数の流路に分配する。そして空気との温度差ΔＴ3aによってガス冷媒は空気と熱交換して液単相まで液化する。液化した冷媒（液冷媒）は分配器１０ａを通過する。この際、分配器１０ａにおいて、ディストリビュータにより圧力損失ΔＰ10aが発生する。そのため、分配器１０ａによって、室外熱交換器３ｂに流入した液冷媒とガス冷媒とを含む二相冷媒は空気との温度差ΔＴ3bによって熱交換をする。ここで、室外熱交換器３ｂは、室外熱交換器３ａに対して温度差ΔＴ3a＞ΔＴ3bとなるため熱交換する空気との温度差の確保が困難である。すなわち、本実施形態では暖房運転を効率的に作動させるための分配器構成を採用していることが特徴である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
＜冷凍サイクル装置の動作および作用効果＞
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作は、基本的に図１〜図３に示した冷凍サイクル装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。すなわち、冷房運転時では、図２１に示すように流路切替装置１２の第２ポートＩＩと第３ポートＩＩＩとが接続され、図２０における点線矢印で示す方向に冷媒が流れる。また、暖房運転時には、図２２に示すように流路切替装置１２の第２ポートＩＩと第１ポートＩとが接続され、図２０における実線矢印で示す方向に冷媒が流れる。以上のことから本実施形態１〜６は室外熱交換器を２つ以上の複数分割した構成に対しても適用できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2018051409.tif 000026
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2018051409.tif 000027
【国際調査報告】
2018051409.tif 000028
2018051409.tif 000029
2018051409.tif 000030
2018051409.tif 000031