JP6984046B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、気体の冷媒を圧縮して昇温させる圧縮機と、昇圧及び昇温された気体の冷媒を放熱凝縮して液化させる凝縮器と、液化された冷媒を減圧膨張させて、その一部を蒸発させる膨張弁と、残りの液体の冷媒を蒸発気化させて、周りから熱を奪い取る蒸発器とを備えている。また、蒸発器において気化された冷媒は圧縮機に還流される。このように、冷凍サイクル装置においては、冷媒が、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器との間を循環する。また、冷媒は、凝縮器を通過する間に、凝縮器の外部環境に熱を放出する。冷媒は、蒸発器を通過する間に、蒸発器の外部環境から熱を吸収する。凝縮器と蒸発器は、いずれも、冷媒と外部環境の間で熱の収受を行う熱交換器であって、基本的な機械的構成が共通する。

冷凍サイクル装置は、冷蔵庫又は冷凍庫の熱源として使用されるが、空気調和装置の熱源としても使用される。冷蔵庫等の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、蒸発器は常に冷蔵庫等の庫内に配置され、凝縮器は常に庫外に配置される。

空気調和装置を冷房機として使用する場合は、室内に配置される熱交換器を蒸発器として機能させ、また室外に配置される熱交換器を凝縮器として機能させる必要がある。空気調和装置を暖房機として使用する場合は、室内に配置される熱交換器を凝縮器として機能させ、また室外に配置される熱交換器を蒸発器として機能させる必要がある。そのため、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を変更する流路切換装置を備える必要がある。なお、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置において、室内に配置される熱交換器は利用側熱交換器と呼ばれ、室外に配置される熱交換器は熱源側熱交換器と呼ばれる。

従来、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、四方弁が流路切換装置として多用されている。例えば、特許文献１には、流路切換装置として四方弁を備える車両用空調装置が示されている。

四方弁の具体的な構成は特許文献２に示されている。特許文献２に記載の四方弁は、第１〜４のポートが開口する弁ハウジングと、弁ハウジングの内部に配置されて、第１〜４のポートが配置された平面に垂直な軸周りに回転する弁体を備えている。この四方弁においては、弁体を軸周りに回転させることによって、第１のポートと第２のポートとが連通接続されると共に第３のポートと第４のポートとが連通接続する状態と、第１のポートと第４のポートとが連通接続されると共に第２のポートと第３のポートとが連通接続する状態とを切り換えることができる。

特開２００２−３１６５３１号公報 特開２００２−２２０４１号公報

従来、車両用の空気調和装置においては、Ｒ４０７Ｃと呼ばれるフロン系の冷媒が多用されていた。しかしながら、Ｒ４０７ＣはＧＷＰ（Global Warming Potential:地球温暖化係数)が大きいので、地球温暖化防止の観点から低ＧＷＰへの置き換えが求められている。そこで、車両用の空気調和装置用の代替冷媒として、不燃性と低ＧＷＰ性を兼ね備える二酸化炭素が有望視されている。車両用の空気調和装置の冷媒として二酸化炭素を使用することは、特許文献１にも記載されている。

二酸化炭素は、冷凍サイクル装置の冷媒として使用する場合の設計圧力は１４．０Ｍｐａであって、Ｒ４０７Ｃの設計圧力２．９４Ｍｐａに比べて、相当に大きい。そのため、二酸化炭素を冷媒として使用する場合は、冷凍サイクル装置の耐圧性能を高める必要がある。当然、流路切換装置の耐圧性能を高める必要がある。

しかしながら、四方弁は構造が複雑なので、流路切換装置として使用される四方弁の耐圧性能を高めようとすると、四方弁の外形寸法と質量が増大するという問題がある。その結果、冷凍サイクル装置全体の外形寸法と質量が増大する。特に、車両用の空気調和装置は小型化と軽量化の要求が厳しいので、流路切換装置を小型化軽量化することが強く求められている。

また、四方弁によっては、冷凍サイクル装置の停止時における圧縮機への冷媒の流入を遮断できないので、圧縮機内に冷媒が滞留する冷媒寝込みと呼ばれる現象が発生する。冷媒寝込みが発生すると、圧縮機内の潤滑油に冷媒が溶け込んで潤滑油の粘度が低下し、その結果、潤滑不良を引き起こす。また、冷媒寝込みが発生した後で、圧縮機を再起動させると、潤滑油に溶け込んでいた冷媒が一気にガス化し、潤滑油が泡立った状態となって充分な給油ができなくなる虞もある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高圧の冷媒を使用することができる冷凍サイクル装置であって、小型化軽量化が可能で、冷媒寝込みの抑制が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒が流入する流入ポートと、冷媒が流出する流出ポートと、冷媒が流入又は流出する第１及び第２の流出入ポートと、流入ポートと第１の流出入ポートとの間を連絡する第１の連絡流路と、第１の流出入ポートと流出ポートとの間を連絡する第２の連絡流路と、流出ポートと第２の流出入ポートとの間を連絡する第３の連絡流路と、第２の流出入ポートと流入ポートとの間を連絡する第４の連絡流路と、第１〜４の連絡流路のそれぞれに配置されて、第１〜４の連絡流路のそれぞれを開閉する第１〜４の二方弁と、を備える流路切換装置と、流路切換装置の流出ポートと流入ポートとの間に配置される圧縮機と、流路切換装置の第１の流出入ポートに接続される利用側熱交換器と、流路切換装置の第２の流出入ポートに接続される熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と熱源側熱交換器との間に配置される膨張弁と、流路切換装置の流出ポートを出発して、圧縮機を通って、流路切換装置の流入ポートに帰還する第１の環状流路と、流路切換装置の第１の流出入ポートを出発して、利用側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を、順に通って、流路切換装置の第２の流出入ポートに帰還する第２の環状流路と、を備えるとともに、第１〜４の連絡流路のそれぞれにおいて、複数台の第１〜４の二方弁が並列に配置されている。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、従来の四方弁に代えて４個の二方弁で流路切換装置を構成している。二方弁は四方弁に比べて構造が簡単なので、比較的容易に耐圧性能を高めることができる。そのため、耐圧性能を高めた場合の外形寸法と質量の増加が小さい。また、第１〜４の連絡流路を同時に閉鎖できるので、冷凍サイクル装置の停止時において、圧縮機を第２の環状流路から隔離して、冷媒寝込みを防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す説明図 図１に記載の冷凍サイクル装置が備える流路切換装置の構成を示す説明図 図２に記載の流路切換装置が備える電磁開閉弁の構成と作用を示す図であって、閉弁状態にある電磁開閉弁の断面図 図２に記載の流路切換装置が備える電磁開閉弁の構成と作用を示す図であって、開弁状態にある電磁開閉弁の断面図 図１に記載の冷凍サイクル装置を冷房モードで運転する場合における、当該冷凍サイクル装置の作用を示す説明図 図１に記載の冷凍サイクル装置を暖房モードで運転する場合における、当該冷凍サイクル装置の作用を示す説明図 第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置が備える流路切換装置の構成を示す説明図 第１の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す説明図 第２の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す説明図 第３の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す説明図 第４の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す説明図

以下、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成と作用を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置１の構成を示す説明図である。冷凍サイクル装置１は、図示しない車両に搭載されて、当該車両の車室内の空気の温度調整、つまり、車室の冷暖房を行う装置である。また、冷凍サイクル装置１は、二酸化炭素を冷媒として使用する。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、冷媒が流れる方向を変更する流路切換装置２を備えている。流路切換装置２は、冷媒が流入する流入ポート２ａと、冷媒が流出する流出ポート２ｂと、冷媒が流入又は流出する第１及び第２の流出入ポート２ｃ，２ｄとを備えている。流路切換装置２の詳細な構成については、後述する。

流路切換装置２の流入ポート２ａと流出ポート２ｂの間には、圧縮機３が配置されている。流出ポート２ｂと圧縮機３の間には管路４ａが配置されている。そのため、流出ポート２ｂから流出した冷媒は、管路４ａを通って圧縮機３の内部に流入する。また、圧縮機３と流入ポート２ａの間には管路４ｂが配置されている。そのため、圧縮機３の内部で圧縮されて、高温高圧になった冷媒は、管路４ｂを通って、流入ポート２ａに流入する。このように、冷媒は流路切換装置２と圧縮機３の間を循環する。また、管路４ａと管路４ｂによれば、流路切換装置２の流出ポート２ｂを出発して、圧縮機３を通って、流路切換装置２の流入ポート２ａに帰還する第１の環状流路４が形成される。

また、図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、利用側熱交換器５と熱源側熱交換器６と膨張弁７を備えている。利用側熱交換器５は管路８ａを介して流路切換装置２の第１の流出入ポート２ｃに接続されている。熱源側熱交換器６は管路８ｄを介して流路切換装置２の第２の流出入ポート２ｄに接続されている。膨張弁７は、利用側熱交換器５と熱源側熱交換器６の間に配置されている。膨張弁７は、管路８ｂを介して利用側熱交換器５に、管路８ｃを介して熱源側熱交換器６に、それぞれ接続されている。このように、管路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄによれば、流路切換装置２の第１の流出入ポート２ｃを出発して、利用側熱交換器５、膨張弁７、熱源側熱交換器６を、順に通って、流路切換装置２の第２の流出入ポート２ｄに帰還する第２の環状流路８が形成される。なお、第２の環状流路８において冷媒が流れる方向は、流路切換装置２によって変更される。流路切換装置２のかかる作用については、後で詳述する。

利用側熱交換器５は、空気調整の対象である区画に設置されて、当該区画内の空気を冷却又は加温する熱交換器である。また、利用側熱交換器５は、図示しないファンを備えている。熱源側熱交換器６は、空気調整の対象である区画の外部に設置されて、冷媒に担持される熱を大気に放出、あるいは大気に担持される熱を冷媒に放出させる熱交換器である。熱源側熱交換器６も、図示しないファンを備えている。

膨張弁７は、利用側熱交換器５あるいは熱源側熱交換器６から吐出される液化された冷媒を減圧膨張させて、その一部を蒸発させる装置である。

また、図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、制御装置９を備えている。制御装置９は、冷凍サイクル装置１の全体を制御するコンピュータである。流路切換装置２、圧縮機３、利用側熱交換器５、熱源側熱交換器６及び膨張弁７は、制御装置９によって制御される。

図２は、冷凍サイクル装置１が備える流路切換装置２の構成を示す説明図である。図２に示すように、流路切換装置２は、流入ポート２ａと第１の流出入ポート２ｃとの間を連絡する第１の連絡流路２１と、第１の流出入ポート２ｃと流出ポート２ｂとの間を連絡する第２の連絡流路２２と、流出ポート２ｂと第２の流出入ポート２ｄとの間を連絡する第３の連絡流路２３と、第２の流出入ポート２ｄと流入ポート２ａとの間を連絡する第４の連絡流路２４とを備えている。また、第１〜４の連絡流路２１〜２４は、それぞれ第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えている。第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４は制御装置９によって制御されて、第１〜４の連絡流路２１〜２４のそれぞれを開閉する二方弁である。なお、図２において、ＩＮは第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の流入口を、ＯＵＴは第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の流出口を、それぞれ示している。後述するように、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４が開弁されている場合、冷媒は流入口ＩＮから流出口ＯＵＴに向かって流れる。

図３Ａと図３Ｂは、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の構成と作用を示す図である。図３Ａは閉弁状態にある第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の断面図であり、図３Ｂは開弁状態にある第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の断面図である。図３Ａと図３Ｂに示すように、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４は、ケーシング３１を備えていて、ケーシング３１には流入口ＩＮと流出口ＯＵＴが形成されている。ケーシング３１の内部には、弁体３２とばね３３が配置されている。ばね３３は弁体３２を弁座３４に向かう方向に付勢する弾性部材である。

図３Ａに示す状態において、弁体３２は、ばね３３に押されて弁座３４に当接している。そのため、ケーシング３１から流出口ＯＵＴに向かう流路が閉塞されるので、流入口ＩＮを通ってケーシング３１の内部に流入した冷媒は流出口ＯＵＴに流れない。また、図３Ａに示す状態において、ケーシング３１の内部にある冷媒の流体圧は、弁体３２を弁座３４に当接させる方向に作用する。

図３Ａと図３Ｂに示すように、弁体３２の裏側、つまり弁体３２の弁座３４と当接する面の反対側の面には磁性材料で構成されたロッド３５が固定されている。また、ケーシング３１にはソレノイドコイル３６が固定されている。そして、ソレノイドコイル３６の中心にはロッド３５が挿通されている。そのため、制御装置９によって制御されて、ソレノイドコイル３６に通電されると、図３Ｂに示すように、ロッド３５はソレノイドコイル３６に引き寄せられて、図３Ｂにおいて上方に移動する。その結果、弁体３２は弁座３４から離れる。その結果、流入口ＩＮを通ってケーシング３１の内部に流入した冷媒は流出口ＯＵＴを通って流出する。

図１に示すように、流路切換装置２の流入ポート２ａは圧縮機３の吐出口に接続され、流出ポート２ｂは圧縮機３の流入口に接続されている。そのため、圧縮機３が動作している場合、つまり冷凍サイクル装置１が動作している場合、流路切換装置２の流入ポート２ａにおける冷媒の流体圧は、流出ポート２ｂにおける冷媒の流体圧よりも、常に高くなる。また、図２に示すように、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４において、流入口ＩＮは流入ポート２ａに近い側に、流出口ＯＵＴは流出ポート２ｂに近い側に、それぞれ位置している。そのため、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４が閉弁されている場合に弁体３２に作用する冷媒の流体圧は、弁体３２を弁座３４に押し付ける方向に作用する。つまり、弁体３２に作用する冷媒の流体圧は閉弁状態を維持する方向に作用する。このように、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の閉弁状態は冷媒の流体圧によって維持されるので、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４が不用意に開弁することが抑制される。

前述したように、流路切換装置２は制御装置９によって制御され、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４は制御装置９によって制御されて開閉される。また、制御装置９は、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態を、冷房運転モード、暖房運転モード、均圧モード、返油モード及び停止モードに対応した状態にすることができる。なお、上記モードの変更は、制御装置９に対する手動操作によってなされる。

（冷房運転モード）
冷凍サイクル装置１を冷房運転モードで動作させる時、すなわち、冷凍サイクル装置１を冷房機として機能させる時は、第２の電磁開閉弁ＳＶ２と第４の電磁開閉弁ＳＶ４を開弁させ、第１の電磁開閉弁ＳＶ１と第３の電磁開閉弁ＳＶ３を閉弁させる。そうすると、図４に示すように、流路切換装置２において、流入ポート２ａと第２の流出入ポート２ｄの間に冷媒が流れる流路が形成される。また流出ポート２ｂと第１の流出入ポート２ｃの間に冷媒が流れる流路が形成される。そのため、圧縮機３から吐出される冷媒は管路４ｂ、流路切換装置２、管路８ｄを順に辿って、熱源側熱交換器６に流入する。その後、冷媒は、熱源側熱交換器６から、管路８ｃ、膨張弁７及び管路８ｂを順に辿って、利用側熱交換器５に流入する。利用側熱交換器５に流入した冷媒は管路８ａを通って流路切換装置２に流入する。流路切換装置２に流入した冷媒は管路４ａを通って、圧縮機３に還流する。このように、冷媒は第２の環状流路８を反時計回りに、つまり、図４において矢印で示す方向に循環する。

前述したように、冷房モードにおいては、冷媒が第２の環状流路８を反時計回りに循環するので、熱源側熱交換器６は凝縮器として機能する。また、利用側熱交換器５は蒸発器として機能する。そのため、熱源側熱交換器６においては冷媒に担持された熱が大気に放出される。利用側熱交換器５においては、利用側熱交換器５が配置された区画内の空気に担持されていた熱が冷媒に吸収される。その結果、利用側熱交換器５が配置された区画内の空気が冷却される。

（暖房運転モード）
冷凍サイクル装置１を暖房運転モードで動作させる時、すなわち、冷凍サイクル装置１を暖房機として機能させる時は、第１の電磁開閉弁ＳＶ１と第３の電磁開閉弁ＳＶ３を開弁させ、第２の電磁開閉弁ＳＶ２と第４の電磁開閉弁ＳＶ４を閉弁させる。そうすると、図５に示すように、流路切換装置２において、流入ポート２ａと第１の流出入ポート２ｃの間に冷媒が流れる流路が形成される。また流出ポート２ｂと第２の流出入ポート２ｄの間に冷媒が流れる流路が形成される。そのため、圧縮機３から吐出される冷媒は管路４ｂ、流路切換装置２、管路８ａを順に辿って、利用側熱交換器５に流入する。その後、冷媒は、利用側熱交換器５から、管路８ｂ、膨張弁７及び管路８ｃを順に辿って、熱源側熱交換器６に流入する。熱源側熱交換器６に流入した冷媒は管路８ｄを通って流路切換装置２に流入する。流路切換装置２に流入した冷媒は管路４ａを通って、圧縮機３に還流する。このように、冷媒は第２の環状流路８を時計回りに、つまり、図５において矢印で示す方向に循環する。

前述したように、暖房運転モードにおいては、冷媒が第２の環状流路８を時計回りに循環するので、利用側熱交換器５は凝縮器として機能する。また、熱源側熱交換器６は蒸発器として機能する。そのため、利用側熱交換器５においては冷媒に担持された熱が、利用側熱交換器５が配置された区画内の空気に放出される。熱源側熱交換器６においては、大気に担持されていた熱が冷媒に吸収される。その結果、利用側熱交換器５が配置された区画内の空気が加温される。

（均圧モード）
冷房運転モードにおいては、熱源側熱交換器６内の冷媒は利用側熱交換器５の冷媒に比べて、高圧の状態にある。一方、暖房運転モードにおいては、熱源側熱交換器６内の冷媒は利用側熱交換器５の冷媒に比べて、低圧の状態にある。そのため、冷房運転モードから直接、暖房運転モードに、あるいは、暖房運転モードから直接、冷房運転モードに切り換えると、高圧の冷媒が圧縮機３に流入するので、圧縮機３に過大な負荷が加わる。このような現象を回避するために、冷凍サイクル装置１においては、以下に説明する均圧モードを経て、冷房運転モードと暖房運転モードを相互に切り換える。

均圧モードにおいては、制御装置９に制御されて、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の全てが開弁される。第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の全てが開弁されると、第１の環状流路４及び第２の環状流路８内の冷媒の圧力が均等になる。その後、冷房運転モードあるいは暖房運転モードを選択して、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４のそれぞれを、開弁あるいは閉弁して、その後に圧縮機３を動作させると、圧縮機３に高圧の冷媒が流入することがない。そのため、圧縮機３に過大な負荷が加わることがない。

（返油モード）
冷凍サイクル装置１を運転すると、圧縮機３の潤滑油の一部が冷媒に混じって、第１の環状流路４及び第２の環状流路８内に流出する。その結果、圧縮機３において潤滑不良が生じることがある。このような現象を回避するために、冷凍サイクル装置１においては、必要に応じて、以下に説明する返油モードを選択して、第１の環状流路４及び第２の環状流路８内に流出した潤滑油を、圧縮機３に還流させることができる。

返油モードにおいては、制御装置９に制御されて、第１の電磁開閉弁ＳＶ１が閉弁され、第２〜４の電磁開閉弁ＳＶ２〜ＳＶ４が開弁される。圧縮機３を停止させた状態において、返油モードを選択すると、第１の環状流路４及び第２の環状流路８内に流出した潤滑油が圧縮機３に還流される。

（停止モード）
冷凍サイクル装置１が停止した状態においては、停止モードを選択することができる。停止モードが選択されると、制御装置９に制御されて、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の全てが閉弁される。第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４の全てが閉弁されると、圧縮機３が第２の環状流路８から隔離される。つまり、圧縮機３と第２の環状流路８の間の冷媒の流通が遮断される。その結果、圧縮機３に冷媒が流入しないので、圧縮機３内に冷媒が滞留しない。そのため、圧縮機３内での冷媒寝込みの発生が防止される。

（第２の実施の形態）
上記の第１の実施の形態においては、流路切換装置２の第１〜４の連絡流路２１〜２４のそれぞれに、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４を１台ずつ配置する例を示した。しかしながら、流路切換装置２は、第１〜４の連絡流路２１〜２４のそれぞれに、第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４が１台ずつ配置されたものには限定されない。流路切換装置２は、第１〜４の連絡流路２１〜２４のそれぞれに、複数台の第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４を並列に配置しても良い。例えば、図６に示すように、第１の連絡流路２１に２台の第１の電磁開閉弁ＳＶ１ａ，ＳＶ１ｂを、第２の連絡流路２２に２台の第２の電磁開閉弁ＳＶ２ａ，ＳＶ２ｂを、第３の連絡流路２３に２台の第３の電磁開閉弁ＳＶ３ａ，ＳＶ３ｂを、第４の連絡流路２４に２台の第４の電磁開閉弁ＳＶ４ａ，ＳＶ４ｂを、それぞれ配置しても良い。このように、第１〜４の連絡流路２１〜２４のそれぞれに、複数台の第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４を並列に配置すれば、第１〜４の連絡流路２１〜２４における流路抵抗が小さくなるので、冷凍サイクル装置１の効率が改善される。

（第１の変形例）
第１及び第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１に、第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を判別するセンサを備えても良い。例えば、図７に示すように、流入ポート２ａと圧縮機３の間の管路、つまり管路４ａに圧力センサＰ１を、第１の流出入ポート２ｃと利用側熱交換器５の間の管路、つまり管路８ａに圧力センサＰ２を、流出ポート２ｂと圧縮機３の間の管路、つまり管路４ａに圧力センサＰ３を、第２の流出入ポート２ｄと熱源側熱交換器６の間の管路、つまり管路８ｄに圧力センサＰ４を、それぞれ備えても良い。なお、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は各管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知するセンサである。

図７に記載の冷凍サイクル装置１において、圧力センサＰ１〜Ｐ４で計測される圧力の値ｐ１〜ｐ４が、ｐ１≧ｐ４＞ｐ２≧ｐ３の関係にあれば、図７において、冷媒が第２の環状流路８内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。

また、図７に記載の冷凍サイクル装置１において、圧力センサＰ１〜Ｐ４で計測される圧力の値ｐ１〜ｐ４が、ｐ１≧ｐ２＞ｐ４≧ｐ３の関係にあれば、図７において、冷媒が第２の環状流路８内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。

（第２の変形例）
第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、図７に示した４台の圧力センサＰ１〜Ｐ４の組には限定されない。図８に示すように、冷凍サイクル装置１に２台の圧力センサＰ２，Ｐ４を備えても良い。

図８に記載の冷凍サイクル装置１において、圧力センサＰ２，Ｐ４で計測される圧力の値ｐ２，ｐ４が、ｐ４＞ｐ２の関係にあれば、図８において、冷媒が第２の環状流路８内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。

また、図８に記載の冷凍サイクル装置１において、圧力センサＰ２，Ｐ４で計測される圧力の値ｐ２，ｐ４が、ｐ２＞ｐ４の関係にあれば、図８において、冷媒が第２の環状流路８内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。

（第３の変形例）
第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、圧力センサＰ１〜Ｐ４には限定されない。図９に示すように、第１の流出入ポート２ｃと利用側熱交換器５の間の管路、つまり管路８ａに温度センサＴ１を、第２の流出入ポート２ｄと熱源側熱交換器６の間の管路、つまり管路８ｄに温度センサＴ２を、それぞれ備えても良い。なお、温度センサＴ１，Ｔ２は各管路内を流れる冷媒の温度を計測するセンサである。

図９に記載の冷凍サイクル装置１において、温度センサＴ１，Ｔ２で計測される温度ｔ１，ｔ２が、ｔ２＞ｔ１の関係にあれば、図９において、冷媒が第２の環状流路８内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。

また、図９に記載の冷凍サイクル装置１において、温度センサＴ１，Ｔ２で計測される温度ｔ１，ｔ２が、ｔ１＞ｔ２の関係にあれば、図９において、冷媒が第２の環状流路８内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置１が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。

（第４の変形例）
第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、圧力センサＰ１〜Ｐ４あるいは温度センサＴ１，Ｔ２には限定されない。これらに代えて、第２の環状流路８内を流れる冷媒の流速及び流向を直接測定する流速センサＦ１，Ｆ２を備えても良い。すなわち、図１０に示すように、第１の流出入ポート２ｃと利用側熱交換器５の間の管路、つまり管路８ａに流速センサＦ１を、第２の流出入ポート２ｄと熱源側熱交換器６の間の管路、つまり管路８ｄに流速センサＦ２を、それぞれ備えても良い。

なお、上記においては、冷凍サイクル装置１に流速センサＦ１と流速センサＦ２の両方を備える例を示したが、流速センサＦ１，Ｆ２の何れか一方を省いてもよい。冷凍サイクル装置１に、流速センサＦ１，Ｆ２の何れか一方を備えていれば、第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を判別することができる。

以上説明したように、上記の第１及び第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１は、流路切換装置２において、従来の四方弁に代えて第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えている。第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４は二方弁であって、四方弁に比べて構造が簡単なので、耐圧性能の強化が容易である。そのため、高圧力で循環される冷媒を使用する場合であっても、流路切換装置２を小型及び軽量に構成することが容易になる。その結果、冷凍サイクル装置１の小型化及び軽量化が容易になる。

また、流路切換装置２を構成する第１〜４の電磁開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４は、互いに独立して開閉させることができるので、流路切換装置２において、暖房運転モードと冷房運転モードに加えて、停止モード、変圧モード、返油モードを選択することができる。そのため、圧縮機３における、冷媒寝込みあるいは潤滑不良の発生が抑制される。

また、上記の各変形例に係る冷凍サイクル装置１は、第２の環状流路８に、圧力センサＰ１〜Ｐ４、温度センサＴ１，Ｔ２ あるいは流速センサＦ１，Ｆ２を備えて、第２の環状流路８内において冷媒が流れる方向を確認することができる。そのため、制御が容易である。

なお、本発明の技術的範囲は、上記の実施の形態によっては限定されない。本発明は特許請求の範囲に示された技術的思想の限りにおいて、自由に、応用、変形、あるいは改良して実施することができる。

特に、本発明の技術的範囲は、二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクル装置には限定されない。

また、背景技術の説明において、車両用の空気調和装置を例示したが、本発明に係る冷凍サイクル装置の用途は、車両用の空気調和装置には限定されない。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１８年１２月２５日に出願された日本国特許出願２０１８−２４０６７０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１８−２４０６７０号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、冷凍サイクル装置として好適に利用することができる。

１ 冷凍サイクル装置、２ 流路切換装置、２ａ 流入ポート、２ｂ 流出ポート、２ｃ 第１の流出入ポート、２ｄ 第２の流出入ポート、３ 圧縮機、４ 第１の環状流路、４ａ，４ｂ 管路、５ 利用側熱交換器、６ 熱源側熱交換器、７ 膨張弁、８ 第２の環状流路、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 管路、９ 制御装置、２１ 第１の連絡流路、２２ 第２の連絡流路、２３ 第３の連絡流路、２４ 第４の連絡流路、３１ ケーシング、３２ 弁体、３３ ばね、３４ 弁座、３５ ロッド、３６ ソレノイドコイル、ＳＶ１，ＳＶ１ａ，ＳＶ１ｂ 第１の電磁開閉弁、ＳＶ２，ＳＶ２ａ，ＳＶ２ｂ 第２の電磁開閉弁、ＳＶ３，ＳＶ３ａ，ＳＶ３ｂ 第３の電磁開閉弁、ＳＶ４，ＳＶ４ａ，ＳＶ４ｂ 第４の電磁開閉弁、ＩＮ 入口ポート、ＯＵＴ 出口ポート、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 圧力センサ、Ｔ１，Ｔ２ 温度センサ、Ｆ１，Ｆ２ 流速センサ

Claims (6)

1. 冷媒が流入する流入ポートと、
   前記冷媒が流出する流出ポートと、
   前記冷媒が流入又は流出する第１及び第２の流出入ポートと、
   前記流入ポートと前記第１の流出入ポートとの間を連絡する第１の連絡流路と、
   前記第１の流出入ポートと前記流出ポートとの間を連絡する第２の連絡流路と、
   前記流出ポートと前記第２の流出入ポートとの間を連絡する第３の連絡流路と、
   前記第２の流出入ポートと前記流入ポートとの間を連絡する第４の連絡流路と、
   前記第１〜４の連絡流路のそれぞれに配置されて、前記第１〜４の連絡流路のそれぞれを開閉する第１〜４の二方弁と、
   を備える流路切換装置と、
   前記流路切換装置の前記流出ポートと前記流入ポートとの間に配置される圧縮機と、
   前記流路切換装置の前記第１の流出入ポートに接続される利用側熱交換器と、
   前記流路切換装置の前記第２の流出入ポートに接続される熱源側熱交換器と、
   前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間に配置される膨張弁と、
   前記流路切換装置の前記流出ポートを出発して、前記圧縮機を通って、前記流路切換装置の前記流入ポートに帰還する第１の環状流路と、
   前記流路切換装置の前記第１の流出入ポートを出発して、前記利用側熱交換器、前記膨張弁、前記熱源側熱交換器を、順に通って、前記流路切換装置の前記第２の流出入ポートに帰還する第２の環状流路と、を備えるとともに、
   前記第１〜４の連絡流路のそれぞれにおいて、複数台の前記第１〜４の二方弁が並列に配置されている、
   冷凍サイクル装置。
2. 前記流路切換装置に接続される管路に、前記第２の環状流路内において冷媒が流れる方向を判別するセンサを備える、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記センサは、
   前記流入ポートと前記圧縮機の間の管路、前記第１の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、前記第２の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、前記流出ポートと前記圧縮機の間の管路、のそれぞれに配置されて、
   各前記管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知する圧力センサである、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記センサは、
   前記第１の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、及び前記第２の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、のそれぞれに配置されて、
   各前記管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知する圧力センサである、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記センサは、
   前記第１の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、及び前記第２の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、のそれぞれに配置されて、
   各前記管路内を流れる冷媒の温度の高低を検知する温度センサである、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記センサは、
   前記第１の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、又は前記第２の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路に配置されて、
   各前記管路内において前記冷媒が流れる方向を検知する流速センサである、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

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