JP2016142417A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時に圧縮機の排熱を冷凍サイクルに活用しつつ、切替弁を設けない構成とし、省エネルギ性の高い空気調和機を低コストで提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を接続配管で接続して構成される冷凍サイクルと、圧縮機の外壁に接し、圧縮機との間で熱交換する熱回収熱交換器と、室外熱交換器と四方弁を接続する接続配管上に設けられた第１の接続部及び第２の接続部と、熱回収熱交換器と第１の接続部とを接続する第１の接続配管と、熱回収熱交換器と前記第２の接続部とを接続する第２の接続配管とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

圧縮機は、外部からのエネルギ、例えば電気を用いて、低温低圧の冷媒蒸気を、高温高圧の冷媒蒸気としている。この際、エネルギの一部は圧縮機と外気の温度差により冷凍サイクルの外へ放熱される。この圧縮機からの排熱の有効活用を図った空気調和機の従来例として、例えば特許文献１に示されるものがある。

特許文献１には、圧縮機の近傍に蓄熱槽と蓄熱熱交換器が設けたヒートポンプ式空気調和器が記載されている。特許文献１に記載のヒートポンプ式空気調和器によれば、暖房運転中、室外熱交換器で着霜を生じた際の除霜運転時に、圧縮機からの高温の吐出冷媒の一部が室外熱交換器に導かれ除霜に用いられるとともに、残りの吐出冷媒は室内熱交換器を介して蓄熱熱交換器に導かれ、蓄熱熱交換器にて蓄熱材に蓄えられた圧縮機排熱を冷凍サイクルに吸熱させ、圧縮機の吸入側で、除霜に用いられた冷媒と蓄熱材から吸熱した冷媒とが合流することで、除霜運転を行いながら暖房運転を可能としている。

特開平３−３１６６６号公報

しかしながら、従来例は、圧縮機の排熱を除霜時に活用することを目的としたものであり、通常運転時における圧縮機の排熱の活用は行わない。また、蓄熱熱交換器と室外熱交換器とが、冷媒流路からみて並列に配置されている。そのため、冷房運転時に蓄熱熱交換器へ冷媒を流れないようにするため、切替弁の設置や制御装置が必要となり、コストの増加を招く。

そこで、本発明は、暖房運転時に圧縮機の排熱を冷凍サイクルに活用しつつ、切替弁を設けない構成とし、省エネルギ性の高い空気調和機を低コストで提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を接続配管で接続して構成される冷凍サイクルと、圧縮機の外壁に接し、圧縮機との間で熱交換する熱回収熱交換器と、室外熱交換器と四方弁を接続する接続配管上に設けられた第１の接続部及び第２の接続部と、熱回収熱交換器と第１の接続部とを接続する第１の接続配管と、熱回収熱交換器と前記第２の接続部とを接続する第２の接続配管とを備えた。

本発明によれば、暖房運転時に圧縮機の排熱を冷凍サイクルに活用でき、且つ、切替弁を設ける必要がないことから、省エネルギ性の高い空気調和機を低コストで提供することができる。

実施例１に係る冷凍サイクルの構成を示す図である。 実施例１に係る室外機の構成を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器を含む管路構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器を含む管路構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器を含む管路構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器を含む管路構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器の構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器の構成の一例を示す図である。 実施例１に係る熱回収熱交換器の構成の一例を示す図である。 実施例２に係る熱回収熱交換器の構成の一例を示す図である。 実施例３に係る冷凍サイクルの構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本実施例を、図１〜図９を用いて説明する。図１は、本実施例に係る冷凍サイクルの構成を示す図である。空気調和機は、室外機１と室内機７とが、接続配管１０によって接続されることで機能する。室外機１は、圧縮機２と、四方弁３と、室外熱交換器４と、絞り装置（膨張弁）６と、送風ファン５とを備えている。室内機７は、室内熱交換器８と、送風ファン９とを備えている。なお、通常、送風ファン５にはプロペラファンが、送風ファン９には貫流ファンが用いられるが、送風ファン５、９に他のファンを用いてもよい。また、本実施例では、冷房運転と暖房運転とで流路を切り替えるために四方弁３を用いているが、四方弁３に限らず、三方弁を２つ用いる等の他の流路切替手段を用いてもよい。

次に、冷房運転をする場合を例に、各要素の作用を説明する。冷房運転の場合、圧縮機２で圧縮された高圧のガス状冷媒は、室外熱交換器４で外気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。液冷媒は絞り装置（膨張弁）６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１０を通じて室内機７へ流れる。室内機７に入った冷媒は、室内熱交換器８で室内空気の熱を吸熱することで蒸発する。室内ユニットで蒸発した冷媒は、接続配管１０を通じて、室外機１へ戻り、四方弁３を通って再び圧縮機２で圧縮されることになる。

暖房運転の場合は、四方弁３により、冷媒流路が切り替えられ、圧縮機２で圧縮された高圧のガス状冷媒は、四方弁３及び接続配管１０を通って室内機７に流れる。室内機７に入った冷媒は、室内熱交換器８で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、接続配管１０を通って室外機１に流れる。室外機１に入った高圧の液冷媒は、絞り装置（膨張弁）６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、室外熱交換器４に流れ、室外空気の熱を吸熱することで蒸発し、ガス状冷媒となる。室外熱交換器４でガス状となった冷媒は、四方弁３を通って再び圧縮機２で圧縮される。

以上、説明した空気調和機では、圧縮機２、プロペラファン５、貫流ファン９の動作に外部からのエネルギが必要となる。そのため、空気調和機の省エネルギ性向上は、換言すれば圧縮機２、プロペラファン５あるいは貫流ファン９の所要動力を低減することである。特に圧縮機２の所要動力は、他に比して大きく、これを低減することが省エネルギ性向上にとって有効である。

本実施例では、熱回収熱交換器２０が圧縮機２の周囲に配置され、熱回収熱交換器２０の入口部及び出口部は、室外熱交換器４と四方弁３を繋ぐ接続配管上に設けられた第１の接続部２１及び第２の接続部２２と、各々第１の接続配管２３及び２４により接続されている。ここで、第１の接続部２１と第２の接続部２２とは別の接続配管２５で繋がっている。

本実施例の冷凍サイクルの構成を、暖房運転時で用いた際の各要素の作用を説明する。圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁３を介して、接続配管１０を経て室内機７に導かれる。室内機７に入った高温のガス状冷媒は、室内熱交換器８で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は接続配管１０を通じて室外機１へ流れる。室外機１に入った冷媒は、絞り装置（膨張弁）６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、その後、室外熱交換器４で外気の熱を吸熱することで蒸発する。室外熱交換器４を出た冷媒は、第１の接続部２１においてその一部が第１の接続配管２３を通って熱回収熱交換器２０に導かれ、圧縮機２からの排熱の一部あるいは全部を吸熱し、第２の接続配管２４を通って第２の接続部２２へと流れる。第２の接続部２２において、第１の接続部２１から接続配管２５を介して第２の接続部２２に至る冷媒と合流し、四方弁３を通って再び圧縮機２で圧縮される。

つまり、本実施例の冷凍サイクルは、暖房運転時、室外熱交換器４を通過した後の冷媒の一部は熱回収熱交換器２０を介して圧縮機２に流れる。

このような構成によって熱回収熱交換器２０で圧縮機２の排熱を冷凍サイクルに回収し、空気調和機の暖房能力は回収した熱量の分だけ能力が上がり、空気調和機の効率が改善する。

また、室外熱交換器４及び熱回収熱交換器２０の合計の熱交換量を適切に保つ為に、熱回収熱交換器２０に流れる冷媒の乾き度が１．０より小さくなるよう圧縮機２の回転数又は／及び絞り装置（膨張弁）６の開度を制御することが望ましい。このように熱回収熱交換器２０に流れる冷媒の乾き度を制御することで、熱回収熱交換器２０を蒸発器として活用することができ、室外熱交換器４での熱交換量を低減することができる。

特に、熱回収熱交換器に流れる冷媒の乾き度を１．０より小さくし、熱回収熱交換器２０を通過した後の冷媒の乾き度を１．０となるよう圧縮機２の回転数又は／及び絞り装置（膨張弁）６の開度を制御することで合計の熱交換量を適切に保つことができる。

冷房運転時には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁３を介して室外熱交換器４へと流れ、第２の接続部２２で一部の冷媒が熱回収熱交換器２０を経て第２の接続部２２へと流れる。つまり、冷房運転時、圧縮機２を通過した後の冷媒の一部は熱回収熱交換器２０を介して室外熱交換器４に流れる。

ここで、四方弁３を出た冷媒ガスの温度は圧縮機２の温度とほとんど差が無く、熱回収熱交換器２０における熱交換はほとんどなされない。それにもかかわらず、本実施例では、あえて熱回収熱交換器２０に冷媒を流している。このような本実施例の空気調和機によれば、冷房運転時に熱回収熱交換器２０に冷媒を流さないようにする為の開閉機構を別途設ける必要がない為、低コストで冷房運転時の効率の低下を防ぎつつ、暖房運転時の効率を高めることができる。

以下、暖房運転時の熱回収熱交換器２０における圧縮機２からの排熱回収に関わる部分について詳細を説明する。

本実施例において、熱回収熱交換器２０は、室外熱交換器４と四方弁３を繋ぐ接続配管上に設けられた第１の接続部２１及び第２の接続部２２と、各々第１の接続配管２３及び第２の接続配管２４を介して接続されている。このような構成により、室外熱交換器４を出た冷媒の一部のみが熱回収熱交換器２０に流れるようにしている。

仮に冷凍サイクル内を循環する全ての冷媒を熱回収熱交換器２０に流すと、圧縮機２から室外へ放熱する熱量以上の熱量が回収され、圧縮機２からの吸熱量が増え、圧縮機２から出る冷媒の温度が下がって暖房能力が低下する。

ここで、熱回収熱交換器２０を流れる冷媒流量は、第１の接続部２１から第１の接続配管２３、熱回収熱交換器２０、第２の接続配管２４を通過する際の圧力損失と、熱回収熱交換器２０を経ずに第１の接続部２１から第２の接続部２２へ接続配管２５を経る流れの圧力損失とのバランスから決まる。

すなわち、熱回収熱交換器２０への冷媒流量を多くしたい場合には、第１の接続部２１から第１の接続配管２３、熱回収熱交換器２０、第２の接続配管２４を通過する際の圧力損失が小さくなるように接続配管径を太くするなどして流路断面積を広くして流速を抑制する、あるいは管路長を短くするなどがあるが、前述するように圧縮機２から出る冷媒の温度が下がりすぎないように、機器の定格能力などから必要冷媒流量を決めて設計すればよい。尚、第１の接続配管２３又第２の接続配管２４に流量調整弁を配置し、熱回収熱交換器２０に流れる冷媒流量を調整するようにしてもよい。

Ｒ３２は、冷媒物性上、Ｒ４１０Ａに比べて、高回転領域において理想圧縮機吐出温度が１５℃程度上昇するため、圧縮機２の吐出温度が高くなりやすい。吐出温度があまりに高温になると、圧縮機２の材料や冷凍機油が劣化する。また、圧縮機２のモータに用いられる永久磁石として希土類磁石を用いる場合、圧縮機２の温度が過度に上昇すると磁力が低下するという課題がある。

そこで、Ｒ３２単体又はＲ３２が５０％を超える混合冷媒が用いられ、圧縮機２のモータに用いられる永久磁石は希土類磁石である場合、本実施例によれば、圧縮機２の温度が上昇するほど、熱回収熱交換器２０が圧縮機２から回収する熱量も増える為、室外熱交換器４（蒸発器）での熱交換量を絞り装置（膨張弁）６等で調整することで、圧縮機２の過度な温度上昇を抑制することができる。

なお、圧縮機２から外気への放熱を抑えるには、圧縮機２の周囲を熱回収熱交換器２０にて覆うようにし、外気への放熱経路を極力少なくすることが望ましい。

また、室外機１の小型化の観点から、接続配管２５の配管長さを長く確保することは難しい。このとき、熱回収熱交換器２０への冷媒流量を確保するには、熱回収熱交換器２０のパス数を増やすか、管径を太くして管内流速を抑制して、熱回収熱交換器２０を通る経路の圧力損失を抑制することが必要になる。

図２は、本実施例に係る室外機の構成を示す図である。室外機１内の空間は、仕切り板２６を挟んで、圧縮機２、四方弁３及び絞り装置（膨張弁）６が設置される圧縮機室と、室外熱交換器２０及び送風ファン５が設置される送風機室に分割されている。電装品は、圧縮機２と上蓋の間であって、圧縮機室と送風機室とに跨る位置に設置されている。又、電装品は、仕切り板２６の上方に位置し、仕切り板２６によって支持されている。室外の空気は、送風ファン５によって、室外機１の背面側から吸い込まれ、室外熱交換器４を通過した後、室外機１の前面側（前面パネル）から吹き出される。

ここで、熱回収熱交換器２０を圧縮機室に配置しており、さらに、第２の接続部２２は第１の接続部２１よりも冷凍サイクル上圧縮機２側に位置し、第２の接続部２２及び第２の接続配管２４を圧縮機室に配置し（図示せず）、暖房運転時に熱回収熱交換器２０を通過することで暖められた冷媒が送風ファン５の送風によって冷やされるのを防いでいる。

また、圧縮機２及び熱回収熱交換器２０を断熱材で覆うようにし、さらに外気への放熱を少なくすることが望ましい。

さらに、熱回収熱交換器２０を断熱材より薄くし、室外機１の大型化を防ぐようにすることが望ましい。

また、重力方向において、熱回収熱交換器２０は圧縮機２よりも高さ方向の長さを短くし、圧縮機２から室外へ放熱する熱量以上の熱量を圧縮機２から回収しづらい構造としている。

なお、圧縮機２内の圧縮室に対応する高さ方向に位置に熱回収熱交換器２０を設け、圧縮機２の中で放熱しやすい部分から効果的に排熱を回収する構造とすることが望ましい。

上記のように熱回収熱交換器２０を含む経路の冷媒流速を抑制した場合、冷凍機油の滞留といった問題が生じる可能性がある。冷凍サイクルにおいては、通常、圧縮機の潤滑に用いられる冷凍機油の一部が、冷媒とともにサイクル内を循環する。したがって、熱回収熱交換器を流れる冷媒の流速を抑制した場合、管内流速が遅い箇所では、冷凍機油は管内壁面に液膜状に流れるものと考えられる。

このとき、回収熱交換器や前後の接続配管をＵ字形状とした場合、停止時に管路内壁面近傍に存在する冷凍機油が重力によりＵ字の曲げ部に滞留する可能性がある。また、運転中であっても、冷媒の流速が遅いためＵ字の曲げ部に冷凍機油が滞留し、閉塞を生じる可能性がある。

図３は実施例１に係る熱回収熱交換器を含む管路構成の一例を示す図である。本実施例では、前記のような冷凍機油の滞留を防ぐために、図３に示すように、第１の接続部２１に対して第２の接続部２２を重力方向下方に設けるとともに、複数の冷媒流路で構成された熱回収熱交換器２０は冷媒流路が略鉛直方向になるように配置され、かつ第１の接続部２１から、第１の接続配管２３、熱回収熱交換器２０、第２の接続配管２４を経て第２の接続部２２に至る冷媒流路上のいずれの箇所でも、重力方向にＵ字形状を有しない構造としている。

本実施例では、第２の接続部２２を第１の接続部２１よりも圧縮機２側に位置させ、第２の接続部２２を熱回収熱交換器２０を構成する配管よりも重力方向において下方に配置し、又は、熱回収熱交換器２０を構成する配管の下端と重力方向において同一の高さに配置する構造としている。

さらに、第１の接続部２１を熱回収熱交換器２０を構成する配管の上端よりも重力方向において上方に配置し、又は、熱回収熱交換器２０を構成する配管の上端と重力方向において同一の高さに配置する構造としている。

図３に示す管路形状では、第１の接続部２１から回収熱交換器２０を経て第２の接続部２２までの管路内に冷媒とともに冷凍機油が流れている場合、停止時でも冷凍機油は重力により、管壁をつたって下方に流れ、第２の接続部２２近傍に滞留する。そのため、運転再開時に圧縮機２が動作を開始すると、第２の接続部２２近傍に滞留した冷凍機油は冷媒とともに四方弁３を経て圧縮機２へ戻ることができ、第１の接続部２１、第１の接続配管２３、回収熱交換器２０、第２の接続配管２４、第２の接続部２２のいずれの箇所でも冷凍機油が滞留することで管路の閉塞を生じることはない。運転中においても同様に、冷凍機油は重力により、管壁をつたって下方に流れ、第２の接続部２２まで流下することが可能なため、圧縮機２の吸込部に戻る。

すなわち、本実施例では、第１の接続配管２３、熱回収熱交換器２０を構成する配管及び第２の接続配管２４から構成される冷媒流路は、下流側ほど下方に位置する、又は、下流側ほど上方に位置する構造としている。ここで、下流側ほど下方に位置する流路とは、水平方向に流れる流路を含むものとし、下流側ほど上方に位置する流路を含まないことを意味する。又、下流側ほど上方に位置する流路とは、水平方向に流れる流路を含むものとし、下流側ほど下方に位置する流路を含まないことを意味する。

又、図３の例では第１の接続部２１が第２の接続部２２より高い構成となっているが、逆に第１の接続部２１が第２の接続部２２より低い構造とし、第１の接続部２１を熱回収熱交換器２０を構成する配管よりも重力方向において下方に配置し、又は、熱回収熱交換器２０を構成する配管の下端と重力方向において同一の高さに配置する構造としてもよい。さらに、第２の接続部２２を、熱回収熱交換器２０を構成する配管の上端よりも重力方向において上方に配置し、又は、熱回収熱交換器２０を構成する配管の上端と重力方向において同一の高さに配置する構造としてもよい。

冷凍機油は重力により第１の接続部２１に流下できるため、熱回収熱交換器を含む冷媒流路中での冷凍機油の滞留や、それにともなう管路の閉塞を防ぐといった同様の効果を得ることが可能となる。但し、暖房時における冷媒の流れ方向と、重力による流下方向とが逆向きとなるため、冷媒の流動抵抗を増加する可能性がある。そのため、圧縮機廃熱を冷凍サイクルに利用する効果は、主に暖房運転時であるため、暖房運転時における圧縮機に近い側、すなわち運転時の冷媒の流れ方向と重力による流下方向とが一致するように、第１の接続部２１が第２の接続部２２より高い構成とする方が望ましく、さらには熱回収熱交換器２０を含む冷媒流路が暖房時の冷媒の流れ方向に向かって、重力方向下向きとなるように配置することが望ましい。

図３に示した構成は、前記の効果を得られる実施形態の１例であり、他の構成であっても、同様の効果を得られる。ここで他の構成について、図４から図６を用いて説明する。

図４の構成では、熱回収熱交換器２０は、高さ方向に複数の冷媒流路で構成され、各冷媒流路が略水平となるように配置し、暖房時の流れ方向が重力方向の下方を向くように配置されている。本構成とした場合、冷媒流路の本数によって熱回収熱交換器２０の高さを変えることが容易なため、能力の異なる圧縮機への対応が行いやすくなるといった利点がある。

図５の構成では、熱回収熱交換器２０を高さ方向に、複数の冷媒流路で構成され、各冷媒流路は直線部と曲線部で構成される蛇行管によって形成され、直線部が略水平かつ暖房時の下流が下方となるように配置されている。図３で示した場合、熱交換器を構成する各冷媒流路の長さは、圧縮機の高さにより決定されるが、図５に示すように蛇行させた場合には、各冷媒流路の長さに対する自由度が増すといった利点がある。

図６の構成は、熱回収熱交換器２０を図では明示されていないが円筒形状の圧縮機の周方向に、複数の冷媒流路で構成され、各冷媒流路は直線部と曲線部で蛇行するように形成され、直線部が略水平かつ暖房時の下流が下方となるように配置されている。図６に示した構成の場合、各冷媒流路は高さ方向に差が無いため冷媒の分岐において重力の影響を受け難くなるといった利点がある。

次に熱回収熱交換器２０について、図７を用いて説明する。熱回収熱交換器２０は、圧縮機排熱を効率良く利用するため、圧縮機から外気へ放出される熱の経路を、熱回収熱交換器２０により広く覆うことで、従来外気に放出されていた圧縮機２からの排熱を冷凍サイクルに取り込むことである。図７は、熱回収熱交換器の断面図を模式的に示したものである。ここで熱回収熱交換器２０は、冷媒流路を形成する管１０１と、集熱部１０２とから構成されている。集熱部１０２は、例えば、板状に形成された集熱フィンによって形成されている。

管１０１の内側は冷媒が流れ、管１０１と熱交換を行う。管１０１には、例えば空気調和機の室外熱交換器４、室内熱交換器８に用いられる内壁面に溝加工を施された内面溝付き銅管や、接続配管１０に用いられる内壁面が平滑な平滑銅管などを用いればよい。内面溝付き銅管の場合、管内に施された溝により高い伝熱性能が得られるが、冷媒の流動損失は平滑銅管に比して高い。後者の平滑銅管は、冷媒の流動損失を抑制することができる。いずれにしても、伝熱性能と冷媒の流動抵抗の点から適したものを選定すればよい。

次に集熱部１０２の構成を述べる。集熱部１０２は圧縮機２の排熱を、管１０１内を流れる冷媒に取り込むために設けるものであり、また圧縮機の周囲に効果的に配置する形状とするため、加工性の良い材質を用いることが望ましい。本例では、集熱部１０２は、２枚の薄材状のアルミ材で管１０１を挟み込むように張り合わせた形状としており、集熱部１０２と管１０１とは熱的に接する構造となっている。なお、集熱部１０２の材質は、熱伝導性が高く、加工性の点から選定すれば良く、アルミ材に限らない。

先述するように熱回収熱交換器２０は、圧縮機からの熱を冷凍サイクルに効率良く取り込めればよく、その構造は図７に示すものに限らない。

他の構造としては、図８に示すように、例えば半円断面となるように加工を施された２枚の板状材１０３を張り合わせる構造がある。図７では集熱部と冷媒流路とを別々に形成していたが、本構造では集熱部と冷媒流路とが一体で形成されており、集熱部と冷媒流路とが別に形成される場合に比べ、部品点数も少なく、また熱抵抗を抑制できるため伝熱性能が高い熱交換器を低コストで製造できるといった利点があるが、腐食性に優れた材料を用いる必要がある。

また、集熱部と冷媒流路を一体にした形状として、図９に示すような自動車用のラジエータなどに多く用いられる扁平管形状などもある。扁平管を用いた場合、微小な冷媒流路を多数設けることができ、かつ集熱部と冷媒流路を一体化できるためより簡易な構成とすることが可能となる。

また、集熱部１０２を設けず、管１０１を集熱部１０２を介さずに圧縮機２に直接接する構造としてもよい。

また、管１０１を圧縮機２に直接接する構造としつつ、圧縮機２との接触面積を増やすために集熱部１０２を介して管１０１を圧縮機２に接する構造を併用するようにしてもよい。

以上述べたように、本実施例の冷凍サイクルを用いることで、暖房運転時に圧縮機排熱を冷凍サイクルに活用でき、流路切替弁を不要とした構成であることから、省エネルギ性の高い空気調和機を低コストで提供することができる。

なお、本実施例は、暖房運転と同様に、外気などの熱源と熱交換させて冷媒を蒸発させ、これを圧縮機で高温高圧の冷媒ガスとして、室内空気など利用側に熱を組み上げるヒートポンプへの適用することもできる。ヒートポンプ専用機の場合、空気調和機のように冷房運転と暖房運転を切り替える必要がないため、図１に示した冷凍サイクルの構成要素と異なり四方弁がない。

そのようなヒートポンプへ適用する場合には、先の暖房運転を例に説明したように、室外熱交換器、すなわち蒸発器として作用する熱源側熱交換器と圧縮機吸込を繋ぐ冷媒管路上に、管路と並列になるように熱回収熱交換器を設置すればよい。

実施例２を、図１０を用いて説明する。本実施例における冷凍サイクルの基本的構成については実施例１の場合と同様であるため、ここでは相違点のみを述べる。

図１０は、本実施例における熱回収熱交換器２０の構成を示したものである。本実施例における熱回収熱交換器２０は、蓄熱材が封入された蓄熱槽２０１内に、冷媒流路を形成する管１０１と集熱部１０２とが配置され、圧縮機２を覆うような形状とした構成である。本実施例における熱回収熱交換器２０では、蓄熱材は圧縮機２からの排熱を蓄えることができ、蓄熱材を介して圧縮機２からの排熱を冷凍サイクルに取り込む構成となっている。

本構成の場合、暖房運転時、圧縮機２からの排熱により蓄熱材温度が上昇し、温度上昇した蓄熱材とすると管１０１内を流れる冷媒との温度差により、蓄熱材から集熱部１０２、管１０１を介して冷媒に熱が伝わる。また、停止後も蓄熱材に蓄えられた熱は保持されるため、停止後の再始動時に熱源として活用でき、再始動後の立ち上がりが早くなるといった効果が得られる。このように本実施例の熱回収熱交換器２０の構成を用いると、暖房運転時に圧縮機排熱を冷凍サイクルで利用することで省エネルギ性を向上できるとともに、停止後の再始動時にも蓄熱材に蓄えた圧縮機排熱を熱源とすることで、起動性を改善することができる。

実施例３を、図１１を用いて説明する。本実施例における冷凍サイクルを構成する要素については、前述の実施例１及び実施例２の場合と同様であるため、ここでは相違点のみを述べる。

図１１は、本実施例における冷凍サイクルの構成を示したものである。本構成では、熱回収熱交換器２０が圧縮機２の周囲に配置され、熱回収熱交換器２０の入口部及び出口部は、圧縮機２と四方弁３を繋ぐ接続配管上に設けられた第１の接続部２１及び第２の接続部２２と、各々第１の接続配管２３及び第２の接続配管２４により接続されている。

本実施例の冷凍サイクルの構成を、暖房運転時で用いた際の各要素の作用を説明する。圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁３を介して、接続配管１０を経て室内機７に導かれる。室内機７に入った高温のガス状冷媒は、室内熱交換器８で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。液冷媒は絞り装置（膨張弁）６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１０を通じて室外機１へ流れる。室外機１に入った冷媒は、室外熱交換器４で外気の熱を吸熱することで蒸発する。室外熱交換器４を出た冷媒は、四方弁３を通って再び圧縮機２へと向かうが、途中第１の接続部２１においてその一部が第１の接続配管２３を通って熱回収熱交換器２０に流れ、圧縮機２からの排熱の一部又は全部を吸熱し、第２の接続配管２４を通って第２の接続部２２へと流れる。第２の接続部２２において、残りの冷媒と合流し、圧縮機２に流れて圧縮される。

このように熱回収熱交換器２０で圧縮機２の排熱を冷凍サイクルに回収した場合、空気調和機の暖房能力は、回収した熱量の分だけ能力が上がり、省エネルギ性が向上する。

なお、冷房運転時には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁３を介して室外熱交換器へと流れ、外気へ放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。液冷媒は絞り装置（膨張弁）６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１０を経て室内機７に導かれる。室内機７に入った冷媒は、室内熱交換器８で室内空気の熱を吸熱することで蒸発する。室内熱交換器８を出た冷媒は、四方弁３を通って再び圧縮機２へと向かうが、途中第１の接続部２１においてその一部が熱回収熱交換器２０に導かれ、圧縮機２からの排熱の一部あるいは全部を吸熱し、第２の接続部２２へと流れる。第２の接続部２２において、残りの冷媒と合流し、圧縮される。

本構成とした場合、暖房あるいは冷房運転といった空気調和機の運転状況によらず熱回収熱交換器２０によって圧縮機排熱を冷凍サイクルに取り込むことができる。このため、暖房運転時には省エネルギ性を向上でき、さらに冷房運転時には、室内熱交換器８より圧縮機２へと戻る冷媒の温度は、外気温度よりも低い温度であるため、従来、空気調和機に用いられる冷凍サイクルに比べて圧縮機２の動作温度を下げることができ、信頼性を向上させることができるといった効果がある。

以上述べたように、本実施例の冷凍サイクルを用いることで、暖房運転時に圧縮機排熱を冷凍サイクルに活用でき、流路切替弁を不要とした構成であることから、省エネルギ性の高い空気調和機を低コストで提供することができる。

１…室外機、２…圧縮機、３…四方弁、４…室外熱交換器、５…プロペラファン、６…絞り装置（膨張弁）、７…室内機、８…室内熱交換器、９…貫流ファン、１０…接続配管、２０…熱回収熱交換器、２１…第１の接続部、２２…第２の接続部、２３…第２の接続配管２４…接続配管

Claims (19)

1. 圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を接続配管で接続して構成される冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の外壁に接し、前記圧縮機との間で熱交換する熱回収熱交換器と、
   前記室外熱交換器と前記四方弁を接続する接続配管上に設けられた第１の接続部及び第２の接続部と、
   前記熱回収熱交換器と前記第１の接続部とを接続する第１の接続配管と、
   前記熱回収熱交換器と前記第２の接続部とを接続する第２の接続配管とを備えた空気調和機。
2. 圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を接続配管で接続して構成される冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の外壁に接し、前記圧縮機との間で熱交換する熱回収熱交換器と、
   前記四方弁と前記圧縮機を接続する接続配管上に設けられた第１の接続部及び第２の接続部と、
   前記熱回収熱交換器と前記第１の接続部とを接続する第１の接続配管と、
   前記熱回収熱交換器と前記第２の接続部とを接続する第２の接続配管とを備えた空気調和機。
3. 前記第１の接続部及び前記第２の接続部のうち一方を前記熱回収熱交換器を構成する配管の下端よりも重力方向において下方に配置し、又は、前記熱回収熱交換器を構成する配管の下端と重力方向において同一の高さに配置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記第１の接続部及び前記第２の接続部のうち他方を前記熱回収熱交換器を構成する配管の上端よりも重力方向において上方に配置し、又は、前記熱回収熱交換器を構成する配管の上端と重力方向において同一の高さに配置していることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記第２の接続部は前記第１の接続部よりも冷凍サイクル上前記圧縮機側に位置し、
   前記第２の接続部は前記熱回収熱交換器を構成する配管よりも重力方向において下方に配置し、又は、前記熱回収熱交換器を構成する配管の下端と重力方向において同一の高さに配置していることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
6. 前記第１の接続配管、前記熱回収熱交換器を構成する配管及び前記第２の接続配管から構成される冷媒流路は、下流側ほど下方に位置する流路、又は、下流側ほど上方に位置する流路であることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
7. 室外機と室内機とを接続配管によって接続して構成された空気調和機において、
   前記室外機は、送風ファンが配置されている送風機室と、前記圧縮機が配置されている圧縮機室とを有し、
   前記第２の接続部は前記第１の接続部よりも冷凍サイクル上前記圧縮機側に位置し、
   前記第２の接続部及び前記第２の接続配管は前記圧縮機室に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
8. 圧縮機、室内側熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を接続配管で接続して構成される冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の外壁に接し、前記圧縮機との間で熱交換する熱回収熱交換器とを備え、
   暖房運転時、前記室外熱交換器を通過した後の冷媒の一部は前記熱回収熱交換器を介して前記圧縮機に流れることを特徴とする空気調和機。
9. 冷房運転時、前記圧縮機を通過した後の冷媒の一部は前記熱回収熱交換器を介して前記室外熱交換器に流れることを特徴とする請求項８に記載の空気調和機。
10. 暖房運転時、前記熱回収熱交換器に流れる冷媒の乾き度は１．０より小さいことを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
11. 暖房運転時、前記熱回収熱交換器を通過した後の冷媒の乾き度は１．０であることを特徴とする請求項１０に記載の空気調和機。
12. 前記圧縮機及び前記熱回収熱交換器を覆う断熱材を備えたことを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
13. 前記熱回収熱交換器は前記断熱材より薄いことを特徴とする請求項１２に記載の空気調和機。
14. 重力方向において、前記熱回収熱交換器は前記圧縮機より短いことを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
15. Ｒ３２単体又はＲ３２が５０％を超える混合冷媒が用いられ、
    前記圧縮機のモータに用いられる永久磁石は希土類磁石であることを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
16. 前記熱回収熱交換器を構成する配管は蛇行管であることを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
17. 前記熱回収熱交換器を構成する配管は扁平管であることを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
18. 前記熱回収熱交換器の冷媒流路は複数の板材を張り合わせて形成されていることを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。
19. 前記熱回収用熱交換器は蓄熱材及び蓄熱材を内包する蓄熱槽を有することを特徴とする請求項１、２又は８に記載の空気調和機。