JP5693990B2 - 空気熱源ヒートポンプエアコン - Google Patents

Description

本発明は、冷媒／熱媒体熱交換器を追加することにより、簡単にかつ低コストで冷房性能および暖房性能を向上することができるとともに、高能力の除湿機能を付加することができる空気熱源ヒートポンプエアコンに関するものである。

空気熱源ヒートポンプエアコンでは、冷房性能および暖房性能を向上するため、従来から様々な提案がなされている。例えば、夏期等の高外気温時、空気熱源ヒートポンプエアコンの消費電力を低減するとともに、冷房能力を高めるため、室外機側の室外空気熱交換器に対して、ノズル等を用いて水を散布する散水装置を設け、室外空気熱交換器での放熱効率を高めることにより、冷房能力のアップおよび効率の向上を図ったものが特許文献１ないし３等にて提案されている。

また、基本のヒートポンプ冷媒回路に対して、切替えバルブを介して温水加熱回路あるいはブライン冷却用熱交換器を並列に接続した構成とし、暖房運転時には、温水加熱回路を介して伝熱槽内のブラインに熱を蓄え、デフロスト時に伝熱槽内に蓄えられたブラインの熱を利用することにより効率よく除霜するとともに、冷房運転時には、ブライン冷却用熱交換器を介して伝熱槽内のブラインを冷却し、高外気温時に室外熱交換器にブラインを循環させて凝縮を効率よく行わせることによって、ＣＯＰ（成績係数）の向上を図ったものが特許文献４等にて提案されている。

一方、夏期に、冷媒／水熱交換器に井戸水やクーリングタワーで冷却された水を流して冷媒と熱交換させることにより冷房運転を行い、冬期には井戸水等を流し、それを熱源として暖房運転を行うようにした水熱源ヒートポンプエアコンが従来から知られている。更に、外気と熱交換を行う空気熱交換器と、熱源水と熱交換を行う水熱交換器とを並列に接続し、何れかの熱交換器を切換え使用または併用して冷房運転、暖房運転およびデフロスト運転を行うようにした空水冷ハイブリッド型のヒートポンプエアコンが特許文献５，６等にて提案されている。

特開２０００−４６４４２号公報（図１−図５参照） 特開２００８−８９２８９号公報（図１、図３参照） 特開２００９−２８７８８０号公報（図１−図８参照） 特開２００７−２２５２７４号公報（図１参照） 特開２００６−３４９３３３号公報（図１参照） 特開２００９−２４３８０２号公報（図１−図３参照）

しかしながら、特許文献１−３に示されるように、散水装置を設けたものでは、室外空気熱交換器全体に均一に水を散布することは困難であり、十分な性能向上が得られないのみならず、散水装置の設置スペースが大きくなる等の課題があった。また、冬期等の低外気温時に、散水装置から室外空気熱交換器に水、温水等を散布しても、均一に散布することが困難なため、熱交換器の表面で水が凍結してしまうという問題があり、暖房能力の向上には利用することができないという課題があった。

また、特許文献４に示されるように、空気熱源ヒートポンプの基本回路に対して、並列回路を接続し、この回路に設けられた熱交換器により冷却または加熱されたブラインを利用するようにしたものでは、並列回路の他に、切替えバルブが必要となる等、構成が複雑化し、コスト高になるという問題があった。また、並列回路やその回路中に設けられた熱交換器にサイクル中を循環する冷媒や冷凍機油が滞留することは避け難く、タイミングを見ながら冷媒戻し運転や油戻し運転を行うようにしているが、性能低下や信頼性低下を招く要因となる等の課題があった。

さらに、水熱源ヒートポンプエアコンを使用するには、冷房時、暖房時の最大能力に対応した量および温度の水を確保しなければならず、水量、水温に対する要求レベルが非常に高く、それ以外にも、クーリングタワー等の水廻りのメンテナンスが厄介であるとともに、構造的に室内機側に重量物である圧縮機を搭載しなければならないため、室内機の設置形態が床置形に限定される等、使用に際しての制約が多く、需要が低下しているという現実がある。また、空水冷ハイブリッド型のヒートポンプエアコンでは、水量、水温に対する要求レベルは緩和されるが、空気熱交換器と水熱交換器とが並列に接続されることによる上述の課題は、依然解決されていないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、空気熱源ヒートポンプの基本回路の軽微な改造により、簡単にかつ低コストで冷房性能および暖房性能を共に向上することができるとともに、高能力の除湿機能を付加することができる空気熱源ヒートポンプエアコンを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気熱源ヒートポンプエアコンは、冷媒圧縮機、四方切換弁、室外空気熱交換器および室外送風機等を有する室外機と、室内熱交換器および室内送風機等を有する室内機とが冷媒配管を介して接続され、前記冷媒圧縮機、四方切換弁、室外空気熱交換器および室内熱交換器等によりヒートポンプ冷媒回路が構成されている空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記室外機側の前記四方切換弁と前記室外空気熱交換器とを接続する冷媒配管に、該冷媒配管側を流れる冷媒と、水、ブライン等の熱媒体とを熱交換させ、冷房運転時、前記熱媒体により冷媒を冷却して凝縮させるとともに、暖房運転時、前記熱媒体から吸熱して冷媒を蒸発させる冷媒／熱媒体熱交換器が設けられ、前記室内機の送風経路に、前記冷媒／熱媒体熱交換器との間で熱媒体循環路を介して前記熱媒体が循環可能とされた空気／熱媒体熱交換器が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、空気熱源ヒートポンプエアコンにおける室外機側の四方切換弁と室外空気熱交換器とを接続する冷媒配管に、冷媒配管側を流れる冷媒と、水、ブライン等の熱媒体とを熱交換させ、冷房運転時、熱媒体により冷媒を冷却して凝縮させるとともに、暖房運転時、熱媒体から吸熱して冷媒を蒸発させる冷媒／熱媒体熱交換器が設けられ、室内機の送風経路に、冷媒／熱媒体熱交換器との間で熱媒体循環路を介して熱媒体が循環可能とされた空気／熱媒体熱交換器が設けられているため、冷房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器に低温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて凝縮温度を下げることにより、消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、一方、暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器に高温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて蒸発温度を上げることにより、暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器に対する着霜を防止または低減することができる。従って、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路の軽微な改造により、簡単にかつ低コストで該エアコンの冷房性能および暖房性能を向上することができる。また、暖房サイクルでの運転時、蒸発器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器で熱媒体を冷却し、その熱媒体を、熱媒体循環路を介して空気／熱媒体熱交換器に循環させることにより、室内機の送風経路を循環する空気と熱交換させて該空気を冷却、除湿することができ、該冷却空気を暖房サイクル時に凝縮器として機能する室内熱交換器で加熱することにより再熱し、除湿空気として室内に送り出すことができる。一方、冷房サイクルでの運転時、凝縮器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱し、その熱媒体を熱媒体循環路により空気／熱媒体熱交換器に循環させることによって、室内機の送風経路を循環する空気と熱交換させて該空気を加熱することができ、該空気／熱媒体熱交換器により冷房サイクル時に蒸発器として機能する室内熱交換器で冷却、除湿された空気を再熱することによって、除湿空気として室内に送り出すことができる。従って、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンに対して軽微な改造により、暖房領域、冷房領域のいずれにおいても除湿が可能な除湿機能を付加することができ、除湿機を用いることなく、１台の空気熱源ヒートポンプエアコンで冷房、暖房および除湿を行うことができる。特に、除湿機能の付加は、居住空間での快適性の向上だけに留まらず、施設園芸の分野では、湿度を適正化し、作物の品質向上と収穫量の増加を図ることができるため、それに有効に活用することができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上記の空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の上流側に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、空気／熱媒体熱交換器が、室内機の送風経路中において室内熱交換器の上流側に配設されているため、ヒートポンプ冷媒回路を四方切換弁により暖房サイクルに切換え、室内熱交換器を凝縮器、冷媒／熱媒体熱交換器を蒸発器として作用させ、冷媒／熱媒体熱交換器で冷却された熱媒体を、熱媒体循環路を介して空気／熱媒体熱交換器に循環させることにより、室内熱交換器の上流側で室内空気を冷却、除湿した後、室内熱交換器で再熱し、除湿空気として室内に送り出すことができる。従って、エアコンの全能力を除湿に利用することができる高能力の除湿機能を持った空気熱源ヒートポンプエアコンを得ることができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上記の空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の下流側に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、空気／熱媒体熱交換器が、室内機の送風経路中において室内熱交換器の下流側に配設されているため、ヒートポンプ冷媒回路を四方切換弁により冷房サイクルに切換え、室内熱交換器を蒸発器、冷媒／熱媒体熱交換器を凝縮器として作用させ、冷媒／熱媒体熱交換器で加熱された熱媒体を、熱媒体循環路を介して空気／熱媒体熱交換器に循環させることにより、室内熱交換器で冷却、除湿された室内空気を空気／熱媒体熱交換器で再熱し、除湿空気として室内に送り出すことができる。従って、エアコンの全能力を除湿に利用することができる高能力の除湿機能を持った空気熱源ヒートポンプエアコンを得ることができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上記の空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の上流側と下流側とにそれぞれ配設されており、運転モードに応じていずれか一方の前記空気／熱媒体熱交換器に熱媒体が選択的に循環可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、空気／熱媒体熱交換器が、室内機の送風経路中において室内熱交換器の上流側と下流側とにそれぞれ配設されており、運転モードに応じていずれか一方の空気／熱媒体熱交換器に熱媒体が選択的に循環可能とされているため、暖房サイクルによる運転時には、室内熱交換器の上流側に配設されている空気／熱媒体熱交換器に冷媒／熱媒体熱交換器からの熱媒体を循環させ、また、冷房サイクルによる運転時には、室内熱交換器の下流側に配設されている空気／熱媒体熱交換器に冷媒／熱媒体熱交換器からの熱媒体を循環させることによって、暖房サイクル時は、空気／熱媒体熱交換器で冷却、除湿した室内空気を室内熱交換器で再熱して除湿することができ、冷房サイクル時は、室内熱交換器で冷却、除湿した室内空気を空気／熱媒体熱交換器で再熱して除湿することができる。従って、暖房サイクル時または冷房サイクル時のいずれの場合にも高能力下で除湿運転を行うことができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上述のいずれかの空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記四方切換弁により運転モードが切換えられたとき、前記室内送風機の運転方法または通風路の切換えにより室内空気の循環方向が逆転可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、四方切換弁により運転モードが切換えられたとき、室内送風機の運転方法または通風路の切換えにより室内空気の循環方向が逆転可能とされているため、四方切換弁により運転モードが暖房サイクルから冷房サイクルまたは冷房サイクルから暖房サイクルに切換えられたとき、それに合わせて室内空気の循環方向を逆転すれば、送風経路中において室内熱交換器と空気／熱媒体熱交換器の配置順が固定されていても、室内熱交換器または空気／熱媒体熱交換器のいずれか一方で室内空気を冷却、除湿した後、他方で再熱して除湿し、室内に送り出すことができる。従って、この場合は、室内機の送風経路中に設ける空気／熱媒体熱交換器が１台であっても、暖房サイクル時または冷房サイクル時に対応していずれの場合も高能力下で除湿運転を行うことができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上記の空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記空気／熱媒体熱交換器は、前記室内機に対して別置きの熱交換ユニットとされ、該熱交換ユニットおよび前記室内機の一方が冷却、除湿用、他方が再熱用に組み合わせ使用されるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、空気／熱媒体熱交換器が、室内機に対して別置きの熱交換ユニットとされ、該熱交換ユニットおよび室内機の一方が冷却、除湿用、他方が再熱用に組み合わせ使用されるように構成されているため、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンの室内機に対して、空気／熱媒体熱交換器を備えた熱交換ユニットを別置きにして組み合わせ使用することによっても、室内熱交換器および空気／熱媒体熱交換器の一方で冷却、除湿された室内空気を、他方に送風し、そこで再熱することによって除湿することができる。従って、この場合、室内機を特に改造することなく、空気／熱媒体熱交換器を備えた別置きの熱交換ユニットを追加することによって、冷暖房用の空気熱源ヒートポンプエアコンに対して高能力の除湿機能を簡単に付加することができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上述のいずれかの空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記室外送風機の回転数または前記室外空気熱交換器の通風路の調整により、除湿能力が調整可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、室外送風機の回転数または室外空気熱交換器の通風路の調整により、除湿能力が調整可能とされているため、冷媒／熱媒体熱交換器および空気／熱媒体熱交換器を作動している除湿運転時に、室外送風機の回転数を調整または室外空気熱交換器の通風路を絞り調整することによって、冷媒／熱媒体熱交換器での冷媒と熱媒体との熱交換量を調整し、この熱媒体が循環される空気／熱媒体熱交換器での室内空気の冷却量または再熱量を調整することができる。従って、室外送風機の回転数または室外空気熱交換器の通風路の調整等により除湿能力を簡易に調整し、高精度で効率のよい除湿運転を行うことができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上述のいずれかの空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記熱媒体循環路に設けられている熱媒体ポンプの回転数または前記熱媒体循環路の調整により、除湿能力が調整可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、熱媒体循環路に設けられている熱媒体ポンプの回転数または熱媒体循環路の調整により、除湿能力が調整可能とされているため、冷媒／熱媒体熱交換器および空気／熱媒体熱交換器を作動している除湿運転時に、熱媒体循環路に設けられている熱媒体ポンプの回転数を調整または熱媒体循環路を絞り調整することにより、冷媒／熱媒体熱交換器で冷媒と熱交換された熱媒体の循環量を調整し、この熱媒体が循環される空気／熱媒体熱交換器での室内空気の冷却量または再熱量を調整することができる。従って、熱媒体循環路に設けられている熱媒体ポンプの回転数または熱媒体循環路の調整等により除湿能力を簡易に調整し、高精度で効率のよい除湿運転を行うことができる。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上述のいずれかの空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、通常の冷暖房時、前記冷媒／熱媒体熱交換器に流入する冷媒の温度を検出し、その検出温度が設定温度に達したとき、前記熱媒体が循環可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、通常の冷暖房時、冷媒／熱媒体熱交換器に流入する冷媒の温度を検出し、その検出温度が設定温度に達したとき、熱媒体が循環可能とされているため、除湿運転を止めて通常の冷暖房運転を行っているとき、冷媒／熱媒体熱交換器に流入する冷媒の温度が設定温度に達し、熱媒体が凍結または沸騰する虞がある場合、熱媒体を強制的に循環させることによって、冷媒／熱媒体熱交換器内での熱媒体の凍結または沸騰を防止することができる。従って、熱媒体が凍結または沸騰することによる冷媒／熱媒体熱交換器の損傷等を未然防止することができる。なお、この場合、熱媒体を一定時間連続的または間欠的に循環させればよい。

さらに、本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンは、上述のいずれかの空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、前記冷媒／熱媒体熱交換器には、外部から熱媒体が流通可能な熱媒体流通路が接続されており、該熱媒体流通路に、前記冷媒／熱媒体熱交換器と前記空気／熱媒体熱交換器との間で熱媒体が循環可能な前記熱媒体循環路が回路切換手段を介して接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒／熱媒体熱交換器に外部から熱媒体が流通可能な熱媒体流通路が接続されており、該熱媒体流通路に冷媒／熱媒体熱交換器と空気／熱媒体熱交換器との間で熱媒体が循環可能な熱媒体循環路が回路切換手段を介して接続されているため、通常の冷暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器に熱媒体流通路を介して外部から熱媒体を流通させ、この熱媒体と冷媒とを熱交換させることにより、冷房時には、冷媒の凝縮温度を下げて消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、暖房時には、冷媒の蒸発温度を上げて暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器に対する着霜を抑制することができる。また、冷媒／熱媒体熱交換器に接続されている熱媒体流通路に対して、回路切換手段を介して空気／熱媒体熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環路を接続し、冷媒／熱媒体熱交換器と空気／熱媒体熱交換器との間で熱媒体を循環させることによって、室内熱交換器または空気／熱媒体熱交換器の一方で冷却、除湿した室内空気を他方で再熱することにより除湿することができる。従って、空気熱源ヒートポンプエアコンの冷暖房性能および能力を向上させることができると同時に、該エアコンに高能力の除湿機能を簡単に付加することができる。

本発明の空気熱源ヒートポンプエアコンによると、冷房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器に低温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて凝縮温度を下げることにより、消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、一方、暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器に高温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて蒸発温度を上げることによって、暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器に対する着霜を防止または低減することができるため、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路の軽微な改造により、簡単にかつ低コストで該エアコンの冷房性能および暖房性能を向上することができる。また、暖房サイクルでの運転時、蒸発器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器で熱媒体を冷却し、その熱媒体を、熱媒体循環路を介して空気／熱媒体熱交換器に循環させることにより、室内機の送風経路を循環する空気と熱交換させて該空気を冷却、除湿することができ、該冷却空気を暖房サイクル時に凝縮器として機能する室内熱交換器で加熱することにより再熱し、除湿空気として室内に送り出すことができる。一方、冷房サイクルでの運転時、凝縮器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱し、その熱媒体を熱媒体循環路により空気／熱媒体熱交換器に循環させることによって、室内機の送風経路を循環する空気と熱交換させて該空気を加熱することができ、該空気／熱媒体熱交換器により冷房サイクル時に蒸発器として機能する室内熱交換器で冷却、除湿された空気を再熱することによって、除湿空気として室内に送り出すことができるため、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンに対して軽微な改造により、暖房領域、冷房領域のいずれにおいても除湿が可能な除湿機能を付加することができ、除湿機を用いることなく、１台の空気熱源ヒートポンプエアコンで冷房、暖房および除湿を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路図である。 図１に示す空気熱源ヒートポンプエアコンの試験運転結果を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路図である。 図３に示す空気熱源ヒートポンプエアコンの変形例の冷媒回路図である。 本発明の第３実施形態に係る空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路図である。 本発明のその他の実施形態に係る空気熱源ヒートポンプエアコンの室内機側の冷房時（Ａ）と暖房時（Ｂ）の配置構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路図が示され、図２には、その運転結果が示されている。
空気熱源ヒートポンプエアコン１は、空調される室内に設置される室内ユニット（室内機）２と、室外に設置される室外ユニット（室外機）３とを備えており、該室内ユニット２と室外ユニット３とは、冷媒液配管（冷媒配管）４および冷媒ガス配管（冷媒配管）５を介して接続されている。

室外ユニット（室外機）３内には、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機１０、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁１１、冷房運転時は凝縮器、暖運転房時は蒸発器として機能する室外空気熱交換器１２、室外空気熱交換器１２に対して外気を流通する室外送風機（室外ファン）１３、暖房運転時に冷媒を断熱膨張する暖房用膨張弁１４、凝縮された液冷媒を一時貯留するレシーバ１５、冷房運転時に冷媒を断熱膨張する冷房用膨張弁１６、冷媒圧縮機１０に吸入される冷媒中から液分を分離し、ガス分のみを吸入させるアキュームレータ１７、液側操作弁１８、ガス側操作弁１９等が設置されている。

室外ユニット３内に設置されている冷媒圧縮機１０、四方切換弁１１、室外空気熱交換器１２、暖房用膨張弁１４、レシーバ１５、冷房用膨張弁１６およびアキュームレータ１７は、図１に示されるように、順次冷媒配管２０を介して接続され、公知の室外側冷媒回路２１を構成している。室外側冷媒回路２１の液側冷媒配管の端部およびガス側冷媒配管の端部には、それぞれ液側操作弁１８およびガス側操作弁１９が設けられており、室内ユニット（室内機）２との接続配管である冷媒液配管４および冷媒ガス配管５がフレアナット等を介して接続可能とされている。

一方、室内ユニット（室内機）２内には、冷房運転時は蒸発器、暖房運転時は凝縮器として機能する室内熱交換器３０および空調する室内の空気を室内熱交換器３０に対して循環する室内送風機（室内ファン）３１等が設置されている。室内熱交換器３０の一端には液側配管３２Ａ、他端にはガス側配管３２Ｂが接続されている。そして、これらの液側配管３２Ａおよびガス側配管３２Ｂが、冷媒液配管４および冷媒ガス配管５を介して室外機３側の冷媒回路２１と接続されることによって、密閉されたヒートポンプ冷媒回路６が構成されている。

加えて、ヒートポンプ冷媒回路６の室外機３側の四方切換弁１１と、室外空気熱交換器１２との間を接続する冷媒ガス配管２０Ａ中には、冷媒／熱媒体熱交換器４０が設置されている。この冷媒／熱媒体熱交換器４０には、熱媒体流通路４１が接続され、熱媒体が供給または停止可能とされるとともに、熱媒体の流通量が調整可能とされており、冷媒ガス配管２０Ａ側を流れる冷媒と、熱媒体流通路４１側を流れる水、ブライン等の熱媒体とが熱交換されるようになっている。なお、熱媒体流通路４１には、必要に応じて熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３を設けることができ、該熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３を介して熱媒体の供給、停止あるいは流量の調整を行うようにしてもよい。以下では、熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３を設けている場合について説明する。

冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体流通路４１を介して流通される熱媒体としては、水道水を用いてもよいが、水道水は高価であることから、井戸水を汲み上げて直接給水するようにしてもよく、あるいは河川水や用水、池、排水等の水と中間熱交換器を介して熱交換された水またはブライン、地中に埋設された配管を介して地中熱と熱交換されたブライン等を用いてもよい。また、必要に応じて熱媒体流通路４１中にタンクを設けて蓄冷または蓄熱し、タンクを介して熱媒体が供給可能とされていてもよい。

なお、室外機３側には、冷媒／熱媒体熱交換器４０の冷媒出入口に冷媒温度を検出する温度センサ４４，４５が設けられ、熱媒体の出入口に熱媒体の温度を検出する温度センサ４６，４７が設けられている。また、室外空気熱交換器１２に冷媒の凝縮温度および蒸発温度を検出する温度センサ４８、外気温度を検出する外気温センサ５０、冷媒圧縮機１０から吐出される冷媒ガスの温度を検出する吐出温度センサ５１、冷媒圧縮機１０に吸入される冷媒ガスの温度を検出する吸入温度センサ５２等々の温度センサが設けられている。

次に、空気熱源ヒートポンプエアコン１の冷房運転、暖房運転について説明する。
夏期の冷房運転時、冷媒圧縮機１０で圧縮された冷媒は、図１に示される実線矢印のように、四方切換弁１１を介して冷媒／熱媒体熱交換器４０、室外空気熱交換器１２、レシーバ１５、冷房用膨張弁１６、室内熱交換器３０、四方切換弁１１、アキュームレータ１７の順にヒートポンプ冷媒回路６内を循環する。この際、室内熱交換器３０は蒸発器として機能し、室内送風機３１を介して循環される室内空気を冷却する。この冷風を室内に吹出すことによって、室内が冷房されることになる。

また、この冷房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に、熱媒体流通路４１を介して室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低い温度の熱媒体（水、ブライン）を流通させ、該熱媒体と冷媒とを熱交換させることにより、冷媒の凝縮温度を低減し、凝縮効率を高めることができる。図２には、外気温度が３０℃、室内温度が２５℃、水温（ここでは高架水槽を経た水道水を使用）が２６℃の条件下において、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体（水）を通水した場合と、通水なしとした場合との試験結果（試験Ｎｏ．１，２）が示されている。なお、図２中の計測温度Ｔ１ないしＴ９は、図１中に示されたＴ１ないしＴ９位置での計測温度を示している。

上記の試験結果、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低い温度の熱媒体を流通させ、冷媒の凝縮温度を下げたことによって、図２に示されるように、消費電力が１３％低減されるとともに、冷房能力が１５％向上され、更にＣＯＰ（成績係数）が３２％向上されたとの結果が得られている。

一方、冬期の暖房運転時、冷媒圧縮機１０で圧縮された冷媒は、図１に示される破線矢印のように、四方切換弁１１を介して室内熱交換器３０、レシーバ１５、暖房用膨張弁１４、室外空気熱交換器１２、冷媒／熱媒体熱交換器４０、四方切換弁１１、アキュームレータ１７の順にヒートポンプ冷媒回路６内を循環する。この際、室内熱交換器３０は凝縮器として機能し、室内送風機３１を介して循環される室内空気を加熱する。この温風を室内に吹出すことによって、室内が暖房されることになる。

この暖房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に、熱媒体流通路４１を介して室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高い温度の熱媒体（水、ブライン）を流通させ、該熱媒体と冷媒とを熱交換させることにより、冷媒の蒸発温度を上昇させ、吸熱効率を高めることができる。図２には、外気温度が０℃と−５℃、室内温度が１８℃、水温（ここでは高架水槽を経た水道水を使用）が１４℃の条件下において、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体（水）を通水した場合と、通水なしとした場合との試験結果（試験Ｎｏ．３ないし６）が示されている。

上記の試験結果、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高い温度の熱媒体を流通させ、冷媒の蒸発温度を上昇させたことによって、図２に示されるように、消費電力がそれぞれ０．４％、１７％上昇されているものの、暖房能力が３８％、６０％向上され、更にＣＯＰ（成績係数）が３３％、３７％向上されたとの結果が得られている。また、蒸発温度を上昇させることにより、室外空気熱交換器１２に対する着霜を防止できるとの結果も得られている。

この結果により、冷房運転時に、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低い温度の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて凝縮温度を下げることによって、消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、また、暖房運転時に、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高い温度の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて蒸発温度を上げることによって、暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器に対する着霜を防止または低減させることができることが確認し得た。

また、本実施形態の空気熱源ヒートポンプエアコン１では、上記の冷房運転および暖房運転を、以下のようにして行うことができる。
室外空気熱交換器１２を凝縮器として機能させる冷房運転時には、外気温センサ５０により検出された外気温が一定値以上になると、熱媒体流通路４１を介して冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させ、一定値以下になると、熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３により熱媒体の流通を停止または流通量を低下させて冷房運転を行うようにしている。一方、室外空気熱交換器１２を蒸発器として機能させた暖房運転時には、外気温センサ５０により検出された外気温が一定値以下になると、熱媒体流通路４１を介して冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させ、一定値以上になると、熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３により熱媒体の流通量を低下または流通を停止させて暖房運転を行うようにしている。

このように、外気温を監視し、その検出温度に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の供給、停止あるいは流通量の制御を行うことによって、熱媒体を有効に利用しつつ、効果的に冷房能力および暖房能力の増加、消費電力の低減等を図ることが可能となる。

また、熱媒体の温度を監視し、冷房運転時、温度センサ４６で検出された熱媒体の温度が高いときは、流量制御弁４３を介して冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を増加し、熱媒体の温度が低いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を減少させるようにし、暖房運転時、温度センサ４６により検出された熱媒体の温度が低いときは、流量制御弁４３により冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を増加し、熱媒体の温度が高いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を減少させるようにして運転することができる。

このように、熱媒体の温度を監視しながら、その検出温度に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通させる熱媒体の流量を増減することによっても、熱媒体を有効に利用しつつ、効果的に冷房能力および暖房能力の増加、消費電力の低減等を図ることができる。

さらに、上記空気熱源ヒートポンプエアコン１では、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の流通を停止し、室外空気熱交換器１２のみを凝縮器として機能させ、空冷による冷房運転を行うことができる。この場合、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度が一定値以上になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０内の熱媒体流路４１側に滞留している熱媒体が高温の冷媒ガスで加熱され、沸騰する可能性が生じる。そこで、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度を温度センサ４４により検出し、その検出値が一定値以上になったとき、熱媒体ポンプ４２を間欠的または連続的に駆動し、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させるようにしている。これによって、熱媒体の沸騰を回避することができる。

同様に、上記空気熱源ヒートポンプエアコン１では、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の流量を停止し、室外空気熱交換器１２のみを蒸発器として機能させ、外気のみを熱源とした暖房運転を行うことができる。この場合、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度が一定値以下になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０内の熱媒体流路４１側に滞留している熱媒体が低温の冷媒により冷却され、凍結の可能性が生じる。そこで、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度を温度センサ４５により検出し、その検出値が一定値以下になったとき、熱媒体ポンプ４２を間欠的または連続的に駆動し、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させるようにしている。これによって、熱媒体の凍結を回避することができる。

また、冷房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させたときの凝縮温度が外気温よりも低い場合、つまり温度センサ４８の検出温度が外気温センサ５０の検出温度よりも低いときは、室外送風機１３の運転を停止し、同じく暖房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させたときの蒸発温度が外気温よりも高い場合、つまり温度センサ４８の検出温度が外気温センサ５０の検出温度よりも高いときは、室外送風機１３の運転を停止するようにしている。

このように、冷房運転時に外気温が凝縮温度よりも高くなったり、あるいは暖房運転時に外気温が蒸発温度よりも低くなったりした場合には、室外送風機１３を停止することにより、冷房運転時は外気による冷媒の加熱を防止し、暖房運転時は外気による冷媒の冷却を防止して、冷媒／熱媒体熱交換器４０での冷媒の凝縮または蒸発を効率よく行うことができる。

さらに、暖房運転時に、外気温センサ５０により検出される外気温と温度センサ４８により検出される室外空気熱交換器１２での蒸発温度とが略同等となるように流量制御弁４３を介して熱媒体の流量を制御することができる。この場合、外気温度が低く、室外空気熱交換器１２での蒸発温度が氷点下となっても、室外空気熱交換器１２に対する着霜を防止することができる。これは、外気温が低い場合であっても、室外空気熱交換器１２での蒸発温度を外気温と略同等に制御することにより、室外空気熱交換器１２では外気からの吸熱が実質的に行われなくなることから、霜が生成されなくなるためである。図２の試験結果において、試験Ｎｏ．６では、外気温よりも蒸発温度の方が高くなっており、この場合、外気温が氷点下にも拘らず室外空気熱交換器１２に着霜は生じない。

また、本実施形態においては、上記構成とされた空気熱源ヒートポンプエアコン１に対して、以下により除湿機能を付加した構成としている。
かかる除湿機能は、室内ユニット（室内機）２の送風経路中において室内熱交換器３０の上流側と下流側の双方に、冷媒／熱媒体熱交換器４０との間で熱媒体が循環可能な空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを設置することによって付加されている。

つまり、室内ユニット（室内機）２内における室内送風機３１の送風経路中において、室内熱交換器３０の上流側と下流側とにそれぞれ空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを配設し、該空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂと、室外ユニット（室外機）３の冷媒配管２０Ａ中に設けられている冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体側とを熱媒体循環路６１を介して接続し、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂと冷媒／熱媒体熱交換器４０との間において熱媒体が循環可能な構成とされている。

空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂが接続される熱媒体循環路６１には、運転モードにより選択的に開閉制御される電磁弁６４ないし６７が設けられており、電磁弁６４，６５を開、電磁弁６６，６７を閉とすることにより、空気／熱媒体熱交換器６０Ａに熱媒体が循環可能とされ、また、電磁弁６４，６５を閉、電磁弁６６，６７を開とすることによって、空気／熱媒体熱交換器６０Ｂに熱媒体が循環可能とされている。

また、本実施形態では、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂが接続される熱媒体循環路６１の冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する接続を、外部から熱媒体を流通可能としている熱媒体流通路４１、熱媒体ポンプ４２、流量制御弁４３をそのまま利用し、その熱媒体流通路４１に電磁弁６８ないし７１等からなる回路切換手段７２を介して接続した構成としている。

そして、この熱媒体循環路６１に対して、室内ユニット（室内機）２内の送風経路中において室内熱交換器３０の上流側と下流側とにそれぞれ配設されている空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂが、運転モードによって選択的に開閉制御される電磁弁６４ないし６７を介して接続された構成とされ、運転モードが暖房サイクルまたは冷房サイクルのいずれかによって、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂのいずれか一方に熱媒体が選択的に循環可能な構成とされている。

このように、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対して、外部から熱媒体を流通可能としている熱媒体流通路４１、熱媒体ポンプ４２および流量制御弁４３を利用し、その熱媒体流通路４１に冷媒／熱媒体熱交換器４０と空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂとの間で熱媒体が循環可能な熱媒体循環路６１を電磁弁６８ないし７１等の回路切換手段７２を介して接続した構成とすることにより、通常の冷暖房運転時には、電磁弁６８，６９を開、電磁弁７０，７１を閉とし、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体流通路４１を介して外部から熱媒体を流通させ、この熱媒体と冷媒とを熱交換させながら上述の如く冷房運転または暖房運転することができる。

また、除湿運転が必要な場合、回路切換手段７２により電磁弁６８，６９を閉、電磁弁７０，７１を開とし、熱媒体流通路４１を熱媒体循環路６１側に接続することにより閉サイクルの熱媒体循環路６１を形成して、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷却または加熱された熱媒体を、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂのいずれか一方に循環させて除湿運転が行えるようにしている。つまり、暖房サイクル時、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷却された熱媒体を空気／熱媒体熱交換器６０Ａに循環して室内空気の冷却、除湿に用い、その空気を室内熱交換器３０で再熱することにより除湿して室内に送り出し、冷房サイクル時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０で加熱された熱媒体を空気／熱媒体熱交換器６０Ｂに循環し、室内熱交換器３０で冷却、除湿された室内空気を再熱することにより除湿として室内に送り出すようにしている。

斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態の空気熱源ヒートポンプエアコン１では、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンの四方切換弁１１と室外空気熱交換器１２とを接続する冷媒配管に、冷媒／熱媒体熱交換器４０を追設したことにより、冷房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて凝縮温度を下げることによって消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができる。一方、暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０に室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高温の熱媒体を流し、冷媒と熱交換させて蒸発温度を上げることによって、暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器１２に対する着霜を防止または低減することができる。

従って、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコンの冷媒回路の軽微な改造により、簡単にかつ低コストで冷房性能および暖房性能を共に向上することができる。また、空冷と水冷または空気熱源と水熱源とを併用できるため、水熱源ヒートポンプに比べて水量、水温に対する要求レベルが低く、適用に際しての自由度を高めることができる。更に、冷媒／熱媒体熱交換器４０の冷媒側には、冷媒圧縮機１０を運転中、常に冷媒が流通される構成とされているため、切替え弁や並列回路が不要で、サイクル中を循環する冷媒や冷凍機油が冷媒／熱媒体熱交換器内に滞留することがなく、冷媒や冷凍機油が滞留することによる性能や信頼性の低下を防止することができる。

また、冷媒／熱媒体熱交換器４０に、冷房運転時、室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低い温度の熱媒体が流通可能とされ、暖房運転時、室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高い温度の熱媒体が流通可能とされている。このため、冷房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷媒と室外空気熱交換器１２での凝縮温度よりも低温の熱媒体とを熱交換させ、凝縮温度を下げることによって、消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷媒と室外空気熱交換器１２での蒸発温度よりも高温の熱媒体とを熱交換させ、蒸発温度を上げることにより、暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器１２に対する着霜を防止または低減することができる。

これによって、空気熱源ヒートポンプエアコン１の冷房性能および暖房性能を共に向上することができるとともに、暖房運転中における室外空気熱交換器１２のデフロスト運転頻度を低下し、暖房能力の向上を図ることができる。なお、熱媒体としては、水道水を用いてもよいが、ランニングコストが高くなるから、井戸水を汲み上げて直接給水するようにしてもよく、あるいは河川水や用水、池、排水等の水を直接またはこれらと中間熱交換器を介して熱交換された水またはブライン、更には地中に埋設された配管を介して地中熱と熱交換されたブライン等を利用するようにしてもよい。

さらに、冷媒／熱媒体熱交換器４０には、熱媒体流通路４１が接続され、熱媒体が供給または停止可能とされているとともに、熱媒体の流通量が調整可能とされている。これにより、外気温や熱媒体の温度等に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体流通路４１を介して熱媒体を供給または停止することができるとともに、その流通量を適正量に調整することができる。このため、空気熱源ヒートポンプエアコン１の運転時、冷房性能および暖房性能を安定的に向上することができると同時に、熱媒体を有効に利用することができる。なお、熱媒体の供給、停止および流通量の調整には、熱媒体ポンプ４２および／または流量制御弁４３を用い、インバータで熱媒体ポンプ４２の回転数を制御するか、もしくは流量制御弁で流量を制御すればよいが、これらに頼らず、落差を利用して熱媒体を流すようにしてもよい。

また、本実施形態では、冷房運転時には、外気温が一定値以上になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させ、一定値以下になると、熱媒体の流通を停止または流通量を低下し、暖房運転時には、外気温が一定値以下になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させ、一定値以上になると、熱媒体の流通量を低下または流通を停止するようにしている。このため、外気温に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の供給、停止または流通量の調整を行い、効果的に冷房能力および暖房能力の増加、消費電力の低減等を図ることができる。従って、ＣＯＰ（成績係数）を向上し、効率のよい運転を行うことができると同時に、熱媒体を有効に利用することができる。

同様に、冷房運転時、熱媒体の温度が高いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を増加し、熱媒体の温度が低いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を減少させ、暖房運転時、熱媒体の温度が低いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を増加し、熱媒体の温度が高いときは、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流通する熱媒体の流量を減少させるようにしているため、熱媒体の温度を監視しながら、その温度に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の流通量を適切に調整し、効果的に冷房能力および暖房能力の増加、消費電力の低減等を図ることができる。従って、ＣＯＰ（成績係数）を向上し、効率のよい運転を行うことができると同時に、熱媒体を有効に利用することができる。

また、冷房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体の流通が停止されているとき、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度が一定値以上になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を強制的に流通させるようにしているため、冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体流路４１側に滞留している熱媒体が高温の冷媒ガスにより加熱され、沸騰する事態を回避することができる。一方、暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体の流通が停止されているとき、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度が一定値以下になると、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を強制的に流通させるようにしているため、冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体流路４１側に滞留している熱媒体が低温の冷媒により冷却され、凍結する事態を回避することができる。従って、冷媒／熱媒体熱交換器４０内で熱媒体が沸騰したり、凍結したりすることによる熱媒体流通路側の損傷や冷媒／熱媒体熱交換器４０の破損等を未然に防止することができる。

さらに、本実施形態では、冷房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させたときの凝縮温度が外気温よりも低い場合は、室外送風機１３の運転を停止し、暖房運転時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体を流通させたときの蒸発温度が外気温よりも高い場合は、室外送風機１３の運転を停止するようにし、冷房運転時に外気温が凝縮温度よりも高くなった場合あるいは暖房運転時に外気温が蒸発温度よりも低くなった場合、室外送風機１３を停止して冷媒／熱媒体熱交換器４０のみで冷媒を凝縮または蒸発させ、冷房運転または暖房運転を継続するようにしている。

これにより、冷房運転時、外気温が凝縮温度より高くなった場合、外気による冷媒の加熱を防止することができ、また、暖房運転時、外気温が蒸発温度より低くなった場合、外気による冷媒の冷却を防止することができる。従って、何れの場合にも熱媒体の熱量を無駄にすることがなく、しかも室外送風機を停止した分だけ消費電力を低減し、省エネ化を図ることができる。

さらに、暖房運転時、外気温と室外空気熱交換器１２での蒸発温度とが略同等となるように熱媒体の流量を制御するようにしている。このように、冷媒／熱媒体熱交換器４０に対する熱媒体の流通量を制御し、外気温と室外空気熱交換器１２での蒸発温度とを略等しくすることにより、外気温度が低く、室外空気熱交換器１２での蒸発温度が氷点下となるような場合であっても、室外空気熱交換器１２では外気からの吸熱が実質的に行われないことから、霜が生成されることはなく、従って、室外空気熱交換器１２に対する着霜を抑制しつつ、効率のよい暖房運転を行うことが可能となる。

また、除湿運転が必要となった場合、回路切換手段７２により電磁弁６８，６９を閉、電磁弁７０，７１を開として、熱媒体流通路４１を熱媒体循環路６１側に接続することにより閉サイクルの熱媒体循環路６１を形成し、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷却または加熱された熱媒体を、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂのいずれか一方に循環させることにより、除湿運転を行うことができる。

つまり、暖房サイクル時においては、冷媒／熱媒体熱交換器４０によって冷却された熱媒体を空気／熱媒体熱交換器６０Ａに循環して室内空気の冷却、除湿に用い、その空気を室内熱交換器３０で再熱することにより除湿して室内に送り出し、冷房サイクル時においては、冷媒／熱媒体熱交換器４０により加熱された熱媒体を空気／熱媒体熱交換器６０Ｂに循環し、室内熱交換器３０で冷却、除湿された室内空気を再熱することにより除湿として室内に送り出すことができる。

これによって、前述のとおり、冷房時には、冷媒の凝縮温度を下げて消費電力を低下させるとともに、冷房能力を増加させることができ、暖房時には、冷媒の蒸発温度を上げて暖房能力を増加させるとともに、室外空気熱交換器１２に対する着霜を抑制することができると同時に、冷媒／熱媒体熱交換器４０により冷却または加熱された熱媒体を、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂの一方に循環させ、室内熱交換器３０または空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂの一方で冷却、除湿した室内空気を他方で再熱することによって除湿することができる。

このため、空気熱源ヒートポンプエアコン１の冷暖房性能および能力を向上させることができるとともに、該エアコン１に高能力の除湿機能を簡単に付加することができる。
なお、本実施形態では、室内熱交換器３０の上流側と下流側の双方に、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを配設しているが、図３、図４に示されるように、一方のみに配設した構成としてもよいことはもちろんである。また、回路切換手段７２として４個の電磁弁６８ないし７１を使用しているが、他の切換え弁としてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３および図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、室内ユニット（室内機）２内に冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体側から直接熱媒体循環路６１を介して熱媒体が循環可能な空気／熱媒体熱交換器６０が設置された構成とされている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、室内ユニット（室内機）２内における室内送風機３１の送風経路中に空気／熱媒体熱交換器６０を配設し、該空気／熱媒体熱交換器６０と室外ユニット（室外機）３の冷媒配管２０Ａ中に設けられている冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体側とを閉サイクルの熱媒体循環路６１を介して接続した構成としている。

空気／熱媒体熱交換器６０は、室内ユニット２内部の室内送風機３１の送風経路中において、図３に示されるように、室内熱交換器３０に対して上流側に設けてもよいし、あるいは図４に示されるように、室内熱交換器３０に対して下流側に設けてもよい。また、熱媒体循環路６１には、回転数が調整可能とされた熱媒体ポンプ６２と流量制御弁６３とが設けられ、いずれかで熱媒体の循環量が調整可能とされている。

さらに、本実施形態においては、熱媒体ポンプ６２を止め、冷媒／熱媒体熱交換器４０および空気／熱媒体熱交換器６０を不作動として除湿機能を停止する場合、即ち空気熱源ヒートポンプエアコン１で通常の冷暖房を行う場合、冷媒／熱媒体熱交換器４０内において熱媒体循環路６１側の熱媒体が、冷媒により加熱または冷却されて沸騰または凍結する虞があるので、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度を温度センサ４４，４５で検知し、冷媒の温度が設定温度に達したとき、熱媒体ポンプ６２を一定時間連続的または間欠的に運転し、その時、冷媒／熱媒体熱交換器４０に熱媒体が循環されるようにしている。

このように、室内ユニット（室内機）２内の送風経路に、冷媒／熱媒体熱交換器４０との間で熱媒体循環路６１を介して熱媒体が循環可能とされた空気／熱媒体熱交換器６０を設けた構成とすることにより、ヒートポンプ冷媒回路６を四方切換弁１１により暖房サイクルに切換えて運転するとともに、熱媒体ポンプ６２を運転し、このとき、蒸発器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器４０により熱媒体を冷却し、その熱媒体を、熱媒体循環路６１を介して空気／熱媒体熱交換器６０に循環させ、空気／熱媒体熱交換器６０で室内ユニット２の送風経路を循環される空気と熱交換させることによって該空気を冷却、除湿することができる。そして、その冷却空気を暖房サイクル時に凝縮器として機能する室内熱交換器３０で加熱することによって再熱し、除湿空気として室内に送り出すことができる（図３に示される実施形態を参照）。

同様に、ヒートポンプ冷媒回路６を四方切換弁１１により冷房サイクルに切換えて運転し、このとき、凝縮器として機能する冷媒／熱媒体熱交換器４０で熱媒体を加熱し、その熱媒体を、熱媒体循環路６１を介して空気／熱媒体熱交換器６０に循環させ、空気／熱媒体熱交換器６０で室内ユニット２の送風経路を循環される空気と熱交換させることによって該空気を加熱することができる。そして、その空気／熱媒体熱交換器６０で、冷房サイクル時に蒸発器として機能する室内熱交換器３０で冷却、除湿された空気を再熱することにより、除湿空気として室内に送り出すことができる（図４に示される実施形態を参照）。

このため、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコン１に対して、冷媒／熱媒体熱交換器４０、空気／熱媒体熱交換器６０および熱媒体循環路６１等を追加設置するだけの軽微な改造により、暖房領域または冷房領域のいずれでも除湿可能な除湿機能を付加することができ、除湿機を用いることなく、１台の空気熱源ヒートポンプエアコン１で冷房、暖房および除湿を行うことができる。特に、除湿機能の付加は、居住空間での快適性の向上に留まらず、施設園芸の分野では、湿度を適正化し、作物の品質向上と収穫量の増加を図ることができるため、それに有効に活用することができる。

なお、除湿運転時には、室外送風機１３の運転を止め、室外空気熱交換器１２の熱交換機能を停止させて行うのが望ましく、これによって、冷媒／熱媒体熱交換器４０で全ての冷媒を凝縮または蒸発させ、その能力を全て空気の再熱又は除湿に用いることができるため、除湿専用機と同等の高能力を得ることができる。

また、除湿運転時、除湿能力を調整する必要が生じた場合、つまり室内の湿度が設定湿度に近づいた場合には、熱媒体ポンプ６２の回転数を調整するか、もしくは流量制御弁６３を絞って熱媒体循環路６１を絞り調整することによって、冷媒／熱媒体熱交換器４０で冷媒と熱交換された熱媒体の循環量を調整し、この熱媒体が循環される空気／熱媒体熱交換器６０での室内空気の冷却量または再熱量を調整することができる。従って、熱媒体循環路６１に設けられている熱媒体ポンプ６２の回転数または流量制御弁６３による熱媒体循環路６１の調整等により除湿能力を簡易に調整し、高精度で効率のよい除湿運転を行うことができる。

さらに、除湿運転が不要となり、通常の冷暖房運転を行う場合、熱媒体ポンプ６２を停止すればよいが、熱媒体の循環を止めると、冷媒／熱媒体熱交換器４０を循環している冷媒の温度によっては、熱媒体が冷媒により加熱または冷却されて沸騰または凍結する虞があるので、冷媒／熱媒体熱交換器４０に流入する冷媒の温度を温度センサ４４，４５で検出し、その検出温度が設定温度に達したとき、熱媒体ポンプ６２を一定時間連続的または間欠的に駆動して熱媒体を循環するようにしている。このため、冷媒／熱媒体熱交換器４０内での熱媒体の凍結または沸騰を防止することができ、従って、熱媒体が凍結または沸騰することによる冷媒／熱媒体熱交換器４０の損傷等を未然に防止することができる。
なお、熱媒体を不凍液としたり、熱媒体を加圧充填したりすることによっても、熱媒体の凍結または沸騰を防止することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第２実施形態に対して、室内ユニット（室内機）２の送風経路中において室内熱交換器３０の上流側と下流側の双方に、冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体側との間で熱媒体が循環可能な空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂが設置されている点が異なる。その他の点については、第１，第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図５に示されるように、室内ユニット（室内機）２内における室内送風機３１の送風経路中において、室内熱交換器３０の上流側と下流側とにそれぞれ空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを配設し、該空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂと、室外ユニット（室外機）３の冷媒配管２０Ａ中に設けられている冷媒／熱媒体熱交換器４０の熱媒体側とを直接閉サイクルの熱媒体循環路６１を介して接続した構成としている。

空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂが接続される熱媒体循環路６１には、運転モードにより選択的に開閉制御される電磁弁６４ないし６７が設けられており、電磁弁６４，６５を開、電磁弁６６，６７を閉とすることにより、空気／熱媒体熱交換器６０Ａに熱媒体が循環可能とされ、また、電磁弁６４，６５を閉、電磁弁６６，６７を開とすることにより、空気／熱媒体熱交換器６０Ｂに熱媒体が循環可能とされている。

このように、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを、室内ユニット２の送風経路中において室内熱交換器３０の上流側と下流側とにそれぞれ配設し、運転モードに応じていずれか一方の空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂに冷媒／熱媒体熱交換器４０からの熱媒体を選択的に循環可能な構成とすることにより、暖房サイクルによる運転時には、室内熱交換器３０の上流側に配設されている空気／熱媒体熱交換器６０Ａに冷媒／熱媒体熱交換器４０からの熱媒体を循環させ、また、冷房サイクルによる運転時には、室内熱交換器３０の下流側に配設されている空気／熱媒体熱交換器６０Ｂに冷媒／熱媒体熱交換器４０からの熱媒体を循環させることができる。

これによって、暖房サイクル時は、空気／熱媒体熱交換器６０Ａで冷却、除湿した室内空気を室内熱交換器３０で再熱して除湿することができる一方、冷房サイクル時は、室内熱交換器３０で冷却、除湿した室内空気を空気／熱媒体熱交換器６０Ｂで再熱して除湿することができる。このため、暖房サイクル時または冷房サイクル時のいずれの場合においても高能力下で除湿運転を行うことができる。
なお、本実施形態において、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂに対する熱媒体の循環切換えには、電磁弁６４ないし６７に代え、三方弁等、他の切換弁を用いてもよい。

［その他の実施形態］
以下に、本発明のその他の実施形態について説明する。
（１）上記した第１および第３実施形態では、室内熱交換器３０の上流側と下流側の双方に、空気／熱媒体熱交換器６０Ａ，６０Ｂを配設しているが、図３、図４に示されるように、空気／熱媒体熱交換器６０を室内熱交換器３０の上流側または下流側の一方のみに配設した構成とし、四方切換弁１１により運転モードが冷房サイクルまたは暖房サイクルに切換えられたとき、室内送風機３１の運転方法または通風路の切換えにより室内空気の循環方向を逆転可能な構成としてもよい。

このように、四方切換弁１１により運転モードが切換えられたとき、室内送風機３１の運転方法または通風路の切換えにより室内空気の循環方向が逆転される構成とすることによって、四方切換弁１１により運転モードが暖房サイクルから冷房サイクルまたは冷房サイクルから暖房サイクルに切換えられたとき、それに合わせて室内空気の循環方向を逆転すれば、送風経路中において室内熱交換器３０と空気／熱媒体熱交換器６０の配置順が固定されていても、室内熱交換器３０または空気／熱媒体熱交換器６０のいずれか一方で室内空気を冷却、除湿した後、他方で再熱して除湿することにより室内に送り出すことができる。従って、この場合は、室内ユニット２の送風経路中に設ける空気／熱媒体熱交換器６０が１台であっても、暖房サイクル時または冷房サイクル時に対応していずれの場合も高能力下で除湿運転を行うことができる。

（２）上記第１ないし第３実施形態では、空気／熱媒体熱交換器６０，６０Ａ，６０Ｂが室内ユニット（室内機）２内に設けられた構成とされているが、空気／熱媒体熱交換器６０を室内ユニット２に対して別置きの熱交換ユニット７３として構成してもよい。この場合、別置きにした熱交換ユニット７３と、室内ユニット（室内機）２とをそれぞれの送風経路が互いに結合されるように構成してもよいが、送風経路を構成するダクト等が複雑化してしまうことが考えられるので、図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、双方のユニット２，７３を完全に切離し、室内ユニット（室内機）２から少し離れた場所に設置して組み合わせ使用される構成の熱交換ユニット７３としてもよい。

つまり、室内熱交換器３０および室内送風機３１を備えた室内ユニット（室内機）２に対して、別置きの熱交換ユニット７３を空気／熱媒体熱交換器６０および室内送風機７４を備えたユニット構成とし、この熱交換ユニット７３を、室内ユニット（室内機）２の吸込みまたは吹出し空気の影響を受けない位置（室内ユニット２から少し離れた位置）に設置して組み合わせ使用される構成としている。これによって、冷房サイクル時には、図６（Ａ）に示されるように、室内ユニット２で冷却、除湿され、吹出された空気を熱交換ユニット７３により吸込み、空気／熱媒体熱交換器６０で再熱して吹出すことにより除湿運転することができ、暖房サイクル時には、図６（Ｂ）に示されるように、熱交換ユニット７３で空気／熱媒体熱交換器６０により冷却、除湿され、吹出された空気を室内ユニット２で室内熱交換器３０により再熱し、吹出すことによって除湿運転することができる。

このように、標準的な空気熱源ヒートポンプエアコン１の室内ユニット（室内機）２に対して、空気／熱媒体熱交換器６０および室内送風機７４を備えた熱交換ユニット７３を別置きにして組み合わせ使用される構成とすることによっても、室内熱交換器３０および空気／熱媒体熱交換器６０の一方で冷却、除湿された室内空気を、他方に送風し、そこで再熱することにより除湿することができる。従って、この場合、室内ユニット２を特に改造することなく、空気／熱媒体熱交換器６０等を備えた別置きの熱交換ユニット７３を追加することによって、冷暖房用の空気熱源ヒートポンプエアコン１に対して高能力の除湿機能を簡単に付加することができる。

（３）上記第２実施形態では、除湿運転時、熱媒体ポンプ６２の回転数または流量制御弁６３で熱媒体循環路６１を調整することにより除湿能力を調整しているが、室外送風機１３の回転数または室外空気熱交換器１２の通風路を調整することによって、除湿能力を調整するようにしてもよい。

このように、室外送風機１３の回転数または室外空気熱交換器１２の通風路を調整することにより、除湿能力を調整可能な構成とすることによって、冷媒／熱媒体熱交換器４０および空気／熱媒体熱交換器６０，６０Ａ，６０Ｂを作動している除湿運転時に、除湿能力を調整する必要が生じた場合、室外送風機１３の回転数の調整または室外空気熱交換器１２の通風路の絞り調整等によって、冷媒／熱媒体熱交換器４０での冷媒と熱媒体との熱交換量を調整し、この熱媒体が循環される空気／熱媒体熱交換器６０，６０Ａ，６０Ｂでの室内空気の冷却量または再熱量を調整することができる。従って、室外送風機１３の回転数または室外空気熱交換器１２の通風路の調整等により除湿能力を簡易に調整し、高精度で効率のよい除湿運転を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷媒／熱媒体熱交換器４０を室外機３内に設けているが、この冷媒／熱媒体熱交換器４０は、室外機３の外部に設置してもよい。また、上記実施形態では、熱媒体の沸騰や凍結による不具合の発生を防止するため、冷媒側の温度を検出して沸騰や凍結の可能性がある場合、強制的に熱媒体を流通させるようにしているが、熱媒体を流通させる必要がない場合は、冷媒／熱媒体熱交換器４０から熱媒体を抜くようにしてもよい。

さらに、外気温が比較的高い場合の暖房運転時には、冷媒／熱媒体熱交換器４０を併用しても、能力向上が殆ど期待できない場合もあるので、このような場合は、熱媒体の流通を止め、室外空気熱交換器１２のみを機能させ、空気熱源だけで暖房運転すればよい。
なお、図２の試験結果は一例にすぎず、水温、外気温等の条件によって、消費電力の低減効果、ＣＯＰ、冷房および暖房能力の向上効果等が変わることは云うまでもない。

１ 空気熱源ヒートポンプエアコン
２ 室内ユニット（室内機）
３ 室外ユニット（室外機）
４ 冷媒液配管（冷媒配管）
５ 冷媒ガス配管（冷媒配管）
６ ヒートポンプ冷媒回路
１０ 冷媒圧縮機
１１ 四方切換弁
１２ 室外空気熱交換器
１３ 室外送風機
２０，２０Ａ 冷媒配管
３０ 室内熱交換器
３１ 室内送風機
４０ 冷媒／熱媒体熱交換器
４１ 熱媒体流通路
４２ 熱媒体ポンプ
４３ 流量制御弁
４４，４５，４６，４７，４８，５０，５１，５２ 温度センサ
６０，６０Ａ，６０Ｂ 空気／熱媒体熱交換器
６１ 熱媒体循環路
６２ 熱媒体ポンプ
６３ 流量制御弁
６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１ 電磁弁
７２ 回路切換手段
７３ 熱交換ユニット

Claims (10)

1. 冷媒圧縮機、四方切換弁、室外空気熱交換器および室外送風機等を有する室外機と、室内熱交換器および室内送風機等を有する室内機とが冷媒配管を介して接続され、前記冷媒圧縮機、四方切換弁、室外空気熱交換器および室内熱交換器等によりヒートポンプ冷媒回路が構成されている空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、
   前記室外機側の前記四方切換弁と前記室外空気熱交換器とを接続する冷媒配管に、該冷媒配管側を流れる冷媒と、水、ブライン等の熱媒体とを熱交換させ、冷房運転時、前記熱媒体により冷媒を冷却して凝縮させるとともに、暖房運転時、前記熱媒体から吸熱して冷媒を蒸発させる冷媒／熱媒体熱交換器が設けられ、
   前記室内機の送風経路に、前記冷媒／熱媒体熱交換器との間で熱媒体循環路を介して前記熱媒体が循環可能とされた空気／熱媒体熱交換器が設けられていることを特徴とする空気熱源ヒートポンプエアコン。
2. 前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の上流側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
3. 前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の下流側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
4. 前記空気／熱媒体熱交換器は、前記送風経路中において前記室内熱交換器の上流側と下流側とにそれぞれ配設されており、運転モードに応じていずれか一方の前記空気／熱媒体熱交換器に熱媒体が選択的に循環可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
5. 前記四方切換弁により運転モードが切換えられたとき、前記室内送風機の運転方法または通風路の切換えにより室内空気の循環方向が逆転可能とされていることを特徴とする請求項２または３に記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
6. 前記空気／熱媒体熱交換器は、前記室内機に対して別置きの熱交換ユニットとされ、該熱交換ユニットおよび前記室内機の一方が冷却、除湿用、他方が再熱用に組み合わせ使用されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
7. 前記室外送風機の回転数または前記室外空気熱交換器の通風路の調整により、除湿能力が調整可能とされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
8. 前記熱媒体循環路に設けられている熱媒体ポンプの回転数または前記熱媒体循環路の調整により、除湿能力が調整可能とされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
9. 通常の冷暖房時、前記冷媒／熱媒体熱交換器に流入する冷媒の温度を検出し、その検出温度が設定温度に達したとき、前記熱媒体が循環可能とされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。
10. 前記冷媒／熱媒体熱交換器には、外部から熱媒体が流通可能な熱媒体流通路が接続されており、該熱媒体流通路に、前記冷媒／熱媒体熱交換器と前記空気／熱媒体熱交換器との間で熱媒体が循環可能な前記熱媒体循環路が回路切換手段を介して接続されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の空気熱源ヒートポンプエアコン。

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