JPH11223407A - ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃熱の回収をしながら、冷房運転時に冷凍能
力が低下することを防止する。 【解決手段】 冷房運転時および除湿運転時には、第１
電磁弁１１０ａを開いて気液分離器１０８（廃熱回収手
段）にて回収した廃熱をラジエータ１０９にて外気に放
熱する。これにより、蒸発器１０３に流入する冷媒のエ
ンタルピが上昇することが防止できるので、発熱体２０
０の温度上昇を防止しつつ、冷凍能力（冷房能力）およ
び成績係数が低下するこを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃熱を回収するこ
とにより暖房能力を補うヒートポンプサイクルを用いた
空調装置（以下。ヒートポンプ式空調装置と呼ぶ。）に
関するもので、電気自動車、または内燃機関（エンジ
ン）と電動モータとの両者を有して走行するハイブリッ
ト車両等の空調装置に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式空調装置（暖房装置）で
は、室外に蒸発器を配設し、室内に凝縮器を配設するこ
とにより、蒸発器で吸収した外気中の熱を凝縮器で放熱
することにより暖房を行なっている。このため、外気温
度が低下した場合には、蒸発器での冷媒の蒸発を進行さ
せるべく、蒸発器内（低圧側）の圧力を低下させる必要
がある。

【０００３】しかし、低圧側の圧力が低下し、圧縮装置
に吸入される冷媒の密度が小さくなると、ヒートポンプ
サイクルを循環する冷媒の質量流量が低下するので、凝
縮器での暖房能力も低下してしまう。そこで、特開平１
−１１４６６８号公報に記載の発明では、凝縮器から流
出した冷媒を２段に分けて減圧し、１段目で減圧された
冷媒のうち気相冷媒を圧縮装置内に噴射する（以下、こ
の噴射した気相冷媒を噴射ガスと呼ぶ。）ことにより暖
房能力を増大させるヒートポンプサイクル（以下、ガス
インジェクションサイクルと呼ぶ。）が提案されてい
る。

【０００４】しかし、例えば外気温度が−２０℃以下と
なるような寒冷地では、低圧側の圧力を大きく下げざる
を得ないので、上記ヒートポンプサイクルのみでは、十
分な暖房能力を得ることができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、出願人は、電
気自動車やハイブリット自動車等の電動モータを制御す
る制御用インバータの半導体スイッチ素子（パワートン
ジスタ）等の発熱体から発生する廃熱を回収することに
より、暖房能力不足を補う発明（特願平８−１０２９６
５号等）を既に出願している。

【０００６】しかし、上記出願に記載の発明では、暖房
能力不足を補うことはできたものの、冷媒に廃熱を吸収
させるので、冷房運転時には、冷凍能力（冷房能力）お
よびヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）の低下
を招いてしまう。本発明は、上記点に鑑み、廃熱の回収
をしながら、冷房運転時に冷凍能力が低下することを防
止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
７に記載の発明では、両熱交換器（１０２、１０４）間
を流通する中間冷媒の一部は、廃熱回収手段（１０８、
１１３）により回収された廃熱により気化される。そし
て、暖房運転時には、廃熱回収手段（１０８、１１３）
から前記第３熱交換器（１０９）に至る冷媒通路（１０
９ａ）を閉じるとともに、廃熱により気化した気相冷媒
を前記圧縮装置（１０１）に吸入させ、冷房運転時には
前記冷媒通路（１０９ａ）を開くことを特徴とする。

【０００８】これにより、冷房運転時には、廃熱回収手
段（１０８、１１３）にて回収した廃熱は、第３熱交換
器（１０９）により外気に放熱されるので、発熱体（２
００）の温度上昇を防止しつつ、ヒートポンプ式空調装
置の冷凍能力（冷房能力）および成績係数が低下するこ
を防止できる。請求項２に記載の発明では、冷房運転時
には、減圧装置（１０５）にて減圧される前の状態の中
間冷媒が第３熱交換器（１０９）に導かれることを特徴
とする。

【０００９】これにより、第３熱交換器（１０９）内の
温度を外気より確実に高くすることができるとともに、
第３熱交換器（１０９）内の温度と外気温との温度差を
大きくすることができるので、発熱体（２００）から回
収した廃熱を確実に外気に放熱することができる。な
お、冷房運転時には、請求項３に記載の発明のごとく、
廃熱回収手段（１０８、１１３）にて廃熱を回収しつ
つ、その回収した廃熱を第３熱交換器（１０９）により
外気中に放出するようにしてもよい。

【００１０】また、冷房運転時には、請求項４に記載の
発明のごとく、廃熱回収手段（１１３）、第３熱交換器
（１０９）、および減圧装置（１０５）が、中間冷媒の
流れに対して直列となるようにしてもよい。また、請求
項５に記載の発明では、圧縮装置（１０１）の停止時ま
たは冷房運転時には、冷媒通路（１０９ａ）を開くとと
もに、第３熱交換器（１０９）と廃熱回収手段（１１
３）とに冷媒を密封することを特徴とする。

【００１１】これにより、冷媒は専ら第３熱交換器（１
０９）と廃熱回収手段（１１３）との間を循環すること
となるので、廃熱が他の機器に与えられることなく、確
実に発熱体（２００）を冷却しつつ、廃熱を外気に放熱
することができる。また、請求項６に記載の発明では、
冷媒通路（１０９ａ）を開いたときに、冷媒を第３熱交
換器（１０９）と廃熱回収手段（１０８、１１３）とに
密封し、かつ、その密封された冷媒の量が、所定量以下
となったときには、第３熱交換器（１０９）および廃熱
回収手段（１０８、１１３）の密封状態を解除して、冷
媒を第３熱交換器（１０９）および廃熱回収手段（１０
８、１１３）に供給することを特徴とする。

【００１２】これにより、発熱体（２００）の温度上昇
を確実に防止できるので、発熱体２００の損傷を防止で
きる。請求項７に記載の発明では、発熱体（２００）
は、廃熱回収手段（１０８）内にて液相冷媒中に浸漬さ
れていることを特徴とする。これにより、発熱体（２０
０）の表面温度を液相冷媒温度と同等に維持することが
できるので、発熱体（２００）の表面温度が過度に上昇
することが防止でき、発熱体（２００）の信頼性を向上
させることができる。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係るヒートポンプ式空調装置１００を電気自動
車用の空調装置に適用したものであって、図１中、１０
１は冷媒を吸入圧縮する圧縮装置であり、この圧縮装置
１０１は電動モータ（図示せず）により駆動される。

【００１５】１０２は室内に吹き出す空気と冷媒とを熱
交換して冷媒を凝縮させる凝縮器（第１熱交換器）であ
り、この凝縮器１０２は冷媒が凝縮する際に発生する凝
縮熱により空気を加熱する。１０３は凝縮器１０２より
空気流れ上流側に配設されるとともに、空気と冷媒とを
熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器であり、この蒸発器
１０３は冷媒が蒸発する際に空気より蒸発潜熱を吸熱し
て空気を冷却する。

【００１６】なお、１００ａは室内に吹き出す空気の通
路（ダクト）を形成する樹脂製の空調ケーシングであ
り、この空調ケーシング１００ａの最上流側には、送風
機１００ｂが配設されている。また、１０４は室外に配
設されて室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器
（第２熱交換器）であり、この室外熱交換器１０４は、
後述するように、暖房運転時には蒸発器として作動し、
冷房運転時には凝縮器として作動するものである。

【００１７】１０５ａ、１０５ｂは、凝縮器１０２と室
外熱交換器１０４との間（暖房運転時）、室外熱交換器
１０４と蒸発器１０３との間（冷房運転時）、または凝
縮器１０２と蒸発器１０３との間（除湿運転時）を流通
する冷媒（以下、この冷媒を中間冷媒と呼ぶ。）を減圧
する第１、２減圧弁であり、以下、両減圧弁１０５ａ
６、１０５ｂを総称して減圧装置１０５と呼ぶ。

【００１８】なお、減圧装置１０５の開度は、各熱交換
器１０２〜１０４の出口側に配設されて、冷媒の温度お
よび圧力を検出する温度センサ（温度検出手段）および
圧力センサ（圧力検出手段）などのセンサ手段１０６に
基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）１０７により電気的に
制御されている（図２参照）。１０８は、第１減圧弁１
０５ａにより減圧されて気液２相状態となった冷媒を気
相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器であり、この
気液分離器１０８の液相領域（下方側）には、電気自動
車の走行用電動モータ（図示せず）を制御する制御用イ
ンバータの半導体スイッチ素子（パワートンジスタ）等
の発熱体２００２００が浸漬されている。このため、本
実施形態では、気液分離器１０８は、前述のごとく、冷
媒を気液分離するとともに、発熱体２００の廃熱を回収
する廃熱回収手段をも兼ねている。

【００１９】また、気液分離器１０８の気相領域（上方
側）には、図３に示すように、気液分離器１０８内の気
相冷媒を流出する第１、２流出ポート１０８ａ、１０８
ｂが形成されており、第１流出ポート１０８ａは中間冷
媒と室外空気との間で熱交換を行うラジエータ（第３熱
交換器）１０９に連通し、第２流出ポート１０８ｂは圧
縮装置１０１の噴射ポート（インジェクションポート）
１０１ａに連通している。

【００２０】一方、気液分離器１０８の液相領域（下方
側）には、第２減圧弁１０５ｂ側に液相冷媒を流出する
第３流出ポート１０８ｃが形成されており、第２減圧弁
１０５ｂにて減圧された冷媒は、蒸発器１０３または室
外熱交換器１０４を経由して圧縮装置１０１の吸入ポー
ト１０１ｂより吸入される。なお、図１中、１１０ａは
第１流出ポート１０８ａからラジエータ１０９に至る冷
媒通路１０９ａを開閉する第１電磁弁であり、１１０ｂ
は第２流出ポート１０８ｂから噴射ポート１０１ａに至
る噴射通路１０１ｃを開閉する第２電磁弁である。１１
０ｃは蒸発器１０３の流入側の冷媒通路を開閉する第３
電磁弁であり、１１０ｄは室外熱交換器１０４の流出側
の冷媒通路を開閉する第４電磁弁である。

【００２１】また、１１１は冷媒通路を切り換える電磁
四方弁であり、１１２ａ〜１１２ｄは一方向にのみ冷媒
が流通することを許容する逆止弁である。次に、本実施
形態に係るヒートポンプ式空調装置１００の作動を述べ
る。 １．暖房運転時（図１、４、５参照） 第２、４電磁弁１１０ｂ、１１０ｄを開き、第１、３電
磁弁１１０ａ、１１０ｃを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を図１に示すように作動させる。

【００２２】これにより、圧縮装置１０１から吐出した
高圧冷媒は、凝縮器１０２にて凝縮した後、第１減圧弁
１０５ａにより中間圧まで減圧され、気液２相状態とな
って気液分離器１０８内に流入する。なお、第１減圧弁
１０５ａの開度は、凝縮器１０２の出口側の過冷却度が
所定値となるように制御される。そして、気液分離器１
０８内の液相冷媒は、発熱体２００の廃熱を吸熱して気
化し、気相冷媒は、第２流出ポート１０８ｂから流出し
て噴射ポート１０１ａより圧縮工程中の圧縮装置１０１
に噴射される。

【００２３】また、第３流出ポート１０８ｃから流出し
た液相冷媒は、第２減圧弁１０５ｂにて中間圧から低圧
まで減圧されて室外熱交換器１０４内に流入し、外気か
ら熱を吸熱して蒸発する。なお、第２減圧弁１０５ｂの
開度は、室外熱交換器１０４の出口側の加熱度が所定値
となるように制御されている。 ２．冷房運転時（図５〜７参照） 第１、３電磁弁１１０ａ、１１０ｃを開き、第２、４電
磁弁１１０ｂ、１１０ｄを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を図６に示すように作動させ、かつ、第１減圧弁
１０５ａを全開状態とする。

【００２４】これにより、圧縮装置１０１から吐出した
高圧冷媒は、室外熱交換器１０４にて凝縮した後に気液
分離器１０８内に流入する。そして、気液分離器１０８
内で発熱体２００の廃熱を吸熱して気化した気相冷媒
は、第１流出ポート１０８ａから流出してラジエータ１
０９に流入して外気にて冷却される。このため、本実施
形態では、気液分離器１０８（廃熱回収手段）にて廃熱
を回収しつつ、その回収した廃熱をラジエータ１０９に
より外気中に放出することとなる。

【００２５】なお、冷媒通路１０９ａは、図３に示すよ
うに、気相冷媒と液相冷媒とが同時に流通し得る程度の
通路断面積が確保されており、ラジエータ１０９にて冷
却されて凝縮した液相冷媒は気液分離器１０８内に還流
する。因み、凝縮した液相冷媒を確実に気液分離器１０
８内に還流させるべく、本実施形態では、ラジエータ１
０９を気液分離器１０８の上方側に配設している。

【００２６】一方、第３流出ポート１０８ｃから流出し
た液相冷媒は、第２減圧弁１０５ｂにて高圧から低圧ま
で減圧されて蒸発器１０３内に流入し、室内に吹き出す
空気から熱を吸熱して蒸発する。なお、第２減圧弁１０
５ｂの開度は、暖房運転時と同様に、蒸発器１０３の出
口側の加熱度が所定値となるように制御されている。 ３．除湿運転時（図５、８、９参照） 第１、３電磁弁１１０ａ、１１０ｃを開き、第２、４電
磁弁１１０ｂ、１１０ｄを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を図８に示すように作動させ、かつ、第１減圧弁
１０５ａを全開状態とする。

【００２７】これにより、圧縮装置１０１から吐出した
高圧冷媒は、凝縮器１０２にて凝縮した後に気液分離器
１０８内に流入する。そして、気液分離器１０８内で発
熱体２００の廃熱を吸熱して気化した気相冷媒は、第１
流出ポート１０８ａから流出してラジエータ１０９に流
入して外気にて冷却される。一方、第３流出ポート１０
８ｃから流出した液相冷媒は、第２減圧弁１０５ｂにて
高圧から低圧まで減圧されて蒸発器１０３内に流入し、
室内に吹き出す空気から熱を吸熱して蒸発する。

【００２８】４．ヒートポンプ式空調装置（圧縮装置１
０１）停止時（図５参照） 第１電磁弁１１０ａを開き、第２電磁弁１１０ｂおよび
両減圧弁１０５ａ、１０５ｂを閉じる。これにより、気
液分離器１０８の冷媒は、ラジエータ１０９と気液分離
器１０８内との空間（閉じた系Ｃ）内に密封された状態
となり、専らラジエータ１０９と気液分離器１０８内と
の間を循環する。

【００２９】ところで、第２電磁弁１１０ｂおよび両減
圧弁１０５ａ、１０５ｂが閉じられてラジエータ１０９
と気液分離器１０８とが密封状態になっていると言えど
も、ラジエータ１０９と気液分離器１０８との空間を完
全密封することは困難であるので、ラジエータ１０９と
気液分離機１０８との空間に密封された密封冷媒は、次
第に室外熱交換器１０４または蒸発器１０３側に漏れて
いく。そして、密封冷媒の量が所定量以下になると、発
熱体２００の廃熱を十分に吸収することができなくな
り、発熱体２００の温度上昇を招くので、発熱体２００
の損傷を招いてしまう。

【００３０】そこで、本実施形態では、密封冷媒量が所
定量以下となったときには、両減圧弁１０５ａ、１０５
ｂを開いて密封状態を解除するとともに、圧縮装置１０
１を稼働させてラジエータ１０９と気液分離機１０８と
の空間に冷媒を供給する。そして、所定時間の経過後、
再び両減圧弁１０５ａ、１０５ｂを閉じるとともに圧縮
装置１０１を停止する。

【００３１】なお、本実施形態では、密封冷媒量が所定
量以下となったか否かの判定は、発熱体（パワートラン
ジスタ）２００を流れる電流値の変化から電気抵抗値の
変化を演算し、その電気抵抗値の変化から推定された発
熱体２００の温度に基づいて行っている。次に、本実施
形態の特徴を述べる。

【００３２】暖房運転時には、室外熱交換器にて吸熱し
た熱量および圧縮装置１０１の圧縮仕事量に相当する熱
量に加えて、気液分離器１０８（廃熱回収手段）にて回
収した熱量が凝縮器から放熱されるので、ヒートポンプ
式空調装置１００の暖房能力を増大させることができ
る。また、高圧（凝縮器１０２側の圧力）と低圧（室外
熱交換器１０４側の圧力）との間の圧力（中間圧）を有
する冷媒（以下、中間圧冷媒と呼ぶ。）が圧縮装置１０
１に吸入されるので、圧縮機１０１の平均吸入圧力が上
昇する。したがって、圧縮機１０１の圧縮仕事量を小さ
くすることができるので、ヒートポンプサイクルの成績
係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

【００３３】冷房運転時および除湿運転時には、気液分
離器１０８（廃熱回収手段）にて回収した廃熱は、ラジ
エータ１０９により外気に放熱されるので、蒸発器１０
３に流入する冷媒のエンタルピが上昇することが防止で
きる。延いては、発熱体２００の温度上昇を防止しつ
つ、冷凍能力（冷房能力）および成績係数が低下するこ
を防止できる。

【００３４】また、ラジエータ１０９には、減圧装置１
０５（第２減圧弁１０５ａ）にて減圧される前の高圧冷
媒が流入するので、ラジエータ１０９内の温度を外気よ
り確実に高くすることができるとともに、ラジエータ１
０９内の温度と外気温との温度差を大きくすることがで
きるので、発熱体２００から回収した廃熱を確実に外気
に放熱することができる。

【００３５】また、ヒートポンプ式空調装置停止時に
は、気液分離器１０８の冷媒は、専らラジエータ１０９
と気液分離器１０８内との間を循環するので、ヒートポ
ンプ式空調装置停止しているときであっても、発熱体２
００を冷却することができる。また、密封冷媒量が所定
量以下となったときには、密封状態を解除してラジエー
タ１０９と気液分離機１０８との空間に冷媒を供給する
ので、発熱体２００の温度上昇を防止でき、発熱体２０
０の損傷を防止できる。

【００３６】また、発熱体２００が液相冷媒に浸漬され
ているので、発熱体２００の表面温度を液相冷媒温度と
同等に維持することができる。したがって、発熱体２０
０の信頼性、すなわち電気自動車の信頼性を向上させる
ことができる。また、発熱体２００を冷媒により冷却し
ているので、発熱体２００を冷却するための冷却水回路
および水ポンプ等を必要としない。したがって、電気自
動車の冷却系の構造を簡素化することができるので、電
気自動車の製造原価低減を図ることができる。

【００３７】ところで、本実施形態に係るヒートポンプ
式空調装置１００は、図１に示すような機器構成（レイ
アウト）に限定されるものではなく、図１０に示すよう
なレイアウトとしてもよい。なお、図１１は、図１０に
係るヒートポンプ式空調装置１００の各電磁弁１１０ａ
〜１１０ｄ等の作動を各運転状態に応じて示した図表で
ある。

【００３８】（第２実施形態）本実施形態は、冷房運転
または除湿運転時も、中間圧冷媒を圧縮装置１０１に噴
射（インジェクション）するように構成したものであ
る。すなわち、本実施形態は、図１２に示すように、廃
熱回収手段をなす廃熱回収熱交換器１１３を気液分離器
１０８から独立して構成するとともに、廃熱回収熱交換
器、ラジエータ１０９および減圧装置１０５を冷媒流れ
に直列に配設し、かつ、廃熱回収熱交換器１１３から流
出した冷媒をラジエータ１０９を迂回させて気液分離器
１０８に導くバイパス通路１１４を設けたものである。

【００３９】また、１１５は、暖房運転時に凝縮器１０
２から流出した冷媒を凝縮する第３減圧弁であり、１１
６ａは廃熱回収熱交換器１１３とラジエータ１０９とを
結ぶ冷媒通路を開閉する第５電磁弁であり、１１６ｂは
バイパス通路１１４を開閉する第６電磁弁である。次
に、本実施形態に係るヒートポンプ式空調装置１００の
作動を述べる。

【００４０】１．暖房運転時（図１２、１３、１４参
照） 第４、６電磁弁１１０ｄ、１１６ｂを開き、第３、５電
磁弁１１０ｃ、１１６ａを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を図１２に示すように作動させる。これにより、
圧縮装置１０１から吐出した高圧冷媒は、凝縮器１０２
にて凝縮した後、第３減圧弁１１５により中間圧まで減
圧され、気液２相状態となって廃熱回収熱交換器１１３
内に流入し、液相冷媒の一部が気化することにより発熱
体２００の廃熱を吸熱する。なお、第３減圧弁１１５の
開度は、凝縮器１０２の出口側の過冷却度が所定値とな
るように制御される。

【００４１】そして、廃熱回収熱交換器１１３から流出
して気液分離器１０８内に流入した冷媒のうち、気相冷
媒は第２流出ポート１０８ｂから流出して噴射ポート１
０１ａより圧縮工程中の圧縮装置１０１に噴射され、液
相冷媒は第２減圧弁１０５ｂにて中間圧から低圧まで減
圧されて室外熱交換器１０４内に流入し、外気から熱を
吸熱して蒸発する。なお、第２減圧弁１０５ｂの開度
は、室外熱交換器１０４の出口側の加熱度が所定値とな
るように制御されている。

【００４２】２．冷房運転時（図１３、１５参照） 第３、５電磁弁１１０ｃ、１１６ａを開き、第４、６電
磁弁１１０ｄ、１１６ｂを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を作動させる。これにより、圧縮装置１０１から
吐出した高圧冷媒は、室外熱交換器１０４にて凝縮した
後、減圧装置１１５に減圧されることなく高圧を維持し
たまま廃熱回収熱交換器１１３内に流入し、液相冷媒の
一部が気化することにより発熱体２００の廃熱を吸熱す
る。

【００４３】そして、その吸熱した廃熱をラジエータ１
０９にて放熱した後、第１減圧弁１０５ａにより中間圧
まで減圧され、気液２相状態となって気液分離器１０８
内に流入し、気相冷媒は第２流出ポート１０８ｂから流
出して噴射ポート１０１ａより圧縮工程中の圧縮装置１
０１に噴射され、液相冷媒は第２減圧弁１０５ｂにて中
間圧から低圧まで減圧されて蒸発器１０３内に流入して
室内に吹き出す空気を冷却する。

【００４４】なお、第１減圧弁１０５ａの開度は、室外
熱交換器１０４の出口側の過冷却度が所定値となるよう
に制御され、第２減圧弁１０５ｂの開度は、蒸発器１０
３の出口側の加熱度が所定値となるように制御される。 ３．除湿運転時（図１３、１６参照） 第３、５電磁弁１１０ｃ、１１６ａを開き、第４、６電
磁弁１１０ｄ、１１６ｂを閉じるとともに、電磁四方弁
１１１を作動させ、かつ、第３減圧弁１１５を全開状態
とする。

【００４５】これにより、圧縮装置１０１から吐出した
高圧冷媒は、凝縮器１０２にて凝縮した後、第３減圧弁
装置１１５に減圧されることなく高圧を維持したまま廃
熱回収熱交換器１１３内に流入し、液相冷媒の一部が気
化することにより発熱体２００の廃熱を吸熱する。そし
て、その吸熱した廃熱をラジエータ１０９にて放熱した
後、第１減圧弁１０５ａにより中間圧まで減圧され、気
液２相状態となって気液分離器１０８内に流入し、気相
冷媒は第２流出ポート１０８ｂから流出して噴射ポート
１０１ａより圧縮工程中の圧縮装置１０１に噴射され、
液相冷媒は第２減圧弁１０５ｂにて中間圧から低圧まで
減圧されて蒸発器１０３内に流入して室内に吹き出す空
気を冷却する。

【００４６】４．ヒートポンプ式空調装置（圧縮装置１
０１）停止時 第５電磁弁１１６ａを開き、第６電磁弁１１６ｂおよび
第１減圧弁１０５ａを閉じる。これにより、ラジエータ
１０９と廃熱回収熱交換器１１３内との空間（閉じた系
Ｃ）内に冷媒が密封された状態となり、冷媒は、専らラ
ジエータ１０９と廃熱回収熱交換器１１３内との間を循
環するので、圧縮機１０１が停止しているときであって
も、発熱体２００を冷却することができる。

【００４７】また、第１実施形態と同様に、密封冷媒量
が所定量以下となったときには、第１減圧弁１０５ａを
開いて密封状態を解除するとともに、圧縮装置１０１を
稼働させてラジエータ１０９と廃熱回収熱交換器１１３
との空間に冷媒を供給する。そして、所定時間の経過
後、再び第１減圧弁１０５ａを閉じるとともに圧縮装置
１０１を停止する。

【００４８】（第３実施形態）本実施形態は、第２実施
形態と同様に、冷房運転または除湿運転時も、中間圧冷
媒を圧縮装置１０１に噴射（インジェクション）するこ
とができるように構成したものである。すなわち、本実
施形態に係るヒートポンプ式空調装置は、図１７に示す
ように、凝縮器１０２等のヒートポンプサイクルの高圧
側から蒸発器１０３等のヒートポンプサイクルの低圧側
に至る冷媒通路（以下、この冷媒通路を減圧工程通路と
呼ぶ。）のうち、第１減圧弁１０５ａと気液分離器１０
８との間の冷媒通路（以下、この冷媒通路を中間圧通路
と呼ぶ。）に対して廃熱回収熱交換器１１３を並列に配
設するとともに、中間圧通路および減圧工程通路と廃熱
回収熱交換器１１３とを接続する冷媒通路に、逆止弁１
１２ｆ、１１２ｅ、および第７〜９電磁弁１１７ａ〜１
１７ｃを配設したものである。

【００４９】次に、本実施形態に係るヒートポンプ式空
調装置１００の作動を述べる。 １．暖房運転時（図１７〜１９参照） 第４、７電磁弁１１０ｄ、１１７ａを開き、第３、５、
８、９電磁弁１１０ｃ、１１６ａ、１１７ｂ、１１７ｃ
を閉じるとともに、電磁四方弁１１１を図１７に示すよ
うに作動させる。

【００５０】これにより、圧縮装置１０１から吐出した
高圧冷媒は、凝縮器１０２にて凝縮した後、第１減圧弁
１０５ａにより中間圧まで減圧され、気液２相状態とな
って廃熱回収熱交換器１１３内に流入し、液相冷媒の一
部が気化することにより発熱体２００の廃熱を吸熱す
る。なお、第１減圧弁１０５ａの開度は、凝縮器１０２
の出口側の過冷却度が所定値となるように制御される。

【００５１】そして、廃熱回収熱交換器１１３から流出
して気液分離器１０８内に流入した冷媒のうち、気相冷
媒は第２流出ポート１０８ｂから流出して噴射ポート１
０１ａより圧縮工程中の圧縮装置１０１に噴射され、液
相冷媒は第２減圧弁１０５ｂにて中間圧から低圧まで減
圧されて室外熱交換器１０４内に流入し、外気から熱を
吸熱して蒸発する。なお、第２減圧弁１０５ｂの開度
は、室外熱交換器１０４の出口側の加熱度が所定値とな
るように制御されている。

【００５２】２．冷房運転時（図１９、２０参照） 第３、５、８電磁弁１１０ｃ、１１６ａ、１１７ｂを開
き、第４、７、９電磁弁１１０ｄ、１１７ａ、１１７ｃ
を閉じるとともに、電磁四方弁１１１を作動させる。こ
れにより、圧縮装置１０１から吐出した高圧冷媒は、室
外熱交換器１０４にて凝縮した後、第１減圧弁１０５ａ
により中間圧まで減圧され、気液２相状態となって気液
分離器１０８内に流入し、気相冷媒は第２流出ポート１
０８ｂから流出して噴射ポート１０１ａより圧縮工程中
の圧縮装置１０１に噴射され、液相冷媒は第２減圧弁１
０５ｂにて中間圧から低圧まで減圧されて蒸発器１０３
内に流入して室内に吹き出す空気を冷却する。

【００５３】なお、第１減圧弁１０５ａの開度は、室外
熱交換器１０４の出口側の過冷却度が所定値となるよう
に制御され、第２減圧弁１０５ｂの開度は、蒸発器１０
３の出口側の加熱度が所定値となるように制御される。
一方、廃熱回収熱交換器１１３とラジエータ１０９と
は、冷媒が密封された閉じた系Ｃ（図１７参照）を構成
することとなるので、この閉じた系Ｃ内に密封された冷
媒は、廃熱回収熱交換器１１３とラジエータ１０９との
間を循環して蒸発と凝縮とを繰り返すことにより発熱体
２００の廃熱を回収しつつ、その廃熱を外気に放熱する
こととなる。したがって、発熱体２００を冷却しつつ、
冷凍能力および成績係数が低下することを防止すること
ができる。

【００５４】３．除湿運転時（図１９、２１参照） 第３、５、８電磁弁１１０ｃ、１１６ａ、１１７ｂを開
き、第４、７、９電磁弁１１０ｄ、１１７ａ、１１７ｄ
を閉じるとともに、電磁四方弁１１１を作動させる。こ
れにより、圧縮装置１０１から吐出した高圧冷媒は、凝
縮器１０２にて凝縮した後、第１減圧弁１０５ａにより
中間圧まで減圧され、気液２相状態となって気液分離器
１０８内に流入し、気相冷媒は第２流出ポート１０８ｂ
から流出して噴射ポート１０１ａより圧縮工程中の圧縮
装置１０１に噴射され、液相冷媒は第２減圧弁１０５ｂ
にて中間圧から低圧まで減圧されて蒸発器１０３内に流
入して室内に吹き出す空気を冷却する。

【００５５】また、廃熱回収熱交換器１１３とラジエー
タ１０９とは、冷房運転時と同様に、閉じた系Ｃを構成
することとなるので、この閉じた系Ｃ内に密封された冷
媒により発熱体２００の廃熱が外気に放熱される。した
がって、発熱体２００を冷却しつつ、冷凍能力および成
績係数が低下することを防止できる。 ４．ヒートポンプ式空調装置（圧縮装置１０１）停止時 第５電磁弁１１６ａを開き、第７、９電磁弁１１７ａ、
１１７ｃを閉じる。

【００５６】これにより、ラジエータ１０９と廃熱回収
熱交換器１１３内との空間（閉じた系Ｃ）内に冷媒が密
封された状態となり、第１、２実施形態と同様に、圧縮
機１０１が停止しているときであっても、発熱体２００
を冷却することができる。また、第１、２実施形態と同
様に、密封冷媒量が所定量以下となったときには、第９
電磁弁１１７ｃを開いて密封状態を解除するとともに、
圧縮装置１０１を稼働させてラジエータ１０９と廃熱回
収熱交換器１１３との空間に冷媒を供給する。そして、
所定時間の経過後、再び第９電磁弁１１７ｃを閉じると
ともに圧縮装置１０１を停止する。

【００５７】ところで、上述の実施形態では、圧縮工程
中に中間圧を有する冷媒を吸入（噴射）することができ
る圧縮装置を用いたが、低圧（吸入圧）高圧（吐出圧）
までを２段に分けて圧縮する２段圧縮型の圧縮装置、ま
たは２台の圧縮機を有して構成された圧縮装置でもよ
い。また、上述の実施形態では、高圧（吐出圧）から中
間圧で減圧する際に、過冷却度が所定値となるように、
第１、３減圧弁１０５ａ、１１５の開度を可変制御して
いたが、適切な開度を設定すれば、高圧（吐出圧）から
中間圧で減圧する減圧手段として、開度が固定された固
定絞りを用いてもよい。

【００５８】また、上述の実施形態では、冷房運転時お
よび除湿運転時にて中間圧を有する冷媒を圧縮装置１０
１に吸入させていたが、冷房運転時および除湿運転時の
いずれか一方の運転時のみ中間圧を有する冷媒を圧縮装
置１０１に吸入させてもよい。また、上述の実施形態で
は、冷房運転時に加えて除湿運転時も、回収した廃熱を
ラジエータ１０９にて外気に放熱していたが、除湿運転
時も暖房運転時と同様に室内に吹き出す空気に廃熱を放
熱してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の
模式図である。

【図２】ヒートポンプ式空調装置の制御系のブロック図
である。

【図３】ラジエータおよび気液分離器の拡大模式図であ
る。

【図４】暖房運転時のモリエル線図である。

【図５】第１実施形態に係るヒートポンプ式空調装置の
電磁弁等の作動状態を示す図表である。

【図６】冷房運転時の冷媒流れを示す模式図である。

【図７】冷房運転時のモリエル線図である。

【図８】除湿運転時の冷媒流れを示す模式図である。

【図９】除湿運転時のモリエル線図である。

【図１０】第１実施形態の変形例に係るヒートポンプ式
空調装置の模式図である。

【図１１】第１実施形態の変形例に係るヒートポンプ式
空調装置の電磁弁等の作動状態を示す図表である。

【図１２】第２実施形態に係るヒートポンプ式空調装置
の模式図である。

【図１３】第２実施形態の変形例に係るヒートポンプ式
空調装置の電磁弁等の作動状態を示す図表である。

【図１４】暖房運転時のモリエル線図である。

【図１５】冷房運転時のモリエル線図である。

【図１６】除湿運転時のモリエル線図である。

【図１７】第３実施形態に係るヒートポンプ式空調装置
の模式図である。

【図１８】暖房運転時のモリエル線図である。

【図１９】第３実施形態の変形例に係るヒートポンプ式
空調装置の電磁弁等の作動状態を示す図表である。

【図２０】冷房運転時のモリエル線図である。

【図２１】除湿運転時のモリエル線図である。

【符号の説明】

１０１…圧縮装置、１０２…凝縮器（第１熱交換器）、
１０３…蒸発器、１０４…室外熱交換器（第２熱交換
器）、１０５…減圧装置、１０８…気液分離器（廃熱回
収手段）、１０９…ラジエータ（第３熱交換器）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆久 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体（２００）からの廃熱を回収する
   廃熱回収手段（１０８、１１３）を有し、室内を冷暖房
   するヒートポンプ式空調装置であって、 空気と冷媒との間で熱交換を行う第１、２熱交換器（１
   ０２、１０４）と、 前記両熱交換器（１０２、１０４）のうちいずれか一方
   の熱交換器から流出した冷媒を吸入するとともに、その
   吸入した冷媒を圧縮して他方の熱交換器に向けて吐出す
   る圧縮装置（１０１）と、 前記両熱交換器（１０２、１０４）間を流通する中間冷
   媒を減圧する減圧装置（１０５）と、 前記中間冷媒と室外空気との間で熱交換を行う第３熱交
   換器（１０９）とを有し、 前記中間冷媒の一部は、前記廃熱回収手段（１０８、１
   １３）により回収された廃熱により気化され、 さらに、暖房運転時には、前記廃熱回収手段（１０８、
   １１３）から前記第３熱交換器（１０９）に至る冷媒通
   路（１０９ａ）を閉じるとともに、前記廃熱により気化
   した気相冷媒を前記圧縮装置（１０１）に吸入させ、冷
   房運転時には前記冷媒通路（１０９ａ）を開くことを特
   徴とするヒートポンプ式空調装置。
2. 【請求項２】 冷房運転時には、前記減圧装置（１０
   ５）にて減圧される前の状態の中間冷媒が前記第３熱交
   換器（１０９）に導かれることを特徴とする請求項１に
   記載のヒートポンプ式空調装置。
3. 【請求項３】 冷房運転時には、前記廃熱回収手段（１
   ０８、１１３）にて廃熱を回収しつつ、その回収した廃
   熱を前記第３熱交換器（１０９）により外気中に放出す
   ることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポ
   ンプ式空調装置。
4. 【請求項４】 冷房運転時には、前記廃熱回収手段（１
   １３）、前記第３熱交換器（１０９）、および前記減圧
   装置（１０５）は、前記中間冷媒の流れに対して直列と
   なることを特徴とする請求項１または２に記載のヒート
   ポンプ式空調装置。
5. 【請求項５】 前記圧縮装置（１０１）の停止時または
   冷房運転時には、前記冷媒通路（１０９ａ）を開くとと
   もに、前記第３熱交換器（１０９）と前記廃熱回収手段
   （１１３）とに冷媒を密封することを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式空調
   装置。
6. 【請求項６】 前記冷媒通路（１０９ａ）を開いたとき
   に、冷媒を前記第３熱交換器（１０９）と前記廃熱回収
   手段（１０８、１１３）とに密封し、 さらに、前記第３熱交換器（１０９）および前記廃熱回
   収手段（１０８、１１３）に密封された冷媒の量が、所
   定量以下となったときには、前記第３熱交換器（１０
   ９）および前記廃熱回収手段（１０８、１１３）の密封
   状態を解除して、冷媒を前記第３熱交換器（１０９）お
   よび前記廃熱回収手段（１０８、１１３）に供給するこ
   とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載
   のヒートポンプ式空調装置。
7. 【請求項７】 前記発熱体（２００）は、前記廃熱回収
   手段（１０８）内にて液相冷媒中に浸漬されていること
   を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の
   ヒートポンプ式空調装置。