(57)【要約】  冷凍装置としての空気調和装置１Ａは、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器３、第２圧縮機２２および凝縮器２３がこの順に接続された冷媒回路２と、凝縮器２３と大気中に熱を放出する第１熱交換器５との間で熱媒体を循環させる放熱回路４と、蒸発器２５と第２熱交換器７との間で熱媒体を循環させる吸熱回路６と、を備えている。蒸気冷却器３は、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と放熱回路４を流れる熱媒体または吸熱回路６を流れる熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。
2012147367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と大気中に熱を放出する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と前記放熱回路を流れる熱媒体または前記吸熱回路を流れる熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である、冷凍装置。
【請求項２】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含み、
前記蒸気冷却器は、前記放熱側送り路に配置されている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記放熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記蒸気冷却器は、前記吸熱側送り路に配置されている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記吸熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含む、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記第２熱交換器は、大気中から熱を吸収する熱交換器である、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と室内の空気に放熱する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と室外の空気から吸熱する第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、前記室内に配置されている、または前記第２熱交換器に供給される空気を加熱するように配置されている、冷凍装置。
【請求項１１】
前記第１熱交換器に室内の空気を供給する室内ファンをさらに備え、
前記蒸気冷却器は、前記室内ファンが生じさせる風が前記第１熱交換器を通過した後に当該蒸気冷却器を通過するように配置されている、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１２】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
前記冷媒回路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１４】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含む、請求項１０に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置などの冷凍装置としては、フロン冷媒や代替フロン冷媒を用いた装置が広く利用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層破壊や地球温暖化等の問題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が極めて小さい冷媒として水を用いた空気調和装置が提案されている。例えば、特許文献１には、そのような空気調和装置として、冷房専用の空気調和装置が開示されている。【０００３】
ところで、水を冷媒として用いた場合には、多量の冷媒蒸気を大きな圧縮比で圧縮する必要がある。そこで、特許文献１に開示された空気調和装置では、圧縮機として遠心型圧縮機と容積型圧縮機の２台の圧縮機を用い、これらを直列に配置して遠心型圧縮機で圧縮した冷媒蒸気を容積型圧縮機でさらに圧縮するようにしている。【０００４】
また、水を冷媒として用いた場合には、物性上、圧縮機から吐出される冷媒の温度が高温になるため、空気調和装置の高圧側部分を構成する部材の耐久性が低下する。これに対しては、特許文献１に開示されている空気調和装置のように上流側の圧縮機と下流側の圧縮機の間に蒸気冷却器を配置して、圧縮行程の途中で冷媒蒸気の温度を一時的に低下させることが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された空気調和装置は冷房専用であるが、この空気調和装置を用いて暖房を行うことも考えられる。しかしながら、その場合には、蒸気冷却器における冷媒蒸気からの放熱が熱損失となり、暖房能力（加熱能力）が低下する。つまり、空気調和装置のＣＯＰ（coefficient of performance）が低下する。【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、冷凍装置で加熱を行う際のＣＯＰを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示の第１の態様は、
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と大気中に熱を放出する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と前記放熱回路を流れる熱媒体または前記吸熱回路を流れる熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である、冷凍装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の冷凍装置によれば、第１熱交換器から大気中に熱が放出されるため、加熱を行うことができる。また、蒸気冷却器における冷媒蒸気からの放熱を熱媒体によって回収することができるため、加熱を行う際の熱損失が大幅に抑制される。これにより、冷凍装置のＣＯＰを向上させることができる。また、上記の冷凍装置によれば、冷媒蒸気を冷却するための二次冷却系を省略できる。この利益は、冷凍装置を冷却用途に使用する場合にも得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の構成図
【図２】第１実施形態の変形例の空気調和装置の構成図
【図３】第１実施形態の別の変形例の空気調和装置の構成図
【図４】第１実施形態のさらに別の変形例の空気調和装置の構成図
【図５】本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の構成図
【図６】第２実施形態の変形例の空気調和装置の構成図
【図７】第２実施形態の別の変形例の空気調和装置の構成図
【図８】本発明の第３実施形態に係る空気調和装置の構成図
【図９】第３実施形態の変形例の空気調和装置の構成図
【図１０】第３実施形態の別の変形例の空気調和装置の構成図
【図１１】第３実施形態のさらに別の変形例の空気調和装置の構成図
【図１２】本発明の第４実施形態に係る空気調和装置の構成図
【図１３】第４実施形態の変形例の空気調和装置の構成図
【図１４】第４実施形態の別の変形例の空気調和装置の構成図
【図１５】第４実施形態のさらに別の変形例の空気調和装置の構成図
【図１６】第４実施形態のさらに別の変形例の空気調和装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第２の態様は、第１の態様に加え、前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含んでいてもよい。前記蒸気冷却器は、前記放熱側送り路に配置されていてもよい。蒸気冷却器が放熱側送り路に配置されているので、第１熱交換器に流入する冷媒液の温度を上昇させて、加熱されるべき媒体（例えば室内空気）と第１熱交換器に流入する冷媒液との温度差を大きくでき、冷凍装置の加熱能力を向上させることができる。
【００１２】
第３の態様は、第２の態様に加え、前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含んでいてもよい。前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備えていてもよい。このようにインジェクション路が設けられていれば、第２圧縮機に吸入される冷媒の温度を大幅に低下させることができるため、冷凍装置、特に第２圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１３】
第４の態様は、第２または第３の態様に加え、前記放熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられていてもよい、冷凍装置を提供する。前記バイパス路には、流量調整機構が設けられていてもよい。流量調整機構を有するバイパス路が設けられていれば、第１圧縮機と第２圧縮機の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。
【００１４】
第５の態様は、第１の態様に加え、前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含んでいてもよい。前記蒸気冷却器は、前記吸熱側送り路に配置されていてもよい。第５の態様によれば、蒸気冷却器において、より低温の冷媒液を用いて冷媒蒸気を冷却することができるため、第２圧縮機に吸入される冷媒の温度をより低温化することができる。
【００１５】
第６の態様は、第５の態様に加え、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備えていてもよい、冷凍装置を提供する。このようにインジェクション路が設けられていれば、第２圧縮機に吸入される冷媒の温度を低下させることができるため、冷凍装置、特に第２圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１６】
第７の態様は、第５または第６の態様に加え、前記吸熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられていてもよい、冷凍装置を提供する。前記バイパス路には、流量調整機構が設けられていてもよい。流量調整機構を有するバイパス路が設けられていれば、第１圧縮機と第２圧縮機の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。
【００１７】
第８の態様は、第５〜第７の態様のいずれか１つに加え、前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含んでいてもよい。この構成によれば、冷媒液と異なる熱媒体が不要なので、冷凍装置を簡素化できる。
【００１８】
第９の態様は、第１〜第８の態様のいずれか１つに加え、前記第２熱交換器は、大気中から熱を吸収する熱交換器であってもよい、冷凍装置を提供する。この場合、第２熱交換器を室外に配置することができる。
【００１９】
本開示の第１０の態様は、
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と室内の空気に放熱する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と室外の空気から吸熱する第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、前記室内に配置されている、または前記第２熱交換器に供給される空気を加熱するように配置されている、冷凍装置を提供する。
【００２０】
上記の冷凍装置によれば、第１熱交換器から室内の空気に放熱されるため、暖房を行うことができる。また、蒸気冷却器における冷媒蒸気からの放熱を暖房に利用するか熱媒体によって回収することができるため、暖房を行う際の熱損失が大幅に抑制される。これにより、冷凍装置のＣＯＰを向上させることができる。
【００２１】
第１１の態様は、第１０の態様に加え、前記第１熱交換器に室内の空気を供給する室内ファンをさらに備えていてもよい、冷凍装置を提供する。前記蒸気冷却器は、前記室内ファンが生じさせる風が前記第１熱交換器を通過した後に当該蒸気冷却器を通過するように配置されていてもよい。第１０の態様では、蒸気冷却器が第１熱交換器の風下側に配置されているので、蒸気冷却器のサイズおよびレイアウトを自由に決定することができる。
【００２２】
第１２の態様は、第１０または第１１の態様に加え、前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含んでいてもよい。前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備えてもよい。このようにインジェクション路が設けられていれば、第２圧縮機に吸入される冷媒の温度を大幅に低下させることができるため、冷凍装置、特に第２圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２３】
第１３の態様は、第１０〜第１２の態様のいずれか１つに加え、前記冷媒回路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられていてもよい、冷凍装置を提供する。前記バイパス路には、流量調整機構が設けられていてもよい。流量調整機構を有するバイパス路が設けられていれば、第１圧縮機と第２圧縮機の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。
【００２４】
第１４の態様は、第１０〜第１３の態様のいずれか１つに加え、前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であってもよい、冷凍装置を提供する。前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含んでいてもよい。この構成によれば、冷媒液と異なる熱媒体が不要なので、冷凍装置を簡素化できる。
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置１Ａを示す。この空気調和装置１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、冷媒を冷却するために熱媒体を循環させる放熱回路４と、冷媒を加熱するために熱媒体を循環させる吸熱回路６と、を備えている。
【００２７】
本実施形態では、放熱回路４および吸熱回路６は冷媒回路２に合流して熱媒体を冷媒に直接接触させる回路であり、冷媒回路２、放熱回路４および吸熱回路６には、同一の冷媒が充填されている。すなわち、冷媒の一部が熱媒体として利用される。この冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒、例えば、水、アルコールまたはエーテルを主成分とする冷媒であり、冷媒回路２、放熱回路４および吸熱回路６内は、大気圧よりも低い負圧状態になっている。そして、冷媒回路２中で液化した冷媒液の一部が放熱回路４および吸熱回路６を循環する。冷媒として、凍結防止などの理由から、水を主成分とし、エチレングリコール、ナイブライン、無機塩類などを質量％にして１０〜４０％混合した冷媒を用いることもできる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００２８】
冷媒回路２は、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器３、第２圧縮機２２、凝縮器２３および膨張弁２４を含み、これらの機器は流路によってこの順に接続されている。すなわち、冷媒回路２を循環する冷媒は、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器３、第２圧縮機２２、凝縮器２３および膨張弁２４をこの順に通過する。
【００２９】
蒸発器２５は、冷媒液を貯留し、この冷媒液を内部で吸熱回路６を循環する冷媒液によって加熱するとともに蒸発させる、あるいは吸熱回路６を循環することにより加熱された冷媒液を内部で直接的に蒸発させる熱交換器である。本実施形態では、蒸発器２５の内部空間が冷媒回路２と吸熱回路６の共通の流路を構成しているため、蒸発器２５内の冷媒液は上述したように吸熱回路６を循環する冷媒液に直接接触し、加熱された冷媒液と加熱用の熱媒体である冷媒液とが混合してほぼ同一の温度となる。換言すれば、蒸発器２５内の冷媒液の一部が後述する第２熱交換器７で加熱されて、飽和状態の冷媒液を加熱する熱源として使用される。
【００３０】
第１圧縮機２１および第２圧縮機２２は、冷媒蒸気を二段階で圧縮する。第１圧縮機２１および第２圧縮機２２は、容積型圧縮機であってもよいし遠心型圧縮機であってもよい。また、第１圧縮機２１および第２圧縮機２２の圧縮機比は適宜決定可能であり、それらは同一の値であってもよい。第１圧縮機２１から吐出される冷媒蒸気の温度は例えば１４０℃であり、第２圧縮機２２から吐出される冷媒蒸気の温度は例えば１７０℃である。
【００３１】
蒸気冷却器３は、第１圧縮機２１から吐出された冷媒蒸気を第２圧縮機２２に吸入される前に冷却する。本実施形態の蒸気冷却器３は、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と放熱回路４を流れる冷媒液との間で熱交換を行う熱交換器である。蒸気冷却器３としては、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。この場合、チューブ内に冷媒液が流れ、その外側のシェルの内部を冷媒蒸気が流れることが好ましい。
【００３２】
凝縮器２３は、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気を内部で放熱回路４を循環する冷媒液によって冷却するとともに凝縮させ、凝縮した冷媒液を貯留する熱交換器である。本実施形態では、凝縮器２３の内部空間が冷媒回路２と放熱回路４の共通の流路を構成しているため、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気は上述したように放熱回路４を循環する冷媒液に直接接触し、凝縮した冷媒液と冷却用の熱媒体である冷媒液とが混合してほぼ同一の温度となる。換言すれば、凝縮した冷媒液の一部が後述する第１熱交換器５で過冷却されて、過熱状態の冷媒蒸気を冷却する熱源として使用される。凝縮した冷媒液の温度は例えば４５℃である。
【００３３】
膨張弁２４は、凝縮した冷媒液を減圧する減圧機構の一例である。減圧後の冷媒液の温度は例えば５℃である。ただし、減圧機構としては、例えば、冷媒回路２に膨張弁２４が設けられておらず、蒸発器２５内の冷媒液の液面が凝縮器２３内の冷媒液の液面よりも高くなるような構成を採用することも可能である。
【００３４】
放熱回路４は、大気中に熱を放出する第１熱交換器５と凝縮器２３との間で、凝縮器２３内に貯留される冷媒液を循環させる。第１熱交換器５は、室内に配置され、送風機５１により供給される室内の空気を加熱する。これにより、室内の暖房が行われる。
【００３５】
より詳しくは、放熱回路４は、凝縮器２３から第１熱交換器５に冷媒液を送る放熱側送り路４１と、第１熱交換器５から凝縮器２３に冷媒液を戻す放熱側戻し路４２とを含む。放熱側送り路４１には、第１熱交換器５に向かって冷媒液を圧送するポンプ４３が設けられている。また、放熱側送り路４１には、ポンプ４３の下流側に上述した蒸気冷却器３が配置されている。なお、ポンプ４３は、吸入口から凝縮器２３内の冷媒液の液面までの高さが必要有効吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置される。
【００３６】
放熱側送り路４１の上流端は、凝縮器２３の下部に接続されていることが好ましい。放熱側戻し路４２の下流端には、噴霧ノズルなどの冷媒液を分散する機構が設けられていることが好ましい。
【００３７】
吸熱回路６は、大気中から熱を吸収する第２熱交換器７と蒸発器２５との間で、蒸発器２５内に貯留される冷媒液を循環させる。第２熱交換器７は、室外に配置され、送風機７１により供給される室外の空気を冷却する。
【００３８】
より詳しくは、吸熱回路６は、蒸発器２５から第２熱交換器７に冷媒液を送る吸熱側送り路６１と、第２熱交換器７から蒸発器２５に冷媒液を戻す吸熱側戻し路６２とを含む。吸熱側送り路６１には、第２熱交換器７に向かって冷媒液を圧送するポンプ６３が設けられている。なお、ポンプ６３は、吸入口から蒸発器２５内の冷媒液の液面までの高さが必要有効吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置される。
【００３９】
吸熱側送り路６１の上流端は、蒸発器２５の下部に接続されていることが好ましい。吸熱側戻し路６２の下流端は、蒸発器２５の中間部に接続されていることが好ましい。
【００４０】
次に、空気調和装置１Ａの運転動作について説明する。
【００４１】
第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気は、蒸気冷却器３において、凝縮した冷媒液により冷却された後に第２圧縮機２２に吸入される。第２圧縮機２２でさらに圧縮された冷媒蒸気は、凝縮器２３において、第１熱交換器５で過冷却された冷媒液と熱交換することで凝縮する。凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の一部は、ポンプ４３により蒸気冷却器３に送られ、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と熱交換した後に、第１熱交換器５へ圧送される。第１熱交換器５に圧送された冷媒液は、ここで室内空気に放熱した後に凝縮器２３に戻る。
【００４２】
凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の残りは、膨張弁２４を経由して、蒸発器２５へ導入される。蒸発器２５内の冷媒液の一部は、ポンプ６３により第２熱交換器７に圧送され、ここで室外空気から吸熱した後に、蒸発器２５に戻る。蒸発器２５内の冷媒液は、減圧下での沸騰により蒸発し、蒸発した冷媒蒸気が第１圧縮機２１に吸入される。
【００４３】
本実施形態の空気調和装置１Ａでは、蒸気冷却器３における冷媒蒸気からの放熱を室内空気加熱用の熱媒体である冷媒液によって回収することができるため、暖房を行う際の熱損失が大幅に抑制される。これにより、空気調和装置１ＡのＣＯＰを向上させることができる。
【００４４】
さらに、蒸気冷却器３で第２圧縮機２２に吸入される前に冷媒蒸気を冷却することにより、冷媒に不純物が含まれる場合には第２圧縮機２２へのスケールの付着を低減させることができる。これにより、第２圧縮機２２の信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、蒸気冷却器３が放熱側送り路４１に配置されているので、第１熱交換器５に流入する冷媒液の温度を上昇させて、室内空気と室内空気加熱用の熱媒体との温度差を大きくでき、空気調和装置１Ａの暖房能力を向上させることができる。
【００４６】
＜変形例＞
前記実施形態の空気調和装置１Ａは、種々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、図２に示すように、空気調和装置１Ａは、吸熱側送り路６１においてポンプ６３から圧送された冷媒液を冷媒回路２における蒸気冷却器３と第２圧縮機２２との間の部分にインジェクションするインジェクション路８１を備えていてもよい。この場合のインジェクションはポンプ６３による圧送を利用して行われるため、インジェクション路８１の上流端は、吸熱側送り路６１におけるポンプ６３よりも下流側に接続されている。また、インジェクション路８１には、インジェクション流量を調整するインジェクションバルブ８２が設けられている。
【００４８】
蒸発器２５から抜き出された冷媒液の一部は、第２熱交換器７に流入せずに、インジェクション路８１を通じて蒸気冷却器３と第２圧縮機２２の間で冷媒回路２にインジェクションされる。インジェクションバルブ８２の開度は、例えば、第２圧縮機２２から吐出される冷媒の温度に基づいて制御される。つまり、第２圧縮機２２から吐出される冷媒の温度が所定値よりも高い場合は、インジェクションバルブ８２の開度を大きくする制御がなされる。
【００４９】
このようにインジェクション路８１が設けられていれば、第２圧縮機２２に吸入される冷媒の温度を大幅に低下させることができるため、空気調和装置１Ａ、特に第２圧縮機２２の信頼性をさらに向上させることができる。
【００５０】
また、別の変形例として、図２に示すように、放熱側送り路４１には、蒸気冷却器３をバイパスするバイパス路８３が設けられていてもよい。バイパス路８３は、ポンプ４３と蒸気冷却器３の間で放熱側送り路４１から分岐し、蒸気冷却器３の下流側で放熱側送り路４１につながっている。バイパス路８３には、流量調整弁（流量調整機構）８４が設けられている。
【００５１】
このように流量調整弁８４を有するバイパス路８３が設けられていれば、第１圧縮機２１と第２圧縮機２２の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。つまり、空気調和装置１Ａの使用条件により、冷媒蒸気からの放熱量が少なくてよい場合は、冷媒液をバイパス路８３に優先的に流すことで、放熱量を少なく制御でき、空気調和装置１ＡのＣＯＰや快適性が向上する。
【００５２】
例えば、流量調整弁８４は、空気調和装置１Ａの起動開始から所定時間（例えば、３分間）は、全開に制御される。これにより、第１圧縮機２１から吐出される冷媒蒸気からの放熱量が抑制されて、第２圧縮機２２から吐出される冷媒蒸気の温度の上昇速度を速めることが可能となる。その結果、空気調和装置１Ａの起動時間を短縮でき、暖房時の快適性を向上させることが可能となる。なお、所定時間経過後は、流量調整弁８４を閉じる方向に制御し、バイパス流量を徐々に低減させることで、第２圧縮機２２の信頼性は確保される。
【００５３】
図３に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ａは、第３圧縮機３３および第２蒸気冷却器１３を備えていてもよい。冷媒回路２において、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器３（第１蒸気冷却器）、第２圧縮機２２、第２蒸気冷却器１３、第３圧縮機３３、凝縮器２３および膨張弁２４がこの順に接続されている。第３圧縮機３３によれば、外気温度が低いときの暖房および外気温度が高いときの冷房が効率的に行える。
【００５４】
第３圧縮機３３は、第２圧縮機２２で圧縮された冷媒を圧縮する。第３圧縮機３３は、容積型圧縮機であってもよいし遠心型圧縮機であってもよい。第２蒸気冷却器１３は、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気を第３圧縮機３３に吸入される前に冷却する。第２蒸気冷却器１３は、第２圧縮機２２で圧縮された冷媒蒸気と放熱回路４を流れる冷媒液との間で熱交換を行う熱交換器である。第２蒸気冷却器１３としては、蒸気冷却器３と同じように、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。この場合、チューブ内に冷媒液が流れ、その外側のシェルの内部を冷媒蒸気が流れることが好ましい。
【００５５】
第２蒸気冷却器１３は、放熱側送り路４１において、第１蒸気冷却器３と第１熱交換器５との間に配置されている。つまり、冷媒液を第１蒸気冷却器３および第２蒸気冷却器１３の２段で加熱できるので、空気調和装置１Ａの暖房能力をさらに向上させることができる。
【００５６】
図４に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ａは、第１循環路４ａ、第２循環路６ａ、第１切換弁２７および第２切換弁２８を備えている。第１循環路４ａは、凝縮器２３に貯留された冷媒液を第１熱交換器５を経由して循環させることができる経路である。第１循環路４ａは、放熱回路４に対応している。第１循環路４ａにおいて、第１熱交換器５よりも上流側にポンプ４３（第１ポンプ）が設けられている。第２循環路６ａは、蒸発器２５に貯留された冷媒液を第２熱交換器７を経由して循環させることができる経路である。第２循環路６ａは、吸熱回路６に対応している。第２循環路６ａにおいて、第２熱交換器７よりも上流側にポンプ６３（第２ポンプ）が設けられている。第１切換弁２７は、第１循環路４ａおよび第２循環路６ａに設けられている。第１切換弁２７は、第１ポンプ４３から圧送される冷媒液を第１熱交換器５に導き、第２ポンプ６３から圧送される冷媒液を第２熱交換器７に導く第１状態と、第１ポンプ４３から圧送される冷媒液を第２熱交換器７に導き、第２ポンプ６３から圧送される冷媒液を第１熱交換器５に導く第２状態との間で切り換えられる。第２切換弁２８も第１循環路４ａおよび第２循環路６ａに設けられている。第２切換弁２８は、第１熱交換器５から流出する冷媒液を凝縮器２３に導き、第２熱交換器７から流出する冷媒液を蒸発器２５に導く第１状態と、第１熱交換器５から流出する冷媒液を蒸発器２５に導き、第２熱交換器７から流出する冷媒液を凝縮器２３に導く第２状態との間で切り換えられる。第１切換弁２７および第２切換弁２８によって冷房と暖房の切り換えが可能となる。
【００５７】
第１循環路４ａにおける第１ポンプ４３と第１熱交換器５の間の部分は、第２循環路６ａにおける第２ポンプ６３と第２熱交換器７の間の部分と交わっており、その交わった位置に第１切換弁２７が設けられている。さらに、第１循環路４ａにおける第１熱交換器５と凝縮器２３の間の部分は、第２循環路６ａにおける第２熱交換器７と蒸発器２５の間の部分と交わっており、その交わった位置に第２切換弁２８が設けられている。
【００５８】
詳しくは、第１循環路４ａは、凝縮器２３と第１切換弁２７とを接続する、第１ポンプ４３および蒸気冷却器３が設けられた第１流路４４と、第１切換弁２７と第１熱交換器５とを接続する第２流路４５と、第１熱交換器５と第２切換弁２８とを接続する第３流路４６と、第２切換弁２８と凝縮器２３とを接続する第４流路４７とを含む。第１流路４４および第２流路４５が放熱側送り路４１に対応している。第３流路４６および第４流路４７が放熱側戻し路４２に対応している。
【００５９】
同様に、第２循環路６ａは、蒸発器２５と第１切換弁２７とを接続する、第２ポンプ６３が設けられた第１流路６４と、第１切換弁２７と第２熱交換器７とを接続する第２流路６５と、第２熱交換器７と第２切換弁２８とを接続する第３流路６６と、第２切換弁２８と蒸発器２５とを接続する第４流路６７とを含む。第１流路６４および第２流路６５が吸熱側送り路６１に対応している。第３流路６６および第４流路６７が吸熱側戻し路６２に対応している。なお、後述するように、蒸気冷却器３は、第２循環路６ａに配置されていてもよい。
【００６０】
第１切換弁２７として、四方弁を使用してもよいし、複数の三方弁を使用してもよい。このことは、第２切換弁２８にもあてはまる。
【００６１】
（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置１Ｂを示す。なお、第２〜第４実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。
【００６２】
本実施形態では、蒸気冷却器３が放熱回路４ではなく吸熱回路６に配置されている。すなわち、本実施形態の蒸気冷却器３は、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と吸熱回路６を流れる冷媒液との間で熱交換を行う熱交換器である。より詳しくは、蒸気冷却器３は、吸熱側送り路６１のポンプ６３よりも下流側に配置されている。
【００６３】
本実施形態では、蒸気冷却器３において、第１実施形態に比べてより低温の冷媒液を用いて冷媒蒸気を冷却することができるため、第２圧縮機２２に吸入される冷媒の温度をより低温化することができる。従って、本実施形態の空気調和装置１Ｂは、寒冷地での使用等、第２圧縮機２２から吐出される冷媒の温度が高温化する場合に特に有用となる。なお、その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
＜変形例＞
前記実施形態の空気調和装置１Ｂは、種々の変形が可能である。
【００６５】
例えば、図６に示すように、空気調和装置１Ｂは、吸熱側送り路６１においてポンプ６３から圧送された冷媒液を冷媒回路２における蒸気冷却器３と第２圧縮機２２との間の部分にインジェクションするインジェクション路９１を備えていてもよい。この場合のインジェクションも、第１実施形態の変形例と同様に、ポンプ６３による圧送を利用して行われる。図６に示す例では、インジェクション路９１の上流端が吸熱側送り路６１における蒸気冷却器３よりも下流側の部分に接続されている。また、インジェクション路９１には、インジェクション流量を調整するインジェクションバルブ９２が設けられている。
【００６６】
このようにインジェクション路９１が設けられていれば、第１実施形態の変形例と同様に、第２圧縮機２２に吸入される冷媒の温度を低下させることができるため、空気調和装置１Ｂ、特に第２圧縮機２２の信頼性をさらに向上させることができる。なお、インジェクション路９１の上流端が吸熱側送り路６１における蒸気冷却器３よりも下流側の部分でなく蒸気冷却器３よりも上流側の部分に接続されていても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
また、別の変形例として、図６に示すように、吸熱側送り路６１には、蒸気冷却器３をバイパスするバイパス路９３が設けられていてもよい。バイパス路９３は、ポンプ６３と蒸気冷却器３の間で吸熱側送り路６１から分岐し、蒸気冷却器３の下流側で吸熱側送り路６１につながっている。バイパス路９３には、流量調整弁（流量調整機構）９４が設けられている。
【００６８】
このように流量調整弁９４を有するバイパス路９３が設けられていれば、第１実施形態の変形例と同様に、第１圧縮機２１と第２圧縮機２２の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。つまり、空気調和装置１Ｂの使用条件により、冷媒蒸気からの放熱量が少なくてよい場合は、冷媒液をバイパス路９３に優先的に流すことで、放熱量を少なく制御でき、空気調和装置１ＢのＣＯＰや快適性が向上する。
【００６９】
例えば、流量調整弁９４は、空気調和装置１Ｂの起動開始から所定時間（例えば、３分間）は、全開に制御される。これにより、第１圧縮機２１から吐出される冷媒蒸気からの放熱量が抑制されて、第２圧縮機２２から吐出される冷媒蒸気の温度の上昇速度を速めることが可能となる。その結果、空気調和装置１Ｂの起動時間を短縮でき、暖房時の快適性を向上させることが可能となる。なお、所定時間経過後は、流量調整弁９４を閉じる方向に制御し、バイパス流量を徐々に低減させることで、第２圧縮機２２の信頼性は確保される。
【００７０】
図７に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ｂは、第３圧縮機３３および第２蒸気冷却器１３を備えていてもよい。第２蒸気冷却器１３は、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気を第３圧縮機３３に吸入される前に冷却する。第２蒸気冷却器１３は、第２圧縮機２２で圧縮された冷媒蒸気と吸熱回路６を流れる冷媒液との間で熱交換を行う熱交換器である。詳細には、第２蒸気冷却器１３は、吸熱側送り路６１において、第１蒸気冷却器３と第２熱交換器７との間に配置されている。このようにすれば、吸熱回路６を流れる冷媒液に効率的に熱を与えることができる。
【００７１】
（第３実施形態）
図８に、本発明の第３実施形態に係る空気調和装置１Ｃを示す。この空気調和装置１Ｃは、冷媒回路２、放熱回路４および吸熱回路６を備えている。これらの回路の構造および機能は、第１実施形態で説明した通りである。冷媒回路４には、蒸気冷却器８が配置されている。
【００７２】
蒸気冷却器８は、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、第１圧縮機２１から吐出された冷媒蒸気を第２圧縮機２２に吸入される前に冷却する。本実施形態では、蒸気冷却器８は、室内に配置されている。蒸気冷却器８としては、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。
【００７３】
本実施形態では、上述した蒸気冷却器８が、送風機５１（室内ファン５１）が生じさせる風が第１熱交換器５を通過した後に当該蒸気冷却器８を通過するように配置されている。換言すれば、第１熱交換器５と蒸気冷却器８は、室内ファン５１による通風方向に並んでおり、蒸気冷却器８が第１熱交換器５の風下側に位置している。
【００７４】
次に、空気調和装置１Ｃの運転動作について説明する。
【００７５】
第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気は、蒸気冷却器８において室内空気に放熱した後に第２圧縮機２２に吸入される。第２圧縮機２２でさらに圧縮された冷媒蒸気は、凝縮器２３において、第１熱交換器５で過冷却された冷媒液と熱交換することで凝縮する。凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の一部は、ポンプ４３により第１熱交換器５へ圧送される。第１熱交換器５に圧送された冷媒液は、ここで室内空気に放熱した後に凝縮器２３に戻る。
【００７６】
凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の残りは、膨張弁２４を経由して、蒸発器２５へ導入される。蒸発器２５内の冷媒液の一部は、ポンプ６３により第２熱交換器７に圧送され、ここで室外空気から吸熱した後に、蒸発器２５に戻る。蒸発器２５内の冷媒液は、減圧下での沸騰により蒸発し、蒸発した冷媒蒸気が第１圧縮機２１に吸入される。
【００７７】
本実施形態の空気調和装置１Ｃでは、蒸気冷却器８における冷媒蒸気からの放熱を暖房に利用することができるため、暖房を行う際の熱損失が大幅に抑制される。これにより、空気調和装置１ＣのＣＯＰを向上させることができる。
【００７８】
ところで、蒸気冷却器８は、必ずしも第１熱交換器５の風下側に配置されている必要はなく、例えば第１熱交換器５の風上側に配置されていてもよい。ただし、この場合は、第１熱交換器５に供給される空気の温度が上昇するため、蒸気冷却器８を第１熱交換器５における冷媒液の出口近くの領域上に配置するなどの対策が必要になる。これに対し、本実施形態では、蒸気冷却器８が第１熱交換器５の風下側に配置されているので、蒸気冷却器８のサイズおよびレイアウトを自由に決定することができる。
【００７９】
なお、蒸気冷却器８は第１熱交換器５の近傍に配置されていなくても室内に配置されていれば、蒸気冷却器８における冷媒蒸気からの放熱を暖房に利用することは可能である。
【００８０】
＜変形例＞
前記実施形態の空気調和装置１Ｃは、種々の変形が可能である。
【００８１】
例えば、図９に示すように、空気調和装置１Ｃは、吸熱側送り路６１においてポンプ６３から圧送された冷媒液を冷媒回路２における蒸気冷却器８と第２圧縮機２２との間の部分にインジェクションするインジェクション路８１を備えていてもよい。この場合のインジェクションはポンプ６３による圧送を利用して行われるため、インジェクション路８１の上流端は、吸熱側送り路６１におけるポンプ６３よりも下流側に接続されている。また、インジェクション路８１には、インジェクション流量を調整するインジェクションバルブ８２が設けられている。
【００８２】
蒸発器２５から抜き出された冷媒液の一部は、第２熱交換器７に流入せずに、インジェクションバルブ路８１を通じて蒸気冷却器８と第２圧縮機２２の間で冷媒回路２にインジェクションされる。インジェクションバルブ８２の開度は、例えば、第２圧縮機２２から吐出される冷媒の温度に基づいて制御される。つまり、第２圧縮機２２から吐出される冷媒の温度が所定値よりも高い場合は、インジェクションバルブ８２の開度を大きくする制御がなされる。
【００８３】
このようにインジェクション路８１が設けられていれば、第２圧縮機２２に吸入される冷媒の温度を大幅に低下させることができるため、空気調和装置１Ｃ、特に第２圧縮機２２の信頼性をさらに向上させることができる。
【００８４】
また、別の変形例として、図１０に示すように、冷媒回路２には、蒸気冷却器８をバイパスするバイパス路８３が設けられていてもよい。バイパス路８３は、第１圧縮機２１と蒸気冷却器８の間で冷媒回路２から分岐し、蒸気冷却器８と第２圧縮機２２の間で冷媒回路２につながっている。バイパス路８３には、流量調整弁（流量調整機構）８４が設けられている。
【００８５】
このように流量調整弁８４を有するバイパス路８３が設けられていれば、第１圧縮機２１と第２圧縮機２２の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。つまり、空気調和装置１Ｃの使用条件により、冷媒蒸気からの放熱量が少なくてよい場合は、冷媒液をバイパス路８３に優先的に流すことで、放熱量を少なく制御でき、空気調和装置１ＣのＣＯＰや快適性が向上する。流量調整弁８４の制御方法の一例は、第１実施形態で説明した通りである。
【００８６】
図１１に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ｃは、第３圧縮機３３および第２蒸気冷却器９を備えていてもよい。冷媒回路２において、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器８（第１蒸気冷却器８）、第２圧縮機２２、第２蒸気冷却器９、第３圧縮機３３、凝縮器２３および膨張弁２４がこの順に接続されている。
【００８７】
第２蒸気冷却器９は、第２圧縮機２２で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気を第３圧縮機３３に吸入される前に冷却する。本変形例では、第２蒸気冷却器９は、第１蒸気冷却器８と同様に、室内に配置されている。第２蒸気冷却器９としては、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。
【００８８】
詳細には、室内ファン５１が生じさせる風が第１熱交換器５を通過した後に第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９をこの順に通過するように、第２蒸気冷却器９が配置されている。換言すれば、第１熱交換器５、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９は、室内ファン５１による通風方向に並んでおり、第１蒸気冷却器８が第１熱交換器５の風下側に位置しており、第２蒸気冷却器９が第１蒸気冷却器８の風下側に位置している。このようにすれば、空気調和装置１Ｃの暖房能力をさらに向上させることができる。ただし、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９の位置は特に限定されない。
【００８９】
（第４実施形態）
図１２に、本発明の第４実施形態に係る空気調和装置１Ｄを示す。
【００９０】
本実施形態では、蒸気冷却器８が第２熱交換器７に供給される空気を加熱するように配置されている。具体的には、蒸気冷却器８が、室外ファン７１が生じさせる風が当該蒸気冷却器８を通過した後に第２熱交換器７を通過するように配置されている。換言すれば、蒸気冷却器８と第２熱交換器７とは、室外ファン７１による通風方向に並んでおり、蒸気冷却器８が第２熱交換器７の風上側に位置している。
【００９１】
次に、空気調和装置１Ｄの運転動作について説明する。
【００９２】
第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気は、蒸気冷却器８において室外空気に放熱した後に第２圧縮機２２に吸入される。第２圧縮機２２でさらに圧縮された冷媒蒸気は、凝縮器２３において、第１熱交換器５で過冷却された冷媒液と熱交換することで凝縮する。凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の一部は、ポンプ４３により第１熱交換器５へ圧送される。第１熱交換器５に圧送された冷媒液は、ここで室内空気に放熱した後に凝縮器２３に戻る。
【００９３】
凝縮器２３にて凝縮した冷媒液の残りは、膨張弁２４を経由して、蒸発器２５へ導入される。蒸発器２５内の冷媒液の一部は、ポンプ６３により第２熱交換器７に圧送され、ここで蒸気冷却器８により加熱された室外空気から吸熱した後に、蒸発器２５に戻る。蒸発器２５内の冷媒液は、減圧下での沸騰により蒸発し、蒸発した冷媒蒸気が第１圧縮機２１に吸入される。
【００９４】
本実施形態の空気調和装置１Ｄでは、蒸気冷却器８における冷媒蒸気からの放熱を室外空気冷却用の熱媒体である冷媒液によって回収することができるため、暖房を行う際の熱損失が大幅に抑制される。これにより、空気調和装置１ＤのＣＯＰを向上させることができる。
【００９５】
さらに、第２熱交換器７に供給される空気を加熱することにより、第２熱交換器７から流出する冷媒液の温度を上昇させ、蒸発器２５内の冷媒蒸気の圧力を高めることができる。これにより、第１圧縮機２１および第２圧縮機２２の圧縮仕事をも低減することができる。
【００９６】
また、本実施形態では、冬期に第２熱交換器７に付着する霜の量を低減できるため、冬期における空気調和装置１ＤのＣＯＰを特に効果的に向上させることができるとともに、暖房時の快適性を向上させることができる。
【００９７】
＜変形例＞
前記実施形態の空気調和装置１Ｄは、種々の変形が可能である。
【００９８】
例えば、図１３に示すように、空気調和装置１Ｄは、吸熱側送り路６１においてポンプ６３から圧送された冷媒液を冷媒回路２における蒸気冷却器８と第２圧縮機２２との間の部分にインジェクションするインジェクション路９１を備えていてもよい。この場合のインジェクションも、第３実施形態の変形例と同様に、ポンプ６３による圧送を利用して行われる。また、インジェクション路９１には、インジェクション流量を調整するインジェクションバルブ９２が設けられている。
【００９９】
このようにインジェクション路９１が設けられていれば、第３実施形態の変形例と同様に、第２圧縮機２２に吸入される冷媒の温度を低下させることができるため、空気調和装置１Ｄ、特に第２圧縮機２２の信頼性をさらに向上させることができる。
【０１００】
また、別の変形例として、図１４に示すように、冷媒回路２には、蒸気冷却器８をバイパスするバイパス路９３が設けられていてもよい。バイパス路９３は、第１圧縮機２１と蒸気冷却器８の間で冷媒回路２から分岐し、蒸気冷却器８と第２圧縮機２２の間で冷媒回路２につながっている。バイパス路９３には、流量調整弁（流量調整機構）９４が設けられている。
【０１０１】
このように流量調整弁９４を有するバイパス路９３が設けられていれば、第３実施形態の変形例と同様に、第１圧縮機２１と第２圧縮機２２の間の冷媒蒸気からの放熱量を最適に制御できる。つまり、空気調和装置１Ｄの使用条件により、冷媒蒸気からの放熱量が少なくてよい場合は、冷媒液をバイパス路９３に優先的に流すことで、放熱量を少なく制御でき、空気調和装置１ＤのＣＯＰや快適性が向上する。流量調整弁９４の制御方法の一例は、第２実施形態で説明した通りである。
【０１０２】
図１５に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ｄは、第３圧縮機３３および第２蒸気冷却器９を備えていてもよい。冷媒回路２において、蒸発器２５、第１圧縮機２１、蒸気冷却器８（第１蒸気冷却器８）、第２圧縮機２２、第２蒸気冷却器９、第３圧縮機３３、凝縮器２３および膨張弁２４がこの順に接続されている。
【０１０３】
第２蒸気冷却器９は、第２圧縮機２２で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、第２圧縮機２２から吐出された冷媒蒸気を第３圧縮機３３に吸入される前に冷却する。本変形例では、第２蒸気冷却器９は、第１蒸気冷却器８と同様に、室外に配置されている。第２蒸気冷却器９としては、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。
【０１０４】
詳細には、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９は、第２熱交換器７の風上側に配置されている。室外ファン７１が生じさせる風が第１蒸気冷却器８、第２蒸気冷却器９および第２熱交換器７をこの順に通過するように、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９が配置されている。換言すれば、第２熱交換器７、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９は、室外ファン７１による通風方向に並んでおり、第２蒸気冷却器９が第１蒸気冷却器８の風下側に位置しており、第２熱交換器７が第２蒸気冷却器９の風下側に位置している。このようにすれば、冷媒蒸気を効率的に冷却できる。ただし、第１蒸気冷却器８および第２蒸気冷却器９の位置は特に限定されない。
【０１０５】
図１６に示すように、さらに別の変形例において、空気調和装置１Ｄは、第１循環路４ａ、第２循環路６ａ、第１切換弁２７、第２切換弁２８、第３切換弁１４および第４切換弁１５を備えている。第１循環路４ａ、第２循環路６ａ、第１切換弁２７および第２切換弁２８の構造、機能および位置などは、図４を参照して説明した通りである。
【０１０６】
空気調和装置１Ｄは、さらに、２つの蒸気冷却器８（８ａ，８ｂ）を備えている。蒸気冷却器８ａおよび８ｂは、ともに、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、第１圧縮機２１から吐出された冷媒蒸気を第２圧縮機２２に吸入される前に冷却する。一方の蒸気冷却器８ａ（室内側蒸気冷却器８ａ）は室内に配置されており、他方の蒸気冷却器８ｂ（室外側蒸気冷却器８ｂ）は室外に配置されている。
【０１０７】
第３切換弁１４および第４切換弁１５は、蒸気冷却器８ａおよび８ｂから選ばれる１つにのみ冷媒蒸気を流すように制御される。第３切換弁１４および第４切換弁１５の具体例は三方弁である。暖房時において、蒸気冷却器８ａに冷媒蒸気が流れるように、第３切換弁１４および第４切換弁１５が制御される。冷房時において、蒸気冷却器８ｂに冷媒蒸気が流れるように、第３切換弁１４および第４切換弁１５が制御される。このようにすれば、暖房と冷房を切り替えたときにも、第１圧縮機２１で圧縮された冷媒蒸気を確実に冷却できる。
【０１０８】
蒸気冷却器８ａの構造、機能および位置などは、図８を参照して説明した通りである。蒸気冷却器８ｂの構造、機能および位置などは、図１２を参照して説明した通りである。ただし、蒸気冷却器８ｂに冷媒蒸気が流れるとき、第２熱交換器７には凝縮器２３から冷媒液が送られる。従って、蒸気冷却器８ｂは、第２熱交換器７で加熱された空気をさらに加熱するように配置されうる。具体的には、蒸気冷却器８ｂは、室外ファン７１が生じさせる風が第２熱交換器７を通過した後に当該蒸気冷却器８ｂを通過するように配置されている。換言すれば、蒸気冷却器８ｂと第２熱交換器７とは、室外ファン７１による通風方向に並んでおり、蒸気冷却器８ｂが第２熱交換器７の風下側に位置している。
【０１０９】
（その他の実施形態）
前記各実施形態では、放熱回路４および吸熱回路６が冷媒回路２に合流して熱媒体を冷媒に直接接触させる回路であったが、放熱回路４および吸熱回路６は、冷媒回路２に合流せずに熱媒体を冷媒に間接的に接触させる回路であってもよい。すなわち、放熱回路４は、凝縮器２３内に配設された熱交換用の流路を有していてもよいし、吸熱回路６は、凝縮器２５内に配設された熱交換用の流路を有していてもよい。
【０１１０】
さらには、本発明の空気調和装置は少なくとも暖房を行うことができればよく、第２熱交換器７が例えば液体から熱を吸収する熱交換器であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の冷凍装置は、空気調和装置、チラー、蓄熱装置等に有用であり、家庭用エアコン、業務用エアコン等に特に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【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】
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と大気中に熱を放出する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に熱媒体を送る放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に熱媒体を戻す放熱側戻し路とを含み、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と前記放熱回路の前記放熱側送り路を流れる熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である、冷凍装置。
【請求項２】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱側送り路にはポンプが設けられており、
前記蒸気冷却器は、前記放熱側送り路に配置されている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記放熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項５】
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と大気中に熱を放出する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に熱媒体を送る吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に熱媒体を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と前記吸熱回路の前記吸熱側送り路を流れる熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である、冷凍装置。
【請求項６】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱側送り路にはポンプが設けられており、
前記蒸気冷却器は、前記吸熱側送り路に配置されており、
前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記蒸気冷却器は、前記吸熱側送り路に配置されており、
前記吸熱側送り路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含む、請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記第２熱交換器は、大気中から熱を吸収する熱交換器である、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
冷媒を循環させる冷媒回路であって、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、冷媒蒸気を冷却する蒸気冷却器、冷媒蒸気を圧縮する第２圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された冷媒回路と、
前記凝縮器と室内の空気に放熱する第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱回路と、
前記蒸発器と室外の空気から吸熱する第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱回路と、を備え、
前記蒸気冷却器は、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒蒸気と空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、前記室内に配置されている、または前記第２熱交換器に供給される空気を加熱するように配置されている、冷凍装置。
【請求項１１】
前記第１熱交換器に室内の空気を供給する室内ファンをさらに備え、
前記蒸気冷却器は、前記室内ファンが生じさせる風が前記第１熱交換器を通過した後に当該蒸気冷却器を通過するように配置されている、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１２】
前記吸熱回路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器内に貯留された冷媒液であり、
前記吸熱回路は、前記蒸発器から前記第２熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた吸熱側送り路と、前記第２熱交換器から前記蒸発器に冷媒液を戻す吸熱側戻し路とを含み、
前記冷凍装置は、前記吸熱側送り路において前記ポンプから圧送された冷媒液を前記冷媒回路における前記蒸気冷却器と前記第２圧縮機との間の部分にインジェクションするインジェクション路をさらに備える、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
前記冷媒回路には、前記蒸気冷却器をバイパスするバイパス路が設けられており、前記バイパス路には、流量調整機構が設けられている、請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１４】
前記放熱回路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器内に貯留された冷媒液であり、
前記放熱回路は、前記凝縮器から前記第１熱交換器に冷媒液を送る、ポンプが設けられた放熱側送り路と、前記第１熱交換器から前記凝縮器に冷媒液を戻す放熱側戻し路とを含む、請求項１０に記載の冷凍装置。
【国際調査報告】
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