(57)【要約】【課題】圧縮機のモータを確実に冷却することで、モータ効率の向上を実現でき、高効率運転が可能なヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】圧縮機２、放熱器３、膨張手段４、蒸発器５が環状に接続された冷媒回路１と、第１熱媒体循環手段７、前記蒸発器５、熱交換手段１１、外部熱源用熱交換器８が環状に接続された熱媒体回路６とを備え、前記熱交換手段１１を、前記圧縮機２に内蔵されたモータ用ステータに対向する前記圧縮機２の外周部またはその近傍に配設し、前記蒸発器５から流出した熱媒体が、前記熱交換手段１１に流入する構成としたことを特徴とするヒートポンプ装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、熱交換手段、外部熱源用熱交換器が環状に接続された熱媒体回路とを備え、前記熱交換手段を、前記圧縮機に内蔵されたモータ用ステータに対向する前記圧縮機の外周部またはその近傍に配設し、前記蒸発器から流出した熱媒体が、前記熱交換手段に流入する構成としたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
制御装置と、前記熱交換手段への熱媒体の流れを制御する開閉弁と、前記圧縮機の吐出配管に配設した温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記温度検出手段により検出された冷媒温度に基づいて、前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機の冷却技術として、特に圧縮機の信頼性向上を目的とし、冷却管を圧縮機シェルと伝熱的に配置し、アキュームレータに滞留する液冷媒を伝熱管に流通させることにより、圧縮機のシェル温度の上昇を防止するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載の冷凍装置の構成図である。
【０００４】
従来の冷凍装置は、圧縮機２０１、凝縮器２０２、膨張手段２０３、蒸発器２０４、四方弁２０５、アキュームレータ２０６を環状に接続して構成され、アキュームレータ２０６の下底部に冷却管２０７の一端を接続し、冷却間２０７を圧縮機２０１と伝熱的に配管し、他端をアキュームレータ２０６の上部に接続したものである。
【０００５】
これにより、低負荷運転時などアキュームレータ２０６に滞留する冷媒をアキュームレータ２０６の底部に設けられた冷却管に導き、ここで冷媒が蒸発して圧縮機１０２のシェルの熱を奪い、圧縮機２０１を冷却し、圧縮機２０１の信頼性を向上させること目的としたものである。
【０００６】
また、図７に示すように、圧縮機２０１に搭載されるモータおよびステータは、ステータの温度が低下するとモータ効率が向上する（例えば、特許文献２）。
【０００７】
このため圧縮機２０１を冷却することによりステータも冷却され、モータ効率が向上しシステム効率も向上する効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−０５９３４３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術では、冷房時の小負荷運転時などアキュームレータに冷媒が滞留する条件においては効果が発揮されるが、アキュームレータに冷媒が滞留しない条件では、圧縮機シェルを冷却することは困難である。
【００１０】
更に、この構造では、アキュームレータの底部から液冷媒を圧縮機シェル部へ引き回し、再度アキュームレータ上部に戻しているため、アキュームレータに溜まる液冷媒の圧力水頭分の差圧のみで冷媒を流通させることしかできないため、殆ど熱交換部に冷媒は流れず冷却できないという課題があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機のモータを確実に冷却することで、モータ効率の向上を実現でき、高効率運転が可能なヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、熱交換手段、外部熱源用熱交換器が環状に接続された熱媒体回路とを備え、前記熱交換手段を、前記圧縮機に内蔵されたモータ用ステータに対向する前記圧縮機の外周部またはその近傍に配設し、前記蒸発器から流出した熱媒体が、前記熱交換手段に流入する構成としたことを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、第１熱媒体回路の低温の熱媒体と高温の圧縮機胴シェルとが熱交換し、圧縮機胴シェルの温度が低下し、圧縮機胴シェルが冷却されることにより、圧縮機内部のモータのステータが冷却され、圧縮機のモータ効率の向上を実現でき、高効率運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮機のモータを確実に冷却することで、モータ効率の向上を実現でき、高効率運転が可能なヒートポンプ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ装置の回路図
【図２】同圧縮機の断面外略図
【図３】同圧縮機のモータのステータ部分の冷却方法を示す図
【図４】同他の圧縮機のモータのステータ部分の冷却方法を示す図
【図５】同ヒートポンプ装置の開閉弁の動作制御のフローチャート
【図６】従来の冷凍装置の構成図
【図７】同圧縮機のステータ温度とモータ効率との関係図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、第１熱媒体循環手段、前記蒸発器、熱交換手段、外部熱源用熱交換器が環状に接続された熱媒体回路とを備え、前記熱交換手段を、前記圧縮機に内蔵されたモータ用ステータに対向する前記圧縮機の外周部またはその近傍に配設し、前記蒸発器から流出した熱媒体が、前記熱交換手段に流入する構成としたことを特徴とするヒートポンプ装置である。
【００１７】
これにより、第１熱媒体回路の低温の熱媒体と高温の圧縮機胴シェルとが熱交換し、圧縮機胴シェルの温度が低下し、圧縮機胴シェルが冷却されることにより、圧縮機内部のモータのステータが冷却され、圧縮機のモータ効率の向上を実現でき、高効率な運転が可能となる。
【００１８】
第２発明は、制御装置と、前記熱交換手段への熱媒体の流れを制御する開閉弁と、前記圧縮機の吐出配管に配設した温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記温度検出手段により検出された冷媒温度に基づいて、前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、圧縮機起動時の吐出温度が低い場合には、圧縮機胴シェルを冷却することがなく、吐出温度を速やかに上昇させることができ、また、暖房運転の初期起動やサーモオフからの再起動時には、圧縮機胴シェルを冷却することができるとともに、吐出温度の速やかな上昇は妨げることがないため、速やかに利用側での暖房運転を開始することができ、快適性を損なうことなく高効率な運転開始が可能となる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル図、図２は、圧縮機断面の外略図、図３および図４は、圧縮機モータのステータ部分の冷却の一例の図、図５は開閉弁制御の制御フローチャートを示すものである。
【００２２】
冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＣＯ２等の単一冷媒等を用いることができる。
【００２３】
図１において、冷媒回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機２、圧縮された高圧冷媒の熱を放熱する放熱器３、高圧冷媒を減圧膨張させる膨張弁４（膨張手段）、減圧膨張された二相冷媒を蒸発させる蒸発器５を順次配管接続して構成されている。
【００２４】
また、ブライン回路６（熱媒体回路）は、地中熱を汲み上げる熱媒体のブラインを循環させるブラインポンプ７（熱媒体循環手段）、蒸発器５、地中熱交換器８（外部熱源用熱交換器）を順次配管接続して構成されており、地中熱交換器８を出たブラインは、蒸発器５に流入し、蒸発器５の出口で分岐し、一方の第１分岐管９は、開閉弁１０を介して熱交換器１１に接続され、熱交換器１１により圧縮機２の胴シェルと熱交換を行い、その後、蒸発器５の出口分岐部の他方の第２分岐管１２（バイパス管）の出口と合流する。
【００２５】
ここで、開閉弁１０は、第１分岐管９に配設したが、第２分岐管１２でも良く、もしくは、第１分岐管９と第２分岐管１２の両方に配設しても良い。
【００２６】
更に、水回路１３は、放熱器３から吸熱した温水を循環する水ポンプ１４、温水を利用して暖房を行なう熱利用端末１５が順次配管接続して構成されている。
【００２７】
また、冷媒回路１には、圧縮機２の吐出温度を検出する温度センサ１６（温度検出手段）が設けられている。
【００２８】
また、温度センサ１６で検出された温度の値から開閉弁１０の動作を制御するための制御装置１７が備えられている。
【００２９】
まず、図１に示す冷凍サイクルにおいて、冷媒回路１では、圧縮機２から吐出された高圧ガス冷媒は、放熱器３に流入し放熱して温度が低下する。その後、温度が低下した高圧液冷媒は、膨張弁４により減圧膨張され低温低圧の二相冷媒となる。次に、この低温低圧の二相冷媒は、蒸発器５に流入し蒸発気化して、再び、圧縮機２に吸入される。
【００３０】
一方、ブライン回路６では、地中熱交換器８で地中から採熱した熱がブラインを熱媒体として循環し、蒸発器５に流入する。このとき、蒸発器５では、地中から採熱した熱と冷媒から吸熱した熱により冷媒の蒸発が促進される。
【００３１】
このとき、ブラインの一部は、蒸発器５の出口で分岐した第１分岐管９を流通し、熱交換器１１に流入する。そして、熱交換器１１では、圧縮機２の胴シェルを介して圧縮機２のモータ２１のステータ２２と熱交換し、ステータ２２を冷却する。その後、第２分岐管１２に合流し、地中熱交換器８に流入する。
【００３２】
更に、水回路１３においては、放熱器３が放熱した熱を水が吸熱し、水ポンプ１４で循環し、例えばファンコンベクターや床暖房等の熱利用端末１５で暖房の熱源として使用される。なお、図１では、通常運転時の冷媒、ブライン、水の流れ方向を矢印で示している。
【００３３】
ここで、図２に示す一般に圧縮機２などに用いられるモータ２１およびステータ２２は、ステータ２２の温度が上昇するとモータ効率が低下する。すなわち、高温出水運転など高負荷運転においては、モータ２１にも負荷がかかり、ステータ２２の温度が上昇するためモータ効率は低下する。
【００３４】
本実施の形態では、熱交換器１１は、圧縮機２のモータ２１のステータ２２部分の胴シェルの外周部分に接するように配設し、地中熱交換器で汲み上げた地中熱が蒸発器５で更に冷却され、その一部の冷熱と胴シェルの外周部分が熱交換することで、ステータ２２を冷却してモータ効率を向上させるものである。
【００３５】
一方、ステータ２２と熱交換したブラインは温度が上昇して地中熱交換器８に流入するため、地中熱交換器近傍の地中から過度に採熱されることがなくなり、地中熱交換器近傍の地中温度の過度な低下を防止せしめるものである。
【００３６】
ここで、図３と図４に熱交換器１１の形状の一例を示す。熱交換器１１は、図３に示すように、圧縮機２の胴シェルに水平方向に巻きつける形状の銅管２３や、図４に示すように、縦方向に蛇腹状に巻きつける形状の銅管２４などのようなものが考えられる。
【００３７】
銅管２３の場合は、入口から出口にかけてステータ２２の上下方向に冷却が進み、銅管２４の場合は、入口から出口にかけて胴シェル周方向にかけてステータ２２の冷却が進行する形となる。なお、図３、図４では、熱交換器１１は単一経路であるが、複数経路に分割しても良い。
【００３８】
以上のように、熱交換器１１の形状は、胴シェルの形状に応じて、熱交換器１１と胴シェル面の接触が良好となる形状が好ましい。
【００３９】
以下、前述した構成において、図５を参照しながら、暖房運転開始時の圧縮機２のステータ２２の冷却動作について説明する。
【００４０】
はじめに、暖房運転開始において、圧縮機２を起動する（ステップ１０１）。次に、圧縮機２の吐出温度Ｔｄの検出を行なう（ステップ１０２）。その後、検出された吐出温度Ｔｄと予め設定された設定温度Ｔｓとの比較を行う（ステップ１０３）。
【００４１】
このとき、設定温度Ｔｓは、放熱器３で冷媒と水が熱交換を行い、熱利用端末１５で温水により暖房運転を行う場合に冷温感を感じることなく不快なならない温度とする。
【００４２】
ステップ１０３における温度比較の結果、吐出温度Ｔｄが設定温度Ｔｓ以上の場合、開閉弁１０を開放する（ステップ１０４）。これにより、地中熱交換器８で汲み上げられた地中熱が蒸発器５で更に冷却され、低温のブラインが蒸発器を流出し、熱交換器１１に流入し、圧縮機２の胴シェルを介してモータ２１のステータ２２を冷却する。
【００４３】
ステータ２２は冷却されることにより温度が低下し、電気抵抗が低下するため、モータ効率が向上する。更に、ステータ２２と熱交換したブラインは、温度が上昇し、分岐前のブラインと合流して地中熱交換器８に流入する。
【００４４】
すなわち、地中熱交換器８に流入するブライン温度が上昇するため、地中熱交換器８近傍の地中から過度に採熱されることがなくなり、地中熱交換器８近傍の地中温度の過度な低下を防止できる。
【００４５】
したがって、地中熱交換器８近傍の地中温度が低下し続けることが低減されるため安定した地中熱の採熱が可能となる。
【００４６】
一方、ステップ１０３における温度比較の結果、吐出温度Ｔｄが設定温度Ｔｓ未満の場合、開閉弁１０は閉止する（ステップ１０５）。
【００４７】
これにより、圧縮機２本体が低温状態の場合に、過剰に冷却し、圧縮機２の吐出温度Ｔｄの上昇を妨げることがないため、速やかな温度上昇が可能となり遅延することなく暖房運転を開始することができ、暖房運転開始に合わせて、快適性を損なうことなく高効率な運転開始が可能となる。
【００４８】
以上のようにステップ１０１からステップ１０５を繰り返すことにより、圧縮機２の吐出温度Ｔｄ上昇に伴い、モータ２１のステータ２２を冷却しモータ効率を向上させることができる。
【００４９】
また、地中熱交換器８近傍の地中から過度に採熱されることがなくなり、地中熱交換器８近傍の地中温度の過度な低下を防止できるため、地中熱交換器８近傍の地中温度が低下し続けることが低減され、安定した地中熱の採熱が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、圧縮機のモータ効率を向上させることが可能になるとともに、システム効率を向上させることができるため、一般空調機、ヒートポンプ温水暖房機、大型地中熱ヒートポンプ暖房機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  冷媒回路
２  圧縮機
３  放熱器
４  膨張弁（膨張手段）
５  蒸発器
６  ブライン回路（第１熱媒体回路）
７  ブラインポンプ（第１熱媒体循環手段）
８  地中熱交換器（外部熱源用熱交換器）
１０  開閉弁
１１  熱交換器（熱交換手段）
１２  第２分岐管
１３  水回路（第２熱媒体回路）
１４  水ポンプ（第２熱媒体循環手段）
１６  温度センサ（温度検出手段）
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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