(57)【要約】【課題】冷媒を用いて冷凍サイクルを構成する空気調和機において、圧縮機あるいはその吐出ガスを冷却することで、冷房運転時の性能向上を図る。【解決手段】冷房運転時、ヒートパイプ２０により圧縮機５が冷却される。圧縮機５が冷やされると、圧縮機５の圧縮効率が上昇したり、負荷が軽減したり、運転性能が向上する。また、ヒートパイプ２０は、動力を使用することなく圧縮機５を冷却することができる。従って、運転性能の優れた装置を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と室外熱交換器と膨張弁と室外送風機を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを連環して冷媒を循環させ、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルあるいは冷凍サイクルを構成し空調を行う空気調和機であって、吸熱部と放熱部を有する圧縮機冷却手段を備え、前記圧縮機の運転時に、前記圧縮機冷却手段により前記圧縮機の冷凍機油貯留部以外を冷却することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記圧縮機冷却手段の前記吸熱部が、前記圧縮機のシェルに接触していることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記圧縮機冷却手段の前記吸熱部が、前記圧縮機のモーターが内蔵されている部分のシェルに接触していることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記圧縮機冷却手段の前記放熱部が、前記室外熱交換器の風下側に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記圧縮機冷却手段の前記放熱部が、前記室外機に設けられた風路を構成する構造体の少なくとも一部に接するよう配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記室外機の前記風路を構成する構造体は、前記放熱部が接する部分の風路側に凹凸形状を有することを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記圧縮機冷却手段が、ヒートパイプで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和機。
【請求項８】
前記ヒートパイプの内部の冷媒の流れを遮断する冷媒遮断手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いて冷凍サイクルを構成して冷房を行う空気調和機において、冷房用の冷凍サイクルとは別に、圧縮機など冷凍サイクルの一部で冷却あるは熱交換して冷房運転時の性能向上を図るための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年は、地球温暖化防止の観点から空気調和機の運転効率が重要視されている。その結果、圧縮機や送風機の効率向上や熱交換器の高性能化が図られている。
【０００３】
圧縮機や送風機においては、インバータ化から始まり、高価な希土類の磁石をローターに用いたり、モーター駆動方式を改良し、従来であれば高速運転が困難であったモーターコイル巻数が多い仕様のステーターも使いこなすことで、期間消費電力の低減を実現してきた。
【０００４】
ルームエアコンやパッケージエアコンにおいて使用されるファンモーターは、モールドタイプが多く、出力は数十Ｗから数百Ｗで、回転数は２０００ｒｐｍ以下で使用されることが多い。一方、圧縮機のモーターは、圧縮機構と共に同一シェル内に封入され、冷媒や冷凍機油にさらされる環境下に置かれ、出力は数百Ｗから数ｋＷで、回転数は８０００ｒｐｍ以下で使用されることが多い。
【０００５】
モーターは一般的に、温度が低いほうが効率は良くなることが知られている。ファンモーターについていうと、パッケージエアコンなどでは放熱フィンが設けられている場合もあるが、あまり積極的な冷却が施されていないことが多い。圧縮機のモーターでは負荷が大きいこともあり、冷媒で冷却される構造となっている。
【０００６】
熱交換器については、年々投入量が増大しており、空気調和機の大きさはどんどん大きくなってきている。また、フィンの切起しや曲げ形状に工夫を凝らし熱交換性能に優れたフィンが開発され、冷媒配管の細管化や管径の変化により高性能化を図る技術も開発されている。
【０００７】
冷媒を用いて構成される、冷凍・ヒートポンプサイクルでは、電力を消費して冷媒を循環させ、放熱・吸熱のサイクルを回し続けることで冷暖房を実現している。
【０００８】
一方で、最小限の電力消費で熱の移動伝達を行うヒートパイプの技術が存在し、電気回路の放熱や、建築関係などで使用されている。最も良く性能が発揮されるケースでは、電力消費ゼロで冷却、加熱を行うことができる。
【０００９】
しかしながら、ヒートパイプでは、常に熱は温度が高い方から低い方へ移動するだけであり、雰囲気の温度条件により放熱部と吸熱部が自動的に決定されてしまう。従って、温度の低いところで吸熱し、温度の高いところへ放熱するという特性が要求される冷凍・ヒートポンプサイクルに採用するのは難しい。
【００１０】
冷凍・ヒートポンプサイクルに、ヒートパイプを利用した技術は、冷凍装置において、圧縮機に断熱材を巻いて、断熱、遮音すると共に、ヒートパイプを利用して圧縮機の熱を外部へ放出し、圧縮機の過熱を防ぐといったものである（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
最近の空気調和機に使用される圧縮機は、摺動部に冷凍機油の供給が容易な、圧縮機構
やモーターが高圧側に配置される高圧ドーム型と呼ばれる構成をとっている。
【００１２】
高圧ドーム型の圧縮機では、摺動部やモーターで発生した熱は、高圧に圧縮された冷媒によって圧縮機の外に持ち出され、凝縮器から放熱される。圧縮機は冷媒による冷却が適切になされるよう構成され、空気調和機は不適切な過熱が生じないよう運転制御がなされている。
【００１３】
こうした設計のため、不適切な過熱は生じないが、圧縮機のモーターは冷凍・ヒートポンプサイクル内において最も温度の高い場所におかれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６０−２０５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来の空気調和機において、上記で述べたように圧縮機のモーターは冷凍・ヒートポンプサイクル内において最も温度の高い場所に置かれており、モーター効率の観点からは決して望ましい条件下で動作しているわけではない。
【００１６】
また、冷媒は摺動部の発熱やモーター損失に起因する発熱など圧縮機内部で発生した熱を持出し凝縮器で放熱するため、凝縮器は純粋に圧縮過程で生じた熱よりも大きな熱量を放熱しなければならない。その結果、凝縮温度が上昇し、高圧が上昇し入力も増加する。
【００１７】
また、単に圧縮機のケーシングを冷却するだけでは、過昇温は防げても効率の向上は望めなかったり、不適切な過冷却が生じたりするため、適切な冷却を行なう必要がある。
【００１８】
従って本発明は、こうした課題を解決し、冷房運転時に圧縮機を冷却して、空気調和機の性能の向上を図り、省エネ性に優れる装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成して空調を行う空気調機であって、圧縮機を冷却する圧縮機冷却手段を備え、前記圧縮機の運転時に前記圧縮機冷却手段により、前記圧縮機、特に吐出直前部やモーター部を冷却するものである。
【００２０】
これにより、前記圧縮機のモーター効率や、冷媒の圧縮効率が向上する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の空気調和機は、運転時に、圧縮機冷却手段により圧縮機を冷却することで、圧縮機のモーター効率を向上させたり、冷媒の圧縮効率を向上させたりすることができる。従って、空気調和機の消費電力を低減し、省エネ性に優れる装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和機のシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態１における圧縮機冷却手段の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における空気調和機の室外ユニットの構成図
【図４】本発明の実施の形態１における圧縮機の概略断面図
【図５】本発明の実施の形態２における空気調和機の室外ユニットの構成図
【図６】本発明の実施の形態２における室外ユニット仕切板の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の発明は、圧縮機と室外熱交換器と膨張弁と室外送風機を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを連環して冷媒を循環させ、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルあるいは冷凍サイクルを構成し空調を行う空気調和機であって、吸熱部と放熱部を有する圧縮機冷却手段を備え、前記圧縮機の運転時に、前記圧縮機冷却手段により前記圧縮機の冷凍機油貯留部以外を冷却するものである。
【００２４】
これにより、運転時に前記圧縮機の温度を下げることができる。従って、圧縮機の運転効率を高め、性能の優れた装置を提供することができる。
【００２５】
第２の発明は、第１の発明において、前記圧縮機冷却手段の前記吸熱部が、前記圧縮機のシェルに接触しているものである。
【００２６】
これにより、圧縮機の仕様を変更することなく圧縮機冷却手段を配備することができる。従って、圧縮機冷却手段を容易に配備することができる。
【００２７】
第３の発明は、第２の発明において、前記圧縮機冷却手段の前記吸熱部が、前記圧縮機のモーターが内蔵されている部分のシェルに接触しているものである。
【００２８】
これにより、モーターステータ部を他の部分よりも効率よく冷却することができる。従って、圧縮機のモーター効率が上昇し、小さな冷却能力で、圧縮機の効率向上を実現することができる。
【００２９】
第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記圧縮機冷却手段の前記放熱部が、前記室外熱交換器の風下側に配置されたものである。
【００３０】
これにより、放熱の悪影響を室外熱交換器にもたらすことなく、圧縮機の冷却を行うことができる。従って、性能の優れた装置を提供することができる。
【００３１】
第５の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記圧縮機冷却手段の前記放熱部が、前記室外機に設けられた風路を構成する構造体の少なくとも一部に接するよう配置されたものである。
【００３２】
これにより、放熱部の配置が容易になり組み立て性に優れた構成で圧縮機の冷却を行うことができる。従って、性能に優れかつ組み立てが容易な装置を提供することができる。
【００３３】
第６の発明は、第５の発明において、前記室外機の前記風路を構成する構造体は、前記放熱部が接する部分の風路側に凹凸形状を有するものである。
【００３４】
これにより、放熱面積が増加し、効率よく冷却することができる。従って、より性能に優れかつ組み立てが容易な装置を提供することができる。
【００３５】
第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記圧縮機冷却手段が、ヒートパイプで構成されているものである。
【００３６】
これにより、動力を使用することなく、圧縮機の温度上昇部を効率よく冷却することができる。従って、小型で性能の良い空気調和機を提供することができる。
【００３７】
第８の発明は、第７の発明において、前記ヒートパイプの内部の冷媒の流れを遮断する冷媒遮断手段を備えたものである。
【００３８】
これにより、暖房運転時など、圧縮機の冷却を止め、暖房能力に転化される熱が放出されるのを防ぐことができる。従って、暖房運転時にも、効率の良い空調を行うことができる。
【００３９】
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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和機のシステム構成図を示すものでる。図１では、冷房運転の状態の冷凍サイクル回路を示している。
【００４０】
図１に示すように、第１の実施の形態における空気調和機では、室内機１には、室内熱交換器２、室内送風機３が配備されており、室外機４には、圧縮機５、四方弁６、室外熱交換器７、膨張弁８、アキュムレータ９、室外送風機１０と、圧縮機冷却手段としてのヒートパイプ２０が配備されている。  図２に示すように、ヒートパイプ２０は、圧縮機５のシェルの外面に接して設けられ圧縮機の熱を吸熱する吸熱部３１と、吸熱した熱を放熱するため放熱部３２と、ヒートパイプ２０内部を流れる作動冷媒の流れを制御する冷媒遮断手段である放熱制御バルブ３３を備えている。吸熱部３１の上部と放熱部３２の上部とは、上側配管３４で接続され、吸熱部３１の下部と放熱部３２の下部とは、下側配管３５で接続されている。吸熱部３１、上側配管３４、放熱部３２、下側配管３５は、連環して作動冷媒が流れる回路を構成している。
【００４１】
吸熱部３１は、圧縮機５のシェルに密接する構造のため、圧縮機５は従来のものがそのまま使用することができるので、装置を安価に構成することができる。
【００４２】
吸熱部３１は、圧縮機５のモーター３７と圧縮機構３８とに対向する部分に、接触するように設けられている。望ましくは、モーター３７のステータ部に対向する部分に、接触するように設けられている。
【００４３】
ヒートパイプ２０の作動冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ―１２３４ｚｅなどが望ましい。中でも、Ｒ１３４ａやＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ―１２３４ｚｅなどは、冷媒の圧力が低いため、他の冷媒に比べて配管や熱交換部（吸熱部３１や放熱部３２）の強度が高くなくても構成できるので、吸熱部３１を圧縮機５に密着させる構造が容易に構成できる。
【００４４】
ヒートパイプ２０の作動冷媒として、水を用いても圧縮機５の冷却をすることは可能であるが、凍結などの可能性があるため、冬季に氷点下になるような地域では好ましくない。二酸化炭素を用いることも可能であるが、圧力が高いことや冷房運転時に超臨界域での使用になる場合が想定され、ＨＦＣ系冷媒が気液の蒸発凝縮といった相変化を伴う熱移動をするのに対し、密度差による循環になるため熱の移動速度は遅くなる。
【００４５】
作動冷媒は、二相状態で封入されており、吸熱部３１において圧縮機５からの熱を受けて液冷媒が蒸発し、上側配管３４を通って放熱部３２で凝縮して液となり重力で落下し、下側配管３５、放熱制御バルブ３３を通って吸熱部３１下部へ戻る。
【００４６】
図３に示すように、室外機４は、圧縮機５、四方弁６、膨張弁８、アキュムレータ９などと、室外熱交換器７、室外送風機１０とを隔て風路を構成する構造体である仕切板４０を備えている。放熱部３２は、仕切板４０を貫通して、室外熱交換器７と室外送風機１０の間の風路内、つまり、室外熱交換器７の風下側に配置されている。
【００４７】
外気は空気の流れ４１が示すように、室外送風機１０によって吸い込まれ、室外熱交換器７で温められ、さらに、放熱部３２から圧縮機５の熱を受け取る。外気の温度は、室外熱交換器７で暖められて凝縮温度に近い温度まで上昇している。しかし、圧縮機５の吐出冷媒の温度はそれよりも高く、吸熱部３１においても吐冷媒に近い温度まで加熱されているので、放熱部３２で放熱することが可能である。
【００４８】
冷房運転時は、圧縮機５を冷却することで性能を向上させることができるが、暖房運転時は、圧縮機５の熱が暖房能力として利用されるため、圧縮機５を冷却すると入力は減るものの、能力の減少がそれを上回り、運転効率は低下してしまう。そこで、暖房運転時は放熱制御バルブ３３を閉じ、ヒートパイプ２０内部の作動冷媒が循環しないようにする。
【００４９】
放熱制御バルブ３３を閉じると、温度の低い放熱部３２に液状態の作動冷媒が蓄積し、温度の高い吸熱部３１には、蒸発しきったガス状態の作動冷媒が滞留しているだけで、圧縮機５の熱は、放熱されることなく暖房に利用される。
【００５０】
図４は圧縮機５の内部の概略図である。圧縮機５は、回転軸３６、モーター３７、圧縮機構３８を備えている。モーター３７や圧縮機構３８の下部には冷凍機油３９を貯留する冷凍機油貯留部を備えている。
【００５１】
圧縮機５は、圧縮機構３８やモーター３７が冷凍サイクル回路の高圧側と連通する高圧ドーム型（あるいは、高圧シェルタイプ）と呼ばれる構成をとっている。
【００５２】
圧縮機５は、吸入管４５から冷媒を吸い込み、アキュムレータ９で気液分離して気相冷媒を圧縮機構３８で圧縮し、回転軸３６やモーター３７の隙間を通って吐出管４４から吐出される。圧縮機５において圧縮機構３８は潤滑のため冷凍機油３９に浸されると共に、回転軸３６はその下端から冷凍機油３９を吸い上げ、圧縮機構３８や、回転軸３６の軸受け部へ送り潤滑を行う。
【００５３】
冷凍機油３９は、冷媒との相溶性を有しており、冷媒が飽和に近い状態では、冷凍機油３９には大量の冷媒が溶け込むことになる。また、冷媒自体の温度は過熱度が十分取れていても、冷凍機油３９の温度が低ければ、冷媒の溶け込み量は多くなる。
【００５４】
冷凍機油３９に大量の冷媒が溶け込むと、冷凍機油３９の粘度が低下し潤滑能力が落ちたり、冷凍サイクル中の冷媒量が不足して性能の低下をまねいたり、あるいは冷媒封入量の増加をまねいたりするので望ましくない。
【００５５】
逆に、モーター３７は、温度が高くなると巻線抵抗が大きくなり損失が増加するのに加え、磁石の磁力も弱くなるため、温度は低いほうが望ましい。
【００５６】
圧縮機構３８の圧縮室においても、摩擦による熱が冷媒に与えられ、室外熱交換器７で放出すべき熱が増え、凝縮温度が高く、つまり吐出圧が高くなって圧縮機５の電気入力は増加する。また、圧縮機構３８の温度が高ければ、摺動部の温度が局所的に上昇し易くなるので信頼性の観点からは望ましくない。
【００５７】
圧縮機構３８や吐出直前部４６を冷却すると、室外熱交換器７で放熱すべき熱が減少し凝縮圧の低下や、室外熱交換器７出口の冷媒温度の低下が行なえる。
【００５８】
従って、圧縮機５のモーター３７や、圧縮機構３８の部分、吐出直前部４６つまりは、冷凍機油３９以外の部分を冷却すれば、冷房運転効率を上昇させたり、信頼性を向上させ
たりすることができる。
【００５９】
中でも、モーター３７のステータ部はシェルに圧入されており、圧縮機構３８の部分、吐出直前部４６よりも効率よく冷却することができる。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における空気調和機について、実施の形態１と異なる部分のみを説明する。図５に示すように、本発明の実施の形態２は、ヒートパイプ２０の放熱部３２が風路を構成する仕切板４２に接するよう、配置されている。放熱部３２の熱は仕切板４２に伝わり、最終的には仕切板４２から空気の流れ４１中へ放出される。
【００６０】
放熱部３２が、仕切板４２を貫通しないので、装置の構成や組み立てが容易となる。
【００６１】
さらに、図６の断面図に示すように、仕切板４２の放熱部３２が接する部分の風路側に放熱フィン４３のように凹凸を設け、放熱面積を増大させることにより放熱特性を向上させることができる。
【００６２】
実施の形態２においても、暖房運転時には暖房能力が低下しないように放熱制御バルブなどを設け、熱の移動を制御するのは実施の形態１と同様である。
【００６３】
以上説明したように、本発明の実施の形態１、２における空気調和機では、冷房運転時に圧縮機５、特には吐出直前部４６、モーター３７、圧縮機構３８付近を冷却することで、圧縮機５の運転効率を高め、性能の優れた装置を提供することができる。
【００６４】
また、圧縮機５のシェルに吸熱部３１を接して配置しているので、圧縮機５は従来の構造のままで、容易に実施ができる。
【００６５】
また、吸熱部３１が、圧縮機５のモーター３７が内蔵されている部分のシェルに接触しているため、特にモーター部を効率よく冷却することができ、圧縮機５のモーター３７の効率が上昇し、小さな冷却能力で、圧縮機５の効率向上を実現することができる。
【００６６】
また、放熱部３２が、図４のように室外熱交換器７の風下側に配置され、あるいは図５のように風路を構成する仕切板４２を介して、室外の空気に放熱するため、放熱の悪影響を前記室外熱交換器７にもたらすことなく、圧縮機５の冷却を行い、性能の優れた装置を提供することができる。
【００６７】
特に、本発明の実施の形態２における空気調和機では、放熱部３２が風路を構成する仕切板４２に接するよう配置されており、構成や組み立てが容易な装置を提供することができる。
【００６８】
さらに、仕切板４２の放熱部３２が接する部分の風路側に放熱フィン４３が設けられており、放熱面積が増大し放熱特性を向上させることができる。
【００６９】
また、圧縮機冷却手段としてヒートパイプ２０を使用することで動力を使用することなく、圧縮機５の温度上昇部を効率よく冷却することができ、小型で性能の良い空気調和機を提供することができる。
【００７０】
また、ヒートパイプ２０の内部の作動冷媒の流れを遮断する冷媒遮断手段として放熱制御バルブ３３を備えているので、暖房運転時に圧縮機５の冷却を止め、暖房能力に転化される熱が放出されるのを防ぎ、暖房運転時にも、効率の良い空調を行うことができる。
【００７１】
なおここで、冷凍サイクル回路に使用する冷媒について特に触れてはいないが、種類を問わず本発明は有効に機能する。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかる空気調和機は、圧縮機を冷却することにより、効率のよい装置を提供するもので、その技術は空気調和機だけに止まらず、セパレート型のショーケース、冷蔵庫などに広く適用することができ、効果をもたらすものである。
【符号の説明】
【００７３】
１  室内機
２  室内熱交換器
３  室内送風機
４  室外機
５  圧縮機
６  四方弁
７  室外熱交換器
８  膨張弁
９  アキュムレータ
１０  室外送風機
２０  ヒートパイプ
３１  吸熱部
３２  放熱部
３３  放熱制御バルブ
３４  上側配管
３５  下側配管
３６  回転軸
３７  モーター
３８  圧縮機構
３９  冷凍機油
４０、４２  仕切板
４３  放熱フィン
４４  吐出管
４５  吸入管
４６  吐出直前部
【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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