(57)【要約】【課題】冷媒の流れ方向に応じた膨張機を用いることで、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ること。【解決手段】冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子を用いて前記膨張機出口から前記室内側熱交換器の間で冷媒を冷却することを特徴とする冷凍サイクル装置。【選択図】　　　　図１
2004144399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子を用いて前記膨張機出口から前記室内側熱交換器の間で冷媒を冷却することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子を用いて前記圧縮機出口から前記室内側熱交換器の間で冷媒を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子を用いて室内空気を冷却又は除湿することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子を用いて室内空気を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、前記切替手段による切り替えによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする場合には前記ペルチェ素子の冷却面を用い、前記室内側熱交換器を放熱器とする場合には前記ペルチェ素子の放熱面を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子の放熱面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、前記ペルチェ素子の冷却面を用いて室内空気を冷却又は除湿することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子の冷却面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、前記ペルチェ素子の放熱面を用いて室内空気を加熱することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項８】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、前記切替手段による切り替えによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする場合には前記ペルチェ素子の放熱面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともに前記ペルチェ素子の冷却面を用い、前記室内側熱交換器を放熱器とする場合には前記ペルチェ素子の冷却面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともに前記ペルチェ素子の放熱面を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】
冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動するとともに発電機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記発電機からの電力によってペルチェ素子を動作させ、前記ペルチェ素子によって前記補助圧縮機の出口から前記圧縮機の入口に至る配管を冷却することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルを構成する膨張弁を膨張機に代えることで作動媒体の膨張エネルギーを回収し、冷凍サイクル装置の成績係数を向上させることが従来から提案されている。
しかし、膨張機で発電機を駆動し、その電力を圧縮機の駆動電力の一部とするものも考えられるが、圧縮機の駆動源に供給する商用電源とのマッチングのために、コンバータやインバータなどの複雑な電力変換装置を必要とし、コストアップを招く恐れがあることが指摘されている（例えば特許文献１参照）。
また、冷凍サイクル装置に膨張機を設け、この膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動力の一部に利用する場合には、膨張機と圧縮機との回転数を同じにしなければならず、密度比一定の制約のもとでは、運転条件が変化した場合の最適なＣＯＰを維持することは困難である。
そこで、膨張機をバイパスするバイパス管を設けて、膨張機に流入する冷媒量を制御することで、最適なＣＯＰを維持する構成が提案されている（例えば特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１−１２８０６６号公報（公報第１ページ右欄１４行から第２ページ左欄８行）
【特許文献２】
特開２０００−２３４８１４号公報（段落番号（００２４）（００２５）図１）
【特許文献３】
特開２００１−１１６３７１号公報（段落番号（００２３）図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膨張機をバイパスするバイパス管を設ける場合にあっても、膨張機に流入する冷媒流量が設計上の最適な流量との差が大きくなるにしたがって、バイパスを通過させる冷媒量が大きくなり、その結果回収できるはずの動力が十分に回収できなくなるという問題を有している。
【０００５】
そこで本発明は、膨張機から回収した電力を、圧縮機の駆動源に用いることなく、冷却や放熱に直接利用することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子を用いて前記膨張機出口から前記室内側熱交換器の間で冷媒を冷却することを特徴とする。
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子を用いて前記膨張機出口から前記室内側熱交換器の間で冷媒を加熱することを特徴とする。
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子を用いて室内空気を冷却又は除湿することを特徴とする。
請求項４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子を用いて室内空気を加熱することを特徴とする。
請求項５記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、前記切替手段による切り替えによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする場合には前記ペルチェ素子の冷却面を用い、前記室内側熱交換器を放熱器とする場合には前記ペルチェ素子の放熱面を用いることを特徴とする。
請求項６記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とし、前記ペルチェ素子の放熱面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、前記ペルチェ素子の冷却面を用いて室内空気を冷却又は除湿することを特徴とする。
請求項７記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を放熱器とし、前記ペルチェ素子の冷却面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、前記ペルチェ素子の放熱面を用いて室内空気を加熱することを特徴とする。
請求項８記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させる冷凍サイクル装置であって、前記ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、前記切替手段による切り替えによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする場合には前記ペルチェ素子の放熱面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともに前記ペルチェ素子の冷却面を用い、前記室内側熱交換器を放熱器とする場合には前記ペルチェ素子の冷却面を前記室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともに前記ペルチェ素子の放熱面を用いることを特徴とする。
請求項９記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動するとともに発電機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記発電機からの電力によってペルチェ素子を動作させ、前記ペルチェ素子によって前記補助圧縮機の出口から前記圧縮機の入口に至る配管を冷却することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、室内側熱交換器を蒸発器とし、ペルチェ素子を用いて膨張機出口から室内側熱交換器の間で冷媒を冷却するものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、室内側熱交換器を蒸発器として利用中に、このペルチェ素子によって室内側熱交換器に流れる冷媒を更に冷却することで、室内側熱交換器の冷却能力を増加させることができ、効率的な冷却運転を行うことができる。
本発明による第２の実施の形態は、室内側熱交換器を放熱器とし、ペルチェ素子を用いて膨張機出口から室内側熱交換器の間で冷媒を加熱するものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、室内側熱交換器を放熱器として利用中に、このペルチェ素子によって室内側熱交換器に流れる冷媒を更に加熱することで、室内側熱交換器の加熱能力を増加させることができ、効率的な加熱運転を行うことができる。
本発明による第３の実施の形態は、室内側熱交換器を蒸発器とし、ペルチェ素子を用いて室内空気を冷却又は除湿するものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、室内側熱交換器を蒸発器として利用中に、このペルチェ素子によって室内空気を冷却することで、室内側熱交換器とは別に冷却や除湿を行うことができ、効率的な冷却運転を行うことができる。
本発明による第４の実施の形態は、室内側熱交換器を放熱器とし、ペルチェ素子を用いて室内空気を加熱するものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、室内側熱交換器を放熱器として利用中に、このペルチェ素子によって室内空気を加熱することで、室内側熱交換器とは別に加熱を行うことができ、効率的な加熱運転を行うことができる。
本発明による第５の実施の形態は、ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、切替手段による切り替えによって、室内側熱交換器を蒸発器とする場合にはペルチェ素子の冷却面を用い、室内側熱交換器を放熱器とする場合にはペルチェ素子の放熱面を用いるものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、室内側熱交換器を蒸発器とする場合には、室内側熱交換器を蒸発器として利用中に、このペルチェ素子によって例えば室内空気を冷却することで、室内側熱交換器とは別に冷却や除湿を行うことができ、効率的な冷却運転を行うことができる。また、室内側熱交換器を放熱器とする場合には、室内側熱交換器を放熱器として利用中に、このペルチェ素子によって室内空気を加熱することで、室内側熱交換器とは別に加熱を行うことができ、効率的な加熱運転を行うことができる。
本発明による第６の実施の形態は、室内側熱交換器を蒸発器とし、ペルチェ素子の放熱面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子の冷却面を用いて室内空気を冷却又は除湿するものである。
本実施の形態によれば、室内側熱交換器を蒸発器として利用中に、ペルチェ素子の放熱面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、このペルチェ素子の冷却面を用いて室内空気を冷却又は除湿することで、ペルチェ素子では、より低い温度を得ることができるため、このより低い温度を利用して冷却や除湿を行うことで、室内側熱交換器での冷房負荷を減じ、効率的な冷却運転を行うことができる。
本発明による第７の実施の形態は、室内側熱交換器を放熱器とし、ペルチェ素子の冷却面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子の放熱面を用いて室内空気を加熱するものである。
本実施の形態によれば、室内側熱交換器を放熱器として利用中に、ペルチェ素子の冷却面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、このペルチェ素子の放熱面を用いて室内空気を加熱することで、ペルチェ素子では、より高い温度を得ることができるため、このより高い温度を利用して加熱を行うことで、室内側熱交換器での加熱負荷を減じ、効率的な加熱運転を行うことができる。本発明による第８の実施の形態は、ペルチェ素子の冷却面と放熱面とを切り替える切替手段を有し、切替手段による切り替えによって、室内側熱交換器を蒸発器とする場合にはペルチェ素子の放熱面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともにペルチェ素子の冷却面を用い、室内側熱交換器を放熱器とする場合にはペルチェ素子の冷却面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させるとともにペルチェ素子の放熱面を用いるものである。
本実施の形態によれば、室内側熱交換器を蒸発器とする場合には、室内側熱交換器を蒸発器として利用中に、ペルチェ素子の放熱面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、このペルチェ素子の冷却面を用いて室内空気を冷却又は除湿することで、ペルチェ素子では、より低い温度を得ることができるため、このより低い温度を利用して冷却や除湿を行うことで、室内側熱交換器での冷房負荷を減じ、効率的な冷却運転を行うことができる。また、室内側熱交換器を放熱器とする場合には、室内側熱交換器を放熱器として利用中に、ペルチェ素子の冷却面を室内側熱交換器の入口側又は出口側配管と熱交換させ、このペルチェ素子の放熱面を用いて室内空気を加熱することで、ペルチェ素子では、より高い温度を得ることができるため、このより高い温度を利用して加熱を行うことで、室内側熱交換器での加熱負荷を減じ、効率的な加熱運転を行うことができる。本発明による第９の実施の形態は、発電機からの電力によってペルチェ素子を動作させ、ペルチェ素子によって補助圧縮機の出口から圧縮機の入口に至る配管を冷却するものである。
本実施の形態によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、補助圧縮機の出口側の冷媒を冷却して加熱度を調整することができるため、膨張機での動力を補助圧縮機での動力として回収できるとともに、圧縮機の動作点を最適に調整し、効率的な運転を行うことができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また、膨張機６の駆動軸は発電機４２の駆動軸と連結されており、膨張機６で回収した動力を電力に変換している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の流入側配管と流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
発電機４２からの電力は、ペルチェ素子４３に供給される。このペルチェ素子４３は、冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを有している。
ここで、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａは、膨張機６の出口から蒸発器として作用する室内側熱交換器８の入口までを流れる冷媒を冷却する。なお、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂは、室外にて熱を放出している。なお、図中４５は、室内などの利用側空間を示している。そして、冷却面４３ａは利用空間４５内に配置されているが、膨張機６の出口から室内側熱交換器８の入口までの間に配置されていれば、室外側であっても良い。
【０００９】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
なお、本実施例では、ペルチェ素子を動作させる冷房運転モードについて説明し、暖房運転モードについては説明を省略する。冷房運転モードでは、室外側熱ｂ交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａによって更に冷却されて室内側熱交換器８に導かれる。従って、室内側熱交換器８での蒸発能力は高くなるため、ペルチェ素子４３での冷却分だけ圧縮機１での能力を低下させることができる。室内側熱交換器８での吸熱によって室内の冷房が行われ、蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
以上のように本実施例によれば、膨張機６で回収した動力からの電力によってペルチェ素子４３を動作させ、室内側熱交換器８を蒸発器として利用中に、このペルチェ素子４３によって室内側熱交換器８に流れる冷媒を更に冷却することで、室内側熱交換器８の冷却能力を増加させることができる。
【００１０】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また、膨張機６の駆動軸は発電機４２の駆動軸と連結されており、膨張機６で回収した動力を電力に変換している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の流入側配管と流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
発電機４２からの電力は、ペルチェ素子４３に供給される。このペルチェ素子４３は、冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを有している。
ここで、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂは、圧縮機１の出口から放熱器として作用する室内側熱交換器８の入口までを流れる冷媒を加熱する。なお、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａは、室外にて熱を吸熱している。なお、図中４５は、室内などの利用側空間を示している。そして、放熱面４３ｂは利用空間４５内に配置されているが、圧縮機１の出口から室内側熱交換器８の入口までの間に配置されていれば、室外側であっても良い。
【００１１】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
なお、本実施例では、ペルチェ素子を動作させる暖房運転モードについて説明し、冷房運転モードについては説明を省略する。暖房運転モードでは、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂによって更に加熱されて室内側熱交換器８に導入される。従って、室内側熱交換器８での放熱能力は高くなるため、ペルチェ素子４３での加熱分だけ圧縮機１での能力を低下させることができる。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
以上のように本実施例によれば、膨張機６で回収した動力からの電力によってペルチェ素子４３を動作させ、室内側熱交換器８を放熱器として利用中に、このペルチェ素子４３によって室内側熱交換器８に流れる冷媒を更に加熱することで、室内側熱交換器８の加熱能力を増加させることができる。
【００１２】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図３及び図４を参照して説明する。
図３及び図４は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また、膨張機６の駆動軸は発電機４２の駆動軸と連結されており、膨張機６で回収した動力を電力に変換している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の流入側配管と流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
発電機４２からの電力は、ペルチェ素子４３に供給される。このペルチェ素子４３は、冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを有している。またペルチェ素子４３の冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを切り替える切替手段４３ｃを備えている。
この切換手段４３ｃによって、冷房運転モード時にはペルチェ素子４３の冷却面４３ａを利用し、暖房運転モード時にはペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを利用する。なお、図中４５は、室内などの利用側空間を示している。
【００１３】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、図３を用いて、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
一方、ペルチェ素子４３は、切換手段４３ｃによって冷却面４３ａを室内側で利用し、放熱面４３ｂは室外にて熱を放出するように切り替えられている。
従って、ペルチェ素子４３は発電機４２からの電力によって室内空気を冷却することで、室内側熱交換器８とは別に冷却や除湿を行うことができる。
【００１４】
次に、図４を用いて、室内側熱交換器８を放熱器、室外側熱交換器３を蒸発器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
一方、ペルチェ素子４３は、切換手段４３ｃによって放熱面４３ｂを室内側で利用し、冷却面４３ａは室外にて熱を吸収するように切り替えられている。
従って、ペルチェ素子４３は発電機４２からの電力によって室内空気を加熱することで、室内側熱交換器８とは別に加熱を行うことができる。
【００１５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図５及び図６を参照して説明する。
図５及び図６は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また、膨張機６の駆動軸は発電機４２の駆動軸と連結されており、膨張機６で回収した動力を電力に変換している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の流入側配管と流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
発電機４２からの電力は、ペルチェ素子４３に供給される。このペルチェ素子４３は、冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを有している。またペルチェ素子４３の冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを切り替える切替手段４３ｃを備えている。
この切換手段４３ｃによって、冷房運転モード時にはペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを室内側熱交換器８の入口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａを利用し、暖房運転モード時にはペルチェ素子４３の冷却面４３ａを室内側熱交換器８の出口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを利用する。なお、図中４５は、室内などの利用側空間を示している。
【００１６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、図５を用いて、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
一方、ペルチェ素子４３は、切換手段４３ｃによってペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを室内側熱交換器８の入口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａを室内側で冷却又は除湿に利用する。
本実施例によれば、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａでは、より低い温度を得ることができるため、このより低い温度を利用して冷却や除湿を行うことで、室内側熱交換器での冷房負荷を減じることができる。
【００１７】
次に、図６を用いて、室内側熱交換器８を放熱器、室外側熱交換器３を蒸発器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
一方、ペルチェ素子４３は、切換手段４３ｃによって冷却面４３ａを室内側熱交換器８の出口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを室内側で暖房に利用する。
本実施例によれば、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂでは、より高い温度を得ることができるため、このより高い温度を利用して暖房を行うことで、室内側熱交換器での暖房負荷を減じることができる。
【００１８】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図７及び図８を参照して説明する。
図７及び図８は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
本実施例では、冷房運転モード時にはペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを室内側熱交換器８の出口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａを利用し、暖房運転モード時にはペルチェ素子４３の冷却面４３ａを室内側熱交換器８の入口側配管と熱交換させ、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂを利用するものである。なお、図中４５は、室内などの利用側空間を示している。
本実施例に示すように、ペルチェ素子４３と熱交換させる配管の位置を、室内側熱交換器８の入口と出口を入れ換えても、図５及び図６に示す実施例と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図９は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
また、膨張機６の駆動軸は発電機４２の駆動軸と連結されており、膨張機６で回収した動力を電力に変換している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の流入側配管と流出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
発電機４２からの電力は、ペルチェ素子４３に供給される。このペルチェ素子４３は、冷却面４３ａと放熱面４３ｂとを有している。
ここで、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａは、補助圧縮機１０の出口から圧縮機１の吸入口までを流れる冷媒を冷却する。なお、ペルチェ素子４３の放熱面４３ｂは、室外にて熱を放出している。
【００２０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ２冷媒は膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられるとともに、発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）される。補助圧縮機１０によって過給された冷媒は、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａによって冷却されて圧縮機１に吸入される。
【００２１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ２冷媒は膨張機６に導入され減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられるとともに、発電機４２によって電力に変換される。
膨張機６にて減圧されたＣＯ２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）される。補助圧縮機１０によって過給された冷媒は、ペルチェ素子４３の冷却面４３ａによって冷却されて圧縮機１に吸入される。
以上のように、本実施例によれば、膨張機６で回収した動力からの電力によってペルチェ素子４３を動作させ、補助圧縮機１０の出口側の冷媒を冷却して加熱度を調整することができるため、膨張機６での動力を補助圧縮機１０での動力として回収できるとともに、圧縮機１の動作点を最適に調整することができる。
【００２２】
上記それぞれの実施例では、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置を用いて説明したが、室外側熱交換器３を第１の熱交換器、室内側熱交換器８を第２の熱交換器とし、これら第１の熱交換器や第２の熱交換器を、温冷水器や蓄冷熱器などに利用したその他の冷凍サイクル装置であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、膨張機で回収した動力からの電力によってペルチェ素子を動作させ、このペルチェ素子による冷却と放熱を利用することで効率的な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４】同実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図５】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図６】同実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図７】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図８】同実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【符号の説明】
１　圧縮機
２　第１四方弁
３　室外側熱交換器
４　第２四方弁
６　膨張機
８　室内側熱交換器
１０　補助圧縮機
１１　モータ
４２　発電機
４３　ペルチェ素子
４３ａ　冷却面
４３ｂ　放熱面
【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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