(57)【要約】【課題】排熱利用が十分に図られる空気調和機、を提供する。【解決手段】空気調和機１０は、室内空間を冷却するための冷媒が循環し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路１１０と、冷媒回路１１０に接続され、冷媒との熱交換によって水を加熱する給湯タンク１６１，１８１とを備える。冷媒回路１１０は、室内側空気熱交換器２０１と、室外側空気熱交換器３０３と、室内側空気熱交換器２０１と室外側空気熱交換器３０３との間に設けられ、室内側空気熱交換器２０１から送られた冷媒を圧縮する圧縮機３０１と、室外側空気熱交換器３０３と室内側空気熱交換器２０１との間に設けられ、室外側空気熱交換器３０３から送られた冷媒を減圧する膨張弁３０５とを有する。給湯タンク１６１は、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間に設けられ、給湯タンク１８１は、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象空間を冷却するための冷媒が循環し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
前記冷媒回路に接続され、冷媒と被加熱流体との間の熱交換によって被加熱流体を加熱する第１熱交換部および第２熱交換部とを備え、
前記冷媒回路は、
冷媒と対象空間内の空気との間で熱交換する対象空間内熱交換器と、
冷媒と対象空間外の空気との間で熱交換する対象空間外熱交換器と、
前記対象空間内熱交換器と前記対象空間外熱交換器との間に設けられ、前記対象空間内熱交換器から送られた冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記対象空間外熱交換器と前記対象空間内熱交換器との間に設けられ、前記対象空間外熱交換器から送られた冷媒を減圧する減圧器とを有し、
前記第１熱交換部は、前記圧縮機と前記対象空間外熱交換器との間に設けられ、前記第２熱交換部は、前記対象空間外熱交換器と前記減圧器との間に設けられる、空気調和機。
【請求項２】
前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間を接続し、被加熱流体が流れる中継配管をさらに備え、
被加熱流体は、前記第２熱交換部から前記第１熱交換部に向けて流通される、請求項１に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、空気調和機に関し、より特定的には、排熱を利用して被加熱流体を加熱する機構を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機に関して、たとえば、特開２００８−３２３７６号公報には、給湯のみならず、冷房、暖房、床暖房等の機能を持たせられ、しかも冷房時の排熱を給湯等の液体加熱に利用し、冷凍サイクルとして安全で安定した運転を可能にすることを目的としたヒートポンプ液体加熱エアコンが開示されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されたヒートポンプ液体加熱エアコンは、圧縮機、室内側空気熱交換器、流量調整弁および室外側空気熱交換器などが設けられた冷媒回路を有する。冷媒回路には、冷媒回路を流れる高温冷媒と、暖房用配管に供給される液体との間で熱交換させ、液体を加熱するための液体加熱用熱交換器がさらに設けられている。液体加熱用熱交換器は、エアコンの冷房モード時における冷媒の経路上において、圧縮機と室外側空気熱交換器との間に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３２３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な空気調和機では、冷房時、室内側空気熱交換器で吸熱された熱は、室外側空気熱交換器にて排熱されるため、かかる熱が有効に利用されることはない。一方、上記の特許文献１に開示されたヒートポンプ液体加熱エアコンでは、圧縮機の吐出側配管を液体加熱用熱交換器に導くことによって、室内側空気熱交換器で吸熱した熱の一部を、液体の加熱に利用している。しかしながら、このような構成によっても、室内側空気熱交換器で吸熱された熱の多くが室外側空気熱交換器にて排熱されるため、排熱利用が十分に図られているとはいえない。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、排熱利用が十分に図られる空気調和機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った空気調和機は、対象空間を冷却するための冷媒が循環し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、冷媒回路に接続され、冷媒と被加熱流体との間の熱交換によって被加熱流体を加熱する第１熱交換部および第２熱交換部とを備える。冷媒回路は、冷媒と対象空間内の空気との間で熱交換する対象空間内熱交換器と、冷媒と対象空間外の空気との間で熱交換する対象空間外熱交換器と、対象空間内熱交換器と対象空間外熱交換器との間に設けられ、対象空間内熱交換器から送られた冷媒を圧縮する圧縮機と、対象空間外熱交換器と対象空間内熱交換器との間に設けられ、対象空間外熱交換器から送られた冷媒を減圧する減圧器とを有する。第１熱交換部は、圧縮機と対象空間外熱交換器との間に設けられ、第２熱交換部は、対象空間外熱交換器と減圧器との間に設けられる。
【０００８】
このように構成された空気調和機によれば、冷媒回路上の圧縮機と対象空間外熱交換器との間に第１熱交換部を設け、冷媒回路上の対象空間外熱交換器と減圧器との間に第２熱交換部を設けることによって、対象空間外熱交換器にて対象空間外の空気に排熱されるべき熱を、被加熱流体の加熱に有効に利用することができる。これにより、排熱利用が十分に図れる空気調和機を実現することができる。
【０００９】
また好ましくは、空気調和機は、第１熱交換部と第２熱交換部との間を接続し、被加熱流体が流れる中継配管をさらに備える。被加熱流体は、第２熱交換部から第１熱交換部に向けて流通される。
【００１０】
このように構成された空気調和機によれば、第１熱交換部を流通する冷媒温度よりも第２熱交換部を流通する冷媒温度の方が低い。このため、冷媒と被加熱流体との間の熱交換を、まず第２熱交換部において実施し、引き続いて第１熱交換部において実施することにより、各熱交換部において冷媒と被加熱流体との温度差を十分に確保することができる。これにより、被加熱流体を効率的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、この発明に従えば、排熱利用が十分に図られる空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和機の冷房時の回路構成を示す図である。
【図２】図１中の空気調和機の回路構成における冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】図１中の冷媒回路上の圧縮機と室外側空気熱交換器との間にのみ給湯タンクが設けられた比較例における、冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図４】この発明の実施の形態２における空気調和機の冷房時の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における空気調和機の冷房時の回路構成を示す図である。図１を参照して、本実施の形態における空気調和機１０は、冷凍サイクルを構成し、冷媒が循環する冷媒回路１１０と、水（湯）を貯留する給湯タンク１６１および給湯タンク１８１とを有する。冷媒回路１１０には、給湯回路１６０が接続されている。冷媒回路１１０と給湯回路１６０とは、給湯タンク１６１および給湯タンク１８１を共有している。
【００１５】
冷媒回路１１０は、環状の循環路をなす冷媒配管１１２を有する。冷媒配管１１２には、室内空間を冷却するための冷媒が循環する。冷媒としては、たとえば、ＨＣ（ハイドロカーボン）やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が利用される。
【００１６】
冷媒回路１１０は、室内側空気熱交換器２０１、室外側空気熱交換器３０３、圧縮機３０１および膨張弁３０５をさらに有する。室内側空気熱交換器２０１、室外側空気熱交換器３０３、圧縮機３０１および膨張弁３０５は、環状に延びる冷媒配管１１２の管路上に設けられている。
【００１７】
室内側空気熱交換器２０１は、室内に設置されている。室内側空気熱交換器２０１は、冷媒回路１１０を循環する冷媒と、室内空間の空気との間で熱交換を行なう。室外側空気熱交換器３０３は、室外に設置されている。室外側空気熱交換器３０３は、冷媒回路１１０を循環する冷媒と、室外空気との間で熱交換を行なう。
【００１８】
図１中には、冷媒回路１１０における冷房時の冷媒の流れ方向が矢印によって示されている。冷媒回路１１０の経路上において、圧縮機３０１は、室内側空気熱交換器２０１と室外側空気熱交換器３０３との間に配置されている。圧縮機３０１は、室内側空気熱交換器２０１から送られる冷媒を圧縮する。冷媒回路１１０の経路上において、膨張弁３０５は、室外側空気熱交換器３０３と室内側空気熱交換器２０１との間に配置されている。膨張弁３０５は、室内側空気熱交換器２０１および室外側空気熱交換器３０３を挟んで、圧縮機３０１の反対側に配置されている。膨張弁３０５は、室外側空気熱交換器３０３から送られる冷媒を減圧する。
【００１９】
室内側空気熱交換器２０１には、ファン２０４およびフィルタ２０３が併設されている。ファン２０４は、その回転に伴って室内側空気熱交換器２０１に室内空間の空気を供給し、室内側空気熱交換器２０１における熱交換を促進させる。フィルタ２０３は、室内側空気熱交換器２０１から室内空間に送り出される空気の、ろ過装置として設けられている。
【００２０】
室外側空気熱交換器３０３には、ファン３０４が併設されている。ファン３０４は、その回転に伴って室外側空気熱交換器３０３に室外の空気を供給し、室外側空気熱交換器３０３における熱交換を促進させる。
【００２１】
給湯回路１６０は、上述の給湯タンク１６１および給湯タンク１８１と、給水配管１７１、中継配管１７２および給湯配管１７４とを有する。
【００２２】
給湯タンク１６１および給湯タンク１８１は、冷媒回路１１０に接続されている。給湯タンク１６１および給湯タンク１８１は、被加熱流体としての水（湯）を貯留可能なタンク形状を有する。
【００２３】
給湯タンク１６１は、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間で、冷媒回路１１０に接続されている。給湯タンク１６１は、圧縮機３０１から室外側空気熱交換器３０３に向けて流れる冷媒と、給湯タンク１６１に貯留された水との間で熱交換が可能なように設けられている。
【００２４】
給湯タンク１８１は、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間で、冷媒回路１１０に接続されている。給湯タンク１８１は、室外側空気熱交換器３０３から膨張弁３０５に向けて流れる冷媒と、給湯タンク１８１に貯留された水との間で熱交換が可能なように設けられている。
【００２５】
一例を挙げれば、給湯タンク１６１の内壁に、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間で冷媒回路１１０を構成する冷媒配管が蛇行する形態により接合され、給湯タンク１８１の内壁に、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間で冷媒回路１１０を構成する冷媒配管が蛇行する形態により接合されている。
【００２６】
給水配管１７１は、給湯タンク１８１に接続されている。給水配管１７１は、給湯タンク１８１に向けて水を供給する。中継配管１７２は、給湯タンク１６１と給湯タンク１８１との間を接続する。中継配管１７２の経路上には、ポンプ１７３が設けられている。ポンプ１７３の駆動に伴って、給湯タンク１８１から給湯タンク１６１に向けて水が流通される。給湯配管１７４は、給湯タンク１６１に接続されている。給湯配管１７４は、給湯タンク１６１に貯留された水（湯）を給湯端末としてのシャワーに向けて流通させる。なお、給湯配管１７４が接続される給湯端末は、シャワーに限られず、たとえば、床暖房施設であってもよい。また、給湯回路１６０に替えて、被加熱流体としての空気が流通する暖房回路を設けることによって、暖房の熱源とすることができる。
【００２７】
なお、給湯タンク１８１を給湯タンク１６１よりも上方に配置し、重力によって中継配管１７２に水を流通させることとすれば、中継配管１７２の経路上のポンプ１７３を省略することができる。
【００２８】
図２は、図１中の空気調和機の回路構成における冷媒の状態を示すモリエル線図である。図２中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はｋＪ／ｋｇであり、絶対圧力の単位はＭＰａである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線を示す。
【００２９】
図１および図２を参照して、冷媒回路１１０における冷房時の冷媒流れについて説明する。まず、圧縮機３０１にて冷媒が断熱圧縮される。圧縮されるに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、高温高圧の過熱蒸気になって、冷媒は圧縮機３０１から吐出される（Ａ点→Ｂ点）。
【００３０】
圧縮機３０１から流出した冷媒は、給湯タンク１６１を経由して、室外側空気熱交換器３０３に流入する。冷媒は、室外側空気熱交換器３０３において室外空気に放熱し、冷却されることによって、凝縮（液化）する。室外側空気熱交換器３０３から流出した冷媒は、給湯タンク１８１を経由して、膨張弁３０５に向かう（Ｂ点→Ｃ点）。
【００３１】
膨張弁３０５において、過冷却液状態の冷媒は絞り膨張され、温度と圧力とが低下して、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる。膨張弁３０５から流出した冷媒は、室内側空気熱交換器２０１に向かう（Ｃ点→Ｄ点）。
【００３２】
膨張弁３０５から送られた気液混合状態の冷媒は、室内側空気熱交換器２０１において室内空間の空気から吸熱することによって、蒸発する（Ｄ点→Ａ点）。その後、気相の冷媒は、圧縮機３０１において再び断熱圧縮される。冷媒はこのようなサイクルに従って、圧縮、凝縮、絞り膨張、蒸発の状態変化を連続的に繰り返す。
【００３３】
本実施の形態における空気調和機１０においては、給湯タンク１６１が、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間で冷媒回路１１０に接続され、給湯タンク１８１が、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間で冷媒回路１１０に接続されている。このような構成により、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間で冷媒回路１１０を流れる冷媒と、給湯タンク１６１に貯留された水との熱交換によって、給湯回路１６０上の水が加熱され、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間で冷媒回路１１０を流れる冷媒と、給湯タンク１８１に貯留された水との熱交換によって、給湯回路１６０上の水が加熱される。
【００３４】
図３は、図１中の冷媒回路上の圧縮機と室外側空気熱交換器との間にのみ給湯タンクが設けられた比較例における、冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【００３５】
図３を参照して、本比較例においては、冷媒回路１１０上の圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間に給湯タンク１６１が設けられ、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間に給湯タンク１８１が設けられない。この場合、モリエル線図上のＢ点→Ｃ点の凝縮過程において、区間２５２が給湯タンク１６１における排熱に対応し、区間２５１が室外側空気熱交換器３０３における排熱に対応する。
【００３６】
図２を参照して、これに対して、本実施の形態では、冷媒回路１１０上の圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間に給湯タンク１６１が設けられ、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間に給湯タンク１８１が設けられている。この場合、モリエル線図上のＢ点→Ｃ点の凝縮過程において、区間２５２が給湯タンク１６１における排熱に対応し、区間２５１が室外側空気熱交換器３０３における排熱に対応し、区間２５３が給湯タンク１８１における排熱に対応する。
【００３７】
これにより、比較例と比べた場合に、より多くの熱量を給湯回路１６０上の水の加熱に利用することが可能となり、効率よく温水を作ることができる。また、給湯タンク１８１において、室外側空気熱交換器３０３の出口配管から排出される冷媒から熱を奪うことによって、Ｃ点における過冷却度が大きくなる。これにより、冷房性能を増大させて、空気調和機１０の省エネルギ性を向上させることができる。
【００３８】
また、冷媒は、室外側空気熱交換器３０３において室外空気に放熱するため、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間で冷媒回路１１０を流れる冷媒の温度は、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間で冷媒回路１１０を流れる冷媒の温度よりも低い。本実施の形態では、ポンプ１７３の駆動に伴って、給湯タンク１８１から給湯タンク１６１に向けて水を流通させる構成によって、まず、給湯タンク１８１に貯留された水が加熱され、その後、その水が給湯タンク１６１に移されて、給湯タンク１６１においてさらに加熱される。これにより、給湯タンク１６１，１８１の各タンクにおいて冷媒と水との温度差を十分に確保し、水を効率的に加熱することができる。
【００３９】
以上に説明した、この発明の実施の形態１における空気調和機の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における空気調和機１０は、対象空間としての室内空間を冷却するための冷媒が循環し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路１１０と、冷媒回路１１０に接続され、冷媒と被加熱流体としての水との間の熱交換によって水を加熱する第１熱交換部としての給湯タンク１６１および第２熱交換部としての給湯タンク１８１とを備える。冷媒回路１１０は、冷媒と室内空間内の空気との間で熱交換する対象空間内熱交換器としての室内側空気熱交換器２０１と、冷媒と室内空間外の空気との間で熱交換する対象空間外熱交換器としての室外側空気熱交換器３０３と、室内側空気熱交換器２０１と室外側空気熱交換器３０３との間に設けられ、室内側空気熱交換器２０１から送られた冷媒を圧縮する圧縮機３０１と、室外側空気熱交換器３０３と室内側空気熱交換器２０１との間に設けられ、室外側空気熱交換器３０３から送られた冷媒を減圧する減圧器としての膨張弁３０５とを有する。給湯タンク１６１は、圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間に設けられ、給湯タンク１８１は、室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間に設けられる。
【００４０】
このように構成された、この発明の実施の形態１における空気調和機１０によれば、従来、室外側空気熱交換器を通じて外部空間に排出されていた熱を、給湯タンク１６１および給湯タンク１８１において給湯回路１６０上の水の加熱に有効利用する。これにより、排熱利用が十分に図られる空気調和機１０を実現することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における空気調和機の冷房時の回路構成を示す図である。本実施の形態における空気調和機は、実施の形態１における空気調和機１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてその説明を繰り返さない。
【００４２】
図４を参照して、本実施の形態における給湯回路１６０は、水熱交換器２６１および水熱交換器２８１と、給水配管１７１、中継配管１７２および給湯配管１７４と、給湯タンク１８５とを有する。
【００４３】
本実施の形態では、冷媒回路１１０上の圧縮機３０１と室外側空気熱交換器３０３との間に、図１中の給湯タンク１６１に替えて、水熱交換器２６１が設けられ、冷媒回路１１０上の室外側空気熱交換器３０３と膨張弁３０５との間に、図１中の給湯タンク１８１に替えて、水熱交換器２８１が設けられている。
【００４４】
水熱交換器２６１は、圧縮機３０１から室外側空気熱交換器３０３に向けて流れる冷媒と、給湯回路１６０を流れる水との間で熱交換が可能なように設けられている。水熱交換器２８１は、室外側空気熱交換器３０３から膨張弁３０５に向けて流れる冷媒と、給湯回路１６０を流れる水との間で熱交換が可能なように設けられている。
【００４５】
給水配管１７１は、水熱交換器２８１に接続されている。給水配管１７１は、水熱交換器２８１に向けて水を供給する。中継配管１７２は、水熱交換器２６１と水熱交換器２８１との間を接続する。中継配管１７２の経路上には、ポンプ１７３が設けられている。ポンプ１７３の駆動に伴って、水熱交換器２８１から水熱交換器２６１に向けて水が流通される。給湯タンク１８５は、水熱交換器２６１から供給された水（湯）を貯留する。給湯配管１７４は、給湯タンク１８５に接続されている。給湯配管１７４は、給湯タンク１８５に貯留された水（湯）をシャワーなどの給湯端末に向けて流通させる。
【００４６】
このように構成された、この発明の実施の形態２における空気調和機によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、主に、排熱利用の機構を備えた空気調和機に適用される。
【符号の説明】
【００４９】
１０  空気調和機、１１２  冷媒配管、１６０  給湯回路、１６１，１８１，１８５  給湯タンク、１７１  給水配管、１７２  中継配管、１７３  ポンプ、１７４  給湯配管、２０１  室内側空気熱交換器、２０３  フィルタ、２０４，３０４  ファン、２５１，２５２，２５３  区間、２６１，２８１  水熱交換器、３０１  圧縮機、３０３  室外側空気熱交換器、３０５  膨張弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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