(57)【要約】【課題】運転時に室外機熱交換器で発生する排熱を利用することにより熱エネルギーを回収することができる空気調和装置を提供することを目的としている【解決手段】空気調和装置１は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０で接続された室内機熱交換器２１および室外機熱交換器３１と、冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ａに接続された温排熱回収熱交換器４１と、室外機熱交換器３１から排出される空気を外気方向と温排熱回収熱交換器４１方向とに分岐する送風ダクト５１と、送風ダクト５１の分岐部の両方に配設される風量調整ダンパ５２ａ，５２ｂとによって構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内機熱交換器および室外機熱交換器と、これらの間に設けられた圧縮器と膨張弁とが冷媒回路で接続された空気調和装置であって、
前記冷媒回路の前記圧縮器と前記室外機熱交換器との間及び前記膨張弁と前記室外機熱交換器との間でその一方又は両方に設けられた分岐冷媒回路と、
前記分岐冷媒回路に接続された排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器に流れる冷媒の流量を調整する冷媒流量調整手段と、
前記室外機熱交換器に送風する送風手段と、
前記送風手段により送風され、前記室外機熱交換器を通過する空気の一部を前記排熱回収熱交換器に送風する送風ダクトと、を備え、
前記排熱回収熱交換器を通過した空気を外部に取り出すことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記送風ダクトの空気の流量を調整する空気流量調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記排熱回収熱交換器を通過する空気の温度を計測する温度計測手段を備え、前記温度に基づいて前記排熱回収熱交換器に流れる前記冷媒の流量を制御して、前記排熱回収熱交換器を通過する空気の温度を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプの冷凍サイクル内で発生する排熱を利用する空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式の空気調和装置は、圧縮機、凝縮用熱交換器、膨張弁、蒸発用熱交換器を備えた冷媒回路を有している。冷房運転時には、圧縮機により凝縮圧力まで加圧された冷媒ガスが凝縮用熱交換器で空冷されることにより凝縮し、周囲空気に凝縮熱を放出することで、凝縮用熱交換器から温風排熱が発生する。凝縮用熱交換器を通過後の冷媒は膨張弁を通過することで減圧されて低温低圧の冷媒液となる。その後、蒸発用熱交換器で空気と熱交換されることにより蒸発し、周囲空気から蒸発熱を奪うことで、冷風が吐出される。このように、一般的な空気調和装置では、冷房運転時に大気中に温風の形態で熱エネルギーを排出している。
【０００３】
ここで、空気調和装置の運転時に大気中に放出される排熱が、地球温暖化の原因となり、環境悪化を招く一因ともなっている。そこで、この排熱を回収し、有効活用することが求められている。例えば、特許文献１に示す空気調和システムでは、空気調和システムのコンプレッサーと凝縮器との間に、水冷式の熱交換器を配設し、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスによって冷却水を加温し、給湯に利用することで、凝縮器から大量の排熱が大気中に放出されるのを抑制し、エネルギーの有効活用を図る方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な室内機と室外機から構成される空気調和装置では、前述のとおり、冷房運転時における排熱は、凝縮器として作用する室外機熱交換器と室外機ファンにより温風の形態で排出される。特に、熱帯に属する地域や、加工機や炉などによる設備排熱が多く発生する室内においては、一年中冷房を使用しているために、大気中に放出される熱エネルギーは非常に多い。一方、特許文献１に開示された空気調和装置では、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒ガスを、室外機熱交換器を通過させる前に、水冷式の熱交換器に通過させることで、冷媒の凝縮時に発生する熱量の一部を給湯に利用できる。しかし、従来の空気調和装置と同様に、水冷式の熱交換器を通過後の冷媒は、室外機熱交換器で空冷されることで大気中に放熱するため、冷房時に発生する排熱を十分に利用できているとはいえないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運転時に室外機熱交換器で発生する排熱を利用することにより熱エネルギーを回収することができる空気調和装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る空気調和装置は、室内機熱交換器及び室外機熱交換器と、これらの間に設けられた圧縮器と膨張弁とが冷媒回路で接続された空気調和装置であって、前記冷媒回路の前記圧縮器と前記室外機熱交換器との間及び前記膨張弁と前記室外機熱交換器との間でその一方又は両方に設けられた分岐冷媒回路と、前記分岐冷媒回路に接続された排熱回収熱交換器と、前記排熱回収熱交換器に流れる冷媒の流量を調整する冷媒流量調整手段と、前記室外機熱交換器に送風する送風手段と、前記送風手段により送風され、前記室外機熱交換器を通過する空気の一部を前記排熱回収熱交換器に送風する送風ダクトと、を備え、前記排熱回収熱交換器を通過した空気を外部に取り出すことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の空気調和装置によれば、室外機熱交換器で加熱もしくは冷却されて排出された空気の一部を送風ダクトを介して、排熱回収熱交換器に導入し、さらに空気を加熱もしくは冷却することで、従来は大気中に廃棄されていた熱エネルギーを回収することができ、これによって高温もしくは低温の空気を生成することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１の空気調和装置における冷凍サイクルでの冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】比較例に係る一般的な空気調和装置の構成の要部を示す概略図である。
【図４】実施例に係る空気調和装置の構成の要部を示す概略図である。
【図５】比較例と実施例における排出空気温度の比較図である。
【図６】実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。
【図７】実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。
【図８】実施の形態３の空気調和装置における冷凍サイクルでの冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図９】実施の形態４に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。
【図１０】実施の形態５に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の詳細について、図１から図１０を参照して説明する。実施の形態１及び実施の形態２は、高温の空気の生成（室内冷房運転）に対応した構成であり、実施の形態３及び実施の形態４は、低温の空気の生成（室内暖房運転）に対応した構成である。さらに、実施の形態５は、高温の空気の生成及び低温の空気の生成の両方に対応した構成である。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示す概略図であり、図２は、冷凍サイクルでの冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【００１２】
まず、図１を用いて、実施の形態１に係る空気調和装置の全体構成について説明する。空気調和装置１は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０で接続された室内機２０及び室外機３０と、冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ａに接続された温排熱回収ユニット４０と、室外機３０から排出される空気を外気方向と温排熱回収ユニット４０方向とに分岐するダクトユニット５０とにより構成されている。
【００１３】
次に、空気調和装置１を構成する上記機器とその機能について、具体的に説明する。
冷媒回路１０は、銅管から成る冷媒配管と、冷媒配管内に封入される冷媒から構成される。ここで、冷媒としては、ハイドロカーボンやハイドロフルオロカーボンが一般的に利用される。この冷媒が凝縮、蒸発を繰り返しながら冷媒回路１０を循環することで冷凍サイクルが形成される。
【００１４】
室内機２０は、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁２３と、蒸発器として作用する室内機熱交換器２１と、室内機熱交換器２１に空気を供給する室内機ファン２２とにより構成され、室内に配設されている。
【００１５】
室外機３０は、室内機２０から冷媒を凝縮圧力まで加圧する圧縮機３３と、冷媒の流れを切替える四方弁３４と、冷媒の凝縮熱を空気中に放出する室外機熱交換器３１と、冷媒流量調整手段である流路切換弁３５ａ，３５ｂと、室外機熱交換器３１に空気を供給する送風手段である室外機ファン３２とにより構成され、室外に配設されている。
【００１６】
また、温排熱回収ユニット４０は、冷媒の凝縮熱を空気に放出する温排熱回収熱交換器４１と、空気を供給する温排熱回収ファン４２とにより構成され、室外機３０の外側に配設される。ここで、温排熱回収熱交換器４１は、圧縮機３３と室外機熱交換器３１との間で冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ａに接続されている。
【００１７】
さらに、ダクトユニット５０は、室外機熱交換器３１と温排熱回収熱交換器４１とに接続され、室外機熱交換器３１から排出される空気を外気方向と温排熱回収熱交換器４１方向とに分岐する送風ダクト５１ａ，５１ｂと、送風ダクト５１ａ，５１ｂの分岐部の両方に配設される風量調整ダンパ５２ａ，５２ｂとによって構成されている。
【００１８】
続いて、本実施の形態に係る冷媒の流れ、つまり、空気調和にかかる動作について、図１と図２を参照して説明する。図１には、高温の空気の生成時（室内冷房運転時）の冷媒の流れが矢印にて示されている。また、図２は、本実施の形態における空気調和装置１の冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。図２において、グラフの横軸と縦軸は、冷媒の比エンタルピーと絶対圧力をそれぞれ表しており、曲線は冷媒の飽和液線及び飽和蒸気線を表す。
【００１９】
まず、高温の空気の生成（室内冷房運転）では、室外機３０内の圧縮機３３によって、凝縮圧力まで加圧された高温高圧の冷媒（気体）は、四方弁３４を通過して、流路切替弁３５ａにより、温排熱回収熱交換器４１に導かれる。冷媒（気体）は、温排熱回収熱交換器４１を通過する際に、温排熱回収ファン４２による空気により、空気との熱交換により温度が低下し、凝縮されることで空気に凝縮熱を放出する。この後、一部が凝縮された冷媒（気液混合）は、流路切替弁３５ｂを経由して、室外機熱交換器３１に導かれる。
【００２０】
さらに、冷媒（気液混合）は、室外機熱交換器３１を通過する際に、室外機ファン３２による室外から供給された送風空気により、完全に凝縮するまで冷却される。室外機熱交換器３１を通過した高圧の冷媒（液体）は、室内機２０内の膨張弁２３で蒸発圧力まで減圧された後に、室内機熱交換器２１に導かれる。低温低圧の冷媒（気液混合）は、室内機熱交換器２１を通過する際に、室内機ファン２２による室内から供給された空気との熱交換により温度が上昇し、蒸発することによって室内空気から蒸発熱を奪い、気体となる。
【００２１】
これにより、室内機熱交換器２１を通過する室内空気は冷却され、室内が冷房される。この後、室内機熱交換器２１を通過した冷媒（気体）は、圧縮機３３に再び導入される。以上の過程を経ることで、このサイクルが繰り返される。
【００２２】
続けて、前記の過程における、室外機３０の空気の流れについて説明する。室外機３０は室外に設置されるために、室外機熱交換器３１には室外空気が供給される。この室外空気は、室外機熱交換器３１を通過することで冷媒から放出された凝縮熱により一次加熱空気として送風ダクト５１内に排出される。この内、分岐された送風ダクト５１ａに排出された一次加熱空気は、風量調整ダンパ５２ａによって調整されて所定の風量が温排熱回収熱交換器４１に導入され、冷媒から放出される凝縮熱によりさらに加熱され、より温度の高い二次加熱空気が生成される。
【００２３】
ここで、一般的に、室外機熱交換器３１においては、冷媒を所定の状態まで冷却する必要があるために、室外機ファン３２の風量は１００ｍ３／ｍｉｎを超える風量で設計する場合が多い。風量が大きいほど、熱交換能力は増大するが、入口空気と出口空気との温度差は低下する。そのため、得たい高温の空気の温度に合わせて、風量調整ダンパ５２ａにて、温排熱回収熱交換器４１に供給する風量を調整する。すなわち、必要とする高温の空気の温度が高い程、風量を絞る。
【００２４】
上述した通り、本実施の形態１に係る空気調和装置１は、室内冷房により室外機熱交換器３１から排出される一次加熱空気を温排熱回収熱交換器４１に導入する経路と、外気中に排出される経路とに分岐する送風ダクト５１ａ，５１ｂと、両者に流れる風量を調整する風量調整ダンパ５２ａ，５２ｂとを有する。そこで、室外機熱交換器３１から排出される一次加熱空気の内、必要な風量のみを温排熱回収熱交換器４１に投入することが可能である。
【００２５】
したがって、本実施の形態１に係る空気調和装置１では、室外機熱交換器３１から排出される一次加熱空気の量を調整して温排熱回収熱交換器４１に導入できるために、従来は大気中に廃棄されていた熱エネルギーを最大限利用することで、一般的な空気調和装置で排出される温度よりも高温の空気を生成することが可能となる。これにより、一定温度の熱風が必要な用途に対して、他の熱源と組みわせることなく高温の空気を供給することが可能であり、熱エネルギーとして有効に利用することが可能となる。
【００２６】
本実施の形態１に係る空気調和装置１により得ることができる高温の空気の活用方法としては、例えば、塗装乾燥炉に供給する新鮮空気（フレッシュエア）の予備加熱や、樹脂の予備乾燥装置への熱風供給等が挙げられるが、特に、高温の空気の活用方法について、これらに限定されるものではない。
【００２７】
また、排熱の利用が不要で、空気調和装置を室内の冷房のみに使用する場合には、流路切替弁３５ａ，３５ｂを切替えることで温排熱回収熱交換器４１に流れる冷媒を分岐冷媒回路１１ａによって遮断し、ダクトユニット５０において温排熱回収熱交換器４１側の風量調整ダンパ５２ａを全閉とすることで、一般的な空気調和装置と同様に使用することができる。
【００２８】
次に、上述した本実施の形態のおける効果を比較例と実施例を示して説明する。
（比較例）
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するため、まず、一般的な空気調和装置を用いた比較例について説明する。図３は、比較例に係る一般的な空気調和装置の構成の要部を示す概略図である。
単一の室内機２０と室外機３０から構成されるヒートポンプ式の空気調和装置であり、室外機ファン３２の風量は１２０ｍ３／ｍｉｎで一定である。この空気調和装置を、室内温度２８℃、室外温度３５℃の環境下において、一定冷房能力１８ｋＷで稼働させる。この場合に、室外機熱交換器３１を通過して排出される空気の温度として、室外機熱交換器３１の出口から１００ｍｍの位置の空気温度をＫ型熱電対８０により測定した。
【００２９】
（実施例）
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を用いた実施例について説明する。図４は、本実施例に係る空気調和装置の構成の要部を示す概略図である。
室内機２０及び室外機３０は、比較例にて示した空気調和装置と同一のものを使用しており、室外機ファン３２の風量も１２０ｍ３／ｍｉｎであり、比較例に係る空気調和装置と同等である。比較例の空気調和装置に対して、室外機３０の冷媒回路上に流路切替弁（図示せず）と温排熱回収熱交換器４１を追加している。また、室外機熱交換器３１の出口側に、厚さ０．５ｍｍの亜鉛めっき鋼板から成る一辺６００ｍｍの角ダクトから成る送風ダクト５１を接続している。送風ダクト５１は、排気方向と温排熱回収熱交換器４１方向に分岐されており、本実施例では、温排熱回収熱交換器４１を通過する風量が４０ｍ３／ｍｉｎとなるように、温排熱回収ファン４２と風量調整ダンパ５２によって調整される。本実施例に係る空気調和装置を、比較例と同様に室内温度２８℃、室外温度３５℃の環境下において、一定冷房能力１８ｋＷで稼働させる。この場合に、比較例と同様に室外機熱交換器３１出口の空気温度をＫ型熱電対８０により測定した。また、温排熱回収熱交換器４１の出口から１００ｍｍの位置の空気温度をＫ型熱電対８１により測定した。
【００３０】
図５は、比較例と実施例における排出空気温度の比較図である。比較例と実施例における各熱交換器の出口での空気温度を示す。比較例の空気調和装置では、室外機熱交換器３１において、３５℃の室外空気が４３℃まで加熱されて排出されていることが分かる。
【００３１】
これに対して、実施例に係る空気調和装置では、室外機熱交換器３１から排出される室外空気は３９℃まで加熱されており、この排気の一部をさらに温排熱回収熱交換器４１を通過させることで、５２℃の高温の空気が排出されていることが確認できる。これより、排熱を利用して高温の空気を得るという目的において、温排熱回収熱交換器４１により、室内冷房時に発生する排熱を回収できる効果が認められる。この実施例は一例であり、本発明はこの例に限定されるものではなく、本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものであることは言うまでもない。
【００３２】
このように、実施の形態１に係る空気調和装置によれば、高温の空気の生成時（室内冷房時）に、室外熱交換器で加熱されて排出された空気の一部を送風ダクトを介して、温排熱回収熱交換器に導入するとともに、温排熱回収熱交換器を通過する空気量を調整して、さらに空気を加熱することで、従来は大気中に放熱されていた熱エネルギーを回収することができ、これによって高温の空気を生成することが可能となる効果がある。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。図６に示す実施の形態２に係る空気調和装置２と、図１に示す実施の形態１の空気調和装置１との違いは、流路切替弁３５ａ，３５ｂをそれぞれ分流型三方弁３６ａと混合型三方弁３７ａに置き換えるとともに、温排熱回収熱交換器４１の出口側にて空気の温度計測を行い、計測された温度に基づき、分流型三方弁３６ａと混合型三方弁３７ａの開閉を制御する温度指示調整器５３が設けられている点である。実施の形態２の空気調和装置２の他の構成については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
次に、実施の形態１と異なる室外機３０と、温度指示調整器５３について説明する。
室外機３０は、室内機２０から冷媒を凝縮圧力まで加圧する圧縮機３３と冷媒の流れを切替える四方弁３４と、冷媒の凝縮熱を空気中に放出する室外機熱交換器３１と、冷媒を二方向に分流可能な電動式の分流型三方弁３６ａと、二方向からの冷媒を混合可能な混合型三方弁３７ａと、室外機熱交換器３１に送風空気を供給する室外機ファン３２とにより構成され、室外に配設されている。
【００３５】
また、温度指示調整器５３は、温排熱回収ユニット４０の温排熱回収熱交換器４１の出口側に配設され、排出された空気の温度を測定し、その測定温度に基づいて分流型三方弁３６ａと混合型三方弁３７ａの開閉状態を制御する。
【００３６】
高温の空気の生成（室内冷房運転）では、圧縮機３３によって、凝縮圧力まで加圧された高温高圧の冷媒（気体）は、四方弁３４を通過して、分流型三方弁３６ａにより、その分流比に応じて、温排熱回収熱交換器４１に向かう経路と、室外機熱交換器３１に向かう経路に分流される。
【００３７】
そのうち、温排熱回収熱交換器４１を通過する冷媒（気体）は、実施の形態１と同様に、室外機熱交換器３１を通過することで加熱された一次加熱空気と熱交換することで凝縮（気液混合）し、混合型三方弁３７ａにて、室外機熱交換器３１へ向かう冷媒（気体）と合流し、室外機熱交換器３１を通過する際に、室外機ファン３２による室外から供給された送風空気により、さらに空気と熱交換されることで完全に凝縮するまで冷却される。
【００３８】
室外機熱交換器３１を通過した高圧の冷媒（液体）は、室内機２０内の膨張弁２３で蒸発圧力まで減圧された後に、室内機熱交換器２１に導かれる。低温低圧の冷媒（気液混合）は、室内機熱交換器２１を通過する際に、室内機ファン２２による室内から供給された送風空気との熱交換により温度が上昇し、蒸発することによって室内空気から蒸発熱を奪い、気体となる。
【００３９】
これにより、室内機熱交換器２１を通過する室内空気は冷却され、室内が冷房される。この後、室内機熱交換器２１を通過した冷媒（気体）は、圧縮機３３に再び導入される。以上の過程を経ることで、このサイクルが繰り返される。
【００４０】
前記の過程における、空気側の流れとしては、実施の形態１と同様に、室外機熱交換器３１を通過することで冷媒から放出された凝縮熱により一次加熱空気として送風ダクト５１内に排出される。この内、分岐された送風ダクト５１ａに排出された一次加熱空気は、風量調整ダンパ５２ａによって調整されて所定の風量が温排熱回収熱交換器４１に導入され、冷媒から放出され凝縮熱によりさらに加熱され、より温度の高い二次加熱空気が生成される。ここで、温排熱回収熱交換器４１の出口側に配設された温度指示調整器５３により、二次加熱空気の温度が計測される。
【００４１】
このとき、温度指示調整器５３は、二次加熱空気が要求される温度に設定されており、その設定温度と測定温度との差分に応じて、分流型三方弁３６ａと混合型三方弁３７ａの開閉状態が調整される。例えば、設定温度に対して、二次加熱空気の測定された温度が低い場合には、温排熱回収熱交換器４１へ導入される冷媒の流量を増大させる方向に、分流型三方弁３６ａと混合型三方弁３７ａの開閉状態を変更することで、熱交換量を増大させ、二次加熱空気を設定温度まで上昇させることが可能となる。これにより、一定温度の熱風が必要な用途に対して、他の熱源と組みわせることなく高温の空気を供給することが可能であり、熱エネルギーとして有効に利用することが可能となる。
【００４２】
このように、実施の形態２に係る空気調和装置によれば、高温の空気の生成時（室内冷房時）に、室外機熱交換器で加熱されて排出された空気の一部を送風ダクトを介して、温排熱回収熱交換器に導入するとともに、加熱空気の温度を計測して温排熱回収熱交換器に流れる冷媒量を調整することで、さらに精度よく加熱空気の温度を制御することができ、従来は大気中に放熱されていた熱エネルギーを回収して、要求される温度の高温の空気を生成することが可能となる効果がある。
【００４３】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示す概略図であり、図８は、冷凍サイクルでの冷媒の状態を示すモリエル線図である。図７に示す実施の形態３の空気調和装置３と図１に示す実施の形態１の空気調和装置１との違いは、流路切替弁３８ａ，３８ｂが、室内機２０の膨張弁２３と室外機熱交換器３１との間に設けられ、冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ｂに冷排熱回収熱交換器６１が接続されている点である。実施の形態３の空気調和装置３における他の構成については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。なお、実施の形態３は、低温の空気の生成（室内暖房運転）に対応した構成である。
【００４４】
まず、図７を用いて、実施の形態３に係る空気調和装置３の全体構成について説明する。空気調和装置３は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０で接続された室内機２０及び室外機３０と、冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ｂに接続された冷排熱回収ユニット６０と、室外機３０から排出される空気を外気方向と冷排熱回収ユニット６０方向とに分岐するダクトユニット５０とにより構成されている。
【００４５】
次に、実施の形態３に係る空気調和装置３を構成する上記機器とその機能について、具体的に説明する。
冷媒回路１０は、室内暖房運転により、実施の形態１とは異なり、冷媒の流れは逆となる。
【００４６】
室内機２０は、送風空気を供給する室内機ファン２２により冷媒の凝縮熱を室内空気中に放出し暖房する室内機熱交換器２１と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁２３とで、構成され、室内に配設されている。
【００４７】
室外機３０は、蒸発熱により外気空気からさらに熱を吸収し、冷排熱回収熱交換器６１を通過した冷媒を、完全に蒸発させる室外機熱交換器３１と、冷媒の流れを切替える四方弁３４と、室外機熱交換器３１を通過した冷媒を凝縮圧力まで加圧する圧縮機３３と、冷媒回路１０から分岐冷媒回路１１ｂに分岐する流路切換弁３８ａ，３８ｂと、室外機熱交換器３１に送風空気を供給する室外機ファン３２とにより構成され、室外に配設されている。
【００４８】
また、冷排熱回収ユニット６０は、冷媒の蒸発熱により室外機熱交換器３１から排出された空気から熱を吸収する冷排熱回収熱交換器６１と、送風空気を供給する冷排熱回収ファン６２とにより構成され、室外機３０の外側に配設される。ここで、冷排熱回収熱交換器６１は、膨張弁２３と室外機熱交換器３１との間で冷媒回路１０から分岐された分岐冷媒回路１１ｂに配設されている。
ダクトユニット５０の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
続いて、本実施の形態に係る冷媒の流れ、つまり、空気調和にかかる動作について、図７と図８を参照して説明する。図７には、低温の空気の生成時（室内暖房運転時）の冷媒の流れが矢印にて示されている。また、図８は、本実施の形態における空気調和装置３の冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。図８において、グラフの横軸と縦軸は、冷媒の比エンタルピーと絶対圧力をそれぞれ表しており、曲線は冷媒の飽和液線及び飽和蒸気線を表す。
【００５０】
まず、低温の空気の生成（室内暖房運転）では、室外機３０内の圧縮機３３によって、凝縮圧力まで加圧された高温高圧の冷媒（気体）は、四方弁３４を通過して、室内機熱交換器２１に導かれる。冷媒（気体）は、室内機熱交換器２１を通過することで、室内機ファン２２による室内から供給された送風空気との熱交換により温度が低下し、凝縮することによって室内空気に凝縮熱を放出し、液体となる。これにより、室内機熱交換器２１を通過する室内空気は加熱され、室内が暖房される。
【００５１】
室内機熱交換器２１を通過することで凝縮された冷媒（液体）は、室内機２０内の膨張弁２３で冷媒の蒸発圧力まで減圧され気液混合の状態にされた後に、流路切替弁３８ａを経由して、冷排熱回収熱交換器６１に導かれる。冷媒（液体）は、冷排熱回収熱交換器６１を通過する際に、冷排熱回収ファン６２の送風空気により、空気との熱交換により温度が上昇し、蒸発することで空気から蒸発熱を奪う。
【００５２】
これにより、冷排熱回収熱交換器６１を通過して、一部が蒸発された冷媒（気液混合）は、流路切替弁３８ｂを経由して、室外機熱交換器３１に導かれる。室外機熱交換器３１を通過する際に、室外機ファン３２による室外から供給された送風空気により、完全に蒸発するまで加熱される。この後、室外機熱交換器３１を通過した冷媒（気体）は、圧縮機３３に再び導入される。以上の過程を経ることで、このサイクルが繰り返される。
【００５３】
続けて、前記の過程における、室外機３０の空気の流れについて説明する。室外機３０は室外に設置されるために、室外機熱交換器３１には室外空気が供給される。この室外空気は、室外機熱交換器３１を通過することで冷媒から蒸発熱により熱が吸収され一次冷却空気として送風ダクト５１内に排出される。この内、分岐された送風ダクト５１ａに排出された一次冷却空気は、風量調整ダンパ５２ａによって調整されて所定の風量が冷排熱回収熱交換器６１に導入され、冷媒の蒸発熱により熱が吸収され、さらに冷却されることにより温度の低い二次冷却空気が生成される。
【００５４】
このように、本実施の形態３に係る空気調和装置よれば、室外機熱交換器から排出される一次冷却空気の量を調整して冷排熱回収熱交換器に導入できるために、従来は大気中に廃棄されていた冷排熱を最大限利用することで、一般的な空気調和装置で排出される温度よりも低温の空気を生成することが可能となる。これにより、一定温度の冷風が必要な用途に対して、他の冷却源と組みわせることなく低温の空気を供給することが可能であり、冷熱エネルギーとして有効に利用することが可能となる。
【００５５】
本実施の形態３に係る空気調和装置３により得ることができる低温の空気の活用方法としては、例えば、塗装乾燥後のクーリング工程や、局所的な高温エリアの冷房等が挙げられるが、特に、低温の空気の活用方法について、これらに限定されるものではない。
【００５６】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。図９に示す実施の形態４に係る空気調和装置４と、図７に示す実施の形態３の空気調和装置３との違いは、流路切替弁３８ａ，３８ｂをそれぞれ分流型三方弁３６ｂと混合型三方弁３７ｂに置き換えるとともに、冷排熱回収熱交換器６１の出口側にて空気の温度計測を行い、計測された温度に基づき、分流型三方弁３６ｂと混合型三方弁３７ｂの開閉を制御する温度指示調整器５３が設けられている点である。実施の形態４の空気調和装置４の他の構成については、実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
次に、実施の形態３と異なる室外機３０と、温度指示調整器５３について説明する。
室外機３０は、室内機２０から冷媒を凝縮圧力まで加圧する圧縮機３３と冷媒の流れを切替える四方弁３４と、冷媒の凝縮熱を空気中に放出する室外機熱交換器３１と、冷媒を二方向に分流可能な電動式の分流型三方弁３６ｂと、二方向からの冷媒を混合可能な混合型三方弁３７ｂと、室外機熱交換器３１に送風空気を供給する室外機ファン３２とにより構成され、室外に配設されている。
【００５８】
また、温度指示調整器５３は、冷排熱回収ユニット６０の冷排熱回収熱交換器６１の出口側に配設され、排出された空気の温度を測定し、その測定温度に基づいて分流型三方弁３６ｂと混合型三方弁３７ｂの開閉状態を制御する。
【００５９】
低温の空気の生成（室内暖房運転）では、室内機２０内の膨張弁２３で蒸発圧力まで減圧された低温低圧の冷媒（気液混合）は、分流型三方弁３６ｂにより、その分流比に応じて、冷排熱回収熱交換器６１に向かう経路と、室外機熱交換器３１に向かう経路に分流される。
【００６０】
そのうち、冷排熱回収熱交換器６１を通過する冷媒（気液混合）は、実施の形態３と同様に、室外機熱交換器３１を通過することで冷却された一次冷却空気と熱交換することで蒸発し、混合型三方弁３７ｂにて、室外機熱交換器３１へ向かう冷媒（気液混合）と合流し、室外機熱交換器３１を通過する際に、室外機ファン３２による室外から供給された送風空気により、さらに空気と熱交換されることで完全に蒸発するまで加熱される。室外機熱交換器３１を通過した低圧の冷媒（気体）は、冷媒の流れを切替える四方弁３４を経由して、圧縮機３３に導入される。
【００６１】
冷媒は、圧縮機３３で凝縮圧力まで加圧された後に、室内機熱交換器２１に導かれる。高温高圧の冷媒（気体）は、四方弁３４を通過して、室内機熱交換器２１に導かれる。冷媒（気体）は、室内機熱交換器２１を通過することで、室内機ファン２２による室内から供給された送風空気との熱交換により温度が低下し、凝縮することによって室内空気に凝縮熱を放出し、液体となる。
【００６２】
これにより、室内機熱交換器２１を通過する室内空気は加熱され、室内が暖房される。この後、室内機熱交換器２１を通過した冷媒（液体）は、膨張弁２３に再び導入される。以上の過程を経ることで、このサイクルが繰り返される。
【００６３】
前記の過程における、空気側の流れとしては、実施の形態３と同様に、室外機熱交換器３１を通過することで、冷媒の蒸発熱により一次冷却空気として送風ダクト５１内に排出される。この内、分岐された送風ダクト５１ａに排出された一次冷却空気は、風量調整ダンパ５２ａによって調整されて所定の風量が冷排熱回収熱交換器６１に導入され、冷媒により蒸発熱によりさらに加熱され、より温度の低い二次冷却空気が生成される。ここで、冷排熱回収熱交換器６１の出口側に配設された温度指示調整器５３により、二次冷却空気の温度が計測される。
【００６４】
このとき、温度指示調整器５３は、二次冷却空気が要求される温度に設定されており、その設定温度と測定温度との差分に応じて、分流型三方弁３６ｂと混合型三方弁３７ｂの開閉状態が調整される。例えば、設定温度に対して、二次冷却空気の測定された温度が高い場合には、冷排熱回収熱交換器６１へ導入される冷媒の流量を増大させる方向に、分流型三方弁３６ｂと混合型三方弁３７ｂの開閉状態を変更することで、熱交換量を増大させ、二次冷却空気を設定温度まで低下させることが可能となる。これにより、一定温度の冷風が必要な用途に対して、他の冷却源と組みわせることなく低温の空気を供給することが可能であり、冷熱エネルギーとして有効に利用することが可能となる。
【００６５】
このように、実施の形態４に係る空気調和装置によれば、低温の空気の生成時（室内暖房時）に、室外熱交換器で冷却されて排出された空気の一部を送風ダクトを介して、冷排熱回収熱交換器に導入するとともに、冷却空気の温度を計測して冷排熱回収熱交換器に流れる冷媒量を調整することで、さらに精度よく冷却空気の温度を制御することができ、従来は大気中に廃棄されていた冷熱エネルギーを回収して、要求される温度の低温の空気を生成することが可能となる効果がある。
【００６６】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。図１０に示す実施の形態５に係る空気調和装置５は、図１に示す実施の形態１の高温の空気の生成（室内冷房運転）に対応した構成と図７に示す実施の形態３の低温の空気の生成（室内暖房運転）に対応した構成を組み合わせたものであり、流路切替弁３５ａ，３５ｂ及び流路切替弁３８ａ，３８ｂの両方を備え、温排熱回収熱交換器４１（冷排熱回収熱交換器６１を兼ねる）に接続されている。他の構成については、実施の形態１及び実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
次に、実施の形態５に係る空気調和装置５の動作について説明する。高温の空気の生成時には、流路切替弁３５ａ，３５ｂを分岐冷媒回路１１ａ側に切り替え、温排熱回収熱交換器４１に接続する。また、低温の空気の生成時には、流路切替弁３８ａ，３８ｂを分岐冷媒回路１１ｂ側に切り替え、冷排熱回収熱交換器６１に接続する。高温の空気の生成時の動作及び低温の空気の生成時の動作は、それぞれ、実施の形態１及び実施の形態３と同様であるので、説明を省略する。
【００６８】
このように、実施の形態５に係る空気調和装置によれば、高温の空気の生成時（室内冷房運転時）に対応する流路切替弁と低温の空気の生成時（室内暖房運転時）に対応する流路切替弁の両方を備えることで、従来は大気中に排出されていた熱エネルギーを回収することができ、これによって高温の空気及び低温の空気のいずれも、生成することが可能となる効果がある。
【００６９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００７０】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００７１】
１−５  空気調和装置、１０  冷媒回路、１１，１１ａ，１１ｂ  分岐冷媒回路、２０  室内機、２１  室内機熱交換器、２２  室内機ファン、２３  膨張弁、３０  室外機、３１  室外機熱交換器、３２  室外機ファン、３３  圧縮機、３４  四方弁、３５ａ，３５ｂ，３８ａ，３８ｂ  流路切替弁、３６ａ，３６ｂ  分流型三方弁、３７ａ，３７ｂ  混合型三方弁、４０  温排熱回収ユニット、４１  温排熱回収熱交換器、４２  温排熱回収ファン、５０  ダクトユニット、５１，５１ａ，５１ｂ  送風ダクト、５２ａ，５２ｂ  風量調整ダンパ、５３  温度指示調整器、６０  冷排熱回収ユニット、６１  冷排熱回収熱交換器、６２  冷排熱回収ファン、８０、８１  Ｋ型熱電対。
【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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