JP2010101571A - 冷凍サイクル装置およびそれを備えた給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】霜性能を低下させることのない冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器２、膨張機構３、蒸発器４を冷媒配管で順次環状に接続して構成される冷凍サイクルを備え、蒸発器４の除霜を行う際は、圧縮機１で冷媒の圧縮を行わずに、冷凍サイクル内の冷媒を循環させる搬送手段５を設けたことにより、圧縮機１において圧縮しないために熱エネルギーを受け取りやすくし、その受け取った熱をそのままで蒸発器４に熱搬送できることで、除霜に必要な温度を得やすくしている。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、ヒートポンプ給湯機等のヒートポンプユニットには、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクル装置を有していた。このような冷凍サイクル装置において蒸発器で着霜した場合、除霜運転を行う際には、膨張弁の開度を全開にすることで、冷凍サイクル低圧側の飽和温度を上昇させ、圧縮機から出た高温の冷媒を直接蒸発器に流し、その高温冷媒で蒸発器の霜を溶かしていた（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の冷凍サイクル装置の構成図である。図５において、従来の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１０１、外部に冷媒の熱を放熱する凝縮器１０２、冷媒を減圧する膨張機構１０３、外部から熱を吸熱する蒸発器１０４を順次冷媒配管で環状に接続して構成される。そして、このような冷凍サイクル装置を用いた給湯機もあり、その場合、凝縮器１０２で水と高温冷媒が熱交換して高温水を生成している。

特に、このような冷凍サイクル装置を用いたヒートポンプ給湯機は、蒸発器１０４で外部から熱を吸熱するため、低外気温下では蒸発器１０４が着霜してしまう。そこで、従来の除霜手段として、膨張機構１０３を全開にして、圧縮機１０１から吐出される高温冷媒を蒸発器１０４にそのまま送るように構成するため、蒸発器１０４の温度が上昇し、除霜される。
特開２００３−２２２３９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、高圧側熱交換器（凝縮器１０２）では飽和温度が上昇し熱エネルギーが受け取りにくくなるとともに、膨張機構１０３が全開に開いているとはいえ幾らかは減圧されるために、低圧側熱交換器（蒸発器と１０４）では飽和温度が低下するために、除霜性能が低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、除霜性能を低下させることのない冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を冷媒配管で順次環状に接続して構成される冷凍サイクルを備え、前記蒸発器の除霜を行う際は、前記圧縮機で冷媒の圧縮を行わずに、前記冷凍サイクル内の冷媒を循環させる搬送手段を設けたことにより、圧縮機において圧縮しないために熱エネルギーを受け取りやすくし、その受け取った熱をそのままで蒸発器に熱搬送できることで、除霜に必要な温度を得やすくしている。

本発明は、霜性能を低下させることのない冷凍サイクル装置を提供することができる。

第１の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を冷媒配管で順
次環状に接続して構成される冷凍サイクルを備え、前記蒸発器の除霜を行う際は、前記圧縮機で冷媒の圧縮を行わずに、前記冷凍サイクル内の冷媒を循環させる搬送手段を設けたことにより、圧縮機において圧縮しないために熱エネルギーを受け取りやすくし、その受け取った熱をそのままで蒸発器に熱搬送できることで、除霜に必要な温度を得やすくしている。

第２の発明の冷凍サイクル装置は、特に第１の発明において、前記圧縮機と並列になるように前記搬送手段を設けたことにより、ロータリー圧縮機のような密閉構造の圧縮機においても、熱搬送を行うことができる。

第３の発明の冷凍サイクル装置は、特に第１または２の発明において、前記膨張機構をバイパスするバイパス回路を設けたことにより、膨張機構での圧損を回避することができるので、搬送手段の動力を低減することができる。

第４の発明の冷凍サイクル装置は、特に第１〜第３の発明において、前記蒸発器の上流側に冷媒を加熱する加熱装置を備えたことにより、搬送する熱エネルギーの熱源が凝縮側熱交換器であるので、例えば、凝縮側熱交換器が空気調和機の室内機の場合には、熱源となる温度が室内温度となるため、凝縮熱交換器側から得ることができる熱エネルギーが少ないので、加熱装置を補助熱源とすることで、除霜に必要な熱エネルギーを得ることができる。

第５の発明の給湯装置は、特に第１〜第４の発明の冷凍サイクル装置を備えることをにより、除霜性能を低下させることがなくなる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図である。図１において、本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒の熱を放熱する凝縮器２、冷媒を減圧する電子膨張弁やキャピラリチューブ等の膨張機構３、外気から熱を吸熱する蒸発器４を順次冷媒配管で環状に接続して構成されている。なお、図１に示すように本実施の形態では、冷凍サイクル装置を有した給湯機として説明するが、これに限定されることはなく、凝縮器２を室内熱交換器として暖房運転を行う空気調和装置であってもよい。

また、本実施の形態１における冷凍サイクル装置には、冷媒を搬送する搬送手段である循環ポンプ５を設けている。そして凝縮器２には、高温冷媒と熱交換する流体（本実施の形態では水）が流れており、冷媒から熱を受け取って高温水を生成可能に構成されている。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下、その動作および作用を説明する。

まず、通常運転時には、圧縮機１で冷媒を圧縮し、凝縮器２にて低温水に放熱する。その結果、凝縮器２において高温水が生成される。一方、熱交換した後の冷媒は、膨張装置３で絞り減圧され、蒸発器４で大気より熱を吸熱する。その結果、本実施の形態のように構成された冷凍サイクル装置では、凝縮器２で湯水を加熱し、蒸発器４で大気より吸熱するので、蒸発器４の飽和温度が氷点以下となった場合には、着霜が発生する。蒸発器４に着霜すると、凝縮器２における加熱性能が低下するため、蒸発器４を除霜しなければなら
ない。

そこで本実施の形態では、循環ポンプ５を設け、蒸発器４の除霜時には循環ポンプ５を駆動させることで除霜している。具体的には、蒸発器４の除霜時には、圧縮機１における冷媒の圧縮を止めて、循環ポンプ５を駆動する。その結果、単純に冷凍サイクル装置を冷媒が循環し、凝縮器２における高温水より熱を受け取り、そして温度が上昇した冷媒が蒸発器４に供給される。その結果、蒸発器４において除霜運転が可能になる。

上述した除霜運転は、凝縮器２に流れる水を停止し、その水（湯）を熱源として利用したものである。特に、凝縮器２の湯を熱源とすることで、蒸発器４に流れる冷媒を高温とすることが可能となり、除霜性能を向上することができる。特に、冷媒を超臨界で利用することで、さらに、熱源での吸熱量を増加させることが可能である。

このように、冷凍サイクルをなさない熱搬送回路として動作させることで、凝縮器２の熱エネルギーを蒸発器４の除霜に利用することができ、低圧飽和温度を上げて除霜する従来の冷凍サイクル装置の除霜運転に比べ、熱源の熱エネルギー吸熱しやすく、また除霜に利用する場合も温度低下しないため除霜性能を向上することができる。

なお、圧縮機１にスクロール圧縮機等の冷媒が流れることが可能な場合には、図１に示すような回路に循環ポンプ５を設けても、冷媒を搬送することができるが、圧縮機１にロータリー圧縮機等の冷媒が流れることが不可能な密閉構造の場合には、図２に示すように圧縮機１に並列に循環ポンプ５を設けることで、熱搬送が可能となる。

また、図１では循環ポンプ５を圧縮機１の下流側に設けた構成となっているが、これに限定されることはなく、圧縮機１の上流側に設けた構成となったとしても、冷媒を搬送することが可能であることは言うまでもない。

また、図３は膨張機構３にバイパス回路を設けた冷凍サイクル装置の構成図である。図３に示すように、膨張機構３をバイパスするようにバイパス回路を設け、そのバイパス回路に電磁弁６を設けることによって、膨張機構３の通過抵抗を低減することもできる。つまり、通常の圧縮運転時には、電磁弁６を閉じておくことで、全冷媒が膨張機構３に流れるが、除霜運転時には、電磁弁６を開くことで、バイパス回路にも冷媒が流れ込み、膨張機構３の通過抵抗を低減し、循環ポンプ５の動作動力を低減することができる。

また、本実施の形態では循環ポンプ５を別途設けているが、循環ポンプ機能を有する圧縮機１を利用することで、設置スペースの削減も可能である。

また、図４は、補助熱源として加熱装置８を設けた冷凍サイクル装置の構成図である。図４に示すように、凝縮器２における湯水から得られる熱エネルギーだけでは不十分な場合には、加熱装置８を動作させて、冷媒に熱を与えることによって、除霜運転を行うことができる十分な熱量を冷媒に与えることができる。

以上のように、本発明に係る冷凍サイクル装置は、給湯装置の他、空気調和装置などに適用することができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態１における冷凍サイクル装置の状態図 同実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図 従来の冷凍サイクル装置の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張機構
４ 蒸発器
５ 循環ポンプ
６ 電磁弁
８ 加熱装置

Claims (5)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を冷媒配管で順次環状に接続して構成される冷凍サイクルを備え、前記蒸発器の除霜を行う際は、前記圧縮機で冷媒の圧縮を行わずに、前記冷凍サイクル内の冷媒を循環させる搬送手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機と並列になるように前記搬送手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記膨張機構をバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記蒸発器の上流側に冷媒を加熱する加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 請求項１から４に記載の冷凍サイクル装置を備えたことを特徴とする給湯装置。

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