JP2010121844A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機と内部熱交換器との間の配管での圧力損失の増大を抑制するとともに、圧縮機から内部熱交換器への熱の移動も防止し、効率の良い冷凍サイクル装置を、低コストで提供すること。
【解決手段】圧縮機１１、放熱器１２、減圧手段１３、蒸発器１４を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器１２と前記減圧手段１３との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器１４と前記圧縮機１１との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器３０を有し、前記内部熱交換器３０を前記圧縮機１１の近傍に設置するとともに、前記内部熱交換器３０の周囲に断熱材５１を設けたことを特徴とするもので、圧力損失が増大しやすい吸入配管での圧力損失を抑制するとともに、圧縮機１１から比較的低温となる内部熱交換器３０への熱の移動を防止することができ、冷凍サイクルの効率の低下を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機などに利用される冷凍サイクル装置であって、放熱器から流出した高圧側冷媒と、蒸発器から流出した低圧側冷媒との間で熱交換を行わせる内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

ヒートポンプ式給湯機などに利用される冷凍サイクル装置において、内部熱交換器を設け、この内部熱交換器によって、放熱器から減圧手段に供給される冷媒と蒸発器から圧縮機に供給される冷媒との熱交換を行い、圧縮機に吸入される冷媒温度を高めることで、圧縮機の吐出温度を高め、その結果、放熱器で生成される湯の温度を高めるものが提案されている。

図６に内部熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯機の概略図を示す。

図６において、冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１、放熱器１２（水熱交換器）、減圧手段１３、及び蒸発器１４を配管で接続して冷凍サイクルが構成されている。内部熱交換器３０は、蒸発器１４から圧縮機１１に至る低圧側流路３０Ａを流れる低圧側冷媒と、放熱器１２から減圧手段１３に至る高圧側流路３０Ｂを流れる高圧冷媒との間で熱交換を行う。

内部熱交換器３０の設置方法として、送風室や機械室の下部に、放熱器１２とともに設置するものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１では、放熱器１２の低温側となる部分近傍に内部熱交換器３０を設置すること、特許文献２では、放熱器１２と内部熱交換器３０の間に断熱材を挿入することで、放熱器１２から内部熱交換器３０への熱の移動を防止している。
特開２００６−３３６８９４号公報 特開２００７−２８５６１１号公報

冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルにおいて内部熱交換器を設け、冷凍サイクルの効率を向上させることは有効である。特に、ヒートポンプ式給湯機において、内部熱交換器を設け、圧縮機に吸入される冷媒温度を高めることで、圧縮機の吐出温度を高め、その結果、放熱器で生成される湯の温度を高めることは有効である。

しかし、特許文献１、特許文献２のように、圧縮機から離れた位置に設置された放熱器の近傍に、内部熱交換器を設置すると、圧縮機の吸入部と内部熱交換器の低圧側入口部との配管が長くなり、この配管を冷媒が流れる際の圧力損失が増大し、冷凍サイクルの効率を低下させるといった課題を生じる。

一方、内部熱交換器を圧縮機の近傍に設置すると、圧縮機から内部熱交換器への熱の移動により、圧縮機の吐出温度を低下させ、その結果、放熱器で生成される湯の温度を低下させることで、冷凍サイクルの効率を低下させるといった課題を生じる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機と内部熱交換器との間の配管での圧力損失の増大を抑制するとともに、圧縮機から内部熱交換器への熱の移動も防止し、効率の良い冷凍サイクル装置を、低コストで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、放熱器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器と前記減圧手段との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器を前記圧縮機の近傍に設置するとともに、前記内部熱交換器の周囲に断熱材を設けたことを特徴とするもので、圧力損失が増大しやすい吸入配管での圧力損失を抑制するとともに、圧縮機から比較的低温となる内部熱交換器への熱の移動を防止することができ、冷凍サイクルの効率の低下を防止することができる。

本発明によれば、圧縮機と内部熱交換器との間の配管での圧力損失の増大を抑制するとともに、圧縮機から内部熱交換器への熱の移動も防止し、効率の良い冷凍サイクル装置を、低コストで提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器と前記減圧手段との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器を前記圧縮機の近傍に設置するとともに、前記内部熱交換器の周囲に断熱材を設けたことを特徴とするもので、圧力損失が増大しやすい吸入配管での圧力損失を抑制するとともに、圧縮機から比較的低温となる内部熱交換器への熱の移動を防止することができ、冷凍サイクルの効率の低下を防止することができる。

第２の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器と前記減圧手段との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器を前記圧縮機の近傍に設置するとともに、前記圧縮機と前記内部熱交換器との間に、板状の断熱材を設けたことを特徴とするもので、圧力損失が増大しやすい吸入配管での圧力損失を抑制するとともに、圧縮機から比較的低温となる内部熱交換器への熱の移動を防止することができ、冷凍サイクルの効率の低下を、低コストで防止することができる。

第３の発明は、断熱材を、内部熱交換器が圧縮機の高温部と近接する部分のみに設けることを特徴とするもので、圧力損失が増大しやすい吸入配管での圧力損失を抑制するとともに、圧縮機から比較的低温となる内部熱交換器への熱の移動を防止することができ、冷凍サイクルの効率の低下を、低コストで防止することができる。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。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、本実施の形態にかかる冷凍サイクル装置の熱源ユニット１１０の構成概略図である。熱源ユニット１１０は、冷媒を高温、高圧に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された冷媒により水を加熱する水冷媒熱交換器１２と、水冷媒熱交換器１２で冷却された冷媒を減圧する減圧手段１３と、減圧手段１３で減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器１４とを備えている。

内部熱交換器３０は、蒸発器１４から圧縮機１１の間を流れる低圧側冷媒と、放熱器１
２から減圧手段１３の間を流れる高圧冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。圧縮機１１、水冷媒熱交換器１２、減圧手段１３、蒸発器１４および内部熱交換器３０は、冷媒が循環するように冷媒配管によって相互に接続され冷媒回路を構成している。冷媒回路には、二酸化炭素（Ｒ７４４）が冷媒として充填されている。

また、蒸発器１４に隣接する形でファン１７が設けられている。ファン１７は、蒸発器１４で冷媒と熱交換するべき空気を蒸発器１４に供給する。仕切板４１は、ファン１７が蒸発器１４へ送風する送風室の一部を形成しており、ファン１７が送風する空気が、圧縮機１１や減圧手段１３やそれらの接続配管に当たらないように構成されている。

水冷媒熱交換器１２は、冷媒入口部１２ａ、冷媒出口部１２ｂ、水入口部１２ｃ、水出口部１２ｄを有している。冷媒は、圧縮機１１より吐出配管３５を通って冷媒入口部１２ａから流入し、水冷媒熱交換器１２で水と熱交換し、冷媒出口部１２ｂより流出する。

その後、冷媒は配管３６を通って、内部熱交換器３０の高圧側流路３０Ｂに導入された後、減圧手段１３で減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器１４で空気と熱交換した後、内部熱交換器３０の低圧側流路３０Ａに導入される。その後、冷媒は、吸入配管３７を通って、圧縮機１１に吸入される。

一方、貯湯タンクユニット（図示せず）の水は、水配管（図示せず）を通って、水配管接続口１８から熱源ユニット１１０に導入され、水入口部１２ｃから水冷媒熱交換器１２に流入し、水出口部１２ｄよりお湯となって流出する。

その後、お湯は、湯配管接続口１９から、熱源ユニット１１０から出て、湯配管（図示せず）を通って、再び、貯湯タンクユニット（図示せず）に戻る。

熱源ユニット１１０の底部は基板４２により構成されている。圧縮機１１、水冷媒熱交換器１２、蒸発器１４などの冷媒回路の主要構成要素や仕切板４１は、基板４２に固定されている。また、熱源ユニット１１０の天部は天板４３により覆われている。

さらに、熱源ユニット１１０の周囲は、蒸発器１４で構成されている部分を除いて、筐体外装板４４により覆われている。機械室１１１は、四方を仕切板４１と筐体外装板４４の一部とにより仕切られ、上下を天板４３の一部と基板４２の一部により仕切られた空間である。

圧縮機１１には、スクロール式、レシプロ式、ロータリ式などの容積式の流体機構を採用できる。水冷媒熱交換器１２には、二重管式、プレート式などの熱交換器が採用できる。蒸発器１４は、フィンチューブ型熱交換器に代表される空気熱交換器である。

次に、内部熱交換器３０の構成について説明する。図２は、本実施の形態にかかる内部熱交換器の要部側面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。

内部熱交換器３０は、第１冷媒管３１と第２冷媒管３２とから構成されている。第２冷媒管３２は、第１冷媒管３１より細管であり、第２冷媒管３２は第１冷媒管３１内に配置されている。内部熱交換器３０の両端にはそれぞれ所定大きさのヘッダ３３を有している。

ヘッダ３３は、所定長さの管を、拡管加工または縮管加工によって一端側開口部３３１を他端側開口部３３２よりも小さく形成し、一端側開口部３３１には第１冷媒管３１を溶接によって接続し、他端側開口部３３２には第２冷媒管３２の一部である第２接続管３５
Ａ、３５Ｂとともに第１接続管３４Ａ、３４Ｂを溶接によって接続する。すなわち、第１接続管３４Ａ、３４Ｂは、第１冷媒管３１と連通している。第２接続管３５Ａ、３５Ｂは、第２冷媒管３２の一部である。

第１冷媒管３１における冷媒流れ方向と第２冷媒管３２における冷媒流れ方向とは対向している。すなわち、第１接続管３４Ａは、蒸発器１４の出口部に接続され、第１接続管３４Ｂは、圧縮機１１の吸入配管３７に接続されている。第２接続管３５Ｂは、放熱器１２の出口側の配管３６に接続され、第２接続管３５Ａは、減圧手段１３の入口部に接続されている。

したがって、図３に示すように、第２冷媒管３２の管内は、高圧側流路３０Ｂを構成し、放熱器１２から減圧手段１３に至る高圧冷媒が流れ、第１冷媒管３１の管内と第２冷媒管３２の管外とで低圧側流路３０Ａを構成し、蒸発器１４から圧縮機１１に至る低圧側冷媒が流れる。そして、低圧側流路３０Ａを流れる低圧側冷媒と高圧側流路３０Ｂを流れる高圧冷媒との間で熱交換を行う。

本実施の形態では、内部熱交換器３０は、図１に示すように、圧縮機１１の近傍に設置されている。すなわち、吸入配管３７は可能な限り短く構成されている。したがって、圧力損失が増大しやすい吸入配管３７での圧力損失を抑制することができる。さらに、図１に示すように、内部熱交換器３０の周囲には第１断熱部材５１を設けている。

したがって、高温となる圧縮機１１から比較的低温となる内部熱交換器３０への熱の移動を防止することができ、圧縮機１１の吐出温度や、放熱器１２で生成される湯の温度の低下、さらには、冷凍サイクルの効率の低下を防止することができる。

なお、図４に示すように、内部熱交換器３０のうち、圧縮機１１の高温部と近接する部分のみ、内部熱交換器３０の周囲に第２断熱部材５２を設けてもよい。

また、吸入配管３７は、圧縮機１１の振動が内部熱交換器３０へ伝わることを防止するために必要な長さを設けたり、あるいは、立体的に屈曲させたりしてもよい。また、第１冷媒管３１及び第２冷媒管３２は、配設される空間に応じて所定の折り曲げ部を形成してもよい。

以上の構成により、圧縮機１１と内部熱交換器３０との間の吸入配管３７での圧力損失の増大を抑制するとともに、圧縮機１１から内部熱交換器３０への熱の移動も防止できる。さらに、内部熱交換器３０が圧縮機１１の高温部と近接する部分のみに断熱材を設けることで、圧縮機１１から内部熱交換器３０への熱の移動の防止を、低コストで実現できる。

また、図５において、第３断熱部材５３は、圧縮機１１の近傍に設置された内部熱交換器３０と圧縮機１１の間に設けられた板状の断熱材である。これによれば、圧縮機１１と内部熱交換器３０との間の吸入配管３７での圧力損失の増大を抑制するとともに、圧縮機１１から内部熱交換器３０への熱の移動も防止できる。さらに、内部熱交換器３０が圧縮機１１の高温部と近接する部分のみに断熱材を設けることで、圧縮機１１から内部熱交換器３０への熱の移動の防止を、低コストで実現できる。

なお、以上の実施の形態では、二重管式の内部熱交換器で説明したが、第１冷媒管３１と第２冷媒管３２とを長手方向に沿わすことで熱的に接するように配置したパイプ型内部熱交換器であってもよい。第１断熱部材５１、第２断熱部材５２、第３断熱部材５３に用いる断熱材はグラスウール、発泡系ウレタン、真空断熱材、吸音効果と断熱効果のあるフ
エルト系の吸音断熱材の少なくとも一つで構成されている。

本発明のヒートポンプ給湯機は、家庭用、業務用を問わず広い用途に適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の熱源ユニットの概略正面図 同内部熱交換器の要部側面図 図２のＸ―Ｘ断面図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の他の熱源ユニットの概略正面図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の他の熱源ユニットの概略正面図 従来のヒートポンプ給湯機の回路図

符号の説明

１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 減圧手段
１４ 蒸発器
１７ ファン
３０ 内部熱交換器
３１ 第１冷媒管
３２ 第２冷媒管
３７ 吸入配管
５１ 第１断熱部材
５２ 第２断熱部材
５３ 第３断熱部材

Claims (3)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器と前記減圧手段との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器を前記圧縮機の近傍に設置するとともに、前記内部熱交換器の周囲に断熱材を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記放熱器と前記減圧手段との間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器を前記圧縮機の近傍に設置するとともに、前記圧縮機と前記内部熱交換器との間に、板状の断熱材を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 断熱材を、内部熱交換器が圧縮機の高温部と近接する部分のみに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。