JP3801006B2 - 冷媒回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばヒートポンプ式給湯装置の熱源ユニットに使用される冷媒回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯装置は、一般には図２７に示すように、貯湯タンク７０を有するタンクユニット７１と、冷媒回路７２を有する熱源ユニット７３とを備える。また、冷媒回路７２は、圧縮機７４と凝縮器（水熱交換器）７５とレシーバ７６と膨張弁７７と蒸発器７８とを備える。そして、タンクユニット７１は、上記貯湯タンク７０と循環路７９とを備え、循環路７９には、ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されている。この場合、熱交換路８１は水熱交換器７５にて構成される。
【０００３】
従って、圧縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換路８１を流通する。そのときこの温湯は凝縮器（水熱交換器）７５によって加熱され（沸上げられ）、給湯口から貯湯タンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク７０に高温の温湯を貯めるものである。
【０００４】
また、従来においては、上記冷媒回路の冷媒として、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒が使用されてきたが、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のような代替冷媒が使用されるようになっている。しかしながらこのＲ−１３４ａにおいても、依然として地球温暖化能が高いなどの問題があることから、近年では、このような問題のない自然系冷媒を使用することが推奨されつつある。この自然系冷媒として炭酸ガス等の超臨界冷媒が有用であることは、公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そして、炭酸ガス等の超臨界冷媒を使用した冷媒回路の冷凍サイクルは図２６に示すものとなる。ところで、沸上げている場合において、高温の温水が貯湯タンクの下部にまで貯まっている状態では、高温の温湯（温水）が循環路へ流出することになる。このため、水熱交換器７５への入水温度が上昇することになる。水熱交換器７５への入水温度が上昇すれば、図２８の実線で示すような冷凍サイクルとなって、凝縮過程でのエンタルピ差が狭くなり、給湯能力及びＣＯＰが減少していた。また、外気温度が上昇することによっても、その冷凍サイクルは図２９に示すように、運転範囲が小さくなっていた。すなわち、各種環境により、凝縮側及び蒸発側の負荷変動が生じ、この負荷変動により安定する冷媒サイクルも変動する。そのため、各冷媒サイクルに必要とする冷媒量はそれぞれ異なり、ある冷媒サイクルに合わせて冷媒を充填したとしても、運転状況により冷媒サイクルが変化し、その充填した冷媒量では、過不足が生じて、適切な冷媒サイクルを維持することができなくなるおそれがあった。
【０００６】
このように、高圧が超臨界サイクルとなる冷凍サイクルにおいては、超臨界域での冷媒密度変化が連続的となり、従来では、運転エリア（運転条件の違い）により発生する余剰冷媒を処理することが困難であるといえる。そして、余剰冷媒が処理できなければ、湿り運転となるおそれがある。湿り運転となれば、圧縮機７４の吐出温度が低下することになって、冷凍効果が減少して、ＣＯＰが低下する。これを防止しようとすれば、設計圧力を高くしなければならず、コスト高となる。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その一の目的は、各種の運転状況において適切な冷凍サイクルを維持することが可能な冷媒回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の冷媒回路は、圧縮機１５と放熱器１６とレシーバ１８と膨張弁１９と蒸発器２０とを備え、上記放熱器１６にて水熱交換器を構成するヒートポンプ式給湯装置の熱源ユニットに使用されると共に、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いた冷媒回路であって、上記レシーバ１８の出口側に流量調整弁５６を設けると共に、上記圧縮機１５からの高圧冷媒がレシーバ１８に流入するためのバイパス回路５５を設け、このレシーバ１８内の高圧冷媒と、低圧冷媒との熱交換を行うことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１の冷媒回路では、低圧冷媒にてレシーバ１８内の冷媒を確実に冷却することができる。これにより、レシーバ１８内の冷媒の溜まりを促進することができ、余剰冷媒状態となるのを防止することができる。また、低圧冷媒は逆に加熱され、圧縮機１５の湿り圧縮を防止することができる。そして、流量調整弁５６の全開時には、冷媒温度を高め、レシーバ１８内の冷媒収容量を少なくすることができる。また、流量調整弁５６の開度制御時には、要求された冷媒温度に保持し、レシーバ１８内を適切な冷媒収容量とすることができる。さらに、流量調整弁５６の全閉時には、冷媒温度を低くし、レシーバ１８内の冷媒収容量を多くすることができる。
【００１０】
請求項２の冷媒回路は、上記低圧冷媒が、上記蒸発器２０の入口側の冷媒であることを特徴としている。
【００１１】
上記請求項２の冷媒回路では、蒸発器２０の入口側の冷媒は低温低圧であり、この冷媒にてレシーバ１８内の冷媒を確実に冷却することができる。
【００１２】
請求項３の冷媒回路は、上記低圧冷媒が、上記蒸発器２０の出口側の冷媒であることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項３の冷媒回路では、蒸発器２０の出口側の冷媒は低温低圧であり、この冷媒にてレシーバ１８内の冷媒を確実に冷却することができる。
【００１４】
請求項４の冷媒回路は、上記放熱器１６の出口側の冷媒温度よりも高温の冷媒をレシーバ１８に流入させることを特徴としている。
特徴としている。
【００１５】
上記請求項４の冷媒回路では、放熱器１６出口側の冷媒の温度よりも高温の冷媒がこのレシーバ１８を流入する。これにより、レシーバ１８内の冷媒温度変化幅を大きくとることができ、運転エリア毎での冷媒密度差を大きく取ることができる。
【００１６】
請求項５の冷媒回路は、上記バイパス回路５５に絞り機構Ｓを設けたことを特徴としている。
【００１７】
上記請求項５の冷媒回路では、絞り機構Ｓにより、レシーバ１８内を通過する冷媒流量を変化させることができる。これにより、運転条件の違い等により発生する余剰冷媒をレシーバ１８に確実に溜めることができ、余剰冷媒吸収能力を向上させることができる。
【００１８】
請求項６の冷媒回路は、上記バイパス回路５５は、放熱器１６から分岐する第１管５８と、この分岐部よりも下流側の位置において放熱器１６に合流する第２管５９とを備え、上記第１管５８と第２管５９との間に上記レシーバ１８を介設したことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の冷媒回路の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの冷媒回路の第１の参考例を示す簡略図であり、この冷媒回路はヒートポンプ式給湯装置に使用されている。このヒートポンプ式給湯装置は、タンクユニット１と熱源ユニット２を備え、タンクユニット１の水（温湯）を熱源ユニット２にて加熱するものである。
【００２０】
タンクユニット１は貯湯タンク３を備え、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。そのため、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられ、その上壁に出湯口６が設けられ、給水口５から貯湯タンク３に水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯する。この場合、給水口５には逆止弁７を有する給水用流路８が接続され、貯湯タンク３の底壁には取水口１０が開設され、貯湯タンク３の側壁（周壁）の上部には給湯口１１が開設されている。そして、取水口１０と給湯口１１とが循環路１２にて連結され、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。
【００２１】
ところで、貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで４個の残湯量検出器４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄが設けられ、さらには、貯湯タンク３の上壁に温度センサ４８が設けられている。上記各残湯量検出器４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ及び温度センサ４８は、例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側（具体的には、ポンプ１３の上流側）に取水サーミスタ６４が設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯サーミスタ６５が設けられている。
【００２２】
また、熱源ユニット２はこの発明に係る冷媒回路Ｒを備え、この冷媒回路Ｒは、圧縮機１５と、上記熱交換路１４を構成する水熱交換器（凝縮器）１６と、冷却部１７と、レシーバ１８と、減圧機構を構成する膨張弁１９と、蒸発器２０等を順に接続して構成される。そして、この冷媒回路Ｒの冷媒としては、例えば、超臨界で使用する二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。なお、上記凝縮器１６とは、圧縮機１５にて圧縮された高温・高圧の超臨界冷媒を冷却する機能を有するものであり、ガス冷却器あるいは放熱器と呼ばれることもある。
【００２３】
上記冷却部１７は、凝縮器１６から流出した冷媒を冷却するものであって、図２に示す液ガス熱交換器２１にて構成される。この液ガス熱交換器２１は、二重管構造であって、凝縮器１６からの冷媒が通過する第1通路２２と、蒸発器２０からの冷媒が通過する第２通路２３とを備える。すなわち、第1通路２２が、凝縮器１６とレシーバ１８とを連結する冷媒流路２４の一部を構成し、第２通路２３が、蒸発器２０と圧縮機１５とを連結する冷媒流路２５の一部を構成する。このため、この冷却部１７は冷媒−冷媒の熱交換器となり、第1通路２２を通過する高圧高温の冷媒と第２通路２３を通過する低圧低温の冷媒との間で熱交換され、レシーバ１８に入る冷媒が冷却される。また、低圧冷媒は加熱されるため、圧縮機１５の湿り圧縮を防止することができる。
【００２４】
ところで、この冷媒回路Ｒは、圧縮機１５と水熱交換器１６とを接続する冷媒流路４０と、膨張弁１９と蒸発器２０とを接続する冷媒流路４１とをバイパス回路４２にて接続し、このバイパス回路４２にデフロスト弁４３を設けている。なお、上記冷媒流路４０には、圧力保護スイッチとしてのＨＰＳ４５と、圧力センサ４６とが設けられている。このバイパス回路４２は、圧縮機１５から吐出したホットガスを蒸発器２０に供給して、この蒸発器２０の除霜を行うデフロスト運転を行うためのものである。そのため、この熱源ユニット２には、通常の湯沸運転と、デフロスト運転との切換を行うためのデフロスト制御手段（図示省略）を備える。すなわち、通常の湯沸運転の場合、水熱交換器１６が凝縮器として機能し、熱交換路１４を通過する温湯を加熱するものである。また、デフロスト運転を行う場合、膨張弁１９を全閉状態とすると共に、デフロスト弁４３を開状態として、ホットガスを蒸発器２０に流し、このホットガスにて蒸発器２０を加熱して、蒸発器２０に霜を発生させない。デフロスト制御手段は、例えば、マイクロコンピュータを用いて構成される。
【００２５】
次に、上記冷媒回路Ｒの運転動作（湯沸かし運転）を説明する。圧縮機１５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させる。すると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（温湯）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は凝縮器１６である水熱交換器によって加熱され（沸上げられ）、給湯口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。そしてこのような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に温湯が貯湯されることになる。なお、現状の電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて低く設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯に行い、コストの低減を図るようにするのが好ましい。
【００２６】
このように沸上げている場合において、高温の温水が貯湯タンク３の下部にまで貯まっている状態では、貯湯タンク３内の高温の温湯が取水口１０から循環路１２に流出することになる。このような場合には、水熱交換器１６の入水温度が上昇する。従来の冷媒回路では、水熱交換器１６の入水温度が上昇すれば、図２６に示される冷凍サイクルが図２８の実線で示すように冷凍サイクルとなる。このため、循環する冷媒が過多状態（余剰冷媒状態）となる。ところが、図１に示す冷媒回路Ｒにおいては、冷却部１７を備えているので、冷媒が十分冷却され、膨張弁１９の前位の高圧側において、レシーバ１８内に高密度の冷媒が溜まる。すなわち、余剰冷媒処理を行うことができ、冷媒回路Ｒを循環する冷媒量は適切なものとなって、図３に示すような冷凍サイクルとなる。そのため、安定した運転が可能であり、ＣＯＰの低下を招かない。しかも、設けるべきレシーバの容量を小さく設定でき、冷媒回路全体のコンパクト化及び製造コストの低減を図ることが可能である。安定した冷凍運転を行うことができる。
【００２７】
次に、図４に示す冷媒回路Ｒでは、冷却部１７は空気熱交換器２６でもって構成され、凝縮器１６とレシーバ１８を連結する冷媒流路２４の一部を構成する流路を有し、冷媒がこの流路を通過する際に空気と熱交換を行う。このため、この冷却部１７によっても、レシーバ１８内に溜まる冷媒量を調整することができ、冷媒回路Ｒを循環する冷媒量は適切なものとなって、安定した冷凍運転を行うことができる。
【００２８】
また、図５の冷媒回路Ｒでは、蒸発器２０の一部を空気熱交換器として機能させてこれを冷却部１７としている。すなわち、この場合の蒸発器２０は、図６に示すように、多数のフィンを有する本体２７と、この本体２７内に配設される第1・第２チューブ２８、２９とを備える。そして、第1チューブ２８内を膨張弁１９からの冷媒を通過させ、第２チューブ２９内を凝縮器１６からの冷媒を通過させる。このため、本体２７と第1チューブ２８等でもって本来の蒸発機能を発揮し、本体２７と第２チューブ２９等でもって、凝縮器１６から流出した冷媒を冷却する冷却部（空気熱交換器）１７としての機能を発揮する。この場合、第1チューブ２８は蛇行状とされ、その両開口部２８ａ、２８ｂが本体２７の一方の側面２７ａ側に開口している。また、第２チューブ２９はＵ字状とされ、その両開口部２９ａ、２９ｂが本体２７の一側面２７ａ側に開口している。なお、このように、蒸発器２０の一部が冷却部１７を構成するものとしては、この図６に示すものに限るものではなく、例えば、本体２７の大きさ、第1・第２チューブ２８、２９の長さ寸法等の変更も自由である。
【００２９】
このため、図５の冷媒回路Ｒは、上記図1等と同様、入水温度（水熱交換器１６への入水温度）上昇等の環境変化により発生する余剰冷媒を処理することができ、冷媒回路Ｒを循環する冷媒量は適切なものとなって、安定した冷凍運転を行うことができる。しかも、図１に示すような熱交換器２１や図４に示すような熱交換器２６等を必要とせず、この種の冷媒回路に当然必要とされる蒸発器２０の一部をもって冷却部１７を構成することができ、冷媒回路Ｒの全体のコンパクト化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００３０】
次に、図７に第２の参考例を示し、この冷媒回路Ｒでは、図１５に示すレシーバ１８を使用して、レシーバ１８内の高圧冷媒と、低圧冷媒との熱交換を行うように構成している。すなわち、この場合のレシーバ１８には、凝縮器１６からの冷媒が流入する流入管５０と、レシーバ１８からの冷媒が膨張弁１９に流入する流出管５１とが夫々接続されると共に、膨張弁１９と蒸発器２０とを接続する冷媒流路４１が挿通されている。これにより、流入管５０からレシーバ１８に流入する高圧冷媒と、冷媒流路４１を流れる低圧冷媒との間で熱交換を行う熱交換手段３０が構成される。
【００３１】
この図７の冷媒回路Ｒによれば、熱交換を行うための低圧側の冷媒が、蒸発器２０の入口側の冷媒であるので、熱交換を確実に行うことができ、レシーバ１８内の冷媒の溜まりを促進することができる。このため、余剰冷媒が発生する条件下においても冷媒回路Ｒを循環する冷媒量は適切量となって、湿り運転となることなく、ＣＯＰの低下を招くことがない。
【００３２】
また、図８に示す冷媒回路Ｒでは、蒸発器２０と圧縮機１５とを接続する冷媒流路（吸込流路）２５がレシーバ１８に挿通されている。これによって、レシーバ１８の高圧冷媒と、冷媒流路２５を流通する低圧冷媒との熱交換を行う熱交換手段３０を構成することができ、レシーバ１８内の冷媒の溜まりを促進することができ、余剰冷媒状態となることを防止することができる。
【００３３】
次に、図９に第３の参考例を示し、この冷媒回路Ｒは、圧縮機１５からの冷媒が凝縮器１６及び熱交換器４９を介して膨張弁１９に流入する主通路５４と、冷媒が主通路５４から分流してレシーバ１８を介して主通路５４に合流するバイパス回路５５とを備える。すなわち、主通路５４は、冷媒流路４０（圧縮機１５の冷媒吐出路）と、凝縮器１６から熱交換器（凝縮器１６から流出する冷媒に過冷却を付与するための熱交換器）４９を介して膨張弁１９に接続される接続管５７を有し、バイパス回路５５は、冷媒吐出路４０から分岐してレシーバ１８に接続される第1管５８と、レシーバ１８から主通路５４に接続される第２管５９とを有する。なお、熱交換器４９は接続管５７を流れる冷媒と、冷媒流路２５を流れる冷媒との熱交換を行うものである。
【００３４】
この冷媒回路Ｒによれば、主通路５４においては、圧縮機１５からの高圧冷媒が凝縮器１６→熱交換器４９→膨張弁１９→蒸発器２０→レシーバ１８→熱交換器４９→圧縮機１５と流れる。このため、水熱交換器としての凝縮器１６にて、循環路１２（この場合においては図示省略している）を循環している温湯を加熱することができる。また、バイパス回路５５においては、圧縮機１５からの高圧冷媒がレシーバ１８に流入して、レシーバ１８から膨張弁１９に流入し、さらに、蒸発器２０から流出した冷媒が冷媒流路２５を介して圧縮機１５に戻る。このため、第1管５８からレシーバ１８に流入した高圧冷媒と、冷媒流路２５を流れる低圧冷媒との間で熱交換を行う熱交換手段３０を構成することができる。
【００３５】
次に、図１０に示す冷媒回路Ｒは、第1管５８にて凝縮器１６とレシーバ１８とを連結したものであり、図１１に示す冷媒回路Ｒは、第1管５８にて凝縮器１６の出口とレシーバ１８とを連結したものである。これらにおいても、レシーバ１８内の高圧冷媒と、冷媒流路２５を流通する低圧冷媒との熱交換を行うことができる。
【００３６】
また、図１２に第４の参考例を示し、この冷媒回路Ｒは、図１０に示す冷媒回路Ｒの第1管５８に絞り機構Ｓ（例えば、キャピラリーチューブ）を介設したものであり、図１３に示す冷媒回路Ｒは、図１０に示す冷媒回路Ｒの第２管５９に絞り機構Ｓ（例えば、キャピラリーチューブ）を介設したものである。これらの場合、レシーバ１８内を通過する冷媒流量を変化させることができる。すなわち、運転条件の違いにより発生する余剰冷媒をレシーバ１８に確実に溜めることができ、余剰冷媒吸収能力を向上させることができる。また、図１４に示す冷媒回路Ｒでは絞り機構Ｓをキャピラリーチューブに代えて電動弁にて構成するものであって、図１３に示す冷媒回路Ｒと同様の作用効果を呈する。このため、図１２に示す冷媒回路Ｒにおいても、キャピラリーチューブに代えて、電動弁を使用してもよい。さらに、図９と図１１に示す冷媒回路Ｒにおいても、バイパス回路５５に絞り機構Ｓを設けてもよい。
【００３７】
ところで、図７と図８の冷媒回路Ｒでは、レシーバ１８内の冷媒状態は、水熱交換器（凝縮器）１６の出口状態で決まる。そのため、レシーバ１８の余剰冷媒吸収能力は、（水熱交換器１６出口の冷媒密度）×容積となる。このため、これらにおいてはあまり大きな吸収能力にならない。これに対して、図９から図１３に示す冷媒回路Ｒ（図１１に示す冷媒回路Ｒを省く）では、水熱交換器（凝縮器）１６の出口温度と相違する温度の冷媒（出口温度よりの高い温度の冷媒）をレシーバ１８に溜めることができる。このため、運転エリア毎での冷媒密度差を大きくとれ、余剰冷媒吸収能力が大きくなる。この場合、図９に示す冷媒回路Ｒが最も大きな余剰冷媒吸収能力を示す。これは、この図９に示す冷媒回路Ｒがレシーバ１８内の冷媒温度変化幅が最も大きいためである。また、熱ロス（水熱交換器で水以外に放熱する量）を、図９から図１１の冷媒回路Ｒについて比較した場合、図９に示す冷媒回路Ｒが最も大きく、図１０の示す冷媒回路Ｒがそれより小さく、図１１に示す冷媒回路Ｒが最も小さくなる。これは、図１１に示す冷媒回路Ｒでは、第１管５８が凝縮器１６の出口側から分岐しているからである。
【００３８】
図７〜図１４に示す冷媒回路Ｒにおけるレシーバ１８としては、図１６に示すものであってもよい。この場合、冷媒流路４１又は冷媒流路２５をレシーバ１８の外面に沿わせたものであり、これにより、レシーバ１８内の高圧冷媒と、冷媒流路４１（又は冷媒流路２５）を流通する低圧冷媒との熱交換を行うことができる。冷媒流路４１又は冷媒流路２５を沿わせる場合、この図１６に示すように、直線状に並列状に配設させても、レシーバ１８の外周面に巻設させてもよい。
【００３９】
また、図９〜図１４に示す冷媒回路Ｒにおいて、それぞれ仮想線で示すように、バイパス回路５５の第1管５８を水熱交換器１６の上流部に接続すると共に、バイパス回路５５の第２管５９を水熱交換器１６の中間部に接続するようにしてもよい。このように接続することにより、熱ロスの低減及びレシーバ１８の入口冷媒温度の上昇の最適化を図ることが可能となる。この場合、主通路５４はこれら図９〜図１４の実線で示すままの流路である。なお、図９〜図１４に示す冷媒回路Ｒのように、レシーバ１８と熱交換器（液ガス熱交換器）４９とを備えたものでは、これらの配置順序を図例と逆順序となるようにしてもよい。
【００４０】
ところで、図１７は第１の実施の形態を示し、この冷媒回路のように、凝縮器１６から分岐し、この分岐部よりも下流側の位置において、この凝縮器１６に合流するバイパス回路５５を設けると共に、このバイパス回路５５にレシーバ１８を介設して、このレシーバ１８内の高圧冷媒と、蒸発器２０の入口側の低圧冷媒との熱交換を行ってもよい。すなわち、圧縮機１５からの高圧冷媒が凝縮器１６を通過して上記膨張弁１９に流入するための主通路５４は、冷媒吐出路４０と接続管５７とを有し、この主通路５４にバイパス回路５５が接続されている。具体的には、バイパス回路５５は、その第1管５８が凝縮器１６の中間部よりもやや上流寄りに接続されると共に、その第２管５９が凝縮器１６の中間部よりもやや下流寄りに接続され、この第1管５８と第２管５９とに間にレシーバ１８が介設されている。このため、主通路５４から分岐した高圧冷媒はレシーバ１８を通過して主通路５４に合流（還流）することになる。なお、この場合も、主通路５４の冷媒は、接続管５７を流れることによって、熱交換器（凝縮器１６から流出する冷媒に過冷却を付与するための熱交換器）４９を介して膨張弁１９に流入することになる。
【００４１】
そして、図１８と図１９に示すように、膨張弁１９と蒸発器２０とを接続する冷媒流路（低圧配管）４１にレシーバ１８が熱交換可能に並設されている。すなわち、冷媒流路４１のうち、レシーバ１８に沿って延びる部位がいわゆるジグザグ状に形成され、そのレシーバ１８に対して近接乃至接触する突部４１ａ・・がロウ付け等の接続手段にてレシーバ１８の外壁１８ａに接続されている。これによって、レシーバ１８内を通過する高圧冷媒と、冷媒流路４１を流れる低圧冷媒とで熱交換が行われる。この際、冷媒流路４１のレシーバ１８との接触部位を分散させているため、局部的な熱交換が防止されて全体的な熱交換が行われる。もちろん、冷媒流路４１にジグザグ部を設けることなく、直線状のままレシーバ１８の外壁１８ａに沿わせてその近接乃至接触をロウ付け等の接続手段にて接続してもよい。
【００４２】
また、図１７に示すように、レシーバ１８と凝縮器１６とを接続する第２管５９には電動弁から成る流量調整弁５６が介設されている。つまり、この流量調整弁５６はレシーバ１８の出口側に設けられている。このため、この流量調整弁５６の全開時には、冷媒温度を高め、レシーバ１８内の冷媒収容量を少なくすることができ、流量調整弁５６の開度制御時には、要求された冷媒温度に保持し、レシーバ１８内を適切な冷媒収容量とすることができ、流量調整弁５６の全閉時には、冷媒温度を低くし、レシーバ１８内の冷媒収容量を多くすることができる。これによって、運転条件の違い等にて発生する余剰冷媒を安定して確実に処理することができる。
【００４３】
この図１７の冷媒回路では、デフロスト弁４３が介設されたデフロスト用配管（バイパス回路）４２を備えている。すなわち、冷媒吐出路４０から分岐されたデフロスト用配管４２は、蒸発器２０の入口側において、冷媒流路４１に接続されている。これによって、デフロスト時に熱ロスを防止することができる。
【００４４】
このように、図１７の冷媒回路においても、レシーバ１８内の冷媒の溜まりを促進することができ、余剰冷媒状態となることを防止することができる。なお、この図１７の冷媒回路においても、図９〜図１４の実線、及び仮想線で示すように、バイパス回路５５の分岐部や合流部の位置変更は自由である。例えば、バイパス回路５５の第1管５８を凝縮器１６の上流部に接続すると共に、バイパス回路５５の第２管５９を凝縮器１６の下流部に接続するようにしてもよく、要は膨張弁１９の前位において、第1管５８と第２管５９との間に高低圧差が生じるようにすればよい。
【００４５】
ところで、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１５への液バック（液戻り）を防止するために、液分離器（アキュムレータ）を設ける場合がある。しかしながら、アキュムレータを設けることによって、コスト高となると共に、圧縮機１５の吸入圧損が増加してＣＯＰが低下し、さらには、アキュムレータにおいて異音が発生する等の問題点があった。
【００４６】
そのため、第５の参考例の図２０に示すように、圧縮機１５の冷媒吸入路３２（冷媒流路２５のうちで冷却部１７から圧縮機１５までの流路）に、液戻り防止用の加熱手段３３を設けるのが好ましい。この場合、加熱手段３３は、電磁誘導加熱器であり、図２１に示すように、ボビン３４と、このボビン３４に巻設される電磁誘導加熱ヒータ（コイル）３５とを備える。すなわち、ボビン３４は、筒部３４ａと、この筒部３４ａの両端に連設される外鍔部３４ｂ、３４ｂとからなり、筒部３４ａに電磁誘導加熱ヒータ３５が巻設されている。そして、筒部３４ａに、鉄管３６と、この鉄管３６を覆う断熱材３７とが内嵌され、電磁誘導加熱ヒータ３５に断熱材３８が外嵌されている。そして、鉄管３６は上記冷媒吸入路３２の一部を構成する。また、この加熱手段３３には、電磁誘導加熱ヒータ３５に電流を流す図示省略の電源を有し、この電源から電磁誘導加熱ヒータ３５に電流を流せば、鉄管３６に無数のうず電流が発生し、これによって、鉄管３６が加熱され、この鉄管３６を流れる冷媒が加熱される。
【００４７】
また、この冷媒回路Ｒの制御部は、加熱手段３３を制御する図示省略の制御手段を備える。すなわち、図２０に示すように、冷媒吸入路３２の吸込口近傍及び冷媒吐出路４０の吐出口近傍には、それぞれサーミスタ６０、６１が設けられると共に、蒸発器２０には、蒸発器用サーミスタ６２が設けられ、この蒸発器用サーミスタ６２と冷媒吸入路３２のサーミスタ６０とに基づいて、圧縮機１５への液バックが発生するか否かを判断する。そして、液バックが発生するおそれがある場合に、加熱手段３３に電流を流して、冷媒吸入路３２の冷媒を加熱する。図２０において、６３は外気用サーミスタである。なお、図示省略しているが、上記図1等の冷媒回路Ｒにおいてもこれらのサーミスタ６０、６１、６２、６３は設けられている。
【００４８】
すなわち、この図２０に示す冷媒回路では、デフロスト運転中、デフロスト復帰時等の過渡時に、上記制御手段により上記加熱手段３３を作動させて、冷媒吸入路３２の冷媒を加熱し、これによって、圧縮機１５への液戻り（液バック）を防止するものである。このように、加熱手段３３を設ければ、アキュムレータを設けることなく、液バックを防止することができ、コストの低減を図ることができると共に、吸入圧損によるＣＯＰの低下を防止することができ、さらには、異音発生の原因を除去することができ、静かな運転が可能となる。また、この場合、加熱手段３３に電磁誘導加熱器を使用しているので、清潔かつ安全であり、熱効率も高い利点がある。ところで、この冷媒回路Ｒにおいて、圧縮機１５の起動から所定時間の間、電動弁である膨張弁１９を全閉又は所定開角度以下とすれば、図２２の太線部（高圧部）に存在する冷媒の圧縮機１５への急激な液戻りを防止することができる。
【００４９】
また、第６の参考例の図２３の冷媒回路Ｒでは、冷媒吸入路３２において、加熱手段３３よりも上流側に流量調整のための調整弁（電動弁）６６を介設している。すなわち、この冷媒回路Ｒでは、運転起動時、デフロスト運転開始時、デフロスト運転中、デフロスト復帰時等の過渡時に、この調整弁６６を絞ることによって、流量を絞ると共に、加熱手段３３による加熱を行って、液戻りを防止するものであって、より確実な液バック防止を達成することができる。
【００５０】
次に、第７の参考例の図２４に示す冷媒回路Ｒは、圧縮機１５と凝縮器１６との間に、例えば電磁弁からなる液戻り防止弁６７を設けたものである。この場合、圧縮機１５の起動から所定時間の間、又はデフロスト運転時に、電動弁である膨張弁１９を全閉又は所定開角度以下とすると共に、液戻り防止弁（電磁弁）６７を閉状態とすることによって、太線部（高圧部）（液戻り防止弁６７から膨張弁９までの範囲）に存在する冷媒の圧縮機１５への急激な液戻りを防止することができる。なお、この図２４の冷媒回路Ｒにおいても、冷媒吸入路３２に加熱手段３３を設けているので、運転起動時やデフロスト運転開始時等に、加熱手段３３にて冷媒吸入路３２の冷媒を加熱して圧縮機１５への液バックを防止することができる。さらに、この図２４に示す冷媒回路Ｒにおいても、図２３の冷媒回路Ｒのように、冷媒吸入路３２に調整弁６６を設け、加熱手段３３による加熱に加えてこの調整弁６６による流量の絞りを行うようにしてもよい。
【００５１】
次に、第８の参考例の図２５に示す冷媒回路Ｒは、加熱手段３３を設けることなく、圧縮機１５の冷媒吸入路３２と冷媒吐出路４０とにそれぞれ例えば液戻り防止弁６８、６９を設け、この液戻り防止弁６８、６９にて運転停止後の圧縮機１５への液バックを防止するものである。すなわち、運転停止後において、両液戻り防止弁６８、６９を閉状態として、冷媒吸入路３２及び冷媒吐出路４０から圧縮機１５に流れ込むことを防止し、次回の圧縮機１５の起動時の起動不良や液圧縮による圧縮機１５の破損を防止するものである。なお、この図２５の冷媒回路Ｒにおいても、冷媒吸入路３２に加熱手段３３を設け、運転起動時、デフロスト運転開始時、デフロスト運転中、デフロスト復帰時等の過渡時に、この加熱手段３３にて冷媒を加熱して、圧縮機１５への液バックを防止するようにしてもよい。
【００５２】
ところで、上記図２０等において使用される加熱手段３３としては、電磁誘導加熱器以外に、ニクロム線等からなるヒータ線にて構成してもよい。また、上記液バック防止運転の他に、圧縮機１５の電源投入後から所定時間経過するまでに、この圧縮機１５のインバータ回路の欠相予熱運転を行うことによって、圧縮機１５内の冷媒を蒸発させるようにすることも好ましい。
【００５３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ヒートポンプ式給湯装置以外の冷媒回路に使用することが可能であり、また、冷媒としては、二酸化炭素以外に、エチレンやエタン、酸化窒素等の超臨界で使用する冷媒であってもよい。なお、本発明において、凝縮器１６とは、圧縮機１５にて圧縮された高温・高圧の超臨界冷媒を冷却する機能を有するものであり、ガス冷却器（放熱器）と呼ばれることもある。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の冷媒回路によれば、従来の冷媒回路では余剰冷媒が発生する条件下において、適切な冷媒量でこの冷媒回路を循環することができる。すなわち、運転条件の違いにて発生する余剰冷媒を処理することができ、ＣＯＰの向上とコストの低減が可能となる。また、低圧側の冷媒は逆に加熱され、圧縮機の湿り圧縮を防止することができるので、圧縮機の信頼性が向上する。さらに、運転条件の違いにて発生する余剰冷媒を安定して確実に処理することができる。
【００５５】
請求項２又は請求項３の冷媒回路によれば、余剰冷媒を一層確実に処理することができ、ＣＯＰの向上とコストの低減が可能となる。
【００５６】
請求項４の冷媒回路によれば、運転エリア毎での冷媒密度吸差を大きく取れる。これにより、余剰冷媒吸収能力が大きくなって、冷凍効果の減少を確実に防止して、ＣＯＰの向上を図ることができる。
【００５７】
請求項５の冷媒回路によれば、余剰冷媒吸収能力の向上を確実に図ることができ、冷媒回路としての信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の冷媒回路の第1の参考例を示す簡略図である。
【図２】 上記冷媒回路の冷却部の斜視図である。
【図３】 上記冷媒回路の冷凍サイクルを示すグラフ図である。
【図４】 他の冷却部を使用した上記冷媒回路の簡略図である。
【図５】 別の冷却部を使用した上記冷媒回路の簡略図である。
【図６】 上記別の冷却部の正面図である。
【図７】 この発明の冷媒回路の第２の参考例を示す簡略図である。
【図８】 上記冷媒回路の変形例を示す簡略図である。
【図９】 この発明の冷媒回路の第３の参考例を示す簡略図である。
【図１０】 上記冷媒回路の変形例を示す簡略図である。
【図１１】 上記冷媒回路の他の変形例を示す簡略図である。
【図１２】 この発明の冷媒回路の第４の参考例を示す簡略図である。
【図１３】 上記冷媒回路の変形例を示す簡略図である。
【図１４】 上記冷媒回路の他の変形例を示す簡略図である。
【図１５】 図７〜図１４の冷媒回路に使用可能なレシーバを示す簡略図である。
【図１６】 他のレシーバを示す簡略図である。
【図１７】 この発明の冷媒回路の第１の実施形態を示す簡略図である。
【図１８】 図１７の冷媒回路に使用したレシーバを示す簡略正面図である。
【図１９】 図１７の冷媒回路に使用したレシーバを示す簡略平面図である
【図２０】 この発明の冷媒回路の第５の参考例を示す簡略図である。
【図２１】 上記冷媒回路の加熱手段の断面図である。
【図２２】 上記冷媒回路の起動時の状態を示す簡略図である。
【図２３】 この発明の冷媒回路の第６の参考例を示す簡略図である。
【図２４】 この発明の冷媒回路の第７の参考例を示す簡略図である。
【図２５】 この発明の冷媒回路の第８の参考例を示す簡略図である。
【図２６】 従来の冷媒回路の冷凍サイクルを示すグラフ図である。
【図２７】 従来の冷媒回路の簡略図である。
【図２８】 従来の冷媒回路の欠点を説明するための冷凍サイクルのグラフ図である。
【図２９】 従来の冷媒回路の欠点を説明するための冷凍サイクルのグラフ図である。
【符号の説明】
１５ 圧縮機
１６ 凝縮器（放熱器、ガス冷却器）
１７ 冷却部
１８ レシーバ
１９ 膨張弁
２０ 蒸発器
３０ 熱交換手段
３２ 冷媒吸入路
５４ 主通路
５５ バイパス回路
５６ 流量調整弁
Ｓ 絞り機構

Claims (6)

1. 圧縮機（１５）と放熱器（１６）とレシーバ（１８）と膨張弁（１９）と蒸発器（２０）とを備え、上記放熱器（１６）にて水熱交換器を構成するヒートポンプ式給湯装置の熱源ユニットに使用されると共に、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いた冷媒回路であって、上記レシーバ（１８）の出口側に流量調整弁（５６）を設けると共に、上記圧縮機（１５）からの高圧冷媒がレシーバ（１８）に流入するためのバイパス回路（５５）を設け、このレシーバ（１８）内の高圧冷媒と、低圧冷媒との熱交換を行うことを特徴とする冷媒回路。
2. 上記低圧冷媒が、上記蒸発器（２０）の入口側の冷媒であることを特徴とする請求項１の冷媒回路。
3. 上記低圧冷媒が、上記蒸発器（２０）の出口側の冷媒であることを特徴とする請求項１の冷媒回路。
4. 上記放熱器（１６）の出口側の冷媒温度よりも高温の冷媒をレシーバ（１８）に流入させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの冷媒回路。
5. 上記バイパス回路（５５）に絞り機構（Ｓ）を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの冷媒回路。
6. 上記バイパス回路（５５）は、放熱器（１６）から分岐する第１管（５８）と、この分岐部よりも下流側の位置において放熱器（１６）に合流する第２管（５９）とを備え、上記第１管（５８）と第２管（５９）との間に上記レシーバ（１８）を介設したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの冷媒回路。

Images