JP3900838B2

JP3900838B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP3900838B2
Application number: JP2001035466A
Authority: JP
Inventors: 勝也田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP2002243207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水や空気等の流体の加熱手段として冷媒圧縮式冷凍サイクルを用いた冷凍装置に関するもので、特に室外機の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来の家庭用エアコンの室外機２０ａの構造を示す。その構造を見ると、圧縮機６や冷媒回路部品及び電気回路部品から成る部屋（圧縮機室Ｃ）と、熱交換器９とその熱交換器９に外気を送風するファン＆モータ１３から成る部屋（熱交換器室Ｅ）とが、通風部分を仕切るための仕切り板１５により分割されている。そして冷媒回路部品であるアキュームレータ１０は、圧縮機６へオイル戻しも行なうことなどから、圧縮機６とセットにして圧縮機室Ｃ内に配置されている。
【０００３】
また、近年冷凍サイクルにおける冷媒の凝縮熱を利用したヒートポンプ式給湯器があり、図６にその給湯器本体部１ａの構造を示す。この給湯器においても、上記の家庭用エアコンの室外機２０ａと同様に、圧縮機室Ｃと外気と熱交換する熱交換器室Ｅとが仕切り板１５により分割されており、アキュームレータ１０は圧縮機６とセットにして圧縮機室Ｃ内に配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このアキュームレータは、冷媒圧縮式冷凍サイクルにおいて蒸発器となる熱交換器から流出した低圧低温の冷媒を蓄えるタンクであるため、作動中で冷媒が流動している状態では常に低温となり、外気との温度差によりアキュームレータの表面に凝縮水が付くことがある。
【０００５】
そして、圧縮機の周りには圧縮機が発する作動音を遮音するためにフェルト等の遮音材を巻き付けることが多く、この遮音材が隣接したアキュームレータに付く凝縮水を吸水して、その遮音効果が少なくなるといった問題がある。
【０００６】
また、圧縮機室は仕切り板でファンでの通風部分とは仕切っているため通気性が悪く、アキュームレータに付く凝縮水が蒸発して圧縮機室内にこもって高湿となり、電気回路部分で結露や腐食等による不具合が生じることの原因ともなる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、アキュームレータに付く凝縮水の悪影響をなくすことのできる冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。
【００１３】
請求項１の記載の発明では、吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機（６）と、圧縮機（６）で加圧された冷媒と、この冷媒とは別に供給される流体との間で熱交換を行なう第１熱交換器（７）と、第１熱交換器（７）より流出した冷媒を減圧させる減圧手段（８）と、減圧手段（８）で減圧された冷媒を空気と熱交換させる第２熱交換器（９）と、第２熱交換器（９）と圧縮機（６）との間に設けられ、冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えると共に、ガス冷媒のみを圧縮機（６）に吸引させるアキュームレータ（１０）とを備えた冷凍サイクルを有し、少なくとも圧縮機（６）と第２熱交換器（９）とを枠体内に収めたユニット（１ａ、２０ａ）の内部を仕切り板（１５）にて２つの空間に分割して、一方は少なくとも圧縮機（６）を収めた圧縮機室（Ｃ）とし、他方は少なくとも第２熱交換器（９）を収めた熱交換器室（Ｅ）とした冷凍装置において、アキュームレータ（１０）が、外気流れに対して第２熱交換器（９）と並列となるように配置することを特徴とする。
【００１４】
これにより、圧縮機の遮音材がアキュームレータに付いた凝縮水を吸水することもなくなり、アキュームレータに付いた凝縮水が蒸発して圧縮機室内にこもって高湿とすることもなくなるため、それらによる悪影響もなくすことができる。また、アキュームレータにもファンによる送風がされることにより中の低温冷媒が吸熱して、冷凍サイクルの加熱性能が向上する。特にアキュームレータには直接外気が当たり、低温冷媒との温度差が大きいことより吸熱量が大きくなる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、ユニット（１ａ）は、給湯器本体部であることを特徴とする。
【００１６】
これにより、本体部を大きくすることなく給湯性能を向上できる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、ユニット（２０ａ）は、空調装置の室外機であることを特徴とする。
【００１８】
これにより、室外機を大きくすることなく暖房性能を向上できる。
【００１９】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の冷凍装置を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１、第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【００２２】
本実施形態は冷凍サイクルを利用したヒートポンプ式給湯器１であり、給湯用水を貯留する貯湯タンク２と、この貯湯タンク２に接続される流水配管３と、この流水配管３に給湯用水を流通させるウォータポンプ４と、給湯用水の加熱手段である後述する超臨界ヒートポンプサイクル等より構成される。また、貯湯タンク２以外の部分（図２中２点鎖線で囲んだ部分）を給湯器本体部１ａとして構成する。
【００２３】
貯湯タンク２は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク２に貯留される給湯用水は、使用時に冷水と混合して温度調節した後、主にキッチンや風呂等で使用されるが、給湯用以外にも、例えば床暖房用や室内空調用等の熱源として利用することもできる。
【００２４】
流水配管３は、貯湯タンク２と後述の水熱交換器７とを接続する冷水配管３ａと温水配管３ｂとで構成される。冷水配管３ａは、一端が貯湯タンク２の下部に設けられた冷水出口２ａに接続され、他端が水熱交換器７に設けられる水通路（図示しない）の入口に接続されている。温水配管３ｂは、一端が前記水通路の出口に接続され、他端が貯湯タンク２の上部に設けられた温水入口２ｂに接続されている。
【００２５】
ウォータポンプ４は、図２に矢印で示すように、貯湯タンク２内の給湯用水が冷水出口２ａから冷水配管３ａ→水通路→温水配管３ｂを流れて温水入口２ｂから貯湯タンク２へ還流する様に水流を発生させる。このウォータポンプ４は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００２６】
超臨界ヒートポンプサイクルは、図２に示すように、圧縮機６、第１熱交換器としての水熱交換器７、減圧手段８としての電動膨張弁８ａ、第２熱交換器としての空気熱交換器９、アキュームレータ１０、これらの機器を繋ぐ冷媒配管（高圧配管１１と低圧配管１２）等によって構成され、冷媒として臨界圧力の低い二酸化炭素（ＣＯ₂）が封入されている。
【００２７】
圧縮機６は、内蔵するモータ（図示しない）によって駆動され、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。圧縮機６の冷媒吐出量は、モータの回転数に応じて可変する。
【００２８】
水熱交換器７は、圧縮機６で加圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、前述した水通路に隣接して冷媒通路（図示しない）が設けられ、その冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００２９】
電動膨張弁８ａは、水熱交換器７と空気熱交換器９との間に設けられ、水熱交換器７で冷却された冷媒を減圧して空気熱交換器９に供給する。この電動膨張弁８ａは、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、図示しない制御装置により通電制御される。
【００３０】
空気熱交換器９は、外気ファン１３による送風を受けて、電動膨張弁８ａで減圧された冷媒を外気との熱交換によって蒸発させる。
【００３１】
アキュームレータ１０は、空気熱交換器９で蒸発した冷媒を気液分離してサイクル中の余剰冷媒を蓄えると共に、ガス冷媒のみ圧縮機６に吸引させる。
【００３２】
次に、通常のサイクル運転を説明する。
【００３３】
冷媒は、圧縮機６で加圧されて高温高圧となり、水熱交換器７で給湯用水に放熱して冷却され、電動膨張弁８ａに供給され、電動膨張弁８ａの開度に応じて減圧される。減圧された低温低圧の冷媒は、空気熱交換器９（外気ファン：ＯＮ）で外気より吸熱して蒸発し、アキュームレータ１０で気液分離された後、ガス冷媒のみ圧縮機６に吸引されるサイクルを繰り返す。
【００３４】
給湯用水は、ウォータポンプ４で加圧され、水熱交換器７で冷媒から吸熱して温水となり、貯湯タンク２へ送られて貯められる。そして、貯湯タンク２内が全て温水となって、冷水配管３ａ側からの給水温度が高くなったことを図示しない水温センサで検出したら、冷媒及び給湯用水の循環を停止させる。
【００３５】
次に、本発明の要部について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯器本体部１ａの平面構造図である。内部は、通風部分を仕切るための仕切り板１５により分割されており、一方の圧縮機６が収まる圧縮機室Ｃには、圧縮機６以外にウォータポンプ４、水熱交換器７、電動膨張弁８ａ及び図示しない制御装置等の電気回路部品が収められている。
【００３７】
また、他方の空気熱交換器９が収まる熱交換器室Ｅには、空気熱交換器９とその熱交換器９に外気を送風するファン＆モータ１３が収められている。そして本発明では、従来圧縮機室Ｃ内に圧縮機６とセットにして配置されていたアキュームレータ１０を、熱交換器室Ｅ内の空気熱交換器９とファン１３との間のスペースに配置している。
【００３８】
これにより、圧縮機６の遮音材がアキュームレータ１０に付いた凝縮水を吸水することもなくなり、アキュームレータ１０に付いた凝縮水が蒸発して圧縮機室Ｃ内にこもって高湿とすることもなくなるため、それらによる悪影響もなくすことができる。
【００３９】
また、アキュームレータ１０にもファン１３による送風がされることにより中の低温冷媒が吸熱して、冷凍サイクルの加熱性能が向上する。これは、アキュームレータ１０では配管等の圧損分だけ空気熱交換器９より冷媒温度が下がるが、再度空気熱交換器９を通過した空気から吸熱することにより、空気熱交換器９の吸熱アシストとなるためである。
【００４０】
また、空気熱交換器９とファン１３との間のスペースにアキュームレータ１０を入れ込むことにより、スペースが有功に使えて装置を小型に構成することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯器本体部１ａの平面構造図である。図１の第１実施形態と異なるのは、空気熱交換器９とアキュームレータ１０とに並行して外気が送風されるようアキュームレータ１０を配置している。
【００４２】
これにより、第１実施形態と同様の効果が得られるうえ、特にアキュームレータ１０には直接外気が当たり、低温冷媒との温度差が大きいことより吸熱量が大きくなる。
【００４３】
（第３実施形態）
本実施形態は、本発明を冷凍サイクルを用いた家庭用のヒートポンプ式空調装置２０に適用したものである。図４は、本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式空調装置の構成を示す模式図である。
【００４４】
空調装置２０でのヒートポンプサイクルは、各機能部材間を冷媒配管で接続して構成され、室内暖房時には、圧縮機６→四方弁５→室内熱交換器７（第１熱交換器）→キャピラリーチューブ８ｂ（減圧手段８）→室外熱交換器９（第２熱交換器）→四方弁５→アキュームレータ１０→圧縮機６の順に冷媒を流通（図中矢印）させて暖房している。
【００４５】
また、室内冷房時には、圧縮機６→四方弁５→室外熱交換器９→キャピラリーチューブ８ｂ→室内熱交換器７→四方弁５→アキュームレータ１０→圧縮機６の順に冷媒を流通させて冷房している。
【００４６】
室内熱交換器７は、暖房時には凝縮器として機能し、冷房時には蒸発器として機能する。また、室外熱交換器９は、暖房時には蒸発器として機能し、冷房時には凝縮器として機能する。また、室内熱交換器７と室外熱交換器９にはモータを連結したファン１３，１４が取り付けられている。そして、暖房時も冷房時も、キャピラリーチューブ８ｂが減圧手段８として機能する。
【００４７】
上記構成を有するヒートポンプ式空調装置２０において、各構成要素のうち室内熱交換器７およびファン１４は室内機２０ｂを構成し、その他のものは室外機２０ａを構成し、室内機２０ｂ及び室外機２０ａのいずれも、樹脂や金属からなる収納ケース内に前記した各構成要素を内蔵させた構造であり、室内及び室外の適所に設置されている。
【００４８】
そして、ヒートポンプ式空調装置２０は、図示しない電子回路等からなる制御手段である制御装置を有し、この制御装置は、図示しない室内に設けられたコントローラ、図示しない外気温センサ・冷媒温度センサ・水温センサ等からの情報を入力し、室内機２０ｂおよび室外機２０ａを作動制御するようになっている。
【００４９】
次に、本実施形態での基本的な作動を上記構成に基づいて説明する。
【００５０】
制御装置は、ヒートポンプ式空調装置２０に電力供給されているときには、図示しないコントローラからの情報に基づいて、暖房運転時の制御処理、又は冷房運転時の制御処理のいずれかを実行する。
【００５１】
まず、暖房運転時の作動について説明する。
【００５２】
例えば外気温が低い時、図示しないコントローラの暖房スイッチがＯＮされ、ＯＮ信号が制御装置に入力されると、制御装置は暖房運転時の制御処理を実行する。制御装置は四方弁５を暖房側（実線）に切り替えるとともに、モータを起動し圧縮機６を駆動する。圧縮機６を出た高温のガス冷媒は、四方弁５を通り、室内熱交換器７で凝縮して暖房を行なった後、キャピラリーチューブ８ｂで減圧され、室外熱交換器９で蒸発し、四方弁５を再び通り、アキュームレータ１０で気液分離されて圧縮機６に戻る。
【００５３】
次に、冷房運転時の作動について説明する。
【００５４】
例えば外気温が高い時、図示しないコントローラの冷房スイッチがＯＮされ、ＯＮ信号が制御装置に入力されると、制御装置は冷房運転時の制御処理を実行する。制御装置は四方弁５を冷房側（破線）に切り替えるとともに、モータを起動し圧縮機６を駆動する。圧縮機６を出た高温のガス冷媒は、四方弁５を通り、室外熱交換器９で凝縮し、キャピラリーチューブ８ｂで減圧され、室外熱交換器９で蒸発して冷房を行なった後、四方弁５を再び通り、アキュームレータ１０で気液分離され、圧縮機６に戻る。
【００５５】
次に、本実施形態の特徴点を説明する。
【００５６】
図５は、室外機２０ａの平面構造図である。内部は、通風部分を仕切るための仕切り板１５により分割されており、一方の圧縮機６が収まる圧縮機室Ｃには、圧縮機６以外に四方弁５、キャピラリーチューブ８ｂ及び図示しない制御装置等の電気回路部品が収められている。
【００５７】
また、他方の室外熱交換器９が収まる熱交換器室Ｅには、空気熱交換器９とその熱交換器９に外気を送風するファン＆モータ１３が収められている。そして本実施形態でも、従来圧縮機室Ｃ内に圧縮機６とセットにして配置されていたアキュームレータ１０を、熱交換器室Ｅ内の室外熱交換器９とファン１３との間のスペースに配置している。
【００５８】
これにより、ヒートポンプ式空調装置２０においても第１実施形態のヒートポンプ式給湯器１と同様の効果が得られるうえ、室外機２０ａを大きくすることなく暖房性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯器本体部の平面構造図である。
【図２】本発明の第１、第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯器本体部の平面構造図である。
【図４】本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式空調装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式空調装置の室外機の平面構造図である。
【図６】従来のヒートポンプ式給湯器本体部の平面構造図である。
【図７】従来のヒートポンプ式空調装置の室外機の平面構造図である。
【符号の説明】
１ａ給湯器本体部（ユニット）
６圧縮機
１水熱交換器、室内熱交換器（第１熱交換器）
２減圧手段
９空気熱交換器、室外熱交換器（第２熱交換器）
１０アキュームレータ
１５仕切り板
２０ａ空調装置の室外機（ユニット）
Ｃ圧縮機室
Ｅ熱交換器室

Claims

吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機（６）と、前記圧縮機（６）で加圧された冷媒と、この冷媒とは別に供給される流体との間で熱交換を行なう第１熱交換器（７）と、前記第１熱交換器（７）より流出した冷媒を減圧させる減圧手段（８）と、前記減圧手段（８）で減圧された冷媒を空気と熱交換させる第２熱交換器（９）と、前記第２熱交換器（９）と前記圧縮機（６）との間に設けられ、冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えると共に、ガス冷媒のみを前記圧縮機（６）に吸引させるアキュームレータ（１０）とを備えた冷凍サイクルを有し、
少なくとも前記圧縮機（６）と前記第２熱交換器（９）とを枠体内に収めたユニット（１ａ、２０ａ）の内部を仕切り板（１５）にて２つの空間に分割して、一方は少なくとも前記圧縮機（６）を収めた圧縮機室（Ｃ）とし、他方は少なくとも前記第２熱交換器（９）を収めた熱交換器室（Ｅ）とした冷凍装置において、
前記アキュームレータ（１０）が、外気流れに対して前記第２熱交換器（９）と並列となるように配置することを特徴とする冷凍装置。
前記ユニット（１ａ）は、給湯器本体部であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記ユニット（２０ａ）は、空調装置の室外機であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。