(57)【要約】【課題】圧縮機からの熱漏洩を抑制し、かつ除霜運転時における第一冷媒配管から第二冷媒配管への熱移動を抑制することにより、高いエネルギー効率で運転を行うことができる冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧機構３、空気と冷媒とが熱交換をする蒸発器４を順に接続して形成した冷媒回路５と、前記冷媒回路５の一部を構成して前記放熱器２から前記蒸発器４へと冷媒を供給する第一冷媒配管と、前記蒸発器４から前記圧縮機１へと冷媒を供給する第二冷媒配管とを備え、前記圧縮機１と前記第二冷媒配管との間に第一断熱材９、前記第一冷媒配管と前記第二冷媒配管との間に第二断熱材１０を配設したことを特徴とする冷凍サイクル装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧機構、空気と冷媒とが熱交換をする蒸発器を順に接続して形成した冷媒回路と、前記冷媒回路の一部を構成して前記放熱器から前記蒸発器へと冷媒を供給する第一冷媒配管と、前記蒸発器から前記圧縮機へと冷媒を供給する第二冷媒配管とを備え、前記圧縮機と前記第二冷媒配管との間に第一断熱材、前記第一冷媒配管と前記第二冷媒配管との間に第二断熱材を配設したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第一冷媒配管は、前記放熱器から前記減圧機構に冷媒を供給する冷媒配管であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第一冷媒配管は、前記減圧機構から前記蒸発器に冷媒を供給する冷媒配管であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記圧縮機と前記第一冷媒配管との平均距離Ｌ１と、前記圧縮機と前記第二冷媒配管との平均距離Ｌ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第二断熱材は、前記圧縮機の全体もしくは一部を囲い込むようにすることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
高圧側冷媒と低圧側冷媒とが冷媒回路内で熱交換を行うものであって、前記蒸発器から前記圧縮機へと供給される冷媒が高圧側冷媒と熱交換を行う内部熱交換器を備え、前記第二冷媒配管は前記内部熱交換器の低圧側配管の一部、もしくは、前記内部熱交換器から前記圧縮機へと冷媒を供給する冷媒配管であることを特徴とする請求項４または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第一断熱材の厚さｔ１、熱伝導率ｋ１と前記第二断熱材の厚さｔ２、熱伝導率ｋ２とが、ｔ１／ｋ１＜ｔ２／ｋ２の関係を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第二断熱材は、真空断熱材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
圧縮機駆動時、冷媒回路の高圧は超臨界圧力で運転することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
冷媒として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置を搭載したヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置は、図６に示すようなヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置として代表的に利用される。したがって、以下では、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置を例にとって、その従来の構成と動作について説明する。
【０００３】
図６において、１は圧縮機、２は放熱器、３は膨張弁、４は蒸発器であり、これらはこの順で環状に構成され、冷媒回路５を形成している。また、６は膨張弁入口配管、７は膨張弁出口配管、８は吸入配管、２２は圧縮機断熱材であり、各々が図５に示すように配されて筐体内に配されるのが代表的である。
【０００４】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置について、以下にその動作を説明する。
【０００５】
圧縮機１から吐出された高圧の冷媒は放熱器２へ供給され、放熱器２において水と熱交換を行って放熱した後に膨張弁３に供給される。膨張弁３にて減圧された後、蒸発器４に供給されて吸熱した後、圧縮機１へ吸入される。また、圧縮機断熱材２２は圧縮機１を断熱し、放熱器２へ供給される冷媒の温度をより高く維持する。
【０００６】
冷凍サイクル装置のエネルギー効率を高くするためには、圧縮機断熱材２２によって圧縮機１を断熱しているように、圧縮機１からの熱漏洩量を低減する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９２４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のヒートポンプ式給湯機に搭載の冷凍サイクル装置においては、高温の圧縮機１からの熱漏洩を抑制しているものの、蒸発器４に付着する霜を融解させて除去する除霜運転時においては、高温となる膨張弁入口配管６や膨張弁出口配管７から吸入配管８などの低温配管への熱移動が発生するにもかかわらず、これに対しては特に対策がなされていない。除霜運転時に、膨張弁入口配管６や膨張弁出口配管７から熱漏洩が発生すると、蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーが小さくなるため、除霜運転が長時間化して冷凍サイクル装置のエネルギー効率を低下させてしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機からの熱漏洩を抑制し、かつ、除霜運転時における冷媒配管間の熱移動を抑制することにより、高いエネルギー効率で運転を行うことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、減圧機構、空気と冷媒とが熱交換をする蒸発器を順に接続して形成した冷媒回路と、前記冷媒回路
の一部を構成して前記放熱器から前記蒸発器へと冷媒を供給する第一冷媒配管と、前記蒸発器から前記圧縮機へと冷媒を供給する第二冷媒配管とを備え、前記圧縮機と前記第二冷媒配管との間に第一断熱材、前記第一冷媒配管と前記第二冷媒配管との間に第二断熱材を配設したことを特徴とするもので、圧縮機からの熱漏洩を抑制するだけでなく、除霜運転時において、第一冷媒配管から第二冷媒配管への熱移動も抑制し、蒸発器により多くの熱エネルギーを供給して除霜運転を短縮することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧縮機からの熱漏洩を抑制し、かつ、除霜運転時における冷媒配管間の熱移動を抑制することにより、高いエネルギー効率で運転を行うことができる冷凍サイクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の水平方向断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の水平方向断面図
【図３】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機に搭載の他の冷凍サイクル装置の水平方向断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機に搭載の他の冷凍サイクル装置の水平方向断面図
【図５】従来のヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の水平方向断面図
【図６】従来のヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧機構、空気と冷媒とが熱交換をする蒸発器を順に接続して形成した冷媒回路と、前記冷媒回路の一部を構成して前記放熱器から前記蒸発器へと冷媒を供給する第一冷媒配管と、前記蒸発器から前記圧縮機へと冷媒を供給する第二冷媒配管とを備え、前記圧縮機と前記第二冷媒配管との間に第一断熱材、前記第一冷媒配管と前記第二冷媒配管との間に第二断熱材を配設することにより、圧縮機からの熱漏洩を抑制することに加えて、除霜運転時において、高温の第一冷媒配管から低温の第二冷媒配管への熱移動を抑制して、蒸発器により多くの熱エネルギーを供給して除霜運転時間を短縮することが可能となり、高いエネルギー効率で冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明に記載の第一冷媒配管を、放熱器から減圧機構に冷媒を供給する冷媒配管とすることにより、除霜運転時において、より高温である減圧機構入口配管から低温部への熱移動を抑制して、第一冷媒配管を減圧機構出口配管とするよりも除霜運転時間の短縮することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明に記載の第一冷媒配管を、減圧機構から蒸発器に冷媒を供給する冷媒配管とすることにより、除霜運転時において、高温の減圧機構出口配管から低温の第二冷媒配管への熱移動を抑制して除霜運転時間の短縮することができるとともに、加熱運転時において、中温の第二冷媒配管から低温の減圧機構出口配管への熱移動を抑制して、第一冷媒配管を減圧機構入口配管とするよりも高いエネルギー効率で冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、圧縮機と第一冷媒配管との平均距離Ｌ１と、圧縮機と第二冷媒配管との平均距離Ｌ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を有することにより、加熱運転時において、圧縮機から第一断熱材を介して漏洩する熱エネル
ギーを第二冷媒配管で受熱して、蒸発器出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を大きくして、第１〜３の発明における冷凍サイクル装置よりも、加熱運転時のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第４の発明において、第二断熱材を圧縮機の全体もしくはその一部を囲い込むように配設することにより、除霜運転時において、高温の第一冷媒配管から低温の第二冷媒配管への熱移動を抑制して除霜運転時間を短縮することができるとともに、加熱運転時において、第一断熱材と第二断熱材の間隙に形成される空間の雰囲気温度を高くして、第二冷媒配管を流通する冷媒の温度を高くすることができ、第４の発明における冷凍サイクル装置よりも、加熱運転時のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第４または５のいずれかの発明において、第二冷媒配管を内部熱交換器から吸入配管の一部もしくは内部熱交換器の一部とすることにより、除霜運転時における高温の第一冷媒配管からから低温の第二冷媒配管への熱移動を抑制して除霜運転時間を短縮することができるとともに、加熱運転時において、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を高くすることができるため、蒸発器出口の冷媒の過熱度を小さくして蒸発器の熱交換効率を高くすることができ、第４または第５の発明における冷凍サイクル装置よりも、加熱運転時のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１９】
第７の発明は、特に、第４〜６のいずれか１つの発明において、前記第一断熱材の厚さｔ１、熱伝導率ｋ１と前記第二断熱材の厚さｔ２、熱伝導率ｋ２とが、ｔ１／ｋ１＜ｔ２／ｋ２の関係を有することにより、除霜運転時における高温の第一冷媒配管から低温の第二冷媒配管への熱移動を抑制して除霜運転時間を短縮することができるとともに、加熱運転時において、第一断熱材と第二断熱材の間隙に形成される空間の雰囲気温度をより高くすることができ、蒸発器出口における冷媒の過熱度を小さくすることができるため、第４〜６の発明における冷凍サイクル装置よりも、加熱運転時のエネルギー効率を高くすることができる。
【００２０】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明に記載の第二断熱材を、真空断熱材とすることにより、断熱材を薄くすることができ、グラスウール、パイルトンや発砲樹脂系の熱伝導率が大きい断熱材を用いて断熱するときよりも、断熱によるエネルギー効率向上の効果を得ながらも配管の配置などに第一冷媒配管や第二冷媒配管周辺の空間を有効に利用することができる。
【００２１】
第９の発明は、圧縮機駆動時、冷媒回路の高圧は超臨界圧力で運転することにより、断熱による熱漏洩抑制に加えて、冷媒が凝縮せず高温部でも被加熱流体と十分な温度差をもつことができ、高いエネルギー効率で冷凍サイクルを運転して高温の水や空気を生成することができる。
【００２２】
第１０の発明は、特に、第９の発明に記載の冷媒として、二酸化炭素を用いることにより、冷媒が漏洩しても燃焼の危険がなく、安心して冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００２３】
第１１の発明は、特に、第１〜１０のいずれか１つの発明に記載の冷凍サイクル装置を搭載したヒートポンプ給湯機である。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の水平方向の断面図である。
【００２６】
図１において、９は第一断熱材、１０は第二断熱材である。膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７は、圧縮機１との平均距離Ｌ１が、吸入配管８と圧縮機１との平均距離Ｌ２よりも大きくなるように配設される。
【００２７】
また、第一断熱材９は、図１に示すように、圧縮機１の周囲に巻きつけられて配設され、第二断熱材１０は真空断熱材であって、膨張弁入口配管６と吸入配管８との間隙、または、膨張弁出口配管７と吸入配管８の間隙に配設される。また、冷媒回路５は、従来の冷凍サイクル装置と同様に図５に示されるように構成され、冷媒回路５中は冷媒として二酸化炭素が循環する。
【００２８】
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、作用を説明する。
【００２９】
冷凍サイクル装置が除霜運転状態にあるとき、第一断熱材９は圧縮機１（約５０〜１００℃）から周囲（約１０〜３０℃）への熱漏洩を抑制し、第二断熱材１０は、膨張弁入口配管６（約２５〜５０℃）や膨張弁出口配管７（約５〜１５℃）から吸入配管８（約０℃）への熱移動を抑制する。
【００３０】
一方、冷凍サイクル装置が加熱運転状態にあるとき、第一断熱材９は除霜運転時と同様に高温の圧縮機１（約９０〜１２０℃）から周囲（約１０〜３０℃）への熱漏洩を抑制し、第二断熱材１０は、除霜運転時と逆に吸入配管８（約５〜１５℃）から膨張弁出口配管７（約―５〜７℃）への熱移動を抑制する。また、吸入配管８（約５〜１５℃）は膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７よりも圧縮機１の近傍（約１０〜３０℃）に配設されることによって、第一断熱材９を介して圧縮機１から漏洩する熱エネルギーを受熱して冷媒の過熱度を大きくしている。
【００３１】
このように第一断熱材９および第二断熱材１０を配設して上述のように熱漏洩および熱移動を抑制することによって、除霜運転時においては、圧縮機１から吐出された後の冷媒からの放熱を抑制して蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去し、加熱運転時においては、放熱器２に供給される冷媒の温度を高くするとともに、蒸発器４の出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度を大きくするように作用する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては吸入配管８が膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７よりも圧縮機１の近傍に配設され、圧縮機１と吸入配管８との間に第一断熱材９、膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７と吸入配管８との間に第二断熱材１０を配設することにより、除霜運転時においては、蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去し、加熱運転時においては、放熱器２に供給される冷媒の温度を高くするとともに、蒸発器４の出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度を大きくするように作用する。
【００３３】
これによって、冷凍サイクル装置の総運転時間に占める除霜運転時間の割合を小さくすることができるとともに、加熱運転時において圧縮機１からの熱漏洩の抑制および蒸発器の熱交換効率向上を可能とし、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、吸入配管８が膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７よりも圧縮機１の近傍に配設されるものとしたが、膨張弁入口配管６および膨張弁出口
配管７が吸入配管８よりも圧縮機１の近傍、または同様に近傍に配設されるものであっても、除霜運転時における膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７から吸入配管８への熱移動を抑制して、除霜運転時間の短縮の効果は得ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、第二断熱材１０を真空断熱材としたが、グラスウール、パイルトンもしくは発泡系樹脂であってもよい。なお、第一断熱材９および第二断熱材１０はともに、吸音材と一体となった断熱吸音材であってもよい。
【００３６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置の水平方向の断面図である。図２に示すように、第二断熱材１０は圧縮機１の周囲空間を囲うように配設され、図には示さないが、第二断熱材１０は圧縮機１の鉛直方向上方にも配設されている。
【００３７】
また、冷媒回路５は従来の冷凍サイクル装置および（実施の形態１）に記載の冷凍サイクルと同様に図６に示されるように構成され、冷媒回路５中は冷媒として二酸化炭素が循環する。
【００３８】
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、作用を説明する。
【００３９】
冷凍サイクル装置が除霜運転状態にあるときの動作は（実施の形態１）に記載の冷凍サイクル装置と同様であるので詳細は省略するが、第二断熱材１０は、膨張弁入口配管６（約２５〜５０℃）や膨張弁出口配管７（約５〜１５℃）から吸入配管８（約０℃）への熱移動を抑制している。
【００４０】
一方、冷凍サイクル装置が加熱運転状態にあるとき、第一断熱材９は（実施の形態１）に記載の冷凍サイクル装置と同様に高温の圧縮機１（約９０〜１２０℃）から周囲（約２０〜５０℃）への熱漏洩を抑制しているが、第二断熱材１０は吸入配管８（約５〜１５℃）から膨張弁出口配管７（約―５〜７℃）への熱移動を抑制することに加えて、第一断熱材９と第二断熱材１０の間隙に存在する空気の対流による移動を防止して、この間隙の雰囲気温度（約２０〜５０℃）を高くしている。
【００４１】
これに加えて、（実施の形態１）に記載の冷凍サイクル装置と同様に吸入配管８が膨張弁入口配管６や膨張弁出口配管７よりも圧縮機１の近傍（約２０〜５０℃）に配設されることにより、第一断熱材９を介して圧縮機１から漏洩する熱エネルギーをより多く受熱して冷媒の過熱度を大きくしている。
【００４２】
このように第一断熱材９および第二断熱材１０を配設して上述のように熱漏洩および熱移動を抑制することによって、除霜運転時においては、圧縮機１から吐出された後の冷媒からの放熱を抑制して蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去し、加熱運転時においては、放熱器２に供給される冷媒の温度を高くするとともに、蒸発器４の出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度を大きくするように作用する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては吸入配管８が膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７よりも圧縮機１の近傍に配設され、圧縮機１と吸入配管８との間に第一断熱材９、膨張弁入口配管６および膨張弁出口配管７と吸入配管８との間に第二断熱材１０を配設することにより、除霜運転時においては、蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去し、加熱運転時においては、放熱器２に供給される冷媒の温度を高くするとともに、蒸発器４の出口における冷媒の過熱
度を小さくしながらも圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度を大きくするように作用する。
【００４４】
これによって、冷凍サイクル装置の総運転時間に占める除霜運転時間の割合を小さくすることができるとともに、加熱運転時において圧縮機１からの熱漏洩の抑制および蒸発器の熱交換効率向上を可能とし、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態の吸入配管８は図３に示すように配設された内部熱交換器２１であってもよい。
【００４６】
一般に、加熱運転時において、内部熱交換器２１において低圧側冷媒と熱交換を行う高圧側冷媒の温度（約５〜３０℃）は、第一断熱材９と第二断熱材１０との間隙の雰囲気温度（約２０〜５０℃）よりも低い。
【００４７】
このようにすることにより、除霜運転時においては、圧縮機１から吐出された後の冷媒からの放熱を抑制して蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去するように作用することに加えて、特に、加熱運転時において、蒸発器４の出口から圧縮機１に供給される冷媒は、内部熱交換器２１において高圧側冷媒より受熱し、その下流、もしくは内部熱交換器２１の低圧側冷媒配管において第一断熱材９と第二断熱材１０との間隙の雰囲気から受熱して、蒸発器４の出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも、圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度を大きくするように作用して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
【００４８】
また、本実施の形態の第一断熱材９と第二断熱材１０は、ｔ１／ｋ１＜ｔ２／ｋ２の関係を有して、図４に示すように配設されてもよい。
【００４９】
除霜運転時においては、圧縮機１から吐出された後の冷媒からの放熱を抑制して蒸発器４に供給される冷媒の熱エネルギーを大きく維持して蒸発器４に付着した霜を速く融解させて除去するように作用することに加えて、特に、加熱運転時において、第一断熱材９と第二断熱材１０との間隙の雰囲気温度（約３５〜７０℃）を高くして、吸入配管８が雰囲気から受熱する熱エネルギー量を大きくし、蒸発器４の出口における冷媒の過熱度を小さくしながらも、圧縮機１からの方の熱漏洩を効果的に抑制するように作用して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、加熱運転時において圧縮機などの高温部からの熱漏洩および熱移動を抑制することができ、また、蒸発器を高い熱交換効率で利用できるとともに、除霜運転時において除霜運転時間を短縮することができ、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することが可能となるので、ヒートポンプ給湯機や温水暖房装置など、放熱側を利用する冷凍サイクル装置のエネルギー効率向上の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  圧縮機
２  放熱器
３  膨張弁
４  蒸発器
５  冷媒回路
６  膨張弁入口配管
７  膨張弁出口配管
８  吸入配管
９  第一断熱材
１０  第二断熱材
２１  内部熱交換器
【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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