(57)【要約】【課題】加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させながらも、除霜運転モードの圧縮機動力も抑制することで、省エネルギー性に優れた冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】放熱器１０から減圧手段１１へと供給される高圧側冷媒と蒸発器１２にて吸熱した低圧側冷媒とが熱交換する内部熱交換器２３を備え、高圧側冷媒が流れる第１高圧側配管１、第２高圧側配管２と低圧側冷媒が流れる低圧側配管３とが互いに密着していることにより、内部熱交換器２３における熱交換量を向上させて加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させながらも、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を複数とすることにより圧力損失を低減し、除霜運転モードにおける圧縮機９から吐出される冷媒の圧力を抑制することができるので、冷凍サイクル装置の省エネルギー性を向上することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、減圧手段と、蒸発器と、
前記放熱器から前記減圧手段へと供給される高圧側冷媒と前記蒸発器にて吸熱した低圧側冷媒とが熱交換する内部熱交換器と、を備え、
前記圧縮機、前記放熱器、前記減圧手段、前記蒸発器の順に冷媒を流して、前記蒸発器の霜を融かす除霜運転モードを有し、
前記内部熱交換器は、高圧側冷媒が流れる複数の高圧側配管と低圧側冷媒が流れる低圧側配管とが互いに密着している構成としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記複数の高圧側配管が、前記低圧側配管を中央に挟む構成にて配置されているとともに、各々の配管は、略同一の形状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】
前記複数の高圧側配管は、前記低圧側配管に対して平行に接合され、前記低圧側配管の内径は、前記高圧側配管の内径よりも大きい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。
【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、ヒートポンプにより生成される温熱を利用するヒートポンプ給湯装置などに利用されている。また、エネルギー消費効率を向上させるために、内部熱交換器は用いされている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の内部熱交換器を示す図である。図８に示すように、蒸発器１２を流出した低圧側冷媒が流れる低圧側配管１０１と、放熱器１０を流出した高圧側冷媒が流れる高圧側配管１０２とが各々の管外周の接触部で熱交換できるように一体化して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８１８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、高圧側配管１０２の内径を低圧側配管１０１の内径よりも小さくするともに、高圧側配管１０２の内面に溝を設けて内部熱交換器２３における熱交換量と、加熱運転時の冷凍サイクル装置のエネルギー消費効率を向上させているものの、蒸発器１２に霜が付着するような環境条件下での除霜運転モードにおいては、圧縮機の動力が増大し、省エネルギー性を損なってしまっていた。
【０００６】
除霜運転モードにおいては、膨張弁における減圧量を減らし、蒸発器１２を流れる冷媒の蒸発温度を高くして霜を融かして除去するが、高圧側配管１０２の内径が小さいことに加えて、内面に溝を有しているため圧力損失が大きく、吐出圧力の抑制が不十分となり除霜運転中における圧縮機動力が大きくなり、冷凍サイクル装置の省エネ性が低下するという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させながらも、除霜運転モードの圧縮機動力も抑制することで、省エネルギー性に優れた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】
【０００８】
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、圧縮機と、放熱器と、減圧手段と、蒸発器と、前記放熱器から前記減圧手段へと供給される高圧側冷媒と前記蒸発器にて吸熱した低圧側冷媒とが熱交換する内部熱交換器と、を備え、前記圧縮機、前記放熱器、前記減圧手段、前記蒸発器の順に冷媒を流して、前記蒸発器の霜を融かす除霜運転モードを有し、前記内部熱交換器は、高圧側冷媒が流れる複数の高圧側配管と低圧側冷媒が流れる低圧側配管とが互いに密着している構成を特徴とするものである。
【０００９】
これによって、内部熱交換器の有効伝熱面積を拡大させて熱交換量が増加し、加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させながらも、除霜運転モードの圧縮機動力も抑制し、省エネルギー性の高い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ができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させながらも、除霜運転モードの圧縮機動力も抑制することで、省エネルギー性に優れた冷凍サイクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を用いた給湯装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の内部熱交換器の概要図
【図３】図２の内部熱交換器のＡ−Ａでの断面図
【図４】本発明の実施の形態１における内部熱交換器の曲げ加工部の概要図
【図５】同内部熱交換器の熱交換量と各高圧側配管の流量の関係を示す図
【図６】同内部熱交換器の低圧側配管の圧力損失と各高圧側配管の流量の関係を示す図
【図７】従来の内部熱交換器の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、圧縮機と、放熱器と、減圧手段と、蒸発器と、前記放熱器から前記減圧手段へと供給される高圧側冷媒と前記蒸発器にて吸熱した低圧側冷媒とが熱交換する内部熱交換器と、を備え、前記圧縮機、前記放熱器、前記減圧手段、前記蒸発器の順に冷媒を流して、前記蒸発器の霜を融かす除霜運転モードを有し、前記内部熱交換器は、高圧側冷媒が流れる複数の高圧側配管と低圧側冷媒が流れる低圧側配管とが互いに密着している構成を特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１３】
これにより、有効な伝熱面積が増大して内部熱交換器の熱交換量が増加し、圧縮機への吸入温度を高くすることができ、放熱器に供給される冷媒温度が高くなる。
【００１４】
その結果、放熱器における温水の加熱効率が向上し，加熱運転時のエネルギー消費効率を向上することができる。加えて、複数の高圧側配管を冷媒が分岐して流れるため、高圧側冷媒の流速が低下し、高圧側配管における圧力損失が小さくなるので、除霜運転モードに圧縮機からの冷媒の吐出圧力が小さくなり圧縮機の駆動に係る動力を抑制することができるので、冷凍サイクル装置の省エネルギー性を向上することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記複数の高圧側配管が、前記低圧側配管を中央に挟む構成にて配置されているとともに、各々の配管は、略同一の形状であることを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、複数の高圧側配管が低圧側配管を挟んで離れた配置となり、低圧側配管の管軸に垂直な断面の温度分布が比較的一様となるので，内部熱交換器における熱交換量を略最大とし、加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００１７】
また、複数本の高圧側配管の形状が同一となり各々の冷媒流量が均一となるので、内部熱交換器の高圧側冷媒の圧力損失を抑制でき、除霜運転モードに冷媒の吐出圧力を抑制して、冷凍サイクルの運転に係るエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記複数の高圧側配管を、前記低圧側配管に対して平行に接合し、前記低圧側配管の内径は、前記高圧側配管の内径よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、加熱運転時において、内部熱交換器の熱交換量の増加にともなって低圧側配管における冷媒の比容積が増大しても、低圧側配管の内径が大きいので圧力損失の増大を抑制することができる。
【００２０】
加えて、高圧側配管を流れる冷媒の流速が大きくなることによって、熱伝達率が向上し内部熱交換器における熱交換量が増加し、加熱運転時のエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
（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を備えた給湯装置の回路構成を示すものである。
【００２３】
図１において、冷凍サイクル装置７は、圧縮機９、放熱器１０、減圧手段１１（膨張弁等）、蒸発器１２を順に冷媒配管で環状に接続して構成されている。内部熱交換器２３は第１高圧側配管１、第２高圧側配管２と低圧側配管３とから成り、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２は放熱器１０と減圧手段１１との間に並列に接続され、低圧側配管３は蒸発器１２と圧縮機９との間に接続されて、冷凍サイクル装置７の一部を成す。なお、冷凍サイクル装置７には、冷媒として二酸化炭素が封入されている。
【００２４】
図２に、内部熱交換器２３の構成図を示す。内部熱交換器２３は、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２と低圧側配管３とが略並行に配設され、図３に示すように、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２と低圧側配管３とは、各々ロウ接部４にてロウ材またははんだにより接合される。このとき、第１高圧側配管１、低圧側配管３、第２高圧側配管２の各々の管軸中心が略直線上に並ぶように配設される。
【００２５】
なお、高圧側配管は２本に限らず、それより多い複数本を設けても良い。この場合、複数本の高圧側配管は低圧側配管３の外周に沿って等間隔で配置されている。
【００２６】
図３に示すように、第１高圧側配管１と第２高圧側配管２は、内表面積を拡大するための溝を内面に設けた溝付き管であり、低圧側配管３は、内面に溝を設けない平滑管であり、その内径は、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２の内径よりも大きい。
【００２７】
図４に、内部熱交換器２３の曲げ部の構成図を示す。第１高圧側配管１、第２高圧側配管２および低圧側配管３の軸中心を結ぶ直線を軸とする曲げる場合、２本の高圧側配管と低圧側配管は略同一形状であり、つまり、曲げた部分の曲率が同一となるように構成される。
【００２８】
また、図１において、貯湯装置８は、冷凍サイクル装置７によって沸き上げた湯を貯湯する貯湯タンク１３と、シャワーなどの給湯端末（図示せず）に湯を温度調節して供給する給湯混合弁１６とを備える構成となっている。
【００２９】
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。
【００３０】
まず、放熱器１０において温水を加熱する加熱運転時の動作について説明する。
【００３１】
加熱運転時において、圧縮機９より吐出された高温・高圧の冷媒は、放熱器１０において温水と熱交換器して放熱し、低温・高圧となる。加熱された温水は、貯湯タンク１３へ供給され、シャワーなどに利用される。放熱器１０を出た低温・高圧の冷媒は、内部熱交換器２３の２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２へと分岐して供給され、低圧側配管３を流れる低圧側冷媒へと放熱して、さらに低温となる。
【００３２】
内部熱交換器２３の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を出た冷媒は、再び互いに合流して減圧手段１１において減圧され、低温・低圧の気液二相状態となる。
【００３３】
減圧手段１１において減圧された冷媒は、蒸発器１２において大気より吸熱して気体単相状態へと蒸発し、さらに、内部熱交換器２３の低圧側配管３において、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を流れる高圧側冷媒より吸熱して過熱状態となって、圧縮機９へと吸入される。この動作を繰り返すことによって、冷凍サイクル装置７は温水の加熱運転を行う。
【００３４】
次に、上記加熱運転により蒸発器１２に霜が付着した場合に、これを融かして除去するための除霜運転モードの動作について説明する。
【００３５】
除霜運転モードにおける冷媒の流れる順序は、加熱運転時と同じであるので省略する。除霜運転モードにおいては、減圧手段１１における減圧量を小さくし、圧縮機９より吐出される冷媒の圧力を抑制する。さらに、放熱器１０においては、冷媒からの放熱量を極力抑制し、減圧手段１１を経て蒸発器１２へと中温・中圧の冷媒を供給する。
【００３６】
こうして蒸発器１２を流れる冷媒の温度を高くすることによって、蒸発器に付着した霜を融かす。霜を融かすために蒸発器１２において放熱した冷媒は、圧縮機９へと吸入される。この動作を繰り返すことによって、蒸発器１２に付着した霜が融けるまで除霜運転モードを行う。
【００３７】
このとき、内部熱交換器２３を構成する高圧側配管が２本であるので、１本である場合に対して熱交換量が増加する。
【００３８】
さらに、加熱運転時においては、圧縮機９への吸入温度を高くすることができるので、放熱器１０に供給される冷媒温度が高くなり、放熱器１０において効率よく湯水を加熱するように作用する。
【００３９】
また、内部熱交換器２３を構成する高圧側配管が２本あるので、１本である場合に対して高圧側流路の圧力損失が小さくなる。これにより、除霜運転中においては、吐出圧力をより低くすることがでるので、圧縮機９の駆動に係る動力を抑制するように作用する。
【００４０】
以上のように、加熱運転時、除霜運転モードの双方において、冷凍サイクル装置の運転に係るエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００４１】
さらに、低圧側配管３の内径を第１高圧側配管１、第２高圧側配管２各々の内径よりも大きくすることで、熱交換量の増加にともなって低圧側配管３における比容積が増大しても、低圧側配管３の圧力損失を抑制する。これにより、加熱運転時において、圧縮機９に吸入される冷媒の吸入圧力を向上させることができるので、圧縮機９の駆動に係る動力を抑制するように作用する。
【００４２】
また、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２の内径を低圧側配管３の内径よりも小さくすることとなるので、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を流れる冷媒の流速が大きくなる。これにより、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を流れる冷媒の熱伝達率を向上させ、内部熱交換器２３における熱交換量を増加させることができるので、圧縮機９の吸入温度および放熱器１０入口温度が上昇し、放熱器１０において効率よく温水を加熱するように作用する。
【００４３】
以上のように、吸入圧力の上昇と、加熱運転中における放熱器１０の加熱効率向上とを同時に実現し、冷凍サイクル装置の運転に係るエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００４４】
さらに、図３に示すように、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２と低圧側配管３とを各々の管軸が直線上にあるように配設することで、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２の距離を最も離れた位置となり、低圧側配管３の管軸に垂直な断面の温度分布が比較的一様となるので，内部熱交換器２３における熱交換量が略最大となる。
【００４５】
これにより、圧縮機９の吸入温度および放熱器１０入口温度が上昇し、放熱器１０において効率よく温水を加熱するように作用する。
【００４６】
さらに、有効伝熱面積６は、従来の実施より、倍に増大するとともに、伝熱効率化も図られる。
【００４７】
以上のように、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を有する内部熱交換器２３における熱交換量を最大化し、冷凍サイクル装置の運転に係るエネルギー消費効率を向上させることができる。
【００４８】
加えて、曲げ部分において３本の曲げ半径Ｒを略同一とすることで、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２の流路長を略同一とし、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２に流れる冷媒の流量が略同一となる。
【００４９】
これにより、図５に示すように、２本の第１高圧側配管１、第２高圧側配管２に流れる冷媒の流量が同じ場合に、各第１高圧側配管１、第２高圧側配管２おける熱交換量Ｑ１、Ｑ２の和Ｑ（＝Ｑ１＋Ｑ２）が最大となり、加熱運転時においては、圧縮機９への吸入温度を高くすることができるので、放熱器１０に供給される冷媒温度が高くなり、放熱器１０において効率よく湯水を加熱するように作用する。
【００５０】
また、図６に示すように、第１高圧側配管１、第２高圧側配管２を流れる冷媒の流量が略同一で偏流がない場合に圧力損失ΔＰが略最小となる。これにより、内部熱交換器２３における高圧側流路の圧力損失を小さくでき、圧縮機９に吸入される冷媒の圧力を向上させることができるので、圧縮機９の駆動に係る動力を抑制するように作用する。
【００５１】
以上のようにして、加熱運転時にて内部熱交換器２３における熱交換量を向上により加熱に係るエネルギー消費効率を向上させるとともに、除霜運転モードにおける高圧側流路の圧力損失抑制により吐出圧力の抑制を実現し、冷凍サイクル装置の省エネルギー性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、エネルギー消費効率を向上させることができるので、空気調和機やヒートポンプ式給湯機、ヒートポンプ式温水暖房機等の冷凍サイクル装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  第１高圧側配管
２  第２高圧側配管
３  低圧側配管
４  ロウ接部
６  有効伝熱面積
７  冷凍サイクル装置
８  貯湯装置
９  圧縮機
１０  放熱器
１１  減圧手段
１２  蒸発器
１３  貯湯タンク
１６  給湯混合弁
２３  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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【図７】
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