(57)【要約】【課題】  膨張機に対し十分な量の潤滑油を供給するとともに、サイクル全体としての加熱効率の向上と装置の小型化又は軽量化とを図る。【解決手段】  水を加熱して給湯用の温水を生成する第一水加熱回路６と第二水加熱回路７を有する給湯用水加熱回路と、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用い、潤滑油を内部に貯留した圧縮機シェル１２及び圧縮機シェル１２内に配置された圧縮機機構１１を有し、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒を放熱させ、第一水加熱回路６の水を加熱する放熱器２と、潤滑油を内部に貯留した膨張機シェル１４及び膨張機シェル１４内に配置された膨張機機構１３を有し、冷媒を膨張させる膨張機３と、冷媒を蒸発させる蒸発器４とを順次直列に接続した冷媒回路と、圧縮機シェル１２と膨張機シェル１４を接続し、潤滑油を相互に移動可能にする連通管５と、連通管５に設けられ、第二水加熱回路７の水を加熱する熱交換器８を備えた給湯機である。【選択図】  図１
2008064334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して給湯用の温水を生成する第一及び第二の水加熱回路と、
二酸化炭素を主成分とする冷媒を用い、潤滑油を内部に貯留した圧縮機シェル及び前記圧縮機シェル内に配置された圧縮機本体を有し前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を放熱させ前記第一水加熱回路の水を加熱する第一熱交換器と、潤滑油を内部に貯留した膨張機シェル及び前記膨張機シェル内に配置された膨張機本体を有し前記冷媒を膨張させる膨張機と、前記冷媒を蒸発させる第二の熱交換器とを順次直列に接続した冷媒回路と、
前記圧縮機シェルと前記膨張機シェルを接続し、潤滑油を相互に移動可能にする連通管と、前記連通管に設けられ、第二水加熱回路の水を加熱する第三の熱交換器を備えた給湯機。
【請求項２】
さらに、貯留タンクを備え、前記貯留タンクと前記第一水加熱回路との接続部が前記貯留タンクと前記第二水加熱回路との接続部よりも鉛直方向上部に存在することを特徴とする請求項１記載の給湯機。
【請求項３】
前記第二水加熱回路が前記第一熱交換器内において前記第一水加熱回路と接続されることを特徴とする請求項１記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置を搭載した給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置において、膨張弁の代わりに膨張機を備えた装置が知られている。この種の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いることにより、冷媒が膨張する過程の膨張エネルギーを電力又は動力の形で回収することができ、その回収エネルギーの分だけサイクルの効率を向上させることができる。
【０００３】
膨張機を備えた冷凍サイクル装置では、圧縮機だけでなく、膨張機にも潤滑油が必要となる。そこで、冷媒回路内に油分離器を設け、当該油分離器で分離した潤滑油を膨張機に供給する冷凍サイクル装置が提案されている。例えば、下記特許文献１には、圧縮機と放熱器との間に設けられた油分離器と、油分離器と膨張機の入口側配管とを接続する油送り管とを備えた冷凍空調機が開示されている。
【０００４】
ところで、油分離器内の潤滑油の温度は高いため、この潤滑油が膨張機の入口側の冷媒と合流すると、膨張機入口の冷媒温度が上昇し、ひいては冷凍能力の低下を招くことになる。そこで、上記特許文献１には、膨張機に供給される潤滑油の温度を低下させるため、油送り管に冷却器を設けることが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１４１３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された冷凍空調機では、冷凍能力の低下を防止することを目的としているため、油送り管の冷却器において、別個の冷却源（例えば冷却水等）が必要不可欠であった。したがって、潤滑油からの放熱がエネルギー損失となり、サイクル全体として加熱効率又は暖房効率（以下、単に加熱効率という）の低下を招いていた。
【０００６】
また、油分離器を設けた分、装置の部品点数が増加し、装置の大型化や重量化を招くこととなった。特に、冷媒を超臨界状態で使用する場合、油分離器には十分な耐圧性が要求されるため、装置の重量化が避けられなかった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機に対し十分な量の潤滑油を供給するとともに、サイクル全体としての加熱効率の向上と装置の小型化又は軽量化とを図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の給湯機は、水を加熱して給湯用の温水を生成する第一及び第二の水加熱回路と、
二酸化炭素を主成分とする冷媒を用い、潤滑油を内部に貯留した圧縮機シェル及び前記圧縮機シェル内に配置された圧縮機本体を有し前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を放熱させ前記第一水加熱回路の水を加熱する第一熱交換器と、潤滑油を内部に貯留した膨張機シェル及び前記膨張機シェル内に配置された膨張機本体を有し前記冷媒を膨張させる膨張機と、前記冷媒を蒸発させる第二の熱交換器とを順次直列に接続した冷媒回路と、
前記圧縮機シェルと前記膨張機シェルを接続し、潤滑油を相互に移動可能にする連通管と、前記連通管に設けられ、第二水加熱回路の水を加熱する第三の熱交換器を備えている
。
【０００９】
これによって、圧縮機の内部に貯留された潤滑油は、連通管を通じて膨張機に供給される。そのため、油分離器は不要となる。また、潤滑油からの放熱を給湯用温水により回収できるので、サイクル全体としての加熱効率が向上する。
また、上記従来の課題を解決するため本発明の給湯機は、貯留タンクを備え、貯留タンクと第一水加熱回路との接続部が貯留タンクと第二水加熱回路との接続部よりも鉛直方向上部に存在することを特徴とする請求項１記載の給湯機である。
これによって、第一水加熱回路と比較して温度が低い第二水加熱回路からの温水流入により、貯湯タンク内の温度成層が乱されることがない。
【００１０】
また、より望ましくは、第二水加熱回路が第一熱交換器内において第一水加熱回路と接続されることを特徴とする。
【００１１】
これによって、第一熱交換器における水流量を増加させることができるので、第一熱交換器における伝熱性能が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置を搭載した給湯機において、膨張機に対し十分な量の潤滑油を供給するとともに、サイクル全体としての加熱効率の向上と装置の小型化又は軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示すように、実施の形態１に係る給湯機は、圧縮機１と放熱器２と膨張機３と蒸発器４とが順に接続されてなる冷媒回路１０を備えている。また、給湯機は、圧縮機１と膨張機３とを連通する連通管５を備えている。さらに、連通管５には熱交換器８を備えている。圧縮機１は、図２に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機構１１と、圧縮機構１１を覆い且つ圧縮機構１１によって圧縮された冷媒が吐出される圧縮機シェル１２とを備え、膨張機３は、図３に示すように、冷媒を膨張させる膨張機構１３と、膨張機構１３を覆い且つ膨張機構１３によって減圧される前の冷媒が貯留される膨張機シェル１４とを備え、圧縮機１及び膨張機３の貯留部は、それぞれ圧縮機シェル１２及び膨張機シェル１４の内部に設けられ、連通管５は、一端が圧縮機シェル１２に接続され且つ他端が膨張機シェル１４に接続された配管からなっている。連通管５には圧縮機１と膨張機３の圧力差を推進力として、潤滑油が圧縮機１から膨張機３に向かい流通している。
【００１５】
次に水加熱回路について説明する。水加熱回路は、共通の水源（図示せず）に接続された第一水加熱回路６と第二水加熱回路７から成る。第一水加熱回路６は放熱器２に接続され、第二水加熱回路７は連通管５に設けられた熱交換器８に接続される。その後、第一水加熱回路６と第二水加熱回路７は、貯湯タンク９に接続されるが、貯留タンクと第一水加熱回路６との接続部が貯留タンク９と第二水加熱回路７との接続部よりも鉛直方向上部になるように構成されている。
【００１６】
本冷媒回路１０に充填された冷媒は、運転時に高圧部分（圧縮機１から放熱器２を経て膨張機３に至る部分）において超臨界状態となる冷媒である。本実施形態の冷媒回路１０には、そのような冷媒として二酸化炭素が充填されている。ただし、冷媒の種類は特に限定されるものではない。
【００１７】
次に、給湯機の運転動作について説明する。冷媒回路１０においては、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱し、膨張機３で膨張し、蒸発器４で蒸発した後、圧縮機１に吸入される。第一水加熱回路６は、放熱器２において冷媒により加熱されることで温水を得る。一方、第二水加熱回路７は、熱交換器８において潤滑油により加熱されることで温水を得る。
【００１８】
以上のように、本実施の形態によれば、潤滑油からの放熱を水加熱回路により回収できるので従来例のような放熱ロスがなく、システム全体の加熱効率が向上する。また、放熱器２と熱交換器８の放熱量を比較すると、冷媒が流通する放熱器２での放熱量の方が、潤滑油が流通する熱交換器８での放熱量よりも数十倍大きいため、第一水加熱回路６から得られる温水温度の方が第二水加熱回路７から得られる温水温度よりも高温となる。しかし、貯留タンク９と第一水加熱回路６との接続部が貯留タンク９と第二水加熱回路７との接続部よりも鉛直方向上部になるように構成されているため、貯湯タンク９内の温度成層が乱れることがない。したがって、膨張機３に対し十分な量の潤滑油を供給するとともに、サイクル全体としての加熱効率の向上と装置の小型化又は軽量化が可能となる。
【００１９】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２の給湯機の冷媒回路図である。なお、実施の形態１と同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２０】
図４に示すように本実施の形態の給湯機は実施の形態１と同様に、圧縮機１と放熱器２と膨張機３と蒸発器４とが順に接続されてなる冷媒回路１０を備えている。また、給湯機は、圧縮機１と膨張機３とを連通する連通管５を備えている。さらに、連通管５には熱交換器８を備えている。さらに、水加熱回路は、共通の水源（図示せず）に接続された第一水加熱回路６と第二水加熱回路７から成る。第一水加熱回路６は放熱器２に接続され、第二水加熱回路７は連通管５に設けられた熱交換器８に接続される。ここで、第一水加熱回路６と第二水加熱回路７は放熱器２内において、接続されている。
【００２１】
以上のように、本実施の形態２によれば、潤滑油からの放熱を水加熱回路により回収できるので従来例のような放熱ロスがなく、システム全体の加熱効率が向上する。また、第一水加熱回路６と第二水加熱回路７が放熱器２内において、接続されているため、合流後の放熱器２における水流量を増加させることができ、放熱器２における伝熱性能が向上する。したがって、膨張機３に対し十分な量の潤滑油を供給するとともに、サイクル全体としての加熱効率の向上と装置の小型化又は軽量化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上説明したように、本発明は、圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置を搭載した給湯機について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】圧縮機の縦断面図
【図３】膨張機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態２における給湯機の構成図
【符号の説明】
【００２４】
１    圧縮機
２    放熱器
３    膨張機
４    蒸発器
５    連通管
６    第一水加熱回路
７    第二水加熱回路
８    熱交換器
９    貯湯タンク
１０    冷媒回路
１１    圧縮機構
１２    圧縮機シェル
１３    膨張機構
１４    膨張機シェル
【図１】
2008064334.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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