(57)【要約】【課題】冷媒回路に含まれる水分を除去可能とした炭酸ガス冷媒を用いた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供すること。【解決手段】炭酸ガス冷媒が充填される冷媒回路の低圧側回路にドライヤを接続する。これにより炭酸ガス冷媒を使用した冷凍装置における冷媒回路中に侵入した水分を除去することができるようになり、冷媒回路を分離した分離型ヒートポンプ式給湯装置の実用化を可能にした。例えば、加熱用熱交換器を含む給湯回路を収納した本体と、外気から蒸発熱を汲み上げる室外熱交換器を収納した室外機とに分離することにより、貯湯槽と加熱用熱交換器とを近傍に配置可能として給湯配管からの熱ロスを小さくするようにした分離型ヒートポンプ式給湯装置の実用化を可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路を備え、この冷媒回路の低圧側回路にドライヤが接続されてなることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路と、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の温水を循環させる循環ポンプが接続されてなる給湯回路とを有し、
少なくとも前記加熱用熱交換器を含む給湯回路と備えた本体と、少なくとも室外側熱交換器を備えた室外機とに分離して形成され、この本体と室外機とが連絡配管により接続可能とされ、さらに、前記冷媒回路の低圧側回路にドライヤが接続されてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸ガス冷媒を用いた冷凍装置、及び圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して温水を生成するヒートポンプ式給湯装置における冷媒回路中の水分除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍装置、特にヒートポンプ式給湯装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。このヒートポンプ式給湯装置は、貯湯槽と加熱用熱交換器とが分離して設けられていたそれまでのヒートポンプ式給湯装置における問題点を解決するものとして開発されたものである。
【０００３】
すなわち、特許文献１より前のヒートポンプ式給湯装置は、例えば特許文献２に記載されているようなものである。特許文献２に記載のヒートポンプ式給湯装置は、フロンガス冷媒を使用したものであって、貯湯槽と加熱用熱交換器とが分離して設けられ、これらが水配管により接続されていた。したがって、特許文献２に記載のヒートポンプ式給湯装置では、加熱用熱交換器の出口配管に溜まった温水は、循環ポンプが停止すると、次第に温水温度が低下し、循環ポンプが起動したときに貯湯槽の上部に低温水を供給することになり、出湯特性が安定しないという問題があった。また、貯湯槽と加熱用熱交換器との距離が長くなると放熱ロスが大きくなるという問題があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１に記載のヒートポンプ式給湯装置は、特許文献２に記載のヒートポンプ式給湯装置と同様フロンガス冷媒を使用したものであり、減圧器、蒸発器、圧縮機などを備えた室外機と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽及び加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の温水を循環させる給湯回路を備えた本体とに分離され、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置可能としたものである。したがって、この特許文献１に記載のヒートポンプ式給湯装置では、特許文献１より前のヒートポンプ式給湯装置における上記問題点が解決された。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８０６９７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１９３９５８号公報
【非特許文献１】
藤岡宏著、「フレオン冷凍機の理論と実際」、第４版、株式会社海文堂、昭和３５年５月２０日、ｐ１７６−１７７
【非特許文献２】
山田治夫著、「冷凍機および熱ポンプ」、第６版、株式会社養賢堂、昭和３８年年１月１日、ｐ１８７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載のヒートポンプ式給湯装置では、冷媒回路が本体と室外機とに跨るため現地冷媒配管工事が必要となった。また、現地冷媒配管工事を伴うことにより、若干の空気中の水分が冷媒回路内に浸入することを阻止することが困難であった。従来周知のように、冷媒回路中に水分が浸入すると、水分が膨張弁に凍結してその作動を妨げる、また、水分が存在すると冷媒・圧縮機中のオイルなど劣化を促進し、圧縮機の機構部品に悪影響が生じるだけでなく、スラッジを生成し膨張弁のつまりが生じるなど圧縮機や冷凍回路の信頼性を低下させる恐れがある。なお、従来の冷凍装置では、冷媒回路中に水分が浸入する恐れあるときは、通常、膨張装置の氷結を防止するために膨張装置入口側の高圧側液管にドライヤを接続していた（非特許文献１及び２参照）。
【０００７】
一方、冷凍装置の冷媒、特に、ヒートポンプ式給湯装置の冷媒は、地球環境保護の観点及びその熱特性が給湯装置に適していることから、近年炭酸ガス（ＣＯ２）に注目が集まっている。しかし、炭酸ガス冷媒を用いたヒートポンプ式給湯装置を含む冷凍装置では高圧側回路の冷媒圧力及び冷媒温度が高くなるため、従来のように膨張装置入口側の高圧側回路にドライヤを接続すると、ドライヤの中に挿入されている粒状の乾燥剤が粉砕されるという懸念があった。また、乾燥剤が粉砕されると、この粉砕屑が膨張装置につまり膨張装置が正常に作動しなくなるという問題が発生する。
ところが、未だこのような問題に対する解決策は提案されていない。すなわち、炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置を含む冷凍装置では、未だ冷媒回路に侵入した水分を除去する手段が開発されていなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、冷媒回路に含まれる水分を除去可能とした炭酸ガス冷媒を用いた冷凍装置及び分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために種々研究を重ねた結果、冷媒に含まれる水分は、冷媒回路の何れかの位置にドライヤが接続されていた場合、冷凍装置の立上げ運転時の極めて短い運転時間でドライヤに吸収されることを実験的に確認した。つまり、ドライヤの設置場所は、従来考えられていたような膨張装置入口側の高圧側回路に限らず、冷媒回路中の何れでも良いことを見出した。
【００１０】
この発明の冷凍装置及びヒートポンプ式給湯装置は、このようなドライヤ保護の観点からその設置場所を変更するという発想と実験的確認とから生まれたものである。
この発明の冷凍装置は、炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路を備え、この冷媒回路の低圧側回路にドライヤが接続されてなることを特徴とする。
【００１１】
このようにすると、炭酸ガス冷媒が使用されているので、フロン冷媒を使用しているときのようなオゾン層破壊の問題を回避することができる。また、ドライヤを冷媒回路の低圧側に接続することにより、ドライヤの内部に収納される乾燥剤の破砕の問題を解決して、炭酸ガス冷媒を使用した冷凍装置の立上げ運転中に冷媒中の水分をドライヤに吸収させることができる。この結果、炭酸ガスを使用する冷凍装置の冷媒回路に水分が侵入するようなことがあっても、膨張装置の凍結や圧縮機や冷凍回路の信頼性低下などの問題を防止することができるようになった。
【００１２】
また、この発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の温水を循環させる循環ポンプが接続されてなる給湯回路とを有し、少なくとも前記加熱用熱交換器を含む給湯回路と備えた本体と、少なくとも室外側熱交換器を備えた室外機とに分離して形成され、この本体と室外機とが連絡配管により接続可能とされ、さらに、前記冷媒回路の低圧側回路にドライヤが接続されてなることを特徴とする。
【００１３】
このようにすると、炭酸ガス冷媒が使用されているので、フロン冷媒を使用しているときのようなオゾン層破壊の問題を回避することができ、さらに、炭酸ガス冷媒を使用しているので、給湯装置として高温の温水を効率よく供給することができる。また、ドライヤを冷媒回路の低圧側に接続することにより、ドライヤの内部に収納される乾燥剤の破砕の問題を解決し、炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置の立上げ運転中に冷媒中、や冷媒とともに回路を循環する圧縮機のオイル中に存在する水分をドライヤに吸収させることができる。この結果、本体と室外機とを現地で冷媒配管を接続する際に空気とともに若干の水分が冷媒回路内に浸入したとしても、膨張装置の凍結や圧縮機や冷凍回路の信頼性低下などの問題を防止することができるようになった。また、これにより、炭酸ガスを冷媒に使用するヒートポンプ式給湯装置において、冷媒回路を分離する分離型ヒートポンプ式給湯装置の実用化を可能にすることができるようになった。また、本ヒートポンプ式給湯装置では、本体内に収納されている貯湯槽と加熱用熱交換器とを近傍に設置することができ、給湯配管からの熱ロスを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の回路図である。
【００１５】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２とからなる。
【００１６】
本体１は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒を給湯用の水で冷却して温水を得る加熱用熱交換器１１と、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯する貯湯槽１２、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯槽１２に送り貯湯槽１２からの水を加熱用熱交換器１１へ送る循環ポンプ１４が接続された給湯回路１３とを備えている。また、貯湯槽１２の上部には温水を供給する給湯管１５が接続されており、貯湯槽１２の下部には、貯湯槽１２に水を供給するための給水管１６が接続されている。
【００１７】
また、本体１には、本ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路を構成する機器の一部が搭載されている。具体的には、前記加熱用熱交換器１１以外に、圧縮機１７、膨張装置１８、ドライヤ１９が収納されている。これら機器は、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８、ドライヤ１９の順に冷媒配管で接続され、冷媒回路の一部を構成している。
【００１８】
室外機２は、室外側熱交換器２１及び室外側熱交換器２１に冷媒の蒸発熱源としての外気を循環させるための室外ファン２２が収納されている。また、室外側熱交換器２１は、連絡配管３１、３２により本体側の圧縮機１７の吸入口とドライヤ１９との間に接続されている。これによりこれら機器を接続した密閉回路が形成され本ヒートポンプ式給湯装置における冷媒回路が形成される。
【００１９】
また、上記冷媒回路を構成する密閉回路の内部には炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）が充填されている。冷凍・空調用のフロン冷媒に代わる自然冷媒として、ハイドロカーボン（ＨＣ：プロパンやイソブタンなど）、アンモニア、空気、炭酸ガス（ＣＯ２）等が挙げられる。しかしながら、冷媒特性として、ハイドロカーボンとアンモニアはエネルギー効率が良いという反面可燃性や毒性の問題があり、空気は超低温域以外でエネルギー効率が劣るなどといった問題がある。これに対し炭酸ガスは、可燃性や毒性がなく安全であり、また、冷媒として用いた場合、高温の圧縮機吐出ガス冷媒を得ることができるという特徴を備えている。したがって、炭酸ガスは、地球の環境破壊問題を回避し得る冷媒として、特に、給湯用、暖房用のヒートポンプ式冷凍装置の冷媒として有力視されている。
【００２０】
連絡配管３１、３２は、本体１及び室外機２を現地に据え付けるときに接続される。連絡配管３１、３２の接続に際しては、まず連絡配管３１、３２の内部を真空引きし水分の除去が行われる。そして、真空引きされた連絡配管３１、３２は、本体１と室外機２との間に接続される。このように、冷媒回路内に水分や空気が浸入しないように配慮されながら接続されるが、水分の浸入を完全に防止することは困難である。
【００２１】
ドライヤ１９は、避け難くして冷媒回路内に浸入した水分を除去するために取り付けられるものである。また、ドライヤ１９は、容器の中に冷凍サイクルにおける冷媒乾燥剤としては一般にアルミノ・シリケートの含水金属塩の粒状物が収納されている。この粒状物は、多孔性を備え、孔の大きさが冷媒やオイルの分子よりも小さく、かつ、水の分子よりも大きく形成されている。したがって、水を含んだ冷媒・オイルがこのドライヤ１９に入ると、冷媒は粒状物の隙間から下流側に通過する。また、冷媒・オイル中に含まれている水は粒状物の表面に開口している孔から内部に入り込み閉じ込められる。このようにして冷媒・オイルに含まれる水分が除去される。なお、上記のようにドライヤで冷媒・オイルに含まれる水分が除去されるためには、冷媒がドライヤ１９の乾燥剤にある程度の時間触れておくことが必要になる。
【００２２】
また、ドライヤは、従来、高圧側回路の液冷媒中に取り付けられていた。しかし、炭酸ガス冷媒を使用する冷凍装置の高圧側回路は従来のフロン冷媒の場合に比し、高温高圧となる。このため、ドライヤをこのような雰囲気中に設置すると、ドライヤ内部の乾燥剤が破砕される危険のあることが分った。そこで、このような危険を回避するためにドライヤを冷媒回路の低圧側回路に取り付けた。この場合、通常の冷凍運転までに冷媒・オイル中の水分が除去されていない場合には、従来から問題となっている膨張装置における水の凍結により、膨張装置が目詰まりするという問題が発生する。しかし、発明者が調べたところでは、冷媒・オイル中の水分がドライヤに触れて除去されるまでの時間は、立上げ運転時の短時間（例えば１時間）でよいことが分った。このようにして、ドライヤ１９の接続位置を、膨張装置１８の入口側とせずに低圧側回路としても水分除去が可能であることが分った。
【００２３】
上記構成において給湯するときは、圧縮機１７が駆動され、ヒートポンプ式給湯装置が運転される。このヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路中に浸入した水分は、この立上げ運転中にドライヤに吸収される。また、このヒートポンプ式給湯装置の給湯運転では、冷媒が図１における実線矢視の方向に循環する。なお、炭酸ガス冷媒は臨界点が低いため、このヒートポンプ式給湯装置における冷凍サイクルは超臨界冷凍サイクルを形成する。すなわち、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱用熱交換器１１で水と熱交換して冷却され、水は加熱され温水となる。このとき高圧圧力が臨界点以上の圧力であるため、冷媒は加熱用熱交換器１１では凝縮しない。加熱用熱交換器１１で冷却された高圧ガスは、膨張装置１８で減圧され低温低圧の気液２相流となってドライヤ１９を通過し、室外機２の室外側熱交換器２１に流れる。低温低圧の気液２相流冷媒は、室外側熱交換器２１で外気と熱交換し、外気から熱を奪って気化し、圧縮機１７に戻る。
【００２４】
なお、上記ヒートポンプ式給湯装置により得られる温水は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒がフロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温高圧となるため、フロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温となる。
【００２５】
一方、貯湯槽１２は、給水管１６から水が供給され常に満水の状態になるように形成されている。そして、屋内の給湯設備に温水を供給するときは、循環ポンプ１４が駆動される。これにより、貯湯槽１２内の下部の水が加熱用熱交換器１１に供給される。加熱用熱交換器１１で加熱された温水は貯湯槽１２の上部に戻る。このような循環が繰り返されることにより貯湯槽１２内の上部に温水が供給される。また、温水と水とは混ざり合わないので、時間の経過とともに上層の温水量が増加し、下層の低温の水の量が少なくなって、最終的には貯湯槽１２が温水で満たされるようになる。なお、浴槽、洗面室等の給湯設備への温水の供給は、貯湯槽１２の上部に接続された給湯管１５により貯湯槽１２の上部に貯湯された温水が供給される。
【００２６】
本実施の形態によれば、炭酸ガス冷媒が使用されているので、フロン冷媒のようなオゾン層破壊の問題を回避することができ、さらに、給湯装置として高温の温水を効率よく供給することができる。
また、冷媒回路の低圧側回路にドライヤ１９が接続されているので、ドライヤ１９の内部に収納される乾燥剤の破砕の問題を解決し、冷凍装置の立上げ運転中に冷媒中の水分をドライヤ１９に吸収することができる。すなわち、本体１と室外機２とを据付現地で連絡配管３１、３２により接続する際に、空気とともに若干の水分が冷媒回路内に浸入することは避け難いが、この接続作業中に冷媒回路に侵入した水分は冷凍装置の立上げ運転中にドライヤ１９に吸収され、膨張装置１８における凍結や圧縮機１７や冷凍回路の信頼性低下などの問題を防止することができるようになった。これにより、炭酸ガスを冷媒に使用するヒートポンプ式給湯装置において、冷媒回路を分離する分離型ヒートポンプ式給湯装置の実用化を可能にすることができた。
【００２７】
また、本ヒートポンプ式給湯装置では、少なくとも加熱用熱交換器１１を含む給湯回路１３を備えた本体１と、少なくとも室外側熱交換器２１を備えた室外機２とに分離して形成されているので、貯湯槽１２と加熱用熱交換器１１とを近傍に設置することができ、給湯配管からの熱ロスを低減することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図２に基づき説明する。
前述の実施の形態１では、圧縮機１７、膨張装置１８及びドライヤ１９が本体１に収納されていたが、この実施の形態２では、これら機器は室外機２に収納されている。そして、本体１と室外機２とは、連絡配管３１、３２で接続されている。
【００２９】
この実施の形態２は、実施の形態１と同様、炭酸ガス冷媒を使用し、ドライヤを低圧回路中に接続しているので、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００３０】
また、以上説明した実施の形態１及び２から見られるように、本発明において、本体１は、少なくとも加熱用熱交換器１１を含む給湯回路１３を備え、貯湯槽１２の近くに加熱用熱交換器１１と給湯回路１３とを配置可能とした基本構成を備えているものであればよい。また、本体１がこの基本構成を有する限り種々の変形を取ることができる。また、室外機２は、少なくとも室外側熱交換器２１を備え、外気から蒸発熱源を汲み上げ可能としたものであればよく、実施の形態１及び２以外の他の構成としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、炭酸ガス冷媒が使用されているので、オゾン層破壊のような問題を回避することができ、高温の温水を効率よく供給することができる。
また、本発明では、ドライヤを冷媒回路の低圧側に接続することにより、ドライヤの内部に収納される乾燥剤の破砕の問題を解決し、炭酸ガス冷媒を使用した冷凍装置の立上げ運転中に冷媒中の水分をドライヤに吸収させることができる。
この結果、炭酸ガスを使用する冷凍装置の冷媒回路に水分が侵入するようなことがあっても（例えば、分離型ヒートポンプ式給湯装置では、現地で冷媒配管を接続する際に空気が冷媒回路に浸入するおそれがある）、膨張装置の凍結や圧縮機や冷凍回路の信頼性低下などの問題を防止することができるようになった。
これにより、加熱用熱交換器を含む給湯回路を収納した本体と、外気から蒸発熱を汲み上げる室外熱交換器を収納した室外機とに分離することにより、貯湯槽と加熱用熱交換器とを近傍に配置可能として給湯配管からの熱ロスを小さくするようにした分離型ヒートポンプ式給湯装置の実用化が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る回路図である。
【符号の説明】
１          本体
２          室外機
１１      加熱用熱交換器
１２      貯湯槽
１３      給湯回路
１４      循環ポンプ
１５      給湯管
１６      給水管
１７      圧縮機
１８      膨張装置
１９      ドライヤ
２１      室外側熱交換器
２２      室外ファン
３１      連絡配管
３２      連絡配管
【図１】
2004286248.tif 000003
【図２】
2004286248.tif 000004