(57)【要約】【課題】蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を抑制しつつ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させる。【解決手段】放熱器２０を流出した冷媒が流れる高圧冷媒配管６１と、蒸発器４０を流出した冷媒が流れる低圧冷媒配管６２とをろう接けするとともに、その接合箇所を断熱材６３にて覆う。これにより、専用の内部熱交換器を設けることなく、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができる。したがって、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を抑制しつつ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができる。また、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とを断熱材６３にて雰囲気から断熱しているので、低圧冷媒配管６２内を流れる冷媒と高圧冷媒配管６１を流れる冷媒とを確実に熱交換することができる。また、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とをろう接けにて一体化しているので、両冷媒配管６１、６２間の接触熱抵抗を極めて小さくすることができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、
高圧冷媒を減圧膨脹させる減圧手段（３０）と、
低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（４０）と、
前記高圧側熱交換器（２０）を流出した冷媒が流れる高圧冷媒配管（６１）と、
前記低圧側熱交換器（４０）を流出した冷媒が流れる低圧冷媒配管（６２）とを備え、
前記両冷媒配管（６１、６２）は、前記高圧冷媒配管（６１）を流れる冷媒と前記低圧冷媒配管（６２）を流れる冷媒との間で熱交換ができるように一体化されており、
さらに、前記両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、断熱手段（６３）にて雰囲気から熱的に隔離されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項２】
前記両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、互いにろう接されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項３】
前記両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）には、前記両冷媒配管（６１、６２）間の熱移動を補助する熱伝導性物質からなる伝熱層（６４）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項４】
前記両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）では、前記両冷媒配管（６１、６２）が直接に接触していることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項５】
前記両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、平坦形状に形成されて互いに対峙していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
前記減圧手段として、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させるノズル、及び減圧膨脹時に低下したエンタルピを圧力エネルギに変換する昇圧部を有するエジェクタ（４０）が用いられていること特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項７】
高圧冷媒の圧力は、冷媒の臨界圧力以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項８】
冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項９】
前記低圧側熱交換器（４０）から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに気液分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を前記圧縮機（１０）の吸入側に供給する気液分離器（５０）を有し、
前記圧縮機（１０）は、前記高圧側熱交換器（２０）、前記低圧側熱交換器（４０）、前記両冷媒配管（６１、６２）が一体化されて構成された内部熱交換器（６０）、及び前記気液分離器（５０）により囲まれていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍にて水を加熱することを特徴とする給湯装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍にて室内に吹き出す空気を加熱又は冷却することを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機により生成される温熱を利用した給湯装置や、温熱及び冷熱を利用する空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
蒸気圧縮式冷凍機は、周知のごとく、高圧側熱交換器にて放熱し、低圧側熱交換器にて冷媒を蒸発させて吸熱することにより低温側の熱を高温側に移動させるものである。
【０００３】
ところで、蒸気圧縮式冷凍機の効率を上昇させる手段として、高圧側熱交換器を流出した冷媒と圧縮機に吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器を設けること手段が知られている。
【０００４】
つまり、給湯装置や暖房装置等の温熱を利用した蒸気圧縮式冷凍機においては、圧縮機に吸入される冷媒を高圧側熱交換器を流出した冷媒にて加熱することにより、高圧側熱交換器を流出した冷媒の有する余剰温熱を吸入冷媒に与えて圧縮機から吐出する冷媒の温度を上昇させ、また、冷房装置や冷蔵庫等の冷熱を利用した蒸気圧縮式冷凍機においては、高圧側熱交換器を流出した冷媒を吸入冷媒にて冷却して冷媒のエンタルピを減少させることにより吸熱能力を増大させるものである。
【０００５】
このように、内部熱交換器を設ければ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができるものの、新たに内部熱交換器を必要とするため、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を抑制しつつ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、高圧冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（２０）と、高圧冷媒を減圧膨脹させる減圧手段（３０）と、低圧冷媒を蒸発させて吸熱する低圧側熱交換器（４０）と、高圧側熱交換器（２０）を流出した冷媒が流れる高圧冷媒配管（６１）と、低圧側熱交換器（４０）を流出した冷媒が流れる低圧冷媒配管（６２）とを備え、両冷媒配管（６１、６２）は、高圧冷媒配管（６１）を流れる冷媒と低圧冷媒配管（６２）を流れる冷媒との間で熱交換ができるように一体化されており、さらに、両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、断熱手段（６３）にて雰囲気から熱的に隔離されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、専用の内部熱交換器を設けることなく、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができる。
【０００９】
したがって、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を抑制しつつ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができるとともに、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を得ることができる。
【００１０】
また、高圧冷媒配管（６１）と低圧冷媒配管（６２）とが一体化された部位を断熱手段（６３）にて雰囲気から断熱しているので、高圧圧冷媒配管（６１）内を流れる冷媒と雰囲気とが熱交換してしまうことを防止でき、低圧冷媒配管（６２）内を流れる冷媒と高圧冷媒配管（６１）を流れる冷媒とを確実に熱交換することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、互いにろう接されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、両冷媒配管６１、６２間の接触熱抵抗を極めて小さくすることができ、低圧冷媒配管６２内を流れる冷媒と高圧冷媒配管６１を流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
なお、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）には、両冷媒配管（６１、６２）間の熱移動を補助する熱伝導性物質からなる伝熱層（６４）が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）では、両冷媒配管（６１、６２）が直接に接触していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、両冷媒配管（６１、６２）のうち、少なくとも両冷媒配管（６１、６２）が一体化された部位（６０）は、平坦形状に形成されて互いに対峙していることを特徴とする。
【００１７】
これにより、両冷媒配管（６１、６２）間の熱抵抗を低減することができるので、低圧冷媒配管（６２）内を流れる冷媒と高圧冷媒配管（６１）を流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、減圧手段として、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させるノズル、及び減圧膨脹時に低下したエンタルピを圧力エネルギに変換する昇圧部を有するエジェクタ（４０）が用いられていること特徴とするものである。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、高圧冷媒の圧力は、冷媒の臨界圧力以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、低圧側熱交換器（４０）から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに気液分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機（１０）の吸入側に供給する気液分離器（５０）を有し、圧縮機（１０）は、高圧側熱交換器（２０）、低圧側熱交換器（４０）、両冷媒配管（６１、６２）が一体化されて構成された内部熱交換器（６０）、及び気液分離器（５０）により囲まれていることを特徴とする。
【００２２】
これにより、騒音の放射源となる圧縮機（１０）の４方が、高圧側熱交換器（２０）、低圧側熱交換器（４０）、内部熱交換器（６０）、及び気液分離器（５０）により囲まれた状態となるので、圧縮機（１０）から放射される騒音を遮ることができ、遮音効果を高めることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍にて水を加熱することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍にて室内に吹き出す空気を加熱又は冷却することを特徴とするものである。
【００２５】
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。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を給湯器装置に適用したもので、図１は本実施形態に係る給湯器装置の模式図である。
【００２７】
圧縮機１０は冷媒を吸入圧縮するものであり、放熱器２０は圧縮機１０から吐出した冷媒と給湯水とを熱交換して給湯水を加熱することにより冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【００２８】
ここで、圧縮機１０は電動モータ（図示せず。）により駆動されており、放熱器２０での加熱能力を大きくするときには、圧縮機１０の回転数を増大させて圧縮機１０から吐出する冷媒の流量を増大させ、一方、加熱能力を小さくするときには、圧縮機１０の回転数を低下させて圧縮機１０から吐出する冷媒の流量を減少させる。
【００２９】
なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いており、圧縮機１０は放熱器２０の冷媒入口での冷媒温度が８０℃〜９０℃以上となるように、冷媒を臨界圧力以上まで加圧している。因みに、放熱器２０内の圧力は臨界圧力以上であるので、冷媒は、放熱器２０内で凝縮することなく、冷媒入口側から冷媒出口側に向かうほど冷媒温度を低下させながらエンタルピを低下させていく。
【００３０】
また、膨脹弁３０は放熱器２０から流出した高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させる減圧手段であり、蒸発器４０は室外空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて室外空気から吸熱する低圧側熱交換器である。
【００３１】
なお、本実施形態では、膨脹弁３０の絞り開度、つまり高圧側冷媒圧力は、高い成績係数を維持されるように、放熱器２０の冷媒出口側における冷媒温度に基づいて可変制御されているが、高圧側冷媒圧力が略一定となるように可変制御してもよい。
【００３２】
気液分離器５０は、蒸発器４０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに気液分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０の吸入側に供給するアキュムレータである。
【００３３】
そして、放熱器２０を流出した冷媒が流れる高圧冷媒配管６１と、蒸発器４０を流出した冷媒が流れる低圧冷媒配管６２とは、高圧冷媒配管６１を流れる冷媒と低圧冷媒配管６２を流れる冷媒との間で熱交換ができるように一体化されて内部熱交換器６０を構成している。なお、両冷媒配管６１、６２は、アルミニウム又は銅等の金属製である。
【００３４】
ここで、内部熱交換器６０、すなわち両冷媒配管６１、６２のうち少なくとも両冷媒配管６１、６２が一体化された部位は、図２に示すように、高圧冷媒配管６１の少なくとも一部と低圧冷媒配管６２の少なくとも一部とをろう付けにて接合するとともに、その接合箇所を樹脂やグラスウール等の熱伝導率の小さな材質からなる断熱材６３に覆うことにより雰囲気から熱的に隔離したものである。
【００３５】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の概略作動を述べる。
【００３６】
圧縮機１０から吐出した高圧冷媒は、放熱器２０にて給湯水を加熱しながら自身の温度を低下させていく。
【００３７】
このとき、放熱器２０に流入する給湯水の温度が比較的に高いときには、放熱器２０から流出する冷媒の温度も高くなるため、放熱器２０から流出する冷媒は、給湯水を高い温度まで加熱上昇させることはできないものの、比較的大きな余剰温熱量を有している。
【００３８】
したがって、内部熱交換器６０にて放熱器２０を流出した冷媒の有する余剰温熱を圧縮機に吸入される冷媒に与えれば、圧縮機１０から吐出する冷媒の温度を上昇させることができるので、温度の低い余剰温熱を高い温度として給湯水に与えることができる。
【００３９】
また、膨脹弁３０にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器４０にて外気から吸熱して蒸発し、圧縮機１０に加圧されてその温度及び圧力を上昇させる。
【００４０】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４１】
本実施形態では、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とを一体化することにより内部熱交換器６０を構成しているので、専用の内部熱交換器を設けることなく、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができる。
【００４２】
したがって、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価上昇を抑制しつつ、蒸気圧縮式冷凍機の効率を向上させることができる。
【００４３】
因みに、内部熱交換器６０での熱交換量は、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２との接触面積を適切な大きさとすることにより設定される。
【００４４】
また、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とが一体化された部位を断熱材６３にて雰囲気から断熱しているので、高圧冷媒配管６１内を流れる冷媒と雰囲気とが熱交換してしまうことを防止でき、低圧冷媒配管６２内を流れる冷媒と高圧冷媒配管６１を流れる冷媒とを確実に熱交換することができる。
【００４５】
また、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とをろう付けにて一体化しているので、両冷媒配管６１、６２間の接触熱抵抗を極めて小さくすることができ、低圧冷媒配管６２内を流れる冷媒と高圧冷媒配管６１を流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とをろう付けにて一体化したが、本実施形態は、図３に示すように、両冷媒配管６１、６２間の熱移動を補助するシリコングリース等の熱伝導性ペーストからなる伝熱層６４を介して両冷媒配管６１、６２を接触させたものである。
【００４７】
なお、両冷媒配管６１、６２は、ボルトやベルト等の機械的な締結手段により互いに保持固定されている。
【００４８】
（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、具体的には、図４に示すように、伝熱層６４を熱伝導率に優れたシリコン等の熱伝導性弾性部材にて構成するともに、伝熱層６４を高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２にて挟んだものである。
【００４９】
なお、両冷媒配管６１、６２は、ボルトやベルト等の機械的な締結手段により互いに保持固定されている。
【００５０】
（第４実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、高圧冷媒配管６１と低圧冷媒配管６２とを直接に接触させた状態で両冷媒配管６１、６２をボルトやベルト等の機械的な締結手段により互いに保持固定したものである。
【００５１】
（第５実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、高圧冷媒配管６１及び低圧冷媒配管６２のうち、少なくとも互いに対峙（対向）する部位を平坦形状に形成することにより両冷媒配管６１、６２の接触面積を増大させて熱抵抗を低減したものである。
【００５２】
なお、両冷媒配管６１、６２は、ボルトやベルト等の機械的な締結手段により互いに保持固定されている。
【００５３】
因みに、図５は第４実施形態に対して本実施形態を適用したものであったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第１〜３実施形態に対しても適用することができる。
【００５４】
（第６実施形態）
上述の実施形態では、減圧手段３０として冷媒を等エントロピ的に減圧する膨脹弁を採用したが、本実施形態は、図７に示すように、減圧手段３０として、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させるノズル、及び減圧膨脹時に低下したエンタルピを圧力エネルギに変換する昇圧部を有するエジェクタを採用したものである。
【００５５】
なお、減圧手段３０としてエジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機では、周知のごとく、蒸発器４０を流出した冷媒は、エジェクタの昇圧部を通過して気液分離器５０に流入し、気相冷媒は圧縮機１０に吸入され、液相冷媒は蒸発器４０に流れ込むので、特許請求の範囲に記載された「低圧側熱交換器（４０）を流出した冷媒」とは、蒸発器４０を流出した直後の冷媒は勿論のこと、エジェクタ３０から流出した冷媒、及び圧縮機１０に吸入される冷媒も含む意味である。
【００５６】
（第７実施形態）
本実施形態は、図８、９に示すように、騒音の放射源となる圧縮機１０の４方を、少なくとも放熱器２０、蒸発器４０、内部熱交換器６０、及び気液分離器５０により囲むことにより、圧縮機１０から放射される騒音を遮って、遮音効果を高めるものである。
【００５７】
なお、圧縮機１０の上方側は、圧縮機１０の作動を制御するインバータ回路等の駆動制御装置１０ａにより閉塞され、圧縮機１０の下方側は、フェルト等の吸音材に閉塞されている。
【００５８】
また、吸音材は、放熱器２０、蒸発器４０、内部熱交換器６０、及び気液分離器５０を収納する室外ユニットを構成する金属製の外板７０の内側、及び蒸発器４０とそれ以外の室外ユニット内機器とを仕切る金属製の中仕切板７１に接着固定されている。
【００５９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を給湯装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、空調装置、冷凍庫、冷蔵庫等にも適用することができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素として高圧側圧力を臨界圧力以上まで加圧したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒をフロン（Ｒ１３４ａ）として放熱器２０内の冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以下としてもよい。
【００６１】
また、第１〜５実施形態では、気液分離器５０が低圧側に設けられアキュムレータサイクルであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、気液分離器５０が高圧側に設けられレシーバサイクルであってもよい。
【００６２】
第７実施形態では、騒音の放射源となる圧縮機１０の４方を、少なくとも放熱器２０、蒸発器４０、内部熱交換器６０、及び気液分離器５０により囲んだが、第７実施形態は、室外ユニットを構成する圧縮機１０以外の機能部品にて圧縮機１０を囲んで遮音効果を発揮させるものであるので、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば内部熱交換器６０を圧縮機１０の上方側に配置し、これに代えて駆動制御装置１０ａにて圧縮機１０を囲む、又は蒸発器４０を圧縮機１０を囲むように曲げて蒸発器４０にて少なくとも２方を囲む等、その他の機能部品にて圧縮機１０を囲んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る内部熱交換器の模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る内部熱交換器の模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る内部熱交換器の模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る内部熱交換器の模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る内部熱交換器の模式図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の実装構造を示す図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の実装構造を示す図である。
【符号の説明】
６０…内部熱交換器、６１…高圧冷媒配管、６２…低圧冷媒配管、
６３…断熱材。
【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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【図８】
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【図９】
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