(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）、膨張弁（２３）、空気熱交換器（２４）、冷媒ガスが流通する冷媒管（２２ａ）と水が流通する水管（２２ｂ）との間で熱交換が行われる水熱交換器（２２）、及び前記膨張弁（２３）の開度を制御する制御部（６）を備え、前記圧縮機（２１）、前記冷媒管（２２ａ）、前記膨張弁（２３）及び前記空気熱交換器（２４）が、冷媒配管（２５）によって環状に接続されて、ＣＯ２を冷媒とする圧縮式冷凍回路（２０）を形成する冷凍装置であって、
前記冷媒管（２２ａ）は、複数の冷媒細管（２２１〜２２３）に分岐されており、
前記制御部（６）は、所定条件成立時、前記圧縮機（２１）から吐出されたホットガスを正サイクルで前記空気熱交換器（２４）に流すデフロスト運転を行い、
前記デフロスト運転時、前記複数の冷媒細管（２２１〜２２３）を流れる冷媒の最大速度は、４ｍ／ｓ以下である、
冷凍装置（２）。
【請求項２】
前記複数の冷媒細管（２２１〜２２３）の冷媒通路断面積の総和が、前記冷媒配管（２５）の冷媒通路断面積よりも大きい、
請求項１に記載の冷凍装置（２）。
【請求項３】
前記制御部（６）は、前記デフロスト運転時に前記膨張弁（２３）を全開にして前記冷媒を流通させる、
請求項１に記載の冷凍装置（２）。
【請求項４】
前記空気熱交換器（２４）に空気を当てて熱交換を促進するファン（２７）と、前記ファン（２７）を収納するファン室（２ｂ）とをさらに備え、
前記ファン室（２ｂ）に、前記水熱交換器（２２）が配置されている、
請求項１に記載の冷凍装置（２）。
【請求項５】
前記冷媒細管（２２１〜２２３）が、前記水管（２２ｂ）の外周に密着するように巻き付けられている、
請求項１に記載の冷凍装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にヒートポンプ式給湯装置の加熱手段として使われる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置としては、圧縮式冷凍回路で構成されるものが広く利用されている。これらの冷凍装置は、除霜のためのデフロスト運転を行うときに、圧縮機の吐出側管路から空気熱交換器の入口側にバイパス回路を設けて、圧縮機から吐出されたホットガスを空気熱交換器に流して除霜するタイプと、バイパス回路を設けずに膨張弁の開度を通常運転時より大きくし、圧縮機から吐出されたホットガスを正サイクルで空気熱交換器に流して除霜するタイプとがあり、後者のタイプは、サイクル構成が簡単で低コストである。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−８２８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ホットガスを正サイクルで空気熱交換器に流して除霜するタイプのものは、膨張弁の開度を通常運転時より大きくしたことにより、水熱交換器を流通するホットガスの流速が速まり、除霜時の騒音が高い傾向にある。
【０００４】
本発明の課題は、ホットガスを正サイクルで空気熱交換器に流して除霜するタイプで、除霜時の騒音を抑制する冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る冷凍装置は、ＣＯ２を冷媒とし、水熱交換器を備えている。水熱交換器では、冷媒ガスが流通する冷媒管と水が流通する水管との間で熱交換が行われる。また、冷媒管は、複数の冷媒細管に分岐されている。
【０００６】
第１発明に係る冷凍装置は、圧縮機、膨張弁、空気熱交換器、水熱交換器、及び制御部を備えている。水熱交換器では、冷媒ガスが流通する冷媒管と水が流通する水管との間で熱交換が行われる。制御部は、膨張弁の開度を制御する。また、圧縮機、冷媒管、膨張弁及び空気熱交換器が、冷媒配管によって環状に接続されて、ＣＯ２を冷媒とする圧縮式冷凍回路を形成している。冷媒管は、複数の冷媒細管に分岐されている。制御部は、所定条件成立時、圧縮機から吐出されたホットガスを正サイクルで空気熱交換器に流すデフロスト運転を行う。デフロスト運転時、複数の冷媒細管を流れる冷媒の最大速度は、４ｍ／ｓ以下である。
【０００７】
この冷凍装置では、冷媒細管を通過する冷媒の流速は、冷媒の流通音が抑制される４ｍ／ｓ以下であるので、水熱交換器内をホットガスが通過する際の流通音の増大が抑制される。
【０００８】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、複数の冷媒細管の冷媒通路断面積の総和が、冷媒配管の冷媒通路断面積よりも大きい。
【０００９】
この冷凍装置では、水熱交換器内で冷媒の流速が低下する。このため、水熱交換器を流れる冷媒の流通音が低減される。
【００１０】
第３発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、制御部がデフロスト運転時に膨張弁を全開にして冷媒を流通させる。
【００１１】
ここでは、膨張弁の全開によって、冷媒細管を流れる冷媒の流速が通常運転時より速くなり、水熱交換器での熱交換はほとんどない。このため、高温冷媒が素早く空気熱交換器へ回り、デフロスト性能が向上する。その上、冷媒が複数の冷媒細管で分流されているので、冷媒の流通音は、従来よりも低い。
【００１２】
第４発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、空気熱交換器に空気を当て熱交換を促進するファンと、ファンを収納するファン室とをさらに備えている。ファン室に、水熱交換器が配置される。
【００１３】
ここでは、冷媒細管内を流通する冷媒の騒音がファン室のファン回転音で消される。このため、冷媒の不快な流通音が解消される。
【００１４】
第５発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、冷媒細管が、水管の外周に密着するように巻き付けられている。
【００１５】
ここでは、冷媒細管と水管との熱交換が促進されるので、水熱交換器での加熱能力が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明または第２発明に係る冷凍装置では、水熱交換器内で冷媒の流速が低下する。このため、水熱交換器を流れる冷媒の流通音が低減される。
【００１７】
第３発明に係る冷凍装置では、高温冷媒が素早く空気熱交換器へ回り、デフロスト性能が向上する。その上、冷媒は複数の冷媒細管で分流されているので、冷媒の流通音は、従来よりも低い。
【００１８】
第４発明に係る冷凍装置では、冷媒細管内を流通する冷媒の騒音がファン室のファン回転音で消される。このため、冷媒の不快な流通音が解消される。
【００１９】
第５発明に係る冷凍装置は、冷媒細管が、水管の外周に密着するように巻き付けられているので、冷媒細管と水管との熱交換が促進され、水熱交換器での加熱能力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜ヒートポンプ式給湯装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステムを図１に示す。ヒートポンプ式給湯装置１は、冷凍装置２と貯湯装置３とによって構成されている。冷凍装置２は、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒管２２ａ、減圧手段としての膨張弁２３、及び空気熱交換器２４が、冷媒配管２５によって環状に接続される圧縮式の冷凍回路２０を有する。
【００２１】
さらに、冷凍回路２０には、水熱交換器２２から出る高圧高温の冷媒と、空気熱交換器２４から出る低圧低温の冷媒との間で熱交換を行うため、ガス熱交換器２６が配置されている。具体的には、水熱交換器２２と膨張弁２３とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器と圧縮機２１とを連結する冷媒通路との間で熱交換が行われる。
【００２２】
貯湯装置３は、貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水管２２ｂ及び水循環ポンプ３２が、水配管３５によって環状に接続された水循環回路３０を有する。
【００２３】
冷凍装置２には、設置場所の外気温を検出する外気温センサ８、圧縮機２１の吐出管温度を検出する吐出管温度センサ９、及び空気熱交換器２４の温度を検出する温度センサ１０が設けられており、これらのセンサの検出信号は、マイコン６（制御部）に入力される。
【００２４】
水熱交換器２２で加熱された水の温度が８５℃となるように、水循環ポンプ３２によって水の循環量が制御される。マイコン６は、８５℃の水を得るために必要な冷媒温度を確保するために、膨張弁２３の開度を制御する。
【００２５】
＜冷凍装置の構造＞
図２は、冷凍装置２の内部構造を示す断面図である。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画がファン室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁２３が配置されている。
【００２６】
ファン室２ｂには、図２正面視において、前方にファン２７が配置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。ファン室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて水熱交換器２２が配置されている。水熱交換器２２内にて、冷媒管２２ａ（図１参照）を流れる冷媒と、水管２２ｂ（図１参照）を流れる水との間で熱交換が行われる。
【００２７】
また、図２において、空気熱交換器２４は、ファン室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。制御ボックス４は、機械室２ａの上部とファン室２ｂの上部を跨ぐように配置されている。制御ボックス４には、マイコン６（図４参照）、インバータ７（図４参照）を搭載した制御装置５が内蔵されている。
【００２８】
＜水熱交換器の構造＞
図３は、水熱交換器２２の配管図である。冷媒管２２ａは、３本の冷媒細管２２１〜２２３から成り、お互いに接触しないように、水管２２ｂの外周に螺旋状に巻き付けられている。冷媒細管２２１〜２２３の内径（３ｍｍ）は、冷媒配管２５の内径より小さいが、３本の冷媒細管２２１〜２２３の冷媒通路断面積の総和は、冷媒配管２５の冷媒通路断面積よりも大きい。水管２２ｂは、外周に冷媒細管２２１〜２２３が巻きつけられた状態で、ヘアピン状に屈曲されて配置されている。冷媒配管２５にから水熱交換器２２に流入した冷媒は、冷媒細管２２１〜２２３によってほぼ３等分されて流通する。このため、熱交換量が増加する。また、水管２２ｂに３本の冷媒細管２２１〜２２３を巻き付けたものは、１本或いは２本だけを巻き付けたものに比べて流速が遅く、冷媒の流通音が低減される。さらに、水熱交換器２２は、ファン室２ｂの下方に配置されているので、通常運転時に冷媒細管２２１〜２２３を流れる冷媒の流通音は、ファン２７の回転音に消されてほとんど問題にならない。
【００２９】
＜冷凍装置の運転制御＞
図４は、冷凍装置２の制御ブロック図である。マイコン６は、外気温センサ８、空気熱交換器２４の温度センサ１０からの検出信号に基づき、目標吐出管温度設定部６２で目標吐出管温度を設定する。そして、マイコン６は、吐出管温度センサ９で検出される吐出管温度が目標吐出管温度に近づくように、膨張弁開度制御部６３を介して膨張弁２３の開度を制御する。なお、目標吐出管温度の設定に必要なデータは、目標吐出管温度設定部６２内に予め記憶されている。
【００３０】
さらに、マイコン６は、冷凍装置２の炊上能力に及ぼす外気温の影響を考慮して、さらに給湯負荷が一日の時間帯によって変化することを考慮して、インバータ制御部６４を介して圧縮機２１の運転周波数を制御している。例えば、外気温が低く、給湯負荷が大きい時間帯では、湯切れを防止するため、効率を無視して圧縮機２１の運転周波数を高める。一方、外気温が高く、給湯負荷が小さい時間帯では、圧縮機２１の運転周波数を高効率点に設定する。
【００３１】
給湯負荷が大きいとき、マイコン６は、圧縮機２１を保護する目的で、吐出管温度が１２０℃を超えないように圧縮機２１の運転制御を行う。実際に、吐出管温度が１２０℃のとき、圧縮機２１の内部温度は、１４０℃〜１４５℃に到達しており、内部温度がさらに上昇して１５０℃を超えると、圧縮機２１内部のマグネットの磁力が低下、オイルの劣化が発生し故障に至る。したがって、本実施形態では、吐出管温度の上限を１２０℃と設定している。
【００３２】
但し、外気温ｔ１が−２０℃以下のときは、圧縮機２１が過負荷になり易いので、さらなる安全措置として吐出管温度センサ９の検出値の補正量を大きくとり、実際の吐出管温度が１２０℃に達する前に吐出管温度センサ９の検出値を１２０℃にする必要がある。そこで、外気温ｔ１が−２０℃以下のときの補正量が実験的に求められ、マイコン６の温度補正部６１の第２補正手段６１ｂに記憶されている。
【００３３】
なお、外気温ｔ１＞−２０℃の温度範囲では、第１補正手段６１ａによって、補正されている。
【００３４】
＜デフロスト運転制御＞
通常に運転されているときに、空気熱交換器２４の出口温度が−５℃まで低下すると、除霜運転に入る。本実施形態の除霜運転は、圧縮機２１から吐出されたホットガスを正サイクルで空気熱交換器２４に流して除霜するタイプのものであり、除霜運転時は、水循環ポンプ３２の運転を停止し、膨張弁２３の開度を通常運転時よりも大きくする。ここでは、デフロスト運転時の膨張弁２３の開度は全開とする。これによって、圧縮機２１から吐出されるホットガスが水熱交換器２２で放出する熱量は少なくなり、膨張弁２３での減圧による温度低下も小さくなる。したがって、圧縮機２１から吐出されたホットガスが、大きく温度低下することなく空気熱交換器２４へ到達し、空気熱交換器の除霜を行う。
【００３５】
通常運転では、圧縮機２１から吐出されたホットガスの密度は小さく、水熱交換器２２内で放熱すると、徐々に密度が大きくなり流速が遅くなる。一方、デフロスト運転では、水熱交換器２２内でほとんど放熱しないため、密度は小さく流速が早い。このため、水熱交換器２２内をホットガスが通過する際の流通音が増大する傾向にあった。しかし、本実施形態では、水熱交換器２２内の冷媒管２２ａが冷媒細管２２１，２２２，２２３の３分岐され、１本の冷媒細管内を通過する冷媒の流速が遅くなることによって、冷媒の流通音を抑制している。なお、本実施形態では、冷媒細管を通過する冷媒の流速は、３分岐の場合は約２ｍ／ｓであり、２分岐の場合は約３ｍ／ｓであり、いずれも４ｍ／ｓ以下である。
【００３６】
＜特徴＞
（１）
この冷凍装置２は、ＣＯ２を冷媒とする圧縮式冷凍回路２０で構成されており、水熱交換器２２を備えている。圧縮式冷凍回路２０では、圧縮機２１、水熱交換器２２の冷媒管２２ａ、膨張弁２３及び空気熱交換器２４が、冷媒配管２５によって環状に接続されている。水熱交換器２２では、冷媒ガスが流通する冷媒管２２ａと水が流通する水管２２ｂとの間で熱交換が行われる。冷媒管２２ａは、複数の冷媒細管２２１〜２２３に分岐されているので、冷媒が３本の冷媒細管に分流される。複数の冷媒細管２２１〜２２３の冷媒通路断面積の総和は、冷媒配管の冷媒通路断面積よりも大きい。このため、水熱交換器２２内で冷媒の流速が低下し（具体的には、４ｍ／ｓ以下）、水熱交換器２２を流れる冷媒の流通音が低減される。
【００３７】
（２）
この冷凍装置２は、膨張弁２３の開度を制御する制御部６をさらに備えている。制御部６は、デフロスト運転時に膨張弁２３を全開にして冷媒を流通させる。膨張弁２３の全開によって、冷媒細管２２１〜２２３を流れる冷媒の流速が通常運転時より速くなり、水熱交換器での熱交換はほとんどない。このため、高温冷媒が素早く空気熱交換器２４へ回り、デフロスト性能が向上する。その上、冷媒は３本の冷媒細管で分流されているので、冷媒の流通音は従来よりも低い。
【００３８】
（３）
この冷凍装置２は、ファン室２ｂをさらに備えている。ファン室２ｂは、空気熱交換器２４に空気を当て熱交換を促進するファン２７を収納する。ファン室２ｂには、水熱交換器２２が配置されている。このため、冷媒細管２２１〜２２３内を通過する冷媒の通過音がファン２７の音で消される。
【００３９】
（４）
この冷凍装置２では、冷媒細管２２１〜２２３が、水管２２ｂの外周に密着するように巻き付けられているので、冷媒細管２２１〜２２３と水管２２ｂとの熱交換が促進され、加熱能力が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように本発明によれば、通常運転時、デフロスト運転時の冷媒の流通音が低減されるので、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステム。
【図２】同冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】同冷凍装置の水熱交換器の内部配管図
【図４】同冷凍装置の制御装置のブロック図。
【符号の説明】
【００４２】
１  ヒートポンプ式給湯装置
２  冷凍装置
２ａ  ファン室
６  マイコン（制御部）
２０  圧縮式冷凍回路
２１  圧縮機
２２  水熱交換器
２２ａ  冷媒管
２２ｂ  水管
２３  膨張弁
２４  空気熱交換器
２５  冷媒配管
２７  ファン
３５  水配管
２２１  冷媒細管
２２２  冷媒細管
２２３  冷媒細管
【図１】
0004765727.tif 000002
【図２】
0004765727.tif 000003
【図３】
0004765727.tif 000004
【図４】
0004765727.tif 000005