JP2004286248A

JP2004286248A - Heat pump type water heater

Info

Publication number: JP2004286248A
Application number: JP2003075878A
Authority: JP
Inventors: Satoru Imai; 悟今井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separable heat pump type water heater capable of removing moisture included in a refrigerant circuit, and using a carbon dioxide gas refrigerant. <P>SOLUTION: This heat pump type water heater is composed by connecting a dryer to a low-voltage side circuit of the refrigerant circuit filled with the carbon dioxide gas refrigerant. Thereby, moisture having intruded into the refrigerant circuit in a refrigerating device using the carbon dioxide gas refrigerant can be removed. For instance, by dividing the water heater into a body with a hot-water supply circuit including a heating heat exchanger housed, and an outdoor machine with an outdoor heat exchanger for absorbing evaporation heat from the outside air, heat loss from hot-water supply piping can be reduced by allowing a hot-water storage tank to be disposed in the vicinity of the heating heat exchanger. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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（ＣＯ_２）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（ＣＯ_２）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（ＣＯ_２）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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigeration system using a carbon dioxide gas refrigerant, and to the removal of water in a refrigerant circuit in a heat pump hot water supply device that generates hot water by using heat released from a gas refrigerant discharged from a compressor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As a conventional refrigeration apparatus, in particular, a heat pump type hot water supply apparatus is disclosed in, for example, Patent Document 1. This heat pump hot water supply device has been developed as a solution to the problems of the conventional heat pump hot water supply device in which a hot water tank and a heat exchanger for heating were separately provided.
[0003]
That is, the heat pump type hot water supply apparatus before Patent Document 1 is, for example, as described in Patent Document 2. The heat pump hot water supply apparatus described in Patent Document 2 uses a chlorofluorocarbon gas refrigerant, and a hot water storage tank and a heat exchanger for heating are provided separately, and these are connected by a water pipe. Therefore, in the heat pump hot water supply apparatus described in Patent Literature 2, the hot water accumulated in the outlet pipe of the heat exchanger for heating gradually decreases the hot water temperature when the circulation pump stops, and the hot water storage tank starts when the circulation pump starts. There is a problem that the low-temperature water is supplied to the upper part of the hot water and the tapping characteristics are not stable. Further, when the distance between the hot water storage tank and the heat exchanger for heating is increased, there is a problem that heat radiation loss increases.
[0004]
On the other hand, the heat pump hot water supply device described in Patent Document 1 uses a chlorofluorocarbon gas refrigerant similarly to the heat pump hot water supply device described in Patent Document 2, and has an outdoor unit including a decompressor, an evaporator, a compressor, and the like. Body with a heat exchanger for heating, a hot water storage tank for storing hot water heated by the heating heat exchanger, and a hot water supply circuit for circulating hot water for hot water supply between the heating heat exchanger and the hot water storage tank And the heating heat exchanger can be installed near the hot water storage tank. Therefore, in the heat pump hot water supply device described in Patent Document 1, the above-described problem in the heat pump hot water supply device before Patent Document 1 was solved.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-28097 A [Patent Document 2]
JP-A-11-193958 [Non-Patent Document 1]
Hiroshi Fujioka, "Theory and Practice of Freon Refrigerator", 4th edition, Kaibundo Co., Ltd., May 20, 1960, p176-177
[Non-patent document 2]
Haruo Yamada, "Refrigerators and Heat Pumps", 6th edition, Yokendo Co., Ltd., January 1, 1963, p187
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the heat pump hot water supply device described in Patent Document 1, the refrigerant circuit straddles the main body and the outdoor unit, so that local refrigerant piping work is required. Also, due to the on-site refrigerant piping work, it has been difficult to prevent a small amount of moisture in the air from entering the refrigerant circuit. As is well known in the art, when water enters the refrigerant circuit, the water freezes into the expansion valve and hinders its operation.In addition, when water is present, the deterioration of the refrigerant and oil in the compressor is promoted, and In addition to the adverse effects on the mechanical parts, there is a possibility that sludge is generated and the reliability of the compressor and the refrigeration circuit is reduced, such as clogging of the expansion valve. In the conventional refrigeration apparatus, when moisture may enter the refrigerant circuit, a dryer is usually connected to the high-pressure side liquid pipe on the inlet side of the expansion device in order to prevent freezing of the expansion device (non-drying). Patent Documents 1 and 2).
[0007]
On the other hand, carbon dioxide (CO ₂ ) has recently attracted attention as a refrigerant for a refrigerating apparatus, particularly a refrigerant for a heat pump type hot water supply apparatus, from the viewpoint of protecting the global environment and its thermal characteristics are suitable for the hot water supply apparatus. However, in a refrigeration system including a heat pump water heater using a carbon dioxide gas refrigerant, the refrigerant pressure and the refrigerant temperature in the high pressure side circuit are high. There was a concern that the granular desiccant inserted in the inside would be crushed. Further, when the desiccant is pulverized, there is a problem that the pulverized debris becomes the expansion device, that is, the expansion device does not operate normally.
However, no solution to such a problem has yet been proposed. That is, in a refrigerating apparatus including a heat pump type hot water supply apparatus using a carbon dioxide gas refrigerant, means for removing moisture that has entered the refrigerant circuit has not been developed yet.
[0008]
The present invention has been made by focusing on the problems existing in such conventional techniques. An object of the present invention is to provide a refrigerating apparatus using a carbon dioxide gas refrigerant capable of removing water contained in a refrigerant circuit and a separate heat pump hot water supply apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted various studies to solve the above-described problems, and as a result, when the dryer is connected to any position of the refrigerant circuit, the moisture contained in the refrigerant is generated during the start-up operation of the refrigeration system. It was experimentally confirmed that it was absorbed by the dryer in an extremely short operation time. That is, it has been found that the installation location of the dryer is not limited to the high-pressure side circuit on the inlet side of the expansion device as conventionally considered, but may be any location in the refrigerant circuit.
[0010]
The refrigeration apparatus and the heat pump type hot water supply apparatus of the present invention were born from the idea of changing the installation location and the experimental confirmation from the viewpoint of such dryer protection.
The refrigeration apparatus of the present invention includes a refrigerant circuit filled with a carbon dioxide gas refrigerant, and a dryer connected to a low-pressure side circuit of the refrigerant circuit.
[0011]
In this case, since the carbon dioxide gas refrigerant is used, the problem of depletion of the ozone layer as in the case of using the chlorofluorocarbon refrigerant can be avoided. Also, by connecting the dryer to the low pressure side of the refrigerant circuit, the problem of crushing of the desiccant stored inside the dryer is solved, and during the start-up operation of the refrigeration system using carbon dioxide gas refrigerant, Moisture can be absorbed by the dryer. As a result, even if moisture enters the refrigerant circuit of the refrigeration apparatus using carbon dioxide gas, it is possible to prevent problems such as freezing of the expansion device and reduced reliability of the compressor and the refrigeration circuit. Became.
[0012]
Further, the heat pump hot water supply apparatus of the present invention is connected and sealed with a compressor, a heating heat exchanger for cooling the gas refrigerant discharged from the compressor with water, an expansion device, and an outdoor heat exchanger using outside air as a heat source medium. A refrigerant circuit formed by filling a closed circuit with a carbon dioxide gas refrigerant; a heat exchanger for heating; a hot water storage tank for storing hot water heated by the heat exchanger for heating; a heat exchanger for heating and hot water storage A hot water supply circuit connected to a circulating pump for circulating hot water for hot water supply between the tank, a main body including a hot water supply circuit including at least the heating heat exchanger, and at least an outdoor heat exchanger The main unit and the outdoor unit can be connected to each other by a communication pipe, and a dryer is connected to a low-pressure side circuit of the refrigerant circuit.
[0013]
In this case, since the carbon dioxide gas refrigerant is used, it is possible to avoid the problem of depletion of the ozone layer when using the CFC refrigerant, and further, since the carbon dioxide gas refrigerant is used, Hot water can be efficiently supplied as a hot water supply device. In addition, by connecting the dryer to the low pressure side of the refrigerant circuit, the problem of crushing of the desiccant stored inside the dryer is solved, and during the start-up operation of the heat pump water heater using carbon dioxide gas refrigerant, The moisture present in the oil of the compressor circulating through the circuit together with the refrigerant and the refrigerant can be absorbed by the dryer. As a result, even when some moisture enters the refrigerant circuit together with air when connecting the main body and the outdoor unit to the refrigerant pipe on site, there are problems such as freezing of the expansion device and reduction in the reliability of the compressor and the refrigeration circuit. Can be prevented. This also makes it possible to commercialize a separate heat pump water heater that separates a refrigerant circuit in a heat pump water heater that uses carbon dioxide gas as a refrigerant. Further, in the present heat pump hot water supply apparatus, the hot water storage tank housed in the main body and the heating heat exchanger can be installed in the vicinity, and the heat loss from the hot water supply pipe can be reduced.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of the heat pump hot water supply apparatus according to Embodiment 1.
[0015]
As shown in FIG. 1, the heat pump hot water supply apparatus according to Embodiment 1 includes a main body 1 and an outdoor unit 2.
[0016]
The main body 1 includes a heating heat exchanger 11 that cools the gas refrigerant discharged from the compressor 17 with hot water to obtain hot water, a hot water tank 12 that stores hot water heated by the heating heat exchanger 11, A hot water supply circuit 13 is connected to a circulation pump 14 that sends hot water heated by the heat exchanger 11 to the hot water tank 12 and sends water from the hot water tank 12 to the heat exchanger 11 for heating. A hot water supply pipe 15 for supplying hot water is connected to an upper part of the hot water tank 12, and a water supply pipe 16 for supplying water to the hot water tank 12 is connected to a lower part of the hot water tank 12.
[0017]
Further, the main body 1 is equipped with a part of equipment constituting a refrigerant circuit of the present heat pump water heater. Specifically, in addition to the heating heat exchanger 11, a compressor 17, an expansion device 18, and a dryer 19 are housed. These devices are connected by a refrigerant pipe in order of a compressor 17, a heat exchanger for heating 11, an expansion device 18, and a dryer 19, and constitute a part of a refrigerant circuit.
[0018]
The outdoor unit 2 houses an outdoor heat exchanger 21 and an outdoor fan 22 for circulating outside air as a heat source for evaporating refrigerant in the outdoor heat exchanger 21. The outdoor heat exchanger 21 is connected between the suction port of the compressor 17 on the main body side and the dryer 19 by communication pipes 31 and 32. Thereby, a closed circuit connecting these devices is formed, and a refrigerant circuit in the present heat pump hot water supply device is formed.
[0019]
The inside of the closed circuit constituting the refrigerant circuit is filled with carbon dioxide gas refrigerant (CO ₂ ). Examples of natural refrigerants that can substitute for CFC refrigerants for refrigeration and air conditioning include hydrocarbons (such as HC: propane and isobutane), ammonia, air, and carbon dioxide (CO ₂ ). However, as a refrigerant characteristic, hydrocarbon and ammonia have high energy efficiency, but have problems of flammability and toxicity, and air has low energy efficiency in regions other than ultra-low temperatures. On the other hand, carbon dioxide gas is safe without flammability or toxicity, and when used as a refrigerant, has a characteristic that a high-temperature compressor discharge gas refrigerant can be obtained. Therefore, carbon dioxide is regarded as a promising refrigerant as a refrigerant capable of avoiding the problem of environmental destruction of the earth, particularly as a refrigerant for heat pump refrigeration systems for hot water supply and heating.
[0020]
The communication pipes 31 and 32 are connected when the main body 1 and the outdoor unit 2 are installed on site. When connecting the communication pipes 31 and 32, first, the insides of the communication pipes 31 and 32 are evacuated to remove moisture. The evacuated communication pipes 31 and 32 are connected between the main body 1 and the outdoor unit 2. As described above, the connection is made while taking care not to allow moisture or air to enter the refrigerant circuit. However, it is difficult to completely prevent moisture from entering.
[0021]
The dryer 19 is attached in order to remove water that has hardly escaped and has entered the refrigerant circuit. In the dryer 19, a granular material of a hydrous metal salt of aluminosilicate is generally contained in a container as a refrigerant desiccant in a refrigeration cycle. The granular material has porosity, and the size of the pores is smaller than the molecules of the refrigerant or oil and larger than the molecules of water. Therefore, when the refrigerant / oil containing water enters the dryer 19, the refrigerant passes downstream from the gap between the granular materials. In addition, water contained in the refrigerant / oil enters the inside through a hole opened on the surface of the granular material and is confined. Thus, the water contained in the refrigerant / oil is removed. In order to remove the moisture contained in the refrigerant / oil by the dryer as described above, it is necessary for the refrigerant to touch the desiccant of the dryer 19 for a certain period of time.
[0022]
Further, the dryer is conventionally mounted in the liquid refrigerant in the high pressure side circuit. However, the high-pressure side circuit of the refrigeration system using the carbon dioxide gas refrigerant has a higher temperature and pressure than the conventional fluorocarbon refrigerant. For this reason, it has been found that when the dryer is installed in such an atmosphere, there is a risk that the desiccant inside the dryer is crushed. Therefore, in order to avoid such a danger, a dryer is attached to the low pressure side circuit of the refrigerant circuit. In this case, if the water in the refrigerant / oil is not removed before the normal refrigeration operation, the problem that the expansion device is clogged due to the freezing of water in the expansion device, which has been a problem in the past, occurs. . However, the inventor has found that the time required for the water in the refrigerant / oil to be removed by touching the dryer is short (for example, one hour) during the start-up operation. In this way, it was found that water could be removed even if the connection position of the dryer 19 was not set to the inlet side of the expansion device 18 but was used as a low pressure side circuit.
[0023]
When hot water is supplied in the above configuration, the compressor 17 is driven, and the heat pump hot water supply device is operated. Moisture that has entered the refrigerant circuit of the heat pump water heater is absorbed by the dryer during the startup operation. In the hot water supply operation of this heat pump type hot water supply apparatus, the refrigerant circulates in the direction indicated by the solid line arrow in FIG. Since the carbon dioxide gas refrigerant has a low critical point, the refrigeration cycle in this heat pump hot water supply apparatus forms a supercritical refrigeration cycle. That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 17 is cooled by exchanging heat with water in the heat exchanger 11 for heating, and the water is heated to become hot water. At this time, since the high pressure is equal to or higher than the critical point, the refrigerant does not condense in the heating heat exchanger 11. The high-pressure gas cooled by the heating heat exchanger 11 is decompressed by the expansion device 18, becomes a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase flow, passes through the dryer 19, and flows to the outdoor heat exchanger 21 of the outdoor unit 2. The low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant exchanges heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 21, removes heat from the outside air, vaporizes, and returns to the compressor 17.
[0024]
Note that the hot water obtained by the heat pump hot water supply device has a higher temperature and pressure than the heat pump hot water supply device in which the discharge gas refrigerant of the compressor 17 uses a CFC gas refrigerant. Higher temperature than.
[0025]
On the other hand, the hot water storage tank 12 is formed so that water is supplied from the water supply pipe 16 and is always full. Then, when supplying hot water to the indoor hot water supply facility, the circulation pump 14 is driven. Thereby, the lower water in the hot water storage tank 12 is supplied to the heating heat exchanger 11. The hot water heated by the heating heat exchanger 11 returns to the upper part of the hot water storage tank 12. By repeating such circulation, hot water is supplied to the upper part in the hot water storage tank 12. In addition, since hot water and water do not mix, the amount of hot water in the upper layer increases with time, the amount of low-temperature water in the lower layer decreases, and finally the hot water tank 12 is filled with hot water. Become. In addition, for supplying hot water to hot water supply facilities such as a bathtub and a washroom, hot water stored in an upper portion of the hot water tank 12 is supplied by a hot water supply pipe 15 connected to an upper portion of the hot water tank 12.
[0026]
According to the present embodiment, since the carbon dioxide gas refrigerant is used, it is possible to avoid the problem of depletion of the ozone layer such as the CFC refrigerant, and furthermore, it is possible to efficiently supply high-temperature hot water as a hot water supply device. it can.
Further, since the dryer 19 is connected to the low pressure side circuit of the refrigerant circuit, the problem of crushing of the desiccant stored in the dryer 19 is solved, and moisture in the refrigerant is removed during the start-up operation of the refrigeration system. 19 can be absorbed. That is, when the main unit 1 and the outdoor unit 2 are connected at the installation site by the connection pipes 31 and 32, it is inevitable that some moisture enters the refrigerant circuit together with the air. The infiltrated moisture is absorbed by the dryer 19 during the start-up operation of the refrigerating device, and problems such as freezing in the expansion device 18 and reduction in the reliability of the compressor 17 and the refrigerating circuit can be prevented. As a result, in a heat pump water heater using carbon dioxide gas as a refrigerant, a practical use of a separate heat pump water heater that separates a refrigerant circuit was enabled.
[0027]
Further, in the present heat pump hot water supply device, the main body 1 including the hot water supply circuit 13 including at least the heating heat exchanger 11 and the outdoor unit 2 including at least the outdoor heat exchanger 21 are formed separately. Therefore, the hot water storage tank 12 and the heat exchanger 11 for heating can be installed in the vicinity, and the heat loss from the hot water supply pipe can be reduced.
[0028]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In the above-described first embodiment, the compressor 17, the expansion device 18, and the dryer 19 are housed in the main body 1, but in the second embodiment, these devices are housed in the outdoor unit 2. The main body 1 and the outdoor unit 2 are connected by connecting pipes 31 and 32.
[0029]
In the second embodiment, as in the first embodiment, a carbon dioxide gas refrigerant is used, and the dryer is connected in the low-pressure circuit. Therefore, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
[0030]
Further, as can be seen from Embodiments 1 and 2 described above, in the present invention, main body 1 includes hot water supply circuit 13 including at least heat exchanger 11 for heating, and heat exchange circuit for heating near hot water tank 12. What is necessary is just a thing provided with the basic composition which enabled arrangement of vessel 11 and hot water supply circuit 13. Various modifications can be made as long as the main body 1 has this basic configuration. In addition, the outdoor unit 2 only needs to include at least the outdoor heat exchanger 21 and be able to pump the evaporation heat source from the outside air, and may have a configuration other than the first and second embodiments.
[0031]
【The invention's effect】
In the present invention, since a carbon dioxide gas refrigerant is used, problems such as ozone layer destruction can be avoided, and high-temperature hot water can be supplied efficiently.
Further, in the present invention, by connecting the dryer to the low pressure side of the refrigerant circuit, the problem of crushing the desiccant stored in the dryer is solved, and during the start-up operation of the refrigeration system using the carbon dioxide gas refrigerant, The moisture in the refrigerant can be absorbed by the dryer.
As a result, even if moisture may enter the refrigerant circuit of the refrigeration system using carbon dioxide gas (for example, in a separation type heat pump water heater, air is supplied to the refrigerant circuit when connecting refrigerant piping on site. It is possible to prevent problems such as freezing of the expansion device and deterioration of the reliability of the compressor and the refrigeration circuit.
Thereby, the hot water storage tank and the heating heat exchanger are separated by separating the main body containing the hot water supply circuit including the heating heat exchanger and the outdoor unit containing the outdoor heat exchanger that pumps up the evaporation heat from the outside air. The practical use of a separation type heat pump type hot water supply apparatus which can be arranged in the vicinity to reduce the heat loss from the hot water supply pipe becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 2 Outdoor unit 11 Heat exchanger for heating 12 Hot water storage tank 13 Hot water supply circuit 14 Circulation pump 15 Hot water supply pipe 16 Water supply pipe 17 Compressor 18 Expansion device 19 Dryer 21 Outdoor heat exchanger 22 Outdoor fan 31 Communication pipe 32 Communication pipe

Claims

A refrigeration apparatus comprising: a refrigerant circuit filled with a carbon dioxide gas refrigerant; and a dryer connected to a low pressure side circuit of the refrigerant circuit.

A sealed circuit is formed by connecting a compressor, a heat exchanger for heating for cooling the gas refrigerant discharged from the compressor with water, an expansion device, and an outdoor heat exchanger using outside air as a heat source medium to form a closed circuit. A refrigerant circuit filled with the refrigerant, a hot water storage tank for storing hot water heated by the heating heat exchanger, and a circulation pump for circulating hot water for hot water supply between the heating heat exchanger and the hot water storage tank are connected. And a hot water supply circuit,
A main body provided with a hot water supply circuit including at least the heating heat exchanger and an outdoor unit provided with at least an outdoor heat exchanger are formed separately, and the main body and the outdoor unit can be connected to each other by a communication pipe. Further, a heat pump type hot water supply apparatus characterized in that a dryer is connected to the low pressure side circuit of the refrigerant circuit.