JP5921777B1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機１と、複数の冷媒経路を有する凝縮器本体２１を備えた多パス型の凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４とを有し、冷媒が循環する冷凍サイクルと、圧縮機１から吐出された冷媒から熱を回収して被熱交換媒体を加熱する排熱熱交換器５と、凝縮器本体２１の複数の冷媒経路に冷媒を均等に分配する均等分配手段とを備えた。

Description

本発明は、冷凍、空調、給湯等の用途に利用する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、冷凍機および空調機などの冷凍サイクル装置の排熱利用システムとしては、特許文献１に示すように、店舗に設置されるショーケースなどに接続される冷凍機と、その冷凍機の排熱を利用して店舗内に温水を供給する給湯装置とを備えたものがある。この排熱利用システムでは、冷凍機の圧縮機から吐出され、凝縮器に流入する前の高温高圧の吐出ガス冷媒から排熱を回収するようにしている。

特開２００９−２９３８３９号公報（要約、図２）

一般的な冷凍サイクル装置の凝縮器は、凝縮器本体に流入する冷媒を分配するヘッダーを備えており、ヘッダーに流入する冷媒が気相である場合、ヘッダーで冷媒を均等に分配して凝縮器本体の各冷媒経路に流入させることができる。しかし、圧縮機から吐出された吐出ガス冷媒が凝縮器に流入する前に熱回収されて凝縮し、気液二相となった場合、ヘッダーで均等に分配できず、冷凍機の性能低下を引き起こす可能性がある。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、吐出ガス冷媒から排熱回収しても、常に凝縮器の各冷媒経路への冷媒分配を均等にし、性能低下を回避することで高い省エネ性を得ることが可能な冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、複数の冷媒経路を有する凝縮器本体を備えた多パス型の空冷式の凝縮器と、減圧手段と、蒸発器とを有し、冷媒が循環する冷凍サイクルと、圧縮機から吐出された冷媒が通過する配管と凝縮器とは異なる被熱交換媒体が通過する配管との間で熱交換を行い、被熱交換媒体を加熱する熱交換器と、凝縮器本体の複数の冷媒経路に冷媒を均等に分配する均等分配手段とを備え、均等分配手段は、凝縮器をバイパスすると共に熱交換器が配置された第１バイパス回路と、第１バイパス回路における熱交換器の冷媒出口と冷凍サイクルにおける凝縮器の冷媒入口とを接続する第２バイパス回路とを備え、被熱交換媒体の温度が冷媒の凝縮温度未満であれば、圧縮機から吐出されて凝縮器に向かう冷媒の一部を第１バイパス回路に流入させて熱交換器を通過させ、被熱交換媒体の温度が冷媒の凝縮温度以上であれば、圧縮機から吐出された冷媒を第１バイパス回路に流入させて熱交換器に通過させた後、第２バイパス回路から凝縮器に流入させるものである。

本発明によれば、性能低下を回避して高い省エネ効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器における分配器を示した図である。 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置において第１均等分配手段が設置された構成を表す図である。 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置に第６均等分配手段を備えた構成を表す図である。 図４の排熱熱交換器に流入する水の水温度と凝縮温度との関係に応じた図４の各切替え弁の動作説明図である。 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器における分配器の他の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１を説明する。この実施の形態１は、冷凍サイクル装置の圧縮機から吐出された高温高圧の吐出ガス冷媒を凝縮器に搬送する冷媒配管の途中に、吐出ガス冷媒の熱を利用するための排熱熱交換器を設ける。そして、この排熱熱交換器に、貯水タンクに溜める温水を製造するための水を循環させて排熱ガス冷媒と水とを熱交換させるものである。

また、本実施の形態１では、排熱熱交換器で温めた水を貯水タンクに導入して加熱するが、貯水タンク内の水温が設定温度まで達していない場合、貯水タンク内に設置された電気ヒータで貯水タンク内の水をさらに加熱して設定温度にする構成としている。これにより、排熱利用無しと比較してヒータ加熱量を大幅に低減でき、高い省エネ効果が得られる。また、電気ヒータの容量も低減でき、コスト低減も可能となる。

さらに、上記構成とすることで、排熱熱交換器で吐出ガス冷媒が水で冷却されるため、凝縮温度が低下する。よって、圧縮比が低下することから圧縮機入力が低減し、冷凍機自身の省エネ効果を得ることができる。または、凝縮器が空冷式の場合、排熱熱交換器での冷却で凝縮温度が低下するため、凝縮器用の送風機の回転数を低下でき、省エネ効果を得ると共に、送風機の運転騒音も低減可能となる。従って、本実施の形態１のシステムは、住宅の密集するコンビニエンスストアなどの店舗用として採用すると特に効果大である。

以下、本発明に係る冷凍装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１および後述の図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。
本実施の形態１における冷凍サイクル装置は、冷凍機１００と、この冷凍機１００とは別に、給湯システムとして流し台などに温水を供給するための温水器１０１とを備えている。

図１に示す冷凍機１００内には、圧縮機１および凝縮器２が設置され、コンビニエンスストアなどの店舗内のショーケース１０２内には減圧手段としての膨張弁３と蒸発器４とが設置されている。冷凍機１００とショーケース１０２とは冷媒配管１１によって接続され、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３および蒸発器４に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成している。また、圧縮機１と凝縮器２との間には排熱熱交換器５が設置され、圧縮機１から吐出された高温高圧の吐出ガス冷媒が冷媒配管１１を介して排熱熱交換器５に流れた後、冷凍機１００内の凝縮器２に流れるようになっている。

また、排熱熱交換器５には温水器１０１の貯水タンク６から、被熱交換媒体である水が水配管１２を介して導かれる。水配管１２には水循環ポンプ７が設けられ、貯水タンク６の水を排熱熱交換器５に流し、その後、貯水タンク６に戻す循環路が水配管１２で構成されている。排熱熱交換器５に導かれた水は、冷媒配管１１を介して導かれた吐出ガス冷媒と熱交換した後、貯水タンク６内に戻される。

本実施の形態１では、水循環ポンプ７の吸込側の水配管１２には給水配管（図示せず）が接続されており、水道からの水が給水配管を介して水配管１２に給水されるようになっている。貯水タンク６内には貯水タンク６内の水（加熱された温水も含めて便宜上、水と称する）を加熱するための電気ヒータ８が設置され、後述の制御部１１０は、供給する温水が設定温度以下の場合に貯水タンク６内の水を加熱するように電気ヒータ８を制御する。

凝縮器２は、複数の冷媒経路を有する多パス型の熱交換器であり、凝縮器本体２１と、凝縮器本体２１の冷媒入口側に配置され、各冷媒経路に冷媒を分配するための分配器２２とを備えている。

図２は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器における分配器を示した図である。
分配器２２は、ヘッダーであり、主管２２ａと、主管２２ａに一端が接続された入口管２２ｂと、主管２２ａに一端が接続され、他端が凝縮器本体２１の各冷媒経路に接続される複数の分岐管２２ｃとを備えた構成となっている。

以上のように構成された冷凍サイクル装置において圧縮機１で圧縮された高温高圧の吐出ガス冷媒は、排熱利用のため、冷媒配管１１を介して排熱熱交換器５に導入される。排熱熱交換器５に導入された吐出ガス冷媒は、温水器１０１の貯水タンク６から水循環ポンプ７により排熱熱交換器５に導入される水と熱交換して冷却される。一方、排熱熱交換器５に流入した水は吐出ガス冷媒との熱交換により加熱され、加熱された水は水配管１２を介して貯水タンク６内に戻る。

なお、本実施の形態１により製造された温水用途は、給湯の他、床暖房、ロードヒーティングなどにも利用することも可能である。従って、被熱交換媒体は、水の他に、ブライン、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ_２、アンモニア、空気などの流体でも構わない。

この冷凍サイクル装置はさらに、冷凍サイクル装置全体を制御する制御部１１０を備えている。制御部１１０は例えばＣＰＵ等の制御演算処理手段を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。また、制御部１１０は記憶手段（図示せず）を有しており、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理手段がプログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。

本実施の形態１では、圧縮機１からの吐出ガス冷媒の排熱を利用して貯水タンク６の水を加熱する構成としている。このため、凝縮器２での熱交換量を低減でき、凝縮温度を低下、すなわち圧縮比を低下し、圧縮機１の入力低減を実現できる。このように、本実施の形態１によれば、冷凍機１００の運転圧縮比を縮小することで消費電力量を低減して省エネ効果を得る。

凝縮器２用の送風機９の回転数制御は、一般に、高圧圧力または凝縮温度に基づいて行われている。本実施の形態１において凝縮器２に流入する冷媒は、排熱熱交換器５にて貯水タンク６からの水で冷却され、温度が低下している。このため、凝縮器２での熱交換量が低減する。この結果、本実施の形態１の排熱利用時の送風機９の回転数は、熱交換量が低下した分だけ回転数を低く制御することが可能となる。

このように、本実施の形態１によれば、空冷式の凝縮器２を用いる場合、送風機９の運転騒音を低減することが可能となり、住宅密集地などのコンビニエンスストアなどに採用した場合、環境に特に配慮したシステムを提供できる効果がある。

しかしながら、一般的な冷凍機１００の凝縮器２では、凝縮器２の入口の冷媒、すなわち分配器２２に流入する冷媒が、排熱回収の結果、凝縮して気液二相となった場合、凝縮器本体２１の各冷媒経路に流入する液成分を均等に分配することができず、冷凍機１００の性能低下を引き起こす可能性がある。そこで、本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、吐出ガス冷媒から排熱回収しても、常に凝縮器本体２１の各冷媒経路に冷媒を均等に分配する均等分配手段を有し、性能低下を確実に回避する構成としている。以下、均等分配手段として８通りの具体的な構成ついて説明する。なお、均等分配手段は、大きく分けて２つのタイプに分けられ、凝縮器２入口（排熱熱交換器５出口）の冷媒状態がガス単相となるようにする（つまり、気液二相にならないようにする）ことで均等分配するガス単相分配タイプと、凝縮器２入口（排熱熱交換器５出口）が気液二相のときであっても均等分配する気液二相分配タイプとを有する。

［ガス単相分配タイプ］
ガス単相分配タイプの均等分配手段には６種類ある。以下順に説明する。

（第１均等分配手段）
第１均等分配手段は、気液分離器１３で構成されている。以下、詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置において第１均等分配手段が設置された構成を表す図である。
気液分離器１３は、凝縮器２の入口に設置され、排熱熱交換器５から流出した気液二相冷媒を液冷媒およびガス冷媒に分離するものである。よって、凝縮器２入口の冷媒が気液二相であっても、気液二相冷媒を分配器２２に流入する前に気液分離器１３を通過させ、ガス単相冷媒を凝縮器２の分配器２２に流入させることが可能となる。従って、従来と同様に分配器２２としてヘッダーを用いて凝縮器本体２１の各冷媒経路に冷媒を均等分配可能となる。なお、気液分離器１３で分離された液冷媒は、配管１３ａを介して凝縮器２出口の液冷媒に合流させる構成とする。

（第２均等分配手段）
第２均等分配手段は、排熱熱交換器５の出口冷媒の冷媒状態がガス単相となるように圧縮機１の容量を制御する手段で構成されている。以下、詳細に説明する。

排熱熱交換器５の出口冷媒の過熱度が小さい場合、制御部１１０は圧縮機回転数を増加させて過熱度を拡大することで、排熱熱交換器５の出口冷媒がガス単相となるようにする。制御部１１０は、排熱熱交換器５出口の冷媒過熱度を直接検知して制御してもよいが、圧縮機１入力と吐出ガス冷媒の顕熱量（吐出ガス冷媒を飽和ガスとなるまで冷却する熱交換量）とがほぼ同等のため、排熱熱交換器５の熱交換量を圧縮機入力以下とする制御方法を用いてもよい。

（第３均等分配手段）
第３均等分配手段は、冷凍サイクル装置の運転中、常に、排熱熱交換器５で冷媒が凝縮しないように、大きさが調整された排熱熱交換器５で構成される。以下、詳細に説明する。

本実施の形態１の冷凍サイクル装置は年間を通して運転されるため、環境条件によって冷凍機１００の冷却負荷、温水器１０１への給水温度が変化する。このため、最も排熱熱交換器５で凝縮しやすい環境条件、例えば冬期運転を想定し、このときに冷媒が凝縮しない大きさに排熱熱交換器５を選定すれば、通年で凝縮しない大きさとなる。なお、例とした冬期運転は、外気温度が低い中で運転されるため、冷凍機１００の冷却負荷が小さく、水温度も低いことから、本実施の形態１において最も排熱熱交換器５で凝縮しやすい条件ということになる。

このように排熱熱交換器５の大きさを調整し、冷媒が凝縮しない構成とすることで、冷凍サイクル装置の運転中、常に、凝縮器２に流入する冷媒をガス単相とすることができる。

（第４均等分配手段）
第４均等分配手段は、排熱熱交換器５で冷媒が凝縮しないように、排熱熱交換器５に流入する水流量を制御する手段で構成されている。以下、詳細に説明する。

排熱熱交換器５の出口冷媒の過熱度が小さい場合、制御部１１０は水循環ポンプ７を制御して水流量を低下させ、排熱熱交換器５での熱交換量を低減して排熱熱交換器５の出口冷媒の過熱度を拡大する。排熱熱交換器５の出口冷媒の過熱度を拡大することで、排熱熱交換器５の出口冷媒がガス単相となるようにする。制御部１１０は、圧縮機１の容量制御（第２均等分配手段）と同様に、排熱熱交換器５出口の冷媒過熱度を直接検知して制御してもよいが、圧縮機１入力と吐出ガス冷媒の顕熱量（吐出ガス冷媒を飽和ガスとなるまで冷却する熱交換量）とがほぼ同等のため、排熱熱交換器５の熱交換量を圧縮機１入力以下とする制御方法を用いてもよい。水流量の制御方法は、上述のように水循環ポンプ７の容量を制御しても良いが、水流路抵抗を制御しても良い。

（第５均等分配手段）
第５均等分配手段は、排熱熱交換器５で冷媒が凝縮しないように、排熱熱交換器５へ流入する水を、冷凍機１００の冷媒凝縮温度以上に加熱する加熱手段で構成されている。以下、詳細に説明する。

排熱熱交換器５へ流入する水の温度を冷媒の凝縮温度以上とすれば、冷却される側の冷媒は確実に凝縮することがない。水温度を凝縮温度以上とするには、温水器１０１の電気ヒータ８で予め加熱しても良いし、別の熱源を備えても良い。

（第６均等分配手段）
第６均等分配手段は、排熱熱交換器５へ流入する水の温度が冷媒凝縮温度未満であれば、吐出ガス冷媒の一部だけを排熱熱交換器５に通して水と熱交換させる。一方、排熱熱交換器５へ流入する水の温度が冷媒凝縮温度以上であれば、吐出ガス冷媒の全てを排熱熱交換器５に通して水と熱交換させる。以下、詳細に説明する。

水温度が冷媒凝縮温度より低温であれば、その水温度の水と吐出ガス冷媒とを排熱熱交換器５で熱交換すると、吐出ガス冷媒の温度が凝縮温度よりも下がって凝縮し、二相冷媒が凝縮器２に流入する可能性がある。つまり、水温度が冷媒凝縮温度より低温であるときに、全ての吐出ガス冷媒を排熱熱交換器５を介して凝縮器２に流入させる構成とすると、二相冷媒が凝縮器２に流入する可能性がある。よって、吐出ガス冷媒の一部だけを排熱熱交換器５に通して凝縮させた後、凝縮器２の出口に合流させ、その他の吐出ガス冷媒は排熱熱交換器５に通さず、そのまま凝縮器２に流入させる。よって、凝縮器２に流入する冷媒はガス冷媒であるため、分配器２２で冷媒を均等分配できる。

一方、水温度が冷媒凝縮温度以上の高温であるときは、冷媒凝縮温度以上の水と熱交換しても冷媒温度は冷媒凝縮温度より下がらず、凝縮することがない。よって、水温度が冷媒凝縮温度以上の高温であるときは、吐出ガス冷媒の全てを排熱熱交換器５に通して水と熱交換させた後、凝縮器２に流入させるようにする。以下、具体的な構成について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置に第６均等分配手段を備えた構成を表す図である。図５は、図４の排熱熱交換器に流入する水の水温度と凝縮温度との関係に応じた図４の各切替え弁の動作説明図である。
上記図１の構成では、圧縮機１から吐出された吐出ガス冷媒の全てが必ず排熱熱交換器５を通過する構成としていたが、図４では、吐出ガス冷媒の一部と通過させるか、全てを通過させるかを選択可能な構成としている。

第６均等分配手段は、凝縮器２の入口と出口とを接続するバイパス回路３０を備えており、バイパス回路３０に排熱熱交換器５を設置する。また、第６均等分配手段は、排熱熱交換器５の出口と凝縮器２入口とを接続するもう一つのバイパス回路３１を備える。第６均等分配手段はさらに、バイパス回路３０の開閉を行う切替え弁３０ａと、バイパス回路３１の開閉を行う切替え弁３１ａと、圧縮機１と凝縮器２との間の主回路においてバイパス回路３０への分岐部の下流に備えられた切替え弁３２とを備える。

排熱熱交換器５に流入する水温度が冷媒凝縮温度より低い場合、図５に示すように切替え弁３０ａと切替え弁３２とを開放、切替え弁３１ａを遮断し、圧縮機１から吐出された冷媒が、直接凝縮器２に向かう流路と、バイパス回路３０を介して排熱熱交換器５を通過した後、凝縮器２の出口に向かう流路とを形成する。これにより、圧縮機１から吐出された吐出ガス冷媒の一部が排熱熱交換器５に流入して凝縮熱（吐出ガス冷媒の排熱）により水を加熱して排熱熱交換器５から流出する。一方、吐出ガス冷媒の残りは、ガス単相のまま凝縮器２に流入される。よって、凝縮器２に流入する冷媒は分配器２２で均等に分配されて凝縮器本体２１の各冷媒経路を通過する。凝縮器本体２１の各冷媒経路を通過後の冷媒は、排熱熱交換器５を通過後の冷媒と合流する。

このように、吐出ガス冷媒の一部を排熱熱交換器５に流入させて凝縮熱により水を加熱する場合、バイパス回路３０の流量を調整し、確実に排熱熱交換器５で過冷却が得られるようにすれば、凝縮器２出口で合流後の冷媒も確実に過冷却を確保できる。液冷媒の過冷却が確保できなければ、膨張弁３入口で気液二相となるため、流量が低下して冷凍能力低下を引き起こしたり、ハンチングを起こして不安定な運転となったり、騒音が大きくなったり、といった不具合が生じる。このため、凝縮器２出口の冷媒は過冷却を確保する必要がある。バイパス回路３０の流量を制御するには、バイパス回路３０に流量調整弁を設置して、制御部１１０にて流量調整弁の開度を制御すればよい。

一方、水温度が冷媒凝縮温度以上の場合、図５に示すように切替え弁３０ａおよび切替え弁３２を遮断、切替え弁３１ａを開放する。この場合、実施の形態１と同様の流路が形成される。よって、圧縮機１から吐出された吐出ガス冷媒の全てが排熱熱交換器５に流入し、吐出ガス冷媒の排熱で水を加熱する。吐出ガス冷媒との熱交換で水が加熱されても、水温度が凝縮温度以上のため、冷媒は凝縮しない。よって、ガス単相冷媒が凝縮器２に流入することになり、凝縮器２の分配器２２は冷媒を凝縮器本体２１の各冷媒経路へ均等分配できる。

［気液二相分配タイプ］
気液二相分配タイプの均等分配手段には３種類ある。以下、順に説明する。

（第７均等分配手段）
第７均等分配手段は、排熱熱交換器５から流出した冷媒が気液二相のときに、冷媒の流動様式を環状流または環状噴霧流として分配するように、入口管２２ｂの配管径を設定したものである。以下、詳細に説明する。

凝縮器２入口上流の冷媒が気液二相であっても、分配器２２の入口管２２ｂで冷媒の流動様式を環状流または環状噴霧流とすることで、液状冷媒を均等分配できる。流動様式は主に冷媒の乾き度と分配器２２入口の冷媒流速とから決まるため、入口管２２ｂを流れる冷媒の流動様式が環状流または環状噴霧流となる乾き度および冷媒流速となるように排熱熱交換器５の熱交換量と分配器２２入口の配管径とを調節する。一般的に冷媒流速を速くする（分配器２２の入口管２２ｂの配管径を小さくする）ことで環状流または環状噴霧流となり、乾き度に応じて環状流または環状噴霧流のどちらとなるかが決まる。具体的には乾き度を増加させるに連れ、すなわち排熱熱交換器５の熱交換量を小さくするに連れ、環状流から環状噴霧流に近づく。

入口管２２ｂの配管径の設定によって、入口管２２ｂを流れる冷媒を均質流である環状噴霧流に確実にできる場合は、分配器２２は図２に示したヘッダーで構成できる。しかし、入口管２２ｂを流れる冷媒が環状流となる可能性がある場合は、分配器２２には、次の図６に示す分配器を用いた方がよい。

図６は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の凝縮器における分配器の他の構成例を示した図である。
上記図２に示した分配器２２は、主管２２ａの側面に複数の分岐管２２ｃが接続された構成であった。図６に示した分配器２２は、主管２２ａの冷媒流入側の端部に一端が接続された入口管２２ｂと、主管２２ａの冷媒流出側に一端が接続され、他端が凝縮器本体２１の複数の冷媒経路に接続される複数の分岐管２２ｃを備え、主管２２ａ内の液膜生成部２３に分岐管２２ｃへの冷媒入口（分配口）が設けられた構成を有する。入口管２２ｂの配管径は、入口管２２ｂを流れる冷媒の流動様式が少なくとも環状流となるように設定されている。

入口管２２ｂを流れる冷媒が環状流の可能性がある場合、図６に示した分配器２２を用いることで、均等分配の確実性を高めることができる。また、重力の影響による分配の偏りをなくすために、図６に示した分配器２２の分岐管２２ｃが鉛直方向を向く姿勢で分配器２２を配置するとさらに効果的である。

（第８均等分配手段）
第８均等分配手段は、凝縮器２を構成する分配器２２の分岐管２２ｃの数を２本とし、凝縮器本体２１への分配を二分岐のみとしたものである。以下、詳細に説明する。

凝縮器２に流入する冷媒の分岐数が多くなると均等分配が難しくなることから、凝縮器２における冷媒経路を二つとし、凝縮器本体２１への分配を二分岐のみとする。これにより、分岐数が多い場合に比べて冷媒を各冷媒経路に均等に分配することが可能となる。そして、このように二分岐分配とした場合でも、上記のように冷媒の流動様式を環状流または環状噴霧流としたり、重力の影響を受けない設置姿勢としたりすれば、さらに均等分配に効果的である。

（第７、第８均等分配手段の共通の効果）
凝縮器２入口の冷媒が気液二相となると均等分配できない従来構成では、凝縮器２入口の冷媒が気液二相とならないように排熱熱交換器５の熱交換量を制限する必要が生じる。しかし、第７、第８均等分配手段を用いることで、凝縮器２入口の冷媒が気液二相となっても、上述したように凝縮器２で均等分配が可能となる。よって、排熱熱交換器５に対する熱交換量の制限が無くなるため、排熱熱交換器５の面積を拡大して熱交換量を大幅に増大できる。その結果、排熱熱交換器５で吐出ガス冷媒から回収する排熱量を増大でき、水の沸き上げ時間を大幅に短縮でき、温水使用量が多い場合でも対応可能となる。

以上説明したように本実施の形態１によれば、圧縮機１から吐出された吐出ガス冷媒から排熱回収しても、凝縮器２の各冷媒経路への冷媒分配を均等にする均等分配手段を備えたので、冷凍機１００の性能低下を確実に回避することができる。また、吐出ガス冷媒の排熱を有効に利用できるため、年間を通して高い省エネ性を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
上記実施の形態１は排熱熱交換器５の下流に分配器２２を設けた構成であったが、実施の形態２は排熱熱交換器５の上流、つまり排熱熱交換器５と圧縮機１との間に分配器２２を設けたものである。実施の形態２では、分配器２２が均等分配手段に相当し、排熱熱交換器５の上流側で冷媒を分配することを特徴とする。分配器２２は、図２に示したヘッダーで構成される。

以上の構成とすることで、分配器２２に流入する冷媒は必ずガス単相となるため、気液二相での分配となる可能性が無く、分配器２２として用いたヘッダーで確実に冷媒を均等分配可能となる。

また、排熱熱交換器５は排熱の回収効率を高めるため、分配器２２で分配後の各冷媒全てから排熱回収できるように、分配器２２で分配後の各冷媒が通過して被熱交換媒体と熱交換するように構成されている。例えば、排熱熱交換器５は、被熱交換媒体である水が流れるシェル状の流路内に、分配後の各冷媒が流れる各配管を挿入したシェルアンドチューブ型熱交換器で構成する。排熱熱交換器５の構成として他には、分配後の各冷媒が流れる各配管と水が流れる配管とを接触させて熱交換させる構成とする。このような構成であれば、水が、分配後の冷媒全てと熱交換する排熱熱交換器５であっても、コンパクトかつ高効率で熱交換可能となる。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、単相分配（確実に均等）と二相分配（排熱熱交換量の制限無し）の両効果を同時に得ることができる。

実施の形態１または実施の形態２における冷凍機１００では、圧縮機１からの吐出ガス冷媒が高温となる必要がある。ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、またはＣＯ_２、アンモニアなど自然冷媒を含めてこれらの冷媒は全て高温となり得るため、排熱利用に適している。

本発明は、冷凍装置、給湯装置および温水利用装置が設置される店舗（コンビニエンスストア、スーパーマーケット）で利用して特に効果が大である。特にコンビニエンスストアは多数存在するから、各店舗で本発明を採用することで省エネルギー化によるＣＯ_２削減効果は非常に大きく、環境問題の改善に極めて有用な発明である。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 蒸発器、５ 排熱熱交換器（熱交換器）、６ 貯水タンク、７ 水循環ポンプ、８ 電気ヒータ、９ 送風機、１１ 冷媒配管、１２ 水配管、１３ 気液分離器、１３ａ 配管、２１ 凝縮器本体、２２ 分配器、２２ａ 主管、２２ｂ 入口管、２２ｃ 分岐管、２３ 液膜生成部、３０ バイパス回路（第１バイパス回路）、３０ａ 切替え弁、３１ バイパス回路（第２バイパス回路）、３１ａ 切替え弁、３２ 切替え弁、６０ 積層プレート式熱交換器、７０ シェルアンドチューブ式熱交換器、１００ 冷凍機、１０１ 温水器、１０２ ショーケース、１１０ 制御部。

Claims (5)

1. 圧縮機と、複数の冷媒経路を有する凝縮器本体を備えた多パス型の空冷式の凝縮器と、減圧手段と、蒸発器とを有し、冷媒が循環する冷凍サイクルと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒が通過する配管と前記凝縮器とは異なる被熱交換媒体が通過する配管との間で熱交換を行い、前記被熱交換媒体を加熱する熱交換器と、
   前記凝縮器本体の前記複数の冷媒経路に前記冷媒を均等に分配する均等分配手段と
   を備え、
   前記均等分配手段は、
   前記凝縮器をバイパスすると共に前記熱交換器が配置された第１バイパス回路と、第１バイパス回路における前記熱交換器の冷媒出口と前記冷凍サイクルにおける前記凝縮器の冷媒入口とを接続する第２バイパス回路とを備え、
   前記被熱交換媒体の温度が前記冷媒の凝縮温度未満であれば、前記圧縮機から吐出されて前記凝縮器に向かう冷媒の一部を前記第１バイパス回路に流入させて前記熱交換器を通過させ、
   前記被熱交換媒体の温度が前記冷媒の凝縮温度以上であれば、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記第１バイパス回路に流入させて前記熱交換器に通過させた後、前記第２バイパス回路から前記凝縮器に流入させる
   冷凍サイクル装置。
2. 前記第１バイパス回路は、前記凝縮器をバイパスする前記冷媒の流量を制御する流量調整弁を備えた
   請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記流量調整弁は、前記熱交換器で冷媒が過冷却されるように調整される
   請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒は、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ_２、アンモニアであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記被熱交換媒体は、水、ブライン、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ_２、アンモニア、空気であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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