(57)【要約】【課題】１つの冷凍サイクル装置で給湯と冷却とを行なう。【解決手段】高圧冷媒通路２ａの下流で分岐して第２膨張弁４ｂ・ブライン冷却熱交換器９の低圧冷媒通路９ａを通って冷媒圧縮機１の上流で合流し第１冷媒回路Ｒ１と並列となった第２冷媒回路Ｒ２と、ブライン冷却熱交換器９のブライン通路９ｂ・冷冷ブライン循環ポンプ８・端末熱交換器１０を環状に接続した冷ブライン回路Ｂ１とを備え、第２冷媒回路Ｒ２に冷媒を流通させると共に冷冷ブライン循環ポンプ８を作動させて、低圧冷媒通路９ａを流通する低温低圧の冷媒とブライン通路９ｂを流通するブラインとを熱交換させてブラインを冷却する。これにより、熱源を統合した１つの簡素な冷凍サイクル装置で、給湯と冷却とを行なうことができるうえ、排冷熱を利用しているため省エネルギーともなる。また、装置費用やランニングコストを低く抑えることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する冷媒圧縮機（１）、水熱交換器（２）の高圧冷媒通路（２ａ）、第１減圧膨張手段（４ａ）、及び空気熱交換器（５）を環状に接続した第１冷媒回路（Ｒ１）と、
前記水熱交換器（２）の給湯用水通路（２ｂ）、給湯用水循環ポンプ（６）及び貯湯槽（７）を環状に接続した給湯用水加熱回路（Ｋ）とを備え、
前記冷媒圧縮機（１）及び前記給湯用水循環ポンプ（６）を作動させ、前記高圧冷媒通路（２ａ）を流通する高温高圧の冷媒と前記給湯用水通路（２ｂ）を流通する給湯用水とを熱交換させて前記給湯用水を加熱するヒートポンプ式給湯装置において、
前記高圧冷媒通路（２ａ）の下流で前記第１冷媒回路（Ｒ１）と分岐し、第２減圧膨張手段（４ｂ）及びブライン冷却熱交換器（９）の低圧冷媒通路（９ａ）を通って前記冷媒圧縮機（１）の上流で前記第１冷媒回路（Ｒ１）と合流し、前記第１冷媒回路（Ｒ１）と並列となった第２冷媒回路（Ｒ２）と、
前記ブライン冷却熱交換器（９）のブライン通路（９ｂ）、冷ブライン循環ポンプ（８）及び端末熱交換器（１０）を環状に接続したブライン回路（Ｂ）とを備え、
前記第２冷媒回路（Ｒ２）に冷媒を流通させると共に前記冷ブライン循環ポンプ（８）を作動させて、前記低圧冷媒通路（９ａ）を流通する低温低圧の冷媒と前記ブライン通路（９ｂ）を流通するブラインとを熱交換させて前記ブラインを冷却することを特徴とする冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記第１冷媒回路（Ｒ１）と前記第２冷媒回路（Ｒ２）とを切り換える冷媒回路切換手段（３ａ、３ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記空気熱交換器（５）の能力と、前記ブライン冷却熱交換器（９）の能力とを略同等としたことを特徴とする請求項２に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記端末熱交換器（１０）を端末（１１）内に配置して、前記端末（１１）内を冷却・保冷することを特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記水熱交換器（２）を通過した高圧冷媒が流通する高圧側冷媒通路（１３ａ）と、前記空気熱交換器（５）もしくは前記ブライン冷却熱交換器（９）を通過した低圧冷媒が流通する低圧側冷媒通路（１３ｂ）とを備え、
前記低圧側冷媒通路（１３ｂ）を流通する前記低圧冷媒を加熱することで前記高圧側冷媒通路（１３ａ）を流通する前記高圧冷媒の放熱を行なう冷媒放熱用熱交換器（１３）を設けたこと特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
冷媒回路（Ｒ）内の冷媒を気液分離して気相冷媒を前記冷媒圧縮機（１）に供給する気液分離器（５５）を備えると共に、
前記第１減圧膨張手段（４ａ）および前記第２減圧膨張手段（４ｂ）に換わる減圧膨張手段として、前記冷媒圧縮機（１）で加圧され前記水熱交換器（２）を経由して流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル（１４ａ）、および前記ノズル（１４ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続した前記空気熱交換器（５）もしくは前記ブライン冷却熱交換器（９）で蒸発した気相冷媒を吸引し、その吸引した冷媒と前記ノズル（１４ａ）から噴射する冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させて前記気液分離器（５５）に流入させる昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）を有するエジェクタ（１４）を用いたこと特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項７】
前記ノズル（１４ａ）の冷媒上流側に、絞り開度を制御することにより高圧冷媒の圧力を制御する可変絞り手段（１４ｅ）を設けたこと特徴とする請求項６に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項８】
前記冷媒回路（Ｒ）を流通する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒であること特徴とする請求項６に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項９】
前記ブライン冷却熱交換器（９）のブライン通路（９ｂ）、冷ブライン循環ポンプ（８）及び端末熱交換器（１０）を環状に接続した冷ブライン回路（Ｂ１）において、前記ブライン冷却熱交換器（９）のブライン下流側に、冷却されたブラインを貯留する蓄冷槽（１５）を設けたこと特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１０】
前記冷ブライン回路（Ｂ１）に前記端末熱交換器（１０）をバイパスさせて循環させるバイパス回路（Ｂ３）と、
ブラインの循環を前記端末熱交換器（１０）側もしくは前記バイパス回路（Ｂ３）に切り換える循路切換手段（２０、２１）とを設けたこと特徴とする請求項９に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１１】
前記貯湯槽（７）、ブライン加熱熱交換器（１６）の高温水側通路（１６ａ）および高温水循環ポンプ（１７）を環状に接続したブライン加熱回路（Ｋ２）と、
前記ブライン加熱熱交換器（１６）のブライン側通路（１６ｂ）、温ブライン循環ポンプ（１８）及び端末（１１）内に配置した前記端末熱交換器（１０）とを環状に接続した温ブライン回路（Ｂ２）とを備え、
前記高温水循環ポンプ（１７）と前記温ブライン循環ポンプ（１８）とを作動させ、前記高温水側通路（１６ａ）を流通する高温水と前記ブライン側通路（１６ｂ）を流通するブラインとを熱交換させて前記ブラインを加熱すると共に、この加熱されたブラインを前記端末熱交換器（１０）に流通させ、前記端末（１１）内を加熱・保温することを特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項１２】
ブライン加熱回路（Ｋ２）に高温水放熱用熱交換器（２３）を設けたこと特徴とする請求項１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１３】
前記端末熱交換器（１０）のまわりに蓄熱材（２４）を配したことを特徴とする請求項４または請求項１１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項１４】
前記冷ブライン回路（Ｂ１）もしくは前記温ブライン回路（Ｂ２）に前記端末熱交換器（１０ａ〜１０ｃ）を複数並列に接続したことを特徴とする請求項４または請求項１１に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【請求項１５】
複数並列に接続した前記端末熱交換器（１０ａ〜１０ｃ）のそれぞれに、ブラインの流通を制御する流通制御手段（２０ａ〜２０ｃ）を接続したことを特徴とする請求項１４に記載の冷機能兼用ヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの装置にて給湯と、冷房もしくは冷凍・冷蔵等の冷却・保冷を行なう冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、ヒートポンプ式給湯装置の排冷熱は何にも使用せずに空気中に捨てている。一方、従来の冷房もしくは冷凍・冷蔵を行なうための装置を構成するためには、専用の冷却・保冷装置を使用するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、給湯と冷房もしくは冷凍・冷蔵等とを必要とする場所では別々の冷凍サイクル装置が必要となり、装置費用やランニングコストが高く掛かるという問題がある。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、１つの冷凍サイクル装置で給湯と冷房もしくは冷凍・冷蔵とを行なうことのできる冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００４】
【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ないし請求項１５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、高圧冷媒通路（２ａ）の下流で第１冷媒回路（Ｒ１）と分岐し、第２減圧膨張手段（４ｂ）及びブライン冷却熱交換器（９）の低圧冷媒通路（９ａ）を通って冷媒圧縮機（１）の上流で第１冷媒回路（Ｒ１）と合流し、第１冷媒回路（Ｒ１）と並列となった第２冷媒回路（Ｒ２）と、ブライン冷却熱交換器（９）のブライン通路（９ｂ）、冷ブライン循環ポンプ（８）及び端末熱交換器（１０）を環状に接続したブライン回路（Ｂ）とを備え、第２冷媒回路（Ｒ２）に冷媒を流通させると共に冷ブライン循環ポンプ（８）を作動させて、低圧冷媒通路（９ａ）を流通する低温低圧の冷媒とブライン通路（９ｂ）を流通するブラインとを熱交換させてブラインを冷却することを特徴とする。
【０００５】
これは、発明者らがヒートポンプ式給湯装置の排冷熱を利用してブラインを冷却し、その冷却されたブラインを使って冷房もしくは冷凍・冷蔵等を行なうことに着目したものである。これにより、熱源を統合した１つの簡素な冷凍サイクル装置で、給湯と、冷房もしくは冷凍・冷蔵とを行なうことができるうえ、排冷熱を利用しているため省エネルギーともなる。また、装置費用やランニングコストを低く抑えることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明によれば、第１冷媒回路（Ｒ１）と第２冷媒回路（Ｒ２）とを切り換える冷媒回路切換手段（３ａ、３ｂ）を設けたことを特徴とする。これにより、運転モードに応じた吸熱側の熱交換器に切り換えることができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、空気熱交換器（５）の能力と、ブライン冷却熱交換器（９）の能力とを略同等としたことを特徴とする。これにより、現有のヒートポンプ式給湯装置に冷却機能を追加する場合でも、変更を最小限に留めることができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明によれば、端末熱交換器（１０）を端末（１１）内に配置して、端末（１１）内を冷却・保冷することを特徴とする。ここでいう端末（１１）とは、例えば、室内の冷房空調機・冷凍庫・冷蔵庫・ワインセラー等であり、ブライン冷却熱交換器（９）で冷却したブラインをこれらの端末（１１）内に配置した端末熱交換器（１０）に引き込むことにより、端末（１１）内を冷房もしくは冷凍・冷蔵として冷却・保冷することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明によれば、水熱交換器（２）を通過した高圧冷媒が流通する高圧側冷媒通路（１３ａ）と、空気熱交換器（５）もしくはブライン冷却熱交換器（９）を通過した低圧冷媒が流通する低圧側冷媒通路（１３ｂ）とを備え、低圧側冷媒通路（１３ｂ）を流通する低圧冷媒を加熱することで高圧側冷媒通路（１３ａ）を流通する高圧冷媒の放熱を行なう冷媒放熱用熱交換器（１３）を設けたこと特徴とする。
【００１０】
上記請求項の構成では、給湯用水の加熱を行なわない（放熱しない）時には、ブラインを冷却すること（吸熱すること）ができなくなり、安定的に冷機能を成立することはできないが、本発明により、給湯用水の加熱が不要な時においても放熱作用を確保することができるため、いかなる時にも安定的に冷機能を成立させることができるようになる。また、本構成とすることにより冷媒圧縮機（１）の吸引圧力が上昇するため、省エネルギーともなる。
【００１１】
請求項６に記載の発明によれば、冷媒回路（Ｒ）内の冷媒を気液分離して気相冷媒を冷媒圧縮機（１）に供給する気液分離器（５５）を備えると共に、第１減圧膨張手段（４ａ）および第２減圧膨張手段（４ｂ）に換わる減圧膨張手段として、冷媒圧縮機（１）で加圧され水熱交換器（２）を経由して流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル（１４ａ）、およびノズル（１４ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続した空気熱交換器（５）もしくはブライン冷却熱交換器（９）で蒸発した気相冷媒を吸引し、その吸引した冷媒とノズル（１４ａ）から噴射する冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させて気液分離器（５５）に流入させる昇圧部（１４ｃ、１４ｄ）を有するエジェクタ（１４）を用いたこと特徴とする。
【００１２】
これにより、冷媒サイクルの構成を簡素にすることができるうえ、エジェクタ（１４）の動力回収効果により膨張弁を用いた場合と比べて２０％ほど熱交換効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、ノズル（１４ａ）の冷媒上流側に、絞り開度を制御することにより高圧冷媒の圧力を制御する可変絞り手段（１４ｅ）を設けたこと特徴とする。これにより、ブライン冷却時と空気吸熱時との異なる最適蒸発圧力に対応することができるようになる。
【００１４】
請求項８に記載の発明によれば、冷媒回路（Ｒ）を流通する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒であること特徴とする。これは、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒のように冷媒圧縮機（１）からの吐出圧力が高い方が、エジェクタ（１４）の効果を得易いことによるものである。
【００１５】
請求項９に記載の発明によれば、ブライン冷却熱交換器（９）のブライン通路（９ｂ）、冷ブライン循環ポンプ（８）及び端末熱交換器（１０）を環状に接続した冷ブライン回路（Ｂ１）において、ブライン冷却熱交換器（９）のブライン下流側に、冷却されたブラインを貯留する蓄冷槽（１５）を設けたこと特徴とする。これにより、ブライン冷却熱交換器（９）でのブライン冷却作動が中断しても端末（１１）内の冷却を持続させることができる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明によれば、冷ブライン回路（Ｂ１）に端末熱交換器（１０）をバイパスさせて循環させるバイパス回路（Ｂ３）と、ブラインの循環を端末熱交換器（１０）側もしくはバイパス回路（Ｂ３）に切り換える循路切換手段（２０、２１）とを設けたこと特徴とする。これにより、端末熱交換器（１０）での冷却が不要な場合でも、バイパス回路（Ｂ３）側に切り換えてブライン冷却を作動させることにより、冷却されたブラインを蓄冷槽（１５）に蓄える、いわゆる蓄冷運転を行なうことが可能となる。
【００１７】
請求項１１に記載の発明によれば、貯湯槽（７）、ブライン加熱熱交換器（１６）の高温水側通路（１６ａ）および高温水循環ポンプ（１７）を環状に接続したブライン加熱回路（Ｋ２）と、ブライン加熱熱交換器（１６）のブライン側通路（１６ｂ）、温ブライン循環ポンプ（１８）及び端末（１１）内に配置した端末熱交換器（１０）とを環状に接続した温ブライン回路（Ｂ２）とを備え、高温水循環ポンプ（１７）と温ブライン循環ポンプ（１８）とを作動させ、高温水側通路（１６ａ）を流通する高温水とブライン側通路（１６ｂ）を流通するブラインとを熱交換させてブラインを加熱すると共に、この加熱されたブラインを端末熱交換器（１０）に流通させ、端末（１１）内を加熱・保温することを特徴とする。
【００１８】
上記した発明は、端末（１１）に冷機能を持たせる構成であったが、本発明のようにブライン加熱熱交換器（１６）でブラインを加熱する温ブライン回路（Ｂ２）と組み合わせ、冷却時と同じ端末（１１）内に配置した同じ端末熱交換器（１０）に加熱したブラインを引き込むことにより、端末（１１）内を暖房もしくは加熱・温蔵として加熱・保温することができ、冷温機能を必要とする端末（１１）にも対応できる構成とすることができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明によれば、ブライン加熱回路（Ｋ２）に高温水放熱用熱交換器（２３）を設けたこと特徴とする。これは、請求項５に記載した発明の冷媒放熱用熱交換器（１３）の換わりにブライン加熱回路（Ｋ２）に高温水放熱用熱交換器（２３）を配置したものである。尚、高温水放熱用熱交換器（２３）は外気と熱交換することにより放熱する熱交換器であり、温ブライン循環ポンプ（１８）を停止した状態で、高温水循環ポンプ（１７）を運転させることにより放熱運転を行なうことができる。
【００２０】
これにより、給湯用水の加熱が不要な時においても、冷媒回路（Ｒ）と給湯用水加熱回路（Ｋ）とブライン加熱回路（Ｋ２）とを循環させ、給湯用水加熱を行ないつつ高温水放熱用熱交換器（２３）から放熱させることにより放熱作用を確保することができるため、いかなる時にも安定的に冷機能を成立させることができるようになる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明によれば、端末熱交換器（１０）のまわりに蓄熱材（２４）を配したことを特徴とする。これにより、冷却したブラインもしくは加熱したブラインの循環が途切れても端末（１１）内の冷却もしくは加熱を持続させることができる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明によれば、冷ブライン回路（Ｂ１）もしくは温ブライン回路（Ｂ２）に端末熱交換器（１０）を複数並列に接続したことを特徴とする。このように、端末熱交換器（１０）や、端末熱交換器（１０）を利用した端末（１１）を容易に増減することができる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明によれば、複数並列に接続した端末熱交換器（１０）のそれぞれに、ブラインの流通を制御する流通制御手段（２０ａ〜２０ｃ）を接続したことを特徴とする。これにより、各端末熱交換器（１０ａ〜１０ｃ）毎の運転状況を制御することができるようになる。尚、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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図であり、給湯用水加熱と給湯とブライン冷却とを行っている状態を示す。本実施形態での冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置は、超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯用水を高温（本実施形態では約９０℃）に加熱すると共に、後述するブライン冷却熱交換器９にて熱交換媒体となる不凍液等のブラインを低温（本実施形態では約−１０℃）に冷却して、そのブラインを室内の冷房や冷凍庫・冷蔵庫・ワインセラー等の端末１１の冷却に利用するものである。
【００２５】
尚、超臨界ヒートポンプサイクル（以下、ヒートポンプと略す。）とは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば二酸化炭素・エチレン・エタン・酸化窒素等を冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【００２６】
冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置は大きく分けて、主に後述する冷凍サイクル機器が収納された冷凍サイクルユニットと、主に後述する貯湯タンク（貯湯槽）７が収納されたタンクユニットと、上記各端末１１とよりなる。また、冷凍サイクルユニット内は、大きく分けてヒートポンプサイクル等の冷媒回路Ｒと、給湯関係の給湯用水加熱回路Ｋと、端末関係のブライン回路Ｂで構成されている。
【００２７】
まず、ヒートポンプサイクルの冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機１と、給湯用水の加熱手段である水熱交換器２と、第１冷媒回路Ｒ１として第１減圧手段である第１膨張弁４ａと、大気から吸熱するための空気熱交換器５と、冷媒を気液分離する気液分離器５５とを環状に接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（以下、ＣＯ２と記す）が封入されている。
【００２８】
冷媒圧縮機１は、内蔵する駆動モータと、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上の高圧にまで昇圧して吐出する高圧圧縮部とで構成しており、これらが密閉容器内に収納されている。尚、レシプロ・ロータリー・スクロール等の方式は問わない。また、エンジン駆動式であっても良い。
【００２９】
水熱交換器２は、冷媒圧縮機１の高圧圧縮部で昇圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換して給湯用水を加熱するもので、高圧冷媒通路２ａに隣接して給湯用水通路２ｂが設けられ、その高圧冷媒通路２ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水通路２ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００３０】
第１膨張弁４ａは、水熱交換器２と空気熱交換器５との間に設けられ、水熱交換器２で冷却された冷媒を高圧から低圧まで減圧して空気熱交換器５に供給する。また、この第１膨張弁４ａは、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、後述する制御装置１２により通電制御される。空気熱交換器５は、図示しない送風ファンによる送風を受けて、第１膨張弁４ａで減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させる。そして、空気熱交換器５から流出する気液二相冷媒は、気液分離器５５に流入して液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は貯留され、ガス冷媒のみ先の冷媒圧縮機１に吸引される。
【００３１】
次に、給湯関係の給湯用水加熱回路Ｋは、給湯用水の加熱手段である水熱交換器２の給湯用水通路２ｂと、給湯用水を循環させる給湯用水循環ポンプ６と、給湯用水を貯留する貯湯タンク７とを環状に接続して構成される。給湯用水循環ポンプ６は、図１に示すように、貯湯タンク７の下部に設けられた冷水流出部７ａから冷水を水熱交換器２の給湯用水通路２ｂに供給し、貯湯タンク７の上部に設けられた温水流入部７ｂから還流する様に水流を発生させる。この給湯用水循環ポンプ６は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００３２】
貯湯タンク７は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク７に貯留された高温の給湯用水は、貯湯タンク７の上部に設けられた温水流出部７ｃから出湯され、出湯時に図示しない温調弁で水道からの冷水と混合して温度調節した後、主に台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク７内の下部に設けられた冷水流入部７ｄからは水道からの冷水が給湯用水として補給されるようになっている。
【００３３】
次に、本発明の要部に関する構成について説明する。まず、水熱交換器２の高圧冷媒通路２ａの下流で分岐して第２減圧手段である第２膨張弁４ｂとブライン冷却熱交換器９を通って冷媒圧縮機１の上流（気液分離器５５の上流）で合流する、第１冷媒回路Ｒ１とは並列となった第２冷媒回路Ｒ２を設けている。そして、第１冷媒回路Ｒ１と第２冷媒回路Ｒ２にはそれぞれ冷媒回路切換手段として第１開閉弁３ａと第２開閉弁３ｂとが設けられており、後述する制御装置１２により通電制御され、開閉を切り換えることにより第１冷媒回路Ｒ１と第２冷媒回路Ｒ２との流通を切り換えている。
【００３４】
第２膨張弁４ｂは、水熱交換器２とブライン冷却熱交換器９との間に設けられ、水熱交換器２で冷却された冷媒を高圧から低圧まで減圧してブライン冷却熱交換器９に供給する。また、この第２膨張弁４ｂは、先の第１膨張弁４ａと同様に、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、後述する制御装置１２により通電制御される。
【００３５】
ブライン冷却熱交換器９は、第２膨張弁４ｂで減圧された低温低圧のガス冷媒とブラインとを熱交換してブラインを冷却するもので、低圧冷媒通路９ａに隣接してブライン通路９ｂが設けられ、その低圧冷媒通路９ａを流れる冷媒の流れ方向とブライン通路９ｂを流れるブラインの流れ方向とが対向するように構成されている。
【００３６】
次に、端末関係のブライン回路Ｂは、ブラインの冷却手段であるブライン冷却熱交換器９のブライン通路９ｂと、ブラインを循環させる冷ブライン循環ポンプ８と、冷却されたブラインで端末１１内を冷却する端末熱交換器１０とを環状に接続して構成され、ブラインとして防錆剤や凍結防止剤を添加した水やＬＬＣ（エンジン用冷却水）等の不凍液が封入されている。
【００３７】
冷ブライン循環ポンプ８は、図１に示すように、ブライン回路Ｂの中に設けられ、ブラインをブライン冷却熱交換器９のブライン通路９ｂに供給し、ブライン回路Ｂの中に設けられた端末１１から還流する様に水流を発生させる。この冷ブライン循環ポンプ８は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００３８】
そして１２は、本冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の作動を制御する制御装置であり、図示しない操作パネル・各部の温度センサ・その他の機器からの信号が入力され、冷媒圧縮機１、開閉弁３ａ・３ｂ、膨張弁４ａ・４ｂ、給湯用水循環ポンプ６、冷ブライン循環ポンプ８等に制御信号を出力する。
【００３９】
次に、本実施形態での作動の概要を説明する。まず、冷媒圧縮機１で冷媒を吸引し圧縮して吐出する。吐出された高温高圧の冷媒は、水熱交換器２の高圧冷媒通路２ａに流入し、隣接して設けられた給湯用水通路２ｂを流通する給湯用水と熱交換することにより、冷媒は冷却され給湯用水は加熱される。加熱された給湯用水（高温水）は、貯湯タンク７に貯められて給湯用途に使用される。
【００４０】
一方、水熱交換器２で冷却された高圧の冷媒は、第１開閉弁３ａが「開」で第２開閉弁３ｂが「閉」状態の時に、第１膨張弁４ａに流入して減圧される。減圧された低温低圧の冷媒は、空気熱交換器５に流入し、空気と熱交換することによって冷媒は加熱され空気は冷却される。加熱された気液二相冷媒は、気液分離器５５に流入して液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は貯留され、ガス冷媒のみ先の冷媒圧縮機１に再び吸引される。
【００４１】
次に、本発明に関する作動として、第１開閉弁３ａが「閉」で第２開閉弁３ｂが「開」状態とすると、水熱交換器２で冷却された冷媒が、第２膨張弁４ｂに流入し減圧され、ブライン冷却熱交換器９の低圧冷媒通路９ａに流入する。第２膨張弁４ｂでは、この低圧冷媒通路９ａを流通する冷媒の温度が−１５℃程度となるように制御するため、隣接して設けられたブライン通路９ｂを流通するブラインは−１０℃程度にまで冷却される。この冷却されたブラインは、冷ブライン循環ポンプ８により、端末１１内に配置された端末熱交換器１０に流入して端末１１内を冷却する。
【００４２】
次に、本実施形態での特徴を説明する。まず、高圧冷媒通路２ａの下流で第１冷媒回路Ｒ１と分岐し、第２膨張弁４ｂ及びブライン冷却熱交換器９の低圧冷媒通路９ａを通って冷媒圧縮機１の上流で第１冷媒回路Ｒ１と合流し、第１冷媒回路Ｒ１と並列となった第２冷媒回路Ｒ２を設けている。また、ブライン冷却熱交換器９のブライン通路９ｂ、冷ブライン循環ポンプ８及び端末熱交換器１０を環状に接続した冷ブライン回路Ｂ１を設けている。そして、第２冷媒回路Ｒ２に冷媒を流通させると共に冷ブライン循環ポンプ８を作動させて、低圧冷媒通路９ａを流通する低温低圧の冷媒とブライン通路９ｂを流通するブラインとを熱交換させてブラインを冷却している。
【００４３】
これは、発明者らがヒートポンプ式給湯装置の排冷熱を利用してブラインを冷却し、その冷却されたブラインを使って冷房もしくは冷凍・冷蔵等を行なうことに着目したものである。これにより、熱源を統合した１つの簡素な冷凍サイクル装置で、給湯と、冷房もしくは冷凍・冷蔵とを行なうことができるうえ、排冷熱を利用しているため省エネルギーともなる。また、装置費用やランニングコストを低く抑えることができる。
【００４４】
また、第１冷媒回路Ｒ１と第２冷媒回路Ｒ２とを切り換える第１・第２開閉弁３ａ・３ｂを設けている。これにより、運転モードに応じた吸熱側の熱交換器に切り換えることができる。また、空気熱交換器５の能力と、ブライン冷却熱交換器９の能力とを略同等としている。これにより、現有のヒートポンプ式給湯装置に冷却機能を追加する場合でも、変更を最小限に留めることができる。
【００４５】
また、端末熱交換器１０を端末１１内に配置して、端末１１内を冷却・保冷している。ここでいう端末１１とは、例えば、室内の冷房空調機・冷凍庫・冷蔵庫・ワインセラー等であり、ブライン冷却熱交換器９で冷却したブラインをこれらの端末１１内に配置した端末熱交換器１０に引き込むことにより、端末１１内を冷房もしくは冷凍・冷蔵として冷却・保冷することができる。
【００４６】
このように、ヒートポンプ給湯時の排冷熱を別用途の冷熱源として使用することができ、トータル的に省エネルギーとすることができる。また、冷却機能側に専用の冷熱源が不要であり、端末熱交換器１０のような簡素な装置を設けることで冷却が可能となる。更に、ブラインを介した循環システムであるため、冷却・保冷したい端末１１が増えた場合には、ブライン回路Ｂに端末１１を追加接続するのみで対応することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。上述した第１実施形態に対して、冷媒回路Ｒに水熱交換器２を通過した高圧冷媒が流通する高圧側冷媒通路１３ａと、空気熱交換器５もしくはブライン冷却熱交換器９を通過した低圧冷媒が流通する低圧側冷媒通路１３ｂとを備えた冷媒放熱用熱交換器１３を設けた点が異なる。そして、低圧側冷媒通路１３ｂを流通する低圧冷媒を加熱することで高圧側冷媒通路１３ａを流通する高圧冷媒の放熱を行なっている。
【００４８】
これは、従来装置においては内部熱交換器としてサイクル効率を向上させるため、コンプレッサ吸入圧力を上昇させるために使用されているが、本発明では従来の作用にとどまらず、給湯用水加熱が必要ない場合においても冷機能を発揮させるために必要な放熱を担う構成としている。
【００４９】
上述した第１実施形態の構成では、給湯用水の加熱を行なわない（放熱しない）時には、ブラインを冷却すること（吸熱すること）ができなくなり、安定的に冷機能を成立することはできないが、これにより、給湯用水の加熱が不要な時においても放熱作用を確保することができるため、いかなる時にも安定的に冷機能を成立させることができるようになる。また、本構成とすることにより冷媒圧縮機１の吸引圧力が上昇するため、省エネルギーともなる。
【００５０】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。上述した第２実施形態に対して、第１・第２膨張弁４ａ・４ｂに換わる減圧膨張手段として、エジェクタ１４を用いている点が異なる。その本発明での特徴構成であるエジェクタ１４の構造について、図４の断面模式図にて説明する。
【００５１】
エジェクタ１４は、冷媒圧縮機１で加圧され水熱交換器２を経由して流入する高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル１４ａと、そのノズル１４ａから噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続した空気熱交換器５もしくはブライン冷却熱交換器９で蒸発した気相冷媒を吸引する吸引部３ｂと、その吸引した冷媒とノズル１４ａから噴射する冷媒とを混合させる混合部３ｃと、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ３ｄとを有するエジェクタである。
【００５２】
そしてエジェクタ１４から流出した冷媒は気液分離器（５５）に流入される。尚、エジェクタ１４から噴出する冷媒は、必ずしもディフィーザ１４ｄのみで昇圧されるものではなく、混合部１４ｃにおいても、低圧側で蒸発した気相冷媒を吸引する際に冷媒圧力を上昇させるので、混台部１４ｃとディフィーザ１４ｄとを総称して昇圧部と呼ぶ。また、本実施形態では、混合部１４ｃの断面積はディフューザ１４ｄまで一定であるが、混合部１４ｃの断面積をディフューザ１４ｄに向かうほど大きくなるようにテーパ状としてもよい。
【００５３】
これにより、冷媒サイクルの構成を簡素にすることができるうえ、エジェクタ１４の動力回収効果により膨張弁を用いた場合と比べて２０％ほど熱交換効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【００５４】
また、ノズル１４ａの冷媒上流側に、絞り開度を制御することにより高圧冷媒の圧力を制御する可変絞り機構（可変絞り手段）１４ｅを設けている。この可変絞り機構（可変絞り手段）１４ｅは、図示しない制御装置１２により通電制御される。これにより、ブライン冷却時と空気吸熱時との異なる最適蒸発圧力に対応することができるようになる。また、冷媒回路Ｒを流通する冷媒は、ＣＯ２冷媒であること特徴とする。これは、ＣＯ２冷媒のように冷媒圧縮機１からの吐出圧力が高い方が、エジェクタ１４の効果を得易いことによるものである。
【００５５】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。上述した第３実施形態とは以下の点が異なる。まず、ブライン冷却熱交換器９のブライン通路９ｂと、冷ブライン循環ポンプ８及び端末熱交換器１０とを環状に接続した冷ブライン回路Ｂ１において、ブライン冷却熱交換器９のブライン下流側に、冷却されたブラインを貯留する蓄冷タンク（蓄冷槽）１５を設けている点が異なる。これにより、ブライン冷却熱交換器９でのブライン冷却作動が中断しても端末１１内の冷却を持続させることができる。
【００５６】
また、冷ブライン回路Ｂ１に端末熱交換器１０をバイパスさせて循環させるバイパス回路Ｂ３と、ブラインの循環を端末熱交換器１０側もしくはバイパス回路Ｂ３に切り換える開閉弁（循路切換手段）２０・２１とを設けている。これにより、端末熱交換器１０での冷却が不要な場合でも、バイパス回路Ｂ３側に切り換えてブライン冷却を作動させることにより、冷却されたブラインを蓄冷タンク１５に蓄える、いわゆる蓄冷運転を行なうことが可能となる。
【００５７】
また、貯湯タンク７、ブライン加熱熱交換器１６の高温水側通路１６ａ、高温水循環ポンプ１７とを環状に接続したブライン加熱回路Ｋ２と、ブライン加熱熱交換器１６のブライン側通路１６ｂ、温ブライン循環ポンプ１８及び端末１１内に配置した端末熱交換器１０とを環状に接続した温ブライン回路Ｂ２とを設けている。
【００５８】
そして、高温水循環ポンプ１７と温ブライン循環ポンプ１８とを作動させ、高温水側通路１６ａを流通する高温水とブライン側通路１６ｂを流通するブラインとを熱交換させてブラインを加熱すると共に、この加熱されたブラインを端末熱交換器１０に流通させ、端末１１内を加熱・保温している。ちなみに、１９・２２は開閉弁であり、冷ブライン回路Ｂ１を循環させる時には冷ブライン回路Ｂ１側の開閉弁１９を開き、温ブライン回路Ｂ２側の開閉弁２２を閉じる。逆に、温ブライン回路Ｂ２を循環させる時には温ブライン回路Ｂ２側の開閉弁２２を開き、冷ブライン回路Ｂ１側の開閉弁１９を閉じるものである。
【００５９】
上述した実施形態は、端末１１に冷機能を持たせる構成であったが、本実施形態のようにブライン加熱熱交換器１６でブラインを加熱する温ブライン回路Ｂ２と組み合わせ、冷却時と同じ端末１１内に配置した同じ端末熱交換器１０に加熱したブラインを引き込むことにより、端末１１内を暖房もしくは加熱・温蔵として加熱・保温することができ、冷温機能を必要とする端末１１にも対応できる構成とすることができる。
【００６０】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。上述した第４実施形態に対して、ブライン加熱回路Ｋ２に高温水放熱用熱交換器２３を設けた点が異なる。これは、第２実施形態に記述した冷媒放熱用熱交換器１３の換わりにブライン加熱回路Ｋ２に高温水放熱用熱交換器２３を配置したものである。尚、高温水放熱用熱交換器２３は外気と熱交換することにより放熱する熱交換器であり、温ブライン循環ポンプ１８を停止した状態で、高温水循環ポンプ１７を運転させることにより放熱運転を行なうことができる。
【００６１】
これにより、給湯用水の加熱が不要な時においても、冷媒回路Ｒと給湯用水加熱回路Ｋとブライン加熱回路Ｋ２とを循環させ、給湯用水加熱を行ないつつ高温水放熱用熱交換器２３から放熱させることにより放熱作用を確保することができるため、いかなる時にも安定的に冷機能を成立させることができるようになる。
【００６２】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。前述した第４実施形態は以下の点が異なる。まず、端末熱交換器１０のまわりに蓄熱材２４を配している。これにより、第４実施形態の蓄冷タンク１５やバイパス回路Ｂ３は無くすことができ、冷却したブラインもしくは加熱したブラインの循環が途切れても端末１１内の冷却もしくは加熱を持続させることができる。
【００６３】
また、冷ブライン回路Ｂ１もしくは温ブライン回路Ｂ２に端末熱交換器１０ａ〜１０ｃを複数並列に接続している。このように、端末熱交換器１０や、端末熱交換器１０を利用した端末１１を容易に増減することができる。また、複数並列に接続した端末熱交換器１０ａ〜１０ｃのそれぞれに、ブラインの流通を制御する流通制御弁（流通制御手段）２０ａ〜２０ｃを接続している。これにより、各端末熱交換器１０ａ〜１０ｃ毎の運転状況を制御することができるようになる。
【００６４】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、給湯用水を加熱しブラインを冷却する冷凍サイクルに超臨界ヒートポンプサイクルを用いているが、本発明はこれに限るものではなく、他の冷媒圧縮式冷凍サイクルに適用しても良い。またその時の冷媒は、フロンや代替フロン等であっても良い。
【００６５】
また、上述の実施形態では、第１冷媒回路Ｒ１と第２冷媒回路Ｒ２との流通を単純に切り換えているが、ある一定サイクルで頻繁に切り換えるような方式としても良いし、上述の実施形態では２つの開閉弁３ａ・３ｂで冷媒回路を切り換えているが、１つの切換弁で構成しても良い。また、減圧手段はキャピラリー等であっても良く、方式は問わない。また、上述のブライン回路Ｂに循環させる液体は不凍液に限らず、冷却温度を０℃以上とすれば一般的な水であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【図４】第３実施形態におけるエジェクタの構造を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第６実施形態における冷機能兼用ヒートポンプ式給湯装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  冷媒圧縮機
２  水熱交換器
２ａ  高圧冷媒通路
２ｂ  給湯用水通路
３ａ  第１開閉弁（冷媒回路切換手段）
３ｂ  第２開閉弁（冷媒回路切換手段）
４ａ  第１膨張弁（第１減圧手段）
４ｂ  第２膨張弁（第２減圧手段）
５  空気熱交換器
６  給湯用水循環ポンプ
７  貯湯タンク（貯湯槽）
８  冷ブライン循環ポンプ
９  ブライン冷却熱交換器
９ａ  低圧冷媒通路
９ｂ  ブライン通路
１０（１０ａ〜１０ｃ）  端末熱交換器
１１  端末
１３  冷媒放熱用熱交換器
１３ａ  高圧側冷媒通路
１３ｂ  低圧側冷媒通路
１４  エジェクタ
１４ａ  ノズル
１４ｃ  混合部（昇圧部）
１４ｄ  ディフィーザ（昇圧部）
１４ｅ  可変絞り機構（可変絞り手段）
１５  蓄冷タンク（蓄冷槽）
１６  ブライン加熱熱交換器
１６ａ  高温水側通路
１６ｂ  ブライン側通路
１７  高温水水循環ポンプ
１８  温ブライン循環ポンプ
２０、２１  開閉弁（循路切換手段）
２０ａ〜２０ｃ  流通制御弁（流通制御手段）
２３  高温水放熱用熱交換器
２４  蓄熱材
５５  気液分離器
Ｂ  ブライン回路
Ｂ１  冷ブライン回路
Ｂ２  温ブライン回路
Ｂ３  バイパス回路
Ｋ  給湯用水加熱回路
Ｋ２  ブライン加熱回路
ＣＯ２  二酸化炭素冷媒
Ｒ  冷媒回路
Ｒ１  第１冷媒回路
Ｒ２  第２冷媒回路
【図１】
2004309093.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004309093.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004309093.tif 000009