(57)【要約】【課題】冷媒と大気及び冷媒と熱媒体とを熱交換する蒸発用熱交換器を配設させることで、給湯水を出力する時の運転効率を低下させることなく低温の冷却水を出力することの可能なヒートポンプ給湯装置を実現する。【解決手段】圧縮機２１、高圧冷媒と給湯水とを熱交換する凝縮用熱交換器２２、減圧手段２３ａ、２３ｂ、蒸発用熱交換器２４およびアキュームレータ２５から構成し、凝縮用熱交換器２２に給湯水を流通させて高温の給湯水を出力するヒートポンプ給湯装置において、蒸発用熱交換器２４は、冷媒と大気とを熱交換させる空気熱交換器２４ａと、冷媒と熱媒体とを熱交換させる冷却水用熱交換器２４ｂとから構成し、減圧手段２３ａ、２３ｂから流出する冷媒が必要に応じて空気熱交換器２４ａまたは冷却水用熱交換器２４ｂのいずれか一方に流通されるように配設した。これにより、給湯水を出力するときの運転効率を低下させることなく低温の冷却水を出力することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、前記圧縮機（２１）より吐出された高圧冷媒と給湯用流体とを熱交換する凝縮用熱交換器（２２）、前記凝縮用熱交換器（２２）から流出する冷媒を減圧する減圧手段（２３ａ、２３ｂ）、前記減圧手段（２３ａ、２３ｂ）から流出する冷媒を蒸発する蒸発用熱交換器（２４）およびアキュームレータ（２５）を順に環状に冷媒配管で接続し、前記凝縮用熱交換器（２２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力するヒートポンプ給湯装置において、
前記蒸発用熱交換器（２４）は、減圧された冷媒と大気とを熱交換させて大気から冷媒に熱を吸収させる空気熱交換器（２４ａ）と、減圧された冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体から冷媒に熱を吸収させる冷却水用熱交換器（２４ｂ）とから構成し、前記減圧手段（２３ａ、２３ｂ）から流出する冷媒が必要に応じて前記空気熱交換器（２４ａ）または前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）のいずれか一方に流通されるように配設したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記空気熱交換器（２４ａ）は、前記凝縮用熱交換器（２２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力するときに、前記減圧手段（２３ａ）から流出する冷媒が流通されるとともに、前記減圧手段（２３ａ）が高効率の運転効率を得るような蒸発温度となるように減圧されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、前記減圧手段（２３ｂ）から流出する冷媒の冷媒流れと熱媒体とが対向するように構成されるとともに、前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）に熱媒体を流通させる冷却水循環通路（３０）が設けられ、前記冷却水循環通路（３０）には、前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）により冷却された熱媒体を保温貯蔵する冷却水用貯蔵タンク（３１）を具備することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、前記冷却水用貯蔵タンク（３１）に前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）により冷却された熱媒体を保温貯蔵するときに、前記減圧手段（２３ｂ）から流出する冷媒が流通されるとともに、前記空気熱交換器（２４ａ）側に前記減圧手段（２３ａ）から流出する冷媒を流通するときよりも、前記減圧手段（２３ｂ）が蒸発温度を低くなるように減圧されることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、熱媒体として水道水またはブライン水のいずれかを流通させて、冷却された低温の冷却水を前記冷却水用貯蔵タンク（３１）に保温貯蔵し、必要に応じてその低温の冷却水を用いて保冷、冷却および冷房を行なうことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
前記圧縮機（２１）、前記凝縮用熱交換器（２２）、前記減圧手段（２３ａ、２３ｂ）、前記蒸発用熱交換器（２４）およびアキュームレータ（２５）からなるヒートポンプサイクル（Ｃ）は、蒸気圧縮サイクルが超臨界域で作動され前記凝縮用熱交換器（２２）を流通する給湯用流体を加熱することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
前記ヒートポンプサイクル（Ｃ）は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプサイクルを構成する凝縮用熱交換器に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力するヒートポンプ給湯装置に関するものであり、特に、蒸発用熱交換器側における熱媒体の吸熱による低温の冷却水の出力に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置では、冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機より吐出された高圧、高温冷媒と給湯用流体（水道水）とを熱交換する凝縮用熱交換器、減圧手段、蒸発用熱交換器およびアキュームレータからなるヒートポンプサイクルを用いて、蒸発用熱交換器により大気から吸熱を行なって冷媒を加熱して、凝縮用熱交換器に水道水を流通させて高温の温水を出力する給湯装置であって、このときの蒸発用熱交換器側では、大気より８〜１０℃程度低い蒸発温度でヒートポンプサイクルを作動させることで高効率の運転を行なっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２２７６５１号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のようなヒートポンプ給湯装置によれば、凝縮用熱交換器側と同様に、蒸発用熱交換器側においても、減圧された冷媒と熱媒体とを熱交換させて、熱媒体から冷媒に吸熱させて低温の冷却水を出力するように構成すると、この蒸発用熱交換器側は年間を通じて大気の温度が変化するため蒸発用熱交換器における蒸発温度が一定ではない。因みに、夏場の夜間など大気温度が高いとき、例えば、大気温度が約２５℃のときは蒸発温度が１５〜１７℃程度でバランスされる。この程度の蒸発温度は凝縮用熱交換器から温水を出力するには高効率の温度であるが十分な冷却効果を得られる温度ではないため低温の冷却水を得ることが困難である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであって、冷媒と大気及び冷媒と熱媒体とを熱交換する蒸発用熱交換器を配設させることで、給湯水を出力するときの運転効率を低下させることなく低温の冷却水を出力することの可能なヒートポンプ給湯装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、この圧縮機（２１）より吐出された高圧冷媒と給湯用流体とを熱交換する凝縮用熱交換器（２２）、この凝縮用熱交換器（２２）から流出する冷媒を減圧する減圧手段（２３ａ、２３ｂ）、この減圧手段（２３ａ、２３ｂ）から流出する冷媒を蒸発する蒸発用熱交換器（２４）およびアキュームレータ（２５）を順に環状に冷媒配管で接続し、凝縮用熱交換器（２２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力するヒートポンプ給湯装置において、
蒸発用熱交換器（２４）は、減圧された冷媒と大気とを熱交換させて大気から冷媒に熱を吸収させる空気熱交換器（２４ａ）と、減圧された冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体から冷媒に熱を吸収させる冷却水用熱交換器（２４ｂ）とから構成し、減圧手段（２３ａ、２３ｂ）から流出する冷媒が必要に応じて空気熱交換器（２４ａ）または冷却水用熱交換器（２４ｂ）のいずれか一方に流通されるように配設したことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、蒸発用熱交換器（２４）は、空気熱交換器（２４ａ）と冷却水用熱交換器（２４ｂ）とから構成し、必要に応じてそのいずれか一方に冷媒が流通されるように配設したことにより、凝縮用熱交換器（２２）より高温の温水を出力するときは、空気熱交換器（２４ａ）側に冷媒を流通させることで従来と同じように高効率の運転が可能である。
【０００８】
そして、冷却水用熱交換器（２４ｂ）側に冷媒を流通させることで、熱媒体から冷媒に熱を吸収させることより熱媒体が冷却されて低温の冷却水を出力することが可能となる。従って、温水を出力するときの運転効率を低下させることなく必要に応じて低温の冷却水の出力が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、空気熱交換器（２４ａ）は、凝縮用熱交換器（２２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力するときに、減圧手段（２３ａ）から流出する冷媒が流通されるとともに、減圧手段（２３ａ）が高効率の運転効率を得るような蒸発温度となるように減圧されることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、凝縮用熱交換器（２２）より高温の温水を出力するときは、具体的に、空気熱交換器（２４ａ）側に冷媒を流通させるとともに、減圧手段（２３ａ）が高効率の運転効率を得るような蒸発温度となるように減圧されることにより、このときの蒸発温度を、例えば、約８〜１０℃程度大気温度よりも低くすることで高効率の運転効率を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、減圧手段（２３ｂ）から流出する冷媒の冷媒流れと熱媒体とが対向するように構成されるとともに、冷却水用熱交換器（２４ｂ）に熱媒体を流通させる冷却水循環通路（３０）が設けられ、冷却水循環通路（３０）には、冷却水用熱交換器（２４ｂ）により冷却された熱媒体を保温貯蔵する冷却水用貯蔵タンク（３１）を具備することを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、冷却水用熱交換器（２４ｂ）を冷媒流れと熱媒体とが対向するように構成することにより、熱交換効率が最良とすることができる。また、冷却水循環通路（３０）には、冷却された熱媒体を保温貯蔵する冷却水用貯蔵タンク（３１）を具備することにより、必要に応じて冷却水用熱交換器（２４ｂ）に冷媒を流通させて熱媒体を冷却し、その冷却された熱媒体を冷却水用貯蔵タンク（３１）内に蓄えることが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、冷却水用貯蔵タンク（３１）に冷却水用熱交換器（２４ｂ）により冷却された熱媒体を保温貯蔵するときに、減圧手段（２３ｂ）から流出する冷媒が流通されるとともに、空気熱交換器（２４ａ）側に減圧手段（２３ａ）から流出する冷媒を流通するときよりも、減圧手段（２３ｂ）が蒸発温度を低くなるように減圧されることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、例えば、大気温度が２５℃程度のときには、温水を出力するときの運転効率を低下させないときの空気熱交換器（２４ａ）の蒸発温度が１５〜１７℃程度であるが、この程度の温度では十分な冷却効果が得られない。そこで、冷却された熱媒体を保温貯蔵するときは、これよりも低い蒸発温度（例えば、−１０〜１０℃程度）とすることで低温の冷却水が得られるとともに、その低温の冷却水を冷却水用貯蔵タンク（３１）内に蓄えることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、冷却水用熱交換器（２４ｂ）は、熱媒体として水道水またはブライン水のいずれかを流通させて、冷却された低温の冷却水を冷却水用貯蔵タンク（３１）に保温貯蔵し、必要に応じてその低温の冷却水を用いて保冷、冷却および冷房を行なうことを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、熱媒体として水道水またはブライン水のいずかを用いることにより冷却水用貯蔵タンク（３１）に冷却された冷却水の保温貯蔵が容易にできる。また、必要に応じて低温の冷却水を用いて保冷、冷却および冷房を行なうことにより、保冷庫、冷水器およびスポットクーラなどの用途への熱源として利用できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、圧縮機（２１）、凝縮用熱交換器（２２）、減圧手段（２３ａ、２３ｂ）、蒸発用熱交換器（２４）およびアキュームレータ（２５）からなるヒートポンプサイクル（Ｃ）は、蒸気圧縮サイクルが超臨界域で作動され凝縮用熱交換器（２２）を流通する給湯用流体を加熱することを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、圧縮機（２１）の吐出温度が、より高められることにより、高温の温水を出力する凝縮用熱交換器（２２）の加熱能力が向上するとともに、ヒートポンプサイクル（Ｃ）の運転効率の向上が図れる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、ヒートポンプサイクル（Ｃ）は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いることで、圧縮機（２１）の吐出温度がより高められることにより、凝縮用熱交換器（２２）の加熱能力がより向上する。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のヒートポンプ給湯装置を図１に基づいて説明する。図１はヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置は、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルＣである蒸気圧縮システムからなる熱源装置２０、ヒートポンプサイクルＣを構成する後述する凝縮用熱交換器２２に熱媒体である給湯用流体である給湯水（例えば、水道水）を流通させる給湯水循環通路１０およびヒートポンプサイクルＣを構成する後述する冷却水用熱交換器２４ｂに熱媒体であるブライン水（例えば、不凍液または水道水）を流通させる冷却水循環通路３０から構成されている。
【００２１】
本実施形態の熱源装置２０は、高温の温水を出力するとともに、必要に応じて低温のブライン水（冷却水）を出力するものであり、圧縮機２１、凝縮用熱交換器２２、減圧手段２３ａ、２３ｂ、蒸発用熱交換器２４およびアキュームレータ２５を順に環状に冷媒配管２８により接続されるヒートポンプサイクルＣからなっている。本実施形態のヒートポンプサイクルＣは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプであり、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などの臨界圧力の低い冷媒を用いている。因みに、超臨界ヒートポンプによれば、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプよりも高温（例えば、８５〜９０℃程度）の給湯水を後述する貯湯タンク１１から出湯させることができる。
【００２２】
圧縮機２１は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）とこの圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）とが一体となった電動圧縮機であり、アキュームレータ２５より吸入した冷媒を圧縮して吐出する。凝縮用熱交換器２２は、圧縮機２１より吐出された高圧のガス冷媒と給湯水とを熱交換する水熱交換器であり、冷媒流れと給湯水流れとが対向するように構成している。減圧手段２３ａ、２３ｂは、凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒を減圧する電気式膨張弁であり、本実施形態では、後述する空気熱交換器２４ａと冷却水用熱交換器２４ｂとの上流側にそれぞれ独立して設けている。
【００２３】
次に、本実施形態の要部である蒸発用熱交換器２４は、一方の減圧手段２３ａにより減圧された冷媒と大気とを熱交換させて大気から冷媒に熱を吸収させる空気熱交換器２４ａと、もう一方の減圧手段２３ｂにより減圧された冷媒と熱媒体であるブライン水（例えば、不凍液または水道水）とを熱交換させてブライン水から冷媒に熱を吸収させる冷却水用熱交換器２４ｂとから構成している。
【００２４】
しかも、冷却水用熱交換器２４ｂは減圧手段２３ｂから流出する冷媒の冷媒流れとブライン水流れが対向するように構成されている。そして、これらの減圧手段２３ａ、２３ｂの上流側には、凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒の流れ方向を切り換えるための流れ方向切換手段である三方弁２７が設けられている。この三方弁２７は、空気熱交換器２４ａ側または冷却水用熱交換器２４ｂ側のいずれか一方に凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒が流通するように切り換えられる。
【００２５】
因みに、凝縮用熱交換器２２に給湯水を流通させて高温の温水を出力するときには、空気熱交換器２４ａ側に凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒が流通され、冷却水用熱交換器２４ｂにブライン水を流通させて低温のブライン水を出力するときには、冷却水用熱交換器２４ｂ側に凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒が流通される。
【００２６】
また、空気熱交換器２４ａおよび冷却水用熱交換器２４ｂの上流に設けられる減圧手段２３ａ、２３ｂは、それぞれの熱交換器２４ａ、２４ｂの蒸発温度が異なるように弁開度を調整され、一方の減圧手段２３ａは、例えば、蒸発温度が約８〜１０℃程度大気温度よりも低くするように弁開度が調整され、もう一方の減圧手段２３ｂは、例えば、蒸発温度が−１０〜１０℃程度となるように弁開度が調整されるようにしている。
【００２７】
なお、２６は送風機であり空気熱交換器２４ａに空気（外気）を送風して、減圧手段２３ａで減圧された冷媒を外気との熱交換によって蒸発させる。この送風機２６、圧縮機２１、減圧手段２３ａ、２３ｂ、および三方弁２７は後述する各センサの検出信号に基づいて電子制御装置２９により制御されている。アキュームレータ２５は、蒸発用熱交換器２４と圧縮機２１との間に介在してヒートポンプサイクルＣ内の余剰冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒と液相冷媒とを分離して気相冷媒のみを圧縮機２１に吸入させる。
【００２８】
次に、給湯水循環通路１０は、給湯水を凝縮用熱交換器２２に流通させる循環通路であり、給湯水を保温貯蔵する貯湯タンク１１、循環ポンプ１２、流量調整弁１３および凝縮用熱交換器２２から構成されている。貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）で形成され外周部に図示しない断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間に渡って保温するようになっている。この貯湯タンク１１は、縦長形状でありその底面には導入口１１ａが設けられ、この導入口１１ａには貯湯タンク１１内に水道水を導入する給水配管１４が接続されている。
【００２９】
給水配管１４には、導入される水道水の給水温度を検出する給水サーミスタ（図示せず）、および導入される水道水の水圧を所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける給湯水の逆流を防止する減圧防止弁（図示せず）が設けられている。
【００３０】
また、貯湯タンク１１の最上部には、導出口１１ｂが設けられ、この導出口１１ｂには貯湯タンク１１内の給湯水を導出するための給湯配管１５が接続されている。給湯配管１５の経路途中には逃がし弁（図示せず）を配設した排出配管（図示せず）が接続されており、貯湯タンク１１内の圧力が所定圧以上に上昇したときに、貯湯タンク１１内の給湯水を外部に排出して、貯湯タンク１１にダメージを与えないようにしている。
【００３１】
また、１６は所望する給湯温度に温度調節する混合弁であり、給湯配管１５と給水配管１４との合流点に配置されている。そして、混合弁１６は開口面積比（給湯配管１５に連通する給湯水側の開度と給水配管１４に連通する水側の開度の比率）を調節することにより、給湯配管１５からの給湯水と給水配管１４からの水道水との混合比を調節できるようになっている。
【００３２】
なお、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、後述する電子制御装置２９からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２９に出力するようになっている。そして、この混合弁１６および給湯配管１５の下流端には、図示しない給湯水栓、シャワー水栓などが接続され、これらの水栓を開弁することで所望する給湯温度の給湯水が出湯できる。
【００３３】
また、貯湯タンク１１の下部に貯湯タンク１１内下方の給湯水を吸入するための吸入口１１ｃと、貯湯タンク１１の上部に熱源装置２０により温められた給湯水を貯湯タンク１１内に吐出する吐出口１１ｄとが設けられ、この吸入口１１ｃと吐出口１１ｄとが給湯水循環通路１０に接続されている。これにより、貯湯タンク１１内には高温の給湯水が貯蔵されるが、その給湯水の温度は上方側から下方側にかけて順次低下するように貯蔵されている。
【００３４】
なお、貯湯タンク１１内には、貯湯タンク１１内の温水温度を検出する図示しない水温サーミスタが貯湯タンク１１の外壁面の上下方向に複数個設けられており、その位置における温水温度を検出することで沸き上げられた給湯水と沸き上げられる前の水道水との温度境界位置より貯湯量を検出するようになっている。そして、複数個の水温サーミスタによる温度情報が後述する電子制御装置２９に出力されるようになっている。
【００３５】
循環ポンプ１２は、貯湯タンク１１内の給湯水を凝縮用熱交換器２２に循環させるポンプであり、流量調整弁１３は、凝縮用熱交換器２２に流通させる給湯水の流量を調節する。循環ポンプ１２および流量調整弁１３は後述する電子制御装置２９により制御される。
【００３６】
一方、冷却水循環通路３０は、ブライン水を冷却水用熱交換器２４ｂに流通させる循環通路であり、ブライン水を保温貯蔵する冷却水貯蔵タンク３１、循環ポンプ３２、流量調整弁３３および冷却水用熱交換器２４ｂから構成されている。冷却水貯蔵タンク３１は、貯湯タンク１１と同様に、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）で形成され外周部に図示しない断熱構造を有し、低温の冷却水を長時間に渡って保温貯蔵するようになっている。
【００３７】
冷却水貯蔵タンク３１は、その底面に導入口３１ａおよびその上面に導出口３１ｂが設けられ、その導入口３１ａおよび導出口３１ｂは循環ポンプ３５を介して保冷庫３６に接続されており、必要に応じて保温冷蔵された低温のブライン水を流通させて保冷庫３６の熱源として利用している。
【００３８】
また、冷却水貯蔵タンク３１の上部に冷却水貯蔵タンク３１内上方のブライン水を吸入するための吸入口３１ｃと、冷却水貯蔵タンク３１の下部に冷却水用熱交換器２４ｂにより冷却されたブライン水を冷却水貯蔵タンク３１内に吐出する吐出口３１ｄとが設けられ、この吸入口３１ｃと吐出口３１ｄとが冷却水循環通路３０に接続されている。これにより、冷却水貯蔵タンク３１内には低温のブライン水が貯蔵されるが、そのブライン水の温度は上方側から下方側にかけて順次低下するように貯蔵されている。
【００３９】
また、循環ポンプ３２は、冷却水貯蔵タンク３１内のブライン水を冷却水用熱交換器２４ｂに循環させるポンプであり、流量調整弁３３は、冷却水用熱交換器２４ｂに流通させるブライン水の流量を調節する。循環ポンプ３２および流量調整弁３３は後述する電子制御装置２９により制御される。
【００４０】
なお、電子制御装置２９は、各センサからの検出信号および図示しない操作盤からの操作信号に基づいて、熱源装置２０内に構成される電気系の構成部品、混合弁１６、循環ポンプ３５などが制御するように構成されている。
【００４１】
次に、以上の構成によるヒートポンプ給湯装置の作動について説明する。まず、貯湯タンクに貯蔵された給湯水を出湯するには、給湯配管１５の下流端に設けられた水栓（図示せず）が開かれると、これに連動して給水配管１４から水道水が貯湯タンク１１に給水される。つまり、貯湯タンク１１内に貯蔵された給湯水が水道水により押し出され、その押し出された給湯水が混合弁１６により温度調節されて水栓から給湯される。
【００４２】
そして、貯湯タンク１１内の貯湯量が所定値以下となったときに、循環ポンプ１２を稼動させるとともに熱源装置２０を稼動させる。つまり、凝縮用熱交換器２２に貯湯タンク１１内の給湯水を流通させて高温の温水を出力して貯湯タンク１１内に給湯水を貯蔵する。このときの熱源装置２０では、まず、凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒を減圧手段２３ａおよび空気熱交換器２４ａ側に流入するように電子制御装置２９により三方弁２７の流れ方向が切り換えられる。そして、圧縮機２１が稼動すると、冷媒がヒートポンプサイクルＣ内を循環する。このとき圧縮機２１から吐出される冷媒は臨界圧力以上まで加圧されているので凝縮用熱交換器２２内では、冷媒は凝縮することなく、冷媒入口から冷媒出口に向かう程温度が上昇するような温度勾配を有して流通する。
【００４３】
一方、凝縮用熱交換器２２は、冷媒流れと給湯水（温水）流れとが対向するように構成されているので給湯水は温水入口から温水出口に向かうほど温度が上昇するような温度勾配を有して流通する。また、減圧手段２３ａにて減圧された冷媒は、空気熱交換器２４ａにて大気から熱を吸熱して蒸発した後、アキュームレータ２５を経由して圧縮機２１に吸入される。
【００４４】
ところで、本実施形態のヒートポンプ給湯装置では、高温（例えば、８５〜９０℃程度）の給湯水を貯湯タンク１１に貯蔵するため、例えば、凝縮用熱交換器２２の冷媒入口での冷媒温度は約１００℃程度としているとともに、この冷媒温度に基づいて凝縮用熱交換器２２の温水出口における給湯水温が所定温度となるように流量調整弁１３により給湯水流量に調節されている。
【００４５】
つまり、ヒートポンプサイクルＣ側において、圧縮機２１の吐出される高圧圧力が冷媒温度の約１００℃に相当する圧力となるように、圧縮機２１の回転数、減圧手段２３ａの弁開度、および送風機２６の送風量を制御している。これにより、空気熱交換器２４ａにより大気から吸熱して凝縮用熱交換器２２から高温（例えば、８５〜９０℃程度）の温水を出力できるようになっている。なお、このときの空気熱交換器２４ａにおいては、減圧手段２３ａの弁開度の調節により大気温度よりも８〜１０℃程度低い蒸発温度にてバランスしており運転効率が最良になっている。
【００４６】
次に、必要に応じて、冷却水用熱交換器２４ｂにブライン水を流通させて低温のブライン水を出力して冷却水貯蔵タンク３１に保温貯蔵するときは、凝縮用熱交換器２２から流出する冷媒をもう一方の減圧手段２３ｂおよび冷却水熱交換器２４ｂ側に流入するように電子制御装置２９により三方弁２７の流れ方向が切り換えられる。
【００４７】
そして、減圧手段２３ｂの弁開度が上述よりも低い蒸発温度（例えば、−１０〜１０℃程度）になるように調節されているため圧縮機２１が稼動して冷媒がヒートポンプサイクルＣ内を循環すると、給湯水循環通路１０においても給湯水が出力するとともに、冷却水熱交換器２４ｂから低温（例えば、−１０〜１０℃程度）のブライン水を出力することができる。これにより、冷却水用熱交換器２４ｂから低温のブライン水が出力して冷却水貯蔵タンク３１の下方へ吐出され冷却水貯蔵タンク３１内に冷凍効果を有するブライン水が保温貯蔵される。
【００４８】
そして、冷却水貯蔵タンク３１内に保温貯蔵されたブライン水を必要に応じて保冷庫３１に流通させることで、保冷庫３１の熱源としてブライン水を利用できる。なお、このときの凝縮用熱交換器２２では、上述したように大気から吸熱された給湯水を出力していたときと同じ作動を行なって給湯水温が異なるが高温の温水を出力している。
【００４９】
以上の一実施形態のヒートポンプ給湯装置によれば、蒸発用熱交換器２４として、空気熱交換器２４ａと冷却水用熱交換器２４ｂとから構成し、必要に応じてそのいずれか一方に冷媒が流通されるように配設したことにより、凝縮用熱交換器２２より高温の温水を出力するときは、空気熱交換器２４ａ側に冷媒を流通させることで従来と同じように高効率の運転が可能である。
【００５０】
そして、必要に応じて冷却水用熱交換器２４ｂ側に冷媒を流通させることで、ブライン水から冷媒に熱を吸収させることよりブライン水が冷却されて低温のブライン水を出力することが可能となる。従って、給湯水を出力するときの運転効率を低下させることなく冷却効果の有するブライン水の出力が可能となる。
【００５１】
また、冷却水用熱交換器２４ｂを冷媒流れとブライン水流れとが対向するように構成することにより、冷却水用熱交換器２４ｂの熱交換効率が最良とすることができる。また、冷却水循環通路３０には、冷却されたブライン水を保温貯蔵する冷却水用貯蔵タンク３１を具備することにより、冷却水用熱交換器２４ｂに冷媒を流通させてブライン水を冷却し、その冷却されたブライン水を冷却水用貯蔵タンク３１内に蓄えることが可能となる。
【００５２】
また、冷却水用貯蔵タンク３１に冷却水用熱交換器２４ｂにより冷却されたブライン水を保温貯蔵するときに、減圧手段２３ｂから流出する冷媒が流通されるとともに、空気熱交換器２４ａ側に減圧手段２３ａから流出する冷媒を流通するときよりも、減圧手段２３ｂが蒸発温度を低くなるように減圧されることにより、低温のブライン水を利用したいとき、例えば、夏場の夜間では、大気温度が２５℃程度となる。この温度のときには、給湯水を出力するときに運転効率を低下させないときの空気熱交換器２４ａの蒸発温度が１５〜１７℃程度であるが、この程度の温度では十分な冷却効果が得られない。
【００５３】
そこで、冷却された熱媒体を保温貯蔵するときは、これよりも低い蒸発温度（例えば、−１０〜１０℃程度）とすることで低温のブライン水が得られるとともに、その低温のブラウン水を冷却水用貯蔵タンク３１内に蓄えることができる。
【００５４】
また、圧縮機２１、凝縮用熱交換器２２、減圧手段２３ａ、２３ｂ、蒸発用熱交換器２４およびアキュームレータ２５からなるヒートポンプサイクルＣは、蒸気圧縮サイクルが超臨界域で作動され凝縮用熱交換器２２を流通する給湯水を加熱することにより、圧縮機２１の吐出温度が、より高められることにより、高温の熱媒体を出力する凝縮用熱交換器２２の加熱能力が向上するとともに、ヒートポンプサイクルＣの運転効率の向上が図れる。
【００５５】
ヒートポンプサイクルＣでは、冷媒が二酸化炭素であることにより、冷媒に二酸化炭素を用いることで、圧縮機２１の吐出温度がより高められることにより、凝縮用熱交換器２２の加熱能力がより向上する。
【００５６】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、三方弁２７を減圧手段２３ａ、２３ｂの上流側に設けたが、これに限らず、図２に示すように、空気熱交換器２４ａおよび冷却水用熱交換器２４ｂとアキュームレータ２５との間に設けても良い。
【００５７】
また、三方弁２７の代わりに空気熱交換器２４ａおよび冷却水用熱交換器２４ｂの上流または下流にそれぞれ開閉弁を設け、必要に応じていずれか一方を開弁させて、空気熱交換器２４ａまたは冷却水用熱交換器２４ｂのいずれか一方に冷媒を流通させるようにしても良い。
【００５８】
また、以上の実施形態では、冷却水貯蔵タンク３１内に保温貯蔵されたブライン水を保冷庫３６に利用したが、これに限らず、水道水を冷却する冷水器やスポットクーラ等の熱源として利用しても良い。
【００５９】
また、以上の実施形態では、二酸化炭素などの冷媒を用いた超臨界ヒートポンプからなるヒートポンプサイクルＣに本発明を適用させたが、これに限らず、フロンおよび代替フロンなどの冷媒を用いる一般のヒートポンプサイクルに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】他の実施形態におけるヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
２１…圧縮機
２２…凝縮用熱交換器
２３ａ、２３ｂ…減圧手段
２４…蒸発用熱交換器
２４ａ…空気熱交換器（蒸発用熱交換器）
２４ｂ…冷却水熱交換器（蒸発用熱交換器）
２５…アキュームレータ
３０…冷却水循環通路
３１…冷却水用貯蔵タンク
Ｃ…ヒートポンプサイクル
【図１】
2004340419.tif 000003
【図２】
2004340419.tif 000004