(57)【要約】【課題】  流路切換手段の個数を少なくしてコスト低減を図る。【解決手段】  エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、熱交換器２・５・６を三つ有して運転モードにより熱交換器２・６の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、熱交換器５・６の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る熱交換器２・６が高圧冷媒側に接続されている場合は放熱器と直列に接続し、熱交換器５が低圧冷媒側に接続されている場合は蒸発器と並列に接続して冷媒を流通させないようにした。  これにより、少ない個数の流路切換手段（三つの切換手段７〜９）を切り換えることで複数モードの運転ができる構成とすることで冷凍サイクルの構成を簡素化して低コストなヒートポンプ装置とすることができる。【選択図】    図１
2005233513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、
熱交換器（２、５、６）を三つ有して運転モードにより前記熱交換器（２、６）の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、前記熱交換器（５、６）の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、
放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る前記熱交換器（２、６）が高圧冷媒側に接続される場合は放熱器と直列に接続し、前記熱交換器（５）が低圧冷媒側に接続される場合は蒸発器と並列に接続して冷媒を流通させないようにすることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、
冷媒の熱を放熱させる放熱専用の温水生成用熱交換器（２）と、
吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発専用の冷水生成用熱交換器（５）と、
冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な空気熱交換器（６）とを設け、
運転モードにより前記温水生成用熱交換器（２）もしくは前記空気熱交換器（６）のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、前記冷水生成用熱交換器（５）もしくは前記空気熱交換器（６）のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えるようにしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器（４）と、
前記気液分離器（４）より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する温水生成用熱交換器（２）と、
前記気液分離器（４）より供給される液相冷媒でブラインを冷却する冷水生成用熱交換器（５）と、
前記圧縮機（１）で加圧され前記温水生成用熱交換器（２）を経由した高温冷媒もしくは前記気液分離器（４）より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器（６）と、
前記圧縮機（１）で加圧され前記温水生成用熱交換器（２）もしくは前記温水生成用熱交換器（２）と前記空気熱交換器（６）と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（３ａ）、および前記ノズル（３ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される前記冷水生成用熱交換器（５）もしくは前記空気熱交換器（６）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（３ａ）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（４）に流入させる昇圧部（３ｃ、３ｄ）を有するエジェクタ（３）と、
これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の切換手段（７〜１０）と、
この冷凍サイクルの作動を制御する制御手段（２０）とを備え、
前記制御手段（２０）は、温水生成モード、冷水生成モード、および温水＋冷水生成モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、前記複数の切換手段（７〜１０）を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項４】
エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、
熱交換器（２、６、１３）を三つ有して運転モードにより前記熱交換器（２、６、１３）の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、前記熱交換器（６、１３）の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、
放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る前記熱交換器（２、６、１３）を高圧冷媒側で放熱器と直列に接続することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項５】
エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、
冷媒の熱を放熱させる放熱専用の温水生成用熱交換器（２）と、
冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な二つの空気熱交換器（６、１３）とを設け、
運転モードにより前記温水生成用熱交換器（２）もしくは前記空気熱交換器（６、１３）のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、前記空気熱交換器（６、１３）のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えるようにしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項６】
冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器（４）と、
前記気液分離器（４）より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する温水生成用熱交換器（２）と、
前記圧縮機（１）で加圧され前記温水生成用熱交換器（２）を経由した高温冷媒もしくは前記気液分離器（４）より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する二つの空気熱交換器（６、１３）と、
前記圧縮機（１）で加圧され前記温水生成用熱交換器（２）と前記二つの空気熱交換器（６、１３）のいずれか一方と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（３ａ）、および前記ノズル（３ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される前記二つの空気熱交換器（６、１３）のいずれか他方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（３ａ）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（４）に流入させる昇圧部（３ｃ、３ｄ）を有するエジェクタ（３）と、
これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の切換手段（１４、１５）と、
この冷凍サイクルの作動を制御する制御手段（２０）とを備え、
前記制御手段（２０）は、給湯モード、暖房モード、冷房モード、および給湯＋冷房モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、前記複数の切換手段（１４、１５）を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項７】
冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ２と略す）を用いたことを特長とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エジェクタを用いたヒートポンプサイクルにて給湯運転モードと、例えば室内の冷房運転モードとをそれぞれ単独に、または同時に成り立たせるヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エジェクタを用いて冷凍サイクルのサイクル効率を向上させると共に、給湯運転と室内の冷房・暖房運転とをそれぞれ単独に、または同時に行う運転モードを成り立たせたヒートポンプ装置として、本出願人は先に特許文献１に示すものを出願している。
【特許文献１】特開２００２−２８６３２６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、上記従来技術のヒートポンプ装置は、運転モードの変更に応じて冷媒流路を切り換えるために三方弁を６個使っており、コスト上昇を招くという問題点があった。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、冷媒流路切換手段の個数を少なくしてコスト低減を図ることのできるヒートポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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、エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、熱交換器（２、５、６）を三つ有して運転モードにより熱交換器（２、６）の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、熱交換器（５、６）の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る熱交換器（２、６）が高圧冷媒側に接続される場合は放熱器と直列に接続し、熱交換器（５）が低圧冷媒側に接続される場合は蒸発器と並列に接続して冷媒を流通させないようにすることを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明では、エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、冷媒の熱を放熱させる放熱専用の温水生成用熱交換器（２）と、吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発専用の冷水生成用熱交換器（５）と、冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な空気熱交換器（６）とを設け、運転モードにより温水生成用熱交換器（２）もしくは空気熱交換器（６）のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、冷水生成用熱交換器（５）もしくは空気熱交換器（６）のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えるようにしたことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明では、冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器（４）と、気液分離器（４）より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する温水生成用熱交換器（２）と、気液分離器（４）より供給される液相冷媒でブラインを冷却する冷水生成用熱交換器（５）と、圧縮機（１）で加圧され温水生成用熱交換器（２）を経由した高温冷媒もしくは気液分離器（４）より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器（６）と、圧縮機（１）で加圧され温水生成用熱交換器（２）もしくは温水生成用熱交換器（２）と空気熱交換器（６）と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（３ａ）、およびノズル（３ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される冷水生成用熱交換器（５）もしくは空気熱交換器（６）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（３ａ）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（４）に流入させる昇圧部（３ｃ、３ｄ）を有するエジェクタ（３）と、これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の切換手段（７〜１０）と、この冷凍サイクルの作動を制御する制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、温水生成モード、冷水生成モード、および温水＋冷水生成モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、複数の切換手段（７〜１０）を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施することを特徴としている。
【０００７】
これら請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明によれば、本発明では減圧手段として冷媒の膨張エネルギーを利用して低圧冷媒を吸引・駆動するエジェクタ（３）を用いることにより、エジェクタ（３）で蒸発器から吸引した低圧冷媒を昇圧し、圧縮機（１）に吸入させる冷媒の圧力を高くすることで圧縮機（１）の消費動力を低減して冷凍サイクルの効率向上が図れる。また、少ない個数の冷媒流路切換手段、より具体的には四つの切換手段（７〜１０）を切り換えることで複数モードの運転ができる構成とすることで冷凍サイクルの構成を簡素化して低コストなヒートポンプ装置を提供することができる。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明では、エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、熱交換器（２、６、１３）を三つ有して運転モードにより熱交換器（２、６、１３）の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、熱交換器（６、１３）の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る熱交換器（２、６、１３）を高圧冷媒側で放熱器と直列に接続することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明では、エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、冷媒の熱を放熱させる放熱専用の温水生成用熱交換器（２）と、冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な二つの空気熱交換器（６、１３）とを設け、運転モードにより温水生成用熱交換器（２）もしくは空気熱交換器（６、１３）のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、空気熱交換器（６、１３）のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明では、冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器（４）と、気液分離器（４）より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機（１）と、圧縮機（１）で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する温水生成用熱交換器（２）と、圧縮機（１）で加圧され温水生成用熱交換器（２）を経由した高温冷媒もしくは気液分離器（４）より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する二つの空気熱交換器（６、１３）と、圧縮機（１）で加圧され温水生成用熱交換器（２）と二つの空気熱交換器（６、１３）のいずれか一方と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（３ａ）、およびノズル（３ａ）から噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される二つの空気熱交換器（６、１３）のいずれか他方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（３ａ）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（４）に流入させる昇圧部（３ｃ、３ｄ）を有するエジェクタ（３）と、これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の切換手段（１４、１５）と、この冷凍サイクルの作動を制御する制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、給湯モード、暖房モード、冷房モード、および給湯＋冷房モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、複数の切換手段（１４、１５）を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施することを特徴としている。
【００１１】
これら請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の発明によれば、本発明では減圧手段として冷媒の膨張エネルギーを利用して低圧冷媒を吸引・駆動するエジェクタ（３）を用いることにより、エジェクタ（３）で蒸発器から吸引した低圧冷媒を昇圧し、圧縮機（１）に吸入させる冷媒の圧力を高くすることで圧縮機（１）の消費動力を低減して冷凍サイクルの効率向上が図れる。また、少ない個数の冷媒流路切換手段、より具体的には二つの切換手段（１４、１５）を切り換えることで複数モードの運転ができる構成とすることで冷凍サイクルの構成を簡素化して低コストなヒートポンプ装置を提供することができる。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明では、冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ２と略す）を用いたことを特長としている。この請求項７に記載の発明によれば、ＣＯ２冷媒のように圧縮機（１）からの吐出圧力が高い方がエジェクタ（３）の効果を得易いことによるものである。ちなみに、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（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詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ装置の構成を表す模式図である。本実施形態のヒートポンプ装置は、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて、給湯用水を加熱する温水生成モードと、冷房や冷蔵などに用いるブラインを冷却する冷水生成モードとを、それぞれ単独に、または同時に成り立たせるヒートポンプ装置であり、大きく分けて、冷媒の流通するヒートポンプサイクル部と、給湯用水の流通する温水生成部と、ブラインの流通する冷水生成部とで構成されている。
【００１４】
まず、ヒートポンプサイクル部において、１は気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機であり、２は圧縮機１で加圧された高温冷媒で給湯用の水道水などを加熱する給湯用熱交換器（温水生成用熱交換器、熱交換器）である。３は圧縮機１で加圧された高圧冷媒の減圧手段として冷媒の膨張エネルギーを利用して蒸発器側の冷媒を吸引し、昇圧して吐出するエジェクタであり、４は冷凍サイクル内の冷媒を気液分離して液相冷媒を蓄える気液分離器である。尚、エジェクタ３については後で詳述する。
【００１５】
５は気液分離器４より供給される液相冷媒で熱交換媒体となるブライン（本実施形態では不凍液）を冷却する給冷用熱交換器（冷水生成用熱交換器、熱交換器）であり、６は圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２を経由した高温冷媒もしくは気液分離器４より供給される液相冷媒と、図示しない送風機（送風手段）にて供給される空気（外気）とを熱交換する室外熱交換器（空気熱交換器、熱交換器）である。そして、これらの機器間を接続する冷媒通路を三方弁（切換手段）７・８と開閉弁（切換手段）９と逆止弁（切換手段）１０とで切り換えて、後述する各運転モードに応じた所定の冷媒循環通路を形成する。
【００１６】
更に詳しく述べると、三方弁７は給湯用熱交換器２の直後に設けられ、給湯用熱交換器２を流通した冷媒をエジェクタ３の高圧冷媒流入部へ供給するか、バイパス路７ａを通して室外熱交換器６へ供給するかを切り換えるものである。また、三方弁８は気液分離器４の液相冷媒出口直後に設けられ、液相冷媒を給冷用熱交換器５へ供給するか、室外熱交換器６へ供給するかを切り換えるものである。
【００１７】
また、電磁弁などの開閉弁９は室外熱交換器６の直後に設けられ、室外熱交換器６を流通した冷媒を、バイパス路１０ａを通してエジェクタ３の高圧冷媒流入部へ供給するか、低圧冷媒流入部へ供給するかを切り換えるものである。また、逆止弁１０はバイパス路１０ａ中に設けられ、バイパス路１０ａを用いないときにエジェクタ３の高圧冷媒流入部へ流入する高圧冷媒が低圧冷媒側へ回り込まないように阻止するものである。尚、図１中の１１・１２は、気液分離器４から給冷用熱交換器５または室外熱交換器６へ流れる冷媒流量を調整する固定絞りなどの絞り手段である。
【００１８】
次に、温水生成部おいて、１８は給湯用熱交換器２で加熱された高温水を貯湯する貯湯タンクであり、１９は貯湯タンク１８の下部から冷たい給湯用水を給湯用熱交換器２へ供給して加熱された給湯用水を貯湯タンク１８の上部に戻す給湯用水回路の循環ポンプ（循環手段）である。また、貯湯タンク１８の下部には給湯用の水道水などが供給される給水路が接続されており、貯湯タンク１８の上部には貯湯されていた高温水を台所や風呂などへの給湯や室内ヒータ・床暖房パネル・温蔵庫などの熱源として利用するために供給する給湯路が接続されている。
【００１９】
また、冷水生成部おいて、２１は給冷用熱交換器５で冷却されたブラインを貯冷する蓄冷材を収納した貯冷タンクであり、２２は貯冷タンク２１の上部から冷えていないフラインを給冷用熱交換器５へ供給して冷却されたブラインを貯冷タンク２１の下部に戻すブライン回路の循環ポンプ（循環手段）である。また、貯冷タンク２１の下部には貯冷されていたブラインを図示しない室内クーラ・床冷房パネル・冷蔵庫などの冷熱源として利用するために供給する給水路が接続されており、貯冷タンク２１の上部には放冷を終えたブラインが戻って来る戻り水路が接続されている。
【００２０】
図１０は、本発明の実施形態に係るエジェクタ３の構造を示す断面模式図である。エジェクタ３は、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２もしくは室外熱交換器６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３ａと、そのノズル３ａ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給冷用熱交換器５もしくは室外熱交換器６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３ａ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。
【００２１】
そしてエジェクタ３から流出した冷媒は気液分離器４に流入される。尚、エジェクタ３から噴出する冷媒は、必ずしもディフィーザ３ｄのみで昇圧されるものではなく、混合部３ｃ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３ｃとディフィーザ３ｄとを総称して昇圧部と呼ぶ。また、本実施形態では、混合部３ｃの断面積はディフューザ３ｄまで一定であるが、混合部３ｃの断面積をディフューザ３ｄに向かうほど大きくなるようにテーパ状としても良い。
【００２２】
これにより、冷凍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３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。また図１０中の３ｅは、ノズル３ａの冷媒上流側で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である。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。
【００２３】
そして、これらの機器からなるヒートポンプ装置の作動を制御する制御手段としての制御装置２０は、使用者により図示しない当装置のコントローラで選択された運転モードや設定された条件と、図示しない各センサー等からの情報に基づいて、上述した圧縮機１、可変絞り機構３ｅ、三方弁７・８、開閉弁９、循環ポンプ１９・２２、図示しない送風機などの各機器の運転状態を決定して制御するための制御信号を出力するものである。
【００２４】
次に、上述した第１実施形態の構成においての作動を説明する。本ヒートポンプ装置では、給湯または給湯水を熱源とした暖房などを行う場合の温水生成モードと、冷ブラインを冷熱源として冷房などを行う場合の冷水生成モードと、温水と冷水とを同時に生成する温水＋冷水生成モードとが可能となっている。図２〜４は、各運転モードに対応した各機器状態により、冷媒が流通する経路を太線で表わし、冷媒が流通しない経路を点線で表わしている。また、温水生成部と冷水生成部とについては一部のみ記して省略し、稼動しているか否かは温水路または冷水路の白抜き矢印にて表す。以下、各運転モードでの作動を説明する。
【００２５】
＜温水生成モード＞
図２は、図１のヒートポンプ装置において温水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→三方弁７→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の給湯用熱交換器２で供給される給湯用水を加熱する。エジェクタ３内では高圧冷媒がノズル３ａの先端から噴き出す勢いで蒸発器（本モードでは室外熱交換器６）から低圧冷媒を吸引し、ノズル噴流と混合し昇圧したのち気液分離器４へ吐出する。気液分離器４で冷媒は気相冷媒と液相冷媒とに分離され、気相冷媒は再度圧縮機１に吸引される。
【００２６】
また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→三方弁８→絞り手段１１→室外熱交換器６→開閉弁９→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の室外熱交換器６で図示しない送風機にて供給される外気と熱交換して吸熱する。尚、給冷用熱交換器５側には三方弁８が閉じているので冷媒は流れないが、給冷用熱交換器５の三方弁８と反対側の配管はエジェクタ３に接続されており常に吸引されているので冷媒が寝込むことはない。
【００２７】
＜冷水生成モード＞
図３は、図１のヒートポンプ装置において冷水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→三方弁７→バイパス路７ａ→室外熱交換器６→バイパス路１０ａ→逆止弁１０→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の給湯用熱交換器２は単なる配管として使う。
【００２８】
そのため、図示しない給湯用水の循環ポンプ１９は停止しておき、給湯用熱交換器２には水を流さない。このため、圧縮機１から吐出された高温冷媒は給湯用熱交換器２を通るが水と熱交換せず、ほとんど温度変化せずに給湯用熱交換器２から流出して室外熱交換器６で放熱を行う。また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→三方弁８→絞り手段１２→給冷用熱交換器５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の給冷用熱交換器５で供給されるブラインを冷却する。尚、このモードにおいて開閉弁９は閉じておく。
【００２９】
＜温水＋冷水生成モード＞
図４は、図１のヒートポンプ装置において温水＋冷水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→三方弁７→バイパス路７ａ→室外熱交換器６→バイパス路１０ａ→逆止弁１０→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の給湯用熱交換器２で供給される給湯用水を加熱する。
【００３０】
また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→三方弁８→絞り手段１２→給冷用熱交換器５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の給冷用熱交換器５で供給されるブラインを冷却する。尚、このモードにおいて開閉弁９は閉じておく。このように、本モードでは給湯用熱交換器２を放熱器、給冷用熱交換器５を蒸発器として運転する。
【００３１】
このように、本発明では圧縮機１で駆動される流れと、エジェクタ３で駆動される流れとの二つがあり、そこに第３の熱交換器として室外熱交換器６を追加し、この室外熱交換器６を三方弁などの切換手段にて高圧側に接続するか低圧側接続にするかを選択的に切り換えるものである。そして、本発明での室外熱交換器６の位置は、高圧側に配置するとき（冷水生成モード、もしくは温水＋冷水生成モード）は給湯用熱交換器２と直列に配置し、低圧側に配置するとき（温水生成モード）は給冷用熱交換器５と並列に配置している。
【００３２】
これは例えば、冷水生成モードや温水＋冷水生成モード時に給湯用熱交換器２と室外熱交換器６とを並列に接続し、切換手段でいずれかの非使用熱交換器の方に冷媒が流れないようにしたとすると、非使用熱交換器内の温度が低くなり、冷媒がそこで液化して寝込んでしまうという問題がある。しかし本発明では、給湯用熱交換器２と室外熱交換器６とを直列に接続し、非使用熱交換器も単なる配管として冷媒を流通させるため、非使用熱交換器内に冷媒が寝込むことがない。
【００３３】
また、温水生成モード時に本発明では、低圧側に並列配置した給冷用熱交換器５と室外熱交換器６とにおいて、非使用熱交換器である給冷用熱交換器５は冷媒を流通させないまでもエジェクタ３で給冷用熱交換器５内の冷媒を常に吸引する構成であるため、非使用熱交換器内に冷媒が寝込むことを回避できる。
【００３４】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、給湯用熱交換器２・給冷用熱交換器５・室外熱交換器６を三つ有しており、運転モードにより給湯用熱交換器２・室外熱交換器６の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、給冷用熱交換器５・室外熱交換器６の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る給湯用熱交換器２・室外熱交換器６が高圧冷媒側に接続されている場合は放熱器と直列に接続し、給冷用熱交換器５が低圧冷媒側に接続されている場合は蒸発器と並列に接続して冷媒を流通させないようにしている。
【００３５】
また、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、冷媒の熱を放熱させる放熱専用の給湯用熱交換器２と、吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発専用の給冷用熱交換器５と、冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な室外熱交換器６とを設け、運転モードにより給湯用熱交換器２もしくは室外熱交換器６のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、給冷用熱交換器５もしくは室外熱交換器６のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えしている。
【００３６】
また、冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器４と、気液分離器４より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機１と、圧縮機１で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する給湯用熱交換器２と、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２を経由した高温冷媒もしくは気液分離器４より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する室外熱交換器６と、気液分離器４より供給される液相冷媒でブラインを冷却する給冷用熱交換器５と、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２もしくは給湯用熱交換器２と室外熱交換器６と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３ａ、およびノズル３ａから噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される給冷用熱交換器５もしくは室外熱交換器６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３ａ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４に流入させる昇圧部３ｃ・３ｄを有するエジェクタ３と、これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の三方弁７・８、開閉弁９、逆止弁１０と、この冷凍サイクルの作動を制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、温水生成モード、冷水生成モード、および温水＋冷水生成モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、複数の三方弁７・８、開閉弁９を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施するようになっている。
【００３７】
これらによれば、本発明では減圧手段として冷媒の膨張エネルギーを利用して低圧冷媒を吸引・駆動するエジェクタ３を用いることにより、エジェクタ３で蒸発器から吸引した低圧冷媒を昇圧し、圧縮機１に吸入させる冷媒の圧力を高くすることで圧縮機１の消費動力を低減して冷凍サイクルの効率向上が図れる。また、少ない個数の冷媒流路切換手段、より具体的には三方弁７・８と開閉弁９とを切り換えることで複数モードの運転ができる構成とすることで冷凍サイクルの構成を簡素化して低コストなヒートポンプ装置を提供することができる。また、冷媒としてＣＯ２を用いている。これは、ＣＯ２冷媒のように圧縮機１からの吐出圧力が高い方がエジェクタ３の効果を得易いことによるものである。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の構成と作動について説明する。図５は、本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ装置の構成を表す模式図である。本実施形態のヒートポンプ装置は、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて、給湯用水を加熱する給湯装置の機能と、冷媒の冷温熱を直接室内空調に利用する室内空調装置の機能とを組み合わせたものである。
【００３９】
上述した第１実施形態と異なるのは、給冷用熱交換器５に代わり、室内の空調に利用する室内熱交換器（空気熱交換器、熱交換器）１３を設けている。また、運転モード切換用の切換手段として二つの四方弁１４・１５を設けている。四方弁１４は給湯用熱交換器２からの冷媒を室外熱交換器６へ供給するか、室内熱交換器１３へ供給するかを切り換えるものであり、四方弁１５はエジェクタ３に対して二つある空気熱交換器６・１３のうちどちらか一方を高圧冷媒供給部に接続して、残る他方を低圧冷媒供給部に接続するように切り換えるものである。その他の機器は第１実施形態と同様のため、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
また、本ヒートポンプ装置は大きく分けて、冷媒の流通するヒートポンプサイクル部と、給湯用水の流通する温水生成部とで構成されているが、温水生成部についても第１実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。そして、ヒートポンプサイクル部の構成については、以下の各モードでの作動によって説明する。
【００４１】
本ヒートポンプ装置では、切換可能な運転モードとして給湯モード・暖房モード・冷房モード・給湯＋冷房モードの四つがある。図６〜９は、各運転モードに対応した各機器状態により、冷媒が流通する経路を太線で表わしている。また、二つの空気熱交換器６・１３に空気を供給する図示しない送風機が稼動しているか否かは白抜き矢印にて表す。また、温水生成部については一部のみ記して省略し、稼動しているか否かは温水路の白抜き矢印にて表す。以下、各運転モードでの作動を説明する。
【００４２】
＜給湯モード＞
図６は、図５のヒートポンプ装置において給湯モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→四方弁１４→室内熱交換器１３→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の給湯用熱交換器２で供給される給湯用水を加熱し、室内熱交換器１３には空気を流しておらず単なる配管として使用する。
【００４３】
エジェクタ３内では高圧冷媒がノズル３ａの先端から噴き出す勢いで蒸発器（本モードでは室外熱交換器６）から低圧冷媒を吸引し、ノズル噴流と混合し昇圧したのち気液分離器４へ吐出する。気液分離器４で冷媒は気相冷媒と液相冷媒とに分離され、気相冷媒は再度圧縮機１に吸引される。また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→絞り手段１１→四方弁１４→室外熱交換器６→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の室外熱交換器６で図示しない送風機にて供給される外気と熱交換して吸熱する。
【００４４】
＜暖房モード＞
図７は、図５のヒートポンプ装置において暖房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→四方弁１４→室内熱交換器１３→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の室内熱交換器１３で供給される室内空気を加熱して暖房を行い、給湯用熱交換器２には給湯用水を流しておらず単なる配管として使用する。
【００４５】
そのため、図示しない給湯用水の循環ポンプ１９は停止しておき、給湯用熱交換器２には水を流さない。このため、圧縮機１から吐出された高温冷媒は給湯用熱交換器２を通るが水と熱交換せず、ほとんど温度変化せずに給湯用熱交換器２から流出して室内熱交換器１３で放熱を行う。また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→絞り手段１１→四方弁１４→室外熱交換器６→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の室外熱交換器６で図示しない送風機にて供給される外気と熱交換して吸熱する。
【００４６】
＜冷房モード＞
図８は、図５のヒートポンプ装置において冷房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→四方弁１４→室外熱交換器６→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の室外熱交換器６で放熱を行い、給湯用熱交換器２には給湯用水を流しておらず単なる配管として使用する。また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→絞り手段１１→四方弁１４→室内熱交換器１３→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の室内熱交換器１３で供給される室内空気から吸熱して冷房を行う。
【００４７】
＜給湯＋冷房モード＞
図９は、図５のヒートポンプ装置において給湯＋冷房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。一方の冷媒流れとして、圧縮機１→給湯用熱交換器２→四方弁１４→室外熱交換器６→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４→圧縮機１と循環し、途中の給湯用熱交換器２で供給される給湯用水を加熱し、室外熱交換器６には空気を流しておらず単なる配管として使用する。また、もう一方の冷媒流れとして液相冷媒は、気液分離器４→絞り手段１１→四方弁１４→室内熱交換器１３→四方弁１５→エジェクタ３→気液分離器４と循環し、途中の室内熱交換器１３で供給される室内空気から吸熱して冷房を行う。
【００４８】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、給湯用熱交換器２・室外熱交換器６・室内熱交換器１３を三つ有して運転モードにより給湯用熱交換器２・室外熱交換器６・室内熱交換器１３の中のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、室外熱交換器６・室内熱交換器１３の中のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるよう冷媒流路を切り換えると共に、放熱器にも蒸発器にも利用しないで残る給湯用熱交換器２・室外熱交換器６・室内熱交換器１３を高圧冷媒側で放熱器と直列に接続するようにしている。
【００４９】
また、エジェクタ３を用いたヒートポンプサイクルにて給湯用の水を加熱することのできるヒートポンプ装置において、冷媒の熱を放熱させる放熱専用の給湯用熱交換器２と、冷媒の熱を放熱する放熱器にも吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器にも切り換え可能な二つの室外熱交換器６・室内熱交換器１３とを設け、運転モードにより給湯用熱交換器２もしくは室外熱交換器６・室内熱交換器１３のいずれかが冷媒の熱を放熱する放熱器となり、室外熱交換器６・室内熱交換器１３のいずれかが吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器となるように冷媒流路を切り換えるようにしている。
【００５０】
また、冷凍サイクル内の冷媒を気液分離する気液分離器４と、気液分離器４より気相冷媒を吸入し加圧して吐出する圧縮機１と、圧縮機１で加圧された高温冷媒で給湯用水を加熱する給湯用熱交換器２と、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２を経由した高温冷媒もしくは気液分離器４より供給される液相冷媒と空気とを熱交換する二つの室外熱交換器６・室内熱交換器１３と、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２と二つの室外熱交換器６・室内熱交換器１３のいずれか一方と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３ａ、およびノズル３ａから噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続される二つの室外熱交換器６・室内熱交換器１３のいずれか他方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３ａ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４に流入させる昇圧部３ｃ・３ｄを有するエジェクタ３と、これらの機器への循環流体の流路を切り換える複数の四方弁１４・１５と、この冷凍サイクルの作動を制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、給湯モード、暖房モード、冷房モード、および給湯＋冷房モードのいずれかから選択された運転モードに応じて、複数の四方弁１４・１５を切り換え制御して所定の流体循環通路を形成し、選択運転モードを実施するようにしている。
【００５１】
これらによれば、本発明では減圧手段として冷媒の膨張エネルギーを利用して低圧冷媒を吸引・駆動するエジェクタ３を用いることにより、エジェクタ３で蒸発器から吸引した低圧冷媒を昇圧し、圧縮機１に吸入させる冷媒の圧力を高くすることで圧縮機１の消費動力を低減して冷凍サイクルの効率向上が図れる。また、少ない個数の冷媒流路切換手段、より具体的には二つの四方弁１４・１５を切り換えることで複数モードの運転ができる構成とすることで冷凍サイクルの構成を簡素化して低コストなヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、温水生成部に加熱された高温水を貯湯する貯湯タンク１８を構成し、冷水生成部に冷却されたブラインを貯冷する貯冷タンク２１を構成しているが、必ずしも貯湯式給湯や貯冷式給冷である必要は無いため、貯湯タンク１８や貯冷タンク２１が無い構成であっても良い。また、上述の第２実施形態では、冷媒流路を切り換える切換手段として四方弁を用いているが、これに限らず、三方弁を２個組み合わせて循環流体流路を切り換えるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ装置の構成を表す模式図である。
【図２】図１のヒートポンプ装置において温水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図３】図１のヒートポンプ装置において冷水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図４】図１のヒートポンプ装置において温水＋冷水生成モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ装置の構成を表す模式図である。
【図６】図６のヒートポンプ装置において給湯モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図７】図６のヒートポンプ装置において暖房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図８】図６のヒートポンプ装置において冷房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図９】図６のヒートポンプ装置において給湯＋冷房モード時の冷媒の流通経路を表わした模式図である。
【図１０】本発明に係るエジェクタ３の構造を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…圧縮機
２…給湯用熱交換器（温水生成用熱交換器、熱交換器）
３…エジェクタ
３ａ…ノズル
３ｃ…混合部（昇圧部）
３ｄ…ディフューザ部（昇圧部）
４…気液分離器
５…給冷用熱交換器（冷水生成用熱交換器、熱交換器）
６…室外熱交換器（空気熱交換器、熱交換器）
７…三方弁（切換手段）
８…三方弁（切換手段）
９…開閉弁（切換手段）
１０…逆止弁（切換手段）
１３…室内熱交換器（空気熱交換器、熱交換器）
１４…四方弁（切換手段）
１５…四方弁（切換手段）
２０…制御装置（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005233513.tif 000009
【図８】
2005233513.tif 000010
【図９】
2005233513.tif 000011
【図１０】
2005233513.tif 000012