(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、前記放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、前記蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされた冷却加熱装置であって、
一端が絞り手段を介して前記放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が前記圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、前記加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すか前記補助熱交換器に流すか、及び、前記補助熱交換器から前記圧縮機に冷媒を供給するか前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、
前記冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、前記加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、前記圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記冷却運転信号は、前記蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、前記加熱運転信号は、前記放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、
前記制御手段は、前記加熱運転信号が加熱が必要である状態であり、前記冷却運転信号が冷却が可能な状態である場合、前記流路切替手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする冷却加熱装置。
【請求項２】
圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、前記放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、前記蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされた冷却加熱装置であって、
一端が絞り手段を介して前記放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が前記圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、前記加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すか前記補助熱交換器に流すか、及び、前記補助熱交換器から前記圧縮機に冷媒を供給するか前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、
前記冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、前記加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、前記圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記冷却運転信号は、前記蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、前記加熱運転信号は、前記放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、
前記制御手段は、前記冷却運転信号が冷却が必要である状態であり、前記加熱運転信号が加熱が可能な状態である場合、前記流路切替手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする冷却加熱装置。
【請求項３】
圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、前記放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、前記蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされた冷却加熱装置であって、
一端が絞り手段を介して前記放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が前記圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、前記加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すか前記補助熱交換器に流すか、及び、前記補助熱交換器から前記圧縮機に冷媒を供給するか前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、
前記冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、前記加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、前記圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記冷却運転信号は、前記蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、前記加熱運転信号は、前記放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、
前記制御手段は、前記冷却運転信号又は加熱運転信号のうちの何れか一方が冷却又は加熱が必要である状態であり、他方が加熱又は冷却が可能な状態である場合、前記流路切替手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする冷却加熱装置。
【請求項４】
圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、前記放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、前記蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされた冷却加熱装置であって、
一端が絞り手段を介して前記放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が前記圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、前記加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すか前記補助熱交換器に流すか、及び、前記補助熱交換器から前記圧縮機に冷媒を供給するか前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、
前記冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、前記加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、前記圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記蒸気圧縮冷凍サイクルの前記蒸発器以外の冷媒回路と、前記制御手段とを一つの架台上に設置して、冷却加熱ユニットを構成すると共に、
該加熱冷却ユニットには、前記放熱器と前記加熱対象を構成する加熱側熱媒の循環経路を接続するための加熱側接続ポート、及び／又は、前記蒸発器と前記冷却対象を構成する冷却側熱媒の循環経路を接続するための冷却側接続ポートと、前記加熱対象からの加熱運転信号配線が接続される加熱運転信号接続端子、及び／又は、前記冷却対象からの冷却運転信号配線が接続される冷却運転信号接続端子とを設けたことを特徴とする冷却加熱装置。
【請求項５】
圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、前記放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、前記蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされた冷却加熱装置であって、
一端が絞り手段を介して前記放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が前記圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、前記加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すか前記補助熱交換器に流すか、及び、前記補助熱交換器から前記圧縮機に冷媒を供給するか前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、
前記冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、前記加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、前記圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記蒸気圧縮冷凍サイクルの蒸発器以外の冷媒回路と、前記制御手段とを一つの架台上に設置して、冷却加熱ユニットを構成し、
該加熱冷却ユニットには、前記放熱器と前記加熱対象を構成する加熱側熱媒の循環経路を接続するための加熱側接続ポート、及び／又は、前記蒸発器と前記冷却対象を構成する冷却側熱媒の循環経路を接続するための冷却側接続ポートと、前記加熱対象からの加熱運転信号配線が接続される加熱運転信号接続端子、及び／又は、前記冷却対象からの冷却運転信号配線が接続される冷却運転信号接続端子とを設けると共に、
前記冷却運転信号は、前記蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、前記加熱運転信号は、前記放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であって、
前記制御手段は、前記冷却運転信号又は加熱運転信号のうちの何れか一方が冷却又は加熱が必要である状態であり、他方が加熱又は冷却が可能な状態である場合、前記流路切替手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする冷却加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの蒸発器のおける冷媒の吸熱により冷却対象を冷却し、放熱器における冷媒の放熱により加熱対象を加熱する冷却加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷房や冷凍等のように、冷却対象を冷却する方法として蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた冷凍装置が広く利用されている。この種の冷凍装置では、蒸発器における冷媒の蒸発作用により冷却対象を冷却し、凝縮器における冷媒の凝縮により発生する熱を大気等へ放出していた。
【０００３】
また、暖房や給湯等のように加熱対象を加熱する方法としても蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置が用いられている。この種のヒートポンプ装置では、凝縮器において冷媒が放熱して凝縮する際の放熱作用により加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の蒸発により大気等の熱源から吸熱を行っていた。
【０００４】
上記のような冷凍装置では、冷却運転の際に、凝縮器において冷媒が放熱し、凝縮することにより発生する熱を大気中に放出していたため、エネルギーの有効的利用が図られていないばかりで無く、周囲温度の上昇をもたらすという問題があった。
【０００５】
一方で、上記のようなヒートポンプ装置では、ヒートポンプ運転中に蒸発器において冷媒が蒸発することによる吸熱作用は何ら有効に利用されることなく、単に大気から熱を汲み上げるのみであった。
【０００６】
そこで、冷却運転時においても冷凍サイクルの高圧側での放熱を有効に利用し、省エネルギーを図る冷却加熱装置が開発されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。このように、冷凍サイクルを利用して冷却と加熱を同時に行なえる構成とした冷却加熱装置では、冷凍サイクルの蒸発器における冷媒の蒸発作用により冷却対象を冷却すると共に、放熱器における冷媒の放熱により加熱対象を加熱することができるので、従来は利用されずに大気中に放出されていた冷却過程において発生する冷凍サイクル高温側の熱を有効に利用することができ、エネルギーの消費量を削減することが期待できる。
【特許文献１】特開２００４−３０９０９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のようにエネルギーの消費量を削減できるのは、冷却と加熱を同時に行なう場合であって、室外の空気熱交換器による放熱を伴う冷却運転（冷却のみを利用する運転）や、空気熱交換器による吸熱を伴う加熱運転（加熱のみを利用する運転）を行なう場合にはエネルギーを有効に利用しているとは言えない。
【０００８】
特に、要求される冷却負荷と加熱負荷は、必ずしも熱サイクル的にバランスするとは限らず、それぞれの負荷が発生するタイミングも同時であるとは限らないため、冷却と加熱を同時に行なえる構成とした冷却加熱装置であっても、冷却と加熱の同時運転を行う頻度は低く、従って、効率的な運転を行なうことは実際には困難であった。
【０００９】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷却負荷と加熱負荷の変動に調和した好適な運転を行なうことにより、エネルギーの消費量を削減することができる冷却加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の冷却加熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされたものであって、一端が絞り手段を介して放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流すか補助熱交換器に流すか、及び、補助熱交換器から圧縮機に冷媒を供給するか蒸発器から圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、冷却運転信号は、蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、加熱運転信号は、放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、制御手段は、加熱運転信号が加熱が必要である状態であり、冷却運転信号が冷却が可能な状態である場合、流路切替手段により、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、蒸発器から圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明の冷却加熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされたものであって、一端が絞り手段を介して放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流すか補助熱交換器に流すか、及び、補助熱交換器から圧縮機に冷媒を供給するか蒸発器から圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、冷却運転信号は、蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、加熱運転信号は、放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、制御手段は、冷却運転信号が冷却が必要である状態であり、加熱運転信号が加熱が可能な状態である場合、流路切替手段により、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、蒸発器から圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明の冷却加熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされたものであって、一端が絞り手段を介して放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流すか補助熱交換器に流すか、及び、補助熱交換器から圧縮機に冷媒を供給するか蒸発器から圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、冷却運転信号は、蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、加熱運転信号は、放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であると共に、制御手段は、冷却運転信号又は加熱運転信号のうちの何れか一方が冷却又は加熱が必要である状態であり、他方が加熱又は冷却が可能な状態である場合、流路切替手段により、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、蒸発器から圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明の冷却加熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされたものであって、一端が絞り手段を介して放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流すか補助熱交換器に流すか、及び、補助熱交換器から圧縮機に冷媒を供給するか蒸発器から圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、蒸気圧縮冷凍サイクルの蒸発器以外の冷媒回路と、制御手段とを一つの架台上に設置して、冷却加熱ユニットを構成すると共に、この加熱冷却ユニットには、放熱器と加熱対象を構成する加熱側熱媒の循環経路を接続するための加熱側接続ポート、及び／又は、蒸発器と冷却対象を構成する冷却側熱媒の循環経路を接続するための冷却側接続ポートと、加熱対象からの加熱運転信号配線が接続される加熱運転信号接続端子、及び／又は、冷却対象からの冷却運転信号配線が接続される冷却運転信号接続端子とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明の冷却加熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された蒸気圧縮式冷凍サイクルを備え、放熱器における冷媒の放熱作用を利用して加熱対象を加熱し、蒸発器における冷媒の吸熱作用を利用して冷却対象を冷却することが可能とされたものであって、一端が絞り手段を介して放熱器の冷媒出口側配管に接続されると共に、他端が圧縮機の吸込側配管及び吐出側配管に接続され、加熱対象及び冷却対象以外の熱源と熱交換を行う補助熱交換器と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流すか補助熱交換器に流すか、及び、補助熱交換器から圧縮機に冷媒を供給するか蒸発器から圧縮機に冷媒を供給するかを制御する流路切替手段と、冷却対象の冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱対象の加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機、各絞り手段及び流路切替手段を制御する制御手段とを備え、蒸気圧縮冷凍サイクルの蒸発器以外の冷媒回路と、制御手段とを一つの架台上に設置して、冷却加熱ユニットを構成し、この加熱冷却ユニットには、放熱器と加熱対象を構成する加熱側熱媒の循環経路を接続するための加熱側接続ポート、及び／又は、蒸発器と冷却対象を構成する冷却側熱媒の循環経路を接続するための冷却側接続ポートと、加熱対象からの加熱運転信号配線が接続される加熱運転信号接続端子、及び／又は、冷却対象からの冷却運転信号配線が接続される冷却運転信号接続端子とを設けると共に、冷却運転信号は、蒸発器における冷却対象の冷却が必要である状態、冷却が可能な状態、及び、冷却が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であり、加熱運転信号は、放熱器における加熱対象の加熱が必要である状態、加熱が可能な状態、及び、加熱が不可の状態のうちの何れか一つの状態を示す信号であって、制御手段は、冷却運転信号又は加熱運転信号のうちの何れか一方が冷却又は加熱が必要である状態であり、他方が加熱又は冷却が可能な状態である場合、流路切替手段により、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、蒸発器から圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蒸気圧縮式冷凍サイクルの蒸発器における冷媒の吸熱作用により冷却対象を冷却すると共に、放熱器における冷媒の放熱作用により加熱対象を加熱することができるので、従来は利用されずに大気中に放出されていた冷却過程において発生する冷凍サイクルの高温側の熱を有効に利用することができ、エネルギーの消費量を削減することができるようになる。
【００１６】
特に、流路切替手段により冷媒の流れを切り替えることにより、冷却対象の冷却のみを行う冷却運転と、加熱対象の加熱のみを行なう加熱運転、及び、冷却対象の冷却と加熱対象の加熱を同時に行なう冷却加熱同時運転の全てを実現することが可能となるので、冷却負荷、若しくは、加熱負荷のバランス変動に幅広く対応し、確実な冷却対象の冷却と加熱対象の加熱を行なうことが可能となる。
【００１７】
更にまた、本発明によれば、冷却負荷に応じた冷却運転信号及び加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、冷却加熱同時運転を優先的に行なうように圧縮機や各絞り手段、流路切替手段を制御すれば、冷却のみ運転若しくは加熱のみ運転を行なう時間を短くし、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、蒸発器からの冷媒を圧縮機に吸い込ませて冷却加熱同時運転を行う時間を長くすることが可能となり、エネルギーを有効に利用して冷却加熱装置の効率を向上させることができるようになる。
【００１８】
また、本発明によれば種々の冷却負荷設備、加熱負荷設備を容易に接続することが可能となるので、省エネルギー性に優れ、更に移動や設置工事が容易で、汎用性に優れたものとなる。特に、冷却負荷設備及び／又は加熱負荷設備との冷媒配管接続を必要としないので、予め適切な量の冷媒を封入した状態で設置場所に搬入することも可能となるものである。
【００１９】
特に、請求項４又は請求項５の発明によれば、蒸発器以外の冷媒回路と、制御手段とを一つの架台上に設置して、一つの冷却加熱ユニットを構成しているので、種々の冷却負荷設備及び加熱負荷設備を容易に接続することが可能である。よって、移動や設置工事が容易で、汎用性に優れるという特徴を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の実施例１における冷却加熱装置１の冷媒回路である。実施例の冷却加熱装置１は、圧縮機２と、冷媒の放熱作用により加熱対象を加熱する放熱器３と、冷媒の蒸発による吸熱作用で冷却対象を冷却する蒸発器４と、冷媒と外気（加熱対象及び冷却対象以外の熱源）との熱交換を行ない、冷媒の放熱、若しくは、吸熱を行うための補助熱交換器としての室外熱交換器６などから冷媒回路が構成された蒸気圧縮冷凍サイクルを備えている。
【００２２】
この場合、圧縮機２の吐出側配管７は切替弁ＳＶ１を介して放熱器３の冷媒入口側配管８に接続され、放熱器３の冷媒出口側配管９には切替弁ＳＶ５が介設され、この冷媒出口側配管９は絞り手段としての膨張弁ＥＶ１に接続されている。そして、蒸発器４の冷媒入口側配管１１がこの膨張弁ＥＶ１の出口に接続され、蒸発器４の冷媒出口側配管１２は切替弁ＳＶ２に接続され、更にこの切替弁ＳＶ２の出口側にアキュムレータ１３が介設された圧縮機２の吸込側配管１４が接続されて冷媒回路が構成されている。
【００２３】
前記室外熱交換器６は、例えば所謂チューブアンドフィン式の熱交換器であり、銅管と、該銅管に設けられた伝熱促進アルミフィンとから構成され、前記銅管の内部を冷媒の流路としている。また、前記銅管内を流れる冷媒と熱交換を行う空気（外気）を室外熱交換器６に通風するためのファン１６とファンモータ１７も設けられている。
【００２４】
ここで、室外熱交換器６の形式はこれに限定されるものではなく、例えば、アルミ押し出し多孔偏平管を用いて、前記偏平管に設けられた孔を冷媒の流路とすることもできる（所謂マイクロチャネル熱交換器）。
【００２５】
この室外熱交換器６の一端の冷媒配管１８は、膨張弁ＥＶ２を介して放熱器３の冷媒出口側配管９に接続されており、室外熱交換器６の他端の冷媒配管１９は分岐しており、一方の分岐配管１９Ａは切替弁ＳＶ３を介して圧縮機２の吐出側配管７に接続され、他方の分岐配管１９Ｂは切替弁ＳＶ４を介して圧縮機２の吸込側配管１４に接続されている。
【００２６】
圧縮機２の吐出側配管７には、圧縮機２で圧縮されて吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサＴ１（吐出温度検出手段）が取り付けられている。また、蒸発器４の冷媒入口側配管１１（若しくは、蒸発器４内の冷媒配管）には、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサＴ２（蒸発温度検出手段）が取り付けられ、アキュムレータ１３の入口側の吸込側配管１４には、圧縮機２に吸い込まれる冷媒の温度を検出する吸込温度センサＴ３（吸込温度検出手段）が取り付けられ、更に、室外熱交換器６と膨張弁ＥＶ２の間の冷媒配管１８には温度センサＴ４（温度検出手段）が取り付けられている。
【００２７】
ここで、この蒸気圧縮冷凍サイクルの冷媒回路には冷媒として二酸化炭素が封入されている。従って、放熱器３内部等の高圧側での冷媒圧力は臨界圧力を超える場合があるため、冷凍サイクルは遷臨界サイクルとなる場合がある。また、圧縮機２の潤滑油としては、例えば、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエーテル）等が使用される。
【００２８】
また、実施例の冷却加熱装置１は、冷却対象における冷却負荷の状態を示す冷却運転信号と、加熱対象における加熱負荷の状態を示す加熱運転信号に基づき、冷媒回路内の冷媒流通の切り替えや、圧縮機２の運転の開始、及び、停止を制御する制御装置（ここでは図示せず）を備えている。冷却運転信号は、冷却対象の冷却が必要である状態を示す「冷却必要」信号と、冷却対象を直ちに冷却する必要はないが冷却を行っても良い状態を示す「冷却可能」信号と、冷却対象の冷却を行ってはいけない状態を示す「冷却不可」信号のうちの何れか一つの信号である。また、加熱運転信号は、加熱対象の加熱が必要である状態を示す「加熱必要」信号と、加熱対象を直ちに加熱する必要はないが加熱を行っても良い状態を示す「加熱可能」信号と、加熱対象の加熱を行ってはいけない状態を示す「加熱不可」信号のうちの何れか一つの信号である。
【００２９】
前記冷却運転信号及び前記加熱運転信号は、負荷設備（冷却負荷設備及び加熱負荷設備）の温度検出値等を基に、冷却加熱装置１の制御装置によって判別して決定することとしても良く、また、冷却負荷設備、若しくは、加熱負荷設備の制御装置からこれらの信号を受け取る方式としても良い。
【００３０】
次に実施例の冷却加熱装置１の動作について、図２乃至図４に基づき説明する。先ず、冷却負荷の状態を示す冷却運転信号を検出する（図２、Ｓ０１）。冷却運転信号は前述の通り、「冷却必要」、「冷却可能」又は「冷却不可」の３区分の内の何れか一つの状態を示すものである。
【００３１】
「冷却必要」とは、例えば、冷却対象の温度が保冷すべき所定の温度より高い場合であり、直ちに冷却することを要する状態を示すものである。「冷却不可」とは、例えば、冷却対象の温度が十分低く、目標とする冷却温度に達した場合や、冷却対象の凍結や品質劣化を回避するため、それ以上冷却をしてはならない状態を示すものである。従来の冷凍装置では、冷却対象を所定の温度範囲に維持するため、冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なっていたが、前記信号「冷却必要」は従来の冷凍機のＯＮ信号に、「冷却不可」はＯＦＦ信号に相当するものである。
【００３２】
「冷却可能」は、冷却対象の冷却を直ちに行う必要はないが、冷却しても良い状態を示すものである。例えば、冷却対象の温度が、品質維持等の目的から定められた所定の下限温度より高く、上限値より低い場合等である。また、別の例としては、冷却負荷が氷蓄熱等の蓄熱的要素により構成されている場合において、蓄熱量が直ちに冷却が必要なほど減少しておらず、且つ、蓄熱容量の上限にも達していない状態等である。
【００３３】
次に、加熱負荷の状態を示す加熱運転信号を検出する（図２、Ｓ０２）。加熱運転信号は前述したとおり、「加熱必要」、「加熱可能」又は「加熱不可」の３区分の内の何れか一つの状態を示すものである。
【００３４】
「加熱必要」とは、例えば、加熱負荷設備として貯湯タンクを備えた給湯システムにおいて、貯湯湯量が減少し、湯切れを起こす恐れがある場合等、直ちに加熱することを要する状態を示すものである。「加熱不可」とは、例えば、貯湯量が貯湯タンクの容量から定められる最大貯湯量、又は、湯使用量等から設定される必要湯量を超えた場合等、それ以上加熱をしてはならない状態を示すものである。従来のヒートポンプ給湯装置では、湯の使用状況や時間帯を考慮した上で、冷凍サイクルを備えた室外機に対して、室外機運転のＯＮ／ＯＦＦ信号を送っていた。前記加熱運転信号「加熱必要」は、従来のヒートポンプ給湯機のＯＮ信号に、「加熱不可」はＯＦＦ信号に相当するものである。
【００３５】
「加熱可能」は、加熱対象の加熱を直ちに行う必要はないが、加熱しても良い状態を示すものである。例えば、湯切れを起こすほど湯量が減少していないので直ちに給湯する必要はないが、貯湯タンク内が湯で満たされた状態でもないので加熱を行なっても良い場合等である。
【００３６】
次に図２に示すステップＳ０３乃至Ｓ０６の通り、冷却運転信号及び加熱運転信号に基づき、冷却加熱装置の運転モードを決定する。図２に示すステップＳ０３乃至Ｓ０６の運転モード判別を表形式で表したものが図３である。冷却運転信号、若しくは、加熱運転信号の何れかが「必要」である場合のみ、冷却加熱装置１の運転を行い、その他の場合には運転を行なわないこととしている。冷却運転（冷却のみを行う運転）は、冷却運転信号が「必要」であり、且つ、加熱運転信号が「不可」の場合に限り行う。加熱運転（加熱のみを行なう運転）は、冷却運転信号が「不可」であり、且つ、加熱運転信号が「必要」の場合に限り行う。冷却加熱同時運転は、冷却運転信号、若しくは、加熱運転信号の何れか一方が「必要」であり、且つ、他方が「不可」ではない場合（「必要」又は「可能」）に行なう。
【００３７】
ここで、冷却と加熱を同時に行なう冷却加熱装置において、従来の冷却装置、若しくは、ヒートポンプ装置等のようにそれぞれの負荷状態に応じた冷却側、及び、加熱側それぞれのＯＮ／ＯＦＦ信号（実施例における「必要」信号と「不可」信号に相当）を基に装置の運転モードを決定し、回路の切り替えと圧縮機の起動及び停止を行なったのでは、必ずしも高効率な運転は実現できない。
【００３８】
即ち、エネルギーの有効利用が可能な冷却加熱同時運転は、冷却側及び加熱側が共にＯＮ信号である場合のみ行なわれ、一方がＯＮ信号で他方がＯＦＦ信号である場合には、仮に他方の負荷状態が冷却、若しくは、加熱を行なっても良い状態であっても、冷却加熱同時運転は行われない。具体例を挙げると、加熱側負荷装置が貯湯タンクを備えた給湯設備であって、冷却負荷側で冷却が必要になった場合、たとえ貯湯タンク内が湯で満たされておらず湯を追加することが可能であったとしても、加熱側負荷設備から加熱を要求するＯＮ信号を出さない限り加熱は行なわれず、冷却のみの運転が行われ、冷却運転における冷媒回路の高圧側の放熱は有効に利用されることなく、室外熱交換器から外気に対して排出されてしまう。
【００３９】
一方、本実施例の冷却加熱装置１では、冷却運転信号、若しくは、加熱運転信号のうちの何れか一方が「必要」となった場合には、仮に他方が「必要」でない場合であっても、「可能」であるならば冷却加熱同時運転を優先的に行なうこととしている。これにより、エネルギー消費量を削減することができる。特に、冷却、若しくは、加熱負荷設備に蓄熱的要素を備える構成の場合には、大きな効果が期待できる。
【００４０】
次に、上記ステップにより冷却運転信号、及び、加熱運転信号に基づき運転モードが決定されると、当該運転モードに従って冷却加熱装置１の冷凍サイクルの運転を行なう。各運転モードにおける各切替弁の開閉状態は図４に示す通りである。
【００４１】
（冷却運転）
冷却運転信号が「必要」であり、且つ、加熱運転信号が「不可」の場合は、前記制御装置が冷却加熱装置１の冷却運転を行なう。この冷却運転で制御装置は、切替弁ＳＶ２、切替弁ＳＶ３、膨張弁ＥＶ１及び膨張弁ＥＶ２を開き、切替弁ＳＶ１、切替弁ＳＶ４及び切替弁ＳＶ５を閉じる。これにより、圧縮機２、吐出側配管７、切替弁ＳＶ３、室外熱交換器６、膨張弁ＥＶ２、膨張弁ＥＶ１、蒸発器４、切替弁ＳＶ２、アキュムレータ１３及び吸込側配管１４を順次経て、圧縮機２へと戻る冷凍サイクルが構成される。
【００４２】
冷却運転を開始すると、圧縮機２により冷媒は圧縮され、高温高圧となり吐出側配管７に吐出される。その後、冷媒は室外熱交換器６に至り、空気（外気）に熱を放出して低温となる。尚、冷媒回路には冷媒として二酸化炭素が封入されており、外気温度が高い場合においては、室外熱交換器６内の冷媒圧力は臨界圧力以上となる。従って、この場合、室外熱交換器６内で冷媒の凝縮は起こらず、室外熱交換器６の入口から出口に向かって、冷媒の温度は外気への放熱とともに低下する。他方、外気温度が低い場合には、冷媒回路の高圧側の圧力は臨界圧力以下となる場合もあり、この場合は、室外熱交換器６内で冷媒は凝縮する。
【００４３】
そして、室外熱交換器６を出た低温高圧の冷媒は、膨張弁ＥＶ２、又は、膨張弁ＥＶ１で絞られ、膨張して低圧となり、蒸発器４に至る。ここでの冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。蒸発器４では液相冷媒が蒸発して蒸気冷媒となる。この冷媒の蒸発に伴う吸熱作用により冷却対象が冷却される。冷却対象は、例えば、冷却や保冷を必要とする食品及び飲料、空気調和を行う場合の空気、又は、熱搬送や蓄熱を利用したシステムにおける水、ブライン、及び、氷等が考えられる。
【００４４】
その後、冷媒は蒸発器４から吸込側配管１４を経て再び圧縮機２に吸い込まれる。以上の連続した冷凍サイクルの作用により、冷却対象が冷却される。
【００４５】
冷却運転中は、アキュムレータ１３の入口側に位置する吸込側配管１４に取り付けられた吸込温度センサＴ３によって検出された吸込冷媒温度と、蒸発器４の冷媒入口側配管１１、若しくは、蒸発器４内の冷媒配管に取り付けられた蒸発温度センサＴ２により検出された冷媒の蒸発温度との差、所謂過熱度が所定の値となるように膨張弁ＥＶ１、若しくは、膨張弁ＥＶ２の開度を制御する。具体的には、過熱度が所定の値より大きい場合は膨張弁の開度を大きくし、逆に、過熱度が所定の値より小さい場合は膨張弁の開度を小さくする。これにより、蒸発器４内部の冷媒量を適切に調整でき、その結果蒸発器４での伝熱性能が向上し、高効率な冷却運転を行うことができる。
【００４６】
（加熱運転）
次に、冷却運転信号が「不可」であり、且つ、加熱運転信号が「必要」の場合は制御装置は冷却加熱装置１の加熱運転を行なう。この加熱運転で制御装置は、切替弁ＳＶ１、切替弁ＳＶ４、切替弁ＳＶ５、及び、膨張弁ＥＶ２を開き、切替弁ＳＶ２、切替弁ＳＶ３、及び、膨張弁ＥＶ１を閉じる。これにより、圧縮機２、吐出側配管７、切替弁ＳＶ１、放熱器３、切替弁ＳＶ５、膨張弁ＥＶ２、室外熱交換器６、切替弁ＳＶ４、アキュムレータ１３、及び、吸込側配管１４を順次経て圧縮機２へと戻る冷凍サイクルが構成される。
【００４７】
加熱運転を開始すると、圧縮機２により冷媒は圧縮されて高温高圧となり吐出側配管７に吐出される。この加熱運転では加熱対象を高温に加熱する必要があるので、通常この状態での冷媒は超臨界である。その後、冷媒は放熱器３に至り、ここで加熱対象に熱を放出し、冷媒自体は低温となる。通常ここでの冷媒の状態は臨界圧力以上の液相である。この放熱器３での冷媒の放熱作用で加熱対象が加熱される。加熱対象は、例えば、給湯負荷設備における水や、暖房装置における室内空気、若しくは、熱搬送のための熱媒等である。
【００４８】
尚、冷媒回路には冷媒として二酸化炭素が封入されており、放熱器３内の冷媒圧力は臨界圧力以上である場合が多い。従って、放熱器３内で冷媒の凝縮は起こらず、放熱器３の入口から出口に向かって冷媒の温度は加熱対象への放熱とともに低下する。他方、放熱器３において、加熱対象の温度は加熱対象の流路の入口から出口に向かって、冷媒からの吸熱とともに上昇する。よって、放熱器３における冷媒と加熱対象の流れの方向を対向させるように構成することにより、温度一定の下で凝縮放熱を行うＨＦＣ系冷媒に比べると、効率の高い熱交換が可能となり、且つ、高温の加熱が可能となる。
【００４９】
そして、放熱器３を出た低温高圧の冷媒は、膨張弁ＥＶ２で絞られ、膨張して低圧となり、室外熱交換器６に至る。ここでの冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。室外熱交換器６では液相冷媒が蒸発して蒸気冷媒となる。この冷媒の蒸発作用により、冷媒は外気から吸熱する。
【００５０】
その後、冷媒は室外熱交換器６から吸込側配管１４を経て再び圧縮機２に吸い込まれる。以上の連続した冷凍サイクルの作用により、加熱対象が加熱される。
【００５１】
加熱運転中は圧縮機２の吐出側配管７に取り付けられた吐出温度センサＴ１で検出した吐出冷媒の温度が所定の値となるように制御装置は膨張弁ＥＶ２の開度を調節する。具体的には、吐出温度センサＴ１で検出した冷媒温度が所定の値より高い場合は膨張弁ＥＶ２の開度を大きくし、逆に、吐出温度センサＴ１で検出した冷媒温度が所定の値より低い場合は膨張弁ＥＶ２の開度を小さくする。これにより、加熱対象の加熱を目的とした加熱運転における好適な条件での高効率な運転を行うことができる。
【００５２】
（冷却加熱同時運転）
冷却運転信号、若しくは、加熱運転信号の何れか一方が「必要」であり、且つ、他方が「不可」ではない場合は冷却加熱同時運転を行なう。この冷却加熱同時運転で制御装置は、切替弁ＳＶ１、切替弁ＳＶ２、切替弁ＳＶ５及び膨張弁ＥＶ１を開き、切替弁ＳＶ３、切替弁ＳＶ４及び膨張弁ＥＶ２を閉じる。これにより、圧縮機２、吐出側配管７、切替弁ＳＶ１、放熱器３、切替弁ＳＶ５、膨張弁ＥＶ１、蒸発器４、切替弁ＳＶ２、アキュムレータ１３及び吸込側配管１４を順次経て圧縮機２へと戻る冷凍サイクルが構成される。
【００５３】
この冷却加熱同時運転を開始すると、圧縮機２により冷媒は圧縮されて高温高圧となり吐出側配管７に吐出される。冷却加熱同時運転では加熱対象を高温に加熱する必要があるので、通常この状態での冷媒は超臨界である。その後、冷媒は放熱器３に至り、ここで加熱対象に熱を放出して低温となる。通常ここでの冷媒の状態は臨界圧力以上の液相である。この放熱器３での冷媒の放熱作用で加熱対象が加熱される。加熱対象は、例えば、給湯負荷設備における水や、暖房装置における室内空気若しくは熱搬送のための熱媒等である。
【００５４】
尚、冷媒回路には冷媒として二酸化炭素が封入されており、放熱器３内の冷媒圧力は臨界圧力以上である場合が多い。従って、放熱器３内で冷媒の凝縮は起こらず、放熱器３の入口から出口に向かって、冷媒の温度は加熱対象への放熱とともに低下する。他方、放熱器３において、加熱対象の温度は加熱対象の流路の入口から出口に向かって、冷媒からの吸熱とともに上昇する。よって、前述同様放熱器３における冷媒と加熱対象の流れの方向を対向させる構成とすることにより、温度一定の下で凝縮放熱を行うＨＦＣ系冷媒に比べると、効率の高い熱交換が可能であり、且つ、高温の加熱が可能となる。
【００５５】
そして、放熱器３を出た低温高圧の冷媒は、膨張弁ＥＶ１で絞られ、膨張して低圧となり、蒸発器４に至る。ここでの冷媒の状態は液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。蒸発器４では液相冷媒が蒸発して蒸気冷媒となる。この冷媒の蒸発に伴う吸熱作用により冷却対象が冷却される。冷却対象は、例えば、冷却や保冷を必要とする食品及び飲料、空気調和を行う場合の空気、又はＭ熱搬送や蓄熱を利用したシステムにおける水、ブライン、及び、氷等が考えられる。
【００５６】
その後、冷媒は蒸発器４から吸込側配管１４を経て再び圧縮機２に吸い込まれる。以上の連続した冷凍サイクルの作用により、冷却対象が冷却されると同時に加熱対象か加熱される。
【００５７】
この冷却加熱同時運転中は圧縮機２吐出側配管７に取り付けられた吐出温度センサＴ１で検出した吐出冷媒の温度が、所定の値となるように膨張弁ＥＶ１の開度が調節される。具体的には、吐出温度センサＴ１で検出した冷媒温度が所定の値より高い場合は膨張弁ＥＶ１の開度を大きくし、逆に、吐出温度センサＴ１で検出した冷媒温度が所定の値より低い場合は膨張弁ＥＶ１の開度を小さくする。これにより、加熱対象の加熱が必要である冷却加熱同時運転における好適な条件での高効率な運転を行うことができる。
【００５８】
以上説明の各運転モードにおいて、運転中の圧縮機２の回転数は一定でも良いが、冷却負荷、加熱負荷、若しくは、外気条件に応じてインバータ等により周波数を調節してもよい。また、実施例では冷却運転信号を三区分、即ち、「冷却必要」、「冷却可能」及び「冷却不可」とすると共に、加熱運転信号も三区分、即ち、「加熱必要」、「加熱可能」及び「加熱不可」としたが、それに限らず、冷却運転信号又は加熱運転信号の何れか一方のみを三区分とし、他方は二区分（従来のＯＮ／ＯＦＦ信号）としてもよい。その場合は、二区分とした方の運転信号については、ＯＮ信号は「必要」信号に相当し、ＯＦＦ信号「不可」信号に相当するものとし、図３において「可能」信号の欄を無視して運転モードを決定することになる。
【００５９】
以上のように、この実施例では冷媒回路の蒸発器４における冷媒の蒸発に伴う吸熱作用により冷却対象を冷却すると共に、放熱器３における冷媒の放熱作用により加熱対象を加熱することができるので、従来は利用されずに大気中に放出されていた冷却過程において発生する冷凍サイクルの高温側の熱を有効に利用することができ、エネルギーの消費量を削減することができる。
【００６０】
更に、各切替弁により冷媒回路を切り替えることにより、冷却対象の冷却のみを行う冷却運転、加熱対象の加熱のみを行なう加熱運転、又は、冷却対象の冷却と加熱対象の加熱を同時に行なう冷却加熱同時運転を行うことができるので、冷却負荷、若しくは、加熱負荷の変化に幅広く対応し、確実な冷却、及び、加熱を行なうことが可能となる。
【００６１】
更にまた、本実施例の冷却加熱装置１の制御装置は、冷却負荷に応じた冷却運転信号及び加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、冷却加熱同時運転を優先的に行なうように好適な運転モードを決定するので、エネルギー消費効率が向上し、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例２】
【００６２】
次に、図５及び図６を用いて本発明の冷却加熱装置１の実施例２について説明する。この実施例は、冷却加熱装置１におけるユニット構成の一例を示している。この実施例の冷却加熱装置１は、多くの点において前述の実施例１と共通するので、実施例１の冷却加熱装置１と同一、若しくは、同様の作用、又は、効果を奏する構成については詳細な説明を省略する。
【００６３】
図５はこの実施例の概略の装置構成を示している。この実施例の冷却加熱装置１は、冷却、及び、加熱を行なう蒸気圧縮冷凍サイクルの冷媒回路（但し、蒸発器４を除く）と、冷却負荷設備２２からの冷却運転信号、及び、加熱負荷設備２３からの加熱運転信号に基づき冷却加熱装置１の運転を制御する制御装置Ｃ１とを一つの架台上に設置し、冷却加熱ユニット２４を構成している。
【００６４】
図６に実施例２の冷却加熱装置１の回路図を示す。この実施例の冷却加熱装置１は一つの架台上に設置された一つの冷却加熱ユニット２４を構成しており、圧縮機２と、絞り手段としての膨張弁ＥＶ１、及び、膨張弁ＥＶ２と、冷媒と加熱側熱媒（実施例では水）が流れる循環経路２９の当該加熱側熱媒との間で熱交換を行なう加熱側熱交換器２６と、冷媒と熱源である外気との間で熱交換を行なう室外熱交換器６と、循環経路２９に設けられて加熱側熱交換器２６に加熱側熱媒を給送する加熱側ポンプ手段としての循環ポンプ２７と、加熱側熱媒の流量を調節する加熱側流量調整手段としての流量調整弁２８と、加熱側熱交換器２６にて冷媒と熱交換した後の加熱側熱媒の温度を検出する加熱側温度センサＴ５（加熱側温度検出手段）と、冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、圧縮機２を含む冷却加熱装置１の運転及び停止、並びに、切替弁による冷媒循環回路の切り替え制御を行なう制御装置Ｃ１とを備えている。
【００６５】
加熱側熱交換器２６は、実施例１における放熱器３に相当するものであり、冷媒の流路２６Ａと加熱側熱媒の流路２６Ｂとが交熱的に、且つ、流れる方向が対向するように接合されている。例えば、対向流式の二重管式熱交換器、若しくは、銅管接合式の熱交換器等である。
【００６６】
冷却加熱ユニット２４には、循環経路２９の両端に加熱側配管接続口３１、３１（加熱側接続ポート）が設けられており、この加熱側配管接続口３１、３１に、加熱負荷設備２３から加熱側熱媒を供給するための加熱側配管３２（加熱側熱媒の循環経路）と、冷却加熱装置１で加熱後の熱媒を加熱負荷設備２３へと給送するための加熱側配管３３（加熱側熱媒の循環経路）が接続される。この実施例では、加熱負荷設備２３として、貯湯タンク３４を備えた給湯設備を接続している。従って、前述の加熱側熱媒は水である。
【００６７】
また、加熱負荷設備２３には、加熱負荷の状態を検出し、「加熱必要」、「加熱可能」、又は、「加熱不可」の何れか一つの状態を示す加熱運転信号を出力する加熱側制御装置Ｃ２（加熱側信号出力手段）を備える。冷却加熱ユニット２４には、加熱運転信号接続端子３６が設けられ、該端子３６に加熱負荷設備２３からの加熱運転信号配線３７が接続される。
【００６８】
更に、冷却加熱ユニット２４には、冷媒配管接続口３８、３８が設けられており、この冷媒配管接続口３８、３８に、膨張弁ＥＶ１によって絞り膨張された後の冷媒を冷却負荷設備２２へ供給するための冷媒配管３９と、冷却負荷設備２２に設けられた蒸発器４において冷却対象と熱交換を行ない蒸発した冷媒を冷却加熱装置１に戻すための冷媒配管４１とが接続される。これらはこの実施例の冷却加熱ユニット２４には含まれないが、冷却加熱装置１の一部を構成するものである。
【００６９】
また、この実施例では冷却負荷設備２２として、内部に冷却対象を貯え、冷却、及び、保冷を行う冷却容器４２を接続している。冷却対象は、例えば、牛乳、若しくは、その他の飲料等である。この冷却容器４２に蒸発器４が熱交換関係に配設され、蒸発器４で蒸発する冷媒の吸熱作用で冷却容器４２は冷却されることになる。
【００７０】
また、冷却負荷設備２２には、冷却負荷の状態を検出し、「冷却必要」、「冷却可能」又は、「冷却不可」の何れか一つの状態を示す冷却運転信号を出力する冷却側制御装置Ｃ３（冷却側信号出力手段）を備える。冷却加熱ユニット２４には、冷却運転信号接続端子４３が設けられ、この端子４３に冷却負荷設備２２からの冷却運転信号配線４４が接続される。
【００７１】
この実施例の冷却加熱装置１の動作、即ち、冷却運転信号、及び、加熱運転信号に基づく運転モードの決定、冷媒回路の切り替え、冷媒の流れと吸熱作用及び放熱作用等については、前述した実施例１と共通するので詳細な説明を省略し、加熱対象である加熱側熱媒の動作についてのみ説明する。
【００７２】
加熱運転、及び、冷却加熱運転時は制御装置Ｃ１は循環ポンプ２７を駆動する。これにより、加熱側熱媒である水は、貯湯タンク３４の下部から取り出され、加熱側熱交換器２６に送られる。加熱側熱交換器２６において冷媒からの放熱作用により昇温された水（湯）は貯湯タンク３４の上部から貯湯タンク３４内に戻される。
【００７３】
ここで、制御装置Ｃ１は、加熱側熱交換器２６で熱交換した後の水温を加熱側温度センサＴ５により検出し、この検出された温度が所定の値になるように流量調整弁２８の開度を制御する。具体的には検出された湯温が所定の値より低い場合には流量調整弁２８の開度を小さくし、逆に、検出された湯温が所定の値より高い場合には流量調節弁２８の開度を大きくする。これにより、必要とされる温度の湯を貯湯タンク３４に貯えることができる。
【００７４】
以上のようにこの実施例の冷却加熱装置１では、蒸発器４以外の冷媒回路と、冷却負荷設備２２からの冷却運転信号、及び、加熱負荷設備２３からの加熱運転信号に基づき冷却加熱装置１の運転を制御する制御装置Ｃ１とを一つの架台上に設置し、一つの冷却加熱ユニット２４を構成しているので、種々の冷却負荷設備及び加熱負荷設備を容易に接続することが可能である。よって、本実施例の冷却加熱装置１は、前述した実施例１と同様に省エネルギー性に優れ、更に移動や設置工事が容易で、汎用性に優れるという特徴をも有している。
【実施例３】
【００７５】
次に、図７は本発明の実施例３における冷却加熱装置１の回路図を示している。この実施例は、冷却加熱装置１におけるユニット構成の他の形態の一例である。この実施例の冷却加熱装置１は、多くの点において前述した実施例２と共通するので、実施例２の冷却加熱装置１と同一、若しくは、同様の作用、又は、効果を奏する構成については詳細な説明を省略する。
【００７６】
実施例３の冷却加熱ユニット２４では、実施例２のユニット構成に加えて、冷媒と冷却側熱媒が流れる循環経路４９の当該冷却側熱媒との間で熱交換を行なう冷却側熱交換器４６と、冷却側熱媒を給送する冷却側ポンプ手段としての循環ポンプ４７と、冷却側熱媒の流量を調節する冷却側流量調整手段としての流量調整弁４８と、冷却側熱交換器４６にて冷媒と熱交換した後の冷却側熱媒の温度を検出する冷却側温度センサＴ６（冷却側温度検出手段）とを備えている。
【００７７】
冷却側熱交換器４６は、冷媒回路上では実施例１及び実施例２における蒸発器４に相当するものであり、冷媒の流路４６Ａと冷却側熱媒流路４６Ｂとが交熱的に、且つ、流れる方向が対向するように接合されている。例えば、対向流式の二重管式熱交換器、銅管接合式の熱交換器、若しくは、プレート式熱交換器等である。この実施例ではここまでが一つの架台上に設置された一つの冷却加熱ユニット２４を構成している。
【００７８】
この場合の冷却加熱ユニット２４には、循環経路４９の両端に冷却側配管接続口５１、５１（冷却側接続ポート）が設けられており、この冷却側配管接続口５１、５１に、冷却負荷設備２２から冷却側熱媒を供給するための冷却側配管５２（冷却側熱媒の循環経路）と、冷却加熱装置１で冷却後の熱媒を冷却負荷設備２２へ給送するための冷却側配管５３（冷却側熱媒の循環経路）が接続される。そして、これら配管５２、５３の間に、冷却容器４２と熱交換関係に配設された冷却器５４が接続されている。尚、冷却側熱媒としては例えば、水、ブライン等が考えられる。
【００７９】
制御装置Ｃ１による冷却運転及び冷却加熱運転時は、循環ポンプ４７を駆動する。これにより、冷却側熱媒は冷却側熱交換器４６に送られる。冷却側熱媒は冷却側熱交換器４６の流路４６Ｂにおいて流路４６Ａを流れる冷媒の蒸発に伴う吸熱作用により冷却され、その後、冷却負荷設備２２へと戻される。
【００８０】
制御装置Ｃ１は、冷却側熱交換器４６で熱交換した後の冷却側熱媒の温度を冷却側温度センサＴ６により検出し、この検出された温度が所定の値になるように流量調整弁４８の開度を制御する。具体的には、検出された温度が所定の値より低い場合には流量調整弁４８の開度を大きくし、逆に、検出された温度が所定の値より高い場合には流量調節弁４８の開度を小さくする。これにより、必要とされる温度に冷却側熱媒を冷却する。冷却された冷却側熱媒は冷却器５４にて吸熱作用を発揮し、冷却容器４２を冷却する。これにより、冷却容器４２を所望の温度に冷却することができる。
【００８１】
以上のように、この実施例の冷却加熱装置１では、冷媒回路を構成する機器の全てと、冷却負荷設備２２からの冷却運転信号、及び、加熱負荷設備２３からの加熱運転信号に基づき、冷却加熱装置１の運転を制御する制御装置Ｃ１とを一つの架台上に設置し、一つの冷却加熱ユニット２４を構成しているので、種々の冷却負荷設備２２、及び、加熱負荷設備２３を容易に接続することが可能となる。特に、負荷設備との冷媒配管接続を必要としないので、予め適切な量の冷媒を冷媒回路内に封入した状態で冷却加熱ユニット１を設置場所に搬入することが可能となり、実施例２の冷却加熱装置よりも、移動や設置工事が容易となり、汎用性に優れたものとなる。
【実施例４】
【００８２】
次に、図８は本発明の実施例４における冷却加熱装置１の回路図を示している。この実施例の冷却加熱装置１では、前述した実施例２と同様の冷却加熱ユニット２４が構成されている。この実施例では冷却負荷設備２２として、牛乳やその他飲料等（実施例では牛乳）を冷却保冷する冷却容器４２を冷却加熱ユニット２４に接続し、加熱負荷設備２３としては、貯湯タンク３４を備えた給湯設備を冷却加熱ユニット２４に接続している。
【００８３】
この図において、５６はこの場合の冷却負荷設備２２が備える冷却容器洗浄装置であり、洗剤や開閉弁７１を介して市水が導入される洗浄用バッファタンク５７と、洗浄用ポンプ５８、排水弁５９、循環切り替え弁６１などから構成され、更に給湯設備の貯湯タンク３４から冷却容器４２を洗浄するための高温の湯を、逆止弁６２、開閉弁６３、６９が介設された高温湯供給配管６４から冷却容器洗浄装置５６の洗浄用バッファタンク５７に供給できる構成とされている。
【００８４】
搾乳された牛乳は開閉弁６６を介して図示しない搾乳機から冷却容器４２に導入され、撹拌機６７にて撹拌される。前述同様に蒸発器４にて蒸発する冷媒の吸熱作用により冷却された牛乳は、取り出し弁６８（このとき循環切り替え弁６１は閉）を開放することで取り出される。冷却容器４２を洗浄する際には、洗浄用ポンプ５８を運転し、循環用切り替え弁６１を開いて洗浄用バッファタンク５７内の温度の高い洗浄用水を冷却容器４２に循環する。洗浄用水の排出は排水弁５９を開いて行うことになる。
【００８５】
一方、この場合の加熱負荷設備（給湯設備）２３の貯湯タンク３４には上下複数箇所に貯湯タンク温度センサＴ８が取り付けられており、更に、貯湯タンク３４の上部から高温の湯が逆止弁７３を介して混合弁７２に取り出され、下部からは低温の湯が逆止弁７４を介して混合弁７２にに取り出される。混合弁７２ではこれらの湯が混合され、逆止弁７６を介して取り出されるものであるが、この場合の混合比は出湯温度センサＴ９が検出する温度に基づき、所望の出湯温度（低温から高温）となるように調整される。尚、７８は貯湯タンク３４内の圧力を逃がす逃がし弁、７７は貯湯タンク３４の排水弁である。
【００８６】
この実施例によれば、冷却対象である冷却容器４２内の牛乳を冷却すると同時に、冷却過程で発生する冷凍サイクルの高温側の熱を有効に利用して湯を沸かし、貯湯タンク３４に貯え、且つ、二酸化炭素冷媒を用いた遷臨界サイクルを利用することにより、洗浄に適した高温出湯が可能となるため、この湯を冷却容器４２の洗浄に用いることができる。従って、従来、冷却容器４２の洗浄用途のためにボイラー等で湯を沸かして供給していた場合に比べ、消費するエネルギーを大幅に削減することができる。また、冷凍サイクルの高温側から大気に放出する熱も削減できるので周囲温度の上昇も抑えることができる。
【００８７】
また、この実施例は実施例１と同様に室外熱交換器６を備えているので、冷却容器４２の冷却時に発生する湯だけでは、洗浄用途やその他の用途で必要とされる給湯負荷を賄うことができない場合、大気を熱源とした給湯運転を行うことにより、不足分の湯を発生させることができる。これにより、追加給湯のための補助ボイラー等が不要となり、且つ、高効率なヒートポンプ給湯を行うため、エネルギー消費の更なる削減を図ることができるようになる。
【００８８】
他方、冷却対象である牛乳の量の変動や給湯負荷の変動等により、貯湯タンク３４内の湯量が過剰となった場合であっても、室外熱交換器６を冷媒の放熱器として利用できるため、確実に冷却運転を行うことができ、冷却不良による冷却対象の品質劣化を防止できる。
【００８９】
また、この実施例の冷却加熱装置１は前述同様に、制御装置Ｃ１が冷却負荷に応じた冷却運転信号、及び、加熱負荷に応じた加熱運転信号に基づき、冷却加熱同時運転を優先的に行なうように好適な運転モードを決定するので、エネルギー消費効率が向上し、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００９０】
更にまた、冷却加熱ユニット２４として一つの架台上に設置された構成としているので、前述同様に機器設置工事や各負荷設備への接続工事を容易に行なうことができ、例えば、新規設置時のみならず、耐用年数経過後の加熱負荷設備２３、若しくは、冷却負荷設備２２等の一部設備の改変等も容易に行なうことができるようになる。
【００９１】
尚、以上説明の説明において把握し得る発明としては、特許請求の範囲の各請求項の他に以下のものが考えられる。即ち、
前記制御手段は、前記冷却運転信号又は加熱運転信号のうちの何れか一方が冷却又は加熱が必要である状態であり、他方が加熱又は冷却が可能な状態である場合、前記流路切替手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、前記蒸発器から前記圧縮機に冷媒を吸い込むよう流路を切り替えることを特徴とする冷却加熱装置。
各請求項において前記冷媒回路は冷媒として二酸化炭素が封入され、高圧側が超臨界圧力となることを特徴とする冷却加熱装置。
各請求項に記載の冷却加熱装置の前記冷却対象として接続される冷却負荷設備であって、前記冷却運転信号を出力する冷却側信号出力手段を備えたことを特徴とする冷却負荷設備。
請求項５に記載の冷却加熱装置の前記加熱対象として接続される加熱負荷設備であって、前記加熱運転信号を出力する加熱側信号出力手段を備えたことを特徴とする加熱負荷設備。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、牛乳やその他飲料等の冷却保冷装置とその洗浄のための給湯装置や、食品等の加工に関連する冷却加熱装置、自動販売機、空気調和機、その他冷却及び加熱が求められる他の産業分野においても利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施例１の冷却加熱装置を示した冷媒回路図である。
【図２】図１の冷却加熱装置の運転モードを判別する制御のフローチャートである。
【図３】図１の冷却加熱装置の運転モードの判別動作を示す図である。
【図４】図１の冷却加熱装置の運転モード別の切替弁の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の冷却加熱装置を示した概略装置構成図である。
【図６】図５の冷却加熱装置の回路構成図である。
【図７】本発明の実施例３の冷却加熱装置の回路構成図である。
【図８】本発明の実施例４の冷却加熱装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  冷却加熱装置
２  圧縮機
３  放熱器
４  蒸発器
６  室外熱交換器（補助熱交換器）
７  吐出側配管
１４  吸込側配管
２２  冷却負荷装置
２３  加熱負荷装置
２４  冷却加熱ユニット
２６  加熱側熱交換器
２７  循環ポンプ（加熱側ポンプ手段）
２８  流量調整弁（加熱側流量調整手段）
３１  加熱側配管接続口
３２、３３  加熱側配管（循環経路）
４６  冷却側熱交換器
４７  循環ポンプ（冷却側ポンプ手段）
４８  流量調整弁（冷却側流量調整手段）
５１  低温側配管接続口
５２、５３  冷却側配管（循環経路）
Ｃ１〜Ｃ３  制御装置
ＥＶ１、ＥＶ２  膨張弁（絞り手段）
ＳＶ１〜ＳＶ５  切替弁（流路切替手段）
【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】
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【図８】
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