(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷媒回路と、貯湯タンクとを備え、該貯湯タンク内の水と前記放熱器とを熱交換させることにより、当該放熱器からの放熱で湯を生成し、前記貯湯タンク内に貯留すると共に、前記蒸発器による吸熱により冷却作用を発揮して成る冷凍サイクル装置において、
前記貯湯タンク内に給水する給水装置と、前記貯湯タンク内の水を排出する排出装置と、前記貯湯タンクの上部に設けられた高温湯取出口とを備え、
前記排出装置の排出管は、前記高温湯取出口より下方の前記貯湯タンクに配置されると共に、
前記貯湯タンク内の水、若しくは、前記放熱器と前記貯湯タンク内の水を熱交換させるための熱交換器に循環される水の温度、又は、前記放熱器内、若しくは、当該放熱器を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、前記排出装置により前記貯湯タンク内の水を排出することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記貯湯タンクは、下部に低温湯取出口を備え、前記排出装置の前記排出管は前記低温湯取出口より上方の前記貯湯タンクに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に関し、詳細には、放熱器からの放熱により加熱作用を発揮すると共に、蒸発器による吸熱により冷却作用を発揮して成る冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より冷房や冷凍等のように、被冷却物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サイクル装置が広く利用されている。この種の冷凍サイクル装置では、蒸発器における冷媒の吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却し、放熱器における冷媒の放熱により生じる熱を大気等へ放熱していた。
【０００３】
近年この種冷凍サイクル装置では、従来放熱器で大気中に放出して利用されていなかった熱を利用して、エネルギーの有効活用を図る試みが成されており、その一例として、例えば、放熱器からの放熱を給湯に利用する装置も開発されて来ている。
【０００４】
このように、従来大気中に排気されていた熱を給湯に利用することで、エネルギーの有効利用を図ることができるようになる。また、従来の如き放熱器において熱を大気に排出した場合には、当該熱の排出により冷凍サイクル装置の周囲の温度上昇を招く不都合が生じていたが、上述のように放熱器の熱を給湯に利用することで、このような不都合を解消することができるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１０６３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述のように蒸発器において発生した熱を放熱器にて加熱に利用した場合、冷却負荷の増大、或いは、加熱の負荷の低下により、放熱器における冷媒の放熱量が不足、或いは、低下すると、これに伴い、蒸発器における冷却能力が低下して被冷却物の冷却に支障を来す問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、蒸発器における吸熱により発生した熱を放熱器にて加熱に利用する冷凍サイクル装置において、放熱器における放熱量の不足、或いは、低下により、蒸発器における冷却能力が低下する不都合を確実に回避して、冷却作用を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、請求項１に記載の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷媒回路と、貯湯タンクとを備え、この貯湯タンク内の水と放熱器とを熱交換させることにより、当該放熱器からの放熱で湯を生成し、貯湯タンク内に貯留すると共に、蒸発器による吸熱により冷却作用を発揮して成るものであって、貯湯タンク内に給水する給水装置と、貯湯タンク内の水を排出する排出装置と、貯湯タンクの上部に設けられた高温湯取出口とを備え、排出装置の排出管は、高温湯取出口より下方の貯湯タンクに配置されると共に、貯湯タンク内の水、若しくは、放熱器と貯湯タンク内の水を熱交換させるための熱交換器に循環される水の温度、又は、放熱器内、若しくは、当該放熱器を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、排出装置により貯湯タンク内の水を排出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の冷凍サイクル装置は、上記発明において貯湯タンクは、下部に低温湯取出口を備え、排出装置の排出管は低温湯取出口より上方の貯湯タンクに配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷媒回路と、貯湯タンクとを備え、この貯湯タンク内の水と放熱器とを熱交換させることにより、当該放熱器からの放熱で湯を生成し、貯湯タンク内に貯留すると共に、蒸発器による吸熱により冷却作用を発揮して成る冷凍サイクル装置において、貯湯タンク内に給水する給水装置と、貯湯タンク内の水を排出する排出装置と、貯湯タンクの上部に設けられた高温湯取出口とを備え、排出装置の排出管は、高温湯取出口より下方の貯湯タンクに配置されると共に、貯湯タンク内の水、若しくは、放熱器と貯湯タンク内の水を熱交換させるための熱交換器に循環される水の温度、又は、放熱器内、若しくは、当該放熱器を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、排出装置により貯湯タンク内の水を排出するので、当該排出装置により排出された水の分、給水装置から貯湯タンク内に排出された水より低温の水を供給することができるので、放熱器と熱交換させる水の温度を下げることができるようになる。
【００１０】
これにより、放熱器における冷媒の放熱量を確保することができるので、蒸発器における冷却能力を維持することが可能となる。
【００１１】
特に、排出装置の排出管は、高温湯取出口より下方の貯湯タンクに配置されているので、高温湯取出口より取り出される水（湯）より低温の水（湯）を排出装置から取り出すことが可能となる。これにより、貯湯タンクに貯えられた高温の水（湯）の利用に支障を来すことなく、排出装置から貯湯タンク内の水を排出することができるようになる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、上記に加えて貯湯タンクは、下部に低温湯取出口を備え、排出装置の排出管は低温湯取出口より上方の貯湯タンクに配置されているので、当該排出装置から取り出される貯湯タンク内の湯は、高温湯取出口より取り出される湯より低温で、且つ、低温取出口より取り出される水より高温である中温の湯となる。従って、当該排出装置により貯湯タンク内から中温の湯を排出することが可能となります。
【００１３】
総じて、熱的損失を極力抑えて、且つ、貯湯タンクに貯えられた高温の水（湯）の利用に支障を来すことなく、排出装置から貯湯タンク内の水を排出して、放熱器と熱交換させる水の温度を下げることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の冷凍サイクル装置の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明を適用した一実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。本実施例の冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０、放熱器１１、減圧装置としての膨張弁１４及び蒸発器１６を含む冷媒回路２と、貯湯タンク３０を含む給湯回路３とを備え、放熱器１１からの放熱により加熱作用を発揮すると共に、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して成るものである。即ち、当該冷凍サイクル装置１は、給湯回路３を循環する貯湯タンク３０内の水、若しくは、湯と放熱器１１とを熱交換させることにより、放熱器１１からの放熱で高温の湯を生成し、貯湯タンク３０内に貯留すると共に、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却するものである。
【００１６】
上記冷媒回路２は、圧縮機１０、放熱器１１、絞り手段としての膨張弁１４、蒸発器１６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように構成されている。具体的には、圧縮機１０の吐出側に接続された高圧冷媒配管４０は放熱器１１の入口に接続されている。当該放熱器１１は、熱交換器１３の一部を構成する冷媒通路であり、給湯回路３の水通路１２と熱交換可能に配設されている。この熱交換器１３は、放熱器１１と給湯回路３の貯湯タンク３０内の水を熱交換させる水−冷媒熱交換型の熱交換器であり、放熱器１１としての冷媒通路と給湯回路３の水通路１２から構成されている。当該熱交換器１３の一端には、放熱器１１の冷媒通路の入口と、水通路１２の出口が形成され、他端には、放熱器１１の冷媒通路の出口と、水通路１２の入口がそれぞれ形成されている。従って、当該熱交換器１３において、圧縮機１０から吐出され、放熱器１１を流れる高温高圧の冷媒と、水通路１２を流れる水とは対向した流れとなる。
【００１７】
一方、放熱器１１の出口に接続された冷媒配管４１は膨張弁１４の入口に接続されている。膨張弁１４は、放熱器１１にて放熱した冷媒を減圧するための減圧装置であり、当該膨張弁１４の出口に接続された冷媒配管４２は、蒸発器１６の入口に接続されている。そして、蒸発器１６の出口には吸入管４５の一端が接続され、吸入管４５の他端は圧縮機１０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器１６と圧縮機の低圧側とを連結する当該吸入管４５には、圧縮機１０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機を保護するためのアキュムレータ１７が介設されている。
【００１８】
また、冷媒回路２の前記高圧冷媒配管４０には、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒の温度を検出するための吐出温度センサＴ１が設置されている。この吐出温度センサＴ１は後述する制御装置に接続されている。
【００１９】
また、上述した冷媒回路２には、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。そして、当該冷媒回路２の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒サイクルは、遷臨界サイクルとなる。また、圧縮機１０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。
【００２０】
他方、前記給湯回路３は、上述した冷媒回路２の放熱器１１を流れる冷媒から熱を受け取ることにより水を加熱し、高温の湯を生成して、当該湯を貯湯タンク３０に貯える貯湯回路５と、貯湯タンク３０内に給水する給水装置３２と、貯湯タンク３０に貯留された湯を給湯負荷設備に供給する給湯装置３４と、後述する排出装置３６とから構成されている。
【００２１】
貯湯回路５は、貯湯タンク３０、循環ポンプ３１、流量調整弁３５、熱交換器１３の水通路１２を順次環状に配管接続することにより構成されている。即ち、貯湯タンク３０の下部に接続された低温配管４７は、循環ポンプ３１、流量調整弁３５を経て熱交換器１３の他端に形成された水通路１２の入口に接続されている。当該低温配管４７は、貯湯タンク３０の下方から当該貯湯タンク３０に貯留された温度の低い湯（水）を取り出して、熱交換器１３に流すため、貯湯タンク３０の下部と熱交換器１３の水通路１２の入口とを接続する配管である。上記循環ポンプ３１は、貯湯回路５内に水を循環させるためのものである。本実施例の循環ポンプ３１は、貯湯タンク３０の下部から取り出した水を熱交換器１３側に吐出し、当該熱交換器１３の水通路１２内の水流が、前述の如き放熱器１１内の冷媒流に対して対向流となるように貯湯回路５内の水を循環させている（図１において、時計回りに水を循環）。また、流量調整弁３５は、当該循環ポンプ３１により循環される貯湯回路５内の温水の流量を調節するための弁装置であり、前記制御装置により弁の開閉及び開度が制御されている。
【００２２】
一方、熱交換器１３の一端に形成された水通路１２の出口には高温配管４８の一端が接続され、当該高温配管４８の他端は前記給湯タンク３０の上部（本実施例では上端）に接続されている。この高温配管４８の途中部には熱交換器１３にて放熱器１１からの放熱により生成され、貯湯タンク３０内に入る高温の湯の温度を検出するための出湯温度センサＴ２が設けられている。また、前記低温配管４７の途中部には、熱交換器１３に循環される水の温度を検出するための温度センサＴ６が設置されている。そして、出湯温度センサＴ２及び温度センサＴ６はそれぞれ制御装置に接続されている。
【００２３】
一方、上記貯湯タンク３０は熱交換器１３において放熱器１１からの放熱で、生成された高温の湯を内部に貯えるためのタンクであり、外周面全体が断熱材にて被覆され、内部に貯えられた湯が冷め難い構造とされている。
【００２４】
この貯湯タンク３０の上部には、前記高温配管４８が接続されると共に、当該貯湯タンク３０内から高温の湯を取り出す高温湯取出口３７が設けられている。当該高温湯取出口３７には給湯装置３４の高温湯取出配管３４Ａが接続されている。また、貯湯タンク３０の下部には、前記低温配管４７が接続されると共に、当該貯湯タンク３０内から低温の湯を取り出す低温湯取出口３８が設けられている。この低温湯取出口３８には給湯装置３４の低温湯取出配管３４Ｂが接続されている。
【００２５】
上記給湯装置３４は、高温湯取出配管３４Ａから取り出した貯湯タンク３０内の高温の湯を必要に応じて低温湯取出配管３４Ｂから取り出した低温の湯と混合し、最適な温度に調節した後、給湯負荷設備に供給するものである。給湯負荷設備に対しての湯の供給は、図示しない給湯弁を開くことにより行われる。給湯弁は、例えば、給湯用の蛇口等であり、一つに限らず、複数設けるものとしても構わない。
【００２６】
更に、貯湯タンク３０の下部には、給水装置３２の給水配管３２Ａが減圧弁３２Ｂを介して接続されている。当該給水装置３２は、貯湯タンク３０内に水を供給するものであり、給湯タンク３０内の湯の使用量に相当する水、例えば、市水が給水配管３２Ａから貯湯タンク３０内に当該貯湯タンク３０の下部から供給される。この給水配管３２Ａには、給水弁（図示せず）が介設されており、通常当該給水弁は常時開状態とされている。
【００２７】
更にまた、貯湯タンク３０の下部には、当該貯湯タンク３０不使用時に貯湯タンク３０内の湯を排出するための排出弁と排出管が接続されている（図示せず）。
【００２８】
ここで、前述した排出装置３６は、貯湯タンク３０内の水（湯）を排出するためのものであり、高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に配置されている。本実施例では、貯湯タンク３０の高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に当該排出装置３６の湯排出管３６Ａが湯排出弁３６Ｂを介して接続されている。このように、排出装置３６を高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に配置することで、当該排出装置３６から取り出される貯湯タンク３０内の湯は、高温湯取出口３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口３８より取り出される水より高温である中温の湯となる。従って、湯排出弁３６Ｂを開放することで、貯湯タンク３０内から中温の湯を排出することが可能となる。
【００２９】
他方、貯湯タンク３０の外面には、上部から下部に渡って適当な間隔に複数の貯湯センサＴ４が配設されている。当該貯湯センサＴ４は、貯湯タンク３０内に貯えられた湯の各部の温度と湯の有無をそれぞれ検出するためのセンサである。このように、貯湯センサＴ４を高さを変えて複数設置し、各部の温度を検出することで、貯湯タンク３０の上部から下部に渡る温度分布を把握しながら、貯湯タンク３０内に貯えられている湯の量を検出することができる。また、各貯湯センサＴ４は前記制御装置に接続されている。
【００３０】
そして、上述した制御装置は、本発明の冷凍サイクル装置１の制御を司る制御手段であり、圧縮機１０及び循環ポンプ３１の運転、各弁装置（膨張弁１４、流量調整弁３５、湯排出弁３６Ｂ）の開閉や開度などを制御している。また、制御装置には前記各センサＴ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６が接続され、更に、蒸発器１６にて冷却される被冷却物、或いは、被冷却物の収納された空間の温度や外気温度を検出するための図示しない温度センサも接続されており、当該制御装置はこれらの入力情報に基づき冷凍サイクル装置１の運転を制御している。
【００３１】
尚、上記貯湯タンク３０の容量は、冷媒回路２の蒸発器１６によって冷却される被冷却物の冷却負荷と、必要とされる給湯負荷と、各々の負荷の発生時刻等を充分に考慮した上で決定する必要がある。即ち、冷却運転時に、貯湯タンク３０の下部から低温の水ではなく高温の湯が取り出されて、熱交換器１３の水通路１２に流れ込むと、放熱器１１における放熱量が著しく低下し、その結果、冷媒回路２の冷却能力とＣＯＰも悪化してしまう。そのため、貯湯タンク３０の容量は、当該貯湯タンク３０の下部から常に低温の水を取り出して、熱交換器１３の水通路１２に流すことができる充分な容積の貯湯タンクを用いるべきである。具体的な容量については、使用用途や条件に応じて適宜検討することが好ましい。
【００３２】
尚、本発明において上述した水とは、給水装置３２から貯湯タンク３０内に供給される冷水は勿論、貯湯タンク３０内に貯留された高温の湯も含む給湯回路３を流れる全ての温度帯の水を総称したものである。従って、本発明において湯も水の一部と解するものとする。
【００３３】
以上の構成で、本実施例の冷凍サイクル装置１の動作を説明する。
【００３４】
（１）冷却運転時の冷媒回路の動作
先ず、冷却運転時における冷媒回路２の動作について説明する。制御装置は、各入力情報（上記各センサ等により入力される情報）に基づき、要求される冷却負荷に応じて、冷媒回路２の圧縮機１０を起動する。制御装置により当該圧縮機１０が駆動されると、吸入管４５から圧縮機１０の低圧側（吸入部）に低温低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮される。これにより、高温高圧となった冷媒ガスが吐出側から高圧冷媒配管４０に入り、圧縮機１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００３５】
圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、高圧冷媒配管４０を経て放熱器１１の入口から熱交換器１３内に入る。そして、当該高温高圧の冷媒ガスは、熱交換器１３の放熱器１１を通過する過程で、放熱器１１と交熱的に設けられた水通路１２を流れる貯湯回路５の水に熱を放出して冷却され、低温となる。一方、この放熱器１１での放熱作用で水通路１２内の水が加熱され、高温の湯が生成される。
【００３６】
このとき、当該放熱器１１において、冷媒の状態は通常臨界圧力以上の液相である。即ち、本実施例では冷媒として二酸化炭素を用いているため、放熱器１１内の冷媒圧力は臨界圧力以上であり、放熱器１１内で冷媒の凝縮は生じないので、放熱器１１の入口から出口に向かって、冷媒の温度は水通路１２内の水への放熱に伴い、徐々に低下する。他方、熱交換器１３の水通路１２内において水の温度は入口から出口に向かって、冷媒からの吸熱に伴い、徐々に上昇する。このように、二酸化炭素冷媒を用いて、放熱器１１内の冷媒圧力を臨界圧力以上とすることで、従来の冷媒、例えば、ＨＦＣ系冷媒のように、温度一定の下での凝縮放熱と比較して、効率の高い熱交換が可能となり、且つ、高温の湯を生成することができる。また、当該熱交換器１３において、放熱器１１を構成する冷媒通路と水通路１２とが前述したように対向流となるように設置されているため、水と冷媒とを更に効率よく熱交換させることができる。
【００３７】
放熱器１１にて冷却された低温高圧の冷媒は、当該放熱器１１の出口から熱交換器１３を出て、冷媒配管４１を通過し、膨張弁１４で膨張して低圧となり、冷媒配管４２を経由して蒸発器１６に至る。尚、当該蒸発器１６入口における冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。そして、当該蒸発器１６において、液相冷媒が被冷却物から吸熱することにより、蒸発して蒸気冷媒となる。このとき、当該吸熱により被冷却物が冷却される。尚、上述した被冷却物は、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、及び氷等が挙げられる。
【００３８】
そして、蒸発器１６にて蒸発した冷媒は、当該蒸発器１６から出て吸入管４５に入り、アキュムレータ１７を経て低圧側（吸入部）から再び圧縮機１０に吸い込まれるサイクルを繰り返す。以上のサイクルを繰り返すことにより、蒸発器１６による吸熱により被冷却物が冷却され、同時に放熱器１１からの放熱で湯が生成される。
【００３９】
上記冷却運転中は冷媒回路２の高圧冷媒配管４０に設置された吐出温度センサＴ１にて検出した吐出冷媒の温度が、所定温度となるように制御装置により、膨張弁１４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上昇すると、制御装置により膨張弁１４の開度が拡大される。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くなると、制御装置により膨張弁１４の開度が縮小される。これにより、給湯のための高温の湯を発生させる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。
【００４０】
尚、冷却運転中の圧縮機１０の回転数は、一定であっても良いし、冷却負荷に応じて、インバータ等により周波数が調節されるものであっても差し支えない。
【００４１】
（２）冷却運転時の給湯回路３の動作
次に、冷却運転時における給湯回路３の動作について説明する。上述した冷却運転が開始されると、前述した制御装置により、給湯回路３の循環ポンプ３１が起動され、貯湯タンク３０の下部から低温の湯、若しくは、水（以降、水と省略する）が低温配管４７を経て、循環ポンプ３１に吸い込まれ、当該循環ポンプ３１の出口に接続された熱交換器１３側の低温配管４７に押し出される。これにより、循環ポンプ３１から押し出された水は、流量調整弁３５を経て、水通路１２の入口から熱交換器１３内に流入する。熱交換器１３では、上述の如く放熱器１１を流れる冷媒との熱交換により水通路１２内を流れる水が放熱器１１から熱を受け取って加熱され、高温の湯が生成される。そして、水通路１２の出口から熱交換器１３を出た高温の湯は、貯湯回路５の高温配管４８を通り、貯湯タンク３０の上部（上端）から貯湯タンク３０内に注入される。当該貯湯タンク３０では、熱交換器１３にて生成された高温の湯を上部から注入し、下部から水を取り出しているので、水の温度の違いによる密度差を利用して、上部に高温の水が、下部に低温の水が貯留される。
【００４２】
また、前記流量調整弁３５は、熱交換器１３の水通路１２出口の湯の温度が所定の値となるように水の流量を調節している。本実施例では、制御装置により、出湯温度センサＴ２にて検出される熱交換器１３の水通路１２出口の湯の温度に基づいて、流量調整弁３５が制御されている。即ち、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路１２出口の湯の温度が所定温度より高い場合には、制御装置により流量調整弁３５の開度が拡大される。これにより、当該貯湯回路５内を循環する水の循環量（流量）を増加させることができる。
【００４３】
一方、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路１２出口の湯の温度が所定温度より低い場合には、制御装置により流量調整弁３５の開度が縮小される。これにより、当該貯湯回路５内を循環する水の循環量（流量）を減少させることができる。尚、本実施例では高温配管４８の途中部に設置された出湯温度センサＴ２にて水通路１２出口の湯の温度を検出するものとしたが、これに限らず、熱交換器１３の水通路１２出口に当該温度センサを設置して、当該温度を検出するものとしても勿論構わない。また、上記所定の温度とは、給湯用途に適した温度、具体的には、５０℃〜８５℃程度の範囲内で使用用途に応じて決定することが好ましい。
【００４４】
尚、上記流量調整弁３５を使用せずに、例えば、インバータ式の循環ポンプを用いて水の流量を調節しても構わない。この場合、水通路１２出口における湯の温度が所定温度より高い場合には、制御装置によりインバータ式循環ポンプの回転数を高く制御することで、貯湯回路５内を循環する水の循環量を増加させることができる。逆に、水通路１２出口における湯の温度が所定温度より低い場合には、制御装置によりインバータ式循環ポンプの回転数を低く制御することで、貯湯回路５内を循環する水の循環量を減少させることができる。
【００４５】
また、上述した熱交換器１３により生成され、貯湯タンク３０に貯えられた湯は、図示しない給湯弁（前記蛇口等）を操作することで、給湯負荷設備に供給される。具体的には、給湯弁を開くと、貯湯タンク３０に貯えられた高温の湯が貯湯タンク３０の上部に形成された高温湯取出口３７から高温湯取出配管３４Ａを介して図示しない混合弁に流れる。同様に、貯湯タンク３０に貯えられた低温の湯が貯湯タンク３０の下部に形成された低温湯取出口３８から低温湯取出配管３４Ｂを介して上記混合弁に流れる。そして、当該混合弁で高温の湯と低温の湯（或いは、水）が混合され、所定の温度に調節された後、給湯弁を介して各負荷設備に供給される。
【００４６】
尚、上述する各負荷設備に供給される湯の温度は、混合弁と給湯弁とを接続する配管上に設けられた図示しない給湯温度センサにより検出される。また、給水装置３２の前記給水弁は、通常、常時開かれた状態であるので、各負荷設備に供給される湯の量に相当する量の市水が給水装置３２の給水配管３２Ａから給湯回路３の系内に供給される。
【００４７】
以上のように、冷凍サイクル装置１により、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却すると共に、当該冷却過程で発生する熱を有効に利用し、即ち、放熱器１４からの放熱で湯を生成し、生成された湯を給湯負荷設備に供給することができるようになる。特に、本実施例の如く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で、放熱器１１で生成される湯の温度を高温とすることが可能となる。従って、従来のボイラー等で湯を沸かし供給する給湯装置に比べて、消費エネルギーを大幅に削減することができる。また、冷凍サイクル装置の高温側の熱を利用することで、従来、高圧側から大気中に放出されていた熱も削減できるので、当該冷凍サイクル装置の周囲温度の上昇も抑えることができるようになる。
【００４８】
（３）冷却運転時における放熱器１１の放熱量を確保する動作
ところで、このような冷凍サイクル装置では、冷却運転時において冷却負荷の増大、或いは、給湯負荷の低下により、貯湯タンク３０内に貯留される高温の湯量が過剰となると、貯湯タンク３０の下部から取り出される湯の温度も上昇し、その結果、熱交換器１３に高温の湯が流れ込む不都合が生じる。
【００４９】
このように熱交換器１３に高温の湯が流れ込むと、熱交換器１３の放熱器１１において、当該放熱器１１を流れる冷媒が水通路１２を流れる水に熱を放出する、冷媒の放熱量が著しく低下、或いは、不足することとなる。これにより、当該放熱器１１において冷媒を低温とすることができないので、蒸発器１６に流れる冷媒の比エンタルピも上昇し、蒸発器１６における冷却能力、及び、冷凍サイクル装置１の効率が著しく低下し、蒸発器１６における被冷却物の冷却に支障を来たす問題が生じる。
【００５０】
このような問題を解消するため、本発明では放熱器１１における放熱量を把握可能な指標に基づき、蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱器１１における所定の放熱量を確保する動作を実行するものとする。具体的には、本実施例の冷凍サイクル装置１は、貯湯タンク３０内の水、若しくは、放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度、又は、放熱器１１内、若しくは、当該放熱器１１を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出するものとする。
【００５１】
ここで、当該排出装置３６による貯湯タンク３０の水の排出動作について説明する。本実施例の冷凍サイクル装置１では、温度センサＴ６にて検出される放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度が所定の値以上、例えば、２５℃〜３０℃以上に上昇した場合、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出するものとする。尚、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出する温度は、本実施例のように放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度であっても良く、また、熱交換器１３の放熱器１１内冷媒の温度や、放熱器１１を出た冷媒の温度であっても差し支えない。
【００５２】
また、排出装置３６の湯排出管３６Ａに設けられた湯排出弁３６Ｂは、前記制御装置により通常、閉じられており、この状態では、貯湯タンク３０内の水は湯排出管３６Ａから排出されないものとする。
【００５３】
そして、冷却運転中に、前記温度センサＴ６にて検出される水の温度が所定の値以上（本実施例では２５℃〜３０℃以上）に上昇した場合、前述した制御装置により、湯排出管３６Ａの湯排出弁３６Ｂが開かれる。これにより、貯湯タンク３０内の高温湯取出口３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口３８より取り出される水より高温である中温の湯が湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に排出される。
【００５４】
当該湯排出管３６Ａからの湯の排出と同時に、排出された湯量に相当する量の冷水が給水装置３２の給水配管３２Ａから貯湯タンク３０内に供給される。尚、上記湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に排出される湯は、適切な用途があれば利用することも可能である。
【００５５】
このように、湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に湯を排出し、同時に、排出された湯量に相当する冷水を当該貯湯タンク３０内に供給することで、貯湯タンク３０内下部の湯の温度を低くすることができ、当該貯湯タンク３０内下部の湯、若しくは、給水装置３２から当該貯湯タンク３０内に供給された冷水を熱交換器１３に供給することができるようになる。
【００５６】
これにより、熱交換器１３において、冷媒が蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。即ち、熱交換器１３において、放熱器１１を流れる冷媒の熱を水通路１２を流れる水に充分に放出して、冷媒の温度を低温とすることができるので、蒸発器１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物の冷却を行うことが可能となる。
【００５７】
特に、本実施例の冷凍サイクル装置１では、排出装置３６の湯排出管３６Ａが貯湯タンク３０の高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に配置されている。具体的に、当該湯排出管３６Ａの位置は、下部から貯湯タンク３０内に貯留される水の容積が２０Ｌ〜５０Ｌ程度となる位置に当該排出装置３６の湯排出管３６Ａを取り付けることが好ましい。即ち、当該位置より下方に湯排出管３６Ａを取り付けると、給水装置３２の給水配管３２Ａから貯湯タンク内に流入した冷水と貯湯タンク３０内の温水との混合、及び、熱の伝導により、冷水を導入する効果が充分に得られなくなってしまう。逆に、当該位置より、上方に取り付けた場合には、貯湯タンク３０内に貯えられた高温の湯が当該排出装置３６から貯湯タンク３０の外部に排出されることなり、熱的損失が大きくなる。
【００５８】
そこで、貯湯タンク３０の高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方であり、且つ、下部から貯湯タンク３０内に貯留される水の容積が２０Ｌ〜５０Ｌ程度となる位置に当該排出装置３６の湯排出管３６Ａを取り付けることで、給湯負荷設備への給湯に支障を来すことなく、当該排出装置３６から湯を排出して、熱交換器１３の放熱器１１における放熱量も確保することができる。
【００５９】
ところで、上記排出装置３６から排出される湯量は少なすぎると、貯湯タンク３０に流入する冷水の量が不十分となり、その結果、貯湯タンク３０内の高温の湯の量が過剰となって、冷却能力と効率に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、当該排出装置３６を設けることによって得られる効果は極めて少なくなる恐れがある。他方、排出装置３６から排出される湯量が多すぎると、湯の排出に伴い、熱交換器１３を流れる水の量を制御することが困難となり、その結果、貯湯回路５の水の循環量が過剰となって、熱交換器１３にて生成される湯の温度が低下する恐れがある。更に、給水配管３２Ａから勢いよく流入する冷水により、貯湯タンク３０内部の温度成層が乱され、貯湯タンク３０内での熱損失が増大する恐れがある。
【００６０】
従って、排出装置３６から排出される湯量が適切な量となるように予め設定するものとする。具体的には、当該湯排出弁３６Ｂ、若しくは、湯排出管３６Ａに、適切な絞り部を設けて（図示せず）、排出装置３６から単位時間当たりに排出される貯湯タンク３０内の湯の量が所定の値となるように予め設定されている。当該所定の値は、冷媒回路１の加熱能力と、生成される湯の温度とから求められる貯湯回路５の湯の循環量（定格流量、若しくは、生成される湯の流量）より大きく、且つ、生成される湯の温度に影響を及ぼさず、貯湯タンク３０内の温度成層（貯湯タンク３０の上部に高温の湯が溜まり、下方に行く程、湯の温度が低くなる）を乱さない程度に小さい値とする。具体的には、貯湯回路５の定格流量の１．２倍から２倍程度が望ましく、例えば、生成される湯の量が毎分１Ｌであるシステムでは、１．２Ｌ／分から２Ｌ／分の湯排出量が望ましい。
【００６１】
以上詳述したように、本実施例の冷凍サイクル装置１により、冷却負荷の増大、或いは、加熱の負荷の低下により、貯湯タンク３０内部の高温の湯量が過剰となる場合であっても、排出装置３６から貯湯タンク３０内の水を排出すると共に、給水装置３２から貯湯タンク３０内に冷水を取り込み、熱交換器１３に供給することができるので、放熱器１１における冷媒の放熱量を確保して、蒸発器１６における冷却能力が低下する不都合を未然に回避することができる。これにより、被冷却物の確実な冷却を行うことができるようになる。
【実施例２】
【００６２】
次に、本発明の冷凍サイクル装置の他の実施例について説明する。図２は、本発明を適用した他の実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。図２において、図１と同一の符号が付されたものは同一、或いは、類似の作用又は効果を奏するものであるため、説明を省略し、本実施例では上記実施例と相違する部分を中心に説明する。
【００６３】
先ず、本実施例の冷凍サイクル装置１００と、前記実施例１の冷凍サイクル装置１との構成上の相違点について説明する。実施例１の冷凍サイクル装置１は、必要に応じて貯湯タンク３０内の湯を排出する排出装置３６を備えているのに対し、本実施例の冷凍サイクル装置１００は、排出装置３６を備えていない。本実施例の冷凍サイクル装置１００は、貯湯タンク３０の下部と熱交換器１３の水通路１２の入口を接続する低温配管４７上に水冷却装置８０を備えている。この水冷却装置８０は、貯湯タンク３０から熱交換器１３に流れ、当該熱交換器１３において放熱器１１と熱交換する水を冷却するための熱交換器である。
【００６４】
本実施例の水冷却装置８０は、例えば、所謂チューブアンドフィン型の熱交換器であり、銅管と、この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ている。そして、当該銅管の内部に貯湯タンク３０の下部から取り出され、熱交換器１３に供給される水が流れるための流路が構成されている。また、当該水冷却装置８０の近傍には、銅管内を流れる水と熱交換させるための空気を水冷却装置８０に供給するためのファン８０Ｆと、当該ファン８０Ｆを駆動するファンモータ８０Ｍが設置されている。当該ファンモータ８０Ｍの運転は当該冷凍サイクル装置１００の制御を司る図示しない制御装置により制御されているものとする。尚、上記水冷式装置８０の形式はこれに限定されるものではなく、他の形式の熱交換器、例えば、アルミ押し出し多孔偏平管を用いて、当該偏平管に設けられた複数の孔を冷媒の通路とした、所謂、マイクロチャンネル型の熱交換器マイクロチューブ型の熱交換器やロールドチューブオンシート型の熱交換器を適用しても差し支えない。また、放熱器１１と熱交換する水を冷却する熱媒体としては上記空気に限らず、水やブライン等の熱媒体であっても構わない。水やブラインなどの流体を熱媒体とする場合には、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などを用いることができる。
【００６５】
以上の構成で、次に、本実施例の冷凍サイクル装置１００の動作を説明する。尚、通常の冷却運転中の冷媒回路２及び貯湯回路５の動作、並びに、給湯負荷設備に湯を供給する動作、即ち、冷媒回路２の蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して、被冷却物を冷却すると共に、放熱器１１における冷媒の放熱で高温の湯を生成し、貯湯タンク３０に貯えて、これを利用する動作については前記実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６６】
通常の冷却運転中において、水冷却装置８０に空気を供給するためのファンモータ８０Ｍは制御装置により停止された状態であり、この状態では、水冷却装置８０には水と熱交換を行う空気が供給されないので、当該水冷却装置８０を流れる水と空気との熱交換は殆ど行われない。
【００６７】
そして、本実施例の冷凍サイクル装置１００は、放熱器１１と熱交換する水の温度（貯湯タンク３０内の水、若しくは、放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度）、又は、放熱器１１内、若しくは、当該放熱器１１を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、水冷却装置８０により水を冷却するものとする。
【００６８】
ここで、当該水冷却装置８０による水の冷却動作について詳述する。本実施例の冷凍サイクル装置１００は、低温配管４７上に設置された温度センサＴ６にて検出される放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度（熱交換器１３の入口の水の温度）が所定の値以上になったら、前記制御装置によりファンモータ８０Ｍを駆動し、ファン８０Ｆを回転させる。尚、ファンモータ８０Ｍを駆動する温度は、本実施例のように温度センサＴ６にて検出される熱交換器１３の入口の水の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度であっても良く、また、熱交換器１３の放熱器１１内冷媒の温度や、放熱器１１を出た冷媒の温度であっても構わない。
【００６９】
また、ファンモータ８０Ｍを駆動する上記所定の値とは、例えば、水冷却装置８０において水と熱交換を行う空気の温度を基準に定めることができる。即ち、温度センサＴ６で検出した熱交換器１３の入口の水の温度が空気の温度より高くなった場合、制御装置によりファンモータ８０Ｍを駆動し、ファン８０Ｆを回転させて、水冷却装置８０に空気を供給する。
【００７０】
これにより、貯湯タンク３０の下部から取り出された水は、低温配管４７を介して、水冷却装置８０の銅管内に流入する。そこで、貯湯タンク３０から取り出された水は、当該銅管を通過する過程で、ファン８０Ｆによる通風により空気に熱を放出して低温となる。これにより、熱交換器１３に低温の水を供給することができるようになる。
【００７１】
従って、前記実施例１と同様に冷却負荷の増大や給湯負荷の低下等により、貯湯タンク３０内に貯留される高温の湯の量が過剰となり、貯湯タンク３０の下部から取り出されて熱交換器１３に供給される水の温度が高温となった場合であっても、当該水冷却装置８０により、貯湯タンク３０の下部から取り出された水を冷却して、熱交換器１３に供給することができる。
【００７２】
これにより、熱交換器１３において、冷媒が蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。即ち、熱交換器１３において、放熱器１１を流れる冷媒の熱を水通路１２を流れる水に充分に放出して、冷媒の温度を低温とすることができるので、蒸発器１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物の冷却を行うことが可能となる。
【００７３】
本実施例では、水冷却装置８０への送風をファンモータ８０Ｍの運転（駆動及び停止）により制御して、水冷却装置８０での冷却の有無を切り換えるものとしたが、これに限らず、水冷却装置８０をバイパスするバイパス配管を並設し、貯湯タンク３０の下部から取り出した水を当該バイパス配管に流すか、水冷却装置８０に流すかを択一的に切り換え可能な切換弁を設けて、該切換弁を操作するものとしても、本実施例と同様の制御を行うことが可能である。
【００７４】
即ち、通常の冷却運転においては、熱交換器１３に供給される貯湯タンク３０からの水はバイパス配管に流れるように切換弁が制御されている（例えば、前記制御装置により切換弁の動作を制御）。そして、温度センサＴ６にて検出される熱交換器１３入口の水の温度が上記所定の値以上となったら、貯湯タンク３０からの水が水冷却装置８０に流れるように切換弁が切り換えられる。これにより、熱交換器１３に供給される水の温度が上昇した場合にのみ水冷却装置８０に水を流して、熱交換器１３に供給される水を冷却することができる。
【００７５】
尚、本実施例では、熱交換器１３に供給される貯湯タンク３０からの水を水冷却装置８０において、空気により冷却するものとしたが、これに限らず、上述したようにその他の熱媒体を用いることが可能であり、例えば、熱媒体を水やブラインなどの流体とし、当該熱媒体の循環を循環ポンプにより行う場合には、当該循環ポンプの運転（駆動及び停止）により冷却を行うか否かを制御することも可能であるし、熱媒体を供給する配管上に遮断弁を設けて、当該遮断弁の開閉により冷却を行うか否かを制御することも可能である。
【００７６】
以上詳述したように、本実施例の冷凍サイクル装置１００においても、前記実施例１の冷凍サイクル装置１と同様に、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却すると共に、当該冷却過程で発生する熱を有効に利用し、即ち、放熱器１４からの放熱で湯を生成し、生成された湯を給湯負荷設備に供給することができる。従って、従来、利用されずに大気中に放出されていた冷却過程に発生する熱を有効に利用して、エネルギー消費を低減することができる。
【００７７】
更に、本実施例の冷凍サイクル装置１００によれば、冷却負荷の増大、若しくは、加熱負荷の低下により、貯湯タンク３０内部の高温の湯量が過剰となる場合であっても、水冷却装置８０によって貯湯タンク３０から熱交換器１３に供給される水を冷却することができるので、放熱器１１における冷媒の放熱量を確保して、蒸発器１６における冷却能力が低下する不都合を未然に回避することができる。これにより、被冷却物の確実な冷却を行うことができるようになる。
【実施例３】
【００７８】
次に、本発明の冷凍サイクル装置のもう一つの他の実施例について説明する。図３は、本発明を適用した実施例３の冷凍サイクル装置の概略構成図である。尚、図３において、図１及び図２と同一の符号が付されたものは同一、或いは、類似の作用又は効果を奏するものであるため、説明を省略し、本実施例では上記各実施例と相違する部分を中心に説明する。
【００７９】
先ず、本実施例の冷凍サイクル装置２００と、実施例１の冷凍サイクル装置１との構成上の相違点について説明する。実施例１の冷凍サイクル装置１は、必要に応じて貯湯タンク３０内の湯を排出する排出装置３６を備えているのに対して、本実施例の冷凍サイクル装置２００は、排出装置３６を備えていない。本実施例の冷凍サイクル装置２００は、冷媒回路２の放熱器１１と膨張弁１４とを接続する冷媒配管４１上に、放熱器１１を出た冷媒を冷却するための第２放熱器９０を備え、放熱器１１と第２の放熱器９０の間の冷媒配管４１には、放熱器１１を出た冷媒の温度（放熱器１１を通過した後の冷媒温度）を検出する温度センサＴ７が設置されている。
【００８０】
第２放熱器９０は、例えば、所謂チューブアンドフィン型の熱交換器であり、銅管と、この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ている。そして、当該銅管の内部に放熱器１１からの冷媒が流れるための通路が構成されている。また、当該第２放熱器９０の近傍には、銅管内を流れる冷媒と熱交換させるための空気を第２放熱器９０に供給するためのファン９０Ｆと、当該ファン９０Ｆを駆動するファンモータ９０Ｍが設置されている。当該ファンモータ９０Ｍの運転は当該冷凍サイクル装置２００の制御を司る図示しない制御装置により制御されているものとする。尚、第２放熱器９０の形状はこれに限定されるものではなく、他の形式の熱交換器、例えば、前記マイクロチャンネル型の熱交換器やロールドチューブオンシート型の熱交換器を適用しても差し支えない。
【００８１】
以上の構成で、次に、本実施例の冷凍サイクル装置２００の動作を説明する。尚、通常の冷却運転中の冷媒回路２及び貯湯回路５の動作、並びに、給湯負荷設備に湯を供給する動作、即ち、冷媒回路２の蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して、被冷却物を冷却すると共に、放熱器１１における冷媒の放熱で高温の湯を生成し、貯湯タンク３０に貯えて、これを利用する動作については前記実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
通常の冷却運転中において、第２放熱器９０に空気を供給するためのファンモータ９０Ｍは制御装置により停止された状態であり、この状態では、第２放熱器９０には冷媒と熱交換を行う空気が供給されないので、当該第２放熱器９０を流れる水と空気との熱交換は殆ど行われない。
【００８３】
そして、本実施例の冷凍サイクル装置２００は、放熱器１１と熱交換する水の温度（貯湯タンク３０内の水、若しくは、放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度）、又は、放熱器１１内、若しくは、当該放熱器１１を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、第２放熱器９０により放熱器１１を出た冷媒を冷却するものとする。
【００８４】
ここで、当該第２放熱器９０による冷媒の冷却動作について詳述する。本実施例の冷凍サイクル装置２００は、冷媒配管４１上に設置された前記温度センサＴ７にて検出される放熱器１１を出た冷媒の温度が所定の値以上となったら、前記制御装置によりファンモータ９０Ｍを駆動し、ファン９０Ｆを回転させる。尚、ファンモータ９０Ｍを駆動する温度は、本実施例のように温度センサＴ７にて検出される放熱器１１を出た冷媒の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度や温度センサＴ６にて検出される放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度（熱交換器１３の入口の水の温度）であっても良く、また、熱交換器１３の放熱器１１内の冷媒の温度であっても構わない。
【００８５】
また、ファンモータ９０Ｍを駆動する上記所定の値とは、例えば、第２放熱器９０において冷媒と熱交換を行う空気の温度を基準に定めることができる。即ち、温度センサＴ７で検出した放熱器１１を出た冷媒の温度が空気の温度より高くなった場合に、制御装置によりファンモータ９０Ｍを駆動し、ファン９０Ｆを回転させて、第２放熱器９０に空気を供給する。
【００８６】
これにより、熱交換器１３の放熱器１１にて、水通路１２を流れる水と熱交換して温度低下した冷媒は、冷媒配管４１を介して、第２放熱器９０の銅管内に流入する。そこで、放熱器１１からの冷媒は、当該銅管を通過する過程で、ファン９０Ｆによる通風により空気に熱を放出して更に低温となる。これにより、蒸発器１６に流入する冷媒の比エンタルピを小さくすることができる。
【００８７】
従って、前記実施例１と同様に冷却負荷の増大や給湯負荷の低下等により、貯湯タンク３０内に貯留される高温の湯の量が過剰となり、貯湯タンク３０の下部から取り出されて熱交換器１３に供給される水の温度が高温となり、放熱器１１における放熱量が低下した場合であっても、当該第２放熱器９０により、放熱器１１を通過した後の冷媒を冷却して、低温とすることができる。
【００８８】
このように、第２放熱器９０により、冷媒が蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。即ち、放熱器１１では、水通路１２の温度が高いために冷媒の熱を充分に放出して、低温とすることはできないが、第２放熱器９０にて冷媒の熱を空気に放出して、当該冷媒の温度を低温とすることができるので、蒸発器１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物の冷却を行うことが可能となる。
【００８９】
本実施例では、第２放熱器９０への送風をファンモータ９０Ｍの運転（駆動及び停止）により制御して、第２放熱器９０での冷却の有無を切り換えるものとしたが、これに限らず、第２放熱器９０をバイパスするバイパス配管を並設し、放熱器１１からの冷媒を当該バイパス配管に流すか、第２放熱器９０に流すかを択一的に切り換え可能な切換弁を設けて、該切換弁を操作するものとしても、本実施例と同様の制御を行うことが可能である。
【００９０】
即ち、通常の冷却運転においては、放熱器１１からの冷媒はバイパス配管に流れるように切換弁が制御されている（例えば、前記制御装置により切換弁の動作を制御）。そして、温度センサＴ７にて検出される放熱器１１から出た冷媒の温度が上記所定の値以上となったら、放熱器１１からの冷媒が第２放熱器９０に流れるように切換弁が切り換えられる。これにより、放熱器１１を通過した後の冷媒の温度が上昇した場合、即ち、放熱器１１において所定の放熱量を確保できない場合にのみ第２放熱器９０に冷媒を流して、蒸発器１６に供給される冷媒を冷却することができる。
【００９１】
尚、本実施例では、放熱器１１から出た冷媒を、第２放熱器９０において、空気により冷却するものとしたが、冷媒を冷却する熱媒体は空気以外のものであっても良く、例えば、水やブラインなどの熱媒体を用いることも可能である。水やブラインなどの流体を熱媒体とする場合には、第２の放熱器として、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などを用いることができる。また、流体を熱媒体として使用し、当該熱媒体の循環を循環ポンプにより行う場合には、当該循環ポンプの運転（駆動及び停止）により冷却を行うか否かを制御することも可能であるし、熱媒体を供給する配管上に遮断弁を設けて、当該遮断弁の開閉により冷却を行うか否かを制御することも可能である。
【００９２】
更に、本実施例の冷凍サイクル装置２００では、第２放熱器９０における冷媒の冷却に加えて、低温配管４７上に設置された温度センサＴ６で検出される熱交換器１３の入口の水の温度、或いは、貯湯タンク３０に設けられた貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度、又は、高温配管４８上に設置された出湯温度センサＴ２にて検出される貯湯タンク３０内に入る高温の湯の温度が、所定の値以上となった場合、循環ポンプ３１を停止し、且つ、流量調整弁３５を閉じる動作を行う。
【００９３】
上記所定の温度とは、熱交換器１３にて生成され、貯湯タンク３０内に貯えられる高温の湯の設定温度（即ち、沸き上げ設定温度）を考慮して決定され、貯湯タンク３０内に所定の高温の湯が満たされた状態と判断できる値である。例えば、低温配管４７上に設けられた温度センサＴ６で検出される熱交換器１３の入口の水の温度が目標となる上記設定温度に充分に近づいた場合には、貯湯タンク３０内は高温の湯で満たされたことが判断できる。また、貯湯タンク３０に高さを変えて複数個設置された貯湯センサＴ４で検出される貯湯タンク３０内の湯の温度が、前記略設定温度に達し、且つ、各々の高さの温度が略同程度となった場合にも、貯湯タンク３０内は高温の湯で満たされたと判断できる。更にまた、流量調整弁３５が全開であるにも拘わらず、高温配管４８上に設置された出湯温度センサＴ２にて検出される貯湯タンク３０内に入る高温の湯の温度が、目標出湯温度を超えて上昇する場合にも、貯湯タンク３０内に高温の湯が満たされたと判断できる。
【００９４】
このように、温度センサＴ６、貯湯センサＴ４、或いは、出湯温度センサＴ２にて検出される湯の温度が所定の値以上となったら、循環ポンプ３１を停止し、流量調整弁３５を閉じることにより、貯湯タンク３０内が高温の湯で満たされ、これ以上湯を作る必要が無い場合に、無駄な水（湯）の循環を行うことを回避することができる。尚、この場合、貯湯回路５における水の循環は行われないので、熱交換器１３において冷媒と水との熱交換は全く行われず、従って、冷媒の放熱は全て、第２放熱器９０において行われることとなる。
【００９５】
以上詳述するように、本実施例の冷凍サイクル装置２００においても、前記実施例１の冷凍サイクル装置１と同様に、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却すると共に、当該冷却過程で発生する熱を有効に利用し、即ち、放熱器１４からの放熱で湯を生成し、生成された湯を給湯負荷設備に供給することができる。従って、従来、利用されずに大気中に放出されていた冷却過程に発生する熱を有効に利用して、エネルギー消費を低減することができる。
【００９６】
更に、本実施例の冷凍サイクル装置２００によれば、冷却負荷の増大、若しくは、加熱負荷の低下により、貯湯タンク３０内部の高温の湯量が過剰となる場合であっても、第２放熱器９０によって放熱器１１を通過後の冷媒を冷却できるので、冷媒の放熱量を確保して、蒸発器１６における冷却能力が低下する不都合を未然に回避することができる。これにより、被冷却物の確実な冷却を行うことができるようになる。特に、本実施例の冷凍サイクル装置２００では、放熱器１１通過後の冷媒を冷却するので、熱交換器１３に供給される水を冷却する構成とした実施例２の冷凍サイクル装置１００よりも、冷却能力の低下を防止する効果に優れて、且つ、貯湯タンク３０内の湯も高温に保つことができるので、給湯能力の向上も図ることができる。
【実施例４】
【００９７】
次に、本発明の冷凍サイクル装置の更にもう一つの他の実施例について説明する。図４は、本発明を適用した実施例４の冷凍サイクル装置の概略構成図である。尚、図４において、図１乃至図３と同一の符号が付されたものは同一、或いは、類似の作用又は効果を奏するものであるため、説明を省略し、本実施例では上記各実施例と相違する部分を中心に説明する。
【００９８】
先ず、本実施例の冷凍サイクル装置３００と、実施例１の冷凍サイクル装置１との構成上の相違点について説明する。実施例１の冷凍サイクル装置１は、必要に応じて貯湯タンク３０内の湯を排出する排出装置３６を備えているのに対して、本実施例の冷凍サイクル装置２００は、排出装置３６を備えていない。本実施例の冷凍サイクル装置３００は、冷媒回路２の放熱器１１と並列接続された第２放熱器９５を備え、圧縮機１０にて圧縮された冷媒を放熱器１１に流すか、第２放熱器９５に流すかを択一的に切り換えることが可能である。具体的には、放熱器１１の入口に接続された高圧冷媒配管４０の途中部と放熱器１１の出口に接続された冷媒配管４１の途中部とをバイパス配管９８にて接続し、当該バイパス配管９８上に第２放熱器９５を設置すると共に、第２放熱器９５の入口側のバイパス配管９８上と、バイパス配管９８の接続点より下流側となる高圧冷媒配管４０上にそれぞれ切換弁９８Ｂ、４０Ｂを設けて、各切換弁９８Ｂ、４０Ｂの開閉を切り換えることにより、圧縮機１０からの冷媒を放熱器１１、若しくは、第２放熱器９５に択一的に流す。また、第２放熱器９５の出口側のバイパス配管９８、及び、バイパス配管９８の接続点より上流側となる冷媒配管４１には、それぞれ逆止弁９９、４１Ｂを設けて、冷媒の逆流を防止するものとする。尚、切換弁は、本実施例のように第２放熱器９５の入口側のバイパス配管９８上と、バイパス配管９８の接続点より下流側となる高圧冷媒配管４０上にそれぞれ設ける場合に限らず、バイパス配管９８の接続点に三方弁を設置して、当該三方弁により圧縮機１０からの冷媒を放熱器１１、若しくは、第２放熱器９５に択一的に流すものとしても構わない。
【００９９】
上記第２放熱器９５は、例えば、所謂チューブアンドフィン型の熱交換器であり、銅管と、この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ている。そして、当該銅管の内部に圧縮機１０からの冷媒が流れるための通路が構成されている。また、当該第２放熱器９５の近傍には、銅管内を流れる冷媒と熱交換させるための空気を第２放熱器９５に供給するためのファン９５Ｆと、当該ファン９５Ｆを駆動するファンモータ９５Ｍが設置されている。当該ファンモータ９５Ｍの運転は当該冷凍サイクル装置３００の制御を司る図示しない制御装置により制御されているものとする。尚、第２放熱器９５の形状はこれに限定されるものではなく、他の形式の熱交換器、例えば、前記マイクロチャンネル型の熱交換器やロールドチューブオンシート型の熱交換器を適用しても差し支えない。
【０１００】
以上の構成で、次に、本実施例の冷凍サイクル装置３００の動作を説明する。尚、通常の冷却運転中の冷媒回路２及び貯湯回路５の動作、並びに、給湯負荷設備に湯を供給する動作、即ち、冷媒回路２の蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して、被冷却物を冷却すると共に、放熱器１１における冷媒の放熱で高温の湯を生成し、貯湯タンク３０に貯えて、これを利用する動作については前記実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０１】
通常の冷却運転中において、切換弁４０Ｂが開放され、切換弁９８Ｂは全閉されて、第２放熱器９５への冷媒の流通は遮断された状態であり、圧縮機１０にて圧縮され高温高圧となった冷媒ガスは、第２放熱器９５に流れること無く、全て放熱器１１に流入する。また、ファンモータ９５Ｍは制御装置により停止された状態である。従って、この状態では、第２放熱器９５における空気と冷媒との熱交換は行われない。
【０１０２】
そして、本実施例の冷凍サイクル装置３００は、放熱器１１と熱交換する水の温度（貯湯タンク３０内の水、若しくは、放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度）、又は、放熱器１１内、若しくは、当該放熱器１１を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、第２放熱器９５に冷媒を流すものとする。
【０１０３】
ここで、当該第２放熱器９５による冷媒の冷却動作について詳述する。本実施例の冷凍サイクル装置３００は、低温配管４７上に設置された温度センサＴ６にて検出される放熱器１１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度（熱交換器１３の入口の水の温度）が、所定の値以上となったら、切換弁４０Ｂを全閉し、放熱器１１への冷媒流通を遮断すると共に、切換弁９８Ｂを開放して、圧縮機１０からの冷媒を第２放熱器９５に流す。更に、前記制御装置によりファンモータ９５Ｍを駆動し、ファン９５Ｆを回転させる。尚、切換弁９８Ｂを開放し、ファンモータ９５Ｍを駆動する温度は、本実施例のように温度センサＴ６にて検出される熱交換器１３の入口の水の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度であっても良く、また、熱交換器１３の放熱器１１内の冷媒の温度や放熱器１１を出た冷媒の温度であっても構わない。
【０１０４】
また、切換弁９８Ｂを開放し、ファンモータ９５Ｍを駆動する上記所定の値とは、例えば、貯湯タンク３０内の湯の量と蒸発器１６における被冷却物の温度とを考慮して決定され、貯湯タンク３０内が高温の湯で満たされた状態に近いと判断できる値であり、且つ、充分な冷却能力を発揮できる値とし、更に、外気温度も考慮して決定するものとする。例えば、給水装置３２から貯湯タンク３０に供給される水の温度が＋１７℃程度である場合、所定の値は＋２５℃とし、低温配管４７上に設けられた温度センサＴ６にて検出される熱交換器１３の入口の水の温度が＋２５℃以上となった場合に、切換弁４０Ｂを全閉し、切換弁９８Ｂを開放すると共に、ファンモータ９５Ｍを起動して、ファン９５Ｆを回転させて、第２放熱器９５による放熱を行うものとする。
【０１０５】
このように、温度センサＴ６にて検出される熱交換器１３の入口の水の温度が所定の値以上となった場合に、切換弁４０Ｂを全閉し、切換弁９８Ｂを開放すると共に、ファンモータ９５Ｍを起動して、ファン９５Ｆを回転させて、第２放熱器９５による放熱を開始する。
【０１０６】
これにより、圧縮機１０からの高温高圧の冷媒は、バイパス配管９８を介して第２放熱器９５の銅管内に流入する。そこで、圧縮機１０からの冷媒は、当該銅管を通過する過程で、ファン９５Ｆによる通風により空気に熱を放出して低温となる。これにより、蒸発器１６に流入する冷媒の温度を効果的に冷却して、所定の低温とすることができるようになる。
【０１０７】
従って、前記実施例１と同様に冷却負荷の増大や給湯負荷の低下等により、貯湯タンク３０内に貯留される高温の湯の量が過剰となり、貯湯タンク３０の下部から取り出されて熱交換器１３に供給される水の温度が高温となり、放熱器１１における放熱量が低下した場合であっても、当該第２放熱器９５により、圧縮機１０からの冷媒を冷却して、低温とすることができる。
【０１０８】
このように、第２放熱器９５により、冷媒が蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。これにより、蒸発器１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物の冷却を行うことが可能となる。
【０１０９】
更に、この場合、前記実施例３と同様に貯湯回路５の循環ポンプ３１を停止し、流量調整弁３５を閉じることにより、貯湯タンク３０内が高温の湯で満たされ、これ以上湯を作る必要が無い場合に、無駄な水（湯）の循環を行うことを回避することができる。
【０１１０】
尚、本実施例では、第２放熱器９５において、空気により冷却するものとしたが、前記実施例３と同様に冷媒を冷却する熱媒体は空気以外のものであっても良く、例えば、水やブラインなどの熱媒体を用いることも可能である。
【０１１１】
以上詳述するように、本実施例の冷凍サイクル装置３００においても、上記各実施例の冷凍サイクル装置と同様に、蒸発器１６による吸熱により冷却作用を発揮して被冷却物を冷却すると共に、当該冷却過程で発生する熱を有効に利用し、即ち、放熱器１４からの放熱で湯を生成し、生成された湯を給湯負荷設備に供給することができる。従って、従来、利用されずに大気中に放出されていた冷却過程に発生する熱を有効に利用して、エネルギー消費を低減することができる。
【０１１２】
更に、本実施例の冷凍サイクル装置３００によれば、冷却負荷の増大、若しくは、加熱負荷の低下により、貯湯タンク３０内部の高温の湯量が過剰となる場合であっても、圧縮機１０にて圧縮された高温高圧の冷媒を第２放熱器９５に流して、当該第２放熱器９５にて放熱させることで、冷媒の放熱量を確保して、蒸発器１６における冷却能力が低下する不都合を未然に回避することができる。これにより、被冷却物の確実な冷却を行うことができるようになる。
【実施例５】
【０１１３】
図５は、本発明を適用した実施例５の冷凍サイクル装置の概略構成図である。本実施例の冷凍サイクル装置は、搾乳直後の牛乳（本実施例の被冷却物）を冷却容器にて冷却保冷すると共に、当該牛乳の冷却により得られた熱で湯を生成し、当該湯を冷却容器の自動洗浄に利用するものである。冷凍サイクル装置５００は、圧縮機５１０、放熱器５１１、減圧装置としての膨張弁５１４及び蒸発器５１６を含む冷媒回路５０２と、第２の圧縮機５８０、第２の放熱器５８１、減圧装置としての膨張弁５８４及び蒸発器５８６を含む第２の冷媒回路５０８と、貯湯タンク５３０を含む給湯回路５０３と、後述する自動洗浄装置５０９とを備えて成るものである。
【０１１４】
前記冷媒回路５０２は、圧縮機５１０、放熱器５１１、膨張弁５１４及び蒸発器５１６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように構成されている。具体的には、圧縮機５１０の吐出側に接続された高圧冷媒配管５４０は放熱器５１１の入口に接続されている。当該放熱器５１１は、熱交換器５１３の一部を構成する冷媒通路であり、給湯回路５０３の水通路５１２と熱交換可能に配設されている。この熱交換器５１３は、放熱器５１１と給湯回路５０３の貯湯タンク５３０内の水を熱交換させる水−冷媒熱交換型の熱交換器であり、放熱器５１１としての冷媒通路と給湯回路５０３の水通路５１２から構成されている。当該熱交換器５１３の一端には、放熱器５１１の冷媒通路の入口と、水通路５１２の出口が形成され、他端には、放熱器５１１の冷媒通路の出口と、水通路５１２の入口がそれぞれ形成されている。従って、当該熱交換器５１３において、圧縮機５１０から吐出され、放熱器５１１を流れる高温高圧の冷媒と、水通路５１２を流れる水とは対向した流れとなる。
【０１１５】
一方、放熱器５１１の出口に接続された冷媒配管５４１は膨張弁５１４の入口に接続されている。膨張弁５１４は、放熱器５１１にて放熱した冷媒を減圧するための減圧装置であり、当該膨張弁５１４の出口に接続された冷媒配管５４２は、蒸発器５１６の入口に接続されている。そして、蒸発器５１６の出口には吸入管５４５の一端が接続され、吸入管５４５の他端は圧縮機５１０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器５１６と圧縮機５１０の低圧側とを連結する当該吸入管５４５には、圧縮機１０側を順方向とする逆止弁５１８と、圧縮機５１０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機５１０を保護するためのアキュムレータ５１７が介設されている。逆止弁５１８は、後述する保冷運転時において、冷媒回路５０２の高圧側から蒸発器５１６に冷媒が逆流することを防止するために設置されている。
【０１１６】
また、冷媒回路５０２の前記高圧冷媒配管５４０には、圧縮機５１０から吐出される高温高圧の冷媒の温度を検出するための吐出温度センサＴ１が設置されている。
【０１１７】
そして、上述した冷媒回路５０２には、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。そして、当該冷媒回路５０２の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒回路５０２は、遷臨界サイクルとなる。また、圧縮機５１０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。
【０１１８】
一方、前記蒸発器５１６は、冷却容器５０７の内側タンク５７０内に貯蔵される被冷却物（本実施例では牛乳）を冷却するものであり、この冷却容器５０７に一体形成されている。当該冷却容器５０７は、外郭を構成する外装タンク５７２の内側に内部に被冷却物（牛乳）を貯蔵するための空間が形成された内側タンク５７０が形成され、内側タンク５７０と外装タンク５７２との間に、例えば、ウレタンなどの発泡性素材から成る断熱材５７４を充填して成る。また、内側タンク５７０の外面（図６及び図７では底面）には熱伝導性の高い板材から成る外板５７６が設けられ、当該外板５７６の周辺部全周が内側タンク５７０の底面に固着されて、内側タンク５７０の底面と外板５７６との間には密閉された冷媒通路空間５７７が形成され、これを蒸発器５１６の冷媒流路としている。
【０１１９】
また、外板５７６の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所内側タンク５７０の底面に固着された内側固着部５７８が形成されている。具体的には、外板５７６の周辺部全周が内側タンク５７０の底面にシーム溶接により固着され、当該周辺部以外の部分は所定間隔をおいて碁盤目配列状、若しくは、千鳥状にスポット溶接により固着されている（スポット溶接により固着された箇所が内側固着部５７８）。
【０１２０】
ここで、前記蒸発器５１６の冷媒流路（冷媒通路空間５７７）は、加圧加工により成形されている。具体的には、外板５７６の周辺部全周を前述の如く内側タンク５７０の底部に固着した後、内側タンク５７０と外板５７６との間に圧力を印加することにより、内側タンク５７０と外板５７６間に冷媒通路空間５７７を膨張形成している。そのため、外板５７６の前記内側固着部５７８以外の部分が断面略弓形に外側に膨らんで、この膨らみが碁盤目配列状、若しくは、千鳥状に多数連なった形状となる。
【０１２１】
この場合、内側タンク５７０の前記外板５７６が固着される底面は、蒸発器５１６の冷媒流路（冷媒通路空間５７７）を流れる冷媒と当該内側タンク５７０内に貯蔵される被冷却物（牛乳）との熱交換が行われ易いように熱伝導性の高い材質にて構成することが好ましく、その他の内側タンク５７０、外板５７６及び外装タンク５７２の材質は、腐食性や耐久性等を考慮して選択することが望ましい。例えば、内側タンク５７０、外板５７６及び外装タンク５７２の材質としてステンレス鋼を用いても良い。また、前記断熱材５７４は、内側タンク５７０の底部に外板５７６を固着し、更にその外側に外装タンク５７２を組み立てた後、内側タンク５７０の外周と外装タンク５７２の間に形成された空間に注入するものとする。
【０１２２】
また、上記冷却容器５０７の形状は、円柱状、横置き楕円柱状、直方体等の種々の形状が考えられるが、本実施例では横置きの楕円柱状とする。また、本実施例では、被冷却物（牛乳）を効率的に冷却できるように、外板５７６を内側タンク底面に配して蒸発器５１６の冷媒流路（冷媒通路空間５７７）を形成するものとしたが、必要に応じて、更に、内側タンク５７０の側面に形成しても構わない。尚、図６には、図の簡略化のため表されていないが、冷却容器５０７には、被冷却物である牛乳を投入するための投入口５０７Ａと、牛乳を取り出すための取出口（図示せず）が設けられている。
【０１２３】
そして、内側タンク５７０の底面と外板５７６との間に形成された前記冷媒通路空間５７７（蒸発器５１６の冷媒流路）には、当該冷媒通路空間５７７に連通して複数の冷媒入口管５１６Ａ及び冷媒出口管５１６Ｂが取り付けられている。冷媒入口管５１６Ａは、蒸発器５１６（冷媒通路空間５７７）に冷媒を流入させるためのものであり、一端が当該冷媒通路空間５７７に接続されている。当該冷媒入口管５１６Ａの他端は、冷媒配管５４２からの冷媒が冷媒通路空間５７７に分岐して流入するように当該冷媒配管５４２に接続されている。また、冷媒出口管５１６Ｂは、蒸発器５１６（冷媒通路空間５７７）から冷媒を流出させるためのものであり、一端が前記冷媒通路空間５７７に接続されている。そして、当該冷媒出口管５１６Ｂの他端は、冷媒出口管５１６Ｂからの冷媒が合流するように吸入管５４５に接続されている。
【０１２４】
内側タンク５７０の板厚は２ｍｍ、外板５７６の板厚は１ｍｍである。スポット溶接の内側固着部５７８の直径は６ｍｍであり、スポットピッチは二酸化炭素冷媒の使用に耐えうるように２０ｍｍ以下にすることが望ましい。本実施例では、スポットピッチを１８．５ｍｍとしている。冷媒入口管５１６Ａ及び冷媒出口管５１６Ｂの外径は、管接合部の強度低下を防止するため、スポットピッチの１／２以下が望ましく、本実施例では、外径φ６．３５ｍｍ（１／４インチ）、板厚１．０ｍｍである。
【０１２５】
尚、蒸発器５１６の冷媒流路となる冷媒通路空間５７７は、シーム溶接によって分割することより、自由に構成することが可能である。例えば、中央で領域を２分割して冷媒流路を２つのパスとすることも可能であるし、また、別の方法としては、更に細かく領域を分割することにより３パス、４パス、若しくはそれ以上の冷媒流路とすることも可能である。更には、シーム溶接により蛇行状の冷媒流路や、渦巻状の冷媒流路とすることも可能である。
【０１２６】
尚、本実施例では、内側タンク５７０と外板５７６との固着をスポット溶接及びシーム溶接により行うとして説明したが、固着の方法はこれに限定されるものではなく、例えば、レーザー溶接等、他の方法により固着することも可能である。
【０１２７】
他方、図５に示すように、前記冷却容器５０７の牛乳投入口５０７Ａには投入配管５５０が投入口弁５５０Ｂを介して着脱可能に接続され、更に、前記牛乳取出口には取出弁５５２Ｂを介して、牛乳を取り出すための取出配管５５２が着脱可能に接続されている。そして、牛乳投入配管５５０は冷却容器５０７の内側タンク５７０内に牛乳を投入する場合にのみ牛乳投入口５０７Ａに装着され、それ以外の場合には、当該牛乳投入口５０７Ａから取り外されて、牛乳投入口５０７Ａは密栓されている。同様に、牛乳取出配管５５２は冷却容器５０７の内側タンク５７０内の牛乳を取り出す場合にのみ牛乳取出口に装着されて、それ以外の場合には、牛乳取出口から取り外されて、当該牛乳取出口は密栓されている。
【０１２８】
また、冷却容器５０７の内側タンク５７０の外周面には、被冷却物である牛乳の温度を検出するための牛乳温度センサＴ５が取り付けられている。更に、冷却容器５０７には冷却時の伝熱を促進すると共に、温度ムラを小さくして正確な温度計測を行うために、牛乳を攪拌する攪拌機５７５が設置されている。攪拌機５７５は、攪拌羽根と、攪拌モータと、それらを結合するシャフトから構成されている。
【０１２９】
他方、前記第２の冷媒回路５０８は、圧縮機５８０、放熱器５８１、膨張弁５８４及び蒸発器５８６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように構成されている。具体的には、圧縮機５８０の吐出側に接続された高圧冷媒配管５９０は放熱器５８１の入口に接続されている。当該放熱器５８１は、熱交換器５８３の一部を構成する冷媒通路であり、給湯回路５０３の第２の水通路５８２と熱交換可能に配設されている。この熱交換器５８３は、放熱器５８１と給湯回路５０３の貯湯タンク５３０内の水を熱交換させる水−冷媒熱交換型の熱交換器であり、放熱器５８１としての冷媒通路と給湯回路５０３の水通路５８２から構成されている。当該熱交換器５８３の一端には、放熱器５８１の冷媒通路の入口と、水通路５８２の出口が形成され、他端には、放熱器５８１の冷媒通路の出口と、水通路５８２の入口がそれぞれ形成されている。従って、当該熱交換器５８３において、圧縮機５８０から吐出され、放熱器５８１を流れる高温高圧の冷媒と、水通路５８２を流れる水とは対向した流れとなる。
【０１３０】
一方、放熱器５８１の出口に接続された冷媒配管５９１は膨張弁５８４の入口に接続されている。膨張弁５８４は、放熱器５８１にて放熱した冷媒を減圧するための減圧装置であり、当該膨張弁５８４の出口に接続された冷媒配管５９２は、蒸発器５８６の入口に接続されている。当該蒸発器５８６は、例えば、チューブアンドフィン型の熱交換器であり、銅管と、この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ている。そして、当該銅管の内部に膨張弁５８４からの冷媒が流れるための流路が構成されている。また、蒸発器５８６の近傍には、銅管内を流れる水と熱交換させるための熱源としての大気（空気）を蒸発器５８６に供給するためのファン５８６Ｆと、当該ファン５８６Ｆを駆動するファンモータ５８６Ｍが設置されている。尚、上記蒸発器５８６の熱源は上述する大気に限らず、水、排水、太陽熱、地下水やその他の熱源を用いることも可能である。
【０１３１】
そして、蒸発器５８６の出口には吸入管５９５の一端が接続され、吸入管５９５の他端は圧縮機５８０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器５８６と圧縮機５８０の低圧側とを連結する当該吸入管５９５には、圧縮機５８０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機５８０を保護するためのアキュムレータ５８７が介設されている。
【０１３２】
また、第２の冷媒回路５０８の前記高圧冷媒配管５９０には、圧縮機５８０から吐出される高温高圧の冷媒の温度を検出するための吐出温度センサＴ７が設置されている。
【０１３３】
尚、第２の冷媒回路５０８にも冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。即ち、そして、当該第２の冷媒回路５０８の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒回路５０８は、遷臨界サイクルとなる。また、圧縮機５８０の潤滑油としては、前記冷媒回路５０２の圧縮機５１０と同様に、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。
【０１３４】
他方、前記給湯回路５０３は、上述した冷媒回路５０２の放熱器５１１を流れる冷媒、若しくは、第２の冷媒回路５０８の放熱器５８１を流れる冷媒から熱を受け取ることにより水を加熱し、高温の湯を生成して、当該湯を貯湯タンク５３０に貯える貯湯回路５０５と、貯湯タンク５３０内に給水する給水装置５３２と、貯湯タンク５３０に貯留された湯を給湯負荷設備に供給する給湯装置５３４と、後述する排出装置５３６とから構成されている。
【０１３５】
上記貯湯タンク５３０は熱交換器５１３において放熱器５１１、或いは、熱交換器５８３において放熱器５８１からの放熱で、生成された高温の湯を内部に貯えるためのタンクであり、外周面全体が断熱材にて被覆され、内部に貯えられた湯が冷め難い構造とされている。
【０１３６】
そして、貯湯タンク５３０の下部には、貯湯タンク５３０の下方から当該貯湯タンク５３０に貯留された温度の低い湯（水）を取り出すための低温配管５４７が接続され、当該低温配管５４７は、循環ポンプ５３１、流量調整弁５３５を経て熱交換器５１３の他端に形成された水通路５１２の入口に接続されている。上記循環ポンプ５３１は、貯湯回路５０５内に水を循環させるためのものである。本実施例の循環ポンプ５３１は、貯湯タンク５３０の下部から取り出した水を熱交換器５１３側、或いは、熱交換器５８３側に吐出し、各熱交換器５１３、５８３の水通路５１２、５８２内の水流が、前述の如き放熱器５１１、５８１内の冷媒流に対して対向流となるように貯湯回路５０５内の水を循環させている（図５において、時計回りに水を循環）。また、流量調整弁５３５は、当該循環ポンプ５３１により循環される貯湯回路５０５内の温水の流量を調節するための弁装置である。
【０１３７】
また、低温配管５４７の前記循環ポンプ５３１の上流側には三方弁５４７Ａが設置され、当該三方弁５４７Ａを介して低温配管５４７から分岐するようにバイパス配管５４９の一端が接続されている。当該バイパス配管５４９の他端は高温配管５４８の途中部に接続されている。そして、三方弁５４７Ａを切り換えることにより、貯湯タンク５３０下方の水を循環ポンプ５３１に流すか、熱交換器５１３を通過した後の湯（水）、或いは、熱交換器５８３を通過した後の湯（水）を循環ポンプ５３１に流すかを択一的に切り換えることができる。
【０１３８】
更に、低温配管５４７の流量調整弁５３５の下流側には三方弁５４７Ｂが設置され、当該三方弁５４７Ｂを介して低温配管５４７から分岐するように低温配管５９７が接続されている。当該低温配管５９７は、熱交換器５８３の他端に形成された水通路５８２の入口に接続されている。当該三方弁５４７Ｂは、流量調整弁５３５を通過した水を、熱交換器５１３に流すか、又は、熱交換器５８３に流すかを択一的に切り換えるものである。
【０１３９】
そして、熱交換器５８３の一端に形成された水通路５８２の出口には、高温配管５９８の一端が接続され、当該高温配管５９８の他端は、高温配管５４８の途中部に接続されている。
【０１４０】
一方、熱交換器５１３の一端に形成された水通路５１２の出口には高温配管５４８の一端が接続され、当該高温配管５４８の他端は前記給湯タンク５３０の上部（本実施例では上端）に接続されている。この高温配管５４８の前記高温配管５９８の接続箇所より下流側には、熱交換器５１３にて放熱器５１１からの放熱、若しくは、熱交換器５８３にて放熱器５８１からの放熱により生成され、貯湯タンク５３０内に入る高温の湯の温度を検出するための出湯温度センサＴ２が設けられている。
【０１４１】
当該貯湯タンク５３０の上部には、前記高温配管５４８が接続されると共に、当該貯湯タンク５３０内から高温の湯を取り出す高温湯取出口５３７が設けられている。当該高温湯取出口５３７には給湯装置５３４の高温湯取出配管５３４Ａが接続されている。また、貯湯タンク５３０の下部には、前記低温配管５４７が接続されると共に、当該貯湯タンク５３０内から低温の湯を取り出す低温湯取出口５３８が設けられている。この低温湯取出口５３８には給湯装置５３４の低温湯取出配管５３４Ｂが接続されている。
【０１４２】
また、前記高温湯取出配管５３４Ａには、洗浄用給湯配管６００が接続され、高温湯取出口５３７から取り出した貯湯タンク５３０内の高温の湯は、洗浄用給湯配管６００を経て自動洗浄装置５０９に供給される。当該自動洗浄装置５０９は、前記冷却容器５０７を洗浄するための装置であり、貯湯タンク５３０に貯えられた高温の湯を洗浄用給湯配管６００から取り出して、冷却容器５０７の洗浄水として使用している。また、洗浄用給湯配管６００には、当該洗浄用給湯配管６００を流れる湯が貯湯タンク５３０に逆流する不都合を防止するための逆止弁６０１と、洗浄水としての当該湯の供給を行うための給湯弁６０２が設置されている。尚、図５では示されていないが、洗浄用給湯配管６００には、必要に応じて、当該洗浄用給湯配管６００を流れる湯の温度を検出する温度センサ、湯量を検出する流量センサ、或いは、フロースイッチなどを設置することも可能である。
【０１４３】
更に、本実施例では洗浄用給湯配管６００から供給される高温の湯を冷却容器５０７の洗浄に使用するものとしたが、洗浄用給湯配管６００を、冷却容器５０７以外の装置、例えば、搾乳機や搾乳パイプライン（図示せず。但し、一部は前記牛乳投入配管５５０に接続される）等の洗浄を行うための洗浄装置に接続し、それらのものを洗浄するための湯として利用することも可能である。
【０１４４】
また、混合弁６１０は、高温湯取出配管５３４Ａから取り出した貯湯タンク５３０内の高温の湯と低温湯取出配管５３４Ｂから取り出した貯湯タンク５３０内の低温の湯、或いは、低温湯取出配管５３４Ｂを介して供給される給水装置５３２からの水とを混合し、最適な温度に調節した後、上記洗浄用途以外の給湯負荷設備に供給するためのものであり、当該混合弁６１０は、洗浄用途以外の給湯負荷設備に夫々接続されている。そして、給湯負荷設備に対しての湯の供給は、図示しない給湯弁を開くことにより行われる。また、混合弁６１０と接続される高温湯取出配管５３４Ａ、低温湯取出配管５３４Ｂには、貯湯タンク５３０への逆流を防止するための逆止弁６１３がそれぞれ設けられている。
【０１４５】
また、混合弁６１０から各給湯負荷設備の給湯弁に至る給湯配管６１２には、貯湯タンク５３０への逆流を防止するための逆止弁６１４と、給湯制御に利用するための温度センサＴ３が設置されている。そして、給湯負荷設備に供給される湯の温度は当該温度センサＴ３により検出される。尚、給湯弁は、例えば、給湯用の蛇口等であり、一つに限らず、複数設けるものとしても構わない。また、給湯配管６１２には、必要に応じて、流量センサやフロースイッチ（共に図示せず）等を設置することも可能である。
【０１４６】
更に、貯湯タンク５３０の下部には、給水装置５３２の給水配管５３２Ａが減圧弁５３２Ｂを介して接続されている。当該給水装置５３２は、貯湯タンク５３０内に水を供給するものであり、給湯タンク５３０内の湯の使用量に相当する水、例えば、市水が給水配管５３２Ａから貯湯タンク５３０内に当該貯湯タンク５３０の下部から供給される。この給水配管５３２Ａには、給水弁（図示せず）が介設されており、当該給水弁は通常、常時開状態とされている。
【０１４７】
更にまた、貯湯タンク５３０の下部には、当該貯湯タンク５３０不使用時に貯湯タンク５３０内の湯を排出するための排出管５６０Ａが排出弁５６０Ｂを介して接続されている。
【０１４８】
ここで、前述した排出装置５３６は、貯湯タンク５３０内の水（湯）を排出するためのものであり、高温湯取出口５３７より下方であって、低温湯取出口５３８より上方に配置されている。本実施例では、貯湯タンク５３０の高温湯取出口５３７より下方であって、低温湯取出口５３８より上方に当該排出装置５３６の湯排出管５３６Ａが湯排出弁５３６Ｂを介して接続されている。このように、排出装置５３６を高温湯取出口５３７より下方であって、低温湯取出口５３８より上方に配置することで、当該排出装置５３６から取り出される貯湯タンク５３０内の湯は、高温湯取出口５３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口５３８より取り出される水より高温である中温の湯となる。従って、必要に応じて、湯排出弁５３６Ｂを開放することで、貯湯タンク５３０内から中温の湯を排出することが可能となる。
【０１４９】
他方、貯湯タンク５３０の外面には、上部から下部に渡って適当な間隔に複数の貯湯センサＴ４が配設されている。当該貯湯センサＴ４は、貯湯タンク５３０内に貯えられた湯の各部の温度と湯の有無をそれぞれ検出するためのセンサである。このように、貯湯センサＴ４を高さを変えて複数設置し、各部の温度を検出することで、貯湯タンク５３０の上部から下部に渡る温度分布を把握しながら、貯湯タンク５３０内に貯えられている湯の量を検出することができる。
【０１５０】
尚、上記貯湯タンク５３０の容量は、冷却容器５０７に投入される被冷却物である牛乳の量と、想定される給湯負荷と、各々の負荷の発生時刻等を充分に考慮した上で決定する必要がある。即ち、冷却運転時に、貯湯タンク５３０の下部から低温の水ではなく高温の湯が取り出されて、熱交換器５１３の水通路５１２に流れ込むと、放熱器５１１における放熱量が著しく低下し、その結果、冷媒回路５０２の冷却能力とＣＯＰも悪化してしまう。そのため、貯湯タンク５３０の容量は、当該貯湯タンク５３０の下部から常に低温の水を取り出して、熱交換器５１３の水通路５１２に流すことができる充分な容積の貯湯タンクを用いるべきである。
【０１５１】
具体的には、使用条件に合わせて個々に検討する必要があるが、例えば、冷却運転と同時に湯を使用しない場合には、１回の冷却運転で冷却容器５０７に投入されると想定される被冷却物である牛乳の最大量と同等、若しくは、それを超える容量の貯湯タンクを用いることが好ましい。例えば、冷却容器５０７に投入する被冷却物（牛乳）が５００リットルである場合には、貯湯タンク５３０の容量は５００リットル程度、若しくは、それを超える容量であることが好ましい。また、冷却運転中に湯を使用することが想定される場合には、貯湯タンク５３０の容量は上述の容量より小さくすることも可能である。
【０１５２】
また、前記自動洗浄装置５０９は、洗浄用循環ポンプ６３１、洗浄配管６３２、冷却容器５０７、取出弁５５２Ｂ、循環切替弁６３４及び洗浄戻り配管６３５を順次接続してなる循環洗浄回路６３０と、洗浄用排出弁６４０Ｂを介して当該循環洗浄回路６３０の洗浄戻り配管６３５に接続される洗浄水排出通路６４０と、循環洗浄回路６３０の洗浄戻り配管６３５に接続される洗浄用バッファタンク６５０とから構成されている。
【０１５３】
洗浄用バッファタンク６５０には、洗剤や殺菌剤を供給するための少なくとも１以上の洗剤供給配管６５２と、洗浄用水（本実施例では市水）を供給するための給水配管６５４と、前記給湯回路５０３から洗浄用の湯を供給するための洗浄用給湯配管６００が接続されている。給水配管６５４には給水弁６５４Ｂが設けられ、当該給水弁６５４Ｂにより洗浄用バッファタンク６５０への給水が制御される。洗剤供給配管６５２上には、洗剤を供給するための洗剤供給ポンプ（図示せず）が設けられ、洗剤供給配管６５２の他端は洗剤容器（図示せず）に接続される。
【０１５４】
以上の構成で、本実施例の冷凍サイクル装置５００の動作を説明する。
【０１５５】
（１）被冷却物（牛乳）冷却動作
先ず、被冷却物である牛乳を冷却する冷却運転時における動作を説明する。図示しない搾乳機につながる搾乳パイプラインと冷却容器５０７とを前記牛乳投入配管５５０により接続し、投入口弁５５０Ｂを開き、搾乳直後の牛乳を冷却容器５０７に投入する。この時、牛乳取出弁５５２Ｂは閉じた状態である。搾乳直後の牛乳の温度は、牛の体温と同程度かやや低く、具体的には３５℃から３８℃程度である。そこで、細菌の発生を防止し、牛乳の品質を維持する目的で冷媒回路５０２を運転して牛乳の冷却と保冷を行う。
【０１５６】
搾乳開始後（牛乳投入開始後）、冷媒回路５０２の圧縮機５１０を駆動して、同時に、攪拌機５７５も駆動させる。通常、冷却容器５０７内に所定量の牛乳が貯まってから圧縮機５１０を駆動して冷却動作を開始するものとするが、凍結が起こらないように配慮し、且つ、攪拌機５７５の空転防止を行うことにより、牛乳投入開始と同時、又は、牛乳投入前から冷却動作を開始させても構わない。
【０１５７】
圧縮機５１０が駆動されると、吸入管５４５から圧縮機５１０の低圧側（吸入部）に低温低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮される。これにより、高温高圧となった冷媒ガスが吐出側から高圧冷媒配管５４０に入り、圧縮機５１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【０１５８】
圧縮機５１０から吐出された高温高圧の冷媒は、高圧冷媒配管５４０を経て放熱器５１１の入口から熱交換器５１３内に入る。そして、当該高温高圧の冷媒ガスは、熱交換器５１３の放熱器５１１を通過する過程で、放熱器５１１と交熱的に設けられた水通路５１２を流れる貯湯回路５０５の水に熱を放出して冷却され、低温となる。一方、この放熱器５１１での放熱作用で水通路５１２内の水が加熱され、高温の湯が生成される。
【０１５９】
このとき、当該放熱器５１１において、冷媒の状態は通常臨界圧力以上の液相である。即ち、本実施例では冷媒として二酸化炭素を用いているため、放熱器５１１内の冷媒圧力は臨界圧力以上であり、放熱器５１１内で冷媒の凝縮は生じないので、放熱器５１１の入口から出口に向かって、冷媒の温度は水通路５１２内の水への放熱に伴い、徐々に低下する。他方、熱交換器５１３の水通路５１２内において水の温度は入口から出口に向かって、冷媒からの吸熱に伴い、徐々に上昇する。このように、二酸化炭素冷媒を用いて、放熱器５１１内の冷媒圧力を臨界圧力以上とすることで、従来の冷媒、例えば、ＨＦＣ系冷媒のように、温度一定の下での凝縮放熱と比較して、効率の高い熱交換が可能となり、且つ、高温の湯を生成することができる。また、当該熱交換器５１３において、放熱器５１１を構成する冷媒通路と水通路５１２とが前述したように対向流となるように設置されているため、水と冷媒とを更に効率よく熱交換させることができる。
【０１６０】
放熱器５１１にて冷却された低温高圧の冷媒は、当該放熱器５１１の出口から熱交換器５１３を出て、冷媒配管５４１を通過し、膨張弁５１４で膨張して低圧となり、冷媒配管５４２を経由して蒸発器５１６に至る。尚、当該蒸発器５１６入口における冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。そして、当該蒸発器５１６において、液相冷媒が被冷却物である牛乳から吸熱することにより、蒸発して蒸気冷媒となる。このとき、当該吸熱により牛乳が冷却される。
【０１６１】
そして、蒸発器５１６にて蒸発した冷媒は、当該蒸発器５１６から出て吸入管５４５に入り、逆止弁５１８、アキュムレータ５１７を経て低圧側（吸入部）から再び圧縮機５１０に吸い込まれるサイクルを繰り返す。以上のサイクルを繰り返すことにより、蒸発器５１６による吸熱により牛乳が冷却され、同時に放熱器５１１からの放熱で湯が生成される。
【０１６２】
また、前記搾乳が完了すると冷却容器５０７への牛乳の投入は終了するが、その後も牛乳が所定の温度に達するまで上述した冷却運転は続けられる。ここで、牛乳の温度は内側タンク５７０の外周面に取り付けられた牛乳温度センサＴ５によって検出される。冷却運転を終了する所定の温度とは牛乳内の細菌の発生を抑制し、品質を維持する観点から設定されており、具体的には約４℃である。更に、冷却運転中は冷媒回路５０２の高圧冷媒配管５４０に設置さ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５１４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上昇すると、膨張弁５１４の開度が拡大される。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くなると、膨張弁５１４の開度が縮小される。これにより、洗浄用途に適した高温の湯を発生させる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。
【０１６３】
尚、冷却運転中の圧縮機５１０の回転数は、一定であっても良いし、インバータ等により周波数を調節しても良い。
【０１６４】
（２）冷却運転時の給湯回路５０３の動作
次に、冷却運転時における給湯回路５０３の動作について説明する。先ず、三方弁５４７Ａは貯湯タンク５３０下部からの水が循環ポンプ５３１に流れるように切り替えられており、三方弁５４７Ｂは流量調整弁５３５を通過した水が冷媒回路５０２（牛乳冷却用冷媒回路５０２）の熱交換器５１３に流れるように切り替えられている。
【０１６５】
そして、上述した冷却運転が開始されると、給湯回路５０３の循環ポンプ５３１が起動され、貯湯タンク５３０の下部から低温の湯、若しくは、水（以降、水と省略する）が低温配管５４７を経て、循環ポンプ５３１に吸い込まれ、当該循環ポンプ５３１の出口に接続された熱交換器５１３側の低温配管５４７に押し出される。これにより、循環ポンプ５３１から押し出された水は、流量調整弁５３５を経て、水通路５１２の入口から熱交換器５１３内に流入する。熱交換器５１３では、上述の如く放熱器５１１を流れる冷媒との熱交換により水通路５１２内を流れる水が放熱器５１１から熱を受け取って加熱され、高温の湯が生成される。そして、水通路５１２の出口から熱交換器５１３を出た高温の湯は、貯湯回路５０５の高温配管５４８を通り、貯湯タンク５３０の上部（上端）から貯湯タンク５３０内に注入される。当該貯湯タンク５３０では、熱交換器５１３にて生成された高温の湯を上部から注入し、下部から水を取り出しているので、水の温度の違いによる密度差を利用して、上部に高温の水が、下部に低温の水が貯留される。
【０１６６】
また、前記流量調整弁５３５は、熱交換器５１３の水通路５１２出口の湯の温度が所定の値となるように水の流量を調節している。本実施例では、出湯温度センサＴ２にて検出される熱交換器５１３の水通路５１２出口の湯の温度に基づいて、流量調整弁５３５が制御されている。即ち、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路５１２出口の湯の温度が所定温度より高い場合には、流量調整弁５３５の開度が拡大される。これにより、当該貯湯回路５０５内を循環する水の循環量（流量）を増加させることができる。
【０１６７】
一方、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路５１２出口の湯の温度が所定温度より低い場合には、流量調整弁５３５の開度が縮小される。これにより、当該貯湯回路５０５内を循環する水の循環量（流量）を減少させることができる。尚、本実施例では高温配管５４８の途中部に設置された出湯温度センサＴ２にて水通路５１２出口の湯の温度を検出するものとしたが、これに限らず、熱交換器５１３の水通路５１２出口に温度センサを設置して、水通路５１２出口の湯の温度を検出するものとしても勿論構わない。また、上記所定の温度とは、給湯用途に適した温度、具体的には、５０℃〜８５℃程度の範囲内で使用用途に応じて決定することが好ましい。
【０１６８】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置５００の冷却運転では、冷却容器５０７に投入された搾乳直後の牛乳を、その品質を維持するために所定の温度まで冷却すると共に、冷媒回路５０２の高温側の放熱により高温の湯を生成し、且つ、貯湯タンク５３０にその湯を貯えることができる。
【０１６９】
（３）被冷却物（牛乳）保冷動作
上述した冷却運転により牛乳の温度が所定の値に達すると、圧縮機５１０を停止し、膨張弁５１４を全閉とし、且つ、攪拌機５７５を停止して、冷却運転を終了し、冷却容器５０７に貯蔵された前記牛乳の保冷運転が行われる。この場合、冷却容器５０７は前述の如く断熱材５７４により断熱されているが、長時間の貯蔵では外部からの熱侵入により牛乳の温度が上昇する。
【０１７０】
そこで、保冷運転中は圧縮機５１０等を停止した状態であっても牛乳温度センサＴ５により冷却容器５０７内部に貯留された牛乳温度の検出を継続し（以下、待機という）、牛乳温度が所定の値以上になったら前記冷却運転を開始して、牛乳を冷却する。そして、保冷運転中の冷却運転により牛乳温度が所定の温度まで冷却されたら、当該冷却運転を停止して、再び待機状態となる。保冷運転中の冷却運転を開始する所定の温度とは、具体的には約４．５℃で、冷却運転を停止する所定の温度とは約４℃である。
【０１７１】
待機時に膨張弁５１４を全閉とするのは、吸入管５４５上の蒸発器５１６とアキュームレータ５１７との間に設けた逆止弁５１８の作用と併せて、冷媒回路５０２の高圧側から蒸発器５１６への冷媒流れを防止して、被冷却物である牛乳への熱の侵入を抑えるためである。尚、前記逆止弁５１８に代えて吸入管５４５上、又は、膨張弁４に代えて冷媒配管５４２上若しくは冷媒配管５４１上に、遮断弁等を設けて、保冷運転における待機時に該遮断弁を閉じることによっても同様の効果を得ることができる。
【０１７２】
ここで、保冷運転の待機時は一定の間隔をおいて間欠的に攪拌機５７５を駆動するものとする。例えば、３０分間の間隔で、２分間の攪拌運転を行うものとする。攪拌機５７５を停止した状態では牛乳の温度の違いによる密度差により冷却容器５０７内部に成層上の温度分布が発生するため、正確な温度計測ができないからである。
【０１７３】
保冷運転中の冷媒回路５０２の作用や給湯回路５０３の動作等については、前述の冷却運転と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。本実施例の冷凍サイクル装置５００では、保冷運転中の冷却運転においても、牛乳の冷却と同時に、冷却時の排熱を有効に利用した貯湯が可能である。
【０１７４】
（４）一般的な農場での冷却運転と保冷運転の運転パターン
以上、搾乳時の牛乳の投入に伴う冷却運転と保冷運転について説明したが、次に、一般的な農場での冷却運転と保冷運転の運転パターンについて説明する。
【０１７５】
一般的な農場では、１日に２回から３回程度の搾乳を行っており、２回目以降の搾乳では、冷却済みで保冷中の牛乳が貯留されている冷却容器５０７に、搾乳直後の牛乳を追加投入する。その結果、冷却容器５０７内部の牛乳温度が上昇するので、冷却運転を開始し、上述と同様に、所定温度に達すると冷却運転を停止して保冷運転を行う。
【０１７６】
また、冷却容器５０７からの牛乳の取り出し（牛乳の集荷）は毎日行う場合と隔日に行う場合とがある。従って、初回搾乳時から牛乳の集荷までに、牛乳の投入による冷却運転と保冷運転を２回から６回繰り返して行うことになる。
【０１７７】
（５）洗浄運転
次に、洗浄運転について説明する。上述したように冷却容器５０７内にて冷却保冷された牛乳は、牛乳集荷時には、前記取出口から取り出される。具体的には、牛乳取出弁５５２Ｂに牛乳取出配管５５２を接続し、牛乳取出弁５５２Ｂを開いて、冷却容器５０７から牛乳を取り出す。そして、牛乳を取り出した後は、冷却容器５０７内を清浄に保ち、細菌の繁殖を抑え、牛乳の品質を確保するために、自動洗浄装置５０９による洗浄運転を行う。
【０１７８】
通常、冷却容器５０７の洗浄は冷却容器５０７から牛乳を取り出した後に行うものであるので、毎日集荷する場合は１日に１回、隔日に集荷する場合は２日に１回行うことになる。また、本実施例では、図示しない搾乳機や搾乳パイプライン等の洗浄にも洗浄用の湯を供給することができるが、搾乳機や搾乳パイプラインの洗浄は搾乳が終了する都度行うものであり、１日に２回から３回行う。
【０１７９】
洗浄の工程は冷却容器５０７を洗浄する場合も搾乳パイプライン等を洗浄する場合も基本的には同じである。即ち、水によるすすぎ工程、湯によるすすぎ工程、複数種類の洗剤、例えば、アルカリ系洗剤や酸性洗剤等による洗浄工程、殺菌剤による殺菌工程を行うものである。このような各工程では、湯又は水を供給し、且つ、所定の種類の洗剤及び殺菌剤を所定量供給した後、必要に応じて該洗浄液（前記湯若しくは水と洗剤等との混合液）を装置内（冷却容器５０７の洗浄を行う場合は、冷却容器５０７内）で所定時間循環洗浄させ、その後洗浄液を排出する。
【０１８０】
また、上記各工程は、所定の順番で必要回数行われるものであり、例えば、まず、水によるすすぎ工程を行い、次いで、湯によるすすぎ工程、湯とアルカリ系洗剤によるアルカリ洗浄工程、湯によるすすぎ工程、湯と酸性洗剤による酸洗浄工程、水によるすすぎを行った後、殺菌剤による殺菌工程を行う。
【０１８１】
牛乳集荷が完了し、洗浄を行う前に、先ずは、取出弁５５２Ｂから牛乳取出配管５５２を外し、取出弁５５２Ｂから洗浄戻り配管６３５に洗浄水が流れる構成にし、取出弁５５２Ｂは開けた状態にしておく。水によるすすぎ工程では、洗浄用排出弁６４０Ｂ及び循環切替弁６３４を閉じ、洗浄用循環ポンプ６３１は停止した状態で、給水弁６５４Ｂを開き、給水配管６５４を介して、洗浄用バッファタンク６５０に所定量の洗浄用水を供給する。尚、洗浄用バッファタンク６５０内の水量が所定の値に達したかどうかの判断は、例えば、フロート式レベルスイッチ等により検出できる。
【０１８２】
洗浄用バッファタンク６５０内の水量が所定の値に達したら、給水弁６５４Ｂを閉じ、循環ポンプ６３１を運転状態にすることにより、洗浄用バッファタンク６５０内の水は洗浄配管６３２を通り、冷却容器５０７内に供給される。洗浄配管６３２から冷却容器５０７内へ水を注入する際は、効率的な洗浄を可能とするため、水をノズルから噴射し、且つ冷却容器５０７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機５７５を運転することも可能である。
【０１８３】
洗浄用バッファタンク６５０内の水が無くなったら、洗浄用循環ポンプ６３１の運転を停止し、循環切替弁６３４及び洗浄用排出弁６４０Ｂを開き、洗浄水排出通路６４０からすすぎ水を排出する。以上が水によるすすぎの一工程であり、必要に応じて、この工程を所定の回数繰り返して行う。
【０１８４】
湯によるすすぎ工程は、基本的には、前述の水によるすすぎ工程と同様の動作である。相違する点は、水に代えて高温の湯を供給することのみである。即ち、水によるすすぎ工程では、給水弁６５４Ｂを開けて水を供給したが、湯によるすすぎ工程では、給湯弁６０２を開けることにより、貯湯タンク５３０に貯えられた高温の湯を、洗浄用給湯配管６００を介して、洗浄用バッファタンク６５０に供給する。その他、同様の動作については説明を省略する。
【０１８５】
洗剤による洗浄工程では、洗浄用排出弁６４０Ｂ及び循環切替弁６３４を閉じ、洗浄用循環ポンプ６３１は停止した状態で、給湯弁６０２を開き、洗浄用給湯配管６００を介して、洗浄用バッファタンク６５０に所定量の湯を供給する。これと同時に、洗剤供給ポンプ（図示せず）を駆動し、所定種類の洗剤を所定の量、洗剤供給配管６５２を介して、洗浄用バッファタンク６５０に供給する。供給される洗剤の種類や量は各工程に応じて、予め決められており、当該洗剤の量は洗剤供給ポンプ（図示せず）の駆動時間により調節される。
【０１８６】
洗浄用バッファタンク６５０内の湯量（湯と洗剤の混合液）が所定の値に達したら、給湯弁６０２を閉じ、循環ポンプ６３１を運転状態にすることにより、洗浄用バッファタンク６５０内の洗浄液は洗浄配管６３２を通り、冷却容器５０７内に供給される。洗浄配管６３２から冷却容器５０７内へ洗浄液を注入する際は、効率的な洗浄を可能とするため、洗浄液をノズルから噴射し、且つ冷却容器５０７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機５７５を運転することも可能である。
【０１８７】
洗浄用バッファタンク６５０内の洗浄液が無くなったら、洗浄用循環ポンプ６３１の運転を停止する。冷却容器５０７内に所定量の洗浄液が貯まるまで、循環切替弁６３４及び洗浄用排出弁６４０Ｂは閉じたままで、再び給湯弁６０２を開き、洗浄用バッファタンク６５０内に湯を所定量供給し、その後、給湯弁６０２を閉じ、循環ポンプ６３１を駆動し、冷却容器５０７内に湯を供給するという動作を繰り返す。ここで、冷却容器５０７内に供給され貯められる湯の量は、バッファタンク６５０の容量と、上記動作を繰り返す回数から知ることができるので、予めバッファタンク６５０に貯める回数を定めておくことで、適切な量を管理することができる。
【０１８８】
冷却容器５０７内に所定量の洗浄液（湯と洗剤の混合液）を貯めた後、循環切替弁６３４を開き、洗浄用循環ポンプ６３１を所定時間駆動する。洗浄液は、冷却容器５０７から取出弁５５２Ｂ、循環切替弁６３４、洗浄戻り配管６３５、洗浄用循環ポンプ６３１及び洗浄配管６３２を順次経て冷却容器５０７に戻り、循環洗浄回路６３０内を循環する。これにより、冷却容器５０７内部の牛乳による汚れを除去できる。尚、洗浄配管６３２から冷却容器５０７内へ洗浄液を注入する際、効率的な洗浄を可能とするため、洗浄液をノズルから噴射し、且つ冷却容器５０７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機５７５を運転することも可能である。
【０１８９】
所定の時間洗浄液の循環を行った後、洗浄用循環ポンプ６３１を停止して、洗浄用排出弁６４０Ｂを開き、排出管６４０から循環洗浄回路６３０内の洗浄液を排出する。
【０１９０】
殺菌工程の動作は、基本的には、洗剤による洗浄工程の動作と同様である。相違する点は、注入する洗剤が殺菌剤であること、湯の代わりに水を利用すること、及び循環等の時間が相違すること等である。殺菌工程は次回の使用時間に合わせて行われ、殺菌液（殺菌剤と水の混合液）を冷却容器５０７や循環洗浄回路６３０の系内に保持したまま所定時間放置することにより殺菌効果を高めている。すすぎ工程や、洗剤による洗浄工程と共通の動作については詳細な説明を省略する。
【０１９１】
尚、保冷運転の待機時には、蒸発器５１６内部への冷媒の進入による熱損失を低減するため、膨張弁５１４を全閉状態としていたが、洗浄運転時、特に、湯による洗浄を行う際には蒸発器５１６内部の異常高圧を避けるため、膨張弁５１４は開状態とすることが望ましい。
【０１９２】
また、要求される給湯負荷が大きく、牛乳冷却により発生する量の湯だけでは不足する場合には、洗浄運転中も冷却運転を行って湯を発生させることも可能である。例えば、殺菌工程において、殺菌液を冷却容器５０７内に保持したまま冷却運転を行うことで、殺菌液を熱源とした高効率な給湯運転（ヒートポンプ運転）が可能となる。更に、必要に応じて、冷却容器５０７内に熱源となる水を追加投入して、冷却運転（給湯運転）を行うこともできる。
【０１９３】
（６）洗浄用途以外の用途への湯の供給動作
次に、上述した洗浄用途以外の用途への湯の供給動作について述べる。洗浄用途以外の給湯負荷に対しての湯の供給は、前記給湯弁を開くことにより行われる。給湯弁を開くと、貯湯タンク５３０に貯えられた高温の湯が貯湯タンク５３０の上部から高温湯取出配管５３４Ａを介して混合弁６１０に流れると共に、給水装置５３２からの水、若しくは、貯湯タンク５３０内下部からの低温の湯が貯湯タンク５３０の下部に接続された低温湯取出配管５３４Ｂを介して混合弁６１０に流れる。そして、混合弁６１０で高温の湯と水、若しくは、低温の湯が混合され、所定の温度に調節された後、湯は給湯弁を介して各給湯負荷設備に供給される。
【０１９４】
尚、供給される湯の温度は、混合弁６１０と給湯弁とを接続する配管上に設けられた給湯温度センサＴ３により検出される。尚、給水弁は、通常、常時開状態であるので、その他の給湯負荷設備に供給された湯の量に相当する量の市水が給水装置５３２の給水配管５３２Ａから給湯回路５０３の貯湯タンク５３０内に供給される。
【０１９５】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置５００によれば、被冷却物である牛乳を冷却すると同時に、冷却過程で発生する冷媒回路５０２の高温側の熱を有効に利用して湯を生成し、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高温出湯が可能となり、この湯を前記冷却容器５０７等の洗浄等に用いることができる。従って、従来、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、冷媒回路５０２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。
【０１９６】
（７）第２の冷媒回路５０８を用いた給湯運転
次に、第２の冷媒回路５０８の動作について述べる。第２の冷媒回路５０８は、給湯負荷が大きくて、牛乳を冷却するときに得られる湯だけでは不足する場合に、空気等の牛乳以外の熱源から吸熱して湯を生成する給湯運転（ヒートポンプ運転）を行うことができる。
【０１９７】
第２の冷媒回路５０８における動作は、前記冷媒回路５０２と殆ど同じであるため、詳細な説明を省略する。冷媒回路５０２と相違する点は、蒸発器５８６において冷媒は大気中から吸熱を行う点である。即ち、蒸発器５８６にて冷媒は大気から吸熱し、その熱を熱交換器５８３にて放熱器５８１と交熱的に設けられた水通路５８２に放出して放熱する。これにより、水通路５８２を流れる水は加熱され、高温の湯が生成される。
【０１９８】
給湯運転中は第２の冷媒回路５０８の高圧冷媒配管５９０に設置された吐出温度センサＴ７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５８４の開度が調節される。具体的には、吐出温度センサＴ７で検出した冷媒温度が所定の値より上昇すると、膨張弁５８４の開度が拡大される。逆に、吐出温度センサＴ７で検出した冷媒温度が所定の値より低くなると、膨張弁５８４の開度が縮小される。これにより、洗浄用途に適した高温の湯を発生させる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。
【０１９９】
次に、当該給湯運転時の給湯回路５０３の動作について説明する。この場合、三方弁５４７Ａは貯湯タンク５３０下部からの水が循環ポンプ５３１に流れるように切り替えられており、三方弁５４７Ｂは流量調整弁５３５を通過した水が熱交換器５８３に流れるように切り替えられているものとする。給湯運転中、給湯回路５０３の循環ポンプ５３１が運転され、貯湯タンク５３０の下部から低温の湯又は水が、低温配管５４７を通り、循環ポンプ５３１、流量調整弁５３５を経て、熱交換器５８３の水流路５８２の入口に流れる。熱交換器５８３では、前述の通り、放熱器５８１を流れる冷媒との熱交換により水流路５８２内を流れる水が加熱され高温の湯が生成される。そして、熱交換器５８３の水流路５８２を出た高温の湯は、高温配管５９８、高温配管５４８を順次経由して、貯湯タンク５３０の上部から貯湯タンク５３０内に注がれる。貯湯タンク５３０では上部から高温の湯を注ぎ、下部から低温の水を取り出しているので、水の温度の違いによる密度差を利用して、貯湯タンク５３０内の上部に高温の水、下部に低温の水が貯留される。
【０２００】
また、流量調整弁５３５は、熱交換器５８３の水流路５８２の出口の湯の温度が所定の値となるように水の流量を調節している。具体的には、水流路５８２の出口の湯の温度が所定の温度より高い場合は流量調整弁５３５の開度を大きくして水の流量を増やし、逆に、水流路５８２の出口の湯の温度が低い場合には流量調整弁５３５の開度を小さくして水の流量を減少させる。水流路５８２の出口の湯の温度は高温配管５４８に取り付けられた出湯温度センサＴ２により検出される。また、前記所定の温度とは、洗浄用途やその他の給湯用途に適した温度で、具体的には５０〜８５℃程度の範囲内で使用用途に応じて決定することが好ましい。
【０２０１】
以上のように、第２の冷媒回路５０８による給湯運転は、牛乳冷却運転により発生する湯の量が、要求される給湯負荷に対して不足する場合に行うものであり、要求される湯の量に応じて給湯運転を行う時間の長さ、即ち、発生させる湯の量が決められる。但し、貯湯タンク５３０内全てを高温の湯で満たしてしまうと、冷却運転時に貯湯タンク５３０の下部から熱交換器５１３に高温の湯が流れ込むこととなり、冷却能力と効率が著しく低下し、牛乳の冷却を行うことが困難になる。そのため、給湯運転においては、貯湯タンク５３０内の全てを高温の湯で満たすことはせず、必ず、貯湯タンク５３０の下部に冷却運転で使用する量に相当する冷水部分を確保しておく必要がある。
【０２０２】
第２の冷媒回路５０８による給湯運転で貯湯タンク５３０内に貯える湯の量は、冷凍サイクル装置５００を使用する条件、即ち牛乳の量（飼育規模）や使用する湯の量等に依存するが、例えば、湯の量が貯湯タンク５３０の１／５以下になったら第２の冷媒回路５０８による給湯運転を開始し、１／２以上になったら第２の冷媒回路５０８による給湯運転を停止するといった制御が考えられる。尚、貯湯タンク５３０に貯えられている湯の量は、貯湯センサＴ４により把握できる。
【０２０３】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置５００は、第２の冷媒回路５０８を備えているので、牛乳の冷却時に発生する湯だけでは、要求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。よって、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が図られる。
【０２０４】
（８）三方弁５４７Ａ切換動作
次に、三方弁５４７Ａの動作について説明する。三方弁５４７Ａは、冷却運転及び給湯運転の起動時及び停止時に、低温の湯が貯湯タンク５３０の上部に流れ込み、貯湯タンク５３０内部の温度成層を乱すことを防止するものである。冷却運転若しくは給湯運転の開始から所定の時間ＴＬ１、三方弁５４７Ａの貯湯タンク５３０側を遮断し、バイパス配管５４９からの湯（又は水）を循環ポンプ５３１に流すように切り替える。これにより、冷却運転若しくは給湯運転の開始からの所定の時間ＴＬ１、熱交換器５１３の水通路５１２、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の水通路５８２から流れてきた湯は貯湯タンク５３０へは流れ込まず、高温配管５４８からバイパス配管５４９、三方弁５４７Ａ、循環ポンプ５３１を経由して、熱交換器５１３の水通路５１２、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の水通路５８２に戻る、閉回路を流れる。
【０２０５】
併せて、冷却運転若しくは給湯運転の開始から所定の時間ＴＬ２は、流量調整弁５３５は十分な流量を確保できる所定の開度に固定され、所定時間ＴＬ２経過後から徐々に開度を小さくし、流量を減らし、最終的には、高温配管５４８に取り付けられた出湯温度センサＴ２が所定の値になるように開度調節される。
【０２０６】
所定時間ＴＬ１経過後、三方弁５４７Ａは、バイパス配管５４９側を遮断し、貯湯タンク５３０の下部からの水を循環ポンプ５３１に流すように切り替えられる。その結果、熱交換器５１３の水通路５１２、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の水通路５８２から流れてきた湯は貯湯タンク５３０へ流れることになる。
【０２０７】
前述の所定の時間ＴＬ１及びＴＬ２は、予め一定の時間を定めておくこともできるし、出湯温度センサＴ２で検出される熱交換器５１３、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の出口の湯の温度を基準に操作を行うこともできる。冷却運転開始から流量調整弁５３５は所定の開度に固定され、出湯温度が所定の値以上に上昇したら、流量調整弁５３５の開度を徐々に小さくし、更に出湯温度が上昇し、第２の所定の温度に達したら、三方弁５４７Ａを、バイパス配管５４９側を遮断し、貯湯タンク５３０の下部からの水を循環ポンプ５３１に流すように切り替えれば良い。
【０２０８】
以上により、貯湯タンク５３０に既に貯湯されている湯の温度成層を乱し貯湯されている湯の温度を低下させてしまうという問題を回避できる。その結果、貯湯されている湯の熱損失が低減され、湯の有効な利用が可能となる。
【０２０９】
また、冷却運転若しくは貯湯運転開始時に流量調整弁５３５で出湯温度制御を行わず、一定の開度で十分な流量を確保するため、圧縮機５１０（或いは圧縮機５８０）を起動した直後の吐出温度の異常上昇や異常高圧を回避できる。
【０２１０】
一方、冷却運転若しくは給湯運転の停止直後も、圧縮機５１０（或いは圧縮機５８０）の運転停止から所定の時間経過するか、若しくは、出湯温度が所定の値以下になったら、三方弁５４７Ａの貯湯タンク５３０側を遮断し、バイパス配管５４９からの湯（又は水）を循環ポンプ５３１に流すように切り替える。そして、その後、所定の時間循環ポンプ５３１を運転する。これにより、熱交換器５１３の水通路５１２、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の水通路５８２から流れてきた湯は貯湯タンク５３０へは流れ込まず、高温配管５４８からバイパス配管５４９、三方弁５４７Ａ、循環ポンプ５３１を経由して、熱交換器５１３の水通路５１２、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の水通路５８２に戻る、閉回路を流れる。
【０２１１】
従って、貯湯タンク５３０の上部から貯湯タンク５３０内に低温の湯が流れ込み、貯湯タンク５３０内部の温度成層を乱すことを防止すると共に、熱交換器５１３、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３の適切な冷却が行えるようになる。
【０２１２】
尚、前述の起動時及び停止時を除き、通常の冷却運転若しくは給湯運転を行っているときは、三方弁５４７Ａは、バイパス配管５４９側を遮断し、貯湯タンク５３０の下部からの水を循環ポンプ５３１に流すように切り替えられている。また、冷却運転及び給湯運転のいずれも行っていないときは、三方弁５４７Ａは、貯湯タンク５３０側を遮断し、バイパス配管５４９側が連通するように切り替えられている。冷却運転及び給湯運転のいずれも行っていないときに、前述の状態に切り替えておくことにより、洗浄用途等の高温の湯の供給を行った場合に、給水配管５３２から貯湯タンク５３０下部に流入した冷水が、熱交換器５１３、若しくは、第２の冷媒回路５０８の熱交換器５８３側の貯湯回路５０５を経由して、貯湯タンク５３０の上部に流れ込み、供給する湯の温度を低下させるという問題を回避できる。
【０２１３】
次に、貯湯タンク５３０の高温湯取出配管５３４Ａ接続された高温湯取出口５３７より下方で、低温湯取出配管５３４Ｂの接続された低温湯取出口５３８より上方に接続された排出装置５３６による貯湯タンク５３０の水の排出動作について説明する。排出装置５３６の湯排出管５３６Ａに設けられた湯排出弁５３６Ｂは、通常、閉じられており、この状態では、貯湯タンク５３０内の水は湯排出管５３６Ａから排出されないものとする。
【０２１４】
そして、冷却運転中に、放熱器５１１と貯湯タンク５３０内の水を熱交換させるための熱交換器５１３に循環される水の温度（熱交換器５１３の水通路５１２の入口の水の温度）が所定の値以上に上昇した場合、湯排出管５３６Ａの湯排出弁５３６Ｂが開かれる。これにより、貯湯タンク５３０内の高温湯取出口５３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口５３８より取り出される水より高温である中温の湯が湯排出管５３６Ａから貯湯タンク５３０の外部に排出される。
【０２１５】
当該湯排出管５３６Ａからの湯の排出と同時に、排出された湯量に相当する量の冷水が給水装置５３２の給水配管５３２Ａから貯湯タンク５３０内に供給される。尚、本実施例の冷凍サイクル装置５００では、熱交換器５１３の水通路５１２の入口の水の温度が所定の値以上、例えば、２５℃〜３０℃以上に上昇した場合、排出装置５３６により貯湯タンク５３０内の水を排出するものとしたが、排出装置５３６により貯湯タンク５３０内の水を排出する温度は、本実施例のように熱交換器５１３の水通路５１２の入口の水の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク５３０内の水の温度であっても良く、また、熱交換器５１３の放熱器５１１内冷媒の温度や、放熱器５１１を出た冷媒の温度であっても差し支えない。また、上記湯排出管５３６Ａから貯湯タンク５３０の外部に排出される湯は、適切な用途があれば利用することも可能である。
【０２１６】
このように、湯排出管５３６Ａから貯湯タンク５３０の外部に湯を排出し、同時に、排出された湯量に相当する冷水を当該貯湯タンク５３０内に供給することで、貯湯タンク５３０内下部の湯の温度を低くすることができ、当該貯湯タンク５３０内下部の温度の低下した湯、若しくは、給水装置５３２から当該貯湯タンク５３０内に供給された冷水を熱交換器５１３に供給することができるようになる。
【０２１７】
これにより、熱交換器５１３において、冷媒が蒸発器５１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。即ち、熱交換器５１３において、放熱器５１１を流れる冷媒の熱を水通路５１２を流れる水に充分に放出して、冷媒の温度を低温とすることができるので、蒸発器５１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物（牛乳）の冷却を行うことが可能となる。
【０２１８】
尚、以上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、
請求項２の発明において前記貯湯タンクの上部に設けられた高温湯取出口と、前記貯湯タンクの下部に設けられた低温湯取出口とを備え、前記排出装置は、前記高温湯取出口より下方であって、前記低温湯取出口より上方に配置されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【産業上の利用可能性】
【０２１９】
本発明は、上記実施例５のごとく搾乳直後の牛乳を冷却して保冷する装置のみならず、例えば、食品等の加工に関連する冷却装置や、自動販売機、空気調和機、その他冷却・保冷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】
【０２２０】
【図１】本発明を適用した実施例１の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した実施例２の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図３】本発明を適用した実施例３の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図４】本発明を適用した実施例４の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図５】本発明を適用した実施例５の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図６】図５の冷凍サイクル装置の冷却容器の概略構造を示した断面図である。
【図７】図５の冷凍サイクル装置の蒸発器の概略構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【０２２１】
１、１００、２００、３００、５００  冷凍サイクル装置
２、５０２  冷媒回路
３、５０３  給湯回路
５、５０５  貯湯回路
１０、５１０、５８０  圧縮機
１１、５１１、５８１  放熱器
１２、５１２、５８２  水通路
１３、５１３、５８３  熱交換器
１４、５１４、５８４  膨張弁
１６、５１６、５８６  蒸発器
３０、５３０  貯湯タンク
３６、５３６  排出装置
８０  水冷却装置
９０、９５  第２放熱器
【図１】
0004592616.tif 000002
【図２】
0004592616.tif 000003
【図３】
0004592616.tif 000004
【図４】
0004592616.tif 000005
【図５】
0004592616.tif 000006
【図６】
0004592616.tif 000007
【図７】
0004592616.tif 000008