(57)【要約】【課題】本発明の課題は、膨張機から生じる回転動力を十分に利用しながら最適なＣＯＰを維持することができるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。【解決手段】ヒートポンプ給湯装置１，２，３，３ａ，３ｂは、冷媒回路１１および液流体ポンプ２７を備える。冷媒回路は、圧縮機構１５、放熱器１７、膨張機１６、および蒸発器２０を順次接続して成る。液流体ポンプは、膨張機から生じる回転動力を利用して放熱器に流れる冷媒と熱交換する液流体を放熱器に送り出す。【選択図】図１
2007132541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構（１５）、放熱器（１７）、膨張機（１６）、および蒸発器（２０）を順次接続して成る冷媒回路（１１）と、
前記膨張機から生じる回転動力を利用して前記放熱器に流れる冷媒と熱交換する液流体を前記放熱器に送り出す液流体ポンプ（２７）と、
を備える、ヒートポンプ給湯装置（１，２，３，３ａ，３ｂ）。
【請求項２】
前記膨張機と同一の回転シャフト（７１）を有する発電機（６１）と、
前記液流体ポンプを駆動させるための電動機（６５）と、
をさらに備え、
前記電動機には、前記発電機により生じた電気エネルギーが供給される、
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置（１）。
【請求項３】
前記発電機に接続される蓄電器（６２）をさらに備え、
前記電動機には、前記蓄電器に蓄えられた前記電気エネルギーが供給される、
請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記電動機に前記電気エネルギーを供給する第１状態と、前記電動機に前記電気エネルギーを供給せずに前記発電機から生じる前記電気エネルギーを前記蓄電器に蓄える第２状態とを切換可能であるスイッチ機構をさらに備える、
請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記液流体ポンプを駆動させるための電動機（６５）をさらに備え、
前記電動機は、前記膨張機と同一の回転シャフト（８１）を有する、
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置（２）。
【請求項６】
前記膨張機から生じる回転動力を前記液流体ポンプへ伝達する第３状態と、前記膨張機から生じる回転動力を前記液流体ポンプへ伝達しない第４状態とを切換可能であるクラッチ機構（８２）をさらに備える、
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置（３，３ａ，３ｂ）。
【請求項７】
前記膨張機から生じる回転動力の前記液流体ポンプへの伝達を媒介するギア機構（８６）をさらに備える、
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置（３ａ）。
【請求項８】
前記膨張機から生じる回転動力の前記液流体ポンプへの伝達を媒介するトランスミッション機構（８８）をさらに備える、
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置（３ｂ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を備えたヒートポンプ給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去に「圧縮機と膨張機とが同一の回転シャフトを介して回転駆動される流体搬送装置を搭載し、膨張機から生じる回転動力を圧縮機に伝達するヒートポンプ式給湯装置」の発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４０３４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０７４８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、このようなヒートポンプ式給湯装置では、流体搬送装置において圧縮機と膨張機との流量比（容積比）が一意に決定されているため、流体搬送装置周辺の外気温度などが変化すれば、膨張機へ流入する冷媒の量に過不足が生じて、最適なＣＯＰ（Coefficient of performance：成績係数）を維持することが困難となる。
本発明の課題は、膨張機から生じる回転動力を十分に利用しながら最適なＣＯＰを維持することができるヒートポンプ式給湯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】
第１発明に係るヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路および液流体ポンプを備える。冷媒回路は、圧縮機構、放熱器、膨張機、および蒸発器を順次接続して成る。なお、ここにいう「放熱器」は、凝縮器やガスクーラである。液流体ポンプは、膨張機から生じる回転動力を利用して放熱器に流れる冷媒と熱交換する液流体を放熱器に送り出す。なお、ここで、液流体ポンプの駆動には、膨張機から生じる回転動力に加えて他の動力（例えば、電動機から生じる動力など）が利用されてもよい。また、ここで、膨張機から生じる回転動力は、そのまま液流体ポンプの駆動に利用されてもよいし、発電機などにより一端電気エネルギーに変換された後に利用されてもよい。
【０００５】
このヒートポンプ給湯装置では、同一冷媒回路内の圧縮機ではなく、液流体ポンプが、膨張機から生じる回転動力を利用して液流体を放熱器に送り出す。つまり、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機の回転速度は、必ずしも圧縮機の回転速度と同じである必要はない。このため、このヒートポンプ給湯装置では、周辺の外気温度などが変化したとしても、膨張機の回転速度を適切に変化させることにより、最適なＣＯＰを維持することができる。また、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力が直接的に又は間接的に液流体ポンプの駆動に利用されるため、膨張機から生じる回転動力を十分に利用することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力を十分に利用しながら最適なＣＯＰを維持することができる。
【０００６】
第２発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、膨張機と同一の回転シャフトを有する発電機と、液流体ポンプを駆動させるための電動機とをさらに備える。そして、電動機には、発電機により生じた電気エネルギーが供給される。
このヒートポンプ給湯装置では、電動機に、発電機により生じた電気エネルギーが供給される。このため、このヒートポンプ給湯装置では、外部電源から供給される電気の費用を節約することができる。
【０００７】
第３発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第２発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、発電機に接続される蓄電器をさらに備える。そして、電動機には、蓄電器に蓄えられた電気エネルギーが供給される。
このヒートポンプ給湯装置では、電動機に、蓄電器に蓄えられた電気エネルギーが供給される。このため、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機の回転速度が低下し、発電機が発電を十分に行えない状況であっても、蓄電器に蓄えられる電気エネルギーにより電動機を駆動させることができる。
【０００８】
第４発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第３発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、スイッチ機構をさらに備える。スイッチ機構は、電動機に電気エネルギーを供給する第１状態と、電動機に電気エネルギーを供給せずに発電機から生じる電気エネルギーを蓄電器に蓄える第２状態とを切換可能である。なお、このスイッチ機構は、蓄電器と電動機との間に設けられる。
このヒートポンプ給湯装置では、スイッチ機構が、第１状態と第２状態とを切換可能である。このため、このヒートポンプ給湯装置では、蓄電と給電とを適宜選択することができる。
【０００９】
第５発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、液流体ポンプを駆動させるための電動機と、膨張機と同一の回転シャフトを有する電動機とをさらに備える。
このヒートポンプ給湯装置では、膨張機と同一の回転シャフトを有する電動機により液流体ポンプが駆動される。このため、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力を回転シャフトを介して直接、液流体ポンプに伝達することができる。
【００１０】
第６発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、クラッチ機構をさらに備える。クラッチ機構は、膨張機から生じる回転動力を液流体ポンプへ伝達する第３状態と、膨張機から生じる回転動力を液流体ポンプへ伝達しない第４状態とを切換可能である。なお、このクラッチ機構は、膨張機と液流体ポンプ（あるいは液流体ポンプ用の電動機）との間に設けられる。
このヒートポンプ給湯装置では、クラッチ機構が、第３状態と第４状態とを切換可能である。このため、このヒートポンプ給湯装置では、クラッチ機構を直結、差動、切断させることにより膨張機から液流体ポンプへ伝達される回転動力を適宜調節することができる。
【００１１】
第７発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、ギア機構とをさらに備える。ギア機構は、膨張機から生じる回転動力の液流体ポンプへの伝達を媒介する。
このヒートポンプ給湯装置では、ギア機構が、膨張機から生じる回転動力の液流体ポンプへの伝達を媒介する。このため、このヒートポンプ給湯装置では、ギア比を調節することにより液流体ポンプへの動力伝達の度合いを調節することができる。
【００１２】
第８発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、トランスミッション機構をさらに備える。トランスミッション機構は、膨張機から生じる回転動力の液流体ポンプへの伝達を媒介する。
【００１３】
このヒートポンプ給湯装置では、トランスミッション機構が、膨張機から生じる回転動力の液流体ポンプへの伝達を媒介する。このため、このヒートポンプ給湯装置では、適切なギア比を適宜選択することにより液流体ポンプへの動力伝達の度合いを調節することができる。
【発明の効果】
【００１４】
第１発明に係るヒートポンプ給湯装置では、周辺の外気温度などが変化したとしても、膨張機の回転速度を適切に変化させることにより、最適なＣＯＰを維持することができる。また、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力が直接的に又は間接的に液流体ポンプの駆動に利用されるため、膨張機から生じる回転動力を十分に利用することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力を十分に利用しながら最適なＣＯＰを維持することができる。
【００１５】
第２発明に係るヒートポンプ給湯装置では、外部電源から供給される電気の費用を節約することができる。
第３発明に係るヒートポンプ給湯装置では、膨張機の回転速度が低下し、発電機が発電を十分に行えない状況であっても、蓄電器に蓄えられる電気エネルギーにより電動機を駆動させることができる。
【００１６】
第４発明に係るヒートポンプ給湯装置では、蓄電と給電とを適宜選択することができる。
第５発明に係るヒートポンプ給湯装置では、膨張機から生じる回転動力を回転シャフトを介して直接、液流体ポンプに伝達することができる。
第６発明に係るヒートポンプ給湯装置では、クラッチ機構を直結、差動、切断させることにより膨張機から液流体ポンプへ伝達される回転動力を適宜調節することができる。
【００１７】
第７発明に係るヒートポンプ給湯装置では、ギア比を調節することにより液流体ポンプへの動力伝達の度合いを調節することができる。
第８発明に係るヒートポンプ給湯装置では、適切なギア比を適宜選択することにより液流体ポンプへの動力伝達の度合いを調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
ここでは、図１を用いて本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯装置１について説明する。
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯装置１は、図１に示されるように、主に、ヒートポンプユニット１０、貯湯タンクユニット３０、およびこれらのユニット１０，３０を接続する連絡用水配管５１，５２から構成されている。なお、ヒートポンプユニット１０は屋外に設置され、貯湯タンクユニット３０は屋内に設置される。
【００１９】
以下、ヒートポンプユニット１０および貯湯タンクユニット３０についてそれぞれ詳述する。
（１）ヒートポンプユニット
ヒートポンプユニット１０は、図１に示されるように、主に、冷媒回路１１、水ポンプ２７、発電機６１、蓄電器６２、コンバータ６３、ポンプ制御部６４、および電動機６５を備えている。
【００２０】
冷媒回路１１は、図１に示されるように、主冷媒回路１２、バイパス配管１３、およびインジェクション配管１４から構成されている。なお、第１実施形態に係る冷媒回路１１には冷媒としてＣＯ2（二酸化炭素）が封入されており、この冷媒回路１１では高圧側でＣＯ2が超臨界圧力となるようにコントロールされる。
主冷媒回路１２は、図１に示されるように、主に、圧縮機１５、水熱交換器１７、二重管熱交換器２８、膨張機１６、空気熱交換器２０、およびそれらの機器１５，１６，１７，２０，２８を配管接続する接続用冷媒配管２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆから構成されている。
【００２１】
圧縮機１５は、インバータ制御可能なスクロール式圧縮機であって、吐出側が第１接続用冷媒配管２４Ａを介して水熱交換器１７の入口側に接続され、吸入側が第６接続用冷媒配管２４Ｆを介して二重管熱交換器２８のガス管の出口側に接続されている。
水熱交換器１７は、主に、水ジャケット（図示せず）と、水ジャケット内に配置される複数回折り返された伝熱管（図示せず）とを備えている。そして、水ジャケットは、入口側が第１水配管２５に接続され、出口側が第２水配管２６に接続されている。また、伝熱管は、入口側が第１接続用冷媒配管２４Ａを介して圧縮機１５の吸入側に接続され、出口側が第２接続用冷媒配管２４Ｂを介して二重管熱交換器２８の液管の入口側に接続されている。そして、この水熱交換器１７では、第１水配管２５から水ジャケットに流入する水または温水が、圧縮機から第１接続用冷媒配管２４Ａを通って伝熱管に流入する高温の超臨界冷媒と熱交換して高温の温水（湯）となると同時に伝熱管に流れる超臨界冷媒が冷却される。そして、超臨界冷媒との熱交換を終えた高温の温水（湯）は、その後、第２水配管２６に流入する。
【００２２】
二重管熱交換器２８は、主に、ガス管と液管とを備えている。そして、ガス管は、入口側が第５接続用冷媒配管２４Ｅを介して空気熱交換器２０の出口側に接続され、出口側が第６接続用冷媒回路２４Ｆを介して圧縮機１５の吸入側に接続される。また、液管は、入口側が第２接続用冷媒配管２４Ｂを介して水熱交換器１７の伝熱管の出口側に接続され、出口側が第３接続用冷媒配管２４Ｃを介して膨張機１６の流入側に接続される。そして、この二重管熱交換器２８では、ガス管に流れるガス冷媒と、液管に流れる超臨界冷媒とが熱交換されることになる。なお、このとき、液管側からガス管側に向かって温熱が移動し、ガス管側から液管側に向かって冷熱が移動することになる。
【００２３】
膨張機１６は、インバータ制御可能なスクロール式膨張機であって、流入側が第３接続用冷媒配管２４Ｃを介して二重管熱交換器２８の液管の出口側に接続され、流出側が第４接続用冷媒配管２４Ｄを介して空気熱交換器２０の入口側に接続されている。また、この膨張機１６は図１に示されるように発電機６１と同一の回転シャフト７１を有しており、発電機６１は、膨張機１６から生じる動力により回転駆動され発電を行う。また、この膨張機１６は、圧縮機１５とともに集中制御装置（図示せず）に通信接続されており、圧縮機１５の回転速度に依存してその回転速度が調節される。
【００２４】
空気熱交換器２０は、クロスフィン・アンド・チューブ式の熱交換器であって、入口側が第４接続用冷媒配管２４Ｄを介して膨張機１６の流出側に接続され、出口側が第５接続用冷媒配管２４Ｅを介して二重管熱交換器２８のガス管の入口側に接続されている。そして、この空気熱交換器２０では、膨張機１６により減圧された超臨界冷媒がファン２１により送風される空気と熱交換してガス冷媒となると同時にその空気が冷却される。なお、ファン２１は、図１に示されるように、主に、羽根車２２とファンモータ２３とから構成されており、羽根車２２がファンモータ２３により回転駆動されることにより送風機能を発揮する。
【００２５】
バイパス配管１３は、冷媒流量調節のために設けられる配管であって、図１に示されるように、第３接続用冷媒配管２４Ｃから分岐して第４接続用冷媒配管２４Ｄに合流する配管であり、二重管熱交換器２８の液管の出口側と空気熱交換器２０の入口側とを結んでいる。そして、このバイパス配管１３には、バイパス配管１３を通る超臨界冷媒の流量を調節する第１冷媒量調節弁（電子膨張弁）１８が設けられている。
【００２６】
インジェクション配管１４は、冷媒流量調節のために設けられる配管であって、図１に示されるように、第３接続用冷媒配管２４Ｃのうちバイパス配管１３の分岐点と膨張機１６の流入口との間の部分から分岐して膨張機１６の膨張過程の途中に合流する配管である。そして、このインジェクション配管１４には、インジェクション配管１４を通る超臨界冷媒の流量を調節する第２冷媒量調節弁１９が設けられている。
【００２７】
なお、圧縮機１５の電動機は、図示しない制御装置に通信接続されており、その回転速度が制御されるようになっている。
水ポンプ２７は、第１水配管２５に設けられており、電動機６５により回転シャフト８１を介して駆動され、後述する貯湯タンク３１に貯蔵されている水あるいは温水をヒートポンプユニット１０の水熱交換器１７の水ジャケットに供給する。
【００２８】
発電機６１は、膨張機１６から生じる回転動力により回転し発電を行う。そして、この発電機６１は、第１電灯線７２により蓄電器６２と接続されており、発生させた電気を蓄電器６２に蓄える。
コンバータ６３は、図１に示されるように、第２電灯線７３を介して蓄電器６２に接続されており、蓄電器６２から供給される交流電流を直流電流に変換する役目を担う。
【００２９】
ポンプ制御部６４は、主に、インバータ回路（図示せず）、制御回路（図示せず）、およびスイッチ回路（図示せず）を有する。インバータ回路は、第３電灯線７４を介してコンバータ６３に接続されており、直流電流を交流電流に変換する。制御回路は、インバータ回路に接続されており、インバータ回路の制御を行う。スイッチ回路は、インバータ回路および第４電灯線７５を介して電動機６５に接続されており、電動機６５へ給電する状態と、電動機６５への給電を停止し蓄電する状態とに切換可能になっている。
電動機６５は、その回転中心が回転シャフト８１を介して水ポンプの回転中心に連結されている。また、この電動機６５は、図示しない電力供給線に接続され、外部電源からも給電される。なお、本実施の形態では、外部電源からの電気供給は、蓄電器６２からの電気供給が停止された場合にのみ行われる。
【００３０】
（２）貯湯タンクユニット
貯湯タンクユニット３０は、図１に示されるように、主に、貯湯タンク３１および複数の水配管３３，３４，３５，３６から構成されている。
【００３１】
貯湯タンク３１は、貯湯タンク３１内に貯蔵される水または温水をヒートポンプユニット１０の水熱交換器１７の水ジャケットに供給するための第３水配管３４に接続されていると共に、ヒートポンプユニット１０の水熱交換器１７の水ジャケットから流出される高温の温水あるいは湯を貯湯タンク３１に戻すための第４水配管３３と接続されている。なお、ここで、第３水配管３４は貯湯タンク３１の下部から延びており、第４水配管３３は貯湯タンク３１の上部から延びている。また、第３水配管３４は第１連絡用水配管５１を介して第１水配管２５に接続され、第４水配管３３は第２連絡用水配管５２を介して第２水配管２６に接続されている。また、この貯湯タンク３１は、外部からの水を貯湯タンク３１に供給するための給水配管３５に接続されると共に、住戸に高温の温水または湯を供給するための給湯配管３６に接続されている。なお、ここで、給水配管３５は貯湯タンク３１の下部から延びており、給湯配管３６は貯湯タンク３１の上部から延びている。また、この貯湯タンク３１には内部に図示しない温度センサが挿入されており、温度センサの信号値が所定の閾値（設定湯温）を下回ると、ヒートポンプユニット１０および水ポンプ２７が運転されるようになっている。
【００３２】
〔ヒートポンプ給湯装置の運転〕
通常、第１冷媒量調節弁１８および第２冷媒量調節弁１９は共に閉状態とされる。
そして、この状態で、圧縮機１５が運転を開始し出すと、ガス冷媒が、圧縮機１５に吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第１接続用冷媒配管２４Ａを通って水熱交換器１７の伝熱管に送られ、水熱交換器１７の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、水熱交換器１７の伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水（湯）となる。なお、この高温の温水（湯）は、水ポンプ２７により貯湯タンク３１に送られる。そして、貯湯タンク３１に送られた高温の温水（湯）が設定湯温に達しない場合は、更にその温水（湯）が水ポンプ２７により水熱交換器１７に送られることになる。逆に、貯湯タンク３１に送られた高温の温水（湯）が設定湯温に達した場合は、圧縮機１５および水ポンプ２７が停止させられることになる。
【００３３】
そして、冷却された超臨界冷媒が、第２接続用冷媒配管２４Ｂを通って二重管熱交換器２８の液管へ送られる。そして、このとき、液管を流れる超臨界冷媒は、ガス管を流れるガス冷媒と熱交換を行い、加熱された後、第３接続用冷媒配管２４Ｃを追って膨張機１６へ送られる。
膨張機１６に送られた超臨界冷媒は、減圧された後に第４接続用冷媒配管２４Ｄを通って空気熱交換器２０に送られ、ファン２１から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
【００３４】
そして、空気熱交換器２０から流出したガス冷媒が、第５接続用冷媒配管２４Ｅを通って二重管熱交換器２８のガス管へ送られる。そして、このとき、ガス管を流れるガス冷媒は、液管を流れる超臨界冷媒と熱交換を行い、冷却された後、第６接続用冷媒配管２４Ｆを通って、再び、圧縮機１５に吸入される。
なお、夏期など、外気温度が高くなる時期では、第１冷媒量調節弁１８が開状態とされ、第２冷媒量調節弁１９が閉状態とされる。なお、第１冷媒量調節弁１８の開度は、外気温度や水熱交換器１７に流入する水や温水の温度の変化などに基づいて決定される。
【００３５】
このとき、水熱交換器１７において冷却された超臨界冷媒は、第２接続用冷媒配管２４Ｂ、二重管熱交換器２８の液管、および第３接続用冷媒配管２４Ｃを通って膨張機１６に送られるとともに、その一部がバイパス配管１３を通って第１冷媒量調節弁１８に送られる。そして、膨張機１６および第１冷媒量調節弁１８に送られた超臨界冷媒は、それぞれ減圧された後に合流して空気熱交換器２０に送られる。
【００３６】
また、冬期など、外気温度が低くなる時期では、第１冷媒量調節弁１８が閉状態とされ、第２冷媒量調節弁１９が開状態とされる。なお、第２冷媒量調節弁１９の開度は、外気温度や水熱交換器１７に流入する水や温水の温度の変化などに基づいて決定される。
そして、水熱交換器１７において冷却された超臨界冷媒は、第２接続用冷媒配管２４Ｂを通って膨張機１６に送られるとともに、その一部がインジェクション配管１４を通って膨張機１６の膨張過程の途中に送られ、ともに減圧された後に空気熱交換器２０に送られる。
【００３７】
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
（１）
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、膨張機１６の回転速度は、圧縮機１５の回転速度と必ずしも同じではなく、圧縮機１５の回転速度に対して適切になるように制御される。このため、このヒートポンプ給湯装置１では、周辺の外気温度などが変化したとしても、最適なＣＯＰを維持することができる。
【００３８】
（２）
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、膨張機１６から生じる回転動力が利用されて電気エネルギーが生成、蓄電され、電動機６５に供給される。このため、このヒートポンプ給湯装置１では、外部電源から供給される電気の費用を節約することができるとともに、膨張機１６の回転速度が低下し、発電機６１が発電を十分に行えない状況であっても電動機６５を駆動させることができる。
【００３９】
（３）
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、スイッチ回路が、電動機６５へ給電する状態と、電動機６５への給電を停止し蓄電する状態とに切換可能である。このため、このヒートポンプ給湯装置では、蓄電と給電とを適宜選択することができる。
〔変形例〕
（Ａ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、スクロール式の圧縮機１５が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の圧縮機が採用されてもかまわない。
【００４０】
（Ｂ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、スクロール式の膨張機１６が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の膨張機が採用されてもかまわない。
（Ｃ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、主冷媒回路１２に、インジェクション配管１４および第２冷媒量調節弁１９が取り付けられていたが、これに代えて、圧縮機１５の吸入側に膨張弁を設けてもかまわない。
【００４１】
（Ｄ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、バイパス配管１３およびインジェクション配管１４が主冷媒回路１２に取り付けられていたが、これらの配管１３，１４は取り外されてもかまわない。
（Ｅ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、冷媒回路１１に冷媒としてＣＯ2（二酸化炭素）が封入されていたが、この冷媒を、フロン系や、アンモニア、炭化水素などの冷媒としてもかまわない。ただし、かかる場合、水熱交換器１７はガスクーラとして機能するのではなく凝縮器として機能することになる。
【００４２】
（Ｆ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置１では、発電機６１および蓄電器６２が水ポンプ２７を駆動させるための電動機６５に電気接続されたが、これに代えて、発電機６１および蓄電器６２をファンモータ２３に電気接続するようにしてもよい。
＜第２実施形態＞
ここでは、図２を用いて本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯装置２について説明する。
【００４３】
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯装置１は、図２に示されるように、主に、ヒートポンプユニット１０ａ、貯湯タンクユニット３０、およびこれらのユニット１０ａ，３０を接続する連絡用水配管５１，５２から構成されている。なお、ここで、貯湯タンクユニット３０および連絡用水配管５１，５２は、第１実施形態の貯湯タンクユニット３０および連絡用水配管５１，５２と同一のものであるので、同じ符号を付して説明を省略する。また、ヒートポンプユニット１０ａは屋外に設置される。
【００４４】
以下、ヒートポンプユニット１０ａについて詳述する。
（ヒートポンプユニット）
ヒートポンプユニット１０ａは、図２に示されるように、主に、冷媒回路１１、水ポンプ２７、および電動機６５を備えている。なお、ここで、冷媒回路１１は、第１実施形態の冷媒回路１１と同一のものであるので、同じ符号を付して説明を省略する。そして、以下では、第１実施形態に係るヒートポンプ給湯装置１とは異なる「膨張機１６と水ポンプ２７との接続構成」について詳述する。
【００４５】
この実施の形態において、膨張機１６および水ポンプ２７は、それらの回転中心が共に電動機６５から延びる回転シャフト８１に連結されている。そして、この電動機６５に外部電源から供給される電気エネルギーが供給されると、膨張機１６および水ポンプ２７が同時に同一の回転速度で回転駆動される。そして、このとき、膨張機１６では動力回収が行われ、回収された膨張機１６の回転動力が水ポンプ２７に伝達される。なお、この電動機６５には、図示しないインバータ装置が接続されており、その回転速度が自在に変化させられる。
【００４６】
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置２では、膨張機１６および水ポンプ２７の回転中心が共に電動機６５から延びる回転シャフト８１に連結されている。このため、このヒートポンプ給湯装置２では、膨張機１６から生じる回転動力を回転シャフト８１を介して直接、水ポンプ２７に伝達することができる。
【００４７】
〔変形例〕
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置２では、膨張機１６および水ポンプ２７の回転中心が共に電動機６５から延びる回転シャフト８１に連結されていたが、これに代えて、膨張機１６および羽根車２２の回転中心が共にファンモータ２３から延びる回転シャフトに連結されてもよい。このようにすれば、膨張機１６から回収される回転動力を利用して羽根車２２を回すことができる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
ここでは、図３を用いて本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ給湯装置３について説明する。
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ給湯装置３は、図３に示されるように、主に、ヒートポンプユニット１０ｂ、貯湯タンクユニット３０、およびこれらのユニット１０ｂ，３０を接続する連絡用水配管５１，５２から構成されている。なお、ここで、貯湯タンクユニット３０および連絡用水配管５１，５２は、第１実施形態の貯湯タンクユニット３０および連絡用水配管５１，５２と同一のものであるので、同じ符号を付して説明を省略する。また、ヒートポンプユニット１０ｂは屋外に設置される。
【００４９】
以下、ヒートポンプユニット１０ｂについて詳述する。
（ヒートポンプユニット）
ヒートポンプユニット１０ｂは、図３に示されるように、主に、冷媒回路１１、水ポンプ２７、電動機６５、およびクラッチ機構８２を備えている。なお、ここで、冷媒回路１１は、第１実施形態の冷媒回路１１と同一のものであるので、同じ符号を付して説明を省略する。そして、以下では、第１実施形態に係るヒートポンプ給湯装置１とは異なる「膨張機１６と水ポンプ２７との接続構成」について詳述する。
【００５０】
この実施の形態において、膨張機１６および水ポンプ２７は、図３に示されるように、回転シャフト８３、クラッチ機構８２、回転シャフト８１、および電動機６５を介して連結されている。
回転シャフト８３は、膨張機１６の回転中心とクラッチ機構８２に設けられる２枚のクラッチ板（図示せず）（後述）の一方の回転中心とを連結している。また、回転シャフト８１は、電動機６５から延びており、クラッチ板の他方の回転中心と水ポンプ２７の回転中心とを連結している。
【００５１】
クラッチ機構８２では、上記２枚のクラッチ板がクラッチ制御部８５によって連結させられたり乖離させられたりすることにより、膨張機１６から回収される動力が水ポンプ２７に伝達されたり、その動力伝達が切断されたりする。また、クラッチ板の連結の度合いを調整すること（半クラッチ）によって、上記動力伝達の程度を変化させること（差動）も可能である。なお、この電動機６５には、インバータ装置８４が接続されており、その回転速度が自在に変化させられる。
【００５２】
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されている。このため、このヒートポンプ給湯装置１では、クラッチ機構８２を直結、差動、切断させることにより膨張機１６から水ポンプ２７へ伝達される回転動力を適宜調節することができる。
【００５３】
〔変形例〕
（Ａ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されていたが、これに代えて、膨張機１６および羽根車２２が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されてもよい。
【００５４】
（Ｂ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されたヒートポンプユニット１０ｂが採用されていたが、図４に示されるように、クラッチ機構８２と電動機６５との間にギア機構８６が挿入されるヒートポンプユニット１０ｃを採用してもよい。このようなヒートポンプ給湯装置３ａでは、クラッチ機構８２のクラッチ板から延びる回転シャフト８７および電動機６５から延びる回転シャフト８１の先端にギアが設けられることになる。このようにすれば、ギア比を調節することにより膨張機１６から水ポンプ２７への動力伝達の度合いを調節することができる。
【００５５】
（Ｃ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されたヒートポンプユニット１０ｂが採用されていたが、図５に示されるように、クラッチ機構８２と電動機６５との間にトランスミッション機構８８が挿入されるヒートポンプユニット１０ｄを採用してもよい。このようなヒートポンプ給湯装置３ｂでは、クラッチ機構８２のクラッチ板から延びる回転シャフト８７および電動機６５から延びる回転シャフト８１がトランスミッション機構８８に連結されることになる。このようにすれば、トランスミッション機構８８において適切なギアを選択することにより膨張機１６から水ポンプ２７への動力伝達の度合いを調節することができる。なお、ここでは、クラッチ機構８２とトランスミッション機構８８とは同一の制御装置８９により集中制御されることになる。
【００５６】
（Ｄ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されていたが、これに代えて、回転シャフト８１，８３およびギア機構を介して膨張機１６と水ポンプ２７とを連結してもよい。
【００５７】
（Ｅ）
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置３では、膨張機１６および水ポンプ２７が回転シャフト８１，８３およびクラッチ機構８２を介して連結されていたが、これに代えて、回転シャフト８１，８３およびトランスミッション機構を介して膨張機１６と水ポンプ２７とを連結してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置は、膨張機から生じる回転動力を十分に利用しながら最適なＣＯＰを維持することができるという特徴を有し、省エネルギーが求められるヒートポンプ給湯装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態の変形例（Ｂ）に係るヒートポンプ給湯装置の回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態の変形例（Ｃ）に係るヒートポンプ給湯装置の回路図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２，３，３ａ，３ｂ      （ヒートポンプ給湯装置）
１１      冷媒回路
１５      圧縮機（圧縮機構）
１６      膨張機
１７      水熱交換器（放熱器）
２０      空気熱交換器（蒸発器）
２７      水ポンプ（液流体ポンプ）
６１      発電機
６２      蓄電器
６５      電動機
７１，８１      回転シャフト
８２      クラッチ機構
８６      ギア機構
８８      トランスミッション機構
【図１】
2007132541.tif 000003
【図２】
2007132541.tif 000004
【図３】
2007132541.tif 000005
【図４】
2007132541.tif 000006
【図５】
2007132541.tif 000007