JP2004257586A

JP2004257586A - 二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置

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Publication number: JP2004257586A
Application number: JP2003045638A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakatani; 和生中谷; Yoshikazu Kawabe; 義和川邉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】冷暖房単独、給湯蓄冷、冷房排熱給湯、暖房給湯などを高効率で運転できる冷凍装置を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機吐出配管の途中に給湯用熱交換器とそれをバイパスする配管を第１開閉弁を介して設け、冷媒として二酸化炭素を用いた一次冷媒回路と、前記蓄冷熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された二次冷媒回路と、前記給湯熱交換器と前記蓄冷熱タンクとが接続された二次冷媒回路とを備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯槽に蓄えるヒートポンプ式給湯器が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、圧縮機、四方切換弁、第１の熱交換器、絞り装置、及び室外側熱交換器をこの順に連結し、上記第１の熱交換器に通水する温冷水経路を備えてなるヒートポンプ式チラーに、上記圧縮機と上記四方切換弁との間に第２の熱交換器を介装し、この第２の熱交換器に通水する給湯水経路を設けることで、温水、冷水の他、温水及び給湯水、冷水及び給湯水、給湯水の各生成運転を行なうことができ、多様な要望に応えることができる装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０３号公報
【特許文献２】
特開平５−２２３４０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプサイクルは、高温の放熱を利用するためには超臨界圧力で運転しなければならず、高いＣＯＰを実現するためにはガスクーラーでの放熱を十分に行わなければならず、貯湯槽に温水を蓄える給湯器での利用以外には未だ十分に利用されていない。
【０００６】
また、特許文献２に示されるように、温水、冷水の他、温水及び給湯水、冷水及び給湯水、給湯水の各製造運転を行うものは提案されているが、冷房、暖房、給湯、蓄冷などを適宜組み合わせて、又はそれぞれを単独で利用する具体的な構成は未だ提案されていない。
【０００７】
そこで、本発明は従来以上の高温水を利用側ユニットに利用でき、高いＣＯＰを実現することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は冷暖房単独運転、給湯と蓄冷の同時運転、冷房排熱給湯運転、暖房給湯運転などを可能とする冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は蓄熱された冷熱に放熱することでガスクーラー出口温度を低下させることができ、冷房能力が高くＣＯＰも高い冷凍サイクルを実現することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は常に給湯タンクに蓄熱することができ、冷凍サイクルで発生する温熱と冷熱を有効活用することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は冷房、暖房、給湯などを適宜組み合わせて、又はそれぞれを単独で利用することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、圧縮機の吐出配管の途中に給湯用熱交換器を設け、給湯用熱交換器をバイパスする配管を第１開閉弁を介して設け、室内側熱交換器と第２膨張弁とをバイパスする配管を第２開閉弁を介して設け、冷媒として二酸化炭素を用いた一次冷媒回路と、蓄冷熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第１二次冷媒回路と、給湯用熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第２二次冷媒回路とを備えたので、冷暖房、給湯、蓄冷などの各単独運転が可能となり、また、暖房給湯運転、冷房給湯運転、蓄冷給湯運転、蓄冷を利用した高効率な冷房運転などが可能となる。
【００１３】
また、二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラーの一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としてのガスクーラーの小型化を実現することができる。
【００１４】
また、例えば深夜電力を利用して生成した蓄冷熱水を熱源として給湯や冷房に利用できるため、低ランニングコストで運転することができる。
【００１５】
また、冷房運転時に室外側熱交換器によって室外空気との熱交換の後、蓄冷熱交換器において、蓄熱された冷熱に放熱することでガスクーラー出口温度を低下させることができ、冷房能力が高くＣＯＰも高い冷凍サイクルを実現することができ、特に、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には効果的である。
【００１６】
また、蓄冷熱交換器を給湯用に使用が可能となるので、給湯性能が向上する。
【００１７】
請求項２記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、室外側熱交換器をバイパスする配管を第３開閉弁を介して設けたので、給湯冷房運転時に冷房能力が向上する。
【００１８】
請求項３記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、第１、第２膨張弁のいずれかと並列に又は第１、第２膨張弁のいずれかの代わりに膨張機を設けたので、膨張弁でロスしていたエネルギーを膨張機で回収して圧縮機の動力に利用できるので、さらに高効率な運転が可能となる。
【００１９】
請求項４記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、四方弁と室内側熱交換器との間より分岐した配管に、第１開閉弁と給湯用熱交換器と第３膨張弁とを直列に接続して、第１膨張弁と第２膨張弁との間に接続し、室内側熱交換器と第２膨張弁とを第２開閉弁を介してバイパスする配管を設け、前記給湯用熱交換器と前記第１開閉弁の間より分岐して、室外側熱交換器と四方弁との間を、第３開閉弁を介して接続する配管を設け、冷媒として二酸化炭素を用いた一次冷媒回路と、蓄冷熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第１二次冷媒回路と、給湯用熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第２二次冷媒回路とを備えたので、冷暖房、給湯、蓄冷などの各単独運転が可能となり、また、暖房給湯運転、冷房給湯運転、蓄冷給湯運転、蓄冷を利用した高効率な冷房運転などが可能となる。
【００２０】
また、二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラーの一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としてのガスクーラーの小型化を実現することができる。
【００２１】
また、例えば深夜電力を利用して生成した蓄冷熱水を熱源として給湯や冷房に利用できるため、低ランニングコストで運転することができる。
【００２２】
また、冷房運転時に室外側熱交換器によって室外空気との熱交換の後、蓄冷熱交換器において、蓄熱された冷熱に放熱することでガスクーラー出口温度を低下させることができ、冷房能力が高くＣＯＰも高い冷凍サイクルを実現することができ、特に、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には効果的である。
【００２３】
請求項５記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、蓄冷熱タンクは、温水のみを貯めるモード、冷水のみを貯めるモード、および上部に温水、下部に冷水を貯めるモードを有し、各モードを切り換えて運転可能にしたので、蓄熱用タンクと蓄冷用タンクを一つのタンクで行うことができ、タンクの小型化や設置面積を少なくすることができる。
【００２４】
請求項６記載の本発明の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、第１、第２膨張弁のいずれかと並列に又は第１、第２膨張弁のいずれかの代わりに膨張機を設けたので、膨張弁でロスしていたエネルギーを膨張機で回収して圧縮機の動力に利用できるので、さらに高効率な運転が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置について説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷凍サイクル図である。
【００２７】
本実施例の冷凍装置は、室外ユニット１１と利用側ユニット１２とから構成される。室外ユニット１１は一次冷媒回路と二次冷媒回路を備えている。
【００２８】
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１３、四方弁１４、室外側熱交換器１５、並列に設けた膨張弁１６と膨張機１７、蓄冷熱交換器１８、膨張弁１９、室内側熱交換器２０を順次冷媒配管２１により接続し、圧縮機１３の吐出配管に給湯用熱交換器２２をもうけ、さらに給湯用熱交換器２２をバイパスするように開閉弁２３を設けている。
【００２９】
また、室外側熱交換器１５をバイパスするように開閉弁２４、さらに室内側熱交換器２０をバイパスするように開閉弁２５とを備えて構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用している。
【００３０】
なお、膨張弁１６と膨張機１７とはいずれかだけを設けてもよい。
【００３１】
圧縮機１３は、室外側熱交換器１５もしくは室内側熱交換器２０で蒸発された冷媒を吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。給湯用熱交換器２２は、圧縮機１３から吐出された一次冷媒としての二酸化炭素冷媒と、二次冷媒としての例えば水との間で熱交換する。従って給湯用熱交換器２２は、一次冷媒用配管と二次冷媒用配管とを備えており、一次冷媒用配管と二次冷媒用配管とは、内部を流れるそれぞれの冷媒が対向流となるように構成されていることが好ましい。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１３で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器１５若しくは室内側熱交換器２０、又は給湯用熱交換器２２での放熱によっても凝縮することはない。
【００３２】
また、膨張弁１６、１９は、室外側熱交換器１５又は室内側熱交換器２０などから流出する冷媒を弁開度に応じて減圧し、図示しない制御装置によって制御される。
【００３３】
給湯用熱交換器２２は、循環ポンプ（図示せず）とともに第１配管２６により接続されて第１二次冷媒回路を構成している。この第１二次冷媒回路は、第１配管２６によって蓄冷熱タンク２７と接続されている。図に矢印で示すように、蓄冷熱タンク２７の中央部から導出される冷水は、給湯用熱交換器２２で加熱され、蓄冷熱タンク２７の上部から流入される。
【００３４】
なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク２７内の給湯水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、第１二次冷媒回路用の冷媒として水以外の冷媒を利用することができる。
【００３５】
蓄冷熱交換器１８は、循環ポンプ（図示せず）とともに第２配管２８により接続されて第２二次冷媒回路を構成している。この第２二次冷媒回路は、第２配管２８によって蓄冷熱タンク２７と接続されている。図に矢印で示すように、蓄冷熱タンク２７の中央部から導出される冷水は、蓄冷熱交換器１８で冷却され、蓄冷熱タンク２７の下部から流入される。
【００３６】
なお、第２二次冷媒回路は、給湯タンク２７内の給湯水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、第１二次冷媒回路用の冷媒として水以外の冷媒を利用することができる。
【００３７】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
【００３８】
（冷房運転）
夏期など室外側熱交換器１５で外気に放熱して、室内側熱交換器２０で冷房運転を行う場合には、開閉弁２３は開放し、また、循環ポンプ（図示せず）を停止して第１二次冷媒回路の第１配管２６には水などの二次冷媒は流さないことにより、給湯用熱交換器２２では給湯能力はほとんど発生せず、冷媒は主に開閉弁２３を通過して四方弁１４に流入する。
【００３９】
四方弁１４の切り替えによって、圧縮機１３を吐出した冷媒を、室外側熱交換器１５で冷却させ、膨張弁１６又は膨張機１７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、蓄冷熱交換器１８を通過させて、開放している膨張弁１９、室内側熱交換器２０の順に流通させ冷房に寄与させる。この場合、蓄冷熱交１８は利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管２８にも水などの二次冷媒は流さない。
【００４０】
さらに、開閉弁２４，２５は閉止しているため室外側熱交換器１５，室内側熱交換器２０をバイパスする冷媒はなく、全冷媒が冷房に寄与することができる。
【００４１】
ここでは、膨張機１７で動力回収が可能となるため、圧縮機１３の動力の一部に利用することができ、消費電力が低減して冷凍装置のＣＯＰが向上する。
【００４２】
（蓄冷利用冷房運転）
夏期など室外側熱交換器１５で外気に放熱し、さらに蓄冷熱交換器１８で放熱させて、室内側熱交換器２０で冷房運転を行う場合には、冷房運転と同様に、開閉弁２３は開放し、また、循環ポンプ（図示せず）を停止して第１二次冷媒回路の第１配管２６には水などの二次冷媒は流さないことにより、給湯用熱交換器２２では給湯能力はほとんど発生せず、冷媒は主に開閉弁２３を通過して四方弁１４に流入する。
【００４３】
また、四方弁１４の切り替えによって、圧縮機１３を吐出した冷媒を、室外側熱交換器１５で冷却させ、開放している膨張弁１６を通過する。さらに、蓄冷熱交換器１８を通過させる際に、蓄冷熱タンク２７の蓄冷水を第２二次冷媒回路である第２配管２８に流し、蓄冷熱交換器１８で冷媒と熱交換させて、その温度を低下させた後、膨張弁１９で低圧まで減圧して、室内側熱交換器２０に流通させる。こうすることにより、室内側熱交換器２０に流入する冷媒のエンタルピーが減少して冷房能力が向上すると共に高効率な運転が可能となる。
【００４４】
一般的に、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には、ガスクーラー出口温度による性能への影響が大きく、ガスクーラー出口となる蓄冷熱交換器１８の出口温度を低下させることで、冷凍装置のＣＯＰの向上に大きな効果が出る。
【００４５】
また、さらに、開閉弁２４，２５は閉止しているため室外側熱交換器１５，室内側熱交換器２０をバイパスする冷媒はなく、全冷媒が冷房に寄与することができる。
【００４６】
（冷房排熱給湯運転）
夏期など外気に放熱する排熱を利用して給湯を行いながら室内側熱交換器２０で冷房運転を行う場合には、第１二次冷媒回路の第１配管２６に水などの二次冷媒を流し、開閉弁２３は閉止する。
【００４７】
こうすることにより、圧縮機１３を吐出した冷媒は、すべて給湯用熱交換器２２に流入し、第１配管２６を流れる水などの二次冷媒と熱交換して給湯に寄与し、自らは温度が低下する。
【００４８】
さらに、四方弁１４を切り替え、開閉弁２４を開放することにより、給湯用熱交換器２２を出た冷媒は、四方弁１４、開閉弁２４を通過して、膨張弁１６又は膨張機１７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、蓄冷熱交換器１８を通過させて、膨張弁１９、室内側熱交換器２０の順に流通させ、冷房に寄与させる。こうすることにより、冷房排熱を給湯に利用するため、ほぼ給湯用で必要な電力で冷房も同時に可能となり高効率な運転ができる。
【００４９】
開閉弁２４を開放することにより、室外側熱交換器１５で冷媒が外気から再び吸熱することを防止できるので、冷房に寄与させる冷媒潜熱の低下がなくなる。
【００５０】
この場合、蓄冷熱交１８は利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管２８にも水などの二次冷媒は流さない。
【００５１】
さらに、開閉弁２５は閉止しているため室内側熱交換器２０をバイパスする冷媒はなく、全冷媒が冷房に寄与することができる。
【００５２】
ここでは、膨張機１７で動力回収が可能となり、圧縮機１３の動力の一部に利用することが可能となり、消費電力が低減して冷凍装置のＣＯＰが向上する。
【００５３】
なお、ここでは膨張弁１６又は膨張機１７で減圧あるいは減圧しながら動力回収する場合を示したが、給湯負荷が大きい場合には、膨張弁１６を開放し、蓄冷熱交１８を高圧にして、膨張弁１９で減圧する回路とし、さらに、第２二次冷媒回路の第２配管２８に水などの二次冷媒を流すことにより、蓄冷熱交換器１８を給湯用熱交換器として利用することも可能であり、この場合には、給湯能力の増大と共に、給湯ＣＯＰが向上するものである。
【００５４】
（蓄冷給湯運転）
夏期などの夜間に冷房に寄与させる蓄冷運転を行いながら、その排熱を利用して給湯を行う場合には、第１二次冷媒回路の第１配管２６、および第２二次冷媒回路の第２配管２８に水などの二次冷媒を流し、開閉弁２３は閉止する。
【００５５】
こうすることにより、圧縮機１３を吐出した冷媒は、すべて給湯用熱交換器２２に流入し、第１二次冷媒回路の第１配管２６を流れる水などの二次冷媒と熱交換して給湯に寄与し、自らは温度が低下する。
【００５６】
また、四方弁１４の切り替えによって、吐出冷媒は開閉弁２４を通過し、膨張弁１６又は膨張機１７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、蓄冷熱交換器１８に流入する。
【００５７】
ここでは、蓄冷熱タンク２７の水などの二次冷媒を第２二次冷媒回路である第２配管２８に流し、蓄冷熱交換器１８で冷媒と熱交換させて、その温度を低下させた後、蓄冷熱タンク２７に戻し蓄冷する。
【００５８】
一方、蓄冷に寄与した冷媒は、開放している開閉弁２５を通過して、四方弁１４、圧縮機２３に帰還する。
【００５９】
こうすることにより、蓄冷運転と同時にその排熱を給湯に利用するため高効率な運転が可能となる。
【００６０】
この場合、室内側熱交換器２０は使用せず、膨張弁１９は閉として冷媒は流さないようにすることにより低圧側の冷媒圧損が減少し、冷凍装置のＣＯＰが向上する。
【００６１】
（給湯運転）
給湯運転時には、第１二次冷媒回路の第１配管２６に水などの二次冷媒を流し、開閉弁２３は閉止する。
【００６２】
こうすることにより、圧縮機１３を吐出した冷媒は、すべて給湯用熱交換器２２に流入し、第１配管２６を流れる水などの二次冷媒と熱交換して給湯に寄与し、自らは温度が低下する。
【００６３】
一方、四方弁１４の切り替えによって、圧縮機１３を吐出した冷媒は開放している開閉弁２５、蓄冷熱交換器１８を通り、膨張弁１６で減圧して、室外側熱交換器１５で外気より吸熱させ、四方弁１４を介して圧縮機１３に帰還させる。
【００６４】
この場合、室内側熱交換器２０は使用せず、膨張弁１９は閉とするかまたは微開として冷媒の溜まりこみを防止する。
【００６５】
また、蓄冷熱交も利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管２８にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁２４は閉止しているため室外側熱交換器１５をバイパスする冷媒はない。
【００６６】
（暖房運転）
冬期など室内側熱交換器２０での暖房運転を行う場合には、開閉弁２３は開放し、また、循環ポンプ（図示せず）を停止して第１二次冷媒回路の第１配管２６には水などの二次冷媒は流さないことにより、給湯用熱交換器２２では給湯能力はほとんど発生せず、冷媒は主に開閉弁２３を通過して四方弁１４に流入する。
【００６７】
一方、四方弁１４の切り替えによって、圧縮機１３を吐出した冷媒は、室内側熱交換器２０で放熱して暖房に寄与し、膨張弁１９、蓄冷熱交換器１８を通過させて、膨張弁１６又は膨張機１７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、室外側熱交換器１５で外気より吸熱させる。
【００６８】
この場合、開閉弁２４，２５は閉とする。また、蓄冷熱交も利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管２８にも水などの二次冷媒は流さない。
【００６９】
（暖房給湯運転）
上記、暖房運転に加え、蓄冷熱タンク２７への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、開閉弁２３を開放し、第１二次冷媒回路の第１配管２６に水などの二次冷媒を流し、加熱して蓄冷熱タンク２７に蓄熱を行う。
【００７０】
一方、開閉弁２３が開放しているので、給湯用熱交換器２２に流入した残りの冷媒は暖房運転時と同様な流れとなり暖房に寄与する。
【００７１】
ここでは、開閉弁２３を開放する例を示したが、暖房負荷の小さい場合などにおいては、開閉弁２３を閉止して、給湯で放熱した後の冷媒を室内側熱交換器２０に流しても暖房運転が行えるものである。
【００７２】
本実施例においては、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、給湯用熱交換器２２の一次冷媒配管を細径化することができるため、ガスクーラーとしての小型化を実現することができる。
【００７３】
また、例えば深夜電力を利用して生成した蓄冷熱水を熱源として給湯や冷房に利用できるため、低ランニングコストで運転することもできる。
【００７４】
なお、本実施例で示した膨張弁１９と並列に又は膨張弁１９の代わりに膨張機を設けてもよい。
【００７５】
また、第１および第２二次冷媒回路の配管２６，２８はそれぞれ独立して給湯用、蓄冷用の回路専用としたが、バルブ等で切換えて、蓄冷熱タンク２７の上中下部より自由に二次冷媒を出し入れさせる構成も可能であり、その場合には、出入りの位置によって貯湯量を調節したり、あるいは、蓄冷熱熱量を増大させることが可能となる。
【００７６】
（実施の形態２）
図２は本実施例の実施の形態２における冷凍装置の冷凍サイクル図である。
【００７７】
本実施例の冷凍装置は、室外ユニット５１と利用側ユニット５２とから構成される。室外ユニット５１は一次冷媒回路と二次冷媒回路を備えている。
【００７８】
本実施例の冷凍装置は、圧縮機５３、四方弁５４、室外側熱交換器５５、並列に設けた膨張弁５６と膨張機５７、蓄冷熱交換器５８、膨張弁５９、室内側熱交換器６０を順次冷媒配管により接続し、四方弁５４と室内側熱交換器６０との間より分岐した配管に、第１開閉弁６１と給湯用熱交換器６２と第３膨張弁６３とを直列に接続して、第１膨張弁５６と蓄冷熱交換器５８との間に接続している。
【００７９】
さらに室内側熱交換器６０と第２膨張弁５９とをバイパスする配管を第２開閉弁６４を介して設け、給湯用熱交換器６２と第１開閉弁６１の間より分岐して、室外側熱交換器５５と四方弁５４との間を、第３開閉弁６５を介して接続する配管を設けている。
【００８０】
圧縮機５３は、室外側熱交換器５５もしくは室内側熱交換器６０で蒸発された冷媒を吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。
【００８１】
給湯用熱交換器６２は、圧縮機５３から吐出された一次冷媒としての二酸化炭素冷媒と、二次冷媒としての例えば水との間で熱交換する。従って給湯用熱交換器６２は、一次冷媒用配管と二次冷媒用配管とを備えており、一次冷媒用配管と二次冷媒用配管とは、内部を流れるそれぞれの冷媒が対向流となるように構成されていることが好ましい。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機５３で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器５５若しくは室内側熱交換器６０、又は給湯用熱交換器６２での放熱によっても凝縮することはない。
【００８２】
膨張弁５６、５９、６３は、室外側熱交換器５５又は室内側熱交換器６０又は給湯用熱交換器６２から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧し、図示しない制御装置によって制御される。
【００８３】
給湯用熱交換器６２は、循環ポンプ（図示せず）とともに第１配管６６により接続されて第１二次冷媒回路を構成している。この第１二次冷媒回路は、第１配管６６によって蓄冷熱タンク６７と接続されている。図に矢印で示すように、蓄冷熱タンク６７の中央部から導出される冷水は、給湯用熱交換器６２で加熱され、蓄冷熱タンク６７の上部から流入される。
【００８４】
なお、第１二次冷媒回路は、蓄冷熱タンク６７内の給湯水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、第１二次冷媒回路用の冷媒として水以外の冷媒を利用することができる。
【００８５】
蓄冷熱交換器５８は、循環ポンプ（図示せず）とともに第２配管２９により接続されて第２二次冷媒回路を構成している。この第２二次冷媒回路は、第２配管６８によって蓄冷熱タンク６７と接続されている。図に矢印で示すように、蓄冷熱タンク６７の中央部から導出される冷水は、蓄冷熱交換器５８で冷却され、蓄冷熱タンク６７の下部から流入される。
【００８６】
なお、第２二次冷媒回路は、蓄冷熱タンク６７内の給湯水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、第１二次冷媒回路用の冷媒として水以外の冷媒を利用することができる。
【００８７】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
【００８８】
（冷房運転）
夏期など室外側熱交換器５５で外気に放熱して、室内側熱交換器６０で冷房運転を行う場合には、四方弁５４の切り替えによって、圧縮機５３を吐出した冷媒を、室外側熱交換器５５で冷却させ、膨張弁５６又は膨張機５７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、蓄冷熱交換器５８、膨張弁５９、室内側熱交換器６０の順に流通させ冷房に寄与させる。この場合、給湯用熱交換器６２は使用せず、開閉弁６１，６５、膨張弁６３は閉、第１二次冷媒回路にも水などの二次冷媒は流さない。また、蓄冷熱交５８も利用しないため、第２二次冷媒回路にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁６４は閉止しているため室内側熱交換器６０のバイパス回路にも冷媒は流れない。
【００８９】
（蓄冷利用冷房運転）
夏期など室外側熱交換器５５で外気に放熱し、さらに蓄冷熱交換器５８で放熱させて、室内側熱交換器６０で冷房運転を行う場合には、冷房運転と同様に、四方弁５４の切り替えによって、圧縮機５３を吐出した冷媒を、室外側熱交換器５５で冷却させ、開放している膨張弁５６を通り、蓄冷熱交換器５８を通過させる際に、蓄冷熱タンク６７の蓄冷水を第２二次冷媒回路に流し、蓄冷熱交換器５８で冷媒と熱交換させて、その温度を低下させた後、膨張弁５９で減圧して室内側熱交換器６０の順に流通させる。こうすることにより、室内側熱交換器６０に流入する冷媒のエンタルピーが減少して冷房能力が向上すると共に高効率な運転が可能となる。
【００９０】
一般的に、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には、ガスクーラー出口温度による性能への影響が大きく、ガスクーラー出口となる蓄冷熱交換器５８の出口温度を低下させることで、冷凍装置のＣＯＰの向上に大きな効果が出る。
【００９１】
この場合、給湯用熱交換器６２は使用せず、開閉弁６１，６５、膨張弁６３は閉、第１二次冷媒回路にも水などの二次冷媒は流さない。また、蓄冷熱交５８も利用しないため、第２二次冷媒回路にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁６４は閉止しているため室内側熱交換器６０のバイパス回路にも冷媒は流れない。
【００９２】
（冷房排熱給湯運転）
夏期など外気に放熱する排熱を利用して給湯を行いながら室内側熱交換器６０で冷房運転を行う場合には、開閉弁６５を開放し、第１二次冷媒回路の第１配管６６に水などの二次冷媒を流し、四方弁１４の切り替えによって、圧縮機１３を吐出した冷媒を、開閉弁６５を通過させて、給湯用熱交換器２３で放熱して給湯に寄与させ、膨張弁６３で減圧し、蓄冷熱交換器５８を通過させて、膨張弁５９、室内側熱交換器６０の順に流通させる。こうすることにより、冷房排熱を給湯に利用するため高効率な運転が可能となる。
【００９３】
この場合、室外側熱交換器５５は使用せず、膨張弁５６は閉、または微開として冷媒はほとんど流さない。
【００９４】
また、蓄冷熱交５８も利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管６８にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁６１，６４は閉止しているため室内側熱交換器６０のバイパス回路にも冷媒は流れない。
【００９５】
さらに、蓄冷熱交換器５８で放熱させて、室内側熱交換器６０で冷房運転を行う場合には、蓄冷熱交換器５８を通過させる際に、蓄冷熱タンク６７の蓄冷水を第２二次冷媒回路の第２配管６８に流し、蓄冷熱交換器５８で冷媒と熱交換させて、その温度を低下させた後、膨張弁５９、室内側熱交換器６０の順に流通させる。こうすることにより、室内側熱交換器６０に流入する冷媒のエンタルピーが減少して冷房能力が向上すると共に排熱を給湯に利用するため高効率な運転が可能となる。
【００９６】
（蓄冷給湯運転）
夏期などの夜間に冷房に寄与させる蓄冷運転を行いながら、その排熱を利用して給湯を行う場合には、開閉弁６４，６５を開、第１二次冷媒回路の第１配管６６、および第２次冷媒回路の第２配管６７に水などの二次冷媒を流し、四方弁５４の切り替えによって、圧縮機５３を吐出した冷媒を、開閉弁６５を通って給湯用熱交換器２３で放熱して給湯に寄与させ、膨張弁６３で減圧し、蓄冷熱交換器５８を通過させて蓄冷に寄与させ、さらに、開閉弁６４を通過させる。こうすることにより、蓄冷運転と同時にその排熱を給湯に利用するため高効率な運転が可能となる。
【００９７】
この場合、室内側熱交換器２０は使用せず、膨張弁５９は閉として冷媒は流さないようにすることにより、低圧での冷媒圧損が減少して、冷凍装置のＣＯＰを向上させることができる。
【００９８】
（給湯運転）
給湯運転時には、開閉弁６１を開、開閉弁６４，６５は閉とし、第１二次冷媒回路の第１配管６６に水などの二次冷媒を流し、四方弁５４の切り替えによって、圧縮機５３を吐出した冷媒を、開閉弁６１を通って給湯用熱交換器６２で放熱して給湯に寄与させ、膨張弁６３または膨張弁５６で減圧し、室外側熱交換器５５で外気より吸熱させ、四方弁５４を介して圧縮機５３に帰還させる。
【００９９】
この場合、室内側熱交換器６０は使用せず、膨張弁５９は閉とする。また、蓄冷熱交換器５８も利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管６８にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁６４は閉止しているため室内側熱交換器６０のバイパス回路にも冷媒は流れない。
【０１００】
（暖房運転）
冬期など室内側熱交換器６０での暖房運転を行う場合には、四方弁５４の切り替えによって、圧縮機５３を吐出した冷媒を、室内側熱交換器６０で放熱して暖房に寄与させ、膨張弁５９、蓄冷熱交換器５８を通過させて、膨張弁５６又は膨張機５７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、室外側熱交換器５５で外気より吸熱させる。この場合、給湯用熱交換器２３は使用せず、膨張弁６３は閉とする。また、蓄冷熱交換器５８も利用しないため、第２二次冷媒回路の第２配管６８にも水などの二次冷媒は流さない。さらに、開閉弁６１，６４，６５は閉止しているため冷媒がバイパスすることもない。
【０１０１】
（暖房給湯運転）
上記、暖房運転に加え、蓄冷熱タンク６７への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、開閉弁６１を開、開閉弁６４，６５を閉とし、第１二次冷媒回路の第１配管６６に水などの二次冷媒を流し、給湯用熱交換器６２で熱交換を行わせ、蓄冷熱タンク６７に二次冷媒を流し込み蓄熱を行う。
【０１０２】
一方、四方弁５４を出た冷媒の残りは分岐して、室内側熱交換器６０で暖房に寄与し、膨張弁５９、蓄冷熱交換器５８を通過して膨張弁６３の出口冷媒と合流し、さらに膨張弁５６又は膨張機５７で減圧あるいは減圧しながら動力回収し、室外側熱交換器５５で外気より吸熱させる。
【０１０３】
本実施例においては、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、給湯用熱交換器６２の一次冷媒配管を細径化することができるため、ガスクーラーとしての小型化を実現することができる。
【０１０４】
また、例えば深夜電力を利用して生成した蓄冷熱水を熱源として給湯や冷房に利用できるため、低ランニングコストで運転することもできる。
【０１０５】
なお、膨張弁５９，６２と並列に又は膨張弁５９，６２の代わりに膨張機を設けてもよい。
【０１０６】
また、第１および第２二次冷媒回路の配管６６，６８はそれぞれ独立して給湯用、蓄冷用の回路専用としたが、バルブ等で切換えて、蓄冷熱タンク２７の上中下部より自由に二次冷媒を出し入れさせる構成も可能であり、その場合には、出入りの位置によって貯湯量を調節したり、あるいは、蓄冷熱熱量を増大させることが可能となる。
【０１０７】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラーの一次冷媒配管を細径化することができるため、ガスクーラーの小型化を実現することができる。
【０１０８】
また本発明によれば、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、従来以上の高温水を利用側ユニットに利用できるため給湯性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
【０１０９】
また本発明によれば、ガスクーラーを給湯用に利用するとともに、蒸発器を蓄冷用に利用することで、利用側ユニット、温水、及び冷水の同時取り出しが可能となる。
【０１１０】
また、例えば深夜電力を利用して生成した蓄冷熱水を熱源として給湯や冷房に利用できるため、低ランニングコストで運転することができる。
【０１１１】
また、冷房運転時に室外側熱交換器によって室外空気との熱交換の後、蓄冷熱交換器において、蓄熱された冷熱に放熱することでガスクーラー出口温度を低下させることができ、冷房能力が高くＣＯＰも高い冷凍サイクルを実現することができる。
【０１１２】
また本発明によれば、蓄冷熱タンクに温水と冷水とを切り換えて、又は同時に使用することができ、蓄冷熱タンクの容量を低減することができる。
【０１１３】
また本発明によれば、膨張機を用いることで冷房利用運転時などのＣＯＰを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置の冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施の形態２における二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置の冷凍サイクル図
【符号の説明】
１１，５１室外ユニット
１２，５２利用側ユニット
１３，５３圧縮機
１４，５４四方弁
１５，５５室外側熱交換器
１６，１９，５６，５９，６３膨張弁
１７，５７膨張機
１８，５８蓄冷熱交換器
２０，６０室内側熱交換器
２１配管
２２，６２給湯用熱交換器
２３，２４，２５，６１，６４，６５開閉弁
２６，２８，６６，６８二次冷媒回路
２７，６７蓄冷熱タンク

Claims

圧縮機、室外側熱交換器、第１膨張弁、蓄冷熱交換器、第２膨張弁、室内側熱交換器を順次冷媒配管により接続し、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とを切り換える位置に四方弁を設け、前記圧縮機の吐出配管の途中に給湯用熱交換器を設け、前記給湯用熱交換器をバイパスする配管を第１開閉弁を介して設け、前記室内側熱交換器と前記第２膨張弁とをバイパスする配管を第２開閉弁を介して設け、冷媒として二酸化炭素を用いた一次冷媒回路と、前記蓄冷熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第１二次冷媒回路と、前記給湯用熱交換器と前記蓄冷熱タンクとが接続された第２二次冷媒回路とを備えたことを特徴とする二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
前記室外側熱交換器をバイパスする配管を第３開閉弁を介して設けたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
前記第１、第２膨張弁のいずれかと並列に、又は前記第１、第２膨張弁のいずれかの代わりに膨張機を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
圧縮機、室外側熱交換器、第１膨張弁、蓄冷熱交換器、第２膨張弁、室内側熱交換器を順次冷媒配管により接続し、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とを切り換える位置に四方弁を設け、前記四方弁と前記室内側熱交換器との間より分岐した配管に、第１開閉弁と給湯用熱交換器と第３膨張弁とを直列に接続して、前記第１膨張弁と前記蓄冷熱交換器との間に接続し、前記室内側熱交換器と前記第２膨張弁とをバイパスする配管を第２開閉弁を介して設け、前記給湯用熱交換器と前記第１開閉弁の間より分岐して、前記室外側熱交換器と前記四方弁との間を、第３開閉弁を介して接続する配管を設け、冷媒として二酸化炭素を用いた一次冷媒回路と、前記蓄冷熱交換器と蓄冷熱タンクとが接続された第１二次冷媒回路と、前記給湯用熱交換器と前記蓄冷熱タンクとが接続された第２二次冷媒回路とを備えたことを特徴とする二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
前記蓄冷熱タンクは、温水のみを貯めるモード、冷水のみを貯めるモード、および上部に温水、下部に冷水を貯めるモードを有し、各モードを切り換えて運転可能なことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
前記第１、第２、第３膨張弁のいずれかと並列に又は前記第１、第２、第３膨張弁のいずれかの代わりに膨張機を設けたことを特徴とする請求項４または５いずれかに記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。