JP2010065863A - エジェクタを用いたヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】給湯用に適するエジェクタを用いたヒートポンプサイクルにおいて、高圧側から低圧側に熱を伝達する内部熱交換器の伝熱量を充分に確保し、エジェクタの効率を向上する。
【解決手段】放熱器２とエジェクタ３の間に配設され低圧側と熱交換する第１高圧側熱交換部１５ａ、及び放熱器２と絞り手段２２の間に配設され低圧側と熱交換する第２高圧側熱交換部１５ｃを備えた内部熱交換器１５を有し、エジェクタ３に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、絞り手段２２に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくしたことにより、高圧側から低圧側への熱交換量低下を防止し、かつエジェクタ３入口のエンタルピーを増加させることで、エジェクタ３の膨張エネルギーの回収量を増加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エジェクタを用いたヒートポンプサイクルに関するものであり、特に給湯用に用いるヒートポンプサイクルに関する。

従来、特許文献１等において、エジェクタ式冷凍サイクルが知られている。この冷凍サイクルにおいて、圧縮機と複数の放熱器の間に、膨張弁とエジェクタに向かう分岐部が設けられている。

そして、分岐部から膨張弁に向かう管路には、内部熱交換器の高圧側を介在させるが、分岐部からエジェクタに向かう管路には、内部熱交換器の高圧側を介在させないものである。

つまり、圧縮機と放熱器の間の分岐部から内部熱交換器をバイパスしてエジェクタに冷媒が供給されるバイパス構造を採用している。これにより、エジェクタ入口のエンタルピーが増加して、エジェクタによるエネルギー回収効率が高まるとしている。

また、エジェクタ式冷凍サイクルの別の従来技術として特許文献２が知られている。この冷凍サイクルは、圧縮機と放熱器と、エジェクタと、エジェクタ出口側に接続された第１蒸発器を有し、放熱器の出口側冷媒をエジェクタ入口側で分岐して冷媒吸引口に導く分岐通路を設け、分岐通路に絞り機構と第２蒸発器を配置し放熱器の出口側高圧冷媒と圧縮機吸入側の低圧冷媒との間で熱交換を行うものである。

これにより放熱器出口側の高圧冷媒、ひいては蒸発器入口冷媒のエンタルピーを減少して、蒸発器入口出口間のエンタルピー差を拡大し、第１、第２蒸発器の冷却能力を向上している。

そして、この特許文献２には、同様にエジェクタと、エジェクタ出口側に接続された第１蒸発器を有し、放熱器の出口側冷媒をエジェクタ入口側で分岐して冷媒吸引口に導く分岐通路を設け、分岐通路に絞り機構と第２、第３蒸発機を設けたものにおいて、高圧側と低圧側とをさまざまな部位で熱交換する内部熱交換器の例が示されている。
特開２００８−４５７７４号公報 特開２００７−４０６９０号公報

しかし、上記特許文献１では、バイパス構造により内部熱交換器への高圧側の冷媒流量が低下することで、この内部熱交換器の熱交換量は低下する。このため、内部熱交換器の低圧側出口冷媒温度の低下が生じる。

また、内部熱交換器の低圧側には圧縮機の吸入側が接続されている。従って、内部熱交換器の低圧側出口冷媒温度の低下によって、圧縮機の吸入冷媒温度が低下する。この結果、圧縮機の吐出冷媒温度も低下する。

つまり、上記バイパス構造により、圧縮機の吐出冷媒温度が低下し、圧縮機の吐出側での加熱能力不足が生じる。これでは、給湯用等のエジェクタを用いたヒートポンプサイクルとしては、好ましく無く、エジェクタの効果が十分に引き出せない。

また、上記特許文献２では、複数の内部熱交換器を接続する種々の配置例について言及しているものの、具体的な目的、作用効果については記載されていない。

本発明は、エジェクタの効果で省動力化を図り、かつ、ヒートポンプサイクルの加熱能力向上を一層促進できるエジェクタを用いたヒートポンプサイクルを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、放熱器（２）出口側の分岐部（１３）で分岐されて流れる一方の冷媒から成るエジェクタ側冷媒が流れる第１分岐通路（１７）と、分岐部（１３）で分岐された他方の冷媒から成る絞り手段側冷媒が流れる第２分岐通路（１８）と、第１分岐通路（１７）の冷媒を噴射して減圧膨張させるノズル、該ノズルから噴射する噴射冷媒流により吸引冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（３ａ）、および冷媒吸引口（３ａ）からの吸引冷媒と噴射冷媒流とを混合して冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザ（３ｂ）を有するエジェクタ（３）と、エジェクタ（３）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（５ａ）と、第２分岐通路（１８）に配置され、該第２分岐通路（１８）を流れる冷媒を減圧する絞り手段（２２）と、絞り手段（２２）の出口側とエジェクタ（３）の冷媒吸引口（３ａ）の間に配置され、吸引冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（５ｂ）と、第１蒸発器（５ａ）と圧縮機（１）吸入側の間に配設された第１低圧側熱交換部（１５ｂ）及び第２低圧側熱交換部（１５ｄ）、放熱器（２）とエジェクタ（３）の間に配設された第１高圧側熱交換部（１５ａ）、及び放熱器（２）と絞り手段（２２）の間に配設された第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を有し、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と第１高圧側熱交換部（１５ａ）の間、及び第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と第２高圧側熱交換部（１５ｃ）の間で熱交換を行い、圧縮機（１）の吐出側の高圧冷媒の熱を圧縮機（１）吸入側の低圧冷媒に伝達する内部熱交換器（１５）を備え、第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由してエジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくしたことを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と第１高圧側熱交換部（１５ａ）の間、及び第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と第２高圧側熱交換部（１５ｃ）の間で熱交換を行い、圧縮機（１）吐出側の高圧冷媒の熱を圧縮機（１）吸入側の低圧冷媒に伝達する内部熱交換器（１５）を備えたから、高圧側から低圧側への熱交換量低下を防止することが出来る。

また、エジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくし、エジェクタ（３）入口のエンタルピーを相対的に増加させることができる。

このエジェクタ入口エンタルピー増大によりエジェクタのノズル入口のガス冷媒量は増える。エジェクタの膨張エネルギーの回収量は、理想的には等エントロピー膨張で表現できるが、ノズル入口のガス量が増えることで、等エントロピー膨張時のエンタルピー変化量は増加する。

すなわち、エジェクタ入口エンタルピー増大により、エジェクタの膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加するので、エジェクタ（３）の膨張エネルギーの回収量を増加出来る。これにより、ヒートポンプサイクルの一層の加熱能力向上、もしくは、消費動力低減が達成できる。

次に、請求項２に記載の発明では、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と第１高圧側熱交換部（１５ａ）との間および第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と第２高圧側熱交換部（１５ｃ）との間の熱交換量に差異があるように設定されるか、または第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の第２低圧側熱交換部（１５ｄ）に対する配置が冷媒の流れの下流側とされることで、第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由してエジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーが、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくされたことを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）の各交換部の配置または高圧側低圧側の熱交換量が適正化されることで、エジェクタ入口のエンタルピーが相対的に増加し、エジェクタの膨張エネルギーの回収量が増加される。これにより、エジェクタ（３）を用いたヒートポンプサイクルの一層の加熱能力向上、もしくは消費動力低減が成される。

次に、請求項３に記載の発明では、内部熱交換器（１５）内部に分岐部（１３）が設けられていることを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）内部に分岐部（１３）が設けられているから、専用の内部熱交換器（１５）を作るだけで、配管途中に分岐部を形成する必要が無くなり、配管作業の工数を削減できる。

次に、請求項４に記載の発明では、第１高圧側熱交換部（１５ａ）は分岐部（１３）とエジェクタ（３）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は分岐部（１３）と絞り手段（２２）の間に配設され、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）は第２低圧側熱交換部（１５ｄ）よりも圧縮機（１）吸入側に近い冷媒流れの下流側に配設されていることを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）は第２低圧側熱交換部（１５ｄ）よりも圧縮機（１）吸入側に近い下流側に配設しているから、冷媒は第２低圧側熱交換部（１５ｄ）で第２高圧側熱交換部（１５ｃ）から熱を与えられてから第１低圧側熱交換部（１５ｂ）に流れる。

従って、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）の方が第１高圧側熱交換部（１５ａ）よりも多く熱を低圧側に伝熱しやすい。この結果、第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由してエジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより相対的に大きく設定し易い。

次に、請求項５に記載の発明では、（図２のように）内部熱交換器（１５）において、内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、分岐部（１３）は、放熱器（２）側に配設された高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、該高圧側入口（１５ｆ）と絞り手段（２２）側に配設された第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に、エジェクタ（３）側に冷媒を吐出する第１高圧側出口（１５ｇ１）が配置され、第１高圧側熱交換部（１５ａ）は分岐部（１３）とエジェクタ（３）に至る第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は分岐部（１３）と絞り手段（２２）に至る第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に配設され、圧縮機（１）の吸入側に配設された低圧側出口（１５ｅ）と、高圧側入口（１５ｆ）とが隣接して配置され、第２高圧側出口（１５ｇ２）と低圧側入口（１５ｈ）が隣接して配置されていることを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）有しているから、内部熱交換器（１５）外部の配管中に分岐部（１３）を設ける必要が無く、内部熱交換器（１５）への配管作業が簡単になる。

次に、請求項６に記載の発明では（図３のように）、第１高圧側熱交換部（１５ａ）は放熱器（２）とエジェクタ（３）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は第１高圧側熱交換部（１５ａ）下流側の分岐部（１３）と絞り手段（２２）の間に配設され、第１低圧側熱交換部（１５ｂ）が第２低圧側熱交換部（１５ｄ）よりも圧縮機（１）吸入側に近い冷媒流れの下流側に配設されていることを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、第１高圧側熱交換部（１５ａ）は放熱器（２）と
エジェクタ（３）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は第１高圧側熱交換部（１５ａ）下流側の分岐部（１３）と絞り手段（２２）の間に配設されているから、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は、第１高圧側熱交換部（１５ａ）が低圧側に熱を伝熱してから後の冷媒の熱を更に低圧側に伝熱する。

この結果、第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由してエジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくし易い。これによって、ヒートポンプの省動力化が達成出来る。

次に、請求項７に記載の発明では、（図４のように）内部熱交換器（１５）において、内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、放熱器（２）側に配設された高圧側入口（１５ｆ）と絞り手段（２２）側に設けられた第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に分岐部（１３）が設けられ、該分岐部（１３）からエジェクタ（３）側に冷媒を吐出する第１高圧側出口（１５ｇ１）が取出され、圧縮機（１）の吸入側に配設された低圧側出口（１５ｅ）と高圧側入口（１５ｆ）が隣接して配置され、第２高圧側出口（１５ｇ２）と低圧側入口（１５ｈ）とが隣接して配置されていることを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）有しているから、内部熱交換器（１５）外部の配管中に分岐部（１３）を設ける必要が無く、内部熱交換器（１５）の取り付け、ならびに内部熱交換器（１５）への配管作業が簡単である。

次に、請求項８に記載の発明では、（図５のように）第１高圧側熱交換部（１５ａ）は分岐部（１３）とエジェクタ（３）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は分岐部（１３）と絞り手段（２２）の間に配設され、第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）とは圧縮機（１）吸入側に向かう低圧冷媒の流れに対して直列に配設しており、第１高圧側熱交換部（１５ａ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積が大きくされていることを特徴としている。

この請求項８に記載の発明によれば、第１高圧側熱交換部（１５ａ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積が大きくされているから、絞り手段（２２）下流に配置される第２蒸発器（５ｂ）は、冷媒の入口エンタルピーが低下するため、熱交換量を確保し易くなる。

この効果で、ヒートポンプを省動力化できる。また、エジェクタ（３）は、エジェクタ入口側冷媒のエンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタの膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加する。これにより、エジェクタの昇圧量が増加しヒートポンプを省動力化出来る。

次に、請求項９に記載の発明では、（図６のように）内部熱交換器（１５）において、内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、分岐部（１３）は放熱器（２）側に配設された高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、高圧側入口（１５ｆ）と絞り手段（２２）側に配設された第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に第２高圧側熱交換器（１５ｃ）が形成され、高圧側入口（１５ｆ）とエジェクタ（３）側に配設された第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に第１高圧側熱交換器（１５ａ）が形成されており、圧縮機（１）の吸入側に配設された低圧側出口（１５ｅ）と高圧側入口（１５ｆ）とが隣接して配置され、第１高圧側出口（１５ｇ１）と低圧側入口（１５ｈ）とが隣接して配置されていることを特徴としている。

この請求項９に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）内部に分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）有しているから、内部熱交換器（１５）外部の配管中に分岐部（１３）を設ける必要が無く、内部熱交換器（１５）の取り付け、ならびに内部熱交換器（１５）への配管作業が簡単である。

次に、請求項１０に記載の発明では、（図７のように）第１高圧側熱交換部（１５ａ）は分岐部（１３）とエジェクタ（３）の間に配設され、第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は分岐部（１３）と絞り手段（２２）の間に配設され、第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）とは圧縮機（１）吸入側向かう低圧冷媒の流れに対して並列に配設されており、第１高圧側熱交換部（１５ａ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積の方が大きくされていることを特徴としている。

この請求項１０に記載の発明によれば、エジェクタ（３）側の第１高圧側熱交換部（１５ａ）と第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも、絞り手段（２２）側の第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積の方が大きくされているから、絞り手段（２２）入口の冷媒のエンタルピー≦エジェクタ（３）入口の冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

このため、絞り手段（２２）下流に配置される第２蒸発器（５ｂ）は、冷媒の第２蒸発器入口エンタルピーが低下するため、該第２蒸発器（５ｂ）での熱交換量を確保し易くなる。この効果で、ヒートポンプを省動力化できる。

また、エジェクタ（３）は、エジェクタ入口エンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタの膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加しエジェクタの昇圧量が増加する。これによっても、ヒートポンプを省動力化出来る。

次に、請求項１１に記載の発明では、（図８のように）内部熱交換器（１５）において、内部に、分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）と、入口側分岐部（１３ｂ）と、出口側分岐部（１３ａ）を有し、分岐部（１３）は放熱器（２）側に配設された高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、高圧側入口（１５ｆ）と絞り手段（２２）側に配設された第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に第２高圧側熱交換器（１５ｃ）が形成され、高圧側入口（１５ｆ）とエジェクタ（３）側に配設された第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に第１高圧側熱交換器（１５ａ）が形成され、第２低圧側熱交換部（１５ｄ）は第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と並列に低圧側入口（１５ｈ）となる入口側分岐部（１３ｂ）と低圧側出口（１５ｅ）となる出口側分岐部（１３ａ）との間に形成されていることを特徴としている。

この請求項１１に記載の発明によれば、内部熱交換器（１５）内部に、分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）と、入口側分岐部（１３ｂ）と、出口側分岐部（１３ａ）を有しているから、内部熱交換器（１５）外部の配管中に分岐部（１３）、入口側分岐部（１３ｂ）、および出口側分岐部（１３ａ）を設ける必要が無く、内部熱交換器（１５）への配管作業が簡単になる。

次に、請求項１２に記載の発明では、エジェクタ（３）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（５ａ）と内部熱交換器（１５）の低圧側との間にアキュムレータ（４）を配設していることを特徴としている。

この請求項１２に記載の発明によれば、第１蒸発器（５ａ）と内部熱交換器（１５）の低圧側との間にアキュムレータ（４）を配設しているから、このアキュムレータ（４）で冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、アキュムレータ（４）からの気相冷媒（過熱ガス）を圧縮機（１）の吸入側に安定的に供給できる。

次に、請求項１３に記載の発明では、直列に接続された第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）との間にアキュムレータ（４）を配設していることを特徴としている。

この請求項１３に記載の発明によれば、アキュムレータ（４）の位置を第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と第２低圧側熱交換部（１５ｄ）との間としたから、少なくとも一方の低圧側熱交換部（１５ｂまたは１５ｄ）の冷媒が、過熱ガスではなく気液二相となって、熱伝達率が向上するため、低圧側熱交換部（１５ｂまたは１５ｄ）を小型化できる。

次に、請求項１４に記載の発明では、高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）は、給湯用水の加熱手段である水冷媒熱交換器からなる給湯用熱交換器であることを特徴としている。

この請求項１４に記載の発明によれば、放熱器（２）は、給湯用水の加熱手段である水冷媒熱交換器からなる給湯用熱交換器であるから、高圧側から低圧側への熱交換量低下を防止でき、かつ、ヒートポンプサイクルの一層の加熱能力向上、もしくは、消費動力低減が達成できるという作用を活用して、効率よく給湯用水の加熱が出来る。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態におけるヒートポンプサイクルを使用した貯湯式給湯装置の全体構成図である。

本実施形態での貯湯式給湯装置は、超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯用水を高温（本実施形態では約９０℃）に加熱して利用するものである。

尚、超臨界ヒートポンプサイクルとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば二酸化炭素・エチレン・エタン・酸化窒素等を冷媒とするヒートポンプサイクルである。

貯湯式給湯装置は大きく分けて、主に後述する冷凍サイクル機器が収納されたヒートポンプサイクルと、主に後述する貯湯タンク１１が収納されたタンクユニットと、それらの間を連結する循環配管とからなる。

また、ヒートポンプサイクル内は、大きく分けてヒートポンプサイクルの冷媒回路と、給湯関係の給湯用水加熱回路とで構成されている。

まず、ヒートポンプサイクルの冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機１、給湯用水の加熱手段である放熱器を構成する給湯用熱交換器（水冷媒熱交換器）２、後述するエジェクタ３、冷媒を気液分離するアキュムレータ４、所定の圧力損失を発生させる絞り手段２２、外気から吸熱するための室外熱交換器（空気冷媒熱交換器）５とで構成される。そして、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（以下、ＣＯ２と記す）が封入されている。

圧縮機１は、内蔵する駆動モータ１ａと、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上の高圧にまで昇圧して吐出する高圧圧縮部１ｂとで構成されており、これらが密閉容器内に収納されている。尚、高圧圧縮部１ｂは、レシプロ・ロータリー・スクロール等の方式は問わない。また、モータ駆動式の代わりにエンジン駆動式としても良い。

給湯用熱交換器２は、圧縮機１の高圧圧縮部で昇圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換して給湯用水を加熱するものである。高圧冷媒通路２ａに隣接して給湯用水通路２ｂが設けられ、その高圧冷媒通路２ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水通路２ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。

エジェクタ３の構造については周知であるため簡単に説明する。エジェクタ３は、圧縮機１で加圧され給湯用熱交換器２を経由して流入する高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズルと、そのノズルから噴射する高い速度の冷媒流により低圧側に接続した室外熱交換器５の第２蒸発器５ｂで蒸発した気相冷媒を吸引する冷媒吸引口３ａと、その吸引した冷媒とノズルから噴射する冷媒とを混合させる混合部と、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部を成すディフューザ３ｂから構成されている。

エジェクタ３には、絞り開度を制御することにより高圧冷媒の圧力を制御する可変絞り機構３ｃを設けている。この可変絞り機構３ｃは、図示しない制御装置により通電制御され、ノズルの絞り開度を可変制御する。

このために、可変絞り機構３ｃは、図示しないニードル、及び該ニードルをその軸方向に変位させるアクチュエータ部等から構成されている。また、アクチュエータ部として、ステッピングモータを採用しており、ニードルは、ステッピングモータの回転角に比例して軸方向に変位する。

また、冷媒回路を流通する冷媒は、ＣＯ２冷媒であり、ＣＯ２冷媒のように圧縮機１からの吐出圧力が高い方が、エジェクタ３の効果を得易い。

そして、エジェクタ３から流出した冷媒は、第１蒸発器５ａを経由してアキュムレータ４に流入する。このアキュムレータ４は、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器であり、アキュムレータ４の気相冷媒出口は、内部熱交換器１５の低圧側を経て圧縮機１の吸入側に接続されている。

次に、給湯関係の給湯用水加熱回路は、給湯用水の加熱手段である給湯用熱交換器２の給湯用水通路２ｂと、給湯用水を循環させる給水ポンプ１０と、給湯用水を貯留する貯湯タンク１１とを環状に接続して構成される。

給水ポンプ１０は、貯湯タンク１１の下部に設けられた冷水流出部１１ａから冷水を給湯用熱交換器２の給湯用水通路２ｂに供給し、貯湯タンク１１の上部に設けられた温水流入部１１ｂに還流する様に水流を発生させる。この給水ポンプ１０は、内蔵する図示しないモータの回転数に応じて流水量を調節することができる。

貯湯タンク１１は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク１１に貯留された高温の給湯用水は、貯湯タンク１１の上部に設けられた温水流出部１１ｃから出湯される。

そして、出湯時に、図示しない温調弁で水道からの冷水と混合して温度調節した後、主に台所や風呂などに給湯される。また、貯湯タンク１１内の下部に設けられた冷水流入部１１ｄには、水道からの冷水が給湯用水として補給（給水）されるようになっている。

尚、この貯湯式給湯装置には、少なくとも、室外熱交換器５と熱交換する外気の温度を検出する図示しない外気温度センサと、室外熱交換器５から流出する冷媒の温度を検出する図示しない低圧冷媒温度センサと、給湯用熱交換器２より流出する給湯用水の温度を検出する図示しない沸上げ温度センサと、給湯用熱交換器２より流出する冷媒の温度を検出する図示しない高圧冷媒温度センサとを備えている。そして、各温度センサの検出信号は図示しない制御装置に入力される。

次に、本実施形態での作動の概要を説明する。まず、圧縮機１で冷媒を吸引し圧縮して吐出する。吐出された高温高圧の冷媒は、給湯用熱交換器２の高圧冷媒通路２ａに流入し、隣接して設けられた給湯用水通路２ｂを流通する給湯用水と熱交換することにより、冷媒は冷却され給湯用水は加熱される。加熱された給湯用水（高温水）は、貯湯タンク１１に貯められて給湯用途に使用される。

一方、給湯用熱交換器２で冷却された高圧の冷媒は、分岐部１３を経由して後述する内部熱交換器１５を経て第１分岐通路１７からエジェクタ３に入る。その後、可変絞り機構３ｃを経てエジェクタ３のノズルから気液二相冷媒で噴射されたのち室外熱交換器５の第１蒸発器５ａを経てアキュムレータ４に流入して液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は貯留され、ガス冷媒のみ内部熱交換器１５の低圧側を介して圧縮機１に再び吸引される。

室外熱交換器５の第１蒸発器５ａと第２蒸発器５ｂは、重ねて配置されており、共通の送風機２０からの矢印２０ａの送風で冷却される。このとき、第１蒸発器５ａは、風上に、第２蒸発器５ｂは風下に配置されている。また、膨張弁２２からの冷媒は、第２蒸発器５ｂを通過してエジェクタ３の冷媒吸引口３ａに吸引される。

他方、給湯用熱交換器２で冷却された高圧の冷媒は、分岐部１３を経由して上記内部熱交換器１５を経て第２分岐通路１８から絞り手段を成す膨張弁２２に入る。その後、室外熱交換器５の第２蒸発器５ｂを経て、エジェクタ３の冷媒吸引口３ａからエジェクタ３内に入り、第１分岐通路１７を通過してきた冷媒と混合され、エジェクタ３から噴射される。

内部熱交換器１５は、第１高圧側熱交換部１５ａを有し、高圧側の分岐部１３を経由した後のエジェクタ３側を流れる冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換する。この低圧側の冷媒とは、内部熱交換器１５の第１低圧側熱交換部１５ｂを流れている冷媒である。

また、内部熱交換器１５は、第２高圧側熱交換部１５ｃを有し、高圧側の分岐部１３を通過した後の膨張弁２２側を流れる冷媒と低圧側の冷媒を熱交換している。この低圧側の冷媒とは、第２低圧側熱交換部１５ｄを流れている冷媒である。そして、これら内部熱交換器１５の低圧側の配置において、第１低圧熱交換部１５ｂは、第２低圧側熱交換部１５ｄの下流側にある。

図２は、上記第１実施形態の内部熱交換器の外形図である。１５ｅは圧縮機１の吸入側に接続された低圧側出口である。１５ｆは高圧側入口であり内部熱交換器１５内に分岐部１３を形成している。

膨張弁２２側には第２高圧側出口１５ｇ２が設けられ、また、低圧側入口１５ｈと、エジェクタ３に到る第１高圧側出口１５ｇ１が設けられている。

この内部熱交換器１５は、図１のサイクルにおける２つの内部熱交換器部分を一体化した構成であり、高圧側が入口直後の分岐部１３で分岐した後、並列に配置されている。また、分岐した高圧側の２つの熱交換部は、低圧側に対して、対向流を形成するように配置されている。

すなわち、高圧側は、入口から出口に向かって冷媒温度が低下し、低圧側は、入口から出口に向かって冷媒温度が上昇するように配置されている。

ここで、低圧側の上流側に第２低圧側熱交換部１５ｄを配置し、この第２低圧側熱交換部１５ｄに、図１の膨張弁２２つながる第２高圧側熱交換部１５ｃを対向して配置している。

また、低圧側の下流側に第１低圧側熱交換部１５ｂを配置し、この第１低圧側熱交換部１５ｂに、図１のエジェクタ３につながる第１高圧側熱交換部１５ａを対向配置している。

次に、上記第１実施形態の作用について説明する。図１において、第１高圧側熱交換部１５ａと第２高圧側熱交換部１５ｃの高圧の上流側は、分岐部１３で分岐されて、これらの熱交換部１５ａ、１５ｃの内部を流れる冷媒の流量が略半分となる。このために、各低圧側温度上昇は、分岐されない場合に比べて小さくなる。

第１低圧側熱交換部１５ｂは、第２低圧側熱交換部１５ｄの下流側にあるので、第１低圧側熱交換部１５ｂでは、第２低圧側熱交換部１５ｄの熱交換により加熱された低圧側冷媒が流れる。これにより、第１高圧側熱交換部１５ａと第１低圧側熱交換部１５ｂとの冷媒温度差が小さくなって熱交換量が低下する。

従って、第１高圧側熱交換部１５ａの熱交換量≦第２高圧側熱交換部１５ｃの熱交換量という関係になる。これにより、膨張弁２２入口エンタルピー≦エジェクタ３入口エンタルピーが成立する。

さて、上述した特許文献２のように、分岐部１３で分岐した後のエジェクタ３側に高圧側熱交換部を設けずに、膨張弁２２側のみに高圧側熱交換部を設けて熱交換がされると、高圧側から低圧側への内部熱交換量不足が生じて、圧縮機吐出温度の低下が起こる。

これに対して、この第１実施形態では、内部熱交換量が、第１高圧側熱交換部１５ａの熱交換量＋第２高圧側熱交換部１５ｃの熱交換量となるので、充分な熱交換量が確保できる。

なお、図１において、低圧側の上流側に、膨張弁２２に向かう高圧冷媒と熱交換する第２低圧側熱交換部１５ｄを配置している。また、低圧側の下流側に、高圧冷媒と熱交換する第１低圧側熱交換部１５ｂを配置している。そして、これらの熱交換部１５ｄ、１５ｂの高圧側から低圧側への伝熱面積は同等とされている。なお、本発明で言う上記同等とは、±２０％の誤差が許容されるものである
また、第１高圧側熱交換部１５ａは、高圧側分岐後にあり、第１低圧側熱交換部１５ｂと共に第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂを形成している。また、第２高圧側熱交換部１５ｃも分岐後に配置されており、第２低圧側熱交換部１５ｄと共に第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを形成している。

また、特許文献２のように、高圧の分岐前に内部熱交換器の高圧側を設けたヒートポンプサイクルでは、膨張弁側入口とエジェクタ側入口の冷媒の状態（温度・圧力）が略同一となるが、第１実施形態でのヒートポンプサイクルでは、上述のように膨張弁２２入口エンタルピー≦エジェクタ３入口エンタルピーが成立する。

つまり、内部熱交換器１５内の各熱交換部の温度差でエジェクタ３側と膨張弁２２側の熱交換量の差をつけている。

このため、膨張弁２２流に配置される空気流れ下流側の第２蒸発器５ｂは、冷媒の入口エンタルピーが低下するため、熱交換量を確保し易くなる。この効果で、ヒートポンプを省動力化できる。また、エジェクタ３は、入口エンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタ３の膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加する。この効果で、エジェクタの昇圧量が増加し、ヒートポンプの省動力化が達成出来る。

次に、図２の内部熱交換器の作用について述べる。この内部熱交換器は、２つの内部熱交換器部分を一体化した構成である。そして、高圧側が入口直後で分岐している。また、低圧側の上流側（図２の下側）に、膨張弁２２につながる第２高圧側熱交換部１５ｃが設けられている。また、低圧下流側（図２の上側）に、エジェクタ３につながる第１高圧側熱交換部１５ａが配置されている。

このため、膨張弁２２側は、高圧側と低圧側の温度差が大きくなることで熱交換量が大きく、エジェクタ３側は、高圧側と低圧側の温度差が小さくなるため、熱交換量が小さくなる。この熱交換量の大小関係で、前述のヒートポンプの省動力効果が引き出される。

なお、以下の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる構成および特徴について説明する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成図である。この図３は、第１、第２高圧側熱交換部の途中でエジェクタ側が分岐するものである。

図３において、第１内部熱交換器１５は、第１高圧側熱交換部１５ａと第２高圧側熱交換部１５ｃを有する。第１高圧側熱交換部１５ａは、高圧側の分岐前の冷媒と低圧側の冷媒を熱交換している。

第２高圧側熱交換部１５ｃ（膨張弁側）は、高圧側の分岐後に膨張弁２２側を流れる冷媒と低圧側の冷媒との熱交換を行っている。そして、第１高圧側熱交換部１５ａと第２高圧側熱交換部１５ｃと夫々ペアを成す低圧側の交換部の配置において、第１低圧側熱交換部１５ｂは、第２低圧側熱交換部１５ｄの下流側に配置されている。

次に、この第２実施形態において使用される一体型内部熱交換器を図４に示して説明する。低圧側出口１５ｅは、圧縮機１の吸入側に接続されている。

また、高圧側入口１５ｆ、膨張弁側の第２高圧側出口１５ｇ２、低圧側入口１５ｈ、エジェクタ側の第１高圧側出口１５ｇ１が設けられ、該第１高圧側出口１５ｇ１は、第１高圧側熱交換部１５ａと第２高圧側熱交換部１５ｃの間に設けられている。

この図４の内部熱交換器は、図３のサイクルにおける２つの内部熱交換器部を一体化した構成であり、高圧側の分岐前の第１高圧側熱交換部１５ａと分岐後の膨張弁２２側の第２高圧側熱交換部１５ｃが直列に配置されている。

また、この２つの高圧側熱交換部１５ａ、１５ｃは、低圧側に対して、対向流を形成するように配置される。すなわち、高圧側は、入口から出口に向かって冷媒温度が低下し、低圧側は入口から出口に向かって冷媒温度が上昇する。

ここで、低圧側の上流側に、膨張弁２２に向かう高圧冷媒と熱交換する第２低圧側熱交換部１５ｄを配置している。また、低圧側の下流側に、分岐前の高圧冷媒と熱交換する第１低圧側熱交換部１５ｂを配置している。そして、これらの熱交換部１５ｄ、１５ｂの高圧側から低圧側への伝熱面積は同等とされている。なお、本発明で言う上記同等とは、±２０％の誤差が許容されるものである
また、第１高圧側熱交換部１５ａは、高圧側分岐前にあり、第１低圧側熱交換部１５ｂと共に第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂを形成している。また、第２高圧側熱交換部１５ｃは、分岐後に配置されており、第２低圧側熱交換部１５ｄと共に第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを形成している。

また、分岐後のエジェクタ３側に向かう冷媒の冷媒流量Ｑ１と、分岐後の膨張弁２２側に向かう冷媒の冷媒流量Ｑ２は、略同一になるように設計されている。

ここで、膨張弁２２側に向かう高圧側冷媒は、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂで低圧側冷媒により冷却された後、さらに第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄで低圧側冷媒により冷却される。

このため、エジェクタ側に向かう冷媒（流量Ｑ１）の低圧側との熱交換量≒第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの熱交換量／２という関係が成り立つ。

更に、膨張弁２２側に向かう冷媒（流量Ｑ２）の低圧側との熱交換量≒第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの熱交換量＋第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの熱交換量／２の関係が成り立つ。

この結果、エジェクタ側に向かう冷媒（流量Ｑ１）の低圧側との熱交換量≦膨張弁２２側に向かう冷媒（流量Ｑ２）の低圧側との熱交換量の関係が成り立つ。従って、膨張弁入口の冷媒のエンタルピー≦エジェクタ入口の冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

さて、この図３の第２実施形態のエジェクタ側は、分岐前に第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂで熱交換されるが、特許文献１のように、このような熱交換をせずに膨張弁側のみを熱交換すると、高圧側から低圧側への内部熱交換量不足が生じて、圧縮機１の吐出温度低下が生じる。これに対して、この第２実施形態では、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂでエジェクタ側冷媒も熱交換させることで、充分な熱交換量が確保できる。

また、特許文献２のように、高圧の分岐前に内部熱交換器の高圧側を設けるヒートポンプサイクルでは、膨張弁側とエジェクタ側入口の冷媒の状態（温度・圧力）が略同一となるが、この第２実施形態のヒートポンプサイクルでは、上述のように膨張弁入口の冷媒のエンタルピー≦エジェクタ入口の冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

このため、膨張弁２２の下流に配置される空気流れ下流側蒸発器となる第２蒸発器５ｂは、冷媒の入口エンタルピーが低下するため、熱交換量を確保し易くなる。この効果でヒートポンプを省動力化できる。

また、エジェクタ３は、入口エンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタ３の膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加する。この効果で、エジェクタ３の昇圧量が増加することで、ヒートポンプサイクルを省動力化が達成出来る。

図４は、前述のように第２実施形態に使用した一体型内部熱交換器である。この内部熱交換器は、高圧側が途中で分岐する分岐部１３を持っている。また、低圧側の下流側に対向する位置に高圧側の分岐前の第１高圧側熱交換部１５ａが位置し、低圧側の上流側に対向する位置に高圧側の分岐後の第２高圧側熱交換部１５ｃが位置し、これら両熱交換部１５ａ、１５ｃが直列接続されている。

そして、第２高圧側熱交換部１５ｃが膨張弁２２に第２高圧側出口１５ｇ２を介して接続されている。

また、高圧側の分岐部１３は、第１高圧側出口１５ｇ１から、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄと熱交換せずに直接エジェクタ側へ配管される。この構成により、エジェクタ側は、分岐前のみで熱交換されるだけだが、膨張弁側は２段階に熱交換される。そのため、膨張弁側熱交換量は、エジェクタ側に比べて大きくなる。この熱交換量の大小関係で、前述のヒートポンプ省動力効果が引き出される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、伝熱面積の大小でエジェクタ側と膨張弁側の熱交換量に差をつけるものである。

図５において、第１高圧側熱交換部１５ａは、エジェクタ３側に接続され、第１低圧側熱交換部１５ｂと共に第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂを形成している。第２高圧側熱交換部１５ｃは、膨張弁２２側に接続され、第２低圧側熱交換部１５ｄと共に第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄを形成している。

第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂと第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの低圧側の配置において、第１低圧側熱交換部１５ｂは、第２低圧側熱交換部１５ｄの上流側に設けられている。また、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂの伝熱面積は、第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの伝熱面積より小さくされている。

図６は、この第３実施形態に使用した一体型内部熱交換器である。図６において、１５ｅは、低圧側出口で圧縮機１の吸入側に接続されている。１５ｆは、高圧側入口で内部熱交換器１５内部に分岐部１３を形成している。第１高圧側出口１５ｇ１は、エジェクタ側の出口、１５ｈは、低圧側入口、第２高圧側出口１５ｇ２は、膨張弁側の出口である。

この内部熱交換器１５は、図５のサイクルにおける２つの内部熱交換器部を一体化した構成であり、高圧側が入口直後で分岐した後、並列に配置されている。また、分岐した高圧側の２つの高圧側熱交換部１５ａ、１５ｃは、低圧側に対して、対向流を形成するように配置されている。

即ち、高圧側は入口から出口に向かって冷媒温度が低下し、低圧側は入口から出口に向かって冷媒温度が上昇する。ここで、低圧側の下流側に膨張弁２２につながる第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄを、低圧側の上流側にエジェクタ３につながる第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂを配置している。

また、膨張弁２２側につながる第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄは、エジェクタ３側につながる第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂに対して、伝熱面積が大きい。

図５のサイクルの高圧側に分岐部１３が設けられており、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂと第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの高圧側のそれぞれに、略半分の流量が分配される。ここで、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂの伝熱面積≦第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの伝熱面積と設計されている。

そのために、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂの高圧側から低圧側への熱交換量は小さく、相対的に、第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの熱交換量が大きくなる。すなわち、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂの熱交換量≦第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの熱交換量の関係となる。

ここで、特許文献１のように、エジェクタ側を流れる高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換する第１内部熱交換器部を設けずに、膨張弁側の第２内部熱交換器部のみとすると、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換量不足が生じて、圧縮機の吐出温度低下が起こる。

これに対して、この第３実施形態では、全体的な内部熱交換量が、第１内部熱交換部１５ａ、１５ｂの熱交換量＋第２内部熱交換部１５ｃ、１５ｄの熱交換量となるので、充分な熱交換量が確保できる。

また、特許文献１のように、高圧冷媒の分岐前に内部熱交換器の高圧側を設けるヒートポンプサイクルでは、膨張弁側とエジェクタ側入口の冷媒の状態（温度・圧力）が略同一となるが、この第３実施形態のヒートポンプサイクルでは、膨張弁２２の入口側冷媒のエンタルピー≦エジェクタ３の入口側冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

このため、膨張弁下流に配置される空気流れ下流側蒸発器となる第２蒸発器５ｂは、冷媒の入口エンタルピーが低下するため、熱交換量を確保し易くなる。この効果で、ヒートポンプを省動力化できる。

また、エジェクタ３は、エジェクタ入口側冷媒のエンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタの膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加する。これにより、エジェクタの昇圧量が増加することで、ヒートポンプを省動力化出来る。

（第４実施形態）
図７は第４実施形態を示す。これは、伝熱面積の大小でエジェクタ側と膨張弁側の熱交換量の差をつけるものである。図７において、内部熱交換器１５は、第１高圧側熱交換部１５ａを有しており、エジェクタ３側を流れる高圧側の分岐部１３以後の冷媒と、低圧側の冷媒を熱交換している。

第２高圧側熱交換部１５ｃは、膨張弁２２側を流れる高圧側の分岐部１３以後の冷媒と、低圧側の冷媒を熱交換している。

内部熱交換器１５の低圧側には、第１高圧側熱交換部１５ａと第２高圧側熱交換部１５ｃとそれぞれペアとなる第１低圧側熱交換器１５ｂと第２低圧側熱交換器１５ｄを有している。

これらの第１低圧側熱交換器１５ｂと第２低圧側熱交換器１５ｄは、互いに並列に設けられている。そして、第１高圧側熱交換部１５ａと第１低圧側熱交換器１５ｂから成る第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの伝熱面積は、第２高圧側熱交換部１５ｃと第２低圧側熱交換器１５ｄから成る第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの伝熱面積より小さくされている。

図８は、第４実施形態で使用した一体型内部熱交換器を示す。低圧側出口１５ｅは、圧縮機１の吸入側に接続されており、下流側の直後に内部熱交換器１５内部の低圧側出口分岐部１３ａを有する。

１５ｆは、高圧側入口で内部熱交換器１５内部に高圧側の分岐部１３を形成している。１５ｈは、低圧側入口であり、この低圧側入口１５ｈに隣接する内部熱交換器１５内に低圧側入口分岐部１３ｂを有している。１５ｇ１は、エジェクタ３側の第１高圧側出口、１５ｇ２は、絞り手段を成す膨張弁２２側の第２高圧側出口である。

図８に示した内部熱交換器１５は、図７のサイクルにおける２つの内部熱交換器部を一体化した構成であり、高圧側が入口直後の分岐部１３で分岐した後、並列に配置されている。

また、分岐した高圧側の２つの熱交換部１５ａ、１５ｃは、低圧側の二つの熱交換部１５ｂ、１５ｄに対して、対向流を形成するように配置されている。

すなわち、高圧側は、入口から出口に向かって冷媒温度が低下し、低圧側は、入口から出口に向かって冷媒温度が上昇する。ここで、高圧側がエジェクタ３側につながる第１熱交換器部１５ａ、１５ｂの伝熱面積は、高圧側が膨張弁２２につながる第２熱交換器部１５ｃ、１５ｄの伝熱面積より小さくされている。

また、高圧と低圧に、それぞれ分岐部１３、１３ａ、１３ｂが設けられており、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂと第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの高圧側それぞれに、略半分の流量が分配される。

また、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂと第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側それぞれに、略半分の流量が分配される。

ここで、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの伝熱面積≦第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの伝熱面積という関係に設計されている。そのために、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの高圧側から低圧側への熱交換量は小さく、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの熱交換量は大きくなる。

このため、膨張弁２２入口の冷媒のエンタルピー≦エジェクタ３入口の冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

ここで、特許文献１のように、エジェクタ側を熱交換する第１内部熱交換器部を設けずに膨張弁側の第２内部熱交換器部のみとすると、熱交換量不足が生じて、圧縮機の吐出温度低下が起こる。

これに対して、この第４実施形態では、内部熱交換量が、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの熱交換量＋第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの熱交換量となるので、高圧低圧間の充分な熱交換量が確保できる。

また特許文献２のように、内部熱交換器の高圧側を高圧の分岐前に設けるヒートポンプサイクルでは、膨張弁側とエジェクタ側入口の冷媒の状態（温度・圧力）が略同一となるが、この第４実施形態のヒートポンプサイクルでは、上述のように、膨張弁２２入口の冷媒のエンタルピー≦エジェクタ３入口の冷媒のエンタルピーの関係が成立する。

このため、膨張弁２２下流に配置される空気流れ下流側蒸発器となる第２蒸発器５ｂは、冷媒の第２蒸発器５ｂ入口エンタルピーが低下するため、該第２蒸発器５ｂでの熱交換量を確保し易くなる。この効果で、ヒートポンプを省動力化できる。

また、エジェクタ３は、エジェクタ３入口エンタルピーが増加することで、理想的には等エントロピー膨張で表現できるエジェクタの膨張エネルギーの回収ポテンシャルが増加する。この効果で、エジェクタの昇圧量が増加する。これにより、ヒートポンプを省動力化出来る。

次に、図８の内部熱交換器１５の２つの熱交換器部の冷媒流れは、高圧側と低圧側とで対向流を形成している。即ち、低圧側は、入口直後の内部熱交換器１５内部で分岐した後に、それぞれの熱交換部１５ｂ、１５ｄを経て低圧側出口分岐部１３ａで集合するように低圧側出口１５ｅに至る。

また、高圧側は、高圧側入口１５ｆ直後の内部熱交換器１５内部の分岐部１３で分岐して、一方は、熱交換部１５ａを経てエジェクタ３側の第１高圧側出口１５ｇ１へ至る。また、他方は、熱交換部１５ｃを経て膨張弁２２側の第２高圧側出口１５ｇ２へ導かれる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。図９は、図１の第１実施形態のアキュムレータ４の位置を、内部熱交換器の第１低圧側交換部１５ｂと第２低圧側交換部１５ｄの間に変更したものである。

これによれば、第１実施形態では、過熱ガスであった第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを小型化できる。

図１０は、図３の第２実施形態のアキュムレータ４の位置を同様に変更したものである。これによれば、第２実施形態では、過熱ガスであった第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを小型化できる。

図１１は、図５の第３実施形態のアキュムレータ４の位置を同様に変更したものである。これによれば、第３実施形態では、過熱ガスであった第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを小型化できる。

図１２は、図１の第１実施形態のアキュムレータを廃止したものである。これによれば、第１実施形態では、過熱ガスであった第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを小型化できる。

図１３は、図３の第２実施形態のアキュムレータを廃止したものである。これによれば、第２実施形態では、過熱ガスであった第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第２内部熱交換器部１５ｃ、１５ｄを小型化できる。

図１４は、図５の第３実施形態のアキュムレータを廃止したものである。これによれば、第３実施形態では、過熱ガスであった第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂの低圧側冷媒が気液二相となって、熱伝達率が向上するため、第１内部熱交換器部１５ａ、１５ｂを小型化できる。

なお、内部熱交換器の低圧側と高圧側の配管を互いに接触させて熱交換を行ったが、スパイラル状の二重管を用いた熱交換器の構造を採用しても良い。

また、内部熱交換器の各実施形態は、冷媒流れ形式について対向流を用いたが、直行流れ、もしくは、平行流れの構成を採用することも可能である。

第１実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第１実施形態の一体型内部熱交換器の外形図である。 第２実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第２実施形態の一体型内部熱交換器の外形図である。 第３実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第３実施形態の一体型内部熱交換器の外形図である。 第４実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第４実施形態の一体型内部熱交換器の外形図である。 上記第１実施形態のアキュムレータの位置を変更したヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第２実施形態のアキュムレータの位置を変更したヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第３実施形態のアキュムレータの位置を変更したヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第１実施形態のアキュムレータを廃止したヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第２実施形態のアキュムレータを廃止したヒートポンプサイクルの全体構成図である。 上記第３実施形態のアキュムレータを廃止したヒートポンプサイクルの全体構成図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…給湯用熱交換器
２ａ…高圧冷媒通路
２ｂ…給湯用水通路
３…エジェクタ
３ａ…エジェクタの冷媒吸引口
３ｂ…ディフィーザ
３ｃ…可変絞り機構を成すアクチュエータ部
５ａ…第１蒸発器
５ｂ…第２蒸発器
１０…給水ポンプ
１１…貯湯タンク
１３…分岐部
１３ａ…低圧側出口分岐部
１３ｂ…低圧側入口分岐部
１５…内部熱交換器
１５ａ…第１高圧側熱交換部
１５ｂ…第１低圧側熱交換器
１５ａ、１５ｂ…第１内部熱交換器部
１５ｃ…第２高圧側熱交換部
１５ｄ…第２低圧側熱交換器
１５ｃ、１５ｄ…第２内部熱交換器部
１７…第１分岐通路
１８…第２分岐通路
２２…絞り手段を成す膨張弁

Claims (14)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）出口側の分岐部（１３）で分岐されて流れる一方の冷媒から成るエジェクタ側冷媒が流れる第１分岐通路（１７）と、
   前記分岐部（１３）で分岐された他方の冷媒から成る絞り手段側冷媒が流れる第２分岐通路（１８）と、
   前記第１分岐通路（１７）の冷媒を噴射して減圧膨張させるノズル、該記ノズルから噴射する噴射冷媒流により吸引冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（３ａ）、および前記冷媒吸引口（３ａ）からの前記吸引冷媒と前記噴射冷媒流とを混合して冷媒流の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザ（３ｂ）を有するエジェクタ（３）と、
   前記エジェクタ（３）から流出した冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第１蒸発器（５ａ）と、
   前記第２分岐通路（１８）に配置され、該第２分岐通路（１８）を流れる冷媒を減圧する絞り手段（２２）と、
   前記絞り手段（２２）の出口側と前記エジェクタ（３）の前記冷媒吸引口（３ａ）の間に配置され、前記吸引冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２蒸発器（５ｂ）と、
   前記第１蒸発器（５ａ）と前記圧縮機（１）吸入側の間に配設された第１低圧側熱交換部（１５ｂ）及び第２低圧側熱交換部（１５ｄ）、前記放熱器（２）と前記エジェクタ（３）の間に配設された第１高圧側熱交換部（１５ａ）、及び前記放熱器（２）と前記絞り手段（２２）の間に配設された第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を有し、前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）の間、及び前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）の間で熱交換を行い、前記圧縮機（１）の吐出側の高圧冷媒の熱を前記圧縮機（１）吸入側の低圧冷媒に伝達する内部熱交換器（１５）を備え、
   前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由して前記エジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して前記絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくしたことを特徴とするエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
2. 前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）との間および前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）との間の熱交換量に差異があるように設定されているか、または前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）に対する配置を冷媒の流れの下流側とされていることで、前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）を経由して前記エジェクタ（３）に流入する冷媒のエジェクタ入口エンタルピーを、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）を経由して前記絞り手段（２２）に流入する冷媒の絞り手段入口エンタルピーより大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
3. 前記内部熱交換器（１５）内部に前記分岐部（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
4. 前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）は前記分岐部（１３）と前記エジェクタ（３）の間に配設され、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は前記分岐部（１３）と前記絞り手段（２２）の間に配設され、前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）は前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）よりも前記圧縮機（１）吸入側に近い冷媒流れの下流側に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
5. 前記内部熱交換器（１５）において、内部に前記分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、
   前記分岐部（１３）は、前記放熱器（２）側に配設された前記高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、
   該高圧側入口（１５ｆ）と前記絞り手段（２２）側に配設された前記第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に、前記エジェクタ（３）側に冷媒を吐出する前記第１高圧側出口（１５ｇ１）が配置され、
   第１高圧側熱交換部（１５ａ）は前記分岐部（１３）と前記エジェクタ（３）に至る前記第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に配設され、
   前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は前記分岐部（１３）と前記絞り手段（２２）に至る前記第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に配設され、
   前記圧縮機（１）の吸入側に配設された前記低圧側出口（１５ｅ）と、前記高圧側入口（１５ｆ）とが隣接して配置され、
   前記第２高圧側出口（１５ｇ２）と前記低圧側入口（１５ｈ）が隣接して配置されていることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
6. 前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）は前記放熱器（２）と前記エジェクタ（３）の間に配設され、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）下流側の前記分岐部（１３）と前記絞り手段（２２）の間に配設され、前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）が前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）よりも前記圧縮機（１）吸入側に近い冷媒流れの下流側に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
7. 前記内部熱交換器（１５）において、内部に前記分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、
   前記放熱器（２）側に配設された前記高圧側入口（１５ｆ）と前記絞り手段（２２）側に設けられた前記第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に前記分岐部（１３）が設けられ、該分岐部（１３）から前記エジェクタ（３）側に冷媒を吐出する前記第１高圧側出口（１５ｇ１）が取出され、
   前記圧縮機（１）の吸入側に配設された前記低圧側出口（１５ｅ）と前記高圧側入口（１５ｆ）が隣接して配置され、前記第２高圧側出口（１５ｇ２）と前記低圧側入口（１５ｈ）とが隣接して配置されていることを特徴とする請求項６に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
8. 前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）は前記分岐部（１３）と前記エジェクタ（３）の間に配設され、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は前記分岐部（１３）と前記絞り手段（２２）の間に配設され、前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）とは前記圧縮機（１）吸入側に向かう低圧冷媒の流れに対して直列に配設しており、前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）と前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積が大きくされていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
9. 前記内部熱交換器（１５）において、内部に前記分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）を有し、
   前記分岐部（１３）は前記放熱器（２）側に配設された前記高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、前記高圧側入口（１５ｆ）と前記絞り手段（２２）側に配設された前記第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に第２高圧側熱交換器（１５ｃ）が形成され、
   前記高圧側入口（１５ｆ）と前記エジェクタ（３）側に配設された前記第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に第１高圧側熱交換器（１５ａ）が形成されており、前記圧縮機（１）の吸入側に配設された前記低圧側出口（１５ｅ）と前記高圧側入口（１５ｆ）とが隣接して配置され、前記第１高圧側出口（１５ｇ１）と前記低圧側入口（１５ｈ）とが隣接して配置されていることを特徴とする請求項８に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
10. 前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）は前記分岐部（１３）と前記エジェクタ（３）の間に配設され、前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）は前記分岐部（１３）と前記絞り手段（２２）の間に配設され、前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）と前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）とは前記圧縮機（１）吸入側向かう低圧冷媒の流れに対して並列に配設されており、前記第１高圧側熱交換部（１５ａ）と前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）の間の伝熱面積よりも前記第２高圧側熱交換部（１５ｃ）と前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）の間の伝熱面積の方が大きくされていることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
11. 前記内部熱交換器（１５）において、内部に、前記分岐部（１３）と、高圧側入口（１５ｆ）と、第１高圧側出口（１５ｇ１）と、第２高圧側出口（１５ｇ２）と、低圧側出口（１５ｅ）と、低圧側入口（１５ｈ）と、入口側分岐部（１３ｂ）と、出口側分岐部（１３ａ）を有し、
    前記分岐部（１３）は前記放熱器（２）側に配設された前記高圧側入口（１５ｆ）に設けられ、前記高圧側入口（１５ｆ）と前記絞り手段（２２）側に配設された前記第２高圧側出口（１５ｇ２）の間に第２高圧側熱交換器（１５ｃ）が形成され、
    前記高圧側入口（１５ｆ）と前記エジェクタ（３）側に配設された前記第１高圧側出口（１５ｇ１）の間に前記第１高圧側熱交換器（１５ａ）が形成され、
    前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）は前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と並列に前記低圧側入口（１５ｈ）となる前記入口側分岐部（１３ｂ）と前記低圧側出口（１５ｅ）となる前記出口側分岐部（１３ａ）との間に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
12. 前記エジェクタ（３）から流出した冷媒を蒸発させる前記第１蒸発器（５ａ）と前記内部熱交換器（１５）の低圧側との間にアキュムレータ（４）を配設していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
13. 前記第１低圧側熱交換部（１５ｂ）と前記第２低圧側熱交換部（１５ｄ）との間にアキュムレータ（４）を配設していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。
14. 直列に接続された前記高圧冷媒の放熱を行う前記放熱器（２）は、給湯用水の加熱手段である水冷媒熱交換器からなる給湯用熱交換器であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載のエジェクタを用いたヒートポンプサイクル。

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