JP4298990B2 - 二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、ガスクーラー、膨張弁、蒸発器を順次冷媒配管により接続して構成された一次冷媒回路と、ガスクーラーと循環ポンプを配管により接続して構成された二次冷媒回路とを備え、一次冷媒回路に二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置、又は冷媒として二酸化炭素を用い給湯用熱交換器を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１には、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。
また特許文献２には、圧縮機、四方切換弁、第１の熱交換器、絞り装置、及び室外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、給湯水の各製造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。
【０００３】
【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
【０００４】
【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。
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、床暖房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構成は未だ提案されていない。
【０００５】
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。
また、本発明は二酸化炭素が室内に漏れることがない冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は給湯と利用側ユニットの同時利用が可能となり、熱の自由な分配が可能となる冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は給湯用と暖房などの利用側ユニットに利用でき、特に利用側ユニットでの利用熱温度が中温域の場合に有効である冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は給湯用と暖房などの利用側ユニットに利用でき、特に利用側ユニットでの利用熱温度が高温域の場合に有効である冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は給湯用と暖房などの利用側ユニットに利用でき、特に利用側ユニットでの利用熱温度が低温域の場合に有効である冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロール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。
また、本発明は利用側ユニット、温水、及び冷水の同時取り出しが可能となる冷凍装置を提供することを目的とする。
また、本発明は暖房ユニットなどを低ランニングコストで運転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。
また、本発明は給湯タンクの容量を低減することができるとともに、利用側ユニットの暖房利用時のＣＯＰを向上させ、高温での利用や長時間暖房が可能となる冷凍装置を提供することを目的とする。
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。
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。
また、本発明は冷房、暖房、給湯、床暖房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。
【０００６】
【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、ガスクーラー、膨張弁、蒸発器を順次冷媒配管により接続して構成された一次冷媒回路と、前記ガスクーラーと循環ポンプを配管により接続して構成され、前記配管によって利用側ユニットと接続された二次冷媒回路とを備え、前記圧縮機、前記ガスクーラー、前記膨張弁及び前記蒸発器を室外ユニットに配設し、前記一次冷媒回路に二酸化炭素を冷媒として用い、前記ガスクーラーで加熱された温水を、前記二次冷媒回路を循環させることで、ファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどの利用側ユニットの暖房運転を行う冷凍装置であって、前記ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーとを備え、前記第１ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを、第１循環ポンプとともに第１配管により接続して第１二次冷媒回路を構成し、前記第２ガスクーラーを、第２循環ポンプとともに第２配管により接続して第２二次冷媒回路を構成し、前記第１二次冷媒回路を前記第１配管によって給湯タンクと接続し、前記第２二次冷媒回路を前記第２配管によって利用側ユニットと接続し、前記給湯タンクから導出される冷水を前記第３ガスクーラーで加熱した後に前記第１ガスクーラーで加熱することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを、前記圧縮機の吐出側から順に直列に配置することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーとを並列に、前記第３ガスクーラーを前記第１ガスクーラー及び前記第２ガスクーラーに対して直列に設け、前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーとを前記第３ガスクーラーよりも前記圧縮機の吐出側に配置することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを並列に、前記第１ガスクーラーを前記第２ガスクーラー及び前記第３ガスクーラーに対して直列に設け、前記第１ガスクーラーを前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーよりも前記圧縮機の吐出側に配置することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、前記膨張弁として第１膨張弁と第２膨張弁とを備え、前記第１膨張弁を前記第３ガスクーラーの出口側の冷媒配管に、前記第２膨張弁を前記第２ガスクーラーの出口側の冷媒配管に設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５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において、利用側ユニットに接続された前記二次冷媒回路内の二次冷媒としてブラインを用いることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６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において、前記膨張弁と並列に又は前記膨張弁の代わりに膨張機を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーとを備え、第１ガスクーラーと第３ガスクーラーとを、第１循環ポンプとともに第１配管により接続して第１二次冷媒回路を構成し、第２ガスクーラーを、第２循環ポンプとともに第２配管により接続して第２二次冷媒回路を構成し、第１二次冷媒回路を第１配管によって給湯タンクと接続し、第２二次冷媒回路を第２配管によって利用側ユニットと接続し、給湯タンクから導出される冷水を第３ガスクーラーで加熱した後に第１ガスクーラーで加熱するものである。本実施の形態によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。特に、従来ヒートポンプ暖房では困難であった輻射パネルの利用が可能となる。また、２次冷媒方式により、圧縮機、ガスクーラー、膨張弁、蒸発器、を室外ユニット内に配置し、室内側には温水を循環する配管だけを引き入れることによって利用側ユニットを利用でき、また二酸化炭素が室内に漏れることもない。また特に利用側ユニットとして蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。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。また、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーを設け、第１ガスクーラーと第３ガスクーラーとを給湯用に利用し、第２ガスクーラーを利用側ユニットに利用することで、それぞれのガスクーラーでの異なる温度を有効に利用する事ができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーとを、圧縮機の吐出側から順に直列に配置するものである。本実施の形態によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーを直列に設けることで、低温から高温までもれなく利用する事ができ、性能が向上する。特に利用側ユニットでの利用熱温度が中温域の場合に有効である。また一次冷媒回路中の膨張弁を複数設けることなくサイクル制御が可能である。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、第１ガスクーラーと第２ガスクーラーとを並列に、第３ガスクーラーを第１ガスクーラー及び第２ガスクーラーに対して直列に設け、第１ガスクーラーと第２ガスクーラーとを第３ガスクーラーよりも圧縮機の吐出側に配置するものである。本実施の形態によれば、低温から高温までもれなく利用する事ができ、性能が向上する。特に利用側ユニットでの利用熱温度が高温域の場合に有効である。また一次冷媒回路中の膨張弁を複数設けることなくサイクル制御が可能である。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、第２ガスクーラーと第３ガスクーラーとを並列に、第１ガスクーラーを第２ガスクーラー及び第３ガスクーラーに対して直列に設け、第１ガスクーラーを第２ガスクーラーと第３ガスクーラーよりも圧縮機の吐出側に配置するものである。本実施の形態によれば、特に利用側ユニットでの利用熱温度が、例えば融雪装置のような低温域の場合に有効である。また一次冷媒回路中の膨張弁を複数設けることなくサイクル制御が可能である。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、第１膨張弁を第３ガスクーラーの出口側の冷媒配管に、第２膨張弁を第２ガスクーラーの出口側の冷媒配管に設けたものである。本実施の形態によれば、第３ガスクーラー用の第１膨張弁と、第２ガスクーラー用の第２膨張弁とを備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、利用側ユニットに接続された二次冷媒回路内の二次冷媒としてブラインを用いるものである。本実施の形態によれば、温水を利用する場合よりも効率よく熱を利用することができる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、膨張弁と並列に又は膨張弁の代わりに膨張機を設けたものである。本実施の形態によれば、膨張機を用いることで冷房利用運転時のＣＯＰを高くすることができる。
【０００８】
【実施例】
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。
図１は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、室外ユニット１０と利用側ユニット３０とから構成される。室外ユニット１０は一次冷媒回路と二次冷媒回路を備えている。
一次冷媒回路は、圧縮機１１、ガスクーラー１２、膨張弁１３、蒸発器１４を順次冷媒配管１５により接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用している。圧縮機１１は、蒸発器１４で蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２は、圧縮機１１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。従って図示はしないが、ガスクーラー１２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。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、ガスクーラー１２での放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、ガスクーラー１２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。蒸発器１４は、膨張弁１３で減圧された冷媒を蒸発させる。この冷媒の蒸発のために大気中から熱を吸熱するために、図示しないファンを備えている。
二次冷媒回路は、ガスクーラー１２と循環ポンプ１６を配管１７により接続して構成され、この配管１７によって利用側ユニット３０と接続されている。循環ポンプ１６は、ガスクーラー１２で加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この循環ポンプ１６によって二次冷媒回路内を水が循環する。利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６は、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【０００９】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するものである。
このように本実施例は、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、２次冷媒方式により、圧縮機１１、ガスクーラー１２、膨張弁１３、蒸発器１４、循環ポンプ１６を室外ユニット１０内に配置し、室内側には温水を循環する配管１７だけを引き入れることによって利用側ユニット３０を利用でき、また二酸化炭素が室内に漏れることもない。また特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラー１２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１２の小型化を実現することができる。
【００１０】
以下本発明の他の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。説明にあたって同一機能を有する構成には同一符号を付し、既に説明した構成と同じ構成については一部説明を省略する。
図２は他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けている。
第１ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図２に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、第１ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
【００１１】
なお、本実施例のように第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設け、第１ガスクーラー１２Ａを給湯用に利用する場合には、この第１ガスクーラー１２Ａでの導入側二次冷媒温度は１０度、導出側二次冷媒温度は９０度程度で利用し、第２ガスクーラー１２Ｂを暖房用に利用する場合には、この第２ガスクーラー１２Ｂでの導入側二次冷媒温度は３０度から６０度、導出側二次冷媒温度は７０度から８５度程度で利用される。
また、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御する。なお、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、いずれか一方だけを単独運転することもできる。
【００１２】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０と給湯タンク４０に別回路で循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するとともに、給湯にも利用するものである。
また本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また本実施例によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けることで、給湯と利用側ユニットの同時利用が可能となり、熱の自由な分配が可能となる。
【００１３】
図３はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、上記実施例と同様に、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けたもので、本実施例では膨張弁として第１膨張弁１３Ａと第２膨張弁１３Ｂとを備えている。第１膨張弁１３Ａは第１ガスクーラー１２Ａの出口側の冷媒配管１５に、第２膨張弁１３Ｂは第２ガスクーラー１２Ｂの出口側の冷媒配管１５に設けている。このように、第１ガスクーラー１２Ａ用の第１膨張弁１３Ａと、第２ガスクーラー１２Ｂ用の第２膨張弁１３Ｂとを備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
【００１４】
図４はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを備え、それぞれのガスクーラーを直列に設けている。なお、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとは、圧縮機１１の吐出側から順に配置している。
第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図４に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、まず最も利用温度の低い第３ガスクーラー１２Ｃで加熱され、その後最も利用温度の高い第１ガスクーラー１２Ａで更に加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、第２ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
【００１５】
なお、本実施例のように第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを直列に設けることで、導入側二次冷媒温度と導出側二次冷媒温度に応じてガスクーラーを使い分けることができる。本実施例では、第３ガスクーラー１２Ｃでの導入側二次冷媒温度は１０度、第１ガスクーラー１２Ａでの導出側二次冷媒温度は９０度程度で利用し、第２ガスクーラー１２Ｂでの導入側二次冷媒温度は３０度、導出側二次冷媒温度は４０度程度で利用される。
また、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御する。なお、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、いずれか一方だけを単独運転することもできる。また、本実施例は３つのガスクーラーに分割し２つの二次冷媒回路を用いた場合で説明したが、それぞれのガスクーラーに対応させて３つの二次冷媒回路を構成してもよく、また３つ以上のガスクーラーに分割し、二次冷媒回路も更に多くの独立した回路によって構成してもよい。
【００１６】
本実施例によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃを直列に設け、第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとを給湯用に利用し、第２ガスクーラー１２Ｂを利用側ユニット３０に利用することで、特に利用側ユニット３０での利用熱温度が中温域の場合に有効である。また一次冷媒回路中の膨張弁１３を複数設けることなくサイクル制御が可能である。また、利用側ユニット３０では中温の一次側冷媒の熱を、給湯タンクでは低温と高温の一次側冷媒の熱を利用することで、給湯、利用ユニットの同時使用時に高ＣＯＰを得ることができる。
【００１７】
図５はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に、第３ガスクーラー１２Ｃを第１ガスクーラー１２Ａ及び第２ガスクーラー１２Ｂに対して直列に設けている。なお、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとは、第３ガスクーラー１２Ｃよりも圧縮機１１の吐出側に配置している。
第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図５に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、まず最も利用温度の低い第３ガスクーラー１２Ｃで加熱され、その後利用温度の高い第１ガスクーラー１２Ａで更に加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、第２ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
【００１８】
なお、本実施例のように第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを設けることで、導入側二次冷媒温度と導出側二次冷媒温度に応じてガスクーラーを使い分けることができる。本実施例では、第３ガスクーラー１２Ｃでの導入側二次冷媒温度は１０度、第１ガスクーラー１２Ａでの導出側二次冷媒温度は９０度程度で利用し、第２ガスクーラー１２Ｂでの導入側二次冷媒温度は３０度から６０度、導出側二次冷媒温度は７０度から８５度程度で利用される。
また、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御する。なお、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、いずれか一方だけを単独運転することもできる。また、本実施例は３つのガスクーラーに分割し２つの二次冷媒回路を用いた場合で説明したが、それぞれのガスクーラーに対応させて３つの二次冷媒回路を構成してもよく、また３つ以上のガスクーラーに分割し、二次冷媒回路も更に多くの独立した回路によって構成してもよい。
【００１９】
本実施例によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとを給湯用に利用し、第２ガスクーラー１２Ｂを利用側ユニットに利用することで、特に利用側ユニットでの利用熱温度が高温域の場合に有効である。また一次冷媒回路中の膨張弁１３を複数設けることなくサイクル制御が可能である。また、利用側ユニットの中温の一次側冷媒の熱を給湯用二次冷媒の加熱に利用できるので、給湯、利用ユニットの同時使用時に高ＣＯＰを得ることができる。
【００２０】
図６はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、上記実施例と同様に、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けたもので、本実施例では、上記の実施例の構成に加えて第１流量制御弁１３Ａと第２流量制御弁１３Ｂとを備えている。第１流量制御弁１３Ａは第１ガスクーラー１２Ａの出口側の冷媒配管１５に、第２流量制御弁１３Ｂは第２ガスクーラー１２Ｂの出口側の冷媒配管１５に設けている。このように、第１ガスクーラー１２Ａ用の第１流量制御弁１３Ａと、第２ガスクーラー１２Ｂ用の第２流量制御弁１３Ｂとを備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
【００２１】
図７はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを備え、第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを並列に、第１ガスクーラー１２Ａを第２ガスクーラー１２Ｂ及び第３ガスクーラー１２Ｃに対して直列に設けている。なお、第１ガスクーラー１２Ａは、第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃよりも圧縮機１１の吐出側に配置している。
第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図７に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、まず利用温度の低い第３ガスクーラー１２Ｃで加熱され、その後利用温度の高い第１ガスクーラー１２Ａで更に加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、第２ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
【００２２】
なお、本実施例のように第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃとを設けることで、導入側二次冷媒温度と導出側二次冷媒温度に応じてガスクーラーを使い分けることができる。本実施例では、第３ガスクーラー１２Ｃでの導入側二次冷媒温度は１０度、第１ガスクーラー１２Ａでの導出側二次冷媒温度は９０度程度で利用し、第２ガスクーラー１２Ｂでの導入側二次冷媒温度は１０度、導出側二次冷媒温度は５０度程度で利用される。
また、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御する。なお、第１循環ポンプ１６Ａ及び第２循環ポンプ１６Ｂは、いずれか一方だけを単独運転することもできる。また、本実施例は３つのガスクーラーに分割し２つの二次冷媒回路を用いた場合で説明したが、それぞれのガスクーラーに対応させて３つの二次冷媒回路を構成してもよく、また３つ以上のガスクーラーに分割し、二次冷媒回路も更に多くの独立した回路によって構成してもよい。
【００２３】
本実施例によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂと第３ガスクーラー１２Ｃを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第３ガスクーラー１２Ｃとを給湯用に利用し、第２ガスクーラー１２Ｂを利用側ユニットに利用することで、特に利用側ユニットでの利用熱温度が、例えば融雪装置のような低温域の場合に有効であり、第１ガスクーラー１２Ａで放熱し、温度のやや低下した冷温熱を有効に利用でき、高ＣＯＰ運転が可能である。また一次冷媒回路中の膨張弁１３を複数設けることなくサイクル制御が可能である。
なお、本実施例においても膨張弁として第１膨張弁と第２膨張弁とを備え、第１膨張弁は第２ガスクーラー１２Ｂの出口側の冷媒配管１５に、第２膨張弁は第３ガスクーラー１２Ｃの出口側の冷媒配管１５に設けてもよい。このように、第２ガスクーラー１２Ｂ用の第１膨張弁と、第３ガスクーラー１２Ｃ用の第２膨張弁とを備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
【００２４】
図８はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを直列に設けている。なお、第１ガスクーラー１２Ａは、第２ガスクーラー１２Ｂよりも圧縮機１１の吐出側に配置している。また、蒸発器として第１蒸発器１４Ａと第２蒸発器１４Ｂとを備え、第１蒸発器１４Ａと第２蒸発器１４Ｂとを直列に設けている。なお、第２蒸発器１４Ｂは、第１蒸発器１４Ａよりも圧縮機１１の吸入側に配置している。
第１蒸発器１４Ａは、膨張弁１３で減圧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。従って図示はしないが、第１蒸発器１４Ａ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。
第１ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図８に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、第１ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
【００２５】
第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
第１蒸発器１４Ａは、第３循環ポンプ１６Ｃとともに第３配管１７Ｃにより接続されて第３二次冷媒回路を構成している。この第３二次冷媒回路は、第３配管１７Ｃによって蓄冷タンク５０と接続されている。図８に矢印で示すように、蓄冷タンク５０の下部から導出される水は、第１蒸発器１４Ａで冷却され、第３循環ポンプ１６Ｃを介して蓄冷タンク５０の上部から流入される。また、蓄冷タンク５０の下部には、蓄冷タンク５０内に追加給水するための給水配管が接続され、蓄冷タンク５０の上部には、蓄冷タンク５０内に蓄えられた冷水を供給するための給水配管が接続されている。なお、第３二次冷媒回路は、給水タンク５０内の冷水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、第３二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。
【００２６】
なお、本実施例のように第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを直列に設け、第１ガスクーラー１２Ａを給湯用に利用する場合には、この第１ガスクーラー１２Ａでの導入側二次冷媒温度は１０度、導出側二次冷媒温度は９０度程度で利用し、第２ガスクーラー１２Ｂを暖房用に利用する場合には、この第２ガスクーラー１２Ｂでの導入側二次冷媒温度は３０度、導出側二次冷媒温度は４０度程度で利用される。また、第１蒸発器１４Ａを蓄冷用に利用する場合には、この第１蒸発器１４Ａでの導入側二次冷媒温度は１０度、導出側二次冷媒温度は０度程度で利用される。
また、第１循環ポンプ１６Ａ、第２循環ポンプ１６Ｂ、及び第３循環ポンプ１６Ｃは、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御するが、いずれかを単独運転することもできる。
【００２７】
本実施例によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂを備え、第１ガスクーラー１２Ａを給湯用に、第２ガスクーラー１２Ｂを利用側ユニットに利用するとともに、第１蒸発器１４Ａを蓄冷用にそれぞれ利用することで、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。また一次冷媒回路中の膨張弁１３を複数設けることなくサイクル制御が可能である。
【００２８】
図９はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、上記実施例と同様に、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けたものである。
本実施例のように、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けることで、利用側ユニットでも高温の熱を利用することができる。
なお図示の膨張弁１３に代えて、第１ガスクーラー１２Ａの出口側の冷媒配管１５に第１膨張弁を、第２ガスクーラー１２Ｂの出口側の冷媒配管１５に第２膨張弁を設けてもよい。このように、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとの双方に膨張弁を備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
【００２９】
図１０はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、利用側循環水の熱源として給湯タンク４０内の温水を利用した熱交換器６１を備えている。なお図示はしないが、熱交換器６１は、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とを備えており、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とは、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。
三次冷媒回路は、この熱交換器６１の三次冷媒用配管と循環ポンプ６２を配管６３により接続して構成され、この配管６３によって給湯タンク４０と接続されている。循環ポンプ６２は、給湯タンク４０に蓄えられた温水を熱交換器６１に導出する。従って、この循環ポンプ６２によって三次冷媒回路内を温水が循環する。なお、三次冷媒回路は、給湯タンク４０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、三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。
熱交換器６１は、循環ポンプ６４とともに配管６５により接続されて四次冷媒回路を構成している。この四次冷媒回路は、配管６５によって利用側ユニット３０と接続されている。循環ポンプ６４は、熱交換器６１で加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この循環ポンプ６４によって四次冷媒回路内を水が循環する。
【００３０】
なお、ガスクーラー１２は、循環ポンプ１６とともに配管１７により接続されて二次冷媒回路を構成している。この二次冷媒回路は、配管１７によって給湯タンク４０と接続されている。図中に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２で加熱され、循環ポンプ１６を介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。
また、循環ポンプ１６、６２、６４は、上記実施例と同様に図示しない制御装置によって循環量を制御することができる。
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を一旦給湯タンク４０に蓄積し、利用側循環水の熱源として給湯タンク内の給湯水を利用することで、例えば深夜電力利用で蓄えた給湯水を熱源として、昼間に暖房ユニットを運転することができるため、暖房ユニットなどを低ランニングコストで運転することができる。
【００３１】
図１１はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、図１０に示す実施例において、図２に示す実施例で説明したように、ガスクーラーとして第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを備え、第１ガスクーラー１２Ａと第２ガスクーラー１２Ｂとを並列に設けたものである。
すなわち、第２ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂにより接続されて第２二次冷媒回路を構成し、この第２二次冷媒回路は、第２配管１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。従って、利用側ユニット３０は、四次冷媒回路と第２二次冷媒回路とを切り換えて、又は同時に使用することができる。
本実施例によれば、利用側ユニット３０に、給湯タンクの温水とヒートポンプサイクルの放熱とを切り換えて、又は同時に使用することができ、給湯タンクの容量を低減することができるとともに、利用側ユニット３０の暖房利用時のＣＯＰを向上させ、高温での利用や長時間暖房が可能となる。
【００３２】
図１２はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、室外ユニット１０と室内ユニット３１と蓄冷タンク５０から構成される。室外ユニット１０は一次冷媒回路と二次冷媒回路を備えている。
一次冷媒回路は、圧縮機１１、室外熱交換器２１、第１膨張弁１３Ａ、熱交換器２２、第２膨張弁１３Ｂ、室内熱交換器３１を順次冷媒配管１５により接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用している。圧縮機１１は、室内熱交換器３１で蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、室外熱交換器２１での放熱によっても凝縮することはなく、超臨界状態となっている。第１膨張弁１３Ａと第２膨張弁１３Ｂとは、択一的にいずれかを膨張弁として利用し、室外熱交換器２１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。室内熱交換器３１は、第１膨張弁１３Ａ又は第２膨張弁１３Ｂで減圧された冷媒を蒸発させ、室内において冷房として利用される。
【００３３】
熱交換器２２は、第１膨張弁１３Ａを膨張弁として利用する場合には蒸発器として作用し、第２膨張弁１３Ｂを膨張弁として利用する場合にはガスクーラーとして作用する。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。なおガスクーラーとしての運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、熱交換器２２での放熱によっても凝縮することはなく、超臨界状態となっている。
熱交換器２２は、循環ポンプ２３とともに配管２４により接続されて二次冷媒回路を構成している。この二次冷媒回路は、配管２４によって蓄冷タンク５０と接続されている。図に矢印で示すように、蓄冷タンク５０の下部から導出される水は、熱交換器２２で熱交換され、循環ポンプ２３を介して蓄冷タンク５０の上部から流入される。なお、図８の実施例で説明したように、蓄冷タンク５０の下部に、蓄冷タンク５０内に追加給水するための給水配管を接続し、蓄冷タンク５０の上部には、蓄冷タンク５０内に蓄えられた冷水を供給するための給水配管を接続してもよい。また、この二次冷媒回路は、給水タンク５０内の冷水とは分離させ、独立した回路としてもよい。この場合には、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。
【００３４】
本実施例は、例えば夜間など、室内熱交換器３１での冷房負荷が少ないとき、又は冷房運転停止時に、第１膨張弁１３Ａを膨張弁として作用させて冷凍装置を運転する。この状態では熱交換器２２は蒸発器として作用するために、蓄冷タンク５０を用いて蓄冷することができる。
そして、例えば昼間など、室内熱交換器３１での冷房運転時に、第２膨張弁１３Ｂを膨張弁として作用させて運転する。この状態では熱交換器２２はガスクーラーとして作用するために、蓄冷タンク５０内に蓄冷された冷水を利用して熱交換器２２にて放熱を行うことができる。
【００３５】
本実施例の作用を図１３から図１５を用いて以下に説明する。
図１３は本実施例のような熱交換器２２を持たない従来一般の冷凍サイクルにおける冷媒特性図、図１４はガスクーラー出口と蒸発器出口間で熱交換させた場合の冷媒特性図、図１５は本実施例による冷媒特性図である。
例えば、室内温度２７度、室外温度３５度の場合には、室外空気との熱交換ではガスクーラー出口温度は最低でも３５度までしか下がらず、減圧後の蒸発器入口でのエンタルピも下がらない。従って、図１３に示すように、冷房能力が極めて小さくＣＯＰも低くなる。
一方、従来提案されているように、ガスクーラー出口と蒸発器出口間で内部熱交換を行うことで、図１４に示すように減圧後の蒸発器入口エンタルピを下げることができ冷房能力は向上する。しかし、圧縮機吸入ガスの温度上昇により吸入比容積が大きくなるために効率が低下しＣＯＰ向上の効果が小さい。また、吐出温度も高くなり、信頼性が低下するといった課題がある。
本実施例では、図１５に示すように、室外熱交換器２１によって室外空気との熱交換の後、熱交換器２２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は０度近くまで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。
【００３６】
図１６はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、図１２に示す実施例に、ガスクーラーとして作用する第２熱交換器２５と、この第２熱交換器２５を利用した給湯タンク４０を備えている。
第２熱交換器２５は、循環ポンプ２６とともに配管２７により接続されて二次冷媒回路を構成している。この二次冷媒回路は、配管２７によって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、第２熱交換器２５で加熱され、循環ポンプ２６を介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、この二次冷媒回路は、給湯タンク４０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、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。
本実施例においても、例えば夜間など、室内熱交換器３１での冷房負荷が少ないとき、又は冷房運転停止時に、第１膨張弁１３Ａを膨張弁として作用させて冷凍装置を運転する。この状態では熱交換器２２は蒸発器として作用するために、蓄冷タンク５０内に蓄冷することができる。
そして、例えば昼間など、室内熱交換器３１での冷房運転時に、第２膨張弁１３Ｂを膨張弁として作用させて運転する。この状態では熱交換器２２はガスクーラーとして作用するために、蓄冷タンク５０内に蓄冷された冷水を利用して熱交換器２２にて放熱を行うことができる。
また本実施例によれば、熱交換器２５を利用して、第１膨張弁１３Ａ、第２膨張弁１３Ｂのいずれを膨張弁として作用させる運転状態でも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。
【００３７】
図１７はさらに他の実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、図１６に示す実施例に、四方弁１８と第３膨張弁１３Ｃを追加したものである。ここで四方弁１８は、圧縮機１１の吐出側配管と吸入側配管とを切り換える位置に配置して、室内熱交換器３１において冷房と暖房を可能にする。また第３膨張弁１３Ｃは、室外熱交換器２１と熱交換器２５との間に配置する。
【００３８】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など室内熱交換器３１で冷房運転を行う場合には、四方弁１８を実線方向に切り換え、室内熱交換器３１を蒸発器として作用させる。
例えば夜間など、室内熱交換器３１での冷房負荷が少ないとき、又は冷房運転停止時に、第１膨張弁１３Ａを膨張弁として作用させて冷凍装置を運転する。この状態では熱交換器２２は蒸発器として作用するために、蓄冷タンク５０内に蓄冷することができる。また熱交換器２５はガスクーラーとして機能するために給湯タンク４０に蓄熱することができる。
そして、例えば昼間など、室内熱交換器３１での冷房運転時に、第２膨張弁１３Ｂを膨張弁として作用させて運転する。この状態では熱交換器２２はガスクーラーとして作用するために、蓄冷タンク５０内に蓄冷された冷水を利用して熱交換器２２にて放熱を行うことができる。またこの状態においても、熱交換器２５はガスクーラーとして機能するために給湯タンク４０に蓄熱することができる。
冬期など室内熱交換器３１で暖房運転を行う場合には、四方弁１８を波線方向に切り換え、室内熱交換器３１をガスクーラーとして作用させる。
そして、例えば昼間など、室内熱交換器３１での暖房運転時に、第３膨張弁１３Ｃを膨張弁として作用させて運転する。この状態では室内熱交換器３１はガスクーラーとして作用するために、暖房運転を行うことができる。
また、例えば夜間など、室内熱交換器３１での暖房運転停止時に、第３膨張弁１３Ｃを膨張弁として作用させて冷凍装置を運転する。この状態では熱交換器２２と熱交換器２５はガスクーラーとして作用するために、蓄冷タンク５０と給湯タンク４０内に蓄熱することができる。なお、暖房運転停止時には室内熱交換器３１をバイパスさせる回路を有することが好ましい。
なお、図１２、図１６に示す実施例においても、図１７に示す実施例のように圧縮機１１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、四方弁を切り換えて室外熱交換器２１を蒸発器として利用する場合に、蓄冷タンク５０を温熱タンクとして用い、この温熱タンク内の温水を給湯又は暖房に用いることもできる。
また上記実施例において、利用側ユニット３０に接続された二次冷媒回路内の二次冷媒としてブラインを用いることが好ましい。
【００３９】
以下本発明の他の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。
図１８は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、室外側熱交換器２、膨張弁１３、室内側熱交換器３１を順次冷媒配管１５により接続し、圧縮機１１から室外側熱交換器２に至る冷媒配管１５に設けた第１の開閉弁４と、この第１の開閉弁４と並列に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａと、第１の開閉弁４と並列に設けたガスクーラー（暖房用熱交換器）１２Ｂと、給湯用熱交換器１２Ａ及び暖房用熱交換器１２Ｂの出口側の冷媒配管１５にそれぞれ設けた絞り装置１３Ａ、１３Ｂと、室内側熱交換器３１をバイパスさせるバイパス配管に設けた第２の開閉弁５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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室内側熱交換器３１で蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａ、１２Ｂは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ、１２Ｂ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。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、ガスクーラー１２Ａ、１２Ｂ及び室外側熱交換器２での放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２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。室内側熱交換器３１は、膨張弁１３で減圧された冷媒を蒸発させる。この冷媒の蒸発により大気中から熱を吸熱するために、図示しないファンを備えている。
【００４０】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
ガスクーラー１２Ｂは、第２循環ポンプ１６Ｂとともに第２配管１７Ｂ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１７Ｂによって利用側ユニット３０と接続されている。第２循環ポンプ１６Ｂは、ガスクーラー１２Ｂで加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｂによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、１６Ｂは、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００４１】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など室内側熱交換器３１で冷房運転を行う場合には、開閉弁５を閉として室内側熱交換器３１を蒸発器として作用させる。
また、冬期など利用側ユニット３０での暖房と給湯タンク４０への蓄熱とを同時に行う必要がある場合には、開閉弁４を閉としてガスクーラー１２Ａ、１２Ｂでの熱交換を行わせる。二つのガスクーラー１２Ａ、１２Ｂの一方だけを利用する場合には、対応する絞り装置１３Ａ、１３Ｂを閉として冷媒の流れを阻止する。また、それぞれのガスクーラー１２Ａ、１２Ｂを流れる冷媒量は、対応する絞り装置１３Ａ、１３Ｂによって調整する。また、これらのガスクーラー１２Ａ、１２Ｂでの利用状況に応じて開閉弁４を開閉することで、これらのガスクーラー１２Ａ、１２Ｂをバイパスさせて冷媒を流す。
室内側熱交換器３１だけを利用し、ガスクーラー１２Ａ、１２Ｂを利用しない場合には、開閉弁４を開、開閉弁５を閉とし、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、室内側熱交換器３１の順に流通させる。特に開閉弁４を開としてガスクーラー１２Ａ、１２Ｂを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
一方、開閉弁５を開として室内側熱交換器３１をバイパスさせる場合には、室外側熱交換器２を蒸発器として機能させる。
【００４２】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラー１２Ａ、１２Ｂ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１２Ａ、１２Ｂの小型化を実現することができる。
また、本実施例によれば、四方弁を用いることなく、開閉弁の操作によって、冷房、暖房、給湯、及び床暖の組合せ運転や、冷房、温水、及び給湯の単独運転も可能となり、例えば冷房と床暖の組合せや暖房と床暖の組合せ運転が可能となることで快適性が向上する。
【００４３】
以下本発明の他の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。
図１９は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、四方弁３、室外側熱交換器２、膨張弁１３、冷暖房用熱交換器３２を順次冷媒配管１５により接続し、圧縮機１１から四方弁３に至る冷媒配管に設けた開閉弁９と、開閉弁９と並列に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａ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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室外側熱交換器２若しくは冷暖房用熱交換器３２、又はガスクーラー１２Ａで蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ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。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器２若しくは冷暖房用熱交換器３２、又はガスクーラー１２Ａでの放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２又は冷暖房用熱交換器３２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。
【００４４】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
冷暖房用熱交換器３２は、第２循環ポンプ１６Ｃとともに第２配管１７Ｃ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１７Ｃによって利用側ユニット３０Ｂと接続されている。第２循環ポンプ１６Ｃは、冷暖房用熱交換器３２で加熱された温水又は冷却された冷水を利用側ユニット３０Ｂに導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｃによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。利用側ユニット３０Ｂとしては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニット、冷房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、１６Ｃは、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００４５】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など冷暖房用熱交換器３２で冷房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、冷暖房用熱交換器３２の順に流通させる。特に開閉弁９を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によってエネルギーを回収することが好ましい。
また、冬期など利用側ユニット３０Ｂでの暖房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、冷暖房用熱交換器３２、膨張弁６又は膨張機１３、室外側熱交換器２の順に流通させる。特に開閉弁９を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
給湯タンク４０への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、開閉弁９を閉としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。
【００４６】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０Ｂに循環させることにより、室内暖房、浴室内乾燥、及び室内冷房に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０Ｂとして蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、冷暖房用熱交換器３２やガスクーラー１２Ａの一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としての冷暖房用熱交換器３２及びガスクーラー１２Ａの小型化を実現することができる。
【００４７】
以下本発明の他の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。
図２０は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、四方弁３、室外側熱交換器２、膨張弁１３、冷暖房用熱交換器３２を順次冷媒配管１５により接続し、四方弁３と室外側熱交換器２とをバイパスさせる冷媒配管と、この冷媒配管に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａ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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室外側熱交換器２若しくは冷暖房用熱交換器３２、又はガスクーラー１２Ａで蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ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。なお通常運転時では、冷媒は圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器２若しくは冷暖房用熱交換器３２、又はガスクーラー１２Ａでの放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２又は冷暖房用熱交換器３２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。
【００４８】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
冷暖房用熱交換器３２は、第２循環ポンプ１６Ｃとともに第２配管１７Ｃ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１７Ｃによって利用側ユニット３０Ｂと接続されている。第２循環ポンプ１６Ｃは、冷暖房用熱交換器３２で加熱された温水又は冷却された冷水を利用側ユニット３０Ｂに導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｃによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。利用側ユニット３０Ｂとしては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニット、冷房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、１６Ｃは、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００４９】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など冷暖房用熱交換器３２で冷房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、冷暖房用熱交換器３２の順に流通させる。特に絞り装置１３Ａを閉としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
また、冬期など利用側ユニット３０Ｂでの暖房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、冷暖房用熱交換器３２、膨張弁６又は膨張機１３、室外側熱交換器２の順に流通させる。特に絞り装置１３Ａを閉としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
給湯タンク４０への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、絞り装置１３Ａを開としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。
冷暖房用熱交換器３２で冷房運転を行い、ガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる場合には、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａに流通させる。このとき室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａとの冷媒流量の調整は絞り装置１３Ａによって行う。室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａから流出する冷媒は、膨張弁６又は膨張機１３、冷暖房用熱交換器３２の順に流通させる。
冷暖房用熱交換器３２で暖房運転を行い、ガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる場合には、圧縮機１１を吐出した冷媒を、冷暖房用熱交換器３２とガスクーラー１２Ａに流通させる。このとき冷暖房用熱交換器３２とガスクーラー１２Ａとの冷媒流量の調整は、膨張弁６又は膨張機１３と絞り装置１３Ａによって行う。冷暖房用熱交換器３２とガスクーラー１２Ａから流出する冷媒は、室外側熱交換器２を通って圧縮機１１に吸入される。
【００５０】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０Ｂに循環させることにより、室内暖房、浴室内乾燥、及び室内冷房に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、冷暖房用熱交換器３２の一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としての冷暖房用熱交換器３２の小型化を実現することができる。
【００５１】
以下本発明の他の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。
図２１は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、室外側熱交換器２、膨張弁１３、室内側熱交換器３１を順次冷媒配管１５により接続し、圧縮機１１から室外側熱交換器２に至る冷媒配管１５に設けた第１の開閉弁４と、この第１の開閉弁４と並列に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａと、給湯用熱交換器１２Ａの出口側の冷媒配管１５に設けた絞り装置１３Ａと、室内側熱交換器３１をバイパスさせるバイパス配管に設けた第２の開閉弁５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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室内側熱交換器３１で蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ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１１で臨界圧力以上に加圧されるので、ガスクーラー１２Ａ及び室外側熱交換器２での放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２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。室内側熱交換器３１は、膨張弁１３で減圧された冷媒を蒸発させる。この冷媒の蒸発により大気中から熱を吸熱するために、図示しないファンを備えている。
【００５２】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
【００５３】
本実施例の冷凍装置は、利用側循環水の熱源として給湯タンク４０内の温水を利用した熱交換器６１を備えている。熱交換器６１は、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とを備えており、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とは、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。
三次冷媒回路は、この熱交換器６１の三次冷媒用配管と循環ポンプ６２を配管６３により接続して構成され、この配管６３によって給湯タンク４０と接続されている。循環ポンプ６２は、給湯タンク４０に蓄えられた温水を熱交換器６１に導出する。従って、この循環ポンプ６２によって三次冷媒回路内を温水が循環する。なお、三次冷媒回路は、給湯タンク４０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、三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。
熱交換器６１は、循環ポンプ６４とともに配管６５により接続されて四次冷媒回路を構成している。この四次冷媒回路は、配管６５によって利用側ユニット３０と接続されている。循環ポンプ６４は、熱交換器６１で加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この循環ポンプ６４によって四次冷媒回路内を水が循環する。
利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、６２、６４は、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００５４】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など室内側熱交換器３１で冷房運転を行う場合には、開閉弁５を閉として室内側熱交換器３１を蒸発器として作用させる。
また、給湯タンク４０への蓄熱を行う場合には、開閉弁４を閉としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。またガスクーラー１２Ａでの利用状況に応じて開閉弁４を開閉することで、ガスクーラー１２Ａをバイパスさせて冷媒を流す。
室内側熱交換器３１だけを利用し、ガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、開閉弁４を開、開閉弁５を閉とし、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、室内側熱交換器３１の順に流通させる。特に開閉弁４を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
一方、開閉弁５を開として室内側熱交換器３１をバイパスさせる場合には、室外側熱交換器２を蒸発器として機能させる。
【００５５】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラー１２Ａ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１２Ａの小型化を実現することができる。
また、本実施例によれば、四方弁を用いることなく、開閉弁の操作によって、冷房、暖房、給湯、及び床暖の組合せ運転や、冷房、温水、及び給湯の単独運転も可能となり、例えば冷房と床暖の組合せや暖房と床暖の組合せ運転が可能となることで快適性が向上する。
【００５６】
以下本発明の他の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。
図２２は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、室外側熱交換器２、膨張弁１３、冷房用熱交換器３３を順次冷媒配管１５により接続し、圧縮機１１から室外側熱交換器２に至る冷媒配管１５に設けた第１の開閉弁４と、この第１の開閉弁４と並列に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａと、給湯用熱交換器１２Ａの出口側の冷媒配管１５に設けた絞り装置１３Ａと、冷房用熱交換器３３をバイパスさせるバイパス配管に設けた第２の開閉弁５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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、冷房用熱交換器３３で蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ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１１で臨界圧力以上に加圧されるので、ガスクーラー１２Ａ及び室外側熱交換器２での放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２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。冷房用熱交換器３３は、膨張弁１３で減圧された冷媒を蒸発させる。この冷媒の蒸発により大気中から熱を吸熱するために、図示しないファンを備えている。
【００５７】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
【００５８】
本実施例の冷凍装置は、利用側循環水の熱源として給湯タンク４０内の温水を利用した熱交換器６１を備えている。熱交換器６１は、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とを備えており、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とは、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。
三次冷媒回路は、この熱交換器６１の三次冷媒用配管と循環ポンプ６２を配管６３により接続して構成され、この配管６３によって給湯タンク４０と接続されている。循環ポンプ６２は、給湯タンク４０に蓄えられた温水を熱交換器６１に導出する。従って、この循環ポンプ６２によって三次冷媒回路内を温水が循環する。なお、三次冷媒回路は、給湯タンク４０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、三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。
熱交換器６１は、循環ポンプ６４とともに配管６５により接続されて四次冷媒回路を構成している。この四次冷媒回路は、配管６５によって利用側ユニット３０と接続されている。循環ポンプ６４は、熱交換器６１で加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この循環ポンプ６４によって四次冷媒回路内を水が循環する。
利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。
冷房用熱交換器３３は、第２循環ポンプ１６Ｃとともに第２配管１７Ｃ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１７Ｃによって利用側ユニット３０Ｃと接続されている。第２循環ポンプ１６Ｃは、冷房用熱交換器３３で冷却された冷水を利用側ユニット３０Ｃに導出する。従って、この第２循環ポンプ１６Ｃによって第２二次冷媒回路内を水が循環する。
利用側ユニット３０Ｃとしては、例えば室内で利用される冷房ユニットがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、１６Ｃ、６２、６４は、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００５９】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など冷房用熱交換器３３で冷房運転を行う場合には、開閉弁５を閉として冷房用熱交換器３３を蒸発器として作用させる。
また、給湯タンク４０への蓄熱を行う場合には、開閉弁４を閉としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。またガスクーラー１２Ａでの利用状況に応じて開閉弁４を開閉することで、ガスクーラー１２Ａをバイパスさせて冷媒を流す。
冷房用熱交換器３３だけを利用し、ガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、開閉弁４を開、開閉弁５を閉とし、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、冷房用熱交換器３３の順に流通させる。特に開閉弁４を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
一方、開閉弁５を開として室内側熱交換器３１をバイパスさせる場合には、室外側熱交換器２を蒸発器として機能させる。
【００６０】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するとともに、冷房用熱交換器３３で冷却水を生成し、この冷却水を利用側ユニット３０Ｃに循環させることにより、室内冷房に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラー１２Ａ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１２Ａの小型化を実現することができる。
また、本実施例によれば、四方弁を用いることなく、開閉弁の操作によって、冷房、暖房、給湯、及び床暖の組合せ運転や、冷房、温水、及び給湯の単独運転も可能となり、例えば冷房と床暖の組合せや暖房と床暖の組合せ運転が可能となることで快適性が向上する。
【００６１】
以下本発明の他の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。
図２３は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、四方弁３、室外側熱交換器２、膨張弁１３、室内側熱交換器３１を順次冷媒配管１５により接続し、圧縮機１１から四方弁３に至る冷媒配管に設けた開閉弁９と、開閉弁９と並列に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａ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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室外側熱交換器２若しくは室内側熱交換器３１、又はガスクーラー１２Ａで蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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、ガスクーラー１２Ａ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１１で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器２若しくは室内側熱交換器３１、又はガスクーラー１２Ａでの放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２又は室内側熱交換器３１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。
【００６２】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。
本実施例の冷凍装置は、利用側循環水の熱源として給湯タンク４０内の温水を利用した熱交換器６１を備えている。熱交換器６１は、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とを備えており、三次冷媒用配管と四次冷媒用配管とは、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。
三次冷媒回路は、この熱交換器６１の三次冷媒用配管と循環ポンプ６２を配管６３により接続して構成され、この配管６３によって給湯タンク４０と接続されている。循環ポンプ６２は、給湯タンク４０に蓄えられた温水を熱交換器６１に導出する。従って、この循環ポンプ６２によって三次冷媒回路内を温水が循環する。なお、三次冷媒回路は、給湯タンク４０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、三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。
熱交換器６１は、循環ポンプ６４とともに配管６５により接続されて四次冷媒回路を構成している。この四次冷媒回路は、配管６５によって利用側ユニット３０と接続されている。循環ポンプ６４は、熱交換器６１で加熱された温水を利用側ユニット３０に導出する。従って、この循環ポンプ６４によって四次冷媒回路内を水が循環する。利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、６２、６４は、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００６３】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など室内側熱交換器３１で冷房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、室内側熱交換器３１の順に流通させる。特に開閉弁９を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
また、冬期など室内側熱交換器３１で暖房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室内側熱交換器３１、膨張弁６又は膨張機１３、室外側熱交換器２の順に流通させる。特に開閉弁９を開としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
給湯タンク４０への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、開閉弁９を閉としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。
【００６４】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房や浴室内乾燥に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、冷暖房用熱交換器３２の一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としての冷暖房用熱交換器３２の小型化を実現することができる。
【００６５】
以下本発明の他の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。
図２４は本実施例による冷凍装置の冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍装置は、圧縮機１１、四方弁３、室外側熱交換器２、膨張弁１３、室内側熱交換器３１を順次冷媒配管１５により接続し、四方弁３と室外側熱交換器２とをバイパスさせる冷媒配管と、この冷媒配管に設けたガスクーラー（給湯用熱交換器）１２Ａ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。また、膨張弁１３と並列に膨張機６を設けている。なお、膨張弁１３と膨張機６とはいずれかだけを設けてもよい。
圧縮機１１は、室外側熱交換器２若しくは室内側熱交換器３１、又はガスクーラー１２Ａで蒸発された冷媒を、図示しないアキュムレータを介して吸引し、通常運転時では臨界圧力以上まで圧縮作用を行う。なお、アキュムレータは設けなくてもよい。ガスクーラー１２Ａは、圧縮機１１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。従ってガスクーラー１２Ａ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１１で臨界圧力以上に加圧されるので、室外側熱交換器２若しくは室内側熱交換器３１、又はガスクーラー１２Ａでの放熱によっても凝縮することはなく、ガス状態となっている。膨張弁１３は、室外側熱交換器２又は室内側熱交換器３１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。
【００６６】
ガスクーラー１２Ａは、第１循環ポンプ１６Ａとともに第１配管１７Ａ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１７Ａによって給湯タンク４０と接続されている。図に矢印で示すように、給湯タンク４０の下部から導出される冷水は、ガスクーラー１２Ａで加熱され、第１循環ポンプ１６Ａを介して給湯タンク４０の上部から流入される。また、給湯タンク４０の下部には、給湯タンク４０内に追加給水するための給水配管が接続され、給湯タンク４０の上部には、給湯タンク４０内に蓄えられた給湯用水（温水）を供給するための給湯配管が接続されている。なお、第１二次冷媒回路は、給湯タンク４０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。利用側ユニット３０としては、例えば室内で利用されるファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどがある。なお、循環ポンプ１６Ａ、６２、６４は、図示しない制御装置によって循環量を制御する。
【００６７】
本実施例による運転方法について以下に説明する。
夏期など室内側熱交換器３１で冷房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２、膨張弁６又は膨張機１３、室内側熱交換器３１の順に流通させる。特に絞り装置１３Ａを閉としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
また、冬期など室内側熱交換器３１での暖房運転を行う場合には、四方弁３の切り替えによって、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室内側熱交換器３１、膨張弁６又は膨張機１３、室外側熱交換器２の順に流通させる。特に絞り装置１３Ａを閉としてガスクーラー１２Ａを利用しない場合には、膨張機６によって動力を回収することが好ましい。
給湯タンク４０への蓄熱を同時に行う必要がある場合には、絞り装置１３Ａを開としてガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる。
室内側熱交換器３１で冷房運転を行い、ガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる場合には、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａに流通させる。このとき室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａとの冷媒流量の調整は絞り装置１３Ａによって行う。室外側熱交換器２とガスクーラー１２Ａから流出する冷媒は、膨張弁６又は膨張機１３、室内側熱交換器３１の順に流通させる。
室内側熱交換器３１で暖房運転を行い、ガスクーラー１２Ａでの熱交換を行わせる場合には、圧縮機１１を吐出した冷媒を、室内側熱交換器３１とガスクーラー１２Ａに流通させる。このとき室内側熱交換器３１とガスクーラー１２Ａとの冷媒流量の調整は、膨張弁６又は膨張機１３と絞り装置１３Ａによって行う。室内側熱交換器３１とガスクーラー１２Ａから流出する冷媒は、室外側熱交換器２を通って圧縮機１１に吸入される。
【００６８】
以上のように、本実施例は、一次冷媒回路に二酸化炭素冷媒を利用することで、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を利用側ユニット３０に循環させることにより、室内暖房、浴室内乾燥、及び室内冷房に利用するものである。
そして本実施例によれば、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また、特に利用側ユニット３０として蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。また、圧力損失の小さい二酸化炭素冷媒を利用することで、ガスクーラー１２Ａ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１２Ａの小型化を実現することができる。
なお、図１７までに示す実施例においても、膨張弁と並列に又は膨張弁の代わりに膨張機を設けてもよい。
【００６９】
【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、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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。特に、従来ヒートポンプ暖房では困難であった輻射パネルの利用が可能となる。また、２次冷媒方式により、圧縮機、ガスクーラー、膨張弁、蒸発器を室外ユニット内に配置し、室内側には温水を循環する配管だけを引き入れることによって利用側ユニットを利用でき、また二酸化炭素が室内に漏れることもない。また特に利用側ユニットとして蓄熱床暖房を採用することにより、深夜電力を有効に利用でき、低いランニングコストでの暖房装置を実現することができる。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、ガスクーラーの小型化を実現することができる。
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暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。
また本発明によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーとを備え、第１ガスクーラーと第２ガスクーラーとを並列に設けることで、１台の室外機で給湯と利用側ユニットの同時利用が可能となり、熱の自由な分配が可能となる。
また本発明によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーを直列に設け、第１ガスクーラーと第３ガスクーラーとを給湯用に利用し、第２ガスクーラーを利用側ユニットに利用することで、低温から高温までもれなく利用することができ、性能が向上する。特に利用側ユニットでの利用熱温度が中温域の場合に有効である。
また本発明によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーを備え、第１ガスクーラーと第３ガスクーラーとを給湯用に利用し、第２ガスクーラーを利用側ユニットに利用することで、低温から高温までもれなく利用することができ、性能が向上する。特に利用側ユニットでの利用熱温度が高温域の場合に有効である。
また本発明によれば、ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーを備え、第１ガスクーラーと第３ガスクーラーとを給湯用に利用し、第２ガスクーラーを利用側ユニットに利用することで、特に利用側ユニットでの利用熱温度が、例えば融雪装置のような低温域の場合に有効である。
また本発明によれば、第１ガスクーラー用の第１膨張弁と、第２ガスクーラー用の第２膨張弁とを備えることで、給湯用と利用側ユニット用とで個別の制御が可能となり、特に同時利用時の利用温度制御を最適にコントロールすることができる。
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。
また本発明によれば、第１ガスクーラーと第２ガスクーラーとを並列に設けることで、利用側ユニットでも高温の熱を利用することができ、温水及び冷水の取り出しが可能となる。
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、二次冷媒回路側で高温水を生成し、この高温水を一旦給湯タンクに蓄積し、利用側循環水の熱源として給湯タンク内の給湯水を利用することで、例えば深夜電力利用の給湯水を熱源として利用できるため、暖房ユニットなどを低ランニングコストで運転することができる。
また本発明によれば、利用側ユニットに、給湯タンクの温水とヒートポンプサイクルの放熱とを切り換えて、又は同時に使用することができ、給湯タンクの容量を低減することができるとともに、利用側ユニットの暖房利用時のＣＯＰを向上させ、高温での利用や長時間暖房が可能となる。
また本発明によれば、室外熱交換器によって室外空気との熱交換の後、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。
また本発明によれば、熱交換器を利用して、第１膨張弁、第２膨張弁のいずれを膨張弁として作用させる運転状態でも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。なお、蓄冷タンクを温熱タンクとしても利用でき、この温水を給湯や暖房として利用することができる。
また本発明によれば、室内熱交換器での暖房運転停止時に、第３膨張弁を膨張弁として作用させて冷凍装置を運転することで、二つの熱交換器はガスクーラーとして作用するために、蓄冷タンクと給湯タンク内に蓄熱することができる。
また本発明によれば、利用側ユニットに接続された前記二次冷媒回路内の二次冷媒としてブラインを用いることで、温水を利用する場合よりも効率よく熱を利用することができる。
また本発明によれば、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できるため暖房性能が向上し、高いＣＯＰを実現することができる。また、開閉弁の操作によって、冷房、暖房、給湯、及び床暖の組合せ運転や、冷房、温水、及び給湯の単独運転も可能となり、例えば冷房と床暖の組合せや暖房と床暖の組合せ運転が可能となることで快適性が向上する。また、二酸化炭素冷媒を利用することで、室外側熱交換器の一次冷媒配管を細径化することができるため、水／冷媒熱交としての室外側熱交換器の小型化を実現することができる。
また本発明によれば、特に、従来ヒートポンプ暖房では困難であった輻射パネルの利用が可能となり、また高温風暖房など快適性が向上する。また、従来以上の高温水が得られるため給湯タンクを小型化でき、省エネ効果が高くなる。
また本発明によれば、四方弁を用いることなく上記組合せや単独運転の切り替えを行えるため信頼性が向上する。
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の冷凍サイクル図
【図２】 本発明の他の実施例によ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３】 本発明のさらに他の実施例によ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４】 本発明のさらに他の実施例によ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５】 本発明のさらに他の実施例によ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６】 本発明のさらに他の実施例によ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７】 本発明のさらに他の実施例によ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８】 本発明のさらに他の実施例によ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９】 本発明のさらに他の実施例によ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１０】 本発明のさらに他の実施例によ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１１】 本発明のさらに他の実施例によ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１２】 本発明のさらに他の実施例によ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１３】 従来一般の冷凍サイクルにおける冷媒特性図
【図１４】 ガスクーラー出口と蒸発器出口間で熱交換させた場合の冷媒特性図
【図１５】 図１２に示す本実施例による冷媒特性図
【図１６】 本発明のさらに他の実施例によ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１７】 本発明のさらに他の実施例によ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１８】 本発明のさらに他の実施例によ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１９】 本発明のさらに他の実施例によ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２０】 本発明のさらに他の実施例によ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２１】 本発明のさらに他の実施例によ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２２】 本発明のさらに他の実施例によ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２３】 本発明のさらに他の実施例によ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２４】 本発明のさらに他の実施例によ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】
２ 室外側熱交換器
３ 四方弁
４ 開閉弁
５ 開閉弁
６ 膨張機
９ 開閉弁
１０ 室外ユニット
１１ 圧縮機
１２ ガスクーラー
１３ 膨張弁
１４ 蒸発器
１５ 冷媒配管
１６ 循環ポンプ
１７ 配管
１８ 四方弁
２１ 室外熱交換器
２２ 熱交換器
２３ 循環ポンプ
２４ 配管
２５ 第２熱交換器
２６ 循環ポンプ
２７ 配管
３０ 利用側ユニット
３１ 室内側熱交換器
３２ 冷暖房用熱交換器
３３ 冷房用熱交換器
４０ 給湯タンク
５０ 蓄冷タンク
６１ 熱交換器
６２ 循環ポンプ
６３ 配管
６４ 循環ポンプ

Claims (7)

1. 圧縮機、ガスクーラー、膨張弁、蒸発器を順次冷媒配管により接続して構成された一次冷媒回路と、前記ガスクーラーと循環ポンプを配管により接続して構成され、前記配管によって利用側ユニットと接続された二次冷媒回路とを備え、前記圧縮機、前記ガスクーラー、前記膨張弁及び前記蒸発器を室外ユニットに配設し、前記一次冷媒回路に二酸化炭素を冷媒として用い、前記ガスクーラーで加熱された温水を、前記二次冷媒回路を循環させることで、ファンコイルユニット、輻射パネルユニット、浴室用乾燥ユニット、床暖房ユニット、蓄熱床暖房ユニットなどの利用側ユニットの暖房運転を行う冷凍装置であって、
   前記ガスクーラーとして第１ガスクーラーと第２ガスクーラーと第３ガスクーラーとを備え、
   前記第１ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを、第１循環ポンプとともに第１配管により接続して第１二次冷媒回路を構成し、前記第２ガスクーラーを、第２循環ポンプとともに第２配管により接続して第２二次冷媒回路を構成し、前記第１二次冷媒回路を前記第１配管によって給湯タンクと接続し、前記第２二次冷媒回路を前記第２配管によって利用側ユニットと接続し、前記給湯タンクから導出される冷水を前記第３ガスクーラーで加熱した後に前記第１ガスクーラーで加熱する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。
2. 前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを、前記圧縮機の吐出側から順に直列に配置することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
3. 前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーとを並列に、前記第３ガスクーラーを前記第１ガスクーラー及び前記第２ガスクーラーに対して直列に設け、前記第１ガスクーラーと前記第２ガスクーラーとを前記第３ガスクーラーよりも前記圧縮機の吐出側に配置することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
4. 前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーとを並列に、前記第１ガスクーラーを前記第２ガスクーラー及び前記第３ガスクーラーに対して直列に設け、前記第１ガスクーラーを前記第２ガスクーラーと前記第３ガスクーラーよりも前記圧縮機の吐出側に配置することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
5. 前記膨張弁として第１膨張弁と第２膨張弁とを備え、前記第１膨張弁を前記第３ガスクーラーの出口側の冷媒配管に、前記第２膨張弁を前記第２ガスクーラーの出口側の冷媒配管に設けたことを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置。
6. 利用側ユニットに接続された前記二次冷媒回路内の二次冷媒としてブラインを用いることを特徴とする請求項１から請求項５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。
7. 前記膨張弁と並列に又は前記膨張弁の代わりに膨張機を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６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。

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