JP2008025885A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内の暖房と舗装体の融雪を行う暖房運転と、室内の冷房を行う冷房運転とを切換可能にすること。
【解決手段】暖房用中間熱交換器（45）と、融雪用中間熱交換器（40）と、室外熱交換器（26）とが接続された冷媒回路（20）を備えている。融雪用中間熱交換器（40）には、ブラインが融雪用熱交換器（52）との間で循環する融雪用循環路（50）と、ブラインが冷房用の室内熱交換器（65）との間で循環する空調用循環路（60）とが切換可能に接続されている。そして、四路切換弁（22）により、冷媒が暖房用中間熱交換器（45）及び融雪用中間熱交換器（40）で順にブラインへ放熱する冷媒循環と、室外熱交換器（26）で放熱した冷媒が融雪用中間熱交換器（40）でブラインから吸熱する冷媒循環とに切り換わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルによって得られた温熱を利用するヒートポンプ装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、室内の暖房や融雪など複数の機能を有するヒートポンプ装置が従来より知られている。このヒートポンプ装置は、冷媒回路の熱交換器（放熱器）に水やブラインなどの二次流体が循環する回路が接続されている。この循環回路には、上流側から順に、床暖房パネルなどの高温型機器と、融雪パネルなどの低温型機器とが設けられている。冷媒回路では、二酸化炭素などの冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機から吐出された冷媒は、熱交換器（放熱器）で二次流体へ放熱し、二次流体が加熱される。加熱された二次流体は、回路を循環する。つまり、二次流体は、高温型機器および低温型機器で順に放熱し、その温熱が床暖房や融雪に利用される。冷媒回路において、熱交換器（放熱器）から流出した冷媒は、膨張弁で減圧された後、蒸発器で蒸発して圧縮機へ戻る。
特開２００４−１５６８０５号公報

しかしながら、上述した室内の暖房機能や融雪機能を備えたヒートポンプ装置において、室内の冷房ができないという問題があり、冷房機能も兼ね備えた装置の出現が強く望まれていた。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、室内の暖房および融雪動作だけでなく、室内の冷房も可能とするヒートポンプ装置を提供することである。

第１の発明は、冷媒の放熱用熱交換器（45）と、冷媒が外気と熱交換する室外熱交換器（26）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、上記放熱用熱交換器（45）で得られた温熱を利用して室内の暖房を行うヒートポンプ装置を前提としている。そして、上記冷媒回路（20）には、熱媒流体回路（50,60）が接続されてその熱媒流体と冷媒が熱交換する中間熱交換器（40）が設けられている。一方、上記冷媒回路（20）には、熱媒流体回路（50,60）において中間熱交換器（40）で熱交換した熱媒流体の温熱が利用されて舗装体の融雪が行われるように、放熱用熱交換器（45）で放熱した冷媒が中間熱交換器（40）で熱媒流体へ放熱する冷媒循環状態と、熱媒流体回路（50,60）において中間熱交換器（40）で熱交換した熱媒流体の冷熱が利用されて室内の冷房が行われるように、室外熱交換器（26）で放熱した冷媒が中間熱交換器（40）で熱媒流体から吸熱する冷媒循環状態とに切り換えるための経路変更機構（22）が設けられている。

上記の発明では、経路変更機構（22）による冷媒循環状態の切換により、室内の暖房および舗装体の融雪が同時に行われる暖房運転と、室内の冷房が行われる冷房運転とが切り換わる。

暖房運転の場合、冷媒は、放熱用熱交換器（45）で放熱した後、中間熱交換器（40）で熱媒流体回路（50,60）の熱媒流体へ放熱するように冷媒回路（20）を循環する、放熱用熱交換器（25,45）で放出された温熱は、室内の暖房に利用される。中間熱交換器（40）で冷媒から温熱を得た熱媒流体は、熱媒流体回路（50,60）を流れて、その熱媒流体の温熱が舗装体の融雪に利用される。冷房運転の場合、冷媒は、室外熱交換器（26）で放熱した後、中間熱交換器（40）で熱媒流体回路（50,60）の熱媒流体から吸熱するように冷媒回路（20）を循環する。中間熱交換器（40）で吸熱された熱媒流体は、熱媒流体回路（50,60）を流れて、その熱媒流体の冷熱が室内の冷房に利用される。つまり、冷媒の温熱が熱媒流体を介して舗装体の融雪に用いられ、冷媒の冷熱が熱媒流体を介して室内の冷房に用いられる。

第２の発明は、上記第１の発明において、舗装体に埋設され、上記中間熱交換器（40）で冷媒から吸熱した熱媒流体が上記舗装体へ放熱して該舗装体の融雪を行う融雪用熱交換器（52）と、上記中間熱交換器（40）で冷媒へ放熱した熱媒流体が室内空気から吸熱して室内の冷房を行う室内熱交換器（65）と、上記融雪用熱交換器（52）と中間熱交換器（40）の間で熱媒流体が循環する状態と、上記室内熱交換器（65）と中間熱交換器（40）の間で熱媒流体が循環する状態とに切り換える切換機構（61,62）とを備えているものである。

上記の発明では、切換機構（61,62）により、熱媒流体回路（50,60）における熱媒流体の循環経路が暖房運転と冷房運転とで切り換わる。具体的に、暖房運転の場合、中間熱交換器（40）で冷媒から温熱を得た熱媒流体は、融雪用熱交換器（52）へ流れて舗装体へ放熱する。これにより、舗装体が加熱され、舗装体の融雪が行われる。冷房運転の場合、中間熱交換器（40）で冷媒から冷熱を得た熱媒流体は、室内熱交換器（65）へ流れて室内空気から吸熱する。これにより、室内空気が冷却され、室内の冷房が行われる。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記放熱用熱交換器（45）は、冷媒が熱媒流体へ放熱するように構成されている。一方、本発明は、上記放熱用熱交換器（45）で冷媒から吸熱した熱媒流体の温熱により室内を暖房する暖房用部材（72）を有し、該暖房用部材（72）と放熱用熱交換器（45）の間で上記熱媒流体を循環させる暖房用循環路（70）を備えているものである。

上記の発明では、暖房用循環路（70）内を循環する熱媒流体が放熱用熱交換器（45）において冷媒と熱交換する。放熱用熱交換器（45）では、冷媒から熱媒流体へ温熱が付与される。温熱が付与された熱媒流体は、放熱用熱交換器（45）から暖房用部材（72）へ流入し、その暖房用部材（72）を通過する間に放熱する。熱媒流体が放出した温熱は、室内を暖房するために利用される。暖房用部材（72）で放熱した熱媒流体は、放熱用熱交換器（45）へ戻って冷媒により再び加熱される。

第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）は、冷媒として二酸化炭素が用いられ、超臨界冷凍サイクルを行うものである。

上記の発明では、冷媒回路（20）において、二酸化炭素が循環して超臨界冷凍サイクル（臨界温度以上の蒸気圧領域を含む冷凍サイクル）が行われる。つまり、放熱用熱交換器（45）へ流れる超臨界圧力状態の冷媒は、温度が臨界温度以上と高く、通常のいわゆる亜臨界状態の冷媒に比べて高温領域が大きい。したがって、暖房運転の場合、放熱用熱交換器（45）で放熱した冷媒には充分な温熱量が残存するので、中間熱交換器（40）において冷媒から熱媒流体へ充分な温熱量が付与される。これにより、舗装体の融雪が確実に行われる。

本発明によれば、中間熱交換器（40）で冷媒と熱交換した熱媒流体の温熱によって舗装体の融雪が行われるように、冷媒が放熱用熱交換器（45）および中間熱交換器（40）で放熱する冷媒循環と、中間熱交換器（40）で冷媒と熱交換した熱媒流体の冷熱によって室内の冷房が行われるように、冷媒が中間熱交換器（40）で吸熱する冷媒循環とに切り換える冷媒の経路変更機構（22）を設けるようにした。したがって、室内の暖房および舗装体の融雪を行う暖房運転と、室内の冷房を行う冷房運転とを切り換えることができる。よって、室内の暖房機能、舗装体の融雪機能および室内の冷房機能を備えたヒートポンプ装置を提供することができる。

また、第２の発明によれば、熱媒流体回路（50,60）において、中間熱交換器（40）と融雪用熱交換器（52）の間で熱媒流体を循環させる状態と、中間熱交換器（40）と室内熱交換器（65）の間で熱媒流体を循環させる状態とに切り換える切換機構（61,62）を設けるようにした。これにより、暖房運転時の舗装体の融雪動作と、冷房運転時の室内の冷房動作とを確実に切り換えて行うことができる。

また、第４の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを行うように冷媒回路（20）を構成している。ここで、一般に、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置で室内の暖房をする場合、放熱後の冷媒の温度は、せいぜい４０℃程度にまでしか低下しない。このため、温熱として利用できる熱量が少なく、低いＣＯＰ（成績計数）しか得られないという問題があった。それに対し、この発明における暖房運転では、室内を暖房するために放熱した冷媒を更に舗装体の融雪に利用している。融雪を行うための温熱にそれ程高い温度レベルは必要ないため、融雪のために放熱した冷媒の温度は、冷媒の温熱を暖房だけに利用する場合に比べて低温（例えば２０℃程度）となる。したがって、冷媒の圧縮に要するエネルギは増大させずに利用できる温熱の量だけを増大させることができ、高いＣＯＰを得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、本発明に係るヒートポンプ装置により構成された空調・融雪システム（10）である。図１に示すように、本実施形態の空調・融雪システム（10）は、冷媒回路（20）と融雪用循環路（50）と空調用循環路（60）と暖房用循環路（70）とを備えている。また、この空調・融雪システム（10）には、室内ファン（15）と室外ファン（16）とが設けられている。

上記冷媒回路（20）は、二酸化炭素（ＣＯ_２）が冷媒として充填された閉回路である。この冷媒回路（20）では、冷媒として充填された二酸化炭素を循環させることによって冷凍サイクルが行われる。また、この冷媒回路（20）で行われる冷凍サイクルでは、その高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上の値に設定されている。

上記冷媒回路（20）には、圧縮機（21）と、四路切換弁（22）と、室外熱交換器（26）と、膨張弁（23）と、融雪用中間熱交換器（40）と、暖房用中間熱交換器（45）とが設けられている。この冷媒回路（20）において、圧縮機（21）は、吸入側が四路切換弁（22）の第２ポートに接続され、吐出側が暖房用中間熱交換器（45）を介して四路切換弁（22）の第１ポートに接続されている。室外熱交換器（26）は、一端が四路切換弁（22）の第４ポートに接続され、他端が膨張弁（23）の一端に接続されている。この膨張弁（23）の他端は、融雪用中間熱交換器（40）を介して四路切換弁（22）の第３ポートに接続されている。

上記圧縮機（21）は、いわゆる全密閉型に構成されている。この圧縮機（21）は、吸入した冷媒（二酸化炭素）をその臨界圧力以上にまで圧縮して吐出する。四路切換弁（22）は、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。この四路切換弁（22）は、暖房運転と冷房運転を切り換えるために、また暖房運転中の融雪動作とデフロスト動作を切り換えるために冷媒回路（20）での冷媒の流通経路を変更する経路変更機構を構成している。

上記室外熱交換器（26）は、室外空気を冷媒と熱交換させるためのものである。室外ファン（16）は、この室外熱交換器（26）へ室外空気を供給する。膨張弁（23）は、開度可変の電子膨張弁によって構成されている。

上記融雪用中間熱交換器（40）は、１次側通路（41）と２次側通路（42）を備え、１次側通路（41）を流れる流体と２次側通路（42）を流れる流体とを熱交換させるように構成されている。この融雪用中間熱交換器（40）は、１次側通路（41）が冷媒回路（20）に接続されている。つまり、冷媒回路（20）では、膨張弁（23）と四路切換弁（22）の第３ポートとの間に融雪用中間熱交換器（40）の１次側通路（41）が配置されている。

上記暖房用中間熱交換器（45）は、１次側通路（46）と２次側通路（47）を備え、１次側通路（46）を流れる流体と２次側通路（47）を流れる流体とを熱交換させるように構成されている。この暖房用中間熱交換器（45）は、１次側通路（46）が冷媒回路（20）に接続されている。つまり、冷媒回路（20）では、圧縮機（21）の吐出側と四路切換弁（22）の第１ポートとの間に暖房用中間熱交換器（45）の１次側通路（46）が配置されている。そして、暖房用中間熱交換器（45）は、放熱用熱交換器を構成している。

上記融雪用循環路（50）は、不凍液等から成るブラインが熱媒流体として充填された閉回路である。融雪用循環路（50）には、融雪用中間熱交換器（40）と、融雪用ポンプ（51）と、融雪用熱交換器（52）とが設けられている。融雪用循環路（50）では、融雪用中間熱交換器（40）の２次側通路（42）と、融雪用ポンプ（51）と、融雪用熱交換器（52）とが直列に接続されている。融雪用中間熱交換器（40）では、１次側通路（41）の冷媒と２次側通路（42）のブラインとの間で熱交換が行われる。また、融雪用ポンプ（51）の吐出側と融雪用熱交換器（52）との間には、第１開閉弁（61）が設けられている。この第１開閉弁（61）は、電磁弁によって構成されている。

上記融雪用熱交換器（52）は、融雪用部材を構成している。この融雪用熱交換器（52）は、平面内を蛇行する樹脂製または金属製の伝熱管によって形成されている。融雪用熱交換器（52）では、ブラインを流すための流体通路（53）が伝熱管によって形成されている。この融雪用熱交換器（52）は、舗装体の内部に埋設されている。融雪用熱交換器（52）の設置場所としては、住宅やマンション等の玄関や駐車場、あるいは歩道や車道などが例示される。また、舗装体の材質としては、アスファルト、コンクリートおよびモルタル等が例示される。

上記空調用循環路（60）は、ブラインを流通させるための管路であって、一端が融雪用循環路（50）における融雪用ポンプ（51）と第１開閉弁（61）の間に、他端が融雪用熱交換器（52）と融雪用中間熱交換器（40）の間にそれぞれ接続されている。空調用循環路（60）では、一端側から他端側へ向かって順に、第２開閉弁（62）と室内熱交換器（65）とが接続されている。室内熱交換器（65）は、室内空気をブラインと熱交換させるように構成されている。室内ファン（15）は、室内空気を室内熱交換器（65）へ供給する。第２開閉弁（62）は、電磁弁によって構成されている。

上記第１開閉弁（61）および第２開閉弁（62）は、切換機構を構成している。融雪用循環路（50）および空調用循環路（60）では、第１開閉弁（61）および第２開閉弁（62）を操作することによって、融雪用中間熱交換器（40）と融雪用熱交換器（52）の間でブラインが循環する状態と、融雪用中間熱交換器（40）と室内熱交換器（65）の間でブラインが循環する状態とが切り換わる。なお、融雪用循環路（50）と空調用循環路（60）は、本発明に係る熱媒流体回路を構成している。

上記暖房用循環路（70）は、不凍液等から成るブラインが熱媒流体として充填された閉回路である。暖房用循環路（70）には、暖房用中間熱交換器（45）と、暖房用ポンプ（71）と、床暖房用熱交換器（72）とが設けられている。暖房用循環路（70）では、暖房用中間熱交換器（45）の２次側通路（47）と、床暖房用熱交換器（72）と、暖房用ポンプ（71）とが直列に接続されている。暖房用中間熱交換器（45）では、１次側通路（46）の冷媒と２次側通路（47）のブラインとの間で熱交換が行われる。

上記床暖房用熱交換器（72）は、暖房用部材を構成している。この床暖房用熱交換器（72）は、平面内を蛇行する樹脂製の伝熱管によって形成されている。床暖房用熱交換器（72）では、ブラインを流すための流体通路（73）が伝熱管によって形成されている。この床暖房用熱交換器（72）は、住宅等の居室の床下に設置されている。

−運転動作−
上記空調・融雪システム（10）では、暖房運転と冷房運転とが切り換えて行われる。また、暖房運転中には、融雪動作とデフロスト動作が交互に行われる。この空調・融雪システム（10）は、暖房運転において、例えば融雪動作を１時間行う毎に、デフロスト動作を１０分程度行う。なお、ここに示した時間の長さは単なる例示である。また、以下に示す温度等の値も、全て単なる一例である。

〈暖房運転、融雪動作〉
暖房運転の融雪動作中における運転動作について、図１を参照しながら説明する。融雪動作中には、四路切換弁（22）が第１状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。また、第１開閉弁（36）が開放され、第２開閉弁（37）が閉鎖される。

この状態で、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、暖房用中間熱交換器（45）へ流入し、１次側通路（46）を通過する間に２次側通路（47）のブラインへ放熱する。これにより、冷媒の温度が９０℃程度から４０℃程度にまで低下する。暖房用中間熱交換器（45）で放熱した冷媒は、四路切換弁（22）を通って融雪用中間熱交換器（40）へ流入し、１次側通路（41）を通過する間に２次側通路（42）のブラインへ放熱する。これにより、冷媒の温度が４０℃程度から２０℃程度までに低下する。

上記融雪用中間熱交換器（40）で放熱した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧された後に室外熱交換器（26）へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（26）で蒸発した冷媒は、四路切換弁（22）を通って圧縮機（21）へ吸入される。圧縮機（21）は吸入した冷媒を圧縮して再び吐出し、この循環が繰り返される。

上記暖房用循環路（70）では、暖房用ポンプ（71）が運転され、暖房用中間熱交換器（45）と床暖房用熱交換器（72）の間でブラインが循環する。暖房用循環路（70）を流れるブラインは、暖房用中間熱交換器（45）の２次側通路（47）を通過する間に６０℃程度にまで加熱され、その後に床暖房用熱交換器（72）へ送られる。床暖房用熱交換器（72）では、ブラインが居室の床材に対して放熱する。床暖房用熱交換器（72）で放熱したブラインは、暖房用中間熱交換器（45）へ送り返されて再び加熱される。ブラインから床材に付与された温熱は、床面から室内空気へ放熱される。

上記融雪用循環路（50）では、融雪用ポンプ（51）が運転され、融雪用中間熱交換器（40）と融雪用熱交換器（52）の間でブラインが循環する。融雪用循環路（50）を流れるブラインは、融雪用中間熱交換器（40）の２次側通路（42）を通過する間に１５℃程度にまで加熱され、その後に融雪用熱交換器（52）へ送られる。融雪用熱交換器（52）では、ブラインが舗装体に対して放熱する。融雪用熱交換器（52）で放熱したブラインは、融雪用中間熱交換器（40）へ送り返されて再び加熱される。舗装体は、ブラインによって加熱されることで、その温度が５℃程度に保たれる。したがって、舗装体の上に降った雪が融解する。

なお、暖房運転中には、融雪を停止して床暖房用熱交換器（72）による室内の暖房だけを行うことも可能である。この場合は、融雪用ポンプ（51）が停止し、融雪用循環路（50）でブラインが循環しない状態となる。

また、暖房運転中には、融雪を停止し、床暖房用熱交換器（72）だけでなく室内熱交換器（65）も利用して室内を暖房するようにしてもよい。この場合は、第１開閉弁（61）が閉鎖され、第２開閉弁（62）が開放され、暖房用中間熱交換器（45）で加熱されたブラインが空調用循環路（60）を循環する。このブラインは、室内熱交換器（65）へ流入して室内空気へ放熱し、加熱された室内空気が室内へ供給される。この場合には、暖房用ポンプ（71）を停止させて床暖房用熱交換器（72）による暖房を休止し、室内熱交換器（65）だけを利用して室内の暖房を行うようにしてもよい。

〈暖房運転、デフロスト動作〉
デフロスト動作中の運転動作について、図２を参照しながら説明する。デフロスト動作中には、床暖房用熱交換器（72）による室内の暖房と、室外熱交換器（26）の除霜とが並行して行われる。

このデフロスト動作では、四路切換弁（22）が第２状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。また、第１開閉弁（61）が開放され、第２開閉弁（62）が閉鎖される。この状態で、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、暖房用中間熱交換器（45）へ流入し、１次側通路（46）を通過する間に２次側通路（47）のブラインへ放熱する。融雪動作中と同様に、暖房用循環路（70）では、循環するブラインによって温熱が暖房用中間熱交換器（45）から床暖房用熱交換器（72）へ搬送される。暖房用中間熱交換器（45）で放熱した４０℃程度の冷媒は、四路切換弁（22）を通って室外熱交換器（26）へ送られる。室外熱交換器（26）では、融雪動作中に付着した霜が冷媒によって加熱されて融解する。

上記室外熱交換器（26）から流出した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧され、その後に融雪用中間熱交換器（40）へ送られる。融雪用中間熱交換器（40）の１次側通路（41）へ流入した冷媒は、２次側通路（42）を流れるブラインから吸熱して蒸発する。融雪用中間熱交換器（40）で蒸発した冷媒は、四路切換弁（22）を通って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

上記融雪用循環路（50）では、融雪用ポンプ（51）が運転され、融雪用中間熱交換器（40）と融雪用熱交換器（52）の間でブラインが循環する。融雪用循環路（50）を流れるブラインは、融雪用中間熱交換器（40）の２次側通路（42）を通過する間に１次側通路（41）の冷媒へ放熱し、その後に融雪用熱交換器（52）へ送られる。融雪用熱交換器（52）では、ブラインが舗装体から吸熱する。融雪用熱交換器（52）で加熱されたブラインは、融雪用中間熱交換器（40）へ送り返されて再び放熱する。

このように、デフロスト動作では、融雪動作中に舗装体に蓄えられた温熱が冷媒に付与されて、室内の暖房と室外熱交換器（26）の除霜に利用される。上述したように、舗装体は、極めて熱容量の大きな材料で構成されている。一方、デフロスト動作は、比較的短時間に亘って行われるものである。このため、デフロスト動作を行っても舗装体の温度はさほど低下せず、舗装体の温度は０℃よりも高く保たれる。

〈冷房運転〉
冷房運転中の運転動作について、図３を参照しながら説明する。この冷房運転中には、室内熱交換器（65）を用いて室内の冷房が行われる。冷房運転では、四路切換弁（22）が第２状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。また、第１開閉弁（61）が閉鎖され、第２開閉弁（62）が開放される。また、融雪用ポンプ（51）が運転される一方、暖房用ポンプ（71）が停止状態となる。

この状態で、圧縮機（21）から吐出された冷媒は、暖房用中間熱交換器（45）と四路切換弁（22）を順に通過して室外熱交換器（26）へ流入し、室外空気へ放熱する。室外熱交換器（26）で放熱した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧されてから融雪用中間熱交換器（40）へ流入し、１次側通路（41）を流れる間に２次側通路（47）のブラインから吸熱して蒸発する。融雪用中間熱交換器（40）で蒸発した冷媒は、四路切換弁（22）を通過後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。

上記融雪用中間熱交換器（40）で冷却されたブラインは、空調用循環路（60）へ流入して室内熱交換器（65）へ導入される。室内熱交換器（65）へ流入したブラインは、室内空気から吸熱し、その後に融雪用中間熱交換器（40）へ送り返されて冷却される。室内熱交換器（65）で冷却された室内空気は、室内へ供給される。

−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態では、冷媒が暖房用中間熱交換器（45）および融雪用中間熱交換器（40）でブライン（熱媒流体）へ放熱する冷媒循環と、冷媒が融雪用中間熱交換器（40）でブライン（熱媒流体）から吸熱する冷媒循環とに切り換える四路切換弁（22）を設けるようにした。そして、融雪用中間熱交換器（40）で加熱されたブラインは、融雪用熱交換器（52）へ流して舗装体の融雪を行い、融雪用中間熱交換器（40）で冷却されたブラインは、室内熱交換器（65）へ流して室内の冷房を行うようにした。したがって、室内の暖房と舗装体の融雪を行う暖房運転と、室内の冷房を行う冷房運転とを確実に切り換えることができる。よって、室内の暖房機能、舗装体の融雪機能および室内の冷房機能を備えたヒートポンプ装置を提供することができる。

また、本実施形態では、冷媒と舗装体の間における熱の授受をブライン（熱媒流体）を介して行っていることから、融雪用熱交換器（52）にそれ程高い耐圧性を与える必要が無くなり、例えば樹脂製のパイプ等の安価で取扱いの容易な材料で融雪用熱交換器（52）を構成することができる。したがって、本実施形態によれば、融雪用熱交換器（52）の構成を簡素化できると共に、融雪用熱交換器（52）を設置する際の作業工数を削減できる。

また、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを行うように冷媒回路（20）を構成している。ここで、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置で室内の暖房をする場合、放熱後の冷媒の温度は、せいぜい４０℃程度にまでしか低下しない。このため、温熱として利用できる熱量が少なく、低いＣＯＰ（成績計数）しか得られないという問題があった。

それに対し、上記空調・融雪システム（10）における暖房運転の融雪動作では、室内熱交換器（25）で放熱した冷媒を更に融雪のために利用している。融雪を行うための温熱にそれ程高い温度レベルは必要ないため、融雪用熱交換器（52）で放熱した冷媒の温度は、冷媒の温熱を暖房だけに利用する場合に比べて低温（例えば２０℃程度）となる。従って、本実施形態によれば、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置において、圧縮機（21）の消費電力は増大させずに利用できる温熱の量だけを増大させることができ、高いＣＯＰを得ることが可能となる。

また、本実施形態によれば、デフロスト動作中であっても、融雪動作中に舗装体に蓄えられた温熱を利用することにより、室内の暖房が継続して行われる。つまり、室内の暖房を中断せずに室外熱交換器（26）の除霜を行うことが可能となる。したがって、本実施形態によれば、室外熱交換器（26）の除霜に伴う暖房運転の中断を回避することができ、寒冷地においても室内の暖房を中断なく行うことで室内の快適性を向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、暖房用循環路（70）に床暖房用熱交換器（72）を設けているが、室内を暖房するために暖房用循環路（70）に設けられる熱交換器は、床暖房用熱交換器（72）に限定されない。例えば、暖房用循環路（70）にブラインと室内空気を熱交換させる空気熱交換器を設け、ブラインによって加熱された室内空気を室内へ供給することによって室内を暖房するようにしてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、暖房機能と融雪機能を併せ持つヒートポンプ装置として有用である。

実施形態の空調・融雪システムの概略構成と暖房運転の融雪動作中における冷媒およびブラインの流通経路を示す配管系統図である。 実施形態の空調・融雪システムの概略構成と暖房運転のデフロスト動作中における冷媒およびブラインの流通経路を示す配管系統図である。 実施形態の空調・融雪システムの概略構成と冷房運転中における冷媒およびブラインの流通経路を示す配管系統図である。

符号の説明

10 空調・融雪システム（ヒートポンプ装置）
20 冷媒回路
22 四路切換弁（経路変更機構）
26 室外熱交換器
40 融雪用中間熱交換器（中間熱交換器）
45 暖房用中間熱交換器（放熱用熱交換器）
50 融雪用循環路（熱媒流体回路）
52 融雪用熱交換器
60 空調用循環路（熱媒流体回路）
61 第１開閉弁（切換機構）
62 第２開閉弁（切換機構）
65 室内熱交換器
70 暖房用循環路
72 床暖房用熱交換器（暖房用部材）

Claims (4)

1. 冷媒の放熱用熱交換器（45）と、冷媒が外気と熱交換する室外熱交換器（26）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、
   上記放熱用熱交換器（45）で得られた温熱を利用して室内の暖房を行うヒートポンプ装置であって、
   上記冷媒回路（20）には、熱媒流体回路（50,60）が接続されてその熱媒流体と冷媒が熱交換する中間熱交換器（40）が設けられる一方、
   上記冷媒回路（20）には、熱媒流体回路（50,60）において中間熱交換器（40）で熱交換した熱媒流体の温熱が利用されて舗装体の融雪が行われるように、放熱用熱交換器（45）で放熱した冷媒が中間熱交換器（40）で熱媒流体へ放熱する冷媒循環状態と、熱媒流体回路（50,60）において中間熱交換器（40）で熱交換した熱媒流体の冷熱が利用されて室内の冷房が行われるように、室外熱交換器（26）で放熱した冷媒が中間熱交換器（40）で熱媒流体から吸熱する冷媒循環状態とに切り換えるための経路変更機構（22）が設けられている
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 請求項１において、
   舗装体に埋設され、上記中間熱交換器（40）で冷媒から吸熱した熱媒流体が上記舗装体へ放熱して該舗装体の融雪を行う融雪用熱交換器（52）と、
   上記中間熱交換器（40）で冷媒へ放熱した熱媒流体が室内空気から吸熱して室内の冷房を行う室内熱交換器（65）と、
   上記融雪用熱交換器（52）と中間熱交換器（40）の間で熱媒流体が循環する状態と、上記室内熱交換器（65）と中間熱交換器（40）の間で熱媒流体が循環する状態とに切り換える切換機構（61,62）とを備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
3. 請求項１において、
   上記放熱用熱交換器（45）は、冷媒が熱媒流体へ放熱するように構成される一方、
   上記放熱用熱交換器（45）で冷媒から吸熱した熱媒流体の温熱により室内を暖房する暖房用部材（72）を有し、該暖房用部材（72）と放熱用熱交換器（45）の間で上記熱媒流体を循環させる暖房用循環路（70）を備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   上記冷媒回路（20）は、冷媒として二酸化炭素が用いられ、超臨界冷凍サイクルを行うものである
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
   

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