(57)【要約】【課題】圧縮に最適な状態の冷媒を低段側圧縮機、及び高段側圧縮機に導入し、効率の良い運転が可能なヒートポンプ、及びヒートポンプの制御方法を提供する。【解決手段】高段側圧縮機４からの冷媒を凝縮器５へ導入させ、かつ、蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３に導入させる第一経路と、高段側圧縮機４からの冷媒を蒸発器７に導入させ、かつ、凝縮器５からの冷媒を低段側圧縮機３に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁１１と、四方切換弁１１を経由せずに蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３に導入可能とするか、又は、四方切換弁１１及び低段側圧縮機３を経由せずに高段側圧縮機４に導入可能とするバイパス流路１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
を備えるヒートポンプ。
【請求項２】
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁及び前記四方切換弁を動作させる制御部と、
をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項３】
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有する請求項２に記載のヒートポンプ。
【請求項４】
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路を備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備える請求項３に記載のヒートポンプ。
【請求項５】
前記制御部は、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、かつ前記第一弁、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記バイパス流路を閉塞することで、前記逆止弁を介して前記高段側圧縮機からの冷媒を前記第二熱交換器に導入させる請求項４に記載のヒートポンプ。
【請求項６】
前記凝縮器と前記膨張部との間に弁装置をさらに備え、
前記制御部は、前記弁装置を動作させることで前記凝縮器から前記膨張部への冷媒の流れを停止させ、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、前記第一弁を動作させて前記第一熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記第一熱交高段バイパス部、前記第二熱交低段バイパス部、及び前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項４に記載のヒートポンプ。
【請求項７】
前記膨張部は、
前記凝縮器と前記第一熱交換器との間で該第一熱交換器の入口に設けられた第一膨張弁と、
前記第一膨張弁と並列に配置され、前記凝縮器と前記第二熱交換器との間で該第二熱交換器の入口に設けられた第二膨張弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記第二膨張弁との間と、前記低段側圧縮機の入口とを連通可能に設けられたホットガス回路と、
前記ホットガス回路に設けられた第五弁と、
前記ホットガス回路に設けられて前記第二熱交換器の入口から前記低段側圧縮機の入口へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第二膨張弁を動作させて前記凝縮器から前記第二膨張弁への冷媒の流れを停止させ、かつ前記第五弁を動作させて前記ホットガス回路を開放することで、前記逆止弁を介して前記第二熱交換器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる請求項５に記載のヒートポンプ。
【請求項８】
前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項４から７のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項９】
前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放する請求項４から８のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する請求項４から９のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項１１】
冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞するヒートポンプの制御方法。
【請求項１２】
冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放するヒートポンプの制御方法。
【請求項１３】
冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、
前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、
前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び前記低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記蒸発器は、
冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、
前記第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、
を有し、
前記バイパス流路は、
前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、
前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と、
前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、
を有し、
前記開閉弁は、
第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、
前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、
前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、
前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、
を有し、
前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路をさらに備え、
前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、
前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えるヒートポンプの制御方法であって、
前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、
前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞するヒートポンプの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路が設けられたヒートポンプ、及びヒートポンプの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷媒が圧縮と膨張を繰り返して循環する冷媒回路が設けられた冷凍サイクル、即ちヒートポンプが知られている。このようなヒートポンプでは、例えば特許文献１に記載されているように冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、低段側圧縮機から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機とによって、冷媒を二段圧縮する場合がある。
【０００３】
そしてこのようなヒートポンプには、低段側圧縮機の上流側で冷媒を蒸発させる蒸発器が設けられている。蒸発器は、例えば冷媒と、水や空気等の熱媒体との間で熱交換を行なう熱交換器である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９０１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで特許文献１のヒートポンプでは、蒸発器からの冷媒は低段側圧縮機へ導入され、その後に高段側圧縮機に導入されるようになっている。
しかしながら、蒸発器での熱交換量は必ずしも一定ではなく、環境要因等で変動する可能性がある。このため熱交換器から低段側圧縮機に導入される冷媒の温度は一定ではなく、低段側圧縮機に導入される冷媒が、低段側圧縮機での圧縮に最適な状態とはならず、ヒートポンプ全体として効率のよい運転を行うことができない場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、圧縮に最適な状態の冷媒を低段側圧縮機、及び高段側圧縮機に導入し、効率の良い運転が可能なヒートポンプ、及びヒートポンプの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様に係るヒートポンプは、冷媒を圧縮する低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機からの冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、前記高段側圧縮機からの冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒を減圧させる膨張部と、前記膨張部に接続されて、前記膨張部からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記凝縮器へ導入させ、かつ、前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第一経路と、前記高段側圧縮機からの冷媒を前記蒸発器に導入させ、かつ、前記凝縮器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させる第二経路とを選択可能な四方切換弁と、前記四方切換弁を経由せずに前記蒸発器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入可能とするか、又は、前記四方切換弁及び低段側圧縮機を経由せずに前記高段側圧縮機に導入可能とするバイパス流路と、を備えている。
【０００８】
蒸発器では熱交換量が変動して冷媒の温度が変化することで、低段側圧縮機及び高段側圧縮機に向かう冷媒の状態がこれら低段側圧縮機及び高段側圧縮機での圧縮に最適な状態ではなくなってしまう場合がある。ここで本態様では、バイパス流路を設けたことで蒸発器からの冷媒を低段側圧縮機へ導入するだけでなく、低段側圧縮機をバイパスして直接高段側圧縮機へ冷媒を導入させることができる。よって、蒸発器から流出した冷媒の状態に応じて、最適な圧縮が可能な圧縮機へ冷媒の経路を切換えることができる。
さらに四方切換弁を経由せずに蒸発器からの冷媒を低段側圧縮機、又は、直接に高段側圧縮機に導入可能となっている。よって四方切換弁を有して冷媒の流通経路を変更可能なヒートポンプであっても、容易に、蒸発器からの冷媒を最適な圧縮が可能な圧縮機へ導入可能とするように、バイパス流路の追設等が可能である。
【０００９】
また上記のヒートポンプは、前記バイパス流路に設けられて該バイパス流路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁及び前記四方切換弁を動作させる制御部と、をさらに備えていてもよい。
【００１０】
制御部を備えることで、蒸発器から流出した冷媒の状態に応じて、最適な圧縮が可能な圧縮機へ冷媒を導入するように、冷媒の経路を自動的に切換えることができる。
【００１１】
また上記のヒートポンプでは、前記蒸発器は、冷媒と第一熱媒体との間で熱交換を行なう第一熱交換器と、第一熱交換器と並列に設けられ、冷媒と第二熱媒体との間で熱交換を行なう第二熱交換器と、を有し、前記バイパス流路は、前記第一熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第一熱交低段バイパス部と、前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第一熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第一熱交高段バイパス部と、前記第二熱交換器と前記低段側圧縮機とを接続する第二熱交低段バイパス部と前記低段側圧縮機を経由せずに、前記第二熱交換器と前記高段側圧縮機とを接続する第二熱交高段バイパス部と、を有し、前記開閉弁は、第一熱交低段バイパス部に設けられた第一弁と、前記第一熱交高段バイパス部に設けられた第二弁と、前記第二熱交低段バイパス部に設けられた第三弁と、前記第二熱交高段バイパス部に設けられた第四弁と、を有していてもよい。
【００１２】
バイパス流路が、第一熱交換器及び第二熱交換器と各々の圧縮機との間を接続する各バイパス部を有しているため、第一熱交換器及び第二熱交換器から、いずれの圧縮機へも冷媒を直接に導入可能となる。従って、冷媒の様々な状態に応じてより最適な冷媒の圧縮が可能となる。
【００１３】
また上記のヒートポンプは、前記第二熱交換器と前記四方切換弁との間を接続する流路を備え、前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部は、前記流路から分岐するように設けられ、前記流路からの前記第二熱交低段バイパス部及び前記第二熱交高段バイパス部の分岐位置よりも、前記流路における前記四方切換弁側に設けられ、該四方切換弁から前記第二熱交換器へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えていてもよい。
【００１４】
このような逆止弁によって、第二熱交換器から四方切換弁を経由せずにバイパス流路を経由して冷媒を各圧縮機へ導入する際に、第二熱交換器からの全ての冷媒がバイパス流路に流れるようにできる。従って、バイパス流路を十分に機能させることができる。
【００１５】
また上記のヒートポンプでは、前記制御部は、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、かつ前記第一弁、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記バイパス流路を閉塞することで、前記逆止弁を介して前記高段側圧縮機からの冷媒を前記第二熱交換器に導入させてもよい。
【００１６】
このようなヒートポンプでは、高段側圧縮機からの冷媒を第二熱交換器に導入させることで、第二熱交換器に付着した霜を取り除くデフロスト運転が可能となる。さらに、このデフロスト運転では、凝縮器で冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させた後に、低段側圧縮機及び高段側圧縮機で冷媒を圧縮し、その後、高温高圧の冷媒を第二熱交換器に導入することができる。従って、第二熱交換器において効果的に短時間でのデフロストが可能となる。この結果、第二熱交換器を広い運転範囲で使用することが可能となる。
【００１７】
また上記のヒートポンプでは、前記凝縮器と前記膨張部との間に弁装置をさらに備え、前記制御部は、 前記弁装置を動作させることで前記凝縮器から前記膨張部への冷媒の流れを停止させ、前記四方切換弁に前記第二経路を選択させ、前記第一弁を動作させることによって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第二弁、前記第三弁、及び前記第四弁を動作させて前記第一熱交高段バイパス部、前記第二熱交低段バイパス部、及び前記第二熱交高段バイパス部を閉塞してもよい。
【００１８】
このようなヒートポンプでは、高段側圧縮機からの冷媒を第二熱交換器に導入させることで、第二熱交換器に付着した霜を取り除くデフロスト運転が可能となる。さらに、このデフロスト運転では、第一弁によって第一熱交低段バイパス部を開放することで、第一熱交換器で冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させた後に、低段側圧縮機及び高段側圧縮機で冷媒を圧縮し、その後、高温高圧の冷媒を第二熱交換器に導入することができる。従って、第二熱交換器において、効果的に短時間でのデフロストが可能となる。この結果、第二熱交換器を広い運転範囲で使用することが可能となる。
【００１９】
また上記のヒートポンプでは、前記膨張部は、前記凝縮器と前記第一熱交換器との間で該第一熱交換器の入口に設けられた第一膨張弁と、前記第一膨張弁と並列に配置され、前記凝縮器と前記第二熱交換器との間で該第二熱交換器の入口に設けられた第二膨張弁と、を有し、前記第二熱交換器と前記第二膨張弁との間と、前記低段側圧縮機の入口とを連通可能に設けられたホットガス回路と、前記ホットガス回路に設けられた第五弁と、前記ホットガス回路に設けられて前記第二熱交換器の入口から前記低段側圧縮機の入口へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁と、をさらに備え、前記制御部は、前記第二膨張弁を動作させて前記凝縮器から前記第二膨張弁への冷媒の流れを停止させ、かつ前記第五弁を動作させて前記ホットガス回路を開放することで、前記逆止弁を介して前記第二熱交換器からの冷媒を前記低段側圧縮機に導入させてもよい。
【００２０】
このような構成により、制御部によっていわゆるホットガス運転を行うことができる。ホットガス運転を行うことで、冷媒が凝縮器を経由せずに、第二熱交換器と低段側圧縮機及び高段側圧縮機との間を循環することが可能となる。
【００２１】
また上記のヒートポンプでは、前記制御部は、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞してもよい。
【００２２】
このような構成によれば、第一熱交換器から流出する冷媒の温度が第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、第一熱交換器からの冷媒を低段側圧縮機に導入させ、かつ、第二熱交換器からの冷媒を直接に高段側圧縮機に導入させることができる。さらに、第一熱交換器から流出する冷媒の温度が第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、第一熱交換器からの冷媒を直接に高段側圧縮機に導入させ、かつ、第二熱交換器からの冷媒を低段側圧縮機に導入させることができる。即ち、第一熱交換器からの冷媒と第二熱交換器からの冷媒の各々の冷媒を、低段側圧縮機、及び高段側圧縮機のうちの圧縮に適した圧縮機へ導入できる。
【００２３】
また上記のヒートポンプでは、前記制御部は、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放してもよい。
【００２４】
このような構成によれば、凝縮器から流出する冷媒の温度と、第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には第一熱交換器からの冷媒を直接に高段側圧縮機に導入させ、かつ、第二熱交換器からの冷媒を直接に高段側圧縮機に導入させることができる。即ち、第一熱交換器からの冷媒と第二熱交換器からの冷媒の各々の冷媒を、低段側圧縮機、及び高段側圧縮機のうちの圧縮に適した圧縮機へ導入できる。
【００２５】
また上記のヒートポンプでは、前記制御部は、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞してもよい。
【００２６】
このような構成によれば、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、第一熱交換器からの冷媒を低段側圧縮機に導入させ、かつ、第二熱交換器からの冷媒を低段側圧縮機に導入させることができる。即ち、第一熱交換器からの冷媒と第二熱交換器からの冷媒の各々の冷媒を、低段側圧縮機、及び高段側圧縮機のうちの圧縮に適した圧縮機へ導入できる。
【００２７】
本発明の第二の態様に係るヒートポンプの制御方法では、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも小さい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放し、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度が前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度よりも大きい場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する。
【００２８】
また、本発明の第三の態様に係るヒートポンプの制御方法では、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記凝縮器から流出する冷媒の温度と、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を閉塞し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を開放し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を閉塞し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を開放する。
【００２９】
また、本発明の第四の態様に係るヒートポンプの制御方法では、前記四方切換弁に前記第一経路を選択させ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、前記第一熱交換器から流出する冷媒の温度及び前記第二熱交換器から流出する冷媒の温度と、前記凝縮器から流出する冷媒の温度との間に温度差が存在する場合には、前記第一弁によって前記第一熱交低段バイパス部を開放し、前記第二弁によって前記第一熱交高段バイパス部を閉塞し、前記第三弁によって前記第二熱交低段バイパス部を開放し、かつ、前記第四弁によって前記第二熱交高段バイパス部を閉塞する。
【発明の効果】
【００３０】
上記のヒートポンプ、及びヒートポンプの制御方法によれば、圧縮に最適な状態の冷媒を低段側圧縮機、及び高段側圧縮機に導入でき、効率の良い運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、運転パターン１を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図２】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、運転パターン２を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図３】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、運転パターン３を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図４】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、運転パターン４を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図５】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、運転パターン５を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図６】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、デフロスト運転パターン１を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図７】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、デフロスト運転パターン２を示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【図８】本発明の実施形態のヒートポンプの全体構成図であって、ホットガス運転パターンを示す。また冷媒の流れる箇所を太線で示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態のヒートポンプ１について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ１は、二段圧縮サイクルで運転を行う冷媒回路２を備える。冷媒回路２は、低段側圧縮機３、高段側圧縮機４、凝縮器５、膨張部６、及び蒸発器７を有し、これらの構成要素がこの順に配管１０（流路）によって接続されている。そして冷媒回路２を例えば二酸化炭素等の冷媒が循環する。ここで冷媒は特に二酸化炭素に限定されない。
【００３３】
さらに、冷媒回路２は高段側圧縮機４と凝縮器５との間に設けられた四方切換弁１１を有している。また冷媒回路２は、四方切換弁１１を経由せずに蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３、又は、低段側圧縮機３を経由せずに高段側圧縮機４に導入可能とするバイパス流路１２を有している。さらに冷媒回路２は、バイパス流路１２に設けられてバイパス流路１２を開閉する開閉弁１３と、開閉弁１３及び四方切換弁１１を動作させる制御部１４とを有している。
【００３４】
低段側圧縮機３は冷媒を吸込み、冷媒を圧縮する。本実施形態では、低段側圧縮機３は、冷媒の気液分離を行う低段アキュムレータ３ａと、低段アキュムレータ３ａからの冷媒の気相を圧縮する低段圧縮機本体３ｂと、低段圧縮機本体３ｂからの吐出冷媒中の潤滑油を取り除く低段オイルセパレータ３ｃとを有している。
【００３５】
高段側圧縮機４は低段側圧縮機３に直列に接続され、低段側圧縮機３から吐出された冷媒をさらに高圧に圧縮する。より具体的には、本実施形態では、低段オイルセパレータ３ｃを通過した冷媒をさらに圧縮する高段圧縮機本体４ｂと、高段圧縮機本体４ｂからの吐出冷媒中の潤滑油を取り除く高段オイルセパレータ４ｃとを有している。
高段圧縮機本体４ｂは、低段オイルセパレータ３ｃに段間配管１０ａによって接続されている。そして高段圧縮機本体４ｂは、段間配管１０ａの途中に合流するアキュムレータ配管１０ｃに接続されて上流から流入する冷媒の気液分離を行う高段アキュムレータ４ａをさらに有している。高段圧縮機本体４ｂは、低段オイルセパレータ３ｃからの冷媒に加え、高段アキュムレータ４ａからの冷媒の気相を圧縮するようになっている。
【００３６】
凝縮器５は、高段側圧縮機４の高段圧縮機本体４ｂから吐出された高温高圧の冷媒と、空気や水等の熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を冷却し凝縮させる。凝縮器５は室内に設置された室内熱交換器である。
【００３７】
膨張部６は、凝縮器５からの冷媒を断熱膨張させ、冷媒を減圧する。膨張部６は複数（本実施形態では三つ）の膨張弁６ａ、６ｂ、６ｃを有し、後述する蒸発器７の三つの熱交換器に対応して、蒸発器７の上流側（入口側）に設けられている。膨張弁６と凝縮器５との間の接続配管１０ｂには、弁装置１５が設けられている。この弁装置１５は、接続配管１０ｂの流路の開閉を行う。膨張弁６に代えてキャピラリチューブ等を用いてもよい。
【００３８】
蒸発器７は、本実施形態では水熱交換器（第一熱交換器）３１と、水熱交換器３１と並列に設けられた空気熱交換器（第二熱交換器）３２とを有している。蒸発器７は室外に設置された室外熱交換器である。
【００３９】
水熱交換器３１は、凝縮器５から流出して膨張弁（第一膨張弁）６ｃを通過した冷媒を導入し、冷媒と水（第一熱媒体）との間で熱交換を行なわせる。
【００４０】
空気熱交換器３２は、凝縮器５から流出して膨張弁（第二膨張弁）６ａ、６ｂを通過した冷媒を導入し、冷媒と空気（第二熱媒体）との間で熱交換を行なわせる。また、本実施形態では空気熱交換器３２は、互いに並列に設けられた第一空気熱交換部３２ａと第二空気熱交換部３２ｂとを有している。
【００４１】
四方切換弁１１は、四つのポートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する弁である。ポートＤが高段オイルセパレータ４ｃに、吐出配管１０ｄによって接続されている。またポートＡと凝縮器５との間は凝縮器接続配管１０ｅによって接続されている。ポートＢは導入配管１０ｆによって低段アキュムレータ３ａに接続されている。ポートＣは空気熱交換器３２の第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂに、熱交接続配管１０ｇによって接続されている。熱交接続配管１０ｇには、四方切換弁１１から空気熱交換器３２へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁１６が設けられている。
【００４２】
バイパス流路１２は、水熱交換器３１と低段側圧縮機３とを接続する水熱交低段バイパス部４１と、低段側圧縮機３を経由せずに、水熱交換器３１と高段側圧縮機４とを接続する水熱交高段バイパス部４２と、空気熱交換器３２と低段側圧縮機３とを接続する空気熱交低段バイパス部４３と、低段側圧縮機３を経由せずに、空気熱交換器３２と高段側圧縮機４とを接続する空気熱交高段バイパス部４４と、を有している。
【００４３】
水熱交低段バイパス部４１は、水熱交換器３１と、四方切換弁１１のポートＢから延びる導入配管１０ｆの途中とを接続する配管である。水熱交低段バイパス部４１は、水熱交換器３１から、低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａへ冷媒を導入可能となっている。
【００４４】
水熱交高段バイパス部４２は、水熱交低段バイパス部４１の途中から分岐し、水熱交換器３１と高段側圧縮機４の高段アキュムレータ４ａとを接続する配管１０である。水熱交高段バイパス部４２は、水熱交換器３１から高段アキュムレータ４ａへ直接に冷媒を導入可能となっている。
【００４５】
空気熱交低段バイパス部４３は、熱交接続配管１０ｇの途中から分岐し、空気熱交換器３２と低段アキュムレータ３ａとを接続する配管である。これにより空気熱交低段バイパス部４３は、空気熱交換器３２から低段アキュムレータ３ａへ冷媒を導入可能としている。よって上記の逆止弁１６は、空気熱交低段バイパス部４３の熱交接続配管１０ｇからの分岐位置、即ち空気熱交低段バイパス部４３の熱交接続配管１０ｇとの接続箇所よりも四方切換弁１１側に設けられている。
【００４６】
空気熱交高段バイパス部４４は、熱交接続配管１０ｇの途中から分岐し、空気熱交換器３２と高段アキュムレータ４ａとを接続する配管である。これにより空気熱交高段バイパス部４４は、空気熱交換器３２から高段アキュムレータ４ａへ直接に冷媒を導入可能としている。本実施形態では、空気熱交高段バイパス部４４は、空気熱交低段バイパス部４３よりも空気熱交換器３２に近い側で熱交接続配管１０ｇから分岐している。よって上記の逆止弁１６は、空気熱交高段バイパス部４４の熱交接続配管１０ｇからの分岐位置、即ち空気熱交高段バイパス部４４の熱交接続配管１０ｇとの接続箇所よりも四方切換弁１１側に設けられている。
【００４７】
開閉弁１３は、水熱交低段バイパス部４１に設けられた第一弁２１と、水熱交高段バイパス部４２に設けられた第二弁２２と、空気熱交低段バイパス部４３に設けられた第三弁２３と、空気熱交高段バイパス部４４に設けられた第四弁２４と、を有している。各弁２１、２２、２３、２４は二方弁であって、各々のバイパス部４１、４２、４３、４４の流路を開閉する。
【００４８】
制御部１４は、膨張弁６、開閉弁１３、四方切換弁１１、及び弁装置１５を動作させることで、冷媒回路２中の冷媒の流れ方向を変化させる。
【００４９】
ここで、本実施形態のヒートポンプ１は、さらにホットガス回路５０を備えている。
ホットガス回路５０は、第一空気熱交換部３２ａと膨張弁６ａとの間と、第二空気熱交換部３２ｂと膨張弁６ｂとの間とを接続する熱交換器間配管５１と、この熱交換器間配管５１から分岐して低段アキュムレータ３ａと四方切換弁１１との間でアキュムレータ配管１０ｃに接続されたホットガス配管５２とを有している。即ち、ホットガス回路５０は、第一空気熱交換部３２ａと膨張弁６ａとの間（及び第二空気熱交換部３２ｂと膨張弁６ｂとの間）と、低段側圧縮機３の入口とを連通可能に設けられている。
【００５０】
熱交換器間配管５１では、ホットガス配管５２の熱交換器間配管５１からの分岐位置と第一空気熱交換部３２ａとの間に第五弁２５、及び、逆止弁２７が設けられ、ホットガス配管５２の熱交換器間配管５１からの分岐位置と第二熱交換器３２ｂとの間には、第六弁２６、及び、逆止弁２７が設けられている。第五弁２５及び第六弁２６も、制御部１４によって動作され、熱交換器間配管５１の流路の開閉を行う。逆止弁２７は、第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂから、熱交換器間配管５１を通じてホットガス配管５２へ冷媒が流れるようにし、逆にホットガス配管５２から第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂへは冷媒が流れないようにしている。第六弁２６は第五弁２５と全く同じものであってもよい。
【００５１】
次に、図１から図５に示す運転パターン１から５でヒートポンプ１を運転する場合の、制御部１４による各弁の切換えの手順を説明する。
【００５２】
[運転パターン１]
図１に示すように、運転パターン１では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させ、ポートＤとポートＡとを連通させる。さらに、ポートＢとポートＣとを連通させる。これにより、高段側圧縮機４からの冷媒を凝縮器５へ導入させ、かつ、蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３に導入させる。この場合の冷媒の流通経路を第一経路とする。
【００５３】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を閉塞し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を開放し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、空気熱交換器３２からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、全て低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに導入される。そして空気熱交換器３２からの冷媒は低段圧縮機本体３ｂで圧縮された後に、高段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮されて四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。運転パターン１では水熱交換器３１は用いない。
【００５４】
[運転パターン２]
図２に示すように、運転パターン２では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
【００５５】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を開放し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を開放し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、水熱交換器３１及び空気熱交換器３２からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、全て低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに導入される。そして冷媒は低段圧縮機本体３ｂで圧縮された後に、高段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮されて四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。
運転パターン２は、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度と、空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度と、が同等であり、かつ、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度及び空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度と、凝縮器５から流出する冷媒の温度との間に所定値以上の温度差が存在する場合に実施される。以下、「水熱交換器３１から流出する冷媒の温度」とは、第一空気熱交換部３２ａから流出する冷媒と第二空気熱交換部３２ｂから流出する冷媒とが合流した後の冷媒の温度を意味する。
【００５６】
[運転パターン３]
図３に示すように、運転パターン３では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
【００５７】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を閉塞し、水熱交高段バイパス部４２を開放し、空気熱交低段バイパス部４３を開放し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、水熱交換器３１からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、低段側圧縮機３を経由することなく、高段側圧縮機４の高段アキュムレータ４ａに導入される。そして水熱交換器３１からの冷媒は高段圧縮機本体４ｂで圧縮された後に四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。また、空気熱交換器３２からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、全て低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに導入される。そして空気熱交換器３２からの冷媒は低段圧縮機本体３ｂで圧縮された後に、高段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮されて四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。
運転パターン３は、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度が空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度よりも大きい場合に実施される。
【００５８】
[運転パターン４]
図４に示すように、運転パターン４では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
【００５９】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を開放し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、水熱交換器３１からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、全て低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに導入される。そして水熱交換器３１からの冷媒は低段圧縮機本体３ｂで圧縮された後に、高段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮されて四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。運転パターン４では空気熱交換器３２は用いない。
【００６０】
[運転パターン５]
図５に示すように、運転パターン５では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させて冷媒の流通経路を第一経路とする。
【００６１】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を開放し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、空気熱交高段バイパス部４４を開放する。これにより、水熱交換器３１からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、全て低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに導入される。そして水熱交換器３１からの冷媒は低段圧縮機本体３ｂで圧縮された後に、高段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮されて四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。また、空気熱交換器３２からの冷媒は四方切換弁１１を経由することなく、低段側圧縮機３を経由することなく、高段アキュムレータ４ａに導入される。そして空気熱交換器３２からの冷媒は高段圧縮機本体４ｂで圧縮された後に四方切換弁１１を通過して凝縮器５へ導入される。
運転パターン４は、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度が空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度よりも小さい場合に実施される。
【００６２】
次に、図６及び図７に示すデフロスト運転パターン１及び２でヒートポンプ１を運転する場合の、制御部１４による各弁の切換えの手順を説明する。
【００６３】
[デフロスト運転パターン１]
図６に示すように、デフロスト運転パターン１では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させ、ポートＤとポートＣとを連通させる。さらに、ポートＢとポートＡとを連通させる。これにより、高段側圧縮機４からの冷媒を蒸発器７へ導入させ、かつ、凝縮器５からの冷媒を低段側圧縮機３に導入させる。この場合の冷媒の流通経路を第二経路とする。
【００６４】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を閉塞し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、高段側圧縮機４からの高温高圧の冷媒は四方切換弁１１を通過して熱交接続配管１０ｇ及び逆止弁１６を通じて空気熱交換器３２に導入される。そして、空気熱交換器３２を冷媒が通過することで空気熱交換器３２のデフロストを行って第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂに設けられた膨張弁６ａ、６ｂへ冷媒が流入する。その後、凝縮器５へ冷媒が導入され、四方切換弁１１を通過して低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａへ導入される。この際、水熱交換器３１は使用しない。
【００６５】
[デフロスト運転パターン２]
図７に示すように、デフロスト運転パターン２では、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させ、冷媒の流通経路を第二経路とする。さらに制御部１４は弁装置１５を動作させて接続配管１０ｂを閉塞する。
【００６６】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を開放し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。これにより、高段側圧縮機４からの高温高圧の冷媒は四方切換弁１１を通過して熱交接続配管１０ｇを通じて空気熱交換器３２に導入される。そして、空気熱交換器３２を冷媒が通過することで空気熱交換器３２のデフロストを行って、第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂに設けられた膨張弁６ａ、６ｂへ冷媒が流入する。その後、水熱交換器３１へ冷媒が導入され、水熱交低段バイパス部４１を通じて低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａへ導入される。この際、凝縮器５は使用しない。
【００６７】
[ホットガス運転パターン]
図８に示すように、ホットガス運転パターンでは、制御部１４は、四方切換弁１１を動作させ、冷媒の流通経路を第二経路とする。さらに制御部１４は膨張弁６ａ、６ｂを動作させて接続配管１０ｂを閉塞する。
【００６８】
さらに制御部１４は、第一弁２１から第四弁２４を動作させて、水熱交低段バイパス部４１を閉塞し、水熱交高段バイパス部４２を閉塞し、空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、空気熱交高段バイパス部４４を閉塞する。さらに制御部１４は第五弁２５及び第六弁２６を動作させて、熱交換器間配管５１を開放する。これにより、高段側圧縮機４からの高温高圧の冷媒は四方切換弁１１を通過して熱交接続配管１０ｇを通じて空気熱交換器３２に導入される。そして、空気熱交換器３２を冷媒が通過することで空気熱交換器３２のデフロストを行って、冷媒は熱交換器間配管５１に流入する。その後、ホットガス配管５２を通じて低段側圧縮機３の低段アキュムレータ３ａに冷媒が導入される。この際、空気熱交換器３２及び水熱交換器３１は使用しない。
【００６９】
以上説明した本実施形態のヒートポンプ１では、蒸発器７での熱交換量が変動して冷媒の温度が変化することで、低段側圧縮機３及び高段側圧縮機４に向かう冷媒の状態がこれら低段側圧縮機３及び高段側圧縮機４での圧縮に最適な状態ではなくなってしまう場合がある。特に、蒸発器７が第一空気熱交換部３２ａ及び第二空気熱交換部３２ｂを有する空気熱交換器３２と、水熱交換器３１を有している。従って、各々では環境の変化によって熱交換を行なう媒体である空気や水の温度が変動し、冷媒の熱交換量も変動する可能性が大きい。
【００７０】
ここでバイパス流路１２を設けたことで、蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３へ導入するだけでなく、蒸発器７からの冷媒を、低段側圧縮機３をバイパスして直接に高段側圧縮機４へ導入させることができる。よって、蒸発器７から流出した冷媒の状態に応じて、最適な圧縮が可能な圧縮機へ冷媒の経路を切換えることができる。よってヒートポンプ１の運転効率を向上できる。
【００７１】
さらに、バイパス流路１２を設けたことで四方切換弁１１を経由せずに蒸発器７からの冷媒を低段側圧縮機３、又は、直接に高段側圧縮機４に導入可能となっている。よって四方切換弁１１を有して冷媒の流通経路を変更可能なヒートポンプであっても、蒸発器７からの冷媒を最適な圧縮が可能な圧縮機へ導入可能とするように、バイパス流路１２の追設等が容易となる。
【００７２】
さらに制御部１４を備えることで、蒸発器７から流出した冷媒の状態に応じて、最適な圧縮が可能な圧縮機へ冷媒を導入するように、冷媒の経路を自動的に切換えることができる。
【００７３】
さらに、熱交接続配管１０ｇに逆止弁１６を設けたことによって、空気熱交換器３２から四方切換弁１１を経由せずに、バイパス流路１２を経由して冷媒を各圧縮機３、４へ導入する際に、空気熱交換器３２からの全ての冷媒がバイパス流路１２（空気熱交低段バイパス部４３、空気熱交高段バイパス部４４）に流れるようにできる。従ってバイパス流路１２を十分に機能させることができる。
【００７４】
さらに、本実施形態の構成では、制御部１４によってデフロスト運転パターン１、及びデフロスト運転パターン２のいずれも選択可能である。そして、デフロスト運転パターン１、２によって、空気熱交換器３２において、効果的に短時間でのデフロストが可能となる。さらに制御部１４によってホットガス運転パターンも選択可能である。ホットガス運転を行うことで冷媒が凝縮器５を経由せずに、空気熱交換器３２と低段側圧縮機３及び高段側圧縮機４との間を循環することが可能となる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。  例えば、凝縮器５から流出する冷媒の温度と、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度と、空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、制御部１４が、四方切換弁１１に第一経路を選択させ、第一弁２１によって水熱交低段バイパス部４１を閉塞し、第二弁２２によって水熱交高段バイパス部４２を開放し、第三弁２３によって空気熱交低段バイパス部４３を閉塞し、かつ、第四弁２４によって空気熱交高段バイパス部４４を開放してもよい。このような運転を行うことで、凝縮器５から流出する冷媒の温度と、水熱交換器３１から流出する冷媒の温度と、空気熱交換器３２から流出する冷媒の温度と、が同等である場合には、水熱交換器３１からの冷媒を直接に高段側圧縮機４に導入させ、かつ、空気熱交換器３２からの冷媒を直接に高段側圧縮機４に導入させることができる。即ち、水熱交換器３１からの冷媒と空気熱交換器３２からの冷媒の各々の冷媒を、低段側圧縮機３、及び高段側圧縮機４のうちの圧縮に適した圧縮機へ導入できる。
【００７６】
例えば、制御部１４は必ずしも設けなくともよい。この場合、手動で各弁を動作させてもよい。
【００７７】
また、蒸発器７については、上記の水熱交換器３１と空気熱交換器３２との組合せを有する場合に限定されず、熱交換器の数量も上述の場合に限定されない。例えば蒸発器７が空気熱交換器３２を有さず、二つの水熱交換器を並列に有していてもよい。
【００７８】
また、上述した冷媒回路２中には、上記の各種弁の他に様々な弁が設けられてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…ヒートポンプ
２…冷媒回路
３…低段側圧縮機
３ａ…低段アキュムレータ
３ｂ…低段圧縮機本体
３ｃ…低段オイルセパレータ
４…高段側圧縮機
４ａ…高段アキュムレータ
４ｂ…高段圧縮機本体
４ｃ…高段オイルセパレータ
５…凝縮器
６…膨張部
６ａ、６ｂ…(第二)膨張弁
６ｃ…(第一)膨張弁
７…蒸発器
１０…配管（流路）
１０ａ…段間配管
１０ｂ…接続配管
１０ｃ…アキュムレータ配管
１０ｄ…吐出配管
１０ｅ…凝縮器接続配管
１０ｆ…導入配管
１０ｇ…熱交接続配管
１１…四方切換弁
１２…バイパス流路
１３…開閉弁
１４…制御部
１５…弁装置
１６…逆止弁
２１…第一弁
２２…第二弁
２３…第三弁
２４…第四弁
２５…第五弁
２６…第六弁
２７…逆止弁
３１…水熱交換器（第一熱交換器）
３２…空気熱交換器（第二熱交換器）
３２ａ…第一空気熱交換部
３２ｂ…第二空気熱交換部
４１…水熱交低段バイパス部
４２…水熱交高段バイパス部
４３…空気熱交低段バイパス部
４４…空気熱交高段バイパス部
５０…ホットガス回路
５１…熱交換器間配管
５２…ホットガス配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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