(57)【要約】【課題】流量計を用いずに冷媒流量を求めることができるヒートポンプサイクルおよびヒートポンプ式蒸気生成装置を提供すること。【解決手段】二段圧縮機構と、凝縮器と、中間圧の冷媒および低圧の冷媒を生成する膨張機構と、蒸発器とを環状に接続し、中間経路を備えたヒートポンプサイクルにおいて、減圧部と、減圧部入口圧力測定手段と、減圧部入口温度測定手段と、減圧部で生じた圧力損失を測定する圧力損失測定手段と、減圧部入口圧力測定手段で測定された圧力と減圧部入口温度測定手段で測定された温度とに基づき、前記減圧部に流入する冷媒密度を算出する密度算出部と、密度算出部で算出された密度と圧力損失測定手段で測定された圧力損失とに基づき、凝縮器を流通する冷媒の流量を算出する流量算出部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2020076516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低段圧縮機構と高段圧縮機構とを持つ二段圧縮機構と、凝縮器と、高圧の冷媒を膨張し中間圧の冷媒および低圧の冷媒を生成する膨張機構と、前記低圧の冷媒を導入する蒸発器とを環状に接続し、前記中間圧の冷媒を前記高段圧縮機構に供給する中間経路を備えたヒートポンプサイクルにおいて、
前記凝縮器と前記膨張機構との間に設けられ、前記凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧部と、
前記高段圧縮機構から前記減圧部までの冷媒圧力を測定する減圧部入口圧力測定手段と、
前記凝縮器から前記減圧部までの冷媒温度を測定する減圧部入口温度測定手段と、
前記減圧部で生じた圧力損失を測定する圧力損失測定手段と、
前記減圧部入口圧力測定手段で測定された圧力と前記減圧部入口温度測定手段で測定された温度とに基づき、前記前記減圧部に流入する冷媒密度を算出する密度算出部と、
前記密度算出部で算出された密度と前記圧力損失測定手段で測定された圧力損失とに基づき、前記凝縮器を流通する冷媒の流量を算出する流量算出部と、
を備えることを特徴とするヒートポンプサイクル。
【請求項２】
前記膨張機構は、
前記凝縮器を通過した高圧の冷媒を膨張し前記中間圧の冷媒を生成する高段膨張機構と、
前記中間経路が接続され、前記中間圧の冷媒を気相及び液相に分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離した中間圧の液相冷媒を低圧まで減圧して前記蒸発器に供給する低段膨張機構と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項３】
前記膨張機構は、
前記凝縮器を通過した高圧の冷媒を第１高圧冷媒経路と第２高圧冷媒経路とに分岐させる高圧冷媒分岐手段と、
冷媒入口に前記第１高圧冷媒経路、冷媒出口に前記中間経路が接続され、前記第１高圧冷媒経路を流通する高圧の冷媒を膨張し前記中間圧の冷媒を生成する高段膨張機構と、
前記第２高圧冷媒経路を流通する高圧の冷媒を膨張し前記低圧の冷媒を生成する低段膨張機構と、
前記中間経路を流通する冷媒を前記第２高圧冷媒経路を流通する冷媒で加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項４】
前記高段圧縮機構から前記凝縮器までの冷媒温度を測定する凝縮器入口温度測定手段と、
少なくとも前記減圧部入口圧力測定手段で測定された冷媒圧力、前記減圧部入口温度測定手段で測定された冷媒温度、前記凝縮器入口温度測定手段で測定された冷媒温度および前記流量算出部で算出された冷媒流量に基づき、前記凝縮器の加熱出力を算出する加熱出力算出部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項５】
前記加熱出力算出部で算出された加熱出力に基づき、少なくとも前記高段圧縮機構を制御する回転数制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項６】
前記冷媒が前記減圧部前後においてともに液相状態であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項７】
前記減圧部は、上流側および下流側の管路よりも内径が小さい細管路であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項８】
前記高段圧縮機構および前記低段圧縮機構は、一体型の二段圧縮機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項９】
請求項１〜８に記載のヒートポンプサイクルと、
前記蒸発器に熱源水を供給する熱源水供給部と、
前記凝縮器に前記被加熱媒体として水を供給し、生成された蒸気を外部に送出する蒸気生成部と、
を備えることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクルおよびヒートポンプ式蒸気生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置には、圧縮を二段階にし、一部冷媒を中間経路で高段圧縮入口側に導入することで圧縮機単段当たりの圧縮比を低減するようにしたものがある。この種のヒートポンプ装置では、低段側サイクルの冷媒流量を必要最小限とすることで低段側の圧縮動力を最小化することができ、単段サイクルに比べて効率を向上することが可能となる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１９１５７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３８７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ヒートポンプ装置において凝縮器によって被加熱媒体の加熱をする際に、その出力制御を行うためには凝縮器を流通する冷媒の流量を取得する必要がある。例えば特許文献２では、単段圧縮のヒートポンプサイクルにおいて圧縮機吸入圧力、圧縮機吸入温度、圧縮機回転数および圧縮機定数から冷媒の流量を演算する技術について開示されている。一方、中間経路からの冷媒を高段圧縮機入口に合流させる二段圧縮サイクルでは、高段圧縮機に吸入される冷媒の状態を測定することが難しく、従来の流量測定手段を用いることができない。二段圧縮サイクルにおいて高段側を流通する冷媒の流量を求めるためには、高段サイクルの流路に別途流量計を設ける必要があるが、流量計は高価であることから、二段圧縮サイクルにおいても廉価かつ簡易な手段で冷媒流量を求めることが望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、二段圧縮サイクルにおいても流量計を用いずに凝縮器を流通する冷媒流量を求めることができるヒートポンプサイクルおよびヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプサイクルは、低段圧縮機構と高段圧縮機構とを持つ二段圧縮機構と、凝縮器と、高圧の冷媒を膨張し中間圧の冷媒および低圧の冷媒を生成する膨張機構と、低圧の冷媒を導入する蒸発器とを環状に接続し、前記中間圧の冷媒を前記高段圧縮機構に供給する中間経路を備えたヒートポンプサイクルにおいて、前記凝縮器と前記膨張機構との間に設けられ、前記凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧部と、前記高段圧縮機構から前記減圧部までの冷媒圧力を測定する減圧部入口圧力測定手段と、前記凝縮器から前記減圧部までの冷媒温度を測定する減圧部入口温度測定手段と、前記減圧部で生じた圧力損失を測定する圧力損失測定手段と、前記減圧部入口圧力測定手段で測定された圧力と前記減圧部入口温度測定手段で測定された温度とに基づき、前記前記減圧部に流入する冷媒密度を算出する密度算出部と、前記密度算出部で算出された密度と前記圧力損失測定手段で測定された圧力損失とに基づき、前記凝縮器を流通する冷媒の流量を算出する流量算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置は、前記蒸発器に熱源水を供給する熱源水供給部と、前記凝縮器に前記被加熱媒体として水を供給し、生成された蒸気を外部に送出する蒸気生成部と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高価かつ複雑な構造の流量計を用いずに凝縮器を流通する冷媒流量を求めることが可能となるため、装置のコスト低減および構造の簡素化による装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【０００９】
また本発明によれば、減圧部によって生じた圧力損失が、ヒートポンプサイクルにおける膨張機構による減圧膨張の一部を担うような構成となっているため、圧力損失による熱効率の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるヒートポンプサイクルのＰ−Ｈ線図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の変形例にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の回路構成図である。
【図６】本発明の変形例にかかるヒートポンプサイクルのＰ−Ｈ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態であるヒートポンプ式蒸気生成装置１の構成を示す回路構成図である。ここで例示するヒートポンプサイクル１００は、二段圧縮二段膨張サイクルにより、工場排水や使用済冷却水等の排温水から排熱を回収して被加熱媒体である被加熱水を加熱し、温水や蒸気を生成するもので、配管によって順次接続された一体型二段圧縮機１０、凝縮器２１、高段膨張弁（高段膨張機構）５１、気液分離器３１、低段膨張弁（低段膨張機構）５２、蒸発器４１を備えている。
【００１３】
一体型二段圧縮機１０は、低段圧縮部（低段圧縮機構）１１および高段圧縮部（高段圧縮機構）１２が一体となった二段圧縮機（多段圧縮機）であり、低段圧縮部１１の吐出口と高段圧縮部１２の吸入口との間の中間ポート１２ａは一体型二段圧縮機１０の筺体内部に設けられている。一体型二段圧縮機１０は例えば１軸型スクロール圧縮機である。低段圧縮部（低段圧縮機構）１１では蒸発器４１から供給された冷媒を中間圧まで圧縮し、高段圧縮部１２の中間吸入ポート１２ａに供給する。高段圧縮部１２は中間吸入ポート１２ａから導入された中間圧冷媒を高圧まで圧縮し、凝縮器２１に供給する。凝縮器２１は、高段圧縮部１２から供給された冷媒と、蒸気生成部２００を流通する被加熱水との熱交換により、水を蒸発させ蒸気を生成するとともに冷媒を凝縮させる。低段圧縮部１１および高段圧縮部１２としては、別個に構成された圧縮機を採用してもよい。
【００１４】
減圧部６１は、上流側および下流側の管路よりも内径が小さい細管路により構成され、凝縮器２１を通過して凝縮した液相の冷媒に対して圧力損失を付与する。減圧部６１の上流側配管と下流側配管には、減圧部で冷媒に生じた圧力損失を測定可能とする差圧計（圧力損失測定手段）６２が接続される。高段膨張弁５１は、減圧部６１を通過した液相の冷媒をさらに減圧して気液二相流とし、気液分離器３１に供給する。
【００１５】
気液分離器３１は、高段膨張弁５１から供給された冷媒を導入する上部導入口３１ａ、内部で気液分離された冷媒の内、主に気相の冷媒を外部に吐出する上部吐出口３１ｂおよび主に液相の冷媒を外部に吐出する下部吐出口３１ｃを備えている。
【００１６】
低段膨張弁５２は、下部吐出口３１ｃを通じて気液分離器３１から吐出された冷媒を減圧して蒸発器４１に供給する。高段膨張弁５１及び低段膨張弁５２としては、与えられた指令に応じて開度を変更することのできる電磁弁を適用している。
【００１７】
蒸発器４１は、低段膨張弁５２を通過した冷媒と熱源水供給部３００から供給される熱源水との間で熱交換を行うことにより冷媒を蒸発させ、低段圧縮部１１に供給する。
【００１８】
また、ヒートポンプサイクル１００には、気液分離器３１の上部吐出口３１ｂと高段圧縮部１２の中間吸入ポート１２ａとの間を連通するように中間経路７１が設けてある。中間経路７１は、気液分離器３１の上部に貯留された冷媒を低段圧縮部１１から吐出された冷媒と共に高段圧縮部１２の中間吸入ポート１２ａに供給する。
【００１９】
密度測定手段８０は、凝縮器２１と減圧部６１の間に設けられた減圧部入口圧力センサ（減圧部入口圧力測定手段）８１および減圧部入口温度センサ（減圧部入口温度測定手段）８２からなる。減圧部入口圧力センサ８１は減圧部６１に流入する冷媒の圧力（減圧部入口冷媒圧力）ＰＨを、減圧部入口温度センサ８２は減圧部６１に流入する冷媒の温度（減圧部入口冷媒温度）Ｔａをそれぞれ測定する。また、凝縮器入口温度センサ（凝縮器入口温度測定手段）８３は高段圧縮部１２と凝縮器２１の間に設けられ、凝縮器２１に流入する冷媒の温度（凝縮器入口冷媒温度）Ｔｂを測定する。制御部４００は、ヒートポンプサイクル１００内を流通する冷媒の状態、例えば差圧計６２、減圧部入口圧力センサ８１、減圧部入口温度センサ８２、凝縮器入口温度センサ８３、その他図示しない各種センサの測定値に基づき、一体型二段圧縮機１０の運転停止制御および回転数制御、高段膨張弁５１および低段膨張弁５２の開度制御などを行う。
【００２０】
続いて図２に基づいてヒートポンプサイクル１００の熱サイクルを示すＰ−Ｈ線図について説明する。蒸発器４１ではＬｇ点からＬａ点へ移り、飽和蒸気線を超えて過熱蒸気となる。低段圧縮部１１では圧縮により低圧ＰＬのＬａ点から中間圧ＰＭのＬｂ０点を経由して圧力を維持したままＬｂ点へ移る。比エンタルピｈがＬｂ０点からＬｂ点まで下がるのは、中間経路７１からの中圧気相冷媒が合流するためである。高段圧縮部１２では圧縮により中間圧ＰＭのＬｂ点から比エンタルピｈをｈｂまで増大させつつ高圧ＰＨのＬｃ点へ移る。
【００２１】
凝縮器２１では凝縮により高圧ＰＨを維持したままＬｃ点からＬｄ点に移り、飽和蒸気線を超え、さらに飽和液線を越えて過冷却状態となる。ここで、凝縮器２１内では冷媒と被加熱媒体とが共に気液二相状態で熱交換が行われる。飽和液線を越えてのさらなる熱交換は熱交換効率の低下要因となるため、Ｌｄ点は可能な限り飽和液線に近い比エンタルピとなるよう設計されることが望ましい。減圧部６１では、与えられた圧力損失により飽和液線を越えない範囲で比エンタルピｈａを維持したままＬｄ点から圧力ＰＨ‘のＬｄ１点まで減圧される。前述の通りＬｄ点が飽和液線に近い位置となるため、減圧部６１を通過した冷媒が飽和液線を越えないためには、減圧部６１によって与えられる圧力損失は所望の精度を満たす範囲で可能な限り小さくすることが望ましい。本実施形態では、例えば高圧ＰＨが２ＭＰａ、中間圧ＰＭが１ＭＰａである場合、減圧部６１で生じる圧力損失は１０ｋＰａ以上であればよく、５０ｋＰａ以上であることがより望ましい。この場合、Ｌｄ点と飽和液線との圧力差は余裕をもって１００ｋＰａ以上となるように運用されることが望ましい。高段膨張弁５１では比エンタルピｈａを維持したまま減圧により圧力ＰＨ‘のＬｄ１点から中間圧ＰＭのＬｅ点に移り、再び飽和液線を超えて気液二相となる。気液分離器３１では中間圧ＰＭの冷媒が気相と液相に分離されて、気相は飽和蒸気線上のＬｂ１点へと移り、低段圧縮部１１で圧縮されたＬｂ０点の冷媒と合流し、Ｌｂ点に移る。液相は飽和液線上のＬｆ点へと移る。低段膨張弁５２では減圧により中間圧ＰＭのＬｆ点から低圧ＰＬのＬｇ点に移る。
【００２２】
続いて凝縮器２１を流通する冷媒の流量算出方法について説明する。減圧部６１で生じる圧力損失ΔＰｆは一般的に
ΔＰｆ＝ｆρ｛Ｖ／（πＤ２／４）｝２  （１）
で表すことができる。ρは減圧部６１に導入される冷媒の密度、Ｖは減圧部６１を流通する冷媒の体積流量、Ｄは減圧部６１の配管直径、ｆは冷媒特性や減圧部６１の配管状態（配管形状、管壁の粗度など）などに基づいて求められる減圧パラメータ式である。なお、｛Ｖ／（πＤ２／４）｝は減圧部６１を流通する冷媒の流速を示す。減圧パラメータ式ｆは実験によって各種条件における値をあらかじめ取得することにより、得ることができる。式（１）において、πは定数であり、配管直径Ｄは装置によりあらかじめ定まる値であるため、減圧パラメータ式ｆ内に含めることができる。これにより、圧力損失ΔＰｆ、密度ρ、冷媒の体積流量Ｖの関係は
ΔＰｆ＝ｆρＶ２  （２）
として表すことができる。これにより、減圧部６１に導入される冷媒の密度（温度および圧力）ρおよび減圧部６１で生じた圧力損失ΔＰｆに基づき、式（２）を用いて減圧部６１を流通する冷媒の体積流量Ｖ、つまり凝縮器２１を流通する冷媒の質量流量を求めることができる。
【００２３】
図３に示すように、制御部４００は、記憶部４１０と、演算部４２０と、回転数制御部４３０と開度制御部４４０とを有する。制御部４００は必ずしも装置の内部に設けられている必要はなく、例えば通信回線を介して接続されていてもよい。記憶部４１０、演算部４２０、回転数制御部４３０および開度制御部４４０は必ずしも一体的に設けられている必要はなく、例えば記憶部４１０はクラウド式であってもよい。
【００２４】
記憶部４１０はプログラムやデータを記憶する部分であり、例えばハードディスクであって減圧パラメータ式ｆ、減圧部入口冷媒温度Ｔａ、凝縮器入口冷媒温度Ｔｂ、減圧部入口冷媒圧力ＰＨ、圧力損失ΔＰｆを示すデータを記憶している。これらの値は、直接的な数値として記憶されていてもよいし、１以上のパラメータから何らかの変換によって求められる間接的な記憶であってもよく、実質的に減圧パラメータ式ｆ、減圧部入口冷媒温度Ｔａ、凝縮器入口冷媒温度Ｔｂ、減圧部入口冷媒圧力ＰＨ、圧力損失ΔＰｆを示すデータであればよい。
【００２５】
演算部４２０は、密度算出部４２１と、流量算出部４２２と、加熱出力算出部４２３とを有する。これらの各算出部は演算部４２０の中で明確に区別される必要はなく、例えば一部が重複していてもよいし、いずれかの算出部が他の算出部に含まれていてもよい。演算部４２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
【００２６】
密度算出部４２１は、減圧部入口冷媒温度Ｔａおよび減圧部入口冷媒圧力ＰＨに基づいて、減圧部６１に導入される冷媒の密度ρを算出する。
【００２７】
流量算出部４２２は、密度算出部４２１で算出された冷媒の密度ρおよび圧力損失ΔＰｆに基づき、減圧部６１を流通する冷媒の体積流量Ｖを算出する。
【００２８】
加熱出力算出部４２３は、凝縮器２１内を流通する冷媒が被加熱媒体を加熱する熱出力Ｑを算出する。加熱出力算出部４２３は、まず、減圧部入口冷媒圧力ＰＨおよび減圧部入口冷媒温度Ｔａに基づいて凝縮器２０の吐出口におけるエンタルピｈａを、減圧部入口冷媒圧力ＰＨおよび凝縮器入口冷媒温度Ｔｂに基づいて凝縮器２０の吸入口におけるエンタルピｈｂをそれぞれ算出する。また、質量流量ｖをｖ＝ρＶの式に基づいて計算する。そして加熱出力Ｑを、Ｑ＝ｖ・（ｈｂ−ｈａ）として求める。
【００２９】
回転数制御部４３０は、凝縮器２１による加熱出力Ｑが目標値となるように低段圧縮部１１および高段圧縮部１２の回転数制御を行い、冷媒の体積流量Ｖが調整される。低段圧縮部１１と高段圧縮部１２とが独立した複数台の圧縮機である場合、回転数制御部４３０は、低段圧縮部１１の回転数を一定とし、高段圧縮部１２のみの回転数制御を行ってもよい。また、蒸発器４１に供給される熱源水の流量や、凝縮器２１に供給される被加熱媒体の流量をさらに制御してもよい。
【００３０】
開度制御部４４０は、減圧部入口冷媒圧力ＰＨおよび圧力損失ΔＰｆに基づき、高段膨張弁５１を通過後の冷媒圧力が目標値となるように高段膨張弁５１の開度制御を行う。開度制御部４４０は、低段膨張弁５２の開度制御をさらに行ってもよい。この場合、例えば冷暖膨張弁５２の開度は図示しない中間圧力センサに基づき蒸発器４１を流通する冷媒の流量が一定になるように制御を行う。なお、蒸発器４１および低段圧縮部１１を流通する冷媒の流量は、蒸発器４１と低段圧縮部１１との間に温度センサおよび圧力センサを設けることで、低段圧縮部１１の特性値から従来の流量測定手法により求めることができる。
【００３１】
図４は、ヒートポンプ式蒸気生成装置１の制御手順を示すフローチャートであり、本実施の形態にかかる流量演算方法が含まれる。この手順は微小時間ごとに繰り返し実行される。
【００３２】
ステップＳ１は密度算出ステップであり、密度算出部４２１により減圧部６１に導入される冷媒の密度ρが算出される。ステップＳ２は流量算出ステップであり、流量算出部４２２により減圧部６１を流通する冷媒の体積流量Ｖが算出される。ステップＳ３は加熱出力算出ステップであり、加熱出力算出部４２３により加熱出力Ｑが算出される。ステップＳ４は制御ステップであり、回転数制御部４３０により低段圧縮部１１および高段圧縮部１２の回転数が、開度制御部４４０により高段膨張弁５１の開度がそれぞれ制御される。
【００３３】
このように、ヒートポンプ式蒸気生成装置１においては、一体型二段圧縮機１０の筐体内部に温度センサを設けることが困難であるが、減圧部６１による圧力損失ΔＰｆ、減圧部６１に導入される冷媒の密度ρに基づいて凝縮器２１を流通する冷媒の質量流量ｖが算出される。これにより熱出力Ｑが求まり、適正な出力制御を行うことができる。
【００３４】
さらに、高価な流量計（例えば冷媒流量計や蒸気流量計など）が不要となりシステムを簡易かつ廉価に構成することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の変形例について図面を用いて詳細に説明する。なお、先の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態の変形例であるヒートポンプ式蒸気生成装置１の構成を示す回路構成図である。
【００３７】
減圧部６１を通過した冷媒は、高圧冷媒分岐手段である分岐配管７２により第１高圧冷媒経路７３と第２高圧冷媒経路７４に分岐され、第１高圧冷媒経路７３を流通する冷媒は、高段膨張弁５１で減圧され中間経路７１に導入された後、内部熱交換器（加熱手段）７５で第２高圧冷媒経路７４を流通する液相冷媒から熱を回収し、中間吸入ポート１２ａに導入される。また、第２高圧冷媒経路７４を流通する冷媒は、内部熱交換器７５で中間経路７１を流通する冷媒に熱を与えた後、低段膨張弁５２で減圧され蒸発器４１に導入される。
【００３８】
続いて、図６に基づいて変形例にかかるヒートポンプサイクル１００の熱サイクルを示すＰ−Ｈ線図について説明する。なお、先の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００３９】
減圧部６１でＬｄ１点まで減圧された冷媒のうち、第１高圧冷媒経路７３を流通する冷媒は高段膨張弁５１で比エンタルピｈａを維持したまま圧力ＰＨ‘のＬｄ１点から中間圧ＰＭのＬｅ点に移り、飽和液線を超えて気液二相となる。さらに内部熱交換器７５で第２高圧冷媒経路７４を流通する液相冷媒から熱を回収して蒸発し、低段圧縮部１１で圧縮されたＬｂ０点の冷媒と合流し、Ｌｂ点に移る。
【００４０】
減圧部６１で圧力ＰＨ‘のＬｄ１点まで減圧された冷媒のうち、第２高圧冷媒経路７４を流通する冷媒は、内部熱交換器７５で中間経路７１を流通する冷媒に熱を与え、圧力ＰＨ‘を保ったままＬｄ点からＬｈ点まで移る。さらに低段膨張弁５２で圧力ＰＨ‘のＬｈ点から低圧ＰＬのＬｇ点まで移る。
【００４１】
上述した各実施の形態における制御部４００は、低段圧縮部１１の吸入側圧力および温度、高段圧縮部１２の吐出側圧力および温度、蒸気生成部２００を流通する熱源水の温度および流量、熱源水供給部３００を流通する熱源水の温度および流量などに基づきヒートポンプサイクル１００内の高段膨張弁５１および低段膨張弁５２の開度、低段圧縮部１１および高段圧縮部１２を制御してもよい。また、制御部４００は蒸気生成部２００を流通する被加熱水の流量および温度、熱源水供給部３００を流通する熱源水の流量および温度を制御してもよい。
【００４２】
本実施の形態の密度測定手段８０として、凝縮器２１と減圧部６１との間に設けられた減圧部入口圧力センサ８１および減圧部入口温度センサ８２を例示したが、凝縮器２１と減圧部６１との間を流通する冷媒の圧力および温度が分かればそれには限定されない。例えば、高段圧縮部１２と凝縮器２１との間の冷媒圧力を減圧部６１の入口側冷媒圧力として用いてもよく、凝縮器２１本体の内、冷媒出口に近い部分の温度を測定して減圧部６１の入口側冷媒温度として用いてもよい。また、密度測定手段８０として、単独の密度計を用いてもよい。
【００４３】
本実施の形態の減圧部６１として細管路を例示しているが、冷媒に圧力損失を付与することができれば、オリフィスや絞り弁を用いてもよい。また、立ち上げ配管による圧力損失付与や、立ち上げ配管と細管路の組合せを用いてもよい。また、減圧部６１前後の冷媒が常に液相である必要はなく、通常運転時など圧力損失を測定するタイミングで減圧部６１前後の冷媒がともに液相になっていればよい。
【００４４】
本実施の形態の圧力損失測定手段として差圧計６２を用いているが、差圧計６２に代わり、減圧部６１の上流側と下流側にそれぞれ設けられた単独の圧力計測手段によって求められた値から差を求めてもよい。この場合、減圧部上流側の圧力計測手段は高段圧縮部１２から減圧部６１の間の冷媒圧力を、減圧部下流側の圧力計測手段は第１の実施形態においては減圧部６２から高段膨張弁５１の間、第２の実施形態においては減圧部６２から分岐配管７２の間の冷媒圧力を測定するものであればよい。なお、密度計測手段８０で圧力を測定していれば、その値を減圧部６１の上流側圧力として兼用してもよい。
【００４５】
本実施の形態の変形例における加熱手段として、内部熱交換器７５を例示しているが、加熱手段はそれに限定されない。例えば、熱源温水など外部熱源との熱交換により高段膨張弁５１を通過した冷媒を蒸発させてもよく、ヒータにより高段膨張弁５１を通過した冷媒を蒸発させてもよい。また、第１の実施の形態における中間経路７１に、上述の各種加熱手段を設けてもよい。
【００４６】
本発明における減圧部入口圧力測定手段８１、減圧部入口温度測定手段８２、凝縮器入口温度測定手段８３について、圧力一定制御や温度一定制御を行っている場合、その固定値を記憶部４１０に記憶させておき、必要に応じて読み出しを行ってもよい。この場合、記憶部４１０が各種測定手段に該当する。
【００４７】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ヒートポンプ式蒸気生成装置
１００  ヒートポンプサイクル
２００  蒸気生成部
３００  熱源水供給部
４００  制御部
１０  一体型二段圧縮機
１１  低段圧縮部（低段圧縮機構）
１２  高段圧縮部（高段圧縮機構）
１２ａ  中間吸入ポート
２１  凝縮器
３１  気液分離器
３１ａ  上部導入口
３１ｂ  上部吐出口
３１ｃ  下部吐出口
４１  蒸発器
５１  高段膨張弁（高段膨張機構）
５２  低段膨張弁（低段膨張機構）
６１  減圧部
６２  差圧計（圧力損失測定手段）
７１  中間経路
７２  分岐配管（高圧冷媒分岐手段）
７３  第１高圧冷媒経路
７４  第２高圧冷媒経路
７５  内部熱交換器（加熱手段）
８０  密度測定手段
８１  減圧部入口圧力センサ（減圧部入口圧力測定手段）
８２  減圧部入口温度センサ（減圧部入口温度測定手段）
８３  凝縮器入口温度センサ（凝縮器入口温度測定手段）
４１０  記憶部
４２０  演算部
４２１  密度算出部
４２２  流量算出部
４２３  加熱出力算出部
４３０  回転数制御部
４４０  開度制御部
【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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