(57)【要約】【課題】複数の熱負荷に対応する場合であっても、熱交換器の大きさをコンパクト化させることが可能なヒートポンプサイクルを提供する。【解決手段】二酸化炭素冷媒が循環しているヒートポンプ回路１０は、低段側圧縮機２１、高段側圧縮機２５、膨張弁５、および、蒸発器４を有している。暖房用熱媒体としての水が循環する暖房回路６０は、ラジエータ６１を有している。給湯用水が循環する給湯回路９０は、貯湯タンク９１を有している。高圧熱交換器５０は、高段側圧縮機２５から吐出される二酸化炭素冷媒と、暖房用熱媒体および給湯用水との間で熱交換を行わせる。高圧熱交換器５０は、同一エンタルピもしくは同一温度の二酸化炭素冷媒が流れている部分が暖房用熱媒体が通過している部分だけでなく給湯用水が通過している部分とも熱交換が可能な重複部分を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機構（２１、２５）、膨張機構（５ａ、５ｂ）、および、蒸発器（４）を有しており、一次冷媒が循環するヒートポンプ回路（１０）と、
第１熱負荷処理部（６１）を有しており、第１流体が循環する第１熱負荷回路（６０）と、
第２熱負荷処理部（９１）を有しており、第２流体が循環する第２熱負荷回路（９０）と、
前記圧縮機構（２１、２５）から吐出される前記一次冷媒が、前記第１流体および前記第２流体との間で熱交換を行う熱交換器（５０）と、
を備え、
前記熱交換器（５０）は、前記一次冷媒のうち同一エンタルピもしくは同一温度の状態の部分が前記第１流体および前記第２流体の両方との間で熱交換を行う重複熱交換部（５２）を有している、
ヒートポンプシステム（１）。
【請求項２】
前記重複熱交換部は、前記一次冷媒が流れている方向に対して垂直な面上において、前記一次冷媒が通過している部分が、前記第１流体が通過している部分および前記第２流体が通過している部分の両方に対して熱交換が可能となる位置に配置されている部分を含んでいる、
請求項１に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項３】
前記圧縮機構（２５）から吐出される前記一次冷媒の圧力は、前記一次冷媒の臨界圧力以上の圧力である、
請求項１または２に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項４】
前記熱交換器（５０）は、前記一次冷媒を第１一次冷媒と第２一次冷媒とに分割して、前記第１一次冷媒が通過する第１一次冷媒流路（７２７ｘ）と前記第２一次冷媒が通過する第２一次冷媒流路（７２７ｘ）とを並列に流す部分と、前記第１流体が通過する第１流体流路（７６８ｂ）と、前記第２流体が通過する第２流体流路（７９５ｘ）と、を有しており、
前記重複熱交換部では、前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）、前記第２流体流路（７９５ｘ）、前記第１流体流路（７６８ｂ）、前記第２一次冷媒流路（７２７ｘ）の順番に互いに接しつつ重なっている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（７０１）。
【請求項５】
前記熱交換器（５０）のうち前記重複熱交換部以外の部分は、前記第２流体流路（７９５ｘ）のみが、前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）と前記第２一次冷媒流路（７２７ｘ）とに挟まれており、
前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）は、前記第２流体流路（７９５ｘ）の外側まで伸びている伝熱性部分（７６８Ｒ）を有している、
請求項４に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項６】
前記熱交換器（５０）のうち前記重複熱交換部以外の部分は、前記第２流体流路（７９５ｘ）のみが、前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）と前記第２一次冷媒流路（７２７ｘ）とに挟まれており、
前記熱交換器（５０）のうち前記重複熱交換部以外の部分は、前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）と前記第２一次冷媒流路（７２７ｘ）との間を狭めることで、前記第１一次冷媒流路（７２７ｘ）および前記第２一次冷媒流路（７２７ｘ）の両方が前記第２流体流路（７９５ｘ）に接している、
請求項４に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項７】
前記熱交換器（５０）は、
前記一次冷媒を第３一次冷媒と第４一次冷媒と第５一次冷媒に分割して、前記第３一次冷媒が通過する第３一次冷媒流路（７２７ｘ）と、第４一次冷媒が通過する第４一次冷媒流路（７２７ｘ）と、前記第５一次冷媒が通過する第５一次冷媒流路（７２７ｘ）と、を並列に流す部分と、
前記第１流体が通過する第３流体流路（７６８ｂ）と、
前記第２流体が通過する第４流体流路（７９５ｘ）と、
を有しており、
前記重複熱交換部では、前記第３一次冷媒流路（７２７ｘ）、前記第２流体流路（７９５ｘ）、前記第４一次冷媒流路（７２７ｘ）、前記第１流体流路（７６８ｂ）、前記第５一次冷媒流路（７２７ｘ）の順番に互いに接しつつ重なっている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（７０１）。
【請求項８】
前記熱交換器（５０）は、前記第２熱負荷処理部（９１）において要求される前記第２流体の温度が前記第１熱負荷処理部（６１）において要求される前記第１流体の温度よりも高い場合に、前記第２流体と前記一次冷媒とが熱交換を行う部分は、前記第１流体と前記一次冷媒とが熱交換を行う部分のうち前記一次冷媒の流れ方向の上流側端部よりも、前記一次冷媒の流れ方向における上流側まで伸びている、
請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項９】
前記熱交換器（５０）は、前記重複熱交換部を含む重複熱交換器（５２）と、前記重複熱交換部以外の部分を含む非重複熱交換器（５１、５３）と、前記重複熱交換器（５２）と前記非重複熱交換器（５１、５３）とを接続しつつ内部に前記一次冷媒を流す一次冷媒接続管（２７ｃ、２７ｅ）と、前記重複熱交換器（５２）と前記非重複熱交換器（５１、５３）とを接続しつつ内部に前記第２流体を流す第２流体接続管（９５ｄ、９５ｆ）と、を有している、
請求項１から８のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１０】
前記非重複熱交換器（５１、５３）は、前記重複熱交換器（５２）に対して前記一次冷媒流れの上流側に配置された第１非重複熱交換器（５１）と、前記重複熱交換器（５２）に対して前記一次冷媒流れの下流側に配置された第２非重複熱交換器（５３）と、を有している、
請求項９に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１１】
前記重複熱交換器（５２）において前記一次冷媒の流れにおける上流側端部近傍および下流側端部近傍において前記一次冷媒との間での熱交換が可能なように、かつ、前記一次冷媒の流れにおける上流側端部近傍および下流側端部近傍以外の部分においては前記一次冷媒との間で熱交換が行われないように、内部に前記第２流体を流す第２流体バイパス管（２９５ｘ、２９５ｙ、２９５ｚ、７９５ｓ、７９５ｔ、７９５ｕ）を有している、
請求項１０に記載のヒートポンプシステム（２０１、７０１Ｄ）。
【請求項１２】
前記熱交換器（５０）のうち前記重複熱交換器（５２）および前記非重複熱交換器（５１、５３）のみにおいて、前記一次冷媒は多穴構造を有する偏平管内を流れている、
請求項９から１１のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１３】
前記第１熱負荷処理部（６１）は、配置されている対象空間の空気を暖める暖房用熱交換器（６１）であり、
前記第１流体は、二次冷媒である、
請求項１から１２のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１４】
前記第２熱負荷処理部（９１）は、給湯用のタンクであり、
前記第２流体は、給湯用の水である、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１５】
前記一次冷媒は、二酸化炭素である、
請求項１から１４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプ回路を用いて給湯や暖房等の複数種類の熱負荷に対応しているヒートポンプシステムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００６−１２５７２２号公報）に記載されているように、同一のヒートポンプ回路を利用して給湯および暖房運転を行う場合に、負荷状況に応じて、給湯と暖房とのいずれの負荷を優先して処理するかについて定めたヒートポンプシステムが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１（特開２００６―１２５７２２号公報）に記載のヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ回路を循環している一次冷媒を対象として、複数の負荷に対応するために熱交換を行う熱交換器は、熱負荷毎に分けられている。このため、これらの熱交換器の全ての体積を合計すると、熱交換器の大きさが大きなものとなってしまっている。
【０００５】
本発明の課題は、複数の熱負荷に対応する場合であっても、熱交換器の大きさをコンパクト化させることが可能なヒートポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明のヒートポンプシステムは、ヒートポンプ回路、第１熱負荷回路、第２熱負荷回路、および、熱交換器を備えている。ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機構、膨張機構、および、蒸発器を有している。このヒートポンプ回路は、一次冷媒が循環している。第１熱負荷回路は、第１熱負荷処理部を有している。この第１熱負荷回路は、第１流体が循環している。第２熱負荷回路は、第２熱負荷処理部を有している。この第２熱負荷回路は、第２流体が循環している。熱交換器は、圧縮機構から吐出される一次冷媒と、第１流体および第２流体との間で熱交換を行わせる。熱交換器は、一次冷媒のうち同一エンタルピもしくは同一温度の状態の部分が第１流体および第２流体の両方との間で熱交換を行う重複熱交換部を有している。
【０００７】
例えば、一次冷媒と第１流体とが熱交換を行う部分と、一次冷媒と第２流体とが熱交換を行う部分と、を同一のエンタルピもしくは温度の一次冷媒が流れている部分で構成される面上において重複する部分が生じないように配置する場合には、第１流体および第２流体を暖めるために要する経路が長くなってしまう。
【０００８】
これに対して、このヒートポンプシステムでは、同一エンタルピもしくは同一温度の一次冷媒が流れている部分において第１流体だけでなく第２流体とも熱交換を行う重複熱交換部を有している。このため、複数の熱負荷に対応させるシステムにおいて熱交換器を小型化させることが可能になる。
【０００９】
第２発明のヒートポンプシステムは、第１発明のヒートポンプシステムにおいて、熱交換器は、重複熱交換部は、一次冷媒が流れている方向に対して垂直な面上において、一次冷媒が通過している部分が、第１流体が通過している部分および第２流体が通過している部分の両方に対して熱交換が可能となる位置に配置されている部分を含んでいる。
【００１０】
このヒートポンプシステムでは、一次冷媒が流れている部分の周囲に第１流体および第２流体の両方が流れているので、一次冷媒からの放熱面積を小さく抑えることが可能になる。
【００１１】
第３発明のヒートポンプシステムは、第１発明または第２発明のヒートポンプシステムにおいて、圧縮機構から吐出される一次冷媒の圧力は、一次冷媒の臨界圧力以上の圧力である。
【００１２】
このヒートポンプシステムでは、熱交換器を通過している途中に一次冷媒の温度が変化する場合に、第１流体および第２流体が必要とする温度範囲が得られるように重複部分を設けることが可能になる。
【００１３】
第４発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第３発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、熱交換器は、一次冷媒を第１一次冷媒と第２一次冷媒とに分割して、第１一次冷媒が通過する第１一次冷媒流路と第２一次冷媒が通過する第２一次冷媒流路とを並列に流す部分と、第１流体が通過する第１流体流路と、第２流体が通過する第２流体流路と、を有している。重複熱交換部では、第１一次冷媒流路、第２流体流路、第１流体流路、第２一次冷媒流路の順番に互いに接しつつ重なっている。
【００１４】
このヒートポンプシステムでは、第１流体流路と第２流体流路とのうち一次冷媒が流れる流路と接していない部分は、第１流体流路と第２流体流路とが互いに接しているため、第１流体および第２流体からの放熱ロスを低減させることが可能になる。
【００１５】
第５発明のヒートポンプシステムは、第４発明のヒートポンプシステムにおいて、熱交換器のうち重複熱交換部以外の部分は、第２流体流路のみが、第１一次冷媒流路と第２一次冷媒流路とに挟まれている。第１一次冷媒流路は、第２流体流路の外側まで伸びている伝熱性部分を有している。
【００１６】
このヒートポンプシステムでは、重複部分以外の部分において第２流体流路を流れる第２流体は、第２一次流路を流れる一次冷媒からの熱を受けるだけでなく、第１一次冷媒流路を流れる一次冷媒からも伝熱性部分を介して熱を効率的に受けることができる。そして、第１一次冷媒流路を流れる一次冷媒は、伝熱性部分が設けられているために、重複部分以外の部分においても重複部分における流れ方向を変えずに流すことが可能になる。
【００１７】
第６発明のヒートポンプシステムは、第４発明のヒートポンプシステムにおいて、熱交換器のうち重複熱交換部以外の部分は、第２流体流路のみが、第１一次冷媒流路と第２一次冷媒流路とに挟まれている。熱交換器のうち重複熱交換部以外の部分は、第１一次冷媒流路と第２一次冷媒流路との間を狭めることで、第１一次冷媒流路および第２一次冷媒流路の両方が第２流体流路に接している。
【００１８】
このヒートポンプシステムでは、重複部分以外の部分において第２流体流路を流れる第２流体は、第２一次流路を流れる一次冷媒からの熱を受けるだけでなく、第１一次冷媒流路を流れる一次冷媒からも伝熱性部分を介して熱を効率的に受けることができる。そして、重複部分以外の部分において第２流体流路を流れる第２流体は、第１一次冷媒流路を流れる一次冷媒および第２一次冷媒流路を流れる一次冷媒のいずれにも近い部分を流れているため、効率的に熱交換を行うことが可能になる。
【００１９】
第７発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第３発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、熱交換器は、一次冷媒を第３一次冷媒と第４一次冷媒と第５一次冷媒に分割して、第３一次冷媒が通過する第３一次冷媒流路と、第４一次冷媒が通過する第４一次冷媒流路と、第５一次冷媒が通過する第５一次冷媒流路と、を並列に流す部分と、第１流体が通過する第３流体流路と、第２流体が通過する第４流体流路と、を有している。重複部分では、第３一次冷媒流路、第２流体流路、第４一次冷媒流路、第１流体流路、第５一次冷媒流路の順番に互いに接しつつ重なっている。
【００２０】
このヒートポンプシステムでは、第１流体流路および第２流体流路のいずれもが、それぞれ一次冷媒が流れている流路によって挟まれているため、第１流体および第２流体からの放熱ロスをより効率的に低減させることが可能になる。
【００２１】
第８発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第７発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、熱交換器は、第２熱負荷処理部において要求される第２流体の温度が第１熱負荷処理部において要求される第１流体の温度よりも高い場合に、第２流体と一次冷媒とが熱交換を行う部分は、第１流体と一次冷媒とが熱交換を行う部分のうち一次冷媒の流れ方向の上流側端部よりも、一次冷媒の流れ方向における上流側まで伸びている。
【００２２】
このヒートポンプシステムでは、第１流体よりも高温が必要となる第２流体と一次冷媒とが熱交換を行う部分は、第１流体と一次冷媒とが熱交換を行う部分よりも、熱交換器に一次冷媒が流入する部分に近い部分まで伸びている。このため、第２流体を最も高温化させる部分においては、一次冷媒の熱は第１流体に奪われることなく第２流体に供給される。これにより、第２流体に要求される温度をより確実に確保することが可能になる。
【００２３】
第９発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第８発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、熱交換器は、重複部分を含む重複熱交換器と、重複部分以外の部分を含む非重複熱交換器と、重複熱交換器と非重複熱交換器とを接続しつつ内部に一次冷媒を流す一次冷媒接続管と、重複熱交換器と非重複熱交換器とを接続しつつ内部に第２流体を流す第２流体接続管と、を有している。
【００２４】
このヒートポンプシステムでは、非重複熱交換器が重複熱交換器と分離されているため、第１流体と第２流体との間での熱交換を小さく抑えることが可能になる。
【００２５】
第１０発明のヒートポンプシステムは、第９発明のヒートポンプシステムにおいて、非重複熱交換器は、重複熱交換器に対して一次冷媒流れの上流側に配置された第１非重複熱交換器と、重複熱交換器に対して一次冷媒流れの下流側に配置された第２非重複熱交換器と、を有している。
【００２６】
このヒートポンプシステムでは、第１流体を熱交換器における中間部分に配置された重複熱交換器を流れる一次冷媒によって暖めることが可能になる。
【００２７】
第１１発明のヒートポンプシステムは、第１０発明のヒートポンプシステムにおいて、重複熱交換器において一次冷媒の流れにおける上流側端部近傍および下流側端部近傍において一次冷媒との間での熱交換が可能なように、かつ、一次冷媒の流れにおける上流側端部近傍および下流側端部近傍以外の部分においては一次冷媒との間で熱交換が行われないように、内部に第２流体を流す第２流体バイパス管を有している。
【００２８】
このヒートポンプシステムでは、第２流体が重複熱交換器の全体を通過している場合と比較して、重複熱交換器における第１流体と第２流体との間の熱交換量を小さく抑えることが可能になる。
【００２９】
第１２発明のヒートポンプシステムは、第９発明から第１１発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、熱交換器のうち重複熱交換器および非重複熱交換器のみにおいて、一次冷媒は多穴構造を有する扁平管内を流れている。
【００３０】
このヒートポンプシステムでは、一次冷媒の表面積が増大するため、熱交換効率を向上させることができる。
【００３１】
第１３発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１２発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第１熱負荷処理部は、配置されている対象空間の空気を暖める暖房用熱交換器である。第１流体は、二次冷媒である。
【００３２】
このヒートポンプシステムでは、二次冷媒は、第１熱交換器を流れる一次冷媒との間で熱交換を行うことができ、第２熱交換器を流れる一次冷媒との間でも熱交換を行うことができる。これにより、第１熱負荷処理部において暖房用として必要な程度の温度まで二次冷媒を暖めるために必要な熱を、第１熱交換器を流れる一次冷媒および第２熱交換器を流れる一次冷媒から得ることができる。
【００３３】
第１４発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１３発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第２熱負荷処理部は、給湯用のタンクである。第２流体は、給湯用の水である。
【００３４】
このヒートポンプシステムでは、給湯に必要となる温度まで水を加熱するために、第１熱交換器を流れる一次冷媒および第２熱交換器を流れる一次冷媒の少なくともいずれか一方のうち、効果的に熱交換を行うことが可能な温度の一次冷媒が流れている部分から熱を受けることが可能になる。
【００３５】
第１５発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１４発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、一次冷媒は、二酸化炭素である。
【００３６】
このヒートポンプシステムでは、自然冷媒を用いてヒートポンプ回路の冷凍サイクルを実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３８】
第１発明では、複数の熱負荷に対応させるシステムにおいて熱交換器を小型化させることが可能になる。
【００３９】
第２発明では、一次冷媒からの放熱面積を小さく抑えることが可能になる。
【００４０】
第３発明では、第１流体および第２流体が必要とする温度範囲が得られるように重複部分を設けることが可能になる。
【００４１】
第４発明では、第１流体および第２流体からの放熱ロスを低減させることが可能になる。
【００４２】
第５発明では、重複部分以外の部分においても重複部分における流れ方向を変えずに流すことが可能になる。
【００４３】
第６発明では、効率的に熱交換を行うことが可能になる。
【００４４】
第７発明では、第１流体および第２流体からの放熱ロスをより効率的に低減させることが可能になる。
【００４５】
第８発明では、第２流体に要求される温度をより確実に確保することが可能になる。
【００４６】
第９発明では、第１流体と第２流体との間での熱交換を小さく抑えることが可能になる。
【００４７】
第１０発明では、第１流体を熱交換器における中間部分に配置された重複熱交換器を流れる一次冷媒によって暖めることが可能になる。
【００４８】
第１１発明では、重複熱交換器における第１流体と第２流体との間の熱交換量を小さく抑えることが可能になる。
【００４９】
第１２発明では、一次冷媒の表面積が増大するため、熱交換効率を向上させることができる。
【００５０】
第１３発明では、第１熱負荷処理部において暖房用として必要な程度の温度まで二次冷媒を暖めるために必要な熱を、第１熱交換器を流れる一次冷媒および第２熱交換器を流れる一次冷媒から得ることができる。
【００５１】
第１４発明では、効果的に熱交換を行うことが可能な温度の一次冷媒が流れている部分から熱を受けることが可能になる。
【００５２】
第１５発明では、自然冷媒を用いてヒートポンプ回路の冷凍サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態にかかるヒートポンプ回路の圧力−エンタルピ線図である。
【図３】第１実施形態にかかるヒートポンプ回路の温度−エントロピ線図である。
【図４】高圧水熱交換器５０近傍を流れる各流体の温度分布の例を示す図である。
【図５】第１実施形態にかかる第１高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図６】第１実施形態にかかる第１高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図７】第１実施形態にかかる第１高圧水熱交換器の概略断面図である。
【図８】第１実施形態にかかる第２高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図９】第１実施形態にかかる第２高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図１０】第１実施形態にかかる第２高圧水熱交換器の概略断面図である。
【図１１】第１実施形態にかかる第３高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図１２】第１実施形態にかかる第３高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図１３】第１実施形態にかかる第３高圧水熱交換器の概略断面図である。
【図１４】第２実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１５】第３実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１６】第４実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１７】第５実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１８】第６実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１９】第７実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２０】第７実施形態にかかる一体高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図２１】第７実施形態にかかる一体高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図２２】第７実施形態にかかる一体高圧水熱交換器の側面図である。
【図２３】第７実施形態にかかる一体高圧水熱交換器のＡ−Ａ断面図である。
【図２４】第７実施形態にかかる一体高圧水熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。
【図２５】第７実施形態の変形例Ａにかかる一体高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図２６】第７実施形態の変形例Ａにかかる一体高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図２７】第７実施形態の変形例Ａにかかる一体高圧水熱交換器の側面図である。
【図２８】第７実施形態の変形例Ａにかかる一体高圧水熱交換器のＡ−Ａ断面図である。
【図２９】第７実施形態の変形例Ａにかかる一体高圧水熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。
【図３０】第７実施形態の変形例Ｂにかかる一体高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図３１】第７実施形態の変形例Ｂにかかる一体高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図３２】第７実施形態の変形例Ｂにかかる一体高圧水熱交換器の側面図である。
【図３３】第７実施形態の変形例Ｂにかかる一体高圧水熱交換器のＡ−Ａ断面図である。
【図３４】第７実施形態の変形例Ｂにかかる一体高圧水熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。
【図３５】第７実施形態の変形例Ｃにかかる一体高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図３６】第７実施形態の変形例Ｄにかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図３７】第７実施形態の変形例Ｄにかかる一体高圧水熱交換器の概略斜視図である。
【図３８】第７実施形態の変形例Ｄにかかる一体高圧水熱交換器の切断面斜視図である。
【図３９】第７実施形態の変形例Ｄにかかる一体高圧水熱交換器のＡ−Ａ断面図である。
【図４０】第７実施形態の変形例Ｄにかかる一体高圧水熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
＜１＞第１実施形態
＜１−１＞ヒートポンプシステム１の構成
図１は、本発明の一実施形態である第１実施形態にかかるヒートポンプシステム１の概略構成図である。
【００５５】
ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ回路１０、暖房回路６０、給湯回路９０、中間圧水熱交換器４０、および、高圧水熱交換器５０を備えている。ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ回路１０によって得られる熱を、暖房回路６０を介して暖房用の熱として利用するだけでなく、給湯回路９０を介して給湯用の熱として利用するシステムである。
【００５６】
（中間圧水熱交換器４０）
中間圧水熱交換器４０では、ヒートポンプ回路１０を循環する一次冷媒としての二酸化炭素と、暖房回路６０を循環する二次冷媒としての水と、の間で熱交換を行わせる。
【００５７】
（高圧水熱交換器５０）
高圧水熱交換器５０は、第１高圧水熱交換器５１、第２高圧水熱交換器５２、および、第３高圧水熱交換器５３を有している。第１高圧水熱交換器５１では、ヒートポンプ回路１０を循環する一次冷媒としての二酸化炭素と、給湯回路９０を循環する給湯用の水と、の間で熱交換を行わせる。第２高圧水熱交換器５２では、ヒートポンプ回路１０を循環する一次冷媒としての二酸化炭素を、暖房回路６０を循環する二次冷媒としての水および給湯回路９０を循環する給湯用の水と、の間で熱交換を行わせる。第３高圧水熱交換器５３では、ヒートポンプ回路１０を循環する一次冷媒としての二酸化炭素と、給湯回路９０を循環する給湯用の水と、の間で熱交換を行わせる。
【００５８】
（ヒートポンプ回路１０）
ヒートポンプ回路１０は、一次冷媒としての二酸化炭素が循環している自然冷媒を用いた回路である。ヒートポンプ回路１０は、低段側圧縮機２１、高段側圧縮機２５、エコノマイザ熱交換器７、インジェクション路７０、一次冷媒間熱交換器８、一次バイパス８０、膨張弁５ａ、蒸発器４、中間圧管２３、高圧管２７、低圧管２０、ファン４ｆ、および、制御部１１を備えている。蒸発器４は、例えば、屋外に設置されている。
【００５９】
中間圧管２３は、低段側圧縮機２１の吐出側と高段側圧縮機２５の吸入側とを接続している。中間圧管２３は、第１中間圧管２３ａ、第２中間圧管２３ｂ、第３中間圧管２３ｃ、および、第４中間圧管２３ｄを有している。第１中間圧管２３ａは、低段側圧縮機２１の吐出側と、中間圧水熱交換器４０の上流側端部と、を低段吐出ポイントＢを介しつつ、接続している。この第１中間圧管２３ａには、通過する一次冷媒の圧力を検知する中間圧圧力センサ２３Ｐ、および、通過する一次冷媒の温度を検知する中間圧温度センサ２３Ｔが取り付けられている。第２中間圧管２３ｂは、二次冷媒としての暖房用の水と混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒としての二酸化炭素を流しつつ、中間圧水熱交換器４０内を通過している。第３中間圧管２３ｃは、中間圧水熱交換器４０の下流側端部とインジェクション合流ポイントＤとを、中間圧水熱交換器通過ポイントＣを介して接続している。第４中間圧管２３ｄは、インジェクション合流ポイントＤと、高段側圧縮機２５の吸入側と、を接続している。
【００６０】
高圧管２７は、高段側圧縮機２５の吐出側と、膨張弁５もしくは一次バイパス膨張弁５ｂと、を接続している。高圧管２７は、第１高圧管２７ａ、第２高圧管２７ｂ、第３高圧管２７ｃ、第４高圧管２７ｄ、第５高圧管２７ｅ、第６高圧管２７ｆ、第７高圧管２７ｇ、第８高圧管２７ｈ、第９高圧管２７ｉ、第１０高圧管２７ｊ、第１１高圧管２７ｋ、第１２高圧管２７ｌ、および、第１３高圧管２７ｍを有している。第１高圧管２７ａは、高段側圧縮機２５の吐出側と、第１高圧水熱交換器５１と、を高段吐出ポイントＥを介しつつ、接続している。この第１高圧管２７ａには、通過する一次冷媒の圧力を検知する高圧圧力センサ２７Ｐ、および、通過する一次冷媒の温度を検知する高圧温度センサ２７Ｔが取り付けられている。第２高圧管２７ｂは、給湯用の水と混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒としての二酸化炭素を流しつつ、第１高圧水熱交換器５１内を通過している。第３高圧管２７ｃは、第１高圧水熱交換器５１の下流側端部と、第２高圧水熱交換器５２の上流側端部と、を第１高圧ポイントＦを介しつつ、接続している。第４高圧管２７ｄは、暖房用二次冷媒としての水および給湯用の水と混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒としての二酸化炭素を流しつつ、第２高圧水熱交換器５２内を通過している。第５高圧管２７ｅは、第２高圧水熱交換器５２の下流側端部と、第３高圧水熱交換器５３の上流側端部と、を第２高圧ポイントＧを介しつつ、接続している。第６高圧管２７ｆは、暖房用二次冷媒としての水と混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒としての二酸化炭素を流しつつ、第３高圧水熱交換器５３内を通過している。第７高圧管２７ｇは、第３高圧水熱交換器５３の下流側端部と、第３高圧ポイントＨと、を接続している。第８高圧管２７ｈは、第３高圧ポイントＨと、エコノマイザ熱交換器７中の膨張弁５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第９高圧管２７ｉは、インジェクション路７０を流れる一次冷媒との間で混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒を流しつつ、エコノマイザ熱交換器７を通過している。第１０高圧管２７ｊは、エコノマイザ熱交換器７中の膨張弁５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における下流側端部と、第４高圧ポイントＩと、を接続している。第１１高圧管２７ｋは、第４高圧ポイントＩと、一次冷媒間熱交換器８中の膨張弁５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第１２高圧管２７ｌは、低圧管２０を流れる一次冷媒との間で混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒を流しつつ、一次冷媒間熱交換器８を通過している。第１３高圧管２７ｍは、一次冷媒間熱交換器８中の膨張弁５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における下流側端部と、膨張弁５ａと、を第５高圧ポイントＪを介しつつ、接続している。
【００６１】
低圧管２０は、第１低圧管２０ａ、第２低圧管２０ｂ、第３低圧管２０ｃ、第４低圧管２０ｄ、および、第５低圧管２０ｅを有している。第１低圧管２０ａは、膨張弁５ａと、第３低圧ポイントＭと、を第１低圧ポイントＫを介して接続している。第２低圧管２０ｂは、第３低圧ポイントＭと、蒸発器４の上流側端部と、を接続している。第３低圧管２０ｃは、蒸発器４の下流側端部と、一次冷媒間熱交換器８の低圧管２０中の一次冷媒の流れ方向における上流側端部と、を第４低圧ポイントＮを介しつつ、を接続している。第４低圧管２０ｄは、第１２高圧管２７ｌを流れる一次冷媒との間で混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒を流しつつ、一次冷媒間熱交換器８を通過している。第５低圧管２０ｅは、一次冷媒間熱交換器８の低圧管２０中の一次冷媒の流れ方向における下流側端部と、低段側圧縮機２１の吸入側である吸入ポイントＡと、を接続している。この第５低圧管２０ｅには、通過する一次冷媒の圧力を検知する低圧圧力センサ２０Ｐ、および、通過する一次冷媒の温度を検知する低圧温度センサ２０Ｔが取り付けられている。
【００６２】
インジェクション路７０は、インジェクション膨張弁７３、第１インジェクション管７２、第２インジェクション管７４、第３インジェクション管７５、および、第４インジェクション管７６を有している。第１インジェクション管７２は、第３高圧ポイントＨと、インジェクション膨張弁７３と、を接続している。第２インジェクション管７４は、インジェクション膨張弁７３と、エコノマイザ熱交換器７中のインジェクション路７０を流れる一次冷媒の流れ方向における上流側端部と、をインジェクション中間圧ポイントＱを介しつつ、接続している。第３インジェクション管７５は、第９高圧管２７ｉを流れる一次冷媒との間で混ざり合うことがないように、内部に一次冷媒を流しつつ、エコノマイザ熱交換器７を通過している。第４インジェクション管７６は、エコノマイザ熱交換器７中のインジェクション路７０を流れる一次冷媒の流れ方向における下流側端部と、インジェクション合流ポイントＤと、をエコノマイザ熱交後ポイントＲを介しつつ、接続している。このように、ヒートポンプ回路１０では、インジェクション路７０が採用されているため、ヒートポンプ回路の成績係数を向上させることができている。そして、例えば、暖房負荷が小さい場合等、ヒートポンプ回路１０の効率向上のための中間圧水熱交換器４０での一次冷媒の冷却効果を十分に得られない場合であっても、このインジェクション路７０を通過するインジェクション量を増大させることで、運転効率を向上させることができる。なお、ヒートポンプ回路１０では、インジェクション合流ポイントＤは、中間圧水熱交換器４０と高段側圧縮機２５との間に設けられている。このため、低段側圧縮機２１から吐出された高温の一次冷媒は、中間圧水熱交換器４０に到達する前に冷やされることがなく、高温状態を維持したままで中間圧水熱交換器４０に供給することができる。このため、中間圧水熱交換器４０を通過する暖房用の水を十分高温にすることができている。さらに、第３高圧ポイントＨは、エコノマイザ熱交換器７の上流側において一次冷媒の一部をインジェクション路７０へ分岐させることができる位置に設けられている。このため、低段側圧縮機２１から高段側圧縮機２５に向かう一次冷媒を冷却し過ぎてしまうことによる能力低下を回避することがきている。
【００６３】
一次バイパス８０は、第１４高圧管２７ｎ、第６低圧管２０ｆ、および、一次バイパス膨張弁５ｂを有している。第１４高圧管２７ｎは、第４高圧ポイントＩと、一次バイパス膨張弁５ｂと、を接続している。第６低圧管２０ｆは、一次バイパス膨張弁５ｂと、第３低圧ポイントＭと、第２低圧ポイントＬを介して接続している。なお、一次バイパス８０に一次バイパス膨張弁５ｂが設けられているため、制御部１１は、一次冷媒間熱交換器８側を通過する一次冷媒の量を調節することができる。このため、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒が適当な過熱度を有するように調節することが可能になっている。具体的には、制御部１１は、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を下げた場合には、一次冷媒間熱交換器８を通過する一次冷媒の流量が増大し、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を上げることができ、これにより、低段側圧縮機２１の吐出冷媒温度が目標温度となるために必要となる圧縮比を小さく抑えることができる。また、制御部１１は、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を上げた場合には、一次冷媒間熱交換器８を通過する一次冷媒の流量が減少し、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を下げることができ、これにより、低段側圧縮機２１の吸入冷媒密度が著しく減少して循環量を確保できなくなってしまう事態を回避することができる。
【００６４】
制御部１１は、上述した中間圧圧力センサ２３Ｐ、中間圧温度センサ２３Ｔ、高圧圧力センサ２７Ｐ、高圧温度センサ２７Ｔ、低圧圧力センサ２０Ｐ、および、低圧温度センサ２０Ｔ等が検知する値に基づいて、低段側圧縮機２１、高段側圧縮機２５、インジェクション膨張弁７３、膨張弁５ａ、一次バイパス膨張弁５ｂ、ファン４ｆ等を制御する。
【００６５】
（暖房回路６０）
暖房回路６０は、二次冷媒としての水が循環している。暖房回路６０は、ラジエータ６１、分流機構６２、暖房往き管６５、暖房戻り管６６、中間圧側分岐路６７、および、高圧側分岐路６８を有している。分流機構６２は、暖房混合弁６４、および、暖房ポンプ６３を含んでいる。ラジエータ６１は、暖房を行う対象となる空間に設置されており、内部を二次冷媒としての暖かい水が流れることにより、対象空間の空気を暖めて暖房を行う。ラジエータ６１には、内部を流れる暖房用の水の温度を検知するためのラジエータ温度センサ６１Ｔが設けられている。ラジエータ６１は、図示しないが、暖房ポンプ６３から送られてくる暖かい水を受け入れるための往き口と、ラジエータ６１において放熱した後の水を中間圧水熱交換器４０および第２高圧水熱交換器５２に送り出すための戻り口と、を有している。暖房戻り管６６は、ラジエータ６１の戻り口と、暖房分岐ポイントＸとを接続している。暖房分岐ポイントＸでは、ラジエータ６１における放熱を終えた水を、中間圧水熱交換器４０側に送る中間圧側分岐路６７と、第２高圧水熱交換器５２側に送る高圧側分岐路６８と、に分流させる。中間圧側分岐路６７は、第１中間圧側分岐路６７ａ、第２中間圧側分岐路６７ｂ、および、第３中間圧側分岐路６７ｃを有している。第１中間圧側分岐路６７ａは、分岐ポイントＸと、中間圧水熱交換器４０における中間圧側分岐路６７中の水の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第２中間圧側分岐路６７ｂは、第２中間圧管２３ｂ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と混ざり合うことがないように、内部に二次冷媒としての暖房用の水を流しつつ、中間圧水熱交換器４０内を通過している。ここで、中間圧水熱交換器４０では、第２中間圧管２３ｂ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と、第２中間圧側分岐路６７ｂ内を流れている二次冷媒としての暖房用の水とは、互いに対向する方向に流れている対向流形式が採用されている。第３中間圧側分岐路６７ｃは、中間圧水熱交換器４０における中間圧側分岐路６７中の水の流れ方向における下流側端部と、暖房合流ポイントＹと、を接続している。第３中間圧側分岐路６７ｃには、通過する暖房用の水の温度を検知するための中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔが設けられている。高圧側分岐路６８は、第１高圧側分岐路６８ａ、第２高圧側分岐路６８ｂ、および、第３高圧側分岐路６８ｃを有している。第１高圧側分岐路６８ａは、分岐ポイントＸと、第２高圧水熱交換器５２における高圧側分岐路６８中の水の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第２高圧側分岐路６８ｂは、第４高圧管２７ｄ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と混ざり合うことがないようにするとともに、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅ内を流れている給湯用の水とも混ざり合うことがないように、内部に二次冷媒としての暖房用の水を流しつつ、第２高圧水熱交換器５２内を通過している。ここで、第２高圧水熱交換器５２では、第４高圧管２７ｄ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と、第２高圧側分岐路６８ｂ内を流れている二次冷媒としての暖房用の水とは、互いに対向する方向に流れている対向流形式が採用されている。この第２高圧水熱交換器５２では、第２高圧側分岐路６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒と、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流れる給湯用の水と、の間での熱交換が抑制されるように、各流路が配置されている。第３高圧側分岐路６８ｃは、第２高圧水熱交換器５２における高圧側分岐路６８中の水の流れ方向における下流側端部と、暖房合流ポイントＹと、を接続している。第３高圧側分岐路６８ｃには、通過する暖房用の水の温度を検知するための高圧側分岐路温度センサ６８Ｔが設けられている。なお、第１中間圧側分岐路６７ａを流れている暖房用の水の温度、および、第１高圧側分岐路６８ａを流れている暖房用の水の温度は、いずれも暖房分岐ポイントＸで分岐されたまま、外部との熱のやりとりが無いため、同一の温度分布となっている。これに対して、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れている暖房用の水の温度は、中間圧水熱交換器４０において第２中間圧管２３ｂを流れる一次冷媒との熱交換によって得られる熱量に応じた温度となる。また、第３高圧側分岐路６８ｃを流れている暖房用の水の温度は、第２高圧水熱交換器５２において第４高圧管２７ｄを流れている一次冷媒との熱交換によって得られる熱量に応じた温度となる。このため、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れている暖房用の水の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れている暖房用の水の温度とは、異なる温度になる場合がある。暖房往き管６５は、暖房合流ポイントＹと、ラジエータ６１の往き口と、を接続している。この暖房往き管６５の途中には、暖房往き管６５を通過する暖房用の水の流量を調節する暖房ポンプ６３が設けられている。暖房混合弁６４は、第３中間圧側分岐路６７ｃを通過した暖房用の水と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過した暖房用の水と、が合流する暖房傍流ポイントＹに設けられている。暖房混合弁６４は、第３中間圧側分岐路６７ｃ側に接続されている部分の開度および第３高圧側分岐路６８ｃ側に接続されている部分の開度をそれぞれ調節することにより、中間圧側分岐路６７に流す暖房用の水の流量と、第３高圧側分岐路６８ｃに流す暖房用の水の流量と、の比率を調節する。
【００６６】
なお、制御部１１は、上述したラジエータ温度センサ６１Ｔ、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔ、高圧側分岐路温度センサ６８Ｔ等が検知する温度等に基づいて、ラジエータ６１において要求される温度の二次冷媒を供給することができるように、暖房混合弁６４における分流比率および暖房ポンプ６３の流量を制御する。
【００６７】
（給湯回路９０）
給湯回路９０は、給湯用の水が循環している。給湯回路９０は、貯湯タンク９１、給水管９４、給湯管９８、給湯バイパス管９９、給湯混合弁９３、給湯ヒートポンプ管９５、および、給湯ポンプ９２を有している。貯湯タンク９１には、図示しないが、循環往き口、および、循環戻り口が設けられている。図示しない外部の市水を通じた後、給水管９４を介して、常温の水が、貯湯タンク９１の下端部近傍から貯湯タンク９１内へと供給される。給湯ヒートポンプ管９５は、第１給湯ヒートポンプ管９５ａ、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂ、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃ、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄ、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅ、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆ、第７給湯ヒートポンプ管９５ｇ、および、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈを有している。第１給湯ヒートポンプ管９５ａは、貯湯タンク９１の循環往き口と、給湯ポンプ９２と、を接続している。第１給湯ヒートポンプ管９５ａには、通過する給湯用の水の温度を検知する給湯入水温度センサ９４Ｔが設けられている。第２給湯ヒートポンプ管９５ｂは、給湯ポンプ９２と、第３高圧水熱交換器５３における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第３給湯ヒートポンプ管９５ｃは、第６高圧管２７ｆ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と混ざり合うことがないように、内部に給湯用の水を流しつつ、第３高圧水熱交換器５３内を通過している。ここで、第３高圧水熱交換器５３では、第６高圧管２７ｆ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃ内を流れている給湯用の水とは、互いに対向する方向に流れている対向流形式が採用されている。第４給湯ヒートポンプ管９５ｄは、第３高圧水熱交換器５３における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における下流側端部と、第２高圧水熱交換器５２における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第４給湯ヒートポンプ管９５ｄでは、通過する給湯用の水の温度を検知する第１給湯中間温度センサ９５Ｔが設けられている。第５給湯ヒートポンプ管９５ｅは、第４高圧管２７ｄ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と混ざり合うことがないようするとともに、第２高圧側分岐路６８ｂ内を流れている暖房用の二次冷媒とも混ざり合うことがないように、内部に給湯用の水を流しつつ、第２高圧水熱交換器５２内を通過している。ここで、第２高圧水熱交換器５２では、第４高圧管２７ｄ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と、第３給湯ヒートポンプ管９５ｅ内を流れている給湯用の水とは、互いに対向する方向に流れている対向流形式が採用されている。なお、上述したように、この第２高圧水熱交換器５２では、第２高圧側分岐路６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒と、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流れる給湯用の水と、の間での熱交換が抑制されるように、各流路が配置されている。第６給湯ヒートポンプ管９５ｆは、第２高圧水熱交換器５２における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における下流側端部と、第１高圧水熱交換器５１における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における上流側端部と、を接続している。第６給湯ヒートポンプ管９５ｆでは、通過する給湯用の水の温度を検知する第２給湯中間温度センサ９６Ｔが設けられている。第７給湯ヒートポンプ管９５ｇは、第２高圧管２７ｂ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と混ざり合うことがないように、内部に給湯用の水を流しつつ、第１高圧水熱交換器５１内を通過している。ここで、第１高圧水熱交換器５１では、第２高圧管２７ｂ内を流れている一次冷媒としての二酸化炭素と、第７給湯ヒートポンプ管９５ｇ内を流れている給湯用の水とは、互いに対向する方向に流れている対向流形式が採用されている。第８給湯ヒートポンプ管９５ｈは、第１高圧水熱交換器５１における給湯ヒートポンプ管９５中の水の流れ方向における下流側端部と、貯湯タンク９１の循環戻り口とを接続している。第８給湯ヒートポンプ管９５ｈには、通過する給湯用の水の温度を検知する給湯出湯温度センサ９８Ｔが設けられている。給湯管９８は、貯湯タンク９１の上端部近傍から貯湯タンク９１内に溜められているお湯を、図示しない利用される場所まで導く。給水管９４は、貯湯タンク９１側に向かう流れから分岐させる分岐部分である給水分岐ポイントＷが設けられている。給湯管９８は、貯湯タンク９１から利用される場所に向かう流れに合流させる給湯合流ポイントＺが設けられている。給湯バイパス管９９は、この給水分岐ポイントＷと、この給湯合流ポイントＺと、を接続している。給湯合流ポイントＺには、給湯管９８を通じて貯湯タンク９１から送られてくるお湯と、給湯バイパス管９９を通じて市水から供給される常温の水と、の混合比率を調節できる給湯混合弁９３が設けられている。この給湯混合弁９３における混合比率が調節されることにより、利用される場所に送られる水の温度が調節される。
【００６８】
なお、制御部１１は、上述した給湯入水温度センサ９４Ｔ、第１給湯中間温度センサ９５Ｔ、第２給湯中間温度センサ９６Ｔ、給湯出湯温度センサ９８Ｔ等が検知する温度等に基づいて、給湯ポンプ９２の流量を制御する。
【００６９】
＜１−２＞ヒートポンプ回路１０の運転
図２は、ヒートポンプシステム１が運転された場合の圧力−エンタルピ線図である。図３は、ヒートポンプシステム１が運転された場合の温度−エントロピ線図である。図４は、高圧水熱交換器５０近傍を流れる各流体の温度分布の例を示す図である。
【００７０】
以下、一次冷媒の温度分布状態について、１つの具体例を挙げつつ説明する。
【００７１】
低段側圧縮機２１は、低圧管２０を流れてきた２２℃程度の一次冷媒（点Ａ）を、目標吐出温度が９０℃程度に到達するように圧縮を行う（点Ｂ）。なお、ここで低圧管２０を流れる一次冷媒の圧力は、蒸発器４を設置している周囲温度によって、一次冷媒としての二酸化炭素を蒸発させることが可能な圧力となるまで下げられた圧力（蒸発圧力）となるように制御部１１によって調節されている。
【００７２】
低段側圧縮機２１から吐出された一次冷媒は、第１中間圧管２３ａを通じて、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧管２３ｂに流入する。中間圧水熱交換器４０に流入した一次冷媒は、第２中間圧側分岐路６７ｂを通過している暖房用二次冷媒としての水との間で熱交換を行うことで、３５℃程度まで冷却される（点Ｃ）。ここで、中間圧水熱交換器４０における一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧管２３ｂの出口近傍では、ラジエータ６１で放熱して冷えた状態の３０℃程度の二次冷媒によって効果的に冷却される。
【００７３】
中間圧水熱交換器４０を通過した一次冷媒は、第３中間圧管２３ｃのインジェクション合流点Ｄにおいて、インジェクション路７０を通じて流入してくる２７℃程度の一次冷媒と合流することで、さらに冷却され、３０℃程度となる（点Ｄ）。ここで、インジェクション合流点Ｄにおいて合流した後の一次冷媒は、過熱度を有するか、もしくは、超臨界状態となるように、制御部１１が制御を行う。さらに、ここで、インジェクション合流点Ｄにおいて合流した後の一次冷媒は、低段側圧縮機２１における圧縮比と同一の圧縮比で高段側圧縮機２５を駆動させつつ高段側圧縮機２５から吐出される一次冷媒の目標温度が低段側圧縮機２１から吐出される一次冷媒の目標温度と同じ９０℃とすることができるように、制御部１１が、高段側圧縮機２５に吸入される一次冷媒は中間圧水熱交換器４０およびインジェクション路７０での熱収支を調節できるように制御を行う。
【００７４】
インジェクション合流点Ｄで合流した一次冷媒は、高段側圧縮機２５に吸入され、目標吐出温度が低段側圧縮機２１の吐出冷媒の目標温度と同じ温度である９０℃程度に到達するように、さらに一次冷媒を圧縮させる。ここでは、高段側圧縮機２５は、一次冷媒の吐出冷媒圧力が一次冷媒の超臨圧力を超える圧力になるまで圧縮するように、制御部１１によって制御されている（点Ｅ）。
【００７５】
高段側圧縮機２５によって吐出された一次冷媒は、第１高圧管２７ａを通じて、第１高圧水熱交換器５１内の第２高圧管２７ｂに流入する。第１高圧水熱交換器５１に流入した一次冷媒は、第７給湯ヒートポンプ管９５ｇを通過している給湯用の水との間で熱交換を行うことで、８５℃程度まで冷却される（点Ｆ）。一次冷媒は、臨界圧力を超えた状態を維持しながら放熱を行うため、連続的に温度変化が生じる。ここで、第１高圧水熱交換器５１における一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、第１高圧水熱交換器５１内の第２高圧管２７ｂの出口近傍では、未だ十分に加熱されていない３０℃程度の給湯用の水によって効果的に冷却される。
【００７６】
第１高圧水熱交換器５１を通過した一次冷媒は、第３高圧管２７ｃを通じて、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄに流入する。第２高圧水熱交換器５２に流入した一次冷媒は、第２高圧側分岐路６８ｂを通過している暖房用二次冷媒としての水との間で熱交換を行うと同時に、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを通過している給湯用の水との間でも熱交換を行うことで、３５℃程度まで冷却される（点Ｇ）。ここで、第２高圧水熱交換器５２における一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているとともに、第２高圧水熱交換器５２における一次冷媒と給湯用の水とも対向流形式で流れているため、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄの出口近傍では、一次冷媒は、ラジエータ６１で放熱して冷えた状態の３０℃程度の二次冷媒によって効果的に冷却されるとともに、第３高圧水熱交換器５３において多少加熱された程度の給湯用の水によっても効果的に冷却される。
【００７７】
第２高圧水熱交換器５２を通過した一次冷媒は、第５高圧管２７ｅを通じて、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆに流入する。第３高圧水熱交換器５３に流入した一次冷媒は、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃを通過している給湯用の水との間で熱交換を行うことで、さらに冷却され、３０℃程度となる（点Ｈ）。ここで、第３高圧水熱交換器５３における一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆの出口近傍では、貯湯タンク９１において混ざり合うことで市水の温度からわずかに上昇した程度である２０℃程度の給湯用の水によって効果的に冷却される。そして、第３高圧水熱交換器５３を通過した一次冷媒は、第７高圧管２７ｇを通じて第３高圧ポイントＨに到達する。
【００７８】
このように、高圧水熱交換器５０が３つの熱交換器に別れており、高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒が両臨界状態であるために放熱過程において温度が変化していり、かつ、暖房回路６０を循環する二次冷媒としての水の温度変化範囲（３０℃〜６５℃）が給湯回路９０における給湯用の水の温度変化範囲（２０℃〜９０℃）に含まれていることに対応させるように、高段側圧縮機２５が吐出する一次冷媒のうち比較的高温状態である一次冷媒との熱交換、および、比較的低温状態である一次冷媒との熱交換とを給湯用の熱交換に割り当てて、中間温度状態である一次冷媒との熱交換を暖房用の二次冷媒との熱交換に割り当てることで、一次冷媒と給湯用の水との熱交換だけでなく一次冷媒と暖房用の水との熱交換のいずれにおいても、熱交換を行う流体同士の温度差を小さく抑えることができている。これにより、熱交換効率を向上させることができている。
【００７９】
第３高圧ポイントＨに到達した一次冷媒は、第８高圧管２７ｈを通じて膨張弁５ａ側に向かう流れと、インジェクション路７０側に向かう流れと、に分流される。ここでの分流程度は、制御部１１が、インジェクション膨張弁７３の弁開度を調節することにより制御される。インジェクション路７０側に分流された一次冷媒は、第１インジェクション管７２を通じた後、インジェクション膨張弁７３において減圧され、２３℃程度まで一次冷媒の温度が下がる（点Ｑ）。
【００８０】
インジェクション膨張弁７３において減圧された一次冷媒は、第２インジェクション管７４を通じて、エコノマイザ熱交換器７内の第３インジェクション管７５に流入する。エコノマイザ熱交換器７に流入した一次冷媒は、第９高圧管２７ｉを流れる３０℃程度の一次冷媒との間で熱交換を行い、２７℃程度まで加熱される（点Ｒ）。
【００８１】
エコノマイザ熱交換器７内の第３インジェクション管７５を通過した２７℃程度の一次冷媒は、第４インジェクション管７６を通じて、上述したインジェクション合流点Ｄにおいて、中間圧管２３を流れている一次冷媒と合流する。
【００８２】
第３高圧ポイントＨに到達した一次冷媒のうち、インジェクション路７０側に流れていかない３０℃程度の一次冷媒は、第８高圧管２７ｈを通じて、エコノマイザ熱交換器７内の第９高圧管２７ｉに流入する。エコノマイザ熱交換器７内の第９高圧管２７ｉに流入した３０℃程度の一次冷媒は、上述したように、第３インジェクション管７５を流れる２７℃程度の一次冷媒との間で熱交換を行うことで、２５℃程度までさらに冷却される（点Ｉ）。エコノマイザ熱交換器７内の第９高圧管２７ｉを通過した一次冷媒は、第１０高圧管２７ｊを通じて第４高圧ポイントＩに到達する。
【００８３】
第４高圧ポイントＩに到達した一次冷媒は、一次バイパス８０側に向かう流れと、第１１高圧管２７ｋ側に向かう流れと、に分流される。ここでの分流程度は、制御部１１が、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を制御することにより調節される。第１１高圧管２７ｋを流れた一次冷媒は、一次冷媒間熱交換器８内の第１２高圧管２７ｌに流入する。一次冷媒間熱交換器８内の第１２高圧管２７ｌに流入した２５℃程度の一次冷媒は、第４低圧管２０ｄを流れる−３℃程度の一次冷媒との間で熱交換を行い、２０℃程度まで冷却される（点Ｊ）。
【００８４】
一次冷媒間熱交換器８内の第１２高圧管１２を通過した一次冷媒は、第１３高圧管２７ｍを通じて、膨張弁５ａまで流れる。膨張弁５ａでは、制御部１１によって弁開度が調節されることで、通過する一次冷媒の減圧程度が調節され、通過した一次冷媒の冷媒圧力が下がり、冷媒温度も−３℃程度まで下がる（点Ｋ）。ここでは、一次冷媒は、制御部１１による減圧程度の調節によって、臨界圧力以下の圧力となるまで減圧され、気液二相状態となる。
【００８５】
なお、ヒートポンプ回路１０では、一次冷媒をエコノマイザ熱交換器７によって冷却させるだけでなく、さらに一次冷媒間熱交換器８によって冷却させることができる。そして、一次冷媒間熱交換器８を流れる一次冷媒は、ヒートポンプ回路１０において最も低い温度の一次冷媒が流れている低段側圧縮機２１の吸入側の一次冷媒によって冷却することができる。これにより、膨張弁５ａを通過する一次冷媒の密度を上げることができ、ヒートポンプ回路１０における一次冷媒の循環量を増大させることができている。
【００８６】
膨張弁５ａを通過した一次冷媒は、第１低圧管２０ａを通じて、第３低圧ポイントＭまで流れていき、第６低圧管２０ｆを流れてくる一次冷媒と合流する（点Ｍ）。
【００８７】
第４高圧ポイントＩに到達した一次冷媒のうち、第１１高圧管２７ｋ側に流れていかない２５℃程度の一次冷媒は、一次バイパス８０側に流れていき、第１４高圧管２７ｎを通じて、一次バイパス膨張弁５ｂまで流れていく。一次バイパス膨張弁５ｂは、制御部１１によって弁開度が調節されることで、通過する一次冷媒の減圧程度が調節され、通過した一次冷媒の冷媒圧力が下がり、冷媒温度も−３℃程度まで下がる（点Ｌ）。ここでも、点Ｋと同様に、一次冷媒は、制御部１１による減圧程度の調節によって、臨界圧力以下の圧力となるまで減圧され、気液二相状態となる。
【００８８】
一次バイパス膨張弁５ｂを通過した一次冷媒は、第６低圧管２０ｆを通じて、第３低圧ポイントＭまで流れていき、上述した第１低圧管２０ａを通じて流れてきた一次冷媒と合流する（点Ｍ）。
【００８９】
第３低圧ポイントＭで合流した−３℃程度の一次冷媒は、第２低圧管２０ｂを通じて、蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した一次冷媒は、蒸発器４に対してファン４ｆによって積極的に供給される空気との間で熱交換を行う。蒸発器４での熱交換によって、気液二相状態の−３℃程度の一次冷媒は、温度を一定に維持したままで蒸発して（潜熱変化を行って）乾き度が増大していき、飽和状態に近い状態となる（点Ｎ）。
【００９０】
蒸発器４を通過した一次冷媒は、第３低圧管２０ｃを通じて、一次冷媒間熱交換器８内の第４低圧管２０ｄに流入する。一次冷媒間熱交換器８内の第４低圧管２０ｄを流れる−３℃程度の一次冷媒は、上述したように、第１２高圧管２７ｌを流れる２５℃程度の一次冷媒との間で熱交換を行うことで、２２℃程度まで加熱され、過熱度がついた状態となる（点Ａ）。
【００９１】
一次冷媒間熱交換器８内の第４低圧管２０ｄを通過した一次冷媒は、過熱状態となって、低段側圧縮機２１に吸入される。
【００９２】
ヒートポンプ回路１０では、以上のようにして、一次冷媒が循環している。
【００９３】
＜１−３＞暖房回路６０の運転
ラジエータ６１が設置された空間を暖めるために、ラジエータ６１には、６５℃程度の二次冷媒としての水が供給されるように、制御部１１が制御を行っている。
【００９４】
以下、暖房用の二次冷媒の温度分布状態について、１つの具体例を挙げつつ説明する。
【００９５】
ラジエータ６１内を通過しながら放熱をした暖房用の二次冷媒としての水は、ラジエータ６１の性能および暖房負荷の程度にもよるが、３５℃程度の温度に下がって、暖房戻り管６６を通じて、暖房分岐ポイントＸまで流れていく。
【００９６】
暖房分岐ポイントＸでは、中間圧側分岐路６７に向かう流れと、高圧側分岐路６８側に向かう流れとに分けられる。
【００９７】
暖房分岐ポイントＸから中間圧側分岐路６７側に向けて流れた二次冷媒は、第１中間圧側分岐路６７ａを通じて、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧側分岐路６７ｂに流入していく。中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧側分岐路６７ｂを流れる二次冷媒は、上述したように、第２中間圧管２３ｂを通過する一次冷媒によって加熱されることで、３０℃程度の二次冷媒の温度が６５℃程度まで上げられる。なお、上述したように、中間圧水熱交換器４０内での一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧側分岐路６７ｂの出口近傍は、比較的高温である９０℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。そして、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧側分岐路６７ｂを通過して６５℃程度まで暖められた二次冷媒は、第３中間圧側分岐路６７ｃを通過して、暖房合流ポイントＹまで流れていく。
【００９８】
暖房分岐ポイントＸから高圧側分岐路６８側に向けて流れた二次冷媒は、第１高圧側分岐路６８ａを通じて、第２高圧水熱交換器５２内の第２高圧側分岐路６８ｂに流入していく。第２高圧水熱交換器５２内の第２高圧側分岐路６８ｂを流れる二次冷媒は、上述したように、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流れる給湯用の水との間での熱交換が抑制されつつ、第４高圧管２７ｄを通過する一次冷媒によって加熱されることで、３０℃程度の二次冷媒の温度が６５℃程度まで上げられる。なお、上述したように、第２高圧水熱交換器５２内での一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、第２高圧水熱交換器５２内の第２高圧側分岐路６８ｂの出口近傍は、比較的高温である８５℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。そして、第２高圧水熱交換器５２内の第２高圧側分岐路６８ｂを通過して６５℃程度まで暖められた二次冷媒は、第３高圧側分岐路６８ｃを通過して、暖房合流ポイントＹまで流れていく。
【００９９】
暖房合流ポイントＹでは、第３中間圧側分岐路６７ｃを通過してきた二次冷媒と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過してきた二次冷媒と、が合流する。なお、制御部１１が、暖房混合弁６４における、中間圧側分岐路６７側の弁開度と高圧側分岐路６８側の弁開度とを調節することにより、中間圧側分岐路６７側を流れる二次冷媒の流量と高圧側分岐路６８側を流れる二次冷媒の流量とを調節することができる。これにより、制御部１１は、暖房回路６０を循環している二次冷媒が、中間圧水熱交換器４０側で加熱される程度と、第２高圧水熱交換器５２側で加熱される程度の比率を調節しつつ、暖房ポンプ６３を通過する二次冷媒の流量を調節することで、暖房合流ポイントＹにおいて合流した二次冷媒の温度をラジエータ６１において要求される温度となるように制御することができる。
【０１００】
このようにして、暖房合流ポイントＹにおいて合流した６５℃程度まで加熱された二次冷媒は、暖房往き管６５を通じてラジエータ６１まで供給される。暖房回路６０では、以上のようにして二次冷媒が循環している。
【０１０１】
＜１−４＞給湯回路９０の運転
貯湯タンク９１内に９０℃程度のお湯を溜められるように、制御部１１は、給湯ポンプ９２の流量制御を行っている。
【０１０２】
以下、給湯用の水の温度分布状態について、１つの具体例を挙げつつ説明する。
【０１０３】
市水が流入した貯湯タンク９１の下方の比較的低温の水は、２０℃程度の温度で給湯ヒートポンプ管９５に向けて流れていく。
【０１０４】
第１給湯ヒートポンプ管９５ａおよび第２給湯ヒートポンプ管９５ｂを通過した２０℃程度の給湯用の水は、第３高圧水熱交換器５３内の第３給湯ヒートポンプ管９５ｃに流入していく。第３高圧水熱交換器５３内の第３給湯ヒートポンプ管９５ｃを流れる給湯用の水は、上述したように、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆを通過する３５℃程度の一次冷媒によって加熱されることで、２０℃程度の給湯用の水の温度が３０℃程度まで上げられる。なお、上述したように、第３高圧水熱交換器５３内での一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、第３高圧水熱交換器５３内の第３給湯ヒートポンプ管９５ｃの出口近傍は、比較的高温である３５℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。
【０１０５】
第３高圧水熱交換器５３において３０℃程度に暖められた給湯用の水は、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄを通過して、第２高圧水熱交換器５２内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅに流入していく。第２高圧水熱交換器５２内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流れる給湯用の水は、上述したように、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄを通過する一次冷媒によって加熱されることで、３０℃程度の給湯用の水の温度が５０℃程度まで上げられる。なお、上述したように、第２高圧水熱交換器５２内での一次冷媒と給湯用の水とは対向流形式で流れているため、第２高圧水熱交換器５２内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅの出口近傍は、比較的高温である８５℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。
【０１０６】
第２高圧水熱交換器５２において５０℃程度に暖められた給湯用の水は、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆを通過して、第１高圧水熱交換器５１内の第７給湯ヒートポンプ管９５ｇに流入する。第１高圧水熱交換器５１内の第７給湯ヒートポンプ管９５ｇを流れる給湯用の水は、上述したように、第１高圧水熱交換器５１内の第２高圧管２７ｂを通過する９０℃程度の一次冷媒によって加熱されることで、５０℃程度の給湯用の水の温度が９０℃程度まで上げられる。なお、上述したように、第１高圧水熱交換器５１内での一次冷媒と二次冷媒とは対向流形式で流れているため、第１高圧水熱交換器５１内の第７給湯ヒートポンプ管９５ｇの出口近傍は、比較的高温である９０℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。
【０１０７】
第１高圧水熱交換器５１において９０℃程度まで加熱された給湯用の水は、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈを通過して、貯湯タンク９１の上方に流入する。
【０１０８】
このようにして、給湯回路９０を給湯用の水が循環することで、貯湯タンク９１内に溜められている給湯用の水の温度を上げていくことができる。
【０１０９】
＜１−５＞高圧水熱交換器５０の構造
以下、図面を用いて、一次冷媒としての二酸化炭素と、暖房用の二次冷媒および給湯用の水の間での熱交換を実現させている高圧水熱交換器５０の構造について説明する。
【０１１０】
（第１高圧水熱交換器５１）
第１高圧水熱交換器５１には、図５および図６に示すように、一次冷媒が通過する第２高圧管２７ｂを複数本と、給湯用の水が通過する第７給湯ヒートポンプ管９５ｇを複数本と、が設けられている。
【０１１１】
第２高圧管２７ｂは、一端側に第１高圧管２７ａが接続され、他端側に第３高圧管２７ｃが接続されている。図５および図６に示されている第１高圧管２７ａの一部は、図６中のＡ−Ａ断面図である図７に示すように、各第２高圧管２７ｂに流入させようとして一次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。第３高圧管２７ｃの一部についても同様に、各第２高圧管２７ｂを流出する一次冷媒を合流させるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている一次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた第２高圧管２７ｂと接続されている。これにより、第１高圧管２７ａを流れてきた一次冷媒は、複数の一次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各第２高圧管２７ｂに流入する。各第２高圧管２７ｂを流れ出た一次冷媒は、各複数の一次冷媒パスを通過した後に合流され、第３高圧管２７ｃに流れていく。これらの複数の第２高圧管２７ｂは、いずれも扁平形状である。また、複数の第２高圧管２７ｂは、長手方向に複数の流路５１ｐが並んで設けられている多穴管形状となっている。このため、一次冷媒としての二酸化炭素が流れる側の方が、給湯用の水が流れる側と比べて、管壁の表面積が大きくなっている。
【０１１２】
第７給湯ヒートポンプ管９５ｇは、一端側に第８給湯ヒートポンプ管９５ｈが接続され、他端側に第６給湯ヒートポンプ管９５ｆが接続されている。図５および図６に示す第８給湯ヒートポンプ管９５ｈの一部は、各第７給湯ヒートポンプ管９５ｇに流入させようとして給湯用の水を複数の流路に分けるために、複数の給湯パスが設けられている。第６給湯ヒートポンプ管９５ｆの一部についても同様に、各第７給湯ヒートポンプ管９５ｇを流出する給湯用の水を合流させるために、複数の給湯パスが設けられている。これらの複数に分けられている給湯パスは、それぞれ複数に分けられた第７給湯ヒートポンプ管９５ｇと接続されている。これにより、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆを流れてきた給湯用の水は、複数の給湯パスに分流されて、それぞれ各第７給湯ヒートポンプ管９５ｇに流入する。各第７給湯ヒートポンプ管９５ｇを流れ出た給湯用の水は、各複数の給湯パスを通過した後に合流され、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈに流れていく。これらの複数の給湯パスは、いずれも扁平形状である。
【０１１３】
そして、各第２高圧管２７ｂと、各第７給湯ヒートポンプ管９５ｇとは、各扁平面が互いに接しつつ重なるように配置されている。
【０１１４】
第１高圧水熱交換器５１は、図５および図６に示す第２高圧管２７ｂと第７給湯ヒートポンプ管９５ｇとが扁平面の垂線が伸びる方向に繰り返し並んで配置されることで構成されている。
【０１１５】
（第２高圧水熱交換器５２）
第２高圧水熱交換器５２には、図８および図９に示すように、一次冷媒が通過する第４高圧管２７ｄを複数本と、給湯用の水が通過する第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを複数本と、暖房用の二次冷媒が通過する第２高圧側分岐路６８ｂを複数本と、が設けられている。
【０１１６】
第４高圧管２７ｄは、一端側に第３高圧管２７ｃが接続され、他端側に第５高圧管２７ｅが接続されている。図８および図９に示されている第３高圧管２７ｃの一部は、図９中のＡ−Ａ断面図である図１０に示すように、各第４高圧管２７ｄに流入させようとして一次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。第５高圧管２７ｅの一部についても同様に、各第４高圧管２７ｄを流出する一次冷媒を合流させるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている一次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた第４高圧管２７ｄと接続されている。これにより、第３高圧管２７ｃを流れてきた一次冷媒は、複数の一次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各第４高圧管２７ｄに流入する。各第４高圧管２７ｄを流れ出た一次冷媒は、各複数の一次冷媒パスを通過した後に合流され、第５高圧管２７ｅに流れていく。これらの複数の第４高圧管２７ｄは、いずれも扁平形状である。また、複数の第４高圧管２７ｄは、長手方向に複数の流路５２ｐが並んで設けられている多穴管形状となっている。このため、一次冷媒としての二酸化炭素が流れる側の方が、給湯用の水が流れる側や暖房用の二次冷媒が流れる側と比べて、管壁の表面積が大きくなっている。
【０１１７】
第５給湯ヒートポンプ管９５ｅは、一端側に第６給湯ヒートポンプ管９５ｆが接続され、他端側に第４給湯ヒートポンプ管９５ｄが接続されている。図８および図９に示す第６給湯ヒートポンプ管９５ｆの一部は、各第５給湯ヒートポンプ管９５ｅに流入させようとして給湯用の水を複数の流路に分けるために、複数の給湯パスが設けられている。第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの一部についても同様に、各第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流出する給湯用の水を合流させるために、複数の給湯パスが設けられている。これらの複数に分けられている給湯パスは、それぞれ複数に分けられた第５給湯ヒートポンプ管９５ｅと接続されている。これにより、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄを流れてきた給湯用の水は、複数の給湯パスに分流されて、それぞれ各第５給湯ヒートポンプ管９５ｅに流入する。各第５給湯ヒートポンプ管９５ｅを流れ出た給湯用の水は、各複数の給湯パスを通過した後に合流され、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆに流れていく。これらの複数の給湯パスは、いずれも扁平形状である。
【０１１８】
第２高圧側分岐管６８ｂは、一端側に第３高圧側分岐路６８ｃが接続され、他端側に第１高圧側分岐路６８ａが接続されている。図８および図９に示されている第３高圧側分岐管６８ｃの一部は、図９中のＡ−Ａ断面図である図１０に示すように、各第２高圧側分岐管６８ｂに流入させようとして暖房用の二次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の二次冷媒パスが設けられている。第１高圧側分岐管６８ａの一部についても同様に、各第２高圧側分岐管６８ｂを流出する二次冷媒を合流させるために、複数の二次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている二次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた第２高圧側分岐管６８ｂと接続されている。これにより、第１高圧側分岐管６８ａを流れてきた二次冷媒は、複数の二次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各第２高圧側分岐管６８ｂに流入する。各第２高圧側分岐管６８ｂを流れ出た二次冷媒は、各複数の二次冷媒パスを通過した後に合流され、第３高圧側分岐管６８ｃに流れていく。これらの複数の第２高圧側分岐管６８ｂは、いずれも扁平形状である。
【０１１９】
そして、各第４高圧管２７ｄと、各第５給湯ヒートポンプ管９５ｅと、各第２高圧側分岐路６８ｂとは、各扁平面が互いに接しつつ各扁平面の垂線が伸びる方向に重なるようにして、第４高圧管２７ｄ、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅ、第２高圧側分岐路６８ｂ、第４高圧管２７ｄ、という順で繰り返されるようにして配置されている。
【０１２０】
（第３高圧水熱交換器５３）
第１高圧水熱交換器５１には、図１１および図１２に示すように、一次冷媒が通過する第６高圧管２７ｆを複数本と、給湯用の水が通過する第３給湯ヒートポンプ管９５ｃを複数本と、が設けられている。
【０１２１】
第６高圧管２７ｆは、一端側に第５高圧管２７ｅが接続され、他端側に第７高圧管２７ｇが接続されている。図１１および図１２に示されている第５高圧管２７ｅの一部は、図１２中のＡ−Ａ断面図である図１３に示すように、各第６高圧管２７ｆに流入させようとして一次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。第７高圧管２７ｇの一部についても同様に、各第６高圧管２７ｆを流出する一次冷媒を合流させるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている一次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた第６高圧管２７ｆと接続されている。これにより、第５高圧管２７ｅを流れてきた一次冷媒は、複数の一次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各第６高圧管２７ｆに流入する。各第６高圧管２７ｆを流れ出た一次冷媒は、各複数の一次冷媒パスを通過した後に合流され、第７高圧管２７ｇに流れていく。これらの複数の第６高圧管２７ｆは、いずれも扁平形状である。また、複数の第６高圧管２７ｆは、長手方向に複数の流路５３ｐが並んで設けられている多穴管形状となっている。
【０１２２】
第３給湯ヒートポンプ管９５ｃは、一端側に第４給湯ヒートポンプ管９５ｄが接続され、他端側に第２給湯ヒートポンプ管９５ｂが接続されている。図１１および図１２に示す第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの一部は、各第３給湯ヒートポンプ管９５ｃに流入させようとして給湯用の水を複数の流路に分けるために、複数の給湯パスが設けられている。第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの一部についても同様に、各第３給湯ヒートポンプ管９５ｃを流出する給湯用の水を合流させるために、複数の給湯パスが設けられている。これらの複数に分けられている給湯パスは、それぞれ複数に分けられた第３給湯ヒートポンプ管９５ｃと接続されている。これにより、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂを流れてきた給湯用の水は、複数の給湯パスに分流されて、それぞれ各第３給湯ヒートポンプ管９５ｃに流入する。各第３給湯ヒートポンプ管９５ｃを流れ出た給湯用の水は、各複数の給湯パスを通過した後に合流され、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄに流れていく。これらの複数の給湯パスは、いずれも扁平形状である。
【０１２３】
そして、各第６高圧管２７ｆと、各第３給湯ヒートポンプ管９５ｃとは、各扁平面が互いに接しつつ重なるように配置されている。
【０１２４】
第３高圧水熱交換器５３は、図１１および図１２に示す第６高圧管２７ｆと第３給湯ヒートポンプ管９５ｃとが扁平面の垂線が伸びる方向に繰り返し並んで配置されることで構成されている。
【０１２５】
＜１−６＞第１実施形態の特徴
（第２高圧水熱交換器５２に関する特徴）
従来、ヒートポンプシステムに設けられた熱交換器について、２種類の熱負荷の処理を行う熱交換器は存在していない。そして、例えば、熱交換器内において一次冷媒から放出される熱量が十分である場合であっても、熱交換器の中を通過する暖房用の二次冷媒の通路長さや、給湯用の水の通路長さが短い場合には、非常に流速を遅くする等の処理をしなければ、暖房用の二次冷媒や給湯用の水を十分に暖めることができない。このため、一次冷媒と暖房用の二次冷媒との間の熱交換を行う部分と、一次冷媒と給湯用の水との間で熱交換を行う部分と、を別々に設ける場合には、熱交換器が大きくなってしまう。また、例えば、多穴管１本当たりの管径を細く設計することで一次冷媒の伝熱表面積を向上させる等により、熱交換器を小型化させる方法も考えられる。しかし、この方法によると、一次冷媒が多穴管を通過する場合に生じる圧力損失がより大きくなってしまう。そして、このヒートポンプシステム１のヒートポンプ回路１０では、一次冷媒として二酸化炭素を用いており、第２高圧水熱交換器５２を流れる際には、超臨界状態となっていることから、液状態で流れている場合と比較してもより圧力損失が大きくなってしまう。これにより、能力が低下してしまう。
【０１２６】
これに対して、第１実施形態のヒートポンプシステム１の第２高圧水熱交換器５２では、通過する一次冷媒が、暖房用の二次冷媒と熱交換を行うだけでなく、同時に、給湯用の水との間でも熱交換を行っている。このため、一次冷媒と暖房用の二次冷媒との間の熱交換を行う部分と、一次冷媒と給湯用の水との間で熱交換を行う部分と、を別々に設ける場合と比べて、多少流速を遅くしたとしても暖房用の二次冷媒や給湯用の水を十分に暖めることができ、熱交換器をコンパクト化させることができる。
【０１２７】
さらに、第２高圧水熱交換器５２では、負荷の種類毎に分けて、一次冷媒からの熱を供給することができている。すなわち、高圧水熱交換器５０においては、暖房用の二次冷媒と、給湯用の水と、では、流路が隣り合わせになることが内容に配置されているため、直接的な熱交換が生じていない。これにより、暖められた給湯用の水が、暖房用の二次冷媒との熱交換によって冷やされてしまうこと等が生じにくい。
【０１２８】
また、第２高圧水熱交換器５２において、一次冷媒が流れている第４高圧管２７ｄのうちの扁平面の一方では第２高圧側分岐路６８ｂと接しており（図１０等では、各第４高圧管２７ｄの上側の面）、一次冷媒が流れている第４高圧管２７ｄのうちの扁平面の他方の第２高圧側分岐路６８ｂと接していない部分（図１０等では、各第４高圧管２７ｄの下側の面）では、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅと接している。このため、各第４高圧管２７ｄのうちで表面積の大部分を占めている上下の扁平面のいずれについても、熱交換のための有効面積として機能させることができている。これにより、扁平面の一方等からの放熱ロスを抑制させることができている。
【０１２９】
（その他の特徴）
第１実施形態のヒートポンプシステム１におけるヒートポンプ回路１０では、多段圧縮形式が採用されており、中間圧水熱交換器４０において一次冷媒を冷却することが可能であるため、単段冷凍サイクルと比較してヒートポンプ回路１０の運転効率を良好にすることができる。
【０１３０】
また、給湯用の水を要求される水温に上げるために必要な熱を高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒から得た場合であっても、なお高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒の温度が暖房用の二次冷媒を加熱できる温度範囲となっているため、ヒートポンプ回路１０の運転効率を良好にすることができる範囲内において、高圧水熱交換器５０の一部である第２高圧水熱交換器５２を流れる一次冷媒の熱を暖房用の二次冷媒を加熱するために有効利用することができている。これにより、ヒートポンプ回路１０の運転効率を良好にしつつ、高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒の熱を有効利用することができている。
【０１３１】
なお、例えば、低段側圧縮機２１の吐出冷媒の目標温度を、ラジエータ６１で必要とされている温度（例えば６５℃）および給湯の目標温度（例えば９０℃）のいずれにも満たない運転を行う場合には、仮に、中間圧水熱交換器４０で暖房負荷に対応しつつ高圧水熱交換器５０で給湯負荷に対応する等というように、熱交換器と負荷とを一対一に対応させてしまうと暖房負荷に対応しきれなくなる等、いずれかの負荷を処理しきれなくなってしまう。これに対して、第１実施形態のヒートポンプシステム１では、暖房負荷に対応するための暖房回路６０は、中間圧水熱交換器４０だけでなく第２高圧水熱交換器５２からも熱を得ることができている。このため、仮に、低段側圧縮機２１の吐出目標温度もしくは高段側圧縮機２５の吐出目標温度のいずれかが、暖房負荷の要求温度（給湯負荷の要求温度よりも要求温度が低い）に対応できていない場合であっても、対応できている方の一次冷媒が流れている熱交換器により多くの暖房用の二次冷媒が流れていくように暖房混合弁６４を制御部１１が制御して、暖房負荷を処理することができる。
【０１３２】
また、例えば、暖房用の二次冷媒もしくは給湯用の水を、中間圧水熱交換器４０で暖めた後に高圧水熱交換器５０でさらに暖めようとする場合には、高圧水熱交換器５０に流入しようとする暖房用の二次冷媒もしくは給湯用の水はすでに暖められているため、高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒の有する熱を十分に有効利用することができない。すなわち、モリエル線図上で一次冷媒の放熱工程におけるエンタルピ変化を十分にとることができない。同様に、暖房用の二次冷媒もしくは給湯用の水を、高圧水熱交換器５０で暖めた後に中間圧水熱交換器４０で暖めようとする場合には、中間圧水熱交換器４０に流入しようとする暖房用の二次冷媒もしくは給湯用の水はすでに暖められているため、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の有する熱を十分に利用することができず、多段圧縮形式のヒートポンプ回路１０の運転効率を向上させることが困難になる場合がある。
【０１３３】
これに対して、第１実施形態のヒートポンプシステム１では、ヒートポンプ回路１０において、ラジエータ６１において冷やされた二次冷媒を分割して、中間圧側分岐路６７を通過させつつ中間圧水熱交換器４０で行う加熱と、高圧側分岐路６８を通過させつつ第２高圧水熱交換器５２で行う加熱と、に分けており、ラジエータ６１で冷やされた後であって未だ暖められていない状態の二次冷媒を中間圧水熱交換器４０および第２高圧水熱交換器５２に供給することができる。これにより、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の冷却効果を向上させつつ、中間圧管２３を流れる一次冷媒の熱を十分に有効利用することができている。
【０１３４】
なお、ヒートポンプ回路１０では、インジェクション路７０が設けられているため、中間圧水熱交換器４０を通過する一次冷媒の量よりも高圧水熱交換器５０を通過する一次冷媒の方が流量が大きい。このため、低段側圧縮機２１の目標吐出温度と高段側圧縮機２５の目標吐出温度とを同等に制御した場合であっても、中間圧水熱交換器４０において得られる熱量よりも高圧水熱交換器５０において得られる熱量の方が多い。このヒートポンプシステム１では、このように高圧水熱交換器５０側の方が得られる熱量が多いことを考慮して、給湯負荷および暖房負荷の両方に対応する熱交換器として中間圧水熱交換器４０側ではなく高圧水熱交換器５０を選定している。これにより、より効率的なヒートポンプシステム１を実現することができている。
【０１３５】
＜２＞第２実施形態
第２実施形態のヒートポンプシステム２０１は、図１４に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅの代わりに、第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管２９５ｘ、第２高圧水熱交外給湯ヒートポンプ管２９５ｙ、および、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管２９５ｚを設けたシステムである。第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管２９５ｘは、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの下流側端部と、第２高圧水熱交外給湯ヒートポンプ管２９５ｙの上流側端部と、を第２高圧水熱交換器５２の内部を通過しながら接続している。第２高圧水熱交外給湯ヒートポンプ管２９５ｙの下流側端部は、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管２９５ｚの上流側端部と、第２高圧水熱交換器５２の外部を通過しながら接続している。第２熱交内下流給湯ヒートポンプ管２９５ｚの下流側端部は、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆの上流側端部と、第２高圧水熱交換器５２の内部を通過しながら接続している。他の構成は上記第１実施形態における構成と同様であるため説明を省略する。
【０１３６】
このヒートポンプシステム２０１では、第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管２９５ｘを通過している給湯用の水は、第４高圧管２７ｄを流れる一次冷媒によって暖められるため、第１高圧水熱交換器５１における一次冷媒との熱交換の際に、第１高圧水熱交換器５１を流れる一次冷媒との温度差を小さくすることができ、熱交換効率を上げることができる。
【０１３７】
また、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管２９５ｚを流れる給湯用の水は、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒によって暖められつつ、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒の温度を下げることができる。このため、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒によって、第２高圧側分岐路６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒の温度が高温になりすぎることを抑制することができている。
【０１３８】
＜３＞第３実施形態
第３実施形態のヒートポンプシステム３０１は、図１５に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄおよび第５給湯ヒートポンプ管９５ｅの代わりに、第２高圧水熱交外上流給湯ヒートポンプ管３９５ｘ、および、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管３９５ｙを設けたシステムである。第２高圧水熱交外上流給湯ヒートポンプ管３９５ｘは、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃの下流側端部と、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管３９５ｙの上流側端部と、を第２高圧水熱交換器５２の外部を通過しながら接続している。第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管３９５ｙの下流側端部は、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆの上流側端部と、第２高圧水熱交換器５２の内部を通過しながら接続している。他の構成は上記第１実施形態における構成と同様であるため説明を省略する。
【０１３９】
このヒートポンプシステム３０１では、第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管３９５ｙを流れる給湯用の水は、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒によって暖められつつ、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒の温度を下げることができる。このため、第４高圧管２７ｄの上流側を流れる一次冷媒によって、第２高圧側分岐路６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒の温度が高温になりすぎることを抑制することができている。
【０１４０】
＜４＞第４実施形態
第４実施形態のヒートポンプシステム４０１は、図１６に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅおよび第６給湯ヒートポンプ管９５ｆの代わりに、第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管４９５ｘ、および、第２高圧水熱交外下流給湯ヒートポンプ管４９５ｙを設けたシステムである。第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管４９５ｘは、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの下流側端部と、第２高圧水熱交外下流給湯ヒートポンプ管４９５ｙの上流側端部と、を第２高圧水熱交換器５２の内部を通過しながら接続している。第２高圧水熱交外下流給湯ヒートポンプ管４９５ｙの下流側端部は、第７給湯ヒートポンプ管９５ｇの上流側端部と、第２高圧水熱交換器５２の外部を通過しながら接続している。他の構成は上記第１実施形態における構成と同様であるため説明を省略する。
【０１４１】
このヒートポンプシステム４０１では、第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管４９５ｘを通過している給湯用の水は、第４高圧管２７ｄを流れる一次冷媒によって暖められるため、第１高圧水熱交換器５１における一次冷媒との熱交換の際に、第１高圧水熱交換器５１を流れる一次冷媒との温度差を小さくすることができ、熱交換効率を上げることができる。
【０１４２】
＜５＞第５実施形態
第５実施形態のヒートポンプシステム５０１は、図１７に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第３高圧水熱交換器５３を削除し、第１高圧側分岐路６８ａの代わりに第５１高圧側分岐路５６８ａを設け、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの代わりに第５２給湯ヒートポンプ管５９５ｂを設けたシステムである。第５１高圧側分岐路５６８ａの下流側端部は、第２高圧側分岐路６８ｂの上流側端部と接続されている。第５２給湯ヒートポンプ管５９５ｂの下流側端部は、第５給湯ヒートポンプ管９５ｅの上流側端部と接続されている。他の構成は上記第１実施形態における構成と同様であるため説明を省略する。
【０１４３】
このヒートポンプシステム５０１では、給湯負荷が小さくなった状態において、第５２給湯ヒートポンプ管５９５ｂを流れる給湯用の水の温度が上昇した場合であっても、上記第１実施形態のヒートポンプシステム１における第３高圧水熱交換器５３内での一次冷媒との熱交換が行われない。このため、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄを流れる出た一次冷媒を暖めてしまうことを避けることができる。これにより、ヒートポンプ回路１０の能力が落ちることを抑制することができる。
【０１４４】
＜６＞第６実施形態
第６実施形態のヒートポンプシステム６０１は、図１８に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第１高圧水熱交換器５１、第２高圧水熱交換器５２および第３高圧水熱交換器５３を一体化させた一体高圧水熱交換器６５０を設けつつ、第２高圧管２７ｂ〜第６高圧管２７ｆの代わりに一体高圧管６２７ｘを設け、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃ〜第７給湯ヒートポンプ管９５ｇの代わりに一体給湯ヒートポンプ管６９５ｘを設け、第２高圧側分岐路６８ｂの代わりに一体高圧側分岐路６６８ｂを設けたシステムである。一体高圧管６２７ｘは、第１高圧管２７ａの下流側端部と、第７高圧管２７ｇの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器６５０内を通過させつつ接続している。一体給湯ヒートポンプ管６９５ｘは、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの下流側端部と、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器６５０内を通過させつつ接続している。一体高圧側分岐路６６８ｂは、第１高圧側分岐路６８ａの下流側端部と、第３高圧側分岐路６８ｃの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器６５０内を通過しつつ接続している。この一体高圧側分岐路６６８ｂは、一体高圧水熱交換器６５０の一体高圧管６２７ｘ内を流れている一次冷媒の下流側端部近傍から流入し、上流側端部の下流側から流出するように設けられている。
【０１４５】
このヒートポンプシステム６０１では、一体高圧側分岐路６６８ｂの下流側端部近傍において比較的高温の一次冷媒との熱交換が行われる部分近傍に、給湯用の水が通過する一体給湯ヒートポンプ管６９５ｘが設けられているため、暖房用の二次冷媒の温度が上がりすぎることを抑制することができる。また、給湯負荷が小さくなって、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂを流れる給湯用の水の温度が上昇した場合であっても、その熱の少なくとも一部を暖房用の二次冷媒の加熱に利用することができる。この場合に、給湯用の水の温度が低下することがあっても、給湯用の水は、再度一体高圧水熱交換器６５０のうち最も高温の一次冷媒が流れている部分において再び加熱されるため、給湯負荷が低い状況である場合には、給湯負荷だけでなく暖房負荷の両方に対応しやすくなっている。
【０１４６】
＜７−１＞第７実施形態
第７実施形態のヒートポンプシステム７０１は、図１９に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第１高圧水熱交換器５１、第２高圧水熱交換器５２および第３高圧水熱交換器５３を一体化させた一体高圧水熱交換器７５０を設けつつ、第２高圧管２７ｂ〜第６高圧管２７ｆの代わりに一体高圧管７２７ｘを設け、第３給湯ヒートポンプ管９５ｃ〜第７給湯ヒートポンプ管９５ｇの代わりに一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを設け、第２高圧側分岐路６８ｂの代わりに一体高圧側分岐路７６８ｂを設けたシステムである。一体高圧管７２７ｘは、第１高圧管２７ａの下流側端部と、第７高圧管２７ｇの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器７５０内を通過させつつ接続している。一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘは、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの下流側端部と、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器７５０内を通過させつつ接続している。一体高圧側分岐路７６８ｂは、第１高圧側分岐路６８ａの下流側端部と、第３高圧側分岐路６８ｃの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器７５０内を通過しつつ接続している。この一体高圧側分岐路７６８ｂは、一体高圧水熱交換器７５０の一体高圧管７２７ｘ内を流れている一次冷媒の下流側端部よりも上流側から流入し、上流側端部よりも下流側から流出するように設けられている。
【０１４７】
このヒートポンプシステム７０１では、一体高圧側分岐路７６８ｂの下流側端部近傍において比較的高温の一次冷媒との熱交換が行われる部分近傍に、給湯用の水が通過する一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘが設けられているため、暖房用の二次冷媒の温度が上がりすぎることを抑制することができる。また、一体高圧側分岐路７６８ｂの上流側端部は、一体高圧水熱交換器７５０内の一次冷媒の下流側端部よりも上流側に設けられているため、一体高圧側分岐路７６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒が一次冷媒の温度を上げにくいようになっている。これにより、ヒートポンプ回路１０の能力が落ちることを抑制することができている。
【０１４８】
（一体高圧水熱交換器７５０等の構造）
一体高圧水熱交換器７５０の一部およびその周辺部材について、図２０に斜視図を、図２１に切断面斜視図を、図２２に側面図を、図２３にＡ−Ａ断面図を、図２４にＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【０１４９】
一体高圧水熱交換器７５０では、一体高圧管７２７ｘの中央近傍では、図２３のＡ−Ａ断面において示すように、上方から一体高圧管７２７ｘ、一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘ、一体高圧側分岐路７６８ｂ、一体高圧管７２７ｘ、の順に繰り返して、互いに重なるようにして配置されている。
【０１５０】
一体高圧水熱交換器７５０には、一次冷媒が通過する一体高圧管７２７ｘを複数本と、給湯用の水が通過する一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを複数本と、暖房用の二次冷媒が通過する一体高圧側分岐路７６８ｂを複数本と、が設けられている。
【０１５１】
一体高圧管７２７ｘは、一端側に第１高圧管２７ａが接続され、他端側に第７高圧管２７ｇが接続されており、一体高圧水熱交換器７５０内を、一次冷媒の流れにおける一端側から他端側まで通過している。図２０および図２１に示されている第１高圧管２７ａの一部は、図２１中のＡ−Ａ断面図である図２３に示すように、各一体高圧管７２７ｘに流入させようとして一次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。第７高圧管２７ｇの一部についても同様に、各一体高圧管７２７ｘを流出する一次冷媒を合流させるために、複数の一次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている一次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた一体高圧管７２７ｘと接続されている。これにより、第１高圧管２７ａを流れてきた一次冷媒は、複数の一次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各一体高圧管７２７ｘに流入する。各一体高圧管７２７ｘを流れ出た一次冷媒は、各複数の一次冷媒パスを通過した後に合流され、第７高圧管２７ｇに流れていく。これらの複数の一体高圧管７２７ｘは、いずれも扁平形状である。また、複数の一体高圧管７２７ｘは、長手方向に複数の流路７５０ｐが並んで設けられている多穴管形状となっている。このため、一次冷媒としての二酸化炭素が流れる側の方が、給湯用の水が流れる側や暖房用の二次冷媒が流れる側と比べて、管壁の表面積が大きくなっている。
【０１５２】
一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘは、一端側に第８給湯ヒートポンプ管９５ｈが接続され、他端側に第２給湯ヒートポンプ管９５ｂが接続されており、一体高圧水熱交換器７５０内を、一次冷媒の流れにおける一端側から他端側まで通過している。図２０および図２１に示す第８給湯ヒートポンプ管９５ｈの一部は、各一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘに流入させようとして給湯用の水を複数の流路に分けるために、複数の給湯パスが設けられている。第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの一部についても同様に、各一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを流出する給湯用の水を合流させるために、複数の給湯パスが設けられている。これらの複数に分けられている給湯パスは、それぞれ複数に分けられた一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘと接続されている。これにより、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂを流れてきた給湯用の水は、複数の給湯パスに分流されて、それぞれ各一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘに流入する。各一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを流れ出た給湯用の水は、各複数の給湯パスを通過した後に合流され、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈに流れていく。これらの複数の給湯パスは、いずれも扁平形状である。
【０１５３】
一体高圧側分岐管７６８ｂは、一端側に第３高圧側分岐路６８ｃが接続され、他端側に第１高圧側分岐路６８ａが接続され、一体高圧水熱交換器７５０内を、一次冷媒の流れにおける一端側と他端側との間の一部のみを通過している。図２０および図２１に示されている第３高圧側分岐管６８ｃの一部は、図２１中のＡ−Ａ断面図である図２３に示すように、各一体高圧側分岐管７６８ｂに流入させようとして暖房用の二次冷媒を複数の流路に分けるために、複数の二次冷媒パスが設けられている。第１高圧側分岐管６８ａの一部についても同様に、各一体高圧側分岐管７６８ｂを流出する二次冷媒を合流させるために、複数の二次冷媒パスが設けられている。これらの複数に分けられている二次冷媒パスは、それぞれ複数に分けられた一体高圧側分岐管７６８ｂと接続されている。これにより、第１高圧側分岐管６８ａを流れてきた二次冷媒は、複数の二次冷媒パスの各パスに分流されて、それぞれ各一体高圧側分岐管７６８ｂに流入する。各一体高圧側分岐管７６８ｂを流れ出た二次冷媒は、各複数の二次冷媒パスを通過した後に合流され、第３高圧側分岐管６８ｃに流れていく。これらの複数の一体高圧側分岐管７６８ｂは、いずれも扁平形状である。
【０１５４】
そして、図２４にＢ−Ｂ断面図に示すように、一体高圧水熱交換器７５０内のうち、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分では、一体高圧側分岐路７６８ｂの体積分を埋めるように補助板７６８Ｒが設けられている。これにより、臨界圧を超える高い圧力まで、一次冷媒が加圧されていても、一体高圧管７２７ｘが一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分に向けて広がるように変形することを抑制することができている。また、この補助板７６８Ｒは、金属製（例えば、銅等）によって形成されているため、熱伝導性がよい。このため、一体高圧管７２７ｘの変形を抑制するだけでなく、熱交換効率を上げることもできている。
【０１５５】
＜７−２＞第７実施形態の変形例
（Ａ）
上記第７実施形態のヒートポンプシステム７０１では、場合について、一体高圧水熱交換器７５０内のうち、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分に補助板７６８Ｒが設けられている場合について例に挙げて説明した。
【０１５６】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、以下のような一体高圧水熱交換器としてもよい。
【０１５７】
例えば、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分に補助板７６８Ｒを設ける代わりに、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分と一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分との境界近傍における一体高圧管７２７ｘに曲げ部分Ｗを設けた一体高圧水熱交換器７５０Ａとしてもよい。
【０１５８】
一体高圧水熱交換器７５０Ａの一部およびその周辺部材について、図２５に斜視図を、図２６に切断面斜視図を、図２７に側面図を、図２８にＡ−Ａ断面図を、図２９にＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【０１５９】
この一体高圧水熱交換器７５０Ａでは、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分においては、一体高圧側分岐路７６８ｂおよび一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを上下から一体高圧管７２７ｘが挟み込んでいる。また、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分においては、一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘのみ上下から一体高圧管７２７ｘが挟み込んでいる。そして、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分と一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分との境界近傍における一体高圧管７２７ｘは、曲げ部分Ｗを有している。曲げ部分Ｗは、一体高圧管７２７ｘのうち、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分において一体高圧側分岐路７６８ｂと接触している扁平面を、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分において一体高圧側分岐路７６８ｂと接触している扁平面を有する一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘの該扁平面側に押しつけるように、湾曲している。
【０１６０】
以上の一体高圧水熱交換器７５０Ａにおいては、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分において一体高圧側分岐路７６８ｂと接触していた一体高圧管７２７ｘの扁平面を、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分において給湯用の水が流れている一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘと接触させて、一次冷媒と給湯用の水との間での熱交換を行わせることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができ、一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘを流れる給湯用の水を十分に加熱させるために必要となる一体高圧水熱交換器７５０Ａの大きさをコンパクト化させることができる。
【０１６１】
（Ｂ）
また、例えば、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過していない部分に補助板７６８Ｒを設ける代わりに、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分に対応する長さだけ設けられた一体高圧管７２７ｘが設けられた一体高圧水熱交換器７５０Ｂとしてもよい。
【０１６２】
一体高圧水熱交換器７５０Ｂの一部およびその周辺部材について、図３０に斜視図を、図３１に切断面斜視図を、図３２に側面図を、図３３にＡ−Ａ断面図を、図３４にＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【０１６３】
この一体高圧水熱交換器７５０Ｂでは、一体高圧側分岐路７６８ｂが通過している部分においては、図３３に示すように、上方から、一体高圧管７２７ｘ、一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘ、一体高圧管７２７ｘ、一体高圧側分岐路７６８ｂ、一体高圧管７２７ｘの順に重なって構成される繰り返し単位が繰り返されるように配置されている。この繰り返し単位の最も下に位置している一体高圧管７２７ｘは、一体高圧側分岐路７６８ｂが設けられている部分に対応して設けられており、給湯用の水によって冷却されていない一次冷媒によって、暖房用の二次冷媒を加熱することができている。
【０１６４】
（Ｃ）
また、上記第７実施形態の一体高圧水熱交換器７５０等においては、暖房用の二次冷媒は流入してきた方向と同じ方向から流出する場合を例に挙げて説明した。
【０１６５】
しかし、これに限られず、例えば、図３５に示す一体高圧水熱交換器７５０Ｃのように、暖房用の二次冷媒は流入してきた方向と、流出する方向とが、反対側に位置するように構成してもよい。これにより、暖房用の二次冷媒と一次冷媒との熱交換における流路内での隔たりを小さく抑えて、熱交換効率を向上させることができる。
【０１６６】
（Ｄ）
また、図３６に示すように、上記第７実施形態の一体高圧水熱交換器７５０における一体給湯ヒートポンプ管７９５ｘの代わりに、一体上流給湯ヒートポンプ管７９５ｓ、一体熱交外給湯ヒートポンプ管７９５ｔ、および、一体下流給湯ヒートポンプ管７９５ｕが設けられた一体高圧水熱交換器７５０Ｄが採用されたヒートポンプシステム７０１Ｄとしてもよい。
【０１６７】
この一体高圧水熱交換器７５０Ｄの一部およびその周辺部材について、図３７に斜視図を、図３８に切断面斜視図を、図３９にＡ−Ａ断面図を、図４０にＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【０１６８】
一体上流給湯ヒートポンプ管７９５ｓは、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの下流側端部と、一体熱交外給湯ヒートポンプ管７９５ｔの上流側端部とを、一体高圧水熱交換器７５０Ｄ内を通過しつつ接続している。一体熱交外給湯ヒートポンプ管７９５ｔの下流側端部は、一体下流給湯ヒートポンプ管７９５ｕの上流側端部と、一体高圧水熱交換器７５０Ｄの外部を通過しつつ接続している。一体下流給湯ヒートポンプ管７９５ｕの下流側端部は、第８給湯ヒートポンプ管９５ｈの下流側端部と、一体高圧水熱交換器７５０Ｄの内部を通過しつつ接続している。
【０１６９】
そして、一体上流給湯ヒートポンプ管７９５ｓと一体熱交外給湯ヒートポンプ管７９５ｔとの境界部分近傍、および、一体熱交外給湯ヒートポンプ管７９５ｔと一体下流給湯ヒートポンプ管７９５ｕとの境界部分近傍においては、上記変形例（Ａ）で説明したものと同様の曲げ部分Ｗが設けられている。
【０１７０】
このヒートポンプシステム７０１では、一体上流給湯ヒートポンプ管７９５ｓを通過している給湯用の水は、一体高圧管７２７ｘの下流側を流れている一次冷媒によって暖められるため、一体高圧管７２７ｘの上流側における一次冷媒との熱交換において温度差を小さくすることができており、熱交換効率を上げることができる。
【０１７１】
また、一体下流給湯ヒートポンプ管７９５ｕを流れる給湯用の水は、一体高圧管７２７ｘの上流側を流れる一次冷媒によって暖められつつ、一体高圧管７２７ｘの上流側を流れる一次冷媒の温度を下げることができる。このため、一体高圧管７２７ｘを流れる一次冷媒によって、一体高圧側分岐路７６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒の温度が高温になりすぎることを抑制することができている。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明の冷凍装置は、複数の熱負荷に対応する場合であっても、熱交換器の大きさをコンパクト化させることが可能になるため、複数の熱負荷の処理をヒートポンプ回路を用いて行うヒートポンプシステムに適用した場合に特に有用である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  ヒートポンプシステム
４  蒸発器
５ａ  膨張弁
７  エコノマイザ熱交換器
８  一次冷媒間熱交換器
１０  ヒートポンプ回路
２０  低圧管
２０ａ〜ｆ  第１〜６低圧管
２１  低段側圧縮機
２３  中間圧管
２３ａ〜ｄ  第１〜４中間圧管
２５  高段側圧縮機
２７  高圧管
２７ａ〜ｎ  第１〜１４高圧管
２７ｃ  第３高圧管（一次冷媒接続管）
２７ｅ  第５高圧管（一次冷媒接続管）
４０  中間圧水熱交換器
５０  高圧水熱交換器
５１  第１高圧水熱交換器（非重複熱交換器）
５２  第２高圧水熱交換器（重複熱交換器）
５３  第３高圧水熱交換器（非重複熱交換器）
５１〜５３  第１〜３高圧水熱交換器
６０  暖房回路
６１  ラジエータ（第１熱負荷処理部）
６５  暖房往き管
６６  暖房戻り管
６７  中間圧側分岐路
６８  高圧側分岐路
９０  給湯回路
９１  貯湯タンク（第２熱負荷処理部）
９４  給水管
９５  給湯ヒートポンプ管
９５ａ〜ｈ  第１〜８給湯ヒートポンプ管
９８  給湯管
２９５ｘ  第２高圧水熱交内上流給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
２９５ｙ  第２高圧水熱交外給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
２９５ｚ  第２高圧水熱交内下流給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
７２７ｘ  一体高圧管（第１一次冷媒流路、第２一次冷媒流路、第３一次冷媒流路、第４一次冷媒流路、第５一次冷媒流路）
７６８ｂ  一体高圧側分岐路（第３流体流路）
７６８Ｒ  補強板（伝熱性部分）
７９５ｓ  一体上流給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
７９５ｔ  一体熱交外給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
７９５ｕ  一体下流給湯ヒートポンプ管（第２流体バイパス管）
７９５ｘ  一体給湯ヒートポンプ管（第４流体流路）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７４】
【特許文献１】特開２００６―１２５７２２号公報
【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】
2010210196.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010210196.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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