(57)【要約】【課題】二次冷媒による熱負荷の処理においてサイクル効率を向上させることが可能なヒートポンプシステムを提供する。【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。二次冷媒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。暖房用熱媒体としての水が循環する暖房回路は、互いに並列な中間圧側分岐路６７と高圧側分岐路６８とを有している。制御部１１は、中間圧側分岐路６７のうち中間圧水熱交換器４０で加熱される二次冷媒の温度と、高圧側分岐路６８のうち第２高圧水熱交換器５２で加熱される二次冷媒の温度と、が同じになるように暖房混合弁６４を操作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも低段側圧縮機構（２１）、高段側圧縮機構（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分岐部分（Ｘ）、第２分岐部分（Ｙ）、前記第１分岐部分（Ｘ）と前記第２分岐部分（Ｙ）とを接続する第１分岐路（６７）、前記第１分岐路（６７）と合流することなく前記第１分岐部分（Ｘ）と前記第２分岐部分（Ｙ）とを接続する第２分岐路（６８）、および、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、
前記低段側圧縮機構（２１）の吐出側から前記高段側圧縮機構（２５）の吸入側に向けて流れる前記一次冷媒と、前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体と、の間で熱交換を行わせる第１熱交換器（４０）と、
前記高段側圧縮機構（２５）から前記膨張機構（５）に向けて流れる前記一次冷媒と、前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体と、の間で熱交換を行わせる第２熱交換器（５２）と、
前記第１分岐路（６７）における前記第１流体の流量と、前記第２分岐路（６８）における前記第１流体の流量と、の少なくともいずれか一方の流量を調節可能な第１流量調節機構（６２）と、
前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と、前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と、の比が１となる場合を含む所定温度条件を満たす状態を維持させるように、若しくは、
前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と、前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と、の差を小さくさせるように、
前記第１流量調節機構（６２）を操作する流量調節制御を行う制御部（１１）と、
を備えたヒートポンプシステム（１）。
【請求項２】
前記制御部（１１）は、
前記第１熱交換器（４０）に流れ込む前記一次冷媒の温度が、前記第１熱交換器（４０）に流れ込む前記第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ、
前記第２熱交換器（５２）に流れ込む前記一次冷媒の温度が、前記第２熱交換器（５２）に流れ込む前記第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ、
前記第１熱交換器（４０）に流れ込む前記一次冷媒の温度および前記第２熱交換器（５２）に流れ込む前記一次冷媒の温度の両方が、前記第１熱負荷処理部（６１）において要求される第１熱負荷対応温度以上の温度となるように、
前記低段側圧縮機構（２１）および前記高段側圧縮機構（２５）の出力を制御する、
請求項１に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項３】
前記第１熱負荷回路（６０）は、前記第１熱負荷処理部（６１）と前記第１分岐部分（Ｘ）の間の部分と前記第１熱負荷処理部（６１）と前記第２分岐部分（Ｙ）の間の部分とを接続する第１熱負荷バイパス回路（６９）、および、前記第１熱負荷バイパス回路（６９）を通過する前記第１流体の流量を調節可能な第１熱負荷バイパス流量調節機構（１６４）をさらに有しており、
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御において、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度の目標値および前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度の目標値が、前記第１熱負荷対応温度を超える温度になるように制御を行い、
前記制御部（１１）は、前記第１熱負荷処理部（６１）に供給される前記第１流体の温度が前記第１熱負荷対応温度となるように、前記第１熱負荷バイパス流量調節機構（１６４）を操作して前記第１熱負荷バイパス回路（６９）を通過する前記第１流体の流量を調節する、
請求項２に記載のヒートポンプシステム（３ｘ）。
【請求項４】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御において、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度の目標値および前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度の目標値が、前記第１熱負荷対応温度となるように制御する、
請求項２に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項５】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御において、
前記低段側圧縮機構（２１）における圧縮比と、前記高段側圧縮機構（２５）における圧縮比と、の比が１となる場合を含む所定圧縮比条件を満たした状態を維持させるように、若しくは、
前記低段側圧縮機構（２１）における圧縮比と、前記高段側圧縮機構（２５）における圧縮比と、の差を小さくさせるように、
前記低段側圧縮機構（２１）、前記高段側圧縮機構（２５）および前記膨張機構（５）の少なくともいずれか１つを制御する、
請求項２から４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６】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御を行う場合に、前記低段側圧縮機構（２１）の前記一次冷媒の吐出温度が上がる場合に、前記低段側圧縮機構（２１）が吸入する前記一次冷媒の過熱度を上げる低段吸入過熱度制御を行う、
請求項５に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項７】
前記ヒートポンプ回路（１０）は、前記低段側圧縮機構（２１）が吸入する前記一次冷媒と、前記第２熱交換器（５２）を通過した後であって前記膨張機構（５）に向かって流れる前記一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる一次冷媒間熱交換器（８）をさらに有しており、
前記制御部（１１）は、前記一次冷媒間熱交換器（８）を用いて前記低段吸入過熱度制御を行う、
請求項６に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項８】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御を行う場合に、前記第１熱負荷処理部（６１）から前記第１熱交換器（４０）および前記第２熱交換器（５２）に向けて流れる前記第１流体の温度が上昇した場合には、前記低段側圧縮機構（２１）の前記一次冷媒の吐出温度の目標値を低下させつつ、前記低段側圧縮機構（２１）が吸入する前記一次冷媒の過熱度を小さくする負荷低減時制御を行う、
請求項５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】
前記第２熱負荷部（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、
前記第２熱負荷回路（９０）を循環する前記第２流体と、前記高段側圧縮機構（２５）から前記第２熱交換器（５２）に向かう途中の前記一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる第３熱交換器（５１）と、
をさらに備えた、
請求項８に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１０】
前記第２熱負荷回路（９０）を通過する前記第２流体のうち前記第２熱負荷処理部（９１）から前記第３熱交換器（５１）に向かう前記第２流体と、前記第２熱交換器（５２）を通過した後であって前記膨張機構（５）に向かう途中の前記一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる第４熱交換器（５３）をさらに備えた、
請求項９に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１１】
前記制御部（１１）は、前記低段側圧縮機構（２１）が吐出する前記一次冷媒の温度の目標値が前記高段側圧縮機構（２５）が吐出する前記一次冷媒の温度の目標値よりも低い場合に、前記第３熱交換器（５１）を通過する前記一次冷媒の温度が前記低段側圧縮機構（２１）が吐出する前記一次冷媒の温度の目標値に近づくように、前記第２熱負荷回路（９０）を循環する前記第２流体の循環量を調節する、
請求項９または１０に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１２】
前記第２熱負荷処理部（９１）は、給湯用のタンク（９１）であり、
前記第２流体は、給湯用の水である、
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】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御では、前記第１流量調節機構（６２）を操作することにより、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度とのうち、温度が低い方の流量を下げる、
請求項２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１流量調節機構（６２）は、前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体の流量と前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量との比率を調節可能であり、
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御では、前記第１流量調節機構（６２）を操作することにより、前記第１熱負荷処理部に供給する前記第１流体の流量を一定に保ちつつ、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度とのうち、温度が低い方の流量比率を下げる、
請求項１３に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１５】
前記第１流量調節機構（６２）は、前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の流量を調節可能であり、
前記制御部（１１）は、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度とのうち温度が低い方の流量比率が小さい場合において、前記流量調節制御では、前記第１流量調節機構（６２）を操作することにより前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の流量を下げる、
請求項１３に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１６】
前記第１流量調節機構（６２）は、前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体の流量と前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量との比率を調節する比率調節部（６４）と、前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の流量を調節する流量調節部（６３）とを含んでおり、
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御では、前記第１流量調節機構（６２）を操作することにより、前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度と前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度とのうち、前記第１熱負荷対応温度を超えている方の流量を増大させ、および／または、前記第１熱負荷対応温度に満たない方の流量を低下させるとともに、
前記制御部（１１）は、前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の温度が前記第１熱負荷対応温度を超えている場合において、前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の温度が上がれば上がるほど前記第１熱負荷処理部（６１）に供給する前記第１流体の流量を下げる、
請求項１３に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１７】
前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度を把握する第１分岐路温度検知手段（６７Ｔ）と
前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度を把握する第２分岐路温度検知手段（６８Ｔ）と、
をさらに備えた、
請求項１から１６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１８】
前記第１分岐路（６７）のうち前記第１熱交換器（４０）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度および前記第２分岐路（６８）のうち前記第２熱交換器（５２）を通過した部分を流れる前記第１流体の温度の少なくともいずれか一方を把握する分岐部分温度検知手段（６７Ｔ）と、
前記第１分岐路（６７）を通過した前記第１流体と前記第２分岐路（６８）を通過した前記第１流体とが合流した後に前記第１熱負荷処理部（６１）に向けて流れる前記第１流体の温度を把握する合流部分温度検知手段（６５Ｔ）と、
をさらに備えた、
請求項１から１６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１９】
前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体の流量を把握する第１分岐路流量検知手段（６７Ｑ）と、
前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量を把握する第２分岐路流量検知手段（６８Ｑ）と、
をさらに備えた、
請求項１から１６のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１ｘ）。
【請求項２０】
前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体の流量および前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量の少なくともいずれか一方を把握する分岐部分流量検知手段（６７Ｑ）と、
前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体と前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体とが合流した後に前記第１熱負荷処理部（６１）に向けて流れる前記第１流体の流量を把握する合流部分流量検知手段（６５Ｑ）と、
をさらに備えた、
請求項１から１６のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（２ｘ）。
【請求項２１】
前記第１熱交換器（４０）では、前記低段側圧縮機構（２１）の吐出側から前記高段側圧縮機構（２５）の吸入側に向けて流れる前記一次冷媒と、前記第１分岐路（６７）を流れる前記第１流体とは、対向流の関係にあり、
前記第２熱交換器（５２）では、前記高段側圧縮機構（２５）から前記膨張機構（５）に向けて流れる前記一次冷媒と、前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体とは、対向流の関係にある、
請求項１から２０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２２】
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２１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２３】
前記低段側圧縮機構（２１）および前記高段側圧縮機構（２５）は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための共通の回転軸を有している、
請求項１から２２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２４】
前記制御部（１１）は、前記流量調節制御において、前記高段側圧縮機構（２５）の吐出圧力を前記一次冷媒の臨界圧力以上の圧力に維持しており、
前記第１熱負荷処理部（６１）の周囲温度が前記一次冷媒の臨界温度以下の温度である環境下で用いられる、
請求項１から２３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２５】
前記一次冷媒は、二酸化炭素である、
請求項１から２４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、一次冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、二次冷媒が循環する二次側サイクルと、を用いて暖房運転を行うシステムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００４―１７７０６７号公報）に記載されているヒートポンプ式空気調和器では、高圧側の一次冷媒と低圧側の一次冷媒とを熱交換させ、暖められた低圧側の一次冷媒の熱を用いて暖房用の二次冷媒の加熱を補助することにより、効率の向上を図っている。
【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２００４―１７７０６７号公報）に記載のヒートポンプ式空気調和器は、圧縮機構が１つだけの単段圧縮形式を想定しているため、圧縮機構において必要となる駆動力が多くなってしまっている。
【０００５】
本発明の課題は、二次冷媒による熱負荷の処理においてサイクル効率を向上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１熱交換器、第２熱交換器、第１流量調節機構、および、制御部を備えている。ヒートポンプ回路は、少なくとも低段側圧縮機構、高段側圧縮機構、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分岐部分、第２分岐部分、第１分岐路、第２分岐路、および、第１熱負荷処理部を有している。第１分岐路は、第１分岐部分と第２分岐部分とを接続している。第２分岐路は、第１分岐路と合流することなく第１分岐部分と第２分岐部分とを接続している。この第１熱負荷回路は、第１流体が循環している。第１熱交換器は、低段側圧縮機構の吐出側から高段側圧縮機構の吸入側に向けて流れる一次冷媒と、第１分岐路を流れる第１流体と、の間で熱交換を行わせる。第２熱交換器は、高段側圧縮機構から膨張機構に向けて流れる一次冷媒と、第２分岐路を流れる第１流体と、の間で熱交換を行わせる。第１流量調節機構は、第１分岐路における第１流体の流量と、第２分岐路における第１流体の流量と、の少なくともいずれか一方の流量を調節可能である。制御部は、第１流量調節機構を操作する流量調節制御を行う。この流量調節制御では、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、の比が１となる場合を含む所定温度条件を満たす状態を維持させるように、若しくは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、の差を小さくさせるように、第１流量調節機構が操作される。なお、高段側圧縮機構と低段側圧縮機構以外にさらに圧縮機構を備えていてもよく、多段式圧縮システムとする場合についても当然本発明の範囲内に含まれる。
【０００７】
このヒートポンプシステムでは、第１熱負荷処理部に供給される二次冷媒の熱量が同じ場合において、第１熱交換器で加熱された第１流体の温度と周囲温度との差および第２熱交換器で加熱された第１流体の温度と周囲温度との差のいずれの差についても、大きくならないようにすることができる。このため、第１熱交換器で加熱された第１流体の第１熱負荷処理部に到達するまでの間に放出する放熱ロスと、第２熱交換器で加熱された第１流体の第１熱負荷処理部に到達するまでの間に放出する放熱ロスと、の合計を小さく抑えることが可能になる。これにより、第１負荷熱交換器における熱負荷のヒートポンプシステムによる処理効率を向上させることが可能になる。
【０００８】
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、制御部は、第１熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度が、第１熱交換器に流れ込む第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ、第２熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度が、第２熱交換器に流れ込む第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ、第１熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度および第２熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度の両方が、第１熱負荷処理部において要求される第１熱負荷対応温度以上の温度となるように、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の出力を制御する。
【０００９】
このヒートポンプシステムでは、第１熱交換器に流れ込む第１流体の温度を下げることなく、第１熱交換器に流れ込む一次冷媒によって第１流体の温度を確実に上げることができる。そして、高段側圧縮機構の吐出冷媒温度が異常に上昇することを防ぐことができる。同様に、第２熱交換器に流れ込む第１流体の温度を下げることなく、第２熱交換器に流れ込む一次冷媒によって第１流体の温度を確実に上げることができる。そして、第１流体が第１熱交換器および第２熱交換器において得る熱量のみによって、第１負荷熱交換器における熱負荷に対応することが可能になる。
【００１０】
第３発明のヒートポンプシステムは、第２発明のヒートポンプシステムにおいて、第１熱負荷回路は、第１熱負荷処理部と第１分岐部分の間の部分と第１熱負荷処理部と第２分岐部分の間の部分とを接続する第１熱負荷バイパス回路、および、第１熱負荷バイパス回路を通過する第１流体の流量を調節可能な第１熱負荷バイパス流量調節機構をさらに有している。制御部は、流量調節制御において、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度の目標値および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度の目標値が、第１熱負荷対応温度を超える温度になるように制御を行う。制御部は、第１熱負荷処理部に供給される第１流体の温度が第１熱負荷対応温度となるように、第１熱負荷バイパス流量調節機構を操作して第１熱負荷バイパス回路を通過する第１流体の流量を調節する。
【００１１】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度だけでなく第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度のいずれもが、第１熱負荷処理部において必要とされる第１熱負荷対応温度を超える温度となってしまう運転状況であっても、第１熱負荷バイパス流量調節機構によって第１熱負荷バイパス回路を通過する第１流体の流量を調節することにより、第１熱負荷処理部に供給される第１流体の温度を調節することが可能になる。これにより、ヒートポンプ回路の効率を上げるために、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度が第１熱負荷対応温度を超えてしまうことがあっても、第１熱負荷処理部に供給される第１流体の温度を第１負荷対応温度に近づけることが可能になる。
【００１２】
第４発明のヒートポンプシステムは、第２発明のヒートポンプシステムにおいて、制御部は、流量調節制御において、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度の目標値、および、第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度の目標値が、第１熱負荷対応温度となるように制御する。
【００１３】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度だけでなく第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度のいずれもが、第１熱負荷処理部において必要とされる第１熱負荷対応温度に近づくように制御される。これにより、第１熱負荷回路を流れている第１流体の温度が第１熱負荷対応温度を大きく超える状態を回避することができ、放熱ロスを効果的に低減させることが可能となる。
【００１４】
なお、第１熱負荷対応温度を目指して第１流量調節機構が制御される場合には、第１熱負荷処理部に向かう第１流体の温度を調節する機能を第１熱負荷回路に備えさせる必要を無くす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２発明から第４発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、制御部は、流量調節制御において、低段側圧縮機構における圧縮比と、高段側圧縮機構における圧縮比と、の比が１となる場合を含む所定圧縮比条件を満たした状態を維持させるように、若しくは、低段側圧縮機構における圧縮比と、高段側圧縮機構における圧縮比と、の差を小さくさせるように、低段側圧縮機構、高段側圧縮機構および膨張機構の少なくともいずれか１つを制御する。
【００１６】
このヒートポンプシステムでは、第１熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度が第１熱交換器に流れ込む第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ第２熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度が第２熱交換器に流れ込む第１流体の温度以上の温度になるようにしつつ第１熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度および第２熱交換器に流れ込む一次冷媒の温度の両方が第１熱負荷対応温度以上の温度となるように流量調節制御を行う場合において、高段側圧縮機構および低段側圧縮機構において必要となる圧縮機駆動力を小さく抑えることが可能になる。これにより、第１流体による放熱ロスを低減させるだけでなく、少ない駆動力によって第１熱負荷処理部における熱負荷に対応することが同時に実現でき、効率をよりいっそう向上させることが可能になる。
【００１７】
第６発明のヒートポンプシステムは、第５発明のヒートポンプシステムにおいて、制御部は、流量調節制御を行う場合に、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度が上がる場合に、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を上げる低段吸入過熱度制御を行う。
【００１８】
一般に、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度の目標値が高い場合には、低段側圧縮機構の圧縮比も大きくなる傾向がある。また、これによって、高段側圧縮機構の圧縮比も大きくなってしまう。このため、圧縮機構の必要駆動力が増大してしまい、消費エネルギが増大してしまう。
【００１９】
これに対して、このヒートポンプシステムでは、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度の目標値が上げられる場合には、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度の目標値を上げる低段吸入過熱度制御を行う。このため、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度が目標値に達するために必要となる低段側圧縮機構の圧縮比を小さく抑えることができる。これに付随して、高段側圧縮機構の圧縮比も小さく抑えることができる。これにより、圧縮機構の必要駆動力をより小さく抑えることが可能になる。他方、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度の目標値が低くなる場合には、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を小さくすることで、低段側圧縮機構の圧縮比の増大を抑えることにより高段側圧縮機構の圧縮比の増大も抑えつつ、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の比体積を下げることができる。これにより、圧縮比の増大を抑えつつ、循環量を確保して、能力を増大させることが可能になる。
【００２０】
第７発明のヒートポンプシステムは、第６発明のヒートポンプシステムにおいて、ヒートポンプ回路は、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒と、第２熱交換器を通過した後であって膨張機構に向かって流れる一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる一次冷媒間熱交換器をさらに有している。制御部は、一次冷媒間熱交換器を用いて低段吸入過熱度制御を行う。
【００２１】
このヒートポンプシステムでは、膨張機構に流入する前の一次冷媒を冷やすための熱を、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を上げるための熱として回収することができる。これにより、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を上げることができるだけでなく、膨張機構における一次冷媒の通過量の低減を抑制することができ、能力を向上させることが可能になる。
【００２２】
第８発明のヒートポンプシステムは、第５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、制御部は、流量調節制御を行う場合に、第１熱負荷処理部から第１熱交換器および第２熱交換器に向けて流れる第１流体の温度が上昇した場合には、低段側圧縮機構の一次冷媒の吐出温度の目標値を低下させつつ、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を小さくする負荷低減時制御を行う。
【００２３】
このヒートポンプシステムでは、第１熱負荷回路から第１熱交換器および第２熱交換器に向けて流れる第１流体の温度が上昇した場合には、第１熱負荷処理部における熱負荷が小さくなった状況であるため、上記効率的な運転状態に変化させた場合であっても負荷に対応することができる。しかも、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の密度を上げることができ、一次冷媒の循環量を増大させることができる。これにより、負荷変動に対応しつつヒートポンプ回路の能力を増大させることが可能になる。
【００２４】
第９発明のヒートポンプシステムは、第８発明のヒートポンプシステムにおいて、第２熱負荷部を有しており、第２流体が循環する第２熱負荷回路と、第２熱負荷回路を循環する第２流体と、高段側圧縮機構から第２熱交換器に向かう途中の一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる第３熱交換器と、をさらに備えている。
【００２５】
このヒートポンプシステムでは、高段側圧縮機構が吐出する一次冷媒の熱を、第１熱負荷回路おける熱負荷処理と第２熱負荷回路における熱負荷処理との両方に用いることができるようになるだけでなく、第１熱負荷回路において必要となる温度範囲以外を第２熱負荷回路において利用することが可能になる。
【００２６】
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、第２熱負荷回路を通過する第２流体のうち第２熱負荷処理部から第３熱交換器に向かう第２流体と、第２熱交換器を通過した後であって膨張機構に向かう途中の一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる第４熱交換器をさらに備えている。
【００２７】
このヒートポンプシステムでは、第１熱負荷処理部における第１流体の温度変化範囲が、第２熱負荷処理部における第２流体の温度変化範囲に含まれている場合には、高段側圧縮機構が吐出する一次冷媒のうち高温状態の一次冷媒との熱交換と低温状態の一次冷媒との熱交換とを第２流体との熱交換に割り当てて、中温状態の一次冷媒を第１流体との熱交換に利用することができる。これにより、第１流体および第２流体と、一次冷媒と、の温度差を小さく抑えたままで、第２熱交換器、第３熱交換器および第４熱交換器における熱交換を行わせることができるため、熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００２８】
第１１発明のヒートポンプシステムは、第９発明または第１０発明のヒートポンプシステムにおいて、制御部は、低段側圧縮機構が吐出する一次冷媒の温度の目標値が高段側圧縮機構が吐出する一次冷媒の温度の目標値よりも低い場合に、第３熱交換器を通過する一次冷媒の温度が低段側圧縮機構が吐出する一次冷媒の温度の目標値に近づくように、第２熱負荷回路を循環する第２流体の循環量を調節する。
【００２９】
このヒートポンプシステムでは、第１熱交換器を流れる一次冷媒の最高温度と第２熱交換器を流れる一次冷媒の最高温度とを近づけることで、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とを近づけやすくなる。
【００３０】
なお、例えば、第１熱負荷処理部へ供給される第１流体の流量を低く抑えたい場合において、第１流体が第１熱交換器を通過する時間や第２熱交換器を通過する時間が長くなったとしても、第１熱交換器を流れる一次冷媒の温度と第２熱交換器を流れる一次冷媒の温度が近づいている。このため、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度のいずれについても、上記第１熱交換器を流れる一次冷媒の温度（第２熱交換器を流れる一次冷媒の温度）近傍の値に収束させることが可能になる。
【００３１】
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、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。
【００３２】
このヒートポンプシステムでは、高段側圧縮機構から吐出される一次冷媒の温度を利用してお湯をつくることができるようになる。
【００３３】
第１３発明のヒートポンプシステムは、第２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、制御部は、流量調節制御では、第１流量調節機構を操作することにより、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち、温度が低い方の流量を下げる。
【００３４】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と、のうち温度が低い方の流量を下げることにより、温度が低い方の流速が低下して加熱される時間を長くすることができる。これにより、第１熱交換器および第２熱交換器のうち流量を下げた側における一次冷媒からの熱回収量を増大させることが可能になる。
【００３５】
なお、例えば、一次冷媒の入口温度まで加熱されることなく、早い流速で第１熱交換器もしくは第２熱交換器を通過していた場合には、通過速度を落として熱交換可能時間を長くすることで、熱回収量を増大させることができる。
【００３６】
第１４発明のヒートポンプシステムは、第１３発明のヒートポンプシステムにおいて、第１流量調節機構は、第１分岐路を流れる第１流体の流量と第２分岐路を流れる第１流体の流量との比率を調節可能である。制御部は、流量調節制御では、第１流量調節機構を操作することにより、第１熱負荷処理部に供給する第１流体の流量を一定に保ちつつ、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち、温度が低い方の流量比率を下げる。
【００３７】
このヒートポンプシステムでは、流量比率を調節することにより、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち、温度が高い方の流速が増大して加熱時間が短くなり、温度が低い方の流速が低下して加熱時間が長くなる。これにより、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度との両方を、温度差を少なくするように変化させることが可能になる。また、第１熱負荷処理部における熱負荷に変更が無い場合には、温度差を小さくできるだけでなく第１熱負荷処理部に供給される第１流体の流量を維持することで第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させることが可能になる。
【００３８】
第１５発明のヒートポンプシステムは、第１３発明のヒートポンプシステムにおいて、第１流量調節機構は、第１熱負荷処理部に供給する前記第１流体の流量を調節可能である。制御部は、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち温度が低い方の流量比率が小さい場合において、流量調節制御では、第１流量調節機構を操作することにより第１熱負荷処理部に供給する第１流体の流量を下げる。
【００３９】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち温度が低い方の流量比率が小さい場合に、第１熱負荷処理部に供給する第１流体の流量を下げると、温度の高い方の温度上昇分よりも、温度の低い方の温度上昇分の方が大きくなる。これにより、温度差を少なくするように変化させることが可能になる。また、第１熱負荷処理部における熱負荷が低下した場合には、温度差を小さくできるだけでなく第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させることが可能になる。
【００４０】
第１６発明のヒートポンプシステムは、第１３発明のヒートポンプシステムにおいて、第１流量調節機構は、第１分岐路を流れる第１流体の流量と第２分岐路を流れる第１流体の流量との比率を調節する比率調節部と、第１熱負荷処理部に供給する第１流体の流量を調節する流量調節部とを含んでいる。制御部は、流量調節制御では、第１流量調節機構を操作することにより、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とのうち、第１熱負荷対応温度を超えている方の流量を増大させ、および／または、第１熱負荷対応温度に満たない方の流量を低下させるとともに、制御部は、第１熱負荷処理部に供給する第１流体の温度が第１熱負荷対応温度を超えている場合において、第１熱負荷処理部に供給する第１流体の温度が上がれば上がるほど第１熱負荷処理部に供給する第１流体の流量を下げる。
【００４１】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度との差を小さくしつつ、第１熱負荷回路を流れる第１流体の流量を第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させた量にすることが可能になる。
【００４２】
第１７発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１６発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度を把握する第１分岐路温度検知手段と、第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度を把握する第２分岐路温度検知手段と、をさらに備えている。
【００４３】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度を直接把握することができるため、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００４４】
第１８発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１６発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、分岐部分温度検知手段、および、合流部温度検知手段を備えている。分岐部分温度検知手段は、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度の少なくともいずれか一方を把握する。合流部分温度検知手段は、第１分岐路を通過した第１流体と第２分岐路を通過した第１流体とが合流した後に第１熱負荷処理部に向けて流れる第１流体の温度を把握する。
【００４５】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度のいずれかを分岐部分温度検知手段によって、合流後の第１流体の温度を合流部分温度検知手段によって、を直接把握することができる。これにより、分岐部分温度検知手段が把握する温度と合流部分温度検知手段が把握する温度との差が小さくなるように制御することで、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００４６】
第１９発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１６発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第１分岐路を流れる第１流体の流量を把握する第１分岐路流量検知手段と、第２分岐路を流れる第１流体の流量を把握する第２分岐路流量検知手段と、をさらに備えている。
【００４７】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路を流れる第１流体の流量および第２分岐路を流れる第１流体の流量を直接把握することができるため、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００４８】
第２０発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１６発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第１分岐路を流れる第１流体の流量および第２分岐路を流れる第１流体の流量の少なくともいずれか一方を把握する分岐部分流量検知手段と、第１分岐路を流れる第１流体と第２分岐路を流れる第１流体とが合流した後に第１熱負荷処理部に向けて流れる第１流体の流量を把握する合流部分流量検知手段と、をさらに備えている。
【００４９】
このヒートポンプシステムでは、第１分岐路を流れる第１流体の流量および第２分岐路を流れる第１流体の流量のいずれかを分岐部分流量検知手段によって、合流後の第１流体の流量を合流部分流量検知手段によって、を直接把握することができる。これにより、第１分岐路と第２分岐路のうち分岐部分流量検知手段が設けられていない側の流量を、分岐部分流量検知手段が把握する流量と合流部分流量検知手段が把握する流量との差として把握することができる。これにより、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００５０】
第２１発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第２０発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、第１熱交換器では、低段側圧縮機構の吐出側から高段側圧縮機構の吸入側に向けて流れる一次冷媒と、第１分岐路を流れる第１流体とは、対向流の関係にある。第２熱交換器では、高段側圧縮機構から膨張機構に向けて流れる一次冷媒と、第２分岐路を流れる第１流体とは、対向流の関係にある。
【００５１】
このヒートポンプシステムでは、低段側圧縮機構から吐出される一次冷媒の温度および高段側圧縮機構から吐出される一次冷媒の温度として必要な温度を低く抑えることが可能になる。これにより、圧縮機構の駆動力を小さく抑えることが可能になる。
【００５２】
第２２発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第２１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。
【００５３】
このヒートポンプシステムでは、第１熱負荷処理部が配置されている空間を暖めることが可能になる。
【００５４】
第２３発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第２２発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための共通の回転軸を有している。
【００５５】
このヒートポンプシステムでは、回転軸を共通化させつつ１８０度の位相差を設けることで、駆動効率を上げることが可能になる。
【００５６】
第２４発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第２３発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、制御部は、流量調節制御において、高段側圧縮機構の吐出圧力を一次冷媒の臨界圧力以上の圧力に維持している。第１熱負荷処理部の周囲温度が一次冷媒の臨界温度以下の温度である環境下で用いられる。
【００５７】
このヒートポンプシステムでは、一次冷媒の臨界温度を下回る温度の熱負荷に対して臨界圧力を超えた状態の一次冷媒が供給されることで、モリエル線図上において一次冷媒の等温線の傾斜がなだらかになっているエリアで放熱処理を行うことができる。このため、一次冷媒の放熱工程の開始と終了との間におけるエンタルピ差を増大させた運転を行うことが可能になる。
【００５８】
第２５発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第２４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。
【００５９】
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】
【００６０】
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。
【００６１】
第１発明では、第１負荷熱交換器における熱負荷のヒートポンプシステムによる処理効率を向上させることが可能になる。
【００６２】
第２発明では、第１流体が第１熱交換器および第２熱交換器において得る熱量のみによって、第１負荷熱交換器における熱負荷に対応することが可能になる。
【００６３】
第３発明では、ヒートポンプ回路の効率を上げるために、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度および第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度が第１熱負荷対応温度を超えてしまうことがあっても、第１熱負荷処理部に供給される第１流体の温度を第１負荷対応温度に近づけることが可能になる。
【００６４】
第４発明では、第１熱負荷回路を流れている第１流体の温度が第１熱負荷対応温度を大きく超える状態を回避することができ、放熱ロスを効果的に低減させることが可能となる。
【００６５】
第５発明では、第１流体による放熱ロスを低減させるだけでなく、少ない駆動力によって第１熱負荷処理部における熱負荷に対応することが同時に実現でき、効率をよりいっそう向上させることが可能になる。
【００６６】
第６発明では、圧縮比の増大を抑えつつ、循環量を確保して、能力を増大させることが可能になる。
【００６７】
第７発明では、低段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度を上げることができるだけでなく、膨張機構における一次冷媒の通過量の低減を抑制することができ、能力を向上させることが可能になる。
【００６８】
第８発明では、負荷変動に対応しつつヒートポンプ回路の能力を増大させることが可能になる。
【００６９】
第９発明では、高段側圧縮機構が吐出する一次冷媒の熱を、第１熱負荷回路おける熱負荷処理と第２熱負荷回路における熱負荷処理との両方に用いることができるようになるだけでなく、第１熱負荷回路において必要となる温度範囲以外を第２熱負荷回路において利用することが可能になる。
【００７０】
第１０発明では、第１流体および第２流体と、一次冷媒と、の温度差を小さく抑えたままで、第２熱交換器、第３熱交換器および第４熱交換器における熱交換を行わせることができるため、熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００７１】
第１１発明では、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度とを近づけやすくなる。
【００７２】
第１２発明では、高段側圧縮機構から吐出される一次冷媒の温度を利用してお湯をつくることができるようになる。
【００７３】
第１３発明では、第１熱交換器および第２熱交換器のうち流量を下げた側における一次冷媒からの熱回収量を増大させることが可能になる。
【００７４】
第１４発明では、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度との両方を、温度差を少なくするように変化させることが可能になり、第１熱負荷処理部における熱負荷に変更が無い場合には、温度差を小さくできるだけでなく第１熱負荷処理部に供給される第１流体の流量を維持することで第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させることが可能になる。
【００７５】
第１５発明では、温度差を少なくするように変化させることが可能になる。また、第１熱負荷処理部における熱負荷が低下した場合には、温度差を小さくできるだけでなく第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させることが可能になる。
【００７６】
第１６発明では、第１分岐路のうち第１熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度と第２分岐路のうち第２熱交換器を通過した部分を流れる第１流体の温度との差を小さくしつつ、第１熱負荷回路を流れる第１流体の流量を第１熱負荷処理部における熱負荷に対応させた量にすることが可能になる。
【００７７】
第１７発明では、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００７８】
第１８発明では、分岐部分温度検知手段が把握する温度と合流部分温度検知手段が把握する温度との差が小さくなるように制御することで、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００７９】
第１９発明では、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００８０】
第２０発明では、流量調節制御の精度を向上させることが可能になる。
【００８１】
第２１発明では、圧縮機構の駆動力を小さく抑えることが可能になる。
【００８２】
第２２発明では、第１熱負荷処理部が配置されている空間を暖めることが可能になる。
【００８３】
第２３発明では、回転軸を共通化させつつ１８０度の位相差を設けることで、駆動効率を上げることが可能になる。
【００８４】
第２４発明では、一次冷媒の放熱工程の開始と終了との間におけるエンタルピ差を増大させた運転を行うことが可能になる。
【００８５】
第２５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】
【００８６】
【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】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５】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６】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７】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８】第５実施形態の変形例Ａにかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図９】第５実施形態の変形例Ｂにかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１０】第５実施形態の変形例Ｃにかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１１】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１２】第６実施形態の変形例Ａにかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図１３】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１４】第８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９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１０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１１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１２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１３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】各実施形態の変形例＜１４−５＞にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２１】各実施形態の変形例＜１４−５＞にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２２】各実施形態の変形例＜１４−８＞のモリエル線図を示す図である。
【図２３】各実施形態の変形例＜１４−９＞のモリエル線図を示す図である。
【図２４】各実施形態の変形例＜１４−１１＞にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２５】各実施形態の変形例＜１４−１２＞にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２６】各実施形態の変形例＜１４−１３＞にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２７】各実施形態の変形例＜１４−１７＞のモリエル線図についての比較例を示す図である。
【図２８】各実施形態の変形例＜１４−１７＞のモリエル線図を示す図である。
【図２９】各実施形態の変形例＜１４−１８＞のモリエル線図を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
＜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。
【００８８】
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。
【００８９】
（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。
【００９０】
（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。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。
【００９１】
（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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。この第４中間圧管２３ｄには、通過する一次冷媒の圧力を検知する高段吸入圧力センサ２４Ｐ、および、通過する一次冷媒の温度を検知する高段吸入温度センサ２４Ｔが取り付けられている。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
制御部１１は、上述した中間圧温度センサ２３Ｔ、高段吸入圧力センサ２４Ｐ、高段吸入温度センサ２４Ｔ、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。
【０１０２】
（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。暖房戻り管６６には、通過する暖房用の二次冷媒の温度を検知する暖房戻り温度センサ６６Ｔが設けられている。
【０１０３】
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の中間圧側分岐路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の中間圧側分岐路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。
【０１０４】
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の高圧側分岐路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、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。第３高圧側分岐路６８ｃは、第２高圧水熱交換器５２の高圧側分岐路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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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、および、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆを有している。
【０１１０】
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の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の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の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給湯中間温度センサ９５Ｔが設けられている。第２高圧水熱交換器５２では、給湯用の水と、一次冷媒としての二酸化炭素と、の間での熱交換は行われていない。第５給湯ヒートポンプ管９５ｅ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５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。第６給湯ヒートポンプ管９５ｆは、第１高圧水熱交換器５１の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６給湯ヒートポンプ管９５ｆ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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
なお、制御部１１は、上述した給湯入水温度センサ９４Ｔ、給湯中間温度センサ９５Ｔ、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。
【０１１３】
＜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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、制御部１１は、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が、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、制御を行う。また、制御部１１は、高段側圧縮機２５に吸入される一次冷媒について、中間圧水熱交換器４０およびインジェクション路７０での熱収支を調節するように制御を行う。
【０１１８】
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）。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
ここでは、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変化が生じており、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。そして、この温度分布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、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ている。これにより、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、熱交換効率を向上させることができている。
【０１２３】
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）。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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）。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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を流れる一次冷媒の冷却において、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を用いることができる。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。
【０１３０】
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）。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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）。
【０１３３】
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）。
【０１３４】
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）。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
＜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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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と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がラジエータ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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
＜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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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１高圧水熱交換器５１内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅに流入する。第１高圧水熱交換器５１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、３０℃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９０℃程度の一次冷媒によって効率的に加熱される。
【０１５０】
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６給湯ヒートポンプ管９５ｆを通過して、貯湯タンク９１の上方に流入する。
【０１５１】
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。
【０１５２】
＜１−５＞二次冷媒温度統一制御
上述のように、ヒートポンプ回路１０については、制御部１１は、暖房回路６０の暖房負荷だけでなく給湯回路９０の給湯負荷にも対応することができるような熱量を各回路に供給できるようにしつつ、サイクル効率をできるだけ良好に保つことができるように運転している。なお、暖房回路６０については、具体的には、制御部１１は、中間圧水熱交換器４０に流れ込む一次冷媒の温度が、中間圧水熱交換器４０に流れ込む暖房用の二次冷媒の温度よりも高温となるようにしつつ、第２高圧水熱交換器５２に流れ込む一次冷媒の温度が、第２高圧水熱交換器５２に流れ込む暖房用の二次冷媒の温度よりも高温となるようにしつつ、中間圧水熱交換器４０に流れ込む一次冷媒の温度および第２高圧水熱交換器５２に流れ込む一次冷媒の温度のいずれもが、ラジエータ６１において要求される温度より高い温度となるように、低段側圧縮機２１、高段側圧縮機２５および膨張弁５ａ等の制御を行っている。
【０１５３】
そして、制御部１１は、低段側圧縮機２１の目標吐出温度がラジエータ６１において要求される温度よりも高温となるようにしつつ、高段側圧縮機２５の目標吐出温度から第１高圧水熱交換器５１通過時に放出する熱を差し引いた後の温度がラジエータ６１において要求される温度よりも高温となるように、制御を行っている。また、制御部１１は、蒸発器４の設置環境に基づいて蒸発温度を定めた上で低段側圧縮機２１の圧縮比と高段側圧縮機２５の圧縮比ができるだけ小さな圧縮比で同等となるように、制御を行っている。そして、これらの目的に沿うように、制御部１１は、具体的には、ヒートポンプ回路１０の低段側圧縮機２１、高段側圧縮機２５、膨張弁５ａ、インジェクション膨張弁７３、一次バイパス膨張弁５ｂ、および、ファン４ｆの制御を行っている。なお、制御部１１は、一次冷媒の温度が高温になりすぎると、熱交換を行っている暖房用の二次冷媒が流れる管内壁面や、熱交換を行っている給湯用の水の管内壁面に、スケール（湯垢等）が生じてしまうおそれがあるため、一次冷媒の温度が所定の高温制限値以下となるように制御される。
【０１５４】
以上のヒートポンプ回路１０側のサイクル効率の良好な運転状態をできるだけ維持することができるようにしつつ、制御部１１は、暖房回路６０の第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度および第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度が同じ温度となるように、二次冷媒温度統一制御を行っている。そして、制御部１１は、単に第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度とが統一されるように制御を行うだけでなく、その統一される温度がラジエータ６１において要求されている温度と一致するように制御を行う。具体的には、制御部１１は、暖房混合弁６４の混合比率を制御することで中間圧側分岐路６７を流れる暖房用の二次冷媒の流量と高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の流量との比率を調節する混合比率制御と、暖房ポンプ６３の流量を制御することでラジエータ６１に供給する暖房用の二次冷媒の流量を調節する流量制御と、によって、ラジエータ６１において要求されている温度において統一させる。
【０１５５】
第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、を同じ温度とするために、制御部１１は、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔが検知する温度と、高圧側分岐路温度センサ６８Ｔが検知する温度と、のうち低温側の二次冷媒の流量が下がって高温側の二次冷媒の流量が上がるように、暖房混合弁６４の制御を行う。これにより、低温側の二次冷媒については、流量が下げられることで流速が遅くなり、二次冷媒が一次冷媒との熱交換において一次冷媒からの熱を受ける時間を長くすることができ、温度が上がることになる。他方、高温側の二次冷媒については、流量が上げられることで流速が早くなり、二次冷媒が一次冷媒との熱交換において一次冷媒からの熱を受ける時間を短くすることができ、温度が下がることになる。このようにして、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、は、その差が小さくなっていくことになる。
【０１５６】
なお、ここで、ラジエータ６１において要求される温度とは、以下に述べるように、ある一定の幅を持った温度の値をいう。
【０１５７】
暖房回路６０では、ユーザが必要とする暖房用の二次冷媒のラジエータ６１での放熱量を設定入力することができる。そして、制御部１１は、ユーザが要求するラジエータ６１での放熱量を確保することができるように、暖房混合弁６４と暖房ポンプ６３とを制御する。具体的には、ラジエータ６１において要求される放熱量を確保する制御として、暖房ポンプ６３を通過する暖房用の二次冷媒の流量を増大させつつ暖房用の二次冷媒の温度を低めに抑える場合や、暖房ポンプ６３を通過する暖房用の二次冷媒の流量を減少させつつ暖房用の二次冷媒の温度を高めにする場合等がある。すなわち、同一の熱量を確保する場合において、暖房ポンプ６３の流量をある値まで増大させた場合に暖房用の二次冷媒の温度として必要となる温度は、暖房ポンプ６３の流量をこのある値より少なくした場合に暖房用の二次冷媒の温度として必要となる温度よりも、低い温度となる。反対に、同一の熱量を確保する場合において、暖房ポンプ６３の流量を他の値まで減少させた場合に暖房用の二次冷媒の温度として必要となる温度は、暖房ポンプ６３の流量をこの他の値より多くした場合に暖房用の二次冷媒の温度として必要となる温度よりも、高い温度となる。さらに、ラジエータ６１に供給される二次冷媒の温度は、ラジエータ６１が設置されている周囲の空間の空気を暖めることを目的としているために、ラジエータ６１の周囲温度（ラジエータ温度センサ６１Ｔで検知される温度）よりも高温である必要がある。ラジエータ６１において要求される温度とは、このようにラジエータ温度センサ６１Ｔで検知される温度より高温であって、ラジエータ６１において要求される放熱量を確保できる流量の範囲に対応する温度幅を持っている。なお、さらにラジエータ６１自体の放熱性能を反映させて温度幅を限定してもよい。
【０１５８】
暖房往き管６５をラジエータ６１に向けて流れる暖房用の二次冷媒の温度は、中間圧側分岐路６７を流れてきた暖房用の二次冷媒と、高圧側分岐路６８を流れてきた暖房用の二次冷媒と、が暖房合流ポイントＹにおいて合流した後の温度である。
【０１５９】
このため、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度と、が同じ温度となっている場合には、暖房合流ポイントＹにおいて合流した後の二次冷媒の温度も合流前の温度と同じ温度となり、ラジエータ６１に向けて供給される暖房用の二次冷媒の温度となる。
【０１６０】
（熱量増大処理）
上記二次冷媒温度統一制御を行いつつ、二次冷媒温度統一制御によって統一された温度が、ラジエータ６１において要求される温度に満たない場合には、制御部１１は、暖房ポンプ６３の流量を下げる熱量増大制御を行う。
【０１６１】
これにより、中間圧側分岐路６７を流れている二次冷媒の流速と、高圧側分岐路６８を流れている二次冷媒の流速と、のいずれの流速についても下げることができる。これにより、中間圧側分岐路６７を流れている二次冷媒が一次冷媒から熱を受ける時間も、高圧側分岐路６８を流れている二次冷媒が一次冷媒から熱を受ける時間も、いずれの時間も長くすることができる。これにより、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、をラジエータ６１において要求される温度において統一させることができ、ラジエータ６１における熱負荷に対応することができるようになる。
【０１６２】
（熱量低減処理）
上記二次冷媒温度統一制御を行いつつ、二次冷媒温度統一制御によって統一された温度が、ラジエータ６１において要求される温度を超えてしまう場合には、制御部１１は、暖房ポンプ６３の流量を上げる熱量減少制御を行う。
【０１６３】
これにより、中間圧側分岐路６７を流れている二次冷媒の流速と、高圧側分岐路６８を流れている二次冷媒の流速と、のいずれの流速についても上げることができる。これにより、中間圧側分岐路６７を流れている二次冷媒が一次冷媒から熱を受ける時間も、高圧側分岐路６８を流れている二次冷媒が一次冷媒から熱を受ける時間も、いずれの時間も短く抑えることができる。これにより、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、をラジエータ６１において要求される温度において統一させることができ、ラジエータ６１における熱負荷に対応することができるようになる。
【０１６４】
＜１−６＞第１実施形態の特徴
第１実施形態のヒートポンプシステム１では、制御部１１は、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度とが統一されるように制御を行っている。ここで、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒および第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒は、いずれもラジエータ６１まで到達するまでの間、より低い温度である周囲に対して放熱をしてしまい、放熱ロスが生じる。しかし、第１実施形態のヒートポンプシステム１では、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度だけでなく、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度についても、高くなりすぎない温度とすることができ、周囲温度との差異を小さく抑えることができる。このため、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度だけでなく、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度についても、周囲への放熱ロスを小さく抑えることができている。
【０１６５】
さらに、制御部１１は、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度とが、ラジエータ６１において要求されている温度において統一されるように制御を行っている。このため、暖房合流ポイントＹにおいて合流した後の暖房用の二次冷媒の温度がラジエータ６１において要求される温度になるように加熱もしくは冷却することによる温度調節を行う必要が無い。これにより、このような温度調節ヒータもしくはクーラを不要にすることができている。
【０１６６】
なお、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、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒は、中間圧水熱交換器４０を通過する際に暖房用の二次冷媒によって冷却され、インジェクション路７０を流れてくる一次冷媒によってもさらに冷却されている。このため、高段側圧縮機２５が吸入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の効率を向上させることができる。
【０１６７】
さらに、高段側圧縮機２５に吸入される一次冷媒を冷やすことで暖房用の二次冷媒が得る熱は、ラジエータ６１における暖房負荷に利用することができる。
【０１６８】
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。このため、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。
【０１６９】
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。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、に分けられている。これにより、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。
【０１７０】
＜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４に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１において一次バイパス８０（第１４高圧管２７ｎ、一次バイパス膨張弁５ｂ、第６低圧管２０ｆ）が設けられることなく、循環する一次冷媒の全てが一次冷媒間熱交換器８を通過するシステムである。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。
【０１７１】
ヒートポンプ回路１０を循環する一次冷媒の全てを一次冷媒間熱交換器８において熱交換させても能力および効率に問題が生じにくい使用環境の場合には、部品点数を削減ができるだけでなく、一次バイパス膨張弁５ｂの制御が不要になる。
【０１７２】
＜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５に示すように、中間圧管２３に対する一次冷媒のインジェクションが行われず、中間圧管２３を流れる一次冷媒の冷却は中間圧水熱交換器４０において全て行われるシステムである。すなわち、第３実施形態のヒートポンプシステム３０１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、エコノマイザ熱交換器７、インジェクション路７０（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、第４インジェクション管７６）、第８高圧管２７ｈ、第９高圧管２７ｉ、第１０高圧管２７ｊ、第３中間圧管２３ｃ、および、第４中間圧管２３ｄが設けられることなく、代わりに第３３中間圧管３２３ｃおよび第３８高圧管３２７ｈが設けられたシステムである。第３３中間圧管３２３ｃは、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧管２３ｂと、高段側圧縮機２５の吸入側とを接続している。第３８高圧管３２７ｈは、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆと、第４高圧ポイントＩとを接続している。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。
【０１７３】
このヒートポンプシステム３０１では、高段側圧縮機２５が吸入する冷媒が湿り状態となってしまうほど冷却される状態を回避することができ、部品点数を少なく抑えて回路構成を単純化させることができる。
【０１７４】
また、このヒートポンプシステム３０１では、インジェクション路７０が設けられていないため、中間圧水熱交換器４０を通過する一次冷媒の温度が二次冷媒温度統一制御によって低下し過ぎたとしても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒が湿り状態とならない範囲で高圧水熱交換器５０に向かう一次冷媒の量を増大させることができるようになる。
【０１７５】
＜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６に示すように、インジェクション路７０側への分岐がエコノマイザ熱交換器７の下流側に配置されたシステムである。すなわち、第４実施形態のヒートポンプシステム４０１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、第３高圧ポイントＨの代わりに第４３高圧ポイント４Ｈを、第７高圧管２７ｇの代わりに第４７高圧管４２７ｇを、第８高圧管２７ｈの代わりに第４８高圧管４２７ｈを、第９高圧管２７ｉの代わりに第４９高圧管４２７ｉを、第１０高圧管２７ｊの代わりに第４１０高圧管４２７ｊを、それぞれ設けたシステムである。第４３高圧ポイント４Ｈは、ヒートポンプ回路１０における一次冷媒の流れ方向において、エコノマイザ熱交換器７の下流側であって第４高圧ポイントＩの上流側に設けられており、インジェクション路７０が分岐している。第４７高圧管４２７ｇは、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆと、エコノマイザ熱交換器７内の第４８高圧管４２７ｈと、を接続している。第４９高圧管４２７ｉは、エコノマイザ熱交換器７内の第４８高圧管４２７ｈと、第４３高圧ポイント４Ｈと、を接続している。第４１０高圧管４２７ｊは、第４３高圧ポイント４Ｈと、第４高圧ポイントＩと、を接続している。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。
【０１７６】
このヒートポンプシステム４０１では、第１実施形態のヒートポンプシステム１のインジェクション路７０を流れる一次冷媒と比較して、インジェクション路７０を流れる一次冷媒の温度をより低温にすることができるため、インジェクション合流ポイントＤでの冷却効果を向上させることができる。
【０１７７】
＜５−１＞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７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を取り除いたシステムである。すなわち、第５実施形態のヒートポンプシステム５０１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１において、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の代わりに第５２給湯ヒートポンプ管５９５ｂを、第５高圧管２７ｅ、第６高圧管２７ｆ、第７高圧管２７ｇの代わりに第５５高圧管５２７ｅを、それぞれ設けたシステムである。ここでは、第１実施形態のヒートポンプシステム１において用いられている給湯中間温度センサ９５Ｔが不要になっている。なお、第５２給湯ヒートポンプ管５９５ｂは、給湯ポンプ９２と、第１高圧水熱交換器５１内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅの給湯用の水の流れにおける上流側端部と、を接続している。第５５高圧管５２７ｅは、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄの一次冷媒の流れ方向における下流側端部と、第３高圧ポイントＨと、を接続している。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。
【０１７８】
このヒートポンプシステム５０１では、例えば、貯湯タンク９１内に蓄えられている給湯用の水の温度が上昇しており、給湯入水温度センサ９４Ｔが検知する給湯用の水の温度が、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄの出口を通過する一次冷媒の温度よりも高い場合であっても、第３高圧ポイントＨに向かう一次冷媒を暖めてしまうことがなく、給湯用の水を冷やしてしまうことがない。このため、給湯負荷が小さい状況においても、効率の良い運転が可能となっている。
【０１７９】
＜５―２＞第５実施形態の変形例
（Ａ）
図８に示すように、上記第５実施形態のヒートポンプシステム５０１において、第４実施形態で説明したインジェクション路４７０を適用しつつ、第４７高圧管４２７ｇの代わりに上述の第５５高圧管５２７ｅを用いたヒートポンプシステム５０１Ａとしてもよい。
【０１８０】
この場合には、さらに第４実施形態のヒートポンプシステム４０１に類似した効果を得ることができる。
【０１８１】
（Ｂ）
図９に示すように、上記第５実施形態のヒートポンプシステム５０１において、第３実施形態で説明したようにインジェクション路７０を削除しつつ、上述の第５５高圧管５２７ｅの接続先を第４高圧ポイントＩとしたヒートポンプシステム５０１Ｂとしてもよい。
【０１８２】
この場合には、さらに第３実施形態のヒートポンプシステム３０１に類似した効果を得ることができる。
【０１８３】
（Ｃ）
図１０に示すように、上記第５実施形態の変形例（Ｂ）のヒートポンプシステム５０１Ｂにおいて、第２実施形態で説明したように一次バイパス８０を削除したヒートポンプシステム５０１Ｃとしてもよい。
【０１８４】
この場合には、さらに第２実施形態のヒートポンプシステム２０１に類似した効果を得ることができる。
【０１８５】
＜６−１＞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１１に示すように、インジェクション路７０を有していない第３実施形態のヒートポンプシステム３０１において、気液分離インジェクション路６３０を設けたシステムである。気液分離インジェクション路６３０は、分離前気液管６３１、気液分離器６３２、分離後液管６３３、分離後気管６３４、分離後気管開閉弁６３５、および、気液分離膨張弁６０５を有している。分離前気液管６３１は、第３低圧ポイントＭから気液分離器６３２の上方の気相空間まで伸びている。気液分離器６３２は、分離前気液管６３１から流れ込んでくる一次冷媒を上方空間における気相領域と、下方空間における液相領域と、に分離する。分離後液管６３３は、気液分離器６３２の液相領域に存在している一次冷媒を気液分離膨張弁６０５まで導く。気液分離膨張弁６０５では、通過する一次冷媒の圧力をさらに下げる。分離後気管６３４は、気液分離器６３２の気相領域に存在している一次冷媒をインジェクション合流ポイントＤまで導く。分離後気管開閉弁６３５は、分離後気管６３４における一次冷媒の通過を許可する状態もしくは許可しない状態とを切り換えることができる。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。
【０１８６】
このヒートポンプシステム６０１では、膨張弁５ａおよび／または一次バイパス膨張弁５ｂにおける一次冷媒の減圧は、中間圧管２３を流れる一次冷媒と同等の臨界圧力より低い圧力まで下げられることで、気液二相状態となる。このうち液状態の一次冷媒は、気液分離膨張弁６０５において低圧管２０を流れる一次冷媒の圧力まで下げられる。そして、分離後気管６３４は気液分離器６３２の気相領域から伸びているため、分離後気管６３４には、液状態の一次冷媒が混ざり込みにくく、気体状態の一次冷媒が流れることになる。これにより、インジェクション合流ポイントＤで中間圧管２３を流れる一次冷媒と合流した後において、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒が湿り状態になりにくい。これにより、高段側圧縮機２５が吸入する冷媒密度を高めて効率を上げつつ、高段側圧縮機２５での液圧縮を防止することが可能になっている。なお、膨張弁５ａにおける一次冷媒の減圧では、低圧管２０を流れている一次冷媒の圧力まで下げられることなく、中間圧管２３を流れている一次冷媒の圧力の程度までしか下げられない。このため、分離後気管６３４を流れる一次冷媒の温度が下がり過ぎることによって生じうる高段側圧縮機２５の液圧縮の発生を抑制することができる。また、中間圧水熱交換器４０を通過する一次冷媒の温度が二次冷媒温度統一制御によって低下し過ぎたとしても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒が湿り状態とならない範囲で高圧水熱交換器５０に向かう一次冷媒の量を増大させることができるようになる。
【０１８７】
＜６―２＞第６実施形態の変形例
（Ａ）
図１２に示すように、上記第６実施形態のヒートポンプシステム６０１において、第５実施形態で説明したように第３高圧水熱交換器５３を有していないヒートポンプシステム６０１Ａとしてもよい。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。
【０１８８】
＜７＞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１３に示すように、第１実施形態のヒートポンプシステム１においてインジェクション合流ポイントＤの位置を、低段側圧縮機２１の吐出側と中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧管２３ｂの下流側端部とを接続する第１中間圧管２３ａの途中であるインジェクション合流ポイント７Ｄとしたシステムである。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。
【０１８９】
このヒートポンプシステム７０１では、例えば、高段側圧縮機２５の吐出冷媒温度として目標温度が得られるように高段側圧縮機２５の圧縮比が上げられつつこの高段側圧縮機２５の圧縮比と同等の圧縮比で低段側圧縮機２１を運転させて駆動効率を上げようとする場合に、低段側圧縮機２１の吐出冷媒温度が、中間圧水熱交換器４０において加熱される暖房用の二次冷媒にとって高すぎるようになる場合がある。このような場合であっても、インジェクション合流ポイント７Ｄを第１中間圧管２３ａの途中に設けることで、暖房用二次冷媒の温度の上がり過ぎを抑制することが可能になる。
【０１９０】
また、このヒートポンプシステム７０１においても、インジェクション路７０を通過してくる一次冷媒がインジェクション合流ポイントＤで合流した後であって、中間圧水熱交換器４０を通過した後の、高段側圧縮機２５が吸入しようとする一次冷媒の温度および圧力を、高段吸入圧力センサ２４Ｐおよび高段吸入温度センサ２４Ｔが検知する値といて、制御部１１が把握して、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒が湿り状態になることを抑制する制御を行うことができる。
【０１９１】
＜８＞第８実施形態
第８実施形態のヒートポンプシステム８０１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におけるエコノマイザ熱交換器７と一次冷媒間熱交換器８との順序を逆にしたシステムである。すなわち、第８実施形態のヒートポンプシステム８０１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１における第３高圧ポイントＨの代わりに第３低圧ポイントＭの下流側における第８３中間圧ポイント８Ｈを設け、この第８３中間圧ポイント８Ｈからインジェクション路８７０を分岐させたシステムである。第８１０高圧管８２７ｊは、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆの下流側端部と、第４高圧ポイントＩと、を接続している。第８７高圧管８２７ｇは、第３低圧ポイントＭと、第８３中間圧ポイント８Ｈと、を接続している。第８８高圧管８２７ｈは、第８３中間圧ポイント８Ｈと、エコノマイザ熱交換器７内の第８９高圧管８２７ｉの上流側端部と、を接続している。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。
【０１９２】
このヒートポンプシステム８０１では、一次冷媒間熱交換器８では、エコノマイザ熱交換器７で冷やされる前の比較的暖かい一次冷媒によって、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒を暖めることができる。これにより、中間圧水熱交換器４０を通過する一次冷媒の温度が二次冷媒温度統一制御によって低下し過ぎたとしても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒が湿り状態とならない範囲で高圧水熱交換器５０に向かう一次冷媒の量を増大させることができるようになる。
【０１９３】
＜９＞第９実施形態
第９実施形態のヒートポンプシステム９０１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における第２高圧水熱交換器５２においても、給湯用の水を温めるようにしたシステムである。すなわち、第９実施形態のヒートポンプシステム９０１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１における第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの代わりに、第９５上流接続管９９５ｘ、第９５給湯ヒートポンプ管９９５ｄ、および、第９５下流接続管９９５ｙを、それぞれ設け、第９５上流接続管９９５ｘを通過する給湯用の水の温度を検知する上流接続温度センサ９５Ｔｘおよび第９５下流接続管９９５ｙを通過する給湯用の水の温度を検知する下流接続温度センサ９５Ｔｙを設けたシステムである。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。
【０１９４】
このヒートポンプシステム９０１では、例えば、第２高圧水熱交換器５２において、第４高圧管２７ｄから放出される熱のうち第２高圧側分岐路６８ｂを流れる暖房用の二次冷媒が吸収しきれない熱を、第９５給湯ヒートポンプ管９９５ｄを流れる給湯用の水が吸収することができるため、第４高圧管２７ｄから放出される熱のロスを小さく抑えて有効利用することができる。また、一次冷媒の有する熱を暖房用の二次冷媒と給湯用の水との両方が同時に受け取る部分が設けられることになるため、給湯用の水を要求される水温まで加熱するのに必要な熱交換器の大きさをコンパクトにすることができる。
【０１９５】
＜１０＞第１０実施形態
第１０実施形態のヒートポンプシステム１ｘ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、給湯回路９０を取り除くようにして構成されたシステムである。すなわち、第１４実施形態のヒートポンプシステム５ｘは、第１実施形態のヒートポンプシステム１における第１高圧水熱交換器５１と第３高圧水熱交換器５３と給湯回路９０とを取り除き、第１高圧管２７ａと第２高圧管２７ｂと第３高圧管２７ｃの代わりに第１４上流高圧管１２７ａを設け、第５高圧管２７ｅと第６高圧管２７ｆと第７高圧管２７ｇの代わりに第１４下流高圧管１２７ｅを設けシステムである。第１４上流高圧管１２７ａは、高段側圧縮機２５の吐出側と、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄの上流側端部と、を接続している。第１４下流高圧管１２７ｅは、第２高圧水熱交換器５２内の第４高圧管２７ｄの下流側端部と、第３高圧ポイントＨと、を接続している。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。
【０１９６】
このヒートポンプシステム５ｘでは、給湯回路９０が設けられていない場合であっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９７】
＜１１−１＞第１１実施形態
第１１実施形態のヒートポンプシステム２ｘ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において給湯回路９０を流れる給湯用の水についても、暖房用の二次冷媒と同様に、高圧水熱交換器５０側だけでなく中間圧水熱交換器４０においても一次冷媒との間で熱交換を行うようにしたシステムである。すなわち、第１１実施形態のヒートポンプシステム２ｘは、中間圧水熱交換器４０を通過した一次冷媒と給湯用の水との間で熱交換を行わせる第２中間圧水熱交換器１５３を備えている。第２分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｂは、第２給湯ヒートポンプ管９５ｂの途中で分岐した後に、第２中間圧水熱交換器１５３の下流側端部まで伸びている。第２中間圧水熱交換器１５３では、第２分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｂを介して第３分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｃに流入する給湯用の水と、中間圧水熱交換器４０を通過した後に第３中間圧管２３ｃの一部である第１１中間圧管１２３ｃに流入する一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる。第２中間圧水熱交換器１５３内の第３分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｃを通過した給湯用の水は、第４分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｄを通じて、分岐給湯混合弁１９３まで流れ、第４給湯ヒートポンプ管９５ｄを通過してきた給湯用の水と合流する。分岐給湯混合弁１９３において合流した給湯用の水は、合流給湯連絡管１９６を通じて、第１高圧水熱交換器５１内の第５給湯ヒートポンプ管９５ｅに流入する。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。
【０１９８】
このヒートポンプシステム２ｘでは、例えば、貯湯タンク９１からヒートポンプ回路１０側に流れ出る給湯用の水の温度が、市水の温度である常温に近い状態である場合には、中間圧水熱交換器４０内の第２中間圧管２３ｂを通過しながら冷却された後の一次冷媒であっても、高段側圧縮機２５で液圧縮が生じない範囲で、さらに冷却したほうが効率が上がる場合がある。このような場合には、第１１実施形態のヒートポンプシステム２ｘでは、給湯用の冷たい水を、高圧水熱交換器５０側だけでなく、中間圧水熱交換器４０の下流側と高段側圧縮機２５の吸入側との間を流れる一次冷媒の熱を利用して加熱することができる。
【０１９９】
このようにすることで、上述した二次冷媒温度統一制御によって、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を多少悪化させてしまうことがあるような場合であっても、制御部１１は、さらに、分岐給湯混合弁１９３を制御することで第４分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｄの流量と第４給湯ヒートポンプ管９５ｄの流量とを調節することで、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率の悪化を小さく抑えることができる。
【０２００】
例えば、上述した二次冷媒温度統一制御によって暖房回路６０の中間圧側分岐路６７の流量が減少することによりヒートポンプ回路１０のサイクル効率が多少悪化する場合には、制御部１１は、分岐給湯混合弁１９３を制御することで第４分岐給湯ヒートポンプ管１９５ｄの流量を増大させて、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率の悪化を小さく抑えることができる。
【０２０１】
＜１１―２＞第１１実施形態の変形例
（Ａ）
上記第１１実施形態のヒートポンプシステム２ｘでは、低段側圧縮機２１から高段側圧縮機２５に向けて一次冷媒が流れている中間圧管２３において、暖房用の二次冷媒との間での熱交換（中間圧水熱交換器４０）だけでなく、給湯用の水との間での熱交換（第２中間圧水熱交換器１５３）を行う場合について、例に挙げて説明した。
【０２０２】
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、以下のような熱交換が可能なヒートポンプシステムであってもよい。
【０２０３】
例えば、低段側圧縮機２１から高段側圧縮機２５に向けて一次冷媒が流れている中間圧管２３において、第１実施形態の高圧水熱交換器５０における一次冷媒と暖房用の二次冷媒と給湯用の水との間での熱交換のように、３カ所で熱交換を行うことができるようにしてもよい。この場合においても、高圧水熱交換器５０と同様に、給湯用の水と中間圧管２３を流れる一次冷媒との熱交換は、暖房用の二次冷媒と一次冷媒との熱交換が行われている上流側と下流側との２カ所に別れて行われるようにすることが好ましい。
【０２０４】
（Ｂ）
また、給湯用の水については、高圧水熱交換器５０における一次冷媒との熱交換を行わせることなく、低段側圧縮機２１から高段側圧縮機２５に向けて一次冷媒が流れている中間圧管２３において熱交換を行うようにしてもよい。
【０２０５】
＜１２＞第１２実施形態
第１２実施形態のヒートポンプシステム３ｘ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、暖房回路６０においてバイパス路が設けられたシステムである。すなわち、第１２実施形態のヒートポンプシステム３ｘは、第１実施形態のヒートポンプシステム１における暖房回路６０において、暖房戻り管６６の途中の暖房バイパス分岐ポイントＺと、暖房合流ポイントＹと、を接続する暖房バイパス路６９をさらに設け、第１実施形態における暖房混合弁６４の代わりに第１２暖房混合弁１６４を設けたシステムである。第１２暖房混合弁１６４では、暖房バイパス路６９から流れてくるラジエータ６１で放熱を終えたばかりの冷たい暖房用の二次冷媒と、中間圧側分岐路６７を介して流れてくる暖められた暖房用の二次冷媒と、高圧側分岐路６８を介して流れてくる暖められた暖房用の二次冷媒と、の混合比率が、制御部１１の指示により調節される。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。
【０２０６】
上記第１実施形態のヒートポンプシステム１では、上述した二次冷媒温度統一制御を行いつつ、さらに熱量減少処理を行ったとしても、ラジエータ６１において要求される熱量を超える熱量をラジエータ６１に対して流してしまうことになる場合がある。このようにラジエータ６１に対する熱量が過剰になりそうな状況となっても、第１２実施形態のヒートポンプシステム３ｘでは、制御部１１は、第１２暖房混合弁１６４を操作して、暖房バイパス路６９を暖房合流ポイントＹに向けて流れてくる暖房用の二次冷媒の流量を調節することができる。これにより、ラジエータ６１において要求されている温度を超えている温度の二次冷媒と、ラジエータ６１において放熱を終えた後のラジエータ６１において要求されている温度未満の温度の二次冷媒と、が混合される。制御部１１は、第１２暖房混合弁１６４において、これらの混合比率を調節することで、混合後の二次冷媒の温度がラジエータ６１において要求されている温度となるように調節する。
【０２０７】
これにより、高段側圧縮機２５における液圧縮の発生を抑制しつつ、ラジエータ６１において要求されている温度の二次冷媒をラジエータ６１に対して供給することができるようになる。
【０２０８】
＜１３＞第１３実施形態
第１３実施形態のヒートポンプシステム４ｘ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、エコノマイザ熱交換器７および第３高圧ポイントＨが、第３低圧ポイントと、一次冷媒間熱交換器８に向かう流れと一次バイパス８０に向かう流れとで分岐する部分と、によって挟まれるように構成されたシステムである。すなわち、第１３実施形態のヒートポンプシステム４ｘは、第１実施形態のヒートポンプシステム１における第４高圧ポイントＩが変更され、第３高圧ポイントＨの上流側であって第３高圧水熱交換器５３よりも下流側の第１３高圧ポイント１３Ｉとなっている、第１３一次バイパス８０ｘおよび第１３インジェクション路７０ｘを備えたシステムである。第７高圧管１２７ｇは、第３高圧水熱交換器５３内の第６高圧管２７ｆの下流側端部と、第１３高圧ポイント１３Ｉと、を接続している。バイパス上流エコノマイザ高圧管１２７ｎは、第１３高圧ポイント１３Ｉと、第３高圧ポイントＨと、を接続している。バイパス下流エコノマイザ高圧管１２７ｊは、エコノマイザ熱交換器７内の第９高圧管２７ｉの下流側端部と、一次バイパス膨張弁５ｂと、の間を接続している。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。
【０２０９】
このヒートポンプシステム３ｘでは、例えば、膨張弁５ａに向かう一次冷媒を、エコノマイザ熱交換器７によって冷却させる流路と、一次冷媒間熱交換器８によって冷却させる流路と、に別れているため、どちらでどれだけ一次冷媒を冷却させるかを調節することができるようになる。
【０２１０】
＜１４＞上記各実施形態について適用可能な変形例
上記第１実施形態から第１３実施形態において各ヒートポンプシステムを具体的に説明した。しかし、本発明は、これに限られるものではく、発明の要旨を変更しない範囲で、各実施形態のヒートポンプシステムを以下に述べるような形態としたものも、本発明に含まれる。
【０２１１】
＜１４−１＞
上記各実施形態では、一次冷媒として二酸化炭素を用いた場合について例に挙げて説明した。
【０２１２】
しかし、上記いずれの実施形態においても、一次冷媒として、二酸化炭素以外の冷媒であるエチレン、エタンや酸化窒素等を採用してもよい。この場合、採用された冷媒としては、高段側圧縮機２５の吐出冷媒圧力が超臨圧力を超えて用いられ、かつ、各圧縮機の駆動力を小さく抑えることができる冷媒が好ましい。
【０２１３】
＜１４−２＞
上記各実施形態では、暖房回路６０においては、二次冷媒としての水が循環する場合について例に挙げて説明した。
【０２１４】
しかし、上記いずれの実施形態においても、二次冷媒としては、水に限られず、他の熱媒体としてブライン等を用いてもよい。
【０２１５】
＜１４−３＞
上記各実施形態では、低段側圧縮機２１と高段側圧縮機２５とがそれぞれ設けられている場合について例に挙げて説明した。
【０２１６】
しかし、上記いずれの実施形態においても、低段側圧縮機２１と高段側圧縮機２５とにおいて共通の駆動軸が採用されている、いわゆる一軸二段、もしくは、一軸多段タイプの圧縮機構が設けられていてもよい。この場合には、各圧縮機構において１８０度の位相差を設けることで、駆動効率を上げることが可能になる。
【０２１７】
＜１４−４＞
上記各実施形態では、低段側圧縮機２１と高段側圧縮機２５とが直列に接続された場合について例に挙げて説明した。
【０２１８】
しかし、上記いずれの実施形態においても、３つ以上の圧縮機構が直列に接続された形態を用いてもよい。その場合には、各圧縮機構の間を流れる一次冷媒の熱を用いて熱負荷処理を行うようにしてもよい。また、圧縮機構は、２つ以上の直列接続回路が設けられていれば、さらに他の圧縮機構を並列もしくは直列に設けてもよい。
【０２１９】
＜１４−５＞
上記各実施形態では、暖房回路６０の中間圧側分岐路６７および高圧側分岐路６８を流れる二次冷媒の温度を、ラジエータ６１において要求される温度において一致させるように制御する場合について例に挙げて説明した。
【０２２０】
しかし、上記いずれの実施形態においても、ヒートポンプ回路１０におけるサイクル効率の好適化を、ラジエータ６１において要求される熱量の供給よりも、絶対的に優先するようにしてもよい。この場合において、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持するためにラジエータ６１への熱量の供給が不足する場合が生じうる。この場合には、図２０に示すように、暖房回路６０の第３高圧側分岐路６８ｃを含む下流側もしくは第３中間圧側分岐路６７ｃを含む下流側からラジエータ６１までの間において、通過する暖房用の二次冷媒を加熱するための外部熱源部６０Ａを備えたヒートポンプシステム５ｘとしてもよい。この場合には、蒸発器４の設置されている環境の変化や暖房負荷の変化もしくは給湯負荷の変化が生じることでヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持するために暖房負荷に対応できなくなる状況が生じた場合であっても、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持したままで、暖房負荷に対応することができるようになる。この外部熱源部６０Ａと同様の熱供給部を、給湯回路９０にのみ設けてもよいし、暖房回路６０および給湯回路９０の両方に設けてもよい。
【０２２１】
また、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持するためにラジエータ６１への熱量の供給が過剰となる場合が生じうる。この場合には、図２１に示すように、暖房回路６０の第３高圧側分岐路６８ｃを含む下流側もしくは第３中間圧側分岐路６７ｃを含む下流側からラジエータ６１までの間において、通過する暖房用の二次冷媒を冷却するための外部冷却源部６０Ｂを備えたヒートポンプシステム６ｘとしてもよい。この外部冷却源部６０Ｂとしては、例えば、外部の常温の市水が流れている給水管９４の一部を給水分岐弁９４Ｂおよび給水分岐路１９４によってバイパスさせて、常温の市水と、暖房往き管６５を流れる暖房用の二次冷媒と、の間で熱交換を行わせることによって暖房往き管６５を流れる二次冷媒の冷却を行うようにしてもよい。この場合には、蒸発器４の設置されている環境の変化や暖房負荷の変化もしくは給湯負荷の変化が生じることでヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持するために暖房負荷に対応できなくなる状況が生じた場合であっても、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を良好に維持したままで、暖房負荷に対応することができるようになる。なお、給水分岐弁９４Ｂを用いた場合には、暖房回路６０の二次冷媒に対してヒートポンプ回路１０が与えすぎた熱を、給水用の熱として回収することで、ヒートポンプシステムとしての効率を上げることもできる。この外部冷却源部６０Ｂと同様の熱供給部を、給湯回路９０にのみ設けてもよいし、暖房回路６０および給湯回路９０の両方に設けてもよい。
【０２２２】
＜１４−６＞
上記各実施形態では、暖房回路６０のラジエータ６１において要求される温度や、給湯回路９０において貯湯タンク９１に流入する第６給湯ヒートポンプ管９５ｆを流れる給湯用の水について要求される温度と、ヒートポンプ回路１０の中間圧水熱交換器４０や高圧水熱交換器５０を流れる一次冷媒の温度と、の関係については特に限定しない場合について例に挙げて説明した。
【０２２３】
しかし、上記いずれの実施形態においても、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の温度が、暖房回路６０のラジエータ６１において要求される温度を超えるように、制御部１１が、膨張弁５ａの弁開度や、低段側圧縮機２１の駆動周波数や、高段側圧縮機２５の駆動周波数等を制御することを前提とした条件下で、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率の向上を図るようにしてもよい。この場合には、暖房回路６０は、中間圧水熱交換器４０側である中間圧側分岐路６７側を流れる二次冷媒が得る熱のみによって、ラジエータ６１において要求される温度の二次冷媒を作りだすことも可能になる。
【０２２４】
＜１４−７＞
上記各実施形態では、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を上げるために低段側圧縮機２１の圧縮比と高段側圧縮機２５の圧縮比とを同等にする場合について例に挙げて説明した。
【０２２５】
しかし、上記いずれの実施形態においても、必ずしも低段側圧縮機２１の圧縮比と高段側圧縮機２５の圧縮比とが同じになる場合に限られず、例えば、両圧縮比の差が少なくなるように制御することも含まれる。
【０２２６】
＜１４−８＞
例えば、上記実施形態で説明した二次冷媒温度統一制御を行う場合において、統一される温度がラジエータ６１において要求される温度を超えている場合に、制御部１１が、暖房ポンプ６３の流量を上げて熱交換可能な時間を短くするように制御することがある。しかし、このように暖房ポンプ６３の流量を上げるように制御してしまうと、中間圧水熱交換器４０における一次冷媒がより冷却されるようになるため、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の過熱度が小さくなったり、湿り状態になったりするおそれがある。
【０２２７】
このような場合には、制御部１１は、例えば、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を変更することなく、高段側圧縮機２５の目標吐出温度を変更することなく、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を上げる低段吸入過熱度制御を行うようにしてもよい。
【０２２８】
例えば、図２２のモリエル線図において点線で示すように、ヒートポンプ回路１０のサイクルが実行されるようになり、暖房ポンプ６３の流量を上げたとする。ここで、制御部１１は、低段吸入過熱度制御を行うことで、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を変更することなく、高段側圧縮機２５の目標吐出温度を変更することなく、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を上げる。これにより、図２２のモリエル線図において実線で示すようにヒートポンプ回路１０のサイクルが実行されるようになる。ここで、図２２のモリエル線図において、高段側圧縮機２５が一次冷媒を吸入するポイントについて、点線のサイクルと実線のサイクルとを比較すると、実線のサイクルの方が、飽和蒸気線から離れる方向に移動しており、過熱度が増している。これにより、低段側圧縮機２１の吸入冷媒密度が多少減少するものの、暖房負荷の増大等の周囲条件の変化によって高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の過熱度が小さくなっていったとしても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の状態は、飽和蒸気線から離れる方向に移動することで過熱度が増している状態にある。このため、高段側圧縮機２５において液圧縮が生じにくくなっている。また、このように図２２のモリエル線図において実線で示すサイクルが行われたとしても、低段側圧縮機２１の目標吐出温度および高段側圧縮機２５の目標吐出温度については変更されていない。このため、中間圧水熱交換器４０における熱交換による暖房用の二次冷媒の加熱、および、高圧水熱交換器５０における熱交換による暖房用の二次冷媒の加熱についても、十分に行うことができている。また、低段側圧縮機２１の圧縮比および高段側圧縮機２５の圧縮比を共に小さくすることができているため、ヒートポンプ回路１０の効率を向上させることもできている。
【０２２９】
なお、上述した低段吸入過熱度制御は、例えば、上記実施形態および変形例で示したヒートポンプシステムのうち、一次バイパス８０および一次バイパス膨張弁５ｂを有しているヒートポンプ回路１０においては、この一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を制御部１１が制御することにより一次冷媒間熱交換器８における熱交換の程度を調節できる。このようにして、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を調節することができる。
【０２３０】
＜１４−９＞
上記各実施形態では、低段側圧縮機２１の目標吐出温度と高段側圧縮機２５の目標吐出温度とが同じである場合等を例に挙げて説明した。
【０２３１】
しかし、上記いずれの実施形態においても、低段側圧縮機２１の目標吐出温度と高段側圧縮機２５の目標吐出温度とが異なるように、制御部１１が、低段側圧縮機２１の駆動周波数、高段側圧縮機２５の駆動周波数、および、膨張弁５ａの弁開度等を制御するようにしてもよい。この場合に、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を下げる、低段吐出温度低下制御を行ってもよい。
【０２３２】
例えば、図２３のモリエル線図において点線で示すように、ヒートポンプ回路１０のサイクルが実行され、暖房ポンプ６３の流量が上げられたとする。ここで、制御部１１は、低段吐出温度低下制御を行うことで、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を下げて、高段側圧縮機２５の目標吐出温度を変更することなく、中間圧水熱交換器４０内を流れる暖房用の二次冷媒の流量を下げつつ第２高圧水熱交換器５２を流れる暖房用の二次冷媒の流量を上げる。ここで、低段側圧縮機２１の目標吐出温度は、暖房回路６０のラジエータ６１において要求されている温度以下とならないように、例えば、６５℃とする。これにより、図２３のモリエル線図において実線で示すようにヒートポンプ回路１０のサイクルが実行されるようになる。ここで、図２３のモリエル線図において、高段側圧縮機２５が一次冷媒を吸入するポイントについて、点線のサイクルと実線のサイクルとを比較すると、実線のサイクルの方が、飽和蒸気線から離れる方向に移動しており、過熱度が増している。これにより、暖房ポンプ６３の流量が増大されて高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の過熱度が小さくなっていくことがあったとしても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の状態は、飽和蒸気線から離れる方向に移動することで過熱度が増している状態にあるため、高段側圧縮機２５において液圧縮が生じにくくなっている。また、このように図２３のモリエル線図において実線で示すサイクルが行われたとしても、高段側圧縮機２５の目標吐出温度については変更されていない。また、低段側圧縮機２１の目標吐出温度は下げられてはいるが、中間圧水熱交換器４０を通過する暖房用の二次冷媒の流量も同様に下げられているため、負荷に対応することが可能な状況を維持することができる。また、低段側圧縮機２１の圧縮比および高段側圧縮機２５の圧縮比を共に小さくすることができているため、ヒートポンプ回路１０の効率を向上させることもできている。
【０２３３】
なお、上述した低段吐出温度低下制御は、例えば、膨張弁５ａの弁開度、低段側圧縮機２１の駆動周波数、および、高段側圧縮機２５の駆動周波数等を制御部１１が制御することで実現できる。
【０２３４】
＜１４−１０＞
上記各実施形態では、ヒートポンプシステムが使用されるラジエータ６１の周囲温度環境の条件については、特に限定しない場合について例に挙げて説明した。
【０２３５】
しかし、上記いずれの実施形態においても、ラジエータ６１で放熱した二次冷媒の温度が、一次冷媒としての二酸化炭素の臨界温度と臨界温度より５度程度低い温度との間の温度範囲条件であることという条件を、ヒートポンプシステムの使用環境条件として限定してもよい。
【０２３６】
このような使用環境下でヒートポンプシステムが用いられる場合には、一次冷媒としての二酸化炭素の臨界温度を下回る温度の熱負荷に対して使用されることになる。このため、臨界圧力を超えた状態の一次冷媒が臨界温度よりも低い温度の二次冷媒との間で高圧水熱交換器５０において熱交換を行うことができ、モリエル線図上において一次冷媒の等温線の傾斜がなだらかになっているエリアで放熱処理を行うことができる。このため、一次冷媒の放熱工程の開始と放熱工程の終了との間におけるエンタルピ差を増大させた運転を行うことができる。
【０２３７】
＜１４−１１＞
上記各実施形態では、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔおよび高圧側分岐路温度センサ６８Ｔが検知する温度に基づいて、制御部１１が暖房混合弁６４や暖房ポンプ６３の流量制御を行い、暖房回路６０の第３中間圧側分岐路６７ｃおよび第３高圧側分岐路６８ｃにおける二次冷媒の流量については把握できなくてもかまわないシステムを例に挙げて説明した。
【０２３８】
しかし、上記いずれの実施形態においても、図２４に示すように、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔおよび高圧側分岐路温度センサ６８Ｔの代わりに、中間圧側分岐路６７を流れる暖房用の二次冷媒の流量を把握する中間圧側分岐路流量計６７Ｑと、高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の流量を把握する高圧側分岐路流量計６８Ｑと、をそれぞれ設けたヒートポンプシステム７ｘとしてもよい。
【０２３９】
このヒートポンプシステム７ｘでは、制御部１１は、中間圧側分岐路流量計６７Ｑが把握する流量および高圧側分岐路流量計６８Ｑが把握する流量に基づいて、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度との差が少なくなるように、暖房混合弁６４および／または暖房ポンプ６３の流量の制御を行う。なお、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と、が同一温度となるように制御部１１が制御してもよい。
【０２４０】
制御部１１は、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の温度を中間圧温度センサ２３Ｔによって把握し、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の流量を低段側圧縮機２１の駆動周波数、中間圧温度センサ２３Ｔの検知温度および高段吸入圧力センサ２４Ｐの検知圧力によって把握する。また、制御部１１は、第１中間圧側分岐路６７ａを通過する暖房用の二次冷媒の温度を暖房戻り温度センサ６６Ｔが検知する温度によって把握する。制御部１１は、さらに、中間圧側分岐路流量計６７Ｑによって中間圧側分岐路６７を流れている二次冷媒の流量を把握する。これにより、制御部１１は、中間圧水熱交換器４０における一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差および各流量に基づいて、暖房用の二次冷媒が得る熱量を算出し、第３中間圧側分岐路６７ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度として予想される値を算出する。
【０２４１】
制御部１１は、高圧温度センサ２７Ｔ、高圧圧力センサ２７Ｐおよび高段側圧縮機２５の駆動周波数等と、給湯中間温度センサ９５Ｔおよび給湯ポンプ９２の流量等から、第２高圧水熱交換器５２を流れる一次冷媒の温度および流量を把握する。また、制御部１１は、第１高圧側分岐路６８ａを通過する暖房用の二次冷媒の温度を暖房戻り温度センサ６６Ｔが検知する温度によって把握する。制御部１１は、さらに、高圧側分岐路流量計６８Ｑによって高圧側分岐路６８を流れている二次冷媒の流量を把握する。これにより、制御部１１は、第２高圧水熱交換器５２における一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差および各流量に基づいて、暖房用の二次冷媒が得る熱量を算出し、第３高圧側分岐路６８ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度として予想される値を算出する。
【０２４２】
制御部１１は、以上のようにして算出された第３中間圧側分岐路６７ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度との差が小さくなるように、暖房混合弁６４および／または暖房ポンプ６３を制御する。ここでの算出された第３中間圧側分岐路６７ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度とを用いた、具体的な制御の内容については、上記実施形態において説明した内容と同様である。
【０２４３】
このようにして、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔおよび高圧側分岐路温度センサ６８Ｔが設けられていないヒートポンプシステム７ｘであっても、第３中間圧側分岐路６７ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過する暖房用の二次冷媒の温度と、の差を小さくすることができる。
【０２４４】
＜１４−１２＞
なお、図２５に示すように、上記変形例＜１４−１１＞において説明したように高圧側分岐路流量計６８Ｑを設ける代わりに、往き管流量計６５Ｑを設けたヒートポンプシステム８ｘとしてもよい。
【０２４５】
往き管流量計６５Ｑは、暖房往き管６５を通過する暖房用の二次冷媒の流量を把握することができる。この中間圧側分岐路流量計６７Ｑおよび往き管流量計６５Ｑによっても、往き管流量計６５Ｑから把握できる暖房往き管６５の流量から、中間圧側分岐路流量計６７Ｑが把握する流量を差し引くことで、高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の流量を把握することができる。他の制御方法および算出方法は、上記変形例＜１４−１１＞と同様にすることができる。
【０２４６】
また、往き管流量計６５Ｑは、高圧側分岐路流量計６８Ｑの代わりとしてではなく、低圧側分岐路流量計６７Ｑを設ける代わりとして設けるようにしてもよい。
【０２４７】
＜１４−１３＞
なお、図２６に示すように、上記各実施形態において説明した高圧側分岐路温度センサ６８Ｔの代わりに、往き管温度センサ６５Ｔを設けたヒートポンプシステム９ｘとしてもよい。
【０２４８】
往き管温度センサ６５Ｔは、暖房往き管６５を通過する暖房用の二次冷媒の温度を把握することができる。この中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔおよび往き管温度センサ６５Ｔによっても、往き管温度センサ６５Ｔから把握できる暖房往き管６５の温度から、暖房往き管６５を流れる暖房用の二次冷媒の有する熱量を算出し、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔが把握する温度から得られる中間圧側分岐路６７を流れる暖房用の二次冷媒が有する熱量を差し引くことで、高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の熱量を把握することができる。そして、高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の流量が把握できる場合には、このようにして把握される高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の熱量から、高圧側分岐路６８を流れる二次冷媒の温度を把握することができる。このようにして、中間圧側分岐路６７を流れる暖房用の二次冷媒の温度と、高圧側分岐路６８を流れる暖房用の二次冷媒の温度を把握した後の制御については、上記各実施形態において説明した内容と同様とすることができる。
【０２４９】
また、往き管温度センサ６５Ｔは、高圧側分岐路温度センサ６８Ｔの代わりとしてではなく、低圧側分岐路温度センサ６７Ｔを設ける代わりとして設けるようにしてもよい。
【０２５０】
なお、上述のように、往き管温度センサ６５Ｔが設けられている場合には、制御部１１は、往き管温度センサ６５Ｔが検知する暖房用の二次冷媒の温度と、他の温度センサ（例えば、中間圧側分岐路温度センサ６７Ｔ）が把握する暖房用の二次冷媒の温度と、の差が少なくなるように、暖房混合弁６４と暖房ポンプ６３を制御するようにしてもよい。この場合であっても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２５１】
＜１４−１４＞
上記各実施形態では、二次冷媒温度統一制御において、第３中間圧側分岐路６７ｃおよび第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度を統一させる場合について例に挙げて説明した。
【０２５２】
しかし、本発明は、上記いずれの実施形態においても、完全に同一の温度に統一させる場合に限られず、単に、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度と、の差を小さくするような制御であってもよい。
【０２５３】
さらに、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度との差を小さくするのではなく、この差が所定値以下であるという条件を満たすように、制御を行うようにしてもよい。
【０２５４】
＜１４−１５＞
上記各実施形態では、二次冷媒温度統一制御を行う場合において暖房混合弁６４における流量比率を制御する場合について例に挙げて説明した。
【０２５５】
しかし、上記いずれの実施形態においても、暖房混合弁６４における流量比率の制御によって第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度との差を小さくするという制御に限られず、例えば、制御部１１が、暖房ポンプ６３の流量を上げるもしくは暖房ポンプ６３の流量を下げる制御によって、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度との差を小さくするようにする場合も本発明に含まれる。
【０２５６】
例えば、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度の方が第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度よりも低い場合において、第２高圧水熱交換器５２において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差のほうが、中間圧水熱交換器４０において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差よりも大きい状況では、制御部１１が暖房ポンプ６３の流量を下げる制御を行うことで、温度差を小さくすることも可能になる。この場合には、暖房ポンプ６３の流量を下げることによっていずれの熱交換器においても一次冷媒から熱を受ける時間が長くなるが、この長時間化による温度上昇効果が大きいのは、一次冷媒と二次冷媒との温度差が大きい第２高圧水熱交換器５２側を通過する暖房用の二次冷媒ということになるためである。
【０２５７】
また、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度の方が第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度よりも高い場合において、第２高圧水熱交換器５２において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差のほうが、中間圧水熱交換器４０において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差よりも大きい状況では、制御部１１が暖房ポンプ６３の流量を上げる制御を行うことで、温度差を小さくすることも可能になる。この場合には、暖房ポンプ６３の流量を上げることによっていずれの熱交換器においても一次冷媒から熱を受ける時間が短くなるが、この短時間化による温度下降効果が大きいのは、一次冷媒と二次冷媒との温度差が大きい第２高圧水熱交換器５２側を通過する暖房用の二次冷媒ということになるためである。
【０２５８】
また、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度の方が第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度よりも低い場合において、第２高圧水熱交換器５２において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差のほうが、中間圧水熱交換器４０において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差よりも小さい状況では、制御部１１が暖房ポンプ６３の流量を上げる制御を行うことで、温度差を小さくすることも可能になる。この場合には、暖房ポンプ６３の流量を上げることによっていずれの熱交換器においても一次冷媒から熱を受ける時間が短くなるが、この短時間化による温度下降効果が大きいのは、一次冷媒と二次冷媒との温度差が大きい中間圧水熱交換器４０側を通過する暖房用の二次冷媒ということになるためである。
【０２５９】
また、第３高圧側分岐路６８ｃを流れる二次冷媒の温度の方が第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる二次冷媒の温度よりも高い場合において、第２高圧水熱交換器５２において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差のほうが、中間圧水熱交換器４０において熱交換を行う一次冷媒と暖房用の二次冷媒との温度差よりも小さい状況では、制御部１１が暖房ポンプ６３の流量を下げる制御を行うことで、温度差を小さくすることも可能になる。この場合には、暖房ポンプ６３の流量を下げることによっていずれの熱交換器においても一次冷媒から熱を受ける時間が長くなるが、この長時間化による温度上昇効果が大きいのは、一次冷媒と二次冷媒との温度差が大きい中間圧水熱交換器４０側を通過する暖房用の二次冷媒ということになるためである。
【０２６０】
＜１４−１６＞
上記各実施形態では、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の温度と、第２高圧水熱交換器５２を流れる一次冷媒の温度と、の関係については特に制御を行わない場合について例に挙げて説明した。
【０２６１】
しかし、上記いずれの実施形態においても、例えば、第１高圧水熱交換器５１を通過する給湯用の水の流量を調節することにより、第２高圧水熱交換器５２に流入する一次冷媒の温度を調節して、中間圧水熱交換器４０に流入する一次冷媒の温度に近づくように、制御部１１が給湯ポンプ９２を制御するようにしてもよい。
【０２６２】
例えば、低段側圧縮機２１の目標吐出温度よりも高段側圧縮機２５の目標吐出温度の方が高く設定されている場合に、高段側圧縮機２５から吐出される一次冷媒の温度を下げなければ、中間圧水熱交換器４０の一次冷媒の入口温度と第２高圧水熱交換器５２の一次冷媒の入口温度とを近づけることができない。このような場合に、制御部１１が、給湯中間温度センサ９５Ｔが検知する温度に基づいて、第１高圧水熱交換器５１において一次冷媒を冷却させるために必要となる給湯用の水が供給されるように給湯ポンプ９２を制御してもよい。
【０２６３】
この場合には、暖房用の二次冷媒の出口側に相当する中間圧水熱交換器４０の一次冷媒の入口近傍の温度と、暖房用の二次冷媒の出口に相当する第２高圧水熱交換器５２の一次冷媒の入口近傍の温度とが近い値になっているため、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度とを、近づけることが容易になる。例えば、暖房ポンプ６３の流量を下げるような場合には、温度の統一がより容易になる。また、第３中間圧側分岐路６７ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度と第３高圧側分岐路６８ｃを流れる暖房用の二次冷媒の温度とを、近づけることが容易になるため、二次冷媒温度統一制御によって生じるヒートポンプ回路１０におけるサイクル効率の悪化の程度を小さく抑えることができる。
【０２６４】
＜１４−１７＞
上記各実施形態では、ヒートポンプ回路１０側の制御については特段明示していない場合について例に挙げて説明した。
【０２６５】
しかし、暖房回路６０における二次冷媒温度統一制御が行われることにより、運転状況が変化するが、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率の悪化を抑制できたり、改善できたりする場合がある。
【０２６６】
ここで、例えば、図２７のモリエル線図に示すように、暖房負荷に対応させるために低段側圧縮機２１の目標吐出温度を上げることになった場合には、低段側圧縮機２１における圧縮比が大きくなる傾向がある（点線から一点鎖線への変化参照）。また、これに伴って圧縮比を揃えようとしている高段側圧縮機２５の圧縮比も大きくなってしまう。このため、必要駆動力が増大してしまい、消費エネルギが増大してしまうことになる。
【０２６７】
これに対して、例えば、図２８のモリエル線図に示すように、制御部１１が、点線のサイクルから実線のサイクルに運転状況を変更させるようにしてもよい（点線から実線への変化参照）。すなわち、低段側圧縮機２１の目標吐出温度が上げられる場合に、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度が大きくなるようにする低段吸入過熱度制御を行うようにしてもよい。これにより、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を達成するために必要となる低段側圧縮機２１の圧縮比を小さく抑えることができる。これに付随して、高段側圧縮機２５の圧縮比も小さく抑えることができる。これにより、必要駆動力をより小さく抑えることが可能になる。
【０２６８】
他方、低段側圧縮機２１の目標吐出温度が下げられるようにサイクル状態を変更する場合には、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度が小さくなるようにする低段吸入過熱度制御を行うようにしてもよい。これにより、低段側圧縮機２１の圧縮比の増大を抑えることにより高段側圧縮機２５の圧縮比の増大も抑えつつ、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の比体積を下げることができる。このため、圧縮比の増大を抑えつつ、循環量を確保して、能力を増大させることが可能になる。
【０２６９】
なお、上述した制御は、例えば、上記実施形態および変形例で示したヒートポンプシステムのうち、一次バイパス８０および一次バイパス膨張弁５ｂを有しているヒートポンプ回路１０においては、この一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を制御部１１が制御することにより一次冷媒間熱交換器８における熱交換の程度を調節できる。このようにして、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を調節することができる。
【０２７０】
＜１４−１８＞
上記各実施形態では、ヒートポンプ回路１０側の制御については特段明示していない場合について例に挙げて説明した。
【０２７１】
しかし、暖房回路６０における二次冷媒温度統一制御が行われることにより、運転状況が変化するが、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率の悪化を抑制できたり、改善できたりする場合がある。
【０２７２】
ここで、例えば、暖房負荷が小さくなること等でラジエータ６１において暖房用の二次冷媒の温度があまり低下しない場合には、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒の温度として、高温が必要とされなくなる場合がある。
【０２７３】
これに対して、例えば、図２９のモリエル線図に示すように、制御部１１が、点線のサイクルから実線のサイクルに運転状況を変更させるようにしてもよい（点線から実線への変化参照）。すなわち、低段側圧縮機２１の目標吐出温度を下げつつ、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度も下げるように制御を行うようにしてもよい。これにより、高段側圧縮機２５の圧縮比と低段側圧縮機２１の圧縮比が同程度になり、低圧側圧縮機２１および高段側圧縮機２５の駆動力を小さく抑えた効率的な運転が可能になる。そして、このように低段側圧縮機２１の目標吐出温度を下げたとしても、ラジエータ６１において要求されている熱負荷が小さくなっている状況なので、負荷に対応することもできている。これにより、負荷変動に対応しつつ圧縮駆動力をより低減させることができる。
【０２７４】
なお、上述した制御は、例えば、上記実施形態および変形例で示したヒートポンプシステムのうち、一次バイパス８０および一次バイパス膨張弁５ｂを有しているヒートポンプ回路１０においては、この一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を制御部１１が制御することにより一次冷媒間熱交換器８における熱交換の程度を調節できる。このようにして、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度を調節することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２７５】
本発明の冷凍装置は、二次冷媒による熱負荷の処理においてサイクル効率を向上させることが可能になるため、多段圧縮式の圧縮要素を備えたヒートポンプ回路を用いて熱負荷を処理するに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】
【０２７６】
１  ヒートポンプシステム
４  蒸発器
４ｆ  ファン
５ａ  膨張弁
５ｂ  一次バイパス膨張弁
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
２０Ｐ  低圧圧力センサ
２０Ｔ  低圧温度センサ
２１  低段側圧縮機
２３  中間圧管
２３ａ〜ｄ  第１〜４中間圧管
２３Ｔ  中間圧温度センサ
２４Ｐ  高段吸入圧力センサ
２４Ｔ  高段吸入温度センサ
２５  高段側圧縮機
２７  高圧管
２７ａ〜ｎ  第１〜１４高圧管
２７Ｐ  高圧圧力センサ
２７Ｔ  高圧温度センサ
４０  中間圧水熱交換器
５０  高圧水熱交換器
５１〜５３  第１〜３高圧水熱交換器
６０  暖房回路
６１  ラジエータ
６１Ｔ  ラジエータ温度センサ
６２  分流機構（第１流量調節機構）
６３  暖房ポンプ（流量調節部）
６４  暖房混合弁
６５  暖房往き管
６５Ｔ  往き管温度センサ
６５Ｑ  往き管流量計
６６  暖房戻り管
６６Ｔ  暖房戻り温度センサ
６７  中間圧側分岐路
６７Ｔ  中間圧側分岐路温度センサ
６７Ｑ  中間圧側分岐路流量計
６７ａ〜ｃ  第１〜３中間圧側分岐路
６８  高圧側分岐路
６８Ｔ  高圧側分岐路温度センサ
６８Ｑ  高圧側分岐路流量計
６９  暖房バイパス路（第１熱負荷バイパス路）
７０  インジェクション路
７２  第１インジェクション管
７４  第２インジェクション管
７５  第３インジェクション管
７６  第４インジェクション管
７３  インジェクション膨張弁
８０  一次バイパス
９０  給湯回路
９１  貯湯タンク
９２  給湯ポンプ
９３  給湯混合弁
９４  給水管
９４Ｔ  給湯入水温度センサ
９５  給湯ヒートポンプ管
９５ａ〜ｆ  第１〜６給湯ヒートポンプ管
９５Ｔ  給湯中間温度センサ
９８  給湯管
９８Ｔ  給湯出湯温度センサ
９９  給湯バイパス管
１６４  第１２暖房混合弁（第１熱負荷バイパス流量調節機構）
Ａ  吸入ポイント
Ｂ  低段吐出ポイント
Ｃ  中間圧水熱交換器通過ポイント
Ｄ  インジェクション合流ポイント
Ｅ  高段吐出ポイント
Ｆ  第１高圧ポイント
Ｇ  第２高圧ポイント
Ｈ  第３高圧ポイント
Ｉ  第４高圧ポイント
Ｊ  第５高圧ポイント
Ｋ  第１低圧ポイント
Ｌ  第２低圧ポイント
Ｍ  第３低圧ポイント
Ｎ  第４低圧ポイント
Ｑ  インジェクション中間圧ポイント
Ｒ  エコノマイザ熱交後ポイント
Ｘ  暖房分岐ポイント
Ｙ  暖房合流ポイント
Ｗ  給水分岐ポイント
Ｚ  給湯合流ポイント
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２７７】
【特許文献１】特開２００４−１７７０６７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】
2010216685.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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