(57)【要約】【課題】一次冷媒が循環する回路から二次冷媒が循環する回路への熱の供給が低下することがあっても、二次冷媒が循環する回路による熱負荷処理を継続的に行う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】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５ａ、および、室外熱交換器４を有している。暖房用の二次冷媒としての水が循環している暖房回路６０は、暖房バイパス路６９と暖房タンク９とラジエータ６１を有している。制御部１１は、通常運転制御においては、暖房バイパス路６９に暖房用の二次冷媒を流すことなく、ラジエータ６１での放熱を行いつつ、暖房タンク９における蓄熱を行う。制御部１１は、膨張弁５ａを全開にする除霜運転制御においては、暖房バイパス路６９に暖房用の二次冷媒を流して、暖房タンク９に蓄熱されている熱を利用してラジエータ６１での放熱を行う。【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、室外熱交換器（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、
前記圧縮機構（２１、２５）から吐出される前記一次冷媒と、前記第１流体と、の間で熱交換を行わせる冷媒流体間熱交換器（４０、５０）と、
前記第１熱負荷回路（６０）のうち前記第１熱負荷処理部（６１）から前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）に向けて前記第１流体が流れている部分である第１部分（Ｓ）と、前記第１熱負荷回路（６０）のうち前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）から前記第１熱負荷処理部（６１）に向けて前記第１流体が流れている部分である第２部分（Ｔ）と、を接続する第１流体バイパス路（６９）と、
前記第１流体バイパス路（６９）を通過する前記第１流体の流量を調節可能な第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）と、
前記第２部分（Ｔ）から前記第１熱負荷処理部（６１）に向かう前記第１流体の少なくとも一部を溜めることが可能な第１流体タンク（９）と、
前記第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）を用いて、前記第１流体バイパス路（６９）を通過する前記第１流体の流量が所定条件を満たしている低バイパス状態にすることと、前記第１流体バイパス路（６９）を通過する前記第１流体の流量が前記低バイパス状態における流量よりも多い高バイパス状態にすることが可能な制御部（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、前記膨張機構（５ａ、５ｂ）の弁開度を上げる際に、前記低バイパス状態から前記高バイパス状態に切り換える、除霜運転制御を行う、
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２に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項４】
前記制御部（１１）は、前記除霜運転制御では、前記膨張機構（５ａ、５ｂ）の弁開度を所定最大開度まで上げる、
請求項２または３に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項５】
前記ヒートポンプ回路（１０）は、前記膨張機構（５ａ、５ｂ）に向かう前記一次冷媒と、前記室外熱交換器（４）を通過して前記圧縮機構（２１）の吸入側に向かう前記一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる一次冷媒間熱交換器（８）をさらに有している、
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】
前記ヒートポンプ回路（１０）は、前記一次冷媒間熱交換器（８）をバイパスするバイパス路（８０、２７ｎ、２０ｆ）をさらに有している、
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、前記バイパス路（８０、２７ｎ、２０ｆ）は、通過する前記一次冷媒の量を調節可能なバイパス流量調節弁（５ｂ）をさらに有している、
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、前記除霜運転制御を開始する時に、前記バイパス流量調整弁（５ｂ）の弁開度を狭める制御を行う、
請求項７に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項９】
前記制御部（１１）は、前記高バイパス状態であっても、前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）を通過する前記第１流体の流量が０にならないように前記第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）を制御する、
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】
前記圧縮機構（２１、２５）は、低段側圧縮機構（２１）および高段側圧縮機構（２５）を有しており、
前記第１熱負荷回路（６０）は、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）を有しており、
前記第１部分（Ｓ）は、前記第１分岐部分（Ｘ）を含む前記第１分岐部分（Ｘ）と前記第１熱負荷処理部（６１）との間に設けられており、
前記第２部分（Ｔ）は、前記第２分岐部分（Ｙ）を含む前記第２分岐部分（Ｙ）と前記第１熱負荷処理部（６１）との間に設けられており、
前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）は、少なくとも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）、および、少なくとも前記高段側圧縮機構（２５）から前記膨張機構（５ａ、５ｂ）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（５０）を有しており、
前記制御部（１１）は、
前記低バイパス状態では、前記第１分岐路（６７）および前記第２分岐路（６８）のいずれにも前記第１流体を流すように前記第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）を制御し、
前記高バイパス状態では、前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量を、前記低バイパス状態における前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量よりも下げるように、若しくは、前記第２分岐路（６８）を流れる前記第１流体の流量が０になるように、前記第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）を制御する、
請求項１から９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１１】
前記制御部（１１）は、前記高バイパス状態において前記第１分岐路（６７）を流れている前記第１流体の流量を、前記低バイパス状態において前記第１分岐路（６７）を流れている前記第１流体の流量以上の流量となるように、前記第１流体バイパス流量調節機構（６２、６３、６４、６）を制御する、
請求項１０に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１２】
前記第２部分（Ｔ）は、前記第２分岐部分（Ｙ）であり、
前記第１流体バイパス路（６９）は、前記第１分岐部分（Ｘ）と前記第２分岐部分（Ｙ）とを接続しており、
前記第１流体バイパス流量調節機構（１６４）は、前記第１流体バイパス路（６９）、前記第１分岐路（６７）および前記第２分岐路（６８）を通過する前記第１流体の流量比率を調節可能である、
請求項１０または１１に記載のヒートポンプシステム（４ｘ）。
【請求項１３】
前記第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１０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流体は、水であり、
前記第２熱負荷処理部（９１）は、給湯用のタンクである、
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２熱負荷回路（９０）は、循環する前記第２流体の流量を調節可能な第２流体流量調節機構（９２）を有しており、
前記制御部（１１）は、前記高バイパス状態において前記第２熱負荷回路（９０）を流れている前記第２流体の流量を、前記低バイパス状態において前記第２熱負荷回路（９０）を流れている前記第２流体の流量より少ない流量となるように、前記第２流体バイパス流量調節機構（９２）を制御する、
請求項１３または１４に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１６】
前記圧縮機構（２１、２５）は、低段側圧縮機構（２１）および高段側圧縮機構（２５）を有しており、
前記ヒートポンプ回路（１０）は、前記膨張機構（５）に向かう前記一次冷媒の一部を分岐させるインジェクション分岐部分（Ｈ）と、前記インジェクション分岐部分（Ｈ）を前記低段側圧縮機構（２１）と前記高段側圧縮機構（２５）との間に接続するインジェクション路（７０）と、前記インジェクション分岐部分（Ｈ）から前記膨張機構（５）側に向けて流れる前記一次冷媒と前記インジェクション路（７０）を流れる前記一次冷媒との間で熱交換を行わせるインジェクション熱交換器（７）と、前記インジェクション路（７０）における前記インジェクション熱交換器（７）への入口と前記インジェクション分岐部分（Ｈ）との間に設けられた減圧機構（７４）とをさらに有している、
請求項１から９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１７】
前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）は、少なくとも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流体との間で熱交換を行わせる第１熱交換器（４０）を有しており、
前記インジェクション路（７０）は、前記インジェクション分岐部分（Ｈ）を前記低段側圧縮機構（２１）と前記第１熱交換器（４０）との間に接続している、
請求項１６に記載のヒートポンプシステム（７０１）。
【請求項１８】
前記冷媒流体間熱交換器（４０、５０）は、少なくとも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流体との間で熱交換を行わせる第１熱交換器（４０）を有しており、
前記インジェクション路（７０）は、前記インジェクション分岐部分（Ｈ）を前記第１熱交換器（４０）と前記高段側圧縮機構（２５）との間に接続している、
請求項１６に記載のヒートポンプシステム（１）。
【請求項１９】
前記一次冷媒は、二酸化炭素である、
請求項１から１８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２００７―１６３０７１号公報）に記載されているように、二次冷媒回路の途中に所定温度に暖められた二次冷媒を蓄えるバッファタンクが採用されたヒートポンプシステム等が提案されている。このヒートポンプシステムでは、二次冷媒の室内側熱交換器に対する供給を停止している暖房運転停止時に、ヒートポンプサイクルの運転を続けつつ、所定温度に暖められた二次冷媒をバッファタンクに蓄えていくことができるようにしている。これにより、暖房運転再開時においてヒートポンプ回路によって一次冷媒が十分に暖められた状態となるまでの間、バッファタンクに蓄えられていた二次冷媒の熱を利用して暖房を行うことで、暖房運転開始の迅速性を向上させている。
【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２００７―１６３０７１号公報）に記載のヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ回路の運転が持続的に行われ、二次冷媒が循環する回路への熱供給が継続的に行われることを前提としている。また、暖房運転が停止される場合があることを前提としている。
【０００５】
しかし、ヒートポンプ回路の運転は、例えば、室外熱交換器の表面に付着した霜を除去するためにデフロスト運転を行う必要が生じた際にヒートポンプ回路内で熱を消費する場合等、二次冷媒が循環する回路に対して、必ずしも十分な熱を供給し続けることができるとは限らない。このように、二次冷媒が循環する回路に対するヒートポンプ回路からの熱の供給が一時的に途絶えたり低下したりしてしまうことがあったとしても、室内熱交換器が設置された対象空間に対して継続的に熱を供給したい場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、一次冷媒が循環する回路から二次冷媒が循環する回路への熱の供給が低下することがあっても、二次冷媒が循環する回路による熱負荷処理を継続的に行う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】
【０００７】
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、冷媒流体間熱交換器、第１流体バイパス路、第１流体バイパス流量調節機構、第１流体タンク、および、制御部を備えている。ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機構、膨張機構、および、室外熱交換器を有している。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。冷媒流体間熱交換器は、圧縮機構から吐出される一次冷媒と、第１流体と、の間で熱交換を行わせる。第１流路バイパス路は、第１部分と第２部分とを接続している。第１部分は、第１熱負荷回路のうち第１熱負荷処理部から冷媒流体間熱交換器に向けて第１流体が流れている部分である。第２部分は、第１熱負荷回路のうち冷媒流体間熱交換器から第１熱負荷処理部に向けて第１流体が流れている部分である。第１流路バイパス流量調節機構は、第１流体バイパス路を通過する第１流体の流量を調節可能である。第１流体タンクは、第２部分から第１熱負荷処理部に向かう第１流体の少なくとも一部を溜めることが可能である。制御部は、第１流体バイパス流量調節機構を用いて、第１流体バイパス路を通過する第１流体の流量が所定条件を満たしている低バイパス状態にすることと、第１流体バイパス路を通過する第１流体の流量が低バイパス状態における流量よりも多い高バイパス状態にすることが可能である。
【０００８】
このヒートポンプシステムでは、低バイパス状態では、冷媒流体間熱交換器における熱交換によって暖められた第１流体を第１流体タンクに溜めておくことができる。そして、一次冷媒が循環するヒートポンプ回路から第１流体が循環する第１熱負荷回路への熱の供給量が低下することがあっても、低バイパス状態から高バイパス状態へと制御することができる。これにより、ヒートポンプ回路から第１熱負荷回路が得る熱量が低下した場合であっても、第１流体タンクに溜められた第１流体の熱を用いて、第１熱負荷処理部における熱負荷処理を継続す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、制御部は、膨張機構の弁開度を上げる際に、低バイパス状態から高バイパス状態に切り換える、除霜運転制御を行う。
【００１０】
このヒートポンプシステムでは、低バイパス状態から高バイパス状態に切り換えることで、冷媒流体間熱交換器を通過する第１流体の量を低減させることができる。膨張機構の弁開度を上げることで、膨張機構を通過する際の一次冷媒の温度低下を抑制することができる。このため、圧縮機構から吐出された一次冷媒の熱は、冷媒流体間熱交換器において第１流体に奪われる程度を抑えつつ、膨張機構を通過する際の温度低下を抑制しつつ、室外熱交換器に対して暖かい一次冷媒を供給することが可能になる。これにより、第１流体タンクに溜められた第１流体の熱を用いて第１熱負荷処理部における熱負荷処理を継続しつつ、室外熱交換器における除霜効果を向上させ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２発明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。
【００１２】
このヒートポンプシステムでは、除霜運転制御時であっても、暖房運転を継続して対象空間の空気が冷えてしまうことを抑制す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２発明または第３発明のヒートポンプシステムにおいて、制御部は、除霜運転制御では、膨張機構の弁開度を所定最大開度まで上げる・
このヒートポンプシステムでは、膨張機構を通過する際の一次冷媒の温度低下をより小さく抑えることができ、除霜効果を向上させることが可能になる。
【００１４】
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、ヒートポンプ回路は、膨張機構に向かう一次冷媒と、室外熱交換器を通過して圧縮機構の吸入側に向かう一次冷媒と、の間で熱交換を行わせる一次冷媒間熱交換をさらに有している。
【００１５】
このヒートポンプシステムでは、除霜運転制御によって、室外熱交換器を流れて、室外熱交換器の外表面に付着した霜を溶かした後は、一次冷媒の温度が低下している。このため、圧縮機構が吸入する一次冷媒の状態が、湿り状態となってしまうおそれがある。これに対して、このヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ回路が一次冷媒間熱交換器を有しており、圧縮機構に吸入される一次冷媒を、室外熱交換器において除霜を行う前の一次冷媒の熱によって暖めることができる。これにより、除霜運転制御時においても、圧縮機構が吸入する一次冷媒が湿り状態となりにくくすることが可能になる。
【００１６】
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、ヒートポンプ回路は、一次冷媒間熱交換器をバイパスするバイパス路をさらに有している。
【００１７】
このヒートポンプシステムでは、圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度の程度に応じて、一次冷媒間熱交換器を利用するか否かを選択することが可能になる。
【００１８】
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、バイパス路は、通過する一次冷媒の量を調節可能なバイパス流量調節弁をさらに有している。
【００１９】
このヒートポンプシステムでは、一次冷媒間熱交換器を利用する程度を調節することが可能になる。
【００２０】
第８発明のヒートポンプシステムは、第７発明のヒートポンプシステムにおいて、制御部は、除霜運転制御を開始する時に、バイパス流量調整弁の弁開度を狭める制御を行う。
【００２１】
このヒートポンプシステムでは、除霜運転制御を行うことで室外熱交換器の出口を流れる一次冷媒が湿り状態になったとしても、バイパス流量調整弁の弁開度が狭められるため、圧縮機構の吸入側に一次冷媒が到達するまでの間に過熱度を持たせることが可能になる。
【００２２】
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、制御部は、高バイパス状態であっても、冷媒流体間熱交換器を通過する第１流体の流量が０にならないように第１流体バイパス流量調節機構を制御する。
【００２３】
例えば、第１流体の冷媒流体間熱交換器における流れが完全に停止してしまうと、冷媒流体間熱交換器を通過する一次冷媒の熱によって、滞留したままの第１流体が加熱され続けてしまうおそれがある。このように第１流体が加熱され続けると、冷媒流体間熱交換器のうち第１流体が滞留している部分の表面にスケールが生じてしまうおそれがある。
【００２４】
これに対して、このヒートポンプシステムでは、冷媒流体間熱交換器における第１流体の流れを停止させないため、冷媒流体間熱交換器におけるスケールの発生を抑制することができる。
【００２５】
第１０発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第９発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、圧縮機構は、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を有している。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、および、第２分岐路を有している。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。第１部分は、第１分岐部分含む第１分岐部分と第１熱負荷処理部との間に設けられている。第２部分は、第２分岐部分を含む第２分岐部分と第１熱負荷処理部との間に設けられている。冷媒流体間熱交換器は、第１熱交換器および第２熱交換器を有している。第１熱交換器は、少なくとも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、少なくとも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。制御部は、低バイパス状態では、第１分岐路および第２分岐路のいずれにも第１流体を流すように第１流体バイパス流量調節機構を制御する。そして、制御部は、高バイパス状態では、第２分岐路を流れる第１流体の流量を、低バイパス状態における第２分岐路を流れる第１流体の流量よりも下げるように、若しくは、第２分岐路を流れる第１流体の流量が０になるように、第１流体バイパス流量調節機構を制御する。
【００２６】
このヒートポンプシステムでは、多段圧縮形式が採用されつつ、低段側圧縮機構から高段側圧縮機構に向けて流れる一次冷媒が第１熱交換器において冷却されうるため、運転効率を向上させることができる。さらに、高バイパス状態では、第２熱交換器における一次冷媒の放熱量を低バイパス状態と比べて小さく抑えることができる。これにより、ヒートポンプ回路の運転効率を向上させつつ、第２熱交換器を一次冷媒が通過する際に生じる除霜効率の低下を小さく抑え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、制御部は、高バイパス状態において第１分岐路を流れている第１流体の流量を、低バイパス状態において第１分岐路を流れている第１流体の流量以上の流量となるように、第１流体バイパス流量調節機構を制御する。
【００２８】
このヒートポンプシステムでは、高バイパス状態においても第１分岐路を流れている第１流体の量を確保することで、多段圧縮式におけるヒートポンプ回路の運転効率を向上させることができる。そして、第２分岐路を流れる第１流体の量を低減させているため、室外熱交換器に対して供給される一次冷媒の熱量を確保して、除霜効果を得ることができる。
【００２９】
第１２発明のヒートポンプシステムは、第１０発明または第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部分は、第２分岐部分である。第１流体バイパス路は、第１分岐部分と第２分岐部分とを接続している。第１流体バイパス流量調節機構は、第１流体バイパス路、第１分岐路および第２分岐路を通過する第１流体の流量比率を調節可能である。
【００３０】
このヒートポンプシステムでは、第１流体バイパス路の一端を第１分岐部分とし、第１流体バイパス路の他端を第２分岐部分とすることで、第１熱負荷回路の構成を簡単にして、コストを抑えることが可能になる。
【００３１】
第１３発明のヒートポンプシステムは、第１０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２熱負荷回路、および、第３熱交換器をさらに備えている。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。第３熱交換器は、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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２流体は、水である。第２熱負荷処理部は、給湯用のタンクである。
【００３４】
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。
【００３５】
第１５発明のヒートポンプシステムは、第１３発明または第１４発明のヒートポンプシステムにおいて、第２熱負荷回路は、循環する第２流体の流量を調節可能な第２流体流量調節機構を有している。制御部は、高バイパス状態において第２熱負荷回路を流れている第２流体の流量を、低バイパス状態において第２熱負荷回路を流れている第２流体の流量より少ない流量となるように、第２流体バイパス流量調節機構を制御する。
【００３６】
このヒートポンプシステムでは、高バイパス状態では、高段側圧縮機構から室外熱交換器に向かう途中における一次冷媒の放熱量を、低バイパス状態での運転時と比べて小さく抑えること可能になる。
【００３７】
第１６発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第９発明のいずれかのヒートポンプシステムにおいて、圧縮機構は、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を有している。ヒートポンプ回路は、インジェクション分岐部分、インジェクション路、インジェクション熱交換器、および、減圧機構を有している。インジェクション分岐部分は、膨張機構に向かう一次冷媒の一部を分岐させる。インジェクション路は、インジェクション分岐部分を低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との間に接続する。インジェクション熱交換器は、インジェクション分岐部分から膨張機構側に向けて流れる一次冷媒とインジェクション路を流れる一次冷媒との間で熱交換を行わせる。減圧機構は、インジェクション路におけるインジェクション熱交換器への入口とインジェクション分岐部分との間に設けられている。
【００３８】
このヒートポンプシステムでは、インジェクション熱交換器を通過して膨張機構に向かう冷媒を冷却させることでヒートポンプ回路の能力を増大させることができる。低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との間にインジェクション路を通過した一次冷媒を供給することで、高段側圧縮機構が吸入する一次冷媒を冷却させることができる。これにより、ヒートポンプ回路の成績係数を向上させることが可能になる。
【００３９】
なお、例えば、ヒートポンプ回路の運転効率を向上させるための高段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の冷却効果が十分でない場合（第１熱負荷が小さい場合等）であっても、インジェクション路を流れる一次冷媒によって運転効率を向上させることが可能になる。
【００４０】
第１７発明のヒートポンプシステムは、第１６発明のヒートポンプシステムにおいて、冷媒流体間熱交換器は、少なくとも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流体との間で熱交換を行わせる第１熱交換器を有している。インジェクション路は、インジェクション分岐部分を低段側圧縮機構と第１熱交換器との間に接続している。
【００４１】
このヒートポンプシステムでは、第１熱交換器における一次冷媒との熱交換によって第１流体が加熱され過ぎてしまうことを回避することが可能になる。
【００４２】
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、冷媒流体間熱交換器は、少なくとも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流体との間で熱交換を行わせる第１熱交換器を有している。インジェクション路は、インジェクション分岐部分を第１熱交換器と高段側圧縮機構との間に接続している。
【００４３】
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て冷やされることなく高温状態を維持した一次冷媒を第１熱交換器に供給することができる。これにより、第１熱交換器で一次冷媒と熱交換される第１流体の温度をより高温に上げることが可能になる。さらに、第１流体の温度をより高温に上げることができる場合であっても、高段側圧縮機構が吸入する一次冷媒の温度が高いままとならないように、第１熱交換器を出た一次冷媒を冷却させることができる。
【００４４】
第１９発明のヒートポンプシステムは、第１発明から第１８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。
【００４５】
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】
【００４６】
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。
【００４７】
第１発明では、ヒートポンプ回路から第１熱負荷回路が得る熱量が低下した場合であっても、第１流体タンクに溜められた第１流体の熱を用いて、第１熱負荷処理部における熱負荷処理を継続することが可能になる。
【００４８】
第２発明では、第１流体タンクに溜められた第１流体の熱を用いて第１熱負荷処理部における熱負荷処理を継続しつつ、室外熱交換器における除霜効果を向上させることが可能になる。
【００４９】
第３発明では、除霜運転制御時であっても、暖房運転を継続して対象空間の空気が冷えてしまうことを抑制することが可能になる。
【００５０】
第４発明では、除霜効果を向上させることが可能になる。
【００５１】
第５発明では、除霜運転制御時においても、圧縮機構が吸入する一次冷媒が湿り状態となりにくくすることが可能になる。
【００５２】
第６発明では、圧縮機構が吸入する一次冷媒の過熱度の程度に応じて、一次冷媒間熱交換器を利用するか否かを選択することが可能になる。
【００５３】
第７発明では、一次冷媒間熱交換器を利用する程度を調節することが可能になる。
【００５４】
第８発明では、圧縮機構の吸入側に一次冷媒が到達するまでの間に過熱度を持たせることが可能になる。
【００５５】
第９発明では、冷媒流体間熱交換器におけるスケールの発生を抑制することができる。
【００５６】
第１０発明では、ヒートポンプ回路の運転効率を向上させつつ、第２熱交換器を一次冷媒が通過する際に生じる除霜効率の低下を小さく抑えることが可能になる。
【００５７】
第１１発明では、多段圧縮式におけるヒートポンプ回路の運転効率を向上させることができ、室外熱交換器に対して供給される一次冷媒の熱量を確保して、除霜効果を得ることができる。
【００５８】
第１２発明では、第１熱負荷回路の構成を簡単にして、コストを抑えることが可能になる。
【００５９】
第１３発明では、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。
【００６０】
第１４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。
【００６１】
第１５発明では、高段側圧縮機構から室外熱交換器に向かう途中における一次冷媒の放熱量を、低バイパス状態での運転時と比べて小さく抑えること可能になる。
【００６２】
第１６発明では、ヒートポンプ回路の成績係数を向上させることが可能になる。
【００６３】
第１７発明では、第１熱交換器における一次冷媒との熱交換によって第１流体が加熱され過ぎてしまうことを回避することが可能になる。
【００６４】
第１８発明では、第１熱交換器で一次冷媒と熱交換される第１流体の温度をより高温に上げることが可能になり、第１熱交換器を出た一次冷媒を冷却させることができる。
【００６５】
第１９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】
【００６６】
【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】第１４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２１】第１５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２２】変形例＜１６―８＞にかかる外部熱源部を備えたヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２３】変形例＜１６−８＞にかかる外部冷却源部を備えたヒートポンプシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
＜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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、このヒートポンプシステム１では、ヒートポンプ回路１０を流れる一次冷媒の熱によって給湯負荷と暖房負荷とに対応しつつ蓄熱を行う通常運転制御と、ヒートポンプ回路１０に霜を除去させる運転を行わせつつ通常運転制御において蓄えられた熱を利用して暖房負荷を処理する除霜運転制御と、が行われる。
【００７０】
以下、まず、本ヒートポンプシステム１の構成を説明した後で、各制御について詳細を述べる。
【００７１】
（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。
【００７２】
（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。
【００７３】
（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、室外熱交換器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。室外熱交換器４は、屋外に設置されている。なお、この室外熱交換器４は、必ずしも屋外に配置される必要はなく、例えば、室外熱交換器４を一次冷媒の蒸発器として使用した場合に、着霜が生じうる屋外以外の環境下に配置されていてもよい。
【００７４】
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。この第４中間圧管２３ｄには、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。
【００７５】
高圧管２７は、高段側圧縮機２５の吐出側と、膨張弁５ａ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。
【００７６】
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。
【００７７】
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、室外熱交換器４の上流側端部と、を接続している。第３低圧管２０ｃは、室外熱交換器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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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、暖房タンク９、暖房戻り管６６、暖房バイパス路６９、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、暖房バイパス弁６、および、暖房ポンプ６３、を含んでいる。
【００８４】
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。暖房戻り管６６は、上流暖房戻り管６６ａおよび下流暖房戻り管６６ｂを有している。上流暖房戻り管６６ａは、ラジエータ６１の戻り口と、戻りバイパスポイントＳとを接続している。戻りバイパスポイントＳでは、通過する暖房用の二次冷媒を、上流暖房戻り管６６ａ側と、暖房バイパス路６９側と、に分流することができる分岐部分である。この上流暖房戻り管６６ａ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。下流暖房戻り管６６ｂは、戻りバイパスポイントＳ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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、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。
【００８７】
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。
【００８８】
暖房往き管６５は、上流暖房往き管６５ａおよび下流暖房往き管６５ｂを有している。上流暖房往き管６５ａは、暖房合流ポイントＹと、往きバイパスポイントＴとを接続している。往きバイパスポイントＴは、戻りバイパスポイントＳから暖房バイパス路６９を流れてくる暖房用の二次冷媒と、暖房合流ポイントＹを通過してきた暖房用の二次冷媒と、を合流させる。下流暖房往き管６５ｂは、往きバイパスポイントＴと、ラジエータ６１の往き口と、を接続している。この下流暖房往き管６５ｂの途中には、通過する暖房用の二次冷媒の温度を検知する暖房往き温度センサ６５Ｔが設けられている。また、下流暖房往き管６５ｂの途中であって暖房往き温度センサ６５Ｔの下流側には、下流暖房往き管６５ｂを通過する暖房用の二次冷媒の流量を調節する暖房ポンプ６３が設けられている。さらに、下流暖房往き管６５ｂの途中であって、暖房ポンプ６３の下流側には暖房タンク９が設けられている。この暖房タンク９は、中間圧水熱交換器４０や第２高圧水熱交換器５２において暖められた後であって未だラジエータ６１で放熱していない暖房用の二次冷媒を蓄えることができるように、図示しない断熱材で周囲が覆われている。なお、暖房タンク９の大きさは、後述する除霜運転制御が行われている間のラジエータ６１への所定量の熱量の供給を継続的に行うことができる程度の大きさである。暖房ポンプ６３は、制御部１１によって制御されることにより、通過させる暖房用の二次冷媒の流量を調節することができる。暖房タンク９は、中間圧水熱交換器４０や、第２高圧水熱交換器５２において加熱された暖房用の二次冷媒を一時的に蓄えることができる。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二次冷媒と、第３高圧側分岐路６８ｃを通過した暖房用の二次冷媒と、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。
【００８９】
暖房バイパス路６９は、戻りバイパスポイントＳと、往きバイパスポイントＴとを接続している。暖房バイパス弁６は、上流暖房往き管６５ａを通過した暖房用の二次冷媒と、暖房バイパス路６９を通過してきた暖房用の二次冷媒と、が合流する往きバイパスポイントＴに設けられている。暖房バイパス弁６は、上流暖房往き管６５ａ側に接続されている部分の開度および暖房バイパス路６９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、ラジエータ６１で放熱を終えた二次冷媒と、中間圧水熱交換器４０や第２高圧水熱交換器５２において加熱された二次冷媒と、の混合比率を調節することでラジエータ６１に送る暖房用の二次冷媒の温度を調節することができるようになっている。また、暖房バイパス弁６は、上流暖房往き管６５ａからの流れを止めつつ、暖房バイパス路６９からの流れのみを許容する状態にすることで、中間圧水熱交換器４０および第２高圧水熱交換器５２側における暖房用の二次冷媒の循環を途絶えさせ状態にすることができる。この状態では、暖房用の二次冷媒は、暖房ポンプ６３、暖房タンク９、ラジエータ６１、上流暖房戻り管６６ａ、戻りバイパスポイントＳ、暖房バイパス路６９、往きバイパスポイントＴ（暖房バイパス弁６）、暖房ポンプ６３の順に流れ、この流れでの循環が行われる。
【００９０】
なお、制御部１１は、上述したラジエータ温度センサ６１Ｔ、暖房往き温度センサ６５Ｔ、暖房戻り温度センサ６６Ｔ、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および流量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、暖房ポンプ６３の流量、および、暖房バイパス弁６における混合比率もしくは接続状態の切換について、制御を行う。
【００９１】
（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、および、第６給湯ヒートポンプ管９５ｆを有している。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
＜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。
【００９６】
以下、ヒートポンプ回路１０が通常運転制御を行っている場合における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。
【００９７】
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、室外熱交換器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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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）。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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）。
【０１０６】
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）。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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）。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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）。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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）。
【０１１５】
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、室外熱交換器４に流入する。室外熱交換器４に流入した一次冷媒は、室外熱交換器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。室外熱交換器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）。
【０１１６】
室外熱交換器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）。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
＜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、制御部１１は、ラジエータ６１に６５℃程度の二次冷媒としての水が供給されるように、暖房ポンプ６３、暖房混合弁６４、暖房バイパス弁６等の制御を行っている。
【０１２０】
以下、ヒートポンプ回路１０が通常運転制御を行っている場合における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。
【０１２１】
暖房回路６０では、通常運転制御時に、制御部１１が、暖房バイパス路６９における暖房用の二次冷媒の通過を禁止しつつ、上流往き管６５ａから下流往き管６５ｂに向かう暖房用の二次冷媒の通過を許可するように、暖房バイパス弁６の状態を制御する。
【０１２２】
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、往きバイパスポイントＴまで流れていく。
【０１２３】
往きバイパスポイントＴでは、暖房バイパス路６９の通過が禁止されている状態なので、暖房用の二次冷媒の全ては、下流戻り管６６ｂを通過して、暖房分岐ポイントＸまで流れていく。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
暖房混合弁６４で合流された暖房用の二次冷媒は、上流往き管６５ａを通過して、暖房バイパス弁６まで流れていく。暖房バイパス路６９は、暖房用の二次冷媒の通過が禁止されているため、暖房バイパス弁６において暖房バイパス路６９を通過して流れてくる暖房用の二次冷媒の合流は無い。このため、暖房合流ポイントＹで合流した暖房用の二次冷媒は、暖房合流ポイントＹで合流した後の温度が変わることなく、下流往き管６５ｂを通じて、ラジエータ６１に向けて流れていく。
【０１２９】
このようにして、暖房合流ポイントＹにおいて合流した後の温度が６５℃程度となっている二次冷媒が、下流暖房往き管６５ｂを通じて、暖房ポンプ６３によってラジエータ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。
【０１３０】
なお、下流往き管６５ｂを流れる暖房用の二次冷媒は、ラジエータ６１に到達する前に、暖房タンク９内を通過する。こうして、中間圧水熱交換器４０や第２高圧水熱交換器５２において暖められた後に未だ一度もラジエータ６１において放熱を行っていない暖房用の二次冷媒は、暖房タンク９内に溜まっていく。このようにして、暖房タンク９内には、通常運転制御においてラジエータ６１で要求されている程度の温度の二次冷媒が溜まった状態となる。
【０１３１】
＜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。
【０１３２】
以下、ヒートポンプ回路１０が通常運転制御を行っている場合における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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
＜１−５＞除霜運転
ヒートポンプシステム１では、上述の通常運転制御を行っている場合において、室外熱交換器４が一次冷媒の蒸発器として機能しており、一次冷媒の蒸発温度が０℃以下となる場合がある（上記温度分布の例では、−３℃）。
【０１３９】
このように、室外熱交換器４を通過する一次冷媒の蒸発温度が０℃以下になると、室外熱交換器４を通過する空気中の水分が凍結した状態で、室外熱交換器４の外表面に付着してしまうことがある。このように、室外熱交換器４の外表面に霜が付着すると、熱交換有効面積が狭小化されてしまうため、熱交換効率が低下し、蒸発能力が低下してしまう。そこで、制御部１１は、このように室外熱交換器４の外表面に霜が付着するような状況になると、この付着した霜を取り除く除霜運転制御を行う。
【０１４０】
制御部１１は、例えば、室外熱交換器４での蒸発温度が０℃以下となる状況で通常運転制御を所定時間以上続いた場合、もしくは、低段側圧縮機２１が吸入する冷媒の過熱度が所定値よりも小さくなった場合等に、室外熱交換器４における蒸発能力が低下していると判断して、除霜運転制御を開始する。
【０１４１】
除霜運転制御が開始された場合のヒートポンプ回路１０については、制御部１１は、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を全閉にし、膨張弁５ａの弁開度を前回にして、低段側圧縮機２１および高段側圧縮機２５を駆動させる。インジェクション回路７０については、制御部１１は、高段側圧縮機２５の目標吐出温度を異常に上昇しない程度の温度範囲に維持できるように、インジェクション膨張弁７３の弁開度を調節する。
【０１４２】
また、除霜運転制御が開始された場合の暖房回路６０については、制御部１１は、暖房バイパス弁６の接続状態を制御して、暖房バイパス路６９における暖房用の二次冷媒の通過は許容し、上流往き管６５ａから下流往き管６５ｂに向かう流れを禁止する。そして、暖房ポンプ６３については、制御部１１は、除霜運転制御が開始される直前の通常運転制御における流量を超える流量となるように制御部１１が制御する。
【０１４３】
また、除霜運転制御が開始された場合の暖房回路６０については、制御部１１は、給湯ポンプ９２の運転を止めて、給湯回路９０を巡回する給湯用の水の流れを止める。
【０１４４】
このように除霜運転制御が行われることにより、ヒートポンプ回路１０においては、高段側圧縮機２５から吐出された一次冷媒が、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において冷却されることなく、エコノマイザ熱交換器７および一次冷媒間熱交換器８においてわずかに冷却されるだけで、高温状態をできるだけ維持した状態で、室外熱交換器４に供給される。これにより、通常運転制御において−３℃程度の冷たい一次冷媒が通過していた室外熱交換器４には、６０℃程度の高温の一次冷媒が流れるようになる。そして、室外熱交換器４の外表面に付着していた霜は、この高温の一次冷媒によって溶かされ、室外熱交換器４の外表面の熱交換有効面積を回復させることができる。
【０１４５】
なお、高段側圧縮機２５を吐出した一次冷媒は、高圧水熱交換器５０、エコノマイザ熱交換器および一次冷媒間熱交換器８を通過する際に、圧力損失が生じ、徐々に冷媒圧力が低下していく。また、室外熱交換器４では、外表面に付着した霜を溶かすために一次冷媒の熱が放出され、過熱度が小さくなってしまう。しかし、室外熱交換器４を通過した後の一次冷媒は、一次冷媒間熱交換器８内において第１２高圧管２７ｌを通過する未だ室外熱交換器４での放熱を行っていない高温の一次冷媒との熱交換を行うことで、暖められる。これにより、除霜運転制御時において低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒に適度の過熱度を付けることができ、低段側圧縮機２１における液圧縮の発生を抑制させることができている。
【０１４６】
暖房回路６０については、このように、室外熱交換器４に付着した霜を除去するためには、しばらくの間（例えば、所定時間として３分程度）、除霜運転制御を継続しなければならない。通常運転制御を行った後の暖房回路６０には、高温の暖房用の二次冷媒が、暖房タンク９に蓄えられている。このため、暖房回路６０においては、除霜運転制御が行われている間のラジエータ６１への熱の供給を、暖房タンク９に蓄えられていた暖房用の二次冷媒が保持している熱量によって対応することができる。具体的には、制御部１１が、暖房ポンプ６３を駆動させることで、暖房タンク９に溜まっている高温の二次冷媒を、ラジエータ６１まで供給する。そして、ラジエータ６１では、暖房用の二次冷媒の放熱処理を行うことで、ラジエータ６１が配置されている空間を暖める暖房処理を続ける。そして、ラジエータ６１において放熱を行った暖房用の二次冷媒は、上流戻り管６６ａを通じて戻りバイパスポイントＳまで流れる。戻りバイパスポイントＳを通過した暖房用の二次冷媒は、暖房バイパス路６９を通過して、往きバイパスポイントＴまで流れる。往きバイパスポイントＴまで流れた二次冷媒は、再び暖房ポンプ６３によって吸い込まれて暖房タンク９に流れ込む。
【０１４７】
＜１−６＞第１実施形態の特徴
（除霜運転制御に関する特徴）
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、暖房タンク９が設けられているため、中間圧水熱交換器４０および第２高圧水熱交換器５２において暖められており、未だラジエータ６１において放熱を行っていない暖房用の二次冷媒を蓄えることができる。通常運転制御を行っている際に室外熱交換器４の外表面における霜の付着が発生するが、同時に、暖房タンク９に暖かい二次冷媒を蓄えていくことができる。このため、除霜運転制御を行う必要が生じた段階では、既に、暖房タンク９内には暖かい二次冷媒が蓄えられている。これにより、ヒートポンプ回路１０において除霜を行うために、高段側圧縮機２５から吐出された一次冷媒を高温のままで室外熱交換器４に供給するために、暖房用の二次冷媒を第２高圧水熱交換器５２において暖めることができない状況になっても、暖房タンク９に蓄えられている暖房用の二次冷媒が保持している熱を用いてラジエータ６１に対する熱量の供給を行うことができる。これにより、室外熱交換器４に付着した霜を除去する運転を行う最中であっても、ラジエータ６１が配置されている空間の暖房を継続させることができる。
【０１４８】
そして、除霜運転制御においては、制御部１１は、暖房ポンプ６３の流量を通常運転制御の場合と比較して増大させている。これにより、第２高圧水熱交換器５２において一次冷媒からの熱を得られない状況となった場合であっても、ラジエータ６１へ送り出す暖房用の二次冷媒の流量を増大させることで、暖房負荷に対応することができるようになる。
【０１４９】
また、除霜運転制御時におけるヒートポンプ回路１０では、インジェクション路７０におけるインジェクション膨張弁７３の弁開度を調節することで、インジェクション合流ポイントＤを通過する一次冷媒の温度を低下させることができている。このため、暖房回路６０において中間圧側分岐路６７における暖房用の二次冷媒の通過量が途絶えているために、中間圧水熱交換器４０における低段側圧縮機２１の吐出冷媒の冷却効果が得られない場合であっても、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒の温度を低下させることができている。これにより、高段側圧縮機２５から吐出される一次冷媒の温度が異常上昇することを抑制して、冷凍機油の劣化等を抑制することができている。
【０１５０】
（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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
＜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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
＜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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
＜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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
＜５＞第５実施形態
＜５−１＞
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
＜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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
（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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
（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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
＜６＞第６実施形態
＜６−１＞
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。
【０１７０】
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ようになっている。
【０１７１】
＜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。
【０１７２】
＜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、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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
＜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。
【０１７５】
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、低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度をより大きく上げることができるようになっている。
【０１７６】
＜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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
＜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において暖房回路６０の暖房用二次冷媒の流れ方を中間圧水熱交換器４０と第２高圧水熱交換器５２とで直列にしたシステムである。すなわち、第１０実施形態のヒートポンプシステム１ｘ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中間圧側分岐路６７ｃおよび第１高圧側分岐路６８ａの代わりに中高圧連絡路６７８を設けたシステムである。中高圧連絡路６７８は、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、第２高圧水熱交換器５２内の第２高圧側分岐路６８ｂの下流側端部と、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。このヒートポンプシステム１ｘでは、上記第１実施形態の暖房合流ポイントＹで合流に設けられていた暖房混合弁６４、および、上流往き管６５ａを無くすることができている。
【０１７９】
このヒートポンプシステム１ｘでは、例えば、制御部１１が、中間圧水熱交換器４０を通過する一次冷媒の温度よりも第２高圧水熱交換器５２を通過する一次冷媒の方が高温になるようにヒートポンプ回路１０を運転制御している場合には、暖房用の二次冷媒を、中間圧水熱交換器４０から第２高圧水熱交換器５２の順に徐々に暖めていくことができる。これにより、加熱効率を向上させつつ、中間圧水熱交換器４０および第２高圧水熱交換器５２において一次冷媒からの熱を効率的に得ることができる。
【０１８０】
この場合には、制御部１１は、中間圧側分岐温度センサ６７Ｔが検知する暖房用の二次冷媒の温度が、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の温度よりも低くなるように暖房ポンプ６３の流量を制御するようにしてもよい。これにより、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を、暖房用の二次冷媒の熱で加熱してしまうことを抑制することができ、効率を上げることができる。
【０１８１】
＜１１＞第１１実施形態
＜１１−１＞
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
また、このヒートポンプシステム２ｘであっても、例えば、暖房負荷が低減して暖房タンク９内における暖房用の二次冷媒の温度も十分に上昇している状況では、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒を、暖房用の二次冷媒だけでは効果的に冷却することができない場合がある。これに対して、このヒートポンプシステム２ｘでは、インジェクション回路７０を介して合流される一次冷媒によって高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒を冷却させることができるだけでなく、第２中間圧水熱交換器１５３において給湯用の水によって一次冷媒を冷却させることもできる。これにより、暖房負荷が減少して暖房タンク９内における暖房用の二次冷媒の温度も十分に上昇している状況になった場合であっても、ヒートポンプ回路１０のサイクル効率を向上させることができる。
【０１８４】
＜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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
（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。
【０１８８】
＜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、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１２高圧ポイント１２Ｉとなっている、第１２一次バイパス８０ｘおよび第１２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１２高圧ポイント１２Ｉ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１２高圧ポイント１２Ｉ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。
【０１８９】
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。また、一次冷媒間熱交換器８内の第４低圧管２０ｄを通過する一次冷媒の加熱を、エコノマイザ熱交換器７において未だ冷却されていないことで高温状態を維持している一次冷媒によって加熱することができるため、除霜運転制御を行う際における低段側圧縮機２１での液圧縮の発生をより確実に防止することができるようになる。
【０１９０】
＜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、暖房回路６０における往きバイパスポイントＴが、暖房合流ポイントＹと重なる位置に設けられ、この重なった暖房合流ポイントＹの位置に三方混合弁１６４が設けられ、三方混合弁１６４と暖房ポンプ６３とが三方往き管１６５によって接続されるように構成されたシステムである。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。なお、このヒートポンプシステム４ｘでは、暖房バイパス弁６および暖房往き管６５が不要になっている。
【０１９１】
このように、第１３実施形態のヒートポンプシステム４ｘでは、部品点数を削減させつつ、第１実施形態のヒートポンプシステム１と同様の効果を得ることができている。
【０１９２】
＜１４＞第１４実施形態
第１４実施形態のヒートポンプシステム５ｘは、図２０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、中間圧側分岐路６７および中間圧水熱交換器４０を削除するようにして構成されたシステムである。
【０１９３】
このヒートポンプシステム５ｘであっても、通常運転制御において、インジェクション回路７０を介して流れてくる一次冷媒によって、高段側圧縮機２５が吸入する一次冷媒を冷却させることで効率を上げつつ、暖房タンク９において蓄熱処理を行うことが可能になる。
【０１９４】
＜１５＞第１５実施形態
第１５実施形態のヒートポンプシステム６ｘは、図２１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１５実施形態のヒートポンプシステム６ｘ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１５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１５下流高圧管１２７ｅを設けシステムである。第１５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１５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。
【０１９５】
このヒートポンプシステム６ｘ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。
【０１９６】
＜１６＞上記各実施形態について適用可能な変形例の例
上記第１実施形態から第１５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。
【０１９７】
＜１６−１＞
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
＜１６−２＞
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
＜１６−３＞
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
＜１６−４＞
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
＜１６−５＞
上記各実施形態では、暖房回路６０について除霜運転制御を行う際には、中間圧側分岐路６７および高圧側分岐路６８に暖房用の二次冷媒を流さない場合について例に挙げて説明した。
【０２０７】
しかし、中間圧側分岐路６７および高圧側分岐路６８の少なくともいずれか一方において、通常運転制御時の流量よりも少ない流量で、暖房用の二次冷媒を流すように、制御部１１が暖房バイパス弁６や暖房ポンプ６３を制御するようにしてもよい。
【０２０８】
また、同様に、給湯ヒートポンプ管９５についても、通常運転制御時の流量よりも少ない流量で、給湯用の水を流すように、制御部１１が給湯ポンプ９２を制御するようにしてもよい。
【０２０９】
これにより、除霜運転制御時における室外熱交換器４に到達した時点での一次冷媒の温度は、中間圧水熱交換器４０や第２高圧水熱交換器５２における暖房用の二次冷媒との熱交換によって一次冷媒との熱交換によって、多少低下するため、除霜効果についても多少低下する。しかし、除霜運転制御時において、中間圧側分岐路６７と高圧側分岐路６８とにおける二次冷媒の流れ、および、給湯ヒートポンプ管９５内における給湯用の水の流れを作ることによって、高温の一次冷媒が一カ所に滞留し続けている暖房用の二次冷媒や給湯用の水を加熱し続けることを抑制することができる。これにより、暖房用の二次冷媒や給湯用の水が沸騰してしまうことを抑制することができ、ヒートポンプシステムとしての信頼性を向上させることができる。
【０２１０】
なお、本変形例において、高圧側分岐路６８や給湯ヒートポンプ管９５を通過する流体の流量よりも、中間圧側分岐路６７を通過する流体の流量の方が大きくなるように制御部１１が暖房混合弁６４や給湯ポンプ９２の制御を行ってもよい。これにより、除霜運転制御時においても、中間圧側分岐路６７を流れる暖房用の二次冷媒は、中間圧水熱交換器４０を流れる一次冷媒から積極的に熱を得ることができて暖房負荷に対応しやすくなるだけでなく、ヒートポンプ回路１０においても高段側圧縮機２５が吸入する冷媒密度を上げることができるため効率が向上する。
【０２１１】
＜１６−６＞
上記各実施形態では、暖房バイパス弁６については、制御部１１が暖房バイパス路６９に二次冷媒を流す場合と流さない場合との２つを切り換える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、制御部１１は、暖房バイパス弁６において、暖房バイパス路６９側を流れてくるラジエータ６１で放熱した後の冷たい暖房用の二次冷媒と、上流往き管６５ａを流れてくる中間圧側分岐路６７および高圧側分岐路６８で暖められた暖房用の二次冷媒と、の混合比率を調節するようにしてもよい。なお、制御部１１は、この暖房バイパス弁６における混合比率の調整によって、ラジエータ６１側に送る暖房用の二次冷媒の温度や、暖房タンク９に溜める暖房用の二次冷媒の温度を調節するようにしてもよい。
【０２１３】
＜１６−７＞
上記各実施形態では、通常運転制御においては一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を調節して一次冷媒間熱交換器８における熱交換量を調節し、除霜運転制御時においては膨張弁５ａの開度を全開にして一次バイパス膨張弁５ｂを全閉させ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、通常運転制御における制御は上記実施形態と同様にしつつ、除霜運転制御時においては一次バイパス膨張弁５ｂを、全開まで上げることなく、通常運転制御時における弁開度よりは広げるという程度に制御してもよい。また、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度については、除霜運転制御時において低段側圧縮機２１が吸入する一次冷媒の過熱度が十分に高ければ、一次バイパス膨張弁５ｂの弁開度を上げるように制御部１１が制御することで、一次冷媒間熱交換器８内の第１２高圧管２７ｌを通過する際の一次冷媒の放熱を抑えて、一次バイパス８０を通過させることで、除霜効率を上げるようにしてもよい。
【０２１５】
＜１６−８＞
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から流れてきて合流した後の二次冷媒の温度や、暖房バイパス弁６で合流された後の二次冷媒の温度によって、ラジエータ６１における放熱処理を行う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、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２２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、暖房タンク９に溜まってい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７ｘとしてもよい。この場合には、室外熱交換器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。このような外部熱源部６０Ａを、暖房負荷に対する補助熱源として利用することで、除霜運転制御時における暖房負荷に対しても、通常運転制御時において暖房タンク９で蓄熱された熱量と外部熱源部６０Ａから得られる熱量とを用いて、容易に対応することができるようになる。また、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。
【０２１７】
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２３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８ｘ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、暖房タンク９に蓄えられてい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タンク９内に溜められている暖房用の二次冷媒の冷却を行うようにしてもよい。
【０２１８】
この場合には、室外熱交換器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。
【０２１９】
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。このような外部冷却源部６０Ｂを、通常運転制御においては暖房負荷に対する補助冷却熱源として利用しつつ、除霜運転制御時においては外部冷却源部６０Ｂに供給される給湯用の水の流れを停止させて通常運転制御時において暖房タンク９で蓄熱された熱量によって暖房負荷を処理するようにしてもよい。また、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。
【産業上の利用可能性】
【０２２０】
本発明の冷凍装置は、一次冷媒が循環する回路から二次冷媒が循環する回路への熱の供給が低下することがあっても、二次冷媒が循環する回路による熱負荷処理を継続的に行うことが可能になるため、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】
【０２２１】
１  ヒートポンプシステム
４  室外熱交換器
４ｆ  ファン
５ａ  膨張弁
５ｂ  一次バイパス膨張弁
６  暖房バイパス弁（第１流体バイパス流量調節機構）
７  エコノマイザ熱交換器
８  一次冷媒間熱交換器
９  暖房タンク（第１流体タンク）
１１  制御部
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
２３Ｐ  中間圧圧力センサ
２３Ｔ  中間圧温度センサ
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（冷媒流体間熱交換器、第１熱交換器）
５０  高圧水熱交換器（冷媒流体間熱交換器、第２熱交換器）
５１  第１高圧水熱交換器（第３熱交換器）
５２  第２高圧水熱交換器（第２熱交換器）
５３  第３高圧水熱交換器
６０  暖房回路（第１熱負荷回路）
６１  ラジエータ（第１熱負荷処理部）
６１Ｔ  ラジエータ温度センサ
６２  分流機構（第１流体バイパス流量調節機構）
６３  暖房ポンプ（第１流体バイパス流量調節機構）
６４  暖房混合弁（第１流体バイパス流量調節機構）
６５  暖房往き管
６６  暖房戻り管
６７  中間圧側分岐路
６５Ｔ  暖房往き温度センサ
６６Ｔ  暖房戻り温度センサ
６７Ｔ  中間圧側分岐路温度センサ
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
６９  暖房バイパス路（第１流体バイパス路）
７０  インジェクション路
７２〜７６  第１〜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（第２熱負荷回路）
９１  貯湯タンク（第２熱負荷処理部）
９２  給湯ポンプ（第２流体流量調節機構）
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
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
Ｓ  戻りバイパスポイント（第１部分）
Ｔ  往きバイパスポイント（第２部分）
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】
【０２２２】
【特許文献１】特開２００７−１６３０７１号公報
【図１】
2010216686.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010216686.tif 000011
【図１０】
2010216686.tif 000012
【図１１】
2010216686.tif 000013
【図１２】
2010216686.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010216686.tif 000017
【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】
2010216686.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2010216686.tif 000024
【図２３】
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