(57)【要約】【課題】中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができるヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機２と、冷媒の熱を放出させる放熱器３と、冷媒の圧力を減圧させる減圧部４と、冷媒に熱を吸収させる吸熱器５と、放熱器３および減圧部４の間と、低圧圧縮段および高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路６Ａと、中間流路６Ａに流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部６Ｂと、減圧部４に流入する冷媒および中間減圧部６Ｂにより減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器６Ｃと、中間熱交換器６Ｃにおいて熱交換した後、低圧圧縮段および高圧圧縮段との間に流入する冷媒に含まれる液冷媒を分離するアキュムレータ７と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、
放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、
減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、
前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、
該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、
前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、
該中間熱交換器において熱交換した後、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間に流入する冷媒に含まれる液冷媒を分離するアキュムレータと、
が設けられていることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記アキュムレータにおける底面に溜まった液体を、前記吸熱器および前記圧縮機との間の流路に導く管路が設けられていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、
放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、
減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、
前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、
該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、
前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、
前記吸熱器および前記圧縮機の間を繋ぐ低圧流路と、前記中間流路とを接続する接続流路と、
前記中間流路から前記圧縮機に流入する前記冷媒の流量を調節する第１調節部と、
前記接続流路における前記冷媒の流量を調節する第２調節部と、
が設けられていることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項４】
冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、
放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、
減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、
前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、
該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、
前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、
前記圧縮機および前記放熱器の間を繋ぐ高圧流路と、前記中間流路とを接続する接続流路と、
前記中間流路から前記圧縮機に流入する前記冷媒の流量を調節する第１調節部と、
前記接続流路における前記冷媒の流量を調節する第２調節部と、
が設けられていることを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置、特に、温水暖房装置や、給湯装置や、床暖房装置などに熱を供給するのに好適なヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置が知られている。さらに、オゾン層の破壊を抑制するため、自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いたヒートポンプ装置が知られている。
【０００３】
上述の二酸化炭素を冷媒として用いたヒートポンプ装置の場合、十分な暖房能力や冷房能力を確保するため、言い換えるとエンタルピ差を確保するために、熱交換器により凝縮された冷媒をさらに冷却する中間熱交換器を備えるとともに、二段圧縮を行う圧縮機を備えたヒートポンプ装置（車両用空調装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１５４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたヒートポンプ装置では、中間熱交換器を使用していない場合、言い換えると、ヒートポンプ装置の停止時や、ヒートポンプ装置が運転されているが、中間熱交換器の冷媒回路が閉じている場合に、雰囲気温度が中間圧力の飽和温度よりも高いため、中間熱交換器に係る回路内で冷媒が凝縮していた。
【０００６】
このように、冷媒が凝縮した状態で、再び中間熱交換器が使用されると、つまり、中間熱交換器の冷媒回路が開かれると、凝縮した液冷媒は、圧縮機における中間圧の部分に吸入されていた。言い換えると、圧縮機における高圧段と低圧段との間に吸入されていた。
【０００７】
中間熱交換器に係る回路には、中間熱交換器から圧縮機までの間に熱交換器などの冷媒を蒸発させる構成要素が設けられていないため、ほとんどの液冷媒は蒸発することなく圧縮機に吸入されていた。
【０００８】
液冷媒は、圧縮機に吸入されると、圧縮機の摺動部分の潤滑性を確保する冷凍機油を希釈し、その粘性を低下させていた。そのため、圧縮機における軸受や、ドライブブッシュなどの摺動部分の磨耗が発生するという問題があった。
【０００９】
さらに、液冷媒が大量に圧縮機に吸入された場合には、液圧縮が発生し、圧縮機が破損する可能性があるという問題が合った。
例えば、スクロール型圧縮機の場合には、圧縮室を形成するラップが破損するおそれがあるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に記載の発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、該中間熱交換器において熱交換した後、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間に流入する冷媒に含まれる液冷媒を分離するアキュムレータと、が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、中間流路を介して圧縮機に向かって流れる冷媒は、アキュムレータを通過する際に液冷媒と気体冷媒とに分離され、気体冷媒のみが圧縮機に吸入される。
そのため、中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明においては、前記アキュムレータにおける底面に溜まった液体を、前記吸熱器および前記圧縮機との間の流路に導く管路が設けられていることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、アキュムレータには中間流路から液冷媒、気体冷媒、および、これらの冷媒とともに回路内を循環し、圧縮機における摺動する部分の潤滑を行う潤滑油が流入する。液冷媒、気体冷媒および潤滑油のうち、液体である液冷媒および潤滑油がアキュムレータの内部に取り残され、気体冷媒のみが圧縮機に吸入される。
アキュムレータに貯留された潤滑油は、アキュムレータの内部の圧力と、吸熱器および圧縮機の間の流路における圧力との間の差圧により、管路を介して吸熱器および圧縮機の間の流路に流入する。
【００１５】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、前記吸熱器および前記圧縮機の間を繋ぐ低圧流路と、前記中間流路とを接続する接続流路と、前記中間流路から前記圧縮機に流入する前記冷媒の流量を調節する第１調節部と、前記接続流路における前記冷媒の流量を調節する第２調節部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、中間減圧部を閉じる際に、第１調節部を閉じるとともに第２調節部を開くことにより、中間流路に液冷媒が溜まることを防止できる。そのため、再び中間減圧部を開く際に、中間流路に溜まった液冷媒が圧縮機に吸入されることを防止できる。
【００１７】
つまり、中間減圧部および第１調節部を閉じるとともに、第２調節部を開くことにより、中間流路における中間減圧部から第２調節部までの区間を、低圧流路における圧力と略等しい圧力にまで減圧することができる。そのため、中間流路における圧力を減圧していない場合と比較して、中間流路に液冷媒が溜まりにくくなり、再び中間減圧部を開く際に、中間流路に溜まった液冷媒が圧縮機に吸入されにくくなる。
【００１８】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒の熱を放出させる放熱器と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧部と、減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、前記放熱器および前記減圧部の間と、前記低圧圧縮段および前記高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐ中間流路と、該中間流路に流入した冷媒の圧力を減圧させる中間減圧部と、前記減圧部に流入する冷媒および前記中間減圧部により減圧された冷媒の間の熱交換を行う中間熱交換器と、前記圧縮機および前記放熱器の間を繋ぐ高圧流路と、前記中間流路とを接続する接続流路と、前記中間流路から前記圧縮機に流入する前記冷媒の流量を調節する第１調節部と、前記接続流路における前記冷媒の流量を調節する第２調節部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、例えば、中間減圧部が閉じられて中間流路に液冷媒が溜まった状態から中間減圧部が開かれる場合に、第２調節部を開くとともに第１調節部を閉じることにより、中間流路に溜まっていた液冷媒を、放熱器と減圧部との間の流路に追い出すことができる。そのため、中間流路に溜まった液冷媒が圧縮機に吸入されることを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１および２に記載の発明のヒートポンプ装置によれば、中間流路を介して圧縮機に向かって流れる冷媒は、アキュムレータを通過する際に液冷媒と気体冷媒とに分離され、気体冷媒のみが圧縮機に吸入されるため、中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができるという効果を奏する。
【００２１】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ装置によれば、中間減圧部を閉じる際に、第１調節部を閉じるとともに第２調節部を開くことにより、中間流路に液冷媒が溜まることを防止できるため、中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができるという効果を奏する。
【００２２】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ装置によれば、第２調節部を開くとともに第１調節部を閉じることにより、中間流路に溜まっていた液冷媒を、放熱器と減圧部との間の流路に追い出すことができるため、中間熱交換器から圧縮機への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機の破損を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。
【図３】図２の制御部の構成を説明するブロック図である。
【図４】図２の温水暖房装置における中間熱交換器を使用しない場合の状態を説明する模式図である。
【図５】図３の制御部における制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】図３の制御部における制御方法を説明するフローチャートである。
【図７】図６の制御部における別の制御方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。
【図９】図８の温水暖房装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
【図１０】図８の中間膨張弁の開閉制御を説明するグラフである。
【図１１】図８の第１流量調節弁の開閉制御を説明するグラフである。
【図１２】図８の第２流量調節弁の開閉制御を説明するグラフである。
【図１３】図８の温水暖房装置において液冷媒の追い出し運転が行われている状態を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る温水暖房装置ついて図１を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本発明のヒートポンプ装置を温水暖房装置に適用して説明するが、温水暖房装置に限られることなく、給湯装置や、床暖房装置や、冷凍装置や、冷房装置に適用してもよく、特に限定するものではない。
【００２５】
さらに、本実施形態では、本発明のヒートポンプ装置である温水暖房装置として、自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いたものに適用して説明するが、その他の冷媒を用いたものであってもよく、特に限定するものではない。
【００２６】
温水暖房装置（ヒートポンプ装置）１は、外部から供給された水に熱を加えて温水とし、その温水により暖房を行うものである。
温水暖房装置１には、図１に示すように、圧縮機２と、ガスクーラ（放熱器）３と、膨張弁（減圧部）４と、蒸発器（吸熱器）５と、中間流路６Ａと、中間膨張弁（中間減圧部）６Ｂと、中間熱交換器６Ｃと、アキュムレータ７と、が設けられている。
【００２７】
圧縮機２は、図１に示すように、蒸発器５から気体冷媒を圧縮してガスクーラ３に向けて吐出するものであり、本実施形態では、低圧圧縮段および高圧圧縮段を有する二段圧縮式のものに適用して説明する。
【００２８】
低圧圧縮段は蒸発器５において蒸発した低圧の気体冷媒を吸入して圧縮し、中間圧まで冷媒を昇圧させるものである。
高圧圧縮段は、低圧圧縮段から吐出された中間圧の冷媒、および、中間膨張弁６Ｂにより中間圧まで減圧された冷媒を吸入して圧縮し、高圧の冷媒をガスクーラ３に向けて吐出するものである。このようにして高圧圧縮段から吐出された冷媒は、超臨界状態とされている。
【００２９】
本実施形態における圧縮機２としては、例えば、低圧圧縮段および高圧圧縮段に旋回スクロール型圧縮機を用いたものなど、公知の圧縮機を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３０】
ガスクーラ３は、図１に示すように、圧縮機２から吐出された超臨界状態の冷媒と、外部から供給された水との間で熱交換を行うものである。
ガスクーラ３は、圧縮機２と膨張弁４との間に配置されているとともに、水または温水が流通する水配管３１が貫通するように配置されている。
【００３１】
なお、ガスクーラ３の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３２】
膨張弁４は、図１に示すように、ガスクーラ３において放熱した冷媒を断熱膨張させ、冷媒の圧力を減圧するものである。
膨張弁４は、ガスクーラ３と蒸発器５との間に配置されており、さらに詳しくは、中間熱交換器６Ｃと蒸発器５との間に配置されている。
【００３３】
なお、膨張弁４の構成および制御方法としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３４】
蒸発器５は、図１に示すように、膨張弁４において減圧された冷媒に熱を吸収させて蒸発させ、冷媒を気化させるものである。
蒸発器５は、膨張弁４と圧縮機２の間に配置されており、さらに詳しくは、圧縮機２の低圧圧縮段と冷媒が流通可能に接続されている。
【００３５】
なお、蒸発器５の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３６】
中間流路６Ａは、図１に示すように、ガスクーラ３と膨張弁４との間の流路と、圧縮機２の低圧圧縮段と高圧圧縮段との間を冷媒が流通可能に繋ぐものであり、さらに詳しくは、圧縮機２の高圧圧縮段における冷媒の吸入部に冷媒を供給可能に接続されている。
【００３７】
中間流路６Ａには、中間膨張弁６Ｂと、アキュムレータ７とが設けられている。さらに、中間膨張弁６Ｂにより減圧された冷媒が流れる中間流路６Ａの領域と、ガスクーラ３と膨張弁４との間の流路との間で熱交換を行う中間熱交換器６Ｃが配置されている。
なお、中間流路６Ａとしては、公知の配管などを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３８】
中間膨張弁６Ｂは、図１に示すように、ガスクーラ３および膨張弁４の間の流路から、中間流路６Ａに流入した冷媒を断熱膨張させ、冷媒の圧力を減圧するものである。
中間膨張弁６Ｂは中間流路６Ａに設けられ、さらに詳しくは、中間流路６Ａにおける、ガスクーラ３および膨張弁４の間の流路と、中間熱交換器６Ｃとの間に設けられている。
【００３９】
中間膨張弁６Ｂの構成および制御方法としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではい。
【００４０】
中間熱交換器６Ｃは、中間流路６Ａを流れる冷媒と、ガスクーラ３から膨張弁４に向かって流れる冷媒との間で熱交換を行うものである。さらに詳しくは、中間膨張弁６Ｂにより断熱膨張された低温の冷媒と、ガスクーラ３から膨張弁４に向かって流れる冷媒との間で熱交換を行うものである。
【００４１】
中間熱交換器６Ｃは、中間流路６Ａにおける中間膨張弁６Ｂと圧縮機２との間に配置され、かつ、ガスクーラ３および膨張弁４の間の流路における中間流路６Ａとの接続部と、膨張弁４との間の配置されている。言い換えると、中間流路６Ａおよびガスクーラ３および膨張弁４の間の流路が貫通するように構成されている。
中間熱交換器６Ｃとしては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４２】
アキュムレータ７は、図１に示すように、中間流路６Ａを流れる液体、例えば液冷媒や圧縮機２の潤滑油を捕集し、気体冷媒のみを圧縮機２に供給するものである。
アキュムレータ７には、管路７１が設けられている。
【００４３】
さらに、アキュムレータ７に断熱材またはヒータが設けられていることが望ましい。
このようにすることで、アキュムレータ７に捕集された液冷媒の蒸発気化を促進することができる。
【００４４】
アキュムレータ７の配置位置としては、熱源に近い場所が好ましい。例えば、圧縮機２の近くや、ガスクーラ３の近くや、圧縮機２からガスクーラ３に吐出冷媒を導く吐出配管の近くを例示することができる。
【００４５】
このようにすることで、アキュムレータ７に捕集された液冷媒を早期に蒸発させることができ、気化した冷媒を圧縮機２に吸入させることができる。
【００４６】
管路７１は、図１に示すように、アキュムレータ７の底に貯留した圧縮機２の潤滑油を、圧縮機２、具体的には圧縮機２の低圧圧縮段に供給するものである。
管路７１は、アキュムレータ７の底面と、蒸発器５および圧縮機２の間の流路とを接続して配置されている。
【００４７】
次に、上記の構成からなる温水暖房装置１における温水の供給について図１を参照しながら説明する。
【００４８】
温水暖房装置１により温水を供給して暖房を行う場合には、図１に示すように、圧縮機２から高圧に昇圧された冷媒がガスクーラ３に向けて吐出される。圧縮機２から吐出された超臨界状態の冷媒はガスクーラ３に流入し、水配管３１を流れる水と熱交換を行う。つまり、超臨界状態の冷媒は、冷媒が有する熱を、水配管３１を流れる水に放熱し、水を温水とする。その一方で、超臨界状態の冷媒の温度は低下する。
【００４９】
ガスクーラ３において生成された温水は、水配管３１を介して温水暖房装置１の外部に配置された暖房設備に供給され、暖房に用いられる。
【００５０】
ガスクーラ３において冷却された冷媒は、ガスクーラ３から膨張弁４に向けて流出する。膨張弁４に向かう冷媒の一部は、途中で分岐する中間流路６Ａに流入し、残りの冷媒は膨張弁４に向かって流れる。
【００５１】
中間流路６Ａに流入した冷媒は、中間膨張弁６Ｂにおいて断熱膨張され、中間圧まで減圧される。中間膨張弁６Ｂを通過して温度が低下した冷媒は、中間熱交換器６Ｃに流入し、膨張弁４に向かって流れる冷媒との間で熱交換を行う。
【００５２】
具体的には、中間膨張弁６Ｂを通過した冷媒は、膨張弁４に向かって流れる冷媒から熱を奪うことにより蒸発し、気体冷媒となる。その一方で、膨張弁４に向かって流れる冷媒は、熱を奪われることにより、その温度がさらに低下する。
【００５３】
中間熱交換器６Ｃにおいて蒸発した気体冷媒は、中間流路６Ａを圧縮機２に向かって流れ、アキュムレータ７に流入する。アキュムレータ７では、流入する冷媒に含まれる液冷媒や圧縮機２の潤滑油などの液体が捕集され、気体冷媒のみがアキュムレータ７から圧縮機２に向かって通過する。
【００５４】
アキュムレータ７に捕集された液冷媒の一部は、管路７１を介して蒸発器５と圧縮機２との間を繋ぐ流路に流入する。また、残りの一部は、外部から侵入した熱などを吸収して蒸発し、アキュムレータ７から流出して圧縮機２に吸入される。
その一方で、アキュムレータ７に捕集された圧縮機２の潤滑油は、管路７１を介して蒸発器５と圧縮機２との間を繋ぐ流路に流入する。
【００５５】
ここで、アキュムレータ７は、中間流路６Ａを介して、圧縮機２における低圧圧縮段と高圧圧縮段との間、つまり、中間圧の領域と接続されているため、アキュムレータ７の内部は中間圧となっている。その一方で、蒸発器５と圧縮機２との間を繋ぐ流路は、圧縮機２の低圧圧縮段における吸入部と接続されているため、上述の中間圧と比較して圧力の低い低圧となっている。
【００５６】
そのため、管路７１における両端部の間には圧力差が生じ、潤滑油はこの差圧によりアキュムレータ７から蒸発器５と圧縮機２との間を繋ぐ流路に供給される。
【００５７】
その一方で、ガスクーラ３から膨張弁４に向かう冷媒は、中間熱交換器６Ｃにおいてさらに冷却され、膨張弁４を通過する際に断熱膨張され、上述の低圧まで減圧される。減圧された冷媒は蒸発器５に流入し、他の熱を吸収して蒸発して、気体冷媒となる。他の熱としては、外気の熱などを例示することができる。
【００５８】
蒸発器５において気化した気体冷媒は、蒸発器５から圧縮機２の低圧圧縮段に吸入される。このとき、管路７１を介して供給された潤滑油も同時に圧縮機２の低圧圧縮段に吸入される。
【００５９】
圧縮機２の低圧圧縮段は、電動モータなどの駆動源（図示せず）により駆動されることにより、吸入した低圧の冷媒を圧縮して、中間圧まで昇圧する。中間圧まで圧縮された冷媒は、低圧圧縮段から吐出され、さらに、高圧圧縮段に吸入される。
【００６０】
高圧圧縮段は、低圧圧縮段と同様に駆動源（図示せず）により駆動されることにより、低圧圧縮段により昇圧された冷媒、および、中間流路６Ａから流入した冷媒を吸入し、中間圧の冷媒を圧縮して、中間圧よりも圧力の高い高圧まで昇圧する。高圧まで圧縮された冷媒は、高圧圧縮段からガスクーラ３に向けて吐出される。
【００６１】
以後、上述の過程が繰り返されることにより、温水暖房装置１が連続運転され、温水が連続して供給される。
【００６２】
上記の構成によれば、中間流路６Ａを介して圧縮機２に向かって流れる冷媒は、アキュムレータ７を通過する際に液冷媒と気体冷媒とに分離され、気体冷媒のみが圧縮機２に吸入される。
そのため、中間熱交換器６Ｃから圧縮機２への液冷媒の吸入を防止するとともに、当該液冷媒の吸入による圧縮機２の破損を防止することができる。
【００６３】
アキュムレータ７に貯留された潤滑油は、アキュムレータ７の内部の圧力と、蒸発器５および圧縮機２の間の流路における圧力との間の差圧により、管路７１を介して蒸発器５および圧縮機２の間の流路に流入する。
そのため、当該潤滑油は圧縮機２に供給されることになり、圧縮機２における潤滑油不足を防止することができる。
【００６４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図２から図７を参照して説明する。
本実施形態の温水暖房装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、中間流路の周辺における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図２から図７を用いて中間流路の近傍の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図２は、本実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。図３は、図２の制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
温水暖房装置１０１には、図２および図３に示すように、圧縮機２と、ガスクーラ３と、膨張弁４と、蒸発器５と、中間流路６Ａと、中間膨張弁６Ｂと、中間熱交換器６Ｃと、接続流路１０７と、第１流量調節弁（調節部）１０８Ａと、第２流量調節弁（調節部）１０８Ｂと、制御部１０９と、が設けられている。
【００６６】
接続流路１０７は、図２に示すように、中間流路６Ａと、蒸発器５および圧縮機２の間の流路との間で、冷媒の流通を可能に接続するものである。より具体的には、接続流路１０７の一方の端部が、中間流路６Ａにおける中間熱交換器６Ｃと第１流量調節弁１０８Ａとの間に接続され、他方の端部が、蒸発器５および圧縮機２の間の流路に接続されている。さらに、接続流路１０７には、第２流量調節弁１０８Ｂが設けられている。
なお、接続流路１０７としては、公知の配管などを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６７】
第１流量調節弁１０８Ａは、図２に示すように、中間流路６Ａを流れ、圧縮機２に流入する冷媒の流量を調節する弁であり、本実施形態では、第１流量調節弁１０８Ａとして開閉弁を用いた例に適用して説明する。
【００６８】
第１流量調節弁１０８Ａは、図２に示すように、中間流路６Ａにおける接続流路１０７との接続部と、圧縮機２との接続部の間に配置されるとともに、図３に示すように、制御部１０９から弁の開閉を制御する制御信号が入力されている。
なお、第１流量調節弁１０８Ａとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６９】
第２流量調節弁１０８Ｂは、図２に示すように、接続流路１０７における冷媒の流れを調節する弁であり、本実施形態では、第２流量調節弁１０８Ｂとして開閉弁を用いた例に適用して説明する。
【００７０】
第２流量調節弁１０８Ｂは、図２に示すように、接続流路１０７に配置されているとともに、図３に示すように、制御部１０９から弁の開閉を制御する制御信号が入力されている。
なお、第２流量調節弁１０８Ｂとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７１】
制御部１０９は、図３に示すように、第１流量調節弁１０８Ａ、第２流量調節弁１０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂを制御するものである。ここで、本実施形態における中間膨張弁６Ｂは、制御部１０９から入力される制御信号に基づいて、弁の開度が制御される電子膨張弁に適用して説明する。
制御部１０９による第１流量調節弁１０８Ａ、第２流量調節弁１０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂの制御方法については、以下に説明する。
【００７２】
次に、上記の構成からなる温水暖房装置１０１における温水の供給について図２を参照しながら説明する。
まず、中間熱交換器６Ｃにおける熱交換を行う場合について説明する。この場合、第１流量調節弁１０８Ａは開かれ、第２流量調節弁１０８Ｂは閉じられている。
【００７３】
温水暖房装置１０１により温水を供給して暖房を行う場合には、図２に示すように、圧縮機２から高圧に昇圧された冷媒がガスクーラ３に向けて吐出される。ガスクーラ３において、圧縮機２から吐出された超臨界状態の冷媒は、水配管３１を流れる水に冷媒が有する熱を放熱し、水を温水とする。
【００７４】
ガスクーラ３において生成された温水は、水配管３１を介して温水暖房装置１の外部に配置された暖房設備に供給され、暖房に用いられる。
【００７５】
ガスクーラ３において冷却された冷媒は、ガスクーラ３から膨張弁４に向けて流出する。膨張弁４に向かう冷媒の一部は、途中で分岐する中間流路６Ａに流入し、残りの冷媒は膨張弁４に向かって流れる。
【００７６】
中間流路６Ａに流入した冷媒は、中間膨張弁６Ｂにおいて断熱膨張され、中間圧まで減圧される。中間膨張弁６Ｂを通過して温度が低下した冷媒は、中間熱交換器６Ｃに流入し、膨張弁４に向かって流れる冷媒との間で熱交換を行う。
中間熱交換器６Ｃにおいて蒸発した気体冷媒は、中間流路６Ａおよび第１流量調節弁１０８Ａを介して圧縮機２の高圧圧縮段に吸入される。
【００７７】
その一方で、ガスクーラ３から膨張弁４に向かう冷媒における以後の流れについては、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００７８】
図４は、図２の温水暖房装置における中間熱交換器を使用しない場合の状態を説明する模式図である。
次に、中間熱交換器６Ｃにおける熱交換を行わない場合について説明する。この場合、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁１０８Ａは閉じられ、第２流量調節弁１０８Ｂは開かれている。
【００７９】
この場合、図４に示すように、圧縮機２により高圧に昇圧された冷媒は、ガスクーラ３において、水配管３１を流れる水に冷媒が有する熱を放熱し、水を温水とする。
ガスクーラ３において生成された温水は、水配管３１を介して温水暖房装置１の外部に配置された暖房設備に供給され、暖房に用いられる。
【００８０】
ガスクーラ３において冷却された冷媒は、ガスクーラ３から膨張弁４に向けて流出し、中間流路６Ａに流入することなく、全ての冷媒は膨張弁４に向かって流れる。
中間熱交換器６Ｃでは、中間流路６Ａに中間圧に減圧された冷媒が流れないため、膨張弁４に向かって流れる冷媒の冷却は行われない。
以後の冷媒の流れについては、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８１】
次に、制御部１０９による第１流量調節弁１０８Ａ、第２流量調節弁１０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂの制御について説明する。
まず、中間熱交換器６Ｃが使用されている状態から、使用されていない状態に制御する場合について説明する。
図５は、図３の制御部における制御方法を説明するフローチャートである。
【００８２】
中間熱交換器６Ｃが使用されている状態では、図２に示すように、第１流量調節弁１０８Ａおよび中間膨張弁６Ｂが開かれており、第２流量調節弁１０８Ｂが閉じられている。
この状態から中間熱交換器６Ｃの使用を中止する場合には、図５に示すように、制御部１０９は、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁１０８Ａを閉じる制御信号を出力し、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁１０８Ａが閉じられる（Ｓ１）。
そして、制御部１０９は、第２流量調節弁１０８Ｂを開く制御信号を出力し、第２流量調節弁１０８Ｂが開かれる（Ｓ２）。
【００８３】
このように、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁１０８Ａが閉じられ、第２流量調節弁１０８Ｂが開かれているため、中間熱交換器６Ｃは低圧部とほぼ同じ圧力となるため、中間熱交換器６Ｃを使用していない場合であっても、中間流路６Ａに液冷媒が溜まりにくくなる。
【００８４】
つまり、中間流路６Ａにおける中間膨張弁６Ｂから第１流量調節弁１０８Ａまでの区間は、接続流路１０７および第２流量調節弁１０８Ｂを介して、圧縮機２における低圧圧縮段の吸入部と連通しているため、中間圧よりも圧力の低い低圧となっている。そのため、中間流路６Ａの内部が中間圧に保たれている場合と比較して、冷媒が液化する温度が低くなり、液冷媒が溜まりにくくなる。
【００８５】
次に、中間熱交換器６Ｃが使用されていない状態から、使用されている状態に制御する場合について説明する。
図６は、図３の制御部における制御方法を説明するフローチャートである。
【００８６】
中間熱交換器６Ｃが使用されていない状態では、図４に示すように、第１流量調節弁１０８Ａおよび中間膨張弁６Ｂが閉じられており、第２流量調節弁１０８Ｂが開かれている。
この状態から中間熱交換器６Ｃの使用を開始または再開する場合には、図６に示すように、制御部１０９は、中間膨張弁６Ｂを開く制御信号を出力し、中間膨張弁６Ｂが開かれる（Ｓ１１）。そして、第１流量調節弁１０８Ａを開く制御信号が出力され、第１流量調節弁１０８Ａが開かれる（Ｓ１２）。さらに、第２流量調節弁１０８Ｂを閉じる制御信号が出力され、第２流量調節弁１０８Ｂが閉じられる（Ｓ１３）。
【００８７】
図７は、図６の制御部における別の制御方法を説明するフローチャートである。
なお、上述のように、第１流量調節弁１０８Ａ、第２流量調節弁１０８Ｂの開閉制御を、時間間隔を特に規定することなく行ってもよいし、図７に示すように、第１流量調節弁１０８Ａの制御（Ｓ１２）と、第２流量調節弁１０８Ｂの制御（Ｓ１３）との間に、所定の時間間隔をあける（Ｓ１４）を設けてもよく、特に限定するものではない。
【００８８】
上記の構成によれば、中間膨張弁６Ｂを閉じる際に、第１流量調節弁１０８Ａを閉じるとともに第２流量調節弁１０８Ｂを開くことにより、中間流路６Ａに液冷媒が溜まることを防止できる。そのため、再び中間膨張弁６Ｂを開く際に、中間流路６Ａに溜まった液冷媒が圧縮機２に吸入されることを防止できる。
【００８９】
つまり、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁１０８Ａを閉じるとともに、第２流量調節弁１０８Ｂを開くことにより、中間流路６Ａにおける中間膨張弁６Ｂから第２流量調節弁１０８Ｂまでの区間を、低圧の流路における圧力と略等しい圧力にまで減圧することができる。そのため、中間流路６Ａにおける圧力を減圧していない場合と比較して、中間流路６Ａに液冷媒が溜まりにくくなり、再び中間膨張弁６Ｂを開く際に、中間流路６Ａに溜まった液冷媒が圧縮機２に吸入されにくくなる。
【００９０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図８から図１３を参照して説明する。
本実施形態の温水暖房装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、中間流路の周辺における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８から図１３を用いて中間流路の近傍の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係る温水暖房装置の構成を説明する模式図である。図９は、図８の温水暖房装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
温水暖房装置２０１には、図８および図９に示すように、圧縮機２と、ガスクーラ３と、膨張弁４と、蒸発器５と、中間流路６Ａと、中間膨張弁６Ｂと、中間熱交換器６Ｃと、接続流路２０７と、第１流量調節弁（調節部）２０８Ａと、第２流量調節弁（調節部）２０８Ｂと、制御部２０９と、が設けられている。
【００９２】
接続流路２０７は、図８に示すように、圧縮機２およびガスクーラ３の間の流路と、中間流路６Ａとの間で、冷媒の流通を可能に接続するものである。より具体的には、接続流路２０７の一方の端部が、中間流路６Ａにおける中間熱交換器６Ｃと第１流量調節弁２０８Ａとの間に接続され、他方の端部が、圧縮機２およびガスクーラ３の間の流路に接続されている。さらに、接続流路２０７には、第２流量調節弁２０８Ｂが設けられている。
なお、接続流路２０７としては、公知の配管などを用いることができ、特に限定するものではない。
【００９３】
第１流量調節弁２０８Ａは、図８に示すように、中間流路６Ａを流れ、圧縮機２に流入する冷媒の流量を調節する弁であり、本実施形態では、第１流量調節弁２０８Ａとして開閉弁を用いた例に適用して説明する。
【００９４】
第１流量調節弁２０８Ａは、図８に示すように、中間流路６Ａにおける接続流路２０７との接続部と、圧縮機２との接続部の間に配置されるとともに、図９に示すように、制御部２０９から弁の開閉を制御する制御信号が入力されている。
なお、第１流量調節弁２０８Ａとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００９５】
第２流量調節弁２０８Ｂは、図８に示すように、接続流路２０７における冷媒の流れを調節する弁であり、本実施形態では、第２流量調節弁２０８Ｂとして開閉弁を用いた例に適用して説明する。
【００９６】
第２流量調節弁２０８Ｂは、図８に示すように、接続流路２０７に配置されているとともに、図９に示すように、制御部２０９から弁の開閉を制御する制御信号が入力されている。
なお、第２流量調節弁２０８Ｂとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００９７】
制御部２０９は、図９に示すように、第１流量調節弁２０８Ａ、第２流量調節弁２０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂを制御するものである。ここで、本実施形態における中間膨張弁６Ｂは、制御部２０９から入力される制御信号に基づいて、弁の開度が制御される電子膨張弁に適用して説明する。
制御部２０９による第１流量調節弁２０８Ａ、第２流量調節弁２０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂの制御方法については、以下に説明する。
【００９８】
次に、上記の構成からなる温水暖房装置２０１における温水の供給について図８を参照しながら説明する。
まず、中間熱交換器６Ｃにおける熱交換を行う場合について説明する。この場合、第１流量調節弁２０８Ａは開かれ、第２流量調節弁２０８Ｂは閉じられている。
【００９９】
温水暖房装置２０１により温水を供給して暖房を行う場合には、図８に示すように、圧縮機２から高圧に昇圧された冷媒がガスクーラ３に向けて吐出される。ガスクーラ３において、圧縮機２から吐出された超臨界状態の冷媒は、水配管３１を流れる水に冷媒が有する熱を放熱し、水を温水とする。
【０１００】
ガスクーラ３において生成された温水は、水配管３１を介して温水暖房装置１の外部に配置された暖房設備に供給され、暖房に用いられる。
【０１０１】
ガスクーラ３において冷却された冷媒は、ガスクーラ３から膨張弁４に向けて流出する。膨張弁４に向かう冷媒の一部は、途中で分岐する中間流路６Ａに流入し、残りの冷媒は膨張弁４に向かって流れる。
【０１０２】
中間流路６Ａに流入した冷媒は、中間膨張弁６Ｂにおいて断熱膨張され、中間圧まで減圧される。中間膨張弁６Ｂを通過して温度が低下した冷媒は、中間熱交換器６Ｃに流入し、膨張弁４に向かって流れる冷媒との間で熱交換を行う。
中間熱交換器６Ｃにおいて蒸発した気体冷媒は、中間流路６Ａおよび第１流量調節弁２０８Ａを介して圧縮機２の高圧圧縮段に吸入される。
【０１０３】
その一方で、ガスクーラ３から膨張弁４に向かう冷媒における以後の流れについては、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０４】
次に、本実施形態の特徴である中間流路６Ａに溜まった液冷媒の追い出し運転に係る制御、言い換えると、制御部２０９による第１流量調節弁２０８Ａ、第２流量調節弁２０８Ｂおよび中間膨張弁６Ｂの制御について説明する。
図１０は、図８の中間膨張弁の開閉制御を説明するグラフである。図１１は、図８の第１流量調節弁の開閉制御を説明するグラフである。図１２は、図８の第２流量調節弁の開閉制御を説明するグラフである。
【０１０５】
中間流路６Ａに液冷媒が溜まる状況としては、例えば、図１０から図１２における時間ｔ１以前に示すように、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁２０８Ａが閉じられ、第２流量調節弁２０８Ｂが開かれた状態が挙げられる。このような状態で、中間流路６Ａの周囲の温度が低く、中間流路６Ａの内部で冷媒が凝縮するため、中間流路６Ａに液冷媒が溜まると考えられる。
【０１０６】
そこで、中間流路６Ａに溜まった液冷媒を追い出す場合には、液冷媒の追い出し制御が開始（ｔ１）されると、言い換えると、それまで閉じていた中間膨張弁６Ｂが開き、その開度が０より大きくなると、制御部２０９から第１流量調節弁２０８Ａに対して弁を開く制御信号（ＯＮ信号）が出力され、第２流量調節弁２０８Ｂに対して弁を閉じる制御信号（ＯＦＦ信号）が出力される。
【０１０７】
図１３は、図８の温水暖房装置において液冷媒の追い出し運転が行われている状態を説明する模式図である。
中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁２０８Ａが開かれ、第２流量調節弁２０８Ｂが閉じられた状態における温水暖房装置２０１では、図１３に示すように冷媒が循環し、中間流路６Ａに溜まった液冷媒が、中間流路６Ａから追い出される。
【０１０８】
具体的には、圧縮機２から吐出された高圧の冷媒の一部は、圧縮機２からガスクーラ３に向かう途中で分岐する接続流路２０７に流入する。接続流路２０７に流入した高圧の冷媒は、第２流量調節弁２０８Ｂを通過して、中間流路６Ａに流入する。
ここで、第１流量調節弁２０８Ａは閉じられ、中間膨張弁６Ｂは開かれているため、高圧の冷媒は、中間流路６Ａを中間膨張弁６Ｂに向かって流れる。言い換えると、中間膨張弁６Ｂを介して接続されたガスクーラ３および膨張弁４の間の流路に向かって流れる。
【０１０９】
中間流路６Ａの内部に溜まっていた液冷媒は、上述の高圧の冷媒に押し流され、ガスクーラ３および膨張弁４の間の流路に流入する。言い換えると、中間流路６Ａから追い出される。
【０１１０】
液冷媒の追い出し運転が継続されている間に、以下に説明するいずれかの条件が満たされると、制御部２０９は、液冷媒の追い出し運転を終了する。
追い出し運転の終了に関する条件は、
（１）中間流路６Ａにおける冷媒の圧力（中間圧）が、外気温度に約５℃加えた温度における冷媒の飽和圧力よりも大きくなった場合。
（２）圧縮機２における低圧圧縮段の吸入部近傍の圧力（ＬＰ）が、外気温度から約５℃引いた温度における冷媒の飽和圧力よりも小さくなった場合。
（３）圧縮機２における高圧圧縮段から吐出された冷媒の温度（Ｔｄ）が、約１１５℃よりも高くなった場合。
（４）液冷媒の追い出し運転の継続時間が３分以上になった場合。
が一例として挙げられる。
【０１１１】
液冷媒の追い出し運転の終了が開始（ｔ２）されると、制御部２０９は、図１０から図１２に示すように、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁２０８Ａを閉じる信号（ＯＦＦ信号）を出力し、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁２０８Ａは閉じられる。
中間膨張弁６Ｂは、第１流量調節弁２０８Ａと比較して弁の開閉が遅いため、制御信号が入力（ｔ２）されてから、若干遅れて完全に閉じられる。
【０１１２】
制御部２０９は、中間膨張弁６Ｂおよび第１流量調節弁２０８Ａに対して制御信号を出力して、所定時間、例えば、数秒後に第２流量調節弁２０８Ｂを開く制御信号（ＯＮ信号）を出力する（ｔ３）。
【０１１３】
その後、制御部２０９は、完全に閉じられた中間膨張弁６Ｂに対して、過熱度制御に基づく弁の開閉を行う制御信号を出力する（ｔ４）。中間膨張弁６Ｂは、例えば、中間流路６Ａの内部を流れる冷媒であって、中間熱交換器６Ｃから流出した直後の冷媒の過熱度に基づいて弁の開度が制御される。
【０１１４】
上記の構成によれば、例えば、中間膨張弁６Ｂが閉じられて中間流路６Ａに液冷媒が溜まった状態から中間膨張弁６Ｂが開かれる場合に、第２流量調節弁２０８Ｂを開くとともに第１流量調節弁２０８Ａを閉じることにより、中間流路６Ａに溜まっていた液冷媒を、ガスクーラ３と膨張弁４との間の流路に追い出すことができる。そのため、中間流路６Ａに溜まった液冷媒が圧縮機２に吸入されることを防止できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１０１，２０１  温水暖房装置（ヒートポンプ装置）
２  圧縮機
３  ガスクーラ（放熱器）
４  膨張弁（減圧部）
５  蒸発器（吸熱器）
６Ａ  中間流路
６Ｂ  中間膨張弁（中間減圧部）
６Ｃ  中間熱交換器
７  アキュムレータ
７１  キャピラリ（管路）
１０７，２０７  接続流路
１０８Ａ，２０８Ａ  第１流量調節弁（調節部）
１０８Ｂ，２０８Ｂ  第２流量調節弁（調節部）
１０９，２０９  制御部
【図１】
2010159893.tif 000003
【図２】
2010159893.tif 000004
【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】
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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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