(57)【要約】【課題】ヒートポンプでくみ上げる温度差を低減して効率のよいヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】第一ヒートポンプ２は、第一蒸発器７と第二蒸発器８とを有する。第二ヒートポンプ３は、第一蒸発器７を兼ねる凝縮器１２を介して、第一ヒートポンプ２と接続される。第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８と、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４とに、熱源流体（１６）が順に通される。第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、被加温流体（９）を相変化させずに加温する。【選択図】図１
2014062701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一蒸発器と第二蒸発器とを有する第一ヒートポンプと、
前記第一蒸発器を兼ねる凝縮器を介して前記第一ヒートポンプと接続される第二ヒートポンプとを備え、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、熱源流体が順に通され、
前記第一ヒートポンプの凝縮器において、被加温流体を相変化させずに加温する
ことを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記第一ヒートポンプは、複数段のヒートポンプから構成され、
前記第一ヒートポンプを構成する各段のヒートポンプは、蒸発器として第一蒸発器と第二蒸発器とを備え、
前記各第一蒸発器は、隣接する上下のヒートポンプ同士を接続し、
熱源流体は、上段のヒートポンプから順次下段のヒートポンプへと、前記各第二蒸発器を順に通される
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
熱源流体と被加温流体とを熱交換する熱交換器をさらに備え、
この熱交換器を通過後の熱源流体が、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器に通される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記第一ヒートポンプの凝縮器において、被加温流体としての空気、水または油を加温する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記第一ヒートポンプの凝縮器に、被加温流体としての空気、水または油を通して、前記第一ヒートポンプの冷媒を冷却しつつ、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、熱源流体として空気、水または油を通して、これら流体の冷却を図る
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムを用いた冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いたヒートポンプシステムと、それを用いた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、蒸発器（１）において排温水等から熱をくみ上げ、凝縮器（３）において水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプが知られている。
【０００３】
また、下記特許文献２に開示されるように、ヒートポンプを上下複数段（ＨＰ１，ＨＰ２）で構成し、上下のヒートポンプを接続する熱交換器（ＨＥ１）を通して給水を加熱し、最上段のヒートポンプ（ＨＰ２）の凝縮器（ＨＥ２）から蒸気を取り出すシステムも提案されている。
【０００４】
さらに、下記特許文献３に開示されるように、ヒートポンプ（１０，１０´）を左右並列に設置し、各ヒートポンプの凝縮器（１２，１２´）に水を通して高温水を得る装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−４０４５１号公報（第２図）
【特許文献２】特開２００６−３４８８７６号公報（図１）
【特許文献３】実開昭６０−２３６６９号公報（第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の発明のように、単段のヒートポンプを用いるだけでは、熱をくみ上げる温度差、つまり蒸発器側と凝縮器側との温度差が大きく、ヒートポンプの効率が悪い。
【０００７】
また、前記特許文献２に記載の発明のように、ヒートポンプを単に上下複数段に設置しても、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献１に記載の発明と同様に、ヒートポンプ全体で見た場合のくみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載の発明のように、ヒートポンプを左右並列に設置しても、左右のヒートポンプが同一構成で、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献２に記載の発明と同様に、くみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。
【０００９】
さらに、熱源流体が温水や排ガスなどであり、ヒートポンプに熱（顕熱）を与えつつ自身は温度低下を伴う場合、左右同一構成で並列に設置されたヒートポンプに熱源流体を通すだけでは、下流側のヒートポンプでは熱源流体の温度が低下してしまうので、これを考慮する必要もある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることにある。また、熱源流体がヒートポンプに顕熱を与える場合、それに伴う温度低下にも対応できるヒートポンプシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、第一蒸発器と第二蒸発器とを有する第一ヒートポンプと、前記第一蒸発器を兼ねる凝縮器を介して前記第一ヒートポンプと接続される第二ヒートポンプとを備え、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、熱源流体が順に通され、前記第一ヒートポンプの凝縮器において、被加温流体を相変化させずに加温することを特徴とするヒートポンプシステムである。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、第一ヒートポンプの第二蒸発器と、第二ヒートポンプの蒸発器とから熱をくみ上げて、第一ヒートポンプの凝縮器において、被加温流体を相変化させずに加温することができる。この際、熱源流体は、第一ヒートポンプの第二蒸発器を通された後、第二ヒートポンプの蒸発器に通される。これにより、第一ヒートポンプの第二蒸発器において熱源流体が冷やされた分を第二ヒートポンプがカバーして、第二蒸発器を通過後の熱源流体からも再び熱をくみ上げることができる。また、第一ヒートポンプでは、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機の電力を少なくでき、ヒートポンプシステムの効率を向上することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記第一ヒートポンプは、複数段のヒートポンプから構成され、前記第一ヒートポンプを構成する各段のヒートポンプは、蒸発器として第一蒸発器と第二蒸発器とを備え、前記各第一蒸発器は、隣接する上下のヒートポンプ同士を接続し、熱源流体は、上段のヒートポンプから順次下段のヒートポンプへと、前記各第二蒸発器を順に通されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステムである。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、ヒートポンプシステム全体でみると、三段以上のヒートポンプから構成されることになる。そして、熱源流体は、上段のヒートポンプから順次下段のヒートポンプへと、第一ヒートポンプの各第二蒸発器を順に通された後、第二ヒートポンプの蒸発器に通され、第一ヒートポンプの最上段の凝縮器において、被加温流体を相変化させずに加温することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、熱源流体と被加温流体とを熱交換する熱交換器をさらに備え、この熱交換器を通過後の熱源流体が、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器に通されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプシステムである。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、熱源流体は、熱交換器にて被加温流体と直接または間接に熱交換した後、第一ヒートポンプの第二蒸発器へ送られる。仮に前記熱交換器がない場合、熱源流体の初期温度が第一ヒートポンプの凝縮器での被加温流体の加温目標温度よりも高いと、エクセルギーに無駄を生じるおそれがある。ところが、本請求項に記載の発明によれば、前記熱交換器において、ヒートポンプを用いることなく被加温流体を加温した後、ヒートポンプの熱源とすることができる。これにより、高温の熱源流体を単にヒートポンプの熱源とするだけの場合よりも、ヒートポンプの消費電力を下げることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記第一ヒートポンプの凝縮器において、被加温流体としての空気、水または油を加温することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムである。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、空気を温めて温風としたり、水を温めて温水としたり、各種油を温めたりすることができる。
【００１９】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記第一ヒートポンプの凝縮器に、被加温流体としての空気、水または油を通して、前記第一ヒートポンプの冷媒を冷却しつつ、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、熱源流体として空気、水または油を通して、これら流体の冷却を図ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムを用いた冷却システムである。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、前記各請求項に記載のヒートポンプシステムを冷凍機のような冷却システムとして用いることができる。つまり、第一ヒートポンプの凝縮器において、ヒートポンプの冷媒を空冷、水冷または油冷しながら、第一ヒートポンプの第二蒸発器や、第二ヒートポンプの蒸発器において、各種流体の冷却を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることができる。また、熱源流体がヒートポンプに顕熱を与える場合、それに伴う温度低下にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のヒートポンプシステムの実施例１を示す概略図である。
【図２】理想サイクルのＴ−Ｓ線図である。
【図３】従来公知の単段のヒートポンプ（逆カルノーサイクル）のＴ−Ｓ線図である。
【図４】先願の蒸気発生システムおよび本発明のヒートポンプシステムの実施例１のＴ−Ｓ線図である。
【図５】図４において、ヒートポンプの段数を増やした場合を示す図である。
【図６】本発明のヒートポンプシステムの実施例２を示す概略図である。
【図７】本発明のヒートポンプシステムの実施例３を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のヒートポンプシステムは、出願人が先に提案し特許出願中の蒸気発生システム（特願２０１１−７９３７０）の変形例であり、蒸気を発生させることに代えて、各種流体を相変化させずに加温するシステムである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明のヒートポンプシステム１の実施例１を示す概略図である。本実施例のヒートポンプシステム１は、第一ヒートポンプ２と第二ヒートポンプ３とを備える。
【００２５】
第一ヒートポンプ２は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本実施例では単段のヒートポンプから構成される。具体的には、第一ヒートポンプ２は、圧縮機４、凝縮器５、膨張弁６および蒸発器７，８が順次環状に接続されて構成される。ここで、第一ヒートポンプ２は、蒸発器として、第一蒸発器７と第二蒸発器８との二つの蒸発器を備える。これら蒸発器７，８は、並列に接続されてもよいが、本実施例では直列に接続されている。図示例では、第一ヒートポンプ２の膨張弁６からの冷媒は、第一蒸発器７と第二蒸発器８とを順に通された後、圧縮機４へ送られる。
【００２６】
圧縮機４は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。凝縮器５は、圧縮機４からのガス冷媒を凝縮液化する。膨張弁６は、凝縮器５からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。蒸発器７，８は、膨張弁６からの冷媒の蒸発を図る。
【００２７】
従って、第一ヒートポンプ２は、蒸発器７，８において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器５において、冷媒が外部へ放熱して凝縮することになる。これを利用して、第一ヒートポンプ２は、蒸発器７，８において外部から熱をくみ上げ、凝縮器５において被加温流体を相変化させずに加温する。凝縮器５には、被加温流体の供給路９と排出路１０とが接続されている。
【００２８】
被加温流体は、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において相変化せずに温度上昇を図られる気体または液体であり、典型的には空気、水または油である。被加温流体が空気の場合、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、空気を温めて温風を製造することができる。被加温流体が水の場合、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、水を温めて温水を製造することができる。被加温流体が油の場合、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、たとえば熱媒油を温めることができる（ヒートポンプシステム１は熱媒ボイラとなる）。
【００２９】
第一ヒートポンプ２の回路には、所望により、圧縮機４の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器５の出口側に受液器を設置したり、圧縮機４の入口側にアキュムレータを設置したり、凝縮器５から膨張弁６への冷媒と蒸発器７，８から圧縮機４への冷媒とを混ぜることなく熱交換する液ガス熱交換器を設置したりしてもよい。このことは、第一ヒートポンプ２に限らず、第二ヒートポンプ３についても同様である。また、第一ヒートポンプ２や第二ヒートポンプ３が複数段の場合には、それを構成する各段のヒートポンプについても同様である。
【００３０】
第二ヒートポンプ３は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本実施例では単段のヒートポンプから構成される。第二ヒートポンプ３は、基本的には第一ヒートポンプ２と同様の構成である。つまり、第二ヒートポンプ３は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が順次環状に接続されて構成される。但し、第二ヒートポンプ３は、第一ヒートポンプ２のように二つの蒸発器を備える必要はない。そして、第二ヒートポンプ３は、蒸発器１４において、熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器１２において、第一ヒートポンプ２の冷媒を加熱して自身の冷媒は凝縮を図られる。
【００３１】
第一ヒートポンプ２と第二ヒートポンプ３とは、本実施例では次のようにして接続される。すなわち、第二ヒートポンプ３の圧縮機１１からの冷媒と第一ヒートポンプ２の膨張弁６からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器１５を備え、この間接熱交換器１５が第二ヒートポンプ３の凝縮器１２であると共に第一ヒートポンプ２の第一蒸発器７とされる。但し、上下のヒートポンプ２，３は、間接熱交換器１５に限らず、中間冷却器（直接熱交換器など）で接続されてもよい。
【００３２】
第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８と、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４とには、熱源流体路１６を介して熱源流体が順に通される。従って、ヒートポンプシステム１は、これら蒸発器８，１４において、熱源流体から熱をくみ上げ、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、被加温流体を相変化させずに加温する。
【００３３】
熱源流体は、特に問わないが、各ヒートポンプ２，３において顕熱を与えるもの、すなわち熱を与えつつ自身は温度低下を伴う流体が好適に用いられる。たとえば、蒸気使用設備からのドレン、燃焼装置（ボイラなど）からの排ガス、工場などから排出される排温水、またはオイルフリー式圧縮機からの高温の圧縮空気もしくはその冷却水が用いられる。なお、オイルフリー式圧縮機の廃熱を用いる場合、オイルフリー式圧縮機のインタークーラやアフタークーラの箇所に、各ヒートポンプ２，３を設置して、オイルフリー式圧縮機の廃熱を熱源に被加温流体を加温すればよい。
【００３４】
本実施例のヒートポンプシステム１によれば、熱源流体は、まずは第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８を通された後、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４を通される。これにより、第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８において熱源流体が冷やされた分を第二ヒートポンプ３がカバーして、第二蒸発器８を通過後の熱源流体からも再び熱をくみ上げることができる。また、第一ヒートポンプ２では、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機４の電力を少なくでき、ヒートポンプシステム１の効率を向上することができる。
【００３５】
言い換えれば、ヒートポンプシステム１は、全体でみるとあたかも複数段（本実施例では二段）のヒートポンプ２，３で構成されてなり、くみ上げるエネルギーの一部（典型的には半分）を中段からくみ上げることになるので、成績係数を増加させることができる。また、最下段からくみ上げるエネルギーを減らす（典型的には半分にする）ことができるので、低段側（第二ヒートポンプ３）の圧縮機１１の容量を小さくすることができる。
【００３６】
なお、本実施例のヒートポンプシステム１は、第一ヒートポンプ２の膨張弁６から圧縮機４への冷媒の飽和温度をＴ１、第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８の出口側の熱源流体温度をＴ２、および第二ヒートポンプ３の蒸発器１４の出口側の熱源流体温度をＴ３とした場合に、Ｔ３＜Ｔ１＜Ｔ２となるよう構成される。
【００３７】
図２は、熱を与えられる流体の入口部の状態がＴｈの飽和水、熱を与えられる流体の出口部の状態がＴｈの飽和蒸気であり（つまり熱を与えられる流体は潜熱を与えられる）、熱を与える流体の入口部の状態がＴｈの飽和水、熱を与える流体の出口部の状態がＴｌの過冷却水（つまり熱を与える流体は顕熱を奪われる）の条件において、理想的に熱をくみ上げる場合（以下、理想サイクルという。）のＴ−Ｓ線図である。つまり、縦軸が温度、横軸がエントロピーを示している。
【００３８】
この理想サイクルつまり実線で囲まれた三角形の面積が、前記条件を実現するための最小動力（理想動力）となる。そして、このときの成績係数ＣＯＰ＝２×（Ｔｈ／（Ｔｈ−Ｔｌ））となる。
【００３９】
一方、図３は、従来公知の単段のヒートポンプ（逆カルノーサイクル）のＴ−Ｓ線図である。但し、図３は、膨張弁出口損失、圧縮機過熱損失は無視し、熱交換性能を無限大とした場合を示している。この場合、成績係数ＣＯＰ＝Ｔｈ／（Ｔｈ−Ｔｌ）となる。二点鎖線Ａで示すように、ヒートポンプを上下二段にしても同様である。
【００４０】
図２と図３とを比較すると、図３の四角形の面積から図２の三角形の面積を引いた分が、理想サイクルと比べて余分な動力といえ、その分だけ成績係数は低下する。
【００４１】
一方、図４は、前述した先願（特願２０１１−７９３７０）の蒸気発生システムのＴ−Ｓ線図である。この場合、成績係数ＣＯＰ＝（４／３）×（Ｔｈ／（Ｔｈ−Ｔｌ））となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の４／３倍となる。なお、Ｔｍ＝（Ｔｈ＋Ｔｌ）／２、Ｓｍ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２とした。図３と比べて、右下の箇所が欠けることで、この分だけ動力を軽減して、効率を増すことができる。
【００４２】
また、図４では、段数を二段としたが、段数を増やせば、図５に示すように、サイクルで囲まれる面積をさらに少なくすることができ、蒸気発生システムの効率をさらに向上することができる。段数を無限大とした場合、理論上、ＣＯＰ＝２×（Ｔｈ／（Ｔｈ−Ｔｌ））となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の２倍とできる。
【００４３】
さて、以上の理論は、先願の蒸気発生システムだけでなく、本実施例のヒートポンプシステム１にも同様に適用できる。本実施例では、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、被加温流体が相変化されずに加温されることを考慮し、図２の理想サイクルに近づけるには、次のように構成するのが好ましい。つまり、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、被加温流体は、温度変化を無視できるのが好ましい。たとえば、第一ヒートポンプ２の凝縮器５に通される被加温流体は、流量が多いことにより温度変化を無視できるのが好ましい。あるいは、第一ヒートポンプ２の凝縮器５の入口側と出口側の被加温流体の温度差が小さい（つまり温度差が設定範囲内に収まる）のが好ましい。一例として、第一ヒートポンプ２の凝縮器５と、被加温流体の貯留タンクとの間で、被加温流体を循環させる場合、第一ヒートポンプ２の出入口における温度差を小さくできる。
【実施例２】
【００４４】
図６は、本発明のヒートポンプシステム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２のヒートポンプシステム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００４５】
前記実施例１では、第一ヒートポンプ２を単段で構成し、第二ヒートポンプ３も単段で構成したが、各ヒートポンプ２，３の段数は適宜に変更可能である。言い換えれば、前記実施例１では、単段の第一ヒートポンプ２と単段の第二ヒートポンプ３とを組み合わせて、ヒートポンプシステム１の全体でみると、あたかも二段のヒートポンプ２，３で構成した例を示したが、ヒートポンプシステム１を構成するヒートポンプの段数は適宜に変更可能である。なお、複数段（多段）のヒートポンプには、一元多段のヒートポンプの他、複数元（多元）のヒートポンプ、あるいは両者の組合せのヒートポンプが含まれる。
【００４６】
ヒートポンプシステム１を三段以上のヒートポンプで構成する場合（典型的には第一ヒートポンプ２を複数段にする場合）、最下段のヒートポンプ（第二ヒートポンプ３）を除き、すべての段の第一ヒートポンプ２において、蒸発器として第一蒸発器７と第二蒸発器８とを設け、各第一蒸発器７で上下隣接するヒートポンプ同士を接続し、各第二蒸発器８には上段から下段へ向けて熱源流体を順に通せばよい。その後、その熱源流体を、第二ヒートポンプ３の最下段の蒸発器１４に通せばよい。そして、最上段のヒートポンプ２の凝縮器５において、被加温流体を加温すればよい。
【００４７】
たとえば、図６は、第一ヒートポンプ２を上下二段で構成し、第二ヒートポンプ３を単段で構成した例を示している。言い換えれば、ヒートポンプシステム１を三段のヒートポンプから構成している。図６のヒートポンプシステム１では、最下段のヒートポンプ（第二ヒートポンプ３）を除き、各ヒートポンプ（各段の第一ヒートポンプ２Ａ，２Ｂ）の蒸発器として第一蒸発器７Ａ，７Ｂと第二蒸発器８Ａ，８Ｂとが設置され、第一蒸発器７Ａ，７Ｂで上下隣接するヒートポンプ同士を接続し、第二蒸発器８Ａ，８Ｂには熱源流体が通される。その際、熱源流体は、上段から下段へ向けて各第二蒸発器８Ａ，８Ｂを通された後、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４に通される。
【００４８】
なお、本実施例のヒートポンプシステム１は、上段ヒートポンプ２Ａの膨張弁６Ａから圧縮機４Ａへの冷媒の飽和温度をＴ１、上段ヒートポンプ２Ａの第二蒸発器８Ａの出口側の熱源流体温度をＴ２、および下段ヒートポンプ２Ｂの第二蒸発器８Ｂの出口側の熱源流体温度をＴ３とした場合に、Ｔ３＜Ｔ１＜Ｔ２となるよう構成される。また、下段ヒートポンプ２Ｂの膨張弁６Ｂから圧縮機４Ｂへの冷媒の飽和温度をＴ１´、下段ヒートポンプ２Ｂの第二蒸発器８Ｂの出口側の熱源流体温度をＴ２´（＝Ｔ３）、および第二ヒートポンプ３の蒸発器１４の出口側の熱源流体温度をＴ３´とした場合に、Ｔ３´＜Ｔ１´＜Ｔ２´となるよう構成される。第一ヒートポンプ２の段数がさらに増した場合も同様に、隣接する上下のヒートポンプ同士で、同様の関係が成立するように構成される。
【００４９】
本実施例２のように、ヒートポンプシステム１を構成するヒートポンプの段数を増すことで、図５に基づき説明したように、ヒートポンプシステム１の効率をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００５０】
図７は、本発明のヒートポンプシステム１の実施例３を示す概略図である。本実施例３のヒートポンプシステム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５１】
本実施例３では、前記実施例１の構成に、熱源流体と被加温流体との熱交換器１７をさらに付加したものである。この熱交換器１７は、熱源流体と被加温流体とを直接に接触させて熱交換する直接熱交換器であってもよいし、図示例のように、熱源流体と被加温流体とを非接触で熱交換する間接熱交換器であってもよい。いずれにしても、この熱交換器１７を通過後の熱源流体が、第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８を通され、さらに第二ヒートポンプ３の蒸発器１４を通される。
【００５２】
ヒートポンプシステム１が仮に熱交換器１７を備えない場合、熱源流体の初期温度（第二蒸発器８の入口温度）が第一ヒートポンプ２の凝縮器５での被加温流体の加温目標温度よりも高いと、エクセルギーに無駄を生じるおそれがある。ところが、本実施例では、熱交換器１７において、ヒートポンプを用いることなく被加温流体を加温した後、各ヒートポンプ２，３の熱源とすることができる。これにより、高温の熱源流体を単に各ヒートポンプ２，３の熱源とするだけの場合よりも、各ヒートポンプ２，３の消費電力を下げることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００５３】
なお、本実施例３のヒートポンプシステム１において、ヒートポンプの段数を前記実施例２のように増加させることができるのは言うまでもない。
【実施例４】
【００５４】
前記各実施例では、熱源流体から熱をくみ上げ、被加温流体を加温する場合について説明したが、そのようなヒートポンプシステム１を冷却システムとして用いることもできる。
【００５５】
具体的には、前記各実施例の構成において、第一ヒートポンプ２の凝縮器５に、被加温流体（たとえば空気、水または油など）を通して、第一ヒートポンプ２の冷媒を冷却しつつ、第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８と、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４とに、熱源流体（たとえば空気、水または油など）を通して、これら流体の冷却を図ればよい。つまり、熱源流体は、被冷却流体ということができる。
【００５６】
このようにして、前記各実施例のヒートポンプシステム１を冷凍機のような冷却システムとして用いることができる。つまり、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、ヒートポンプ２の冷媒を空冷、水冷または油冷しながら、第一ヒートポンプ２の第二蒸発器８や、第二ヒートポンプ３の蒸発器１４において、各種流体の冷却を図ることができる。
【００５７】
本発明のヒートポンプシステム１およびそれを用いた冷却システムは、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、被加温流体は、第一ヒートポンプ２の凝縮器５において、相変化せずに単に昇温される構成であれば、各種流体を用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  ヒートポンプシステム
２  第一ヒートポンプ
２Ａ  上段ヒートポンプ
２Ｂ  下段ヒートポンプ
３  第二ヒートポンプ
４  （第一ヒートポンプの）圧縮機
５  （第一ヒートポンプの）凝縮器
６  （第一ヒートポンプの）膨張弁
７  （第一ヒートポンプの）第一蒸発器
８  （第一ヒートポンプの）第二蒸発器
９  供給路
１０  排出路
１１  （第二ヒートポンプの）圧縮機
１２  （第二ヒートポンプの）凝縮器
１３  （第二ヒートポンプの）膨張弁
１４  （第二ヒートポンプの）蒸発器
１５  間接熱交換器
１６  熱源流体路
１７  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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