(57)【要約】【課題】低圧冷媒を用いたヒートポンプでも、利用媒体を所望の温度に昇温できる冷媒回路システムを提供する。【解決手段】冷媒回路システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁にて減圧された冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、膨張弁に流入する冷媒と、熱源側熱交換器から圧縮機に流入する冷媒との間で熱交換を行う過熱熱交換器と、過熱熱交換器を通過する冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、過熱熱交換器を通過する冷媒の流量を調整する流量調整手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、
前記冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、
前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒と、の間で熱交換を行う過熱熱交換器と、
前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、
前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、
を備える冷媒回路システム。
【請求項２】
冷媒を圧縮する直列に接続された複数の圧縮機と、
前記複数の圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、
前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、
前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、
前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒との間で熱交換を行う過熱熱交換器と、
前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、
前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、
を備える冷媒回路システム。
【請求項３】
前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するガスインジェクション回路
をさらに備える請求項２に記載の冷媒回路システム。
【請求項４】
前記バイパス回路は、前記利用側熱交換器から前記過熱熱交換器を通過して前記膨張弁に至る冷媒の経路のうち、前記過熱熱交換器をバイパスする経路として設けられる、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
【請求項５】
前記バイパス回路は、前記熱源側熱交換器から前記過熱熱交換器を通過して前記圧縮機に至る冷媒の経路のうち、前記過熱熱交換器をバイパスする経路として設けられる、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
【請求項６】
前記流量調整手段を制御する制御装置、をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が所定の非過熱切替制御値以上となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が減少するように前記流量調整手段を制御する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が所定の過熱切替制御値未満となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が増加するように前記流量調整手段を制御する、
請求項６に記載の冷媒回路システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度に代えて、前記過熱熱交換器の出口側の温度が所定の閾値以上となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が減少するように前記流量調整手段を制御する、
請求項６に記載の冷媒回路システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度に代えて、前記過熱熱交換器の出口側の温度が所定の閾値未満となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が増加するように前記流量調整手段を制御する、
請求項７に記載の冷媒回路システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記圧縮機の吸入側の過熱度が所定の範囲内となるように前記流量調整手段を制御する、
請求項６から請求項９の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が、前記非過熱切替制御値より高い所定の第１制限値以上となると前記圧縮機の回転数を低下させ、前記第１制限値より高い所定の第２制限値以上となると前記圧縮機を停止する、
請求項６から請求項１０の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
【請求項１２】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁と、前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒との間で熱交換を行う過熱熱交換器と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、を備える冷媒回路システムを制御する制御方法であって、
前記流量調整手段は、前記圧縮機に関する温度に基づいて、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する、
制御方法。
【請求項１３】
加熱サイクルを構成する冷媒回路において、前記冷媒回路が備える膨張弁へ流入する冷媒と、前記冷媒回路が備える蒸発器から流出した冷媒とを熱交換し、前記冷媒回路が備える圧縮機へ流入する前記冷媒を加熱する、
制御方法。
【請求項１４】
前記圧縮機の吐出側温度に基づいて、前記熱交換する前記冷媒の流量を調整する、
請求項１３に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路システム、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機に使用されているＲ４１０Ａ等の冷媒用に設計されている冷媒回路部品を用いて高温ヒートポンプを構成すると、設計圧力の関係上、利用側での冷媒温度を６０℃程度までにしか上昇させることができない。高温ヒートポンプにて、設計圧力を現状の空調機と同等としたまま、利用側の冷媒温度を８０℃以上の高温に上昇するためには、Ｒ１３４ａ（ＨＦＣ系）、Ｒ１２３４ｙｆ（ＨＦＯ系）等の低圧冷媒の利用が考えられる。
また、利用側の冷媒温度として８０℃以上の高温が要求される高温ヒートポンプでは、冷媒の圧縮比が大となる。そのため、高温ヒートポンプの冷媒回路には、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）の向上を目的として多段の圧縮機構成とガスインジェクション回路とが設けられていることがある。
【０００３】
なお、特許文献１には、冷房サイクルを構成する冷媒回路の蒸発器と圧縮機の間に吸入加熱熱交換器を設け、放熱器から膨張弁へ流れる冷媒と蒸発器から圧縮機へ流れる冷媒との間で熱交換を行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４２０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、低圧冷媒の中には、圧縮機吐出冷媒温度が十分に上昇しない性質を有する冷媒がある。図１１に１００％または７０％の効率で断熱圧縮したときの冷媒ごとの圧縮機吐出温度を示す。図１１を参照すると、特にＨＦＯ系冷媒は圧縮機吐出温度が低いことがわかる。また、図１２にこのときの冷媒の状態変化を示す。図１２において、例えばＨＣＦＣ系の冷媒を使用して断熱圧縮を行ったときの圧縮機吐出側での冷媒の状態が点Ｄ２で示す状態であるとする。すると、ＨＦＯ系冷媒を用いた場合、同様の断熱圧縮を行ったとしても、圧縮機吐出側での冷媒の状態は点Ｄ３で示す状態となる可能性がある。このように低圧冷媒を高温ヒートポンプに利用する場合、多段構成とした複数の圧縮機を用いて昇圧したとしても、高段側圧縮機の吐出冷媒温度が所望の高温に到達しない可能性がある。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる冷媒回路システム及び制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒と、の間で熱交換を行う過熱熱交換器と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、を備える冷媒回路システムである。
【０００８】
本発明の第２の態様は、冷媒を圧縮する直列に接続された複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒との間で熱交換を行う過熱熱交換器と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、を備える冷媒回路システムである。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するガスインジェクション回路をさらに備えていてもよい。
【００１０】
本発明の第４の態様における前記バイパス回路は、前記利用側熱交換器から前記過熱熱交換器を通過して前記膨張弁に至る冷媒の経路のうち、前記過熱熱交換器をバイパスする経路として設けられていてもよい。
【００１１】
本発明の第５の態様における前記バイパス回路は、前記熱源側熱交換器から前記過熱熱交換器を通過して前記圧縮機に至る冷媒の経路のうち、前記過熱熱交換器をバイパスする経路として設けられていてもよい。
【００１２】
本発明の第６の態様における前記冷媒回路システムは、前記流量調整手段を制御する制御装置、をさらに備え、前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が所定の非過熱切替制御値以上となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が減少するように前記流量調整手段を制御してもよい。
【００１３】
本発明の第７の態様における前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が所定の過熱切替制御値未満となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が増加するように前記流量調整手段を制御してもよい。
【００１４】
本発明の第８の態様における前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度に代えて、前記過熱熱交換器の出口側の温度が所定の閾値以上となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が減少するように前記流量調整手段を制御してもよい。
【００１５】
本発明の第９の態様における前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度に代えて、前記過熱熱交換器の出口側の温度が所定の閾値未満となると、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量が増加するように前記流量調整手段を制御してもよい。
【００１６】
本発明の第１０の態様における前記制御装置は、前記圧縮機の吸入側の過熱度が所定の範囲内となるように前記流量調整手段を制御してもよい。
【００１７】
本発明の第１１の態様における前記制御装置は、前記圧縮機に関する温度が、前記非過熱切替制御値より高い所定の第１制限値以上となると前記圧縮機の回転数を低下させ、前記第１制限値より高い所定の第２制限値以上となると前記圧縮機を停止してもよい。
【００１８】
本発明の第１２の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる利用側熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁と、前記冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器と、前記膨張弁に流入する前記冷媒と、前記熱源側熱交換器から前記圧縮機に流入する前記冷媒との間で熱交換を行う過熱熱交換器と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流れをバイパスするバイパス回路と、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する流量調整手段と、を備える冷媒回路システムを制御する制御方法であって、前記流量調整手段は、前記圧縮機に関する温度に基づいて、前記過熱熱交換器を通過する前記冷媒の流量を調整する、制御方法である。
【００１９】
本発明の第１３の態様は、加熱サイクルを構成する冷媒回路において、前記冷媒回路が備える膨張弁へ流入する冷媒と、前記冷媒回路が備える蒸発器から流出した冷媒とを熱交換し、前記冷媒回路が備える圧縮機へ流入する前記冷媒を加熱する、制御方法である。
【００２０】
本発明の第１４の態様では、上記の制御方法において、前記圧縮機の吐出側温度に基づいて、前記熱交換する前記冷媒の流量を調整してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、加熱サイクルにおいて、圧縮機の吸入温度を上昇させることで圧縮機の吐出側温度を上昇させ、利用側設定温度を所望の高温とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第一の図である。
【図２】本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第二の図である。
【図３】本発明の第一実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
【図４】本発明の第一実施形態における制御装置による制御方法を説明する図である。
【図５】本発明の第一実施形態における制御装置のフローチャートである。
【図６】本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第三の図である。
【図７】本発明の第二実施形態における冷媒回路システムを示す図である。
【図８】本発明の第二実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
【図９】本発明の第三実施形態における冷媒回路システムを示す図である。
【図１０】本発明の第三実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
【図１１】圧縮機吐出冷媒温度の一例を示す図である。
【図１２】圧縮機吐出冷媒温度を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による冷媒回路システムを図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第一の図である。
冷媒回路システム１は、例えば給湯器に用いる高温ヒートポンプの冷媒回路である。冷媒回路システム１は、外部から供給された給水を所定の利用側設定温度（利用者が要求する給水の設定温度、例えば８０℃など）に上昇させ、この温水をユーザに供給する。本実施形態の冷媒回路システム１では、冷媒にＲ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系の低圧冷媒を用いる。低圧冷媒とは、運転時の高低差圧が低い特性を有する冷媒である。Ｒ１２３４ｙｆ等の冷媒は、環境への影響が少ない低ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）冷媒として、従来広く利用されてきた冷媒の代替として検討されている。
図１が示すとおり冷媒回路システム１は、高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂ、利用側熱交換器（凝縮器）１１、第１膨張弁１２、レシーバ１３、切替弁１４、過熱熱交換器１５、第２膨張弁１６、熱源側熱交換器（蒸発器）１７、アキュムレータ２０、それらを接続する主配管１８、過熱熱交換器１５を通過する冷媒の通路をバイパスするバイパス配管１９、高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとを接続する二方弁２１、第３膨張弁２２、中間熱交換器２３、インジェクション配管２４、制御装置１００を含んで構成される。なお、第３膨張弁２２、中間熱交換器２３、インジェクション配管２４はガスインジェクション回路を構成する。
なお、図１に示す冷媒回路システム１の具体的な構成は、冷媒回路システム１の基本的な構成を模式的に示したものであって、さらに他の構成要素が含まれていてもよい。
【００２４】
高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂは、冷媒を圧縮して高圧となった冷媒を吐出する。低段側圧縮機１０Ｂと高段側圧縮機１０Ａとは直列に接続されている。低段側圧縮機１０Ｂの吸入側は、アキュムレータ２０に接続されている。また、低段側圧縮機１０Ｂの吐出側は、高段側圧縮機１０Ａの吸入側に接続される。低段側圧縮機１０Ｂは、アキュムレータ２０で分離された気体の冷媒を吸入し、圧縮を行い中間圧力となった冷媒を高段側圧縮機１０Ａ側へ吐出する。また、レシーバ１３の下流側では、第２膨張弁１６、熱源側熱交換器１７へ接続される主配管１８を流れる冷媒の一部を分岐し、その分岐流を高段側圧縮機１０Ａの吸入側へ供給するインジェクション配管２４が設けられている。インジェクション配管２４に分岐した冷媒は、第３膨張弁２２により減圧された後、中間熱交換器２３にて主配管１８を流れる冷媒と熱交換を行った後、高段側圧縮機１０Ａの吐出側へ供給される。高段側圧縮機１０Ａは、これらの冷媒を吸入して圧縮する。圧縮後の冷媒は、利用側熱交換器１１へ供給される。利用側熱交換器１１は、凝縮器として機能する。利用側熱交換器１１に供給された冷媒は、ユーザが利用する給水等と熱交換して放熱し、凝縮されて液化される。一方、利用側熱交換器１１へと供給されたユーザが利用する給水は、冷媒から吸熱し、所定の設定温度（利用側設定温度）に昇温され、ユーザに提供される。なお、図中、点線矢印は、給水の流れ方向を示し、実線矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
【００２５】
熱交換後の冷媒は、第１膨張弁１２で減圧、膨張されレシーバ１３へ供給される。レシーバ１３は、供給された冷媒の一部を一時的に貯留する圧力容器である。レシーバ１３では、気体と液体の２相の冷媒が混在して存在する。レシーバ１３から流出する冷媒の一部は、上記のようにガスインジェクション用にインジェクション配管２４側へ分岐される。残りの冷媒は、中間熱交換器２３で分岐したガスインジェクション用の冷媒によって冷却され、切替弁１４、過熱熱交換器１５を経由して主配管１８を流れ、第２膨張弁でさらに減圧された後、熱源側熱交換器１７に供給される。
【００２６】
熱源側熱交換器１７は、蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１７に供給された冷媒は、外気等の熱源から吸熱して冷媒の温度を上昇、蒸発させる。蒸発器によって気化された冷媒は、過熱熱交換器１５を経てアキュムレータ２０へ供給される。冷媒は、アキュムレータ２０で気体と液体に分離され、気体の冷媒のみが低段側圧縮機１０Ｂへ吸入される。冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂおよび高段側圧縮機１０Ａによって圧縮され、再び上記の経路を巡回する。
【００２７】
ここで、切替弁１４は、第２膨張弁１６へ至る冷媒の経路を、主配管１８とバイパス配管１９とで切り替える弁である。図１の場合、切替弁１４は、制御装置１００によって、冷媒を主配管１８側に流れるように制御されている。過熱熱交換器１５は、レシーバ１３から第２膨張弁へと流れる冷媒と、熱源側熱交換器１７からアキュムレータ２０へと流れる冷媒との間で熱交換を行う。過熱熱交換器１５では、熱源側熱交換器１７からアキュムレータ２０へと流れる冷媒が、レシーバ１３から第２膨張弁へと流れる冷媒から吸熱する。つまり、アキュムレータ２０（低段側圧縮機１０Ｂの吸入側）へと流れる冷媒の温度が上昇する。Ｒ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系の低圧冷媒を用いる場合、利用側設定温度が高温（例えば８０℃）に設定されると、複数の圧縮機（１０Ａ，１０Ｂ）で冷媒を圧縮したとしても、圧縮機吐出側での冷媒温度を必要な温度（例えば８２℃）まで上昇させることが難しい場合がある。従って、過熱熱交換器１５によって、低段側圧縮機１０Ｂが吸入する冷媒の温度を上昇させることによって、高段側圧縮機１０Ａの吐出側での冷媒の温度を所望の高温（例えば８２℃）に上昇させる。また、過熱熱交換器１５によって低段側圧縮機１０Ｂの吸入側での冷媒温度が過度に上昇したときのために、本実施形態の冷媒回路システム１には切替弁１４が設けられている。
【００２８】
第１膨張弁１２および第２膨張弁１６は流量制御弁であって、制御装置１００によって、それぞれの開度が調整される。例えば、第１膨張弁１２の開度は、利用側熱交換器１１の出口側温度が、利用側設定温度に応じた所定の目標温度となるように制御される。また、例えば、第２膨張弁１６の開度は、熱源側熱交換器１７の出口側温度が、所定の過熱度となることを目標に制御される。
【００２９】
なお、冷媒回路システム１には、冷媒の温度や圧力を計測するセンサが複数設けられている。例えば、高段側圧縮機１０Ａの出口側には温度センサ３１、低段側圧縮機１０Ｂの吸入側には温度センサ３２と圧力センサ３３、過熱熱交換器１５のアキュムレータ２０側の出口側に温度センサ３４が設けられている。制御装置１００は、温度センサ３１が計測した高段側圧縮機１０Ａの出口側温度と、温度センサ３２が計測した低段側圧縮機１０Ｂの吸入側温度、圧力センサ３３が計測した低段側圧縮機１０Ｂの吸入側圧力、温度センサ３４が計測した過熱熱交換器１５のアキュムレータ２０側の出口側温度を取得する。
【００３０】
制御装置１００は、冷媒回路システム１の制御を行う。例えば、制御装置１００は、温度センサ３１が計測した高段側圧縮機１０Ａの出口側温度に基づいて、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の制御や切替弁１４の切り替え制御等を行う。また、例えば、制御装置１００は、温度センサ３２が計測した温度と圧力センサ３３が計測した圧力とに基づく低段側圧縮機１０Ｂの吸入側の過熱度に基づいて、切替弁１４の切り替え制御を行う。または、制御装置１００は、温度センサ３４が計測したアキュムレータ２０側出口側温度に基づいて、切替弁１４の切り替え制御を行ってもよい。
図１は、制御装置１００が冷媒の経路が主配管１８側となるように切替弁１４を切り替えたときの冷媒回路を示している。冷媒がバイパス配管１９ではなく、過熱熱交換器１５を通過する場合、第２膨張弁１６の上流側を流れる冷媒から、熱源側熱交換器１７から低段側圧縮機１０Ｂへ流れる冷媒に熱の移動が生じる。これにより、熱源側熱交換器１７によって気化された冷媒の温度が上昇し、冷媒が過熱熱交換器１５を通過しない場合と比較して、より高温の冷媒が低段側圧縮機１０Ｂに供給される。これにより、Ｒ１２３４ｙｆ等の低圧冷媒を用いた場合でも、圧縮機１０Ａの吐出側温度を所望の高温に到達させることができる。以下、図１で例示する冷媒が過熱熱交換器１５を通過する場合の冷媒回路を過熱回路と呼ぶ場合がある。
【００３１】
図２は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第二の図である。
図２は、制御装置１００が切替弁１４を冷媒の経路をバイパス配管１９側へ切り替えたときの冷媒回路を示している。冷媒がバイパス配管１９を通過する場合（過熱熱交換器１５を通過しない場合）、第２膨張弁１６の上流側を流れる冷媒と、熱源側熱交換器１７から低段側圧縮機１０Ｂへ流れる冷媒との間で熱交換が生じない。制御装置１００は、低段側圧縮機１０Ｂの吸入側温度の上昇により高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が過度に上昇した場合、図２に示すように切替弁１４を切り替えて、冷媒がバイパス配管１９を流れるように制御する。これにより、低段側圧縮機１０Ｂの吸入側温度の上昇による高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度の過度な上昇を抑え、圧縮機１０Ａの吐出側温度を所望の高温に維持することができる。以下、図２で例示する冷媒がバイパス配管１９を通過する場合の冷媒回路を非過熱回路と呼ぶ場合がある。
【００３２】
このように、本実施形態の加熱サイクルを構成する冷媒回路システム１では、凝縮器から流出した冷媒と、蒸発器から流出した冷媒とを熱交換する熱交換器（過熱熱交換器１５）を設け、この熱交換器により圧縮機（低段側圧縮機１０Ｂ）へ流入する冷媒を加熱する。また、冷媒回路システム１は、冷媒の加熱が過度とならないよう熱交換器を流れる冷媒の流量を調整する流量調整手段（切替弁１４）を備える。例えば、制御装置１００は、切替弁１４の切替制御により、熱交換器を流れる冷媒の流量を０％と１００％とで切り替える。
【００３３】
図３は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
図３は、冷媒回路システム１を動作させたときの冷凍サイクルを表した圧力とエンタルピの関係線図である。図３のＰ−ｈ線図において各記号はそれぞれ次の状態を示す。すなわち、Ａ１およびＡ１´は高段側圧縮機１０Ａが吐出した冷媒の状態、Ａ２は利用側熱交換器１１の出口側での冷媒の状態、Ａ３は第１膨張弁１２の出口側での冷媒の状態、Ａ４およびＡ４´は第２膨張弁１６の入口側での冷媒の状態、Ａ５およびＡ５´は第２膨張弁１６の出口側での冷媒の状態、Ａ６およびＡ６´は低段側圧縮機１０Ｂの吸入側での冷媒の状態、Ａ７およびＡ７´は低段側圧縮機１０Ｂが吐出した冷媒の状態、Ａ８は第３膨張弁２２の出口側での冷媒の状態、Ａ９およびＡ９´は高段側圧縮機１０Ａの吸入側での冷媒の状態、をそれぞれ示している。
これらのうち、Ａ１´、Ａ２、Ａ３、Ａ４´、Ａ５´、Ａ６´、Ａ７´、Ａ８、Ａ９´で示される点線のグラフは、制御装置１００が冷媒が熱交換を行うように切替弁１４を主配管１８側に切り替えたとき（過熱回路）のＰ−ｈ線図である。一方、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９で示される実線のグラフは、制御装置１００が冷媒が熱交換を行わないように切替弁１４をバイパス配管１９側に切り替えたとき（非過熱回路）のＰ−ｈ線図である。
【００３４】
高段側圧縮機１０Ａから吐出される高温高圧の冷媒（状態Ａ１、Ａ１´）は、利用側熱交換器１１にて放熱して凝縮液化し、高圧の液冷媒（状態Ａ２）となる。高圧の液冷媒は、第１膨張弁１２によって減圧、膨張された冷媒（状態Ａ３）となりレシーバ１３に流入する。レシーバ１３から流出した冷媒のうち主配管１８を流れる冷媒は、中間熱交換器２３で冷却され（状態Ａ４）、第２膨張弁１６に至る。また、過熱回路では、主配管１８を流れる冷媒は、過熱熱交換器１５での熱交換によりさらに冷却され（状態Ａ４´）、第２膨張弁１６に至る。そして、冷媒は、第２膨張弁１６によってさらに減圧され（状態Ａ５、Ａ５´）、熱源側熱交換器１７へと流入して蒸発し、ガス冷媒（状態Ａ６）となる。また、過熱回路の場合、ガス冷媒は、過熱熱交換器１５での熱交換により加熱される（状態Ａ６´）。ガス冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂにより所定の中間圧力まで昇圧され（状態Ａ７、Ａ７´）、高段側圧縮機１０Ａの吸入側に供給される。一方、ガスインジェクション回路に分岐した冷媒は、第３膨張弁２２によって所定の中間圧力まで減圧され（状態Ａ８）、中間熱交換器２３を介して吸熱し、インジェクション配管２４を介して高段側圧縮機１０Ａの吸入側に供給される。インジェクション配管２４を介して供給された冷媒と低段側圧縮機１０Ｂにより圧縮された冷媒とが混合し、温度が低下（状態Ａ９、Ａ９´）した中間圧力の冷媒は、高段側圧縮機１０Ａに供給される。高段側圧縮機１０Ａは、中間圧力の冷媒を圧縮し高温高圧の冷媒（状態Ａ１、Ａ１´）を吐出する。以降は、同じサイクルを繰り返す。
上記の説明のように、過熱回路では、低段側圧縮機１０Ｂに流入する冷媒は、第２膨張弁１６へ流入する冷媒によって過熱熱交換器１５で加熱される（状態Ａ６´）。その影響で、高段側圧縮機１０Ａの吸入側（状態Ａ７´）および吐出側（状態Ａ９´）のエンタルピが上昇する。一方、第２膨張弁１６へ流入する冷媒は、過熱熱交換器１５での熱交換により熱源側熱交換器１７から低段側圧縮機１０Ｂの吸入側へ流れる冷媒によって冷却される（状態Ａ４´、Ａ５´）。
【００３５】
図２において図中Δｉで示したのが、非過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過する冷媒の入口（状態Ａ１）と出口（状態Ａ２）におけるエンタルピ差である。一方、図中Δｉ´で示したのが、過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過する冷媒の入口（状態Ａ１´）と出口（状態Ａ２）におけるエンタルピ差である。
このように、本実施形態の過熱回路によれば、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度を高温にすることができるので、低圧冷媒を用いたとしてもエンタルピ差Δｉ´によって所望の利用側設定温度を得ることができる。
【００３６】
次に制御装置１００による切替弁１４の制御について図１、図２の構成を例に説明する。
図４は、本発明の第一実施形態における制御装置による制御方法を説明する図である。
図４は、温度センサ３１が計測した高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度に基づいて制御装置１００が行う高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの動作や、切替弁１４の切り替え制御を説明する図である。
図４において横軸は高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度、縦軸は制御装置１００による制御を示している。
図中、目標値は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度の目標値である。制御装置１００は、切替弁１４を何れか一方に切り替えたうえで、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が目標値となるように、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を制御する。
過熱切替制御値は、制御装置１００が、冷媒回路システム１が過熱回路を構成するように切替弁１４を切り替える温度である。制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が、目標値より低い過熱切替制御値未満へ低下すると、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を切り替える制御を行う。
非過熱切替制御値は、制御装置１００が、冷媒回路システム１が非過熱回路を構成するように切替弁１４を切り替える温度である。制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が、目標値を超え過熱切替制御値以上となると、冷媒が過熱熱交換器１５ではなくバイパス配管１９を通過するように切替弁１４を切り替える制御を行う。
【００３７】
第２制限値は、制御装置１００が、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の制限を開始する温度である。高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第２制限値以上になると、制御装置１００が、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を制限し、吐出側温度の上昇を抑える。なお、目標値は第２制御値より低い温度である。
第２解除値は、制御装置１００による高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の制限を解除する温度である。高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第２解除値未満になると、制御装置１００が、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の制限を停止し、通常の回転数制御を行う。
【００３８】
第１制限値は、制御装置１００が、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を停止する温度である。高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第１制限値以上となると、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を停止する。
第１解除値は、制御装置１００による高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの停止制限を解除する温度である。高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第１解除値未満になると、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を再開する。
【００３９】
図５は、本発明の第一実施形態における制御装置のフローチャートである。
前提として、制御装置１００は、所定の時間間隔で温度センサ３１が計測した温度の情報を取得し、取得した温度の情報を内蔵する記憶部（図示せず）に記録する。また、冷媒にはＲ１２３４ｙｆが用いられる。
【００４０】
まず、オペレータ等が制御装置１００に運転指令ＯＮ信号を入力する。制御装置１００に運転指令ＯＮ信号の入力を受け付ける（ステップＳ１１）。次に制御装置１００は高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂを起動する（ステップＳ１２）。次に制御装置１００は、切替弁１４を制御することによって過熱熱交換器１５を通過する冷媒の流量を制御する（ステップＳ１３）。例えば、起動時においては、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が目標値に到達しないので、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を設定する。次に制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第２制限値未満かどうかを判定する（ステップＳ１４）。
【００４１】
吐出側温度が第２制限値以上の場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第１制限値未満かどうかを判定する（ステップＳ１５）。吐出側温度が第１制限値未満の場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を低下する制限を行う（ステップＳ１６）。例えば、回転数低下制御時の高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数は予め定められていて、制御装置１００は、各圧縮機の回転数を、各々について予め定められた回転数に低下する。回転数を低下することにより、第２制限値以上となった吐出側温度を低下させる。
【００４２】
次に制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数が最低回転数となったか、あるいは停止指令が入力されたかどうかを判定する（ステップＳ１７）。どちらか一方の条件でも満たす場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂを停止する（ステップＳ２３）。
【００４３】
ステップＳ１５で、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第１制限値以上の場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂを停止する（ステップＳ２０）。次に制御装置１００は、圧縮機を停止する指令が入力されたかどうかを判定する（ステップＳ２１）。圧縮機を停止する指令とは、例えば、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの少なくとも一方が故障した場合などに発生する故障を示す信号である。圧縮機を停止する指令が入力された場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂを停止する（ステップＳ２３）。圧縮機を停止する指令が入力されなかった場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第１解除値未満となると、例えば、オペレータ等が運転指令ＯＮ信号を入力する。あるいは、制御装置１００が自動で運転指令ＯＮ信号を生成してもよい。制御装置１００は、運転指令ＯＮ信号の入力を受け付け、再びステップＳ１１からの制御を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ１７で、どちらの条件も満たさない場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ１４からの制御を繰り返す。制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の低下により、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が第２解除値以下となったかどうかを判定する（ステップＳ１８）。吐出側温度が第２解除値以下となった場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、圧縮機回転数低下制御を解除する（ステップＳ１９）。制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数制御を通常の制御に戻す。つまり、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が目標値となるように高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を制御する。次に制御装置１００は、ステップＳ１４からの制御を繰り返す。一方、吐出側温度が第２解除値以下となっていない場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ１４からの制御を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１４で、吐出側温度が第２制限値未満の場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転停止指令を入力したかどうかを判定する（ステップＳ２２）。例えば、オペレータ等が制御装置１００に運転停止指令を入力した場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、圧縮機（１０Ａ、１０Ｂ）を停止する（ステップＳ２３）。運転停止指令の入力が無い場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ１３からの制御を繰り返す。つまり、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が、過熱切替制御値未満であれば、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を切り替える。また、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が、非過熱切替制御値以上であれば、制御装置１００は、冷媒がバイパス配管１９を通過するように切替弁１４を切り替える制御を行う。
【００４６】
本実施形態によれば、加熱サイクルにおいて、蒸発器（熱源側熱交換器１７）の上流側に設けられた膨張弁（第２膨張弁１６）に流入する冷媒の熱を利用して、熱交換器（過熱熱交換器１５）によって圧縮機（低段側圧縮機１０Ｂ）の吸入側へ流入する冷媒の温度を上昇させることができる。これによって、圧縮機（高段側圧縮機１０Ａ）の吐出側温度を上昇させることができる。従って、本実施形態の冷媒回路システム１を高温ヒートポンプに適用すると、冷媒にＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）などのＨＦＯ系低圧冷媒を用いた場合でも、圧縮機（高段側圧縮機１０Ａ）の吐出側温度を所望の高温に制御することができる。
また、熱交換器（過熱熱交換器１５）を通過する冷媒の流量を調整することにより、圧縮機（低段側圧縮機１０Ｂ）の吸入側へ流入する冷媒の過度な温度上昇を防ぎ、適切な温度に維持することができる。これにより、圧縮機（高段側圧縮機１０Ａ）の吐出側温度を所望の目標温度に維持することができる。
【００４７】
＜他の実施例＞
上記の例では、目標値に圧縮機（高段側圧縮機１０Ａ）の吐出側の目標温度を設定し、制御装置１００は、この目標値が過熱切替制御値や非過熱切替制御値となることに基づいて、切替弁１４の切り替えを行った。他の例として、制御装置１００は、圧縮機に関係する他の温度、例えば圧縮機（高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂ）のドーム下温度（圧縮機ケーシング下の温度）、圧縮機（低段側圧縮機１０Ｂ）の吸入側温度の目標値に基づいて切替弁１４の切り替え制御を行っても良い。また、制御装置１００は、温度センサ３２が計測した温度、圧力センサ３３が計測した圧力に基づいて、圧縮機（低段側圧縮機１０Ｂ）の吸入側の過熱度を監視し、吸入側の過熱度が適切な範囲の温度となるように切替弁１４の切り替え制御を行ってもよい。適切な吸入側の過熱度は、冷媒によって異なるが、例えばＲ１２３４ｙｆの場合、過熱度が０〜４０度の範囲となるように制御する。
【００４８】
また、制御装置１００は、例えば、温度センサ３４が計測した過熱熱交換器１５のアキュムレータ２０側の出口温度に基づいて、切替弁１４の切り替え制御を行っても良い。具体的には、温度センサ３４が計測した温度が非過熱切替制御値に対応する所定の閾値以上となれば、制御装置１００は、冷媒がバイパス配管１９を通過するように切替弁１４を切り替える。一方、温度センサ３４が計測した温度が過熱切替制御値に対応する所定の閾値未満となれば、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を切り替える。制御装置１００が切替弁１４を切り替えてから高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度にその影響が出るまでには少し時間が掛かる（例えば数分）。一方、温度センサ３４が計測した温度には直ぐ応答が表れる。従って、過熱熱交換器１５のアキュムレータ２０側の出口温度に基づく制御を行うことで、冷媒温度の変化に迅速に追随し、的確な制御を行うことができる。
【００４９】
また、上記の冷媒回路では、過熱熱交換器１５を通過する冷媒流量の調整を切替弁１４によって行う場合を例に説明を行ったがこれに限定されない。他の例として、例えば、切替弁１４の代わりにバイパス配管１９または主配管１８における過熱熱交換器１５の上流側に二方弁を設け、制御装置１００は、この二方弁を切り替えることによって過熱熱交換器１５を通過する冷媒流量の調整を行ってもよい。また、例えば、バイパス配管１９または主配管１８における過熱熱交換器１５の上流側に流量調整弁を設け、制御装置１００は、この流量調整弁の弁開度を調整することによって過熱熱交換器１５を通過する冷媒流量の調整を行ってもよい。例えば、温度センサ３１が計測した吐出側温度が非過熱切替制御値付近まで上昇すると、制御装置１００は、過熱熱交換器１５を通過する冷媒流量が減少するように流量調整弁の弁開度を制御する。また、例えば、温度センサ３１が計測した吐出側温度が過熱切替制御値付近まで低下すると、制御装置１００は、過熱熱交換器１５を通過する冷媒流量が増加するように流量調整弁の弁開度を制御する。流量調整弁の弁開度制御により、より細やかに低段側圧縮機１０Ｂの吸入側温度の制御を行うことができる。
【００５０】
また、上記の冷媒回路では、バイパス配管１９を、第２膨張弁１６へ流入する冷媒の経路に対して設ける場合を例に説明を行った。しかし、過熱熱交換器１５をバイパスするバイパス回路は、熱源側熱交換器１７から低段側圧縮機１０Ｂに至る経路側に設けても良い。バイパス配管の構成例を図６に示す。
図６は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第三の図である。
図６に例示する冷媒回路システム１Ａでは、バイパス配管１９´は、熱源側熱交換器１７とアキュムレータ２０を接続する配管において過熱熱交換器１５をバイパスするように設けられる。また、切替弁１４´は、熱源側熱交換器１７からアキュムレータ２０側へ流れる冷媒にとっての過熱熱交換器１５の入口側に設けられる。制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が非過熱切替制御値以上となれば、冷媒がバイパス配管１９´を通過するように切替弁１４´を切り替える。また、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が過熱切替制御値未満となれば、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４´を切り替える。
【００５１】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による冷媒回路システムを図７〜図８を参照して説明する。
蒸発器の上流側に設けられた膨張弁に流入する冷媒の熱を利用して、熱交換器によって圧縮機の吸入側へ流入する冷媒の温度を上昇させる構成および当該熱交換器を通過する冷媒の流量を調整する構成は、ガスインジェクション回路を備えない冷媒回路に適用することも可能である。
図７は、本発明の第二実施形態における冷媒回路システムを示す図である。
図７が示すとおり冷媒回路システム１Ｂは、高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂ、利用側熱交換器１１、第１膨張弁１２、レシーバ１３、切替弁１４、過熱熱交換器１５、第２膨張弁１６、熱源側熱交換器１７、アキュムレータ２０、それらを接続する主配管１８、過熱熱交換器１５を通過する冷媒の通路をバイパスするバイパス配管１９、高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとを接続する二方弁２１、制御装置１００を含んで構成される。また、冷媒回路システム１には、温度センサ３１、温度センサ３２、圧力センサ３３、温度センサ３４が設けられている。
【００５２】
本実施形態においても、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が非過熱切替制御値以上となれば、冷媒がバイパス配管１９を通過するように切替弁１４を切り替える。また、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度が過熱切替制御値未満となれば、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を切り替える。また、第１制限値、第２制限値等に基づいて図５のフローチャートで説明した圧縮機の動作制御を行う。これにより、ガスインジェクション回路無しの多段圧縮機を備えた加熱サイクルにおいても効率よく冷媒の温度を上昇させることができる。第一実施形態と同様、冷媒にＲ１２３４ｙｆなどの低圧冷媒が用いた場合でも、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度を所望の高温（例えば８０℃）に制御することができる。
【００５３】
図８は、本発明の第二実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
図８は、本実施形態に係る冷媒回路システム１Ｂの冷凍サイクルを表した圧力とエンタルピの関係線図である。図８において各記号はそれぞれ次の状態を示す。すなわち、Ｂ１およびＢ１´は高段側圧縮機１０Ａが吐出した冷媒の状態、Ｂ２は利用側熱交換器１１の出口側での冷媒の状態、Ｂ３およびＢ３´は第２膨張弁１６の入口側での冷媒の状態、Ｂ４およびＢ４´は第２膨張弁１６の出口側での冷媒の状態、Ｂ５およびＢ５´は低段側圧縮機１０Ｂの吸入側での冷媒の状態、をそれぞれ示している。
【００５４】
これらのうち、Ｂ１´、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ３´、Ｂ４´、Ｂ５´で示される点線のグラフは、制御装置１００が、冷媒が熱交換を行うように切替弁１４を切り替えたとき（過熱回路）のＰ−ｈ線図である。一方、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５で示される実線のグラフは、制御装置１００が、冷媒が熱交換を行わないように切替弁１４を切り替えたとき（非過熱回路）のＰ−ｈ線図である。
【００５５】
高段側圧縮機１０Ａから吐出される高温高圧の冷媒（状態Ｂ１、Ｂ１´）は、利用側熱交換器１１にて放熱して凝縮液化し、高圧の液冷媒（状態Ｂ２）となる。高圧の液冷媒は、第１膨張弁１２によって減圧、膨張された冷媒となりレシーバ１３に流入する。レシーバ１３から流出した冷媒（状態Ｂ３）は、過熱回路では、過熱熱交換器１５での熱交換器により冷却され第２膨張弁１６に至る（状態Ｂ３´）。そして、冷媒は、第２膨張弁１６によってさらに減圧され（状態Ｂ４、Ｂ４´）、熱源側熱交換器１７へと流入して蒸発し、ガス冷媒（状態Ｂ５、Ｂ５´）となる。ガス冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂおよび高段側圧縮機１０Ａによって圧縮され、高温高圧（状態Ａ１、Ａ１´）となる。以降は、同じサイクルを繰り返す。
上記の説明のように、過熱回路では、低段側圧縮機１０Ｂに流入する冷媒は、第２膨張弁１６へ流入する冷媒によって過熱熱交換器１５で加熱される（状態Ｂ５´）。その影響で、高段側圧縮機１０Ａの吐出側（状態Ｂ１´）のエンタルピが上昇する。一方、第２膨張弁１６へ流入する冷媒は、過熱熱交換器１５での熱交換により熱源側熱交換器１７から低段側圧縮機１０Ｂの吸入側へ流れる冷媒によって冷却される（状態Ｂ３´、Ｂ４´）。
【００５６】
図８において図中Δｉで示したのが、非過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過した冷媒の入口（状態Ｂ１）と出口（状態Ｂ２）におけるエンタルピ差である。一方、図中Δｉ´で示したのが、過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過した冷媒の入口（状態Ｂ１´）と出口（状態Ｂ２）におけるエンタルピ差である。本実施形態の過熱回路によれば、高段側圧縮機１０Ａの吐出側温度を高温にすることができるので、低圧冷媒を用いたとしてもエンタルピ差Δｉ´によって所望の利用側設置温度を得ることができる。
なお、第一実施形態、第二実施形態において、圧縮機の数は２段でなく、３段や４段またはそれ以上であってもよい。
【００５７】
＜第三実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による冷媒回路システムを図９〜図１０を参照して説明する。
蒸発器の上流側に設けられた膨張弁に流入する冷媒の熱を利用して熱交換することにより、圧縮機の吸入側へ流入する冷媒の温度を上昇させる構成および熱交換する冷媒量を調整する構成は、多段圧縮機を備えない冷媒回路に適用することも可能である。
図９は、本発明の第三実施形態における冷媒回路システムを示す図である。
図９が示すとおり冷媒回路システム１Ｃは、圧縮機１０、利用側熱交換器１１、切替弁１４、過熱熱交換器１５、膨張弁１６´、熱源側熱交換器１７、アキュムレータ２０、それらを接続する主配管１８、過熱熱交換器１５を通過する冷媒の通路をバイパスするバイパス配管１９、制御装置１００を含んで構成される。また、冷媒回路システム１には、圧縮機１０の出口側に温度センサ３１、圧縮機１０の吸入側に温度センサ３２および圧力センサ３３、過熱熱交換器１５のアキュムレータ２０側の出口側に温度センサ３４が設けられている。
【００５８】
本実施形態においても、制御装置１００は、圧縮機１０の吐出側温度が非過熱切替制御値以上となれば、冷媒がバイパス配管１９を通過するように切替弁１４を切り替える。また、圧縮機１０の吐出側温度が過熱切替制御値未満となれば、制御装置１００は、冷媒が過熱熱交換器１５を通過するように切替弁１４を切り替える。これにより、単段圧縮機構成の冷媒回路において、冷媒にＲ１２３４ｙｆなどの低圧冷媒が用いた場合でも、圧縮機１０の吐出側温度を所望の高温（例えば８０℃）に制御することができる。
【００５９】
図１０は、本発明の第三実施形態における冷媒回路システムのＰ−ｈ線図である。
図１０は、本実施形態に係る冷媒回路システム１Ｃの冷凍サイクルを表した圧力とエンタルピの関係線図である。図１０において各記号はそれぞれ次の状態を示す。すなわち、Ｃ１およびＣ１´は圧縮機１０が吐出した冷媒の状態、Ｃ２は利用側熱交換器１１の出口側での冷媒の状態、Ｃ２およびＣ２´は膨張弁１６´の入口側での冷媒の状態、Ｃ３およびＣ３´は膨張弁１６´の出口側での冷媒の状態、Ｃ４およびＣ４´は圧縮機１０の吸入側での冷媒の状態、をそれぞれ示している。
【００６０】
これらのうち、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｃ３´、Ｃ４´で示される点線のグラフは、制御装置１００が、冷媒が熱交換を行うように切替弁１４を切り替えたとき（過熱回路）のＰ−ｈ線図である。一方、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で示される実線のグラフは、制御装置１００が、冷媒が熱交換を行わないように切替弁１４を切り替えたとき（非過熱回路）のＰ−ｈ線図である。
【００６１】
圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒（状態Ｃ１、Ｃ１´）は、利用側熱交換器１１にて放熱して凝縮液化し、高圧の液冷媒（状態Ｃ２）となる。また、過熱回路では、膨張弁１６´へ流入する冷媒は、過熱熱交換器１５での熱交換により冷却される（状態Ｃ２´）。冷媒は、膨張弁１６´によって減圧され（状態Ｃ３、Ｃ３´）、熱源側熱交換器１７へと流入して蒸発し、ガス冷媒（状態Ｃ４）となる。過熱回路では、圧縮機１０に流入する冷媒は、過熱熱交換器１５で加熱される（状態Ｃ４´）。ガス冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂおよび高段側圧縮機１０Ａによって圧縮され、高温高圧（状態Ｃ１、Ｃ１´）となる。以降は、同じサイクルを繰り返す。
【００６２】
図１０において図中Δｉで示したのが、非過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過した冷媒の入口（状態Ｃ１）と出口（状態Ｃ２）におけるエンタルピ差である。一方、図中Δｉ´で示したのが、過熱回路に切り替えた場合の利用側熱交換器１１を通過した冷媒の入口（状態Ｃ１´）と出口（状態Ｃ２）におけるエンタルピ差である。本実施形態の過熱回路によれば、圧縮機１０の吐出側温度を高温にすることができるので、低圧冷媒を用いたとしてもエンタルピ差Δｉ´によって所望の利用側設置温度を得ることができる。
【００６３】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。切替弁１４は流量調整手段の一例である。膨張弁１６´および第２膨張弁１６は冷媒を減圧する膨張弁の一例である。バイパス配管１９はバイパス回路の一例である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・冷媒回路システム
１０・・・圧縮機
１０Ａ・・・高段側圧縮機
１０Ｂ・・・低段側圧縮機
１１・・・利用側熱交換器
１２・・・第１膨張弁
１３・・・レシーバ
１４・・・切替弁
１５・・・過熱熱交換器
１６・・・第２膨張弁
１６´・・・膨張弁
１７・・・熱源側熱交換器
１８・・・主配管
１９・・・バイパス配管
２０・・・アキュムレータ
２１・・・二方弁
２２・・・第３膨張弁
２３・・・中間熱交換器
２４・・・インジェクション配管
３１、３２、３４・・・温度センサ
３３・・・圧力センサ
１００・・・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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