(57)【要約】  【課題】  給湯と暖房機能を有する多機能ヒートポンプにおいて、同一の吸入容積を有する二つの圧縮機を用いながら、高段熱交換器と低段熱交換器を最適な高圧で運転する。  【解決手段】  低段圧縮機２、高段圧縮機３、高段熱交換器４、第一の膨張弁５、第二の膨張弁６、蒸発器７の順に接続されてなる冷媒回路を備えている。また、低段圧縮機２と高段圧縮機３間の配管と第一の膨張弁５と第二の膨張弁６間の配管を接続する冷媒配管と、冷媒配管中に低段熱交換器８を備え、高段熱交換器４と低段熱交換器８のそれぞれ入口冷媒配管を接続するバイパス管路９と、バイパス管路９中に流量調整弁１０を備えている。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、低段圧縮機、高段圧縮機、高段熱交換器、第一の膨張機構、第二の膨張機構、蒸発器の順に循環する冷媒回路を備え、前記低段圧縮機と前記高段圧縮機間の配管と前記第一の膨張機構と前記第二の膨張機構の配管を接続する低段熱交換器を備える第一のバイパス管路と、前記高段熱交換器と前記低段熱交換器のそれぞれ入口冷媒配管を接続する第二のバイパス管路と、前記第二のバイパス管路に流量調整弁を備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記高段熱交換器の出口冷媒温度を測定する第一の温度センサと前記低段熱交換器の出口冷媒温度を測定する第二の温度センサを備え、前記第一の温度センサと前記第二の温度センサからの出力値に基づいて、前記流量調整弁の開度と前記低段圧縮機と前記高段圧縮機の回転数を制御する請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低段熱交換器および高段熱交換器を備えるヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる蒸気圧縮式のヒートポンプ装置において、給湯用熱交換器と暖房用熱交換器を備え、給湯運転だけでなく、暖房運転もできる多機能システムが提案されている（例えば、特許文献１）。また、ヒートポンプ装置の高効率化手段として、冷媒を二段圧縮するシステムが提案されている（例えば、特許文献２）。これら技術を用いれば、二つの圧縮機を用い、給湯用熱交換器と暖房用熱交換器をそれぞれ最適な状態で運転でき、ヒートポンプ装置を高効率化できる。
【特許文献１】特開２００６−１０１８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のヒートポンプ装置では、給湯用熱交換器と暖房用熱交換器の負荷に対応し、吸入容積が異なる圧縮機が必要となり、コスト増加要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記従来の課題を解決するために本発明のヒートポンプ装置は、冷媒が、低段圧縮機、高段圧縮機、高段熱交換器、第一の膨張機構、第二の膨張機構、蒸発器の順に循環する冷媒回路を備え、低段圧縮機と高段圧縮機間の配管と第一の膨張機構と第二の膨張機構の配管を接続する低段熱交換器を備える第一のバイパス管路と、前記高段熱交換器と低段熱交換器のそれぞれ入口冷媒配管を接続する第二のバイパス管路と、第二のバイパス管路に流量調整弁を備えたヒートポンプ装置である。
【０００５】
これによって、高段圧縮機と低段圧縮機として同一の吸入容積を有する圧縮機を用いた場合においても、高段熱交換器に過剰な冷媒が流入することを抑制でき、ヒートポンプ装置を高効率化できる。
【０００６】
また、上記従来の課題を解決するために本発明のヒートポンプ装置は、高段熱交換器の出口冷媒温度を測定する第一の温度センサと低段熱交換器の出口冷媒温度を測定する第二の温度センサを備え、第一の温度センサと第二の温度センサからの出力値に基づいて、流量調整弁の開度と低段圧縮機と高段圧縮機の回転数を制御するヒートポンプ装置である。
【０００７】
これによって、高段熱交換器、低段熱交換器の出口冷媒温度を所定値近傍に制御でき、ヒートポンプ装置をより高効率化できる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、異なる能力を要求される２つの熱交換器(放熱器)、たとえば、給湯用と暖房用熱交換器を有する多機能ヒートポンプにおいて、同一の吸入容積を有する二つの圧縮機を用いながら、２つの熱交換器を高効率な状態で運転することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係るヒートポンプ装置１は、低段圧縮機２、高段圧縮機３、高段熱交換器４、第一の膨張弁５、第二の膨張弁６、蒸発器７の順に接続されてなる冷媒回路を備えている。また、低段圧縮機２と高段圧縮機３間の配管と第一の膨張弁５と第二の膨張弁６間の配管を接続する冷媒配管と、冷媒配管中に低段熱交換器８を介して、第１のバイパス管路で接続されている。さらに、高段熱交換器４と低段熱交換器８のそれぞれ入口冷媒配管を接続する第２のバイパス管路９と、第２のバイパス管路９中に流量調整弁１０を備えている。また、高段熱交換器４の出口冷媒温度を測定する第一の温度センサ１１と低段熱交換器８の出口冷媒温度を測定する第二の温度センサ１２を備えている。
【００１１】
ここで、高段熱交換器４とは、より高圧の冷媒を利用する熱交換器である。低段熱交換器とは、より低圧の冷媒を利用する熱交換器である。高段熱交換器４とは、たとえば、暖房用熱交換器であり、室内空気を加熱し、暖房を行う。低段熱交換器８とは、たとえば、給湯用熱交換器であり、水道水を加熱し、給湯を行う。高段熱交換器４、低段熱交換器８としては、このように利用する適切な冷媒圧力が相違するシステムであれば、他の熱交換器であっても良い。
【００１２】
本冷媒回路には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。ただし、冷媒の種類は特に限定されるものではない。
【００１３】
低段圧縮機２、高段圧縮機３には、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機等を好適に用いることができる。
【００１４】
次に、ヒートポンプ装置１の運転動作について説明する。冷媒回路においては、低段圧縮機２から吐出された冷媒は、二つの流路に分岐され、一方は高段圧縮機３に吸入され、他方は低段熱交換器に導入される。高段圧縮機３に吸入された冷媒は、さらに高圧まで圧縮され吐出された後、高段熱交換器４において放熱し第一の膨張弁５で減圧される。他方は、低段熱交換器１０において放熱した後、第一の膨張弁５で減圧された冷媒と合流し、第二の膨張弁６で減圧される。第二の膨張弁６で減圧された冷媒は、蒸発器７で外気から吸熱し、低段圧縮機２に戻る。また、高段圧縮機３から吐出された冷媒の一部は、第２のバイパス管路９を通過し、低段熱交換器８に流入する。このとき、第２のバイパス管路９を流れる冷媒の流量は第２のバイパス管路９内に設けられた流量調整弁１０により制御される。これによって、低段熱交換器に導入される冷媒の圧力は適切に制御される。
【００１５】
以下に、流量調整弁１０および高段圧縮機３と低段圧縮機２の回転数の制御方法について、より詳細に説明する。図２に制御フローチャートを示す。ステップＳ５１において、高段熱交換器４の出口冷媒温度Ｔｏ１と低段熱交換器８の出口冷媒温度Ｔｏ２を測定する。Ｔｏ１、Ｔｏ２と所定値α、βを比較し、以下の操作を行う。ここで、所定値α、βとは、要求される高段熱交換器および低段熱交換器の加熱能力、外気温等に基づいて定められる適切な数値である。Ｔｏ１＞αかつＴｏ２＞βの場合、高段圧縮機３、低段圧縮機２の回転数を低下させる。Ｔｏ１＜αかつＴｏ２＜βの場合、高段圧縮機３、低段圧縮機２の回転数を増加させる。Ｔｏ１＞αかつＴｏ２＜βの場合、流量調整弁１０の開度を大きくする。Ｔｏ１＜αかつＴｏ２＞βの場合、流量調整弁１０の開度を小さくする。そして、必要に応じて、以上の操作を繰り返す。以上の操作により、Ｔｏ１、Ｔｏ２を所定値α、β近傍に制御でき、ヒートポンプ装置を高効率に運転できる。
【００１６】
このように本実施形態の構成は、熱交換器４と熱交換器８の２つの熱交換器を利用する多機能ヒートポンプ装置において、熱交換器４と熱交換器８の適切な冷媒圧力が異なるときに利用できる。すなわち、本ヒートポンプ装置において、低段熱交換器８は、比較的低
圧の冷媒を用いた熱交換が可能である。低段熱交換器８において、低段側圧縮機２において圧縮され、高段側圧縮機３においては圧縮されていない冷媒を利用して熱交換を行うため、両方とも高段圧縮機３を通過した冷媒を利用するのに比べて、圧縮機に投入する合計の動力を低減することができる。
【００１７】
また、本実施形態においては、第２のバイパス回路９と流量調整弁１０を用いているので、低圧側で利用する熱交換器８の入口に適量の高段側圧縮機３で圧縮された高圧冷媒を混合することが可能となり、低段熱交換器８の加熱能力制御が容易である。
【００１８】
以上は、膨張機構５，６として、膨張弁を用いる場合について説明したが、動力を回収する膨張機を用いても良い。膨張機としては分離型膨張機を用いても良いし、圧縮機２，３のいずれかと連結した圧縮機一体型膨張機を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上、説明したように、本発明は、給湯および暖房機能を備えるヒートポンプ装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御フローチャート
【符号の説明】
【００２１】
１    ヒートポンプ装置
２    低段圧縮機
３    高段圧縮機
４    高段熱交換器
５    第一の膨張弁
６    第二の膨張弁
７    蒸発器
８  低段熱交換器
９  バイパス管路
１０  流量調整弁
１１  第一の温度センサ
１２  第二の温度センサ
【図１】
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【図２】
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