(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を低段側圧縮機構で低圧Ｐｓから中間圧Ｐｍに圧縮し中間接続部を流通させて高段側圧縮機構に流入させ、この高段側圧縮機構でさらに高圧Ｐｄまで圧縮して吐出する２段圧縮機、この２段圧縮機から吐出された冷媒と給湯回路を循環する負荷側媒体である水とを熱交換させる放熱器、この放熱器を通過した冷媒を減圧する膨張弁、この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器、を環状に接続して成る冷凍サイクルと、
前記放熱器と前記膨張弁の間を流れる冷媒と前記蒸発器と前記２段圧縮機の間を流れる冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器と、
前記放熱器と前記高低圧熱交換器の間から分岐して前記中間接続部に接続するインジェクション回路と、
このインジェクション回路を流れる冷媒を減圧して液状態もしくは気液二相状態とするインジェクション回路用膨張弁と、
前記２段圧縮機から吐出される冷媒の温度を検知する吐出冷媒温度センサと、
当該ヒートポンプ給湯機の制御動作を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記吐出冷媒温度センサで検知される吐出冷媒温度が高くなると、前記吐出冷媒温度が予め設定された所定値を越えないように、前記インジェクション回路用膨張弁を開として、前記インジェクション回路を通して前記２段圧縮機の中間接続部に、液状態もしくは気液二相状態の冷媒を流入させるインジェクション運転を行うとともに、
前記低段側圧縮機構の排除容積に対する前記高段側圧縮機構の排除容積の比率である排除容積比が、外気温度が高外気温度で前記給湯回路の前記放熱器の出口側における水温度である出湯温度は低く前記インジェクション回路用膨張弁を閉として前記インジェクション運転が行われていない場合に、高段側圧縮比Ｐｄ／Ｐｍが１以上となるよう０．６以上で、且つ外気温度が低外気温度で前記出湯温度は高く前記インジェクション運転が行われている場合に、低段側圧縮比Ｐｍ／Ｐｓが１以上となるよう０．８以下の範囲となるように前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構が構成されていることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
冷媒を低段側圧縮機構で低圧Ｐｓから中間圧Ｐｍに圧縮し中間接続部を流通させて高段側圧縮機構に流入させ、この高段側圧縮機構でさらに高圧Ｐｄまで圧縮して吐出する２段圧縮機、この２段圧縮機から吐出された冷媒と給湯回路を循環する負荷側媒体である水とを熱交換させる放熱器、この放熱器を通過した冷媒を減圧する膨張弁、この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器、を環状に接続して成る冷凍サイクルと、
前記放熱器と前記膨張弁の間を流れる冷媒と前記蒸発器と前記２段圧縮機の間を流れる冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器と、
前記放熱器と前記高低圧熱交換器の間から分岐して前記中間接続部に接続するインジェクション回路と、
このインジェクション回路を流れる冷媒を減圧して液状態もしくは気液二相状態とするインジェクション回路用膨張弁と、
このインジェクション回路用膨張弁で減圧された冷媒と前記放熱器と前記インジェクション回路への分岐部との間を流れる冷媒とを熱交換させるインジェクション熱交換器と、
前記２段圧縮機から吐出される冷媒の温度を検知する吐出冷媒温度センサと、
当該ヒートポンプ給湯機の制御動作を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記吐出冷媒温度センサで検知される吐出冷媒温度が高くなると、前記吐出冷媒温度が予め設定された所定値を越えないように、前記インジェクション回路用膨張弁を開として、前記インジェクション回路を通して前記２段圧縮機の中間接続部に、液状態もしくは気液二相状態の冷媒を流入させるインジェクション運転を行うとともに、
前記低段側圧縮機構の排除容積に対する前記高段側圧縮機構の排除容積の比率である排除容積比が、外気温度が高外気温度で前記給湯回路の前記放熱器の出口側における水温度である出湯温度は低く前記インジェクション回路用膨張弁を閉として前記インジェクション運転が行われていない場合に、高段側圧縮比Ｐｄ／Ｐｍが１以上となるよう０．６以上で、且つ外気温度が低外気温度で前記出湯温度は高く前記インジェクション運転が行われている場合に、低段側圧縮比Ｐｍ／Ｐｓが１以上となるよう０．９５以下の範囲となるように前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構が構成されていることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
冷媒が二酸化炭素であ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給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプ給湯機、例えば冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用い、圧縮機として２段圧縮機を用いるヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を冷媒に用いた超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を向上させるために、内部熱交換器とガスインジェクションとを用いたサイクルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、２段圧縮機において、中間圧にガスインジェクションする冷凍サイクルに適した排除容積比について、ＨＦＣ冷媒（Ｒ４１０Ａ）、ＨＣＦＣ冷媒（Ｒ２２）に関して検討しており、低段側圧縮機構のシリンダ容積に対して高段側圧縮機構のシリンダ容積が８５％以下、特に高圧縮比用として４５％から６５％の範囲に設定されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１６３７６号公報（第５、６頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−８７８９２号公報（第６〜８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
寒冷地で、例えば−２０℃程度に外気温度が低く、例えば９０℃程度に出湯温度が高温の条件でヒートポンプ給湯機を運転すると、外気温度が低いため低圧が低下し、高温出湯のため吐出冷媒温度が高くなるという問題があった。特に、単段圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機で吐出冷媒温度を下げようとすると、吸入冷媒を湿り吸入として運転することで可能であるが、液冷媒を吸入することになり圧縮機の信頼性が低下する。
【０００５】
一般的に、吐出冷媒温度を下げるために、２段圧縮機を用いて、中間圧にガス冷媒をインジェクションする装置がある。特許文献１の超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルでは、中間圧にガス冷媒をインジェクションし、さらに性能向上のため内部熱交換器を有する。ただし、この構成を寒冷地向けヒートポンプ給湯機に適用してガスインジェクションしても、高圧側冷媒循環量が十分に得られない。即ち、ガス冷媒をインジェクションする構成ではインジェクションする冷媒量に限界があり、加熱能力を満足できなかった。このため、運転範囲や信頼性に限界があるという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献２の冷凍サイクルは二酸化炭素を冷媒として考慮しておらず、また対象機器も空気調和装置である。空気調和装置は空調能力を満足すればよいのであるが、給湯機は加熱能力と共に出湯温度を満足させる必要があり、空気調和装置で最適とされたシリンダ容積比を、二酸化炭素を冷媒とした寒冷地向けヒートポンプ給湯機に適用させることはできない。特に外気温度が低い場合には吐出冷媒温度が高くなりすぎることがあり、やはり運転範囲や信頼性に限界があるという問題点があった。
【０００７】
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、外気温度が低い寒冷地でも効率よく運転できる運転範囲の広いヒートポンプ給湯機を得て、さらに２段圧縮機の低段側圧縮機構と高段側圧縮機構を適度に構成することで、効率改善を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るヒートポンプ給湯機は、冷媒を低段側圧縮機構で低圧Ｐｓから中間圧Ｐｍに圧縮し中間接続部を流通させて高段側圧縮機構に流入させ、この高段側圧縮機構でさらに高圧Ｐｄまで圧縮して吐出する２段圧縮機、この２段圧縮機から吐出された冷媒と給湯回路を循環する負荷側媒体である水とを熱交換させる放熱器、この放熱器を通過した冷媒を減圧する膨張弁、この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器、を環状に接続して成る冷凍サイクルと、放熱器と膨張弁の間を流れる冷媒と、蒸発器と２段圧縮機の間を流れる冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器と、放熱器と高低圧熱交換器の間から分岐して中間接続部に接続するインジェクション回路と、このインジェクション回路を流れる冷媒を減圧して液状態もしくは気液二相状態とするインジェクション回路用膨張弁と、２段圧縮機から吐出される冷媒の温度を検知する吐出冷媒温度センサと、当該ヒートポンプ給湯機の制御動作を行う制御装置と、を備え、制御装置が、吐出冷媒温度センサで検知される吐出冷媒温度が高くなると、吐出冷媒温度が予め設定された所定値を越えないように、インジェクション回路用膨張弁を開として、インジェクション回路を通して２段圧縮機の中間接続部に、液状態もしくは気液二相状態の冷媒を流入させるインジェクション運転を行うとともに、低段側圧縮機構の排除容積に対する高段側圧縮機構の排除容積の比率である排除容積比が、外気温度が高外気温度で給湯回路の放熱器の出口側における水温度である出湯温度は低くインジェクション回路用膨張弁を閉としてインジェクション運転が行われていない場合に、高段側圧縮比Ｐｄ／Ｐｍが１以上となるよう０．６以上で、且つ外気温度が低外気温度で出湯温度は高くインジェクション運転が行われている場合に、低段側圧縮比Ｐｍ／Ｐｓが１以上となるよう０．８以下の範囲となるように低段側圧縮機構と高段側圧縮機構が構成されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るヒートポンプ給湯機は、低外気温度から高外気温度まで広い運転範囲で効率よい運転が実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度の上昇を抑えつつ、十分な加熱能力および出湯温度を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。低段側圧縮機構１、中間接続部２、及び高段側圧縮機構３を収納する２段圧縮機４と、放熱器５と、膨張弁６と、蒸発器７とを順次環状に接続して冷凍サイクルを構成する。さらに、放熱器５と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と２段圧縮機４の間を流れる冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器８を備えると共に、放熱器５と高低圧熱交換器８の間から分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９を設け、このインジェクション回路９上にインジェクション回路用膨張弁１０を備える。
【００１１】
高低圧熱交換器８は、例えば二重管熱交換器を用い、内管側を低圧側流路、外管側を高圧側流路とするが、内管側を高圧側流路、外管側を低圧側流路としても良い。高圧側と低圧側における冷媒の流れ方向を対向流とすれば、熱交換器の全体にわたって内管と外管との温度差を略均一にすることができる。このため、熱交換性能を向上することができ、好ましい。このヒートポンプ給湯機の冷媒としては、例えば冷凍サイクルにおける高圧側が臨界圧力（約７３ｋｇ／ｃｍ２）以上で超臨界状態となり、かつ容易に入手できる二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。
【００１２】
ヒートポンプ給湯機の給湯回路１２は、循環する負荷側媒体を例えば水とした給湯水回路であり、放熱器５では２段圧縮機４から吐出した冷媒と給湯回路１２を循環する水とを熱交換する。また、給水温度センサ１１ａが放熱器５の水入口側、出湯温度センサ１１ｂが放熱器５の水出口側に設けられており、それぞれ設置場所の水温度を検知する。また、ヒートポンプ給湯機の外郭またはその近傍に外気温度センサ１１ｃを設け、ヒートポンプ給湯機周囲の外気温度を検知する。さらに冷凍サイクルにおいて温度センサ１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇを設け、各設置場所における冷媒温度を検知する。即ち、２段圧縮機４の低段側圧縮機構１の出口側に設けた吐出冷媒温度センサ１１ｄで、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する。２段圧縮機４の入口側に設けた吸入冷媒温度センサ１１ｅで、２段圧縮機４の低段側圧縮機構１に吸入される吸入冷媒温度を検知する。蒸発器７に設けた蒸発冷媒温度センサ１１ｆで、蒸発器７を流れる蒸発冷媒温度を検知する。インジェクション回路９上のインジェクション回路用膨張弁１０の出口側に設けたインジェクション温度センサ１１ｇで、インジェクション回路９上でインジェクション回路用膨張弁１０の下流側を流れるインジェクション冷媒温度を検知する。また、蒸発器７は冷媒と外気とを熱交換する構成であり、外気を送風するファン１３がその近傍に配設されている。
【００１３】
また、ヒートポンプ給湯機内には、計測制御装置１４が設けられている。計測制御装置１４は、各温度センサ１１などで検知した情報や、ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報の内容に基づいて、２段圧縮機４の運転方法、膨張弁６の開度、インジェクション回路用膨張弁１０の開度、給湯水回路１２のポンプの運転方法などを制御する機能を有する。
【００１４】
次に、このヒートポンプ給湯機での運転動作について説明する。まず、膨張弁１０を閉とする運転について説明する。この運転は、外気温度が例えば０℃以上で給湯温度が６０℃程度のように、２段圧縮機４から吐出する吐出冷媒温度が装置で許容される吐出冷媒温度、例えば１２０℃程度を超えることがないような状況での運転であり、ここでは通常運転と称する。通常運転では膨張弁１０を閉とし、２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクション回路９を通って冷媒がインジェクションされない運転である。
ヒートポンプ給湯機の冷凍サイクルにおいて、２段圧縮機４に吸入された冷媒は、低段側圧縮機構１で中間圧力まで圧縮され、中間接続部２を流通し、高段側圧縮機構３に流入する。高段側圧縮機構３でさらに圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって２段圧縮機４から吐出し、放熱器５で給湯水回路１２側へ放熱して温度低下する。このとき高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。冷媒から放熱された熱を負荷側である給湯水回路１２の負荷側媒体に与えることで給湯加熱を行う。給湯加熱後に放熱器５から流出した高圧低温の冷媒は、高低圧熱交換器８を通過し、蒸発器７を通過した低圧側冷媒と熱交換して冷却される。
【００１５】
高低圧熱交換器８を通過した高圧冷媒は、膨張弁６で低圧気液二相の状態に減圧される。減圧された冷媒は蒸発器７に流入し、そこで給湯機外空気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器７を出た低圧冷媒は高低圧熱交換器８を通過して、高圧側流路を通過する高圧冷媒と熱交換して過熱ガス化され、２段圧縮機４に吸入されて循環し冷凍サイクルを形成する。
【００１６】
２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度が、所定の吐出冷媒温度上限値として例えば１２０℃よりも高くなったときには、インジェクション回路９に冷媒を流通させるように運転する。これをインジェクション運転と称する。膨張弁１０を開とし、２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクション回路９を通って冷媒がインジェクションされる運転である。
インジェクション運転時には、放熱器５を流出した冷媒の一部がインジェクション回路９に分岐し、インジェクション回路用膨張弁１０で中間圧力まで減圧されて液状態または気液二相状態となって２段圧縮機４の中間接続部２に流入する。そして低段側圧縮機構１から吐出した冷媒と２段圧縮機４の中間接続部２で合流し、高段側圧縮機構３で圧縮される。
【００１７】
また、図示を省略しているが、給湯水回路１２側において、放熱器５で冷媒から放熱された熱は、例えばポンプによりタンクの下部から導かれて放熱器５の給湯水回路１２側へ搬送される水などの負荷側媒体に与えられる。ここで加熱された負荷側媒体はタンクの上部へ流入し、タンク内に蓄熱される。タンク内に温水として蓄熱する場合、タンク内の上部に高温水、下部に低温水というように温度分布があるほうが確実の高温水を蓄えることができ、効率よく温水を供給できるので、好ましい。
また、給湯水回路は、容量の大きなタンクを設けずに、瞬間的に温水を供給するような構成でも良い。
【００１８】
次に、このヒートポンプ給湯機での制御動作について説明する。この実施の形態では、例えばすべての制御動作を計測制御装置１４で行っている。
２段圧縮機４は、ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報、例えば加熱能力や沸上げ温度などの情報や、給水温度センサ１１ａや外気温度センサ１１ｃなどの温度センサ１１の情報から要求指令を満足する能力を発揮するような運転周波数で運転される。ここで、圧縮機としては例えばロータリー式圧縮機を用いる。
【００１９】
次に、膨張弁６及びインジェクション回路用膨張弁１０の開度制御について説明する。ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報、例えば加熱能力や沸上げ温度などの情報や、給水温度センサ１１ａや外気温度センサ１１ｃなどの温度センサ１１の情報に基づき、吸入過熱度の目標値を設定し、運転中の吸入過熱度がこの目標吸入過熱度になるように制御する。例えば吸入冷媒温度センサ１１ｅで検知される吸入冷媒温度と蒸発冷媒温度センサ１１ｆで検知される蒸発冷媒温度を用いて算出される吸入過熱度が、所定の目標吸入過熱度、例えば５℃程度となるように膨張弁６の開度を制御する。また、ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報、例えば加熱能力や沸上げ温度などの情報や、給水温度センサ１１ａや外気温度センサ１１ｃなどの温度センサ１１の情報に基づき、良好に運転できる吐出冷媒温度の上限を所定値として設定する。そして、吐出冷媒温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が、吐出冷媒温度上限値以下となるようにインジェクション回路用膨張弁１０の開度を制御する。
【００２０】
図２は膨張弁６、１０の制御を示すフローチャートである。ＳＴＥＰ１では、吐出冷媒温度センサ１１ｄで吐出冷媒温度Ｔｏを検知し、吸入冷媒温度センサ１１ｅで吸入冷媒温度Ｔｉを検知し、蒸発冷媒温度センサ１１ｆで蒸発冷媒温度Ｔｃを検知する。そして、吸入冷媒温度Ｔｉと蒸発冷媒温度Ｔｃから吸入過熱度を演算し（ＳＴＥＰ２）、吸入過熱度が目標吸入過熱度、例えば５℃程度になるように膨張弁６の開度を制御する（ＳＴＥＰ３）。次にＳＴＥＰ１で検知した吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度上限値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し（ＳＴＥＰ４）、吐出冷媒温度上限値を超える場合にはインジェクション回路用膨張弁１０の開度を制御する。例えばインジェクション回路用膨張弁１０の開度を大きくすれば、吐出冷媒温度は低減する。ＳＴＥＰ４の判断で吐出冷媒温度上限値を超えない場合には、インジェクション回路用膨張弁１０の開度はそのままとする。ここで、目標吸入過熱度は運転状況、例えば外気温度、出湯温度、圧縮機回転数などをパラメータとする関数によって運転中に演算しても良いし、予め試験運転やシミュレーションなどを行って情報マップを記憶しておき、運転中にそれぞれの情報値に応じて参照しても良い。
【００２１】
次に、このヒートポンプ給湯機の冷媒状態について図３に基づいて説明する。図３はこの実施の形態に係り、冷凍サイクルの冷媒の熱力学的状態変化を表す圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図）であり、横軸に比エンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸に圧力Ｐ（ＭＰａ）を示すグラフである。
まず、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度上限値以下の通常運転の場合について説明する。低段側圧縮機構１で状態Ａの冷媒を状態Ｂまで圧縮し、中間接続部２を流通して、高段側圧縮機構３で状態Ｂから状態Ｃまで冷媒を圧縮し、２段圧縮機４から吐出される。２段圧縮機４から吐出した冷媒は放熱器５で冷却され、状態Ｄとなる。放熱器５から流出した冷媒は高低圧熱交換器８で冷却され状態Ｅとなった後、膨張弁６で減圧されて状態Ｆとなる。膨張弁６で減圧された冷媒は蒸発器７に流入して蒸発し、状態Ｇとなる。なお、状態Ｇは状態Ｅ−Ｄと状態Ａ−Ｇのエンタルピー差が等しくなる点である。蒸発器７から流出した冷媒は高低圧熱交換器８で加熱され状態Ａとなり、サイクルを形成する。
【００２２】
次に、吐出冷媒温度が所定の吐出冷媒温度上限値よりも高くなり、インジェクションが必要な場合のインジェクション運転について説明する。例えば外気温度が０℃以下と低く、出湯温度が８０℃以上と高い場合などの条件下で、前記のような冷凍サイクルで運転を行うと吐出冷媒温度が上昇し、圧縮機や配管等の装置全体にとって好ましくない限界温度よりも高くなる可能性がある。このため、この実施の形態では吐出冷媒温度の上限値を設定し、この吐出冷媒温度上限値を超えないようにインジェクション運転を行う。吐出冷媒温度上限値は確実に信頼性が得られる温度として例えば１２０℃程度とする。
【００２３】
インジェクション回路用膨張弁１０の開度を所定の開度に設定することで、インジェクション回路９に冷媒が流れる。放熱器５を流出した状態Ｄの冷媒の一部が分岐してインジェクション回路９に流れ、インジェクション回路用膨張弁１０で減圧され、状態Ｈの冷媒となって中間接続部２に流入する。低段側圧縮機構１で状態Ａから状態Ｂまで圧縮された冷媒と、インジェクション回路９に分岐した状態Ｈの冷媒が中間接続部２で混合される。そして状態Ｂ’となった冷媒が、高段側圧縮機構３で状態Ｃ’まで圧縮されて２段圧縮機４から吐出される。２段圧縮機４から吐出した冷媒は放熱器５で冷却され、状態Ｄとなる。放熱器５を流出した冷媒の一部はインジェクション回路９へ流れ、残りは高低圧熱交換器８で冷却され状態Ｅとなった後、膨張弁６で減圧されて状態Ｆとなる。膨張弁６で減圧された冷媒は蒸発器７に流入して蒸発し、状態Ｇとなる。なお、状態Ｇは状態Ｅ−Ｄと状態Ａ−Ｇのエンタルピー差が等しくなる点である。蒸発器７を流出した冷媒は高低圧熱交換器８で加熱され状態Ａとなり、サイクルを形成する。
【００２４】
このように状態Ｈの冷媒を２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクションすることで、２段圧縮機４から吐出する冷媒状態はインジェクションしない場合の状態Ｃから状態Ｃ’となり、吐出冷媒温度を低減できる。吐出冷媒温度が低減することで、放熱器５のエンタルピー差が状態Ｃ−Ｄから状態Ｃ’−Ｄとなり、エンタルピー差が減少するが、インジェクションにより冷媒循環量が増加するため、冷媒循環量とエンタルピー差の積である加熱能力は一定に保たれ、吐出冷媒温度を下げつつ加熱能力を維持することができる。
【００２５】
２段圧縮機４を構成する低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構３は同様の圧縮機構を備えている。低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構３は、シリンダ室に冷媒を吸入口から吸入し、シリンダ室で圧縮して吐出口から圧縮した冷媒を吐出する。例えばロータリー式圧縮機の場合、シリンダ室の内部に設けられたピストンがシリンダ室内で偏心して揺動し、ピストンの外壁とシリンダ室の内壁との間に形成される空間であるシリンダ室の容積がピストンの揺動につれて変化する。シリンダ室が吸入口に連通するときにシリンダ容積が最大となり、吐出口に連通するときにシリンダ容積が最小となることで、吸入口からシリンダ室に流入した冷媒は圧縮されて吐出口から流出する。ここで、シリンダ室が吸入口に連通した状態での最大のシリンダ容積を、圧縮機構の排除容積と称する。
【００２６】
以下、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の容積比が性能に及ぼす効果について説明する。外気温度が低く且つ出湯温度が高い時は吐出冷媒温度が高くなるため、インジェクションが必要となる。圧縮機周波数、膨張弁６開度、インジェクション回路用膨張弁１０開度を制御し、排除容積比ごとに、吐出冷媒温度を所定値、例えば１２０℃程度とし、出湯温度８５℃、所定能力が得られて能力と入力の比であるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が最大となる状態を試算した結果を図４に示す。
【００２７】
図４は横軸に排除容積比、縦軸に運転効率ＣＯＰを示すグラフであり、外気温度が−７℃の場合と−２０℃の場合の試算結果を示している。ここで、外気温度を例えば−２０℃と−７℃で試算したのは、このヒートポンプ給湯機を外気温度が−２０℃になるような寒冷地でもある程度のＣＯＰで使用可能とするためであり、外気温度が−７℃の場合と比較して示す。
外気温度が−７℃では、排除容積の変化に対してＣＯＰの変化はなだらかであり、排除容積比が０．８５近傍で最大のＣＯＰが得られた。一方、外気温度が−２０℃では、排除容積の変化に対するＣＯＰの変化は大きく、排除容積比が０．６５近傍で最大のＣＯＰが得られた。外気温度−７℃の排除容積比に対する性能変化は外気温度−２０℃のそれより小さいことから、外気温度−２０℃に注目して排除容積比を設定するのが好ましい。
【００２８】
また、前記と同様の条件で運転した時の排除容積比に対する低段側圧縮比及び高段側圧縮比の特性を図５に示す。横軸は排除容積比、縦軸は圧縮比である。低圧値をＰｓ、高圧値をＰｄ、中間圧値をＰｍとした時、低段側圧縮比はＰｍ／Ｐｓ、高段側圧縮比はＰｄ／Ｐｍとなる。この低圧値Ｐｓは主に外気温度で決まる値であり、高圧値Ｐｄは主に給湯水回路１２の出湯温度で決まる値であり、中間圧値Ｐｍはインジェクション量や低段側圧縮機構１に対する高段側圧縮機構３の排除容積比などで決まる値である。外気温度を−７℃及び−２０℃とした時、吐出冷媒温度が１２０℃を超えないようにインジェクションを行い、膨張弁６とインジェクション回路用膨張弁１０の制御は図２に示すものと同様に制御した場合の圧縮比を図５（ａ）に示す。
【００２９】
図５（ａ）では、外気温度−７℃と−２０℃のいずれにおいても高段側圧縮比に対して低段側圧縮比が小さくなっている。特に、排除容積比０．８よりも大きくなると、外気温度−２０℃で低段側圧縮比が１を下回る。圧縮比が１を下回るということは、膨張することであり、著しく効率が低下する。このため、低段側圧縮比が１以上となる排除容積比とすることが好ましい。
【００３０】
つぎに、２段圧縮機４の圧縮比が小さい条件、即ち外気温度が例えば２５℃程度で高く、出湯温度が例えば６５℃程度に低い場合には、インジェクションは不要である。低圧縮比で排除容積比に対する特性を図５（ｂ）に示す。前記条件において、高圧１０ＭＰａ、低圧５ＭＰａとすると圧縮比は２となる。この条件において、排除容積比０．６よりも小さくすると高段側圧縮比が１を下回るため、著しく効率が低下する。従って、高段側圧縮比が１以上となる排除容積比が好ましい。
【００３１】
以上述べたように図４及び図５から、排除容積比が０．６以上で且つ０．８以下の範囲となるように構成すると、−２０℃程度の低外気温度から２５℃程度の高外気温度までの運転範囲で、効率よく運転できる。外気温度が２５℃よりも高くなる場合には、このヒートポンプ給湯機のインジェクションしない構成の冷凍サイクルで運転できることは言うまでもない。０．６以上で且つ０．８以下の範囲となるように排除容積比を設定することで、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な加熱能力及び出湯温度を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００３２】
このように、低段側圧縮機構１で中間圧力に圧縮され中間接続部２を流通した冷媒を高段側圧縮機構３でさらに圧縮して吐出する２段圧縮機４、２段圧縮機４から吐出した冷媒と給湯回路１２を循環する負荷側媒体とを熱交換する放熱器５、放熱器５の下流側の冷媒を減圧する膨張弁６、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器７を環状に接続して成る冷凍サイクルと、放熱器５と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と２段圧縮機４の間を流れる冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器８と、放熱器５と高低圧熱交換器８の間から分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９と、インジェクション回路９を流れる冷媒を減圧するインジェクション回路用膨張弁１０と、を備え、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の比率が０．６以上且つ０．８以下となるように低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構３を構成したことにより、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる効果がある。
【００３３】
また、インジェクション回路９を流れて中間接続部２に流入する冷媒が液状態または気液二相状態となるように冷媒を循環させるので、ガス状態の場合よりも多くの冷媒量をインジェクション回路９から高段側圧縮機構３に流入させることができる。このため、高圧側の冷媒循環量を確保でき、確実に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できる効果がある。
【００３４】
また、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、２段圧縮機４に吸入される吸入冷媒温度を検知する吸入温度センサ１１ｅと、蒸発器７を流れる蒸発冷媒温度を検知する蒸発温度センサ１１ｆと、を備え、吸入温度センサ１１ｅで検知される吸入冷媒温度と蒸発温度センサ１１ｆで検知される蒸発冷媒温度を用いて算出される吸入過熱度が所定の目標吸入過熱度になるように膨張弁６を制御し、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００３５】
なお、図２で示した制御動作は、膨張弁６を制御して吸入過熱度を調整し、インジェクション回路用膨張弁１０を制御して吐出冷媒温度を調整するとして述べたが、これに限るものではない。例えば、膨張弁６を制御して吐出冷媒温度を調整し、インジェクション回路用膨張弁１０を制御してインジェクション温度センサ１１ｇで検知される冷媒温度が所定の目標インジェクション冷媒温度となるように調整しても同様の効果が得られる。
図６は図２とは別の例に関する膨張弁６、１０の制御を示すフローチャートである。ＳＴＥＰ１１では、吐出冷媒温度センサ１１ｄで吐出冷媒温度Ｔｏを検知し、インジェクション温度センサ１１ｇでインジェクション冷媒温度Ｔｍを検知する。次にＳＴＥＰ１１で検知した吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度上限値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し（ＳＴＥＰ１２）、吐出冷媒温度上限値を超える場合には膨張弁６の開度を制御する。例えば膨張弁６の開度を大きくすれば、吐出冷媒温度は低減する。ＳＴＥＰ１２の判断で吐出冷媒温度上限値を超えない場合には、膨張弁６の開度はそのままとする。そして、ＳＴＥＰ１４では、インジェクション冷媒温度Ｔｍが所定の目標インジェクション冷媒温度となるように、インジェクション回路用膨張弁１０の開度を制御する。ここで、目標インジェクション冷媒温度は、運転状況、例えば外気温度、出湯温度、圧縮機回転数、圧縮機構排除容積比などをパラメータとする関数によって運転中に演算しても良いし、予め試験運転やシミュレーションなどによって情報マップを記憶しておき、運転中にそれぞれの情報値に応じて参照しても良い。
【００３６】
このように、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、インジェクション回路９上でインジェクション回路用膨張弁１０の下流側を流れるインジェクション冷媒温度を検知するインジェクション温度センサ１１ｇと、を備え、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるように膨張弁６を制御し、インジェクション温度センサ１１ｇで検知されるインジェクション冷媒温度が所定の目標インジェクション冷媒温度になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００３７】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。図７において、インジェクション回路９の分岐位置が図１と異なる構成であるが、他の各部は図１と同様である。主な作用効果も実施の形態１の場合と同様であるので説明を省略し、ここでは異なる部分のみに関して説明する。
高低圧熱交換器８の高圧出口から膨張弁６に至る間で分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９を設ける。このインジェクション回路９上にインジェクション回路用膨張弁１０を備える。
【００３８】
この膨張弁６、１０の制御動作は実施の形態１における図２または図６と同様であり、ここでは省略する。
【００３９】
次に、このヒートポンプ給湯機の冷媒状態について図８に基づいて説明する。図８はこの実施の形態に係り、冷凍サイクルの冷媒の熱力学的状態変化を表す圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図）であり、横軸に比エンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸に圧力Ｐ（ＭＰａ）を示すグラフである。
まず、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度上限値以下、例えば１２０℃程度以下でインジェクションが必要ない場合は、インジェクション回路用膨張弁１０を閉じており、実施の形態１と同様なので省略する。
【００４０】
ここで、吐出冷媒温度が所定の吐出冷媒温度上限値より高く、例えば１２０℃を超え、インジェクションが必要な場合について説明する。例えば外気温度が０℃以下と低く、出湯温度が８０℃以上と高い場合、インジェクション回路９に冷媒を流さないで運転すると、吐出冷媒温度が上昇し、圧縮機や配管等の装置全体にとって好ましくない限界温度以上になる可能性がある。このため、この実施の形態では吐出冷媒温度の上限値を設定し、この吐出冷媒温度上限値を超えないようにインジェクションさせる運転を行う。
インジェクション回路用膨張弁１０の開度を所定の開度に設定することで、インジェクション回路９に冷媒が流れる。高低圧熱交換器８の高圧部を流出した状態Ｅの冷媒の一部が分岐してインジェクション回路９に流れ、インジェクション回路用膨張弁１０で減圧され、状態Ｈの冷媒となって中間接続部２に流入する。低段側圧縮機構１で状態Ａから状態Ｂまで圧縮された冷媒と、インジェクション回路９に分岐した状態Ｈの冷媒が中間接続部２で混合される。そして状態Ｂ’となった冷媒が、高段側圧縮機構３で状態Ｃ’まで圧縮されて２段圧縮機４から吐出される。２段圧縮機４から吐出した冷媒は、放熱器５で給湯水回路１２を循環する負荷側媒体、例えば水と熱交換することで冷却されて状態Ｄとなり、高低圧熱交換器８に流入する。そして高低圧熱交換器８で低圧部と熱交換して冷却され、状態Ｅとなる。高低圧熱交換器８を流出した冷媒の一部はインジェクション回路９へ流れ、残りは膨張弁６で減圧されて状態Ｆとなる。膨張弁６で減圧された状態Ｆの冷媒は、蒸発器７に流入して蒸発されて状態Ｇとなる。なお、状態Ｇは状態Ｅ−Ｄと高低圧熱交換器８の高圧側冷媒循環量の積、および状態Ａ−Ｇのエンタルピー差と高低圧熱交換器８の低圧側冷媒循環量の積が等しくなる点である。蒸発器７を流出した冷媒は高低圧熱交換器８で加熱され状態Ａとなり、サイクルを形成する。
【００４１】
このように状態Ｈの冷媒を２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクションすることで、２段圧縮機４から吐出する冷媒状態はインジェクションしない場合の状態Ｃから状態Ｃ’となり、吐出冷媒温度を低減できる。吐出冷媒温度が低減することで、放熱器５のエンタルピー差が状態Ｃ−Ｄから状態Ｃ’−Ｄとなり、エンタルピー差が減少するが、インジェクションにより冷媒循環量が増加するため、冷媒循環量とエンタルピー差の積である加熱能力は一定に保たれ、吐出冷媒温度を下げつつ加熱能力を維持することができる。
【００４２】
以下、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の排除容積比が性能に及ぼす効果について説明する。外気温度が低く且つ出湯温度が高い時は吐出冷媒温度が高くなるため、インジェクションが必要となる。圧縮機周波数、膨張弁６開度、インジェクション回路用膨張弁１０開度を制御し、排除容積比ごとに、吐出冷媒温度を所定値、例えば１２０℃程度とし、出湯温度８５℃、所定能力が得られてＣＯＰが最大となる状態を試算した結果は、実施の形態１と同様の傾向となる。即ち図４に示した傾向と同様、外気温度が低いほど排除容積比が小さい構成で最大ＣＯＰが得られ、外気温度−７℃の排除容積比に対する性能変化は外気温度−２０℃のそれより小さい。このため、外気温度−２０℃に注目して排除容積比を設定するのが好ましい。
【００４３】
また、前記の同様の条件で運転した時の排除容積比に対する低段側圧縮比及び高段側圧縮比の特性を表すグラフを図９に示す。横軸は排除容積比、縦軸は圧縮比である。低圧値をＰｓ、高圧値をＰｄ、中間圧値をＰｍとした時、低段側圧縮比はＰｍ／Ｐｓ、高段側圧縮比はＰｄ／Ｐｍとなる。この低圧値Ｐｓは主に外気温度で決まる値であり、高圧値Ｐｄは主に給湯水回路１２の出湯温度で決まる値であり、中間圧値Ｐｍはインジェクション量や低段側圧縮機構１に対する高段側圧縮機構３の排除容積比などで決まる値である。外気温度が−７℃及び−２０℃とした時、吐出冷媒温度が１２０℃を超えないようにインジェクションを行い、膨張弁６とインジェクション回路用膨張弁１０の制御は図２に示すものと同様に制御した場合の圧縮比を図９（ａ）に示す。
【００４４】
図９（ａ）では、外気温度が−７℃と−２０℃のいずれにおいても高段側圧縮比に対して低段側圧縮比が小さくなっている。特に、排除容積比０．７５よりも大きくなると、外気温度−２０℃で低段側圧縮比が１を下回る。圧縮比が１を下回るということは、膨張することであり、著しく効率が低下する。このため、低段側圧縮比が１以上となる排除容積比とすることが好ましい。
【００４５】
次に、２段圧縮機４の圧縮比が小さい条件、即ち外気温度が例えば２５℃程度で高く、出湯温度が例えば６５℃程度に低い場合には、インジェクションは不要である。低圧縮比で排除容積比に対する特性を図９（ｂ）に示す。前記条件において、高圧１０ＭＰａ、低圧５ＭＰａとなり圧縮比は２となる。この条件において、排除容積比０．６よりも小さくすると高段側圧縮比が１を下回るため、著しく効率が低下する。従って、高段側圧縮比が１以上となる排除容積比が好ましい。
【００４６】
以上述べたように図４及び図９から、排除容積比が０．６以上で且つ０．７５以下の範囲となるように構成すると、−２０℃程度の低外気温度から２５℃程度の高外気温度までをカバーする運転範囲とすることができる。このように排除容積比を設定することで、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な加熱能力及び出湯温度を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４７】
なお、上記の制御動作は、図２に示したような膨張弁６を制御して吸入過熱度を調整し、インジェクション回路用膨張弁１０を制御して吐出冷媒温度を調整すると記載したが、これに限るものではない。例えば図６と同様に、膨張弁６を制御して吐出冷媒温度を調整し、インジェクション回路用膨張弁１０を制御してインジェクション温度センサ１１ｇで検知される冷媒温度が所定値となるように調整しても同様の効果が得られる。
【００４８】
このように、低段側圧縮機構１で中間圧力に圧縮され中間接続部２を流通した冷媒を高段側圧縮機構３でさらに圧縮して吐出する２段圧縮機４、２段圧縮機４から吐出した冷媒と給湯回路１２を循環する負荷側媒体とを熱交換する放熱器５、放熱器５の下流側の冷媒を減圧する膨張弁６、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器７を環状に接続して成る冷凍サイクルと、放熱器５と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と２段圧縮機４の間を流れる冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器８と、高低圧熱交換器８と膨張弁６の間から分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９と、インジェクション回路９を流れる冷媒を減圧するインジェクション回路用膨張弁１０と、を備え、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の比率が０．６以上且つ０．７５以下となるように低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構３を構成したことにより、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる。特に、この実施の形態による冷媒回路構成では、高低圧熱交換器８で熱交換した後の冷媒の一部をインジェクション回路９に分岐するので、図１の構成と比較して、液状態または液状態に近い冷媒をインジェクション回路９を介して中間接続部２から流入させることができ、吐出冷媒温度を効果的に低減することができる。
【００４９】
また、図７に示した冷媒回路構成においても、インジェクション回路９を流れて中間接続部２に流入する冷媒が液状態または気液二相状態となるように冷媒を循環させるので、ガス状態の場合よりも多くの冷媒量をインジェクション回路９から高段側圧縮機構３に流入させることができる。このため、高圧側の冷媒量を確保でき、確実に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できる効果がある。
【００５０】
また、図７に示した冷媒回路構成においても、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、２段圧縮機４に吸入される吸入冷媒温度を検知する吸入温度センサ１１ｅと、蒸発器７を流れる蒸発冷媒温度を検知する蒸発温度センサ１１ｆと、を備え、吸入温度センサ１１ｅで検知される吸入冷媒温度と蒸発温度センサ１１ｆで検知される蒸発冷媒温度を用いて算出される吸入過熱度が所定の目標吸入過熱度になるように膨張弁６を制御し、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００５１】
また、図７に示した冷媒回路構成においても、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、インジェクション回路９上でインジェクション回路用膨張弁１０の下流側を流れるインジェクション冷媒温度を検知するインジェクション温度センサ１１ｇと、を備え、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるように膨張弁６を制御し、インジェクション温度センサ１１ｇで検知されるインジェクション冷媒温度が所定の目標インジェクション冷媒温度になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００５２】
また、図７に示した冷媒回路構成においても、給水温度を検知する給水温度センサ１１ａと、外気温度を検知する外気温度センサ１１ｃと、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、を備え、少なくとも給水温度センサ１１ａ、もしくは外気温度センサ１１ｃによって決定される開度になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御し、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出温度が所定の吐出温度になるように膨張弁６を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００５３】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。低段側圧縮機構１、中間接続部２、及び高段側圧縮機構３を収納する２段圧縮機４と、放熱器５と、膨張弁６と、蒸発器７とを順次環状に接続して冷凍サイクルを構成する。さらに、放熱器５の高圧出口から膨張弁６に至る間より分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９を設け、このインジェクション回路９上にインジェクション回路用膨張弁１０を備える。このインジェクション回路９上に放熱器５の高圧出口からインジェクション回路９入口を流れる冷媒と、インジェクション回路用膨張弁１０から中間接続部２の間を流れる冷媒とを熱交換するインジェクション熱交換器１４と放熱器５と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と２段圧縮機４の間を流れる冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器８を備える。
【００５４】
インジェクション熱交換器１４は、高低圧熱交換器８と同様に、例えば二重管熱交換器を用い、内管側を低圧側流路、外管側を高圧側流路とするが、内管側を高圧側流路、外管側を低圧側流路としても良い。高圧側と低圧側における冷媒の流れ方向を対向流とすれば、熱交換器の全体にわたって内管と外管との温度差を略均一にすることができる。このため、熱交換性能を向上することができ、好ましい。このヒートポンプ給湯機の冷媒としては、例えば冷凍サイクルにおける高圧側が臨界圧力（約７３ｋｇ／ｃｍ２）以上で超臨界状態となり、かつ容易に入手できる二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。
【００５５】
ヒートポンプ給湯機の給湯水回路１２は、循環する負荷側媒体を例えば水とした給湯水回路であり、放熱器５では２段圧縮機４から吐出した冷媒と給湯水回路１２を循環する水とを熱交換する。また、給水温度センサ１１aが放熱器５の水入口側、出湯温度センサ１１bが放熱器５の水出口側に設けられており、それぞれ設置場所の水温度を検知する。また、ヒートポンプ給湯機の外郭またはその近傍に外気温度センサ１１cを設け、ヒートポンプ給湯機周囲の外気温度を検知する。さらに冷凍サイクルにおいて温度センサ１１d、１１e、１１f、１１gを設け、各設置場所における冷媒温度を検知する。即ち、２段圧縮機４の高段側圧縮機構３の出口側に設けた吐出温度冷媒センサ１１dで２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する。２段圧縮機４の入口側に設けた吸入冷媒温度センサ１１eで、２段圧縮機４の低段側圧縮機構１に吸入される吸入冷媒温度を検知する。蒸発器７に設けた蒸発冷媒温度センサ１１fで、蒸発器７を流れる蒸発冷媒温度を検知する。インジェクション回路９上のインジェクション回路用膨張弁１０の出口側に設けたインジェクション温度センサ１１ｇで、インジェクション回路９上でインジェクション熱交換器１４の下流側を流れるインジェクション冷媒温度を検知する。また、蒸発器７は冷媒と外気とを熱交換する構成であり、外気を送風するファン１３がその近傍に配設されている。
ここで、２段圧縮機４は、ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報、例えば加熱能力や沸上げ温度などの情報や、給水温度センサ１１ａや外気温度センサ１１ｃなどの温度センサ１１の情報から要求指令を満足する能力を発揮するような運転周波数で運転される。圧縮機としては例えばロータリー式圧縮機を用いる。
【００５６】
また、ヒートポンプ給湯機内には、計測制御装置（図示せず）が設けられている。計測制御装置は、各温度センサ１１などで検知した情報や、ヒートポンプ給湯機使用者から指示される運転指令情報の内容に基づいて、２段圧縮機４の運転方法、膨張弁６の開度、インジェクション回路用膨張弁１０の開度、給湯水回路１２のポンプの運転方法などを制御する機能を有する。
【００５７】
次に、このヒートポンプ給湯機での運転動作について説明する。まず、膨張弁１０を閉とする運転について説明する。この運転は、外気温度が例えば０℃以上で給湯温度が６０℃程度のように、２段圧縮機４から吐出する吐出冷媒温度が装置で許容される吐出冷媒温度上限値、例えば１２０℃程度を超えることがないような状況での運転であり、ここでは通常運転と称する。通常運転では膨張弁１０を閉とし、２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクション回路９を通って冷媒がインジェクションされない運転である。
ヒートポンプ給湯機の冷凍サイクルにおいて、２段圧縮機４に吸入された冷媒は、低段側圧縮機構１で中間圧力まで圧縮され、中間接続部２を流通し、高段側圧縮機構３に流入する。高段側圧縮機構３でさらに圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって２段圧縮機４から吐出し、放熱器５で給湯水回路１２側へ放熱して温度低下する。このとき高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。冷媒から放熱された熱を負荷側である給湯水回路１２の負荷側媒体に与えることで給湯加熱を行う。給湯加熱後に放熱器５から流出した高圧低温の冷媒は、インジェクション熱交換器１４を通過し、高低圧熱交換器８を通過し、その際、蒸発器７を通過した低圧冷媒と熱交換して冷却される。
【００５８】
高低圧熱交換器８を通過した高圧冷媒は、膨張弁６で低圧気液二相の状態に減圧される。減圧された冷媒は蒸発器７に流入し、そこで給湯機外空気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器７を出た低圧冷媒は高低圧熱交換器８を通過して、高圧側流路を通過する高圧冷媒と熱交換して過熱ガス化され、２段圧縮機４に吸入されて循環し冷凍サイクルを形成する。
【００５９】
２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度が、所定の吐出冷媒温度上限値として例えば１２０℃よりも高くなったときには、インジェクション回路９に冷媒を流通させるように運転する。これをインジェクション運転と称する。インジェクション回路用膨張弁１０を開とし、２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクション回路９を通って冷媒がインジェクションされる運転である。
インジェクション運転時には、給湯加熱後に放熱器５から流出した高圧低温の冷媒は、インジェクション熱交換器１４を通過することでインジェクション回路９を流れる冷媒と熱交換して冷却される。そこで冷媒の一部がインジェクション回路９に流入するが、残りの冷媒は、さらに高低圧熱交換器８の高圧側を通過し、膨張弁６、蒸発器７、高低圧熱交換器８の低圧側を通過し、低圧側圧縮機構１に流入する。
一方、インジェクション回路９を流れる冷媒は、インジェクション回路用膨張弁１０で中間圧力まで減圧され、放熱器５を通過した高圧低温の冷媒と熱交換する。それから液状態または気液二相状態となった冷媒は２段圧縮機４の中間接続部２に流入する。そして低段側圧縮機構１から吐出した冷媒と２段圧縮機４の中間接続部２で合流し、高段側圧縮機構３で圧縮される。
【００６０】
また、図示を省略しているが、給湯水回路１２側において、放熱器５で冷媒から放熱された熱は、例えばポンプによりタンクの下部から導かれて放熱器５の給湯水回路１２側へ搬送される水などの負荷側媒体に与えられる。ここで加熱された負荷側媒体はタンクの上部へ流入し、タンク内に蓄熱される。タンク内に温水として蓄熱する場合、タンク内の上部に高温水、下部に低温水というように温度分布があるほうが確実の高温水を蓄えることができ、効率よく温水を供給できるので、好ましい。
また、給湯水回路は、容量の大きなタンクを設けずに、瞬間的に温水を供給するような構成でも良い。
【００６１】
次に、このヒートポンプ給湯機の冷媒状態について図１１に基づいて説明する。図１１はこの実施の形態に係り、冷凍サイクルの冷媒の熱力学的状態変化を表す圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図）であり、横軸に比エンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸に圧力Ｐ（ＭＰａ）を示すグラフである。
まず、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度上限値以下の通常運転の場合について説明する。低段側圧縮機構１で状態Ａの冷媒を状態Ｂまで圧縮し、中間接続部２を流通して、高段側圧縮機構３で状態Ｂから状態Ｃまで冷媒を圧縮し、２段圧縮機４から吐出される。２段圧縮機４から吐出した冷媒は放熱器５で冷却され、状態Ｄとなる。放熱器５から流出した冷媒は高低圧熱交換器８で冷却され状態Ｆとなった後、膨張弁６で減圧されて状態Ｇとなる。膨張弁で減圧された冷媒は蒸発器７に流入して蒸発し、状態Ｈとなる。なお、状態Ｈは状態Ｆ−Ｄと状態Ａ−Ｈのエンタルピー差が等しくなる点である。蒸発器７から流出した冷媒は高低圧熱交換器８で加熱され状態Ａとなり、サイクルを形成する。
【００６２】
ここで、吐出冷媒温度が所定の吐出冷媒温度上限値より高く、例えば１２０℃を超え、インジェクションが必要な場合について説明する。例えば外気温度が０℃以下と低く、出湯温度が８０℃以上と高い場合、インジェクション回路８に冷媒を流さないで運転すると、吐出冷媒温度が上昇し、圧縮機や配管等の装置全体にとって好ましくない限界温度以上になる可能性がある。このため、この実施の形態では吐出冷媒温度の上限値を設定し、この吐出冷媒温度上限値を超えないようにインジェクションさせる運転を行う。
インジェクション回路用膨張弁１０の開度を所定の開度に設定することで、インジェクション回路９に冷媒が流れる。放熱器５を流出した状態Ｄの冷媒は、インジェクション熱交換器１４を通過して状態Ｅとなり、一部が分岐してインジェクション回路９に流れ、インジェクション回路用膨張弁１０で減圧された冷媒と熱交換して状態Ｆとなる。また、インジェクション回路用膨張弁１０で減圧された冷媒は放熱器５を流出した状態Ｄの冷媒と熱交換するため、状態Ｊの冷媒となって中間接続部２に流入する。低段側圧縮機構１で状態Ａから状態Ｂまで圧縮された冷媒と、インジェクション回路９に分岐した状態Ｊの冷媒が中間接続部２で混合される。なお、状態Ｉは状態Ｅ−Ｄのエンタルピー差と状態Ｅ−Ｄで通過する冷媒流量の積と状態Ｊ−Ｉのエンタルピー差と状態Ｊ−Ｉで通過する冷媒流量の積が等しくなる点である。そして状態Ｂ’となった冷媒が、高段側圧縮機構３で状態Ｃ’まで圧縮されて２段圧縮機４から吐出される。２段圧縮機４から吐出した冷媒は放熱器５で冷却され、状態Ｄとなる。放熱器５を流出した冷媒はインジェクション熱交換器１４で冷却され、状態Ｅとなる。インジェクション熱交換器１４を流出した冷媒の一部はインジェクション回路９へ流れ、残りは高低圧熱交換器８で冷却され状態Ｆとなった後、膨張弁６で減圧されて状態Ｇとなる。膨張弁６で減圧された冷媒は蒸発器７に流入して蒸発し、状態Ｈとなる。なお、状態Ｇは状態Ｆ−Ｅと状態Ａ−Ｈのエンタルピー差が等しくなる点である。蒸発器７を流出した冷媒は高低圧熱交換器８で加熱され状態Ａとなり、サイクルを形成する。
【００６３】
このように状態Ｊの冷媒を２段圧縮機４の中間接続部２にインジェクションすることで、２段圧縮機４から吐出する冷媒状態はインジェクションしない場合の状態Ｃから状態Ｃ’となり、吐出冷媒温度を低減できる。吐出冷媒温度が低減することで、放熱器５のエンタルピー差が状態Ｃ−Ｄから状態Ｃ’−Ｄとなり、エンタルピー差が減少するが、インジェクションにより冷媒循環量が増加するため、冷媒循環量とエンタルピー差の積である加熱能力は一定に保たれ、吐出冷媒温度を下げつつ加熱能力を維持することができる。
【００６４】
以下、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の排除容積比が性能に及ぼす効果について説明する。外気温度が低く且つ出湯温度が高い時は吐出冷媒温度が高くなるため、インジェクションが必要となる。圧縮機周波数、膨張弁６開度、インジェクション回路用膨張弁１０開度を制御し、排除容積比ごとに、吐出冷媒温度を所定値、例えば１２０℃程度とし、出湯温度８５℃、所定能力が得られてＣＯＰが最大となる状態を試算した結果は、実施の形態１と同様の傾向となる。即ち図４に示した傾向と同様、外気温度が低いほど排除容積比が小さい構成で最大ＣＯＰが得られ、外気温度−７℃の排除容積比に対する性能変化は外気温度−２０℃のそれより小さい。このため、外気温度−２０℃に注目して排除容積比を設定するのが好ましい。
【００６５】
また、前記の同様の条件で運転した時の排除容積比に対する低段側圧縮比及び高段側圧縮比の特性を表すグラフを図１２に示す。横軸は排除容積比、縦軸は圧縮比である。低圧値をＰｓ、高圧値をＰｄ、中間圧値をＰｍとした時、低段側圧縮比はＰｍ／Ｐｓ、高段側圧縮比はＰｄ／Ｐｍとなる。この低圧値Ｐｓは主に外気温度で決まる値であり、高圧値Ｐｄは主に給湯水回路１２の出湯温度で決まる値であり、中間圧値Ｐｍはインジェクション量や低段側圧縮機構１に対する高段側圧縮機構３の排除容積比などで決まる値である。図１２（ａ）に外気温度が−７℃及び−２０℃とした時、吐出冷媒温度が１２０℃を超えないようにインジェクションを行った場合の図を示す。その際、膨張弁６とインジェクション回路用膨張弁１０の制御は、図２に示した膨張弁６とインジェクション回路用膨張弁１０の制御と同様に行った。
【００６６】
図１２（ａ）では、外気温度が−７℃と−２０℃のいずれにおいても高段側圧縮比に対して低段側圧縮比が小さくなっている。特に、排除容積比０．９５よりも大きくなると、外気温度−２０℃で低段側圧縮比が１を下回る。圧縮比が１を下回るということは、膨張することであり、著しく効率が低下する。このため、低段側圧縮比が１以上となる排除容積比とすることが好ましい。
【００６７】
次に、２段圧縮機４の圧縮比が小さい条件、即ち外気温度が例えば２５℃程度で高く、出湯温度が例えば６５℃程度に低い場合には、インジェクションは不要である。低圧縮比で排除容積比に対する特性を図１２（ｂ）に示す。前記条件において、高圧１０ＭＰａ、低圧５ＭＰａとなり圧縮比は２となる。この条件において、排除容積比０．６よりも小さくすると高段側圧縮比が１を下回るため、著しく効率が低下する。従って、高段側圧縮比が１以上となる排除容積比が好ましい。
【００６８】
以上述べたように図４及び図１２から、排除容積比が０．６以上で且つ０．９５以下の範囲となるように構成すると、−２０℃程度の低外気温度から２５℃程度の高外気温度までの運転範囲で、効率よく運転できる。外気温度が２５℃よりも高くなる場合には、このヒートポンプ給湯機のインジェクションしない構成の冷凍サイクルで運転できることは言うまでもない。０．６以上で且つ０．９５以下の範囲となるように排除容積比を設定することで、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な加熱能力及び出湯温度を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００６９】
このように、低段側圧縮機構１で中間圧力に圧縮され中間接続部２を流通した冷媒を高段側圧縮機構３でさらに圧縮して吐出する２段圧縮機４、２段圧縮機４から吐出した冷媒と給湯水回路１２を循環する負荷側媒体とを熱交換する放熱器５、放熱器５の下流側の冷媒を減圧する膨張弁６、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器７を環状に接続して成る冷凍サイクルと、放熱器５から流出した冷媒を分岐させる分岐部と、前記分岐部にて分岐して中間接続部２に接続するインジェクション回路９と、インジェクション回路９を流れる冷媒を減圧するインジェクション回路用膨張弁１０と、放熱器５から流出した冷媒とインジェクション回路用膨張弁１０にて減圧され中間接続部２に流入する冷媒とを熱交換するインジェクション熱交換器１４と、前記分岐部と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と２段圧縮機４の間を流れる冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器８と、を備え、低段側圧縮機構１の排除容積に対する高段側圧縮機構３の排除容積の比率が０．６以上且つ０．９５以下となるように低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構３を構成したことにより、広い運転範囲で効率よい運転を実現でき、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるヒートポンプ給湯機が得られる効果がある。
【００７０】
また、インジェクション回路９を流れて中間接続部２に流入する冷媒が液状態または気液二相状態となるように冷媒を循環させるので、ガス状態の場合よりも多くの冷媒量をインジェクション回路９から高段側圧縮機構３に流入させることができる。このため、高圧側の冷媒循環量を確保でき、確実に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できる効果がある。
【００７１】
また、図１０に示した冷媒回路構成においても、図２で示したフローチャートのように、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、２段圧縮機４に吸入される吸入冷媒温度を検知する吸入温度センサ１１ｅと、蒸発器７を流れる蒸発冷媒温度を検知する蒸発温度センサ１１ｆと、を備え、吸入温度センサ１１ｅで検知される吸入冷媒温度と蒸発温度センサ１１ｆで検知される蒸発冷媒温度を用いて算出される吸入過熱度が所定の目標吸入過熱度になるように膨張弁６を制御し、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００７２】
さらに、図６で示したフローチャートのように、２段圧縮機４から吐出される吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサ１１ｄと、インジェクション回路９上でインジェクション回路用膨張弁１０の下流側を流れるインジェクション冷媒温度を検知するインジェクション温度センサ１１ｇと、を備え、吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度が吐出温度上限値以下になるように膨張弁６を制御し、インジェクション温度センサ１１ｇで検知されるインジェクション冷媒温度が所定の目標インジェクション冷媒温度になるようにインジェクション回路用膨張弁１０を制御することにより、低外気温度時に吐出冷媒温度上昇を抑えつつ、十分な能力を確保できるような運転を実現できる効果がある。
【００７３】
なお、図２では吐出冷媒温度上限値に基づいて、吐出冷媒温度上限値以下かを判断しインジェクション回路用膨張弁１０の開度を制御するが、吐出冷媒温度目標値に基づいて制御することとしてもよい。図２のＳＴＥＰ４において、図２のＳＴＥＰ１において検知した吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度目標値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し、吐出冷媒温度目標値を超える場合にはインジェクション回路用膨張弁１０の開度を大きくし吐出冷媒温度を低減させる。反対に吐出冷媒温度目標値を超えない場合には、インジェクション回路用膨張弁１０の開度はそのままとする。
また、図６においても吐出冷媒温度上限値の代わりに吐出冷媒温度目標値に基づいて膨張弁６の開度を制御することとしてもよい。図６のＳＴＥＰ１２において、ＳＴＥＰ１１で検知した吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度目標値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し、吐出冷媒温度目標値を越える場合には膨張弁６の開度を大きくし吐出冷媒温度を低減させる。反対に吐出冷媒温度目標値を超えない場合には、膨張弁６の開度はそのままとする。
その際、例えば、外気温度が−２０℃で給湯温度が８５℃などのようにインジェクションが必要となるときは、給湯装置の能力の面からは上限値を超えた温度（例えば、上限値１２０℃に対して１４０℃）が目標値として適当な場合があるが、そのような場合は、目標値は上限値１２０℃と等しく設定する。一方、例えば外気温度が７℃で給湯温度が９０℃などの場合は、目標値は上限値以下の温度、例えば１１０℃などが設定されるので単に上限値を用いて制御するより目標値を用いたほうが効率がよい。
このように図２、図６のいずれの場合も、吐出冷媒温度上限値の代わりに吐出冷媒温度目標値に基づきインジェクション回路用膨張弁１０あるいは膨張弁６の開度を調整することで、能力を確保しつつ、より効率の良い運転を行うことができる。
【００７４】
さらに、図１３は、ヒートポンプ給湯機起動時の膨張弁６、１０のその他の制御例を示すフローチャートである。この例においては、ヒートポンプ給湯機の制御部（図示せず）は、予め試験運転やシミュレーションによって給水温度Ｔｗおよび外気温度Ｔairの組み合わせからインジェクション回路用膨張弁１０の開度を決めた情報マップを予め記憶しているものとする。
ここで、まずＳＴＥＰ２１では、給水温度センサ１１ａで給水温度Ｔｗを検知し、外気温度センサ１１ｃで外気温度Ｔairを検知し、吐出冷媒温度センサ１１ｄで吐出冷媒温度Ｔｏを検知する。次にＳＴＥＰ２２では、検知した給水温度Ｔｗおよび外気温度Ｔairに基づいて予め記憶しておいた情報マップを参照してインジェクション回路用膨張弁１０の開度を決定し、調整する（ＳＴＥＰ２２）。次にＳＴＥＰ２１で検知した吐出冷媒温度が吐出冷媒温度目標値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し（ＳＴＥＰ２３）、ＳＴＥＰ２４で吐出冷媒温度目標値を超える場合には膨張弁６の開度を制御する。例えば膨張弁６の開度を大きくすれば、吐出冷媒温度は低減する。
ここで吐出冷媒温度目標値は、運転状況、例えば外気温度、出湯温度、圧縮機回転数、圧縮機構排除容積比などをパラメータとする関数によって運転中に演算しても良いし、予め試験運転やシミュレーションによって情報マップを記憶しておき、運転中にそれぞれの情報値に応じて参照してもよい。
【００７５】
ヒートポンプ給湯機起動後は、ＳＴＥＰ２３で膨張弁６の開度を制御してからΔｔ１秒後に、一定時間間隔ごとに吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度目標値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し（ＳＴＥＰ２３）、ＳＴＥＰ２４で吐出冷媒温度目標値を超える場合には膨張弁６の開度を制御する。また、ＳＴＥＰ２３で膨張弁６の開度を制御してからΔｔ１より大きいΔｔ２秒後に一定時間間隔ごとに給水温度センサ１１aで検知される給水温度Ｔｗと外気温度センサ１１ｃで検知される外気温度Ｔａｉｒに基づいて、予め作成しておいた情報マップよりインジェクション回路用膨張弁１０の開度を決定する。次にＳＴＥＰ２１で検知した一定時間間隔ごとに吐出温度センサ１１ｄで検知される吐出冷媒温度Ｔｏが吐出冷媒温度目標値以下、例えば１２０℃以下かどうか判断し（ＳＴＥＰ２３）、ＳＴＥＰ２４で吐出冷媒温度目標値を超える場合には膨張弁６の開度を制御する。このように、インジェクション回路用膨張弁１０の開度を固定しておく時間間隔を、膨張弁６の開度を制御する時間間隔よりも長くすることで、吐出温度が安定しやすいという効果が得られる。
吐出冷媒温度目標値は、外気温度が−２０℃で給湯温度が８５℃などのようにインジェクションが必要となるときは、給湯装置の能力の面からは上限値を超えた温度（例えば、上限値１２０℃に対して１４０℃）が目標値として適当な場合があるが、その場合、目標値は上限値１２０℃と等しく設定する。一方、例えば外気温度が７℃で給湯温度が９０℃などの場合は、目標値は上限値以下の温度、例えば１１０℃などが設定されるので単に上限値を用いて制御するより目標値を用いたほうが効率がよい。
以上の通り、上記した例では、給水温度および外気温度を用いてインジェクション回路用膨張弁１０の開度を調整する方法を示したが、給水温度と外気温度のいずれか一方を用いて開度を調整することとしてもよい。その場合、センサの数が少なくて済むのでコストの低減が図れる。
なお、図１３で示した制御は、上記実施の形態１または２に係る冷媒回路の膨張弁６、インジェクション回路用膨張弁１０を制御する際に用いることもできる。
【００７６】
実施の形態１及び実施の形態２及び実施の形態３において、高低圧熱交換器８を備え、放熱器５と膨張弁６の間を流れる冷媒と、蒸発器７と低段側圧縮機構１の間を流れる冷媒とを熱交換するので、図３、図８、図１１に示すようにエンタルピー差を増大することができ、高低圧熱交換器を設けない構成と比べて加熱能力を増大することができる。特に広範囲な外気温度下でも安定して加熱能力を得ることができ、高いＣＯＰを得るという効率改善の点からも必要な構成となっている。
【００７７】
実施の形態１及び実施の形態２及び実施の形態３の説明で、吐出冷媒温度上限値、目標吸入過熱度、目標インジェクション冷媒温度、外気温度、出湯温度などの一例を具体的に挙げているが、これに限るものではない。
【００７８】
また、実施の形態１及び実施の形態２及び実施の形態３において、二酸化炭素を冷媒として説明したが、これに限るものではなく、例えばプロパンなど、他の冷媒を用いたヒートポンプ給湯機に適用しても良い。ただし、二酸化炭素はオゾン層破壊や地球温暖化などの問題がなく、地球環境にやさしい冷媒であるので好ましい。また、二酸化炭素を冷媒とした場合に特に吐出冷媒温度が上がりやすいので、この発明の吐出冷媒温度を低減する効果が有効となる。
【００７９】
実施の形態１及び実施の形態２及び実施の形態３では２段圧縮機を用いたが、２台の圧縮機を中間接続部を介して直列に接続して構成しても良い。その場合にも中間接続部にインジェクション回路を接続して高圧側圧縮機構と低圧側圧縮機構を同様の回転数で運転すれば、上記と同等の作用効果を奏する。
また、圧縮機はロータリー式圧縮機やレシプロ式圧縮機などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る膨張弁及びインジェクション回路用膨張弁の制御を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルの冷媒状態変化を表すＰ−ｈ線図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る排除容積比と運転効率ＣＯＰとの相関を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る排除容積比と圧縮比の相関を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る膨張弁及びインジェクション回路用膨張弁の制御の他の例を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルの冷媒状態変化を表すＰ−ｈ線図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る排除容積比と圧縮比の相関を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るヒートポンプ給湯機を示す冷媒回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る冷凍サイクルの冷媒状態変化を表すＰ−ｈ線図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る排除容積比と圧縮比の相関を示すグラフである。
【図１３】この発明の実施の形態１乃至３に係る膨張弁及びインジェクション回路用膨張弁の制御の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１  低段側圧縮機構
２  中間接続部
３  高段側圧縮機構
４  ２段圧縮機
５  放熱器
６  膨張弁
７  蒸発器
８  高低圧熱交換器
９  インジェクション回路
１０  インジェクション回路用膨張弁
１１  温度センサ
１２  給温水回路
１３  ファン１３
１４  インジェクション熱交換器
【図１】
0004613916.tif 000002
【図２】
0004613916.tif 000003
【図３】
0004613916.tif 000004
【図４】
0004613916.tif 000005
【図５】
0004613916.tif 000006
【図６】
0004613916.tif 000007
【図７】
0004613916.tif 000008
【図８】
0004613916.tif 000009
【図９】
0004613916.tif 000010
【図１０】
0004613916.tif 000011
【図１１】
0004613916.tif 000012
【図１２】
0004613916.tif 000013
【図１３】
0004613916.tif 000014