JP6607147B2

JP6607147B2 - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP6607147B2
Application number: JP2016125908A
Authority: JP
Inventors: 康太田中; 昌宏高津
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: JP2017227421A

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関する。

従来、少ない投入エネルギーで、空気中などから熱を集約して、大きな熱エネルギーとして利用するヒートポンプ装置が知られている。このようなヒートポンプ装置において、例えば特許文献１に記載されるように、温度域の異なる冷媒と複数系統の湯水（熱媒）とで熱交換を行う複数の放熱器を用いるものがある。この装置では、床暖房のように中温の湯が必要である場合と、給湯のように高温の湯が必要となる場合において、複数の放熱器のうち、ある放熱器では高温の冷媒と熱交換させ高温の湯を作りつつ、他の放熱器では中温の冷媒と熱交換させ中温の湯を作ることによって、高効率な高温の湯と中温の湯の沸き上げを行うことができる。また、中温の湯を貯留する中温蓄熱槽と高温の湯を貯留する高温蓄熱槽から最適なバランスで熱量を取り出すことにより、所定の温度の湯を供給することができる。

特開２０１０−４３７９８号公報

特許文献１に記載される従来の構成では、各放熱器への加熱側の冷媒の流量比が制御できないため、それぞれの放熱器の加熱能力の能力比は、加熱側である冷媒の各放熱器におけるエンタルピー差の比にて決まる。このため、被加熱側では、各系統における湯の沸き上げ温度を、被加熱側の各系統の湯水（熱媒）の流量比で制御することしかできない。例えばヒートポンプ装置が２つの放熱器を備え、高温Ｔ１及び中温Ｔ２の２種類の湯の沸き上げを行う構成の場合、２つの放熱器の能力比は各放熱器の入出力時の冷媒のエンタルピー差の比Δｈ１：Δｈ２で決まってしまうので、被加熱側の沸き上げ温度Ｔ１，Ｔ２の制御は、高温Ｔ１の湯の流量と中温Ｔ２の湯の流量との比を調整することで行う。

しかし、各放熱器のエンタルピー差比と、端末側（被加熱側）における各系統で必要な熱媒の流量比とが一致するとは限らない。従って、端末の負荷に応じた必要な蓄熱量（中温及び高温の各湯量）に対し、中温蓄熱槽に蓄えられている熱量（中温の湯の湯量）と、高温蓄熱槽に蓄えられている熱量（高温の湯の湯量）のバランスが異なり、余剰熱量が生まれ、効率が低下するという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱側の少なくとも２つの放熱器の能力比を適切に制御でき、効率を向上できるヒートポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るヒートポンプ装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、圧縮機（２１，２２）と、少なくとも２つの放熱器（２３，２４，３０）と、減圧器（２８）と、蒸発器（２５）とが順次接続されて構成される冷媒回路（２）と、前記少なくとも２つの放熱器のいずれかから熱媒に熱を受け取る少なくとも２つの被加熱側回路（３，４）と、を備え、前記少なくとも２つの放熱器は、エンタルピーの異なる冷媒がそれぞれに通過するよう前記冷媒回路に設置され、相対的にエンタルピーの高い冷媒が通過する第１放熱器（２３）と、前記第１放熱器の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する第２放熱器（２４）と、を有し、前記冷媒回路は、前記第１放熱器と前記第２放熱器との間から前記圧縮機へと前記冷媒のインジェクションを行うインジェクション回路（５，５Ａ，５Ｂ）を有する。前記少なくとも２つの被加熱側回路は、一の被加熱側回路にて前記冷媒回路から熱を受け取った第１熱媒と、他の被加熱側回路を通る第２熱媒との間で熱交換を行うことができるよう構成される。

この構成により、インジェクション回路の冷媒流量を調整することによって、冷媒回路の第１放熱器を流れる冷媒と、第２放熱器を流れる冷媒との流量比を制御することが可能となり、第１放熱器及び第２放熱器の加熱能力を自由に制御することができる。

本発明によれば、加熱側の少なくとも２つの放熱器の能力比を適切に制御でき、効率を向上できるヒートポンプ装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。図２は、第１実施形態における暖房回路の温風制御を説明するフローチャートである。図３は、第１実施形態における冷媒及び湯水の温度変化を説明するためのＴＨ線図である。図４は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。図５は、第２実施形態における冷媒及び湯水の温度変化を説明するためのＴＨ線図である。図６は、本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１〜図３を参照して第１実施形態を説明する。まず図１を参照して、第１実施形態に係るヒートポンプ装置１の構成について説明する。

ヒートポンプ装置１は、上述のとおり、少ない投入エネルギーで、空気中などから熱を集約して、大きな熱エネルギーとして利用するための装置である。ヒートポンプ装置１は、例えば空気調和装置に適用することができ、特に超臨界サイクルで加熱を行う場合に適用することができる。

図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、加熱側の冷媒回路２と、被加熱側の２つの回路として給湯回路３（一の被加熱側回路）と暖房回路４（他の被加熱側回路）とを備える。冷媒回路２は、回路内を流れる冷媒に熱を発生させる。給湯回路３及び暖房回路４は、冷媒回路２の冷媒の熱を最終的に熱媒で受け取って出力する。

ここで、本実施形態において用いる「熱媒」という用語は、各被加熱側回路（本実施形態では給湯回路３及び暖房回路４）において加熱されて出力される被加熱媒体のことをいう。給湯回路３における熱媒とは、給湯回路３内を流れる湯水のことをいい、最終的に所望の温度に加熱された後には貯湯タンク３３に貯留される。暖房回路４における熱媒とは、暖房用ファン２６により発生される風のことをいい、第２放熱器２４を介して冷媒と熱交換を行い、さらに、暖房用熱交換器４１を介して暖房回路４を流れる湯と熱交換を行った後に、所望の温度の温風として出力される。つまり、典型的には、熱媒とは、最終的に冷媒回路２にて発生した熱を受けて湯や温風となる水や風の総称であり、給湯回路３の湯水のように熱媒自体が回路内を流れ冷媒回路２から直接熱を受け取る熱伝達媒体として機能するものや、暖房回路４の温風のように、回路内を流れる熱伝達媒体（本実施形態では湯水）を介して間接的に冷媒回路２から熱を受け取るものを含む。

冷媒回路２は、第１圧縮機２１と、第２圧縮機２２と、第１放熱器２３と、第２放熱器２４と、膨張弁２８（減圧器）と、空気熱交換器２５（蒸発器）とが配管によって環状に順次接続されて構成される。冷媒回路２は、熱伝達媒体としての冷媒が上記の順で各要素を通り、第１圧縮機２１へと戻ることができるよう構成される冷媒循環路である。

第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２は、空気熱交換器２５から冷媒を吸引し、圧縮し、第１放熱器２３及び第２放熱器２４へ吐出する圧縮機である。第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２は冷媒回路２において直列に接続され、第１圧縮機２１が第２圧縮機２２に対して冷媒の流れの上流側に配置される。第１圧縮機２１は、空気熱交換器２５からの冷媒を圧縮して吐出し、第２圧縮機２２は、第１圧縮機２１から吐出された冷媒を圧縮して第１放熱器２３に吐出する。第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２は、不図示の動力源により駆動される。動力源は、例えば内燃機関や電動機によって提供されうる。

第１放熱器２３及び第２放熱器２４は、第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２により圧縮された高温冷媒を放熱して冷却する放熱器である。第１放熱器２３及び第２放熱器２４は冷媒回路２において直列に接続され、第１放熱器２３が第２放熱器２４に対して冷媒の流れの上流側に配置される。第１放熱器２３は、第２圧縮機２２から供給される冷媒を、給湯回路３の熱伝達媒体と熱交換させることにより冷却し、第２放熱器２４は、第１放熱器２３により冷却された冷媒をさらに放熱させて冷却する。第２放熱器２４の放熱を促進するため、第２放熱器２４には暖房用ファン２６が設けられている。暖房用ファン２６により発生した空気の流れ（風）は、第２放熱器２４と熱交換して吸熱した後に、暖房回路４の暖房用熱交換器４１へ流れる。

つまり、第１放熱器２３と、第２放熱器２４とは、エンタルピーの異なる冷媒がそれぞれに通過するよう冷媒回路２に設置される、とも表現することができる。第１放熱器２３は、相対的にエンタルピーの高い冷媒が通過し、第２放熱器２４は、相対的にエンタルピーの低い冷媒が通過する。第２放熱器２４は、第１放熱器２３の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する、とも言い換えることができる。

膨張弁２８は、第１放熱器２３及び第２放熱器２４によって冷却された冷媒を減圧する。膨張弁２８は、減圧器であればよく、固定の絞り、またはエジェクタによっても提供されうる。

空気熱交換器２５は、膨張弁２８によって減圧された冷媒を蒸発させる。空気熱交換器２５の吸熱を促進するため、空気熱交換器２５には空気熱交換器用ファン２７が設けられている。

冷媒回路２は、第２圧縮機２２から吐出された冷媒の圧力Ｐｄを測定する圧力センサ２９を備える。

冷媒回路２は、第１放熱器２３と第２放熱器２４との間から第２圧縮機２２へと冷媒のインジェクションを行うインジェクション回路５を有する。インジェクション回路５は、第１放熱器２３及び第２放熱器２４の間と、第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２の間とを接続するインジェクション管５１、及び、インジェクション管５１上に設けられインジェクション管５１を流れる冷媒量を調整する膨張弁５２を有する。インジェクション回路５において、冷媒は、第２圧縮機２２、第１放熱器２３、膨張弁５２を通り、第１圧縮機２１を出た冷媒と合流して第２圧縮機２２へと戻る。

給湯回路３は、冷媒回路２の第１放熱器２３から、熱伝達媒体及び熱媒としての湯水に熱を受け取る。給湯回路３は、循環ポンプ３１と、第１放熱器２３と、流量調整弁３２と、貯湯タンク３３とが配管によって環状に順次接続されて構成される。給湯回路３は、熱伝達媒体及び熱媒としての湯水が、第１放熱器２３及び流量調整弁３２を通り貯湯タンク３３へと流れ、循環ポンプ３１を経て第１放熱器２３へと戻ることができるよう構成される循環路である。

暖房回路４は、第２放熱器２４から、熱媒としての風に熱を受け取る。暖房回路４は、給湯回路３の循環路において流量調整弁３２と循環ポンプ３１の上流とを接続するバイパス管４３と、バイパス管４３上に配置される暖房用熱交換器４１とを有する。暖房回路４は、熱伝達媒体としての湯水が、第１放熱器２３、流量調整弁３２、及びバイパス管４３を通り暖房用熱交換器４１へと流れ、循環ポンプ３１を経て第１放熱器２３へと戻ることができるよう構成される循環路である。流量調整弁３２は、第１放熱器２３から出力された湯水について、給湯回路３の貯湯タンク３３へ供給する流量を調整すると共に、暖房回路４の暖房用熱交換器４１へ供給する流量を調整することができる。

暖房回路４の熱媒は、上述のように暖房用ファン２６により発生される風のことをいう。この風は、まず冷媒回路２の第２放熱器２４を通過するときに冷媒回路２の冷媒から熱量を受けて加熱され、さらに、暖房用熱交換器４１を通過するときに暖房回路４を流れる熱伝達媒体としての湯から熱量を受けてさらに加熱された後に、所望の温度の温風として出力される。暖房回路４は、暖房用熱交換器４１から吹き出す空気温度Ｔｏ（以下では「吹き出し温度」とも表記する）を測定する吹き出し温度サーミスタ４２を備える。

つまり、被加熱側回路としての給湯回路３及び暖房回路４は、異なる種類の熱媒を用いるものであり、各回路の熱媒の流量を独立して制御できるものである。

次に第１実施形態に係るヒートポンプ装置１の動作について説明する。ヒートポンプ装置１は、冷媒回路２の膨張弁５２の制御によってインジェクション回路５の冷媒流量（インジェクション流量）を適宜調整し、循環ポンプ３１または流量調整弁３２の制御によって給湯回路３及び暖房回路４を流れる湯水の流量を調整し、または、暖房用ファン２６の制御によって暖房回路４を通過する空気の風量を調整することによって、給湯回路３または暖房回路４の各熱媒を所望の温度で出力することができる。ヒートポンプ装置１は、例えば不図示のコンピュータ等の制御装置を備え、この制御装置によって膨張弁５２、循環ポンプ３１、流量調整弁３２、暖房用ファン２６などの各要素の動作を制御することができるよう構成されている。

ここでは、暖房回路４の制御について説明する。より詳細には、被加熱側では、給湯回路３の制御が停止され、暖房回路４のみが制御される状態におけるヒートポンプ装置１の動作について説明する。この状態では、流量調整弁３２により給湯回路３の貯湯タンク３３への湯水の供給が停止され、第１放熱器２３から出力された湯水のすべてが暖房回路４の暖房用熱交換器４１へ供給されている。以下でのこの状態を「暖房モード」と表記する。

暖房モードでは、必要な暖房能力、必要な暖房吹き出し温度Ｔｏ、室内温度などの情報によって、暖房用熱交換器４１を通り出力される温風の風量が決定される。それに伴い、第２放熱器２４を通過する風量が定まるため、第２放熱器２４を通過後の空気の温度は第２放熱器２４への吸い込み風（暖房用ファン２６によって生成される風）の温度によって決まる。このため、第２放熱器２４での冷媒と風（熱媒）との間の交換熱量は暖房の条件によって決定される。また、第２放熱器２４での熱交換量が決定されると、暖房の条件から第１放熱器２３の熱媒側の必要能力が決定される。

図２を参照して、暖房モードにおけるインジェクション回路５のインジェクション流量の制御方法について説明する。暖房モードが開始されると（ステップＳ１）、まずは第２圧縮機２２の吐出圧力Ｐｄが、所定の目標圧力Ｐｓｅｔ以上か否かが判定される（ステップＳ２）。吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｓｅｔ以上となるまでは待機し（ステップＳ２のＮＯ）、吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｓｅｔ以上となったとき（ステップＳ２のＹｅｓ）、インジェクション回路５のインジェクション流量の制御（インジェクション制御）が開始される（ステップＳ３）。

インジェクション制御が開始されると、まず暖房用熱交換器４１からの吹き出し温度Ｔｏが、設定吹き出し温度Ｔｓｅｔから所定の１℃を減じた値（Ｔｓｅｔ−１℃）以上か否かが判定される（ステップＳ４）。ここで「Ｔｓｅｔ−１℃」とは、Ｔｓｅｔを基準として高温側に所定幅（本実施形態では「＋１℃」）をとられ、かつ、低温側に所定幅（本実施形態では「−１℃」）をとられて設定される吹き出し温度Ｔｏの許容範囲の下限値である。

吹き出し温度Ｔｏが、許容範囲の下限値「Ｔｓｅｔ−１℃」より低い場合（ステップＳ４のＮｏ）には、第２放熱器２４による放熱割合が最適よりも大きいため、第１放熱器２３による放熱割合を増加させる必要がある。すなわち、第１放熱器２３へ流れる冷媒流量比を第２放熱器に対して増加させる必要があるため、膨張弁５２の開度を大きくし、より開ける方向に制御する（ステップＳ５）。これにより、第１放熱器２３による放熱割合が増加して第１放熱器２３の加熱能力が向上し、暖房回路４を流れる熱伝達媒体としての湯水が第１放熱器２３において冷媒回路２の冷媒から受ける熱量が増大する。この結果、暖房回路４の暖房用熱交換器４１の加熱能力も向上して、暖房用熱交換器４１から熱量を受ける吹き出し温度Ｔｏが増加して、許容範囲に近づく。膨張弁５２を開いた後には、ステップＳ４に戻り、吹き出し温度Ｔｏの判定が繰り返される。

一方、吹き出し温度Ｔｏが、許容範囲の下限値「Ｔｓｅｔ−１℃」以上の場合（ステップＳ４のＹｅｓ）には、吹き出し温度Ｔｏが、設定吹き出し温度Ｔｓｅｔから所定の１℃を加えた値（Ｔｓｅｔ＋１℃）以下か否かが判定される（ステップＳ６）。ここで「Ｔｓｅｔ＋１℃」とは、上述した吹き出し温度Ｔｏの許容範囲の上限値である。

吹き出し温度Ｔｏが、許容範囲の上限値「Ｔｓｅｔ＋１℃」より高い場合（ステップＳ６のＮｏ）には、第２放熱器２４による放熱割合が最適よりも小さいため、第１放熱器２３による放熱割合を減少させる必要がある。すなわち、第１放熱器２３へ流れる冷媒流量比を第２放熱器に対して減少させる必要があるため、膨張弁５２の開度を小さくし、より閉める方向に制御する（ステップＳ７）。これにより、第１放熱器２３による放熱割合が減少して第１放熱器２３の加熱能力が低下し、暖房回路４を流れる熱伝達媒体としての湯水が第１放熱器２３において冷媒回路２の冷媒から受ける熱量が減少する。この結果、暖房回路４の暖房用熱交換器４１の加熱能力も低下して、暖房用熱交換器４１から熱量を受ける吹き出し温度Ｔｏが減少して、許容範囲に近づく。膨張弁５２を閉めた後には、ステップＳ４に戻り、吹き出し温度Ｔｏの判定が繰り返される。

吹き出し温度Ｔｏが、許容範囲の上限値「Ｔｓｅｔ＋１℃」以下の場合（ステップＳ６のＹｅｓ）には、吹き出し温度Ｔｏが許容範囲内にあるので、インジェクション流量は現状を維持される。そして、運転停止の制御指令が無い場合（ステップＳ８のＮｏ）にはステップＳ４に戻り、吹き出し温度Ｔｏの判定が繰り返される。一方、運転停止の制御指令が有る場合（ステップＳ８のＹｅｓ）には本制御フローを終了する。

次に第１実施形態に係るヒートポンプ装置１の効果について説明する。第１実施形態のヒートポンプ装置１は、第１圧縮機２１と、第２圧縮機２２と、第１放熱器２３と、第２放熱器２４と、膨張弁２８と、空気熱交換器２５とが順次接続されて構成される冷媒回路２と、第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２の少なくとも一方から熱媒に熱を受け取る２つの被過熱側回路としての給湯回路３及び暖房回路４と、を備える。第１放熱器２３及び第２放熱器２４は、エンタルピーの異なる冷媒がそれぞれに通過するよう冷媒回路２に設置される。第１放熱器２３は、相対的にエンタルピーの高い冷媒が通過し、第２放熱器２４は、第１放熱器２３の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する。冷媒回路２は、第１放熱器２３と第２放熱器２４との間から第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２の間へと冷媒のインジェクションを行うインジェクション回路５を有する。

この構成により、インジェクション回路５の冷媒流量を調整することによって、冷媒回路２の第１放熱器２３を流れる冷媒と、第２放熱器２４を流れる冷媒との流量比を制御することが可能となり、第１放熱器２３及び第２放熱器２４の加熱能力を自由に制御することができる。

ここで図３を参照して、第１実施形態のヒートポンプ装置１が冷媒回路２の第１放熱器２３及び第２放熱器２４の加熱能力を自由に制御できることによる利点についてさらに説明する。図３の横軸は、冷媒回路２の冷媒、及び、給湯回路３及び暖房回路４の熱媒のエンタルピー（ｋＪ／ｋｇ）を示し、図３の縦軸は、冷媒及び熱媒の温度（℃）を示す。図３では、冷媒回路２の冷媒の温度―エンタルピー特性（ＴＨ特性）をグラフＡで示し、給湯回路３の熱媒（湯水）が第１放熱器２３を通過するときのＴＨ特性をグラフＢ１で示し、暖房回路４の熱媒（風）が第２放熱器２４を通過するときのＴＨ特性をグラフＢ２で示す。図３中のΔｈ１は、第１放熱器２３への入出力時における冷媒のエンタルピー差であり、第１放熱器２３での冷媒と熱媒との間の熱交換量である。同様に、図３中のΔｈ２は、第２放熱器２４への入出力時における冷媒のエンタルピー差であり、第２放熱器２４での冷媒と熱媒との間の熱交換量である。図３中のグラフＣは、冷媒（ＣＯ２）の飽和液線及び飽和蒸気線である。

図３のグラフＡに示すように、冷媒回路２において第１放熱器２３に供給される冷媒は、相対的にエンタルピーが高く、第１放熱器２３における放熱によってエンタルピーがΔｈ１減少し、冷媒温度も低下する。一方、グラフＢ１に示すように、給湯回路３の熱媒は、第１放熱器２３において冷媒の熱を吸収することによって、エンタルピーがΔｈ１増加し、熱媒温度もＴ１に上昇する。また、図３のグラフＡに示すように、冷媒回路２において第１放熱器２３で放熱された後に第２放熱器２４に供給される冷媒は、第２放熱器２４における放熱によってエンタルピーがさらにΔｈ２減少し、冷媒温度も低下する。一方、グラフＢ２に示すように、暖房回路４の熱媒は、第２放熱器２４において冷媒の熱を吸収することによって、エンタルピーがΔｈ２増加し、媒体温度もＴ２に上昇する。

一般に、第１放熱器２３の加熱能力は、エンタルピー差Δｈ１と第１放熱器２３における冷媒流量との積として算出できる。同様に、第２放熱器２４の加熱能力は、エンタルピー差Δｈ２と第２放熱器２４における冷媒流量との積として算出できる。

例えば特許文献１に記載の構成のように、加熱側の冷媒回路２にインジェクション回路５を備えない構成の場合には、各放熱器の冷媒流量を調整できないので、各放熱器の加熱能力比は、エンタルピー差の比Δｈ１：Δｈ２のみで決まってしまう。このため、給湯回路３の熱媒温度Ｔ１と暖房回路４の熱媒温度Ｔ２の制御は、給湯回路３及び暖房回路４を流れる熱伝達媒体（湯水）の流量の比を調整することで行う。しかし、各放熱器のエンタルピー差比Δｈ１：Δｈ２と、被加熱側の給湯回路３及び暖房回路４で必要な湯水の流量比とが一致するとは限らない。従って、給湯回路３及び暖房回路４で必要な蓄熱量に対して、給湯回路３に蓄えられている熱量（給湯回路３に流れる湯水の流量）と、暖房回路４に蓄えられている熱量（暖房回路４に流れる湯水の流量）のバランスが異なり、余剰熱量が生まれ、効率が低下する場合がある。

これに対して本実施形態のヒートポンプ装置１は、加熱側の冷媒回路２にインジェクション回路５を備えることにより、第１放熱器２３及び第２放熱器２４の冷媒流量を制御することが可能とした。これにより、第１放熱器２３と第２放熱器２４が必要な加熱能力を発揮でき、被加熱側の給湯回路３及び暖房回路４を流れる熱伝達媒体（湯水）の流量比を調整しなくても、所望の給湯回路３の熱媒温度Ｔ１と暖房回路４の熱媒温度Ｔ２とを達成できるよう随時制御することが可能となる。

以上より、第１実施形態のヒートポンプ装置１は、インジェクション回路５の冷媒流量を調整することによって、２つの被加熱側回路としての給湯回路３及び暖房回路４の必要熱量に応じて、第１放熱器２３及び第２放熱器２４の能力比を適切に制御でき、効率を向上できる。

また、第１実施形態のヒートポンプ装置１において、２つの被加熱側回路としての給湯回路３及び暖房回路４は、給湯回路３にて冷媒回路２から熱を受け取った第１熱媒としての湯水と、暖房回路４を通る第２熱媒としての温風との間で熱交換を行うことができるよう構成される。ヒートポンプ装置１は、熱交換が行われた後の暖房回路４の熱媒の吹き出し温度Ｔｏ（熱媒温度）が設定吹き出し温度Ｔｓｅｔ（設定値）となるように、インジェクション回路５によるインジェクション冷媒量を制御する。

この構成により、暖房回路４の必要熱量の指標となる設定吹き出し温度Ｔｓｅｔに基づいて、インジェクション回路５の冷媒流量の制御によって第２放熱器２４の冷媒流量、すなわち第２放熱器２４の加熱能力を適切に制御することができる。

［第２実施形態］
図４及び図５を参照して第２実施形態を説明する。図４に示すように、第２実施形態に係るヒートポンプ装置１Ａは、（１）冷媒回路２において第２放熱器２４の下流側に第３放熱器３０を有する点、（２）インジェクション回路５Ａが、第２放熱器２４と第３放熱器３０との間から第２圧縮機２２へと冷媒のインジェクションを行う点、（３）冷媒回路２が、第２放熱器２４から出た冷媒と、第３放熱器３０から出た冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器５５を有する点で、第１実施形態のヒートポンプ装置１と異なる。

第３放熱器３０は、第２放熱器２４により放熱された冷媒を、給湯回路３の熱伝達媒体と熱交換させることによりさらに放熱する。第３放熱器３０には、第２放熱器２４にて放熱された冷媒が供給されるので、第１放熱器２３及び第２放熱器２４よりエンタルピーの低い冷媒がする。言い換えると、第３放熱器３０には、第２放熱器２４の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する。

インジェクション回路５Ａは、第１実施形態のインジェクション回路５の各要素に加えて、第２放熱器２４及び第３放熱器３０の間と、第１圧縮機２１及び第２圧縮機２２の間とを接続する第２インジェクション管５３、及び、第２インジェクション管５３上に設けられ第２インジェクション管５３を流れる冷媒量を調整する第２膨張弁５４を有する。第２インジェクション管５３は、第２膨張弁５４、内部熱交換器５５を通過した後にインジェクション管５１と合流されて、冷媒回路２の第２圧縮機２２の上流側に接続されている。

図５を参照して第２実施形態の効果を説明する。図５の縦軸、横軸、グラフＡ，Ｂ１,Ｂ２は図３と同様である。図３中のΔｈ３は、第３放熱器３０への入出力時における冷媒のエンタルピー差であり、第３放熱器３０での冷媒と熱媒との間の熱交換量である。図５のグラフＡに示すように、冷媒回路２において第２放熱器２４で放熱された後に第３放熱器３０に供給される冷媒は、第３放熱器３０における放熱によってエンタルピーがさらにΔｈ３減少し、冷媒温度も低下する。一方、グラフＢ３に示すように、給湯回路３の熱媒は、第３放熱器３０において冷媒の熱を吸収することによって、エンタルピーがΔｈ３増加し、媒体温度もＴ３に上昇する。第３放熱器３０の加熱能力は、エンタルピー差Δｈ３と第３放熱器３０における冷媒流量との積として算出できる。

第２実施形態に係るヒートポンプ装置１Ａは、冷媒回路２にインジェクション回路５Ａを設けることにより、冷媒回路２に第１放熱器２３、第２放熱器２４、第３放熱器３０の３つの放熱器を設ける構成でも、各放熱器の冷媒流量を制御することを可能とした。これにより、各放熱器間の冷媒流量比を調整でき、第１放熱器２３、第２放熱器２４、第３放熱器３０の加熱能力を自由に制御できる。

また、第２実施形態のヒートポンプ装置１Ａは、冷媒回路２に内部熱交換器５５を備えることにより、システム効率の向上を図ることができる。

なお、インジェクション回路５Ａは、少なくとも第１放熱器２３と第２放熱器２４との間から第２圧縮機２２へと冷媒のインジェクションを行うことができればよい。つまり、インジェクション回路５Ａは、第１実施形態のインジェクション回路５と同様に、第２インジェクション管５３及び第２膨張弁５４を有しない構成でもよい。

［第３実施形態］
図６を参照して第３実施形態を説明する。図６に示すように、第３実施形態に係るヒートポンプ装置１Ｂは、冷媒回路２において内部熱交換器５５がインジェクション管５１と第２インジェクション管５３との合流位置より第２圧縮機２２側に配置される点で、第２実施形態のヒートポンプ装置１Ａと異なる。

インジェクション回路５Ｂにおいて、第２インジェクション管５３上の第２膨張弁５４と、インジェクション管５１との合流位置との間には、電磁弁５６が設けられている。電磁弁５６は、例えば制御装置（図示せず）からの制御指令に応じて開閉を切り替えることができ、第２インジェクション管５３の連通と遮断とを制御できる。

第３実施形態のヒートポンプ装置１Ｂは、電磁弁５６を閉状態とすることで、第１放熱器２３から出た冷媒と、第３放熱器３０から出た冷媒との間で熱交換を行うことができる。また、電磁弁を開状態とすることで、第２放熱器２４から出た冷媒と、第３放熱器３０から出た冷媒との間で熱交換を行うことができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。特に、本発明で第１圧縮機(２１)、第２圧縮機(２２)と記載した圧縮機は、１つのケーシング内に２つの圧縮機構を持つ圧縮機でインジェクションを行うものも包含される。また第１圧縮機(２１)、第２圧縮機(２２)と記載した２つの圧縮機を、１つのケーシング内で１つの圧縮機構を備え、圧縮過程の途中にインジェクションを行う圧縮機に置き換えてもよい。圧縮機構は、例えばスクロール式やロータリー式、ピストン式など圧縮方式には限定されない。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

上記実施形態では、被加熱側の回路として給湯回路３と暖房回路４の２つの回路を備える構成を例示したが、被加熱側回路は少なくとも２つであればよく、３以上の回路を備える構成とすることもできる。

また、上記実施形態では、被加熱側回路としての給湯回路３と暖房回路４は、給湯回路３にて冷媒回路２から熱を受け取った第１熱媒としての湯水と、暖房回路４を通る第２熱媒としての温風との間で熱交換を行うことができる構成を例示したが、複数の被加熱側回路の間の関係はこれに限られない。例えば、複数の被加熱側回路のそれぞれは冷媒回路２と個別に熱交換を行い、被加熱側回路の間では熱交換を行わない構成でもよい。

また、上記実施形態では、給湯回路３の熱媒が湯水であり、暖房回路４の熱媒が空気の流れである構成、つまり複数の被加熱側回路のそれぞれの熱媒の種類が異なる構成を例示したが、各回路の熱媒が同一種類でもよい。

１，１Ａ，１Ｂ：ヒートポンプ装置
２：冷媒回路
２１：第１圧縮機（圧縮機）
２２：第２圧縮機（圧縮機）
２３：第１放熱器（放熱器）
２４：第２放熱器（放熱器）
２５：空気熱交換器（蒸発器）
２８：膨張弁（減圧器）
３０：第３放熱器（放熱器）
３：給湯回路（一の被加熱側回路）
４：暖房回路（他の被加熱側回路）
５，５Ａ，５Ｂ：インジェクション回路
Ｔｏ：吹き出し温度（熱媒温度）
Ｔｓｅｔ：設定吹き出し温度（設定値）

Claims

圧縮機（２１，２２）と、少なくとも２つの放熱器（２３，２４，３０）と、減圧器（２８）と、蒸発器（２５）とが順次接続されて構成される冷媒回路（２）と、
前記少なくとも２つの放熱器のいずれかから熱媒に熱を受け取る少なくとも２つの被加熱側回路（３，４）と、を備え、
前記少なくとも２つの放熱器は、エンタルピーの異なる冷媒がそれぞれに通過するよう前記冷媒回路に設置され、相対的にエンタルピーの高い冷媒が通過する第１放熱器（２３）と、前記第１放熱器の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する第２放熱器（２４）と、を有し、
前記冷媒回路は、前記第１放熱器と前記第２放熱器との間から前記圧縮機へと前記冷媒のインジェクションを行うインジェクション回路（５，５Ａ，５Ｂ）を有し、
前記少なくとも２つの被加熱側回路は、一の被加熱側回路にて前記冷媒回路から熱を受け取った第１熱媒と、他の被加熱側回路を通る第２熱媒との間で熱交換を行うことができるよう構成される、
ヒートポンプ装置（１，１Ａ，１Ｂ）。
熱交換が行われた後の前記第２熱媒の熱媒温度（Ｔｏ）が設定値（Ｔｓｅｔ）となるように前記インジェクション回路によるインジェクション冷媒量を制御する、
請求項１に記載のヒートポンプ装置。
前記少なくとも２つの放熱器は、前記第２放熱器の次にエンタルピーの高い冷媒が通過する第３放熱器（３０）を有し、
前記インジェクション回路（５Ａ，５Ｂ）は、前記第２放熱器と前記第３放熱器との間から前記圧縮機へと前記冷媒のインジェクションを行う、
請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置（１Ａ，１Ｂ）。