JP4517529B2 - ヒートポンプサイクル、加熱装置、車両用暖房装置、暖房装置および蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、低温側の熱を高温側に移動させるヒートポンプサイクルにおいて、圧縮機の吐出圧（高圧側冷媒圧力）が冷媒の臨界圧力を越える超臨界ヒートポンプに関するもので、冷媒として二酸化炭素を用いるものに適用して有効である。
【従来の技術】
【０００３】
圧縮機の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式サイクルとして、例えば特開平９−２６４６２２号公報に記載の発明では、放熱器（高圧側熱交換器）の出口側冷媒温度に基づいて高圧側冷媒圧力（吐出圧）を制御している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、発明者等は、上記公報に記載の蒸気圧縮式サイクルを用いて暖房用給湯水を高圧側熱交換器にて加熱するヒートポンプサイクル（以下、ヒートポンプと略す。）を試作検討したところ、以下に述べる問題が発生した。
【０００５】
すなわち、このヒートポンプでは、暖房用給湯水は高圧側熱交換器と暖房用熱交換器との間を繰り返し循環するので、高圧側熱交換器に流入する暖房用給湯水の温度が次第に上昇していく。
【０００６】
このため、冷媒と暖房用給湯水との温度差が次第に小さくなっていくので、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が次第に減少していき、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化していく。
【０００７】
なお、この問題に対して、冷媒温度（高圧側圧力）を上昇させて冷媒と暖房用給湯水との温度差が小さくなることを防止するといった手段が考えられるが、暖房用給湯水の温度は、暖房を行うに十分な温度まで上昇させればよく、冷媒と暖房用給湯水との温度差を確保するために冷媒温度（高圧側圧力）を上昇させることは、必要以上に冷媒圧力を上昇させることになるので、圧縮機の消費動力が不必要に上昇してしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越えるヒートポンプサイクルであって、圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒と第１流体との間で熱交換を行う第１高圧側熱交換器（２）と、第１高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と第１流体より温度の低い第２流体との間で熱交換を行う第２高圧側熱交換器（３）と、第２高圧側熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧するとともに、吐出圧を制御する減圧手段（４、４ａ）と、減圧手段（４、４ａ）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（５）と、第２高圧側熱交換器（３）にて加熱された第２流体と第１流体とを熱交換させて、第２流体を更に加熱する熱交換器（３０）とを有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、本発明に係るヒートポンプにて取り出すことができる熱量は、第１高圧側熱交換器（２）にて取り出すことができる熱量と第２高圧側熱交換器３にて取り出すことができる熱量との和となるので、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、減圧手段（４、４ａ）は、吐出圧が所定圧力以下となるように、第１高圧側熱交換器（２）と第２高圧側熱交換器（３）との間の冷媒温度に基づいて吐出圧を制御することを特徴とする。
【００１２】
これにより、吐出圧が過度に上昇してしまうことを防止できるので、圧縮機（１）に損傷が発生することを未然に防止できる。
【００１３】
また、第１高圧側熱交換器（２）と第２高圧側熱交換器（３）との間の冷媒温度に基づいて吐出圧を制御しているので、第２高圧側熱交換器（３）の出口側の冷媒温度に基づいて吐出圧を制御する場合に比べて、吐出圧を高く制御することができる。したがって、高い温度の第１流体を得ることができる。
【００１４】
なお、所定圧力は、請求項３に記載の発明のごとく、低圧側熱交換器（５）における蒸発圧力の上昇に応じて高くなるように選定してもよい。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルを用いた、水素と酸素との化学反応により発電する燃料電池を加熱する燃料電池の加熱装置であって、第１高圧側熱交換器（２）にて燃料電池内を循環する流体を加熱することを特徴とする。
【００１６】
これにより、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止しつつ、燃料電池（２０）を加熱することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル、及び水素と酸素との化学反応により発電する燃料電池を有する車両用暖房装置であって、第１高圧側熱交換器（２）にて、第１流体である燃料電池内を循環する流体を加熱し、第２高圧側熱交換器（３）にて、第２流体である車室内に吹き出す空気を加熱することを特徴とする。
【００１８】
これにより、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止しつつ、燃料電池（２０）を加熱しながら、車室内の暖房を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルを用いた暖房装置であって、第１高圧側熱交換器（２）によって加熱された第１流体にて暖機されるとともに、作動時に発熱する熱源（２０）を有し、熱源（２０）から供給される熱の温度が所定温度未満のときには、第２高圧側熱交換器（３）にて、第２流体である室内に吹き出す空気を加熱し、熱源（２０）から供給される熱の温度が所定温度以上のときには、熱交換器（３０）では、少なくとも熱源（２０）から供給される熱にて加熱された第１流体によって室内に吹き出す空気を加熱することを特徴とする。
【００２０】
これにより、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止しつつ、早期に室内暖房を行うことができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒と冷却水との間で熱交換を行う高圧側熱交換器（２）と、高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と室内に吹き出す空気との間で熱交換を行う室内熱交換器（３）と、室内熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧する減圧手段（４）と、減圧手段（４）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、蒸発した冷媒が圧縮機（１）の吸入側に向かって流出する室外熱交換器（５）と、室内熱交換器（３）にて加熱された室内に吹き出す空気と冷却水とを熱交換させて、室内に吹き出す空気を更に加熱する温水ヒータ（３０）とを有する、蒸気圧縮式冷凍サイクルを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、さらに、圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室外熱交換器（５）→減圧手段（４）→室内熱交換器（３）→圧縮機（１）の順で循環させる冷房運転の冷媒流路、および、圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室内熱交換器（３）→減圧手段（４）→室外熱交換器（５）→圧縮機（１）の順で循環させる暖房運転の冷媒流路を切り替えるバルブ（４５）と、バルブ（４５）が冷房運転の冷媒流路に切り替えた際に、室外熱交換器（５）と減圧手段（４）との間の高圧側冷媒と、室内熱交換器（３）と圧縮機（１）との間の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１０１）とを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、請求項７または８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、さらに、冷却水は、車両の走行用のエネルギを出力する駆動源（２０）を冷却する冷却水であって、高圧側熱交換器（２）は、冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する温水ヒータ（３０）と駆動源（２０）との間を循環する冷却水を加熱することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、前記高圧側熱交換器（２）は、前記温水ヒータ（３０）より冷却水流れ下流に配設されて前記駆動源（２０）に流入する前記冷却水を加熱することを特徴とする。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、前記高圧側熱交換器（２）は、前記温水ヒータ（３０）より冷却水流れ上流に配設されて前記温水ヒータ（３０）に流入する前記冷却水を加熱することを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の発明では、二酸化炭素を冷媒とし、圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
車室内に吹き出す空気を冷却する冷房運転の冷媒流路および車室内に吹き出す空気を加熱する暖房運転の冷媒流路を切り替えるバルブ（４５）と、バルブ（４５）が暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、車室内に吹き出す空気を加熱する温水ヒータ（３０）の熱源として使用されるとともに車両の走行用のエネルギを出力する駆動源（２０）を冷却する冷却水と、圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒との間で熱交換を行う高圧側熱交換器（２）と、バルブ（４５）が暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と車室内に吹き出す空気との間で熱交換を行う室内熱交換器（３）と、バルブ（４５）が暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、室内熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧する減圧手段（４）と、バルブ（４５）が暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、減圧手段（４）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、蒸発した冷媒が圧縮機（１）の吸入側に向かって流出する室外熱交換器（５）と、バルブ（４５）が冷房運転の冷媒流路に切り替えた際に、室外熱交換器（５）と減圧手段（４）との間の高圧側冷媒と、室内熱交換器（３）と圧縮機（１）との間の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１０１）とを有し、
冷房運転の冷媒流路は、圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室外熱交換器（５）→減圧手段（４）→室内熱交換器（３）→圧縮機（１）の順で循環させる冷媒流路であり、暖房運転の冷媒流路は、圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室内熱交換器（３）→減圧手段（４）→室外熱交換器（５）→圧縮機（１）の順で循環させる冷媒流路であり、
さらに、バルブ（４５）が暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、室内熱交換器（３）にて加熱された車室内に吹き出す空気と冷却水とを熱交換させて、車室内に吹き出す空気を更に加熱する温水ヒータ（３０）とを有することを特徴とする。
【００２７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の実施の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第１〜第８実施形態のうち、第３〜第５、第８実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、第１、第２実施形態は本発明の前提となる形態であり、また、第６、第７実施形態は参考例として示す形態である。
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るヒートポンプを家庭用暖房装置に適用したもので、図１は本実施形態に係る家庭用暖房装置の模式図である。
【００２９】
図１中、１は冷媒（本実施形態では、二酸化炭素）を吸入し、冷媒を冷媒の臨界圧力以上まで圧縮する圧縮機であり、２は圧縮機１から吐出した高圧冷媒と床暖房用給湯水（以下、給湯水と略す。）とを熱交換する第１高圧側熱交換器（主熱交換器）である。
【００３０】
３は第１高圧側熱交換器２から流出した高圧冷媒と浴室（図示せず。）内に吹き出す空気とを熱交換させる第２高圧側熱交換器（副熱交換器）であり、４は第２高圧側熱交換器３から流出した高圧冷媒を減圧するとともに、高圧側の冷媒圧力（圧縮機１の吐出圧）を制御する電子式の圧力制御弁（減圧手段）である。
【００３１】
５は圧力制御弁４にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて外気（戸外空気）から熱を吸収する低圧側熱交換器（蒸発器）であり、６はヒートポンプ中の余剰冷媒を蓄えるとともに、低圧側熱交換器５から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１の吸入側に流出するアキュムレータ（気液分離手段）である。
【００３２】
７は第１高圧側熱交換器２と第２高圧側熱交換器３との間の冷媒温度（以下、この温度を高圧冷媒温度Ｔｏｕｔと呼ぶ。）を検出する冷媒温度センサ（冷媒温度検出手段）であり、８は第１高圧側熱交換器２と第２高圧側熱交換器３との間の冷媒圧力（以下、この圧力を高圧冷媒圧力Ｐｈと呼ぶ。）を検出する冷媒圧力センサ（冷媒圧力検出手段）である。そして、両センサ７、８の検出信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）９に入力されており、ＥＣＵ９は、両センサ７、８の検出信号に基づいて予め設定されたプログラムに従って圧力制御弁４の開度を調節する。
【００３３】
なお、１０は第１高圧側熱交換器２にて加熱された給湯水にて戸内の床を加熱する暖房用ヒータであり、１１は第１高圧側熱交換器２と暖房用ヒータとの間に給湯水を繰り返して循環させるポンプである。
【００３４】
また、１２は第２高圧側熱交換器３にて加熱された空気を浴室に送風する浴室暖房（乾燥）用送風機でり、１３は第２高圧側熱交換器３にて加熱された空気の通路を構成するダクトであり、１４は低圧側熱交換器５に外気を送風する外気用送風機である。
【００３５】
次に、本実施形態に係るヒートポンプの作動（圧力制御弁４の制御）を図２に示すフローチャートに基づいて述べる。
【００３６】
ヒートポンプの始動スイッチ（図示せず。）が投入（ＯＮ）されると、先ず、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔを読み込む（Ｓ１００）。次に、図示しない制御マップから高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔに対応する目標高圧側冷媒圧力Ｐｏを算出し（Ｓ１１０）、この算出した目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが許容上限圧力Ｐｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ１２０）。
【００３７】
そして、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが許容上限圧力Ｐｍａｘより大きいときには、高圧冷媒圧力Ｐｈが許容上限圧力Ｐｍａｘとなるように圧力制御弁４の開度を調節し（Ｓ１３０）、一方、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが許容上限圧力Ｐｍａｘ以下のときには、高圧冷媒圧力Ｐｈが目標高圧側冷媒圧力Ｐｏとなるように圧力制御弁４の開度を調節する（Ｓ１４０）。
【００３８】
なお、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏとは、高圧冷媒温度Ｔｏｕｔに対してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が最大となるような高圧側冷媒圧力を言う。最適制御線ηｍａｘは、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力より高い超臨界域にあるときは約６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線に沿っており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以下にあるときは約５℃の過冷却度となるように設定されている。
【００３９】
また、許容上限圧力Ｐｍａｘは、圧縮機１の耐熱（許容）温度及び許容圧力によって適宜選定されるもので、本実施形態では、１２ＭＰａである。
【００４０】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００４１】
ところで、本実施形態では、第１高圧側熱交換器２では、第１高圧側熱交換器２と暖房用ヒータ１０とからなる閉じた温水回路を循環する給湯水と冷媒との間で熱交換が行われるのに対して、ダクト１３によって形成される空気通路は、温水回路のように完全に閉じた回路ではなく、むしろ開いた回路であるので、第２高圧側熱交換器３では、開いた回路を流通する空気と冷媒との間で熱交換が行われることとなる。
【００４２】
このため、第１高圧側熱交換器２に流入する給湯水の温度は次第に上昇していくのに対して、第２高圧側熱交換器３に流入する空気（以下、この空気を吸入空気と呼ぶ。）は、給湯水の温度上昇に比べると、十分に小さい。
【００４３】
したがって、ヒートポンプを始動した直後においては、給湯水と冷媒との温度差、及び吸入空気と冷媒との温度差は共に比較的大きいが、ヒートポンプの運転開始とともに給湯水の温度が次第に上昇して給湯水と冷媒との温度差は縮小していくのに対して、吸入空気の温度上昇は給湯水の温度上昇に比べると十分に小さいため、吸入空気と冷媒との温度差の縮小量は、給湯水と冷媒との温度差の縮小量に比べて十分に小さい。
【００４４】
このため、給湯水と冷媒との温度差が縮小し、第１高圧側熱交換器２にて取り出すことができる熱量（エンタルピ）の減少量が顕著になってる場合においては、第１高圧側熱交換器２に流入する給湯水の温度は第２高圧側熱交換器３に流入する空気の温度より高くなっている。
【００４５】
したがって、本実施形態では、第１高圧側熱交換器２にて取り出すことができる熱量（エンタルピ）の減少量が顕著になってる場合においても、第２高圧側熱交換器３において冷媒から熱（エンタルピ）を取り出すことができるので、図３に示すように、本実施形態に係るヒートポンプでは、第１高圧側熱交換器２にて取り出すことができる熱量δ１と第２高圧側熱交換器３にて取り出すことができる熱量δ２との和となる。
【００４６】
以上に述べたように、本実施形態に係るヒートポンプでは、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止できる。
【００４７】
ところで、圧力制御弁４は、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔと高圧側冷媒圧力Ｐｈとが最適制御線ηｍａｘで示される関係となるようにその開度を制御するので、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが上昇していくと、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏ（＝高圧側冷媒圧力Ｐｈ）が上昇していく。
【００４８】
このとき、本実施形態では、給湯水の温度を特に制御していないので、ヒートポンプを稼働し続けると、給湯水の温度及び高圧側冷媒圧力Ｐｈが過度に上昇してしまい、圧縮機１に損傷が発生するおそれがある。
【００４９】
そこで、本実施形態では、高圧側圧力Ｐｈ（吐出圧）が許容上限圧力Ｐｍａｘ以下となるように、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔに基づいて高圧側冷媒圧力Ｐｈを制御しているので、圧縮機１が損傷してしまうことを未然に防止することができる。
【００５０】
ところで、圧力制御弁４は、前述のごとく、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔと高圧側冷媒圧力Ｐｈとが最適制御線ηｍａｘで示される関係となるようにその開度を制御するので、仮に、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔを第２高圧側熱交換器３の出口側で検出すると、検出する高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが低くなるので、図４に示すように、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏ（＝高圧側冷媒圧力Ｐｈ）も低くなってしまい、給湯水の温度を暖房を行うに十分な温度まで上昇させることができなくなるおそれがある。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、第１高圧側熱交換器２と第２高圧側熱交換器３との間で高圧冷媒温度Ｔｏｕｔを検出しているので、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏ（＝高圧側冷媒圧力Ｐｈ）も低くなってしまうことを防止することができ、給湯水の温度を暖房を行うに十分な温度まで確実に上昇させることができる。
【００５２】
因みに、図５は本実施形態に係るヒートポンプから取り出すことができる熱量の向上率（エンタルピ差向上率）と高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔとの関係を示すグラフであり、本実施形態によれば、冷媒の種類に関係なく、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止できることが判る。
【００５３】
なお、浴室を暖房する（乾燥させる）空気の温度を高めたいときは、ダクト１３内に電気ヒータ等の加熱手段を配設してもよい。また、ポンプ１１を停止させて浴室の暖房（乾燥）のみを行ってもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
第１実施形態では、許容上限圧力Ｐｍａｘは固定値であったが、本実施形態は、許容上限圧力Ｐｍａｘを外気温度（低圧側熱交換器５内の圧力（蒸発圧力）又は低圧側熱交換器５内の冷媒温度（蒸発温度））に基づいて変化させるものである。
【００５５】
すなわち、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（以下、吐出冷媒温度と呼ぶ。）は、吐出圧（高圧側冷媒圧力）及び圧縮機１の吸入冷媒温度（＝蒸発温度）又は吸入冷媒圧力（＝蒸発圧力）によって決定するので、吐出圧が一定（同じ）であっても、吸入冷媒温度（吸入冷媒圧力）が低くなると、吐出冷媒温度が上昇する。
【００５６】
このため、高圧側冷媒圧力Ｐｈが許容上限圧力Ｐｍａｘ以下であっても、吐出冷媒温度が圧縮機１の耐熱（許容）温度を超えてしまう場合がある。また逆に、高圧側冷媒圧力Ｐｈが許容上限圧力Ｐｍａｘ以下であっても、吐出冷媒温度が低く、暖房を行うに十分な温度まで給湯水を加熱することができない場合がある。
【００５７】
そこで、本実施形態では、低圧側熱交換器５における蒸発圧力（外気温度）の上昇に応じて、許容上限圧力Ｐｍａｘが高くなるように許容上限圧力Ｐｍａｘ変化させることにより、給湯水を十分に加熱しつつ、吐出冷媒温度が圧縮機１の耐熱（許容）温度以下となるように圧力制御弁４を制御している。
【００５８】
以下、図６に示すフローチャートに基づいて本実施形態の制御フローについて述べる。
【００５９】
ヒートポンプの始動スイッチが投入（ＯＮ）されると、先ず、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔを読み込み（Ｓ２００）、図示しない制御マップから高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔに対応する目標高圧側冷媒圧力Ｐｏを算出する（Ｓ２１０）。
【００６０】
次に、外気温度を検出する外気温度センサ（図示せず。）の検出温度Ｔを読み込み（Ｓ２２０）、この検出した外気温度Ｔに基づいて許容上限圧力Ｐｍａｘを算出する（Ｓ２３０）。
【００６１】
そして、目標高圧側冷媒圧力ＰｏがＳ２３０にて算出した許容上限圧力Ｐｍａｘより大きいか否かを判定し（Ｓ２４０）、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが許容上限圧力Ｐｍａｘより大きいときには、高圧冷媒圧力Ｐｈが許容上限圧力Ｐｍａｘとなるように圧力制御弁４の開度を調節し（Ｓ２５０）、一方、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが許容上限圧力Ｐｍａｘ以下のときには、高圧冷媒圧力Ｐｈが目標高圧側冷媒圧力Ｐｏとなるように圧力制御弁４の開度を調節する（Ｓ２６０）。
【００６２】
（第３実施形態）
本実施形態は、本発明に係るヒートポンプを車両用暖房装置と燃料電池（ＦＣスタック）の加熱に用いたもので、図７は本実施形態に係るヒートポンプの模式図である。以下、第１、２実施形態との相違点を中心に本実施形態を説明する。
【００６３】
図７中、２０は水素と酸素との化学反応させることにより電力を発生させる燃料電池（ＦＣスタック）であり、２１、２２は冷却水（温水）を循環させる第１、２ポンプである。
【００６４】
２３はＦＣスタック２０から流出する冷却水を冷却するラジエータであり、２４はＦＣスタック２０から流出した冷却水をラジエータ２３を迂回させてＦＣスタック２０に戻すバイパス回路である。そして、サーモスタット等の冷却水温度に応じて流量を調節する流量調整弁２５によりラジエータ２３に流通させる冷却水量とバイパス回路２４に流通させる冷却水量とを調節してＦＣスタック２０の温度を適正温度（約７５℃〜８５℃）に制御している。
【００６５】
因みに、車両等の移動体の駆動源として考えられている高分子電解質型ＦＣスタックにおいては、０℃以下の温度条件では、電極近傍に存在している水分が凍結し、反応ガスの拡散を阻害したり、電解質膜の電気伝導率が低下すると言う問題がある。
【００６６】
したがって、ＦＣスタックの温度が０℃以下のときには、ＦＣスタックを作動可能温度（０℃以上の温度で電池が発電可能な温度）以上までに加熱する必要がある。また逆に、ＦＣスタックは水素と酸素との化学反応時に発熱するので、ＦＣスタックの温度が過度に低下しない適度まで冷却する必要がある。
【００６７】
また、３０はＦＣスタック２０にて加熱された冷却水（温水）を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱する温水ヒータ（室内熱交換器）であり、３１は温水ヒータ３０を通過して車室内に吹き出す風量を調節する温風調整ドア（温風調整手段）である。
【００６８】
３２は車室内に吹き出す空気の通路を構成するとともに、温水ヒータ３０及び第２高圧側熱交換器３を収納する空調ケーシングであり、３３は車室内に空気を送風する遠心式の送風機である。
【００６９】
なお、本実施形態では、第１高圧側熱交換器２は、温水ヒータ３０より冷却水流れ下流側に配設されてＦＣスタック２０に流入する冷却水を加熱し、第２高圧側熱交換器３は温水ヒータ３０より空気流れ上流側に配設されて車室内に吹き出す空気を加熱している。
【００７０】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００７１】
１．ＦＣスタック２０の暖機運転
ＦＣスタック２０の温度が低いときにＦＣスタック２０を始動させるには、前述のごとく、ＦＣスタック２０を加熱昇温させる（暖機運転する）必要がある。 そこで、ＦＣスタック２０を暖機運転するには、車室内に吹き出す空気が温水ヒータ３０を通過しないように温風調整ドア３１にて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を閉じるとともに、流量調整弁２５によりラジエータ２３側の冷却水通路を閉じ、かつ、バイパス回路２４側に冷却水が流通するようにし、さらに、第１、２ポンプ２１、２２、圧縮機１及び外気用送風機１４を稼働させる。
【００７２】
これにより、第１高圧側熱交換器２にて加熱された冷却水によりＦＣスタック２０が加熱昇温される。このとき、温風調整ドア３１にて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を閉じ、かつ、流量調整弁２５によりラジエータ２３側の冷却水通路を閉じているので、ヒートポンプからＦＣスタック２０に与えられた熱がＦＣスタック２０外に放熱してしまうことを最小限に止めることができる。
【００７３】
また、圧縮機１を起動した直後は、冷却水の温度が低いことと相まって高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが低いので、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏは比較的低い圧力に設定される（図４参照）。
【００７４】
ところで、最適制御線ηｍａｘの傾き（圧力／比エンタルピ）は、図８に示すように、等エントロピ線（圧縮機１における状態変化を示す線）の傾き（圧力／比エンタルピ）に比べて小さいので、目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが低い方が第１高圧側熱交換器２にて大きな熱量（エンタルピ）を取り出すことができる。
【００７５】
したがって、圧縮機１を起動した直後（高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが低いとき）は、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが高くなったときに比べて、ヒートポンプからＦＣスタック２０に対して多くの熱量を与えることができる。
【００７６】
因みに、圧縮機１を起動した直後は、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが低いので、車室内に吹き出す空気を十分に加熱することができないので、送風機３３は停止させる。
【００７７】
なお、本実施形態において、ＦＣスタック２０をヒートポンプにて加熱昇温さるには、少なくとも第１ポンプ２１を稼働させれば良いが、本実施形態では、２つのポンプ２１、２２を稼働させてＦＣスタック２０内を循環する冷却水量を増大させてＦＣスタック２０全体を均一（ムラ無く）加熱昇温するようにしている。
【００７８】
２．ＦＣスタック２０の暖機運転終了後
ＦＣスタック２０の暖機運転が終了した後は、ＦＣスタック２０から流出する冷却水の温度も高い（約８０℃以上）ので、流量調整弁２５を作動させて冷却水温度が約７５℃〜８５℃となるようにラジエータ２３に流通させる冷却水量とバイパス回路２４に流通させる冷却水量とを調節する。
【００７９】
このとき、温風調整ドア３１を作動させて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を開いて、ＦＣスタック２０の廃熱も利用して車室内に吹き出す空気を加熱してもよい。
【００８０】
また、高圧側冷媒温度Ｔｏｕｔが暖房を行うに十分な温度（約３０℃〜３５℃）まで上昇したときには、送風機３３を稼働させて車室内に吹き出す空気を加熱する。
【００８１】
ところで、暖機運転終了後においては、第１高圧側熱交換器２にてＦＣスタック２０に流入する冷却水を加熱する必要はないが、暖機運転終了後においては、冷却水の温度が上昇しているため、実質的に第１高圧側熱交換器２において熱交換が行われない。そこで、本実施形態では、暖機運転終了後においても圧縮機１を稼働させて第２高圧側熱交換器３による空気加熱を行っている。
【００８２】
なお、冷却水の温度の上昇とともに目標高圧側冷媒圧力Ｐｏが高くなり、第１高圧側熱交換器２にて取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少していくが、第１、２実施形態と同様に、第２高圧側熱交換器３からも熱量（エンタルピ）を取り出しているので、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止できる。
【００８３】
（第４実施形態）
第３実施形態では暖房運転専用の空調装置であったが、本実施形態は、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる空調装置としたものである。
【００８４】
なお、冷暖房可能なヒートポンプでは、周知のごとく、熱交換器の機能が冷房運転時と暖房運転時とで切り替わるので、本実施形態から第６実施形態においては、第１高圧側熱交換器２を高圧側熱交換器２と呼び、第２高圧側熱交換器３を室内熱交換器３と呼び、低圧側熱交換器５を室外熱交換器と呼ぶ。
【００８５】
具体的には、図９、１０に示すように、暖房運転時においては第３実施形態と同様に、冷媒が圧縮機１→高圧側熱交換器２→室内熱交換器３→圧力制御弁４→室外熱交換器５→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させ、冷房運転時においては、冷媒が圧縮機１→室外熱交換器５→圧力制御弁４→室内熱交換器３→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させることができるように、バルブ４１〜４５及び冷媒配管を設けたものである。
【００８６】
因みに、バルブ４１〜４４は２方式の電磁開閉バルブであり、バルブ４５は流路を切り替えることができる４方弁式の電磁バルブである。
【００８７】
なお、冷房運転時においては、温風調整ドア３１にて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を閉じて室内熱交換器３にて冷却された空気がＦＣスタック２０の廃熱により加熱されることを防止する。
【００８８】
また、除湿運転をするときは、冷媒を冷房運転と同様に、圧縮機１→室外熱交換器５→圧力制御弁４→室内熱交換器３→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させるとともに、温風調整ドア３１を作動させて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を開いて室内熱交換器３にて冷却された空気を加熱昇温させる。
【００８９】
（第５実施形態）
第４実施形態では、室内熱交換器３は冷房時においては蒸発器（低圧側熱交換器）として機能し、暖房時には放熱器（高圧側熱交換器）として機能するので、冷房運転又は除湿運転から暖房運転に切り替わった直後においては、冷房運転時又は除湿運転時に室内熱交換交換機３の表面に付着していた凝縮水が加熱されて蒸発してしまう。このため、蒸発した水蒸気が暖房用の加熱空気と共に車室内に吹き出してしまうので、車両窓ガラスが曇ってしまうという問題が発生する可能性がある。
【００９０】
そこで、本実施形態では、図１１、１２に示すように、室内熱交換器３を放熱器（高圧側熱交換器）専用の熱交換器として機能させるとともに、空調ケーシング３２内に室内熱交換器３に加えて、蒸発器（低圧側熱交換器）専用の第２の室内熱交換器３４を設けたものである。
【００９１】
なお、本実施形態では、暖房運転時専用の圧力制御弁４ａと冷房運転（除湿運転）時専用の圧力制御弁４ｂとを設けて、暖房運転と冷房（除湿）運転とで異なる圧力制御弁４ａ、４ｂでヒートポンプを制御している。
【００９２】
また、４６〜４８は冷媒流路（配管）を開閉するバルブであり、４９は冷媒が高圧側熱交換器３から圧力制御弁４ａ側にのみ流通することを許容する逆止弁である。そして、暖房運転時においては、冷媒を圧縮機１→高圧側熱交換器２→室内熱交換器３→逆止弁４９→圧力制御弁４ａ→室外熱交換器５→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させ、冷房運転時においては、冷媒を圧縮機１→室外熱交換器５→圧力制御弁４ｂ→第２の室内熱交換器３４→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させる。
【００９３】
なお、冷房運転時においては、温風調整ドア３１にて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を閉じて室内熱交換器３にて冷却された空気がＦＣスタック２０の廃熱により加熱されることを防止する。
【００９４】
また、除湿運転をするときは、冷媒を冷房運転と同様に、冷媒を圧縮機１→室外熱交換器５→圧力制御弁４ｂ→第２の室内熱交換器３４→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させるとともに、温風調整ドア３１を作動させて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を開いて第２の室内熱交換器３４にて冷却された空気を加熱昇温させる。
【００９５】
これにより、冷房運転時又は除湿運転時に室内熱交換交換機３の表面に付着していた凝縮水が加熱されて蒸発してしまうことを防止できるので、車両窓ガラスの曇りを未然に防止できる。
【００９６】
なお、第２の室内熱交換器３４は、図１１、１２に示すように、室内熱交換器３に対して空気流れ上流側及び下流側のいずれであってもよいが、第２の室内熱交換器３４は蒸発器として機能するので、図１１に示すように、室内熱交換器３に対して空気流れ上流側に配設した方がよい。
【００９７】
（第６実施形態）
本実施形態は、ヒートポンプのみで冷房運転及び暖房運転を行うことができるようにしたもので、具体的には、図１３に示すように、温水ヒータ３０を廃止して室内熱交換器３にて車室内に吹き出す空気を加熱し、第２の室内熱交換器３４にて車室内に吹き出す空気を冷却するとともに、温風調整ドア３１により室内熱交換器３を通過する風量を調節する。
【００９８】
そして、暖房運転時においては、冷媒を圧縮機１→高圧側熱交換器２→室内熱交換器３→逆止弁４９→圧力制御弁４ａ→室外熱交換器５→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させ、冷房運転時においては、冷媒を圧縮機１→室外熱交換器５→圧力制御弁４ｂ→第２の室内熱交換器３４→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させる。
【００９９】
また、除湿運転時おいては、冷媒を圧縮機１→高圧側熱交換器２→室内熱交換器３→逆止弁４９→圧力制御弁４ａ→室外熱交換器５→圧力制御弁４ｂ→第２の室内熱交換器３４→アキュムレータ６→圧縮機１の順で循環させるとともに、圧力制御弁４ａを全開として圧力制御弁４ａで冷媒が減圧しないようにする。
【０１００】
なお、冷房運転時に除湿運転時と同様に冷媒を循環させて、温風調整ドア３１により室内熱交換器３を通過する風量を調節することにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節してもよい。
【０１０１】
（第７実施形態）
本実施形態は、図１４に示すように、比較的小さな熱容量を有する複数個（本実施形態では、４個）のＦＣスタック２０１〜２０４からＦＣスタック２０を構成するとともに、これらＦＣスタック２０１〜２０４のうち、ＦＣスタック２０を構成する個数より少ない個数（本実施形態では、１個）のＦＣスタック２０１に対して優先的に温水（第１高圧側熱交換器２にて加熱された冷却水）を供給し、その後、その優先的に温水が供給されたＦＣスタック２０１（以下、第１ＦＣスタック２０１と呼ぶ。）の暖機運転が終了して第１ＦＣスタック２０１にて発電可能となったときに、その他のＦＣスタック２０２〜２０４に温水を供給するものである。
【０１０２】
なお、７１は第１ＦＣスタック２０１のみに温水（第１高圧側熱交換器２にて加熱された冷却水）を供給する場合と、第１〜４ＦＣスタック２０１〜２０４の全てに温水を供給する場合とを切り替えるバルブである。
【０１０３】
また、６０１は第１ＦＣスタック２０１に流入する温水の温度を検出する水温センサ（温水温度検出手段）であり、６０２〜６０５は各ＦＣスタック２０１〜２０４の温度を検出する第１〜４ＦＣ温度センサ（燃料電池温度検出手段）である。そして、各センサ６０１〜６０５の検出温度は、バルブ７１の作動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）７０に入力されている。
【０１０４】
以下、図１５、１６に示すフローチャートに基づいて本実施形態の特徴的作動を述べる。
【０１０５】
ＦＣスタック２０の始動スイッチ（図示せず。）が投入されると、先ず、第１〜４ＦＣ温度センサ６０２〜６０５の検出温度（第１〜４ＦＣ温度）Ｔｆｃ１〜Ｔｆｃ４を読み込む（Ｓ３００）。そして、第１〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ１〜Ｔｆｃ４が０℃より高いか否かを判定し（Ｓ３１０）、第１〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ１〜Ｔｆｃ４が０℃より高いときには、バルブ７１を開いて第１〜４ＦＣスタック２０１〜２０４の全てに温水を供給することができる状態として（Ｓ３２０）、第３実施形態と同様に、流量調整弁２５によりラジエータ２３に流通させる冷却水量とバイパス回路２４に流通させる冷却水量とを調節してＦＣスタック２０の温度を適正温度に制御（通常制御）する。
【０１０６】
一方、第１〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ１〜Ｔｆｃ４が０℃以下であるときには、バルブ７１を閉じて第１ＦＣスタック２０１のみに温水を供給する状態として、第１ポンプ２１及び圧縮機１（ヒートポンプ）を稼働させる（Ｓ３３０〜Ｓ３５０）。
【０１０７】
次に、第１ＦＣ温度Ｔｆｃ１が発電可能な温度（０℃）以上となったときに、第１ＦＣスタック２０１に空気（酸素）と水素とを供給して第１ＦＣスタック２０１で発電を開始し（Ｓ３６０〜Ｓ３８０）、かつ、第１ＦＣ温度Ｔｆｃ１が適正温度の上限温度より高い所定温度（本実施形態では、１００℃）を超えるまでバルブ７１を閉じて第１ＦＣスタック２０１のみに温水を供給する（Ｓ３９０、Ｓ４００）。
【０１０８】
そして、第１ＦＣ温度Ｔｆｃ１が所定温度（本実施形態では、１００℃）を超えたときには、バルブ７１を開いて第１〜４ＦＣスタック２０１〜２０４の全てに温水を供給することができる状態として温水を第１〜４ＦＣスタック２０１〜２０４全てに供給する（Ｓ４１０）。
【０１０９】
このとき、第２〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ２〜Ｔｆｃ４が０℃より高いか否かを判定し（Ｓ４１０）、第２〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ２〜Ｔｆｃ４が０℃より高くなったときには、第３実施形態と同様に、流量調整弁２５によりラジエータ２３に流通させる冷却水量とバイパス回路２４に流通させる冷却水量とを調節してＦＣスタック２０の温度を適正温度に制御する（Ｓ４２０、Ｓ４３０）。
【０１１０】
一方、第２〜４ＦＣ温度Ｔｆｃ２〜Ｔｆｃ４が０℃以下のときには、第１ＦＣスタック２０１が発電不可能な温度まで低下してしまうおそれがあるので、第１ＦＣスタック２０１に流入する温水の温度（水温センサ６０１の検出温度）Ｔｗ１が適正温度の下限温度より低い所定温度（本実施形態では、５０℃）より低いか否かを判定する（Ｓ４４０、Ｓ４５０）。
【０１１１】
そして、温度Ｔｗ１が所定温度以上であるときは、バルブ７１を開いて第１〜４ＦＣスタック２０１〜２０４全てに温水を供給し、一方、温度Ｔｗ１が所定温度より低いときには、バルブ７１を閉じて第１ＦＣスタック２０１のみに温水を供給する。
【０１１２】
次に本実施形態の特徴を述べる。
【０１１３】
ＦＣスタック２０を構成する個数より少ない個数（本実施形態では、１個）のＦＣスタック２０１に対して優先的に温水（第１高圧側熱交換器２にて加熱された冷却水）を供給するので、大きな熱容量を有する１個のＦＣスタック２０を加熱昇温する場合に比べて、短い時間で発電を開始することができる。
【０１１４】
なお、短い時間で発電を開始することができるのは第１ＦＣスタック２０１のみであるので、ＦＣスタック２０全体で見ると発電量は小さいものの、発電可能となった第１ＦＣスタック２０１では廃熱が発生するので、この第１ＦＣスタック２０１で発生する廃熱をその他のＦＣスタック２０２〜２０４に供給することができる。したがって、ＦＣスタック２０全体で見ても、単体のＦＣスタック２０を加熱昇温させる場合に比べて、短い時間でＦＣスタック２０を発電可能な温度まで加熱昇温させることができる。
【０１１５】
また、ＦＣスタック２０の暖機運転が終了する前（発電可能となる前）においては、圧縮機１はバッテリ（図示せず。）から電力を得て稼働するが、バッテリのみで圧縮機１を稼働させると、バッテリが早期に上がって（放電して）しまう可能性がある。
【０１１６】
これに対して、本実施形態では、短い時間でＦＣスタック２０を発電可能な温度まで加熱昇温させることができるので、バッテリのみで圧縮機１を稼働させる時間を短縮することができ、バッテリが早期に上がって（放電して）しまうことを防止できる。
【０１１７】
なお、図１４では第３実施形態に係るヒートポンプを例に本実施形態を説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第４〜６実施形態に係るヒートポンプ（ＦＣスタックの加熱装置）に対しても適用することができる。
【０１１８】
（第８実施形態）
本実施形態は、第４実施形態（図１０）の変形例であり、図１７は本実施形態に係るヒートポンプの模式図である。そして、本実施形態では、第４実施形態（図１０）に対して、ＦＣスタック２０から流出した冷却水を温水ヒータ３０を迂回させてＦＣスタック２０に戻すバイパス回路１１１、このバイパス回路１１１に流れる流量と温水ヒータ３０に流れる流量を調節する流量調節弁１１０、ヒートポンプ内を循環する高圧側冷媒と低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器１０１、及び室外熱交換器５の冷媒流出側に冷媒温度センサ１２０を設けている。
【０１１９】
次に、本実施形態の特徴的作動及びその効果を述べる。
【０１２０】
１．冷房運転時
冷房運転時には、圧縮機１→第１高圧側熱交換器２→バルブ（四方弁）４５→室外熱交換器５→内部熱交換器１０１→圧力制御弁４→室内熱交換器３→バルブ（四方弁）４５→アキュムレータ６→内部熱交換器１０１→圧縮機１の順で冷媒を循環させる。
【０１２１】
一方、温風調整ドア３１にて温水ヒータ３０のコア面（空気が通過する部位）を閉じて室内熱交換器３にて冷却された空気がＦＣスタック２０の廃熱により加熱されることを防止した状態で、冷却水をＦＣスタック２０→流量調節弁１１０→第１高圧側熱交換器２→温水ヒータ３０→第１ポンプ２１→ＦＣスタック２０の順に循環させる。
【０１２２】
２．暖房運転時
ＦＣスタック２０から流出する冷却水の温度が所定温度（暖房を行うに十分な温度）未満であるときには、圧縮機１→第１高圧側熱交換器２→バルブ（四方弁）４５→室内熱交換器３→圧力制御弁４→内部熱交換器１０１→室外熱交換器５→バルブ（四方弁）４５→アキュムレータ６→内部熱交換器１０１→圧縮機１の順で冷媒を循環させつつ、流量調節弁１１０→第１高圧側熱交換器２→温水ヒータ３０→第１ポンプ２１→バイパス回路１１１→流量調節弁１１０の順で冷却水を循環させる。
【０１２３】
これにより、ヒートポンプで生成された熱の一部は、第１高圧側熱交換器２にて冷却水に与えられて温水ヒータ３０から車室内に吹き出す空気中に放出され、その他の熱の一部は室内熱交換器３にて車室内に吹き出す空気中に放出される。
【０１２４】
このとき、温水ヒータ３０は、室内熱交換器３にて加熱された後の空気と熱交換することになるが、第１高圧側熱交換器２の冷媒温度は、室内熱交換器３の冷媒温度より高いので、温水ヒータ３０にて室内熱交換器３にて加熱された後の空気を更に加熱することができる。
【０１２５】
したがって、本実施形態に係るヒートポンプでは、ヒートポンプから取り出すことができる熱量（エンタルピ）が減少してヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまうことを防止しつつ、車室内に吹き出す空気の温度を早期に上昇させることができる。
【０１２６】
また、ＦＣスタック２０の熱が温水ヒータ３０（空調装置）側に奪われしまうことを防止できるので、ＦＣスタック２０の暖機運転を早期に完了させることができる。
【０１２７】
そして、ＦＣスタック２０から流出する冷却水の温度が、温水ヒータ３０から流出する冷却水温度以上となったときには、圧縮機１（ヒートポンプ）を停止するとともに、流量調節弁１１０を作動させてＦＣスタック２０から温水ヒータ３０に冷却水（温水）を供給する。
【０１２８】
なお、本実施形態では、ＦＣスタック２０から流出する冷却水の温度が、温水ヒータ３０から流出する冷却水温度以上となったときには、ＦＣスタック２０の廃熱のみで暖房を行ったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ＦＣスタック２０の廃熱とヒートポンプの両者で暖房を行ってよい。
【０１２９】
（その他の実施形態）
第１、２実施形態では、本発明を床暖房に適用し、第３〜７実施形態では、燃料電池車両に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のものにも適用することができる。
【０１３０】
また、第７実施形態では、ＦＣスタック２０の加熱にのみ適用することができるものではなく、床暖房等の比較的大きな熱容量を有するものの加熱昇温に適用することができる。
【０１３１】
また、第３〜８実施形態では、（廃）熱源として、ＦＣスタック２０を使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、内燃機関等のその他の発熱体を熱源としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図２】 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプの制御を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプのｐ（圧力）−ｈ（比エンタルピ）線図である。
【図４】 第２高圧側熱交換器の出口側における冷媒温度に基づいて吐出圧を制御した場合のｐ−ｈ線図である。
【図５】 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプのエンタルピ差向上率を示すグラフである。
【図６】 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプの制御を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第３実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図８】 二酸化炭素の特性図である。
【図９】 本発明の第４実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図１０】 本発明の第４実施形態の変形例に係るヒートポンプの模式図である。
【図１１】 本発明の第５実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図１２】 本発明の第５実施形態の変形例に係るヒートポンプの模式図である。
【図１３】 本発明の第６実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図１４】 本発明の第７実施形態に係るヒートポンプの模式図である。
【図１５】 本発明の第７実施形態に係るヒートポンプの制御を示すフローチャートである。
【図１６】 本発明の第７実施形態に係るヒートポンプの制御を示すフローチャートである。
【図１７】 本発明の第８実施形態の変形例に係るヒートポンプの模式図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…第１高圧側熱交換器、３…第２高圧側熱交換器、４…圧力制御弁、５…低圧側熱交換器、６…アキュムレータ、 ７…冷媒温度センサ、８…冷媒圧力センサ、９…電子制御装置、１０…暖房用ヒータ、１１…ポンプ、１２…暖房（乾燥）用送風機、１３…ダクト。

Claims (12)

1. 圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越えるヒートポンプサイクルであって、
   前記圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒と第１流体との間で熱交換を行う第１高圧側熱交換器（２）と、
   前記第１高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と前記第１流体より温度の低い第２流体との間で熱交換を行う第２高圧側熱交換器（３）と、
   前記第２高圧側熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧するとともに、前記吐出圧を制御する減圧手段（４、４ａ）と、
   前記減圧手段（４、４ａ）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（５）と、
   前記第２高圧側熱交換器（３）にて加熱された第２流体と前記第１流体とを熱交換させて、前記第２流体を更に加熱する熱交換器（３０）とを有することを特徴とするヒートポンプサイクル。
2. 前記減圧手段（４、４ａ）は、前記吐出圧が所定圧力以下となるように、前記第１高圧側熱交換器（２）と前記第２高圧側熱交換器（３）との間の冷媒温度に基づいて前記吐出圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
3. 前記所定圧力は、前記低圧側熱交換器（５）における蒸発圧力の上昇に応じて高くなるように選定されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプサイクル。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルを用いた、水素と酸素との化学反応により発電する燃料電池を加熱する燃料電池の加熱装置であって、
   前記第１高圧側熱交換器（２）にて前記燃料電池内を循環する流体を加熱することを特徴とする燃料電池の加熱装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル、及び水素と酸素との化学反応により発電する燃料電池を有する車両用暖房装置であって、
   前記第１高圧側熱交換器（２）にて、前記第１流体である前記燃料電池内を循環する流体を加熱し、前記第２高圧側熱交換器（３）にて、前記第２流体である車室内に吹き出す空気を加熱することを特徴とする車両用暖房装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルを用いた暖房装置であって、
   前記第１高圧側熱交換器（２）によって加熱された前記第１流体にて暖機されるとともに、作動時に発熱する熱源（２０）を有し、
   前記熱源（２０）から供給される熱の温度が所定温度未満のときには、前記第２高圧側熱交換器（３）にて、前記第２流体である室内に吹き出す空気を加熱し、
   前記熱源（２０）から供給される熱の温度が所定温度以上のときには、前記熱交換器（３０）では、少なくとも前記熱源（２０）から供給される熱にて加熱された前記第１流体によって前記室内に吹き出す空気を加熱することを特徴とする暖房装置。
7. 圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
   前記圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒と冷却水との間で熱交換を行う高圧側熱交換器（２）と、
   前記高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と室内に吹き出す空気との間で熱交換を行う室内熱交換器（３）と、
   前記室内熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧する減圧手段（４）と、
   前記減圧手段（４）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、蒸発した冷媒が前記圧縮機（１）の吸入側に向かって流出する室外熱交換器（５）と、
   前記室内熱交換器（３）にて加熱された前記室内に吹き出す空気と前記冷却水とを熱交換させて、前記室内に吹き出す空気を更に加熱する温水ヒータ（３０）とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
8. さらに、前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を前記高圧側熱交換器（２）→前記室外熱交換器（５）→前記減圧手段（４）→前記室内熱交換器（３）→前記圧縮機（１）の順で循環させる冷房運転の冷媒流路、および、前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を前記高圧側熱交換器（２）→前記室内熱交換器（３）→前記減圧手段（４）→前記室外熱交換器（５）→前記圧縮機（１）の順で循環させる暖房運転の冷媒流路を切り替えるバルブ（４５）と、
   前記バルブ（４５）が前記冷房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記室外熱交換器（５）と前記減圧手段（４）との間の高圧側冷媒と、前記室内熱交換器（３）と前記圧縮機（１）との間の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１０１）とを有することを特徴とする請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
9. さらに、前記冷却水は、車両の走行用のエネルギを出力する駆動源（２０）を冷却する冷却水であって、前記高圧側熱交換器（２）は、前記冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する温水ヒータ（３０）と前記駆動源（２０）との間を循環する前記冷却水を加熱することを特徴とする請求項７または８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
10. 前記高圧側熱交換器（２）は、前記温水ヒータ（３０）より冷却水流れ下流に配設されて前記駆動源（２０）に流入する前記冷却水を加熱することを特徴とする請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
11. 前記高圧側熱交換器（２）は、前記温水ヒータ（３０）より冷却水流れ上流に配設されて前記温水ヒータ（３０）に流入する前記冷却水を加熱することを特徴とする請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
12. 二酸化炭素を冷媒とし、圧縮機（１）の吐出圧が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
    車室内に吹き出す空気を冷却する冷房運転の冷媒流路および車室内に吹き出す空気を加熱する暖房運転の冷媒流路を切り替えるバルブ（４５）と、
    前記バルブ（４５）が前記暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、車室内に吹き出す空気を加熱する温水ヒータ（３０）の熱源として使用されるとともに車両の走行用のエネルギを出力する駆動源（２０）を冷却する冷却水と、前記圧縮機（１）から吐出した高圧冷媒との間で熱交換を行う高圧側熱交換器（２）と、
    前記バルブ（４５）が前記暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記高圧側熱交換器（２）から流出した高圧冷媒と車室内に吹き出す空気との間で熱交換を行う室内熱交換器（３）と、
    前記バルブ（４５）が前記暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記室内熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧する減圧手段（４）と、
    前記バルブ（４５）が前記暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記減圧手段（４）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、蒸発した冷媒が前記圧縮機（１）の吸入側に向かって流出する室外熱交換器（５）と、
    前記バルブ（４５）が前記冷房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記室外熱交換器（５）と前記減圧手段（４）との間の高圧側冷媒と、前記室内熱交換器（３）と前記圧縮機（１）との間の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１０１）とを有し、
    前記冷房運転の冷媒流路は、前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室外熱交換器（５）→減圧手段（４）→室内熱交換器（３）→圧縮機（１）の順で循環させる冷媒流路であり、
    前記暖房運転の冷媒流路は、前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を高圧側熱交換器（２）→室内熱交換器（３）→減圧手段（４）→室外熱交換器（５）→圧縮機（１）の順で循環させる冷媒流路であり、
    さらに、前記バルブ（４５）が前記暖房運転の冷媒流路に切り替えた際に、前記室内熱交換器（３）にて加熱された前記車室内に吹き出す空気と前記冷却水とを熱交換させて、前記車室内に吹き出す空気を更に加熱する温水ヒータ（３０）とを有することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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