JP2014074525A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうヒートポンプ装置、を提供する。
【解決手段】ポンプ式暖房給湯機１０は、冷凍回路２１上に設けられる利用側熱交換器３３および熱源側熱交換器３７と、熱源側熱交換器３７から送られた冷媒を圧縮する下段側圧縮機３１と、下段側圧縮機３１から送られた冷媒を圧縮する上段側圧縮機３２と、下段側圧縮機３１から送られた冷媒を上段側圧縮機３２を迂回させて、利用側熱交換器３３に送るバイパス回路２３上に設けられ、バイパス回路２３における冷媒の流れを許容または制限し、一段圧縮運転および二段圧縮運転を切り替える第１二方弁３９と、二段圧縮運転時に冷媒を貯留し、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に、貯留した冷媒を冷凍回路２１に供給するように設けられる冷媒タンク３８とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には、ヒートポンプ装置に関し、より特定的には、ヒートポンプサイクル上に２つの圧縮機が設けられた２段圧縮式のヒートポンプ装置に関する。

従来のヒートポンプ式加熱装置に関して、たとえば、特開２００４−３０９０４５号公報には、超臨界状態で使用される冷媒を使用して省エネルギ運転を行なうことを目的とした、冷凍サイクル装置が開示されている（特許文献１）。

図７は、特許文献１に開示された冷凍サイクル装置を示す構成図である。図７を参照して、冷凍サイクル装置は、主圧縮機１０１、膨張機１０３、熱源側熱交換器（ガスクーラ）１０４、利用側熱交換器１０５および電磁膨張弁１０７，１０８，１０９を有し、これらが配置された回路上を冷媒としての二酸化炭素が循環する。

熱源側熱交換器１０４と利用側熱交換器１０５との間には、冷媒タンク１１９が設けられている。熱源側熱交換器１０４と冷媒タンク１１９との間には、二方弁１２０およびキャピラリチューブ１２２が設けられ、冷媒タンク１１９と利用側熱交換器１０５との間には、キャピラリチューブ１２３および二方弁１２１が設けられている。二方弁１２０，１２１が開閉されることにより、冷媒タンク１１９への冷媒の出し入れが行なわれ、サイクル中を循環する冷媒の流量が適正に保たれる。

より具体的には、冷房運転時に冷媒タンク１１９に冷媒を入れるときは二方弁１２０を開き、キャピラリチューブ１２２によって減圧した液冷媒または二相冷媒を冷媒タンク１１９に蓄えるようにし、冷媒タンク１１９から冷媒を放出するときは二方弁１２１を開いてサイクルの低圧側に放出する。暖房運転時にはその逆となる。

特開２００４−３０９０４５号公報

低圧側の圧縮機（下段側圧縮機）と、高圧側の圧縮機（上段側圧縮機）とを備える二段圧縮式のヒートポンプ装置において、運転状態に合わせて二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替え可能なものがある。このようなヒートポンプ装置では、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替えた際に、上段側圧縮機のシェル内に液冷媒が貯まったままとなり、二段圧縮運転時の冷媒循環量が不足する現象が生じる。この場合、ヒートポンプ能力の低下や過冷却度の不足などの影響が生じる懸念がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうヒートポンプ装置を提供することである。

この発明に従ったヒートポンプ装置は、ヒートポンプサイクルを構成する冷凍回路上に設けられ、冷媒と、利用流体および室外空気との間でそれぞれ熱交換を行なう利用側熱交換器および熱源側熱交換器と、利用側熱交換器または熱源側熱交換器から送られた冷媒を圧縮する下段側圧縮機と、下段側圧縮機から送られた冷媒を圧縮する上段側圧縮機と、下段側圧縮機から送られた冷媒を上段側圧縮機を迂回させて、利用側熱交換器または熱源側熱交換器に送るバイパス回路上に設けられ、バイパス回路における冷媒の流れを許容または制限し、一段圧縮運転および二段圧縮運転を切り替える第１バルブと、二段圧縮運転時に冷媒を貯留し、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に、貯留した冷媒を冷凍回路に供給するように設けられる第１冷媒タンクとを備える。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、二段圧縮運転時に第１冷媒タンクに貯留した冷媒を、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に冷凍回路に補給することによって、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうことができる。

また好ましくは、ヒートポンプ装置は、利用側熱交換器と熱源側熱交換器との間の冷凍回路上に設けられ、冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器と、利用側熱交換器と気液分離器との間の冷凍回路上に設けられ、冷媒を減圧する第１減圧装置と、気液分離器と熱源側熱交換器との間の冷凍回路上に設けられ、冷媒を減圧する第２減圧装置と、気液分離器で分離された気相の冷媒の一部を、下段側圧縮機と上段側圧縮機との間の冷凍回路に導くインジェクション回路上に設けられ、インジェクション回路における冷媒流れを許容または制限する第２バルブとを備える。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、二段圧縮運転時、気液分離器で分離された気相の冷媒の一部を、インジェクション回路を通じて下段側圧縮機と上段側圧縮機との間の冷凍回路に導くことによって、上段側圧縮機における冷媒の吸い込み温度を低下させ、運転の信頼性を保つことができる。

また好ましくは、第１冷媒タンクは、インジェクション回路上に設けられ、第２バルブよりもインジェクション回路における冷媒流れの下流側に配置される。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、簡易な構成で、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうことができる。

また好ましくは、第１冷媒タンクは、インジェクション回路を構成する冷媒配管よりも鉛直下側に配置されている。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、二段圧縮運転時、インジェクション回路を流れる液相冷媒の一部を重力により第１冷媒タンクに導くことができる。

また好ましくは、第１冷媒タンクは、利用側熱交換器と第１減圧装置との間の冷凍回路から分岐し、第２減圧装置と熱源側熱交換器との間の冷凍回路に合流する分岐回路上に設けられる。ヒートポンプ装置は、分岐回路上に設けられ、利用側熱交換器と第１減圧装置との間の分岐位置と、第１冷媒タンクとの間に配置される第３バルブと、分岐回路上に設けられ、第１冷媒タンクと、第２減圧装置と熱源側熱交換器との間の合流位置との間に配置される第４バルブとを備える。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、簡易な構成で、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうことができる。

また好ましくは、第１冷媒タンクは、利用側熱交換器と第１減圧装置との間の分岐回路の分岐位置および第２減圧装置と熱源側熱交換器との間の分岐回路の合流位置よりも鉛直上側に配置されている。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に、第１冷媒タンクに貯留された液相冷媒を重力により冷凍回路に導くことができる。

また好ましくは、ヒートポンプ装置は、利用側熱交換器と第１減圧装置との間の冷凍回路に接続され、暖房運転時に冷媒を貯留し、暖房運転から冷房運転に切り替わった場合に、貯留した冷媒を冷凍回路に供給するように設けられる第２冷媒タンクをさらに備える。

このように構成されたヒートポンプ装置によれば、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間に加えて、暖房運転時と冷房運転時との間においても冷媒循環量の調整を行なうことができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうヒートポンプ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式暖房給湯機の一段圧縮運転時を示す回路図である。 図１中のヒートポンプ式暖房給湯機の二段圧縮運転時を示す回路図である。 この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式暖房給湯機の一段圧縮運転時を示す回路図である。 図３中のヒートポンプ式暖房給湯機の二段圧縮運転時を示す回路図である。 図３中に示すヒートポンプ式暖房給湯機の変形例を示す回路図である。 図４中に示すヒートポンプ式暖房給湯機の変形例を示す回路図である。 特許文献１に開示された冷凍サイクル装置を示す構成図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式暖房給湯機の一段圧縮運転時を示す回路図である。図２は、図１中のヒートポンプ式暖房給湯機の二段圧縮運転時を示す回路図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機１０は、冷凍回路２１と、冷凍回路２１に接続されるインジェクション回路２２およびバイパス回路２３とを有する。これらの回路には、冷媒として、たとえばＲ４１０が封入されている。

冷凍回路２１は、環状に延びて、ヒートポンプサイクルを構成している。冷凍回路２１の経路上には、利用側熱交換器３３および熱源側熱交換器３７が設けられている。利用側熱交換器３３は、ヒートポンプサイクルを循環する冷媒と、利用流体（水または空気）との間で熱交換を行なう。熱源側熱交換器３７は、ヒートポンプサイクルを循環する冷媒と、外気（室外空気）との間で熱交換を行なう。

冷凍回路２１の経路上には、第１膨張弁３４、気液分離器３５および第２膨張弁３６がさらに設けられている。

第１膨張弁３４、気液分離器３５および第２膨張弁３６は、冷凍回路２１における冷媒の流れ方向において直列に並んでいる。利用側熱交換器３３から熱源側熱交換器３７に向かう冷凍回路２１の経路上において、第１膨張弁３４、気液分離器３５および第２膨張弁３６は挙げた順に並んでいる。すなわち、気液分離器３５は、利用側熱交換器３３と熱源側熱交換器３７との間に設けられている。第１膨張弁３４は、利用側熱交換器３３と気液分離器３５との間に設けられている。第２膨張弁３６は、気液分離器３５と熱源側熱交換器３７との間に設けられている。

第１膨張弁３４は、利用側熱交換器３３から送られた冷媒を減圧する減圧装置として設けられている。気液分離器３５は、第１膨張弁３４から送られた冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。気液分離器３５は、気相冷媒が配置される気相冷媒空間３５ａと、液相冷媒が配置される液相冷媒空間３５ｂとを有する。第２膨張弁３６は、気液分離器３５から送られた液相冷媒を減圧する減圧装置として設けられている。

冷凍回路２１の経路上には、下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２がさらに設けられている。

下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２は、熱源側熱交換器３７と利用側熱交換器３３との間に設けられている。冷凍回路２１の経路上において、下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２は、利用側熱交換器３３および熱源側熱交換器３７を挟んで、第１膨張弁３４、気液分離器３５および第２膨張弁３６の反対側に設けられている。下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２は、冷凍回路２１における冷媒の流れ方向において直列に並んでいる。熱源側熱交換器３７から利用側熱交換器３３に向かう冷凍回路２１の経路上において、下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２は挙げた順に並んでいる。すなわち、下段側圧縮機３１は、熱源側熱交換器３７と上段側圧縮機３２との間に設けられている。上段側圧縮機３２は、下段側圧縮機３１と利用側熱交換器３３との間に設けられている。

下段側圧縮機３１は、熱源側熱交換器３７から送られた冷媒を圧縮する低圧側の圧縮機として設けられている。上段側圧縮機３２は、下段側圧縮機３１から送られた冷媒をさらに圧縮する高圧側の圧縮機として設けられている。

インジェクション回路２２は、気液分離器３５で分離された気相冷媒または気液二相冷媒の一部を、下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１へと導くように設けられている。

より具体的には、インジェクション回路２２は、その両端が、気液分離器３５の気相冷媒空間３５ａと、下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１とにそれぞれ繋がるように設けられている。インジェクション回路２２の冷媒入り口は、気液分離器３５の気相冷媒空間３５ａに接続され、インジェクション回路２２の冷媒出口は、下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１に接続されている。

インジェクション回路２２の経路上には、第２バルブとしての第２二方弁４１と、冷媒タンク３８とが設けられている。第２二方弁４１および冷媒タンク３８は、インジェクション回路２２における冷媒の流れ方向において直列に並んでいる。気液分離器３５から下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１に向かうインジェクション回路２２の経路上において、第２二方弁４１および冷媒タンク３８は挙げた順に並んでいる。すなわち、冷媒タンク３８は、第２二方弁４１よりもインジェクション回路２２における冷媒流れの下流側に配置されている。冷媒タンク３８は、インジェクション回路２２を構成する冷媒配管よりも鉛直下側に配置されている。

第２二方弁４１は、インジェクション回路２２における冷媒流れを許容または制限する開閉弁として設けられている。冷媒タンク３８は、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷凍回路２１を循環する冷媒量を調整するために設けられている。

バイパス回路２３は、下段側圧縮機３１から送られた冷媒を上段側圧縮機３２を迂回させて、利用側熱交換器３３に導くように設けられている。より具体的には、バイパス回路２３は、その両端が、下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１と、上段側圧縮機３２と利用側熱交換器３３との間の冷凍回路２１とにそれぞれ繋がるように設けられている。

バイパス回路２３の経路上には、第１バルブとしての第１二方弁３９が設けられている。第１二方弁３９は、バイパス回路２３における冷媒流れを許容または制限する開閉弁として設けられている。

図２中に示されるように、二段圧縮運転時、第１二方弁３９が閉状態とされ、下段側圧縮機３１から吐出された冷媒は上段側圧縮機３２に導かれる。このとき、第２二方弁４１は開状態とされ、インジェクション回路２２から下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１に冷媒が合流する。これにより、上段側圧縮機３２における冷媒の吸い込み温度が低下するため、ヒートポンプサイクルの信頼性を保つことができる。一方、一段圧縮運転時、図１中に示されるように、第１二方弁３９が開状態とされ、下段側圧縮機３１から吐出された冷媒はバイパス回路２３を通って利用側熱交換器３３に直接向かう。このとき、第２二方弁４１は閉状態とされる。

続いて、インジェクション回路２２に設けられた冷媒タンク３８の機能について詳細に説明する。

本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機１０では、第１二方弁３９の開閉操作に伴って、一段圧縮運転と二段圧縮運転とが切り替えられる。この際、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替えた場合に、上段側圧縮機３２のシェル内には、圧縮機摺動部を潤滑するためのオイルに溶けた状態、またはそのオイルと分離された状態で、冷媒が貯まったままとなる。この上段側圧縮機３２に留まった冷媒のため、そのままの状態で一段圧縮運転を行なうと冷凍回路２１における冷媒循環量が不足する。このため、一段圧縮運転時には、上段側圧縮機３２に留まった冷媒の相当量の冷媒を別途、冷凍回路２１に補給する必要があり、本実施の形態では、インジェクション回路２２に設けられた冷媒タンク３８によって冷凍回路２１への冷媒の補給を実施する。

冷媒タンク３８の容量は、冷凍回路２１に補給する冷媒量と同等とされている。具体的には、冷媒タンク３８の容量は、一段圧縮運転時および二段圧縮運転時のそれぞれで最も使用頻度の高い条件や最も性能を出したい条件のもと、冷凍回路２１における最適な冷媒循環量を事前に計測しておき、その計測値に基づいて一段圧縮運転時の封入冷媒量と二段圧縮運転時の封入冷媒量の差分に相当する容量に冷媒タンク３８を設定する。

一段圧縮運転時、上段側圧縮機３２は運転停止状態で、下段側圧縮機３１のみが運転されている。このとき、下段側圧縮機３１から吐出された気相冷媒は、上段側圧縮機３２をバイパスして利用側熱交換器３３に向かう。また、インジェクション回路２２に設けられた第２二方弁４１は完全に閉じた状態とされる。これにより、インジェクション回路２２に冷媒が流れないため、冷媒タンク３８には液冷媒は貯っていない。ここで、上段側圧縮機３２のシェル内やアキュムレータに冷媒が貯まっており、かつ冷媒タンク３８には液冷媒は貯まっていない状態で、一段圧縮運転時の循環冷媒量が最適な状態となるように冷媒量が調整されているとする。

次に、一段圧縮運転から二段圧縮運転に切り替える。このとき、気相冷媒に加えて液相冷媒もインジェクション回路２２を流れるように、冷凍サイクルを制御する。インジェクション回路２２に、気相冷媒に液相冷媒が混じった気液二相状態であって、目視で液冷媒が確認できるレベルの液量が流れることによって、液冷媒の一部が、重力によってインジェクション回路２２の途中に配置された冷媒タンク３８に貯まる。冷媒タンク３８に液冷媒が充満すると、それ以上の液相冷媒は冷媒タンク３８に入ることはできず、それ以降、冷媒は冷凍回路２１を循環する。

次に、二段圧縮運転から再び一段圧縮運転に切り替える。このとき、下段側圧縮機３１の吐出側配管と冷媒タンク３８とは、インジェクション回路２２を構成する冷媒配管を通じて空間的に繋がった状態となる。このため、下段側圧縮機３１からの過熱された気相冷媒と冷媒タンク３８に貯留された液相冷媒とが、冷媒配管を通じて熱交換し、冷媒タンク３８内の液相冷媒は、徐々に気化される。最終的には、冷媒タンク３８内の全ての液相冷媒は気化されて、冷凍回路２１を循環する冷媒となる。

この結果、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替えた際に上段側圧縮機３２のシェル内に液冷媒が貯まったままとなるにもかかわらず、冷媒タンク３８から冷凍回路２１に冷媒が補給されることによって、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量は同等となる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置としてのヒートポンプ式暖房給湯機１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機１０は、ヒートポンプサイクルを構成する冷凍回路２１上に設けられ、冷媒と、利用流体および室外空気との間でそれぞれ熱交換を行なう利用側熱交換器３３および熱源側熱交換器３７と、熱源側熱交換器３７から送られた冷媒を圧縮する下段側圧縮機３１と、下段側圧縮機３１から送られた冷媒を圧縮する上段側圧縮機３２と、下段側圧縮機３１から送られた冷媒を上段側圧縮機３２を迂回させて、利用側熱交換器３３に送るバイパス回路２３上に設けられ、バイパス回路２３における冷媒の流れを許容または制限し、一段圧縮運転および二段圧縮運転を切り替える第１バルブとしての第１二方弁３９と、二段圧縮運転時に冷媒を貯留し、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に、貯留した冷媒を冷凍回路２１に供給するように設けられる第１冷媒タンクとしての冷媒タンク３８とを備える。

ヒートポンプ式暖房給湯機１０は、利用側熱交換器３３と熱源側熱交換器３７との間の冷凍回路２１上に設けられ、冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器３５と、利用側熱交換器３３と気液分離器３５との間の冷凍回路２１上に設けられ、冷媒を減圧する第１減圧装置としての第１膨張弁３４と、気液分離器３５と熱源側熱交換器３７との間の冷凍回路２１上に設けられ、冷媒を減圧する第２減圧装置としての第２膨張弁３６と、気液分離器３５で分離された気相の冷媒の一部を、下段側圧縮機３１と上段側圧縮機３２との間の冷凍回路２１に導くインジェクション回路２２上に設けられ、インジェクション回路２２における冷媒流れを許容または制限する第２バルブとしての第２二方弁４１とを備える。

冷媒タンク３８は、インジェクション回路２２上に設けられ、第２二方弁４１よりもインジェクション回路２２における冷媒流れの下流側に配置されている。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式暖房給湯機１０によれば、一段圧縮運転時に冷媒タンク３８に貯留した冷媒を、二段圧縮運転時に冷凍回路２１に供給することによって、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量の調整を行なうことができる。これにより、一段圧縮運転時および二段圧縮運転時にかかわらず、暖房給湯機の性能（成績係数や給湯暖房能力）を高く維持することができる。

（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式暖房給湯機の一段圧縮運転時を示す回路図である。図４は、図３中のヒートポンプ式暖房給湯機の二段圧縮運転時を示す回路図である。本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機は、実施の形態１におけるヒートポンプ式暖房給湯機１０と比較して基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図３および図４を参照して、本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機は、冷凍回路２１と、冷凍回路２１に接続されるインジェクション回路２２、バイパス回路２３および分岐回路４７とを有する。

分岐回路４７は、利用側熱交換器３３と第１膨張弁３４との間の冷凍回路２１から分岐し、第２膨張弁３６と熱源側熱交換器３７との間の冷凍回路２１に合流する。分岐回路４７は、その一方端に、利用側熱交換器３３と第１膨張弁３４との間の冷凍回路２１に接続される接続部４４を有し、その他方端に、第２膨張弁３６と熱源側熱交換器３７との間の冷凍回路２１に接続される接続部４５を有する。

本実施の形態では、分岐回路４７の経路上に冷媒タンク３８が設けられている。冷媒タンク３８は、分岐回路４７が冷凍回路２１に接続される接続部４４および接続部４５よりも鉛直上側に設けられている。

分岐回路４７の経路上には、第３バルブとしての第３二方弁４２と、第４バルブとしての第４二方弁４３とがさらに設けられている。第３二方弁４２は、冷媒タンク３８と接続部４４との間に配置されている。第４二方弁４３は、冷媒タンク３８と接続部４５との間に配置されている。第３二方弁４２および第４二方弁４３は、各二方弁が設けられた位置で分岐回路４７における冷媒流れを許容または制限する開閉弁として設けられている。

本実施の形態におけるヒートポンプ式暖房給湯機においては、第３二方弁４２および第４二方弁４３の開閉の切り替えは、一段圧縮運転および二段圧縮運転の切り替え時の、冷媒が循環していない状態で行なわれる。冷媒タンク３８の容量は、実施の形態１と同様に、一段圧縮運転時および二段圧縮運転時のそれぞれで最も使用頻度の高い条件や最も性能を出したい条件のもと、冷凍回路２１における最適な冷媒循環量を事前に計測しておき、その計測値に基づいて一段圧縮運転時の封入冷媒量と二段圧縮運転時の封入冷媒量の差分に相当する容量に設定されている。

利用側熱交換器３３は放熱器（凝縮器）として機能するため、利用側熱交換器３３と第１膨張弁３４との間の冷凍回路２１（利用側熱交換器３３の吐出側）の冷媒は、過冷却された１００％液冷媒の状態となっている。このため、第３二方弁４２を開状態とし、第４二方弁４３を閉状態とすることにより、冷媒タンク３８に冷媒が充満する。一方、第２膨張弁３６と熱源側熱交換器３７の間の冷凍回路２１（熱源側熱交換器３７の吸い込み側）の冷媒は気液二相状態となっている。このため、第３二方弁４２を閉状態とし、第４二方弁４３を開状態とすることにより、冷媒タンク３８から冷媒が抜ける。

本実施の形態では、一段圧縮運転から二段圧縮運転に切り替える時、第３二方弁４２を開状態とし、第４二方弁４３を閉状態とする。これにより、冷凍回路２１から接続部４４を通じて分岐回路４７に液冷媒が浸入して、冷媒タンク３８が冷媒により満たされる。次に、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替える時、第３二方弁４２を閉状態とし、第４二方弁４３を開状態とする。これにより、冷媒タンク３８に貯留された冷媒が接続部４５を通じて冷凍回路２１に補給される。

この結果、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替えた際に上段側圧縮機３２のシェル内に液冷媒が貯まったままとなるにもかかわらず、冷媒タンク３８から冷凍回路２１に冷媒が補給されることによって、一段圧縮運転時と二段圧縮運転時との間で冷媒循環量は同等となる。

図５は、図３中に示すヒートポンプ式暖房給湯機の変形例を示す回路図である。図６は、図４中に示すヒートポンプ式暖房給湯機の変形例を示す回路図である。

図１から図４中に示すヒートポンプ式暖房給湯機では、暖房（加熱）運転のみを想定したが、本変形例では、暖房（加熱）運転および冷房（冷却）運転の切り替え可能なヒートポンプ装置を想定する。

図５および図６を参照して、本変形例におけるヒートポンプ装置は、暖房運転および冷房運転の切り替えを可能とするための四方弁５２をさらに有する。暖房運転時、四方弁５２は、下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２（一段圧縮運転時の場合、下段側圧縮機３１のみ）により吐出された冷媒を利用側熱交換器３３に送り、熱源側熱交換器３７から吐出された冷媒を下段側圧縮機３１に送る（図中の実線に示す矢印）。冷房運転時、四方弁５２は、下段側圧縮機３１および上段側圧縮機３２（一段圧縮運転時の場合、下段側圧縮機３１のみ）により吐出された冷媒を熱源側熱交換器３７に送り、利用側熱交換器３３から吐出された冷媒を下段側圧縮機３１に送る（図中の点線に示す矢印）。

本変形例におけるヒートポンプ装置は、冷媒タンク３８に加えて、第２冷媒タンクとしての冷媒タンク５１をさらに有する。冷媒タンク５１は、利用側熱交換器３３と第１膨張弁３４との間の冷凍回路２１に接続されている。冷媒タンク５１には、暖房運転時に冷媒が貯留される。暖房運転から冷房運転に切り替わった場合に、冷媒タンク５１に貯留された冷媒が冷凍回路２１に供給される。

本変形例では、熱源側熱交換器３７の容量が利用側熱交換器３３の容量よりも大きく、暖房運転時に利用側熱交換器３３に収容しきれない冷媒を冷媒タンク５１に一時的に貯留する。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式暖房給湯機によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば、ヒートポンプ式給湯機やヒートポンプ式暖房給湯機などに適用される。

１０ ヒートポンプ式暖房給湯機、２１ 冷凍回路、２２ インジェクション回路、２３ バイパス回路、３１ 下段側圧縮機、３２ 上段側圧縮機、３３ 利用側熱交換器、３４ 第１膨張弁、３５ 気液分離器、３５ａ 気相冷媒空間、３５ｂ 液相冷媒空間、３６ 第２膨張弁、３７ 熱源側熱交換器、３８，５１ 冷媒タンク、３９ 第１二方弁、４１ 第２二方弁、４２ 第３二方弁、４３ 第４二方弁、４４，４５ 接続部、４７ 分岐回路、５２ 四方弁。

Claims (5)

1. ヒートポンプサイクルを構成する冷凍回路上に設けられ、冷媒と、利用流体および室外空気との間でそれぞれ熱交換を行なう利用側熱交換器および熱源側熱交換器と、
   前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器から送られた冷媒を圧縮する下段側圧縮機と、
   前記下段側圧縮機から送られた冷媒を圧縮する上段側圧縮機と、
   前記下段側圧縮機から送られた冷媒を前記上段側圧縮機を迂回させて、前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器に送るバイパス回路上に設けられ、前記バイパス回路における冷媒の流れを許容または制限し、一段圧縮運転および二段圧縮運転を切り替える第１バルブと、
   二段圧縮運転時に冷媒を貯留し、二段圧縮運転から一段圧縮運転に切り替わった場合に、貯留した冷媒を前記冷凍回路に供給するように設けられる第１冷媒タンクとを備える、ヒートポンプ装置。
2. 前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間の前記冷凍回路上に設けられ、冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器と、
   前記利用側熱交換器と前記気液分離器との間の前記冷凍回路上に設けられ、冷媒を減圧する第１減圧装置と、
   前記気液分離器と前記熱源側熱交換器との間の前記冷凍回路上に設けられ、冷媒を減圧する第２減圧装置と、
   前記気液分離器で分離された気相の冷媒の一部を、前記下段側圧縮機と前記上段側圧縮機との間の前記冷凍回路に導くインジェクション回路上に設けられ、前記インジェクション回路における冷媒流れを許容または制限する第２バルブとを備える、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記第１冷媒タンクは、前記インジェクション回路上に設けられ、前記第２バルブよりも前記インジェクション回路における冷媒流れの下流側に配置される、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記第１冷媒タンクは、前記インジェクション回路を構成する冷媒配管よりも鉛直下側に配置されている、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記第１冷媒タンクは、前記利用側熱交換器と前記第１減圧装置との間の前記冷凍回路から分岐し、前記第２減圧装置と前記熱源側熱交換器との間の前記冷凍回路に合流する分岐回路上に設けられ、さらに、
   前記分岐回路上に設けられ、前記利用側熱交換器と前記第１減圧装置との間の分岐位置と、前記第１冷媒タンクとの間に配置される第３バルブと、
   前記分岐回路上に設けられ、前記第１冷媒タンクと、前記第２減圧装置と前記熱源側熱交換器との間の合流位置との間に配置される第４バルブとを備える、請求項２に記載のヒートポンプ装置。

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