JP2015068565A - ヒートポンプシステム、及び、ヒートポンプ式給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの圧縮機の冷凍機油の量を均等に保つのが容易な二段圧縮式ヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂを備え、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、圧縮機構で圧縮された冷媒と熱交換対象とを熱交換する水対冷媒熱交換器１１と、水対冷媒熱交換器１１から流出する冷媒を減圧膨張させる膨張弁１２と、膨張弁１２にて減圧膨張された冷媒と熱交換対象とを熱交換する熱源側空気熱交換器１３と、第１均油弁２４が設けられる第１均油配管２３を介して低段側圧縮機１０ａに接続されるとともに、第２均油弁２６が設けられる第２均油配管２５を介して高段側圧縮機１０ｂに接続される貯油タンク２１と、を備えるヒートポンプシステム１。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの独立した圧縮機を直列に連結した二段圧縮式のヒートポンプシステムに関する。

省エネネルギーを目的に給湯システムのヒートポンプ化が進んでいる。この冷媒システムとして、低段側圧縮機と高段側圧縮機が直列に接続された冷媒回路を備え、その冷媒回路で冷媒を循環させる二段圧縮の冷凍サイクルが知られている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平５−９３５５２号公報 特開平６−２９６６号公報 特開２００９−１６８３３０号公報

二段圧縮式冷凍サイクルを常に効率の良い状態で運転をするためには、低段側及び高段側の２つの圧縮機をそれぞれ独立した回転数で運転させる必要がある。そのために最も大きな課題となるのは，２つの圧縮機にそれぞれ含まれる冷凍機油の油面レベルの制御である。１つのハウジングの内部に低段側及び高段側の２つの圧縮機構を搭載している圧縮機と異なり、２つの独立した圧縮機を直列に連結する場合には、２つの圧縮機の間で冷凍機油の量を適切な同等のレベルに保つことが、２つの圧縮機を健全に運転するために必要である。
本発明は、この課題に基づいてなされたもので、運転を停止したり、あるいは、複雑な運転操作をすることなく、２つの圧縮機の冷凍機油の量を均等に保つのが容易な二段圧縮式ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。本発明は、加えて、この二段圧縮式ヒートポンプシステムを備える高効率なヒートポンプ給湯器を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の二段圧縮式ヒートポンプシステムは、低段側圧縮機と高段側圧縮機を備え、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、圧縮機構で圧縮された冷媒と熱交換対象とを熱交換する第１熱交換器と、利用側熱交換機から流出する冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、膨張弁にて減圧膨張された冷媒と熱交換対象とを熱交換する第２熱交換器と、第１開閉弁が設けられる第１配管を介して低段側圧縮機に接続されるとともに、第２開閉弁が設けられる第２配管を介して高段側圧縮機に接続される貯油タンクと、を備えることを特徴とする。

本発明のヒートポンプシステムは、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉の動作を、所定の条件下で、交互に行って、低段側圧縮機及び高段側圧縮機に溜まっている余剰な冷凍機油を貯油タンクに回収する。加えて、本発明のヒートポンプシステムは、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉の動作を交互に行うことで、低段側圧縮機及び高段側圧縮機に溜まっている冷凍機油が不足すると、貯油タンクに溜まっている冷凍機油を低段側圧縮機及び高段側圧縮機に補給することができる。
したがって、本発明のヒートポンプシステムによると、低段側圧縮機と高段側圧縮機の運転を停止することなく、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉という簡易な操作だけで、低段側圧縮機と高段側圧縮機における冷凍機油の量を均等に保つことができる。

本発明のヒートポンプシステムは、貯油タンクから高段側圧縮機の吐出側の配管に繋がる圧力逃がし経路を備えることが好ましい。
本発明は、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉の動作を交互に行うが、開閉を切り替えるときには、微少時間ではあるが、一旦は第１開閉弁と第２開閉弁の両方を閉じるので、貯油タンクの内部の圧力が高くなるおそれがある。そこで、圧力逃がし経路を介して冷媒を高段側圧縮機の吐出側の配管に逃がすことで、貯油タンクの内部が異常に昇圧するのを防止する。

本発明のヒートポンプシステムは、高段側圧縮機の吐出側の配管から貯油タンクに繋がる圧力印加経路を備えることが好ましい。
本発明のヒートポンプシステムは、低段側圧縮機と高段側圧縮機の各々の基準油面と貯油タンクにおける油面との高低差により、冷凍機油を低段側圧縮機又は高段側圧縮機に供給することができる。しかし、圧力印加経路４０を設けることにより、高低差に加えて、又は、高低差によることなく、冷凍機油の低段側圧縮機又は高段側圧縮機への供給を実現する。

以上説明したヒートポンプシステムの第１熱交換器を、冷媒と水とを熱交換させて水を加熱する水対冷媒熱交換器とするヒートポンプ式給湯機は、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の冷凍機油の量が確保されるので、安定して高効率な給湯を実現できる。

本発明によれば、低段側圧縮機と高段側圧縮機の運転を停止することなく、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉という簡易な操作だけで、低段側圧縮機と高段側圧縮機における冷凍機油の量を均等に保つことができる。

第１実施形態に係るヒートポンプシステムの回路構成を示す図である。 第１実施形態の冷凍サイクルの動作を示す図であり、（ａ）は低段側圧縮機からオイルタンクに冷凍機油を供給し、（ｂ）は高段側圧縮機からオイルタンクに冷凍機油を供給する。 図１の冷凍サイクルに圧力逃がし経路を付け加えた冷凍サイクルの回路構成を示す図である。 図１の冷凍サイクルに圧力印加経路を付け加えた冷凍サイクルの回路構成を示す図である。 図１の冷凍サイクルに圧力逃がし経路と圧力印加経路を付け加えた冷凍サイクルの回路構成を示す図である。 第２実施形態に係るヒートポンプ式の給湯・空調機の回路構成を示す図である。 第２実施形態に係るヒートポンプ式の給湯・空調機の回路構成を示す図であり、図６とは異なる運転モードを示している。

以下、添付する図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態に係るヒートポンプシステム１は、図１に示すように、冷媒を圧縮して吐出する低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂと、高段側圧縮機１０ｂで圧縮された冷媒と熱交換の対象となる流体とを熱交換させる第１熱交換器１１と、第１熱交換器１１から流出する冷媒を減圧膨張させる膨張弁１２と、膨張弁１２にて減圧膨張された冷媒と熱交換の対象となる流体を熱交換させる第２熱交換器１３と、を備え、冷媒の循環方向に沿ってこの順に直列に接続されている。本実施形態においては、第１熱交換器１１は、例えば水と熱交換することで放熱する凝縮器として機能することができ、また、第２熱交換器１３は、外気と熱交換することで吸熱する蒸発器として機能することができる。
ヒートポンプシステム１は、低段側圧縮機１０ａに保持される冷凍機油と高段側圧縮機１０ｂに保持される冷凍機油の油量を均等に保つための均油機構２０を備える。本実施形態の特徴である均油機構２０の詳細は後述する。

ヒートポンプシステム１は、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂを繋ぐ配管Ｌ１と、高段側圧縮機１０ｂと第１熱交換器１１を繋ぐ配管Ｌ２と、第１熱交換器１１と第２熱交換器１３を繋ぐ配管Ｌ３と、第２熱交換器１３と低段側圧縮機１０ａを繋ぐ配管Ｌ４とを備えることで、冷媒が循環する冷媒回路を構成する。この中で、低段側圧縮機１０ａにとって配管Ｌ４が吸入側配管を、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂを繋ぐ配管Ｌ１が中間圧配管を、高段側圧縮機１０ｂにとって配管Ｌ２が吐出側配管を構成する。
なお、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂを区別することなく、圧縮機構１０と総称することがある。

以下、ヒートポンプシステム１の各構成要素を順に説明する。
［圧縮機構１０］
低段側圧縮機１０ａは、一体に構成された電動モータにより回転駆動されることにより、第２熱交換器１３を通過した低温低圧の冷媒を吸入して中間圧まで圧縮し、高段側圧縮機１０ｂに向けて吐出する。
低段側圧縮機１０ａに適用される圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構や、ロータリ式圧縮機構など公知の形式の圧縮機構を適用できる。高段側圧縮機１０ｂも同様である。
高段側圧縮機１０ｂは、低段側圧縮機１０ａから吐出された冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒として第１熱交換器１１に向けて吐出する。

［第１熱交換器１１］
第１熱交換器１１は、熱交換の対象となる水、空気などと高温高圧の冷媒とを熱交換させることによって流体を加熱する。高段側圧縮機１０ｂから吐出された高温高圧の冷媒は、ここで冷却され凝縮される。第１熱交換器１１は、公知の熱交換器を用いることができる。次に説明する第２熱交換器１３も同様である。
第１熱交換器１１は、熱交換の対象が空気の場合には、送風ファン１１ｆを付設しており、送風ファン１１ｆにより送風された空気が第１熱交換器１１を通過する過程で、冷媒と熱交換される。

［膨張弁１２、第２熱交換器１３］
第２熱交換器１３は、膨張弁１２を通過して減圧膨張された冷媒と外気との間で熱交換を行うものであり、この熱交換の過程で冷媒は蒸発し、外気から熱を吸収する。第２熱交換器１３にも、送風ファン１３ｆが付設されており、送風ファン１３ｆにより送風された空気と冷媒とが熱交換されることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を生じさせる。
膨張弁１２は、例えば、ニードル状の弁体と、弁体を駆動するためのパルスモータとを備えた電子膨張弁を用いることができる。

［均油機構２０］
均油機構２０は、冷凍機油を貯える貯油タンク２１と、貯油タンク２１と低段側圧縮機１０ａを繋ぐ第１均油配管（第１配管）２３と、貯油タンク２１と高段側圧縮機１０ｂを繋ぐ第２均油配管（第２配管）２５と、第１均油配管２３に設けられ、貯油タンク２１と低段側圧縮機１０ａの間の冷凍機油の流れを制御する第１均油弁（第１開閉弁）２４と、第２均油配管２５に設けられ、貯油タンク２１と高段側圧縮機１０ｂの間の冷凍機油の流れを制御する第２均油弁２６（第１開閉弁）と、を備える。
均油機構２０は、第１均油弁２４、第２均油弁２６の開閉を制御することにより、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂの各々で余剰となった冷凍機油を貯油タンク２１に供給する。また、均油機構２０は、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂの各々で冷凍機油が不足すると、第１均油弁２４、第２均油弁２６の開閉を制御することにより、貯油タンク２１から低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに向けて冷凍機油を供給する。
低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂは、正常な運転に必要とされる冷凍機油の量を示す基準油面が設定されており、第1均油配管２３及び第２均油配管２５は、基準油面に対応する位置で低段側圧縮機１０ａ，高段側圧縮機１０ｂに接続される。一方、貯油タンク２１に対しては、十分に低い位置で接続されることで、第1均油配管２３及び第２均油配管２５の各々の接続端が冷凍機油に常に浸かっていることが好ましい。

［ヒートポンプシステム１の動作］
以下、ヒートポンプシステム１の動作を説明する。
ヒートポンプシステム１は、冷媒が循環し、二段圧縮冷凍サイクルが実行される。

ヒートポンプシステム１において、高段側圧縮機１０ｂから吐出された高温高圧の冷媒は、配管Ｌ２を通って第１熱交換器１１に流入し、熱交換対象に対して放熱する。第１熱交換器１１で放熱した冷媒は、配管Ｌ３を通って膨張弁１２を通過する過程で膨張して低圧冷媒となる。この低圧冷媒は、さらに配管Ｌ３を通って第２熱交換器１３へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。その後、第２熱交換器１３から流出した低圧冷媒は、配管Ｌ４を通って低段側圧縮機１０ａへ吸入される。

低段側圧縮機１０ａへ吸入された低圧冷媒は、圧縮されて中間圧の冷媒となった後に配管Ｌ１へ吐出される。低段側圧縮機１０ａから配管Ｌ１へ吐出された中間圧の冷媒は、高段側圧縮機１０ｂへ吸入される。高段側圧縮機１０ｂへ吸入された冷媒は、圧縮されて高圧冷媒となった後に配管Ｌ２へ吐出される。

ヒートポンプシステム１は、以上説明した冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発のサイクルが繰り返される過程で、均油機構２０を以下のように動作させる。
均油機構２０は、図２に示すように、第１均油弁２４と第２均油弁２６を交互に開閉を行なう。つまり、図２（ａ）に示すように、低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１を繋ぐ第１均油配管２３の第１均油弁２４を開いているときには、高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１を繋ぐ第２均油配管２５の第２均油弁２６を閉じる。以下、この第１均油弁２４、第２均油弁２６の開閉状態をケースＡということがある。また、図２（ｂ）に示すように、低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１を繋ぐ第１均油配管２３の第１均油弁２４を閉じているときには、高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１を繋ぐ第２均油配管２５の第２均油弁２６を開く。以下、この第１均油弁２４、第２均油弁２６の開閉状態をケースＢということがある。なお、図２において、開いている第１均油弁２４、第２均油弁２６を白抜きで示し、閉じている第１均油弁２４、第２均油弁２６を黒に塗りつぶしている。
なお、ケースＡからケースＢに切り替える際には、第１均油弁２４と第２均油弁２６の両方を一旦は閉じる。

均油機構２０は、ケースＡの状態において第１均油弁２４を開くと、低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１は第１均油配管２３を介して連通する。
ここで、低段側圧縮機１０ａの内部に溜まっている冷凍機油が基準油面を超えているものとする。低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１が連通すると、低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１の圧力差により、基準油面を超えている分の冷凍機油は、第１均油配管２３を通って貯油タンク２１に供給される。
一方、低段側圧縮機１０ａの内部に溜まっている冷凍機油が基準油面に達していないものとする。低段側圧縮機１０ａと貯油タンク２１が連通すると、貯油タンク２１の内部は低段側圧縮機１０ａの内部と圧力と一致するので、基準油面と貯油タンク２１における油面との高低差により、貯油タンク２１内の冷凍機油は第１均油配管２３を通って低段側圧縮機１０ａに供給される。

均油機構２０は、ケースＢの状態において第２均油弁２６を開くと、高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１は第２均油配管２５を介して連通する。
ここで、高段側圧縮機１０ｂの内部に溜まっている冷凍機油が基準油面を超えているものとする。高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１が連通すると、高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１の圧力差により、基準油面を超えている分の冷凍機油は、第２均油配管２５を通って貯油タンク２１に供給される。
一方、高段側圧縮機１０ｂの内部に溜まっている冷凍機油が基準油面に達していないものとする。高段側圧縮機１０ｂと貯油タンク２１が連通すると、貯油タンク２１の内部は高段側圧縮機１０ｂの内部と圧力と一致するので、基準油面と貯油タンク２１における油面との高低差により、貯油タンク２１内の冷凍機油は第１均油配管２３を通って高段側圧縮機１０ｂに供給される。

本実施形態は、ケースＡとケースＢを交互に繰り返すことで、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに溜まっている余剰な冷凍機油を貯油タンク２１に供給する。加えて、本実施形態は、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに溜まっている冷凍機油が不足すると、貯油タンク２１に溜まっている冷凍機油を低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに供給することができる。
したがって、本実施形態によると、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂの運転を停止することなく、かつ、第１均油弁２４，第２均油弁２６の開閉という簡易な操作によって、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂにおける冷凍機油の均一化を図ることができる。

本実施形態において、ケースＡとケースＢの切り替を行なう条件は任意であるが、例えば、図２（ｃ）に示すように、予め定められた時間Ｔ（待機時間）が経過するたびに、ケースＡをＴ_Ａ時間だけ実行し、次いで、ケースＢをＴ_Ｂ時間だけ実行することができる。他に、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに溜まる冷凍機油の量を予測できれば、その予測に基づいてケースＡとケースＢの切り替を行なうことができる。

以上説明した実施形態における均油機構２０は、本発明の最小限の要素を備えるものであるが、その機能をより有効に発揮するために、以下に説明する２つの要素を備えることができる。
１つ目の要素は、図３に示されるように、圧力逃がし経路３０である。なお、図１と同じ要素には、図１と同じ符号を図３のヒートポンプシステム２に付している。
前述したように、ケースＡからケースＢに切り替える際には、第１均油弁２４と第２均油弁２６の両方を一旦は閉じるので、貯油タンク２１の内部の圧力が高くなるおそれがある。そこで、圧力逃がし経路３０を介して冷媒を高段側圧縮機１０ｂの吐出側である配管Ｌ２に逃がすことで、貯油タンク２１の内部が必要以上に昇圧されるのを防止する。
圧力逃がし経路３０は、以上の機能を発揮するために、貯油タンク２１と配管Ｌ２を繋ぐ逃がし配管３１と、逃がし配管３１に設けられる逆止弁３３と、を備えている。逆止弁３３は、貯油タンク２１から配管Ｌ２に向けて冷媒を通過させるが、その逆向きには冷媒を通過させない。

二つ目の要素は、図４に示されるように、貯油タンク２１に高圧を印加する圧力印加経路４０である。なお、図１と同じ要素には、図１と同じ符号を図４のヒートポンプシステム３に付している。
前述したように、ヒートポンプシステム１は、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂの各々の基準油面と貯油タンク２１における油面との高低差により、冷凍機油を低段側圧縮機１０ａ又は高段側圧縮機１０ｂに供給する。圧力印加経路４０は、高低差に加えて、又は、高低差によらずして、この冷凍機油の供給を実現する。
圧力印加経路４０は、以上の機能を発揮するために、貯油タンク２１と配管Ｌ２を繋ぐ圧力配管４１と、圧力配管４１に設けられる開閉弁４３と、を備えている。開閉弁４３は、均油機構２０がケースＡ又はケースＢを開始してから一定時間の間だけ開かれる。ケースＡ又はケースＢであっても、一定時間が経過して以降と、ケースＡとケースＢの間の待機時間には、開閉弁４３は閉じられる。ケースＡまたはケースＢの最中に開閉弁４３が開き続けていると、圧縮機（低段側又は高段側）で余剰となっている油を貯油タンク２１に貯めることができないからである。開閉弁４３が開くと、貯油タンク２１は、配管Ｌ２、圧力配管４１を介して高圧の冷媒が流入して内部の圧力が上昇するので、貯油タンク２１内に溜まっている冷凍機油は、低段側圧縮機１０ａまたは高段側圧縮機１０ｂに供給される。

本実施形態は、図５に示すように、二つの要素、つまり圧力逃がし経路３０及び圧力印加経路４０の両者をヒートポンプシステム４に付け加えることができる。

［第２実施形態］
以下、第１実施形態として説明したヒートポンプシステム１〜４を適用したヒートポンプ式の給湯・空調機１００を、本発明の第２実施形態として説明する。
給湯・空調機１００は、図６に示すように、ヒートポンプ系統２００と、水系統３００と、から構成されている。
［ヒートポンプ系統２００］
ヒートポンプ系統２００は、第１実施形態で説明したヒートポンプシステム１を利用したものであり、室外の空気（外気）と冷媒との間で熱交換を行うものであり、ヒートポンプシステム１に対応する要素がある場合には、第１実施形態と同じ符号を付して、その説明を省略する。ただし、第１熱交換器１１は、水対冷媒熱交換器１１と読み替えるものとする。水対冷媒熱交換器１１は、水系統３００側の水と冷媒とを熱交換させることによって水を加熱する。また、第２熱交換器１３は、熱源側空気熱交換器１３と読み替えるものとする。さらに、ヒートポンプ系統２００は、ヒートポンプシステム１が備えていない以下の要素を含んでいる。

ヒートポンプ系統２００は、高段側圧縮機１０ｂの吐出側の配管Ｌ２と低段側圧縮機１０ａの吸入側の配管Ｌ４との間に四方切替え弁１５を備えており、この四方切替え弁１５により冷媒の循環方向を可逆させ、熱源側空気熱交換器１３を経て水対冷媒熱交換器１１へと時計回りに冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）と、水対冷媒熱交換器１１を経て熱源側空気熱交換器１３へと反時計回りに冷媒を循環させる暖房サイクルとのいずれか一方が選択可能とされている。

ヒートポンプ系統２００は、熱源側空気熱交換器１３、水対冷媒熱交換器１１および四方切替え弁１５の他、絞り機構としての冷房用膨張弁１２ａ、暖房用膨張弁１２ｂ及びレシーバ１８が設けられている。この冷房用膨張弁１２ａおよび暖房用膨張弁１２ｂは、レシーバ１８を挟んで直列に配置されている。
また、ヒートポンプ系統２００は、配管Ｌ３にエコノマイザ回路１６が設けられている。エコノマイザ回路１６は、エコノマイザ用熱交換器１６ａと、エコノマイザ用膨張弁１６ｂと、インジェクション管１６ｃを備えている。水対冷媒熱交換器１１を経た液冷媒は、その一部がエコノマイザ用膨張弁１６ｂを経てエコノマイザ用熱交換器１６ａに導入され、配管Ｌ３を流れる液冷媒と熱交換させて蒸発した後、このガス冷媒を低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂの間の中間圧の配管Ｌ１にインジェクション管１６ｃを介して注入される。
また、ヒートポンプ系統２００は、低段側圧縮機１０ａの吐出側にオイルセパレータ２７を、高段側圧縮機１０ｂの吐出側にオイルセパレータ２８を備えている。低段側圧縮機１０ａから吐出された冷媒に含まれる冷凍機油はオイルセパレータ２７において冷媒から分離され、戻し配管２７Ｌを介して低段側圧縮機１０ａに戻される。同様に、高段側圧縮機１０ｂから吐出された冷媒に含まれる冷凍機油はオイルセパレータ２８において冷媒から分離され、戻し配管２８Ｌを介して高段側圧縮機１０ｂに戻される。
［水系統３００］

水系統３００は、水循環ポンプ３０７を介して循環される水がヒートポンプ系統２００に設けられている水対冷媒熱交換器１１で冷媒から吸熱して温水とされ、その温水を負荷側のラジエータ３０３との間で循環させることにより、暖房用の熱源等として利用する温水循環流路３０１を備えている。この温水循環流路３０１には、流量割合を調整可能な三方切替え弁３０６を介して温水循環流路３０１から温水を導入し、その温水を蓄熱温水として蓄えることができる蓄熱タンク３０５が接続されている。

蓄熱タンク３０５は、水対冷媒熱交換器１１で加熱された温水を、ラジエータ３０３に循環する温水循環流路３０１中に設けられている三方切替え弁３０６を介してその上部から蓄熱温水を取水し、必要なタイミングで温水循環流路３０１側に放出する。

また、蓄熱タンク３０５には、貯湯されている蓄熱温水の熱を利用して加熱された給湯用の温水を供給するサニタリ水供給回路（図示を省略）、必要に応じて通電される電気ヒータ（図示を省略）が設けられている。

以上のように構成されている水系統３００は、三方切替え弁３０６を選択切替えすることにより、ラジエータ３０３に温水を供給する暖房運転または蓄熱タンク３０５に温水を供給する蓄熱運転のいずれか一方を選択して実施し、あるいは、ラジエータ３０３および蓄熱タンク３０５の両方に温水を分割供給して温水による暖房運転及び蓄熱運転の両方を同時に実施可能な構成とされている。
また、水系統３００は、蓄熱タンク３０５から水循環ポンプ３０７によって供給された加熱対象としての水が、水対冷媒熱交換器１１においてヒートポンプ系統２００の冷媒と熱交換することで加熱される。

一方、ヒートポンプ系統２００において、暖房サイクルが選択されると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機構１０（低段側圧縮機１０ａ，高段側圧縮機１０ｂ）で圧縮され、高温高圧のガス冷媒としてヒートポンプ系統２００に吐出される。このガス冷媒は、図６に実線矢印で示されるように、四方切替え弁１５により水対冷媒熱交換器１１に導かれて反時計回りに循環される。この場合、水対冷媒熱交換器１１は、水循環ポンプ３０７により循環される水系統３００の水と高温高圧ガス冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、冷媒の凝縮により放熱される凝縮熱が水を加熱する凝縮器として機能する。この結果、ヒートポンプ系統２００を流れる高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高温高圧の液冷媒となり、水系統３００を流れる水は冷媒から吸熱して温水となる。

水対冷媒熱交換器１１で凝縮された冷媒は、全開の冷房用膨張弁１２ａを通ってレシーバ１８に流入する。このレシーバ１８では、冷媒の気液分離が行われるとともに、循環する冷媒量の調整が行われる。レシーバ１８の下流側には、高温高圧の液冷媒を減圧する暖房用膨張弁１２ｂが配置されている。暖房用膨張弁１２ｂを冷媒が通過することにより、高温高圧の液冷媒は減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、熱源側空気熱交換器１３に導かれる。蒸発器として機能する熱源側空気熱交換器１３に導入された気液二相冷媒は、外気と熱交換することにより外気から吸熱して気化する。

このように、熱源側空気熱交換器１３を通過することにより、外気から吸熱して気化した低温低圧のガス冷媒は、再び四方切替え弁１５を経て低段側圧縮機１０ａに吸引される。こうして低段側圧縮機１０ａに吸引された低温低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂで順番に圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、以下同様の経路を循環して気液の状態変化を繰り返す。この際、低温となる熱源側空気熱交換器１３の外周面に、空気中の水分等が氷結して着霜現象が生じることがある。

着霜は、熱源側空気熱交換器１３での冷媒と外気との熱交換を阻害し、熱交換効率を低下させるため、霜の堆積の有無を検知することにより、適当な運転時間毎にデフロスト運転を実施して霜を除去する必要がある。このデフロスト運転は、上述のヒートポンプ系統２００において、四方切替え弁１５を切替えて冷媒の循環方向を逆転させ、図７中の一点差線の矢印方向に冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替え、高段側圧縮機１０ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源側空気熱交換器１３に導入し、その放熱（凝縮熱）で熱源側空気熱交換器１３に付着している霜を融解することによって行われる。

このリバースサイクル方式によるデフロスト運転時には、水対冷媒熱交換器１１は、蒸発器として機能し、温水循環流路３０１を流れる水から吸熱して冷媒を気化させ、その熱を用いて熱源側空気熱交換器１３に着霜した霜を融解することとなる。この際、水温が低下しすぎると、水対冷媒熱交換器１１内で水が凍結し、熱交換器破損のリスクが発生する。このため、デフロスト時、水対冷媒熱交換器１１に循環される水温と共に冷媒の蒸発温度が低下しすぎないようにする必要がある。

以上説明した給湯・空調機１００においても、第１実施形態と同様に、ケースＡとケースＢを交互に繰り返すことで、低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに溜まっている余剰な冷凍機油を貯油タンク２１に回収し、逆に、貯油タンク２１に溜まっている冷凍機油を低段側圧縮機１０ａ及び高段側圧縮機１０ｂに補給することができる。したがって、本実施形態の給湯・空調機１００によると、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂの運転を停止することなく、かつ、第１均油弁２４，第２均油弁２６の開閉という簡易な操作によって、低段側圧縮機１０ａと高段側圧縮機１０ｂにおける冷凍機油の均一化を図ることができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、第１実施形態で述べた本発明における最低限の要素を除く部分は任意である。したがって、本発明を室内用熱交換器をさらに備える給湯・空調機に適用することもできるし、逆に、貯湯機能のみを備えるヒートポンプ式給湯器に適用することもできる。

１，２，３，４ ヒートポンプシステム
１０ａ 低段側圧縮機
１０ｂ 高段側圧縮機
１１ 第1熱交換器，水対冷媒熱交換器
１１ｆ 送風ファン
１２ 膨張弁
１２ａ 冷房用膨張弁
１２ｂ 暖房用膨張弁
１３ 第２熱交換器，熱源側空気熱交換器
１３ｆ 送風ファン
１５ 四方切替え弁
１６ エコノマイザ回路
１６ａ エコノマイザ用熱交換器
１６ｂ エコノマイザ用膨張弁
１６ｃ インジェクション管
１８ レシーバ
２０ 均油機構
２１ 貯油タンク
２３ 第１均油配管
２４ 第１均油弁
２５ 第２均油配管
２６ 第２均油弁
２７ オイルセパレータ
２７Ｌ 戻し配管
２８ オイルセパレータ
２８Ｌ 戻し配管
３０ 圧力逃がし経路
３１ 逃がし配管
３３ 逆止弁
４０ 圧力印加経路
４１ 圧力配管
４３ 開閉弁
１００ 給湯・空調機
２００ ヒートポンプ系統
３００ 水系統
３０１ 温水循環流路
３０３ ラジエータ
３０５ 蓄熱タンク
３０６ 三方切替え弁
３０７ 水循環ポンプ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 配管

Claims (5)

1. 低段側圧縮機と高段側圧縮機を備え、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、
   前記圧縮機構で圧縮された前記冷媒と熱交換対象とを熱交換する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器から流出する前記冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、
   前記膨張弁にて減圧膨張された冷媒と熱交換対象とを熱交換する第２熱交換器と、
   第１開閉弁が設けられる第１配管を介して前記低段側圧縮機に接続されるとともに、第２開閉弁が設けられる第２配管を介して前記高段側圧縮機に接続される貯油タンクと、を備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
2. 前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の開閉の動作が、所定条件下で、交互に行われる、
   請求項１に記載のヒートポンプシステム。
3. 前記貯油タンクから前記高段側圧縮機の吐出側の配管に繋がる圧力逃がし経路を備える、
   請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプシステム。
4. 前記高段側圧縮機の吐出側の配管から前記貯油タンクに繋がる圧力印加経路を備える、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムの前記第１熱交換器が、冷媒と水とを熱交換させて水を加熱する水対冷媒熱交換器である、
   ことを特徴とするヒートポンプ式給湯器。

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