JP2018124037A

JP2018124037A - ヒートポンプ装置

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Publication number: JP2018124037A
Application number: JP2017018675A
Authority: JP
Inventors: 田中　康太; Yasuta Tanaka; 康太田中; 昌宏高津; Masahiro Takatsu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: JP6680234B2

Abstract

【課題】第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御することの可能なヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】圧縮機３１により臨界状態に加圧された冷媒は、第１放熱器３３、第２放熱器３４の順に流れる。冷媒通路３８は、圧縮機３１、第１放熱器３３、第２放熱器３４、減圧器３６および蒸発器３７を接続する。第１被加熱側回路１０は、第１熱媒体が第１放熱器３３に流れるように構成されている。第２被加熱側回路２０は、第２熱媒体が第２放熱器３４に流れるように構成されている。制御部５０は、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合に応じて、高圧側冷媒圧力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関するものである。

従来、超臨界状態の冷媒を用いて熱輸送を行う超臨界サイクルにより熱媒体を加熱するヒートポンプ装置が知られている。

特許文献１に記載されたヒートポンプ装置は、超臨界サイクルを用いて熱媒体としての湯を中温と高温に加熱し、中温の湯を中温用蓄熱槽に蓄熱し、高温の湯を高温用蓄熱槽に蓄熱している。このヒートポンプ装置は、使用目的に必要とされる湯熱量に応じてそれぞれの蓄熱槽から湯熱を取り出して利用するものである。

特開２０１０−４３７９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたヒートポンプ装置は、使用目的に必要とされる湯熱量に対し、中温用蓄熱槽と高温用蓄熱槽に最適なバランスで湯熱量が貯められているとは限らない。そのため、中温用蓄熱槽と高温用蓄熱槽のうちいずれか一方の湯熱量が余ると、その湯熱の生成に使用されたエネルギが無駄になるといった問題がある。ここで、ヒートポンプ装置が超臨界サイクルを用いて２系統の被加熱側回路をそれぞれ流れる熱媒体を加熱するとき、それらの熱媒体のうち、高温に加熱される熱媒体を第１熱媒体と呼び、中温に加熱される熱媒体を第２熱媒体と呼ぶこととする。ヒートポンプ装置が第１熱媒体と第２熱媒体を同時に加熱する場合、その第１熱媒体の加熱量と第２熱媒体の加熱量とを適切な比率に制御することが求められる。

本発明は上記点に鑑みて、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御することの可能なヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱するヒートポンプ装置において、
冷媒の圧力が臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮する圧縮機（３１）と、
圧縮機から吐出した冷媒が順に流れる第１放熱器（３３）および第２放熱器（３４）と、
第２放熱器より下流側を流れる冷媒を減圧する減圧器（３６）と、
減圧器により減圧された冷媒と外気とを熱交換させ、外気から吸熱した冷媒を圧縮機の吸入口に向けて流出する蒸発器（３７）と、
圧縮機、第１放熱器、第２放熱器、減圧器および蒸発器を接続する冷媒通路（３８）と、
第１熱媒体が第１放熱器に流れるように構成され、第１放熱器を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱される第１被加熱側回路（１０）と、
第２熱媒体が第２放熱器に流れるように構成され、第２放熱器を流れる冷媒と第２熱媒体の熱交換により第２熱媒体が加熱される第２被加熱側回路（２０）と、
第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合に応じて、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力を制御する制御部（５０）と、を備える。

これによれば、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器、第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力（以下、高圧側冷媒圧力という）が低くなるほど、圧縮機から吐出されて第１放熱器に流入する冷媒の温度が低くなる。また、超臨界状態にある冷媒は、その圧力が臨界点に近づくと、エンタルピが高いときに温度変化が大きく、エンタルピが臨界点の付近にあるときに温度変化が緩やかであり、エンタルピが低いときに温度変化が大きくなるという特性を有する。そのため、高圧側冷媒圧力を低くすると、第１放熱器による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に減少し、第２放熱器による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に増加する。したがって、第１熱媒体を加熱する能力を相対的に低減し、第２熱媒体を加熱する能力を相対的に増加することが可能となる。

これに対し、高圧側冷媒圧力が高くなるほど、圧縮機から吐出されて第１放熱器に流入する冷媒の温度が高くなる。また、超臨界状態にある冷媒は、その圧力が臨界点から高圧側に遠ざかると、エンタルピと温度変化とが正比例の関係すなわち比熱が一定の状態に近づくという特性を有する。そのため、高圧側冷媒圧力を高くすると、第１放熱器による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に増加し、第２放熱器による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に減少する。したがって、第１熱媒体を加熱する能力を相対的に増加し、第２熱媒体を加熱する能力を相対的に低減することが可能となる。

よって、このヒートポンプ装置は、高圧側冷媒圧力を制御することで、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御し、第１熱媒体と第２熱媒体を良好なバランスで加熱することができる。

なお、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の一例を示すものである。

第１実施形態に係るヒートポンプ装置の構成を示す図である。高圧側冷媒圧力を低くしたときの第１放熱器、第２放熱器および第３放熱器での熱交換量をＴ−ｓ線図上に表した図である。高圧側冷媒圧力を高くしたときの第１放熱器、第２放熱器および第３放熱器での熱交換量をＴ−ｓ線図上に表した図である。第１実施形態に係るヒートポンプ装置の制御方法を示すフローチャートである。第２実施形態に係るヒートポンプ装置の構成を示す図である。第３実施形態に係るヒートポンプ装置の制御方法を示すフローチャートである。第４実施形態に係るヒートポンプ装置の制御方法を示すフローチャートである。第５実施形態に係るヒートポンプ装置の構成を示す図である。第５実施形態に係るヒートポンプ装置の冷媒の挙動をモリエル線図上に表した図である。比較例のヒートポンプ装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態のヒートポンプ装置の構成を図１に示す。第１実施形態のヒートポンプ装置１は、第１被加熱側回路１０、第２被加熱側回路２０、超臨界サイクル３０および制御部５０などにより構成されている。ヒートポンプ装置１は、超臨界状態とした冷媒を用いて熱輸送を行う超臨界サイクル３０により、第１被加熱側回路１０を循環する第１熱媒体と、第２被加熱側回路２０を循環する第２熱媒体を同時に加熱するものである。第１熱媒体および第２熱媒体として、例えば湯または不凍液などが用いられる。

第１被加熱側回路１０が備えるタンク１１には、第１熱媒体が貯められている。タンク１１内では、第１熱媒体の温度と密度との関係から、温度の高い第１熱媒体ほど上層部に貯められ、温度の低い第１熱媒体ほど下層部に貯められる。第１被加熱側回路１０には第１熱媒体を循環させるための第１循環ポンプ１２が設けられている。第１循環ポンプ１２の駆動により、タンク１１の底部から取り出された第１熱媒体は、第１被加熱側回路１０を循環する。その第１熱媒体は、超臨界サイクル３０が備える第３放熱器３５と第１放熱器３３により加熱され、タンク１１の上部からタンク１１内に戻される。タンク１１内に貯められた第１熱媒体は、例えば給湯などに用いられる。

一方、第２被加熱側回路２０にも、第２熱媒体を循環させるための第２循環ポンプ２１が設けられている。第２被加熱側回路２０を循環する第２熱媒体は、超臨界サイクル３０が備える第２放熱器３４により加熱される。その加熱された第２熱媒体は、例えば家屋の暖房設備２２などに用いられる。暖房設備２２の一例として、第２熱媒体が流れる流路を家屋の床に設けた床暖房を採用することが可能である。また、暖房設備２２の他の例として、第２熱媒体が流れる熱交換器により暖めた空調風をダクトを介して室内に送風する設備を採用してもよい。

次に、ヒートポンプ装置１を構成する超臨界サイクル３０について説明する。この超臨界サイクル３０は、圧縮機３１、複数の放熱器３３、３４、３５、減圧器３６および蒸発器３７などが配管により接続されている。超臨界サイクル３０を循環する冷媒として例えばＣＯ_２が用いられる。以下の説明では、圧縮機３１、複数の放熱器３３、３４、３５、減圧器３６および蒸発器３７を接続する通路を冷媒通路３８と呼ぶこととする。

超臨界サイクル３０の各構成は、制御部５０により駆動制御される。なお、図１では、制御部５０と各構成との間の信号線を破線で示している。

圧縮機３１は、吸入口から吸入した冷媒の圧力が臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮し、吐出口から吐出する。圧縮機３１は、電動式の圧縮機であり、制御部５０により回転数が制御される。

複数の放熱器３３、３４、３５は、圧縮機３１の吐出口側から第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５の順に直列に接続されている。圧縮機３１から吐出された冷媒は、第１放熱器３３、第２放熱器３４、第３放熱器３５の順に流れる。

一方、上述した第１被加熱側回路１０は、タンク１１から流出した第１熱媒体が、第３放熱器３５から第１放熱器３３の順に流れるように構成されている。そのため、第３放熱器３５と第１放熱器３３では、それぞれ冷媒と第１熱媒体との熱交換が行われ、冷媒から第１熱媒体に放熱される。これにより、第１熱媒体が加熱される。

また、上述した第２被加熱側回路２０は、第２熱媒体が第２放熱器３４に流れるように構成されている。第２放熱器３４では、冷媒と第２熱媒体との熱交換が行われ、冷媒から第２熱媒体に放熱される。これにより、第２熱媒体が加熱される。

したがって、３個の放熱器のうち、第１放熱器３３を流れる冷媒のエンタルピが最も高い。第１放熱器３３を流れる冷媒のエンタルピより、第２放熱器３４を流れる冷媒のエンタルピは低いものとなる。第２放熱器３４を流れる冷媒のエンタルピより、第３放熱器３５を流れる冷媒のエンタルピは低いものとなる。

第３放熱器３５の下流側に減圧器３６が設けられている。減圧器３６は、第３放熱器３５の下流側を流れる冷媒を減圧するための膨張弁である。減圧器３６は、制御部５０から伝送される信号により、減圧器３６内の流路の開度が調整可能に構成されている。減圧器３６の流路の開度を調整することで、冷媒通路３８のうち圧縮機３１の吐出口から第１放熱器３３、第２放熱器３４、第３放熱器３５を介して減圧器３６までの間を流れる冷媒の圧力（以下、高圧側冷媒圧力という）を変えることが可能である。また、減圧器３６の流路の開度を調整することで、冷媒通路３８のうち減圧器３６から蒸発器３７を介して圧縮機３１の吸入口までの間を流れる冷媒の圧力を変えることが可能である。

減圧器３６の下流側に蒸発器３７が設けられている。減圧器３６により減圧された冷媒の圧力は臨界圧力よりも低いものとなる。そのため、減圧器３６の下流側を流れる冷媒は、気液二相状態となって蒸発器３７に流入する。蒸発器３７では、その気液二相状態となった冷媒と外気とが熱交換する。これにより、冷媒は外気から吸熱し、エンタルピが高くなる。蒸発器３７から流出した冷媒は、蒸発器３７の下流側に設けられた圧縮機３１の吸入口に吸入される。

冷媒通路３８のうち圧縮機３１の吐出側の部位には、冷媒の圧力を検出するための圧力センサ５１が設けられている。圧力センサ５１は、圧縮機３１から吐出された冷媒の圧力を検出する。なお、圧力センサ５１は、冷媒通路３８のうち圧縮機３１の吐出口から第１放熱器３３、第２放熱器３４、第３放熱器３５を介して減圧器３６までの間に設けられていればよい。圧力センサ５１から出力される検出信号は制御部５０に入力される。

制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御部５０には、ヒートポンプ装置１に設けられた各種センサからの信号や、図示していない作動・停止スイッチから作動要求信号、または、停止要求信号が入力される。制御部５０は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種の演算及び処理を行い、出力側に接続された圧縮機３１、減圧器３６、第１循環ポンプ１２および第２循環ポンプ２１などの作動を制御する。

続いて、上述した超臨界サイクル３０を流れる冷媒の高圧側冷媒圧力と、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率との関係について説明する。

図２は、高圧側冷媒圧力を例えば９．９Ｍｐａとしたときの第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５での熱交換量を計算したものである。図２では、第１放熱器３３での熱交換量を両矢印αで示し、第２放熱器３４での熱交換量を両矢印βで示し、第３放熱器３５での熱交換量を両矢印γで示している。

第１熱媒体を加熱する条件として、第３放熱器３５に流入する第１熱媒体の温度を９℃、第１放熱器３３から流出する第１熱媒体の温度を８０℃とした。第２熱媒体を加熱する条件として、第２放熱器３４に流入する第２熱媒体の温度を３０℃、第２放熱器３４から流出する第２熱媒体の温度を３５℃とした。冷媒はＣＯ_２とし、第１熱媒体と第２熱媒体は水とした。なお、上記の高圧側冷媒圧力と熱媒体の温度条件はいずれも一例を示したものである。

第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５のそれぞれで熱交換が行われるとき、第１熱媒体または第２熱媒体の温度変化と、冷媒の温度変化との差が小さいほど効率が良い。

ここで、図２の実線Ｘは、冷媒が、超臨界状態にあり、且つ、圧力が臨界点に近い状態にあるとき（例えば９．９Ｍｐａ）のエンタルピと温度との関係を示している。この実線Ｘに示されるように、超臨界状態で且つ圧力が臨界点に近い状態にある冷媒は、エンタルピが臨界点の付近にあるときにエンタルピに対する温度変化が緩やかであり、エンタルピがそれよりも高いときおよび低いときにエンタルピに対する温度変化が大きいという特性を有する。また、高圧側冷媒圧力が低いほど、第１放熱器３３に流入する冷媒の温度は低くなる。そのため、高圧側冷媒圧力が低いと、第１放熱器３３による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に減少し、第２放熱器３４による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に増加する。

図２の点Ａ１は、第１放熱器３３に流入する冷媒の状態を示す。点Ａ２は、第１放熱器３３から流出し、第２放熱器３４に流入する冷媒の状態を示す。点Ａ３は、第２放熱器３４から流出し、第３放熱器３５に流入する冷媒の状態を示す。点Ａ４は、第３放熱器３５から流出する冷媒の状態を示す。

一方、点Ｂ１は、第１放熱器３３から流出する第１熱媒体の温度（具体的には８０℃）を示す。点Ｂ２は、第１放熱器３３に流入する第１熱媒体の温度（具体的には３０℃）を示す。点Ｂ３は、第２放熱器３４から流出する第２熱媒体の温度（具体的には３５℃）を示す。点Ｂ４は、第２放熱器３４に流入する第２熱媒体の温度（具体的には３０℃）を示す。点Ｂ５は、第３放熱器３５から流出する第１熱媒体の温度（具体的には３０℃）を示す。点Ｂ６は、第３放熱器３５に流入する第１熱媒体の温度（具体的には９℃）を示す。

図２に示したように、第１放熱器３３で使われる冷媒のエンタルピは相対的に小さく、第１放熱器３３の熱交換量は相対的に小さいものとなる。一方、第２放熱器３４で使われる冷媒のエンタルピは相対的に大きく、第２放熱器３４の熱交換量は相対的に大きいものとなる。ここで、第１放熱器３３の熱交換量と、第３放熱器３５の熱交換量との和を給湯能力（すなわち、第１熱媒体を加熱する能力）とする。第２放熱器３４の熱交換量を暖房能力（すなわち、第２熱媒体を加熱する能力）とする。このとき、給湯能力：暖房能力＝１：１．２となる。

これに対し、図３は、高圧側冷媒圧力を例えば１１Ｍｐａとしたときの第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５での熱交換量を計算したものである。図３においても、第１放熱器３３での熱交換量を両矢印αで示し、第２放熱器３４での熱交換量を両矢印βで示し、第３放熱器３５での熱交換量を両矢印γで示している。

第１熱媒体を加熱する条件と第２熱媒体を加熱する条件はいずれも、図２のものと同じにした。図３においても、冷媒はＣＯ_２とし、第１熱媒体と第２熱媒体は水とした。なお、高圧側冷媒圧力と熱媒体の温度条件はいずれも一例を示したものである。

図３の実線Ｙは、冷媒が、超臨界状態にあり、且つ、冷媒の圧力が臨界点から高圧側に遠い状態にあるとき（例えば１１Ｍｐａ）のエンタルピと温度との関係を示している。この実線Ｙに示されるように、超臨界状態で且つ圧力が臨界点に近い状態にある冷媒は、エンタルピと温度変化とが正比例の関係すなわち比熱が一定の状態に近づくという特性を有する。また、高圧側冷媒圧力が高いほど、第１放熱器３３に流入する冷媒の温度は高くなる。そのため、高圧側冷媒圧力が高いと、第１放熱器３３による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に増加し、第２放熱器３４による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に減少する。

図３の点Ｃ１は、第１放熱器３３に流入する冷媒の状態を示す。点Ｃ２は、第１放熱器３３から流出し、第２放熱器３４に流入する冷媒の状態を示す。点Ｃ３は、第２放熱器３４から流出し、第３放熱器３５に流入する冷媒の状態を示す。点Ｃ４は、第３放熱器３５から流出する冷媒の状態を示す。

一方、点Ｄ１は、第１放熱器３３から流出する第１熱媒体の温度（具体的には８０℃）を示す。点Ｄ２は、第１放熱器３３に流入する第１熱媒体の温度（具体的には２８℃）を示す。点Ｄ３は、第２放熱器３４から流出する第２熱媒体の温度（具体的には３５℃）を示す。点Ｄ４は、第２放熱器３４に流入する第２熱媒体の温度（具体的には３０℃）を示す。点Ｄ５は、第３放熱器３５から流出する第１熱媒体の温度（具体的には２８℃）を示す。点Ｄ６は、第３放熱器３５に流入する第１熱媒体の温度（具体的には９℃）を示す。

図３に示したように、第１放熱器３３で使われる冷媒のエンタルピは相対的に大きく、第１放熱器３３の熱交換量は相対的に大きいものとなる。一方、第２放熱器３４で使われる冷媒のエンタルピは相対的に小さく、第２放熱器３４の熱交換量は相対的に小さいものとなる。このとき、給湯能力：暖房能力＝１：２．５となる。

上述したように、高圧側冷媒圧力は、図２に示したものより、図３に示したものの方が高い。そのことから、図３に示したように、高圧側冷媒圧力を高くすると、給湯能力を相対的に増加し、暖房能力を相対的に低減することが可能である。一方、図２に示したように、高圧側冷媒圧力を低くすると、給湯能力を相対的に低減し、暖房能力を相対的に増加することが可能である。

次に、第１実施形態の制御部５０が実行する制御処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

この制御処理は、ヒートポンプ装置１に対し、作動・停止スイッチから作動要求信号が入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１０で制御部５０の初期化処理が行われる。次に、ステップＳ２０で、制御部５０は、第１熱媒体を高温に加熱するための負荷と、第２熱媒体を中温に加熱するための負荷との割合を検出する。なお、以下の説明において、第１熱媒体を高温に加熱するための負荷に対する、第２熱媒体を中温に加熱するための負荷を、暖房比率と定義する。すなわち、ステップＳ２０で、制御部５０は、暖房比率を検出する。

続いて、ステップＳ３０で、制御部５０は、暖房比率に応じた高圧側冷媒圧力を決定する。このとき、制御部５０は、暖房比率が大きいほど、高圧側冷媒圧力が低くなるように制御する。制御部５０が高圧側冷媒圧力を低くすると、第１放熱器３３による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に減少し、第２放熱器３４による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に増加する。すなわち、制御部５０が高圧側冷媒圧力を低くすることで、第１熱媒体を高温に加熱する能力を相対的に減少させ、第２熱媒体を中温に加熱する能力を相対的に増加させることが可能である。

これに対し、制御部５０は、暖房比率が小さいほど、高圧側冷媒圧力が高くなるように制御する。制御部５０が高圧側冷媒圧力を高くすると、第１放熱器３３による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に増加し、第２放熱器３４による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に減少する。すなわち、制御部５０が高圧側冷媒圧力を高くすることで、第１熱媒体を高温に加熱する能力を相対的に増加させ、第２熱媒体を中温に加熱する能力を相対的に減少させることが可能である。

次に、ステップＳ４０で、作動・停止スイッチから停止要求信号が制御部５０へ出力されていない場合、制御部５０は、予め定めた制御周期の経過を待って、処理をステップＳ２０に戻す。一方、作動・停止スイッチから停止要求信号が制御部５０へ出力されている場合、制御部５０は、各制御対象機器の作動を停止させ、ヒートポンプ装置１のシステム全体を停止させる。

以上説明した第１実施形態のヒートポンプ装置１は、上述した構成および作動により、次のような優れた効果を発揮することが可能である。

（１）第１実施形態では、ヒートポンプ装置１が備える制御部５０は、暖房比率に応じて、高圧側冷媒圧力を制御する。

これによれば、高圧側冷媒圧力を低くすることで、第１熱媒体を高温に加熱する能力を相対的に減少させ、第２熱媒体を中温に加熱する能力を相対的に増加させることが可能である。これに対し、高圧側冷媒圧力を高くすることで、第１熱媒体を高温に加熱する能力を相対的に増加させ、第２熱媒体を中温に加熱する能力を相対的に減少させることが可能である。したがって、このヒートポンプ装置１は、高圧側冷媒圧力を制御することで、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御し、第１熱媒体と第２熱媒体を良好なバランスで加熱することができる。

（２）第１実施形態では、ヒートポンプ装置１を構成する超臨界サイクル３０は、第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５を備える。第１被加熱側回路１０は、第１熱媒体が第３放熱器３５、第１放熱器３３の順に流れ、第３放熱器３５および第１放熱器３３を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱されるように構成されている。

これによれば、第１被加熱側回路１０は、第１熱媒体を第３放熱器３５と第１放熱器３３の両方で加熱することが可能となる。したがって、第１熱媒体を加熱する能力を増加することが可能である。また、タンク１１から第３放熱器３５に流入する第１熱媒体の温度より、第３放熱器３５に流入する冷媒の温度が高い場合、第３放熱器３５を流れる冷媒のエンタルピを有効に活用することが可能となるので、システムの成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）を向上させることができる。

（３）第１実施形態では、制御部５０は、暖房比率が大きいほど、高圧側冷媒圧力が低くなるように制御する。また、制御部５０は、暖房比率が小さいほど、高圧側冷媒圧力が高くなるように制御する。

これにより、ヒートポンプ装置１は、高圧側冷媒圧力を制御することで、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御し、第１熱媒体と第２熱媒体を良好なバランスで加熱することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して超臨界サイクル３０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、第２実施形態のヒートポンプ装置１を構成する超臨界サイクル３０は、第１放熱器３３と第２放熱器３４を備えており、第３放熱器を備えていない。

第１被加熱側回路１０は、タンク１１から流出した第１熱媒体が第１放熱器３３に流れるように構成されている。そのため、第１熱媒体は、第１放熱器３３を流れる冷媒との熱交換により加熱される。一方、第２被加熱側回路２０は、第２熱媒体が第２放熱器３４に流れるように構成されている。そのため、第２熱媒体は、第２放熱器３４を流れる冷媒との熱交換により加熱される。

第２実施形態においても、制御部５０は、暖房比率が大きいほど、高圧側冷媒圧力が低くなるように制御する。また、制御部５０は、暖房比率が小さいほど、高圧側冷媒圧力が高くなるように制御する。

以上説明した第２実施形態では、第１実施形態と比較して、第３放熱器３５を備えていないことから、第１熱媒体を加熱する能力が低減する。ただし、第２実施形態でも、制御部５０は暖房比率に応じて高圧側冷媒圧力を制御する。したがって、第２実施形態においても、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力の比率を制御し、第１熱媒体と第２熱媒体を良好なバランスで加熱することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対して制御部５０が実行する制御処理方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第３実施形態の制御部５０が実行する制御処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１０からステップＳ３０までは、第１実施形態で説明した処理と同じである。なお、第３実施形態では、ステップＳ２０の処理で暖房比率が大きいと判定され、ステップＳ３０の処理で高圧側冷媒圧力が低くなるように制御したものとする。

ステップＳ３０に続くステップＳ３１で、制御部５０は、高圧側冷媒圧力が低くなるよう制御した際、要求された暖房比率を満たすことができるか否かを判定する。制御部５０は、暖房比率を満たすことができないと判定した場合、処理をステップＳ３２に移行する。

ステップＳ３２で制御部５０は、第１被加熱側回路１０を流れる第１熱媒体の加熱を停止し、第２熱媒体の加熱のみを行うように制御する。具体的に、制御部５０は、第１循環ポンプ１２の駆動を停止するなどの処理を行う。

一方、ステップＳ３１で、制御部５０は、要求された暖房比率を満たすことができると判定した場合、処理をステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０以降の処理は、第１実施形態で説明した処理と同じである。

以上説明した第３実施形態のヒートポンプ装置１は、暖房比率が大きいときに高圧側冷媒圧力の制御によっても要求された暖房比率を満たすことができない場合、第１熱媒体の加熱を行うことなく、第２熱媒体の加熱を行うように制御する。

これによれば、第１被加熱側回路１０による第１熱媒体の加熱が行われなくなるので、第１放熱器３３の中を流れる冷媒の温度の低下が抑制され、第２放熱器３４に流入する冷媒の温度が高くなる。そのため、第２放熱器３４による加熱能力を、第２熱媒体を加熱するための負荷に対応させることができる。

また、仮に、要求される暖房比率が大きいときに第１熱媒体の加熱が不十分であると、タンク１１に貯められた第１熱媒体の温度が低下するおそれがある。それに対し、第３実施形態では、要求された暖房比率を満たすことができない場合、第１熱媒体の加熱を行わないので、タンク１１に貯められた第１熱媒体の温度低下を防ぐことができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態も、第１実施形態に対して制御部５０が実行する制御処理方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第４実施形態の制御部５０が実行する制御処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１０からステップＳ３０までは、第１実施形態で説明した処理と同じである。なお、第４実施形態では、ステップＳ２０の処理で暖房比率が小さいと判定され、ステップＳ３０の処理で高圧側冷媒圧力が高くなるように制御したものとする。

ステップＳ３０に続くステップＳ３１で、制御部５０は、高圧側冷媒圧力が低くなるよう制御した際、要求された暖房比率を満たすことができるか否かを判定する。制御部５０は、暖房比率を満たすことができないと判定した場合、処理をステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３３で制御部５０は、第２被加熱側回路２０を流れる第２熱媒体の加熱を停止し、第１熱媒体の加熱のみを行うように制御する。具体的に、制御部５０は、第２循環ポンプ２１の駆動を停止するなどの処理を行う。

一方、ステップＳ３１で、制御部５０は、暖房比率を満たすことができると判定した場合、処理をステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０以降の処理は、第１実施形態で説明した処理と同じである。

以上説明した第４実施形態のヒートポンプ装置１は、暖房比率が小さいときに高圧側冷媒圧力の制御によっても要求された暖房比率を満たすことができない場合、第２熱媒体の加熱を行うことなく、第１熱媒体の加熱を行うように制御する。

これによれば、第２被加熱側回路２０による第２熱媒体の加熱が行われなくなるので、第２放熱器３４の中を流れる冷媒の温度の低下が抑制され、第３放熱器３５に流入する冷媒の温度が高くなる。そのため、第３放熱器３５と第１放熱器３３による加熱能力を、第１熱媒体を加熱するための負荷に対応させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第１実施形態で説明した超臨界サイクル３０に対しインジェクション回路を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、第５実施形態のヒートポンプ装置１を構成する超臨界サイクル３０は、複数の圧縮機３１、３２、複数の放熱器３３、３４、３５、第１減圧器３６、蒸発器３７、第１冷媒通路３８、第２冷媒通路３９、第２減圧器４０、内部熱交換器４１などが配管により接続されている。以下の説明では、複数の圧縮機３１、３２、複数の放熱器３３、３４、３５、内部熱交換器４１、第１減圧器３６および蒸発器３７を接続する通路を、第１冷媒通路３８と呼ぶこととする。また、第１冷媒通路３８のうち第２放熱器３４と第３放熱器３５との間に設けられた冷媒分岐部４２と、第１冷媒通路３８のうち第１圧縮機３１と第２圧縮機３２との間に設けられた冷媒合流部４３とを接続する通路を、インジェクション回路または第２冷媒通路３９と呼ぶこととする。

複数の圧縮機３１、３２は、低段側の第１圧縮機３１と高段側の第２圧縮機３２とが直列に接続されている。第１圧縮機３１は、吸入口から吸入した冷媒を圧縮し、吐出口から吐出する。第１圧縮機３１から吐出された冷媒は、第２圧縮機３２の吸入口に吸入される。第２圧縮機３２は、第１圧縮機３１から吐出された冷媒をさらに圧縮し、冷媒の圧力を臨界圧力以上に高め、吐出口から吐出する。なお、第１圧縮機３１と第２圧縮機３２はいずれも電動式の圧縮機であり、制御部５０により回転数が制御される。

複数の放熱器３３、３４、３５は、第２圧縮機３２の吐出口側から第１放熱器３３、第２放熱器３４、第３放熱器３５の順に直列に接続されている。なお、第２放熱器３４と第３放熱器３５との間には、内部熱交換器４１が設けられている。したがって、第２圧縮機３２から吐出された冷媒は、第１放熱器３３、第２放熱器３４、内部熱交換器４１、第３放熱器３５の順に流れる。

第３放熱器３５の下流側に第１減圧器３６が設けられている。第１減圧器３６は、第３放熱器３５の下流側を流れる冷媒を減圧するための膨張弁である。第１減圧器３６は、制御部５０から伝送される信号により、第１減圧器３６内の流路の開度が調整可能に構成されている。第１減圧器３６の流路の開度と後述する第２減圧器４０の流路の開度とを調整することで、高圧側冷媒圧力を変えることが可能である。また、第１減圧器３６の流路の開度を調整することで、第１冷媒通路３８のうち第１減圧器３６から蒸発器３７を介して第１圧縮機３１の吸入口までの間を流れる冷媒の圧力を変えることが可能である。

第１冷媒通路３８のうち、第１減圧器３６の下流側に蒸発器３７が設けられている。第１減圧器３６により減圧された冷媒の圧力は臨界圧力よりも低いものとなる。そのため、第１冷媒通路３８のうち第１減圧器３６の下流側を流れる冷媒は、気液二相状態となって蒸発器３７に流入する。蒸発器３７では、その気液二相状態となった冷媒と外気とが熱交換する。これにより、冷媒は外気から吸熱し、エンタルピが高くなる。蒸発器３７から流出した冷媒は、蒸発器３７の下流側に設けられた第１圧縮機３１の吸入口に吸入される。

上述したように、冷媒分岐部４２は、第１冷媒通路３８のうち第２放熱器３４と第３放熱器３５との間に設けられている。詳細には、冷媒分岐部４２は、第１冷媒通路３８のうち第２放熱器３４と内部熱交換器４１との間に設けられている。冷媒合流部４３は、第１冷媒通路３８のうち第１圧縮機３１と第２圧縮機３２との間に設けられている。第２冷媒通路３９は、冷媒分岐部４２と冷媒合流部４３とを接続するインジェクション回路である。

第２冷媒通路３９には、第２冷媒通路３９を流れる冷媒を減圧する第２減圧器４０が設けられている。第２減圧器４０は、第２放熱器３４から流出した後に冷媒分岐部４２を介して第２冷媒通路３９に分流された冷媒を減圧するための膨張弁である。第２減圧器４０も、制御部５０から伝送される信号により、第２減圧器４０内の流路の開度が調整可能に構成されている。第２減圧器４０の流路の開度を調整することで、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０と冷媒合流部４３との間を流れる冷媒の圧力を変えることが可能である。

第２冷媒通路３９のうち、第２減圧器４０の下流側に内部熱交換器４１が設けられている。第２減圧器４０により減圧された冷媒の圧力は臨界圧力よりも低くなる。そのため、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０の下流側を流れる冷媒は、気液二相状態となって内部熱交換器４１に流入する。内部熱交換器４１では、第１冷媒通路３８のうち冷媒分岐部４２と第３放熱器３５との間を流れる冷媒と、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０と冷媒合流部４３との間を流れる冷媒とが熱交換する。これにより、内部熱交換器４１の中で第２冷媒通路３９を流れる気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器４１の中で第１冷媒通路３８を流れる冷媒から吸熱し、エンタルピが高くなる。第２冷媒通路３９のうち内部熱交換器４１から流出した冷媒は、冷媒合流部４３を通過して第１圧縮機３１から吐出された冷媒と混ざり、第２圧縮機３２に吸入される。これにより、第２圧縮機３２に圧縮されてその第２圧縮機３２から第１放熱器３３および第２放熱器３４を流れる冷媒流量が増加する。

続いて、上述した超臨界サイクル３０を流れる冷媒の挙動について説明する。図９は、その冷媒の挙動の一例をモリエル線図上に表したものである。

図９に示した点Ｆ１〜点Ｆ１１は、超臨界サイクル３０の各位置での冷媒の状態の一例を示したものである。なお、点Ｆ１〜点Ｆ１１の位置は、第１圧縮機３１及び第２圧縮機３２の回転数、第１減圧器３６及び第２減圧器４０の流路の開度、第１熱媒体及び第２熱媒体の流量や温度、および外気温など、種々の条件により変わるものである。

図９に示した点Ｆ１は、第１圧縮機３１の吸入側の冷媒の状態を示す。点Ｆ２は、第１圧縮機３１の吐出側の冷媒の状態を示す。点Ｆ３は、第２冷媒通路３９のうち内部熱交換器４１から流出した冷媒と第１圧縮機３１の吐出側の冷媒とが混ざり合った状態、すなわち第２圧縮機３２の吸入側の冷媒の状態を示す。点Ｆ４は、第２圧縮機３２の吐出側の冷媒の状態、すなわち第１放熱器３３の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ５は、第２放熱器３４の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ６は、第１冷媒通路３８のうち内部熱交換器４１の入口の冷媒の状態を示すと共に、第２減圧器４０の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ７は、第３放熱器３５の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ８は、第１減圧器３６の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ９は、蒸発器３７の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ１０は、第２冷媒通路３９のうち内部熱交換器４１の入口の冷媒の状態を示す。点Ｆ１１は、第２冷媒通路３９のうち内部熱交換器４１の出口の冷媒の状態を示す。

上述したように、第５実施形態では、第１冷媒通路３８から第２冷媒通路３９に冷媒が分流する冷媒分岐部４２を、第１冷媒通路３８のうち第２放熱器３４と第３放熱器３５との間に設けている。また、内部熱交換器４１により、第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より上流側を流れる冷媒と、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０で減圧された冷媒とが熱交換する構成である。第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より上流側を流れる冷媒は、第３放熱器３５より下流側を流れる冷媒よりもエンタルピが高いので、内部熱交換器４１の中で第２冷媒通路３９を流れる冷媒はより大きい吸熱を得ることが可能である。そのため、第２圧縮機３２に流入する冷媒のエンタルピの低下が抑制される。したがって、この超臨界サイクル３０は、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力を向上することが可能なものとなっている。

上述した第５実施形態の超臨界サイクル３０の構成と比較するため、比較例のヒートポンプ装置２の構成を図１０に示す。比較例のヒートポンプ装置２の超臨界サイクル３０では、内部熱交換器４１が第３放熱器３５と第１減圧器３６との間に設けられている。したがって、第２圧縮機３２から吐出された冷媒は、第１冷媒回路を第１放熱器３３、第２放熱器３４、第３放熱器３５、内部熱交換器４１の順に流れる。

図９では、比較例のヒートポンプ装置２の超臨界サイクル３０を流れる冷媒の挙動の一例を破線で示している。

図９に示した点Ｇ１〜点Ｇ１１は、超臨界サイクル３０の各位置での冷媒の状態の一例を示したものである。なお、点Ｇ１〜点Ｇ１１の位置も、第１圧縮機３１及び第２圧縮機３２の回転数、第１減圧器３６及び第２減圧器４０の流路の開度、第１熱媒体及び第２熱媒体の流量や温度、および外気温など、種々の条件により変わるものである。

図９に示した点Ｇ１〜Ｇ５および点Ｇ８〜Ｇ１１は、第５実施形態で説明した点Ｆ１〜Ｆ５および点Ｆ８〜Ｆ１１に対応するものである。点Ｇ６は、第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５の入口の冷媒の状態を示すと共に、第２減圧器４０の入口の冷媒の状態を示す。点Ｇ７は、内部熱交換器４１の入口の冷媒の状態を示す。

比較例では、内部熱交換器４１により、第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より下流側を流れる冷媒と、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０で減圧された冷媒とが熱交換する構成である。第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より下流側を流れる冷媒は、第３放熱器３５より上流側を流れる冷媒よりもエンタルピが低い。そのため、図９の点Ｇ１１に示すように、比較例の内部熱交換器４１の中で第２冷媒通路３９を流れる冷媒は十分な吸熱を得ることができない。したがって、点Ｇ３に示すように、比較例の第２圧縮機３２に吸入される冷媒のエンタルピは、第５実施形態のＦ３で示した状態の冷媒のエンタルピより小さいものとなる。

また、点Ｇ３に示した冷媒の状態は、エンタルピが飽和蒸気線ＳＶより低い状態にあり、液相の状態を含むものである。液相の冷媒が圧縮機３１に吸入されると、圧縮機３１が故障するおそれがある。そのため、比較例では、第２冷媒通路３９のうち内部熱交換器４１から流出する冷媒の流量を低減しなければならない。したがって、比較例の構成では、第２圧縮機３２から第１放熱器３３および第２放熱器３４を流れる冷媒流量を増加させることが困難である。

また、比較例では、第１圧縮機３１による冷媒の圧縮比に対し、第２圧縮機３２による冷媒の圧縮比が大きいものとなるので、第２圧縮機３２による圧縮効率が悪化する。さらに、点Ｇ４に示した比較例の第２圧縮機３２から吐出される冷媒のエンタルピは、Ｆ４で示した第５実施形態の第２圧縮機３２から吐出される冷媒のエンタルピよりも小さい。したがって、比較例の超臨界サイクル３０における第１熱媒体および第２熱媒体を加熱する能力は、第５実施形態の超臨界サイクル３０における第１熱媒体および第２熱媒体を加熱する能力に比べて小さいものとなっている。

次に、第５実施形態のヒートポンプ装置１において、超臨界サイクル３０にインジェクション回路を設けた意義について説明する。

第１〜第４実施形態で説明したように、第５実施形態のヒートポンプ装置１も、高圧側冷媒圧力の調整により、暖房比率を変えることが可能である。すなわち、高圧側冷媒圧力を高くすることで、暖房比率は小さくなる。これに対し、高圧側冷媒圧力を低くすることで、暖房比率は大きくなる。

ところで、ヒートポンプ装置１は、第１熱媒体を高温に加熱する能力を一定の能力より減少させることができないといった制約がある。例えば、第１放熱器３３で加熱された第１熱媒体の温度が、タンク１１の上層部に貯留されている第１媒体の温度より低い場合、タンク１１の上層部に貯留されている第１熱媒体の温度が低下してしまう。また、タンク１１に貯留される第１媒体の温度は、雑菌の繁殖を防ぐため、一定の温度より高い温度で保たれる必要がある。

上述したように、高圧側冷媒圧力を低くすることで暖房比率を大きくすれば、第２熱媒体を中温に加熱する能力が相対的に増加する一方で、第１熱媒体を高温に加熱する能力が相対的に減少する。そのため、高圧側冷媒圧力は、第１熱媒体を高温に加熱するための制約の範囲内でしか低くすることができず、暖房比率を大きくして第２熱媒体の加熱能力を増加することには限界が生じることになる。実際に、ヒートポンプ装置１の第１熱媒体を給湯に使用し、第２熱媒体を暖房に使用する場合、大きな暖房能力が必要な状況下が多々あるので、暖房比率を一定以上にできないことは実用上難しいといえる。

そこで、第５実施形態では、ヒートポンプ装置１にインジェクション回路を設けている。これにより、要求される暖房比率が高い場合、すなわち暖房能力が欲しい場合にインジェクションを行い、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱するための冷媒循環量を増加させることで、高能力に対応することができる。

さらに、第５実施形態では、内部熱交換器４１の中で、第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より上流側を流れる冷媒と、第２冷媒通路３９のうち第２減圧器４０で減圧された冷媒とが熱交換する構成となっている。第１冷媒通路３８のうち第３放熱器３５より上流側を流れる冷媒は、第３放熱器３５より下流側を流れる冷媒よりもエンタルピが高いので、内部熱交換器４１の中で第２冷媒通路３９を流れる冷媒はより大きい吸熱を得ることが可能である。そのため、第２圧縮機３２に流入する冷媒のエンタルピの低下を抑制し、第１熱媒体と第２熱媒体を加熱する能力を増加させることが可能である。したがって、このヒートポンプ装置１は、第１熱媒体を高温に加熱する能力と第２熱媒体を中温に加熱する能力とを適切に制御し、第１熱媒体と第２熱媒体を良好なバランスで加熱することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態では、ヒートポンプ装置１は、第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５を備えるものとした。これに対し、他の実施形態では、ヒートポンプ装置１は、第１放熱器３３、第２放熱器３４および第３放熱器３５、に加えて、他の放熱器を追加してもよい。その場合、他の放熱器は、第１冷媒通路３８のうち第２圧縮機３２と第１減圧器３６との間のいずれの場所に配置してもよい。

また、上述した実施形態では、ヒートポンプ装置１は、冷媒にＣＯ_２を使用した。これに対し、他の実施形態では、ＣＯ_２に限らず、種々の冷媒を使用してもよい。

また、上述した実施形態では、ヒートポンプ装置１は、熱媒体として湯または不凍液を使用した。これに対し、他の実施形態では、湯または不凍液に限らず、種々の熱媒体を使用してもよい。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、ヒートポンプ装置は、圧縮機、第１放熱器、第２放熱器、減圧器、蒸発器、冷媒通路、第１被加熱側回路、第２被加熱側回路および制御部を備える。圧縮機は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮する。第１放熱器および第２放熱器は、この順に、圧縮機から吐出した冷媒が流れる。減圧器は、第２放熱器より下流側を流れる冷媒を減圧する。蒸発器は、減圧器により減圧された冷媒と外気とを熱交換させ、外気から吸熱した冷媒を第１圧縮機の吸入口に向けて流出する。冷媒通路は、圧縮機、第１放熱器、第２放熱器、減圧器および蒸発器を接続する。第１被加熱側回路は、第１熱媒体が第１放熱器に流れるように構成されている。第１被加熱側回路では、第１放熱器を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱される。第２被加熱側回路は、第２熱媒体が第２放熱器に流れるように構成されている。第２被加熱側回路では、第２放熱器を流れる冷媒と第２熱媒体の熱交換により第２熱媒体が加熱される。制御部は、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合に応じて、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力を制御する。

第２の観点によれば、ヒートポンプ装置は、冷媒通路のうち第２放熱器と減圧器との間に設けられる第３放熱器をさらに備える。第１被加熱側回路は、第１熱媒体が第３放熱器および第１放熱器の順に流れ、第３放熱器および第１放熱器を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱されるように構成されている。

これによれば、第１被加熱側回路は、第１熱媒体を第３放熱器と第１放熱器の両方で加熱することが可能となる。したがって、第１熱媒体を加熱する能力を増加させることが可能である。また、タンクから第３放熱器に流入する第１熱媒体の温度より、第３放熱器に流入する冷媒の温度が高い場合、第３放熱器を流れる冷媒のエンタルピを有効に活用することが可能となるので、システムの成績係数を向上させることができる。

第３の観点によれば、制御部は、第１熱媒体を加熱するための負荷に対し、第２熱媒体を加熱するための負荷が大きいほど、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が低くなるように制御する。また、制御部は、第１熱媒体を加熱するための負荷に対し、第２熱媒体を加熱するための負荷が小さいほど、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が高くなるように制御する。

これによれば、高圧側冷媒圧力を低くすると、第１放熱器による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に減少し、第２放熱器による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に増加する。したがって、高圧側冷媒圧力を低くすることで、第１熱媒体を加熱する能力を相対的に減少させ、第２熱媒体を加熱する能力を相対的に増加させることができる。

これに対し、高圧側冷媒圧力を高くすると、第１放熱器による冷媒と第１熱媒体との熱交換量が相対的に増加し、第２放熱器による冷媒と第２熱媒体との熱交換量が相対的に減少する。したがって、高圧側冷媒圧力を高くすることで、第１熱媒体を加熱する能力を相対的に増加させ、第２熱媒体を加熱する能力を相対的に減少させることができる。

第４の観点によれば、制御部は、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が低くなるように制御する際、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合を満たすことができないとき、第１熱媒体の加熱を行うことなく、第２熱媒体の加熱を行うように制御する。

これによれば、第１被加熱側回路による第１熱媒体の加熱が行われなくなるので、第１放熱器の中を流れる冷媒の温度の低下が抑制され、第２放熱器に流入する冷媒の温度が高くなる。そのため、第２放熱器による加熱能力を、第２熱媒体を加熱するための負荷に対応させることができる。また、この制御により、第１熱媒体の加熱が不十分なものになることが防がれるので、タンクに貯められた第１熱媒体の温度低下を防ぐことができる。

第５の観点によれば、制御部は、冷媒通路のうち圧縮機の吐出口から第１放熱器および第２放熱器を介して減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が高くなるように制御する際、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合を満たすことができないとき、第２熱媒体の加熱を行うことなく、第１熱媒体の加熱を行うように制御する。

これによれば、第２被加熱側回路による第２熱媒体の加熱が行われなくなるので、第２放熱器の中を流れる冷媒の温度の低下が抑制され、第３放熱器に流入する冷媒の温度が高くなる。そのため、第３放熱器と第１放熱器による加熱能力を、第１熱媒体を加熱するための負荷に対応させることができる。

１ヒートポンプ装置
１０第１被加熱側回路
２０第２被加熱側回路
３１圧縮機
３３第１放熱器
３４第２放熱器
３６減圧器
３７蒸発器
３８冷媒通路
５０制御部

Claims

第１熱媒体と第２熱媒体を加熱するヒートポンプ装置において、
冷媒の圧力が臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮する圧縮機（３１）と、
前記圧縮機から吐出した冷媒が順に流れる第１放熱器（３３）および第２放熱器（３４）と、
前記第２放熱器より下流側を流れる冷媒を減圧する減圧器（３６）と、
前記減圧器により減圧された冷媒と外気とを熱交換させ、外気から吸熱した冷媒を前記圧縮機の吸入口に向けて流出する蒸発器（３７）と、
前記圧縮機、前記第１放熱器、前記第２放熱器、前記減圧器および前記蒸発器を接続する冷媒通路（３８）と、
第１熱媒体が前記第１放熱器に流れるように構成され、前記第１放熱器を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱される第１被加熱側回路（１０）と、
第２熱媒体が前記第２放熱器に流れるように構成され、前記第２放熱器を流れる冷媒と第２熱媒体の熱交換により第２熱媒体が加熱される第２被加熱側回路（２０）と、
第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合に応じて、前記冷媒通路のうち前記圧縮機の吐出口から前記第１放熱器および前記第２放熱器を介して前記減圧器までの間を流れる冷媒の圧力を制御する制御部（５０）と、を備えるヒートポンプ装置。
前記冷媒通路のうち前記第２放熱器と前記減圧器との間に設けられる第３放熱器（３５）をさらに備え、
前記第１被加熱側回路は、第１熱媒体が前記第３放熱器および前記第１放熱器の順に流れ、前記第３放熱器および前記第１放熱器を流れる冷媒と第１熱媒体の熱交換により第１熱媒体が加熱されるように構成されている請求項１に記載のヒートポンプ装置。
前記制御部は、
第１熱媒体を加熱するための負荷に対し、第２熱媒体を加熱するための負荷が大きいほど、前記冷媒通路のうち前記圧縮機の吐出口から前記第１放熱器および前記第２放熱器を介して前記減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が低くなるように制御し、
第１熱媒体を加熱するための負荷に対し、第２熱媒体を加熱するための負荷が小さいほど、前記冷媒通路のうち前記圧縮機の吐出口から前記第１放熱器および前記第２放熱器を介して前記減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が高くなるように制御する請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
前記制御部は、前記冷媒通路のうち前記圧縮機の吐出口から前記第１放熱器および前記第２放熱器を介して前記減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が低くなるように制御する際、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合を満たすことができないとき、第１熱媒体の加熱を行うことなく、第２熱媒体の加熱を行うように制御する請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
前記制御部は、前記冷媒通路のうち前記圧縮機の吐出口から前記第１放熱器および前記第２放熱器を介して前記減圧器までの間を流れる冷媒の圧力が高くなるように制御する際、第１熱媒体を加熱するための負荷と、第２熱媒体を加熱するための負荷との割合を満たすことができないとき、第２熱媒体の加熱を行うことなく、第１熱媒体の加熱を行うように制御する請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。