JP5300806B2

JP5300806B2 - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP5300806B2
Application number: JP2010197610A
Authority: JP
Inventors: 謙作畑中; 宗野本; 則幸高須
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: JP2012052767A

Description

この発明は、低元側冷媒回路と高元側冷媒回路とを備える二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置に関する。

特許文献１には、二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置についての記載がある。特許文献１に記載されたヒートポンプ装置は、低元側冷媒回路には圧縮機、補助熱交換器、冷媒熱交換器、膨張機構、空気熱交換器が順次接続されており、高元側冷媒回路には圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張機構、前記冷媒熱交換器が順次接続されている。そして、このヒートポンプ装置では、高元側冷媒回路の水冷媒熱交換器にて、高元側冷媒回路を循環する冷媒で水を加熱した後、低元側冷媒回路の補助熱交換器にて、低元側冷媒回路を循環する冷媒で水をさらに加熱する。

特開平９−１１９７２５号公報

特許文献１に示すヒートポンプ装置では、目標出湯温度（補助熱交換器を通過した後の水の温度）が高くなると、それに伴い低元側冷媒回路の圧縮機から吐出する冷媒の温度も高くする必要があるため、低元側冷媒回路の凝縮圧力が上昇してしまう。その結果、ヒートポンプ装置のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）が低下してしまう。
なお、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上させるために、低元側冷媒回路の凝縮圧力を下げる運転をした場合、低元側冷媒回路の吐出温度が低下するため、目標出湯温度を確保できない。

この発明は、目標出湯温度が高い場合においてもＣＯＰの高い二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るヒートポンプ装置は、
低元側圧縮機と、第１負荷側熱交換器と、中間熱交換器と、低元側膨張機構と、熱源側熱交換器とが配管により順次接続され、低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器と前記低元側膨張機構との間を流れる前記低元側冷媒と、前記熱源側熱交換器と前記低元側圧縮機との間を流れる前記低元側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器が設けられた低元側冷媒回路と、
高元側圧縮機と、第２負荷側熱交換器と、高元側膨張機構と、前記中間熱交換器とが配管により順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器で前記高元側冷媒が前記低元側冷媒と熱交換される高元側冷媒回路と
を備えることを特徴とする。

この発明に係るヒートポンプ装置は、低元側冷媒回路に内部熱交換器を備えるため、目標出湯温度が高い場合における低元側冷媒回路の凝縮圧力の上昇を抑えることができる。そのため、目標出湯温度が高い場合においてもＣＯＰが高い。

実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置のシステム回路図。実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御の流れを示すフローチャート。実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の圧力−エンタルピ線図実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置のシステム回路図。実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御の流れを示すフローチャート。実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置のシステム回路図であって、内部熱交換器１３を省略したシステム回路図。

実施の形態１．
実施の形態１では、二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置の一例として、二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置（ヒートポンプシステム）について説明する。
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置のシステム回路図である。

図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置は、高元側冷媒回路１００、低元側冷媒回路２００、負荷回路３００を備える。
高元側冷媒回路１００は、高元側圧縮機１と、加熱用熱交換器２（第２負荷側熱交換器）と、高元側膨張機構３と、中間熱交換器４とが配管により順次に接続され、冷媒が循環する回路である。
低元側冷媒回路２００は、低元側圧縮機１１と、補助加熱用熱交換器１２（第１負荷側熱交換器）と、中間熱交換器４と、低元側膨張機構１４と、空気熱交換器１５（熱源側熱交換器）とが配管により順次に接続され、冷媒が循環する回路である。低元側冷媒回路２００には、中間熱交換器４と低元側膨張機構１４との間を流れる冷媒と、空気熱交換器１５と低元側圧縮機１１との間を流れる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器１３が設けられる。なお、空気熱交換器１５には、外気を送風する送風ファン１６が設けられている。
負荷回路３００は、加熱用熱交換器２と、補助加熱用熱交換器１２と、循環ポンプ２２と、放熱器２１とが配管により順次に接続され、水が循環する回路である。
なお、高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００とは、それぞれ別の筐体に収納された別ユニットであってもよい。この場合、高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００とに共通する中間熱交換器４は、どちらか一方の筐体に収納される。また、加熱用熱交換器２は、高元側冷媒回路１００の筐体に収納されていてもよいし、外部に設けられていてもよい。同様に、補助加熱用熱交換器１２は、低元側冷媒回路２００の筐体に収納されてもよいし、外部に設けられてもよい。

二元冷凍サイクルでは、高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００で異なる冷媒を使用する。高元側冷媒回路１００の高元側冷媒には、飽和蒸気の比体積の大きい冷媒、例えばＲ１３４ａなどの冷媒が、低元側冷媒回路２００の低元側冷媒には、飽和蒸気の比体積の小さい冷媒、例えばＲ４１０Ａなどの冷媒が用いられる。

次に、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の動作について説明する。ここでは、温水による暖房運転について説明する。暖房運転とは、高元側冷媒回路１００、低元側冷媒回路２００、負荷回路３００を動作させ、負荷回路３００を循環する温水により放熱器２１の設置場所周囲の空間を暖める動作である。

高元側冷媒回路１００では、高元側圧縮機１から吐出された高圧高温のガス状態である高元側冷媒が、加熱用熱交換器２で負荷回路３００側へ放熱しながら温度低下する。このとき、負荷回路３００を循環する水は、加熱用熱交換器２にて高元側冷媒回路１００を循環する高元側冷媒により加熱される。
加熱用熱交換器２で水を加熱した高圧低温の高元側冷媒は、高元側膨張機構３を通過する。高元側膨張機構３を通過する際、高元側冷媒は低圧気液二相の状態まで減圧され、中間熱交換器４へ流入する。
高元側冷媒は、中間熱交換器４にて低元側冷媒により加熱されて、蒸発ガス化する。中間熱交換器４から流出した低圧低温の高元側冷媒は、高元側圧縮機１に吸入され圧縮され、高温高圧のガス状態になる。

低元側冷媒回路２００では、低元側圧縮機１１から吐出された高圧高温のガス状態である低元側冷媒は、補助加熱用熱交換器１２へ流入する。低元側冷媒は、補助加熱用熱交換器１２にて負荷回路３００を循環する水に放熱しながら温度が低下する。
補助加熱用熱交換器１２を通過し、温度が低下した低元側冷媒は、中間熱交換器４へ流入する。低元側冷媒は、中間熱交換器４にて、高元側冷媒を加熱して温度がさらに低下する。中間熱交換器４から流出した高圧中温の低元側冷媒は、内部熱交換器１３の高圧側へ流入する。
内部熱交換器１３の高圧側へ流入した低元側冷媒は、空気熱交換器１５から流出した低圧低温の冷媒と熱交換され、さらに温度が低下して、低元側膨張機構１４を通過する。低元側膨張機構１４を通過する際、低元側冷媒は低圧気液二相の状態まで減圧される。
低圧気液二相状態の低元側冷媒は空気熱交換器１５へ流入し、送風ファン１６により空気熱交換器１５に送風される空気から吸熱し、蒸発ガス化する。空気熱交換器１５から流出した低圧低温の冷媒は、内部熱交換器１３の低圧側へ流入する。
内部熱交換器１３の低圧側へ流入した低圧低温の冷媒は、内部熱交換器１３の高圧側を通過する高圧中温の冷媒と熱交換され、加熱される。加熱された低圧低温の低元側冷媒は低元側圧縮機１１に吸入される。

負荷回路３００では、水が循環ポンプ２２により回路内を循環する。負荷回路３００を循環する水は、加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１２とで順に加熱され、目標出湯温度まで到達し、放熱器２１へ流入する。放熱器２１へ流入した水は、放熱器２１の設置場所周囲の空気へ放熱し、温度が低下する。温度低下した水は、再度加熱用熱交換器２へ流入する。なお、放熱器２１にはパネルヒーターや床暖房パネルなどを用いる。

なお、上記説明では、負荷回路３００を循環する被加熱流体を水としたが、不凍液等としても、暖房運転の機能を満たすことができる。

次に、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御について説明する。
図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御の流れを示すフローチャートである。

（Ｓ１）では、計測制御装置３１（制御部）が、使用者からリモコンにて指示される運転指令情報に従い、加熱能力と、目標出湯温度Ｔｗｏｔとを設定する。
加熱能力は、リモコン内もしくは計測制御装置３１に設けられたマイコンにて過去の加熱能力とそのときの出湯温度とから、目標出湯温度Ｔｗｏｔとするのに必要な能力を計算して設定してもよい。また、目標出湯温度Ｔｗｏｔは、あらかじめ範囲が決められており、例えば４０℃から７０℃の範囲に設定されているものとする。

（Ｓ２）では、計測制御装置３１が、（Ｓ１）で設定された加熱能力及び目標出湯温度Ｔｗｏｔと、外気温度センサ４５によって検出される外気温度と、給水温度センサ４６によって検出される給水温度とに基づき、高元側圧縮機１と低元側圧縮機１１とを、それぞれ所定の回転数で動作するように制御する。なお、給水温度とは、加熱用熱交換器２へ流入する水の温度である。
例えば、予め試験運転やシミュレーションなどを行って外気温度、給水温度、目標出湯温度、加熱能力と、回転数との関係を表す情報マップをメモリに記憶しておき、メモリから外気温度、給水温度、目標出湯温度、加熱能力に基づき回転数を読み出して設定する。また、計測制御装置３１で加熱能力、目標出湯温度、外気温度、給水温度から回転数を算出してもよい。
また、計測制御装置３１は、循環ポンプ２２の回転数を所定の回転数に設定する。

（Ｓ３）では、計測制御装置３１が、加熱能力、目標出湯温度Ｔｗｏｔ、外気温度、給水温度から、高元側圧縮機１から吐出される高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ１と、低元側圧縮機１１から吐出される低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２とを設定する。
例えば、予め試験運転やシミュレーションなどを行って外気温度、給水温度、目標出湯温度、加熱能力と、高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ１及び低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２との関係を表す情報マップをメモリに記憶しておき、メモリから外気温度、給水温度、目標出湯温度、加熱能力に基づき高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ１及び低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２を読み出して設定する。また、計測制御装置３１で加熱能力、目標出湯温度、外気温度、給水温度から高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ１及び低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２を算出してもよい。

（Ｓ４）では、計測制御装置３１が、低元側吐出温度センサ４３により、低元側圧縮機１１から吐出される低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２を計測する。
そして、（Ｓ５）では、計測制御装置３１は、低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２と低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２との温度差（｜Ｔｔａｇ２−Ｔｄ２｜）が、所定の温度ＤＴ２（例えば、１℃）より大きいか否かを判定する。温度差が温度ＤＴ２より大きい場合（Ｓ５でＹＥＳ）、（Ｓ６）へ処理を進める。一方、温度差が温度ＤＴ２以下の場合（Ｓ５でＮＯ）、（Ｓ７）へ処理を進める。
（Ｓ６）では、低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２が低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２と離れているため、計測制御装置３１は、低元側膨張機構１４の開度を調整する。そして、処理を（Ｓ４）へ戻す。

（Ｓ７）では、計測制御装置３１は、高元側吐出温度センサ４１により、高元側圧縮機１から吐出される高元側冷媒の吐出温度Ｔｄ１を計測する。
そして、（Ｓ８）では、計測制御装置３１は、高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２と高元側冷媒の吐出温度Ｔｄ１との温度差（｜Ｔｔａｇ１−Ｔｄ１｜）が、所定の温度ＤＴ１（例えば、１℃）より大きいか否かを判定する。温度差が温度ＤＴ１より大きい場合（Ｓ８でＹＥＳ）、（Ｓ９）へ処理を進める。
（Ｓ９）では、高元側冷媒の吐出温度Ｔｄ１が高元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ１と離れているため、計測制御装置３１は、高元側膨張機構３の開度を調整する。そして、処理を（Ｓ７）へ戻す。

一方、（Ｓ１０）では、計測制御装置３１が、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８により、補助加熱用熱交換器１２からの出湯温度Ｔｗｏを検出する。
そして、（Ｓ１１）では、計測制御装置３１が、目標出湯温度Ｔｗｏｔと（Ｓ１０）で検出した出湯温度Ｔｗｏとの温度差（｜Ｔｗｏｔ−Ｔｗｏ｜）が、所定の温度ＤＴ３（例えば、１℃）より大きいか否かを判定する。温度差が温度ＤＴ３より大きい場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、（Ｓ１２）へ処理を進める。
（Ｓ１２）では、出湯温度Ｔｗｏが目標出湯温度Ｔｗｏｔと離れているため、計測制御装置３１が、循環ポンプ２２の回転数を調整して、出湯温度Ｔｗｏが目標出湯温度Ｔｗｏｔとなるようにする。そして、処理を（Ｓ１０）へ戻す。

計測制御装置３１は、温度差（｜Ｔｔａｇ１−Ｔｄ１｜）が温度ＤＴ１以下であり、温度差（｜Ｔｗｏｔ−Ｔｗｏ｜）が温度ＤＴ３以下の場合（Ｓ８及びＳ１１でＮＯ）、初期運転を終了する。

なお、ここでは、低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２に応じて低元側膨張機構１４の開度を制御し、高元側冷媒の吐出温度Ｔｄ１に応じて高元側膨張機構３の開度を制御した。しかし、低元側吸入温度センサ４４で検出される低元側冷媒の吸入温度に応じて、低元側冷媒の過熱度が所定の過熱度になるように低元側膨張機構１４の開度を制御してもよい。同様に、高元側吸入温度センサ４２で検出される高元側冷媒の吸入温度に応じて、高元側冷媒の過熱度が所定の過熱度になるように高元側膨張機構３の開度を制御してもよい。

目標出湯温度範囲の最も高い温度で必要な加熱能力を確保できれば、目標出湯温度範囲内のどの温度でも、必要となる加熱能力を確保できる。ここでは、加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１２との合計の加熱能力が、目標出湯温度範囲の最も高い温度で必要な加熱能力を確保できているものとする。
したがって、加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１２との合計の加熱能力を決定する高元側圧縮機１と低元側圧縮機１１の回転数を、上述したように例えば外気温度や給水温度等に基づき調整することで、どのような目標出湯温度に対しても必要な加熱能力を確保することができる。つまり、どのような外部条件に対してもヒートポンプ給湯装置として要求される温水の温度を確保でき、常に所望の温度の温水を得ることができる。
なお、高元側圧縮機１と低元側圧縮機１１の回転数は、圧縮機耐久性の観点から上限回転数および下限回転数が設けられているものとする。

上述したように、高元側膨張機構３の開度により、高元側圧縮機１の吐出温度が制御される。高元側の目標吐出温度は、加熱用熱交換器２の目標出口水温を確保できる温度とするため、加熱用熱交換器２の目標出口水温＋α［℃］に設定されている。値αは、例えば外気温度や目標出湯温度の関数とする。このように加熱用熱交換器２の目標出口水温に応じた目標吐出温度とすることで、目標出湯温度を確保することができる。また、圧縮機耐久性や冷凍機油劣化などの観点から、通常、吐出温度には上限温度が設けられている。

同様に、低元側膨張機構１４の開度により、低元側圧縮機１１の目標吐出温度が制御される。低元側圧縮機１１の目標吐出温度は、補助加熱用熱交換器１２の目標出口水温、つまり目標出湯温度を確保できる温度とするため、目標出湯温度＋β［℃］に設定されている。値βは、例えば外気温度や目標出湯温度の関数とする。このように目標出湯温度に応じた目標吐出温度とすることで、目標出湯温度を確保することができる。

循環ポンプ２２は、加熱能力で定まる所定の回転数となるように制御される。加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１２との加熱能力が制御され、一定に維持されるため、循環ポンプ２２の回転数を制御することで確実に目標出湯温度を確保することができる。

次に、上述した運転制御動作による高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００との冷媒の状態を説明する。
図３は、高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００との冷媒の動作状態を示す圧力−エンタルピ線図（ｐ−ｈ線図）である。ここでは、高元側冷媒回路１００を循環する冷媒をＲ１３４ａ、低元側冷媒回路２００を循環する冷媒をＲ４１０Ａとして示す。ここで、Ｒ４１０Ａの凝縮圧力をＲ１３４ａの凝縮温度に換算して示した。図３の実線は補助加熱用熱交換器２と内部熱交換器１３とがない場合の二元冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置の冷媒の動作状態を表し、破線は補助加熱用熱交換器２と内部熱交換器１３とがある場合の冷媒の動作状態を表す。

補助加熱用熱交換器１２を加えた場合、水を高元側冷媒と低元側冷媒とにより、二段階で加熱する。補助加熱用熱交換器１２の出口で水温が目標出湯温度に到達すればよいため、高元側冷媒回路１００の加熱用熱交換器２の出口水温は、目標出湯温度より低くてもよい。例えば、目標出湯温度が７０℃である場合、補助加熱用熱交換器１２出口水温が７０℃であればよいため、加熱用熱交換器２の出口水温は６５℃程度まで加熱すればよい。
加熱用熱交換器２の目標出口水温が低くなれば、高元側圧縮機１の目標吐出温度を低下させることができるため、高元側冷媒回路１００の凝縮圧力を低下させることが可能となる（図３の（１）の矢印参照）。冷凍サイクルでは、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力との比（圧縮比）が小さくなるほど必要圧縮機入力が小さくなる。よって、補助加熱用熱交換器１２を加えることで、補助加熱用熱交換器１２がない場合に比べて、高元側冷媒回路１００のＣＯＰを向上させることが可能となる。

補助加熱用熱交換器１２を加えた場合、補助加熱用熱交換器１２の出口水温が目標出湯温度となるように、低元側冷媒回路２００の低元側圧縮機１１の吐出温度を調節することになる。そのため、補助加熱用熱交換器１２がない場合に比べて、低元側圧縮機１１の目標吐出温度が高くする必要がある。吐出温度を上昇させるためには、低元側膨張機構１４の開度を小さくし、低元側冷媒回路２００の吐出圧力を上昇させる必要がある。そのため、低元側圧縮機１１の圧縮比が増加し、低元側冷媒回路２００のＣＯＰが低下することになる。
しかし、補助加熱用熱交換器１２とともに、内部熱交換器１３を設置することで、低元側冷媒回路２００の吐出圧力を上昇させずに吐出温度を上昇させることが可能となる。
内部熱交換器１３では、低元側冷媒回路２００を循環する中間熱交換器４の出口冷媒と、空気熱交換器１５の出口冷媒とが熱交換される。そのため、中間熱交換器４の出口冷媒の温度は低下し、空気熱交換器１５の出口冷媒の温度は上昇する（図３の（２）の矢印参照）。よって、低元側圧縮機１１に吸入される冷媒の温度が上昇するため、低元側冷媒回路２００の吐出圧力を上昇させることなく、低元側圧縮機１１から流出する冷媒の温度が上昇することになる（図３の（３）の矢印参照）。
これにより、補助加熱用熱交換器１２の出口水温を目標出湯温度まで加熱することが可能となる。このとき、低元側冷媒回路２００の圧縮比は変化しないため、低元側冷媒回路２００のＣＯＰを低下させることなく、目標出湯温度を確保することができる。

圧縮機、加熱用熱交換器、膨張機構、空気熱交換器を環状に接続する単サイクルで被加熱流体を７０℃程度の高温まで加熱する場合、冷媒の凝縮圧力が高くなり、冷媒回路を構成する装置の強度を高める必要がある。しかし、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置では、二元冷凍サイクルを用い、高元側冷媒回路１００の冷媒で、低元側冷媒回路２００の冷媒を低い凝縮圧力で凝縮させるため、装置の強度を特別に高める必要がなくなる。飽和蒸気の比体積が大きいほど、同一凝縮温度での圧力は低くなるため、高元側冷媒回路１００の装置の強度を特別に高めることなく、被加熱流体を高温まで加熱することができる。

また、低元側冷媒回路２００の冷媒のみで加熱する場合に比べ、高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００それぞれの蒸発圧力と凝縮圧力の差を小さくすることができ、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）で高元側冷媒回路１００と低元側冷媒回路２００とを運転することができる。

特に、補助加熱用熱交換器１２と内部熱交換器１３を追加することで、二元冷凍サイクルを用いた温水供給装置の低元側冷媒回路２００のＣＯＰを変化させることなく、高元側冷媒回路１００のＣＯＰを高くすることができる。したがって、ヒートポンプ給湯装置全体としてのＣＯＰを高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、目標出湯温度が低温の場合に、高元側冷媒回路１００を用いず、低元側冷媒回路２００のみを用いた運転を行うことが可能なヒートポンプ給湯装置について説明する。

図４は、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置のシステム回路図である。
ここでは、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置と異なる部分のみ説明する。実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置では、負荷回路３００に、加熱用熱交換器２をバイパスするバイパス流路５０と流路切替弁５１とを備える。
流路切替弁５１は、放熱器２１から流出した水を、加熱用熱交換器２側へ流すか、バイパス流路５０側へ流すかを切り替えるための弁である。

次に、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御について説明する。
図５は、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置の初期運転制御の流れを示すフローチャートである。

（Ｓ１）は、図２に示す（Ｓ１）と同じであり、計測制御装置３１（制御部）が、使用者からリモコンにて指示される運転指令情報に従い、加熱能力と、目標出湯温度Ｔｗｏｔとを設定する。

（Ｓ２１）では、計測制御装置３１が、（Ｓ１）で設定された目標出湯温度Ｔｗｏｔが所定の温度Ｔｗｏｂ（例えば４０℃程度）以下であるか否かを判定する。目標出湯温度Ｔｗｏｔが所定の温度Ｔｗｏより高い場合（Ｓ２１でＮＯ）、水が加熱用熱交換器２側へ流れるように流路切替弁５１を制御した上で、処理を図２の（Ｓ２）へ進め、以降実施の形態１で説明した通りの処理を実行する。一方、目標出湯温度Ｔｗｏｔが所定の温度Ｔｗｏｂ以下である場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、処理を（Ｓ２２）へ進める。

（Ｓ２２）では、計測制御装置３１が、水が加熱用熱交換器２側へは流れず、バイパス流路５０側へのみ流れるように流路切替弁５１を制御する。

（Ｓ２３）では、計測制御装置３１が、（Ｓ１）で設定された加熱能力及び目標出湯温度Ｔｗｏｔと、外気温度センサ４５によって検出される外気温度と、給水温度センサ４６によって検出される給水温度とに基づき、低元側圧縮機１１を所定の回転数で動作するように制御する。
また、計測制御装置３１は、循環ポンプ２２の回転数を所定の回転数に設定する。
なお、ここでは、計測制御装置３１は、高元側圧縮機１を停止させる。

（Ｓ２４）では、計測制御装置３１が、加熱能力、目標出湯温度Ｔｗｏｔ、外気温度、給水温度から、低元側圧縮機１１から吐出される低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２とを設定する。

（Ｓ２５）では、計測制御装置３１が、低元側吐出温度センサ４３により、低元側圧縮機１１から吐出される低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２を計測する。
そして、（Ｓ２６）では、計測制御装置３１は、低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２と低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２との温度差（｜Ｔｔａｇ２−Ｔｄ２｜）が、所定の温度ＤＴ２より大きいか否かを判定する。温度差が温度ＤＴ２より大きい場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、（Ｓ２７）へ処理を進める。
（Ｓ２７）では、低元側冷媒の吐出温度Ｔｄ２が低元側冷媒の目標吐出温度Ｔｔａｇ２と離れているため、計測制御装置３１は、低元側膨張機構１４の開度を調整する。そして、処理を（Ｓ２５）へ戻す。

一方、（Ｓ２８）では、計測制御装置３１が、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８により、補助加熱用熱交換器１２からの出湯温度Ｔｗｏを検出する。
そして、（Ｓ２９）では、計測制御装置３１が、目標出湯温度Ｔｗｏｔと（Ｓ２８）で検出した出湯温度Ｔｗｏとの温度差（｜Ｔｗｏｔ−Ｔｗｏ｜）が、所定の温度ＤＴ３より大きいか否かを判定する。温度差が温度ＤＴ３より大きい場合（Ｓ２９でＹＥＳ）、（Ｓ３０）へ処理を進める。
（Ｓ３０）では、出湯温度Ｔｗｏが目標出湯温度Ｔｗｏｔと離れているため、計測制御装置３１が、循環ポンプ２２の回転数を調整して、出湯温度Ｔｗｏが目標出湯温度Ｔｗｏｔとなるようにする。そして、処理を（Ｓ２８）へ戻す。

計測制御装置３１は、温度差（｜Ｔｔａｇ２−Ｔｄ２｜）が温度ＤＴ２以下であり、温度差（｜Ｔｗｏｔ−Ｔｗｏ｜）が温度ＤＴ３以下の場合（Ｓ２６及びＳ２９でＮＯ）、初期運転を終了する。

つまり、設定された目標出湯温度が低温（所定の温度以下）、例えば４０℃程度であり、低元側冷媒回路２００を循環する冷媒のみで、目標出湯温度を確保することが可能な場合に、計測制御装置３１が流路切替弁５１を制御してバイパス流路５０側に流路を切り替える。流路切替後は、水は、加熱用熱交換器２へは流れず、バイパス流路５０側へのみ流れる。したがって、流路切替後は、負荷回路３００を循環する水は、補助加熱用熱交換器１２のみで加熱される。
つまり、高元側冷媒回路１００を動作させる必要がなく、低元側冷媒回路２００のみを動作させればよいため、ヒートポンプ装置全体のＣＯＰを高めることが可能となる。

なお、図４では、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置に、バイパス流路５０と流路切替弁５１とを加えた構成とした。しかし、図６に示すように、内部熱交換器１３を備えない構成としてもよい。
この場合、内部熱交換器１３を設けたことによる効果を得ることができない。しかし、、低元側冷媒回路２００を循環する冷媒のみで、目標出湯温度を確保することが可能な場合に、ヒートポンプ給湯装置全体のＣＯＰを高めることできるという効果は得ることができる。

１高元側圧縮機、２加熱用熱交換器、３高元側膨張機構、４中間熱交換器、１１低元側圧縮機、１２補助加熱用熱交換器、１３内部熱交換器、１４低元側膨張機構、１５空気熱交換器、１６送風ファン、２１放熱器、２２循環ポンプ、３１計測制御装置、４１高元側吐出温度センサ、４２高元側吸入温度センサ、４３低元側吐出温度センサ、４４低元側吸入温度センサ、４５外気温度センサ、４６給水温度センサ、４８補助加熱用熱交換器出口水温センサ、５０バイパス流路、５１流路切替弁、１００高元側冷媒回路、１０１高元側冷媒回路、２００低元側冷媒回路、２０１低元側冷媒回路、３００負荷回路。

Claims

低元側圧縮機と、第１負荷側熱交換器と、中間熱交換器と、低元側膨張機構と、熱源側熱交換器とが配管により順次接続され、低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器と前記低元側膨張機構との間を流れる前記低元側冷媒と、前記熱源側熱交換器と前記低元側圧縮機との間を流れる前記低元側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器が設けられた低元側冷媒回路と、
高元側圧縮機と、第２負荷側熱交換器と、高元側膨張機構と、前記中間熱交換器とが配管により順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器で前記高元側冷媒が前記低元側冷媒と熱交換される高元側冷媒回路と
を備え、
前記高元側冷媒回路に接続された前記第２負荷側熱交換器で、前記高元側冷媒と、負荷側流体とを熱交換させて、前記負荷側流体を加熱し、
前記低元側冷媒回路に接続された前記第１負荷側熱交換器で、前記低元側冷媒と、前記第２負荷側熱交換器で加熱された前記負荷側流体とを熱交換させ、前記負荷側流体をさらに加熱する
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
低元側圧縮機と、第１負荷側熱交換器と、中間熱交換器と、低元側膨張機構と、熱源側熱交換器とが配管により順次接続され、低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器と前記低元側膨張機構との間を流れる前記低元側冷媒と、前記熱源側熱交換器と前記低元側圧縮機との間を流れる前記低元側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器が設けられた低元側冷媒回路と、
高元側圧縮機と、第２負荷側熱交換器と、高元側膨張機構と、前記中間熱交換器とが配管により順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路であって、前記中間熱交換器で前記高元側冷媒が前記低元側冷媒と熱交換される高元側冷媒回路と、
前記第２負荷側熱交換器と、前記第１負荷側熱交換器と、放熱器とが順次配管により接続され、負荷側流体が循環する負荷回路であって、前記第２負荷側熱交換器で前記負荷側流体が前記高元側冷媒と熱交換され、さらに前記第１負荷側熱交換器で前記負荷側流体が前記低元側冷媒と熱交換される負荷回路と
を備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
前記負荷回路には、前記放熱器と前記第２負荷側熱交換器との間から、前記第１負荷側熱交換器と前記第２負荷側熱交換器との間までを配管によって繋ぐバイパス流路が設けられ、
前記ヒートポンプシステムは、さらに、
所定の場合に、前記負荷側流体を前記第２負荷側熱交換器へは流さず、バイパス流路から前記第１負荷側熱交換器へ流すように制御する制御部
を備えることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプシステム。
前記制御部は、前記放熱器へ供給する前記負荷側流体の目標温度が所定の温度以下の場合に、前記負荷回路を流れる流体を前記第２負荷側熱交換器へは流さず、バイパス流路から前記第１負荷側熱交換器へ流すように制御する
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。