JP7012208B2 - 冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置に関するものである。

従来、この種の冷凍サイクル装置には、冷媒を二段で圧縮する二段圧縮機と、冷媒を二段で膨張する二つの膨張装置とを備えた超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルを開示し、冷媒には二酸化炭素を用いているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルは、気液分離器を備え、気液分離器内の気相を主成分とする冷媒は、インジェクション回路から二段圧縮機の中間連結回路の途中にある冷媒混合器に中間インジェクションされ、低段側回転圧縮回転要素から吐出された冷媒に混合され、高段側回転圧縮回転要素に吸入される。

特許文献１では、低段側回転圧縮回転要素の排除容積に対する高段側回転圧縮回転要素の排除容積の割合（排除容積比）を、二段圧縮機の吸入圧力を第１膨脹装置における冷媒飽和液圧で除算した商の等エントロピ指数乗根以上とすることで、低段側回転圧縮回転要素の吐出圧力を冷媒の臨界圧力以下にしている。

また、従来、この種の冷凍サイクル装置には、冷媒が二酸化炭素でなくても、冷媒を二段で圧縮する二段圧縮機と、冷媒を二段で膨張する二つの膨張装置とを備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の冷凍装置は、過冷却熱交換器を備え、二段圧縮機から吐出された冷媒の一部を膨張し、過冷却熱交換器で吐出された冷媒と熱交換を行った後、圧縮機の中間ポートにインジェクションするインジェクション回路を備え、過冷却熱交換器の出口の過熱度に従って目標過熱度を設定することにより、膨張弁開度の制御を行っている。

特開２０１０－０７１６４３号公報 特開２０１０－０５４１９４号公報

しかしながら、前記特許文献１にかかる従来の構成では、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高温水を生成するために高圧を上昇させたとき、インジェクション回路における冷媒の中間圧が冷媒の臨界圧力以下であるため、高圧と中間圧との差圧が大きくなり、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルのＣＯＰが低下してしまうという課題を有していた。

また、前記特許文献２にかかる従来の構成では、過冷却熱交換器の出口の過熱度に基づいて制御を行うため、二段圧縮機から吐出され膨張された冷媒の圧力が臨界圧以上の場合には制御が不可能となる。

本発明は、前記課題を解決するもので、高圧を上昇させたときにも、適切な制御を行うことでＣＯＰを低下させない冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮回転要素から構成される圧縮機構、前記圧縮回転要素から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、制御装置と、を備え、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御して、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた状態を保つようにすることを特徴とするものである。

これにより、第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた場合でも、バイパス冷媒回路の中間熱交換器の冷媒の出口と入口との間のエンタルピー差を大きくとることができるとともに、バイパス冷媒回路の中間熱交換器を流れる冷媒の流量を増加させることができるので、高いＣＯＰを実現した冷凍サイクル装置を提供できる。

本発明によれば、高圧を上昇させたときにも、適切な制御を行うことでＣＯＰを低下させない冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における液体加熱装置の構成図 （a）本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の中間圧が臨界圧力より低い場合の圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図）（ｂ）同冷凍サイクル装置の中間圧が臨界圧力より高い場合の圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図） 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の中間熱交換器を流れる主冷媒回廊の冷媒とバイパス冷媒回路の冷媒の温度との関係を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１におけるΔＴＭと、中間熱交換器を流れるバイパス冷媒回路の冷媒循環量との関係を示す図（ｂ）同中間熱交換器の熱交換量と、中間熱交換器を流れるバイパス冷媒回路の冷媒循環量との関係を示す図（ｃ）同ΔＴＨとΔＴＬとの温度差であるΔＴと、中間熱交換器を流れるバイパス冷媒回路の冷媒循環量との関係を示す図 本発明の実施の形態１における液体加熱装置において、利用側熱交換器の熱利用媒体の入口温度が変化した場合の、冷凍サイクル装置の圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図）

第１の発明は、圧縮回転要素から構成される圧縮機構、前記圧縮回転要素から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、制御装置と、を備え、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御して、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた状態を保つようにすることを特徴とする冷凍サイクル装置である。

これにより、第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた場合でも、バイパス冷媒回路の中間熱交換器の冷媒の出口と入口との間のエンタルピー差を大きくとることができるとともに、バイパス冷媒回路の中間熱交換器を流れる冷媒の流量を増加させることができるので、高いＣＯＰを実現した冷凍サイクル装置を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が高いほど、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と冷媒の入口温度との温度差が大きくなるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とするものである。

これにより、利用側熱交換器への利用側熱媒体の入口温度や、利用側熱交換器からの利用側熱媒体の出口温度、また、熱源側熱交換器への熱源側熱媒体（空気）が上昇することにより、バイパス冷媒回路の中間熱交換器の圧力も上昇するが、そのときに必要なエンタルピー差を確保するために、第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が高くなるほど、バイパス冷媒回路の中間熱交換器の冷媒の出口温度と冷媒の入口温度との温度差が大きくなるように、制御装置が、第２膨張装置の弁開度を制御することで、中間圧が上昇しても、バイパス冷媒回路の中間熱交換器の冷媒の出口と入口との間のエンタルピー差を確保することができるため、高いＣＯＰを実現した冷凍サイクル装置を提供できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記制御装置は、前記圧縮機構からの吐出冷媒の圧力値と、前記利用側熱交換器の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度とから、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断することを特徴とするものである。

これにより、圧力検出装置を設けなくても、第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断できるので、低コスト化を実現した冷凍サイクル装置を提供できる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明において、前記冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とするものである。

これによれば、利用側熱交換器において、冷媒で利用側熱媒体を加熱したときの、利用側熱媒体の高温化が可能となる。

第５の発明は、特に、第１から第４のいずれかの発明の冷凍サイクルを用い、搬送装置によって、前記利用側熱媒体を循環させる利用側熱媒体回路を備えたことを特徴とする液体加熱装置である。

これによれば、冷凍サイクル装置のＣＯＰを低下させることなく、高温の利用側熱媒体を利用できる液体加熱装置を提供できる。

第６の発明は、特に、第５の発明において、前記利用側熱交換器から流出される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタと、前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと、を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタの検出温度が目標温度となるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体入口温度サーミスタの検出温度が第１所定温度を超えた場合には、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル装置の高圧を上昇させたときにも、ＣＯＰを低下させないで、例えば、貯湯タンクに高温水を貯めることができる液体加熱装置を提供できる。

第７の発明は、特に、第５の発明において、前記利用側熱交換器から流出される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタと、前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと、を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタの検出温度と前記熱媒体入口温度サーミスタの検出温度との温度差が目標温度差となるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体出口温度サーミスタの前記検出温度が第２所定温度を超えた場合には、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル装置の高圧を上昇させたときにも、ＣＯＰを低下させないで、例えば、高温水を用いて暖房する液体加熱装置を提供できる。

第８の発明は、特に、第５から第７のいずれかの発明において、前記制御装置は、前記圧縮機構からの吐出冷媒の圧力値と、前記利用側熱交換器に流入する前記利用側熱媒体の温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度とから、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断することを特徴とするものである。

これにより、圧力検出装置を設けなくても、第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断できるので、低コスト化を実現した冷凍サイクル装置を提供できる。

第９の発明は、特に、第５から第８のいずれかの発明において、前記利用側熱媒体を水又は不凍液としたことを特徴とするものである。

これにより、ＣＯＰを低下させないで、例えば、貯湯タンクに高温水を貯めることができ、また、高温水を用いて暖房する液体加熱装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液体加熱装置の構成図である。液体加熱装置は、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルである冷凍サイクル装置、利用側熱媒体回路３０から構成されている。また、冷凍サイクル装置は、主冷媒回路１０、バイパス冷媒回路２０から構成されている。

主冷媒回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機構１１、放熱器である利用側熱交換器１２、中間熱交換器１３、第１膨張装置１４、蒸発器である熱源側熱交換器１５が、配管１６で順次接続されて形成され、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いている。

なお、冷媒としては、二酸化炭素を用いるのが最適だが、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、または、Ｒ３２等の単一冷媒を用いることもできる。

圧縮機構１１は、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとで構成される。利用側熱交換器１２は、高段側圧縮回転要素１１ｂから吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する。

なお、圧縮機構１１を構成する低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとの容積比は一定で、駆動軸（図示せず）を共通化させ、１つの容器内に配置した１台の圧縮機で構成されている。

なお、本実施の形態では、圧縮回転要素が、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとで構成される二段の圧縮機構１１を用いて説明するが、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとに分かれてなく、単一の圧縮回転要素においても適用できる。

ここで、単一の圧縮回転要素の場合には、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置を圧縮回転要素の圧縮途中とし、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置までの圧縮回転要素を低段側圧縮回転要素１１ａとし、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置以降の圧縮回転要素を高段側圧縮回転要素１１ｂとして適用することができる。

また、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとが、それぞれが独立した２台の圧縮機から構成されている二段の圧縮機構１１でもよい。

バイパス冷媒回路２０は、利用側熱交換器１２から第１膨張装置１４までの間の配管１６から分岐され、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとの間の配管１６に接続されている。

バイパス冷媒回路２０には、第２膨張装置２１が設けられている。利用側熱交換器１２を通過後の一部の高圧冷媒、又は、中間熱交換器１３を通過後の一部の高圧冷媒は、第２膨張装置２１により減圧されて中間圧冷媒となった後に、中間熱交換器１３で主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒と熱交換され、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとの間の冷媒と合流される。

利用側熱媒体回路３０は、利用側熱交換器１２、搬送ポンプである搬送装置３１、暖房端末３２ａが熱媒体配管３３で順次接続されて形成され、利用側熱媒体として、水又は不凍液を用いている。

本実施の形態における利用側熱媒体回路３０は、暖房端末３２ａと並列に貯湯タンク３２ｂを備えており、第１切替弁３４、第２切替弁３５の切り替えによって利用側熱媒体を、暖房端末３２ａ又は貯湯タンク３２ｂに循環させる。なお、利用側熱媒体回路３０は、暖房端末３２ａ及び貯湯タンク３２ｂのいずれかを備えていればよい。

利用側熱交換器１２で生成された高温水は、暖房端末３２ａで放熱して暖房に利用され、暖房端末３２ａで放熱された低温水は再び利用側熱交換器１２で加熱される。

また、利用側熱交換器１２で生成された高温水は、貯湯タンク３２ｂの上部から貯湯タンク３２ｂに導入され、貯湯タンク３２ｂの下部から低温水が導出されて利用側熱交換器１２で加熱される。

給湯用熱交換器４２は、貯湯タンク３２ｂ内に配置され、給水配管４３からの給水と貯湯タンク３２ｂ内の高温水との間で熱交換させる。すなわち、給湯栓４１が開栓されると、給水配管４３から給湯用熱交換器４２内に給水され、給湯用熱交換器４２で加熱されて、給湯栓４１で所定温度になるように調整され、給湯栓４１からから給湯される。

なお、給水配管４３から給水され、給湯用熱交換器４２で加熱されて、給湯栓４１から給湯される湯水と、貯湯タンク３２ｂ内の高温水とは、互いに混ざり合うことがない間接加熱である。

給湯用熱交換器４２は、伝熱管として銅管あるいはステンレス管を使用する水熱交換器であって、図１に示すように、給水源（水道）から延びる給水配管４３と、給湯栓４１とが接続されている。給水配管４３は、常温の水を、給湯用熱交換器４２の下端、すなわち、貯湯タンク３２ｂ内の下方に入れる。

給水配管４３より給湯用熱交換器４２に入った常温水は、貯湯タンク３２ｂ内を下方から上方に移動しながら、貯湯タンク３２ｂ内の高温水から熱を奪い、加熱された高温の加熱水となって給湯栓４１から給湯される。

貯湯タンク３２ｂには、複数の異なる高さ位置において温水の温度を計測する目的で、例えば、複数の第１貯湯タンク温度サーミスタ５５ａ、第２貯湯タンク温度サーミスタ５５ｂ、第３貯湯タンク温度サーミスタ５５ｃが設けられている。

給水配管４３より給湯用熱交換器４２に入った常温水は、貯湯タンク３２ｂ内を下方から上方に移動しながら貯湯タンク３２ｂ内の高温水から熱を奪う構成のため、貯湯タンク３２ｂ内の温水は、自然と、上部が高温、下部が低温となる。

主冷媒回路１０には、高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出側の配管１６に、高圧側圧力検出装置５１が設けられている。なお、高圧側圧力検出装置５１は、高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出側から、第１膨張装置１４の上流側までの、主冷媒回路１０に設けられていて、主冷媒回路１０の高圧冷媒の圧力を検出できればよい。

また、主冷媒回路１０の利用側熱交換器１２の下流側で、中間熱交換器１３の上流側の配管１６には、利用側熱交換器１２から流出した冷媒の温度を検出する中間熱交換器主冷媒入口サーミスタが設けられていて、さらに、主冷媒回路１０の中間熱交換器１３の下流側で、第１膨張装置１４の上流側の配管１６には、中間熱交換器主冷媒出口サーミスタ５８が設けられている。

バイパス冷媒回路２０には、第２膨張装置２１の下流側で、中間熱交換器１３の上流側に中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６が設けられている。また、中間熱交換器１３の下流側に、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２が設けられている。

利用側熱媒体回路３０には、利用側熱交換器１２から流出される利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタ５３と、利用側熱交換器１２に流入される利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタ５４とが設けられている。

また、制御装置６０は、高圧側圧力検出装置５１からの検出圧力、算出した中間圧、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度と中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度との温度差（ΔＴＭ）、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度と中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ５７の検出温度との温度差(ΔＴＨ)、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度と中間熱交換器主冷媒出口サーミスタ５８の検出温度との温度差(ΔＴＬ)、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度によって、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁開度、搬送装置３１による利用側熱媒体の搬送量を制御する。

なお、制御装置６０が、バイパス冷媒回路２０において、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）を算出する方法については、後に説明する。

図２は、本実施の形態における冷凍サイクル装置について、理想条件での圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図）であり、図２（ａ）は高圧が所定圧力未満、図２（ｂ）は高圧が所定圧力以上の場合を示している。

図２のａ～ｅ点、およびＡ～Ｂ点は、図１に示す冷凍サイクル装置における各ポイントに相当する。

まず、高段側圧縮回転要素１１ｂから吐出される高圧冷媒（ａ点）は、利用側熱交換器１２で放熱した後に冷媒分岐点Ａで主冷媒回路１０から分岐し、第２膨張装置２１により中間圧まで減圧されて中間圧冷媒（ｅ点）となり、中間熱交換器１３にて熱交換する。

利用側熱交換器１２で放熱した後の主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒は、バイパス冷媒回路２０を流れる中間圧冷媒（ｅ点）によって冷却され、エンタルピーが低減された状態（ｂ点）で第１膨張装置１４にて減圧される。

これにより、第１膨張装置１４にて減圧された後に、熱源側熱交換器１５に流入する冷媒（ｃ点）の冷媒エンタルピーも低減される。熱源側熱交換器１５に流入する時点での冷媒乾き度（全冷媒に対して気相成分が占める重量比率）が低下して冷媒の液成分が増大するため、熱源側熱交換器１５において蒸発に寄与し、冷媒比率が増大して外気からの吸熱量が増大され、低段側圧縮回転要素１１ａの吸入側（ｄ点）に戻る。

一方、熱源側熱交換器１５において蒸発に寄与しない気相成分に相当する量の冷媒は、バイパス冷媒回路２０にバイパスされて低温の中間圧冷媒（ｅ点）となり、中間熱交換器１３にて主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒によって加熱されて冷媒エンタルピーが高まった状態で、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとの間にある冷媒合流点Ｂに至る。

従って、高段側圧縮回転要素１１ｂの吸入側（Ｂ点）では、低段側圧縮回転要素１１ａの吸入側（ｄ点）より冷媒圧力が高いため冷媒密度も高く、かつ、低段側圧縮回転要素１１ａから吐出した冷媒と合流した冷媒が吸入され、高段側圧縮回転要素１１ｂで更に圧縮されて吐出されるため、利用側熱交換器１２に流入する冷媒流量が大幅に増大し、利用側熱媒体である水を加熱する能力が大幅に増大する。

高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出圧力が上昇し、所定値を超えた場合には、制御装置６０は、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた状態となるように、第２膨張装置２１の弁開度の制御を開始する。

具体的には、制御装置６０は、高圧側圧力検出装置５１の検出圧力が上昇し、第１所定高圧値を超えたと判断した場合に、中間圧が臨界圧以下の場合には、中間圧が臨界圧を超えた状態となるように、第２膨張装置２１を弁開度が大きくなる方向に動作を開始させる。

そして、図２（ｂ）に示すように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度が大きくなる方向に動作させ、かつ、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を上昇させて、利用側熱交換器１２とバイパス冷媒回路２０との間を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置５１からの検出圧力が目標高圧値である第２所定高圧値になるようにする。第２所定高圧値は、第１所定高圧値よりも高い値である。

すなわち、第２膨張装置２１の弁開度を大きくすることで、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒流量を増加できるため、高段側圧縮回転要素１１ｂの吸入圧力を、所定中間圧値である臨界圧を超えた状態に保つことができる。これにより、高段側圧縮回転要素１１ｂの吸入圧力、すなわち、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）を、所定中間圧値である臨界圧を超えた状態に保つことができるとともに、利用側熱交換器１２における冷媒の加熱能力も増加できる。

なお、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとが、それぞれが独立した２台の圧縮機から構成されている圧縮機構１１の構成でもよく、少なくとも、高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を上昇させれば良い。

ここで、制御装置６０が、バイパス冷媒回路２０において、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）を算出する方法について説明する。

制御装置６０には、図２に示すような、圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図）が記憶してある。

そして、高圧側圧力検出装置５１により高圧側圧力（高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出圧力）、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ５７により利用側熱交換器１２の冷媒の出口温度（Ａ点）、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６により中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度（ｅ点）を所定時間ごとに検出する。

そして、Ａ点とｅ点とはエンタルピーがほぼ同一値であるとの理想条件に基づいて、制御装置６０が、ｅ点の圧力とエンタルピーとを算出することで、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）の値を算出し、その値で臨界圧以上であるか否かを判断することができる。

なお、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ５７の検出温度の代わりに、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度を用いても、値はほぼ同一なので構わない。

すなわち、高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出圧力と、利用側熱交換器１２の冷媒の出口温度（Ａ点）と、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度（ｅ点）、あるいは、利用側熱交換器１２に流入される利用側熱媒体の温度とから、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が、臨界圧以上であることを判断できるのである。

これにより、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が、臨界圧を超えた状態を保っているかを判断できるのである。

本実施の形態では、高段側圧縮回転要素１１ｂの吸入圧力、すなわち、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態を保つとともに、中間熱交換器１３におけるバイパス冷媒回路２０の冷媒と主冷媒回路１０の冷媒との熱交換量が最大となるように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を制御する。

その理由は、中間熱交換器１３での熱交換量が最大となる場合には、図２（ｂ）のｂ点におけるエンタルピーが低減する。これにより、ｃ点におけるエンタルピーも低減するため、熱源側熱交換器１５における冷媒乾き度が低下して、吸熱量が増大することにより、ＣＯＰの最大化を実現できるためである。

その具体的制御方法について以下に説明する。図３は、中間熱交換器１３を流れる主冷媒回路１０の冷媒とバイパス冷媒回路２０の冷媒の温度との関係を示す図である。

図３において、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度（Ｂ点）と中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度（ｅ）との温度差（ΔＴＭ）、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度（Ｂ点）と中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ５７の検出温度（Ａ点）との温度差(ΔＴＨ)、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度（ｅ）と中間熱交換器主冷媒出口サーミスタ５８の検出温度（ｂ）との温度差(ΔＴＬ)に基づいて、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を制御するのである。

ここで、図４（ａ）は、ΔＴＭと中間熱交換器１３を流れるバイパス冷媒回路２０の冷媒循環量との関係を示す図である。図４（ｂ）は、中間熱交換器１３の熱交換量と中間熱交換器１３を流れるバイパス冷媒回路２０の冷媒循環量との関係を示す図である。図４（ｃ）は、ΔＴＨ、ΔＴＬと中間熱交換器１３を流れるバイパス冷媒回路２０の冷媒循環量との関係を示す図である。

まず、図４の（ａ）において、実線は中間圧が超臨界の場合の変化で、破線は中間圧が気液二相域の場合を示している。

バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量が少ない場合は、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量に対し、主冷媒回路１０の冷媒循環量が多いため、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒は十分に加熱され、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（Ｂ点）は上昇しやすく、ΔＴＭは大きくなる。

一方、バイパス冷媒循環量が多くなるにしたがって、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量と、主冷媒回路１０の冷媒循環量との流量差が小さくなるため、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（Ｂ点）の温度上昇は抑えられ、ΔＴＭは小さくなる。

すなわち、中間圧が気液二相域の場合は、バイパス冷媒循環量が一定量を超えると冷媒を占める液成分が増加して、主冷媒回路１０を循環する冷媒との熱交換によって得られた熱が潜熱となって、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒の温度は上昇しないため、ΔＴＭは略０となる。一方、中間圧が臨界圧を超えた場合には、液成分がないため冷媒は温度上昇して、ΔＴＭは略０とはならない。

次に、図４の（ｂ）において、実線は中間圧が超臨界の場合の変化で、破線は中間圧が気液二相域の場合を示している。

中間熱交換器１３の熱交換量は、中間圧が、気液二相域である場合と、臨界圧を超えた場合では、中間熱交換器１３の熱交換量を最大とするΔＴＭの大きさが異なり、臨界圧を超えた場合は、気液二相域の場合よりもΔＴＭが大きな値となることがわかる。

次に、図４の（ｃ）において、主冷媒回路１０の中間熱交換器１３の冷媒の入口温度（Ａ点）は、利用側熱交換器１２への利用側熱媒体の入口温度が一定で、温度変化がないとする。

このとき、第２膨張装置２１の弁開度が小さいと、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量が少ない場合は、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量に対し、主冷媒回路１０の冷媒循環量が多いため、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒は十分に加熱され、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（Ｂ点）は、主冷媒回路１０の中間熱交換器１３の冷媒の入口温度（Ａ点）に近くなるため、温度差であるΔＴＨは小さい。

一方、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（ｅ点）は、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の温度であるが、第２膨張装置２１の弁開度が小さく、バイパス冷媒回路２０のバイパス冷媒量が少なければ、中間圧も低くなるため冷媒の温度も低い。そのため、中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の出口温度（ｂ点）との温度差であるΔＴＬは大きくなる。

しかし、制御装置６０が、第２膨張装置２１の弁開度を大きくなる方向に動作させ、バイパス冷媒循環量を増加させると、中間熱交換器１３の熱交換量の増加により、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（Ｂ点）の温度上昇は抑えられ、ΔＴＨは増加する。

さらに、制御装置６０が、第２膨張装置２１の弁開度を大きくなる方向に動作させ、バイパス冷媒循環量を多くするにしたがって、中間圧が高くなるため、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（ｅ点）の温度は上昇していき、中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の出口温度（ｂ点）との温度差であるΔＴＬは小さくなる。

そして、本実施の形態では、制御装置６０は、以下に記載の中間圧超臨界運転モードを実行する。

（中間圧超臨界運転モード）
制御装置６０は、高圧側圧力検出装置５１の検出圧力が上昇し、第１所定高圧値を超えたと判断した場合に、中間圧が臨界圧以下の場合には、中間圧が臨界圧を超えた状態となるように、第２膨張装置２１を弁開度が大きくなる方向に動作を開始させ、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態を保つように、冷媒が中間熱交換器１３を気液二相の状態で流れる場合よりも、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度との温度差（ΔＴＭ）が大きな値となるように、制御装置６０は第２膨張装置２１の弁開度を制御する。

すなわち、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態を保つように、冷媒が中間熱交換器１３を気液二相の状態で流れる場合よりも、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度（Ｂ点）と中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度（ｅ）との温度差（ΔＴＭ）が大きな値となるように、制御装置６０は第２膨張装置２１の弁開度を制御する。

それとともに、本実施の形態では、制御装置６０は、高圧側圧力検出装置５１の検出圧力が上昇し、第１所定高圧値を超えたと判断した場合に、中間圧が臨界圧以下の場合には、中間圧が臨界圧を超えた状態となるように、第２膨張装置２１を弁開度が大きくなる方向に動作を開始させ、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態を保つように、冷媒が中間熱交換器１３を気液二相の状態で流れる場合よりも、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の冷媒の入口温度との温度差(ΔＴＨ)が、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度と中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の冷媒の出口温度との温度差(ΔＴＬ)よりも大きい状態となるように、制御装置６０は第２膨張装置２１の弁開度を制御する。

すなわち、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態を保つように、冷媒が中間熱交換器１３を気液二相の状態で流れる場合よりも、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度（Ｂ点）と中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ５７の検出温度（Ａ点）との温度差(ΔＴＨ)が、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度（ｅ）と中間熱交換器主冷媒出口サーミスタ５８の検出温度（ｂ）との温度差(ΔＴＬ)よりも大きい状態となるように、制御装置６０は第２膨張装置２１の弁開度を制御する。

そして、制御装置６０は、以上のような制御を行いながら、図４に示すように、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度との温度差（ΔＴＭ）、冷媒が中間熱交換器１３を気液二相の状態で流れる場合よりも、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の冷媒の入口温度との温度差(ΔＴＨ)と中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度と中間熱交換器１３の主冷媒回路１０の冷媒の出口温度との温度差(ΔＴＬ)との温度差（ΔＴ）が、中間熱交換器１３の熱交換量が最大となる値となるように、第２膨張装置２１の弁開度を調整し、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量を設定するのである。

なお、ΔＴＭ、ΔＴ、中間熱交換器１３の熱交換量のそれぞれの関係が、制御装置６０に予め設定されていて、ΔＴＭ、ΔＴが、中間熱交換器１３の熱交換量が最大となる値となるように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を調整し、バイパス冷媒回路２０を流れるバイパス冷媒循環量を設定するのである。

以上が、中間圧超臨界運転モードの制御内容である。

これにより、高いＣＯＰを実現した冷凍サイクル装置を提供できるのである。

以下、利用側熱媒体回路３０に貯湯タンク３２ｂを用いる場合について説明する。

複数の貯湯タンク温度サーミスタのうち、例えば、貯湯タンク３２ｂの最も高い位置に配置されている第１貯湯タンク温度サーミスタ５５ａの検出温度が所定値未満の場合、貯湯タンク３２ｂ内に高温水が足りないと、制御装置６０は判断する。

そして、制御装置６０は、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂを動作させ、利用側熱交換器１２で低温水を加熱するが、その加熱生成温度である熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が目標温度となるように、搬送装置３１を動作させる。

これにより、貯湯タンク３２ｂの下部から低温水が導出されて利用側熱交換器１２で加熱生成された高温水は、貯湯タンク３２ｂの上部から貯湯タンク３２ｂに導入される。このときには、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度以下のため、図２（ａ）に記載の状態で動作する。

そして、貯湯タンク３２ｂ内には上部から次第に高温水が貯湯されていくため、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度は次第に上昇していくが、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度を超えた場合には、図２（ｂ）に記載の状態で動作するようにする。

すなわち、第２膨張装置２１の弁開度が大きくなる方向に動作させ、かつ、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を上昇させて、利用側熱交換器１２とバイパス冷媒回路２０との間を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置５１からの検出圧力が目標高圧値である第２所定高圧値になるようにする。それと同時に、前記中間圧超臨界運転モードを実行する。

これにより、利用側熱交換器１２への熱媒体の入口温度が高くなり、利用側熱交換器１２における冷媒のエンタルピー差（ａ－Ａ）が小さくなった分を、利用側熱交換器１２における冷媒の加熱能力を増加させることで、高温水の貯湯タンク３２ｂへの供給を維持できるようにしている。

そして、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度より高い第３所定温度を超えた場合には、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を低下させることで、利用側熱交換器１２における高圧冷媒の圧力が、目標高圧値である第２所定高圧値を超えないにように、利用側熱交換器１２における高圧冷媒の圧力上昇を抑えながら、貯湯タンク３２ｂに高温水を貯めることができる。

なお、閾値として、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度である第１所定温度および第３所定温度の代わりに、それぞれ、高圧側圧力検出装置５１の検出圧力である第１所定高圧値および第２所定高圧値を用いて、同様の運転動作を実行してもよい。

また、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとが、それぞれが独立した２台の圧縮機から構成されている圧縮機構１１の構成でもよく、少なくとも、高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を低下させれば良い。

利用側熱媒体回路３０に暖房端末３２ａを用いる場合について説明する。

制御装置６０は、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂを動作させ、利用側熱交換器１２で循環水を加熱するが、その循環水の温度差である熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度との温度差が目標温度差となるように、搬送装置３１を動作させる。

これにより、利用側熱交換器１２で生成された高温水は、暖房端末３２ａで放熱して暖房に利用され、暖房端末３２ａで放熱された低温水は、再び利用側熱交換器１２で加熱される。このときには、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度との温度差が目標温度差となるように制御され、かつ、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が第２所定温度以下のため、図２（ａ）に記載の状態で動作する。

そして、次第に暖房負荷が小さくなるため、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度との温度差が目標温度差となるように制御している関係上、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度及び熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度は次第に上昇していくが、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が第２所定温度を超えた場合には、図２（ｂ）に記載の状態で動作するようにする。

すなわち、第２膨張装置２１の弁開度が大きくなる方向に動作させ、かつ、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を上昇させて、利用側熱交換器１２とバイパス冷媒回路２０との間を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置５１からの検出圧力が目標高圧値である第２所定高圧値になるようにする。それと同時に、前記中間圧超臨界運転モードを実行する。

これにより、暖房負荷が小さくなり、利用側熱交換器１２におけるエンタルピー差（ａ－Ａ）が小さくなった分を、利用側熱交換器１２における冷媒の加熱能力を増加させることで、高温水の暖房端末３２ａへの供給を維持できるようにしている。

そして、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が、第２所定温度より高い第４所定温度を超えた場合には、低段側圧縮回転要素１１ａ及び高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を低下させることで、利用側熱交換器１２における高圧冷媒の圧力が、目標高圧値である第２所定高圧値を超えないにように、利用側熱交換器１２における高圧冷媒の圧力上昇を抑えながら、高温水を用いた暖房機器として利用できる。

なお、閾値として、の検出温度である第２所定温度および第４所定温度の代わりに、それぞれ、高圧側圧力検出装置５１の検出圧力である第１所定高圧値および第２所定高圧値を用いて、同様の運転動作を実行してもよい。

以下、図５を用いて、利用側熱媒体回路３０に貯湯タンク３２ｂを用いる場合において、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度を超えた場合や、利用側熱媒体回路３０に暖房端末３２ａを用いる場合において、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が第２所定温度を超えた場合に、制御装置６０が実行する中間圧超臨界運転モードについて、以下に説明する。

図５において、実線は、利用側熱媒体回路３０に貯湯タンク３２ｂを用いる場合において、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度を超えた場合や、利用側熱媒体回路３０に暖房端末３２ａを用いる場合において、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が第２所定温度を超えた場合を示している。

なお、破線は、利用側熱媒体回路３０に貯湯タンク３２ｂを用いる場合において、熱媒体入口温度サーミスタ５４の検出温度が第１所定温度以下場合や、利用側熱媒体回路３０に暖房端末３２ａを用いる場合において、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が第２所定温度以下の場合を示している。

すなわち、図５において、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）が臨界圧を超えた状態において、中間圧が上昇していくと、主冷媒回路１０の中間熱交換器１３の冷媒の入口温度（Ａ点）はエンタルピー増加の方向へ移動し、同様に中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（ｅ点）や、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度（Ｂ点）もエンタルピー増加の方向へ移動することになる。

なお、圧力が臨界圧を超えた状態において、エンタルピー増加の方向へ移動していくにつれて、圧力に対する等温線の傾きも急になっていく。

このため、中間熱交換器１３において、中間圧が上昇しても、同一の熱交換量を得るためには、中間圧が上昇するにつれて、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度との温度差（ΔＴＭ）が大きな値となるように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を制御しなければならない。

すなわち、中間圧が高くなるにつれて、中間熱交換器バイパス出口サーミスタ５２の検出温度（Ｂ点）と中間熱交換器バイパス入口サーミスタ５６の検出温度（ｅ）との温度差（ΔＴＭ）が大きな値となるように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を制御しなければならない。

なお、高段側圧縮回転要素１１ｂの吐出圧力と、利用側熱交換器１２の冷媒の出口温度（Ａ点）と、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の入口温度（ｅ点）、あるいは、利用側熱交換器１２に流入される利用側熱媒体の温度とから、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力（中間圧）の値を算出する。

そして、その値が臨界圧以上である場合には、その算出された中間圧の値に基づいて、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力が高くなるほど、中間熱交換器１３のバイパス冷媒回路２０の冷媒の出口温度と冷媒の入口温度との温度差が大きくなるように、制御装置６０は、第２膨張装置２１の弁開度を制御すればよい。

なお、中間圧が高くなるにつれてΔＴＭの値も大きくなるように、制御装置６０にΔＴＭは予め設定されている。

また、制御装置６０では、熱媒体入口温度サーミスタ５４が第１所定温度を超えた場合、あるいは、熱媒体出口温度サーミスタ５３が第２所定温度を超えた場合において、熱媒体入口温度サーミスタ５４、あるいは、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が上昇するにつれて、第１膨張装置１４の弁開度を小さくし、第２膨張装置２１の弁開度を大きくして、中間圧が上昇するようにし、熱媒体入口温度サーミスタ５４、あるいは、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が上昇するにつれて、ΔＴＭの値も大きくなるように、第２膨張装置２１の弁開度を制御してもよい。

なお、利用側熱交換器１２への利用側熱媒体の入口温度、あるいは、利用側熱交換器１２からの利用側熱媒体の出口温度が高くなるにつれて、ΔＴＭの値も大きくなるように、制御装置６０にΔＴＭは予め設定されている。

また、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとが、それぞれが独立した２台の圧縮機から構成されている圧縮機構１１の構成でもよく、少なくとも、高段側圧縮回転要素１１ｂの運転周波数を低下させれば良い。

また、低段側圧縮回転要素１１ａと高段側圧縮回転要素１１ｂとに分かれてなく、単一の圧縮回転要素であってもよく、単一の圧縮回転要素の場合には、バイパス冷媒回路２０からの冷媒を圧縮回転要素の圧縮途中とする。

本実施の形態による冷凍サイクル装置では二酸化炭素とすることが好ましい。これは、利用側熱交換器１２において、冷媒である二酸化炭素で、利用側熱媒体を加熱したときの、利用側熱媒体の高温化が可能となるためである。

また、利用側熱媒体を水又は不凍液とすることで、暖房端末３２ａに用い、又は貯湯タンク３２ｂに高温水を貯えることができる。

以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、中間熱交換器を備えた主冷媒回路とバイパス冷媒回路からなり、高圧と中間圧との差圧を大きくしないことで、ＣＯＰを低下させないので、冷凍サイクル装置を用いた冷凍、空調、および、給湯、暖房機器の液体加熱装置等に有用である。

１０ 主冷媒回路
１１ 圧縮機構
１１ａ 低段側圧縮回転要素
１１ｂ 高段側圧縮回転要素
１２ 利用側熱交換器
１３ 中間熱交換器
１４ 第１膨張装置
１５ 熱源側熱交換器
１６ 配管
２０ バイパス冷媒回路
２１ 第２膨張装置
３０ 利用側熱媒体回路
３１ 搬送装置
３２ａ 暖房端末
３２ｂ 貯湯タンク
３３ 熱媒体配管
３４ 第１切替弁
３５ 第２切替弁
４１ 給湯栓
４２ 給湯用熱交換器
４３ 給水配管
５１ 高圧側圧力検出装置
５２ 中間熱交換器バイパス出口サーミスタ
５３ 熱媒体出口温度サーミスタ
５４ 熱媒体入口温度サーミスタ
５５ａ 第１貯湯タンク温度サーミスタ
５５ｂ 第２貯湯タンク温度サーミスタ
５５ｃ 第３貯湯タンク温度サーミスタ
５６ 中間熱交換器バイパス入口サーミスタ
５７ 中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ
５８ 中間熱交換器主冷媒出口サーミスタ
６０ 制御装置

Claims (9)

1. 圧縮回転要素から構成される圧縮機構、前記圧縮回転要素から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、
   前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、
   かつ、
   前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、
   前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、
   前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御して、
   前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えた状態を保つようにすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が高いほど、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と冷媒の入口温度との温度差が大きくなるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、前記圧縮機構からの吐出冷媒の圧力値と、前記利用側熱交換器の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度とから、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクルを用い、搬送装置によって、前記利用側熱媒体を循環させる利用側熱媒体回路を備えたことを特徴とする液体加熱装置。
6. 前記利用側熱交換器から流出される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタと、前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと、を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタの検出温度が目標温度となるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体入口温度サーミスタの検出温度が第１所定温度を超えた場合には、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の液体加熱装置。
7. 前記利用側熱交換器から流出される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタと、前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと、を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタの検出温度と前記熱媒体入口温度サーミスタの検出温度との温度差が目標温度差となるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体出口温度サーミスタの前記検出温度が第２所定温度を超えた場合には、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記冷媒が前記中間熱交換器を気液二相の状態で流れる場合よりも大きく、かつ、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の出口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の入口温度との温度差が、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度と、前記中間熱交換器の前記主冷媒回路の冷媒の出口温度との温度差よりも大きい状態となるように、前記制御装置は、前記第２膨張装置の弁開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の液体加熱装置。
8. 前記制御装置は、前記圧縮機構からの吐出冷媒の圧力値と、前記利用側熱交換器に流入する前記利用側熱媒体の温度と、前記中間熱交換器の前記バイパス冷媒回路の冷媒の入口温度とから、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の液体加熱装置。
9. 前記利用側熱媒体を水又は不凍液としたことを特徴とする請求項５～８のいずれか１項に記載の液体加熱装置。

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