JPWO2019234986A1 - 冷凍サイクル装置およびそれを備えた液体加熱装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置およびそれを備えた液体加熱装置 Download PDF

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Abstract

圧縮機構１１、利用側熱交換器１２、中間熱交換器１３、第１膨張装置１４、熱源側熱交換器１５が順次接続されて形成されている主冷媒回路１０と、利用側熱交換器１２から第１膨張装置１４までの間から分岐され、分岐された冷媒は、第２膨張装置２１により減圧された後に、中間熱交換器１３で主冷媒回路１０を流れる冷媒と熱交換され、圧縮機構１１の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路２０と、を備え、熱源側熱交換器１５において吸熱できる熱量が少ない場合には、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くして、熱源側熱交換器１５において吸熱できる熱量が少ない場合でも、利用側熱交換器１２において必要な加熱量を得ることができるインジェクション機能を有する冷凍サイクル装置を提供する。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置およびそれを備えた液体加熱装置に関するものである。
従来、この種の冷凍装置において、高圧側に設けられている凝縮器と過冷却熱交換器との間から分岐された冷媒が、副電動膨張弁で減圧された後に、凝縮器を通過後に主電動膨張弁側に流れる高圧冷媒と、過冷却熱交換器において熱交換され、その後、低圧側や中間圧側に流入する構成、すなわち、インジェクション機能を有する冷凍サイクル装置の構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図７は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置の構成を示すものである。
図７に示すように従来の冷凍装置は、圧縮機５１、凝縮器５２、過冷却熱交換器５３、主電動膨張弁５４、蒸発器５５、アキュムレータ５６が順に接続された主回路５７を備えている。
凝縮器５２と過冷却熱交換器５３との間で、主回路５７から分岐した分岐管６０は、過冷却熱交換器５３の内管５３Ａに接続されている。この内管５３Ａは、外管６１内を主流の下流から上流へ延びて、インジェクション配管６２に接続されている。分岐管６０は副電動膨張弁６３を有している。インジェクション配管６２は、圧縮機５１の中間圧の部分５１Ａに接続されている。
特開２０００−２７４８５９号公報
しかしながら、従来の冷凍装置では、蒸発器５５の吸熱量が低下し、かつ、凝縮器５５において加熱量が不足して場合、蒸発器５５において吸熱できる熱量に限界があるため、副電動膨張弁６３側を流れる冷媒流量が、主電動膨張弁５４側を流れる冷媒流量よりも小さくなるように設定されていると、凝縮器５５において必要な加熱量を得ることができないという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合でも、利用側熱交換器において必要な加熱量を得ることができるインジェクション機能を有する冷凍サイクル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、及び熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成されている主冷媒回路と、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、分岐された冷媒は、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前記冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、前記主冷媒回路の低圧側の前記冷媒の温度、または、前記主冷媒回路の前記低圧側の前記冷媒の圧力、または、前記熱源側熱交換器を通過する空気の温度を検出する低圧側検出部と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記低圧側検出部で検出される検出値が所定値より低い場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる冷媒流量よりも多くするものである。
これにより、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合に、第２膨張装置を経てバイパス冷媒回路へと流れる冷媒流量が、第１膨張装置を経て熱源側熱交換器へと流れる冷媒流量よりも多くなるように分配される。
その結果、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合に、バイパス冷媒回路を流れる冷媒流量は主冷媒回路を流れる冷媒流量より多くなり、かつ、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、熱源側熱交換器から圧縮機構へ吸入される主冷媒回路の冷媒よりも圧力が高いため冷媒密度も高くなり、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の質量流量も増加するため、圧縮機構から吐出されて利用側熱交換器へ流入する全冷媒流量が増加するだけでなく、利用側熱交換器における加熱能力を高めることができる。
本発明によれば、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合でも、利用側熱交換器において必要な加熱量を得ることができるインジェクション機能を有する冷凍サイクル装置を提供できる。
本発明の実施の形態１における液体加熱装置の構成図 同冷凍サイクルについて理想条件での圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図） 同冷凍サイクル装置の第２膨張装置と第１膨張装置の開度差と、熱源側熱交換器の蒸発温度との関係を示す特性図 同冷凍サイクル装置の第２膨張装置と第１膨張装置の開度差と、利用側熱媒体回路における所定温度と利用側熱交換器により加熱された利用側熱媒体の温度との温度差との関係を示す特性図 同冷凍サイクル装置の熱源側熱交換器の蒸発温度に基づいて、第２膨張装置と第１膨張装置の開度を設定するフローチャート 同利用側熱媒体回路における所定温度と利用側熱交換器により加熱された利用側熱媒体の温度との温度差に基づいて、冷凍サイクル装置における第２膨張装置と第１膨張装置の開度を設定するフローチャート 従来の冷凍サイクル装置の構成図
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、熱源側熱交換器が順次接続されて形成されている主冷媒回路と、前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間から分岐され、分岐された冷媒は、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、前記主冷媒回路の低圧側の冷媒の温度、または、前記主冷媒回路の低圧側の冷媒の圧力、または、前記熱源側熱交換器を通過する空気の温度を検出する低圧側検出部と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記低圧側検出部で検出される検出値が所定値より低い場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる冷媒流量よりも多くする冷凍サイクル装置である。
これにより、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合に、第２膨張装置を経てバイパス冷媒回路へと流れる冷媒流量が、第１膨張装置を経て熱源側熱交換器へと流れる冷媒流量よりも多くなるように分配される。
その結果、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合に、バイパス冷媒回路を流れる冷媒流量は主冷媒回路を流れる冷媒流量より多くなり、かつ、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、熱源側熱交換器から圧縮機構へ吸入される主冷媒回路の冷媒よりも圧力が高いため冷媒密度も高くなり、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の質量流量も増加するため、圧縮機構から吐出されて利用側熱交換器へ流入する全冷媒流量が増加するだけでなく、利用側熱交換器における加熱能力を高めることができる。
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記主冷媒回路の高圧側の冷媒の圧力を検出する高圧側検出部を備え、前記制御装置は、前記高圧側検出部で検出される検出値が所定圧力より低い場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる冷媒流量よりも多くするものである。
これにより、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少なく、かつ、利用側熱交換器において加熱量が不足して場合に、第２膨張装置を経てバイパス冷媒回路へと流れる冷媒流量が、第１膨張装置を経て熱源側熱交換器へと流れる冷媒流量よりも多くなるように分配される。
その結果、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少なく、かつ、利用側熱交換器において加熱量が不足して場合に、バイパス冷媒回路を流れる冷媒流量は主冷媒回路を流れる冷媒流量より多くなり、かつ、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、熱源側熱交換器から圧縮機構へ吸入される主冷媒回路の冷媒よりも圧力が高いため冷媒密度も高くなり、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の質量流量も増加するため、圧縮機構から吐出されて利用側熱交換器へ流入する全冷媒流量が増加するだけでなく、利用側熱交換器における加熱能力を高めることができる。
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記冷媒として二酸化炭素を用い、前記第２膨張装置により減圧された後の冷媒の圧力が、臨界圧を超えるものである。
これにより、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を実現できる。
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明の冷凍サイクル装置と、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とを備えた液体加熱装置である。
これにより、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を実現できる液体加熱装置を提供できる。
第５の発明は、特に、第４の発明において、前記利用側熱交換器から流出す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を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される検出温度が所定温度よりも低く、かつ、前記所定温度と前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される検出温度との温度差が所定温度差より大きい場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる冷媒流量よりも多くするものである。
これにより、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少なく、かつ、利用側熱交換器において加熱量が不足して場合に、第２膨張装置を経てバイパス冷媒回路へと流れる冷媒流量が、第１膨張装置を経て熱源側熱交換器へと流れる冷媒流量よりも多くなるように分配される。
その結果、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少なく、かつ、利用側熱交換器において加熱量が不足して場合に、バイパス冷媒回路を流れる冷媒流量は主冷媒回路を流れる冷媒流量より多くなり、かつ、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、熱源側熱交換器から圧縮機構へ吸入される主冷媒回路の冷媒よりも圧力が高いため冷媒密度も高くなり、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の質量流量も増加するため、圧縮機構から吐出されて利用側熱交換器へ流入する全冷媒流量が増加するだけでなく、利用側熱交換器における加熱能力を高めることができる。
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）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による液体加熱装置の構成図である。
液体加熱装置は、冷凍サイクル装置と利用側熱媒体回路３０と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、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、及び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（ＣＯ２）を用いている。
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とで構成される圧縮機構１１を用いて説明するが、単一の圧縮回転要素においても適用でき、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圧縮機構の構成でもよい。
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を設けられている。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、及び暖房端末３２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、水又は不凍液が用いられている。
利用側熱媒体回路３０には、利用側熱交換器１２から流出す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に流入す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とが設けられていて利用側熱媒体を搬送装置３１で利用側熱媒体回路３０を循環させ、利用側熱交換器１２にて加熱された利用側熱媒体で暖房端末３２での暖房を行う。
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。
なお、利用側熱交換器１２において加熱量が不足して場合には、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の検出温度は所定温度まで上昇しないため、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度が所定温度より低く、かつ、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度と所定温度の温度差は所定温度差より大きい。
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の第１膨張装置１４と熱源側熱交換器１５とを接続する配管１６には、低圧側の蒸発温度を検出する蒸発温度サーミスタ５２が設けられている。なお、低圧側の冷媒（気液二層状態）の蒸発温度を検出するためには、温度サーミスタでなくても、圧力検出装置とし、圧力検出装置が検出した圧力値から、制御装置６０が蒸発温度を算出してもよい。さらには、蒸発温度の代わりに、熱源側熱交換器１５の周辺に温度サーミスタを設け、ファン１７が駆動することで、熱源側熱交換器１５に熱を供給する空気の温度を、その温度サーミスタ用いても検出してもよい。
制御装置６０は、低圧側検出部として機能する、蒸発温度サーミスタ５２の検出温度、または、圧力検出装置の検出圧力値、または、熱源側熱交換器１５に熱を供給する空気の温度によって、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁開度を制御する。
また、制御装置６０は、高圧側検出部として機能する高圧側圧力検出装置５１の検出圧力値によって、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁開度を制御する。
さらには、熱媒体出口温度サーミスタ５３の検出温度によって、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁開度を制御する。
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、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を示している。
図２のａ〜ｅ点、およびＡ〜Ｂ点は、図１に示す液体加熱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。
そして、制御装置６０は、低圧側検出部として機能する、蒸発温度サーミスタ５２の検出温度、または、圧力検出装置の検出圧力、または、熱源側熱交換器１５に熱を供給する空気の温度が、所定値（基準値）より低い場合には、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする。
また、制御装置６０は、高圧側検出部として機能する高圧側圧力検出装置５１の検出圧力が所定圧力（目標圧力値）より低い場合には、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする。
さらには、熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出されるが所定温度よりも低く、かつ、所定温度と熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出される検出値との温度差が所定温度差より大きい場合には、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする。
すなわち、制御装置６０は、第１膨張装置１４を弁開度が小さくなる方向に動作させ、また、第２膨張装置２１を弁開度が大きくなる方向に動作させて、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする。
その結果、図２に示すように、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が増加し、第２膨張装置２１により減圧された後の冷媒の圧力、すなわち、高段側圧縮回転要素１１ｂの吸入圧力は、臨界圧を超えた状態となる。これにより、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ができる。
次に、制御装置６０が、低圧側検出部として機能する、蒸発温度サーミスタ５２、または、圧力検出装置で検出される検出値、または、熱源側熱交換器１５に熱を供給する空気の温度が所定値（基準値）より低い場合に、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする制御について、図３および図５を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁口径は同一としている。
制御装置６０には、予め、蒸発温度サーミスタ５２にて検出される低圧側の蒸発温度Ｔｅと、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差ｄＰＬとの関係が特性式として入力されている。
すなわち、特性式は、図３に示すように、基準蒸発温度Ｔｅｏのときには、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差は０であり、蒸発温度Ｔｅが低くなるにつれて、第１膨張装置開度ＰＬ１の開度に対して、第２膨張装置開度ＰＬ２の開度が大きくなるような関係に設定してある。
以下、図５に基づいて、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１を設定するフローチャートについて説明する。
まず、Ｓ１にて、基準冷媒温度Ｔｅｏを設定する。次に、Ｓ２にて、冷凍サイクル装置の所定の運転条件で、蒸発温度サーミスタ５２が蒸発温度Ｔｅ１を検出し、それに対応する第２膨張装置開度ＰＬ２、第１膨張装置開度ＰＬ１を検出する。
そして、Ｓ３にて、膨張弁開度差ｄＰＬ（＝ＰＬ２−ＰＬ１）を算出し、目標膨張弁開度差ｄＰＬ＝ｄＰＬ１を設定する。
つづいて、Ｓ４にて、第２膨張装置２１の現在の開度ＰＬ２を修正して、修正第２膨張装置開度ＰＬ２‘＝ＰＬ２＋ｄＰＬ１を算出し、Ｓ５にて、第２膨張装置２１の修正第２膨張装置開度ＰＬ２’となるように開度設定を行う。
その後、Ｓ６にて、インターバル時間ｔを検出して、Ｓ７にて所定インターバル時間ｔｏとの比較を行い、ｔ≧ｔｏであれば、Ｓ２〜Ｓ５の動作を繰り返す。
これにより、熱源側熱交換器１５における蒸発温度Ｔｅが基準蒸発温度Ｔｅｏより低い場合には、第２膨張装置２１の開度が、第１膨張装置１４の開度より、ｄＰＬ１分だけ大きく設定されるため、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量は、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くなるように分配されることになる。
なお、この場合、低圧側検出部として機能するパラメータが、低圧側の圧力検出装置で検出される検出値、または、熱源側熱交換器１５に熱を供給する空気の温度であっても、基準値のときには、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差は０であり、低圧側検出部で検出される検出値が基準値より低くなるにつれて、第１膨張装置開度ＰＬ１の開度に対して、第２膨張装置開度ＰＬ２の開度が大きくなるような関係に設定してある関係は、蒸発温度Ｔｅの場合と同じである。
また、高圧側検出部として機能する高圧側圧力検出装置５１で検出される検出値が所定圧力（目標圧力値）より低い場合には、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする場合についても、目標圧力値のときには、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差は０であり、その値が目標圧力値より低くなるにつれて、第１膨張装置開度ＰＬ１の開度に対して、第２膨張装置開度ＰＬ２の開度が大きくなるような関係に設定してある関係は、蒸発温度Ｔｅの場合と同じである。
次に、熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出される検出値が所定温度よりも低く、かつ、所定温度と熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出される検出値との温度差が所定温度差より大きい場合には、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を調整して、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量を、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くする制御について、図４および図６を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１の弁口径は同一としている。
制御装置６０には、予め、所定温度と熱媒体出口温度サーミスタ５３にて検出される検出温度Ｔｃとの温度差（ｄＴｃ）と、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差ｄＰＬとの関係が特性式として入力されている。
すなわち、図４に示すように、温度差なし（温度差＝０）のときには、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１との開度差は０であり、温度差（ｄＴｃ）が大きくなるにつれて、第１膨張装置開度ＰＬ１の開度に対して、第２膨張装置開度ＰＬ２の開度が大きくなるような関係に設定してある。
以下、図６に基づいて、第２膨張装置開度ＰＬ２と第１膨張装置開度ＰＬ１を設定するフローチャートについて説明する。
まず、Ｓ１１にて、温度差０を設定する。そして、Ｓ１２にて、液体加熱装置の所定の運転条件で、熱媒体出口温度サーミスタ５３が利用側熱媒体の温度Ｔｃを検出し、それに対応する第２膨張装置開度ＰＬ２、第１膨張装置開度ＰＬ１を検出する。
そして、Ｓ１３にて、膨張弁開度差ｄＰＬ（＝ＰＬ２−ＰＬ１）を算出し、目標膨張弁開度差ｄＰＬ＝ｄＰＬ’を設定する。
つづいて、Ｓ１４にて、第２膨張装置２１の現在の開度ＰＬ２を修正して、修正第２膨張装置開度ＰＬ２‘＝ＰＬ２＋ｄＰＬ’を算出し、Ｓ１５にて、第２膨張装置２１の修正第２膨張装置開度ＰＬ２’となるように開度設定を行う。
その後、Ｓ１６にて、インターバル時間ｔを検出して、Ｓ１７にて所定インターバル時間ｔｏとの比較を行い、ｔ≧ｔｏであれば、Ｓ１２〜Ｓ１５の動作を繰り返す。
これにより、熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出される検出値が所定温度よりも低く、かつ、所定温度と熱媒体出口温度サーミスタ５３で検出される検出値との温度差が所定温度差より大きい場合には、第１膨張装置１４の開度より、ｄＰＬ’分だけ大きく設定されるため、第２膨張装置２１を流れる冷媒流量は、第１膨張装置１４を流れる冷媒流量よりも多くなるように分配されることになる。
以上のように、熱源側熱交換器１５において吸熱できる熱量が少なく、かつ、利用側熱交換器１２において加熱量が不足して場合に、図１に示すように、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒流量（Ｇ２）を、主冷媒回路１０を流れる冷媒流量（Ｇ１）より多くすることでバイパス冷媒回路２０を流れる冷媒は、熱源側熱交換器１５から圧縮機構１１へ吸入される主冷媒回路１０の冷媒よりも圧力が高いため、冷媒密度も高くなり、バイパス冷媒回路２０を流れる冷媒の質量流量も増加するため、圧縮機構１１から吐出されて利用側熱交換器１２へ流入する全冷媒流量（Ｇ０）が増加するだけでなく、利用側熱交換器１２における加熱能力を高めることができる。
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、熱源側熱交換器において吸熱できる熱量が少ない場合でも、利用側熱交換器において必要な加熱量を得ることができるので、冷凍サイクル装置を用いた冷凍、空調、給湯、暖房機器等に有用である。
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
１７ ファン
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
３２ 暖房端末
５１ 高圧側圧力検出装置（高圧側検出部）
５２ 蒸発温度サーミスタ（低圧側検出部）
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
６０ 制御装置

Claims (5)

  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、及び熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成されている主冷媒回路と、
    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、分岐された冷媒は、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前記冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、
    前記主冷媒回路の低圧側の前記冷媒の温度、または、前記主冷媒回路の前記低圧側の前記冷媒の圧力、または、前記熱源側熱交換器を通過する空気の温度を検出する低圧側検出部と、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、前記低圧側検出部で検出される検出値が所定値より低い場合には、
    前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との開度を調整して、
    前記第２膨張装置を流れる冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる冷媒流量よりも多くすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記主冷媒回路の高圧側の前記冷媒の圧力を検出する高圧側検出部を備え、前記制御装置は、前記高圧側検出部で検出される検出値が所定圧力より低い場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との前記開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる前記冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる前記冷媒流量よりも多く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. 前記冷媒として二酸化炭素を用い、前記第２膨張装置により減圧された後の前記冷媒の前記圧力が、臨界圧を超えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置と、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とを備えたことを特徴とする液体加熱装置。
  5. 前記利用側熱交換器から流出す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を備え、前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される検出温度が所定温度よりも低く、かつ、前記所定温度と前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される前記検出温度との温度差が所定温度差より大きい場合には、前記第１膨張装置と前記第２膨張装置との前記開度を調整して、前記第２膨張装置を流れる前記冷媒流量を、前記第１膨張装置を流れる前記冷媒流量よりも多くすることを特徴とする請求項４に記載の液体加熱装置。
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