WO2006025354A1

WO2006025354A1 - ヒートポンプ

Info

Publication number: WO2006025354A1
Application number: PCT/JP2005/015706
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Yakumaru; Tomoichiro Tamura; Tetsuya Saito; Masaya Honma
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US20060266057A1; JP3916170B2; JPWO2006025354A1; CN101014812A; US7350366B2

Abstract

　本発明は、圧縮機と、放熱器と、開度が可変である第１絞り装置と、膨張機と、開度が可変である第２絞り装置と、蒸発器と、これらを上記の順に冷媒が循環するように接続する管体と、第１絞り装置の開度および第２絞り装置の開度を制御する制御装置と、を有するヒートポンプを提供する。このヒートポンプによれば、膨張機に流入する冷媒の圧力（中間圧力）と冷凍サイクルの高圧側の圧力とを独立して制御することが可能となり、冷媒のレシーバの小型化、場合によっては省略、も可能となる。

Description

明細書

ヒートポンプ

技術分野

[0001] 本発明は、給湯機、空調機などとして有用であるヒートポンプに関し、より詳しくは、膨張機によりエネルギーを回収する機構を備えたヒートポンプに関する。

背景技術

[0002] 膨張弁に代えて膨張機を用いたヒートポンプでは、冷媒が膨張するエネルギーを電力または動力として回収できる。膨張機としては、冷媒を導入して膨張させるための容量可変の空間を有する容積式膨張機が用いられることが多い。膨張機によるェネルギ一の回収は、冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側が超臨界状態に達する遷臨界サイクルにおいて、特にその意義が大きい。

[0003] 膨張機は、その構造上、所定の方向に沿って冷媒が通過しないとエネルギーを回収できない。しかし、空調機として用いるヒートポンプでは、室内に設置した熱交翻を、暖房運転時には放熱器として、冷房運転時には蒸発器として、使用する必要があるため、基本的に、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を反対に流す必要がある。

[0004] 特開 2001— 66006号公報は、冷房運転時および暖房運転時の双方において膨張機によるエネルギー回収が可能なヒートポンプを開示している。このヒートポンプは、四方弁の切り換えにより、冷房、暖房のいずれの運転時においても、冷媒が膨張機を同一方向に流れるように設計されている。また、このヒートポンプでは、膨張機で回収したエネルギーをそのまま圧縮機の運転に費やすために、膨張機と圧縮機とが同一の回転軸に接続、即ち直結されている。

[0005] 膨張機と圧縮機とが直結されたヒートポンプでは、膨張機と圧縮機とが同じ回転速度で作動するため、膨張機と圧縮機との押しのけ容積比を運転条件に応じて変化させることができない。このため、このタイプのヒートポンプは、エネルギーの回収効率には優れているが、運転条件に応じた円滑な運転が困難であった。特開 2003— 12 1018号公報は、この困難を緩和するヒートポンプを開示している。 [0006] 図 20【こ示すよう【こ、特開 2003— 121018号公報 ίま、特開 2001— 66006号公報と同様、管体 110に 2つの四方弁 131, 134を配置し、四方弁 131, 134の切り換えにより、冷房、暖房のいずれの運転時においても、冷媒が膨張機 104および圧縮機 101を同一方向に流れるように設計されたヒートポンプを開示して！/、る。このヒートポンプを用いた空調機では、暖房時には、四方弁 131, 134内において実線で示された経路が選択され、室内熱交 132が放熱器として機能し、室外熱交 136が蒸発器として機能する。この空調機では、冷房時には、四方弁 131, 134内において破線で示された経路が選択され、室内熱交 132が蒸発器として機能し、室外熱交 136が放熱器として機能する。このヒートポンプでは、膨張機 104および圧縮機 101が直結して 1つの回転軸を共有し、この回転軸がモータ 130により駆動される

[0007] 特開 2003— 121018号公報に開示されたヒートポンプでは、膨張機 104と並列に配置されたバイパス回路 120に膨張弁 (バイパス弁） 139が配置され、さらに膨張機 1 04と直列にも膨張弁 105が配置されている。そして、運転条件に応じて、膨張弁 105 または膨張弁 139の開度が制御される。

[0008] 上述のように、膨張機と圧縮機とが直結されたヒートポンプは、エネルギーの回収という点では優れているが、膨張機と圧縮機との押しのけ容積比を運転条件に応じて変化させることができない。例えば、冷房運転時の標準的な条件を基準として膨張機が設計されて、ると、暖房運転時には膨張機の押しのけ容積が要求値に対して大きすぎることになる。このため、特開 2003— 121018号公報に開示されたヒートポンプでは、暖房運転時には、バイバス弁 139が全閉され、膨張弁 105の開度が適宜制御される。膨張弁 105の開度を絞れば、膨張機 104に流入する冷媒の比容積が増大する。冷房運転時には、膨張機 104の押しのけ容積が要求値よりも小さくなることがある。この場合には、膨張弁 105が全開され、バイバス弁 139の開度が適宜制御される。こうして、特開 2003— 121018号公報が開示するヒートポンプは、運転条件に応じた円滑なサイクル動作を可能として、る。

[0009] 図 21は、図 20に示したヒートポンプにおける冷凍サイクルを示すモリエル線図である。圧縮機 101から吐出された高圧 Ρ の状態 aにある冷媒は、放熱器 104として機能する室内熱交換器 132または室外熱交換器 136において放熱して状態 bに至る。冷媒は、膨張機 104内で等エントロピ膨張して中間圧 P の状態 cに至り、さらに膨張弁

M

105で等ェンタルピ膨張して低圧 Pの低圧 dに至る。冷媒は、蒸発器として機能する

し

室外熱交換器 136または室内熱交換器 132において吸熱して状態 eに至った後、圧縮機 101に流入する。このヒートポンプでは、膨張機 104により、状態 bと状態 dとのェンタルピ差 Wに相当するエネルギーが回収される。このため、このヒートポンプには、

2

基本的に、状態 aと状態 eとのェンタルピ差 Wカゝらェンタルピ差 Wを差し引いた値（

1 2

w w )に相当する動力を投入すれば足りる。

1 2

[0010] 特開 2003— 121018号公報は、図 22に示すように、膨張弁 105を膨張機 104の上流側に配置したヒートポンプも開示している。このヒートポンプは、膨張弁 105および冷媒のレシーバ 100の位置を除、ては、図 20に示したヒートポンプと同様の構成を有する。図 23に、図 22に示したヒートポンプにおける冷凍サイクルを示すモリエル線図を示す。この冷凍サイクルは、膨張機 104における等エントロピ膨張（図 23において状態 cから状態 dへの膨張）に先だって、膨張弁 105における等ェンタルピ膨張（図 22にお、て状態 bから状態 cへの膨張）が実施される点を除、ては、図 21に示した冷凍サイクルと同じである。

発明の開示

[0011] 特開 2003— 121018号公報が開示するヒートポンプでは、膨張機 104の上流側または下流側に配置した膨張弁 105の開度を調整することにより、膨張機 104に流入する冷媒の比容積、換言すれば膨張機 104に流入する冷媒の圧力、が制御される。

[0012] しかし、膨張機 104に流入する冷媒の圧力 P を制御するために膨張弁 105の開度

M

を制御すると、冷凍サイクルが全体として高圧側または低圧側にシフトすることになり、結果として冷凍サイクルの高圧側の圧力 Pが変化する。冷凍サイクルにおいて、圧

H

力 P を制御できたとしても、この制御が高圧側の圧力 Pの意図しない変化を伴うも

M H

のであれば、ヒートポンプの効率を高く維持することが難し、。

[0013] このように、特開 2003— 121018号公報が開示するヒートポンプの制御機構には、膨張機 104に流入する冷媒の圧力 P と、冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力 P と

M H

を独立して制御できないという問題があった。この理由の一つは、膨張弁 105, 139 の一方が全開または全閉された状態で、他方のみが制御されていることにある力ヒートポンプにおいて、圧力 P および圧力 Pをともに制御することが容易となるように 2

M H

つの膨張弁が配置されて、な、ことも上記問題の解決を困難として、る。

[0014] ところで、図 20および図 22に示されているように、冷房運転時および暖房運転時のように必要とされる冷媒の量がかなり異なる条件で運転されるヒートポンプには、ヒートポンプを循環する冷媒の量を調節するために、レシーバ 100が設置されることが多い。レシーバ 100は、冷媒を一時的に貯留することにより、膨張機 104への冷媒の流入過多を防止する。

[0015] しかし、装置の信頼性をレシーバにより担保すると、ヒートポンプが大型化し、充填すべき冷媒の量が多くなるという問題があった。ヒートポンプの大型化は、設置場所を制限し、ユーザーの要望にも添わない。充填すべき冷媒量の削減は、環境負荷軽減の観点力も社会的にも要請されている。

[0016] 以上述べた 2つの問題、即ち、膨張機に流入する冷媒の圧力 P と冷凍サイクルの

M

高圧側の冷媒の圧力 P とを独立して制御できないという第 1の問題、および装置の

H

信頼性をレシーバにより担保せざるを得ないという第 2の問題は、図 20および図 22 に示したような膨張機と圧縮機とを直結したヒートポンプにおいて顕在化するが、膨張機と圧縮機とを直結して、な、ヒートポンプにお!/、ても存在する。

[0017] 例えば、膨張機を発電機に接続すれば、冷媒が膨張するエネルギーを電力として回収できるヒートポンプを構成することが可能であり、この場合は膨張機と圧縮機とを直結する必要はない。しかし、このタイプのヒートポンプにおいても、運転条件に応じた円滑なサイクル動作を可能とするためには、膨張機に流入する冷媒の圧力 P

Mと、冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力 P とをともに所望の値に制御することが望まし

H

い。また、このタイプのヒートポンプにおいても、膨張機への冷媒の流入過多を防止するために、通常はレシーバが設置されている。

[0018] 以上の事情に鑑み、本発明は、膨張機を備え、膨張機に流入する冷媒の圧力と、冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力とを独立して制御できるヒートポンプを提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、膨張機の上流側または下流側に設置される冷媒のレシーバを従来よりも小型化できる、さらにその好適な実施態様におヽてはレシーバを設ける必要がな!、、ヒートポンプの提供にある。

[0019] 本発明は、圧縮機と、放熱器と、開度が可変である第 1絞り装置と、膨張機と、開度が可変である第 2絞り装置と、蒸発器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記第 1絞り装置、前記膨張機、前記第 2絞り装置および前記蒸発器をこの順に冷媒が循環するように接続する管体と、前記第 1絞り装置の開度および前記第 2絞り装置の開度を制御する制御装置と、を有するヒートポンプを提供する。

[0020] 本発明のヒートポンプでは、膨張機の上流側および下流側に開度が可変である第 1絞り装置および第 2絞り装置を配置し、これら絞り装置の開度を制御装置で制御することした。これにより、膨張機に流入する冷媒の圧力（中間圧力） P (以下では、 P

M I

の符号を用いる）と、冷凍サイクルの高圧側の圧力 P とを独立して制御することが可

H

能となり、その結果、運転条件に応じた冷凍サイクルの最適化を通じ、ヒートポンプの効率を高く維持することができる。

[0021] また、本発明のヒートポンプでは、第 1絞り装置および第 2絞り装置の開度を制御することとしたため、運転条件が要求する冷凍サイクルを維持しながら、膨張機内に保持される冷媒の量を従来よりも幅広い範囲内で調整できる。膨張機内に保持される冷媒の量を幅広!、範囲内で調整できれば、ヒートポンプを循環する冷媒の量を調整するためのレシーバの容量が小さくてもよいし、場合によっては、レシーバを設けなくても、必要とされる冷媒の量が大きく異なる条件下で運転可能なヒートポンプを提供できる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明のヒートポンプの構成の一例を示す図である。

[図 2]図 1のヒートポンプの冷凍サイクルを示すモリエル線図である。

[図 3]制御装置による膨張弁の開度の制御の一例を示すフローチャートである。

[図 4]蒸発器雰囲気温度 Tと冷媒最適充填量 M との関係の一例を示す図である。

E T

[図 5]中間圧力 Pと膨張機内冷媒ホールド量 M との関係の一例を示す図である。

I H

[図 6]冷媒最適充填量 Mと目標中間圧力 P との関係の一例を示す図である。

T IT

[図 7]図 3に示した制御による冷凍サイクルの変化の一例を示すためのモリエル線図である。 [図 8]図 3に示した制御による冷凍サイクルの変化の別の一例を示すためのモリエル線図である。

[図 9]制御装置による膨張弁の開度の制御の別の一例を示すフローチャートである。

[図 10]冷媒としての二酸ィ匕炭素を等エントロピ膨張させた場合の圧力と比ェンタルピとの関係を例示する図である。

[図 11]本発明のヒートポンプの構成の別の一例を示す図である。

[図 12]本発明のヒートポンプの構成のまた別の一例を示す図である。

[図 13]本発明のヒートポンプの構成のさらに別の一例を示す図である。

[図 14]本発明のヒートポンプの構成のまたさらに別の一例を示す図である。

[図 15]制御装置による膨張弁の開度の制御のまた別の一例を示すフローチャートである。

[図 16]図 15に示した制御におけるステップ 92〜ステップ 94による冷凍サイクルにおける変化の一例を示すためのモリエル線図である。

[図 17]制御装置による膨張弁の開度の制御のさらに別の一例を示すフローチャートである。

[図 18]冷媒として二酸ィ匕炭素を用いた場合の、蒸発器における冷媒および被加熱媒体 (空気)の温度変化の一例を示す図である。

[図 19]冷媒としてフロンを用いた場合の、蒸発器における冷媒および被加熱媒体 (空気）の温度変化の一例を示す図である。

[図 20]従来のヒートポンプの構成の一例を示す図である。

[図 21]図 20のヒートポンプの冷凍サイクルを示すモリエル線図である。

[図 22]従来のヒートポンプの構成の別の一例を示す図である。

[図 23]図 22のヒートポンプの冷凍サイクルを示すモリエル線図である。

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同じ部材ゃステップには同じ符号を付し、説明の重複を避ける場合がある

[0024] 図 1に、本発明のヒートポンプの一形態の構成図を示す。このヒートポンプ 11は、圧縮機 1と、放熱器 2と、膨張機 4と、蒸発器 6とをヒートポンプの基本的な機能を発揮するための主要な構成要素として備え、これら主要な構成要素を冷媒が循環するように接続する管体 10をさらに備えている。膨張機 4の押しのけ容積は圧縮機 1の押しのけ容積の 5〜20%が好適である。圧縮機放熱器 2、膨張機 4、蒸発器 6は、管体 10 により接続されて冷媒回路を形成している。冷媒は、冷媒回路内を図 1に矢印で示した方向に沿って循環し、蒸発器 6で吸収した熱を放熱器 2で放出する。

[0025] ヒートポンプ 11には、放熱器 2と膨張機 4との間に第 1絞り装置である第 1膨張弁 3 が配置され、膨張機 4と蒸発器 6との間に第 2絞り装置である第 2膨張弁 5が配置されている。また、ヒートポンプ 11には、膨張機 4と膨張弁 3との間における冷媒の圧力（膨張機 4に流入する冷媒の圧力 P )を測定するための圧力センサ 7、および蒸発器 6

I

の雰囲気温度を測定するための温度センサ 8が配置されている。

[0026] 膨張弁 3, 5の開度はコントローラ（制御装置） 9により制御される。コントローラ 9には、膨張弁 3, 5とともに、圧力センサ 7および温度センサ 8が接続されている。コントローラ 9は、圧力センサ 7で測定された冷媒の圧力 Pおよび温度センサ 8で測定された冷

I

媒の温度に基づいて、膨張弁 3, 5の開度を調整する。

[0027] なお、図 1には図示を省略したが、ヒートポンプ 11は、膨張機 4に接続された発電機と、発電機で得た電気エネルギーを圧縮機に供給する電気回路とをさらに備えており、これら発電機および電気回路により、冷媒が膨張するエネルギーを膨張機 4で回収して圧縮機 1に投入することとしている。発電機および電気回路カゝらなるエネルギー回収機構は既に知られている構成を用いるとよぐ公知の構成によれば、発電機は、例えば膨張機 4と回転軸を共有するように配置される。

[0028] 図 2を参照して、ヒートポンプ 11を循環する冷媒の状態変化について説明する。圧縮機 1から吐出され、高圧 P の状態 Aにある冷媒は、放熱器 2内で放熱して状態 Bに

H

至る。状態 Bにある冷媒は、第 1膨張弁 3、膨張機 4および第 2膨張弁 5をこの順に経由しながら膨張して低圧 Pの状態 Eに至る。

し

[0029] この膨張過程において、まず、冷媒は、第 1膨張弁 3において等ェンタルピ膨張して圧力（中間圧力） Pの状態 Cに至る。圧力 Pで膨張機 4に導入された冷媒は、膨張

I I

機 4内で自らの温度を低下させながら等エントロピ膨張して圧力 Pの状態 Dに至り、膨張機 4から吐出される。圧力 Pの冷媒は、第 2膨張弁 5において等ェンタルピ膨張 o

して圧力 Pの状態 Eに至る。

し

[0030] 膨張過程の後、冷媒は、蒸発器 6内で吸熱して状態 Gに至り、圧縮機 1に導入されて圧縮され、再び、高圧 Pの状態 Aとなって吐出される。

H

[0031] 図 21を参照して上記で説明したように、図 2においても、膨張機 4により回収可能な電力は、点 C (点 F)と点 Dとのェンタルピ差 Wにより示すことができる。圧縮機 1に入

2

力すべき動力の最小値は、点 Aと点 Gとのェンタルピ差 W力ェンタルピ差 Wを差

1 2 し引いた値 (W—W )となる。

1 2

[0032] 図 2には、高圧側の圧力 P が冷媒である二酸化炭素の臨界圧力 Pを超える冷凍

H C

サイクルが例示されている。上述のように、膨張機 4による動力回収は、冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍サイクルの高圧側の圧力 P 、即ち圧縮機 1から吐出された冷

H

媒の圧力が二酸化炭素の臨界圧力 P

Cを超えるように冷媒を循環させる場合に大きな効果がある。ただし、本発明は、代替フロンに代表される他の冷媒を用いるヒートボンプにも適用が可能である。

[0033] 図 3に、コントローラ 9による第 1膨張弁 3および第 2膨張弁 5の制御方法を例示する。この制御例では、冷凍サイクルの高圧側の圧力 Pを望ましい所定値に維持しなが

H

ら、膨張機に流入する冷媒の圧力 P

Iを運転条件により定まる望ましい所定値に制御する。

[0034] まず、コントローラ 9がヒートポンプを循環する冷媒の最適量 (冷媒最適充填量 M )

T

を算出する (ステップ 21： S21)。

[0035] 運転条件により、ヒートポンプを循環する冷媒の最適量は相違し、実際の冷媒の循環量と最適量との相違が大きくなるにつれてヒートポンプの効率は低下する。冷媒の最適量は、例えば、蒸発器 6に設置した温度センサ 8により測定された温度に基づき、予め定めた関係式に基づいて算出できる。図 4は、蒸発器周りの空気温度 (蒸発器雰囲気温度 T )と冷媒最適循環量 Mとの関係の一例を示す。図 4に例示したとおり

E T

、通常、蒸発器雰囲気温度 Tの上昇に伴い、冷媒最適循環量 Mは増加する。冷媒

E T

最適循環量 Mは、蒸発器雰囲気温度 Tに基づいて定める必要はなぐ放熱器 2内

T E

の雰囲気温度に代表される他の指標に基づ!、て算出してもよ!、。 [0036] 次いで、コントローラ 9が、ステップ 21において定められた冷媒最適充填量 Mに基

T

づ、て、膨張機 4に流入する冷媒の圧力（中間圧力） Pについての目標値（目標中

I

間圧力） P を算出する (ステップ 22 : S22)。

IT

[0037] 膨張機 4に流入する冷媒の圧力（中間圧力) Pに応じ、膨張機 4に保持される冷媒

I

の量 (膨張機内冷媒ホールド量 M )は変化する。図 5に、中間圧力 Pと膨張機内冷

H I

媒ホールド量 M との関係を例示する。図 5に例示したとおり、中間圧力 Pの上昇に

H I

伴い、膨張機内冷媒ホールド量 M は増加する。膨張機内冷媒ホールド量 Mが変

H H

化すれば、ヒートポンプに充填される見かけ上の冷媒量が変化する。従って、冷媒の中間圧力 Pにより上記ホールド量 Mを調整すれば、冷媒最適充填量 Mを制御する

I H T

ことができる。

[0038] 図 6に冷媒最適循環量 Mと、その最適量 Mを達成するために制御のターゲットと

T T

するべき目標中間圧力 P との MPa

IT 関係を例示する。図 6を参照すると、 2 程度の範囲内で中間圧力 Pを適切に調整すれば、見かけ上の冷媒充填量 Mを約 lOOgの範

I

囲で制御できることがわかる。これは、実用的なヒートポンプからレシーバを省略するのに十分な量である。

[0039] なお、図 4〜図 6は、冷媒として二酸ィ匕炭素を用いた場合についてのデータである [0040] 図 20および図 22に示したように、従来のヒートポンプにおいても、中間圧力 P (P )

M I

を制御すること自体は可能であった。しかし、現実には、冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力 Pを運転条件が要求する所定範囲内に保っために、中間圧力 Pを幅広く

H I

制御することができな力つた。これに対し、ヒートポンプ 11では、開度が可変である 2 つの膨張弁 3, 5の開度を制御することにより、中間圧力 Pを幅広く制御し、膨張機 4

I

の潜在的な冷媒量調整機能を引き出すこととした。ヒートポンプ 11を用いると、例えば高圧側の圧力 Pを所定値に維持しながら 2MPa以上の範囲内で中間圧力 Pを適

H I

切に制御することが可能である。

[0041] 引き続き、コントローラ 9が、中間圧力の実際の値 Pと目標中間圧力 P とを対比す

I IT

る (ステップ 23 : S23)。その結果、実際の値 Pと目標中間圧力 P とが一致すれば (P

I IT I

=P )、ステップ 21に戻り、一致しなければ次のステップへと進む。 [0042] 図 1に例示したヒートポンプでは、圧力センサ 7により、中間圧力の実際の値 Pを直

I

接測定できる。ただし、中間圧力の実際の値 P

Iは、算出値であってもよぐ具体的には、ヒートポンプのその他の部位にぉ、て測定した冷媒の圧力および zまたは温度に基づ!/、て所定の関係式力も算出した値であってもよ、。

[0043] 次のステップでは、中間圧力の実際の値 Pと目標中間圧力 P との大小関係を判断

I IT

する（ステップ 24 : S 24)。

[0044] そして、実際の値 Pが目標中間圧力 P よりも大きければ、第 1膨張弁 3の開度を小

I IT

さくして第 2膨張弁 5の開度を大きくする制御 aを行う (ステップ 25 : S25)。逆に、実際の値 Pが目標中間圧力 P よりも小さければ、第 1膨張弁 3の開度を大きくして第 2膨

I IT

張弁 5の開度を小さくする制御 bを行う（ステップ 26 : S26)。ステップ 25またはステツプ 26を実施した後は、ステップ 21に戻る。

[0045] 上記の制御例では、コントローラ 9が、 2つの膨張弁 3, 5の開度を、一方を開けば他方を閉じることとしている。この制御によれば、冷凍サイクルにおける高圧側の冷媒の圧力 P

Hを所定値に維持することが容易となる。上記のように、コントローラ 9は、第 1膨張弁 3の開度を小さくし、第 2膨張弁 5の開度を大きくする制御 aと、第 1膨張弁 3の開度を大きくし、第 2膨張弁 5の開度を小さくする制御 bとを実施することが好ましい。制御 aおよび制御 bは、圧縮機から吐出される冷媒の圧力、即ち冷凍サイクルにおける高圧側の圧力 P が一定となるように実施することが好ましいが、これに限らず、ヒート

H

サイクルの運転に支障を来さな、範囲内で高圧側の圧力 pの変化を許容してもよ!、

H

[0046] 上記の制御例では、コントローラ 9が、目標中間圧力 P と実際の中間圧力 Pとに基

IT I

づき、 2つの膨張弁 3, 5の開度をともに変更している。このように、コントローラ 9は、所定の特性についての目標値に実際の値が近づくように、 2つの膨張弁 3, 5の開度がともに変化するように制御を行うことが好ま、。

[0047] 図 7は、図 2に示した冷凍サイクルを図 3に示した制御例に基づき、制御した結果として達成された冷凍サイクルを例示するモリエル線図である。図 2の冷凍サイクルでは、中間圧力 Pが目標中間圧力 P よりも高い状態にあった (P >P )。図 7では、上

I IT I IT

記制御 aが実施された結果、モリエル線図における点 Cが下降して点 Cに至り、中間圧力 Pと目標中間圧力 P とが一致している。制御 aでは、第 2膨張弁 5の開度を大き

I IT

くしたため、点 Dも下降している。図 7では、モリエル線図における冷凍サイクルの全体的なシフトが防止されながら、即ち点 Cおよび点 Dを除く各点の移動が防止されながら、中間圧力 Pが理想的な値 P に導かれている。

I IT

[0048] 図 8は、制御 bの結果として達成された冷凍サイクルを示すモリエル線図である。図 8に至る制御においても、冷凍サイクルの全体としてのシフトが防止され、高圧側の冷媒の圧力 P は維持されている。

H

[0049] 以上の制御例では、制御のターゲットの設定（目標値の設定)を、膨張機に流入する冷媒の圧力 Pについて実施した。しかし、目標値は、膨張機に流入する冷媒の圧

I

力 P

Iに所定の関係式に基づいた関係づけが可能な冷媒の圧力または温度、換言すれば圧力 Pが関数となる所定の冷媒圧力または冷媒温度に基づいて設定してもよい

I

。これを考慮すると、上記に例示したような制御は、以下のステップ Aおよび Bをこの順に実施する制御方法として記述できる。

[0050] ステップ A：膨張機に流入する冷媒の圧力についての最適値 P 、またはこの圧力

IT

に関連づけられる所定の圧力もしくは温度についての最適値 R

ITを算出する。

[0051] ステップ B:膨張機に流入する冷媒の圧力についての実際の値 Pと最適値 P とか

I IT

ら、または最適値 R

ITに対応する圧力もしくは温度にっヽての実際の値 R

Iと最適値 R

I

Tとから、実際の値 P P

Iと最適値 ITとの大小関係を定め、最適値 P

ITよりも実際の値 P

Iが大きい場合には上記制御 aを実施し、最適値 P よりも実際の値 Pが小さい場合には

IT I

上記制御 bを実施する。

[0052] この制御は、ステップ Bを実施した後にステップ Aに戻るループ制御とするとよい。ステツプ Bにおいて、実際の値 Pと最適値 P とが一致する場合には、制御 a, bのいず

I IT

れも行う必要はな、が、 V、ずれかを行った後にステップ Aに戻ってもょ、。

[0053] ステップ Aにおける最適値 P 、R の算出は、その具体的方法が特に制限されるわ

IT IT

けではなぐ例えば蒸発器内における冷媒の温度に基づいて実施するとよい。

[0054] 図 9に、図 3の制御例からステップ 23を省略した制御例を示す。この制御例においてステップ 21, 22, 24, 25 (26)を繰り返し行うことによつても、図 2,図 7および図 8を参照して説明したような冷凍サイクルの最適化は可能である。 [0055] 冷凍サイクルにおける、第 1膨張弁 3による減圧幅 (P — P )と、第 2膨張弁 5による

H I

減圧幅 (P — P )との比は、冷媒の種類その他の条件に応じ、適切に調整することが

O L

望ましい。図 10は、二酸ィ匕炭素が等エントロピ変化する場合の圧力と比ェンタルビとの関係を例示する図である。図 10に示すように、圧力変化に対する比ェンタルビの増加率は、高圧側よりも低圧側において相対的に大きい。これは、動力回収の観点力もは、膨張機 4に流入する冷媒の圧力 Pは低いほうが有利であることを意味してい

I

る。

[0056] 具体的には、冷媒がニ酸ィ匕炭素である場合には、冷凍サイクルの高圧側圧力 P と

H

低圧側圧力 Pとの差分 (圧力差)を 100としたときに、第 1膨張弁 3における減圧幅（し

圧力差 P： P — P )が 10〜50となり、第 2膨張弁 5における減圧量 (圧力差 P： P -

1 H I 2 O

P )が 5〜20となるように、コントローラ 9が第 1膨張弁 3の開度および第 2膨張弁 5のし

開度を制御することが好まし、。

[0057] 特に制限されるわけではないが、膨張機における減圧幅 (圧力差 P： P -P )は 30

3 I O

〜85とするとよい (ただし、 P +P +P = 100)。圧力差 P力、さすぎると、回収でき

1 2 3 3

るエネルギー量が小さくなる。他方、圧力差 pが大きすぎると、例えば発電機を用い

3

てエネルギーを回収するヒートポンプでは、膨張機力もの回収動力を電力に変換する発電機の発電効率が低下し、圧縮機の所要動力が却って増加することがある。

[0058] ヒートポンプ 11は、膨張機 4内に保持する冷媒の量を幅広い範囲において調整できるため、放熱器 2と膨張機 4との間および膨張機 4と蒸発器 6との間に冷媒のレシ一バを有しなくても、装置の信頼性を確保できる。レシーバを設置するとしても、レシ一バの大きさは従来よりも小さくてよい。この部材の省略または小型化は、ヒートポンプの小型化と、ヒートポンプに充填すべき冷媒量の削減とを可能にする。

[0059] 本発明は、膨張機と圧縮機とが直結したヒートポンプにも適用できる。図 11に、このタイプのヒートポンプを例示する。

[0060] 図 11に示したヒートポンプ 12では、膨張機 4と圧縮機 1とが回転軸 30を共有し、直結している。回転軸 30には、図示を省略する外部電源に接続されたモータ 40が接続されている。圧縮機 1は、モータ 40により供給される動力とともに、膨張機 4により回収された動力により駆動される。このタイプのヒートポンプでは、膨張機 4で回収した動力が回転軸 30を介して圧縮機 1に投入されるため、発電機を用ヽてエネルギーの変換を行うヒートポンプよりも、エネルギーの回収効率に優れる。し力し、このタイプのヒートポンプでは、膨張機 4の回転数と圧縮機 1の回転数とを個別に設定できないため、膨張機 4と圧縮機 1との押しのけ容積比を運転条件に応じて適切に変化させることができない。このため、このタイプのヒートポンプでは、膨張機 4と圧縮機 1とが直結していないヒートポンプよりも、条件に応じた円滑な運転のために、冷媒量の制御を適切に行う必要性が高い。

[0061] 図 11に示したヒートポンプ 12では、暖房時には、冷媒は、第 1四方弁 31および第 2 四方弁 34の内部を実線で示されている経路を流れる。この場合、冷媒は、圧縮機第 1四方弁 31、放熱器として機能する第 1熱交換器 (室内熱交換器) 32、第 2四方弁 34、第 1膨張弁 3、圧力センサ 7、膨張機 4、第 2膨張弁 5、第 2四方弁 34、蒸発器として機能する第 2熱交換器 (室外熱交換器) 36、第 1膨張弁 31、圧縮機 1の順に循環する。冷房時には、 2つの四方弁 31, 34の経路が切り換えられ、冷媒は破線で示された経路を流れる。この場合、冷媒は、圧縮機第 1四方弁 31、放熱器として機能する室外熱交換器 36、第 2四方弁 34、第 1膨張弁 3、圧力センサ 7、膨張機 4、第 2膨張弁 5、第 2四方弁 34、蒸発器として機能する室内熱交換器 32、第 1膨張弁 31 、圧縮機 1の順に循環する。

[0062] このように、管体 10に接続された第 1四方弁 31および第 2四方弁 34をさらに有するヒートポンプ 12では、第 1四方弁 31および第 2四方弁 34の切り換えにより、冷媒が、第 1冷媒回路または第 2冷媒回路を循環する。第 1冷媒回路は、圧縮機放熱器として機能する第 1熱交換器 (室内熱交換器) 32、第 1膨張弁 3、膨張機 4、第 2膨張弁 5および蒸発器として機能する第 2熱交換器 (室外熱交換器) 36を冷媒がこの順に循環する経路である。第 2冷媒回路は、圧縮機放熱器として機能する第 2熱交室外熱交換器) 36、第 1膨張弁 3、膨張機 4、第 2膨張弁 5および蒸発器として機能する第 1熱交 (室内熱交 ) 32をこの順に冷媒が循環する経路である。

[0063] ヒートポンプ 12における冷凍サイクルは、図 2と同様となる。ヒートポンプ 12における第 1膨張弁 3および第 2膨張弁 5の開度も、例えば図 3を参照して上記で説明したとおりに制御すればよい。ヒートポンプ 12には、図 3に示した制御例をそのまま実施するために、 2つの熱交換器 32, 36のそれぞれに温度センサ 82, 86を設置し、蒸発器として機能する熱交 (36)の雰囲気温度を測定することとして、る。

[0064] 図 12に示したヒートポンプ 13は、 2つの膨張弁の位置を除いて、図 11に示したヒートポンプ 12と同様の構成を有する。ヒートポンプ 12では、第 1膨張弁 3が第 2四方弁 3 4と膨張機 4との間に、第 2膨張弁 5が膨張機 4と第 2四方弁 34との間にそれぞれ配置されている。これに対し、ヒートポンプ 13では、第 1膨張弁 33が第 1熱交と第 2四方弁 34との間に、第 2膨張弁 35が第 2四方弁 34と第 2熱交翻36との間にそれぞれ配置されている。

[0065] 図 12に示したヒートポンプ 13は、管体 10に接続された第 1四方弁 31および第 2四方弁 34をさらに有し、第 1四方弁 31および第 2四方弁 34の切り換えにより、冷媒が、第 1冷媒回路または第 2冷媒回路を循環する。第 1冷媒回路は、圧縮機放熱器として機能する第 1熱交換器 (室内熱交換器) 32、第 1膨張弁 33、膨張機 4、第 2膨張弁 35、および蒸発器として機能する第 2熱交翻 (室外熱交翻) 36を冷媒がこの順に循環する経路である。第 2冷媒回路は、圧縮機放熱器として機能する第 2熱交換器 (室外熱交換器) 32、第 2膨張弁 35、膨張機 4、第 1膨張弁 33、および蒸発器として機能する第 1熱交 (室内熱交 )をこの順に循環する経路である。

[0066] ヒートポンプ 13における冷凍サイクルも、図 2と同様となる。し力し、ヒートポンプ 13 では、図 11のヒートポンプ 12と異なり、第 1冷媒回路が選択された場合には、冷媒の膨張過程が、第 1膨張弁 33、膨張機 4、第 2膨張弁 35の順に行われるが、第 2冷媒回路が選択された場合には、冷媒の膨張過程が、第 2膨張弁 35、膨張機 4、第 1膨張弁 33の順に行われる。このため、ヒートポンプ 13では、コントローラ 9が、冷媒が第 1冷媒回路を循環する場合と第 2冷媒回路を循環する場合とにおいて、第 1膨張弁 3 に適用する開度の制御と第 2膨張弁 5に適用する開度の制御とを入れ替えて制御を実施する。

[0067] 上述したように、第 1膨張弁 3 (33)および第 2膨張弁 5 (35)の開度の制御は、冷凍サイクルにおける高圧側の圧力 Pを所望の値に維持しながら膨張機に流入する冷

H

媒の圧力（中間圧力) Pを所望の値に制御することを可能とする。第 1膨張弁 3 (33)

I

および第 2膨張弁 5 (35)の開度を適切に調整すれば、圧力 Pを所望の値へと変化させながら中間圧力 Pを所望の値に制御することも可能である。例えば、第 1膨張弁

I

3 (33)の開度および第 2膨張弁 5 (35)の開度をともに大きくすれば、冷凍サイクルにおける高圧側の圧力 P が低くなるように冷凍サイクルがシフトし、逆にともに小さくす

H

れば高圧側の圧力 P が大きくなるように冷凍サイクルがシフトする。

H

[0068] 中間圧力 Pおよび高圧側の圧力 Pを個別に制御するには、通常、第 1膨張弁 3 (3

I H

3)の開度および第 2膨張弁 5 (35)の開度を個別に調整すれば足りる。しかし、この制御をさらに容易に行うために、あるいは他の制御を同時に行うために、第 1膨張弁 3 (33)、膨張機 4および第 2膨張弁 5 (35)を経由する膨張経路と並列に別の膨張経路を設けてもょ、。このタイプのヒートポンプを図 13に例示する。

[0069] 図 13に示したヒートポンプ 14は、冷媒のバイパス管 20と、バイパス管 20に配置された第 3膨張弁 39とを有する以外は、図 11に示したヒートポンプ 12と同様の構成を有する。第 3膨張弁 39は、第 1、第 2膨張弁 3, 5と同様、その開度が可変であり、開度の調整のためにコントローラ 9に接続されている。

[0070] 即ち、ヒートポンプ 14では、管体 10が、第 1膨張弁 3、膨張機 4および第 2膨張弁 5 を経由する経路と並列に、放熱器 32 (36)と蒸発器 36 (32)とを接続するバイパス経路 20を形成し、このバイパス経路 20に開度が可変である第 3膨張弁 39が配置され、コントローラ 9が、さらに第 3膨張弁 39の開度を制御する。

[0071] コントローラ 9による第 3膨張弁 39の開度の制御は、第 1,第 2熱交 32, 36に配置した温度センサ 82, 86により測定された温度、必要であればさらに圧力センサ 7 により測定された圧力に基づいて調整してもよぐこれらセンサ 7, 82, 86とは別に設置した圧力センサおよび Zまたは温度センサに基づ、て調整してもよ、。以下では、図 14に示したように、圧縮機 1の近傍に配置した温度センサ 81による測定値を参照しながら第 3膨張弁 39の開度を調整する例について説明する。

[0072] 図 14に示したヒートポンプ 15は、圧縮機 1から吐出した冷媒の温度を測定するための温度センサ 81が設置されて、る以外は、図 13に示したヒートポンプ 14と同様の構成を有する。温度センサ 81は、他の温度センサ 82, 86と同様、コントローラ 9に接続されている。

[0073] 図 15に、図 14に示したヒートポンプ 15における、コントローラ 9による第 1膨張弁 3, 第 2膨張弁 5および第 3膨張弁 39の制御方法を例示する。この制御例では、膨張機に流入する冷媒の圧力（中間圧力） Pが運転条件により定まる望ましい所定値に制

I

御されてから (ステップ 61〜66)、第 3膨張弁 39の開度が制御される。

[0074] 図 15に示した制御例において、ステップ 61 (S61) ,ステップ 62 (S62) ,ステップ 6 4 (S64) ,ステップ 65 (S65)およびステップ 66 (S66)は、図 3におけるステップ 21, ステップ 22,ステップ 24,ステップ 25およびステップ 26と同様に行えばよい。ただし、この制御例では、図 3に示した制御例とは異なり、ステップ 65またはステップ 66を終了しても、ステップ 61には戻らず、追カ卩のステップ群 (ステップ 92〜94)へと移行する

[0075] 追加のステップ群では、まず、コントローラ 9が、圧縮機 1から吐出された冷媒の温度についての目標値（目標温度) R 、例えば 100°Cと、温度センサ 81による実際の

HT

測定値 R とを対比する (ステップ 92 : S92)。給湯機としての用途において、「100°C

H

」またはこれよりもやや低い温度は、圧縮機から吐出される冷媒に要求される典型的な温度である。

[0076] そして、測定温度 R が目標温度 R よりも大きければ第 3膨張弁 39の開度を大きく

H HT

する (ステップ 93 : S93)。他方、測定温度 R が目標温度 R 以下であれば第 3膨張

H HT

弁 39の開度を小さくする (ステップ 94： S94)。ステップ 93またはステップ 94を実施した後は、ステップ 61に戻る。

[0077] 図 16に、ステップ 93または 94における開度調整により当初の冷凍サイクル Cカもシフトした冷凍サイクル C , Cを示す。第 3膨張弁 39の開度を大きくすると (ステップ 93

1 2

)、膨張機 4内で膨張する冷媒の比率が相対的に減少する。このため、サイクル Cは、冷媒の比容積が増加して全体のバランスが再び保たれるようにサイクル Cへとシフトする。この場合、圧縮機 1から吐出される冷媒の温度は低下する。

[0078] 他方、第 3膨張弁 39の開度を小さくすると (ステップ 94)、サイクル Cはサイクル Cに

2 移行する。この場合、圧縮機 1から吐出される冷媒の温度は上昇する。

[0079] 以上のように、コントローラ 9は、上述したステップ A, Bをこの順に実施し、さらに下記ステップ Rを実施してもよヽ。

[0080] ステップ R:圧縮機 1から吐出される冷媒の温度についての目標値 R よりも当該冷媒の温度についての実際の値 Rが大きい場合には、第 3膨張弁 39の開度を大きく

H

する制御 cを実施し、最適値 R よりも実際の値 R力 S小さい場合には、第 3膨張弁 39

HT H

の開度を小さくする制御 dを実施する。

[0081] この制御は、ステップ Rを実施した後にステップ Aに戻るループ制御とするとよいが、これに限らず、例えばステップ Rのみを所定回数繰り返す制御としてもよい。ステツプ Rにお、て、実際の値 Rと目標値 R とが一致する場合には、制御 c, dの、ずれ

H HT

も行う必要はな、が、 V、ずれかを行ってもょ、。

[0082] 図 15では、圧縮機から吐出される冷媒の望ましい温度についての所定値または入力値を目標値 R とした。しかし、制御のターゲットとすべき値 R は運転条件から定

HT HT

めてもよい。

[0083] 最適値 R を定めるステップ 91 (S91)を含む制御例を図 17に示す。ステップ 91に

HT

おける最適値 R の

HT 算出は、例えば空調機としての用途では、外気温度、圧縮機運転周波数等に基づ、て行うとよ、。

[0084] 図 17に示した制御例では、圧縮機 1から吐出された冷媒の温度について最適値 R を算出し (ステップ 91)、この温度についての実際の値 Rと最適値 R とを対比し

HT H HT

て、実際の値 Rと最適値 R との大小関係が把握される (ステップ 92)。そして、この

H HT

大小関係に基づいて、上記と同様に、第 3膨張弁 39の開度が調整される (ステップ 9 3, 94)。

[0085] 図 16から明らかなとおり、図 15および図 17を参照して説明した第 3膨張弁 39の開度の制御は、冷凍サイクルの高圧側の圧力 Pの制御としても把握できる。このように

H

把握する場合、上述の制御例における圧縮機から吐出される冷媒の温度は、冷凍サイタルの高圧側の圧力 Pと関係づけられる特性 Rでなる。この把握に基づくと、図 1

H H

7に例示した制御例は、以下のステップ C、 Dとして記述できる。

[0086] ステップ C :圧縮機から吐出される冷媒の圧力についての最適値 P 、またはこの圧

HT

力に関連づけられる所定の圧力もしくは温度にっ、ての最適値 R を算出する。

HT

[0087] ステップ D:圧縮機から吐出される冷媒の圧力についての実際の値 P とその最適

H

値 P とから、または最適値 R に対応する圧力もしくは温度についての実際の値 R

HT HT H

とその最適値 R

HTとから、実際の値 P

Hと最適値 P

HTとの大小関係を定め、最適値 P

HT よりも実際の値 Rが大きい場合には、第 3膨張弁の開度を大きくする制御 cを実施し

H

、最適値 P よりも実際の値 R力、さい場合には、第 3膨張弁の開度を小さくする制

HT H

御 dを実施する。

[0088] 図 17に示した例では、実際の値 Pと最適値 P との大小関係を定めるために、実

H HT

際の値 Rと最適値 R との大小関係が把握されている (ステップ 92)。上述の制御は

H HT

、ステップ Dを実施した後にステップ Aに戻るループ制御とするとよいが、これに限らず、例えばステップ Cに戻る制御としてもよいし、別の制御へと移行してもよい。ステツプ Dにお、て、実際の値 P と目標値 P とが一致する場合には、制御 dの、ずれ

H HT

も行う必要はな、が、 V、ずれかを行ってもょ、。

[0089] 図 18および図 19に、冷媒として二酸ィ匕炭素を用いて冷凍サイクルの高圧側の圧力を二酸ィ匕炭素の臨界圧力を超えるように設定した場合 (図 18)と、冷媒としてフロンを用いた場合 (図 19)とにおける、蒸発器内の冷媒と空気 (被加熱媒体)との温度変化を示す。いずれの場合も冷媒は、温度 T

0で蒸発器に流入し、空気との熱交換により空気を温度 C (または D)にまで加熱する。二酸化炭素を冷媒とした場合の温度 Tと

0 温度 Cとの差 A tは、フロンを冷媒とした場合の温度 Tと温度 Dとの差 ΔΤよりも大きく

0

なる。これは、フロンと異なり、二酸ィ匕炭素が蒸発器内で相変化しないためである。二酸化炭素は、被加熱媒体を高い温度に加熱するための冷媒として適している。

産業上の利用可能性

[0090] 本発明は、空調機、給湯機、食器乾燥機、生ゴミ乾燥処理機等として有用なヒートポンプの改良を実現するものとして高い利用価値を有する。

Claims

請求の範囲

[1] 圧縮機と、放熱器と、開度が可変である第 1絞り装置と、膨張機と、開度が可変である第 2絞り装置と、蒸発器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記第 1絞り装置、前記膨張機、前記第 2絞り装置および前記蒸発器をこの順に冷媒が循環するように接続する管体と、前記第 1絞り装置の開度および前記第 2絞り装置の開度を制御する制御装置と、を有するヒートポンプ。

[2] 前記制御装置が、前記第 1絞り装置の開度を小さくし、前記第 2絞り装置の開度を大きくする制御 aと、前記第 1絞り装置の開度を大きくし、前記第 2絞り装置の開度を小さくする制御 bとを実施する請求項 1に記載のヒートポンプ。

[3] 前記制御 aおよび前記制御 bが、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力が一定となるように実施される請求項 2に記載のヒートポンプ。

[4] 前記制御装置が、

前記膨張機に流入する冷媒の圧力についての最適値 P

IT、または前記圧力に関連づけられる所定の圧力もしくは温度についての最適値 R

IT、を算出するステップ Aと、前記膨張機に流入する冷媒の圧力についての実際の値 P

Iと前記最適値 P

ITとから

、または前記最適値 R に対応する圧力もしくは温度についての実際の値 Rと前記最

IT I

適値 R とから、前記実際の値 Pと前記最適値 P との大小関係を定め、前記最適値

IT I IT

P よりも前記実際の値 Pが大きい場合には前記制御 aを実施し、前記最適値 P より

IT I IT

も前記実際の値 Pが小さ、場合には前記制御 bを実施するステップ Bと、

I

をこの順に実施する請求項 2に記載のヒートポンプ。

[5] 前記制御装置が、前記ステップ Aにおいて、前記蒸発器内における冷媒の温度に基づいて、前記最適値 P または前記最適値 R を算出する請求項 4に記載のヒート

IT IT

ポンプ。

[6] 前記放熱器と前記膨張機との間および前記膨張機と前記蒸発器との間に、前記冷媒のレシーバを有しな、請求項 1に記載のヒートポンプ。

[7] 前記冷媒が二酸化炭素であり、前記放熱器の出口と前記蒸発器の入口とにおける前記冷媒の圧力差を 100として、前記第 1絞り装置における圧力差 P力 10〜50となり、前記第 2絞り装置における圧力差 P力〜 20となるように、前記制御装置が前記第 1絞り装置の開度および前記第 2絞り装置の開度を制御する請求項 1に記載のヒートポンプ。

[8] 前記膨張機における圧力差 Pが 30〜85である請求項 7に記載のヒートポンプ。

3

[9] 前記圧縮機と前記膨張機とが回転軸を共有する請求項 1に記載のヒートポンプ。

[10] 前記管体に接続された第 1四方弁および第 2四方弁をさらに有し、

前記第 1四方弁および前記第 2四方弁の切り換えにより、前記冷媒が第 1冷媒回路または第 2冷媒回路を循環し、

前記第 1冷媒回路が、前記圧縮機、前記放熱器として機能する第 1熱交換器、前記第 1絞り装置、前記膨張機、前記第 2絞り装置、および前記蒸発器として機能する第 2熱交を前記冷媒がこの順に循環する経路であり、

前記第 2冷媒回路が、前記圧縮機、前記放熱器として機能する前記第 2熱交換器、前記第 1絞り装置、前記膨張機、前記第 2絞り装置、および前記蒸発器として機能する前記第 1熱交を前記冷媒がこの順に循環する経路である、

請求項 1に記載のヒートポンプ。

[11] 前記管体に接続された第 1四方弁および第 2四方弁をさらに有し、

前記第 2冷媒回路が、前記圧縮機、前記放熱器として機能する前記第 2熱交換器、前記第 2絞り装置、前記膨張機、前記第 1絞り装置、および前記蒸発器として機能する前記第 1熱交を前記冷媒がこの順に循環する経路であり、

前記制御装置が、前記冷媒が前記第 1冷媒回路を循環する場合と前記第 2冷媒回路を循環する場合とにおいて、前記第 1絞り装置に適用する開度の制御と前記第 2 絞り装置に適用する開度の制御とを入れ替えて、制御を実施する、

請求項 1に記載のヒートポンプ。

[12] 前記管体が、前記第 1絞り装置、前記膨張機および前記第 2絞り装置を経由する経路と並列に、前記放熱器と前記蒸発器とを接続するバイパス経路を形成し、前記バイパス経路に開度が可変である第 3絞り装置が配置され、

前記制御装置が、さらに前記第 3絞り装置の開度を制御する、請求項 1に記載のヒートポンプ。

[13] 前記制御装置が、

前記膨張機に流入する冷媒の圧力についての最適値 P

ITを算出するステップ Aと、前記膨張機に流入する冷媒の圧力についての実際の値 P

Iと前記最適値 P

ITとから

IT I

IT I IT

P

ITよりも前記実際の値 P

Iが大きい場合には、前記第 1絞り装置の開度を小さくし、前記第 2絞り装置の絞り装置の開度を大きくする制御 aを実施し、前記最適値 P よりも

IT

前記実際の値 P

Iが小さい場合には、前記第 1絞り装置の開度を大きくし、前記第 2絞り装置の開度を小さくする制御 bを実施するステップ Bと、

をこの順に実施し、さらに

前記圧縮機力吐出される冷媒の温度についての目標値 R

HTよりも当該冷媒の温度についての実際の値 Rが大きい場合には、前記第 3絞り装置の開度を大きくする

H

制御 cを実施し、前記目標値 R よりも前記実際の値 Rが小さい場合には、前記第 3

HT H

絞り装置の開度を小さくする制御 dを実施するステップ Rを実施する、

請求項 12に記載のヒートポンプ。

[14] 前記制御装置が、

前記膨張機に流入する冷媒の圧力についての最適値 P

Iと前記最適値 P

ITとから

IT I

IT I IT

P

ITよりも前記実際の値 P

Iが大きい場合には、前記第 1絞り装置の開度を小さくし、前記第 2絞り装置の絞り装置の開度を大きくする制御 aを実施し、前記最適値 P よりも前記実際の値 P

をこの順に実施し、かつ

前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力についての最適値 P

HT、または当該圧力に関連づけられる所定の圧力もしくは温度についての最適値 R を算出するステップ C

HT

と、

前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力についての実際の値 P と前記最適値 P

H HTとから、または前記最適値 R に対応する圧力もしくは温度についての実際の値 Rと

HT H

前記最適値 R

HTとから、前記実際の値 P

Hと前記最適値 P との

HT 大小関係を定め、前記最適値 P よりも前記実際の値 P が大きい場合には、前記第 3絞り装置の開度を

HT H

大きくする制御 cを実施し、前記最適値 P よりも前記実際の値 P が小さい場合には

HT H

、前記第 3絞り装置の開度を小さくする制御 dを実施するステップ Dと、

をこの順に実施する、請求項 12に記載のヒートポンプ。

[15] 前記膨張機の押しのけ容積を前記圧縮機の押しのけ容積の 5〜20%とした請求項

1に記載のヒートポンプ。

[16] 前記冷媒が二酸化炭素であり、

前記圧縮機力吐出された冷媒の圧力が二酸ィ匕炭素の臨界圧力を超える圧力となるように、前記冷媒を循環させる請求項 1に記載のヒートポンプ。