WO2011135630A1 - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

　ヒートポンプシステム(１)は、可変容量式の圧縮機(２１)と利用側熱交換器(４１)と可変式の熱源側膨張弁(２８)と熱源側熱交換器(２６)とを接続して構成される主冷媒回路(２０)の利用側熱交換器(４１)の出口から熱源側膨張弁(２８)までの間の部分から圧縮機(２１)の吸入側とを接続するバイパス回路(３０)を有する。バイパス回路(３０)は、バイパス管(３１)と、バイパス管(３１)を流れる液冷媒の減圧を行うバイパス膨張弁(３２)とを有する。バイパス膨張弁(３２)は、可変式である。制御部(１ａ)は、圧縮機(２１)の吐出温度(Ｔｄ)が目標吐出温度(Ｔｄｓ)になるようにバイパス膨張弁(３２)を制御する液インジェクション制御を行い、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁(３２)の上限開度(ＯＰｉｘ)を熱源側膨張弁(２８)の開度(ＯＰｅ)との相関値によって決定する。

Description

ヒートポンプシステム

　本発明は、ヒートポンプシステムに関する。本発明は、特に、可変容量式の圧縮機と放熱器と可変式の主減圧機構と蒸発器とを接続して構成される主冷媒回路の放熱器の出口から主減圧機構までの間の部分から圧縮機の吸入側へ液インジェクションを行うヒートポンプシステムに関する。

　従来より、特許文献１（特開２００７－１６３０９９号公報）に示す空気調和装置がある。この空気調和装置（ヒートポンプシステム）は、可変容量式の圧縮機と、暖房運転時に冷媒の放熱器として機能する室内熱交換器（放熱器）と、可変式の室外膨張弁（主減圧機構）と、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器（蒸発器）とを接続して構成される冷媒回路を有している。

　上記従来のヒートポンプシステムでは、圧縮機の保護や運転効率の低下防止等の観点から、圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が過度に上昇することを抑える必要がある。
　この要求を実現するために、蒸発器の出口における冷媒が飽和状態になるように主減圧機構を制御することが考えられる。また、冷媒回路の放熱器の出口から主減圧機構までの間の部分と圧縮機の吸入側とを接続するバイパス管を設けて、バイパス管を流れる液冷媒を圧縮機の吸入側に導入する液インジェクションを行うことが考えられる。ここで、バイパス管には、バイパス管を流れる冷媒を減圧する減圧機構（バイパス減圧機構）が設けられており、バイパス管及びバイパス減圧機構がバイパス回路を構成している。
　しかし、前者の手法は、原理的に限界範囲が狭く、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下では対応が困難になる。

　これに対して、後者の手法は、前者の手法に比べて限界範囲が広く、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下にも対応しやすい。しかし、バイパス管を通じて圧縮機の吸入側に導入される液冷媒の流量（液インジェクション流量）が増加すると、液圧縮等が生じることで圧縮機の信頼性を損なうおそれがある。特に、可変容量式の圧縮機を使用する場合には、圧縮機の運転容量が小さい運転状況下、すなわち、冷媒回路内を循環する冷媒の流量（冷媒循環量）が減少した運転状況下において、液圧縮等が生じやすい。このため、バイパス減圧機構を電磁開閉弁及びキャピラリチューブによって構成する場合には、圧縮機の運転容量が小さい運転状況、すなわち、冷媒循環量が減少した運転状況に適合するように、電磁開閉弁及びキャピラリチューブの流路抵抗を選定することになる。そうすると、圧縮機の運転容量が大きい運転状況下において、液インジェクション流量が不足することになる。これにより、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下では、圧縮機の信頼性を確保するために、圧縮機の運転容量を大きくすることができなくなり、所望の運転能力を確保することが困難になる。

　本発明の課題は、可変容量式の圧縮機と放熱器と可変式の主減圧機構と蒸発器とを接続して構成される主冷媒回路の放熱器の出口から主減圧機構までの間の部分から圧縮機の吸入側へ液インジェクションを行うヒートポンプシステムにおいて、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下においても、圧縮機の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力が得られるようにすることにある。

　第１の観点にかかるヒートポンプシステムは、主冷媒回路と、バイパス回路と、制御部とを有している。主冷媒回路は、冷媒の圧縮を行う可変容量式の圧縮機と、圧縮機において圧縮された冷媒の放熱を行う放熱器と、放熱器において放熱した冷媒の減圧を行う可変式の主減圧機構と、主減圧機構において減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを接続して構成されている。バイパス回路は、主冷媒回路の放熱器の出口から主減圧機構までの間の部分と圧縮機の吸入側とを接続するバイパス管と、バイパス管を流れる液冷媒の減圧を行うバイパス減圧機構とを有している。制御部は、圧縮機、主減圧機構及びバイパス減圧機構の制御を行う。そして、バイパス減圧機構は、可変式である。制御部は、圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標吐出温度になるようにバイパス減圧機構を制御する液インジェクション制御を行い、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の上限開度を主減圧機構の開度との相関値によって決定する。

　このヒートポンプシステムでは、バイパス減圧機構を可変式にして、吐出温度が目標吐出温度になるようにバイパス減圧機構を制御する液インジェクション制御を行うようにしているため、圧縮機の運転容量に応じてバイパス減圧機構の開度が変更され、液インジェクション流量を増減することができる。このため、このヒートポンプシステムでは、バイパス減圧機構を電磁開閉弁及びキャピラリチューブによって構成する場合に比べて、液インジェクション流量が不足するという問題が生じにくくなる。これにより、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下においても、所望の運転能力が得られやすくなる。
　しかし、液インジェクション流量は、主として、バイパス回路側の流路抵抗と主冷媒回路側の流路抵抗とのバランスによって定まるものである。ここで、バイパス回路側の流路抵抗と主冷媒回路側の流路抵抗とのバランスは、主として、バイパス減圧機構の流路抵抗と主減圧機構の流路抵抗との違いに依存している。このため、バイパス減圧機構は、主減圧機構の状態を考慮して制御されるべきである。仮に、バイパス減圧機構の動作に制約を設けなければ、バイパス減圧機構は、吐出温度が目標吐出温度よりも高い場合に、主減圧機構の開度の大小にかかわらず、単純に開度が大きくなるように制御されることになる。例えば、主減圧機構の開度が小さい場合には、主冷媒回路側を流れて圧縮機に吸入される冷媒の流量に比べて、液インジェクション流量が大きく増加してしまい、液圧縮等が生じるおそれがある。このように、バイパス減圧機構の動作に制約を設けずに液インジェクション制御を行うだけでは、主減圧機構の状態が考慮されず、圧縮機の信頼性を確保しにくい。

　そこで、このヒートポンプシステムでは、上記のように、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の上限開度を主減圧機構の開度との相関値によって決定することによって、バイパス減圧機構の動作に対して、主減圧機構の状態を考慮した制約を設けるようにしている。
　これにより、このヒートポンプシステムでは、吐出温度が目標吐出温度よりも高い場合に、バイパス減圧機構の開度が大きくなるように制御されても、主減圧機構の開度との相関値によって決定される上限開度までしか開けることができなくなる。このため、液圧縮等が生じにくくなり、圧縮機の信頼性を確保しやすくなる。また、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の可動開度範囲が主減圧機構の開度に応じて決定されることになるため、液インジェクション制御の制御性の向上にも寄与する。
　以上のように、このヒートポンプシステムでは、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況下においても、圧縮機の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力を得ることができる。

　第２の観点にかかるヒートポンプシステムは、第１の観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、相関値が、主減圧機構の流路抵抗の基準値である主回路側基準圧力損失係数、及び、バイパス減圧機構の流路抵抗の基準値であるバイパス側基準圧力損失係数によって決定される係数である圧損係数を含んでいる。
　このヒートポンプシステムでは、主冷媒回路及びバイパス回路側の圧損特性を考慮して、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の上限開度を、さらに適切なものとすることができる。

　第３の観点にかかるヒートポンプシステムは、第２の観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、相関値が、圧縮機に吸入される冷媒の乾き度の許容限度に相当する許容乾き度、バイパス管の出口における冷媒の乾き度であるバイパス側乾き度、及び、蒸発器の出口における冷媒の乾き度である主回路側乾き度によって決定される係数である乾き度係数を含んでいる。
　このヒートポンプシステムでは、バイパス回路を流れる冷媒と主冷媒回路を流れる冷媒との合流によって得られる圧縮機に吸入される冷媒の乾き度を考慮して、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の上限開度を、さらに適切なものとすることができる。

　第４の観点にかかるヒートポンプシステムは、第１～第３の観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部が、液インジェクション制御時において圧縮機の容量を変化させる場合に、バイパス減圧機構の開度を、圧縮機の容量変化の程度に応じて予測される開度である予測開度に変更する。
　液インジェクション制御時において、圧縮機の容量変化が生じて吐出温度が目標吐出温度からずれると、吐出温度が目標吐出温度になるようにバイパス減圧機構が制御される。
　しかし、圧縮機の容量変化の程度が大きいと、吐出温度が目標吐出温度になるまでに時間がかかるおそれがある。
　そこで、このヒートポンプシステムでは、上記のように、液インジェクション制御時において圧縮機の容量を変化させる場合に、バイパス減圧機構の開度を、圧縮機の容量変化の程度に応じて予測される開度である予測開度に変更するようにしている。
　これにより、このヒートポンプシステムでは、液インジェクション制御時において、吐出温度が目標吐出温度になるようにバイパス減圧機構が制御される動作に先だって、圧縮機の容量変化の程度に応じて、バイパス減圧機構の開度が予測開度に変更される。このため、吐出温度を目標吐出温度に早く到達させることができ、液インジェクション制御の制御性を向上することができる。

　第５の観点にかかるヒートポンプシステムは、第１～第４の観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、放熱器が、圧縮機において圧縮された冷媒の放熱によって水媒体を加熱する熱交換器であり、放熱器において加熱された水媒体の熱を利用するための水媒体回路に接続されている。
　放熱器において加熱された水媒体の熱を利用するヒートポンプシステムでは、高温の水媒体が必要とされる場合があり、この場合には、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況になりやすい。このため、圧縮機の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力を得ることが困難になりがちである。
　しかし、このヒートポンプシステムでは、上記のように、バイパス減圧機構を可変式にして、吐出温度が目標吐出温度になるようにバイパス減圧機構を制御する液インジェクション制御を行っており、しかも、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構の上限開度を主減圧機構の開度との相関値によって決定するようにしている。このため、このヒートポンプシステムでは、圧縮機の圧縮比が大きい運転状況になりやすい構成であるにもかかわらず、圧縮機の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。 液インジェクション制御への移行を示すフローチャートである。 液インジェクション制御を示すフローチャートである。 バイパス膨張弁の予測制御を示すフローチャートである。

　以下、本発明にかかるヒートポンプシステムの実施形態について、図面に基づいて説明する。
　＜構成＞
　－全体－
　図１は、本発明の一実施形態にかかるヒートポンプシステム１の概略構成図である。ヒートポンプシステム１は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水媒体を加熱する運転等を行うことが可能な装置である。ここでは、ヒートポンプシステム１は、水媒体の加熱によって暖房運転及び／又は給湯運転を行うことが可能である。
　ヒートポンプシステム１は、主として、熱源ユニット２と、利用ユニット４と、液冷媒連絡管１３と、ガス冷媒連絡管１４と、水媒体暖房ユニット７と、貯湯ユニット９と、水媒体連絡管１５、１６とを有している。そして、熱源ユニット２と利用ユニット４とは、冷媒連絡管１３、１４を介して接続されることによって、冷媒回路１０を構成している。利用ユニット４と貯湯ユニット９と水媒体暖房ユニット７とが水媒体連絡管１５、１６を介して接続されることによって、水媒体回路７０を構成している。冷媒回路１０には、ＨＦＣ系冷媒の一種であるＨＦＣ－４１０Ａが冷媒として封入されている。また、水媒体回路７０には、水媒体としての水が循環するようになっている。

　－熱源ユニット－
　熱源ユニット２は、屋外に設置されており、冷媒連絡管１３、１４を介して利用ユニット４に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
　熱源ユニット２は、主として、圧縮機２１と、油分離機構２２と、切換機構２３と、熱源側熱交換器２６と、主減圧機構としての熱源側膨張弁２８と、バイパス管３１と、アキュムレータ３５と、液側閉鎖弁３３と、ガス側閉鎖弁３４とを有している。
　圧縮機２１は、冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機２１として、ケーシング（図示せず）内に収容されたロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）が、同じくケーシング内に収容された圧縮機モータ２１ａによって駆動される密閉式圧縮機が採用されている。圧縮機モータ２１ａは、インバータ装置（図示せず）によって、その回転数（すなわち、運転周波数）を可変でき、これにより、圧縮機２１の容量を可変できるようになっている。

　油分離機構２２は、圧縮機２１から吐出された冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機２１の吸入に戻すための機構である。油分離機構２２は、主として、圧縮機２１の吐出管２１ｂに設けられた油分離器２２ａと、油分離器２２ａと圧縮機２１の吸入管２１ｃとを接続する油戻し管２２ｂとを有している。油分離器２２ａは、圧縮機２１から吐出された冷媒中に含まれる冷凍機油を分離する機器である。油戻し管２２ｂは、キャピラリチューブを有しており、油分離器２２ａにおいて冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機２１の吸入管２１ｃに戻す冷媒管である。
　切換機構２３は、熱源側熱交換器２６を冷媒の放熱器として機能させる熱源側放熱運転状態と熱源側熱交換器２６を冷媒の蒸発器として機能させる熱源側蒸発運転状態とを切り換え可能な四路切換弁である。切換機構２３は、吐出管２１ｂと、吸入管２１ｃと、熱源側熱交換器２６のガス側に接続された第１熱源側ガス冷媒管２４と、ガス側閉鎖弁３４に接続された第２熱源側ガス冷媒管２５とに接続されている。切換機構２３は、吐出管２１ｂと第１熱源側ガス冷媒管２４とを連通させるとともに、第２熱源側ガス冷媒管２５と吸入管２１ｃとを連通させる切り換え（熱源側放熱運転状態に対応、図１の切換機構２３の実線を参照）を行うことが可能である。また、切換機構２３は、吐出管２１ｂと第２熱源側ガス冷媒管２５とを連通させるとともに、第１熱源側ガス冷媒管２４と吸入管２１ｃとを連通させる切り換え（熱源側蒸発運転状態に対応、図１の切換機構２３の破線を参照）を行うことが可能である。尚、切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせて使用する等によって、上記と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

　熱源側熱交換器２６は、冷媒と室外空気との熱交換を行うことで冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器であり、その液側に熱源側液冷媒管２７が接続されており、そのガス側に第１熱源側ガス冷媒管２４が接続されている。熱源側熱交換器２６において冷媒と熱交換を行う室外空気は、熱源側ファンモータ３７によって駆動される熱源側ファン３６によって供給されるようになっている。熱源側ファンモータ３７は、インバータ装置（図示せず）によって、その回転数（すなわち、運転周波数）を可変でき、これにより、熱源側ファン３６の風量を可変できるようになっている。
　熱源側膨張弁２８は、熱源側液冷媒管２７を流れる冷媒の減圧を行う電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管２７に設けられている。
　アキュムレータ３５は、吸入管２１ｃに設けられており、冷媒回路１０を循環する冷媒を吸入管２１ｃから圧縮機２１に吸入される前に一時的に溜めるための容器である。

　液側閉鎖弁３３は、熱源側液冷媒管２７と液冷媒連絡管１３との接続部に設けられた弁である。ガス側閉鎖弁３４は、第２熱源側ガス冷媒管２５とガス冷媒連絡管１４との接続部に設けられた弁である。
　バイパス管３１は、熱源側液冷媒管２７の液側閉鎖弁３３から熱源側膨張弁２８までの間の部分と圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管２１ｃのアキュムレータ３５の出口から圧縮機２１の吸入までの間の部分）とを接続する冷媒管である。そして、バイパス管３１には、バイパス減圧機構としてのバイパス膨張弁３２が設けられている。このバイパス膨張弁３２は、電動膨張弁からなり、バイパス管３１を流れる液冷媒の減圧を行う。
　また、熱源ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源ユニット２には、吸入圧力センサ４１と、吐出圧力センサ４２と、吸入温度センサ４３と、吐出温度センサ４４と、熱源側熱交ガス側温度センサ４５と、熱源側熱交液側温度センサ４６とが設けられている。吸入圧力センサ４１は、圧縮機２１の吸入における冷媒の圧力である吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサである。吐出圧力センサ４２は、圧縮機２１の吐出における冷媒の圧力である吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサである。吸入温度センサ４３は、圧縮機２１の吸入における冷媒の温度である吸入温度Ｔｓを検出する温度センサである。吐出温度センサ４４は、圧縮機２１の吐出における冷媒の温度である吐出温度Ｔｄを検出する温度センサである。熱源側熱交ガス側温度センサ４５は、熱源側熱交換器２６のガス側における冷媒の温度である熱源側熱交ガス側温度Ｔｈｇを検出する温度センサである。熱源側熱交液側温度センサ４６は、熱源側熱交換器２６の液側における冷媒の温度である熱源側熱交液側温度Ｔｈｌを検出する温度センサである。また、熱源ユニット２は、熱源ユニット２を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部３９を有している。そして、熱源側制御部３９は、熱源ユニット２の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、後述の利用ユニット４の利用側制御部６９との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

　－液冷媒連絡管－
　液冷媒連絡管１３は、液側閉鎖弁３３を介して熱源側液冷媒管２７に接続されている、液冷媒連絡管１３は、切換機構２３が熱源側放熱運転状態において冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器２６の出口から熱源ユニット２外に冷媒を導出することが可能な冷媒管である。また、液冷媒連絡管１３は、切換機構２３が熱源側蒸発運転状態において熱源ユニット２外から冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器２６の入口に冷媒を導入することが可能な冷媒管でもある。
　－ガス冷媒連絡管－
　ガス冷媒連絡管１４は、ガス側閉鎖弁３４を介して第２熱源側ガス冷媒管２５に接続されている。ガス冷媒連絡管１４は、切換機構２３が熱源側放熱運転状態において熱源ユニット２外から圧縮機２１の吸入に冷媒を導入することが可能な冷媒管である。また、ガス冷媒連絡管１４は、切換機構２３が熱源側蒸発運転状態において圧縮機２１の吐出から熱源ユニット２外に冷媒を導出することが可能な冷媒管でもある。

　－利用ユニット－
　利用ユニット４は、屋内に設置されており、冷媒連絡管１３、１４を介して熱源ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。また、利用ユニット４は、水媒体連絡管１５、１６を介して貯湯ユニット９及び水媒体暖房ユニット７に接続されており、水媒体回路７０の一部を構成している。
　利用ユニット４は、主として、利用側熱交換器４１と、循環ポンプ４３とを有している。
　利用側熱交換器４１は、冷媒と水媒体との熱交換を行うことで冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器４１の冷媒が流れる流路の液側には、利用側液冷媒管４５が接続されており、利用側熱交換器４１の冷媒が流れる流路のガス側には、利用側ガス冷媒管５４が接続されている。また、利用側熱交換器４１の水媒体が流れる流路の入口側には、利用側水入口管４７が接続されており、利用側熱交換器４１の水媒体が流れる流路の出口側には、利用側水出口管４８が接続されている。利用側液冷媒管４５には、液冷媒連絡管１３が接続されており、利用側ガス冷媒管５４には、ガス冷媒連絡管１４が接続されている。また、利用側水入口管４７には、水媒体連絡管１５が接続されており、利用側水出口管４８には、水媒体連絡管１６が接続されている。

　循環ポンプ４３は、水媒体の昇圧を行う機構であり、ここでは、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）が循環ポンプモータ４４によって駆動されるポンプが採用されている。循環ポンプ４３は、利用側水出口管４８に設けられている。循環ポンプモータ４４は、インバータ装置（図示せず）によって、その回転数（すなわち、運転周波数）を可変でき、これにより、循環ポンプ４３の容量を可変できるようになっている。
　また、利用ユニット４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用ユニット４には、利用側熱交換器４１の液側における冷媒の温度である利用側熱交液側温度Ｔｕｌを検出する利用側熱交温度センサ５０と、利用側熱交換器４１の入口における水媒体の温度である水媒体入口温度Ｔｗｒを検出する水媒体出口温度センサ５１と、利用側熱交換器４１の出口における水媒体の温度である水媒体出口温度Ｔｗｌを検出する水媒体出口温度センサ５２とが設けられている。また、利用ユニット４は、利用ユニット４を構成する各部の動作を制御する利用側制御部６９を有している。そして、利用側制御部６９は、利用ユニット４の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有している。利用側制御部６９は、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、熱源ユニット２の熱源側制御部３９との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
　以上のように、熱源ユニット２と利用ユニット４とが冷媒連絡管１３、１４を介して接続されることによって、冷媒回路１０が構成されている。冷媒回路１０は、バイパス管３１及びバイパス膨張弁３２からなるバイパス回路３０と、バイパス回路３０を除いた部分からなる主冷媒回路２０とから構成されている。

　－貯湯ユニット－
　貯湯ユニット９は、屋内に設置されており、水媒体連絡管１５、１６を介して利用ユニット４に接続されており、水媒体回路７０の一部を構成している。
　貯湯ユニット９は、主として、貯湯タンク９１と、熱交換コイル９２とを有している。
　貯湯タンク９１は、給湯に供される水媒体としての水を溜める容器であり、その上部には、蛇口やシャワー等に温水となった水媒体を送るための給湯管９３が接続されており、その下部には、給湯管９３によって消費された水媒体の補充を行うための給水管９４が接続されている。
　熱交換コイル９２は、貯湯タンク９１内に設けられており、水媒体回路７０を循環する水媒体と貯湯タンク９１内の水媒体との熱交換を行うことで貯湯タンク９１内の水媒体の加熱器として機能する熱交換器であり、その入口には、水媒体連絡管１６が接続されており、その出口には、水媒体連絡管１５が接続されている。
　これにより、貯湯ユニット９は、利用ユニット４において加熱された水媒体回路７０を循環する水媒体によって貯湯タンク９１内の水媒体を加熱して温水として溜めることが可能になっている。尚、ここでは、貯湯ユニット９として、利用ユニット４において加熱された水媒体との熱交換によって加熱された水媒体を貯湯タンクに溜める型式の貯湯ユニットを採用しているが、利用ユニット４において加熱された水媒体を貯湯タンクに溜める型式の貯湯ユニットを採用してもよい。また、ここでは、貯湯ユニット９が利用ユニット４ａとは別ユニットとして構成されているが、貯湯ユニット９が利用ユニット４に内蔵されていてもよい。
　また、貯湯ユニット９には、各種のセンサが設けられている。具体的には、貯湯ユニット９には、貯湯タンク９１に溜められる水媒体の温度である貯湯温度Ｔｗｈを検出するための貯湯温度センサ９５が設けられている。

　－水媒体暖房ユニット－
　水媒体暖房ユニット７は、屋内に設置されている。水媒体暖房ユニット７は、水媒体連絡管１５、１６を介して利用ユニット４に接続されており、水媒体回路７０の一部を構成している。
　水媒体暖房ユニット７は、主として、熱交換パネル７１を有しており、ラジエータや床冷暖房パネル等を構成している。
　熱交換パネル７１は、ラジエータの場合には、室内の壁際等に設けられ、床暖房パネルの場合には、室内の床下等に設けられている。熱交換パネル７１は、水媒体回路７０を循環する水媒体の放熱器として機能する熱交換器であり、その入口には、水媒体連絡管１６が接続されており、その出口には、水媒体連絡管１５が接続されている。

　－水媒体連絡管－
　水媒体連絡管１５は、貯湯ユニット９の熱交換コイル９２の出口及び水媒体冷暖房ユニット７の熱交換パネル７１の出口に接続されている。水媒体連絡管１６は、貯湯ユニット９の熱交換コイル９２の入口及び水媒体冷暖房ユニット７の熱交換パネル７１の入口に接続されている。水媒体連絡管１６には、水媒体回路７０を循環する水媒体を貯湯ユニット９及び水媒体暖房ユニット７の両方、又は、貯湯ユニット９及び水媒体暖房ユニット７のいずれか一方に供給するかの切り換えを行うことが可能な水媒体切換機構１６１が設けられている。この水媒体切換機構１６１は、三方弁からなる。
　以上のように、利用ユニット４と貯湯ユニット９と水媒体暖房ユニット７とが水媒体連絡管１５、１６を介して接続されることによって、水媒体回路７０が構成されている。水媒体回路７０は、圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器４１において加熱された水媒体の熱を利用する。

　－制御部－
　利用側制御部６９と熱源側制御部３９とが伝送線等を介して接続されることによって、ヒートポンプシステム１の運転制御を行う制御部１ａが構成されており、以下の運転や各種制御を行うようになっている。
　＜動作＞
　次に、ヒートポンプシステム１の動作について説明する。
　ヒートポンプシステム１の運転としては、水媒体暖房ユニット７を用いた暖房運転のみを行う暖房運転モードと、貯湯ユニット９を用いた給湯運転のみを行う給湯運転モードと、水媒体暖房ユニット７及び貯湯ユニット９を用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う給湯暖房運転モードとがある。

　－暖房運転モード－
　水媒体暖房ユニット７を用いた暖房運転のみを行う場合には、冷媒回路１０においては、切換機構２３が熱源側放熱運転状態（図１の切換機構２３の破線で示された状態）に切り換えられる。また、水媒体回路７０においては、水媒体切換機構１６１が水媒体暖房ユニット７に水媒体を供給する状態に切り換えられる。
　このような状態の冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２１ｃを通じて、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管２１ｂに吐出される。吐出管２１ｂに吐出された高圧の冷媒は、油分離器２２ａにおいて冷凍機油が分離される。油分離器２２ａにおいて冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管２２ｂを通じて、吸入管２１ｃに戻される。冷凍機油が分離された高圧の冷媒は、切換機構２３、第２熱源側ガス冷媒管２５及びガス側閉鎖弁３４を通じて、熱源ユニット２からガス冷媒連絡管１４に送られる。

　ガス冷媒連絡管１４に送られた高圧の冷媒は、利用ユニット４に送られる。利用ユニット４に送られた高圧の冷媒は、利用側ガス冷媒管５４を通じて、利用側熱交換器４１に送られる。利用側熱交換器４１に送られた高圧の冷媒は、利用側熱交換器４１において、循環ポンプ４３によって水媒体回路７０を循環する水媒体と熱交換を行って放熱する。利用側熱交換器４１において放熱した高圧の冷媒は、利用側液冷媒管４５を通じて、利用ユニット４から液冷媒連絡管１３に送られる。
　液冷媒連絡管１３に送られた冷媒は、熱源ユニット２に送られる。熱源ユニット２に送られた冷媒は、液側閉鎖弁３３を通じて、熱源側液冷媒管２７に送られる。熱源側液冷媒管２７に送られた冷媒は、熱源側液冷媒管２７の液側閉鎖弁３３と熱源側膨張弁２８との間の部分において２つに分岐されて、その一方が熱源側膨張弁２８に送られ、その他方がバイパス管３１に送られる。熱源側膨張弁２８に送られた冷媒は、熱源側膨張弁２８において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、熱源側熱交換器２６に送られる。熱源側熱交換器２６に送られた低圧の冷媒は、熱源側熱交換器２６において、熱源側ファン３６によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器２６において蒸発した低圧の冷媒は、第１熱源側ガス冷媒管２４及び切換機構２３を通じて、熱源側アキュムレータ３５に送られる。そして、熱源側アキュムレータ３５に送られた低圧の冷媒は、吸入管２１ｃを通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。また、バイパス管３１に送られた冷媒は、バイパス膨張弁３２によって減圧されて、低圧の気液二相状態になる。そして、バイパス膨張弁３２において減圧された低圧の冷媒は、吸入管２１ｃにおいて、熱源側膨張弁２８及び熱源側熱交換器２６を通じて熱源側アキュムレータ３５に送られた低圧の冷媒に合流して、圧縮機２１に吸入される。このように、ここでは、主冷媒回路２０を流れる冷媒の一部を、液側閉鎖弁３３と熱源側膨張弁２８との間の部分においてバイパス回路３０に分岐し、熱源側膨張弁２８及び熱源側熱交換器２６を通じて圧縮機２１の吸入側に戻る冷媒とともに圧縮機２１に戻す動作（液インジェクション）が行われる。

　一方、水媒体回路７０においては、利用側熱交換器４１における冷媒の放熱によって水媒体回路７０を循環する水媒体が加熱される。利用側熱交換器４１において加熱された水媒体は、利用側水出口管４８を通じて、循環ポンプ４３に吸入され、昇圧された後に、利用ユニット４から水媒体連絡管１６に送られる。水媒体連絡管１６に送られた水媒体は、水媒体切換機構１６１を通じて、水媒体暖房ユニット７に送られる。水媒体暖房ユニット７に送られた水媒体は、熱交換パネル７１において放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。
　このようにして、水媒体暖房ユニット７を用いた暖房運転のみを行う暖房運転モードにおける動作が行われる。

　－給湯運転モード－
　貯湯ユニット９を用いた給湯運転のみを行う場合には、冷媒回路１０においては、切換機構２３が熱源側放熱運転状態（図１の切換機構２３の破線で示された状態）に切り換えられる。また、水媒体回路７０においては、水媒体切換機構１６１が貯湯ユニット９に水媒体を供給する状態に切り換えられる。
　そして、このような状態の冷媒回路１０においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
　一方、水媒体回路７０においては、利用ユニット４から水媒体連絡管１６に送られた水媒体は、水媒体切換機構１６１を通じて、貯湯ユニット９に送られる。貯湯ユニット９に送られた水媒体は、熱交換コイル９２において貯湯タンク９１内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク９１内の水媒体を加熱する。
　このようにして、貯湯ユニット９を用いた給湯運転のみを行う給湯運転モードにおける動作が行われる。

　－給湯暖房運転モード－
　水媒体暖房ユニット７及び貯湯ユニット９を用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う場合には、冷媒回路１０においては、切換機構２３が熱源側放熱運転状態（図１の切換機構２３の破線で示された状態）に切り換えられる。また、水媒体回路７０においては、水媒体切換機構１６１が水媒体暖房ユニット７及び貯湯ユニット９に水媒体を供給する状態に切り換えられる。
　そして、このような状態の冷媒回路１０においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
　一方、水媒体回路７０においては、利用ユニット４から水媒体連絡管１６に送られた水媒体は、水媒体切換機構１６１を通じて、水媒体暖房ユニット７及び貯湯ユニット９に送られる。水媒体暖房ユニット７に送られた水媒体は、熱交換パネル７１において放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。また、貯湯ユニット９に送られた水媒体は、熱交換コイル９２において貯湯タンク９１内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク９１内の水媒体を加熱する。
　このようにして、水媒体暖房ユニット７及び貯湯ユニット９を用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う給湯暖房運転モードにおける動作が行われる。

　－圧縮機の制御－
　ヒートポンプシステム１では、上記のように、冷媒回路１０を循環する冷媒が利用側熱交換器４１において放熱することによって、水媒体回路７０を循環する水媒体が加熱されるようになっている。このとき、利用側熱交換器４１において、安定的に高温の水媒体を得るためには、冷凍サイクルにおける高圧が安定するように制御することが好ましい。
　そこで、ヒートポンプシステム１では、圧縮機２１を容量可変式にして、制御部１ａが、圧縮機２１の吐出における冷媒の圧力に相当する飽和温度（すなわち、吐出飽和温度Ｔｃ）を冷凍サイクルの冷媒の圧力の代表値として用いて、吐出飽和温度Ｔｃが所定の目標吐出飽和温度Ｔｃｓになるように圧縮機２１の容量制御を行うようにしている。ここで、吐出飽和温度Ｔｃは、吐出圧力Ｐｄを飽和温度に換算した値である。より具体的には、制御部１ａは、吐出飽和温度Ｔｃが目標吐出飽和温度Ｔｃｓよりも小さい場合には、圧縮機２１の回転数（すなわち、運転周波数）を大きくすることで、圧縮機２１の運転容量が大きくなるように制御し、吐出飽和温度Ｔｃが目標吐出飽和温度Ｔｃｓよりも大きい場合には、圧縮機２１の回転数（すなわち、運転周波数）を小さくすることで圧縮機２１の運転容量が小さくなるように制御する。

　これにより、ヒートポンプシステム１では、冷凍サイクルにおける高圧が安定するため、安定的に高温の水媒体を得ることができる。
　また、このとき、所望の温度の水媒体を得るためには、目標吐出飽和温度Ｔｃｓを適切に設定することが好ましい。
　そこで、制御部１ａは、利用側熱交換器４１の出口における水媒体の温度の目標値である所定の目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓを設定しておき、目標吐出飽和温度Ｔｃｓを目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓによって可変される値として設定するようにしている。より具体的には、制御部１ａは、例えば、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓが６０℃に設定される場合には、目標吐出飽和温度Ｔｃｓを６５℃に設定したり、また、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓが２５℃に設定される場合には、目標吐出飽和温度Ｔｃｓを３０℃に設定する等のように、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓが高い温度に設定されるにつれて目標吐出飽和温度Ｔｃｓも高い温度になるように、かつ、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓよりも少し高い温度になるように、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓの設定範囲内で関数化して設定している。

　これにより、ヒートポンプシステム１では、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓに応じて目標吐出飽和温度Ｔｃｓが適切に設定されるため、所望の目標水媒体出口温度Ｔｗｓが得られやすく、また、目標水媒体出口温度Ｔｗｓが変更された場合であっても、応答性のよい制御を行うことができる。
　－熱源側膨張弁の制御－
　ヒートポンプシステム１では、上記のように、冷媒回路１０を循環する冷媒が、熱源側膨張弁２８において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、その後、熱源側熱交換器２６において蒸発するようになっている。このとき、圧縮機２１に吸入される冷媒の状態を安定させるためには、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器２６の出口における冷媒の状態が安定するように制御することが好ましい。

　そこで、ヒートポンプシステム１では、主減圧機構としての熱源側膨張弁２８を可変式にして、制御部１ａが、熱源側熱交換器２６の出口における冷媒の過熱度である出口過熱度ＳＨｈが所定の目標出口過熱度ＳＨｈｓになるように熱源側膨張弁２８を制御するようにしている。ここで、出口冷媒過熱度ＳＨｈは、吸入圧力Ｐｓを圧縮機２１の吸入における冷媒の圧力に相当する飽和温度（すなわち、吸入飽和温度Ｔｅ）に換算し、利用側熱交液側温度Ｔｕｌから吸入飽和温度Ｔｅを差し引くことによって得られる。尚、ここでは採用していないが、利用側熱交換器４１に吸入飽和温度Ｔｅに相当する冷媒温度を検出する温度センサを設けて、利用側熱交液側温度Ｔｕｌからこの冷媒温度を差し引くことによって出口冷媒過熱度ＳＨｈを得るようにしてもよい。より具体的には、制御部１ａは、出口過熱度ＳＨｈが目標出口過熱度ＳＨｈｓよりも小さい場合には、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅが小さくなるように制御し、出口過熱度ＳＨｈが目標出口過熱度ＳＨｈｓよりも大きい場合には、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅが大きくなるように制御する。
　これにより、ヒートポンプシステム１では、熱源側熱交換器２６の出口における冷媒の状態が安定するため、圧縮機２１に吸入される冷媒の状態を安定させることができる。

　－液インジェクション制御－
　ヒートポンプシステム１では、圧縮機２１の保護や運転効率の低下防止等の観点から、吐出温度Ｔｄが過度に上昇することを抑える必要があるため、上記のように、バイパス回路３０を設けて、バイパス回路３０を構成するバイパス管３１を流れる液冷媒を圧縮機２１の吸入側に導入する液インジェクションを行うようにしている。
　すなわち、ヒートポンプシステム１では、バイパス減圧機構としてのバイパス膨張弁３２を可変式にして、制御部１ａが、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓになるようにバイパス膨張弁３２を制御する液インジェクション制御を行うようにしている。より具体的には、制御部１ａは、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも小さい場合には、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを小さくすることでバイパス回路３０側（すなわち、バイパス管３１及びバイパス膨張弁３２を通じて圧縮機２１の吸入側に導入される側）の液冷媒の流量（液インジェクション流量Ｇｉ）が小さくなるように制御し（図３のステップＳ１５、Ｓ１７参照）、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも大きい場合には、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを大きくすることで液インジェクション流量Ｇｉが大きくなるように制御する（図３のステップＳ１４、Ｓ１６参照）。

　これにより、ヒートポンプシステム１では、圧縮機２１の運転容量に応じてバイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉが変更され、液インジェクション流量Ｇｉを増減することができる。このため、ヒートポンプシステム１では、バイパス膨張機構を電磁開閉弁及びキャピラリチューブによって構成する場合に比べて、液インジェクション流量Ｇｉが不足するという問題が生じにくくなる。これにより、目標水媒体出口温度Ｔｗｌｓが高温（例えば、６０℃）に設定された場合には、目標吐出飽和温度Ｔｃｓも高温（例えば、６５℃）に設定されることになるため、圧縮機２１の圧縮比が大きい運転状況になるが、このような運転状況下においても、所望の運転能力を得ることができる。
　しかし、液インジェクション流量Ｇｉは、主として、バイパス回路３０側の流路抵抗と主冷媒回路２０側の流路抵抗とのバランスによって定まるものである。ここで、バイパス回路３０側の流路抵抗と主冷媒回路２０側の流路抵抗とのバランスは、主として、バイパス減圧機構の流路抵抗と主減圧機構の流路抵抗との違いに依存している。このため、バイパス膨張弁３２は、熱源側膨張弁２８の状態を考慮して制御されるべきである。仮に、バイパス膨張弁３２の動作に制約を設けなければ、バイパス膨張弁３２は、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも高い場合に、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅの大小にかかわらず、単純に開度ＯＰｉが大きくなるように制御されることになる。例えば、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅが小さい場合には、主冷媒回路２０側を流れて圧縮機２１に吸入される冷媒の流量（主回路側流量Ｇｅ）に比べて、液インジェクション流量Ｇｉが大きく増加してしまい、液圧縮等が生じるおそれがある。このように、バイパス膨張弁３２の動作に制約を設けずに液インジェクション制御を行うだけでは、バイパス膨張弁３２の状態が考慮されず、圧縮機２１の信頼性を確保しにくい。

　そこで、ヒートポンプシステム１では、制御部１ａが、液インジェクション制御におけるバイパス減圧機構としてのバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘを主減圧機構としての熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値によって決定することによって、バイパス膨張弁３２の動作に対して、熱源側膨張弁２８の状態を考慮した制約を設けるようにしている。
　以下、バイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘの決定も含めた液インジェクション制御について、図２及び図３を用いて説明する。尚、ここでは、上記のように、吐出飽和温度Ｔｃが目標吐出飽和温度Ｔｃｓになるように圧縮機２１の容量制御が行われており、また、出口過熱度ＳＨｈが目標出口過熱度ＳＨｈｓになるように熱源側膨張弁２８の開度制御が行われているものとする。

　まず、制御部１ａは、液インジェクション制御を行わない場合、バイパス膨張弁３２を、例えば、開度ＯＰｉが０％の全閉状態の初期状態にする（ステップＳ１）。ここで、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉは、全閉状態を０％とし、全開状態を１００％とする。また、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅも、バイパス膨張弁３２と同様に、全閉状態を０％とし、全開状態を１００％とする。
　次に、制御部１ａは、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５において、ヒートポンプシステム１の運転状態が液インジェクション制御を行う条件を満たしているかどうかを判定する。具体的には、制御部１ａは、ステップＳ２において、圧縮機２１が運転中であるかどうかを判定する。また、制御部１ａは、ステップＳ３において、暖房運転モード、給湯運転モード、又は、給湯暖房運転モードであるかどうかを判定する。これらのステップＳ２、Ｓ３によって、ヒートポンプシステム１の運転が行われているかどうかが判定される。また、制御部１ａは、ステップＳ４において、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅが最小開度ＯＰｅｍより大きいかどうかを判定する。さらに、制御部１ａは、ステップＳ５において、圧縮機２１の吐出過熱度ＳＨＣが最小吐出過熱度ＳＨＣｍより大きいかどうかを判定する。ここで、最小開度ＯＰｅｍは、暖房運転モード、給湯運転モード、又は、給湯暖房運転モードのような通常の運転時において想定し得る熱源側膨張弁２８の最小の開度を意味している。また、吐出過熱度ＳＨＣは、吐出温度Ｔｄから吐出飽和温度Ｔｃを差し引くことによって得られる。そして、最小吐出過熱度ＳＨＣｍは、暖房運転モード、給湯運転モード、又は、給湯暖房運転モードのような通常の運転時において想定し得る最小の吐出過熱度を意味している。これらのステップＳ４、Ｓ５によって、ヒートポンプシステム１の運転が運転開始時や運転停止時等の過渡的又は不規則な運転でないかどうかが判定される。そして、ステップＳ２～Ｓ５を満たすものと判定された場合には、ヒートポンプシステム１の運転がなされており、かつ、運転開始時や運転停止時等の過渡的な運転や不規則な運転でないものとして、ステップＳ６の液インジェクション制御に処理に移行する。これにより、液インジェクション制御は、運転開始時や運転停止時の過渡的な運転や不規則な運転を除いた、暖房運転モード、給湯運転モード、又は、給湯暖房運転モードにおける運転中に行われることになる。

　液インジェクション制御において、制御部１ａは、まず、バイパス膨張弁３２が初期状態（ここでは、開度ＯＰｉが０％）であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。ここで、運転開始直後であれば、バイパス膨張弁３２が初期状態であるため、ステップＳ１２の処理に移行する。制御部１ａは、ステップＳ１２において、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを液インジェクション開始開度ＯＰｉｉにすることで、バイパス管３１を流れる液冷媒を圧縮機２１の吸入側に導入する液インジェクションを開始する。ここで、液インジェクション開始開度ＯＰｉｉは、数％から１０％程度の開度であり、これによって、ステップＳ１３～Ｓ１８の液インジェクション制御の処理へ移行する直前の準備がなされる。また、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを液インジェクション開始開度ＯＰｉｉにする時間は、例えば、数十秒から数分程度である。このため、運転開始直後ではなく既にステップＳ１３～Ｓ１８の液インジェクション制御の処理が行われている場合には、ステップＳ１２の処理を行わずに、ステップＳ１３の処理に移行することになる。

　次に、制御部１ａは、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘを決定する（ステップＳ１３）。ここで、バイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘは、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値によって決定されるものであるが、この点について詳細に説明する。
　まず、熱源側熱交換器２６の出口における冷媒の乾き度である主回路側乾き度をＸｅとし、バイパス管３２の出口における冷媒の乾き度であるバイパス側乾き度をＸｉとすると、主冷媒回路２０側を流れて圧縮機２１に吸入される冷媒とバイパス回路３０側を流れて圧縮機２１に吸入される冷媒とが合流した後の冷媒（すなわち、液インジェクションを行っている際に圧縮機２１に吸入される冷媒）の乾き度をＸｓとする。すると、乾き度Ｘｓは、次式で表される。

　　　Ｘｓ＝（Ｘｅ×Ｇｅ＋Ｘｉ×Ｇｉ）／（Ｇｅ＋Ｇｉ）　　　　　　・・・式Ａ
　一方、バイパス回路３０側の流路抵抗をＣＶｉとし、主冷媒回路２０側の流路抵抗をＣＶｅとすると、液インジェクション流量Ｇｉ及び主回路側流量Ｇｅは、それぞれ、ＣＶｉ及びＣＶｅに比例し、圧力損失や液冷媒の密度は、バイパス回路３０側及び主冷媒回路２０側で共通するため、式Ａは、次式で表される。
　　　Ｘｓ＝（Ｘｅ×ＣＶｅ＋Ｘｉ×ＣＶｉ）／（ＣＶｅ＋ＣＶｉ）　　・・・式Ｂ
　そして、液圧縮等の圧縮機２１の保護という観点から決定される乾き度Ｘｓの許容限度に相当する許容乾き度をＸｓａとすると、式Ｂは、次式で表される。
　　　Ｘｓａ≦（Ｘｅ×ＣＶｅ＋Ｘｉ×ＣＶｉ）／（ＣＶｅ＋ＣＶｉ）　・・・式Ｃ
　さらに、式Ｃを変形すると、以下のようになる。

　　　ＣＶｉ≦（Ｘｅ－Ｘｓａ）／（Ｘｓａ－Ｘｉ）×ＣＶｅ　　　　　・・・式Ｄ
　一方、熱源側膨張弁２８及びバイパス膨張弁３２の弁特性がリニアであると仮定すると、熱源側膨張弁２８の流路抵抗及びバイパス膨張弁３２の流路抵抗がそれぞれ主冷媒回路２０側の流路抵抗ＣＶｅ及びバイパス回路３０側の流路抵抗ＣＶｉが大半を占めるため、式Ｄは、次式で表される。
　　　（Ｋｉ×ＯＰｉ／ＯＰｉｓ）≦（Ｘｅ－Ｘｓａ）／（Ｘｓａ－Ｘｉ）
×（Ｋｅ×ＯＰｅ／ＯＰｅｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式Ｅ
ここで、Ｋｅ及びＫｉは、それぞれ熱源側膨張弁２８の流路抵抗の基準値である主回路側基準圧力損失係数及びバイパス膨張弁３２の流路抵抗の基準値であるバイパス側基準圧力損失係数である。ＯＰｅｓ及びＯＰｉｓは、それぞれ主回路側基準圧力損失係数Ｋｅにおける熱源側膨張弁２８の開度及びバイパス側基準圧力損失係数Ｋｉにおけるバイパス膨張弁３２の開度である。

　そして、式Ｅを変形すると、以下のようになる。
　　　ＯＰｉ≦（Ｘｅ－Ｘｓａ）／（Ｘｓａ－Ｘｉ）
×（Ｋｅ×ＯＰｉｓ）／（Ｋｉ×ＯＰｅｓ）×ＯＰｅ　　　　　　　　　・・・式Ｆ
すなわち、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉは、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関式である式Ｆを満たす開度範囲内に収まるように液インジェクション制御を行うことが好ましいことになる。そうすると、式Ｆにおけるバイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを上限開度ＯＰｉｘとすると、式Ｆは、次式で表される。
　　　ＯＰｉｘ＝β×γ×ＯＰｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式Ｇ
ここで、βは、式Ｆに示すように、許容乾き度Ｘｓａ、バイパス側乾き度Ｘｉ、及び、主回路側乾き度Ｘｅによって決定される乾き度係数である。γは、式Ｆに示すように、主回路側基準圧力損失係数Ｋｅ、及び、バイパス側基準圧力損失係数Ｋｉによって決定される圧損係数である。尚、熱源側膨張弁２８及びバイパス膨張弁３２の弁特性がリニアでない場合には、式Ｅにおける（Ｋｉ×ＯＰｉ／ＯＰｉｓ）及び（Ｋｅ×ＯＰｅ／ＯＰｅｓ）が異なるものとなる（これに応じて、式Ｆ、Ｇも異なるものとなる）が、上限開度ＯＰｉｘの考え方は、上記と同様である。

　このように、バイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘは、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値によって決定されている。そして、この相関値には、乾き度係数βと圧損係数γとが含まれている。ここで、乾き度係数βは、圧縮機２１の運転特性等から決定される許容乾き度Ｘｓａ、冷媒回路１０の標準的な運転状態において想定される主回路側乾き度Ｘｅ及びバイパス側乾き度Ｘｉから算出される。但し、主回路側乾き度Ｘｅ及びバイパス側乾き度Ｘｉについては、吐出圧力Ｐｄや吸入圧力Ｐｓ、利用側熱交液側温度Ｔｕｌ、吸入温度Ｔｓ、熱源側熱交液側温度Ｔｈｌの測定値から得るようにしてもよい。また、圧損係数γは、全開状態（すなわち、ＯＰｅ＝１００％、及び、ＯＰｉ＝１００％）における熱源側膨張弁２８及びバイパス膨張弁３２の圧力損失係数を、それぞれ主回路側基準圧力損失係数Ｋｅ及びバイパス側基準圧力損失係数Ｋｉとして算出される。但し、基準値は、全開状態に限らず、他の開度状態におけるものであってもよい。

　そして、制御部１ａは、ステップＳ１３において、上記の式Ｇを用いて熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅからバイパス膨張弁３２の最大開度ＯＰｉｘを決定する。これにより、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の可動開度範囲が最大開度ＯＰｉｘ以下に制限されることになる。
　次に、制御部１ａは、ステップＳ１４、Ｓ１５において、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも小さいかどうか、また、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも大きいかどうかを判定する。そして、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも小さい場合には、制御部１ａは、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを小さくすることで（すなわち、ＯＰｉ＝ＯＰｉ－ΔＯＰｉ）、液インジェクション流量Ｇｉが小さくなるように制御する（ステップＳ１６）。また、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも大きい場合には、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを大きくすることで（すなわち、ＯＰｉ＝ＯＰｉ＋ΔＯＰｉ）、液インジェクション流量Ｇｉが大きくなるように制御する（ステップＳ１７）。さらに、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓである場合には、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを維持することで（すなわち、ＯＰｉ＝ＯＰｉ）、液インジェクション流量Ｇｉが維持されるように制御する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８の処理を行った後に、ステップＳ２の処理に戻り、ステップＳ２～Ｓ５の液インジェクション制御を行う運転条件を満たす限り、ステップＳ６（すなわち、ステップＳ１１～Ｓ１８）の処理が繰り返される。ここで、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉは、上記のように、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値によって決定される上限開度ＯＰｉｘが可動開度範囲の上限となっている。また、バイパス膨張弁３２の開度変更幅ΔＯＰｉは、吐出温度Ｔｄと目標吐出温度Ｔｄｓとの偏差から得られる。そして、開度変更幅ΔＯＰｉは、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも小さい場合には、液圧縮等の懸念を考慮して、できるだけ早く液インジェクション流量Ｇｉが小さくなるように、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも大きい場合の開度変更幅ΔＯＰｉよりも大きな値に設定される。

　これにより、ヒートポンプシステム１では、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも高い場合に、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉが大きくなるように制御されても、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値によって決定される上限開度ＯＰｉｘまでしか開けることができなくなる。このため、液圧縮等が生じにくくなり、圧縮機２１の信頼性を確保しやすくなる。また、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の可動開度範囲が熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅに応じて決定されることになるため、液インジェクション制御の制御性の向上にも寄与している。特に、ヒートポンプシステム１では、上記のように、圧縮機２１の運転容量が制御されており、また、熱源側膨張弁２８が制御されていることから、熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅの変化が大きいが、このような構成であるにもかかわらず、バイパス膨張弁３２の動作を適切に制約して、圧縮機２１の信頼性の確保や液インジェクション制御の制御性の向上に寄与している。

　以上のように、ヒートポンプシステム１では、圧縮機２１の圧縮比が大きい運転状況下においても、圧縮機２１の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力を得ることができるようになっている。特に、ヒートポンプシステム１は、放熱器としての利用側熱交換器４１において加熱された水媒体の熱を利用する構成であるため、上記のように、高温（例えば、６０℃）の水媒体が必要とされる場合があり、圧縮機２１の圧縮比が大きい運転状況になりやすいが、このような構成であるにもかかわらず、圧縮機の信頼性を確保しつつ、所望の運転能力を得ることができる。
　また、ヒートポンプシステム１では、上記のように、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘと熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値に、圧損係数γが含まれている。このため、ヒートポンプシステム１では、主冷媒回路２０及びバイパス回路３０側の圧損特性を考慮して、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘを、さらに適切なものとすることができている。

　さらに、ヒートポンプシステム１では、上記のように、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘと熱源側膨張弁２８の開度ＯＰｅとの相関値に、乾き度係数βが含まれている。このため、ヒートポンプシステム１では、バイパス回路３０を流れる冷媒と主冷媒回路２０を流れる冷媒との合流によって得られる圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度を考慮して、液インジェクション制御におけるバイパス膨張弁３２の上限開度ＯＰｉｘを、さらに適切なものとすることができている。
　－バイパス膨張弁の予測制御－
　上記の液インジェクション制御時においては、圧縮機２１の容量変化が生じて吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓからずれると、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓになるようにバイパス減圧機構としてのバイパス膨張弁３２が制御される（図３のステップＳ１１～Ｓ１８）。

　しかし、圧縮機２１の容量変化の程度が大きいと、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄになるまでに時間がかかるおそれがある。
　そこで、図４に示すように、液インジェクション制御時において圧縮機２１の容量を変化させる場合に、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを、圧縮機２１の容量変化の程度に応じて予測される開度である予測開度ＯＰｉｆに変更するようにしてもよい。
　より具体的には、制御部１ａは、ステップＳ２１において、圧縮機２１の容量変更が生じたかどうかを判定する。
　次に、ステップＳ２１において圧縮機２１の容量変更が生じたと判定された場合には、制御部１ａは、ステップＳ２２において、予測制御許容条件を満たすかどうかを判定する。ここで、予測制御許容条件は、圧縮機２１の容量変更に応じて、液インジェクション流量Ｇｉを大きくすること、又は、液インジェクション流量Ｇｉを小さくすることが明らかであるかどうかを判定する条件である。すなわち、圧縮機２１の容量変更の方向が運転容量を大きくする方向（例えば、圧縮機２１の運転周波数を大きくする方向）であり、かつ、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも小さすぎない場合（例えば、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも少し小さい温度であるＴｄｓｍよりも高い場合）には、液インジェクション流量Ｇｉを早く大きくしても、液圧縮等の懸念が少ないため、この場合には、バイパス膨張弁３２の予測制御を許容することができる。また、圧縮機２１の容量変更の方向が運転容量を小さくする方向（例えば、圧縮機２１の運転周波数を小さくする方向）であり、かつ、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも大きすぎない場合（例えば、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも少し大きい温度であるＴｄｓｘよりも高い場合）には、液インジェクション流量Ｇｉを早く小さくしても、過熱圧縮等の懸念が少ないため、この場合には、バイパス膨張弁３２の予測制御を許容することができる。

　次に、ステップＳ２２において予測制御許容条件を満たすものと判定された場合には、制御部１ａは、ステップＳ２３において、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉを予測開度ＯＰｉｆに変更して、液インジェクション制御を続行する。ここで、予測開度ＯＰｉｆは、圧縮機２１の容量変化前の運転周波数Ｆｔｂ、及び、容量変化後の運転周波数Ｆｔｂに基づいて得られる値であり、次式で表される。
　　　ＯＰｉｆ＝（Ｆｔａ／Ｆｔｂ）＾ｎ
ここで、ｎは、乗数である。尚、予測開度ＯＰｉｆは、上式を用いて得られるものに限定されず、圧縮機２１の容量変化の程度に応じて得られるものであればよい。
　これにより、ヒートポンプシステム１では、液インジェクション制御時において、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓになるようにバイパス膨張弁３２が制御される動作に先だって、圧縮機２１の容量変化の程度に応じて、バイパス膨張弁３２の開度ＯＰｉが予測開度ＯＰｉｆに変更されることになる。このため、吐出温度Ｔｄを目標吐出温度Ｔｄｓに早く到達させることができ、液インジェクション制御の制御性を向上することができる。

　＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　－Ａ－
　上記のヒートポンプシステムでは、冷媒として、ＨＦＣ－４１０Ａが使用されているが、これに限定されず、他の冷媒を使用してもよい。
　－Ｂ－
　上記のヒートポンプシステムでは、水媒体の利用先として、水媒体暖房ユニットと貯湯ユニットとが設けられているが、いずれか一方のみでもよいし、また、他の利用先が設けられていてもよい。

　－Ｃ－
　上記のヒートポンプシステムでは、利用ユニットと貯湯ユニットとが別体のユニットとなっているが、利用ユニットと貯湯ユニットとが一体のユニットになっていてもよい。
　－Ｄ－
　上記のヒートポンプシステムでは、熱源ユニットと利用ユニットとが別体のユニットとなっているが、熱源ユニットと利用ユニットとが一体のユニットになっていてもよい。
　－Ｅ－
　上記のヒートポンプシステムでは、１つの熱源ユニットに１つの利用ユニットが接続されているが、１つの熱源ユニットに複数の利用ユニットが接続されていてもよい。
　－Ｆ－
　上記のヒートポンプシステムでは、冷媒の放熱器としての利用側熱交換器において加熱された水媒体の熱を利用する構成であるが、これに限定されず、例えば、高温の空気が必要であれば、冷媒の放熱器としての利用側熱交換器において加熱された空気の熱を利用する構成であっても適用可能である。

　本発明は、可変容量式の圧縮機と放熱器と可変式の主減圧機構と蒸発器とを接続して構成される主冷媒回路の放熱器の出口から主減圧機構までの間の部分から圧縮機の吸入側へ液インジェクションを行うヒートポンプシステムに広く適用可能である。

　１　ヒートポンプシステム
　１ａ　制御部
　２　熱源ユニット
　２０　主冷媒回路
　２１　圧縮機
　２６　熱源側熱交換器（蒸発器）
　２８　熱源側膨張弁（主減圧機構）
　３０　バイパス回路
　３１　バイパス管
　３２　バイパス膨張弁
　４１　利用側熱交換器（放熱器）
　７０　水媒体回路
　Ｋｅ　主回路側基準圧力損失係数
　Ｋｉ　バイパス側基準圧力損失係数
　ＯＰｅ　熱源側膨張弁の開度（主減圧機構の開度）
　ＯＰｉｆ　予測開度
　ＯＰｉｘ　上限開度
　Ｔｄ　吐出温度
　Ｔｄｓ　目標吐出温度
　Ｘｅ　主回路側乾き度
　Ｘｉ　バイパス側乾き度
　Ｘｓａ　許容乾き度
　β　乾き度係数
　γ　圧損係数

特開２００７－１６３０９９号公報

Claims (5)

1. 　冷媒の圧縮を行う可変容量式の圧縮機（２１）と、前記圧縮機において圧縮された冷媒の放熱を行う放熱器（４１）と、前記放熱器において放熱した冷媒の減圧を行う可変式の主減圧機構（２８）と、前記主減圧機構において減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（２６）とを接続して構成される主冷媒回路（２０）と、
   　前記主冷媒回路の前記放熱器の出口から前記主減圧機構までの間の部分と前記圧縮機の吸入側とを接続するバイパス管（３１）と、前記バイパス管を流れる液冷媒の減圧を行うバイパス減圧機構（３２）とを有するバイパス回路（３０）と、
   　前記圧縮機、前記主減圧機構及び前記バイパス減圧機構の制御を行う制御部（１ａ）とを備え、
   　前記バイパス減圧機構は、可変式であり、
   　前記制御部は、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度（Ｔｄ）が所定の目標吐出温度（Ｔｄｓ）になるように前記バイパス減圧機構を制御する液インジェクション制御を行い、前記液インジェクション制御における前記バイパス減圧機構の上限開度（ＯＰｉｘ）を前記主減圧機構の開度（ＯＰｅ）との相関値によって決定する、
   ヒートポンプシステム（１）。
2. 　前記相関値は、前記主減圧機構（２８）の流路抵抗の基準値である主回路側基準圧力損失係数（Ｋｅ）、及び、前記バイパス減圧機構（３２）の流路抵抗の基準値であるバイパス側基準圧力損失係数（Ｋｉ）によって決定される係数である圧損係数（γ）を含んでいる、請求項１に記載のヒートポンプシステム（１）。
3. 　前記相関値は、前記圧縮機（２１）に吸入される冷媒の乾き度の許容限度に相当する許容乾き度（Ｘｓａ）、前記バイパス管（３１）の出口における冷媒の乾き度であるバイパス側乾き度（Ｘｉ）、及び、前記蒸発器（２６）の出口における冷媒の乾き度である主回路側乾き度（Ｘｅ）によって決定される係数である乾き度係数（β）を含んでいる、請求項２に記載のヒートポンプシステム（１）。
4. 　前記制御部（１ａ）は、前記液インジェクション制御時において前記圧縮機（２１）の容量を変化させる場合に、前記バイパス減圧機構（３２）の開度を、前記圧縮機の容量変化の程度に応じて予測される開度である予測開度（ＯＰｉｆ）に変更する、請求項１～３のいずれかに記載のヒートポンプシステム（１）。
5. 　前記放熱器（４１）は、前記圧縮機（２１）において圧縮された冷媒の放熱によって水媒体を加熱する熱交換器であり、前記放熱器において加熱された水媒体の熱を利用するための水媒体回路（７０）に接続されている、請求項１～４のいずれかに記載のヒートポンプシステム（１）。

Images