JP2014016079A - ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高段側圧縮機構の吐出温度と冷凍サイクルの中間圧の両方を制御し得るインジェクション通路を構築する。
【解決手段】ヒートポンプ（1）は、低段側圧縮機構（11）および高段側圧縮機構（12）と、放熱器（13）と、蒸発器（15）とが順に接続されて二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備える。冷媒回路（10）は、放熱器（13）の出口冷媒と該出口冷媒の第１分岐冷媒とが熱交換して第１分岐冷媒が過熱ガス冷媒となる過冷却熱交換器（21）と、過熱ガス冷媒となった第１分岐冷媒と放熱器（13）の出口冷媒の第２分岐冷媒とを混合して両圧縮機（11,12）の間に供給するインジェクション通路（22）とを備える。インジェクション通路（22）には、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量および流量比を調整する２つの流量調整弁（25,26）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二段圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプに関するものである。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、二段圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプが知られている。特許文献１のヒートポンプは、二段圧縮機（低段側圧縮機構および高段側圧縮機構）と放熱器と膨張機構と蒸発器とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。冷媒回路には、放熱器で凝縮した液冷媒の一部を減圧して低段側圧縮機構と高段側圧縮機構の間に供給するインジェクション回路が設けられている。特許文献１のヒートポンプでは、インジェクション回路に設けられた膨張弁を開度調整して、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構の間に供給される中間圧冷媒の温度を調整することで、二段圧縮機の吐出温度を上限値以下に抑えるようにしている。

特開２００７−２７８６８６号公報

ところで、上述したヒートポンプでは、インジェクション回路の膨張弁を開度調整することで、冷媒の温度だけでなく冷媒の流量まで変化するため、冷凍サイクルの中間圧（即ち、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構の間の圧力）が変動してしまい、各圧縮機構の圧縮比を適切な値にすることが困難になるという問題があった。二段圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプでは、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構にはそれぞれ最適な圧縮比がある。この圧縮比が最適な値から外れると、圧縮機構の運転効率が低下し、ひいては、ヒートポンプのＣＯＰ（成績係数）が低下する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構の間に中間圧冷媒をインジェクションする通路を備えたヒートポンプにおいて、高段側圧縮機構の吐出温度と冷凍サイクルの中間圧の両方を制御し得るインジェクション通路を構築することにある。

第１の発明は、低段側圧縮機構（11）および高段側圧縮機構（12）と、放熱器（13）と、蒸発器（15）とが順に接続されて二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えたヒートポンプを対象としている。そして、前記冷媒回路（10）は、前記放熱器（13）よりも下流を流れる液冷媒とガス冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するインジェクション通路（22,32）と、前記インジェクション通路（22,32）から前記両圧縮機構（11,12）の間に供給される前記液冷媒およびガス冷媒の状態と合計流量を調整するインジェクション調整機構とを備えているものである。

前記第１の発明では、インジェクション通路（22,32）から両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒およびガス冷媒の状態（乾き度、過熱度）が調整されることで高段側圧縮機構（12）の吐出温度が調整される。また、インジェクション通路（22,32）から両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒およびガス冷媒の合計流量が調整されることで低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が調整される。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記冷媒回路（10）が、前記放熱器（13）の出口液冷媒と該出口液冷媒の第１分岐冷媒とが熱交換して該第１分岐冷媒が過熱ガス冷媒となる前記出口液冷媒の過冷却熱交換器（21）を備えている。また、前記インジェクション通路（22）は、前記過冷却熱交換器（21）で過熱ガス冷媒となった前記第１分岐冷媒と前記放熱器（13）の出口液冷媒の第２分岐冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するように構成されている。また、前記インジェクション調整機構は、前記インジェクション通路（22）を流れる前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を調整し且つ前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の流量比を調整する流量調整機構（25,26）とを備えている。

前記第２の発明では、過冷却熱交換器（21）において放熱器（13）の出口液冷媒とその第１分岐冷媒とが熱交換し、出口液冷媒が過冷却される一方、第１分岐冷媒が蒸発して過熱ガス冷媒となる。インジェクション通路（22）では、過熱ガス冷媒である第１分岐冷媒と液冷媒である第２分岐冷媒とが低段側圧縮機構（11）と高段側圧縮機構（12）の間に供給される。

そして、両圧縮機構（11,12）の間に供給される第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比が調整されることで、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の状態（乾き度、過熱度）が調整され、これによって、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が調整される。また、両圧縮機構（11,12）の間に供給される第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量が調整されることで、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が調整される。

第３の発明は、前記第２の発明において、前記流量調整機構（25,26）は、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも低い場合は前記第１分岐冷媒の流量割合が増加するように、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも高い場合は前記２分岐冷媒の流量割合が増加するように前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の流量比を調整する一方、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも低い場合は前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を増加させ、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも高い場合は前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を減少させる。

前記第３の発明では、第１分岐冷媒の流量割合が増加すると、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度が高くなる。その結果、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が上昇する。第２分岐冷媒の流量割合が増加すると、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度も低くなる。その結果、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が低下する。

また、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量が増加すると、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が上昇し、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量が減少すると、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が低下する。

第４の発明は、前記第２の発明において、前記インジェクション通路（22）は、前記放熱器（13）の出口側通路から分岐し前記過冷却熱交換器（21）を介して前記低段側圧縮機構（11）と高段側圧縮機構（12）の間に接続される主通路（23）と、該主通路（23）に設けられる前記過冷却熱交換器（21）のバイパス通路（24）とを備えている。前記流量調整機構は、前記主通路（23）における前記過冷却熱交換器（21）の入口側と前記バイパス通路（24）との間に設けられる前記第１分岐冷媒の第１流量調整弁（25）と、前記バイパス通路（24）に設けられる前記第２分岐冷媒の第２流量調整弁（26）とを備えている。

前記第４の発明では、インジェクション通路（22）において、第１流量調整弁（25）の開度調整を行うことにより第１分岐冷媒の流量が調整され、第２流量調整弁（26）の開度調整を行うことにより第２分岐冷媒の流量が調整される。したがって、２つの流量調整弁（25,26）の一方または両方を開度調整することにより、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量と、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比が調整される。

第５の発明は、前記第１の発明において、前記冷媒回路（10）は、前記放熱器（13）と前記蒸発器（15）の間に設けられた中間圧の気液分離器（31）を備えている。前記インジェクション通路（32）は、前記気液分離器（31）の液冷媒とガス冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するように構成されている。前記インジェクション調整機構は、前記インジェクション通路（32）を流れる前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を調整する流量調整機構（36,37）と、前記インジェクション通路（32）を流れる前記液冷媒とガス冷媒を前記放熱器（13）の出口冷媒によって加熱する加熱熱交換器（38）とを備えている。

前記第５の発明では、気液分離器（31）の液冷媒とガス冷媒とが両圧縮機構（11,12）の間に供給される。そして、両圧縮機構（11,12）の間に供給される第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量が調整されることで、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が調整される。また、加熱熱交換器（38）の加熱能力を調整することで、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の状態（乾き度、過熱度）が調整され、これによって、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が調整される。

第６の発明は、前記第５の発明において、前記流量調整機構（36,37）は、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも低い場合は前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を増加させ、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも高い場合は前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を減少させる。一方、前記加熱熱交換器（38）は、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも低い場合は前記液冷媒およびガス冷媒の温度が上昇するように、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも高い場合は前記液冷媒およびガス冷媒の温度が低下するように加熱能力が調整される。

前記第６の発明では、両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒とガス冷媒の合計流量が増加すると、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が上昇し、両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒とガス冷媒の合計流量が減少すると、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（高段側圧縮機構（12）の吸入圧力）が低下する。また、加熱熱交換器（38）の加熱能力が増大すると、両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒とガス冷媒のエンタルピーが上昇し、これに伴って、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度が高くなり、その結果、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が上昇する。加熱熱交換器（38）の加熱能力が減少すると、両圧縮機構（11,12）の間に供給される液冷媒とガス冷媒のエンタルピーが低下し、これに伴って、高段側圧縮機構（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度が低くなり、その結果、高段側圧縮機構（12）の吐出温度が低下する。

第７の発明は、前記第２または第５の発明において、前記冷媒回路（10）において前記蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満となるように冷凍サイクルを行わせる乾き度調整部（52）を備えている。

前記第７の発明では、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるため、蒸発器（15）の出口冷媒が過熱状態となる場合に比べて、蒸発器（15）における冷媒の偏流が抑制される。過熱ガス冷媒は湿り冷媒と比べて比体積が大きく流速が高くなることから、複数のパスを有する蒸発器では、一部のパスに過熱ガス冷媒が発生すると、そのパスは他のパスよりも圧力損失が増大する。そのため、過熱ガス冷媒が発生したパスには冷媒が流入しにくくなり、他のパスに偏って冷媒が流入するという偏流が生じてしまう。ところが、本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるようにしているため、蒸発器（15）では過熱ガス冷媒は発生しない。したがって、蒸発器（15）における冷媒の偏流が抑制される。

以上説明したように、本発明によれば、放熱器（13）よりも下流を流れる液冷媒とガス冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するインジェクション通路（22,32）と、前記インジェクション通路（22,32）から前記両圧縮機構（11,12）の間に供給される前記液冷媒およびガス冷媒の状態（乾き度、過熱度）と合計流量を調整するインジェクション調整機構とを備えるようにした。したがって、高段側圧縮機構（12）の吐出温度と、低段側圧縮機構（11）の吐出圧力（即ち、冷凍サイクルにおける中間圧）との両方を調整することが可能となる。高段側圧縮機構（12）の吐出温度を制御できることにより、ヒートポンプ（1）において所要の加熱能力を発揮させることができる。また、中間圧を制御できることにより、各圧縮機構（11,12）の圧縮比を最適な値にすることができ、これによって、圧縮機構（11,12）の運転効率が向上する。以上により、加熱能力を十分に満足しつつ、ＣＯＰ（成績係数）の高い運転が可能となる。

第２の発明によれば、インジェクション調整機構として、インジェクション通路（22）を流れる過熱ガス冷媒（第１分岐冷媒）と液冷媒（第２分岐冷媒）の合計流量および流量比を調整する流量調整機構（25,26）を備えるようにしたので、簡易な構成で高段側圧縮機構（12）の吐出温度と冷凍サイクルの中間圧の両方を制御することができる。

第４の発明によれば、インジェクション通路（22）として、放熱器（13）の出口側通路から分岐し過冷却熱交換器（21）を介して低段側圧縮機構（11）と高段側圧縮機構（12）の間に接続される主通路（23）と、該主通路（23）に設けられる過冷却熱交換器（21）のバイパス通路（24）とを備えるようにし、主通路（23）における過冷却熱交換器（21）の入口側とバイパス通路（24）との間に第１流量調整弁（25）を設け、バイパス通路（24）に第２流量調整弁（26）を設けるようにした。このため、２つの流量調整弁（25,26）を開度調整するだけで、容易に過熱ガス冷媒と液冷媒の合計流量および流量比を調整することが可能となる。

第５の発明によれば、気液分離器（31）の液冷媒とガス冷媒とを両圧縮機構（11,12）の間に供給するインジェクション通路（32）と、インジェクション通路（32）を流れる液冷媒とガス冷媒の合計流量を調整する流量調整機構（36,37）と、インジェクション通路（32）を流れる液冷媒とガス冷媒を加熱する加熱熱交換器（38）とを備えるようにした。一般に、二段圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプ（1）では中間圧の気液分離器（31）が設けられるので、本発明では、その気液分離器（31）を利用して、高段側圧縮機構（12）の吐出温度と冷凍サイクルの中間圧の両方を制御することができる。

第７の発明によれば、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるため、蒸発器（15）の出口冷媒が過熱状態となる場合に比べて、蒸発器（15）における冷媒の偏流を抑制することができる。過熱ガス冷媒は湿り冷媒と比べて比体積が大きく流速が高くなることから、複数のパスを有する蒸発器では、一部のパスに過熱ガス冷媒が発生すると、そのパスは他のパスよりも圧力損失が増大する。そのため、過熱ガス冷媒が発生したパスには冷媒が流入しにくくなり、他のパスに偏って冷媒が流入するという偏流が生じてしまう。ところが、本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるようにしているため、蒸発器（15）では過熱ガス冷媒は発生しない。したがって、蒸発器（15）における冷媒の偏流を抑制することが可能である。

図１は、実施形態１に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態２に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。本実施形態のヒートポンプ（1）は、産業用として用いられるものであり、被加熱流体（対象流体）を１００℃以上に加熱するものである。図１に示すように、ヒートポンプ（1）は、冷媒回路（10）とコントローラ（50）を備えている。

冷媒回路（10）は、冷媒が循環して二段圧縮式の冷凍サイクルを行うものである。冷媒回路（10）は、低段側圧縮機（11）および高段側圧縮機（12）と、放熱器（13）と、膨張弁（膨張機構）（14）と、蒸発器（15）とが順に冷媒配管によって接続されている。本実施形態では、冷媒として、Ｒ２４５ｆａ（臨界温度は１５４℃）の単一冷媒が用いられている。

低段側圧縮機（11）および高段側圧縮機（12）は、図示しないが、全密閉型で構成され、圧縮部とその圧縮部を回転駆動するモータとを収容したケーシング内が吸入圧力の雰囲気になる、いわゆる低圧ドーム型に構成されている。つまり、各圧縮機（11,12）では吸入冷媒がケーシング内に流入し、圧縮部で圧縮された冷媒がケーシング内に流出することなくケーシング外へ直接吐出される。各圧縮機（11,12）は、運転回転数が可変に構成されている。両圧縮機（11,12）は、互いに直列に接続されて両圧縮機（11,12）によって冷媒を二段圧縮するものであり、冷媒の圧縮機構を構成している。

放熱器（13）は、低温流路（13a）および高温流路（13b）を有している。高温流路（13b）は、流入端が高段側圧縮機（12）の吐出側と接続され、流出端が後述する過冷却熱交換器（21）と接続されている。一方、放熱器（13）の低温流路（13a）は熱媒体回路（100）に接続されている。放熱器（13）では、高温流路（13b）を流れる高圧冷媒と低温流路（13a）を流れる熱媒体回路（100）の熱媒体（本実施形態では、油）とが熱交換し、熱媒体が加熱される。つまり、本実施形態では熱媒体回路（100）の熱媒体が放熱器（13）の被加熱流体（対象流体）となる。熱媒体回路（100）は、温水の恒温槽（103）内に設けられる加熱熱交換器（102）を有し、ポンプ（101）によって熱媒体が循環する閉回路である。ポンプ（101）は、恒温槽（103）の出口側と放熱器（13）の低温流路（13a）との間に設けられている。熱媒体回路（100）では、放熱器（13）で加熱された熱媒体が加熱熱交換器（102）で恒温槽（103）内の水と熱交換し、恒温槽（103）内の水が一定温度に加熱される。熱媒体回路（100）には、恒温槽（103）内の水温を測定する水温度センサ（104）が設けられている。

膨張弁（14）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。

蒸発器（15）は、低温流路（15a）および高温流路（15b）を有している。低温流路（15a）は、流入端が膨張弁（14）と接続され、流出端が低段側圧縮機（11）の吸入側と接続されている。一方、蒸発器（15）の高温流路（15b）は熱源回路（110）に接続されている。蒸発器（15）では、低温流路（15a）を流れる低圧冷媒と高温流路（15b）を流れる熱源回路（110）の熱源媒体とが熱交換し、低圧冷媒が熱源媒体によって加熱される。熱源回路（110）の熱源媒体としては、工場の排熱（例えば、排水）、別途設けられた空調機の熱源冷媒等が挙げられる。

また、冷媒回路（10）には、過冷却熱交換器（21）とインジェクション通路（22）が設けられている。過冷却熱交換器（21）は、放熱器（13）と膨張弁（14）との間に接続されており、高温流路（21a）および低温流路（21b）を有している。インジェクション通路（22）は、主通路（23）を有している。主通路（23）は、放熱器（13）の出口側通路から分岐し過冷却熱交換器（21）を介して低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に接続されている。つまり、インジェクション通路（22）の流出端は両圧縮機（11,12）の間に接続されている。主通路（23）には、過冷却熱交換器（21）をバイパスするバイパス通路（24）が設けられている。また、主通路（23）には、過冷却熱交換器（21）の入口側とバイパス通路（24）との間に第１流量調整弁（25）が設けられ、バイパス通路（24）には、第２流量調整弁（26）が設けられている。

過冷却熱交換器（21）の高温流路（21a）は、流入端が放熱器（13）と接続され、流出端が膨張弁（14）と接続されている。過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）は、インジェクション通路（22）の主通路（23）に接続されている。インジェクション通路（22）では、放熱器（13）の出口冷媒の一部が主通路（23）に流入し、その主通路（23）に流入した冷媒の一部がバイパス通路（24）に流入する。つまり、インジェクション通路（22）では、放熱器（13）の出口冷媒の第１分岐冷媒が過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）に流れ、放熱器（13）の出口冷媒の第２分岐冷媒がバイパス通路（24）に流れる。過冷却熱交換器（21）では、高温流路（21a）を流れる放熱器（13）の出口冷媒と低温流路（21b）を流れる前記出口冷媒の第１分岐冷媒とが熱交換し、高温流路（21a）の出口冷媒が過冷却される一方、低温流路（21b）の第１分岐冷媒が蒸発して過熱ガス冷媒（過熱状態のガス冷媒）となる。そして、インジェクション通路（22）は、過冷却熱交換器（21）で過熱ガス冷媒となった主通路（23）の第１分岐冷媒とバイパス通路（24）の第２分岐冷媒（液冷媒）とを混合して低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に供給するものである。

第１流量調整弁（25）は過熱ガス冷媒である第１分岐冷媒の流量を調整し、第２流量調整弁（26）は液冷媒である第２分岐冷媒の流量を調整するものである。そして、この２つの流量調整弁（25,26）は、インジェクション通路（22）における第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の混合冷媒の流量（即ち、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量）を調整し、且つ、混合冷媒における第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比（混合冷媒における各分岐冷媒の流量割合）を調整する流量調整機構であり、本発明に係るインジェクション調整機構を構成する。

また、本実施形態の過冷却熱交換器（21）は、空調機等に設けられる一般的な過冷却熱交換器よりも、非常に高い熱交換能力を有するものである。一般の過冷却熱交換器では、設計点で低温流路の冷媒が所定流量で３℃程度の低い過熱度がつくように熱交換能力が設計されており、低温流路の冷媒流量が設計流量よりも増えるとすぐに低温流路の冷媒は過熱度がつかず湿り状態で流出してしまう。これに対し、本実施形態の過冷却熱交換器（21）では、低温流路（21b）を流れる第１分岐冷媒の流量がある程度変化しても（多くなっても）、第１分岐冷媒は過熱度がついた状態で（過熱ガス冷媒となって）流出するように設計されている。つまり、本実施形態の過冷却熱交換器（21）は、第１分岐冷媒を過熱ガス冷媒とするのに許容される第１分岐冷媒の最大流量が高く設定されている。

また、冷媒回路（10）には、各種センサが設けられている。具体的に、冷媒回路（10）には、低段側圧縮機（11）の吸入冷媒の圧力を測定する吸入圧力センサ（P1）と、高段側圧縮機（12）の吐出冷媒の圧力を測定する吐出圧力センサ（P2）と、両圧縮機（11,12）の間に設けられて低段側圧縮機（11）の吐出冷媒（高段側圧縮機（12）の吸入冷媒）の圧力を測定する中間圧力センサ（P3）とが設けられている。中間圧力センサ（P3）の測定値は、インジェクション通路（22）において過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）から流出した第１分岐冷媒の圧力に相当する。また、冷媒回路（10）には、高段側圧縮機（12）の吐出冷媒の温度を測定する高段側吐出温度センサ（T1）と、低段側圧縮機（11）の吐出冷媒の温度を測定する低段側吐出温度センサ（T2）と、主通路（23）における過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）の出口側に設けられて該低温流路（21b）から流出した第１分岐冷媒の温度を測定する出口温度センサ（T3）とが設けられている。

コントローラ（50）には、マップ（51）と乾き度調整部（52）とインジェクション調整部（53）が設けられている。

マップ（51）は、低段側圧縮機（11）の吸入冷媒の圧力、低段側圧縮機（11）の吐出冷媒の圧力および温度の３つのパラメータと、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度との対応関係を表したデータベースである。低段側圧縮機（11）の吸入冷媒の圧力は冷凍サイクルの低圧圧力に相当し、低段側圧縮機（11）の吐出冷媒の圧力は冷凍サイクルの低圧圧力と高圧圧力の間の中間圧力に相当する。

乾き度調整部（52）は、冷媒回路（10）において蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満となるように冷凍サイクルを行わせるものである。インジェクション調整部（53）は、高段側圧縮機（12）の吐出冷媒の温度（吐出温度）が目標値となるように、且つ、冷凍サイクルの中間圧力が目標値となるように、第１流量調整弁（25）および第２流量調整弁（26）の開度を調整するものである。乾き度調整部（52）およびインジェクション調整部（53）の動作の詳細については後述する。

〈ヒートポンプの運転動作〉
両圧縮機（11,12）が駆動されると、低段側圧縮機（11）で圧縮された冷媒は高段側圧縮機（12）で更に圧縮されて高圧冷媒となる。高段側圧縮機（12）から吐出された高圧冷媒（１３０℃）は、放熱器（13）で熱媒体回路（100）の熱媒体（油）と熱交換して凝縮し液冷媒（１１３℃）となる。これにより、熱媒体回路（100）の熱媒体は例えば１１０℃から１２０℃まで加熱される。放熱器（13）で凝縮した高圧の液冷媒は、一部がインジェクション通路（22）の主通路（23）に流れ、残りが過冷却熱交換器（21）の高温流路（21a）に流れる。

主通路（23）に流れた液冷媒の一部（第１分岐冷媒）は、第１流量調整弁（25）で減圧された後、過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）に流れて高温流路（21a）の高圧冷媒と熱交換する。これによって、高温流路（21a）の高圧冷媒は過冷却される一方、低温流路（21b）の第１分岐冷媒（８０℃）は蒸発して中間圧の過熱ガス冷媒（９０℃）となる。高温流路（21a）の高圧冷媒は、過冷却されたことによって冷媒のエンタルピーが減少する。

一方、主通路（23）に流れた液冷媒の残り（第２分岐冷媒）は、バイパス通路（24）に流れて第２流量調整弁（26）を通過した後、再び主通路（23）に流れて過熱ガス冷媒の第１分岐冷媒と混合する。そして、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の混合冷媒（中間圧の冷媒、８７℃）は、低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に流れる。

過冷却熱交換器（21）で過冷却された高圧冷媒（９０℃）は、膨張弁（14）で減圧されて低圧冷媒となる。低圧冷媒は、蒸発器（15）に流れて、熱源回路（110）の熱源媒体と熱交換して蒸発し、熱源媒体が冷却される。蒸発器（15）に流れる低圧冷媒は上述したように過冷却された分だけエンタルピーが減少しているので、蒸発器（15）の蒸発能力（冷却能力）が増大する。蒸発器（15）から流出した冷媒（４０℃）は、低段側圧縮機（11）に吸入されて再び圧縮される。低段側圧縮機（11）から吐出された冷媒（８２℃）は、インジェクション通路（22）からの中間圧の冷媒（第１分岐冷媒および第２分岐冷媒）と合流し、その合流冷媒（８５℃）が高段側圧縮機（12）に吸入される。

熱媒体回路（100）では、放熱器（13）で加熱された熱媒体（１２０℃）が加熱熱交換器（102）に流れて恒温槽（103）の水と熱交換し、水が加熱されて温水（８０℃）となる。なお、上述した温度の数値は一例に過ぎない。

〈乾き度調整部の動作〉
乾き度調整部（52）は、上述した運転時に、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（いわゆる湿り冷媒）となるように冷媒回路（10）を制御する。本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度が目標値（例えば、０．８）となるように調整される。なお、本実施形態において、前記乾き度の目標値は、１未満の値に設定すればよいが、ヒートポンプ（1）のＣＯＰが最適となる０．７から０．９の範囲内で設定するのが好ましい。

具体的に、乾き度調整部（52）は、低段側圧縮機（11）の吸入冷媒の圧力（吸入圧力）、低段側圧縮機（11）の吐出冷媒の圧力（吐出圧力）および温度（吐出温度）の３つの測定値から、予め用意されたマップ（51）を用いて、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度を導出する。導出した乾き度が目標値でないとき、乾き度調整部（52）は、前記導出した乾き度と前記３つの測定値から、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度を目標値とするための制御量あるいは設定値を決定する。

具体的には、膨張弁（14）の開度などが制御される。例えば、膨張弁（14）の開度が増大すると、低段側圧縮機（11）の吸入圧力は上昇し、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度は低下する。膨張弁（14）の開度が減少すると、低段側圧縮機（11）の吸入圧力は低下し、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度は上昇する。

このように蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となると、蒸発器（15）における冷媒の偏流が抑制される。過熱ガス冷媒は湿り冷媒と比べて比体積が大きく流速が高くなることから、複数のパスを有する蒸発器では、一部のパスにのみ過熱ガス冷媒が発生すると、そのパスは他のパスよりも圧力損失が増大する。そのため、過熱ガス冷媒が発生したパスには冷媒が流入しにくくなり、他のパスに偏って冷媒が流入するという偏流が生じてしまう。ところが、本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるようにしているため、蒸発器（15）では冷媒の過熱領域がなくなり過熱ガス冷媒は発生しない。したがって、蒸発器（15）における冷媒の偏流が抑制される。

〈インジェクション調整部の動作〉
インジェクション調整部（53）は、上述した運転時に、高段側圧縮機（12）の吐出冷媒の温度（吐出温度）が目標値（１３０℃）となるように、且つ、低段側圧縮機（11）の吐出圧力（高段側圧縮機（12）の吸入圧力）が目標値となるように、第１流量調整弁（25）および第２流量調整弁（26）の開度を調整する。高段側圧縮機（12）の吐出温度の目標値は、放熱器（13）で熱媒体回路（100）の熱媒体を所定温度（１２０℃）に加熱するために必要な高段側圧縮機（12）の吐出冷媒の温度に設定される。低段側圧縮機（11）の吐出圧力の目標値は、低段側圧縮機（11）の吸入圧力と高段側圧縮機（12）の吐出圧力とから各圧縮機（11,12）の圧縮比が最適となる値に設定される。ここで、最適な圧縮比とは、各圧縮比に対する各圧縮機（11,12）の圧縮機効率（運転効率）の組み合わせとして、冷凍サイクル全体の効率が最も良くなる値である。

例えば、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値となっており、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値よりも低い場合、インジェクション通路（22）における第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）と第２分岐冷媒（液冷媒）の混合冷媒（以下、単に混合冷媒という。）の流量は維持しつつ、混合冷媒における第１分岐冷媒の流量割合（流量）が増加するように、第１流量調整弁（25）の開度が増加され、第２流量調整弁（26）の開度が減少される。そうすると、インジェクション通路（22）の混合冷媒の状態（乾き度、過熱度）が変化する。具体的に、混合冷媒の乾き度若しくは過熱度が高くなり、または、混合冷媒が湿り状態から過熱状態になる。つまり、混合冷媒のエンタルピーが増加する。インジェクション通路（22）の混合冷媒のエンタルピーが増加すると、高段側圧縮機（12）の吸入冷媒のエンタルピーも増加し、その結果、低段側圧縮機（11）の吐出圧力は維持したまま、高段側圧縮機（12）の吐出温度が上昇して目標値となる。

また、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値となっており、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値よりも高い場合、インジェクション通路（22）における混合冷媒の流量は維持しつつ、混合冷媒における第２分岐冷媒の流量割合（流量）が増加するように、第１流量調整弁（25）の開度が減少され、第２流量調整弁（26）の開度が増加される。そうすると、インジェクション通路（22）の混合冷媒の状態（乾き度、過熱度）が変化する。具体的に、混合冷媒の乾き度若しくは過熱度が低くなり、または、混合冷媒が過熱状態から湿り状態になる。つまり、混合冷媒のエンタルピーが減少する。インジェクション通路（22）の混合冷媒のエンタルピーが減少すると、高段側圧縮機（12）の吸入冷媒のエンタルピーも減少し、その結果、低段側圧縮機（11）の吐出圧力は維持したまま、高段側圧縮機（12）の吐出温度が低下して目標値となる。

また、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値となっており、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも高い場合、インジェクション通路（22）の混合冷媒における第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比は維持しつつ、混合冷媒の流量が減少するように、第１流量調整弁（25）および第２流量調整弁（26）の両方の開度が減少される。そうすると、混合冷媒のエンタルピーは維持されたまま、混合冷媒の流量のみが減少する。その結果、高段側圧縮機（12）の吐出温度は維持されたまま、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が低下して目標値となる。なお、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも高い場合、低段側圧縮機（11）の圧縮比が最適値よりも高くなり、高段側圧縮機（12）の圧縮比は最適値よりも低くなる。

また、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値となっており、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも低い場合、インジェクション通路（22）の混合冷媒における第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比は維持しつつ、混合冷媒の流量が増加するように、第１流量調整弁（25）および第２流量調整弁（26）の両方の開度が増加される。そうすると、混合冷媒のエンタルピーは維持されたまま、混合冷媒の流量のみが増加する。その結果、高段側圧縮機（12）の吐出温度は維持されたまま、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が上昇して目標値となる。なお、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも低い場合、低段側圧縮機（11）の圧縮比が最適値よりも低くなり、高段側圧縮機（12）の圧縮比は最適値よりも高くなる。

また、高段側圧縮機（12）の吐出温度および低段側圧縮機（11）の吐出圧力の両方が目標値からずれている場合、混合冷媒の流量および混合冷媒における第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の流量比の両方を調整するために、第１流量調整弁（25）および第２流量調整弁（26）の両方の開度が調整される。

以上のように、インジェクション調整部（53）は、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値よりも低い場合はインジェクション通路（22）における混合冷媒の第１分岐冷媒の流量割合を増加させ、目標値よりも高い場合は混合冷媒の第２分岐冷媒の流量割合を増加させる。また、インジェクション調整部（53）は、低段側圧縮機（11）の吐出圧力（高段側圧縮機（12）の吸入圧力）が目標値よりも低い場合はインジェクション通路（22）における混合冷媒の流量（第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量）を増加させ、目標値よりも高い場合は混合冷媒の流量を減少させる。これによって、高段側圧縮機（12）の吐出温度と両圧縮機（11,12）の間の冷媒圧力（即ち、冷凍サイクルの中間圧）の両方を目標値に調整することができる。

また、インジェクション調整部（53）は、過冷却熱交換器（21）から流出した第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）の過熱度が低下（例えば、３℃）してきた場合、低段側圧縮機（11）の吐出圧力の調整よりも高段側圧縮機（12）の吐出温度の調整を優先して行う。具体的に、インジェクション調整部（53）は、第１分岐冷媒の過熱度が低下してくると、第１流量調整弁（25）の開度を減少させて、第１分岐冷媒の流量を減少させることで、過冷却熱交換器（21）から流出した第１分岐冷媒の過熱度を確保すると共に、高段側圧縮機（12）の吐出温度を目標値に保持するように第２流量調整弁（26）の開度を調整する。なお、第１分岐冷媒の過熱度は出口温度センサ（T3）の測定値と中間圧力センサ（P3）の測定値）から導出される。

そして、上述した乾き度調整部（52）の動作とインジェクション調整部（53）の動作は、所定時間（例えば、１分）おきに交互に行われる。

−実施形態１の効果−
本実施形態によれば、第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）と第２分岐冷媒（液冷媒）とを混合させて低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に供給するインジェクション通路（22）を備え、第１分岐冷媒と第２分岐冷媒の合計流量および流量比を調整する２つの流量調整弁（25,26）を備えるようにした。したがって、高段側圧縮機（12）の吐出温度と冷凍サイクルの中間圧の両方を制御することができる。高段側圧縮機（12）の吐出温度を制御できることにより、放熱器（13）において所要の加熱能力を発揮させることができる。また、中間圧を制御できることにより、各圧縮機（11,12）の圧縮比を最適な値にすることができ、これによって、圧縮機（11,12）の運転効率を向上させることができる。この結果、加熱能力を十分に満足しつつ、ＣＯＰ（成績係数）の高い運転が可能となる。

また、本実施形態によれば、インジェクション通路（22）として、放熱器（13）の出口側通路から分岐し過冷却熱交換器（21）を介して低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に接続される主通路（23）と、該主通路（23）に設けられる過冷却熱交換器（21）のバイパス通路（24）とを備えるようにし、主通路（23）における過冷却熱交換器（21）の入口側とバイパス通路（24）との間に第１流量調整弁（25）を設け、バイパス通路（24）に第２流量調整弁（26）を設けるようにした。このため、２つの流量調整弁（25,26）を開度調整するだけで、容易にインジェクション通路（22）を流れる第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）と第２分岐冷媒（液冷媒）の合計流量および流量比を確実に調整することか可能となる。

また、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるようにしたことから、蒸発器（15）では冷媒の過熱領域がなくなり過熱ガス冷媒は発生しないので、蒸発器（15）における冷媒の偏流を抑制することができる。このように、蒸発器（15）において過熱領域をなくすことにより、また偏流を抑制することにより、蒸発器（15）全体を有効活用できるので、蒸発器（15）の熱交換の能力を向上させることができる。その結果、ヒートポンプ（1）のＣＯＰを一層向上させることが可能である。

特に、本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度を０．７から０．９に設定したので、乾き度に対する熱伝達率がピークとなるので、ヒートポンプ（1）のＣＯＰを最適な値にすることができる。

また、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となることで、高段側圧縮機（12）の吐出温度が低下し、必要な吐出温度を確保し難くなるおそれがある。この場合でも、本実施形態では、２つの流量調整弁（25,26）を開度調整してインジェクション通路（22）における第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）と第２分岐冷媒（液冷媒）の流量比を調整することで高段側圧縮機（12）の吐出温度を目標値（必要温度）にすることができる。これにより、放熱器（13）の加熱能力を十分に確保することができる。

また、本実施形態では、放熱器（13）において対象流体を１００℃以上に加熱するが、冷媒として臨界温度が対象流体の加熱温度（熱媒体回路（100）の熱媒体の加熱温度１２０℃）を大きく超えるＲ２４５ｆａの冷媒を用いているので、冷凍サイクルにおいて超臨界域ではなく凝縮域をとることができる。また、臨界温度が１００℃を超える冷媒は、低圧で密度が非常に小さいことから、蒸発器（15）において必要流量を稼ぐためには冷媒の流速を高くする必要があり、これによって蒸発器（15）で圧力損失の増大を招いてしまうが、本実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満（湿り冷媒）となるようにしたため、蒸発器（15）において冷媒の流速を高くしなくても必要流量（必要能力）を確保することができる。これにより、冷凍サイクルにおいて超臨界域ではなく凝縮域を確実にとりつつも、蒸発器（15）における圧力損失を低減することができる。その結果、ヒートポンプ（1）のＣＯＰを向上させることが可能である。

また、本実施形態では、低段側圧縮機（11）に湿り冷媒が吸入されるが、低段側圧縮機（11）の冷凍機油が冷媒によって希釈されたり、圧縮部がいわゆる液圧縮によって損傷するおそれはない。特に、本実施形態では、低段側圧縮機（11）が低圧ドーム型の圧縮機であるため、低段側圧縮機（11）のケーシングに流入した湿り冷媒は圧縮部に流入する前にモータ等によって加熱されて乾き度が幾分か高くなる。そのため、冷凍機油の希釈化や液圧縮による損傷を十分に防止できる。また、低段側圧縮機（11）の冷凍機油として、Ｒ２４５ｆａの冷媒との相溶性が低いＰＡＧ系のものを用いることで、冷凍機油の希釈化をより一層防止することができる。これによって、ヒートポンプ（1）の信頼性を向上させることが可能である。

また、本実施形態では、高段側圧縮機（12）が低圧ドーム型の圧縮機であるため、高段側圧縮機（12）の構成部材に要求される耐熱性を抑えることができる。高圧ドーム型の圧縮機では、圧縮部で圧縮された冷媒がケーシング内に吐出された後モータによってさらに加熱されるため、ケーシング内の温度が非常に高くなる。そのため、高圧ドーム型の圧縮機の場合、その構成部材に高い耐熱性が要求される。低圧ドーム型の圧縮機では、ケーシング内には比較的低温の冷媒が流入する一方、圧縮部で圧縮された冷媒はケーシング内に流出することなく直接ケーシング外に流出する。したがって、低圧ドーム型の圧縮機の場合、ケーシング内の温度を低く抑えることができ、これによって、構成部材に要求される耐熱性を抑えることが可能となる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。本実施形態のヒートポンプ（1）は、図２に示すように、前記実施形態１において中間圧の気液分離器（31）を設けると共にインジェクション通路の構成を変更したものである。ここでは、前記実施形態１と異なる部分について説明する。

本実施形態の冷媒回路（10）は、放熱器（13）と蒸発器（15）との間に、放熱器（13）側から順に、高段側膨張弁（16）、気液分離器（31）および低段側膨張弁（17）が設けられている。冷媒回路（10）では、放熱器（13）の出口冷媒が高段側膨張弁（16）および低段側膨張弁（17）によって二段階で減圧される。つまり、冷媒回路（10）は、二段圧縮二段膨張式の冷凍サイクルを行うように構成されている。したがって、気液分離器（31）では中間圧の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される。

冷媒回路（10）には、インジェクション通路（32）が設けられている。なお、冷媒回路（10）には、前記実施形態１と異なり、過冷却熱交換器は設けられていない。インジェクション通路（32）は、液通路（33）とガス通路（34）と合流通路（35）を有している。液通路（33）の流入端は気液分離器（31）の液層に連通し、ガス通路（34）の流入端は気液分離器（31）のガス層に連通している。合流通路（35）は、流入端が液通路（33）およびガス通路（34）の流出端と接続され、流出端が低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に接続されている。インジェクション通路（32）では、気液分離器（31）から液通路（33）に流入した中間圧の液冷媒と、気液分離器（31）からガス通路（34）に流入した中間圧のガス冷媒とが、合流通路（35）で混合して低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間に供給される。液通路（33）には第１流量調整弁（36）が設けられ、ガス通路（34）には第２流量調整弁（37）が設けられている。この２つの流量調整弁（36,37）は、インジェクション通路（32）を流れる液冷媒とガス冷媒の合計流量（混合冷媒の流量）を調整する流量調整機構である。

また、冷媒回路（10）には、インジェクション通路（32）を流れる液冷媒とガス冷媒を放熱器（13）の出口冷媒によって加熱する加熱熱交換器（38）が設けられている。加熱熱交換器（38）は、低温流路（38a）および高温流路（38b）を有している。加熱熱交換器（38）の低温流路（38a）はインジェクション通路（32）の合流通路（35）に接続されている。冷媒回路（10）には、加熱用液管（39）が設けられている。加熱用液管（39）は、流入端が放熱器（13）の出口側と高段側膨張弁（16）との間に接続され、流出端が高段側膨張弁（16）と気液分離器（31）との間に接続されている。加熱用液管（39）の途中には、加熱熱交換器（38）の高温流路（38b）が接続されている。加熱用液管（39）には、加熱熱交換器（38）よりも流出端側に第３流量調整弁（40）が設けられている。

加熱用液管（39）には、放熱器（13）の出口冷媒の一部が流入する。加熱熱交換器（38）では、低温流路（38a）を流れるインジェクション通路（32）の混合冷媒が、高温流路（38b）を流れる冷媒と熱交換し、加熱される。つまり、インジェクション通路（32）の混合冷媒は加熱熱交換器（38）によって加温される。そして、第３流量調整弁（40）の開度が調整されることで、加熱熱交換器（38）の高温流路（38b）を流れる冷媒の流量が調整され、加熱熱交換器（38）の加熱能力が調整される。

なお、本実施形態では、第１流量調整弁（36）および第２流量調整弁（37）と、加熱熱交換器（38）とが、本発明に係るインジェクション調整機構を構成する。

本実施形態のインジェクション調整部（53）は、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値となるように、且つ、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値となるように、３つの流量調整弁（36,37,40）の開度を調整する。つまり、インジェクション調整部（53）は、第１流量調整弁（36）および第２流量調整弁（37）の開度を調整することでインジェクション通路（32）の混合冷媒の流量（液冷媒とガス冷媒の合計流量）を調整し、第３流量調整弁（40）の開度を調整することで加熱熱交換器（38）の加熱能力を調整してインジェクション通路（32）の混合冷媒の状態（乾き度、過熱度）を調整する。

例えば、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも低い場合、インジェクション通路（32）における混合冷媒（液冷媒とガス冷媒の混合冷媒）の流量が増加するように、２つの流量調整弁（36,37）の開度が調整される。混合冷媒の流量が増加すると、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が上昇して目標値となる。また、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が目標値よりも高い場合、インジェクション通路（32）における混合冷媒（液冷媒とガス冷媒の混合冷媒）の流量が減少するように、２つの流量調整弁（36,37）の開度が調整される。混合冷媒の流量が減少すると、低段側圧縮機（11）の吐出圧力が低下して目標値となる。このように、両圧縮機（11,12）の間の冷媒圧力（即ち、冷凍サイクルの中間圧）を目標値に調整することができる。

また、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値よりも低い場合は、加熱熱交換器（38）の加熱能力が増大するように、第３流量調整弁（40）の開度が増加される。そうすると、インジェクション通路（32）から両圧縮機（11,12）の間に供給される混合冷媒の乾き度ないし過熱度（温度）が高くなるので、高段側圧縮機（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度も高くなり、その結果、高段側圧縮機（12）の吐出温度が上昇して目標値となる。また、高段側圧縮機（12）の吐出温度が目標値よりも高い場合は、加熱熱交換器（38）の加熱能力が低下するように、第３流量調整弁（40）の開度が減少される。そうすると、インジェクション通路（32）から両圧縮機（11,12）の間に供給される混合冷媒の乾き度ないし過熱度（温度）が低下するので、高段側圧縮機（12）の吸入冷媒の乾き度ないし過熱度が低くなり、その結果、高段側圧縮機（12）の吐出温度が低下して目標値となる。

このように、本実施形態のインジェクション調整部（53）は、加熱熱交換器（38）の加熱能力を調整することで高段側圧縮機（12）の吐出温度を調整し、インジェクション通路（32）における混合冷媒の流量を調整することで両圧縮機（11,12）の間の冷媒圧力（即ち、冷凍サイクルの中間圧）を調整する。これによって、高段側圧縮機（12）の吐出温度と両圧縮機（11,12）の間の冷媒圧力の両方を目標値に調整することができる。その他の作用効果については前記実施形態１と同様である。

《その他の実施形態》
例えば、前記各実施形態では、必ずしも乾き度調整部（52）を設ける必要はない。つまり、前記各実施形態では、蒸発器（15）の出口冷媒を乾き度１未満としなくてもよい。

また、前記実施形態１のインジェクション通路（22）では、図示しないが、バイパス通路（24）に代えて、流入端が放熱器（13）の出口側通路に接続され流出端が主通路（23）における過冷却熱交換器（37）の出口側に接続される分岐管を備えるようにしてもよい。つまり、インジェクション通路（22）では、第１分岐冷媒および第２分岐冷媒として、それぞれ放熱器（13）の出口冷媒から別々に分流させるようにしてもよい。この場合、前記分岐管に第２流量調整弁（26）が設けられる。

例えば、前記各実施形態の乾き度調整部（52）では、マップ（51）を用いて蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度を調整するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、低段側圧縮機（11）の吸入冷媒に関する物理量（温度や圧力）を状態量とする状態方程式および出力方程式からなる推定モデルを用いて低段側圧縮機（11）の吸入冷媒のエンタルピーを検出し（特開２００７−２７８６１８号公報に開示されている技術）、その検出した吸入冷媒のエンタルピーに基づいて、蒸発器（15）の出口冷媒の乾き度を調整するようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、冷媒としてＲ２４５ｆａの単一冷媒を用いるようにしたが、Ｒ２４５ｆａを主成分として含む混合冷媒を用いてもよい。例えば、Ｒ２４５ｆａとＲ１３４ａの混合冷媒を用いることができる。Ｒ１３４ａを混合させることで、冷媒の伝熱性能が向上すると共に冷媒の密度が上がる。

また、前記各実施形態では、Ｒ２４５ｆａの単一冷媒に代えて、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）等の臨界温度が１２０℃以上の冷媒を用いてもよい。

また、前記各実施形態において、熱媒体回路（100）の熱媒体は油に限らず水や冷媒であってもよい。その場合、熱媒体回路（100）では、気液二相状態の水や冷媒がポンプ（101）に吸入されてポンプ（101）が損傷するおそれがあるため、恒温槽（103）の出口側とポンプ（101）との間に気液分離器を設けて確実に液単相の水や冷媒をポンプ（101）に吸入させるようにしてもよい。

また、前記実施形態のインジェクション通路（22）では、第１分岐冷媒（過熱ガス冷媒）と第２分岐冷媒（液冷媒）とを混合して両圧縮機（11,12）の間に供給するようにしたが、第１分岐冷媒および第２分岐冷媒を混合せずに個別に両圧縮機（11,12）の間に供給するように構成してもよい。つまり、第１分岐冷媒用のインジェクション通路と、第２分岐冷媒用のインジェクション通路とを設けるようにしてもよい。

また、前記実施形態２のインジェクション通路（32）も同様、液冷媒用のインジェクション通路と、ガス冷媒用のインジェクション通路とを設けて、液冷媒とガス冷媒を混合せずに個別に両圧縮機（11,12）の間に供給するようにしてもよい。この場合、それぞれのインジェクション通路に加熱熱交換器が設けられる。

また、前記各実施形態において、各圧縮機（11,12）はいわゆる高圧ドーム型の圧縮機を用いるようにしてもよい。

本発明は、二段圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプについて有用である。

１ ヒートポンプ
１０ 冷媒回路
１１ 低段側圧縮機（低段側圧縮機構）
１２ 高段側圧縮機（高段側圧縮機構）
１３ 放熱器
１４ 膨張弁（膨張機構）
１５ 蒸発器
２１ 過冷却熱交換器
２２ インジェクション通路
２３ 主通路
２４ バイパス通路
２５ 第１流量調整弁（流量調整機構）
２６ 第２流量調整弁（流量調整機構）
５２ 乾き度調整部

Claims (7)

1. 低段側圧縮機構（11）および高段側圧縮機構（12）と、放熱器（13）と、蒸発器（15）とが順に接続されて二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えたヒートポンプであって、
   前記冷媒回路（10）は、
   前記放熱器（13）よりも下流を流れる液冷媒とガス冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するインジェクション通路（22,32）と、
   前記インジェクション通路（22,32）から前記両圧縮機構（11,12）の間に供給される前記液冷媒およびガス冷媒の状態と合計流量を調整するインジェクション調整機構とを備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ。
2. 請求項１において、
   前記冷媒回路（10）は、前記放熱器（13）の出口液冷媒と該出口液冷媒の第１分岐冷媒とが熱交換して該第１分岐冷媒が過熱ガス冷媒となる前記出口液冷媒の過冷却熱交換器（21）を備え、
   前記インジェクション通路（22）は、前記過冷却熱交換器（21）で過熱ガス冷媒となった前記第１分岐冷媒と前記放熱器（13）の出口液冷媒の第２分岐冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するように構成され、
   前記インジェクション調整機構は、前記インジェクション通路（22）を流れる前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を調整し且つ前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の流量比を調整する流量調整機構（25,26）とを備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ。
3. 請求項２において、
   前記流量調整機構（25,26）は、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも低い場合は前記第１分岐冷媒の流量割合が増加するように、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも高い場合は前記第２分岐冷媒の流量割合が増加するように前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の流量比を調整する一方、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも低い場合は前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を増加させ、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも高い場合は前記第１分岐冷媒と前記第２分岐冷媒の合計流量を減少させる
   ことを特徴とするヒートポンプ。
4. 請求項２において、
   前記インジェクション通路（22）は、前記放熱器（13）の出口側通路から分岐し前記過冷却熱交換器（21）を介して前記低段側圧縮機構（11）と高段側圧縮機構（12）の間に接続される主通路（23）と、該主通路（23）に設けられる前記過冷却熱交換器（21）のバイパス通路（24）とを備え、
   前記流量調整機構は、前記主通路（23）における前記過冷却熱交換器（21）の入口側と前記バイパス通路（24）との間に設けられる前記第１分岐冷媒の第１流量調整弁（25）と、前記バイパス通路（24）に設けられる前記第２分岐冷媒の第２流量調整弁（26）とを備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ。
5. 請求項１において、
   前記冷媒回路（10）は、前記放熱器（13）と前記蒸発器（15）の間に設けられた中間圧の気液分離器（31）を備え、
   前記インジェクション通路（32）は、前記気液分離器（31）の液冷媒とガス冷媒とを前記低段側圧縮機構（11）と前記高段側圧縮機構（12）の間に供給するように構成され、
   前記インジェクション調整機構は、前記インジェクション通路（32）を流れる前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を調整する流量調整機構（36,37）と、前記インジェクション通路（32）を流れる前記液冷媒とガス冷媒を前記放熱器（13）の出口冷媒によって加熱する加熱熱交換器（38）とを備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ。
6. 請求項５において、
   前記流量調整機構（36,37）は、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも低い場合は前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を増加させ、前記低段側圧縮機構（11）の吐出圧力がその目標値よりも高い場合は前記液冷媒とガス冷媒の合計流量を減少させる一方、
   前記加熱熱交換器（38）は、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも低い場合は前記液冷媒およびガス冷媒の温度が上昇するように、前記高段側圧縮機構（12）の吐出温度がその目標値よりも高い場合は前記液冷媒およびガス冷媒の温度が低下するように加熱能力が調整される
   ことを特徴とするヒートポンプ。
7. 請求項２または５において、
   前記冷媒回路（10）において前記蒸発器（15）の出口冷媒が乾き度１未満となるように冷凍サイクルを行わせる乾き度調整部（52）を備えている
   ことを特徴とするヒートポンプ。

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