JP7208577B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

冷凍サイクル装置に関する。

従来より、地球環境を考慮し、地球温暖化係数（ＧＷＰ：ｇｌｏｂａｌ ｗａｒｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の低い冷媒を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。

例えば、特許文献１（特開２０１５－１９７２５４号公報）に記載の冷凍サイクル装置では、冷媒回路において、ＧＷＰが所定値以下の作動流体を充填させたものを提案している。

上述のＧＷＰの低い冷媒の中には、比較的低い冷媒圧力で用いられる低圧冷媒がある。このような低圧冷媒は、熱搬送能力が低く、暖房運転時に冷媒の循環量を十分に確保することができず、暖房運転が困難になってしまうか、暖房運転時のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低くなってしまう傾向がある。

これに対して、熱源側の冷媒としてＧＷＰの低い高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用い、利用側の冷媒として低圧冷媒を用いた二元冷凍サイクルを用いることで、暖房運転時の能力を確保することが考えられる。しかし、この場合であっても、冷房運転時には熱源側の二酸化炭素冷媒の臨界圧力を超えてしまい、冷房運転時のＣＯＰが低くなってしまう。

以上より、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能な冷凍サイクル装置が望まれる。

第１観点に係る冷凍サイクル装置は、第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行う。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下である。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上である。冷凍サイクル装置は、第１冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う。

この冷凍サイクル装置では、暖房運転時に、３０℃で１ＭＰａ以下の低圧冷媒である第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、３０℃で１．５ＭＰａ以上の高圧冷媒である第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、ＣＯＰを良好にしつつ暖房能力を確保しやすい。また、この冷凍サイクルでは、冷房運転時に、３０℃で１ＭＰａ以下の低圧冷媒である第１冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うため、第２冷媒を熱源側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルとする場合に第２冷媒が臨界圧力を超えることによるＣＯＰの低下を避けることができる。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能である。

第２観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点に係る冷凍サイクル装置において、カスケード熱交換器を備える。カスケード熱交換器は、第１カスケード流路と、第２カスケード流路と、を有する。第１カスケード流路は、暖房運転時に第１冷媒を流すための流路である。第２カスケード流路は、第１カスケード流路とは独立した流路であって、暖房運転時に第２冷媒を流すための流路である。カスケード熱交換器は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる。

この冷凍サイクル装置では、熱源側の冷凍サイクルを流れる冷媒と利用側の冷凍サイクルを流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。

第３観点に係る冷凍サイクル装置は、第２観点に係る冷凍サイクル装置において、利用熱交換器を備える。利用熱交換器では、暖房運転時に第１冷媒が放熱する。暖房運転時は、第１冷媒が第１カスケード流路を通過する時に蒸発し、第２冷媒が第２カスケード流路を通過する時に放熱する。

なお、第１冷媒は、暖房運転時に、利用熱交換器において凝縮してもよい。

なお、利用熱交換器は、熱負荷を処理する熱交換器であることが好ましく、利用熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよいし、ブラインや水などの流体と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、暖房運転を効率的に行うことが可能である。

第４観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、利用熱交換器と、第１室外熱交換器を備えている。利用熱交換器では、冷房運転時に第１冷媒が蒸発する。第１室外熱交換器では、冷房運転時に第１冷媒が放熱する。

なお、第１冷媒は、冷房運転時に、第１室外熱交換器において凝縮してもよい。

なお、第１室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、第１室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて冷房運転を効率的に行うことが可能である。

第５観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第２室外熱交換器を備えている。第２室外熱交換器では、暖房運転時に第２冷媒が蒸発する。

なお、第２室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、第２室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて暖房運転を効率的に行うことが可能である。

第６観点に係る冷凍サイクル装置は、第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行う。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下である。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上である。冷凍サイクル装置は、第２冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第１冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う。

この冷凍サイクル装置では、暖房運転時に、３０℃で１ＭＰａ以下の低圧冷媒である第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、３０℃で１．５ＭＰａ以上の高圧冷媒である第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、ＣＯＰを良好にしつつ暖房能力を確保しやすい。また、この冷凍サイクルでは、冷房運転時に、３０℃で１．５ＭＰａ以上の高圧冷媒である第２冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、３０℃で１ＭＰａ以下の低圧冷媒である第１冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、第２冷媒を熱源側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルとする場合に第２冷媒が臨界圧力を超えることによるＣＯＰの低下を避けることができる。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能である。

第７観点に係る冷凍サイクル装置は、第６観点に係る冷凍サイクル装置において、カスケード熱交換器を備える。カスケード熱交換器は、第１カスケード流路と、第１カスケード流路とは独立した流路である第２カスケード流路と、を有している。第１カスケード流路は、第１冷媒を流すための流路である。第２カスケード流路は、第２冷媒を流すための流路である。カスケード熱交換器は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる。

この冷凍サイクル装置では、熱源側の冷凍サイクルを流れる冷媒と利用側の冷凍サイクルを流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。

第８観点に係る冷凍サイクル装置は、第７観点に係る冷凍サイクル装置において、利用熱交換器を備える。利用熱交換器は、第１利用流路と、第１利用流路とは独立した流路である第２利用流路と、を有する。第１利用流路は、第１冷媒を流すための流路である。第２利用流路は、第２冷媒を流すための流路である。

なお、利用熱交換器は、熱負荷を処理する熱交換器であることが好ましく、利用熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよいし、ブラインや水などの流体と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、利用熱交換器において、第１冷媒を用いた熱負荷処理と、第２冷媒を用いた熱負荷処理が可能になる。

第９観点に係る冷凍サイクル装置は、第８観点に係る冷凍サイクル装置において、暖房運転時は、第１冷媒が第１カスケード流路を通過する時に蒸発し、第２冷媒が第２カスケード流路を通過する時に放熱し、第１冷媒が第１利用流路を通過する時に放熱する。

なお、第１冷媒は、暖房運転時に、第１利用流路を通過する際に凝縮してもよい。

この冷凍サイクル装置では、暖房運転を効率的に行うことが可能である。

第１０観点に係る冷凍サイクル装置は、第８観点または第９観点に係る冷凍サイクル装置において、冷房運転時は、第１冷媒が第１カスケード流路を通過する時に蒸発し、第２冷媒が第２カスケード流路を通過する時に放熱し、第２冷媒が第２利用流路を通過する時に蒸発する。

この冷凍サイクル装置では、冷房運転を効率的に行うことが可能である。

第１１観点に係る冷凍サイクル装置は、第８観点から第１０観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、冷房運転時は、第１冷媒が第１利用流路を通過する時に蒸発し、第２冷媒が第２利用流路を通過する時に蒸発する。

この冷凍サイクル装置では、冷房運転時に、利用熱交換器において第１冷媒と第２冷媒を同時に蒸発させることが可能になる。

第１２観点に係る冷凍サイクル装置は、第８観点から第１１観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、暖房運転時は、第１冷媒が第１利用流路を通過する時に放熱し、第２冷媒が第２利用流路を通過する時に放熱する。

なお、第１冷媒は、暖房運転時に、第１利用流路を通過する際に凝縮してもよい。

この冷凍サイクル装置では、暖房運転時に、利用熱交換器において第１冷媒と第２冷媒を同時に放熱させることが可能になる。

第１３観点に係る冷凍サイクル装置は、第６観点から第１２観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第１室外熱交換器を備える。第１室外熱交換器では、冷房運転時に、第１冷媒が放熱する。

なお、第１冷媒は、冷房運転時に、第１室外熱交換器において凝縮してもよい。

なお、第１室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、第１室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて冷房運転を効率的に行うことが可能である。

第１４観点に係る冷凍サイクル装置は、第６観点から第１３観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第２室外熱交換器を備える。第２室外熱交換器では、暖房運転時に、第２冷媒が蒸発する。

なお、第２室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、第２室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。

この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて暖房運転を効率的に行うことが可能である。

第１５観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第１４観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第１冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆおよびＲ１２３４ｚｅの少なくともいずれかを含む。

なお、第１冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆのみから構成されていてもよいし、Ｒ１２３４ｚｅのみから構成されていてもよい。

この冷凍サイクル装置では、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が十分に低い冷媒を用いて運転を行うことが可能である。

第１６観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第１５観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第２冷媒は、二酸化炭素を含む。

なお、第２冷媒は、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。

この冷凍サイクル装置では、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ：Ｏｚｏｎｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）および地球温暖化係数（ＧＷＰ）が十分に低い冷媒を用いて運転を行うことが可能である。

第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック構成図である。 第１実施形態の冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第１実施形態の暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック構成図である。 第２実施形態の冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第２実施形態の暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック構成図である。 第３実施形態の冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第３実施形態の暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の機能ブロック構成図である。 第４実施形態の第１冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態の第２冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態の第３冷房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態の第１暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態の第２暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。 第４実施形態の第３暖房運転時の冷媒流れの様子を示す図である。

（１）第１実施形態
図１に、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１の概略構成図を示す。図２に、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１の機能ブロック構成図を示す。

冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置１は、熱負荷回路９０と、第１冷媒回路１０と、第２冷媒回路２０と、室外ファン９と、コントローラ７と、を有している。

冷凍サイクル装置１が処理する熱負荷としては、特に限定されず、空気や水やブライン等の流体を対象として熱交換を行うものであってもよいが、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、熱負荷回路９０を流れる水を熱負荷熱交換器９１に供給し、熱負荷熱交換器９１における熱負荷を処理する。熱負荷回路９０は、内部を熱媒体としての水が循環する回路であり、熱負荷熱交換器９１と、ポンプ９２と、第１冷媒回路１０と共有される利用熱交換器１３と、を有している。ポンプ９２は後述するコントローラ７によって駆動制御されることで、熱負荷回路９０に水を循環させる。熱負荷回路９０では、利用熱交換器１３が有する熱負荷流路１３ｃを水が流れる。利用熱交換器１３は、後述のように、第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａを有している。利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水は、第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。

第１冷媒回路１０は、第１圧縮機１１と、第１切換機構１２と、熱負荷回路９０と共有される利用熱交換器１３と、第１利用膨張弁１５と、第２利用膨張弁１６と、第２冷媒回路２０と共有される熱源熱交換器１７と、第１室外熱交換器１８と、を有している。第１冷媒回路１０には、冷媒として、低圧冷媒である第１冷媒が充填されている。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下の冷媒であり、例えば、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１２３４ｚｅとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、Ｒ１２３４ｙｆのみから構成されていてもよいし、Ｒ１２３４ｚｅのみから構成されていてもよい。

第１圧縮機１１は、圧縮機用モータによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機用モータは、インバータ装置を介して電力の供給を受けて駆動される。第１圧縮機１１は、圧縮機用モータにおける回転数である駆動周波数を可変することによって、運転容量を変えることができる。第１圧縮機１１の吐出側は、第１切換機構１２に接続されている。第１圧縮機１１の吸入側は熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側出口に接続されている。

第１切換機構１２は、切換弁１２ａと、切換弁１２ｂと、を有している。切換弁１２ａと、切換弁１２ｂとは、第１圧縮機１１の吐出側において互いに並列に接続されている。切換弁１２ａは、第１圧縮機１１の吐出側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁１２ｂは、第１圧縮機１１の吐出側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、を切り換える３方弁である。

利用熱交換器１３のうち第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａは、ガス冷媒側が切換弁１２ａに接続されている。また、第１利用流路１３ａの液冷媒側は、第１冷媒回路１０が有する第１分岐点Ａに接続されている。第１冷媒は、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に蒸発することで、熱負荷回路９０を流れる水を冷却することができ、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に凝縮することで、熱負荷回路９０を流れる水を暖めることができる。

第１分岐点Ａでは、第１利用流路１３ａの液冷媒側から延びる流路と、第１利用膨張弁１５のうち熱源熱交換器１７側とは反対側に延びる流路と、第２利用膨張弁１６から第１室外熱交換器１８側とは反対側に延びる流路と、が接続されている。

第１利用膨張弁１５は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第１利用膨張弁１５は、第１冷媒回路１０において、第１分岐点Ａと、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａの液冷媒側である入口と、の間に設けられている。

第２利用膨張弁１６は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第２利用膨張弁１６は、第１冷媒回路１０において、第１分岐点Ａと、第１室外熱交換器１８の液冷媒側である出口と、の間に設けられている。

熱源熱交換器１７は、第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１熱源流路１７ａと、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２熱源流路１７ｂと、を有しており、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器である。熱源熱交換器１７において、第１熱源流路１７ａと第２熱源流路１７ｂとは互いに独立しており、第１冷媒と第２冷媒が混ざり合うことはない。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側である出口は、第１圧縮機１１の吸入側に接続されている。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａの液冷媒側である入口は、第１利用膨張弁１５に接続されている。

第１室外熱交換器１８は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、第１室外熱交換器１８は、屋外に配置されている。第１室外熱交換器１８を流れる第１冷媒は、第１室外熱交換器１８に送られる空気と熱交換を行うことで、第１冷媒の凝縮器として機能する。

室外ファン９は、第１室外熱交換器１８と第２室外熱交換器２３の両方を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。

第２冷媒回路２０は、第２圧縮機２１と、第１冷媒回路１０と共有される熱源熱交換器１７と、第１熱源膨張弁２６と、第２室外熱交換器２３と、を有している。第２冷媒回路２０には、冷媒として、高圧冷媒である第２冷媒が充填されている。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。

第２圧縮機２１は、圧縮機用モータによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機用モータは、インバータ装置を介して電力の供給を受けて駆動される。第２圧縮機２１は、圧縮機用モータにおける回転数である駆動周波数を可変することによって、運転容量を変えることができる。第２圧縮機２１の吐出側は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口に接続されている。第２圧縮機２１の吸入側は、第２室外熱交換器２３に接続されている。

熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口は、第２圧縮機２１の吐出側に接続されている。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口は、第１熱源膨張弁２６に接続されている。

第１熱源膨張弁２６は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側と、第２室外熱交換器２３の液冷媒側と、の間の流路に設けられている。

第２室外熱交換器２３は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、第２室外熱交換器２３は、第１室外熱交換器１８と並んで屋外に配置されている。第２室外熱交換器２３を流れる第２冷媒は、第２室外熱交換器２３に送られる空気と熱交換を行うことで、第２冷媒の蒸発器として機能する。

コントローラ７は、熱負荷回路９０と第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ７は、制御を行うために設けられたＣＰＵとしてのプロセッサとメモリ等を有している。

以上の冷凍サイクル装置１において、コントローラ７が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器９１における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器９１における暖房負荷を処理する暖房運転が行われる。

（１－１）冷房運転
冷房運転時は、図３に示すように、第１冷媒回路１０では、利用熱交換器１３を第１冷媒の蒸発器として機能させ、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させるように単元冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では冷凍サイクルを行わせない。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂを図３に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、室外ファン９を駆動させ、第１利用膨張弁１５を全閉状態とし、第２利用膨張弁１６の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｂを介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６において減圧され、第１分岐点Ａを通過して、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａに送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａで蒸発した第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ａを介して第１圧縮機１１に吸入される。

（１－２）暖房運転
暖房運転時は、図４に示すように、第１冷媒回路１０では、利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では、熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、第２室外熱交換器２３を第２冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行う。これにより、暖房運転時には、第２冷媒回路２０と第１冷媒回路１０とで二元冷凍サイクルが行われる。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂを図４に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させ、第２利用膨張弁１６を全閉状態とし、第１利用膨張弁１５の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第１熱源膨張弁２６の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、熱源熱交換器１７に送られ、第２熱源流路１７ｂを流れる際に、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒と熱交換することで、放熱する。熱源熱交換器１７で放熱した第２冷媒は、第１熱源膨張弁２６において減圧された後、第２室外熱交換器２３において室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、第２圧縮機２１に吸入される。第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ａを介して利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａに送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａで凝縮した第１冷媒は、第１分岐点Ａを通過した後、第１利用膨張弁１５において減圧される。第１利用膨張弁１５で減圧された冷媒は、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを通過する際に、第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換することで蒸発する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａで蒸発した第１冷媒は、第１圧縮機１１に吸入される。

（１－３）第１実施形態の特徴
第１実施形態の冷凍サイクル装置１では、第１冷媒回路１０において地球温暖化係数（ＧＷＰ）が十分に低い第１冷媒が用いられている。また、第２冷媒回路２０においてオゾン層破壊係数（ＯＤＰ）および地球温暖化係数（ＧＷＰ）が十分に低い第２冷媒が用いられている。このため、地球環境の悪化を抑制することができる。

また、第１冷媒回路１０において地球温暖化係数（ＧＷＰ）が十分に低い第１冷媒を用いた場合であっても、暖房運転として、第２冷媒回路２０を熱源側サイクルとし、第１冷媒回路１０を利用側サイクルとした二元冷凍サイクルを行う。これにより、低圧冷媒である第１冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う場合と比較して、暖房運転時の能力を確保し易い。

さらに、第２冷媒回路２０では第２冷媒として二酸化炭素が用いられているものの、冷房運転時には、第２冷媒回路２０では冷凍サイクルを行わず、第１冷媒回路１０による単元冷凍サイクルを行う。これにより、高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いて単元冷凍サイクルを行う場合や高圧冷媒である二酸化炭素を熱源側サイクルで用いる二元冷凍サイクルを行う場合のように二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてＣＯＰが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる第２冷媒回路２０の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。

（２）第２実施形態
図５に、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置１ａの概略構成図を示す。図６に、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置１ａの機能ブロック構成図を示す。

冷凍サイクル装置１ａは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置１ａは、熱負荷回路９０と、第１冷媒回路１０と、第２冷媒回路２０と、室外ファン９と、コントローラ７と、を有している。

冷凍サイクル装置１ａが処理する熱負荷や熱負荷回路９０については、第１実施形態と同様である。

なお、利用熱交換器１３は、熱負荷回路９０を流れる水が通過する熱負荷流路１３ｃと、第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａと、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂと、を有している。利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水は、第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒または第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。

第１冷媒回路１０は、第１圧縮機１１と、第１切換機構１２ｘと、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第２利用膨張弁１６と、第３利用膨張弁１４と、第２冷媒回路２０と共有される熱源熱交換器１７と、第１室外熱交換器１８と、を有している。第１冷媒回路１０には、冷媒として、低圧冷媒である第１冷媒が充填されている。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下の冷媒であり、例えば、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１２３４ｚｅとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、Ｒ１２３４ｙｆのみから構成されていてもよいし、Ｒ１２３４ｚｅのみから構成されていてもよい。

第１圧縮機１１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第１圧縮機１１の吐出側は、第１切換機構１２ｘに接続されている。第１圧縮機１１の吸入側は熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側出口に接続されている。

第１切換機構１２ｘは、第１圧縮機１１の吐出側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続しつつ、第１圧縮機１１の吸入側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、第１圧縮機１１の吐出側と第１室外熱交換器１８とを接続しつつ第１圧縮機１１の吸入側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとをする状態と、を切り換える四路切換弁である。

利用熱交換器１３のうち第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａは、ガス冷媒側が第１切換機構１２ｘに接続されている。また、第１利用流路１３ａの液冷媒側には、第３利用膨張弁１４から延びる流路が接続されている。第１冷媒は、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に凝縮することで、熱負荷回路９０を流れる水を暖めることができる。

第３利用膨張弁１４は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第３利用膨張弁１４は、第１冷媒回路１０において、利用熱交換器１３と第１分岐点Ａとの間に設けられている。

第１分岐点Ａでは、第３利用膨張弁１４から延びる流路と、熱源熱交換器１７における第１熱源流路１７ａの液冷媒側から延びる流路と、第２利用膨張弁１６から第１室外熱交換器１８側とは反対側に延びる流路と、が接続されている。

第２利用膨張弁１６は、第１実施形態のものと同様である。

熱源熱交換器１７は、第１実施形態のものと同様である。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側である出口は、第１圧縮機１１の吸入側に接続されている。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａの液冷媒側である入口は、第１分岐点Ａに接続されている。

第１室外熱交換器１８は、第１実施形態のものと同様である。

室外ファン９は、第１室外熱交換器１８と第２室外熱交換器２３の両方を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。

第２冷媒回路２０は、第２圧縮機２１と、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第１冷媒回路１０と共有される熱源熱交換器１７と、第１熱源膨張弁２６と、第２熱源膨張弁２４と、第２室外熱交換器２３と、を有している。第２冷媒回路２０には、冷媒として、高圧冷媒である第２冷媒が充填されている。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。

第２圧縮機２１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第２圧縮機２１の吐出側は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口に接続されている。第２圧縮機２１の吸入側は、第２冷媒回路２０における第３分岐点Ｃから延びる流路に接続されている。

第３分岐点Ｃでは、第２圧縮機２１の吸入側から延びる流路と、第２室外熱交換器２３のガス冷媒側である出口から延びる流路と、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂのガス冷媒側である出口から延びる流路と、が接続されている。

熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口は、第２圧縮機２１の吐出側に接続されている。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口は、第２冷媒回路２０における第２分岐点Ｂから延びる流路に接続されている。第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる際に放熱することで、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒を蒸発させることができる。

第２分岐点Ｂでは、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口から延びる流路と、第１熱源膨張弁２６から延びる流路と、第２熱源膨張弁２４から延びる流路と、が接続されている。

第１熱源膨張弁２６は、第２分岐点Ｂと、第２室外熱交換器２３の液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

第２室外熱交換器２３は、第１実施形態のものと同様である。

第２熱源膨張弁２４は、第２分岐点Ｂと、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂの液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

利用熱交換器１３のうち第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂは、第２熱源膨張弁２４と第３分岐点Ｃとの間の流路に設けられている。第２冷媒は、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる際に蒸発することで、熱負荷回路９０を流れる水を冷却することができる。

コントローラ７は、熱負荷回路９０と第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ７は、制御を行うために設けられたＣＰＵとしてのプロセッサとメモリ等を有している。

以上の冷凍サイクル装置１ａにおいて、コントローラ７が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器９１における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器９１における暖房負荷を処理する暖房運転が行われる。

（２－１）冷房運転
冷房運転時は、図７に示すように、第１冷媒回路１０では、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行いつつ、第２冷媒回路２０では、熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、利用熱交換器１３を第２冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行うことで二元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２ｘを図７に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させ、第３利用膨張弁１４を全閉状態とし、第１熱源膨張弁２６を全閉状態とし、第２利用膨張弁１６の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第２熱源膨張弁２４の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２ｘを介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６において減圧され、第１分岐点Ａを通過して、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａに送られる。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換を行うことで蒸発する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａで蒸発した第１冷媒は、第１圧縮機１１に吸入される。

第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂに送られる。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒と熱交換を行うことで放熱する。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを通過した第２冷媒は、第２分岐点Ｂを介して、第２熱源膨張弁２４において減圧され、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを通過した第２冷媒は、第２圧縮機２１に吸入される。

（２－２）暖房運転
暖房運転時は、図８に示すように、第１冷媒回路１０では、利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では、熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、第２室外熱交換器２３を第２冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行う。これにより、暖房運転時には、第２冷媒回路２０と第１冷媒回路１０とで二元冷凍サイクルが行われる。具体的には、第１切換機構１２ｘを図８に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させ、第２利用膨張弁１６を全閉状態とし、第２熱源膨張弁２４を全閉状態とし、第３利用膨張弁１４の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第１熱源膨張弁２６の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、熱源熱交換器１７に送られ、第２熱源流路１７ｂを流れる際に、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒と熱交換することで、放熱する。熱源熱交換器１７で放熱した第２冷媒は、第２分岐点Ｂを通過した後、第１熱源膨張弁２６において減圧された後、第２室外熱交換器２３において室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、第２圧縮機２１に吸入される。第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２ｘを介して利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａに送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａで凝縮した第１冷媒は、第３利用膨張弁１４において減圧される。第３利用膨張弁１４において減圧された第１冷媒は、第１分岐点Ａを通過した後、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを通過する際に、第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換することで蒸発する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａで蒸発した第１冷媒は、第１圧縮機１１に吸入される。

（２－３）第２実施形態の特徴
本実施形態の冷凍サイクル装置１ａでは、第１実施形態の冷凍サイクル装置１と同様に、地球環境の悪化を抑制することができ、暖房運転時に二元冷凍サイクルを行うことで能力を確保し易くなっている。また、冷房運転時にも二元冷凍サイクルを行うが、第２冷媒である二酸化炭素冷媒を第２室外熱交換器２３において放熱させるのではなく、熱源熱交換器１７において第２冷媒である二酸化炭素冷媒を蒸発させて第１冷媒を凝縮させるのでもなく、熱源熱交換器１７では第２冷媒である二酸化炭素冷媒を放熱させて第１冷媒を蒸発させることで、第２冷媒を利用熱交換器１３において蒸発させることにより冷房負荷を処理している。このため、二酸化炭素冷媒を二元冷凍サイクルの熱源側のサイクルで用いて冷房運転を行うことにより二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてＣＯＰが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる第２冷媒回路２０の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。

（３）第３実施形態
図９に、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置１ｂの概略構成図を示す。図１０に、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置１ｂの機能ブロック構成図を示す。

冷凍サイクル装置１ｂは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置１ｂは、熱負荷回路９０と、第１冷媒回路１０と、第２冷媒回路２０と、室外ファン９と、コントローラ７と、を有している。

冷凍サイクル装置１ｂが処理する熱負荷や熱負荷回路９０については、第１実施形態と同様である。

なお、利用熱交換器１３は、熱負荷回路９０を流れる水が通過する熱負荷流路１３ｃと、第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａと、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂと、を有している。利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水は、第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒または第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。

第１冷媒回路１０は、第１圧縮機１１と、第１切換機構１２と、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第１利用膨張弁１５と、第２利用膨張弁１６と、第３利用膨張弁１４と、第２冷媒回路２０と共有される熱源熱交換器１７と、第１室外熱交換器１８と、を有している。第１冷媒回路１０には、冷媒として、低圧冷媒である第１冷媒が充填されている。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下の冷媒であり、例えば、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１２３４ｚｅとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、Ｒ１２３４ｙｆのみから構成されていてもよいし、Ｒ１２３４ｚｅのみから構成されていてもよい。

第１圧縮機１１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第１圧縮機１１の吐出側は、第１切換機構１２に接続されている。第１圧縮機１１の吸入側は熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側出口に接続されている。

第１切換機構１２は、切換弁１２ａと、切換弁１２ｂと、を有している。切換弁１２ａと、切換弁１２ｂとは、第１圧縮機１１の吐出側において互いに並列に接続されている。切換弁１２ａは、第１圧縮機１１の吐出側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁１２ｂは、第１圧縮機１１の吐出側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、を切り換える３方弁である。

利用熱交換器１３のうち第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａは、ガス冷媒側が第１切換機構１２の切換弁１２ａに接続されている。また、第１利用流路１３ａの液冷媒側には、第３利用膨張弁１４から延びる流路が接続されている。第１冷媒は、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に凝縮することで、熱負荷回路９０を流れる水を暖めることができる。

第３利用膨張弁１４は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第３利用膨張弁１４は、第１冷媒回路１０において、利用熱交換器１３と第１分岐点Ａとの間に設けられている。

第１分岐点Ａでは、第３利用膨張弁１４から延びる流路と、第１利用膨張弁１５から延びる流路と、第２利用膨張弁１６から第１室外熱交換器１８側とは反対側に延びる流路と、が接続されている。

第１利用膨張弁１５は、第１実施形態のものと同様である。

第２利用膨張弁１６は、第１実施形態のものと同様である。

熱源熱交換器１７は、第１実施形態のものと同様である。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側である出口は、第１圧縮機１１の吸入側に接続されている。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａの液冷媒側である入口は、第１利用膨張弁１５から延びる流路に接続されている。

第１室外熱交換器１８は、第１実施形態のものと同様である。

室外ファン９は、第１室外熱交換器１８と第２室外熱交換器２３の両方を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。

第２冷媒回路２０は、第２圧縮機２１と、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第１冷媒回路１０と共有される熱源熱交換器１７と、第１熱源膨張弁２６と、第２熱源膨張弁２４と、第２室外熱交換器２３と、を有している。第２冷媒回路２０には、冷媒として、高圧冷媒である第２冷媒が充填されている。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。

第２圧縮機２１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第２圧縮機２１の吐出側は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口に接続されている。第２圧縮機２１の吸入側は、第２冷媒回路２０における第３分岐点Ｃから延びる流路に接続されている。

第３分岐点Ｃでは、第２圧縮機２１の吸入側から延びる流路と、第２室外熱交換器２３のガス冷媒側である出口から延びる流路と、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂのガス冷媒側である出口から延びる流路と、が接続されている。

熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口は、第２圧縮機２１の吐出側に接続されている。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口は、第２冷媒回路２０における第２分岐点Ｂから延びる流路に接続されている。第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる際に放熱することで、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒を蒸発させることができる。

第２分岐点Ｂでは、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口から延びる流路と、第１熱源膨張弁２６から延びる流路と、第２熱源膨張弁２４から延びる流路と、が接続されている。

第１熱源膨張弁２６は、第２分岐点Ｂと、第２室外熱交換器２３の液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

第２室外熱交換器２３は、第１実施形態のものと同様である。

第２熱源膨張弁２４は、第２分岐点Ｂと、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂの液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

利用熱交換器１３のうち第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂは、第２熱源膨張弁２４と第３分岐点Ｃとの間の流路に設けられている。第２冷媒は、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる際に蒸発することで、熱負荷回路９０を流れる水を冷却することができる。

コントローラ７は、熱負荷回路９０と第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ７は、制御を行うために設けられたＣＰＵとしてのプロセッサとメモリ等を有している。

以上の冷凍サイクル装置１ｂにおいて、コントローラ７が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器９１における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器９１における暖房負荷を処理する暖房運転が行われる。

（３－１）冷房運転
冷房運転時は、図１１に示すように、第１冷媒回路１０では、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行いつつ、第２冷媒回路２０では、熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、利用熱交換器１３を第２冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行うことで二元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂを図１１に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させ、第３利用膨張弁１４を全閉状態とし、第１熱源膨張弁２６を全閉状態とし、第１利用膨張弁１５と第２利用膨張弁１６について一方を全開状態に制御しつつ他方の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第２熱源膨張弁２４の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｂ介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６において減圧されて第１分岐点Ａを通過するか、第１分岐点Ａを通過した後に第１利用膨張弁１５において減圧されて、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａに送られる。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換を行うことで蒸発する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａで蒸発した第１冷媒は、第１圧縮機１１に吸入される。

第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂに送られる。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒と熱交換を行うことで放熱する。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを通過した第２冷媒は、第２分岐点Ｂを介して、第２熱源膨張弁２４において減圧され、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを通過した第２冷媒は、第２圧縮機２１に吸入される。

（３－２）暖房運転
暖房運転時は、図１２に示すように、第１冷媒回路１０では、利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では、熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、第２室外熱交換器２３を第２冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行う。これにより、暖房運転時には、第２冷媒回路２０と第１冷媒回路１０とで二元冷凍サイクルが行われる。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂを図１２に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させ、第２利用膨張弁１６を全閉状態とし、第２熱源膨張弁２４を全閉状態とし、第３利用膨張弁１４または第１利用膨張弁１５の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第１熱源膨張弁２６の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、熱源熱交換器１７に送られ、第２熱源流路１７ｂを流れる際に、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒と熱交換することで、放熱する。熱源熱交換器１７で放熱した第２冷媒は、第２分岐点Ｂを通過した後、第１熱源膨張弁２６において減圧された後、第２室外熱交換器２３において室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、第２圧縮機２１に吸入される。第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ａを介して利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａに送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａで凝縮した第１冷媒は、第３利用膨張弁１４において減圧された後に第１分岐点Ａを通過するか、第１分岐点Ａを通過した後に第１利用膨張弁１５において減圧される。第１分岐点Ａを通過した第１冷媒は、熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを通過する際に、第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換することで蒸発する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａで蒸発した第１冷媒は、第１圧縮機１１に吸入される。

（３－３）第３実施形態の特徴
本実施形態の冷凍サイクル装置１ｂは、第１実施形態の冷凍サイクル装置１と同様に、地球環境の悪化を抑制することができ、暖房運転時の能力を確保し易い。また、冷房運転時にも二元冷凍サイクルを行うが、第２冷媒である二酸化炭素冷媒を第２室外熱交換器２３において放熱させるのではなく、熱源熱交換器１７において第２冷媒である二酸化炭素冷媒を蒸発させて第１冷媒を凝縮させるのでもなく、熱源熱交換器１７では第２冷媒である二酸化炭素冷媒を放熱させて第１冷媒を蒸発させることで、第２冷媒を利用熱交換器１３において蒸発させることにより冷房負荷を処理している。このため、二酸化炭素冷媒を二元冷凍サイクルの熱源側のサイクルで用いて冷房運転を行うことにより二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてＣＯＰが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる第２冷媒回路２０の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。

（４）第４実施形態
図１３に、第４実施形態に係る冷凍サイクル装置１ｃの概略構成図を示す。図１４に、第４実施形態に係る冷凍サイクル装置１ｃの機能ブロック構成図を示す。

冷凍サイクル装置１ｃは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置１ｃは、熱負荷回路９０と、第１冷媒回路１０と、第２冷媒回路２０と、室外ファン９と、コントローラ７と、を有している。

冷凍サイクル装置１ｃが処理する熱負荷や熱負荷回路９０については、第１実施形態と同様である。

なお、利用熱交換器１３は、熱負荷回路９０を流れる水が通過する熱負荷流路１３ｃと、第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａと、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂと、を有している。利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水は、第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒および／または第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。

第１冷媒回路１０は、第１圧縮機１１と、第１切換機構１２と、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第１利用膨張弁１５と、第２利用膨張弁１６と、第３利用膨張弁１４と、第２冷媒回路２０と共有される熱源熱交換器１７と、第１室外熱交換器１８と、を有している。第１冷媒回路１０には、冷媒として、低圧冷媒である第１冷媒が充填されている。第１冷媒は、３０℃で１ＭＰａ以下の冷媒であり、例えば、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１２３４ｚｅとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、Ｒ１２３４ｙｆのみから構成されていてもよいし、Ｒ１２３４ｚｅのみから構成されていてもよい。

第１圧縮機１１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第１圧縮機１１の吐出側と吸入側は、それぞれ、第１切換機構１２の異なる接続箇所に接続されている。

第１切換機構１２は、切換弁１２ａと、切換弁１２ｂと、切換弁１２ｃと、を有している。切換弁１２ａと、切換弁１２ｂと、切換弁１２ｃとは、第１圧縮機１１の吐出側において互いに並列に接続されている。切換弁１２ａは、第１圧縮機１１の吐出側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁１２ｂは、第１圧縮機１１の吐出側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と第１室外熱交換器１８とを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁１２ｃは、第１圧縮機１１の吐出側と熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａとを接続する状態と、第１圧縮機１１の吸入側と熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。

利用熱交換器１３のうち第１冷媒回路１０を流れる第１冷媒が通過する第１利用流路１３ａは、ガス冷媒側が第１切換機構１２の切換弁１２ａに接続されている。また、第１利用流路１３ａの液冷媒側には、第３利用膨張弁１４から延びる流路が接続されている。第１冷媒は、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に蒸発することで、熱負荷回路９０を流れる水を冷却することができ、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる際に凝縮することで、熱負荷回路９０を流れる水を暖めることができる。

第３利用膨張弁１４は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第３利用膨張弁１４は、第１冷媒回路１０において、利用熱交換器１３と第１分岐点Ａとの間に設けられている。

第１分岐点Ａでは、第３利用膨張弁１４から延びる流路と、第１利用膨張弁１５から延びる流路と、第２利用膨張弁１６から第１室外熱交換器１８側とは反対側に延びる流路と、が接続されている。

第１利用膨張弁１５は、第１実施形態のものと同様である。

第２利用膨張弁１６は、第１実施形態のものと同様である。

熱源熱交換器１７は、第１実施形態のものと同様である。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａのガス冷媒側である出口は、第１切換機構１２の切換弁１２ｃに接続されている。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａの液冷媒側である入口は、第１利用膨張弁１５から延びる流路に接続されている。

第１室外熱交換器１８は、第１実施形態のものと同様である。

室外ファン９は、第１室外熱交換器１８と第２室外熱交換器２３の両方を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。

第２冷媒回路２０は、第２圧縮機２１と、第２切換機構２２と、熱負荷回路９０および第２冷媒回路２０と共有される利用熱交換器１３と、第１冷媒回路１０と共有される熱源熱交換器１７と、第１熱源膨張弁２６と、第２熱源膨張弁２４と、第３熱源膨張弁２５と、第２室外熱交換器２３と、を有している。第２冷媒回路２０には、冷媒として、高圧冷媒である第２冷媒が充填されている。第２冷媒は、３０℃で１．５ＭＰａ以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。

第２圧縮機２１自体の具体的構成は第１実施形態のものと同様である。第２圧縮機２１の吐出側と吸入側は、それぞれ、第２切換機構２２の異なる接続箇所に接続されている。

第２切換機構２２は、切換弁２２ａと、切換弁２２ｂと、切換弁２２ｃと、を有している。切換弁２２ａと、切換弁２２ｂと、切換弁２２ｃとは、第２圧縮機２１の吐出側において互いに並列に接続されている。切換弁２２ａは、第２圧縮機２１の吐出側と利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂとを接続する状態と、第２圧縮機２１の吸入側と利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁２２ｂは、第２圧縮機２１の吐出側と第２室外熱交換器２３とを接続する状態と、第２圧縮機２１の吸入側と第２室外熱交換器２３とを接続する状態と、を切り換える３方弁である。切換弁２２ｃは、第２圧縮機２１の吐出側と熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂとを接続する状態と、第２圧縮機２１の吸入側と熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂとを接続する状態と、を切り換える３方弁である。

熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂのガス冷媒側である入口は、第２切換機構２２の切換弁２２ｃに接続されている。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂの液冷媒側である出口は、第３熱源膨張弁２５から延びる流路に接続されている。第２冷媒は、熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる際に放熱することで、第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒を蒸発させることができる。

第２分岐点Ｂでは、第３熱源膨張弁２５から延びる流路と、第１熱源膨張弁２６から延びる流路と、第２熱源膨張弁２４から延びる流路と、が接続されている。

第１熱源膨張弁２６は、第２分岐点Ｂと、第２室外熱交換器２３の液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

第２室外熱交換器２３は、第１実施形態のものと同様である。

第２熱源膨張弁２４は、第２分岐点Ｂと、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂの液冷媒側である入口と、の間の流路に設けられている。

利用熱交換器１３のうち第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒が通過する第２利用流路１３ｂは、第２熱源膨張弁２４と第２切換機構２２の切換弁２２ａとの間の流路に設けられている。第２冷媒は、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる際に蒸発することで、熱負荷回路９０を流れる水を冷却することができ、利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる際に放熱することで、熱負荷回路９０を流れる水を暖めることができる。

コントローラ７は、熱負荷回路９０と第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ７は、制御を行うために設けられたＣＰＵとしてのプロセッサとメモリ等を有している。

以上の冷凍サイクル装置１ｃにおいて、コントローラ７が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器９１における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器９１における暖房負荷を処理する暖房運転が行われる。

（４－１）冷房運転
冷房運転時は、第１冷房運転と、第２冷房運転と、第３冷房運転と、が選択的に行われる。

第１冷房運転では、図１５に示すように、第１冷媒回路１０では、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させ、利用熱交換器１３を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では第２圧縮機２１を停止させることで、単元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを図１５に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、室外ファン９を駆動させ、第２利用膨張弁１６を全開状態とし、第１利用膨張弁１５を全閉状態に制御し、第３利用膨張弁１４の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｂ介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６および第１分岐点Ａを通過し、第３利用膨張弁１４において減圧された後、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。第１利用流路１３ａで蒸発した第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ａを介して第１圧縮機１１に吸入される。

第２冷房運転は、熱負荷回路９０を流れる熱媒体の要求温度が所定値以下に低下することで冷房負荷が大きくなり、第１冷媒回路１０による単元冷凍サイクルでは能力不足となる場合に行われる。この第２冷房運転は、特に、熱負荷回路９０を流れる熱媒体が不凍液である冷凍サイクル装置において、熱負荷回路９０において要求される温度が低い場合に行われる。第２冷房運転は、図１６に示すように、第１冷媒回路１０では第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、利用熱交換器１３を第２冷媒の蒸発器と機能させるように冷凍サイクルを行うことで二元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを図１６に実線で示す接続状態に切り換え、第２切換機構２２の切換弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃを図１６に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させる。そして、第２利用膨張弁１６を全開状態に制御し、第３利用膨張弁１４を全閉状態、第１利用膨張弁１５の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。さらに、第１熱源膨張弁２６を全閉状態に制御し、第３熱源膨張弁２５を全開状態に制御し、第２熱源膨張弁２４の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｂを介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６を通過し、第１利用膨張弁１５において減圧された後、熱源熱交換器１７に流入する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒は、第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換して蒸発する。熱源熱交換器１７で蒸発した第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｃを介して第１圧縮機１１に吸入される。第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２ｃを介して熱源熱交換器１７に送られる。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒は第１熱源流路１７aを流れる第１冷媒と熱交換を行うことで放熱する。熱源熱交換器１７を通過した第２冷媒は第３熱源膨張弁２５を通過し、第２熱源膨張弁２４において減圧された後、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる不凍液と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された不凍液は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器１３で蒸発した第２冷媒は第２切換機構２２の切換弁２２aを介して第２圧縮機２１に吸入される。

第３冷房運転は、熱負荷回路９０を流れる熱媒体の温度が所定値よりも高く、冷房負荷が大きい場合において、運転効率を高めることよりも能力を発揮させることが重視される場合に行われる運転である。第３冷房運転では、第１冷媒による単元冷凍サイクルや、第１冷媒を高元側である熱源側の冷凍サイクルで用いて第２冷媒を低元側である利用側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行うよりも能力を発揮させるために、第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０による並列冷凍サイクルが行われる。第３冷房運転は、図１７に示すように、第１冷媒回路１０では第１室外熱交換器１８を第１冷媒の凝縮器として機能させ、利用熱交換器１３を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では第２室外熱交換器２３を第２冷媒の放熱器として機能させ、利用熱交換器１３を第２冷媒の蒸発器と機能させるように冷凍サイクルを行うことで並列冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを図１７に実線で示す接続状態に切り換え、第２切換機構２２の切換弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃを図１７に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させる。そして、第２利用膨張弁１６を全開状態に制御し、第１利用膨張弁１５を全閉状態に制御し、第３利用膨張弁１４の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。さらに、第１熱源膨張弁２６を全開状態に制御し、第３熱源膨張弁２５を全閉状態に制御し、第２熱源膨張弁２４の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｂを介して第１室外熱交換器１８に送られる。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。第１室外熱交換器１８を通過した第１冷媒は、第２利用膨張弁１６を通過し、第３利用膨張弁１４において減圧された後、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。利用熱交換器１３で蒸発した第１冷媒は第１切換機構１２の切換弁１２aを介して第１圧縮機１１に吸入される。第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２ｂを介して第２室外熱交換器２３に送られる。第２室外熱交換器２３に送られた第２冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで放熱する。第２室外熱交換器２３を通過した第２冷媒は、第１熱源膨張弁２６を通過し、第２熱源膨張弁２４において減圧された後、利用熱交換器１３に流入する。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。このように、第１冷媒および第２冷媒の２つの冷媒と熱交換を行うことで冷却された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器１３で蒸発した第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２aを介して第２圧縮機２１に吸入される。

（４－２）暖房運転
暖房運転時は、第１暖房運転と、第２暖房運転と、第３暖房運転と、が選択的に行われる。

第１暖房運転は、外気温度が所定値以上である場合に行われる。

第１暖房運転では、図１８に示すように、第１冷媒回路１０では、利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の蒸発器として機能させ、第２冷媒回路２０では第２圧縮機２１を停止させることで、単元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂを図１８に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、室外ファン９を駆動させ、第３利用膨張弁１４を全開状態とし、第１利用膨張弁１５を全閉状態に制御し、第２利用膨張弁１６の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ａを介して利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａに送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により加熱された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａで凝縮した第１冷媒は、第３利用膨張弁１４および第１分岐点Ａを通過して、第２利用膨張弁１６において減圧された後、第１室外熱交換器１８に流入する。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで蒸発する。第１室外熱交換器１８で蒸発した第１冷媒は第１切換機構１２の切換弁１２ｂを介して第１圧縮機１１に吸入される。

第２暖房運転は、外気温度が所定値以下に低下し、第１冷媒回路１０における第１冷媒による単元冷凍サイクルでは能力を確保することができない場合に行われる運転である。第２暖房運転では、図１９に示すように、第１冷媒回路１０では利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、熱源熱交換器１７を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では熱源熱交換器１７を第２冷媒の放熱器として機能させ、第２室外熱交換器２３を第２冷媒の蒸発器と機能させるように冷凍サイクルを行うことで二元冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを図１９に破線で示す接続状態に切り換え、第２切換機構２２の切換弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃを図１９に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させる。そして、第２利用膨張弁１６を全閉状態に制御し、第３利用膨張弁１４を全開状態に制御し、第１利用膨張弁１５の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。さらに、第２熱源膨張弁２４を全閉状態に制御し、第３熱源膨張弁２５を全開状態に制御し、第１熱源膨張弁２６の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２aを介して利用熱交換器１３に送られる。利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により加熱された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３を通過した第１冷媒は、第３利用膨張弁１４を通過し、第１利用膨張弁１５において減圧された後、熱源熱交換器１７に流入する。熱源熱交換器１７の第１熱源流路１７ａを流れる第１冷媒は、第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒と熱交換して蒸発する。熱源熱交換器１７で蒸発した第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２ｃを介して第１圧縮機１１に吸入される。第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２ｃを介して熱源熱交換器１７に送られる。熱源熱交換器１７の第２熱源流路１７ｂを流れる第２冷媒は第１熱源流路１７aを流れる第１冷媒と熱交換を行うことで、放熱する。熱源熱交換器１７を通過した第２冷媒は、第３熱源膨張弁２５を通過し、第１熱源膨張弁２６において減圧された後、第２室外熱交換器２３に流入する。第２室外熱交換器２３に送られた第２冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで蒸発する。第２室外熱交換器２３で蒸発した第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２ｂを介して第２圧縮機２１に吸入される。

第３暖房運転は、熱負荷回路９０を流れる熱媒体の温度が所定値よりも低く、暖房負荷が大きい場合において、運転効率を高めることよりも能力を発揮させることが重視される場合に行われる運転である。第３冷房運転では、第１冷媒による単元冷凍サイクルよりも、第１冷媒を高元側である熱源側の冷凍サイクルで用い、第２冷媒を低元側である利用側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルよりも能力を発揮させるために、第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０による並列冷凍サイクルが行われる。第３暖房運転では、図２０に示すように、第１冷媒回路１０では利用熱交換器１３を第１冷媒の凝縮器として機能させ、第１室外熱交換器１８を第１冷媒の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを行い、第２冷媒回路２０では利用熱交換器１３を第２冷媒の放熱器として機能させ、第２室外熱交換器２３を第２冷媒の蒸発器と機能させるように冷凍サイクルを行うことで並列冷凍サイクルを行う。具体的には、第１切換機構１２の切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを図２０に破線で示す接続状態に切り換え、第２切換機構２２の切換弁２２ａ、２２ｃを図２０に破線で示す接続状態に切り換え、第２切換機構２２の切換弁２２ｂを図２０に実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ９２、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１、室外ファン９を駆動させる。そして、第３利用膨張弁１４を全開状態に制御し、第１利用膨張弁１５を全閉状態に制御し、第２利用膨張弁１６の弁開度を第１圧縮機１１の吸入する第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。さらに、第２熱源膨張弁２４を全開状態に制御し、第３熱源膨張弁２５を全閉状態に制御し、第１熱源膨張弁２６の弁開度を第２圧縮機２１の吸入する第２冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。

これにより、第１圧縮機１１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構１２の切換弁１２aを介して利用熱交換器１３に送られ、利用熱交換器１３の第１利用流路１３ａを流れる第１冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。利用熱交換器１３を通過した第１冷媒は、第３利用膨張弁１４を通過し、第２利用膨張弁１６において減圧された後、第１室外熱交換器１８に流入する。第１室外熱交換器１８に送られた第１冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで蒸発する。第１室外熱交換器１８で蒸発した第１冷媒は第１切換機構１２の切換弁１２ｂを介して第１圧縮機１１に吸入される。第２圧縮機２１から吐出された第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２aを介して利用熱交換器１３に送られる。利用熱交換器１３の第２利用流路１３ｂを流れる第２冷媒は、熱負荷回路９０が有する利用熱交換器１３の熱負荷流路１３ｃを流れる水と熱交換を行うことで、放熱する。このように、第１冷媒および第２冷媒の２つの冷媒と熱交換を行うことで加熱された水は、熱負荷回路９０における熱負荷熱交換器９１まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器１３を通過した第２冷媒は、第２熱源膨張弁２４を通過し、第１熱源膨張弁２６において減圧された後、第２室外熱交換器２３に流入する。第２室外熱交換器２３に送られた第２冷媒は、室外ファン９により供給される屋外空気と熱交換を行うことで蒸発する。第２室外熱交換器２３で蒸発した第２冷媒は、第２切換機構２２の切換弁２２ｂを介して第２圧縮機２１に吸入される。

（４－３）第４実施形態の特徴
本実施形態の冷凍サイクル装置１ｃは、第１実施形態の冷凍サイクル装置１と同様に、地球環境の悪化を抑制することができ、暖房運転時の能力を確保し易い。また、冷房時と暖房時のいずれにおいても、単元冷凍サイクル、二元冷凍サイクルだけでなく、並列冷凍サイクルを行うことが可能であるため、状況に応じて能力を確保することが可能である。

（付記）
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ ：冷凍サイクル装置
１２ ：第１切換機構
１２ｘ ：第１切換機構
１３ ：利用熱交換器
１３ａ ：第１利用流路
１３ｂ ：第２利用流路
１３ｃ ：熱負荷流路
１４ ：第３利用膨張弁
１５ ：第１利用膨張弁
１６ ：第２利用膨張弁
１７ ：熱源熱交換器（カスケード熱交換器）
１７ａ ：第１熱源流路（第１カスケード流路）
１７ｂ ：第２熱源流路（第２カスケード流路）
１８ ：第１室外熱交換器
２０ ：第２冷媒回路
２１ ：第２圧縮機
２３ ：第２室外熱交換器
２４ ：第２熱源膨張弁
２５ ：第３熱源膨張弁
２６ ：第１熱源膨張弁
９０ ：熱負荷回路
９１ ：熱負荷熱交換器
９２ ：ポンプ

特開２０１５－１９７２５４号公報

Claims (14)

1. ３０℃で１ＭＰａ以下の第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、３０℃で１．５ＭＰａ以上の第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行い、
   前記第１冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行い、
   前記暖房運転時に前記第１冷媒を流すための第１カスケード流路（１７ａ）と、前記第１カスケード流路とは独立しており、前記暖房運転時に前記第２冷媒を流すための第２カスケード流路（１７ｂ）と、を有し、前記第１冷媒と前記第２冷媒とを熱交換させるカスケード熱交換器（１７）と、
   前記冷房運転時に前記第１冷媒が蒸発する利用熱交換器（１３）と、
   前記冷房運転時に前記第１冷媒が放熱する第１室外熱交換器（１８）と、
   を備えた、
   冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記暖房運転時に前記第１冷媒が放熱する利用熱交換器（１３）を備え、
   前記暖房運転時は、前記第１冷媒が前記第１カスケード流路（１７ａ）を通過する時に蒸発し、前記第２冷媒が前記第２カスケード流路（１７ｂ）を通過する時に放熱する、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記暖房運転時に前記第２冷媒が蒸発する第２室外熱交換器（２３）を備えた、
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. ３０℃で１ＭＰａ以下の第１冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、３０℃で１．５ＭＰａ以上の第２冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行い、
   前記第２冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、前記第１冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う、
   冷凍サイクル装置（１ａ、１ｂ、１ｃ）。
5. 前記第１冷媒を流すための第１カスケード流路（１７ａ）と、前記第１カスケード流路とは独立しており、前記第２冷媒を流すための第２カスケード流路（１７ｂ）と、を有し、前記第１冷媒と前記第２冷媒とを熱交換させるカスケード熱交換器（１７）を備える、
   請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第１冷媒を流すための第１利用流路（１３ａ）と、前記第１利用流路とは独立しており、前記第２冷媒を流すための第２利用流路（１３ｂ）と、を有する利用熱交換器（１３）を備える、
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記暖房運転時は、前記第１冷媒が前記第１カスケード流路（１７ａ）を通過する時に蒸発し、前記第２冷媒が前記第２カスケード流路（１７ｂ）を通過する時に放熱し、前記第１冷媒が前記第１利用流路（１３ａ）を通過する時に放熱する、
   請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷房運転時は、前記第１冷媒が前記第１カスケード流路（１７ａ）を通過する時に蒸発し、前記第２冷媒が前記第２カスケード流路（１７ｂ）を通過する時に放熱し、前記第２冷媒が前記第２利用流路（１３ｂ）を通過する時に蒸発する、
   請求項６または７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記冷房運転時は、前記第１冷媒が前記第１利用流路（１３ａ）を通過する時に蒸発し、前記第２冷媒が前記第２利用流路（１３ｂ）を通過する時に蒸発する、
   請求項６から８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記暖房運転時は、前記第１冷媒が前記第１利用流路（１３ａ）を通過する時に放熱し、前記第２冷媒が前記第２利用流路（１３ｂ）を通過する時に放熱する、
    請求項６から９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記冷房運転時に、前記第１冷媒が放熱する第１室外熱交換器（１８）を備える、
    請求項４から１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記暖房運転時に、前記第２冷媒が蒸発する第２室外熱交換器（２３）を備える、
    請求項４から１１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記第１冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆおよびＲ１２３４ｚｅの少なくともいずれかを含む、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記第２冷媒は、二酸化炭素を含む、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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