JP4725591B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、２段昇圧式圧縮機を備える冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１に、２段昇圧式圧縮機を備える冷凍サイクル装置が開示されている。この特許文献１の２段昇圧式圧縮機は、圧縮機の外殻を形成するハウジング外から冷媒を吸入して圧縮する第１圧縮機構と、第１圧縮機構にて昇圧された中圧冷媒をさらに圧縮してハウジング外へ吐出する第２圧縮機構とを有して構成されている。

ところで、この種の２段昇圧式圧縮機では、第１圧縮機構における圧縮比（圧縮効率）と第２圧縮機構における圧縮比（圧縮効率）との差が大きくなると、第１圧縮機構における駆動トルクと第２圧縮機構における駆動トルクとのトルク差が増加してしまう。このようなトルク差の増加は、２段昇圧式圧縮機の振動の増加、耐久性の悪化を招く原因となる。

そこで、特許文献１の冷凍サイクル装置では、第１圧縮機構の圧縮室容積を可変制御する容量制御手段を備え、２段昇圧式圧縮機に吸入される吸入冷媒の吸入圧力と２段昇圧式圧縮機から吐出される高圧冷媒の高圧圧力との差が予め定めた設定値以下になったときに、第１圧縮機構の圧縮室容積を減少させることによって、中圧冷媒の中圧圧力と高圧冷媒の高圧圧力との圧力差を適切な値に維持している。

これにより、上述した第１、２圧縮機構における圧縮比（圧縮効率）の差が拡大してしまうことを抑制し、駆動トルクの差が増加してしまうことを防止している。
特開平１０−１４１２７０号公報

しかしながら、特許文献１の容量制御手段は、高圧冷媒を第１圧縮機構側へ導く吸入バイパス通路、この吸入バイパス通路の接続状態を切り換える切替弁、吸入バイパス通路を開閉する吸入バイパス弁等によって構成されているため、冷凍サイクル装置が複雑なサイクル構成になってしまう。

ところで、この種の冷凍サイクル装置では、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させるために、圧縮機の吐出口から減圧手段の入口へ至る高圧冷媒の高圧圧力Ｐｄが予め定めた目標圧力Ｐｔに近づくように制御している。具体的には、圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器の下流側に、減圧手段である圧力制御弁を配置し、この圧力制御弁の弁開度を調整する等の手段によって、高圧圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔに近づけている。

さらに、２段昇圧式圧縮機における吸入圧力Ｐｓおよび中圧圧力Ｐｍには、以下式Ｆ１に示す関係がある。
Ｐｓ×Ｖ１κ＝Ｐｍ×（η１×Ｖ２）κ…（式Ｆ１）
なお、Ｖ１は第１圧縮機構の吐出容積であり、Ｖ２は第２圧縮機構の吐出容積であり、η１は第１圧縮機構の体積効率である。

つまり、式Ｆ１から中圧圧力Ｐｍは、以下式Ｆ２で表すことができる。
Ｐｍ＝Ｐｓ×（Ｖ１／（η１×Ｖ２））κ…（式Ｆ２）
従って、吸入圧力Ｐｓが上昇してしまうと、中圧圧力Ｐｍも上昇してしまう。

その結果、図１１に示すように、吸入圧力Ｐｓの上昇に伴って、中圧圧力Ｐｍ（破線）と高圧圧力Ｐｄ（実線）との圧力差Ｐｄ−Ｐｍ（一点鎖線）が小さくなってしまうので、上述のトルク差も増加してしまう。なお、図１１は、２段昇圧式圧縮機の吸入圧力Ｐｓと、中圧圧力Ｐｍ、高圧圧力Ｐｄおよび圧力差Ｐｄ−Ｐｍの関係を示すグラフである。

本発明は、上記点に鑑み、２段昇圧式圧縮機を備える冷凍サイクル装置のサイクル構成を複雑化させることなく、吸入圧力が上昇しても第１圧縮機構にて昇圧された中圧冷媒の中圧圧力と第２圧縮機構から吐出された吐出冷媒の高圧圧力との圧力差を適切な値に維持することを第１の目的とする。

また、本発明は、２段昇圧式圧縮機を備える冷凍サイクル装置のサイクル構成を複雑化させることなく、２段昇圧式圧縮機の振動の抑制および耐久性の向上を図ることを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を吸入して圧縮する第１圧縮機構（１９）および第１圧縮機構（１９）にて昇圧された中圧冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（２０）を有する２段昇圧式圧縮機（１４）と、２段昇圧式圧縮機（１４）から吐出された冷媒の有する熱量を熱交換対象流体に放熱させる放熱器（１５）と、放熱器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６、３０）と、減圧手段（１６、３０）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、２段昇圧式圧縮機（１４）吐出口から減圧手段（１６、３０）入口へ至る高圧冷媒の高圧圧力（Ｐｄ）の目標圧力（Ｐｔ）を決定する目標圧力決定手段（Ｓ４）とを備え、高圧冷媒の高圧圧力（Ｐｄ）が、前記目標圧力（Ｐｔ）に近づくように制御される冷凍サイクル装置であって、
さらに、前記高圧圧力（Ｐｄ）を検出する高圧圧力検出手段（２８）と、２段昇圧式圧縮機（１４）に吸入される冷媒の吸入圧力（Ｐｓ）に相関を有する物理量を検出する吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）を備え、吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）によって検出された検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、高圧圧力（Ｐｄ）と中圧冷媒の中圧圧力（Ｐｍ）との圧力差（Ｐｄ−Ｐｍ）が予め定めた値以上となるように高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させることを特徴とする。

これによれば、吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）によって検出された検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、高圧圧力（Ｐｄ）と中圧圧力（Ｐｍ）との圧力差（Ｐｄ−Ｐｍ）が予め定めた値以上となるように高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させるので、サイクル構成を複雑化させることなく、吸入圧力（Ｐｓ）が上昇しても圧力差（Ｐｄ−Ｐｍ）を適切な値に維持できる。

さらに、圧力差（Ｐｄ−Ｐｍ）を適切な値に維持できるので、第１圧縮機構（１９）における駆動トルクと第２圧縮機構（２０）における駆動トルクのトルク差が増加してしまうことを抑制できる。その結果、サイクル構成を複雑化させることなく、２段昇圧式圧縮機（１４）の振動の抑制および耐久性の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、さらに、高圧冷媒の温度を検出する高圧温度検出手段（２４）とを備えることを特徴とする。

これによれば、具体的に、吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）の検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になっていないときは、高圧温度検出手段（２４）によって検出された検出温度に基づいて、目標高圧（Ｐｔ）を決定することができる。

請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置において、目標圧力決定手段（Ｓ４）は、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、目標圧力（Ｐｔ）を上昇させるようになっていてもよい。これにより、具体的に高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させることができる。

さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、２段昇圧式圧縮機（１４）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御手段（２２ａ）を備え、吐出能力制御手段（２２ａ）は、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、冷媒吐出能力を上昇させるようになっていてもよい。これにより、確実に高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させることができる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、減圧手段（１６、３０）の絞り開度を制御する絞り開度制御手段（２２ｂ）を備え、絞り開度制御手段（２２ｂ）は、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、絞り開度を縮小させるようになっていてもよい。これにより、確実に高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させることができる。

請求項６に記載の発明のように、吸入圧力検出手段は、放熱器（１５）において高圧冷媒と熱交換する熱交換対象流体の温度（Ｔｗｉ）を検出する流体温度センサ（２３）によって構成されていてもよいし、請求項７に記載の発明のように、蒸発器（１７）において低圧冷媒と熱交換する室外空気の外気温（Ｔａｍ）を検出する外気温センサ（２５）によって構成されていてもよいし、さらに、請求項８に記載の発明のように、蒸発器（１７）における低圧冷媒の蒸発温度（Ｔｅ）を検出する蒸発温度センサ（２６）によって構成されていてもよい。

これによれば、圧力センサに対して安価な温度センサによって吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）を構成できるので、冷凍サイクル装置の製造コストの低減を図ることができる。

請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、減圧手段は、高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（３０ａ）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒を内部に吸引して、吸引された冷媒と高速度の冷媒流を混合して昇圧させるエジェクタ（３０）にて構成されていることを特徴とする。

これによれば、エジェクタ（３０）の昇圧作用によって２段昇圧式圧縮機（１４）吸入冷媒の圧力を上昇させて、２段昇圧式圧縮機（１４）の駆動動力を低減できるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることもできる。

請求項１０に記載の発明のように、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、熱交換対象流体は、水であってもよい。これにより、冷凍サイクル装置を給湯機に適用できる。

請求項１１に記載の発明のように、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、冷媒は二酸化炭素であってもよい。これにより、高圧圧力（Ｐｄ）が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成して、高圧冷媒の温度を上昇させることができるので、放熱器（１５）にて熱交換対象流体へ放熱する熱量を増加できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１〜８により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機１０に適用しており、図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の全体構成図である。

このヒートポンプ式給湯機１０は、給湯水を貯留する貯湯タンク１１、貯湯タンク１１内の給湯水を循環する水循環通路１２、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル１３を備えている。まず、貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）製で、断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。

貯湯タンク１１に貯留された給湯水は、貯湯タンク１１の上部に設けられた出湯口１１ａから出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク１１内の下部に設けられた給水口１１ｂから水道水が給水されるようになっている。

水循環通路１２には、給湯水を循環させる電動水ポンプ１２ａが配置されており、給湯水は、電動水ポンプ１２ａ→後述する水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ→貯湯タンク１１上部の給湯水入口１１ｄ→貯湯タンク１１→貯湯タンク１１下部の給湯水出口１１ｃ→電動水ポンプ１２ａの順に流れる。

ヒートポンプサイクル１３は、圧縮機１４、水−冷媒熱交換器１５、電気式膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管で接続した冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１４から吐出された高圧冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１４は、ヒートポンプサイクル１３において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機１４の詳細については、図２により説明する。図２は、圧縮機１４の軸方向の概略的な断面図である。図２に示すように、圧縮機１４は、ハウジング１８、第１圧縮機構１９、第２圧縮機構２０および電動モータ２１等を有して構成される電動式の２段昇圧式圧縮機である。

ハウジング１８は、略円筒状に形成されて圧縮機１４の外殻を構成するとともに、第１圧縮機構１９、第２圧縮機構２０および電動モータ２１を収容する金属（例えば、ステンレス）製の耐圧密閉容器である。

より具体的には、ハウジング１８は、カップ状のモータハウジング１８ａおよび圧縮機構ハウジング１８ｂにより構成されている。さらに、その内部に第１圧縮機構１９、第２圧縮機構２０および電動モータ２１等を収容した状態で、モータハウジング１８ａおよび圧縮機構ハウジング１８ｂの開口端部同士を溶接等の接合手段によって接合して形成されている。

また、ハウジング１８（具体的には、圧縮機構ハウジング１８ｂ）には、ハウジング１８の外部から内部に冷媒を吸入するための１つの吸入口１８ｃおよびハウジング１８の内部から外部へ冷媒を吐出するための１つの吐出口１８ｄが設けられている。

第１圧縮機構１９は、ハウジング１８内壁に固定されたシリンダ部１９ａの内部でポンプロータ部１９ｂを偏心回転させる周知のロータリ型（ローリングピストン）型の圧縮機構である。また、第１圧縮機構１９において冷媒を吸引する冷媒吸入口１９ｃは、ハウジング１８の吸入口１８ｃに接続されている。従って、ハウジング１８の外部から内部へ吸入される冷媒は、第１圧縮機構１９へ吸入されることになる。

一方、第１圧縮機構１９において冷媒を吐出する冷媒吐出口１９ｄは、ハウジング１８の内部で開放している。従って、ハウジング１８の内部の圧力は、中圧冷媒の中圧圧力となる。

第２圧縮機構２０は、第１圧縮機構１９と同様に、シリンダ部２０ａおよびポンプロータ部２０ｂを有して構成されるロータリ型の圧縮機構である。この第２圧縮機構２０において冷媒を吸引する冷媒吸入口２０ｃは、ハウジング１８内部で開放している。従って、第２圧縮機構２０へは、第１圧縮機構にて昇圧された中圧冷媒が吸入される。

一方、第２圧縮機構２０において冷媒を吐出する冷媒吐出部２０ｄは、ハウジング１８の吐出口１８ｄに接続されている。従って、第２圧縮機構２０にて昇圧された高圧冷媒がハウジング１８の内部から外部へ吐出されることになる。すなわち、圧縮機１４において、冷媒は図２の太矢印に示すように流れる。

次に、電動モータ２１は、ハウジング１８内壁に固定されたステータコイル２１ａ、ステータコイル２１ａ内で回転するロータ２１ｂおよびロータ２１ｂに固定されてロータ２１ｂと一体となって回転するシャフト２１ｃを有して構成される周知の交流型の電動機である。もちろん、直流型の電動機であってもよい。

また、シャフト２１ｃは、ハウジング１８に固定された軸受け部１８ｅに回転可能に支持されるとともに、第２圧縮機構２０のポンプロータ部２０ａおよび第１圧縮機構１９のポンプロータ部１９ａに一体に連結されている。

従って、電動モータ２１に電力が供給されることによってロータ２１ｂとともにシャフト電動モータ２１が回転し、第１、２圧縮機構１９、２０に回転駆動力が伝達されて、冷媒が圧縮機１４の吸入口１８ｃ→第１圧縮機構１９→第２圧縮機構２０→吐出口１８ｄの順に吸入、圧縮されて吐出される。この際、前述の如く、冷媒（二酸化炭素）は臨界圧力以上（超臨界状態）になるまで昇圧される。

圧縮機１４の吐出口１８ｄには、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路１５ａと圧縮機１４から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１５ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１４吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器である。

従って、本実施形態では、給湯水が熱交換対象流体となる。なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、圧縮機１４吐出冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側は、電気式膨張弁１６の入口側に接続されている。電気式膨張弁１６は冷媒通路１５ｂから流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機１４の吐出口１８ｄから電気式膨張弁１６の入口側へ至る冷媒の高圧圧力Ｐｄを制御する圧力制御手段でもある。

より具体的には、この電気式膨張弁１６は、絞り開度を調節する弁体１６ａと、この弁体１６ａの絞り開度を可変制御するサーボモータからなる電動アクチュエータ１６ｂとを有して構成される。

電気式膨張弁１６の出口側には、蒸発器１７が接続されている。蒸発器１７は、電気式膨張弁１６にて減圧された低圧冷媒と電動送風ファン１７ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。

本実施形態では、蒸発器１７として、低圧冷媒と外気との熱交換を促進させるプレート状のフィンと、内部を冷媒が通過するチューブとを有して構成される、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器を採用している。

蒸発器１７の冷媒出口側には、アキュムレータ１７ｂが接続されている。アキュムレータ１７ｂは、蒸発器１７から流出した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を貯える気液分離器である。アキュムレータ１７ｂの気相冷媒出口には、圧縮機１４の吸入口１８ｃが接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。図１に示す制御装置２２はマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、その出力側には、電動水ポンプ１２ａ、圧縮機１４の電動モータ２１、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ、電動送風ファン１７ａ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

なお、制御装置２２は、上記した各アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、制御装置２２のうち圧縮機１４の電動モータ２１の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を吐出能力制御手段２２ａ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂの作動を制御する構成を絞り開度制御手段２２ｂとする。もちろん、各制御手段２２ａ、２２ｂを別々の制御装置によって構成してもよい。

また、制御装置２２の入力側には、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ入口側の給湯水温度Ｔｗｉを検出する流体温度センサ２３、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側の冷媒温度Ｔｄｏを検出する高圧温度検出手段である高圧冷媒温度センサ２４、蒸発器１７において電気式膨張弁１６下流側の低圧冷媒と熱交換する外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ２５、蒸発器１７における低圧冷媒の蒸発温度Ｔｅを検出する蒸発温度センサ２６、圧縮機１４の吐出口１８ｄから電気式膨張弁１６の入口側へ至る冷媒の高圧圧力Ｐｄを検出する高圧圧力検出手段である高圧圧力センサ２８等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置２２へ入力される。

なお、本実施形態の蒸発温度センサ２６は、具体的に、蒸発器１７のフィン温度を検出しているが、もちろん、蒸発器１７出口側冷媒の温度を直接検出してもよいし、蒸発器１７出口側の冷媒配管の表面温度を検出してもよい。

また、本実施形態の高圧圧力センサ２８は、具体的に、圧縮機１４の吐出口１８ｄから吐出された冷媒圧力を検出しているが、圧縮機１４の吐出口１８ｄから電気式膨張弁１６の入口側へ至る高圧圧力を検出すればよい。

なお、高圧圧力検出手段を、圧縮機１４の吐出口１８ｄと水−冷媒熱交換器１５との間に配置すれば、冷媒通路１５ｂにおける圧力損失の影響を受けることなく圧縮機１４吐出冷媒の圧力をより正確に検出でき、一方、水−冷媒熱交換器１５と電気式膨張弁３の入口側との間に配置すれば、水−冷媒熱交換器１５にて放熱後の冷媒の圧力を検出できるので、高圧圧力検出手段に要求される耐熱性を低下させることができる。

さらに、制御装置２２の入力側には、操作パネル２７が接続され、給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置２２へ入力される。

次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動を図３、４に基づいて説明する。図３は、制御装置２２が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、ヒートポンプ式給湯機１０に外部から電源が供給された状態で、操作パネル２７の給湯機作動信号が制御装置２２に入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で操作パネル２７の操作信号および車両環境状態の信号、すなわちセンサ群２３〜２６等により検出された検出信号を読み込む。

次に、ステップＳ３へ進み、各種アクチュエータの制御状態がステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて決定される。本実施形態では、具体的に、電動水ポンプ１２ａ、電動モータ２１および電動送風ファン１７ａへ出力される制御信号（回転数制御信号）が決定される。

次に、ステップＳ４へ進み圧縮機１４から吐出された高圧冷媒の目標圧力Ｐｔが決定される。従って、このステップＳ４が本実施形態の目標圧力決定手段を構成する。ステップＳ４の詳細については、図４により説明する。

まず、ステップＳ４１では、流体温度センサ２３によって検出された給湯水温度Ｔｗｉが予め定めた設定値ＴｗｉＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ４１にて、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になっている場合は、ステップＳ４５へ進み、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になっていない場合は、ステップＳ４２へ進む。

次に、ステップＳ４２では、外気温センサ２５によって検出された外気温Ｔａｍが予め定めた設定値ＴａｍＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ４２にて、ＴａｍがＴａｍＡ以上になっている場合は、ステップＳ４５へ進み、ＴａｍがＴａｍＡ以上になっていない場合は、ステップＳ４３へ進む。

次に、ステップＳ４３では、蒸発温度センサ２６によって検出された蒸発温度Ｔｅが予め定めた設定値ＴｅＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ４３にて、ＴｅがＴｅＡ以上になっている場合は、ステップＳ４５へ進み、ＴｅがＴｅＡ以上になっていない場合は、ステップＳ４４へ進む。

すなわち、ステップＳ４１〜Ｓ４３において、給湯水温度Ｔｗｉ、外気温Ｔａｍおよび蒸発温度Ｔｅのうち、いずれも設定値ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ以上になっていない場合は、ステップＳ４４へ進む。また、ステップＳ４１〜Ｓ４３において、Ｔｗｉ、ＴａｍおよびＴｅの少なくとも１つ以上が、ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ以上になっている場合は、ステップＳ４５へ進む。

ステップＳ４４では、高圧冷媒温度センサ２４によって検出された冷媒温度Ｔｄｏに基づいて、予め記憶されている制御マップを参照して、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる目標圧力Ｐｔ（以下、このステップＳ４４で決定された目標圧力Ｐｔを通常時の目標圧力Ｐｔと呼ぶ。）を決定し、ステップＳ５へ進む。

一方、ステップＳ４５では、ステップＳ４４で決定される値よりも高い値の目標圧力Ｐｔ（以下、ステップＳ４５で決定された目標圧力Ｐｔを圧力差確保時の目標圧力Ｐｔと呼ぶ。）を決定し、ステップＳ５へ進む。ここで、ステップＳ４５における圧力差確保時の目標圧力Ｐｔの決定の詳細について、図５〜７により説明する。

まず、ステップＳ４１にて、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になっている場合は、ＴｗｉがＴｗｉＡ未満になっている場合に対して、圧縮機１４から吐出された高圧冷媒が水−冷媒熱交換器１５において放熱されにくくなるので、高圧冷媒の高圧圧力Ｐｄが上昇しやすくなる。

高圧圧力Ｐｄが上昇すると、後述するように、高圧圧力Ｐｄを目標高圧Ｐｔに近づけるため、電気式膨張弁１６の絞り開度が増加する。そのため、電気式膨張弁１６の出口側から圧縮機１４の吸入口１８ｃへ至る冷媒の低圧圧力（すなわち、吸入圧力Ｐｓ）も上昇し、前述の図１１で説明したように、高圧圧力Ｐｄと中圧圧力Ｐｍとの圧力差Ｐｄ−Ｐｍが縮小する。

そこで、図５の太線に示すような制御マップを参照して、破線で参考として示すように圧力差Ｐｄ−Ｐｍが予め定めた値以上となるように目標圧力Ｐｔを決定する。具体的には、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になったときは、Ｔｗｉの上昇に伴って目標圧力Ｐｔを上昇させる。

また、ステップＳ４２にて、ＴａｍがＴａｍＡ以上になっている場合は、ＴａｍがＴａｍＡ未満になっている場合に対して、蒸発器１７における冷媒蒸発温度が上昇し、圧縮機１４へ吸入される吸入冷媒の吸入圧力Ｐｓが上昇するので、高圧圧力Ｐｄと中圧圧力Ｐｍとの圧力差Ｐｄ−Ｐｍが縮小する。

そこで、図６の太線に示すような制御マップを参照して、破線で参考として示すように圧力差Ｐｄ−Ｐｍが予め定めた値以上となるように目標圧力Ｐｔを決定する。具体的には、ＴａｍがＴａｍＡ以上になったときは、Ｔａｍの上昇に伴って目標圧力Ｐｔを上昇させる。

また、ステップＳ４３にて、ＴｅがＴｅＡ以上なっている場合は、ＴｅがＴｅＡ未満になっている場合に対して、蒸発器１７における冷媒蒸発圧力が上昇して、吸入圧力Ｐｓが上昇するので、中圧圧力Ｐｍも上昇する。

そこで、図７の太線に示すような制御マップを参照して、破線で参考として示すように圧力差Ｐｄ−Ｐｍが予め定めた値以上となるように目標圧力Ｐｔを決定する。具体的には、ＴｅがＴｅＡ以上なったときは、Ｔｅの上昇に伴って目標圧力Ｐｔを上昇させる。

なお、上記の予め定めた値とは、第１圧縮機構１９における駆動トルクと第２圧縮機構における駆動トルク２０とのトルク差が、圧縮機１４の振動の増加および耐久性の悪化を招かない範囲の最低圧力差以上の値である。

さらに、ステップＳ４５では、図５〜７に示す制御マップを参照して得られた値のうち、最も低い値を圧力差Ｐｄ−Ｐｍを予め定めた値以上とするための目標圧力Ｐｔとする。もちろん、各マップを参照して得られた値の算術平均値や、各マップを参照して得られた値の寄与度を勘案した重み付け平均値を中圧圧力抑制時の目標圧力Ｐｔとしてもよい。

従って、本実施形態では、外気温Ｔａｍ、給湯水温度Ｔｗｉおよび蒸発温度Ｔｅが吸入冷媒圧力に相関を有する物理量となり、これらの物理量を検出する外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６が吸入圧力検出手段を構成している。

ステップＳ５では、高圧圧力センサ２８によって検出された高圧圧力ＰｄがステップＳ４で決定された目標圧力Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁１６の絞り開度（電動アクチュエータ１６ｂへ出力する制御信号）を決定する。次に、ステップＳ６へ進み、ステップＳ５で決定された制御状態が得られるように、制御装置２２より各種アクチュエータ１２ａ、２１、１７ａ、１６ａ等に対して制御信号が出力される。

次のステップＳ７では、操作パネル２７からの給湯機停止信号が制御装置２２へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、システムを停止させる。一方、給湯機停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻るようになっている。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、圧縮機１４から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂに流入して、電動水ポンプ１２ａによって貯湯タンク１１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク１１の上方側に貯留される。

この際、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒として代替フロン等を採用する場合に対して、高圧冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器１５において給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水温度を高温化することができる。

一方、水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧膨張される。電気式膨張弁１６にて減圧膨張された冷媒は、蒸発器５へ流入し、電動送風ファン１７ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器５から流出した冷媒は、アキュムレータ１７ｂへ流入して気液分離される。さらに、アキュムレータ１７ｂから流出した気相冷媒は、圧縮機１４へ吸入される。

本実施形態では、上記の如く作動するので、圧力差Ｐｄ−Ｐｍが適切な値になっていて圧縮機１４の振動の増加および耐久性の悪化を招かない通常時は、ＣＯＰが略最大となる通常時の目標圧力Ｐｔにてサイクルを運転できる。その結果、高いＣＯＰを発揮させながら、ヒートポンプサイクル１３を運転することができる。

一方、構成される吸入圧力検出手段の検出値が予め定めた設定値以上となったときは、通常時の目標高圧Ｐｔよりも高い値となる圧力差確保時の目標高圧Ｐｔにてサイクルを運転させる。その結果、高圧圧力Ｐｄを増加させることができるので、特許文献１に記載された従来技術に対して、サイクル構成を複雑化させることなく圧力差Ｐｄ−Ｐｍを適切な値に維持できる。

すなわち、図８のモリエル線図に示すように、通常時（図８の太実線）には高いＣＯＰを発揮させながら、ヒートポンプサイクル１３を運転させることができるとともに、吸入圧力Ｐｓが上昇して圧力差Ｐｄ−Ｐｍの縮小を抑制する必要がある圧力差確保時（図８の太破線）には圧力差Ｐｄ−Ｐｍを確実に適切な値に維持できる。

従って、第１圧縮機構１９における駆動トルクと第２圧縮機構２０における駆動トルクとのトルク差が増加してしまうことを回避して、圧縮機１４の振動の抑制、耐久性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、吸入圧力検出手段を外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６によって構成しているが、吸入圧力検出手段は、もちろん、吸入圧力Ｐｓを直接検出する吸入圧力センサで構成することができる。これに対し、本実施形態では、圧力センサよりも安価な温度センサによって吸入圧力検出手段を構成しているので、ヒートポンプ式給湯機１０全体としての製造コストの低減を図ることもできる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、吸入圧力検出手段の検出値が予め定めた設定値以上となったときに、これらの検出値の増加に伴って、高圧圧力Ｐｄを上昇させて、圧力差Ｐｄ−Ｐｍを適切な値に維持しているが、本実施形態では、ヒートポンプ式給湯機１０の作動を停止させて、確実に圧縮機１４の振動の抑制、耐久性の向上を図る例を説明する。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の全体構成は、第１実施形態と全く同様である。以下、本実施形態の作動を図９に基づいて説明する。図９は、制御装置２２が実行する制御処理を示すフローチャートである。なお、図９では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の図においても同様である。

まず、第１実施形態と同様に、ステップＳ１でフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で操作信号および検出信号を読み込み、ステップＳ３で各種アクチュエータ（電動水ポンプ１２ａ、電動モータ２１および電動送風ファン１７ａ）へ出力される制御信号が決定される。

次に、ステップＳ４’へ進み圧縮機１４から吐出された高圧冷媒の目標圧力Ｐｔが決定される。従って、本実施形態では、このステップＳ４’目標圧力決定手段を構成する。具体的には、第１実施形態のステップＳ４のステップＳ４４と同様に、高圧冷媒温度センサ２４によって検出された冷媒温度Ｔｄｏに基づいて、予め記憶されている制御マップを参照して、ＣＯＰが最大となる目標圧力Ｐｔを決定する。

ステップＳ５では、高圧圧力ＰｄがステップＳ４’で決定された目標圧力Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁１６の絞り開度（電動アクチュエータ１６ｂへ出力する制御信号）を決定する。

次に、ステップＳ５１へ進み、流体温度センサ２３によって検出された給湯水温度Ｔｗｉが予め定めた設定値ＴｗｉＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ５１にて、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になっている場合は、ステップＳ５４へ進み、ＴｗｉがＴｗｉＡ以上になっていない場合は、ステップＳ５２へ進む。

次に、ステップＳ５２では、外気温センサ２５によって検出された外気温Ｔａｍが予め定めた設定値ＴａｍＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ５２にて、ＴａｍがＴａｍＡ以上になっている場合は、ステップＳ５４へ進み、ＴａｍがＴａｍＡ以上になっていない場合は、ステップＳ５３へ進む。

次に、ステップＳ５３では、蒸発温度センサ２６によって検出された蒸発温度Ｔｅが予め定めた設定値ＴｅＡ以上になっているか否かを判定する。ステップＳ５３にて、ＴｅがＴｅＡ以上になっている場合は、ステップＳ５４へ進み、ＴｅがＴｅＡ以上になっていない場合は、ステップＳ６へ進む。

すなわち、第１実施形態のステップＳ４１〜Ｓ４３と同様に、ステップＳ５１〜Ｓ５３において、外気温Ｔａｍ、給湯水温度Ｔｗｉおよび蒸発温度Ｔｅのうち、いずれも設定値ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ以上になっていない場合は、ステップＳ６へ進む。一方、外気温Ｔａｍ、給湯水温度Ｔｗｉおよび蒸発温度Ｔｅの少なくとも１つ以上が、設定値ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ以上になっている場合は、ステップＳ５４へ進む。

ステップＳ５４では、圧力差Ｐｄ−Ｐｍを適切な値に維持できず、第１圧縮機構１９における駆動トルクと第２圧縮機構２０における駆動トルクとのトルク差が増加して、圧縮機１４の振動の増加、耐久性の悪化を招く状態になっているものとして、圧縮機１４の作動を停止させ、さらに、各種アクチュエータの作動を停止させて、システムを停止させる。なお、ステップＳ６以下は、第１実施形態と同様である。

以上の如く、本実施形態では、外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６によって構成される吸入圧力検出手段の検出値が予め定めた設定値以上となったときは、高圧圧力Ｐｄと中圧圧力Ｐｍとの圧力差Ｐｄ−Ｐｍを適切な値に維持できないものとして、ヒートポンプ式給湯機１０の作動を停止させる。

その結果、特許文献１に記載された従来技術に対して、サイクル構成を複雑化させることなく確実に圧縮機１４の振動の抑制、耐久性の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図１０の全体構成図に示すように、電気式膨張弁１６を廃止してエジェクタ３０を採用した例を説明する。エジェクタ３０は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側に接続されて、高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、減圧膨張された高速度の冷媒流により蒸発器１７下流側の冷媒を内部に吸引する冷媒循環手段でもある。

具体的には、エジェクタ３０は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側から流出した高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、冷媒を減圧させるノズル部３０ａと、ノズル部３０ａの冷媒噴射口と連通するように配置されて、蒸発機１７から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３０ｂを有している。

ノズル部３０ａは、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部であり、具体的には、ノズル部３０ａの内部に配置されてノズル部３０の絞り開度を調整するニードル弁３０ｃ、このニードル弁３０ｃをノズル部３０ａの軸方向に変位させるサーボモータからなる電動アクチュエータ３０ｄを有して構成される。

さらに、ノズル部３０ａおよび冷媒吸引口３０ｂの冷媒流れ下流側には、ノズル部３０ａから噴射する高速度の冷媒流と冷媒吸引口３０ｂからの吸引された吸引冷媒とを混合する混合部３０ｅを有し、混合部３０ｅの冷媒流れ下流側には昇圧部をなすディフューザ部３０ｆを有している。

ディフューザ部３０ｆは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。

エジェクタ３０の下流側（具体的には、ディフューザ部３０ｆの出口側）には、アキュムレータ１７ｂが接続されている。本実施形態のアキュムレータ１７ｂは液相冷媒出口を有しており、この液相冷媒出口は、蒸発機１７の冷媒入口側に接続されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。本実施形態において制御装置２２が実行する制御処理は、基本的に、第１実施形態と同様である。本実施形態では、減圧手段としてエジェクタ３０を採用しているので、絞り開度制御手段２０ｂは、エジェクタ３０の電動アクチュエータ３０ｄに対して、第１実施形態の電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂと同様の制御信号を出力する。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、第１実施形態と同様に、圧縮機１４から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂに流入して、電動水ポンプ１２ａによって貯湯タンク１１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱される。

一方、水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、エジェクタ３０のノズル部３０ａに流入して、等エントロピ的に減圧膨張する。この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて、冷媒がノズル部３０ａの冷媒噴射口から高速度の冷媒流となって噴出する。この際、高速度の冷媒流の吸引作用により、冷媒吸引口３０ｂから蒸発機１７下流側の冷媒が吸引される。

さらに、混合部３０ｅにおいて、ノズル部３０ａの冷媒噴射口から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口３０ｂから吸引された吸引冷媒が混合され、ディフューザ部３０ｆに流入する。このディフューザ部３０ｆでは通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。

エジェクタ３０のディフューザ部３０ｆから流出した冷媒は、アキュムレータ１７ｂへ流入して、気相冷媒と液相冷媒に分離される。アキュムレータ１７ｂにて分離された液相冷媒は、蒸発器１７に流入して、電動送風ファン１７ａから送風された外気から吸熱して蒸発し、エジェクタ３０の冷媒吸引口３０ｂから吸引される。一方、アキュムレータ１７ｂにて分離された気相冷媒は、圧縮機１４へ吸入される。

本実施形態では、上記の如く作動するので、第１実施形態と同様に、吸入圧力検出手段（外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６）の検出値が予め定めた設定値以上となったときに、通常時の目標高圧Ｐｔよりも高い値となる圧力差確保時の目標高圧Ｐｔにてサイクルを運転させるので、高圧圧力Ｐｄを上昇させて、圧力差Ｐｄ−Ｐｍを確実に適切な値に維持できる。

その結果、第１実施形態と全く同様に、特許文献１に記載された従来技術に対して、サイクル構成を複雑化させることなく確実に圧縮機１４の振動の抑制、耐久性の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、減圧手段として、エジェクタ３０を採用しているので、ディフューザ部３０ｆの昇圧作用によって、圧縮機１４の吸入冷媒を上昇させて圧縮機１４の駆動動力を低減させることができる。その結果、より一層、通常時のＣＯＰを上昇させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、吸入圧力検出手段を外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６によって構成しているが、吸入圧力検出手段の構成はこれに限定されない。例えば、外気温センサ２５、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６のうちいずれか１つによって構成してもよい。

なお、本発明者らの検討によれば、流体温度センサ２３および外気温センサ２５の組み合わせ、あるいは、流体温度センサ２３および蒸発温度センサ２６の組み合わせで吸入圧力検出手段を構成すれば、圧力差Ｐｄ−Ｐｍが最低圧力差未満になってしまうことを充分に検出できる。

（２）上述の第１実施形態では、絞り開度制御手段２２ｂが電気式膨張弁１６の絞り開度（弁体１６ａの開度）を制御することによって、高圧圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔに近づける例を説明したが、吐出能力制御手段２２ａが圧縮機１４の冷媒吐出能力（電動モータ２１の回転数）を制御することによって、高圧圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔに近づけるようにしてもよい。

さらに、ステップＳ５では、高圧圧力センサ２８によって検出された高圧圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁１６の絞り開度を決定したが、例えば、圧縮機１４吐出冷媒の温度から高圧圧力Ｐｄを推定して、この推定値が目標圧力Ｐｔに近づくようにしてもよい。

さらに、高圧圧力Ｐｄは、外気温Ｔａｍ、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ出口側の沸き上げ温度Ｔｗｏ、水通路１５ａ入口側の給湯水温度Ｔｗｉ、圧縮機１４の回転数Ｎｃの少なくとも１つを用いて推定してもよい。

（３）上述の第３実施形態では、制御装置２２が第１実施形態と同様の制御処理を実行する例を説明したが、第３実施形態の全体構成において、第２実施形態、他の実施形態で説明した制御処理を実行してもよい。

（４）上述の第２実施形態では、減圧手段として、その作動が電気的に制御される電気式膨張弁１６を採用した例を説明したが、機械的機構によって弁開度（絞り開度）を調整可能に構成された圧力制御弁を採用してもよい。

具体的には、圧力制御弁としては、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂの出口側に設けられた感温部を有し、この感温部の内部に冷媒通路１５ｂ出口側冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部の内圧と冷媒通路１５ｂ出口側冷媒圧力（高圧圧力Ｐｄ）とのバランスで弁開度を調整する構成を採用できる。

この種の圧力制御弁では、感温部に封入する感温媒体の種類、封入量によって、冷媒通路１５ｂ出口側冷媒の温度に対応した目標高圧Ｐｔを決定できる。従って、圧力制御弁を採用する冷凍サイクル装置では、感温部が目標圧力決定手段を構成する。なお、この種の圧力制御弁の詳細構成は、特開２０００−８１１５７号公報等を参照することができる。

このような圧力制御弁を採用する冷凍サイクル装置であっても、第２実施形態のように、吸入圧力検出手段２３、２５、２６によって検出された検出値Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅが予め定めた設定値ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ以上になったときに、圧縮機１４の作動を停止させればよい。

（５）上述の実施形態では、高圧冷媒温度センサ２４によって検出された冷媒温度Ｔｄｏに基づいて、ＣＯＰが略最大となるように、通常時の目標圧力Ｐｔを決定しているが、高圧冷媒温度センサ２４を廃止して、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側の高圧圧力Ｐｄを直接検出する高圧圧力センサを採用して、この高圧圧力センサの検出値に基づいて、ＣＯＰが略最大となる目標圧力Ｐｔを決定してもよい。

さらに、高圧圧力センサを採用する場合のように、高圧圧力Ｐｄを検出できる場合は、吸入圧力検出手段によって検出された値から吸入圧力Ｐｓを導き、さらに吸入圧力Ｐｓから中圧圧力Ｐｍを導出し、高圧圧力Ｐｄと中圧圧力Ｐｍとの圧力差Ｐｄ−Ｐｍを直接算出してもよい。そして、直接算出された圧力差Ｐｄ−Ｐｍが、適切な値となるように制御してもよい。

（６）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機１０に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されず、低圧冷媒が吸熱した熱量を高圧冷媒に放熱させる冷凍サイクル装置に広く適用可能である。例えば、ヒートポンプ式床暖房装置等にも適用できる。この場合は床暖房用ＬＬＣが熱交換対象流体となる。

第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 第１実施形態の２段昇圧式圧縮機の断面図である。 第１実施形態の制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の制御装置の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第１実施形態の外気温および目標圧力に関する制御マップの説明図である。 第１実施形態の給湯水温度および目標圧力に関する制御マップの説明図である。 第１実施形態の蒸発温度および目標圧力に関する制御マップの説明図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの作動を示すモリエル線図である。 第２実施形態の制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 ２段昇圧式圧縮機の吸入圧力、中圧圧力、高圧圧力、圧力差の関係を示すグラフである。

符号の説明

１４ 圧縮機
１５ 水−冷媒熱交換器
１６ 電気式膨張弁
１７ 蒸発器
１９ 第１圧縮機構
２０ 第２圧縮機構
２２ａ 吐出能力制御手段
２２ｂ 絞り開度制御手段
２３ 外気温センサ
２４ 高圧冷媒温度センサ
２５ 流体温度センサ
２６ 蒸発温度センサ
２８ 高圧圧力センサ
３０ エジェクタ
Ｓ４ 目標圧力決定手段

Claims (11)

1. 冷媒を吸入して圧縮する第１圧縮機構（１９）および前記第１圧縮機構（１９）にて昇圧された中圧冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（２０）を有する２段昇圧式圧縮機（１４）と、
   前記２段昇圧式圧縮機（１４）から吐出された冷媒の有する熱量を熱交換対象流体に放熱させる放熱器（１５）と、
   前記放熱器（１５）から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６、３０）と、
   前記減圧手段（１６、３０）にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、
   前記２段昇圧式圧縮機（１４）吐出口から前記減圧手段（１６、３０）入口へ至る高圧冷媒の高圧圧力（Ｐｄ）の目標圧力（Ｐｔ）を決定する目標圧力決定手段（Ｓ４）とを備え、
   前記高圧冷媒の高圧圧力（Ｐｄ）が、前記目標圧力（Ｐｔ）に近づくように制御される冷凍サイクル装置であって、
   さらに、前記高圧圧力（Ｐｄ）を検出する高圧圧力検出手段（２８）と、
   前記２段昇圧式圧縮機（１４）に吸入される冷媒の吸入圧力（Ｐｓ）に相関を有する物理量を検出する吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）を備え、
   前記吸入圧力検出手段（２３、２５、２６）によって検出された検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、前記高圧圧力（Ｐｄ）と前記中圧冷媒の中圧圧力（Ｐｍ）との圧力差（Ｐｄ−Ｐｍ）が予め定めた値以上となるように前記高圧圧力（Ｐｄ）を上昇させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. さらに、前記高圧冷媒の温度を検出する高圧温度検出手段（２４）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記目標圧力決定手段（Ｓ４）は、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、前記目標圧力（Ｐｔ）を上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記２段昇圧式圧縮機（１４）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御手段（２２ａ）を備え、
   前記吐出能力制御手段（２２ａ）は、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、前記冷媒吐出能力を増加させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記減圧手段（１６、３０）の絞り開度を制御する絞り開度制御手段（２２ｂ）を備え、
   前記絞り開度制御手段（２２ｂ）は、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）が予め定めた設定値（ＴａｍＡ、ＴｗｉＡ、ＴｅＡ）以上になったときに、前記検出値（Ｔａｍ、Ｔｗｉ、Ｔｅ）の増加に伴って、前記絞り開度を縮小させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記吸入圧力検出手段は、前記放熱器（１５）において前記高圧冷媒と熱交換する前記熱交換対象流体の温度（Ｔｗｉ）を検出する流体温度センサ（２３）によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記吸入圧力検出手段は、前記蒸発器（１７）において前記低圧冷媒と熱交換する室外空気の外気温（Ｔａｍ）を検出する外気温センサ（２５）によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記吸入圧力検出手段は、前記蒸発器（１７）における前記低圧冷媒の蒸発温度（Ｔｅ）を検出する蒸発温度センサ（２６）によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載に冷凍サイクル装置。
9. 前記減圧手段は、前記高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（３０ａ）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒を内部に吸引して、吸引された冷媒と前記高速度の冷媒流を混合して昇圧させるエジェクタ（３０）にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記熱交換対象流体は、水であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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