(57)【要約】【課題】通常のサイクル及びガスインジェクションサイクルのそれぞれにおいて高効率を発揮できる冷凍サイクルを備えた給湯装置を提供する。【解決手段】制御装置１００は、ヒートポンプサイクル９及び第２の膨張弁６の作動を制御して、冷媒がヒートポンプサイクル９を循環する通常のサイクル運転と冷媒がヒートポンプサイクル９及びガスインジェクションサイクル８の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする。制御装置１００は、外気温度が予め定められた外気判定温度以下である場合に、さらに、放熱器２を流通する給水、またはヒートポンプサイクル９を循環する冷媒が予め定められたガスインジェクション判定条件を満たすときは、ガスインジェクションサイクル運転を実施する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧の冷媒を吸入する低圧吸入部（１ａ）と中間圧のガス冷媒を吸入する中間圧吸入部（１ｂ）とを有する圧縮機（１）、前記圧縮機から吐出された冷媒と循環回路（４１）を流れる水とを熱交換して当該水を加熱する放熱器（２）、前記放熱器の下流側で冷媒を減圧する第１の減圧装置（４）、前記減圧された冷媒を蒸発する蒸発器（５）を環状に接続して構成される冷凍サイクル装置（９）と、
前記放熱器と前記第１の減圧装置との間から分岐して前記中間圧吸入部（１ｂ）に接続されるガスインジェクション流路（８ａ）を含むガスインジェクションサイクル（８）と、
前記ガスインジェクション流路（８ａ）を流れる前記冷媒を減圧する第２の減圧装置（６）と、
前記冷凍サイクル装置（９）及び前記第２の減圧装置（６）の作動を制御して、冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）を循環する通常のサイクル運転と冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）及び前記ガスインジェクションサイクル（８）の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする制御装置（１００）と、
を備え、
前記制御装置（１００）は、外気温度が予め定められた外気判定温度以下である場合に、さらに、前記放熱器（２）を流通する給水、または前記冷凍サイクル装置を循環する前記冷媒が予め定められたガスインジェクション判定条件を満たすときは、前記ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記所定のガスインジェクション判定条件は、前記放熱器（２）に流入する給水温度が予め定められた給水判定温度以上であるときに満たされることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記所定のガスインジェクション判定条件は、前記放熱器（２）出口の冷媒の温度が予め定められた高圧冷媒判定温度以上であるときに満たされることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
低圧の冷媒を吸入する低圧吸入部（１ａ）と中間圧のガス冷媒を吸入する中間圧吸入部（１ｂ）とを有する圧縮機（１）、前記圧縮機から吐出された冷媒と循環回路（４１）を流れる水とを熱交換して当該水を加熱する放熱器（２）、前記放熱器の下流側で冷媒を減圧する第１の減圧装置（４）、前記減圧された冷媒を蒸発する蒸発器（５）を環状に接続して構成される冷凍サイクル装置（９）と、
前記放熱器と前記第１の減圧装置との間から分岐して前記中間圧吸入部（１ｂ）に接続されるガスインジェクション流路（８ａ）を含むガスインジェクションサイクル（８）と、
前記ガスインジェクション流路（８ａ）を流れる前記冷媒を減圧する第２の減圧装置（６）と、
前記冷凍サイクル装置（９）及び前記第２の減圧装置（６）の作動を制御して、冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）を循環する通常のサイクル運転と冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）及び前記ガスインジェクションサイクル（８）の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする制御装置（１００）と、
を備え、
前記制御装置（１００）は、前記放熱器（２）に流入する給水温度が予め定められた給水判定温度以上である場合で、かつ前記蒸発器（５）出口の冷媒の温度が予め定められた低圧冷媒判定温度以下であるときに、前記ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする給湯装置。
【請求項５】
低圧の冷媒を吸入する低圧吸入部（１ａ）と中間圧のガス冷媒を吸入する中間圧吸入部（１ｂ）とを有する圧縮機（１）、前記圧縮機から吐出された冷媒と循環回路（４１）を流れる水とを熱交換して当該水を加熱する放熱器（２）、前記放熱器の下流側で冷媒を減圧する第１の減圧装置（４）、前記減圧された冷媒を蒸発する蒸発器（５）を環状に接続して構成される冷凍サイクル装置（９）と、
前記放熱器と前記第１の減圧装置との間から分岐して前記中間圧吸入部（１ｂ）に接続されるガスインジェクション流路（８ａ）を含むガスインジェクションサイクル（８）と、
前記ガスインジェクション流路（８ａ）を流れる前記冷媒を減圧する第２の減圧装置（６）と、
前記冷凍サイクル装置（９）及び前記第２の減圧装置（６）の作動を制御して、冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）を循環する通常のサイクル運転と冷媒が前記冷凍サイクル装置（９）及び前記ガスインジェクションサイクル（８）の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする制御装置（１００）と、
を備え、
前記制御装置（１００）は、前記放熱器（２）に流入する給水温度が予め定められた給水判定温度以上である場合で、かつ前記蒸発器（５）の冷媒の圧力が予め定められた低圧冷媒判定圧力以下であるときに、前記ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする給湯装置。
【請求項６】
前記放熱器と前記第１の減圧装置の間を流れる前記冷媒と前記蒸発器と前記圧縮機の間を流れる前記冷媒とを熱交換する第１の内部熱交換器（３）と、
前記放熱器と前記第１の内部熱交換器の間を流れる前記冷媒と、前記ガスインジェクション流路（８ａ）において前記第２の減圧装置と前記圧縮機の間を流れる前記冷媒とを熱交換する第２の内部熱交換器（７）と、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機にガス冷媒をインジェクションするガスインジェクションサイクルを有する冷凍サイクルを備えた給湯装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のガスインジェクションの機能を有する冷凍サイクルとして、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の従来技術は、低段側圧縮機と高段側圧縮機を備えた二段圧縮式冷凍サイクル装置において、低段側圧縮機の吐出側と高段側圧縮機の吸入側とを接続する配管の途中と受液器とを接続したガスインジェクション配管を備え、受液器の飽和ガス冷媒を高段側圧縮機に吸入させるものである。このようなガスインジェクションの機能を有する冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルの効率向上に貢献し、特に寒冷地等での暖房負荷対策に有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７‐１０２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術では、ガスインジェクションサイクル運転は冷房または暖房運転時に行われる。しかしながら、当該従来技術を暖房装置及び給湯装置に適用した場合、例えば、外気温度が高く、沸き上げられる給水温度が低いときにガスインジェクションサイクル運転が行われると、圧縮機の吐出冷媒温度が下がってしまう。このため、加熱能力を確保できず、例えば、高い暖房能力を得ることや、高温の給湯水に沸き上げることが困難になり、ガスインジェクションサイクル運転が適さない状況で実施されてしまうことによる効率の悪化という問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、通常のサイクル及びガスインジェクションサイクルのそれぞれにおいて高効率を発揮できる冷凍サイクルを備えた給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の給湯装置に係る発明は、低圧の冷媒を吸入する低圧吸入部（１ａ）と中間圧のガス冷媒を吸入する中間圧吸入部（１ｂ）とを有する圧縮機（１）、圧縮機から吐出された冷媒と循環回路（４１）を流れる水とを熱交換して当該水を加熱する放熱器（２）、放熱器の下流側で冷媒を減圧する第１の減圧装置（４）、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器（５）を環状に接続して構成される冷凍サイクル装置（９）と、放熱器と第１の減圧装置との間から分岐して中間圧吸入部（１ｂ）に接続されるガスインジェクション流路（８ａ）を含むガスインジェクションサイクル（８）と、ガスインジェクション流路（８ａ）を流れる冷媒を減圧する第２の減圧装置（６）と、冷凍サイクル装置（９）及び第２の減圧装置（６）の作動を制御して、冷媒が冷凍サイクル装置（９）を循環する通常のサイクル運転と冷媒が冷凍サイクル装置（９）及びガスインジェクションサイクル（８）の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする制御装置（１００）と、を備え、
制御装置（１００）は、外気温度が予め定められた外気判定温度以下である場合に、さらに、放熱器（２）を流通する給水、または冷凍サイクル装置を循環する冷媒が予め定められたガスインジェクション判定条件を満たすときは、ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、外気温度が外気判定温度以下の低温度であるときであって、さらに所定のガスインジェクション判定条件が満たされている使用状況であるときに限り、ガスインジェクションサイクル運転を実施することができる。これにより、給湯装置は、通常のサイクル及びガスインジェクションサイクルのそれぞれにおいて高効率を発揮できる運転切替えを実施することができる。したがって、ガスインジェクションサイクル運転は暖房能力及び効率面から有利な効果を発揮する条件のときだけに実施されて、これ以外のときには通常のサイクル運転により暖房、給湯を行うため、能力を最大限に発揮する給湯装置が得られる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、所定のガスインジェクション判定条件は、放熱器（２）に流入する給水の温度が予め定められた給水判定温度以上であるときに満たされることを特徴とする。この発明によれば、ガスインジェクションサイクル運転の得意とする領域を簡便な判定により適切に検出することができ、最適サイクルの運転制御に寄与する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、所定のガスインジェクション判定条件は、放熱器（２）出口の冷媒の温度が予め定められた高圧冷媒判定温度以上であるときに満たされることを特徴とする。この発明によれば、ガスインジェクションサイクル運転の得意とする領域を、放熱器出口の冷媒温度を判定パラメータとする簡便な判定により適切に検出することができ、最適サイクルの運転制御に寄与する。さらに、冷媒の高圧側に関連する放熱器出口の冷媒温度を用いた制御が行われるため、給湯装置における制御プログラム仕様の製作容易性に貢献できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、制御装置（１００）は、放熱器（２）に流入する給水温度が予め定められた給水判定温度以上である場合で、かつ蒸発器（５）出口の冷媒の温度が予め定められた低圧冷媒判定温度以下であるときに、ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする。この発明によれば、ガスインジェクションサイクル運転の得意とする領域を、蒸発器出口の冷媒温度を判定パラメータとする簡便な判定により適切に検出することができ、最適サイクルの運転制御に寄与する。さらに、冷媒の低圧側に関連する蒸発器出口の冷媒温度を用いた制御が行われるため、ガスインジェクションサイクルの得意な状況をより明確に検出し易い制御プログラム仕様を製作できる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によると、制御装置（１００）は、放熱器（２）に流入する給水温度が予め定められた給水判定温度以上である場合で、かつ蒸発器（５）の冷媒の圧力が予め定められた低圧冷媒判定圧力以下であるときに、ガスインジェクションサイクル運転を実施することを特徴とする。この発明によれば、ガスインジェクションサイクル運転の得意とする領域を、蒸発器の冷媒圧力を判定パラメータとする簡便な判定により適切に検出することができ、最適サイクルの運転制御に寄与する。さらに、低圧側に関連する蒸発器の冷媒圧力を用いた制御が行われるため、冷媒温度を用いる場合よりも、ガスインジェクションサイクルの得意な状況を明確に検出可能な制御プログラム仕様を製作できる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、放熱器と第１の減圧装置の間を流れる冷媒と蒸発器と圧縮機の間を流れる冷媒とを熱交換する第１の内部熱交換器（３）と、
放熱器と第１の内部熱交換器の間を流れる冷媒と、ガスインジェクション流路（８ａ）において第２の減圧装置と圧縮機の間を流れる冷媒とを熱交換する第２の内部熱交換器（７）と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、高圧の冷媒と低圧の冷媒とを熱交換する第１の内部熱交換器を備えることにより、低圧の冷媒を加熱して効率向上を図り、さらに放熱器を流出する冷媒と熱交換する第２の内部熱交換器を備えることにより、蒸発器でのエンタルピ差を拡大できるので効率（ＣＯＰ）向上に寄与する。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用する第１実施形態の給湯装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】第１実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。
【図３】第２実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。
【図４】第３実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。
【図５】第４実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態の給湯装置の概略構成を示す構成図である。図２は、第１実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の給湯装置は、加熱装置であるヒートポンプユニット１０と、ヒートポンプユニット１０による加熱運転を活用して給湯及び暖房を行うタンクユニット４０と、から主に構成されるシステムである。
【００１９】
つまり、浴槽やシャワーなどへ出湯するとき、または床暖房パネル４８による暖房時には、ヒートポンプユニット１０によってタンクユニット４０のタンク４０ａに貯めた湯の熱量を使用し、タンク４０ａ内の湯を温調して出湯したり、タンク４０ａ内の湯を床暖房パネル４８の温水路に供給して床暖房を行ったりする。そして、給湯装置は、昼間の電気料金よりも安価な料金体系である所定の安価料金時間帯（例えば、深夜料金時間帯）に実施する加熱運転の活用により、省エネルギー性を優先しつつ、ユーザーの要望を満たした熱量をタンク４０ａに貯える。
【００２０】
ヒートポンプユニット１０は、冷凍サイクル装置の一例であるヒートポンプサイクル９と、ガスインジェクションサイクル８とを含んで構成され、ＣＯ２を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルである。ヒートポンプサイクル９は、低圧の冷媒を吸入する低圧吸入部１ａと中間圧のガス冷媒を吸入する中間圧吸入部１ｂとを有する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された冷媒とタンク４０ａと接続された加熱用循環回路４１を流れる水とを熱交換して当該水を加熱する放熱器２と、放熱器２の下流側で冷媒を減圧する第１の膨張弁４（第１の減圧装置）と、第１の膨張弁４で減圧された冷媒を蒸発する蒸発器５と、を環状に接続して構成される。ガスインジェクションサイクル８は、放熱器２と第１の膨張弁４との間から分岐して圧縮機１の中間圧吸入部１ｂに接続されるガスインジェクション流路８ａを含む回路である。ガスインジェクション流路８ａには、ガスインジェクション流路８ａを流れる冷媒を減圧する第２の膨張弁６（第２の減圧装置）が設けられている。
【００２１】
さらにヒートポンプサイクル９には、放熱器２と第１の膨張弁４の間を流れる冷媒と蒸発器５と圧縮機１の間を流れる冷媒とを熱交換する第１の内部熱交換器３が設けられている。さらにヒートポンプユニット１０には、放熱器２と第１の内部熱交換器３の間を流れる冷媒と、ガスインジェクション流路８ａにおいて第２の膨張弁６と圧縮機１の間を流れる冷媒とを熱交換する第２の内部熱交換器７が設けられている。また、蒸発器５は、冷媒と外気とを熱交換する構成であり、外気を送風するファン（図示せず）がその近傍に配設されている。
【００２２】
ヒートポンプユニット１０の室外機の外郭またはその近傍には外気温度センサ２７を設け、ヒートポンプユニット１０周囲の外気温度を検出する。ヒートポンプサイクル９は、各設置場所における冷媒温度を検出するセンサ２１〜２４を備えている。すなわち、冷媒吐出温度センサ２３は、圧縮機１の出口側流路に設けられ、圧縮機１から吐出される吐出冷媒温度を検出する。放熱器出口冷媒温度センサ２１は、放熱器２の出口側流路に設けられ、放熱器２を流出した冷媒温度を検出する。蒸発器出口冷媒温度センサ２２は、蒸発器５の出口側流路に設けられ、蒸発器５を流出した冷媒温度を検出する。中間圧冷媒温度センサ２４は、圧縮機１の中間圧吸入部１ｂの入口側に設けられ、圧縮機１に吸入される中間圧力の冷媒温度あるいはガスインジェクションサイクル８で第２の膨張弁６で減圧されたガス冷媒の温度を検出する。
【００２３】
また、冷媒吐出圧力センサ３０は、圧縮機１の出口側流路に設けられ、圧縮機１から吐出される吐出冷媒圧力を検出する。蒸発器圧力センサ３１は、蒸発器５出口に設けられ、蒸発器５を流れる冷媒圧力を検出する。中間圧冷媒圧力センサ３２は、圧縮機１の中間圧吸入部１ｂの入口側に設けられ、圧縮機１に吸入される中間圧力の冷媒圧力あるいはガスインジェクションサイクル８で第２の膨張弁６で減圧されたガス冷媒の圧力を検出する。
【００２４】
タンク４０ａは耐食性に優れた金属製のタンクであり、その外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。タンク４０ａの外壁面には、貯湯水の湯量、貯湯温度を検出するためのセンサである複数個のタンクサーミスタ２６が設けられており、複数個のタンクサーミスタ２６は縦方向にほぼ等間隔で最上部から順に配設されている。これらのタンクサーミスタ２６の検出温度信号は、それぞれ制御装置１００の入力回路に入力されるようになっており、各水位レベルでのタンク内流体の温度や湯量を検出可能である。したがって、制御装置１００は、タンクサーミスタ２６からの温度情報に基づいて、タンク４０ａ内上方の沸き上げられた湯とタンク４０ａ内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出でき、タンク４０ａ内における所定水位の温度及び湯量の検出結果を所定のプログラムで演算することにより、タンク４０ａ内に蓄えられている熱量を算出することができる。
【００２５】
また、タンク４０ａには、タンク４０ａの内部に水道水を供給するための給水管４５と、放熱器２とタンク４０ａの内部とを接続する回路でヒートポンプユニット１０により加熱された湯が循環する加熱用循環回路４１と、給湯端末に繋がる給湯管４６等からなる配管系統と、が接続されている。
【００２６】
加熱用循環回路４１は、タンク４０ａの上部及び下部と放熱器２の水流通路とを接続してなる回路であり、タンク４０ａ内の水を強制的に循環させるポンプ４２と、暖房用循環回路４７との流路切替え部位にタンク４０ａ内の貯湯水の流れ経路を切り替えることが可能な三方弁４３，４４と、を備えている。さらに放熱器給水温度センサ２５は、加熱用循環回路４１における放熱器２の入口側流路に設けられ、タンク４０ａから放熱器２に供給される給水の温度を検出する。放熱器出口水温センサ２０は、加熱用循環回路４１における放熱器２の出口側流路に設けられ、放熱器２で加熱されてタンク４０ａに戻される水温を検出する。
【００２７】
暖房用循環回路４７は、タンク４０ａの上部及び下部と床暖房パネル４８の温水路とを接続してなる回路であり、タンク４０ａ内の貯湯水を強制的に循環させるポンプ４９と、を備えている。床暖房を行うときには、タンク４０ａ内の貯湯水を暖房用循環回路４７に循環させるために、三方弁４３と三方弁４４は、ともに加熱用循環回路４１側の通路を閉じて暖房用循環回路４７側の通路を開く。逆に、タンク４０ａ内の貯湯水をヒートポンプユニット１０によって加熱して貯えるときには、タンク４０ａ内の貯湯水を加熱用循環回路４１に循環させるために、三方弁４３と三方弁４４は、ともに加熱用循環回路４１側の通路を開いて暖房用循環回路４７側の通路を閉じる。
【００２８】
給湯装置は各種運転を制御する制御装置１００を備えている。制御装置１００は、各種のセンサ類２０〜２７，３０〜３２等の検出信号、リモートコントローラ５０上の各種スイッチからの信号等が入力される入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算結果に基づいて給湯装置を構成する各装置を制御する制御信号を出力する出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、各サーミスタの検出データ、各種演算結果等を記憶する記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵し、予め設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有する。
【００２９】
制御装置１００は、制御信号をヒートポンプユニット１０及びタンクユニット４０に送信することにより、圧縮機１の吐出容量、第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度、三方弁４３，４４の通路の開閉、ポンプ４２，４９による流量等を制御するとともに、各ユニット１０，４０の作動状態を受信する。制御装置１００は、後述する通常のサイクル運転、ガスインジェクションサイクル運転、タンク４０ａへの貯湯水を貯える加熱運転、給湯運転、床暖房運転の制御等を実施する。
【００３０】
次に、給湯装置の運転動作について説明する。まず、第２の膨張弁６を閉とする通常のサイクル運転について説明する。通常のサイクル運転は、ヒートポンプサイクル９を循環する冷媒流れは形成される運転であり、外気温度が例えば７℃よりも高いか、タンク４０ａ内から放熱器２に給水される給水温度（以下、単に給水温度と称する）が例えば３５℃未満であるかの少なくとも一つを満たすときに実施される運転である。通常のサイクル運転では第２の膨張弁６を閉とし、圧縮機１の中間圧吸入部１ｂにガスインジェクションサイクル８を通ってガス冷媒がインジェクションされない運転である。
【００３１】
圧縮機１に吸入された冷媒は、高圧冷媒となって吐出し、放熱器２で加熱用循環回路４１側へ放熱して温度低下する。このとき高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。冷媒から放熱された熱を負荷側である加熱用循環回路４１の水に与えることで給湯用水の加熱を行う。加熱後に放熱器２から流出した高圧低温の冷媒は、第１の内部熱交換器３を通過し、蒸発器５を流出した低圧の冷媒と熱交換して冷却される。
【００３２】
第１の内部熱交換器３を通過した高圧冷媒は、第１の膨張弁４で低圧気液二相の状態に減圧される。減圧された冷媒は蒸発器５に流入し、そこでヒートポンプユニット１０外の空気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器５を出た低圧冷媒は第１の内部熱交換器３を通過して、高圧側流路を通過する高圧冷媒と熱交換して過熱ガス化された後、圧縮機１に吸入されて循環し、通常のサイクルを形成する。
【００３３】
一方、外気温度が例えば７℃以下であり、かつ給水温度が例えば３５℃以上であるときにはガスインジェクションサイクル８に冷媒を流通させるように運転する。これをガスインジェクション運転と称する。この運転では、第２の膨張弁６を開にし、圧縮機１の中間圧吸入部１ｂにガスインジェクション流路８ａを通ってガス冷媒がインジェクションされる運転である。
【００３４】
ガスインジェクションサイクル運転時には、放熱器２を流出した冷媒の一部がガスインジェクション流路８ａに分岐し、第２の膨張弁６で中間圧力まで減圧されて気液二相状態となり、第２の内部熱交換器７を通過して放熱器２を流出した高圧の冷媒と熱交換して加熱されてガス冷媒となって圧縮機１の中間圧吸入部１ｂに流入する。そして、中間圧吸入部１ｂに流入したガス冷媒は、圧縮機１の低圧吸入部１ａから吸入された冷媒と合流し、圧縮機１で圧縮される。
【００３５】
このようにガスインジェクションサイクル運転時には、圧縮機１は、低圧の冷媒と中間圧の冷媒とを吸入するため、圧縮機１の吸入圧力が上昇し、圧縮仕事量を小さくすることに寄与する。したがって、ヒートポンプサイクルのＣＯＰ（効率）が向上するので、例えば、圧縮仕事量を等しくすれば、放熱器２での放熱能力を向上させることができ、暖房能力等の向上が図れる。また、第２の内部熱交換器７では、放熱器２を流出する高圧の冷媒とガス冷媒とが熱交換することにより、蒸発器５でのエンタルピ差を拡大でき、効率向上が図れる。
【００３６】
また、加熱用循環回路４１側において、放熱器２で冷媒から放熱された熱は、ポンプ４２によりタンク４０ａの下部から導かれて放熱器２の加熱用循環回路４１側へ搬送される水などの負荷側媒体に与えられる。ここで加熱された負荷側媒体はタンク４０ａの上部へ流入し、タンク４０ａ内部に蓄熱される。
【００３７】
上記構成の給湯装置の制御動作について図２を参照して説明する。図２は、給湯装置における運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。図２に示す各ステップは制御装置１００によって実行される。まず、ステップ１０では、外気温度センサ２７で検出した外気温度Ｔｏａが予め設定された外気判定温度ＫＴｏａ以下（例えば、７℃以下）であることと、放熱器給水温度センサ２５で検出した給水温度Ｔｗｉが予め設定された給水判定温度ＫＴｗｉ以上（例えば、３５℃以上）であること（ガスインジェクション判定条件の一つ）の両方が満たされているか否かを判定する。ステップ１０は、現状況がガスインジェクションサイクルによる効率向上が図れる得意な運転状況であるか否かを判定してガスインジェクションサイクル運転実施の可否を決定するステップである。
【００３８】
そして、ステップ１０でいずれか一つの条件でも成立していない、つまり「ＮＯ」と判定すると、上記の通常のサイクル運転を実施することに決定し、第２の膨張弁６は全閉し、第１の膨張弁４の開度を制御する（ステップ２０）。
【００３９】
そして、ステップ１０で両方の条件が成立している、つまり「ＹＥＳ」と判定すると、上記のガスインジェクションサイクル運転を実施するように、第２の膨張弁６を開き、第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度を制御する（ステップ３０）。以降、本制御が継続している間は、制御装置１００は、ステップ１０の判定を継続的に実行して、ステップ１０での判定に基づいて、通常のサイクル運転またはガスインジェクションサイクル運転を実施する。
【００４０】
通常のサイクル運転、ガスインジェクションサイクル運転での第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度制御について説明する。リモートコントローラ５０から送信される運転指令情報、例えば加熱能力や沸上げ温度などの情報、放熱器給水温度センサ２５や外気温度センサ２７等の検出信号の情報に基づき、吸入過熱度の目標値を決定し、運転中の吸入過熱度がこの目標吸入過熱度になるように制御する。例えば、圧縮機１の吸入冷媒温度と蒸発器出口冷媒温度センサ２２で検出される蒸発冷媒温度を用いて算出される吸入過熱度が、所定の目標吸入過熱度となるように第１の膨張弁４の開度を制御する。
【００４１】
また、中間圧冷媒温度センサ２４で検出される中間圧力冷媒の温度、中間圧冷媒圧力センサ３２で検出される吸入冷媒の中間圧力を用いて、冷媒のガス状態を判定する乾き度を判定し、冷媒のガス状態（蒸発状態）が適切な過熱度を持つように第２の膨張弁６の開度を制御し、冷媒量を調節する。また、第２の膨張弁６の開度制御には、冷媒吐出温度センサ２３出検出されると出冷媒温度を用いることもできる。また、例えば、第２の膨張弁６の開度を大きくすると、圧縮機１の吐出冷媒温度は低減するようになる。
【００４２】
本実施形態の給湯装置がもたらす作用効果を以下に述べる。給湯装置は、制御装置１００により、ヒートポンプサイクル９及び第２の膨張弁６の作動を制御して、冷媒がヒートポンプサイクル９を循環する通常のサイクル運転と冷媒がヒートポンプサイクル９及びガスインジェクションサイクル８の両方を循環するガスインジェクションサイクル運転とを実施可能とする。制御装置１００は、外気温度が予め定められた外気判定温度以下である場合に、さらに、放熱器２を流通する給水、またはヒートポンプサイクル９を循環する冷媒が予め定められたガスインジェクション判定条件を満たすときは、ガスインジェクションサイクル運転を実施する。
【００４３】
これによれば、外気温度が低温度であるときであって、さらに所定のガスインジェクション判定条件が満たされている使用状況であるときに限り、ガスインジェクションサイクル運転が行われる。これにより、ガスインジェクションサイクル運転は暖房能力及び効率面から得意とする条件のときに実施され、これ以外のときには通常のサイクル運転によって暖房、給湯を行うため、ヒートポンプユニット１０の能力を最大限に発揮する給湯装置が得られる。
【００４４】
また、所定のガスインジェクション判定条件は、放熱器２に流入する給水の温度Ｔｗｉが予め定められた給水判定温度ＫＴｗｉ以上であるときに満たされる。このように給水温度Ｔｗｉを判定パラメータに使用した処理により、ガスインジェクションサイクル運転の得意とする領域や運転の実施タイミングを簡便、かつ良好な精度で適切に検出することができる。
【００４５】
本実施形態の給湯装置によれば、上記の判定処理にしたがって通常のサイクル運転及びガスインジェクションサイクル運転を実施するヒートポンプユニット１０によって加熱した湯をタンク４０ａに貯湯するとともに、タンク４０ａ内に貯湯された熱量を使用して給湯端末等への出湯及び床暖房等の暖房機器に必要な湯を供給する。これにより、給湯運転専用のヒートポンプサイクルと暖房運転専用のヒートポンプサイクルの両方を必要とせず、一台の給湯装置で給湯及び暖房機能の両方をまかなうことができる。また、給湯装置の設置スペース及びコストの低減が図れる。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態で説明した運転サイクルの切替え制御のフローチャートに対する他の制御形態について図３を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。なお、第２実施形態のフローチャートを実施する給湯装置は、第１実施形態で説明した給湯装置と同様の構成であり、
その作用効果、及び通常のサイクル運転及びガスインジェクションサイクル運転の実施要領も同様である。
【００４７】
図３に示す各ステップは制御装置１００によって実行される。図３に示すように、まずステップ１０ａでは、外気温度センサ２７で検出した外気温度Ｔｏａが予め設定された外気判定温度ＫＴｏａ以下（例えば、７℃以下）であることと、放熱器出口冷媒温度センサ２１で検出した放熱器２を流出した冷媒温度Ｔｒｅｘが予め設定された高圧冷媒判定温度ＫＴｒｅｘ以上であること（ガスインジェクション判定条件の一つ）の両方が満たされているか否かを判定する。ステップ１０ａは、現状況がガスインジェクションサイクルによる効率向上が図れる得意な運転状況であるか否かを判定してガスインジェクションサイクル運転実施の可否を決定するステップである。
【００４８】
そして、ステップ１０ａでいずれか一つの条件でも成立していない、つまり「ＮＯ」と判定すると、上記の通常のサイクル運転を実施することに決定し、第２の膨張弁６は全閉し、第１の膨張弁４の開度を前述のように制御する（ステップ２０）。
【００４９】
そして、ステップ１０ａで両方の条件が成立している、つまり「ＹＥＳ」と判定すると、上記のガスインジェクションサイクル運転を実施するように、第２の膨張弁６を開き、第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度を前述のように制御する（ステップ３０）。以降、本制御が継続している間は、制御装置１００は、ステップ１０ａの判定を継続的に実行して、ステップ１０ａでの判定に基づいて、通常のサイクル運転またはガスインジェクションサイクル運転を実施する。
【００５０】
本実施形態によれば、所定のガスインジェクション判定条件は、放熱器２出口の冷媒の温度Ｔｒｅｘが予め定められた高圧冷媒判定温度ＫＴｒｅｘ以上であるときに満たされる。このような判定処理によれば、ガスインジェクションサイクル運転の効果が得られる得意とする状況を、放熱器２出口の冷媒温度Ｔｒｅｘを判定パラメータすることにより、ガスインジェクションサイクル運転の実施タイミングを簡便、かつ良好な精度で適切に検出することができる。さらに、冷媒の高圧側に関連する放熱器２出口の冷媒温度Ｔｒｅｘを用いた制御が行われるため、給湯装置における制御プログラム仕様を作成し易い。また、高圧側の冷媒温度Ｔｒｅｘを判定パラメータとして使用するため、サイクルの冷媒漏れも検出できるという効果がある。
【００５１】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態で説明した運転サイクルの切替え制御のフローチャートに対する他の制御形態について図４を参照して説明する。図４は、第３実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。なお、第３実施形態のフローチャートを実施する給湯装置は、第１実施形態で説明した給湯装置と同様の構成であり、
その作用効果、及び通常のサイクル運転及びガスインジェクションサイクル運転の実施要領も同様である。
【００５２】
図４に示す各ステップは制御装置１００によって実行される。図４に示すように、まずステップ１０ｂでは、放熱器給水温度センサ２５で検出した給水温度Ｔｗｉが予め設定された給水判定温度ＫＴｗｉ以上（例えば、３５℃以上）であることと、蒸発器出口冷媒温度センサ２２で検出した蒸発器５を流出した冷媒温度Ｔｅｅｘが予め設定された低圧冷媒判定温度ＫＴｅｅｘ以下（例えば、５℃以下）であること（ガスインジェクション判定条件の一つ）の両方が満たされているか否かを判定する。ステップ１０ｂは、現状況がガスインジェクションサイクルによる効率向上が図れる得意な運転状況であるか否かを判定してガスインジェクションサイクル運転実施の可否を決定するステップである。
【００５３】
そして、ステップ１０ｂでいずれか一つの条件でも成立していない、つまり「ＮＯ」と判定すると、上記の通常のサイクル運転を実施することに決定し、第２の膨張弁６は全閉し、第１の膨張弁４の開度を前述のように制御する（ステップ２０）。
【００５４】
そして、ステップ１０ｂで両方の条件が成立している、つまり「ＹＥＳ」と判定すると、上記のガスインジェクションサイクル運転を実施するように、第２の膨張弁６を開き、第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度を前述のように制御する（ステップ３０）。以降、本制御が継続している間は、制御装置１００は、ステップ１０ｂの判定を継続的に実行して、ステップ１０ｂでの判定に基づいて、通常のサイクル運転またはガスインジェクションサイクル運転を実施する。
【００５５】
本実施形態によれば、制御装置１００は、放熱器２に流入する給水温度Ｔｗｉが予め定められた給水判定温度ＫＴｗｉ以上であり、かつ蒸発器５出口の冷媒の温度Ｔｅｅｘが予め定められた低圧冷媒判定温度ＫＴｅｅｘ以下であるときに満たされる。このような判定処理によれば、ガスインジェクションサイクル運転の効果が得られる得意とする状況を、蒸発器５出口の冷媒温度Ｔｅｅｘを判定パラメータすることにより、ガスインジェクションサイクル運転の実施タイミングを簡便、かつ良好な精度で適切に検出することができる。さらに、蒸発器５出口の冷媒温度を用いて判定することにより、低圧側の冷媒状態が判断材料となるため、ガスインジェクションサイクルの得意な状況の検出をより明確に行うことができる。
【００５６】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態で説明した運転サイクルの切替え制御のフローチャートに対する他の制御形態について図５を参照して説明する。図５は、第４実施形態に係る運転サイクルの切替え制御を示したフローチャートである。なお、第４実施形態のフローチャートを実施する給湯装置は、第１実施形態で説明した給湯装置と同様の構成であり、
その作用効果、及び通常のサイクル運転及びガスインジェクションサイクル運転の実施要領も同様である。
【００５７】
図５に示す各ステップは制御装置１００によって実行される。図５に示すように、まずステップ１０ｃでは、放熱器給水温度センサ２５で検出した給水温度Ｔｗｉが予め設定された給水判定温度ＫＴｗｉ以上（例えば、３５℃以上）であることと、蒸発器圧力センサ３１で検出した蒸発器５を流れる冷媒の圧力Ｐｅが予め設定された低圧冷媒判定圧力ＫＰｅ以下（例えば、３．５ＭＰａ以下）であること（ガスインジェクション判定条件の一つ）の両方が満たされているか否かを判定する。ステップ１０ｃは、現状況がガスインジェクションサイクルによる効率向上が図れる得意な運転状況であるか否かを判定してガスインジェクションサイクル運転実施の可否を決定するステップである。
【００５８】
そして、ステップ１０ｃでいずれか一つの条件でも成立していない、つまり「ＮＯ」と判定すると、上記の通常のサイクル運転を実施することに決定し、第２の膨張弁６は全閉し、第１の膨張弁４の開度を前述のように制御する（ステップ２０）。
【００５９】
そして、ステップ１０ｃで両方の条件が成立している、つまり「ＹＥＳ」と判定すると、上記のガスインジェクションサイクル運転を実施するように、第２の膨張弁６を開き、第１の膨張弁４及び第２の膨張弁６の開度を前述のように制御する（ステップ３０）。以降、本制御が継続している間は、制御装置１００は、ステップ１０ｃの判定を継続的に実行して、ステップ１０ｃでの判定に基づいて、通常のサイクル運転またはガスインジェクションサイクル運転を実施する。
【００６０】
本実施形態によれば、制御装置１００は、放熱器２に流入する給水温度Ｔｗｉが予め定められた給水判定温度ＫＴｗｉ以上であり、かつ蒸発器５の冷媒の圧力Ｐｅが予め定められた低圧冷媒判定圧力ＫＰｅ以下であるときに満たされる。このような判定処理によれば、ガスインジェクションサイクル運転の効果が得られる得意とする状況を、蒸発器の冷媒圧力Ｐｅを判定パラメータすることにより、ガスインジェクションサイクル運転の実施タイミングを簡便、かつ良好な精度で適切に検出することができる。さらに、蒸発器５の冷媒圧力を用いて判定することにより、低圧側の冷媒状態が判断材料となるため、ガスインジェクションサイクルの得意な状況の検出をより明確に行うことができる。
【００６１】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００６２】
上記実施形態において説明する各運転サイクルは、リモートコントローラ５０に設けられ、「効率優先」「おまかせ」、「自動」等の直感的に分かりやすい所定の名称が付されたボタンをユーザーが操作することにより、制御装置１００の演算結果にしたがって実行されるものである。
【００６３】
また、上記実施形態において説明する各運転サイクルは、例えば、集合住宅等に設置されている複数台の給湯装置において、これらの作動を集中管理可能とする集中制御盤によって、所定のモードを実行するための指令を各給湯装置に送信することによって、実施されるものであってもよい。
【００６４】
また、ヒートポンプユニット１０のヒートポンプサイクルを流れる作動冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態の給湯装置では単一のタンク４０ａを用いているが、これに限定することなく、複数個の多缶式のタンクであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…圧縮機
１ａ…低圧吸入部
１ｂ…中間圧吸入部
２…放熱器
３…第１の内部熱交換器
４…第１の膨張弁（第１の減圧装置）
５…蒸発器
６…第２の膨張弁（第２の減圧装置）
８…ガスインジェクションサイクル
８ａ…ガスインジェクション流路
９…ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル装置）
４１…加熱用循環回路（循環回路）
１００…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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