(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式の給湯装置において、水加熱用熱交換器へ送られる高圧冷媒の温度をある程度以上に保ちつつ、冷凍サイクルの高圧を低く抑える。【解決手段】給湯装置において、水回路（30）は、貯湯タンクの底部から取り込んだ水を熱源ユニット（12）へ供給し、熱源ユニット（12）で加熱された水を貯湯タンクの上部へ送り返す。水回路（30）には、冷媒加熱用熱交換器（40）と、水加熱用熱交換器（45）とが設けられる。冷媒回路（50）において、高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒と、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給されたガス冷媒とを吸入する。高段側圧縮機（52）へ吸入されるガス冷媒は、冷媒加熱用熱交換器（40）で水回路（30）を流れる水によって加熱される。水回路（30）では、冷媒加熱用熱交換器（40）で冷媒へ放熱した水が水加熱用熱交換器（45）へ送られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯用の温水を蓄える貯湯タンク（20）と、
水を冷媒と熱交換させて加熱するための水加熱用熱交換器（45）が接続され、高圧が冷媒の臨界圧力よりも高くなる冷凍サイクルを行う冷媒回路（50）と、
上記貯湯タンク（20）の下部の水を上記水加熱用熱交換器（45）へ供給して該水加熱用熱交換器（45）で加熱された水を該貯湯タンク（20）の上部へ送り返す水循環路（30）とを備える給湯装置であって、
上記冷媒回路（50）には、圧縮機（52,57）へ吸入されるガス冷媒を上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かって上記水循環路（30）を流れる水と熱交換させて加熱するための冷媒加熱用熱交換器（40）が設けられている
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記冷媒回路（50）には、低圧冷媒を吸入して中間圧にまで圧縮する低段側圧縮機（51）と、該低段側圧縮機（51）から吐出された中間圧冷媒を吸入して高圧にまで圧縮する高段側圧縮機（52）と、中間圧の気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離する気液分離器（60）と、該気液分離器（60）のガス冷媒を上記高段側圧縮機（52）へ供給するインジェクション通路（66）とが設けられており、
上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記高段側圧縮機（52）へ吸入される冷媒を上記水循環路（30）の水と熱交換させる
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒と上記インジェクション通路（66）を通じて上記気液分離器（60）から供給された冷媒との混合冷媒を上記水循環路（30）の水と熱交換させる
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記冷媒回路（50）には、中間圧の気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離する気液分離器（60）と、該気液分離器（60）のガス冷媒を上記圧縮機（52,57）へ供給するインジェクション通路（66）とが設けられており、
上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記インジェクション通路（66）を流れるガス冷媒を水と熱交換させて加熱する
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４において、
上記水循環路（30）には、上記冷媒加熱用熱交換器（40）の入口側と出口側を連通させるバイパス通路（32）と、上記冷媒加熱用熱交換器（40）及び上記バイパス通路（32）における水の流量を調節するための調節機構（33）とが設けられており、
上記貯湯タンク（20）から上記水循環路（30）へ流入した水の温度を検出する入水温度センサ（71）と、
上記冷媒加熱用熱交換器（40）及び上記バイパス通路（32）における水の流量を上記入水温度センサ（71）の検出値に応じて調節するために上記調節機構（33）を操作する制御手段（70）とを備えている
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項６】
請求項５において、
上記制御手段（70）は、上記入水温度センサ（71）の検出値が上記基準値未満のときは上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かう水の全量を上記バイパス通路（32）へ流入させ、上記入水温度センサ（71）の検出値が基準値以上のときは上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かう水の全量を上記冷媒加熱用熱交換器（40）へ流入させるように構成されている
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項７】
請求項２又は３において、
上記水循環路（30）には、上記冷媒加熱用熱交換器（40）の入口側と出口側を連通させるバイパス通路（32）と、上記貯湯タンク（20）から流入した水を上記冷媒加熱用熱交換器（40）と上記バイパス通路（32）の一方へ選択的に流入させる切換機構（33）とが設けられ、
上記インジェクション通路（66）には、ガス冷媒の流れを断続するための開閉弁（67）が設けられており、
上記貯湯タンク（20）から上記水循環路（30）へ流入した水の温度を検出する入水温度センサ（71）と、
上記入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値未満であれば上記開閉弁（67）を閉鎖して第１基準値以上であれば該開閉弁（67）を開放すると共に、上記入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値よりも高い第２基準値未満であれば上記切換機構（33）を上記バイパス通路（32）へ水が流入する状態に設定して第２基準値以上であれば該切換機構（33）を上記冷媒加熱用熱交換器（40）へ水が流入する状態に設定する制御手段（70）とを備えている
ことを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた、いわゆるヒートポンプ式の給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いわゆるヒートポンプ式の給湯装置が知られている。例えば特許文献１には、空気を熱源とするヒートポンプによって水を加熱する給湯装置が開示されている。具体的に、この給湯装置には、冷凍サイクルを行う冷媒回路と、給湯用の温水を蓄える貯湯タンクとが設けられている。貯湯タンクは常に水で満たされた状態となっており、貯湯タンクの上部に溜まった温水が利用側へ供給される一方、貯湯タンクの下部には水道水等が供給される。また、貯湯タンクの下部に存在する低温の水は、冷媒回路の冷媒によって加熱された後に貯湯タンクの上部へ送り返される。
【特許文献１】特開２００３−１９４４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、給湯装置の冷媒回路では、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定される場合がある。この場合、水を加熱するための熱交換器であるガスクーラでは、超臨界状態の冷媒が水と熱交換することとなり、水に対する放熱によって冷媒の温度が次第に低下してゆく。このため、ガスクーラから流出する水の温度は、圧縮機からガスクーラへ供給される高圧冷媒の温度によって決まってしまう。
【０００４】
一方、給湯装置では、貯湯タンク内の高温水の温度をある程度以上に保ちたいという要求があるため、冷媒によって加熱されて貯湯タンクへ戻される水の温度を所定の値以上に保つ必要がある。そのためには、圧縮機からガスクーラへ供給される高圧冷媒の温度をある程度以上に保つ必要がある。
【０００５】
圧縮機からガスクーラへ供給される高圧冷媒の温度を高くする方法としては、この高圧冷媒の圧力を高くする（つまり、冷凍サイクルの高圧を高い値に設定する）ことが考えられる。しかしながら、高圧冷媒の圧力が高くなると、圧縮機や熱交換器等の機器や配管等に高い耐圧性が求められることになり、信頼性の低下や製造コストの上昇を招くおそれがある。
【０００６】
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、ヒートポンプ式の給湯装置において、水を加熱するための熱交換器へ送られる高圧冷媒の温度をある程度以上に保ちつつ、冷凍サイクルの高圧を低く抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、給湯用の温水を蓄える貯湯タンク（20）と、水を冷媒と熱交換させて加熱するための水加熱用熱交換器（45）が接続され、高圧が冷媒の臨界圧力よりも高くなる冷凍サイクルを行う冷媒回路（50）と、上記貯湯タンク（20）の下部の水を上記水加熱用熱交換器（45）へ供給して該水加熱用熱交換器（45）で加熱された水を該貯湯タンク（20）の上部へ送り返す水循環路（30）とを備える給湯装置を対象とする。そして、上記冷媒回路（50）には、圧縮機（52,57）へ吸入されるガス冷媒を上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かって上記水循環路（30）を流れる水と熱交換させて加熱するための冷媒加熱用熱交換器（40）が設けられるものである。
【０００８】
第１の発明では、貯湯タンク（20）の下部から水循環路（30）へ水が流入する。水循環路（30）へ流入した水は、水加熱用熱交換器（45）で冷媒と熱交換して加熱され、その後に貯湯タンク（20）の上部へ送り返される。冷媒回路（50）では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。ガスクーラとして動作する水加熱用熱交換器（45）へは、圧縮機（52,57）で臨界圧力よりも高い圧力にまで圧縮された高圧冷媒が供給される。
【０００９】
第１の発明の給湯装置（10）には、冷媒加熱用熱交換器（40）が設けられる。冷媒加熱用熱交換器（40）では、圧縮機（52,57）へ吸入される冷媒が水循環路（30）を流れる水と熱交換する。貯湯タンク（20）では、内部に貯留されている高温（例えば８０℃程度）の温水の量が多くなるにつれて、貯湯タンク（20）の下部における水温が高くなる。その場合、冷媒加熱用熱交換器（40）では、水循環路（30）を流れる水によって冷媒が加熱される。
【００１０】
ここで、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の圧力は一定でも、圧縮機（52,57）へ吸入される冷媒の過熱度が高いほど、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度も高くなる。このため、圧縮機（52,57）へ吸入される冷媒を水で加熱すると、圧縮機（52,57）へ吸入される冷媒の過熱度が増大し、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の圧力を上昇させなくても、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度が上昇する。
【００１１】
また、第１の発明の水循環路（30）では、冷媒加熱用熱交換器（40）での放熱によって温度低下した水が水加熱用熱交換器（45）へ供給される。このため、冷媒加熱用熱交換器（40）で水を冷媒と熱交換させない場合に比べると、ガスクーラとして動作する水加熱用熱交換器（45）の出口における冷媒の温度が低下し、水加熱用熱交換器（45）で冷媒から水へ与えられる熱量が増大する。つまり、この発明では、冷媒加熱用熱交換器（40）では水の温熱が冷媒によって奪われるものの、冷媒によって奪われた水の温熱は、水加熱用熱交換器（45）で冷媒から水へ与えられる熱量が増大することによって回復する。
【００１２】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒回路（50）には、低圧冷媒を吸入して中間圧にまで圧縮する低段側圧縮機（51）と、該低段側圧縮機（51）から吐出された中間圧冷媒を吸入して高圧にまで圧縮する高段側圧縮機（52）と、中間圧の気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離する気液分離器（60）と、該気液分離器（60）のガス冷媒を上記高段側圧縮機（52）へ供給するインジェクション通路（66）とが設けられており、上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記高段側圧縮機（52）へ吸入される冷媒を上記水循環路（30）の水と熱交換させるものである。
【００１３】
第２の発明の冷媒回路（50）において、水加熱用熱交換器（45）で水へ放熱した高圧冷媒は、中間圧にまで減圧されて気液二相状態となり、その後に気液分離器（60）に流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。低段側圧縮機（51）は、蒸発器で蒸発した冷媒を吸入し、中間圧にまで圧縮して吐出する。高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒と気液分離器（60）からインジェクション通路（66）を通じて供給された冷媒とを吸入し、高圧にまで圧縮して吐出する。水加熱用熱交換器（45）へは、高段側圧縮機（52）から吐出された高圧冷媒が供給される。このように、冷媒回路（50）では、いわゆる二段圧縮冷凍サイクルが行われる。冷媒加熱用熱交換器（40）は、高段側圧縮機（52）へ吸入される冷媒を水との熱交換によって加熱する。このため、高段側圧縮機（52）へ吸入される中間圧のガス冷媒の過熱度が増大し、高段側圧縮機（52）から吐出される高圧冷媒の温度が上昇する。
【００１４】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒と上記インジェクション通路（66）を通じて上記気液分離器（60）から供給された冷媒との混合冷媒を上記水循環路（30）の水と熱交換させるものである。
【００１５】
第３の発明の冷媒回路（50）では、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒が流れる部分とインジェクション通路（66）との合流箇所の下流側に冷媒加熱用熱交換器（40）が配置される。低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒は、インジェクション通路（66）を通じて気液分離器（60）から供給されたガス冷媒と混合され、その後に冷媒加熱用熱交換器（40）で水と熱交換することによって加熱される。
【００１６】
第４の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒回路（50）には、中間圧の気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離する気液分離器（60）と、該気液分離器（60）のガス冷媒を上記圧縮機（52,57）へ供給するインジェクション通路（66）とが設けられており、上記冷媒加熱用熱交換器（40）は、上記インジェクション通路（66）を流れるガス冷媒を水と熱交換させて加熱するものである。
【００１７】
第４の発明では、水加熱用熱交換器（45）で水へ放熱した高圧冷媒は、中間圧にまで減圧されて気液二相状態となり、その後に気液分離器（60）に流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。圧縮機（52,57）は、蒸発器を通過後に圧縮機（52,57）へ到達した冷媒と、気液分離器（60）からインジェクション通路（66）を通じて供給された冷媒（即ち、蒸発器を通過しなかった冷媒）とを吸入して圧縮する。冷媒加熱用熱交換器（40）は、インジェクション通路（66）を流れる冷媒を水との熱交換させて加熱する。このため、圧縮機（52,57）が吸入するガス冷媒の過熱度が増大し、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度が上昇する。
【００１８】
第５の発明は、上記第１，第２，第３又は第４の発明において、上記水循環路（30）には、上記冷媒加熱用熱交換器（40）の入口側と出口側を連通させるバイパス通路（32）と、上記冷媒加熱用熱交換器（40）及び上記バイパス通路（32）における水の流量を調節するための調節機構（33）とが設けられており、上記貯湯タンク（20）から上記水循環路（30）へ流入した水の温度を検出する入水温度センサ（71）と、上記冷媒加熱用熱交換器（40）及び上記バイパス通路（32）における水の流量を上記入水温度センサ（71）の検出値に応じて調節するために上記調節機構（33）を操作する制御手段（70）とを備えるものである。
【００１９】
第５の発明において、調節機構（33）を操作すると、冷媒加熱用熱交換器（40）を通過する水の流量と、バイパス通路（32）を通過する水の流量とが変化する。具体的には、冷媒加熱用熱交換器（40）を通過する水の流量が増えるとバイパス通路（32）を通過する水の流量が減少し、バイパス通路（32）を通過する水の流量がが増えると冷媒加熱用熱交換器（40）を通過する水の流量が減少する。制御手段（70）は、調節機構（33）を操作し、冷媒加熱用熱交換器（40）を通過する水の流量と、バイパス通路（32）を通過する水の流量とを、入水温度センサ（71）の検出値（即ち、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度）に応じて調節する。
【００２０】
第６の発明は、上記第５の発明において、上記制御手段（70）は、上記入水温度センサ（71）の検出値が上記基準値未満のときは上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かう水の全量を上記バイパス通路（32）へ流入させ、上記入水温度センサ（71）の検出値が基準値以上のときは上記貯湯タンク（20）から上記水加熱用熱交換器（45）へ向かう水の全量を上記冷媒加熱用熱交換器（40）へ流入させるように構成されるものである。
【００２１】
第６の発明では、制御手段（70）が所定の制御動作を行うことによって、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水が、冷媒加熱用熱交換器（40）とバイパス通路（32）の何れか一方へ選択的に導入される。
【００２２】
具体的に、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度が基準値未満である場合、第６の発明の制御手段（70）は、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を導入してもガス冷媒を充分に加熱できない、あるいはガス冷媒が水によって冷却されてしまうと判断し、冷媒加熱用熱交換器（40）への水の流入を遮断する。この場合、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水は、その全量が冷媒加熱用熱交換器（40）へは流入せずにバイパス通路（32）を通って水加熱用熱交換器（45）へ流入する。
【００２３】
一方、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度が基準値以上である場合、第６の発明の制御手段（70）は、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を導入することでガス冷媒を充分に加熱できると判断し、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を流入させる。この場合、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水は、その全量が冷媒加熱用熱交換器（40）を通過後に水加熱用熱交換器（45）へ流入する。
【００２４】
第７の発明は、上記第２又は第３の発明において、上記水循環路（30）には、上記冷媒加熱用熱交換器（40）の入口側と出口側を連通させるバイパス通路（32）と、上記貯湯タンク（20）から流入した水を上記冷媒加熱用熱交換器（40）と上記バイパス通路（32）の一方へ選択的に流入させる切換機構（33）とが設けられ、上記インジェクション通路（66）には、ガス冷媒の流れを断続するための開閉弁（67）が設けられており、上記貯湯タンク（20）から上記水循環路（30）へ流入した水の温度を検出する入水温度センサ（71）と、上記入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値未満であれば上記開閉弁（67）を閉鎖して第１基準値以上であれば該開閉弁（67）を開放すると共に、上記入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値よりも高い第２基準値未満であれば上記切換機構（33）を上記バイパス通路（32）へ水が流入する状態に設定して第２基準値以上であれば該切換機構（33）を上記冷媒加熱用熱交換器（40）へ水が流入する状態に設定する制御手段（70）とを備えるものである。
【００２５】
第７の発明において、制御手段（70）は、入水温度センサ（71）の検出値（即ち、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度）に応じて、開閉弁（67）と切換機構（33）とを操作する。入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値未満の場合、制御手段（70）は、開閉弁（67）を閉鎖し、切換機構（33）を水がバイパス通路（32）へ流入する状態に設定する。入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値以上で第２基準値未満の場合、制御手段（70）は、開閉弁（67）を開放し、切換機構（33）を水がバイパス通路（32）へ流入する状態に設定する。入水温度センサ（71）の検出値が第２基準値以上の場合、制御手段（70）は、開閉弁（67）を開放し、切換機構（33）を水が冷媒加熱用熱交換器（40）へ流入する状態に設定する。
【００２６】
入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値以上の場合、第７の発明の制御手段（70）は、開閉弁（67）を開放する。この場合、冷媒回路（50）では、高段側圧縮機（52）が低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒と気液分離器（60）からインジェクション通路（66）を通じて供給された冷媒を吸入することとなり、二段圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００２７】
一方、水加熱用熱交換器（45）へ流入する水の温度が低くなると、それにつれて水加熱用熱交換器（45）から流出する冷媒のエンタルピが低くなり、減圧後に気液分離器（60）へ流入する中間圧冷媒の乾き度が小さくなる。このため、気液分離器（60）からインジェクション通路（66）を通じて高段側圧縮機（52）へ供給されるガス冷媒の流量が小さくなる。そこで、入水温度センサ（71）の検出値が第１基準値未満の場合、第７の発明の制御手段（70）は、気液分離器（60）の中間圧冷媒を高段側圧縮機（52）へ供給することによる高段側圧縮機（52）での消費動力の低減効果は小さいと判断し、開閉弁（67）を閉じてインジェクション通路（66）を封鎖する。
【００２８】
入水温度センサ（71）の検出値が第２基準値以上の場合、第７の発明の制御手段（70）は、切換機構（33）を水が冷媒加熱用熱交換器（40）へ流入する状態に設定する。つまり、制御手段（70）は、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度が比較的高くて冷媒加熱用熱交換器（40）でガス冷媒を加熱できると判断し、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を流入させる。冷媒加熱用熱交換器（40）では、高段側圧縮機（52）へ吸入されるガス冷媒が水によって加熱される。
【００２９】
一方、入水温度センサ（71）の検出値が第２基準値未満の場合、第７の発明の制御手段（70）は、切換機構（33）を水がバイパス通路（32）へ流入する状態に設定する。つまり、制御手段（70）は、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度が低すぎて冷媒加熱用熱交換器（40）でガス冷媒を充分に加熱できない、あるいはガス冷媒が水によって冷却されてしまうと判断し、冷媒加熱用熱交換器（40）への水の流入を遮断する。貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流出した水は、バイパス通路（32）を通って水加熱用熱交換器（45）へ送られる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、給湯装置（10）に冷媒加熱用熱交換器（40）を設け、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水を利用して圧縮機（52,57）へ吸入されるガス冷媒を加熱している。このため、本発明によれば、圧縮機（52,57）から水加熱用熱交換器（45）へ送られる冷媒の温度を必要とされる値に保ちつつ、圧縮機（52,57）から水加熱用熱交換器（45）へ送られる冷媒の圧力を低く抑えることができ、給湯装置（10）の信頼性の向上や製造コストの低減を図ることができる。
【００３１】
ここで、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度は、蒸発器から流出した低圧ガス冷媒の過熱度を増大させることによっても上昇させることができる。ところが、低圧ガス冷媒の温度は比較的低いため、これを水循環路（30）の水と熱交換させると、低圧ガス冷媒の過熱度が増大し過ぎるおそれがある。そして、低圧ガス冷媒の過熱度が大きくなり過ぎると、低圧ガス冷媒の密度が低くなって冷媒回路（50）での冷媒の循環量を確保できなくなるおそれがある。
【００３２】
それに対し、上記第２〜第４の各発明では、圧縮機（52,57）へ吸入される中間圧のガス冷媒を水と熱交換させて加熱することで、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度を上昇させている。中間圧ガス冷媒は、低圧ガス冷媒に比べれば高温である。このため、水循環路（30）の水と熱交換させても、中間圧ガス冷媒の過熱度が過度に増大することはない。従って、これらの発明によれば、冷媒回路（50）での冷媒の循環量を確保しつつ、圧縮機（52,57）から吐出される冷媒の温度を上昇させることができる。
【００３３】
ここで、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入する水の温度が低すぎる場合には、冷媒加熱用熱交換器（40）においてガス冷媒を加熱できないかもしれず、その場合に冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を供給し続けるのは無駄である。また、冷媒加熱用熱交換器（40）を流れる水の温度がガス冷媒の温度よりも低くなると、ガス冷媒が水によって冷却されてしまい、圧縮機（52,57）へ吸入されるガス冷媒の過熱度が低下してしまう。更に、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入する水の温度が高すぎる場合には、冷媒加熱用熱交換器（40）でのガス冷媒に対する加熱量が過多になることも想定される。
【００３４】
それに対し、上記第５の発明では、制御手段（70）が、冷媒加熱用熱交換器（40）やバイパス通路（32）を通過する水の流量を、入水温度センサ（71）の検出値に応じて調節している。従って、この発明によれば、冷媒加熱用熱交換器（40）へ供給される水の流量を調節することで、圧縮機（52,57）から水加熱用熱交換器（45）へ送られる高圧冷媒の温度を適切に制御することが可能となる。
【００３５】
また、上記第６，第７の各発明では、貯湯タンク（20）から水循環路（30）へ流入した水の温度が所定の基準値以上である場合にだけ、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水循環路（30）の水を導入している。このため、水循環路（30）の水によってガス冷媒を充分に加熱できないおそれがある場合や、水循環路（30）の水によってガス冷媒が冷却されるおそれがある場合は、水循環路（30）の水に冷媒加熱用熱交換器（40）をバイパスさせることができ、圧縮機（52,57）へ吸入されるガス冷媒の状態を適切に調節することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
《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。本実施形態は、一般家庭用の給湯装置（10）である。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態の給湯装置（10）は、貯湯ユニット（11）と、熱源ユニット（12）とを備えている。貯湯ユニット（11）と熱源ユニット（12）は、水回路（30）を介して接続されている。熱源ユニット（12）は、冷媒回路（50）を備えたヒートポンプである。
【００３９】
貯湯ユニット（11）には、貯湯タンク（20）が設けられている。貯湯タンク（20）は、両端が塞がれた縦長円筒状に形成されている。貯湯タンク（20）の容量は、例えば４００リットル前後となっている。貯湯タンク（20）の内部は、常に水で満たされた状態となっている。貯湯タンク（20）内の水温は、貯湯タンク（20）の上端へ近付くにつれて高く、その下端へ近付くほど低くなっている。
【００４０】
貯湯タンク（20）の底部には、主給水管（21）が接続されている。主給水管（21）は水道に接続されている。貯湯タンク（20）の内部へは、主給水管（21）を通じて水道水が供給される。主給水管（21）には、第１給水管（22）と第２給水管（23）とが接続されている。第１給水管（22）は、第１混合弁（27）に接続され、主給水管（21）の水道水を第１混合弁（27）へ導く。第２給水管（23）は、第２混合弁（28）に接続され、主給水管（21）の水道水を第２混合弁（28）へ導く。
【００４１】
貯湯タンク（20）の頂部には、主給湯管（24）が接続されている。主給湯管（24）には、貯湯タンク（20）の上部に溜まった高温（例えば８０℃前後）の温水が流入する。主給湯管（24）は、その終端側が第１給湯管（25）と第２給湯管（26）とに分岐している。第１給湯管（25）は、第１混合弁（27）に接続され、貯湯タンク（20）から流出した温水を第１混合弁（27）へ導く。第２給湯管（26）は、第２混合弁（28）に接続され、貯湯タンク（20）から流出した温水を第２混合弁（28）へ導く。
【００４２】
第１混合弁（27）には、浴槽（15）へ延びる第１供給管（17）が接続されている。第１混合弁（27）は、第１給湯管（25）から供給された高温水と、第１給水管（22）から供給された水道水とを混合して第１供給管（17）へ送り出すように構成されている。一方、第２混合弁（28）には、水栓金具（16）へ延びる第２供給管（18）が接続されている。第２混合弁（28）は、第２給湯管（26）から供給された高温水と、第２給水管（23）から供給された水道水とを混合して第２供給管（18）へ送り出すように構成されている。これらの各混合弁（27,28）は、給湯管（25,26）からの高温水と給水管（22,23）からの水道水との混合割合を変更可能に構成されており、供給管（17,18）から利用側へ供給される温水の温度が所定の値（例えば４２℃）となるように両者の混合割合を調節する。
【００４３】
水回路（30）は、その始端が貯湯タンク（20）の下端部に接続され、その終端が貯湯タンク（20）の上端部に接続されている。この水回路（30）は、水循環路を構成している。図１，図２に示すように、水回路（30）には、その始端から終端へ向かって順に、水ポンプ（31）と、三方弁（33）と、冷媒加熱用熱交換器（40）と、水加熱用熱交換器（45）とが設けられている。このうち、水ポンプ（31）は貯湯ユニット（11）に収容され（図１を参照）、残りは熱源ユニット（12）に収容されている（図２を参照）。
【００４４】
図２に示すように、水回路（30）には、水バイパス管（32）が設けられている。水バイパス管（32）は、その始端が三方弁（33）に接続され、その終端が水回路（30）における冷媒加熱用熱交換器（40）と水加熱用熱交換器（45）の間に接続されている。この水バイパス管（32）は、水回路（30）における冷媒加熱用熱交換器（40）の入口側と出口側を連通させるバイパス通路を構成している。
【００４５】
三方弁（33）は、第１のポートに水ポンプ（31）から延びる配管が、第２のポートに水バイパス管（32）が、第３のポートに冷媒加熱用熱交換器（40）へ延びる配管がそれぞれ接続されている。この三方弁（33）は、第１のポートを第２のポートだけに連通させる状態（第１状態）と、第１のポートを第３のポートだけに連通させる状態（第２状態）とに切り換え可能となっている。つまり、三方弁（33）は、水ポンプ（31）から送り込まれた水の供給先を切り換え可能に構成されており、冷媒加熱用熱交換器（40）と水バイパス管（32）の何れか一方へ選択的に水を供給する。このように、三方弁（33）は、冷媒加熱用熱交換器（40）と水バイパス管（32）の一方へ選択的に水を供給する切換機構であり、また、冷媒加熱用熱交換器（40）及び水バイパス管（32）における水の流量を調節する調節機構でもある。
【００４６】
冷媒加熱用熱交換器（40）及び水加熱用熱交換器（45）は、何れもプレート式熱交換器であって、それぞれに水流路（41,46）と冷媒流路（42,47）が複数ずつ形成されている。冷媒加熱用熱交換器（40）及び水加熱用熱交換器（45）は、それぞれの水流路（41,46）が水回路（30）に接続される一方、それぞれの冷媒流路（42,47）が冷媒回路（50）に接続されており、水流路（41,46）を流れる水と冷媒流路（42,47）を流れる冷媒とを熱交換させる。また、冷媒加熱用熱交換器（40）及び水加熱用熱交換器（45）は、水流路（41,46）における水の流れ方向と冷媒流路（42,47）における冷媒の流れ方向とが逆向きとなる対向流型の熱交換器となっている。
【００４７】
冷媒回路（50）は、二酸化炭素（ＣＯ2）が冷媒として充填された閉回路である。この冷媒回路（50）は、冷媒を循環させることによって蒸気圧縮冷凍サイクルを行う。また、この冷媒回路（50）が行う冷凍サイクルでは、その高圧が冷媒（二酸化炭素）の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
【００４８】
冷媒回路（50）には、２つの圧縮機（51,52）と、２つの電子膨張弁（54,55）と、１つの気液分離器（60）と、１つの室外熱交換器（56）とが設けられている。この冷媒回路（50）では、低段側圧縮機（51）の吐出側と高段側圧縮機（52）の吸入側とが接続管（53）を介して接続されている。この接続管（53）の途中には、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）が配置されている。また、この冷媒回路（50）では、高段側圧縮機（52）の吐出側から低段側圧縮機（51）の吸入側へ向かって順に、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）と、第１電子膨張弁（54）と、気液分離器（60）と、第２電子膨張弁（55）と、室外熱交換器（56）とが配置されている。
【００４９】
室外熱交換器（56）は、冷媒を空気と熱交換させる空気熱交換器である。この室外熱交換器（56）は、熱源ユニット（12）に設けられた室外ファン（13）によって供給された室外空気を冷媒と熱交換させる。
【００５０】
気液分離器（60）は、気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離するためのものである。この気液分離器（60）は、縦長の円筒状に形成された密閉容器である本体部材（61）を備えている。本体部材（61）の内部空間には、導入管（62）と、液導出管（63）と、ガス導出管（64）とが設けられている。導入管（62）は、その一端が第１電子膨張弁（54）から延びる配管に接続され、その他端が本体部材（61）内の底部付近に開口している。液導出管（63）は、その一端が第２電子膨張弁（55）へ延びる配管に接続され、その他端が本体部材（61）内の底部付近に開口している。ガス導出管（64）は、その一端が後述するインジェクション管（66）に接続され、その他端が本体部材（61）内の上端付近に開口している。
【００５１】
冷媒回路（50）には、インジェクション管（66）が設けられている。インジェクション管（66）は、その一端が気液分離器（60）のガス導出管（64）に接続され、その他端が接続管（53）における低段側圧縮機（51）と冷媒加熱用熱交換器（40）の間に接続されている。このインジェクション管（66）は、気液分離器（60）のガス冷媒を高段側圧縮機（52）の吸入側へ供給するためのインジェクション通路を構成している。インジェクション管（66）には、インジェクション用電磁弁（67）が設けられている。このインジェクション用電磁弁（67）は、インジェクション管（66）内におけるガス冷媒の流れを断続するための開閉弁を構成している。
【００５２】
また、冷媒回路（50）には、ホットガスバイパス管（68）が設けられている。ホットガスバイパス管（68）は、その一端が高段側圧縮機（52）の吐出側と水加熱用熱交換器（45）の間に接続され、その他端が第２電子膨張弁（55）と室外熱交換器（56）の間に接続されている。このホットガスバイパス管（68）には、デフロスト用電磁弁（69）が設けられている。
【００５３】
熱源ユニット（12）には、制御手段であるコントローラ（70）と、入水温度センサ（71）とが設けられている。入水温度センサ（71）は、水回路（30）において水ポンプ（31）と三方弁（33）を繋ぐ配管に取り付けられ、貯湯タンク（20）から水回路（30）へ流入した水の温度を計測する。コントローラ（70）には、入水温度センサ（71）で得られた計測値が入力されている。コントローラ（70）は、入力された入水温度センサ（71）の計測値に応じて、三方弁（33）とインジェクション用電磁弁（67）とを操作する。コントローラ（70）が行う制御動作については、後述する。
【００５４】
−運転動作−
給湯装置（10）の運転動作について説明する。
【００５５】
先ず、貯湯ユニット（11）の動作について、図１を参照しながら説明する。水栓金具（16）が開かれたり浴槽（15）への湯張りが開始されると、貯湯タンク（20）内の高温（例えば８０℃程度）の温水が主給湯管（24）へ流出する。主給湯管（24）へ流出した高温水は、混合弁（27,28）において給水管（22,23）からの水道水と混合され、所定の温度（例えば４２℃程度）の温水となって水栓金具（16）や浴槽（15）へ供給される。貯湯タンク（20）には、主給湯管（24）へ流出した高温水と同量の水道水が主給水管（21）を通じて補充される。
【００５６】
次に、熱源ユニット（12）の動作について、図２，図３を参照しながら説明する。ここでは、インジェクション用電磁弁（67）が開かれ、三方弁（33）が第１状態（第１のポートを第２のポートだけに連通させる状態）に設定されている場合の動作について説明する。この場合、冷媒回路（50）では、図３のモリエル線図（圧力−エンタルピ線図）に実線で示す二段圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００５７】
高段側圧縮機（52）から吐出された超臨界状態の冷媒（点Ｄ）は、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）へ流入し、水流路（46）を流れる水に対して放熱する。つまり、水加熱用熱交換器（45）は、ガスクーラとして動作する。水加熱用熱交換器（45）で放熱した高圧冷媒（点Ｅ）は、第１電子膨張弁（54）を通過する際に減圧されて中間圧の気液二相状態（点Ｆ）となり、その後に気液分離器（60）へ流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。気液分離器（60）の中間圧の飽和液冷媒（点Ｇ）は、液導出管（63）へ流入して第２電子膨張弁（55）へ送られ、第２電子膨張弁（55）を通過する際に減圧されて低圧冷媒（点Ｉ）となる。この低圧冷媒は、室外熱交換器（56）へ送られ、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（56）から流出した低圧のガス冷媒（点Ａ）は、低段側圧縮機（51）へ吸入される。
【００５８】
低段側圧縮機（51）は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮されて中間圧となったガス冷媒（点Ｂ）を接続管（53）へ吐出する。この接続管（53）には、気液分離器（60）の中間圧の飽和ガス冷媒（点Ｈ）が、インジェクション管（66）を通じて供給される。低段側圧縮機（51）から接続管（53）へ吐出された中間圧のガス冷媒と、インジェクション管（66）を通じて供給された中間圧のガス冷媒とが混ざり合った冷媒（点Ｃ）は、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）を通過して高段側圧縮機（52）へ吸入される。高段側圧縮機（52）は、吸入した冷媒を高圧にまで圧縮して吐出する。
【００５９】
水回路（30）では、水ポンプ（31）が貯湯タンク（20）の底部から水を吸い込む。水回路（30）へ吸い込まれた水は、その全量が水バイパス管（32）を通って水加熱用熱交換器（45）へ流入する。水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入した水は、冷媒流路（47）を流れる冷媒によって加熱される。水加熱用熱交換器（45）を通過する間に所定の温度（例えば８０℃程度）にまで加熱された水は、貯湯タンク（20）の上端部へ送り返される。
【００６０】
また、上記熱源ユニット（12）では、室外熱交換器（56）に付着した霜を融かすためのデフロスト動作が行われる。デフロスト動作中の冷媒回路（50）では、デフロスト用電磁弁（69）が開放される一方、２つの電子膨張弁（54,55）とインジェクション用電磁弁（67）とが閉鎖される。デフロスト用電磁弁（69）は、このデフロスト動作中にだけ開放され、それ以外の動作中には閉鎖される。この状態において、高段側圧縮機（52）から吐出された高温高圧のガス冷媒は、ホットガスバイパス管（68）を通って室外熱交換器（56）へ直接送り込まれる。そして、室外熱交換器（56）では、その表面に付着した霜がホットガスバイパス管（68）を通じて供給された高圧ガス冷媒によって暖められて融ける。
【００６１】
−コントローラの制御動作−
コントローラ（70）には、第１基準値と第２基準値とが設定されている。このコントローラ（70）では、第１基準値が例えば２０℃に設定され、第２基準値が例えば５０℃に設定されている。コントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値Ｔwが第１基準値未満（Ｔw＜２０℃）であればインジェクション用電磁弁（67）を閉鎖し、それが第１基準値以上（２０℃≦Ｔw）であればインジェクション用電磁弁（67）を開放する。また、コントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値Ｔwが第２基準値未満（Ｔw＜５０℃）であれば三方弁（33）を第１状態（水ポンプ（31）から吐出された水を水バイパス管（32）だけに流入させる状態）に設定し、それが第２基準値以上（５０℃≦Ｔw）であれば三方弁（33）を第２状態（水ポンプ（31）から吐出された水を冷媒加熱用熱交換器（40）だけに流入させる状態）に設定する。
【００６２】
熱源ユニット（12）では、コントローラ（70）が上述した制御動作を行うことによって、第１動作と第２動作と第３動作とが選択的に実行される。
【００６３】
入水温度センサ（71）の計測値Ｔwが第１基準値未満（Ｔw＜２０℃）の場合、熱源ユニット（12）は第１動作を行う。第１動作中の熱源ユニット（12）では、インジェクション用電磁弁（67）が閉鎖され、三方弁（33）が第１状態に設定される。第１動作中の冷媒回路（50）において、高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒だけを吸入する。つまり、第１動作中の冷媒回路（50）では、単段圧縮冷凍サイクルが行われる。その際、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒は、水回路（30）を流れる水と熱交換せずに、そのままの状態で高段側圧縮機（52）へ吸入される。
【００６４】
入水温度センサ（71）の計測値Ｔwが第１基準値以上で第２基準値未満（２０℃≦Ｔw＜５０℃）の場合、熱源ユニット（12）は第２動作を行う。第２動作中の熱源ユニット（12）では、インジェクション用電磁弁（67）が開放され、三方弁（33）が第１状態に設定される。第２動作中の冷媒回路（50）において、高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒と、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給されたガス冷媒とを吸入する。つまり、第２動作中の冷媒回路（50）では、二段圧縮冷凍サイクルが行われる。その際、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒とインジェクション管（66）を通じて供給されたガス冷媒との混合冷媒は、水回路（30）を流れる水と熱交換せずに、そのままの状態で高段側圧縮機（52）へ吸入される。
【００６５】
入水温度センサ（71）の計測値Ｔwが第２基準値以上（５０℃≦Ｔw）の場合、熱源ユニット（12）は第３動作を行う。第３動作中の熱源ユニット（12）では、インジェクション用電磁弁（67）が開放され、三方弁（33）が第２状態に設定される。第３動作中の冷媒回路（50）において、高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒と、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給されたガス冷媒とを吸入する。つまり、第３動作中の冷媒回路（50）では、二段圧縮冷凍サイクルが行われる。その際、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒とインジェクション管（66）を通じて供給されたガス冷媒との混合冷媒は、水回路（30）を流れる水と熱交換して加熱された後に高段側圧縮機（52）へ吸入される。
【００６６】
コントローラ（70）が上述した制御動作を行う理由について説明する。
【００６７】
先ず、コントローラ（70）が第２動作から第１動作への切り換えを行う理由について、図３のモリエル線図を参照しながら説明する。第２動作中において、同図に実線で示す二段圧縮冷凍サイクルが冷媒回路（50）で行われていると仮定する。
【００６８】
例えば夕方以降は温水の使用量が増えるため、貯湯タンク（20）内に存在する高温水の量が減少し、貯湯タンク（20）内へ主給水管（21）から供給される水道水の量が増大することとなり、貯湯タンク（20）の底部における水温が低下してゆく。貯湯タンク（20）の底部における水温が低下すると、貯湯タンク（20）から水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入する水の温度が低下する。その結果、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）から流出する冷媒の温度が低下し、その冷媒の比エンタルピも低下する。つまり、図３における点Ｅの位置が左側へ移動してゆく。
【００６９】
水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）から流出する冷媒の比エンタルピが低下すると、それに伴って、第１電子膨張弁（54）で減圧されて気液分離器（60）へ流入する気液二相冷媒の比エンタルピも低下する。つまり、図３における点Ｆの位置が左側へ移動してゆく。中間圧の気液二相冷媒は、その比エンタルピが低くなるほど乾き度が小さくなる。つまり、気液分離器（60）へ流入する気液二相冷媒の比エンタルピが低くなるにつれて、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて高段側圧縮機（52）へ供給される中間圧のガス冷媒（点Ｈ）の量が減少してゆく。そして、仮に水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）から流出する冷媒が点Ｅ'の状態になったとすると、第１電子膨張弁（54）を通過後に気液分離器（60）へ流入する冷媒は、飽和液冷媒（点Ｇ）となり、気液分離器（60）から高段側圧縮機（52）へ向かうガス冷媒の流量がゼロになる。
【００７０】
このように、貯湯タンク（20）から水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入する水の温度が低下すると、それに伴って気液分離器（60）から高段側圧縮機（52）へ向かってインジェクション管（66）を流れるガス冷媒の流量が減少し、二段圧縮を行うことによる省エネ効果が小さくなってゆく。そこで、コントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値が第１基準値（本実施形態では２０℃）を下回ると、インジェクション用電磁弁（67）を閉鎖し、熱源ユニット（12）に第１動作を行わせる。
【００７１】
第１動作中の冷媒回路（50）では、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒（点Ｂ）がそのままの状態で高段側圧縮機（52）へ吸入されて圧縮される。高段側圧縮機（52）から吐出された超臨界状態の冷媒（点Ｄ1）は、水加熱用熱交換器（45）で水流路（46）の水へ放熱して点Ｅ1の状態となり、その後に第１電子膨張弁（54）と第２電子膨張弁（55）を順に通過する際に減圧されて点Ｉの状態となる。第２電子膨張弁（55）を通過した冷媒（点Ｉ）は、室外熱交換器（56）を通過する際に蒸発して点Ａの状態となり、その後に低段側圧縮機（51）へ吸入される。その際、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒（点Ｄ1）の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）は、その冷媒の温度が点Ｄの状態の冷媒の温度Ｔdと等しくなるような値に設定される。
【００７２】
次に、コントローラ（70）が第２動作から第３動作への切り換えを行う理由について、図４のモリエル線図を参照しながら説明する。この場合も、第２動作中において、同図に実線で示す二段圧縮冷凍サイクルが冷媒回路（50）で行われていると仮定する。
【００７３】
給湯装置（10）では、電気料金が安くなる深夜から早朝にかけての時間帯に、貯湯タンク（20）がほぼ完全に８０℃程度の高温水で満たされる状態となるまで熱源ユニット（12）が運転される。貯湯タンク（20）内では、高温水の量が増えるにつれて、その底部における水温が上昇してゆく。貯湯タンク（20）の底部における水温が上昇すると、貯湯タンク（20）から水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入する水の温度が上昇する。その結果、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）から流出する冷媒の温度が上昇し、その冷媒の比エンタルピも増大する。つまり、図４における点Ｅの位置が右側へ移動してゆく。
【００７４】
水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）から流出する冷媒の比エンタルピが増大すると、それに伴って第１電子膨張弁（54）で減圧されて気液分離器（60）へ流入する気液二相冷媒の比エンタルピも増大する。仮に水加熱用熱交換器（45）の出口における冷媒の状態が点Ｅから点Ｅ2に変化したとすると、気液分離器（60）へ流入する冷媒の状態は点Ｆから点Ｆ2に変化する。中間圧の気液二相冷媒は、その比エンタルピが高くなるほど乾き度が大きくなる。つまり、気液分離器（60）へ流入する気液二相冷媒の比エンタルピが高くなるにつれて、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて高段側圧縮機（52）へ供給される中間圧の飽和ガス冷媒（点Ｈ）の量が増加してゆく。
【００７５】
気液分離器（60）から高段側圧縮機（52）へ供給されるガス冷媒の量が増加すると、それに伴って、高段側圧縮機（52）が吸入する冷媒の比エンタルピが低下する。高段側圧縮機（52）が吸入する冷媒が点Ｃ2の状態になった場合、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度を点Ｄにおける値Ｔdと等しくするには、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の圧力を点Ｄ2における値にまで高めなければならなくなる。
【００７６】
このように、貯湯タンク（20）から水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入する水の温度が上昇すると、それに伴って気液分離器（60）から高段側圧縮機（52）へ向かってインジェクション管（66）を流れるガス冷媒の流量が増加する。このため、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度を目標値Ｔdに保つためには、冷凍サイクルの高圧を引き上げる必要がある。また、水加熱用熱交換器（45）の入口における冷媒の比エンタルピと出口における冷媒の比エンタルピとの差が縮小し、水加熱用熱交換器（45）において冷媒から水へ付与される熱量が減少する。そこで、コントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値が第２基準値（本実施形態では５０℃）以上になると、インジェクション用電磁弁（67）を開放して三方弁（33）を第２状態に設定し、熱源ユニット（12）に第３動作を行わせる。
【００７７】
第３動作中の冷媒回路（50）において、低段側圧縮機（51）から吐出された冷媒（点Ｂ）と気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給された冷媒（点Ｈ）との混合冷媒（点Ｃ2）は、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）へ流入し、水流路（41）を流れる水と熱交換して加熱される。高段側圧縮機（52）は、冷媒加熱用熱交換器（40）で加熱された冷媒を吸入する。このため、冷凍サイクルの高圧をそれ程上昇させなくても、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度が目標値Ｔdに保たれる。また、水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）には、冷媒加熱用熱交換器（40）で冷媒へ放熱して温度低下した水が流入する。このため、水加熱用熱交換器（45）の出口における冷媒の温度上昇が低く抑えられ、水加熱用熱交換器（45）で冷媒から水へ付与される熱量の減少が抑えられる。
【００７８】
−実施形態１の効果−
本実施形態の給湯装置（10）では、冷媒回路（50）及び水回路（30）に冷媒加熱用熱交換器（40）が接続されている。そして、第３動作中の熱源ユニット（12）では、高段側圧縮機（52）へ吸入されるガス冷媒が貯湯タンク（20）から水回路（30）へ流入した水によって加熱される。このため、本実施形態によれば、高段側圧縮機（52）から吐出されて水加熱用熱交換器（45）へ送られる冷媒の温度を必要とされる値に保ちつつ、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）を低く抑えることができ、給湯装置（10）の信頼性の向上や製造コストの低減を図ることができる。
【００７９】
ここで、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度は、低段側圧縮機（51）へ吸入される低圧ガス冷媒の過熱度を増大させることによっても上昇させることができる。ところが、低圧ガス冷媒の温度は比較的低いため、これを水回路（30）の水と熱交換させると、低圧ガス冷媒の過熱度が増大し過ぎるおそれがある。そして、低圧ガス冷媒の過熱度が大きくなり過ぎると、低圧ガス冷媒の密度が低くなって冷媒回路（50）での冷媒の循環量を確保できなくなるおそれがある。
【００８０】
それに対し、本実施形態の熱源ユニット（12）では、高段側圧縮機（52）へ吸入される中間圧のガス冷媒を水と熱交換させて加熱することで、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度を上昇させている。中間圧ガス冷媒は、低圧ガス冷媒に比べれば高温である。このため、水回路（30）の水と熱交換させても、中間圧ガス冷媒の過熱度が過度に増大することはない。従って、本実施形態によれば、冷媒回路（50）での冷媒の循環量を確保しつつ、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度を上昇させることができる。
【００８１】
ここで、貯湯タンク（20）から水回路（30）へ流入する水の温度が低すぎる場合には、冷媒加熱用熱交換器（40）においてガス冷媒を加熱できないかもしれず、その場合に冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を供給し続けるのは無駄である。また、冷媒加熱用熱交換器（40）を流れる水の温度がガス冷媒の温度よりも低くなると、ガス冷媒が水によって冷却されてしまい、高段側圧縮機（52）へ吸入されるガス冷媒の過熱度が低下してしまう。従って、その場合に冷媒加熱用熱交換器（40）へ水を導入し続けると、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度が低下してしまう。
【００８２】
それに対し、本実施形態のコントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値に基づいて、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水が供給されない第２動作と、冷媒加熱用熱交換器（40）へ水が供給される第３動作とを相互に切り換えている。このため、水回路（30）を流れる水によって中間圧のガス冷媒を充分に加熱できないおそれがある場合は、水回路（30）で冷媒加熱用熱交換器（40）をバイパスして水を流すことができ、高段側圧縮機（52）から水加熱用熱交換器（45）へ送られる高圧冷媒の温度を適切に制御することが可能となる。
【００８３】
また、本実施形態のコントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値に基づいて、冷媒回路（50）で単段圧縮冷凍サイクルが行われる第１動作と、冷媒回路（50）で二段圧縮冷凍サイクルが行われる第２動作とを相互に切り換えている。従って、本実施形態によれば、貯湯タンク（20）から水回路（30）へ流入する水の温度に応じて冷媒回路（50）の動作を適切に設定することができる。
【００８４】
《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。本実施形態の給湯装置（10）は、上記実施形態１の熱源ユニット（12）において、冷媒回路（50）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の給湯装置（10）について、上記実施形態１の給湯装置（10）と異なる点を説明する。
【００８５】
図５に示すように、本実施形態の冷媒回路（50）では、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）がインジェクション管（66）の途中に配置されている。第３動作中の熱源ユニット（12）において、気液分離器（60）からインジェクション管（66）へ流入した中間圧のガス冷媒は、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）を流れる間に水流路（41）を流れる水によって加熱され、その後に接続管（53）へ流入する。
【００８６】
このように、第３動作中の高段側圧縮機（52）は、低段側圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒と、気液分離器（60）から流出して冷媒加熱用熱交換器（40）で加熱されたガス冷媒との混合冷媒を吸入する。このため、冷媒加熱用熱交換器（40）でのガス冷媒の加熱を行わない場合に比べると、高段側圧縮機（52）が吸入するガス冷媒の過熱度が上昇し、高段側圧縮機（52）から吐出される冷媒の温度が上昇する。
【００８７】
《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の給湯装置（10）は、上記実施形態２の熱源ユニット（12）において、冷媒回路（50）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の給湯装置（10）について、上記実施形態２の給湯装置（10）と異なる点を説明する。
【００８８】
図６に示すように、本実施形態の冷媒回路（50）には、高段側圧縮機（52）及び低段側圧縮機（51）に代えて、１つの圧縮機（57）が設けられている。この圧縮機（57）は、その吸入側が室外熱交換器（56）に接続され、その吐出側が水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）に接続されている。また、本実施形態の冷媒回路（50）では、インジェクション管（66）の終端が圧縮機（57）に接続されている。圧縮機（57）は、吸入した低圧ガス冷媒を高圧にまで圧縮すると共に、インジェクション管（66）を通じて供給された中間圧のガス冷媒を圧縮途中の圧縮室へ導入するように構成されている。
【００８９】
本実施形態の熱源ユニット（12）では、上記実施形態１の場合と同様に、コントローラ（70）が所定の制御動作を行うことによって、第１動作と第２動作と第３動作とが選択的に実行される。
【００９０】
具体的に、第１動作中には、インジェクション用電磁弁（67）が閉鎖されて三方弁（33）が第１状態に設定される。第１動作中において、圧縮機（57）は、室外熱交換器（56）で蒸発した低圧ガス冷媒だけを吸入して圧縮する。
【００９１】
また、第２動作中には、インジェクション用電磁弁（67）が開放されて三方弁（33）が第１状態に設定される。第２動作中において、圧縮機（57）は、室外熱交換器（56）で蒸発した低圧ガス冷媒を吸入して圧縮すると共に、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給された中間圧のガス冷媒を圧縮途中の圧縮室へ流入させる。その際、インジェクション管（66）を流れるガス冷媒は、冷媒加熱用熱交換器（40）で加熱されることなく、そのままの状態で圧縮機（57）へ流入する。インジェクション管（66）から圧縮機（57）へ導入される中間圧のガス冷媒は、飽和状態であって比エンタルピが比較的低い。従って、この中間圧のガス冷媒が圧縮途中の圧縮室へ流入すると、上記実施形態１の冷媒回路（50）で二段圧縮冷凍サイクルが行われる場合と同様に、圧縮機（57）で消費される動力が減少する。
【００９２】
また、第３動作中には、インジェクション用電磁弁（67）が開放されて三方弁（33）が第２状態に設定される。第３動作中において、圧縮機（57）は、室外熱交換器（56）で蒸発した低圧ガス冷媒を吸入して圧縮すると共に、気液分離器（60）からインジェクション管（66）を通じて供給された中間圧のガス冷媒を圧縮途中の圧縮室へ流入させる。その際、インジェクション管（66）を流れるガス冷媒は、冷媒加熱用熱交換器（40）で加熱されて過熱状態となった後に圧縮機（57）へ流入する。このため、インジェクション管（66）から圧縮機（57）へ導入されるガス冷媒の比エンタルピが高くなり、圧縮機（57）から吐出される冷媒の温度が上昇する。
【００９３】
《発明の実施形態４》
本発明の実施形態４について説明する。本実施形態の給湯装置（10）は、上記実施形態３の熱源ユニット（12）において、冷媒回路（50）の構成とコントローラ（70）の構成とを変更したものである。ここでは、本実施形態の給湯装置（10）について、上記実施形態３の給湯装置（10）と異なる点を説明する。
【００９４】
図７に示すように、本実施形態の冷媒回路（50）では、気液分離器（60）とインジェクション管（66）とが省略されている。また、この冷媒回路（50）では、第１電子膨張弁（54）及び第２電子膨張弁（55）に代えて、１つの電子膨張弁（58）が設けられている。この電子膨張弁（58）は、冷媒回路（50）における水加熱用熱交換器（45）と室外熱交換器（56）の間に配置されている。また、この冷媒回路（50）では、室外熱交換器（56）と圧縮機（57）の間に冷媒加熱用熱交換器（40）が配置されている。つまり、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）は、室外熱交換器（56）と圧縮機（57）の吸入側とを繋ぐ配管の途中に設けられている。
【００９５】
上述したように、本実施形態の冷媒回路（50）では、インジェクション管（66）が省略されている。このため、本実施形態のコントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値に応じて三方弁（33）を操作する制御動作を行い、インジェクション用電磁弁（67）を開閉する制御動作は行わない。つまり、このコントローラ（70）は、入水温度センサ（71）の計測値が所定の基準値未満になると三方弁（33）を第１状態（第１のポートが第２のポートだけに連通する状態）に設定して水バイパス管（32）へ水を流入させる一方、入水温度センサ（71）の計測値が所定の基準値以上になると三方弁（33）を第２状態（第１のポートが第３のポートだけに連通する状態）に設定して冷媒加熱用熱交換器（40）の水流路（41）へ水を流入させる。
【００９６】
三方弁（33）が第２状態に設定されると、室外熱交換器（56）から流出した低圧ガス冷媒が、冷媒加熱用熱交換器（40）の冷媒流路（42）を流れる間に水流路（41）の水によって加熱される。圧縮機（57）は、冷媒加熱用熱交換器（40）で加熱された低圧ガス冷媒を吸入することになる。このため、圧縮機（57）が吸入するガス冷媒の過熱度が上昇し、冷凍サイクルの高圧を上昇させなくても、圧縮機（57）から吐出される冷媒の温度が上昇する。また、水加熱用熱交換器（45）の水流路（46）へ流入する水の温度が低下し、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）の出口における冷媒の温度が低下する。このため、水加熱用熱交換器（45）の冷媒流路（47）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、水加熱用熱交換器（45）で冷媒から水に付与される熱量が増大する。
【００９７】
《その他の実施形態》
上記の各実施形態において、三方弁（33）は第１状態（第１のポートが第２のポートだけに連通する状態）と第２状態（第１のポートが第３のポートだけに連通する状態）とに選択的に切り換わるように構成されているが、第１のポートへ流入した水のうち第２のポートへ向かうものの割合と第３のポートへ向かうものの割合とを変更できるように三方弁（33）が構成されていてもよい。この場合、三方弁（33）は、調節機構を構成する。コントローラ（70）は、三方弁（33）を操作することによって、冷媒加熱用熱交換器（40）と水バイパス管（32）に対する水の分配割合を、入水温度センサ（71）の計測値に応じて連続的に又は段階的に調節する。
【００９８】
なお、以上の実施形態は、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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本発明は、ヒートポンプを熱源とする給湯装置（10）について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】実施形態１の給湯装置の概略構成図である。
【図２】実施形態１の熱源ユニットの概略構成を示す冷媒回路と水回路の配管系統図である。
【図３】実施形態１の冷媒回路で行われる冷凍サイクルを示すモリエル線図（圧力−エンタルピ線図）である。
【図４】実施形態１の冷媒回路で行われる冷凍サイクルを示すモリエル線図（圧力−エンタルピ線図）である。
【図５】実施形態２の熱源ユニットの概略構成を示す冷媒回路と水回路の配管系統図である。
【図６】実施形態３の熱源ユニットの概略構成を示す冷媒回路と水回路の配管系統図である。
【図７】実施形態４の熱源ユニットの概略構成を示す冷媒回路と水回路の配管系統図である。
【符号の説明】
【０１０１】
20    貯湯タンク
30    水回路（水循環路）
32    水バイパス管（バイパス通路）
33    三方弁（調節機構、切換機構）
40    冷媒加熱用熱交換器
45    水加熱用熱交換器
50    冷媒回路
51    低段側圧縮機
52    高段側圧縮機
57    圧縮機
60    気液分離器
66    インジェクション管（インジェクション通路）
70    コントローラ（制御手段）
71    入水温度センサ
【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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【図６】
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【図７】
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