JP7183645B2 - ヒートポンプ式給湯空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯および空調の同時運転が可能なヒートポンプ式給湯空調装置に関する。

ヒートポンプによって給湯と空調とを同時に行う技術が知られている。例えば特許文献１，２には、給湯と空調とを１つの冷媒回路で行う技術が開示されている。また、特許文献３，４には、空調用と給湯用の冷媒回路をそれぞれ設けて空調用と給湯用の２つの凝縮温度を生成する技術が開示されている。

特開２００４－２１８９４４号公報 特開２０１２－２２５６１９号公報 特開平４－２６３７５８号公報 特開２００４－３４０５３３号公報

特許文献１，２に記載の技術では、給湯と暖房の同時運転において、給湯用熱交換器（水－冷媒熱交換器）と暖房用熱交換器（室内熱交換器）の凝縮圧力が同じになるため、１つの凝縮温度しか生成できない。このため、凝縮圧力を給湯に合わせると、暖房に対して凝縮温度が高くなってしまう。その結果、室内機では負荷に関係なく吹き出し空気の温度が高い運転となる。逆に、凝縮圧力を暖房に合わせると、給湯に対して凝縮温度が低くなってしまう。その結果、給湯に十分な温度の温水が得られなくなるという課題がある。

一方、例えば特許文献３，４の技術では、空調用および給湯用に２つの冷媒回路を設けているため、室外機の大型化やコストの上昇が避けられない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、１つの冷媒回路で暖房運転に適切な温度の吹き出し空気と給湯に十分な温度の温水を得ることができるヒートポンプ式給湯空調装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るヒートポンプ式給湯空調装置は、冷媒を吐出する圧縮機と、給湯用熱交換器と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、減圧手段とを含む冷媒回路を有する。
前記冷媒回路は、給湯用冷媒回路と、空調用冷媒回路とを有する。前記給湯用冷媒回路は、前記圧縮機と、前記給湯用熱交換器と、前記室外熱交換器または前記室内熱交換器との間で冷媒を循環させる。前記空調用冷媒回路は、前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記室内熱交換器との間で冷媒を循環させる。
前記減圧手段は、前記空調用冷媒回路に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力を減圧する。

前記減圧手段は、開度が調整できる制御弁であってもよい。

前記減圧手段は、前記制御弁に加えて、冷媒を冷却する放熱部を備えてもよい。

前記冷媒回路は、前記空調用冷媒回路を暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路のいずれか一方に切り替える第１の切替弁を有してもよい。前記減圧手段は、前記第１の切替弁と前記室内熱交換器との間に配置された開度が調整できる第１の制御弁を含んでもよい。

前記暖房用冷媒回路は、前記第１の切替弁と前記室内熱交換器との間を接続し前記第１の制御弁が配置されたメイン流路と、前記室外熱交換器の一部の流路を介して前記第１の切替弁と前記室内熱交換器との間を接続するバイパス流路とを有してもよい。前記減圧手段は、前記バイパス流路に配置された開度が調整できる第２の制御弁をさらに含んでもよい。

前記冷媒回路は、前記暖房用冷媒回路を前記メイン流路と前記バイパス流路のいずれか一方に切り替える第２の切替弁をさらに有してもよい。

前記放熱部は、前記室外熱交換器の底部の近傍に設けられ前記バイパス流路と接続される流路部を有してもよい。

以上述べたように、本発明によれば、１つの冷媒回路で暖房運転に適切な温度の吹き出し空気と給湯に十分な温度の温水を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯空調装置を示す系統図である。 給湯装置の一構成例を示す系統図である。 暖房と給湯モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。 冷房と給湯モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。 本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式給湯空調装置を示す系統図である。 バイパス流路の一例を説明する室外熱交換器の模式図である。 バイパス流路の他の一例を説明する室外熱交換器の模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯空調装置１００を示す系統図である。

［ヒートポンプ式給湯空調装置の構成］
本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置１００は、図１に示す冷媒回路１１０と図２に示す給湯装置５００を備える。冷媒回路１１０は、室外機Ｅ１と、室内機Ｅ２とを有し、給湯と空調とを制御する。冷媒回路１１０は、室外機Ｅ１に備えられた圧縮機１１、給湯用熱交換器１２および室外熱交換器１３と、室内機Ｅ２に備えられた室内熱交換器１４と、これらを接続する配管とを備える。ヒートポンプ式給湯空調装置１００はさらに、ヒートポンプ式給湯空調装置１００の運転を制御する制御部６０を備える。

圧縮機１１は、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒を吐出する。冷媒の種類は特に限定されず、典型的には、不燃性、低毒性のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系の冷媒が用いられ、例えば、Ｒ４１０Ａが採用される。また、二酸化炭素などの自然冷媒であってもよい。圧縮機１１の種類も特に限定されず、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動される運転容量可変の圧縮機が採用される。

給湯用熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒と図２に示す給湯装置５００を循環する水（水道水などの市水）を熱交換させる熱交換器である。給湯用熱交換器１２は、冷媒回路１１０と給湯装置５００で共用される。

図２は、給湯装置５００の一構成例を示す系統図である。給湯装置５００は、貯湯タンク５０１と、貯湯タンク５０１へ市水を導入する水道管５０２と、貯湯タンク５０１と給湯用熱交換器１２の間で水を循環させるポンプＰを含む水循環回路５０３と、貯湯タンク５０１内の温水を外部へ供給する給湯管５０４とを有する。給湯管５０４には、貯湯タンク５０１から導出した温水を水道管５０２内の水と混合するための混合弁Ｖが設けられる。

給湯用熱交換器１２は水と冷媒の間の熱交換ができる、例えばプレート型熱交換器、二重管式熱交換器や多管式熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。また、室外熱交換器１３および室内熱交換器１４は、その種類は特に限定されず、例えば空気と冷媒の間の熱交換ができるパラレルフロー型熱交換器、フィンチューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。室外機Ｅ１および室内機Ｅ２にはそれぞれ図示せずとも、室外熱交換器１３および室内熱交換器１４の近傍にそれぞれ送風用のファンが配置される。

図１を参照して、冷媒回路１１０は、給湯用冷媒回路１５１と、空調用冷媒回路１５２と、第１の切替弁としての四方弁２１とを有する。

給湯用冷媒回路１５１は、２つの冷媒回路を有する。一方の冷媒回路は、圧縮機１１、配管９１、給湯用熱交換器１２、配管９２、室外熱交換器１３、配管９３、四方弁２１および配管９４の順で冷媒を循環させる。他方の冷媒回路は、圧縮機１１、配管９１、給湯用熱交換器１２、配管９２、配管９８、接続配管９５、室内熱交換器１４、接続配管９６、配管９７、四方弁２１および配管９４の順で冷媒を循環させる。

配管９１には、圧縮機１１から吐出されるガス冷媒の流路を２つに分岐させる分岐点１５３を有し、一方の流路は給湯用熱交換器１２に接続され、他方の流路は四方弁２１の第１ポートＡ１に接続される。接続配管９５，９６は、室外機Ｅ１と室内機Ｅ２とを相互に接続する配管であり、室外機Ｅ１および室内機Ｅ２に操作弁４１，４２を介してそれぞれ接続される。配管９８は接続配管９５が接続された操作弁４１と配管９２を接続する。配管９８と配管９２は、配管９２が有する接続点１５４で接続される。接続点１５４は、配管９２上の後述する第１の膨張弁３１と第２の膨張弁３２の間に設けられている。

四方弁２１は、配管９１が接続される第１ポートＡ１と、配管９７が接続される第２ポートＢ１と、配管９３が接続される第３ポートＣ１と、配管９４が接続される第４ポートＤ１とを有する。四方弁２１は、第１ポートＡ１と第２ポートＢ１とを相互に連通させ、かつ第３ポートＣ１と第４ポートＤ１とを相互に連通させる第１の状態と、第１ポートＡ１と第３ポートＣ１とを相互に連通させ、かつ第２ポートＢ１と第４ポートＤ１とを相互に連通させる第２の状態とを有する。四方弁２１は、制御部６０からの指令に基づき、第１の状態と第２の状態とが選択的に切り替えられる。

四方弁２１は、空調用冷媒回路１５２を暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路のいずれか一方に切り替えることができる。空調用冷媒回路１５２は、四方弁２１が第１の状態をとることで、暖房用冷媒回路として機能し、四方弁２１が第２の状態をとることで、冷房用冷媒回路として機能する。

暖房用冷媒回路は、圧縮機１１、配管９１、第１の状態にある四方弁２１、配管９７、接続配管９６、室内熱交換器１４、接続配管９５、配管９２、室外熱交換器１３、配管９３、第１の状態にある四方弁２１および配管９４の順で冷媒を循環させる。冷房用冷媒回路は、圧縮機１１、配管９１、第２の状態にある四方弁２１、配管９３、室外熱交換器１３、配管９２、接続配管９５、室内熱交換器１４、接続配管９６、配管９７、第２の状態にある四方弁２１および配管９４の順で冷媒を循環させる。

冷媒回路１１０は、第１の膨張弁３１、第２の膨張弁３２および開閉弁３３を有する。

第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２は配管９２に設けられ、第１の膨張弁３１は、給湯用熱交換器１２と第２の膨張弁３２との間に配置される。第１の膨張弁３１は、給湯運転において給湯用熱交換器１２から流出する冷媒を減圧する機能を有する。第２の膨張弁３２は、冷房運転において室外熱交換器１３から流出する冷媒を減圧する機能を有する。第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２は、制御部６０からの指令に基づいて、全閉を含む任意の開度に調整できる電子膨張弁である。

開閉弁３３は、配管９８に設けられ、後述するように運転モードに応じて制御部６０からの指令に基づき、配管９２と接続配管９５とを接続する流路を遮断する。なお、後述するように開閉弁３３は必ずしも必要ではない。

そして、本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置１００は、圧縮機１１と室内熱交換器１４の間を流れる冷媒を減圧する減圧手段としての制御弁７１（第１の制御弁）を備える。制御弁７１は、配管９７に設けられ、圧縮機１１から吐出された冷媒を減圧する。制御弁７１は、制御部６０からの指令に基づいて、全閉を含む任意の開度に調整することができる電子膨張弁である。

制御部６０は、ＣＰＵ、メモリ等を含むマイクロコンピュータであり、メモリに格納された制御プログラムに従って、ヒートポンプ式給湯空調装置１００の動作を制御する。制御部６０は、圧縮機１１の駆動、四方弁２１の切り替え、そして、第１の膨張弁３１、第２の膨張弁３２、開閉弁３３の開閉および制御弁７１の開度を制御する。

［ヒートポンプ式給湯空調装置の動作］
続いて、ヒートポンプ式給湯空調装置１００の動作を説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置１００は、表１に示す６つの運転モードを実行することができる。

（１－１：暖房と給湯モード）
「暖房と給湯モード」は暖房と給湯を同時に行う運転モードである。この運転モードでは、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、開閉弁３３が開とされ、第１の膨張弁３１、第２の膨張弁３２および制御弁７１がそれぞれ、所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３は、給湯用冷媒回路１５１および空調用冷媒回路１５２における蒸発器として動作し、室内熱交換器１４は空調用冷媒回路１５２における凝縮器として動作する。

圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、配管９１の分岐点１５３で分岐し、給湯用冷媒回路１５１と空調用冷媒回路１５２（暖房用冷媒回路）を循環する。

図３は、「暖房と給湯モード」における冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中、横軸は比エンタルピー、縦軸は圧力、二点鎖線は飽和液線および飽和蒸気線である。図中、Ｐ１は圧縮機１１から吐出された冷媒の状態、Ｐ２は給湯用熱交換器１２から流出した冷媒の状態、Ｐ３は制御弁７１から流出した冷媒の状態、Ｐ３'は室内熱交換器１４に流入する冷媒の状態、Ｐ４は室内熱交換器１４から流出した冷媒の状態、Ｐ５は室外熱交換器１３に流入する冷媒の状態、そして、Ｐ６は圧縮機１１に吸入される冷媒の状態をそれぞれ示している。

配管９１の分岐点１５３で分岐され給湯用冷媒回路１５１に流入した高温・高圧のガス冷媒は、給湯用熱交換器１２へ流入し、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して凝縮する。貯湯タンク５０１内の水は、給湯用熱交換器１２において冷媒と熱交換を繰り返して加温され、所定温度の温水となる（図２参照）。給湯用熱交換器１２から流出した高温・高圧の液冷媒は、第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入し、外気との熱交換により蒸発する。室外熱交換器１３から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第１の状態（Ｃ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

一方、配管９１の分岐点１５３で分岐され空調用冷媒回路１５２に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通）にある四方弁２１および制御弁７１を経て室内熱交換器１４へ流入し、室内空気と熱交換して凝縮する。これにより、室内機Ｅ２が設置された部屋の暖房が行われる。室内熱交換器１４から流出した冷媒は、開閉弁３３を経て給湯用熱交換器１２から流出した冷媒と合流する。その後、上述と同様に、第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入して外気との熱交換により蒸発し、四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

以上のような「給湯と暖房モード」では、圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒を制御弁７１で減圧し、室内熱交換器１４に流入させることで暖房用の凝縮圧力が得られる。一方で、給湯用熱交換器１２には圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒がそのまま流入するため、暖房用の凝縮圧力より高い給湯用の凝縮圧力が得られる。このように冷媒が給湯用熱交換器１２および室内熱交換器１４に並列に流れ、それぞれの用途に適した異なる２つの凝縮圧力が得られる。つまり、それぞれの用途に適した異なる２つの凝縮温度が得られる。これにより、１つの冷媒回路で暖房運転に適切な温度の吹き出し空気と給湯に十分な温度の温水を同時に得ることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、空調用および給湯用の異なる２つの温度を１つの冷媒回路で同時に得ることできるため、給湯用および空調用の２つの冷媒回路を必要とすることなく、給湯用途および空調用途にそれぞれ適した最適な冷媒凝縮温度を実現することができる。また、給湯と暖房を実現する上で、室外機の大型化やコストの増加を抑えることができる。

なお、制御弁７１は、「暖房と給湯モード」において圧縮機１１から室内熱交換器１４へ流入する冷媒の圧力を減圧することで、給湯用熱交換器１２における冷媒凝縮温度よりも室内熱交換器１４における冷媒凝縮温度を低くするために設けられる。したがって制御弁７１は、四方弁２１と室内熱交換器１４との間の冷媒流路であれば任意の位置に配置されてよい。

（１－２：冷房と給湯モード（第１モード））
「冷房と給湯モード」は冷房と給湯を同時に行う運転モードである。この運転モードでは、四方弁２１は第２の状態（Ａ１―Ｃ１連通、Ｂ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、開閉弁３３は開、制御弁７１は全開とされる。当該運転モードでは、第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２がそれぞれ所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される第１モードと、第１の膨張弁３１が上記所定の開度に制御され、第２の膨張弁３２が全閉とされる第２モードとを有する。第２モードについては後述する。

第１モードでは、給湯用熱交換器１２および室外熱交換器１３が凝縮器として動作し、室内熱交換器１４が蒸発器として動作する。

圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、配管９１の分岐点１５３で分岐し、給湯用冷媒回路１５１と空調用冷媒回路１５２（冷房用冷媒回路）を循環する。図４は、当該運転モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中、横軸は比エンタルピー、縦軸は圧力、二点鎖線は飽和液線および飽和蒸気線である。図中、Ｐ１は圧縮機１１から吐出された冷媒の状態、Ｐ２は給湯用熱交換器１２から流出した冷媒の状態、Ｐ５は室外熱交換器１３から流出した冷媒の状態、Ｐ４は室内熱交換器１４に流入する冷媒の状態、Ｐ３'は室内熱交換器１４から流出した冷媒の状態、そして、Ｐ６は圧縮機１１に吸入される冷媒の状態をそれぞれ示している。

配管９１の分岐点１５３で分岐され給湯用冷媒回路１５１に流入した高温・高圧のガス冷媒は、給湯用熱交換器１２へ流入し、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して凝縮し、温水を生成する。給湯用熱交換器１２から流出した冷媒は、第１の膨張弁３１で減圧される。一方、配管９１の分岐点１５３で分岐され空調用冷媒回路１５２に流入し、第２の状態（Ａ１－Ｃ１連通）にある四方弁２１を経て室外熱交換器１３へ流入した高温・高圧のガス冷媒は、外気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器１３から流出した冷媒は第２の膨張弁３２で減圧され、配管９２と接続配管９５との接続点１５４で、第１の膨張弁３１から流出した給湯用冷媒回路の冷媒と合流し、開状態にある開閉弁３３を経て室内熱交換器１４へ流入する。室内熱交換器１４に流入した冷媒は、室内空気と熱交換して蒸発し、室内機Ｅ２が設置された部屋の冷房を行う。室内熱交換器１４から流出した低温・低圧のガス冷媒は、全開状態にある制御弁７１および第２の状態（Ｃ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

（１－３：冷房と給湯モード（第２モード））
「冷房の給湯モード」の第２モードでは、給湯用熱交換器１２のみが凝縮器として動作し、室内熱交換器１４が蒸発器として動作する。

圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、配管９１の分岐点１５３で分岐し、給湯用冷媒回路１５１と空調用冷媒回路１５２（冷房用冷媒回路）を循環する。図４は、当該運転モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。

配管９１の分岐点１５３で分岐され給湯用冷媒回路１５１に流入した高温・高圧のガス冷媒は、給湯用熱交換器１２へ流入し、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して凝縮し、温水を生成する。給湯用熱交換器１２から流出した冷媒は、第１の膨張弁３１で減圧され、開状態にある開閉弁３３を経て室内熱交換器１４へ流入する。室内熱交換器１４に流入した冷媒は、室内空気と熱交換して蒸発し、室内機Ｅ２が設置された部屋の冷房を行う。室内熱交換器１４から流出した低温・低圧のガス冷媒は、全開状態にある制御弁７１および第２の状態（Ｃ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

当該第２モードでは、第２の膨張弁３２が全閉状態あるため、室外熱交換器１３は凝縮器として動作せず、給湯用熱交換器１２のみが、給湯用冷媒回路１５１および空調用冷媒回路において共通の凝縮器として機能する。

以上のようにして、本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置１００によれば、冷房と給湯の同時運転が可能となる。第１モードおよび第２モードはいずれが採用されてもよく、例えば、冷房能力を大きくしたいときは第１モードが選択される。第２モードが選択される場合では、冷房運転時に室外熱交換器１３のみを凝縮器として用いると排熱されるだけであった熱を、給湯用熱交換器１２で温水を生成するために利用するので排熱回収ができる。なお、第１モードおよび第２モードの双方を選択できるように構成する例に限られず、いずれか一方のみが固定的に採用されてもよい。

（１－４：給湯モード）
「給湯モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、第２の膨張弁３２が全開、開閉弁３３が閉、制御弁７１が全閉とされ、さらに、第１の膨張弁３１が所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３は給湯用冷媒回路１５１における蒸発器として動作する。また、開閉弁３３が閉、制御弁７１が全閉とされるため、室内熱交換器１４には冷媒が流れず、空調用冷媒回路１５２は遮断される。なお、制御弁７１が全閉とされるため、通常、開閉弁３３はなくてよい。室内熱交換器１４側への冷媒の滞留が給湯モードの運転に影響を与える場合のみ、開閉弁３３を設けるとよい。

圧縮機１１から給湯用熱交換器１２へ流入した高温・高圧のガス冷媒は、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して凝縮し、温水を生成する。給湯用熱交換器１２から流出した冷媒は、第１の膨張弁３１で減圧されて室外熱交換器１３へ流入し、外気との熱交換により蒸発する。室外熱交換器１３から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第１の状態（Ｃ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

（１－５：冷房モード）
「冷房モード」では、四方弁２１は第２の状態（Ａ１－Ｃ１連通、Ｂ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、開閉弁３３が閉、制御弁７１が全開、第１の膨張弁３１が全閉とされ、さらに、第２の膨張弁３２が所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３は空調用冷媒回路１５２における凝縮器として、室内熱交換器１４は空調用冷媒回路１５２における蒸発器としてそれぞれ動作する。また、第１の膨張弁３１が全閉とされるため、給湯用冷媒回路１５１は遮断される。

圧縮機１１から第２の状態（Ａ１－Ｃ１連通）にある四方弁２１を経て室外熱交換器１３へ流入した高温・高圧のガス冷媒は、外気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器１３から流出した冷媒は第２の膨張弁３２で減圧され、開状態にある開閉弁３３を経て室内熱交換器１４へ流入する。室内熱交換器１４に流入した冷媒は、室内空気と熱交換して蒸発し、室内機Ｅ２が設置された部屋の冷房を行う。室内熱交換器１４から流出した低温・低圧のガス冷媒は、全開状態にある制御弁７１および第２の状態（Ｂ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

（１－６：暖房モード）
「暖房モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、開閉弁３３が開、制御弁７１が全開、第１の膨張弁３１が全閉とされ、第２の膨張弁３２が所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３は空調用冷媒回路１５２における蒸発器として、室内熱交換器１４は空調用冷媒回路１５２における凝縮器としてそれぞれ動作する。また、第１の膨張弁３１が全閉とされるため、給湯用冷媒回路１５１は遮断される。

圧縮機１１から第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通）にある四方弁２１および全開状態にある制御弁７１を経て室内熱交換器１４へ流入した高温・高圧のガス冷媒は、室内空気と熱交換して凝縮し、室内機Ｅ２が設置された部屋の暖房を行う。室内熱交換器１４から流出した冷媒は、第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入して外気との熱交換により蒸発し、第１の状態（Ｃ１－Ｄ１連通）にある四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式給湯空調装置２００を示す系統図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置２００は、四方弁２１と室内熱交換器１４との間に配管９７とは並列的に接続されたバイパス配管９８を有するバイパス回路１６を備える点と、それにともない第１の実施形態で説明した冷媒回路１１０のかわりに冷媒回路１２０を備える点で、第１の実施形態と相違する。その他の構成については上述の第１の実施形態と共通であるため、その説明は省略する。

バイパス回路１６は、空調用冷媒回路１５２（特に、暖房用冷媒回路）に設けられ、四方弁２１（第１の切替弁）と室内熱交換器１４との間を接続するメイン流路（配管９７）と、室外熱交換器１３の一部の流路を介して四方弁２１と室内熱交換器１４との間を接続するバイパス流路（配管９８）とを有し、メイン流路とバイパス流路とを選択的に切り替えることができる。

より具体的に、バイパス回路１６は、圧縮機１１から吐出された冷媒ガスをメイン流路またはバイパス流路に流す第２の切替弁としての三方弁２２を有する。三方弁２２は、四方弁２１の第２ポートＢ１と接続される第１ポートＡ２と、配管９７に接続される第２ポートＢ２と、配管９８に接続される第３ポートＣ２とを有する。そして、三方弁２２は、制御部６０からの指令に基づき、第１ポートＡ２と第２ポートＢ２との間を連通させる第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）と、第１ポートＡ２と第３ポートＣ２との間を連通させる第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）とを選択的に切り替える。

本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置２００は、第１の実施形態と同様に、圧縮機１１と室内熱交換器１４との間に冷媒を減圧する減圧手段を備える。当該減圧手段として、本実施形態においては、三方弁２２と室内熱交換器１４との間の配管９７上に第１の制御弁７１が配置されるとともに、三方弁２２と室外熱交換器１３との間の配管９８上に第２の制御弁７２が配置される。配管９８は、第１の制御弁７１をバイパスするように配管９７に接続される。

第１の制御弁７１は、第１の実施形態で説明した制御弁７１に相当する。第１の制御弁７１および第２の制御弁７２は、制御部６０からの指令に基づいて、全閉を含む任意の開度に調整することができる電子膨張弁である。なお、減圧手段として、冷媒の減圧機構（絞り機構など）を備える三方弁が採用されてもよく、この場合は各制御弁７１，７２の設置を不要とすることができる。

バイパス流路（配管９８）は室外熱交換器１３の近傍に配置される放熱部１７に接続される。この放熱部１７は、例えば、図６に示すように熱交換器本体１３１を支持するベース部１３２の熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の近傍に当該バイパス流路が接続される流路部１３３として設けられてもよいし、図７に示すように熱交換器本体１３１の下部に当該バイパス流路と接続される流路部１３４として設けられてもよい。流路部１３３，１３４にはバイパス流路（配管９８）を流れる高温の冷媒が流入し、この高温の冷媒が放熱することでベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の下部着氷を除去あるいは防止することができる。例えば、図６に示すように流路部１３３がベース部１３２の熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の近傍に設けられる場合は、ベース部１３２上の氷を溶かすことができ、図７に示すように熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の下部に流路部１３４が設けられる場合は、ベース部１３２上および熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）への着氷を未然に防ぐことができる。特に熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）への着氷や着霜は、その下部に発生することが多いため、図７に示すように熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の下部に流路部１３４を設けることが有効である。

続いて、ヒートポンプ式給湯空調装置２００の動作について説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯空調装置２００は、表２に示す８つの運転モードを実行することができる。

（２－１：暖房と給湯モード（メイン流路使用））
バイパス回路１６のメイン流路を使用する「暖房と給湯モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２も第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）にそれぞれ切り替えられる。また、開閉弁３３は開とされ、第２の制御弁７２は全閉とされ、さらに、第１の膨張弁３１、第２の膨張弁３２および第１の制御弁７１はそれぞれ、所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－１：暖房と給湯モード）と同様であるため、その説明を省略する。

（２－２：暖房と給湯モード（バイパス流路使用））
バイパス回路１６のバイパス流路を使用する「暖房と給湯モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２は第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）にそれぞれ切り替えられる。また、開閉弁３３は開とされ、第１の制御弁７１は全閉とされ、さらに、第１の膨張弁３１、第２の膨張弁３２および第２の制御弁７２はそれぞれ、所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３は、給湯用冷媒回路１５１および空調用冷媒回路１５２における蒸発器として動作し、室内熱交換器１４は空調用冷媒回路１５２における凝縮器として動作する。

圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、配管９１の分岐点１５３で分岐し、給湯用冷媒回路１５１と空調用冷媒回路１５２（暖房用冷媒回路）を循環する。当該運転モードにおける冷媒の状態変化は、図３を示したモリエル線図に対応する。

給湯用熱交換器１２へ流入した高温・高圧のガス冷媒は、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して凝縮し、温水を生成する。給湯用熱交換器１２から流出した冷媒は、第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入し、外気との熱交換により蒸発する。室外熱交換器１３から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第１の状態にある四方弁２１（Ｃ１－Ｄ１連通）を経て圧縮機１１へ戻る。

一方、第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通）にある四方弁２１および第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）にある三方弁２２を経てバイパス流路に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第２の制御弁７２で減圧されるとともに、流路部１３３によりベース部１３２を加熱する、または流路部１３４により熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の下部を加熱する（図６、図７参照）。ベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）が着氷するような環境下では、この冷媒による加熱によって、ベース部１３２または熱交換器１３１（室外熱交換器１３）の着氷や着霜を抑制することができる。また、既にベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）が着氷や着霜している場合には、氷や霜を融解させることができる。

放熱部１７（流路部１３３または流路部１３４）から流出した冷媒は、室内熱交換器１４へ流入し、室内空気と熱交換して凝縮する。これにより、室内機Ｅ２が設置された部屋の暖房が行われる。室内熱交換器１４から流出した冷媒は、開閉弁３３を経て給湯用熱交換器１２から流出した冷媒と合流する。その後、上述と同様に、第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入して外気との熱交換により蒸発し、四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

暖房と給湯を同時に運転する運転モードでは、圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒を第２の制御弁７１で減圧および放熱部１７である流路部１３３または流路部１３４で放熱させることで、室内熱交換器１４における暖房用の凝縮圧力が得られる。一方で、給湯用熱交換器１２には圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒がそのまま流入するため、給湯用熱交換器１２における給湯用の凝縮圧力が得られる。このように冷媒が給湯用熱交換器１２および室内熱交換器１４に並列に流れ、それぞれの用途に適した２つの凝縮温度が得られる。これにより、１つの冷媒回路で暖房運転に適切な温度の吹き出し空気と給湯に十分な温度の温水を同時に得ることが可能となり、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（２－３：冷房と給湯モード（第１モード））
「冷房と給湯モード」では、四方弁２１は第２の状態（Ａ１―Ｃ１連通、Ｂ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２は第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）に切り替えられる。また、開閉弁３３は開、第１の制御弁７１は全開とされ、第２の制御弁７２は全閉とされる。当該運転モードでは、第１の膨張弁３１および第２の膨張弁３２がそれぞれ所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される第１モードと、第１の膨張弁３１が上記任意の開度に制御され、第２の膨張弁３２が全閉とされる第２モードとを有する。第２モードについては後述する。

第１モードでは、給湯用熱交換器１２および室外熱交換器１３が凝縮器として動作し、室内熱交換器１４が蒸発器として動作する。第１モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－２：冷房と給湯モード（第１モード））と同様であるため、その説明を省略する。

（２－４：冷房と給湯モード（第２モード））
「冷房の給湯モード」の第２モードでは、給湯用熱交換器１２のみが凝縮器として動作し、室内熱交換器１４が蒸発器として動作する。第２モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－３：冷房と給湯モード（第２モード））と同様であるため、その説明を省略する。

（２－５：給湯モード）
「給湯モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に切り替えられるとともに、第２の膨張弁３２が全開に、開閉弁３３が開、第１の制御弁７１および第２の制御弁７２がそれぞれ全閉とされ、さらに、第１の膨張弁３１が所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。なお、第１の制御弁７１および第２の制御弁７２のいずれもが全閉とされるため、三方弁２２は第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）および第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）のいずれであってもよい。当該運転モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－３：給湯モード）と同様であるため、その説明を省略する。

（２－６：冷房モード）
「冷房モード」では、四方弁２１は第２の状態（Ａ１－Ｃ１連通、Ｂ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２は第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）にそれぞれ切り替えられる。また、開閉弁３３は開、第１の制御弁７１は全開に、第１の膨張弁３１および第２の制御弁７２はそれぞれ全閉とされ、さらに、第２の膨張弁３２は所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－４：冷房モード）と同様であるため、その説明を省略する。

（２－７：暖房モード（メイン流路使用））
バイパス回路１６のメイン流路を使用する「暖房モード」では、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２も第１の状態（Ａ２－Ｂ２連通）にそれぞれ切り替えられる。また、開閉弁３３は開、第１の制御弁７１は全開とされ、第１の膨張弁３１および第２の制御弁７２はそれぞれ全閉とされ、第２の膨張弁３２は所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードにおける冷媒の循環経路およびその作用効果は、第１の実施形態において説明した運転モード（１－５：暖房モード）と同様であるため、その説明を省略する。

（２－８：暖房モード（バイパス流路使用））
バイパス回路１６のバイパス流路を使用する暖房モードでは、四方弁２１は第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通、Ｃ１－Ｄ１連通）に、三方弁２２は第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）にそれぞれ切り替えられる。また、開閉弁３３は開、第２の制御弁７２は全開とされ、第１の膨張弁３１および第１の制御弁７１はそれぞれ全閉とされ、第２の膨張弁３２は所定の圧力に冷媒を減圧する任意の開度に制御される。当該運転モードでは、室外熱交換器１３および室内熱交換器１４は空調用冷媒回路１５２における蒸発器および凝縮器としてそれぞれ動作する。また、第１の膨張弁３１が全閉とされるため、給湯用冷媒回路１５１は遮断される。

圧縮機１１から第１の状態（Ａ１－Ｂ１連通）にある四方弁２１および第２の状態（Ａ２－Ｃ２連通）にある三方弁２２を経てバイパス流路に流入した高温・高圧のガス冷媒は、流路部１３３によりベース部１３２を加熱する、または流路部１３４により熱交換器本体（室外熱交換器１３）の下部を加熱する（図６、図７参照）。ベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）が着氷するような環境下では、この冷媒による加熱によって、ベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）の着氷を抑制することができる。また、既にベース部１３２または熱交換器本体１３１（室外熱交換器１３）が着氷や着霜している場合には、氷や霜を融解させることができる。

流路部１３３または流路部１３４から流出した冷媒は、室内熱交換器１４へ流入し、室内空気と熱交換して凝縮する。これにより、室内機Ｅ２が設置された部屋の暖房が行われる。室内熱交換器１４から流出した冷媒は、開閉弁３３を経て第２の膨張弁３２で減圧されて室外熱交換器１３へ流入して外気との熱交換により蒸発し、四方弁２１を経て圧縮機１１へ戻る。

当該運転モードは、上述のように室外熱交換器１３のベース部１３２の着氷防止を図ることができるが、通常はメイン流路を使用した暖房運転を実行し、定期的に三方弁２２を切り替えることで、ベース部１３２に着氷した氷の融解を行うような制御が実行されてもよい。あるいは、外気温度を検出する温度センサを室外機に設置し、その検出温度に応じてバイパス流路を使用した暖房運転に切り替えられてもよい。

＜第２の実施形態の変形例＞
第２の実施形態の変形例として、（２－２：暖房と給湯モード（バイパス流路使用））、（２－８：暖房モード（バイパス流路使用））において、バイパス流路に加えてメイン流路にも冷媒を流すことも考えられる。

（２－２：暖房と給湯モード（バイパス流路使用））においてバイパス流路とメイン流路のそれぞれに冷媒を流すには、表２の第１制御弁（７１）の制御態様を「全閉」から「制御」に変更する。また、（２－８：暖房モード（バイパス流路使用））においてバイパス流路とメイン流路のそれぞれに冷媒を流すには、表２の第１制御弁（７１）の制御態様を「全閉」から「制御」に、第２制御弁（７２）の制御態様を「全開」から「制御」にそれぞれ変更する。

このように、（２－２：暖房と給湯モード（バイパス流路使用））および（２－８：暖房モード（バイパス流路使用））において、バイパス流路とメイン流路にパラレルに冷媒を流すことにより、室内側の暖房負荷と室外熱交換器の着霜量や室外機のベース部１３２の着氷量に応じてメイン流路とバイパス流路の冷媒流量をそれぞれ調整できるため、効率的な運転が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、放熱部の一例として室外熱交換器１３の下部の近傍に設けた流路部１３３または流路部１３４を説明したが、放熱手段として設けられた専用の熱交換器が採用されてもよい。

さらに運転モードに制限を伴うが、減圧手段として、キャピラリーチューブ等の固定絞りが採用されてもよい。

１１…圧縮機
１２…給湯用熱交換器
１３…室外熱交換器
１４…室内熱交換器
１６…バイパス回路
１７…放熱部
２１…四方弁（第１の切替弁）
２２…三方弁（第２の切替弁）
３１…第１の膨張弁
３２…第２の膨張弁
３３…開閉弁
６０…制御部
７１…第１の制御弁（減圧手段）
７２…第２の制御弁（減圧手段）
１００，２００…ヒートポンプ式給湯空調装置
１１０，１２０…冷媒回路
１３２…ベース部
１３３，１３４…流路部
１５１…給湯用冷媒回路
１５２…空調用冷媒回路
５００…給湯装置

Claims (6)

1. 冷媒を吐出する圧縮機と、給湯用熱交換器と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、減圧手段とを含む冷媒回路を有し、
   前記冷媒回路は、
   前記圧縮機と、前記給湯用熱交換器と、前記室外熱交換器または前記室内熱交換器との間で冷媒を循環させる給湯用冷媒回路と、
   前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記室内熱交換器との間で冷媒を循環させる空調用冷媒回路と、を有し、
   前記減圧手段は、前記空調用冷媒回路に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力を減圧する
   ヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記空調用冷媒回路は、前記圧縮機と前記室内熱交換器との間を接続するメイン流路と、前記室外熱交換器の一部の流路を介して前記圧縮機と前記室内熱交換器との間を接続するバイパス流路とを有し、前記メイン流路と前記バイパス流路とは選択的に切り替えられ、
   前記減圧手段は、前記メイン流路に配置された第１の制御弁と、前記バイパス流路に配置された第２の制御弁とを含む
   ヒートポンプ式給湯空調装置。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記第１の制御弁および前記第２の制御弁は、開度が調整できる制御弁である
   ヒートポンプ式給湯空調装置。
3. 請求項２に記載のヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記減圧手段は、冷媒を冷却する放熱部をさらに備える
   ヒートポンプ式給湯空調装置。
4. 請求項１に記載のヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記冷媒回路は、前記空調用冷媒回路を暖房用冷媒回路と冷房用冷媒回路のいずれか一方に切り替える第１の切替弁を有し、
   前記第１の制御弁は、前記第１の切替弁と前記室内熱交換器との間に配置される
   ヒートポンプ式給湯空調装置。
5. 請求項４に記載のヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記冷媒回路は、前記暖房用冷媒回路を前記メイン流路と前記バイパス流路のいずれか一方に切り替える第２の切替弁をさらに有する
   ヒートポンプ式給湯空調装置。
6. 請求項３に記載のヒートポンプ式給湯空調装置であって、
   前記放熱部は、前記室外熱交換器の底部の近傍に設けられ前記バイパス流路と接続される流路部を有する
   ヒートポンプ式給湯空調装置。

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