JPWO2019064332A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置は、室内熱交換器を凝縮器として機能させる運転モードにおいて、低外気温時、貯湯タンクに設けられた水熱交換器が蒸発器として機能し、水熱交換器を流れる冷媒が電気ヒーター等の熱源の熱で蒸発する運転状態となる。

Description

本発明は、室内熱交換器で室内の空調を行う空調運転と共に、水熱交換器で貯湯タンク内の水を加熱する給湯運転を行う冷凍サイクル装置に関する。

従来、熱源側熱交換器及び室内熱交換器を備え、熱源側熱交換器で生成した冷熱又は温熱を室内熱交換器に供給し、室内熱交換器で室内の空調を行う冷凍サイクル装置が知られている。また、このような従来の冷凍サイクル装置の中には、貯湯タンク及び水熱交換器をさらに備え、室内熱交換器で室内の空調を行う空調運転と共に、熱源側熱交換器で生成した温熱を水熱交換器に供給し、該水熱交換器で貯湯タンク内の水を加熱する給湯運転を行うものも提案されている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／１１１０６３号

冷凍サイクル回路は、蒸発器に供給された空気から蒸発器を流れる冷媒が熱を採取する構成となっている。そして、冷凍サイクル回路は、蒸発器に供給された空気と蒸発器を流れる冷媒との温度差が小さくなると、成績係数（以下、ＣＯＰと称する）が低下する特性がある。ここで、空調運転及び給湯運転の双方を行える従来の冷凍サイクル装置は、室内を暖房する暖房運転時、及び暖房運転と共に給湯運転を行う暖房給湯同時運転時、熱源側熱交換器が蒸発器として機能する。このため、空調運転及び給湯運転の双方を行える従来の冷凍サイクル装置は、低外気温の状況下において暖房運転又は暖房給湯同時運転を行うと、外気と熱源側熱交換器を流れる冷媒との温度差が小さくなり、ＣＯＰが低下してしまうという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低外気温の状況下において暖房運転又は暖房給湯同時運転を行う際、従来よりもＣＯＰが向上する冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられ、該貯湯タンクに貯留された水を加熱する熱源と、室内熱交換器、熱源側熱交換器、及び、前記貯湯タンクに設けられて該貯湯タンクに貯留された水と熱交換する水熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、前記熱源側熱交換器の設置環境の温度を検出する第１温度検出装置と、を備え、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる運転モードを実行し、前記運転モードは、前記第１温度検出装置の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させる第１運転状態で実施され、前記第１温度検出装置の検出温度が前記第１規定温度以下の場合、前記水熱交換器を蒸発器として機能させて、前記水熱交換器を流れる冷媒が前記熱源の熱で蒸発する第２運転状態で実施される構成である。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、第１温度検出装置の検出温度が第１規定温度以下となる状況下において室内熱交換器を凝縮器として機能させる運転モードを実行する場合、つまり低外気温の状況下において暖房運転又は暖房給湯同時運転を行う場合、水熱交換器を流れる冷媒が熱源から熱を採取し、この採取した熱で室内を暖房することができる。このため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、低外気温の状況下において暖房運転又は暖房給湯同時運転を行う際、従来よりもＣＯＰを向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける第１運転状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける第２運転状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の外気温度とＣＯＰとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の外気温度とＣＯＰとの関係を示す別の図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の給湯運転モードにおける第１給湯運転状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房給湯同時運転モードにおける第１運転状態を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房運転モードを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房給湯同時運転モードを示す冷媒回路図である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、室内熱交換器４で室内の暖房を行う暖房運転と共に、水熱交換器５で貯湯タンク３０内の水を加熱する給湯運転を行うことができるものである。この冷凍サイクル装置１００は、貯湯タンク３０、電気ヒーター４０、及び冷凍サイクル回路１を備えている。

貯湯タンク３０は、市水等の水を内部に貯留するものである。本実施の形態では、図１に黒塗り矢印に示すように、貯湯タンク３０の下部から、該貯湯タンク３０に市水等の水が供給される。この貯湯タンク３０に貯留された水は、電気ヒーター４０及び冷凍サイクル回路１の水熱交換器５のうちの少なくとも一方で加熱される。加熱されて湯となった貯湯タンク３０内の水は、図１に黒塗り矢印で示すように、該貯湯タンク３０の上部から流出し、注湯先に供給される。

電気ヒーター４０は、貯湯タンク３０に設けられ、該貯湯タンク３０に貯留された水を加熱するものである。本実施の形態に係る電気ヒーター４０は、電力が供給されることにより、発熱部が発熱する構成となっている。この電気ヒーター４０の発熱部は、貯湯タンク３０の外周部に巻き付けられている。つまり、電気ヒーター４０に電力が供給されると、発熱部によって貯湯タンク３０の外壁が加熱され、該外壁を介して貯湯タンク３０内の水が加熱される構成となっている。なお、電気ヒーター４０へ電力を供給する供給源は、特に限定されない。例えば、商用電源を供給源としてもよいし、燃料電池を供給源としてもよい。また、電気ヒーター４０を貯湯タンク３０内に設け、貯湯タンク３０内の水を直接加熱する構成としてもよい。
ここで、電気ヒーター４０が、本発明の熱源に相当する。なお、本発明の熱源は電気ヒーター４０に限定されるものではなく、例えばガスボイラーを熱源として用いてもよい。

冷凍サイクル回路１は、圧縮機２、熱源側熱交換器３、室内熱交換器４、水熱交換器５、流路切替装置６、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２と、これらを接続する配管と、を備えている。

圧縮機２は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にするものである。圧縮機２の種類は特に限定されるものではなく、例えば、レシプロ、ロータリー、スクロール又はスクリュー等の各種タイプの圧縮機構を用いて圧縮機２を構成することができる。圧縮機２は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプのもので構成するとよい。

この圧縮機２の吐出側には、例えば四方弁である流路切替装置６が接続されている。流路切替装置６は、図１に破線で示す第１流路と、図１に実線で示す第２流路とを切り替えるものである。第１流路は、熱源側熱交換器３の第１流出入口と圧縮機２の吐出側とが接続され、水熱交換器５の第１流出入口と圧縮機２の吸入側とが接続される流路である。第２流路は、熱源側熱交換器３の第１流出入口と圧縮機２の吸入側とが接続され、水熱交換器５の第１流出入口と圧縮機２の吐出側とが接続される流路である。なお、流路切替装置６は、四方弁に限定されるものではなく、例えば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。

熱源側熱交換器３は、内部を流れる冷媒と室外空気とを熱交換させる、例えばフィンチューブ型の空気式熱交換器である。上述のように、熱源側熱交換器３の第１流出入口は、流路切替装置６に接続されている。また、後述のように、熱源側熱交換器３の第２流出入口は、配管１１に接続されている。なお、本実施の形態では、熱源側熱交換器３において冷媒と室外空気との熱交換を促進するため、熱源側熱交換器３の近傍に、熱源側熱交換器３へ室外空気を供給する送風機２３が設けられている。

室内熱交換器４は、内部を流れる冷媒と室内空気とを熱交換させる、例えばフィンチューブ型の空気式熱交換器である。室内熱交換器４の第１流出入口は、流路切替装置６と並列に、圧縮機２の吐出側に接続されている。また、室内熱交換器４の第２流出入口は、配管７の第１端部に接続されている。この配管７には、冷媒を減圧して膨張させる膨張弁８が設けられている。換言すると、膨張弁８は、室内熱交換器４が凝縮器として機能する状態において、該室内熱交換器４よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられている。なお、本実施の形態では、室内熱交換器４において冷媒と室内空気との熱交換を促進するため、室内熱交換器４の近傍に、室内熱交換器４へ室内空気を供給する送風機２４が設けられている。
ここで、配管７が、本発明の第１配管に相当する。また、膨張弁８が、本発明の第１膨張弁に相当する。

水熱交換器５は、貯湯タンク３０に設けられ、該貯湯タンク３０に貯留された水を加熱するものである。本実施の形態に係る水熱交換器５は、例えば、熱伝導率の良い配管で構成されており、貯湯タンク３０の外周部に巻き付けられている。つまり、水熱交換器５に貯湯タンク３０内の水よりも高温の冷媒が流れると、貯湯タンク３０の外壁が加熱され、該外壁を介して貯湯タンク３０内の水が加熱される構成となっている。なお、水熱交換器５を貯湯タンク３０内に設け、貯湯タンク３０内の水を直接加熱する構成としてもよい。上述のように、水熱交換器５の第１流出入口は、流路切替装置６に接続されている。また、水熱交換器５の第２流出入口は、配管９の第１端部に接続されている。この配管９には、冷媒を減圧して膨張させる膨張弁１０が設けられている。
ここで、配管９が、本発明の第２配管に相当する。また、膨張弁１０が、本発明の第２膨張弁に相当する。

配管７の第２端部及び配管９の第２端部は、配管１１の第１端部に接続されている。つまり、配管７及び配管９は、配管１１に並列に接続されている。この配管１１の第２端部は、上述のように、熱源側熱交換器３の第２端部に接続されている。また、配管１１には、膨張弁１２が設けられている。なお、後述のように、膨張弁１２は、開度を全開にするか全閉にするかの二択で用いられる。このため、膨張弁１２に換えて開閉弁を用いてもよい。
ここで、配管１１が、本発明の第３配管に相当する。また、膨張弁１２が、本発明の開閉弁に相当する。

なお、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、暖房運転だけでなく、室内熱交換器４で室内の冷房を行う冷房運転もできる構成となっている。このため、冷凍サイクル装置１００の冷凍サイクル回路１は、圧縮機２と室内熱交換器４の第１流出入口との間に、流路切替装置１３を備えている。この流路切替装置１３は、図１に破線で示す第３流路と、図１に実線で示す第４流路とを切り替えるものである。第３流路は、室内熱交換器４の第１流出入口と圧縮機２の吐出側とが接続される流路である。第４流路は、室内熱交換器４の第１流出入口と圧縮機２の吸入側とが接続される流路である。なお、本実施の形態では、四方弁の１つの接続口を閉塞して、流路切替装置１３を構成している。しかしながら、流路切替装置１３は、四方弁に限定されるものではなく、例えば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷凍サイクル回路１は、圧縮機２の吸入側に、詳しくは圧縮機２の吸入側と流路切替装置６との間に、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１４が設けられている。なお、余剰冷媒が発生しない場合には、アキュムレータ１４を設けなくともよい。

上述した冷凍サイクル装置１００の各構成は、熱源ユニット５１、室内ユニット５２又は貯湯タンクユニット５３に収納されている。詳しくは、熱源ユニット５１には、圧縮機２、熱源側熱交換器３、流路切替装置６、膨張弁１０、膨張弁１２、流路切替装置１３、アキュムレータ１４、及び送風機２３が収納されている。室内ユニット５２には、室内熱交換器４、膨張弁８、及び送風機２４が収納されている。貯湯タンクユニット５３には、貯湯タンク３０、水熱交換器５、及び電気ヒーター４０が収納されている。

なお、本実施の形態では、２つの室内ユニット５２が並列に接続されているが、本発明において室内ユニット５２の数は２つに限定されない。３つ以上の室内ユニット５２を並列に接続してもよいし、室内ユニット５２を１つのみ設けてもよい。また、本実施の形態では、熱源ユニット５１及び貯湯タンクユニット５３を１つのみ設けているが、本発明において、熱源ユニット５１及び貯湯タンクユニット５３の数は、１つに限定されない。熱源ユニット５１を２つ以上並列に接続してもよいし、貯湯タンクユニット５３を２つ以上並列に接続してもよい。

また、冷凍サイクル装置１００は、各種センサー、及び、これらのセンサーの検出値に基づいて冷凍サイクル装置１００の各構成を制御する制御装置６０を備えている。

具体的には、圧縮機２の吐出側には、圧縮機２から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサー７１が設けられている。室内熱交換器４の第１流出入口と流路切替装置１３とを接続する配管には、該配管を流れる冷媒の温度を検出する温度センサー７２が設けられている。配管７における室内熱交換器４と膨張弁８との間となる位置には、該位置を流れる冷媒の温度を検出する温度センサー７３が設けられている。配管９における水熱交換器５と膨張弁１０との間となる位置には、該位置を流れる冷媒の温度を検出する温度センサー７４が設けられている。

熱源側熱交換器３の近傍には、熱源側熱交換器３の設置環境の温度、換言すると外気温度を検出する温度センサー７５が設けられている。室内ユニット５２には、室内の温度を検出する温度センサー７６が設けられている。貯湯タンク３０の側面部には、上方から下方にかけて複数の温度センサー７７が設けられている。温度センサー７２〜７７は、例えばサーミスタである。

ここで、温度センサー７５が、本発明の第１温度検出装置に相当する。温度センサー７６が、本発明の第３温度検出装置に相当する。また、後述のように、制御装置６０の演算部６３は、温度センサー７７の検出温度に基づいて、貯湯タンク３０に貯留した水の温度を検出する。つまり、演算部６３及び温度センサー７７が、本発明の第２温度検出装置に相当する。なお、複数の温度センサー７７のうちの１つの検出温度を、貯湯タンク３０に貯留した水の温度としてもよい。この場合、温度センサー７７が、本発明の第２温度検出装置となる。

制御装置６０は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）で構成される。制御装置６０は、例えば熱源ユニット５１に収納される。

制御装置６０が専用のハードウェアである場合、制御装置６０は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置６０が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

制御装置６０がＣＰＵの場合、制御装置６０が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置６０の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。

なお、制御装置６０の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

本実施の形態に係る制御装置６０は、機能部として、記憶部６１、演算部６３、及び制御部６４を備えている。
記憶部６１は、制御部６４が制御対象を制御する際等に用いられる値、及び、演算部６３が演算に用いる数式、テーブル等を記憶しておくものである。また、記憶部６１は、後述する各運転モード開始時における各アクチュエータの初期設定を記憶しておくものである。演算部６３は、上記の各種センサーの検出値に基づいて、室内熱交換器４及び水熱交換器５から流出した冷媒の過熱度及び過冷却度を演算するものである。また、上述のように、演算部６３は、温度センサー７７の検出温度に基づいて、貯湯タンク３０に貯留した水の温度を検出するものである。制御部６４は、後述する各運転モードにおいて、流路切替装置６，１３の流路の切り替え、膨張弁８，１０，１２の開度、電気ヒーター４０の加熱能力（入力電力量）を制御するものである。また、本実施の形態に係る制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４の回転数も制御する。

［動作説明］
続いて、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、暖房運転モード、給湯運転モード、暖房給湯同時運転モード、冷房モード、及び冷房給湯同時運転モードを行う。
以下、冷媒回路図を用いながら、各運転モードを説明する。

［暖房運転モード］
暖房運転モードは、室内熱交換器４を凝縮器として機能させて、室内熱交換器４を流れる冷媒で室内空気を加熱し、室内の暖房を行う運転モードである。本実施の形態に係る暖房運転モードは、外気温度に基づいて、つまり温度センサー７５の検出温度に基づいて、運転状態が異なる。詳しくは、本実施の形態に係る暖房運転モードは、低外気温ではない場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させる第１運転状態で実施される。また、本実施の形態に係る暖房運転モードは、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、水熱交換器５を蒸発器として機能させて、水熱交換器５を流れる冷媒を電気ヒーター４０の熱で蒸発させる第２運転状態で実施される。以下では、第１運転状態、第２運転状態、及び第１規定温度の設定方法の順で説明していく。

図２は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける第１運転状態を示す冷媒回路図である。図２において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
暖房運転を開始する際、制御部６４は、温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている暖房運転モードにおける第１運転状態の初期状態に制御する。
なお、第１規定温度は記憶部６１に記憶されている。また、温度センサー７５の検出温度と第１規定温度との比較は、演算部６３が行う。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に実線で示す第２流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が図１に破線で示す第３流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を初期開度、例えば規定量だけ開いた開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を全閉にし、膨張弁１２の開度を全開にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、暖房運転を開始する。これにより、室内熱交換器４が凝縮器として機能し、熱源側熱交換器３が蒸発器として機能することとなる。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１３を通って、室内熱交換器４に流入する。そして、室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱し、つまり室内を暖房し、液状態の冷媒となって室内熱交換器４から流出する。室内熱交換器４から流出した冷媒は、膨張弁８へ流入する。膨張弁８へ流入した液状冷媒は、膨張弁８で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁８から流出する。

このとき、制御部６４は、室内熱交換器４の出口の冷媒の過冷却度が記憶部６１に記憶されている規定値となるように、膨張弁８の開度を制御する。この過冷却度は、演算部６３が演算する。詳しくは、演算部６３は、圧力センサー７１の検出圧力から、つまり、圧縮機２が吐出した圧力の値から、室内熱交換器４を流れる冷媒の凝縮温度を算出する。また、演算部６３は、温度センサー７３の検出温度、つまり、室内熱交換器４から流出した冷媒の温度を取得する。そして、演算部６３は、凝縮温度から温度センサー７３の検出温度を減算し、室内熱交換器４の出口の冷媒の過冷却度を求める。なお、この過冷却度の求め方はあくまでも一例である。例えば、室内熱交換器４における気液二相冷媒が流れる位置に温度センサーを設け、該温度センサーの検出温度を凝縮温度としてもよい。

膨張弁８から流出した低温の気液二相冷媒は、配管７、配管１１及び膨張弁１２を通って、熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３に流入した低温の気液二相冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発した後、熱源側熱交換器３から低圧のガス冷媒として流出する。熱源側熱交換器３から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置６及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

ここで、一般的に、冷凍サイクル回路は、蒸発器に供給された空気と蒸発器を流れる冷媒との温度差が小さくなると、成績係数（以下、ＣＯＰと称する）が低下する特性がある。つまり、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００が暖房運転を行う場合、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３を流れる冷媒と外気温度との温度差が小さくなると、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが低下してしまう。すなわち、低外気温の状況下において第１運転状態で暖房運転を行うと、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰが低下してしまう。

特に、外気温度が熱源側熱交換器３に着霜するような低外気温となっている場合には、熱源側熱交換器３に着霜することにより、熱源側熱交換器３の熱交換効率が低下してしまうため、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰがさらに低下してしまう。また、熱源側熱交換器３への着霜が進行すると、暖房運転を行えなくなってしまうため、熱源側熱交換器３を除霜する必要がある。この際、従来の技術によって熱源側熱交換器３の除霜を行おうとした場合、圧縮機２から吐出した高温冷媒を熱源側熱交換器３に流入させるリバース運転を行い、高温冷媒の熱で熱源側熱交換器３の霜を溶かすこととなる。このため、熱源側熱交換器３の除霜の間は暖房運転を停止しなければならず、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰがさらに低下してしまう。

そこで、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、第２運転状態で暖房運転を行っている。

図３は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける第２運転状態を示す冷媒回路図である。図３において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
暖房運転を開始する際、制御部６４は、温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている暖房運転モードにおける第２運転状態の初期状態に切り替える。また、制御部６４は、電気ヒーター４０に電力を供給する。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に破線で示す第１流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が図１に破線で示す第３流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を初期開度、例えば規定量だけ開いた開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を全開にし、膨張弁１２の開度を全閉にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、暖房運転を開始する。これにより、室内熱交換器４が凝縮器として機能し、水熱交換器５が蒸発器として機能することとなり、水熱交換器５を流れる冷媒が電気ヒーター４０の熱で蒸発する。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１３を通って、室内熱交換器４に流入する。そして、室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱し、つまり室内を暖房し、液状態の冷媒となって室内熱交換器４から流出する。室内熱交換器４から流出した冷媒は、膨張弁８へ流入する。膨張弁８へ流入した液状冷媒は、膨張弁８で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁８から流出する。このとき、制御部６４は、暖房運転モードにおける第１運転状態と同様に、膨張弁８の開度を制御する。

膨張弁８から流出した低温の気液二相冷媒は、配管７、配管９及び膨張弁１０を通って、水熱交換器５に流入する。ここで、第２運転モードでは、電気ヒーター４０に電力が供給されている。このため、電気ヒーター４０から発せられた熱は、貯湯タンク３０の外壁、及び貯湯タンク３０に貯留された水に伝わり、これらを加熱する。このため、水熱交換器５に流入した低温の気液二相冷媒は、貯湯タンク３０の外壁、及び貯湯タンク３０に貯留された水から吸熱して蒸発する。つまり、水熱交換器５に流入した低温の気液二相冷媒は、電気ヒーター４０の熱で蒸発する。このとき、電気ヒーター４０が放出する熱量と、水熱交換器５が吸収する熱量とが同等の場合、貯湯タンク３０内の水の温度を一定に保つことができる。すなわち、貯湯タンク３０内の水の温度が低下することを防止できる。

水熱交換器５で蒸発した冷媒は、低圧のガス冷媒として流出する。水熱交換器５から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置６及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

このように、本第２運転状態では、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させずに、暖房運転を行うことができる。このため、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。

次に、第１規定温度の設定方法について説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の外気温度とＣＯＰとの関係を示す図である。
図４に示す太い実線は、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させた際の冷凍サイクル回路１のＣＯＰである。この太い実線が示すように、外気温度が低くなるにつれて、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３を流れる冷媒と外気温度との温度差が小さくなっていき、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが低下していく。そして、外気温度がＡ以下になると、冷凍サイクル回路１のＣＯＰは１以下となる。一方、電気ヒーター４０を用いて暖房運転を行う場合のＣＯＰは、外気温度にかかわらず、理論上１である。本実施の形態の場合、電気ヒーター４０と水熱交換器５を流れる冷媒とは、貯湯タンク３０の外壁及び貯湯タンク３０内の水を介して熱交換する。このため、本実施の形態の場合、熱交換ロスを考慮すると、電気ヒーター４０を用いて暖房運転を行う場合のＣＯＰは、０．８となる。このため、第１規定温度をＢと設定することにより、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。

ここで、熱交換ロスは、電気ヒーター４０の設置構成等によって異なり、最大で５０％となる場合がある。このため、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが０．５以上で１．０以下となる範囲の温度に第１規定温度を設定することにより、つまりＣ≦第１規定温度≦Ａと設定することにより、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の場合、Ａ＝０℃、Ｂ＝−５℃、Ｃ＝−１０℃であった。

なお、第１規定温度は、本発明の熱源として何を用いるかによっても異なってくる。例えば熱源としてガスボイラーを用いる場合、第１規定温度を以下のように設定するとよい。

図５は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の外気温度とＣＯＰとの関係を示す別の図である。ここで、図５の縦軸に示す１次エネルギー換算ＣＯＰは、冷凍サイクル回路１のＣＯＰを１次エネルギー換算したものである。また、縦軸には、括弧書きにて、１次エネルギー換算する前の冷凍サイクル回路１のＣＯＰの値も示している。なお、本実施の形態では、冷凍サイクル回路１のＣＯＰに１次エネルギー換算係数０．３３を乗算し、冷凍サイクル回路１の１次エネルギー換算ＣＯＰを算出している。

ガスボイラーを用いて暖房運転を行う場合のＣＯＰは、外気温度にかかわらず、理論上、冷凍サイクル回路１の１次エネルギー換算ＣＯＰ１に相当する。本実施の形態の場合、ガスボイラーと水熱交換器５を流れる冷媒とは、貯湯タンク３０の外壁及び貯湯タンク３０内の水を介して熱交換する。このため、本実施の形態の場合、熱交換ロスを考慮すると、ガスボイラーを用いて暖房運転を行う場合のＣＯＰは、冷凍サイクル回路１の１次エネルギー換算ＣＯＰ０．８に相当する。このため、第１規定温度をＥと設定することにより、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。

ここで、熱交換ロスは、ガスボイラーの設置構成等によって異なり、最大で５０％となる場合がある。このため、冷凍サイクル回路１の１次エネルギー換算ＣＯＰが０．５以上で１．０以下となる範囲の温度に第１規定温度を設定することにより、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。換言すると、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが１．５以上で３．０以下となる範囲の温度に第１規定温度を設定することにより、つまりＦ≦第１規定温度≦Ｄと設定することにより、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の場合、Ｄ＝５℃、Ｅ＝０℃、Ｆ＝−５℃であった。

［給湯運転モード］
給湯運転モードは、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱し、湯を生成する運転モードである。本実施の形態に係る給湯運転モードも、外気温度に基づいて、つまり温度センサー７５の検出温度に基づいて、運転状態が異なる。詳しくは、本実施の形態に係る給湯運転モードは、低外気温ではない場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させ、水熱交換器５を凝縮器として機能させる第１給湯運転状態で実施される。また、本実施の形態に係る給湯運転モードは、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、電気ヒーター４０で貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する第２給湯運転状態で実施される。なお、第１規定温度の設定方法は、暖房運転モードと同じである。

図６は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の給湯運転モードにおける第１給湯運転状態を示す冷媒回路図である。図６において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
給湯運転を開始する際、制御部６４は、温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている給湯運転モードにおける第１給湯運転状態の初期状態に制御する。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に実線で示す第２流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が図１に実線で示す第４流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を初期開度、例えば規定量だけ開いた開度にする。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を全閉にし、膨張弁１２の開度を全開にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、給湯運転を開始する。これにより、水熱交換器５が凝縮器として機能し、熱源側熱交換器３が蒸発器として機能することとなる。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置６を通って、水熱交換器５に流入する。そして、水熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱し、液状態の冷媒となって水熱交換器５から流出する。水熱交換器５から流出した冷媒は、膨張弁１０へ流入する。膨張弁１０へ流入した液状冷媒は、膨張弁１０で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁１０から流出する。

このとき、制御部６４は、水熱交換器５の出口の冷媒の過冷却度が規定値となるように、膨張弁１０の開度を制御する。この過冷却度は、演算部６３が演算する。詳しくは、演算部６３は、圧力センサー７１の検出圧力から、つまり、圧縮機２が吐出した圧力の値から、水熱交換器５を流れる冷媒の凝縮温度を算出する。また、演算部６３は、温度センサー７４の検出温度、つまり、水熱交換器５から流出した冷媒の温度を取得する。そして、演算部６３は、凝縮温度から温度センサー７４の検出温度を減算し、水熱交換器５の出口の冷媒の過冷却度を求める。なお、この過冷却度の求め方はあくまでも一例である。例えば、水熱交換器５における気液二相冷媒が流れる位置に温度センサーを設け、該温度センサーの検出温度を凝縮温度としてもよい。

膨張弁１０から流出した低温の気液二相冷媒は、配管９、配管１１及び膨張弁１２を通って、熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３に流入した低温の気液二相冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発した後、熱源側熱交換器３から低圧のガス冷媒として流出する。熱源側熱交換器３から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置６及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

ここで、上述のように、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３を流れる冷媒と外気温度との温度差が小さくなると、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが低下してしまう。すなわち、低外気温の状況下において第１給湯運転状態で給湯運転を行うと、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰが低下してしまう。このため、制御部６４は、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、冷凍サイクル回路１を停止させ、電気ヒーター４０のみで貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する第２給湯運転状態にする。本第２給湯運転状態では、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させずに、暖房運転を行うことができる。このため、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。

なお、注湯先に供給する湯量が多い場合等、給湯負荷（貯湯タンク３０内の水を加熱する負荷）が大きくなる場合がある。このような場合、第１給湯運転状態及び第２給湯運転状態では、当該給湯負荷を賄えない場合もある。このため、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、給湯負荷が既定値よりも大きくなった場合、第３給湯運転状態となる。

具体的には、制御装置６０の記憶部６１には、水熱交換器５で貯湯タンク３０内の水を加熱するときの目標温度が記憶されている。つまり、貯湯タンク３０内の水は、目標温度まで加熱されることとなる。この目標温度と貯湯タンク３０に貯留された水の実際の温度との差が大きい場合、給湯負荷が大きいとして、第３給湯運転状態となる。より詳しくは、制御装置６０の演算部６３は、温度センサー７７の各検出温度に基づいて、貯湯タンク３０に貯留された水の温度を検出する。また、演算部６３は、記憶部６１に記憶されている目標温度から貯湯タンク３０に貯留された水の温度を減算する。そして、制御部６４は、この減算値が第２規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３給湯運転状態にする。すなわち、制御部６４は、目標温度と第２温度検出装置の検出温度との差が第２規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３給湯運転状態にする。

第３給湯運転状態は、第１給湯運転状態、つまり図６で示した運転状態と基本的には同じ動きとなる。両者の運転状態で異なる点は、第３給湯運転状態では、電気ヒーター４０へ電力を供給する点である。つまり、第３給湯運転状態では、熱源側熱交換器３で採取した熱と、電気ヒーター４０の熱とにより、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する。これにより、給湯負荷が大きくなった場合でも、給湯能力が不足することを防止できる。

［暖房給湯同時運転モード］
暖房給湯同時運転モードは、室内熱交換器４を凝縮器として機能させて室内の暖房を行うと共に、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する運転モードである。つまり、暖房給湯同時運転モードは、暖房運転と給湯運転とを同時に行う運転モードである。本実施の形態に係る暖房給湯同時運転モードも、外気温度に基づいて、つまり温度センサー７５の検出温度に基づいて、運転状態が異なる。詳しくは、本実施の形態に係る暖房給湯同時運転モードは、低外気温ではない場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させる第１運転状態で実施される。また、本実施の形態に係る暖房給湯同時運転モードは、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、水熱交換器５を蒸発器として機能させて、水熱交換器５を流れる冷媒を電気ヒーター４０の熱で蒸発させる第２運転状態で実施される。

図７は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房給湯同時運転モードにおける第１運転状態を示す冷媒回路図である。図７において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
暖房給湯同時運転を開始する際、制御部６４は、温度センサー７５の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている暖房給湯同時運転モードにおける第１運転状態の初期状態に制御する。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に実線で示す第２流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が図１に破線で示す第３流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を初期開度、例えば暖房運転モードの第１運転状態と同じ初期開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を初期開度、例えば給湯運転モードの第１給湯運転状態と同じ初期開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１２の開度を全開にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、暖房給湯同時運転を開始する。これにより、室内熱交換器４及び水熱交換器５が凝縮器として機能し、熱源側熱交換器３が蒸発器として機能することとなる。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒の一部は、流路切替装置１３を通って、室内熱交換器４に流入する。そして、室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱し、つまり室内を暖房し、液状態の冷媒となって室内熱交換器４から流出する。室内熱交換器４から流出した冷媒は、膨張弁８へ流入する。膨張弁８へ流入した液状冷媒は、膨張弁８で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁８から流出する。このとき、制御部６４は、暖房運転モードの第１運転状態と同様に膨張弁８の開度を制御する。膨張弁８から流出した低温の気液二相冷媒は、配管７を通って、配管１１に流入する。

一方、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒の残りの一部は、流路切替装置６を通って、水熱交換器５に流入する。そして、水熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱し、液状態の冷媒となって水熱交換器５から流出する。水熱交換器５から流出した冷媒は、膨張弁１０へ流入する。膨張弁１０へ流入した液状冷媒は、膨張弁１０で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁１０から流出する。このとき、制御部６４は、給湯運転モードの第１給湯運転状態と同様に膨張弁１０の開度を制御する。膨張弁１０から流出した低温の気液二相冷媒は、配管９を通って、配管１１に流入する。

配管１１に流入した低温の気液二相冷媒は、膨張弁１２を通って、熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３に流入した低温の気液二相冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発した後、熱源側熱交換器３から低圧のガス冷媒として流出する。熱源側熱交換器３から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置６及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

ここで、上述のように、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３を流れる冷媒と外気温度との温度差が小さくなると、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが低下してしまう。すなわち、低外気温の状況下において第１運転状態で暖房給湯同時運転を行うと、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰが低下してしまう。このため、制御部６４は、低外気温の場合、つまり温度センサー７５の検出温度が第１規定温度以下の場合、第２運転状態にする。

暖房給湯同時運転モードにおける第２運転状態は、暖房運転モードにおける第２運転状態、つまり図３で示した運転状態と基本的には同じ動きとなる。両者の運転状態で異なる点は、電気ヒーター４０へ供給する電力量である。暖房給湯同時運転モードにおける第２運転状態では、制御部６４は、暖房運転モードにおける第２運転状態よりも多くの熱量を、電気ヒーター４０から放出させる。電気ヒーター４０が放出する熱量を水熱交換器５が吸収する熱量よりも多くすることで、貯湯タンク３０内の水の温度を加熱することができる。このように、暖房給湯同時運転モードにおける第２運転状態では、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させずに、暖房給湯同時運転を行うことができる。このため、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰを従来よりも向上させることができる。

なお、第１運転状態において給湯負荷又は室内の暖房負荷が大きくなった場合、熱源側熱交換器３で採取した熱だけでは、給湯負荷及び暖房負荷の双方を賄えない場合がある。同様に、第２運転状態において給湯負荷又は室内の暖房負荷が大きくなった場合、電気ヒーター４０が発する熱だけでは、給湯負荷及び暖房負荷の双方を賄えない場合がある。このため、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、給湯負荷又は室内の暖房負荷が大きくなった場合、第３運転状態となる。

具体的には、制御装置６０の記憶部６１には、水熱交換器５で貯湯タンク３０内の水を加熱するときの目標温度が記憶されている。つまり、貯湯タンク３０内の水は、目標温度まで加熱されることとなる。この目標温度と貯湯タンク３０に貯留された水の実際の温度との差が大きい場合、給湯負荷が大きいとして、第３運転状態となる。より詳しくは、制御装置６０の演算部６３は、各温度センサー７７の検出温度に基づいて、貯湯タンク３０に貯留された水の温度を検出する。また、演算部６３は、記憶部６１に記憶されている目標温度から貯湯タンク３０に貯留された水の温度を減算する。そして、制御部６４は、この減算値が第２規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３運転状態にする。すなわち、制御部６４は、目標温度と第２温度検出装置の検出温度との差が第２規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３運転状態にする。

また、制御装置６０の記憶部６１には、室内を暖房するときの設定温度が記憶されている。この設定温度と室内の実際の温度との差が大きい場合、暖房負荷が大きいとして、第３運転状態となる。より詳しくは、制御装置６０の演算部６３は、記憶部６１に記憶されている設定温度から温度センサー７６の検出温度を減算する。そして、制御部６４は、この減算値が第３規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３運転状態にする。すなわち、制御部６４は、設定温度と温度センサー７６の検出温度との差が第３規定温度以上となった場合、冷凍サイクル装置１００を第３運転状態にする。

第３運転状態は、第１運転状態、つまり図７で示した運転状態と基本的には同じ動きとなる。両者の運転状態で異なる点は、第３運転状態では、電気ヒーター４０へ電力を供給し、電気ヒーター４０でも貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する点である。換言すると、第３運転状態は、熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させて水熱交換器５を凝縮器として機能させると共に、電気ヒーター４０でも貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する。つまり、第３運転状態では、熱源側熱交換器３で採取した熱と、電気ヒーター４０の熱とにより、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱する。これにより、給湯負荷又は室内の暖房負荷が大きくなった場合でも、給湯負荷及び暖房負荷が不足することを防止できる。

［冷房運転モード］
図８は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房運転モードを示す冷媒回路図である。図８において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
冷房運転モードは、室内熱交換器４で室内空気を冷却し、室内の冷房を行う運転モードである。冷房運転を開始する際、制御部６４は、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている冷房運転モードの初期状態に制御する。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に破線で示す第１流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が実線で示す第４流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を冷房運転モードの初期開度、例えば規定量だけ開いた開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を全閉にし、膨張弁１２の開度を全開にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、冷房運転を開始する。これにより、室内熱交換器４が蒸発器として機能し、熱源側熱交換器３が凝縮器として機能することとなる。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置６を通って、熱源側熱交換器３に流入する。そして、熱源側熱交換器３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外空気へ放熱して凝縮し、液状態の冷媒となって熱源側熱交換器３から流出する。熱源側熱交換器３から流出した冷媒は、配管１１、膨張弁１２及び配管７を通って、膨張弁８へ流入する。膨張弁８へ流入した液状冷媒は、膨張弁８で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁８から流出する。

このとき、制御部６４は、室内熱交換器４の出口の冷媒の過熱度が記憶部６１に記憶されている規定値となるように、膨張弁８の開度を制御する。この過熱度は、演算部６３が演算する。詳しくは、演算部６３は、温度センサー７３の検出温度、つまり、室内熱交換器４を流れる冷媒の蒸発温度を取得する。また、演算部６３は、温度センサー７２の検出温度、つまり、室内熱交換器４から流出した冷媒の温度を取得する。そして、演算部６３は、温度センサー７２の検出温度から温度センサー７３の検出温度を減算し、室内熱交換器４の出口の冷媒の過熱度を求める。なお、この過熱度の求め方はあくまでも一例である。例えば、圧縮機２の吸入側に圧力センサーを設け、該圧力センサーの検出圧力から蒸発温度を算出してもよい。

膨張弁８から流出した低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４に流入した低温の気液二相冷媒は、室内空気を冷却し、つまり室内を冷房し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器４から流出する。室内熱交換器４から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置１３及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

［冷房給湯同時運転モード］
図９は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房給湯同時運転モードを示す冷媒回路図である。図９において、太く描かれている配管が、冷媒の流れる配管である。
冷房給湯同時運転モードは、冷房運転と給湯運転とを同時に行う運転モードである。ここで、本実施の形態に係る冷房給湯同時運転は、冷房運転時に熱源側熱交換器３から排出されていた熱を、水熱交換器５で貯湯タンク３０内の水の加熱に利用する排熱回収運転となっている。冷房運転時に廃棄していた熱を有効利用できるので、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。

冷房給湯同時運転を開始する際、制御部６４は、流路切替装置６、流路切替装置１３、膨張弁８、膨張弁１０及び膨張弁１２を、記憶部６１に記憶されている冷房給湯同時運転モードの初期状態に制御する。
なお、冷房給湯同時運転モードにおける電気ヒーター４０への電力の供給は、任意である。例えば、電気ヒーター４０へ電力を供給せず、水熱交換器５のみで貯湯タンク３０内の水を加熱してもよい。また例えば、電気ヒーター４０へ電力を供給し、水熱交換器５及び電気ヒーター４０の双方で貯湯タンク３０内の水を加熱してもよい。

詳しくは、制御部６４は、流路切替装置６が図１に実線で示す第２流路となるように、該流路切替装置６の流路を切り替える。また、制御部６４は、流路切替装置１３が図１に実線で示す第４流路となるように、該流路切替装置１３の流路を切り替える。また、制御部６４は、膨張弁８の開度を冷房給湯同時運転モードの初期開度、例えば冷房運転モードと同じ初期開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１０の開度を冷房給湯同時運転モードの初期開度、例えば給湯運転モードの第１給湯運転状態と同じ初期開度にする。また、制御部６４は、膨張弁１２の開度を全閉にする。そして、制御部６４は、圧縮機２、送風機２３，２４を起動させ、冷房給湯同時運転を開始する。これにより、水熱交換器５が凝縮器として機能し、室内熱交換器４が蒸発器として機能することとなる。

具体的には、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置６を通って、水熱交換器５に流入する。そして、水熱交換器５に流入した高温高圧のガス冷媒は、貯湯タンク３０に貯留された水を加熱し、液状態の冷媒となって水熱交換器５から流出する。水熱交換器５から流出した冷媒は、膨張弁１０へ流入する。膨張弁１０へ流入した液状冷媒は、膨張弁１０で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁１０から流出する。このとき、制御部６４は、給湯運転モードの第１給湯運転状態と同様に膨張弁１０の開度を制御する。

膨張弁１０から流出した低温の気液二相冷媒は、配管９及び配管７を通って、膨張弁８に流入する。膨張弁８へ流入した液状冷媒は、膨張弁８でさらに減圧され膨張弁８から流出する。このとき、制御部６４は、冷房運転モードと同様に膨張弁８の開度を制御する。膨張弁８から流出した低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４に流入した低温の気液二相冷媒は、室内空気を冷却し、つまり室内を冷房し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器４から流出する。室内熱交換器４から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置１３及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機２に吸入される。

以上、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００においては、暖房運転モード、暖房給湯同時運転モード及び給湯運転モードにおいて、冷凍サイクル回路１のＣＯＰが低下してしまう低外気温時、熱源側熱交換器３を蒸発器として用いない運転状態となる。このため、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、低外気温の状況下において従来よりもＣＯＰを向上させることができる。

なお、本実施の形態では、暖房運転モード、暖房給湯同時運転モード及び給湯運転モードの全ての運転モードにおいて、低外気温時、熱源側熱交換器３を蒸発器として用いない運転状態とした。これに限らず、暖房給湯同時運転モード及び給湯運転モードのうちの少なくとも１つの運転モードにおいて、低外気温時、熱源側熱交換器３を蒸発器として用いない運転状態とすればよい。このようにしても、低外気温の状況下において従来よりもＣＯＰを向上させることができる冷凍サイクル装置１００を得ることができる。

１ 冷凍サイクル回路、２ 圧縮機、３ 熱源側熱交換器、４ 室内熱交換器、５ 水熱交換器、６ 流路切替装置、７ 配管、８ 膨張弁、９ 配管、１０ 膨張弁、１１ 配管、１２ 膨張弁、１３ 流路切替装置、１４ アキュムレータ、２３ 送風機、２４ 送風機、３０ 貯湯タンク、４０ 電気ヒーター、５１ 熱源ユニット、５２ 室内ユニット、５３ 貯湯タンクユニット、６０ 制御装置、６１ 記憶部、６３ 演算部、６４ 制御部、７１ 圧力センサー、７２ 温度センサー、７３ 温度センサー、７４ 温度センサー、７５ 温度センサー、７６ 温度センサー、７７ 温度センサー、１００ 冷凍サイクル装置。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに設けられ、該貯湯タンクに貯留された水を加熱する熱源と、室内熱交換器、熱源側熱交換器、及び、前記貯湯タンクに設けられて該貯湯タンクに貯留された水と熱交換する水熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、前記熱源側熱交換器の設置環境の温度を検出する第１温度検出装置と、を備え、前記冷凍サイクル回路は、圧縮機と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機の吐出側とが接続され、前記水熱交換器と前記圧縮機の吸入側とが接続される第１流路と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機の吸入側とが接続され、前記水熱交換器と前記圧縮機の吐出側とが接続される第２流路と、を切り替える流路切替装置と、前記室内熱交換器と接続された第１配管と、前記第１配管に設けられた第１膨張弁と、前記水熱交換器と接続された第２配管と、前記第２配管に設けられた第２膨張弁と、第１端部が前記第１配管及び前記第２配管と接続され、第２端部が前記熱源側熱交換器と接続された第３配管と、前記第３配管に設けられた開閉弁と、を備え、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる運転モードを実行し、前記運転モードは、前記第１温度検出装置の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させる第１運転状態で実施され、前記第１温度検出装置の検出温度が前記第１規定温度以下の場合、前記第２膨張弁を全閉にし、前記開閉弁を全閉にして、前記水熱交換器を蒸発器として機能させて、前記水熱交換器を流れる冷媒が前記熱源の熱で蒸発する第２運転状態で実施される構成である。

Claims (7)

1. 水を貯留する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに設けられ、該貯湯タンクに貯留された水を加熱する熱源と、
   室内熱交換器、熱源側熱交換器、及び、前記貯湯タンクに設けられて該貯湯タンクに貯留された水と熱交換する水熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
   前記熱源側熱交換器の設置環境の温度を検出する第１温度検出装置と、
   を備え、
   前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる運転モードを実行し、
   前記運転モードは、
   前記第１温度検出装置の検出温度が第１規定温度よりも高い場合、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させる第１運転状態で実施され、
   前記第１温度検出装置の検出温度が前記第１規定温度以下の場合、前記水熱交換器を蒸発器として機能させて、前記水熱交換器を流れる冷媒が前記熱源の熱で蒸発する第２運転状態で実施される冷凍サイクル装置。
2. 前記貯湯タンクに貯留された水の温度を検出する第２温度検出装置と、
   室内の温度を検出する第３温度検出装置と、
   を備え、
   前記運転モードは、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させて前記室内の暖房を行うと共に前記貯湯タンクに貯留された水を加熱する暖房給湯同時運転モードであり、
   前記暖房給湯同時運転モードは、
   前記水熱交換器で水を加熱するときの目標温度と前記第２温度検出装置の検出温度との差が第２規定温度以上となった場合、あるいは、前記室内を暖房するときの設定温度と前記第３温度検出装置の検出温度との差が第３規定温度以上となった場合、
   前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させて前記水熱交換器を凝縮器として機能させると共に、前記熱源で前記貯湯タンクに貯留された水を加熱する第３運転状態となる構成である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記貯湯タンクに貯留された水を加熱する給湯運転モードは、
   前記第１温度検出装置の検出温度が前記第１規定温度よりも高い場合、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させ、前記水熱交換器を凝縮器として機能させる第１給湯運転状態となる構成であり、
   前記第１温度検出装置の検出温度が前記第１規定温度以下の場合、前記熱源で前記貯湯タンクに貯留された水を加熱する第２給湯運転状態となる構成である請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記貯湯タンクに貯留された水の温度を検出する第２温度検出装置を備え、
   前記給湯運転モードは、
   前記水熱交換器で水を加熱するときの目標温度と前記第２温度検出装置の検出温度との差が第２規定温度以上となった場合、
   前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させて前記水熱交換器を凝縮器として機能させると共に、前記熱源で前記貯湯タンクに貯留された水を加熱する第３給湯運転状態となる構成である請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記熱源は電気ヒーターであり、
   前記第１規定温度は、前記冷凍サイクル回路の成績係数が０．５以上で１．０以下となる範囲の温度である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記熱源はガスボイラーであり、
   前記第１規定温度は、前記冷凍サイクル回路の成績係数が１．５以上で３．０以下となる範囲の温度である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷凍サイクル回路は、
   圧縮機と、
   前記熱源側熱交換器と前記圧縮機の吐出側とが接続され、前記水熱交換器と前記圧縮機の吸入側とが接続される第１流路と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機の吸入側とが接続され、前記水熱交換器と前記圧縮機の吐出側とが接続される第２流路と、を切り替える流路切替装置と、
   前記室内熱交換器と接続された第１配管と、
   前記第１配管に設けられた第１膨張弁と、
   前記水熱交換器と接続された第２配管と、
   前記第２配管に設けられた第２膨張弁と、
   第１端部が前記第１配管及び前記第２配管と接続され、第２端部が前記熱源側熱交換器と接続された第３配管と、
   前記第３配管に設けられた開閉弁と、
   を備えた請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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