JP5264936B2 - 空調給湯複合システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを搭載し、冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムに関するものである。

従来から、一元の冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムが存在する。そのようなものとして、「１台の圧縮機を備え、該圧縮機と、室外熱交換器、室内熱交換器、蓄冷熱槽および給湯熱交換器とを接続した冷媒回路により構成され、それぞれの熱交換器への冷媒の流れを切り換えることにより、冷暖房・給湯・蓄熱・蓄冷の単独運転およびそれらの複合運転を可能とする冷凍サイクルを構成してなる多機能ヒートポンプシステム」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、二元の冷凍サイクルによって高温の給湯と室内空調機能を同時に提供することができる空調給湯複合システムも存在している。そのようなものとして、「第１圧縮機、冷媒分配装置、第１熱交換器、第２熱交換器、第１絞り装置、室外熱交換器、四方弁および上記第１圧縮機をこの順に接続するとともに、上記冷媒分配装置から上記四方弁、室内熱交換器及び第２絞り装置をこの順に介装して上記第２熱交換器と上記第１絞り装置の間に接続し、第１の冷媒が流される低段側の冷媒回路と、第２圧縮機、凝縮器、第３の絞り装置、上記第１熱交換器および上記第２圧縮機をこの順に接続し、第２の冷媒が流れる高段側の冷媒回路と、上記第２熱交換器及び上記凝縮器をこの順に接続し、給湯水が流される給湯経路とを備えたヒートポンプ式給湯装置」が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平１１−２７０９２０号公報（第３−４頁、図１） 特開平４−２６３７５８号公報（第２−３頁、図１）

特許文献１に記載の多機能ヒートポンプシステムは、一元の冷凍サイクル、つまり１つの冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供するようにしたものである。しかしながら、このようなシステムでは、水の加熱を行なう放熱過程の温度と、暖房を行なう放熱過程の温度とが、概同一となるため、冷房運転を行っている際、高温の給湯負荷を賄うことができず、年間を通して安定した温熱を供給することができないという問題があった。また、熱源を上昇させるまで圧縮機を動かし続けなければならず、運転効率が悪いという問題もあった。

特許文献２に記載のヒートポンプ式給湯装置は、二元の冷凍サイクル、つまり２つの冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供するようにしたものである。しかしながら、このようなシステムでは、室内機にて空調を行なう冷媒回路と、給湯を行なう冷媒回路とが、異なる取り扱いとなっており、単純に室内機の代替として給湯機能を付加することができないため、既設の空気調和機に容易には導入できないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、冷房負荷、暖房負荷及び高温の給湯負荷を同時に処理でき、年間を通し、安定した熱源を供給できるとともに、起動時の立ち上がりを早くすることを可能とする空調給湯複合システムを提供することを目的としている。

本発明に係る空調給湯複合システムは、空調用圧縮機、流路切替手段、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に接続されているとともに、直列に接続された冷媒−冷媒熱交換器及び給湯熱源用絞り手段が前記室内熱交換器及び前記空調用絞り手段に並列に接続されている第１冷媒回路を備え、前記第１冷媒回路に空調用冷媒を循環させる空調用冷凍サイクルと、給湯用圧縮機、熱媒体−冷媒熱交換器、給湯用絞り手段、及び、前記冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている第２冷媒回路を備え、前記第２冷媒回路に給湯用冷媒を循環させる給湯用冷凍サイクルと、水循環用ポンプ、前記熱媒体−冷媒熱交換器、及び、貯湯タンクが直列に接続されている水回路を備え、前記水回路に給湯用水を循環させる給湯用負荷と、を備え、前記空調用冷凍サイクルと前記給湯用冷凍サイクルとは、前記冷媒−冷媒熱交換器で、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒とが熱交換を行なうようにカスケード接続され、前記給湯用冷凍サイクルと前記給湯用負荷とは、前記熱媒体−冷媒熱交換器で、前記給湯用冷媒と前記水とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、前記水回路において、前記熱媒体−冷媒熱交換器と前記貯湯タンクとの間と、前記貯湯タンクと前記水循環用ポンプとの間と、を接続するバイパス管を設け、前記熱媒体−冷媒熱交換器において最小容量の前記給湯用冷媒で最低容量の熱媒体を沸き上げるため、前記水回路を循環する熱媒体の前記熱媒体−冷媒熱交換器を除く部分における容量と、前記水回路を循環する熱媒体の前記熱媒体−冷媒熱交換器における容量と、を略同一とし、前記給湯用圧縮機の起動時、前記バイパス管に熱媒体を循環させ、前記熱媒体−冷媒熱交換器の保有水量分の熱媒体を昇温してから、前記水回路に熱媒体を循環させることを特徴とする。

本発明に係る空調給湯複合システムによれば、複雑な回路構成することなく、空調負荷及び給湯負荷に併せて冷房運転、暖房運転、及び、給湯運転を同時にあるいは選択的に行なうことができるとともに、起動時（特に給湯用圧縮機）の立ち上がりを改善することで、高効率な運転可能となる。

実施の形態に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 給湯用負荷の別の形態例を説明するための概略回路構成図である。 室外熱交換器の構造の一例を説明するための説明図である。 給湯用負荷の更に別の形態例を説明するための概略回路構成図である。 給湯用負荷での熱媒体の循環例を示す概略回路図である。 給湯用負荷における熱媒体の流路の切り替え処理を示すフローチャートである。 給湯用圧縮機の運転範囲の一例を示すグラフである。 給湯用圧縮機の運転範囲の別の一例を示すグラフである。 第１流路切替装置の開閉面積割合を示したグラフである。 第１流路切替装置の開閉面積割合をずらした場合を示したグラフである。 補助タンクの容積と熱媒体−冷媒熱交換器の容積との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 空調用冷凍サイクル、２ 給湯用冷凍サイクル、３ 給湯用負荷、３ａ 給湯用負荷、３ｂ 給湯用負荷、４ 給湯用水循環サイクル、２１ 給湯用圧縮機、２２ 給湯用絞り手段、３１ 水循環用ポンプ、３１ａ 熱媒体循環用ポンプ、３２ 貯湯タンク、４１ 冷媒−冷媒熱交換器、４５ 冷媒配管、５１ 熱媒体−冷媒熱交換器、１００ 空調給湯複合システム、１０１ 空調用圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外熱交換器、１０３ａ 分割熱交換器、１０４ アキュムレーター、１０５ａ 逆止弁、１０５ｂ 逆止弁、１０５ｃ 逆止弁、１０５ｄ 逆止弁、１０６ 高圧側接続配管、１０７ 低圧側接続配管、１０８ 気液分離器、１０９ 分配部、１０９ａ 弁手段、１０９ｂ 弁手段、１１０ 分配部、１１０ａ 逆止弁、１１０ｂ 逆止弁、１１１ 内部熱交換器、１１２ 第１中継機用絞り手段、１１３ 内部熱交換器、１１４ 第２中継機用絞り手段、１１５ 会合部、１１６ 会合部、１１６ａ 会合部、１１７ 空調用絞り手段、１１８ 室内熱交換器、１１９ 給湯熱源用絞り手段、１３０ 接続配管、１３１ 接続配管、１３２ 接続配管、１３３ 接続配管、１３３ａ 接続配管、１３３ｂ 接続配管、１３４ 接続配管、１３４ａ 接続配管、１３４ｂ 接続配管、１３５ 接続配管、１３５ａ 接続配管、１３５ｂ 接続配管、１３６ 接続配管、１３６ａ 接続配管、１３６ｂ 接続配管、２０１ 水−水熱交換器、２０２ 循環水用配管、２０３ 貯湯水循環用配管、２０３ａ 貯湯水循環用配管、２０９ 電磁弁（開閉弁）、２０９ａ 電磁弁（バイパス開閉弁）、３００ バイパス回路、３０１ 第１流路切替装置、３０２ 第２流路切替装置、３０３ バイパス管、３０５ 補助タンク、３１０ 第１温度センサ、３１１ 第２温度センサ、Ａ 熱源機、Ｂ 冷房室内機、Ｃ 暖房室内機、Ｄ 給湯熱源用回路、Ｅ 中継機、ａ 接続部分、ｂ 接続部分、ｃ 接続部分、ｄ 接続部分。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空調給湯複合システム１００の冷媒回路構成（特に、暖房主体運転時の冷媒回路構成）を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空調給湯複合システム１００の冷媒回路構成、特に暖房主体運転時の冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム１００は、ビルやマンション等に設置され、冷媒（空調用冷媒）を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用することで冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に供給できるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

この実施の形態に係る空調給湯複合システム１００は、空調用冷凍サイクル１と、給湯用冷凍サイクル２と、給湯用負荷３とで構成されており、空調用冷凍サイクル１と給湯用冷凍サイクル２とは冷媒−冷媒熱交換器４１で、給湯用冷凍サイクル２と給湯用負荷３とは熱媒体−冷媒熱交換器５１で、互いの冷媒や水が混ざることなく熱交換を行なうように構成されている。なお、図１では、空調用冷凍サイクル１において、暖房室内機Ｃと給湯熱源用回路Ｄとに対する負荷の合計よりも冷房室内機Ｂに対する負荷の方が小さく、室外熱交換器１０３が蒸発器として働く場合のサイクルの状態（便宜上、暖房主体運転と称する）を示している。

［空調用冷凍サイクル１］
空調用冷凍サイクル１は、熱源機Ａと、冷房負荷を担当する冷房室内機Ｂと、暖房負荷を担当する暖房室内機Ｃと、給湯用冷凍サイクル２の熱源となる給湯熱源用回路Ｄと、中継機Ｅと、によって構成されている。このうち、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ及び給湯熱源用回路Ｄは、熱源機Ａに対して並列となるように接続されて搭載されている。そして、熱源機Ａと、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ及び給湯熱源用回路Ｄとの、間に設置される中継機Ｅが冷媒の流れを切り換えることで、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ及び給湯熱源用回路Ｄとしての機能を発揮させるようになっている。

［熱源機Ａ］
熱源機Ａは、空調用圧縮機１０１と、流路切替手段である四方弁１０２と、室外熱交換器１０３と、アキュムレーター１０４とが直列に接続されて構成されており、この熱源機Ａは、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ及び給湯熱源用回路Ｄに冷熱を供給する機能を有している。なお、室外熱交換器１０３の近傍に、この室外熱交換器１０３に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。また、熱源機Ａでは、室外熱交換器１０３と中継機Ｅとの間における高圧側接続配管１０６に所定の方向（熱源機Ａから中継機Ｅへの方向）のみに空調用冷媒の流れを許容する逆止弁１０５ａが、四方弁１０２と中継機Ｅとの間における低圧側接続配管１０７に所定の方向（中継機Ｅから熱源機Ａへの方向）のみに空調用冷媒の流れを許容する逆止弁１０５ｂが、それぞれ設けられている。

そして、高圧側接続配管１０６と低圧側接続配管１０７とは、逆止弁１０５ａの上流側と逆止弁１０５ｂの上流側を接続する第１接続配管１３０と、逆止弁１０５ａの下流側と逆止弁１０５ｂの下流側を接続する第２接続配管１３１とで接続されている。つまり、高圧側接続配管１０６と第１接続配管１３０との接続部分ａは、逆止弁１０５ａを挟んで高圧側接続配管１０６と第２接続配管１３１との接続部分ｂよりも上流側になっており、低圧側接続配管１０７と第１接続配管１３０との接続部分ｃも、逆止弁１０５ｂを挟んで低圧側接続配管１０７と第２接続配管１３１との接続部分ｄよりも上流側になっている。

第１接続配管１３０には、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｃが設けられている。第２接続配管１３１にも、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｄが設けられている。なお、図１では、暖房主体運転時における冷媒回路構成を示しているため、逆止弁１０５ａ及び逆止弁１０５ｂが閉状態（黒塗りで示している）、逆止弁１０５ｂ及び逆止弁１０５ｃが開状態（白抜きで示している）となっている。

空調用圧縮機１０１は、空調用冷媒を吸入し、その空調用冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁１０２は、空調用冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器１０３は、蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター１０４は、暖房主体運転時において、四方弁１０２と空調用圧縮機１０１との間に配置され、過剰な空調用冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレーター１０４は、過剰な空調用冷媒を貯留できる容器であればよい。

［冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃ］
冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃには、空調用絞り手段１１７と、室内熱交換器１１８とが、直列に接続されて搭載されている。また、冷房室内機Ｂ及び暖房室内機Ｃには、２台の空調用絞り手段１１７と、２台の室内熱交換器１１８とが、それぞれ並列に搭載されている場合を例に示している。冷房室内機Ｂは、熱源機Ａからの冷熱の供給を受けて冷房負荷を担当し、暖房室内機Ｃは、熱源機Ａからの冷熱の供給を受けて暖房負荷を担当する機能を有している。

つまり、実施の形態では、中継機Ｅによって、冷房室内機Ｂが冷房負荷を担当するように決定され、暖房室内機Ｃが暖房負荷を担当するように決定された状態を示しているのである。なお、室内熱交換器１１８の近傍に、この室内熱交換器１１８に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。また、便宜的に、中継機Ｅから室内熱交換器１１８に接続している接続配管を接続配管１３３と、中継機Ｅから空調用絞り手段１１７に接続している接続配管を接続配管１３４と称して説明するものとする。

空調用絞り手段１１７は、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この空調用絞り手段１１７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。室内熱交換器１１８は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。なお、空調用絞り手段１１７及び室内熱交換器１１８は、直列に接続されている。

［給湯熱源用回路Ｄ］
給湯熱源用回路Ｄは、給湯熱源用絞り手段１１９と、冷媒−冷媒熱交換器４１とが、直列に接続されて構成されており、熱源機Ａからの冷熱を冷媒−冷媒熱交換器４１を介して給湯用冷凍サイクル２に供給する機能を有している。つまり、空調用冷凍サイクル１と給湯用冷凍サイクル２とは、冷媒−冷媒熱交換器４１でカスケード接続されているのである。なお、便宜的に、中継機Ｅから冷媒−冷媒熱交換器４１に接続している接続配管を接続配管１３５と、中継機Ｅから給湯熱源用絞り手段１１９に接続している接続配管を接続配管１３６と称して説明するものとする。

給湯熱源用絞り手段１１９は、空調用絞り手段１１７と同様に、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯熱源用絞り手段１１９は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。冷媒−冷媒熱交換器４１は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、給湯用冷凍サイクル２の冷凍サイクルを循環する給湯用冷媒と、空調用冷凍サイクル１の冷凍サイクルを循環する空調用冷媒との、間で熱交換を行なうようになっている。

［中継機Ｅ］
中継機Ｅは、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ及び給湯熱源用回路Ｄのそれぞれと、熱源機Ａとを、接続する機能を有すると共に、第１分配部１０９の弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかを択一的に開閉することにより、室内熱交換器１１８を放熱器とするか蒸発器とするか、冷媒−冷媒熱交換器４１を冷水器とするか給湯機とするかを決定する機能を有している。この中継機Ｅは、気液分離器１０８と、第１分配部１０９と、第２分配部１１０と、第１内部熱交換器１１１と、第１中継機用絞り手段１１２と、第２内部熱交換器１１３と、第２中継機用絞り手段１１４とで、構成されている。

第１分配部１０９では、接続配管１３３及び接続配管１３５が２つに分岐されており、一方（接続配管１３３ｂ及び接続配管１３５ｂ）が低圧側接続配管１０７に接続し、他方（接続配管１３３ａ及び接続配管１３５ａ）が気液分離器１０８に接続している接続配管（接続配管１３２と称する）に接続するようになっている。また、第１分配部１０９では、接続配管１３３ａ及び接続配管１３５ａに開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段１０９ａが、接続配管１３３ｂ及び接続配管１３５ｂに開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段１０９ｂがそれぞれ設けられている。なお、弁手段１０９ａ及び弁手段１０９ｂの開閉状態を白抜き（開状態）及び黒塗り（閉状態）で表している。

第２分配部１１０では、接続配管１３４及び接続配管１３６が２つに分岐されており、一方（接続配管１３４ａ及び接続配管１３６ａ）が第１会合部１１５で接続され、他方（接続配管１３４ｂ及び接続配管１３６ｂ）が第２会合部１１６で接続されるようになっている。また、第２分配部１１０では、接続配管１３４ａ及び接続配管１３６ａに冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ａが、接続配管１３４ｂ及び接続配管１３６ｂに冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ｂがそれぞれ設けられている。なお、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂの開閉状態を白抜き（開状態）及び黒塗り（閉状態）で表している。

第１会合部１１５は、第２分配部１１０から第１中継機用絞り手段１１２及び第１内部熱交換器１１１を介して気液分離器１０８に接続している。第２会合部１１６は、第２分配部１１０と第２内部熱交換器１１３との間で分岐し、一方が第２内部熱交換器１１３を介して第２分配部１１０と第１中継機用絞り手段１１２との間における第１会合部１１５に接続され、他方（第２会合部１１６ａ）が第２中継機用絞り手段１１４、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１を介して低圧側接続配管１０７に接続されている。

気液分離器１０８は、空調用冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものであり、高圧側接続配管１０６に設けられ、一方が第１分配部１０９の弁手段１０９ａに接続され、他方が第１会合部１１５を経て第２分配部１１０に接続されている。第１分配部１０９は、弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかが択一的に開閉され、室内熱交換器１１８及び冷媒−冷媒熱交換器４１に空調用冷媒を流入させる機能を有している。第２分配部１１０は、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂによって、空調用冷媒の流れをいずれか一方に許容する機能を有している。

第１内部熱交換器１１１は、気液分離器１０８と第１中継機用絞り手段１１２との間における第１会合部１１５に設けられており、第１会合部１１５を導通している空調用冷媒と、第２会合部１１６が分岐された第２会合部１１６ａを導通している空調用冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第１中継機用絞り手段１１２は、第１内部熱交換器１１１と第２分配部１１０との間における第１会合部１１５に設けられており、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１中継機用絞り手段１１２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

第２内部熱交換器１１３は、第２会合部１１６に設けられており、第２会合部１１６を導通している空調用冷媒と、第２会合部１１６が分岐された第２会合部１１６ａを導通している空調用冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第２中継機用絞り手段１１４は、第２内部熱交換器１１３と第２分配部１１０との間における第２会合部１１６に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２中継機用絞り手段１１４は、第１中継機用絞り手段１１２と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

以上のように、空調用冷凍サイクル１は、空調用圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１１８、空調用絞り手段１１７及び室外熱交換器１０３が直列に接続されるとともに、空調用圧縮機１０１、四方弁１０２、冷媒−冷媒熱交換器４１、給湯熱源用絞り手段１１９及び室外熱交換器１０３が直列に接続されており、中継機Ｅを介して室内熱交換器１１８と冷媒−冷媒熱交換器４１とが並列に接続されて第１冷媒回路を構成し、この第１冷媒回路に空調用冷媒を循環させることで成立している。

なお、空調用圧縮機１０１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して空調用圧縮機１０１を構成することができる。この空調用圧縮機１０１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として構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、空調用冷凍サイクル１を循環する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。

ここで、空調用冷凍サイクル１の暖房主体運転動作について説明する。
まず、空調用圧縮機１０１で高温・高圧にされた空調用冷媒は、空調用圧縮機１０１から吐出して、四方弁１０２を経由し、逆止弁１０５ｃを導通し、高圧側接続配管１０６に導かれ、過熱ガス状態で中継機Ｅの気液分離器１０８へ流入する。気液分離器１０８に流入した過熱ガス状態の空調用冷媒は、第１分配部１０９の弁手段１０９ａが開いている回路に分配される。ここでは、過熱ガス状態の空調用冷媒は、暖房室内機Ｃや給湯熱源用回路Ｄに流入するようになっている。

暖房室内機Ｃに流入した空調用冷媒は、室内熱交換器１１８で放熱し（つまり、室内空気を暖め）、空調用絞り手段１１７で減圧され、第１会合部１１５で合流する。また、給湯熱源用回路Ｄに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器４１で放熱し（つまり、給湯用冷凍サイクル２に熱を与え）、給湯熱源用絞り手段１１９で減圧され、暖房室内機Ｃから流出した空調用冷媒と第１会合部１１５で合流する。一方、気液分離器１０８に流入した過熱ガス状態の空調用冷媒の一部は、第１内部熱交換器１１１で第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。

それから、第１中継機用絞り手段１１２を通過して、空調用として利用された空調用冷媒（暖房室内機Ｃや給湯熱源用回路Ｄに流入し、室内熱交換器１１８や冷媒−冷媒熱交換器４１で放熱した空調用冷媒）と第１会合部１１５で合流する。なお、第１中継機用絞り手段１１２を通る一部の過熱ガス状態の空調用冷媒は、第１中継機用絞り手段１１２を全閉にして、皆無にしてもよい。その後、第２内部熱交換器１１３で、第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。この空調用冷媒は、第２会合部１１６側と第２中継機用絞り手段１１４側とに分配される。

第２会合部１１６を導通する空調用冷媒は、弁手段１０９ｂが開いている回路に分配される。ここでは、第２会合部１１６を導通する空調用冷媒は、冷房室内機Ｂに流入し、空調用絞り手段１１７にて低温・低圧に膨張され、室内熱交換器１１８で蒸発し、弁手段１０９ｂを経て低圧側接続配管１０７で合流する。また、第２中継機用絞り手段１１４を導通した空調用冷媒は、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１で熱交換を行なって蒸発し、低圧側接続配管１０７で冷房室内機Ｂを流出した空調用冷媒と合流する。そして、低圧側接続配管１０７で合流した空調用冷媒は、逆止弁１０５ｄを通って室外熱交換器１０３に導かれ、運転条件によっては残留している液冷媒を蒸発させ、四方弁１０２、アキュムレーター１０４を経て空調用圧縮機１０１へ戻る。

［給湯用冷凍サイクル２］
給湯用冷凍サイクル２は、給湯用圧縮機２１と、熱媒体−冷媒熱交換器５１と、給湯用絞り手段２２と、冷媒−冷媒熱交換器４１と、によって構成されている。つまり、給湯用冷凍サイクル２は、給湯用圧縮機２１、熱媒体−冷媒熱交換器５１、給湯用絞り手段２２、及び、冷媒−冷媒熱交換器４１が冷媒配管４５で直列に接続されて第２冷媒回路を構成し、この第２冷媒回路に給湯用冷媒を循環させることで成立している。なお、給湯用冷凍サイクル２の動作は、空調用冷凍サイクル１の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。

給湯用圧縮機２１は、給湯用冷媒を吸入し、その給湯用冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。この給湯用圧縮機２１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として構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、給湯用圧縮機２１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して給湯用圧縮機２１を構成することができる。

熱媒体−冷媒熱交換器５１は、給湯用負荷３を循環する熱媒体（水等の流体）と、給湯用冷凍サイクル２を循環する給湯用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。つまり、給湯用冷凍サイクル２と給湯用負荷３とは、熱媒体−冷媒熱交換器５１でカスケード接続されている。給湯用絞り手段２２は、減圧弁や膨張弁として機能し、給湯用冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯用絞り手段２２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

冷媒−冷媒熱交換器４１は、給湯用冷凍サイクル２を循環する給湯用冷媒と、空調用冷凍サイクル１を循環する空調用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。なお、給湯用冷凍サイクル２を循環する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。

ここで、給湯用冷凍サイクル２の運転動作について説明する。
まず、給湯用圧縮機２１で高温・高圧にされた給湯用冷媒は、給湯用圧縮機２１から吐出して、熱媒体−冷媒熱交換器５１に流入する。この熱媒体−冷媒熱交換器５１では、流入した給湯用冷媒が、給湯用負荷３を循環している水を加熱することで放熱する。この給湯用冷媒は、給湯用絞り手段２２で空調用冷凍サイクル１の給湯熱源用回路Ｄにおける冷媒−冷媒熱交換器４１の出口温度以下まで膨張される。膨張された給湯用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器４１で、空調用冷凍サイクル１を構成する給湯熱源用回路Ｄを流れる空調用冷媒から受熱して蒸発し、給湯用圧縮機２１へ戻る。

［給湯用負荷３］
給湯用負荷３は、水循環用ポンプ３１と、熱媒体−冷媒熱交換器５１と、貯湯タンク３２と、によって構成されている。つまり、給湯用負荷３は、水循環用ポンプ３１、熱媒体−冷媒熱交換器５１、及び、貯湯タンク３２が貯湯水循環用配管２０３で直列に接続されて水回路（熱媒体回路）を構成し、この水回路に給湯用水を循環させることで成立している。なお、給湯用負荷３の動作は、空調用冷凍サイクル１の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。また、水回路を構成する貯湯水循環用配管２０３は、銅管やステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などによって構成されている。

水循環用ポンプ３１は、貯湯タンク３２に蓄えられている水を吸入し、その水を加圧し、給湯用負荷３内を循環させるものであり、たとえばインバーターにより回転数が制御されるタイプのもので構成するとよい。熱媒体−冷媒熱交換器５１は、上述したように、給湯用負荷３を循環する熱媒体（水等の流体）と、給湯用冷凍サイクル２を循環する給湯用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。貯湯タンク３２は、熱媒体−冷媒熱交換器５１で加熱された水を貯えておくものである。

まず、貯湯タンク３２に蓄えられている比較的低温な水は、水循環用ポンプ３１によって貯湯タンク３２の底部から引き出されるとともに加圧される。水循環用ポンプ３１で加圧された水は、熱媒体−冷媒熱交換器５１に流入し、この熱媒体−冷媒熱交換器５１で給湯用冷凍サイクル２を循環している給湯用冷媒から受熱する。すなわち、熱媒体−冷媒熱交換器５１に流入した水は、給湯用冷凍サイクル２を循環している給湯用冷媒によって沸き上げられて、温度が上昇するのである。そして、沸き上げられた水は、貯湯タンク３２の比較的高温な上部へ戻り、この貯湯タンク３２に蓄えられることになる。

なお、空調用冷凍サイクル１と給湯用冷凍サイクル２とは、上述したように、それぞれ独立した冷媒回路構成（空調用冷凍サイクル１を構成する第１冷媒回路及び給湯用冷凍サイクル２を構成する第２冷媒回路）になっているため、各冷媒回路を循環させる冷媒を同じ種類のものとしてもよいし、別の種類のものとしてもよい。つまり、各冷媒回路の冷媒は、それぞれ混ざることなく冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１にて互いに熱交換するように流れている。

また、給湯用冷媒として臨界温度の低い冷媒を用いた場合、高温の給湯を行なう際に熱媒体−冷媒熱交換器５１における放熱過程での給湯用冷媒が超臨界状態となることが想定される。しかしながら、一般に放熱過程の冷媒が超臨界状態にある場合、放熱器圧力や放熱器出口温度の変化によるＣＯＰの変動が大きく、高いＣＯＰを得る運転を行なうためには、より高度な制御が要求される。一方、一般に、臨界温度の低い冷媒は、同一温度に対する飽和圧力が高く、その分、配管や圧縮機の肉厚を大きくする必要があるので、コスト増の要因ともなる。

さらに、レジオネラ菌等の繁殖を抑えるための貯湯タンク３２内に蓄えられる水の推奨温度が６０℃以上であることを鑑みると、給湯の目標温度が最低でも６０℃以上となることが多いと想定される。以上のことを踏まえ、給湯用冷媒には、最低でも６０℃以上の臨界温度を持つ冷媒を採用している。このような冷媒を給湯用冷凍サイクル２の給湯用冷媒として採用すれば、より低コストで、より安定的に、高いＣＯＰを得ることができるからである。冷媒を臨界温度付近で常用する場合、冷媒回路内が高温・高圧になることが想定されるため、給湯用圧縮機２１は、高圧シェルを用いたタイプの圧縮機を使用することで、安定した運転が可能となる。

また、空調用冷凍サイクル１において余剰冷媒を受液器（アキュムレーター１０４）によって貯蔵する場合を示したが、これに限るものではなく、冷凍サイクルにおいて放熱器となる熱交換器にて貯蔵するようにすれば、アキュムレーター１０４を取り除いてもよい。さらに、図１では、冷房室内機Ｂと暖房室内機Ｃとが２台以上接続されている場合を例に示しているが、接続台数を特に限定するものではなく、たとえば冷房室内機Ｂが１台以上、暖房室内機Ｃがないか若しくは１台以上が接続されていればよい。そして、空調用冷凍サイクル１を構成している各室内機の容量は、全部を同一としてもよく、大から小まで異なるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態に係る空調給湯複合システム１００では、給湯負荷系統を二元サイクルで構成しているため、高温の給湯需要（たとえば、８０℃）を提供する場合に、給湯用冷凍サイクル２の放熱器の温度を高温（たとえば、凝縮温度８５℃）にすればよく、他に暖房負荷がある場合に、暖房室内機Ｃの凝縮温度（たとえば、５０℃）までも増加させずに済むので、省エネとなる。また、たとえば夏期の空調冷房運転中に高温の給湯需要があった場合、従来はボイラーなどによって提供する必要があったが、従来大気中に排出していた温熱を回収し、再利用して給湯を行なうので、システムＣＯＰが大幅に向上し、省エネとなる。

図２は、給湯用負荷の別の形態例（以下、給湯用負荷３ａと称する）を説明するための概略回路構成図である。図２に基づいて、給湯用負荷３ａにおいて循環する水を加熱する仕組みの一例について説明する。図２に示すように、給湯用冷凍サイクル２と給湯用負荷３ａとの間には、給湯用水循環サイクル（給湯用熱媒体循環サイクル）４が熱媒体−冷媒熱交換器５１及び水−水熱交換器（熱媒体−熱媒体熱交換器）２０１を介してカスケード接続されている。図１では、開回路の給湯用負荷３における熱媒体−冷媒熱交換器５１で水を直接的に加温（昇温）していく場合を例に示しているが、図２では、給湯用水循環サイクル４を設け、開回路の給湯用負荷３ａにおける水−水熱交換器２０１で水を間接的に加温していく場合を例に示している。

［給湯用水循環サイクル４］
給湯用水循環サイクル４は、熱媒体循環用ポンプ３１ａと、熱媒体−冷媒熱交換器５１と、水−水熱交換器２０１と、によって構成されている。つまり、給湯用水循環サイクル４は、熱媒体循環用ポンプ３１ａ、熱媒体−冷媒熱交換器５１、及び、水−水熱交換器２０１が循環水用配管２０２で直列に接続されて水回路（熱媒体回路）を構成し、この熱媒体回路（水回路）に加温用熱媒体（加温用水）を循環させることで成立している。なお、水回路を構成する循環水用配管２０２は、銅管やステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などによって構成されている。

熱媒体循環用ポンプ３１ａは、循環水用配管２０２を導通している水（熱媒体）を吸入し、その水を加圧し、給湯用水循環サイクル４を循環させるものであり、たとえばインバーターにより回転数が制御されるタイプのもので構成するとよい。熱媒体−冷媒熱交換器５１は、給湯用水循環サイクル４を循環する水と、給湯用冷凍サイクル２を循環する給湯用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。水−水熱交換器２０１は、給湯用水循環サイクル４を循環する水と、給湯用負荷３ａを循環する水との、間で熱交換を行なうものである。なお、給湯用水循環サイクル４に水を循環させた場合を例に説明するが、他の流体、たとえばブライン（不凍液）などを熱媒体として循環させてもよい。

まず、貯湯タンク３２に蓄えられている比較的低温な水は、水循環用ポンプ３１によって貯湯タンク３２の底部から引き出されるとともに加圧される。水循環用ポンプ３１で加圧された水は、水−水熱交換器２０１に流入し、この水−水熱交換器２０１で給湯用水循環サイクル４を循環している水から受熱する。すなわち、水−水熱交換器２０１に流入した水は、給湯用水循環サイクル４を循環している水によって沸き上げられて、温度が上昇するのである。そして、沸き上げられた水は、貯湯タンク３２の比較的高温な上部へ戻り、この貯湯タンク３２に蓄えられることになる。すなわち、給湯用冷凍サイクル２からの熱は、熱媒体−冷媒熱交換器５１で給湯用水循環サイクル４に、水−水熱交換器２０１で給湯用負荷３ａにそれぞれ伝達されるようになっている。

図３は、室外熱交換器１０３の構造の一例を説明するための説明図である。図３に基づいて、年間を通して暖房運転をできるようにした室外熱交換器１０３について説明する。通常の空調用途のみに空調給湯複合システム１００を用いる場合、外気湿球温度が１５℃以下で暖房運転を行なうことが一般的であるが、給湯運転を行なう場合、外気温度に関係なく給湯運転を行なう必要がある。そこで、図３では、室外熱交換器１０３が、内部に複数の熱交換器（以下、分割熱交換器１０３ａと称する）を有する分割構造となっている場合を例に示している。なお、室外熱交換器１０３は、４つの熱交換器を組み合わせた分割構造としてもよく、１つの熱交換器を４分割した分割構造としてもよい。

図３に示すように、高圧側接続配管１０６を複数に分岐させて、室外熱交換器１０３を構成している分割熱交換器１０３ａのそれぞれに接続するようにしている。また、分岐された高圧側接続配管１０６のそれぞれには、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする開閉弁である電磁弁２０９が設置されている。なお、複数に分岐した高圧側接続配管１０６の１つを分割熱交換器１０３ａを迂回するバイパス回路３００としている。そして、このバイパス回路３００にも、バイパス開閉弁である電磁弁２０９ａを設置している。つまり、空調用冷凍サイクル１を構成している室外熱交換器１０３は、電磁弁２０９及び電磁弁２０９ａの開閉を制御することにより、流入する冷媒の量を調整でき、熱交換器容量が分割可能になっているのである。

外気湿球温度が上昇した場合、つまり空調用圧縮機１０１の吸入温度が運転範囲を超えそうな場合（一般的には最高１５℃）には、室外熱交換器１０３の熱交換器能力を低下させることが望ましい。そこで、空調給湯複合システム１００では、電磁弁２０９の全部あるいは一部を閉制御し、室外熱交換器１０３に流入する冷媒を遮断し、空調用圧縮機１０１の運転範囲を逸脱しないようにしている。つまり、空調用圧縮機１０１の運転範囲に応じて、冷媒を流入させる分割熱交換器１０３ａの個数を決定し、その個数に応じた電磁弁２０９を閉制御することで、冷媒の流入量を調整し、空調用圧縮機１０１の運転範囲を逸脱しないようにしている。

ところが、電磁弁２０９を閉制御することで室外熱交換器１０３の熱交換器能力を低下させた場合でも、空調用圧縮機１０１の運転範囲を逸脱してしまう場合がある。この場合、冷媒を室外熱交換器１０３に流入させずに、空調用圧縮機１０１に戻すことが望ましい。そこで、バイパス回路３００に設置してある電磁弁２０９ａを開制御し、冷媒を室外熱交換器１０３に流入させずに、空調用圧縮機１０１の吸入側に戻すようにしているのである。こうすることで、蒸発温度の上昇を防ぎ、空調用圧縮機１０１の運転範囲を逸脱することなく運転することができる。

また、バイパス回路３００に設置する電磁弁２０９ａは、室外熱交換器１０３を通過する際の冷媒の流量係数をＣｖａとした場合、バイパス回路３００を導通する冷媒の流量係数をＣＶｂとすると式Ｃｖａ＜ＣＶｂを満たすように選定される。さらに、熱交換器容量の分割のみで空調用圧縮機１０１の運転範囲を維持できない場合は、バイパス回路３００に設置した電磁弁２０９ａを開として冷媒をバイパスさせることで、運転範囲を維持する。なお、分割構造は電磁弁で行なわず、電子式膨張弁を使用し制御を行なう構造としてもよい。

図４は、給湯用負荷の更に別の形態例（以下、給湯用負荷３ｂと称する）を説明するための概略回路構成図である。図５は、給湯用負荷３ｂでの熱媒体（熱源となる水等の流体）の循環例を示す概略回路図である。図６は、給湯用負荷３ｂにおける熱媒体の流路の切り替え処理を示すフローチャートである。図４〜図６に基づいて、給湯用負荷３ｂにおいて循環する熱媒体（つまり、給湯用負荷３ｂの水回路を循環する熱媒体）を加熱する仕組みの一例について説明する。なお、図６には、２つの流路（流路Ａ及び流路Ｂ）が併せて図示してある。流路Ａがバイパス管３０３を介して熱媒体を循環させる流路を、流路Ｂがバイパス管３０３を介さずに熱媒体を循環させる流路を、それぞれ表している。

［給湯用負荷３ｂ］
図４に示すように、給湯用負荷３ｂは、貯湯タンク３２と水循環用ポンプ３１との間における貯湯水循環用配管２０３に第１流路切替装置３０１を設け、熱媒体−冷媒熱交換器５１と貯湯タンク３２との間における貯湯水循環用配管２０３に第２流路切替装置３０２を設け、第１流路切替装置３０１と第２流路切替装置３０２とを補助タンク３０５を介してバイパス管３０３で接続することで構成されている。つまり、貯湯水循環用配管２０３で直列に接続されて水回路（熱媒体回路）にバイパス管３０３を設け、バイパス管３０３にも給湯用水を循環可能なように構成されている。また、給湯用負荷３ｂには、第１温度センサ３１０及び第２温度センサ３１１が設けられている。

補助タンク３０５は、貯湯タンク３２と同様に、熱媒体−冷媒熱交換器５１で加熱された水を貯えておくものである。第１流路切替装置３０１及び第２流路切替装置３０２は、水の流路を貯湯水循環用配管２０３又はバイパス管３０３のいずれかに切り替えるものであり、たとえば混合弁又は三方弁等で構成されている。混合弁は、開閉制御され、水回路を循環する低温熱媒体を流通させる比率と高温熱媒体を流通させる比率とを調整可能にしているものである。この混合弁の開閉面積（流路断面積）の割合を制御することで、所定の出湯温度を維持することができる。三方弁は、熱媒体の流路（バイパス管３０３を介した流路又はバイパス管３０３を介さない流路）をいずれか一方に切り替えるものである。

第１温度センサ３１０は、第１流路切替装置３０１の上流側、つまり熱媒体−冷媒熱交換器５１の入口側に設けられ、給湯用負荷３ｂに循環させている熱媒体温度の入口温度を検出するものであり、たとえばサーミスタ等で構成されている。第２温度センサ３１１は、第２流路切替装置３０２の上流側、つまり熱媒体−冷媒熱交換器５１の出口側に設けられ、給湯用負荷３ｂに循環させている熱媒体温度の出口温度を検出するものであり、たとえばサーミスタ等で構成されている。

ここで、給湯用負荷３ｂの水回路について説明する。
給湯用負荷３ｂの水回路において、給湯用負荷３ｂ側へ熱媒体を供給する際、熱媒体を送るため給湯用圧縮機２１が起動し、給湯用冷凍サイクル２が運転を開始する。給湯用冷凍サイクル２の起動時、給湯用負荷３ｂ側にて循環させている熱媒体温度を、第１温度センサ３１０及び第２温度センサ３１１で測定しながら、第１流路切替装置３０１及び第２流路切替装置３０２を通過させ、熱媒体−冷媒熱交換器５１で熱交換させた後、給湯負荷側（貯湯タンク３２側）へ送る。

また、図５に示すように、空調給湯複合システム１００では、給湯用圧縮機２１の起動時においては、第１温度センサ３１０に熱媒体温度の測定を行ない、第１流路切替装置３０１及び第２流路切替装置３０２で水の流路の切り替え、つまりバイパス管３０３を介して熱媒体を循環させるようにすることができる。このようにすることによって、まず、小容量の熱媒体を昇温することができ、起動時の低効率運転時間を短縮することが可能になる。したがって、給湯用冷凍サイクル２の起動時の立ち上がりを早くすることで、運転効率の向上を図るようにしている。また、空調給湯複合システム１００では、急激な負荷変動によって大きく負荷変動が起こった場合でも、小容量の熱媒体を加熱することで、高温の熱媒体を常時供給することができる。

次に、給湯用負荷３ｂの水回路の切り替え処理について説明する。
まず、空調給湯複合システム１００では、給湯用圧縮機２１が起動すると、第１温度センサ３１０及び第２温度センサ３１１で熱媒体温度を計測する（ステップＳ１０１）。そして、第１温度センサ３１０で計測された入口温度を所定の判定温度であるＡ℃と比較する（ステップＳ１０２）。入口温度がＡ℃よりも大きい（入口温度＞Ａ℃）場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、給湯用負荷３ｂの水回路を流路Ｂに変更する（ステップＳ１０３）。つまり、バイパス管３０３を介さない流路Ｂにて高温の熱媒体を供給し、沸き上げ動作を行なう。

一方、入口温度がＡ℃以下（入口温度≦Ａ℃）の場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、給湯用負荷３ｂの水回路を流路Ａに変更する（ステップＳ１０４）。つまり、バイパス管３０３を介す流路Ａにて小容量の熱媒体を沸き上げることで、入口温度＞Ａ℃での条件を満たすまで、熱媒体の循環を行なう。なお、熱媒体温度を判定閾値に用いて流路の切り替えを行なっている場合を例に示しているが、給湯用冷凍サイクル２の冷媒側圧力を判定閾値に用いて流路の切り替えを行なってもよい。

判定温度Ａは、給湯用冷凍サイクル２で使用している給湯用圧縮機２１の運転範囲によって決まり、この運転範囲にて最低の低圧圧力を飽和温度換算にて換算した温度以上の温度とする。また、図４〜図６では、第１流路切替装置３０１及び第２流路切替装置３０２を１つの弁で構成している場合を例に示しているが、複数の弁を用いて構成してもよい。さらに、第１流路切替装置３０１及び第２流路切替装置３０２は、たとえば電子式膨張弁や、複数の電磁弁を用いた構成としてもよい。

給湯用負荷３ｂに補助タンク３０５を設けた構成を例に示しているが、これに限定するものではなく、補助タンク３０５を設けず、バイパス管３０３のみの構成としてもよい。この場合、バイパス管３０３内の容量に留意し、バイパス管３０３の配管長及び配管内径等を決定するとよい。また、補助タンク３０５の容量を特に限定するものではない。たとえば、補助タンク３０５は、小容量の熱媒体を貯留できる程度の容量を有しているものであればよい。熱媒体の容量については、図１１で詳細に説明するものとする。

実施の形態に係る空調給湯複合システム１００の各機器の制御は、マイコンなどで構成される制御装置（図示省略）が実行するようになっている。この制御装置は、熱源機Ａ又は中継機Ｅ、冷房室内機Ｂ、暖房室内機Ｃ、給湯熱源用回路Ｄのいずれに設けられていてもよい。この制御装置には、第１温度センサ３１０及び第２温度センサ３１１で計測した温度情報が送信されるようになっている。空調用圧縮機１０１に吸入される冷媒の圧力を検知する圧力センサなどの低圧検出手段を空調用圧縮機１０１に接続している吸入側配管に設けておき、この圧力センサで計測された圧力情報も制御装置に送信されるようにしておくとよい。さらに、室外熱交換器１０３を構成する分割熱交換器１０３ａの個数、つまり室外熱交換器１０３の分割数を特に限定するものではない。

図７は、給湯用圧縮機２１の運転範囲の一例を示すグラフである。図７に基づいて、空調用冷凍サイクル１に搭載されている給湯用圧縮機２１の運転範囲の一例について説明する。この図７では、横軸が給湯用圧縮機２１のＰｓ（吸入圧力）、縦軸が給湯用圧縮機２１のＰｄ（吐出圧力）を、それぞれ表している。なお、図７に示す給湯用圧縮機２１の運転範囲は、給湯用冷凍サイクル２を循環する冷媒としてＲ１３４ａを使用している場合を示している。また、図中に示す（１）〜（３）は、熱源負荷を加熱する際の温度帯を示したものである。

（１）は、給湯用圧縮機２１の初期起動時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、熱媒体温度が使用最低温度範囲の場合、一般的には熱媒体温度５℃〜２５℃となっている。（２）は、給湯用圧縮機２１が初期起動状態を抜け、圧縮機運転範囲を逸脱しないよう、最高周波数を制限しながら駆動している時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、一般的には熱媒体温度２５℃〜４５℃となっている。（３）は、給湯用途として、給湯用圧縮機２１が必要な温度領域へ過熱を行なう時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、一般的には熱媒体温度４５℃〜９０℃となっている。図７から、Ｒ１３４ａは、給湯用途及び暖房用途として使用することができるということがわかる。

図８は、給湯用圧縮機２１の運転範囲の別の一例を示すグラフである。図８に基づいて、空調用冷凍サイクル１に搭載されている給湯用圧縮機２１の運転範囲の別の一例について説明する。この図８では、横軸が給湯用圧縮機２１のＰｓ（吸入圧力）、縦軸が給湯用圧縮機２１のＰｄ（吐出圧力）を、それぞれ表している。なお、図８に示す給湯用圧縮機２１の運転範囲は、給湯用冷凍サイクル２を循環する冷媒としてＲ４１０Ａを使用している場合を示している。また、図中に示す（１）〜（３）は、熱源負荷を加熱する際の温度帯を示したものである。

（１）は、給湯用圧縮機２１の初期起動時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、熱媒体温度が使用最低温度範囲の場合、一般的には熱媒体温度５℃〜１５℃となっている。（２）は、給湯用圧縮機２１が初期起動状態を抜け、圧縮機運転範囲を逸脱しないよう、最高周波数を制限しながら駆動している時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、一般的には熱媒体温度１５℃〜４５℃となっている。（３）は、給湯用途として、給湯用圧縮機２１が必要な温度領域へ過熱を行なう時の使用領域を示している。このときの給湯用圧縮機２１の使用領域は、一般的には熱媒体温度４５℃〜６８℃となっている。

図８から、Ｒ４１０Ａは、給湯用途及び暖房用途として使用することができるということがわかる。また、冷媒の臨界温度６８．３℃を考慮した場合、Ｒ４１０Ａを暖房用途（一般的には４５℃）として使用すると、給湯用圧縮機２１を高周波数運転する必要がないため、高効率運転を実現することができる。

図７及び図８から、給湯用冷凍サイクル２を循環する冷媒として、Ｒ１３４ａ及びＲ４１０Ａが適しているということがわかる。なお、図７及び図８では、Ｒ１３４ａ又はＲ４１０Ａを使用した場合の給湯用圧縮機２１の運転範囲を示しているが、臨界温度が７０度以上の冷媒では給湯用途、７０℃以下の冷媒では暖房用途として使用することで高効率運転が可能となる。

図９は、第１流路切替装置３０１の開閉面積割合を示したグラフである。図９に基づいて、第１流路切替装置３０１を混合弁で構成した場合における開閉面積の割合について説明する。図４〜図６では、第１流路切替装置３０１が三方弁であることを想定し、いずれかに流路を切り替えることで熱媒体（水等の流体）を沸き上げる場合について説明したが、図９では、第１流路切替装置３０１が混合弁であることを想定し、高温の熱媒体と低温の熱媒体とを混合しながら熱媒体を沸き上げる場合について説明する。図９では、横軸がｐｕｌｓｅを、縦軸が開閉面積割合を、それぞれ表している。また、線（Ａ）が流路Ａを、線（Ｂ）が流路Ｂを、それぞれ表している。

混合弁は、通常、高温の熱媒体と低温の熱媒体とを混合する際、流路の開口面積を変化させることで、目標温度での出力を実現するようになっている。第１流路切替装置３０１に混合弁を使用した場合、図９中に示す［スタート］から第１流路切替装置３０１は起動することになる。第１流路切替装置３０１の動作としては、流路Ａが７０℃（線（Ａ））、流路Ｂが１０℃（線（Ｂ））となっており、目標温度を４０℃とした場合、開口面積比より、開度（開口面積）が０．５となり、目標温度を出力するようになっている。

図９に示すような特性を持った混合弁を第１流路切替装置３０１に適用することで、常に一定の出湯温度を出力することができることになる。すなわち、混合弁を第１流路切替装置３０１に適用することによって、急激な過渡変化が起こった場合においても、その過渡変化に応じて開口面積比を変化させることで、対応することができる。したがって、流路をいずれか一方に切り替える三方弁を第１流路切替装置３０１に適用した場合に比較し、更に効率を向上させた運転を実現できることになる。なお、ここでは、第１流路切替装置３０１を例に説明するが、第２流路切替装置３０２についても同様であることは言うまでもない。

図１０は、第１流路切替装置３０１の開閉面積割合をずらした場合を示したグラフである。図１０に基づいて、第１流路切替装置３０１を混合弁で構成した場合における開閉面積の割合をずらした場合について説明する。図９では、第１流路切替装置３０１の開閉面積割合をずらしていない場合を例に説明したが、図１０では、第１流路切替装置３０１の開閉面積割合をずらした場合を例に説明する。また、図１０では、横軸がｐｕｌｓｅを、縦軸が開閉面積割合を、それぞれ表している。さらに、線（Ａ）が流路Ａを、線（Ｂ）が流路Ｂを、それぞれ表している。

流路Ａへ低温熱媒体を、流路Ｂへ高温熱媒体を常に流すと考えた場合、高温熱媒体を使用することが多い用途では、設定温度までの稼動が少ない。そこで、第１流路切替装置３０１の開口面積割合をずらすことによって、図９に示す開口面積割合に比べ、早く目標温度へ到達することができることになる。なお、図では、流路Ａ及び流路Ｂが変局点を持たない直線で示しているが、変局点を有した特性を持った混合弁を第１流路切替装置３０１に適用してもよい。また、ここでは、第１流路切替装置３０１を例に説明するが、第２流路切替装置３０２についても同様であることは言うまでもない。

図１１は、補助タンク３０５の容積と熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積との関係を示したグラフである。図１１に基づいて、補助タンク３０５の容積と熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積との関係から、バイパス管３０３に導通させる熱媒体の容量について説明する。図１１では、横軸が補助タンク３０５の容積を、縦軸が熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積を、それぞれ表している。また、線（Ａ）が補助タンク３０５の容積と熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積とが同じ場合を、線（Ｂ）が補助タンク３０５の容積が熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積よりも小さい場合を、線（Ｃ）が補助タンク３０５の容積が熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積よりも大きい場合を、それぞれ表している。

補助タンク３０５の容積と熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積とが同じ場合（線（Ａ））、最小容量にて沸き上げ運転を行ない、最低容量を沸き上げるため、無駄な動きがなく、最短時間で沸き上げることができる。補助タンク３０５の容積が熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積よりも小さい場合（線（Ｂ））、最低必要量が足りないため、初期沸き上げに必要な容量が足りないため、出湯温度不足となってしまう。補助タンク３０５の容積が熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積よりも大きい場合（線（Ｃ））、必要以上に初期沸き上げを行なうため、ユニット立ち上がりまで時間がかかり、省エネ運転とならない。

図１１より、補助タンク３０５を選定する際、もっとも高効率で運転できるタンク容量は、熱媒体−冷媒熱交換器５１の保有水量（容積）と同じになる。したがって、補助タンク３０５の容積は、熱媒体−冷媒熱交換器５１の容積から決定するとよい。なお、補助タンク３０５を有した場合を例に示しているが、補助タンク３０５がなくても、熱媒体−冷媒熱交換器５１の保有水量と同容量の熱媒体をバイパス管３０３に導通させることができれば、同様に高効率な運転が実現可能となる。

Claims (8)

1. 空調用圧縮機、流路切替手段、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に接続されているとともに、直列に接続された冷媒−冷媒熱交換器及び給湯熱源用絞り手段が前記室内熱交換器及び前記空調用絞り手段に並列に接続されている第１冷媒回路を備え、前記第１冷媒回路に空調用冷媒を循環させる空調用冷凍サイクルと、
   給湯用圧縮機、熱媒体−冷媒熱交換器、給湯用絞り手段、及び、前記冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている第２冷媒回路を備え、前記第２冷媒回路に給湯用冷媒を循環させる給湯用冷凍サイクルと、
   水循環用ポンプ、前記熱媒体−冷媒熱交換器、及び、貯湯タンクが直列に接続されている水回路を備え、前記水回路に給湯用水を循環させる給湯用負荷と、を備え、
   前記空調用冷凍サイクルと前記給湯用冷凍サイクルとは、前記冷媒−冷媒熱交換器で、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒とが熱交換を行なうようにカスケード接続され、
   前記給湯用冷凍サイクルと前記給湯用負荷とは、前記熱媒体−冷媒熱交換器で、前記給湯用冷媒と前記水とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、
   前記水回路において、
   前記熱媒体−冷媒熱交換器と前記貯湯タンクとの間と、前記貯湯タンクと前記水循環用ポンプとの間と、を接続するバイパス管を設け、
   前記熱媒体−冷媒熱交換器において最小容量の前記給湯用冷媒で最低容量の熱媒体を沸き上げるため、前記水回路を循環する熱媒体の前記熱媒体−冷媒熱交換器を除く部分における容量と、前記水回路を循環する熱媒体の前記熱媒体−冷媒熱交換器における容量と、を略同一とし、
   前記給湯用圧縮機の起動時、
   前記バイパス管に熱媒体を循環させ、前記熱媒体−冷媒熱交換器の保有水量分の熱媒体を昇温してから、前記水回路に熱媒体を循環させる
   ことを特徴とする空調給湯複合システム。
2. 空調用圧縮機、流路切替手段、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に接続されているとともに、直列に接続された冷媒−冷媒熱交換器及び給湯熱源用絞り手段が前記室内熱交換器及び前記空調用絞り手段に並列に接続されている第１冷媒回路を備え、前記第１冷媒回路に空調用冷媒を循環させる空調用冷凍サイクルと、
   給湯用圧縮機、熱媒体−冷媒熱交換器、給湯用絞り手段、及び、前記冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている第２冷媒回路を備え、前記第２冷媒回路に給湯用冷媒を循環させる給湯用冷凍サイクルと、
   水循環用ポンプ、前記熱媒体−冷媒熱交換器、及び、貯湯タンクが直列に接続されている水回路を備え、前記水回路に給湯用水を循環させる給湯用負荷と、を備え、
   前記空調用冷凍サイクルと前記給湯用冷凍サイクルとは、前記冷媒−冷媒熱交換器で、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒とが熱交換を行なうようにカスケード接続され、
   前記給湯用冷凍サイクルと前記給湯用負荷とは、前記熱媒体−冷媒熱交換器で、前記給湯用冷媒と前記水とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、
   前記水回路において、
   前記熱媒体−冷媒熱交換器と前記貯湯タンクとの間と、前記貯湯タンクと前記水循環用ポンプとの間と、を接続するバイパス管を設け、
   前記バイパス管に補助タンクを設け、
   前記熱媒体−冷媒熱交換器において最小容量の前記給湯用冷媒で最低容量の熱媒体を沸き上げるため、前記補助タンクに貯留される熱媒体の容量と、前記水回路を循環する熱媒体の前記熱媒体−冷媒熱交換器における容量と、を略同一とし、
   前記給湯用圧縮機の起動時、
   前記バイパス管に熱媒体を循環させ、前記熱媒体−冷媒熱交換器の保有水量分の熱媒体を昇温してから、前記水回路に熱媒体を循環させる
   ことを特徴とする空調給湯複合システム。
3. 前記熱媒体−冷媒熱交換器の入口における熱媒体温度を計測する温度センサを設け、
   前記温度センサで計測された温度情報に基づいて、前記水回路における熱媒体の流路を切り替える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調給湯複合システム。
4. 前記熱媒体−冷媒熱交換器の入口温度が予め設定してある所定温度以下であるとき、
   前記バイパス管を介して熱媒体を循環させるように流路を切り替える
   ことを特徴とする請求項３に記載の空調給湯複合システム。
5. 前記バイパス管の両端に流路切替装置を設け、
   前記流路切替装置を制御することによって前記水回路における熱媒体の流路を切り替える
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調給湯複合システム。
6. 前記流路切替装置を、前記水回路における熱媒体の流路をいずれか一方に切り替える三方弁又は前記水回路における低温熱媒体と高温熱媒体との混合割合の調整が可能な混合弁で構成している
   ことを特徴とする請求項５に記載の空調給湯複合システム。
7. 前記流路切替装置を前記混合弁で構成したものにおいて、
   前記流路切替装置の開閉面積割合が調整されることで、所定の出湯温度を維持するように低温熱媒体と高温熱媒体との混合割合が決定される
   ことを特徴とする請求項６に記載の空調給湯複合システム。
8. 前記給湯用冷媒には、臨界温度が６０℃以上の冷媒を採用している
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の空調給湯複合システム。

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