JP2017172898A - 空調給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】入水温度が高くなる沸き終いにおいても、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が取れなくなるのを防ぎ、室内機の冷房能力の低下を抑制することができる空調給湯システムを提供する。
【解決手段】制御部４１０による過冷却度安定化モードにより、入水温度検知手段４２０により検知される熱媒体の入水温度が所定温度より高くなった場合に、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度を開くように制御するとともに、過冷却度検知手段４３０により検知されるカスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を絞るように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷房、暖房、給湯に必要な温冷熱を同時に供給できる空調給湯システムにおいて、給湯用の温水を生成する冷凍サイクルを搭載し、カスケード熱交換器を介して空調冷媒と給湯冷媒との間で熱交換する空調給湯システムに関するものである。

従来から、冷房、暖房、給湯に必要な温冷熱を同時に供給できる空調給湯システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の空調給湯システムの構成を図６に示す。
特許文献１では、少なくとも１台の室内機２００と熱生成ユニット３００は、気液分離機１５２から伸びるガス管１５０、液管１７０、および室外機１００から伸びる吸入管１６０の３本の冷媒配管に対し並列に接続されている。

室外機１００内の空調用圧縮機１１０で圧縮された空調用冷媒は、冷媒配管に接続された弁の開閉により、室内機２００と熱生成ユニット３００に供給される。図６では冷房運転時の弁の状態を示しているが、室内機２００には、冷房時は高圧の液化した空調用冷媒が液管１７０を経由して供給され、暖房時は高温高圧のガス化した空調用冷媒がガス管１５０を経由して供給される。また、熱生成ユニット３００には、高温高圧のガス化した空調用冷媒がガス管１５０を経由して供給される。

熱生成ユニット３００の内部には、空調用冷媒とは異なる給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機３１０と、高温高圧のガス化した給湯用冷媒から熱を受けて、水を主成分とする熱媒体を加熱する給湯用熱交換器３２０と、空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器３４０が搭載されている。

また、給湯用熱交換器３２０で生成した高温の熱媒体を熱生成ユニット３００の外部に送出する熱媒体ポンプ３６０は熱生成ユニット３００の外部に設置されている。
空調用冷媒が循環する冷凍サイクルと給湯用冷媒が循環する冷凍サイクルとは、カスケード熱交換器３４０において熱的に接続された、いわゆる二元冷凍サイクルを形成している。

以上の構成の空調給湯システムでは、冷房負荷、暖房負荷および高温の給湯負荷を同時に提供しつつ、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うので、システムＣＯＰが大幅に向上し、省エネを実現することができる。

国際公開ＷＯ２００９／０９８７５１号

しかしながら、前記従来の構成では、貯湯タンクから給湯用熱交換器３２０に供給される水の温度、すなわち入水温度が高くなると、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０に流入する空調用冷媒の過冷却度が取れなくなり、気液二相状態となる。したがって、気液二相状態で熱生成ユニット３００から流出し、冷房運転している室内機２００の室内空気熱交換器２１５に供給される冷媒は乾き度が高い状態となる。

したがって、入水温度が高くなると、冷房運転している室内機２００の室内空気熱交換器器２１５に供給される冷媒の乾き度が高く、十分な蒸発潜熱が得られなくなるため、室内機２００の冷房能力が低下するという課題があった。

以下、その理由を説明する。
まず、入水温度は外気温度の影響や貯湯タンク内の湯のたまり具合の影響により５℃〜６０℃で変化する。例えば、貯湯タンク内の湯が満タンに近づく沸き終い条件において入水温度は６０℃まで上昇する。
図４に給湯サイクルのモリエール線図を示す。３０１は入水温度５℃の場合の給湯サイクルであり、３０２は沸き終い条件の入水温度が６０℃の場合の給湯サイクルである。

ここで、二酸化炭素冷媒は給湯用熱交換器３２０において水側へ放熱するため、給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の温度は入水温度より５Ｋ高い温度となる。
図４の３０３は、入水温度５℃の場合の給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の状態を示す点であり、このとき、二酸化炭素冷媒の温度は入水温度５℃より５K高い１０℃となる。また、図４の３０４は、沸き終い条件の入水温度６０℃の場合の給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の状態を示す点であり、このとき、二酸化炭素冷媒の温度は入水温度６０℃より５Ｋ高い６５℃となる。すなわち、入水温度５℃のときよりも入水温度６０℃のときのほうが、給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の比エンタルピーは高くなる。

その結果、給湯用熱交換器３２０から流出し、給湯用冷媒流量調整弁３３０で等エンタルピー膨張した後、カスケード熱交換器３４０に流入する二酸化炭素冷媒の乾き度は、入水温度５℃のときよりも入水温度６０℃のときのほうが高くなる。したがって、カスケード熱交換器３４０において空調用冷媒と熱交換して流出する二酸化炭素冷媒の過熱度は大きくなりやすい。

二酸化炭素冷媒の過熱度が大きくなると、カスケード熱交換器３４０において空調用冷媒との温度差が取れなくなるため、カスケード熱交換器３４０での交換熱量が低下し、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒は過冷却度が取れず、気液二相状態となるため、比エンタルピーが大きくなる。

カスケード熱交換器３４０から気液二相状態で流出した空調用冷媒は、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を通過して、熱生成ユニット３００から流出し、液管１７０を経由して、冷房運転している室内機２００に流入する。室内機２００に流入した冷媒は、室内機冷媒流量調整弁２２０にて減圧された後、室内空気熱交換器２１５に流入する。このとき、室内空気熱交換器２１５に流入する空調用冷媒の比エンタルピーは、カスケード熱交換器３４０の出口における比エンタルピーと略同一であることから、入水温度が高くなることで、比エンタルピーも大きくなる。

したがって、室内空気熱交換器２１５において蒸発する空調用冷媒は、入口と出口における比エンタルピー差が小さくなり、十分な蒸発潜熱が得られなくなるため、室内機２００の冷房能力が低下する。

以上の理由から、特許文献１に記載の構成においては、入水温度が高くなるとカスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が取れなくなるため、冷房運転している室内機２００の室内空気熱交換器２１５の入口における空調用冷媒の比エンタルピーが大きくなり、それに伴って室内機２００の冷房能力が低下するという課題があった。

本発明は、前記課題を解決するものであり、入水温度が高くなる沸き終いにおいても、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が取れなくなるのを防ぎ、室内機の冷房能力の低下を抑制することができる空調給湯システムを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明の空調給湯システムは、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、前記給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する給湯用冷媒流量調整弁と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器とを環状に接続した熱生成ユニットと、前記カスケード熱交換器に供給する前記空調用冷媒の流量を制御する熱生成ユニット冷媒流量調整弁と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記給湯用冷媒流量調整弁および前記熱生成ユニット冷媒流量調整弁の開度を調整する過冷却度安定化モードを備えていることを特徴とする。

これによれば、制御部による過冷却度安定化モードにより、沸き終いで入水温度が高くなる場合において、給湯用冷媒流量調整弁を開いて給湯用冷媒の循環量を増加させるので、カスケード熱交換器の入口における給湯用冷媒の状態は同じままでカスケード熱交換器における給湯用冷媒の比エンタルピー差が小さくなるため、カスケード熱交換器の出口における給湯用冷媒の過熱度が減少する。したがって、カスケード熱交換器における給湯用冷媒と空調用冷媒との対数平均温度差が大きくなるため、交換熱量が大きくなり、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが小さくなる。

また、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、熱生成ユニット冷媒流量調整弁を絞り、空調用冷媒の循環量を低下させるので、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが小さくなるため、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒は過冷却状態が維持される。

本発明の空調給湯システムでは、沸き終い時などで入水温度が高くなる場合においても、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒は過冷却状態が維持されるので、熱生成ユニットから流出し、液管を経由して、冷房運転している室内機の室内空気熱交換器に流入する空調用冷媒の比エンタルピーを小さくすることができる。したがって、室内空気熱交換器において十分な蒸発潜熱が得られ、室内機の冷房能力の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態１における空調給湯システムの冷凍サイクル構成図 本発明の熱生成ユニットの内部構造を示す平面図 本実施形態の熱生成ユニットの内部構造を示す正面図 給湯サイクルのモリエール線図 本実施形態の制御を示すフローチャート 特許文献１における空調給湯システムの冷凍サイクル構成図

第１の発明は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、前記給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する給湯用冷媒流量調整弁と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器とを環状に接続した熱生成ユニットと、前記カスケード熱交換器に供給する前記空調用冷媒の流量を制御する熱生成ユニット冷媒流量調整弁と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記給湯用冷媒流量調整弁および前記熱生成ユニット冷媒流量調整弁の開度を調整する過冷却度安定化モードを備えていることを特徴とする空調給湯システムである。

第２の発明は、前記給湯用熱交換器に流入する熱媒体の温度を検知する入水温度検知手段および前記カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度を検知する過冷却度検知手段をさらに備え、前記制御部による過冷却度安定化モードは、前記入水温度検知手段により検知される熱媒体の入水温度が所定値より高くなった場合に、前記給湯用冷媒流量調整弁の開度を開くように制御するとともに、前記過冷却度検知手段により検知される前記カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、前記熱生成ユニット冷媒流量調整弁の開度を絞るように制御することを特徴とする空調給湯システムである。

これにより、沸き終いで入水温度が高くなる場合において、給湯用冷媒流量調整弁を開いて、給湯用冷媒の循環量を増加させるので、カスケード熱交換器入口における給湯用冷媒の状態は同じままでカスケード熱交換器入口と出口における給湯用冷媒の比エンタルピー差が小さくなるため、カスケード熱交換器の出口における給湯用冷媒の過熱度が減少する。
したがって、カスケード熱交換器における給湯用冷媒と空調用冷媒との対数平均温度差が大きくなるため、交換熱量が大きくなり、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが小さくなる。

また、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、熱生成ユニット冷媒流量調整弁を絞り、空調用冷媒の循環量を低下させるので、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが小さくなる。
よって、本発明の空調給湯システムでは、沸き終い時などで入水温度が高くなる場合においても、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが小さくなるので、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒は過冷却状態が維持されるため、熱生成ユニットから流出し、液管を経由して、冷房運転している室内機の室内空気熱交換器に流入する空調用冷媒の比エンタルピーを小さくすることができる。したがって、室内熱交換器において十分な蒸発潜熱が得られ、室内機の冷房能力の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態の熱生成ユニットを含む空調給湯システムの冷凍サイクル構成を図１に示す。図１の空調給湯システムは、室外ユニット１００と、室内機２００と、熱生成ユニット３００とを備えている。本実施形態においては、室外ユニット１００が１台に対し、室内機２００が２台、熱生成ユニット３００が１台接続した構成となっている。なお、冷凍サイクル構成に関しては、図１に示したものに限定されない。例えば、室外ユニット１００は２台以上、室内機２００も１台もしくは３台以上、熱生成ユニット３００も２台以上、並列に接続可能である。

室外ユニット１００と室内機２００、熱生成ユニット３００とは、空調用冷媒が流通する配管で連結されている。室外ユニット１００と室内機２００とは、高温高圧のガス化した空調用冷媒が流れるガス管１５０と、低圧の空調用冷媒が流れる吸入管１６０と、高圧の液化した空調用冷媒が流れる液管１７０とで接続されている。室内機２００が、図１に示すように２台存在するときは、室内機２００は３本の配管に対し並列に接続される。一方、室外ユニット１００と熱生成ユニット３００とは、室内機２００と同じく配管に対し並列に接続されるが、ガス管１５０と液管１７０とのみ連通している。

室外ユニット１００は、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機１１０を備えている。空調用圧縮機１１０の吸入側には、空調用圧縮機１１０にガス冷媒を供給するアキュムレータ１１１が接続されている。空調用圧縮機１１０の吐出側には、吐出するガス状態の空調用冷媒に含まれる冷凍機油を分離する油分離器１１２が接続されている。油分離器１１２で分離された冷凍機油は、油戻し管１１３ａにより空調用圧縮機１１０に戻される。油戻し管１１３ａの連通は、油戻し管開閉弁１１３ｂの開閉により制御される。

また、室外ユニット１００は、室外熱交換器１１５を備えており、室外熱交換器１１５の近傍には、室外熱交換器１１５に室外ユニット１００の周囲の空気を供給する室外送風ファン１１６が設けられている。そして、室外空気熱交換器１１５は、室外送風ファン１１６で送られる空気と、空調用冷媒とが熱交換するよう構成されており、一般的には、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が利用される。
室外ユニット１００は、室外熱交換器１１５に供給する空調用冷媒の流量を調整する室外冷媒流量調整弁１２０と、ガス管１５０における空調用冷媒の流量を制御する室外ガス管開閉弁１２１と、吸入管１６０における空調用冷媒の流量を制御する室外吸入管開閉弁１２２とをそれぞれ備えている。

室内機２００は、室内熱交換器２１５と、室内熱交換器２１５に室内機２００の周囲の空気を供給する室内送風ファン２１６と、室内熱交換器２１５に供給する空調用冷媒の流量を調整する室内冷媒流量調整弁２２０とを備えている。室内熱交換器２１５は、室内送風ファン２１６で送られる空気と、空調用冷媒とが熱交換するよう構成されており、一般的には、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が利用される。
また、室内機２００は、ガス管１５０との空調用冷媒の流通の有無を制御する室内ガス管開閉弁２２１と、吸入管１６０との空調用冷媒の流通の有無を制御する室内吸入管開閉弁２２２とを備えている。

熱生成ユニット３００は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機３１０と、給湯用冷媒と水を主成分とする熱媒体と熱交換する給湯用熱交換器３２０と、給湯用冷媒の流量を調整する給湯用冷媒流量調整弁３３０とを備えている。
また、熱生成ユニット３００は、ガス管１５０から供給される空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器３４０と、カスケード熱交換器３４０に供給する空調用冷媒の流量を調整する熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０と、給湯用熱交換器３２０に熱媒体を供給する熱媒体ポンプ３６０とを備えている。

ここで、これら給湯用圧縮機３１０と、給湯用熱交換器３２０と、給湯用冷媒流量調整弁３３０と、カスケード熱交換器３４０とを環状に接続して第１冷凍サイクル５００が構成される。
また、カスケード熱交換器３４０と、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０とを直列に接続した第１回路５０１と、室内熱交換器２１５と、室内熱交換器２１５に供給する室内冷媒流量調整弁２２０とを直列に接続した少なくとも１つの第２回路５０２と、第１回路５０１と第２回路５０２とを並列に接続した熱負荷回路を、空調用圧縮機１１０と、室外熱交換器１１５とに接続して第２冷凍サイクル５１０が構成される。

なお、給湯用冷媒としては、フロン系冷媒や二酸化炭素冷媒を用い、熱媒体としては水や不凍液を用いる。以下、給湯用冷媒として二酸化炭素冷媒を用い、熱媒体として水を用いる場合について説明する。
また、空調用冷媒には、一般的に家庭用空調機やビル用空調機に使われる冷媒であるＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃなどを用いる。

また、二酸化炭素の物性値については、National Institute of Standards and Technology（以降NISTと略記）が発行しているReference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Ｖｅr．９．０（以降Refprop Ｖｅｒ．９．０と略記）で導出した値を用いる。

次に、本実施形態における熱生成ユニット３００の内部構造について説明する。
図２は、本実施形態における熱生成ユニット３００の内部構造を示す平面図、図３は、熱生成ユニット３００の内部構造を示す正面図である。
熱生成ユニット３００には、給湯用圧縮機３１０と給湯用熱交換器３２０と給湯用冷媒流量調整弁３３０とカスケード熱交換器３４０とで形成される冷凍サイクルと、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０と熱媒体ポンプ３６０とがケーシング４００に格納されている。

本実施の形態では、給湯用熱交換器３２０には、例えば、二重管式熱交換器が用いられている。二重管式熱交換器は、略円形断面の管（外管）の中に、１本以上の管（内管）が挿入されて形成した熱交換器である。内管が複数本ある場合は、内管同士をらせん状によじって外管に挿入される。給湯用冷媒に二酸化炭素冷媒を用いる場合は、給湯用熱交換器３２０の内管に二酸化炭素、外管と内管の間に水を流す。
なお、二重管式熱交換器の材料には、熱伝導性能の高い銅管を用いることが多い。
また、給湯用熱交換器３２０には、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などを用いてもよい。

二重管式熱交換器の熱交換能力は、二重管の長さに比例する。したがって、二重管式熱交換器は、限られた設置容積の中で最大限の熱交換能力を確保するために、二重管を巻いて成型されている。二重管式熱交換器を設置するときは、二重管内の熱媒体が通る部分に空気が滞留し、熱交換性能が著しく低下することを防ぐために、二重管ができるだけ水平になるようにする。

カスケード熱交換器３４０には、二重管式熱交換器を用いる。二重管式熱交換器は、略円形断面の管（外管）の中に、1本以上の管（内管）が挿入されて形成した熱交換器である。内管が複数本ある場合は、内管同士をらせん状によじって外管に挿入される。
なお、カスケード熱交換器３４０として二重管式熱交換器を用いる場合、二重管式熱交換器の材料には、熱伝導性能の高い銅管を用いることが多い。
また、カスケード熱交換器３４０には、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などを用いてもよい。

図２および図３に示すように、給湯用圧縮機３１０は、ゴムなどの防振部材３１１を挟み込んだ上で、固定部材３１２により底板部材３７０に固定されている。
また、給湯用熱交換器３２０も底板部材３７０上に固定され、カスケード熱交換器３４０は、給湯用熱交換器３２０の上部に設置されている。
また、熱媒体ポンプ３６０の下端面は、カスケード熱交換器３４０の下端面より低い位置となるように設置されている。

図２および図３に示す給湯用熱交換器３２０とカスケード熱交換器３４０は、ともに発泡スチロールや厚手のフェルトなどの断熱材と、さらにこの断熱材を囲う構成部材を含む。特に、給湯用熱交換器３２０については、上部に設置されるカスケード熱交換器３４０の重量による断熱材の変形が想定されるため、強度の高い鉄板で囲い、断熱材表面を保護している。

なお、カスケード熱交換器３４０は、必ずしも給湯用熱交換器３２０を囲う構成部材と接する必要はない。この場合、カスケード熱交換器３４０とその周りの断熱材は、それらの重量を支えるだけの十分な強度を持つ構成部材で囲った上で、熱生成ユニット３００の側面と底板部材３７０の少なくともどちらか１つに接続された構成部材によって固定される。

さらに、図２および図３に示すように、底板部材３７０には、鉛直上から見て給湯用熱交換器３２０と熱媒体ポンプ３６０とが底板部材３７０に投影する領域内に、排水口３９０が設けられている。底板部材３７０の上面には、水が速やかに排水口３９０から熱生成ユニット３００の外部に排出できるように、排水口３９０に向けて適切な傾斜がつけられている。

熱媒体配管３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ内の熱媒体の流れは、熱媒体ポンプ３６０の駆動により生じる。熱生成ユニット３００内に流入した熱媒体は、熱媒体配管３８０ａを経由して熱媒体ポンプ３６０に流入し、熱媒体配管３８０ｂに送出される。さらに、熱媒体は、給湯用熱交換器３２０に入って、給湯用冷媒により加熱されて７０〜９０℃の高温となった後、熱媒体配管３８０ｃを経由して、熱生成ユニット３００外に送出される。

次に、本実施形態における制御構成について説明する。
空調給湯システムは、熱生成ユニット３００の制御を行う制御部４１０を備えている。また、熱生成ユニット３００の給湯用熱交換器３２０に流入する熱媒体の温度を検知する入水温度検知手段４２０およびカスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度を検知する過冷却度検知手段４３０をそれぞれ備えている。
制御部４１０は、熱生成ユニット３００の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵ、実行可能な基本制御プログラムやこの基本制御プログラムに係るデータなどを不揮発的に記憶するＲＯＭ、ＣＰＵに実行されるプログラムや所定データなどを一時的に記憶するＲＡＭ、その他の周辺回路などを備えている。
制御部４１０は、給湯用圧縮機３１０、給湯用冷媒の流量を調整する給湯用冷媒流量調整弁３３０、カスケード熱交換器３４０に供給する空調用冷媒の流量を調整する熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０、給湯用熱交換器３２０に熱媒体を供給する熱媒体ポンプ３６０をそれぞれ制御するように構成されている。

そして、本実施形態においては、制御部４１０による制御は、過冷却度安定化モードを備えている。
過冷却度安定化モードは、制御部４１０が入水温度検知手段４２０による検知結果を入力し、熱媒体の入水温度が所定値より高くなった場合に、第１冷凍サイクル５００を循環する二酸化炭素冷媒の流量が大きくなるように、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度を開くように制御する。なお、入水温度の所定値は、本実施形態においては、前回検知された入水温度であり、熱媒体の入水温度が前回検知された入水温度より高くなった場合に、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度を開くように制御するものである。
また、過冷却度安定化モードは、制御部４１０が過冷却度検知手段４３０による検知結果を入力し、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定範囲より小さくなった場合に、第２冷凍回路を循環する空調用冷媒の流量を小さくするため、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を絞り、空調用冷媒の過冷却度が所定範囲より大きくなった場合に、第２回路５０２を循環する空調用冷媒の流量を大きくするため、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を開くように制御するものである。

ここで、空調給湯システムにおいては、貯湯タンクに湯を蓄える時に、貯湯タンクの下部の比較的温度の低い水を熱生成ユニット３００に供給するが、供給される水の温度は、外気温度の影響と貯湯タンク内の熱媒体温度の影響を受け、５℃〜６０℃で変化する。
特に、貯湯タンク内の湯が溜まってくると熱生成ユニット３００に供給される水の温度は除序に上昇する、いわゆる沸き終い運転となる。熱生成ユニット３００に供給される水の温度が変化する場合の給湯用冷凍サイクルおよび空調用冷凍サイクルの変化について、それぞれ図４を用いて説明する。

図４は給湯サイクルのモリエール線図である。図４の３０１は入水温度５℃の場合の給湯サイクルであり、３０２は沸き終い条件の入水温度が６０℃の場合の給湯サイクルである。二酸化炭素冷媒は給湯用熱交換器３２０において水側へ放熱するため、給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の温度は入水温度より５Ｋ高い温度となる。
したがって、入水温度５℃のときは給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の温度は１０℃となり、沸き終い条件の入水温度６０℃のときは給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の温度は６５℃となる。すなわち、入水温度５℃のときよりも入水温度６０℃のときのほうが、給湯用熱交換器３２０の出口における二酸化炭素冷媒の比エンタルピーは高くなる。

その結果、給湯用熱交換器３２０から流出し膨張弁３３０で等エンタルピー膨張した後、カスケード熱交換器３４０に流入する二酸化炭素冷媒の乾き度は、入水温度５℃のときよりも入水温度６０℃のときのほうが高くなる。したがって、カスケード熱交換器３４０の出口における二酸化炭素冷媒の過熱度が大きくなりやすい。
カスケード熱交換器３４０の出口における二酸化炭素冷媒の過熱度が大きくなると、カスケード熱交換器３４０において空調用冷媒との温度差が取れなくなるため、カスケード熱交換器３４０での交換熱量が低下し、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒は過冷却度が取れず、気液二相状態となるため、比エンタルピーが大きくなる。

カスケード熱交換器３４０から気液二相状態で流出した空調用冷媒は、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を通過して、熱生成ユニット３００から流出し、液管１７０を経由して、冷房運転している室内機２００に流入する。室内機２００に流入した冷媒は、室内機冷媒流量調整弁２２０にて減圧された後、室内空気熱交換器２１５に流入する。

このとき、室内空気熱交換器２１５に流入する空調用冷媒の比エンタルピーは、カスケード熱交換器３４０の出口における比エンタルピーと略同一であることから、入水温度が高くなることで、比エンタルピーも大きくなる。
したがって、室内空気熱交換器２１５において蒸発する空調用冷媒は、入口と出口における比エンタルピー差が小さくなり、十分な蒸発潜熱が得られなくなる。

本実施形態においては、制御部４１０による過冷却度安定化モードを備えているので、制御部４１０は入水温度が所定値より高くなったことを検知した場合に、給湯用冷媒流量調整弁３３０を開いて、二酸化炭素冷媒の循環量を増加させることができ、カスケード熱交換器３４０における交換熱量が大きくなり、カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の比エンタルピーを小さくすることができる。
また、制御部４１０は、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定範囲より小さくなった場合に、第２冷凍を循環する空調用冷媒の流量を小さくするため、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を絞るように制御することで、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒出口の比エンタルピーを小さくすることができる。また、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定範囲より大きくなった場合に、第２冷凍を循環する空調用冷媒の流量を大きくするため、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を開くように制御することで、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒出口の比エンタルピーを大きくすることができる。

次に、室外ユニット１００、室内機２００、熱生成ユニット３００の全体の動作について、図１の冷凍サイクル図を参照しながら説明する。
冷房単独運転時は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を開、室外吸入管開閉弁１２２を閉に設定し、室内機２００において、室内ガス管開閉弁２２１を閉、室内吸入管開閉弁２２２を開に設定し、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒は、室外ガス管開閉弁１２１を経由して室外空気熱交換器１１５に入り、室外ユニット１００周囲の空気により冷却され液状態になる。液状態の空調用冷媒は、全開状態の室外冷媒流量調整弁１２０を経由して液管１７０に流入し、室内機２００に到達する。

室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁２２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁２２２を経由して吸入管１６０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。

暖房単独運転時は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を閉、室外吸入管開閉弁１２２を開に設定し、室内機２００において、室内ガス管開閉弁２２１を開、室内吸入管開閉弁２２２を閉に設定し、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、室内機２００に到達する。室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁２２１を経由して、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁２２０を経由して液管１７０に流入し、室外ユニット１００に戻る。

室外ユニット１００に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外空気熱交換器１１５に入り、室外ユニット１００周囲の空気により加熱されて蒸発する。蒸発し気化した空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁１２２、アキュムレータ１１１を経由して空調用圧縮機１１０に戻る。

給湯単独運転時は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を閉、室外吸入管開閉弁１２２を開に設定し、室内機２００において、室内ガス管開閉弁２２１と室内吸入管開閉弁２２２をともに閉に設定し、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を開く。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、熱生成ユニット３００に到達する。一方で、熱生成ユニット３００内では、給湯用圧縮機３１０が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機３１０、給湯用熱交換器３２０、給湯用冷媒流量調整弁３３０、カスケード熱交換器３４０の順で循環する。

熱生成ユニット３００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を経由して、液管１７０に流入し、室外ユニット１００に戻る。

室外ユニット１００に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外空気熱交換器１１５に入り、室外ユニット１００周囲の空気により加熱されて蒸発する。蒸発し気化した空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁１２２、アキュムレータ１１１を経由して空調用圧縮機１１０に戻る。

一方、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機３１０に入る。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器３２０に入り、熱媒体を６５〜９０℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁３３０で減圧された後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。

冷房と暖房の同時運転時において、冷房負荷と暖房負荷がほぼ等しい場合は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１と室外吸入管開閉弁１２２はともに閉に設定する。冷房を行う室内機２００では、室内ガス管開閉弁２２１を閉、室内吸入管開閉弁２２２を開に設定し、暖房を行う室内機２００では、室内ガス管開閉弁２２１を開、室内吸入管開閉弁２２２を閉に設定する。また、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、暖房を行う室内機２００に到達する。暖房を行う室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁２２１を経由して、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁２２０を経由して液管１７０に流入する。

液管１７０に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機２００に到達する。冷房を行う室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁２２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁２２２を経由して吸入管１６０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。

なお、冷房負荷の方が暖房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機２００から、冷房を行う室内機２００に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁１２２を閉としたままで室外ガス管開閉弁１２１を開として、空調用圧縮機１１０が吐出した冷媒の一部を、室外空気熱交換器１１５に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１２０と液管１７０を経由して、冷房を行う室内機２００に供給する。

逆に、暖房負荷の方が冷房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機２００から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機２００では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１２１を閉としたままで室外吸入管開閉弁１２２を開として、暖房を行う室内機２００から流出した液冷媒を、液管１７０経由で室外ユニット１００に戻す。室外ユニット１００に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧した後、室外空気熱交換器１１５にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁１２２を経由して、アキュムレータ１１１、空調用圧縮機１１０に戻る。

冷房と給湯の同時運転時において、冷房負荷と給湯負荷がほぼ等しい場合は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１と室外吸入管開閉弁１２２はともに閉に設定する。冷房を行う室内機２００では、室内ガス管開閉弁２２１を閉、室内吸入管開閉弁２２２を開に設定し、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を開く。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、熱生成ユニット３００に到達する。一方で、熱生成ユニット３００内では、給湯用圧縮機３１０が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機３１０、給湯用熱交換器３２０、給湯用冷媒流量調整弁３３０、カスケード熱交換器３４０の順で循環する。

熱生成ユニット３００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を経由して、液管１７０に流入する。
液管１７０に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機２００に到達する。冷房を行う室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁２２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁２２２を経由して吸入管１６０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。

一方、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機３１０に入る。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器３２０に入り、熱媒体を６５〜９０℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁３３０で減圧された後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。

なお、冷房負荷が給湯負荷よりも大きい場合は、熱生成ユニット３００から冷房を行う室内機２００に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁１２２を閉としたままで室外ガス管開閉弁１２１を開として、空調用圧縮機１１０が吐出した冷媒の一部を、室外空気熱交換器１１５に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１２０と液管１７０を経由して、冷房を行う室内機２００に供給する。

一方、給湯負荷の方が冷房負荷より大きい場合は、熱生成ユニット３００から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機２００では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１２１を閉としたままで室外吸入管開閉弁１２２を開として、暖房を行う室内機２００から流出した液冷媒の一部を、液管１７０経由で室外ユニット１００に戻す。
室外ユニット１００に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧した後、室外空気熱交換器１１５にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁１２２を経由して、アキュムレータ１１１、空調用圧縮機１１０に戻る。

暖房と給湯の同時運転時は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を閉、室外吸入管開閉弁１２２を開に設定し、室内機２００において、室内ガス管開閉弁２２１を開、室内吸入管開閉弁２２２を閉に設定し、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を開く。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、室内機２００と熱生成ユニット３００に到達する。室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁２２１を経由して、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁２２０を経由して液管１７０に流入する。

熱生成ユニット３００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を経由して、液管１７０に流入する。この液冷媒は、暖房を行う室内機２００から流出した液冷媒と合流し、室外ユニット１００に戻る。室外ユニットに戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧した後、室外空気熱交換器１１５にて蒸発させる。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁１２２を経由して、アキュムレータ１１１、空調用圧縮機１１０に戻る。

一方、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機３１０に入る。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器３２０に入り、熱媒体を６５〜９０℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁３３０で減圧された後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。

冷房と暖房と給湯の同時運転時は、冷房負荷と、暖房負荷と給湯負荷との和がほぼ等しい場合は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１と室外吸入管開閉弁１２２はともに閉に設定する。冷房を行う室内機２００では、室内ガス管開閉弁２２１を閉、室内吸入管開閉弁２２２を開に設定し、暖房を行う室内機２００では、室内ガス管開閉弁２２１を開、室内吸入管開閉弁２２２を閉に設定する。また、熱生成ユニット３００において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を開く。

空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管１５０に流入し、暖房を行う室内機２００と熱生成ユニット３００に到達する。一方で、熱生成ユニット３００内では、給湯用圧縮機３１０が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機３１０、給湯用熱交換器３２０、給湯用冷媒流量調整弁３３０、カスケード熱交換器３４０の順で循環する。
暖房を行う室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁２２１を経由して、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁２２０を経由して液管１７０に流入する。

熱生成ユニット３００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を経由して、液管１７０に流入する。
暖房を行う室内機２００と熱生成ユニット３００から液管１７０に流入した液化した空調用冷媒は合流し、冷房を行う室内機２００に到達する。冷房を行う室内機２００に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁２２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内空気熱交換器２１５に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁２２２を経由して吸入管１６０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。

一方、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機３１０に入る。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器３２０に入り、熱媒体を６５〜９０℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁３３０で減圧された後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。

なお、冷房負荷が、暖房負荷と給湯負荷の和よりも大きい場合は、暖房を行う室内機２００と熱生成ユニット３００から冷房を行う室内機２００に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁１２２を閉としたままで室外ガス管開閉弁１２１を開として、空調用圧縮機１１０が吐出した冷媒の一部を、室外空気熱交換器１１５に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１２０と液管１７０を経由して、冷房を行う室内機２００に供給する。

一方、暖房負荷と給湯負荷の和が冷房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機２００と熱生成ユニット３００から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機２００では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット１００の室外空気熱交換器１１５で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１２１を閉としたままで室外吸入管開閉弁１２２を開として、暖房を行う室内機２００と熱生成ユニット３００から流出した液冷媒の一部を、液管１７０経由で室外ユニット１００に戻す。

室外ユニット１００に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１２０で減圧した後、室外空気熱交換器１１５にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁１２２を経由して、アキュムレータ１１１、空調用圧縮機１１０に戻る。

次に、熱生成ユニット３００における熱媒体の動作について、図２を参照しながら説明する。
給湯単独運転時、冷房と給湯の同時運転時、暖房と給湯の同時運転時、冷房と暖房と給湯の同時運転時に、給湯用圧縮機３１０と熱媒体ポンプ３６０は稼動する。熱媒体ポンプが稼働中、熱媒体は、上水道などの熱生成ユニット３００外から熱生成ユニット３００内に流入し、熱媒体配管３８０ａを通って熱媒体ポンプ３６０に入る。

熱媒体ポンプ３６０に流入した熱媒体は、吐出口から熱媒体配管３８０ｂに流入し、給湯用熱交換器３２０に入る。熱媒体は、二重管式熱交換器である給湯用熱交換器３２０にて、給湯用圧縮機３１０が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、６５〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管３８０ｃを経由して、熱生成ユニット３００外に送出される。

次に、本実施形態における過冷却度安定化モードによる制御について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
運転を開始している状態で、制御部４１０は、入水温度検知手段４２０により熱媒体の入水温度（Ｔｗｉｎ）の検知結果を取得し、熱媒体の入水温度が前回検知した入水温度（Ｔｗｉｎ＿ｏｌｄ）より高いか否かを判断する（ＳＴ１）。

そして、制御部４１０は、入水温度が前回検知した入水温度より高いと判断した場合は（ＳＴ１：ＹＥＳ）、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度を開くように制御する（ＳＴ２）。一方、入水温度が前回検知した入水温度以下と判断した場合は（ＳＴ１：ＮＯ）、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度をそのまま維持するように制御する（ＳＴ３）。

また、制御部４１０は、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度（ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ）が所定範囲（３Ｋ≦ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ≦１５Ｋ）にあるか否かを判断し（ＳＴ４）、空調用冷媒の過冷却度が所定範囲にあると判断した場合は（ＳＴ４：ＹＥＳ）、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度をそのまま維持するように制御する（ＳＴ５）。
一方、制御部４１０は、空調用冷媒の過冷却度が所定範囲外であると判断した場合は（ＳＴ４：ＮＯ）、過冷却度（ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ）が所定値（ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ＜３Ｋ）より小さいか否かを判断する（ＳＴ６）。

そして、制御部４１０は、空調用冷媒の過冷却度が所定値（ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ＜３Ｋ）より大きいと判断した場合は（ＳＴ６：ＮＯ）、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を開くように制御する（ＳＴ７）。
一方、制御部４１０は、空調用冷媒の過冷却度が所定値（ＳＣｅｘｐｖ＿ｉ＜３Ｋ）より小さいと判断した場合は（ＳＴ６：ＹＥＳ）、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を絞るように制御する（ＳＴ８）。

以上の記述から明らかなように、本実施形態では、制御部４１０は、給湯用冷媒流量調整弁３３０および熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を調整する過冷却度安定化モードを備え、過冷却度安定化モードにより、入水温度検知手段４２０により検知される熱媒体の入水温度が所定値より高くなった場合に、給湯用冷媒流量調整弁３３０の開度を開くように制御するとともに、過冷却度検知手段４３０により検知されるカスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０の開度を絞るように制御する。
これにより、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒の比エンタルピーが大きくなるのを抑制し、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒が過冷却状態を維持することができるため、熱生成ユニット３００から流出し、液管１７０を経由して、冷房運転している室内機２００の室内空気熱交換器２１５に流入する空調用冷媒の比エンタルピーを小さくすることができる。

その結果、沸き終い時などで入水温度が高くなる条件においても、カスケード熱交換器３４０の出口における空調用冷媒が過冷却状態を維持することができ、室内空気熱交換器２１５において十分な蒸発潜熱を得ることができ、室内機２００の冷房能力の低下を抑制することができる。

なお、本発明における空調給湯システムは、前述のとおり過冷却度安定化モードを備え、制御部４１０は、入水温度が所定値より高くなったことを検知すると、給湯用冷媒流量調整弁３３０を開いて、二酸化炭素冷媒の循環量を増加させるので、カスケード熱交換器３４０における二酸化炭素冷媒の入口と出口における比エンタルピー差が小さくなり、カスケード熱交換器３４０の出口における過熱度が減少し、給湯用圧縮機３１０の吸入温度が低下する。
このとき、給湯用冷媒流量調整弁３３０を開くため、給湯サイクルの高圧と低圧の差は小さくなり、給湯サイクルの低圧圧力は上昇する。

また、制御部４１０は、過冷却度が所定範囲より小さくなったことを検知すると、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を絞り、空調用冷媒の循環量を低下させるので、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒出口の過冷却度を増加させることができる。
そのため、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒出口において二酸化炭素冷媒との温度差が小さくなり、かつカスケード熱交換器３４０を流れる空調用冷媒の流速が低下するのに伴って空調用冷媒の熱伝達率が低下するため、カスケード熱交換器３４０における二酸化炭素冷媒との熱交換量が低下する。その結果、カスケード熱交換器３４０の出口における二酸化炭素冷媒の過熱度が減少し、給湯用圧縮機３１０の吸入温度が低下する。

また、このとき、カスケード熱交換器３４０を流れる空調用冷媒の熱伝達率が低下し、給湯用冷媒の蒸発が抑制されるため、給湯サイクルの低圧圧力は低下する。
したがって、本実施の形態では、制御部４１０と、第１冷凍サイクル５００の過冷却度安定化モードを備えていることで、入水温度が高くなる場合において給湯用冷媒流量調整弁３３０を開いて、二酸化炭素冷媒の循環量を増加させ、かつ、熱生成ユニット冷媒流量調整弁３５０を絞り、空調用冷媒の循環量を低下させるので、カスケード熱交換器３４０の出口における二酸化炭素冷媒の過熱度を減少させ、給湯用圧縮機３１０の吸入温度の過昇を抑制することができる。

よって、沸き終い時などで入水温度が高くなる条件においても、給湯用圧縮機３１０の吸込温度の過昇を抑制することで、給湯用圧縮機３１０の吐出温度の過昇を抑制できるため、給湯用圧縮機３１０に封入されている冷凍機油の劣化を抑制する。
したがって、冷凍機油の劣化によって生じる給湯用圧縮機３１０を構成する摺動材料の摩耗による給湯用圧縮機３１０の体積効率の低下を抑制し、熱生成ユニット３００の給湯能力の低下を抑制することもできる。

なお、本発明の空調給湯システムでは、沸き終い時などで入水温度が高くなる場合において、給湯サイクルの低圧圧力の過昇を抑制し、適正な圧力に維持することもできるため、超臨界流体が給湯用圧縮機３１０に流入し、給湯用圧縮機３１０に封入されている冷凍機油に対して冷媒の溶解量が増大し、冷凍機油の粘度が低下するのを防ぐことができる。
そのため、冷凍機油の粘度低下によって生じる給湯用圧縮機３１０を構成する摺動材料の摩耗による給湯用圧縮機３１０の体積効率の低下を抑制し、熱生成ユニット３００の給湯能力の低下を抑制することもできる。

本発明は、冷房、暖房、給湯に必要な温冷熱を同時に供給できる空調給湯システムにおいて、沸き終いで入水温度が高くなるときもカスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却状態を維持することで、室内機の冷房能力を低下させることなく、快適性の高い空調給湯システムを提供するものとして好適に利用することができる。

１００ 室外ユニット
１１０ 空調用圧縮機
１１５ 室外空気熱交換器
１１６ 室外空気熱交換器ファン
１５０ ガス管
１６０ 吸入管
１７０ 液管
２００ 室内機
２１５ 室内空気熱交換器
２１６ 室内空気熱交換器ファン
２２０ 室内機冷媒流量調整弁
３００ 熱生成ユニット
３１０ 給湯用圧縮機
３２０ 給湯用熱交換器
３３０ 給湯用冷媒流量調整弁
３４０ カスケード熱交換器
３５０ 熱生成ユニット冷媒流量調整弁
３６０ 熱媒体ポンプ
４１０ 制御部
４２０ 入水温度検知手段
４３０ 過冷却度検知手段

Claims (2)

1. 給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、前記給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する給湯用冷媒流量調整弁と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器とを環状に接続した熱生成ユニットと、
   前記カスケード熱交換器に供給する前記空調用冷媒の流量を制御する熱生成ユニット冷媒流量調整弁と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記給湯用冷媒流量調整弁および前記熱生成ユニット冷媒流量調整弁の開度を調整する過冷却度安定化モードを備えていることを特徴とする空調給湯システム。
2. 前記給湯用熱交換器に流入する熱媒体の温度を検知する入水温度検知手段および前記カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度を検知する過冷却度検知手段をさらに備え、
   前記制御部による過冷却度安定化モードは、前記入水温度検知手段により検知される熱媒体の入水温度が所定値より高くなった場合に、前記給湯用冷媒流量調整弁の開度を開くように制御するとともに、前記過冷却度検知手段により検知される前記カスケード熱交換器の出口における空調用冷媒の過冷却度が所定値より小さくなった場合に、前記熱生成ユニット冷媒流量調整弁の開度を絞るように制御することを特徴とする請求項１に記載の空調給湯システム。

Images