JP5202726B2 - 負荷側中継ユニット及びそれを搭載した空調給湯複合システム - Google Patents

Description

本発明は、複数台の熱交換器を収容した負荷側中継ユニット及びそれを搭載した空調給湯複合システムに関するものである。

従来から、冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に供給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圧縮機と、流路切替弁と、熱源側熱交換器とを搭載した熱源側ユニットと、第１流量制御装置と、第１負荷側熱交換器と、第２圧縮機と、第２負荷側熱交換器と、第２流量制御装置とを搭載した第１負荷側ユニットとを備え、前記第１圧縮機と、前記流路切替弁と、前記熱源側熱交換器と、前記第１流量制御装置と、前記第１負荷側熱交換器とを冷媒配管で順次接続し、主回路を構成するとともに、前記第２圧縮機と、前記第２負荷側熱交換器と、前記第２流量制御装置と、前記第１負荷側熱交換器とを冷媒配管で順次接続し、負荷側冷媒回路を構成した」ヒートポンプ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２００８／１１７４０８号公報（図１等）

特許文献１に記載のヒートポンプ装置は、負荷側冷媒回路を備えることによって、主回路の能力を増強することができ、運転効率を向上させるようにしたものである。このようなヒートポンプ装置において、負荷側冷媒回路を構成する各種冷凍機器を負荷側ユニット（本発明に係る負荷側中継ユニットに想到する）に搭載するようになっている。この負荷側冷媒回路には、複数の熱交換器（第１負荷側熱交換器及び第２負荷側熱交換器）が接続されているため、負荷側ユニット（筐体）の寸法（サイズ）が大きくなってしまうことが予想される。そうすると、設置スペースが制限されたり、制作上の配管施工が複雑となってしまったりすることが課題として残る。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の熱交換器を収容するとともに、小型化及び配管施工の簡素化を図るようにした負荷側中継ユニット及びそれを搭載した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。

本発明に係る負荷側中継ユニットは、２台以上の熱交換器が少なくとも搭載される冷凍サイクル装置の負荷側中継ユニットであって、前記２台以上の熱交換器は、略同一形状で構成されており、互いを接続する配管の接合部形成面が向かい合わせとなるように配置されており、前記熱交換器のうちの少なくとも１台の熱媒体容積分と略同等の容積を有するドレンパンを該熱交換器の下方に設置し、前記ドレンパンと前記熱交換器との間に板金で形成されている衝撃吸収部材を設け、前記２台以上の熱交換器の上方は、板金で構成されている熱交換器支持部材で支持されており、前記熱交換器支持部材の上面に、制御基板が配設されている制御ボックスを載置してい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、前記冷媒−冷媒熱交換器、前記給湯熱源用絞り手段、前記熱媒体−冷媒熱交換器、前記給湯用圧縮機、及び、前記給湯用絞り手段は、上記の負荷側中継ユニットに収容されていることを特徴とする。

本発明に係る負荷側中継ユニットによれば、略同一形状の熱交換器を、互いを接続する配管の接合部形成面が向かい合わせとなるように配置するので、互いを接続している配管を短くでき、配管施工の簡素化、及び、ユニットサイズの小型化を実現できる。

本発明に係る空調給湯複合システムによれば、上記の負荷側中継ユニットを搭載しているので、その分、配管を短くでき、配管施工の簡素化及び小型化を実現することが可能になる。

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。 実施の形態に係る負荷側中継ユニット部分を拡大して示す拡大回路図である。 負荷側中継ユニットの下部を拡大して示す拡大斜視図である。 負荷側中継ユニットの上方に設置される熱交換器支持部材を拡大して示す斜視図である。

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、１０ ドレンパン、２０ 衝撃吸収部材、２１ 給湯用圧縮機、２２ 給湯用絞り手段、２５ 熱交換器支持部材、２６ Ｙ軸方向ズレ防止用突起部、２７ Ｘ軸方向ズレ防止用突起部、３１ 水循環用ポンプ、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、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 第２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、２０３ 貯湯水循環用配管、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、Ｆ 負荷側中継ユニット、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。また、空調給湯複合システム１００には、負荷側中継ユニットＦが搭載されている（図２で詳細に説明する）。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台以上を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。

［負荷側中継ユニットＦ］
負荷側中継ユニットＦには、冷媒−冷媒熱交換器４１と、給湯熱源用絞り手段１１９と、熱媒体−冷媒熱交換器５１と、給湯用圧縮機２１と、給湯用絞り手段２２と、が収容されている。つまり、負荷側中継ユニットＦには、冷媒−冷媒熱交換器４１を介して空調用冷凍サイクル１の一部、給湯用冷凍サイクル２の全部、及び、熱媒体−冷媒熱交換器５１を介して給湯用負荷３の一部が収容されているのである。この負荷側中継ユニットＦは、複数の熱交換器が収容されるために大型化してしまう傾向にある。そこで、本実施の形態では、以下に説明するようにして負荷側中継ユニットＦの小型化及び配管施工の簡素化を図るようにしている。

図２は、本発明の実施の形態に係る負荷側中継ユニットＦ部分を拡大して示す拡大回路図である。図３は、負荷側中継ユニットＦの下部を拡大して示す拡大斜視図である。図４は、負荷側中継ユニットＦの上方に設置される熱交換器支持部材２５を拡大して示す斜視図である。図２〜図４に基づいて、本実施の形態の特徴事項である負荷側中継ユニットＦについて詳細に説明する。図２に示すように、負荷側中継ユニットＦには、給湯用圧縮機２１、冷媒−冷媒熱交換器４１、熱媒体−冷媒熱交換器５１、給湯用絞り手段２２、及び、給湯熱源用絞り手段１１９が収容されている。

すなわち、負荷側中継ユニットＦは、冷媒−冷媒熱交換器４１、給湯熱源用絞り手段１１９、熱媒体−冷媒熱交換器５１、給湯用圧縮機２１、及び、給湯用絞り手段２２、を収容する筐体としての機能を有している。そして、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１を略同一形状とし、負荷側中継ユニットＦ内部での占有面積を縮小し、負荷側中継ユニットＦの寸法を小型化している。加えて、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１をプレート熱交換器で構成し、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１自体を小型化している。

冷媒−冷媒熱交換器４１の正面（冷媒配管４５の接合部形成面）と、熱媒体−冷媒熱交換器５１の正面（冷媒配管４５の接合部形成面）と、を向かい合わせで負荷側中継ユニットＦ内に配置し、冷媒−冷媒熱交換器４１と熱媒体−冷媒熱交換器５１とを接続する配管経路を最小限にして負荷側中継ユニットＦの寸法の更なる小型化を実現している。このように両熱交換器を直列対面式に配置することで、配管接合部間の距離を短くすることができ、両熱交換器を接続する接合配管を最小限にすることができる。したがって、接続配管を短くした分のコスト削減を実現できる。

ところで、熱媒体−冷媒熱交換器５１は、給湯用負荷３を循環する熱媒体と給湯用冷凍サイクル２を循環する冷媒とを熱交換させるためのものであり、熱交換器内に熱媒体が流れている。安全性のため、熱媒体−冷媒熱交換器５１に亀裂等の損傷が発生した場合でも、熱媒体を外部へ漏洩しないようにすることが求められる。熱媒体が流れていない熱交換器では表面に結露した水を外部へ排出するためにドレン受けを設置すればよいが、そのようなドレン受けでは、熱媒体−冷媒熱交換器５１から漏れた熱媒体の全量を受けることができない。

そこで、この実施の形態では、図３に示すように熱媒体―冷媒熱交換器５１の下方に熱媒体―冷媒熱交換器５１の容積分を受け入れる容積を持ったドレンパン１０を設置するようにしている。このドレンパン１０には、塗装処理、防錆処理、及び、防腐食処理の少なくとも１つを施しておくことが望ましい。そのような処理を施しておけば、ドレンパン１０には熱媒体が滴下した際でも、熱媒体による錆や侵食腐食の発生を防ぐことが可能になる。また、ドレンパン１０に溜まった熱媒体を排出するために、ドレンパン１０の底面に傾斜を設けておくとよい。

ドレンパン１０の上に熱媒体―冷媒熱交換器５１を直接設置した場合、ドレンパン１０と熱媒体―冷媒熱交換器５１との間に隙間が形成されない。そのため、負荷側中継ユニットＦの落下や運搬時の振動等による衝撃を受けた際、直接ドレンパン１０に衝撃が伝わり、ドレンパン１０が破損してしまう可能性がある。特に、負荷側中継ユニットＦを長距離輸送する場合には、衝撃を受ける可能性が高くなる。そのような衝撃を吸収するために、ドレンパン１０と熱媒体−冷媒熱交換器５１との間に衝撃吸収部材２０を設けるようにしている。

この衝撃吸収部材２０は、たとえば図３に示すような板金を折り曲げて形成し、ドレンパン１０から所定の間隔をもって設けるようにするとよい。そうすれば、ドレンパン１０と衝撃吸収部材２０との間に所定の空間ができ、負荷側中継ユニットＦが衝撃を受けた場合でも、衝撃がドレンパン１０に直接伝わることがない。つまり、衝撃吸収部材２０によって、負荷側中継ユニットＦが受けた衝撃を分散し、ドレンパン１０に伝達される衝撃を軽減するようにしているのである。その結果、負荷側中継ユニットＦが衝撃を受けた場合でも、その衝撃によってドレンパン１０が破損してしまうのを防止することができる。

なお、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１をプレート熱交換器で構成した場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１を、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、あるいは、二重管式熱交換器等で構成してもよい。また、衝撃吸収部材２０を板金で形成した場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、衝撃吸収部材２０を底板下部を盛り上げた硬化質プラスティック、その他の樹脂、発泡スチロール等で形成してもよい。

負荷側中継ユニットＦの上方に設置する熱交換器支持部材２５について説明する。
この熱交換器支持部材２５は、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１の上方に設けられ、両熱交換器を上方から支持するものである。図４に示すように、熱交換器支持部材２５は、板金の四辺が略直角に折り曲げられて構成されている。また、熱交換器支持部材２５には、２つの突起部（Ｘ軸方向ズレ防止用突起部２６及びＹ軸方向ズレ防止用突起部２７）が一方の面（熱交換器に接する側の面）に形成されている。

そして、熱交換器支持部材２５は、四辺と２つの突起部が冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１側となるように、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１の上方に設置される。負荷側中継ユニットＦ内に水配管等の貯湯水循環用配管２０３を施工する際、つまり負荷側中継ユニットＦに貯湯水循環用配管２０３を取り付ける際は、通常のユニットに配管を取り付けるのと同様にネジ配管を負荷側中継ユニットＦにねじ込み、貯湯水循環用配管２０３を施工する。

そうすると、負荷側中継ユニットＦに設置されている図示省略のネジ継ぎ手部にネジ配管をねじ込む際、このネジ配管がねじ込まれる箇所に、大きな締め付けトルクが発生することになる。その結果、負荷側中継ユニットＦ内に設置された冷媒−冷媒熱交換器４１及び／又は熱媒体−冷媒熱交換器５１が負荷側中継ユニットＦ内で移動してしまう可能性が発生する。冷媒−冷媒熱交換器４１及び／又は熱媒体−冷媒熱交換器５１が移動すると、負荷側中継ユニットＦ内の配管（冷媒配管４５、接続配管１３５及び貯湯水循環用配管２０３）が曲がったり、配管接合部にクラックが入ったりすることに繋がり、負荷側中継ユニットＦ内で冷媒及び／又は熱媒体の漏れが発生する恐れがある。

そこで、負荷側中継ユニットＦでは、熱交換器支持部材２５にＸ軸方向ズレ防止用突起部２６及びＹ軸方向ズレ防止用突起部２７を形成し、この２つの突起部によって冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１の移動を抑止するようにしている。すなわち、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１は、Ｘ軸方向ズレ防止用突起部２６及びＹ軸方向ズレ防止用突起部２７によって係止され、ネジ配管施工時の締め付けトルクによってもズレることがないのである。

また、熱交換器支持部材２５を設置し、冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１にネジを締め付ける際に、設計上耐えうるトルク（たとえばネジ径がＲ３／４の場合では６０Ｎ・ｍ以上の力）が加わった場合、冷媒−冷媒熱交換器４１及び／又は熱媒体−冷媒熱交換器５１が動く可能性がある。そのため、熱交換器支持部材２５の上方（冷媒−冷媒熱交換器４１及び熱媒体−冷媒熱交換器５１側ではない方）に制御基板等が配設されている制御ボックス等を設置するようにし、熱交換器支持部材２５の上面に制御ボックスの一部が載置するとよい。そうすることによって、熱交換器支持部材２５の強度を補強することができる。

Claims (5)

1. ２台以上の熱交換器が少なくとも搭載される冷凍サイクル装置の負荷側中継ユニットであって、
   前記２台以上の熱交換器は、
   略同一形状で構成されており、互いを接続する配管の接合部形成面が向かい合わせとなるように配置されており、
   前記熱交換器のうちの少なくとも１台の熱媒体容積分と略同等の容積を有するドレンパンを該熱交換器の下方に設置し、
   前記ドレンパンと前記熱交換器との間に板金で形成されている衝撃吸収部材を設け、
   前記２台以上の熱交換器の上方は、
   板金で構成されている熱交換器支持部材で支持されており、
   前記熱交換器支持部材の上面に、制御基板が配設されている制御ボックスを載置している
   ことを特徴とする負荷側中継ユニット。
2. 前記２台以上の熱交換器は、
   少なくともその１つとしてプレート熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、または、二重管式熱交換器を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の負荷側中継ユニット。
3. 前記ドレンパンに、塗装処理、防錆処理、及び、防腐食処理の少なくとも１つを施している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷側中継ユニット。
4. 前記熱交換器支持部材の熱交換器側面には、
   前記２台以上の熱交換器のＸ軸方向のズレを防止する突起部、及び、Ｙ軸方向のズレを防止する突起部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の負荷側中継ユニット。
5. 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、
   前記冷媒−冷媒熱交換器、前記給湯熱源用絞り手段、前記熱媒体−冷媒熱交換器、前記給湯用圧縮機、及び、前記給湯用絞り手段は、前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の負荷側中継ユニットに収容されている
   ことを特徴とする空調給湯複合システム。

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