JP5634502B2

JP5634502B2 - 空調給湯複合システム

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Publication number: JP5634502B2
Application number: JP2012509173A
Authority: JP
Inventors: 章吾玉木; 航祐田中; 畝崎　史武; 史武畝崎; 柴　広有; 広有柴; 雄人柴尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-04-05
Also published as: EP2557377B1; US20130019624A1; CN102844630A; JPWO2011125111A1; ES2877210T3; US9068766B2; CN102844630B; WO2011125111A1; EP2557377A1; EP2557377A4

Description

本発明は、空調運転（冷房運転、暖房運転）及び給湯運転を同時に実行することができる空調給湯複合システムに関し、特に高効率な運転状態を実現するように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、熱源ユニット（室外機）に対して利用ユニット（室内機）及び給湯ユニット（給湯機）を配管接続することによって形成した冷媒回路を搭載し、空調運転及び給湯運転を同時に実行することができるようにした空調給湯複合システムが存在する（たとえば、特許文献１〜３参照）。

このような空調給湯複合システムでは、熱源ユニットに対して複数台の利用ユニットが接続配管（冷媒配管）を介して接続されることで、それぞれの利用ユニットが冷房運転又は暖房運転を実行可能になっている。加えて、熱源側ユニットに対して給湯ユニットを接続配管またはカスケードシステムによって接続することで、給湯ユニットが給湯運転を実行可能になっている。つまり、利用側ユニットの空調運転と、給湯ユニットの給湯運転とを同時に実行できるようになっている。また、空調給湯複合システムにおいては、利用ユニットで冷房運転を行なっている場合、給湯ユニットで給湯運転を実行することによって、冷房運転での排熱の回収が可能となり、効率の高い運転を実現することができる。

特許第２５５４２０８号公報（第３頁、第１図等）特公平６−７６８６４号公報（第２〜４頁、第２図等）特開２００９−２４３７９３号公報（第５頁、第１図等）

特許文献１に記載されているカスケードシステムを有する空調給湯複合システムでは、高温出湯を高効率、かつ、迅速に行なうために、冷媒回路を２つ設けて給湯運転を行なうようにしている。したがって、水の加熱能力を確保して、出湯までの時間を短くすることが可能になるという効果が狙える。しかしながら、特許文献１に記載の空調給湯複合システムでは、２つの冷媒回路を設けることになるため、システムが大型となり、その分設置スペースを多く必要とするという課題があった。

特許文献２に記載されている空調給湯複合システムでは、１つの冷媒回路で給湯を行なうようになっているので、特許文献１に記載の空調給湯複合システムよりもシステムを小型にすることが可能である。しかしながら、特に夏季等の外気温度が高い条件（高外気条件）で、たとえば６０℃以上の高温出湯を要する給湯運転を実行する場合、高圧側圧力及び低圧側圧力が高くなりやすく、給湯能力が低下してしまうという課題があった。また、高温出湯では圧縮機の圧縮比が大きくなるため、運転効率が悪化してしまう可能性も高い。

特許文献３に記載されている空調給湯複合システムは、外気温度が低い条件（低外気条件）での給湯運転に対する技術であり、凝縮温度に応じて圧縮機へのインジェクション流量を制御することによって、低外気条件での給湯運転が可能になっている。しかしながら、特許文献３に記載の空調給湯複合システムにおいては、高外気条件に対する給湯運転に対しての記述はない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器の過熱度と過冷却度を適切に制御することによって、高外気条件においても高い給湯能力を維持することができるとともに高効率な運転状態を維持できる空調給湯複合システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る空調給湯複合システムは、少なくとも利用側熱交換器が搭載された１台又は複数台の利用ユニットと、少なくとも給湯側熱交換器が搭載された１台又は複数台の給湯ユニットと、前記利用ユニットと前記給湯ユニットに接続され、圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側減圧機構、高圧側の液冷媒を低圧側へとバイパスするバイパス回路、前記バイパス回路に設けられた低圧バイパス減圧機構、アキュムレーター、及び、高圧側の液冷媒と前記バイパス回路を流れる低圧側の冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器が搭載された１台又は複数台の熱源ユニットと、前記利用ユニット及び前記給湯ユニットと前記熱源ユニットに接続され、前記利用ユニットの運転状態に応じて前記利用ユニットに流入させる冷媒の流れを制御する利用側減圧機構、及び、前記給湯ユニットの運転状態に応じて前記給湯ユニットに流入させる冷媒の流れを制御する給湯減圧機構が搭載された１台又は複数台の分岐ユニットと、を有し、前記過冷却熱交換器と前記熱源側減圧機構との間から前記圧縮機の吸入部へとつなぐ第２バイパス回路と、前記第２バイパス回路に設けられている吸入減圧機構と、を備え、蒸発圧力又は該蒸発圧力から演算される蒸発温度が予め定められている第１所定値以上となったとき、前記低圧バイパス減圧機構の開度によって、前記過冷却熱交換器の低圧ガス側における冷媒の過熱度又は前記過冷却熱交換器の高圧液側における冷媒の過冷却度を制御し、蒸発圧力又は該蒸発圧力から演算される蒸発温度が前記第１所定値以下となるようにし、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が予め定められている第６所定値以上となったとき、前記吸入減圧機構の開度によって、前記吐出温度を前記第６所定値以下となるように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によれば、高外気条件においても、高い給湯能力を維持できるとともに、高効率な運転状態を維持することができる。

本発明の実施の形態１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。本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムの各種センサ情報の処理及び制御機器の対象を概略化して示した概略図である。熱源ユニットの運転モードに対する四方弁及び各電磁弁の動作内容を示した表である。本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムが実行する高外気条件での低圧側圧力上昇、高圧側圧力上昇、吐出温度上昇を回避するための制御を説明するための概略説明図である。過熱度に対する蒸発温度の変化または過冷却度に対する凝縮温度及び運転効率の変化を説明するための概略図である。本発明の実施の形態２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。

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。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図２は、空調給湯複合システム１００の各種センサ情報の処理及び制御機器の対象を概略化して示した概略図である。図３は、熱源ユニット３０１の運転モードに対する四方弁１１及び各電磁弁の動作内容を示した表である。図４は、空調給湯複合システム１００が実行する高外気条件での低圧側圧力上昇、高圧側圧力上昇、吐出温度上昇を回避するための制御を説明するための概略説明図である。図５は、過熱度に対する蒸発温度の変化または過冷却度に対する凝縮温度及び運転効率の変化を説明するための概略図である。図１〜図５に基づいて、空調給湯複合システム１００の構成及び動作について説明する。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。

この空調給湯複合システム１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行なうことによって、利用側ユニットにおいて選択された冷房運転又は暖房運転と、給湯ユニットにおける給湯運転とを同時に処理することができる３管式のマルチシステム空調給湯複合システムである。この空調給湯複合システム１００は、空調運転と給湯運転とを同時に行なうことができるとともに、高外気温度条件においても、高い出湯温度を維持でき、高効率な運転を実現することができる。

［装置構成］
空調給湯複合システム１００は、熱源ユニット３０１と、分岐ユニット３０２と、利用ユニット３０３と、を有している。熱源ユニット３０１と分岐ユニット３０２とは、冷媒配管である液延長配管９と冷媒配管であるガス延長配管１２とで接続されている。給湯ユニット３０４は、一方が冷媒配管である給湯ガス配管４及び冷媒配管である給湯延長配管３を介して熱源ユニット３０１に接続され、他方が冷媒配管であり給湯液配管７を介して分岐ユニット３０２に接続されている。利用ユニット３０３と分岐ユニット３０２とは、冷媒配管である室内ガス配管１３と冷媒配管である室内液配管１６とで接続されている。

なお、実施の形態１では、１台の熱源ユニットに利用ユニットが１台、給湯ユニットが１台接続された場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、それぞれ図示している以上の台数を備えていてもよい。また、空調給湯複合システム１００に用いられる冷媒には、たとえばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ等のＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒、もしくは、炭化水素やヘリウム、二酸化炭素等のような自然冷媒などがある。

＜熱源ユニット３０１の運転モード＞
空調給湯複合システム１００が実行可能な運転モードについて簡単に説明しておく。空調給湯複合システム１００では、接続されている給湯ユニット３０４の給湯負荷、及び、利用ユニット３０３の冷房負荷及び暖房負荷の割合によって、熱源ユニット３０１の運転モードが決定されるようになっている。空調給湯複合システム１００は、４つの運転モード（全暖運転モード、暖主運転モード、全冷運転モード、冷主運転モード）を実行するようになっている。

全暖運転モードは、給湯ユニット３０４による給湯運転と、利用ユニット３０３による暖房運転と、の同時運転を実行する場合の熱源ユニット３０１の運転モードである。暖主運転モードは、給湯ユニット３０４による給湯運転と、利用ユニット３０３による冷房運転と、の同時運転において、給湯負荷が大きい場合の熱源ユニット３０１の運転モードである。冷主運転モードは、給湯ユニット３０４による給湯運転と、利用ユニット３０３による冷房運転と、の同時運転において、冷房負荷が大きい場合の熱源ユニット３０１の運転モードである。全冷運転モードは、給湯負荷がなく、利用ユニット３０３が冷房運転を実行する場合の熱源ユニット３０１の運転モードである。

＜利用ユニット３０３＞
利用ユニット３０３は、空調対象域に調和空気を吹き出すことができる場所（たとえば、屋内の天井への埋め込みや吊り下げ等により、又は、壁面への壁掛け等）に設置されている。利用ユニット３０３は、分岐ユニット３０２と液延長配管９及びガス延長配管１２を介して熱源ユニット３０１に接続されており、空調給湯複合システム１００における冷媒回路の一部を構成している。

利用ユニット３０３は、冷媒回路の一部を構成する室内側冷媒回路を備えている。この室内側冷媒回路は、利用側熱交換器としての室内熱交換器１４を要素機器として有している。また、利用ユニット３０３には、室内熱交換器１４の冷媒と熱交換した後の調和空気を室内等の空調対象域に供給するための室内送風機１５が設けられている。

室内熱交換器１４は、たとえば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、室内熱交換器１４は、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。室内熱交換器１４は、空調給湯複合システム１００が実行する運転モードが冷房運転モード（全冷運転モード、冷主運転モード）の場合では、冷媒の蒸発器として機能して空調対象域の空気を冷却し、暖房運転モード（全暖運転モード、暖主運転モード）では冷媒の凝縮器（あるいは放熱器）として機能して空調対象域の空気を加熱するものである。

室内送風機１５は、利用ユニット３０３内に室内空気を吸入して、室内空気を室内熱交換器１４と熱交換させた後に、調和空気として空調対象域に供給する機能を有している。つまり、利用ユニット３０３では、室内送風機１５により取り込まれる室内空気と室内熱交換器１４を流れる冷媒とで熱交換させることが可能となっている。室内送風機１５は、室内熱交換器１４に供給する調和空気の流量を可変することが可能なもので構成され、たとえば遠心ファンや多翼ファン等のファンと、このファンを駆動する、たとえばＤＣファンモーターからなるモーターとを備えている。

また、利用ユニット３０３には、以下に示す各種センサが設けられている。つまり、利用ユニット３０３には、室内熱交換器１４のガス側に設けられ、ガス冷媒の温度を検出する室内ガス温度センサ２０７、室内熱交換器１４の液側に設けられ、液冷媒の温度を検出する室内液温度センサ２０８、及び、利用ユニット３０３の室内空気の吸入口側に設けられ、利用ユニット３０３内に流入する室内空気の温度を検出する室内吸込温度センサ２０９が設けられている。

なお、室内送風機１５の動作は、利用ユニット３０３の冷房運転モード及び暖房運転モードを含む通常運転を実行する通常運転制御手段として機能する制御部１０３によって制御される（図２参照）。

＜給湯ユニット３０４＞
給湯ユニット３０４は、たとえば屋外等に設置された図示省略の給湯タンクに沸き上げた湯を供給する機能を有している。また、給湯ユニット３０４は、一方が給湯ガス配管４と給湯延長配管３とを介して熱源ユニット３０１に、他方が給湯液配管７を介して分岐ユニット３０２に接続されており、空調給湯複合システム１００における冷媒回路の一部を構成している。

給湯ユニット３０４は、冷媒回路の一部を構成する給湯側冷媒回路を備えている。この給湯側冷媒回路は、給湯側熱交換器５を要素機器として有している。また、給湯ユニット３０４には、給湯側熱交換器５の冷媒と熱交換した後の温水を給湯タンク等に供給するための給水ポンプ６が設けられている。

給湯側熱交換器５は、たとえばプレート式熱交換器により構成することができる。給湯側熱交換器５は、給湯ユニット３０４が実行する給湯運転モードにおいて、冷媒の凝縮器として機能し、給水ポンプ６にて供給される水を加熱するものである。給水ポンプ６は、給湯ユニット３０４内に給湯タンク内の水を供給して、水を給湯側熱交換器５で熱交換させた後に、温水として給湯タンク内に供給する機能を有している。つまり、給湯ユニット３０４では、給水ポンプ６により供給される水と給湯側熱交換器５を流れる冷媒とで熱交換させることが可能となっている。また、給水ポンプ６は、給湯側熱交換器５に供給する水の流量を可変できるもので構成されている。

また、給湯ユニット３０４には、以下に示す各種センサが設けられている。つまり、給湯ユニット３０４には、給湯側熱交換器５のガス側に設けられ、ガス冷媒の温度を検出する給湯ガス温度センサ２０３、給湯側熱交換器５の液側に設けられ、液冷媒の温度を検出する給湯液温度センサ２０４、給湯ユニット３０４の水の入口側に設けられ、ユニット内へ流入する水の温度を検出する水入口温度センサ２０５、給湯ユニット３０４の水の出口側に設けられ、及び、ユニット内から流出する水の温度を検出する水出口温度センサ２０６が設けられている。

なお、給水ポンプ６の動作は、給湯ユニット３０４の給湯運転モードを含む通常運転を実行する制御部１０３によって制御される（図２参照）。

＜熱源ユニット３０１＞
熱源ユニット３０１は、たとえば屋外に設置されており、液延長配管９、ガス延長配管１２及び分岐ユニット３０２を介して利用ユニット３０３に接続され、給湯延長配管３、給湯ガス配管４及び分岐ユニット３０２を介して給湯ユニット３０４に、接続されており、空調給湯複合システム１００における冷媒回路の一部を構成している。

熱源ユニット３０１は、冷媒回路の一部を構成する室外側冷媒回路を備えている。この室外側冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒の流れる方向を切り換えるための四方弁１１と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２０と、運転モードに応じて冷媒の流れ方向を制御する３つの電磁弁（第１電磁弁２、第２電磁弁１０、第３電磁弁２７）と、余剰冷媒を貯留するためのアキュムレーター２２と、を要素機器として有している。また、熱源ユニット３０１は、室外熱交換器２０に空気を供給するための室外送風機２１と、冷媒の流量を制御するための過冷却熱交換器１８と、冷媒の分配流量を制御するための室外減圧機構（熱源側減圧機構）１９、低圧バイパス減圧機構２３、吸入減圧機構２５、とを有している。

低圧バイパス減圧機構２３は、分岐ユニット３０２と過冷却熱交換器１８との間から過冷却熱交換器１８を介してアキュムレーター２２の入口へとつなぐバイパス回路（低圧バイパス配管２４）に設けられている。また、吸入減圧機構２５は、過冷却熱交換器１８（又は実施の形態２の場合ではレシーバー２８）と室外減圧機構１９との間から圧縮機１の吸入部へとつなぐ第２バイパス回路（吸入バイパス配管２６）に設けられている。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。空調給湯複合システム１００に搭載される圧縮機１は、運転容量を可変することが可能なものであり、たとえばインバーターにより制御される図示省略のモーターによって駆動される容積式圧縮機で構成されている。なお、実施の形態１では、圧縮機１が１台のみである場合を例に示しているが、これに限定されず、利用ユニット３０３の接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機１を並列接続して設けるようにしてもよい。また、圧縮機１に接続している吐出側配管は、途中で分岐されており、一方が四方弁１１を介してガス延長配管１２に、他方が給湯延長配管３に、それぞれ接続されている。

四方弁１１は、熱源ユニット３０１の運転モードによって冷媒の流れの方向を切り換える流路切換装置としての機能を有している。図３に、四方弁１１の運転モードに対する動作内容を示している。図３に表示されている「実線」及び「破線」は、図１に示している四方弁１１の切り換え状態を表している「実線」及び「破線」を意味している。

四方弁１１は、全暖運転モード又は暖主運転モードの場合では、「実線」となるように切り換えられる。つまり、全暖運転モード又は暖主運転モードの場合では、四方弁１１は、室外熱交換器２０を冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器１４のガス側とを接続するとともに圧縮機１の吸入側と室外熱交換器２０のガス側とを接続するように切り換えられる。また、四方弁１１は、全冷運転モード又は冷主運転モードの場合では、「破線」となるように切り換えられる。つまり、全冷運転モード又は冷主運転モードの場合では、四方弁１１は、室外熱交換器２０を冷媒の凝縮器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器２０のガス側とを接続するとともに圧縮機１の吸入側と室内熱交換器１４のガス側とを接続するように切り換えられる。

図３には、電磁弁の運転モードに対する動作内容も示されている。第１電磁弁２は、圧縮機１の給湯延長配管３側における吐出側に設けられ、給湯ユニット３０４の運転モードによって冷媒の流れを制御する機能を有しており、給湯運転を実行する場合には開となり、給湯運転を実行しない場合には閉となる。第２電磁弁１０は、圧縮機１の四方弁１１側における吐出側に設けられ、熱源ユニット３０１の運転モードによって冷媒の流れを制御する機能を有しており、全暖運転モード、全冷運転モード又は冷主運転モードの場合には開となり、暖主運転モードの場合には閉となる。第３電磁弁２７は、アキュムレーター２２の入口側とガス延長配管１２とを接続している配管に設けられ、熱源ユニット３０１の運転モードによって冷媒の流れを制御する機能を有しており、暖主運転モードの場合には開となり、全暖運転モード、冷主運転モード又は全冷運転モードの場合には閉となる。

室外熱交換器２０は、たとえば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、室外熱交換器２０は、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、二重管式熱交換器で構成してもよい。室外熱交換器２０は、空調給湯複合システム１００が実行する運転モードが暖房運転モードでは冷媒の蒸発器として機能して冷媒を冷却し、冷房運転モードでは冷媒の凝縮器（あるいは放熱器）として機能して冷媒を加熱するものである。また、室外熱交換器２０は、ガス側が四方弁１１に接続され、液側が室外減圧機構１９に接続されている。

室外送風機２１は、熱源ユニット３０１内に室外空気を吸入して、室外空気を室外熱交換器２０にて熱交換させた後に、室外に排出する機能を有している。つまり、熱源ユニット３０１では、室外送風機２１により取り込まれる室外空気と室外熱交換器２０を流れる冷媒とで熱交換させることが可能になっている。室外送風機２１は、室外熱交換器２０に供給する室外空気の流量を可変することが可能なもので構成され、たとえばプロペラファン等のファンと、このファンを駆動する、たとえばＤＣファンモーターからなるモーターとを備えている。

アキュムレーター２２は、圧縮機１の吸入側に設けられ、空調給湯複合システム１００に異常が発生した時や運転制御の変更の際に伴う運転状態の過渡応答時において、液冷媒を貯留して圧縮機１への液バックを防ぐ機能を有している。

過冷却熱交換器１８は、液延長配管９を流れる冷媒と、低圧バイパス配管２４を流れる冷媒と、の間で熱交換し、冷媒の流量を制御する機能を有している。室外減圧機構１９は、室外熱交換器２０と過冷却熱交換器１８の液延長配管９側との間に設けられ、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この室外減圧機構１９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。

低圧バイパス減圧機構２３は、低圧バイパス配管２４に設けられ、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、低圧バイパス配管２４を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。この低圧バイパス減圧機構２３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。吸入減圧機構２５は、吸入バイパス配管２６に設けられ、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、吸入バイパス配管２６を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。この吸入減圧機構２５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。

また、熱源ユニット３０１には、以下に示す各種センサが設けられている。つまり、熱源ユニット３０１には、圧縮機１の吐出側に設けられ、吐出圧力を検出する吐出圧力センサ２０１（高圧検出装置）、過冷却熱交換器１８と分岐ユニット３０２との間に設けられ、中間圧側の液冷媒温度を検出する中間圧液温度センサ２１０、過冷却熱交換器１８の高圧側と室外減圧機構１９との間に設けられ、中間圧力を検出する中間圧圧力センサ２１１（中間圧検出装置）、室外熱交換器２０の液側に設けられ、液冷媒温度を検出する室外液温度センサ２１２、及び、室外熱交換器２０のガス側に設けられ、ガス冷媒の温度を検出する室外ガス温度センサ２１３が設けられている。

また、熱源ユニット３０１には、熱源ユニット３０１の室外空気の吸入口側に設けられ、ユニット内に流入する室外空気の温度を検出する外気温度センサ２１４、過冷却熱交換器１８の低圧上流側（低圧バイパス減圧機構２３と過冷却熱交換器１８との間における低圧バイパス配管２４）に設けられ、低圧側の飽和温度を検出する低圧液温度センサ２１５、過冷却熱交換器１８の低圧下流側の低圧バイパス配管２４に設けられ、低圧側のガス冷媒温度を検出する低圧ガス温度センサ２１６、及び、圧縮機１の吸入側に設けられ、吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２１７（低圧検出装置）が設けられている。

なお、圧縮機１、四方弁１１、室外送風機２１、室外減圧機構１９、低圧バイパス減圧機構２３、吸入減圧機構２５、第１電磁弁２、第２電磁弁１０、第３電磁弁２７の動作は、空調給湯複合システム１００の各種運転モード（全冷運転モード、冷主運転モード、全暖運転モード、暖主運転モード）を含む通常運転を行なう制御部１０３によって制御される（図２参照）。

＜分岐ユニット３０２＞
分岐ユニット３０２は、たとえば屋内に設置され、液延長配管９とガス延長配管１２とを介して熱源ユニット３０１に、室内ガス配管１３と室内液配管１６とを介して利用ユニット３０３に、給湯液配管７を介して給湯ユニット３０４に接続されており、空調給湯複合システム１００における冷媒回路の一部を構成している。分岐ユニット３０２は、利用ユニット３０３及び給湯ユニット３０４に要求されている運転に応じて冷媒の流れを制御する機能を有している。

分岐ユニット３０２は、冷媒回路の一部を構成する分岐冷媒回路を備えている。この分岐冷媒回路は、冷媒の分配流量を制御するための給湯減圧機構８と、冷媒の分配流量を制御するための室内減圧機構（利用側減圧機構）１７と、を要素機器として有している。

給湯減圧機構８は、分岐ユニット３０２内における給湯液配管７に設けられている。また、室内減圧機構１７は、分岐ユニット３０２内における室内液配管１６に設けられている。給湯減圧機構８及び室内減圧機構１７は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、給湯液配管７、室内液配管１６を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。給湯減圧機構８及び室内減圧機構１７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。

なお、給湯減圧機構８の動作は、給湯ユニット３０４の給湯運転モードを含む通常運転を実行する制御部１０３によって制御される（図２参照）。また、室内減圧機構１７の動作は、利用ユニット３０３の冷房運転モード及び暖房運転モードを含む通常運転を実行する制御部１０３によって制御される（図２参照）。

図２に示すように、各種温度センサ及び各種圧力センサによって検知された各諸量は、測定部１０１に入力され、演算部１０２にて処理される。そして、空調給湯複合システム１００は、演算部１０２の処理結果に基づき、制御部１０３によって、圧縮機１と、第１電磁弁２と、給水ポンプ６と、給湯減圧機構８と、第２電磁弁１０と、四方弁１１と、室内送風機１５と、室内減圧機構１７と、室外減圧機構１９と、室外送風機２１と、低圧バイパス減圧機構２３と、吸入減圧機構２５と、第３電磁弁２７と、を制御するようになっている。つまり、測定部１０１、演算部１０２、及び、制御部１０３によって空調給湯複合システム１００の運転動作が統括制御される。なお、これらは、マイコン等で構成するとよい。

具体的には、入力・演算されたリモコン等を介しての指示及び各種センサでの検出情報に基づいて、制御部１０３は、圧縮機１の駆動周波数、第１電磁弁２の開閉、給水ポンプ６の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、給湯減圧機構８の開度、四方弁１１の切り替え、室内送風機１５の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、室内減圧機構１７の開度、室外減圧機構１９の開度、室外送風機２１の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、低圧バイパス減圧機構２３の開度、吸入減圧機構２５の開度、及び、第３電磁弁２７の開閉を制御し、各運転モードを実行するようになっている。なお、測定部１０１、演算部１０２及び制御部１０３は一体的に設けられていてもよく、別々に設けられていてもよい。また、測定部１０１、演算部１０２及び制御部１０３は、いずれのユニットに設けられるようにしてもよい。さらに、測定部１０１、演算部１０２及び制御部１０３は、ユニット毎に設けるようにしてもよい。

［動作］
空調給湯複合システム１００は、利用ユニット３０３に要求されるそれぞれの運転負荷に応じて熱源ユニット３０１、分岐ユニット３０２、利用ユニット３０３、及び、給湯ユニット３０４に搭載されている各機器（アクチュエーター）の制御を行ない、全暖運転モード、暖主運転モード、全冷運転モード、あるいは、冷主運転モードを実行する。各運転モードにおける四方弁及び各電磁弁の動作は、図３に示す通りである。

＜全暖運転モード＞
全暖運転モードでは四方弁１１が実線で示される状態、すなわち圧縮機１の吐出側がガス延長配管１２を経由して室内ガス配管１３に接続され、かつ、圧縮機１の吸入側が室外熱交換器２０に接続された状態に制御される。また、利用ユニット３０３は暖房運転モード、給湯ユニット３０４は給湯運転モードであり、第１電磁弁２は開、第２電磁弁１０は開、第３電磁弁２７は閉に制御されている。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、給水ポンプ６、室内送風機１５、室外送風機２１を起動する。そうすると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温・高圧のガス冷媒となる。その後、高温・高圧のガス冷媒は、第１電磁弁２又は第２電磁弁１０を流れるように分配される。

第１電磁弁２に流入した冷媒は、給湯延長配管３及び給湯ガス配管４を経由して給湯ユニット３０４に流入する。給湯ユニット３０４に流入した冷媒は、給湯側熱交換器５に流入し、給水ポンプ６によって供給される水と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となり、給湯側熱交換器５から流出する。給湯側熱交換器５で水を加熱した冷媒は、給湯液配管７を経由して分岐ユニット３０２に流入し、給湯減圧機構８により減圧され、中間圧の気液二相又は液相の冷媒となる。その後、室内減圧機構１７を流れてきた冷媒と合流して液延長配管９に流入する。

給湯減圧機構８では、給湯側熱交換器５を流れる冷媒の流量を制御しており、給湯側熱交換器５には、給湯ユニット３０４が設置された空間の湯の利用状況において要求される給湯負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、給湯減圧機構８は、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。給湯側熱交換器５の液側の過冷却度は、吐出圧力センサ２０１により検出される圧力から飽和温度（凝縮温度）を演算し、給湯液温度センサ２０４により検出される温度を差し引くことによって求められる。

一方、第２電磁弁１０に流入した冷媒は、四方弁１１、ガス延長配管１２を経由して分岐ユニット３０２へと流れる。その後、室内ガス配管１３を流れて利用ユニット３０３に流入する。利用ユニット３０３に流入した冷媒は、室内熱交換器１４に流入し、室内送風機１５によって供給される室内空気と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となり、室内熱交換器１４から流出する。室内熱交換器１４で室内空気を加熱した冷媒は、室内液配管１６を経由して分岐ユニット３０２に流入し、室内減圧機構１７により減圧され、中間圧の気液二相又は液相の冷媒となる。その後、給湯減圧機構８を流れてきた冷媒と合流して液延長配管９に流入する。

室内減圧機構１７では、室内熱交換器１４を流れる冷媒の流量を制御しており、室内熱交換器１４には、利用ユニット３０３が設置された空調対象域において要求される暖房負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、室内減圧機構１７は、室内熱交換器１４の液側の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。室内熱交換器１４の液側の過冷却度は、吐出圧力センサ２０１により検出される圧力から飽和温度（凝縮温度）を演算し、室内液温度センサ２０８により検出される温度を差し引くことによって求められる。

液延長配管９に流入した冷媒は、分岐ユニット３０２から流出し、熱源ユニット３０１に流入する。熱源ユニット３０１に流入した冷媒は、低圧バイパス配管２４に流れるものと過冷却熱交換器１８の高圧側に流れるものとに分配される。

過冷却熱交換器１８の高圧側に流入した冷媒は、低圧側（つまり低圧バイパス配管２４）を流れる冷媒によって冷却され、さらに吸入バイパス配管２６を流れるものと室外減圧機構１９に流れるものとに分配される。室外減圧機構１９に流れた冷媒は、低圧まで減圧された後、室外熱交換器２０に流入し、室外送風機２１によって供給される室外空気と熱交換を行なって蒸発され、低圧のガス冷媒となる。この冷媒は、室外熱交換器２０から流出した後、四方弁１１を経由して、低圧バイパス配管２４を流れてきた冷媒と合流してから、アキュムレーター２２へと流入する。

ここで、室外減圧機構１９は、中間圧及び低圧の差圧が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。中間圧及び低圧の差圧は、中間圧圧力センサ２１１より検出される圧力から吸入圧力センサ２１７により検出される圧力を差し引くことによって求められる。室外減圧機構１９は、中間圧及び低圧の差圧が所定値になるような開度に制御され、室外減圧機構１９を流れる冷媒の流量を制御しているため、中間圧及び低圧の差圧は、所定の値を有する状態となる。このように制御することで、暖主運転モードへの切り換え時に、空調空間において要求される冷房負荷に応じた流量の冷媒が利用ユニット３０３に流れるように制御するまでの時間を短くすることができる。

一方、低圧バイパス配管２４に流入した冷媒は、低圧バイパス減圧機構２３で減圧された後、過冷却熱交換器１８の低圧側にて、高圧側を流れる冷媒によって加熱され、四方弁１１を経由してきた冷媒と合流する。その後、アキュムレーター２２へと流入する。

ここで、低圧バイパス減圧機構２３は、過冷却熱交換器１８の低圧ガス側における冷媒の過熱度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。過冷却熱交換器１８の低圧ガス側における冷媒の過熱度は、低圧ガス温度センサ２１６により検出される温度から低圧液温度センサ２１５により検出される温度を差し引くことによって求められる。

一方、吸入バイパス配管２６に流入した冷媒は、吸入減圧機構２５で減圧された後、アキュムレーター２２を流出した冷媒と合流する。ここで、吸入減圧機構２５の開度は、通常運転時は全閉に、制御部１０３により制御される。

アキュムレーター２２へと流入した冷媒は、その後、吸入バイパス配管２６を流れてきた冷媒と合流し、再び圧縮機１に吸入される。

なお、利用ユニット３０３が要求する暖房負荷及び給湯ユニット３０４が要求する給湯負荷に応じて圧縮機１では凝縮温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。また、外気温度センサ２１４により検出される外気温度に応じて室外送風機２１では蒸発温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。ここで、凝縮温度は、吐出圧力センサ２０１から検出される圧力により演算される飽和温度であり、また蒸発温度は、吸入圧力センサ２１７から検出される圧力により演算される飽和温度である。

全暖運転モードにおいて外気温度が高いときに高温給湯(たとえば６０℃の給湯)を行なう場合、低圧側圧力の上昇、高圧側圧力の上昇が発生する。また、アキュムレーター２２に液冷媒が貯留されていないときは、さらに吐出温度の上昇が発生する。そこで、空調給湯複合システム１００では、以下に示す制御を実行することによって、これらの運転状態を回避し、高い給湯能力を得ることを可能としている。

図４は、空調給湯複合システム１００が実行する高外気条件での低圧側圧力上昇の回避、吐出温度上昇の回避、高圧側圧力上昇の回避をするための制御を説明するための概略説明図である。図４（ａ）が空調給湯複合システム１００の高外気条件での低圧側圧力上昇を回避する制御を実行した際の運転状態変化の概略を、図４（ｂ）が吐出温度上昇を回避する制御を実行した際の運転状態変化の概略を、図４（ｃ）が高圧側圧力上昇を回避する制御を実行した際の運転状態変化の概略を、それぞれ示している。なお、図４では、破線が制御前の状態変化を、実線が制御後の状態変化を、それぞれ表している。

図４（ａ）に示すように、低圧側圧力が所定値以上(第１所定値以上)に上昇する場合は、低圧バイパス減圧機構２３の開度を所定値よりも大きくすることで、液冷媒をバイパスさせ、室外熱交換器２０の冷媒流量を小さくしている。アキュムレーター２２の入口では冷媒が飽和ガスとなるため、低圧バイパス配管２４に液冷媒が流れるほど、室外熱交換器２０のガス側の冷媒は、過熱度（ＳＨ）が大きくなる。室外熱交換器２０の過熱度が大きくなると、室外熱交換器２０においてガス冷媒が多くなり、低圧側圧力を低下させることができる。

なお、制御部１０３による通常運転制御により、給湯減圧機構８の開度を制御することにより、給湯側熱交換器５の液側の冷媒は、過冷却液となっている。また、室内減圧機構１７の開度を制御することにより、室内熱交換器１４液側の冷媒は過冷却液となっている。したがって、低圧バイパス減圧機構２３入口では液冷媒が確保されており、低圧バイパス減圧機構２３の開度を所定値よりも大きくすることで液冷媒をアキュムレーター２２の入口へと流すことができる。

室外熱交換器２０のガス側の過熱度と蒸発温度ＥＴの関係を図５（ａ）に示す。具体的には、室外熱交換器２０のガス側の過熱度目標ＳＨｍ_OC［℃］を下記式（１）にて設定する。

ここで、Ｔ_OCaiは外気温度［℃］、ＥＴ_maxは蒸発温度上限値［℃］である。ＥＴ_maxとＳＨｍ_OCとの和が室外熱交換器２０ガス側の温度となり、室外熱交換器２０ガス側の温度は外気温度Ｔ_OCai以下となるので、式（１）において室外熱交換器２０のガス側の過熱度目標ＳＨｍ_OCを設定することで、蒸発温度をＥＴ_max以下に下げることが可能となる。

図４（ｂ）に示すように、高外気条件にて吐出温度がたとえば１１０℃以上（第４所定値以上）に上昇する場合は、室外熱交換器２０のガス側の過熱度が、たとえば２℃以上（第３所定値以上）大きくなっており、圧縮機１の吸入過熱度が大きくなっている。そのため、この場合は、低圧バイパス減圧機構２３の開度を所定値よりも大きくして、液冷媒を低圧側に送ることで、室外熱交換器２０のガス側を流れたガス冷媒を冷却し、室外熱交換器２０のガス側の過熱度を小さくすることで、圧縮機の吸入過熱度を小さくすることができる。そのため、圧縮機１の吐出温度を１１０℃以下に低くすることができる。

このように、空調給湯複合システム１００では、低圧バイパス配管２４に流す液冷媒量を低圧バイパス減圧機構２３にて制御することで、室外熱交換器２０のガス側の過熱度を制御し、低圧側圧力上昇及び吐出温度上昇を回避することができる。そのため、空調給湯複合システム１００では、高外気条件においても、高い給湯能力を発揮することが可能になる。

図４（ｃ）に示すように、高圧側圧力が上昇する場合、給湯減圧機構８の開度を所定値よりも大きくすることによって、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度が小さくなる。つまり、給湯減圧機構８の開度を所定値よりも大きくすることで、低圧側に冷媒が移動するため高圧側圧力の上昇を回避することができる。

給湯側熱交換器５の液側の過冷却度と凝縮温度ＣＴ及び運転効率の関係を図５（ｂ）に示す。具体的には、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度目標ＳＣｍ_w[℃]を下記式（２）及び（３）にて設定する。

ここで、ＣＴ_optは運転効率が最大となる凝縮温度［℃］、Ｔ_wimax,optは最大出湯温度時における給湯側熱交換器５に流入する水の入口温度［℃］、Ｔ_scow,optはＣＴ_optでの給湯側熱交換器５液側の温度[℃]、εは液相基準温度効率［−］である。液相基準温度効率εが大きいほど、給湯側熱交換器５の液冷媒量が多くなり、高圧側に多く冷媒が存在していることになる。

試験やシミュレーションにより、ＣＴ_optとＴ_SCOw,opt、Ｔ_wimax,optを求め、εを計算する。つまり、εはあらかじめ機器に設定しておく値であり、たとえば以下のようにして求める。出湯温度を機器の最大出湯温度（最大出湯温度が６０℃の場合は６０℃）にし、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を給湯減圧機構８により調整して、運転効率が最も高い場合の給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を求め、そのときの凝縮温度をＣＴ_optとし、給湯側熱交換器５の液側の温度をＴ_scow,optとし、最大出湯温度時における給湯側熱交換器５に流入する水の入口温度をＴ_wimax,optとする。凝縮圧力をＣＴ_opt（第２所定値）以下となるように給湯減圧機構８を制御することで、図５（ｂ）に示すように運転効率の低下を回避できる。

かつ、上記式（２）で演算される過冷却度目標ＳＣｍ_wになるように給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を給湯減圧機構８にて制御することで高圧圧力の上昇を回避でき、運転効率を最適にできる。

また、外気温度が低い低外気条件にて給湯運転を行なった場合、低圧側圧力が低くなり、吐出温度が上昇する。たとえば、吐出温度が１１０℃（第６所定値）以上となり、機器の信頼性が損なわれる場合では、吸入減圧機構２５の開度を所定値よりも大きくすることによって、液冷媒を圧縮機１の吸入部に流し、吐出部の冷媒を冷やすことにより、吐出温度を１１０℃（第６所定値）以下とすることができる。これにより、低外気条件においても、高い給湯能力を得ることができる。

＜暖主運転モード＞
暖主運転モードでは四方弁１１が実線で示される状態、すなわち圧縮機１の吐出側がガス延長配管１２を経由して室内ガス配管１３に接続され、かつ、圧縮機１の吸入側が室外熱交換器２０に接続された状態に制御される。また、利用ユニット３０３は冷房運転モード、給湯ユニット３０４は給湯運転モードであり、第１電磁弁２は開、第２電磁弁１０は閉、第３電磁弁２７は開に制御されている。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、給水ポンプ６、室内送風機１５、室外送風機２１を起動する。そうすると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温・高圧のガス冷媒となる。その後、高温・高圧のガス冷媒は、第１電磁弁２を流れるようになる。

第１電磁弁２に流入した冷媒は、給湯延長配管３及び給湯ガス配管４を経由して給湯ユニット３０４に流入する。給湯ユニット３０４に流入した冷媒は、給湯側熱交換器５に流入し、給水ポンプ６によって供給される水と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となり、給湯側熱交換器５から流出する。給湯側熱交換器５で水を加熱した冷媒は、給湯液配管７を経由して分岐ユニット３０２に流入し、給湯減圧機構８により減圧され、中間圧の気液二相又は液相の冷媒となる。その後、液延長配管９に流入する冷媒と、室内減圧機構１７に流入する冷媒と、に分配される。

給湯減圧機構８では、給湯側熱交換器５を流れる冷媒の流量を制御しており、給湯側熱交換器５には、給湯ユニット３０４が設置された空間の湯の利用状況において要求される給湯負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、給湯減圧機構８は、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。この過冷却度の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。

室内減圧機構１７に流入した冷媒は、室内減圧機構１７で減圧されて、低圧の気液二相状態となり、室内液配管１６を経由して利用ユニット３０３に流入する。利用ユニット３０３に流入した冷媒は、室内熱交換器１４に流入し、室内送風機１５によって供給される室内空気と熱交換を行なって蒸発され、低圧のガス冷媒となる。ここで、室内減圧機構１７は、室内熱交換器１４のガス側における冷媒の過熱度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。室内熱交換器１４のガス側における冷媒の過熱度は、室内ガス温度センサ２０７により検出される温度から室内液温度センサ２０８により検出される温度を差し引くことによって求められる。

室内減圧機構１７は、室内熱交換器１４のガス側における冷媒の過熱度が所定値になるように室内熱交換器１４を流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器１４において蒸発された低圧のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。このように、室内熱交換器１４には、利用ユニット３０３が設置された空調空間において要求される冷房負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

室内熱交換器１４から流出した冷媒は、その後、室内ガス配管１３と分岐ユニット３０２を経由してからガス延長配管１２を介して第３電磁弁２７を流れる。この冷媒は、四方弁１１を経由してきた冷媒と合流する。

一方、液延長配管９に流入した冷媒は、分岐ユニット３０２から流出し、熱源ユニット３０１に流入する。熱源ユニット３０１に流入した冷媒は、低圧バイパス配管２４に流れると過冷却熱交換器１８の高圧側に流れる冷媒とに分配される。

過冷却熱交換器１８の高圧側に流入した冷媒は、低圧側（つまり低圧バイパス配管２４）を流れる冷媒によって冷却され、さらに吸入バイパス配管２６を流れるものと室外減圧機構１９に流れるものとに分配される。室外減圧機構１９に流れた冷媒は、低圧まで減圧された後、室外熱交換器２０に流入し、室外送風機２１によって供給される室外空気と熱交換を行なって蒸発され、低圧のガス冷媒となる。この冷媒は、室外熱交換器２０から流出した後、四方弁１１を経由して、第３電磁弁２７を通過してきた冷媒及び低圧バイパス配管２４を流れてきた冷媒と合流してから、アキュムレーター２２へと流入する。

ここで、室外減圧機構１９は、中間圧及び低圧の差圧が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。中間圧及び低圧の差圧の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。室外減圧機構１９は、中間圧及び低圧の差圧が所定値になるような開度に制御され、室外減圧機構１９を流れる冷媒の流量を制御しているため、中間圧及び低圧の差圧は、所定の値を有する状態となる。このように制御することで、空調空間において要求される冷房負荷に応じた流量の冷媒が利用ユニット３０３に流れる。

一方、低圧バイパス配管２４に流入した冷媒は、低圧バイパス減圧機構２３で減圧された後、過冷却熱交換器１８の低圧側にて、高圧側を流れる冷媒によって加熱され、四方弁１１を通過してきた冷媒と合流する。その後、アキュムレーター２２へと流入する。

ここで、低圧バイパス減圧機構２３は、過冷却熱交換器１８の低圧ガス側における冷媒の過熱度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。過冷却熱交換器１８の低圧ガス側における冷媒の過熱度の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。

なお、給湯ユニット３０４が要求する給湯負荷に応じて圧縮機１では凝縮温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。また、利用ユニット３０３が要求する冷房負荷に応じて室外送風機２１では蒸発温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。

空調給湯複合システム１００では、暖主運転モードにおいて外気温度が高いときに高温給湯(たとえば６０℃の給湯)を行なう場合、全暖運転モードの場合と同様に、低圧バイパス配管２４に流す液冷媒量を低圧バイパス減圧機構２３にて制御することで、室外熱交換器１５のガス側の過熱度を制御し、低圧側圧力上昇及び吐出温度上昇を回避することができる。また、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を制御することによって、高圧側圧力の上昇を回避して、かつ効率の良い運転状態を実現できる。

また、暖主運転モードでは、外気温度センサ２１４により検出される外気温度と蒸発温度との差が所定値以下（第５所定値以下）の場合（たとえば、２℃以下となった場合）は、室外熱交換器２０にて冷媒と空気の温度差がほとんどなく、冷媒の外気からの吸熱量は小さいことになる。このような運転状態時においては、室外減圧機構１９の開度を所定値よりも小さくする、もしくは、全閉にして、室内熱交換器１４にて完全排熱回収運転を実施することで、効率の良い運転状態を実現することができる。

さらに、全暖運転モードと同様に、外気温度が低い低外気条件にて給湯運転を行ない、吐出温度が上昇した場合、吸入減圧機構２５の開度を所定値よりも大きくすることによって吐出温度の上昇を回避することができる。

＜全冷運転モード＞
全冷運転モードでは四方弁１１が破線で示される状態、すなわち圧縮機１の吐出側が室外熱交換器２０に接続され、かつ、圧縮機１の吸入側がガス延長配管１２を経由して室内ガス配管１３に接続された状態に制御される。また、利用ユニット３０３は冷房運転モードであり、給湯ユニット３０４は給湯運転を行なっておらず、第１電磁弁２は閉、第２電磁弁１０は開、第３電磁弁２７は閉に制御されている。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室内送風機１５、室外送風機２１を起動する。そうすると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温・高圧のガス冷媒となる。その後、高温・高圧のガス冷媒は、第２電磁弁１０を流れるようになる。なお、給湯ユニット３０４で給湯運転は行なっていないため、給水ポンプ６は停止された状態に制御されている。

第２電磁弁１０に流入した冷媒は、四方弁１１を経由して室外熱交換器２０に流れ、室外送風機２１によって供給される室外空気と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、開度が全開となっている室外減圧機構１９を流れてから、過冷却熱交換器１８の高圧側を流れるものと吸入バイパス配管２６を流れるものとに分配される。過冷却熱交換器１８の高圧側に流入した冷媒は、低圧側を流れる冷媒に冷却され、過冷却熱交換器１８を流出した後、液延長配管９を流れるものと低圧バイパス配管２４を流れるものとに分配される。

液延長配管９に流入した冷媒は、分岐ユニット３０２へと流入し、室内液配管１６を流れ、室内減圧機構１７にて減圧されて、低圧の気液二相状態となり、分岐ユニット３０２から流出し、利用ユニット３０３に流入する。利用ユニット３０３に流入した冷媒は、室内熱交換器１４に流入し、室内送風機１５によって供給される室内空気と熱交換を行なって蒸発され、低圧のガス冷媒となる。ここで、室内減圧機構１７は、室内熱交換器１４のガス側における冷媒の過熱度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。この過熱度の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。なお、給湯減圧機構８は、全閉に制御される。

室内熱交換器１４を流出した冷媒は、その後、室内ガス配管１３と分岐ユニット３０２を経由してからガス延長配管１２を流れ、四方弁１１を介して低圧バイパス配管２４を流れてきた冷媒と合流する。

ここで、低圧バイパス減圧機構２３は、過冷却熱交換器１８の高圧液側における冷媒の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。過冷却熱交換器１８の高圧液側における冷媒の過冷却度は、吐出圧力センサ２０１より検出された圧力から演算される凝縮温度から中間圧液温度センサ２１０により検出される温度の差により求められる。

なお、利用ユニット３０３が要求する冷房負荷に応じて圧縮機１では蒸発温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。また、外気温度センサ２１４により検出される外気温度に応じて室外送風機２１では凝縮温度が所定値となるように制御部１０３により制御されている。

＜冷主運転モード＞
冷主運転モードでは四方弁１１が破線で示される状態、すなわち圧縮機１の吐出側が室外熱交換器２０に接続され、かつ、圧縮機１の吸入側がガス延長配管１２を経由して室内ガス配管１３に接続された状態に制御される。また、利用ユニット３０３は冷房運転モードであり、給湯ユニット３０４は給湯運転モードであり、第１電磁弁２は開、第２電磁弁１０は開、第３電磁弁２７は閉に制御されている。

第１電磁弁２に流入した冷媒は、給湯延長配管３及び給湯ガス配管４を経由して給湯ユニット３０４に流入する。給湯ユニット３０４に流入した冷媒は、給湯側熱交換器５に流入し、給水ポンプ６によって供給される水と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となり、給湯側熱交換器５から流出する。給湯側熱交換器５で水を加熱した冷媒は、給湯液配管７を経由して分岐ユニット３０２に流入し、給湯減圧機構８により減圧され、中間圧の気液二相又は液相の冷媒となる。その後、液延長配管９を流れてきた冷媒と合流して、室内減圧機構１７に流入する。

給湯減圧機構８では、給湯側熱交換器５を流れる冷媒の流量を制御しており、給湯側熱交換器５には、給湯ユニット３０４が設置された空間の湯の利用状況において要求される給湯負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、給湯減圧機構８は、給湯側熱交換器５液側の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。この過冷却度の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。

一方、第２電磁弁１０に流入した冷媒は、四方弁１１を経由して室外熱交換器２０に流入し、室外送風機２１によって供給される室外空気と熱交換を行なって凝縮され、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外減圧機構１９にて減圧された後、過冷却熱交換器１８の高圧側を流れるものと吸入バイパス配管２６を流れるものとに分配される。過冷却熱交換器１８の高圧側に流入した冷媒は、低圧側を流れる冷媒に冷却され、過冷却熱交換器１８を流出した後、液延長配管９に流れるものと低圧バイパス配管２４に流れるものとに分配される。

ここで、室外減圧機構１９は、室外熱交換器２０液側の過冷却度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。室外熱交換器２０の液側の過冷却度は、吐出圧力センサ２０１により検出される圧力から演算される凝縮温度から室外液温度センサ２１２により検出される温度の差により求められる。

液延長配管９を流れる冷媒は、分岐ユニット３０２へと流入し、給湯減圧機構８を通過してきた冷媒と合流する。その後、室内液配管１６を流れ、室内減圧機構１７にて減圧されて、低圧の気液二相状態となり、利用ユニット３０３に流入する。利用ユニット３０３に流入した冷媒は、室内熱交換器１４に流入し、室内送風機１５によって供給される室内空気と熱交換を行なって蒸発され、低圧のガス冷媒となる。ここで、室内減圧機構１７は、室内熱交換器１４のガス側における冷媒の過熱度が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。この過熱度の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。

室内熱交換器１４を流出した冷媒は、その後、室内ガス配管１３と分岐ユニット３０２を経由してからガス延長配管１２を流れ、四方弁１１を介して低圧バイパス配管２４を流れた冷媒と合流する。

ここで、低圧バイパス減圧機構２３は、中間圧及び低圧の差圧が所定値になるような開度に、制御部１０３により制御される。中間圧及び低圧の差圧の求め方は、全暖房運転モードで説明した通りである。

一方、吸入バイパス配管２６に流入した冷媒は、吸入減圧機構２５で減圧された後、アキュムレーター２２を流出した冷媒と合流する。ここで、吸入減圧機構２５の開度は、全閉に、制御部１０３により制御される。

空調給湯複合システム１００では、冷主運転モードにおいて外気温度が高いときに高温給湯(たとえば６０℃の給湯)を行なう場合、低圧バイパス配管２４に流す液冷媒量を室内減圧機構１７にて制御することで、室内熱交換器１４のガス側の過熱度を制御し、低圧側圧力上昇を回避することができる。なお、制御部１０３の通常運転により、室内熱交換器１４のガス側の過熱度は、室内減圧機構１７の開度を制御することで所定値となっているが、この過熱度の目標値を大きくすることで、低圧バイパス配管２４に流す液冷媒量を室内減圧機構１７にて制御する。

低圧側圧力が上昇する場合は、室内減圧機構１７の開度を所定値よりも小さくすることで、液冷媒を低圧バイパス配管２４にバイパスさせ、室内熱交換器１４の冷媒流量を小さくする。アキュムレーター２２の入口では冷媒は飽和ガスとなるため、低圧バイパス配管２４にて液冷媒が流れるほど、室内熱交換器１４ガス側の冷媒は、過熱度（ＳＨ）が大きくなる。室内熱交換器１４の過熱度が大きくなると、室内熱交換器１４にてガス冷媒が多くなり、低圧側圧力を低下させることができる。また、過冷却熱交換器１８の高圧液側の過冷却度が所定値以下となるように低圧バイパス減圧装置２３にて調整し、室内熱交換器１４の過熱度を大きくすることで低圧側圧力を低下させることができる。

なお、制御部１０３による通常運転制御により、室外減圧機構１９の開度を制御することにより、室外熱交換器２０液側の冷媒は過冷却液となっている。したがって、低圧バイパス減圧機構２３の入口では液冷媒が確保されており、室内減圧機構１７の開度を所定値よりも小さくすることで低圧バイパス配管に液冷媒を流すことが可能となり、液冷媒をアキュムレーター２２の入口へと流すことができる。

このように、空調給湯複合システム１００では、低圧バイパス配管２４に流す液冷媒量を室内減圧機構１７又は低圧バイパス減圧装置２３にて制御することで、室内熱交換器１４のガス側の過熱度を制御し、低圧側圧力上昇を回避することができる。そのため、高外気条件においても、高い給湯能力を得ることができる。

また、全暖運転モードの場合と同様に、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を制御することによって、高圧側圧力の上昇を回避して、かつ効率の良い運転状態を実現できる。

以上のように、空調給湯複合システム１００は、高外気条件においても、運転効率の高い状態にて給湯能力を確保することを可能としている。したがって、空調給湯複合システム１００では、高外気条件において、全暖運転モード、暖主運転モード、全冷運転モード、冷主運転モードを含む通常運転において、利用ユニット３０３が冷房運転又は暖房運転をし、同時に給湯ユニット３０４が給湯運転をした場合においても高効率な運転を実現することができる。

なお、二酸化炭素のような作動圧力が臨界圧力以上となる冷媒を適用する場合は、擬臨界温度以下にて冷媒は液冷媒となるので、飽和温度の代わりに擬臨界温度によって、過冷却度を定義することで、実施の形態１の内容を適用することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システム２００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図６に基づいて、空調給湯複合システム２００の構成及び動作について説明する。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一作用である部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この空調給湯複合システム２００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行なうことによって、利用側ユニットにおいて選択された冷房運転又は暖房運転と、給湯ユニットにおける給湯運転とを同時に処理することができる３管式のマルチシステム空調給湯複合システムである。この空調給湯複合システム２００は、空調運転と給湯運転とを同時に行なうことができるとともに、高外気温度条件においても、高い出湯温度を維持でき、高効率な運転を実現することができる。

［装置構成］
空調給湯複合システム２００の回路構成は、実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００からバイパス回路（低圧バイパス配管２４）、低圧バイパス減圧機構２３、過冷却熱交換器１８及びアキュムレーター２２を外し、中間圧又は高圧の余剰冷媒を貯留する受液器としての機能を有するレシーバー２８を、分岐ユニット３０２と、室外減圧機構１９と吸入減圧機構２５との分岐部と、の間における液延長配管９に設置したものとなっている。つまり、熱源ユニット３０１に備えられている室外側冷媒回路は、圧縮機１と、四方弁１１と、室外熱交換器２０と、３つの電磁弁と、室外減圧機構１９と、吸入減圧機構２５と、レシーバー２８と、を要素機器として有している。

［動作］
空調給湯複合システム２００は、実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００と同様に、４つの運転モード（全暖運転モード、暖主運転モード、冷主運転モード、全冷運転モード）を実行することができる。

空調給湯複合システム２００では、アキュムレーターがなく、余剰冷媒はレシーバー２８にて貯留される。そのため、高外気条件で給湯負荷がある場合に低圧側圧力が上昇したときは、蒸発器で過熱度を大きくしても、高圧側では余剰冷媒がレシーバー２８で貯留されるため、高圧側の圧力は上昇しない。そのため、室外熱交換器２０が冷媒の蒸発器となる全暖運転モード及び暖主運転モードでは、室外減圧機構１９の開度を所定値よりも小さくして室外熱交換器２０のガス側の過熱度を大きくすることで、低圧側圧力の上昇を回避することができる。また、室内熱交換器１４が蒸発器となる冷主運転モードでは、室内減圧機構１７の開度を所定値よりも小さくして室内熱交換器１４のガス側の過熱度を大きくすることで、低圧側圧力の上昇を回避することができる。

また、高外気条件で吐出温度が上昇する場合は、室外減圧機構１９の開度を所定値よりも大きくすることで、室外熱交換器２０のガス側の過熱度を小さくし、圧縮機１の吸入過熱度を小さくすることができる。そのため、圧縮機１の吐出温度を低くすることができる。

さらに、実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００と同様に、給湯側熱交換器５の液側の過冷却度を制御することによって、高圧側圧力の上昇を回避して、かつ、効率の良い運転状態を実現できる。

実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００と同様に、暖主運転モードでは外気温度センサ２１４により検出される外気温度と蒸発温度との差が所定値以下の場合（たとえば２℃以下となった場合）は、室外熱交換器２０にて冷媒と空気の温度差がほとんどなく、冷媒の外気からの吸熱量は小さい。このような運転状態の場合は、室外減圧機構１９の開度を所定値よりも小さくする、もしくは、全閉にして、室内熱交換器１４にて完全排熱回収運転を実施することで、効率の良い運転状態を得ることができる。

また、実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００と同様に、低外気条件で給湯運転を行ない、吐出温度が上昇した場合、吸入減圧機構２５の開度を所定値よりも大きくすることによって吐出温度の上昇を回避することができる。

１圧縮機、２第１電磁弁、３給湯延長配管、４給湯ガス配管、５給湯側熱交換器、６給水ポンプ、７給湯液配管、８給湯減圧機構、９液延長配管、１０第２電磁弁、１１四方弁、１２ガス延長配管、１３室内ガス配管、１４室内熱交換器、１５室内送風機、１６室内液配管、１７室内減圧機構、１８過冷却熱交換器、１９室外減圧機構、２０室外熱交換器、２１室外送風機、２２アキュムレーター、２３低圧バイパス減圧機構、２４低圧バイパス配管、２５吸入減圧機構、２６吸入バイパス配管、２７第３電磁弁、２８レシーバー、１００空調給湯複合システム、１０１測定部、１０２演算部、１０３制御部、２００空調給湯複合システム、２０１吐出圧力センサ、２０３給湯ガス温度センサ、２０４給湯液温度センサ、２０５水入口温度センサ、２０６水出口温度センサ、２０７室内ガス温度センサ、２０８室内液温度センサ、２０９室内吸込温度センサ、２１０中間圧液温度センサ、２１１中間圧圧力センサ、２１２室外液温度センサ、２１３室外ガス温度センサ、２１４外気温度センサ、２１５低圧液温度センサ、２１６低圧ガス温度センサ、２１７吸入圧力センサ、３０１熱源ユニット、３０２分岐ユニット、３０３利用ユニット、３０４給湯ユニット。

Claims

少なくとも利用側熱交換器が搭載された１台又は複数台の利用ユニットと、
少なくとも給湯側熱交換器が搭載された１台又は複数台の給湯ユニットと、
前記利用ユニットと前記給湯ユニットに接続され、圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側減圧機構、高圧側の液冷媒を低圧側へとバイパスするバイパス回路、前記バイパス回路に設けられた低圧バイパス減圧機構、アキュムレーター、及び、高圧側の液冷媒と前記バイパス回路を流れる低圧側の冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器が搭載された１台又は複数台の熱源ユニットと、
前記利用ユニット及び前記給湯ユニットと前記熱源ユニットに接続され、前記利用ユニットの運転状態に応じて前記利用ユニットに流入させる冷媒の流れを制御する利用側減圧機構、及び、前記給湯ユニットの運転状態に応じて前記給湯ユニットに流入させる冷媒の流れを制御する給湯減圧機構が搭載された１台又は複数台の分岐ユニットと、を有し、
前記過冷却熱交換器と前記熱源側減圧機構との間から前記圧縮機の吸入部へとつなぐ第２バイパス回路と、前記第２バイパス回路に設けられている吸入減圧機構と、を備え、
蒸発圧力又は該蒸発圧力から演算される蒸発温度が予め定められている第１所定値以上となったとき、前記低圧バイパス減圧機構の開度によって、前記過冷却熱交換器の低圧ガス側における冷媒の過熱度又は前記過冷却熱交換器の高圧液側における冷媒の過冷却度を制御し、蒸発圧力又は該蒸発圧力から演算される蒸発温度が前記第１所定値以下となるようにし、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が予め定められている第６所定値以上となったとき、前記吸入減圧機構の開度によって、前記吐出温度を前記第６所定値以下となるようにしている
ことを特徴とする空調給湯複合システム。
前記低圧バイパス減圧機構は、
前記熱源側熱交換器が冷媒の蒸発器となるとき、
前記過冷却熱交換器の低圧ガス側における冷媒の過熱度が予め定められている所定値になるような開度に制御され、
前記熱源側熱交換器が冷媒の凝縮器となるとき、
前記過冷却熱交換器の高圧液側における冷媒の過冷却度が予め定められている所定値になるような開度に制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
凝縮圧力又は前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力から演算される凝縮温度が予め定められている第２所定値以上となったとき、前記給湯減圧機構の開度によって、前記給湯側熱交換器の液側の過冷却度を制御し、凝縮圧力又は前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力から演算される凝縮温度が前記第２所定値以下となるようにしている
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。
前記給湯減圧機構の開度によって、
運転効率が最も高くなるように前記給湯側熱交換器の液側の過冷却度が制御される
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。
前記熱源側熱交換器のガス側の過熱度が、予め定められている第３所定値以上、かつ、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が、予め定められている第４所定値以上になったとき、
前記低圧バイパス減圧機構の開度を所定値よりも大きくして、前記熱源側熱交換器のガス側の過熱度を小さくし、前記吐出温度を前記第４所定値以下となるようにしている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空調給湯複合システム。
前記利用側熱交換器が冷媒の蒸発器、前記給湯側熱交換器が冷媒の凝縮器、前記熱源側熱交換器が冷媒の蒸発器となる運転において、
外気温度と蒸発温度との差が予め定められている第５所定値以下となったとき、
前記熱源側減圧機構の開度を所定値よりも小さく又は全閉にし、完全排熱回収運転を行なうようにしている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の空調給湯複合システム。
作動圧力が臨界圧力以上となる冷媒を適用し、擬臨界温度によって過冷却度を求めるようにしている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空調給湯複合システム。