JP6544517B2 - 熱生成ユニット - Google Patents

Description

本発明は、熱生成ユニットに係り、特に、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用いられ、給湯用の温水を生成する冷凍サイクルを搭載した熱生成ユニット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多く用いられている。このような空調給湯システムにおいては、給湯用の温水を生成する冷凍サイクルを搭載した熱生成ユニットを備えている。
熱生成ユニットは、給湯用熱交換器、カスケード熱交換器、熱媒体ポンプを備えている。

このような熱生成ユニットにおいて、給湯用熱交換器、カスケード熱交換器を設置するための技術として、例えば、給湯用熱交換器とカスケード熱交換器とを、互いを接続する配管の接合部形成部を向い合せとなるように底板部材に設置することで、製作上の配管施工が簡素化し、熱生成ユニットの小型化を可能とした技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。

ＷＯ２０１０／１０９６２０

前記従来の熱生成ユニットにおいて、給湯用熱交換器とカスケード熱交換器は、給湯用圧縮機と同じく重量物であるため、特許文献１のように熱交換器を配置するとき、給湯用熱交換器とカスケード熱交換器は、底板部材上に、給湯用圧縮機と並べて配置することになる。なお、給湯用圧縮機は、運転時、特に起動時と停止時に大きく振動するため、一般的には、３本以上の固定部材を用いて、防振部材を挟み込んだ状態で底板部材に固定されている。
給湯用熱交換器および熱生成ユニットの外部から給湯用熱交換器に接続する水を主成分とする熱媒体を流す熱媒体配管からは、常に水分が発生する危険性がある。給湯用熱交換器および熱媒体配管の内部には、夏場でも１０〜２０℃の低温の熱媒体が流れる場合があり、給湯用熱交換器の表面や、熱媒体配管の表面には結露水が発生する。この結露水は、給湯用熱交換器や熱媒体配管の表面から直接底板部材に落ちたり、あるいは、熱媒体配管の表面を伝って、給湯用熱交換器や熱媒体ポンプの最下面から底板部材に落ちたりする。
また、給湯用熱交換器には熱伝導性の良い銅が使われ、熱媒体配管との接続口も銅であるのに対し、熱媒体ポンプの接続口には銅は使用されず、加工性のよい樹脂であることが多い。熱生成ユニット内部の熱媒体配管では、このように異なる部材同士を、シール材を使って、熱媒体の漏れが無いように接続している。

しかし、給湯用熱交換器の冷媒配管は、給湯用圧縮機と直接接続されているため、給湯用圧縮機の運転時の振動は、冷媒配管を通じて、給湯用熱交換器と熱媒体配管に伝わり、シール材による接続部のゆるみを誘発し、接続部から水を主成分とする熱媒体の漏れが発生する場合がある。この熱媒体漏れは、定常運転時よりも、大きな振動が発生する起動、停止時のほうが、発生する危険性が高い。漏れた熱媒体は、結露水と同じように、熱媒体配管表面を伝って、給湯用熱交換器や熱媒体ポンプの最下面から底板部材に落ちる。
このように給湯用熱交換器や熱媒体配管から発生する水分は、底板部材上に設置されたカスケード熱交換器や、給湯用圧縮機を底板部材に固定する固定部材を浸し、それらの錆や腐食の原因となり、熱生成ユニットの耐久性に影響を及ぼすという問題を有している。
また、給湯用熱交換器から発生する水分が、カスケード熱交換器や給湯用圧縮機に浸水することを防ぐためには、特許文献１にも記載されているように、ドレンパンなどで水分を受ける必要があり、材料コストが高くなるという問題も有している。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、給湯用熱交換器や熱媒体配管から発生する水分による錆や腐食の発生を防止して、耐久性を向上させることのできる熱生成ユニットを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明の熱生成ユニットは、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、前記給湯用冷媒と熱媒体ポンプにより送られる給湯用熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器と、をケーシングに収容してなる熱生成ユニットにおいて、前記給湯用熱交換器は、前記ケーシングの底板部材に設置され、前記カスケード熱交換器の下端面は、前記ケーシングの底板部材に接触しないように設置され、前記ケーシングは、前記熱媒体を送出する熱媒体ポンプを収容しており、前記カスケード熱交換器の下端面は、前記熱媒体ポンプの下端面よりも上方に配置されていることを特徴とする。

また、前記構成において、前記カスケード熱交換器の下端面は、前記給湯用熱交換器の上端面より上方に配置されていることを特徴とする。

また、前記構成において、前記ケーシングの前記底板部材に、排水口を形成し、前記排水口は、鉛直上方から見て前記給湯用熱交換器および前記熱媒体ポンプにより前記底板部材に形成される投影領域の一部または全部と重なる位置に形成されていることを特徴とする。

また、前記構成において、前記カスケード熱交換器は、熱媒体を流す熱媒体配管から一定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする。

また、前記構成において、前記給湯用熱交換器は、二重管式熱交換器であることを特徴とする。

また、前記構成において、前記カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器であることを特徴とする。

本発明の熱生成ユニットによれば、給湯用熱交換器の接続部から漏れた熱媒体や熱媒体配管から結露した水分が発生した場合でも、カスケード熱交換器や、給湯用圧縮機が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器や、給湯用圧縮機の腐食による不具合を防止することができる。その結果、熱生成ユニットの耐久性を向上させることができる。

本発明に係る空調給湯システムの実施形態を示す冷凍サイクル構成図である。 本実施形態の空調給湯システムにおける熱生成ユニットの内部構造を示す平面図である。 本実施形態の空調給湯システムにおける熱生成ユニットの内部構造を示す正面図である。

第１の発明は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、給湯用冷媒と熱媒体ポンプにより送られる給湯用熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、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、をケーシングに収容してなる熱生成ユニットにおいて、給湯用熱交換器は、ケーシングの底板部材に設置され、カスケード熱交換器の下端面は、ケーシングの底板部材に接触しないように設置され、前記ケーシングは、前記熱媒体を送出する熱媒体ポンプを収容しており、前記カスケード熱交換器の下端面は、前記熱媒体ポンプの下端面よりも上方に配置されていることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、給湯用熱交換器の接続部から漏れた熱媒体や熱媒体配管から結露した水分が発生した場合でも、カスケード熱交換器が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器の腐食による不具合を防止することができる。その結果、熱生成ユニットの耐久性を向上させることができる。
また、カスケード熱交換器の下端面を熱媒体ポンプの下端面よりも上方に配置することで、熱媒体ポンプと熱媒体配管の接続部など熱媒体が漏れる可能性がある位置より、カスケード熱交換器の下端面を上方に位置させることができ、カスケード熱交換器が漏れた熱媒体などの水分に接触する可能性を著しく低減させることができる。

第２の発明は、カスケード熱交換器の下端面は、給湯用熱交換器の上端面より上方に配置されていることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、給湯用熱交換器の接続部から漏れた熱媒体や熱媒体配管から結露した水分が発生した場合でも、カスケード熱交換器が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器の腐食による不具合を防止することができる。その結果、熱生成ユニットの耐久性を向上させることができる。
また、給湯用熱交換器の上方にカスケード熱交換器を配置することにより、従来技術のように両熱交換器の接続配管が互いに向き合うように設置する場合に比べて、熱生成ユニットの設置面積を小さくすることができる。

第３の発明は、ケーシングの底板部材に、排水口を形成し、排水口は、鉛直上方から見て給湯用熱交換器および熱媒体ポンプにより底板部材に形成される投影領域の一部または全部と重なる位置に形成されていることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、給湯用熱交換器および熱媒体ポンプの接続部から落下する熱媒体や結露などの水分を速やかに排水口から外部に排出することができ、カスケード熱交換器に加えて給湯用圧縮機を浸す可能性を著しく低減させることができる。

第４の発明は、カスケード熱交換器は、熱媒体を流す熱媒体配管から一定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、カスケード熱交換器と熱媒体配管に結露した水分との接触を極力低減させることができる。

第５の発明は、給湯用熱交換器は、二重管式熱交換器であることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、腐食に強い給湯用熱交換器となり、漏れた熱媒体や結露水などによる弊害を防止することができる。

第６の発明は、カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器であることを特徴とする熱生成ユニットである。
これにより、効率のよい熱交換を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る空調給湯システムのサイクル構成図である。
図１に示す空調給湯システムは、室外ユニット１０と、室内機３０と、熱生成ユニット４０とを備えている。本実施形態においては、１台の室外ユニット１０に対して、２台の室内機３０、１台の熱生成ユニット４０がそれぞれ接続され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１０は２台以上、室内機３０も１台もしくは３台以上、熱生成ユニット４０も２台以上、並列に接続可能である。

室外ユニット１０と、室内機３０と、熱生成ユニット４０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１０と室内機３０とは、高温高圧のガス化した空調用冷媒が流れるガス管２５と、低圧の空調用冷媒が流れる吸入管２６と、高圧の液化した空調用冷媒が流れる液管２７とで接続されている。室内機３０が、図１に示すように２台存在するときは、室内機３０は３本の配管に対して並列に接続される。一方、室外ユニット１０と熱生成ユニット４０とは、室内機３０と同じく配管に対し並列に接続されるが、ガス管２５と液管２７とで接続されている。

室外ユニット１０は、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機１１を備えている。空調用圧縮機１１の吸入側には、空調用圧縮機１１にガス冷媒を供給するアキュムレータ１２が接続されている。空調用圧縮機１１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１３が接続されている。油分離器１３で分離された冷凍機油は、油戻し管１４により空調用圧縮機１１に戻される。油戻し管１４の連通は、油戻し管開閉弁１５の開閉により制御される。

また、室外ユニット１０は、室外熱交換器１６を備えており、室外熱交換器１６の近傍には、室外熱交換器１６に室外ユニット１０の周囲の空気を供給する室外送風ファン１７が設けられている。そして、室外熱交換器１６は、室外送風ファン１７により送られる空気と、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適用される。
室外ユニット１０は、室外熱交換器１６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１８と、ガス管２５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１９と、吸入管２６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２０とをそれぞれ備えている。

室内機３０は、室内熱交換器３１と、室内熱交換器３１に室内機３０の周囲の空気を供給する室内送風ファン３２と、室内熱交換器３１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３３とを備えている。室内熱交換器３１は、室内送風ファン３２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適用される。

また、室内機３０は、ガス管２５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３４と、吸入管２６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３５とを備えている。
これら空調用圧縮機１１と、アキュムレータ１２と、油分離器１３と、室外熱交換器１６と、室外冷媒流量調整弁１８と、室外ガス管開閉弁１９と、室外吸入管開閉弁２０と、室内熱交換器３１と、室内冷媒流量調整弁３３と、室内ガス管開閉弁３４と、室内吸入管開閉弁３５とにより、第２冷凍サイクルを構成している。

熱生成ユニット４０は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機４１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４２と、給湯用冷媒の流量を調整する給湯用冷媒流量調整弁４３とを備えている。
また、熱生成ユニット４０は、ガス管２５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４４と、カスケード熱交換器４４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４５と、給湯用熱交換器４２に熱媒体を供給する熱媒体ポンプ４６とを備えている。
これら給湯用圧縮機４１と、給湯用熱交換器４２と、給湯用冷媒流量調整弁４３と、カスケード熱交換器４４と、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５と、熱媒体ポンプ４６とにより、第１冷凍サイクルを構成している。

なお、熱媒体には水道水を用いることが一般的であるが、寒冷地の場合はエチレングリコールやアルコールを所定量水に溶解させた不凍液を用いてもよい。
給湯用熱交換器４２で７０〜９０℃にまで沸き上げられた熱媒体は、貯湯タンク（図示せず）に蓄えられる。熱媒体が飲料水の場合は直接給湯に使われる。一方、熱媒体が不凍液など飲料水でない場合は、室内に設置されたラジエータなどに供給されて暖房用途に、あるいは貯湯タンクで熱を飲料水に受け渡して給湯用途に利用される。

なお、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、例えば、Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などが用いられ、給湯用冷媒には、二酸化炭素冷媒が用いられる。

次に、本実施形態における熱生成ユニット４０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４０の内部構造を示す平面図、図３は、熱生成ユニット４０の内部構造を示す正面図である。
熱生成ユニット４０には、給湯用圧縮機４１と給湯用熱交換器４２と給湯用冷媒流量調整弁４３とカスケード熱交換器４４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４５と、熱媒体ポンプ４６とがケーシング５０に格納されている。

本実施形態においては、給湯用熱交換器４２としては、例えば、二重管式熱交換器が用いられる。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４２の内管に二酸化炭素冷媒、外管と内管の間に熱媒体を流す。
ここで、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ことが好ましい。

また、カスケード熱交換器４４としては、例えば、プレート式熱交換器が用いられる。
カスケード熱交換器４４は、伝熱プレート（図示せず）を重ね合わせて、ロウ付けなどにより密着させることにより、各伝熱プレートの間に冷媒流路空間を形成し、各冷媒流路空間に交互に空調用冷媒および給湯用冷媒を流すことにより、伝熱プレートを介して両冷媒の熱交換を行うものである。
カスケード熱交換器４４は、設置面積が小さくなるように縦長の状態で設置されており、カスケード熱交換器４４は、ケーシング５０の側面部材５２に接するように配置されている。

図２および図３に示すように、給湯用圧縮機４１は、ゴムなどの防振部材６０を挟み込んだ上で、固定部材６７によりケーシング５０の底板部材５１に固定されている。
また、給湯用熱交換器４２は、ケーシング５０の底板部材５１に固定されており、カスケード熱交換器４４は、給湯用熱交換器４２の上面に固定されている。すなわち、カスケード熱交換器４４の下端面は、ケーシング５０の底板部材５１に接触しない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４２およびカスケード熱交換器４４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（図示せず）と、さらにこの断熱材を囲う構成部材（図示せず）とを含むものである。特に、給湯用熱交換器４２については、上部に設置されるカスケード熱交換器４４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４４は、必ずしも給湯用熱交換器４２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４４および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、ケーシング５０の側面部材５２に固定するようにすればよい。

また、熱媒体ポンプ４６は、図２に示すように、ケーシング５０の背面側の側板部材５３に固定されており、熱媒体ポンプ４６の下端面は、カスケード熱交換器４４の下端面より低い位置となるように設置されている。

さらに、図２および図３に示すように、底板部材５１には、鉛直方向から見て給湯用熱交換器４２および熱媒体ポンプ４６が底板部材５１に投影する領域内に、排水口６２が設けられている。底板部材５１の上面には、水が速やかに排水口６２から熱生成ユニット４０の外部に排出できるように、排水口６２に向けて適切な傾斜がつけられている。

熱媒体ポンプ４６には、熱生成ユニット４０内に流入した熱媒体が送られる熱媒体配管６３および熱媒体を給湯用熱交換器４２に送る熱媒体配管６４が接続されている。給湯用熱交換器４２には、熱交換後の熱媒体を熱生成ユニット４０の外部に送る熱媒体配管６５が接続されている。
熱媒体配管６３、６４、６５内の熱媒体の流れは、熱媒体ポンプ４６の駆動により生じる。熱生成ユニット４０内に流入した熱媒体は、熱媒体配管６３を経由して熱媒体ポンプ４６に流入し、熱媒体配管６４に送出される。さらに熱媒体は給湯用熱交換器４２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６５を経由して、熱生成ユニット４０の外部に送出される。

ここで、一般に、給湯用熱交換器４２を構成する二重管式熱交換器の外管、内管および接続口は、熱電導性能の高い銅管で形成されており、銅材料の表面に酸化膜が形成されるため、腐食には比較的強い構成となっている。カスケード熱交換器４４を構成するプレート式熱交換器は、伝熱プレートが、例えば、ステンレス材料などで構成されているため、腐食には比較的弱い構成となっている。
また、熱媒体配管６３、６４、６５の大部分は、加工性の良い銅管が用いられることが多いが、樹脂材料も用いられる。一方、熱媒体ポンプ４６の熱媒体吸入部、吐出部には樹脂材料を用いられることが多い。

そのため、熱媒体が流れる経路（熱媒体配管６３→熱媒体ポンプ４６→熱媒体配管６４→給湯用熱交換器４２→熱媒体配管６５）には、樹脂材料と銅材料とが混在し、異なる材料同士の接続部分が存在することになる。この熱媒体ポンプ４６の接続部には、シール材（図示せず）を挟み込んで固定し、熱媒体の漏れが無いようにしている。
しかしながら、給湯用熱交換器４２の冷媒配管は、給湯用圧縮機４１と直接接続されているため、給湯用圧縮機４１の運転時の振動は、冷媒配管を通じて、給湯用熱交換器４２および熱媒体配管に伝わり、シール材による熱媒体ポンプ４６の接続部や給湯用熱交換器４２の接続口などの接続部のゆるみを誘発し、この接続部から水を主成分とする熱媒体の漏れが発生する場合がある。このような熱媒体の漏れは、定常運転時よりも、大きな振動が発生する起動、停止時のほうが、発生する可能性が高い。

また、給湯用熱交換器４２および熱生成ユニット４０の外部から給湯用熱交換器４２に接続する熱媒体配管６３、６４、６５からは、常に水分が発生する可能性がある。すなわち、給湯用熱交換器４２および熱媒体配管６３、６４、６５の内部には、夏場でも１０〜２０℃の低温の熱媒体が流れる場合があり、外気温と熱媒体との温度差により、給湯用熱交換器４２の表面や熱媒体配管６３、６４、６５の表面に結露水が発生することがある。
このような漏れた熱媒体や結露水などの水分は、給湯用熱交換器４２や熱媒体配管６３、６４、６５の表面から直接底板部材５１に落下したり、あるいは、熱媒体配管６３、６４、６５の表面を伝わって、給湯用熱交換器４２や熱媒体ポンプ４６の最下面から底板部材５１に落下する。
この底板部材５１に落下した熱媒体や結露などの水分は、通常であれば、排水口６２を介して外部に排出される。

しかしながら、排水口６２の詰まりなどが原因で、底板部材５１に水分が溜まってしまうことがある。
この場合に、給湯用熱交換器４２は、前述のように比較的腐食に強いため、多少、水分に浸ったとしても問題はないが、カスケード熱交換器４４は、腐食に弱い。そのため、本実施形態においては、カスケード熱交換器４４を、給湯用熱交換器４２の上面に固定し、カスケード熱交換器４４の下端面をケーシング５０の底板部材５１に接触しないように設置することで、カスケード熱交換器４４が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器４４の腐食による不具合を防止することができるものである。
また、本実施形態においては、熱媒体ポンプ４６の下端面は、カスケード熱交換器４４の下端面より低い位置となるように設置されている。このように熱媒体ポンプ４６を設置することにより、熱媒体ポンプ４６と熱媒体配管６３、６４、６５との接続部など熱媒体が漏れる可能性がある位置より、カスケード熱交換器４４の下端面を上方に位置させることができ、カスケード熱交換器４４が漏れた熱媒体などの水分に接触する機会を確実に減少させることができる。

なお、熱媒体配管６３、６４、６５に結露した水分との接触を極力低減させるため、カスケード熱交換器４４は、熱媒体配管６３、６４、６５の下方に配置しないように設置され、できる限り熱媒体配管６３、６４、６５から離れた位置に配置することが好ましい。本実施形態においては、カスケード熱交換器４４は、側面部材に接するように縦長に設置されているので、熱媒体配管６３、６４、６５から一定の距離を隔てて設置されることになる。

次に、室外ユニット１０、室内機３０、熱生成ユニット４０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１０において、室外ガス管開閉弁１９を開、室外吸入管開閉弁２０を閉に設定し、室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４を閉、室内吸入管開閉弁３５を開に設定し、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１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１９を経由して室外熱交換器１６に入り、室外ユニット１０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１８を経由して液管２７に流入し、室内機３０に到達する。

室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁３３で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器３１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３５を経由して吸入管２６に入り、室外ユニット１０に戻る。室外ユニット１０に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１２を経由して、空調用圧縮機１１に戻る。

また、暖房単独運転時は、室外ユニット１０において、室外ガス管開閉弁１９を閉、室外吸入管開閉弁２０を開に設定し、室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４を開、室内吸入管開閉弁３５を閉に設定し、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、室内機３０に到達する。室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁３４を経由して、室内熱交換器３１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３３を経由して液管２７に流入し、室外ユニット１０に戻る。

室外ユニット１０に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁１８で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外熱交換器１６に入り、室外ユニット１０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２０、アキュムレータ１２を経由して空調用圧縮機１１に戻る。

給湯単独運転時は、室外ユニット１０において、室外ガス管開閉弁１９を閉、室外吸入管開閉弁２０を開に設定し、室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４と室内吸入管開閉弁３５をともに閉に設定し、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を開く。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、熱生成ユニット４０に到達する。一方で、熱生成ユニット４０内では、給湯用圧縮機４１が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機４１、給湯用熱交換器４２、給湯用冷媒流量調整弁４３、カスケード熱交換器４４の順で循環する。
熱生成ユニット４０に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器４４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４５を経由して、液管２７に流入し、室外ユニット１０に戻る。

室外ユニット１０に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁１８で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外熱交換器１６に入り、室外ユニット１０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２０、アキュムレータ１２を経由して空調用圧縮機１１に戻る。

一方、カスケード熱交換器４４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４１に入る。給湯用圧縮機４１で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器４２に入り、熱媒体を７０〜９０℃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４３で減圧された後、再びカスケード熱交換器４４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１０において、室外ガス管開閉弁１９と室外吸入管開閉弁２０はともに閉に設定する。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４を閉、室内吸入管開閉弁３５を開に設定し、暖房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４を開、室内吸入管開閉弁３５を閉に設定する。また、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を全閉に設定する。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、暖房を行う室内機３０に到達する。暖房を行う室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁３４を経由して、室内熱交換器３１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３３を経由して液管２７に流入する。

液管２７に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機３０に到達する。冷房を行う室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁３３で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器３１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３５を経由して吸入管２６に入り、室外ユニット１０に戻る。室外ユニット１０に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１２を経由して、空調用圧縮機１１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３０から、冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁２０を閉としたままで室外ガス管開閉弁１９を開として、空調用圧縮機１１が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器１６に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１８と液管２７を経由して、冷房を行う室内機３０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３０から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１９を閉としたままで室外吸入管開閉弁２０を開として、暖房を行う室内機３０から流出した液冷媒を、液管２７経由で室外ユニット１０に戻す。
室外ユニット１０に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１８で減圧した後、室外熱交換器１６にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁２０を経由して、アキュムレータ１２、空調用圧縮機１１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１０において、室外ガス管開閉弁１９と室外吸入管開閉弁２０はともに閉に設定する。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４を閉、室内吸入管開閉弁３５を開に設定し、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を開く。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、熱生成ユニット４０に到達する。一方で、熱生成ユニット４０内では、給湯用圧縮機４１が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機４１、給湯用熱交換器４２、給湯用冷媒流量調整弁４３、カスケード熱交換器４４の順で循環する。
熱生成ユニット４０に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器４４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４５を経由して、液管２７に流入する。

液管２７に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機３０に到達する。冷房を行う室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁３３で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器３１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３５を経由して吸入管２６に入り、室外ユニット１０に戻る。室外ユニット１０に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１２を経由して、空調用圧縮機１１に戻る。

一方、カスケード熱交換器４４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４１に入る。給湯用圧縮機４１で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器４２に入り、熱媒体を７０〜９０℃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４３で減圧された後、再びカスケード熱交換器４４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４０から冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁２０を閉としたままで室外ガス管開閉弁１９を開として、空調用圧縮機１１が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器１６に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１８と液管２７を経由して、冷房を行う室内機３０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４０から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１９を閉としたままで室外吸入管開閉弁２０を開として、暖房を行う室内機３０から流出した液冷媒の一部を、液管２７経由で室外ユニット１０に戻す。
室外ユニット１０に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１８で減圧した後、室外熱交換器１６にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁２０を経由して、アキュムレータ１２、空調用圧縮機１１に戻る。

暖房と給湯の同時運転時は、室外ユニット１０において、室外ガス管開閉弁１９を閉、室外吸入管開閉弁２０を開に設定し、室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４を開、室内吸入管開閉弁３５を閉に設定し、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を開く。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、室内機３０と熱生成ユニット４０に到達する。室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁３４を経由して、室内熱交換器３１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３３を経由して液管２７に流入する。

熱生成ユニット４０に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器４４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４５を経由して、液管２７に流入する。この液冷媒は、暖房を行う室内機３０から流出した液冷媒と合流し、室外ユニット１０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１８で減圧した後、室外熱交換器１６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２０を経由して、アキュムレータ１２、空調用圧縮機１１に戻る。

一方、カスケード熱交換器４４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４１に入る。給湯用圧縮機４１で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器４２に入り、熱媒体を７０〜９０℃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４３で減圧された後、再びカスケード熱交換器４４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１０において、室外ガス管開閉弁１９と室外吸入管開閉弁２０はともに閉に設定する。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４を閉、室内吸入管開閉弁３５を開に設定し、暖房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４を開、室内吸入管開閉弁３５を閉に設定する。また、熱生成ユニット４０において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５を開く。

空調用圧縮機１１で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管２５に流入し、暖房を行う室内機３０と熱生成ユニット４０に到達する。一方で、熱生成ユニット４０内では、給湯用圧縮機４１が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機４１、給湯用熱交換器４２、給湯用冷媒流量調整弁４３、カスケード熱交換器４４の順で循環する。

暖房を行う室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁３４を経由して、室内熱交換器３１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３３を経由して液管２７に流入する。
熱生成ユニット４０に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器４４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４５を経由して、液管２７に流入する。

暖房を行う室内機３０と熱生成ユニット４０から液管２７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３０に到達する。冷房を行う室内機３０に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁３３で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器３１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３５を経由して吸入管２６に入り、室外ユニット１０に戻る。室外ユニット１０に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１２を経由して、空調用圧縮機１１に戻る。

一方、カスケード熱交換器４４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４１に入る。給湯用圧縮機４１で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器４２に入り、熱媒体を７０〜９０℃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４３で減圧された後、再びカスケード熱交換器４４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３０と熱生成ユニット４０から冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁２０を閉としたままで室外ガス管開閉弁１９を開として、空調用圧縮機１１が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器１６に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁１８と液管２７を経由して、冷房を行う室内機３０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３０と熱生成ユニット４０から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機３０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１０の室外熱交換器１６で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁１９を閉としたままで室外吸入管開閉弁２０を開として、暖房を行う室内機３０と熱生成ユニット４０から流出した液冷媒の一部を、液管２７経由で室外ユニット１０に戻す。

室外ユニット１０に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁１８で減圧した後、室外熱交換器１６にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁２０を経由して、アキュムレータ１２、空調用圧縮機１１に戻る。

次に、熱生成ユニット４０における熱媒体の動作について、図２および図３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４１と熱媒体ポンプ４６は稼動する。熱媒体ポンプ４６が稼働中、熱媒体は、上水道などの熱生成ユニット４０外から熱生成ユニット４０内に流入し、熱媒体配管６３を通って熱媒体ポンプ４６に入る。

熱媒体ポンプ４６に流入した熱媒体は、吐出口から熱媒体配管６４に流入し、給湯用熱交換器４２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４２にて、給湯用圧縮機４１が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、７０〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管６５を経由して、熱生成ユニット４０外に送出される。
前述したように、熱媒体が流れる経路（熱媒体配管６３→熱媒体ポンプ４６→熱媒体配管６４→給湯用熱交換器４２→熱媒体配管６５）には、樹脂材料と銅が混在し、異なる材料同士の接続部分が存在する。

本実施形態においては、カスケード熱交換器４４を、給湯用熱交換器４２の上面に固定し、カスケード熱交換器４４の下端面をケーシング５０の底板部材５１に接触しないように設置するようにしているので、給湯用熱交換器４２の接続部から漏れた熱媒体や熱媒体配管６３、６４、６５から結露した水分が発生した場合でも、カスケード熱交換器４４が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器４４の腐食による不具合を防止することができる。

以上述べたように、本実施形態においては、カスケード熱交換器４４の下端面をケーシング５０の底板部材５１に接触しないように、すなわち、カスケード熱交換器４４の下端面を給湯用熱交換器４２の上端面より上方に配置するようにしているので、給湯用熱交換器４２の接続部から漏れた熱媒体や熱媒体配管６３、６４、６５から結露した水分が発生した場合でも、カスケード熱交換器４４が漏れた熱媒体や結露などの水分に接触する機会を確実に減少させることができ、カスケード熱交換器４４の腐食による不具合を防止することができる。その結果、熱生成ユニット４０の耐久性を向上させることができる。
また、給湯用熱交換器４２の上方にカスケード熱交換器４４を配置することにより、従来技術のように両熱交換器の接続配管が互いに向き合うように設置する場合に比べて、熱生成ユニット４０の設置面積を小さくすることができる。

また、カスケード熱交換器４４の下端面を熱媒体ポンプ４６の下端面よりも上方に配置するようにしているので、熱媒体ポンプ４６と熱媒体配管６３、６４、６５との接続部など熱媒体が漏れる可能性がある位置より、カスケード熱交換器４４の下端面を上方に位置させることができ、カスケード熱交換器４４が漏れた熱媒体などの水分に接触する機会を確実に減少させることができる。
また、排水口６２を、鉛直上方から見て給湯用熱交換器４２および熱媒体ポンプ４６により底板部材５１に形成される投影領域の一部または全部と重なる位置に形成しているので、給湯用熱交換器４２および熱媒体ポンプ４６の接続部から落下する熱媒体や結露などの水分を速やかに排水口６２から外部に排出することができ、給湯用圧縮機４１や固定部材６７などを濡らしてしまうことを確実に防止することができる。

さらに、カスケード熱交換器４４を熱媒体配管６３、６４、６５から一定の距離を隔てて配置するようにしているので、カスケード熱交換器４４と熱媒体配管６３、６４、６５に結露した水分との接触を極力低減させることができる。
また、給湯用熱交換器４２を二重管式熱交換器とすることで、腐食に強い給湯用熱交換器４２となり、漏れた熱媒体や結露水などによる弊害を防止することができる。さらに、カスケード熱交換器４４をプレート式熱交換器とすることで、効率のよい熱交換を行うことができる。

なお、前記実施形態においては、カスケード熱交換器４４として、プレート式熱交換器を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、二重管式熱交換器を適用するようにしてもよい。
また、本発明は、前記実施形態のものに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

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、耐久性の高い熱生成ユニット４０として好適に利用することができる。

１０ 室外ユニット
１１ 空調用圧縮機
１６ 室外熱交換器
３０ 室内機
３１ 室内熱交換器
４０ 熱生成ユニット
４１ 給湯用圧縮機
４２ 給湯用熱交換器
４３ 給湯用冷媒流量調整弁
４４ カスケード熱交換器
４５ 熱生成ユニット冷媒流量調整弁
４６ 熱媒体ポンプ
５０ ケーシング
５１ 底板部材
５２，５３ 側板部材
６１ 防振材
６２ 排水口
６３，６４，６５ 熱媒体配管

Claims (6)

1. 給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、前記給湯用冷媒と熱媒体ポンプにより送られる給湯用熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器と、をケーシングに収容してなる熱生成ユニットにおいて、
   前記給湯用熱交換器は、前記ケーシングの底板部材に設置され、
   前記カスケード熱交換器の下端面は、前記ケーシングの底板部材に接触しないように設置され、
   前記ケーシングは、前記熱媒体を送出する熱媒体ポンプを収容しており、
   前記カスケード熱交換器の下端面は、前記熱媒体ポンプの下端面よりも上方に配置されていることを特徴とする熱生成ユニット。
2. 前記カスケード熱交換器の下端面は、前記給湯用熱交換器の上端面より上方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱生成ユニット。
3. 前記ケーシングの前記底板部材に、排水口を形成し、
   前記排水口は、鉛直上方から見て前記給湯用熱交換器および前記熱媒体ポンプにより前記底板部材に形成される投影領域の一部または全部と重なる位置に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱生成ユニット。
4. 前記カスケード熱交換器は、熱媒体を流す熱媒体配管から一定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱生成ユニット。
5. 前記給湯用熱交換器は、二重管式熱交換器であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱生成ユニット。
6. 前記カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱生成ユニット。

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