(57)【要約】【課題】可燃性、あるいは毒性のある冷媒を使用する場合、室内容積あたりに許容される冷媒充填量が制限される場合があるが、特許文献１には冷媒充填量の制限に関しては記載がない。【解決手段】冷媒サイクルシステム１００は、第１冷媒回路１と、第２冷媒回路２と、を備える。第１冷媒回路１は、第１熱交換器１１と、第１圧縮機１２と、第１カスケード熱交換器２１と、を有す。第２冷媒回路２は、第１カスケード熱交換器２１と、第２圧縮機２２と、第２熱交換器３１Ａ，３１Ｂと、を有す。第１熱交換器１１と、第１圧縮機１２とは、第１ユニット１０に収容される。第１カスケード熱交換器２１と、第２圧縮機２２とは、第２ユニット２０に収容される。第２熱交換器３１Ａ，３１Ｂは、第３ユニット３０に収容される。第１ユニット１０と、第２ユニット２０と、第３ユニット３０とは、互いに離れて配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮式冷凍サイクルである第１冷媒回路（１，２０１）と、
蒸気圧縮式冷凍サイクルである第２冷媒回路（２）と、
を備え、
前記第１冷媒回路（１，２０１）は、第１熱交換器（１１，２１１）と、第１圧縮機（１２）と、第１カスケード熱交換器（２１，２２１）と、を有し、
前記第２冷媒回路（２）は、第１カスケード熱交換器（２１，２２１）と、第２圧縮機（２２）と、第２熱交換器（３１Ａ，３１Ｂ）と、を有し、
前記第１熱交換器（１１，２１１）と、前記第１圧縮機（１２）とは、第１ユニット（１０，２１０）に収容され、
前記第１カスケード熱交換器（２１，２２１）と、前記第２圧縮機（２２）とは、第２ユニット（２０，２２０）に収容され、
前記第２熱交換器（３１Ａ，３１Ｂ）は、第３ユニット（３０Ａ，３０Ｂ）に収容され、
前記第１ユニット（１０，２１０）と、前記第２ユニット（２０，２２０）と、前記第３ユニット（３０Ａ，３０Ｂ）とは、互いに離れて配置され、
前記第１カスケード熱交換器（２１，２２１）は、前記第１冷媒回路（１，２０１）を流れる第１冷媒と、前記第２冷媒回路（２）を流れる第２冷媒と、の間で熱交換を行う、
冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項２】
第２カスケード熱交換器（４１，２４１）と、第３圧縮機（４２）と、第３熱交換器（５１Ａ，５１Ｂ）と、第４ユニット（４０，２４０）と、第５ユニット（５０Ａ，５０Ｂ）と、
をさらに備え、
前記第２カスケード熱交換器（４１，２４１）と、前記第３圧縮機（４２）と、前記第３熱交換器（５１Ａ，５１Ｂ）と、が接続されて第３冷媒回路（３）を構成し、
前記第２カスケード熱交換器（４１，２４１）と、前記第３圧縮機（４２）とは、前記第４ユニット（４０，２４０）に収容され、
前記第３熱交換器（５１Ａ，５１Ｂ）は、前記第５ユニット（５０Ａ，５０Ｂ）に収容され、
前記第１ユニット（１０，２１０）、前記第４ユニット（４０，２４０）、前記第５ユニット（５０Ａ，５０Ｂ）は、互いに離れて配置され、
前記第２カスケード熱交換器（４１，２４１）は、前記第１冷媒と、前記第３冷媒回路（３）を流れる第３冷媒と、の間で熱交換を行わせる、
請求項１に記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項３】
前記第１ユニット（１０，２１０）と、前記第２ユニット（２０，２２０）と、の間に、前記第１冷媒の流路を切り換えるための第１冷媒流路切換ユニット（６０，２６０）、をさらに備える、
請求項２に記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項４】
前記第２ユニット（２０，２２０）と、前記第３ユニット（３０Ａ，３０Ｂ）と、の間に、前記第２冷媒の流路を切り換えるための第２冷媒流路切換ユニット（７０Ａ，７０Ｂ）、をさらに備える、
請求項１から３のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項５】
前記第２冷媒回路（２）を流れる前記第２冷媒は、燃焼性、又は、毒性を含む、
請求項１から４のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項６】
前記第１冷媒及び前記第２冷媒は、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒のいずれか１つ、あるいは、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒、ＣＦ３Ｉ、のうちのいずれか２つ以上を含む混合冷媒である、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項７】
前記第１冷媒は、Ｒ３２である、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項８】
前記第１冷媒、及び、前記第２冷媒は、Ｒ３２である、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項９】
前記第２ユニット（２０，２２０）に収容される前記第２圧縮機（２２）は、横置き型である、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項１０】
前記第２冷媒回路（２）は、膨張機構（３２Ａ，３２Ｂ）を有し、
前記膨張機構（３２Ａ，３２Ｂ）に流れ込む前記第２冷媒は気液２相状態である、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（１００，２００）。
【請求項１１】
前記第１冷媒回路（２０１）は、利用側熱交換器として使用される第４熱交換器（２１１Ａ）と、
前記第４熱交換器（２１１Ａ）を収容する第６ユニット（２１０Ａ）と、
をさらに備える、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷媒サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０１８−１９４２６０号公報）のように、１台の熱源側熱交換器に対して複数の利用側熱交換器を接続した空気調和装置等の冷凍装置がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
可燃性、あるいは毒性のある冷媒を使用する場合、室内容積あたりに許容される冷媒充填量が制限される場合があるが、特許文献１には冷媒充填量の制限に関しては記載がない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１観点の冷媒サイクルシステムは、第１冷媒回路と、第２冷媒回路と、を備える。第１冷媒回路は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第２冷媒回路は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第１冷媒回路は、第１熱交換器と、第１圧縮機と、第１カスケード熱交換器と、を有す。第２冷媒回路は、第１カスケード熱交換器と、第２圧縮機と、第２熱交換器と、を有す。第１熱交換器と、第１圧縮機とは、第１ユニットに収容される。第１カスケード熱交換器と、第２圧縮機とは、第２ユニットに収容される。第２熱交換器は、第３ユニットに収容される。第１ユニットと、第２ユニットと、第３ユニットとは、互いに離れて配置される。第１カスケード熱交換器は、第１冷媒回路を流れる第１冷媒と、第２冷媒回路を流れる第２冷媒と、の間で熱交換を行う。
【０００５】
この構成によると、室内容積に対する冷媒充填量を低減することが可能であり、冷媒充填量が制限を越えることを抑制する。
【０００６】
第２観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点のシステムであって、第２カスケード熱交換器と、第３圧縮機と、第３熱交換器と、第４ユニットと、第５ユニットと、をさらに備える。第３冷媒回路は、第２カスケード熱交換器と、第３圧縮機と、第３熱交換器と、が接続されて構成される。第２カスケード熱交換器と第３圧縮機とは、第４ユニットに収容される。第３熱交換器は、第５ユニットに収容される。第１ユニットと第４ユニットと第５ユニットとは、互いに離れて配置される。第２カスケード熱交換器は、第１冷媒と、第３冷媒回路を流れる第３冷媒と、の間で熱交換を行わせる。
【０００７】
これによって、１台の熱源側熱交換器に対してより多くの利用側熱交換器を接続することが可能である。
【０００８】
第３観点の冷媒サイクルシステムは、第２観点のシステムであって、第１ユニットと、第２ユニットと、の間に、第１冷媒の流路を切り換えるための第１冷媒流路切換ユニット、をさらに備える。
【０００９】
これによって、第１冷媒の流れに自由度をもたせ、冷暖房混在運転に寄与することができる。
【００１０】
第４観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第３観点のいずれかのシステムであって、第２ユニットと、第３ユニットと、の間に、第２冷媒の流路を切り換えるための第２冷媒流路切換ユニット、をさらに備える。
【００１１】
これによって、第２冷媒の流れに自由度をもたせ、冷暖房混在運転に寄与することができる。
【００１２】
第５観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第４観点のいずれかのシステムであって、第２冷媒回路を流れる第２冷媒は、燃焼性、又は、毒性を含む。
【００１３】
本開示に示す冷媒サイクルシステムの構成は、各冷媒回路を流れる冷媒の量を少なくするため、燃焼性、又は、毒性を含む冷媒を使用する場合であっても、より安全を確保することが可能である。
【００１４】
第６観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第５観点のいずれかのシステムであって、第１冷媒及び第２冷媒は、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒のいずれか１つである。あるいは、第１冷媒及び第２冷媒は、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒、ＣＦ３Ｉ、のうちのいずれか２つ以上を含む混合冷媒である。
【００１５】
第７観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第６観点のいずれかのシステムであって、第１冷媒は、Ｒ３２である。
【００１６】
第８観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第７観点のいずれかのシステムであって、第１冷媒、及び、第２冷媒は、Ｒ３２である。
【００１７】
これによって、既存の冷媒サイクルシステムを流用することが可能である。
【００１８】
第９観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第８観点のいずれかのシステムであって、第２ユニットに収容される第２圧縮機は、横置き型である。
【００１９】
横置き型の第２圧縮機は、天井裏等の高さが低い空間に設置するのに好ましい。
【００２０】
第１０観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第９観点のいずれかのシステムであって、第２冷媒回路は、膨張機構を有し、膨張機構に流れ込む第２冷媒は気液２相状態である。
【００２１】
これによって、第２冷媒回路を流れる第２冷媒の量を少なくすることができる。
【００２２】
第１１観点の冷媒サイクルシステムは、第１観点から第１０観点のいずれかのシステムであって、第１冷媒回路は、第４熱交換器と、第６ユニットと、をさらに備える。第４熱交換器は、利用側熱交換器として使用される。第６ユニットは、第４熱交換器を収容する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】空気調和装置の冷媒回路を示す図である。
【図２】制御部の概略を示す図である。
【図３】第１ユニットの冷媒回路を示す図である。
【図４Ａ】第２ユニットおよび第１分岐ユニットの冷媒回路を示す図である。
【図４Ｂ】第４ユニットおよび第３分岐ユニットの冷媒回路を示す図である。
【図５Ａ】第３ユニットおよび第２分岐ユニットの冷媒回路を示す図である。
【図５Ｂ】第５ユニットおよび第４分岐ユニットの冷媒回路を示す図である。
【図６】変形例における第１冷媒回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（１）空気調和装置の構成
図１は、空気調和装置１００の冷媒回路を示す図である。冷媒サイクルシステムの一実施形態としての空気調和装置１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである第１冷媒回路１と、第２冷媒回路２と、第３冷媒回路３と、によって、ビル等の建物内の冷房や暖房を行う。
【００２５】
空気調和装置１００は、主として、第１ユニット１０と、第２ユニット２０と、複数（ここでは２台）の第３ユニット３０Ａ，３０Ｂと、第４ユニット４０と、複数（ここでは２台）の第５ユニット５０Ａ，５０Ｂと、第１分岐ユニット６０と、複数（ここでは２台）の第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂと、第３分岐ユニット８０と、複数（ここでは２台）の第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂと、冷媒連絡管と、を備える。
【００２６】
第１冷媒回路１は、熱源側ユニットである第１ユニット１０と、カスケードユニットである第２ユニット２０と、第１分岐ユニット６０と、カスケードユニットである第３ユニット３０と、第３分岐ユニット８０と、冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃ（図３，４Ａ，４Ｂ参照）と、が接続されることによって構成されている。
【００２７】
第２冷媒回路２は、第２ユニット２０と、利用側ユニットである第３ユニット３０Ａ，３０Ｂと、第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂと、冷媒連絡管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ（図４Ａ，５Ａ参照）と、が接続されることによって構成されている。空気調和装置１００の第２冷媒回路２は、利用側ユニットごとに冷暖房を選択する冷暖房混在運転が可能となるように構成されている。
【００２８】
第３冷媒回路３は、第４ユニット４０と、利用側ユニットである第５ユニット５０Ａ，５０Ｂと、第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂと、冷媒連絡管３Ａ，３Ｂ，３Ｃ（図４Ｂ，５Ｂ参照）と、が接続されることによって構成されている。空気調和装置１００の第３冷媒回路３は、利用側ユニットごとに冷暖房を選択する冷暖房混在運転が可能となるように構成されている。
【００２９】
第１冷媒回路１と、第２冷媒回路２と、第３冷媒回路３には、それぞれ、第１冷媒、第２冷媒、第３冷媒としてＲ３２が充填されている。
【００３０】
また、空気調和装置１００は、図２に示す制御部１０１を有している。制御部１０１は、例えば第１ユニット１０に配置されるがこれに限定されない。制御部１０１は、第１ユニット１０に配置された第１制御部１９と、第２ユニット２０に配置された第２制御部２９と、第３ユニット３０に配置された第３制御部３９と、第４ユニット４０に配置された第４制御部４９と、第５ユニット５０に配置された第５制御部５９と、第１分岐ユニット６０に配置された第１分岐制御部６９と、第２分岐ユニット７０に配置された第２分岐制御部７９と、第３分岐ユニット８０に配置された第３分岐制御部８９と、第４分岐ユニット９０に配置された第４分岐制御部９９と、を含む。
【００３１】
各制御部１０１，１９，２９，３９，４９，５９，６９，７９，８９，９９は、マイクロコンピュータやメモリ等の電装品が実装された制御基板を含んでおり、制御部１０１は、各ユニット１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０に配置された各制御部１９，２９，３９，４９，５９，６９，７９，８９，９９を介して空気調和装置１００全体の制御を行う。例えば、制御部１０１は、各ユニット１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０に配置された各制御部１９，２９，３９，４９，５９，６９，７９，８９，９９を介して、各ユニット１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０に設けられたセンサの検知した値を受けとる。また、例えば、制御部１０１は、各ユニット１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０に含まれる構成に対して制御信号等を送ることが可能である。
【００３２】
（２）各ユニットの詳細構成
（２―１）第１ユニット
図３は、第１ユニット１０の各構成を示す。熱源側ユニットである第１ユニット１０は、ビル等の屋上あるいはビル等の周囲に設置されており、冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、第１分岐ユニット６０および第３分岐ユニット８０と、を介して、第２ユニット２０および第４ユニット４０に接続され、第１冷媒回路１（図１参照）の一部を構成している。
【００３３】
第１ユニット１０は、主として、熱源側熱交換器１１と、圧縮機１２と、膨張弁１３と、切換機構を構成する２つの四路切換弁１４，１５と、ファン１６とを有している。
【００３４】
熱源側熱交換器１１は、第１冷媒と室外空気（外気）との熱交換を行うことで第１冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。
【００３５】
圧縮機１２は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮機であり、第１冷媒を吸入し、吸入した第１冷媒を圧縮して吐出する。
【００３６】
膨張弁１３は、第１冷媒の減圧や第１冷媒の流量の調整等を行う電動膨張弁である。膨張弁１３は、第１制御部１９を介して図２に示す制御部１０１によって弁の開度を制御されている。
【００３７】
四路切換弁１４は、熱源側熱交換器１１を第１冷媒の放熱器として機能させる熱源側放熱状態と、熱源側熱交換器１１を第１冷媒の蒸発器として機能させる熱源側蒸発状態とを切り換え可能な電動弁である。四路切換弁１４の第１ポート１４ａは圧縮機１２の吐出側に接続されており、第２ポート１４ｂは熱源側熱交換器１１のガス側に接続されており、第３ポート１４ｃは四路切換弁１５の第３ポート１５ｃと接続されており、第４ポート１４ｄは冷媒連絡管１Ｂと接続されている。四路切換弁１４は、第１ポート１４ａと第２ポート１４ｂとを接続するとともに第３ポート１４ｃと第４ポート１４ｄとを接続する状態（熱源側放熱状態）と、第２ポート１４ｂと第３ポート１４ｃとを接続するとともに第１ポート１４ａと第４ポート１４ｄとを接続する状態（熱源側蒸発状態）との切り換えを行うことが可能である。
【００３８】
四路切換弁１５は、圧縮機１２の吐出側を冷媒連絡管１Ｃと連通させる状態と、圧縮機１２の吐出側を四路切換弁１４の第３ポート１４ｃと連通させる状態とを切り換え可能な電動弁である。四路切換弁１５の第１ポート１５ａは冷媒連絡管１Ｃに接続されており、第２ポート１５ｂは圧縮機１２の吐出側に接続されており、第３ポート１５ｃは四路切換弁１４の第３ポート１５ｃに接続されており、第４ポート１５ｄは圧縮機１２の吸入側に接続されている。
【００３９】
なお、２つの四路切換弁１４，１５から構成されている切換機構は、四路切換弁によって構成される機構に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様の第１冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
【００４０】
（２−２）第２ユニット
図４Ａは、第２ユニット２０の各構成を示す。第１カスケードユニットである第２ユニット２０は、ビル等において各階の天井裏等に設置されている。第２ユニット２０の一方は冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃおよび第１分岐ユニット６０を介して、第１ユニット１０に接続され、第２ユニット２０の他方は、冷媒連絡管２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂを介して、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂに接続される。
【００４１】
第２ユニット２０は、主として、第１カスケード熱交換器２１と、圧縮機２２と、第１冷媒回路１側の膨張弁２３と、第２冷媒回路２側の膨張弁２４と、切換機構を構成する２つの四路切換弁２５，２６と、を有している。
【００４２】
第１カスケード熱交換器２１は、第１冷媒回路１を流れる第１冷媒と、第２冷媒回路２を流れる第２冷媒との熱交換を行うことで、放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。第１カスケード熱交換器２１は、第１冷媒回路１において放熱器として機能しているとき、第２冷媒回路２においては蒸発器として機能する。また、第１カスケード熱交換器２１は、第１冷媒回路１において蒸発器として機能しているとき、第２冷媒回路２においては放熱器として機能する。
【００４３】
圧縮機２２は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮機であり、第２冷媒を吸入し、この吸入された第２冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機２２は、横型ケーシングの内部に圧縮要素を配置した、横置き型の圧縮機である。横置き型の圧縮機とは、高さ、奥行き、幅のうち、奥行きまたは幅の長さが最も大きい圧縮機と定義される。
【００４４】
膨張弁２３は、第１冷媒の減圧や第１冷媒の流量の調整等を行う電動膨張弁である。膨張弁２３は、第１制御部１９を介して制御部１０１によって弁の開度を制御されている。
【００４５】
膨張弁２４は、第２冷媒の減圧や第２冷媒の流量の調整等を行う電動膨張弁である。膨張弁２４は、第２制御部２９を介して制御部１０１によって弁の開度を制御されている。空気調和装置１００では、後述する冷房運転モードにおいて、膨張弁２４によって気液二相状態の第２冷媒を冷媒連絡管２Ａに流して第３ユニット３０Ａ，３０Ｂに送る冷媒の二相搬送を行う。
【００４６】
四路切換弁２５は、第１カスケード熱交換器２１を第１冷媒の蒸発器として機能させる熱源側放熱状態と、第１カスケード熱交換器２１を第１冷媒の放熱器として機能させる熱源側蒸発状態とを切り換え可能な電動弁である。四路切換弁２５の第１ポート２５ａは圧縮機２２の吐出側に接続されており、第２ポート２５ｂは第１カスケード熱交換器２１のガス側に接続されており、第３ポート２５ｃは四路切換弁２６の第３ポート２６ｃと接続されており、第４ポート２５ｄは冷媒連絡管２Ｂと接続されている。四路切換弁２５は、第１ポート２５ａと第２ポート５ｂとを接続するとともに第３ポート２５ｃと第４ポート２５ｄとを接続する状態（熱源側放熱状態）と、第２ポート２５ｂと第３ポート２５ｃとを接続するとともに第１ポート２５ａと第４ポート２５ｄとを接続する状態（熱源側蒸発状態）との切り換えを行うことが可能である。
【００４７】
四路切換弁２６は、圧縮機２２の吐出側を冷媒連絡管２Ｃと連通させる状態と、圧縮機２２の吐出側を四路切換弁２５の第３ポート２５ｃと連通させる状態とを切り換え可能な電動弁である。四路切換弁２６の第１ポート２６ａは冷媒連絡管２Ｃに接続されており、第２ポート２６ｂは圧縮機２２の吐出側に接続されており、第３ポート２６ｃは四路切換弁２５の第３ポート２５ｃに接続されており、第４ポート２６ｄは圧縮機２２の吸入側に接続されている。
【００４８】
（２−３）第１分岐ユニット
第１分岐ユニット６０は、例えば、第２ユニット２０の近傍に設置される。第１分岐ユニット６０は、冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃとともに、第２ユニット２０と第１ユニットとの間に介在しており、第１冷媒回路１の一部を構成している。
【００４９】
第１分岐ユニット６０は、主として、分岐ユニット切換弁６１を含む第１分岐路と、分岐ユニット切換弁６２を含む第２の分岐路とを有している。分岐ユニット切換弁６１は、冷媒連絡管１Ｂと第１カスケード熱交換器２１との間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。分岐ユニット切換弁６２は、冷媒連絡管１Ｃと第１カスケード熱交換器２１との間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。
【００５０】
（２−４）第４ユニット
図４Ｂは、第４ユニット４０の各構成を示す。カスケードユニットである第４ユニット４０は、ビル等において各階の天井裏等に設置される。第４ユニット４０の一方は冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃおよび第３分岐ユニット８０を介して、第１ユニット１０に接続され、第４ユニット４０の他方は、冷媒連絡管３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび第４分岐ユニット９０を介して、第５ユニット５０に接続される。
【００５１】
第４ユニット４０は、主として、第２カスケード熱交換器４１と、圧縮機４２と、第１冷媒回路１側の膨張弁４３と、第３冷媒回路３側の膨張弁４４と、切換機構を構成する２つの四路切換弁４５，４６と、を有している。本実施形態において第４ユニット４０が有す各構成は、第２ユニットが有す各構成と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
（２−５）第３分岐ユニット
第３分岐ユニット８０は、例えば、ビル等において各階の天井裏等の第４ユニット４０の近傍に設置される。第３分岐ユニット８０は、冷媒連絡管１Ａ，１Ｂ，１Ｃとともに、第４ユニット４０と第１ユニットとの間に介在しており、第１冷媒回路１の一部を構成している。
【００５３】
第３分岐ユニット８０は、主として、分岐ユニット切換弁８１を含む第１分岐路と、分岐ユニット切換弁８２を含む第２分岐路とを有している。本実施形態におい第３分岐ユニット８０が有す各構成は、第１分岐ユニット６０が有す各構成と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
（２−６）第３ユニット
図５Ａは、第３ユニット３０の各構成を示す。利用側ユニットである複数の第３ユニット３０Ａ，３０Ｂは、ビル等において各部屋等の天井に、埋め込みや吊り下げ等により設置されるか、あるいは、壁面に壁掛け等により設置される。第３ユニット３０Ａ，３０Ｂは、冷媒連絡管２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂを介して第２ユニット２０に接続されており、第２冷媒回路２の一部を構成している。
【００５５】
次に、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂの構成について説明する。第３ユニット３０Ａは、利用側熱交換器３１Ａと、膨張弁３２Ａとを有している。第３ユニット３０Ｂは、利用側熱交換器３１Ｂと、膨張弁３２Ｂとを有している。利用側熱交換器３１Ａ，３１Ｂは、第２冷媒と室内空気との熱交換を行うことで室内の空調負荷（熱負荷）を処理する熱交換器である。膨張弁３２Ａ，３２Ｂは、第３制御部３９を介して制御部１０１によって弁の開度を制御されている。
【００５６】
（２−７）第２分岐ユニット
第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂは、例えば、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂの近傍に設置されている。第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂは、冷媒連絡管２Ａ，２Ｂ，２Ｃとともに、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂと第２ユニット２０との間に介在しており、第２冷媒回路２の一部を構成している。第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂは、２台の利用側ユニットである第３ユニット３０Ａ，３０Ｂに対して１つずつ設置されていてもよいし、冷房／暖房の切り換えタイミングが同じである複数の利用側ユニットが１つの分岐ユニットに接続されていてもよい。
【００５７】
第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂは、主として、分岐ユニット切換弁７１Ａ，７１Ｂを含む第１分岐路と、分岐ユニット切換弁７２Ａ，７２Ｂを含む第２分岐路とを有している。分岐ユニット切換弁７１Ａ，７１Ｂは、冷媒連絡管２Ｂと利用側熱交換器３１Ａ，３１Ｂとの間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。分岐ユニット切換弁７２Ａ，７２Ｂは、冷媒連絡管２Ｃと利用側熱交換器３１Ａ，３１Ｂとの間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。
【００５８】
（２−８）第５ユニット
利用側ユニットである複数の第５ユニット５０Ａ，５０Ｂは、ビル等において各部屋等の天井に、埋め込みや吊り下げ等により設置されるか、あるいは、壁面に壁掛け等により設置される。第５ユニット５０Ａ，５０Ｂは、冷媒連絡管３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂを介して第４ユニット４０に接続されており、第３冷媒回路３の一部を構成している。
【００５９】
第５ユニット５０Ａは、利用側熱交換器５１Ａと、膨張弁５２Ａとを有している。第５ユニット５０Ｂは、利用側熱交換器５１Ｂと、膨張弁５２Ｂとを有している。なお、本実施形態において第５ユニット５０Ａ，５０Ｂが有す各構成は、第３ユニット３０が有す各構成と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
（２−９）第４分岐ユニット
第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂは、例えば、第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの近傍に設置される。第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂは、冷媒連絡管３Ａ，３Ｂ，３Ｃとともに、第５ユニット５０Ａ，５０Ｂと第４ユニット４０との間に介在しており、第３冷媒回路３の一部を構成している。
【００６１】
第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂは、主として、分岐ユニット切換弁９１Ａ，９１Ｂを含む第１分岐路と、分岐ユニット切換弁９２Ａ，９２Ｂを含む第２分岐路とを有している。なお、本実施形態において第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂが有す各構成は、第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂが有す各構成と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
（３）空気調和機の動作
本実施形態に係る空気調和機の運転モードとして、利用ユニットである第３ユニット３０Ａ，３０Ｂおよび第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの全てを冷房する冷房運転モードと、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂおよび第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの全てを暖房する暖房運転モード６０ｂと、における各構成の動作について説明する。なお、空気調和装置１００は、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂおよび第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの一部のユニットで冷房運転をしつつ残りの一部あるいは全部のユニットで暖房運転する冷暖房混在運転モードで運転を行う事が可能である。以下、空気調和装置１００の２つの運転モードにおける動作について説明する。
【００６３】
（３−１）冷房運転モード
利用側ユニットである第３ユニット３０Ａ，３０Ｂおよび第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの全てを冷房する冷房運転モードについて説明する。まず、第１冷媒回路１では、熱源側熱交換器１１は第１冷媒の放熱器として機能する。膨張弁１３は、冷媒を極力減圧しないように（例えば、全開状態になるように）開度調節される。第１冷媒は、膨張弁１３を通過し、第１分岐ユニット６０または第３分岐ユニット８０を介して、第２ユニット２０および第４ユニット４０へ流れる。
【００６４】
第１分岐ユニット６０においては、分岐ユニット切換弁６１を閉めるとともに、分岐ユニット切換弁６２を開けて、第１冷媒回路１において第１カスケード熱交換器２１を第１冷媒の蒸発器として機能させる。第１カスケード熱交換器２１で蒸発した第１冷媒は、冷媒連絡管１Ｃおよび四路切換弁１５を通って、圧縮機１２に吸入される。なお、膨張弁２３は、第１カスケード熱交換器２１の冷房負荷に応じて開度調節される。
【００６５】
第３分岐ユニット８０においては、分岐ユニット切換弁８１を閉めるとともに、分岐ユニット切換弁８２を開けて、第１冷媒回路１において第２カスケード熱交換器４１を第１冷媒の蒸発器として機能させる。第２カスケード熱交換器４１で蒸発した第１冷媒は、冷媒連絡管１Ｃおよび四路切換弁１５を通って、圧縮機１２に吸入される。なお、膨張弁４３は、第２カスケード熱交換器４１の冷房負荷に応じて開度調節される。
【００６６】
また、第２冷媒回路２においては、第１カスケード熱交換器２１は第２冷媒の放熱器として機能し、膨張弁２４は、第２冷媒を極力減圧しないように（例えば、全開状態になるように）開度調節される。第２冷媒は、膨張弁２４を通過し、第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂを介して、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂへ流れる。
【００６７】
第２分岐ユニット７０Ａにおいて、分岐ユニット切換弁７１Ａを閉めるとともに、分岐ユニット切換弁７２Ａを開けて、第２冷媒回路２において利用側熱交換器７１Ａを第２冷媒の蒸発器として機能させる。利用側熱交換器７１Ａで蒸発した第１冷媒は、冷媒連絡管２Ｃおよび四路切換弁２６を通って、圧縮機２２に吸入される。なお、膨張弁３２Ａは、利用側熱交換器７１Ａの冷房負荷に応じて開度調節される。
【００６８】
第２分岐ユニット７０Ｂにおいて、分岐ユニット切換弁７１Ｂを閉めるとともに、分岐ユニット切換弁７２Ｂを開けて、第２冷媒回路２において利用側熱交換器３１Ｂを第２冷媒の蒸発器として機能させる。利用側熱交換器７１Ｂで蒸発した第１冷媒は、冷媒連絡管２Ｃおよび四路切換弁２６を通って、圧縮機２２に吸入される。なお、膨張弁３２Ｂは、利用側熱交換器３１Ｂの冷房負荷に応じて開度調節される。
【００６９】
第３冷媒回路３では、第２冷媒回路２と同様の動作で第３冷媒が循環する。ここでは説明を省略する。
【００７０】
（３−２）暖房運転モード
第３ユニット３０Ａ，３０Ｂおよび第５ユニット５０Ａ，５０Ｂの全てを暖房する暖房運転モードにおいて、第１冷媒回路１では、圧縮機１２から吐出された第１冷媒は、四路切換弁１４から冷媒連絡管１Ｂへと流れ、第１分岐ユニット６０または第３分岐ユニット８０から第２ユニット２０および第４ユニット４０へと流れ込む。
【００７１】
第１分岐ユニット６０において、分岐ユニット切換弁６１を開けるとともに、分岐ユニット切換弁６２を閉めて、第１カスケード熱交換器２１を第１冷媒の放熱器として機能させる。第１カスケード熱交換器２１にて凝縮した第１冷媒は、膨張弁１３を経て熱源側熱交換器１１に流れ、そこで蒸発した第１冷媒は第１および四路切換弁１４，１５を経て圧縮機１２に吸入される。膨張弁１３は、第１冷媒を減圧するように開度調節されている。膨張弁２３は、第１カスケード熱交換器２１の暖房負荷に応じて開度調節される。
【００７２】
第３分岐ユニット８０において、分岐ユニット切換弁８１を開けるとともに、分岐ユニット切換弁８２を閉めて、第２カスケード熱交換器４１を第１冷媒の放熱器として機能させる。第２カスケード熱交換器４１にて凝縮した第２冷媒は、膨張弁１３を経て熱源側熱交換器１１に流れ、そこで蒸発した第１冷媒は第１および四路切換弁１４，１５を経て圧縮機１２に吸入される。膨張弁４３は、第２カスケード熱交換器４１の暖房負荷に応じて開度調節される。
【００７３】
第２冷媒回路では、圧縮機２２から吐出された第２冷媒は、四路切換弁２５から冷媒連絡管２Ｂへと流れ、第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂから第３ユニット３０Ａ，３０Ｂへと流れ込む。
【００７４】
第２分岐ユニット７０Ａにおいて、分岐ユニット切換弁７１Ａを開けるとともに、分岐ユニット切換弁７２Ａを閉めて、利用側熱交換器３１Ａを第２冷媒の放熱器として機能させる。利用側熱交換器３１Ａにて凝縮した第２冷媒は、膨張弁３２Ａを経て第１カスケード熱交換器２１に流れ、そこで蒸発した第２冷媒は第１および四路切換弁２５，２６を経て圧縮機２２に吸入される。膨張弁２４は、第２冷媒を減圧するように開度調節されている。膨張弁３２Ａは、利用側熱交換器３１Ａの暖房負荷に応じて開度調節される。
【００７５】
分岐ユニット７０Ｂにおいて、分岐ユニット切換弁７１Ｂを開けるとともに、分岐ユニット切換弁７２Ｂを閉めて、利用側熱交換器３１Ｂを第２冷媒の放熱器として機能させる。利用側熱交換器３１Ｂにて凝縮した第２冷媒は、膨張弁３２Ｂを経て第１カスケード熱交換器２１に流れ、そこで蒸発した第２冷媒は第１および四路切換弁２５，２６を経て圧縮機２２に吸入される。膨張弁２４は、第２冷媒を減圧するように開度調節されている。膨張弁３２Ｂは、利用側熱交換器３１Ｂの暖房負荷に応じて開度調節される。
【００７６】
第３冷媒回路３では、第２冷媒回路２と同様の動作で第３冷媒が循環する。ここでは説明を省略する。
【００７７】
（４）特徴
（４―１）
本実施形態における冷媒サイクルシステムとしての空気調和装置１００は、第１冷媒回路１と、第２冷媒回路２と、を備える。第１冷媒回路１は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第２冷媒回路２は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第１冷媒回路１は、第１熱交換器としての熱源側熱交換器１１と、第１圧縮機としての圧縮機１２と、第１カスケード熱交換器２１と、を有す。第２冷媒回路２は、第１カスケード熱交換器２１と、第２圧縮機としての圧縮機２２と、第２熱交換器としての利用側熱交換器３１Ａ，３１Ｂと、を有す。熱源側熱交換器１１と、圧縮機１２とは、第１ユニット１０に収容される。第１カスケード熱交換器２１と、圧縮機２２とは、第２ユニット２０に収容される。利用側熱交換器３１Ａ，３１Ｂは、第３ユニット３０に収容される。第１ユニット１０と、第２ユニット２０と、第３ユニット３０とは、互いに離れて配置される。第１カスケード熱交換器２１は、第１冷媒回路１を流れる第１冷媒と、第２冷媒回路２を流れる第２冷媒と、の間で熱交換を行う。
【００７８】
従来、冷媒サイクルシステムに使用する冷媒として、可燃性、又は毒性のある冷媒が使用されることがある。このような冷媒を使用する場合、ビル等の建物において各部屋等の容積あたりの許容冷媒量が制限される。容積あたりの許容冷媒量が制限された量を上回った場合、安全確保のための冷媒漏洩検知センサや、冷媒配管の遮断弁等を設置する必要があり、冷媒サイクルシステムの機器コスト、又は据付コストが増大する。
【００７９】
本開示に示す冷媒サイクルシステムとしての空気調和装置１００は、第１冷媒回路１と第２冷媒回路２とを第１カスケード熱交換器２１を用いて接続することで、各部屋等の容積あたりの冷媒量を低減することが可能である。これによって、安全対策が必要なケースを少なくすることができる。
【００８０】
（４−２）
空気調和装置１００は、第２カスケード熱交換器４１と、第３圧縮機としての圧縮機４２と、第３熱交換器としての利用側熱交換器５１Ａ，５１Ｂと、第４ユニット４０と、第５ユニット５０と、をさらに備える。空気調和装置１００は、第２カスケード熱交換器４１と、圧縮機４２と、利用側熱交換器５１Ａ，５１Ｂと、が接続されて第３冷媒回路３を構成する。第２カスケード熱交換器４１と、圧縮機４２とは、第４ユニット４０に収容される。利用側熱交換器５１Ａ，５１Ｂは、第５ユニット５０に収容される。第１ユニット１０、第４ユニット４０、第５ユニット５０は、互いに離れて配置される。第２カスケード熱交換器４１は、第１冷媒回路１を流れる第１冷媒と、第３冷媒回路３を流れる第３冷媒と、の間で熱交換を行わせる。
【００８１】
例えば、第２ユニット２０を各階ごとに分けて設置することによって、各階ごとに冷媒回路を分けることが可能であるため、安全対策が必要なケースをさらに少なくすることができる。
【００８２】
（４−３）
空気調和装置１００は、第１ユニット１０と、第２ユニット２０と、の間に、第１冷媒回路１を流れる第１冷媒の流路を切り換えるための第１冷媒流路切換ユニットとしての第１分岐ユニット６０をさらに備える。
【００８３】
また、空気調和装置１００は、第２ユニット２０と、第３ユニット３０Ａ，３０Ｂと、の間に、第２冷媒回路２を流れる第２冷媒の流路を切り換えるための第２冷媒流路切換ユニットとしての第２分岐ユニット７０Ａ，７０Ｂをさらに備える。
【００８４】
空気調和装置１００は、第１ユニット１０と、第３ユニット３０と、の間に、第１冷媒回路１を流れる第１冷媒の流路を切り換えるための第３分岐ユニット８０をさらに備える。
【００８５】
空気調和装置１００は、第４ユニット４０と、第５ユニット５０Ａ，５０Ｂと、の間に、第３冷媒回路３を流れる第３冷媒の流路を切り換えるための第４分岐ユニット９０Ａ，９０Ｂをさらに備える。
【００８６】
これによって、空気調和装置１００は、各利用側ユニット３０Ａ，３０Ｂ，５０Ａ，５０Ｂごとに冷暖房を選択する冷暖房混在運転が可能である。
【００８７】
（４−４）
空気調和装置１００の第２冷媒回路２を流れる第２冷媒および第３冷媒回路３を流れる第３冷媒は、Ｒ３２である。
【００８８】
環境への影響が少なくＲ３２は、空気調和装置において一般的に使用される冷媒である。しかし、Ｒ３２には微燃性があり、自然災害等の不測の事態によって万が一漏洩してしまった場合を想定し、より安全を確保する必要がある。
【００８９】
本実施形態の空気調和装置１００は、第１カスケード熱交換器２１および第２カスケード熱交換器４１を備えることで、各冷媒回路１，２，３を流れる冷媒の量をさらに少なくすることができる。これによってより安全を確保することが可能である。
【００９０】
（４−５）
空気調和装置１００の第２冷媒回路２は、膨張機構としての膨張弁２４を有し、膨張弁２４に流れ込む流体は気液２相状態である。第３冷媒回路３は、膨張弁４４を有し、膨張弁４４に流れ込む流体は気液２相状態である
これによって、各冷媒回路２，３を流れる冷媒の量をさらに少なくすることができる。
【００９１】
（４−６）
本実施形態の空気調和装置１００の第２ユニット２０に収容される圧縮機２２は、横置き型である。また第４ユニット４０に収容される圧縮機４２は、横置き型である。
【００９２】
第２ユニット２０および第４ユニット４０は、ビル等において各階の天井裏等に設置される場合がある。横置き型の圧縮機とは、高さ、奥行き、幅のうち、奥行きまたは幅の長さが最も大きい圧縮機と定義される。横置き型の圧縮機２２，４２は、天井裏等の高さが低い空間に設置するのに適している。
【００９３】
（５）変形例
（５―１）
空気調和装置１００の第１冷媒回路１、第２冷媒回路２、第３冷媒回路３には、それぞれ、第１冷媒、第２冷媒、第３冷媒として、冷媒の安定性が高いＲ３２が充填されている。しかし、本開示に示す冷媒サイクルシステムには、Ｒ３２以外の冷媒が充填されていてもよい。例えば、第１冷媒はＲ３２であって、第２冷媒及び第３冷媒は、二酸化炭素であることが好ましい。
【００９４】
冷媒サイクルシステムに充填される第１冷媒、第２冷媒、及び、第３冷媒は、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒のいずれか１つであることが好ましい。あるいは、第１冷媒及び第２冷媒は、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、自然冷媒、ＣＦ３Ｉ、のうちのいずれか２つ以上を含む混合冷媒であることが好ましい。ＨＦＣ冷媒は、具体的には、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４３ａ、Ｒ２４５ｆａ等である。ＨＦＯ冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｄ、Ｒ１１２３、Ｒ１１３２（Ｅ）等である。自然冷媒は、Ｒ７４４、Ｒ７１７、Ｒ２９０，Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０等である。
【００９５】
空気調和装置１００の第２冷媒および第３冷媒は、燃焼性、又は、毒性を含む冷媒を適用してもよい。
【００９６】
空気調和装置１００は、第１カスケード熱交換器２１および第２カスケード熱交換器４１を備えることで、各冷媒回路１，２，３を流れる冷媒の量を少なくすることができる。これによってより安全を確保することが可能である。また、既存の冷媒サイクルシステムを流用することも可能である。
【００９７】
（５−２）
本実施形態の冷媒サイクルシステムは、空気調和装置１００について説明したが、図６に示されているような空気調和装置２００に適用することもできる。
【００９８】
空気調和装置２００は、第４熱交換器としての利用側熱交換器２１１Ａと、利用側熱交換器２１１Ａを収容する第６ユニット２１０Ａと、をさらに備えてもよい。利用側熱交換器２１１Ａは、第１冷媒回路２０１において、第１熱交換機としての熱源側熱交換器２１１、第１カスケード熱交換器２２１、及び、第２カスケード熱交換器２４１、とは異なる熱交換器であって、利用側熱交換器として使用される。第６ユニット２１０Ａは、利用側熱交換器２１１Ａを収容する。
【００９９】
（６）
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１００】
１，２０１      第１冷媒回路
２              第２冷媒回路
３              第３冷媒回路
１０，２１０    第１ユニット
１１，２１１    第１熱交換器
１２            第１圧縮機
２０，２２０    第２ユニット
２１，２２１    第１カスケード熱交換器
２２            第２圧縮機
３０            第１ユニット
３１Ａ，３１Ｂ  第２熱交換器
３２Ａ，３２Ｂ  膨張機構
４０，２４０    第１ユニット
４１，２４１    第２カスケード熱交換器
４２            第３圧縮機
５０            第１ユニット
５１Ａ，５１Ｂ  第３熱交換器
６０，２６０    第１冷媒流路切換ユニット
７０Ａ，７０Ｂ  第２冷媒流路切換ユニット
１００          冷媒サイクルシステム
２００          冷媒サイクルシステム
２１０Ａ        第６ユニット
２１１Ａ        第４熱交換器
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０１】
【特許文献１】特開２０１８−１９４２６０号公報
【図１】
2020201009.tif 000003
【図２】
2020201009.tif 000004
【図３】
2020201009.tif 000005
【図４Ａ】
2020201009.tif 000006
【図４Ｂ】
2020201009.tif 000007
【図５Ａ】
2020201009.tif 000008
【図５Ｂ】
2020201009.tif 000009
【図６】
2020201009.tif 000010