(57)【要約】  本発明に係る空調給湯システムは、給湯用圧縮機と給湯用熱交換器とカスケード熱交換器とを備えた第１冷凍サイクルと、空調用圧縮機と室外熱交換器と室内熱交換器とカスケード熱交換器とを備えた第２冷凍サイクルと、を備えている。第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である。これにより、圧縮機の耐久性を損なうことなく、第２冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
2016185689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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熱媒体とを熱交換させる給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒と空調用冷媒とを熱交換させるカスケード熱交換器と、を備えた第１冷凍サイクルと、
前記空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、前記空調用冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、前記空調用冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、前記カスケード熱交換器と、を備えた第２冷凍サイクルと、
を備えた空調給湯システムにおいて、
前記第１冷凍サイクルに封入される前記給湯用冷媒の封入量は、前記空調用冷媒に前記給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、前記空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である空調給湯システム。
【請求項２】
前記給湯用冷媒は、二酸化炭素冷媒であり、前記空調用冷媒は、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃのうちのいずれかであり、
前記第１冷凍サイクルに封入される前記給湯用冷媒の封入量は、前記第２冷凍サイクルに封入される前記空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下である請求項１に記載の空調給湯システム。
【請求項３】
前記カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかである請求項１または請求項２に記載の空調給湯システム。
【請求項４】
前記給湯用熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の空調給湯システム。
【請求項５】
前記給湯用熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の空調給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を備え、カスケード熱交換器を介して空調用冷媒と給湯用冷媒との間で熱交換を行う空調給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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知られている。【０００３】
このような空調給湯システムにおいては、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が、カスケード熱交換器において熱的に接続され、いわゆる二元冷凍サイクルが形成されている。【０００４】
従来の空調給湯システムとして、例えば、圧縮機と第１熱交換器と膨張機構と第２熱交換器とが接続されるとともに二酸化炭素冷媒が充填された給湯用冷媒回路を備えた給湯装置が提案されている。このような空調給湯システムにおいて、第１熱交換器を温水生成用の熱交換器とし、第２熱交換器をカスケード熱交換器として、給湯装置をユニット化することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
上記特許文献１においては、カスケード熱交換器内に給湯用冷媒および空調用冷媒の２種冷媒が流通している。このため、万一、腐食等に起因する経年劣化や異物の衝突などにより２種の冷媒の流路を隔てているカスケード熱交換器内の壁面が破損すると、当該破損部を通じて、給湯用冷媒と空調用冷媒とが混合されてしまうという問題がある。【０００６】
特に、給湯用冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる場合、二酸化炭素冷媒は、空調用冷媒として一般的に用いられているＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２と比べて圧力が高いため、圧力の高い給湯用冷媒が、空調用冷媒が循環する冷凍サイクル側に流入する。空調用冷媒と二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒の物性は、元の空調用冷媒と比較して、同一温度における飽和液圧力が大幅に上昇する。【０００７】
一般に、空調用圧縮機においては、通常の空調システムで運転される凝縮温度である５０℃における圧力の１．５倍高い圧力が空調用圧縮機の使用上限圧力として設定される。【０００８】
そして、空調用冷媒が循環する冷凍サイクルに二酸化炭素冷媒が流入すると、冷媒の飽和液圧力が高くなるため、空調用圧縮機の使用上限圧力を超えた運転となるおそれがある。これにより、空調用圧縮機の耐久性を損なうという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３２６４７号公報（日本国特許第３９２５３８３号）
【発明の概要】
【００１０】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、給湯用冷媒が空調用の冷凍サイクル内に混入した場合でも、空調用圧縮機の使用上限圧力以下の範囲内で運転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。これにより、圧縮機の耐久性を損なうことがなく、第２冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【００１１】
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、給湯用冷媒と給湯用熱媒体とを熱交換させる給湯用熱交換器と、給湯用冷媒と空調用冷媒とを熱交換させるカスケード熱交換器と、を備えた第１冷凍サイクルと、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、空調用冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、空調用冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、カスケード熱交換器と、を備えた第２冷凍サイクルと、を備えている。第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である。
【００１２】
また、上記構成において、給湯用冷媒は、二酸化炭素冷媒であり、空調用冷媒は、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃのうちのいずれかであり、第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、第２冷凍サイクルに封入される空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下でもよい。
【００１３】
また、上記構成において、カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであってもよい。
【００１４】
また、上記構成において、給湯用熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであってもよい。
【００１５】
本発明の空調給湯システムによれば、第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量を、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量としている。これにより、第１冷凍サイクル内に封入された給湯用冷媒が第２冷凍サイクル内に流入した場合でも、第２冷凍サイクルの動作圧力を、第２冷凍サイクル内に設置された空調用圧縮機の使用上限圧力以下とすることができる。その結果、空調用圧縮機の耐久性を損なうことがなく、第２冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、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。
【図２】図２は、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。
【図３】図３は、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。
【図４】図４は、カスケード熱交換器を分解した状態の構造を示す概念図である。
【図５】図５は、空調用冷媒Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒とＲ４１０Ａのモリエール線図である。
【図７】図７は、空調用冷媒Ｒ３２と二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、空調用冷媒Ｒ４０７Ｃと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る空調給湯システムのサイクル構成図である。
【００１９】
図１に示される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が接続されている。なお、冷凍サイクル構成に関しては、図１に示され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は１台もしくは３台以上、熱生成ユニット４０は２台以上、並列に接続可能である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、室外ユニット１０は、室外熱交換器１６を備えている。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に構成されており、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。
【００２４】
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とを備えている。
【００２５】
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に構成されており、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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冷凍サイクルが構成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、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。
【００３０】
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冷凍サイクルが構成されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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である。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。
【００３５】
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、熱生成ユニット冷媒流量調整弁４５、および熱媒体ポンプ４６がケーシング５０に格納されている。
【００３６】
本実施形態においては、給湯用熱交換器４２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）が挿入されて形成された熱交換器である。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が用いられる場合は、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が流される。
【００３７】
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が用いられることが多い。
【００３８】
また、給湯用熱交換器４２には、例えば、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。また、カスケード熱交換器４４には、例えば、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
【００３９】
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。
【００４０】
図２および図３に示されるように、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。
【００４１】
また、給湯用熱交換器４２も防振材６１を介して底板部材５１に固定されており、カスケード熱交換器４４は、給湯用熱交換器の上面に固定されている。
【００４２】
図２および図３に示される給湯用熱交換器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と、さらに断熱材を囲う構成部材を含む。特に、給湯用熱交換器については、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われ、断熱材表面が保護されている。
【００４３】
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とその周りの断熱材は、カスケード熱交換器４４とその周りの断熱材の重量を支えるだけの十分な強度を持つ構成部材で囲われた上で、熱生成ユニット４０の側板部材５２に固定される。
【００４４】
また、熱媒体ポンプ４６は、図２に示されるように、ケーシング５０の背面側の側板部材５３に固定されている。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。
【００４５】
さらに、図２および図３に示されるように、底板部材５１には、鉛直上から見て給湯用熱交換器４２と熱媒体ポンプ４６とが底板部材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。
【００４６】
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。
【００４７】
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が用いられることが多い。また、二重管式熱交換器である給湯用熱交換器４２には、前述したとおり、銅を用いることが多く、接続口も銅管となっている。
【００４８】
このように、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。この熱媒体ポンプ接続部には、シール材（図示せず）が挟み込まれて固定され、熱媒体の漏れが無いように構成されている。
【００４９】
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であるＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃ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。
【００５０】
また、本実施形態においては、第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下となる量としている。具体的には、給湯用冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられ、空調用冷媒としてＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃのうちのいずれかが用いられた場合には、第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、第２冷凍サイクルに封入される空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下としている。
【００５１】
ここで、第１冷凍サイクルと第２冷凍サイクルとを熱接続しているカスケード熱交換器４４の構造は、空調用冷媒と給湯用冷媒とが混ざり合わないように各冷媒の流路が隔てられている。
【００５２】
図４はカスケード熱交換器４４の分解した状態の構造を示す概念図である。
【００５３】
図４に示されるように、カスケード熱交換器４４は、一面が開放された薄い箱型に形成された複数の伝熱プレート７０を備えている。各伝熱プレート７０が重ね合わせられ、ロウ付けなどにより密着されることにより、重ね合わされた各伝熱プレート７０との間に冷媒流路空間７１が形成される。
【００５４】
各伝熱プレート７０の両端には、それぞれ端部フレーム７２が取り付けられるようになっている。一方の端部フレーム７２の４隅には、それぞれノズル７３が設けられている。端部フレーム７２の下部の一方側のノズル７３は、空調用冷媒の流入口７４ａとされ、上部の一方側のノズル７３は、空調用冷媒の流出口７４ｂとされている。一方、端部フレーム７２の上部の他方側のノズル７３は、給湯用冷媒の流入口７４ｃとされ、下部の他方側のノズル７３は、給湯用冷媒の流出口７４ｄとされている。
【００５５】
また、各ノズル７３には、各伝熱プレート７０の４隅を貫通するパイプ７５が接続されている。空調用冷媒の流入口７４ａには、空調用冷媒の流入パイプ７５ａが接続され、空調用冷媒の流出口７４ｂには、空調用冷媒の流出パイプ７５ｂが接続されている。給湯用冷媒の流入口７４ｃには、給湯用冷媒の流入パイプ７５ｃが接続され、給湯用冷媒の流出口７４ｄには、給湯用冷媒の流出パイプ７５ｄが接続されている。
【００５６】
空調用冷媒の流入パイプ７５ａおよび流出パイプ７５ｂは、冷媒流路空間７１の内、１つおきの冷媒流路空間７１にそれぞれ連通されている。これにより、図４中実線矢印で示すように、流入口７４ａからカスケード熱交換器４４内に流入した空調用冷媒は、流入パイプ７５ａを通って連通する冷媒流路空間７１にそれぞれ流れた後、流出パイプｂを通って流出口７４ｂからカスケード熱交換器４４外へ流出する。
【００５７】
また、給湯用冷媒の流入パイプ７５ｃおよび流出パイプ７５ｄは、冷媒流路空間７１の内、１つおきの冷媒流路空間７１にそれぞれ連通されている。これにより、図４中破線矢印で示すように、流入口７４ｃからカスケード熱交換器４４内に流入した給湯用冷媒は、流入パイプ７５ｃを通って連通する冷媒流路空間７１にそれぞれ流れた後、流出パイプ７５ｄを通って流出口７４ｄからカスケード熱交換器４４外へ流出する。
【００５８】
このように、空調用冷媒が流れる冷媒流路空間７１と、給湯用冷媒が流れる冷媒流路空間７１とが交互に配置されていることから、給湯用冷媒と空調用冷媒とが伝熱プレート７０の壁面を介して相互に熱交換することができる。
【００５９】
カスケード熱交換器４４が前述のように構成されているため、万が一、腐食などに起因する経年劣化や異物の衝突などにより、伝熱プレート７０やパイプ７５が破損した場合には、空調用冷媒と給湯用冷媒とが、破損部を通じて混ざり合うことになってしまう。この場合に、空調用冷媒と給湯用冷媒である二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒は、元の空調用冷媒と比較して、同一温度における飽和液圧力が大幅に上昇することになる。
【００６０】
図５は一般的に空調用冷媒として用いられるＲ４１０Ａと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【００６１】
図５に示されるように、Ｒ４１０Ａの飽和液圧力は、３０℃、４０℃、５０℃のいずれの場合においても、二酸化炭素との混合比率が増えるに従って高くなる傾向がある。そして、通常の空調システムで運転される凝縮温度である５０℃における飽和液圧力は、Ｒ４１０Ａ単体の場合には３．１ＭＰａであるのに対して、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒とが１：１で混合された混合冷媒の飽和液圧力は６．７ＭＰａとなる。
【００６２】
通常の空調システムにおいては、空調用として用いられるＲ４１０Ａ用圧縮機の信頼性が確保できる上限の圧力、すなわち使用上限圧力は、通常の運転時における圧力の１．５倍高い圧力に設定されるのが一般的である。すなわち、Ｒ４１０Ａの５０℃における飽和液圧力が３．１ＭＰａの場合、１．５倍高い圧力として算出される４．６ＭＰａが使用上限圧力として設定される。
【００６３】
したがって、Ｒ４１０Ａ用圧縮機の信頼性を確保するためには、圧縮機が使用上限圧力以下で運転される必要がある。
【００６４】
しかしながら、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒とが１：１で混合された混合冷媒が、空調用の冷凍サイクルにおいて凝縮温度が５０℃となるように運転された場合には、飽和液圧力が６．７ＭＰａとなり、空調用として用いられるＲ４１０Ａ用圧縮機の使用上限圧力４．６ＭＰａを超えた運転となってしまうという問題がある。
【００６５】
ここで、図５に示されるように、Ｒ４１０Ａに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が２４．５ｗｔ％のとき、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の５０℃における飽和液圧力は４．６ＭＰａとなる。一方、Ｒ４１０Ａに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が２４．５ｗｔ％を超えると、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の５０℃における飽和液圧力は４．６ＭＰａを超えることになる。
【００６６】
また、図６は、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒のモリエール線図と、Ｒ４１０Ａのモリエール線図を示す。図６において、実線で示す曲線は、それぞれＲ４１０Ａ単体の飽和液線および飽和ガス線である。また、図６において、破線で示す曲線は、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒とが１００：２４．５ｗｔ％の比率で混合した混合冷媒の飽和液線および飽和ガス線である。また、実線による等温線は、Ｒ４１０Ａ単体の５０℃等温線であり、破線による等温線は、混合冷媒の５０℃等温線である。
【００６７】
図５および図６に示されるように、Ｒ４１０Ａに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が２４．５ｗｔ％のとき、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の５０℃における飽和液圧力は４．６ＭＰａとなる。これは、Ｒ４１０Ａ単体の５０℃における飽和液圧力に対して１．５倍高い値であり、空調用として用いられるＲ４１０Ａ用圧縮機の使用上限圧力と等しい圧力である。
【００６８】
一方、Ｒ４１０Ａに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が２４．５ｗｔ％を超えると、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の５０℃における飽和液圧力は４．６ＭＰａを超えることになる。
【００６９】
なお、Ｒ４１０Ａと二酸化炭素冷媒との混合物の物性値については、ＮＩＳＴのＲｅｆｐｒｏｐ  ｖｅｒ．９．０を用いて導出された値である。
【００７０】
前述のように、本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下としているので、第１冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器４４の破損部を通じて、第２冷凍サイクル内に流入した場合であっても、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率を２４．５ｗｔ％以下とすることができる。これにより、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒の混合冷媒の動作圧力を、第２冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下とすることが可能となる。
【００７１】
図７は空調用冷媒として用いられるＲ３２と二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【００７２】
図７に示されるように、Ｒ３２の５０℃における飽和液圧力は、３．１ＭＰａであり、Ｒ３２用圧縮機の使用上限圧力は、１．５倍高い圧力として算出される４．７ＭＰａに設定されることになる。そして、図７に示されるように、二酸化炭素冷媒とＲ３２との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率と５０℃における飽和液圧力との関係から、Ｒ３２用圧縮機の使用上限圧力である４．７ＭＰａ以下に収まる混合比率は２８．７ｗｔ％以下と算出することができる。
【００７３】
本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下としている。これにより、第１冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器４４の破損部を通じて、第２冷凍サイクル内に流入した場合であっても、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率をＲ３２用圧縮機の使用上限圧力以下である２８．７ｗｔ％以下とすることができる。
【００７４】
図８は空調用冷媒として用いられるＲ４０７Ｃと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。
【００７５】
空調用冷媒として、Ｒ４０７Ｃを用いた場合については、Ｒ４１０Ａ用圧縮機の仕様を流用するのが一般的であり、Ｒ４０７Ｃ用圧縮機の使用上限圧力は、Ｒ４１０Ａ用圧縮機の使用上限圧力と同じ４．６ＭＰａである。
【００７６】
図８に示されるように、二酸化炭素冷媒とＲ４０７Ｃとの混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率と５０℃における飽和液圧力との関係から、Ｒ４０７Ｃ用圧縮機の使用上限圧力以下に収まる混合比率は３４．９ｗｔ％以下と算出することができる。
【００７７】
本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下としている。これにより、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率をＲ４０７Ｃ用圧縮機の使用上限圧力以下である３４．９ｗｔ％以下とすることができる。
【００７８】
このように、本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の２４．５ｗｔ％以下としているので、空調用冷媒として、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃのいずれかが用いられた場合でも、給湯用冷媒が混入した際に、この混合冷媒の飽和液圧力を空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下に保持することが可能となる。
【００７９】
次に、室外ユニット１０、室内機３０、および熱生成ユニット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。
【００８０】
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が開、室外吸入管開閉弁２０が閉に設定される。室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４が閉、室内吸入管開閉弁３５が開に設定される。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が全閉に設定される。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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が閉、室外吸入管開閉弁２０を開に設定される。室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４が開、室内吸入管開閉弁３５が閉に設定される。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を全閉に設定される。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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が閉、室外吸入管開閉弁２０が開に設定され、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がともに閉に設定され、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が開かれる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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はともに閉に設定される。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４が閉、室内吸入管開閉弁３５が開に設定され、暖房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４が開、室内吸入管開閉弁３５が閉に設定される。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が全閉に設定される。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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が閉とされたままで室外ガス管開閉弁１９が開とされ、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。
【００９５】
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が閉とされたままで室外吸入管開閉弁２０が開とされて、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。
【００９６】
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で減圧された後、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。
【００９７】
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はともに閉に設定される。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４が閉、室内吸入管開閉弁３５が開に設定され、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が開かれる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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が開とされて、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。
【０１０３】
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が閉とされたままで室外吸入管開閉弁２０が開とされて、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。
【０１０４】
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で減圧された後、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。
【０１０５】
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が閉、室外吸入管開閉弁２０が開に設定される。室内機３０において、室内ガス管開閉弁３４が開、室内吸入管開閉弁３５が閉に設定される。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が開かれる。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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で減圧された後、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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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がともに閉に設定される。冷房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４が閉、室内吸入管開閉弁３５が開に設定され、暖房を行う室内機３０では、室内ガス管開閉弁３４が開、室内吸入管開閉弁３５が閉に設定される。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が開かれる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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が閉とされたままで室外ガス管開閉弁１９が開とされ、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。
【０１１６】
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が閉とされたままで室外吸入管開閉弁２０が開とされ、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。
【０１１７】
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で減圧された後、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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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、および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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
本実施形態においては、給湯用熱交換器４２は、給湯用圧縮機４１が固定されている底板部材５１とは接触しておらず、側板部材５２に固定されて設置されている。このため、給湯用圧縮機４１の運転時の振動は、底板部材５１を通じて直接給湯用熱交換器４２に伝わることはない。
【０１２３】
ここで、空調給湯システムの運転中に、カスケード熱交換器４４内の給湯用冷媒および空調用冷媒の流路を隔てる壁に破損が生じ、破損部から給湯用冷媒が第１冷凍サイクル内に混入した場合、空調給湯システムは瞬時には止まらない。このため、圧力が上がった状態で空調給湯システムが運転される状況に陥る。
【０１２４】
この場合に、本実施形態においては、第１冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の量を第２冷凍サイクル内に封入する空調用冷媒の量に対して２４．５ｗｔ％以下にしている。これにより、第１冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、第２冷凍サイクル内に流入した場合でも、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合物における二酸化炭素冷媒の混合比率は２４．５ｗｔ％以下を保持することができる。したがって、第２冷凍サイクルの動作圧力を、第２冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下とすることができる。
【０１２５】
以上述べたように、本実施形態においては、第１冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の量を第２冷凍サイクル内に封入する空調用冷媒の量に対して２４．５ｗｔ％以下にしている。これにより、第１冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器４４の破損部を通じて、第２冷凍サイクル内に流入した場合でも、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合物における二酸化炭素冷媒の混合比率は２４．５ｗｔ％以下を保持することができる。したがって、第２冷凍サイクルの動作圧力を、第２冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下とすることができる。その結果、空調用圧縮機１１の耐久性を損なうことがなく、第２冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【０１２６】
また、カスケード熱交換器４４にプレート式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器などの容積に対する伝熱面積が大きいタイプの熱交換器を用いてもよい。これにより、第１冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の封入量を低減することができる。これにより、カスケード熱交換器４４内の破損部を通じて第２冷凍サイクル内に流入する二酸化炭素冷媒の量を少なくすることができる。その結果、給湯用冷媒と空調用冷媒との混合冷媒の動作圧力上昇幅を抑えることができ、空調用圧縮機１１の耐久性を損なうことを防止することができる。
【０１２７】
また、給湯用熱交換器にプレート式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器などの容積に対する伝熱面積が大きいタイプの熱交換器を用いてもよい。これにより、第１冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の封入量を低減することができる。これにより、カスケード熱交換器４４内の破損部を通じて第２冷凍サイクル内に流入する二酸化炭素冷媒の量をすくなくすることができる。その結果、給湯用冷媒と空調用冷媒との混合冷媒の動作圧力上昇幅を抑えることができ、空調用圧縮機１１の耐久性を損なうことを防止することができる。
【０１２８】
なお、上記実施形態においては、空調用冷媒として、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃのうちのいずれかが用いられ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い。すなわち、他の空調用冷媒を用いた場合でも、第１冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量を、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機１１の使用上限圧力以下となる量にすれば、同様の作用、効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
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、空調用圧縮機１１の耐久性を損なうことがなく、信頼性の高い第２冷凍サイクルを提供するものとして好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
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
６３，６４，６５  熱媒体配管
７０  伝熱プレート
７１  冷媒流路空間
７３  ノズル
７５  パイプ
【図１】
2016185689.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016185689.tif 000009
【図８】
2016185689.tif 000010
【国際調査報告】
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