(57)【要約】【課題】暖房、給湯同時運転において、室内ユニットの暖房運転台数の増減に伴い、カスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合において、給湯用圧縮機の吸込過熱度の不安定化を抑制する。【解決手段】空調装置６００に接続される給湯装置７００であって、温水生成ユニット３００と、空調装置６００に接続される熱伝達ユニット４００と、を備え、温水生成ユニット３００は、圧縮機３１０と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器３２０と、給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置３３０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３４０と、を環状に備え、温水生成ユニット３００は、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、給湯用熱交換器３２０出口の高圧冷媒と、カスケード熱交換器３４０出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器３７０をさらに備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置に接続される給湯装置であって、
温水生成ユニットと、前記空調装置に接続される熱伝達ユニットと、を備え、
前記温水生成ユニットは、圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置と、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、を環状に備え、
前記温水生成ユニットは、前記給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、
前記給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、前記カスケード熱交換器出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器をさらに備えることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記カスケード熱交換器の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、前記カスケード熱交換器の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同じ方向にすることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
空調装置と、給湯装置と、を備える二元温水生成ユニットにおいて、
前記給湯装置は、温水生成ユニットと、前記空調装置に接続される熱伝達ユニットと、を備え、
前記温水生成ユニットは、圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置と、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、を環状に備え、
前記温水生成ユニットは、前記給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、
前記給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、前記カスケード熱交換器出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器をさらに備えることを特徴とする二元温水生成ユニット。
【請求項４】
前記カスケード熱交換器の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、前記カスケード熱交換器の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同じ方向にすることを特徴とする請求項４に記載の二元温水生成ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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生成装置において、給湯用の温水を生成する温水生成ユニットを搭載し、カスケード熱交換器を介して空調冷媒と給湯冷媒との間で熱交換する給湯装置および二元温水生成ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、温水を生成し貯湯タンクに蓄えて給湯に用いる給湯装置として、冷媒が循環する冷媒回路と水が循環する水回路とを備え、冷媒回路は、圧縮機と温水生成用熱交換器と膨張弁と熱源側熱交換器とが接続された単段のヒートポンプサイクルが存在する。さらに、給湯装置の運転効率を改善するため空調用サイクルと熱的に接続された二元温水生成ユニットが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６に特許文献１に記載の二元温水生成ユニットの冷凍サイクル構成図を示す。室外ユニット１０は、空調用圧縮機１１と室外熱交換器１２とが順に接続されるとともに空調用冷媒が充填されている。室内ユニット２０は、室内熱交換器２１と第３冷媒流量調整弁２２とが順に接続されている。温水生成ユニット３０は、給湯用圧縮機３１と給湯用熱交換器３２と第１冷媒流量調整弁３３とカスケード熱交換器３４とが順に接続されるとともに給湯用冷媒が充填されている。熱伝達ユニット４０は、第２冷媒流量調整弁４１とカスケード熱交換器３４と熱伝達ユニットガス管開閉弁４２とが順に接続されている。これら室外ユニット１０と、室内ユニット２０と、温水生成ユニット３０と、熱伝達ユニット４０とを備えた二元温水生成ユニットであって、室内ユニット２０と熱伝達ユニット４０とは室外ユニット１０に対して並列に接続されており、温水生成ユニット３０と熱伝達ユニット４０とはカスケード熱交換器３４によって空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換可能に構成されており、温水生成ユニット３０において給湯用熱交換器３２は、給湯用温水回路の水と給湯用冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【０００４】
これにより、室外空気からの熱の取り出しを空調用冷凍サイクルで行い、給湯用冷凍サイクルは昇温された空調用冷媒から熱を取り出して高温の湯を生成するいわゆる給湯運転が可能となる。
以上の構成の二元温水生成ユニットでは、室外ユニット１００を１台に対して複数台の負荷側ユニットを接続し、空調運転と給湯運転のいずれも可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２６４７（特許第３９２５３８３号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術に記載の構成において、暖房、給湯同時運転時に、室内ユニット２０の暖房運転台数が増減すると、室外ユニット１０からカスケード熱交換器３４に供給される熱量が増減するため、カスケード熱交換器３４から出る給湯用冷媒の過熱度が不安定化する。例えば、室内ユニット２０の暖房運転台数が減少すると、一時的に、カスケード熱交換器３４に供給する熱量が増加することによりカスケード熱交換器３４から出る給湯用冷媒の過熱度が過昇となり、室内ユニット２０の暖房運転台数が増加すると、一時的に、カスケード熱交換器３４に供給する熱量が減少することでカスケード熱交換器３４から出る給湯用冷媒の過熱度が取れないため、給湯用圧縮機３１の吸込過熱度が不安定化するため未だ改善の余地があった。
本発明は、上記課題を解決するものであり、暖房、給湯同時運転において、室内ユニットの暖房運転台数の増減に伴い、カスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合において、給湯用圧縮機の吸込過熱度の不安定化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の給湯装置は、空調装置に接続される給湯装置であって、温水生成ユニットと、空調装置に接続される熱伝達ユニットと、を備え、温水生成ユニットは、圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置と、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、を環状に備え、温水生成ユニットは、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、カスケード熱交換器出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器をさらに備える。
【０００８】
ＣＯ２冷媒の亜臨界領域の等エンタルピーにおける圧力と温度の関係は、圧力が低いほど温度が低くなる。したがって、給湯用熱交換器から出た高圧の冷媒を飽和液状態まで等エンタルピー膨張させたときのカスケード熱交換器入口温度（給湯用冷媒側）は、給湯用熱交換器出口温度よりも低い温度となる。
空調装置からカスケード熱交換器に供給される熱量が減少し、カスケード熱交換器から出た給湯用冷媒の過熱度が小さくなる、または気液二相状態となる場合、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、給湯用熱交換器出口温度より低いため、内部熱交換器において、カスケード熱交換器から出た給湯用冷媒は、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒から吸熱する。したがって、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒は、内部熱交換器において放熱した後、膨張弁により等エンタルピー膨張して過冷却液状態でカスケード熱交換器に入るため、カスケード熱交換器内の給湯用冷媒の平均温度が下がり、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量が増える。その後、内部熱交換器において、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒から吸熱することにより過熱度が取れる。
一方で、空調装置からカスケード熱交換器に供給される熱量が増加し、カスケード熱交換器から過熱度が取れ過ぎた過熱ガス状態において給湯用冷媒が出る場合は、カスケード熱交換器から出た給湯用冷媒の温度は、給湯用熱交換器から出た冷媒温度より高いため、内部熱交換器において給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒に放熱する。したがって、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒は、内部熱交換器において吸熱した後、膨張弁により等エンタルピー膨張して乾き度の高い気液二相状態でカスケード熱交換器に入るため、カスケード熱交換器内の給湯用冷媒の平均温度は上がり、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量が減る。その後、内部熱交換器において、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒に放熱することにより過熱度が小さくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の給湯装置では、暖房、給湯同時運転において、室内機暖房運転台数の増減に伴い、カスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合において、給湯用圧縮機の吸込過熱度が安定する。
したがって、給湯用圧縮機の吸込過熱度の過昇によって圧縮機吐出温度が圧縮機の使用範囲上限を超えることにより圧縮機を構成する有機材料の劣化が促進されるのを抑制でき、また、過熱度が取れずに圧縮機に液バックが生じて摺動材料の摩耗が促進されるのを抑制できるので、給湯用圧縮機の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における二元温水生成ユニットの冷凍サイクル構成図
【図２】本発明の実施の形態１における暖房（１台）と給湯の同時運転時のモリエール線図（給湯側）
【図３】本発明の実施の形態１における暖房運転台数増加時のモリエール線図（給湯側）
【図４】本発明の実施の形態１における暖房運転台数減少時のモリエール線図（給湯側）
【図５】本発明の実施の形態２における二元温水生成ユニットの冷凍サイクル構成図
【図６】特許文献１に記載の二元温水生成ユニットの冷凍サイクル構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、空調装置に接続される給湯装置であって、温水生成ユニットと、前記空調装置に接続される熱伝達ユニットと、を備え、前記温水生成ユニットは、圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置と、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、を環状に備え、前記温水生成ユニットは、前記給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、前記給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、前記カスケード熱交換器出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器をさらに備えることを特徴とする給湯装置である。
【００１２】
ところで、ＣＯ２冷媒の亜臨界領域の圧力と温度の関係は、等エンタルピーにおいて圧力が低いほど温度が低くなるため、給湯用熱交換器から出た高圧の給湯用冷媒を飽和液状態まで等エンタルピー膨張させたときのカスケード熱交換器入口温度（給湯用冷媒側）は、給湯用熱交換器出口温度よりも低い温度となる。
これにより、空調装置からカスケード熱交換器に供給される熱量が減少し、カスケード熱交換器から出た給湯用冷媒の過熱度が小さい、または気液二相状態となる場合、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、給湯用熱交換器出口温度より低いため、内部熱交換器においてカスケード熱交換器から出た給湯用冷媒は給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒から吸熱する。したがって、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒は、内部熱交換器において放熱した後、膨張弁により等エンタルピー膨張して過冷却液状態でカスケード熱交換器に入るため、カスケード熱交換器内の給湯用冷媒の平均温度が下がり、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量が増える。その後さらに、内部熱交換器において、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒から吸熱することにより過熱度が取れる。
【００１３】
一方で、空調装置からカスケード熱交換器に供給される熱量が増加し、カスケード熱交換器から過熱度が取れ過ぎた過熱ガス状態において給湯用冷媒が出る場合は、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、給湯用熱交換器出口温度より高いため、内部熱交換器においてカスケード熱交換器から出た給湯用冷媒は給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒に放熱する。したがって、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒は、内部熱交換器において吸熱した後、膨張弁により等エンタルピー膨張して乾き度の高い気液二相状態でカスケード熱交換器に入るため、カスケード熱交換器内の給湯用冷媒の平均温度は上がり、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量が減る。その後さらに、内部熱交換器において、給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒に放熱することにより過熱度が小さくなる。
【００１４】
よって、本発明の給湯装置では、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、温水生成ユニットの給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、カスケード熱交換器出口の低圧冷媒との間で熱交換可能な内部熱交換器とを備えることにより、暖房、給湯同時運転において、室内機暖房運転台数の増減に伴い、カスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合においても、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量を安定化することができ、給湯用圧縮機の吸込過熱度が安定する。したがって、給湯用圧縮機の吸込過熱度の過昇によって圧縮機吐出温度が使用範囲上限を超えることにより圧縮機を構成する有機材料の劣化が促進されるのを抑制でき、また、過熱度が取れずに圧縮機に液バックが生じて摺動材料の摩耗が促進されるのを抑制できるので、給湯用圧縮機の信頼性が向上する。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の給湯装置において、カスケード熱交換器の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、前記カスケード熱交換器の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同じ方向にすることを特徴とする給湯装置である。
【００１６】
カスケード熱交換器を対向流で用いると、室外ユニットからカスケード熱交換器に供給される熱量が増加した場合に、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、カスケード熱交換器に入る空調用冷媒の過熱ガス温度付近まで上昇する。そのため、カスケード熱交換器に入る過熱ガス状態の空調用冷媒の温度が高い場合に、給湯用冷媒の過熱度が取れ過ぎるため、内部熱交換器において放熱しても過熱度過昇を抑制できない場合がある。
本発明の給湯装置では、カスケード熱交換器を並行流で用いるため、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、空調用冷媒の凝縮温度より低くなり、給湯用冷媒の過熱度が小さくなる。
よって、カスケード熱交換器に供給される過熱ガス状態の空調用冷媒の温度が高い場合にも、給湯用冷媒の過熱度が取れ過ぎるのを抑制し、さらに内部熱交換器において放熱することにより給湯用圧縮機の吸入冷媒の過熱度が安定化し、給湯用圧縮機の信頼性が向上する。
【００１７】
第３の発明は、空調装置と、給湯装置と、を備える二元温水生成ユニットにおいて、前記給湯装置は、温水生成ユニットと、前記空調装置に接続される熱伝達ユニットと、を備え、前記温水生成ユニットは、圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用の熱媒体とが熱交換する給湯用熱交換器と、前記給湯用冷媒の流量を制御する流量制御装置と、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、を環状に備え、前記温水生成ユニットは、前記給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、前記給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、前記カスケード熱交換器出口の低圧冷媒と、の間で熱交換可能な内部熱交換器をさらに備えることを特徴とする二元温水生成ユニットである。
【００１８】
本発明の二元温水生成ユニットでは、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、温水生成ユニットの給湯用熱交換器出口の高圧冷媒と、カスケード熱交換器出口の低圧冷媒との間で熱交換可能な内部熱交換器とを備えることにより、暖房、給湯同時運転において、室内機暖房運転台数の増減に伴い、カスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合においても、カスケード熱交換器内における空調用冷媒からの吸熱量を安定化することができ、給湯用圧縮機の吸込過熱度が安定する。したがって、給湯用圧縮機の吸込過熱度の過昇によって圧縮機吐出温度が使用範囲上限を超えることで圧縮機を構成する有機材料の劣化が促進されるのを抑制でき、また、過熱度が取れずに圧縮機に液バックが生じて摺動材料の摩耗が促進されるのを抑制できるので、給湯用圧縮機の信頼性が向上する。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明の二元温水生成ユニットにおいて、カスケード熱交換器の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、前記カスケード熱交換器の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同じ方向にすることを特徴とする二元温水生成ユニットである。
【００２０】
本発明の二元温水生成ユニットでは、カスケード熱交換器を並行流で用いるため、カスケード熱交換器出口温度（給湯用冷媒側）は、空調用冷媒の凝縮温度より低くなり、給湯用冷媒の過熱度が小さくなる。
よって、カスケード熱交換器に供給される過熱ガス状態の空調用冷媒の温度が高い場合にも、給湯用冷媒の過熱度が取れ過ぎるのを抑制し、さらに内部熱交換器において放熱することにより給湯用圧縮機の吸入冷媒の過熱度が安定化し、給湯用圧縮機の信頼性が向上する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における二元温水生成ユニット５００の冷凍サイクル構成図を示す。図１の二元温水生成ユニット５００は、空調装置６００と、給湯装置７００と、を備えている。
空調装置６００は、室外ユニット１００と、室内ユニット２００ａ、２００ｂと、を備える。また、給湯装置７００は、熱伝達ユニット４００と、温水生成ユニット３００と、を備える。
二元温水生成ユニット５００は、室外ユニット１００を１台備えるのに対し、室内ユニット２００を２台、温水生成ユニット３００を１台接続し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１００は２台以上、室内ユニット２００も１台または３台以上、温水生成ユニット３００も２台以上、並列に接続可能である。
【００２３】
まず、空調装置６００について説明する。
室外ユニット１００と室内ユニット２００とは、高温高圧のガス化した空調用冷媒が流れるガス管１３０と、低圧の空調用冷媒が流れる吸入管１４０と、高圧の液化した空調用冷媒が流れる液管１５０と、により接続されている。
室内ユニット２００ａ、２００ｂが、図１に示すように２台存在するときは、室内ユニット２００ａ、２００ｂは３本の配管に対し並列に接続される。
【００２４】
室外ユニット１００は、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機１１０を備える。
空調用圧縮機１１０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１１２が接続されている。油分離器１１２において分離された冷凍機油は、油戻し管１１３ａにより空調用圧縮機１１０に戻される。油戻し管１１３ａには、油戻し管開閉弁１１３ｂが備えられている。
【００２５】
空調用圧縮機１１０の吐出側のガス管１３０は、油分離器１１２、室外ガス管開閉弁１２１を介して、室外熱交換器１１４の一端に接続されている。室外ガス管開閉弁１２１は、ガス管１３０との空調用冷媒の流通の有無を制御する。
室外ガス管開閉弁１２１と室外熱交換器１１４との間のガス管１３０には、吸入管１４０が接続されている。吸入管１４０は、室外ユニット１００内において、室外吸入管開閉弁１２２を備える。室外吸入管開閉弁１２２は、吸入管１４０との空調用冷媒の流通の有無を制御する。
室外熱交換器１１４の近傍には、室外熱交換器１１４に室外ユニット１００の周囲の空気を供給する室外ファン１１５が設けられている。室外熱交換器１１４には、一般的に、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が利用される。
室外熱交換器１１４の他端には、液管１５０が接続されている。液管１５０は、室外ユニット１００内において、第４調整手段１２０を備える。第４調整手段１２０は、吸入管１４０から室外熱交換器１１４に流入する空調用冷媒の流量を調整する。
【００２６】
室内ユニット２００ａ、２００ｂは、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂと、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂに室内ユニット２００ａ、２００ｂの周囲の空気を供給する室内ファン２１５ａ、２１５ｂと、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂに供給する空調用冷媒の流量を調整する第３調整手段２２０ａ、２２０ｂとを備える。室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂには、一般的に、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が利用される。
また、室内ユニット２００ａ、２００ｂは、ガス管１３０との空調用冷媒の流通の有無を制御する第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂと、吸入管１４０との空調用冷媒の流通の有無を制御する第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂとを備えている。
【００２７】
次に、給湯装置７００について説明する。上述のように、給湯装置７００は、熱伝達ユニット４００と、温水生成ユニット３００と、を備える。
熱伝達ユニット４００は、空調装置６００に接続されている。詳細には、熱伝達ユニット４００は、ガス管１３０と液管１５０とのみに連通している。熱伝達ユニット４００は、室内ユニット２００ａ、２００ｂと並列に接続されている。
なお、空調装置６００と熱伝達ユニット４００とは、ガス管１３０と、吸入管１４０と、液管１５０とに接続されていても良い。
【００２８】
熱伝達ユニット４００は、ガス管１３０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３４０を備える。
カスケード熱交換器３４０の入口側には、ガス管１３０に接続されるガス管接続管４５０が接続されている。カスケード熱交換器３４０の出口側には、液管１５０に接続される液管接続管４６０が接続されている。
【００２９】
カスケード熱交換器３４０の上流、すなわちガス管接続管４５０には、第３開閉弁４２０が備えられている。第３開閉弁４２０は、ガス管１３０との空調用冷媒の流通の有無を制御する。
カスケード熱交換器３４０の下流、すなわち液管接続管４６０には、第２調整手段４１０が備えられている。第２調整手段４１０は、カスケード熱交換器３４０に供給する空調用冷媒の流量を調整する。第２調整手段４１０としては、例えば、開閉弁や流量を調整可能な弁を用いることができる。
空調用冷媒は、ガス管１３０からガス管接続管４５０を通過してカスケード熱交換器３４０に供給され、カスケード熱交換器３４０において給湯用冷媒と熱交換され、液管接続管４６０を通過して液管１５０に流入する。
【００３０】
温水生成ユニット３００は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機（圧縮機）３１０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３２０と、内部熱交換器３７０と、給湯用冷媒の流量を調整する第１調整手段（流量制御装置）３３０と、カスケード熱交換器３４０と、を備える。
また、温水生成ユニット３００は、給湯用熱交換器３２０に熱媒体を供給する熱媒体ポンプ３５０を備える。熱媒体は、熱媒体を搬送する熱媒体配管３６０により搬送される。
【００３１】
給湯用熱交換器３２０の出口側には、第１の冷媒配管３８０が接続されている。第１の冷媒配管３８０は、内部熱交換器３７０と第１調整手段３３０とを、この順に介してカスケード熱交換器３４０の入口側に接続されている。
カスケード熱交換器３４０の出口側には、第２の冷媒配管３８１が接続されている。第２の冷媒配管３８１は、内部熱交換器３７０を介して、給湯用圧縮機３１０の吸入側に接続されている。
内部熱交換器３７０は、第１の冷媒配管３８０であって給湯用熱交換器３２０の出口側から第１調整手段３３０の間に設けられており、かつ、第２の冷媒配管３８１であってカスケード熱交換器３４０の出口側から給湯用圧縮機３１０の吸入側の間に設けられていればよい。
【００３２】
内部熱交換器３７０は、給湯用熱交換器３２０から出た給湯用冷媒と、カスケード熱交換器３４０から出た給湯用冷媒との間で熱交換可能な内部熱交換器である。内部熱交換器３７０には、例えば、二重管式熱交換器やプレート式熱交換器を用いることができる。
本実施の形態における内部熱交換器３７０は、給湯用熱交換器３２０から出た給湯用冷媒の流れ方向と、カスケード熱交換器３４０から出た給湯用冷媒の流れ方向と、が対向流となるように用いられている。
【００３３】
なお、カスケード熱交換器３４０には、ガス管１３０から供給される空調用冷媒と温水生成ユニット３００を流れる給湯用冷媒とが流れる。カスケード熱交換器３４０は、これら空調用冷媒および給湯用冷媒の流れ方向が対向流となるように用いられている。
すなわち、本実施の形態において熱伝達ユニット４００は、カスケード熱交換器３４０を流れる空調用冷媒および給湯用冷媒の流れ方向が対向流となるように、空調装置６００に接続されている。
【００３４】
次に、本実施の形態における二元温水生成ユニット５００の基本動作について、図１を参照しながら説明する。
冷房と暖房と給湯の少なくとも１つ以上の運転を行う時、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、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を開、室外吸入管開閉弁１２２を閉とする。したがって、空調用圧縮機１１０が吐出した高温高圧のガス化した空調用冷媒の一部または全部が、室外熱交換器１１４に供給して液化し、第４調整手段１２０と液管１５０を経由して、冷房を行う室内ユニット２００に到達し、残りはガス管１３０に流入し、暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂおよび給湯を行う熱伝達ユニット４００に到達する。
【００３５】
冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂでは、第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを閉、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを開に設定し、暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂでは、第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを開、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを閉に設定する。また、給湯を行う熱伝達ユニット４００では、第３開閉弁４２０を開とし、第２調整手段４１０を開くように設定する。
【００３６】
ガス管１３０を流れて給湯を行う熱伝達ユニット４００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化したのち、第２調整手段４１０を経由して、液管１５０に流入する。
【００３７】
このとき、給湯を行う温水生成ユニット３００は、給湯用圧縮機３１０を稼動し、給湯用冷媒を循環させる。まず、カスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、空調用冷媒により加熱されて蒸発した後、過熱ガス状態となってカスケード熱交換器３４０から出る。その後、内部熱交換器３７０に流入した給湯用冷媒は、高圧の給湯用冷媒と熱交換して内部熱交換器３７０から出る。その後、給湯用圧縮機３１０に流入する。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮されて給湯用熱交換器３２０に入り、給湯用熱交換器内で熱媒体を６５〜９０℃まで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて給湯用熱交換器３２０から出る。給湯用熱交換器３２０を出た給湯用冷媒は、内部熱交換器３７０で低圧の給湯用冷媒と熱交換して内部熱交換器３７０から出る。その後、第１調整手段３３０に流入し、第１調整手段３３０で等エンタルピー膨張した後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。
【００３８】
ここで、給湯運転を行う場合の、温水生成ユニット３００における内部熱交換器３７０の作用について説明する。図２は暖房（１台）と給湯の同時運転時のモリエール線図（給湯側）である。暖房（１台）と給湯の同時運転時をケース１とする。図２には、ケース１の給湯用圧縮機吸込状態５１１、ケース１の給湯用圧縮機吐出状態５１２、ケース１の給湯用熱交換器出口状態５１３、ケース１の内部熱交換器出口（高圧側）状態５１４、ケース１のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５１５、ケース１のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５１６およびケース１の内部熱交換器出口（低圧側）状態５１７が示されている。
【００３９】
ここで、ＣＯ２冷媒の亜臨界領域の圧力と温度の関係は、等エンタルピーにおいて圧力が低いほど温度が低くなるため、ケース１の内部熱交換器出口（高圧側）状態５１４で内部熱交換器３７０から出た高圧の給湯用冷媒をケース１のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５１５の飽和液状態まで等エンタルピー膨張させたときに、カスケード熱交換器３４０において給湯用冷媒が蒸発する温度は、給湯用熱交換器３２０から出る給湯用冷媒の温度よりも低い温度となる。
【００４０】
したがって、ケース１のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５１６における給湯用冷媒温度Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１とケース１の給湯用熱交換器出口状態５１３における給湯用冷媒温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１との関係が、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１＞Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合、内部熱交換器３７０において、低圧側の給湯用冷媒は、高圧側の給湯用冷媒へ放熱して給湯用冷媒の蒸発温度よりも高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近づいて内部熱交換器３７０を出る。また、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１＜Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合、内部熱交換器３７０において、低圧側の給湯用冷媒は、高圧側の給湯用冷媒から吸熱して給湯用冷媒の蒸発温度よりも高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近づいて内部熱交換器を出る。また、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１≒Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合は、内部熱交換器３７０において、熱交換は行われずにＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近い温度のまま内部熱交換器３７０から出る。
【００４１】
温水生成ユニット３００における熱媒体の動作としては、熱媒体ポンプ３５０が稼動し、上水道などの熱媒体は、温水生成ユニット３００外から温水生成ユニット３００内に流入し、熱媒体配管３６０ａを通って熱媒体ポンプ３５０に流入した後、熱媒体ポンプ３５０の吐出口から熱媒体配管３６０ｂに流入し、給湯用熱交換器３２０に入る。熱媒体は、給湯用熱交換器３２０にて、給湯用圧縮機３１０が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、６５〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管３６０ｃを経由して、温水生成ユニット３００外に送出され、貯湯タンク内に流入する。
【００４２】
ガス管１３０を流れて暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達した空調用冷媒は、それぞれ第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを経由して、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂ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、全開状態の第３調整手段２２０ａ、２２０ｂを経由して液管１５０に流入する。
【００４３】
暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂから液管１５０に流入した液化した空調用冷媒と、給湯を行う熱伝達ユニット４００から液管１５０に流入した液化した空調用冷媒と、室外熱交換器１１４にて液化し第４調整手段１２０を経由して液管１５０に流入した液化した空調用冷媒とは合流し、冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達する。
【００４４】
冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達した空調用冷媒は、それぞれ第３調整手段２２０ａ、２２０ｂで減圧されて低温低圧の気液二相状態になったのち、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂ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、低温低圧の気相状態になった空調用冷媒は、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを経由して吸入管１４０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。
【００４５】
一方、冷房と暖房と給湯の少なくとも１つ以上の運転を行う時、暖房負荷と給湯負荷の和が冷房負荷より大きい場合は、室外ガス管開閉弁１２１を閉としたままで室外吸入管開閉弁１２２を開とする。したがって、空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧のガス化した空調用冷媒は全てガス管１３０に流入し、暖房運転を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂおよび給湯を行う熱伝達ユニット４００に供給する。
【００４６】
冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂでは、第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを閉、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを開に設定し、暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂでは、第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを開、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを閉に設定する。また、給湯を行う熱伝達ユニット４００において、第３開閉弁４２０を開とし、第２調整手段４１０を開くように設定する。
【００４７】
ガス管１３０を流れて給湯を行う熱伝達ユニット４００に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化したのち、第２調整手段４１０を経由して、液管１５０に流入する。
【００４８】
このとき、給湯を行う温水生成ユニット３００は、給湯用圧縮機３１０を稼動し、給湯用冷媒を循環させる。まず、カスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、空調用冷媒により加熱されて蒸発した後、過熱ガス状態となってカスケード熱交換器３４０から出る。その後、内部熱交換器３７０に流入した給湯用冷媒は、高圧の給湯用冷媒と熱交換して内部熱交換器３７０から出る。その後、給湯用圧縮機３１０に流入する。給湯用圧縮機３１０で高温高圧に圧縮されて給湯用熱交換器３２０に入り、給湯用熱交換器内で熱媒体を６５〜９０℃まで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて給湯用熱交換器３２０から出る。給湯用熱交換器３２０を出た給湯用冷媒は、内部熱交換器３７０で低圧の給湯用冷媒と熱交換して内部熱交換器３７０から出る。その後、第１調整手段３３０に流入し、第１調整手段３３０で等エンタルピー膨張した後、再びカスケード熱交換器３４０に戻る。
【００４９】
ここで、給湯運転を行う場合の、温水生成ユニット３００における内部熱交換器３７０における作用については、冷房負荷が暖房負荷と給湯負荷の和よりも大きい場合と同様である。ケース１のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５１６における給湯用冷媒温度Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１とケース１の給湯用熱交換器出口状態５１３における給湯用冷媒温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１との関係が、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１＞Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合、内部熱交換器３７０において、低圧側の給湯用冷媒は、高圧側の給湯用冷媒へ放熱して給湯用冷媒の蒸発温度よりも高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近づいて内部熱交換器３７０を出る。また、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１＜Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合、内部熱交換器３７０において、低圧側の給湯用冷媒は、高圧側の給湯用冷媒から吸熱して給湯用冷媒の蒸発温度よりも高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近づいて内部熱交換器を出る。また、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ１≒Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１の場合は、内部熱交換器３７０において、熱交換は行われずにＴｋｙｕ_ｏｕｔ１に近い温度のまま内部熱交換器３７０から出る。
【００５０】
温水生成ユニット３００における熱媒体の動作としては、熱媒体ポンプ３５０が稼動し、上水道などの熱媒体は、温水生成ユニット３００外から温水生成ユニット３００内に流入し、熱媒体配管３６０ａを通って熱媒体ポンプ３５０に流入した後、熱媒体ポンプ３５０の吐出口から熱媒体配管３６０ｂに流入し、給湯用熱交換器３２０に入る。熱媒体は、給湯用熱交換器３２０にて、給湯用圧縮機３１０が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、６５〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管３６０ｃを経由して、温水生成ユニット３００外に送出され、貯湯タンク内に流入する。
【００５１】
ガス管１３０を流れて暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達した空調用冷媒は、それぞれ第１開閉弁２２１ａ、２２１ｂを経由して、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂ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、全開状態の第３調整手段２２０ａ、２２０ｂを経由して液管１５０に流入する。
【００５２】
暖房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂから液管１５０に流入した液化した空調用冷媒と、給湯を行う熱伝達ユニット４００から液管１５０に流入した液化した空調用冷媒とは合流し、一部または全部が冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達し、残りは液管１５０を流れて室外ユニット１００に到達する。
【００５３】
冷房を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂに到達した液化した空調用冷媒は、それぞれ第３調整手段２２０ａ、２２０ｂで減圧されて低温低圧の気液二相状態になったのち、室内熱交換器２１４ａ、２１４ｂ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、低温低圧の気相状態になった空調用冷媒は、第２開閉弁２２２ａ、２２２ｂを経由して吸入管１４０に入り、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に戻った空調用冷媒はアキュムレータ１１１を経由して、空調用圧縮機１１０に戻る。
【００５４】
液管１５０を流れて室外ユニット１００到達した液化した空調用冷媒は、第４調整手段１２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になったのち、室外熱交換器１１４に入り、室外ユニット１００周囲の空気により加熱されて蒸発する。蒸発し、低温低圧の気相状態になった空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁１２２、アキュムレータ１１１を経由して空調用圧縮機１１０に戻る。
【００５５】
次に、本実施の形態における二元温水生成ユニット５００の使用例として、給湯と暖房の同時運転時に、空調負荷変動に伴って、暖房運転台数が増減する場合の二元温水生成ユニット５００の動作を説明する。
【００５６】
まず、室内ユニット２００ｂは停止し、室内ユニット２００ａは暖房運転を行い、熱伝達ユニット４００と温水生成ユニット３００は給湯運転を行う、暖房（１台）給湯同時運転の状態から、暖房負荷が増加して室内ユニット２００ｂも暖房運転を行うようになる場合、すなわち暖房運転台数増加時の二元温水生成ユニット５００の動作を説明する。
【００５７】
暖房（１台）給湯同時運転時は、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を閉、室外吸入管開閉弁１２２を開に設定する。また、暖房運転している室内ユニット２００ａにおいて、第１開閉弁２２１ａを開、第２開閉弁２２２ａを閉、第３調整手段２２０ａを開くように設定する。また、停止している室内ユニット２００ｂにおいて、第１開閉弁２２１ｂを閉、第２開閉弁２２２ｂを開、第３調整手段２２０ｂを開くように設定する。また、給湯運転している熱伝達ユニット４００において、第３開閉弁４２０を開、第２調整手段４１０を開くように設定する。
【００５８】
このときの空調用冷媒の流れについて図１を用いて説明する。まず、空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧のガス化した空調用冷媒はガス管１３０を流れて室内ユニット２００ａ、２００ｂおよび熱伝達ユニット４００に到達する。このとき、空調用圧縮機１１０の運転周波数は所定の高圧圧力になるように制御する。ガス管１３０を流れて室内ユニット２００ａに到達した空調用冷媒は、第１開閉弁２２１ａを経由した後、室内熱交換器２１４ａにて室内空気を加熱し、自身は冷却されて液化したのち、第３調整手段２２０ａを経由して、液管１５０に流入し、室外ユニット１００に戻る。ガス管１３０を流れて室内ユニット２００ｂに到達した空調用冷媒は、第１開閉弁２２１ｂが閉のため、第１開閉弁２２１ｂの手前（ガス管１３０側）で留まり室内ユニット２００ｂには空調用冷媒は流れない。また、熱伝達ユニット４００に到達した空調用冷媒は、第３開閉弁４２０を経由した後、カスケード熱交換器３４０にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化したのち、第２調整手段４１０を経由して、液管１５０に流入し、室外ユニット１００に戻る。
【００５９】
液管１５０を流れて室外ユニット１００到達した液化した空調用冷媒は、第４調整手段１２０で減圧されて低温低圧の気液二相状態になったのち、室外熱交換器１１４に入り、室外ユニット１００周囲の空気により加熱されて蒸発する。室外熱交換器１１４で蒸発し、低温低圧の気相状態になった空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁１２２、アキュムレータ１１１を順に経由して空調用圧縮機１１０に戻る。
【００６０】
この状態から、暖房負荷が増加して室内ユニット２００ｂも暖房運転を行うようになると、停止していた室内ユニット２００ｂにおいて、暖房運転を開始するために、第１開閉弁２２１ｂを閉から開とし、第２開閉弁２２２ｂを開から閉とし、第３調整手段２２０ｂを開くように設定する。
【００６１】
室内ユニット２００ｂが暖房運転を開始した直後の空調用冷媒の流れについて図１を用いて説明する。空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧のガス化した空調用冷媒はガス管１３０を流れて室内ユニット２００ａ、２００ｂおよび熱伝達ユニット４００に到達する。室内ユニット２００ｂにおいて、第１開閉弁２２１ｂが閉から開となるため、室内ユニット２００ｂに到達した空調用冷媒は、第１開閉弁２２１ｂを経由した後、室内熱交換器２１４ｂにて室内空気を加熱し、自身は冷却されて液化したのち、第３調整手段２２０ｂを経由して、液管１５０に流入し、室外ユニット１００に戻る。すなわち、室内ユニット２００ｂが停止していたときは室内ユニット２００ａと熱伝達ユニット４００に流入していた空調用冷媒の一部が、室内ユニット２００ｂに流入するようになる。
【００６２】
したがって、室内ユニット２００ｂが暖房運転を開始した直後は、室内ユニット２００ａおよび熱伝達ユニット４００に流入していた空調用冷媒の一部が室内ユニット２００ｂに流入するため、熱伝達ユニット４００に流入する空調用冷媒の流量は一時的に減少する。
その後、空調用圧縮機１１０の運転周波数は所定の高圧圧力になるように制御することで、熱伝達ユニット４００に流入する空調用冷媒の流量は回復する。
【００６３】
熱伝達ユニット４００に流入する空調用冷媒の流量が一時的に減少しているときの温水生成ユニット３００における給湯用冷媒の動作について、図２、および図３を用いて説明する。図２は前述のとおり、暖房（１台）と給湯の同時運転時のモリエール線図（給湯側）であり、暖房（１台）と給湯の同時運転時をケース１とする。図３は暖房運転台数増加時のモリエール線図（給湯側）であり、暖房運転台数増加時をケース２とする。図３には、ケース２の給湯用圧縮機吸込状態５２１、ケース２の給湯用圧縮機吐出状態５２２、ケース２の給湯用熱交換器出口状態５２３、ケース２の内部熱交換器出口（高圧側）状態５２４、ケース２のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５２５、ケース２のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５２６、ケース２の内部熱交換器出口（低圧側）状態５２７が示されている。
【００６４】
まず、カスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、空調用冷媒により加熱されて蒸発温度Ｔｅ２で蒸発した後、ケース２のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５２６においてカスケード熱交換器３４０を出る。このとき、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される空調用冷媒の流量はケース１のときより減少しているため、カスケード熱交換器３４０において空調用冷媒からの供給熱量が減少し、カスケード熱交換器３４０を出る給湯用冷媒の過熱度は小さくなるか、または蒸発しきれずに気液二相状態となる。したがって、ケース２のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５２６における給湯用冷媒の温度Ｔｃａｓ_ｏｕｔ２はＴｃａｓ_ｏｕｔ２≒Ｔｅ２となる。一方で、ケース２の給湯用熱交換器出口状態５２３における給湯用冷媒の温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ２は、ケース１から変化しない。そのため、ケース２の給湯用熱交換器出口状態５２３における給湯用冷媒の温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ２とケース１の給湯用熱交換器出口状態５１３における温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１との関係は、Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ２＝Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１となる。前述の通り、ＣＯ２冷媒の特性により、Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ２＞Ｔｅ２であるから、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ２＜Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ２となり、内部熱交換器３７０において、高圧側の給湯用冷媒は低圧側の給湯用冷媒に放熱する。したがって、ケース２の給湯用熱交換器出口状態５２３において内部熱交換器３７０に流入した高圧側の給湯用冷媒は低圧側の給湯用冷媒に放熱してケース２の内部熱交換器出口（高圧側）状態５２４となって内部熱交換器３７０を出る。その後、ケース２の内部熱交換器出口（高圧側）状態５２４で第１調整手段３３０に流入し、第１調整手段３３０でＴｅ２相等の圧力まで等エンタルピー膨張してケース２のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５２５となってカスケード熱交換器３４０に流入する。このときケース２のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５２５における給湯用冷媒は過冷却状態となる。したがって、カスケード熱交換器３４０における給湯用冷媒の平均温度はケース１のときより低くなることから、カスケード熱交換器３４０における空調用冷媒との交換熱量が増加する。したがって、ケース２のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５２５でカスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒から十分に吸熱してケース２のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５２６となり、その後、ケース２のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５２６で内部熱交換器３７０に流入して、高圧側の給湯用冷媒から吸熱してケース２の内部熱交換器出口（低圧側）状態５２７となる。ケース２の内部熱交換器出口（低圧側）状態５２７の温度はＴｅ２よりも高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ２に近い温度となり、過熱ガス状態となる。ケース２の内部熱交換器出口（低圧側）状態５２７で内部熱交換器３７０を流出した給湯用冷媒は、給湯用圧縮機３１０に流入する。
【００６５】
このときの温水生成ユニット３００における熱媒体の動作としては、熱媒体ポンプ３５０が稼動し、上水道などの熱媒体は、温水生成ユニット３００外から温水生成ユニット３００内に流入し、熱媒体配管３６０ａを通って熱媒体ポンプ３５０に流入した後、熱媒体ポンプ３５０の吐出口から熱媒体配管３６０ｂに流入し、給湯用熱交換器３２０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３２０にて、給湯用圧縮機３１０が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、６５〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管３６０ｃを経由して、温水生成ユニット３００外に送出され、貯湯タンク内に流入する。
【００６６】
次に、室内ユニット２００ｂは停止し、室内ユニット２００ａは暖房運転を行い、熱伝達ユニット４００と温水生成ユニット３００は給湯運転を行う、暖房（１台）給湯同時運転の状態から、暖房負荷が減少して室内ユニット２００ｂが停止する、いわゆる暖房運転台数減少時の二元温水生成ユニット５００の動作を説明する。
【００６７】
暖房（１台）給湯同時運転時は、前述のとおり、室外ユニット１００において、室外ガス管開閉弁１２１を閉、室外吸入管開閉弁１２２を開に設定する。また、暖房運転している室内ユニット２００ａにおいて、第１開閉弁２２１ａを開、第２開閉弁２２２ａを閉、第３調整手段２２０ａを開くように設定する。また、停止している室内ユニット２００ｂにおいて、第１開閉弁２２１ｂを閉、第２開閉弁２２２ｂを開、第３調整手段２２０ｂを開くように設定する。また、給湯運転している熱伝達ユニット４００において、第３開閉弁４２０を開、第２調整手段４１０を開くように設定する。
【００６８】
この状態から、暖房負荷が減少して室内ユニット２００ａが停止になると、暖房運転していた室内ユニット２００ａにおいて、運転を停止するために、第１開閉弁２２１ａを開から閉とし、第２開閉弁２２２ａを閉から開とし、第３調整手段２２０ａを開くように設定する。
【００６９】
室内ユニット２００ａが暖房運転を停止した直後の空調用冷媒の流れについて図１を用いて説明する。空調用圧縮機１１０で圧縮された高温高圧のガス化した空調用冷媒はガス管１３０を流れて室内ユニット２００ａ、２００ｂおよび熱伝達ユニット４００に到達する。室内ユニット２００ａにおいて、第１開閉弁２２１ａが開から閉となるため、室内ユニット２００ａに到達した空調用冷媒は、第１開閉弁２２１ａが閉のため、第１開閉弁２２１ａの手前（ガス管１３０側）で留まり室内ユニット２００ａには空調用冷媒が流れなくなる。
【００７０】
すなわち、室内ユニット２００ａが暖房運転を停止した直後は、室内ユニット２００ａが暖房運転していたときは室内ユニット２００ａに流入していた空調用冷媒は、熱伝達ユニット４００に流入するため、熱伝達ユニット４００に流入する空調用冷媒の流量は一時的に増加する。
その後、空調用圧縮機１１０の運転周波数は所定の高圧圧力になるように制御することで、熱伝達ユニット４００を流入する空調用冷媒の流量は元に戻る。
【００７１】
熱伝達ユニット４００に流入する空調用冷媒の流量が一時的に増加しているときの温水生成ユニット３００における給湯用冷媒の動作について、図２、および図４を用いて説明する。図４は暖房運転台数減少時のモリエール線図（給湯側）であり、暖房運転台数減少時をケース３とする。図４には、ケース３の給湯用圧縮機吸込状態５３１、ケース３の給湯用圧縮機吐出状態５３２、ケース３の給湯用熱交換器出口状態５３３、ケース３の内部熱交換器出口（高圧側）状態５３４、ケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５、ケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６、ケース３の内部熱交換器出口（低圧側）状態５３７が示されている。
【００７２】
まず、ケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５でカスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、空調用冷媒により加熱されて蒸発温度Ｔｅ３で蒸発し、ケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６でカスケード熱交換器３４０を出る。このとき、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される熱量は、ケース１のときより増加しているため、ケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６における給湯用冷媒の過熱度は大きく取れる。このとき、ケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６における給湯用冷媒の温度Ｔｃａｓ_ｏｕｔ３はＴｃａｓ_ｏｕｔ３≫Ｔｅ３（＝Ｔｅ１）となる。一方で、ケース３の給湯用熱交換器出口状態５３３の温度Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ３は、ケース１のときから変化しないためＴｋｙｕ_ｏｕｔ３＝Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ１となる。前述の通り、ＣＯ２冷媒の特性により、Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ３＞Ｔｅ３であるから、Ｔｃａｓ_ｏｕｔ３＞Ｔｋｙｕ_ｏｕｔ３となり、内部熱交換器３７０において、高圧側の給湯用冷媒は低圧側の給湯用冷媒から吸熱する。したがって、ケース３の給湯用熱交換器出口状態５３３で内部熱交換器３７０に流入した高圧側の給湯用冷媒は、低圧側の給湯用冷媒から吸熱してケース３の内部熱交換器出口（高圧側）状態５３４となって内部熱交換器３７０を出る。その後、ケース３の内部熱交換器出口（高圧側）状態５３４で第１調整手段３３０に流入し、第１調整手段３３０でＴｅ３相等の圧力まで等エンタルピー膨張してケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５となった後、ケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５でカスケード熱交換器３４０に流入する。このときケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５における給湯用冷媒の乾き度は、ケース１のときの乾き度よりも高くなる。したがって、カスケード熱交換器３４０における給湯用冷媒は過熱ガス状態となる領域が多くなり、平均温度がケース１のときより高くなることから、カスケード熱交換器３４０における空調用冷媒との交換熱量が低減する。したがって、ケース３のカスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態５３５でカスケード熱交換器３４０に流入した給湯用冷媒は、カスケード熱交換器３４０で空調用冷媒からの吸熱量が抑制され過熱度が取れすぎていないケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６となり、その後、ケース３のカスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態５３６で内部熱交換器３７０に流入して、高圧側の給湯用冷媒に放熱してケース３の内部熱交換器出口（低圧側）状態５３７となる。ケース３の内部熱交換器出口（低圧側）状態５３７の温度は、Ｔｅ３より高い温度のＴｋｙｕ_ｏｕｔ３に近い温度となり、過熱度が取れ過ぎていない過熱ガス状態となる。ケース３の内部熱交換器出口（低圧側）状態５３７で内部熱交換器３７０を流出した給湯用冷媒は、給湯用圧縮機３１０に流入する。
【００７３】
温水生成ユニット３００における熱媒体の動作としては、熱媒体ポンプ３５０が稼動し、上水道などの熱媒体は、温水生成ユニット３００外から温水生成ユニット３００内に流入し、熱媒体配管３６０ａを通って熱媒体ポンプ３５０に流入した後、熱媒体ポンプ３５０の吐出口から熱媒体配管３６０ｂに流入し、給湯用熱交換器３２０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３２０にて、給湯用圧縮機３１０が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、６５〜９０℃まで加熱された後、熱媒体配管３６０ｃを経由して、温水生成ユニット３００外に送出され、貯湯タンク内に流入する。
【００７４】
以上の記述から明らかなように、本発明の二元温水生成ユニット５００を構成する熱伝達ユニット４００は、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、温水生成ユニット３００の給湯用熱交換器３２０から出た高圧冷媒と、カスケード熱交換器３４０から出た低圧冷媒との間で熱交換可能な内部熱交換器３７０を備えることから、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される空調用冷媒の流量が減少する場合には空調用冷媒からの吸熱量が低下するのを抑制し、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される空調用冷媒の流量が増加する場合には空調用冷媒からの吸熱量が増加するのを抑制することができる。
これにより、暖房給湯同時運転時に、暖房運転を行う室内ユニット２００ａ、２００ｂの台数の増減に伴い、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合において、カスケード熱交換器３４０を出た後、内部熱交換器３７０を出た給湯用冷媒の過熱度が不安定化しない。そのため、給湯用圧縮機３１０の吸込過熱度が安定し、液バックや吐出温度過昇が生じるのを抑制でき、給湯用圧縮機３１０の信頼性を向上させることができる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、室外ユニット１００と室内ユニット２００ａ、２００ｂ、および熱伝達ユニット４００とがガス管１３０、吸入管１４０、液管１５０の３管で接続する構成としているが、室外ユニット１００と室内ユニット２００ａ、２００ｂ、および熱伝達ユニット４００とが、空調用圧縮機１１０により圧縮されて高温高圧の過熱ガス状態の空調用冷媒が流れるガス管と、室内ユニット２００ａ、２００ｂ、および熱伝達ユニット４００により凝縮されて液化した空調用冷媒が流れる液管の２管で接続する構成とした場合にも同様の効果が得られる。
【００７６】
（実施の形態２）
図５に本発明の実施の形態２における二元温水生成ユニット５５０の冷凍サイクル構成図を示す。図５の二元温水生成ユニット５５０において、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、カスケード熱交換器３４０の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同一方向になるように接続されている。すなわち、本実施の形態において熱伝達ユニット４００は、カスケード熱交換器３４０を流れる空調用冷媒および給湯用冷媒の流れ方向が同じ方向となるように、空調装置６００に接続されている。
なお、実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略している。
【００７７】
カスケード熱交換器を対向流で用いると、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される熱量が増加した場合に、カスケード熱交換器３４０から出る給湯用冷媒の温度Ｔｃａｓ_ｏｕｔは、カスケード熱交換器３４０に入る空調用冷媒の過熱ガス温度Ｔｄ付近まで上昇する。
そのため、カスケード熱交換器３４０に入る過熱ガス状態の空調用冷媒の温度Ｔｄが高い場合に、給湯用冷媒の過熱度が取れ過ぎるため、内部熱交換器３７０で放熱しても給湯用圧縮機３１０の吸入過熱度の過昇を抑制できない場合がある。
【００７８】
本実施の形態では、カスケード熱交換器３４０を並行流で用いるため、カスケード熱交換器３４０から出る給湯用冷媒の温度Ｔｃａｓ＿ｏｕｔは、空調用冷媒の凝縮温度Ｔｃより低くなり、Ｔｃ＜Ｔｄであるから、カスケード熱交換器３４０を対向流で用いる場合よりも過熱度が小さくなる。
そのため、カスケード熱交換器３４０に入る過熱ガス状態の空調用冷媒の温度Ｔｄが高い場合にも、カスケード熱交換器３４０を出る給湯用冷媒の過熱度が取れ過ぎることはなく、内部熱交換器３７０で放熱することで給湯用圧縮機３１０の吸入過熱度が安定化する。
【００７９】
以上の記述から明らかなように、本発明の二元温水生成ユニット５５０は、カスケード熱交換器３４０の空調用冷媒側の冷媒流れ方向は、カスケード熱交換器３４０の給湯用冷媒側の冷媒流れ方向と同一方向になるように接続されているので、室外ユニット１００からカスケード熱交換器３４０に供給される過熱ガス温度が高い場合でも、カスケード熱交換器３４０を出た給湯用冷媒の過熱度過昇が抑制されるため、低外気温度条件などで、室外ユニット１００において空調用圧縮機１１０から吐出される空調用冷媒の吐出温度が高くなるような場合でも、給湯用圧縮機３１０の吸込過熱度が安定し、液バックや吐出温度過昇が生じるのを抑制でき、給湯用圧縮機３１０の信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
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二元温水生成ユニットにおいて、給湯用冷媒としてＣＯ２冷媒を用い、温水生成ユニットの給湯用熱交換器から出た給湯用冷媒と、カスケード熱交換器から出た給湯用冷媒との間で熱交換可能な内部熱交換器とを備えることで、暖房給湯同時運転時に暖房運転する室内ユニットの台数の増減に伴い、室外ユニットからカスケード熱交換器に供給される空調用冷媒の熱量が増減する場合においても、カスケード熱交換器を出た後、内部熱交換器を出た給湯用冷媒の過熱度が不安定化しないため、給湯用圧縮機の吸込過熱度が安定するので、液バックや吐出温度過昇が生じるのを抑制でき、給湯用圧縮機の信頼性が向上できる二元温水生成ユニット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】
【００８１】
１００  室外ユニット
１３０  ガス管
１４０  吸入管
１５０  液管
２００ａ、２００ｂ  室内ユニット
３００  温水生成ユニット
３１０  給湯用圧縮機（圧縮機）
３２０  給湯用熱交換器
３３０  第１調整手段（流量制御装置）
３４０  カスケード熱交換器
３５０  熱媒体ポンプ
３７０  内部熱交換器
３８０  第１の冷媒配管
３８１  第２の冷媒配管
４００  熱伝達ユニット
５００  二元温水生成ユニット
５１１、５２１、５３１  給湯用圧縮機吸込状態
５１２、５２２、５３２  給湯用圧縮機吐出状態
５１３、５２３、５３３  給湯用熱交換器出口状態
５１４、５２４、５３４  内部熱交換器出口（高圧側）状態
５１５、５２５、５３５  カスケード熱交換器入口（給湯用冷媒側）状態
５１６、５２６、５３６  カスケード熱交換器出口（給湯用冷媒側）状態
５１７、５２７、５３７  内部熱交換器出口（低圧側）状態
６００  空調装置
７００  給湯装置
【図１】
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【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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