JP5383816B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源機と中継機、冷暖房を個別に行う複数台の室内機が、それぞれ２本の冷媒配管で接続された空気調和装置に関するものである。

特許文献１に示すように、従来から、超臨界状態で動作する冷媒を用い、熱源機と中継機、冷暖房を個別に行う複数台の室内機が、それぞれ２本の冷媒配管で接続された空気調和装置が存在している。また、特許文献２の空気調和装置では、特許文献１と同様の回路で負荷側冷媒回路を取り付けて供給される水の加熱、冷却を行っている。

また、超臨界状態で動作する冷媒を用い、熱源機と複数台の室内機が高圧管と低圧管と液管で接続され、複数台の室内機が同時に冷暖房を行う空気調和装置において、前記空気調和装置の冷媒を水熱交換器に流入する水と直接熱交換させて給湯を行う空気調和装置が存在している。特許文献３の空気調和装置では、圧縮機の吐出配管に水熱交換器が設置され、水熱交換器出口から室外熱交換器と接続する配管と室外熱交換器をバイパスする配管が接続され、冷房、給湯の同時運転で水熱交換器の出口冷媒温度が外気温度よりも高い場合と低い場合で室外熱交換器をバイパスさせるかを判定する制御が行われている。また、暖房、給湯運転では水熱交換器で給湯を行った後の冷媒が暖房室内機で暖房を行う。また、特許文献４の空気調和装置では、熱源機と複数台の室内機が高圧管と低圧管と液管で接続されると同時に、高圧管と液管を接続するように給湯ユニットが接続され、給湯が行われている。

再表２００６／０５７１４１号公報（第５〜６頁、図１） 国際公開第２００８／１１７４０８号公報（第１１〜１４頁、図３） 特開２００５−１０６３６０号公報（第６〜７頁、図１〜図４） 特開２００４−２２６０１８号公報（第４〜５頁、図１）

特許文献１の空気調和装置において、設置場所を選ばずに給湯機能を容易に追加できる冷媒回路とその制御方法の確立が望まれている。特許文献２のように負荷側冷媒回路を取り付けた場合、冷媒回路を新たに追加することでコストが大幅に増大する。

また、特許文献３のように圧縮機吐出配管に水熱交換器をつけた場合、空気調和装置の給湯機能は熱源機内に限定され、熱源機に給湯ユニットのスペースが必要になるとともに、製品出荷後に熱源機を分解して圧縮機の吐出配管に追加工事を施したり、給湯ユニットを搭載した機種をそろえたりする必要がある。

また、特許文献４では、熱源機と中継機とを３本の配管で接続することで圧縮機から吐出された冷媒が給湯装置に直接流入するが、特許文献１では、圧縮機から吐出された冷媒は熱源機側熱交換器で冷却された後に給湯装置に流入する運転モードもあり、その場合の水熱交換器の熱交換性能は低下する。

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、熱源機と中継機とが２本の配管で接続された空気調和装置において、給湯機能を簡易に追加できる空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、熱源機側熱交換器、及び前記冷媒の流路を切り替える第１流路切替装置を有する熱源機と、前記冷媒と室内の空気とを熱交換する室内機側熱交換器、及び前記冷媒の流量を制御する第１流量制御装置を有する複数の室内機と、前記熱源機と２本の熱源機側冷媒配管で接続され、該熱源機側冷媒配管を前記複数の室内機ごとに分岐し、前記各室内機とそれぞれ２本の室内機側冷媒配管により接続される分岐装置と、前記各室内機へ流れる冷媒の流路をそれぞれ切り替える第２流路切替装置とを有する中継機と、前記冷媒と水とを熱交換する水熱交換器を有する給湯装置とを備え、前記複数の室内機側熱交換器の全てに前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して室内の空気を加熱する暖房運転モードと、前記複数の室内機側熱交換器の全てに低温・低圧の冷媒を流して室内の空気を冷却する冷房運転モードと、前記複数の室内機側熱交換器の一部に前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して室内の空気を加熱し、前記複数の室内機側熱交換器の他の一部に低温・低圧の冷媒を流して室内の空気を冷却する冷房暖房混在運転モードとを実行可能な空気調和装置であって、前記中継機は、前記分岐装置と前記熱源機側冷媒配管との間に、前記冷媒と水とを熱交換する水熱交換器を接続可能にする接続回路を備え、前記冷房暖房混在運転モードは、前記第１流路切替装置により熱源機側熱交換器が前記圧縮機の吐出側に接続され凝縮器として作用する冷房主体運転モードが実行可能であり、前記冷房主体運転モード及び前記冷房運転モードにおいて、前記給湯装置に給湯負荷が存在した場合には、前記第１流路切替装置により前記冷媒の流路を切り替えて、前記水熱交換器の冷媒側に流入する冷媒温度を変化させるものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、分岐装置と熱源機側冷媒配管との間に、冷媒と水とを熱交換する水熱交換器を接続可能にする接続回路を備えたので、給湯機能を簡易に追加することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転、冷房主体運転時に冷媒の温度を上昇させる制御フローチャートである。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器をバイパスさせる場合の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転、冷房主体運転時に冷媒の温度を上昇させる制御フローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の各運転モードで給湯を行った場合の直列接続、並列接続の選択制御フローチャートである。 実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態４に係る空気調和装置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。なお、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。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の回路構成について説明する。図１において、Ａは熱源機、Ｂは中継機、Ｃ〜Ｅは互いに並列接続された室内機、Ｆは給湯装置である。空気調和装置１００の冷媒回路には、二酸化炭素等、吐出圧力が臨界圧力よりも高い状態で動作する冷媒が用いられている。なお、この実施の形態では、熱源機１台に対して中継機１台、室内機３台、給湯装置１台を接続した場合について説明するが、２台以上の熱源機、２台以上の中継機、２台以上の室内機、及び２台以上の給湯装置を接続した場合も同様である。

熱源機Ａは、圧縮機１、熱源機の冷媒流通方向を切り替える切替弁である四方切替弁２、熱源機側熱交換器である室外熱交換器３、アキュムレーター４を内蔵している。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り、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成すると良い。四方切替弁２は、暖房運転時（全暖房運転モード時及び暖房主体運転モード時）における冷媒の流れと冷房運転時（全冷房運転モード時及び冷房主体運転モード時）における冷媒の流れとを切り替えるものである。室外熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器（または放熱器）として機能し、ファン等の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター４は、圧縮機１の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。なお、以後は熱源機側熱交換器の一例として、空冷式の室外熱交換器３を用いて説明するが、冷媒が他の流体と熱交換する形態であれば水冷式等他の方式でも良い。

６は四方切替弁２と中継機Ｂとを接続する太い第１接続配管である。７は室外熱交換器３と中継機Ｂとを接続する前記第１接続配管６より細い第２接続配管である。これら第１接続配管、第２接続配管で熱源機側冷媒配管を構成する。

１５は室外熱交換器３と第２接続配管７との間に設けられた逆止弁である。逆止弁１５は、室外熱交換器３から第２接続配管７へのみ冷媒の流通を許容する。１６は熱源機Ａの四方切替弁２と第１接続配管６との間に設けられた逆止弁である。逆止弁１６は、第１接続配管６から四方切替弁２へのみ冷媒の流通を許容する。１７は熱源機Ａの四方切替弁２と第２接続配管７との間に設けられた逆止弁である。逆止弁１７は、四方切替弁２から第２接続配管７へのみ冷媒の流通を許容する。１８は室外熱交換器３と第１接続配管６との間に設けられた逆止弁である。逆止弁１８は、第１接続配管６から室外熱交換器３へのみ冷媒の流通を許容する。これら逆止弁１５、１６、１７、１８と、四方切替弁２とにより第１流路切替装置を構成する。

中継機Ｂは、第１分岐部１０、第２流量制御装置１２、第２分岐部１１、第３流量制御装置１３を内蔵している。室内機Ｃ、Ｄ、Ｅは、それぞれ、第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅ、室内機側熱交換器である室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅを内蔵している。

６ｃ、６ｄ、６ｅは、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅに対応して設けられ、それぞれ室内機Ｃ、Ｄ、Ｅの室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅと中継機Ｂとを接続する第１室内機側接続配管である。７ｃ、７ｄ、７ｅは、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅに対応して設けられ、それぞれ室内機Ｃ、Ｄ、Ｅの第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅと中継機Ｂとを接続する第２室内機側接続配管である。これら第１室内機側接続配管６ｃ、６ｄ、６ｅ、第２室内機側接続配管７ｃ、７ｄ、７ｅで室内機側冷媒配管を構成する。

第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅは、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。第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅは、それぞれ、第２室内機側接続配管７ｃ、７ｄ、７ｅに接続される。第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅは、冷房運転時の冷媒の流れにおいて室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅの上流側に設けられている。第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅは、室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅに近接して接続され、冷房時は室内熱交換器５の出口側過熱度、暖房時は過冷却度により調整される。第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成すると良い。

第１分岐部１０は、電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈを備えている。電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅは、それぞれ、第１室内機側接続配管６ｃ、６ｄ、６ｅと第１接続配管６とを接続する。電磁弁８ｆ、８ｇ、８ｈは、それぞれ、第１室内機側接続配管６ｃ、６ｄ、６ｅと第２接続配管７とを接続する。電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈの開閉を切り替えることにより、第１室内機側接続配管６ｃ、６ｄ、６ｅを、それぞれ、第１接続配管６または第２接続配管７に切り替え可能に接続する。第２分岐部１１は、第２室内機側接続配管７ｃ、７ｄ、７ｅと、後述する中継機Ｂ内の第１バイパス配管１４ａと、第２バイパス配管１４ｂと、その会合部よりなる。これら第１分岐部１０及び第２分岐部１１で分岐装置を構成する。なお、電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈに代えて、室内機に応じた個数の三方弁を設けるようにしても良い。この場合、三方のうちの一つが第１接続配管６に、三方のうちの一つが第２接続配管７に、三方のうちの一つが、それぞれ第１室内機側接続配管６ｃ、６ｄ、６ｅに接続される。

１４ａは、中継機Ｂ内の第２接続配管７と第２分岐部１１とを結ぶ第１バイパス配管である。１４ｂは、中継機Ｂ内の第１接続配管６と第２分岐部１１とを結ぶ第２バイパス配管である。１２は第１バイパス配管１４ａの途中に設けられた開閉自在な第２流量制御装置である。１３は第２バイパス配管１４ｂの途中に設けられた開閉自在な第３流量制御装置である。第２流量制御装置１２及び第３流量制御装置１３は、例えばステッピングモーターを用いた二方弁等で構成されており、配管の開度を変更可能にし、冷媒の流量を調整するものである。これら第２流量制御装置１２、第３流量制御装置１３、第１バイパス配管１４ａ、第２バイパス配管１４ｂ、及び電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈで第２流路切替装置を構成する。

さらに、空気調和装置１００には、熱源機側制御装置である熱源機の制御手段５０、中継機の制御手段５１が設けられている。検出器の詳細な説明については省略するが、これらの制御手段５０、５１は、空気調和装置１００に備えられた各種検出器で検出された情報（冷媒圧力情報、冷媒温度情報、室外温度情報、及び、室内温度情報）に基づいて、圧縮機１の駆動、四方切替弁２の切り替え、室外ファンのファンモーターの駆動、各流量制御装置の開度、室内ファンのファンモーターの駆動を制御するようになっている。なお、制御手段５０、５１は、マイコン等で構成されており、各制御値を決定する関数等が格納されるメモリ５０ａ、５１ａを備えている。上記の制御方法により、熱源機Ａの圧縮機１の周波数、室外熱交換器３の熱交換量は室内機Ｃ、Ｄ、Ｅが所定の冷房、暖房を行うように制御される。

また、給湯装置Ｆには、給湯タンク３０と、水と冷媒とが熱交換する水熱交換器３１、水を駆動するポンプ３２が設置されている。なお、給湯タンク３０には、タンク上部に、温水の取水口が設けられている。タンク上部の他方に、水熱交換器３１から戻る温水の流入口が設けられている。タンクの下部に、タンクの水を補う給水口が設けられている。タンク下部の他方に、タンク内の水を水熱交換器３１に供給する流出口が設けられている。そして、給湯タンク３０の流出口から水熱交換器３１、ポンプ３２、給湯タンク３０の流入口が環状に接続されるように水配管が組まれている。なお、ポンプ３２はタンク流出口と水熱交換器３１の間にあっても良い。

中継機Ｂには、給湯装置Ｆへの冷媒の流入を切り替える流路切替弁３３が設置される。流路切替弁３３は、三方弁等で構成されており、冷媒の流路を切り替えるものである。流路切替弁３３は、三方のうちの一つが第２接続配管７の熱源機側に、三方のうちの一つが水熱交換器３１の冷媒入口側に、三方のうちの一つが第２接続配管７の第１分岐部１０側に、それぞれ接続される。また、給湯装置Ｆの水熱交換器３１の冷媒出口側と第２接続配管７とを接続する戻り配管３６ａが設けられる。これら流路切替弁３３及び戻り配管３６ａで接続回路を構成する。この接続回路により、給湯装置Ｆの水熱交換器３１を、分岐装置と第２接続配管７との間に接続可能にする。なお、流路切替弁３３は、三方弁に限らず、二方弁等の二方流路の開閉を行なうものを２つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであれば良い。

後述するように、給湯を行い、暖房の室内機がある場合には水熱交換器３１は暖房運転の室内機の上流に設置されることになる。なお、戻り配管３６ａに流量制御装置３４を設けるようにしても良い。流量制御装置３４を設ければ、給湯回路を遮断することができ、給湯装置Ｆの追加工事における真空引きが必要な箇所は、流路切替弁３３と流量制御装置３４の間のみとなるため、簡易に工事を行うことができる。

給湯装置Ｆには、給湯タンク３０内の温度を測定するタンク内温度検出器４０が設けられている。また、給湯タンク３０の流出口から水熱交換器３１の入口の間の配管には、水温度検出装置である水温度検出器４１が設けられている。また、水熱交換器３１の出口から給湯タンク３０の流入口の間の配管には、水温度検出装置である水温度検出器４２が設けられている。タンク内温度検出器４０、水温度検出器４１、４２は、例えばサーミスター等で構成すると良い。また、中継機Ｂの流路切替弁３３の近傍には、冷媒温度検出器４３が設けられている。冷媒温度検出器４３は、水熱交換器３１の入口冷媒温度を測定する。冷媒温度検出器４３は、例えばサーミスター等で構成すると良い。さらに、給湯装置側制御装置である給湯装置の制御手段５２が設けられている。制御手段５２は、給湯タンク３０内温度の目標値との差、水熱交換器出入口の水温度検出器４１、４２の温度差、若しくは水熱交換器出口の水温度検出器４２の指示値をもとにポンプ３２の駆動電圧等を制御して、ポンプ３２の流量制御を行う。またはポンプ３２の流量が一定速となるように、ポンプ３２の駆動電圧等を制御して流量制御を行う。なお、制御手段５２は、マイコン等で構成されており、各制御値を決定する関数等が格納されるメモリ５２ａを備えている。

この空気調和装置１００が実行する各種運転時の運転動作について説明する。空気調和装置１００の運転動作には、室内機の冷房運転、暖房運転の設定に応じて、冷房運転、暖房運転、冷房主体運転および暖房主体運転の４つのモードがあり、それぞれの運転モードに対して給湯を行う場合と給湯を行わない場合とがある。

冷房運転とは、室内機は冷房のみが可能な運転モードであり、冷房もしくは停止している。暖房運転とは、室内機は暖房のみが可能な運転モードであり、暖房もしくは停止している。冷房暖房混在運転である冷房主体運転とは、室内機ごとに冷暖房を選択できる運転モードであり、暖房負荷に比べて冷房負荷が大きく（冷房負荷と圧縮機入力の和が暖房負荷よりも大きく）、室外熱交換器３が圧縮機１の吐出側に接続され、放熱器（凝縮器）として作用している運転モードである。冷房暖房混在運転である暖房主体運転とは、室内機ごとに冷暖房を選択できる運転モードであり、冷房負荷に比べて暖房負荷が大きく（暖房負荷が冷房負荷と圧縮機入力の和よりも大きく）、室外熱交換器３が圧縮機１の吸入側に接続され、蒸発器として作用している運転モードである。以降、各運転モードの冷媒の流れをＰ−ｈ線図とともに説明する。

［冷房運転］
（i）給湯を行わない場合
図２は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。ここでは、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅの全てが冷房しようとしている場合について説明する。冷房を行う場合、四方切替弁２を、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器３へ流入させるように切り替える。また、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅに接続された電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅは開口され、電磁弁８ｆ、８ｇ、８ｈは閉止される。なお、図２の太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。また、図３は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時のＰ−ｈ線図である。図３に示す（ａ）〜（ｅ）の冷媒状態は、それぞれ図２に示す箇所での冷媒状態である。

この状態で、圧縮機１の運転を開始する。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１の冷媒圧縮過程は、圧縮機の断熱効率の分だけ等エントロピ線で断熱圧縮されるよりも加熱されるように圧縮され、図３の点（ａ）から点（ｂ）に示す線で表される。

圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切替弁２を介して室外熱交換器３に流入する。このとき、冷媒が室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。室外熱交換器３での冷媒変化は、室外熱交換器３の圧力損失を考慮すると、図３の点（ｂ）から点（ｃ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室外熱交換器３から流出した中温高圧の液冷媒は、第２接続配管７を通り、給湯装置Ｆをバイパスするように流路切替弁３３を通る。このとき冷媒はほとんど変化せず、図３の点（ｄ）になる。さらに第１バイパス配管１４ａ、第２流量制御装置１２を通り、第２分岐部１１に流入して分岐され、第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅに流入する。そして、高圧の液冷媒は第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅで絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。この第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅでの冷媒の変化はエンタルピが一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、図３の点（ｄ）から点（ｅ）に示す垂直線で表される。

第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅを出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅに流入する。そして、冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅでの冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図３の点（ｅ）から点（ａ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅを出た低温低圧のガス冷媒はそれぞれ電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅを通り、第１分岐部１０に流入する。第１分岐部１０で合流した低温低圧のガス冷媒は、第１接続配管６および四方切替弁２を通って圧縮機１に流入し、圧縮される。

（ii）給湯を行う場合
図４は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。また、図５は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。図５に示す（ａ）〜（ｅ）の冷媒状態は、それぞれ図４に示す箇所での冷媒状態である。給湯運転を行う場合には（≡）の給湯運転を行わなかった場合の点（ｃ）から点（ｄ）の変化が異なる。熱源機Ａから流出して第２接続配管７を通った冷媒は流路切替弁３３により給湯用の水熱交換器３１に流入し、給湯タンク３０から供給される水と熱交換して冷却される。このときのエンタルピの変化は図５の点（ｃ）から点（ｄ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

［暖房運転］
（i）給湯を行わない場合
図６は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。ここでは、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅの全てが暖房をしようとしている場合について説明する。暖房運転を行う場合、四方切替弁２を、圧縮機１から吐出された冷媒を第１分岐部１０へ流入させるように切り替える。また、室内機Ｃ、Ｄ、Ｅに接続された電磁弁８ｃ、８ｄ、８ｅは閉止され、電磁弁８ｆ、８ｇ、８ｈは開口される。なお、図６の太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。また、図７は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時のＰ−ｈ線図である。図７に示す（ａ）〜（ｅ）の冷媒状態は、それぞれ図６に示す箇所での冷媒状態である。

この状態で圧縮機１の運転を開始する。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１の冷媒圧縮過程は図７の点（ａ）から点（ｂ）に示す線で表される。

圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切替弁２および第２接続配管７を介して給湯装置Ｆをバイパスするように流路切替弁３３を通る。このとき冷媒はほとんど変化せず、図７の点（ｃ）になる。その後、第１分岐部１０で分岐され、電磁弁８ｆ、８ｇ、８ｈを通り室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅに流入する。そして、冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、中温高圧の液冷媒となる。室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅでの冷媒の変化は、図７の点（ｃ）から点（ｄ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室内熱交換器５ｃ、５ｄ、５ｅから流出した中温高圧の液冷媒は、第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅに流入し、第２分岐部１１で合流し、さらに第３流量制御装置１３に流入する。そして、高圧の液冷媒は第１流量制御装置９ｃ、９ｄ、９ｅおよび第３流量制御装置１３で絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒変化は図７の点（ｄ）から点（ｅ）に示す垂直線で表される。

第３流量制御装置１３を出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は、第１接続配管６を介して室外熱交換器３に流入し、冷媒が室外空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器３での冷媒変化は、図７の点（ｅ）から点（ａ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室外熱交換器３を出た低温低圧のガス冷媒は四方切替弁２を通り、圧縮機１に流入し、圧縮される。

（ii）給湯を行う場合
図８は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。また、図９は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。図９に示す（ａ）〜（ｅ）の冷媒状態は、それぞれ図９に示す箇所での冷媒状態である。給湯運転を行う場合には（≡）の給湯運転を行わなかった場合の点（ｂ）から点（ｃ）の変化が異なる。熱源機Ａから流出して第２接続配管７を通った冷媒は流路切替弁３３により給湯用の水熱交換器３１に流入し、給湯タンク３０から供給される水と熱交換して冷却される。このときのエンタルピの変化は図９の点（ｂ）から点（ｃ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

［冷房主体運転］
（i）給湯を行わない場合
図１０は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。ここでは、室内機Ｃ、Ｄが冷房運転を、室内機Ｅが暖房運転をしている場合について説明する。この場合、四方切替弁２を、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器３へ流入させるように切り替える。また、室内機Ｃ、Ｄに接続された電磁弁８ｃ、８ｄは開口され、電磁弁８ｆ、８ｇは閉止される。また、室内機Ｅに接続された電磁弁８ｅは閉止され、電磁弁８ｈは開口される。なお、図１０の太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。図１１は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時のＰ−ｈ線図である。図１１に示す（ａ）〜（ｆ）の冷媒状態は、それぞれ図１１に示す箇所での冷媒状態である。

この状態で、圧縮機１の運転を開始する。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１の冷媒圧縮過程は図１１の点（ａ）から点（ｂ）に示す線で表される。

圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切替弁２を介して室外熱交換器３に流入する。このとき、室外熱交換器３では暖房で必要な熱量を残して冷媒が室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の冷媒となる。室外熱交換器３での冷媒変化は、図１１の点（ｂ）から点（ｃ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室外熱交換器３から流出した中温高圧の冷媒は、第２接続配管７を通り、給湯装置Ｆをバイパスするように流路切替弁３３を通る。このとき冷媒はほとんど変化せず、図１１の点（ｄ）になる。その後、第１分岐部１０、電磁弁８ｈを介して暖房を行う室内熱交換器５ｅに流入する。そして、冷媒が室内空気を加熱しながら冷却され、中温高圧のガス冷媒となる。室内熱交換器５ｅでの冷媒の変化は、図１１の点（ｄ）から点（ｅ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

暖房を行う室内熱交換器５ｅから流出した冷媒は、第１流量制御装置９ｅを通り、第２分岐部１１で分岐され、冷房を行う室内機Ｃ、Ｅの第１流量制御装置９ｃ、９ｄに流入する。そして、高圧の液冷媒は第１流量制御装置９ｃ、９ｄで絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。この第１流量制御装置９ｃ、９ｄでの冷媒の変化はエンタルピが一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、図１１の点（ｅ）から点（ｆ）に示す垂直線で表される。

第１流量制御装置９ｃ、９ｄを出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は冷房を行う室内熱交換器５ｃ、５ｄに流入する。そして、冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。室内熱交換器５ｃ、５ｄでの冷媒の変化は、図１１の点（ｆ）から点（ａ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室内熱交換器５ｃ、５ｄを出た低温低圧のガス冷媒はそれぞれ電磁弁８ｃ、８ｄを通り、第１分岐部１０に流入する。第１分岐部１０で合流した低温低圧のガス冷媒は、第１接続配管６および四方切替弁２を通って圧縮機１に流入し、圧縮される。

（ii）給湯を行う場合
図１２は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。また、図１３は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房主体運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。図１３に示す（ａ）〜（ｆ）の冷媒状態は、それぞれ図１２に示す箇所での冷媒状態である。給湯運転を行う場合には（≡）の給湯運転を行わなかった場合の点（ｃ）から点（ｄ）の変化が異なる。熱源機Ａから流出して第２接続配管７を通った冷媒は流路切替弁３３により給湯用の水熱交換器３１に流入し、給湯タンク３０から供給される水と熱交換して冷却される。このときのエンタルピの変化は図１３の点（ｃ）から点（ｄ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

［暖房主体運転］
（i）給湯を行わない場合
図１４は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。ここでは、室内機Ｃが冷房運転を、室内機Ｄ、Ｅが暖房運転をしている場合について説明する。この場合、四方切替弁２を、圧縮機１から吐出された冷媒を第１分岐部１０へ流入させるように切り替える。また、室内機Ｃに接続された電磁弁８ｆは閉止され、電磁弁８ｃは開口される。また、室内機Ｄ、Ｅに接続された電磁弁８ｇ、８ｈは開口され、電磁弁８ｄ、８ｅは閉止される。なお、図１４の太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。図１５は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時のＰ−ｈ線図である。図１５に示す（ａ）〜（ｈ）の冷媒状態は、それぞれ図１４に示す箇所での冷媒状態である。

この状態で、圧縮機１の運転を開始する。低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１の冷媒圧縮過程は図１５の点（ａ）から点（ｂ）に示す線で表される。

圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切替弁２および第２接続配管７を介して、給湯装置Ｆをバイパスするように流路切替弁３３を通る。このとき冷媒はほとんど変化せず、図１５の点（ｃ）になる。その後、第１分岐部１０に流入した高温高圧のガス冷媒は第１分岐部１０で分岐され、電磁弁８ｇ、８ｈを通り暖房を行う室内熱交換器５ｄ、５ｅに流入する。そして、冷媒が室内空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。室内熱交換器５ｄ、５ｅでの冷媒の変化は、図１４の点（ｃ）から点（ｄ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

室内熱交換器５ｄ、５ｅから流出した中温高圧の液冷媒は、第１流量制御装置９ｄ、９ｅに流入し、第２分岐部１１で合流する。第２分岐部１１で合流した高圧の液冷媒の一部は、冷房を行う室内機Ｃに接続する第１流量制御装置９ｃに流入する。そして、高圧の液冷媒は第１流量制御装置９ｃで絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒変化は、図１５の点（ｄ）から点（ｅ）に示す垂直線で表される。第１流量制御装置９ｃを出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、冷房を行う室内熱交換器５ｃに流入する。そして、冷媒が室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。このときの冷媒変化は、図１５の点（ｅ）から点（ｆ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。室内熱交換器５ｃを出た低温低圧のガス冷媒は電磁弁８ｃを通り、第１接続配管６に流入する。

一方、暖房を行う室内熱交換器５ｄ、５ｅから第２分岐部１１に流入した高圧の液冷媒の残りは、第３流量制御装置１３に流入する。そして、高圧の液冷媒は第３流量制御装置１３で絞られて膨張（減圧）し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒変化は、図１５の点（ｄ）から点（ｇ）に示す垂直線で表される。第３流量制御装置１３を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、第１接続配管６に流入し、冷房を行う室内熱交換器５ｃから流入した低温低圧の蒸気状冷媒と合流する（点（ｈ））。

第１接続配管６で合流した低温低圧で気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器３に流入する。そして、冷媒は室外空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。このときの冷媒変化は、図１５の点（ｈ）から点（ａ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。室外熱交換器３を出た低温低圧のガス冷媒は、四方切替弁２を通って圧縮機１に流入し、圧縮される。

（ii）給湯を行う場合
図１６は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時に給湯を行った場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。また、図１７は、実施の形態１に係る空気調和装置の暖房主体運転時に給湯を行った場合のＰ−ｈ線図である。図１６に示す（ａ）〜（ｈ）の冷媒状態は、それぞれ図１７に示す箇所での冷媒状態である。給湯運転を行う場合には（≡）の給湯運転を行わなかった場合の点（ｂ）から点（ｃ）の変化が異なる。熱源機Ａから流出して第２接続配管７を通った冷媒は流路切替弁３３により給湯用の水熱交換器３１に流入し、給湯タンク３０から供給される水と熱交換して冷却される。このときのエンタルピの変化は図１７の点（ｂ）から点（ｃ）に示すやや傾いた水平に近い直線で表される。

以上、空気調和装置１００が実行する各運転モードの動作について説明した。
ここで、本実施の形態の空気調和装置１００に用いる二酸化炭素冷媒は、フロン冷媒と比較して、超臨界状態の冷媒の密度が大きく、比熱が大きい特性がある。また、フロン冷媒と比較して、ガスの比熱も大きく、負荷側の冷媒回路を増設することなく給湯における高温出湯が可能である。この特性を利用することによって、暖房運転、暖房主体運転時に給湯を行うと、圧縮機１から吐出された高温高圧のすべての冷媒を水熱交換器３１に流し、温度が低下した冷媒を、暖房に利用してカスケード利用することができ、暖房、給湯の合計の性能が向上する。

一方、冷房運転、冷房主体運転においては、管内を流れる冷媒は室外熱交換器３で外気温度付近まで温度が低下する。このため、給水温度が供給される冷媒温度よりも高い場合や、給湯タンク側で出湯温度の高い温水が必要になった場合には、給湯装置Ｆに流入させる冷媒の温度を上昇させる必要がある。以下、冷房運転、冷房主体運転において、冷媒の流入温度を上昇させる動作を２通り説明する。

(1)四方切替弁２を切り替えて給湯装置Ｆの冷媒の流入温度を上げる
図１８は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転、冷房主体運転時に冷媒の温度を上昇させる制御フローチャートである。まず、ステップ１で冷房運転、冷房主体運転の制御を開始する。ステップ２で中継機Ｂに接続された給湯装置Ｆが運転しているかを確認する。給湯をしていない場合には、ステップ３で通常の冷房運転や冷房主体運転を続ける（図２または図１０の回路）。一方、給湯をしている場合には、ステップ４で給湯タンク３０内の水温（タンク内温度検出器４０の指示値）や給湯装置Ｆの出湯温度（水温度検出器４２の指示値）から冷房運転または冷房主体運転での給湯が可能かを判定する。なお、水熱交換器３１に流入する冷媒温度（冷媒温度検出器４３の指示値）と水温度（水温度検出器４１の指示値）との比較により目標の出湯が可能かを判定しても良い。給湯タンク３０内の水温が所定値、例えばタンク水温の目標値に達している場合や、出湯温度が所定値、例えば出湯温度の目標値に達している場合には給湯が可能と判定して、ステップ５で、引き続き冷房運転や冷房主体運転モードによる給湯を行う（図４または図１２の回路）。

一方、ステップ４で、さらに高温の出湯が必要と判断した場合には、ステップ６で給湯装置Ｆの制御手段５２は、熱源機Ａの制御手段５０に現在の給湯状況に関するデータを送信し、制御手段５０が給湯を優先的に行う必要があると判断して、四方切替弁２を切り替えて暖房回路とする。これにより圧縮機１から吐出された冷媒が直接水熱交換器３１に流入するようになる（室内機の台数が他と異なるが、図８または図１６の回路）。

次に、所定時間後や、給湯温度、給湯タンク３０内温度が所定値になった場合に、ステップ７で、上記ステップ６により切り替えた暖房運転や暖房主体運転の回路で、冷房能力が目標値よりも低下していないか、暖房能力や給湯能力が過大でないかを判定する。暖房回路で運転可能と判定した場合には、ステップ８で続けて運転をする。一方、冷房能力が下がる等した場合には、ステップ９で四方切替弁２をもとの冷房回路に戻し、冷房運転や冷房主体運転で給湯を行う。

(2)室外熱交換器をバイパスさせて給湯装置の冷媒の流入温度を上げる
図１９は、実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器をバイパスさせる場合の冷媒回路図である。図１９に示すように、空気調和装置１００の熱源機Ａには、室外熱交換器３と四方切替弁２との間に冷媒が室外熱交換器３をバイパスできる流路切替弁１９とバイパス配管が設置される。図２０は、実施の形態１に係る空気調和装置の冷房運転、冷房主体運転時に冷媒の温度を上昇させる制御フローチャートである。図２０において、ステップ１〜ステップ５は、上記(1)の動作と同じであるため、説明を省略する。図２０のステップ６において、上記(1)の動作では四方切替弁２を切り替えて暖房回路に切り替えたが、ここでは流路切替弁１９を制御して、室外熱交換器３に流入する冷媒流量を減少させて、バイパス配管に流入する冷媒を増大させる。この制御により室外熱交換器３における熱交換量が減少して給湯装置Ｆに流入する冷媒温度（冷媒温度検出器４３の指示値）も上昇する。

次に、所定時間経過後に、上記(1)の動作のステップ７と同様に、冷房能力が目標値よりも低下していないか、暖房能力や給湯能力が過大でないかを判定する。冷房能力が低下した場合や、暖房能力や給湯能力が過大になった場合には、流路切替弁１９を制御して、室外熱交換器３に流入させる冷媒流量を増大させる。なお、冷媒が完全にバイパスするように流路切替弁１９を制御しても給湯能力が足りない場合には、上記(1)の動作と同様に四方切替弁２を切り替えて暖房回路とする。

上記(1)、(2)の動作のように、冷房運転、冷房主体運転において、給湯装置Ｆに流入させる冷媒の温度を上昇させる制御を行うことにより、給湯装置Ｆで必要な給湯温度が高い場合等にも負荷に応じて高温出湯をすることが可能となる。

以上のように本実施の形態においては、中継機Ｂに流路切替弁と戻り配管３６ａを設け、第２接続配管と第１分岐部１０との間に、水熱交換器３１を接続可能にするので、中継機Ｂに容易に給湯装置Ｆを増設して、各運転モードで給湯をすることができる。

また、冷媒として二酸化炭素冷媒を用い、圧縮機１の吐出側での冷媒状態が超臨界状態となる。このため、フロン冷媒と比較して、ガスの比熱が大きく、負荷側の冷媒回路を増設することなく給湯における高温出湯が可能である。

また、冷房主体運転及び冷房運転において給湯を行う場合、本来室外に排熱していた熱を給湯に利用することで冷暖房、給湯の合計能力が上昇し、ＣＯＰが高い状態で運転を行うことができる。さらに、給水温度が供給される冷媒温度よりも高い場合や、給湯タンク側で出湯温度の高い温水が必要になったときには、四方切替弁２を切り替えて圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒を水熱交換器３１の冷媒側に流入させて冷媒の温度を変化させる。このため、給湯装置Ｆで必要な給湯温度が高い場合等にも負荷に応じて高温出湯をすることが可能となる。

また、給湯装置Ｆの水熱交換器３１は、暖房主体運転及び暖房運転において、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が室内機（Ｅ〜Ｃ）へ至る流路のうち、室内熱交換器（５ａ〜５ｅ）の上流側に接続される。このため、暖房運転、暖房主体運転時に給湯を行うと、圧縮機１から吐出された高温高圧のすべての冷媒を水熱交換器３１に流し、温度が低下した冷媒を、暖房に利用してカスケード利用することができ、暖房、給湯の合計の性能が向上する。

実施の形態２．
図２１は、実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。上記実施の形態１の空気調和装置１００との相違点について説明する。本実施の形態２における空気調和装置２００の給湯装置Ｆには、給湯用の水熱交換器３１が暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅと直列に接続される戻り配管３６ａ、流量制御装置３４に加えて、暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅと並列に接続される戻り配管３６ｂ、流量制御装置３５が設置される。流量制御装置３４及び流量制御装置３５は、例えばステッピングモーターを用いた二方弁等で構成されており、配管の開度を変更可能にし、冷媒の流量を調整するものである。これら流量制御装置３４、流量制御装置３５、戻り配管３６ａ、戻り配管３６ｂで第３流路切替装置を構成する。

上記実施の形態１では給湯装置Ｆが、暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅの上流に直列に接続されていたが、実施の形態２では給湯装置Ｆを、暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅと並列に接続することも可能である。

給湯装置Ｆに必要な出湯温度が高く、現在の出湯温度よりもさらに出湯温度を上昇させたい場合には、給湯装置Ｆを、暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅの上流に直列に接続し、室内機Ｃ〜Ｅに流入する前の冷媒（高温高圧のガス冷媒）の全量を水熱交換器３１に流入させた方が、給湯装置Ｆを並列に接続するよりも性能が良くなる。一方、給湯装置Ｆに必要な出湯温度が低く、現在の出湯温度よりも低くても問題ない場合や、水熱交換器３１に流入する水の温度が低い場合には、給湯装置Ｆを室内機Ｃ〜Ｅと並列に接続して、水熱交換器３１出口の冷媒温度を十分に冷却したり、暖房機に流入する冷媒の温度を上昇させたりした方が、給湯装置Ｆを直列に接続するよりも性能が良くなる。以下、給湯装置Ｆが、暖房を行う室内機Ｃ〜Ｅと並列に接続された場合の回路と、直列、並列の切替制御について説明する。

なお、室内機Ｃ〜Ｅの運転が冷房または停止している冷房運転では、冷媒が戻り配管３６ａ、戻り配管３６ｂのどちらを通っても同じであるため、説明を省略する。

図２２は、実施の形態２に係る空気調和装置の暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図２３は、実施の形態２に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図２４は、実施の形態２に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。なお、室内機Ｃ〜Ｅの冷房、暖房の運転モードについては、実施の形態１と同様に設定されている。また、流路切替弁３３は、給湯装置Ｆおよび第１分岐部１０へ流れる冷媒への抵抗が均等になるように、例えば中間開度になっている。給湯装置Ｆの水熱交換器３１で冷却された冷媒は流量制御装置３５で流量制御されて、戻り配管３６ｂを通って第２分岐部１１に流入する。

図２５は、実施の形態２に係る空気調和装置の各運転モードで給湯を行った場合の直列接続、並列接続の選択制御フローチャートである。まず、ステップ１で冷房運転、暖房運転、冷房主体運転、暖房主体運転のうち設定された運転モードの制御を開始する。ステップ２で給湯装置Ｆの給水温度が所定値、例えば暖房の室内機の室内温度よりも低いか、また必要な出湯温度が所定値、例えば現在の水熱交換器３１の出湯温度よりも低いかを判定する。供給される水温が低く、さらに必要な出湯温度が低く、給湯の必要能力が低いと判定した場合には、ステップ３で給湯装置Ｆと暖房を行う室内機（Ｃ〜Ｅ）が並列に接続されるように流量制御装置３５を制御し、流量制御装置３４を閉止する。なお、流量制御装置３５の制御は、例えば出湯温度等から必要な給湯能力に応じた開度に設定する。

一方、供給される水温が高い、または必要な出湯温度が高く、給湯の必要能力が高いと判定した場合には、ステップ４で給湯装置Ｆと暖房を行う室内機（Ｃ〜Ｅ）が直列に接続されるように流量制御装置３５を閉止し、流量制御装置３４を完全に開く。なお、直列に接続された場合には、実施の形態１と同様に図１８に基づく制御を行う。なお、実施の形態１と同様に室外熱交換器３をバイパスする回路を追加し、図２０に基づく制御を行っても良い。

以上のように本実施の形態においては、水熱交換器３１が、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が流入する室内熱交換器（５ａ〜５ｅ）の上流側に接続される冷媒流路と、水熱交換器３１が、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が流入する室内熱交換器（５ａ〜５ｅ）と並列に接続される冷媒流路とを切り替える。このため、給湯装置Ｆの給水温度、必要な出湯温度に応じて並列、直列の切替を行うことができ性能が良い状態で給湯をすることができる。

また、水熱交換器３１に流入する水温が所定値よりも低い場合、又は水熱交換器３１から流出する水温が所定値よりも低い場合には、水熱交換器３１を室内機Ｃ〜Ｅと並列に接続する。このため、給湯装置Ｆに必要な出湯温度が低い場合や、水熱交換器３１に流入する水の温度が低い場合には、水熱交換器３１出口の冷媒温度を十分に冷却し、給湯装置Ｆを直列に接続するよりも性能を良くすることができる。

また、給湯装置Ｆが給湯を行わない場合には流路切替弁３３と流量制御装置３４を閉止し、流量制御装置３５を開口することで、水熱交換器３１と第２分岐部１１とを接続することができる。これにより、中継機Ｂに流入する冷媒が１００℃以上になっても水熱交換器３１に滞留する冷媒の温度は、暖房をした後の冷媒が通る第２分岐部１１と同等程度であるため、ポンプ３２を止めても水熱交換器３１に滞留する水が沸騰することもなく、安全に運転を停止することもできる。

実施の形態３．
図２６は、実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。上記実施の形態２の空気調和装置２００との相違点について説明する。本実施の形態３における空気調和装置３００の給湯装置Ｆには、中継機Ｂに中間熱交換器２０ａ、２０ｂが設置される。各中間熱交換器２０ａ、２０ｂにおいて、冷媒はポンプ２１ａ、２１ｂにより駆動されるブラインと熱交換し、温水や冷水を作る。なお、ブラインとしては、不凍液や水、不凍液と水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用い、図中の太線部を流れる。

中継機Ｂの中間熱交換器２０ａ、２０ｂから室内機Ｃ〜Ｅまでの熱輸送はブラインにより行い、中継機Ｂから第２室内機側接続配管７ｃ〜７ｅを通して室内機Ｃ〜Ｅにブラインが供給され、冷房や暖房を行い、第１室内機側接続配管６ｃ〜６ｅを通して中継機Ｂにブラインが戻る。なお、第２室内機側接続配管７ｃ〜７ｅと第１室内機側接続配管６ｃ〜６ｅのブラインの密度はほとんど同じであるため、配管の太さは両者とも同じでも良い。

また、中継機Ｂには室内機Ｃ〜Ｅの第２室内機側接続配管７ｃ〜７ｅと中間熱交換器２０ａ、２０ｂとの接続を選択する電磁弁２２ｃ〜２２ｈが設置される。また、室内機Ｃ〜Ｅの第１室内機側接続配管６ｃ〜６ｅと中間熱交換器２０ａ、２０ｂとの接続を選択する電磁弁２２ｉ〜２２ｎが設置される。さらに、電磁弁２２ｃ〜２２ｈと室内機Ｃ〜Ｅとの間に、室内機Ｃ〜Ｅに流入するブラインの流量を調整する流量制御装置２３ｃ〜２３ｅが設置される。

なお、ここでは中間熱交換器２０ａ、２０ｂが２つある場合を例に説明するが、これに限るものではない。第２冷媒を冷却または／および加熱できるように構成すれば、中間熱交換器をいくつ設置しても良い。さらに、ポンプ２１ａ、２１ｂは、それぞれ一つとは限らず、複数の小容量のポンプを並列、直列に並べて使用しても良い。

室内機Ｃ〜Ｅがすべて冷房を行う冷房運転では、中間熱交換器２０ａ、２０ｂは冷水を作るため、蒸発器として作用する。このときの冷凍サイクル側のＰ−ｈ線図は、給湯しない場合には図３と、給湯をする場合には図５と同じになる。一方、室内機Ｃ〜Ｅがすべて暖房を行う暖房運転では、中間熱交換器２０ａ、２０ｂは温水を作るため、放熱器として作用する。このときの冷凍サイクル側のＰ−ｈ線図は、給湯しない場合には図７と、給湯をする場合には図９と同じになる。さらに、室内機Ｃ〜Ｅで冷暖房を同時に行う場合には、中間熱交換器２０ａ、２０ｂの何れか一方が蒸発器として作用して冷水を作り、他方が凝縮器として作用して温水を作る。このとき、冷房負荷と暖房負荷の比率により、四方切替弁２の接続を切り替え、室外熱交換器３が蒸発器または放熱器かの選択を行い、冷房主体運転または暖房主体運転を行う。このときの冷凍サイクル側のＰ−ｈ線図は、冷房主体運転で給湯しない場合には図１１と、給湯する場合には図１３と、暖房主体運転で給湯しない場合には図１５と、給湯する場合には図１７と同じになる。冷凍サイクル側の動作は実施の形態１または実施の形態２とほとんど同じである。

以上のように本実施の形態においては、ポンプ２１ａ、２１ｂ、室内熱交換器５ｃ〜５ｅ、及び中間熱交換器２０ａ、２０ｂが接続されて第２冷媒を循環させる循環回路が形成され、室内熱交換器５ｃ〜５ｅは、第２冷媒と室内の空気とを熱交換する。このため、冷媒が配管から漏れたとしても空調対象空間へ冷媒が侵入することを抑制でき、安全な空気調和装置を得ることができる。

また、上記実施の形態１、２のように、中継機Ｂから室内機Ｃ〜Ｅまでの熱輸送を冷媒で行うと、第１流量制御装置９ｃ〜９ｅが室内熱交換器５ｃ〜５ｅ近傍に設置されることになる。一方、実施の形態３によりブラインで熱輸送した場合には、ブライン配管である第１室内機側接続配管６ｃ〜６ｅ、第２室内機側接続配管７ｃ〜７ｅ内の圧力損失によりブラインの温度変化もすることなく、中継機Ｂ内に流量制御装置２３ｃ〜２３ｅを設置することが可能である。そして、中継機Ｂ内に流量制御装置２３ｃ〜２３ｅを設置し、ブラインの行き帰りの温度差制御をすれば、流量制御装置２３ｃ〜２３ｅなどの制御弁が室内の空調対象空間から離れているため、制御弁の駆動や弁通過時の冷媒の流動音等、室内機への騒音を低減させることができる。

また、流量制御を中継機Ｂで一括して行うことができるため、室内機Ｃ〜Ｅにおける制御は、室内のリモコンの状況やサーモオフ、室外機がデフロストを行っているか等の情報でファンの制御のみをすれば良い。

さらに、熱源機Ａから中継機Ｂまでの熱輸送を冷媒で行うことにより、ブラインの駆動に使用するポンプを小型化でき、さらにブラインの搬送動力を低減させて省エネルギー化を図ることができる。

なお、本実施の形態３における冷媒回路構成においても、上記実施の形態１で説明した図１８や、図２０に基づく冷媒制御を行うことにより、中継機Ｂに容易に給湯装置Ｆを増設して、各運転モードで給湯をすることができる。

実施の形態４．
図２７から図２９は、実施の形態４に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図であり、それぞれ実施の形態１の図１、実施の形態２の図２１、実施の形態３の図２６の第１流路切替装置を構成する逆止弁１５〜１８を省略した冷媒回路である。これらの冷媒回路では冷房運転、および冷房主体運転では先述した冷媒回路と同等の冷媒の流れとなる。一方、暖房運転、および暖房主体運転では前記第１接続配管６と前記第２接続配管７、および第１分岐部１０の冷媒の圧力、エンタルピ、冷媒の流れが先述した冷媒回路と逆転する。

これらの冷媒回路においては、高圧配管となる冷媒配管が冷房運転（全冷房運転と冷房主体運転）と暖房運転（全暖房運転と暖房主体運転）で入れ替わる。そこで、給湯装置Ｆの接続回路として、前記第２接続配管７の中継機Ｂ側に設けた従来の流路切替弁３３ａ、流量制御装置３４ａ（実施の形態１から３では３３、３４と記載）に加えて、前記第１接続配管６の中継機Ｂ側に流路切替弁３３ｂ、流量制御装置３４ｂを設け、運転モードに応じて給湯装置Ｆに高温高圧の冷媒が流入するように接続を切り替える。以上に示す給湯用回路を接続することで、運転モードによらず逆止弁１５〜１８を省略した冷媒回路でも実施の形態１から実施の形態３で示した冷媒回路と同様の給湯運転を行うことができる。

なお、上記実施の形態１〜４では、熱源機Ａにアキュムレーター４を設ける場合を例に説明したが、アキュムレーター４を設けなくても良い。したがって、アキュムレーター４を設けなくても、同様の動作をし、同様の効果を奏することは言うまでもない。

また、一般的に、室外熱交換器３や室内熱交換器５ｃ〜５ｅには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば、室内熱交換器５ｃ〜５ｅとしては放射を利用したパネルヒーターのようなものを用いることもできるし、室外熱交換器３としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものを用いることもできる。つまり、室外熱交換器３及び室内熱交換器５ｃ〜５ｅとしては、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであれば種類を問わず、用いることができる。また、室内熱交換器５ｃ〜５ｅの個数を特に限定するものではない。

１ 圧縮機、２ 四方切替弁、３ 室外熱交換器、４ アキュムレーター、５ｃ 室内熱交換器、５ｄ 室内熱交換器、５ｅ 室内熱交換器、６ 第１接続配管、６ｃ 第１室内機側接続配管、６ｄ 第１室内機側接続配管、６ｅ 第１室内機側接続配管、７ 第２接続配管、７ｃ 第２室内機側接続配管、７ｄ 第２室内機側接続配管、７ｅ 第２室内機側接続配管、８ｃ 電磁弁、８ｄ 電磁弁、８ｅ 電磁弁、８ｆ 電磁弁、８ｇ 電磁弁、８ｈ 電磁弁、９ｃ 第１流量制御装置、９ｄ 第１流量制御装置、９ｅ 第１流量制御装置、１０ 第１分岐部、１１ 第２分岐部、１２ 第２流量制御装置、１３ 第３流量制御装置、１４ａ 第１バイパス配管、１４ｂ 第２バイパス配管、１５ 逆止弁、１６ 逆止弁、１７ 逆止弁、１８ 逆止弁、１９ 流路切替弁、２０ａ 中間熱交換器、２０ｂ 中間熱交換器、２１ａ ポンプ、２１ｂ ポンプ、２２ｃ〜２２ｈ 電磁弁、２３ｃ 流量制御装置、２３ｄ 流量制御装置、２３ｅ 流量制御装置、３０ 給湯タンク、３１ 水熱交換器、３２ ポンプ、３３ 流路切替弁、３３ｂ 流路切替弁、３４ 流量制御装置、３４ｂ 流量制御装置、３５ 流量制御装置、３６ａ 戻り配管、３６ｂ 戻り配管、４０ タンク内温度検出器、４１ 水温度検出器、４２ 水温度検出器、４３ 冷媒温度検出器、５０ 制御手段、５１ 制御手段、５２ 制御手段、５０ａ メモリ、５１ａ メモリ、５２ａ メモリ、１００ 空気調和装置、２００ 空気調和装置、３００ 空気調和装置、Ａ 熱源機、Ｂ 中継機、Ｃ 室内機、Ｄ 室内機、Ｅ 室内機、Ｆ 給湯装置。

Claims (10)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、熱源機側熱交換器、及び前記冷媒の流路を切り替える第１流路切替装置を有する熱源機と、
   前記冷媒と室内の空気とを熱交換する室内機側熱交換器、及び前記冷媒の流量を制御する第１流量制御装置を有する複数の室内機と、
   前記熱源機と２本の熱源機側冷媒配管で接続され、該熱源機側冷媒配管を前記複数の室内機ごとに分岐し、前記各室内機とそれぞれ２本の室内機側冷媒配管により接続される分岐装置と、前記各室内機へ流れる冷媒の流路をそれぞれ切り替える第２流路切替装置とを有する中継機と、
   前記冷媒と水とを熱交換する水熱交換器を有する給湯装置とを備え、
   前記複数の室内機側熱交換器の全てに前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して室内の空気を加熱する暖房運転モードと、
   前記複数の室内機側熱交換器の全てに低温・低圧の冷媒を流して室内の空気を冷却する冷房運転モードと、
   前記複数の室内機側熱交換器の一部に前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して室内の空気を加熱し、前記複数の室内機側熱交換器の他の一部に低温・低圧の冷媒を流して室内の空気を冷却する冷房暖房混在運転モードとを実行可能な空気調和装置であって、
   前記中継機は、前記分岐装置と前記熱源機側冷媒配管との間に、前記冷媒と水とを熱交換する水熱交換器を接続可能にする接続回路を備え、
   前記冷房暖房混在運転モードは、前記第１流路切替装置により熱源機側熱交換器が前記圧縮機の吐出側に接続され凝縮器として作用する冷房主体運転モードが実行可能であり、
   前記冷房主体運転モード及び前記冷房運転モードにおいて、前記給湯装置に給湯負荷が存在した場合には、
   前記第１流路切替装置により前記冷媒の流路を切り替えて、前記水熱交換器の冷媒側に流入する冷媒温度を変化させる
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記給湯装置は、前記水熱交換器に流入する水温又は流出する水温を検知する水温度検出装置を備え、
   前記水熱交換器に流入する水温が所定値よりも高い場合、又は前記水熱交換器から流出する水温が所定値よりも低い場合には、
   前記第１流路切替装置により前記冷媒の流路を切り替えて、前記水熱交換器の冷媒側に流入する冷媒温度を変化させる
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記冷媒として、前記圧縮機の吐出側での冷媒状態が超臨界状態となる冷媒を用いた
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記冷房運転モード及び前記冷房主体運転モードにおいて、前記給湯装置に給湯負荷が存在し、前記水熱交換器に流入する水温が所定値よりも高い場合、又は前記水熱交換器から流出する水温が所定値よりも低い場合には、
   前記第１流路切替装置により前記冷媒の流路を切り替えて、前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を前記水熱交換器の冷媒側に流入させて前記冷媒温度を上昇させる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気調和装置。
5. 前記熱源機は、少なくとも前記第１流路切替装置の動作を制御する熱源機側制御装置を有し、
   前記給湯装置は、前記水温度検出装置の水温データを少なくとも含む運転状況に関するデータを、前記熱源機側制御装置に送信する給湯装置側制御装置を有し、
   前記熱源機側制御装置は、前記給湯装置側制御装置から取得した前記運転状況に関するデータに応じて、前記第１流路切替装置により冷媒の流路を切り替える
   ことを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
6. 前記冷房暖房混在運転モードは、前記第１流路切替装置により熱源機側熱交換器が前記圧縮機の吸入側に接続され蒸発器として作用する暖房主体運転モードが実行可能であり、
   前記給湯装置の前記水熱交換器は、前記冷房運転モード、前記暖房運転モード、前記冷房主体運転モード、前記暖房主体運転モードの各種運転モードにおいて、前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒が前記室内機側熱交換器へ至る流路のうち、前記室内機側熱交換器の上流側に接続される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の空気調和装置。
7. 前記給湯装置は、前記冷房運転モード、前記暖房運転モード、前記冷房暖房混在運転モードの各種運転モードにおいて、
   前記水熱交換器が、前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒が流入する前記室内機側熱交換器の上流側に接続される冷媒流路と、
   前記水熱交換器が、前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒が流入する前記室内機側熱交換器と並列に接続される冷媒流路とを切り替える第３流路切替装置を
   備えた
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の空気調和装置。
8. 前記給湯装置は、前記水熱交換器に流入する水温又は流出する水温を検知する水温度検出装置を備え、
   前記水熱交換器に流入する水温が所定値よりも低い場合、又は前記水熱交換器から流出する水温が所定値よりも高い場合には、前記第３流路切替装置により前記冷媒の流路を切り替えて、前記水熱交換器と前記室内機側熱交換器とを並列に接続する
   ことを特徴とする請求項７記載の空気調和装置。
9. 前記中継機は、前記冷媒と第２冷媒の熱交換をする中間熱交換器、及びポンプを備え、
   前記第１流量制御装置は、前記室内機に代えて前記中継機に配置され、
   前記圧縮機、前記熱源機側熱交換器、前記第１流量制御装置、及び前記中間熱交換器が接続されて前記冷媒を循環させる循環回路と、
   前記ポンプ、前記室内機側熱交換器、及び前記中間熱交換器が接続されて前記第２冷媒を循環させる循環回路とが形成され、
   前記室内機側熱交換器は、前記第２冷媒と室内の空気とを熱交換する
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の空気調和装置。
10. 前記中継機は、前記中間熱交換器を複数備え、
    前記第２流路切替装置は、前記分岐装置から前記各中間熱交換器へ流れる冷媒の流路をそれぞれ切り替え、
    前記暖房運転モードにおいて、前記複数の中間熱交換器の全てに前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して前記第２冷媒を加熱し、
    前記冷房運転モードにおいて、前記複数の中間熱交換器の全てに低温・低圧の冷媒を流して前記第２冷媒を冷却し、
    前記冷房暖房混在運転モードにおいて、前記複数の中間熱交換器の一部に前記圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒を流して前記第２冷媒を加熱し、前記複数の中間熱交換器の他の一部に低温・低圧の冷媒を流して前記第２冷媒を冷却する
    ことを特徴とする請求項９記載の空気調和装置。

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