CN103370584B - 制冷循环装置及制冷循环控制方法 - Google Patents

制冷循环装置及制冷循环控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的空调热水供给复合***(100),具备制冷循环机构、热水储箱和控制装置(110);该制冷循环机构具有能进行运行频率的控制的压缩机(1)、对水加热使其成为热水的板式水热交换器(17)、热水供给减压机构(20)、和室外热交换器(3);该热水储箱积蓄基于被加热的热水的热量。控制装置(110)具备对时间进行测量的计时部,计算作为单位时间向负荷侧供给了的热量的热水供给负荷的实际成绩并且计算热水储箱的蓄热量的运算部,存储与运算部计算的热水供给负荷相关的信息的存储部,和根据蓄热量、热水供给负荷和预先设定的热水供给时间对压缩机(1)的运行频率进行控制的控制部。通过由控制装置进行的控制,能够以高的运行效率进行热水供给动作,而且能够避免热水用尽。

Description

制冷循环装置及制冷循环控制方法
技术领域
本发明涉及能够同时地实施空调运行(制冷运行、制热运行)及热水供给运行的空调热水供给复合***,涉及使用在过去使用者消耗的热量的信息来运算最低限必要的热水供给能力,在热水供给运行或空调热水供给同时运行时,相应于空调负荷和运算了的热水供给能力实施运行的空调热水供给复合***。
背景技术
以往,存在以下的适应热水供给的热泵***,该适应热水供给的热泵***,搭载有通过用配管连接热源单元(室外机)和热水供给单元(热水供给机)形成的制冷剂回路,使得能够进行热水供给运行。在热水供给***中,为了提高节能性能,从过去就进行了匹配(例如,参照专利文献1~4)。
另外,存在以下空调热水供给复合***,该空调热水供给复合***除了热水供给单元外还搭载通过用配管连接利用单元(室内机)形成的制冷剂回路,使得能够同时地实施空调运行及热水供给运行,该空调热水供给复合***是能将制冷时的排热用作热水供给热的***。即使在此***中,也能进行用于在热水供给动作中提高节能性的搭配(例如,参照专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-147246号公报
专利文献2:日本专利第3855985号公报
专利文献3:日本特开2004-340532号公报
专利文献4:日本特开2003-139391号公报
专利文献5:日本特开2007-218463号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在记载于专利文献1中的热水储箱式的热水供给装置中,实施与热量的使用状态相应的煮开,使节能性提高。具体地说,将1天分割成多个时间带,在各分割时间带相应于根据过去的热量使用实际成绩求出的必要热量实施煮开运行控制。通过这样做,能够缩短从在热水储箱内储存热量到使用的时间,能够控制散热量,所以,节能性提高。然而,不是基于过去的热量使用实际成绩来控制热水供给装置的运行方法,热水供给运行时压缩机的运行频率变高,成为效率差的运行。
在记载于专利文献2的热泵热水供给装置中,对应于1天的生活模式,在存在担心热水用尽的情况下,优先进行发挥热泵循环的加热能力的运行,防止热水用尽,在不用担心热水用尽的情况下,进行优先考虑热泵循环的运行效率的运行。在此公知技术中,在发挥加热能力的运行时,为了确保热水供给能力,需要将压缩机的运行频率控制得高,所以,无法避免运行效率的恶化。
在记载于专利文献3的热泵热水供给装置中,学习按时刻分的出热水流量、出热水温度、出热水时间,相应于该时刻设定运行状态。另外,根据热交换器的进出口水温设定压缩机的频率。由此动作,相对于宽范围的热水供给负荷提高出热水温度的控制性和耐久性。在此公知技术中,在热水供给负荷高的时刻成为效率差的运行状态。
在记载于专利文献4的热泵热水供给机中,根据每个单位时间的煮开量、热水储槽的容量、和残留热水量推断煮开运行时间。通过使用此公知技术,能够求出向热水储槽的蓄热完成所用的运行时间,但不能求出在规定的热水供给能力下用于防止热水用尽的热水供给运行时间及热水供给开始时刻,不能提高运行效率进行热水供给动作。
在记载于专利文献5的热泵热水供给冷制热装置中,通过根据前一天使用了的热水供给量和制冷运行时间,对第二天的制冷运行时间进行预测和对利用制冷排热的热水储量进行设定,决定由夜间的热水储存运行煮开的热水储量,能够削减消耗电力和防止热水储槽的热水用尽。然而,因为在夜间进行蓄热,所以,产生散热损失,节能性恶化。
本发明根据使用者的过去的热水使用实际成绩、热水储箱的蓄热量、和热水供给时间,运算为了避免热水用尽所需要的最低限的热水供给能力目标,进行热水供给动作以便热水供给能力成为目标值。由此,以相应于热水供给能力降低压缩机的运行频率、实现高的运行效率为目的。
为了解决课题的手段
本发明的制冷循环装置是使制冷剂循环的制冷循环装置,该制冷循环装置的特征在于:
具备制冷循环机构和控制装置;
该制冷循环机构具有能对运行频率进行控制的压缩机、由上述制冷剂向作为储存在热水储箱中的水的箱水供给热量的第一散热器、第一减压机构、和第一蒸发器,上述制冷剂按照上述压缩机、上述第一散热器、上述第一减压机构、上述第一蒸发器的顺序进行循环;
上述控制装置具备存储部、运算部和控制部;
该存储部能对表示预先设定的控制期间的控制期间信息进行存储,并且能存储其它的信息;
该运算部根据规定的供给热量计算规则计算表示从上述第一散热器以规定的时刻为基准供给到了上述箱水的热量的供给热量,将计算出的上述供给热量存储在上述存储部中,并且,根据规定的蓄热量计算规则算出上述箱水具有的现在的蓄热量;
该控制部根据被存储在上述存储部中的上述控制期间信息、被存储在上述存储部中的上述供给热量、和由上述运算部计算出的上述现在的蓄热量,控制上述压缩机的运行频率。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种能避免热水用尽而且能以高的运行效率进行热水供给动作的制冷循环装置。
附图说明
图1是表示实施方式1的空调热水供给复合***100的制冷剂回路结构的概略图。
图2是表示从实施方式1的热水供给单元304到箱单元305的水的流动的概略图。
图3是实施方式1的控制装置110的概略图。
图4是表示相对于实施方式1的运行模式的四通阀及电磁阀的动作的图。
图5是表示实施方式1的、某1天的各时刻的热水储箱27的消耗热量的图。
图6是说明实施方式1的热水供给动作的概略图。
图7是说明实施方式1的热水储箱27的积蓄热量运算方法的图。
图8是在实施方式1的制热热水供给同时运行模式D下的压缩机的控制的流程图。
图9是在实施方式1的制冷热水供给同时运行模式E下的压缩机的控制的流程图。
具体实施方式
实施方式1.
下面,根据附图对实施方式1进行说明。
图1是实施方式1的空调热水供给复合***100(制冷循环装置)的制冷剂回路结构图。另外,包含图1在内,在以下的图中各构成部件的大小的关系与实际的大小的关系有时不同。另外,在此说明书中,对作为在计算公式中使用的符号初次在文中出现的符号,在[]中标明该符号的单位。另外,在无量纲(没有单位)的情况下,标明为[-]。
图2是表示从空调热水供给复合***100的热水供给单元304到箱单元305的水的流动的概略图。
图3是表示空调热水供给复合***100的各种传感器、控制装置110的概略图。下面,参照图1~图3说明空调热水供给复合***100的结构。此空调热水供给复合***100是3管式的多***空调热水供给复合***,其通过进行蒸气压缩式的制冷循环运行,能够同时地处理在利用单元中被选择的制冷运行或制热运行和热水供给单元中的热水供给运行。空调热水供给复合***100,在热水供给动作时能够降低压缩机频率,以高效率进行热水供给,而且能够防止热水用尽。另外,此空调热水供给复合***100即使在制冷和热水供给的同时运行中与制冷负荷相应地减小压缩机频率进行运行,也能够避免热水用尽。
<装置结构>
空调热水供给复合***100,具有热源单元301、分支单元302、利用单元303a、303b、热水供给单元304和箱单元305。热源单元301和分支单元302,由作为制冷剂配管的液体延长配管7和作为制冷剂配管的气体延长配管13连接。热水供给单元304的一方经作为制冷剂配管的热水供给气体延长配管16与热源单元301连接,另一方经作为制冷剂配管的热水供给液体配管19与分支单元302连接。利用单元303a、303b和分支单元302,由作为制冷剂配管的室内气体配管12a、12b和作为制冷剂配管的室内液体配管9a、9b连接。另外,箱单元305和热水供给单元304由作为水配管的上游水配管22和作为水配管的下游水配管23连接。上游水配管22和下游水配管23形成水流路,该水流路成为从热水储箱27流入板式水热交换器17、通过板式水热交换器17返回至热水储箱27的水的流路。
另外,在实施方式1中,在例子中表示连接了1台热源单元、2台利用单元、1台热水供给单元、1台箱单元的情况,但不限于此,也可分别具备图示的以上或以下的台数。另外,用于空调热水供给复合***100的制冷剂是R410A。用于空调热水供给复合***100的制冷剂不限于此,除此以外例如也可以是R407C、R404A等HFC(氢氟烃)制冷剂、R22、R134a等HCFC(氢氯氟烃)制冷剂、CO2制冷剂等在临界压力以上进行工作的制冷剂等。
另外,空调热水供给复合***100如图1所示那样具备控制装置110。控制装置110具备测定部101、运算部102、控制部103、存储部104、计时部105。以下说明的控制全部由控制装置110实施。在图1中,控制装置110被配置在热源单元301中,但为一个例子。控制装置110被配置的场所不被限定。
<热源单元301的运行模式>
简单地说明空调热水供给复合***100能实施的运行模式。在空调热水供给复合***100中,根据被连接的热水供给单元304的热水供给要求及利用单元303a、303b的制冷负荷或制热负荷的有无决定热源单元301的运行模式。空调热水供给复合***100能实施以下5个运行模式。
即,制冷运行模式A、制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E。
(1)制冷运行模式A是没有热水供给要求信号(也称为热水供给要求),利用单元303a、303b实施制冷运行的情况下的热源单元301的运行模式。
(2)制热运行模式B是没有热水供给要求,利用单元303a、303b实施制热运行的情况下的热源单元301的运行模式。
(3)热水供给运行模式C是没有空调负荷,热水供给单元304实施热水供给运行的情况下的热源单元301的运行模式。
(4)制热热水供给同时运行模式D是同时实施由利用单元303a、303b进行的制热运行和由热水供给单元304进行的热水供给运行的情况下的热源单元301的运行模式。
(5)制冷热水供给同时运行模式E是同时实施由利用单元303a、303b进行的制冷运行和由热水供给单元304进行的热水供给运行的情况下的热源单元301的运行模式。
<利用单元303a、303b>
利用单元303a、303b经分支单元302与热源单元301连接。利用单元303a、303b被设置在能够向空调对象区域吹出调和空气的场所(例如通过在屋内的顶棚的嵌入、悬挂等或在墙面的壁挂等)。利用单元303a、303b经分支单元302和液体延长配管7及气体延长配管13与热源单元301连接,构成制冷剂回路的一部分。
利用单元303a、303b具备构成制冷剂回路的一部分的室内侧制冷剂回路。此室内侧制冷剂回路由作为利用侧热交换器的室内热交换器10a、10b构成。另外,在利用单元303a、303b中,设置用于向室内等的空调对象区域供给与室内热交换器10a、10b的制冷剂进行了热交换后的调和空气的室内送风机11a、11b。
室内热交换器10a、10b例如能够由交叉翅片式的翅片管型热交换器构成,该交叉翅片式的翅片管型热交换器由传热管和多个翅片构成。另外,室内热交换器10a、10b也可由微通道热交换器、壳管式热交换器、热管式热交换器、或双层管式热交换器构成。室内热交换器10a、10b,在利用单元303a、303b实施的运行模式是制冷运行模式A的情况下,作为制冷剂的蒸发器起作用,对空调对象区域的空气进行冷却,在是制热运行模式B的情况下,作为制冷剂的冷凝器(或散热器)起作用,对空调对象区域的空气进行加热。
室内送风机11a、11b具有以下功能,即,在将室内空气吸入利用单元303a、303b内,使室内空气在室内热交换器10a、10b与制冷剂进行了热交换后,作为调和空气供给至空调对象区域。即,在利用单元303a、303b中,能在由室内送风机11a、11b取入的室内空气与流过室内热交换器10a、10b的制冷剂之间进行热交换。室内送风机11a、11b,由能使向室内热交换器10a、10b供给的调和空气的流量变化的送风机构成,具备例如离心风机、多叶片风机等风机和驱动此风机的马达,该马达例如由直流风机马达构成。
(传感器)
另外,在利用单元303a、303b中设有如下所示的各种传感器。
(1)设在室内热交换器10a、10b的液体侧(作为散热器动作的情况下的液体侧),检测液体制冷剂的温度的室内液体温度传感器206a、206b;
(2)设在室内热交换器10a、10b的气体侧(作为散热器动作的情况下的气体侧),检测气体制冷剂的温度的室内气体温度传感器207a、207b;
(3)设在利用单元303a、303b的室内空气的吸入口侧,对流入单元内的室内空气的温度进行检测的室内吸入温度传感器208a、208b;
另外,如图3所示,室内送风机11a、11b的动作由控制部103进行控制,该控制部103作为进行包含利用单元303a、303b的制冷运行、制热运行的通常运行的通常运行控制机构起作用。
<热水供给单元304>
热水供给单元304经分支单元302,与热源单元301连接。如图2所示,热水供给单元304具有向被设置在例如屋外等的箱单元305供给热水,对热水储箱27内的水进行加热而将热水煮开的功能。热水供给单元304的板式水热交换器17,具备上游水配管22(水流入配管)连接的连接部24(水流入配管连接部)和下游水配管23(水流出配管)连接的连接部25(水流出配管连接部)。另外,热水供给单元304的一方经热水供给气体延长配管16与热源单元301连接,另一方经热水供给液体配管19与分支单元302连接,构成空调热水供给复合***100中的制冷剂回路的一部分。
热水供给单元304具备构成制冷剂回路的一部分的热水供给侧制冷剂回路。此热水供给侧制冷剂回路,作为要素功能具有作为热水供给侧热交换器的板式水热交换器17。另外,在热水供给单元304中设有用于运送水的供水泵18,该供水泵18向箱单元305等供给与板式水热交换器17的制冷剂热交换后的热水。
板式水热交换器17,在热水供给单元304实施的热水供给运行模式C下,作为制冷剂的冷凝器起作用,对由供水泵18供给的水进行加热。供水泵18具有以下功能,即,向热水供给单元304内供水,使该水在板式水热交换器17中进行热交换而成为了温水后,向箱单元305内供给热水而与热水储箱27的水(箱水)进行热交换。即,在热水供给单元304中,能在由供水泵18供给的水与流过板式水热交换器17的制冷剂之间进行热交换,而且,能在由供水泵18供给的水与热水储箱27的水之间进行热交换。另外,该热水供给单元304由能够改变向板式水热交换器17供给的水的流量的泵构成。
(传感器)
另外,在热水供给单元304中设有以下所示各种传感器。
(1)设在板式水热交换器17的液体侧,检测液体制冷剂的温度的热水供给液体温度传感器209;
(2)设在水的流入部,对流入的水的入口水温进行检测的入口水温温度传感器210(入口温度传感器);
(3)设在水的流出部,对流出的水的出口水温进行检测的出口水温温度传感器211(出口温度传感器);
(4)设在水的流入部,对流入的水的体积流量进行检测的中间水流量计219(图2);
另外,如图3所示,供水泵18的动作由控制部103进行控制,该控制部103作为进行包含热水供给单元304的热水供给运行模式的通常运行的通常运行控制机构起作用。
<箱单元305>
箱单元305例如被设置在屋外,具有储存由热水供给单元304煮开了的热水的功能。箱单元305如图2所示那样具有用于热水储存的热水储箱27。另外,一方经上游水配管22与热水供给单元304连接,另一方经下游水配管23与热水供给单元304连接,构成空调热水供给复合***100中的水回路的一部分。热水储箱27是满水式,若使用者消耗热水,则热水从箱上部出水,与该量相应地从箱下部供给自来水。
在热水供给单元304由供水泵18输送的水在板式水热交换器17中由制冷剂加热而成为温水,经由下游水配管23流入热水储箱27内。温水不与热水储箱27的水混合,而是作为中间水在热水储箱27内与水进行热交换而成为冷水。其后,从热水储箱27流出,经由上游水配管22再次流入热水供给单元304中,在由供水泵18再次送水后,在板式水热交换器17中成为温水。由这样的过程,在箱单元305中热水被煮开。
另外,箱单元305的水的加热方法不限于实施方式1那样的利用中间水的热交换方式,也可以是以下的加热方法,即,使热水储箱27的水直接流到配管中,由板式水热交换器17使水进行热交换而成为温水,再次返回到热水储箱27中。
(传感器)
另外,在箱单元305中设有以下所示各种传感器。
(1)设在热水储箱27的箱侧面上,检测热水储箱27的上部侧侧面的热水温度的第一热水储箱水温温度传感器212;
(2)设在热水储箱27的箱侧面上,检测热水储箱27的第一热水储箱水温温度传感器212的下部侧面的热水温度的第二热水储箱水温温度传感器213;
(3)设在热水储箱27的箱侧面上,检测热水储箱27的第二热水储箱水温温度传感器213的下部侧面的热水温度的第三热水储箱水温温度传感器214;
(4)设在热水储箱27的箱侧面上,检测热水储箱27的第三热水储箱水温温度传感器214的下部侧面的热水温度的第四热水储箱水温温度传感器215;
(5)设在热水储箱27的箱出水部,检测来自热水储箱27的出水温度的热水储箱出水温度传感器216;
(6)设在热水储箱27的箱供水部,检测向热水储箱27的进水温度的热水储箱进水温度传感器217;
(7)设在热水储箱27的箱出水部,检测来自热水储箱27的出水流量的箱水流量计218;
<热源单元301>
热源单元301,例如被设置在屋外,经液体延长配管7、气体延长配管13、和分支单元302与利用单元303a、303b连接。另外,经热水供给气体延长配管16、液体延长配管7及分支单元302与热水供给单元304连接,构成空调热水供给复合***100中的制冷剂回路的一部分。
热源单元301具备构成制冷剂回路的一部分的室外侧制冷剂回路。此室外侧制冷剂回路具有对制冷剂进行压缩的压缩机1、用于相应于室外运行模式对制冷剂流动的方向进行切换的四通阀3、3个电磁阀(第一排出电磁阀2、第二排出电磁阀15、低压均压电磁阀21)、作为热源侧热交换器的室外热交换器4、和用于储存剩余制冷剂的储液器14,作为要素设备。另外,热源单元301由用于向室外热交换器4供给空气的室外送风机5和作为热源侧减压机构用于对制冷剂的分配流量进行控制的室外减压机构6构成。
压缩机1是吸入制冷剂并对该制冷剂进行压缩,使其成为高温、高压的状态的压缩机。在实施方式1中搭载的压缩机1,是能改变运行容量的压缩机,例如由容积式压缩机构成,该容积式压缩机由通过变频器控制的马达(图示省略)驱动。在实施方式1中,虽然以压缩机1仅是1台的情况为例进行了表示,但不限于此,也可与利用单元303a、303b及热水供给单元304的连接台数等相应地并联连接2台以上的压缩机1。另外,与压缩机1连接的排出侧配管在中途分支,一方经四通阀2与气体延长配管13连接,另一方经第二排出电磁阀15与热水供给气体延长配管16连接。
四通阀3、第一排出电磁阀2、第二排出电磁阀15及低压均压电磁阀21,具有根据热源单元301的运行模式对制冷剂流动的方向进行切换的作为流路切换装置的功能。
图4表示相对于运行模式的四通阀及电磁阀的动作内容。图4中表示的“实线”及“虚线”,意味着对图1所示四通阀3的切换状态进行表示的“实线”及“虚线”。
四通阀3在制冷运行模式A、制冷热水供给同时运行模式E的情况下被切换成“实线”。即,在制冷运行模式A、制冷热水供给同时运行模式E的情况下,为了使室内热交换器10a、10b作为在压缩机1中被压缩的制冷剂的蒸发器起作用,被切换成连接压缩机1的吸入侧和室内热交换器10a、10b的气体侧。另外,在制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D的情况下,四通阀3被切换成“虚线”。即,在制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D的情况下,为了使室外热交换器4作为在压缩机1中被压缩的制冷剂的蒸发器起作用,被切换成连接压缩机1的吸入侧和室外热交换器4的气体侧。
第一排出电磁阀2,在制冷运行模式A、制热运行模式B、制冷热水供给同时运行模式E的情况下,被切换成“开”。即,在制冷运行模式A下,为了使室外热交换器4作为在压缩机1中被压缩的制冷剂的冷凝器起作用,被切换成连结压缩机1的排出侧和室外热交换器4的气体侧,在制热运行模式B、制热热水供给同时运行模式D的情况下,为了使室内热交换器10a、10b作为在压缩机1被压缩的制冷剂的冷凝器起作用,被切换成连接压缩机1的排出侧和室内热交换器10a、10b的气体侧。另外,在热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D的情况下,被切换成“闭”。
第二排出电磁阀15,在热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E的情况下被切换成“开”。即,在热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E的情况下,为了使板式水热交换器17作为在压缩机1被压缩的制冷剂的冷凝器起作用,连结压缩机1的排出侧和板式水热交换器17的气体侧。另外,在制冷运行模式A、制热运行模式B的情况下中,被切换成“闭”。
低压均压电磁阀21在制冷热水供给同时运行模式E的情况下被切换成“开”。即,在制冷热水供给同时运行模式E的情况下,为了使室外热交换器4成为低压状态,连结压缩机1的吸入侧与室外热交换器4的气体侧。另外,在制冷运行模式A、制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D的情况下,低压均压电磁阀21被切换成“闭”。
室外热交换器4的气体侧与四通阀3连接,液体侧与室外减压机构6连接。室外热交换器4能够由交叉翅片式的翅片管型热交换器构成,该交叉翅片式的翅片管型热交换器例如由传热管和多个翅片构成。另外,室外热交换器4也可由微通道热交换器、壳管式热交换器、热管式热交换器、或双层管式热交换器构成。室外热交换器4,在制冷运行模式A下作为制冷剂的冷凝器起作用,对制冷剂进行冷却,在制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D及制冷热水供给同时运行模式E下作为制冷剂的蒸发器起作用,对制冷剂进行加热。
室外送风机5,具有以下功能,即,将室外空气吸入到热源单元301内,在由室外热交换器4与室外空气进行了热交换后,向室外排出。即,在热源单元301中,能在由室外送风机5取入的室外空气和流过室外热交换器4的制冷剂之间进行热交换。室外送风机5由能改变向室外热交换器4供给的空气的流量的送风机构成,具备螺旋桨式风机等风机和驱动此风机的例如由直流风机马达构成的马达。
储液器14设在压缩机1的吸入侧,具有以下功能,即,在空调热水供给复合***100发生了异常时、伴随着运行控制的变更的运行状态的过渡响应时,储存液体制冷剂,阻止液体向压缩机1的回流。
(传感器)
另外,在热源单元301中,设有以下所示各种传感器。
(1)设在压缩机1的排出侧,检测高压侧压力的高压压力传感器201;
(2)设在压缩机1的排出侧,检测排出温度的排出温度传感器202;
(3)设在室外热交换器4的气体侧,检测气体制冷剂温度的室外气体温度传感器203;
(4)设在室外热交换器4的液体侧,检测液体制冷剂的温度的室外液体温度传感器204;
(5)设在热源单元301的室外空气的吸入口侧,对流入单元内的室外空气的温度进行检测的外气温度传感器205;
另外,压缩机1、第一排出电磁阀2、四通阀3、室外送风机5、室外减压机构6、第二排出电磁阀15、低压均压电磁阀21的动作由控制部103控制,控制部103进行包含制冷运行模式A、制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E的通常运行,作为通常运行控制机构起作用。
<分支单元302>
分支单元302,例如被设置在屋内,经液体延长配管7和气体延长配管13与热源单元301连接,经室内液体配管9a、9b和室内气体配管12a、12b与利用单元303a、303b连接,经热水供给液体配管19与热水供给单元304连接,构成空调热水供给复合***100中的制冷剂回路的一部分。分支单元302具有与利用单元303a、303b及热水供给单元304要求的运行相应地对制冷剂的流动进行控制的功能。
分支单元302具备构成制冷剂回路的一部分的分支制冷剂回路。此分支制冷剂回路,作为利用侧减压机构,具有用于对制冷剂的分配流量进行控制的室内减压机构8a、8b和用于对制冷剂的分配流量进行控制的热水供给减压机构20,作为要素设备。
室内减压机构8a、8b设在室内液体配管9a、9b上。另外,热水供给减压机构20设在分支单元302内的热水供给液体配管19上。室内减压机构8a、8b具有作为减压阀、膨胀阀的功能,在制冷运行模式A下对流过液体延长配管7的制冷剂进行减压,在制冷热水供给同时运行模式E下对流过热水供给减压机构20的制冷剂进行减压,使其膨胀。另外,在制热运行模式B及制热热水供给同时运行模式D下,对流过室内液体配管9a、9b的制冷剂进行减压而使其膨胀。热水供给减压机构20具有作为减压阀、膨胀阀的功能,在热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D下对流过热水供给液体配管19的制冷剂进行减压而使其膨胀。室内减压机构8a、8b及热水供给减压机构20是开度能可变地控制的减压机构,例如最好由利用电子式膨胀阀的精密的流量控制机构、毛细管等廉价的制冷剂流量调节机构构成。
另外,热水供给减压机构20的动作,如图3所示,由进行包含热水供给单元304的热水供给运行的通常运行的作为通常运行控制机构起作用的控制装置110的控制部103控制(参照图3)。另外,室内减压机构8a、8b的动作,由进行包含利用单元303a、303b的制冷运行及制热运行的通常运行的作为通常运行控制机构起作用的控制部103控制。
另外,如图3所示,由各种温度传感器、压力传感器检测出的各检测值被输入测定部101,由运算部102进行处理。然后,控制部103根据运算部102的处理结果,对压缩机1、第一排出电磁阀2、四通阀3、室外送风机5、室外减压机构6、室内减压机构8a、8b、室内送风机11、11b、第二排出电磁阀15、供水泵18、和热水供给减压机构20进行控制。即,由具备测定部101、运算部102、及控制部103的控制装置110,对空调热水供给复合***100的运行操作进行统一控制。另外,控制装置110能够由微型计算机构成。在以下的实施方式1中说明的计算式由运算部102计算,控制部103根据其运算结果对压缩机1等各设备进行控制。另外,在存储部104中,存储在运算部102中使用的数据、运算结果等。由计时部105输出现在的时刻。
具体地说,根据通过遥控器确定了的运行模式(例如要求利用单元303a、303b的制冷运行的制冷要求信号)、后述的热水供给要求信号、设定温度等的指示及由各种传感器获得的检测信息,
控制部103通过对以下操作进行控制而实施各运行模式:
压缩机1的运行频率、
第一排出电磁阀2的切换、
四通阀3的切换、
室外送风机5的转速(包含开/关)、
室外减压机构6的开度、
室内减压机构8a、8b的开度、
室内送风机11a、11b的转速(包含开/关)、
第二排出电磁阀15的切换、
供水泵18的转速(包含开/关)、
热水供给减压机构20的开度、
低压均压电磁阀21的切换。
另外,测定部101、运算部102、控制部103、存储部104及计时部105可一体地设置,也可分开设置。另外,测定部101、运算部102、控制部103、存储部104及计时部105设在哪个单元都可以。并且,测定部101、运算部102、控制部103、存储部104及计时部105也可设置在每一个单元。
<运行模式>
空调热水供给复合***100,相应于利用单元303a、303b所要求的各自的空调负荷及热水供给单元304所要求的热水供给要求,进行在热源单元301、分支单元302及利用单元303a、303b、热水供给单元304中搭载的各设备的控制,实施制冷运行模式A、制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E。
<动作>
对空调热水供给复合***100进行的制冷运行模式A、制热运行模式B、热水供给运行模式C、制热热水供给同时运行模式D、制冷热水供给同时运行模式E的具体的制冷剂流动方法及各设备的通常控制方法进行说明。各运行模式下的四通阀3的动作如图4所示。
[制冷运行模式A]
在制冷运行模式A下,四通阀3成为由实线表示的状态,即,压缩机1的排出侧与室外热交换器4的气体侧连接的状态。另外,第一排出电磁阀2成为开状态,第二排出电磁阀15成为闭状态,低压均压电磁阀21成为闭状态。并且,热水供给减压机构20是最低开度(全闭)。
在此制冷剂回路的状态下,起动压缩机1、室外送风机5、室内送风机11a、11b。这样,低压的气体制冷剂被吸入压缩机1中,被压缩而成为高温、高压的气体制冷剂。其后,高温、高压的气体制冷剂经由第一排出电磁阀2、四通阀3,流入室外热交换器4,与由室外送风机5供给的室外空气进行热交换而被冷凝,成为高压的液体制冷剂。从室外热交换器4流出后,向室外减压机构6流动,减压后,经由液体延长配管7流入分支单元302。此时,室外减压机构6被控制成为最大开度(全开)。流入了分支单元302的制冷剂由室内减压机构8a、8b减压,成为了低压的气液二相的制冷剂后,从分支单元302流出,经由室内液体配管9a、9b流入利用单元303a、303b。
流入了利用单元303a、303b的制冷剂流入室内热交换器10a、10b,与由室内送风机11a、11b供给的室内空气进行热交换而被蒸发,成为低压的气体制冷剂。在这里,室内减压机构8a、8b被进行控制,以便在利用单元303a、303b中从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了设定温度的温度差(制冷室内温度差)消失。因此,与在设置了利用单元303a、303b的空调空间中要求的制冷负荷相应的流量的制冷剂在室内热交换器10a、10b中流动。
从室内热交换器10a、10b流出了的制冷剂,从利用单元303a、303b流出,经由室内气体配管12a、12b及分支单元302后,向气体延长配管13流动,经由四通阀3,通过储液器14,再次被吸入压缩机1中。
另外,压缩机1的运行频率由控制部103进行控制,以便与制冷室内的最大温度差相应地蒸发温度成为规定值。在这里,蒸发温度是由室内液体温度传感器206a、206b检测的温度。另外,制冷室内最大温度差是利用单元303a、303b中的、从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了设定温度而得到的温度差(制冷室内温度差)最大的利用单元303a、303b的温度差。具体地说,压缩机1的运行频率由控制部103进行控制,以便与制冷室内的最大温度差相应地蒸发温度成为规定值。另外,室外送风机5的风量由控制部103进行控制,以便与由外气温度传感器205检测的外气温度相应地冷凝温度成为规定值。在这里,冷凝温度是根据从高压压力传感器201检测的压力运算的饱和温度。
[制热运行模式B]
在制热运行模式B下,四通阀3成为由虚线表示的状态,即,压缩机1的排出侧与室内热交换器10a、10b的气体侧连接,压缩机1的吸入侧与室外热交换器4的气体侧连接。另外,第一排出电磁阀2成为开状态,第二排出电磁阀15成为闭状态,低压均压电磁阀21成为闭状态。并且,热水供给减压机构20为全闭。
在此制冷剂回路的状态下,起动压缩机1、室外送风机5、室内送风机11a、11b、供水泵18。这样,低压的气体制冷剂被吸入压缩机1中,被压缩而成为高温、高压的气体制冷剂。其后,高温、高压的气体制冷剂流过第一排出电磁阀2、四通阀3。
流入了四通阀3的制冷剂,从热源单元301流出,经由气体延长配管13,向分支单元302流动。其后,经由室内气体配管12a、12b流入利用单元303a、303b。流入了利用单元303a、303b的制冷剂流入室内热交换器10a、10b,与由室内送风机11a、11b供给的室内空气进行热交换而冷凝,成为高压的液体制冷剂,从室内热交换器10a、10b流出。在室内热交换器10a、10b对室内空气进行了加热的制冷剂从利用单元303a、303b流出,经由室内液体配管9a、9b,流入分支单元302,由室内减压机构8a、8b减压,成为低压的气液二相或液相的制冷剂。其后,从分支单元302流出。
室内减压机构8a、8b被进行控制,以便在利用单元303a、303b中从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了室内设定温度的温度差(制热室内温度差)消失。因此,与在设置了利用单元303a、303b的空调空间中要求的制热负荷相应的流量的制冷剂在室内热交换器10a、10b流动。
从分支单元302流出了的制冷剂经由液体延长配管7,流入热源单元301,通过室外减压机构6后,流入室外热交换器4。另外,室外减压机构6的开度被控制成全开。流入了室外减压机构6的制冷剂,与由室外送风机5供给的室外空气进行热交换而被蒸发,成为低压的气体制冷剂。此制冷剂从室外热交换器4流出后,经由四通阀3,通过储液器14后,再次被吸入压缩机1。
另外,压缩机1的运行频率由控制部103进行控制,以便与制热室内最大温度差相应地冷凝温度成为规定值。冷凝温度的求出方法与制冷运行的情况相同。另外,制热室内最大温度差,是利用单元303a、303b中的、从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了室内设定温度而得到的温度差(制热室内温度差)最大的利用单元303a、303b的制热室内温度差。另外,室外送风机5的风量,由控制部103相应于由外气温度传感器205检测的外气温度进行控制,以便蒸发温度成为规定值。在这里,蒸发温度根据由室外液体温度传感器204检测的温度求出。
[热水供给运行模式C]
在热水供给运行模式C下,四通阀3成为由虚线表示的状态,即,压缩机1的排出侧与板式水热交换器17的气体侧连接,压缩机1的吸入侧与室外热交换器4的气体侧连接。另外,第一排出电磁阀2成为闭状态,第二排出电磁阀15成为开状态,低压均压电磁阀21成为闭状态。并且,室内减压机构8a、8b全闭。
在此制冷剂回路的状态下,起动压缩机1、室外送风机5、室内送风机11a、11b、和供水泵18。这样,低压的气体制冷剂被吸入压缩机1,被压缩而成为高温、高压的气体制冷剂。其后,高温、高压的气体制冷剂流入第二排出电磁阀15。
流入了第二排出电磁阀15的制冷剂从热源单元301流出,经由热水供给气体延长配管16,流入热水供给单元304。流入了热水供给单元304的制冷剂流入板式水热交换器17,与由供水泵18供给的水进行热交换而被冷凝,成为高压的液体制冷剂,从板式水热交换器17(第一散热器)流出。在板式水热交换器17中对水进行了加热的制冷剂,在从热水供给单元304流出后,经由热水供给液体配管19,流入分支单元302,由热水供给减压机构20(第一减压机构)减压,成为低压的气液二相的制冷剂。其后,从分支单元302流出,经液体延长配管7流入热源单元301。
另外,热水供给减压机构20由控制部103控制成板式水热交换器17的液体侧的过冷却度成为规定值的那样的开度。板式水热交换器17的液体侧的过冷却度,通过从由高压压力传感器201检测的压力运算饱和温度(冷凝温度),减去由热水供给液体温度传感器209检测的温度来求出。热水供给减压机构20对流过板式水热交换器17的制冷剂的流量进行控制,以便板式水热交换器17的液体侧的制冷剂的过冷却度成为规定值。因此,在板式水热交换器17中冷凝了的高压的液体制冷剂成为具有规定的过冷却度的状态。这样,与在设置了热水供给单元304的设施的热水的利用状况下要求的热水供给要求相应的流量的制冷剂在板式水热交换器17流动。
从分支单元302流出了的制冷剂经由液体延长配管7流入热源单元301,通过室外减压机构6后,流入室外热交换器4(第一蒸发器)。另外,室外减压机构6的开度被控制成全开。流入了室外热交换器4的制冷剂,与由室外送风机5供给的室外空气进行热交换而被蒸发,成为低压的气体制冷剂。此制冷剂在从室外热交换器4流出后,经由四通阀3,通过储液器14后,再次被吸入压缩机1。
在这里,室外送风机5的风量由控制部103进行控制,以便与由外气温度传感器205检测的外气温度相应地蒸发温度成为规定值。在这里,蒸发温度是由室外液体温度传感器204检测的温度。
在以往的热水供给运行模式下,为了避免热水用尽,由控制部103进行控制使得压缩机1的运行频率提高。由此,能够确保高的热水供给能力,能够在最短时间使热水储箱27内的水温上升为设定热水供给温度。
然而,运行效率恶化。因此,为了一面避免热水用尽,一面实现高的运行效率,使用过去的热水的使用记录将压缩机1的运行频率控制得低。将根据以下的式(1)~式(7)进行的压缩机的运行频率的控制称为“热水供给运行控制”。
首先,预先在存储部104中存储热水供给运行时间Δtstart[sec](控制期间信息)(例如7200sec等)。然后,将前一天的热水的使用量,即,箱单元305的最大消耗热量Lm(外部供给热量)和那时的时刻tm存储在存储部104中。具体地说,运算部102每隔1小时运算1天中的箱单元305的消耗热量,求出最大消耗热量时的时刻tm[h:mm]和最大消耗热量Lm[kJ],将其值作为学习值,存储在存储部104中(作为热水供给负荷存储机构的运算部)。另外,所谓“学习”,意味着控制装置110(运算部102)在存储部104中至少存储作为对象的消耗热量和该消耗热量的发生时刻的处理。在这里,时刻根据计时部105的时间测量被设定。
运算部102,如图5所示,表示在1天的各时刻每隔1小时根据式(1)(外部供给热量计算规则)分别算出热水储箱27的消耗热量(作为热水供给负荷运算机构的运算部)的情况。
Lm=ρw×Cp,w×Vwo×Δtw×(Ttankwo-Ttankwi)…(1)
在这里,
Cp,w:水的比热[kJ/(kgK)],
Lm:最大消耗热量(目标热水储存热量)[kJ],
Ttankwi:供水温度[℃],
Ttankwo:出水温度[℃],
Vwo:出水的体积流量[m3/s],
Δtw:出水时间[s],
ρw:水的密度[kg/m3]。
Ttankwi是由入口水温温度传感器210检测的温度中的、过去的检测温度的最小值(例如过去3天的检测温度的最小值)。
Ttankwo是由出口水温温度传感器211检测的温度,是在从热水储箱27出水时检测的温度。
Vwo是由箱水流量计218检测的体积流量。
根据式(1)运算的消耗热量中的最大的消耗热量成为最大消耗热量Lm,那时的时刻成为最大消耗时刻tm。最大消耗热量Lm和最大消耗时刻tm成为与热水供给负荷相关的信息。
然后,经过1天后,一旦如图6所示那样成为记录了前一天的最大消耗热量Lm的时刻tm的Δtstart前的时刻(热水供给开始时刻),则控制部103开始热水供给运行模式C。即,控制部103以以下所示运行频率对压缩机1进行控制。此情况下的压缩机1的运行频率(目标运行频率Fm)根据式(2)~式(6)决定。
Li=ρw×Cp,w×[V1×(Ttank1-Ttankwi
+(V2-V1)×(Ttank2-Ttankwi
+(V3-V2)×(Ttank3-Ttankwi
+(V4-V3)×(Ttank4-Ttankwi)]…(2)
Qwm=(Lm-Li)/Δtstart…(3)
Twom=Twi+Qwm/(ρw×Cp,w×Vw)…(4)
ΔF=f(Twom-Two)…(5)
Fm=F+ΔF…(6)
在这里,
Cp,w:水的比热[kJ/(kgK)],
F:压缩机1的控制前的运行频率[Hz],
Fm:压缩机1的目标运行频率[Hz],
ΔF:压缩机1的运行频率变更量[Hz],
Li:热水供给开始时的热水储箱27的热水储存热量[kJ],
Lm:最大消耗热量(目标热水储存热量)[kJ],
Qwm:热水供给能力目标[kW],
Ttank1:从热水储箱27的最上部到第一上部的热水储存水温[℃],
Ttank2:从热水储箱27的第一上部到第二上部的热水储存水温[℃],
Ttank3:从热水储箱27的第二上部到第三上部的热水储存水温[℃],
Ttank4:从热水储箱27的第三上部到最下部的热水储存水温[℃],
Ttankwi:供水温度[℃](由传感器217检测),
Twi:入口水温[℃](由传感器210检测),
Two:出口水温[℃](由传感器211检测),
Twom:出口水温目标[℃](Two的目标温度),
Δtstart:热水供给运行时间[sec]
V1:热水储箱27的从最上部到第一上部的内容积[m3],
V2:热水储箱27的从最上部到第二上部的内容积[m3],
V3:热水储箱27的从最上部到第三上部的内容积[m3],
V4:热水储箱27的从最上部到最下部的内容积[m3],
Vw:中间水的体积流量[m3/s](中间水流量计219),
ρw:水的密度[kg/m3]。
图7是表示热水储箱27的蓄热量的运算方法的概略图。
另外,所谓“热水供给开始时”,意味着与Δtstart对应的时刻。
式(2)根据图7所示定义导出。
另外,Twi是从箱单元305流入热水供给单元304的水温(由传感器210检测),
Two是从热水供给单元304向箱单元305流出的水温(由传感器211检测),
Ttank1是由第一热水储箱水温温度传感器212检测的温度,
Ttank2是由第二热水储箱水温温度传感器213检测的温度,
Ttank3是由第三热水储箱水温温度传感器214检测的温度,
Ttank4是由第四热水储箱水温温度传感器215检测的温度,
Vw是由中间水流量计219(水流量计)检测的体积流量。
作为程序,运算部102根据式(2)(蓄热量计算规则)运算热水供给开始时的热水储箱27的热水储存热量Li(作为蓄热量运算机构的运算部102)。然后,根据作为前一天的学习结果的最大消耗热量Lm和热水供给运行时间Δtstart,使用式(3)运算热水供给能力目标Qwm。即,设定板式水热交换器17(第一散热器)的热水供给能力(散热能力)的目标值。然后,运算部102使用入口水温Twi根据式(4)运算热水供给能力目标Qwm的情况下的出口水温目标Twom(作为出口水温目标运算机构的运算部102)。出口水温目标Twom是指由出口水温温度传感器211检测的水流的目标温度。然后,根据出口水温目标Twom和出口水温Two的偏差,基于式(5)求出压缩机1的运行频率变更量ΔF,最后,基于式(6)运算压缩机1的目标运行频率Fm。通过根据此程序(以下有时称为压缩机控制程序)决定压缩机1的运行频率,即使降低压缩机1的运行频率也能够避免热水用尽。因此,控制部103能够以高的运行效率进行热水供给动作(作为加热控制机构的控制部)。
(关于Lm、tm的学习)
另外,一旦1天结束,则将那一天的最大消耗热量Lm及最大消耗时刻tm作为学习结果进行更新,在下一天应用。通过这样,能够反映使用者的热水的使用量的变化。
在这里,虽然每一天更新最大消耗热量Lm和最大消耗时刻tm,但不限于此,也可根据2天或1周的热水的使用量进行学***均求出最大消耗热量Lm,也可由最多地学习了的时刻求出最大消耗时刻tm。另外,在以1周以上进行学习的情况下,也可在一周的各天(周一~周日)求出最大消耗热量Lm和最大消耗时刻tm。通过这样增多参照的天数,能以更好的精度避免热水用尽和确保高的运行效率。另外,虽然将时刻划分成1小时单位对其进行了学习,但不限于此,也可划分成30分钟单位、2小时单位。
(入口水温温度传感器210)
另外,入口水温Twi作为入口水温温度传感器210的检测温度。然而,不限于此,通过使入口水温与热水储箱水温相等,入口水温Twi也可作为热水储箱水温。具体地说,如图2所示,中间水和热水储箱27的热水储存水的热交换部位于热水储箱27的下部,中间水出口离箱最下部近。因此,也可使用第四热水储箱水温温度传感器215的检测温度作为入口水温。通过这样做,即使没有入口水温温度传感器210,也能获得入口水温Twi
(出口水温温度传感器211)
另外,出口水温Two作为出口水温温度传感器211的检测温度。然而,不限于此。例如,也可使板式水热交换器17的冷凝温度与出口水温温度传感器211的检测温度相等,从由高压压力传感器201检测的压力的饱和温度算出板式水热交换器17(第一散热器)的冷凝温度,用作出口水温Two。通过这样,即使没有出口水温温度传感器211,也能获得出口水温Two
(供水泵18的转速控制)
另外,通过降低供水泵18的转速,减少中间水(第一散热器流入水)的流量Vw,出口水温目标Twom变高,入口水温与出口水温目标的温度差变大。因此,通过控制供水泵18的转速,以便入口水温与出口水温目标的温度差成为规定值以上(例如5℃以上),能够防止由传感器误差导致的控制性的恶化。因此,控制部103能够以良好精度进行压缩机1的运行频率的控制(作为水流量控制机构的控制部)。
(热水供给运行时间Δtstart
另外,热水供给运行时间Δtstart在上述的说明中预先输入,其后不对值进行更新,作为定值进行了处理。然而,如从图6得知的那样,根据热水供给运行时间Δtstart,热水供给能力目标Qwm变化,压缩机1的运行频率变化。因此,根据使用者的热水的使用状况,最大消耗热量Lm与热水供给开始时的热水储箱27的热水储存热量Li的偏差变大。因此,由式(3)运算的热水供给能力目标Qwm变大,压缩机1的运行频率变高,运行效率下降。因此,为了确保一定的运行效率,最好热水供给运行时间Δtstart也相应于使用者的热水的使用状况产生变化。
作为方法,将标准目标热水供给能力Qstd(标准供给热量)预先存储在存储部104中,根据标准目标热水供给能力Qstd和热水供给能力目标Qwm,更新热水供给运行时间Δtstart。具体地说,运算部102,在结束热水供给运行模式C后,根据式(3),设热水供给能力与热水供给时间的倒数是比例关系,根据由式(3)决定了的热水供给能力目标Qwm和标准热水供给能力Qstd,由式(7)运算热水供给运行时间Δtstart(作为热水供给时间运算机构的运算部102)。
Δtstart=(Qwm/Qstd)×Δtold=(Lm-Li)/ΔQstd…(7)
在这里,
Qstd:标准热水供给能力[kW],
Δtold:前次的热水供给时间[sec]。
运算部102,将热水供给运行时间Δtstart更新为根据前次的热水供给时间Δtold(过去的热水供给时间)通过式(7)的运算求出了的热水供给运行时间Δtstart,从下一天的热水供给动作开始应用。因为存在使用者的热水的使用状况变化的可能性,所以,在1天结束时再度进行学习、更新。按照这样的方法,通过决定热水供给运行时间Δtstart,对于哪个使用者,都能将热水供给能力控制成规定值,能够确保高的运行效率。
另外,在本实施方式1中,说明了在使用者的热水的使用中仅相对于最大消耗热量Lm对压缩机1进行控制的情况。然而,不限于此,也可通过将消耗热量Lk和那时的时刻tk存储在存储部104中,而将本控制(热水供给运行控制)应用于其它的消耗热量Lk的时候。通过这样,对所有负荷的种类都能够以高的运行效率进行热水供给动作。
(以多个的消耗热量为对象)
另外,在本实施方式1中,存储在存储部104中的负荷是1个最大消耗热量Lm。然而,不限于此,也可在存储部104中存储多个(例如2个、3个)种类的负荷(多个的消耗热量),在各负荷下应用本控制(热水供给运行控制)。此时,因为目标热水储存热量Lm相应于消耗热量的大小而不同,所以,为了不管消耗热量怎样,即,不管目标热水储存热量怎样都获得规定的热水供给能力目标Qwm,需要对每个负荷的种类个别地存储热水供给时间Δtstart。通过这样,能在1天应用多次本控制,节能性提高。具体地说,在相对于最大消耗热量和第二消耗热量(最大消耗热量>第二消耗热量)的2个负荷应用了本控制的情况下按照以下的程序进行。
(a)首先,将在1天中的最大消耗热量和作为那时的时刻的最大消耗时刻存储在存储部104中,将第二消耗热量和作为那时的时刻的第二消耗时刻存储在存储部104中。
(b)然后,在经过1天后,一旦成为从最大消耗时刻起提前预先存储在存储部104中的最大热水供给时间的时刻,则开始热水供给运行模式C。此情况下的压缩机1的运行频率由式(2)~式(6)决定。
(c)结束热水供给运行模式C后,根据式(7)运算在下一天应用的最大热水供给时间。
(d)另外,一旦成为从第二消耗时刻起提前预先存储在存储部104中的第二热水供给时间的时刻,则开始热水供给运行模式C。此情况下的压缩机1的运行频率由式(2)~式(6)决定。结束了热水供给运行模式C后,根据式(7)运算在下一天应用的第二热水供给时间。
(e)然后,在下一天与前一天同样地实施热水供给动作。
在本实施方式1中,虽然以空调热水供给复合***100为例,但不限于此,即使在热源单元301和热水供给单元304由制冷剂连接配管连接了的热水供给***,即,没有进行空调的功能,仅能进行热水供给运行的热水供给***的热水供给运行中,也能够应用本开发技术。
[制热热水供给同时运行模式D]
在制热热水供给同时运行模式D(散热并行运行)下,在图4中四通阀3成为由虚线表示的状态,即,压缩机1的排出侧与板式水热交换器17的气体侧连接,压缩机1的吸入侧与室外热交换器4的气体侧连接。另外,第一排出电磁阀2成为开状态,第二排出电磁阀15成为开状态,低压均压电磁阀21成为闭状态。
在此制冷剂回路的状态下,起动压缩机1、室外送风机5、室内送风机11a、11b、供水泵18。这样,低压的气体制冷剂被吸入压缩机1中,被压缩而成为高温、高压的气体制冷剂。其后,高温、高压的气体制冷剂被分配成流过第一排出电磁阀2或第二排出电磁阀15。
流入了第二排出电磁阀15的制冷剂,从热源单元301流出,经由热水供给气体延长配管16,流入热水供给单元304。流入了热水供给单元304的制冷剂,流入板式水热交换器17,与由供水泵18供给的水进行热交换而被冷凝,成为高压的液体制冷剂,从板式水热交换器17流出。在板式水热交换器17中对水进行了加热的制冷剂,从热水供给单元304流出后,经由热水供给液体配管19流入分支单元302,由热水供给减压机构20减压,成为低压的气液二相的制冷剂。其后,与流过室内减压机构8a、8b而来的制冷剂在分支部26汇合,从分支单元302流出。另外,从压缩机1的排出侧分支的、到达第一排出电磁阀2、四通阀3、室内热交换器10a、10b、室内减压机构8a、8b的流路,相对于热水供给运行的流路成为分支流路(散热分支流路)。
另外,热水供给减压机构20由控制部103控制成使板式水热交换器17的液体侧的过冷却度成为规定值的那样的开度。板式水热交换器17的液体侧的过冷却度与热水供给运行的情况相同。热水供给减压机构20对流过板式水热交换器17的制冷剂的流量进行控制,以便板式水热交换器17的液体侧的制冷剂的过冷却度成为规定值。因此,在板式水热交换器17中被冷凝了的高压的液体制冷剂成为具有规定的过冷却度的状态。这样,与在设置了热水供给单元304的设施的热水的利用状况下要求的热水供给要求相应的流量的制冷剂在板式水热交换器17流动。
另一方面,流入了第一排出电磁阀2的制冷剂通过四通阀3后,从热源单元301流出,经由气体延长配管13,向分支单元302流动。其后,经由室内气体配管12a、12b,流入利用单元303a、303b。流入了利用单元303a、303b的制冷剂流入室内热交换器10a、10b(第二散热器),与由室内送风机11a、11b供给的室内空气进行热交换而被冷凝,成为高压的液体制冷剂,从室内热交换器10a、10b流出。在室内热交换器10a、10b对室内空气进行了加热的制冷剂从利用单元303a、303b流出,经由室内液体配管9a、9b,流入分支单元302,由室内减压机构8a、8b(第二减压机构)减压,成为低压的气液二相或液相的制冷剂。其后,从室内减压机构8a、8b流出了的制冷剂与流过热水供给减压机构20而来的制冷剂在分支部26汇合,从分支单元302流出。
室内减压机构8a、8b被控制,以便在利用单元303a、303b中从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了室内设定温度的温度差(制热室内温度差)消失。因此,与在设置了利用单元303a、303b的空调空间中要求的制热负荷相应的流量的制冷剂在室内热交换器10a、10b流动。
从分支单元302流出了的制冷剂经由液体延长配管7,流入热源单元301,经过室外减压机构6后,流入室外热交换器4。另外,室外减压机构6的开度被控制成全开。流入了室外热交换器4的制冷剂与由室外送风机5供给的室外空气进行热交换而蒸发,成为低压的气体制冷剂。此制冷剂在从室外热交换器4流出后,经由四通阀3,通过储液器14后,再次被吸入压缩机1。
另外,室外送风机5的风量由控制部103进行控制,以便与由外气温度传感器205检测的外气温相应地蒸发温度成为规定值。在这里,蒸发温度是由室外液体温度传感器204检测的温度。
在制热热水供给同时运行模式D下,需要一面输出与制热负荷相应的制热能力,一面进行热水供给。以往,由于存在热水供给动作,所以,为了避免热水用尽,需要以大的热水供给能力为目标,将压缩机频率控制得高。通过应用热水供给运行控制,能够把握最低限必要的热水供给能力,与此相应,能够控制压缩机1的运行频率。因此,能够以高的运行效率实现一面输出与制热负荷相应的制热能力,一面同时进行热水供给动作的运行。
图8是表示制热热水供给同时运行模式D时的压缩机控制的流程图。在步骤S11中开始制热热水供给同时运行模式D,然后,在步骤S12中与制热运行模式B同样地与制热负荷相应地控制压缩机1的运行频率。即,在本实施方式1中,由控制部103控制压缩机1的运行频率,以便与室内最大温度差相应地冷凝温度成为规定值。冷凝温度的求出方法与制冷运行的情况相同。由此动作,确保与制热负荷相应的制热能力。接下来,在步骤S13中与热水供给运行模式C的情况同样地运算出口水温目标Twom。即,使用由热水供给动作学习了的最大消耗热量Lm和最大消耗时刻tm,由式(3)运算热水供给能力目标Qwm(最低限必要的热水供给能力),由式(4)运算出口水温目标Twom。接下来,在步骤S14中比较出口水温Two和出口水温目标Twom。在这里,判定根据在步骤S12中控制的压缩机1的运行频率决定的热水供给能力对要在最大消耗时刻tm之前在热水储箱27中积蓄最大消耗热量Lm来说是否是足够的热水供给能力。即,判定热水供给能力是否比热水供给能力目标Qwm大。若出口水温Two比出口水温目标Twom高,则判定足够的热水供给能力被确保,前进至步骤S15,使压缩机1的运行频率就这样不变。若出口水温Two比出口水温目标Twom低,则判定热水供给能力不足,即,热水供给能力比热水供给能力目标小,前进至步骤S16,提高压缩机1的运行频率,直到出口水温Two变得与出口水温目标Twom相等。
由此动作,在热水供给能力比热水供给能力目标Qwm大的情况下,能够输出与制热负荷相应的制热能力,同时,能够与使用者过去的热水使用实际成绩相应地判断最低限必要的热水供给能力,与此相应地设定压缩机1的运行频率。因此,与以往的、使用者的热水的使用量未被使用的情况相比,能将压缩机1的运行频率控制得低地进行制热热水供给同时运行。
另外,通过与热水供给运行模式C的情况同样地、由式(7)运算热水供给运行时间目标Δtm,更新热水供给运行时间Δtstart,对于哪个使用者,都能使热水供给能力目标Qwm为标准热水供给能力Qstd,成为一定,能够实现高的运行效率。
[制冷热水供给同时运行模式E]
在制冷热水供给同时运行模式E(吸热冷凝并行运行)下,利用单元303a、303b成为制冷运行,热水供给单元304成为热水供给运行。在制冷热水供给同时运行模式E下,四通阀3是由实线表示的状态。即,压缩机1的排出侧经由热水供给气体延长配管16与板式水热交换器17连接,而且,压缩机1的吸入侧与室外热交换器4的气体侧连接。另外,第一排出电磁阀2成为闭状态,第二排出电磁阀15成为开状态,低压均压电磁阀21成为开状态。
在此制冷剂回路的状态下,若起动压缩机1、室外送风机5、室内送风机11a、11b、供水泵18,则低压的气体制冷剂被吸入压缩机1,被压缩而成为高温、高压的气体制冷剂。其后,高温、高压的气体制冷剂流入第二排出电磁阀15。
流入了第二排出电磁阀15的制冷剂从热源单元301流出,经由热水供给气体延长配管16,流入热水供给单元304。流入了热水供给单元304的制冷剂流入板式水热交换器17,与由供水泵18供给的水进行热交换而冷凝,成为高压的液体制冷剂,从板式水热交换器17流出。在板式水热交换器17对水进行了加热的制冷剂从热水供给单元304流出,经由热水供给液体配管19,流入分支单元302。
流入了分支单元302的制冷剂由热水供给减压机构20减压,成为中间压的气液二相或液相的制冷剂。在这里,热水供给减压机构20被控制成最大开度。其后,被分配成流入液体延长配管7的制冷剂和流入室内减压机构8a、8b的制冷剂。如图1所示那样流往室内单元的制冷剂,在分支部26分支。另外,在图1中,室内减压机构8a、8b(第二减压机构)、室内热交换器10a、10b(第二蒸发器)、四通阀3的流路构成吸热分支流路。
流入了室内减压机构8a、8b的制冷剂被减压,成为低压的气液二相状态,经由室内液体配管9a、9b,流入利用单元303a、303b。流入了利用单元303a、303b的制冷剂流入室内热交换器10a、10b,与由室内送风机11a、11b供给的室内空气进行热交换而蒸发,成为低压的气体制冷剂。
在这里,室内减压机构8a、8b被控制,以便在利用单元303a、303b中从由室内吸入温度传感器208a、208b检测的室内吸入温度减去了设定温度的温度差(制冷室内温度差)消失。因此,与在设置了利用单元303a、303b的空调空间要求的制冷负荷相应的流量的制冷剂在室内热交换器10a、10b流动。
流过了室内热交换器10a、10b的制冷剂其后从利用单元303a、303b流出,经由室内气体配管12a、12b、分支单元302及气体延长配管13,流入热源单元301。流入了热源单元301的制冷剂在通过四通阀3后,与通过了室外热交换器4的制冷剂汇合。
另一方面,流入了液体延长配管7的制冷剂其后流入热源单元301,在由室外减压机构6减压成低压的气液二相制冷剂后,流入室外热交换器4,与由室外送风机5供给的室外空气进行热交换而蒸发。其后,经由低压均压电磁阀21,与通过了室内热交换器10a、10b的制冷剂汇合。其后,通过储液器14,再次被吸入压缩机1。
另外,低压均压电磁阀21为了使室外热交换器4成为低压而设置,所以,口径小。因此,不能对多余的制冷的热进行吸热。因此,室外送风机5被控制成为了冷却散热板所必要的最低限的风量,而且,将室外减压机构6的开度控制成微开。
在制冷热水供给同时运行模式E下,需要输出与制冷负荷相应的制冷能力,而且进行热水供给。在以往,由于具有热水供给动作,所以,为了避免热水用尽,需要以大的热水供给能力为目标将压缩机频率控制得高。因此,制冷能力变过剩,需要交替地切换热水供给运行模式C和制冷热水供给同时运行模式E,成为效率差的运行。通过应用本开发技术,能够把握最低限必要的热水供给能力,与此相应,能够控制压缩机1的运行频率。因此,通过应用本开发技术,能够实现一面输出与制冷负荷相应的制冷能力,一面同时进行热水供给动作的动作,能够获得高的运行效率。
图9是表示制冷热水供给同时运行模式E时的压缩机控制的流程图。在步骤S21中开始制冷热水供给同时运行模式E,然后,在步骤S22中,与制冷运行模式A的情况同样地相应于制冷负荷控制压缩机1的运行频率。即,在本实施方式1下由控制部103控制压缩机1的运行频率,与制冷室内最大温度差相应地蒸发温度成为规定值。蒸发温度的求出方法与制冷运行的情况相同。由此动作,确保与制冷负荷相应的制冷能力。然后,在步骤S23中与热水供给运行模式C的情况同样地运算出口水温目标Twom。即,使用由热水供给动作学习了的最大消耗热量Lm和最大消耗时刻tm,由式(3)运算热水供给能力目标Qwm(最低限必要的热水供给能力),由式(4)运算出口水温目标Twom。接下来,在步骤S24中比较出口水温Two和出口水温目标Twom。在这里,判定根据在步骤S22中控制的压缩机1的运行频率决定的热水供给能力对要在最大消耗时刻tm之前在热水储箱27中积蓄最大消耗热量Lm来说是否是足够的热水供给能力。即,判定热水供给能力是否比热水供给能力目标Qwm大。若出口水温Two比出口水温目标Twom高,则足够的热水供给能力被确保,前进至步骤S25,使压缩机1的运行频率就这样保持不变。若出口水温Two比出口水温目标Twom低,则判定热水供给能力不足,即,热水供给能力比热水供给能力目标小,前进至步骤S26,提高压缩机1的运行频率直到出口水温Two变得与出口水温目标Twom相等。
由此动作,在热水供给能力比热水供给能力目标Qwm大的情况下,能够一面输出与制冷负荷相应的制冷能力,一面与使用者过去的热水使用实际成绩相应地判断最低限必要的热水供给能力,与此相应地设定压缩机1的运行频率。因此,与未使用以往的使用者的热水使用量的情况相比,能将压缩机1的运行频率控制得低,进行制冷热水供给同时运行。以往,即使在制冷负荷小的情况下也避免热水用尽地增大热水供给能力,所以,制冷能力也变大了。然而,根据本发明,因为变得能够减小热水供给能力进行运行,所以,在制冷负荷小的情况下能够使制冷能力小地进行运行,能够实现高的运行效率。而且,在热水供给中还能避免热水用尽。
另外,与热水供给运行模式C的情况同样地由式(7)运算热水供给运行时间目标Δtm,更新热水供给运行时间Δtstart,对于哪个使用者,都能够使热水供给能力目标Qwm为一定,能够实现高的运行效率。
根据以上说明,由本实施方式1的空调热水供给复合***100能够以高的运行效率进行热水供给动作,而且,能够避免热水用尽。
另外,在以上的实施方式1中,虽然说明了空调热水供给复合***100(制冷循环装置),但也能作为制冷循环控制方法把握空调热水供给复合***100的动作。
符号说明:
1压缩机,2第一排出电磁阀,3四通阀,4室外热交换器,5室外送风机,6室外减压机构,7液体延长配管,8a、8b室内减压机构,9a、9b室内液体配管,10a、10b室内热交换器,11a、11b室内送风机,12a、12b室内气体配管,13气体延长配管,14储液器,15第二排出电磁阀,16热水供给气体延长配管,17板式水热交换器,18供水泵,19热水供给液体配管,20热水供给减压机构,21低压均压电磁阀,22上游水配管,23下游水配管,24水流入配管连接部,25下游水配管连接部,26分支部,27热水储箱,100空调热水供给复合***,110控制装置,102运算部,103控制部,104存储部,105计时部,201高压压力传感器,202排出温度传感器,203室外气体温度传感器,204室外液体温度传感器,205外气温度传感器,206a、206b室内液体温度传感器,207a、207b室内气体温度传感器,208a、208b室内吸入温度传感器,209热水供给液体温度传感器,210入口水温温度传感器,211出口水温温度传感器,212第一热水储箱水温温度传感器,213第二热水储箱水温温度传感器,214第三热水储箱水温温度传感器,215第四热水储箱水温温度传感器,216热水储箱出水温度传感器,217热水储箱进水温度传感器,218箱水流量计,219中间水流量计,301热源单元,302分支单元,303a、303b利用单元,304热水供给单元,305箱单元。

Claims (9)

1.一种冷冻循环装置,是使制冷剂循环的冷冻循环装置;其特征在于:
具备冷冻循环机构和控制装置;
该冷冻循环机构具有能对运行频率进行控制的压缩机、由上述制冷剂向储存在热水储箱中的水供给热量的第一散热器、第一减压机构、和第一蒸发器,上述制冷剂按照上述压缩机、上述第一散热器、上述第一减压机构、上述第一蒸发器的顺序进行循环;
上述控制装置具备存储部、运算部和控制部;
该存储部能对表示预先设定的控制期间的控制期间信息进行存储,并且能存储其它的信息;
该运算部以规定的时间间隔划分一天,每隔上述时间间隔计算消耗热量,该消耗热量表示在上述时间间隔内由上述储存在热水储箱中的水向外部供给的热量,并将计算出的上述消耗热量和那时的时刻存储在上述存储部中,并且,算出上述储存在热水储箱中的水具有的现在的蓄热量;
该控制部控制上述压缩机的运行频率;
上述运算部根据存储在上述存储部中的至少过去一天的上述消耗热量,求出在当天产生的上述消耗热量之中成为最大的最大消耗热量和作为那时的时刻的最大消耗时刻;
上述运算部在与上述最大消耗时刻相比提前上述控制期间的时刻,算出上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量,并根据该蓄热量及当天的上述最大消耗热量,算出热水供给能力目标及上述压缩机的运行频率,上述热水供给能力目标是为了在上述最大消耗时刻使上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量成为上述最大消耗热量所需要的上述第一散热器的散热目标值;
上述控制部以由上述运算部运算出的上述运行频率对上述压缩机进行控制;
上述运算部用于根据上述热水供给能力目标对存储在上述存储部中的上述控制期间进行更新,并算出相对于翌日的上述最大消耗热量的上述压缩机的运行频率。
2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述存储部存储标准供给热量,该标准供给热量表示在每个单位时间应向上述储存在热水储箱中的水供给的热量的标准值;
上述运算部在当天的上述最大消耗时刻过去之后,基于上述标准供给热量及上述热水供给能力目标的比将存储在上述存储部中的上述控制期间更新为新的控制期间,并将更新了的上述新的控制期间存储在上述存储部中。
3.根据权利要求1或2所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备对从水流路中的上述第一散热器的出口流出的流出水的温度进行检测的出口温度传感器,上述水流路成为从上述热水储箱流入上述第一散热器、通过上述第一散热器并返回至上述热水储箱的水的流路;
上述运算部在与上述最大消耗时刻相比提前上述控制期间的时刻,算出上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量,并根据该蓄热量及当天的上述最大消耗热量,算出目标温度,该目标温度表示为了在上述最大消耗时刻使上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量成为上述最大消耗热量应作为目标的上述流出水的温度;
上述运算部算出由上述出口温度传感器检测出的上述流出水的温度成为上述目标温度的上述压缩机的运行频率。
4.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备对上述储存在热水储箱中的水的温度进行检测的储存在热水储箱中的水传感器;
上述运算部使用由上述储存在热水储箱中的水传感器检测到的上述储存在热水储箱中的水的温度,算出上述储存在热水储箱中的水具有的现在的上述蓄热量。
5.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备入口温度传感器和高压压力传感器;
上述入口温度传感器对水流路中的流入上述第一散热器的入口的流入水的温度进行检测,上述水流路成为从上述热水储箱流入上述第一散热器、通过上述第一散热器并返回至上述热水储箱中的水的流路;
上述高压压力传感器对从上述压缩机的排出侧到上述第一减压机构的液体侧的高压压力进行检测;
上述运算部根据由上述高压压力传感器检测到的上述高压压力算出上述第一散热器的冷凝温度;
上述控制部还使用由上述运算部计算的上述冷凝温度和由上述入口温度传感器检测到的上述流入水的温度,控制上述压缩机的运行频率。
6.根据权利要求3所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备供水泵和入口温度传感器;
上述供水泵使上述水在上述水流路中流通;
上述入口温度传感器对上述水流路中的流入上述第一散热器的入口的流入水的温度进行检测;
上述控制部在对上述压缩机的上述运行频率进行控制时,通过经上述供水泵的控制对流入上述第一散热器的上述流入水的流量进行控制,将由上述入口温度传感器检测的上述流入水的温度与表示应作为目标的上述流出水的温度的上述目标温度的温度差维持在规定值以上。
7.根据权利要求3所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备散热分支流路,该散热分支流路是从上述压缩机的排出侧分支的分支流路,并具备第二散热器和第二减压机构,从上述压缩机的上述排出侧起按照上述第二散热器、上述第二减压机构的顺序连接,在上述第一减压机构与上述第一蒸发器之间汇合;
上述控制部在实施使从上述压缩机排出的排出制冷剂流入上述第一散热器和上述第二散热器而进行循环的散热并行运行时,根据表示上述第二散热器所要求的负荷的制热负荷,对上述压缩机的上述运行频率进行控制;
上述运算部对在根据上述制热负荷控制上述压缩机的上述运行频率时的上述流出水的温度和上述目标温度进行比较,
在上述流出水的温度比上述目标温度低的情况下,
上述控制部将上述压缩机的运行频率变更为上述流出水的温度成为上述目标温度的运行频率。
8.根据权利要求3所述的冷冻循环装置,其特征在于:
上述冷冻循环装置还具备吸热分支流路,该吸热分支流路是从上述第一减压机构与上述第一蒸发器之间的分支部分支的吸热分支流路,并具备第二减压机构和第二蒸发器,从上述分支部起按照上述第二减压机构、上述第二蒸发器的顺序连接,在上述压缩机的吸入侧汇合;
上述控制部在实施作为上述第一散热器的散热运行和上述第二蒸发器的吸热运行的并行运行的吸热散热并行运行时,根据表示上述第二蒸发器所要求的负荷的制冷负荷,控制上述压缩机的上述运行频率,
上述第一散热器的散热运行使从上述压缩机排出的排出制冷剂经上述第一散热器、上述第一减压机构、上述分支部、上述第一蒸发器从上述吸入侧吸入到上述压缩机中,上述第二蒸发器的吸热运行使上述排出制冷剂经上述第一散热器、上述第一减压机构、上述分支部、上述第二减压机构、上述第二蒸发器从上述吸入侧吸入到上述压缩机中,
上述运算部对在根据上述制冷负荷控制上述压缩机的上述运行频率时的上述流出水的温度和上述目标温度进行比较,
在上述流出水的温度比上述目标温度低的情况下,
上述控制部将上述压缩机的运行频率变更为上述流出水的温度成为上述目标温度的运行频率。
9.一种冷冻循环控制方法,其特征在于:上述冷冻循环控制方法在冷冻循环装置中使用,
上述冷冻循环装置使制冷剂循环,并具备冷冻循环机构、存储部、运算部、和控制部;
上述冷冻循环机构具有能进行运行频率的控制的压缩机、由上述制冷剂向被储存在热水储箱中的水供给热量的第一散热器、第一减压机构、和第一蒸发器,上述制冷剂按照上述压缩机、上述第一散热器、上述第一减压机构、上述第一蒸发器的顺序循环;
上述存储部能对表示预先设定的控制期间的控制期间信息进行存储,并且,能存储其它的信息;
上述运算部以规定的时间间隔划分一天,每隔上述时间间隔计算消耗热量,该消耗热量表示在上述时间间隔内由上述储存在热水储箱中的水向外部供给的热量,并将计算出的上述消耗热量和那时的时刻存储在上述存储部中,并且,算出上述储存在热水储箱中的水具有的现在的蓄热量;
上述控制部控制上述压缩机的运行频率;
上述运算部根据存储在上述存储部中的至少过去一天的上述消耗热量,求出在当天产生的上述消耗热量之中成为最大的最大消耗热量和作为那时的时刻的最大消耗时刻;
上述运算部在与上述最大消耗时刻相比提前上述控制期间的时刻,算出上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量,并根据该蓄热量及当天的上述最大消耗热量,算出热水供给能力目标及上述压缩机的运行频率,上述热水供给能力目标是为了在上述最大消耗时刻使上述储存在热水储箱中的水具有的蓄热量成为上述最大消耗热量所需要的上述第一散热器的散热目标值;
上述控制部以由上述运算部运算出的上述运行频率对上述压缩机进行控制;
上述运算部用于根据上述热水供给能力目标对存储在上述存储部中的上述控制期间进行更新,并算出相对于翌日的上述最大消耗热量的上述压缩机的运行频率。
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