JP2012052736A - 給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】いかなる場合においても、目標とする給湯温度に安定して到達できることのできる給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】インジェクション電磁弁28を開いてインジェクションを行いながら給湯運転を行っている間に、圧縮機21の吐出温度が低下し、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が目標とする給湯温度に到達しない状態に陥った場合、インジェクション電磁弁28を閉じてインジェクションを行わずに給湯運転を行うようにした。
【選択図】図1
【解決手段】インジェクション電磁弁28を開いてインジェクションを行いながら給湯運転を行っている間に、圧縮機21の吐出温度が低下し、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が目標とする給湯温度に到達しない状態に陥った場合、インジェクション電磁弁28を閉じてインジェクションを行わずに給湯運転を行うようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法に関する。
通常、給湯システムに用いられるヒートポンプ装置は、エバポレータ、アキュムレータ、圧縮機、ガスクーラを備えた冷凍サイクル回路により構成されている。
このようなヒートポンプ装置を用いた給湯システムにおいて、低外気温時における給湯能力を向上させるため、冷凍サイクル回路中から得た冷媒ガスを圧縮機にインジェクションし、ガスクーラに流入する冷媒流量を増加させる手法がある(例えば特許文献1参照。)。
このようなヒートポンプ装置を用いた給湯システムにおいて、低外気温時における給湯能力を向上させるため、冷凍サイクル回路中から得た冷媒ガスを圧縮機にインジェクションし、ガスクーラに流入する冷媒流量を増加させる手法がある(例えば特許文献1参照。)。
上記したような給湯システムでは、ガスクーラに入ってくる加熱対象の水の温度が高い場合や、流路へのスケール付着などによってガスクーラが性能低下し、ガスクーラ出口の冷媒温度が上昇してしまう場合には、その状態でインジェクションの量が、相対的に過大となってしまう。図7(a)および(b)は、加熱対象の水が20℃の場合と40℃の場合におけるモリエール線図である。図7(a)に示した加熱対象の水が20℃の場合に対し、図7(b)に示した加熱対象の水が40℃と温度が高い場合、圧縮機の吐出温度が低下し、ガスクーラで熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が、目標とする給湯温度に到達しないことがある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、いかなる場合においても、目標とする給湯温度に安定して到達できることのできる給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、いかなる場合においても、目標とする給湯温度に安定して到達できることのできる給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法を提供することを目的とする。
かかる目的のもとになされた本発明の給湯システムは、冷媒と外気との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、冷媒を圧縮する低段側圧縮機および高段側圧縮機からなる2段階構成の圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と加熱対象の水との間で熱交換を行うことで水を加熱する第二の熱交換器と、第二の熱交換器を経た冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、レシーバで分離されたガス冷媒を圧縮機の低段側圧縮機と高段側圧縮機との間にインジェクションするインジェクション回路と、インジェクション回路を開閉するインジェクション電磁弁と、インジェクション電磁弁の開閉を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
そして、制御部は、インジェクション回路からガス冷媒をインジェクションしたときに、第二の熱交換器で加熱された水が予め設定された目標温度に到達しないのを防ぐため、インジェクション電磁弁を閉じる。
具体的には、制御部は、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差が規定値よりも大きいときに、インジェクション電磁弁を閉じる。さらに、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差が規定値よりも大きいためにインジェクション電磁弁を閉じたとき、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差の規定値を増大させるのが好ましい。
そして、制御部は、インジェクション回路からガス冷媒をインジェクションしたときに、第二の熱交換器で加熱された水が予め設定された目標温度に到達しないのを防ぐため、インジェクション電磁弁を閉じる。
具体的には、制御部は、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差が規定値よりも大きいときに、インジェクション電磁弁を閉じる。さらに、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差が規定値よりも大きいためにインジェクション電磁弁を閉じたとき、第二の熱交換器の入口または出口における水の温度と目標温度との差の規定値を増大させるのが好ましい。
制御部は、外気温度が規定外気温度より低い場合、および第二の熱交換器の入口または出口における水の温度が規定水温より低い場合の少なくとも一方であるときに、インジェクション電磁弁を閉じることができる。
また、本発明は、冷媒と外気との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と加熱対象との間で熱交換を行う第二の熱交換器と、第二の熱交換器を経た冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、レシーバで分離されたガス冷媒を圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備えたヒートポンプ装置の制御方法であって、インジェクション回路からガス冷媒をインジェクションするステップと、第二の熱交換器の入口または出口加熱対象物の温度と目標温度との差が規定値よりも大きいときに、インジェクション電磁弁を閉じるステップと、を備えることができる。
本発明によれば、インジェクション電磁弁を開いてインジェクションを行いながら給湯運転を行っている間に、圧縮機の吐出温度が低下し、ガスクーラで熱交換することで加熱対象を加熱しても目標とする温度に到達しない状態に陥った場合、インジェクション電磁弁を閉じてインジェクションを行わずに運転を行うようにした。これにより、いかなる場合においても、目標とする温度まで安定して加熱させることができる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態における給湯システム1の構成を説明するための図である。
図1に示すように、給湯システム1は、ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)2と、貯湯ユニット3とから構成されている。
ヒートポンプユニット2は、CO2冷媒が循環する冷媒回路を構成するものであり、室外の空気である外気と、冷媒との間で熱交換を行うものである。
ヒートポンプユニット2には、図1および図2に示すように、圧縮機21と、エバポレータ(第一の熱交換器)22と、アキュムレータ23と、ガスクーラ(第二の熱交換器)24と、中間圧レシーバ25と、制御部29と、が設けられている。
図1は、本実施の形態における給湯システム1の構成を説明するための図である。
図1に示すように、給湯システム1は、ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)2と、貯湯ユニット3とから構成されている。
ヒートポンプユニット2は、CO2冷媒が循環する冷媒回路を構成するものであり、室外の空気である外気と、冷媒との間で熱交換を行うものである。
ヒートポンプユニット2には、図1および図2に示すように、圧縮機21と、エバポレータ(第一の熱交換器)22と、アキュムレータ23と、ガスクーラ(第二の熱交換器)24と、中間圧レシーバ25と、制御部29と、が設けられている。
圧縮機21は、一体に構成された電動モータにより回転駆動されることにより、低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高圧の冷媒を吐出するものである。本実施形態における圧縮機21は、低段側圧縮機21Lと高段側圧縮機21Hとからなる2段構成を有している。このような、低段側圧縮機21Lと高段側圧縮機21Hとしてはスクロール型圧縮機や、ロータリ式圧縮機など公知の形式の圧縮機を用いることができ、特に限定するものではない。
エバポレータ22は、外気と冷媒との間で熱交換を行うものである。エバポレータ22としては、公知の熱交換器を用いることができ、特に限定するものではない。
アキュムレータ23は、圧縮機21に流入する冷媒に含まれる液相の冷媒を分離し、気相の冷媒のみを圧縮機21に供給するものである。なお、アキュムレータ23としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
ガスクーラ24は、貯湯ユニット3側の水と冷媒とで熱交換することによって水を加熱する。
中間圧レシーバ25は、ガスクーラ24を経た冷媒を飽和液状態の冷媒と飽和ガス状態の冷媒とに分離する。そして、中間圧レシーバ25で分離された飽和液状態の冷媒はエバポレータ22に供給され、飽和ガス状態の冷媒は、インジェクション回路50を経て、圧縮機21において低段側圧縮機21Lと高段側圧縮機21Hとの中間にインジェクションされる。
このようなヒートポンプユニット2の冷凍サイクル回路には、ガスクーラ24の出口側と、エバポレータ22の入口側とに、電子膨張弁26、27が設けられている。電子膨張弁26、27は、高圧の冷媒を断熱膨張させることにより減圧して、低圧の冷媒とするものであり、制御部29により開度が制御される。
中間圧レシーバ25の飽和ガス状態の冷媒の出口側には、インジェクション電磁弁28が設けられている。そして、これらインジェクション電磁弁28は、その開閉動作(開度)が制御部29により給湯システム1の運転状態に応じて制御される。
貯湯ユニット3は、断熱材で覆われた貯湯タンク30を備える。
ヒートポンプユニット2には、この貯湯タンク30内の水をガスクーラ24に送り込む水ポンプ31が設けられている。
そして、水ポンプ31の動作は、制御部29により制御される。このような貯湯ユニット3は、貯湯タンク30から水ポンプ31によって送り込まれた加熱対象としての水が、ガスクーラ24においてヒートポンプユニット2側の冷媒と熱交換することで加熱される。
ヒートポンプユニット2には、この貯湯タンク30内の水をガスクーラ24に送り込む水ポンプ31が設けられている。
そして、水ポンプ31の動作は、制御部29により制御される。このような貯湯ユニット3は、貯湯タンク30から水ポンプ31によって送り込まれた加熱対象としての水が、ガスクーラ24においてヒートポンプユニット2側の冷媒と熱交換することで加熱される。
このような給湯システム1においては、圧縮機21により圧縮された高温高圧の超臨界状態の冷媒は、ガスクーラ24に導かれる。当該冷媒は、ガスクーラ24において貯湯ユニット3側の水との間で熱交換、つまり水に向かって放熱する。
すると高温高圧の超臨界状態の冷媒は、ガスクーラ24の内部で冷却され、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
その一方で、水は、ガスクーラ24において冷媒の熱を吸収し、加熱された湯として貯湯タンク30に供給される。
すると高温高圧の超臨界状態の冷媒は、ガスクーラ24の内部で冷却され、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
その一方で、水は、ガスクーラ24において冷媒の熱を吸収し、加熱された湯として貯湯タンク30に供給される。
ガスクーラ24から流出した冷媒は、電子膨張弁26を経て、中間圧レシーバ25において飽和ガスと飽和液とに分離され、飽和液状態の冷媒は、電子膨張弁27を経て、エバポレータ22に導かれ、エバポレータ22において外気との間で熱交換、つまり、外気の熱を吸収する。そのため、低温低圧の液相の冷媒は、エバポレータ22の内部で蒸発し、気相の冷媒となる。
エバポレータ22を流出した冷媒は、アキュムレータ23に流入する。冷媒はアキュムレータ23において、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離され、気相の冷媒は圧縮機21に吸入される。吸入された冷媒は、圧縮機21により圧縮された後、再びガスクーラ24に向けて吐出され、上述の過程が繰り返される。
エバポレータ22を流出した冷媒は、アキュムレータ23に流入する。冷媒はアキュムレータ23において、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離され、気相の冷媒は圧縮機21に吸入される。吸入された冷媒は、圧縮機21により圧縮された後、再びガスクーラ24に向けて吐出され、上述の過程が繰り返される。
このような給湯システム1においては、中間圧レシーバ25からの飽和ガス状態の冷媒を、圧縮機21の低段側圧縮機21Lと高段側圧縮機21Hとの中間にインジェクションされる。これにより、インジェクションされる分の冷媒を圧縮するのは高段側圧縮機21Hのみとなるため、圧縮仕事は低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒を圧縮する分の仕事量と高段側圧縮機21Hが吸入する冷媒(低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒とインジェクションされる分の冷媒の合算)を圧縮する分の仕事量との合計となる。
一方、インジェクションを行わない場合の圧縮仕事は、低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒を圧縮する分の仕事量と高段側圧縮機21Hが吸入する冷媒(低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒に等しい)を圧縮する分の仕事量の合計となる。
このため、インジェクションをする場合、インジェクションを行わない場合のいずれにおいても、同じ冷媒循環量が必要な場合、インジェクションすることにより、低段側圧縮機21Lでインジェクションされる分の冷媒を圧縮する仕事量が不要になるため、圧縮機の仕事量がインジェクションしない場合に比べて小さくできる。
一方、インジェクションを行わない場合の圧縮仕事は、低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒を圧縮する分の仕事量と高段側圧縮機21Hが吸入する冷媒(低段側圧縮機21Lが吸入する冷媒に等しい)を圧縮する分の仕事量の合計となる。
このため、インジェクションをする場合、インジェクションを行わない場合のいずれにおいても、同じ冷媒循環量が必要な場合、インジェクションすることにより、低段側圧縮機21Lでインジェクションされる分の冷媒を圧縮する仕事量が不要になるため、圧縮機の仕事量がインジェクションしない場合に比べて小さくできる。
次に、制御部29による中間圧レシーバ25からの飽和ガス状態の冷媒を圧縮機21にインジェクションするためのインジェクション回路50に設けられたインジェクション電磁弁28の開度制御について説明する。
本実施形態では、外気温度、ガスクーラ24の入口側での水の温度、冷媒の温度、中間圧レシーバ25の圧力(以下、これを中間圧力と称する)を、図示しないセンサでそれぞれ検出し、その検出データに基づき、インジェクション電磁弁28の開度を制御する。
本実施形態では、外気温度、ガスクーラ24の入口側での水の温度、冷媒の温度、中間圧レシーバ25の圧力(以下、これを中間圧力と称する)を、図示しないセンサでそれぞれ検出し、その検出データに基づき、インジェクション電磁弁28の開度を制御する。
図2に示すように、その制御の流れの一例を示す図である。
まず、給湯システム1がONとされ、制御部29における制御が開始され、給湯運転開始指令が出力されたら、まず、インジェクション電磁弁28を閉じる(ステップS101、102)。なおこのとき、給湯運転開始指令が出力されるときには、目標とする給湯温度が設定されているものとする。
まず、給湯システム1がONとされ、制御部29における制御が開始され、給湯運転開始指令が出力されたら、まず、インジェクション電磁弁28を閉じる(ステップS101、102)。なおこのとき、給湯運転開始指令が出力されるときには、目標とする給湯温度が設定されているものとする。
そして、圧縮機21を起動させ(ステップS103)、このとき、制御部29が内部でもつカウンタ値nと、インジェクション電磁弁28の開閉を制御するための温度補正値ΔT(n)とを、0(ゼロ)に設定する(ステップS104、S105)。カウンタ値nは温度や圧力等を制御部29が一定時間毎にセンシングする際に値を積算する。例えば1分毎に各部の温度や圧力のセンサ値を制御部29が検知する際に、カウンタ値nを1ずつ累積する。
次いで、インジェクション電磁弁を開く条件を満足しているか否かを判定し、条件を満足している場合は、インジェクション電磁弁28を開く(ステップS106、S107)。ここで、インジェクション電磁弁28を開く条件としては、以下のようなものがある。
条件A:圧縮機起動から120秒経過
条件B:外気温度≦5℃
条件C:中間圧圧力≦7.0MPa.G
条件D:ガスクーラ入口冷媒温度−目標給湯温度≧20+ΔT(n)℃
条件E:ガスクーラ入口水温≦30℃
これらの条件A〜Eの全てが成立する場合に、インジェクション電磁弁28を開く条件を満足しているものとする。
条件A:圧縮機起動から120秒経過
条件B:外気温度≦5℃
条件C:中間圧圧力≦7.0MPa.G
条件D:ガスクーラ入口冷媒温度−目標給湯温度≧20+ΔT(n)℃
条件E:ガスクーラ入口水温≦30℃
これらの条件A〜Eの全てが成立する場合に、インジェクション電磁弁28を開く条件を満足しているものとする。
このようにしてインジェクションを行いつつ給湯運転を行う。そして、給湯運転を行っている間にインジェクション電磁弁28を開き続けるための条件を満足し(ステップS108)、さらに給湯運転停止指令が入力されない限り(ステップS111)、給湯運転を継続する。
ここで、ステップS108において、インジェクション電磁弁28を開き続けるための条件としては、例えば、
条件F:外気温度≦5℃
条件G:中間圧圧力≦7.2MPa.G
条件H:ガスクーラ入口冷媒温度−目標給湯温度≧0+ΔT(n)℃
条件I:ガスクーラ入口水温≦35℃
があり、これらの条件F〜Iの全てが成立する場合に、インジェクション電磁弁28を開き続けるための条件を満足するものとする。
また、ステップS108で条件を満足している場合、条件D、Hで用いる、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を、カウンタ値を1つ増やし(n=n+1)更新する(ステップS109、S110)。
そして給湯運転を行っている間に、外部から給湯運転を停止する操作がなされない限りはステップS108に戻って同様の処理を繰り返し、外部から給湯運転を停止する操作がなされた場合には、圧縮機21を停止する(ステップS111、S112)。
ここで、ステップS108において、インジェクション電磁弁28を開き続けるための条件としては、例えば、
条件F:外気温度≦5℃
条件G:中間圧圧力≦7.2MPa.G
条件H:ガスクーラ入口冷媒温度−目標給湯温度≧0+ΔT(n)℃
条件I:ガスクーラ入口水温≦35℃
があり、これらの条件F〜Iの全てが成立する場合に、インジェクション電磁弁28を開き続けるための条件を満足するものとする。
また、ステップS108で条件を満足している場合、条件D、Hで用いる、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を、カウンタ値を1つ増やし(n=n+1)更新する(ステップS109、S110)。
そして給湯運転を行っている間に、外部から給湯運転を停止する操作がなされない限りはステップS108に戻って同様の処理を繰り返し、外部から給湯運転を停止する操作がなされた場合には、圧縮機21を停止する(ステップS111、S112)。
一方、給湯運転を行っている間に、ステップS108において、インジェクション電磁弁28を開き続けるための条件F〜Iの全てが成立しない場合、インジェクション電磁弁28を閉じる(ステップS113)。ここで、外気温が高い場合(条件F)、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との差が小さい場合(条件H)、ガスクーラ24の入口における水温が高い場合(条件I)は、いずれも、圧縮機21の吐出温度の低下につながる要因である。圧縮機21の吐出温度が低下した場合、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が、目標とする給湯温度に到達しないことがある。
また、中間圧圧力が高い場合(条件G)については、中間圧圧力が高いと、液状態の冷媒が圧縮機21に送られ、圧縮機21が故障する可能性がある。
そこで、これらの場合、インジェクション電磁弁28を閉じるのである。
インジェクション電磁弁28を閉じた後には、条件D、Hで用いる、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を、5℃増やして更新する(ステップS114、S115)。
また、中間圧圧力が高い場合(条件G)については、中間圧圧力が高いと、液状態の冷媒が圧縮機21に送られ、圧縮機21が故障する可能性がある。
そこで、これらの場合、インジェクション電磁弁28を閉じるのである。
インジェクション電磁弁28を閉じた後には、条件D、Hで用いる、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を、5℃増やして更新する(ステップS114、S115)。
また、給湯運転を行っている間に、外部から給湯運転を停止する操作がなされない限りはステップS106に戻って同様の処理を繰り返し、外部から給湯運転を停止する操作がなされた場合には、圧縮機21を停止する(ステップS116、S117)。
このようにして、ステップS110において、インジェクション電磁弁28を開いてインジェクションを行いながら給湯運転を行っている間に、圧縮機21の吐出温度が低下し、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が、目標とする給湯温度に到達しない状態に陥った場合、インジェクション電磁弁28を閉じてインジェクションを行わずに給湯運転を行うようにした。これにより、目標とする給湯温度に到達させることを優先した制御を実行し、確実に貯湯を行うことができる。
また、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が目標とする給湯温度に到達しない状態に一度陥った場合、ステップS111において、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を増大させるようにした。これにより、給湯運転を行っている間に再びインジェクション電磁弁28を閉じなければいけない状態になるのを回避することができ、いわゆる学習機能を備えたような動作を実現できる。
また、ガスクーラ24で熱交換することで水を加熱しても、得られる湯の温度が目標とする給湯温度に到達しない状態に一度陥った場合、ステップS111において、ガスクーラ24の入口における冷媒温度と目標給湯温度との温度補正値ΔT(n)を増大させるようにした。これにより、給湯運転を行っている間に再びインジェクション電磁弁28を閉じなければいけない状態になるのを回避することができ、いわゆる学習機能を備えたような動作を実現できる。
図3は、上記に説明した制御部29によるインジェクション電磁弁28の開度制御の応用例を示すものである。
この図3に示すように、ステップS101〜S113の全体な制御の流れは、図2に示したものと同様である。図2に示した制御の流れに対する差異は、ステップS107でインジェクション電磁弁28を開いた後、温度補正値ΔT(n)をリセットすべき条件が成立したか否かを判定し(ステップS120)、成立した場合は、ステップS108以降を続行し、成立しない場合には、温度補正値ΔT(n)をリセットするという点である。
ここで、温度補正値ΔT(n)をリセットすべき条件としては、例えば、
条件K:ΔT(n) 0℃、
条件L:外気温がインジェクション開時点から±5℃未満の変化、
条件M:ガスクーラ24の入口水温がインジェクション開始時点から±5℃未満の変化、
であり、これら条件K〜Mのいずれか一つでも成立しない場合には、ステップS120に進み、温度補正値ΔT(n)をリセットする(ステップS121)。
この図3に示すように、ステップS101〜S113の全体な制御の流れは、図2に示したものと同様である。図2に示した制御の流れに対する差異は、ステップS107でインジェクション電磁弁28を開いた後、温度補正値ΔT(n)をリセットすべき条件が成立したか否かを判定し(ステップS120)、成立した場合は、ステップS108以降を続行し、成立しない場合には、温度補正値ΔT(n)をリセットするという点である。
ここで、温度補正値ΔT(n)をリセットすべき条件としては、例えば、
条件K:ΔT(n) 0℃、
条件L:外気温がインジェクション開時点から±5℃未満の変化、
条件M:ガスクーラ24の入口水温がインジェクション開始時点から±5℃未満の変化、
であり、これら条件K〜Mのいずれか一つでも成立しない場合には、ステップS120に進み、温度補正値ΔT(n)をリセットする(ステップS121)。
図2に示した制御の流れにおいては、ガスインジェクション可否の温度変更(温度補正値ΔT(n))判定を、インジェクション電磁弁28が開になって以降でインジェクション電磁弁28に閉指令が来た時(ステップS113、S114)に実施する。そして、変更した温度補正値ΔT(n)をリセットする条件は、ステップS112において給湯運転停止指令がきて圧縮機21が停止した後で、ステップS103において再び圧縮機21が起動したときとしていた。これに対し、図3に示した制御の流れにおいては、温度補正値ΔT(n)をリセットする条件は、ステップS113において給湯運転停止指令がきて圧縮機21が停止した後で、ステップS103において再び圧縮機21が起動したときの他に、外気温がインジェクション電磁弁28を開とした時点から5℃以上の変化をした場合、またはガスクーラ24の入口水温がインジェクション電磁弁28を開とした時点から5℃以上の変化をした場合とした。このように、外気温やガスクーラ24の入口水温が大きく変化した場合には、インジェクションを行った場合に、給湯温度が目標温度に到達しなくなる条件が変わり得るので、そのような場合に温度補正値ΔT(n)を一度リセットすることで、条件の変化に対応して適切な制御が行える。
[第2の実施形態]
次に、本発明にかかる給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法の第2の実施形態について説明する。
ここで、以下に説明する第2の実施形態は、上記第1の実施形態に対し、制御部29における制御内容が異なるのみであり、システム構成は共通であり、そこで、制御内容の差異のみを説明する。
本実施形態においては、制御部29において、外気温度と、ガスクーラ24の入口側における水の温度とに基づき、インジェクション電磁弁28の開閉を制御する。
すなわち、制御部29においては、外気温度とガスクーラ24の入口側における水の温度によってインジェクション流量が変わる。一般に、外気温度が高いほどインジェクション流量は減少し、ガスクーラ24に入ってくる水の温度(入水温度)が高いほどインジェクション流量が増加する。特にガスクーラ24に入ってくる水の温度が高温となる場合、インジェクション流量が過大となって圧縮機の吐出温度が低下し、目標とする給湯温度<圧縮機吐出温度となる不具合が出る恐れがある。そこで、本実施形態では、外気温度が設定値以上に高い場合、ガスクーラ24に入ってくる水の温度が設定値以上に高い場合、インジェクション電磁弁28は常に閉にする。図4は、そのマップの例である。
次に、本発明にかかる給湯システム、ヒートポンプ装置の制御方法の第2の実施形態について説明する。
ここで、以下に説明する第2の実施形態は、上記第1の実施形態に対し、制御部29における制御内容が異なるのみであり、システム構成は共通であり、そこで、制御内容の差異のみを説明する。
本実施形態においては、制御部29において、外気温度と、ガスクーラ24の入口側における水の温度とに基づき、インジェクション電磁弁28の開閉を制御する。
すなわち、制御部29においては、外気温度とガスクーラ24の入口側における水の温度によってインジェクション流量が変わる。一般に、外気温度が高いほどインジェクション流量は減少し、ガスクーラ24に入ってくる水の温度(入水温度)が高いほどインジェクション流量が増加する。特にガスクーラ24に入ってくる水の温度が高温となる場合、インジェクション流量が過大となって圧縮機の吐出温度が低下し、目標とする給湯温度<圧縮機吐出温度となる不具合が出る恐れがある。そこで、本実施形態では、外気温度が設定値以上に高い場合、ガスクーラ24に入ってくる水の温度が設定値以上に高い場合、インジェクション電磁弁28は常に閉にする。図4は、そのマップの例である。
ここで、上記の図4に示したマップにおいて、インジェクション電磁弁28を開閉する閾値となる設定値を、目標とする給湯温度に応じて変更することができる。これは、給湯温度が最も高い条件のときに給湯するのに必要となる圧縮機の出口温度と、給湯温度が最も低い条件のときに貯湯するのに必要となる圧縮機の出口温度が異なるためである。一般に、給湯温度が低いほど、インジェクション電磁弁28が開にできる領域は大きくなる。図5は、そのマップの例である。
また、図4、図5に示したマップの例において、外気温によるインジェクション電磁弁28の開閉制御を省略し、ガスクーラ24の入口側における水の温度のみによって制御を行うこともできる。図6は、そのマップの例である。
また、ガスクーラ24の入口側における水の温度の代わりに、ガスクーラ24の出口側の冷媒温度により、インジェクションの電磁弁28の開閉制御を行うこともできる。
また、ガスクーラ24の入口側における水の温度の代わりに、ガスクーラ24の出口側の冷媒温度により、インジェクションの電磁弁28の開閉制御を行うこともできる。
なお、このような第2の実施形態で示した制御は、上記第1の実施形態と組み合わせて用いることもできる。その場合、図2、図3に示した制御の流れにおいて、例えば、ステップS106の前に、上記したようなインジェクション電磁弁28を開閉するための判定を行うようにすればよい。
なお、上記実施の形態では、給湯システム1の構成を示したが、その構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜の変更を許容する。
また、上記実施の形態で挙げた制御において、具体的に挙げた設定値はあくまでも一例であり、適宜変更しても良い。また、インジェクション電磁弁28を開いてインジェクションを行っている状態で、インジェクション電磁弁28を閉じるための判定を行うための条件も、上記したものに限らず、適宜変更したり省略・追加を行うことが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
また、上記実施の形態で挙げた制御において、具体的に挙げた設定値はあくまでも一例であり、適宜変更しても良い。また、インジェクション電磁弁28を開いてインジェクションを行っている状態で、インジェクション電磁弁28を閉じるための判定を行うための条件も、上記したものに限らず、適宜変更したり省略・追加を行うことが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
1…給湯システム、2…ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)、3…貯湯ユニット、21…圧縮機、21H…高段側圧縮機、21L…低段側圧縮機、22…エバポレータ(第一の熱交換器)、23…アキュムレータ、24…ガスクーラ(第二の熱交換器)、25…中間圧レシーバ、28…インジェクション電磁弁、29…制御部、30…貯湯タンク、31…水ポンプ、50…インジェクション回路
Claims (6)
- 冷媒と外気との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、
前記冷媒を圧縮する低段側圧縮機および高段側圧縮機からなる2段階構成の圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と加熱対象の水との間で熱交換を行うことで前記水を加熱する第二の熱交換器と、
前記第二の熱交換器を経た前記冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、
前記レシーバで分離された前記ガス冷媒を前記圧縮機の前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機との間にインジェクションするインジェクション回路と、
前記インジェクション回路を開閉するインジェクション電磁弁と、
前記インジェクション電磁弁の開閉を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする給湯システム。 - 前記制御部は、前記インジェクション回路から前記ガス冷媒をインジェクションしたときに、前記第二の熱交換器で加熱された前記水が予め設定された目標温度に到達しないのを防ぐため、前記インジェクション電磁弁を閉じることを特徴とする請求項1に記載の給湯システム。
- 前記制御部は、前記第二の熱交換器の入口または出口における前記水の温度と前記目標温度との差が規定値よりも大きいときに、前記インジェクション電磁弁を閉じることを特徴とする請求項2に記載の給湯システム。
- 前記第二の熱交換器の入口または出口における前記水の温度と前記目標温度との差が規定値よりも大きいために前記インジェクション電磁弁を閉じたとき、前記第二の熱交換器の入口または出口における前記水の温度と前記目標温度との差の前記規定値を増大させることを特徴とする請求項3に記載の給湯システム。
- 前記制御部は、外気温度が規定外気温度より低い場合、および前記第二の熱交換器の入口または出口における前記水の温度が規定水温より低い場合の少なくとも一方であるときに、前記インジェクション電磁弁を閉じることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の給湯システム。
- 冷媒と外気との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と加熱対象物との間で熱交換を行う第二の熱交換器と、
前記第二の熱交換器を経た前記冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、
前記レシーバで分離された前記ガス冷媒を前記圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備えたヒートポンプ装置の制御方法であって、
前記インジェクション回路から前記ガス冷媒をインジェクションするステップと、
前記第二の熱交換器の入口または出口における前記加熱対象物の温度と前記目標温度との差が規定値よりも大きいときに、前記インジェクション電磁弁を閉じるステップと、
を備えることを特徴とするヒートポンプ装置の制御方法。
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