JP2016050731A - Heat pump system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書は、ヒートポンプシステムに関する。 The present specification relates to a heat pump system.
特許文献1に、冷媒を加圧する圧縮機と、室外空気と冷媒を熱交換する第1熱交換器と、室内空気と冷媒を熱交換する第2熱交換器と、冷媒を減圧する減圧機構と、冷媒と熱媒の間で熱交換する第3熱交換器と、熱媒を蓄える蓄熱槽と、冷媒の流れる経路を切り換える切換手段を備えるヒートポンプシステムが開示されている。このヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第1熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機、第1熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。
上記のようなヒートポンプシステムにおいては、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定できることが望ましい。例えば、冷房効率の観点でいえば、冷媒の凝縮温度は低く設定することが好ましい。図10は、上記のヒートポンプシステムが冷房を行う際の冷媒のヒートポンプサイクル100を示している。ヒートポンプサイクル100は、冷媒の圧縮過程102と、冷媒の凝縮過程104と、冷媒の膨張過程106と、冷媒の蒸発過程108を備えている。冷媒の圧縮過程102では、圧縮機によって冷媒が加圧される。冷媒の凝縮過程104では、放熱によって冷媒が凝縮する。冷媒の膨張過程106では、減圧機構によって冷媒が減圧される。冷媒の蒸発過程108では、室内空気からの吸熱によって冷媒が蒸発する。図10のヒートポンプサイクル100において、冷媒の凝縮温度が低い場合のサイクル110の冷房効率は、A/W1で与えられる。これに対して、冷媒の凝縮温度が高い場合のサイクル112の冷房効率は、A/W2で与えられる。すなわち、W2>W1であるから、蓄熱冷房同時運転においては、冷媒の凝縮温度が低いほど、冷房効率は高くなる。
In the heat pump system as described above, it is desirable that the condensation temperature of the refrigerant in the simultaneous heat storage and cooling operation can be set flexibly. For example, from the viewpoint of cooling efficiency, it is preferable to set the refrigerant condensing temperature low. FIG. 10 shows a refrigerant
しかしながら、蓄熱槽への蓄熱の観点からは、冷媒の凝縮温度は高く設定する必要がある。蓄熱槽に蓄えられる熱媒は、凝縮過程の冷媒との熱交換によって加熱されるため、加熱後の熱媒を高温とするためには冷媒の凝縮温度を高くしなければならない。このため、ユーザにより設定される熱利用設定温度(例えば、蓄熱槽の蓄熱を給湯に利用する場合には、給湯設定温度)まで熱媒を加熱するためには、冷媒の凝縮温度を高く設定しなければならない。従来技術のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を、ユーザにより設定される熱利用設定温度に応じて高い温度に設定せざるを得ず、柔軟に設定することができなかった。 However, from the viewpoint of heat storage in the heat storage tank, the condensation temperature of the refrigerant needs to be set high. Since the heat medium stored in the heat storage tank is heated by heat exchange with the refrigerant in the condensation process, the condensation temperature of the refrigerant must be increased in order to increase the temperature of the heated heat medium. For this reason, in order to heat a heat medium to the heat utilization preset temperature set by the user (for example, when using the heat storage of a heat storage tank for hot water supply), the condensation temperature of the refrigerant is set high. There must be. In the heat pump system of the prior art, the condensation temperature of the refrigerant in the simultaneous heat storage and cooling operation has to be set to a high temperature according to the heat utilization set temperature set by the user, and cannot be set flexibly.
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、蓄熱冷房同時運転を実行可能なヒートポンプシステムにおいて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定することが可能な技術を提供する。 The present specification provides a technique for solving the above problems. The present specification provides a technology capable of flexibly setting the refrigerant condensing temperature in the heat storage and cooling simultaneous operation in the heat pump system capable of performing the heat storage and cooling simultaneous operation.
本明細書が開示するヒートポンプシステムは、冷媒を加圧する圧縮機と、室外空気と冷媒を熱交換する第1熱交換器と、室内空気と冷媒を熱交換する第2熱交換器と、冷媒を減圧する膨張機構と、冷媒と熱媒の間で熱交換する第3熱交換器と、熱媒を蓄える蓄熱槽と、熱媒を加熱する補助熱源機と、冷媒の流れる経路を切り換える切換手段を備えている。そのヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第1熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機、第1熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。そのヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、複数の凝縮温度から選択可能であり、蓄熱冷房同時運転により蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となる場合には、補助熱源機によって熱媒を加熱する。 A heat pump system disclosed in this specification includes a compressor that pressurizes a refrigerant, a first heat exchanger that exchanges heat between outdoor air and the refrigerant, a second heat exchanger that exchanges heat between indoor air and the refrigerant, and a refrigerant. An expansion mechanism for reducing the pressure, a third heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the heat medium, a heat storage tank for storing the heat medium, an auxiliary heat source for heating the heat medium, and a switching means for switching a path through which the refrigerant flows. I have. The heat pump system circulates the refrigerant in the order of the compressor, the third heat exchanger, the decompression mechanism, and the first heat exchanger, and the single heat storage operation for circulating the heat medium between the heat storage tank and the third heat exchanger, Cooling single operation in which refrigerant is circulated in the order of the compressor, first heat exchanger, pressure reducing mechanism, and second heat exchanger, and refrigerant is circulated in the order of the compressor, third heat exchanger, pressure reducing mechanism, and second heat exchanger. The heat storage and cooling simultaneous operation in which the heat medium is circulated between the heat storage tank and the third heat exchanger can be executed. In the heat pump system, the condensing temperature of the refrigerant in the simultaneous operation of heat storage and cooling can be selected from a plurality of condensing temperatures, and when the heat medium stored in the heat storage tank by the simultaneous operation of heat storage and cooling becomes low temperature, the auxiliary heat source machine Heat the heating medium.
上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低くして、その結果蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となっても、補助熱源機によってユーザにより設定される熱利用設定温度まで熱媒を加熱することができる。このため、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を、ユーザにより設定される熱利用設定温度に関わらず、柔軟に設定することができる。 In the above heat pump system, even if the heat condensing temperature of the refrigerant in the heat storage and cooling simultaneous operation is lowered and the heat medium stored in the heat storage tank becomes a low temperature as a result, the heat utilization set temperature set by the user by the auxiliary heat source device is reached. The heating medium can be heated. For this reason, the condensation temperature of the refrigerant in the simultaneous heat storage and cooling operation can be set flexibly regardless of the heat use set temperature set by the user.
上記のヒートポンプシステムは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでのエネルギー消費量を推定するエネルギー消費量推定手段をさらに備えており、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、エネルギー消費量推定手段で推定されるエネルギー消費量に基づいて選択されるように構成することができる。 The heat pump system further includes energy consumption estimation means for estimating the energy consumption in the heat pump system in a predetermined period according to the refrigerant condensing temperature in the heat storage and cooling simultaneous operation. The condensation temperature can be selected based on the energy consumption estimated by the energy consumption estimation means.
上記のヒートポンプシステムによれば、エネルギー消費量が最も少なくなるように、蓄熱冷房同時運転を実行することができる。 According to the above heat pump system, the simultaneous heat storage and cooling operation can be executed so that the energy consumption is minimized.
あるいは、上記のヒートポンプシステムは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでの光熱費を推定する光熱費推定手段をさらに備えており、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、光熱費推定手段で推定される光熱費に基づいて選択されるように構成することができる。 Alternatively, the heat pump system further includes a utility cost estimating means for estimating a utility cost in the heat pump system in a predetermined period according to a refrigerant condensation temperature in the heat storage and cooling simultaneous operation, and The condensing temperature can be selected based on the utility cost estimated by the utility cost estimation means.
上記のヒートポンプシステムによれば、光熱費が最も少なくなるように、蓄熱冷房同時運転を実行することができる。 According to the above heat pump system, the heat storage and cooling simultaneous operation can be executed so that the utility cost is minimized.
上記のヒートポンプシステムは、蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合に、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が低く設定されるように構成することができる。 The above heat pump system is configured such that when the amount of heat consumed from the heat storage tank is larger than the amount of heat stored in the heat storage tank, the refrigerant condensation temperature in the simultaneous operation of the heat storage cooling is set lower than in other cases. can do.
蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合は、蓄熱冷房同時運転だけでは必要な熱量を賄うことができないため、補助熱源機による加熱が必須となる。このような場合には、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低く設定することによって、冷房効率を向上することができる。 When the amount of heat consumed from the heat storage tank is larger than the amount of heat stored in the heat storage tank, the necessary heat amount cannot be provided only by the simultaneous heat storage and cooling operation, so heating by the auxiliary heat source device is essential. In such a case, the cooling efficiency can be improved by setting the refrigerant condensing temperature lower in the simultaneous heat storage and cooling operation than in other cases.
本明細書が開示するヒートポンプシステムによれば、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定することができる。 According to the heat pump system disclosed in this specification, it is possible to flexibly set the refrigerant condensing temperature in the simultaneous heat storage and cooling operation.
(実施例)
図1に示すように、本実施例の給湯空調システム2は、ヒートポンプ装置4と、空調装置6と、タンク8と、循環ポンプ10と、給湯装置12と、制御装置14を備えている。ヒートポンプ装置4と空調装置6は、冷媒(例えばR32やR410AといったHFC冷媒や、R744といったCO2冷媒等)を用いて、室内空気からの吸熱や、室外空気からの吸熱、室外空気への放熱などを行う。タンク8と、循環ポンプ10と、給湯装置12は、水道水をユーザが設定する給湯設定温度に調温して、給湯箇所(例えば台所や浴室に設けられたカラン、シャワー、浴槽等)へ給湯する。
(Example)
As shown in FIG. 1, the hot water supply
ヒートポンプ装置4は、室外に配置されている。ヒートポンプ装置4は、圧縮機16と、室外空気熱交換器18と、第1ファン20と、第1膨張弁22と、水熱交換器24と、四方弁26と、三方弁28と、外気温度サーミスタ29を備えている。圧縮機16は、気相状態の冷媒を圧縮して送り出す。室外空気熱交換器18は、第1ファン20によって送風される室外空気と、冷媒との間で熱交換をする。室外空気熱交換器18には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ18aが取り付けられている。第1膨張弁22は、液相状態の冷媒を断熱膨張させて減圧する。水熱交換器24は、循環ポンプ10によって送り込まれる水と、冷媒との間で熱交換する。水熱交換器24には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ24aが取り付けられている。四方弁26は、4つのポートa、b、cおよびdを備えており、ポートaとポートbが連通し、かつポートcとポートdが連通した状態と、ポートaとポートdが連通し、かつポートbとポートcが連通した状態の間で切り換わる。三方弁28は、3つのポートa、bおよびcを備えており、ポートaとポートbが連通し、かつポートcが非連通となる状態と、ポートbとポートcが連通し、かつポートaが非連通となる状態の間で切り換わる。外気温度サーミスタ29は、室外空気の温度を検出する。
The heat pump device 4 is disposed outdoors. The heat pump device 4 includes a
空調装置6は、室内に配置されている。空調装置6は、室内空気熱交換器30と、第2ファン32と、第2膨張弁34を備えている。室内空気熱交換器30は、第2ファン32によって送風される室内空気と、冷媒との間で熱交換する。室内空気熱交換器30には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ30aが取り付けられている。第2膨張弁34は、液相状態の冷媒を断熱膨張させて減圧する。
The
タンク8は、給湯装置12で使用する水を蓄える。タンク8は密閉型であり、断熱材により外側が覆われている。タンク8には満水まで水が蓄えられている。タンク8の下部と水熱交換器24の間は、水加熱往路36によって接続されている。タンク8の上部と水熱交換器24の間は、水加熱復路38によって接続されている。水加熱往路36には循環ポンプ10が介装されている。水熱交換器24によって水を加熱する場合、循環ポンプ10の駆動によってタンク8の下部の水が水加熱往路36を介して水熱交換器24に送られて、加熱されて高温となった水は水熱交換器24から水加熱復路38を介してタンク8の上部に戻される。タンク8の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。なお、図示はしていないが、タンク8には、種々の高さにおいてタンク8内の水の温度を検出する複数のサーミスタが取り付けられている。
The
給湯装置12は、給水路40と、タンク導入路42と、タンクバイパス路44と、タンク導出路46と、混合弁48と、第1給湯路50と、バーナ加熱路52と、バーナ加熱装置54と、バーナバイパス路56と、バーナバイパス弁58と、第2給湯路60を備えている。
The hot
給水路40は、上流端が外部の上水道に接続されている。給水路40の下流側は、タンク導入路42とタンクバイパス路44に分岐している。タンク導入路42の下流端は、タンク8の下部に接続されている。タンクバイパス路44の下流端は、混合弁48に接続されている。タンク導出路46は、上流端がタンク8の上部に接続されている。タンク導出路46の下流側は、混合弁48に接続されている。
The upstream end of the
混合弁48は、タンク導出路46を流れるタンク8の上部からの高温の水と、タンクバイパス路44を流れる給水路40からの低温の水を混合して、第1給湯路50へ送り出す。混合弁48では、タンク導出路46から第1給湯路50へ流れる水の流量と、タンクバイパス路44から第1給湯路50へ流れる水の流量の割合を調整する。第1給湯路50の下流側は、バーナ加熱路52とバーナバイパス路56に分岐している。バーナ加熱路52には、バーナ加熱装置54が取り付けられている。バーナ加熱装置54は、ガス等の燃料を燃焼させてバーナ加熱路52を流れる水を加熱する。バーナバイパス路56にはバーナバイパス弁58が取り付けられている。バーナ加熱路52とバーナバイパス路56は、それぞれの下流端で合流して、第2給湯路60の上流端に接続している。第2給湯路60から台所の給湯栓や浴室のシャワー等の給湯箇所へ、給湯設定温度に調温された水が供給される。なお、図示はしていないが、給湯装置12には、通過する水の温度を検出するサーミスタが各所に取り付けられている。
The mixing
制御装置14は、CPU、ROM、RAM等を備えている。ROMには各種の運転プログラムが格納されている。RAMには、制御装置14に入力される各種信号や、CPUが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。制御装置14では、CPUがROMやRAMに記憶された情報に基づいて、ヒートポンプ装置4、空調装置6、循環ポンプ10、給湯装置12の各構成要素の動作を制御する。また、制御装置14には、図示しないリモコンが接続されている。リモコンには、ユーザが給湯空調システム2を操作するためのスイッチ、ユーザに給湯空調システム2の動作状態を表示する液晶表示器等が設けられている。ユーザは、リモコンを介して、空調装置6での冷房の開始および終了や、給湯装置12での浴槽への湯張りの開始などを指示することができる。また、ユーザは、リモコンを介して、空調装置6における冷房設定温度や、給湯装置12における給湯設定温度を設定可能である。
The
以下では、給湯空調システム2の動作について説明する。給湯空調システム2は、給湯運転、蓄熱単独運転、冷房単独運転、蓄熱冷房同時運転などの運転を実行可能である。
Below, operation | movement of the hot water supply
(給湯運転)
ユーザによって台所や浴室のカランが開かれた場合や、浴槽への湯張りを行う場合に、給湯空調システム2は給湯運転を開始する。浴槽への湯張りは、例えばユーザがリモコンの湯張り開始スイッチを押すことで開始することもあるし、ユーザがリモコンに設定した湯張り完了時刻に基づく湯張り開始時刻が到来することで開始することもある。給湯運転は、後述する蓄熱単独運転、冷房単独運転、蓄熱冷房同時運転と並行して行うことも可能である。給湯運転では、給湯空調システム2は、混合弁48で給湯設定温度に調温された水を給湯箇所へ給湯する非燃焼給湯運転と、混合弁48で給湯設定温度よりも低い温度に調温された水をバーナ加熱装置54で給湯設定温度まで加熱して給湯箇所へ給湯する燃焼給湯運転のいずれかを実行する。
(Hot water operation)
The hot water supply
タンク8の上部の水温が、リモコンで設定された給湯設定温度よりも高い第1基準水温(例えば給湯設定温度+5[℃])以上である場合には、非燃焼給湯運転が行われる。図2に示すように、非燃焼給湯運転では、制御装置14は、バーナバイパス弁58を開くとともに、混合弁48で混合した後の水温が給湯設定温度となるように、混合弁48の開度を調整する。混合弁48で給湯設定温度に調温された水は、第1給湯路50、バーナバイパス路56、第2給湯路60を経由して給湯箇所へ給湯される。また、バーナ加熱路52に低温の水が滞留しないように、バーナ加熱路52も経由して給湯される。
When the water temperature in the upper part of the
一方、タンク8の上部の水温が、第1基準水温未満である場合には、燃焼給湯運転が行われる。図3に示すように、燃焼給湯運転では、制御装置14は、バーナバイパス弁58を閉じるとともに、混合弁48で混合した後の水温が給湯設定温度よりも低い第2基準水温(例えば給湯設定温度−5[℃])となるように、混合弁48の開度を調整する。混合弁48で第2基準水温に調温された水は、第1給湯路50を経由してバーナ加熱路52へ送られ、バーナ加熱装置54により給湯設定温度まで加熱されて、第2給湯路60を経由して給湯箇所へ給湯される。
On the other hand, when the water temperature in the upper part of the
(蓄熱単独運転)
ユーザから冷房が指示されておらず、かつタンク8への蓄熱要求が発生した場合に、給湯空調システム2は蓄熱単独運転を行う。蓄熱要求は、例えば給湯運転によってタンク8の蓄熱量が少なくなった場合に発生する。蓄熱単独運転では、タンク8の水を沸かし上げて、タンク8に蓄熱する。図4に示すように、蓄熱単独運転では、制御装置14は、四方弁26を、ポートaとポートbが連通し、かつポートcとポートdが連通した状態に切り換え、三方弁28を、ポートaとポートbが連通し、ポートcが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置14は、第1ファン20を駆動するとともに、圧縮機16を駆動する。さらに、制御装置14は、循環ポンプ10を駆動する。
(Heat storage independent operation)
When the user has not instructed cooling, and when a heat storage request to the
圧縮機16で加圧されて高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁28を介して、水熱交換器24へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、水熱交換器24での水との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。水熱交換器24で液相状態となった冷媒は、第1膨張弁22へ送られる。第1膨張弁22で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、室外空気熱交換器18へ送られる。低温低圧の液相状態の冷媒は、室外空気熱交換器18での室外空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。室外空気熱交換器18で気相状態となった冷媒は、四方弁26を介して、圧縮機16へ戻される。給湯空調システム2は、蓄熱単独運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、室外空気熱交換器18において室外空気から吸熱して、水熱交換器24において水を加熱する。蓄熱単独運転においては、水熱交換器24のサーミスタ24aによって冷媒の凝縮温度が検出され、室外空気熱交換器18のサーミスタ18aによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム2は、蓄熱単独運転において、水熱交換器24における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機16の回転数や、第1膨張弁22の開度や、第1ファン20の回転数を制御する。
The refrigerant in a gas phase that has been pressurized by the
蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度は、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度に基づいて設定される。例えば、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度は、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Tw[℃]に、所定の第1温度幅ΔT1[℃](例えば10[℃])を加算した値Tw+ΔT1[℃]に設定される。 The refrigerant condensing temperature in the single heat storage operation is set based on the hot water supply set temperature set by the user via the remote controller. For example, the refrigerant condensation temperature in the single heat storage operation is a value obtained by adding a predetermined first temperature range ΔT1 [° C.] (for example, 10 [° C.]) to the hot water supply set temperature Tw [° C.] set by the user via the remote controller. It is set to Tw + ΔT1 [° C.].
タンク8では、循環ポンプ10の駆動によって、タンク8の下部の水が水加熱往路36に吸い出される。水加熱往路36を流れる水は、水熱交換器24で冷媒との熱交換によって加熱される。水熱交換器24で加熱された水は、水加熱復路38を介して、タンク8の上部に戻される。タンク8の全体が高温の水で満たされた状態となると、制御装置14は、蓄熱単独運転を終了する。
In the
(冷房単独運転)
ユーザから冷房が指示されており、タンク8への蓄熱要求が発生していない場合に、給湯空調システム2は冷房単独運転を行う。冷房単独運転では、給湯空調システム2は、空調装置6によって室内を冷房する。図5に示すように、冷房単独運転では、制御装置14は、四方弁26を、ポートaとポートdが連通し、かつポートbとポートcが連通した状態に切り換え、三方弁28を、ポートbとポートcが連通し、ポートaが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置14は、第1ファン20および第2ファン32を駆動するとともに、圧縮機16を駆動する。
(Cooling only operation)
When the user is instructed to cool, and the heat storage request to the
圧縮機16で加圧された高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁28、四方弁26を介して、室外空気熱交換器18へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、室外空気熱交換器18での室外空気との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。室外空気熱交換器18で液相状態となった冷媒は、第2膨張弁34へ送られる。第2膨張弁34で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、室内空気熱交換器30へ送られる。低温低圧の液相状態の冷媒は、室内空気熱交換器30での室内空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。気相状態となった冷媒は、四方弁26を介して圧縮機16に戻される。給湯空調システム2は、冷房単独運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、室外空気熱交換器18において室外空気に放熱して、室内空気熱交換器30において室内を冷房する。冷房単独運転においては、室外空気熱交換器18のサーミスタ18aによって冷媒の凝縮温度が検出され、室内空気熱交換器30のサーミスタ30aによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム2は、冷房単独運転において、室外空気熱交換器18における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機16の回転数や、第2膨張弁34の開度や、第1ファン20の回転数や、第2ファン32の回転数を制御する。
The high-temperature and high-pressure refrigerant pressurized by the
冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、外気温度サーミスタ29で検出される室外空気の温度に基づいて設定される。例えば、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、室外空気の温度To[℃]に、所定の温度幅ΔT[℃](例えば3[℃])を加算した値To+ΔT[℃]に設定される。
The refrigerant condensing temperature in the cooling only operation is set based on the temperature of the outdoor air detected by the
(蓄熱冷房同時運転)
ユーザから冷房が指示されており、かつタンク8への蓄熱要求が発生した場合に、給湯空調システムは蓄熱冷房同時運転を行う。蓄熱冷房同時運転では、給湯空調システム2は、タンク8の水を沸かし上げるとともに、空調装置6によって室内を冷房する。図6に示すように、蓄熱冷房同時運転では、制御装置14は、四方弁26を、ポートaとポートdが連通し、かつポートbとポートcが連通した状態に切り換え、三方弁28を、ポートaとポートbが連通し、ポートcが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置14は、第2ファン32を駆動するとともに、圧縮機16を駆動する。さらに、制御装置14は、循環ポンプ10を駆動する。
(Simultaneous heat storage and cooling operation)
When cooling is instructed by the user and a heat storage request to the
圧縮機16で加圧されて高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁28を介して、水熱交換器24へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、水熱交換器24での水との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。水熱交換器24で液相状態となった冷媒は、第1膨張弁22へ送られる。第1膨張弁22で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、第2膨張弁34を通過して、室内空気熱交換器30へ送られる。蓄熱冷房同時運転においては、第2膨張弁34の開度は全開とされており、冷媒は第2膨張弁34で減圧されることなく、そのまま通過する。室内空気熱交換器30において、冷媒は室内空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。室内空気熱交換器30で気相状態となった冷媒は、四方弁26を介して、圧縮機16へ戻される。給湯空調システム2は、蓄熱冷房同時運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、水熱交換器24において水を加熱するとともに、室内空気熱交換器30において室内を冷房する。蓄熱冷房同時運転においては、水熱交換器24のサーミスタ24aによって冷媒の凝縮温度が検出され、室内空気熱交換器30のサーミスタ30aによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム2は、蓄熱冷房同時運転において、水熱交換器24における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機16の回転数や、第1膨張弁22の開度や、第2ファン32の回転数を制御する。
The refrigerant in a gas phase that has been pressurized by the
タンク8では、循環ポンプ10の駆動によって、タンク8の下部の水が水加熱往路36に吸い出される。水加熱往路36を流れる水は、水熱交換器24で冷媒との熱交換によって加熱される。水熱交換器24で加熱された水は、水加熱復路38を介して、タンク8の上部に戻される。タンク8の全体が高温の水で満たされた状態となると、制御装置14は、蓄熱冷房同時運転を終了する。
In the
蓄熱冷房同時運転においては、冷媒の凝縮温度が低いほど、冷房効率が高くなる。しかしながら、単純に冷媒の凝縮温度を低くすると、それだけ水熱交換器24で加熱した後の水の温度は低くなり、タンク8に蓄えられる水の温度が低くなってしまう。タンク8に蓄えられる水の温度が低くなり過ぎると、給湯装置12が給湯設定温度で給湯を行うために、バーナ加熱装置54を使用してガス等の燃料を消費することとなり、エネルギー効率の低下を招いてしまうおそれがある。
In the heat storage and cooling simultaneous operation, the cooling efficiency increases as the refrigerant condensing temperature decreases. However, if the condensation temperature of the refrigerant is simply lowered, the temperature of the water after being heated by the
そこで、本実施例の給湯空調システム2では、制御装置14が、冷媒の凝縮温度の候補となる複数の凝縮温度(例えば、蓄熱単独運転と同じように、ユーザが設定した給湯設定温度に基づいて設定される凝縮温度と、冷房単独運転と同じように、室外空気の温度に基づいて設定される凝縮温度)それぞれについて、その凝縮温度で蓄熱冷房同時運転を行った場合の所定期間(例えば1日)におけるエネルギー消費量を算出する。そして、制御装置14は、算出されたエネルギー消費量が最も少なくなる凝縮温度を、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定する。
Therefore, in the hot water supply
以下では図7を参照しながら、制御装置14が、冷媒の凝縮温度から、所定期間におけるエネルギー消費量を算出する処理について説明する。
Hereinafter, a process in which the
ステップS2では、制御装置14は、所定期間における必要熱量Qr[kcal]を算出する。本実施例の給湯空調システム2では、所定期間における必要熱量Qr[kcal]は、所定期間において給湯装置12において給湯に使用する熱量である。所定期間における必要熱量Qr[kcal]は、所定期間における給湯流量F[L]と、ユーザによりリモコンに設定された給湯設定温度Tw[℃]と、給水路40への給水温度Tc[℃]に基づいて、Qr=F×(Tw−Tc)で算出することができる。所定期間における給湯流量F[L]については、例えば一般的な家庭での所定期間における給湯流量の平均値を制御装置14にあらかじめ記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、所定期間における給湯流量F[L]については、制御装置14が、給湯装置12における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の所定期間における給湯流量の平均値として算出してもよい。給水路40への給水温度Tc[℃]については、例えば制御装置14に一般的な家庭での給水路40への給水温度の平均値を予め記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、給水路40への給水温度Tc[℃]については、図7の処理を行う時点での給水路40の水温を検出してもよい。あるいは、給水路40への給水温度Tc[℃]については、制御装置14が、給湯装置12における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の給水路40の水温の平均値として算出してもよい。
In step S2, the
ステップS4では、制御装置14は、所定期間におけるバーナ加熱装置54による供給熱量Qa[kcal]を算出する。バーナ加熱装置54による供給熱量Qa[kcal]は、所定期間における給湯流量F[L]と、ユーザによりリモコンに設定された給湯設定温度Tw[℃]と、蓄熱冷房同時運転によってタンク8に蓄えられる水の温度Th[℃]に基づいて、Qa=F×(Tw−Th)で算出することができる。蓄熱冷房同時運転によってタンク8に蓄えられる水の温度Th[℃]は、冷媒の凝縮温度に基づいて特定することができる。例えば、蓄熱冷房同時運転によってタンク8に蓄えられる水の温度Th[℃]は、冷媒の凝縮温度と等しい温度としてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時運転によってタンク8に蓄えられる水の温度Th[℃]は、冷媒の凝縮温度から所定温度幅を減算した温度としてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時運転によってタンク8に蓄えられる水の温度Th[℃]については、制御装置14が、過去の蓄熱単独運転および蓄熱冷房同時運転においてタンク8に蓄えられる水の温度の履歴を記憶しておいて、同じ凝縮温度でタンク8の水を沸かし上げたときのタンク8に蓄えられた水の温度の平均値としてもよい。
In step S4, the
ステップS6では、制御装置14は、蓄熱冷房同時運転による供給熱量Qh[kcal]を算出する。蓄熱冷房同時運転による供給熱量Qh[kcal]は、ステップS2で算出された必要熱量Qr[kcal]と、ステップS4で算出されたバーナ加熱装置54による供給熱量Qa[kcal]に基づいて、Qh=Qr−Qaで算出することができる。
In step S <b> 6, the
ステップS8では、制御装置14は、蓄熱冷房同時運転による加熱能力H[kW]を算出する。蓄熱冷房同時運転による加熱能力H[kW]は、蓄熱冷房同時運転による冷却能力C[kW]と、圧縮機16の消費電力P[kW]に基づいて、H=C+Pで算出することができる。蓄熱冷房同時運転による冷却能力C[kW]と、圧縮機16の消費電力P[kW]は、蓄熱冷房同時運転における冷媒の蒸発温度と凝縮温度に基づいて、図8に示す動作表から特定することができる。図8に示す動作表は、制御装置14に予め記憶されている。なお、冷媒の蒸発温度は、ユーザがリモコンで設定した冷房設定温度に基づいて特定される。
In step S <b> 8, the
ステップS10では、制御装置14は、蓄熱冷房同時運転の実行時間t[h]を算出する。蓄熱冷房同時運転の実行時間t[h]は、ステップS6で算出された蓄熱冷房同時運転による供給熱量Qh[kcal]と、ステップS8で算出された蓄熱冷房同時運転による加熱能力H[kW]に基づいて、t=1.16×Qh/Hで算出することができる。
In step S10, the
ステップS12では、制御装置14は、蓄熱冷房同時運転による消費電力量Eh[kWh]を算出する。蓄熱冷房同時運転による消費電力量Eh[kWh]は、蓄熱冷房同時運転での消費電力P’[kW]と、ステップS10で算出された蓄熱冷房同時運転の実行時間t[h]に基づいて、Eh=P’×tで算出することができる。蓄熱冷房同時運転での消費電力P’[kW]は、図8の動作表から特定される圧縮機16の消費電力P[kW]に、第2ファン32、循環ポンプ10、第1膨張弁22等の他の構成要素の消費電力P2[kW]を加算することで算出することができる。あるいは、近似的に、蓄熱冷房同時運転での消費電力P’[kW]は、図8の動作表から特定される圧縮機16の消費電力P[kW]と等しいものとしてもよい。
In step S <b> 12, the
ステップS14では、制御装置14は、バーナ加熱装置54のエネルギー消費量Ea[kWh]を算出する。バーナ加熱装置54のエネルギー消費量Ea[kWh]は、ステップS4で算出されたバーナ加熱装置54による供給熱量Qa[kcal]と、バーナ加熱装置54の熱効率ηに基づいて、Ea=1.16×Qa/ηで算出することができる。
In step S14, the
ステップS16では、制御装置14は、給湯空調システム2のエネルギー消費量E[kWh]を算出する。給湯空調システム2のエネルギー消費量E[kWh]は、ステップS12で算出された蓄熱冷房同時運転による消費電力量Eh[kWh]と、一次エネルギー変換係数αと、ステップS14で算出されたバーナ加熱装置54のエネルギー消費量Ea[kWh]に基づいて、E=Eh×α+Eaで算出することができる。
In step S <b> 16, the
制御装置14が、複数の凝縮温度それぞれについて図7に示す処理によりエネルギー消費量を算出し、エネルギー消費量が最も少なくなる凝縮温度を蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定することによって、給湯空調システム2のエネルギー消費量が最も少なくなるように蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
The
あるいは、本実施例の給湯空調システム2では、制御装置14が、冷媒の凝縮温度の候補となる複数の凝縮温度(例えば、蓄熱単独運転と同じように、ユーザが設定した給湯設定温度に基づいて設定される凝縮温度と、冷房単独運転と同じように、室外空気の温度に基づいて設定される凝縮温度)それぞれについて、その凝縮温度で蓄熱冷房同時運転を行った場合の所定期間(例えば1日)における光熱費を算出する。そして、制御装置14は、算出された光熱費が最も少なくなる凝縮温度を、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定する。
Alternatively, in the hot water supply air-
以下では図9を参照しながら、制御装置14が、冷媒の凝縮温度から、所定期間における光熱費を算出する処理について説明する。
Hereinafter, a process in which the
図9のステップS2、S4、S6、S8、S10、S12、S14の処理は、図7のステップS2、S4、S6、S8、S10、S12、S14と同様であるため、説明を省略する。 The processes in steps S2, S4, S6, S8, S10, S12, and S14 in FIG. 9 are the same as steps S2, S4, S6, S8, S10, S12, and S14 in FIG.
ステップS18では、制御装置14は、給湯空調システム2の光熱費M[円]を算出する。給湯空調システム2の光熱費M[円]は、電力料金Mh[円]とガス料金Ma[円]の和として、M=Mh+Maで算出することができる。電力料金Mh[円]は、ステップS12で算出された蓄熱冷房同時運転による消費電力量Eh[kWh]と、電力量単価Uh[円/kWh]に基づいて、Mh=Eh×Uhで算出することができる。ガス料金Ma[円]は、ステップS14で算出されたバーナ加熱装置54のエネルギー消費量Ea[kWh]と、ガス単価Ua[円/m3]と、ガスの単位熱量q[kcal/m3]に基づいて、Ma=Ea×Ua/(1.16×q)で算出することができる。
In step S18, the
制御装置14が、複数の凝縮温度それぞれについて図9に示す処理により光熱費を算出し、光熱費が最も少なくなる凝縮温度を蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定することによって、給湯空調システム2の光熱費が最も少なくなるように蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
The
また、上記のような冷媒の凝縮温度の設定に加えて、例えば蓄熱冷房同時運転を行っている間に浴槽への湯張りが行われる場合など、蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合には、バーナ加熱装置54による水の加熱が必須となる。このような場合には、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低く設定することによって、冷房効率を向上することができる。
Moreover, in addition to the setting of the refrigerant condensing temperature as described above, the amount of heat consumed from the heat accumulating tank accumulates in the heat accumulating tank, for example, when hot water filling is performed on the bathtub during simultaneous heat storage cooling operation. When it is larger than the amount of heat, heating of the water by the
以上のように、本実施例の給湯空調システム2(ヒートポンプシステム)は、冷媒を加圧する圧縮機16と、室外空気と冷媒を熱交換する室外空気熱交換器18(第1熱交換器)と、室内空気と冷媒を熱交換する室内空気熱交換器30(第2熱交換器)と、冷媒を減圧する第1膨張弁22および第2膨張弁34(減圧機構)と、冷媒と水(熱媒)の間で熱交換する水熱交換器24(第3熱交換器)と、水を蓄えるタンク8(蓄熱槽)と、水を加熱するバーナ加熱装置54(補助熱源機)と、冷媒の流れる経路を切り換える四方弁26および三方弁28(切換手段)を備えている。給湯空調システム2は、冷媒を圧縮機16、水熱交換器24、第1膨張弁22、室外空気熱交換器18の順に循環させ、水をタンク8と水熱交換器24の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機16、室外空気熱交換器18、第2膨張弁34、室内空気熱交換器30の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機16、水熱交換器24、第1膨張弁22、室内空気熱交換器30の順に循環させ、水をタンク8と水熱交換器24の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。給湯空調システム2では、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、複数の凝縮温度から選択可能であり、蓄熱冷房同時運転によりタンク8に蓄えられる水が低温となる場合には、バーナ加熱装置54によって水を加熱する。
As described above, the hot water supply air conditioning system 2 (heat pump system) of the present embodiment includes the
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2 給湯空調システム
4 ヒートポンプ装置
6 空調装置
8 タンク
10 循環ポンプ
12 給湯装置
14 制御装置
16 圧縮機
18 室外空気熱交換器
18a サーミスタ
20 第1ファン
22 第1膨張弁
24 水熱交換器
24a サーミスタ
26 四方弁
28 三方弁
29 外気温度サーミスタ
30 室内空気熱交換器
30a サーミスタ
32 第2ファン
34 第2膨張弁
36 水加熱往路
38 水加熱復路
40 給水路
42 タンク導入路
44 タンクバイパス路
46 タンク導出路
48 混合弁
50 第1給湯路
52 バーナ加熱路
54 バーナ加熱装置
56 バーナバイパス路
58 バーナバイパス弁
60 第2給湯路
100 ヒートポンプサイクル
102 冷媒の圧縮過程
104 冷媒の凝縮過程
106 冷媒の膨張過程
108 冷媒の蒸発過程
110 冷媒の凝縮温度が低い場合のサイクル
112 冷媒の凝縮温度が高い場合のサイクル
2 Hot-water supply air-conditioning system 4
Claims (4)
室外空気と冷媒を熱交換する第1熱交換器と、
室内空気と冷媒を熱交換する第2熱交換器と、
冷媒を減圧する膨張機構と、
冷媒と熱媒の間で熱交換する第3熱交換器と、
熱媒を蓄える蓄熱槽と、
熱媒を加熱する補助熱源機と、
冷媒の流れる経路を切り換える切換手段を備えており、
冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第1熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、
冷媒を圧縮機、第1熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、
冷媒を圧縮機、第3熱交換器、減圧機構、第2熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第3熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能であり、
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、複数の凝縮温度から選択可能であり、蓄熱冷房同時運転により蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となる場合には、補助熱源機によって熱媒を加熱する、ヒートポンプシステム。 A compressor for pressurizing the refrigerant;
A first heat exchanger for exchanging heat between the outdoor air and the refrigerant;
A second heat exchanger for exchanging heat between the indoor air and the refrigerant;
An expansion mechanism for decompressing the refrigerant;
A third heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the heat medium;
A heat storage tank for storing a heat medium;
An auxiliary heat source machine for heating the heat medium;
Switching means for switching the refrigerant flow path,
A single heat storage operation in which the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the third heat exchanger, the decompression mechanism, and the first heat exchanger, and the heat medium is circulated between the heat storage tank and the third heat exchanger;
A single cooling operation for circulating the refrigerant in the order of the compressor, the first heat exchanger, the pressure reducing mechanism, and the second heat exchanger;
The refrigerant can be circulated in the order of the compressor, the third heat exchanger, the decompression mechanism, and the second heat exchanger, and the simultaneous heat storage and cooling operation in which the heat medium is circulated between the heat storage tank and the third heat exchanger can be executed.
When the refrigerant condensing temperature in the simultaneous heat storage cooling operation can be selected from a plurality of condensation temperatures, and the heat medium stored in the heat storage tank by the simultaneous heat storage cooling operation becomes a low temperature, the heat medium is heated by the auxiliary heat source device. , Heat pump system.
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、エネルギー消費量推定手段で推定されるエネルギー消費量に基づいて選択される、請求項1のヒートポンプシステム。 It further comprises energy consumption estimation means for estimating the energy consumption in the heat pump system in a predetermined period according to the refrigerant condensation temperature in the heat storage and cooling simultaneous operation,
The heat pump system according to claim 1, wherein the refrigerant condensing temperature in the simultaneous heat storage and cooling operation is selected based on the energy consumption estimated by the energy consumption estimation means.
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、光熱費推定手段で推定される光熱費に基づいて選択される、請求項1のヒートポンプシステム。 It further includes a utility cost estimation means for estimating a utility cost in the heat pump system in a predetermined period according to the condensation temperature of the refrigerant in the simultaneous heat storage and cooling operation,
The heat pump system according to claim 1, wherein the refrigerant condensing temperature in the simultaneous heat storage and cooling operation is selected based on the utility cost estimated by the utility cost estimation means.
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