JP5553888B2 - 空調給湯システム - Google Patents
空調給湯システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5553888B2 JP5553888B2 JP2012502914A JP2012502914A JP5553888B2 JP 5553888 B2 JP5553888 B2 JP 5553888B2 JP 2012502914 A JP2012502914 A JP 2012502914A JP 2012502914 A JP2012502914 A JP 2012502914A JP 5553888 B2 JP5553888 B2 JP 5553888B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot water
- water supply
- air conditioning
- heat exchanger
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 727
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 title claims description 508
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 207
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 74
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 27
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 14
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 15
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
- F24D19/1072—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
- F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
- F24D19/1081—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water counting of energy consumption
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D7/00—Central heating systems employing heat-transfer fluids not covered by groups F24D1/00 - F24D5/00, e.g. oil, salt or gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
- F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
- F24F5/001—Compression cycle type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
- F24F5/0096—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater combined with domestic apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
- F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/12—Heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/14—Solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/16—Waste heat
- F24D2200/31—Air conditioning systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
- F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2140/00—Control inputs relating to system states
- F24F2140/50—Load
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2140/00—Control inputs relating to system states
- F24F2140/60—Energy consumption
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
- F24F2221/18—Details or features not otherwise provided for combined with domestic apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
- F25B2313/02741—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
本発明は、空調と給湯を行う空調給湯システムに係り、特に、空調負荷と給湯負荷に応じた運転の制御を行う空調給湯システムに関する。
空調と給湯を行う空調給湯システムとして、例えば、特許文献1または特許文献2に示す技術が開示されている。特許文献1には、ヒートポンプサイクルの圧縮機出口に暖房用熱交換器と給湯用熱交換器とを直列/並列の切替え可能に接続して、空調と給湯を行えるサイクルを構成した空調給湯システムが開示されている。このシステムによれば、暖房負荷が小さい場合に、給湯側への放熱量を増加させるようにして、熱エネルギの有効利用を図ることができる。
また、特許文献2には、少なくとも2温度を利用する二元冷凍サイクルを搭載した冷蔵庫において、より低温側サイクルの凝縮器と高温側サイクルの蒸発器との間で熱交換を可能とし、さらに高温側サイクルの蒸発器と低温側サイクルの蒸発器とを冷気が通風可能となるように風路を形成する構成が開示されている。この構成によれば、冷蔵庫内の設定温度をより低温に切替える際の冷却速度を改善することができる。
ところで、一般に暖房で用いられる温水温度は30〜50℃、給湯温度は65〜90℃である。そのため、暖房と給湯を行うためには、温度レベルの異なる温水を生成する必要がある。ここで、特許文献1に記載の従来技術では、単一の圧縮機で異なる温度レベルの温水を生成しなければならないため、システム全体の効率が必ずしも良いとは言えないのが実情である。
また、特許文献2に記載の従来技術では、低温サイクルの放熱部は、高温サイクルの吸熱部にのみ熱的に接続されているため、低温サイクルから放熱する先は高温サイクルに限定されてしまう。そのため、低温サイクルと高温サイクルの負荷のバランスに応じた熱の授受を行うことはできず、システム全体の効率の改善の余地がかなり残されているのが実情である。
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、暖房と給湯を行う場合のシステム全体の効率を向上させることのできる空調給湯システムを提供することにある。さらに、本発明は、空調システムと給湯システムの特性を考慮して、給湯サイクルの負荷の一部を空調サイクルで負担することができる空調給湯システムを提供することをも目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、空調用圧縮機を駆動して冷房運転と暖房運転を行う空調用冷媒回路と、給湯用圧縮機を駆動して給湯運転を行う給湯用冷媒回路と、運転の制御を行う制御装置とを備えた空調給湯システムにおいて、前記空調用冷媒回路で暖房運転を行う際に発生する温熱を前記給湯用冷媒回路に対して放熱することが可能な給湯アシスト手段を備え、前記制御装置は、現在の空調負荷の値を推定する空調負荷推定手段(例えば、ステップS10を行う手段)と、現在の空調消費電力の値を推定する空調消費電力推定手段(例えば、ステップS11を行う手段)と、現在の給湯負荷の値を推定する給湯負荷推定手段(例えば、ステップS12を行う手段)と、現在の給湯消費電力の値を推定する給湯消費電力推定手段(例えば、ステップS13を行う手段)と、前記推定された空調負荷の値を仮決定する空調負荷仮決定手段(例えば、ステップS16を行う手段)と、前記仮決定された空調負荷の値に基づいて新たな空調負荷の値を算出する空調負荷算出手段(例えば、ステップS18を行う手段)と、前記新たな空調負荷に基づいて新たな空調消費電力を算出する空調消費電力算出手段(例えば、ステップS18を行う手段)と、前記推定された空調負荷の値、前記推定された給湯負荷の値および前記新たな空調負荷の値に基づいて新たな給湯負荷の値を算出する給湯負荷算出手段(例えば、ステップS19を行う手段)と、前記新たな給湯負荷の値に基づいて新たな給湯消費電力を算出する給湯消費電力算出手段(例えば、ステップS20を行う手段)と、前記推定された空調消費電力の値と前記推定された給湯消費電力の値とを合計した推定消費電力合計値と、前記新たな空調消費電力の値と前記新たな給湯消費電力の値とを合計した新たな消費電力合計値とを比較する消費電力比較手段(例えば、ステップS22を行う手段)と、前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合には、前記新たな空調消費電力が前記推定された空調消費電力の値より大きくなる場合であっても、前記新たな空調負荷の値に近づくように前記給湯アシスト手段の動作を制御するアシスト制御手段(例えば、ステップS28を行う手段)とを備えた構成としている。
本発明によれば、制御装置による処理を実行し、その結果に基づいて給湯アシスト手段の動作を制御するようにしているため、空調負荷は上がるものの、給湯負荷が下がることにより、システム全体としての消費電力が低減するような運転を行うことができる。つまり、本発明は、給湯負荷の一部を空調サイクルで負担することにより、システム全体の効率が向上し、消費電力が低減するのである。なお、本発明において、「負荷」には、実際の負荷(例えば、圧縮機の現状回転数)だけでなく、実際の負荷を定格値(例えば、圧縮機の定格回転数)で除して求めた負荷率も含まれる。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記新たな空調負荷の値が、予め定めた第1の閾値より大きいか否かを判断する第1の閾値判断手段(例えば、ステップS24を行う手段)を備え、前記予め定めた第1の閾値として、前記空調用圧縮機の暖房定格出力または最大出力となる空調負荷の値が設定され、前記新たな空調負荷の値が前記予め定めた第1の閾値よりも大きいと前記第1の閾値判断手段が判断した場合に、前記アシスト制御手段は前記給湯アシスト手段の動作を制御することを特徴としている。本発明によれば、空調用圧縮機の能力を超えた範囲で新たな消費電力を算出することを防止できる。つまり、本発明では、性能に応じた範囲での消費電力の最小化が図れる。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記新たな空調負荷の値が、予め定めた第2の閾値より大きいか否かを判断する第2の閾値判断手段(例えば、ステップS21を行う手段)を備え、前記予め定めた第2の閾値として、前記空調用圧縮機の連続運転と断続運転との境界となる空調負荷の値に設定され、前記新たな空調負荷の値が前記予め定めた第2の閾値よりも小さいと前記第2の閾値判断手段が判断した場合に、前記空調負荷算出手段は、算出した前記新たな空調負荷に前記予め定めた値を加えて新たな空調負荷を再度算出することを特徴としている。本発明によれば、空調用圧縮機が断続運転になるのを回避することができるので、空調サイクルのシステム効率を向上させることができるうえ、給湯サイクルの負荷も低減することができる。よって、本発明は、システム全体の効率を向上させることができ、消費電力を低減させることができる。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合に前記新たな空調負荷の値に基づいて前記空調用圧縮機の目標回転数を決定する空調用目標回転数決定手段(例えば、ステップS26を行う手段)と、前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合に前記新たな給湯負荷の値に基づいて前記給湯用圧縮機の目標回転数を決定する給湯用目標回転数決定手段(例えば、ステップS27を行う手段)とを備えたことを特徴としている。本発明によれば、圧縮機の回転数を制御することができるため、システムの効率が向上する。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記空調負荷仮決定手段は、前記アシスト制御手段による前記給湯アシスト手段の動作の制御中である場合に、前記推定された空調負荷の値を補正する補正手段(例えば、ステップS17を行う手段)を備えたことを特徴としている。本発明によれば、より正確な処理を行えるため、システム効率のさらなる向上および消費電力のさらなる低減が見込まれる。
また、本発明に係る空調給湯システムは、次のような態様であることが好ましい。即ち、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記空調用冷媒回路と熱交換可能に接続され、空調用利用側の熱搬送媒体が循環する空調用熱搬送媒体循環回路と、前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路とを有し、前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、前記空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記空調用熱搬送媒体循環回路は、前記空調用利用側熱交換器と被空調空間に設置された室内熱交換器との間を配管で接続して環状に形成され、前記給湯アシスト手段は、前記空調用利用側の熱搬送媒体と前記給湯用利用側の熱搬送媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、前記空調用利用側の熱搬送媒体が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段とを備え、前記給湯余熱熱交換器は、前記給湯用利用側熱交換器よりも上流側の前記給湯流路に接続されると共に、前記室内熱交換器と直列または並列になるように前記空調用熱搬送媒体循環回路に接続され、前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御することが好ましい。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路を有し、前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記給湯アシスト手段は、前記空調用冷媒回路を流れる空調用冷媒と前記給湯用利用側の熱搬送媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、前記空調用冷媒が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段とを備え、前記給湯余熱熱交換器は、前記給湯用利用側熱交換器よりも上流側の前記給湯流路に接続されると共に、前記空調用利用側熱交換器と直列または並列になるように前記空調用冷媒回路に接続され、前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御することが好ましい。
また、本発明に係る空調給湯システムは、上記構成において、前記空調用冷媒回路と熱交換可能に接続され、空調用利用側の熱搬送媒体が循環する空調用熱搬送媒体循環回路と、前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路と、蓄熱が可能な蓄熱タンクに貯留された中間熱媒体が循環する中間熱媒体回路と、前記空調用冷媒回路、前記給湯用冷媒回路、および前記中間熱媒体回路の3つの回路間で熱交換が可能な中間熱交換器とを有し、前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、前記空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、前記空調用熱搬送媒体循環回路は、前記空調用利用側熱交換器と被空調空間に設置された室内熱交換器との間を配管で接続して環状に形成され、前記給湯アシスト手段は、前記空調用利用側の熱搬送媒体と前記中間熱媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、前記空調用利用側の熱搬送媒体が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段とを備え、前記給湯余熱熱交換器は、前記中間熱交換器よりも上流側の前記中間熱媒体回路に接続されると共に、前記室内熱交換器と直列または並列になるように前記空調用熱搬送媒体循環回路に接続され、前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御することが好ましい。
本発明によれば、給湯負荷の一部を空調サイクルで負担することができるため、空調サイクル運転による負担は増えるものの、給湯サイクル運転の負担は低減するので、空調給湯システム全体として効率は向上し、消費電力は低減する。
[本発明の第1の実施形態]
本発明の第1の実施の形態例に係る空調給湯システムは、図1に示すように、空調用圧縮機21を駆動して冷房運転と暖房運転とを切り替えて運転を行う空調用冷媒回路5と、給湯用圧縮機41を駆動して給湯運転を行う給湯用冷媒回路6と、空調用冷媒回路5と熱交換を行って、住宅(被空調空間)60の室内の空調を行う空調用冷温水循環回路(空調用熱搬送媒体循環回路)8と、給湯用冷媒回路6と熱交換を行って給湯を行う給湯流路9と、運転の制御を行う制御装置1aとを備えている。また、本発明の第1の実施の形態例に係る空調給湯システムは、室外に配置されるヒートポンプユニット1と、室内に配置される室内ユニット2とを備えたユニット構成となっている。
本発明の第1の実施の形態例に係る空調給湯システムは、図1に示すように、空調用圧縮機21を駆動して冷房運転と暖房運転とを切り替えて運転を行う空調用冷媒回路5と、給湯用圧縮機41を駆動して給湯運転を行う給湯用冷媒回路6と、空調用冷媒回路5と熱交換を行って、住宅(被空調空間)60の室内の空調を行う空調用冷温水循環回路(空調用熱搬送媒体循環回路)8と、給湯用冷媒回路6と熱交換を行って給湯を行う給湯流路9と、運転の制御を行う制御装置1aとを備えている。また、本発明の第1の実施の形態例に係る空調給湯システムは、室外に配置されるヒートポンプユニット1と、室内に配置される室内ユニット2とを備えたユニット構成となっている。
ヒートポンプユニット1には、空調用冷媒回路5、給湯用冷媒回路6、空調用冷温水循環回路8、給湯流路9、および制御装置1aが組み込まれている。さらに、空調用冷温水循環回路8と給湯流路9との間には給湯余熱熱交換器(給湯アシスト手段)80が配置されている。この給湯余熱熱交換器80は、空調用冷温水循環回路8を流れる水と給湯流路9を流れる水との間で熱交換を行うことが可能な構造となっている。
空調用冷媒回路5は、空調用冷媒が循環することにより冷凍サイクル(空調サイクル)が形成される回路であり、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機21、空調用冷媒の流路を切り替える四方弁(空調用流路切替弁)22、ファン(図示せず)により送られてくる大気と熱交換を行う空調用熱源側熱交換器24、空調用冷媒タンク26、空調用冷媒を減圧する空調用膨張弁27、空調用冷温水循環回路8と熱交換を行う空調用利用側熱交換器28を冷媒配管で接続して環状に形成されている。なお、空調用冷媒回路5を循環する空調用冷媒には、R410a、R134a,HFO1234yf,HFO1234ze、CO2の中から使用条件に適した冷媒が用いられる。
次に、上記した空調用冷媒回路5に組み込まれる各機器の構造について、詳細に説明する。空調用圧縮機21は、容量制御が可能な可変容量型の圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能である。具体的には、空調用圧縮機21は、スクロール式の圧縮機であり、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。
空調用利用側熱交換器28は、図示しないが、空調用冷媒が流れる空調用冷媒伝熱管と水(空調用利用側の熱搬送媒体)が流れる空調用冷温水伝熱管とが熱的に接触するように構成されている。空調用冷媒タンク26は、空調用冷媒回路5の流路の切替えによって変化する空調用冷媒の量を制御するバッファとしての機能を備えたものである。空調用膨張弁27は、弁の開度を調整することにより、空調用冷媒の圧力を所定の圧力まで減圧することができる。
空調用冷温水循環回路(空調用熱搬送媒体循環回路)8は、空調用冷媒回路5と熱交換を行うための空調用利用側の熱搬送媒体として水が流れる回路であり、四方弁53と空調用冷温水循環ポンプ52と住宅(被空調空間)60に設置された室内熱交換器61とを空調用冷温水配管55aで接続し、室内熱交換器61と四方弁22とを空調用冷温水配管55bで接続し、四方弁53と空調用利用側熱交換器28とを空調用冷温水配管55cで接続して、環状に形成された回路である。この空調用冷温水循環回路8内を流れる水(冷水または温水)は、室内熱交換器61を介して住宅60内の空気と熱交換して、住宅60内を冷房または暖房する。ここで、空調用冷温水循環回路8内を流れる空調用利用側の熱搬送媒体として、水の代わりにエチレングリコールなどのブラインを用いても良い。ブラインを用いると寒冷地でも適用できることは言うまでもない。
なお、以下の説明において、空調用冷温水循環回路8を流れる水として「冷水」または「温水」という言葉が用いられることがあるが、「冷水」とは冷房時に空調用冷温水循環回路8を流れる水の意味で用いられ、「温水」とは暖房時に空調用冷温水循環回路8を流れる水の意味で用いられていることを、ここで付言しておく。
さらに、空調用冷温水循環回路8には、室内熱交換器61と並列となるように給湯余熱熱交換器80が接続されている。具体的には、空調用冷温水配管55aの室内熱交換器61入口近傍の位置に設けられた三方弁(流量制御手段、給湯アシスト手段)54aと給湯用熱交換器80の入口とを空調用冷温水配管56aで接続し、空調用冷温水配管55bの室内熱交換器61出口近傍の位置に設けられた三方弁(流量制御手段、給湯アシスト手段)54bと給湯用熱交換器80の出口とを空調用冷温水配管56bで接続することにより、室内熱交換器61と給湯余熱熱交換器80とが空調用冷温水循環回路8に対して並列の関係となっている。この構成により、空調用冷温水循環回路8には、水が室内熱交換器61を流れる流路と、給湯余熱熱交換器80を流れる流路の2流路が形成されることとなる。なお、給湯余熱熱交換器80と三方弁54a、54bが、本発明の給湯アシスト手段に相当する。
給湯用冷媒回路6は、給湯用冷媒が循環することにより冷凍サイクル(給湯サイクル)が形成される回路であり、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機41、給湯流路9と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器42、給湯用冷媒の量を制御するバッファとしての機能を備えた給湯用冷媒タンク46、給湯用冷媒を減圧する給湯用膨張弁43、およびファン(図示せず)により送られてくる大気と熱交換を行う給湯用熱源側熱交換器44を冷媒配管で接続して環状に形成されている。なお、給湯用冷媒回路6を循環する給湯用冷媒には、R410a、R134a,HFO1234yf,HFO1234ze、CO2の中から使用条件に適した冷媒が用いられる。
次に、上記した給湯用冷媒回路6に組み込まれる各機器の構造について、詳細に説明する。給湯用圧縮機41は、空調用圧縮機21と同様にインバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。給湯用利用側熱交換器42は、図示しないが、給湯流路9に供給される水が流れる給湯用水伝熱管と、給湯用冷媒が流れる給湯用冷媒伝熱管とが熱的に接触するように構成されている。給湯用膨張弁43は、弁の開度を調整することにより、給湯用冷媒の圧力を所定の圧力まで減圧することができる。
給湯流路9は、給湯用利用側熱交換器42の入口と給水口78とを給湯用配管72で接続し、給湯用利用側熱交換器42の出口と給湯口79とを給湯用配管73で接続すると共に、給湯用配管72のうち給湯用利用側熱交換器42より上流側の位置に給湯余熱熱交換器80を組み込んで形成された流路である。なお、給湯用配管72の給湯余熱熱交換器80の出口近傍の位置には、二方弁74aが取り付けられている。さらに、給湯用配管72には、給湯余熱熱交換器80をバイパスする給湯用バイパス配管75が設けられている。なお、この給湯用バイパス配管75には、二方弁74bが設けられている。この構成により、給湯流路9には、給水口78に流入した水が給湯余熱熱交換器80を通り、次に給湯用利用側熱交換器42を通って、給湯口79から流出する流路と、給水口78に流入した水が給湯用バイパス配管75を流れて、給湯用利用側熱交換器42を通り、給湯口79から流出する流路の2流路が形成されることとなる。なお、給湯口79から流出した水(湯)は、給湯負荷側(浴槽、洗面所、台所など)へ供給される。また、給湯流路9には、図示しないが、水の流量を検知する流量センサが組み込まれている。
この空調給湯システムには、複数の温度センサTH1〜TH5を備えている。具体的には、空調用冷温水循環回路8には、空調用利用側熱交換器28の暖房運転時における入口に温度センサTH4が、空調用利用側熱交換器28の暖房運転時における出口に温度センサTH3が、室内熱交換器61の出口に温度センサTH5がそれぞれ設けられている。また、給湯流路9には、給湯用利用側熱交換器42の入口に温度センサTH2が、給水口78に温度センサTH1がそれぞれ設けられている。また、外気温度を測定するための温度センサ(図示せず)も設けられている。さらに、空調用圧縮機21には回転数を検知するための回転数検知センサRAが設けられている。給湯用圧縮機41にも同様に回転数検知センサRHが設けられている。また、空調用膨張弁27には弁の開度を検知する弁開度検知センサPAが設けられ、給湯用膨張弁43には弁の開度を検知する弁開度検知センサPHが設けられている。また、三方弁54a、54bにも弁開度検知センサVO1、VO2がそれぞれ設けられている。
制御装置1aは、図示しないリモコンからの指令信号、温度センサTH1〜TH5、回転数検知センサRA、RH、弁開度検知センサPA、PH、VO1、VO2からの検知信号などを入力し、これらの入力信号に基づいて、空調用圧縮機21および給湯用圧縮機41の駆動/停止、四方弁22、53の切り替え、空調用膨張弁27および給湯用膨張弁43の弁の開度の調整、三方弁54a、54bの切り替え、空調用冷温水循環ポンプ52の駆動/停止、二方弁74a、74bの開閉、その他の空調給湯システムの運転に必要な制御を行っている。
次に、制御装置1aが行う空調給湯システムの運転の制御について、図2〜図13を用いて詳しく説明する。まず、制御装置1aは、空調サイクルによる暖房の要求があるか否かを判断する(ステップS1)。制御装置1aは、暖房要求があると判断した場合(ステップS1でYesの場合)、給湯サイクルが運転中であるか否かを判断する(ステップS2)。制御装置1aは、給湯サイクルが運転中であると判断した場合(ステップS2でYesの場合)は、ステップS3に進んで、アシスト制御を行うか否かの判断処理を実行する。つまり、制御装置1aは、ステップS3にて、アシスト制御手段による給湯アシスト運転を行うためのアシスト運転モードか、あるいは、通常の運転を行うための通常運転モードに移行するかの決定を行う。そして、制御装置1aは、決定した運転モードにて空調サイクルおよび給湯サイクルの運転制御を開始する。
次いで、制御装置1aは、ステップS7に進んで一定時間待機する。そして、再びステップS1に戻って、ステップS1以降の処理を行う。また、ステップS2で給湯サイクルが運転中でないと判断した場合(ステップS2でNoの場合)、制御装置1aは、ステップS4に進んで、空調サイクルの単独制御を行う。
一方、ステップS1で暖房要求がないと判断した場合(ステップS1でNoの場合)、ステップS5に進んで、給湯サイクル運転の要求があるか否かを判断する。給湯サイクル運転の要求があると判断した場合(ステップS5でYesの場合)には、制御装置1aはステップS6に進んで、給湯サイクルの単独制御を行う。そして、制御装置1aは、ステップS7にて一定時間待機したのちに、ステップS1に戻ってステップS1以降の処理を行う。また、給湯サイクル運転の要求がないと判断した場合(ステップS5でNoの場合)、制御装置1aは、ステップS8に進んで終了処理を実行する。
次に、制御装置1aがステップS3で行う、アシスト制御を行うか否かの判断処理の具体例について説明する。まず、図3に示すステップS10にて、制御装置1aは、テーブル1を参照して現在の空調負荷Qaの値を推定する。テーブル1は、図6に示すように、利用側目標温度(温水出口温度目標値、温度センサTH3で測定される温度の目標値のこと)と熱源温度(外気温度)毎に空調用圧縮機21の回転数(回転数検知センサRAの値)と空調用膨張弁27のパルス(弁開度検知センサPAの値)と空調負荷Qaとが予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、ステップS11にて、制御装置1aは、テーブル3を参照して現在の空調消費電力Waの値を推定する。テーブル3は、図8に示すように、利用側目標温度(温水出口温度目標値)と熱源温度(外気温度)毎に、空調用圧縮機21の回転数(回転数検知センサRAの値)と空調用膨張弁27のパルス(弁開度検知センサPAの値)と空調消費電力Waとが予め対応付けられたデータテーブルである。なお、テーブル3に格納されている空調消費電力は、制御盤内の電流値で代用することも可能である。
次に、ステップS12にて、制御装置1aは、テーブル2を参照して現在の給湯負荷Qhの値を推定する。テーブル2は、図7に示すように、利用側目標温度(給湯温度目標値)と熱源温度(外気温度)毎に給湯用圧縮機41の回転数(回転数検知センサRHの値)と給湯用膨張弁43のパルス(弁開度検知センサPHの値)と給湯負荷Qhとが予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、ステップS13にて、制御装置1aは、テーブル4を参照して現在の給湯消費電力Whの値を推定する。テーブル4は、図9に示すように、利用側目標温度(給湯温度目標値)と熱源温度(外気温度)毎に、給湯用圧縮機41の回転数(回転数検知センサRHの値)と給湯用膨張弁43のパルス(弁開度検知センサPHの値)と給湯消費電力(Wh)とが予め対応付けられたデータテーブルである。なお、テーブル4に格納されている給湯消費電力は、制御盤内の電流値で代用することも可能である。
次に、ステップS14にて、制御装置1aは、推定された空調消費電力の値(Wa)と推定された給湯消費電力(Wh)との合計値を推定消費電力合計値(W’)として記憶する。
次に、ステップS14aにて、制御装置1aは、目標負荷を仮定する。具体的には、Qb=Qaに設定し、Qi=Qhに設定する。
次に、ステップS15にて、制御装置1aは、後述する給湯アシスト運転を現在実施しているか否かを判断する。給湯アシスト運転を実施していないと判断された場合(ステップS15でNoの場合)、ステップS16に進んで、制御装置1aは、ステップS10で推定された空調負荷(Qa)を空調負荷(Q’a)に仮決定する。一方、給湯アシスト運転を実施していると判断された場合(ステップS15でYesの場合)には、制御装置1aは、ステップS10で推定された空調負荷(Qa)の値を補正した値を空調負荷(Q’a)に仮決定する。具体的には、ステップS17に示すように、Qa’=(温度センサTH3にて測定される温度の目標値−温度センサTH5の測定値)/(温度センサTH3にて測定される温度の目標値−温度センサTH4の測定値)/弁開度(VO1、VO2)から決まる補正係数ε×推定された空調負荷(Qa)を求め、その求めた値を、補正された空調負荷(Qa’)として仮決定する。ここで、ε=f(VO1,VO2)である。なお、室内熱交換器61を流れる流量を計測する流量計を設置して、流量とTH3、TH5から求める方法としても良い。
次に、ステップS18にて、制御装置1aは、仮決定された空調負荷の値(Qa’)に予め定めた値(ΔQ)を加えて新たな空調負荷の値(Qb)を算出する。そして、制御装置1aは、テーブル5を参照して新たな空調負荷の値(Qb)に基づき空調消費電力(Wb)を算出する。ここで、テーブル5は、図10に示すように、利用側目標温度(温水出口温度目標値)毎に、熱源温度(外気温度)と空調出力(Qb)と空調消費電力(Wb)とが予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、制御装置1aは、ステップS19にて、推定された空調負荷の値(Qa)に推定された給湯負荷の値(Qh)を加算した値から新たな空調負荷の値(Qb)を減算して新たな給湯負荷の値(Qi)を算出する。
次に、制御装置1aは、ステップS20にて、テーブル6を参照して新たな給湯負荷の値(Qi)に基づいて新たな給湯消費電力(Wi)を算出する。ここで、テーブル6は、図11に示すように、利用側目標温度(給湯温度目標値)毎に、熱源温度(外気温度)と給湯出力(Qi)と給湯消費電力(Wi)とが予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、ステップS21に進んで、制御装置1aは、QbがQb_low_limit(予め定めた第2の閾値)よりも大きいか否かを判断する。QbがQb_low_limitより大きい場合(ステップS21でYesの場合)には、ステップS22へ進む。一方、QbがQb_low_limitより小さい場合(ステップS21でNoの場合)には、ステップS29に飛んでQa’=Qbに設定する処理を行い、ステップS18以降の処理を再び行う。ここで、Qb_low_limitは、空調用圧縮機21の連続運転と断続運転との境界となる空調負荷の値、即ち、負荷率L2(図14(a)参照)に設定されている。そのため、このステップS21の処理を行うことにより、空調用圧縮機21が断続運転領域で運転されることを回避できる。
次に、制御装置1aは、ステップS22にて、推定された空調消費電力の値(Wa)と推定された給湯消費電力の値(Wh)とを合計した推定消費電力合計値(W’)と、新たな空調消費電力の値(Wb)と新たな給湯消費電力(Wi)の値とを合計した新たな消費電力合計値(W)とを比較する。新たな消費電力合計値(W)が推定消費電力合計値(W’)よりも小さいと判断された場合(ステップS22でYesの場合)には、制御装置1aは、新たな空調負荷の値(Qb)および新たな給湯負荷(Qi)を記憶し、推定消費電力合計値(W’)=W(=Wb+Wi)に設定(ステップS23)して、ステップS24へと進む。一方、新たな消費電力合計値(W)が推定消費電力合計値(W’)よりも大きいと判断された場合(ステップS22でNoの場合)には、制御装置1aは、そのままステップS24へと進む。
そして、制御装置1aは、ステップS24にて、新たな空調負荷の値(Qb=Qa’+ΔQa)が予め定めた第1の閾値(Qb_Limit)よりも大きいか否かを判断する。新たな空調負荷の値が閾値より大きいと判断された場合(ステップS24でYesの場合)には、制御装置1aは、ステップS25にて、新たな空調負荷の値(Qb)と新たな給湯負荷の値(Qi)を目標負荷として決定する。ここで、本実施形態では、予め定めた閾値(Qb_Limit)を空調用圧縮機21の暖房定格出力または最大出力となる空調負荷の値に設定しているので、空調サイクルの最大出力を超えて新たな消費電力Qbの推算を行うことは防止される。
次に、ステップS26にて、制御装置1aは、テーブル7を参照して、新たな空調負荷(Qb)から空調用圧縮機21の目標回転数(Ra)を決定する。ここで、テーブル7は、図12に示すように、利用側目標温度(温水出口温度目標値)毎に熱源温度(外気温度)と空調出力(Qb)に対する空調用圧縮機21の目標回転数が予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、ステップS27にて、制御装置1aは、テーブル8を参照して、新たな給湯負荷(Qi)から給湯用圧縮機41の目標回転数(Rh)を決定する。ここで、テーブル8は、図13に示すように、利用側目標温度(給湯温度目標値)毎に熱源温度(外気温度)と給湯出力(Qi)に対する給湯用圧縮機41の目標回転数が予め対応付けられたデータテーブルである。
次に、ステップS28にて、制御装置1aは、目標負荷として設定された新たな空調負荷の値(Qb)に近づくように、二方弁74aを開けて給湯余熱熱交換器80に給水口78から水を流すと共に、空調用冷温水循環回路8を流れる温水を、三方弁54aおよび三方弁54bのポートの開度を調整して流量を制御しながら給湯余熱熱交換器80に流すようにした運転、即ち、給湯アシスト運転を行う。
さらに、制御装置1aは、この給湯アシスト運転が行われている間、(i)空調用圧縮機21の回転数を目標回転数(Ra)で運転するよう制御し、(ii)三方弁54a、54bの各ポートの開度を、空調利用側出口温度(温度センサTH3の温度)の目標値になるように、例えばPI制御し、(iii)空調用膨張弁27の弁開度を、空調用圧縮機21の吸込温度(吐出温度でも可)の目標値になるように制御し、(iv)一定時間経過した後に、その時点の三方弁54a、54bの開度に固定し、空調用圧縮機21の回転数を空調利用側出口温度の目標値になるように制御するようにしている。
また、ステップS24でNoの場合には、制御装置1aは、ステップS29に飛んで、Qa’=Qbに設定した後、ステップS18に戻り、再びステップS18以降の処理を実行する。
なお、空調用圧縮機21の運転が断続運転の領域(図14参照)で行われるのを回避するためには、上記したテーブルを空調用圧縮機21の特性で決まる最低回転数以上として作成すれば良い。
ここで、制御装置1aが備える制御手段のうち、ステップS10の処理を行う手段が本発明の空調負荷推定手段に相当し、ステップS11の処理を行う手段が本発明の空調消費電力推定手段に相当し、ステップS12の処理を行う手段が本発明の給湯負荷推定手段に相当し、ステップS13の処理を行う手段が本発明の給湯消費電力推定手段に相当し、ステップS16の処理を行う手段が本発明の空調負荷仮決定手段に相当し、ステップS17の処理を行う手段が本発明の補正手段に相当し、ステップS18の処理を行う手段が本発明の空調負荷算出手段および空調消費電力算出手段に相当し、ステップS19の処理を行う手段が本発明の給湯負荷算出手段に相当し、ステップS20の処理を行う手段が本発明の給湯消費電力算出手段に相当し、ステップS21の処理を行う手段が本発明の第2の閾値判断手段に相当し、ステップS22の処理を行う手段が本発明の消費電力比較手段に相当し、ステップS24の処理を行う手段が本発明の第1の閾値判定手段に相当し、ステップS26の処理を行う手段が本発明の空調用目標回転数決定手段に相当し、ステップS27の処理を行う手段が本発明の給湯用目標回転数決定手段に相当し、ステップS28の処理を行う手段が本発明のアシスト制御手段に相当する。
次に、制御装置1aが上記の給湯アシスト運転を行った場合に、いかに消費電力が低減されるかについて、図14を用いて詳しく説明する。図14は、空調用圧縮機21の負荷率−消費電力曲線と、給湯用圧縮機41の負荷率−消費電力曲線を示している。まず、図14(a)は、空調用圧縮機21が断続運転領域で運転されている場合に給湯アシスト運転を行うとどのように消費電力が変化するかを示している。図14(a)に示すように、給湯アシスト運転を行う前の空調側の状態がP1であったとすると、このP1は空調用圧縮機21が断続運転領域で運転されているため、消費電力がE2だけかかってしまう。しかし、給湯アシスト運転により空調負荷をL1からL2まで上げると、状態P1が曲線上を移動し、状態P2となる。この状態P2は空調用圧縮機21が連続運転領域で運転されているため、消費電力がE1しかかからなくなる。よって、空調側は給湯アシスト運転により負荷率がL1からL2にあがったものの、消費電力がE2からE1に下がったことになる。
さらに、給湯アシスト運転により給湯余熱熱交換器80にて給湯流路9を流れる水が温められるため、給湯サイクルの負荷が低減される。そのため、給湯アシスト運転をする前の給湯側の状態がP4であったとすると、給湯アシスト運転を行うことにより、状態がP4から曲線上を移動してP3となり、負荷率がL4からL3に下がるうえ、消費電力がE4からE3に低減する。よって、給湯アシスト運転を行うことにより、消費電力が、E2−E1の減少分とE4−E3の減少分だけ低減する。
一方、図14(b)は、空調用圧縮機21が連続運転領域で運転されている場合に給湯アシスト運転を行うとどのように消費電力が変化するかを示している。図14(b)に示すように、給湯アシスト運転を行う前の空調側の状態がP11であったとすると、このP11では消費電力がE11だけ掛かってしまう。ここで、給湯アシスト運転を行うと、空調側の状態がP11からP21へと変化し、空調側の負荷率がL11からL21に上がってしまう。そのため空調側の消費電力がE11からE21へと上昇する。しかし、給湯アシスト運転により給湯余熱熱交換器80にて給湯流路9を流れる水が温められるため、給湯サイクルの負荷が低減される。そのため、給湯アシスト運転をする前の給湯側の状態がP41であったとすると、給湯アシスト運転を行うことにより、状態がP41から曲線上を移動してP31となり、負荷率がL41からL31に下がるうえ、消費電力がE41からE31に低減する。ここで、E21−E11の消費電力の増加分とE41−E31の消費電力の減少分とを比較すると、減少分の方が大きいため、空調給湯システム全体での消費電力は低減することとなる。
このように、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムでは、制御装置1aが上記した給湯アシスト運転を行うように制御することができるため、図14に示したように、消費電力の大幅な低減を実現できるのである。
続いて、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムにて行われる各種運転モードについて図15〜図17を参照しながら説明する。図15〜図17において、熱交換器に付された矢印は熱の流れを示しており、各回路5、6、8、9に付された矢印は、流体が各回路を流れる向きを示している。また、白色の二方弁は開状態であることを示し、黒色の二方弁は閉状態であることを示している。また、白色の三方弁は、3つのポート全てが開状態であることを示しており、3つのポートのうち2つが白色で残り1つが黒色の三方弁は、白色のポートが開状態、黒色のポートが閉状態であることを示している。また、四方弁に描かれた円弧状の実線は、四方弁を流れる流体の流路を示している。また、図15〜図17において点線で示した経路は、その図が示す運転モードおいて使用されていない経路、つまり、閉鎖されている経路であることを示している。
「運転モードNo.1<冷房/給湯運転>」(図15参照)
運転モードNo.1は、空調用冷媒回路5による冷房運転と、給湯用冷媒回路6による給湯運転とをそれぞれ行う運転モードである。
運転モードNo.1は、空調用冷媒回路5による冷房運転と、給湯用冷媒回路6による給湯運転とをそれぞれ行う運転モードである。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この高圧の液冷媒は、空調用冷媒タンク26を流れた後に所定の開度に調節された空調用膨張弁27で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、空調用利用側熱交換器28に流入する。空調用利用側熱交換器28内を流れる気液二相冷媒は、空調用冷温水循環回路8内を流れる高温の冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
空調用冷温水循環回路8では、空調用利用側熱交換器28を流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水循環ポンプ52を駆動することにより、空調用冷温水配管55aを通って、室内熱交換器61に流入する。室内熱交換器61では、空調用冷温水循環回路8内の冷水と、住宅60内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が冷却される。つまり、住宅60の室内が冷房される。このとき、室内熱交換器61を流れる冷水は、住宅60内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、空調用冷温水循環ポンプ52により空調用冷温水配管55b、55cを流れていき、再び空調用利用側熱交換器28を流れる間に空調用冷媒回路5を流れる空調用冷媒と熱交換を行って、冷却される。
一方、給湯用冷媒回路6では、給湯用圧縮機41で圧縮され高温高圧となったガス冷媒は、給湯用利用側熱交換器42に流入する。給湯用利用側熱交換器42内を流れる高温高圧のガス冷媒は、給湯流路9内を流れる水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、液化した高圧の冷媒は、給湯用冷媒タンク46を流れた後に所定の開度に調節された給湯用膨張弁43で減圧、膨張して、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、給湯用熱源側熱交換器44を流れる間に、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、給湯用圧縮機41の吸込口41aに流入し、給湯用圧縮機41により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
給湯流路9では、給水口78に流入した水は、給湯用バイパス配管75を経由して給湯用利用側熱交換器42へ流れていく。給湯用利用側熱交換器42に流入した水は、給湯用利用側熱交換器42にて、給湯用冷媒回路6を流れる給湯用冷媒から吸熱して、高温の湯に変化する。この湯は、給湯口78から流れ出て、給湯負荷側へと導かれる。
なお、運転モードNo.1では、空調用冷温水循環回路8において、給湯余熱熱交換器80へ流れる流路は、三方弁54a、54bにより閉鎖されている。加えて、給湯流路9においても、給湯余熱熱交換器80へ流れる流路は、二方弁74aによって閉鎖されている。従って、給湯余熱熱交換器80による空調用冷温水循環回路8を流れる水と給湯流路9を流れる水との間の熱交換は行われない。
「運転モードNo.2<暖房/給湯運転>」(図16参照)
運転モードNo.2は、空調用冷媒回路5による暖房運転と、給湯用冷媒回路6による給湯運転とをそれぞれ行うモードである。
運転モードNo.2は、空調用冷媒回路5による暖房運転と、給湯用冷媒回路6による給湯運転とをそれぞれ行うモードである。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用利用側熱交換器28に流入する。空調用利用側熱交換器28内を流れる高温高圧のガス冷媒は、空調用冷温水回路8内を流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。この高圧の液冷媒は、所定の開度に調節された空調用膨張弁27で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、空調用冷媒タンク26を通って空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24内を流れる気液二相冷媒は、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
空調用冷温水循環回路8では、空調用利用側熱交換器28を流れる空調用冷媒から吸熱して昇温された温水は、空調用冷温水循環ポンプ52を駆動することにより、空調用冷温水配管55aを通って、室内熱交換器61に流入する。室内熱交換器61では、空調用冷温水循環回路8内の温水と、住宅60内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が加熱される。つまり、住宅60の室内が暖房される。このとき、室内熱交換器61を流れる温水は、住宅60内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された温水は、空調用冷温水循環ポンプ52により空調用冷温水配管55b、55cを流れていき、再び空調用利用側熱交換器28を流れる間に空調用冷媒回路5を流れる空調用冷媒と熱交換を行って、昇温される。
一方、給湯用冷媒回路6では、給湯用圧縮機41で圧縮され高温高圧となったガス冷媒は、給湯用利用側熱交換器42に流入する。給湯用利用側熱交換器42内を流れる高温高圧のガス冷媒は、給湯流路9内を流れる水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、液化した高圧の冷媒は、給湯用冷媒タンク46を流れた後に所定の開度に調節された給湯用膨張弁43で減圧、膨張して、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、給湯用熱源側熱交換器44を流れる間に、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、給湯用圧縮機41の吸込口41aに流入し、給湯用圧縮機41により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
給湯流路9では、給水口78に流入した水は、給湯用バイパス配管75を経由して給湯用利用側熱交換器42へ流れていく。給湯用利用側熱交換器42に流入した水は、給湯用利用側熱交換器42にて、給湯用冷媒回路6を流れる給湯用冷媒から吸熱して、高温の湯に変化する。この湯は、給湯口78から流れ出て、給湯負荷側へと導かれる。
なお、運転モードNo.2では、空調用冷温水循環回路8において、給湯余熱熱交換器80へ流れる流路は、三方弁54a、54bにより閉鎖されている。加えて、給湯流路9においても、給湯余熱熱交換器80へ流れる流路は、二方弁74aによって閉鎖されている。従って、給湯余熱熱交換器80による空調用冷温水循環回路8を流れる水と給湯流路9を流れる水との間の熱交換は行われない。
「運転モードNo.3<暖房/給湯アシスト運転>」(図17参照)
運転モードNo.3は、空調用冷媒回路5による暖房運転が、給湯用冷媒回路6による給湯運転の一部の負荷を負担しながら給湯アシスト運転を行うモードである。
運転モードNo.3は、空調用冷媒回路5による暖房運転が、給湯用冷媒回路6による給湯運転の一部の負荷を負担しながら給湯アシスト運転を行うモードである。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用利用側熱交換器28に流入する。空調用利用側熱交換器28内を流れる高温高圧のガス冷媒は、空調用冷温水回路8内を流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。この高圧の液冷媒は、所定の開度に調節された空調用膨張弁27で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、空調用冷媒タンク26を通って空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24内を流れる気液二相冷媒は、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
空調用冷温水循環回路8では、空調用利用側熱交換器28を流れる空調用冷媒から吸熱して昇温された温水は、空調用冷温水循環ポンプ52を駆動することにより、空調用冷温水配管55aを通って、室内熱交換器61に流入する。室内熱交換器61では、空調用冷温水循環回路8内の温水と、住宅60内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が加熱される。つまり、住宅60の室内が暖房される。このとき、室内熱交換器61を流れる温水は、住宅60内の空気へ放熱して冷却される。
一方、三方弁54aから空調用冷温水配管56aへと分岐した温水は、給湯余熱熱交換器80へと流れていき、この給湯余熱熱交換器80にて給湯流路9を流れる水へ放熱する。そして、放熱して冷却された温水は、空調用冷温水配管56bを通って三方弁54bに入り、室内熱交換器61から流出した温水と合流し、空調用冷温水循環ポンプ52により空調用冷温水配管55b、55cを流れていき、再び空調用利用側熱交換器28を流れる間に空調用冷媒回路5を流れる空調用冷媒と熱交換を行って、昇温される。
給湯用冷媒回路6では、給湯用圧縮機41で圧縮され高温高圧となったガス冷媒は、給湯用利用側熱交換器42に流入する。給湯用利用側熱交換器42内を流れる高温高圧のガス冷媒は、給湯流路9内を流れる水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、液化した高圧の冷媒は、給湯用冷媒タンク46を流れた後に所定の開度に調節された給湯用膨張弁43で減圧、膨張して、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、給湯用熱源側熱交換器44を流れる間に、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、給湯用圧縮機41の吸込口41aに流入し、給湯用圧縮機41により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
給湯流路9では、給水口78に流入した水は、給湯用バイパス配管75と給湯余熱熱交換器80とに分かれて流れていく。給湯用バイパス配管75を流れた水は、そのまま給湯用利用側熱交換器42へと向かって流れていくが、給湯余熱熱交換器80へ流れた水は、この給湯余熱熱交換器80で空調用冷温水循環回路8を流れる温水から吸熱して昇温される。昇温された水と給水口78からそのまま給湯用バイパス配管75を流れた水とは、給湯余熱熱交換器80の出口より下流の分岐点にて合流した後に、給湯用利用側熱交換器42へと流れていく。ここで、分岐点で合流した水は、給湯余熱熱交換器80で昇温された水の影響で、温度が上昇する。つまり、給湯用利用側熱交換器42へと流れていく水は、給水口78を流れる水の温度よりも、給湯余熱熱交換器80によって高められているのである。給湯用利用側熱交換器42に流入した水は、給湯用利用側熱交換器42にて給湯用冷媒回路6を流れる給湯用冷媒から吸熱して、高温の湯に変化する。この湯は、給湯口78から流れ出て、給湯負荷側の機器(例えば、浴槽や洗面所など)へと導かれる。
この運転モードNo.3では、給湯余熱熱交換器80により、給湯流路9を流れる水が、給湯用利用側熱交換器42に入る手前で事前に温められているため、給湯用利用側熱交換器42で所定の給湯温度まで水を加熱するために必要な交換熱量が少なくて済む。つまり、給湯用冷媒回路6にて行う給湯運転の負荷を低減することができる。
その一方で、空調サイクルの側では、給湯アシスト運転を行う分だけ余計に仕事をしなければならない。ところが、この運転モードNo.3は、図14を用いて先に説明した通り、空調給湯システム全体として消費電力を低減できるのである。
「第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例1」
次に、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例について説明する。上記した第1の実施の形態例に係る空調給湯システムでは、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを並列に接続したが、この変形例では、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを直列に接続している。以下、図18を用いて具体的に説明する。
次に、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例について説明する。上記した第1の実施の形態例に係る空調給湯システムでは、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを並列に接続したが、この変形例では、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを直列に接続している。以下、図18を用いて具体的に説明する。
この変形例1に係る空調給湯システムでは、空調用冷温水循環回路8の空調用冷温水55aに設けられた2つの三方弁54a、54bのうち、空調用冷温水循環ポンプ52の側にある三方弁54aと給湯用熱交換器80の入口とを空調用冷温水配管56aで接続し、室内熱交換器61の入口の側にある三方弁54bと給湯用熱交換器80の出口とを空調用冷温水配管56bで接続することにより、室内熱交換器61より水の循環方向の上流側に給湯余熱熱交換器80が直列に接続された構成となっている。この構成により、空調用冷温水循環回路8には、水が給湯余熱熱交換器80、室内熱交換器61の順に流れる流路が形成される。なお、この変形例1では、三方弁54a、54bを開閉操作することにより、空調用冷温水循環ポンプ52から送り出された水を、給湯余熱熱交換器80に流すことなく室内熱交換器61へ直接流すことも可能である。
この変形例1では、高温の温水を室内熱交換器61よりも先に給湯余熱熱交換器80に供給することができるため、給湯サイクルの負荷をより一層低減することができる。
「第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例2」
次に、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例2について説明する。この変形例2では、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを直列に接続している点では、変形例1と同じであるが、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61の接続順序が変形例1と逆になっている点で相違する。即ち、この変形例2に係る空調給湯システムでは、室内熱交換器61より水の循環方向の下流側に給湯余熱熱交換器80が直列に接続された構成となっている。この構成により、空調用冷温水循環回路8には、水が室内熱交換器61、給湯余熱熱交換器80の順に流れる流路が形成される。なお、この変形例2は、図18に示す三方弁54a、54bの取り付けられる位置が、室内熱交換器61の出口に接続された空調用冷温水配管55bである点以外は、変形例1と同じであるため、図示は省略している。この変形例2では、高温の温水を給湯余熱熱交換器80よりも先に室内熱交換器61に供給することができるため、住宅60の室内暖房の温度を高温に維持することができる。
次に、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例2について説明する。この変形例2では、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61とを直列に接続している点では、変形例1と同じであるが、給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61の接続順序が変形例1と逆になっている点で相違する。即ち、この変形例2に係る空調給湯システムでは、室内熱交換器61より水の循環方向の下流側に給湯余熱熱交換器80が直列に接続された構成となっている。この構成により、空調用冷温水循環回路8には、水が室内熱交換器61、給湯余熱熱交換器80の順に流れる流路が形成される。なお、この変形例2は、図18に示す三方弁54a、54bの取り付けられる位置が、室内熱交換器61の出口に接続された空調用冷温水配管55bである点以外は、変形例1と同じであるため、図示は省略している。この変形例2では、高温の温水を給湯余熱熱交換器80よりも先に室内熱交換器61に供給することができるため、住宅60の室内暖房の温度を高温に維持することができる。
[本発明の第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施の形態例に係る空調給湯システムについて図19を用いて説明するが、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第2の実施の形態例に係る空調給湯システムは、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムに比べて、給湯余熱熱交換器80が接続される回路に相違がある。この相違について、以下、詳しく説明していくことにする。
次に、本発明の第2の実施の形態例に係る空調給湯システムについて図19を用いて説明するが、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第2の実施の形態例に係る空調給湯システムは、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムに比べて、給湯余熱熱交換器80が接続される回路に相違がある。この相違について、以下、詳しく説明していくことにする。
空調用冷媒回路105は、空調用冷媒が循環することにより冷凍サイクル(空調サイクル)が形成される回路であり、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機21、空調用冷媒の流路を切り替える四方弁(空調用流路切替弁)22、ファン(図示せず)により送られてくる大気と熱交換を行う空調用熱源側熱交換器24、空調用冷媒タンク26、空調用冷媒を減圧する空調用膨張弁27、住宅60に設置され、室内空気(空調用利用側の熱搬送媒体)と熱交換を行う空調用利用側熱交換器28を冷媒配管で接続して環状に形成されている。また、四方弁22と空調用利用側熱交換器28とを繋ぐ冷媒配管29aには、三方弁(流量制御手段、給湯アシスト手段)34aが設けられ、空調用膨張弁27と空調用利用側熱交換器28とを繋ぐ冷媒配管29bには三方弁(流量制御弁、給湯アシスト手段)34bが設けられている。
さらに、空調用冷媒回路105には、空調用利用側熱交換器28と並列となるように給湯余熱熱交換器80が接続されている。具体的には、冷媒配管29aの空調用利用側熱交換器28入口近傍の位置に設けられた三方弁34aと給湯用熱交換器80の入口とを冷媒配管30aで接続し、冷媒配管29bの空調用利用側熱交換器28出口近傍の位置に設けられた三方弁34bと給湯用熱交換器80の出口とを冷媒配管30bで接続することにより、空調用利用側熱交換器28と給湯余熱熱交換器80とが空調用冷媒回路105において並列の関係となっている。この構成により、空調用冷媒回路105には、空調用冷媒が空調用利用側熱交換器28を流れる流路と、給湯余熱熱交換器80を流れる流路の2流路が形成されることとなる。給湯余熱熱交換器80と三方弁34a、34bが、本発明の給湯アシスト手段に相当する。なお、給湯余熱熱交換器80が給湯流路9と接続していることについては、第1の実施の形態例と同じである。
このように構成された空調給湯システムによれば、給湯余熱熱交換器80が空調用冷媒と給湯流路9を流れる水との間で熱交換を行うことができるため、暖房運転で得られた温熱を利用して、給湯運転の負荷の一部を負担することができる。よって、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムにおいて説明したような制御処理を制御装置1aが実行することにより、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同様にシステム全体としての消費電力を低減することができる。なお、第2の実施の形態例に係る空調給湯システムにおいても、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例1および変形例2と同様の構成を、第2の実施の形態例に係る給湯余熱熱交換器80と空調用利用側熱交換器28との接続の構成に採用することができる。
[本発明の第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施の形態例に係る空調給湯システムについて図20を用いて説明するが、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態例に係る空調給湯システムについて図20を用いて説明するが、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
第3の実施の形態例に係る空調給湯システムは、蓄熱が可能な蓄熱タンク50に貯留された水(中間熱媒体)が循環する中間温水循環回路(中間熱媒体回路)7を備えている点、給湯流路9に貯湯タンク70を設けている点、中間熱交換器23を備えている点、給湯余熱熱交換器80が中間冷温水循環回路7に接続されている点で第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと相違する。これらの相違について、以下、詳しく説明していくことにする。
中間温水循環回路(中間熱媒体回路)7は、図20に示すように、蓄熱タンク50の下部と給湯余熱熱交換器80の一端とを中間温水用配管81aで接続し、給湯余熱熱交換器80の他端と中間熱交換器23の一端とを中間温水用配管81bで接続し、中間熱交換器23の他端と蓄熱タンク50とを中間温水用配管81cで接続して、環状に形成された回路である。なお、中間温水用配管81bには図示しない中間温水用循環ポンプが組み込まれている。
中間温水循環回路7内の水は、中間温水用循環ポンプを駆動することにより、中間熱交換器23へと流れていき、この中間熱交換器23で空調用冷媒回路5を流れる空調用冷媒および給湯用冷媒回路6を流れる給湯用冷媒とそれぞれ熱交換を行いながら、蓄熱タンク50へと戻っていく。そして、蓄熱タンク50には、蓄熱材が充填されているので、中間熱交換器23から得た温熱または冷熱は、この蓄熱タンク50で蓄熱されることとなる。さらに、蓄熱タンク50には、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器4が埋め込まれことにより、太陽熱の蓄熱が可能な構成となっている。
なお、蓄熱タンク50に貯留されている水(お湯)は、中間温水用配管76を通って給湯口79から給湯負荷側(浴槽や洗面所など)へ供給される。また、給水口78から供給された水は、水供給配管77を通って蓄熱タンク50へと導かれる。
中間熱交換器23は、空調用冷媒回路5を循環する空調用冷媒と、給湯用冷媒回路6を循環する給湯用冷媒と、中間温水循環回路7を循環する水との3流体の間で互いに熱交換を行うことが可能な構造となっている。具体的には、中間熱交換器23は、中間温水循環回路7の水が流れる外管(図示せず)の中に、空調用冷媒が流れる空調用冷媒伝熱管(図示せず)と、給湯用冷媒が流れる給湯用冷媒伝熱管(図示せず)とが接合した状態で挿入された構造を成している。この構成により、空調用回路5の排熱と給湯用回路6の排熱と中間温水循環回路7に蓄えられた熱を互いに有効利用できるのである。なお、本実施形態において、空調用冷媒伝熱管と給湯用冷媒伝熱管との接合にはロウ付けが用いられているが、伝熱管同士が熱的に接触できる構成であれば、溶接や伝熱管同士をバンドで巻き付けて固定する方法などを採用しても良い。
このように構成された空調給湯システムによれば、給湯余熱熱交換器80が空調用冷温水循環回路8を流れる水と給湯流路9を流れる水との間で熱交換を行うことができるため、暖房運転で得られた温熱を利用して給湯運転の負荷の一部を負担することができる。よって、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムにて説明したような制御処理を制御装置1aが実行することにより、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムと同様にシステム全体としての消費電力を低減することができる。なお、第3の実施の形態例に係る空調給湯システムにおいても、第1の実施の形態例に係る空調給湯システムの変形例1および変形例2と同様の構成を、第3の実施の形態例に係る給湯余熱熱交換器80と室内熱交換器61の接続の構成に採用することができる。
また、第3の実施の形態例に係る空調給湯システムでは、蓄熱タンク50および貯湯タンク70を備えているので、任意の時間に蓄熱タンク50と貯湯タンク70に蓄えられた温水を供給することができる。この第3の実施の形態例では、熱エネルギの有効利用が図られることとなる。
1a…制御装置、5、105…空調用冷媒回路、6…給湯用冷媒回路、7…中間温水循環回路(中間熱媒体回路)、8…空調用冷温水循環回路(空調用熱搬送媒体循環回路)、9…給湯流路、21…空調用圧縮機、22…四方弁(空調用流路切替弁)、24…空調用熱源側熱交換器、27…空調用膨張弁、28…空調用利用側熱交換器、34a、34b、54a、54b…三方弁(流量制御手段、給湯アシスト手段)、41…給湯用圧縮機、42…給湯用利用側熱交換器、43…給湯用膨張弁、44…給湯用熱源側熱交換器、50…蓄熱タンク、60…住宅(被空調空間)、61…室内熱交換器、80…給湯余熱熱交換器(給湯アシスト手段)、TH1〜TH5…温度センサ、RA、RH…回転数検知センサ、PA、PH、VO1、VO2…弁開度検知センサ
Claims (8)
- 空調用圧縮機を駆動して冷房運転と暖房運転を行う空調用冷媒回路と、給湯用圧縮機を駆動して給湯運転を行う給湯用冷媒回路と、運転の制御を行う制御装置とを備えた空調給湯システムにおいて、
前記暖房運転で発生した温熱を前記給湯運転に利用するための給湯アシスト手段を備え、
前記制御装置は、
現在の空調負荷の値を推定する空調負荷推定手段と、
現在の空調消費電力の値を推定する空調消費電力推定手段と、
現在の給湯負荷の値を推定する給湯負荷推定手段と、
現在の給湯消費電力の値を推定する給湯消費電力推定手段と、
前記推定された空調負荷の値を仮決定する空調負荷仮決定手段と、
前記仮決定された空調負荷の値に基づいて新たな空調負荷の値を算出する空調負荷算出手段と、
前記新たな空調負荷に基づいて新たな空調消費電力を算出する空調消費電力算出手段と、
前記推定された空調負荷の値、前記推定された給湯負荷の値および前記新たな空調負荷の値に基づいて新たな給湯負荷の値を算出する給湯負荷算出手段と、
前記新たな給湯負荷の値に基づいて新たな給湯消費電力を算出する給湯消費電力算出手段と、
前記推定された空調消費電力の値と前記推定された給湯消費電力の値とを合計した推定消費電力合計値と、前記新たな空調消費電力の値と前記新たな給湯消費電力の値とを合計した新たな消費電力合計値とを比較する消費電力比較手段と、
前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合には、前記新たな空調消費電力が前記推定された空調消費電力の値より大きくなる場合であっても、前記新たな空調負荷の値に近づくように前記給湯アシスト手段の動作を制御するアシスト制御手段と
を備えたことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1の記載において、
前記新たな空調負荷の値が、予め定めた第1の閾値より大きいか否かを判断する第1の閾値判断手段を備え、
前記予め定めた第1の閾値として、前記空調用圧縮機の暖房定格出力または最大出力となる空調負荷の値が設定され、
前記新たな空調負荷の値が前記予め定めた第1の閾値よりも大きいと前記第1の閾値判断手段が判断した場合に、前記アシスト制御手段は前記給湯アシスト手段の動作を制御する
ことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1または2の記載において、
前記新たな空調負荷の値が、予め定めた第2の閾値より大きいか否かを判断する第2の閾値判断手段を備え、
前記予め定めた第2の閾値として、前記空調用圧縮機の連続運転と断続運転との境界となる空調負荷の値に設定され、
前記新たな空調負荷の値が前記予め定めた第2の閾値よりも小さいと前記第2の閾値判断手段が判断した場合に、前記空調負荷算出手段は、算出した前記新たな空調負荷に前記予め定めた値を加えて新たな空調負荷を再度算出する
ことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1〜3の何れか1項の記載において、
前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合に前記新たな空調負荷の値に基づいて前記空調用圧縮機の目標回転数を決定する空調用目標回転数決定手段と、
前記新たな消費電力合計値が前記推定消費電力合計値よりも小さいと判断された場合に前記新たな給湯負荷の値に基づいて前記給湯用圧縮機の目標回転数を決定する給湯用目標回転数決定手段と
を備えたことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1〜4の何れか1項の記載において、
前記空調負荷仮決定手段は、前記アシスト制御手段による前記給湯アシスト手段の動作の制御中である場合に、前記推定された空調負荷の値を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項の記載において、
前記空調用冷媒回路と熱交換可能に接続され、空調用利用側の熱搬送媒体が循環する空調用熱搬送媒体循環回路と、
前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路と
を有し、
前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、前記空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記空調用熱搬送媒体循環回路は、前記空調用利用側熱交換器と被空調空間に設置された室内熱交換器との間を配管で接続して環状に形成され、
前記給湯アシスト手段は、
前記空調用利用側の熱搬送媒体と前記給湯用利用側の熱搬送媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、
前記空調用利用側の熱搬送媒体が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段と
を備え、
前記給湯余熱熱交換器は、前記給湯用利用側熱交換器よりも上流側の前記給湯流路に接続されると共に、前記室内熱交換器と直列または並列になるように前記空調用熱搬送媒体循環回路に接続され、
前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御する
ことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項の記載において、
前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路を有し、
前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記給湯アシスト手段は、
前記空調用冷媒回路を流れる空調用冷媒と前記給湯用利用側の熱搬送媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、
前記空調用冷媒が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段と
を備え、
前記給湯余熱熱交換器は、前記給湯用利用側熱交換器よりも上流側の前記給湯流路に接続されると共に、前記空調用利用側熱交換器と直列または並列になるように前記空調用冷媒回路に接続され、
前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御する
ことを特徴とする空調給湯システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項の記載において、
前記空調用冷媒回路と熱交換可能に接続され、空調用利用側の熱搬送媒体が循環する空調用熱搬送媒体循環回路と、
前記給湯用冷媒回路と熱交換可能に接続され、給湯用利用側の熱搬送媒体が流れる給湯流路と、
蓄熱が可能な蓄熱タンクに貯留された中間熱媒体が循環する中間熱媒体回路と、
前記空調用冷媒回路、前記給湯用冷媒回路、および前記中間熱媒体回路の3つの回路間で熱交換が可能な中間熱交換器と
を有し、
前記空調用冷媒回路は、前記空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、空調用膨張弁、前記空調用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記給湯用冷媒回路は、前記給湯用圧縮機、前記給湯用利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器、給湯用膨張弁、給湯用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための給湯用熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、
前記空調用熱搬送媒体循環回路は、前記空調用利用側熱交換器と被空調空間に設置された室内熱交換器との間を配管で接続して環状に形成され、
前記給湯アシスト手段は、
前記空調用利用側の熱搬送媒体と前記中間熱媒体との間で熱交換を行う給湯余熱熱交換器と、
前記空調用利用側の熱搬送媒体が前記給湯余熱熱交換器へ流れる流量を制御する流量制御手段と
を備え、
前記給湯余熱熱交換器は、前記中間熱交換器よりも上流側の前記中間熱媒体回路に接続されると共に、前記室内熱交換器と直列または並列になるように前記空調用熱搬送媒体循環回路に接続され、
前記アシスト制御手段は、前記新たな空調負荷の値に近づくように、前記流量制御手段の動作を制御する
ことを特徴とする空調給湯システム。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2010/053312 WO2011108073A1 (ja) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | 空調給湯システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2011108073A1 JPWO2011108073A1 (ja) | 2013-06-20 |
JP5553888B2 true JP5553888B2 (ja) | 2014-07-16 |
Family
ID=44541759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012502914A Expired - Fee Related JP5553888B2 (ja) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | 空調給湯システム |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2543940A4 (ja) |
JP (1) | JP5553888B2 (ja) |
CN (1) | CN102753917B (ja) |
WO (1) | WO2011108073A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL2018840B1 (nl) * | 2017-05-03 | 2018-11-14 | Itho Daalderop Nederland B V | Gecombineerd tapwater/klimaat warmtepompsysteem |
CN108344088A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-07-31 | 田云 | 一种热泵调水调气保鲜分体或整体式机组 |
CN110207401B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-03-26 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 一种套管式壁挂炉的控制方法、装置及套管式壁挂炉 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004116947A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Osaka Gas Co Ltd | 空調運転管理システム |
JP2004218921A (ja) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ヒートポンプ式給湯機 |
JP2004257627A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | ヒートポンプ装置 |
JP2008116100A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物品貯蔵装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2554208B2 (ja) * | 1991-02-18 | 1996-11-13 | 関西電力株式会社 | ヒートポンプ式給湯装置 |
JPH04366373A (ja) * | 1991-06-12 | 1992-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和装置 |
JP4182662B2 (ja) * | 2001-12-19 | 2008-11-19 | ダイキン工業株式会社 | 空気調和機 |
KR20040050477A (ko) * | 2002-12-10 | 2004-06-16 | 엘지전자 주식회사 | 공기조화시스템 |
KR20060086761A (ko) * | 2005-01-27 | 2006-08-01 | 엘지전자 주식회사 | 냉난방겸용 공조장치 |
JP2008218921A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Nec Electronics Corp | 位置ずれ量の測定用パターンおよび測定方法、ならびに半導体装置 |
-
2010
- 2010-03-02 WO PCT/JP2010/053312 patent/WO2011108073A1/ja active Application Filing
- 2010-03-02 EP EP10846978.4A patent/EP2543940A4/en not_active Withdrawn
- 2010-03-02 JP JP2012502914A patent/JP5553888B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-02 CN CN201080063633.7A patent/CN102753917B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004116947A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Osaka Gas Co Ltd | 空調運転管理システム |
JP2004218921A (ja) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ヒートポンプ式給湯機 |
JP2004257627A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | ヒートポンプ装置 |
JP2008116100A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物品貯蔵装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102753917A (zh) | 2012-10-24 |
EP2543940A1 (en) | 2013-01-09 |
JPWO2011108073A1 (ja) | 2013-06-20 |
EP2543940A4 (en) | 2015-02-18 |
CN102753917B (zh) | 2014-11-05 |
WO2011108073A1 (ja) | 2011-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6081033B1 (ja) | 空気調和装置 | |
US9534807B2 (en) | Air conditioning apparatus with primary and secondary heat exchange cycles | |
JP4959800B2 (ja) | 冷凍サイクル装置の運転制御方法 | |
JP3858015B2 (ja) | 冷媒回路及びヒートポンプ給湯機 | |
JP5570531B2 (ja) | ヒートポンプ装置 | |
JP5380226B2 (ja) | 空調給湯システム及びヒートポンプユニット | |
JP5642278B2 (ja) | 空気調和装置 | |
JP5373964B2 (ja) | 空調給湯システム | |
JP5455521B2 (ja) | 空調給湯システム | |
US20110138839A1 (en) | Water circulation apparatus associated with refrigerant system | |
JP5395950B2 (ja) | 空気調和装置および空調給湯システム | |
JP5572711B2 (ja) | 空調給湯システム | |
EP2239513B1 (en) | Hot water circulation system with a heat pump | |
JP5865381B2 (ja) | 空気調和装置 | |
KR101045435B1 (ko) | 냉매사이클 연동 물 순환 시스템 | |
JP5553888B2 (ja) | 空調給湯システム | |
JP5492347B2 (ja) | 空調給湯システム及び空調給湯システムの制御方法 | |
JPWO2011052050A1 (ja) | 空気調和装置 | |
JP5791717B2 (ja) | 空気調和装置 | |
JP2013076509A (ja) | 給湯空調システム | |
JP2015124908A (ja) | 給湯空調システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130910 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140513 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140527 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5553888 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |