JP5734424B2 - 空調給湯複合システム - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを搭載した空気調和装置に給湯装置を接続することで、空調負荷、給湯負荷を提供することができる空調給湯複合システムに関するものである。
従来から、一元の冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムが存在する。そのようなものとして、「1台の圧縮機を備え、該圧縮機と、室外熱交換器、室内熱交換器、蓄冷熱槽および給湯熱交換器とを接続した冷媒回路により構成され、それぞれの熱交換器への冷媒の流れを切り換えることにより、冷暖房・給湯・蓄熱・蓄冷の単独運転およびそれらの複合運転を可能とする冷凍サイクルを構成してなる多機能ヒートポンプシステム」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開平11−270920号公報(第3−4頁、図1)
特許文献1に記載の多機能ヒートポンプシステムは、一元の冷凍サイクル、つまり1つの冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供するようにしたものである。しかしながら、このようなシステムでは、熱媒体の加熱を行なう放熱過程の温度と、暖房を行なう放熱過程の温度とが、概同一となるため、給湯機能にて加熱される熱媒体の流量が一定の場合には、熱媒体の過熱度も一義的に決まることになる。そのため、このようなシステムにおいては、一定温度でしか加温できないという課題があった。
また、特許文献1に記載されているような多機能ヒートポンプシステムについては、加熱を行なう冷媒回路と加熱される熱媒体の回路とは、別々の業者にて据付けられることが一般的である。たとえば、冷媒回路側の給湯装置の入れ換えや調査を行なう場合であっても、熱媒体の回路側の業者によって熱媒体の流量の最終調整を行なうだけでなく、冷媒回路側の圧力損失等を調整する必要があった。つまり、業者への負担が大きいという課題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、給湯装置の熱媒体の回路側で、熱媒体の流量を調整することができる空調給湯複合システムを提供することを目的としている。
本発明に係る空調給湯複合システムは、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に配管接続され、かつ、前記圧縮機、前記室外熱交換器、冷媒−熱媒体熱交換器の冷媒側流路、及び、給湯用絞り手段が直列に配管接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、循環用ポンプ、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体流路、及び、熱媒体流量調整装置が直列に配管接続され、熱媒体を循環させる給湯負荷回路と、を備え、前記冷凍サイクルと前記給湯負荷回路とは、前記冷媒−熱媒体熱交換器で、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、前記空調用絞り手段、前記給湯用絞り手段、及び、前記熱媒体流量調整装置の開度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、予め設定してある前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするために、前記給湯用絞り手段によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器のサブクールが目標サブクールを満足するように制御し、前記熱媒体流量調整装置によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22と目標温度Toの温度差により熱媒体流量を調整することで、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするものであり、温度差To−TH22がa(aは予め設定した定数、a>0)以上であるとき、サブクールの制御目標値を小さくするように前記給湯用絞り手段の開度を増加させ、温度差To−TH22が予め設定した−b(bは予め設定した定数、b>0)以上であるが定数aよりも小さいとき、サブクールの制御目標値を維持し、温度差To−TH22が−bよりも小さいとき、サブクールの制御目標値を大きくするように前記給湯用絞り手段の開度を減少させることを特徴とする。
本発明に係る空調給湯複合システムによれば、給湯負荷に熱媒体流量調整装置を備えて、給湯負荷側で熱媒体の流量を調整可能にしたので、過熱度も任意に調整ができ、熱媒体の出口温度も調整することが可能になっている。そのため、ユーザーの負荷変動に幅広く対応することができることになる。
本発明の実施の形態1に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成を概略的に示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空調給湯複合システムが実行する制御の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システムの給湯負荷の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の実施の形態3に係る空調給湯複合システムの給湯負荷の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の実施の形態4に係る空調給湯複合システムの給湯負荷の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の実施の形態5に係る空調給湯複合システムの給湯負荷の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空調給湯複合システム100の冷媒回路構成を概略的に示す回路図である。図1に基づいて、空調給湯複合システム100の冷媒回路構成及び動作について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
この空調給湯複合システム100は、ビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に供給できるものである。空調給湯複合システム100は、冷凍サイクル1と、給湯負荷回路2とで構成されている。そして、おり、冷凍サイクル1と給湯負荷回路2とは冷媒−熱媒体熱交換器41で互いの冷媒や熱媒体(たとえば、水やブライン等)が混ざることなく熱交換を行なうように構成されている。
空調給湯複合システム100には、空調給湯複合システム100の動作を統括制御する制御装置50が設けられている。制御装置50は、圧縮機101の駆動周波数、図示省略の送風機の回転数、四方弁102の切り替え、各絞り手段の開度、循環用ポンプ21の駆動周波数、弁手段109a及び弁手段109bの開閉等を制御する。つまり、制御装置50は、マイコン等で構成されており、図示省略の各種検出装置での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、各アクチュエーター(空調給湯複合システム100を構成している駆動部品)を制御し、空調給湯複合システム100の運転を実行する(図2で詳細に説明する)。
{冷凍サイクル1の構成}
冷凍サイクル1は、熱源機Aと、複数台の室内機Bと、給湯装置C、中継機Dと、を備えている。このうち、室内機B及び給湯装置Cは、熱源機Aに対して並列となるように接続されている。そして、熱源機Aと、室内機B及び給湯装置Cとの、間に設置される中継機Dで冷媒の流れを切り換えることで、室内機Bを暖房室内機又は冷房室内機として機能させるようになっている。
[熱源機A]
熱源機Aには、圧縮機101と、流路切替手段である四方弁102と、室外熱交換器103と、アキュムレーター104とが直列に接続されて搭載されている。この熱源機Aは、室内機B及び給湯装置Cに熱源(冷熱又は温熱)を供給する機能を有している。なお、図示はしていないが、室外熱交換器103の近傍に、この室外熱交換器103に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。
また、熱源機Aでは、室外熱交換器103と中継機Dとの間における高圧側接続配管106に所定の方向(熱源機Aから中継機Dへの方向)のみに冷媒の流れを許容する逆止弁105aが、四方弁102と中継機Dとの間における低圧側接続配管107に所定の方向(中継機Dから熱源機Aへの方向)のみに冷媒の流れを許容する逆止弁105bが、それぞれ設けられている。 そして、高圧側接続配管106と低圧側接続配管107とは、逆止弁105aの上流側と逆止弁105bの上流側を接続する第1接続配管130と、逆止弁105aの下流側と逆止弁105bの下流側を接続する第2接続配管131とで接続されている。
第1接続配管130には、低圧側接続配管107から高圧側接続配管106の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁105dが設けられている。第2接続配管131にも、低圧側接続配管107から高圧側接続配管106の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁105cが設けられている。なお、図1では、暖房主体運転時における冷媒の流れを示しているため、逆止弁105a及び逆止弁105bが閉状態(黒塗りで示している)、逆止弁105b及び逆止弁105cが開状態(白抜きで示している)となっている。
圧縮機101は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁102は、冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器103は、蒸発器や放熱器(凝縮器)として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター104は、圧縮機101の吸入側に配置され、過剰な冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレーター104は、過剰な冷媒を貯留できる容器であればよい。
[室内機B]
室内機Bには、空調用絞り手段117と、室内熱交換器118とが、直列に接続されて搭載されている。室内機Bは、熱源機Aからの冷熱の供給を受けて冷房負荷を担当したり、熱源機Aからの温熱の供給を受けて暖房負荷を担当したりする機能を有している。なお、室内熱交換器118の近傍に、この室内熱交換器118に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。また、図では、4台の空調用絞り手段117と、4台の室内熱交換器118とが、それぞれ並列に搭載されている場合を例に示している。さらに、便宜的に、中継機Dから室内熱交換器118に接続している接続配管を接続配管133と、中継機Dから空調用絞り手段117に接続している接続配管を接続配管134と称する。
空調用絞り手段117は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この空調用絞り手段117は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。室内熱交換器118は、放熱器(凝縮器)や蒸発器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。
[給湯装置C]
給湯装置Cには、冷媒−熱媒体熱交換器41、冷媒−熱媒体熱交換器41の冷媒流路側に設置された給湯用絞り手段119、及び、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体流路側に設置された熱媒体流量調整装置22が搭載されている。給湯装置Cは、冷凍サイクル1の構成の一部と、後述する給湯負荷回路2の構成の一部とが収容され、熱源機Aからの冷熱又は温熱を冷媒−熱媒体熱交換器41を介して給湯負荷回路2に供給する機能を有している。冷凍サイクル1と給湯負荷回路2とは、冷媒−熱媒体熱交換器41でカスケード接続されている。なお、給湯装置Cは、冷媒の流れによって冷水器としても機能する。また、便宜的に、中継機Dから冷媒−熱媒体熱交換器41に接続している接続配管を接続配管135と、中継機Dから給湯用絞り手段119に接続している接続配管を接続配管136と称する。
給湯用絞り手段119は、空調用絞り手段117と同様に、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯用絞り手段119は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。冷媒−熱媒体熱交換器41は、放熱器(凝縮器)や蒸発器として機能し、冷凍サイクル1の冷凍サイクルを循環する冷媒と、給湯負荷回路2を循環する熱媒体と、の間で熱交換を行なうようになっている。熱媒体流量調整装置22については、給湯負荷回路2の箇所で詳細に説明する。
給湯装置Cには、4つの温度センサーが設けられている。第1温度センサー27は、冷媒−熱媒体熱交換器41と第2分配部110との間に設置され、主に冷媒−熱媒体熱交換器41から流出する冷媒の温度を検知するものである。第2温度センサー28は、冷媒−熱媒体熱交換器41と第1分配部109との間に設置され、主に冷媒−熱媒体熱交換器41に流入する冷媒の温度を検知するものである。第3温度センサー29は、後述する循環用ポンプ21と冷媒−熱媒体熱交換器41との間に設置され、冷媒−熱媒体熱交換器41に流入する熱媒体の温度を検知するものである。第4温度センサー30は、冷媒−熱媒体熱交換器41と熱媒体流量調整装置22との間に設置され、冷媒−熱媒体熱交換器41から流出した熱媒体の温度を検知するものである。
これらの温度センサーで検出された情報(温度情報)は、空調給湯複合システム100の動作を統括制御する制御装置50に送られ、空調給湯複合システム100を構成している各アクチュエーターの制御に利用されることになる。
[中継機D]
中継機Dは、室内機B及び給湯装置Cのそれぞれと、熱源機Aとを、接続する機能を有している。また、中継機Dは、第1分配部109の弁手段109a又は弁手段109bの何れかを択一的に開閉することにより、室内機Bを暖房室内機又は冷房室内機として機能させ、給湯装置Cを冷水器または給湯機とするかを決定する。この中継機Dには、気液分離器108と、第1分配部109と、第2分配部110と、第1内部熱交換器111と、第1中継機用絞り手段112と、第2内部熱交換器113と、第2中継機用絞り手段114とが、搭載されている。
第1分配部109では、接続配管133及び接続配管135が2つに分岐されており、一方が低圧側接続配管107に接続し、他方が気液分離器108に接続している接続配管(接続配管132と称する)に接続するようになっている。また、低圧側接続配管107に接続されている接続配管133及び接続配管135には、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段109bが設置されている。接続配管132に接続されている接続配管133及び接続配管135にも、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段109aが設置されている。
第2分配部110では、接続配管134及び接続配管136が2つに分岐されており、一方が第1会合部115で接続され、他方が第2会合部116で接続されるようになっている。また、第1会合部115で接続される接続配管134及び接続配管136には、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁110aが設置されている。第2会合部116で接続される接続配管134及び接続配管136にも、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁110bが設置されている。なお、逆止弁110a及び逆止弁110bの代わりに電磁弁のような弁手段を用いて、より確実に流路の切り替えを行なうようにしてもよい。
第1会合部115は、第2分配部110を、第1中継機用絞り手段112及び第1内部熱交換器111を介して気液分離器108に接続している。第2会合部116は、第2分配部110を、第2内部熱交換器113を介して第2会合部115に接続している。
また、第2会合部116は、第2分配部110と第2内部熱交換器113との間で分岐されている(以下、分岐配管116aと称する)。この分岐配管116aは、第2中継機用絞り手段114、第2内部熱交換器113及び第1内部熱交換器111を介して低圧側接続配管107に接続されている。
気液分離器108は、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する機能を有している。気液分離器108は、高圧側接続配管106に設けられ、一方が第1分配部109の弁手段109aに接続され、他方が第1会合部115を経て第2分配部110に接続されている。第1分配部109は、室内機B及び給湯装置Cの要求負荷に応じて弁手段109a又は弁手段109bの何れかが択一的に開閉される機能を有している。第2分配部110は、逆止弁110a及び逆止弁110bによって、冷媒の流れをいずれか一方に許容する機能を有している。
第1内部熱交換器111は、気液分離器108と第1中継機用絞り手段112との間における第1会合部115を導通している冷媒と、第2内部熱交換器113の下流側における分岐配管116aを導通している冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第1中継機用絞り手段112は、第1内部熱交換器111と第2分配部110との間における第1会合部115に設けられており、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第1中継機用絞り手段112は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
第2内部熱交換器113は、第2会合部116を導通している冷媒と、第2中継機用絞り手段114の下流側における分岐配管116aを導通している冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第2中継機用絞り手段114は、第2内部熱交換器113と第2分配部110との間における第2会合部116に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第2中継機用絞り手段114は、第1中継機用絞り手段112と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
以上のように、冷凍サイクル1は、圧縮機101、四方弁102、室内熱交換器118、空調用絞り手段117及び室外熱交換器103が直列に接続されるとともに、圧縮機101、四方弁102、冷媒−熱媒体熱交換器41、給湯用絞り手段119及び室外熱交換器103が直列に接続されている。そして、冷凍サイクル1は、中継機Dを介して室内熱交換器118と冷媒−熱媒体熱交換器41とが並列に接続されるように構成されている。
なお、圧縮機101は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して構成することができる。この圧縮機101は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、冷凍サイクル1を循環する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素(CO2 )や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、HFC410AやHFC407C、HFC404Aなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているR22やR134aなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
また、冷凍サイクル1において余剰冷媒を受液器(アキュムレーター104)によって貯蔵する場合を示したが、これに限るものではなく、冷凍サイクルにおいて放熱器となる熱交換器にて貯蔵するようにすれば、アキュムレーター104を取り除いてもよい。さらに、図1では、室内機Bが4台以上接続されている場合を例に示しているが、接続台数を特に限定するものではない。そして、冷凍サイクル1を構成している各室内機Bの容量は、全部を同一としてもよく、大から小まで異なるようにしてもよい。
{冷凍サイクル1の動作}
ここでは、駆動している全部の室内機Bで暖房運転を実行し、給湯装置Cで給湯運転を実行している際の冷凍サイクル1の動作を説明する。
圧縮機101で高温・高圧にされた高圧ガス状態の冷媒は、圧縮機101から吐出して、四方弁102を経由し、逆止弁105cを導通し、高圧側接続配管106に導かれ、過熱ガス状態で中継機Dの気液分離器108へ流入する。気液分離器108に流入した過熱ガス状態の冷媒は、接続配管132を流れ、第1分配部109の弁手段109aが開いている回路に分配される。
室内機Bに流入した冷媒は、室内熱交換器118で放熱し(つまり、室内空気を暖め)、空調用絞り手段117で減圧され、第1会合部115で合流する。また、給湯装置Cに流入した冷媒は、冷媒−熱媒体熱交換器41で放熱し(つまり、給湯負荷回路2に熱を与え)、給湯用絞り手段119で減圧され、室内機Bから流出した冷媒と第1会合部115で合流する。
一方、気液分離器108に流入した過熱ガス状態の冷媒の一部は、第1会合部115を流れ、第1内部熱交換器111で第2中継機用絞り手段114にて低温・低圧に膨張した冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。この冷媒は、第1中継機用絞り手段112を通過して、室内機B及び給湯装置Cから流出してきた冷媒と第1会合部115で合流し、第2内部熱交換器113に流入する。第2内部熱交換器113に流入した冷媒は、第2内部熱交換器113で、第2中継機用絞り手段114にて低温・低圧に膨張した冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。そして、この冷媒は、第2中継機用絞り手段114側に流れる。なお、このとき、冷房運転を実行している室内機Bが存在している場合には、第2分配部110側に冷媒が分配されることになる。
第2中継機用絞り手段114を導通した冷媒は、分岐配管116aを通り、第2内部熱交換器113及び第1内部熱交換器111で熱交換を行なって蒸発する。その後、この冷媒は、低圧側接続配管107に導かれ、逆止弁105dを通って室外熱交換器103に導かれた後、四方弁102、アキュムレーター104を経て圧縮機101へ戻る。
{給湯負荷回路2の構成}
給湯負荷回路2は、循環用ポンプ21と、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体流路側と、熱媒体流量調整装置22と、熱媒体配管202で接続されて構成されている。つまり、給湯負荷回路2は、循環用ポンプ21、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体流路側、及び、熱媒体流量調整装置22が熱媒体配管202で直列に接続されて熱媒体回路を形成するように構成されている。
熱媒体配管202を循環させる熱媒体の種類を特に限定するものではなく、たとえば冷媒(冷凍サイクル1を循環している冷媒と同一種の冷媒又は多種の冷媒)、ブライン(不凍液)や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。また、熱媒体配管202は、たとえば銅管、ステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などで構成するとよい。
循環用ポンプ21は、熱媒体配管202を流れている熱媒体を吸入し、その熱媒体を加圧し、熱媒体配管202内を循環させるものである。この循環用ポンプ21は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、循環用ポンプ21は、熱媒体を送り出すものであればよく、特にタイプを限定するものではない。
冷媒−熱媒体熱交換器41は、上述したように、給湯負荷回路2を循環する熱媒体と、冷凍サイクル1を循環する冷媒との、間で熱交換を行なうものである。
熱媒体流量調整装置22は、熱媒体配管202を循環する熱媒体の流量を調整するものである。この熱媒体流量調整装置22は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成されている。したがって、熱媒体流量調整装置22は、制御装置50によって開度が可変に制御されることで、熱媒体の流量を調整することが可能になっている。
{給湯負荷回路2の動作}
循環用ポンプ21から送り出された熱媒体は、冷媒−冷媒熱交換器41の熱媒体流路側に流入する。この冷媒−冷媒熱交換器41では、冷凍サイクル1を循環している冷媒によって、給湯負荷回路2を循環している熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、熱媒体流量調整装置22を通り、熱媒体配管202に接続されている各負荷(たとえば、蛇口、シャワー、貯湯タンク、床暖房等)に送られる。そして、各負荷で利用された熱媒体や、図示省略の給水配管から供給された新たな熱媒体は、再度循環用ポンプ21に取り込まれ、熱媒体配管202を循環することになる。
以上のように、空調給湯複合システム100では、たとえば夏季の空調冷房運転中に給湯需要があった場合、従来はボイラーなどによって提供する必要があったが、従来大気中に排出していた温熱を回収し、再利用して給湯を行なうので、システムCOPが大幅に向上し、省エネとなる。
図2は、空調給湯複合システム100が実行する制御の処理の流れを示すフローチャートである。図2に基づいて、空調給湯複合システム100が実行する特徴的な制御内容について詳細に説明する。なお、図2のフローチャートにおいて、(TH22)は熱媒体出口温度を、(TH22)’は熱媒体流量調整装置22の開度変更を行う前の熱媒体出口温度を、(To)は熱媒体出口温度の目標温度を、(SCm)はサブクール目標値を、a〜dは定数(正)を、nはカウント数(正)を、Nは目標カウント数(正)を、それぞれ表している。
制御装置50は、給湯装置Cが暖房運転(給湯運転)であることを検知することから制御処理を開始する(ステップST1)。制御装置50は、給湯用絞り手段119の開度を目標サブクールを満足するように制御し、熱媒体流量調整装置22の開度を最大開度に固定制御する(ステップST2)。それから、制御装置50は、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度TH22を検知する(ステップST3)。なお、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度は、第4温度センサー30で検知するとよい。
次に、制御装置50は、予め設定してある冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側出口の目標温度Toと、検知した出口温度TH22と、の温度差To−TH22を判定基準に用い、温度差To−TH22を定数と比較する。具体的には、制御装置50は、(1)温度差To−TH22がa以上((To−TH22)≧a)か、(2)温度差To−TH22が−b以上であるがaよりも小さい(−b≦(To−TH22)<a)か、(3)温度差To−TH22が−bよりも小さい(−b>(To−TH22))か、を判定する(ステップST4)。
制御装置50は、ステップST4での判定が(2)であったかどうかを判断する(ステップST5)。ステップST4での処理が(2)であった場合(ステップST5;YES)、制御装置50は、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度が目標の熱媒体出口温度となっているため、使用者の要求を満たしており、現状の制御目標値を維持し(SCm=SCm)、ステップST3へフィードバックをかける。一方、ステップST4での処理が(2)でなかった場合(ステップST5;NO)、制御装置50は、ステップST4での処理が(3)であったかどうかを判断する(ステップST6)。
ステップST4での判定が(3)であった場合(ステップST6;YES)、制御装置50は、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度が目標の熱媒体出口温度より高くなっているため、現在設定されているサブクール目標を大きくし(SCm=SCm+d)、給湯用絞り手段119の開度をダウン(減少)させてから(ステップST7)、ステップST3へフィードバックをかける。
一方、ステップST4での処理が(3)でなかった場合(ステップST6;NO)、制御装置50は、ステップST4での処理が(1)であったと判断し、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度が目標の熱媒体出口温度より低くなっているため、現在設定されているサブクール目標を小さくし(SCm=SCm−c)、給湯用絞り手段119の開度をアップ(増加)させる(ステップST8)。
それから、制御装置50は、熱媒体流量調整装置22の開度変更を行う前の熱媒体出口温度(TH22)’をTH22として保持する(ステップST9)。次に、制御装置50は、現時点での熱媒体側の出口温度TH22を検知する(ステップST10)。そして、制御装置50は、現時点での熱媒体側の出口温度TH22が前時間の熱媒体側の出口温度(TH22)’よりも高いかどうかを判定する(ステップST11)。具体的には、制御装置50は、TH22と(TH22)’の差分が定数eよりも大きいかどうかでTH22が(TH22)’よりも高いかどうかを判定する。
現時点での熱媒体側の出口温度TH22が前時間の熱媒体側の出口温度(TH22)’よりも高くなっている場合(ステップST11;YES)、回数カウントをn=0とする(ステップST12)、ステップST3にフィードバックをかけ、現制御を継続する。
一方、現時点での熱媒体側の出口温度TH22が前時間の熱媒体側の出口温度(TH22)’よりも高くなっていない場合(ステップST11;NO)、n=n+1として条件を満たさなかった回数をカウントする(ステップST13)。
制御装置50は、カウントが予め設定されている回数(設定回数(目標カウント数N))を超えたかどうかを判定する(ステップST14)。カウントが目標カウント数Nを超えた場合(ステップST14;YES)、熱媒体流量調整装置22の開度変更を小さくし、冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体側の出口温度が目標値を満足できるように制御を行う(ステップST15)。
ステップST15では熱媒体側の出口温度TH22を熱媒体側の目標出口温度に到達させるため、熱媒体流量調整装置22の開度を小さくするように制御を行う。絞り開度の変化幅は熱媒体の目標出口温度TO と熱媒体側の出口温度TH22の差(この場合常に熱媒体の目標出口温度TO >熱媒体側の出口温度TH22)より決定されるため、熱媒体側の出口温度TH22については温度差が大きい場合にはより早く目標出口温度に近づくことが可能となる。なお、熱媒体流量調整装置22の開度については、最小開度を設定することで、ある一定程度の熱量の維持も可能としている。
ステップST15の数式について、絞り開度によって熱媒体の目標出口温度TO と熱媒体側の出口温度TH22の温度差が決定されることを、示したものが式(1)、(2)になる。一般的に、給湯能力は、下記の式(1)で表わされる。なお、Qは能力、Cpは体積比熱、vは熱媒体流量、ΔTは熱媒体の過熱度(熱媒体の出口温度と熱媒体の入口温度の差)である。
Q=Cp×v×ΔT ・・・(1)
従って、式(1)を変形すると下記式(2)になる。
ΔT=Q/Cp×1/v ・・・(2)
ステップST15にて熱媒体側が冷媒側から受け取ることができる熱量はほぼ一定になっており、Cpは定数のため、式(2)にてΔTが熱媒体流量に反比例することが示される。そのため、絞り開度を小さくすることで、流量が小さくなれば、温度差がつくことになる。
以上のように、空調給湯複合システム100によれば、給湯負荷回路2に熱媒体流量調整装置22を備えて、給湯負荷回路2側で熱媒体の流量を調整可能にしたので、過熱度も任意に調整ができ、熱媒体の出口温度も調整することが可能になっている。そのため、ユーザーの負荷変動に幅広く対応することができることになる。
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路(以下、給湯負荷回路2Aと称する)の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。図3に基づいて、実施の形態2に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2Aの構成について説明する。なお、実施の形態2に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2A以外の部分については、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100と同様である。そこで、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
通常、給湯器を用いる場合、外気温度に関係なく一定温度とすることで、常時給湯用途とすることが一般的な方法である。そのため、実施の形態2に係る空調給湯複合システムでは、図3に示すように給湯負荷回路2Aにタンク23Aを設置するようにしている。タンク23Aは、冷媒−熱媒体熱交換器41で加熱された熱媒体を貯留するものであり、給湯用途におけるバッファーとして機能する。このタンク23Aは、下部が熱媒体配管202を介して循環用ポンプ21の上流側となるように接続され、上部が熱媒体配管202を介して熱媒体流量調整装置22の下流側となるように接続されている。
タンク23Aを使用する場合には、タンク23A中に発生するレジオネラ属菌を殺菌することが必要である。レジオネラ属菌の繁殖の最適温度は、35〜36℃であることがよく知られている。加えて、レジオネラ属菌の繁殖を抑えるための推奨温度は62℃であることもよく知られており、50〜60℃程度までは加熱することが必要とされている。タンク内の殺菌を行うために60℃程度まで加熱する必要がある場合、タンク内に補助加熱装置(たとえば、ヒーターなど)を取り付け、熱媒体の温度を上げることが一般的である。
これに対し、実施の形態2に係る空調給湯複合システムでは、熱媒体流量調整装置22を用いて熱媒体の温度を調整することが可能になっているので、タンク23A内の温度をできるだけ高くすることができる。したがって、実施の形態2に係る空調給湯複合システムによれば、補助過熱装置を備えない、または備えるとしても小さな容量のもので済み、より低コスト化を実現することができる。
以上より、実施の形態2に係る空調給湯複合システムによれば、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100の有する効果に加え、給湯用途におけるバッファーとして機能するタンク23Aを備えているので、給湯用途の幅が更に広がることになる。また、熱媒体流量調整装置22を用いて熱媒体の温度を調整することができるので、レジオネラ属菌の繁殖を抑えるための設備投資の低減を実現できる。
実施の形態3.
図4は、本発明の実施の形態3に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路(以下、給湯負荷回路2Bと称する)の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。図4に基づいて、実施の形態3に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2Bの構成について説明する。なお、実施の形態3に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2B以外の部分については、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100と同様である。そこで、実施の形態3では実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明し、実施の形態1及び実施の形態2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
タンクを使用する場合、タンク内の熱媒体温度を加熱することで、殺菌することが必要であることは実施の形態2にて説明を行ったとおりである。そのため、実施の形態3に係る空調給湯複合システムでは、図4に示すように給湯負荷回路2Bにタンク23Bを設置するようにしている。タンク23Bは、実施の形態2のタンク23Aと同様に冷媒−熱媒体熱交換器41で加熱された熱媒体を貯留するものであり、給湯用途におけるバッファーとして機能する。このタンク23Bは、底部の一方(紙面右側)が熱媒体配管202を介して流路切替弁24、流路切替弁25の上流側となるように接続され、底部の他方(紙面左側)が熱媒体配管202を介して熱媒体流量調整装置22の下流側となるように接続されている。
つまり、実施の形態3に係る空調給湯複合システムでは、タンク23Bと循環用ポンプ21との間に熱媒体の流路の切り替えを行なう2つの流路切替装置(流路切替弁24、流路切替弁25)を備えた点で、実施の形態2に係る空調給湯複合システムと相違している。流路切替弁24、流路切替弁25は、ステッピングモーター駆動式で熱媒体配管202を流れる熱媒体の流量を制御できるものを使用するとよい。また、二方弁でも三方弁の一端を閉止したものでもよい。また、流路切替弁24、流路切替弁25として、開閉弁等の二法流路の開閉を行うものを用い、ON/OFFを繰り返して平均的な流量を制御するようにしてもよい。
上記構成において、給湯装置Cにて給湯を行う場合には、流路切替弁24を開、流路切替弁25を閉とすることにより、熱媒体―冷媒熱交換器41によって加熱された熱媒体が給湯負荷回路2Bの回路全体を通り、暖房負荷を賄うことができる。また、タンク23Bに貯留する熱媒体の加熱のみを行う場合には、流路切替弁24を閉、流路切替弁25を開とすることにより、タンク23B内の熱媒体の温度を昇温すればよい。なお、流路切替弁24、流路切替弁25は、制御装置50によって開度が制御されるようになっている。
以上より、実施の形態3に係る空調給湯複合システムによれば、実施の形態3に係る空調給湯複合システムの有する効果に加え、給湯負荷回路2Bにおける熱媒体の流路を切り替え可能になっているので、必要とされている負荷に応じて熱媒体の加熱を調整することができ、より省エネに貢献することが可能になる。
実施の形態4.
図5は、本発明の実施の形態4に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路(以下、給湯負荷回路2Cと称する)の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。図5に基づいて、実施の形態4に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2Cの構成について説明する。なお、実施の形態4に係る空調給湯複合システムは、給湯装置Cを複数備えたものであり、各給湯装置Cに接続している熱媒体配管202を給湯負荷回路2で合流させて1つタンク23Cを備えるようにしたものである。そこで、実施の形態4では実施の形態1〜実施の形態3との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
実施の形態1〜3に係る空調給湯複合システムにおいては、給湯装置Cを複数接続することもできる。そこで、実施の形態4に係る空調給湯複合システムにおいては、複数の給湯装置Cを接続した点で、実施の形態1〜3に係る空調給湯複合システムと相違している。複数の給湯装置Cは、中継機Dを介して熱源機Aに対して並列となるように接続されている。なお、便宜的に、紙面上側の給湯装置Cを給湯装置C1、紙面中央の給湯装置Cを給湯装置C2、紙面下側の給湯装置Cを給湯装置C3と称するものとする。そして、給湯装置C1内に収容されている各要素には符号の後に「a」を、給湯装置C2内に収容されている各要素には符号の後に「b」を、給湯装置C3内に収容されている各要素には符号の後に「c」を、それぞれ付している。
実施の形態2又は3のように、各給湯負荷のそれぞれにタンクを接続してもよい。ただし、このようにすると複数台のタンクを設置するスペースを確保しなければならず、またコスト増を招来する可能性もある。そこで、実施の形態4に係る空調給湯複合システムのように、給湯装置C1、給湯装置C2、給湯装置C3に対して、共通の大容量のタンク23Cを接続して給湯負荷回路2cを構成するとよい。また、図5では、給湯装置C1、給湯装置C2、給湯装置C3のそれぞれに熱媒体流量調整装置22を備えている状態を例に示しているが、熱媒体配管202の合流部に一つないし複数備えるようにしてもよい。このようにすれば、熱媒体流量調整装置22の個数を減じることができ、コスト増の低減を図ることが可能になる。
以上より、実施の形態4に係る空調給湯複合システムによれば、実施の形態1〜実施の形態3に係る空調給湯複合システムの有する効果に加え、設置スペースの省略、コスト増の更なる低減を図ることができる。
実施の形態5.
図6は、本発明の実施の形態5に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路(以下、給湯負荷回路2Dと称する)の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。図6に基づいて、実施の形態5に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2Dの構成について説明する。なお、実施の形態5に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路2D以外の部分については、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100と同様である。そこで、実施の形態5では実施の形態1〜実施の形態4との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態4と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
ところで、空調給湯複合システムを設置する場合、加熱を行なう冷媒回路側の冷媒配管と、加熱される熱媒体の回路側の熱媒体配管とは、別々の業者にて据付けられることが一般的である。そのため、給湯装置の入れ替えや、給湯装置の調査などを行う場合、熱媒体回路側の熱媒体配管を据え付ける業者によって、冷媒回路側の圧力損失などを調整する必要がある。
そこで、実施の形態5に係る空調給湯複合システムでは、図6に示すように、給湯負荷回路2Dに冷媒−熱媒体熱交換器41の熱媒体流路と並列となるような配管202aを設け、この配管202aに、熱媒体の圧力を検知する圧力計26を備えるようにした。こうすることによって、給湯装置Cの入れ替えなどを行なう業者は、圧力計26を確認しながら、熱媒体流量調整装置22で給湯負荷回路2D内の圧力損失の調整を行うことができるようになる。また、図6では圧力計26を用いた実施例を示したが、圧力計26の代わりに、熱媒体の水量測定装置を給湯負荷回路2Dの回路内に設置し、給湯負荷回路2D内の圧力損失の調整を行うことも可能である。
以上より、実施の形態5に係る空調給湯複合システムによれば、実施の形態1〜4に係る空調給湯複合システムの有する効果に加え、業者負担を大幅に低減することが可能になる。
なお、本発明に係る空調給湯複合システムを実施の形態に分けて説明したが、各実施の形態の特徴事項を適宜組み合わせて空調給湯複合システムを構成するようにしてもよい。各実施の形態を適宜組み合わせるようにすれば、各実施の形態の特徴事項による効果を重畳的に得ることができることになる。また、各実施の形態では、冷房・暖房同時運転可能な空調給湯複合システムについて説明したが、冷房・暖房切り替え運転可能な空調給湯複合システムでの暖房運転であってもよいし、また暖房専用の空調複合装置システムの場合についても利用できることは言うまでもない。
1 冷凍サイクル、2 給湯負荷回路、2A 給湯負荷回路、2B 給湯負荷回路、2C 給湯負荷回路、2D 給湯負荷回路、21 循環用ポンプ、22 熱媒体流量調整装置、23A タンク、23B タンク、23C タンク、24 流路切替弁、25 流路切替弁、26 圧力計、41 冷媒−熱媒体熱交換器、50 制御装置、100 空調給湯複合システム、101 圧縮機、102 四方弁、103 室外熱交換器、104 アキュムレーター、105a 逆止弁、105b 逆止弁、105c 逆止弁、105d 逆止弁、106 高圧側接続配管、107 低圧側接続配管、108 気液分離器、109 第1分配部、109a 弁手段、109b 弁手段、110 第2分配部、110a 逆止弁、110b 逆止弁、111 第1内部熱交換器、112 第1中継機用絞り手段、113 第2内部熱交換器、114 第2中継機用絞り手段、115 第1会合部、116 第2会合部、116a 分岐配管、117 空調用絞り手段、118 室内熱交換器、119 給湯用絞り手段、130 第1接続配管、131 第2接続配管、132 接続配管、133 接続配管、134 接続配管、135 接続配管、136 接続配管、202 熱媒体配管、202a 配管、A 熱源機、B 室内機、C 給湯装置、C1 給湯装置、C2 給湯装置、C3 給湯装置、D 中継機。

Claims (7)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に配管接続され、かつ、前記圧縮機、前記室外熱交換器、冷媒−熱媒体熱交換器の冷媒側流路、及び、給湯用絞り手段が直列に配管接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
    循環用ポンプ、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体流路、及び、熱媒体流量調整装置が直列に配管接続され、熱媒体を循環させる給湯負荷回路と、を備え、
    前記冷凍サイクルと前記給湯負荷回路とは、前記冷媒−熱媒体熱交換器で、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、
    前記空調用絞り手段、前記給湯用絞り手段、及び、前記熱媒体流量調整装置の開度を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    予め設定してある前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするために、
    前記給湯用絞り手段によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器のサブクールが目標サブクールを満足するように制御し、
    前記熱媒体流量調整装置によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22と目標温度Toの温度差により熱媒体流量を調整することで、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするものであり、
    温度差To−TH22がa(aは予め設定した定数、a>0)以上であるとき、サブクールの制御目標値を小さくするように前記給湯用絞り手段の開度を増加させ、
    温度差To−TH22が予め設定した−b(bは予め設定した定数、b>0)以上であるが定数aよりも小さいとき、サブクールの制御目標値を維持し、
    温度差To−TH22が−bよりも小さいとき、サブクールの制御目標値を大きくするように前記給湯用絞り手段の開度を減少させる
    空調給湯複合システム。
  2. 前記制御装置は、
    サブクールの制御目標値を小さくするように前記給湯用絞り手段の開度を増加させたとき、
    前記給湯用絞り手段の開度を変更する前における前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22’と、前記出口温度TH22とを比較し、
    出口温度TH22が出口温度TH22’以上であって、カウントしている回数が設定回数を超えたとき、前記熱媒体流量調整装置の開度を小さくすることで前記熱媒体の過熱度を調整する
    請求項に記載の空調給湯複合システム。
  3. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び、空調用絞り手段が直列に配管接続され、かつ、前記圧縮機、前記室外熱交換器、冷媒−熱媒体熱交換器の冷媒側流路、及び、給湯用絞り手段が直列に配管接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
    循環用ポンプ、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体流路、及び、熱媒体流量調整装置が直列に配管接続され、熱媒体を循環させる給湯負荷回路と、を備え、
    前記冷凍サイクルと前記給湯負荷回路とは、前記冷媒−熱媒体熱交換器で、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、
    前記空調用絞り手段、前記給湯用絞り手段、及び、前記熱媒体流量調整装置の開度を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    予め設定してある前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするために、
    前記給湯用絞り手段によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器のサブクールが目標サブクールを満足するように制御し、
    前記熱媒体流量調整装置によって、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22と目標温度Toの温度差により熱媒体流量を調整することで、前記冷媒−熱媒体熱交換器の熱媒体側出口の出口温度TH22を目標温度Toにするものであり、
    前記給湯負荷回路に、前記冷媒−熱媒体熱交換器の上流側と下流側の圧力差を検知する圧力計を設け、
    前記熱媒体流量調整装置を制御することで、前記冷媒−熱媒体熱交換器の圧力損失を調整し、水量の調整を可能とした
    空調給湯複合システム。
  4. 前記熱媒体流量調整装置を含む前記給湯負荷回路に、熱媒体を貯留するタンクを設けた
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の空調給湯複合システム。
  5. 前記給湯負荷回路内に前記熱媒体流量調整装置を設置し、前記熱媒体流量調整装置を用いて熱媒体の流量調整を行い、かつ前記給湯負荷回路を切り替え、熱媒体を負荷側に供給しないことで前記タンク内の熱媒体を昇温する
    請求項4に記載の空調給湯複合システム。
  6. それぞれに前記熱媒体流量調整装置を有した前記冷媒−熱媒体熱交換器を複数設け、
    前記タンクを複数の前記冷媒−熱媒体熱交換器に共通させている
    請求項4又は5に記載の空調給湯複合システム。
  7. 前記給湯負荷回路に、前記冷媒−熱媒体熱交換器のそれぞれの上流側と下流側との圧力差を検知する圧力計を設け、
    前記熱媒体流量調整装置を制御することで、前記冷媒−熱媒体熱交換器の圧力損失を調整し、水量の調整を可能とした
    請求項に記載の空調給湯複合システム。
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