JP6058032B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Description
このように、特許文献1のヒートポンプシステムでは、温度差Txに基づいて、給湯能力と暖房能力の配分を制御するため、給湯ユニットと室内ユニットの運転能力の総和が熱源ユニットの暖房定格容量を超過してしまう可能性を抑制できる。
このように、特許文献2のヒートポンプシステムでは、暖房側の負荷の変動に応じて、暖房側と給湯側の減圧機構の弁開度をそれぞれ調整する。こうすることによって、圧縮機の能力を能力余裕側から能力不足側へ移行させる配分調整が可能となり、暖房と給湯のそれぞれの状況に対応した能力配分を実行している。
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、圧縮機と、室内側熱交換器と、給湯側熱交換器と、室内側減圧機構と、給湯側減圧機構と、熱源側熱交換器と、を有し、前記室内側熱交換器と前記室内側減圧機構とが直列に接続された流路と、前記給湯側熱交換器と前記給湯側減圧機構とが直列に接続された流路と、が並列に接続されて、前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器とともに冷媒回路を構成しており、前記室内側熱交換器で空気を加熱する暖房負荷と、前記給湯側熱交換器で水を加熱する給湯負荷と、が同時に要求された際、前記室内側減圧機構の開度が前記給湯側減圧機構の開度よりも大きい暖房優先モードと、前記給湯側減圧機構の開度が前記室内側減圧機構の開度よりも大きい給湯優先モードと、を有し、前記室内側減圧機構の開度及び前記給湯側減圧機構の開度に基づいて、前記暖房優先モードでは、前記室内側熱交換器の過冷却度が調整され、前記給湯優先モードでは、前記給湯側熱交換器の過冷却度又は前記圧縮機の吐出温度のどちらか一方が調整され、暖房能力と給湯能力の割合は、前記室内側減圧機構の開度と前記給湯側減圧機構の開度のトータル減圧機構開度に対する前記室内側減圧機構の開度と前記トータル減圧機構開度に対する前記給湯側減圧機構の開度とで決まる暖房給湯開度比により制御され、前記トータル減圧機構開度を変更する場合は、前記暖房給湯開度比によって、前記室内側減圧機構の開度の変更量と前記給湯側減圧機構の開度の変更量が決定されるものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係るヒートポンプシステム100(以下、単にシステム100と称する)の冷媒回路構成を示す概略図である。図2は、システム100の制御装置101の電気的な構成を示すブロック図である。図1及び図2に基づいて、システム100の構成について説明する。
システム100は、熱源ユニット301と、室内ユニット302と、給湯ユニット303と、を有している。熱源ユニット301と室内ユニット302とは、冷媒配管である室内側ガス延長配管4と冷媒配管である室内側液延長配管7とで接続されている。熱源ユニット301と給湯ユニット303とは、冷媒配管である水側ガス延長配管9と冷媒配管である水側液延長配管11とで接続されている。
熱源ユニット301は、圧縮機1と、吐出電磁弁2a,2bと、四方弁3と、室内側減圧機構8と、給湯側減圧機構12と、熱源側熱交換器13と、熱源側送風機14と、アキュムレータ15と、を有している。そして、圧縮機1、吐出電磁弁2a,2b、四方弁3、室内側減圧機構8、給湯側減圧機構12、熱源側熱交換器13、アキュムレータ15が、配管接続されて冷媒回路の一部を構成している。ただし、四方弁3、熱源側送風機14、アキュムレータ15は、必須なものではない。
吐出電磁弁2a、2bは、冷媒流路を開閉することで冷媒の流れを制御するものである。吐出電磁弁2aは、圧縮機1の吐出側で分岐され、室内側ガス延長配管4に接続する配管に設置されている。吐出電磁弁2bは、圧縮機1の吐出側で分岐され、水側ガス延長配管9に接続する配管に設置されている。
熱源側熱交換器13は、たとえば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、外気等の熱媒体と冷媒との熱交換を行うものである。熱源側熱交換器13は、暖房運転時には蒸発器、冷房運転時には凝縮器として機能する。
給湯側減圧機構12は、冷媒を減圧して膨張させ、冷媒流量を調整するものである。この給湯側減圧機構12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で構成するとよい。給湯側減圧機構12は、熱源側熱交換器13と水側熱交換器10とを接続している水側液延長配管11に設置されている。
圧力センサ201は、圧縮機1の吐出側に設けられ、設置場所の冷媒圧力を計測するものである。
温度センサ202は、圧縮機1の吐出側に設けられ、設置場所の冷媒温度を計測するものである。
温度センサ206は、熱源側熱交換器13の液側に設けられ、設置場所の冷媒温度を計測するものである。
温度センサ207は、空気吸込口に設けられており、熱源側送風機14に取り込まれる外気の温度を計測するものである。
室内ユニット302は、室内側熱交換器5と、室内側送風機6と、を有している。
室内側熱交換器5は、たとえば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、室内空気と冷媒との熱交換を行うものである。室内側熱交換器5は、暖房運転時には凝縮器、冷房運転時には蒸発器として機能する。
室内側送風機6は、DCモータ(図示せず)によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等から構成されており、送風量を調整することが可能なものである。室内側送風機6は、室内ユニット302内に室内空気を吸入して、室内側熱交換器5にて冷媒と熱交換させた後に、その空気(調和空気)を室内に吹出すようになっている。
温度センサ203は、室内側熱交換器5の液側に設けられ、設置場所の冷媒温度を計測するものである。
温度センサ204は、室内空気の吸入口側に設けられ、室内ユニット302内に流入する室内空気の温度を計測するものである。
室内ユニット302に設けられている各センサで計測された情報は、制御装置101に送られるようになっている。
給湯ユニット303は、水側熱交換器10と、水ポンプ16と、コイル熱交換器17と、貯湯タンク18と、を有している。そして、水ポンプ16、水側熱交換器10、コイル熱交換器17が配管接続されて水回路を構成している。また、コイル熱交換器17を貯湯タンク18に設置することで、貯湯タンク18に貯湯される水を沸き上げるようになっている。さらに、水回路には、熱交換媒体である水が中間水として循環する。
水ポンプ16は、たとえば回転数が一定速、もしくはインバータで可変にできるもので構成され、水側回路に中間水を循環させるものである。
コイル熱交換器17は、貯湯タンク18内に設置されており、貯湯タンク18の貯湯水と水回路を循環する中間水との間で熱交換させ、貯湯水を加熱して湯を生成するものである。
貯湯タンク18は、沸きあげられた湯を貯留するものである。貯湯タンク18は、満水式であり、出湯要求に応じてタンク上部より湯が出水し、出水した量だけ低温の市水がタンク下部より給水されるようになっている(図示せず)。
給湯ユニット303にて水ポンプ16により送水された中間水は、水側熱交換器10で冷媒により加熱され高温となる。その後、加熱された高温水は、貯湯タンク18内のコイル熱交換器17に流入し、貯湯水を加熱して温度が低下する。その後、貯湯タンク18のコイル熱交換器17を流出し、水ポンプ16に流れ、再送水されて水側熱交換器10にて温水となる。このようなプロセスにて貯湯タンク18の湯が沸き上げられる。
温度センサ205は、水側熱交換器10の液側に設けられ設置場所の冷媒温度を計測するものである。
温度センサ208は、貯湯タンク18の側面に設置され、設置位置高さの貯湯タンク18内の水温を計測するものである。
給湯ユニット303に設けられている各センサで計測された情報は、制御装置101に送られるようになっている。
図2には、システム100の制御を行う制御装置101、制御装置101に接続されるリモコン102、各センサ及びアクチュエータ(圧縮機1、四方弁3、吐出電磁弁2a,2b、室内側減圧機構8、給湯側減圧機構12、熱源側送風機14、室内側送風機6、水ポンプ16等)の接続状態を示している。また、制御装置101は、測定部103、制御部104、通信部105、記憶部106を内蔵している。
制御部104は、測定部103に入力された情報に基づき、圧縮機1、吐出電磁弁2a、2b、四方弁3、熱源側送風機14、室内側減圧機構8、給湯側減圧機構12、室内側送風機6、水ポンプ16を制御するようになっている。
通信部105は、電話回線、LAN回線、無線などの通信手段からの通信データ情報が入力されたり、リモコン102と情報の入出力を行ったりするようになっている。
記憶部106は、予め定められた定数やリモコン102から送信される設定値を記憶するようになっている。記憶部106に記憶されている記憶内容は、必要に応じて参照、書き換えることが可能になっている。
システム100は、システム100とユーザーとの間で情報の入出力を行うためのユーザーインターフェース装置であるリモコン102を有している。リモコン102には、入力部107、表示部108が内蔵されている。
表示部108は、現在のシステム100の運転モードや、暖房給湯同時運転での優先運転モードを表示するものである。
<暖房給湯同時運転モード>
システム100は、リモコン102を介して入力された暖房ON及び給湯ONを同時に処理することが可能なものであり、暖房給湯同時運転を実施することができる。以下に暖房給湯同時運転モード時の冷媒流れ状態及び各機器の制御について説明する。
次に、室内側減圧機構8及び給湯側減圧機構12の制御について説明する。システム100では、室内側減圧機構8及び給湯側減圧機構12の個別開度を暖房負荷によって制御することで、暖房負荷に応じた暖房能力と給湯能力の能力配分を実現している。具体的には以下のようにして制御する。
この場合、室内温度が室内設定温度以上かつ室内温度が上昇しているため、暖房給湯開度比を4:6として、室内側減圧機構8を480×4/10=192p、給湯側減圧機構12を480×6/10=288pとする。こうすることで、暖房能力を減少させて給湯能力を上昇させる。
(2)dTset≧0かつdtTa<0の場合
この場合、室内温度は室内設定温度以上だが室内温度が下降しているため、暖房給湯開度比は5:5のままとする。
この場合、室内温度は室内設定温度未満だが室内温度が上昇しているため、暖房給湯開度比は5:5のままとする。
この場合。室内温度は室内設定温度未満かつ室内温度も下降しているため、暖房給湯開度比を6:4として、室内側減圧機構8を288p、給湯側減圧機構12を192pとする。こうすることで、暖房能力を増加させて給湯能力を減少させる。
暖房給湯開度比によって暖房能力と給湯能力の配分は制御できるようになったが、これだけだと冷媒状態をコントロールしていない。そのため、高圧上昇や低圧低下をもたらすことがあり、運転効率が低下する可能性がある。そのため、システム100では、室内側減圧機構8の開度と給湯側減圧機構12の開度の合計であるトータル減圧機構開度を冷媒の運転状態により制御することで運転効率の最大化を図るようにしている。トータル減圧機構開度を制御することで実現する目標運転状態は、給湯能力と暖房能力のどちらを大きくしたいかにより異なる。加えて、運転状態により決める。この二つの要因から最適な制御目標と目標状態を選定し制御する。なお、給湯能力と暖房能力のどちらを大きくしたいかは優先モードを判定し、選択する。
つまり、圧縮機1の吸入過熱度が5℃の場合の吐出温度を基準吐出温度として、吐出温度が基準吐出温度以上であるかによってアキュムレータ15に余剰液冷媒が存在しているかを判定する。なお、基準吐出温度TdBと、圧縮機1の高圧圧力Pcと、低圧圧力Peと、圧縮機1の運転周波数Fにおいて、TdB=f(Pc,Pe,F)の関係を有するデータテーブルを記憶部106に記憶しておき、データテーブルより基準吐出温度TdBを求めるとよい。ここで、高圧圧力Pcは圧力センサ201の検出圧力であり、低圧圧力Peは温度センサ206の検出温度を換算した圧力である。
一方で給湯優先モードでは給湯側減圧機構12の開度が室内側減圧機構8の開度より大きいため、給湯側過冷却度が室内側過冷却度よりも小さくなっている場合が多い。
このように、過冷却度が制御されている場合というのは、おおよそ室内側過冷却度と給湯側過冷却度のうち小さい方の過冷却度が制御されている状況である。
図8は、本発明の実施の形態2に係るヒートポンプシステム200(以下、単にシステム200と称する)の冷媒回路構成を示す概略図である。図8に基づいて、システム200の構成及び動作について説明する。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一作用である部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
Claims (11)
- 圧縮機と、室内側熱交換器と、給湯側熱交換器と、室内側減圧機構と、給湯側減圧機構と、熱源側熱交換器と、を有し、
前記室内側熱交換器と前記室内側減圧機構とが直列に接続された流路と、前記給湯側熱交換器と前記給湯側減圧機構とが直列に接続された流路と、が並列に接続されて、前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器とともに冷媒回路を構成しており、
前記室内側熱交換器で空気を加熱する暖房負荷と、前記給湯側熱交換器で水を加熱する給湯負荷と、が同時に要求された際、
前記室内側減圧機構の開度が前記給湯側減圧機構の開度よりも大きい暖房優先モードと、
前記給湯側減圧機構の開度が前記室内側減圧機構の開度よりも大きい給湯優先モードと、を有し、
前記室内側減圧機構の開度及び前記給湯側減圧機構の開度に基づいて、
前記暖房優先モードでは、前記室内側熱交換器の過冷却度が調整され、
前記給湯優先モードでは、前記給湯側熱交換器の過冷却度又は前記圧縮機の吐出温度のどちらか一方が調整され、
暖房能力と給湯能力の割合は、
前記室内側減圧機構の開度と前記給湯側減圧機構の開度のトータル減圧機構開度に対する前記室内側減圧機構の開度と前記トータル減圧機構開度に対する前記給湯側減圧機構の開度とで決まる暖房給湯開度比により制御され、
前記暖房給湯開度比は前記暖房負荷によって決定される
ヒートポンプシステム。 - 圧縮機と、室内側熱交換器と、給湯側熱交換器と、室内側減圧機構と、給湯側減圧機構と、熱源側熱交換器と、を有し、
前記室内側熱交換器と前記室内側減圧機構とが直列に接続された流路と、前記給湯側熱交換器と前記給湯側減圧機構とが直列に接続された流路と、が並列に接続されて、前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器とともに冷媒回路を構成しており、
前記室内側熱交換器で空気を加熱する暖房負荷と、前記給湯側熱交換器で水を加熱する給湯負荷と、が同時に要求された際、
前記室内側減圧機構の開度が前記給湯側減圧機構の開度よりも大きい暖房優先モードと、
前記給湯側減圧機構の開度が前記室内側減圧機構の開度よりも大きい給湯優先モードと、を有し、
前記室内側減圧機構の開度及び前記給湯側減圧機構の開度に基づいて、
前記暖房優先モードでは、前記室内側熱交換器の過冷却度が調整され、
前記給湯優先モードでは、前記給湯側熱交換器の過冷却度又は前記圧縮機の吐出温度のどちらか一方が調整され、
暖房能力と給湯能力の割合は、
前記室内側減圧機構の開度と前記給湯側減圧機構の開度のトータル減圧機構開度に対する前記室内側減圧機構の開度と前記トータル減圧機構開度に対する前記給湯側減圧機構の開度とで決まる暖房給湯開度比により制御され、
前記トータル減圧機構開度を変更する場合は、
前記暖房給湯開度比によって、前記室内側減圧機構の開度の変更量と前記給湯側減圧機構の開度の変更量が決定される
ヒートポンプシステム。 - 前記給湯優先モードにおいて、
前記給湯側熱交換器の過冷却度が予め設定されている所定値未満であって、前記圧縮機の吐出温度が基準値以上である場合は、前記圧縮機の吐出温度が制御される
請求項1又は2に記載のヒートポンプシステム。 - 前記暖房給湯開度比は前記暖房負荷によって決定される
請求項2に記載のヒートポンプシステム。 - 前記トータル減圧機構開度を超えないように前記暖房給湯開度比が変更される
請求項2又は4に記載のヒートポンプシステム。 - 前記トータル減圧機構開度の変更間隔は、
前記暖房給湯開度比の変更間隔よりも長くされる
請求項2、4又は5に記載のヒートポンプシステム。 - 室内温度が室内設定温度よりも所定値以上となると暖房サーモOFFとなるものにおいて、
前記暖房サーモOFFとなるまでの前記室内温度と前記室内設定温度の温度差が予め定められている温度差よりも大きくされる
請求項1〜6のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記暖房優先モード又は前記給湯優先モードを表示し、前記暖房優先モード又は前記給湯優先モードを選択的に入力できるリモコンを備えた
請求項1〜7のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記給湯側熱交換器で加熱された水を貯える貯湯タンクを備え、
給湯時間及び前記貯湯タンクの蓄熱量の少なくとも一方を測定し、
前記給湯時間が所定値以上、及び、給湯開始時に前記貯湯タンクの蓄熱量が所定値以下の少なくとも一方を満たす場合には、優先モードが前記給湯優先モードとされる
請求項1〜8のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記貯湯タンクの高さ方向に複数個の温度センサを備え、
前記温度センサでの計測情報に基づいて前記貯湯タンクの蓄熱量が測定される
請求項9に記載のヒートポンプシステム。 - 前記給湯優先モードでは、
凝縮温度が前記給湯側熱交換器を流れる水の水温以上とされる
請求項1〜10のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
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