JPWO2009098751A1 - 空調給湯複合システム - Google Patents
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Abstract
熱源側ユニット1台に対して1台又は複数台の負荷側ユニットを接続し、水を高温に加熱することを可能にしたヒートポンプ装置を提供する。空調給湯複合システム100(ヒートポンプ装置)は、空調用圧縮機101と、四方弁102と、室外熱交換器103とを搭載した熱源側ユニット10と、空調用絞り手段117と、室内熱交換器118と、第2圧縮機53と、第2負荷側熱交換器54と、第2流量制御装置55とを搭載した負荷側ユニット50とを備え、空調用圧縮機101と、四方弁102と、室外熱交換器103と、空調用絞り手段117と、室内熱交換器118とを高圧側接続配管106及び低圧側接続配管107で順次接続し、主回路Aを構成し、第2圧縮機53と、第2負荷側熱交換器54と、第2流量制御装置55と、前記室内熱交換器118とを負荷側冷媒配管56で順次接続し、負荷側冷媒回路Bを構成した。
Description
本発明は、ヒートポンプサイクルを搭載し、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に関するものであり、特に、高温給湯の需要を同時に満たしつつ、省エネを実現す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)。
また、二元の冷凍サイクルによって高温の給湯と室内空調機能を同時に提供することができる空調給湯複合システムも存在している。そのようなものとして、「第1圧縮機、冷媒分配装置、第1熱交換器、第2熱交換器、第1絞り装置、室外熱交換器、四方弁および上記第1圧縮機をこの順に接続するとともに、上記冷媒分配装置から上記四方弁、室内熱交換器及び第2絞り装置をこの順に介装して上記第2熱交換器と上記第1絞り装置の間に接続し、第1の冷媒が流される低段側の冷媒回路と、第2圧縮機、凝縮器、第3の絞り装置、上記第1熱交換器および上記第2圧縮機をこの順に接続し、第2の冷媒が流れる高段側の冷媒回路と、上記第2熱交換器及び上記凝縮器をこの順に接続し、給湯水が流される給湯経路とを備えたヒートポンプ式給湯装置」が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。
さらに、「圧縮機と室外熱交換器と膨張機構と室内熱交換器とが接続された空調用冷媒回路を備えた空調装置と、圧縮機と第1熱交換器と膨張機構と第2熱交換器とが順に接続されるとともに二酸化炭素冷媒が充填された給湯用冷媒回路を備えたユニット型の給湯装置とを備え、第1熱交換器は、水から温水を生成する給湯用温水回路に接続されるとともに、該給湯用温水回路の水と上記二酸化炭素冷媒とが熱交換可能に構成され、第2熱交換器は、空調用冷媒回路の室内熱交換器と並列に接続される放熱部と、給湯用冷媒回路に接続された吸熱部とを有するとともに、該低段側冷媒回路の冷媒と上記二酸化炭素冷媒とが熱交換を行なうカスケード熱交換器により構成されている空調給湯システム」が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。
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、水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、高温の給湯負荷を賄うことができなくなってしまう、若しくは、暖房を行なう室内機の放熱過程も共に温度を上げなくてはならずCOP(成績係数)が非常に悪化してしまうという問題があった。
特許文献2に記載のヒートポンプ式給湯装置は、二元の冷凍サイクル、つまり2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、室内機にて空調を行なう冷媒回路と、給湯を行なう冷媒回路とが、異なる取り扱いとなっており、単純に室内機の代替として給湯機能を付加することができないため、既設の空気調和機に容易には導入できないという問題があった。
特許文献3に記載の空調給湯システムも、二元の冷凍サイクル、つまり2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、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができるようになっているものの、暖房負荷及び給湯負荷と、冷房負荷とを同時に提供することができない構成となっているため、一方の排熱を以って他方の熱源に充てることによる省エネ運転ができないという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷房負荷、暖房負荷及び高温の給湯負荷を同時に提供しつつ、省エネを実現可能にした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。また、本発明は、既設の空気調和機に対しても容易に導入することの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、空調用圧縮機、流路切替手段、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接続されているとともに、冷媒−冷媒熱交換器及び給湯熱源用絞り手段が直列に接続されて前記室内熱交換器及び前記空調用絞り手段に並列に接続されている第1冷媒回路に空調用冷媒を循環させる空調用冷凍サイクルと、給湯用圧縮機、熱媒体−冷媒熱交換器、給湯用絞り手段、及び、前記冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている第2冷媒回路に給湯用冷媒を循環させる給湯用冷凍サイクルと、を備え、前記空調用冷凍サイクルと前記給湯用冷凍サイクルとは、前記冷媒−冷媒熱交換器で、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒とが熱交換を行なうように接続されてい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、冷房負荷、暖房負荷及び高温の給湯負荷を同時に提供しつつ、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うので、システムCOPが大幅に向上し、省エネを実現することができる。
1 空調用冷凍サイクル、1a 空調用冷凍サイクル、2 給湯用冷凍サイクル、3 給湯用水循環サイクル、21 給湯用圧縮機、22 給湯用絞り手段、23 給湯用低圧側圧力検出手段、24 給湯用高圧側圧力検出手段、25 給湯用制御手段、26 給湯用通信手段、27 給湯用演算手段、28 給湯用記憶手段、31 水循環用ポンプ、32 貯湯タンク、33 出湯温度検出手段、41 冷媒−冷媒熱交換器、51 熱媒体−冷媒熱交換器、100 空調給湯複合システム、100a 空調給湯複合システム、100b 空調給湯複合システム、100c 空調給湯複合システム、101 空調用圧縮機、102 四方弁、103 室外熱交換器、104 アキュムレータ、105a 逆止弁、105b 逆止弁、105c 逆止弁、105d 逆止弁、105e 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、117 空調用絞り手段、118 室内熱交換器、119 給湯熱源用絞り手段、120 空調用制御手段、121 空調用通信手段、122 空調用演算手段、123 空調用記憶手段、124 第1熱源機用絞り手段、125 空調用吐出ガス配管、126 空調用吸入ガス配管、127 空調用液配管、128 第2熱源機用絞り手段、130 第1接続配管、131 第2接続配管、132 接続配管、133 接続配管、133a 接続配管、133b 接続配管、134 接続配管、134a 接続配管、134b 接続配管、135 接続配管、135a 接続配管、135b 接続配管、136 接続配管、136a 接続配管、136b 接続配管、140 吐出側配管、140a 吐出側配管、140b 吐出側配管、141 バイパス管、200 給湯用冷凍サイクル筐体、201 接続用バルブ、202 接続用バルブ、203 接続用バルブ、204 接続用バルブ、205 接続用バルブ、206 接続用バルブ、207 接続用バルブ、208 接続用バルブ、A 熱源機、A2 熱源機、B 冷房室内機、C 暖房室内機、D 給湯熱源用回路、E 中継機、E2 中継機。
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(特に、冷房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。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、特に冷房主体運転時の冷媒回路構成について説明する。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(空調用冷媒)を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)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。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。
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(特に、冷房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。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、特に冷房主体運転時の冷媒回路構成について説明する。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(空調用冷媒)を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)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。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。
図1では、空調用冷凍サイクル1において、暖房室内機Cと給湯熱源用回路Dとに対する負荷の合計よりも冷房室内機Bに対する負荷の方が大きく、室外熱交換器103が放熱器として働く場合のサイクルの状態(便宜上、冷房主体運転と称する)を示している。実施の形態1に係る空調給湯複合システム100は、空調用冷凍サイクル1と、給湯用冷凍サイクル2と、給湯用水循環サイクル3とが、高圧側接続配管106や低圧側接続配管107等の接続配管で接続されて構成されており、空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2とは冷媒−冷媒熱交換器41で、給湯用冷凍サイクル2と給湯用水循環サイクル3とは熱媒体−冷媒熱交換器51で、互いの冷媒や水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。
[空調用冷凍サイクル1]
空調用冷凍サイクル1は、熱源機Aと、冷房負荷を担当する冷房室内機Bと、暖房負荷を担当する暖房室内機Cと、給湯用冷凍サイクル2の熱源となる給湯熱源用回路Dと、中継機Eと、によって構成されている。このうち、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dは、熱源機Aに対して並列となるように接続されて搭載されている。そして、熱源機Aと、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dとの、間に設置される中継機Eが、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dとしての機能を発揮させるようになっている。
空調用冷凍サイクル1は、熱源機Aと、冷房負荷を担当する冷房室内機Bと、暖房負荷を担当する暖房室内機Cと、給湯用冷凍サイクル2の熱源となる給湯熱源用回路Dと、中継機Eと、によって構成されている。このうち、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dは、熱源機Aに対して並列となるように接続されて搭載されている。そして、熱源機Aと、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dとの、間に設置される中継機Eが、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dとしての機能を発揮させるようになっている。
[熱源機A]
熱源機Aは、空調用圧縮機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104とが直列に接続されて構成されており、この熱源機Aは、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dに冷熱を供給する機能を有している。なお、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、高圧側接続配管106及び低圧側接続配管107が第1接続配管130及び第2接続配管131で接続されている。
熱源機Aは、空調用圧縮機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104とが直列に接続されて構成されており、この熱源機Aは、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dに冷熱を供給する機能を有している。なお、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、高圧側接続配管106及び低圧側接続配管107が第1接続配管130及び第2接続配管131で接続されている。
冷房主体運転において、高圧側接続配管106と第1接続配管130との接続部分(以下、単に接続部分aと称する)は、高圧側接続配管106と第2接続配管131との接続部分(以下、単に接続部分bと称する)よりも上流側であり、低圧側接続配管107と第1接続配管130との接続部分(以下、単に接続部分cと称する)も、低圧側接続配管107と第2接続配管131との接続部分(以下、単に接続部分dと称する)よりも上流側である。
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の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁105c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の方向のみに空調用冷媒の流通を許容する逆止弁105dが設けられている。また、高圧側接続配管106の接続部分aと接続部分bとの間には、所定の方向(熱源機Aから中継機Eへの方向)のみに空調用冷媒の流れを許容する逆止弁105aが、低圧側接続配管107の接続部分cと接続部分dとの間には、所定の方向(中継機Eから熱源機Aへの方向)のみに空調用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。
空調用圧縮機101は、空調用冷媒を吸入し、その空調用冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御されるタイプのもので構成するとよい。四方弁102は、空調用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空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用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104は、冷房主体運転時において、四方弁102と空調用圧縮機101との間に配置され、過剰な空調用冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレータ104は、過剰な空調用冷媒を貯留できる容器であればよい。
[冷房室内機B及び暖房室内機C]
冷房室内機B及び暖房室内機C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。また、冷房室内機B及び暖房室内機Cには、2台の空調用絞り手段117と、2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。冷房室内機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、暖房室内機Cは、熱源機Aからの冷熱の供給を受けて暖房負荷を担当する機能を有している。
冷房室内機B及び暖房室内機C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。また、冷房室内機B及び暖房室内機Cには、2台の空調用絞り手段117と、2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。冷房室内機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、暖房室内機Cは、熱源機Aからの冷熱の供給を受けて暖房負荷を担当する機能を有している。
つまり、実施の形態1では、中継機Eによって、冷房室内機Bが冷房負荷を担当するように決定され、暖房室内機Cが暖房負荷を担当するように決定された状態を示しているのである。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、便宜的に、中継機E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E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と称して説明するものとする。
空調用絞り手段117は、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用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空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。なお、空調用絞り手段117及び室内熱交換器118は、直列に接続されている。
[給湯熱源用回路D]
給湯熱源用回路Dは、給湯熱源用絞り手段119と、冷媒−冷媒熱交換器41とが、直列に接続されて構成されており、熱源機Aからの冷熱を冷媒−冷媒熱交換器41を介して給湯用冷凍サイクル2に供給する機能を有している。つまり、空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2とは、冷媒−冷媒熱交換器41でカスケード接続されているのである。なお、便宜的に、中継機Eから冷媒−冷媒熱交換器41に接続している接続配管を接続配管135と、中継機Eから給湯熱源用絞り手段119に接続している接続配管を接続配管136と称して説明するものとする。
給湯熱源用回路Dは、給湯熱源用絞り手段119と、冷媒−冷媒熱交換器41とが、直列に接続されて構成されており、熱源機Aからの冷熱を冷媒−冷媒熱交換器41を介して給湯用冷凍サイクル2に供給する機能を有している。つまり、空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2とは、冷媒−冷媒熱交換器41でカスケード接続されているのである。なお、便宜的に、中継機Eから冷媒−冷媒熱交換器41に接続している接続配管を接続配管135と、中継機Eから給湯熱源用絞り手段119に接続している接続配管を接続配管136と称して説明するものとする。
給湯熱源用絞り手段119は、空調用絞り手段117と同様に、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯熱源用絞り手段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−冷媒熱交換器41は、放熱器(凝縮器)や蒸発器として機能し、給湯用冷凍サイクル2の冷凍サイクルを循環する給湯用冷媒と、空調用冷凍サイクル1の冷凍サイクルを循環する空調用冷媒との、間で熱交換を行なうようになっている。
[中継機E]
中継機Eは、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dのそれぞれと、熱源機Aとを、接続する機能を有すると共に、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、接続される室内熱交換器118及び冷媒−冷媒熱交換器41を冷房機(冷水器)とするか暖房機(給湯機)とするかを決定する機能を有している。この中継機E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とで、構成されている。
中継機Eは、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dのそれぞれと、熱源機Aとを、接続する機能を有すると共に、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、接続される室内熱交換器118及び冷媒−冷媒熱交換器41を冷房機(冷水器)とするか暖房機(給湯機)とするかを決定する機能を有している。この中継機E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とで、構成されている。
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(接続配管133b及び接続配管135b)が低圧側接続配管107に接続し、他方(接続配管133a及び接続配管135a)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、第1分配部109では、接続配管133a及び接続配管135aに弁手段109aが、接続配管133b及び接続配管135bに弁手段109bがそれぞれ設けられている。
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(接続配管134a及び接続配管136a)が第1会合部115で接続され、他方(接続配管134b及び接続配管136b)が第2会合部116で接続されるようになっている。また、第2分配部110では、接続配管134a及び接続配管136aに逆止弁110aが、接続配管134b及び接続配管136bに逆止弁110bがそれぞれ設けられている。
第1会合部115は、第2分配部110から第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と第2内部熱交換器113との間で分岐し、一方が第2内部熱交換器113を介して第2分配部110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に接続され、他方(第2会合部116a)が第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、空調用冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものであり、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、弁手段109a又は弁手段109bの何れかが択一的に開閉され、室内熱交換器118及び冷媒−冷媒熱交換器41に空調用冷媒を流入させ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、空調用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に設けられており、第1会合部115を導通している空調用冷媒と、第2会合部116が分岐された第2会合部116aを導通している空調用冷媒と、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、空調用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に設けられており、第2会合部116を導通している空調用冷媒と、第2会合部116が分岐された第2会合部116aを導通している空調用冷媒と、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、空調用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、空調用冷凍サイクル1は、空調用圧縮機101、流路切替手段102、室外熱交換器103、室内熱交換器118、及び、空調用絞り手段117が直列に接続されるとともに、冷媒−冷媒熱交換器41、及び、給湯熱源用絞り手段119が直列に接続され、室内熱交換器118及び空調用絞り手段117とに、冷媒−冷媒熱交換器41及び給湯熱源用絞り手段119が並列に接続されて第1冷媒回路を構成し、この第1冷媒回路に空調用冷媒を循環させることで成立している。
ここで、空調用冷凍サイクル1の冷房主体運転動作について説明する。
図2は、冷房主体運転時における空調用冷凍サイクル1の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)である。図1及び図2に基づいて、空調給湯複合システム100における空調用冷凍サイクル1の動作について説明する。図2では、縦軸が絶対圧力(MPa)を、横軸が比エンタルピ(kJ/kg)をそれぞれ示している。また、空調用冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス状態であることをそれぞれ表している。なお、空調用冷凍サイクル1には、空調用冷媒としてR410Aを使用している場合を例に示している。
図2は、冷房主体運転時における空調用冷凍サイクル1の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)である。図1及び図2に基づいて、空調給湯複合システム100における空調用冷凍サイクル1の動作について説明する。図2では、縦軸が絶対圧力(MPa)を、横軸が比エンタルピ(kJ/kg)をそれぞれ示している。また、空調用冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス状態であることをそれぞれ表している。なお、空調用冷凍サイクル1には、空調用冷媒としてR410Aを使用している場合を例に示している。
まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、空調用圧縮機101から吐出して、四方弁102を経由し、室外熱交換器103に流入する。この室外熱交換器103では、流入した空調用冷媒が、室外空気と熱交換して放熱する。室外熱交換器103から流出した空調用冷媒は、逆止弁105aを通過し、高圧側接続配管106に導かれ、中継機Eの気液分離器108へ到達する。この気液分離器108に流入した空調用冷媒は、気相状態の空調用冷媒と液相状態の空調用冷媒とに分離される。
そして、飽和蒸気(気相状態の空調用冷媒)は、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。ここでは、飽和蒸気は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。暖房室内機Cに流入した空調用冷媒は、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、給湯熱源用回路Dに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で放熱し(つまり、給湯用冷凍サイクル2に熱を与え)、給湯熱源用絞り手段119で減圧され、暖房室内機Cから流出した空調用冷媒と第1会合部115で合流する。
一方、飽和液(液相状態の空調用冷媒)は、第1内部熱交換器111にて、第2中継機用絞り手段114で低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。それから、第1中継機用絞り手段112を通過して、空調用として利用された冷媒(暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入し、室内熱交換器118や冷媒−冷媒熱交換器41で放熱した空調用冷媒)と第1会合部115で合流する。その後、第1会合部115で合流した空調用冷媒は、第2内部熱交換器113で、第2中継機用絞り手段114で低温・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。この空調用冷媒は、第2会合部116側と第2中継機用絞り手段114側とに分配される。
第2会合部116を導通する空調用冷媒は、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、第2会合部116を導通する空調用冷媒は、冷房室内機Bに流入するようになっている。冷房室内機Bに流入した空調用冷媒は、空調用絞り手段117にて低温・低圧に膨張され、室内熱交換器118で蒸発し、弁手段109bを経て低圧側接続配管107で合流する。また、第2中継機用絞り手段114を導通した空調用冷媒は、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し、低圧側接続配管107で冷房室内機Bを流出した空調用冷媒と合流する。そして、低圧側接続配管107で合流した空調用冷媒は、逆止弁105dを通って四方弁102に導かれ、アキュムレータ104を経て空調用圧縮機101へ戻る。
次に、空調用冷凍サイクル1の暖房主体運転動作について説明する。
図3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(特に、暖房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図4は、暖房主体運転時における空調用冷凍サイクル1の冷媒状態を示すモリエル線図である。図3及び図4に基づいて、空調給湯複合システム100における空調用冷凍サイクル1の暖房主体運転動作について説明する。
図3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(特に、暖房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図4は、暖房主体運転時における空調用冷凍サイクル1の冷媒状態を示すモリエル線図である。図3及び図4に基づいて、空調給湯複合システム100における空調用冷凍サイクル1の暖房主体運転動作について説明する。
図3では、空調用冷凍サイクル1において、暖房室内機Cと給湯熱源用回路Dとに対する負荷の合計よりも冷房室内機Bに対する負荷の方が小さく、室外熱交換器103が蒸発器として働く場合のサイクルの状態(便宜上、暖房主体運転と称する)を示している。図4では、縦軸が絶対圧力(MPa)を、横軸が比エンタルピ(kJ/kg)をそれぞれ示している。また、空調用冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス状態であることをそれぞれ表している。なお、空調用冷凍サイクル1には、空調用冷媒としてR410Aを使用している場合を例に示している。
まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、空調用圧縮機101から吐出して、四方弁102を経由し、逆止弁105cと導通し、高圧側接続配管106に導かれ、過熱ガス状態で中継機E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空調用冷媒は、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。ここでは、過熱ガス状態の空調用冷媒は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。
暖房室内機Cに流入した空調用冷媒は、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、給湯熱源用回路Dに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で放熱し(つまり、給湯用冷凍サイクル2に熱を与え)、給湯熱源用絞り手段119で減圧され、暖房室内機Cから流出した空調用冷媒と第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空調用冷媒の一部は、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・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行うことにより過冷却度を得る。
それから、第1中継機用絞り手段112を通過して、空調用として利用された空調用冷媒(暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入し、室内熱交換器118や冷媒−冷媒熱交換器41で放熱した空調用冷媒)と第1会合部115で合流する。なお、第1中継機用絞り手段112を通る一部の過熱ガス状態の空調用冷媒は、第1中継機用絞り手段112を全閉にして、皆無にしてもよい。その後、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・低圧に膨張した空調用冷媒と熱交換を行うことにより過冷却度を得る。この空調用冷媒は、第2会合部116側と第2中継機用絞り手段114側とに分配される。
第2会合部116を導通する空調用冷媒は、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、第2会合部116を導通する空調用冷媒は、冷房室内機Bに流入するようになっている。冷房室内機Bに流入した空調用冷媒は、空調用絞り手段117にて低温・低圧に膨張され、室内熱交換器118で蒸発し、弁手段109bを経て低圧側接続配管107で合流する。また、第2中継機用絞り手段114を導通した空調用冷媒は、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し、低圧側接続配管107で冷房室内機Bを流出した空調用冷媒と合流する。そして、低圧側接続配管107で合流した空調用冷媒は、逆止弁105dを通って室外熱交換器103に導かれ、運転条件によっては残留している液冷媒を蒸発させ、四方弁102、アキュムレータ104を経て空調用圧縮機101へ戻る。
[給湯用冷凍サイクル2]
図1及び図3に基づいて、給湯用冷凍サイクル2について説明する。なお、給湯用冷凍サイクル2の動作は、空調用冷凍サイクル1の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。図1及び図3に示すように、給湯用冷凍サイクル2は、給湯用圧縮機21と、熱媒体−冷媒熱交換器51と、給湯用絞り手段22と、冷媒−冷媒熱交換器41と、によって構成されている。つまり、給湯用冷凍サイクル2は、給湯用圧縮機21、熱媒体−冷媒熱交換器51、給湯用絞り手段22、及び、冷媒−冷媒熱交換器41が直列に接続されて第2冷媒回路を構成し、この第2冷媒回路に給湯用冷媒を循環させることで成立している。
図1及び図3に基づいて、給湯用冷凍サイクル2について説明する。なお、給湯用冷凍サイクル2の動作は、空調用冷凍サイクル1の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。図1及び図3に示すように、給湯用冷凍サイクル2は、給湯用圧縮機21と、熱媒体−冷媒熱交換器51と、給湯用絞り手段22と、冷媒−冷媒熱交換器41と、によって構成されている。つまり、給湯用冷凍サイクル2は、給湯用圧縮機21、熱媒体−冷媒熱交換器51、給湯用絞り手段22、及び、冷媒−冷媒熱交換器41が直列に接続されて第2冷媒回路を構成し、この第2冷媒回路に給湯用冷媒を循環させることで成立している。
給湯用圧縮機21は、給湯用冷媒を吸入し、その給湯用冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御されるタイプのもので構成するとよい。熱媒体−冷媒熱交換器51は、給湯用水循環サイクル3を循環する水(熱媒体)と、給湯用冷凍サイクル2を循環する給湯用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。給湯用絞り手段22は、減圧弁や膨張弁として機能し、給湯用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−冷媒熱交換器41は、給湯用冷凍サイクル2を循環する給湯用冷媒と、空調用冷凍サイクル1を循環する空調用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。
ここで、給湯用冷凍サイクル2の運転動作について説明する。
図2及び図4には、冷房主体運転時及び暖房主体運転時における給湯用冷凍サイクル2の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)が併せて図示してある。図1〜図4に基づいて、空調給湯複合システム100における給湯用冷凍サイクル2の動作について説明する。なお、給湯用冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス状態であることをそれぞれ表している。また、給湯用冷凍サイクル2には、給湯用冷媒としてR134aを使用している場合を例に示している。
図2及び図4には、冷房主体運転時及び暖房主体運転時における給湯用冷凍サイクル2の冷媒状態を示すモリエル線図(P−H線図)が併せて図示してある。図1〜図4に基づいて、空調給湯複合システム100における給湯用冷凍サイクル2の動作について説明する。なお、給湯用冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス状態であることをそれぞれ表している。また、給湯用冷凍サイクル2には、給湯用冷媒としてR134aを使用している場合を例に示している。
まず、給湯用圧縮機21で高温・高圧にされた給湯用冷媒は、給湯用圧縮機21から吐出して、熱媒体−冷媒熱交換器51に流入する。この熱媒体−冷媒熱交換器51では、流入した給湯用冷媒が、給湯用水循環サイクル3を循環している水を加熱することで放熱する。この給湯用冷媒は、給湯用絞り手段22で空調用冷凍サイクル1の給湯熱源用回路Dにおける冷媒−冷媒熱交換器41の出口温度以下まで膨張される。膨張された給湯用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で、給湯熱源用回路Dを流れる空調用冷媒から受熱して蒸発し、給湯用圧縮機21へ戻る。
[給湯用水循環サイクル3]
図1及び図3に基づいて、給湯用水循環サイクル3について説明する。なお、給湯用水循環サイクル3の動作は、空調用冷凍サイクル1の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。図1及び図3に示すように、給湯用水循環サイクル3は、水循環用ポンプ31と、熱媒体−冷媒熱交換器51と、貯湯タンク32と、によって構成されている。
図1及び図3に基づいて、給湯用水循環サイクル3について説明する。なお、給湯用水循環サイクル3の動作は、空調用冷凍サイクル1の運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではない。図1及び図3に示すように、給湯用水循環サイクル3は、水循環用ポンプ31と、熱媒体−冷媒熱交換器51と、貯湯タンク32と、によって構成されている。
水循環用ポンプ31は、貯湯タンク32に蓄えられている水を吸入し、その水を加圧し、給湯用水循環サイクル3内を循環させるものであり、たとえばインバータにより回転数が制御されるタイプのもので構成するとよい。熱媒体−冷媒熱交換器51は、上述したように、給湯用水循環サイクル3を循環する水(熱媒体)と、給湯用冷凍サイクル2を循環する給湯用冷媒との、間で熱交換を行なうものである。貯湯タンク32は、熱媒体−冷媒熱交換器51で加熱された水を貯えておくものである。
まず、貯湯タンク32に蓄えられている比較的低温な水は、水循環用ポンプ31によって貯湯タンク32の底部から引き出されるとともに、水頭を得る。水頭を得た水は、熱媒体−冷媒熱交換器51に流入し、この熱媒体−冷媒熱交換器51で給湯用冷凍サイクル2を循環している給湯用冷媒から受熱する。すなわち、熱媒体−冷媒熱交換器51に流入した水は、給湯用冷凍サイクル2を循環している給湯用冷媒によって沸き上げられて、温度が上昇するのである。そして、沸き上げられた水は、貯湯タンク32の比較的高温な上部へ戻り、この貯湯タンク32に蓄えられることになる。
なお、この実施の形態1では、図1及び図3に示すように、貯湯タンク32内の水を熱媒体−冷媒熱交換器51にて直接加熱する場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、水循環用ポンプ31及び熱媒体−冷媒熱交換器51を通る水を貯湯タンク32内の水とは独立な閉鎖系として、その配管を貯湯タンク32内に通すことにより、貯湯タンク32内の水を加温する構成としてもよい。この場合、閉鎖系内の媒体は、水でなくブライン(不凍液)等でもよい。
また、逆止弁105a、逆止弁105b、逆止弁105c、逆止弁105d、逆止弁110a及び逆止弁110bを電磁弁のような弁手段で構成し、より確実に冷媒流路の切り替えを行なうようにしてもよい。さらに、空調用圧縮機101及び給湯用圧縮機21は、レシプロタイプやロータリータイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等の各種タイプのいずれのものを用いてもよく、回転数が可変可能のものに限定することなく、回転数固定のものでも構わない。
空調用冷凍サイクル1を循環する空調用冷媒にR410Aを、給湯用冷凍サイクル2を循環する給湯用冷媒にR134aを採用した場合を例に説明したが、冷媒の種類を特に限定するものではない。たとえば、二酸化炭素(CO2 )や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、HFC410A、HFC407C、HFC404A等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒、若しくは既存の製品に使用されているR22やR134a等のフロン系冷媒のいずれを採用してもよい。また、空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2とは、それぞれ独立した冷媒回路構成になっており、循環する冷媒は、同じ種類でもよいし、別の種類でもよいが、それぞれ混ざることなく冷媒−冷媒熱交換器41及び熱媒体−冷媒熱交換器51で互いに熱交換をしているものとする。
給湯用冷媒として臨界温度の低い冷媒を用いた場合、高温の給湯を行う際に熱媒体−冷媒熱交換器51における放熱過程での給湯用冷媒が超臨界状態となることが想定される。しかしながら、一般に放熱過程の冷媒が超臨界状態にある場合、放熱器圧力や放熱器出口温度の変化によるCOPの変動が大きく、高いCOPを得る運転を行うためには、より高度な制御が要求される。また、一般に、臨界温度の低い冷媒は、同一温度に対する飽和圧力が高く、その分、配管や圧縮機の肉厚を大きくする必要があるので、コスト増の要因ともなる。
さらに、レジオネラ菌等の繁殖を抑えるための貯湯タンク32内に蓄えられる水の推奨温度が60℃以上であることを鑑みると、給湯の目標温度が最低でも60℃以上となることが望ましい。以上のことを踏まえ、給湯用冷媒は、最低でも60℃以上の臨界温度を持つ冷媒を採用することが望ましい。このような冷媒を給湯用冷凍サイクル2の給湯用冷媒として採用すれば、より低コストで、より安定的に、高いCOPを得ることができると想定される。
この実施の形態1では、室外熱交換器103において空調用冷媒が空気と熱交換する場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、水や冷媒、ブライン等と熱交換する構成としてもよい。また、実施の形態1では、図1及び図3に示すように、冷房室内機B及び暖房室内機Cには2台以上の室内熱交換器118が搭載されている場合を示しているが、これに限定するものではない。たとえば、図1に示す冷房主体運転の場合においては、冷房室内機Bの室内熱交換器118が1台、暖房室内機Cの室内熱交換器118が無いか若しくは1台であってもよい。また、たとえば、図3に示す暖房主体運転の場合においては、冷房室内機B及び暖房室内機Cの室内熱交換器118がともに無いか若しくは1台であってもよい。
冷房室内機Bや暖房室内機Cのそれぞれの室内熱交換器118の容量を特に限定するものではなく、それぞれの室内熱交換器118の容量が異なっていてもよく、同一であってもよい。また、空調用冷凍サイクル1において余剰冷媒をアキュムレータ104によって貯留する場合を示したが、これに限定するものではなく、アキュムレータ104を取り除き、空調用冷凍サイクル1において放熱器となる熱交換器(室外熱交換器103や室内熱交換器118、冷媒−冷媒熱交換器41等)で余剰冷媒を貯留するようにしてもよい。
この実施の形態1に係る空調給湯複合システム100では、給湯負荷系統を二元サイクル(空調用冷凍サイクル1及び給湯用冷凍サイクル2)で構成しているため、高温の給湯需要(たとえば、80℃以上の湯)を提供する場合に、給湯用冷凍サイクル2の放熱器(熱媒体−冷媒熱交換器51)の温度を高温(たとえば、凝縮温度85℃)に設定すれば済む。したがって、給湯需要の他に暖房負荷の要求がある場合に、暖房室内機Cの凝縮温度(たとえば、50℃)までも増加させずに済むことになり、エネルギーの消費を低減することができる。
また、たとえば、夏期の空調冷房運転中に高温の給湯需要があった場合、従来はボイラー等を利用して給湯需要に対応する必要があったが、この実施の形態1に係る空調給湯複合システム100では、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うので、システムCOPが大幅に向上し、省エネとなる。以上のように、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100に基づいて、本発明の一例を説明したが、本発明の効果を示す空調給湯複合システム100に導入可能な空調用冷凍サイクル1は、これに限るものではなく、冷房機能と暖房機能とを同時に供給可能な構成であればどのようなものでもよく、たとえば以下の実施の形態2に示す構成としてもよい。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成(特に、冷房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図5に基づいて、空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成、特に冷房主体運転時の冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100aは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。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と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
図5は、本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成(特に、冷房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図5に基づいて、空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成、特に冷房主体運転時の冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100aは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。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と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
図5に示すように、実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aでは、空調用冷凍サイクル1aの熱源機A2 及び中継機E2 が実施の形態1に係る空調給湯複合システム100における空調用冷凍サイクル1の熱源機A及び中継機Eと異なる構成となっていることを特徴としている。なお、熱源機A2 及び中継機E2 以外の構成(つまり、冷房室内機B、暖房室内機C、給湯熱源用回路D、給湯用冷凍サイクル2及び給湯用水循環サイクル3)については、実施の形態1と同様の構成となっている。
[熱源機A2 ]
熱源機A2 は、空調用圧縮機101と、四方弁102と、室外熱交換器103と、第1熱源機用絞り手段124と、アキュムレータ104とで、構成されており、この熱源機A2 は、熱源機Aと同様に、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dに冷熱を供給する機能を有している。また、空調用圧縮機101に接続している吐出側配管140が、空調用圧縮機101と四方弁102との間で分岐し、一方(吐出側配管140a)が四方弁102に接続し、他方(吐出側配管140b)が空調用吐出ガス配管125に接続している。
熱源機A2 は、空調用圧縮機101と、四方弁102と、室外熱交換器103と、第1熱源機用絞り手段124と、アキュムレータ104とで、構成されており、この熱源機A2 は、熱源機Aと同様に、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dに冷熱を供給する機能を有している。また、空調用圧縮機101に接続している吐出側配管140が、空調用圧縮機101と四方弁102との間で分岐し、一方(吐出側配管140a)が四方弁102に接続し、他方(吐出側配管140b)が空調用吐出ガス配管125に接続している。
さらに、熱源機A2 では、四方弁102と室外熱交換器103との間における接続配管と、四方弁102のもう一つの冷媒流路(四方弁102と室外熱交換器103とが直接接続していない方の冷媒流路)となる接続配管とを、接続するバイパス管141が設けられている。すなわち、バイパス管141は、四方弁102と室外熱交換器103とを直接接続するために設けられているのである。そして、バイパス管141には、空調用冷媒の流れる上流側から第2熱源機用絞り手段128、逆止弁105eが設置されている。
第1熱源機用絞り手段124及び第2熱源機用絞り手段128は、減圧弁や膨張弁として機能し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この第1熱源機用絞り手段124及び第2熱源機用絞り手段128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。逆止弁105eは、所定の方向(四方弁102から室外熱交換器103への方向)のみに空調用冷媒の流れを許容するものである。
[中継機E2 ]
中継機E2 は、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dのそれぞれと、熱源機A2 とを、接続する機能を有すると共に、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、接続される室内熱交換器118及び冷媒−冷媒熱交換器41を冷房機(冷水器)とするか暖房機(給湯機)とするかを決定する機能を有している。この中継機E2 は、第1分配部109のみが設けられており、気液分離器108、第2分配部110、第1内部熱交換器111、第1中継機用絞り手段112、第2内部熱交換器113及び第2中継機用絞り手段114が設けられていない点で実施の形態1に係る中継機Eと異なっている。
中継機E2 は、冷房室内機B、暖房室内機C及び給湯熱源用回路Dのそれぞれと、熱源機A2 とを、接続する機能を有すると共に、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、接続される室内熱交換器118及び冷媒−冷媒熱交換器41を冷房機(冷水器)とするか暖房機(給湯機)とするかを決定する機能を有している。この中継機E2 は、第1分配部109のみが設けられており、気液分離器108、第2分配部110、第1内部熱交換器111、第1中継機用絞り手段112、第2内部熱交換器113及び第2中継機用絞り手段114が設けられていない点で実施の形態1に係る中継機Eと異なっている。
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(接続配管133b及び接続配管135b)が空調用吐出ガス配管125に接続し、他方(接続配管133a及び接続配管135a)が空調用吸入ガス配管126に接続するようになっている。また、中継機E2 では、第2分配部110が設けられていないため接続配管134及び接続配管136が分岐されておらず、接続配管134及び接続配管136は、空調用液配管127に接続されるようになっている。
ここで、空調用冷凍サイクル1aの冷房主体運転動作について説明する。
まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、一部が空調用吐出ガス配管125へ導かれ中継機E2 に流入し、他は四方弁102へ導かれる。空調用吐出ガス配管125へ導かれた空調用冷媒は、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、空調用冷媒は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。また、暖房室内機Cに流入した空調用冷媒は、室内熱交換器118で放熱し、空調用絞り手段117で減圧され、空調用液配管127で合流する。給湯熱源用回路Dに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で放熱し、給湯熱源用絞り手段119で減圧され、暖房室内機Cから流出した空調用冷媒と空調用液配管127で合流する。
まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、一部が空調用吐出ガス配管125へ導かれ中継機E2 に流入し、他は四方弁102へ導かれる。空調用吐出ガス配管125へ導かれた空調用冷媒は、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、空調用冷媒は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。また、暖房室内機Cに流入した空調用冷媒は、室内熱交換器118で放熱し、空調用絞り手段117で減圧され、空調用液配管127で合流する。給湯熱源用回路Dに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で放熱し、給湯熱源用絞り手段119で減圧され、暖房室内機Cから流出した空調用冷媒と空調用液配管127で合流する。
一方、四方弁102へ導かれた空調用冷媒は、四方弁102を経由し、室外熱交換器103に流入する。この室外熱交換器103では、流入した空調用冷媒が、室外空気と熱交換して放熱する。室外熱交換器103から流出した空調用冷媒は、第1熱源機用絞り手段124で減圧され、空調用液配管127で合流する。この空調用液配管127で合流した空調用冷媒は、弁手段109aが開いている回路に分配される。ここでは、空調用冷媒は、冷房室内機Bに流入するようになっている。冷房室内機Bに流入した空調用冷媒は、空調用絞り手段117にて低温・低圧に膨張され、室内熱交換器118で蒸発し、弁手段109aを経て空調用吸入ガス配管126で合流する。空調用吸入ガス配管126で合流した空調用冷媒は、一部がアキュムレータ104を経て空調用圧縮機101へ戻り、他はバイパス管141に導かれる。
次に、空調用冷凍サイクル1aの暖房主体運転動作について説明する。
図6は、本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成(特に、暖房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図6に基づいて、空調給湯複合システム100aにおける空調用冷凍サイクル1aの暖房主体運転動作について説明する。まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、その大部分が空調用吐出ガス配管125へ導かれ、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、空調用冷媒は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。
図6は、本発明の実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aの冷媒回路構成(特に、暖房主体運転時の冷媒回路構成)を示す冷媒回路図である。図6に基づいて、空調給湯複合システム100aにおける空調用冷凍サイクル1aの暖房主体運転動作について説明する。まず、空調用圧縮機101で高温・高圧にされた空調用冷媒は、その大部分が空調用吐出ガス配管125へ導かれ、弁手段109bが開いている回路に分配される。ここでは、空調用冷媒は、暖房室内機Cや給湯熱源用回路Dに流入するようになっている。
暖房室内機Cに流入した空調用冷媒は、室内熱交換器118で放熱し、空調用絞り手段117で減圧され、空調用液配管127で合流する。また、給湯熱源用回路Dに流入した空調用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器41で放熱し、給湯熱源用絞り手段119で減圧され、暖房室内機Cから流出した空調用冷媒と空調用液配管127で合流する。この空調用液配管127で合流した空調用冷媒は、弁手段109aが開いている回路と、室外熱交換器103に導かれる回路とに分配される。ここでは、空調用冷媒は、冷房室内機Bと、室外熱交換器103とに流入するようになっている。
弁手段109aが開いている回路に分配された空調用冷媒は、空調用絞り手段117で低温・低圧に膨張され、冷房室内機Bの室内熱交換器118で蒸発し、空調用吸入ガス配管126で合流する。また、室外熱交換器103に導かれた空調用冷媒は、第1熱源機用絞り手段124で低温・低圧に膨張し、室外熱交換器103で蒸発し、バイパス管141に導かれ、第2熱源機用絞り手段128及び逆止弁105eを経た吐出ガス冷媒と合流する。この空調用冷媒は、四方弁102を経て、冷房室内機Bに導かれた空調用冷媒と空調用吸入ガス配管126で合流する。この空調用吸入ガス配管126で合流した空調用冷媒は、アキュムレータ104を経て空調用圧縮機101へ戻る。
給湯用冷凍サイクル2の動作は、空調用冷凍サイクル1aの運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではなく、構成及び動作については実施の形態1で説明した通りである。給湯用水循環サイクル3の動作も、空調用冷凍サイクル1aの運転状態、つまり冷房主体運転を実行しているか、暖房主体運転を実行しているかで相違するものではなく、構成及び動作については実施の形態1で説明した通りである。
なお、逆止弁105eを電磁弁のような弁手段で構成し、より確実に冷媒流路の切り替えを行なうようにしてもよい。また、空調用冷凍サイクル1aを循環する空調用冷媒は、種類を特に限定するものではない。たとえば、実施の形態1と同様にR410Aを使用してもよく、二酸化炭素(CO2 )や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、HFC410A、HFC407C、HFC404A等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒、若しくは既存の製品に使用されているR22やR134a等のフロン系冷媒のいずれを採用してもよい。
空調用冷凍サイクル1aと給湯用冷凍サイクル2とは、それぞれ独立した冷媒回路構成になっており、循環する冷媒は、同じ種類でもよいし、別の種類でもよいが、それぞれ混ざることなく冷媒−冷媒熱交換器41及び熱媒体−冷媒熱交換器51で互いに熱交換をしているものとする。また、実施の形態2では、図5及び図6に示すように、冷房室内機B及び暖房室内機Cには2台以上の室内熱交換器118が搭載されている場合を示しているが、これに限定するものではない。たとえば、図5に示す冷房主体運転の場合においては、冷房室内機Bの室内熱交換器118が1台、暖房室内機Cの室内熱交換器118が無いか若しくは1台であってもよい。また、たとえば、図6に示す暖房主体運転の場合においては、冷房室内機B及び暖房室内機Cの室内熱交換器118がともに無いか若しくは1台であってもよい。
この実施の形態2に係る空調給湯複合システム100aでは、給湯負荷系統を二元サイクル(空調用冷凍サイクル1a及び給湯用冷凍サイクル2)で構成しているため、高温の給湯需要(たとえば、80℃以上の湯)を提供する場合に、給湯用冷凍サイクル2の放熱器(熱媒体−冷媒熱交換器51)の温度を高温(たとえば、凝縮温度85℃)に設定すれば済む。したがって、給湯需要の他に暖房負荷の要求がある場合に、暖房室内機Cの凝縮温度(たとえば、50℃)までも増加させずに済むことになり、エネルギーの消費を低減することができる。
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3に係る空調給湯複合システム100bの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図7に基づいて、空調給湯複合システム100bの冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100bは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、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する。
図7は、本発明の実施の形態3に係る空調給湯複合システム100bの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図7に基づいて、空調給湯複合システム100bの冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100bは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、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する。
この図7では、冷房主体運転における四方弁102の状態を実線で、暖房主体運転における四方弁102の状態を破線でそれぞれ示している。また、図7には、給湯用冷凍サイクル筐体200を表す一点鎖線を図示している。つまり、空調用冷凍サイクル1の一部、給湯用冷凍サイクル2、及び、給湯用水循環サイクル3の一部が、給湯用冷凍サイクル筐体200に収納されるようになっているのである。それに加え、給湯用冷凍サイクル筐体200の着脱を可能にするために、空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2との接続部分、及び、給湯用冷凍サイクル2と給湯用水循環サイクル3との接続部分に接続用バルブが取り付けられている。
空調用冷凍サイクル1と給湯用冷凍サイクル2との接続部分、つまり接続配管135及び接続配管136には、それぞれ2つの接続用バルブ(接続用バルブ201及び接続用バルブ202、接続用バルブ203及び接続用バルブ204)が取り付けられている。接続用バルブ202及び接続用バルブ203は、給湯用冷凍サイクル筐体200内に取り付けられており、接続用バルブ201及び接続用バルブ204は、給湯用冷凍サイクル筐体200外に取り付けられている。
給湯用冷凍サイクル2と給湯用水循環サイクル3との接続部分、つまり熱媒体−冷媒熱交換器51と貯湯タンク32を接続している水配管及び水循環用ポンプ31と熱媒体−冷媒熱交換器51とを接続している水配管には、それぞれ2つの接続用バルブ(接続用バルブ205及び接続用バルブ206、接続用バルブ207及び接続用バルブ208)が取り付けられている。接続用バルブ206及び接続用バルブ207は、給湯用冷凍サイクル筐体200内に取り付けられており、接続用バルブ205及び接続用バルブ208は、給湯用冷凍サイクル筐体200外に取り付けられている。
すなわち、実施の形態3に係る空調給湯複合システム100bでは、実施の形態1に係る空調給湯複合システム100の構成に加え、着脱可能な給湯用冷凍サイクル筐体200を設けた点が異なっている。なお、給湯用冷凍サイクル筐体200、接続用バルブ201〜接続用バルブ208以外の構成(つまり、熱源機A、冷房室内機B、暖房室内機C、給湯熱源用回路D、中継機E、空調用冷凍サイクル1、給湯用冷凍サイクル2及び給湯用水循環サイクル3)については、実施の形態1と同様の構成となっている。
空調給湯複合システム100bをこのような構成とすることにより、汎用の空調用冷凍サイクルに対して、汎用の室内機(冷房室内機Bや暖房室内機C等)を代替する形で、本発明に関わる空調給湯複合システム100bを構成することができる。したがって、専用の空調用冷凍サイクルに対する開発投資を抑制できるとともに、既設の空調用冷凍サイクルを用いて本発明による空調給湯複合システム100bを構成することができ、より容易に省エネを実現することができる。
実施の形態4.
図8は、本発明の実施の形態4に係る空調給湯複合システム100cの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図8に基づいて、空調給湯複合システム100cの冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100cは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。なお、この実施の形態4では上述した実施の形態1〜実施の形態3との相違点を中心に説明するものとし、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する。
図8は、本発明の実施の形態4に係る空調給湯複合システム100cの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図8に基づいて、空調給湯複合システム100cの冷媒回路構成について説明する。この空調給湯複合システム100cは、ビルやマンション等に設置され、冷媒(空調用冷媒)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。なお、この実施の形態4では上述した実施の形態1〜実施の形態3との相違点を中心に説明するものとし、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する。
この図8では、冷房主体運転における四方弁102の状態を実線で、暖房主体運転における四方弁102の状態を破線でそれぞれ示している。図8に示すように、実施の形態4に係る空調給湯複合システム100cは、基本的に実施の形態1に係る空調給湯複合システム100と同様であるが、給湯用低圧側圧力検出手段23、給湯用高圧側圧力検出手段24、出湯温度検出手段(熱媒体温度検出手段)33、給湯用制御手段25、及び、空調用制御手段120が設けられている点が異なっている。
給湯用低圧側圧力検出手段23は、給湯用圧縮機21の吸入側に設けられており、給湯用圧縮機21に吸入される空調用冷媒の圧力を検出するものである。給湯用高圧側圧力検出手段24は、給湯用圧縮機21の吐出側に設けられており、給湯用圧縮機21から吐出された空調用冷媒の圧力を検出するものである。出湯温度検出手段33は、熱媒体−冷媒熱交換器51の水出口側に設けられており、貯湯タンク32に蓄えられ、出湯される予定の水の温度を検出するものである。また、給湯用低圧側圧力検出手段23、給湯用高圧側圧力検出手段24、及び、出湯温度検出手段33での検出情報は、給湯用制御手段25に出力されるようになっている。
給湯用制御手段25は、給湯用通信手段26と、給湯用演算手段27と、給湯用記憶手段28とで構成されている。この給湯用制御手段25は、上記各検出手段からの検出情報である給湯用冷凍サイクル2のON/OFF状態、たとえば給湯用圧縮機21のON/OFF状態や周波数、吐出温度等や、給湯用冷凍サイクル2を循環している給湯用冷媒の高圧側圧力や低圧側圧力、凝縮温度、蒸発温度等、熱媒体−冷媒熱交換器51の入水温度や出湯温度等、給湯用絞り手段22及び給湯熱源用絞り手段119の絞り具合(電子膨張弁を用いた場合のパルス数)等の情報の内、少なくとも1つを給湯用記憶手段28で記憶し、この記憶された情報に基づいて給湯用演算手段27が演算し、各種制御を実行するようになっている。
空調用制御手段120は、空調用通信手段121と、空調用演算手段122と、空調用記憶手段123とで構成されている。そして、空調用制御手段120及び給湯用制御手段25は、給湯用制御手段25の有する給湯用通信手段26と、空調用制御手段120の有する空調用通信手段121とを介して、互いに情報を通信することによって、連携した制御動作が可能となっている。このように、2つの制御手段を通信可能とすることで、より高度な、より安定性の増した、省エネシステムが構築できる。
空調用制御手段120は、図示省略の各種検出手段からの検出情報である空調用冷凍サイクル1のON/OFF状態、たとえば空調用圧縮機101のON/OFF状態や周波数、吐出温度等や、空調用冷凍サイクル1を循環している空調用冷媒の高圧側圧力や低圧側圧力、凝縮温度、蒸発温度等、室外熱交換器103のファン風量や入口温度、出口温度、吸込空気温度等、四方弁102の切替状態、第1中継機用絞り手段112、第2中継機用絞り手段114、及び空調用絞り手段117の絞り具合、弁手段109a及び弁手段109bの切替状態、冷房室内機B及び暖房室内機Cのファン風量や室内機吸込空気温度等の情報の内、少なくとも一つ以上を空調用記憶手段123で記憶し、この記憶された情報に基づいて空調用演算手段122が演算し、各種制御を実行するようになっている。
本実施の形態にて行なわれる制御の具体的態様を以下に挙げる。
たとえば、空調用制御手段120から給湯用制御手段25へ、空調用圧縮機101のON/OFF状態を通信し、それに合わせて給湯用圧縮機21のON/OFFタイミングを制御すれば、給湯用圧縮機21の無駄な運転をしなくて済み、その分の省エネが実現できる。また、空調用圧縮機101の起動後、空調用冷凍サイクル1の安定を待ってから給湯用圧縮機21を起動させることにより、給湯用冷凍サイクル2の給湯用冷媒が冷媒−冷媒熱交換器41を通過する際に、空調用冷凍サイクル1の熱を十分吸熱でき、蒸発することができるため、給湯用冷凍サイクル2が安定して動作することができるようになり、システムの信頼性が増し、確実に省エネにすることができる。
たとえば、空調用制御手段120から給湯用制御手段25へ、空調用圧縮機101のON/OFF状態を通信し、それに合わせて給湯用圧縮機21のON/OFFタイミングを制御すれば、給湯用圧縮機21の無駄な運転をしなくて済み、その分の省エネが実現できる。また、空調用圧縮機101の起動後、空調用冷凍サイクル1の安定を待ってから給湯用圧縮機21を起動させることにより、給湯用冷凍サイクル2の給湯用冷媒が冷媒−冷媒熱交換器41を通過する際に、空調用冷凍サイクル1の熱を十分吸熱でき、蒸発することができるため、給湯用冷凍サイクル2が安定して動作することができるようになり、システムの信頼性が増し、確実に省エネにすることができる。
また、空調用圧縮機101が故障や負荷過小につき、一旦停止してから再び稼動するようなときであって、かつ給湯用圧縮機21が高周波数で運転している場合には、給湯用圧縮機21を空調用圧縮機101と連動して制御せずに、給湯用圧縮機21を高周波数で運転すると、空調用圧縮機101の停止中に給湯用冷凍サイクル2の低圧側圧力が異常低下を起こし、空調用圧縮機101の再稼動時に大きなヒートショックを起こすことが想定される。このため、給湯用圧縮機21が稼働中に空調用圧縮機101が停止した場合に、たとえば給湯用冷凍サイクル2の低圧側圧力が所定の範囲に収まることを給湯用圧縮機21の制御目標に追加することにより、大きなヒートショックを防止し、より長期にわたってシステムの信頼性が増し、確実に省エネにすることができる。
また、実施の形態4に係る空調給湯複合システム100cでは、貯湯タンク32内の水が低温の状況において、給湯用圧縮機21の圧縮比が小さくなり易く、給湯用圧縮機21のストール等の恐れが生じる。このため、給湯用制御手段25が記憶している給湯用冷凍サイクル2の給湯用低圧側圧力検出手段23と給湯用高圧側圧力検出手段24の出力に基づいて、給湯用演算手段27によって算出される給湯用圧縮機21の圧縮比が所定の範囲を下回った時は、給湯用絞り手段22を絞ることによって、圧縮比を増加させる方向に給湯用冷凍サイクル2を制御し、システムの信頼性を増加させ、確実に省エネにすることができる。
具体的には、給湯用制御手段25と給湯用絞り手段22とを有線又は無線にて接続し、直接的に信号を与えてもよいし(たとえば、電子膨張弁を用いる場合、パルスを減少させる信号を送る)、給湯用絞り手段22の制御目標値として想定される、熱媒体−冷媒熱交換器51の出口における給湯用冷媒の過冷却度、若しくは冷媒−冷媒熱交換器41の出口の給湯用冷媒の過熱度を、給湯用冷凍サイクル2の圧縮比が所定の範囲内にある場合の値よりも増加させることにより、間接的に給湯用絞り手段22を絞ってもよい。
また、給湯熱源用絞り手段119に対して、絞る制御信号を与えることによっても、給湯用冷凍サイクル2の蒸発熱源が減少するため、給湯用冷凍サイクル2の低圧側圧力が減少し、以って、圧縮比を増加させることができる。具体的には、給湯用制御手段25と給湯熱源用絞り手段119とを有線または無線にて接続し、直接的に絞る信号を与えてもよいし(たとえば、電子膨張弁を用いる場合、パルスを減少させる信号を送る)、給湯熱源用絞り手段119の制御目標値として想定される、冷媒−冷媒熱交換器41出口の空調用冷媒の過冷却度を、給湯用冷凍サイクル2の圧縮比が所定の範囲内にある場合の値よりも増加させることにより、間接的に給湯用絞り手段119を絞ってもよい。
なお、ここでは、給湯熱源用絞り手段119の制御を給湯用制御手段25と有線または無線にて接続して行う場合を示したが、これに限るものではなく、空調用制御手段120と接続して行ってもよい。また、給湯用低圧側圧力検出手段23は、たとえば給湯用絞り手段22と冷媒−冷媒熱交換器41の間の配管に温度検出手段を貼付して蒸発温度を検出し、その出力から算出される飽和圧力で以って代替してもよい。さらに、熱媒体−冷媒熱交換器51がプレート熱交換器の場合は困難であるが、たとえば二重管熱交換器で外側に冷媒を流す時のように、温度検出手段で凝縮温度を検出可能な場合は、給湯用高圧側圧力検出手段24も同様に、温度検出手段によって凝縮温度を検出し、その出力から算出される飽和圧力で以って代替してもよい。
また、給湯用圧縮機21の制御に関しては、出湯温度検出手段33の出力を目標値として制御すると、直接ユーザーの需要に従うことになるので、無駄な運転が無く、省エネとなる。但し、熱媒体−冷媒熱交換器51の水側の配管は、耐腐食性の観点からステンレスが採用されることが想定され、この場合、出湯温度を検出するためには、出湯部の配管外部に温度検出手段を貼付する方法は採用できず、直接配管内部の水温を検出することが必要となり、コストアップの要因となり、省エネシステム導入の障害となる。
しかしながら、熱媒体−冷媒熱交換器51の性能が事前に分かっていれば、水と熱交換を行っている給湯用冷媒の凝縮温度から出湯温度をある程度の精度で推測できることが分かっている。たとえば、ある組み合わせにおいて、出湯温度と給湯用冷凍サイクル2の凝縮温度との差は6℃であり、そこから水循環量を1/4倍に減じても、その値は3℃までしか小さくならないことがシミュレーションにより確認されている。したがって、直接出湯温度を測定せずとも、給湯用冷凍サイクル2の給湯用高圧側圧力検出手段24の出力に基づいて、ある程度の精度で出湯温度を推定し、当該推定値を以って給湯用圧縮機21の制御目標値とすることができる。
すなわち、給湯用制御手段25は、給湯用冷凍サイクル2の高圧側の圧力、凝縮温度、及び、給湯用圧縮機21の出口から熱媒体−冷媒熱交換器51の入口までの位置における温度のうち、少なくとも1つ以上の値に基づいて、熱媒体−冷媒熱交換器51の出口側における熱媒体(ここでは、水)の温度(出湯温度)を推定し、この推定値が所定の目標値に近づくように、給湯用圧縮機21を制御することができ、コストアップすることなく、省エネシステムを導入することができる。
また、貯湯タンク32内の水が低温の状況において、熱媒体−冷媒熱交換器51における熱交換量が増大する傾向にあり、たとえば同時に暖房室内機Cが稼働している場合には、暖房室内機C側で必要な加熱能力が得られないことがある。
本実施の形態に関わるシステムでは、たとえば貯湯タンク32内の水が低温の場合に、給湯用圧縮機21の周波数の上限値が小さくなるように制御することによって、暖房室内機Cの加熱能力を確保することができ、ユーザの快適性を損なわずに安定的な省エネシステムを実現することができる。
また、本実施の形態では、暖房室内機Cが1台も稼働していない時は、暖房室内機Cの能力不足を懸念する必要がないので、給湯用圧縮機21の周波数の上限値を減少させないという制御も可能で、システムの能力を最大限に活用することが可能となる。なお、貯湯タンク32内の水の温度を、入水温度や出水温度を用いて推測してもよい。
また、本実施の形態では、暖房室内機Cが1台も稼働していない時は、暖房室内機Cの能力不足を懸念する必要がないので、給湯用圧縮機21の周波数の上限値を減少させないという制御も可能で、システムの能力を最大限に活用することが可能となる。なお、貯湯タンク32内の水の温度を、入水温度や出水温度を用いて推測してもよい。
また、本実施の形態に関わるシステムは、空調用冷凍サイクルが、温熱負荷と冷熱負荷とを同時に賄うことにより、排熱を減少させることによる省エネが実現されるシステムであるが、冷房負荷や暖房負荷といった空調負荷がユーザによるリアルタイムの需要に左右されるのに対し、給湯負荷は貯湯タンク32に貯めた温熱を以って賄うことが可能なので、本実施の形態のように、空調用冷凍サイクルと給湯用冷凍サイクルとが互いに通信を行なうシステムならば、たとえば冷房室内機Bの稼働に合わせて、給湯用冷凍サイクル2を稼働させることにより、排熱を最小化させるように運転させることが可能となる。
また、排熱の最小化を図る際、空調用冷凍サイクルと給湯用冷凍サイクルとが通信を行なうことにより、空調用冷凍サイクルの室外熱交換器103での熱交換量が小さくなるように、給湯用圧縮機21を制御することで、排熱の最小化を図ることが可能となる。たとえば、室外熱交換器103が空気熱交換器の場合は、ファンの風量を小さくするように、給湯用圧縮機21を制御すれば、排熱の最小化を図ることが可能となる。
Claims (13)
- 空調用圧縮機、流路切替手段、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接続されているとともに、冷媒−冷媒熱交換器及び給湯熱源用絞り手段が直列に接続されて前記室内熱交換器及び前記空調用絞り手段に並列に接続されている第1冷媒回路に空調用冷媒を循環させる空調用冷凍サイクルと、
給湯用圧縮機、熱媒体−冷媒熱交換器、給湯用絞り手段、及び、前記冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている第2冷媒回路に給湯用冷媒を循環させる給湯用冷凍サイクルと、を備え、
前記空調用冷凍サイクルと前記給湯用冷凍サイクルとは、
前記冷媒−冷媒熱交換器で、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒とが熱交換を行なうように接続されている
ことを特徴とする空調給湯複合システム。 - 情報を有線又は無線で通信する給湯用通信手段を有し、前記給湯用冷凍サイクルの状態に応じてこの給湯用冷凍サイクルの動作を制御する給湯用制御手段と、
情報を有線又は無線で通信する空調用通信手段を有し、前記空調用冷凍サイクルの状態に応じてこの空調用冷凍サイクルの動作を制御する空調用制御手段と、を備え、
前記給湯用制御手段及び前記空調用制御手段は、
前記給湯用通信手段と前記空調用通信手段とが互いに通信することによって前記給湯用冷凍サイクルの動作と前記空調用冷凍サイクルの動作とを連携制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用冷凍サイクルの高圧側の圧力を検出する圧力検出手段、及び、凝縮温度を検出する温度検出手段のうち少なくとも1つと、
前記給湯用冷凍サイクルの低圧側の圧力を検出する圧力検出手段、及び、蒸発温度を検出する温度検出手段のうち少なくとも1つとを備え、
前記給湯用制御手段及び前記空調用制御手段は、
各検出手段からの検出情報を互いに通信することによって、前記空調用冷凍サイクルの動作と前記給湯用冷凍サイクルの動作とを連携制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用制御手段は、
前記各検出手段の検出情報から、前記給湯用圧縮機の圧縮比を演算し、この演算結果が所定の範囲に収まるように前記給湯用絞り手段を制御する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用制御手段は、
前記演算結果に基づいて、前記給湯熱源用絞り手段を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の空調給湯複合システム。 - 前記熱媒体−冷媒熱交換器の出口側における熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出手段を設け、
前記給湯用制御手段は、
前記熱媒体温度検出手段からの情報に基づいて、前記熱媒体−冷媒熱交換器の出口側における熱媒体の温度が所定の目標値に近づくように、前記給湯用圧縮機を制御する
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用制御手段は、
前記給湯用冷凍サイクルの高圧側の圧力、凝縮温度、及び、前記給湯用圧縮機出口から前記熱媒体−冷媒熱交換器入口までの位置における温度のうち、少なくとも1つ以上の値に基づいて、前記熱媒体−冷媒熱交換器の出口側における熱媒体の温度を推定し、この推定値が所定の目標値に近づくように、前記給湯用圧縮機を制御する
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記熱媒体−冷媒熱交換器の出口側における熱媒体の温度に基づいて、前記給湯用圧縮機の周波数の上限値を変化させる
ことを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記室内熱交換器が稼働している場合にのみ、前記熱媒体−冷媒熱交換器の出口側における熱媒体の温度に基づいて、前記給湯用圧縮機の周波数の上限値を変化させる
ことを特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記室外熱交換器での熱交換量が所定の範囲に収まるように、前記給湯用圧縮機を制御する
ことを特徴とする請求項2〜9のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 水循環用ポンプ、前記熱媒体−冷媒熱交換器、及び、貯湯タンクが直列に接続され、熱媒体として水を循環させる給湯用水循環サイクルを備え、
前記熱媒体−冷媒熱交換器で前記給湯用冷媒と前記水が熱交換して前記水が加熱される ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用冷凍サイクルを構成する各機器を同一筐体内に収容する
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の空調給湯複合システム。 - 前記給湯用冷媒には、臨界温度が60℃以上の冷媒を採用する
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
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