WO2018100729A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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- Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
Definitions
- the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that performs an air conditioning operation including cooling and heating and a hot water supply operation.
- a conventional air conditioning and hot water supply complex system includes, for example, one outdoor unit, a plurality of air conditioning indoor units, and a water heater.
- the outdoor unit includes a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, and a control device capable of inverter control.
- Each indoor unit has an indoor heat exchanger
- the water heater has a water heat exchanger.
- An expansion valve is provided for each heat exchanger of the indoor heat exchanger and the water heat exchanger (see, for example, Patent Document 1).
- this combined air-conditioning and hot-water supply system can operate only one indoor unit as a cooling operation or a heating operation, operate all indoor units as a cooling operation or heating operation, and operate only a water heater. In addition, the heating of the indoor unit and the simultaneous operation of the water heater can be performed.
- the expansion valve is located downstream of the heat exchanger in any of the case where the water heater is operated, the indoor unit is heated, and the indoor unit is heated and the water heater is operated simultaneously. Therefore, the refrigerant flows into both the heat exchanger and the water heat exchanger of the indoor unit. For this reason, when one indoor unit is in a heating operation or a water heater is in operation, high-pressure and high-temperature refrigerant also flows through the stopped indoor unit or water heater.
- the drain water adheres to the heat exchanger, and the drain water accumulates in the drain pan.
- the cooling operation is stopped in this state and the water heater is operated, as described above, the high-pressure and high-temperature refrigerant also flows through the heat exchanger of the stopped indoor unit.
- the drain water on the surface of the heat exchanger and the drain water accumulated in the drain pan evaporate, the interior of the indoor unit becomes hot and humid, and as a result, water droplets adhere to members such as the fan and the casing.
- the size of the water droplet increases as the temperature of the heat exchanger increases, and the water droplet falls when the gravity of the water droplet becomes larger than the viscous resistance force against the inner wall of the housing of the water droplet.
- the present invention has been made to solve the above problems, and provides a refrigeration cycle apparatus that prevents water droplets from falling from an indoor unit when a hot water supply operation is performed after the cooling operation of the indoor unit is stopped. To do.
- the refrigeration cycle apparatus includes a heat source unit including a compressor, a refrigerant circulating through a branch pipe for air conditioning branched from a refrigerant pipe connected to the compressor, and air in an air-conditioning target space.
- An indoor unit for exchanging heat in the water a hot water heater for exchanging heat between the refrigerant circulating in the hot water branch pipe branched from the refrigerant pipe and water, and a pressure sensor for detecting the discharge pressure of the compressor
- a controller that controls the compressor according to the operating state of the indoor unit and the water heater, and the controller operates the water heater after stopping the cooling operation of the indoor unit.
- an upper limit value is set to the target value of the discharge pressure of the compressor, and the compressor is controlled so that the discharge pressure detected by the pressure sensor follows the upper limit value.
- FIG. 1 It is a conceptual diagram which shows the refrigerant circuit of the air conditioning hot-water supply complex system in Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the internal structure of the example of 1 structure of the indoor unit shown in FIG. It is a block diagram which shows the example of 1 structure of the control part shown in FIG. It is a flowchart which shows the procedure which determines the control flag regarding control of a compressor about the control method in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows the procedure of the operation
- FIG. 2 It is a conceptual diagram which shows the refrigerant circuit of the air-conditioning / hot-water supply complex system in Embodiment 2 of this invention. It is a graph which shows transition of the discharge pressure and operation frequency of a compressor, the temperature of the water in a tank, and the state of the power supply of a heater in the case where the water heater shown in FIG. 6 performs a boiling operation. It is a flowchart which shows the procedure of the operation
- FIG. 1 is a conceptual diagram showing a refrigerant circuit of an air conditioning and hot water supply complex system in Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an internal structure of a configuration example of the indoor unit shown in FIG.
- FIG. 2 shows the case where the indoor units 302a and 302b shown in FIG. 1 are cassette type indoor units, the indoor units 302a and 302b are not limited to cassette type indoor units.
- FIG. 2 shows a half cross-sectional structure of the indoor unit 302a.
- the air conditioning and hot water supply combined system 100 includes a heat source unit 301, indoor units 302 a and 302 b that air-condition an air-conditioning target space, and a water heater 303.
- a heating device 304 is connected to the water heater 303.
- a branch unit 305 is provided between the indoor units 302 a and 302 b and the hot water heater 303 and the heat source unit 301.
- FIG. 1 shows a case where there are two indoor units, the number of indoor units may be one or three or more.
- the heat source unit 301 includes a compressor 11, a heat exchanger 12, a blower 13, a four-way valve 14, a control unit 15, a throttle unit 16, and an accumulator 10.
- the compressor 11, the four-way valve 14 and the heat exchanger 12 are connected by a refrigerant pipe 17.
- the refrigerant pipe 17 is provided with a pressure sensor 18 for detecting the refrigerant discharge pressure on the discharge port side of the compressor 11.
- the compressor 11, the blower 13, the four-way valve 14, and the pressure sensor 18 are connected to the control unit 15 via signal lines.
- Compressor 11 compresses and discharges refrigerant to be sucked.
- the blower 13 supplies outside air to the heat exchanger 12.
- the heat exchanger 12 performs heat exchange between the refrigerant and the outside air.
- the four-way valve 14 switches the refrigerant flow path.
- the pressure sensor 18 outputs the detected discharge pressure value to the control unit 15.
- the branch unit 305 has expansion valves 51a to 51c.
- the expansion valves 51a to 51c are provided in the air conditioning branch pipes 17a and 17b and the hot water supply branch pipe 17c branched from the refrigerant pipe 17 extending from the throttle portion 16 of the heat source unit 301.
- the air conditioning branch pipes 17a and 17b return to the branch unit 305 through the indoor units 302a and 302b.
- the hot water branch pipe 17 c returns to the branch unit 305 through the hot water heater 303.
- the air conditioning branch pipes 17 a and 17 b extending from the indoor units 302 a and 302 b and the hot water supply branch pipe 17 c extending from the hot water heater 303 are joined to each other and connected to the four-way valve 14 side of the refrigerant pipe 17.
- the expansion valves 51a to 51c are connected to the control unit 15 through signal lines.
- the indoor unit 302a includes a heat exchanger 21a and a blower 22a.
- the indoor unit 302b includes a heat exchanger 21b and a blower 22b.
- the heat exchanger 21a is connected to the air conditioning branch pipe 17a.
- the heat exchanger 21b is connected to the air conditioning branch pipe 17b.
- the indoor unit 302a is provided with a drain pan 23a for collecting drain water condensed on the surface of the heat exchanger 21a in the direction of gravity of the heat exchanger 21a.
- the indoor unit 302b is also provided with a drain pan (not shown) in the direction of gravity of the heat exchanger 21b.
- FIG. 2 shows a state in which drain water 61 is attached to the surface of the heat exchanger 21a when the indoor unit 302a performs a cooling operation.
- FIG. 2 shows a state in which drain water 61 adhering to the surface of the heat exchanger 21a is dropped and the drain water 62 is accumulated in the drain pan 23a.
- the blower 22a shown in FIG. 1 sucks the air in the air-conditioning target space into the indoor unit 302a and supplies it to the heat exchanger 21a.
- the blower 22b shown in FIG. 1 sucks the air in the air-conditioning target space into the indoor unit 302b and supplies it to the heat exchanger 21b.
- the heat exchangers 21a and 21b exchange heat between the air in the air-conditioning target space and the refrigerant.
- the blowers 22a and 22b are connected to the control unit 15 through signal lines.
- the water heater 303 has a heat exchanger 31, a heat exchanger 33, a three-way valve 39, pumps 34 and 35, and a tank 36.
- the heat exchanger 31, the heat exchanger 33, and the pump 34 are connected in order, and a primary water circuit 37 in which water circulates through these devices is configured.
- the primary water circuit 37 is an example of a fluid circuit.
- the heat exchanger 33, the pump 35, and the tank 36 are connected in order, and the secondary water circuit 38 which water circulates through these apparatuses is comprised.
- the secondary water circuit 38 is an example of a water circuit.
- the tank 36 is supplied with tap water from the outside.
- the tank 36 is connected to a shower or the like in which hot water after heat exchange is used.
- the heat exchanger 31 performs heat exchange between the water circulating in the primary water circuit 37 and the refrigerant passing through the hot water supply branch pipe 17c.
- the heat exchanger 33 performs heat exchange between the water circulating in the primary water circuit 37 and the water in the tank 36.
- a three-way valve 39 is provided between the heat exchanger 31 and the heat exchanger 33.
- the primary water circuit 37 is branched from the three-way valve 39, and a heating device 304 is connected on the way, and a heating circuit 41 that joins the junction 40 between the heat exchanger 33 and the pump 34 is connected.
- the three-way valve 39 and the pumps 34 and 35 are connected to the control unit 15 via signal lines.
- FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit illustrated in FIG.
- the control unit 15 includes a memory 151 that stores a program, a CPU (Central Processing Unit) 152 that executes processing according to the program, and a timer 153 that measures time.
- the control unit 15 is, for example, a microcomputer.
- the control unit 15 activates and stops the compressor 11 and the blowers 13, 22 a, and 22 b, the operation frequency, the operation frequency of the four-way valve 14 according to the operation instruction to the indoor units 302 a and 302 b and the operation state of the indoor units 302 a and 302 b.
- the flow path switching and the opening degree of the throttle portion 16 and the expansion valves 51a and 51b are controlled.
- control unit 15 switches the flow path of the three-way valve 39, starts and stops the pumps 34 and 35, the throttle unit 16 and the expansion valve according to the operation instruction to the water heater 303 and the operation state of the water heater 303.
- the opening degree of 51c is controlled.
- a temperature sensor (not shown) that detects the room temperature may be provided in the indoor units 302a and 302b.
- the control unit 15 may control the compressor 11, the blowers 13, 22a, 22b, the throttle unit 16, and the expansion valves 51a, 51b so that the room temperature becomes the set temperature.
- the heat source unit 301, the indoor units 302a, 302b, and the hot water heater 303 are connected, and the heat source unit 301, the indoor units 302a, 302b, the heat source unit 301, and the hot water heater 303 are refrigerated.
- a cycle is constructed.
- the solid line arrow shown in FIG. 1 shows the flow of the refrigerant when the water heater 303 is operating. Dashed arrows indicate the flow of water in the water heater 303.
- FIG. 1 the case where hot water is circulated also in the heating apparatus 304 is shown.
- FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining a control flag related to control of the compressor in the control method according to Embodiment 1 of the present invention.
- the control unit 15 is instructed to the indoor units 302a and 302b.
- the operating state it is determined whether the compressor 11 is operated for cooling or heating.
- the cooling use is a case where one or both of the indoor unit 302a and the indoor unit 302b is in the cooling operation.
- the heating application includes the case where one of or both of the indoor unit 302a and the indoor unit 302b is in the heating operation, and the case where the water heater 303 is operated.
- the memory 151 stores information of a control flag indicating whether or not to perform control for limiting the discharge pressure of the compressor 11. In the control flag, an invalid state in which the discharge pressure is not limited is set as an initial value.
- step S1 shown in FIG. 4 the control unit 15 determines which application the compressor 11 is operating between heating and cooling.
- the control unit 15 proceeds to step S3 and updates the control flag to the valid state.
- the control unit 15 determines in step S1 that the compressor 11 is operating for heating, the process proceeds to step S2.
- step S ⁇ b> 2 the control unit 15 starts the timer 153, and measures an operation time Tw that is an accumulated time during which the compressor 11 is operated for heating after the operation for cooling is stopped.
- step S3 When the control flag is set to the valid state in step S3, the control unit 15 sets the value of the operation time Tw to 0 in step S4.
- step S5 the control unit 15 compares the operation time Tw with the lower limit value Twlim of the operation time for heating use. If the operation time Tw is equal to or greater than the lower limit value Twlim, the control unit 15 proceeds to step S6 and updates the control flag to an invalid state.
- step S5 when the operation time Tw is less than the lower limit value Twlim, the control unit 15 returns to step S1.
- the control flag is set to the valid state or the invalid state according to the use of the compressor 11 and the operation time Tw. If the compressor 11 is in cooling operation, the control flag is set to the valid state. Further, when the compressor 11 is switched from the cooling use to the heating use operation, if the operation time for the heating use is less than a predetermined time, the control flag is maintained in an effective state, and the operation time for the heating use is set in advance. If a predetermined time or more elapses, the control flag is set to an invalid state. When the control flag is in the valid state, the control unit 15 sets an upper limit value for the target value of the discharge pressure of the compressor 11 and controls the compressor 11 so that the discharge pressure follows the upper limit value. When the control flag is invalid, the control unit 15 does not limit the discharge pressure of the compressor 11.
- the inside of the housing of the indoor unit 302a is in a state where the drain water 61 adheres to the heat exchanger 21a and the drain water 62 accumulates in the drain pan 23a.
- the inside of the housing of the indoor unit 302b is also in the same state as the indoor unit 302a.
- FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure based on the control flag determined in FIG. 4 for the control method according to the first embodiment of the present invention.
- the memory 151 stores a limit value Pdmlim of the target value of the discharge pressure of the compressor 11.
- step S7 the control unit 15 determines the state of the control flag set by the procedure shown in FIG.
- the control unit 15 proceeds to step S8 and compares the target discharge pressure Pdm with the limit value Pdmlim.
- step S8 when the target discharge pressure Pdm is larger than the limit value Pdmlim, the control unit 15 proceeds to step S9 and updates the target discharge pressure Pdm to the limit value Pdmlim.
- the control unit 15 proceeds to step S10 and does not correct the target discharge pressure Pdm.
- steps S8 to S10 when the control flag is in the valid state, the target discharge pressure can be limited to a predetermined limit value or less.
- step S7 when the control flag is invalid, the control unit 15 does not correct the target discharge pressure Pdm.
- the target discharge pressure Pdm can be limited only when control relating to the limitation of the discharge pressure is required, that is, only when the control flag is in an effective state.
- the control unit 15 determines the target discharge pressure Pdm in any of Step S9, Step S10, and Step S12, the discharge pressure Pd is determined using the values of the discharge pressure Pd and the target discharge pressure Pdm detected by the pressure sensor 18.
- the operating frequency of the compressor 11 is controlled so as to follow the target discharge pressure Pdm (step S11).
- the heat exchanger 21a functions as an evaporator, and as shown in FIG. 2, drain water 61 is formed on the surface of the heat exchanger 21a.
- the drain water 62 accumulates in the drain pan 23a.
- the control unit 15 fully closes the expansion valve 51a and switches the flow path of the four-way valve 14. Specifically, the control unit 15 controls the four-way valve 14 so that the refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the hot water supply branch pipe 17 c via the four-way valve 14. As a result, the high-pressure and high-temperature refrigerant discharged from the compressor 11 flows from the refrigerant pipe 17 to the heat exchanger 31 via the hot water supply branch pipe 17c.
- the control unit 15 controls the operation frequency of the compressor 11 so that the discharge pressure Pd of the compressor 11 follows the limit value Pdmlim lower than the normal target discharge pressure Pdm as necessary.
- Pdmlim lower than the normal target discharge pressure Pdm as necessary.
- the combined air conditioning and hot water supply system 100 circulates through a heat source unit 301 including the compressor 11 and air conditioning branch pipes 17a and 17b branched from the refrigerant pipe 17 connected to the compressor 11.
- Hot water supply for exchanging heat between refrigerant and water circulating through the indoor units 302a and 302b for exchanging heat between the refrigerant and the air in the air-conditioning space, and the hot water branch pipe 17c branched from the refrigerant pipe 17
- the control unit 15 stops the cooling operation of the indoor units 302a and 302b.
- the upper limit value is set to the target value of the discharge pressure of the compressor 11 so that the discharge pressure detected by the pressure sensor 18 is lower than usual. And it controls the machine 11.
- the control unit 15 stops the operation after performing the cooling operation of one or both of the indoor units 302a and 302b, and starts the operation of the water heater 303.
- the discharge pressure of the machine 11 is suppressed to a pressure lower than usual. Therefore, the temperature of the refrigerant flowing into the water heater 303 is suppressed from becoming too high, and even if a part of the refrigerant flows into the air conditioning branch pipes 17a and 17b of the stopped indoor units 302a and 302b, the heat exchanger
- the temperature of 21a, 21b is prevented from rising excessively, and excessive evaporation of the drain water 61, 62 is suppressed.
- the inside of the housing is in a high temperature and high humidity state and water droplets are prevented from adhering to the inner wall of the housing, and the attached water droplets can be prevented from falling from the suction ports of the indoor units 302a and 302b.
- the control unit 15 discharges the compressor 11 when the operation time Tw of the compressor 11 is equal to or less than a predetermined lower limit value Twlim after the cooling operation of the indoor units 302a and 320b is stopped.
- An upper limit value of pressure may be set.
- the operation time Tw is less than or equal to the lower limit value Twlim, water droplets may adhere to the inner walls of the casings of the indoor units 302a and 302b, but this can be prevented.
- the operation time Tw is larger than the lower limit value Twlim, the discharge pressure of the compressor 11 is not limited, so the boiling time in the water heater 303 can be shortened.
- the operation time Tw used for determining whether or not to set the upper limit value for the target value of the discharge pressure includes the case where the control unit 15 performs the heating operation of the indoor units 302a and 302b. It may be the time for operating the compressor 11 for the purpose. In this case, even when the indoor units 302a and 302b stop the cooling operation and are switched to the simultaneous operation of the heating operation and the hot water supply operation of the indoor units 302a and 302b, generation of water droplets in the casing of the indoor unit is suppressed. Can do.
- Embodiment 2 As described in the first embodiment, when the upper limit value is set to the target value of the discharge pressure of the compressor 11, for example, when the water heater 303 performs a boiling operation for a shower application, the boiling time becomes longer. There is a case.
- a heater is provided in the water heater 303 to suppress an increase in boiling time.
- FIG. 6 is a conceptual diagram showing a refrigerant circuit of the air-conditioning and hot-water supply complex system in Embodiment 2 of the present invention.
- the water heater 303 has a heater 32.
- the heater 32 is provided between the three-way valve 39 and the heat exchanger 31.
- a power source (not shown) that supplies power to the heater 32 is connected to the heater 32.
- the control unit 15 is connected to the power source of the heater 32 via a signal line.
- the control unit 15 controls the power on and off of the heater 32 when an instruction to start operation of the water heater 303 is input from the user in a state where the upper limit value is set to the target value of the discharge pressure of the compressor 11. To do.
- FIG. 7 is a graph showing the transition of the discharge pressure and operating frequency of the compressor, the temperature of water in the tank, and the state of the power supply of the heater when the water heater shown in FIG. 6 performs a boiling operation. is there.
- the horizontal axis of the four graphs shown in FIG. 7 is time.
- the vertical axis of the uppermost graph indicates the change in the discharge pressure Pd of the compressor 11.
- This graph is referred to as a discharge pressure graph.
- the vertical axis of the second graph from the top indicates the change in the operating frequency F of the compressor 11.
- This graph is referred to as a frequency graph.
- the vertical axis of the second graph from the bottom indicates the change in the water temperature T tank of the tank 36.
- This graph is referred to as a water temperature graph.
- the vertical axis of the lowermost graph indicates the change in the state where the heater 32 is on and off. This graph is referred to as a heater state graph.
- the target temperature of the water temperature in the tank 36 is expressed as Tref.
- FIG. 8 is a flowchart showing an operation procedure based on the control flag determined in FIG. 4 for the control method according to the second embodiment of the present invention.
- steps S7 to S12 are the same as the operations described with reference to FIG.
- the memory 151 illustrated in FIG. 3 stores a lower limit frequency Fmin that is a lower limit value of the operating frequency F of the compressor 11.
- step S11 immediately after the start of boiling, the control unit 15 increases the operating frequency F of the compressor 11 and controls the compressor 11 so that the discharge pressure Pd matches the target discharge pressure Pdm. Thereafter, the operating frequency F of the compressor 11 increases or decreases so that the discharge pressure Pd becomes stable at the target discharge pressure Pdm.
- the operating frequency F of the compressor 11 gradually decreases and finally sticks to the lower limit frequency Fmin.
- the state where the operating frequency F of the compressor 11 is stuck to the lower limit frequency Fmin indicates that the amount of heat supplied from the heat source unit 301 is insufficient, and operating for a long time in this state extends the boiling time. It leads to.
- step S13 the control unit 15 determines whether or not the discharge pressure Pd is equal to or higher than the target discharge pressure Pdm. When the discharge pressure Pd is smaller than the target discharge pressure Pdm, the control unit 15 returns to step S7. In step S13, when the discharge pressure Pd is equal to or higher than the target discharge pressure Pdm, the control unit 15 proceeds to step S14 and determines whether or not the operation frequency F is equal to the lower limit frequency Fmin. When the operating frequency F is not equal to the lower limit frequency Fmin, the control unit 15 returns to step S7. In step S14, when the operating frequency F is equal to the lower limit frequency Fmin, the control unit 15 proceeds to step S15 and stops the compressor 11. Subsequently, the control unit 15 proceeds to step S ⁇ b> 16, turns on the heater 32, and starts supplying power to the heater 32.
- step S ⁇ b> 16 the control unit 15 keeps the heater 32 powered on until the water temperature Ttank becomes equal to or higher than the target temperature Tref.
- the control unit 15 proceeds to step S17, turns off the power supply of the heater 32, and stops the power supply to the heater 32.
- the control unit 15 performs switching between operation and stop of the compressor 11 and switching between power supply to the heater 32 and power supply stop based on the discharge pressure Pd and the operation frequency F of the compressor 11. Is going. For example, in steps S13 to S16 shown in FIG. 8, the control unit 15 performs compression from a state in which the compressor 11 is operated but power is not supplied to the heater 32 based on the discharge pressure Pd and the operating frequency F of the compressor 11. This means that the operation of the machine 11 is stopped and the heater 32 is switched to a state where electric power is supplied. Moreover, when returning to step S7 by determination of step S13 and step S14, the control part 15 operates the compressor 11 without supplying electric power to the heater 32 based on the discharge pressure Pd or the operating frequency F of the compressor 11. That would be the choice.
- step S15 of the flowchart shown in FIG. 8 the control unit 15 may proceed to step S16 and start supplying power to the heater 32 while the operation of the compressor 11 is continued.
- the heat exchanger 31 can use both the heat obtained in the refrigeration cycle and the heat generated by the heater 32.
- the control unit 15 stops the compressor 11 and supplies power to the heater 32. Also good.
- Embodiment 2 when the hot water supply operation is started after the cooling operation of one or both of the indoor units 302a and 302b is stopped, the control unit 15 not only suppresses the discharge pressure of the compressor 11. Based on the discharge pressure Pd and the operating frequency F of the compressor 11, the operation and stop of the compressor 11 are switched and the power supply of the heater 32 is switched on and off. Therefore, not only the effect similar to Embodiment 1 is acquired but it can suppress that the boiling time in the water heater 303 becomes long. Since the control unit 15 switches the operation based on the discharge pressure Pd and the operation frequency F of the compressor 11, it is not necessary to provide a new sensor.
- the control unit 15 determines whether to switch the operation and stop of the compressor 11 and to switch on and off the power of the heater 32 based on the discharge pressure Pd and the operation frequency of the compressor 11. Although it is performed based on F, it may be performed based on the amount of heat of the heat exchanger 31. In this case, since the control unit 15 switches the operation based on the amount of heat actually required, the effect of suppressing an increase in the boiling time is improved.
- the amount of heat of the heat exchanger 31 can be calculated from, for example, the difference between the incoming water temperature to the heat exchanger 31 and the outgoing water temperature from the heat exchanger 31 and the water flow rate of the pump 34. An example is described below.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a configuration electrically connected to the control unit illustrated in FIG.
- the control unit 15 is connected to the heater 32, the incoming water temperature sensor 42, the outgoing water temperature sensor 43, and the flow rate sensor 44 through signal lines in addition to the devices shown in FIG. 3.
- the incoming water temperature sensor 42 and the flow rate sensor 44 are provided between the pump 34 and the heat exchanger 31.
- the outlet temperature sensor 43 is provided between the heat exchanger 31 and the three-way valve 39.
- the incoming water temperature sensor 42 detects the temperature of the water flowing into the heat exchanger 31 as the incoming water temperature.
- the outlet water temperature sensor 43 detects the temperature of the water flowing out from the heat exchanger 31 as the outlet water temperature.
- the flow sensor 44 detects the flow rate of water discharged from the pump 34 and flowing into the heat exchanger 31.
- the amount of heat per unit time is Q [J / min], the density of water is ⁇ [g / cm 3 ], the flow rate per unit time is L [cm 3 / min], and the temperature difference between the incoming water temperature Tin and the outgoing water temperature Tout Is ⁇ T [K], and the specific heat of water is C [J / g ⁇ K].
- the memory 151 stores the density ⁇ of water, the specific heat C, and the formula (1).
- the memory 151 records a threshold value for determining the operation and stop of the compressor 11 and the supply and stop of power to the heater 32 with respect to the calculated heat quantity Q.
- the memory 151 includes a first threshold value that determines whether or not to use both the compressor 11 and the heater 32, and a second threshold value that determines which of the compressor 11 and the heater 32 is used. I remember it.
- the control part 15 may change the threshold value which the memory 151 memorize
- the control unit 15 calculates a temperature difference ⁇ T from the incoming water temperature Tout received from the incoming water temperature sensor 43 and the incoming water temperature Tin received from the incoming water temperature sensor 42. Then, the controller 15 calculates the heat quantity Q by substituting the flow rate L received from the flow rate sensor 44 and the temperature difference ⁇ T into the equation (1). Further, the control unit 15 compares the calculated heat quantity Q with a threshold value stored in the memory 151. When the amount of heat Q is less than the first threshold value, the boiling time may be long, so the control unit 15 performs both the operation of the compressor 11 and the power supply to the heater 32.
- the control unit 15 stops the compressor 11 and supplies power to the heater 32. I do.
- the controller 15 does not supply power to the heater 32 and operates the compressor 11 because sufficient heat is obtained for boiling by the refrigeration cycle by the operation of the compressor 11. I do.
- the criteria for switching between the operation and stop of the compressor 11 and the power supply to the heater 32 and switching between the stop are determined by the discharge pressure and operation frequency of the compressor 11 and the heat exchanger 31. It is not limited to the amount of heat exchanged and the coefficient of performance of the refrigeration cycle.
- the control unit 15 may perform switching between operation and stop of the compressor 11 and switching between power supply to the heater 32 and power supply stop based on the state of the refrigeration cycle including these determination criteria.
- Embodiments 1 and 2 have been described in the case where the refrigeration cycle apparatus is an air conditioning and hot water supply combined system as an embodiment of a refrigeration cycle apparatus that performs an air conditioning operation including cooling and heating and a hot water supply operation.
- the present invention is not limited to those described in the first and second embodiments.
- the control unit 15 measures the operation time Tw for heating use of the compressor 11 after the cooling operation is stopped.
- the control unit 15 may adopt the minimum value among the plurality of operation times Tw as the operation time Tw that is a criterion for determining whether or not the upper limit value is set in the compressor 11. Accordingly, it is possible to determine whether or not the discharge pressure control of the compressor 11 is necessary from the operation state of each indoor unit, which cannot be obtained when the operation time focusing on one compressor 11 is used as a reference. it can. As a result, even if the plurality of indoor units stop the cooling operation at different times, the effect of preventing the drop of water droplets can be obtained more reliably.
- the heating application of the compressor 11 is applied not only to the boiling operation in the water heater 303 but also to the heating operation of at least one of the indoor units 302a and 302b, or the heating operation by the water heater 303 using the heating device 304. be able to.
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Abstract
冷凍サイクル装置は、圧縮機を含む熱源ユニットと、圧縮機に接続された冷媒配管から分岐された空調用分岐配管を流通して循環する冷媒と空調対象空間の空気との間で熱交換する室内機と、冷媒配管から分岐された給湯用分岐配管を流通して循環する冷媒と水との間で熱交換する給湯器と、圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、室内機及び給湯器の運転状態に応じて圧縮機を制御する制御部とを有し、制御部は、室内機の冷房運転を停止した後に給湯器を運転させた場合、圧縮機の吐出圧力の目標値に上限値を設定し、圧力センサが検知する吐出圧力が上限値に追従するように圧縮機を制御するものである。
Description
本発明は、冷房及び暖房を含む空調運転と、給湯運転とを行う冷凍サイクル装置に関する。
従来の空調給湯複合システムは、例えば、1台の室外機と、複数台の空調用室内機と、給湯器とを有する。室外機は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、インバータ制御可能な制御装置とを有する。各室内機は室内熱交換器を有し、給湯器は水熱交換器を有する。膨張弁が室内熱交換器及び水熱交換器の熱交換器毎に設けられている(例えば、特許文献1参照)。
上述した構成の空調給湯複合システムでは、圧縮機が1台であるため、システム全体の運転状態として冷房運転又は暖房運転のどちらかしか選択できないが、室内熱交換器及び水熱交換器の熱交換器毎に膨張弁が設けられている。そのため、この空調給湯複合システムは、運転の種類として、1台の室内機のみを冷房運転又は暖房運転すること、全ての室内機を冷房運転又は暖房運転すること、及び給湯器のみ運転することの他に、室内機の暖房及び給湯器の同時運転を行うことができる。
上述した空調給湯複合システムでは、給湯器を運転する場合、室内機を暖房運転する場合、並びに室内機の暖房及び給湯器の同時運転の場合のいずれにおいても、膨張弁が熱交換器の下流側に設けられているため、室内機の熱交換器と水熱交換器との両方に冷媒が流れ込む。そのため、1台の室内機が暖房運転中又は給湯器が運転中の場合、停止中の室内機又は給湯器にも高圧高温の冷媒が流れる。
一方、室内機が冷房運転すると、ドレン水が熱交換器に付着し、ドレン水がドレンパンに溜まった状態になる。この状態で冷房運転を停止し、給湯器を運転させた場合、上述したように、停止している室内機の熱交換器にも高圧高温の冷媒が流れることになる。その結果、熱交換器表面のドレン水及びドレンパンに溜まったドレン水が蒸発し、室内機の内部は高温高湿となり、結果的にファン及び筐体等の部材に水滴が付着する。水滴の大きさは熱交換器の温度が上昇するにつれて増大し、水滴の筐体の内壁等に対する粘性抵抗力よりも水滴の重力が大きくなると水滴が落下してしまう。
例えば、カセット型の室内機の場合、吸込口が筐体下部にあるため、ファン及び筐体内壁に付着した水滴は吸込口から落下する。吸込口の下に人が居たり、電荷製品等の装置などが置かれていたりすると、人又は装置の上に水滴が落下してしまうことになる。この問題は、特許文献1に開示された空調給湯システムにおいても、室内機の冷房運転を停止した直後に暖房運転を行った場合に起こり得る。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、室内機の冷房運転を停止した後に給湯運転を行った場合に室内機から水滴が落下することを防ぐ冷凍サイクル装置を提供するものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機を含む熱源ユニットと、前記圧縮機に接続された冷媒配管から分岐された空調用分岐配管を流通して循環する冷媒と空調対象空間の空気との間で熱交換する室内機と、前記冷媒配管から分岐された給湯用分岐配管を流通して循環する冷媒と水との間で熱交換する給湯器と、前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、前記室内機及び前記給湯器の運転状態に応じて前記圧縮機を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記室内機の冷房運転を停止した後に前記給湯器を運転させた場合、前記圧縮機の吐出圧力の目標値に上限値を設定し、前記圧力センサが検知する吐出圧力が該上限値に追従するように該圧縮機を制御するものである。
本発明は、室内機の冷房運転を停止した後に給湯運転を行った場合、圧縮機の吐出圧力を抑制する制御を行うことで、冷房運転を停止した室内機に高温の冷媒が流れ込むことを抑制し、室内機の筐体内が高温高湿になることを防ぎ、冷房運転を停止した室内機からの水滴落下を防止することができる。
実施の形態1.
本実施の形態1の空調給湯複合システムの構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における空調給湯複合システムの冷媒回路を示す概念図である。図2は、図1に示した室内機の一構成例の内部構造を示す断面図である。図2は、図1に示す室内機302a、302bがカセット型室内機の場合を示しているが、室内機302a、302bはカセット型室内機に限らない。なお、図2は、室内機302aの半分の断面構造を示す。
本実施の形態1の空調給湯複合システムの構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における空調給湯複合システムの冷媒回路を示す概念図である。図2は、図1に示した室内機の一構成例の内部構造を示す断面図である。図2は、図1に示す室内機302a、302bがカセット型室内機の場合を示しているが、室内機302a、302bはカセット型室内機に限らない。なお、図2は、室内機302aの半分の断面構造を示す。
図1に示すように、空調給湯複合システム100は、熱源ユニット301と、空調対象空間を空調する室内機302a、302bと、給湯器303とを有する。給湯器303に暖房装置304が接続されている。室内機302a、302b及び給湯器303と、熱源ユニット301との間に、分岐ユニット305が設けられている。図1には、室内機が2台の場合を示しているが、室内機は1台であってもよく、3台以上であってもよい。
熱源ユニット301は、圧縮機11、熱交換器12、送風機13、四方弁14、制御部15、絞り部16及びアキュムレータ10を有する。圧縮機11、四方弁14及び熱交換器12が冷媒配管17で接続されている。冷媒配管17には、圧縮機11の吐出口側に、冷媒の吐出圧力を検知する圧力センサ18が設けられている。圧縮機11、送風機13、四方弁14及び圧力センサ18は信号線を介して制御部15と接続されている。
圧縮機11は、吸入する冷媒を圧縮して吐出する。送風機13は外気を熱交換器12に供給する。熱交換器12は、冷媒と外気との間で熱交換を行う。四方弁14は、冷媒の流路を切り替える。圧力センサ18は、検知する吐出圧力の値を制御部15に出力する。
分岐ユニット305は膨張弁51a~51cを有する。膨張弁51a~51cは、熱源ユニット301の絞り部16から延びる冷媒配管17が分岐した空調用分岐配管17a、17b及び給湯用分岐配管17cに設けられている。空調用分岐配管17a、17bは室内機302a、302bを通って分岐ユニット305に戻る。給湯用分岐配管17cは給湯器303を通って分岐ユニット305に戻る。分岐ユニット305において、室内機302a、302bから延びる空調用分岐配管17a、17bと給湯器303から延びる給湯用分岐配管17cとが合流して、冷媒配管17の四方弁14側と接続されている。膨張弁51a~51cは信号線を介して制御部15と接続されている。
室内機302aは、熱交換器21a及び送風機22aを有する。室内機302bは、熱交換器21b及び送風機22bを有する。熱交換器21aは空調用分岐配管17aに接続されている。熱交換器21bは空調用分岐配管17bに接続されている。図2に示すように、室内機302aには、熱交換器21aの重力方向には、熱交換器21aの表面で結露したドレン水を溜めるためのドレンパン23aが設けられている。室内機302bにも、熱交換器21bの重力方向に、図示しないドレンパンが設けられている。
図2は、室内機302aが冷房運転を行った場合に、熱交換器21aの表面にドレン水61が付着している様子を示す。また、図2は、熱交換器21aの表面に付着したドレン水61が落下してドレンパン23a内にドレン水62が溜まる様子を示している。
図1に示す送風機22aは空調対象空間の空気を室内機302a内に吸い込んで熱交換器21aに供給する。図1に示す送風機22bは空調対象空間の空気を室内機302b内に吸い込んで熱交換器21bに供給する。熱交換器21a、21bは空調対象空間の空気と冷媒との間で熱交換を行う。送風機22a、22bは制御部15と信号線を介して接続されている。
給湯器303は、熱交換器31、熱交換器33、三方弁39、ポンプ34、35及びタンク36を有する。熱交換器31、熱交換器33及びポンプ34が順に接続され、これらの機器を水が循環する1次水回路37が構成される。1次水回路37は流体回路の一例である。また、熱交換器33、ポンプ35及びタンク36が順に接続され、これらの機器を通って水が循環する2次水回路38が構成される。2次水回路38は水回路の一例である。タンク36は、外部から水道水が供給される。また、タンク36は、熱交換後のお湯が使用されるシャワー等と接続されている。熱交換器31は、1次水回路37を循環する水と給湯用分岐配管17cを通る冷媒との間で熱交換を行う。熱交換器33は、1次水回路37を循環する水とタンク36の水との間で熱交換を行う。
1次水回路37には、熱交換器31と熱交換器33との間に三方弁39が設けられている。1次水回路37には、三方弁39から分岐して、途中に暖房装置304が接続され、熱交換器33とポンプ34との合流点40に合流する暖房回路41が接続されている。三方弁39及びポンプ34、35は信号線を介して制御部15と接続されている。
図3は、図1に示した制御部の一構成例を示すブロック図である。制御部15は、プログラムを記憶するメモリ151と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Proccessing Unit)152と、時間を計測するタイマー153とを有する。制御部15は、例えば、マイクロコンピュータである。制御部15は、室内機302a、302bに対する運転の指示及び室内機302a、302bの運転状態に応じて、圧縮機11及び送風機13、22a、22bの起動及び停止と運転周波数と、四方弁14の流路切り換えと、絞り部16及び膨張弁51a、51bの開度とを制御する。また、制御部15は、給湯器303に対する運転の指示及び給湯器303の運転状態に応じて、三方弁39の流路切り換えと、ポンプ34、35の起動及び停止と、絞り部16及び膨張弁51cの開度とを制御する。室内温度を検知する図示しない温度センサが室内機302a、302bに設けられていてもよい。この場合、制御部15は、室内温度が設定温度になるように、圧縮機11、送風機13、22a、22b、絞り部16及び膨張弁51a、51bを制御してもよい。
図1に示すように、熱源ユニット301、室内機302a、302b及び給湯器303が接続された状態で、熱源ユニット301及び室内機302a、302bと、熱源ユニット301及び給湯器303とのそれぞれに冷凍サイクルが構成される。図1に示す実線矢印は、給湯器303が運転している場合の冷媒の流れを示す。破線矢印は、給湯器303における水の流れを示す。図1では、暖房装置304にもお湯を循環させる場合を示している。
次に、図1に示した空調給湯複合システム100の動作を説明する。図4は、本発明の実施の形態1における制御方法について、圧縮機の制御に関する制御フラグを決定する手順を示すフローチャートである。
図1に示した空調給湯複合システム100において、室内機302a及び室内機302bのうち、いずれか一方又は両方に運転の指示が入力されると、制御部15は、室内機302a、302bに指示された運転状態にしたがって、圧縮機11を冷房用途及び暖房用途のうち、どちらで運転するかを決定する。冷房用途は、室内機302a及び室内機302bのうち、いずれか一方又は両方が冷房運転の場合である。暖房用途は、室内機302a及び室内機302bのうち、いずれか一方又は両方が暖房運転の場合の他に、給湯器303が運転する場合を含む。また、メモリ151は、圧縮機11の吐出圧力を制限する制御を行うか否かを示す制御フラグの情報を記憶する。制御フラグには、初期値として、吐出圧力を制限しない無効状態が設定されている。
図4に示すステップS1において、制御部15は、圧縮機11が暖房及び冷房のうち、どちらの用途で運転しているかを判定する。制御部15は、圧縮機11が冷房用途で運転中と判定すると、ステップS3に進み、制御フラグを有効状態に更新する。一方、ステップS1において、制御部15は、圧縮機11が暖房用途で運転中と判定すると、ステップS2に進む。ステップS2において、制御部15は、タイマー153を起動し、圧縮機11が冷房用途の運転を停止してから暖房用途で運転した累積時間である運転時間Twを計測する。
ステップS3で制御フラグが有効状態に設定されると、ステップS4において、制御部15は、運転時間Twの値を0に設定する。ステップS5において、制御部15は、運転時間Twと暖房用途の運転時間の下限値Twlimとを比較する。運転時間Twが下限値Twlim以上である場合、制御部15は、ステップS6に進んで、制御フラグを無効状態に更新する。ステップS5において、運転時間Twが下限値Twlim未満である場合、制御部15は、ステップS1に戻る。
図4を参照して説明したように、圧縮機11の用途及び運転時間Twにしたがって、制御フラグに有効状態又は無効状態が設定される。圧縮機11が冷房運転であれば、制御フラグは有効状態に設定される。また、圧縮機11が冷房用途から暖房用途の運転に切り替わった場合、暖房用途の運転時間が予め決められた時間未満であれば、制御フラグは有効状態を維持し、暖房用途の運転時間が予め決められた時間以上経過すれば、制御フラグは無効状態に設定される。制御フラグが有効状態である場合、制御部15は、圧縮機11の吐出圧力の目標値に上限値を設定し、吐出圧力が上限値に追従するように圧縮機11を制御する。制御フラグが無効状態である場合、制御部15は、圧縮機11の吐出圧力を制限しない。
ここで、室内機302a、302bが冷房運転を行った後に冷房運転を停止した直後における室内機302a、302bの筐体内部の状態を考えてみる。室内機302aの筐体内部は、図2に示したように、熱交換器21aにドレン水61が付着し、ドレンパン23aにもドレン水62が溜まった状態である。室内機302bの筐体内部も、室内機302aと同様の状態である。
次に、室内機302a、302bが停止した後、図2に示したような状態から給湯器303が運転を開始した場合における空調給湯複合システム100の動作を説明する。図5は、本発明の実施の形態1における制御方法について、図4で決定した制御フラグに基づく動作の手順を示すフローチャートである。メモリ151は、圧縮機11の吐出圧力の目標値の制限値Pdmlimを記憶している。
ステップS7において、制御部15は、図4に示した手順で設定された制御フラグの状態を判定する。制御フラグの状態が有効である場合、制御部15は、ステップS8に進み、目標吐出圧力Pdmと制限値Pdmlimとを比較する。ステップS8において、目標吐出圧力Pdmが制限値Pdmlimより大きい場合、制御部15は、ステップS9に進み、目標吐出圧力Pdmを制限値Pdmlimに更新する。一方、ステップS8において、目標吐出圧力Pdmが制限値Pdmlim以下の場合、制御部15は、ステップS10に進み、目標吐出圧力Pdmを補正しない。ステップS8~S10により、制御フラグが有効状態である場合、目標吐出圧力を予め決められた制限値以下に制限することができる。
また、ステップS7の判定の結果、制御フラグが無効状態である場合、制御部15は、目標吐出圧力Pdmを補正しない。このようにして、吐出圧力の制限に関する制御が必要なとき、すなわち制御フラグが有効状態のときのみ、目標吐出圧力Pdmを制限することができる。
制御部15は、ステップS9、ステップS10及びステップS12のいずれかにおいて目標吐出圧力Pdmを決定すると、圧力センサ18が検知する吐出圧力Pdと目標吐出圧力Pdmとの値を用いて、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdmに追従するように圧縮機11の運転周波数を制御する(ステップS11)。
上述した制御方法の効果を、図1及び図2を参照して説明する。室内機302bが運転を停止し、室内機302aが冷房運転を行っている場合、熱交換器21aは蒸発器として機能し、図2に示したように、熱交換器21aの表面にドレン水61が付着し、ドレンパン23aにはドレン水62が溜まる。この状態から、室内機302aの運転を停止し、給湯器303の運転を開始する場合、制御部15は、膨張弁51aを全閉状態にし、四方弁14の流路を切り換える。具体的には、制御部15は、圧縮機11から吐出される冷媒が四方弁14を介して給湯用分岐配管17cに流れ込むように、四方弁14を制御する。その結果、圧縮機11から吐出される高圧高温の冷媒が冷媒配管17から給湯用分岐配管17cを経由して熱交換器31に流れる。
高圧高温の冷媒が四方弁14側から給湯用分岐配管17cに流れ込むとき、冷媒の一部が空調用分岐配管17aにも流れ込む。圧縮機11の吐出圧力Pdを制限する制御を行わない場合、高圧高温の冷媒が熱交換器21aの温度を上昇させ、ドレン水61、62の蒸発を促し、筐体内部が高温高湿状態になって水滴が筐体内壁に付着してしまうことになる。本実施の形態1では、制御部15が、必要に応じて圧縮機11の吐出圧力Pdを通常の目標吐出圧力Pdmよりも低い制限値Pdmlimに追従するように圧縮機11の運転周波数を制御することで、熱交換器21aの過度な温度上昇を防ぐことができる。その結果、ドレン水61、62の過度な蒸発が抑制され、筐体内部が高温高湿状態になって水滴が筐体内壁に付着してしまうことを防げる。
本実施の形態1の空調給湯複合システム100は、圧縮機11を含む熱源ユニット301と、圧縮機11に接続された冷媒配管17から分岐された空調用分岐配管17a、17bを流通して循環する冷媒と空調対象空間の空気との間で熱交換する室内機302a、302bと、冷媒配管17から分岐された給湯用分岐配管17cを流通して循環する冷媒と水との間で熱交換する給湯器303と、圧縮機11の吐出圧力を検知する圧力センサ18と、冷媒を循環させる冷凍サイクルを制御する制御部15とを有し、制御部15は、室内機302a、302bの冷房運転を停止した後に給湯器303を運転させた場合、圧縮機11の吐出圧力の目標値に上限値を設定し、圧力センサ18が検知する吐出圧力が通常よりも低い圧力となるように圧縮機11を制御するものである。
本実施の形態1によれば、制御部15は、室内機302a、302bのうち、いずれか一方又は両方の冷房運転を行った後に運転を停止し、給湯器303の運転を開始した場合、圧縮機11の吐出圧力を通常よりも低い圧力に抑制する。そのため、給湯器303に流れ込む冷媒の温度が高くなり過ぎることが抑制され、その冷媒の一部が停止中の室内機302a、302bの空調用分岐配管17a、17bに流入しても、熱交換器21a、21bの温度が過度に上昇することを防ぎ、ドレン水61、62の過度な蒸発が抑制される。その結果、筐体内部が高温高湿状態になって水滴が筐体内壁に付着することが抑制され、付着した水滴が室内機302a、302bの吸込口から落下することを防ぐことができる。
本実施の形態1において、制御部15は、室内機302a、320bの冷房運転を停止してから圧縮機11の運転時間Twが予め決められた下限値Twlim以下の場合に、圧縮機11の吐出圧力の上限値を設定してもよい。運転時間Twが下限値Twlim以下の場合、室内機302a、302bの筐体内壁に水滴が付着するおそれがあるが、それを防止することができる。一方、運転時間Twが下限値Twlimより大きい場合、圧縮機11の吐出圧力に制限が設けられないので、給湯器303における沸き上げ時間を早くすることができる。
また、本実施の形態1において、吐出圧力の目標値に上限値を設定するか否かの判定に用いられる運転時間Twは、制御部15が室内機302a、302bを暖房運転する場合を含む暖房用途で圧縮機11を運転させる時間であってもよい。この場合、室内機302a、302bが冷房運転を停止した後に室内機302a、302bの暖房運転と給湯運転との同時運転に切り替わった場合にも、室内機の筐体内で水滴の発生を抑制することができる。
実施の形態2.
実施の形態1で説明したように、圧縮機11の吐出圧力の目標値に上限値が設定されると、例えば、給湯器303がシャワー用途で沸き上げ動作を行う場合、沸き上げ時間が長くなる場合がある。本実施の形態2は、給湯器303にヒータを設け、沸き上げ時間が長くなるのを抑制するものである。
実施の形態1で説明したように、圧縮機11の吐出圧力の目標値に上限値が設定されると、例えば、給湯器303がシャワー用途で沸き上げ動作を行う場合、沸き上げ時間が長くなる場合がある。本実施の形態2は、給湯器303にヒータを設け、沸き上げ時間が長くなるのを抑制するものである。
本実施の形態2における空調給湯複合システムの構成を説明する。本実施の形態2では、実施の形態1と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図6は、本発明の実施の形態2における空調給湯複合システムの冷媒回路を示す概念図である。図6に示すように、給湯器303はヒータ32を有する。1次水回路37において、ヒータ32は、三方弁39と熱交換器31との間に設けられている。ヒータ32には、ヒータ32に電力を供給する、図示しない電源が接続されている。制御部15は、ヒータ32の電源と信号線を介して接続されている。制御部15は、圧縮機11の吐出圧力の目標値に上限値が設定された状態で、ユーザから給湯器303の運転開始の指示が入力されると、ヒータ32の電源のオン及びオフを制御する。
次に、本実施の形態2における空調給湯複合システム100の動作を、図7及び図8を参照して説明する。図7は、図6に示した給湯器が沸き上げ運転を行う場合における、圧縮機の吐出圧力及び運転周波数と、タンク内の水の温度と、ヒータの電源の状態との推移を示すグラフである。
図7に示す4つのグラフの横軸は時間である。4つのグラフのうち、最上段のグラフの縦軸は、圧縮機11の吐出圧力Pdの変化を示す。このグラフを吐出圧力グラフと称する。4つのグラフのうち、上から2段目のグラフの縦軸は、圧縮機11の運転周波数Fの変化を示す。このグラフを周波数グラフと称する。4つのグラフのうち、下から2段目のグラフの縦軸は、タンク36の水温Ttankの変化を示す。このグラフを水温グラフと称する。4つのグラフのうち、最下段のグラフの縦軸は、ヒータ32がオン及びオフの状態の変化を示す。このグラフをヒータ状態グラフと称する。タンク36の水温の目標温度をTrefと表記する。
図8は、本発明の実施の形態2における制御方法について、図4で決定した制御フラグに基づく動作の手順を示すフローチャートである。図8に示す手順のうち、ステップS7~ステップS12は図5を参照して説明した動作と同様なため、その詳細な説明を省略する。図3に示したメモリ151は圧縮機11の運転周波数Fの下限値である下限周波数Fminを記憶している。
ステップS11において、沸き上げ開始直後は、制御部15は、圧縮機11の運転周波数Fを大きくして吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdmと一致するように圧縮機11を制御する。その後、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdmで安定するように、圧縮機11の運転周波数Fは増減する。しかし、図7の水温グラフに示すように、水温Ttankが上昇するにしたがって、熱交換器31への入水温度が上昇し、運転周波数Fを下げなければ吐出圧力Pdが上昇してしまう。そのため、圧縮機11の運転周波数Fは次第に下がり、最終的に下限周波数Fminに貼りつく。
圧縮機11の運転周波数Fが下限周波数Fminに貼りついた状態は、熱源ユニット301から供給される熱量が不足していることを示し、この状態で長時間運転することは沸き上げ時間が延びることに繋がる。
そのため、ステップS13において、制御部15は、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdm以上であるか否かを判定する。吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdmより小さい場合、制御部15は、ステップS7に戻る。ステップS13において、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdm以上である場合、制御部15は、ステップS14に進み、運転周波数Fが下限周波数Fminと等しいか否かを判定する。運転周波数Fが下限周波数Fminと等しくない場合、制御部15は、ステップS7に戻る。ステップS14において、運転周波数Fが下限周波数Fminと等しい場合、制御部15は、ステップS15に進み、圧縮機11を停止させる。続いて、制御部15は、ステップS16に進み、ヒータ32の電源をオンにしてヒータ32への電力供給を開始する。
続いて、制御部15は、ステップS16において、水温Ttankが目標温度Tref以上になるまで、ヒータ32の電源をオン状態に維持する。水温Ttankが目標温度Tref以上になると、制御部15は、ステップS17に進み、ヒータ32の電源をオフにしてヒータ32への電力供給を停止する。
上述したように、制御部15は、圧縮機11の運転及び停止の切り換えと、ヒータ32への電力供給及び電力供給停止の切り換えとを、圧縮機11の吐出圧力Pd及び運転周波数Fに基づいて行っている。例えば、図8に示すステップS13~S16において、制御部15は、圧縮機11の吐出圧力Pd及び運転周波数Fを基に、圧縮機11を運転するがヒータ32に電力を供給しない状態から、圧縮機11の運転を停止してヒータ32に電力を供給する状態に切り換えたことになる。また、ステップS13及びステップS14の判定でステップS7に戻る場合、制御部15は、圧縮機11の吐出圧力Pd又は運転周波数Fを基に、ヒータ32に電力を供給せず圧縮機11を運転することを選択したことになる。
また、図8に示したフローチャートのステップS15において、制御部15は、圧縮機11の運転を継続したまま、ステップS16に進み、ヒータ32への電力供給を開始してもよい。この場合、熱交換器31は、冷凍サイクルで得られる熱とヒータ32が発生する熱との両方を用いることができる。圧縮機11を運転するとともにヒータ32の電力供給を行うと、電力消費量が大きくなるが、圧縮機11を停止してヒータ32への電力供給を行う場合に比べて、沸き上げ時間を短縮できる。一方、ステップS15で圧縮機11の運転を継続すると、例えば、成績係数(cofficient of performance)が著しく低下する場合、制御部15は、圧縮機11を停止してヒータ32への電力供給を行ってもよい。
本実施の形態2では、室内機302a、302bのうち、いずれか一方又は両方の冷房運転の停止後に給湯運転を開始した場合、制御部15は、圧縮機11の吐出圧力を抑制するだけでなく、圧縮機11の吐出圧力Pd及び運転周波数Fを基に、圧縮機11の運転及び停止の切り換えと、ヒータ32の電源のオン及びオフの切り換えとを行っている。そのため、実施の形態1と同様な効果が得られるだけでなく、給湯器303における沸き上げ時間が長くなることを抑制できる。制御部15は、圧縮機11の吐出圧力Pd及び運転周波数Fを基に運転を切り換えるので、新たにセンサを設ける必要がない。
なお、図8に示したフローチャートでは、制御部15は、圧縮機11の運転及び停止の切り換えとヒータ32の電源のオン及びオフの切り換えとの判断を、圧縮機11の吐出圧力Pd及び運転周波数Fを基準に行っているが、熱交換器31の熱量を基準にして行ってもよい。この場合、制御部15が実際に必要とされる熱量を基に運転を切り換えるので、沸き上げ時間が延びることを抑制する効果が向上する。熱交換器31の熱量は、例えば、熱交換器31への入水温度と熱交換器31からの出水温度との差と、ポンプ34の水流量とから計算できる。以下に、その一例を説明する。
図9は、図6に示した制御部に電気的に接続される構成の一例を示すブロック図である。図6に示すように、制御部15は、図3に示した機器の他に、ヒータ32、入水温度センサ42、出水温度センサ43及び流量センサ44と信号線を介して接続されている。入水温度センサ42及び流量センサ44は、ポンプ34と熱交換器31との間に設けられている。出水温度センサ43は、熱交換器31と三方弁39との間に設けられている。入水温度センサ42は、入水温度として、熱交換器31に流入する水の温度を検知する。出水温度センサ43は、出水温度として、熱交換器31から流出する水の温度を検知する。流量センサ44は、ポンプ34から吐出され、熱交換器31に流入する水の流量を検知する。
単位時間あたりの熱量をQ[J/min]、水の密度をρ[g/cm3]、単位時間あたりの流量をL[cm3/min]、入水温度Tinと出水温度Toutとの温度差をΔT[K]、水の比熱をC[J/g・K]とする。熱量Qは、次の式(1)で算出される。
Q=ρ×L×C×ΔT ・・・・(1)
Q=ρ×L×C×ΔT ・・・・(1)
メモリ151は、水の密度ρ及び比熱Cと、式(1)とを記憶している。また、メモリ151は、算出される熱量Qに対して、圧縮機11の運転及び停止と、ヒータ32への電力供給及びその停止とを決める閾値を記録している。例えば、メモリ151は、圧縮機11及びヒータ32の両方を利用するか否かを決める第1の閾値と、圧縮機11とヒータ32のうち、いずれを利用するかを決める第2の閾値とを記憶している。なお、制御部15は、メモリ151が記憶する閾値を、例えば、ユーザがシャワー等で使用するお湯について、ユーザが入力する設定温度にしたがって変更してもよい。
図9に示した制御部15の動作を説明する。制御部15は、出水温度センサ43から受け取る出水温度Toutと入水温度センサ42から受け取る入水温度Tinとから温度差ΔTを算出する。そして、制御部15は、流量センサ44から受け取る流量Lと温度差ΔTを式(1)に代入して熱量Qを算出する。さらに、制御部15は、算出した熱量Qをメモリ151が記憶する閾値と比較する。熱量Qが第1の閾値未満である場合、沸き上げ時間が長くなるおそれがあるため、制御部15は、圧縮機11の運転とヒータ32への電力供給の両方を行う。熱量Qが第1の閾値以上、第2の閾値未満である場合、ヒータ32から沸き上げに十分な熱が得られるため、制御部15は、圧縮機11を停止し、ヒータ32への電力供給を行う。熱量Qが第2の閾値以上である場合、圧縮機11の運転による冷凍サイクルにより沸き上げに十分な熱が得られるため、制御部15は、ヒータ32に電力を供給せず圧縮機11の運転を行う。
本実施の形態2において、圧縮機11の運転及び停止の切り換えと、ヒータ32への電力供給及びその停止の切り換えとの判定基準は、圧縮機11の吐出圧力及び運転周波数、熱交換器31で熱交換される熱量、及び冷凍サイクルの成績係数に限定されない。制御部15は、これらの判定基準を含む、冷凍サイクルの状態に基づいて、圧縮機11の運転及び停止の切り換えと、ヒータ32への電力供給及び電力供給停止の切り換えとを行えばよい。
以上、冷房及び暖房を含む空調運転と給湯運転とを行う冷凍サイクル装置の実施形態として、冷凍サイクル装置が空調給湯複合システムの場合で実施の形態1及び2を説明したが、冷凍サイクル装置は、上記の実施の形態1及び2で説明したものに限定されない。
例えば、図4に示したステップS2において、制御部15は、冷房運転停止後における圧縮機11の暖房用途の運転時間Twを計測したが、空調給湯複合システムに含まれる複数の室内機のうち、冷房運転を停止した室内機全ての運転時間Twを計測してもよい。この場合、制御部15は、これら複数の運転時間Twのうち最小値を、圧縮機11に上限値を設定するか否かの判定基準となる運転時間Twに採用してもよい。これにより、1台の圧縮機11に注目した運転時間を基準とした場合では得ることができない、各室内機の運転状態から、圧縮機11の吐出圧制御の必要性の有無を判断することができる。その結果、複数の室内機が異なる時刻に冷房運転を停止しても、水滴落下の防止効果をより確実に得ることができる。
また、圧縮機11の暖房用途は、給湯器303における沸き上げ動作だけでなく、室内機302a、302bの少なくとも一方の暖房運転、又は暖房装置304を用いた給湯器303による暖房運転にも適用することができる。
10 アキュムレータ、11 圧縮機、12 熱交換器、13 送風機、14 四方弁、15 制御部、16 絞り部、17 冷媒配管、17a、17b 空調用分岐配管、17c 給湯用分岐配管、18 圧力センサ、21a、21b 熱交換器、22a、22b 送風機、23a ドレンパン、31、33 熱交換器、32 ヒータ、34、35 ポンプ、36 タンク、37 1次水回路、38 2次水回路、39 三方弁、40 合流点、41 暖房回路、42 入水温度センサ、43 出水温度センサ、44 流量センサ、51a~51c 膨張弁、61、62 ドレン水、100 空調給湯複合システム、151 メモリ、152 CPU、153 タイマー、301 熱源ユニット、302a、302b 室内機、303 給湯器、304 暖房装置、305 分岐ユニット。
Claims (8)
- 圧縮機を含む熱源ユニットと、
前記圧縮機に接続された冷媒配管から分岐された空調用分岐配管を流通して循環する冷媒と空調対象空間の空気との間で熱交換する室内機と、
前記冷媒配管から分岐された給湯用分岐配管を流通して循環する冷媒と水との間で熱交換する給湯器と、
前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、
前記室内機及び前記給湯器の運転状態に応じて前記圧縮機を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記室内機の冷房運転を停止した後に前記給湯器を運転させた場合、前記圧縮機の吐出圧力の目標値に上限値を設定し、前記圧力センサが検知する吐出圧力が該上限値に追従するように該圧縮機を制御する、冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記室内機の冷房運転を停止してから前記圧縮機の運転の累積時間である運転時間が予め決められた時間以下の場合に前記上限値を設定する、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記運転時間は、前記制御部が、前記室内機を暖房運転する場合を含む暖房用途で前記圧縮機を運転させる時間である、請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記室内機が複数設けられ、
前記制御部は、
前記複数の室内機のうち、冷房運転した室内機の前記運転時間のうち、最小値を前記上限値の設定の判定基準に用いる、請求項2又は3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記給湯器にヒータが設けられ、
前記制御部は、
前記吐出圧力が前記上限値に追従するように前記圧縮機の制御を開始した後、冷凍サイクルの状態に基づいて、前記圧縮機の運転及び停止の切り換えと、前記ヒータへの電力供給及び電力供給停止の切り換えとを行う、請求項1~4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷凍サイクルの状態は、前記圧縮機の吐出圧力及び運転周波数である、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記冷凍サイクルの状態は、前記給湯器に設けられた熱交換器で熱交換される熱量である、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記熱交換器に流入する水の温度を検知する入水温度センサと、
前記熱交換器から流出する水の温度を検知する出水温度センサと、
前記熱交換器に流入する水の流量を検知する流量センサと、をさらに有し、
前記制御部は、
前記入水温度センサが検知する温度と、前記出水温度センサが検知する温度と、前記流量センサが検知する流量とを用いて、前記熱交換器の熱量を算出する、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
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