KR101308806B1 - 히트 펌프 시스템 - Google Patents

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마사히로 혼다
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

히트 펌프 시스템(1)은, 용량 가변형의 압축기(21)와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)를 갖는 열원 유닛(2)과, 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(41a, 41b)를 갖는 복수의 이용 유닛(4a, 4b)을 구비하고 있다. 압축기(21)의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값(A)으로 되도록, 압축기(21)의 운전 용량을 제어한다. 제1 목표값(A)은, 각각의 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값(B)에 기초하여 결정된다.

Description

히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}
본 발명은, 복수의 이용 유닛을 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
종래부터 특허문헌 1(일본 특허 공개 평2000-46417호 공보)에 기재되어 있는 복수의 이용측 유닛을 구비한 히트 펌프식의 온수 난방 장치가 다양하게 제안되어 있다. 이러한 용도가 상이한 복수의 이용 유닛을 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템으로서, 예를 들어 이용 유닛으로서 바닥 난방 등의 온수 순환식 난방이나 급탕을 행하기 위한 온수 가열 유닛 및 공조 유닛이 열원기에 접속되고, 그 온수 가열 유닛 및 공조 유닛이 요구에 따라 복수대 병렬로 멀티 접속 가능한 시스템이 있다. 이 경우, 바닥 난방 등의 온수 순환식 난방이나 급탕을 행하기 위한 온수 가열 기기에 있어서는, 공급하는 출구측 수온을 보증하여, 그 온도로 되도록 통상 기기의 제어를 행한다.
일본 특허 공개 평2000-46417호 공보
그러나, 이용 유닛측의 각 온수 가열 기기의 온수의 용도가 상이한 경우, 요구되는 온수의 출구 온도가 상이하므로, 이와 같은 용도가 상이한 복수의 온수 가열 기기를 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 있어서는, 어떻게 각 이용 유닛에 냉매를 공급할 것인지가 기술적 과제이다.
본 발명의 과제는, 용도가 상이한 복수의 이용 유닛을 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 있어서, 각 유닛에 냉매를 최적으로 공급할 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하는 데 있다.
제1 관점의 히트 펌프 시스템은, 용량 가변형의 압축기와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기를 갖는 열원 유닛과, 열원 유닛에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기를 갖는 복수의 이용 유닛을 구비하고 있다. 히트 펌프 시스템은, 압축기의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값으로 되도록 압축기의 운전 용량을 제어한다. 제1 목표값은, 각각의 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값에 기초하여 결정된다.
여기에서는, 압축기의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값으로 되도록 압축기의 운전 용량을 제어하고, 또한 제1 목표값이 각각의 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값에 기초하여 결정되므로, 용도가 상이한 복수의 이용 유닛을 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 있어서, 각 이용 유닛에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
제2 관점의 히트 펌프 시스템은, 제1 관점의 히트 펌프 시스템이며, 복수의 이용 유닛은, 각 이용측 열교환기에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛을 복수 포함하고 있다. 등가 목표값은, 각 제1 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 기초하는 제1 등가 목표값이다. 제1 목표값은, 각 제1 이용 유닛의 등가 목표값 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정된다.
여기에서는, 등가 목표값이, 복수의 제1 이용 유닛 각각에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 기초하는 제1 등가 목표값이며, 제1 목표값이, 각 제1 이용 유닛의 등가 목표값 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정되므로, 모든 제1 이용 유닛에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
제3 관점의 히트 펌프 시스템은, 제2 관점의 히트 펌프 시스템이며, 제1 목표값이 제1 등가 목표값보다 커지는 제1 이용 유닛은, 제1 목표값과 제1 등가 목표값의 차분에 기초하는 보정값을 사용하여, 냉매 유량 제어 수단의 제어를 행한다.
여기에서는, 제1 목표값이 제1 등가 목표값보다 커지는 제1 이용 유닛은, 제1 목표값과 제1 등가 목표값의 차분에 기초하는 보정값을 사용하여, 냉매 유량 제어 수단의 제어를 행하므로, 모든 제1 이용 유닛에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
제4 관점의 히트 펌프 시스템은, 제3 관점의 히트 펌프 시스템이며, 냉매 유량 제어 수단의 제어는, 과냉각도 설정값을 변경함으로써 행한다.
여기에서는, 냉매 유량 제어 수단의 제어가 과냉각도 설정값을 변경하도록 행하므로, 제1 이용 유닛의 이용측 열교환기에 있어서의 과냉각도를 일정해지도록, 모든 제1 이용 유닛에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
제5 관점의 히트 펌프 시스템은, 제1 관점의 히트 펌프 시스템이며, 복수의 이용 유닛은, 이용측 열교환기에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛과, 이용측 열교환기에 있어서의 냉매의 방열에 의해 공기계 매체를 가열하는 것이 가능한 제2 이용 유닛을 포함하고 있다. 등가 목표값은, 제1 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 관련된 제1 등가 목표값과, 제2 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 공기계 매체의 온도에 관련된 제2 등가 목표값을 포함하고 있다. 제1 목표값은, 각 이용 유닛의 제1 등가 목표값 및 제2 등가 목표값 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정된다.
여기에서는, 등가 목표값이, 제1 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 관련된 제1 등가 목표값과, 제2 이용 유닛에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 공기계 매체의 온도에 관련된 제2 등가 목표값을 포함하고 있으며, 게다가 제1 목표값이, 각 이용 유닛의 제1 등가 목표값 및 제2 등가 목표값 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정된다. 이에 의해, 모든 제1 이용 유닛 및 제2 이용 유닛에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
제6 관점의 히트 펌프 시스템은, 제5 관점의 히트 펌프 시스템이며, 제1 목표값이 제2 등가 목표값보다 커지는 경우에는, 제2 이용 유닛의 팬 풍량이 작아지도록 제어한다.
여기에서는, 제1 목표값이 제2 등가 목표값보다 커지는 경우에는, 제2 이용 유닛의 팬 풍량이 작아지도록 제어하므로, 제2 이용 유닛에 있어서의 냉매 저류를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프 시스템의 회로도.
도 2는 도 1의 히트 펌프 시스템의 최적 냉매 제어의 흐름도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 영향을 미치는 히트 펌프 시스템의 회로도.
도 4는 도 3의 히트 펌프 시스템의 최적 냉매 제어의 흐름도.
이하, 본 발명에 관한 히트 펌프 시스템의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
<구성>
-전체-
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프 시스템(1)의 개략 구성도이다. 히트 펌프 시스템(1)은, 증기 압축식의 히트 펌프 사이클을 이용하여 물 매체를 가열하는 운전 등을 행하는 것이 가능한 장치이다.
히트 펌프 시스템(1)은, 주로 열원 유닛(2)과, 2기의 제1 이용 유닛(4a, 4b)과, 1기의 제2 이용 유닛(10a)과, 토출 냉매 연락관(12)과, 액냉매 연락관(13)과, 가스 냉매 연락관(14)과, 2기의 저탕 유닛(8a, 8b)과, 2기의 온수 난방 유닛(9a, 9b)과, 물 매체 연락관(15a, 15b)과, 물 매체 연락관(16a, 16b)을 구비하고 있고, 열원 유닛(2)과 제1 이용 유닛(4a, 4b)과 제2 이용 유닛(10a)이 냉매 연락관(12, 13, 14)을 통하여 접속됨으로써, 열원측 냉매 회로(20)를 구성하고, 제1 이용 유닛(4a, 4b)과 저탕 유닛(8a, 8b)과 온수 난방 유닛(9a, 9b)이 물 매체 연락관(15a, 15b, 16a, 16b)을 통하여 접속됨으로써, 물 매체 회로(80a, 80b)를 구성하고 있다. 열원측 냉매 회로(20)에는, HFC계 냉매의 일종인 HFC-410A가 열원측 냉매로서 봉입되어 있고, 또한 HFC계 냉매에 대하여 상용성을 갖는 에스테르계 또는 에테르계의 냉동기유가 열원측 압축기(21)(후술)의 윤활을 위하여 봉입되어 있다. 또한, 물 매체 회로(80a, 80b)에는, 물 매체로서의 물이 순환하도록 되어 있다.
또한, 제1 실시 형태의 2기의 제1 이용 유닛(4a, 4b)과 그것에 접속된 유닛의 그룹, 즉 제1 이용 유닛(4a)과 저탕 유닛(8a)과 온수 난방 유닛(9a)의 조로 이루어지는 그룹(a를 포함하는 부호가 붙여진 그룹)과, 제1 이용 유닛(4b)과 저탕유닛(8b)과 온수 난방 유닛(9b)의 조로 이루어지는 그룹(b를 포함하는 부호가 붙여진 그룹)은, 동일한 구성이며, 또한 서로 병렬로 냉매 연락관(12, 13, 14)에 접속되어 있다.
-열원 유닛-
열원 유닛(2)은, 옥외에 설치되어 있고, 냉매 연락관(12, 13, 14)을 통하여 이용 유닛(4a, 4b, 10a)에 접속되어 있고, 열원측 냉매 회로(20)의 일부를 구성하고 있다.
열원 유닛(2)은, 주로 열원측 압축기(21)와, 오일 분리 기구(22)와, 열원측 전환 기구(23)와, 열원측 열교환기(24)와, 열원측 팽창 기구(25)와, 흡입 복귀관(26)과, 과냉각기(27)와, 열원측 어큐뮬레이터(28)와, 액측 폐쇄 밸브(29)와, 가스측 폐쇄 밸브(30)와, 토출측 폐쇄 밸브(31)를 갖고 있다.
열원측 압축기(21)는, 열원측 냉매를 압축하는 기구이며, 여기에서는 케이싱(도시하지 않음) 내에 수용된 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식의 압축 요소(도시하지 않음)가, 동일하게 케이싱 내에 수용된 열원측 압축기 모터(21a)에 의해 구동되는 밀폐식 압축기가 채용되어 있다. 이 열원측 압축기(21)의 케이싱 내에는, 압축 요소에 있어서 압축된 후의 열원측 냉매가 충만하는 고압 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이 고압 공간에는 냉동기유가 저류되어 있다. 열원측 압축기 모터(21a)는, 인버터 장치(도시하지 않음)에 의해, 그 회전수(즉, 운전 주파수)를 가변할 수 있고, 이에 의해 열원측 압축기(21)의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
오일 분리 기구(22)는, 열원측 압축기(21)로부터 토출된 열원측 냉매 중에 포함되는 냉동기유를 분리하여 열원측 압축기의 흡입으로 복귀시키기 위한 기구이며, 주로 열원측 압축기(21)의 열원측 토출관(21b)에 설치된 오일 분리기(22a)와, 오일 분리기(22a)와 열원측 압축기(21)의 열원측 흡입관(21c)을 접속하는 오일 복귀관(22b)을 갖고 있다. 오일 분리기(22a)는, 열원측 압축기(21)로부터 토출된 열원측 냉매 중에 포함되는 냉동기유를 분리하는 기기이다. 오일 복귀관(22b)은, 모세관 튜브를 갖고 있으며, 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유를 열원측 압축기(21)의 열원측 흡입관(21c)으로 복귀시키는 냉매관이다.
열원측 전환 기구(23)는, 열원측 열교환기(24)를 열원측 냉매의 방열기로서 기능시키는 열원측 방열 운전 상태와 열원측 열교환기(24)를 열원측 냉매의 증발기로서 기능시키는 열원측 증발 운전 상태를 전환 가능한 사방 전환 밸브이며, 열원측 토출관(21b)과, 열원측 흡입관(21c)과, 열원측 열교환기(24)의 가스측에 접속된 제1 열원측 가스 냉매관(23a)과, 가스측 폐쇄 밸브(30)에 접속된 제2 열원측 가스 냉매관(23b)에 접속되어 있다. 그리고, 열원측 전환 기구(23)는, 열원측 토출관(21b)과 제1 열원측 가스 냉매관(23a)을 연통시킴과 함께, 제2 열원측 가스 냉매관(23b)과 열원측 흡입관(21c)을 연통(열원측 방열 운전 상태에 대응, 도 1의 열원측 전환 기구(23)의 실선을 참조)시키거나, 열원측 토출관(21b)과 제2 열원측 가스 냉매관(23b)을 연통시킴과 함께, 제1 열원측 가스 냉매관(23a)과 열원측 흡입관(21c)을 연통(열원측 증발 운전 상태에 대응, 도 1의 열원측 전환 기구(23)의 파선을 참조)시키는 전환을 행하는 것이 가능하다. 또한, 열원측 전환 기구(23)는, 사방 전환 밸브에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 복수의 전자기 밸브를 조합하거나 하여, 상술과 마찬가지의 열원측 냉매의 흐름의 방향을 전환하는 기능을 갖도록 구성한 것이어도 좋다.
열원측 열교환기(24)는, 열원측 냉매와 실외 공기의 열교환을 행함으로써 열원측 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이며, 그 액측에 열원측 액냉매관(24a)이 접속되어 있고, 그 가스측에 제1 열원측 가스 냉매관(23a)이 접속되어 있다. 이 열원측 열교환기(24)에 있어서 열원측 냉매와 열교환을 행하는 실외 공기는, 열원측 팬 모터(32a)에 의해 구동되는 열원측 팬(32)에 의해 공급되도록 되어 있다.
열원측 팽창 밸브(25)는, 열원측 열교환기(24)를 흐르는 열원측 냉매의 감압 등을 행하는 전동 팽창 밸브이며, 열원측 액냉매관(24a)에 설치되어 있다.
흡입 복귀관(26)은, 열원측 액냉매관(24a)을 흐르는 열원측 냉매의 일부를 분기하여 열원측 압축기(21)의 흡입으로 복귀시키는 냉매관이며, 여기에서는, 그 일단부가 열원측 액냉매관(24a)에 접속되어 있고, 그 타단이 열원측 흡입관(21c)에 접속되어 있다. 그리고, 흡입 복귀관(26)에는, 개방도 제어가 가능한 흡입 복귀 팽창 밸브(26a)가 설치되어 있다. 이 흡입 복귀 팽창 밸브(26a)는, 전동 팽창 밸브로 이루어진다.
과냉각기(27)는, 열원측 액냉매관(24a)을 흐르는 열원측 냉매와 흡입 복귀관(26)을 흐르는 열원측 냉매(보다 구체적으로는, 흡입 복귀 팽창 밸브(26a)에 의해 감압된 후의 냉매)의 열교환을 행하는 열교환기이다.
열원측 어큐뮬레이터(28)는, 열원측 흡입관(21c)에 설치되어 있고, 열원측 냉매 회로(20)를 순환하는 열원측 냉매를 열원측 흡입관(21c)으로부터 열원측 압축기(21)에 흡입되기 전에 일시적으로 저류하기 위한 용기이다.
액측 폐쇄 밸브(29)는, 열원측 액냉매관(24a)과 액냉매 연락관(13)의 접속부에 설치된 밸브이다. 가스측 폐쇄 밸브(30)는, 제2 열원측 가스 냉매관(23b)과 가스 냉매 연락관(14)의 접속부에 설치된 밸브이다. 토출측 폐쇄 밸브(31)는, 열원측 토출관(21b)으로부터 분기된 열원측 토출 분기관(21d)과 가스 냉매 연락관(14)의 접속부에 설치된 밸브이다.
또한, 열원 유닛(2)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열원 유닛(2)에는, 열원측 압축기(21)의 흡입에 있어서의 열원측 냉매의 압력인 열원측 흡입 압력 Ps1을 검출하는 열원측 흡입 압력 센서(33)와, 열원측 압축기(21)의 토출에 있어서의 열원측 냉매의 압력인 열원측 토출 압력 Pd1을 검출하는 열원측 토출 압력 센서(34)와, 열원측 열교환기(24)의 액측에 있어서의 열원측 냉매의 온도인 열원측 열교환기 온도 Thx를 검출하는 열원측 열 교환 온도 센서(35)와, 외기 온도 To를 검출하는 외기 온도 센서(36)가 설치되어 있다.
-토출 냉매 연락관-
토출 냉매 연락관(12)은, 토출측 폐쇄 밸브(31)를 통하여 열원측 토출 분기관(21d)에 접속되어 있고, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태 및 열원측 증발 운전 상태의 어떤 경우든 열원측 압축기(21)의 토출로부터 열원 유닛(2) 외부로 열원측 냉매를 도출하는 것이 가능한 냉매관이다.
-액냉매 연락관-
액냉매 연락관(13)은, 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여 열원측 액냉매관(24a)에 접속되어 있고, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태에서 열원측 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)의 출구로부터 열원 유닛(2) 밖으로 열원측 냉매를 도출하는 것이 가능하고, 또한 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태에서 열원 유닛(2) 외부로부터 열원측 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)의 입구에 열원측 냉매를 도입하는 것이 가능한 냉매관이다.
-가스 냉매 연락관-
가스 냉매 연락관(14)은, 가스측 폐쇄 밸브(30)를 통하여 제2 열원측 가스 냉매관(23b)에 접속되어 있고, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태에서 열원 유닛(2) 외부로부터 열원측 압축기(21)의 흡입에 열원측 냉매를 도입하는 것이 가능하고, 또한 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태에서 열원측 압축기(21)의 토출로부터 열원 유닛(2) 외부로 열원측 냉매를 도출하는 것이 가능한 냉매관이다.
-제1 이용 유닛-
제1 이용 유닛(4a, 4b)은, 옥내에 설치되어 있고, 냉매 연락관(12, 13)을 통하여 열원 유닛(2) 및 제2 이용 유닛(10a)에 접속됨과 함께 제1 이용 유닛(4a, 4b)끼리도 서로 접속되어 있고, 열원측 냉매 회로(20)의 일부를 구성하고 있다. 또한, 제1 이용 유닛(4a, 4b)은, 물 매체 연락관(15a, 15b, 16a, 16b, 15b, 16b)을 통하여 저탕 유닛(8a, 8b) 및 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 접속되어 있고, 물 매체 회로(80a, 80b)의 일부를 구성하고 있다.
제1 이용 유닛(4a, 4b)은, 주로 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)와, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)와, 순환 펌프(43a, 43b)를 갖고 있다.
제1 이용측 열교환기(41a, 41b)는, 열원측 냉매와 물 매체의 열교환을 행함으로써 열원측 냉매의 방열기로서 기능하는 열교환기이며, 그 열원측 냉매가 흐르는 유로의 액측에는 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)이 접속되어 있고, 그 열원측 냉매가 흐르는 유로의 가스측에는 제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b)이 접속되어 있고, 그 물 매체가 흐르는 유로의 입구측에는 제1 이용측 물 입구관(47a, 47b)이 접속되어 있고, 그 물 매체가 흐르는 유로의 출구측에는 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)이 접속되어 있다. 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)에는 액냉매 연락관(13)이 접속되어 있고, 제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b)에는 토출 냉매 연락관(12)이 접속되어 있고, 제1 이용측 물 입구관(47a, 47b)에는 물 매체 연락관(15a, 15b)이 접속되어 있고, 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)에는 물 매체 연락관(16a, 16b)이 접속되어 있다.
제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)는, 개방도 제어를 행함으로써 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)를 흐르는 열원측 냉매의 유량을 가변하는 것이 가능한 전동 팽창 밸브이며, 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)에 설치되어 있다.
제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b)에는, 토출 냉매 연락관(12)으로부터 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)를 향하는 열원측 냉매의 흐름을 허용하고, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)로부터 토출 냉매 연락관(12)을 향하는 열원측 냉매의 흐름을 금지하는 제1 이용측 토출 역지 밸브(49a, 49b)가 설치되어 있다.
순환 펌프(43a, 43b)는, 물 매체의 승압을 행하는 기구이며, 여기에서는, 원심식이나 용적식의 펌프 요소(도시하지 않음)가 순환 펌프 모터(44a, 44b)에 의해 구동되는 펌프가 채용되어 있다. 순환 펌프(43a, 43b)는, 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)에 설치되어 있다. 순환 펌프 모터(44a, 44b)는, 인버터 장치(도시하지 않음)에 의해, 그 회전수(즉, 운전 주파수)를 가변할 수 있고, 이에 의해 순환 펌프(43a, 43b)의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
이에 의해, 제1 이용 유닛(4a, 4b)은, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)를 토출 냉매 연락관(12)으로부터 도입되는 열원측 냉매의 방열기로서 기능시킴으로써, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 방열한 열원측 냉매를 액냉매 연락관(13)에 도출하고, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 물 매체를 가열하는 급탕 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 액측에 있어서의 열원측 냉매의 온도인 제1 이용측 냉매 온도 Tsc1을 검출하는 제1 이용측 열 교환 온도 센서(50a, 50b)와, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 입구에 있어서의 물 매체의 온도인 물 매체 입구 온도 Twr을 검출하는 물 매체 출구 온도 센서(51a, 51b)와, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 출구에 있어서의 물 매체의 온도인 물 매체 출구 온도 Twl을 검출하는 물 매체 출구 온도 센서(52a, 52b)가 설치되어 있다.
-저탕 유닛-
저탕 유닛(8a, 8b)은, 옥내에 설치되어 있고, 물 매체 연락관(15a, 15b, 16a, 16b)을 통하여 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 접속되어 있고, 물 매체 회로(80a, 80b)의 일부를 구성하고 있다.
저탕 유닛(8a, 8b)은, 주로 저탕 탱크(81a, 81b)와, 열교환 코일(82a, 82b)을 갖고 있다.
저탕 탱크(81a, 81b)는, 급탕에 제공되는 물 매체로서의 물을 저류하는 용기이며, 그 상부에는, 수도 꼭지나 샤워 등에 온수가 된 물 매체를 보내기 위한 급탕관(83a, 83b)이 접속되어 있고, 그 하부에는 급탕관(83a, 83b)에 의해 소비된 물 매체의 보충을 행하기 위한 급수관(84a, 84b)이 접속되어 있다.
열교환 코일(82a, 82b)은, 저탕 탱크(81a, 81b) 내에 설치되어 있고, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체와 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체의 열교환을 행함으로써 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체의 가열기로서 기능하는 열교환기이며, 그 입구에는, 물 매체 연락관(16a, 16b)이 접속되어 있고, 그 출구에는, 물 매체 연락관(15a, 15b)이 접속되어 있다.
이에 의해, 저탕 유닛(8a, 8b)은, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 가열된 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체에 의해 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체를 가열하여 온수로서 저류하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 여기서는, 저탕 유닛(8a, 8b)으로서, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 가열된 물 매체의 열교환에 의해 가열된 물 매체를 저탕 탱크에 저류하는 형식의 저탕 유닛을 채용하고 있지만, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 가열된 물 매체를 저탕 탱크에 저류하는 형식의 저탕 유닛을 채용해도 좋다.
또한, 저탕 유닛(8a, 8b)에는 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 저탕 유닛(8a, 8b)에는, 저탕 탱크(81a, 81b)에 저류되는 물 매체의 온도인 저탕 온도 Twh를 검출하기 위한 저탕 온도 센서(85a)가 설치되어 있다.
-온수 난방 유닛-
온수 난방 유닛(9a, 9b)은, 옥내에 설치되어 있고, 물 매체 연락관(15a, 15b, 16a, 16b)을 통하여 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 접속되어 있고, 물 매체 회로(80a, 80b)의 일부를 구성하고 있다.
온수 난방 유닛(9a, 9b)은, 주로 열교환 패널(91a, 91b)을 갖고 있으며, 라디에이터나 바닥 난방 패널 등을 구성하고 있다.
열교환 패널(91a, 91b)은, 라디에이터의 경우에는 실내의 벽가 등에 설치되고, 바닥 난방 패널의 경우에는 실내의 바닥 하부 등에 설치되어 있고, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체의 방열기로서 기능하는 열교환기이며, 그 입구에는, 물 매체 연락관(16a, 16b)이 접속되어 있고, 그 출구에는 물 매체 연락관(15a, 15b)이 접속되어 있다.
-물 매체 연락관-
물 매체 연락관(15a, 15b)은, 저탕 유닛(8a, 8b)의 열교환 코일(82a, 82b)의 출구 및 온수 난방 유닛(9a, 9b)의 열교환 패널(91a, 91b)의 출구에 접속되어 있다. 물 매체 연락관(16a, 16b)은, 저탕 유닛(8a, 8b)의 열교환 코일(82a, 82b)의 입구 및 온수 난방 유닛(9a, 9b)의 열교환 패널(91a, 91b)의 입구에 접속되어 있다. 물 매체 연락관(16a, 16b)에는, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체를 저탕 유닛(8a, 8b) 및 온수 난방 유닛(9a, 9b) 모두, 또는 저탕 유닛(8a, 8b) 및 온수 난방 유닛(9a, 9b) 중 어느 한쪽에 공급하거나 하는 전환을 행하는 것이 가능한 물 매체측 전환 기구(161a, 161b)가 설치되어 있다. 이 물 매체측 전환 기구(161a, 161b)는, 삼방 밸브로 이루어진다.
-제2 이용 유닛-
제2 이용 유닛(10a)은, 옥내에 설치되어 있고, 냉매 연락관(13, 14)을 통하여 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 열원측 냉매 회로(20)의 일부를 구성하고 있다.
제2 이용 유닛(10a)은, 주로 제2 이용측 열교환기(101a)와 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)를 갖고 있다.
제2 이용측 열교환기(101a)는, 열원측 냉매와 공기 매체로서의 실내 공기의 열교환을 행함으로써 열원측 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이며, 그 액측에 제2 이용측 액냉매관(103a)이 접속되어 있고, 그 가스측에 제2 이용측 가스 냉매관(104a)이 접속되어 있다. 제2 이용측 액냉매관(103a)에는 액냉매 연락관(13)이 접속되어 있고, 제2 이용측 가스 냉매관(104a)에는 가스 냉매 연락관(14)이 접속되어 있다. 이 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 열원측 냉매와 열교환을 행하는 공기 매체는, 이용측 팬 모터(106a)에 의해 구동되는 이용측 팬(105a)에 의해 공급되도록 되어 있다.
제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)는, 개방도 제어를 행함으로써 제2 이용측 열교환기(101a)를 흐르는 열원측 냉매의 유량을 가변하는 것이 가능한 전동 팽창 밸브이며, 제2 이용측 액냉매관(103a)에 설치되어 있다.
이에 의해, 제2 이용 유닛(10a)은, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태에서, 제2 이용측 열교환기(101a)를 액냉매 연락관(13)으로부터 도입되는 열원측 냉매의 증발기로서 기능시킴으로써, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 증발한 열원측 냉매를 가스 냉매 연락관(14)에 도출하고, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서의 열원측 냉매의 증발에 의해 공기 매체를 냉각하는 냉방 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있고, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태에서 제2 이용측 열교환기(101a)가 가스 냉매 연락관(14)으로부터 도입되는 열원측 냉매의 방열기로서 기능하여, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 방열한 열원측 냉매를 액냉매 연락관(13)에 도출하고, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 공기 매체를 가열하는 난방 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 제2 이용 유닛(10a)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제2 이용 유닛(10a)에는, 실내 온도 Tr을 검출하는 실내 온도 센서(107a)가 설치되어 있다.
<동작>
이어서, 히트 펌프 시스템(1)의 동작에 대하여 설명한다.
히트 펌프 시스템(1)의 운전 모드로서는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전(즉, 저탕 유닛(8a, 8b) 및／또는 온수 난방 유닛(9a, 9b)의 운전)만을 행하는 급탕 운전 모드와, 제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전만을 행하는 냉방 운전 모드와, 제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전만을 행하는 난방 운전 모드와, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전을 행하는 급탕 난방 운전 모드와, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전을 행하는 급탕 냉방 운전 모드가 있다.
이하, 히트 펌프 시스템(1)의 5개의 운전 모드에서의 동작에 대하여 설명한다.
-급탕 운전 모드-
제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전만을 행하는 경우에는 열원측 냉매 회로(20)에 있어서는, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태(도 1의 열원측 전환 기구(23)의 파선으로 나타내어진 상태)로 전환되어, 흡입 복귀 팽창 밸브(26a) 및 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)가 폐지된 상태로 된다. 또한, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 물 매체 전환 기구(161a, 161b)가 저탕 유닛(8a, 8b) 및／또는 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 물 매체를 공급하는 상태로 전환된다.
이러한 상태의 열원측 냉매 회로(20)에 있어서, 냉동 사이클에 있어서의 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 열원측 압축기(21)에 흡입되어, 냉동 사이클에 있어서의 고압까지 압축된 후에 열원측 토출관(21b)에 토출된다. 열원측 토출관(21b)에 토출된 고압의 열원측 냉매는, 오일 분리기(22a)에 있어서 냉동기유가 분리된다. 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 복귀관(22b)를 통하여, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 냉동기유가 분리된 고압의 열원측 냉매는, 열원측 토출 분기관(21d) 및 토출측 폐쇄 밸브(31)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 토출 냉매 연락관(12)에 보내어진다.
토출 냉매 연락관(12)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진다. 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b) 및 제1 이용측 토출 역지 밸브(49a, 49b)를 통하여, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서, 순환 펌프(43a, 43b)에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체와 열교환을 행하여 방열한다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b) 및 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)을 통하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
액냉매 연락관(13)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원 유닛(2)에 보내어진다. 열원 유닛(2)에 보내어진 열원측 냉매는, 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여 과냉각기(27)에 보내어진다. 과냉각기(27)에 보내어진 열원측 냉매는, 흡입 복귀관(26)에 열원측 냉매가 흐르고 있지 않기 때문에, 열교환을 행하지 않고, 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진다. 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원측 팽창 밸브(25)에 있어서 감압되어, 저압의 기액 2상 상태로 되고, 열원측 액냉매관(24a)을 통하여, 열원측 열교환기(24)에 보내어진다. 열원측 열교환기(24)에 보내어진 저압의 냉매는, 열원측 열교환기(24)에 있어서, 열원측 팬(32)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 증발한다. 열원측 열교환기(24)에 있어서 증발한 저압의 열원측 냉매는, 제1 열원측 가스 냉매관(23a) 및 열원측 전환 기구(23)를 통하여, 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진다. 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여, 다시 열원측 압축기(21)에 흡입된다.
한편, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체가 가열된다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 가열된 물 매체는, 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)을 통하여, 순환 펌프(43a, 43b)에 흡입되고, 승압된 후에, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진다. 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진 물 매체는, 물 매체측 전환 기구(161a, 161b)를 통하여 저탕 유닛(8a, 8b) 및／또는 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 보내어진다. 저탕 유닛(8a, 8b)에 보내어진 물 매체는, 열교환 코일(82a, 82b)에 있어서 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체와 열교환을 행하여 방열하고, 이에 의해 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체를 가열한다. 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 보내어진 물 매체는, 열교환 패널(91a, 91b)에 있어서 방열하고, 이에 의해, 실내의 벽가 등을 가열하거나 실내의 바닥을 가열한다.
이와 같이 하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전만을 행하는 급탕 운전 모드에서의 동작이 행해진다.
또한, 제1 이용 유닛(4a, 4b) 중 어느 한쪽의 급탕 운전을 정지하고, 다른 쪽만 급탕 운전하는 경우에는, 급탕 운전을 정지하는 측의 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)를 폐지하면 된다. 또한, 후술하는 급탕 난방 운전 및 급탕 냉방 운전의 경우도 마찬가지이다.
-냉방 운전 모드-
제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전만을 행하는 경우에는, 열원측 냉매 회로(20)에 있어서는, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태(도 1의 열원측 전환 기구(23)의 실선으로 나타내어진 상태)로 전환되어, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)가 폐지된 상태로 된다.
이러한 상태의 열원측 냉매 회로(20)에 있어서, 냉동 사이클에 있어서의 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 열원측 압축기(21)에 흡입되어, 냉동 사이클에 있어서의 고압까지 압축된 후에 열원측 토출관(21b)에 토출된다. 열원측 토출관(21b)에 토출된 고압의 열원측 냉매는, 오일 분리기(22a)에 있어서 냉동기유가 분리된다. 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 복귀관(22b)을 통하여, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 냉동기유가 분리된 고압의 열원측 냉매는, 열원측 전환 기구(23) 및 제1 열원측 가스 냉매관(23a)을 통하여, 열원측 열교환기(24)에 보내어진다. 열원측 열교환기(24)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 열원측 열교환기(24)에 있어서, 열원측 팬(32)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 방열한다. 열원측 열교환기에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 열원측 팽창 밸브(25)를 통하여, 과냉각기(27)에 보내어진다. 과냉각기(27)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원측 액냉매관(24a)으로부터 흡입 복귀관(26)으로 분기된 열원측 냉매와 열교환을 행하여 과냉각 상태로 되도록 냉각된다. 흡입 복귀관(26)을 흐르는 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 과냉각기(27)에 있어서 냉각된 열원측 냉매는, 열원측 액냉매관(24a) 및 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
액냉매 연락관(13)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진다. 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 보내어진다. 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 있어서 감압되어, 저압의 기액 2상 상태로 되고, 제2 이용측 액냉매관(103a)을 통하여, 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서, 이용측 팬(105a)에 의해 공급되는 공기 매체와 열교환을 행하여 증발하고, 이에 의해 실내의 냉방을 행한다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 증발한 저압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 가스 냉매관(104a)을 통하여, 제2 이용 유닛(10a)으로부터 가스 냉매 연락관(14)에 보내어진다.
가스 냉매 연락관(14)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원 유닛(2)에 보내어진다. 열원 유닛(2)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 가스측 폐쇄 밸브(30), 제2 열원측 가스 냉매관(23b) 및 열원측 전환 기구(23)를 통하여, 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진다. 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 다시 열원측 압축기(21)에 흡입된다.
이와 같이 하여, 제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전만을 행하는 냉방 운전 모드에서의 동작이 행해진다.
-난방 운전 모드-
제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전만을 행하는 경우에는, 열원측 냉매 회로(20)에 있어서는, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태(도 1의 열원측 전환 기구(23)의 파선으로 나타내어진 상태)로 전환되어, 흡입 복귀 팽창 밸브(26a) 및 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)가 폐지된 상태로 된다.
이러한 상태의 열원측 냉매 회로(20)에 있어서, 냉동 사이클에 있어서의 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 열원측 압축기(21)에 흡입되어, 냉동 사이클에 있어서의 고압까지 압축된 후에 열원측 토출관(21b)에 토출된다. 열원측 토출관(21b)에 토출된 고압의 열원측 냉매는, 오일 분리기(22a)에 있어서 냉동기유가 분리된다. 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 복귀관(22b)을 통하여, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 냉동기유가 분리된 고압의 열원측 냉매는, 열원측 전환 기구(23), 제2 열원측 가스 냉매관(23b) 및 가스측 폐쇄 밸브(30)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 가스 냉매 연락관(14)에 보내어진다.
가스 냉매 연락관(14)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진다. 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 가스 냉매관(104a)을 통하여, 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서, 이용측 팬(105a)에 의해 공급되는 공기 매체와 열교환을 행하여 방열하고, 이에 의해 실내의 난방을 행한다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a) 및 제2 이용측 액냉매관(103a)을 통하여, 제2 이용 유닛(10a)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
액냉매 연락관(13)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원 유닛(2)에 보내어진다. 열원 유닛(2)에 보내어진 열원측 냉매는 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여, 과냉각기(27)에 보내어진다. 과냉각기(27)에 보내어진 열원측 냉매는, 흡입 복귀관(26)에 열원측 냉매가 흐르고 있지 않기 때문에, 열교환을 행하지 않고, 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진다. 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원측 팽창 밸브(25)에 있어서 감압되어, 저압의 기액 2상 상태로 되고, 열원측 액냉매관(24a)을 통하여, 열원측 열교환기(24)에 보내어진다. 열원측 열교환기(24)에 보내어진 저압의 냉매는, 열원측 열교환기(24)에 있어서, 열원측 팬(32)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 증발한다. 열원측 열교환기(24)에 있어서 증발한 저압의 열원측 냉매는, 제1 열원측 가스 냉매관(23a) 및 열원측 전환 기구(23)를 통하여 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진다. 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여, 다시 열원측 압축기(21)에 흡입된다.
이와 같이 하여, 제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전만을 행하는 난방 운전 모드에서의 동작이 행해진다.
-급탕 난방 운전 모드-
제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전을 행하는 경우에는, 열원측 냉매 회로(20)에 있어서는, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태(도 1의 열원측 전환 기구(23)의 파선으로 나타내어진 상태)로 전환되어, 흡입 복귀 팽창 밸브(26a)가 폐지된 상태로 된다. 또한, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 물 매체 전환 기구(161a, 161b)가 저탕 유닛(8a, 8b) 및／또는 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 물 매체를 공급하는 상태로 전환된다.
이러한 상태의 열원측 냉매 회로(20)에 있어서, 냉동 사이클에 있어서의 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 열원측 압축기(21)에 흡입되어, 냉동 사이클에 있어서의 고압까지 압축된 후에 열원측 토출관(21b)에 토출된다. 열원측 토출관(21b)에 토출된 고압의 열원측 냉매는, 오일 분리기(22a)에 있어서 냉동기유가 분리된다. 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 복귀관(22b)을 통하여, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 냉동기유가 분리된 고압의 열원측 냉매는, 그 일부가, 열원측 토출 분기관(21d) 및 토출측 폐쇄 밸브(31)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 토출 냉매 연락관(12)에 보내어지고, 그 나머지는 열원측 전환 기구(23), 제2 열원측 가스 냉매관(23b) 및 가스측 폐쇄 밸브(30)를 통하여 열원 유닛(2)으로부터 가스 냉매 연락관(14)에 보내어진다.
가스 냉매 연락관(14)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진다. 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 가스 냉매관(104a)을 통하여, 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서, 이용측 팬(105a)에 의해 공급되는 공기 매체와 열교환을 행하여 방열하고, 이에 의해 실내의 난방을 행한다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a) 및 제2 이용측 액냉매관(103a)을 통하여, 제2 이용 유닛(10a)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
토출 냉매 연락관(12)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진다. 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b) 및 제1 이용측 토출 역지 밸브(49a, 49b)를 통하여, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서, 순환 펌프(43a, 43b)에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체와 열교환을 행하여 방열한다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b) 및 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)을 통하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
제2 이용 유닛(10a) 및 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진 열원측 냉매는, 액냉매 연락관(13)에 있어서 합류하여, 열원 유닛(2)에 보내어진다. 열원 유닛(2)에 보내어진 열원측 냉매는, 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여, 과냉각기(27)에 보내어진다. 과냉각기(27)에 보내어진 열원측 냉매는, 흡입 복귀관(26)에 열원측 냉매가 흐르고 있지 않기 때문에, 열교환을 행하지 않고, 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진다. 열원측 팽창 밸브(25)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원측 팽창 밸브(25)에 있어서 감압되어, 저압의 기액 2상 상태로 되고, 열원측 액냉매관(24a)을 통하여, 열원측 열교환기(24)에 보내어진다. 열원측 열교환기(24)에 보내어진 저압의 냉매는, 열원측 열교환기(24)에 있어서, 열원측 팬(32)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 증발한다. 열원측 열교환기(24)에 있어서 증발한 저압의 열원측 냉매는, 제1 열원측 가스 냉매관(23a) 및 열원측 전환 기구(23)를 통하여, 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진다. 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여, 다시 열원측 압축기(21)에 흡입된다.
한편, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체가 가열된다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 가열된 물 매체는, 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)을 통하여, 순환 펌프(43a, 43b)에 흡입되고, 승압된 후에, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진다. 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진 물 매체는, 물 매체측 전환 기구(161a, 161b)를 통하여, 저탕 유닛(8a, 8b) 및／또는 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 보내어진다. 저탕 유닛(8a, 8b)에 보내어진 물 매체는, 열교환 코일(82a, 82b)에 있어서 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체와 열교환을 행하여 방열하고, 이에 의해, 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체를 가열한다. 온수 난방 유닛(9a, 9b)에 보내어진 물 매체는, 열교환 패널(91a, 91b)에 있어서 방열하고, 이에 의해, 실내의 벽가 등을 가열하거나 실내의 바닥을 가열한다.
이와 같이 하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 난방 운전을 행하는 급탕 난방 운전 모드에서의 동작이 행해진다.
-급탕 냉방 운전 모드-
제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전을 행하는 경우에는, 열원측 냉매 회로(20)에 있어서는, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태(도 1의 열원측 전환 기구(23)의 실선으로 나타내어진 상태)로 전환된다. 또한, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 물 매체 전환 기구(161a, 161b)가 저탕 유닛(8a, 8b)에 물 매체를 공급하는 상태로 전환된다.
이러한 상태의 열원측 냉매 회로(20)에 있어서, 냉동 사이클에 있어서의 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여 열원측 압축기(21)에 흡입되어, 냉동 사이클에 있어서의 고압까지 압축된 후에 열원측 토출관(21b)에 토출된다. 열원측 토출관(21b)에 토출된 고압의 열원측 냉매는, 오일 분리기(22a)에 있어서 냉동기유가 분리된다. 오일 분리기(22a)에 있어서 열원측 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 복귀관(22b)을 통하여, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 냉동기유가 분리된 고압의 열원측 냉매는, 그 일부가, 열원측 토출 분기관(21d) 및 토출측 폐쇄 밸브(31)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 토출 냉매 연락관(12)에 보내어지고, 그 나머지는 열원측 전환 기구(23) 및 제1 열원측 가스 냉매관(23a)을 통하여, 열원측 열교환기(24)에 보내어진다. 열원측 열교환기(24)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 열원측 열교환기(24)에 있어서, 열원측 팬(32)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 방열한다. 열원측 열교환기에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 열원측 팽창 밸브(25)를 통하여, 과냉각기(27)에 보내어진다. 과냉각기(27)에 보내어진 열원측 냉매는, 열원측 액냉매관(24a)으로부터 흡입 복귀관(26)으로 분기된 열원측 냉매와 열교환을 행하여 과냉각 상태로 되도록 냉각된다. 흡입 복귀관(26)을 흐르는 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)으로 복귀된다. 과냉각기(27)에 있어서 냉각된 열원측 냉매는, 열원측 액냉매관(24a) 및 액측 폐쇄 밸브(29)를 통하여, 열원 유닛(2)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
토출 냉매 연락관(12)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진다. 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 토출 냉매관(46a, 46b) 및 제1 이용측 토출 역지 밸브(49a, 49b)를 통하여, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 보내어진 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서, 순환 펌프(43a, 43b)에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체와 열교환을 행하여 방열한다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 방열한 고압의 열원측 냉매는, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b) 및 제1 이용측 액냉매관(45a, 45b)을 통하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 액냉매 연락관(13)에 보내어진다.
열원 유닛(2) 및 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 액냉매 연락관(13)으로 보내어진 열원측 냉매는, 액냉매 연락관(13)에 있어서 합류하여, 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진다. 제2 이용 유닛(10a)에 보내어진 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 보내어진다. 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 보내어진 열원측 냉매는, 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a)에 있어서 감압되어, 저압의 기액 2상 상태로 되고, 제2 이용측 액냉매관(103a)을 통하여, 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서, 이용측 팬(105a)에 의해 공급되는 공기 매체와 열교환을 행하여 증발하고, 이에 의해, 실내의 냉방을 행한다. 제2 이용측 열교환기(101a)에 있어서 증발한 저압의 열원측 냉매는, 제2 이용측 가스 냉매관(104a)을 통하여, 제2 이용 유닛(10a)으로부터 가스 냉매 연락관(14)에 보내어진다.
가스 냉매 연락관(14)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원 유닛(2)에 보내어진다. 열원 유닛(2)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 가스측 폐쇄 밸브(30), 제2 열원측 가스 냉매관(23b) 및 열원측 전환 기구(23)를 통하여, 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진다. 열원측 어큐뮬레이터(28)에 보내어진 저압의 열원측 냉매는, 열원측 흡입관(21c)을 통하여, 다시 열원측 압축기(21)에 흡입된다.
한편, 물 매체 회로(80a, 80b)에 있어서는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체가 가열된다. 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서 가열된 물 매체는, 제1 이용측 물 출구관(48a, 48b)을 통하여, 순환 펌프(43a, 43b)에 흡입되어, 승압된 후에, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로부터 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진다. 물 매체 연락관(16a, 16b)에 보내어진 물 매체는, 물 매체측 전환 기구(161a, 161b)를 통하여, 저탕 유닛(8a, 8b)에 보내어진다. 저탕 유닛(8a, 8b)에 보내어진 물 매체는, 열교환 코일(82a, 82b)에 있어서 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체와 열교환을 행하여 방열하고, 이에 의해, 저탕 탱크(81a, 81b) 내의 물 매체를 가열한다.
이와 같이 하여, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 급탕 운전을 행함과 함께 제2 이용 유닛(10a)의 냉방 운전을 행하는 급탕 냉방 운전 모드에서의 동작이 행해진다.
<히트 펌프 시스템(1)의 최적 냉매 제어>
실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)은, 도 2에 도시되는 흐름도와 같이, 최적 냉매 제어를 행한다. 냉매 제어는, 제어 컴퓨터 Ct에 의한 히트 펌프 시스템(1)의 각 유닛(2, 4a, 4b, 10a)의 제어에 의해 실행된다.
우선 기본적으로, 제어 컴퓨터 Ct는, 열원측 압축기(21)의 운전 용량을, 열원측 압축기(21)의 열원측 토출 압력 Pd1 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값 Ａ로 되도록 제어한다. 열원측 토출 압력 Pd1은, 열원측 토출 압력 센서(34)에 의해 검출된다.
그리고, 우선 도 2의 스텝 S1에 있어서, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 출구에 있어서의 물 매체의 온도인 물 매체 출구 온도 Twl을 측정한다.
계속해서, 스텝 S2에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 개개의 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 대해서, 측정된 물 매체 출구 온도 Twl에 기초하여, 제1 목표값(A)과 동일 차원의 상태량인 등가 목표값(B)(예를 들어 토출 압력과 동일한 상태량 등)을 구한다.
계속해서, 스텝 S3에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 스텝 S2에 있어서 구한 복수의 등가 목표값(B) 중, 최대의 B에 기초하여 등가의 제1 목표값(A)을 구한다.
계속해서, 스텝 S4에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 스텝 S3에서 구한 등가의 제1 목표값(A)에 기초하여, 열원측 압축기(21)의 회전 주파수의 제어를 한다.
그와 함께, 스텝 S5에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 개개의 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 대해서, 과냉각도 설정값 ΔTc를 변경함으로써, 냉매 유량의 보정 제어, 구체적으로는 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)의 제어를 행한다.
이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a, 4b) 및 제2 이용 유닛(10a)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템(1)에 있어서, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
-물 매체 회로를 순환하는 물 매체의 유량 제어-
이어서, 상술한 급탕 운전, 급탕 난방 운전 및 급탕 냉방 운전에 있어서의 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체의 유량 제어에 대하여 설명한다.
이 히트 펌프 시스템(1)에서는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 출구에 있어서의 물 매체의 온도(즉, 물 매체 출구 온도 Twl)와 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 입구에 있어서의 물 매체의 온도(즉 물 매체 입구 온도 Twr)의 온도차(즉, Twl-Twr)인 물 매체 출입구 온도차 ΔTw가 소정의 목표 물 매체 출입구 온도차 ΔTws로 되도록 순환 펌프(43a, 43b)의 용량 제어가 행해진다. 보다 구체적으로는, 물 매체 출입구 온도차 ΔTw가 목표 물 매체 출입구 온도차 ΔTws보다 큰 경우에는, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체의 유량이 적은 것으로 판정하여, 순환 펌프 모터(44a, 44b)의 회전수(즉, 운전 주파수)를 크게 함으로써 순환 펌프(43a, 43b)의 운전 용량이 커지도록 제어하고, 물 매체 출입구 온도차 ΔTw가 목표 물 매체 출입구 온도차 ΔTws보다 작은 경우에는, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체의 유량이 많은 것으로 판정하여, 순환 펌프 모터(44a, 44b)의 회전수(즉, 운전 주파수)를 작게 함으로써 순환 펌프(43a, 43b)의 운전 용량이 작아지도록 제어한다. 이에 의해, 물 매체 회로(80a, 80b)를 순환하는 물 매체의 유량이 적절하게 제어되도록 되어 있다. 또한, 목표 물 매체 출입구 온도차 ΔTws는, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)의 열교환 능력의 설계 조건 등을 고려하여 설정되어 있다.
<제1 실시 형태의 특징>
(1)
제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)은, 상술한 바와 같이, 열원측 압축기(21)와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)를 갖는 열원 유닛(2)과, 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(41a, 41b, 101a)를 갖는 복수의 이용 유닛(4a, 4b, 10a)을 구비하고 있다.
게다가, 히트 펌프 시스템(1)은, 열원측 압축기(21)의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값(A)으로 되도록, 열원측 압축기(21)의 운전 용량을 제어한다. 그리고, 제1 목표값(A)은, 각각의 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 관련된 제1 등가 목표값(B)에 기초하여 결정된다.
이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a, 4b) 및 제2 이용 유닛(10a)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템(1)에 있어서, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
(2)
즉, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)은, 열원기에 바닥 난방 등의 온수 순환식 난방이나 급탕을 행하기 위한 온수 가열 유닛으로서 제1 이용 유닛(4a, 4b)이 접속되고, 이들 온수 가열 유닛이 요구에 따라 복수대 병렬로 멀티 접속 가능한 시스템에 있어서 최적으로 각 온수 가열 유닛에 냉매를 공급하는 것이 가능하다.
여기서, 바닥 난방 등의 온수 순환식 난방이나 급탕을 행하기 위한 온수 가열 기기에 있어서는, 일반적으로 공급하는 출구측 수온을 보증하여, 그 온도로 되도록 통상 기기의 제어를 행하고 있다. 온수의 용도가 상이한 경우, 당연히 그 출구 온도는 상이하다. 예를 들어 바닥 난방에 있어서는, 약 35℃, 저온도 패널 히터에 있어서는 약 45℃, 급탕에 있어서는 약 40℃ 내지 60℃로 된다. 이러한 용도가 상이한 복수의 온수 가열기를 단일 열원에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템(1)에 있어서는, 어떻게 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 냉매를 공급할 것인지가 기술적 과제이다.
따라서, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)에서는, 각각의 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값(B)에 기초하여 결정되는 등가의 제1 목표값(A)을 사용하여 열원측 압축기(21)의 운전 용량을 제어함으로써, 이 기술적 과제를 해결하고 있다.
(3)
또한, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)에서는, 복수의 이용 유닛(4a, 4b)은, 각 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛(4a, 4b)을 복수 포함하고 있다. 등가 목표값은, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 기초하는 제1 등가 목표값(B)이다. 제1 목표값(A)은, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 등가 목표값(B) 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정된다. 따라서, 모든 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
(4)
또한, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)에서는, 제1 이용 유닛(4a, 4b) 중, 제1 목표값(A)이 제1 등가 목표값(B)보다 커지는 제1 이용 유닛(4a, 4b) 중 어느 한쪽에 대해서는, 제1 목표값(A)과 제1 등가 목표값(B)의 차분에 기초하는 보정값을 사용하여, 냉매 유량 제어 수단인 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)의 제어를 행한다. 이에 의해, 모든 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
(5)
또한, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)에서는, 제1 이용측 유량 조절 밸브(42a, 42b)의 제어는, 과냉각도 설정값을 변경하도록 행하므로, 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 과냉각도를 일정해지도록 제어할 수 있고, 그 결과, 모든 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
<제1 실시 형태의 변형예>
(A)
상기의 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)에서는, 제1 이용 유닛(4a, 4b)으로서, 제1 이용측 열교환기(41a, 41b)에 의해 열원측 냉매 회로(20)의 냉매와 물 매체 회로(80a, 80b)의 물 사이에서 직접 열교환을 행하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 열원측 냉매 회로(20)와 물 매체 회로(80a, 80b) 사이에 별도의 냉매 회로를 개재시켜 캐스케이드식의 히트 펌프 시스템을 구성해도 좋다. 이 경우도, 상기 실시 형태의 운전 제어를 행함으로써, 이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a, 4b) 및 제2 이용 유닛(10a)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템(1)에 있어서, 각 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
(제2 실시 형태)
<구성>
-전체-
도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 히트 펌프 시스템(201)의 개략 구성도이다. 제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)은, 상기의 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)과 마찬가지로, 증기 압축식의 히트 펌프 사이클을 이용하여 물 매체를 가열하는 운전 등을 행하는 것이 가능한 장치이다.
단, 제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)은, 1기의 제1 이용 유닛(4a)과 2기의 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 갖는 점에서, 상기의 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(1)과 상이하다.
즉, 히트 펌프 시스템(201)은, 주로 열원 유닛(2)과, 1기의 제1 이용 유닛(4a)과, 2기의 제2 이용 유닛(10a, 10b)과, 토출 냉매 연락관(12)과, 액냉매 연락관(13)과, 가스 냉매 연락관(14)과, 저탕 유닛(8a)과, 온수 난방 유닛(9a)과, 물 매체 연락관(15a, 15b)과, 물 매체 연락관(16a, 16b)을 구비하고 있고, 열원 유닛(2)과 제1 이용 유닛(4a)과 제2 이용 유닛(10a, 10b)이 냉매 연락관(12, 13, 14)을 통하여 접속됨으로써, 열원측 냉매 회로(20)를 구성하고, 제1 이용 유닛(4a)과 저탕 유닛(8a)과 온수 난방 유닛(9a)이 물 매체 연락관(15a, 16a)을 통하여 접속됨으로써, 물 매체 회로(80a)를 구성하고 있다. 열원측 냉매 회로(20)에는, HFC계 냉매의 일종인 HFC-410A가 열원측 냉매로서 봉입되어 있으며, 또한 HFC계 냉매에 대하여 상용성을 갖는 에스테르계 또는 에테르계의 냉동기유가 열원측 압축기(21)(후술)의 윤활을 위하여 봉입되어 있다. 또한, 물 매체 회로(80a)에는, 물 매체로서의 물이 순환하도록 되어 있다.
또한, 제2 실시 형태의 제2 이용 유닛(10a)은, 제2 이용 유닛(10b)과 동일한 구성이며, 또한 서로 병렬로 냉매 연락관(13, 14)에 접속된다.
-제2 이용 유닛-
제2 이용 유닛(10a, 10b)은, 옥내에 설치되어 있고, 냉매 연락관(13, 14)을 통하여 열원 유닛(2)에 접속됨과 함께 제2 이용 유닛(10a, 10b)끼리도 서로 접속되어 있고, 열원측 냉매 회로(20)의 일부를 구성하고 있다.
제2 이용 유닛(10a, 10b)은, 주로 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)와 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a, 102b)를 갖고 있다.
제2 이용측 열교환기(101a, 101b)는, 열원측 냉매와 공기 매체로서의 실내 공기의 열교환을 행함으로써 열원측 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이며, 그 액측에 제2 이용측 액냉매관(103a, 103b)이 접속되어 있고, 그 가스측에 제2 이용측 가스 냉매관(104a, 104b)이 접속되어 있다. 제2 이용측 액냉매관(103a, 103b)에는 액냉매 연락관(13)이 접속되어 있고, 제2 이용측 가스 냉매관(104a, 104b)에는 가스 냉매 연락관(14)이 접속되어 있다. 이 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서 열원측 냉매와 열교환을 행하는 공기 매체는, 이용측 팬 모터(106a, 106b)에 의해 구동되는 이용측 팬(105a, 105b)에 의해 공급되도록 되어 있다.
제2 이용측 유량 조절 밸브(102a, 102b)는, 개방도 제어를 행함으로써 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)를 흐르는 열원측 냉매의 유량을 가변하는 것이 가능한 전동 팽창 밸브이며, 제2 이용측 액냉매관(103a, 103b)에 설치되어 있다.
이에 의해, 제2 이용 유닛(10a, 10b)은, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 방열 운전 상태에서, 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)를 액냉매 연락관(13)으로부터 도입되는 열원측 냉매의 증발기로서 기능시킴으로써, 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서 증발한 열원측 냉매를 가스 냉매 연락관(14)에 도출하고, 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서의 열원측 냉매의 증발에 의해 공기 매체를 냉각하는 냉방 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있고, 열원측 전환 기구(23)가 열원측 증발 운전 상태에서 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)가 가스 냉매 연락관(14)으로부터 도입되는 열원측 냉매의 방열기로서 기능하여, 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서 방열한 열원측 냉매를 액냉매 연락관(13)에 도출하고, 제2 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서의 열원측 냉매의 방열에 의해 공기 매체를 가열하는 난방 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 제2 이용 유닛(10a, 10b)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제2 이용 유닛(10a, 10b)에는, 실내 온도 Tr을 검출하는 실내 온도 센서(107a, 107b)가 설치되어 있다.
제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)도, 제1 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)과 마찬가지로, 급탕 운전 모드, 냉방 운전 모드, 난방 운전 모드, 급탕 난방 운전 모드, 급탕 냉방 운전 모드가 가능하다.
또한, 제2 이용 유닛(10a, 10b) 중 어느 한쪽의 냉방 또는 난방 운전을 정지하고, 다른 쪽만을 냉방 또는 난방 운전하는 경우에는, 냉방 또는 난방 운전을 정지하는 측의 제1 이용 유닛(10a, 10b)의 제1 이용측 유량 조절 밸브(102a, 102b)를 폐지하면 된다. 또한, 후술하는 급탕 난방 운전 및 급탕 냉방 운전의 경우도 마찬가지이다.
<히트 펌프 시스템(201)의 최적 냉매 제어>
제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)은, 도 4에 도시되는 흐름도와 같이, 최적 냉매 제어를 행한다. 냉매 제어는, 제어 컴퓨터 Ct에 의한 히트 펌프 시스템(1)의 각 유닛(2, 4a, 10a, 10b)의 제어에 의해 실행된다.
우선 기본적으로, 제어 컴퓨터 Ct는, 열원측 압축기(21)의 운전 용량을, 열원측 압축기(21)의 열원측 토출 압력 Pd1 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값 Ａ로 되도록 제어한다. 열원측 토출 압력 Pd1은, 열원측 토출 압력 센서(34)에 의해 검출된다.
그리고, 우선 도 4의 스텝 S21에 있어서, 제1 이용 유닛(4a)의 제1 이용측 열교환기(41a)의 출구에 있어서의 물 매체의 온도인 물 매체 출구 온도 Twl을 측정한다.
계속해서, 도 4의 스텝 S22에 있어서, 각 제2 이용 유닛(10a, 10b)의 실내 온도 Tr을 측정한다. 실내 온도 Tr은, 실내 온도 센서(107a, 107b)에 의해 검출된다.
계속해서, 스텝 S23에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 제1 이용 유닛(4a)에 대해서, 측정된 물 매체 출구 온도 Twl에 기초하여, 제1 목표값(A)과 동일 차원의 상태량인 등가 목표값(B)(예를 들어 토출 압력과 동일한 상태량 등)을 구한다. 또한, 제어 컴퓨터 Ct는, 개개의 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 대해서, 측정된 실내 온도 Tr에 기초하여, 각각의 등가 목표값(C)을 구한다. 등가 목표값(C)도, 제1 목표값(A)과 동일 차원의 상태량이다.
계속해서, 스텝 S24에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 스텝 S23에 있어서 구한 복수의 등가 목표값(B, C) 중, 최대의 B, C에 기초하여, 등가의 제1 목표값(A)을 구한다.
계속해서, 스텝 S25에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 스텝 S24에서 구한 등가의 제1 목표값(A)에 기초하여, 열원측 압축기(21)의 회전 주파수의 제어를 한다.
그리고, 스텝 S26에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 개개의 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 대해서, 과냉각도 설정값 ΔTc를 변경함으로써, 냉매 유량의 보정 제어, 구체적으로는 제2 이용측 유량 조절 밸브(102a, 102b)의 제어를 행한다.
그리고, 스텝 S27에 있어서, 제어 컴퓨터 Ct는, 개개의 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 대해 풍량을 조정한다. 예를 들어, 제1 목표값(A)이 제2 등가 목표값(C)보다 커지는 경우에는 제2 이용 유닛(10a, 10b)의 팬 풍량이 작아지도록 제어하여, 풍량에 의해 능력의 억제(세이브)를 행한다.
이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a) 및 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 있어서, 제1 이용 유닛(4a) 및 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
<제2 실시 형태의 특징>
(1)
제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)은, 상술한 바와 같이, 열원측 압축기(21)와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)를 갖는 열원 유닛(2)과, 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(41a, 101a, 101b)를 갖는 복수의 이용 유닛(4a, 10a, 10b)을 구비하고 있다.
게다가, 히트 펌프 시스템(201)은, 열원측 압축기(21)의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값(A)으로 되도록, 열원측 압축기(21)의 운전 용량을 제어한다. 그리고, 제1 목표값(A)은, 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 제1 등가 목표값(B) 및 각각의 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 있어서 요구되는 실내 온도 Tr에 등가의 제2 등가 목표값(C)에 기초하여 결정된다.
이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a) 및 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 있어서, 각 이용 유닛에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
(2)
또한, 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)에서는, 복수의 이용 유닛(4a, 4b, 10a)은, 이용측 열교환기(41a)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛(4a)과, 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 공기계 매체를 가열하는 것이 가능한 복수의 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 포함하고 있다. 그리고, 등가 목표값은, 제1 이용 유닛(4a)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 관련된 제1 등가 목표값(B)과, 복수의 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 공기계 매체의 온도에 관련된 제2 등가 목표값(C)을 포함하고 있다. 또한, 제1 목표값(A)은, 각 이용 유닛의 제1 등가 목표값(B) 및 제2 등가 목표값(C) 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정된다.
이에 의해, 모든 이용 유닛, 즉 제1 이용 유닛(4a) 및 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 최적의 냉매 제어를 행하는 것이 가능하다.
(3)
이러한 용도가 상이한 복수의 이용 유닛(4a, 10a, 10b)을 단일 열원에 접속하여 운전하는 제2 실시 휴대의 히트 펌프 시스템(201)에 있어서는, 어떻게 각 이용 유닛(4a, 10a, 10b)에 냉매를 공급할 것인지가 기술적 과제이다. 본 발명은 이것을 해결하는 수단이다. 요구 온도보다 높은 온도로 하지 않으면 능력이 부족한 문제가 있다. 한편, 요구 온도보다 지나치게 높은 경우, 능력이 과다가 되어 기기의 발진 정지(發停)를 초래한다. 이것을 해결하기 위하여 각 제2 이용 유닛(10a, 10b)의 요구되는 실내 온도 중에서 가장 높은 것을 목표로 하는 압력으로 하고, 능력 과다로 되는 것에 대해서는 냉매 유량 밸브(102a, 102b)로 능력을 억제한다.
(4)
단, 공조 유닛인 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 있어서는 이용측 열교환기(101a, 10b)가 크기 때문에, 이 경우 열교환기에 냉매가 저류되는 문제가 있다.
따라서, 제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)에서는, 상기 도 4의 스텝 S27과 같이, 제1 목표값(A)이 제2 등가 목표값(C)보다 커지는 경우에는, 제2 이용 유닛(10a, 10b)의 팬 풍량이 작아지도록 제어한다. 풍량에 의해 능력의 세이브를 행하는 것이 가능하여, 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 있어서의 냉매 저류를 효과적으로 방지할 수 있다.
<제2 실시 형태의 변형예>
(A)
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 제2 실시 형태의 히트 펌프 시스템(201)에 있어서도, 열원측 냉매 회로(20)와 물 매체 회로(80a) 사이에 별도의 냉매 회로를 개재시켜 캐스케이드식의 히트 펌프 시스템을 구성해도 좋다. 이 경우도, 상기 실시 형태의 운전 제어를 행함으로써, 이상과 같은 제어를 함으로써, 용도가 상이한 복수의 제1 이용 유닛(4a), 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템(1)에 있어서, 제1 이용 유닛(4a) 및 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 냉매를 최적으로 공급할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은, 복수의 이용 유닛을 단일의 열원 유닛(2)에 접속하여 운전하는 히트 펌프 시스템에 다양하게 적용하는 것이 가능하다.
1, 201: 히트 펌프 시스템
2: 열원 유닛
4a, 4b: 제1 이용 유닛
10a, 10b: 제2 이용 유닛
12: 토출 냉매 연락관
13: 액냉매 연락관
14: 가스 냉매 연락관
20: 열원측 냉매 회로
21: 열원측 압축기
23: 열원측 전환 기구
24: 열원측 열교환기
41a, 41b: 제1 이용측 열교환기
42a, 42b: 제1 이용측 유량 조절 밸브
43a, 43b: 순환 펌프
80a, 80b: 물 매체 회로
101a, 101b: 제2 이용측 열교환기
102a, 102b: 제2 이용측 유량 조절 밸브

Claims (6)

  1. 용량 가변형의 압축기(21)와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)를 갖는 열원 유닛(2)과,
    상기 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(41a, 41b)를 갖는 복수의 이용 유닛(4a, 4b)을 구비하고 있으며,
    상기 압축기(21)의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값(A)으로 되도록, 상기 압축기(21)의 운전 용량을 제어하고,
    상기 제1 목표값(A)은, 각각의 상기 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값(B)에 기초하여 결정되고,
    복수의 상기 이용 유닛(4a, 4b)은, 각각의 상기 이용측 열교환기(41a, 41b)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛(4a, 4b)을 복수 포함하고 있으며,
    상기 등가 목표값은, 각각의 상기 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 기초하는 제1 등가 목표값(B)이며,
    상기 제1 목표값(A)은, 각각의 상기 제1 이용 유닛(4a, 4b)의 상기 등가 목표값(B) 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정되며,
    복수의 상기 제1 이용 유닛(4a, 4b) 중, 상기 제1 목표값(A)이 상기 제1 등가 목표값(B)보다 커지는 상기 제1 이용 유닛(4a, 4b)에 대해서는, 상기 제1 목표값(A)과 상기 제1 등가 목표값(B)의 차분에 기초하는 보정값을 사용하여, 냉매 유량 제어 수단(42a, 42b)의 제어를 행하는, 히트 펌프 시스템(1).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉매 유량 제어 수단(42a, 42b)의 제어는, 과냉각도 설정값을 변경함으로써 행해지는, 히트 펌프 시스템(1).
  5. 삭제
  6. 용량 가변형의 압축기(21)와, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(24)를 갖는 열원 유닛(2)과,
    상기 열원 유닛(2)에 접속되어 있고, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(41a, 101a, 101b)를 갖는 복수의 이용 유닛(4a, 10a, 10b)을 구비하고 있으며,
    상기 압축기(21)의 토출압 또는 그에 등가인 상태량이 제1 목표값(A)으로 되도록, 상기 압축기(21)의 운전 용량을 제어하고,
    상기 제1 목표값(A)은, 각각의 상기 이용 유닛(4a, 10a, 10b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 등가 목표값(B, C)에 기초하여 결정되고,
    복수의 상기 이용 유닛(4a, 10a, 10b)은,
    상기 이용측 열교환기(41a)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 수계 매체를 가열하는 것이 가능한 제1 이용 유닛(4a)과,
    상기 이용측 열교환기(101a, 101b)에 있어서의 냉매의 방열에 의해 공기계 매체를 가열하는 것이 가능한 제2 이용 유닛(10a, 10b)을 포함하고 있으며,
    상기 등가 목표값은,
    상기 제1 이용 유닛(4a)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 수계 매체의 온도에 관련된 제1 등가 목표값(B)과,
    상기 제2 이용 유닛(10a, 10b)에 있어서 요구되는 이용 온도에 등가인 공기계 매체의 온도에 관련된 제2 등가 목표값(C)을 포함하고 있으며,
    상기 제1 목표값(A)은, 각각의 상기 이용 유닛(4a, 10a, 10b)의 상기 제1 등가 목표값(B) 및 상기 제2 등가 목표값(C) 중에서 가장 큰 값에 기초하여 결정되며,
    상기 제1 목표값(A)이 상기 제2 등가 목표값(C)보다 커지는 경우에는, 상기 제2 이용 유닛(10a, 10b)의 팬 풍량이 작아지도록 제어하는, 히트 펌프 시스템(201).
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