JP2010019473A - 冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】室内を効率的に冷暖房できる冷暖房システムを提供する。
【解決手段】冷房運転モードと暖房運転モードとの切り換えが個別に可能な複数の室内側熱交換器２と、外部熱源側熱交換器１とを備えるヒートポンプ式の空気調和装置Ａを設けるとともに、排出室内空気と導入外部空気とを熱交換させる熱交換運転を可能にした換気装置Ｂを設けてある冷暖房システムであって、システム制御手段として、冷房運転モードにある室内側熱交換器２の合計吸熱量と暖房運転モードにある室内側熱交換器２の合計放熱量との差分に基づき、その差分が縮小する方向に換気装置Ｂの熱交換運転を制御する制御手段を設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内を冷暖房するための冷暖房システムに関する。

かかる冷暖房システムは、例えば、室内のインテリアゾーンに設けられ、蒸発器として機能させる冷房運転モードと凝縮器として機能させる暖房運転モードとの切り換えが個別に可能な複数の室内側熱交換器と、これら室内側熱交換器との間で冷媒を循環させて冷媒循環系の吸放熱収支をバランスさせるように蒸発器又は凝縮器として機能させて冷媒を外部の吸放熱源と熱交換させる外部熱源側熱交換器とを備えるヒートポンプ式の空気調和装置を設けて、インテリアゾーンを自由に冷暖房できるようにしたものである。
ちなみに、暖房運転モードの室内側熱交換器と冷房運転モードの室内側熱交換器とが混在する空調需要として、次のようなものがある。例えば、夏と冬の間の中間期において、南側の室内側熱交換器を冷房運転モードに切り換え、北側の室内側熱交換器を暖房運転モードに切り換えることがある。又は、室内がＯＡ室であるときには、ＯＡ機器や人間等から熱が発生するため、室内側熱交換器を冷房運転モードにすることが一般的であるが、小部屋等が設けられる場合には、小部屋の室内側熱交換器を暖房運転モードにすることがある。

ところで、室内温度及び外部空気に基づいて、外部に排出する排出室内空気と室内に導入する導入外部空気とを熱交換させる熱交換運転を可能にした換気装置を設けるものがある（例えば、特許文献１参照。）。そして、ヒートポンプ式の空気調和機と換気装置とを設けることにより、ヒートポンプ式の空気調和機が室内を冷暖房運転しながらも、換気装置が空調ロスを少なくできるように熱交換運転を行うことが考えられる。

特開昭６１−２９５４４３号公報

しかしながら、従来の冷暖房システムにおいては、ヒートポンプ式の空気調和機と換気装置とを夫々独立して設けるものであり、ヒートポンプ式の空気調和機の効率化を図る上で、いまだ改善の余地があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、ヒートポンプ式の空気調和機を効率良く運転できる冷暖房システムを提供する点にある。

本発明の冷暖房システムは、蒸発器として機能させる冷房運転モードと凝縮器として機能させる暖房運転モードとの切り換えが個別に可能な複数の室内側熱交換器と、これら室内側熱交換器との間で冷媒を循環させて冷媒循環系の吸放熱収支をバランスさせるように蒸発器又は凝縮器として機能させて冷媒を外部の吸放熱源と熱交換させる外部熱源側熱交換器とを備えるヒートポンプ式の空気調和装置を設けるとともに、室内空気を外部に排出するのに伴い外部空気を室内に導入する室内換気において、排出室内空気と導入外部空気とを熱交換させる熱交換運転を可能にした換気装置を設けてあるものであって、その第１特徴構成は、システム制御手段として、前記冷房運転モードにある前記室内側熱交換器の合計吸熱量と前記暖房運転モードにある前記室内側熱交換器の合計放熱量との差分に基づき、その差分が縮小する方向に前記換気装置の熱交換運転を制御する制御手段を設けてある点にある。

本構成によれば、ヒートポンプ式の空気調和機と換気装置とを連係させて冷房運転モードの室内側熱交換器の合計吸熱量と暖房運転モードの室内側熱交換器の合計放熱量との差分が縮小する方向に換気装置の熱交換運転を制御することにより、ヒートポンプ式の空気調和機を効率良く運転できる。
つまり、例えば、室外が高温で室外側熱交換器にて熱を放出するのに多くのエネルギーが必要な場合において、冷房運転モードの室内側熱交換器にて奪った熱を暖房運転モードの室内側熱交換器にて極力多く放出することにより、室外側熱交換器にて放出する熱の量を極力少なくして、ヒートポンプ式の空気調和機を効率良く運転できる。又、冷房運転モードの室内側熱交換器の合計吸熱量と暖房運転モードの室内側熱交換器の合計放熱量との差分がゼロになるときには、室外側熱交換器に設けられた放熱ファンの作動が停止することになり、ヒートポンプ式の空気調和機を一層効率良く運転できる。

本発明の第２特徴構成は、前記換気装置は、前記熱交換運転において前記排出室内空気と前記導入外部空気との熱交換量を連続的又は段階的に調整する回収量調整が可能な構成にし、前記制御手段は、前記差分が縮小する方向に前記換気装置の熱交換運転における前記回収量調整を実行する構成にしてある点を特徴とする。

本構成によれば、排出室内空気と導入外部空気との熱交換量を連続的又は段階的に調整する回収量調整を実行することにより、冷房運転モードの室内側熱交換器の合計吸熱量と暖房運転モードの室内側熱交換器の合計放熱量とが等しくなり易く、ヒートポンプ式の空気調和機を一層効率良く運転できる。

〔第１実施の形態〕
以下、本発明に係る冷暖房システムについて説明する。
図１、図２に示すように、冷暖房システムは、外部熱源側熱交換器としての室外側熱交換器１とその室外側熱交換器１に共に接続された複数の室内側熱交換器２とを備え、それら複数の室内側熱交換器２の夫々が、室内３を暖房する暖房運転モードと室内３を冷房する冷房運転モードとに個別に切り換え自在に構成されたヒートポンプ式の空気調和機Ａ、外部空気を室内３に流入自在な給気路８、室内空気を室外４に排出自在な排気路９、給気路８にて室外４から室内３に流入する導入外部空気と排気路９にて室内３から室外４に排出される排出室内空気とを熱交換させる熱交換運転を可能にした換気装置としての全熱交換器Ｂ、室内温度及び室外温度を検出する温度検出手段Ｃ、室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷及び冷房負荷を検出する負荷検出手段Ｄと、温度検出手段Ｃ及び負荷検出手段Ｄの検出情報に基づいて全熱交換器Ｂの作動を制御する制御手段としての制御装置Ｈと、を備えている。尚、図１は、冷暖房システムの概略図を示すものであり、天井面は示していない。

（空気調和機の構成）
前記空気調和機Ａは、冷媒を外部の吸放熱源としての外部空気と熱交換させる室外側熱交換器１と、冷媒を室内空気と熱交換させる複数の室内側熱交換器２（本実施形態では２つ）と、分流コントローラ５と、室外側熱交換器１の側の冷媒配管６と、室内側熱交換器２の側の冷媒配管７と、を備えている。室外側熱交換器１と分流コントローラ５とが３本の冷媒配管６にて接続され、分流コントローラ５と複数の室内側熱交換器２の夫々とが２本の冷媒配管７にて接続されている。これら冷媒配管６及び冷媒配管７が、高圧の気体の冷媒、低圧の気体の冷媒、及び、液体の冷媒を循環させる冷媒回路を構成してある。

前記室内側熱交換器２を冷房運転モードに切り換えると、室外側熱交換器１が備える圧縮機（図示しない）を作動させ、分流コントローラ５を制御して、液体の冷媒を室内側熱交換器２へ流通させる。そうすると、室内側熱交換器２が蒸発器として機能し、室内側熱交換器２を通流する液体の冷媒が蒸発して低圧の気体になり、周囲から熱を奪う。又、室内側熱交換器２を暖房運転モードに切り換えると、室外側熱交換器１の図示しない圧縮機を作動させ、分流コントローラ５を制御して、高圧の気体の冷媒を室内側熱交換器２へ流通させる。そうすると、室内側熱交換器２が凝縮器として機能し、室内側熱交換器２を通流する高圧の気体の冷媒が凝縮して液体になり、熱を周囲に放出する。そして、２つの室内側熱交換器２のうち一方が冷房運転モードであり、他方が暖房運転モードである場合には、一方の室内側熱交換器２にて奪った熱の一部を他方の室内側熱交換器２にて放出し、残りの熱を室外側熱交換器１にて放出することになる。

（熱交換器の構成）
前記全熱交換器Ｂは、切換用モータＭの駆動軸に取り付けられた切換弁１２を備えており、切換弁１２の切り換え動作により、導入外部空気と排出室内空気との間で熱交換を行なう熱交換換気運転モードと、導入外部空気と排出室内空気との間で熱交換を行なわない普通換気運転モードとに切り換え自在に構成されている。

（給気路及び排気路の構成）
前記全熱交換器Ｂには、外部空気を室内３に流入自在な給気路８と、室内空気を室外４に排出自在な排気路９とが設けられている。給気路８は、室外４と全熱交換器Ｂにおける室外側に開口する給気口とを接続する第１給気路部分８ａと、一端が全熱交換器Ｂにおける室内側に開口する排気口に接続する第２給気路部分８ｂと、一端が第２給気路部分８ｂの他端に分岐する状態で接続するとともに、他端が夫々の室内側熱交換器２の給気口の近傍に位置する複数の第３給気路部分８ｃとを備えている。排気路９は、室外４と全熱交換器Ｂにおける室外側に開口する排気口とを接続する第１排気路部分９ａと、一端が全熱交換器Ｂにおける室内側に開口する給気口に接続する第２排気路部分９ｂとを備えている。そして、室内側熱交換器２の排気口と吹出口とを接続するダクト１１が設けられている。

（温度検出手段、及び、負荷検出手段の構成）
前記室内側熱交換器２の給気口には、給気温度センサＳ１が設置されている。室内側熱交換器２の排気口には、排気温度センサＳ２及び風量センサＳ３が設置されている。制御装置Ｈが、それらセンサＳ１〜Ｓ３の入力情報に基づいて、室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷（放熱量）及び冷房負荷（吸熱量）を演算する。したがって、給気温度センサＳ１、排気温度センサＳ２、風量センサＳ３、制御装置Ｈが、室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷及び冷房負荷を検出する負荷検出手段Ｄを構成することになる。又、室外４には、室外温度センサＳ４が設置されると共に、室内３には、室内温度センサＳ５が設置されている。したがって、それらセンサＳ４、Ｓ５が、室内温度及び室外温度を検出する温度検出手段Ｃを構成することになる。

次に、本発明に係る冷暖房システムの制御構成について説明する。
図２に示すように、給気温度センサＳ１、排気温度センサＳ２、風量センサＳ３、室外温度センサＳ４、室内温度センサＳ５等が備えられ、これらセンサＳ１〜Ｓ５の入力情報に基づいて切換用モータＭの動作を制御する制御装置Ｈが備えられている。
そして、制御手段Ｈが、暖房運転モードの室内側熱交換器２と冷房運転モードの室内側熱交換器２とが混在している場合において、暖房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷を足し合わせた暖房負荷合計値（合計放熱量）と、冷房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の冷房負荷を足し合わせた冷房負荷合計値（合計吸熱量）との差分が縮小する方向に、全熱交換器Ｂの熱交換運転を制御する負荷平準化運転を実行するように構成されている。
又、制御手段Ｈが、負荷平準化運転として、冷房負荷合計値が暖房負荷合計値よりも大きい場合で、且つ、室外温度が室内温度よりも高いときには、熱交換換気運転モードに切り換え、室外温度が室内温度よりも低いときには、普通換気運転モードに切り換えるように構成され、冷房負荷合計値が暖房負荷合計値よりも小さい場合で、且つ、室外温度が室内温度よりも高いときには、普通換気運転モードに切り換え、室外温度が室内温度よりも低いときには、熱交換換気運転モードに切り換えるように構成されている。

次に、冷暖房システムの制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。
室内側熱交換器２が運転中であるか否かをチェックして（ステップ１）、運転中の室内側熱交換器２の全てが冷房運転モード及び暖房運転モードでない（ステップ２、３）、言い換えると、暖房運転モードの室内側熱交換器２（室内機）と冷房運転モードの室内側熱交換器２とが混在している状態であれば、暖房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷ｂ１、ｂ２、…を演算するとともに、冷房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の冷房負荷ａ１、ａ２、…を演算し（ステップ４）、暖房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷ｂ１、ｂ２、…を足し合わせた暖房負荷合計値ｂ（ｔｏｔ）、及び、冷房運転モードの室内側熱交換器２の夫々の冷房負荷ａ１、ａ２、…を足し合わせた冷房負荷合計値ａ（ｔｏｔ）を演算する（ステップ５）。

そして、冷房負荷合計値ａ（ｔｏｔ）が暖房負荷合計値ｂ（ｔｏｔ）よりも大きい場合で、且つ、室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも高いときには、熱交換換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ６、１０、１１）。室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも低いときには、普通換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ６、１０、１２）。冷房負荷合計値ａ（ｔｏｔ）が暖房負荷合計値ｂ（ｔｏｔ）よりも小さい場合で、且つ、室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも高いときには、普通換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ６、７，９）。室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも低いときには、熱交換換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ６、７、８）。

運転中の室内側熱交換器２の全てが冷房運転モードである場合には、室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも高いときには、熱交換換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ２、１３、１５）。室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも低いときには、普通換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ２、１３、１４）。運転中の室内側熱交換器２の全てが暖房運転モードである場合には、室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも高いときには、普通換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ３、１６、１８）。室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも低いときには、熱交換換気運転モードに切り換え、その状態を一定時間（５分程度から１０分程度）維持する（ステップ３、１６、１７）。

次に、冷暖房システムの具体的な動作について図１に基づいて説明する。
室外温度Ｈｅｘｔが室内温度Ｈｉｎｔよりも高いとする。このとき、全熱交換器Ｂを熱交換換気運転モードに切り換えたときの給気温度が普通換気運転モードに切り換えたときの給気温度よりも低くなる。室内側熱交換器２の一方が冷房運転モードで、他方が暖房運転モードのときにおいて、給気温度センサＳ１、排気温度センサＳ２、風量センサＳ３から演算した一方の室内側熱交換器２の冷房負荷ａが、他方の室内側熱交換器２の暖房負荷ｂよりも大きい（ａ＞ｂ）ときには、全熱交換器Ｂを熱交換換気運転モードに切り換えることにより、一方の室内側熱交換器２の冷房負荷ａを減少させて、他方の室内側熱交換器２の暖房負荷ｂを増大させる。

これにより、例えば、室外４が高温で室外側熱交換器１にて熱を放出するのに多くのエネルギーが必要な場合において、冷房運転モードの室内側熱交換器２にて奪った熱を暖房運転モードの室内側熱交換器２にて極力多く放出することにより、室外側熱交換器１にて放出する熱の量を極力少なくして、ヒートポンプ式の空気調和機Ａを効率良く運転できる。又、冷房運転モードの室内側熱交換器２の合計吸熱量と暖房運転モードの室内側熱交換器２の合計放熱量との差分がゼロになるときには、室外側熱交換器１に設けられた放熱ファンの作動が停止することになり、ヒートポンプ式の空気調和機Ａを一層効率良く運転できる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施の形態では、複数の室内側熱交換器２に対して１つの全熱交換器Ｂを設ける構成を例示したが、これに限られるものではなく、複数の室内側熱交換器２の夫々に対して複数の全熱交換器Ｂの夫々を設けてもよい。

（２）上記実施の形態では、給気温度センサＳ１の給気温度、排気温度センサＳ２の排気温度、風量センサＳ３の風量に基づいて室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷及び冷房負荷を演算する構成を例示したが、このような構成に代えて、分流コントローラが備える弁の開度に基づいて室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷及び冷房負荷を演算してもよい。

（３）上記実施の形態では、換気装置が全熱交換器Ｂである構成を例示したが、これに代えて、換気装置が顕熱交換器Ｂであってもよい。

（４）上記実施の形態では、外部熱源側熱交換器が冷媒を外部の吸放熱源としての外部空気と熱交換させる構成を例示したが、これに限られるものではなく、外部熱源側熱交換器が冷媒を外部の吸放熱源としての貯湯タンク内の湯水と熱交換させる構成であってもよい。

（５）上記実施の形態では、全熱交換器Ｂが、外部空気と室内空気との間で熱交換を行なう熱交換換気運転モードと、外部空気と室内空気との間で熱交換を行なわない普通換気運転モードとに切り換え可能である構成を例示したが、これに限られるものではなく、全熱交換器Ｂが、同一条件下での外部空気と室内空気との熱交換量を連続的又は段階的に調整する回収量調整が可能である構成としてもよい。尚、同一条件とは、室外温度、室内温度、導入外部空気及び排出室内空気の風量、湿度等が同じときの条件である。

（６）上記実施の形態では、１つの室内３に対して複数の室内側熱交換器２を設置する構成を例示したが、これに限られるものではなく、複数の室内３の夫々に対して複数の室内側熱交換器２の夫々を設置してもよい。

（７）上記実施の形態では、給気温度センサＳ１、排気温度センサＳ２、風量センサＳ３の入力情報に基づいて、室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷（放熱量）及び冷房負荷（吸熱量）を演算する構成を例示したが、さらに湿度センサを設けて、湿度センサ、給気温度センサＳ１、排気温度センサＳ２、風量センサＳ３の入力情報に基づいて、室内側熱交換器２の夫々の暖房負荷（放熱量）及び冷房負荷（吸熱量）を演算してもよい。つまり、水蒸気のエンタルピーを考慮することにより一層精度よく負荷を演算することができる。

冷暖房システムの概略図 冷暖房システムのブロック図 冷暖房システムのフロー図

符号の説明

１ 室外機
２ 室内側熱交換器
３ 室内
４ 室外
Ａ 空気調和機
Ｂ 熱交換器
Ｃ 温度検出手段
Ｄ 負荷検出手段
Ｈ 制御手段

Claims (2)

1. 蒸発器として機能させる冷房運転モードと凝縮器として機能させる暖房運転モードとの切り換えが個別に可能な複数の室内側熱交換器と、これら室内側熱交換器との間で冷媒を循環させて冷媒循環系の吸放熱収支をバランスさせるように蒸発器又は凝縮器として機能させて冷媒を外部の吸放熱源と熱交換させる外部熱源側熱交換器とを備えるヒートポンプ式の空気調和装置を設けるとともに、
   室内空気を外部に排出するのに伴い外部空気を室内に導入する室内換気において、排出室内空気と導入外部空気とを熱交換させる熱交換運転を可能にした換気装置を設けてある冷暖房システムであって、
   システム制御手段として、前記冷房運転モードにある前記室内側熱交換器の合計吸熱量と前記暖房運転モードにある前記室内側熱交換器の合計放熱量との差分に基づき、その差分が縮小する方向に前記換気装置の熱交換運転を制御する制御手段を設けてある冷暖房システム。
2. 前記換気装置は、前記熱交換運転において前記排出室内空気と前記導入外部空気との熱交換量を連続的又は段階的に調整する回収量調整が可能な構成にし、前記制御手段は、前記差分が縮小する方向に前記換気装置の熱交換運転における前記回収量調整を実行する構成にしてある請求項１に記載の冷暖房システム。

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