JP2011252622A - ヒートポンプ式給湯・空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱度制御と過冷却度制御を同時に行うものにあって、膨張弁が制御不能に陥る事態を防止できるとともに、運転状態の急変による液バック等を確実に防止できるヒートポンプ式給湯・空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷媒／水熱交換器１３で冷媒により水を加熱して温水を製造する給湯運転時に、暖房用電子膨張弁１７により熱源側熱交換器１２出口の冷媒過熱度を制御するとともに、冷房用電子膨張弁１６により冷媒／水熱交換器１３出口の冷媒過冷却度を制御するヒートポンプ式給湯・空調装置１において、暖房用電子膨張弁１７の開度が設定開度以上となったとき、冷房用電子膨張弁１６の目標過冷却度を徐々に下げ、両電子膨張弁１６，１７を適正作動領域で制御する目標値補正制御手段５３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造するヒートポンプ式給湯・空調装置に関するものである。

従来から、ヒートポンプ式給湯・空調装置として、圧縮機、熱源側空気熱交換器、暖房用電子膨張弁、冷房用電子膨張弁および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、給湯運転時、冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造するようにしたものが知られている。このようなヒートポンプ式給湯・空調装置においては、一般にヒートポンプを暖房モードで運転する給湯運転時、冷房用電子膨張弁を全開または全開に近い一定開度とし、暖房用電子膨張弁で熱源側空気熱交換器出口の冷媒過熱度が目標値となるように制御していた。

しかるに、上記の如く、暖房用電子膨張弁のみを過熱度制御する方式では、低外気温条件下での運転が制約されるとともに、高い暖房能力が得られないことから、昨今、暖房用電子膨張弁で過熱度制御を行うと同時に、冷房用電子膨張弁で冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度を冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決定される目標値過冷却度に制御するようにし、暖房能力を向上させるとともに、運転可能範囲を拡大するようにしたものが提案されている。

また、高圧液冷媒の過冷却度と低圧ガス冷媒の過熱度とを同時に制御できるようにした冷凍機（ヒートポンプ）として、特許文献１に示されるようなものが知られている。このものでは、暖房負荷が減少して凝縮圧力が上昇する過負荷運転時、過冷却度制御を行うと高圧圧力がますます上昇し、その上限値の制約から運転域が狭められることから、過負荷運転検出手段を設け、過負荷運転が検出されたとき、過冷却度制御用膨張弁を大開度に制御するようにしている。

実公平２−３９１７９号公報

しかしながら、上記の如く、過熱度制御と同時に冷房用電子膨張弁で冷媒の過冷却度制御を行うようにしたものでは、暖房用電子膨張弁と冷房用電子膨張弁とが独立して制御されているため、冷房用電子膨張弁が過冷却度制御により絞られ過ぎると、過熱度を制御している暖房用電子膨張弁が全開に至り、制御不能に陥ってしまうことがある。そこで、冷房用電子膨張弁を開くことが考えられるが、無条件で冷房用電子膨張弁を開くと、暖房用電子膨張弁が全開に近いことから、そのまま液バックしてしまうおそれがあった。

また、特許文献１に示されるように、過冷却度を増加するため、絞り気味に制御していた過冷却度制御用膨張弁をいきなり大開度にすると、液冷媒の流量が急激に増大し、運転状態によっては、過熱度を制御している暖房用電子膨張弁で冷媒を絞り切れきれずに液バックが発生することがあり、圧縮機の損傷原因となるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、過熱度制御と過冷却度制御を同時に行うものにあって、膨張弁が制御不能に陥る事態を防止できるとともに、運転状態の急変による液バック等を確実に防止できるヒートポンプ式給湯・空調装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・空調装置は、冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、暖房用電子膨張弁、冷房用電子膨張弁および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、前記冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造する給湯運転時、前記暖房用電子膨張弁により前記熱源側熱交換器出口の冷媒過熱度を制御するとともに、前記冷房用電子膨張弁により前記冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度を制御するようにしたヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記暖房用電子膨張弁の開度が設定開度以上となったとき、前記冷房用電子膨張弁の目標過冷却度を徐々に下げ、両電子膨張弁を適正作動領域で制御する目標値補正制御手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、給湯運転時、暖房用電子膨張弁により熱源側熱交換器出口の冷媒過熱度を制御するとともに、冷房用電子膨張弁により冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度を制御するようにしたヒートポンプ式給湯・空調装置にあって、暖房用電子膨張弁の開度が設定開度以上となったとき、冷房用電子膨張弁の目標過冷却度を徐々に下げ、両電子膨張弁を適正作動領域で制御する目標値補正制御手段を備えているため、冷房用電子膨張弁が過冷却度制御により絞られ過ぎ、それに伴い過熱度を制御している暖房用電子膨張弁の開度が大きくなった場合でも、その開度が設定開度を超えると、目標値補正制御手段が冷房用電子膨張弁の目標過冷却度を徐々に下げて行くことにより、冷房用電子膨張弁が自律的に開かれ、下流側の暖房用電子膨張弁に冷媒が供給されるようになる。従って、暖房用電子膨張弁が全開となって制御不能に陥ることがなく、両電子膨張弁を適正な作動領域で制御することが可能となる。また、目標過冷却度を徐々に下げることにより、両電子膨張弁の急激な動作を防止し、運転状態の急変を抑制できるため、液バック等の発生を確実に回避することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上記のヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記冷房用電子膨張弁は、前記冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度が前記冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決定される目標過冷却度となるように制御される構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷房用電子膨張弁が、冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度が冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決定される目標過冷却度となるように制御される構成とされているため、冷媒／水熱交換器に接続される温水負荷側のアプリケーションに応じて設定される冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決まる目標過冷却度に基づき、冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度を制御することができる。従って、暖房能力を負荷側アプリケーションの求めに合せて増加させ、最適な運転を行うことができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記目標値補正制御手段は、前記暖房用電子膨張弁の開度が全開の概ね３／５程度の開度になったとき、前記補正制御を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、目標値補正制御手段が、暖房用電子膨張弁の開度が全開の概ね３/５程度の開度になったとき、補正制御を行うように構成されているため、運転状態の急変等で暖房用電子膨張弁の開度が急激に大きくなり、設定開度を多少オーバーシュートとしたとしても、全開の概ね３/５程度の設定開度で目標値補正制御手段が補正制御を開始することから、暖房用電子膨張弁が全開に至る事態を確実に阻止することができる。従って、暖房用電子膨張弁が全開となって制御不能に陥ることがなく、両電子膨張弁を自律的に開閉制御可能な範囲で適正に動作させることができる。

また、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記目標値補正制御手段は、前記冷房用電子膨張弁の補正制御時、前記冷媒／水熱交換器の出入口水温差によって決定される過冷却度と補正値との和を目標過冷却度とし、補正値が０の場合は、補正値に−１を加算し、サンプルタイム毎に前記暖房用電子膨張弁の開度を確認し、所定時間継続して設定開度を超えておれば、更に−１を加算し、出入口水温差によって決定される過冷却度の最小値まで同様の補正を行い、前記暖房用電子膨張弁の開度が所定時間継続して設定開度未満であれば、補正値に＋１を加算し、補正値が０となるまで同様の動作を繰り返す構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、目標値補正制御手段が、冷房用電子膨張弁の補正制御時、冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決定される過冷却度と補正値との和を目標過冷却度とし、補正値が０の場合は、補正値に−１を加算し、サンプルタイム毎に暖房用電子膨張弁の開度を確認し、所定時間継続して設定開度を超えておれば、更に−１を加算し、出入口水温差によって決定される過冷却度の最小値まで同様の補正を行い、暖房用電子膨張弁の開度が所定時間継続して設定開度未満であれば、補正値に＋１を加算し、補正値が０となるまで同様の動作を繰り返す構成とされているため、暖房用電子膨張弁の開度が設定開度を超えると、その開度に応じて補正値を−１ずつ所定の最小値となるまで徐々に加算して目標過冷却度を補正することにより、冷房用電子膨張弁の開度を明けて行き、暖房用電子膨張弁の開度が自律的に設定開度未満となると、補正値を初期値の０に戻し、目標過冷却度を正常値に戻すことができる。従って、運転状態に応じて両電子膨張弁を独立または連動して制御し、制御不能に陥る事態を回避しながら両電子膨張弁をそれぞれ適正な作動領域で制御することができる。

本発明によると、冷房用電子膨張弁が過冷却度制御により絞られ過ぎ、それに伴い過熱度を制御している暖房用電子膨張弁の開度が大きくなった場合でも、その開度が設定開度を超えると、目標値補正制御手段が冷房用電子膨張弁の目標過冷却度を徐々に下げて行くことにより、冷房用電子膨張弁が自律的に開かれ、下流側の暖房用電子膨張弁に冷媒が供給されるようになるため、暖房用電子膨張弁が全開となって制御不能に陥ることがなく、両電子膨張弁を適正な作動領域で制御することが可能となる。また、目標過冷却度を徐々に下げることにより、両電子膨張弁の急激な動作を防止し、運転状態の急変を抑制できるため、液バック等の発生を確実に回避することができる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の冷媒系統図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯・空調装置の冷房用電子膨張弁の目標値補正制御手段による制御フロー図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯・空調装置の冷房用電子膨張弁の目標過冷却度決定方法についての説明図である。 図３に示すＡゾーン制御およびＢゾーン制御の選択過程に用いられる外気温設定値のヒステリシスについての説明図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の冷媒系統図が示されている。
ヒートポンプ式給湯・空調装置１は、冷媒の循環方向を切替えることにより冷房サイクルと暖房サイクルのいずれかが選択可能とされている空気熱源ヒートポンプ１０と、該空気熱源ヒートポンプ１０により水を加熱して得られる温水を給湯や暖房に使用する水系統３０とを備えている。

空気熱源ヒートポンプ１０は、冷媒圧縮機１１より吐出される冷媒が、熱源側空気熱交換器（熱源側熱交換器）１２および冷媒／水熱交換器１３を備えた閉サイクルの冷媒回路１４を循環して気液の状態変化を繰り返すものである。図示の冷媒回路１４は、冷媒圧縮機１１の吐出側に四方弁１５を備えており、この四方弁１５を操作して冷媒の循環方向を可逆させ、熱源側空気熱交換器１２を経て冷媒／水熱交換器１３へと時計回りに冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）と、冷媒／水熱交換器１３を経て熱源側空気熱交換器１２へと反時計回りに冷媒を循環させる暖房サイクルとのいずれか一方が選択可能とされている。

なお、冷媒回路１４には、熱源側空気熱交換器１２、冷媒／水熱交換器１３および四方弁１５の他、公知の如く、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７およびレシーバ１８が設けられている。この冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６および暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７は、レシーバ１８を挟んで直列に接続されている。また、熱源側空気熱交換器１２には、外気を流通させるための外気ファン１２ａが付設されている。この外気ファン１２ａは、熱源側空気熱交換器１２に流通する外気量（送風量）を適宜調整可能なファンとされている。

水系統３０は、ポンプ３１を介して循環される水が冷媒回路１４に設けられている冷媒／水熱交換器１３で冷媒から吸熱して温水とされ、その温水を負荷側のラジエータ（利用側熱交換器）３６との間で循環させることにより、暖房用の熱源等として利用する温水循環流路３２を備えている。この温水循環流路３２には、流量割合を調整可能な三方切替え弁（制御弁）３３、第１電磁切替え弁３４および第２電磁切替え弁３５を介して温水循環流路３２から温水を導入し、その温水を蓄熱温水として蓄えることができる蓄熱タンク３７が接続されている。

蓄熱タンク３７は、冷媒／水熱交換器１３で加熱された温水を、ラジエータ３６に循環する温水循環流路３２中に設けられている三方切替え弁３３を介して該蓄熱タンク３７の底部付近に還流可能な第１還流路（水系統）３２ａと、蓄熱タンク３７の上部から蓄熱温水を取水し、三方切替え弁３３と第１電磁切替え弁３４との間において温水循環流路３２側に還流可能な第２還流路（水系統）３２ｂと、第２電磁切替え弁３５を介して蓄熱タンク３７の底部付近から温水をポンプ３１の上流側において温水循環流路３２側に吸上げる吸水路（水系統）３２ｃと、を介して温水循環流路３２と接続されている。

また、蓄熱タンク３７には、貯湯されている蓄熱温水の熱を利用して加熱された給湯用の温水を供給するサニタリ水供給回路３８と、必要に応じて通電される電気ヒータ（加熱手段）３９とが設けられている。サニタリ水供給回路３８は、給湯ポンプ（図示省略）により供給される水が、蓄熱タンク３７に設けられている熱交換器３８ａを流れる間に加熱されて温水とされ、該温水を給湯等の用途に使用する給湯温水供給系統である。電気ヒータ３９は、蓄熱タンク３７内に貯湯されている蓄熱温水の蓄熱量が所定値以下と低い場合に使用される補助加熱手段である。すなわち、電気ヒータ３９は、蓄熱タンク３９内の蓄熱温水が所定水温以下の場合に通電され、蓄熱温水を加熱して所望の温度まで昇温させるための装置である。

このように構成されている水系統３０は、上述した三方切替え弁３３、第１電磁切替え弁３４および第２電磁切替え弁３５を適宜開度制御または開閉操作して選択切替えすることにより、ラジエータ３６に温水を供給する暖房運転または温水タンク３７に温水を供給する蓄熱運転のいずれか一方を選択して実施し、あるいは、ラジエータ３６および温水タンク３７の両方に温水を分割供給して温水による暖房運転及び蓄熱運転の両方を同時に実施可能な構成とされている。

一方、冷媒回路１４においては、暖房サイクルが選択されると、低温低圧のガス冷媒が冷媒圧縮機１１で圧縮され、高温高圧のガス冷媒として冷媒回路１４に吐出される。このガス冷媒は、図中に実線矢印で示されるように、四方弁１５により冷媒／水熱交換器１３に導かれて反時計回りに循環される。この場合の冷媒／水熱交換器１３は、ポンプ３１により循環される水系統３０の水と高温高圧のガス冷媒を熱交換させる熱交換器であり、冷媒の凝縮により放熱される凝縮熱が水を加熱する凝縮器として機能する。この結果、冷媒回路１４を流れる高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高温高圧の液冷媒となり、水系統３０を流れる水は冷媒から吸熱して温水となる。

冷媒／水熱交換器１３で凝縮された液冷媒は、その過冷却度を制御している冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６を通ってレシーバ１８に流入する。レシーバ１８では、冷媒の気液分離が行われるとともに、循環する冷媒量の調整が行われる。レシーバ１８の下流側には、高温高圧の液冷媒を減圧する暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が配置されている。この暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７を冷媒が通過することにより、高温高圧の液冷媒は減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、熱源側空気熱交換器１２に導かれる。蒸発器として機能する熱源側空気熱交換器１２に導入された気液二相冷媒は、外気と熱交換することにより外気から吸熱して気化する。

上記熱源側空気熱交換器１２で気化された冷媒の過熱度は、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７により制御されるようになっている。熱源側空気熱交換器１２を通過することにより、外気から吸熱して気化した低温低圧のガス冷媒は、再び四方弁１５を通って冷媒圧縮機１１に吸引される。こうして冷媒圧縮機１１に吸引された低温低圧のガス冷媒は、冷媒圧縮機１１により再度圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、以下同様の経路を循環して気液の状態変化を繰り返す。この際、低温となる熱源側空気熱交換器１２の外周面において、空気中の水分等が氷結して着霜現象が発生することが知られている。

上記霜は、熱源側空気熱交換器１２での冷媒と外気との熱交換を阻害し、熱交換効率を低下させるため、霜の堆積の有無を検知することにより、適当な運転時間毎にデフロスト運転を実施して霜を除去する必要がある。このデフロスト運転は、上述の冷媒回路１４において、四方弁１５を操作して冷媒の循環方向を逆転させ、図中の破線矢印方向に冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替え、冷媒圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源側空気熱交換器１２に導入し、その放熱（凝縮熱）で熱源側空気熱交換器１２に付着している霜を融解することによって行われる。

ここで、冷媒／水熱交換器１３で水を加熱して温水を製造する暖房サイクルによる給湯運転時、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６は、膨張弁制御部５０を介して冷媒／水熱交換器１３で凝縮された冷媒の過冷却度が目標値となるように制御され、また、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７は、膨張弁制御部５０を介して熱源側空気熱交換器１２で蒸発された冷媒の過熱度が目標値となるように制御されている。

具体的には、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６は、高圧センサ４０の検出値に対応する圧力飽和温度と熱交温度センサ４１で検出された冷媒温度の差から算出される冷媒過冷却度が、冷媒／水熱交換器１３の水出入口に設けられている温度センサ４２，４３により検出された水温差から図３の折れ線Ｓに従って決まる目標過冷却度Ｔｓｃとなるように冷房用膨張弁制御手段５１を介して制御され、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７は、熱源側空気熱交換器１２の出口に設置されている温度センサ４４と低圧センサ４５との検出値から算出される冷媒過熱度が、目標過熱度Ｔｓｈとなるように暖房用膨張弁制御手段５２を介して制御されるようになっている。

さらに、膨張弁制御部５０には、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が設定開度以上となったとき、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６の目標過冷却度Ｔｓｃを徐々に下げて、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６および暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７を適正作動領域で制御するための目標値補正制御手段５３が設けられている。この目標値補正制御手段５３は、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６が過冷却度制御により絞られ過ぎたときに、過熱度を制御している暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が全開に至り、制御不能に陥るのを防止するためのものであり、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が過熱度制御によって予め設定されている開度以上になったとき、動作されるようになっている。

本実施形態では、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が全開（５００パルス）の概ね３/５程度の設定開度（３００パルス相当）になったとき、目標値補正制御手段５３が補正制御を行うように構成されている。この暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の設定開度は、あまり全開に近いところに設定すると、オーバーシュートにより全開に至ってしまう可能性があるので、オーバーシュートしても開閉制御によって自律的に回復が見込める範囲で出来るだけ大きな開度に設定することが望ましい。従って、この設定開度は、必ずしも全開の３/５程度に制限されるものではなく、ある程度の幅があってもよいことはもちろんである。

また、この場合の目標過冷却度Ｔｓｃは、冷媒／水熱交換器１３の水出入口に設けられている温度センサ４２，４３によって検出された水温ＴＷｏｕｔおよびＴＷｉｎの水温差（ΔＴ＝ＴＷｏｕｔ−ＴＷｉｎ（ｄｅｇ））と外気温度Ｔｈｏ−Ａとから、図３の折れ線Ｓの如く決まるＴｓｃ’および補正値ΔＴｓｃの和である、Ｔｓｃ＝Ｔｓｃ’＋ΔＴｓｃとされる。ただし、Ｔｓｃ＜０となる場合は、Ｔｓｃ＝０とする。

上記の補正値ΔＴｓｃは、その値および暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度に応じて加減算されるように以下の通り設定されている。
［実施条件］
（１）ΔＴｓｃ＝０の場合、「ＥＥＶＨ≧３００パルス」となった時点にてΔＴｓｃに−１を加算する。
（２）ΔＴｓｃ≠０の場合、サンプリングタイムを、例えば５分としてＥＥＶＨの開度を確認し、５分間継続して「ＥＥＶＨ≧３００パルス」の場合、更に−１を加算する。
ΔＴｓｃの最小値は、Ｔｓｃ’ｍａｘとし、Ｔｓｃ’ｍａｘに到達しても実施条件が成立している場合、更なる減算は行わない。

［解除条件］
「ＥＥＶＨ＜３００パルス」を連続５分間継続した場合、ΔＴｓｃに＋１を加算する。サンプリングタイムを、例えば５分として、この動作を繰り返す。
ΔＴｓｃの最大値は、０とし、０に到達しても解除条件が成立している場合、更なる加算は行わない。また、他の制御に移行した場合は、ΔＴｓｃ＝０とする。

つまり、目標値補正制御手段５３は、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が３００パルス（全開に対する３／５程度の開度に相当）を超えると、目標過冷却度Ｔｓｃを上記の如く補正し、自律的に冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６の開度を明けて行くことにより、冷媒／水熱交換器１３出口の過冷却度を補正制御するように構成されている。図２にその制御フロー図が示されている。以下、図２に基づいて目標値補正制御手段５３の機能を詳しく説明する。

目標値補正制御手段５３は、動作を開始し、ステップＳ１において、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が「ＥＥＶＨ≧３００パルス」と判断されると、ステップＳ２に移行し、補正値ΔＴｓｃの値を判定する。ここで、「ΔＴｓｃ＝０」の場合、ステップＳ３に移行し、上記の如く、ΔＴｓｃに−１を加算してトップに戻る。また、ΔＴｓｃが０からＴｓｃ’ｍａｘの−１４（図３参照）の間の「−１４＜ΔＴｓｃ＜０」の場合は、ステップＳ４に移行し、「ＥＥＶＨ≧３００パルス」が連続５分間継続したか否かを判定する。その結果、ＹＥＳであれば、ステップＳ３に移行し、上記の如く、ΔＴｓｃに−１を加算した後、トップに戻る。ＮＯであれば、そのままトップに戻る。

さらに、ステップＳ２において、ΔＴｓｃがＴｓｃ’ｍａｘの−１４以下（ΔＴｓｃ≦−１４）と判定された場合、ステップＳ５に移行し、更なる減算は行わずにそのままトップに戻る。このように、「ＥＥＶＨ≧３００パルス」の場合は、その開度に応じて補正値ΔＴｓｃを−１ずつＴｓｃ’ｍａｘ（−１４）まで徐々に加算して目標過冷却度Ｔｓｃを補正することによって、自律的に冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６の開度を明けて行くようにしている。

一方、ステップＳ１において、「ＥＥＶＨ＜３００パルス」と判断されると、ステップＳ６に移行し、補正値ΔＴｓｃの値を判定する。ここで、「ΔＴｓｃ＝０」の場合、そのままトップに戻り、「ΔＴｓｃ＜０」の場合は、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７においては、「ＥＥＶＨ＜３００パルス」が連続５分間継続したか否かを判定する。ＹＥＳの場合には、ステップＳ８に移行し、ΔＴｓｃに＋１を加算してトップに戻り、ＮＯの場合には、ステップＳ９に移行し、更なる加算は行わずにそのままトップに戻る。このように、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が３００パルス未満となった場合、補正値ΔＴｓｃを初期値の０に戻し、目標過冷却度Ｔｓｃを正常値とするようにしている。

加えて、本実施形態では、低外気温下での暖房サイクルによる給湯運転範囲を拡大するために、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が所定開度以上に絞られた場合、外気温度に応じてＡゾーン制御もしくはＢゾーン制御のいずれかが選択され、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６がＡゾーン制御またはＢゾーン制御による２段階の開度制御によって過冷却度を目標過冷却度Ｔｓｃに制御できるようにした構成を採用している。

ここでは、図４に示されるように、外気温度Ｔｈｏ−Ａ（℃）が、例えば１８℃以上の場合は、Ａゾーン制御が選択され、外気温度が例えば１５℃以下に低下すると、Ｂゾーン制御が選択されるようになっており、Ａゾーン制御とＢゾーン制御とが短時間で頻繁に切り替わらないように、両制御間に数℃のヒステリシスが設けられている。

そして、外気温度Ｔｈｏ−Ａ（℃）がＡゾーンのときは、冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴが第１判定温度（例えば、５ｄｅｇ）以上か否かを判定し、５ｄｅｇ以上の場合は、目標過冷却度Ｔｓｃを一定値（例えば、５ｄｅｇ）として冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６により過冷却度制御を行い、５ｄｅｇ以下の場合は、冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴに応じて変化する目標過冷却度Ｔｓｃを設定し、過冷却度制御を行うようにしている。この場合の目標過冷却度Ｔｓｃは、０から５ｄｅｇまで、水温差ΔＴに比例して変化する値が設定されることになる。

また、外気温度Ｔｈｏ−Ａ（℃）がＢゾーンのときは、冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴが第２判定温度（例えば、１４ｄｅｇ）以上か否かを判定し、１４ｄｅｇ以上の場合には、目標過冷却度Ｔｓｃを一定値（例えば、１４ｄｅｇ）として冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６により過冷却度制御を行い、１４ｄｅｇ以下の場合には、冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴに応じて変化する目標過冷却度Ｔｓｃが設定される。この場合の目標過冷却度Ｔｓｃは、０から１４ｄｅｇまで、水温差ΔＴに比例して変化する値が設定されることになる。

斯くして、本実施形態によれば、給湯運転時、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７で熱源側空気熱交換器（熱源側熱交換器）１２出口の冷媒過熱度を制御するとともに、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６で冷媒／水熱交換器１３出口の冷媒過冷却度を制御することにより、過熱度および過冷却度を独立して制御しているヒートポンプ式給湯・空調装置１にあって、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６が絞られ過ぎ、それに伴い過熱度を制御している暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が大きくなった場合でも、その開度が設定開度の３００パルス（全開の３／５相当の開度）を超えると、目標値補正制御手段５３が、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６の目標過冷却度Ｔｓｃを徐々に下げて行く。

これによって、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６が自律的に開かれ、下流側の暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７に冷媒が供給されるようになる。このため、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が全開となって制御不能に陥ることがなく、両電子膨張弁１６，１７をそれぞれ適正な作動領域で制御することが可能となる。また、目標過冷却度Ｔｓｃを徐々に下げることにより、両電子膨張弁１６，１７の急激な動作を防止し、運転状態の急変を抑制できるため、液バック等の発生を確実に回避することができる。

また、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６が、冷媒／水熱交換器出口１３の冷媒過冷却度が冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴにより決定される目標過冷却度Ｔｓｃとなるように制御されるようになっているため、冷媒／水熱交換器１３に接続される温水負荷側のアプリケーションに応じて設定される冷媒／水熱交換器１３の出入口水温差ΔＴにより決まる目標過冷却度Ｔｓｃに基づき、冷媒／水熱交換器１３出口の過冷却度を制御することができ、従って、暖房能力を負荷側アプリケーションの求めに合せて増加させ、最適な運転を行うことができる。

さらに、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が全開の概ね３/５程度の開度になったとき、補正制御が実行されるようにしているため、運転状態の急変等で暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が急激に大きくなり、設定開度を多少オーバーシュートとしたとしても、全開の概ね３/５程度の設定開度で目標値補正制御手段５３が補正制御を開始することから、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が全開に至る事態を確実に阻止することができる。従って、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が全開となって制御不能に陥ることがなく、両電子膨張弁１６，１７を自律的に開閉制御可能な範囲で適正に動作させることができる。

また、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７が設定開度の３００パルスを超えると、その開度に応じて補正値を−１ずつ所定の最小値（−１４）となるまで徐々に加算して目標過冷却度Ｔｓｃを補正することにより、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６の開度を明けて行き、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７の開度が自律的に設定開度未満となると、補正値を初期値の０に戻し、目標過冷却度を正常値Ｔｓｃに戻すことができる。従って、運転状態に応じて両電子膨張弁１６，１７を独立または連動して制御し、制御不能に陥る事態を回避しながら両電子膨張弁１６，１７をそれぞれ適正な作動領域で制御することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、直列に接続されている冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１６および暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）１７を外気温の検出値に応じて制御し、凝縮冷媒を減圧できる範囲を拡大しているため、従来は冷媒を絞りきれずに運転範囲が限定されていた低外気温条件下での運転を安定して行うことができるようになり、運転可能範囲を拡大することができる。また、この際の液バックをも抑制することができ、信頼性の高いヒートポンプ式給湯・空調装置を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、水系統３０側の構成は、いかなる構成であってもよく、ラジエータ３６等のアプリケーションも様々な形態のアプリケーションを採用することができる。また、上記実施形態において説明した具体的数値等については、あくまでも一例であって、これに制約されないことは云うまでもない。

１ ヒートポンプ式給湯・空調装置
１１ 冷媒圧縮機
１２ 熱源側空気熱交換器
１３ 冷媒／水熱交換器
１４ 冷媒回路
１６ 冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）
１７ 暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）
５０ 膨張弁制御部
５１ 冷房用膨張弁制御手段
５２ 暖房用膨張弁制御手段
５３ 目標値補正制御手段

Claims (4)

1. 冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、暖房用電子膨張弁、冷房用電子膨張弁および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、前記冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造する給湯運転時、前記暖房用電子膨張弁により前記熱源側熱交換器出口の冷媒過熱度を制御するとともに、前記冷房用電子膨張弁により前記冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度を制御するようにしたヒートポンプ式給湯・空調装置において、
   前記暖房用電子膨張弁の開度が設定開度以上となったとき、前記冷房用電子膨張弁の目標過冷却度を徐々に下げ、両電子膨張弁を適正作動領域で制御する目標値補正制御手段を備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯・空調装置。
2. 前記冷房用電子膨張弁は、前記冷媒／水熱交換器出口の冷媒過冷却度が前記冷媒／水熱交換器の出入口水温差により決定される目標過冷却度となるように制御される構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
3. 前記目標値補正制御手段は、前記暖房用電子膨張弁の開度が全開の概ね３/５程度の開度になったとき、前記補正制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
4. 前記目標値補正制御手段は、前記冷房用電子膨張弁の補正制御時、前記冷媒／水熱交換器の出入口水温差によって決定される過冷却度と補正値との和を目標過冷却度とし、補正値が０の場合は、補正値に−１を加算し、サンプルタイム毎に前記暖房用電子膨張弁の開度を確認し、所定時間継続して設定開度を超えておれば、更に−１を加算し、出入口水温差によって決定される過冷却度の最小値まで同様の補正を行い、前記暖房用電子膨張弁の開度が所定時間継続して設定開度未満であれば、補正値に＋１を加算し、補正値が０となるまで同様の動作を繰り返す構成とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
   

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