JP4165681B2 - 冷暖房給湯装置とその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを利用した冷暖房給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の冷暖房給湯装置は、特開平５−２８８４２７号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
以下、その冷暖房給湯装置について図２を参照しながら説明する。
【０００４】
図２に示すように、圧縮機１０１と給湯用熱交換器１０２と室外熱交換器１０３と空調用熱交換器１０４と膨張機構部１０５と四方弁１０６と室外熱交換器用送風機１０７と給湯用ポンプ１０８を備えることにより配管にて接続することによって周知の冷凍サイクルを構成する。
【０００５】
冷房時は前記圧縮機１０１で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器１０２を通り、前記四方弁１０６にて前記室外熱交換器１０３を通過し、それぞれの前記熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は前記膨張機構部１０５で減圧され低圧の２相冷媒となり前記空調用熱交換器１０４で水や空気などの媒体から吸熱して低圧のガス冷媒となって前記四方弁１０６にて前記圧縮機１０１に吸入して周知の冷凍サイクルを形成する。これにより、水や空気などの媒体により室内を冷房し、この排熱を給湯に利用でき効率の良い運転を可能にしている。
【０００６】
また、暖房時は前記圧縮機１０１で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器１０２を通り、前記四方弁１０６にて前記空調用熱交換器１０４を通過し、それぞれの前記熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は前記膨張機構部１０５で減圧され低圧の２相冷媒となり前記室外熱交換器１０３で吸熱して低圧のガス冷媒となって前記四方弁１０６にて前記圧縮機１０１に吸入して周知の冷凍サイクルを形成する。これにより、暖房と給湯を同時に行える運転を可能にしている。
【０００７】
また、前記室外熱交換器１０３の着霜を検知した場合、運転を停止し、サイクルの均圧を待ってから前記四方弁１０６を切換えて前記室外熱交換器１０３に高温の冷媒を送ることで除霜し、除霜の終了後サイクルの均圧を待って再運転を開始する。その間、暖房や給湯は停止している。
【０００８】
また、給湯単独運転時は、暖房時と同様の方法で冷凍サイクルを形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の冷暖房給湯装置では第１に、冷房時のサイクルでは室外熱交換器が蒸発器として機能できないため給湯単独運転ができないという課題がある。
【００１０】
また、第２に、給湯単独運転の場合、空調用熱交換器内や周辺の温度状態によっては空調用熱交換器からの放熱による熱ロスが大きくなるという課題ある。特に冷房運転の合間や冷房時期には給湯単独運転によって空調負荷の増加という課題がある。
【００１１】
また、第３に、給湯単独運転の場合暖房時のサイクルにて運転するため冷房運転と給湯単独運転の切換え時に圧縮機などの機器停止が必要となり信頼性の低下や効率低下という課題がある。
【００１２】
また、第４に、暖房と給湯の同時運転の場合、暖房能力は給湯能力に依存しているため、空調能力制御性が悪くなるという課題がある。
【００１３】
また、第５に、着霜が検知されたものの着霜量が多くない場合には、圧縮機が除霜運転で起動してもすぐに停止するなど圧縮機の潤滑性能に支障をきたし信頼性の低下や効率低下という課題がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、冷房時のサイクルで給湯単独運転を行うことができ、また、給湯単独運転時の空調用熱交換器からの熱ロス低減と冷房運転と給湯運転の切換えを円滑に行うことにより信頼性を向上させ、効率改善をすることができ、また、暖房と給湯の同時運転時の空調能力の制御性の向上をすることができ、また、圧縮機を停止することなく除霜運転することのできる冷暖房給湯装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷暖房給湯装置は上記目的を達成するために、圧縮機と給湯用熱交換器と室外熱交換器と空調用熱交換器と膨張機構部と四方弁と室外熱交換器用送風機を備え、冷房時は前記圧縮機で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器を通り前記四方弁にて前記室外熱交換器を通過し前記給湯用熱交換器と前記室外熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となりこの高圧の液冷媒は前記膨張機構部で減圧され前記空調用熱交換器で吸熱して低圧のガス冷媒となって四方弁にて前記圧縮機に吸入し、暖房時は前記圧縮機で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器を通り、前記四方弁にて前記空調用熱交換器を通過し、前記給湯用熱交換器と前記空調用熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となり、この高圧の液冷媒は前記膨張機構部で減圧され前記室外熱交換器で吸熱して低圧のガス冷媒となって前記四方弁にて前記圧縮機に吸入して冷凍サイクルを形成する冷暖房給湯装置において、前記給湯用熱交換器と前記四方弁の間に中間膨張機構部を設けたことを特徴とする冷暖房給湯装置。
【００１６】
本発明によれば、冷房時のサイクルで給湯単独運転を行うことができる冷暖房給湯装置が得られる。
【００１７】
また他の手段は、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度を検知する温度検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御するものである。
【００１８】
そして本発明によれば、暖房と給湯の同時運転時の空調能力の制御性の向上をすることができる冷暖房給湯装置が得られる。
【００１９】
また他の手段は、室外熱交換器の冷媒温度を検知する温度検知手段を設け、この検知値によって中間膨張機構部を制御するものである。
【００２０】
そして本発明によれば、圧縮機を停止することなく除霜運転することのできる冷暖房給湯装置が得られる。
【００２１】
また他の手段は、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度と空調用熱交換器の冷媒温度または冷媒圧力を検知する温度および圧力検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御するものである。
【００２２】
そして本発明によれば、給湯単独運転時の空調用熱交換器からの熱ロスを低減することができる冷暖房給湯装置が得られる。
【００２３】
また他の手段は、空調運転停止または休止時の給湯単独運転において、冷房または暖房どちらのモードかによって四方弁を制御するものである。
【００２４】
そして本発明によれば、冷房運転と給湯運転の切換えを円滑に行うことにより信頼性を向上させ、効率改善をすることができる冷暖房給湯装置が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、給湯用熱交換器と四方弁の間に中間膨張機構部を設けたものであり、冷房サイクルにて、中間膨張機構部を制御し、室外熱交換器を蒸発器として作用させることにより、冷凍サイクルを形成するという作用を有する。
【００２６】
また、給湯用熱交換器と四方弁の間に中間膨張機構部を設け、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度を検知する温度検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御するものであり、暖房と給湯を同時運転する場合には、中間膨張機構部を開ける方向に制御すると空調用熱交換器の冷媒温度を高くし、凝縮能力が大きくなる。中間膨張機構部を全開から閉める方向に制御すると、空調用熱交換器の冷媒温度と水や空気などの媒体の温度との差が減少し、凝縮能力は低下する。さらに中間膨張機構部を閉める方向に制御すると、空調用熱交換器の冷媒温度と水や空気などの媒体の温度との差がなくなり、凝縮能力はゼロとなるという作用を有する。冷房と給湯を同時運転する場合には、中間膨張機構部を開ける方向に制御すると室外熱交換器の冷媒温度を高くし、凝縮能力が大きくなり冷房能力も大きくなる。中間膨張機構部を全開から閉める方向に制御すると、室外熱交換器の冷媒温度と外気温度との差が減少し、凝縮能力は低下し、冷房能力も低下する。さらに中間膨張機構部を閉める方向に制御すると、室外熱交換器の冷媒温度と外気温度との差がなくなり、凝縮能力はゼロとなる。さらに中間膨張機構部を閉める方向に制御すると、室外熱交換器の冷媒温度が外気温度より低くなり、室外熱交換器は凝縮器としてではなく蒸発器として作用し、空調用熱交換器の冷房能力がゼロとなるまで制御できるという作用を有する。
【００２７】
また、給湯用熱交換器と四方弁の間に中間膨張機構部を設け、室外熱交換器の冷媒温度を検知する温度検知手段を設け、この検知値によって中間膨張機構部を制御するものであり、暖房と給湯を同時運転する場合に室外熱交換器の冷媒温度を設定値になるように中間膨張機構部を閉める方向に制御すると、空調用熱交換器の冷媒温度が水や空気などの媒体の温度より低くなり、空調用熱交換器は凝縮機としてではなく蒸発器として作用し加熱蒸気を室外熱交換器に供給され、この加熱蒸気で室外熱交換器の除霜する。
【００２８】
また、給湯用熱交換器と四方弁の間に中間膨張機構部を設け、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度と空調用熱交換器の冷媒温度または冷媒圧力を検知する温度および圧力検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御するものであり、暖房サイクルにて給湯単独運転する場合には、中間膨張機構部を制御し、凝縮温度を低下させて空調用熱交換器の冷媒温度と水や空気などの媒体の温度との差をなくすようにすると、空調用熱交換器の冷媒と水や空気などの媒体間の熱移動はなくなる。また、冷房サイクルにて給湯単独運転する場合には、中間膨張機構部を制御し、室外熱交換器を蒸発器として作用させて空調用熱交換器の冷媒温度と水や空気などの媒体の温度との差をなくすようにすると、空調用熱交換器の冷媒と水や空気などの媒体間の熱移動はなくなるという作用を有する。
【００２９】
また、給湯用熱交換器と四方弁の間に中間膨張機構部を設け、空調運転停止または休止時の給湯単独運転において、冷房または暖房どちらのモードかによって四方弁を制御するものであり、冷房サイクルにて給湯単独運転する場合には、中間膨張機構部を制御し、室外熱交換器を蒸発器として作用させることにより、冷房サイクルでの給湯単独運転が可能となり、給湯単独運転起動前に空調が冷房または暖房どちらのモードかによってサイクルを選択することで給湯単独運転中の空調起動による冷暖サイクルの切換えをせずに円滑に行えるという作用を有する。
【００３０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の冷暖房給湯装置のサイクル構成図を示す。圧縮機１０１と給湯用熱交換器１０２と室外熱交換器１０３と空調用熱交換器１０４と膨張機構部１０５と四方弁１０６と室外熱交換器用送風機１０７と給湯用ポンプ１０８を備える冷暖房給湯装置に、前記給湯用熱交換器１０２と前記四方弁１０６の間に中間膨張機構部として電磁膨張弁１を設け、前記室外熱交換器１０３の冷媒出入口と前記空調用熱交換器１０４の熱搬送媒体として冷温水の温度と前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度を検知する温度および圧力検知手段として、室外熱交換器冷媒膨張側温度センサー２と室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー３と空調用熱交換器冷温水温度センサー４と空調用熱交換器冷媒温度センサー５を設け、この値によって前記電磁膨張弁１の開度制御手段として電磁膨張弁コントローラー６を設け、空調運転モードによって前記四方弁１０６の切換えをする制御手段として四方弁コントローラー７を設けた構成としている。
【００３２】
上記構成において、空調単独運転の場合には、冷房および暖房のそれぞれの空調運転モードによって前記四方弁コントローラー７にて前記四方弁１０６を切換え、前記電磁膨張弁コントローラー６にて前記電磁膨張弁１を全開とすることによって、従来と同様の運転を行う。
【００３３】
暖房と給湯を同時運転する場合には、前記電磁膨張弁１を開ける方向に制御すると前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度を高くし、凝縮能力が大きくなる。前記電磁膨張弁１を全開から閉める方向に制御すると、前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度と空調用冷温水の温度との差が減少し、凝縮能力は低下する。さらに前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御すると、前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度と空調用冷温水の温度との差がなくなり、凝縮能力はゼロとなる。さらに前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御すると、前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度が空調用冷温水の温度より低くなり、前記空調用熱交換器１０４は凝縮器としてではなく蒸発器として作用し空調としては冷房運転となる。さらに前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御すると、前記空調用熱交換器１０４の冷媒温度と空調用冷温水の温度の差が大きくなり、前記空調用熱交換器１０４から加熱蒸気が前記室外熱交換器１０３に入り前記室外熱交換器１０３の霜取りを行えることとなる。
【００３４】
このような技術作用を利用して、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値となるように前記電磁膨張弁コントローラー６にて前記電磁膨張弁１を制御する。具体的には、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値より大きい場合は、前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御し、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値より小さい場合は、前記電磁膨張弁１を開ける方向に制御する。さらに、着霜を検知したときには、前記室外熱交換器冷媒膨張側温度センサー２の値を設定値まで上昇させるように前記電磁膨張弁コントローラー６にて前記電磁膨張弁１を制御し、一定時間内に前記室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー３の値が設定温度以上とならない時は機器を停止して前記四方弁１０６による除霜運転とし、一定時間内に前記室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー３の値が設定温度以上となれば除霜運転を終了し通常の運転に移行する。具体的には、前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御し、前記空調用熱交換器１０４を蒸発器として作用させて、得られた加熱蒸気により前記室外熱交換器１０３の霜取りを行う。この時一定時間内に前記室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー３の値が設定温度以上となれば着霜は少ないと判断し通常運転に移行させる。逆に一定時間内に前記室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー３の値が設定温度以上とならなければ着霜は多いと判断し従来通りの除霜運転に移行する。このことにより、無駄な従来方式の除霜運転回数を低減できることとなる。
【００３５】
冷房と給湯を同時運転する場合には、前記電磁膨張弁１を開ける方向に制御すると前記室外熱交換器１０３の冷媒温度を高くし、凝縮能力が大きくなり冷房能力も大きくなる。前記電磁膨張弁１を全開から閉める方向に制御すると、前記室外熱交換器１０３の冷媒温度と外気温度との差が減少し、凝縮能力は低下し、冷房能力も低下する。さらに前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御すると、前記室外熱交換器１０３の冷媒温度と外気温度との差がなくなり、凝縮能力はゼロとなる。さらに前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御すると、前記室外熱交換器１０３の冷媒温度が外気温度より低くなり、前記室外熱交換器１０３は凝縮器としてではなく蒸発器として作用し、前記空調用熱交換器１０４の冷房能力がゼロとなるまで制御できる。このように前記電磁膨張弁１を制御すると冷房能力をゼロから任意に運転を行なえることとなる。
【００３６】
このような技術作用を利用して、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値となるように前記電磁膨張弁コントローラー６にて前記電磁膨張弁１を制御する。具体的には、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値より大きい場合は、前記電磁膨張弁１を開ける方向に制御し、前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が目標値より小さい場合は、前記電磁膨張弁１を閉める方向に制御する。
【００３７】
給湯単独運転の場合には、冷房または暖房どちらのモードかにより前記四方弁コントローラー７にて前記四方弁１０６を切換え、冷房と給湯を同時運転する場合と暖房と給湯を同時運転する場合それぞれにおいて空調能力がゼロとなる状態に前記電磁膨張弁１を制御するようにする。
【００３８】
具体的には前記空調用熱交換器冷媒温度センサー５の値と前記空調用熱交換器冷温水温度センサー４の値が等しくなるように前記電磁膨張弁１を制御するようにすることで、前記空調用熱交換器１０４からの余分な熱ロスをなくすとともに、冷房または暖房どちらのモードかによらずどちらでも給湯単独運転ができることで給湯と空調の運転切換えを圧縮機の停止などをせずに円滑に行えることとなる。
【００３９】
なお、実施例では、空調能力の制御判断に空調用熱交換器冷温水温度を用いたが、室内温度を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４０】
また、実施例では、空調用熱交換器冷媒温度センサー５を用いたが、空調用熱交換器冷媒圧力センサーから算出される飽和温度を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４１】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば給湯単独運転の空調用熱交換器からの熱ロス低減と冷房運転と給湯運転の切換えを円滑に行うことで信頼性の向上や効率改善をすることができ、暖房と給湯の同時運転の空調能力制御性を向上することができ、圧縮機を停止することなく除霜運転するという効果のある冷暖房給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の冷暖房給湯装置のサイクル構成図
【図２】従来の冷暖房給湯装置のサイクル構成図
【符号の説明】
１ 電磁膨張弁
２ 室外熱交換器冷媒膨張側温度センサー
３ 室外熱交換器冷媒四方弁側温度センサー
４ 空調用熱交換器冷温水温度センサー
５ 空調用熱交換器冷媒温度センサー
６ 電磁膨張弁コントローラー
７ 四方弁コントローラー

Claims (5)

1. 圧縮機と給湯用熱交換器と室外熱交換器と空調用熱交換器と膨張機構部と四方弁と室外熱交換器用送風機を備え、冷房時は前記圧縮機で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器を通り前記四方弁にて前記室外熱交換器を通過し前記給湯用熱交換器と前記室外熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となりこの高圧の液冷媒は前記膨張機構部で減圧され前記空調用熱交換器で吸熱して低圧のガス冷媒となって四方弁にて前記圧縮機に吸入し、暖房時は前記圧縮機で圧縮された高圧冷媒ガスが前記給湯用熱交換器を通り、前記四方弁にて前記空調用熱交換器を通過し、前記給湯用熱交換器と前記空調用熱交換器にて放熱して高圧の液冷媒となり、この高圧の液冷媒は前記膨張機構部で減圧され前記室外熱交換器で吸熱して低圧のガス冷媒となって前記四方弁にて前記圧縮機に吸入して冷凍サイクルを形成する冷暖房給湯装置において、前記給湯用熱交換器と前記四方弁の間に中間膨張機構部を設けたことを特徴とする冷暖房給湯装置。
2. 請求項１記載の冷暖房給湯装置において、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度を検知する温度検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御する冷暖房給湯装置の制御方法。
3. 請求項１記載の冷暖房給湯装置において、室外熱交換器の冷媒温度を検知する温度検知手段を設け、この検知値によって中間膨張機構部を制御する冷暖房給湯装置の制御方法。
4. 請求項１記載の冷暖房給湯装置において、室内温度もしくは空調用熱交換器から室内に熱を搬送する熱搬送媒体の温度と前記空調用熱交換器の冷媒温度または冷媒圧力を検知する温度および圧力検知手段を設け、これらの検知値によって中間膨張機構部を制御する冷暖房給湯装置の制御方法。
5. 請求項１記載の冷暖房給湯装置において、空調運転停止または休止時の給湯単独運転において、冷房または暖房どちらのモードかによって四方弁を制御する冷暖房給湯装置の制御方法。

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