JP5308220B2 - ヒートポンプ式給湯・空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて給湯及び空調を行うヒートポンプ式給湯・空調装置に係り、特に、ヒートポンプを暖房サイクルにして運転する場合の膨張弁制御に関する。

ヒートポンプ式給湯・空調装置は、圧縮機により送出される冷媒が熱交換器を備えた閉回路の冷媒回路を循環して気液の状態変化を繰り返す冷媒系統と、ポンプにより送出された水が冷媒系統に設けられた熱交換器（水−冷媒熱交換器）で冷媒から吸熱して温水となる水系統とを有している。このようなヒートポンプ式給湯・空調装置においては、冷媒系統に設けられている四方弁を操作することにより、冷媒の循環方向を切り替えて暖房運転及び冷房運転のいずれか一方を選択することができる。
そして、上述した冷媒系統を暖房運転の状態にすれば、凝縮器として機能する水−冷媒熱交換器で水系統を流れる水が加熱されて温水となる。この温水は、給湯用として直接使用してもよいし、あるいは、ラジエターによる温水暖房用の熱源としても使用できる。

また、運転中に高圧液冷媒の過冷却度及び低圧ガス冷媒の過熱度を検出し、この検出値を基にして、直列に介装した第１膨張弁及び第２膨張弁の開度制御を行う冷凍機が提案されている。この冷凍機は、冷媒と空気とを熱交換するものであり、水と冷媒とを熱交換させる熱交換器に関する言及はない。（たとえば、特許文献１の第５図参照）

実公平２−３９１７９号公報

ところで、従来のヒートポンプ式給湯・空調装置では、冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁がレシーバを挟んで直列に配置された構成となっている。すなわち、運転状況に応じて冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁のいずれか一方のみが制御に使用され、他方は所定の開度に維持されている。

このため、水−冷媒熱交換器で水を加熱して温水とする暖房運転を行う状況では、給湯器にヒートポンプ制御を展開する場合の制御に暖房用電子膨張弁のみが使用されることとなる。従って、たとえば外気温度が極低温となる環境下においては、暖房用電子膨張弁のみでは絞りきれない（減圧できない）場合があるので、運転範囲を制限する原因となっていた。また、暖房運転を行う運転条件によっては、暖房用電子膨張弁で絞りきれないと液バック現象が生じることもあるので、圧縮機の破損にいたることも懸念される。
なお、熱交換器を通す媒体に水が含まれているヒートポンプ式給湯・空調装置は、極低温の環境下で運転を停止すると水の凍結により熱交換器が破損することが懸念され、通常の空調装置にはない特有の問題を有している。

このような背景から、ヒートポンプ式給湯・空調装置においては、特に極低温の温度条件下でも暖房運転が可能となるように、運転範囲を拡大できる運転制御が求められる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房運転時の運転可能範囲を拡大できるようにしたヒートポンプ式給湯・空調装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るヒートポンプ式給湯・空調装置は、圧縮機により送出される冷媒が熱交換器を備えた閉回路の冷媒回路を循環して気液の状態変化を繰り返すとともに、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環方向を切り替えて冷房サイクルまたは暖房サイクルの選択が可能なヒートポンプの冷媒系統と、ポンプにより送出された水が前記冷媒系統に設けられた水熱交換器で冷媒から吸熱して温水とされ、該温水を循環させて温水熱源を使用する温水循環流路に流路切替弁を介して連結された温水タンクを備えている水系統とを有し、前記冷媒系統に冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁が直列に配設されているヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記暖房サイクルで前記暖房用電子膨張弁の開度が所定値以上に絞られた場合に実行される外気温度対応制御を設け、前記外気温度対応制御は、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）以上の場合に選択されるＡゾーン制御と、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）より低い場合に選択されるＢゾーン制御とを備え、前記冷房用電子膨張弁が前記Ａゾーン制御及び前記Ｂゾーン制御による２段階の開度制御を行って実際の過冷却度（Ｔsc）を目標過冷却度（Ｔsct）に近づけることを特徴とするものである。

このようなヒートポンプ式給湯・空調装置によれば、暖房サイクルで暖房用電子膨張弁の開度が所定値以上に絞られた場合に実行される外気温度対応制御を設け、この外気温度対応制御は、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）以上の場合に選択されるＡゾーン制御と、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）より低い場合に選択されるＢゾーン制御とを備え、冷房用電子膨張弁がＡゾーン制御及びＢゾーン制御による２段階の開度制御を行って実際の過冷却度（Ｔsc）を目標過冷却度（Ｔsct）に近づけるよう制御するので、直列に配設された冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁を外気温度検出値（Ｔｏ）に応じて有効に利用し、凝縮した液冷媒を減圧する（絞る）制御範囲を拡大することができる。
すなわち、本発明では、従来の暖房サイクルでは最大開度に維持して制御に使用されなかった冷房用電子膨張弁についても、外気温度検出値（Ｔｏ）に応じて暖房用電子膨張弁とともに動作するようになるので、直列に配列された二つの電子膨張弁を有効利用してＡゾーン及びＢゾーンよりなる２段階の減圧制御を行うことで、液冷媒の減圧制御範囲を拡大することができる。

上記の発明において、前記Ａゾーン制御は、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第１判定温度（ｔａ）以上の場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を一定の第１目標値（ｔ１）とし、かつ、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第１判定温度（ｔａ）より小さい場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を０から前記第１目標値（ｔ１）まで可変とし、前記Ｂゾーン制御は、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第２判定温度（ｔｂ）以上の場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を一定の第２目標値（ｔ２）とし、かつ、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第２判定温度（ｔｂ）より小さい場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を０から前記第２目標値（ｔ２）まで可変とすることが望ましい。

上述した本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置によれば、直列に配設された冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁を外気温度検出値（Ｔｏ）に応じて有効利用し、凝縮した液冷媒の減圧制御範囲を拡大したので、従来は絞りきれずに運転範囲を限定していた外気温度が極低温の運転条件下でも安定した運転が可能になり、暖房運転時の運転可能範囲を拡大することができる。
また、暖房運転を行う際の絞り不足による液バック現象を防止または抑制できるので、圧縮機が破損に至る懸念を解消して信頼性や耐久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可能になる。

本発明に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の一実施形態を示すフローチャートであり、Ａゾーン制御及びＢゾーン制御の選択過程が示されている。 図１に示す外気温度（Ｔｏ）の判定比較温度（Ｔｃ）について、ヒステリシスを設けた判定比較温度（Ｔｃ１，Ｔｃ２）の説明図である。 Ａゾーン制御の一例を示すフローチャートである。 Ｂゾーン制御の一例を示すフローチャートである。 本発明に係るヒートポンプ式給湯・空調装置について、構成例を示す系統図である。

以下、本発明に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図５に示す実施形態の系統図において、ヒートポンプ式給湯・空調装置ＨＰは、冷媒回路を循環する冷媒の循環方向を切り替えて冷房サイクルまたは暖房サイクルの選択が可能なヒートポンプの冷媒系統１０と、ヒートポンプ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。

冷媒系統１０は、圧縮機１１により送出される冷媒が室外熱交換器１２及び室外熱交換器１３を備えた閉回路の冷媒回路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、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を操作することにより冷媒の循環方向を切り替えて逆転させ、時計回りの冷房サイクルまたは反時計回りの暖房サイクルからいずれか一方を選択することができる。
また、冷媒回路１４の室外熱交換器１２と室内熱交換器１３との間には、冷房用電子膨張弁１６と暖房用電子膨張弁１７とが直列に設けられ、両電子膨張弁１６，１７の間にはレシーバ１８が設けられている。

水系統３０は、ポンプ３１により送出された水が冷媒系統１０に設けられた室外熱交換器（以下、「水熱交換器」ともいう）１３で冷媒から吸熱して温水とされ、この温水を循環させて温水熱源を使用する温水循環流路３２を形成している。この温水循環流路３２には、温水の流路切替弁として、三方弁３３、第１電磁切替弁３４及び第２電磁切替弁３５が設けられている。
さらに、上述した温水循環流路３２には、温水を用いた暖房用熱交換器として機能するラジエター３６と、温水循環流路３２から分岐させて温水を導入し、この温水を貯蔵して蓄熱する温水タンク３７とが設けられている。この場合のラジエター３６は、温水と室内の空気とを熱交換させて暖房する熱交換器である。

温水タンク３７は、貯蔵した温水の蓄熱を利用して加熱した給湯用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３９とを備えている。
サニタリ水供給回路３８は、給湯ポンプ（不図示）により供給される水が温水タンク３７内の熱交換器３８ａを流れる際に吸熱して温水となり、この温水を給湯などに使用する給湯温水供給系統である。
電気ヒータ３９は、温水タンク３７内に貯蔵されている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の加熱手段である。すなわち、電気ヒータ３９は、温水タンク３９内の貯蔵温水が所定水温値以下の場合に通電し、貯蔵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た水系統３０は、上述した三方弁３３、第１電磁切替弁３４及び第２電磁切替弁３５を適宜開閉操作して選択切替することにより、ラジエター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、ラジエター３６及び温水タンク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実施することができる。

上述した冷媒系統１０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に送出される。このガス冷媒は、図中に実線矢印で示すように、四方弁１５により水熱交換器１３へ導かれて反時計回りに循環する。この場合の水熱交換器１３は、ポンプ３１により送出された水系統３０の水と高温高圧のガス冷媒と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、冷媒系統１０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（気液二相を含む）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。
水熱交換器１３で凝縮した冷媒は、通常は全開となる冷房用電子膨張弁１６を通ってレシーバ１８へ流入する。このレシーバ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１７が配置されている。この暖房用電子膨張弁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液冷媒となる。この液冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器１２に導かれ、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。このとき、低温となる室外熱交換器１２の外周面には空気中の水分等が氷結して着霜するので、適当な運転時間毎にデフロスト運転を実施して着霜を除去することが必要である。

このようにして、低温低圧の液冷媒が室外熱交換器１２を通過することにより、この液冷媒は気化して低温低圧のガス冷媒となる。この結果、このガス冷媒は、再び四方弁１５を通って圧縮機１１に吸引される。こうして圧縮機１１に吸引された低温低圧のガス冷媒は、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。
なお、図中の符号１２ａは、室外熱交換器１２を通過する外気量（送風量）の調整を行う外気ファンである。

一方、上述した冷媒系統１０において、デフロスト運転を行うために冷房サイクルが選択されると、四方弁１５の操作により冷媒の循環方向が切り替えられる。
すなわち、圧縮機１１から送出された高温高圧のガス冷媒は、図中に破線矢印で示すように、四方弁１５により室外熱交換器１２へ導かれて時計回りに循環する。この場合の室外熱交換器１２は、外気と高温高圧のガス冷媒とが熱交換することにより、冷媒が凝縮して凝縮熱を放熱する凝縮器として機能する。この結果、高温高圧のガス冷媒は凝縮して高温高圧の液冷媒（気液二相を含む）となり、室外熱交換器１２に付着した霜については、放熱（凝縮熱）を受けることによって解かされる。
室外熱交換器１２で凝縮した冷媒は、全開の暖房用電子膨張弁１７を通ってレシーバ１８へ流入する。このレシーバ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冷房用電子膨張弁１６が配置されている。この冷房用電子膨張弁１６を冷媒が通過することにより、高温高圧の液冷媒が減圧されて低温低圧の液冷媒となる。この液冷媒は、蒸発器として機能する水熱交換器１３に導かれるので、水系統３０から供給される温水と熱交換することにより吸熱して気化する。この結果、低温低圧の液冷媒は低温低圧のガス冷媒となり、再び四方弁１５を通って圧縮機１１に吸引される。こうして圧縮機１１に吸引された低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１１により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。

さて、上述したヒートポンプ式給湯・空調装置ＨＰには、暖房サイクルで暖房用電子膨張弁１７の開度が所定値以上に絞られた場合に実行される外気温度対応制御が設けられている。この外気温度対応制御は、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）以上の場合に選択されるＡゾーン制御と、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）より低い場合に選択されるＢゾーン制御とを備えており、外気温度対応制御では、冷房用電子膨張弁１６がＡゾーン制御及びＢゾーン制御による２段階の開度制御を行って実際の過冷却度（Ｔsc）を目標過冷却度（Ｔsct）に近づける。

以下、上述したヒートポンプ式給湯・空調装置ＨＰの外気温度対応制御について、図１から図４を参照して具体的に説明する。
最初に、Ａゾーン制御及びＢゾーン制御の選択過程について、図１のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１で暖房運転が選択されると、上述した暖房サイクルの運転が開始される。この後、次のステップＳ２に進み、圧縮機１１の保護制御が動作中か否かを判断する。

この結果、保護制御が行われていない「ＮＯ」の場合には、次のステップＳ３に進んで暖房用電子膨張弁１７の開度を判断する。暖房用電子膨張弁１７の開度は、通常ステッピングモータにより制御されているので、ここでは開度指令のパルス数を確認して現状の開度Ｐ１を判断することとなる。
一方、保護制御が行われている「ＹＥＳ」の場合には、次のステップＳ８に進み、冷房用電子膨張弁１６の開度を所定値αだけ開いて大きくする。この後、再度ステップＳ２に戻り、保護制御が停止されるまで同様の制御を繰り返す。すなわち、圧縮機１１の保護制御が行われている運転状況では、無条件に冷房用電子膨張弁１６の開度を段階的に増し、冷媒の循環量を増加させて圧縮機１１に供給する冷媒量を確保する。なお、この場合の所定値αについても、冷房用電子膨張弁１６の開度がステッピングモータにより制御されているので、所定の開度を増す方向に開度指令のパルス数が変更される。

ステップＳ３における暖房用電子膨張弁１７の開度判断は、現状の開度Ｐ１が所定の比較値Ｐｃ以上（Ｐ１≧Ｐｃ）か否かを判断する。すなわち、ステップＳ３では、暖房用電子膨張弁１７の状態（開度Ｐ１）について、さらに開度を絞る方向の動作（制御）が可能な状態にあるか否かを判断することになる。換言すれば、ステップＳ３は、暖房用電子膨張弁１７の開度Ｐ１について、単独でさらに絞る方向の制御が可能か否かを判断するものである。従って、上述した所定の比較値Ｐｃは、暖房用電子膨張弁１７の全閉状態、または暖房用電子膨張弁１７が全閉に近い状態の開度（パルス数）となる。

この結果、現状の開度Ｐ１が所定の比較値Ｐｃ以上となる「ＹＥＳ」の場合には、次のステップＳ９に進み、冷房用電子膨張弁１６の開度を所定値αだけ増して大きくする。この後、再度ステップＳ２に戻って現状の開度Ｐ１が所定の比較値Ｐｃより小さくなるまで繰り返す。すなわち、現状の開度Ｐ１が所定の比較値Ｐｃ以上の運転状況では、暖房用電子膨張弁１７の開度が所定のＰ１に絞られるまで、冷房用電子膨張弁１６による開度制御が実施される。

一方、ステップＳ３の判断が「ＮＯ」に場合には、暖房用電子膨張弁１７による単独制御はできない状態にあるため、すなわち、これ以上絞れない状態にあるため、次のステップＳ４に進んで外気温度対応制御を実施する。
この外気温対応制御では、ステップＳ５において外気温度Ｔｏの判定が行われる。すなわち、検出した外気温度Ｔｏが所定の比較温度Ｔｃ以上（Ｔｏ≧Ｔｃ）か否かを判断し、比較温度Ｔｃ以上の高温となる「ＹＥＳ」の場合はＡゾーン制御を選択し、比較温度Ｔｃより低温となる「ＮＯ」の場合はＢゾーン制御を選択する。この場合の外気温度Ｔｏは、たとえば図２に示すように、Ａゾーン制御からＢゾーン制御に変更する場合の比較温度Ｔｃ１と、Ｂゾーン制御からＡゾーン制御に変更する場合の比較温度Ｔｃ２のように、ヒステリシスを設けておくことにより、選択されるゾーン制御が短時間で頻繁に切り替わることを防止できる。なお、比較温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の具体例を示すと、たとえばＴｃ１＝１５deg及びＴｃ２＝１８degように、適当な温度差をもって設定される。

続いて、上述したステップＳ６で選択されるＡゾーン制御について、図３のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
最初に、ステップＳ２１でＡゾーン制御が開始されると、次のステップＳ２２では室内熱交換器１３における出入口水温差ΔＴを算出し、第１判定温度ｔａ以上（ΔＴ≧Ｔａ）か否かを判断する。この場合の出入口水温差ΔＴは、水系統３０を流れる水が室内熱交換器１３を通過して生じる水温の温度上昇値であり、加熱を受ける前の入口水温と加熱後の出口水温との温度差が用いられる。なお、ここで設定可能な第１判定温度ｔａの具体例としては、たとえば５degがある。

ステップＳ２２の判断において、出入口水温差ΔＴが第１判定温度ｔａ以上となる「ＹＥＳ」の場合には、次のステップＳ２３に進んで目標過冷却度Ｔsctを一定の第１目標値ｔ１（たとえば５deg）に設定する。
この後、次のステップＳ２４に進み、室内熱交換器１３の液温度Ｔhi-Lと凝縮圧力飽和温度CSTとの差（絶対値）から、過冷却度Ｔscを算出する。こうして算出された過冷却度Ｔscは、上述した目標過冷却度Ｔsctとの差により、冷房用電子膨張弁１６の開度を制御する。すなわち、冷房用電子膨張弁１６の開度は、算出された現状の過冷却度Ｔscを目標過冷却度Ｔsctに近づける方向に調整され、換言すれば、目標過冷却度Ｔsctと実際の過冷却度Ｔscとが一致するように調整される。

この場合の液温度Ｔhi-Lは、冷媒系統１０を流れる冷媒が室内熱交換器１３を通過し、放熱により凝縮した状態の液冷媒温度を検出したものである。なお、液温度Ｔhi-Lを検出する温度センサ（不図示）は、暖房サイクルで循環する冷媒回路１４において、室内熱交換器１３の出口近傍に設置されている。
また、凝縮圧力飽和温度CSTは、冷媒回路１４の室内熱交換器１３と冷房用電子膨張弁１６との間に設置した圧力センサ（不図示）により冷媒圧力を検出し、この冷媒圧力に対応して得られる圧力飽和温度である。

一方、ステップＳ２２の判断において、出入口水温差ΔＴが第１判定温度ｔａより小さい「ＮＯ」の場合には、次のステップＳ２５に進み、出入口水温差ΔＴに応じて変化する目標過冷却度Ｔsctが設定される。すなわち、この場合の目標過冷却度Ｔsctは、０から第１目標値ｔ１まで、出入口水温差ΔＴに比例して変化する値が設定される。
こうして可変の目標過冷却度Ｔsctが設定されると、次のステップＳ２４に進んで冷房用電子膨張弁１６の開度制御が行われる。この場合の開度制御は、目標過冷却度Ｔsctが変化する以外、ステップＳ２３から進んだ場合と同様である。

続いて、上述したステップＳ７で選択されるＢゾーン制御について、図４のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
最初に、ステップＳ３１でＢゾーン制御が開始されると、次のステップＳ３２では室内熱交換器１３における出入口水温差ΔＴを算出し、第２判定温度ｔｂ以上（ΔＴ≧Ｔｂ）か否かを判断する。この場合の出入口水温差ΔＴは、水系統３０を流れる水が室内熱交換器１３を通過して生じる水温の温度上昇値であり、加熱を受ける前の入口水温と加熱後の出口水温との温度差が用いられる。なお、ここで使用する第２判定温度ｔｂは、上述した第１判定温度ｔａより大きな値（ｔｂ＞ｔａ）でり、たとえば１８deg に設定される。

ステップＳ３２の判断において、出入口水温差ΔＴが第２判定温度ｔｂ以上となる「ＹＥＳ」の場合には、次のステップＳ３３に進んで目標過冷却度Ｔsctを一定の第２目標値ｔ２（たとえば１４deg）に設定する。
この後、次のステップＳ３４に進み、室内熱交換器１３の液温度Ｔhi-Lと凝縮圧力飽和温度CSTとの差（絶対値）から、過冷却度Ｔscを算出する。こうして算出された過冷却度Ｔscは、上述した目標過冷却度Ｔsctとの差により、冷房用電子膨張弁１６の開度を制御する。すなわち、冷房用電子膨張弁１６の開度は、算出された過冷却度Ｔscを目標過冷却度Ｔsctに近づける方向に、換言すれば、目標過冷却度Ｔsctと過冷却度Ｔscとが一致するように調整される。なお、このステップＳ３４は、設定される目標過冷却度Ｔsct以外の部分については、上述したＡゾーン制御のステップＳ２４と同じである。

一方、ステップＳ３２の判断において、出入口水温差ΔＴが第２判定温度ｔｂより小さい「ＮＯ」の場合には、次のステップＳ３５に進み、出入口水温差ΔＴに応じて変化する目標過冷却度Ｔsctが設定される。すなわち、この場合の目標過冷却度Ｔsctは、０から第２目標値ｔ２まで、出入口水温差ΔＴに応じて変化する値が設定される。
具体的には、出入口水温差ΔＴが０から第１判定温度ｔａまでの領域では、０から第１目標値ｔ１まで出入口水温差ΔＴに比例して変化する値が設定され、出入口水温差ΔＴが第１判定温度ｔａから第２判定温度ｔｂまでの領域では、第１目標値ｔ１から第２目標値ｔ２まで、出入口水温差ΔＴに異なる傾きで比例して変化する値が設定される。なお、出入口水温差ΔＴが第１判定温度ｔａから第２判定温度ｔｂまでの領域では、出入口水温差ΔＴに応じて変化する目標過冷却度Ｔsctの値が小さくなり、比例の傾きは緩やかなものとなる。

こうして可変の目標過冷却度Ｔsctが設定されると、次のステップＳ３４に進んで冷房用電子膨張弁１６の開度制御が行われる。この場合の開度制御は、目標過冷却度Ｔsctが変化する以外、ステップＳ３３から進んだ場合と同様である。

このように、外気温度対応制御では、外気温度検出値Ｔｏが所定の比較温度Ｔｃ以上の場合に選択されるＡゾーン制御と、外気温度検出値Ｔｏが所定の比較温度Ｔｃより低い場合に選択されるＢゾーン制御とを備えており、冷房用電子膨張弁は、Ａゾーン制御及びＢゾーン制御による２段階の開度制御を行って実際の過冷却度Ｔscを目標過冷却度Ｔsctに近づけるよう制御する。このため、直列に配設された冷房用電子膨張弁１６及び暖房用電子膨張弁１７を外気温度検出値Ｔｏに応じて有効利用し、室内熱交換器１３で凝縮した液冷媒を減圧する（絞る）制御範囲の拡大が可能になる。

すなわち、上述した外気温度対応制御は、従来の暖房サイクルでは最大開度に維持され制御に使用されなかった冷房用電子膨張弁１６についても、外気温度検出値Ｔｏに応じて暖房用電子膨張弁１７とともに動作させるようにしたので、直列に配列された二つの電子膨張弁１６，１７を有効利用し、Ａゾーン及びＢゾーンよりなる２段階の減圧制御を行うことで液冷媒の減圧制御範囲を拡大することができる。
この結果、凝縮した液冷媒の減圧制御範囲が拡大されたことにより、暖房用電子膨張弁１７の単独制御では十分に絞りきれないため、運転可能範囲外となっていた極低温の外気温度条件下においても安定した運転が可能になり、暖房運転時の運転可能範囲を拡大することができる。

また、暖房運転を行う際の絞り不足は液バック現象の原因ともなっているが、運転可能範囲の拡大は液バック現象の防止にも有効であるから、圧縮機の破損を防止して信頼性や耐久性の高いヒートポンプ式給湯・空調装置を提供できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０ 冷媒系統
１１ 圧縮機
１２ 室外熱交換器
１２ａ 室外機ファン
１３ 室内熱交換器（水熱交換器）
１４ 冷媒回路
１５ 四方弁
１６ 冷房用電子膨張弁
１７ 暖房用電子膨張弁
１８ レシーバ
３０ 水系統
３１ ポンプ
３２ 温水循環流路
３３ 三方弁
３４ 第１電磁切替弁
３５ 第２電磁切替弁
３６ ラジエター
３７ 温水タンク
３８ サニタリ水供給回路
３９ 電気ヒータ
ＨＰ ヒートポンプ式給湯・空調装置

Claims (2)

1. 圧縮機により送出される冷媒が熱交換器を備えた閉回路の冷媒回路を循環して気液の状態変化を繰り返すとともに、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環方向を切り替えて冷房サイクルまたは暖房サイクルの選択が可能なヒートポンプの冷媒系統と、ポンプにより送出された水が前記冷媒系統に設けられた水熱交換器で冷媒から吸熱して温水とされ、該温水を循環させて温水熱源を使用する温水循環流路に流路切替弁を介して連結された温水タンクを備えている水系統とを有し、前記冷媒系統に冷房用電子膨張弁及び暖房用電子膨張弁が直列に配設されているヒートポンプ式給湯・空調装置において、
   前記暖房サイクルで前記暖房用電子膨張弁の開度が所定値以上に絞られた場合に実行される外気温度対応制御を設け、
   前記外気温度対応制御は、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）以上の場合に選択されるＡゾーン制御と、外気温度検出値（Ｔｏ）が所定の比較温度（Ｔｃ）より低い場合に選択されるＢゾーン制御とを備え、前記冷房用電子膨張弁が前記Ａゾーン制御及び前記Ｂゾーン制御による２段階の開度制御を行って実際の過冷却度（Ｔsc）を目標過冷却度（Ｔsct）に近づけ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Ａゾーン制御は、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第１判定温度（ｔａ）以上の場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を一定の第１目標値（ｔ１）とし、かつ、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第１判定温度（ｔａ）より小さい場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を０から前記第１目標値（ｔ１）まで可変とし、
   前記Ｂゾーン制御は、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第２判定温度（ｔｂ）以上の場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を一定の第２目標値（ｔ２）とし、かつ、前記水熱交換器の出入口水温差（ΔＴ）が第２判定温度（ｔｂ）より小さい場合に前記目標過冷却度（Ｔsct）を０から前記第２目標値（ｔ２）まで可変とした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。

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