JP5312613B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートポンプシステム、特に、アキュムレータを有する熱源ユニットに利用ユニットを接続して構成されたヒートポンプシステムに関する。
従来より、特許文献1(特開2007−163099号公報)に示す空気調和装置がある。この空気調和装置(ヒートポンプシステム)は、圧縮機、熱源側熱交換器、室外膨張弁(熱源側膨張弁)、バイパス冷媒回路(吸入戻し管)、及び、アキュムレータを有する室外ユニット(熱源ユニット)に、室内膨張弁(利用側膨張弁)及び利用側熱交換器を有する室内ユニット(利用ユニット)を接続して構成されている。この空気調和装置では、利用側熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる暖房運転(加熱運転)時に、利用側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度である出口冷媒過冷却度が所定の目標出口冷媒過冷却度になるように、利用側熱交換器の出口に接続された利用側膨張弁を制御する。ここで、アキュムレータは、圧縮機の吸入に接続されている。また、熱源側膨張弁は、加熱運転時における熱源側熱交換器の入口に接続されている。また、吸入戻し管は、利用側熱交換器と熱源側熱交換器とを接続する液冷媒管のうち利用側膨張弁から熱源側膨張弁までの間の部分とアキュムレータの入口とを接続している。
上記従来のヒートポンプシステムでは、液冷媒管の長さが長くなる場合があり、加熱運転時に冷媒回路内に多量の余剰冷媒が発生しやすい。
これに対して、加熱運転時に、吸入戻し管を通じて液冷媒管からアキュムレータに冷媒を回収して余剰冷媒としてアキュムレータに溜める制御を行うことが考えられる。
しかし、この吸入戻し管を用いてアキュムレータに冷媒を回収する制御では、吸入戻し管を流れる冷媒の流量が増加し、これにより、熱源側熱交換器を流れる冷媒の流量が減少して、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が高くなる傾向になる。そして、この過熱度の大きい冷媒がアキュムレータに流入すると、冷媒自身が保有する熱によって、アキュムレータ内の冷媒が加熱されて蒸発し、アキュムレータ内から冷媒が圧縮機の吸入に放出される現象が生じる。すなわち、吸入戻し管を用いてアキュムレータに冷媒を回収する制御を行うと、アキュムレータ内から冷媒が放出される現象を引き起こすことになる。
このように、吸入戻し管を用いてアキュムレータに冷媒を回収する制御を行ったとしても、アキュムレータへの冷媒の回収とアキュムレータからの冷媒の放出とを繰り返すような不安定な回収動作が生じやすい。その結果、アキュムレータに冷媒を安定的に回収する制御を行うことは困難になる。
本発明の課題は、アキュムレータを有する熱源ユニットに利用ユニットを接続して構成されたヒートポンプシステムにおいて、加熱運転時に、冷媒をアキュムレータに安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができるようにすることにある。
本発明の第1観点にかかるヒートポンプシステムは、冷媒回路と制御部とを有する。冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と熱源側熱交換器と熱源側膨張弁と圧縮機の吸入に接続されたアキュムレータとを有する熱源ユニットに、利用側膨張弁と利用側熱交換器とを有する利用ユニットを接続して構成される。制御部は、利用側熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる加熱運転を行い、加熱運転時に、利用側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度である出口冷媒過冷却度が所定の目標出口冷媒過冷却度になるように利用側膨張弁を制御する。そして、制御部は、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器の出口における冷媒の過熱度である出口冷媒過熱度が所定の目標出口冷媒過熱度になるように熱源側膨張弁を制御する。そして、制御部は、冷媒回収制御を行う。冷媒回収制御は、利用側膨張弁が所定の冷媒回収開始開度よりも開いた場合に、熱源側熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になるように目標出口冷媒過熱度を変更する。そして、目標出口冷媒過熱度を変更した状態において、利用側膨張弁が所定の冷媒回収終了開度よりも閉まった場合に、目標出口冷媒過熱度の変更を解除する。
加熱運転時において、冷媒回路内に余剰冷媒が発生すると、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器に冷媒が溜まりやすくなる。このため、出口冷媒過冷却度が目標出口冷媒過冷却度になるように利用側膨張弁を制御していると、利用側膨張弁が開く方向に動作して、利用側膨張弁の開度が適正な範囲よりも大きくなる傾向になる。しかし、余剰冷媒がアキュムレータ内に溜められると、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器に溜まる冷媒が少なくなる。このため、出口冷媒過冷却度が目標出口冷媒過冷却度になるように利用側膨張弁を制御していると、利用側膨張弁が閉まる方向に動作して、利用側膨張弁の開度が適正な範囲まで小さくなる傾向になる。
このヒートポンプシステムでは、出口冷媒過冷却度が目標出口冷媒過冷却度になるように制御している時の利用側膨張弁の動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定することができる。すなわち、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒回収開始開度よりも開いたことを検知することによって、余剰冷媒が発生しているものと判定することができる。また、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒回収終了開度よりも閉まったことを検知することによって、冷媒がアキュムレータ内に余剰冷媒として溜められたものと判定することができる。
そして、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒回収開始開度よりも開いた場合に、熱源側膨張弁を用いて冷媒回収制御を行う。すなわち、出口冷媒過熱度が目標出口冷媒過熱度になるように熱源側膨張弁を制御し、利用側膨張弁が冷媒回収開始開度よりも開いた場合に、熱源側熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になるように目標出口冷媒過熱度を変更することによって、熱源側膨張弁を開く方向に動作させる。これにより、冷媒を湿り状態のままでアキュムレータに流入させて、アキュムレータ内の冷媒を加熱して蒸発させることなく、アキュムレータ内に冷媒を安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができる。また、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒回収終了開度よりも閉まった場合に、目標出口冷媒過熱度の変更を解除することによって、熱源側膨張弁を閉める方向に動作させる。これにより、冷媒回収制御を適切に完了させることができる。
このヒートポンプシステムでは、上記の冷媒回収制御を採用しているため、加熱運転時に、吸入戻し管を用いてアキュムレータに冷媒を回収する制御を採用する場合に比べて、冷媒をアキュムレータに安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができる。
本発明の第2観点にかかるヒートポンプシステムは、第1観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒回収制御時に、目標出口冷媒過熱度を0℃未満に変更する。
このヒートポンプシステムでは、冷媒回収制御時に、目標出口冷媒過熱度を0℃未満に変更することによって、熱源側膨張弁を開く方向に動作させるようにしているため、熱源側熱交換器の出口における冷媒を確実に湿り状態にすることができる。
本発明の第3観点にかかるヒートポンプシステムは、第2観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒回収制御を行わない時に、目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定する。
このヒートポンプシステムでは、冷媒回収制御を行わない時に、目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定して熱源側膨張弁を制御しているため、熱源側熱交換器の出口における冷媒が飽和ガス状態に近い状態になり、熱源側膨張弁の開度変化が少ない状態になる。これにより、冷媒回収制御を行わない時の運転状態が安定し、利用側膨張弁の動作傾向を用いた余剰冷媒の有無の判定における判定精度を高めることができる。
本発明の第4観点にかかるヒートポンプシステムは、第1〜第3観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、冷媒回収終了開度は、冷媒回収開始開度よりも小さい。
このヒートポンプシステムでは、冷媒回収終了開度が冷媒回収開始開度よりも小さいため、アキュムレータへの冷媒回収を十分に行うことができる。
本発明の第5観点にかかるヒートポンプシステムは、第1〜第4観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒回収制御よりも優先して、オーバーフロー防止制御を行う。オーバーフロー防止制御は、圧縮機の吐出における冷媒の過熱度である吐出冷媒過熱度が所定の下限吐出過熱度よりも小さい場合に、出口冷媒過熱度が大きくなるように目標出口冷媒過熱度を変更する。
上記の冷媒回収制御時には、冷媒回路への冷媒充填量が過多である等の何らかの要因によって、アキュムレータに溜められた冷媒がオーバーフローするおそれがある。アキュムレータから冷媒がオーバーフローすると、吐出冷媒過熱度が低くなる傾向になる。
このヒートポンプシステムでは、吐出冷媒過熱度の傾向を用いて、アキュムレータからの冷媒のオーバーフローの有無を判定することができる。すなわち、このヒートポンプシステムでは、吐出冷媒過熱度が下限吐出過熱度よりも小さくなったことを検知することによって、アキュムレータからの冷媒のオーバーフローが発生しているものと判定することができる。
そして、このヒートポンプシステムでは、吐出冷媒過熱度が下限吐出過熱度よりも小さい場合に、出口冷媒過熱度が目標出口冷媒過熱度になるように制御している熱源側膨張弁を用いてオーバーフロー防止制御を行う。すなわち、吐出冷媒過熱度が下限吐出過熱度よりも小さい場合に、出口冷媒過熱度が大きくなるように目標出口冷媒過熱度を変更することによって、熱源側膨張弁を閉める方向に動作させる。これにより、アキュムレータに流入する冷媒の過熱度を高めて、冷媒回収制御を中止することができる。
このヒートポンプシステムでは、上記のオーバーフロー防止制御を採用しているため、冷媒回収制御時におけるアキュムレータからの冷媒のオーバーフローを防ぐことができる。
本発明の第6観点にかかるヒートポンプシステムは、第1〜第5観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒排出制御を行う。冷媒排出制御は、利用側膨張弁が所定の冷媒排出開始開度よりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度が大きくなるように目標出口冷媒過熱度を変更する。そして、目標出口冷媒過熱度を変更した状態において、利用側膨張弁が所定の冷媒排出終了開度よりも開いた場合に、目標出口冷媒過熱度の変更を解除する。
加熱運転時において、冷媒回路内に冷媒不足が発生すると、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器に冷媒が溜まりにくくなる。このため、出口冷媒過冷却度が所定の目標出口冷媒過冷却度になるように利用側膨張弁を制御していると、利用側膨張弁が閉まる方向に動作して、利用側膨張弁の開度が適正な範囲よりも小さくなる傾向になる。しかし、冷媒がアキュムレータ内から排出されると、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器に冷媒が溜まりやすくなる。このため、出口冷媒過冷却度が目標出口冷媒過冷却度になるように利用側膨張弁を制御していると、利用側膨張弁が開く方向に動作して、利用側膨張弁の開度が適正な範囲まで大きくなる傾向になる。
このヒートポンプシステムでは、出口冷媒過冷却度が目標出口冷媒過冷却度になるように制御している時の利用側膨張弁の動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定することができる。すなわち、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒排出開始開度よりも閉まったことを検知することによって、冷媒不足が発生しているものと判定することができる。また、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒排出終了開度よりも開いたことを検知することによって、冷媒不足が解消されたものと判定することができる。
そして、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒排出開始開度よりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度が目標出口冷媒過熱度になるように制御している熱源側膨張弁を用いて冷媒排出制御を行う。すなわち、利用側膨張弁が冷媒排出開始開度よりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度が大きくなるように目標出口冷媒過熱度を変更することによって、熱源側膨張弁を閉める方向に動作させる。これにより、アキュムレータに流入する冷媒の過熱度を高めて、アキュムレータ内の冷媒を加熱して蒸発させて、アキュムレータ内に溜められた冷媒を安定的に排出して冷媒不足を解消することができる。また、このヒートポンプシステムでは、利用側膨張弁が冷媒排出終了開度よりも開いた場合に、目標出口冷媒過熱度の変更を解除することによって、熱源側膨張弁を開く方向に動作させる。これにより、冷媒排出制御を適切に完了させることができる。
このヒートポンプシステムでは、上記の冷媒排出制御を採用しているため、加熱運転時に、冷媒不足の場合にアキュムレータから冷媒を排出して冷媒不足を解消することができる。
本発明の第7観点にかかるヒートポンプシステムは、第6観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒排出制御を行わない時には、目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定する。
このヒートポンプシステムでは、冷媒排出制御を行わない時に、目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定して熱源側膨張弁を制御しているため、熱源側熱交換器の出口における冷媒が飽和ガス状態に近い状態になり、熱源側膨張弁の開度変化が少ない状態になる。これにより、冷媒排出制御を行わない時の運転状態が安定し、利用側膨張弁の動作傾向を用いた冷媒不足の有無の判定における判定精度を高めることができる。
本発明の第8観点にかかるヒートポンプシステムは、第7観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、冷媒排出制御時に、目標出口冷媒過熱度を2℃以上に変更する。
このヒートポンプシステムでは、冷媒排出制御時に、目標出口冷媒過熱度を2℃以上に変更することによって、熱源側膨張弁を閉める方向に動作させるようにしているため、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過熱度を確実に高めることができる。
本発明の第9観点にかかるヒートポンプシステムは、第6〜第8観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、冷媒排出開始開度は、冷媒排出終了開度よりも小さい。
このヒートポンプシステムでは、冷媒排出開始開度が冷媒排出終了開度よりも小さいため、アキュムレータからの冷媒の排出を十分に行うことができる。
本発明の第10観点にかかるヒートポンプシステムは、第1〜第9観点のいずれかにかかるヒートポンプシステムにおいて、制御部は、加熱運転の開始時に、熱源側膨張弁を最大開度の30%以下の開度に設定し、利用側膨張弁を最大開度の50%以上の開度に設定する。
このヒートポンプシステムでは、加熱運転の開始時に、熱源側膨張弁を最大開度の30%以下の開度に設定することによって、熱源側膨張弁が開く方向に制御されるようにしている。また、このヒートポンプシステムでは、加熱運転の開始時に、利用側膨張弁を最大開度の50%以上の開度に設定することによって、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器からの冷媒の排出が促進されるようにしている。これにより、このヒートポンプシステムでは、加熱運転の開始時に、利用側熱交換器に冷媒が溜まりにくくするとともに、熱源側熱交換器への冷媒の流入を促進して、余剰冷媒が発生しにくい安定した状態を得ることができる。
本発明の第1実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。 冷媒回収制御、冷媒排出制御及びオーバーフロー防止制御を示すフローチャートである。 加熱運転開始時の制御を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。 本発明の第3実施形態にかかるヒートポンプシステムの概略構成図である。
以下、本発明にかかるヒートポンプシステムの実施形態について、図面に基づいて説明する。
(1)第1実施形態
<構成>
−全体−
図1は、本発明の第1実施形態にかかるヒートポンプシステム1の概略構成図である。ヒートポンプシステム1は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して冷却運転としての冷房運転や加熱運転としての暖房運転等を行うことが可能な装置である。
ヒートポンプシステム1は、主として、熱源ユニット2と、利用ユニット8a、8bと、液冷媒連絡管13と、ガス冷媒連絡管14とを有している。そして、熱源ユニット2と利用ユニット8a、8bとは、冷媒連絡管13、14を介して接続されることによって、熱源側冷媒回路20を構成している。熱源側冷媒回路20には、HFC系冷媒の一種であるHFC−410Aが熱源側冷媒として封入されている。
−熱源ユニット−
熱源ユニット2は、屋外に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して利用ユニット8a、8bに接続されており、熱源側冷媒回路20の一部を構成している。
熱源ユニット2は、主として、圧縮機21と、油分離機構22と、切換機構23と、熱源側熱交換器26と、熱源側膨張弁28と、吸入戻し管29と、過冷却器31と、熱源側アキュムレータ32と、液側閉鎖弁33と、ガス側閉鎖弁34とを有している。
圧縮機21は、熱源側冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機21として、ケーシング(図示せず)内に収容されたロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素(図示せず)が、同じくケーシング内に収容された圧縮機モータ21aによって駆動される密閉式圧縮機が採用されている。圧縮機モータ21aは、インバータ装置(図示せず)によって、その回転数(すなわち、運転周波数)を可変でき、これにより、圧縮機21の容量制御が可能になっている。
油分離機構22は、圧縮機21から吐出された熱源側冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機21の吸入に戻すための機構である。油分離機構22は、主として、圧縮機21の吐出管21bに設けられた油分離器22aと、油分離器22aと圧縮機21の吸入管21cとを接続する油戻し管22bとを有している。油分離器22aは、圧縮機21から吐出された熱源側冷媒中に含まれる冷凍機油を分離する機器である。油戻し管22bは、キャピラリチューブを有しており、油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機21の吸入管21cに戻す冷媒管である。
切換機構23は、熱源側熱交換器26を熱源側冷媒の放熱器として機能させる熱源側放熱運転状態と熱源側熱交換器26を熱源側冷媒の蒸発器として機能させる熱源側蒸発運転状態とを切り換え可能な四路切換弁である。切換機構23は、吐出管21bと、吸入管21cと、熱源側熱交換器26のガス側に接続された第1熱源側ガス冷媒管24と、ガス側閉鎖弁34に接続された第2熱源側ガス冷媒管25とに接続されている。切換機構23は、吐出管21bと第1熱源側ガス冷媒管24とを連通させるとともに、第2熱源側ガス冷媒管25と吸入管21cとを連通させる切り換え(熱源側放熱運転状態に対応、図1の切換機構23の実線を参照)を行うことが可能である。また、切換機構23は、吐出管21bと第2熱源側ガス冷媒管25とを連通させるとともに、第1熱源側ガス冷媒管24と吸入管21cとを連通させる切り換え(熱源側蒸発運転状態に対応、図1の切換機構23の破線を参照)を行うことが可能である。尚、切換機構23は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせて使用する等によって、上記と同様の熱源側冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
熱源側熱交換器26は、熱源側冷媒と室外空気との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器であり、その液側に熱源側液冷媒管27が接続されており、そのガス側に第1熱源側ガス冷媒管24が接続されている。熱源側熱交換器26において熱源側冷媒と熱交換を行う室外空気は、熱源側ファンモータ37によって駆動される熱源側ファン36によって供給されるようになっている。熱源側ファンモータ37は、インバータ装置(図示せず)によって、その回転数(すなわち、運転周波数)を可変でき、これにより、熱源側ファン36の風量制御が可能になっている。
熱源側膨張弁28は、熱源側熱交換器26を流れる熱源側冷媒の減圧等を行う電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管27に設けられている。
吸入戻し管29は、熱源側液冷媒管27を流れる熱源側冷媒の一部を分岐して圧縮機21の吸入に戻す冷媒管であり、ここでは、その一端が熱源側液冷媒管27に接続されており、その他端が吸入管21cに接続されている。そして、吸入戻し管29には、開度制御が可能な吸入戻し膨張弁30が設けられている。この吸入戻し膨張弁30は、電動膨張弁からなる。
過冷却器31は、熱源側液冷媒管27を流れる熱源側冷媒と吸入戻し管29を流れる熱源側冷媒(より具体的には、吸入戻し膨張弁29によって減圧された後の熱源側冷媒)との熱交換を行う熱交換器である。
熱源側アキュムレータ32は、吸入管21cに設けられており、熱源側冷媒回路20を循環する熱源側冷媒を吸入管21cから圧縮機21に吸入される前に一時的に溜めるための容器である。
液側閉鎖弁33は、熱源側液冷媒管27と液冷媒連絡管13との接続部に設けられた弁である。ガス側閉鎖弁34は、第2熱源側ガス冷媒管25とガス冷媒連絡管14との接続部に設けられた弁である。
また、熱源ユニット2には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源ユニット2には、吸入圧力センサ41と、吐出圧力センサ42と、吸入温度センサ43と、吐出温度センサ44と、熱源側熱交ガス側温度センサ45と、熱源側熱交液側温度センサ46とが設けられている。吸入圧力センサ41は、圧縮機21の吸入における熱源側冷媒の圧力である吸入圧力Ps1を検出する圧力センサである。吐出圧力センサ42は、圧縮機21の吐出における熱源側冷媒の圧力である吐出圧力Pd1を検出する圧力センサである。吸入温度センサ43は、圧縮機21の吸入における熱源側冷媒の温度である吸入温度Ts1を検出する温度センサである。吐出温度センサ44は、圧縮機21の吐出における熱源側冷媒の温度である吐出温度Td1を検出する温度センサである。熱源側熱交ガス側温度センサ45は、熱源側熱交換器26のガス側における熱源側冷媒の温度である熱源側熱交ガス側温度Thgを検出する温度センサである。熱源側熱交液側温度センサ46は、熱源側熱交換器26の液側における熱源側冷媒の温度である熱源側熱交液側温度Thlを検出する温度センサである。また、熱源ユニット2は、熱源ユニット2を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部39を有している。そして、熱源側制御部39は、熱源ユニット2の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、後述の利用ユニット8a、8bの利用側制御部89a、89bとの間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
−液冷媒連絡管−
液冷媒連絡管13は、液側閉鎖弁33を介して熱源側液冷媒管27に接続されている、液冷媒連絡管13は、切換機構23が熱源側放熱運転状態において熱源側冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器26の出口から熱源ユニット2外に熱源側冷媒を導出することが可能な冷媒管である。また、液冷媒連絡管13は、切換機構23が熱源側蒸発運転状態において熱源ユニット2外から熱源側冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器26の入口に熱源側冷媒を導入することが可能な冷媒管でもある。
−ガス冷媒連絡管−
ガス冷媒連絡管14は、ガス側閉鎖弁34を介して第2熱源側ガス冷媒管25に接続されている。ガス冷媒連絡管14は、切換機構23が熱源側放熱運転状態において熱源ユニット2外から圧縮機21の吸入に熱源側冷媒を導入することが可能な冷媒管である。また、ガス冷媒連絡管14は、切換機構23が熱源側蒸発運転状態において圧縮機21の吐出から熱源ユニット2外に熱源側冷媒を導出することが可能な冷媒管でもある。
−利用ユニット−
利用ユニット8a、8bは、屋内に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して熱源ユニット2に接続されており、熱源側冷媒回路20の一部を構成している。尚、利用ユニット8bの構成は、利用ユニット8aの構成と同様である。このため、ここでは、利用ユニット8aの構成のみを説明し、利用ユニット8bの構成については、利用ユニット8aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに添字「b」を付して、各部の説明を省略する。
利用ユニット8aは、主として、利用側熱交換器81aと利用側膨張弁82aとを有している。
利用側熱交換器81aは、熱源側冷媒と室内空気との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器であり、その液側に利用側液冷媒管83aが接続されており、そのガス側に利用側ガス冷媒管84aが接続されている。利用側液冷媒管83aには、液冷媒連絡管13が接続されており、利用側ガス冷媒管84aには、ガス冷媒連絡管14が接続されている。この利用側熱交換器81aにおいて熱源側冷媒と熱交換を行う室内空気は、利用側ファンモータ86aによって駆動される利用側ファン85aによって供給されるようになっている。
利用側膨張弁82aは、開度制御を行うことで利用側熱交換器81aを流れる熱源側冷媒の流量を可変することが可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管83aに設けられている。
これにより、利用ユニット8aは、切換機構23が熱源側放熱運転状態において、利用側熱交換器81aを液冷媒連絡管13から導入される熱源側冷媒の蒸発器として機能させることができるようになっている。このとき、利用側熱交換器81aにおいて蒸発した熱源側冷媒は、ガス冷媒連絡管14に導出され、利用側熱交換器81aにおける熱源側冷媒の蒸発によって室内空気を冷却する冷却運転としての冷房運転を行うことが可能になっている。また、利用ユニット8aは、切換機構23が熱源側蒸発運転状態において利用側熱交換器81aをガス冷媒連絡管14から導入される熱源側冷媒の放熱器として機能させることができるようになっている。このとき、利用側熱交換器81aにおいて放熱した熱源側冷媒は、液冷媒連絡管13に導出され、利用側熱交換器81aにおける熱源側冷媒の放熱によって室内空気を加熱する加熱運転としての暖房運転を行うことが可能になっている。
また、利用ユニット8aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用ユニット8aには、利用側熱交液側温度センサ88aが設けられている。利用側熱交液側温度センサ88aは、利用側熱交換器81aの液側における熱源側冷媒の温度である利用側熱交液側温度Tulを検出する温度センサである。また、利用ユニット8aは、利用ユニット8aを構成する各部の動作を制御する利用側制御部89aを有している。そして、利用側制御部89aは、利用ユニット8aの制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、リモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、熱源ユニット2の熱源側制御部39との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
そして、利用側制御部89a、89bと熱源側制御部39とによって、ヒートポンプシステム1の運転制御を行う制御部1aが構成されており、以下の運転や各種制御を行うようになっている。
<動作>
次に、ヒートポンプシステム1の動作について説明する。
ヒートポンプシステム1の運転としては、利用ユニット8a及び/又は利用ユニット8bの暖房運転(加熱運転)のみを行う暖房運転モードと、利用ユニット8a及び/又は利用ユニット8bの冷房運転(冷却運転)のみを行う冷房運転モードとがある。
−暖房運転モード−
第2利用ユニット8a及び/又は第2利用ユニット8bの暖房運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路20において、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図1の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられる。また、吸入戻し膨張弁30が閉止される。
このような状態の熱源側冷媒回路20において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管21bに吐出される。吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍機油が分離される。油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管22bを通じて、吸入管21cに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、切換機構23、第2熱源側ガス冷媒管25及びガス側閉鎖弁34を通じて、熱源ユニット2からガス冷媒連絡管14に送られる。
ガス冷媒連絡管14に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット8a、8b(ここでは、利用ユニット8a、8bの両方を暖房運転するものとして説明する)に送られる。利用ユニット8a、8bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側ガス冷媒管84a、84bを通じて、利用側熱交換器81a、81bに送られる。利用側熱交換器81a、81bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器81a、81bにおいて、利用側ファン85a、85bによって供給される室内空気と熱交換を行って放熱し、これにより、室内の暖房を行う。利用側熱交換器81a、81bにおいて放熱した高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁82a、82b及び利用側液冷媒管83a、83bを通じて、利用ユニット8a、8bから液冷媒連絡管13に送られる。
液冷媒連絡管13に送られた熱源側冷媒は、熱源ユニット2に送られる。熱源ユニット2に送られた熱源側冷媒は、液側閉鎖弁33を通じて、過冷却器31に送られる。過冷却器31に送られた熱源側冷媒は、吸入戻し管29に熱源側冷媒が流れていないため、熱交換を行うことなく、熱源側膨張弁28に送られる。熱源側膨張弁28に送られた熱源側冷媒は、熱源側膨張弁28において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、熱源側液冷媒管27を通じて、熱源側熱交換器26に送られる。熱源側熱交換器26に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器26において、熱源側ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器26において蒸発した低圧の熱源側冷媒は、第1熱源側ガス冷媒管24及び切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ32に送られる。熱源側アキュムレータ32に送られた低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
このようにして、利用ユニット8a及び/又は利用ユニット8bの暖房運転のみを行う暖房運転モードにおける動作が行われる。
−冷房運転モード−
利用ユニット8a及び/又は利用ユニット8bの冷房運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路20において、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図1の切換機構23の実線で示された状態)に切り換えられる。尚、ここでは、利用ユニット8a、8bの両方を冷房運転するものとして説明する。
このような状態の熱源側冷媒回路20において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管21bに吐出される。吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍機油が分離される。油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管22bを通じて、吸入管21cに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、切換機構23及び第1熱源側ガス冷媒管24を通じて、熱源側熱交換器26に送られる。熱源側熱交換器26に送られた高圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器26において、熱源側ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って放熱する。熱源側熱交換器26において放熱した高圧の熱源側冷媒は、熱源側膨張弁28を通じて、過冷却器31に送られる。過冷却器31に送られた熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管27から吸入戻し管29に分岐された熱源側冷媒と熱交換を行って過冷却状態になるように冷却される。吸入戻し管29を流れる熱源側冷媒は、吸入管21cに戻される。過冷却器31において冷却された熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管27及び液側閉鎖弁33を通じて、熱源ユニット2から液冷媒連絡管13に送られる。
液冷媒連絡管13に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット8a、8bに送られる。利用ユニット8a、8bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁82a、82bに送られる。利用側膨張弁82a、82bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁82a、82bにおいて減圧されて、低圧の気液二相状態になり、利用側液冷媒管83a、83bを通じて、利用側熱交換器81a、81bに送られる。利用側熱交換器81a、81bに送られた低圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器81a、81bにおいて、利用側ファン85a、85bによって供給される室内空気と熱交換を行って蒸発し、これにより、室内の冷房を行う。利用側熱交換器81a、81bにおいて蒸発した低圧の熱源側冷媒は、利用側ガス冷媒管84a、84bを通じて、利用ユニット8a、8bからガス冷媒連絡管14に送られる。
ガス冷媒連絡管14に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源ユニット2に送られる。熱源ユニット2に送られた低圧の熱源側冷媒は、ガス側閉鎖弁34、第2熱源側ガス冷媒管25及び切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ32に送られる。熱源側アキュムレータ32に送られた低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
このようにして、利用ユニット8a及び/又は利用ユニット8bの冷房運転のみを行う冷房運転モードにおける動作が行われる。
−加熱運転における利用側膨張弁の制御−
上記の加熱運転としての暖房運転における利用側膨張弁82a、82bの制御について説明する。
制御部1aは、熱源側冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器81a、81bの出口における熱源側冷媒の過冷却度である出口冷媒過冷却度SCuが所定の目標出口冷媒過冷却度SCusになるように利用側膨張弁82a、82bを制御する。ここで、出口冷媒過冷却度SCuは、吐出圧力Pd1を凝縮温度Tcに相当する飽和温度値に換算し、この熱源側冷媒の飽和温度値から利用側熱交液側温度Tulを差し引くことによって得られる。尚、ここでは採用していないが、利用側熱交換器81a、81bに凝縮温度Tcに相当する冷媒温度を検出する温度センサを設けて、この冷媒温度から利用側熱交液側温度Tulを差し引くことによって出口冷媒過冷却度SCuを得るようにしてもよい。
このような利用側膨張弁82a、82bの制御(以下、単に、「過冷却度制御」という)によって、利用側熱交換器81a、81bを流れる熱源側冷媒の流量が調節されている。
−余剰冷媒や冷媒不足に対する制御−
ヒートポンプシステム1では、上記の加熱運転としての暖房運転時における熱源側冷媒回路20内の余剰冷媒や冷媒不足の発生に対して、熱源側冷媒を熱源側アキュムレータ32に安定的に回収又は排出するための制御を行っている。この余剰冷媒や冷媒不足に対する制御について、図2を用いて説明する。
まず、制御部1aは、熱源側冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒の過熱度である出口冷媒過熱度SHhが所定の目標出口冷媒過熱度SHhsになるように熱源側膨張弁28を制御する(ステップS1)。ここで、出口冷媒過熱度SHhは、吸入圧力Ps1を蒸発温度Teに相当する飽和温度値に換算し、この熱源側冷媒の飽和温度値を熱源側熱交ガス側温度Thgから差し引くことによって得られる。尚、ここでは採用していないが、熱源側熱交液側温度Thlが蒸発温度Teに相当するものとみなして、熱源側熱交ガス側温度Thgから熱源側熱交液側温度Thlを差し引くことによって出口冷媒過熱度SHhを得るようにしてもよい。また、目標出口冷媒過熱度SHhsは、L℃に設定されている。ここで、L℃は、0℃〜1℃である。これにより、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が飽和ガス状態に近い状態になり、熱源側膨張弁26の開度変化が少ない状態になっている。
このような熱源側膨張弁28の制御(以下、単に、「過熱度制御」という)によって、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒の温度が調節されている。
次に、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bの開度OPu等の弁情報を取得する(ステップS2)。ここで、利用側膨張弁82a、82bの開度OPuは、利用側膨張弁82a、82bの最大開度を100%として表したものとする。
次に、制御部1aは、熱源側圧縮機21の吐出における熱源側冷媒の過熱度である吐出冷媒過熱度SHcが所定の下限吐出過熱度SHmよりも小さいかどうかを判定する(ステップS3)。ここで、吐出冷媒過熱度SHcは、吐出圧力Pd1を凝縮温度Tcに相当する飽和温度値に換算し、この熱源側冷媒の飽和温度値を吐出温度Td1から差し引くことによって得られる。また、下限吐出過熱度SHmは、D℃に設定されている。ここで、Dは、熱源側アキュムレータ32に溜められた熱源側冷媒がオーバーフローするおそれのある温度に設定されている。尚、熱源側アキュムレータ32から熱源側冷媒がオーバーフローすると、吐出冷媒過熱度SHcが低くなる傾向になる。すなわち、ステップS3における判定は、このような吐出冷媒過熱度SHcの傾向を用いて、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒のオーバーフローの有無を判定するものである。そして、ステップS3において、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さいと判定された場合には、ステップS12の処理に移行し、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さくないと判定された場合には、ステップS4の処理に移行する。
次に、制御部1aは、吐出冷媒過熱度SHcが所定の基準吐出過熱度SHsよりも大きいかどうかを判定する(ステップS4)。ここで、基準吐出過熱度SHsは、A℃に設定されている。Aは、熱源側圧縮機21において湿り圧縮が生じるおそれのない温度に設定されている。尚、上記のステップS3だけでも、熱源側圧縮機21における湿り圧縮の判定を兼ねることできる場合もあるが、熱源側圧縮機21の湿り圧縮が生じるおそれがある場合にまで、後述のステップS6の目標出口冷媒過熱度SHhsを小さくする変更を行うことは好ましくない。このため、このステップS4の判定を行うようにしている。そして、ステップS4において、吐出冷媒過熱度SHcが基準吐出過熱度SHsよりも大きいと判定された場合には、ステップS5の処理に移行し、吐出冷媒過熱度SHcが基準吐出過熱度SHsよりも大きくないと判定された場合には、ステップS1の処理に戻る。
次に、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bのうち開度OPuが所定の冷媒回収開始開度OPcsよりも開いているものがあるかどうかを判定する(ステップS5)。ここで、冷媒回収開始開度OPcsは、B%に設定されている。Bは、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの開度OPuの適正な範囲よりも大きい開度に設定されている。尚、暖房運転時において、熱源側冷媒回路20内に余剰冷媒が発生すると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりやすくなる。このため、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bが開く方向に動作して、利用側膨張弁OPuの開度が適正な範囲よりも大きくなる傾向になる。すなわち、ステップS5における判定は、このような過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定するものである。そして、ステップS5において、開度OPuが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いている利用側膨張弁82a、82bがあると判定された場合には、ステップS6の処理に移行し、開度OPuが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いている利用側膨張弁82a、82bがないと判定された場合には、ステップS10の処理に移行する。
次に、制御部1aは、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が湿り状態になるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更する(ステップS6)。ここで、目標出口冷媒過熱度SHhsは、L℃よりも小さいC℃に変更される。C℃は、0℃未満の温度である。これにより、熱源側膨張弁26が開く方向に動作し、熱源側冷媒が湿り状態のままで熱源側アキュムレータ32に流入するようになる。そして、熱源側アキュムレータ32内の熱源側冷媒を加熱して蒸発させることなく、熱源側アキュムレータ32内に熱源側冷媒を安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができる。
次に、制御部1aは、ステップS2と同様に、利用側膨張弁82a、82bの開度OPu等の弁情報を取得する(ステップS7)。
次に、制御部1aは、ステップS3と同様に、熱源側圧縮機21の吐出における熱源側冷媒の過熱度である吐出冷媒過熱度SHcが所定の下限吐出過熱度SHmよりも小さいかどうかを判定する(ステップS8)。そして、ステップS8において、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さいと判定された場合には、ステップS12の処理に移行し、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さくないと判定された場合には、ステップS9の処理に移行する。
次に、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bのうち開度OPuが所定の冷媒回収終了開度OPceよりも開いているものがあるかどうかを判定する(ステップS9)。ここで、冷媒回収終了開度OPceは、E%に設定されている。Eは、冷媒回収開始開度OPcs(ここでは、B%)よりも小さい開度に設定されている。このため、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bが閉まる方向に動作して、利用側膨張弁82a、82bの開度OPuが適正な範囲まで小さくなる傾向になる。しかも、Eは、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの開度OPuの適正な範囲内に設定されている。すなわち、ステップS9における判定は、このような過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定するものである。そして、ステップS9において、開度OPuが冷媒回収終了開度OPceよりも開いている利用側膨張弁82a、82bがあると判定された場合には、熱源側アキュムレータ32内への熱源側冷媒の回収が終了していないものとみなして、ステップS6の処理に戻り、目標出口冷媒過熱度SHhsをC℃に変更した状態を維持して、熱源側アキュムレータ32内への熱源側冷媒の回収を継続する。また、ステップS9において、開度OPuが冷媒回収終了開度OPceよりも開いている利用側膨張弁82a、82bがないと判定された場合には、ステップS1の処理に戻り、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除する(すなわち、目標出口冷媒過熱度SHhsをC℃からL℃に戻す)。
このようなステップS1〜S9の処理によって、熱源側冷媒を熱源側アキュムレータ32に安定的に回収して余剰冷媒として溜める冷媒回収制御を行うことができるようになっている。すなわち、冷媒回収制御は、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いた場合に、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が湿り状態になるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更する。そして、目標出口冷媒過熱度SHhsを変更した状態において、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収終了開度OPceよりも閉まった場合に、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除するものである。
また、ステップS5において、開度OPuが所定の冷媒回収開始開度OPcsよりも開いている利用側膨張弁82a、82bがない(すなわち、冷媒回収制御の必要がない)と判定された場合には、制御部1aは、ステップS10の処理に移行する。そして、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bのうち開度OPuが所定の冷媒排出開始開度OPesよりも閉まっているものがあるかどうかを判定する(ステップS10)。ここで、冷媒排出開始開度OPesは、F%に設定されている。Fは、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの開度OPuの適正な範囲よりも小さい開度に設定されている。尚、暖房運転時において、熱源側冷媒回路20内に冷媒不足が発生すると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりにくくなる。このため、過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bが閉まる方向に動作して、利用側膨張弁OPuの開度が適正な範囲よりも小さくなる傾向になる。すなわち、ステップS10における判定は、このような過冷却度制御を行っている利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いて、冷媒不足の有無を判定するものである。そして、ステップS10において、開度OPuが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まっている利用側膨張弁82a、82bがあると判定された場合には、ステップS11の処理に移行し、開度OPuが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まっている利用側膨張弁82a、82bがないと判定された場合には、ステップS1の処理に戻る。
次に、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bの平均開度OPmが所定の冷媒排出開始平均開度OPmesよりも小さくなっているかどうかを判定する(ステップS11)。ここで、冷媒排出開始平均開度OPmesは、G%に設定されている。Gは、ステップS10における冷媒排出開始開度OPesに準じた開度に設定されている。そして、ステップS11において、平均開度OPmが冷媒排出開始平均開度OPmesよりも小さくなっていると判定された場合には、ステップS12の処理に移行し、平均開度OPmが冷媒排出開始平均開度OPmesよりも小さくなっていないと判定された場合には、ステップS1の処理に戻る。
次に、制御部1aは、出口冷媒過熱度SHhが大きくなるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更する(ステップS12)。ここで、目標出口冷媒過熱度SHhsは、L℃よりも大きいH℃に変更される。H℃は、2℃以上の温度である。これにより、熱源側膨張弁26が閉まる方向に動作し、熱源側冷媒が高い過熱度の状態で熱源側アキュムレータ32に流入するようになる。そして、熱源側アキュムレータ32内の熱源側冷媒を加熱して蒸発させて、熱源側アキュムレータ32内に溜められた熱源側冷媒を安定的に排出して冷媒不足を解消することができる。
次に、制御部1aは、ステップS2、S7と同様に、利用側膨張弁82a、82bの開度OPu等の弁情報を取得する(ステップS13)。
次に、制御部1aは、ステップS4と同様に、吐出冷媒過熱度SHcが基準吐出過熱度SHsよりも大きいかどうかを判定する(ステップS14)。ここで、仮に、このステップS14の判定を行わなかった場合には、後述のステップS15、S16の判定条件を満たすと、上記のステップS12の目標出口冷媒過熱度SHhsを大きくする変更が解除されることになる。このとき、熱源側圧縮機21に吸入される熱源側冷媒の過熱度が小さくなるため、熱源側圧縮機21における湿り圧縮が生じるおそれがあり好ましくない。このため、このステップS14の判定を行うようにしている。そして、ステップS14において、吐出冷媒過熱度SHcが基準吐出過熱度SHsよりも大きいと判定された場合には、ステップS15の処理に移行し、吐出冷媒過熱度SHcが基準吐出過熱度SHsよりも大きくないと判定された場合には、ステップS12の処理に戻る。
次に、制御部1aは、利用側膨張弁82a、82bのうち開度OPuが所定の冷媒排出終了開度OPeeよりも閉まっているものがないかどうかを判定する(ステップS15)。ここで、冷媒排出終了開度OPeeは、J%に設定されている。Jは、冷媒排出開始開度OPes(ここでは、F%)よりも大きい開度に設定されている。また、制御部1aは、ステップS15に続いて、利用側膨張弁82a、82bの平均開度OPmが所定の冷媒排出終了平均開度OPmeeよりも大きくなっているかどうかを判定する(ステップS16)。ここで、冷媒排出終了平均開度OPmeeは、K%に設定されている。Kは、ステップS15における冷媒排出終了開度OPeeに準じた開度に設定されている。そして、ステップS15、S16において、開度OPuが所定の冷媒排出終了開度OPeeよりも閉まっている利用側膨張弁82a、82bがあると判定された場合、又は、平均開度OPmが冷媒排出終了平均開度OPmeeよりも大きくなっていないと判定された場合には、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒の排出が終了していないものとみなして、ステップS12の処理に戻り、目標出口冷媒過熱度SHhsをH℃に変更した状態を維持して、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒の排出を継続する。また、ステップS15、S16において、開度OPuが所定の冷媒排出終了開度OPeeよりも閉まっている利用側膨張弁82a、82bがないと判定され、かつ、平均開度OPmが冷媒排出終了平均開度OPmeeよりも大きくなっていると判定された場合には、ステップS1の処理に戻り、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除する(すなわち、目標出口冷媒過熱度SHhsをH℃からL℃に戻す)。
このようなステップS10〜S16の処理によって、熱源側アキュムレータ32から熱源側冷媒を安定的に排出して冷媒不足を解消する冷媒排出制御を行うことができるようになっている。すなわち、冷媒排出制御は、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度SHhが大きくなるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更する。そして、目標出口冷媒過熱度SHhsを変更した状態において、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出終了開度OPeeよりも開いた場合に、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除するものである。
また、ステップS3、S8において、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さいと判定された場合には、熱源側冷媒回路20への冷媒充填量が過多である等の何らかの要因によって、熱源側アキュムレータ32に溜められた冷媒がオーバーフローするおそれがあるものとみなして、制御部1aは、ステップS12の処理に移行して、上記のステップS12〜S16の処理を行う。ここでは、上記の冷媒回収制御よりも優先して、上記の冷媒排出制御と同様のオーバーフロー防止制御を行うようになっている。すなわち、オーバーフロー防止制御は、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さい場合に、出口冷媒過熱度SHhが大きくなるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更するものである。
−加熱運転開始時の制御−
ヒートポンプシステム1では、上記の加熱運転としての暖房運転の開始時に、余剰冷媒が発生しにくい安定した状態を得るための制御を行っている。この暖房運転開始時の制御について、図3を用いて説明する。
制御部1aは、暖房運転が開始されると(ステップS21)、熱源側膨張弁28を初期開度OPhiに設定し、利用側膨張弁82a、82bを初期開度OPuiに設定する(ステップS22)。ここで、初期開度OPhiは、M%に設定されており、初期開度OPuiは、N%に設定されている。Mは、熱源側膨張弁28の最大開度の30%以下に設定されており、Nは、利用側膨張弁82a、82bの最大開度の50%以上に設定されている。
そして、制御部1aは、上記の熱源側膨張弁28及び利用側膨張弁82a、82bの開度設定において、上記の過熱度制御及び過冷却度制御を開始する(ステップS23)。そうすると、暖房運転の開始時において、熱源側膨張弁28が最大開度の30%以下の開度に設定されていることから、熱源側膨張弁28が開く方向に制御されるようになる。また、暖房運転の開始時において、利用側膨張弁82a、82bが最大開度の50%以上の開度に設定されていることから、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bからの冷媒の排出が促進されるようになる。
<特徴>
ヒートポンプシステム1には、以下のような特徴がある。
−A−
加熱運転としての暖房運転時において、熱源側冷媒回路10内に余剰冷媒が発生すると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりやすくなる。このため、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように利用側膨張弁82a、82bを制御していると、利用側膨張弁82a、82bが開く方向に動作して、利用側膨張弁82a、82bの開度が適正な範囲よりも大きくなる傾向になる。しかし、余剰冷媒が熱源側アキュムレータ32内に溜められると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに溜まる熱源側冷媒が少なくなる。このため、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように利用側膨張弁82a、82bを制御していると、利用側膨張弁82a、82bが閉まる方向に動作して、利用側膨張弁82a、82bの開度が適正な範囲まで小さくなる傾向になる。
ヒートポンプシステム1では、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように制御している時の利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定することができる。すなわち、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いたことを検知することによって、余剰冷媒が発生しているものと判定することができる。また、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収終了開度OPceよりも閉まったことを検知することによって、熱源側冷媒が熱源側アキュムレータ32内に余剰冷媒として溜められたものと判定することができる。
そして、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いた場合に、熱源側膨張弁28を用いて冷媒回収制御を行う。すなわち、出口冷媒過熱度SHhが目標出口冷媒過熱度SHhsになるように熱源側膨張弁28を制御し、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収開始開度OPcsよりも開いた場合に、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が湿り状態になるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更することによって、熱源側膨張弁28を開く方向に動作させる。これにより、熱源側冷媒を湿り状態のままで熱源側アキュムレータ32に流入させて、熱源側アキュムレータ32内の熱源側冷媒を加熱して蒸発させることなく、熱源側アキュムレータ32内に熱源側冷媒を安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができる。また、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒回収終了開度OPceよりも閉まった場合に、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除することによって、熱源側膨張弁28を閉める方向に動作させる。これにより、冷媒回収制御を適切に完了させることができる。
ヒートポンプシステム1では、上記の冷媒回収制御を採用しているため、暖房運転時に、吸入戻し管29を用いて熱源側アキュムレータ32に熱源側冷媒を回収する制御を採用する場合に比べて、熱源側冷媒を熱源側アキュムレータ32に安定的に回収して余剰冷媒として溜めることができる。
−B−
ヒートポンプシステム1では、冷媒回収制御時に、目標出口冷媒過熱度SHhsを0℃未満に変更することによって、熱源側膨張弁28を開く方向に動作させるようにしているため、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒を確実に湿り状態にすることができる。
−C−
ヒートポンプシステム1では、冷媒回収制御を行わない時に、目標出口冷媒過熱度SHhsを0℃〜1℃に設定して熱源側膨張弁28を制御しているため、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が飽和ガス状態に近い状態になり、熱源側膨張弁28の開度変化が少ない状態になる。これにより、冷媒回収制御を行わない時の運転状態が安定し、利用側膨張弁28の動作傾向を用いた余剰冷媒の有無の判定における判定精度を高めることができる。
−D−
ヒートポンプシステム1では、冷媒回収終了開度OPceが冷媒回収開始開度OPcsよりも小さいため、熱源側アキュムレータ32への冷媒回収を十分に行うことができる。
−E−
上記の冷媒回収制御時には、熱源側冷媒回路20への冷媒充填量が過多である等の何らかの要因によって、熱源側アキュムレータ32に溜められた熱源側冷媒がオーバーフローするおそれがある。熱源側アキュムレータ32から熱源側冷媒がオーバーフローすると、吐出冷媒過熱度SHcが低くなる傾向になる。
ヒートポンプシステム1では、吐出冷媒過熱度SHcの傾向を用いて、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒のオーバーフローの有無を判定することができる。すなわち、ヒートポンプシステム1では、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さくなったことを検知することによって、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒のオーバーフローが発生しているものと判定することができる。
そして、ヒートポンプシステム1では、吐出冷媒過熱度SHcが下限吐出過熱度SHmよりも小さい場合に、出口冷媒過熱度SHhが目標出口冷媒過熱度SHhsになるように制御している熱源側膨張弁28を用いてオーバーフロー防止制御を行う。すなわち、吐出冷媒過熱度SHhが下限吐出過熱度SHmよりも小さい場合に、出口冷媒過熱度SHhが大きくなるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更することによって、熱源側膨張弁28を閉める方向に動作させる。これにより、熱源側アキュムレータ32に流入する熱源側冷媒の過熱度を高めて、冷媒回収制御を中止することができる。
ヒートポンプシステム1では、上記のオーバーフロー防止制御を採用しているため、冷媒回収制御時における熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒のオーバーフローを防ぐことができる。
−F−
加熱運転としての暖房運転時において、熱源側冷媒回路20内に冷媒不足が発生すると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりにくくなる。このため、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように利用側膨張弁82a、82bを制御していると、利用側膨張弁82a、82bが閉まる方向に動作して、利用側膨張弁82a、82bの開度が適正な範囲よりも小さくなる傾向になる。しかし、熱源側冷媒が熱源側アキュムレータ32内から排出されると、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりやすくなる。このため、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように利用側膨張弁82a、82bを制御していると、利用側膨張弁82a、82bが開く方向に動作して、利用側膨張弁82a、82bの開度が適正な範囲まで大きくなる傾向になる。
ヒートポンプシステム1では、出口冷媒過冷却度SCuが目標出口冷媒過冷却度SCusになるように制御している時の利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いて、余剰冷媒の有無を判定することができる。すなわち、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まったことを検知することによって、冷媒不足が発生しているものと判定することができる。また、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出終了開度OPeeよりも開いたことを検知することによって、冷媒不足が解消されたものと判定することができる。
そして、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度SHhが目標出口冷媒過熱度SHhsになるように制御している熱源側膨張弁28を用いて冷媒排出制御を行う。すなわち、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出開始開度OPesよりも閉まった場合に、出口冷媒過熱度SHhが大きくなるように目標出口冷媒過熱度SHhsを変更することによって、熱源側膨張弁28を閉める方向に動作させる。これにより、熱源側アキュムレータ32に流入する熱源側冷媒の過熱度を高めて、熱源側アキュムレータ32内の熱源側冷媒を加熱して蒸発させて、熱源側アキュムレータ32内に溜められた熱源側冷媒を安定的に排出して冷媒不足を解消することができる。また、ヒートポンプシステム1では、利用側膨張弁82a、82bが冷媒排出終了開度OPeeよりも開いた場合に、目標出口冷媒過熱度SHhsの変更を解除することによって、熱源側膨張弁28を開く方向に動作させる。これにより、冷媒排出制御を適切に完了させることができる。
ヒートポンプシステム1では、上記の冷媒排出制御を採用しているため、暖房運転時に、冷媒不足の場合に熱源側アキュムレータ32から熱源側冷媒を排出して冷媒不足を解消することができる。
−G−
ヒートポンプシステム1では、冷媒排出制御を行わない時に、目標出口冷媒過熱度SHhsを0℃〜1℃に設定して熱源側膨張弁28を制御しているため、熱源側熱交換器26の出口における熱源側冷媒が飽和ガス状態に近い状態になり、熱源側膨張弁28の開度変化が少ない状態になる。これにより、冷媒排出制御を行わない時の運転状態が安定し、利用側膨張弁82a、82bの動作傾向を用いた冷媒不足の有無の判定における判定精度を高めることができる。
−H−
ヒートポンプシステム1では、冷媒排出制御時に、目標出口冷媒過熱度SHhsを2℃以上に変更することによって、熱源側膨張弁28を閉める方向に動作させるようにしているため、熱源側熱交換器26の出口における冷媒の過熱度を確実に高めることができる。
−I−
ヒートポンプシステム1では、冷媒排出開始開度OPesが冷媒排出終了開度OPeeよりも小さいため、熱源側アキュムレータ32からの熱源側冷媒の排出を十分に行うことができる。
−J−
ヒートポンプシステム1では、加熱運転としての暖房運転の開始時に、熱源側膨張弁28を最大開度の30%以下の開度に設定することによって、熱源側膨張弁28が開く方向に制御されるようにしている。また、ヒートポンプシステム1では、暖房運転の開始時に、利用側膨張弁82a、82bを最大開度の50%以上の開度に設定することによって、熱源側冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器81a、81bからの熱源側冷媒の排出が促進されるようにしている。これにより、ヒートポンプシステム1では、暖房運転の開始時に、利用側熱交換器81a、81bに熱源側冷媒が溜まりにくくするとともに、熱源側熱交換器26への熱源側冷媒の流入を促進して、余剰冷媒が発生しにくい安定した状態を得ることができる。
(2)第2実施形態
<構成>
−全体−
図4は、本発明の第2実施形態にかかるヒートポンプシステム101の概略構成図である。ヒートポンプシステム101は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水媒体を冷却する運転や水媒体を加熱する運転等を行うことが可能な装置である。ここでは、ヒートポンプシステム101は、水媒体の冷却によって冷却運転としての冷房運転を行うことが可能であり、また、水媒体の加熱によって加熱運転としての暖房運転及び/又は給湯運転等を行うことが可能である。
ヒートポンプシステム101は、主として、熱源ユニット2と、利用ユニット4a、4bと、液冷媒連絡管13と、ガス冷媒連絡管14と、水媒体冷暖房ユニット7a、7bと、貯湯ユニット9a、9bと、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bとを有している。そして、熱源ユニット2と利用ユニット4a、4bとは、冷媒連絡管13、14を介して接続されることによって、熱源側冷媒回路120を構成している。利用ユニット4a、4bと貯湯ユニット9a、9bと水媒体冷暖房ユニット7a、7bとが水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して接続されることによって、水媒体回路70a、70bを構成している。熱源側冷媒回路120には、HFC系冷媒の一種であるHFC−410Aが熱源側冷媒として封入されている。また、水媒体回路70a、70bには、水媒体としての水が循環するようになっている。
−熱源ユニット−
熱源ユニット2は、屋外に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して利用ユニット4a、4bに接続されており、熱源側冷媒回路120の一部を構成している。尚、熱源ユニット2の構成は、第1実施形態の熱源ユニット2の構成と同様である。このため、ここでは、熱源ユニット2の詳細な説明を省略する。
−液冷媒連絡管−
液冷媒連絡管13は、第1実施形態の液冷媒連絡管13の構成と同様である。このため、ここでは、液冷媒連絡管13の詳細な説明を省略する。
−ガス冷媒連絡管−
ガス冷媒連絡管14は、第1実施形態のガス冷媒連絡管14の構成と同様である。このため、ここでは、ガス冷媒連絡管14の詳細な説明を省略する。
−利用ユニット−
利用ユニット4a、4bは、屋内に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して熱源ユニット2に接続されており、熱源側冷媒回路120の一部を構成している。また、利用ユニット4a、4bは、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して貯湯ユニット9a、9b及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、利用ユニット4bの構成は、利用ユニット4aの構成と同様である。このため、ここでは、利用ユニット4aの構成のみを説明し、利用ユニット8bの構成については、利用ユニット4aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに添字「b」を付して、各部の説明を省略する。
利用ユニット4aは、主として、利用側熱交換器41aと、利用側膨張弁42aと、循環ポンプ43aとを有している。
利用側熱交換器41aは、熱源側冷媒と水媒体との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器41aの熱源側冷媒が流れる流路の液側には、利用側液冷媒管45aが接続されており、利用側熱交換器41aの熱源側冷媒が流れる流路のガス側には、利用側ガス冷媒管54aが接続されている。また、利用側熱交換器41aの水媒体が流れる流路の入口側には、利用側水入口管47aが接続されており、利用側熱交換器41aの水媒体が流れる流路の出口側には、利用側水出口管48aが接続されている。利用側液冷媒管45aには、液冷媒連絡管13が接続されており、利用側ガス冷媒管54aには、ガス冷媒連絡管14が接続されている。また、利用側水入口管47aには、水媒体連絡管15aが接続されており、利用側水出口管48aには、水媒体連絡管16aが接続されている。
利用側膨張弁42aは、開度制御を行うことで利用側熱交換器41aを流れる熱源側冷媒の流量を可変することが可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管45aに設けられている。
循環ポンプ43aは、水媒体の昇圧を行う機構であり、ここでは、遠心式や容積式のポンプ要素(図示せず)が循環ポンプモータ44aによって駆動されるポンプが採用されている。循環ポンプ43aは、利用側水出口管48aに設けられている。循環ポンプモータ44aは、インバータ装置(図示せず)によって、その回転数(すなわち、運転周波数)を可変でき、これにより、循環ポンプ43aの容量制御が可能になっている。
また、利用ユニット4aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用ユニット4aには、利用側熱交換器41aの液側における熱源側冷媒の温度である利用側熱交液側温度Tulを検出する利用側熱交温度センサ50aと、利用側熱交換器41aの入口における水媒体の温度である水媒体入口温度Twrを検出する水媒体出口温度センサ51aと、利用側熱交換器41aの出口における水媒体の温度である水媒体出口温度Twlを検出する水媒体出口温度センサ52aとが設けられている。また、利用ユニット4aは、利用ユニット4aを構成する各部の動作を制御する利用側制御部69aを有している。そして、利用側制御部69aは、利用ユニット4aの制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有している。利用側制御部69aは、リモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、熱源ユニット2の熱源側制御部39との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
−貯湯ユニット−
貯湯ユニット9a、9bは、屋内に設置されており、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して利用ユニット4a、4bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、貯湯ユニット9bの構成は、貯湯ユニット9aの構成と同様である。このため、ここでは、貯湯ユニット9aの構成のみを説明し、貯湯ユニット9bの構成については、貯湯ユニット9aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに添字「b」を付して、各部の説明を省略する。
貯湯ユニット9aは、主として、貯湯タンク91aと、熱交換コイル92aとを有している。
貯湯タンク91aは、給湯に供される水媒体としての水を溜める容器であり、その上部には、蛇口やシャワー等に温水となった水媒体を送るための給湯管93aが接続されており、その下部には、給湯管93aによって消費された水媒体の補充を行うための給水管94aが接続されている。
熱交換コイル92aは、貯湯タンク91a内に設けられており、水媒体回路70aを循環する水媒体と貯湯タンク91a内の水媒体との熱交換を行うことで貯湯タンク91a内の水媒体の加熱器として機能する熱交換器であり、その入口には、水媒体連絡管16aが接続されており、その出口には、水媒体連絡管15aが接続されている。
これにより、貯湯ユニット9aは、利用ユニット4aにおいて加熱された水媒体回路70aを循環する水媒体によって貯湯タンク91a内の水媒体を加熱して温水として溜めることが可能になっている。尚、ここでは、貯湯ユニット9aとして、利用ユニット4aにおいて加熱された水媒体との熱交換によって加熱された水媒体を貯湯タンクに溜める型式の貯湯ユニットを採用しているが、利用ユニット4aにおいて加熱された水媒体を貯湯タンクに溜める型式の貯湯ユニットを採用してもよい。また、ここでは、貯湯ユニット9aが利用ユニット4aとは別ユニットとして構成されているが、貯湯ユニット9aが利用ユニット4aに内蔵されていてもよい。
また、貯湯ユニット9aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、貯湯ユニット9aには、貯湯タンク91aに溜められる水媒体の温度である貯湯温度Twhを検出するための貯湯温度センサ95aが設けられている。
−水媒体冷暖房ユニット−
水媒体冷暖房ユニット7a、7bは、屋内に設置されている。水媒体冷暖房ユニット7a、7bは、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して利用ユニット4a、4bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、水媒体冷暖房ユニット7bの構成は、水媒体冷暖房ユニット7aの構成と同様である。このため、ここでは、水媒体冷暖房ユニット7aの構成のみを説明し、水媒体冷暖房ユニット7bの構成については、水媒体冷暖房ユニット7aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに添字「b」を付して、各部の説明を省略する。
水媒体冷暖房ユニット7aは、主として、熱交換パネル71aを有しており、ラジエータや床冷暖房パネル等を構成している。
熱交換パネル71aは、ラジエータの場合には、室内の壁際等に設けられ、床冷暖房パネルの場合には、室内の床下等に設けられている。熱交換パネル71aは、水媒体回路70aを循環する水媒体の放熱器又は加熱器として機能する熱交換器であり、その入口には、水媒体連絡管16aが接続されており、その出口には、水媒体連絡管15aが接続されている。
−水媒体連絡管−
水媒体連絡管15a、15bは、貯湯ユニット9aの熱交換コイル92aの出口及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bの熱交換パネル71a、71bの出口に接続されている。水媒体連絡管16a、16bは、貯湯ユニット9aの熱交換コイル92aの入口及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bの熱交換パネル71a、71bの入口に接続されている。水媒体連絡管16a、16bには、水媒体回路70a、70bを循環する水媒体を貯湯ユニット9a、9b及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bの両方、又は、貯湯ユニット9a及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bのいずれか一方に供給するかの切り換えを行うことが可能な水媒体切換機構161aが設けられている。この水媒体切換機構161aは、三方弁からなる。
そして、利用側制御部69a、69bと熱源側制御部39とによって、ヒートポンプシステム101の運転制御を行う制御部101aが構成されており、以下の運転や各種制御を行うようになっている。
<動作>
次に、ヒートポンプシステム101の動作について説明する。
ヒートポンプシステム101の運転としては、水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた暖房運転(加熱運転)のみを行う暖房運転モードと、貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転(加熱運転)のみを行う給湯運転モードと、水媒体冷暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転(加熱運転)を同時に行う給湯暖房運転モードと、水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた冷房運転(冷却運転)のみを行う冷房運転モードとがある。尚、暖房運転モード、給湯運転モード及び給湯暖房運転モードにおいて、利用ユニット4a、4bは、利用側熱交換器41a、41bを冷媒の放熱器として機能させる運転(加熱運転)を行い、冷房運転モードにおいて、利用ユニット4a、4bは、利用側熱交換器41a、41bを冷媒の蒸発器として機能させる運転(冷却運転)を行う。
−暖房運転モード−
水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた暖房運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図4の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが水媒体冷暖房ユニット7a、7bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
このような状態の熱源側冷媒回路120において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管21bに吐出される。吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍機油が分離される。油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管22bを通じて、吸入管21cに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、切換機構23、第2熱源側ガス冷媒管25及びガス側閉鎖弁34を通じて、熱源ユニット2からガス冷媒連絡管14に送られる。
ガス冷媒連絡管14に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット4a、4bに送られる。利用ユニット4a、4bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側ガス冷媒管54a、54bを通じて、利用側熱交換器41a、41bに送られる。利用側熱交換器41a、41bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器41a、41bにおいて、循環ポンプ43a、43bによって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体と熱交換を行って放熱する。利用側熱交換器41a、41bにおいて放熱した高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁42a、42b及び利用側液冷媒管45a、45bを通じて、利用ユニット4a、4bから液冷媒連絡管13に送られる。
液冷媒連絡管13に送られた熱源側冷媒は、熱源ユニット2に送られる。熱源ユニット2に送られた熱源側冷媒は、液側閉鎖弁33を通じて、過冷却器31に送られる。過冷却器31に送られた熱源側冷媒は、吸入戻し管29に熱源側冷媒が流れていないため、熱交換を行うことなく、熱源側膨張弁28に送られる。熱源側膨張弁28に送られた熱源側冷媒は、熱源側膨張弁28において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、熱源側液冷媒管27を通じて、熱源側熱交換器26に送られる。熱源側熱交換器26に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器26において、熱源側ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器26において蒸発した低圧の熱源側冷媒は、第1熱源側ガス冷媒管24及び切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ32に送られる。熱源側アキュムレータ32に送られた低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用側熱交換器41a、41bにおける熱源側冷媒の放熱によって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体が加熱される。利用側熱交換器41a、41bにおいて加熱された水媒体は、利用側水出口管48a、48bを通じて、循環ポンプ43a、43bに吸入され、昇圧された後に、利用ユニット4a、4bから水媒体連絡管16a、16bに送られる。水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、水媒体冷暖房ユニット7a、7bに送られる。水媒体冷暖房ユニット7a、7bに送られた水媒体は、熱交換パネル71a、71bにおいて放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。
このようにして、水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた暖房運転のみを行う暖房運転モードにおける動作が行われる。
−給湯運転モード−
貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図4の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが貯湯ユニット9a、9bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
そして、このような状態の熱源側冷媒回路120においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用ユニット4a、4bから水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、貯湯ユニット9a、9bに送られる。貯湯ユニット9a、9bに送られた水媒体は、熱交換コイル92a、92bにおいて貯湯タンク91a、91b内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク91a、91b内の水媒体を加熱する。
このようにして、貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転のみを行う給湯運転モードにおける動作が行われる。
−給湯暖房運転モード−
水媒体冷暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図4の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが水媒体冷暖房ユニット7a、7b及び貯湯ユニット9a、9bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
そして、このような状態の熱源側冷媒回路120においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用ユニット4a、4bから水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、水媒体冷暖房ユニット7a、7b及び貯湯ユニット9a、9bに送られる。水媒体冷暖房ユニット7a、7bに送られた水媒体は、熱交換パネル71a、71bにおいて放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。また、貯湯ユニット9a、9bに送られた水媒体は、熱交換コイル92a、92bにおいて貯湯タンク91a、91b内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク91a、91b内の水媒体を加熱する。
このようにして、水媒体冷暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う給湯暖房運転モードにおける動作が行われる。
−冷房運転モード−
水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた冷房運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路120において、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図1の切換機構23の実線で示された状態)に切り換えられる。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが水媒体冷暖房ユニット7a、7bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
このような状態の熱源側冷媒回路120において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管21bに吐出される。吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍機油が分離される。油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管22bを通じて、吸入管21cに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、切換機構23及び第1熱源側ガス冷媒管24を通じて、熱源側熱交換器26に送られる。熱源側熱交換器26に送られた高圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器26において、熱源側ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って放熱する。熱源側熱交換器26において放熱した高圧の熱源側冷媒は、熱源側膨張弁28を通じて、過冷却器31に送られる。過冷却器31に送られた熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管27から吸入戻し管29に分岐された熱源側冷媒と熱交換を行って過冷却状態になるように冷却される。吸入戻し管29を流れる熱源側冷媒は、吸入管21cに戻される。過冷却器31において冷却された熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管27及び液側閉鎖弁33を通じて、熱源ユニット2から液冷媒連絡管13に送られる。
液冷媒連絡管13に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット4a、4bに送られる。利用ユニット4a、4bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁42a、42bに送られる。利用側膨張弁42a、42bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁42a、42bにおいて減圧されて、低圧の気液二相状態になり、利用側液冷媒管43a、43bを通じて、利用側熱交換器41a、41bに送られる。利用側熱交換器41a、41bに送られた低圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器41a、41bにおいて、循環ポンプ43a、43bによって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体と熱交換を行って蒸発する。利用側熱交換器41a、41bにおいて蒸発した低圧の熱源側冷媒は、利用側ガス冷媒管54a、54bを通じて、利用ユニット4a、4bからガス冷媒連絡管14に送られる。
ガス冷媒連絡管14に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源ユニット2に送られる。熱源ユニット2に送られた低圧の熱源側冷媒は、ガス側閉鎖弁34、第2熱源側ガス冷媒管25及び切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ32に送られる。熱源側アキュムレータ32に送られた低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用側熱交換器41a、41bにおける熱源側冷媒の蒸発によって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体が冷却される。利用側熱交換器41a、41bにおいて冷却された水媒体は、利用側水出口管48a、48bを通じて、循環ポンプ43a、43bに吸入され、昇圧された後に、利用ユニット4a、4bから水媒体連絡管16a、16bに送られる。水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、水媒体冷暖房ユニット7a、7bに送られる。水媒体冷暖房ユニット7a、7bに送られた水媒体は、熱交換パネル71a、71bにおいて吸熱し、これにより、室内の壁際等を冷却したり室内の床を冷却する。
このようにして、水媒体冷暖房ユニット7a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7bを用いた冷房運転のみを行う冷房運転モードにおける動作が行われる。
−各種制御−
ヒートポンプシステム101においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様、上記の加熱運転としての暖房運転、給湯運転及び給湯暖房運転において、利用側膨張弁42a、42bによる過冷却度制御、熱源側膨張弁26による過熱度制御、余剰冷媒や冷媒不足に対する制御(すなわち、冷媒回収制御、オーバーフロー防止制御及び冷媒排出制御)、及び、加熱運転開始時の制御を行うようにしている。これらの制御は、第1実施形態のヒートポンプシステム1における制御と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
<特徴>
−A−
ヒートポンプシステム101は、水媒体を介して冷暖房を行っている点が、第1実施形態のヒートポンプシステム1とは異なっている。しかも、ヒートポンプシステム101は、冷暖房だけでなく、給湯運転を行うことができる。
−B−
ヒートポンプシステム101においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様、熱源側アキュムレータ32を有することで加熱運転(ここでは、暖房運転、給湯運転及び給湯暖房運転)時の余剰冷媒や冷媒不足の処理等の問題が生じる。しかし、ヒートポンプシステム101においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様の各種制御を行っている。このため、ヒートポンプシステム101においても、余剰冷媒や冷媒不足の処理等の問題について、第1実施形態のヒートポンプシステム1同様の作用効果を得ることができる。
(3)第3実施形態
<ヒートポンプシステムの構成>
−全体−
図5は、本発明の第3実施形態にかかるヒートポンプシステム201の概略構成図である。ヒートポンプシステム201は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水媒体を加熱する運転等を行うことが可能な装置である。ここでは、ヒートポンプシステム201は、水媒体の加熱によって加熱運転としての暖房運転及び/又は給湯運転等を行うことが可能である。
ヒートポンプシステム201は、主として、熱源ユニット2と、利用ユニット104a、104bと、液冷媒連絡管13と、ガス冷媒連絡管14と、水媒体暖房ユニット7a、7bと、貯湯ユニット9a、9bと、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bとを有している。そして、熱源ユニット2と利用ユニット104a、104bとは、冷媒連絡管13、14を介して接続されることによって、熱源側冷媒回路120を構成している。利用ユニット104a、104bは、利用側冷媒回路50a、50bを構成している。利用ユニット104a、104bと水媒体暖房ユニット7a、7bとは、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して接続されることによって、水媒体回路70a、70bを構成している。熱源側冷媒回路120には、HFC系冷媒の一種であるHFC−410Aが熱源側冷媒として封入されている。また、利用側冷媒回路50a、50bには、HFC系冷媒の一種であるHFC−134aが利用側冷媒として封入されている。尚、利用側冷媒としては、高温の冷凍サイクルに有利な冷媒を使用されるという観点から、飽和ガス温度65℃に相当する圧力がゲージ圧で高くとも2.8MPa以下、好ましくは、2.0MPa以下の冷媒を使用することが好ましい。そして、HFC−134aは、このような飽和圧力特性を有する冷媒の一種である。また、水媒体回路70a、70bには、水媒体としての水が循環するようになっている。
−熱源ユニット−
熱源ユニット2は、屋外に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して利用ユニット104a、104bに接続されており、熱源側冷媒回路120の一部を構成している。尚、熱源ユニット2の構成は、第1実施形態の熱源ユニット2の構成と同様である。このため、ここでは、熱源ユニット2の詳細な説明を省略する。
−液冷媒連絡管−
液冷媒連絡管13は、第1実施形態の液冷媒連絡管13の構成と同様である。このため、ここでは、液冷媒連絡管13の詳細な説明を省略する。
−ガス冷媒連絡管−
ガス冷媒連絡管14は、第1実施形態のガス冷媒連絡管14の構成と同様である。このため、ここでは、ガス冷媒連絡管14の詳細な説明を省略する。
−利用ユニット−
利用ユニット4a、4bは、屋内に設置されており、冷媒連絡管13、14を介して熱源ユニット2に接続されており、熱源側冷媒回路120の一部を構成している。また、利用ユニット4a、4bは、利用側冷媒回路50a、50bを構成している。さらに、利用ユニット4a、4bは、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して貯湯ユニット9a、9b及び水媒体冷暖房ユニット7a、7bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、利用ユニット4bの構成は、利用ユニット4aの構成と同様である。このため、ここでは、利用ユニット4aの構成のみを説明し、利用ユニット8bの構成については、利用ユニット4aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに添字「b」を付して、各部の説明を省略する。
利用ユニット4aは、主として、利用側熱交換器41aと、利用側膨張弁42aと、利用側圧縮機62aと、冷媒−水熱交換器65aと、冷媒−水熱交側膨張弁66aと、利用側アキュムレータ67aと、循環ポンプ43aとを有している。
利用側熱交換器41aは、熱源側冷媒と利用側冷媒との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器41aの熱源側冷媒が流れる流路の液側には、利用側液冷媒管45aが接続されており、利用側熱交換器41aの熱源側冷媒が流れる流路のガス側には、利用側ガス冷媒管54aが接続されている。また、利用側熱交換器41aの利用側冷媒が流れる流路の液側には、カスケード側液冷媒管68aが接続されており、利用側熱交換器41aの利用側冷媒が流れる流路のガス側には、カスケード側ガス冷媒管71aが接続されている。利用側液冷媒管45aは、液冷媒連絡管13)に接続されている。利用側ガス冷媒管54aは、ガス冷媒連絡管14に接続されている。カスケード側液冷媒管68aには、冷媒−水熱交換器65aが接続されており、カスケード側ガス冷媒管71aには、利用側圧縮機62aが接続されている。
利用側膨張弁42aは、開度制御を行うことで利用側熱交換器41aを流れる熱源側冷媒の流量を可変することが可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管45aに設けられている。
利用側圧縮機62aは、利用側冷媒を圧縮する機構である。ここでは、利用側圧縮機62aとして、ケーシング(図示せず)内に収容されたロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素(図示せず)が、同じくケーシング内に収容された利用側圧縮機モータ63aによって駆動される密閉式圧縮機が採用されている。利用側圧縮機モータ63aは、インバータ装置(図示せず)によって、その回転数(すなわち、運転周波数)を可変でき、これにより、利用側圧縮機62aの容量制御が可能になっている。また、利用側圧縮機62aの吐出には、カスケード側吐出管70aが接続されており、利用側圧縮機62aの吸入には、カスケード側ガス冷媒管71aが接続されている。
冷媒−水熱交換器65aは、利用側冷媒と水媒体との熱交換を行うことで利用側冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。冷媒−水熱交換器65aの利用側冷媒が流れる流路の液側には、カスケード側液冷媒管68aが接続されており、冷媒−水熱交換器65aの利用側冷媒が流れる流路のガス側には、カスケード側吐出管70aが接続されている。また、冷媒−水熱交換器65aの水媒体が流れる流路の入口側には、利用側水入口管47aが接続されており、冷媒−水熱交換器65aの水媒体が流れる流路の出口側には、利用側水出口管48aが接続されている。利用側水入口管47aには、水媒体連絡管15aが接続されており、利用側水出口管48aには、水媒体連絡管16aが接続されている。
冷媒−水熱交側膨張弁66aは、開度制御を行うことで冷媒−水熱交換器65aを流れる利用側冷媒の流量を可変することが可能な電動膨張弁であり、カスケード側液冷媒管66aに設けられている。
利用側アキュムレータ67aは、カスケード側ガス冷媒管71aに設けられており、利用側冷媒回路50aを循環する利用側冷媒が利用側圧縮機55aに吸入される前に一時的に溜めるための容器である。
このように、利用側圧縮機62a、冷媒−水熱交換器65a、冷媒−水熱交側膨張弁66a、利用側熱交換器41a及び利用側アキュムレータ67aが冷媒管70a、68a、71aを介して接続されることによって、利用側冷媒回路50aが構成されている。
循環ポンプ43aは、水媒体の昇圧を行う機構であり、ここでは、遠心式や容積式のポンプ要素(図示せず)が循環ポンプモータ44aによって駆動されるポンプが採用されている。循環ポンプ43aは、利用側水出口管48aに設けられている。循環ポンプモータ44aは、インバータ装置(図示せず)によって、その回転数(すなわち、運転周波数)を可変でき、これにより、循環ポンプ43aの容量制御が可能になっている。
また、利用ユニット104aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用ユニット104aには、利用側熱交換器41aの液側における熱源側冷媒の温度である利用側熱交液側温度Tulを検出する利用側熱交温度センサ50aと、冷媒−水熱交換器65aの入口における水媒体の温度である水媒体入口温度Twrを検出する水媒体出口温度センサ51aと、冷媒−水熱交換器65aの出口における水媒体の温度である水媒体出口温度Twlを検出する水媒体出口温度センサ52aと、利用側圧縮機62aの吸入における利用側冷媒の圧力である利用側吸入圧力Ps2を検出する利用側吸入圧力センサ74aと、利用側圧縮機62aの吐出における利用側冷媒の圧力である利用側吐出圧力Pd2を検出する利用側吐出圧力センサ75aと、利用側圧縮機62aの吐出における利用側冷媒の温度である利用側吐出温度Td2を検出する利用側吐出温度センサ76aとが設けられている。が設けられている。また、利用ユニット104aは、利用ユニット104aを構成する各部の動作を制御する利用側制御部69aを有している。そして、利用側制御部69aは、利用ユニット104aの制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有している。利用側制御部69aは、リモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、熱源ユニット2の熱源側制御部39との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
−貯湯ユニット−
貯湯ユニット9a、9bは、屋内に設置されており、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して利用ユニット104a、104bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、貯湯ユニット9a、9bは、第2実施形態の貯湯ユニット9a、9bの構成と同様である。このため、ここでは、貯湯ユニット9a、9bの詳細な説明を省略する。
−水媒体暖房ユニット−
水媒体暖房ユニット7a、7bは、屋内に設置されている。水媒体冷暖房ユニット7a、7bは、水媒体連絡管15a、16a、15b、16bを介して利用ユニット104a、104bに接続されており、水媒体回路70a、70bの一部を構成している。尚、水媒体暖房ユニット7a、7bは、第2実施形態の水媒体冷暖房ユニット7a、7bの構成と同様である。このため、ここでは、水媒体暖房ユニット7a、7bの詳細な説明を省略する。
−水媒体連絡管−
水媒体連絡管15a、15b、16a、16bは、第2実施形態の水媒体連絡管15a、15b、16a、16bの構成と同様である。このため、ここでは、水媒体連絡管15a、15b、16a、16bの詳細な説明を省略する。
そして、利用側制御部69a、69bと熱源側制御部39とによって、ヒートポンプシステム201の運転制御を行う制御部201aが構成されており、以下の運転や各種制御を行うようになっている。
<動作>
次に、ヒートポンプシステム201の動作について説明する。
ヒートポンプシステム201の運転としては、水媒体暖房ユニット7a及び/又は水媒体暖房ユニット7bを用いた暖房運転(加熱運転)のみを行う暖房運転モードと、貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転(加熱運転)のみを行う給湯運転モードと、水媒体暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転(加熱運転)を同時に行う給湯暖房運転モードとがある。尚、暖房運転モード、給湯運転モード及び給湯暖房運転モードにおいて、利用ユニット104a、104bは、利用側熱交換器41a、41bを冷媒の放熱器として機能させる運転(加熱運転)を行う。
−暖房運転モード−
水媒体暖房ユニット7a及び/又は水媒体暖房ユニット7bを用いた暖房運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図5の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが水媒体暖房ユニット7a、7bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
このような状態の熱源側冷媒回路120において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管21bに吐出される。吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍機油が分離される。油分離器22aにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管22bを通じて、吸入管21cに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、切換機構23、第2熱源側ガス冷媒管25及びガス側閉鎖弁34を通じて、熱源ユニット2からガス冷媒連絡管14に送られる。
ガス冷媒連絡管14に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット104a、104bに送られる。利用ユニット104a、104bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側ガス冷媒管54a、54bを通じて、利用側熱交換器41a、41bに送られる。利用側熱交換器41a、41bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器41a、41bにおいて、利用側冷媒回路50a、50bを循環する冷凍サイクルにおける低圧の利用側冷媒と熱交換を行って放熱する。利用側熱交換器41a、41bにおいて放熱した高圧の熱源側冷媒は、利用側膨張弁42a、42b及び利用側液冷媒管45a、45bを通じて、利用ユニット104a、104bから液冷媒連絡管13に送られる。
液冷媒連絡管13に送られた熱源側冷媒は、熱源ユニット2に送られる。熱源ユニット2に送られた熱源側冷媒は、液側閉鎖弁33を通じて、過冷却器31に送られる。過冷却器31に送られた熱源側冷媒は、吸入戻し管29に熱源側冷媒が流れていないため、熱交換を行うことなく、熱源側膨張弁28に送られる。熱源側膨張弁28に送られた熱源側冷媒は、熱源側膨張弁28において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、熱源側液冷媒管27を通じて、熱源側熱交換器26に送られる。熱源側熱交換器26に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器26において、熱源側ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器26において蒸発した低圧の熱源側冷媒は、第1熱源側ガス冷媒管24及び切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ32に送られる。熱源側アキュムレータ32に送られた低圧の熱源側冷媒は、吸入管21cを通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
一方、利用側冷媒回路50a、50bにおいては、利用側熱交換器41a、41bにおける熱源側冷媒の放熱によって利用側冷媒回路50a、50bを循環する冷凍サイクルにおける低圧の利用側冷媒が加熱されて蒸発する。利用側熱交換器41a、41bにおいて蒸発した低圧の利用側冷媒は、カスケード側ガス冷媒管71a、71bを通じて、利用側アキュムレータ67a、67bに送られる。利用側アキュムレータ67a、67bに送られた低圧の利用側冷媒は、利用側圧縮機62a、62bに吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、カスケード側吐出管70a、70bに吐出される。カスケード側吐出管70a、70bに吐出された高圧の利用側冷媒は、冷媒−水熱交換器65a、65bに送られる。冷媒−水熱交換器65a、65bに送られた高圧の利用側冷媒は、冷媒−水熱交換器65a、65bにおいて、循環ポンプ43a、43bによって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体と熱交換を行って放熱する。冷媒−水熱交換器65a、65bにおいて放熱した高圧の利用側冷媒は、冷媒−水熱交側膨張弁66a、66bにおいて減圧されて、低圧の気液二相状態になり、カスケード側液冷媒管68a、68bを通じて、再び、利用側熱交換器41a、41bに送られる。
また、水媒体回路70a、70bにおいては、利用側熱交換器41a、41bにおける熱源側冷媒の放熱によって水媒体回路70a、70bを循環する水媒体が加熱される。利用側熱交換器41a、41bにおいて加熱された水媒体は、利用側水出口管48a、48bを通じて、循環ポンプ43a、43bに吸入され、昇圧された後に、利用ユニット104a、104bから水媒体連絡管16a、16bに送られる。水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、水媒体暖房ユニット7a、7bに送られる。水媒体暖房ユニット7a、7bに送られた水媒体は、熱交換パネル71a、71bにおいて放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。
このようにして、水媒体暖房ユニット7a及び/又は水媒体暖房ユニット7bを用いた暖房運転のみを行う暖房運転モードにおける動作が行われる。
−給湯運転モード−
貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転のみを行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図5の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが貯湯ユニット9a、9bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
そして、このような状態の熱源側冷媒回路120においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用ユニット104a、104bから水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、貯湯ユニット9a、9bに送られる。貯湯ユニット9a、9bに送られた水媒体は、熱交換コイル92a、92bにおいて貯湯タンク91a、91b内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク91a、91b内の水媒体を加熱する。
このようにして、貯湯ユニット9a及び/又は貯湯ユニット9bを用いた給湯運転のみを行う給湯運転モードにおける動作が行われる。
−給湯暖房運転モード−
水媒体冷暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体冷暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う場合には、熱源側冷媒回路120においては、切換機構23が熱源側放熱運転状態(図5の切換機構23の破線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁30が閉止される。また、水媒体回路70a、70bにおいては、水媒体切換機構161a、161bが水媒体冷暖房ユニット7a、7b及び貯湯ユニット9a、9bに水媒体を供給する状態に切り換えられる。
そして、このような状態の熱源側冷媒回路120においては、上記の暖房運転と同様の動作が行われる。
一方、水媒体回路70a、70bにおいては、利用ユニット104a、104bから水媒体連絡管16a、16bに送られた水媒体は、水媒体切換機構161a、161bを通じて、水媒体暖房ユニット7a、7b及び貯湯ユニット9a、9bに送られる。水媒体暖房ユニット7a、7bに送られた水媒体は、熱交換パネル71a、71bにおいて放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。また、貯湯ユニット9a、9bに送られた水媒体は、熱交換コイル92a、92bにおいて貯湯タンク91a、91b内の水媒体と熱交換を行って放熱し、これにより、貯湯タンク91a、91b内の水媒体を加熱する。
このようにして、水媒体暖房ユニット7a及び貯湯ユニット9a及び/又は水媒体暖房ユニット7b及び貯湯ユニット9bを用いた暖房運転及び給湯運転を同時に行う給湯暖房運転モードにおける動作が行われる。
−各種制御−
ヒートポンプシステム201においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様、上記の加熱運転としての暖房運転、給湯運転及び給湯暖房運転において、利用側膨張弁42a、42bによる過冷却度制御、熱源側膨張弁26による過熱度制御、余剰冷媒や冷媒不足に対する制御(すなわち、冷媒回収制御、オーバーフロー防止制御及び冷媒排出制御)、及び、加熱運転開始時の制御を行うようにしている。これらの制御は、第1実施形態のヒートポンプシステム1における制御と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
<特徴>
−A−
ヒートポンプシステム201は、熱源側冷媒回路120及び利用側冷媒回路50a、50bからなる二元冷凍サイクルを使用している点が、第2実施形態のヒートポンプシステム101とは異なっている。このため、ヒートポンプシステム201は、第2実施形態のヒートポンプシステム101に比べて、高温の水媒体を得ることが容易である。
−B−
ヒートポンプシステム201においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様、熱源側アキュムレータ32を有することで加熱運転(ここでは、暖房運転、給湯運転及び給湯暖房運転)時の余剰冷媒や冷媒不足の処理等の問題が生じる。しかし、ヒートポンプシステム201においても、第1実施形態のヒートポンプシステム1と同様の各種制御を行っている。このため、ヒートポンプシステム201においても、余剰冷媒や冷媒不足の処理等の問題について、第1実施形態のヒートポンプシステム1同様の作用効果を得ることができる。
(4)他の実施形態
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
−A−
上記のヒートポンプシステム1において、利用ユニット4a、4b及び/又は利用ユニット104a、104bをさらに接続してもよい。また、上記のヒートポンプシステム201において、利用ユニット104a、104bをさらに接続してもよい。さらに、ヒートポンプシステム1、101、201を冷暖同時運転可能な構成にしてもよい。
−B−
上記のヒートポンプシステム201においては、利用側冷媒としてHFC−134aが使用されているが、これに限定されず、例えば、HFO−1234yf(2、3、3、3−テトラフルオロ−1−プロペン)等、飽和ガス温度65℃に相当する圧力がゲージ圧で高くとも2.8MPa以下、好ましくは、2.0MPa以下の冷媒であればよい。
本発明は、アキュムレータを有する熱源ユニットに利用ユニットを接続して構成されたヒートポンプシステムに広く適用可能である。
1、101、201 ヒートポンプシステム
1a、101a、201a 制御部
2 熱源ユニット
4a、4b、8a、8b、104a、104b 利用ユニット
20、120 熱源側冷媒回路(冷媒回路)
21 熱源側圧縮機(圧縮機)
26 熱源側熱交換器
28 熱源側膨張弁
32 熱源側アキュムレータ(アキュムレータ)
41a、41b、81a、81b 利用側熱交換器
42a、42b、82a、82b 利用側膨張弁
特開2007−163099号公報

Claims (10)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機(21)と熱源側熱交換器(26)と熱源側膨張弁(28)と前記圧縮機の吸入に接続されたアキュムレータ(32)とを有する熱源ユニット(2)に、利用側膨張弁(42a、42b、82a、82b)と利用側熱交換器(41a、41b、81a、81b)とを有する利用ユニット(4a、4b、8a、8b、104a、104b)を接続して構成される冷媒回路(20、120)と、
    前記利用側熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる加熱運転を行い、前記加熱運転時に、前記利用側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度である出口冷媒過冷却度が所定の目標出口冷媒過冷却度になるように前記利用側膨張弁を制御する制御部(1a、101a、201a)とを備え、
    前記制御部は、冷媒の蒸発器として機能する前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過熱度である出口冷媒過熱度が所定の目標出口冷媒過熱度になるように前記熱源側膨張弁を制御し、前記利用側膨張弁が所定の冷媒回収開始開度よりも開いた場合に、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になるように前記目標出口冷媒過熱度を変更し、前記目標出口冷媒過熱度を変更した状態において、前記利用側膨張弁が所定の冷媒回収終了開度よりも閉まった場合に、前記目標出口冷媒過熱度の変更を解除する、冷媒回収制御を行う、
    ヒートポンプシステム(1、101、201)。
  2. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記冷媒回収制御時に、前記目標出口冷媒過熱度を0℃未満に変更する、請求項1に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  3. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記冷媒回収制御を行わない時に、前記目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定する、請求項2に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  4. 前記冷媒回収終了開度は、前記冷媒回収開始開度よりも小さい、請求項1〜3のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  5. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記圧縮機(21)の吐出における冷媒の過熱度である吐出冷媒過熱度が所定の下限吐出過熱度よりも小さい場合に、前記冷媒回収制御よりも優先して、前記出口冷媒過熱度が大きくなるように前記目標出口冷媒過熱度を変更するオーバーフロー防止制御を行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  6. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記利用側膨張弁(42a、42b、82a、82b)が所定の冷媒排出開始開度よりも閉まった場合に、前記出口冷媒過熱度が大きくなるように前記目標出口冷媒過熱度を変更し、前記目標出口冷媒過熱度を変更した状態において、前記利用側膨張弁が所定の冷媒排出終了開度よりも開いた場合に、前記目標出口冷媒過熱度の変更を解除する、冷媒排出制御を行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  7. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記前記冷媒回収制御及び冷媒排出制御を行わない時に、前記目標出口冷媒過熱度を0℃〜1℃に設定する、請求項6に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  8. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記冷媒排出制御時に、前記目標出口冷媒過熱度を2℃以上に変更する、請求項7に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  9. 前記冷媒排出開始開度は、前記冷媒排出終了開度よりも小さい、請求項6〜8のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
  10. 前記制御部(1a、101a、201a)は、前記加熱運転の開始時に、前記熱源側膨張弁(28)を最大開度の30%以下の開度に設定し、前記利用側膨張弁(42a、42b、82a、82b)を最大開度の50%以上の開度に設定する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム(1、101、201)。
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