JP5498511B2 - 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、ヒートポンプサイクルを利用して水媒体を冷却することが可能な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)に示されるような、1台の熱源ユニットに複数台の利用ユニットが接続されたシステムがある。このシステムにおいては、1台の熱源ユニットと、複数台の利用ユニットと、液冷媒連絡配管と、ガス冷媒連絡配管とが接続されることで、蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。
上記システムにおいて、利用ユニットの利用流体として水媒体を利用するチラー形のシステムを採用すると共に、利用ユニット毎に水媒体の温度が異なるようにすることで、別々の温度の水が利用できるシステムを考える。この場合、全ての利用ユニットの中で予測される最低水温で常にシステムが運転するといった手法が考えられるが、この手法では、運転効率が必要以上に低くなる恐れがある。
そこで、本発明の課題は、1台の熱源ユニットに水媒体を利用する利用ユニットが複数台接続されたシステムにおいて、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐこととする。
本発明の第1観念に係るヒートポンプシステムは、熱源ユニットと、複数の利用ユニットと、運転容量制御部と、温度決定部とを備える。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する。圧縮機は、冷媒を圧縮する容量可変型の圧縮機である。熱源側熱交換器は、冷媒の放熱器として機能することが可能である。複数の利用ユニットそれぞれは、熱源ユニットに接続されており、利用側熱交換器を有する。利用側熱交換器は、冷媒の蒸発器として機能し、水媒体を冷却することが可能である。運転容量制御部は、各利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度が第1目標蒸発温度になるように、圧縮機の運転容量制御を行う。温度決定部は、運転している利用ユニットそれぞれについて、利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための蒸発温度を第2目標蒸発温度として演算する。そして、温度決定部は、該第2目標蒸発温度の最小値を、第1目標蒸発温度として決定する。
このヒートポンプシステムでは、利用ユニットにおいて水媒体が冷却される際、各利用ユニットの利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための第2目標蒸発温度のうち、最小値が、第1目標蒸発温度として決定される。そして、各利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度が当該第2目標蒸発温度の最小値(即ち、第1目標蒸発温度)となるように、圧縮機の運転容量制御が行われる。これにより、水媒体の設定温度が個々に異なっている複数の利用ユニットが単一熱源に接続されたヒートポンプシステムにおいて、各利用ユニットには、最適な温度の水媒体が供給されることになる。従って、全ての利用ユニットの中で予測される最低水温で常に運転するといった手法を用いずに、別々の温度の水が利用できるシステムを実現することができるため、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐことができる。
また、このヒートポンプシステムは流量調節弁と、開度制御部とを更に備える。流量調節弁は、利用側熱交換器を流れる冷媒の流量を可変することが可能である。開度制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合、流量調節弁の開度を可変させる制御を行う。
複数台の利用ユニットそれぞれの第2目標蒸発温度における最小値(即ち、第1目標蒸発温度)に基づいて熱源ユニットの圧縮機の運転容量制御がなされると、利用ユニットによっては、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低くなり、利用側熱交換器における出口の水媒体の温度が所定の設定温度よりも低くなる現象が生じる恐れがある。しかし、このヒートポンプシステムでは、このような現象が生じた場合には、流量調節弁の開度を可変させる制御が行われる。これにより、利用側熱交換器内を流れる冷媒の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。
さらに、このヒートポンプシステムは開度制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器における水媒体の出口温度が所定の設定温度よりも低い場合、流量調節弁の開度を小さくする制御を行うことで、利用側熱交換器における水媒体の出口温度が所定の設定温度となるようにする。
このヒートポンプシステムでは、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の水媒体の出口温度が所定の設定温度よりも低い場合には、流量調節弁の開度は絞られる。これにより、利用側熱交換器内を流れる冷媒の流量が減少するため、利用側熱交換器における冷媒と水媒体との熱交換能力は、流量調節弁の開度が絞られる前に比して低下し、よって利用側熱交換器にて熱交換された後の水媒体の温度は、流量調節弁の開度が絞られる前に比して上昇する。従って、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。
本発明の第観念に係るヒートポンプシステムは、第1観念に係るヒートポンプシステムにおいて、水媒体回路とポンプ容量制御部とを更に備える。水媒体回路は、容量可変型の循環ポンプを有しており、利用側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う水媒体が循環する。ポンプ容量制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合、循環ポンプの運転容量を可変させる制御を行う。
複数台の利用ユニットそれぞれの第2目標蒸発温度における最小値(即ち、第1目標蒸発温度)に基づいて熱源ユニットの圧縮機の運転容量制御がなされると、利用ユニットによっては、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低くなり、利用側熱交換器における出口の水媒体の温度が所定の設定温度よりも低くなる現象が生じる恐れがある。しかし、このヒートポンプシステムでは、このような現象が生じた場合には、循環ポンプの運転容量を可変する制御が行われる。これにより、水媒体回路内を循環する水媒体の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。
また、このヒートポンプシステムはポンプ容量制御部は、出入口温度差が所定の温度差となるように、循環ポンプの運転容量を制御する。出入口温度差は、利用側熱交換器の出口における水媒体の温度と、利用側熱交換器の入口における水媒体の温度との差である。更に、ポンプ容量制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合、利用側熱交換器の入口における水媒体の温度が所定の設定温度から所定の温度差を減算した値となるように、循環ポンプの運転容量を下げる制御を行う。
このヒートポンプシステムでは、利用熱交換器の出入口温度差が所定の温度差となるように、循環ポンプの運転容量が制御される。特に、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の水媒体の出口温度が所定の設定温度よりも低い場合には、利用側熱交換器の水媒体の入口温度が所定の設定温度から所定の温度差を減算した値となるように、循環ポンプの運転容量が行われる。これにより、利用側熱交換器の水媒体の出口温度を、入口温度に所定の温度差を足した温度、つまりは所定の設定温度に制御することができる。従って、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。
さらに、このヒートポンプシステムはポンプ容量制御部は、開度制御部による流量調節弁の開度制御が行われた後に、利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合に、循環ポンプの運転容量を可変させる制御を行う。
複数台の利用ユニットそれぞれの第2目標蒸発温度における最小値(即ち、第1目標蒸発温度)に基づいて熱源ユニットの圧縮機の運転容量制御がなされると、利用ユニットによっては、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低くなり、利用側熱交換器における出口の水媒体の温度が所定の設定温度よりも低くなる現象が生じる恐れがある。しかし、このヒートポンプシステムでは、このような現象が生じた場合には、先ずは流量調節弁の開度制御が行われる。そして、当該開度制御を行っても、未だ利用側熱交換器の水媒体の出口温度が所定の設定温度に至らなかった場合には、循環ポンプの運転容量の可変制御が行われる。即ち、上記現象が生じた場合には、先ずは利用側熱交換器を流れる冷媒の流量が調節され、それでもなお水媒体の出口温度が所定の設定温度に至らない場合には、水媒体回路内を循環する水媒体の流量が調節される。これにより、各利用ユニットの水媒体の温度を、確実に最適化することができる。
本発明の第3観念に係るヒートポンプシステムは、熱源ユニットと、複数の利用ユニットと、運転容量制御部と、温度決定部とを備える。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する。圧縮機は、冷媒を圧縮する容量可変型の圧縮機である。熱源側熱交換器は、冷媒の放熱器として機能することが可能である。複数の利用ユニットそれぞれは、熱源ユニットに接続されており、利用側熱交換器を有する。利用側熱交換器は、冷媒の蒸発器として機能し、水媒体を冷却することが可能である。運転容量制御部は、各利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度が第1目標蒸発温度になるように、圧縮機の運転容量制御を行う。温度決定部は、運転している利用ユニットそれぞれについて、利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための蒸発温度を第2目標蒸発温度として演算する。そして、温度決定部は、該第2目標蒸発温度の最小値を、第1目標蒸発温度として決定する。
このヒートポンプシステムでは、利用ユニットにおいて水媒体が冷却される際、各利用ユニットの利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための第2目標蒸発温度のうち、最小値が、第1目標蒸発温度として決定される。そして、各利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度が当該第2目標蒸発温度の最小値(即ち、第1目標蒸発温度)となるように、圧縮機の運転容量制御が行われる。これにより、水媒体の設定温度が個々に異なっている複数の利用ユニットが単一熱源に接続されたヒートポンプシステムにおいて、各利用ユニットには、最適な温度の水媒体が供給されることになる。従って、全ての利用ユニットの中で予測される最低水温で常に運転するといった手法を用いずに、別々の温度の水が利用できるシステムを実現することができるため、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐことができる。
また、このヒートポンプシステムは、水媒体回路とポンプ容量制御部とを更に備える。水媒体回路は、容量可変型の循環ポンプを有しており、利用側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う水媒体が循環する。ポンプ容量制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合、循環ポンプの運転容量を可変させる制御を行う。
複数台の利用ユニットそれぞれの第2目標蒸発温度における最小値(即ち、第1目標蒸発温度)に基づいて熱源ユニットの圧縮機の運転容量制御がなされると、利用ユニットによっては、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低くなり、利用側熱交換器における出口の水媒体の温度が所定の設定温度よりも低くなる現象が生じる恐れがある。しかし、このヒートポンプシステムでは、このような現象が生じた場合には、循環ポンプの運転容量を可変する制御が行われる。これにより、水媒体回路内を循環する水媒体の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。
さらに、このヒートポンプシステムは、ポンプ容量制御部は、出入口温度差が所定の温度差となるように、循環ポンプの運転容量を制御する。出入口温度差は、利用側熱交換器の出口における水媒体の温度と、利用側熱交換器の入口における水媒体の温度との差である。更に、ポンプ容量制御部は、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の出口における水媒体の温度が所定の設定温度よりも低い場合、利用側熱交換器の入口における水媒体の温度が所定の設定温度から所定の温度差を減算した値となるように、循環ポンプの運転容量を下げる制御を行う。
このヒートポンプシステムでは、利用熱交換器の出入口温度差が所定の温度差となるように、循環ポンプの運転容量が制御される。特に、蒸発温度または第1目標蒸発温度が第2目標蒸発温度よりも低く、かつ利用側熱交換器の水媒体の出口温度が所定の設定温度よりも低い場合には、利用側熱交換器の水媒体の入口温度が所定の設定温度から所定の温度差を減算した値となるように、循環ポンプの運転容量が行われる。これにより、利用側熱交換器の水媒体の出口温度を、入口温度に所定の温度差を足した温度、つまりは所定の設定温度に制御することができる。従って、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第1観念に係るシステムよると、全ての利用ユニットの中で予測される最低水温で常に運転するといった手法を用いずに、別々の温度の水が利用できるシステムを実現することができるため、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐことができる。また、利用側熱交換器内を流れる冷媒の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。さらに、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。
観念に係るシステムによると、水媒体回路内を循環する水媒体の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。また、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。さらに、各利用ユニットの水媒体の温度を、確実に最適化することができる。
第3観念に係るシステムによると、全ての利用ユニットの中で予測される最低水温で常に運転するといった手法を用いずに、別々の温度の水が利用できるシステムを実現することができるため、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐことができる。また、水媒体回路内を循環する水媒体の流量を制御することができ、各利用ユニットの水媒体の温度を調節することが可能となる。さらに、各利用ユニットの水媒体の温度は、最適化される。
本実施形態に係るヒートポンプシステムの概略構成図。 本実施形態に係る熱源側制御部と該制御部に接続された各種センサ及び各種機器を模式的に示す図。 本実施形態に係る利用側制御部と該制御部に接続された各種センサ及び各種機器を模式的に示す図。 本実施形態に係るヒートポンプシステムが冷房運転を行っている場合における、該システムの全体的な動作の流れを示すフロー図。 本実施形態に係るヒートポンプシステムが冷房運転を行っている場合における、該システムの全体的な動作の流れを示すフロー図。 変形例1に係る熱源側制御部と該制御部に接続された各種センサ及び各種機器を模式的に示す図。 変形例1に係る利用側制御部と該制御部に接続された各種センサ及び各種機器を模式的に示す図。 変形例2に係るヒートポンプシステムが冷房運転を行っている場合における、該システムの全体的な動作の流れを示すフロー図。 変形例2に係るヒートポンプシステムが冷房運転を行っている場合における、該システムの全体的な動作の流れを示すフロー図。 変形例4に係るヒートポンプシステムの概略構成図。
以下、本発明に係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。
<構成>
−全体−
図1は、本発明の一実施形態に係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、蒸気圧縮機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、1台の熱源ユニット2と、2台の利用ユニット4a,4bと、液冷媒連絡管13と、ガス冷媒連絡管14と、2台の貯湯ユニット8a,8bと、2台の水利用冷暖房ユニット9a,9bと、水媒体連絡管15a,15b,16a,16bと、熱源側通信部11と、熱源側制御部12と、利用側通信部18a,18bと、利用側制御部19a,19bを備えている。熱源ユニット2及び利用ユニット4a,4bは、液冷媒連絡管13及びガス冷媒連絡管14を介して互いに接続されており、これ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は、主として、熱源側圧縮機21(後述)と、熱源側熱交換器24(後述)と、利用側熱交換器41a(後述)とで構成される。そして、各利用ユニット4a,4bと各貯湯ユニット8a,8bと各水利用冷暖房ユニット9a,9bとが水媒体連絡管15a,15b,16a,16bを介して接続されることによって、水媒体回路80a,80bが構成されている。
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おり、また、HFC系冷媒に対して相溶性を有するエステル系又はエーテル系の冷凍機油が熱源側圧縮機21(後述)の潤滑のために封入されている。また、水媒体回路80a,80bには、水媒体としての水が循環するようになっている。
なお、各利用ユニット4a,4bとそれに接続されたユニットのグループ、すなわち、利用ユニット4aと貯湯ユニット8aと水利用冷暖房ユニット9aとの組からなるグループ(aを含む符号が付されたグループ)と、利用ユニット4bと貯湯ユニット8bと水利用冷暖房ユニット9bとの組からなるグループ(bを含む符号が付されたグループ)とは、同一の構成であり、かつ、互いに並列に液冷媒連絡管13及びガス冷媒連絡管14に接続されている。
また、以下では、説明を簡単にするため、ヒートポンプシステム1内には2台の利用ユニット4a,4bが設置されている場合について説明するが、利用ユニット4a,4bの設置台数は2台以上であればよく、設置台数は2台に限定されない。同様に、貯湯ユニット8a,8b及び水利用冷暖房ユニット9a,9bの設置台数は、それぞれ2台以上であればよく、設置台数は2台に限定されない。
−熱源ユニット2−
熱源ユニット2は、屋外に設置されている。熱源ユニット2は、液冷媒連絡管13及びガス冷媒連絡管14を介して各利用ユニット4a,4b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、熱源側圧縮機21と、油分離機構22と、熱源側切換機構23と、熱源側熱交換器24と、熱源側膨張弁25と、吸入戻し管26と、過冷却器27と、熱源側アキュムレータ28と、液側閉鎖弁29と、ガス側閉鎖弁30とを有している。
熱源側圧縮機21は、熱源側冷媒を圧縮するための機構であって、容量可変型の圧縮機である。具体的には、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熱源側圧縮モータ21aによって駆動される密閉式圧縮機である。この熱源側圧縮機21のケーシング内には、圧縮要素において圧縮された後の熱源側冷媒が充満する高圧空間(図示せず)が形成されており、この高圧空間には、冷凍機油が溜められている。熱源側圧縮機モータ21aは、インバータ装置(図示せず)によって、当該モータ21aの回転数(即ち、運転周波数)を可変でき、これにより熱源側圧縮機21の容量制御が可能になっている。
油分離機構22は、熱源側圧縮機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熱源側圧縮機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、熱源側圧縮機21の熱源側吐出管21bに設けられた油分離器22aと、油分離器22a及び熱源側圧縮機21の熱源側吸入管21cを接続する油戻し管22bとを有している。油分離器22aは、熱源側圧縮機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いる。油戻し管22bは、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、熱源側圧縮機21の熱源側圧縮機21の熱源側吸入管21cに戻す冷媒管である。
熱源側切換機構23は、熱源側熱交換器24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24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。熱源側切換機構23は、熱源側吐出管21bと、熱源側吸入管21cと、熱源側熱交換器24のガス側に接続された第1熱源側ガス冷媒管23aと、ガス側閉鎖弁30に接続された第2熱源側ガス冷媒管23bとに接続されている。そして、熱源側切換機構23は、熱源側吐出管21bと第1熱源側ガス冷媒管23aとを連通させると共に、第2熱源側ガス冷媒管23bと熱源側吸入管21cとを連通(熱源側放熱状態に対応、図1の熱源側切換機構23の実線を参照)させたり、熱源側吐出管21bと第2熱源側ガス冷媒管23bとを連通させると共に、第1熱源側ガス冷媒管23aと熱源側吸入管21cとを連通(熱源側蒸発運転状態に対応。図1の熱源側切換機構23の破線を参照)させたりする切り換えを行うことができる。
尚、熱源側切換機構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る等によって、上述と同様の熱源側冷媒の流れ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24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または蒸発器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器24の液側には、熱源側液冷媒管24aが接続されており、当該熱交換器24のガス側には、第1熱源側ガス冷媒管23aが接続されている。この熱源側熱交換器24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32aによって駆動される熱源側ファン32によって供給されるようになっている。
熱源側膨張弁25は、熱源側熱交換器24を流れる熱源側冷媒の減圧などを行う電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管24aに設けられている。
吸入戻し管26は、熱源側液冷媒管24aを流れる熱源側冷媒の一部を分岐して熱源側圧縮機21の吸入に戻す冷媒管である。ここでは、吸入戻し管26の一端は、熱源側液冷媒管24aに接続されており、当該管26の他端は、熱源側吸入管21cに接続されている。そして、吸入戻し管26には、開度制御が可能な吸入戻し膨張弁26aが設けられている。尚、吸入戻し膨張弁26aは、電動膨張弁で構成されている。
過冷却器27は、熱源側液冷媒管24aを流れる熱源側冷媒と吸入戻し管26を流れる熱源側冷媒(より具体的には、吸入戻し膨張弁26aによって減圧された後の冷媒)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28は、熱源側吸入管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熱源側吸入管21cから熱源側圧縮機21に吸入される前に一次的に溜めるための容器である。
液側閉鎖弁29は、熱源側液冷媒管24a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30は、第2熱源側ガス冷媒管23b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、熱源側吸入圧力センサ33、熱源側吐出圧力センサ34、熱源側熱交温度センサ35、外気温度センサ36が設けられている。熱源側吸入圧力センサ33は、熱源側圧縮機21の吸入における熱源側冷媒の圧力である熱源側吸入圧力Psを検出する。熱源側吐出圧力センサ34は、熱源側圧縮機21の吐出における熱源側冷媒の圧力である熱源側吐出圧力Pdを検出する。熱源側熱交温度センサ35は、熱源側熱交換器24の液側における熱源側冷媒の温度である熱源側熱交換器温度Thxを検出する。外気温度センサ36は、外気温度Toを検出する。
−液冷媒連絡管−
液冷媒連絡管13は、液側閉鎖弁29を介して熱源側液冷媒管24aに接続されている。液冷媒連絡管13は、熱源側切換機構23が熱源側放熱運転状態である場合において、熱源側冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器24の出口から熱源ユニット2の外部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、熱源側切換機構23が熱源側蒸発運転状態である場合において、熱源ユニット2の外部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24の入口に熱源側冷媒を導入することが可能な冷媒管である。
−ガス冷媒連絡管−
ガス冷媒連絡管14は、ガス側閉鎖弁30を介して第2熱源側ガス冷媒管23bに接続されている。ガス冷媒連絡管14は、熱源側切換機構23が熱源側放熱運転状態である場合において、熱源ユニット2の外部から熱源側圧縮機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、熱源側切換機構23が熱源側蒸発運転状態である場合において、熱源側圧縮機21の吐出から熱源ユニット2の外部に熱源側冷媒を導出することが可能な冷媒管である。
−利用ユニット−
利用ユニット4a,4bは、それぞれ屋内に設置されている。利用ユニット4a,4bは、液冷媒連絡管13及びガス冷媒連絡管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。また、各利用ユニット4a,4bは、水媒体連絡管15a,16a,15b,16bを介して各貯湯ユニット8a,8b及び各水利用冷暖房ユニット9a,9bに接続されており、各水媒体回路80a,80bの一部を構成している。
利用ユニット4a,4bは、暖房運転時及び給湯運転時には、水媒体を加熱する水媒体加熱運転を行うことができ、冷房運転時には、水媒体を冷却する水媒体冷却運転を行うことができる。利用ユニット4a,4bは、主として、利用側熱交換器41a,41bと、利用側流量調節弁42a,42b(流量調節弁に相当)と、循環ポンプ43a,43bとを有している。
利用側熱交換器41a,41bは、熱源側冷媒と水媒体との熱交換を行う。具体的には、利用側熱交換器41a,41bは、暖房運転時及び給湯運転時には、熱源側冷媒の放熱器として機能することで、水媒体を加熱することができる(即ち、水媒体加熱運転)。逆に、利用側熱交換器41a,41bは、冷房運転時には、熱源側冷媒の蒸発器として機能することで、水媒体を冷却することができる(即ち、水媒体冷却運転)。利用側熱交換器41a,41bのうち、熱源側冷媒が流れる流路の液側には、利用側冷媒管45a,45bが接続されており、熱源側冷媒が流れる流路のガス側には、利用側冷媒管46a,46bが接続されている。また、利用側熱交換器41a,41bのうち、水媒体が流れる流路の入口側には、利用側水入口管47a,47bが接続されており、水媒体が流れる流路の出口側には、利用側水出口管48a,48bが接続されている。利用側冷媒管45a,45bには、液冷媒連絡管13が接続されており、利用側冷媒管46a,46bには、ガス冷媒連絡管14が接続されている。利用側水入口管47a,47bには、水媒体連絡管15a,15bが接続されており、利用側水出口管48a,48bには、水媒体連絡管16a,16bが接続されている。
利用側流量調節弁42a,42bは、該調節弁42a,42b自身の開度調整が行われることで、利用側熱交換器41a,41b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る。利用側流量調節弁42a,42bは、利用側冷媒管45a,45bに接続されている。
循環ポンプ43a,43bは、水媒体の昇圧を行う機構であって、利用側水出口管48a,48bに設けられている。具体的には、循環ポンプ43a,43bとしては、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,44bによって駆動されるポンプが採用されている。循環ポンプモータ44a,44bは、インバータ装置(図示せず)によってその回転数(即ち、運動周波数)を個々に異なる回転数に可変でき、これにより循環ポンプ43a,43bの容量制御が可能になっている。
また、利用ユニット4a,4b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、利用側熱交換温度センサ50a,50b、水媒体入口温度センサ51a,51b及び水媒体出口温度センサ52a,52bが設けられている。利用側熱交換温度センサ50a,50bは、各利用側熱交換器41a,41bの液側における熱源側冷媒の温度である利用側冷媒温度Tsc1a,Tsc1bを検出する。水媒体入口温度センサ51a,51bは、各利用側熱交換器41a,41bの入口における水媒体の温度である水媒体入口温度Twra,Twrbを検出する。水媒体出口温度センサ52a,52bは、各利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度である水媒体出口温度Twla,Twlbを検出する。
−貯湯ユニット−
貯湯ユニット8a,8bは、利用ユニット4a,4bから供給される水媒体を使用する水媒体機器であって、それぞれ屋内に設置されている。貯湯ユニット8a,8bは、水媒体連絡管15a,16a,15b,16bを介して各利用ユニット4a,4bと接続されており、各水媒体回路80a,80bの一部を構成している。
貯湯ユニット8a,8bは、主として、貯湯タンク81a,81bと、熱交換コイル82a,82bとを有している。
貯湯タンク81a,81bは、給湯に供される水媒体としての水を溜める容器である。貯湯タンク81a,81b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83a,83bが接続されており、下部には、給湯管83a,83bによって消費された水媒体の補充を行うための給水管84a,84bが接続されている。
熱交換コイル82a,82bは、貯湯タンク81a,81b内に設けられている。熱交換コイル82a,82bは、水媒体回路80a,80bを循環する水媒体と貯湯タンク81a,81b内の水媒体との熱交換を行うことで貯湯タンク81a,81b内の水媒体の加熱器として機能する熱交換器である。熱交換コイル82a,82bの入口には、水媒体連絡管16a,16bが接続され、熱交換コイル82a,82bの出口には、水媒体連絡管15a,15bが接続されている。
これにより、貯湯ユニット8a,8bは、給湯運転時及び暖房運転時には、利用ユニット4a,4bにおいて加熱された水媒体回路80a,80bを循環する水媒体によって、貯湯タンク81a,81b内の水媒体を加熱して温水として溜めることが可能となっている。尚、ここでは、貯湯ユニット8a,8bとして、利用ユニット4a,4b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,4b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が採用されもよい。
また、貯湯ユニット8a,8bには、各種センサが設けられている。具体的に、貯湯ユニット8a,8bには、貯湯タンク81a,81bに溜められる水媒体の温度である貯湯温度Twha,Twhbを検出するための貯湯温度センサ85a,85bが設けられている。
−水利用冷暖房ユニット−
水利用冷暖房ユニット9a,9bは、利用ユニット4a,4bから供給される水媒体を使用する水媒体機器であって、それぞれ屋内に設置されている。水利用冷暖房ユニット9a,9bは、水媒体連絡管15a,15b,16a,16bを介して各利用ユニット4a,4bに接続されており、各水媒体回路80a,80bの一部を構成している。
水利用冷暖房ユニット9a,9bは、水媒体回路80a,80b内を循環する水媒体を利用して、冷房運転及び暖房運転を行うことができるユニットである。このような水利用冷暖房ユニット9a,9bは、主として、熱交換パネル91a,91bを有しており、コンベクターや床冷暖房パネル等を構成している。
熱交換パネル91a,91bは、コンベクターの場合には、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91a,91bは、水媒体回路80a,80bを循環する水媒体の放熱器または吸熱器として機能する熱交換器である。熱交換パネル91a,91bの入口には、水媒体連絡管16a,16bが接続されており、各熱交換パネル91a,91bの出口には、水媒体連絡管15a,15bが接続されている。
−水媒体連絡管−
水媒体連絡管15a,15bは、それぞれ各貯湯ユニット8a,8bの熱交換コイル82a,82bの出口及び各水利用冷暖房ユニット9a,9bの熱交換パネル91a,91bの出口に接続されている。水媒体連絡管16a,16bは、それぞれ各貯湯ユニット8a,8bの熱交換コイル82a,82bの入口及び各水利用冷暖房ユニット9a,9bの熱交換パネル91a,91b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80a,80bを循環する水媒体を貯湯ユニット8a,8b及び水利用冷暖房ユニット9a,9bの両方、又は、貯湯ユニット8a,8b及び水利用冷暖房ユニット9a,9bのいずれか一方に水媒体を供給するかの切り換えを行うことが可能な水媒体側切換機構161a,161bが設けられている。この水媒体側切換機構161a,161bは、三方弁で構成される。
−熱源側通信部−
熱源側通信部11は、熱源側制御部12に電気的に接続されており、熱源ユニット2内に設けられている。熱源側通信部11は、各利用側制御部19a,19bと共に利用ユニット4a,4b内に設けられている利用側通信部18a,18b(後述)と電気的に接続されている。熱源側通信部11は、ヒートポンプシステム1の運転状態及び制御に関する各種情報や各種データを、利用側通信部18a,18bから受信したり、利用側通信部18a,18bに送信したりすることができる。
特に、熱源側通信部11は、各利用ユニット4a,4bにおける利用側制御部19a,19bそれぞれによって演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを、各利用側通信部18a,18bから受信する。
ここで、上記第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとは、各利用ユニット4a,4bが冷房運転(即ち、水媒体冷却運転)を行っている場合において、各利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなるための蒸発温度Teである。例えば、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の設定温度Tsa,Tsb、即ち、水利用冷暖房ユニット9a,9bにおいて利用を所望されている冷水の温度が、利用ユニット4aにおいては“7℃”、利用ユニット4bにおいては“5℃”と設定されているとする。この場合、利用側熱交換器41a,41bそれぞれの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが対応する設定温度Tsa,Tsb(具体的には、7℃や5℃)となるためには、各利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒の蒸発温度Teが何度である必要があるかを示すデータが、上述した各利用ユニット4a,4bの“第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2b”として、熱源側通信部11により受信される。
尚、当該第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの受信動作については、熱源側通信部11は、どのようなタイミングで該第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを受信してもよい。例えば、熱源側通信部11は、設定温度Tsa,Tsbが変更されたことによって第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算が再度行われた場合に、該当する利用ユニット4a,4bから新たに演算した後の第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを受信してもよい。また、熱源側通信部11は、例えば1時間毎等のように、決められた時間毎にヒートポンプシステム1内の利用ユニット4a,4b全てから第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを受信してもよい。
また、熱源側通信部11は、利用側制御部19a,19bによって決定された第1目標蒸発温度Tte1を、各利用側通信部18a,18bに送信する。尚、第1目標蒸発温度Tte1については、以下に記載する“−熱源側制御部−”において説明する。
−熱源側制御部−
熱源側制御部12は、CPU及びメモリからなるマイクロコンピュータで構成されており、熱源ユニット2内に設けられている。熱源側制御部12は、図2に示すように、熱源ユニット2が有する熱源側圧縮機モータ21a、熱源側切換機構23、熱源側膨張弁25及び各種センサ33〜36と接続されている。熱源側制御部12は、各種センサ33〜36による検出結果等に基づいて、熱源側圧縮機モータ21aの回転数制御、熱源側切換機構23の状態切換制御、及び熱源側膨張弁25の開度制御等を行う。
特に、本実施形態に係る熱源側制御部12は、第1目標蒸発温度Tte1の決定、及び該第1目標蒸発温度Tte1に基づく熱源側圧縮機21の運転容量制御を行う。このような制御を行うため、熱源側制御部12は、主として、第1目標蒸発温度決定部12a(温度決定部の一部に相当)、及び運転容量制御部12bとして機能する。
−第1目標蒸発温度決定部−
第1目標蒸発温度決定部12aは、各利用ユニット4a,4bの利用側制御部19a,19bそれぞれによって演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの中から最小値を抽出し、これを第1目標蒸発温度Tte1として決定する。即ち、第1目標蒸発温度決定部12aは、各利用ユニット4a,4bの設定温度Tsa,Tsbに基づいて決定された複数の第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bのうち、一番低い第2目標蒸発温度を、第1目標蒸発温度Tte1と決定する。
−運転容量制御部−
運転容量制御部12bは、各利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒の蒸発温度Teが第1目標蒸発温度Tte1となるように、熱源側圧縮機モータ21aの回転数(即ち、運転周波数)を制御することで、熱源側圧縮機21の運転容量を制御する。即ち、運転容量制御部12bは、各利用ユニット4a,4bにおける冷水の設定温度Tsa,Tsbが利用ユニット4a,4b毎に異なるシステム1において、その設定温度Tsa,Tsbの水媒体を水利用冷暖房ユニット9a,9bに出力するために該システム1内の全ての利用側熱交換器41a,41bにて必要とされる蒸発温度Te(即ち、第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2b)のうち、一番低い第2目標蒸発温度(即ち、第1目標蒸発温度Tte1)に基づいて熱源側圧縮機21の運転容量を制御する。
−利用側通信部−
利用側通信部18a,18bは、それぞれ各利用側制御部19a,19bに電気的に接続されており、利用ユニット4a,4b内に設けられている。利用側通信部18a,18bは、熱源側制御部12と共に熱源ユニット2内に設けられている熱源側通信部11と電気的に接続されている。利用側通信部18a,18bは、ヒートポンプシステム1の運転状態及び制御に関する各種情報や各種データを、熱源側通信部11から受信したり、熱源側通信部11に送信したりすることができる。
特に、各利用側通信部18a,18bは、利用側制御部19a,19bそれぞれが演算した第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを、熱源側通信部11に送信する。また、利用側通信部18a,18bは、第1目標蒸発温度決定部12aとして機能する熱源側制御部12によって決定された第1目標蒸発温度Tte1を、熱源側通信部11から受信する。
尚、第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの送信動作については、利用側通信部18a,18bは、利用側制御部19a,19bが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算を再度行った場合に送信してもよいし、例えば1時間毎等のように、決められた時間毎に第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを送信してもよい。
−利用側制御部−
利用側制御部19a,19bは、CPU及びメモリからなるマイクロコンピュータで構成されており、各利用ユニット4a,4b内に設けられている。各利用側制御部19a,19bは、図3に示すように、利用側流量調節弁42a,42b、循環ポンプモータ44a,44b、及び各種センサ50a,51a,52a,50b,51b,52bと接続されている。各利用側制御部19a,19bは、各種センサ50a,51a,52a、50b,51b,52bによる検出結果や、熱源側通信部11から送られてくるヒートポンプシステム1の運転状態及び制御に関する各種情報等に基づいて、接続された各種機器の制御を行う。具体的には、利用側制御部19a,19bは、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御による熱源側冷媒の冷媒流量制御、及び循環ポンプモータ44a,44bの回転数制御による循環ポンプ43a,43bの流量制御を行う。
特に、本実施形態に係る各利用側制御部19a,19bは、利用ユニット4a,4bが冷房運転(即ち、水媒体冷却運転)をしている場合において、第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算、該第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2b及び水媒体の設定温度Tsa,Tsb等に基づく利用側流量調節弁42a,42bの開度制御及び循環ポンプ43a,43bの容量制御を行う。このような制御を行うため、利用側制御部19a,19bは、主として、第2目標蒸発温度演算部191a,191b(温度決定部の一部に相当)、開度制御部192a,192b、及びポンプ容量制御部193a,193bとして機能する。
尚、図3では、利用ユニット4aに係る利用側制御部19a及びその周辺機器と、利用ユニット4bに係る利用側制御部19b及びその周辺機器とが区別可能なように、利用側制御部19bとその周辺機器等についての符号を括弧付きで付している。
−第2目標蒸発温度演算部−
第2目標蒸発温度演算部191a,191bは、利用ユニット4a,4bそれぞれが冷房運転、即ち水媒体冷却運転をしている場合、各利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなるための蒸発温度Te(即ち、第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2b)を演算する。具体的に、各第2目標蒸発温度演算部191a,191bは、自身の利用ユニット4a,4bの設定温度Tsa,Tsb及び熱源側冷媒の各種情報(例えば冷媒の種類、特性等)に基づいて、利用側熱交換器41a,41bから水利用冷暖房ユニット9a,9bに供給する水媒体(即ち、冷水)の温度が自身の利用ユニット4a,4bの設定温度Tsa,Tsbとなるために必要な蒸発温度Teを演算し、これを第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとする。
−開度制御部−
上述したように、本実施形態に係る熱源ユニット2は、接続された複数台の利用ユニット4a,4bそれぞれの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bにおける最小値(即ち、第1目標蒸発温度Tte1)にあわせるようにして、熱源側圧縮機21の運転容量制御がなされる。しかし、この場合、例えば利用ユニット4aにて演算された第2目標蒸発温度Tte2aよりも他の利用ユニット4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2bの方が低いために、利用ユニット4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2bが第1目標蒸発温度Tte1として決定された場合、利用ユニット4a内には、自身の演算した第2目標蒸発温度Tte2aよりも低い第1目標蒸発温度Tte1(即ち、利用ユニット4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2b)に基づいて制御された状態の冷媒が流れることとなる。すると、利用ユニット4aにおける利用側熱交換器41aの実際の蒸発温度Teは、自身の利用ユニット4aにて演算された第2目標蒸発温度Tte2aよりも低くなってしまい(例えば、実際の蒸発温度Teは、第1目標蒸発温度Tte1となる)、この結果、利用側熱交換器41aの出口における水媒体の温度Twlaが利用ユニット4aにおける水媒体の設定温度Tsa以下となってしまう恐れがある。
そこで、各開度制御部192a,192bは、現在の蒸発温度Teが、自身の利用ユニット4a,4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが自身の利用ユニット4a,4bにおける所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、自身の利用ユニット4a,4bにおける利用側流量調節弁42a,42bの開度を可変させる。具体的には、各開度調節部192a,192bは、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側流量調節弁42a,42bの開度を小さくする制御を行うことで、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなるようにする。即ち、開度制御部192a,192bは、利用側熱交換器41a,41b内を流れる冷媒の流量を絞ることで、利用側熱交換器41a,41bにおける熱源側冷媒と水媒体との熱交換能力を下げ、利用側熱交換器41a,41bの出口から出力される水媒体の温度を上昇させる。例えば、冷房運転(即ち、水媒体冷却運転)時に蒸発器として機能する利用側熱交換器41a,41bに対し、蒸発器出口過熱度一定制御が行われている場合には、その利用ユニット4a,4b内の開度制御部192a,192bは、自身の利用ユニット4a,4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを高めにシフトさせる。この制御により、各利用ユニット4a,4bから水利用冷暖房ユニット9a,9bへは、最適な温度の水媒体が供給されるようになる。
−ポンプ容量制御部−
各ポンプ容量制御部193a,193bは、自身の利用ユニット4a,4bの利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbと入口における水媒体の温度Twra,Twrbとの差である出入口温度差ΔTwa,ΔTwbが所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbとなるように、循環ポンプ43a,43bの運転容量を制御する。具体的には、各ポンプ容量制御部193a,193bは、水媒体入口温度センサ51a,51bの検出結果と水媒体出口温度センサ52a,52bの検出結果との差を出入口温度差ΔTwa,ΔTwbとして求め(ΔTwa=Twra−Twla、ΔTwb=Twrb−Twlb)、求めた出入口温度差ΔTwa,Twbが所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbとなるように各循環ポンプモータ44a,44bの回転数(即ち、運転周波数)を制御することで、各循環ポンプ43a,43bの運転容量を制御し、水媒体回路80a,80b内の流量を調節する。例えば、出入口温度差ΔTwa,ΔTwbが所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbより大きい場合には、ポンプ容量制御部193a,193bは、水媒体回路80a,80bを循環する水媒体の流量が少ないと判断し、循環ポンプモータ44a,44bの回転数(即ち、運転周波数)を大きくすることで、循環ポンプ43a,43bの運転容量を大きくする。逆に、出入口温度差ΔTwa,ΔTwbが所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbより小さい場合には、ポンプ容量制御部193a,193bは、水媒体回路80a,80bを循環する水媒体の流量が多いと判断し、循環ポンプモータ44a,44bの回転数(即ち、運転周波数)を小さくすることで、循環ポンプ43a,43bの運転容量を小さくする。
ここで、所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbは、例えば水媒体の設定温度Tsa,Tsbや循環ポンプ43a,43bの能力、熱源側冷媒の各種情報(例えば冷媒の種類、特性等)等に基づいて、机上計算やシミュレーション、実験等によって、適宜設定される。
そして、各ポンプ容量制御部193a,193bは、自身の利用ユニット4a,4bが冷房運転(即ち、水媒体冷却運転)をしている場合において、現在の蒸発温度Teが自身の利用ユニット4a,4bにて演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが自身の利用ユニット4a,4bにおける所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、自身の利用ユニット4a,4bにおける循環ポンプ43a,43bの運転容量を可変させる制御を行う。具体的には、各ポンプ容量制御部193a,193bは、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側熱交換器41a,41bの入口における水媒体の温度(具体的には、水媒体入口温度センサ51a,51bの検出結果)が所定の設定温度Tsa,Tsbから所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbを減算した値となるように(Twra=Tsa−ΔTwsa,Twrb=Tsb−ΔTwsb)、循環ポンプ43a,43bの運転容量制御を行う。ここでは、循環ポンプ43a,43bの運転容量は、小さくなる方向に制御される。
特に、本実施形態においては、上記循環ポンプ43a,43bの運転容量制御は、既に述べた開度制御部192a,192bによる利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われた後であって、かつ蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低いために(Te<Tte2a,Tte2b)、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低くなっている場合に行われる(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)。即ち、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御によって熱源側冷媒の流量が絞られても、なおも利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが自身の利用ユニット4a,4bにおける水媒体の設定温度Tsa,Tsb以下となってしまっている状態が解消されていない場合に、循環ポンプ43a,43bの運転容量を可変させることで、水媒体回路80a,80b内の水媒体の循環量を制御する。これは、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御では、水媒体の温度を上昇させるには限界があるため、これを補うために循環ポンプ43a,43bの運転容量制御が行われるのである。また、過熱度が大きくなりすぎると、蒸発器として機能する利用側熱交換器41a,41b内に冷凍機油が溜まりこんでしまい、熱源ユニット2側に戻らなくなってしまう現象が生じる恐れもある。そのため、本実施形態に係るヒートポンプシステム1では、該システム1の信頼性を確保するためにも、循環ポンプ43a,43bの運転容量制御が行われる。また、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御によって熱源側冷媒の流量が絞られると、利用側熱交換器41a,41bにおいて水媒体側の出入口温度差ΔTwa,Twbがつくため、循環ポンプ43a,43bの能力を小さくする制御が可能となる。
<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の運転種類としては、給湯運転、暖房運転及び冷房運転が上げられる。
−給湯運転及び暖房運転−
給湯運転及び暖房運転のいずれの場合にも、熱源側冷媒回路20においては、熱源側切換機構23が熱源側蒸発運転状態(図1の熱源側切換機構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26aが閉止された状態となる。尚、熱源側熱交換器24は、蒸発器として機能し、各利用側熱交換器41a,41bは、放熱器として機能する。
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定圧の熱源側冷媒は、熱源側吸入管21cを通じて、熱源側圧縮機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、熱源側吐出管21bに吐出される。熱源側吐出管21bに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器22aにおいて冷凍器油が分離される。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、熱源側吸入管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、熱源側切換機構23、第2熱源側ガス冷媒管23b及びガス側閉鎖弁30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、各利用ユニット4a,4bに送られる。各利用ユニット4a,4bに送られた高圧の熱源側冷媒は、各利用側冷媒管46a,45bを介して各利用側熱交換器41a,41bに送られる。各利用側熱交換器41a,41bに送られた高圧の熱源側冷媒は、各利用側熱交換器41a,41bにおいて、水媒体回路80a,80bそれぞれを循環する水媒体と熱交換を行って放熱する。各利用側熱交換器41a,41bにおいて放熱した高圧の熱源側冷媒は、利用側流量調節弁42a,42b及び利用側冷媒管45a,45bそれぞれを通じて、各利用ユニット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29を通じて、過冷却器27に送られる。過冷却器27に送られた熱源側冷媒は、吸入戻し管26に熱源側冷媒が流れていないため(即ち、吸入戻し膨張弁26aが閉じられている)、過冷却器27においては熱交換を行うことなく、熱源側膨張弁25に送られる。熱源側膨張弁25に送られた熱源側冷媒は、熱源側膨張弁25において減圧されて、定圧の気液二相状態になり、熱源側液冷媒管24aを通じて、熱源側熱交換器24に送られる。熱源側熱交換器24に送られた低圧の冷媒は、熱源側熱交換器24において、熱源側ファン32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24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23a及び熱源側切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ28に送られる。熱源側アキュムレータ28に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側吸入管21cを通じて、再び、熱源側圧縮機21に吸入される。
また、給湯運転及び暖房運転のいずれの場合も、各水媒体回路80a,80bにおいては、水媒体加熱運転が行われる。即ち、各利用側熱交換器41a,41bにおける熱源側冷媒の放熱によって、水媒体回路80a,80bそれぞれを循環する水媒体が加熱される。各利用側熱交換器41a,41bにおいて加熱された水媒体(即ち、温水)は、利用側水出口管48a,48bそれぞれを介して各循環ポンプ43a,43bに吸入され昇圧される。
ここで、給湯運転の場合、各水媒体切換機構161a,161bは、水利用冷暖房ユニット9a,9bへは水媒体を供給せず、各貯湯ユニット8a,8b側のみに水媒体を供給する状態に切り換えられる。従って、給湯運転の場合、各循環ポンプ43a,43bによって昇圧された水媒体(即ち、温水)は、各利用ユニット4a,4bから水媒体連絡管16a,16bそれぞれを介して各貯湯ユニット8a,8bに送られる。各貯湯ユニット8a,8bに送られた水媒体は、各熱交換コイル82a,82bにおいて貯湯タンク81a,81b内の水媒体と熱交換を行って放熱する。これにより、各貯湯タンク81a,81b内の水媒体は加熱される。
また、暖房運転の場合、各水媒体切換機構161a,161bは、各貯湯ユニット8a,8b側及び各水利用冷暖房ユニット9a,9b、又は各水利用冷暖房ユニット9a,9bのみに水媒体を供給する状態に切り換えられる。従って、暖房運転の場合、各循環ポンプ43a,43bによって昇圧された水媒体(即ち、温水)は、各利用ユニット4a,4bから水媒体連絡管16a,16bそれぞれを介して各貯湯ユニット8a,8b及び各水利用冷暖房ユニット9a,9b、又は各水利用冷暖房ユニット9a,9bのみに送られる。各貯湯ユニット8a,8bに送られた水媒体(即ち、温水)は、各熱交換コイル82a,82bにおいて貯湯タンク81a,81b内の水媒体と熱交換を行って放熱する。これにより、各貯湯タンク81a,81b内の水媒体は加熱される。また、各水利用冷暖房ユニット9a,9bに送られた水媒体は、熱交換パネル91a,91bそれぞれにおいて放熱する。これにより、室内の壁際等や室内の床が加熱されるようになる。
−冷房運転−
この場合、熱源側冷媒回路20においては、熱源側切換機構23が熱源側放熱運転状態(図1の熱源側切換機構23の実線で示された状態)に切り換えられ、吸入戻し膨張弁26aは開放された状態となる。尚、熱源側熱交換器24は、放熱器として機能し、各利用側熱交換器41a,41bは、蒸発器として機能する。
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、熱源側吸入管21cを通じて、熱源側圧縮機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、熱源側吐出管21bに吐出される。熱源側吐出管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、熱源側吸入管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、熱源側切換機構23及び第1熱源側ガス冷媒管23aを通じて、熱源側熱交換器24に送られる。熱源側熱交換器24に送られた高圧の熱源側冷媒は、熱源側熱交換器24において、熱源側ファン32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。熱源側熱交換器において放熱した高圧の熱源側冷媒は、熱源側膨張弁25を通じて、過冷却器27に送られる。過冷却器27に送られた熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管24aから吸入戻し管26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26を流れる熱源側冷媒は、熱源側吸入管21cに戻される。過冷却器27において冷却された熱源側冷媒は、熱源側液冷媒管24a及び液側閉鎖弁29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。
熱源ユニット2から液冷媒連絡管13に送られた高圧の熱源側冷媒は、各利用ユニット4a,4bに送られる。各利用ユニット4a,4bに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側冷媒管45a,45bそれぞれを介して各利用側流量調節弁42a,42bに送られる。各利用側流量調節弁42a,42bにて、高圧の熱源側冷媒は減圧され、低圧の気液二相状態になり、各利用側熱交換器41a,41bに送られる。各利用側熱交換器41a,41bに送られた低圧の熱源側冷媒は、水媒体回路80a,80bそれぞれを循環する水媒体と熱交換を行って蒸発する。各利用側熱交換器41a,41bにおいて蒸発した低圧の熱源側冷媒は、利用側冷媒管46a,46bそれぞれを通じてガス冷媒連絡管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、ガス側閉鎖弁30、第2熱源側ガス冷媒管23b及び熱源側切換機構23を通じて、熱源側アキュムレータ28に送られる。熱源側アキュムレータ28に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側吸入管21cを通じて、再び、熱源側圧縮機21に吸入される。
また、各水媒体回路80a,80bにおいては、水媒体冷却運転が行われる。即ち、各利用側熱交換器41a,41bにおける熱源側冷媒の蒸発によって、水媒体回路80a,80bそれぞれを循環する水媒体が冷却される。各利用側熱交換器41a,41bにおいて冷却された水媒体(即ち、冷水)は、利用側水出口管48a,48bそれぞれを介して各循環ポンプ43a,43bに吸入され昇圧される。
ここで、冷房運転の場合、各水媒体切換機構161a,161bは、各貯湯ユニット8a,8b側へは水媒体を供給せず、各水利用冷暖房ユニット9a,9b側のみに水媒体を供給する状態に切り換えられる。従って、冷房運転の場合、各循環ポンプ43a,43bによって昇圧された水媒体(即ち、冷水)は、各利用ユニット4a,4bから水媒体連絡管16a,16bそれぞれを介して各水利用冷暖房ユニット9a,9bに送られる。各水利用冷暖房ユニット9a,9bに送られた水媒体(即ち、冷水)は、熱交換パネル91a,91bそれぞれにおいて吸熱する。これにより、室内の壁際等や室内の床が冷却されるようになる。
−ヒートポンプシステム1の全体的な動作の流れ−
図4及び図5は、本実施形態に係るヒートポンプシステム1が冷房運転を行っている場合における、該システム1の全体的な動作の流れを示すフロー図である。尚、以下では、利用側流量調節弁42a,42bの開度は、はじめから“開”の状態であり、循環ポンプ43a,43bは、運転容量が所定容量となるように、運転容量制御が行われているものとする。
ステップS1〜S3:各利用ユニット4a,4bにおける水媒体の設定温度Tsa,Tsbが、リモートコントローラ(図示せず)等を介してユーザ等により入力されたとする(S1)。この場合、各利用ユニット4a,4bにおいて第2目標蒸発温度演算部191a,191bとして機能する利用側制御部19a,19bは、自身の利用ユニット4a,4bにおける第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを演算する。つまり、利用側制御部19a,19bは、各利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度が所定の設定温度Tsa,Tsbとなるための蒸発温度Teを演算し、これを第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとする(S2)。そして、各利用ユニット4a,4bの利用側通信部18a,18bは、演算結果である第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを熱源ユニット2側に送信し(S4)、熱源ユニット2の熱源側通信部11は、これを受信する(S3)。
ステップS4〜S5:熱源ユニット2において、第1目標蒸発温度決定部12aとして機能する熱源側制御部12は、各利用ユニット4a,4bによって演算された第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの中の最小値を第1目標蒸発温度Tte1として決定する(S4)。熱源側通信部11は、決定された第1目標蒸発温度Tte1を各利用ユニット4a,4bに送信し(S4)、各利用ユニット4a,4bの利用側通信部18a,18bは、これを受信する(S5)。
ステップS6:熱源ユニット2において、運転容量制御部12bとして機能する熱源側制御部12は、各利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒の蒸発温度TeがステップS4にて決定した第1目標蒸発温度Tte1となるように、熱源側圧縮機21の運転容量を制御する。
ステップS7〜S9:ステップS6に係る制御が行われてから所定時間が経過した後(例えば10分等)、各利用ユニット4a,4bにおいて、開度制御部192a,192bとして機能する利用側制御部19a,19bは、蒸発温度Teと第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとを比較すると共に、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbと自身の利用ユニット4a,4bにおける設定温度Tsa,Tsbとを比較する。蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(S7のYes、Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(S8のYes、Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側制御部19a,19bは、利用側流量調節弁42a,42bの開度を小さくする制御を行うことで、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなるように制御する(S9)。
尚、ステップS7において、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも同じかそれより高い場合(S7のNo、Te≧Tte2a,Tte2b)、及びステップS8において、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbと同じかそれより高い場合(S8のNo、Twla≧Tsa,Twlb≧Tsb)、熱源ユニット2及び該当する利用ユニット4a,4bについては、現在行われている制御が継続して行われる。
特に、ステップS8において、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbより高い状態が数秒継続した場合には(S8のNo、Twla>Tsa,Twlb>Tsb)、ポンプ容量制御部193a,193bとして機能する利用側制御部19a、9bにより、出入口温度差ΔTwa,ΔTwbが所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbとなるように、循環ポンプ43a,43bの運転容量制御が行われるものとする。
ステップS10〜S12:ステップS9に係る制御が所定時間行われた後(例えば10分等)、各利用ユニット4a,4bにおいて、ポンプ容量制御部193a,193bとして機能する利用側制御部19a,19bは、再度蒸発温度Teと第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとを比較すると共に、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbと自身の利用ユニット4a,4bにおける設定温度Tsa,Tsbとを比較する。未だに蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(S10のYes、Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(S11のYes、Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側制御部19a,19bは、利用側熱交換器41a,41bの入口における水媒体の温度Twra,Twrbが所定の設定温度Tsa,Tsbから所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbを減算した値となるように(Twra=Tsa−ΔTwsa,Twrb=Tsb−ΔTwsb)、循環ポンプ43a,43bの運転容量制御を行う(S12)。具体的には、循環ポンプ43a,43bの運転容量は、小さくなる方向に制御される。
尚、ステップS10において、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも同じかそれより高い場合(S10のNo、Te≧Tte2a,Tte2b)、及びステップS11において、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体(即ち、冷水)の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbと同じかそれより高い場合(S11のNo、Twla≧Tsa,Twlb≧Tsb)、熱源ユニット2については現在行われている熱源側圧縮機21の運転容量制御が行われ、該当する利用ユニット4a,4bについては、現在行われているステップS9の開度制御が継続して行われる。
尚、ステップS9の制御においては、利用側制御部19a,19bによる制御対象が利用側熱交換器41a,41bの出口温度Twla,Twlbであったが、このステップS12の制御からは、利用側制御部19a,19bによる制御対象が、出口温度Twla,Twlbから入口温度Twra,Twrbへとシフトされたといえる。
<特徴>
このヒートポンプシステム1には、以下のような特徴がある。
(1)
このヒートポンプシステム1では、冷房運転が行われている際、各利用ユニット4a,4bの利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなるための第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bのうち、最小値が、第1目標蒸発温度Tte1として決定される。そして、各利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒の蒸発温度Teがこの第1目標蒸発温度Tte1となるように、熱源側圧縮機21の運転容量制御が行われる。これにより、水媒体の設定温度Tsa,Tsbが個々に異なっている複数の利用ユニット4a,4bが単一熱源に接続されたヒートポンプシステム1において、各利用ユニット4a,4bには、最適な温度の水媒体が供給されることになる。従って、全ての利用ユニット4a,4bの中で予測される水媒体の最低水温で常に運転するといった手法を用いずに、別々の温度の水が利用できるシステムを実現することができるため、不必要に低い効率となることを防ぐことができる。
尚、設定温度Tsa,Tsbの値によっては、各利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒の蒸発温度Teが第1目標蒸発温度Tte1となるように熱源側圧縮機21の運転容量制御が行われることによって、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbとなることができる。この場合、水媒体の最低水温で常に運転するといった手法を用いた場合には必要であったバイパス弁等を設けずに済むため、ヒートポンプシステム1のコストを削減することもできる。
(2)
複数台の利用ユニット4a,4bそれぞれの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bにおける最小値(即ち、第1目標蒸発温度Tte1)に基づいて熱源ユニット2の熱源側圧縮機21の運転容量制御がなされると、利用ユニット4a,4bによっては、蒸発温度Teが、対応する第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低くなり(Te<Tte2a,Tte2b)、利用側熱交換器41a,41bの水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低くなる現象が生じる恐れがある。しかし、このヒートポンプシステム1では、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側流量調節弁42a,42bの開度を可変させる制御が行われる。これにより、利用側熱交換器41a,41b内を流れる熱源側冷媒の流量を制御することができ、各利用ユニット4a,4bから出力される水媒体の温度を調節することが可能となる。
(3)
具体的に、蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bの水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側流量調節弁42a,42bの開度は絞られる。これにより、利用側熱交換器41a,41b内を流れる冷媒の流量が減少するため、利用側熱交換器41a,41bにおける冷媒と水媒体との熱交換能力は、利用側流量調節弁42a,42bの開度が絞られる前に比して低下する。よって、利用側熱交換器41a,41bにて熱交換された後の水媒体の温度は、利用側流量調節弁42a,42bの開度が絞られる前に比して上昇する。従って、各利用ユニット4a,4bから出力される水媒体の温度は、最適化される。
(4)
また、このヒートポンプシステム1では、利用ユニット4a,4bにおける蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bにおける水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、循環ポンプ43a,43bの運転容量を可変する制御が行われる。これにより、水媒体回路80a,80b内を循環する水媒体の流量を制御することができ、各利用ユニット4a,4bから出力される水媒体の温度を調節することが可能となる。
(5)
具体的に、利用ユニット4a,4bにおける蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bにおける水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側熱交換器41a,41bの水媒体の入口温度Twra,Twrbそれぞれが所定の設定温度Tsa,Tsbから所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbを減算した値となるように、循環ポンプ43a,43bの運転容量が制御される。これにより、利用側熱交換器41a,41bの水媒体の出口温度Twla,Twlbを、入口温度Twra,Twrbに所定の温度差ΔTwsa,ΔTwsbを足した温度、つまりは所定の設定温度Tsa,Tsbに制御することができる。従って、各利用ユニット4a,4bから出力される水媒体の温度は、最適化されるようになる。
(6)
特に、このヒートポンプシステム1では、利用ユニット4a,4bにおける蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Te<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bにおける水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、先ずは利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われる。そして、当該開度制御を行っても、未だ蒸発温度Teが第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低いために(Te<Tte2a,Tte2b)、利用側熱交換器41a,41bの水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbに至らなかった場合には、循環ポンプ43a,43bの運転容量の可変制御が行われる。つまり、先ずは利用側熱交換器41a,41bを流れる冷媒の流量が調節され、それでもなお水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbに至らない場合には、水媒体回路80a,80b内を循環する水媒体の流量が調節される。これにより、各利用ユニット4a,4bから出力される水媒体の温度を、確実に最適化することができる。
<本実施形態に係るヒートポンプシステム1の変形例>
(A)
上述のヒートポンプシステム1では、各利用ユニット4a,4b側にて第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bが演算され、熱源ユニット2側にて第1目標蒸発温度Tte1が演算される場合について説明した。しかし、個々の利用ユニット4a,4bの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算は、第1目標蒸発温度Tte1の演算と同様に熱源ユニット2側で行われてもよい。
この場合の、熱源側制御部12とその周辺機器の模式図を図6に示し、利用側制御部19a,19bとその周辺機器の模式図を図7に示す。この場合、図6に示すように、熱源側制御部12は、上述した図2の第1目標蒸発温度決定部12aの代わりに、個々の利用ユニット4a,4bの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算及び第1目標蒸発温度Tte1の決定を行う温度決定部12cとして機能することができる。また、図7に示すように、利用側制御部19a,19bは、図3に示した第2目標蒸発温度演算部191a,191bとしては機能せず、開度制御部192a,192b及びポンプ容量制御部193a,193bとして機能することができる。
尚、個々の利用ユニット4a,4bの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの演算が熱源ユニット2側で行われる場合、各利用ユニット4a,4bから熱源ユニット2へは、利用ユニット4a,4bの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bを演算するために必要なデータとして、各設定温度Tsa,Tsbや各利用側流量調節弁42a,42bの開度状態等といったデータが送られる。
また、図6,7において、熱源側制御部12及び利用側制御部19a,19bの接続構成等については、図2,3に係る熱源側制御部12及び利用側制御部19a,19bの接続構成等と同様である。そのため、図6,7においては、「温度決定部12c」を除く他の構成には図2,3と同一の符号を付しており、よってその詳細な説明を省略する。
(B)
上述のヒートポンプシステム1では、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御及び循環ポンプ43a,43bの容量制御において、蒸発温度Teと第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとが比較されると説明した(図4のステップS7,図5のステップS10)。
しかし、本発明に係るヒートポンプシステムでは、図8のステップS17及び図9のステップS20に示すように、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御及び循環ポンプ43a,43bの容量制御の実施条件において、第1目標蒸発温度Tte1と第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとが比較されてもよい。つまり、第1目標蒸発温度Tte1が第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低く(Tte1<Tte2a,Tte2b)、かつ利用側熱交換器41a,41bにおける水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合に(Twla<Tsa,Twlb<Tsb)、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われ、循環ポンプ43a,43bの容量制御が行われる。なぜならば、熱源側圧縮機21の運転容量は、各利用ユニット4a,4bの第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bのうち最小値に基づいて制御されるため、利用側熱交換器41a,41bにおける熱源側冷媒の蒸発温度Teは、やがて第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bと同じかまたはそれより低い第1目標蒸発温度Tte1に至るからである。従って、蒸発温度Teと第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bの比較ではなく、第1目標蒸発温度Tte1と第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bとの比較がなされてもよい。
尚、図8,9は、本変形例に係るヒートポンプシステム1の冷房運転時の全体的な動作フローを示している。図8,9では、ステップS17,S20を除く他のステップについては、図4,5と同一のステップ番号が付されている。従って、図8,9の詳細な説明については、省略している。
―蒸発器過熱度一定制御についてー
上記「開度制御部」でも少し記載したが、図4,5及び図8,9に係るヒートポンプシステム1の動作に係る利用側流量調節弁42a,42bの開度制御においては、蒸発器過熱度一定制御が行われていてもよい。具体的に、例えば図8,9のステップS17,S8において、第1目標蒸発温度Tte1が第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも低くかつ水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には(S17のYes、図8のS8のYes)、蒸発過熱度の目標値に補正値を加算し、該目標値を所定範囲内にて高めとなるようにシフトさせることによって、冷媒流量の補正制御、つまりは利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われる。また、ステップS17において、第1目標蒸発温度Tte1が第2目標蒸発温度Tte2a,Tte2bよりも高ければ(S17のNo)、蒸発過熱度の目標値はデフォルト値に戻される。また、ステップS8において、水媒体の出口温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも高くなれば(S8のNo)、蒸発過熱度の目標値から補正値を減算し、該目標値を所定範囲内にて低めにシフトさせることによって、冷媒流量の補正制御、つまりは利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われる。
(C)
上述のヒートポンプシステム1では、図4及び図5に示すように、利用側熱交換器41a,41bの出口における水媒体の温度Twla,Twlbが所定の設定温度Tsa,Tsbよりも低い場合には、先ずは利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われ、次いで循環ポンプ43a,43bの運転容量制御が行われる場合について説明した。しかし、先に循環ポンプ43a,43bの運転容量制御を行い、次いで利用側流量調節弁42a,42bの開度制御が行われてもよい。
また、利用側流量調節弁42a,42bの開度制御のみ、または循環ポンプ43a,43bの運転容量制御のみが行われてもよい。
(D)
上述では、図1に示すように、熱源側冷媒回路20及び水媒体回路80a,80bを構成する、いわゆる1元の冷媒回路を有するヒートポンプシステム1について説明した。しかし、本発明に係るヒートポンプシステムは、図10に示すような2元の冷媒回路を有するシステム構成であってもよい。
図10のヒートポンプシステム1では、熱源側冷媒回路20及び水媒体回路80a,80bに加え、利用側冷媒回路40a,40bが構成されている。利用側冷媒回路40a,40bは、それぞれ利用ユニット4a,4b内に構成されており、熱源側冷媒回路20と水媒体回路80a,80bとの間に位置している。各利用側冷媒回路40a,40bは、主として、利用側圧縮機62a,62b、利用側アキュムレータ67a,67b、利用側熱交換器41a,41b及び冷媒―水熱交換器65a,65bで構成されており、その内部には、利用側冷媒が循環している。この場合、利用側熱交換気41a,41bは、熱源側冷媒と水媒体との熱交換を行うのではなく、熱源側冷媒と利用側冷媒との熱交換を行い、冷媒―水熱交換気65a,65bは、利用側冷媒と水媒体との熱交換を行う。
図10のようなシステム構成では、給湯運転及び暖房運転時、利用側熱交換気41a,41bは、熱源側冷媒の放熱器として機能すると共に利用側冷媒の蒸発器として機能し、冷媒―水熱交換器65a,65bは、利用側冷媒の放熱器として機能する。従って、給湯運転及び暖房運転時、図1のシステムよりも、より高温の水媒体を利用ユニット4a,4bから貯湯ユニット8a,8b及び水利用冷暖房ユニット9a,9bに供給することが可能となる。
尚、図10の利用側冷媒回路40a,40bを除く他の構成は、図1の構成と同様であるため、図1と同一の符号を付している。従って、図10に係る利用側冷媒回路40a,40bを除く他の構成についての詳細な説明は、省略する。
(E)
上述のヒートポンプシステム1では、熱源ユニット2に、水媒体を利用する利用ユニット4a,4bが接続されている場合について説明した。しかし、本発明に係るヒートポンプシステムは、熱源ユニット2、水媒体を利用する複数の利用ユニット4a,4bに加え、熱源側冷媒を用いて空気を空調する空調機を更に備えていてもよい。この場合、空調機は、利用ユニット4a,4bと同様、熱源ユニット2に接続される。
(F)
上述のヒートポンプシステム1では、利用側流量調節弁42a,42b及び循環ポンプ43a,43bが、それぞれ利用ユニット4a,4b内に設けられている場合について説明した。しかし、利用側熱交換器41a,41b内を流れる冷媒の流量が調節されればよいため、該冷媒の流量を調節する流量調節弁の設置位置は、利用ユニット4a,4b内でなくてもよい。また、水媒体回路80a,80b内を流れる水媒体が循環ポンプによって循環されればよいため、容量可変型の循環ポンプの設置位置も、利用ユニット4a,4b内でなくても良い。
本発明を利用すれば、ヒートポンプサイクルを利用して水媒体を冷却することが可能なヒートポンプシステムにおいて、不必要に低い効率での運転が行われるのを防ぐことができる。
1 ヒートポンプシステム
2 熱源ユニット
4a,4b 利用ユニット
8a,8b 貯湯ユニット
9a,9b 水利用冷暖房ユニット
11 熱源側通信部
12 熱源側制御部
12a 第1目標蒸発温度決定部
12b 運転容量制御部
18a,18b 利用側通信部
19a,19b 利用側制御部
21 熱源側圧縮機
21a 熱源側圧縮機モータ
24 熱源側熱交換器
41a,41b 利用側熱交換器
42a,42b 利用側流量調節弁
43a,43b 循環ポンプ
44a,44b 循環ポンプモータ
80a,80b 水媒体回路
191a,191b 第2目標蒸発温度演算部
192a,192b 開度制御部
193a,193b ポンプ容量制御部
161a,161b 水媒体切換機構
12c 温度決定部
特開2007−163099号公報

Claims (3)

  1. 冷媒を圧縮する容量可変型の圧縮機(21)と、冷媒の放熱器として機能することが可能な熱源側熱交換器(24)とを有する熱源ユニット(2)と、
    前記熱源ユニット(2)に接続されており、冷媒の蒸発器として機能し水媒体を冷却することが可能な利用側熱交換器(41a,41b)を有する複数の利用ユニット(4a,4b)と、
    各前記利用側熱交換器(41a,41b)における冷媒の蒸発温度が第1目標蒸発温度になるように前記圧縮機(21)の運転容量制御を行う運転容量制御部(12b)と、
    運転している前記利用ユニット(4a,4b)それぞれについて前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための前記蒸発温度を第2目標蒸発温度として演算し、前記第2目標蒸発温度の最小値を前記第1目標蒸発温度として決定する温度決定部(12a,191a,191b)と、
    を備えており、
    前記利用側熱交換器(41a,41b)を流れる冷媒の流量を可変することが可能な流量調節弁(42a,42b)と、
    前記蒸発温度または前記第1目標蒸発温度が前記第2目標蒸発温度よりも低くかつ前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度が前記所定の設定温度よりも低い場合、前記流量調節弁(42a,42b)の開度を小さくする制御を行うことで、前記利用側熱交換器(41a,41b)における水媒体の出口温度が前記所定の設定温度となるようにする開度制御部(192a、192b)と、
    を更に備える、
    ヒートポンプシステム(1)。
  2. 容量可変型の循環ポンプ(43a,43b)を有しており、前記利用側熱交換器(41a,41b)において冷媒との間で熱交換を行う水媒体が循環する水媒体回路(80a,80b)と、
    前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度と前記利用側熱交換器(41a,41b)の入口における水媒体の温度との差である出入口温度差が所定の温度差となるように前記循環ポンプ(43a,43b)の運転容量を制御すると共に、前記開度制御部(192a,192b)による前記流量調節弁の開度制御が行われた後に、前記蒸発温度または前記第1目標蒸発温度が前記第2目標蒸発温度よりも低くかつ前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度が前記所定の設定温度よりも低い場合、前記利用側熱交換器(41a,41b)の入口における水媒体の温度が前記所定の設定温度から前記所定の温度差を減算した値となるように、前記循環ポンプ(43a,43b)の運転容量を下げる制御を行うポンプ容量制御部(193a,193b)と、
    を更に備える、
    請求項に記載のヒートポンプシステム(1)。
  3. 冷媒を圧縮する容量可変型の圧縮機(21)と、冷媒の放熱器として機能することが可能な熱源側熱交換器(24)とを有する熱源ユニット(2)と、
    前記熱源ユニット(2)に接続されており、冷媒の蒸発器として機能し水媒体を冷却することが可能な利用側熱交換器(41a,41b)を有する複数の利用ユニット(4a,4b)と、
    各前記利用側熱交換器(41a,41b)における冷媒の蒸発温度が第1目標蒸発温度になるように前記圧縮機(21)の運転容量制御を行う運転容量制御部(12b)と、
    運転している前記利用ユニット(4a,4b)それぞれについて前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度が所定の設定温度となるための前記蒸発温度を第2目標蒸発温度として演算し、前記第2目標蒸発温度の最小値を前記第1目標蒸発温度として決定する温度決定部(12a,191a,191b)と、
    を備えており、
    容量可変型の循環ポンプ(43a,43b)を有しており、前記利用側熱交換器(41a,41b)において冷媒との間で熱交換を行う水媒体が循環する水媒体回路(80a,80b)と、
    前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度と前記利用側熱交換器(41a,41b)の入口における水媒体の温度との差である出入口温度差が所定の温度差となるように前記循環ポンプ(43a,43b)の運転容量を制御すると共に、前記蒸発温度または前記第1目標蒸発温度が前記第2目標蒸発温度よりも低くかつ前記利用側熱交換器(41a,41b)の出口における水媒体の温度が前記所定の設定温度よりも低い場合、前記利用側熱交換器(41a,41b)の入口における水媒体の温度が前記所定の設定温度から前記所定の温度差を減算した値となるように、前記循環ポンプ(43a,43b)の運転容量を下げる制御を行うポンプ容量制御部(193a,193b)と、
    を更に備える、
    ヒートポンプシステム(1)。
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