JP5865482B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
<機器構成>
本発明の実施の形態1の空気調和装置の構成を図面に基づいて説明する。なお、この明細書では、文中の記号に対して単位を示す場合は[ ]の中に示す。なお、無次元(単位なし)の場合は、[−]と表記する。図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路図である。この冷凍サイクル装置100は一般住宅やオフィスビル等に設置され、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、室内ユニット303a,303bにて選択された、冷房指令(冷房ON/OFF)又は暖房指令(暖房ON/OFF)又は給湯ユニット304に対する給湯指令(給湯ON/OFF)を、個別に処理することができる冷凍サイクル装置である。また、この冷凍サイクル装置は室内ユニット303a,303bの冷房指令と給湯ユニット304の給湯指令を同時に処理することができる。
熱源ユニット301は、圧縮機1と、油分離器2と、四方弁3,13と、熱源側熱交換器4と、熱源送風機5と、熱源減圧機構6と、給湯減圧機構21と、アキュムレータ14と、電磁弁22と、キャピラリーチューブ23とで構成されている。圧縮機1は、冷媒を吸入、圧縮して高温高圧の状態にするものであり、例えばインバータにより回転数が制御されるタイプのもので構成される。油分離器2は圧縮機1より流出した油を分離して圧縮機1に戻すために接続されており、分離された油はキャピラリーチューブ23を経由して圧縮機1とアキュムレータ14の間の配管に戻され、圧縮機1へと流れる。熱源側熱交換器4は例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり外気と冷媒とで熱交換を行い、排熱をする。また、熱源送風機5は、熱源側熱交換器4に供給する空気の流量を可変することが可能なファンを備えており、例えば、DCファンモータからなるモータ(図示せず)によって駆動されるプロペラファン等である。
分岐ユニット302は、室内減圧機構8a,8bを含んで構成されている。室内減圧機構8a,8bは、冷媒の流量を制御するものであり、開度を可変に設定できる。また、室内減圧機構8a,8bを制御することで、冷媒の流れ方向を設定することができる。
室内ユニット303a,303bは室内側熱交換器10a,10bを含んで構成されている。室内側熱交換器10a,10bは例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり室内空気と冷媒との熱交換を行う。
給湯ユニット304は水熱交換器16と、水側回路18と、水ポンプ17と、貯湯タンク19と伝熱コイル25により構成される。水側回路17は水熱交換器16と貯湯タンク19との間を接続しており、熱媒体が中間水として水側回路17を循環する。熱媒体は例えば、水、ナイブライン、エチレングリコールなどである。水熱交換器16は例えばプレート型熱交換器により構成され、熱媒体と冷媒を熱交換させて熱媒体を加熱する。水ポンプ17は水側回路18にて熱媒体を循環させる機能を有しており、水熱交換器16に供給する熱媒体の流量を可変できるもので構成してもよいし一定速のもので構成してもよい。貯湯タンク19は沸きあげられた湯を貯留する機能を有している。貯湯タンク19は満水式であり、負荷側の出湯要求に応じてタンク上部より湯が出水し、出湯時の貯湯タンク19の湯量減少分は低温の市水がタンク下部より給水される。
熱源ユニット301内には、例えば、マイクロコンピュータにより構成された制御装置101が設けられている。図2は、本発明の実施の形態1に係る制御装置101の構成を示すブロック図である。各種温度センサ、圧力センサによって検知された各諸量は、測定部102に入力され、入力された情報に基づき運転制御部103にて、圧縮機1と、電磁弁22と、四方弁3,13と、熱源送風機5と、熱源減圧機構6と、室内減圧機構8a,8bと、水ポンプ17などを制御するようになっている。また、電話回線、LAN回線、無線などの通信手段からの通信データ情報の入力、及び外部に情報を出力することができる通信部104も有している。通信部104では給湯リモコン107より出力された給湯指令(給湯ON/給湯OFF)、設定出湯温度などを受信し制御装置101に入力する。また、空調リモコン108a,108bより出力された冷房指令(冷房ON/OFF)、または暖房指令(暖房ON/OFF)を受信し制御装置101に入力する。なお、給湯要求は給湯リモコン107からの入力の他に、貯湯タンク19の貯湯量が所定値以下、例えば、貯湯量が50%以下となった場合に自動で制御装置101に入力される仕様となっている。制御装置101には、さらに、貯湯タンク19の貯湯量を演算する貯湯量演算部105を有している。また、冷房負荷があるつまり冷房ONの状態で、かつ給湯要求がない場合に冷房と給湯の同時運転を実施するか否かを判定する追加排熱回収判定部106を有する。給湯リモコン107は、運転状態を表示する表示部109と、ユーザーから冷凍サイクル装置100の指示を入力する入力部110を有している。
冷凍サイクル装置100は、室内ユニット303a, 303bに要求されるそれぞれの空調負荷、及び給湯ユニット304に要求される給湯要求、に応じて熱源ユニット301、分岐ユニット302、室内ユニット303a,303b、給湯ユニット304に搭載されている各機器の制御を行い、冷房運転モードA、暖房運転モードB、給湯運転モードC、冷房給湯同時運転モードDを実行する。以下に、各運転モードにおける運転動作について説明する。
まず、冷房運転モードAについて説明する。冷房運転モードAでは四方弁3は圧縮機1の吐出側を熱源側熱交換器4のガス側と接続し、吸入側を水熱交換器16と接続する。また、四方弁13は圧縮機1の吸入側を室内側熱交換器10a,10bのガス側と接続する。また、電磁弁22は閉路となっている。また、熱源減圧機構6は最大開度(全開)、給湯減圧機構21は最低開度(全閉)となっている。
次に暖房運転モードBについて説明する。暖房運転モードBでは、四方弁3は圧縮機1の吐出側を水熱交換器16のガス側と接続し、吸入側を熱源側熱交換器4のガス側に接続する。四方弁13は圧縮機1の吐出側を室内熱交換器10a,10bのガス側に接続する。また、電磁弁22は閉路である。さらに、室外減圧機構6は最大開度(全開)、給湯減圧機構21は給湯ガス延長主配管15から給湯液延長主配管20の間に冷媒が滞留しない程度の開度に固定されている。
次に給湯運転モードCについて説明する。給湯運転モードでは、四方弁3は圧縮機1の吐出側を水熱交換器16のガス側、吸入側を熱源側熱交換器4のガス側と接続する。四方弁13は圧縮機1の吸入側を室内熱交換器10a、10bのガス側と接続する。また、電磁弁22は閉路である。さらに、室内減圧機構8a、8bは最低開度(全閉)、給湯減圧機構21は最大開度(全開)である。
次に、冷房給湯同時運転モードDについて説明する。冷房給湯同時運転モードDでは四方弁3は圧縮機1の吐出側を水熱交換器16のガス側と接続し、吸入側を熱源側熱交換器4のガス側と接続する。四方弁13は圧縮機1の吸入側を室内熱交換器10a,10bのガス側と接続する。また、電磁弁22は閉路となっており、給湯減圧機構21は最大開度(全開)である。
次に、冷房負荷のある室内ユニット303a,303bに冷房熱を供給し、給湯要求のない給湯ユニット304に給湯熱を供給する(第2給湯運転)、第2冷房給湯同時運転モードEについて説明する。
実際の運転では、冷房負荷があり、給湯要求はないものの、ユーザーが湯を消費して貯湯タンク19の貯湯量が70%程度となっている状態がある。湯は毎日使用するものであると考えると、給湯要求はないが、運転効率の高い冷房給湯同時運転を選択して給湯熱を利用した方がトータルで省エネになると考えられる。そこで、貯湯量が多く、給湯負荷に対して余裕がある状況で冷房を行う場合、冷房運転モードAと第2冷房給湯同時運転モードEのどちらも実施可能とする。冷房給湯同時運転モードDと第2冷房給湯同時運転モードEは機器の制御方法、冷媒の流れ方向は同じである。そして、冷房給湯同時運転モードDでは制御モードに空調優先と給湯優先があるのに対し、第2冷房給湯同時運転モードEでは制御モードが空調優先のみである点だけが異なる。空調優先の制御方法は冷房給湯同時運転モードDと第2冷房給湯同時運転モードEは同じである。第2冷房給湯同時運転モードEでの給湯ユニットでは給湯要求がないものの、水ポンプ17は運転される。
Qe/W1≧(2Qe+W2)/W2
W2/W1≧(2COPc)/(COPc−1)
(Pd2―Ps)/(Pd1―Ps)≧(2COPc)/(COPc−1)
<実施の形態1との相違点>
図10は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路図を示したものである。図10に基づいて、冷凍サイクル装置200の冷媒回路構成について説明する。なお、実施の形態1と同一部分については同一符号を付し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200では、給湯ユニット304に代えて給湯ユニット304bが接続されている。
給湯ユニット304bはプレート水熱交換器16と、水側回路27と、水ポンプ17と、貯湯タンク19により構成される。水側回路27は水熱交換器16と貯湯タンク19との間を接続しており貯湯タンク19の水が循環する。水ポンプ17は水側回路27にて貯湯タンク19の水を循環させる機能を有しており、水熱交換器16に供給する水の流量を可変できるもので構成される。貯湯タンク19は満水式であり、負荷側の出湯要求に応じてタンク上部より湯が出水し、湯量減少分は低温の市水がタンク下部より給水される。
Claims (14)
- 運転周波数の制御が可能な圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、
貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を加熱する水熱交換器とを配管接続した水側回路を有する給湯ユニットと、
前記熱源ユニット及び前記給湯ユニットに配管接続した室内ユニットと、
各ユニットの動作を制御する運転制御部を有した制御装置を備え、
前記運転制御部は、
前記圧縮機からの冷媒を、冷房負荷を有する前記室内ユニットに流す冷房運転モードと、前記圧縮機からの冷媒を、給湯要求を有する前記給湯ユニットに流す給湯運転モードとを同時に実施する冷房給湯同時運転モードとを有し、
前記冷房給湯同時運転モードの制御モードとして、前記冷房負荷に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する冷房優先と、前記給湯要求に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する給湯優先を有し、
前記運転制御部は、前記冷房給湯同時運転モードの前記制御モードを、前記冷房負荷と前記給湯要求の関係によって、前記冷房優先又は前記給湯優先とするものであり、
前記熱源ユニットは、冷房給湯同時運転モード時に、前記給湯ユニットから流出した冷媒を減圧して前記熱源側熱交換器に流入する冷媒の流量を制御する熱源減圧機構を備え、
前記運転制御部は、
前記制御モードが前記給湯優先時、前記熱源減圧機構の開度が下限開度で、蒸発温度が蒸発温度目標以上の場合は、前記圧縮機の運転周波数を前記蒸発温度が前記蒸発温度目標となるように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記運転制御部は、前記冷房給湯同時運転モードの前記制御モードを前記冷房優先から前記給湯優先へ切換える場合、前記圧縮機の運転周波数が前記給湯優先の目標周波数よりも高いか否かを判定し、前記圧縮機の運転周波数が前記給湯優先の目標周波数以下のときには前記冷房優先から前記給湯優先へ切換え、前記圧縮機の運転周波数が前記給湯優先の目標周波数よりも高いときには前記冷房優先を継続することを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記運転制御部は、さらに、
前記冷房給湯同時運転モードにおいて、前記冷房運転モードに対して前記室内ユニットを冷房サーモOFFとする温度を1℃以上低くし、前記室内ユニットの冷房サーモONとする温度を1℃以上高くすることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室内ユニットの設置場所の空気温度を計測する室内温度計測手段と、
前記室内ユニットを流れる冷媒の流量を制御する室内減圧機構と、
前記室内減圧機構と前記圧縮機の間の前記蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、を備え、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房給湯同時運転モードの前記給湯優先時に、
前記熱源減圧機構の開度を前記蒸発温度が蒸発温度目標となるように制御し、
前記蒸発温度目標を、
前記室内温度計測手段において計測された室内温度と設定温度との差温が最大の差温に応じて設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記熱源ユニット内にある電子基板から発生する熱を放熱するものであり、前記熱源側熱交換器に外気を供給する熱源送風機からの空気が送風される風路内に位置する放熱板と、前記放熱板の放熱板温度を検出する放熱板温度検出手段と、前記熱源ユニット内にある前記熱源側熱交換器の熱源側過熱度を検出する熱源側過熱度検出手段又は前記室内ユニット内にある室内熱交換器の室内過熱度を検出する室内過熱度検出手段とを有し、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房給湯同時運転モードの前記冷房優先時に、
前記放熱板温度を前記電子基板が破損しない温度である放熱板目標温度以下となるように、前記熱源送風機の回転数を制御し、
前記冷房給湯同時運転モードの前記給湯優先時に、
前記放熱板温度が放熱板目標温度以下となり、かつ、前記熱源側過熱度が所定値以上もしくは前記室内過熱度が所定値以下のいずれか一つとなるように前記熱源送風機の回転数を制御することを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記運転制御部は、さらに、
前記冷房給湯同時運転モードの前記給湯優先時で、前記熱源送風機が最大回転数である時に、
前記熱源側過熱度が所定値以下の場合に、前記熱源側過熱度が所定値となるように前記熱源減圧機構の開度を制御するか、もしくは、前記室内過熱度が所定値以上の場合に、前記室内過熱度が所定値以下となるように前記熱源減圧機構の開度を制御することを特徴とする請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記水熱交換器の過冷却度を検出する過冷却度検出手段を備え、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房給湯同時運転モードの前記給湯優先時に、
全ての前記室内減圧機構の開度が下限開度となった場合に、前記熱源減圧機構の開度を前記水熱交換器の過冷却度が所定値となるように制御することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、さらに、
冷房負荷のある前記室内ユニットの容量と給湯要求のある前記給湯ユニットの容量とを、通信により前記制御装置に入力することができる通信部を備え、
前記運転制御部は、
前記冷房給湯同時運転モードの制御モードを、前記冷房優先から前記給湯優先に選択した場合に、前記室内ユニットの容量と前記給湯ユニットの容量と前記室内減圧機構の開度とから、前記熱源減圧機構の初期開度を決めることを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 運転周波数の制御が可能な圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、
貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を加熱する水熱交換器とを配管接続した水側回路を有する給湯ユニットと、
前記熱源ユニット及び前記給湯ユニットに配管接続した室内ユニットと、
各ユニットの動作を制御する運転制御部を有した制御装置を備え、
前記運転制御部は、
前記圧縮機からの冷媒を、冷房負荷を有する前記室内ユニットに流す冷房運転モードと、前記圧縮機からの冷媒を、給湯要求を有する前記給湯ユニットに流す給湯運転モードとを同時に実施する冷房給湯同時運転モードとを有し、
前記冷房給湯同時運転モードの制御モードとして、前記冷房負荷に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する冷房優先と、前記給湯要求に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する給湯優先を有し、
前記運転制御部は、前記冷房給湯同時運転モードの前記制御モードを、前記冷房負荷と前記給湯要求の関係によって、前記冷房優先又は前記給湯優先とするものであり、
前記制御モードの前記冷房優先と前記給湯優先の切換えに関係する優先閾値切換え関係量と、前記給湯優先の前記圧縮機の前記運転周波数に関係する給湯優先運転切換え関係量とを表示する表示部と、
前記優先閾値切換え関係量と前記給湯優先運転切換え関係量を入力する入力部とを有した給湯リモコンを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記運転制御部は、さらに、
前記冷房運転モードと、前記圧縮機からの冷媒を前記給湯要求を有しない前記給湯ユニットの前記水熱交換器に流す第2給湯運転とを同時に実施する第2冷房給湯同時運転モードを有し、
前記第2冷房給湯同時運転モードは、前記冷房優先の制御モードを有し、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房負荷があって前記給湯要求がない場合には、前記制御モードが前記冷房優先の前記第2冷房給湯同時運転モードを実施し、前記冷房負荷があって前記給湯要求がある場合には、前記給湯優先の前記冷房給湯同時運転モードを実施することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 運転周波数の制御が可能な圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、
貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を加熱する水熱交換器とを配管接続した水側回路を有する給湯ユニットと、
前記熱源ユニット及び前記給湯ユニットに配管接続した室内ユニットと、
各ユニットの動作を制御する運転制御部を有した制御装置を備え、
前記運転制御部は、
前記圧縮機からの冷媒を、冷房負荷を有する前記室内ユニットに流す冷房運転モードと、前記圧縮機からの冷媒を、給湯要求を有する前記給湯ユニットに流す給湯運転モードとを同時に実施する冷房給湯同時運転モードとを有し、
前記冷房給湯同時運転モードの制御モードとして、前記冷房負荷に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する冷房優先と、前記給湯要求に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する給湯優先を有し、
前記運転制御部は、前記冷房給湯同時運転モードの前記制御モードを、前記冷房負荷と前記給湯要求の関係によって、前記冷房優先又は前記給湯優先とするものであり、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房運転モードと、前記圧縮機からの冷媒を前記給湯要求を有しない前記給湯ユニットの前記水熱交換器に流す第2給湯運転とを同時に実施する第2冷房給湯同時運転モードを有し、
前記第2冷房給湯同時運転モードは、前記冷房優先の制御モードを有し、
前記運転制御部は、さらに、
前記冷房負荷があって前記給湯要求がない場合には、前記制御モードが前記冷房優先の前記第2冷房給湯同時運転モードを実施し、前記冷房負荷があって前記給湯要求がある場合には、前記給湯優先の前記冷房給湯同時運転モードを実施するものであり、
前記冷房運転モードと前記第2冷房給湯同時運転モードの高圧を検出する高圧検出手段と、前記冷房運転モードの高圧を予測する冷房高圧予測手段と、前記第2冷房給湯同時運転モードの高圧を予測する第2冷房給湯高圧予測手段とを有し、
前記制御装置は、さらに、
前記冷房負荷があって前記給湯要求がない場合に前記第2冷房給湯同時運転モードを実施するか否かを判定する追加排熱回収判定部を備え、
前記追加排熱回収判定部は、
前記冷房運転モード時において、前記冷房運転モードの高圧に対して、前記冷房給湯同時運転モードの予測高圧の割合が高圧判定閾値以下の場合には、前記冷房運転モードから前記第2冷房給湯同時運転モードに変更し、前記第2冷房給湯同時運転モードにおいて、前記冷房運転モードの予測高圧に対する前記第2冷房給湯同時運転モードの予測高圧の割合が前記高圧判定閾値以上の場合には、前記第2冷房給湯同時運転モードから前記冷房運転モードに変更することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、さらに、
前記貯湯タンクの貯湯量を演算する貯湯量演算部を備え、
前記運転制御部は、さらに、
前記貯湯量によって、前記冷房給湯同時運転モードの制御モードである前記冷房優先と前記給湯優先を選択し、かつ、前記給湯優先の場合には前記圧縮機の運転周波数の固定量を選択することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室内ユニットとして複数の室内ユニットが、前記熱源ユニットに対して並列に配管接続されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記複数の室内ユニットが分岐ユニットを介して前記熱源ユニットに接続されている請求項13に記載の冷凍サイクル装置。
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