JP6289668B2 - 空調給湯複合システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを搭載し、暖房運転および給湯運転を実行する空調給湯複合システムに関するものである。

従来、ヒートポンプサイクルを搭載し、熱源（空気または水）から温熱を授受し、一台または複数台の室内ユニットおよび給湯ユニットに供給する空調給湯複合システムが提案されている。例えば、特許文献１には、圧縮機および熱源側熱交換器が搭載された熱源ユニットと、室内側熱交換器および室内側絞り装置が搭載された室内ユニットと、給湯側熱交換器および給湯側絞り装置が搭載された給湯ユニットと、を備える空調給湯複合システムが提案されている。

特許文献１に記載される空調給湯複合システムでは、単一の冷媒系統で室内側熱交換器が凝縮器（放熱器）として機能する暖房運転と、給湯側熱交換器が水と熱交換して水を加熱する給湯運転とを同時に行う。これにより、複数の異なる冷媒系統を接続する必要がなく、低コストかつ省スペースな空調給湯複合システムを提供することができる。

国際公開第２０１３／０４６２６９号

特許文献１に記載されるような単一の冷媒系統による従来の空調給湯複合システムにおいては、給湯ユニットは、暖房運転で余った温熱でタンク内の水を予め温め、ガスボイラーの燃料代を削減させることなどを目的とした給湯予熱として用いられる。従って、暖房運転と給湯運転とは、同時に運転可能となっているものの、熱源ユニットの冷媒制御は空調用途に特化させたものとなっている。そのため、従来の空調給湯複合システムにおいて、給湯ユニットを給湯機として扱う場合には、低温時の出湯温度制御が安定せず、また、高温時の効率（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が悪化してしまう。

発明の目的

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、給湯ユニットにおける安定した出湯温度制御およびＣＯＰの向上を実現する空調給湯複合システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調給湯複合システムは、圧縮機および熱源側熱交換器が搭載された熱源ユニットと、熱源ユニットに接続され、室内側熱交換器および室内側絞り装置が搭載された室内ユニットであって、暖房運転を行う室内ユニットと、熱源ユニットに接続され、給湯側熱交換器および給湯側絞り装置が搭載された給湯ユニットであって、給湯運転を行う給湯ユニットと、熱源ユニットを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、制御モードを、給湯運転を主とする給湯制御モードまたは暖房運転を主とする給湯予熱モードに切り替えるモード切替部と、制御モードに応じて室内側熱交換器および給湯側熱交換器における冷媒の目標凝縮温度を設定する凝縮温度制御部と、を有し、凝縮温度制御部は、給湯制御モードにおいて、目標凝縮温度と給湯ユニットによって熱交換される熱媒体の温度との差温が一定となるように、目標凝縮温度を熱媒体の温度に応じて流動的に設定するものである。

本発明に係る空調給湯複合システムでは、給湯制御モードにおいて、給湯ユニットによって熱交換される熱媒体の温度に応じて目標凝縮温度を設定することで、給湯ユニットにおける安定した出湯温度制御およびＣＯＰの向上を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態１における空調給湯複合システムの冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１における空調給湯複合システムの制御ブロック図である。 従来技術における（ａ）熱媒体温度と目標凝縮温度との関係、ならびに（ｂ）ＣＯＰの推移を示す図である。 給湯制御モードにおける（ａ）熱媒体温度と目標凝縮温度との関係、ならびに（ｂ）ＣＯＰの推移を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモード切替処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１における凝縮温度制御処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２における空調給湯複合システムの制御ブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるモード切替処理のフローチャートである。

以下に、本発明における空調給湯複合システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空調給湯複合システム１０の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態の空調給湯複合システム１０は、ビル、マンションまたはホテル等に設置され、冷媒を循環させるヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用することで空調負荷（暖房負荷および冷房負荷）および給湯負荷（加熱負荷および冷却負荷）を同時に供給できるものである。

図１に示すように、空調給湯複合システム１０は、熱源ユニット１１０と、室内ユニット２１０と、給湯ユニット３１０とを備えている。室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０は、熱源ユニット１１０に対して並列となるように接続されている。

熱源ユニット１１０と室内ユニット２１０とは、冷媒配管である液主管１、液枝管４ａ、ガス枝管３ａおよびガス主管２で接続されている。熱源ユニット１１０と給湯ユニット３１０とは、冷媒配管である液主管１、液枝管４ｂ、ガス枝管３ｂおよびガス主管２で接続されている。さらに、給湯ユニット３１０には、熱媒体配管４１１および熱媒体配管４１２によって熱媒体回路４００が接続されている。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、１台の熱源ユニット１１０に、１台の室内ユニット２１０および１台の給湯ユニット３１０を接続した場合について説明するが、各ユニットの台数を特に限定するものではない。例えば、２台以上の熱源ユニット１１０、２台以上の室内ユニット２１０、または２台以上の給湯ユニット３１０を接続して空調給湯複合システム１０を構成することも可能である。

（熱源ユニット１１０）
熱源ユニット１１０は、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０に温熱または冷熱を供給する機能を有している。熱源ユニット１１０には、圧縮機１１１と、流路切替装置１１２と、熱源側熱交換器１１３と、アキュムレーター１１５とが直列に接続されて搭載されている。また、熱源ユニット１１０には、熱源側熱交換器１１３に空気を供給するための送風機１１４が熱源側熱交換器１１３の近傍に配置されている。さらに、圧縮機１１１の吐出側には冷媒の吐出圧力を検知する圧力センサー１１６が接続されている。

圧縮機１１１は、冷媒を吸入し、圧縮して高温および高圧の状態にするものである。圧縮機１１１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。例えば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して圧縮機１１１を構成することができる。また、圧縮機１１１は、後述する制御装置１２０（図２）によって回転数が可変に制御される。

流路切替装置１１２は、要求される運転モード（冷房または暖房）に応じて冷媒の流れを切り替えるものであり、例えば四方弁で構成される。熱源側熱交換器１１３は、冷房サイクル時には放熱器（凝縮器）、暖房サイクル時には蒸発器として機能し、送風機１１４から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化するものである。送風機１１４は、モータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンまたは多翼ファン等から構成される。送風機１１４の送風量は制御装置１２０によって調整される。アキュムレーター１１５は、圧縮機１１１の吸入側に配置される。本実施の形態の空調給湯複合システム１０のように、暖房（加熱）運転および冷房（冷却）運転の両方が可能なシステムにおいては、暖房運転において冷媒が余る。そのため、アキュムレーター１１５に余剰冷媒が保管される。なお、アキュムレーター１１５は、余剰冷媒を貯留できる容器であればよい。

（室内ユニット２１０）
室内ユニット２１０は、熱源ユニット１１０からの温熱または冷熱の供給を受けて暖房負荷または冷房負荷を担当する機能を有している。室内ユニット２１０には、室内側絞り装置２１２と、室内側熱交換器２１１とが直列に接続されて搭載されている。また、室内ユニット２１０のガス枝管３ａには、ガス管温度センサー２１３Ｇが配置されている。さらに、液枝管４ａの室内側絞り装置２１２と室内側熱交換器２１１との間には、液管温度センサー２１３Ｌが配置されている。さらに、室内側熱交換器２１１の近傍には、室内側熱交換器２１１に空気を供給するための送風機２１４が配置されている。

室内側熱交換器２１１は、暖房サイクル時には放熱器（凝縮器）、冷房サイクル時には蒸発器として機能し、送風機２１４から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化するものである。室内側絞り装置２１２は、減圧弁または膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。室内側絞り装置２１２は、例えば緻密な流量制御が可能な電子式膨張弁または安価な毛細管等で構成され、後述する制御装置２２０（図２）によって開度（絞り）が可変に制御される。ガス管温度センサー２１３Ｇは、ガス枝管３ａを流れる冷媒の温度を検知するものであり、液管温度センサー２１３Ｌは液枝管４ａを流れる冷媒の温度を検知するものである。ガス管温度センサー２１３Ｇおよび液管温度センサー２１３Ｌにより検知された温度情報は、制御装置２２０に出力される。

（給湯ユニット３１０）
給湯ユニット３１０は、熱源ユニット１１０からの温熱または冷熱を、給湯側熱交換器３１１を介して熱媒体回路４００に供給する機能を有している。給湯ユニット３１０には、給湯側絞り装置３１２と、給湯側熱交換器（冷媒−熱媒体熱交換器）３１１とが、直列に接続されて搭載されている。また、給湯ユニット３１０のガス枝管３ｂには、ガス管温度センサー３１３Ｇが配置されている。さらに、液枝管４ｂの給湯側絞り装置３１２と給湯側熱交換器３１１との間には、液管温度センサー３１３Ｌが配置されている。さらに、熱媒体配管４１２には入口温度センサー３１４が配置され、熱媒体配管４１２には出口温度センサー３１５が配置されている。

給湯側熱交換器３１１は、加熱（暖房）サイクル時には放熱器（凝縮器）、冷却（冷房）サイクル時には蒸発器として機能し、熱媒体回路４００を流れる熱媒体と冷媒との間で熱交換を行うものである。給湯側絞り装置３１２は、減圧弁または膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。給湯側絞り装置３１２は、例えば緻密な流量制御が可能な電子式膨張弁、または安価な毛細管等で構成され、後述する制御装置３２０（図２）によって開度（絞り）が可変に制御される。ガス管温度センサー３１３Ｇは、ガス枝管３ｂを流れる冷媒の温度を検知するものであり、液管温度センサー３１３Ｌは液枝管４ｂを流れる冷媒の温度を検知するものである。ガス管温度センサー３１３Ｇおよび液管温度センサー３１３Ｌにより検知された温度情報は、制御装置３２０に出力される。入口温度センサー３１４は、給湯ユニット３１０の入口の熱媒体の温度を検知するものであり、出口温度センサー３１５は、出口の熱媒体の温度を検知するものである。入口温度センサー３１４および出口温度センサー３１５により検知された温度情報は、制御装置３２０に出力される。

（熱媒体回路４００）
熱媒体回路４００はポンプ４１５および貯湯タンク４２０を備えている。熱媒体回路４００は、熱媒体配管４１１、給湯側熱交換器３１１、熱媒体配管４１２、貯湯タンク４２０内の熱媒体−水熱交換器４１３、熱媒体配管４１４およびポンプ４１５が直列に接続されて構成される。熱媒体回路４００では、給湯側熱交換器３１１で加熱または冷却された熱媒体をポンプ４１５で循環させることで、給湯利用または冷水利用を実現している。また、貯湯タンク４２０には、給水管（または戻し管）である水配管４２１、および加熱された温水を供給するための水配管４２２が接続され、図示しないポンプ等を用いて負荷側へ供給される。また、貯湯タンク４２０には、タンク内の水温を検知する水温センサー４２３が配置されている。水温センサー４２３の設置位置はどこでもよく、用途に応じて適宜決めればよい。

なお、熱媒体回路４００を構成する熱媒体配管は、銅管、ステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などによって構成するとよい。また、熱媒体回路４００を循環する熱媒体としては、水が用いられるが、水に限定されず、不凍液等を用いてもよい。また、水が低水温になる環境下で、熱媒体配管４１１および熱媒体配管４１２の凍結の可能性がある場合には、水に不凍剤（ブライン）を入れてもよい。不凍剤は特に種類または濃度を限定するものでもなく、エチレングリコール、プロプレングリコール等、入手性または用途に応じて選定すればよい。

また、空調給湯複合システム１０の冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒、擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）、Ｒ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、Ｒ２２の約１．６倍の動作圧力という特性を有している。

さらに、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２、ＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等がある。この単一冷媒は、混合物ではないので、取り扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素またはプロパン、イソブタン、アンモニア等を使用することもできる。なお、Ｒ２２はクロロジフルオロメタン、Ｒ３２はジフルオロメタンを、Ｒ１２５はペンタフルオロメタンを、Ｒ１３４ａは１，１，１，２−テトラフルオロメタンを、Ｒ１４３ａは１，１，１−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。従って、空調給湯複合システム１０の用途および目的に応じた冷媒を使用するとよい。

図２は、本実施の形態における空調給湯複合システム１０の制御ブロック図である。本実施の形態の熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０は、それぞれ制御装置１２０、制御装置２２０および制御装置３２０を備えている。制御装置１２０、制御装置２２０および制御装置３２０は、それぞれマイクロコンピュータまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などで構成される。

熱源ユニット１１０の制御装置１２０は、制御部１２１と、通信部１２２と、記憶部１２３とを有している。制御部１２１は、空調給湯複合システム１０における冷媒の圧力状態および冷媒の温度状態を制御する機能を有している。具体的には、制御部１２１は、暖房および加熱運転の場合、目標凝縮温度ＣＴｍに収束させるように、インバータ（図示せず）による圧縮機１１１の冷媒循環量制御を行うとともに、目標蒸発温度ＥＴｍに収束させるようにインバータ（図示せず）による送風機１１４の回転数を変化させる熱交換容量制御を行う。また、冷房および冷却運転の場合には、目標蒸発温度ＥＴｍに収束させるようにインバータによる圧縮機１１１の冷媒循環量制御、および目標凝縮温度ＣＴｍに収束させるようにインバータによる送風機１１４の回転数を変化させる熱交換容量制御を行う。また、制御部１２１は、暖房（加熱）および冷房（冷却）を切り替えるために、流路切替装置１１２の切り替え制御を行う。さらに、熱源側熱交換器１１３が複数の熱交換器に分割され、熱源側熱交換器１１３の一次側に図示省略の開閉弁が熱交換器ごとに設置された構成の場合、制御部１２１は、開閉弁を制御して熱源側熱交換器１１３の熱交換する面積を変化させる。

また、本実施の形態の制御部１２１は、モード切替部１２４および凝縮温度制御部１２５を有している。モード切替部１２４は、空調給湯複合システム１０の運転状態および給湯ユニット３１０で熱交換される熱媒体の温度に応じて、熱源ユニット１１０の制御モードを切り替えるものである。本実施の形態では、暖房（加熱）運転時の制御モードとして室内ユニット２１０による暖房運転を主とする「給湯予熱モード」と、給湯ユニット３１０による給湯運転を主とする「給湯制御モード」とを有する。凝縮温度制御部１２５は、熱源ユニット１１０の制御モードに応じて、冷凍サイクル内の目標凝縮温度ＣＴｍを設定し、圧縮機１１１を制御するものである。モード切替部１２４および凝縮温度制御部１２５は、プログラムを実行することにより実現される機能ブロックにより実現されるか、またはＡＳＩＣ（Application Specific IC）などの電子回路で実現される。

通信部１２２は、制御装置１２０に接続される熱源ユニット１１０の各部、ならびに室内ユニット２１０の制御装置２２０および給湯ユニット３１０の制御装置３２０と無線または有線通信し、情報の送受信を行うものである。記憶部１２３は、制御部１２１の制御に用いられる各種情報などを記憶するものである。記憶部１２３は、例えば、目標凝縮温度ＣＴｍおよび目標蒸発温度ＥＴｍ、ならびに後述する第１の閾値Ａ、第２の閾値Ｂ、および定数αなどを記憶する。

室内ユニット２１０の制御装置２２０は、制御部２２１と、通信部２２２と、記憶部２２３とを有している。制御部２２１は、ガス管温度センサー２１３Ｇおよび液管温度センサー２１３Ｌから出力される情報に基づいて、室内ユニット２１０の冷房運転時における過熱度と、室内ユニット２１０の暖房運転時における過冷却度とを制御する機能を有している。具体的には、制御装置２２０によって、室内側絞り装置２１２の制御量が決定され、室内側絞り装置２１２の冷媒流量制御が実施される。さらに、室内側熱交換器２１１が複数の熱交換器に分割され、室内側熱交換器２１１の一次側に図示省略の開閉弁が熱交換器ごとに設置された構成の場合、制御部２２１は、開閉弁を制御して室内側熱交換器２１１の熱交換面積を変化させる。

通信部２２２は、制御装置２２０に接続される室内ユニット２１０の各部、ならびに熱源ユニット１１０の制御装置１２０および給湯ユニット３１０の制御装置３２０と無線または有線通信し、情報の送受信を行うものである。記憶部２２３は、制御部２２１の制御に用いられる各種情報などを記憶するものである。

給湯ユニット３１０の制御装置３２０は、制御部３２１と、通信部３２２と、記憶部３２３とを有している。制御部３２１は、ガス管温度センサー３１３Ｇ、液管温度センサー３１３Ｌ、入口温度センサー３１４および出口温度センサー３１５から出力される情報に基づき、給湯ユニット３１０の冷却運転時における過熱度、給湯ユニット３１０の加熱運転時における過冷却度、および出湯温度を制御する機能を有している。具体的には、制御装置３２０によって、給湯側絞り装置３１２の制御量が決定され、給湯側絞り装置３１２の冷媒流量制御が実施される。また、給湯側熱交換器３１１が複数の熱交換器に分割され、給湯側熱交換器３１１の一次側に図示省略の開閉弁が熱交換器ごとに設置された構成の場合、制御部３２１は、開閉弁を制御して給湯側熱交換器３１１の熱交換面積を変化させる。

通信部３２２は、制御装置３２０に接続される給湯ユニット３１０の各部、ならびに熱源ユニット１１０の制御装置１２０および室内ユニット２１０の制御装置２２０と無線または有線通信し、情報の送受信を行うものである。記憶部３２３は、制御部３２１の制御に用いられる各種情報などを記憶するものである。

なお、図２では、熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０がそれぞれ個別に制御装置を備え、互いに情報を伝達して連携処理を行う構成を示しているが、空調給湯複合システム１０全体を制御する一つの制御装置を備える構成としてもよい。

また、図１および図２には図示していないが、空調給湯複合システム１０は、冷媒の吸入圧力を検知するセンサー、冷媒の吐出温度を検知するセンサー、冷媒の吸引温度を検知するセンサー、熱源側熱交換器１１３に流出入する冷媒の温度を検知するセンサー、熱源ユニット１１０に取り込まれる外気温を検知するセンサー、または室内側熱交換器２１１に吸い込まれるまたは室内側熱交換器２１１から吹き出される空気温度を検知するセンサー等を備えていてもよい。これらの各種センサーで検知された情報（温度情報および圧力情報等の計測情報）は、熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０の制御装置に互いに伝達され、各アクチュエーター（すなわち圧縮機１１１、流路切替装置１１２、送風機１１４、室内側絞り装置２１２または給湯側絞り装置３１２等）の制御に利用される。

次に、空調給湯複合システム１０の動作について説明する。空調給湯複合システム１０では、暖房運転、冷房運転、加熱運転、および冷却運転が可能である。また、暖房運転および加熱運転の同時運転、ならびに冷房運転と冷却運転の同時運転も可能である。なお、暖房運転および加熱運転では、流路切替装置１１２は図１の点線側に切り替えられ、冷房運転および冷却運転では、流路切替装置１１２は図１の実線側に切り替えられる。また、空調運転（暖房または冷房）と給湯運転（加熱または冷却）の切り替えは、室内側絞り装置２１２および給湯側絞り装置３１２の何れかを全閉することで行われる。

また、本実施の形態の空調給湯複合システム１０は、給湯ユニット３１０と室内ユニット２１０とを単一の冷媒系統（熱源ユニット１１０）に接続したシステムである。このようなシステムでは、通常、圧縮機１１１からの高温高圧冷媒を給湯ユニット３１０側に供給して貯湯タンク４２０内の水を沸き上げる加熱運転（給湯運転）と、圧縮機１１１からの高温高圧冷媒を室内ユニット２１０側に供給して室内に温風を供給する暖房運転（空調運転）とのどちらか一方に切り替えて使用される。例えば、深夜または深夜相当の１〜２時間、加熱運転を実施し、朝〜深夜まで空調運転を実施する。沸き上げたお湯はタンクに貯蔵され、１日かけて使用される。

暖房運転、加熱運転、冷房運転、冷却運転および同時運転を行う場合の冷媒の動きについて、図１を参照して以下に順に説明する。なお、同時運転については、暖房運転および加熱運転を同時に行う場合を例に説明する。

（暖房運転）
暖房運転では、圧縮機１１１にて加熱圧縮された高圧のガス冷媒は流路切替装置１１２、ガス主管２、ガス枝管３ａを経て、室内ユニット２１０へ搬送される。室内ユニット２１０に搬送された冷媒は、室内側熱交換器２１１において室内空気に熱を放熱することで、凝縮作用により高圧の液冷媒へと変化する。高圧の液冷媒は室内側熱交換器２１１の二次側にある室内側絞り装置２１２にて膨張作用により低圧の二相冷媒（液とガスが入り混じった冷媒）へと変化する。

低圧の二相冷媒は液枝管４ａおよび液主管１を経由して、熱源ユニット１１０内の熱源側熱交換器１１３に搬送される。そして、熱源側熱交換器１１３にて空気から熱を授受することで、低圧のガス冷媒へと変化する。低圧のガス冷媒は流路切替装置１１２、アキュムレーター１１５を経て、圧縮機１１１にて吸入され、再度加熱圧縮される。

（加熱運転）
加熱運転では、圧縮機１１１にて加熱圧縮された高圧のガス冷媒は流路切替装置１１２、ガス主管２、ガス枝管３ｂを経て、給湯ユニット３１０へ搬送される。給湯ユニット３１０に搬送された冷媒は、給湯側熱交換器３１１において熱媒体回路４００の熱媒体に熱を放熱することで、凝縮作用により高圧の液冷媒へと変化する。高圧の液冷媒は給湯側熱交換器３１１の二次側にある給湯側絞り装置３１２にて膨張作用により低圧の二相冷媒へと変化する。低圧の二相冷媒は液枝管４ｂおよび液主管１を経由して、熱源ユニット１１０内の熱源側熱交換器１１３に搬送される。以降の動きは、暖房運転と同様である。

（冷房運転）
冷房運転では、圧縮機１１１にて加熱圧縮された高圧のガス冷媒は流路切替装置１１２を経て、熱源ユニット１１０内の熱源側熱交換器１１３に搬送される。熱源側熱交換器１１３において、熱を空気へ放出することで、高圧のガス冷媒は凝縮され、高圧の液冷媒へと変化する。高圧の液冷媒は液主管１および液枝管４ａを経て、室内ユニット２１０へ搬送される。

室内ユニット２１０に搬送された高圧の液冷媒は、室内側絞り装置２１２にて膨張作用により低圧の二相冷媒へと変化し、室内側熱交換器２１１に搬送される。室内側熱交換器２１１では、空気から熱を授受することで低圧のガス冷媒へと変化する。このとき、空気は熱が奪われることにより冷却される。室内ユニット２１０を出た低圧のガス冷媒は、ガス枝管３ａおよびガス主管２を経て、熱源ユニット１１０へ搬送される。熱源ユニット１１０内に流入した低圧のガス冷媒は、流路切替装置１１２、アキュムレーター１１５を経て、圧縮機１１１に吸入され、再度加熱圧縮される。

（冷却運転）
冷却運転では、冷房運転時と同様に圧縮機１１１にて加熱圧縮された高圧のガス冷媒は流路切替装置１１２を経て、熱源ユニット１１０内の熱源側熱交換器１１３に搬送される。熱源側熱交換器１１３において、高圧の液冷媒へと変化し、液主管１および液枝管４ｂを経て、給湯ユニット３１０へ搬送される。給湯ユニット３１０に搬送された冷媒は、給湯側絞り装置３１２にて膨張作用により高圧の液冷媒は低圧の二相冷媒へと変化し、給湯側熱交換器３１１にて、熱媒体から熱を授受することで低圧のガス冷媒へと変化する。このとき熱媒体は熱が奪われることで冷却される。給湯ユニット３１０を出た低圧のガス冷媒は、ガス枝管３ｂおよびガス主管２を経て、熱源ユニット１１０へ搬送される。以降の動きは冷房運転と同様である。

（同時運転）
暖房および加熱の同時運転では、圧縮機１１１にて加熱圧縮された高圧のガス冷媒は流路切替装置１１２、およびガス主管２を経て、ガス枝管３ａおよびガス枝管３ｂのそれぞれに分流される。そして、冷媒は、室内ユニット２１０の室内側熱交換器２１１および室内側絞り装置２１２、ならびに給湯ユニット３１０の給湯側熱交換器３１１および給湯側絞り装置３１２をそれぞれ通過し、空気および熱媒体とそれぞれ熱交換を行い、暖房および給湯を行う。その後、冷媒は液枝管４ａおよび液枝管４ｂに流入し、液主管１で合流した後、熱源側熱交換器１１３に向かう。以降の動きは、暖房運転および加熱運転と同様である。

ここで、一般的に、ビル用マルチエアコン（以下、「ＶＲＦ」という）において、暖房運転および加熱運転を制御する際には、室内ユニット２１０において暖房能力を発揮するための一定の目標凝縮温度ＣＴｍが設定される。そして、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０のそれぞれの冷媒凝縮温度ＣＴが目標凝縮温度ＣＴｍとなるように制御される。しかしながら、給湯ユニット３１０にて循環加温式給湯機のような動きを実施したい場合、室内ユニット２１０に合わせて一定の目標凝縮温度ＣＴｍとなるように制御すると、低水温時の制御の安定性の低下、および高水温時のＣＯＰの悪化を招いてしまう。

図３（ａ）は、従来技術（目標凝縮温度ＣＴｍが一定の場合）における、目標凝縮温度ＣＴｍと熱媒体温度ＷＴとの関係を示す図であり、図３（ｂ）はＣＯＰの推移を示す図である。図３（ａ）では、縦軸が温度、横軸が時間を示し、図３（ｂ）では、縦軸がＣＯＰ、横軸が時間を示す。熱媒体温度ＷＴは、給湯ユニット３１０において熱交換される熱媒体の温度であり、例えば給湯ユニット３１０の入口温度センサー３１４による検知温度である。図３（ａ）に示すように、熱媒体温度ＷＴが高い場合、一定の目標凝縮温度ＣＴｍと熱媒体温度ＷＴとの差温ＤＴは小さくなる。このように差温ＤＴが小さくなると、圧縮機１１１の動力に対して加熱能力が得られなくなり、図３（ｂ）に示すようにＣＯＰが悪化する。

また、熱媒体温度ＷＴが低い場合には、目標凝縮温度ＣＴｍと熱媒体温度ＷＴとの差温ＤＴは大きくなる。これにより、圧縮機１１１の動力に対する加熱能力は大きくなり、ＣＯＰが上昇する。しかしながら、給湯ユニット３１０に要求される負荷が小さい場合でも（例えば床暖房（２５℃〜３０℃）などの場合）、圧縮機１１１の容量制御ができない。その結果、熱媒体温度ＷＴが設定温度にすぐに到達し、給湯ユニット３１０（例えばポンプ４１５）が発停を繰り返すことになり、低温時の出湯温度制御が安定しなくなる。特に、ＶＲＦにおいては、冷媒配管長が現地据え付け業者によって短くも長くもなるため、起動から安定に移行するまでの時定数がルームエアコンまたはチラーに比べて大きい。そのため、例えば起動から３０分で安定状態になるシステムにおいて、１５分以内で要求給湯負荷を満たし、給湯ユニット３１０が停止してしまう場合、ＣＯＰが約５０％程度しか発揮できなくなってしまう。

このような課題を踏まえ、本実施の形態では、給湯ユニット３１０を安定して制御するとともに、ＣＯＰの悪化を抑制するために、制御モードとして、給湯ユニット３１０の熱媒体温度ＷＴに応じて目標凝縮温度ＣＴｍを変化させる「給湯制御モード」と、目標凝縮温度ＣＴｍを一定に維持する「給湯予熱モード」とを有している。「給湯制御モード」および「給湯予熱モード」は、制御装置１２０のモード切替部１２４によって自動的に切り替えられる。具体的には、モード切替部１２４は、暖房運転時には給湯予熱モードに設定し、加熱運転時には給湯制御モードに設定する。さらに、暖房および加熱の同時運転の場合には、熱媒体温度ＷＴに応じて給湯制御モードまたは給湯予熱モードの何れかに設定する。

また、各モードにおける目標凝縮温度ＣＴｍの設定は、制御装置１２０の凝縮温度制御部１２５によって行われる。図４（ａ）は、給湯制御モードにおける目標凝縮温度ＣＴｍと熱媒体温度ＷＴとの関係を示す図であり、図４（ｂ）はＣＯＰの推移を示す図である。給湯制御モードにおいて、制御装置１２０の凝縮温度制御部１２５は、目標凝縮温度ＣＴｍが熱媒体温度ＷＴに応じて可変に設定される。具体的には、下記の式（１）を用いて目標凝縮温度ＣＴｍが設定される。そして、給湯ユニット３１０（および室内ユニット２１０）の冷媒凝縮温度ＣＴが目標凝縮温度ＣＴｍと一致するように圧縮機１１１が制御される。

［数１］
目標凝縮温度ＣＴｍ＝熱媒体温度ＷＴ＋α ・・・（１）

ここで、熱媒体温度ＷＴは、給湯ユニット３１０から受信した入口温度センサー３１４の値が用いられる。なお、熱媒体温度ＷＴとして、出口温度センサー３１５の値、入口温度センサー３１４の値と出口温度センサー３１５の値との平均温度、または貯湯タンク４２０内の水温センサー４２３の値を用いてもよい。また、定数αは、任意に決定できる値であるが、ＣＯＰの悪化を回避できるよう、熱媒体温度ＷＴと目標凝縮温度ＣＴｍとの差温ＤＴが最も高効率な値になるように、実験等によって決定される。

このように、目標凝縮温度ＣＴｍを設定することで、熱媒体温度ＷＴとの差温ＤＴを一定とすることができる。従って、図４（ａ）に示すように、低温時での差温ＤＴは図３（ａ）に示す場合に比べて小さくなる。これにより、給湯ユニット３１０の発停の頻度を減らすことができ、安定した制御が可能となる。また、高温時の差温ＤＴは図３（ａ）に示す場合に比べて大きくなり、加熱能力の確保が可能となる。これにより、図４（ｂ）に示すように、目標凝縮温度ＣＴｍを一定とする場合（図３（ｂ））に比べ、ＣＯＰの悪化を抑制することができる。

なお、給湯制御モードを使用する際には注意点がある。具体的には、給湯ユニット３１０において熱媒体温度ＷＴに応じて目標凝縮温度ＣＴｍが設定されるため、室内ユニット２１０と給湯ユニット３１０との同時運転を実施する場合であって、室内負荷が高い場合には、給湯ユニット３１０に温熱を供給できない場合もある。この場合は、冷媒凝縮温度ＣＴと室内ユニット２１０の室内温度センサーとの差温を見ながら、必要に応じて室内ユニット２１０を停止させるようにすればよい。

また、凝縮温度制御部１２５は、給湯予熱モードにおいては、図３（ａ）に示すように、暖房を実施するために必要な一定の目標凝縮温度ＣＴｍを設定する。

（モード切替処理）
図５は、本実施の形態のモード切替部１２４によって実行されるモード切替処理を示すフローチャートである。本処理の開始時において、制御モードは、初期モードとして「給湯制御モード」または「給湯予熱モード」の何れかに任意に設定されている。そして、本処理が開始されると、第１の閾値Ａおよび第２の閾値Ｂが記憶部１２３から取得される（Ｓ１）。第１の閾値Ａおよび第２の閾値Ｂは、熱媒体温度ＷＴと比較するための温度であり、制御モードの切り替えに適した温度が実験等によりあらかじめ求められ、記憶部１２３に記憶される。第１の閾値Ａおよび第２の閾値Ｂは、Ｂ＞Ａの関係である。

次に、給湯ユニット３１０が運転中か否かが判断される（Ｓ２）。給湯ユニット３１０が運転中でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御モードが「給湯予熱モード」に設定される（Ｓ７）。一方、給湯ユニット３１０が運転中の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、室内ユニット２１０が運転中か否かが判断される（Ｓ３）。なお、空調給湯複合システム１０が複数の給湯ユニット３１０を備える場合、Ｓ２では、運転している給湯ユニット３１０が１台以上あるか否かが判断される。そして、運転している給湯ユニット３１０が１台以上ある場合は（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、運転している給湯ユニット３１０が１台もない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ７に進む。

ここで、室内ユニット２１０が運転中の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、給湯ユニット３１０から熱媒体温度ＷＴが取得される（Ｓ４）。一方、室内ユニット２１０が運転中でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御モードが「給湯制御モード」に設定される（Ｓ８）。なお、空調給湯複合システム１０が複数の室内ユニット２１０を備える場合、Ｓ３では、運転している室内ユニット２１０が１台以上あるか否かが判断される。そして、運転している室内ユニット２１０が１台以上ある場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ４に進み、運転している室内ユニット２１０が１台もない場合は（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ８に進む。また、熱媒体温度ＷＴは、給湯ユニット３１０から受信した入口温度センサー３１４の値である。空調給湯複合システム１０が複数の給湯ユニット３１０を備える場合、代表する給湯ユニット３１０の熱媒体温度ＷＴまたは複数の給湯ユニット３１０の熱媒体温度ＷＴの平均値が取得される。

Ｓ４にて熱媒体温度ＷＴが取得されると、取得された熱媒体温度ＷＴが第２の閾値Ｂ以上か否かが判断される（Ｓ５）。そして、熱媒体温度ＷＴが第２の閾値Ｂ以上である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御モードが「給湯予熱モード」に設定される（Ｓ７）。一方、熱媒体温度ＷＴが第２の閾値Ｂ未満の場合（Ｓ５：ＮＯ）、熱媒体温度ＷＴが第１の閾値Ａ未満か否かが判断される（Ｓ６）。そして、熱媒体温度ＷＴが第１の閾値Ａ未満の場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御モードが「給湯制御モード」に設定される（Ｓ８）。また、熱媒体温度ＷＴが第１の閾値Ａ以上の場合（Ｓ６：ＮＯ）、現在の制御モードが維持される（Ｓ９）。このように、熱媒体温度ＷＴが第１の閾値Ａと第２の閾値Ｂの間である場合、熱媒体温度ＷＴが変動しても制御モードが維持される。これにより、少しの温度変動で「給湯予熱モード」と「給湯制御モード」との制御が何度も切り替えられることを抑制することが可能になる。

その後、設定された制御モードに応じた凝縮温度制御処理が行われ（Ｓ１０）、熱源ユニット１１０を停止するか否かが判断される（Ｓ１１）。具体的には、熱源ユニット１１０のサーモＯＦＦまたは運転停止の指示がなされた場合、熱源ユニット１１０を停止すると判断される。そして、熱源ユニット１１０を停止しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）は、Ｓ３に戻る。Ｓ３からＳ１１までの処理は、熱源ユニット１１０を停止するまで（Ｓ１１：ＹＥＳ）の間、任意に設定された制御時間間隔毎に逐次実施される。

（凝縮温度制御処理）
続いて、Ｓ１０の凝縮温度制御処理について説明する。図６は、本実施の形態の凝縮温度制御部１２５にて実行される凝縮温度制御処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、現在設定されている制御モードが「給湯制御モード」であるか否かが判断される（Ｓ２１）。現在設定されている制御モードが「給湯制御モード」である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、給湯ユニット３１０から熱媒体温度ＷＴが取得される（Ｓ２２）。そして、取得された熱媒体温度ＷＴに応じて、目標凝縮温度ＣＴｍが設定される（Ｓ２３）。ここでは、上記の式（１）に示すように、取得された熱媒体温度ＷＴに定数αを加算した値が目標凝縮温度ＣＴｍとして設定される。

一方、現在設定されている制御モードが「給湯制御モード」でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、現在の制御モードは「給湯予熱モード」であると判断され、一定の目標凝縮温度ＣＴｍが設定される（Ｓ２４）。詳しくは、記憶部１２３に記憶される目標凝縮温度ＣＴｍが、そのまま目標凝縮温度ＣＴｍとして用いられる。続いて、Ｓ２３またはＳ２４で設定された目標凝縮温度ＣＴｍと冷媒凝縮温度ＣＴとの差ＤＣＴが算出される（Ｓ２５）。ここでは、給湯制御モードの場合には、給湯ユニット３１０の冷媒凝縮温度ＣＴとＳ２３で設定された目標凝縮温度ＣＴｍとの差ＤＣＴが算出され、給湯予熱モードの場合には、室内ユニット２１０の冷媒凝縮温度ＣＴとＳ２４で設定された目標凝縮温度ＣＴｍとの差ＤＣＴが算出される。そして、算出された差ＤＣＴに応じて圧縮機１１１の容量制御値（例えば駆動周波数）を決定し、決定した容量値となるように圧縮機１１１が制御される（Ｓ２６）。

このように、本実施の形態では、給湯運転を主とするための給湯制御モードを設け、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０の運転状態ならびに熱媒体温度ＷＴに応じて、自動的に切り替える構成となっている。そして、給湯制御モードでは、目標凝縮温度ＣＴｍを熱媒体温度ＷＴに応じて可変に設定することで、目標凝縮温度ＣＴｍと熱媒体温度ＷＴとの差を一定とし、給湯ユニット３１０における安定した制御およびＣＯＰの悪化の抑制が可能となる。

実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２における空調給湯複合システム１０Ａについて説明する。図７は、実施の形態２の空調給湯複合システム１０Ａの電気的な構成を示す制御ブロック図である。図７に示すように、本実施の形態における空調給湯複合システム１０Ａは、外部通信機器５０を備える点において、実施の形態１と相違する。実施の形態２の空調給湯複合システム１０Ａにおける冷媒回路構成および動作については、実施の形態１と同様である。

外部通信機器５０は、熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０と有線または無線通信可能に接続される。また、外部通信機器５０は、制御部５１０と、通信部５２０と、記憶部５３０とを有する。制御部５１０は、熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０の状態監視および各種運転制御を行うものである。通信部５２０は、熱源ユニット１１０、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０の制御装置と無線または有線通信し、情報の送受信を行うものである。記憶部５３０は、制御部５１０の制御に用いられる各種情報などを記憶するものである。

上記実施の形態１では、熱源ユニット１１０のモード切替部１２４において、室内ユニット２１０および給湯ユニット３１０の運転状態ならびに熱媒体温度ＷＴに応じて、「給湯制御モード」および「給湯予熱モード」の切り替えを行っていたが、本実施の形態では、外部通信機器５０から「給湯制御モード」と「給湯予熱モード」との切り替えを指示するモード変更信号が制御装置１２０に送信される。

図８は、本実施の形態におけるモード切替処理のフローチャートである。本実施の形態におけるモード切替処理は、実施の形態１と同様に熱源ユニット１１０のモード切替部１２４によって実行される。図８において、実施の形態１と同様の処理には同じ符号が付される。本処理の開始時において、制御モードは、初期モードとして「給湯制御モード」または「給湯予熱モード」の何れかに任意に設定されている。そして、本処理が開始されると、外部通信機器５０からモード変更信号を受信したか否かが判断される（Ｓ３１）。

ここで、モード変更信号を受信した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、モード変更信号の内容が「給湯制御モード」を指示するものであるか否かが判断される（Ｓ３２）。そして、モード変更信号の内容が「給湯制御モード」を指示するものである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、制御モードが「給湯制御モード」に設定される（Ｓ３４）。一方、モード変更信号の内容が「給湯制御モード」を指示するものでない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、「給湯予熱モード」を指示するものであると判断され、制御モードが「給湯予熱モード」に設定される（Ｓ３３）。また、外部通信機器５０からモード変更信号を受信していない場合は（Ｓ３１：ＮＯ）、現在の制御モードが維持される（Ｓ３５）。

そして、実施の形態１と同様に、制御モードに応じた凝縮温度制御処理が行われ（Ｓ１０）、熱源ユニット１１０を停止するか否かが判断される（Ｓ１１）。そして、熱源ユニット１１０を停止しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）は、Ｓ３に戻る。Ｓ３からＳ１１までの処理は、熱源ユニット１１０を停止するまで（Ｓ１１：ＹＥＳ）の間、任意に設定された制御時間間隔毎に逐次実施される。

このように、本実施の形態では、外部通信機器５０からの指示に基づいて制御モードの切り替えが行われる。これにより、使用者または管理者が外部通信機器５０を操作して任意に制御モードの切り替えを行うことができる。また、外部通信機器５０からデマンドを入力することで、加熱能力を低減させる代わりにＣＯＰを向上させる運転を行っても良い。

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形または組み合わせが可能である。例えば、上記実施の形態においては、熱源ユニット１１０のモード切替部１２４または外部通信機器５０にて「給湯制御モード」と「給湯予熱モード」とを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、空調給湯複合システム１０にモードを切り替えるディップスイッチを設け、手動で切り替える構成としても良い。

１ 液主管、２ ガス主管、３ａ、３ｂ ガス枝管、４ａ、４ｂ液枝管、１０、１０Ａ 空調給湯複合システム、５０ 外部通信機器、１１０ 熱源ユニット、１１１ 圧縮機、１１２ 流路切替装置、１１３ 熱源側熱交換器、１１４、２１４ 送風機、１１５ アキュムレーター、１１６ 圧力センサー、１２０、２２０、３２０ 制御装置、１２１、２２１、３２１、５１０ 制御部、１２２、２２２、３２２、５２０ 通信部、１２３、２２３、３２３、５３０ 記憶部、１２４ モード切替部、１２５ 凝縮温度制御部、２１０ 室内ユニット、２１１ 室内側熱交換器、２１２ 室内側絞り装置、２１３Ｇ、３１３Ｇ ガス管温度センサー、２１３Ｌ、３１３Ｌ 液管温度センサー、３１０ 給湯ユニット、３１１ 給湯側熱交換器、３１２ 給湯側絞り装置、３１４ 入口温度センサー、３１５ 出口温度センサー、４００ 熱媒体回路、４１１、４１２、４１４ 熱媒体配管、４１３ 熱媒体−水熱交換器、４１５ ポンプ、４２０ 貯湯タンク、４２１、４２２ 水配管、４２３ 水温センサー。

Claims (9)

1. 圧縮機および熱源側熱交換器が搭載された熱源ユニットと、
   前記熱源ユニットに接続され、室内側熱交換器および室内側絞り装置が搭載された室内ユニットであって、暖房運転を行う室内ユニットと、
   前記熱源ユニットに接続され、給湯側熱交換器および給湯側絞り装置が搭載された給湯ユニットであって、給湯運転を行う給湯ユニットと、
   前記熱源ユニットを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   制御モードを、前記給湯運転を主とする給湯制御モードまたは前記暖房運転を主とする給湯予熱モードに切り替えるモード切替部と、
   前記制御モードに応じて前記室内側熱交換器および前記給湯側熱交換器における冷媒の目標凝縮温度を設定する凝縮温度制御部と、を有し、
   前記凝縮温度制御部は、前記給湯制御モードにおいて、前記目標凝縮温度と前記給湯ユニットによって熱交換される熱媒体の温度との差温が一定となるように、前記目標凝縮温度を前記熱媒体の温度に応じて流動的に設定するものである空調給湯複合システム。
2. 前記凝縮温度制御部は、前記給湯制御モードにおいて、前記熱媒体の温度に定数を加算した値を前記目標凝縮温度に設定するものである請求項１に記載の空調給湯複合システム。
3. 前記凝縮温度制御部は、前記給湯予熱モードにおいて、前記目標凝縮温度を一定に設定するものである請求項１または２の何れか一項に記載の空調給湯複合システム。
4. 前記凝縮温度制御部は、前記室内ユニットまたは前記給湯ユニットの冷媒凝縮温度が前記目標凝縮温度に収束するよう前記圧縮機を制御するものである請求項１〜３の何れか一項に記載の空調給湯複合システム。
5. 前記モード切替部は、前記室内ユニットおよび前記給湯ユニットの運転状態に応じて、前記給湯制御モードおよび前記給湯予熱モードを自動的に切り替えるものである請求項１〜４の何れか一項に記載の空調給湯複合システム。
6. 前記モード切替部は、前記室内ユニットが運転し、前記給湯ユニットが停止している場合に、前記給湯予熱モードに切り替え、前記給湯ユニットが運転し、前記室内ユニットが停止している場合に、前記給湯制御モードに切り替えるものである請求項５に記載の空調給湯複合システム。
7. 前記モード切替部は、前記室内ユニットおよび前記給湯ユニットが同時に運転している場合、前記熱媒体の温度に応じて前記給湯制御モードおよび前記給湯予熱モードを自動的に切り替えるものである請求項５または６に記載の空調給湯複合システム。
8. 前記モード切替部は、前記熱媒体の温度が、第１の閾値以上であって第２の閾値未満である場合に、前記給湯制御モードまたは前記給湯予熱モードを維持するものである請求項７に記載の空調給湯複合システム。
9. 前記制御装置は、外部通信機器と通信可能な通信部をさらに有し、
   前記モード切替部は、前記通信部を介して前記制御モードの変更を指示する信号を前記外部通信機器から受信した場合、前記制御モードを、前記受信した信号で指示された制御モードに切り替えるものである請求項１〜８の何れか一項に記載の空調給湯複合システム。

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