JP6289734B2 - 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、空調負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムに関するものである。

従来から、コンプレッサー、室外熱交換器、絞り装置、複数の室内熱交換器、及び、アキュムレーターを有する空調冷媒系統の凝縮器の一部に、コンプレッサー、水熱交換器、絞り装置、及び、冷媒−冷媒熱交換器を有した給湯冷媒系統をカスケード接続することにより暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムが存在する（たとえば、特許文献１参照）。

国際公開第０９／０９８７５１号（第１頁、図１等）

特許文献１に開示されている空調給湯複合システムでは、暖房負荷が小さい又は無いため、給湯負荷が小さい場合、下元側（空調側冷媒回路）の冷媒の高圧が急上昇する。その後冷媒バイパス等の保護制御により高圧の急上昇を抑制するが、バイパスによる非効率な運転によりシステムＣＯＰ（成績係数）が悪化する場合がある。上述の現象は、起動から安定に移行するまでの過渡状態においてよく確認される。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、暖房負荷及び給湯負荷が小さい場合に冷媒バイパスの保護制御を実施させずに、下元側の冷媒の高圧減少及びシステムＣＯＰを向上させるようにした空調給湯複合システムを提供することを目的としている。

本発明に係る空調給湯複合システムは、空調用冷媒を圧縮する熱源側圧縮機及び熱源側熱交換器が搭載された熱源ユニットに、負荷側熱交換器が搭載された負荷側ユニットが冷媒配管により接続され、冷凍サイクルを構成している空調側冷媒回路と、給湯用冷媒を圧縮する給湯ユニット圧縮機、給湯用の水と給湯用冷媒との間で熱交換をする水熱交換器、空調用冷媒と給湯用冷媒とで熱交換をする冷媒−冷媒熱交換器が冷媒配管により接続され冷凍サイクルを構成している給湯側冷媒回路、及び前記空調側冷媒回路において前記負荷側ユニットに対し並列に接続されている前記冷媒−冷媒熱交換器が搭載された給湯ユニットと、を備え、暖房運転サイクル状態において、前記空調側冷媒回路の高圧側の圧力が高圧閾値を超えた場合又は前記空調側冷媒回路の凝縮温度が凝縮温度閾値を超えた場合に、前記給湯ユニット圧縮機の駆動周波数を増加させることを特徴とする。

本発明に係る空調給湯複合システムによれば、空調側冷媒回路（下元側）に要求される負荷を高くすることにより、熱源側の冷媒回路の高圧上昇を抑制でき、かつ、冷媒バイパスの保護制御に入る頻度を低下させ、システムＣＯＰを向上させることができる。

実施の形態１に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成の一例を示す冷媒回路図である。 給湯ユニットの自己判断により実施する高圧過昇保護制御フローである。 熱源ユニットから給湯ユニットに対し指示を送る場合の制御フローである。 熱源ユニットからの指示を受けて給湯ユニットを制御する場合のフローである。 実施の形態３における、熱源ユニットから給湯ユニットに対し指示を送る場合の制御フローである。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空調給湯複合システムＡの冷媒回路構成の一例を示す冷媒回路図である。この空調給湯複合システムＡは、空調側冷媒回路２０及び給湯側冷媒回路３０の２つの冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を１つに纏めたものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

本実施の形態に係る空調給湯複合システムＡは、ビルやマンション、ホテル等に設置され、冷媒（空調用冷媒、給湯用冷媒）を循環させる冷凍サイクルを利用することで暖房負荷及び給湯負荷を同時に供給できるものである。空調給湯複合システムＡは、熱源ユニット１００（室外機）と、負荷側ユニット２００（室内機）と、給湯ユニット３００と、を少なくとも有している。

（空調側冷媒回路２０の構成）
空調側冷媒回路２０は、熱源ユニット１００と、負荷側ユニット２００と、給湯ユニット３００の一部と、によって構成されている。このうち、負荷側ユニット２００、給湯ユニット３００は、熱源ユニット１００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１００と負荷側ユニット２００とは、冷媒配管であるガス主管１、ガス枝管３ａ、液枝管４ａ、液主管２で順次接続されている。一方、熱源ユニット１００と給湯ユニット３００とは、冷媒配管であるガス主管１、ガス枝管３ｂ、液枝管４ｂ、液主管２で順次接続されている。

（熱源ユニット１００）
熱源ユニット１００には、熱源側圧縮機１１１と、流路切替弁１１２と、熱源側熱交換器１１３ａ及び１１３ｂと、アキュムレーター１１４と、が直列に接続されて搭載されている。また図示していないが、熱源ユニット１００には、熱源側熱交換器１１３ａ及び１１３ｂに空気を供給するためのファン等の送風機（図示無し）が熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂの近傍位置に設置されている。この熱源ユニット１００は、負荷側ユニット２００、給湯ユニット３００に温熱又は冷熱を供給する。

熱源ユニット１００は、保護制御用にバイパス弁１１５ａ、バイパス弁１１５ｂ、バイパス弁１１５ｃを設けている。バイパス弁１１５ａは、熱源側熱交換器１１３ｂと液主管２との間に設置されている。バイパス弁１１５ｂは、バイパス弁１１５ａ〜熱源側熱交換器１１３ｂ間をつなぐ配管と、熱源側圧縮機１１１の吐出口（高圧側）〜流路切替弁１１２間をつなぐ配管とを接続する配管に設置されている。バイパス弁１１５ｃは、熱源側圧縮機１１１の吐出口（高圧側）とアキュムレーター１１４の吸入側の間に設置されている。なお、バイパス弁１１５ｂ及びバイパス弁１１５ｃを設置する目的は、高圧ガス冷媒を低圧側へバイパスすることである。よって、バイパス弁１１５ｂ及びバイパス弁１１５ｃの高圧側を設置するポイントについては、高圧ガスが流れる場所であれば任意に移動させてもよい。

熱源側圧縮機１１１は、低温低圧の空調用冷媒を吸入し、その空調用冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。熱源側圧縮機１１１は、吸入した空調用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。たとえば、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熱源側圧縮機１１１を構成することができる。この熱源側圧縮機１１１は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプのもので構成するとよい。

流路切替弁１１２は、要求される運転モードに応じて空調用冷媒の流れを切り替えるものである。流路切替弁１１２は、熱源側圧縮機１１１の吐出側と接続されており、熱源側圧縮機１１１から吐出された高圧冷媒の流れる方向を切り替える。
熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂ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（図示無し）から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化させるものである。アキュムレーター１１４は、熱源側圧縮機１１１の吸入側に配置され、過剰な空調用冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレーター１１４は、過剰な空調用冷媒を貯留できる容器であればよい。また、ガス主管１は、流路切替弁１１２を介してアキュムレーター１１４、熱源側圧縮機１１１、熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂと接続されている。液主管２は、熱源側熱交換器１１３ａ及びバイパス弁１１５ａと接続されている。

熱源ユニット１００は熱源ユニット制御装置１３１を有している。熱源ユニット制御装置１３１は、例えばマイコン等から構成され、圧力センサ１１６又は温度センサ１１７から得られた測定値を基に、熱源側圧縮機１１１の容量制御量、又は熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂの熱交換器容量制御量（熱交換面積と風量を総合した制御量）の調整を行う。また、熱源ユニット制御装置１３１は、バイパス弁１１５の開閉制御及び運転モードに応じて流路切替弁１１２の開閉動作を実施する。
更に、熱源ユニット制御装置１３１は、必要に応じて、負荷側ユニット２００の負荷側ユニット制御装置２３１及び給湯ユニット３００の給湯ユニット制御装置３３１に対し、通信手段３１及び３２を用いて、熱源ユニット１００の内部情報（たとえば圧力センサ１１６及び温度センサ１１７の測定値）の伝達をする。また、熱源ユニット制御装置１３１は、熱源側熱交換器１１３及び負荷側熱交換器２１２に設置されている送風機の風量、負荷側絞り装置２１１（膨張弁）の開度の制御量等を遠隔操作できる。

（負荷側ユニット２００）
負荷側ユニット２００は、熱源ユニット１００からの温熱又は冷熱の供給を受けて暖房負荷又は冷房負荷を担当する。負荷側ユニット２００には、負荷側絞り装置２１１と、負荷側熱交換器２１２（室内熱交換器）とが、直列に接続されて搭載されている。なお、図１では、１台の負荷側ユニット２００が搭載されている状態を例に示しているが、台数を特に限定するものではない。また、負荷側ユニット２００には、負荷側熱交換器２１２に空気を供給するためのファン等の送風機（図示無し）を負荷側熱交換器２１２の近傍に設けるとよい。

負荷側絞り装置２１１は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この負荷側絞り装置２１１は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
負荷側熱交換器２１２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するものである。負荷側熱交換器２１２は、その近傍に設けられた送風機（図示無し）から供給される空気と空調用冷媒との間で熱交換を行ない、空調用冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。

負荷側ユニット２００は負荷側ユニット制御装置２３１を有している。これは圧力センサ（図示無し）からの値、温度センサ２１６からの値、及び通信手段３１を経て熱源ユニット１００の情報から得られた値を基に、負荷側絞り装置２１１の開度及び負荷側熱交換器２１２に付設された送風機（図示無し）の風量等を制御する。また、熱源ユニット１００からの運転指令を通信手段３１にて受信した場合には、その信号に基づいた制御動作を実施する機能も有する。

（給湯ユニット３００）
給湯ユニット３００は、熱源ユニット１００からの温熱又は冷熱を冷媒−冷媒熱交換器３１２を介して給湯側冷媒回路３０に供給する。給湯ユニット３００のうち空調側は、冷媒−冷媒熱交換器３１２の空調用冷媒側、及び、空調側冷媒回路絞り装置３１１で構成されており、空調用冷媒系統の一部を構成している。つまり、空調側冷媒回路２０と給湯側冷媒回路３０とは、冷媒−冷媒熱交換器３１２を介して接続されている。

冷媒−冷媒熱交換器３１２は、給湯側冷媒回路を循環する給湯用冷媒と、空調側冷媒回路を循環する空調用冷媒との間で熱交換を行なうものである。
空調側冷媒回路絞り装置３１１は、負荷側絞り装置２１１と同様に、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、空調用冷媒を減圧して膨張させるものである。この空調側冷媒回路絞り装置３１１は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

給湯ユニット３００は給湯ユニット制御装置３３１を有している。これは圧力センサ３１７又は温度センサ３１６、及び通信手段３２を経て熱源ユニット１００の情報から得られた値を基に空調側冷媒回路絞り装置３１１及び送風機の風量等を制御する機能を有する。また熱源ユニット１００からの運転指令を通信手段３２にて受信した場合には、その信号に基づいた制御動作を実施する機能も有する。

以上のように、空調側冷媒回路２０は、熱源側圧縮機１１１、流路切替弁１１２、負荷側熱交換器２１２、負荷側絞り装置２１１及び熱源側熱交換器１１３が、それぞれ直列に接続されており、負荷側熱交換器２１２と冷媒−冷媒熱交換器３１２とが並列に接続され、空調用冷媒が循環させることで成立している。

（空調給湯複合システムＡの動作）
空調給湯複合システムＡが実行する運転モードには、冷房運転モードと暖房運転モードとが存在する。冷房運転モードは、冷房運転サイクル状態において駆動している負荷側ユニット２００が冷房運転を実行する。暖房運転モードは、暖房運転サイクル状態において駆動している負荷側ユニット２００が暖房運転を実行し、給湯ユニットが給湯運転を実行する。なお、暖房運転モードにおいて、負荷側ユニット２００及び給湯ユニット３００は、同時運転又は優先順位等の制約を設けた個別運転でもよい。

（冷房運転モード）
低圧のガスである空調用冷媒が熱源側圧縮機１１１に吸入される。熱源側圧縮機１１１で高温高圧ガスにされた空調用冷媒は、熱源側圧縮機１１１から吐出され、流路切替弁１１２を経由し、熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂに流入する。熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂに流入した高温高圧ガス状態の空調用冷媒は、熱源側熱交換器１１３に付設された送風機から供給される空気と熱交換することで放熱し、高圧の液冷媒となり、液主管２を介して熱源ユニット１００から流出する。

液主管２に流出された高圧液体の空調用冷媒は、液枝管４ａを経由して、負荷側ユニット２００に流入する。負荷側ユニット２００に流入した空調用冷媒は、負荷側絞り装置２１１で減圧されて低圧の液及びガスの二相冷媒、又は低圧の液冷媒となり、負荷側熱交換器２１２に流入する。

負荷側熱交換器２１２に流入した低圧の空調用冷媒は、負荷側熱交換器２１２で蒸発し、低圧ガス冷媒となって負荷側熱交換器２１２から流出する。負荷側熱交換器２１２から流出した低圧ガス状態の空調用冷媒は、ガス枝管３ａを流れ、ガス主管１を介して熱源ユニット１００へ流入する。熱源ユニット１００へ流入した低圧ガス状態の空調用冷媒は、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１４を経て、再び熱源側圧縮機１１１へ吸入される。

（暖房運転モード）
低圧のガス状態の空調用冷媒が熱源側圧縮機１１１に吸入される。熱源側圧縮機１１１で高温高圧のガスにされた空調用冷媒は、熱源側圧縮機１１１から吐出して、流路切替弁１１２を経て、ガス主管１を介して熱源ユニット１００から流出する。ガス主管１へ流出された高圧ガス冷媒は、ガス枝管３ａとガス枝管３ｂへ分流される。

ガス枝管３ａを流れる高圧ガス冷媒は、負荷側ユニット２００に流入する。負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、負荷側熱交換器２１２に流入し、空気と熱交換して凝縮（放熱）され、高圧の液体となって流出する。流出した高圧液体の空調用冷媒は、負荷側絞り装置２１１で減圧されて低圧の液体及びガスの二相冷媒、又は低圧の液冷媒となり、液枝管４ａを介して負荷側ユニット２００から流出する。
ガス枝管３ｂを流れる高圧ガス冷媒は、給湯ユニット３００に流入する。給湯ユニット３００に流入した冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器３１２に流入し、給湯用冷媒と熱交換し凝縮（放熱）され、高圧の液体となって流出する。冷媒―冷媒熱交換器３１２から流出した高圧液冷媒は、空調側冷媒回路絞り装置３１１で減圧されて低圧の液体及びガスの二相冷媒、又は低圧の液冷媒となり、液枝管４ｂを介して給湯ユニット３００から流出する。

液枝管４ａと液枝管４ｂとから流出した低圧の空調用冷媒は、合流し、液主管２を介して、熱源ユニット１００に流入する。熱源ユニット１００に流入した低圧の空調用冷媒は、分流し、熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂに流入する。熱源側熱交換器１１３ａ、１１３ｂに流入した低圧冷媒は、送風機から供給される空気と熱交換することで低圧ガス冷媒となって熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂから流出する。熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂから流出した冷媒は、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１４を経て、再び熱源側圧縮機１１１へ吸入される。

（給湯側冷媒回路３０の構成）
給湯ユニット３００は、空調側冷媒回路２０の一部を構成している部分と、給湯側冷媒回路３０と、給湯用冷媒と水熱交換器３２２を介して熱交換を実行する水回路の一部を構成している部分からなる。給湯側冷媒回路３０は、冷媒−冷媒熱交換器３１２を介して空調用冷媒から受け取った温熱又は冷熱を、水熱交換器３２２を介して水回路に供給する。給湯側冷媒回路３０は、給湯ユニット圧縮機３２１、水熱交換器３２２、給湯側冷媒回路絞り装置３２３、及び冷媒−冷媒熱交換器３１２の給湯用冷媒側で構成されている。

すなわち、給湯ユニット３００には２種類の冷媒系統が存在している。給湯ユニット３００の空調側冷媒回路２０側は、液枝管４ｂとガス枝管３ｂとの間に設置されている空調側冷媒回路絞り装置３１１、及び冷媒−冷媒熱交換器３１２の空調側冷媒回路２０側が接続されて構成されている。給湯ユニット３００の給湯側冷媒回路３０側は、給湯ユニット圧縮機３２１、水熱交換器３２２、給湯側冷媒回路絞り装置３２３、及び冷媒−冷媒熱交換器３１２の給湯側冷媒回路を、冷媒配管で接続して構成されている。
冷媒配管は、ガス管（吐出ガス管５、吸入ガス管８）及び液管（水熱交出口液管６、膨張弁出口液管７）で順次接続されて構成されている。

給湯ユニット圧縮機３２１は、低圧の気体である給湯用冷媒を吸入し、その給湯用冷媒を圧縮して高温高圧の気体状態にする。この給湯ユニット圧縮機３２１は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよい。また、給湯ユニット圧縮機３２１は、吸入した給湯用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。たとえば、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給湯ユニット圧縮機３２１を構成することができる。

水熱交換器３２２は、水回路４０を循環する熱媒体（水や不凍液等の流体）と、給湯側冷媒回路３０を循環する給湯用冷媒との間で熱交換を行なうものである。つまり、給湯側冷媒回路と水回路とは、水熱交換器３２２及び水配管１１、１２を介して接続されている。給湯側冷媒回路絞り装置３２３は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、給湯用冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯側冷媒回路絞り装置３２３は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
冷媒−冷媒熱交換器３１２は、上述したように、給湯側冷媒回路を循環する給湯用冷媒と、空調側冷媒回路を循環する空調用冷媒との間で熱交換を行なうものである。また図１においては、水配管１１は、戻り水用配管、水配管１２は出湯用配管であり、給湯用冷媒の流れに対し対向流となるように構成され、最も熱交換効率がよい流れとしている。しかし、状況、目的に応じて水配管１１を出湯用配管、水配管１２を戻り水用配管と水の流れを逆にさせてもよい。

（給湯側冷媒回路３０の動作）
まず、給湯ユニット圧縮機３２１で高温高圧のガス状態にされた給湯用冷媒は、給湯ユニット圧縮機３２１から吐出して、吐出ガス管５を流れて水熱交換器３２２に流入する。この水熱交換器３２２では、流入した給湯用冷媒が放熱することで水配管１１から流入する水を加熱し、湯として水配管１２へ流出する。水熱交換器３２２から流出した給湯用冷媒は、水熱交出口液管６を流れて給湯側冷媒回路絞り装置３２３で空調側冷媒回路２０の冷媒−冷媒熱交換器３１２の出口温度以下まで膨張される。膨張された給湯用冷媒は、膨張弁出口液管７を流れて冷媒−冷媒熱交換器３１２で、空調側冷媒回路２０を流れる空調用冷媒から受熱して蒸発する。低圧の気体となった給湯用冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器３１２から流出して吸入ガス管８を流れて給湯ユニット圧縮機３２１へ戻る。

（水回路の構成）
水回路は、ポンプ（図示無し）、貯湯タンク（図示無し）、及び水熱交換器３２２の水回路４０側を配管によって接続して構成されている。つまり、水回路４０は、水熱交換器３２２で加熱又は冷却された水を循環させることで成立している。なお、水回路構成している水配管１１及び水配管１２は、銅管やステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などによって構成するとよい。なお、水回路４０として説明しているが、水に限らず、不凍液等を循環させるようにしてもよい。

また、図１には図示されていないが、空調給湯複合システムＡには、空調用冷媒の吐出圧力を検知するセンサーや空調用冷媒の吸入圧力を検知するセンサー、空調用冷媒の吐出温度を検知するセンサー、空調冷媒の吸引温度を検知するセンサー、熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂに流出入する空調用冷媒の温度を検知するセンサー、熱源ユニット１００に取り込まれる外気温を検知するセンサー、負荷側熱交換器２１２に流出入する空調用冷媒の温度を検知するセンサー、水回路４０に接続されている貯湯タンク内に貯留される水の温度を検知するセンサー等を設けておくとよい。これらの各種センサーで検知された情報は、熱源ユニット制御装置１３１、負荷側ユニット制御装置２３１及び給湯ユニット制御装置３３１に送られ、各アクチュエーターの制御に利用されることになる。

（暖房運転モード時の空調給湯複合システムＡの動作）
まずは、暖房運転モード時における制御処理について説明する。
空調側冷媒回路２０の凝縮温度を、任意に設定した目標値に収束させるため、熱源ユニット制御装置１３１は、制御指令の一部である熱源側圧縮機１１１の運転周波数を変化させる。また、空調側冷媒回路２０の蒸発温度を任意に設定した目標値に収束させるため、熱源ユニット制御装置１３１は、制御指令の一部である熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂの熱交換容量を変化させる。例えば、熱源側熱交換器１１３ａ及び熱源側熱交換器１１３ｂの熱交換面積、送風機からの風量を変化させる。なお、制御指令は、熱源ユニット１００から得られた計測情報（例えば圧力センサ１１６及び温度センサ１１７からの値）を基にして決定する。

一方、給湯側冷媒回路３０においては、水熱交換器３２２の入口又は出口の水温と、給湯ユニット制御装置３３１にて設定された水温を比較させ、それらの水温差が大きい場合には、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数ＢＵ＿Ｆを増加させる。水温差が小さい、すなわち給湯負荷が小さい場合には、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数ＢＵ＿Ｆを減少させる。

（従来の高圧側過昇保護制御）
ここでは、熱源ユニット制御装置１３１、給湯ユニット制御装置３３１は、たとえば互いに独立して制御を行なう場合を例に説明する。暖房運転モード時において、給湯負荷が極端に少ない状態の場合、給湯側冷媒回路３０の給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数ＢＵ＿Ｆは減少し、駆動周波数ＢＵ＿Ｆは、給湯ユニット圧縮機３２１の容量制御範囲の下限値ＢＵ＿Ｆｍｉｎに下打ちする。

上述のように、空調側冷媒回路２０において、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数が容量制御範囲の下限値ＢＵ＿Ｆｍｉｎとなることにより、給湯ユニット３００の負荷が小さくなり、空調側冷媒回路２０の高圧が上昇していき、任意に定めることができる基準値であるバイパス弁作動閾値Ｐｂｙｐに達する。その後、熱源ユニット１００は、その空調側冷媒回路２０の高圧側の圧力を運転圧力範囲に収めるべく、自身がもつバイパス弁１１５ａ〜１１５ｃを用いて、高圧過昇保護制御を実施する。
図１に示される空調側冷媒回路２０においては、高圧過昇保護をする方法として２種類ある。その方法の一つは、バイパス弁１１５ｃを閉状態から開状態に変更し、高圧のガス冷媒を低圧側へリリースすることで、高圧側の圧力を低下させる。もう一つの方法は、バイパス弁１１５ａを開状態から閉状態に変更し、バイパス弁１１５ｂを閉状態から開状態に変更することで、熱源側熱交換器１１３ｂを凝縮器として使用することにより、空調用冷媒の熱を外部へ放熱して高圧側の圧力を減少させる。

前述した２通りの方法とも、高圧側の圧力を減少させ、圧力を運転範囲内に維持させる機能を有するが、その反面ヒートポンプとしての効率を低下させてしまうことになる。特に後者の方法（熱源側熱交換器１１３ｂを凝縮器として利用する方法）においては、熱源側熱交換器１１３ａにおいて空調用冷媒が吸熱した温熱を、熱源側熱交換器１１３ｂから外部へ戻してしまうため、熱の有効利用ができず、大きく効率が低下してしまうことになる。例えば効率（以下、ＣＯＰと表記。※ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が１〜２の間になり、電気ヒーターの効率とほぼ変わりない動作となってしまう。

（本実施の形態における高圧過昇保護時の制御）
本実施の形態においては、前述した高圧過昇保護時にＣＯＰが低下してしまう現象を抑制するため、給湯ユニット側の負荷を上昇させることによりバイパス弁を使用した保護制御の発生頻度を低下させ、ＣＯＰ上昇をさせることを目的としている。以下にその制御について説明する。各々の制御については制御方法が異なるが、目的としては、給湯ユニット３００の負荷を上昇させて、熱源ユニットの高圧過昇保護をする手法である。

図２は、給湯ユニット３００の自己判断により実施する高圧過昇保護制御フローである。まず、給湯ユニット３００が運転開始直後、本制御も開始する（ステップＳ１０１）。
給湯ユニット３００は、通信手段３２経由にて、熱源ユニット１００より熱源ユニット１００の凝縮温度Ｔｓの情報を任意の時間周期（例えば、おおよそ数分間隔）で取得している。給湯ユニット３００は、この凝縮温度Ｔｓの情報が給湯ユニット３００にて設定された任意の凝縮温度閾値Ｔｂより大きいか判定する（ステップＳ１０２）。
ステップＳ１０２の条件に合致した場合（Ｙｅｓの場合）は、次のステップへ進み、現状の給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数値ＢＵ＿Ｆｎｏｗが、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数の最大値（許容値）ＢＵ＿Ｆｍａｘより小さいか判定する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３の条件に合致した場合（Ｙｅｓの場合）、給湯ユニット３００は、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数を増加させる処理を実施する（ステップＳ１０４）。つまり、現状の給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数値ＢＵ＿Ｆｎｏｗに対し周波数値ｄＦを増加させ、新しい周波数値ＢＵ＿Ｆｎｅｗとする処理を行う。
なお、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３にて、条件を満たさない場合（Ｎｏの場合）には、制御処理を再度ステップＳ１０２からループさせる。ステップＳ１０４終了後、給湯ユニット３００が運転中かどうかを確認し、運転中（Ｙｅｓの場合）であれば制御処理をループさせる（ステップＳ１０５）。給湯ユニットが停止した場合（Ｎｏの場合）には制御を終了させる（ステップＳ１０６）。

上記のような制御を行うことにより、空調側冷媒回路２０の高圧側の圧力が高くなっても、給湯ユニット３００を制御することにより空調側冷媒回路２０に要求される負荷を高くし、熱源側の冷媒回路の高圧上昇を抑制できる。例えば、空調側冷媒回路２０において、熱源側圧縮機１１１の駆動周波数が下限で運転されている場合で熱源側圧縮機１１１の制御では圧力を下げられなくても、空調側冷媒回路２０の負荷を上昇させて高圧上昇を抑えられる。これにより、熱源ユニット１００においては、バイパス弁１１５ａ〜１１５ｃを作動させて高圧過昇保護制御に入る頻度を低下させることができるため、空調給湯複合システムＡのＣＯＰを向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では給湯ユニット３００単独での高圧過昇保護制御フローを説明したが、本実施の形態においては、熱源ユニット１００と給湯ユニット３００と連動した制御について説明する。
図３は、熱源ユニット１００から給湯ユニット３００に対し指示を送る場合の制御フローである。
まず、熱源ユニット１００の運転中に給湯ユニット３００が運転開始した直後、制御処理を開始させる（ステップＳ２１１）。ここで、熱源ユニット１００が、空調側冷媒回路２０の高圧側に設置している圧力センサ１１６の高圧圧力センサ値Ｐｄが、任意に設定した高圧閾値Ｐｂより大きいかどうかを判定する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２の条件に該当する場合（Ｙｅｓの場合）、通信手段３２を用いて給湯ユニット３００へ給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数増速信号（以下、Ｆｕｐ信号）を送信する（ステップＳ２１３）。ステップＳ２１２において、条件を満たさない場合には制御処理をループさせる。ステップＳ２１３終了後、給湯ユニット３００が運転中である場合（Ｙｅｓの場合）、制御処理を再度ステップＳ２１２からループさせる（ステップＳ２１４）。給湯ユニット３００の運転が停止した場合には制御を終了させる（ステップＳ２１５）。

図４は、熱源ユニット１００からの指示を受けて給湯ユニット３００を制御する場合の制御フローである。
給湯ユニット３００においては、まず、給湯ユニット３００が運転開始直後、本制御も開始する（ステップＳ２２１）。給湯ユニット３００は、通信手段３２経由にて、熱源ユニット１００よりＦｕｐ信号を受信したかを判定する（ステップＳ２２２）。給湯ユニットがＦｕｐ信号を受信した場合（Ｙｅｓの場合）、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数値ＢＵ＿Ｆｎｏｗが、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数最大値ＢＵ＿Ｆｍａｘより小さいかを判定する（ステップＳ２２３）。ステップＳ２２３の条件に合致する場合（Ｙｅｓの場合）、給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数を増加させる処理（ステップＳ２２４）を実施する。つまり、現状の給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数値ＢＵ＿Ｆｎｏｗに対し周波数値ｄＦを増加させ、新しい周波数値ＢＵ＿Ｆｎｅｗとする処理を行う。なお、ステップＳ２２２、ステップＳ２２３にて、条件を満たさない場合には、制御処理を再度ステップＳ２２２からループさせる。ステップＳ２２４終了後、給湯ユニット３００が運転中かどうかを確認する（ステップＳ２２５）。給湯ユニット３００が運転中であれば（Ｙｅｓの場合）制御処理を再度ステップＳ２２２からループさせ、給湯ユニット３００が停止した場合（Ｎｏの場合）には制御を終了させる（ステップＳ２２６）。

空調側冷媒回路２０の高圧側の圧力が高くなっても、給湯ユニット３００を制御することにより空調側冷媒回路２０に要求される負荷を高くし、熱源側の冷媒回路の高圧上昇を抑制できる。かつ、熱源ユニット１００においては、バイパス弁１１５ａ〜１１５ｃを作動させて高圧過昇保護制御に入る頻度を低下させることができるため、空調給湯複合システムＡのＣＯＰを向上させることができる。

上記のような制御を行うことにより、実施の形態１と同じように、高圧過昇保護をしながら空調給湯複合システムＡのＣＯＰを向上させることができるという効果を得ることができる。
なお、図２に示された制御フローと図３及び図４に示された制御フローとは同時に併用しても、どちらか選択して使用してもよい。ただし、実施の形態１で説明した、図２に示された制御フローにおいては、制御周期が熱源ユニット１００から給湯ユニット３００が受信した凝縮温度Ｔｓの情報の受信周期に依存するため、熱源ユニット１００での高圧急上昇に対し、給湯ユニット３００の制御の追従が遅れる場合がある。これに対し、本実施の形態における制御は、熱源ユニット１００からのＦｕｐ信号をうけて給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数を増加させるため、高圧急上昇に対し追従性がよい。そのため、図２に示された制御は、定期時間間隔にて制御実施する定時制御で運用し、図３及び図４に示された制御は、熱源ユニット１００での高圧急上昇した場合のバックアップ保護制御として運用するというように、使い分けてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態では、従来の高圧過昇保護制御、実施の形態１に係る制御、及び実施の形態２に係る制御を併用した場合における、制御に用いる各閾値の設定について説明する。
制御に用いる各閾値（空調側冷媒回路２０の凝縮温度閾値Ｔｂ、空調側冷媒回路２０の高圧閾値Ｐｂ）は、「凝縮温度制御目標値Ｔｍ＜凝縮温度閾値Ｔｂ＜高圧閾値Ｐｂの飽和温度換算値ＴＰｂ＜バイパス弁作動閾値Ｐｂｙｐの飽和温度換算値ＴＰｂｙｐ」の関係で設定するとよい。
通常は、図２で説明した制御フローで、高圧閾値Ｐｂの飽和温度換算値ＴＰｂよりも低い値である凝縮温度閾値Ｔｂを用いて定時制御を行う。高圧急上昇が発生した場合には、高圧閾値Ｐｂを用いた制御を実施し、高圧閾値Ｐｂも超えてしまうような場合には、バイパス弁１１５を使用した制御を行う。

図５は、本実施の形態における、熱源ユニットから給湯ユニットに対し指示を送る場合の制御フローである。
まず、熱源ユニット１００の運転中に給湯ユニット３００が運転開始した直後、制御処理を開始させる（ステップＳ３１１）。ここで、熱源ユニット１００が、空調側冷媒回路２０の高圧側に設置している圧力センサ１１６の高圧圧力センサ値Ｐｄが、任意に設定した高圧閾値Ｐｂより大きいかどうかを判定する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２の条件に該当する場合（Ｙｅｓの場合）、通信手段３２を用いて給湯ユニット３００へ給湯ユニット圧縮機３２１の駆動周波数増加信号（以下、Ｆｕｐ信号）を送信する（ステップＳ３１３）。ステップＳ３１２において、条件を満たさない場合には制御処理をループさせる。ステップＳ３１３終了後、再度高圧圧力センサ値Ｐｄが、任意に設定したバイパス弁作動閾値Ｐｂｙｐより大きいかを判定する（ステップＳ３１４）。この時点でＰｄ値が下がっておらず、Ｐｂｙｐ値よりも大きい場合（Ｙｅｓの場合）は、バイパス弁１１５を開く制御を行い（ステップＳ３１５）、その後制御処理を再度ステップＳ３１２からループさせる。Ｐｄ値がＰｂｙｐ値よりも小さい場合（Ｎｏの場合）は、バイパス弁１１５が開いている状態であれば閉じ、閉じている状態であればそのままの状態を維持する（ステップＳ３１６）。その後、給湯ユニット３００の運転状態を判定する（ステップＳ３１７）。給湯ユニット３００が運転中である場合（Ｙｅｓの場合）、制御処理を再度ステップＳ３１２からループさせる（ステップＳ３１７）。給湯ユニット３００の運転が停止した場合には制御を終了させる（ステップＳ３１８）。

上記記載した閾値の設定を基に制御すれば、給湯ユニット３００の運転状態が過渡状態において、バイパス弁１１５による高圧過昇保護制御の発生頻度を減らし、空調給湯複合システムＡのＣＯＰを向上させることが可能である。

ここで、空調側冷媒回路２０及び給湯側冷媒回路３０に使用可能な冷媒について説明する。空調側冷媒回路２０及び給湯側冷媒回路３０で冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、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）や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。

また、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や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。そのほか、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン、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、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。したがって、空調側冷媒回路２０及び給湯側冷媒回路３０の用途や目的に応じた冷媒を使用するとよい。

なお、空調側冷媒回路２０と給湯側冷媒回路３０とは、上述したように、それぞれ独立した冷媒回路構成になっているため、各冷媒回路を循環させる冷媒を同じ種類のものとしてもよいし、別の種類のものとしてもよい。また、給湯用冷媒として臨界温度の低い冷媒を用いた場合、高温の給湯を行なう際に水熱交換器３２２における放熱過程での給湯用冷媒が超臨界状態となることが想定される。しかしながら、一般に放熱過程の冷媒が超臨界状態にある場合、放熱器圧力や放熱器出口温度の変化によるＣＯＰの変動が大きく、高いＣＯＰを得る運転を行なうためには、より高度な制御が要求される。
一方、一般に臨界温度の低い冷媒は、同一温度に対する飽和圧力が高く、その分、配管や圧縮機の肉厚を大きくする必要があるので、コスト増の要因ともなる。

更に、レジオネラ菌等の繁殖を抑えるための図示省略の貯湯タンク内に蓄えられる水の推奨温度が６２℃以上であることを鑑みると、給湯の目標温度が最低でも６２℃以上となることが多いと想定される。以上のことを踏まえ、給湯用冷媒には、最低でも６２℃以上の臨界温度を持つ冷媒を採用することが望ましい。このような冷媒を給湯用冷媒系統の給湯用冷媒として採用すれば、より低コストで、より安定的に、高いＣＯＰを得ることができるからである。

また、空調側冷媒回路２０において余剰冷媒を受液器（アキュムレーター１１４）によって貯蔵する場合を示したが、これに限るものではなく、冷凍サイクルにおいて放熱器となる熱交換器にて貯蔵するようにすれば、アキュムレーター１１４を取り除いてもよい。
更に、図１では、負荷側ユニット２００が１台接続されている場合を例に示しているが、接続台数を特に限定するものではなく、たとえば負荷側ユニット２００が１台以上接続されていればよい。そして、負荷側ユニット２００を複数台設置する場合、各負荷側ユニット２００の容量は、全部を同一としてもよく、大から小まで異なるようにしてもよい。

１ ガス主管、２ 液主管、３ａ ガス枝管、３ｂ ガス枝管、４ａ 液枝管、４ｂ 液枝管、５ 吐出ガス管、６ 水熱交出口液管、７ 膨張弁出口液管、８ 吸入ガス管、１１ 水配管、１２ 水配管、２０ 空調側冷媒回路、３０ 給湯側冷媒回路、３１ 通信手段、３２ 通信手段、４０ 水回路、１００ 熱源ユニット、１１１ 熱源側圧縮機、１１２ 流路切替弁、１１３ 熱源側熱交換器、１１３ａ 熱源側熱交換器、１１３ｂ 熱源側熱交換器、１１４ アキュムレーター、１１５ バイパス弁、１１５ａ バイパス弁、１１５ｂ バイパス弁、１１５ｃ バイパス弁、１１６ 圧力センサ、１１７ 温度センサ、１３１ 熱源ユニット制御装置、２００ 負荷側ユニット、２１１ 負荷側絞り装置、２１２ 負荷側熱交換器、２１６ 温度センサ、２３１ 負荷側ユニット制御装置、３００ 給湯ユニット、３１１ 空調側冷媒回路絞り装置、３１２ 冷媒−冷媒熱交換器、３１６ 温度センサ、３１７ 圧力センサ、３２１ 給湯ユニット圧縮機、３２２ 水熱交換器、３２３ 給湯側冷媒回路絞り装置、３３１ 給湯ユニット制御装置、Ａ 空調給湯複合システム、ＢＵ＿Ｆ 駆動周波数、ＢＵ＿Ｆｍａｘ 駆動周波数最大値、ＢＵ＿Ｆｍｉｎ （駆動周波数の）下限値、ＢＵ＿Ｆｎｅｗ 新しい周波数値、ＢＵ＿Ｆｎｏｗ 駆動周波数値、Ｐｂ 高圧閾値、Ｐｂｙｐ バイパス弁作動閾値、Ｐｄ 高圧圧力センサ値、ＴＰｂ 高圧閾値Ｐｂの飽和温度換算値、ＴＰｂｙｐ バイパス弁作動閾値Ｐｂｙｐの飽和温度換算値、Ｔｂ 凝縮温度閾値、Ｔｍ 凝縮温度制御目標値、Ｔｓ 凝縮温度、ｄＦ 周波数値。

Claims (5)

1. 空調用冷媒を圧縮する熱源側圧縮機及び熱源側熱交換器が搭載された熱源ユニットに、負荷側熱交換器が搭載された負荷側ユニットが冷媒配管により接続され、冷凍サイクルを構成している空調側冷媒回路と、
   給湯用冷媒を圧縮する給湯ユニット圧縮機、給湯用の水と給湯用冷媒との間で熱交換をする水熱交換器、空調用冷媒と給湯用冷媒とで熱交換をする冷媒−冷媒熱交換器が冷媒配管により接続され冷凍サイクルを構成している給湯側冷媒回路、及び前記空調側冷媒回路において前記負荷側ユニットに対し並列に接続されている前記冷媒−冷媒熱交換器が搭載された給湯ユニットと、を備え、
   暖房運転サイクル状態において、前記空調側冷媒回路の高圧側の圧力が高圧閾値を超えた場合又は前記空調側冷媒回路の凝縮温度が凝縮温度閾値を超えた場合に、前記給湯ユニット圧縮機の駆動周波数を増加させる、空調給湯複合システム。
2. 前記熱源ユニットは、
   暖房運転サイクルにおいて、前記空調側冷媒回路の高圧側と低圧側とをつなぐバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられたバイパス弁と、を更に備え、
   前記空調側冷媒回路の高圧側の圧力がバイパス弁作動閾値を超えた場合に、前記バイパス弁を開ける、請求項１に記載の空調給湯複合システム。
3. 前記凝縮温度閾値は、
   前記空調側冷媒回路の凝縮温度制御目標値よりも大きく設定され、
   前記高圧閾値は、
   前記バイパス弁作動閾値より低く、前記凝縮温度閾値を飽和温度として換算した空調用冷媒の圧力よりも大きく設定される、請求項２に記載の空調給湯複合システム。
4. 前記熱源ユニットは、
   前記熱源側圧縮機を制御する熱源ユニット制御装置を更に備え、
   前記給湯ユニットは、
   前記給湯ユニット圧縮機を制御する給湯ユニット制御装置を更に備え、
   前記熱源ユニット制御装置は、
   前記空調側冷媒回路の高圧側の圧力の測定情報を受けて、前記高圧側の圧力が前記高圧閾値を超えた場合、前記給湯ユニット圧縮機の駆動周波数を増加させるための高圧信号を前記給湯ユニット制御装置に送信する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調給湯複合システム。
5. 前記負荷側ユニットは、
   負荷側絞り装置が搭載され、
   前記給湯ユニットは、
   前記給湯側冷媒回路に接続された給湯側冷媒回路絞り装置と、
   前記空調側冷媒回路に接続された空調側冷媒回路絞り装置と、が搭載されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調給湯複合システム。

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