JPH10141796A

JPH10141796A - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JPH10141796A
Application number: JP31267896A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Kataoka; 秀彦片岡
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: JP3237548B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冷房給湯運転時に余剰冷媒によって生じる不
具合を、冷媒回路中に受液器を設けることなく回避する
ことが可能なヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】室外熱交換器３と直列に第１電動膨張弁
４を、室内熱交換器１１ａ、１１ｂと直列に第２電動膨
張弁５ａ、５ｂを、給湯熱交換器１２と直列に第３電動
膨張弁６を、それぞれ設ける。給湯熱交換器１２を凝縮
器として機能させ、室内熱交換器１１ａ、１１ｂを蒸発
器として機能させて冷房給湯運転を行う。第２電動膨張
弁５ａ、５ｂで過熱度制御を行い、第３電動膨張弁６で
過冷却制御を行う。第１電動膨張弁４は所定の微小開度
に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷房給湯運転が
可能に構成されたヒートポンプシステムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図４は、上記のようなヒートポンプシス
テムの従来例について、その冷媒回路を示す図である
（例えば特開平１−２８５７５８号公報参照）。同図に
おいてＸは室外ユニットであり、この室外ユニットＸに
２台の室内ユニットＡ、Ｂと給湯ユニットＷとが接続さ
れている。そして冷媒回路は、同図に示すように圧縮機
５１と四路切換弁５２とを吐出管６３と吸入管６４とで
接続し、この四路切換弁５２から室外熱交換器５３及び
第１電動膨張弁５４を順次に第１ガス管６５、第１液管
６６で接続している。そして上記第１電動膨張弁５４に
は第２液管６７を接続してその他端を２本の液支管７３
ａ、７３ｂに分岐させる一方、四路切換弁５２には第２
ガス管６８を接続してその他端を２本のガス支管７４
ａ、７４ｂに分岐させている。そして上記液支管７３
ａ、７３ｂに第２電動膨張弁５５ａ、５５ｂを介設する
と共に、液支管７３ａ、７３ｂとガス支管７４ａ、７４
ｂとの間に室内熱交換器６１ａ、６１ｂを設け、さらに
上記第２液管６７には受液器７２を介設している。

【０００３】また圧縮機５１の吐出管６３に第１電磁弁
５７を介設し、この手前から第２電磁弁５８を介設した
第１管路６９を分岐させてその先端を二重管式の給湯熱
交換器６２の一端に接続する一方、給湯熱交換器６２の
他端と上記第２液管６７とを第３電動膨張弁５６を介設
した第２管路７０で接続している。そして第２電磁弁５
８よりも給湯熱交換器６２側の第１管路６９を、第３電
磁弁５９を介設した第３管路７１によって圧縮機５１の
吸入管６４に接続している。なおこの吸入管６４に介設
された６０はアキュームレータである。

【０００４】上記のように構成された従来のヒートポン
プシステムでは、第１電磁弁５７を開弁すると共に他の
電磁弁５８、５９を閉弁し、四路切換弁５２を実線方向
に切り替え、そして室外熱交換器５３を凝縮器として機
能させると共に室内熱交換器６１ａ、６１ｂを蒸発器と
して機能させることにより、冷房運転を行うことができ
る。また第２電磁弁５８を開弁すると共に他の電磁弁５
７、５９を閉弁し、四路切換弁５２を実線方向にして給
湯熱交換器６２を凝縮器として機能させると共に室内熱
交換器６１ａ、６１ｂを蒸発器として機能させ、さらに
給湯ユニットＷに設けられた循環ポンプ７７を作動させ
て貯湯タンク７６内の湯水を熱交換路７８に流通させる
ことにより、冷房給湯運転を行うことができる。そして
この冷房給湯運転時には、室外熱交換器５３と給湯熱交
換器６３との熱交換容量の差から余剰冷媒が生じるが、
この余剰冷媒は第２液管６７に設けた受液器７２に貯溜
されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のヒートポンプシステムでは、余剰冷媒を貯溜するため
に受液器７２を設けているため、その分だけコスト高に
なるという問題があった。一方、ただ単に受液器７２を
省略したのでは、余剰冷媒によって冷房給湯運転時に高
圧上昇や液圧縮という不具合を生じてしまうという問題
があった。

【０００６】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、冷房給湯運転
時に余剰冷媒によって生じる不具合を、冷媒回路中に受
液器を設けることなく回避することが可能なヒートポン
プシステムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１のヒート
ポンプシステムは、圧縮機１、室外熱交換器３、第１電
動膨張弁４、第２電動膨張弁５ａ、５ｂ、室内熱交換器
１１ａ、１１ｂを順次環状に接続すると共に、上記室外
熱交換器３及び第１電動膨張弁４と並列に、圧縮機１側
から順次に給湯熱交換器１２と第３電動膨張弁６とを接
続したヒートポンプシステムにおいて、制御手段２５を
設け、この制御手段２５は、上記圧縮機１を駆動して給
湯熱交換器１２を凝縮器として機能させると共に室内熱
交換器１１ａ、１１ｂを蒸発器として機能させて行う冷
房給湯運転時に、上記第１電動膨張弁４を所定開度に維
持する一方、上記第２電動膨張弁５ａ、５ｂによって過
熱度制御を行うと共に第３電動膨張弁６によって過冷却
制御を行うよう成されていることを特徴としている。

【０００８】上記請求項１のヒートポンプシステムで
は、余剰冷媒が発生すると過冷却度が大となるので、制
御手段２５は第３電動膨張弁６に対し、その開度を大き
くするよう制御を行う。すると室外熱交換器３側の圧力
が上昇して冷媒は室外熱交換器３で凝縮するようにな
る。従って余剰冷媒を室外熱交換器３に貯溜させること
が可能となる。一方、冷媒回路中を循環する冷媒が不足
傾向の場合には過熱度が大となるので、制御手段２５は
第２電動膨張弁５ａ、５ｂに対し、その開度を大きくす
るよう制御を行う。すると室外熱交換器３側の圧力が低
下して冷媒は室外熱交換器３で蒸発するようになる。従
って室外熱交換器３に貯溜する冷媒を冷媒回路中に戻す
ことが可能となる。

【０００９】また請求項２のヒートポンプシステムは、
上記制御手段２５は、冷房給湯運転時に、上記第１電動
膨張弁４を所定の微小開度に維持していることを特徴と
している。

【００１０】上記請求項２のヒートポンプシステムで
は、第１電動膨張弁４を微小開度に維持することによ
り、室外熱交換器３からの急激なガス冷媒の戻りを回避
することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、この発明のヒートポンプシ
ステムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００１２】図１は、上記ヒートポンプシステムの冷媒
回路図である。同図においてＸは室外ユニットであり、
この室外ユニットＸに２台の室内ユニットＡ、Ｂと給湯
ユニットＷとが接続されている。この冷媒回路は、基本
的には図４に示す従来のヒートポンプシステムの冷媒回
路と同様であり、ただ異なっているのは冷媒回路中に受
液器が設けられていない点である。すなわち、図１に示
すこのヒートポンプシステムの冷媒回路は、同図に示す
ように圧縮機１と四路切換弁２とを吐出管１３と吸入管
１４とで接続し、この四路切換弁２から室外熱交換器３
及び第１電動膨張弁４を順次に第１ガス管１５、第１液
管１６で接続している。そして上記第１電動膨張弁４に
は第２液管１７を接続してその他端を２本の液支管２３
ａ、２３ｂに分岐させる一方、四路切換弁２には第２ガ
ス管１８を接続してその他端を２本のガス支管２４ａ、
２４ｂに分岐させている。そして上記液支管２３ａ、２
３ｂに第２電動膨張弁５ａ、５ｂを介設すると共に、液
支管２３ａ、２３ｂとガス支管２４ａ、２４ｂとの間に
室内熱交換器１１ａ、１１ｂを設けている。

【００１３】また圧縮機１の吐出管１３に第１電磁弁７
を介設し、この手前から第２電磁弁８を介設した第１管
路１９を分岐させてその先端を二重管式の給湯熱交換器
１２の一端に接続する一方、給湯熱交換器１２の他端と
上記第２液管１７とを第３電動膨張弁６を介設した第２
管路２０で接続している。そして第２電磁弁８よりも給
湯熱交換器１２側の第１管路１９を、第３電磁弁９を介
設した第３管路２１によって圧縮機１の吸入管１４に接
続している。なおこの吸入管１４に介設された１０はア
キュームレータである。

【００１４】さらに同図において室内ユニットＡに設け
られた３１ａ及び室内ユニットＢに設けられた３１ｂ
は、それぞれ室内熱交換器１１ａ、１１ｂの中間温度を
検出する室内熱交温度センサであり、また室外ユニット
Ｘにおいて圧縮機１の吐出管１３に設けられた３４は、
吐出管温度を検出する吐出管温度センサである。そして
給湯ユニットＷには、給湯熱交換器１２の中間温度を検
出する給湯熱交温度センサ３３と、その出口側の液管温
度を検出する液管温度センサ３２とが設けられている。
そして上記室内熱交温度センサ３１ａ、３１ｂ、吐出管
温度センサ３４、液管温度センサ３２、給湯熱交温度セ
ンサ３３の検出結果は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタ
フェース等によって構成されたマイクロコンピュータの
機能を含む制御手段２５に出力されるようになってい
る。

【００１５】上記のように構成されたヒートポンプシス
テムでは、第１電磁弁７を開弁すると共に他の電磁弁
８、９を閉弁し、四路切換弁２を実線方向に切り替え、
そして室外熱交換器３を凝縮器として機能させると共に
室内熱交換器１１ａ、１１ｂを蒸発器として機能させる
ことにより、冷房運転を行うことができる。また第２電
磁弁８を開弁すると共に他の電磁弁７、９を閉弁し、四
路切換弁２を実線方向にして給湯熱交換器１２を凝縮器
として機能させると共に室内熱交換器１１ａ、１１ｂを
蒸発器として機能させ、さらに給湯ユニットに設けられ
た循環ポンプ２７を作動させて貯湯タンク２６内の湯水
を熱交換路２８に流通させることにより、冷房給湯運転
を行うことができる。そしてこの冷房給湯運転時に室外
熱交換器３と給湯熱交換器１３との熱交換容量の差から
生じる余剰冷媒は、制御手段２５によってなされる制御
により室外熱交換器３に貯溜されるようになっている。
そこで次に、この制御について説明する。

【００１６】まず制御手段２５は、第３電動膨張弁６の
開度を制御することにより、過冷却制御を行う。図２
は、この過冷却制御を示すフローチャートである。ステ
ップＳ１では、給湯熱交温度センサ３３から凝縮温度Ｔ
ｃを入力し、また液管温度センサ３２から液管温度Ｔｌ
を入力する。そして上記凝縮器Ｔｃから液管温度Ｔｌを
差し引くことで過冷却度ＳＣを求め、この過冷却度ＳＣ
と、過冷却目標値ＳＣ・ＳＥＴにハンチング防止のため
の微小値αを加えた値ＳＣ・ＳＥＴ＋αとを比較してい
る。そして比較の結果、過冷却度ＳＣの方が大であった
場合には、次にステップＳ２へと進み、第３電動膨張弁
６の開度ＥＶＷを所定開度βだけ開弁して上記ステップ
Ｓ１に戻る。

【００１７】一方、上記比較の結果、過冷却度ＳＣの方
が大でなかったときは、次にステップＳ３に進む。この
ステップＳ３では、給湯熱交換器１２の凝縮温度Ｔｃか
ら液管温度Ｔｌを差し引いて得た上記過冷却度ＳＣと、
過冷却目標値ＳＣ・ＳＥＴから上記微小値αを差し引い
た値ＳＣ・ＳＥＴ−αとを比較している。そして比較の
結果、過冷却度ＳＣの方が小であった場合には、次にス
テップＳ４へと進み、第３電動膨張弁６の開度ＥＶＷを
上記所定開度βだけ閉弁してステップＳ１に戻る。

【００１８】また制御手段２５は、第２電動膨張弁５
ａ、５ｂの開度を制御することにより、過熱度制御を行
う。図３は、この過熱度制御を行うためのフローチャー
トであり、吐出管温度Ｔｏを目標吐出管温度Ｔｍに近づ
けるように上記第２電動膨張弁５ａ、５ｂの開度を調整
する制御である。まずステップＳ１で給湯熱交温度セン
サ３３から凝縮温度Ｔｃを入力し、ステップＳ２で室内
熱交温度センサ３１ａ、３１ｂから蒸発温度Ｔｅを入力
する。そしてステップＳ３では、モリエル線図上におけ
る傾斜特性線の傾きＫを、圧縮機１の単体のエネルギー
効率ＥＥＲから求める。またステップＳ４では目標吐出
管温度Ｔｍを算出するが、これは次のようにして行う。
すなわち、上記のように凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅと
が把握されているから、モリエル線図上において適当な
過熱度ＳＨを与えると、圧縮始めの状態Ａを特定するこ
とができる。そして上記傾きＫを有する傾斜特性線を上
記Ａ点から延長し、これと上記凝縮温度Ｔｃとが交差す
る点の温度を目標吐出管温度Ｔｍとするのである。一
方、ステップＳ５では吐出管温度センサ３４から吐出管
温度Ｔｏを入力する。そしてこの吐出管温度Ｔｏが上記
目標吐出管温度Ｔｍに近づくように、ステップＳ６で第
２電動膨張弁５ａ、５ｂの開度制御量を把握し、ステッ
プＳ７で必要なパルスを出力して第２電動膨張弁５ａ、
５ｂの開度を制御する。そしてこれによって冷媒過熱度
を制御するようになっている。つまり、室内熱交換器１
１ａ、１１ｂにおける過熱度が大であるときには上記第
２電動膨張弁５ａ、５ｂの開度が大きくなるよう制御さ
れ、逆に過熱度が小であるときにはその開度が小さくな
るよう制御されるということである。

【００１９】さらに第１電動膨張弁４については、常に
一定の微小開度に維持しておく。

【００２０】上記のように構成され、また動作するヒー
トポンプシステムでは、冷房給湯運転時には、室外熱交
換器３と給湯熱交換器１３との熱交換容量の差から余剰
冷媒が生じる。そして余剰冷媒が生じると過冷却度ＳＣ
が大となるので、制御手段２５は第３電動膨張弁６に対
し、その開度を大きくするよう制御を行う。第１電動膨
張弁４の開度は一定であるから、このようにすると室外
熱交換器３側の圧力が上昇し、これが外気温度相当圧力
よりも高くなると、冷媒は室外熱交換器３で凝縮し、冷
媒回路中を循環する冷媒量が減少する。つまり余剰冷媒
を室外熱交換器３に貯溜しているということである。一
方、冷媒回路中を循環する冷媒が不足傾向であると過熱
度ＳＨが大となるので、制御手段２５は第２電動膨張弁
５ａ、５ｂに対し、その開度を大きくするよう制御を行
う。第１電動膨張弁４の開度は一定に維持されているか
ら、このようにすると室外熱交換器３側の圧力が低下
し、室外熱交換器３内の液冷媒が蒸発して冷媒回路中を
循環する冷媒量が増加する。従って冷房給湯運転時に余
剰冷媒によって生じる高圧上昇や液圧縮という不具合
を、冷媒回路中に受液器を設けることなく回避でき、シ
ステムのコストダウンを図ることができる。また第１電
動膨張弁４を微小開度に維持しておくことにより、室外
熱交換器３からの急激なガス冷媒の戻りを回避して、異
音の発生等を防止すると共に冷媒回路中を流通する冷媒
量が増減を繰り返すハンチング現象の発生を防止するこ
とができる。

【００２１】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。上記では第２電動膨張弁５ａ、５ｂを用い
た過熱度制御として、目標吐出管温度制御を用いてい
る。これは、直接的に過熱度を制御するＳＨ制御として
もよいし、また本出願人が先に提案したような外気温度
補正項を用いた制御（特開平７−１９８１８７号公報参
照）としてもよいし、あるいは目標吐出管温度Ｔｍと吐
出管温度Ｔｏとの差に応じて過冷却目標値ＳＣ・ＳＥＴ
を補正する制御（特開平８−２８９９９６号公報参照）
としてもよい。また給湯熱交温度センサ３３は、これに
代えて圧力センサを用いるようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】上記請求項１のヒートポンプシステムで
は、冷房給湯運転時に生じた余剰冷媒を室外熱交換器に
貯溜している。従って受液器等の別途部材を用いること
なく高圧上昇や液圧縮等の不具合を回避でき、これによ
ってコストダウンを図ることが可能となる。

【００２３】また請求項２のヒートポンプシステムで
は、室外熱交換器からの急激なガス冷媒の戻りを回避す
ることにより、異音の発生等を防止すると共に冷媒回路
中を流通する冷媒量が増減を繰り返すハンチング現象の
発生を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートポンプシステムの一実施形態
の冷媒回路図である。

【図２】上記ヒートポンプシステムにおける過冷却制御
を示すフローチャートである。

【図３】上記ヒートポンプシステムにおける過熱度制御
を示すフローチャートである。

【図４】従来例のヒートポンプシステムの冷媒回路図で
ある。

【符号の説明】

１圧縮機３室外熱交換器４第１電動膨張弁５ａ第２電動膨張弁５ｂ第２電動膨張弁６第３電動膨張弁１１ａ室内熱交換器１１ｂ室内熱交換器１２給湯熱交換器２５制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、第
１電動膨張弁（４）、第２電動膨張弁（５ａ）（５
ｂ）、室内熱交換器（１１ａ）（１１ｂ）を順次環状に
接続すると共に、上記室外熱交換器（３）及び第１電動
膨張弁（４）と並列に、圧縮機（１）側から順次に給湯
熱交換器（１２）と第３電動膨張弁（６）とを接続した
ヒートポンプシステムにおいて、制御手段（２５）を設
け、この制御手段（２５）は、上記圧縮機（１）を駆動
して給湯熱交換器（１２）を凝縮器として機能させると
共に室内熱交換器（１１ａ）（１１ｂ）を蒸発器として
機能させて行う冷房給湯運転時に、上記第１電動膨張弁
（４）を所定開度に維持する一方、上記第２電動膨張弁
（５ａ）（５ｂ）によって過熱度制御を行うと共に第３
電動膨張弁（６）によって過冷却制御を行うよう成され
ていることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】上記制御手段（２５）は、冷房給湯運転
時に、上記第１電動膨張弁（４）を所定の微小開度に維
持していることを特徴とする請求項１のヒートポンプシ
ステム。