JPWO2014049673A1 - 空調給湯複合システム - Google Patents

Abstract

圧縮機１１１と熱源側熱交換器１１３とを有する少なくとも１台の熱源ユニット１１０と、室内側熱交換器３１１と室内側絞り装置３１２とを有する少なくとも１台の室内ユニット３１０と、冷媒−水熱交換器４１１と給湯側絞り装置４１２とを有する少なくとも１台の給湯ユニット４１０と、熱交換対象を加熱する室内ユニット３１０及び／又は給湯ユニット４１０に気体の冷媒を供給し、熱交換対象を加熱する室内ユニット及び／又は給湯ユニットに液体の冷媒を供給する気液分離器２１１と、室内ユニット３１０及び給湯ユニット４１０における冷媒の流路を制御する電磁弁２１３とを有する分岐ユニット２１０とを配管接続して冷媒回路を構成し、給湯ユニット４１０が停止中に、冷媒−水熱交換器４１１内の水側流路における水が凍結する可能性があると判断すると、冷媒−水熱交換器４１１の冷媒側流路における圧力を上げる給湯側制御処理装置４２０を備えるものである。

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを利用して空気調和、給湯を行う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。

ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用して、空気、水等の熱源から熱を授受し、複数台の室内機（室内ユニット）、給湯機（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１参照）。本システムでは、熱源ユニットに分岐ユニットを接続している。また、分岐ユニットには、少なくとも１台の室内ユニットと少なくとも１台の給湯ユニットとを接続している。これにより、１つの熱源で空気調和と給湯とを同時に行うことができる。

ＷＯ２００９／０９８７５１号公報（第１頁、図１等）

上述した特許文献１に記載されている空調給湯複合システムにおいて、例えば暖房負荷が高い時期に、少なくとも１台の室内ユニットは暖房し、少なくとも１台の給湯ユニットが停止している場合、停止している給湯ユニットにおける絞り装置を閉止し、冷媒が通過しないようにしている。

このとき、例えば絞り装置を構成する弁の締りが悪いと、冷媒が給湯ユニット内部の冷媒−水熱交換器を流れる可能性がある。このとき、冷媒−水熱交換器内を通過する冷媒温度が水の凍結温度以下であると、冷媒−水熱交換器内において水が凍結して膨張してしまい、冷媒−水熱交換器を破損させてしまう恐れがあった。

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、給湯ユニット内の冷媒−水熱交換器における凍結防止をはかることができる空調給湯複合システムを得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、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する少なくとも１台の熱源ユニットと、室内側熱交換器と室内側絞り装置とを有する少なくとも１台の室内ユニットと、冷媒−水熱交換器と給湯側絞り装置とを有する少なくとも１台の給湯ユニットと、熱交換対象を加熱する室内ユニット及び／又は給湯ユニットに気体の冷媒を供給し、熱交換対象を冷却する室内ユニット及び／又は給湯ユニットに液体の冷媒を供給する気液分離器と、室内ユニット及び給湯ユニットへの冷媒の通過を制御する冷媒流路制御装置とを有する分岐ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、給湯ユニットが停止中に、冷媒−水熱交換器内の水側流路における水が凍結する可能性があると判断すると、冷媒−水熱交換器の冷媒側流路における圧力を上げる制御を行う制御処理装置を備えるものである。

本発明に係る空調給湯複合システムによれば、制御処理装置は、冷媒−水熱交換器内の水側流路における水が凍結する可能性があると判断すると、冷媒−水熱交換器の冷媒側流路における圧力を上げるようにしたので、冷媒−水熱交換器内での水の凍結を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システム０００の構成の一例を示す図である。 冷房運転モードの冷媒の流れを示す図である。 暖房運転モードの冷媒の流れを示す図である。 冷房主体運転モードの冷媒の流れを示す図である。 暖房主体運転モードの冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る凍結防止処理の手順を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る凍結防止処理の手順を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る凍結防止処理の手順を示す図である。

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。ここで、実施の形態において説明する空調給湯複合システムの構成等は一例を示すものであって、このような構成に限るものではない。また、符号に添字を付した装置、機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システム０００の構成の一例を示す図である。図１に基づいてシステムの構成等について説明する。本実施の形態に係る空調給湯複合システム０００は、例えば、ビル、マンション、ホテル等に設置され、機器を配管接続することで冷媒回路を構成し、ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用して空調負荷と給湯負荷とに同時に熱（温熱、冷熱）を供給することができるものである。

［システム構成］
本実施の形態の空調給湯複合システム０００は、熱源ユニット（室外機）１１０、分岐ユニット（中継機）２１０、室内ユニット（室内機）３１０及び給湯ユニット４１０を少なくとも有している。このうち、負荷ユニットとなる室内ユニット３１０と給湯ユニット４１０とは、熱源ユニット１１０に対し、分岐ユニット２１０を介して並列となるように接続されている。そして、熱源ユニット１１０と、室内ユニット３１０及び給湯ユニット４１０との間に設置される分岐ユニット２１０において冷媒の流れを切り換える等して、室内ユニット３１０では冷暖房、給湯ユニット４１０では温水又は冷水供給の機能を発揮させる。ここで、図１においては、室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０を、分岐ユニット２１０と各１台接続した例を示しているが、接続数については、これに限定するものではない。

また、空調給湯複合システム０００は、熱源ユニット１１０と分岐ユニット２１０との間を冷媒配管である高圧主管００１と低圧主管００２とにより接続し、冷媒が流れるようにしている。また、分岐ユニット２１０と室内ユニット３１０との間を、冷媒配管であるガス枝管００３ａ、００３ｂにより接続している。そして、分岐ユニット２１０と給湯ユニット４１０との間を、冷媒配管である液枝管００４ａ、００４ｂにより接続している。

ここで、空調給湯複合システム０００に用いる冷媒について説明する。空調給湯複合システム０００の冷凍サイクルに使用できる冷媒として、例えば非共沸混合冷媒、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、様々な種類がある。したがって、空調給湯複合システム０００の用途や目的に応じた冷媒を使用するとよい。

ここで、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。また、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。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。そして、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。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、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。ここで、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。

［熱源ユニット１１０］
熱源ユニット１１０は、分岐ユニット２１０を介して、室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０に冷媒を送り、負荷に対して温熱、冷熱を供給する機能を有している。本実施の形態の熱源ユニット１１０は、圧縮機１１１、流路切替弁１１２、熱源側熱交換器１１３、アキュムレーター（液溜め容器）１１５を備え、図１に示すように、直列に接続して構成している。

圧縮機１１１は、吸入した冷媒を圧縮して高温・高圧の状態で吐出する。ここで、圧縮機のタイプについては、特に限定しない。例えば、レシプロ、ロータリー、スクロール、スクリュー等の各種タイプの圧縮機を圧縮機１１１とすることができる。また、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。

熱源側熱交換器１１３は、放熱器（凝縮器）又は蒸発器として機能する。そして、冷媒と冷媒との熱交換対象となる空気の間の熱交換を行い、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化する。ここで、温熱供給と冷熱供給とを同時に行う冷暖房混在運転を行うとき、熱源側熱交換器１１３を放熱器として利用することがある。このとき、圧縮機１１１からのガス状の冷媒（ガス冷媒）を一部だけ凝縮して、ガス冷媒と液状の冷媒（液冷媒）との二相域の状態の冷媒にするように調整する。また、本実施の形態では、熱源側熱交換器１１３において、送風機１１４からの空気と冷媒とを熱交換させるようにしているが、例えば、水、ブライン等と冷媒とを熱交換させるようにしてもよい。ファン等で構成する送風機１１４は、冷媒との熱交換対象となる空気を熱源側熱交換器１１３に供給する。アキュムレーター１１５は、圧縮機１１１の吸入側に配置され、過剰な冷媒を貯留するための容器である。

また、逆止弁群１１６は、高圧主管００１を流れる冷媒が熱源ユニット１１０を流出して分岐ユニット２１０に流入する方向に流れ、低圧主管００２を流れる冷媒が分岐ユニット２１０を流出して熱源ユニット１１０に流入する方向に流れるように冷媒の流れを調整する。

また、吐出圧力センサー１１７Ｈは冷媒の吐出圧力を検知する。吸入圧力センサー１１７Ｌは冷媒の吸入圧力を検知する。吐出温度センサー１１８Ｈは冷媒の吐出温度を検知する。吸入温度センサー１１８Ｌは冷媒の吸引温度を検知する。熱源熱交換器温度センサー１１９ａは熱源側熱交換器１１３に流出入する冷媒の温度を検知する。そして、外気温度センサー１１９ｂは熱源ユニット１１０に取り込まれる外気の温度を検知する。これらの各種センサーの検知に係る温度、圧力等に基づいて、熱源制御処理装置１２０は、各アクチュエーターを制御処理する。

［分岐ユニット２１０］
分岐ユニット２１０は、負荷ユニット（室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０）と、熱源ユニット１１０との間で、冷媒の流れを調整する。そして、室内ユニット３１０の室内熱交換器３１１、給湯ユニット４１０の冷媒−水熱交換器４１１を、それぞれ放熱器又は蒸発器として機能させる。分岐ユニット２１０は、気液分離器２１１、電磁弁２１３ａ及び電磁弁２１３ｂ、液冷媒絞り装置２１２、バイパス用絞り装置２１４及び中間圧力検知用の分岐圧力センサー２１５を少なくとも有している。

冷媒流路制御装置となる電磁弁２１３ａは、低圧主管００２、ガス枝管００３ａ及び気液分離器２１１とそれぞれ接続し、分岐制御処理装置２２０からの指示に基づいて、室内ユニット３１０に流入出する冷媒の流路を切り替え、冷媒の通過を制御する。また、給湯ユニット流路切替装置となる電磁弁２１３ｂは、低圧主管００２、ガス枝管００３ａ及び気液分離器２１１とそれぞれ接続し、分岐制御処理装置２２０からの指示に基づいて、給湯ユニット４１０に流入出する冷媒の流路を切り替え、冷媒の通過を制御する。ここで、電磁弁２１３については、特に個数を限定するものではなく、必要に応じた電磁弁数を決定すればよい。また、図１では二方電磁弁を２つ組み合わせているが、三方弁等を組み合わせて構成するようにしてもよい。

気液分離器２１１は、高圧主管００１から流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。ガス冷媒は電磁弁２１３（２１３ａ、２１３ｂ）側に流れる。また、気液分離器２１１の分離に係る液冷媒は液冷媒絞り装置２１２側に流れる。液冷媒絞り装置２１２は、気液分離器２１１から流れる液冷媒を減圧して膨張させる。また、バイパス用絞り装置２１４は、例えば室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０から流出して低圧主管００２に流れる冷媒の圧力及び冷媒量の調整を行う。ここで、液冷媒絞り装置２１２、バイパス用絞り装置２１４は、例えば電子式膨張弁等による緻密な制御により開度を変化させることができる流量制御手段、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。

また、分岐圧力センサー２１５は中間圧を検知するセンサーである。ここで、分岐ユニット２１０においては、熱源ユニット１１０から流入する冷媒の圧力（高圧）、熱源ユニット１１０に流入する冷媒の圧力（低圧）、高圧と低圧との間の中間圧の３つの圧力帯を有する。液冷媒絞り装置２１２、バイパス用絞り装置２１４の開度を変化させることで中間圧を変化させることができる。中間圧が変化すると、暖房（給湯）側、及び冷房（冷却）側へ流す冷媒流量比率が変化し、暖房（給湯）及び冷房（冷却）の能力比率が変化する。分岐制御処理装置２２０は、分岐圧力センサー２１５の検知に係る圧力に基づいて、液冷媒絞り装置２１２、バイパス用絞り装置２１４の開度を制御する。

［室内ユニット３１０］
室内ユニット３１０は、熱源ユニット１１０から送られた冷媒から温熱又は冷熱を取り出して空調負荷に供給する機能を有している。本実施の形態の室内ユニット３１０は、室内ユニット絞り装置３１２と室内熱交換器３１１とを備え、図１に示すように、直列に接続して構成している。ここで、図１では特に示していないが、室内ユニット３１０は、室内熱交換器３１１に空気を供給するためのファン等の送風機を室内熱交換器３１１の近傍に設けようにしてもよい。

室内熱交換器３１１は、暖房時には放熱器（凝縮器）として機能し、冷房時には蒸発器として機能する。そして、空調対象空間の空気と冷媒との間の熱交換を行い、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化する。室内ユニット絞り装置３１２は、例えば減圧弁（膨張弁）等で構成し、冷媒を減圧して膨張させる。減圧弁としては、例えば電子式膨張弁等による緻密な制御により開度を変化させることができる流量制御手段、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。

室内熱交換器３１１に冷媒が流入出する前後配管には室内ユニットガス管温度検知センサー３１３Ｇ、室内ユニット液管温度検知センサー３１３Ｌが設置されている。また、室内空気温度センサー３１４は、室内熱交換器３１１が吸い込む又は吹き出す空気の少なくとも一方の温度を検知する。これらの温度センサーの検知に係る温度に基づいて、室内制御処理装置３２０は室内ユニット絞り装置３１２の開度を制御し、冷媒流量を調整する。

［給湯ユニット４１０］
給湯ユニット４１０は、熱源ユニット１１０から送られた冷媒から温熱又は冷熱を取り出して給湯負荷に供給する機能を有している。本実施の形態の給湯ユニット４１０は、給湯ユニット絞り装置４１２と冷媒−水熱交換器４１１とを備え、図１に示すように、直列に接続して構成している。

冷媒−水熱交換器４１１は、放熱器（凝縮器）又は蒸発器として機能する。そして、冷媒と水配管０１０を通過する水との間の熱交換を行い、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化する。また、給湯ユニット絞り装置４１２は、例えば減圧弁（膨張弁）等で構成し、冷媒を減圧して膨張させる。給湯ユニット絞り装置４１２も、室内ユニット絞り装置３１２と同様に流量制御手段、冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

冷媒−水熱交換器４１１に冷媒が流入出する前後配管には給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌが設置されている。また、冷媒−水熱交換器４１１に水が流入出する前後配管には入口水温検知センサー４１４Ｉ、出口水温検知センサー４１４Ｏが設置されている。これらの温度センサーの検知に係る温度に基づいて、給湯制御処理装置４２０は給湯ユニット絞り装置４１２の開度を制御し、冷媒流量を調整する。また、図示省略の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。

水配管０１０は、図示省略のポンプ、貯湯タンク、冷媒−水熱交換器４１１等を接続して水回路を構成する配管である。水回路では、冷媒−水熱交換器４１１における熱交換により加熱又は冷却された水が循環する。水配管０１０は、例えば銅管、ステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管等によって構成するとよい。ここで、本実施の形態では、水回路において水が循環するようにしているが、例えば不凍液等が循環するようにしてもよい。

また、熱源ユニット１１０、分岐ユニット２１０、室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０はそれぞれ、熱源制御処理装置１２０、分岐制御処理装置２２０、室内制御処理装置３２０、給湯制御処理装置４２０を有している。ここでは、各ユニットにそれぞれ制御処理装置を備えるようにしているが、１又は複数に統合するようにしてもよい。

熱源ユニット１１０が有する熱源制御処理装置１２０は、例えば空調給湯複合システム０００における冷媒の圧力状態及び冷媒の温度状態を制御する処理を行う。具体的には、例えば圧縮機１１１の駆動周波数の制御、送風機１１４のファン回転数の制御、流路切替弁１１２の切り替え等に係る処理を行う。

また、分岐ユニット２１０が有する分岐制御処理装置２２０は、例えば液冷媒絞り装置２１２、バイパス用絞り装置２１４の開度制御、電磁弁２１３（電磁弁２１３ａ、電磁弁２１３ｂ）の開閉制御等の処理を行う。

室内ユニット３１０が有する室内制御処理装置３２０は、空調対象空間を空気調和するために、各機器を制御する処理を行う。例えば、室内ユニット３１０において冷房を行う際には冷媒の過熱度、暖房を行う際には冷媒の過冷却度を制御する処理を行う。具体的には、室内制御処理装置３２０は、図示省略の送風機のファン回転数の制御、室内ユニット絞り装置３１２の開度の制御等の処理をする。

給湯ユニット４１０の給湯制御処理装置４２０は、給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌから得られた温度等に基づいて、給湯ユニット４１０による冷却時における過熱度、給湯ユニット４１０の加熱（給湯）時における過冷却度を制御する機能を有している。具体的には、給湯制御処理装置４２０は、冷媒−水熱交換器４１１の熱交換面積を変化させたり、給湯ユニット絞り装置４１２の開度を制御したりする機能を有している。また、ここでは、給湯ユニット４１０停止中における、冷媒−水熱交換器４１１の水側の流路の凍結防止処理を行う。そして、処理のために計時手段（タイマ）を有しているものとする。

「システムの運転動作］
次に、空調給湯複合システム０００の運転に係る動作について説明する。本実施の形態の空調給湯複合システム０００が行うことができる運転モードは４種類ある。まず、動いている室内ユニット３１０の全部が冷房、給湯ユニット４１０が冷却を実行する冷房運転モードがある。また、運転している室内ユニット３１０の全部が暖房、給湯ユニット４１０が給湯（加熱）を実行する暖房運転モードがある。

さらに、暖房している室内ユニット３１０と冷房している室内ユニット３１０とが混在し、給湯ユニット４１０で冷却又は給湯を行うときに、冷房、冷却負荷の方が大きい冷房主体運転モードがある。そして、暖房している室内ユニット３１０と冷房している室内ユニット３１０が混在し、給湯ユニット４１０で冷却又は給湯を行うときに、暖房、給湯負荷の方が大きい暖房主体運転モードがある。冷房主体運転モードと暖房主体運転モードとについては、例えば、空調給湯複合システム０００の冷媒の凝縮温度と蒸発温度を熱源ユニット１１０内で設定した目標値と比較する等することで、能力又は効率が最も高くなるように運転モードを切り替える。

［冷房運転モード］
図２は冷房運転モードの冷媒の流れを示す図である。まず、運転している全部の室内ユニット３１０が冷房運転をしており、給湯ユニット４１０が冷却運転をしているときの冷房運転モードにおける冷媒の流れ及び運転内容について説明する。

熱源ユニット１１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１１へ吸入され、高温・高圧のガス冷媒となり、流路切替弁１１２を経て、熱源側熱交換器１１３へ流入する。熱源側熱交換器１１３に流入した高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器１１３に供給される空気と熱交換することにより凝縮して高圧の液冷媒となり、熱源側熱交換器１１３から流出する。熱源側熱交換器１１３から流出した高圧の液冷媒は、逆止弁群１１６を経て熱源ユニット１１０から流出する。そして、高圧主管００１を流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

分岐ユニット２１０において、高圧主管００１から流れてきた高圧の液冷媒は、気液分離器２１１及び液冷媒絞り装置２１２を経て、分岐ユニット２１０から流出する。分岐ユニット２１０から流出した冷媒は、液枝管００４を流れ、室内ユニット３１０及び給湯ユニット４１０に流入する。室内ユニット３１０では、室内ユニット絞り装置３１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、室内熱交換器３１１へ流れる。室内熱交換器３１１に流入した低圧の二相冷媒又は低圧液冷媒は、室内熱交換器３１１にて蒸発し、低圧のガス冷媒となり、室内熱交換器３１１から流出する。

また、給湯ユニット４１０では、給湯ユニット絞り装置４１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、冷媒−水熱交換器４１１へ流れる。冷媒−水熱交換器４１１に流入した低圧二相冷媒又は低圧液冷媒は、冷媒−水熱交換器４１１にて蒸発し、低圧のガス冷媒となり、冷媒−水熱交換器４１１から流出する。

室内熱交換器３１１、冷媒−水熱交換器４１１から流出した低圧ガス冷媒は、室内ユニット３１０、給湯ユニット４１０から流出した後、ガス枝管００３を流れて分岐ユニット２１０に流入する。分岐ユニット２１０に流入した低圧のガス冷媒は、電磁弁２１３を経て、低圧主管００２に流れる。低圧主管００２に流れた低圧のガス冷媒は、分岐ユニット２１０から流出した後、熱源ユニット１１０に流入する。熱源ユニット１１０に流入した低圧のガス冷媒は、逆止弁群１１６、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１５を経て、再び圧縮機１１１へ吸入される。

［暖房運転モード］
図３は暖房運転モードの冷媒の流れを示す図である。次に、運転している全部の室内ユニット３１０が暖房運転をしており、給湯ユニット４１０が給湯運転をしているときの暖房運転モードにおける冷媒の流れ及び運転内容について説明する。

熱源ユニット１１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１１へ吸入され、高温・高圧のガス冷媒となり、流路切替弁１１２、逆止弁群１１６を経て、熱源ユニット１１０から流出する。そして、高圧主管００１を流れた冷媒は分岐ユニット２１０に流入する。分岐ユニット２１０において、高圧主管００１から流れてきた高圧のガス冷媒は、気液分離器２１１、電磁弁２１３を経て、分岐ユニット２１０から流出する。そして、ガス枝管００３を流れ、室内ユニット３１０及び給湯ユニット４１０に流入する。

室内ユニット３１０に流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３１１に流入し、室内熱交換器３１１にて凝縮される。さらに、室内ユニット絞り装置３１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、室内ユニット３１０から流出した後、液枝管００４ａを流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

また、給湯ユニット４１０に流入した高圧のガス冷媒は、冷媒−水熱交換器４１１に流入し、冷媒−水熱交換器４１１にて凝縮され、高圧の液冷媒となって冷媒−水熱交換器４１１から流出する。冷媒−水熱交換器４１１から流出した高圧の液冷媒は、給湯ユニット絞り装置４１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、給湯ユニット４１０から流出した後、液枝管００４ｂを流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

分岐ユニット２１０に流入した低圧の冷媒は、合流された後、バイパス用絞り装置２１４を経て、低圧主管００２へ流れる。低圧主管００２から流れる低圧の冷媒は、分岐ユニット２１０から流出した後、熱源ユニット１１０に流入する。熱源ユニット１１０に流入した冷媒は、逆止弁群１１６、熱源側熱交換器１１３、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１５を経て、再び圧縮機１１１へ吸入される。

［冷房主体運転モード］
図４は冷房主体運転モードの冷媒の流れを示す図である。例えば室内ユニット３１０が冷房をし、給湯ユニット４１０が給湯をしており、暖房負荷よりも冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モードにおける冷媒の流れ及び運転内容について説明する。

熱源ユニット１１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１１へ吸入され、高温・高圧のガス冷媒となり、流路切替弁１１２を経て、熱源側熱交換器１１３へ流入する。熱源側熱交換器１１３に流入した高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器１１３に供給される空気と熱交換することにより凝縮して高圧の液とガスの二相冷媒となり、熱源側熱交換器１１３から流出する。熱源側熱交換器１１３から流出した高圧の二相冷媒は、逆止弁群１１６を経て、熱源ユニット１１０から流出する。そして、高圧主管００１を流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

分岐ユニット２１０において、高圧主管００１から流れてきた高圧の二相冷媒は、気液分離器２１１にて高圧の飽和ガスと高圧の飽和液に分離される。気液分離器２１１で分離された高圧の飽和ガスは、電磁弁２１３ｂを介して分岐ユニット２１０から流出し、ガス枝管００３ｂを通過して給湯ユニット４１０に流入する。給湯ユニット４１０に流入した冷媒は、冷媒−水熱交換器４１１にて凝縮され、高圧の液冷媒となり、冷媒−水熱交換器４１１から流出する。冷媒−水熱交換器４１１から流出した高圧の液冷媒は、給湯ユニット絞り装置４１２にて、中間圧の液とガスの二相冷媒、又は、中間圧の液冷媒となり、給湯ユニット４１０から流出する。そして、液枝管００４ｂを流れ、分岐ユニット２１０に流入する。分岐ユニット２１０に流入した冷媒は、室内ユニット３１０による冷房を行う際に再利用する。

一方、気液分離器２１１で分離された高圧の飽和液は、液冷媒絞り装置２１２を経て、給湯ユニット４１０から流れてきた冷媒と合流する。そして、分岐ユニット２１０から流出した冷媒は、液枝管００４ａを流れ、室内ユニット３１０に流入する。室内ユニット３１０では、室内ユニット絞り装置３１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、室内熱交換器３１１へ流れる。室内熱交換器３１１に流入した低圧二相冷媒又は低圧液冷媒は、室内熱交換器３１１にて蒸発し、低圧のガス冷媒となり、室内熱交換器３１１から流出する。室内熱交換器３１１から流出した低圧ガス冷媒は、ガス枝管００３ａを流れて分岐ユニット２１０に流入する。

ここで、液枝管００４の区間に溜まる液冷媒量が多くなると、液管の圧力が上昇する。このとき、例えば暖房している室内ユニット３１０があると、液管との差圧が小さくなることから、暖房している室内ユニット３１０に流れる冷媒量が少なくなり、暖房能力低下となる。そこで、液ラインに溜まった液を逃がすため、バイパス用絞り装置２１４を適度に開き、液ラインに溜まる液を低圧主管００２へ流すことで液ラインの圧力の調整をする。このとき、例えば、分岐ユニット２１０から流出した冷媒は室内ユニット３１０から流入した低圧のガス冷媒とバイパス用絞り装置２１４から流入した液冷媒が混合して低圧の二相冷媒となる。分岐ユニット２１０に流入した低圧の二相冷媒は、電磁弁２１３ａを経て、分岐ユニット２１０から流出する。そして、低圧主管００２を流れ、熱源ユニット１１０に流入する。熱源ユニット１１０に流入した低圧の二相冷媒は、逆止弁群１１６、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１５を経て、再び圧縮機１１１へ吸入される。

［暖房主体運転モード］
図５は暖房主体運転モードの冷媒の流れを示す図である。例えば室内ユニット３１０が暖房をし、給湯ユニット４１０が冷却をしており、冷房負荷よりも暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードにおける冷媒の流れ及び運転内容について説明する。

熱源ユニット１１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１１へ吸入され、高温・高圧のガス冷媒となり、流路切替弁１１２、逆止弁群１１６を経て、熱源ユニット１１０から流出する。そして、高圧主管００１を流れ、分岐ユニット２１０に流入する。分岐ユニット２１０において、高圧主管００１から流れてきた高圧のガス冷媒は、気液分離器２１１、電磁弁２１３ａを経て分岐ユニット２１０から流出した後、ガス枝管００３ａを流れて、空調ユニット３１０に流入する。

室内ユニット３１０に流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３１１に流入し、室内熱交換器３１１にて凝縮される。さらに、室内ユニット絞り装置３１２にて、中間圧の液とガスの二相冷媒、又は、中間圧の液冷媒となり、室内ユニット３１０から流出した後、液枝管００４ａを流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

分岐ユニット２１０に流入した中間圧の冷媒は分岐ユニット２１０から流出して液枝管００４ｂを流れ、給湯ユニット４１０に流入する。給湯ユニット４１０に流入した冷媒は、給湯ユニット絞り装置４１２にて、低圧の液とガスの二相冷媒、又は、低圧の液冷媒となり、冷媒−水熱交換器４１１へ流入する。冷媒−水熱交換器４１１に流入した低圧の液冷媒は蒸発して低圧のガス冷媒となり、給湯ユニット４１０から流出する。そして、液枝管００４ｂを流れ、分岐ユニット２１０に流入する。

ここで、冷房主体運転モードのときと同様に、液枝管００４の区間に溜まる液冷媒量が多くなると、液管の圧力が上昇し、暖房している室内ユニット３１０に流れる冷媒量が少なくなり、暖房能力が低下する。そこで、バイパス用絞り装置２１４を適度に開き、液ラインの圧力の調整をする。このとき、例えば、給湯ユニット４１０から流入した低圧のガス冷媒とバイパス用絞り装置２１４から流入した液冷媒が混合して低圧の二相冷媒となる。低圧の二相冷媒は、電磁弁２１３ａを経て、分岐ユニット２１０から流出する。そして、低圧主管００２を流れ、熱源ユニット１１０に流入する。熱源ユニット１１０に流入した低圧の二相冷媒は、逆止弁群１１６、流路切替弁１１２、アキュムレーター１１５を経て、再び圧縮機１１１へ吸入される。

［給湯ユニット４１０の制御例１］
図６は本発明の実施の形態１に係る凍結防止処理の手順を示す図である。図６に基づいて本実施の形態に係る水回路（冷媒−水熱交換器４１１）における凍結防止処理について説明する。本処理は、例えば給湯ユニット４１０において水の加熱又は冷却を停止している間に行う。

給湯制御処理装置４２０は凍結防止処理に係る制御を開始する（Ｓ０１ｉ）。このとき、電磁弁２１３ｂは閉止状態であり、給湯ユニット絞り装置４１２の開度は基本的には０である。

そして、給湯ユニット４１０内に設けた各温度センサー（給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌ、入口水温検知センサー４１４Ｉ、出口水温検知センサー４１４Ｏ）の検知に係る温度を取り込む（Ｓ０２ｉ）。

給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌの検知に係る冷媒配管温度が、水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうか（冷媒配管温度＜ＴＣＯＬＤ）を判断する（Ｓ０３ｉ）。ここで、判断に際し、給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌの検知に係る冷媒配管温度のいずれか一方が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断してもよいし、両方が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断するようにしてもよい。Ｓ０３ｉの処理において、各冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さくない（冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤ以上）と判断すると、処理を終了する（Ｓ０８ｉ）。

一方、例えば、室内ユニット３１０において冷房が行われる等していると、液冷媒の圧力が高いことがある。給湯ユニット絞り装置４１２が閉止しきれていないようなことがあると、給湯ユニット絞り装置４１２において減圧された冷媒が冷媒−水熱交換器４１１に流れ込む。このため、冷媒−水熱交換器４１１内の水が冷媒により冷却されてしまう。そこで、Ｓ０３ｉの処理において、冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいと判断すると、給湯ユニット絞り装置４１２を、任意の開度Ａ（Ａ＞０）まで上昇させる（開く）（Ｓ０４ｉ）。開度を上昇させることで、分岐ユニット２１０と給湯ユニット４１０との間の配管における圧損を緩和することができる。これにより、冷媒−水熱交換器４１１内の冷媒の圧力が低圧から中間圧まで昇圧する。圧力が高くなることで冷媒配管温度が上昇するため、給湯ユニット４１０内の冷媒−水熱交換器４１１の水回路部分の凍結による熱交換器破損を回避することが可能である。

ここで、給湯ユニット絞り装置４１２を任意の開度まで開いても冷媒配管温度は瞬時に上昇しない。そこで、給湯ユニット絞り装置４１２の開度を開いてからの経過時間が任意の設定時間以上であるかどうかを判断する（Ｓ０５ｉ）。そして、設定時間以上となったものと判断するまで開度を現状で維持させる（Ｓ０７ｉ）。設定時間を経過したものと判断すると、給湯ユニット絞り装置４１２の開度を元の状態に戻し（Ｓ０６ｉ）、処理を終了する（Ｓ０８ｉ）。以上の処理を給湯ユニット４１０において水の加熱又は冷却を停止している間に行う。

以上のように、実施の形態１の空調給湯複合システムによれば、給湯ユニット４１０を停止させているときに、例えば、給湯ユニット絞り装置４１２の開度が閉止されず、冷媒漏れ等があって、冷媒−水熱交換器４１１内の冷媒温度が低下することで、冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいと判断すると、給湯ユニット絞り装置４１２の開度を開度Ａまで開けるようにして冷媒−水熱交換器４１１内の冷媒側の圧力を上げて温度を上げるようにしたので、冷媒−水熱交換器４１１内での水の凍結を防止することができる。このため、冷媒−水熱交換器４１１の破損を防ぐことができる。

実施の形態２．
［給湯ユニット４１０の制御例２］
図７は本発明の実施の形態２に係る凍結防止処理の手順を示す図である。上述の実施の形態１における冷媒−水熱交換器４１１内の水の凍結防止に係る処理においては、例えば、図６においては、Ｓ０５ｉ、Ｓ０６ｉ、Ｓ０７ｉの処理に基づき、設定時間を経過すると給湯ユニット絞り装置４１２を閉止させるようにしていた。

しかしながら、開いている給湯ユニット絞り装置４１２を閉止させることで冷媒回路における冷凍サイクルの安定性が損なわれる可能性がある。また、給湯ユニット絞り装置４１２を閉止すると、冷媒−水熱交換器４１１内で冷媒が液封されることで、給湯ユニット４１０（冷媒−水熱交換器４１１）の破損が懸念される場合がある。そこで、本実施の形態では、給湯ユニット絞り装置４１２を任意の開度まで開くと、Ｓ０６ｉ、Ｓ０７ｉ、Ｓ０８ｉの処理を行わず、給湯ユニット４１０が水の加熱又は冷却を停止している間は閉止を行わないようにする。

実施の形態３．
［給湯ユニット４１０の制御例３］
図８は本発明の実施の形態３に係る凍結防止処理の手順を示す図である。上述の実施の形態１、２では、冷媒−水熱交換器４１１内の水の温度が低くなると、給湯ユニット絞り装置４１２の開度を調整して凍結防止をはかるようにした。本実施の形態は、電磁弁２１３ｂを切り替えて凍結防止をはかるようにしたものである。

給湯制御処理装置４２０は凍結防止処理に係る制御を開始する（Ｓ１１ｉ）。このとき、電磁弁２１３ｂは閉止状態であり、給湯ユニット絞り装置４１２の開度は基本的には０である。

そして、給湯ユニット４１０内に設けた各温度センサー（給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌ、入口水温検知センサー４１４Ｉ、出口水温検知センサー４１４Ｏ）の検知に係る温度を取り込む（Ｓ１２ｉ）。

給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌの検知に係る冷媒配管温度が、共に水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断する（Ｓ１３ｉ）。ここで、判断に際し、実施の形態１で説明したＳ０３ｉの処理と同様に、給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌの検知に係る冷媒配管温度のいずれか一方が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断してもよいし、両方が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断するようにしてもよい。Ｓ１３ｉの処理において、各冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さくない（冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤ以上）と判断すると、処理を終了する（Ｓ１８ｉ）。

一方、冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいと判断すると、分岐ユニット２１０の分岐制御処理装置２２０に指示を送り、ガス枝管００３ｂ（冷媒−水熱交換器４１１）と気液分離器２１１とが連通するように電磁弁２１３ｂの開閉を制御する（Ｓ１４ｉ）。例えば、気液分離器２１１−電磁弁２１３ｂ−ガス枝管００３ｂ−給湯ユニット４１０（冷媒−水熱交換器４１１）がつながることで、冷媒−水熱交換器４１１内の圧力を中間圧にすることができる。冷媒−水熱交換器４１１内の圧力が低圧から中間圧となって圧力が上昇することで、冷媒配管温度が上昇する。このため、給湯ユニット４１０の冷媒−水熱交換器４１１内における水の凍結による熱交換器破損を回避することができる。

ここで、ガス枝管００３ｂと気液分離器２１１とが連通しても冷媒配管温度は瞬時に上昇しない。そこで、電磁弁２１３ｂを制御してからの経過時間が任意の設定時間以上であるかどうかを判断する（Ｓ１５ｉ）。そして、設定時間以上となったものと判断するまで電磁弁２１３ｂを現状で維持させる（Ｓ１７ｉ）。設定時間を経過したものと判断すると、電磁弁２１３ｂを閉止させて（Ｓ１６ｉ）、処理を終了する（Ｓ１８ｉ）。以上の処理を給湯ユニット４１０において水の加熱又は冷却を停止している間に行う。ここで、前述した実施の形態２のように、場合によってはＳ１５ｉ〜Ｓ１７ｉの処理を行わないようにしてもよい。

以上のように、実施の形態３の空調給湯複合システムによれば、例えば給湯ユニット４１０を停止させているときに、冷媒配管温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいと判断すると、分岐ユニット２１０の電磁弁２１３を制御して気液分離器２１１と冷媒−水熱交換器４１１が連通するようにして開けるようにして冷媒−水熱交換器４１１内の冷媒側の圧力を上げて温度を上げるようにしたので、冷媒−水熱交換器４１１内での水の凍結を防止することができる。このため、冷媒−水熱交換器４１１の破損を防ぐことができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態では、給湯ユニットガス管温度検知センサー４１３Ｇ、給湯ユニット液管温度検知センサー４１３Ｌの温度が水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断するようにしたが、これに限定するものではない。例えば、入口水温検知センサー４１４Ｉ、出口水温検知センサー４１４Ｏが水回路凍結温度ＴＣＯＬＤよりも小さいかどうかを判断するようにしてもよい。

実施の形態５．
上述の実施の形態では、給湯（給水）を行うために、冷媒−水熱交換器４１１において冷媒と熱交換する対象として水を用いたが、これに限定するものではない。例えば、冷媒−水熱交換器４１１内の水が低水温になる環境下で水配管０１０が凍結する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、入手性や用途に応じて選定すればよい。

０００ 空調給湯複合システム、００１ 高圧主管、００２ 低圧主管、００３，００３ａ，００３ｂ ガス枝管、００４，００４ａ，００４ｂ 液枝管、０１０ 水配管、１１０ 熱源ユニット、１１１ 圧縮機、１１２ 流路切替弁、１１３ 熱源側熱交換器、１１４ 送風機、１１５ アキュムレーター、１１６ 逆止弁群、１１７Ｈ 吐出圧力センサー、１１７Ｌ 吸入圧力センサー、１１８Ｈ 吐出温度センサー、１１８Ｌ 吸入温度センサー、１１９ａ 熱源熱交換器温度センサー、１１９ｂ 外気温度センサー、１２０ 熱源制御処理装置、２１０ 分岐ユニット、２１１ 気液分離器、２１２ 液冷媒絞り装置、２１３，２１３ａ，２１３ｂ 電磁弁、２１４ バイパス用絞り装置、２１５ 分岐圧力センサー、２２０ 分岐制御処理装置、３１０ 室内ユニット、３１１ 室内熱交換器、３１２ 室内ユニット絞り装置、３１３Ｇ 室内ユニットガス管温度検知センサー、３１３Ｌ 室内ユニット液管温度検知センサー、３１４ 室内空気温度センサー、３２０ 室内制御処理装置、４１０ 給湯ユニット、４１１ 冷媒−水熱交換器、４１２ 給湯ユニット絞り装置、４１３Ｇ 給湯ユニットガス管温度検知センサー、４１３Ｌ 給湯ユニット液管温度検知センサー、４１４Ｉ 入口水温検知センサー、４１４Ｏ 出口水温検知センサー、４２０ 給湯制御処理装置。

本発明に係る空調給湯複合システムは、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する少なくとも１台の熱源ユニットと、室内側熱交換器と室内側絞り装置とを有する少なくとも１台の室内ユニットと、冷媒−水熱交換器と給湯側絞り装置とを有する少なくとも１台の給湯ユニットと、熱交換対象を加熱する室内ユニット及び／又は給湯ユニットに気体の冷媒を供給し、熱交換対象を冷却する室内ユニット及び／又は給湯ユニットに液体の冷媒を供給する気液分離器と、室内ユニット及び給湯ユニットへの冷媒の通過を制御する冷媒流路制御装置とを有する分岐ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、給湯ユニットが停止中に、冷媒−水熱交換器内の水側流路における水が凍結する可能性があると判断すると、冷媒−水熱交換器の冷媒側流路における圧力と、冷媒−水熱交換器の冷媒側流路と給湯側絞り装置を介して接続された配管の圧力と、の圧力差を小さくする制御を行う制御処理装置を備えるものである。

Claims (6)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器とを有する少なくとも１台の熱源ユニットと、
   室内側熱交換器と室内側絞り装置とを有する少なくとも１台の室内ユニットと、
   冷媒−水熱交換器と給湯側絞り装置とを有する少なくとも１台の給湯ユニットと、
   熱交換対象を加熱する前記室内ユニット及び／又は前記給湯ユニットに気体の冷媒を供給し、熱交換対象を冷却する前記室内ユニット及び／又は前記給湯ユニットに液体の冷媒を供給する気液分離器と、前記室内ユニット及び前記給湯ユニットへの冷媒の通過を制御する冷媒流路制御装置とを有する分岐ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、
   前記給湯ユニットが停止中に、前記冷媒−水熱交換器内の水側流路における水が凍結する可能性があると判断すると、前記冷媒−水熱交換器の冷媒側流路における圧力を上げる制御を行う制御処理装置を備える空調給湯複合システム。
2. 前記制御処理装置は、前記冷媒−水熱交換器内の水が凍結する可能性があると判断すると、前記給湯側絞り装置の開度を所定の開度に開く処理を行う請求項１に記載の空調給湯複合システム。
3. 前記制御処理装置は、前記冷媒−水熱交換器内の水が凍結する可能性があると判断すると、前記冷媒流路制御装置に前記冷媒−水熱交換器の冷媒側流路と前記気液分離器の気体供給側とを連通させるようにする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
4. 前記制御処理装置は、圧力を上げる制御を行った後、所定時間が経過したものと判断すると、制御前の状態に戻す処理を行う請求項１〜３のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
5. 前記冷媒−水熱交換器内の冷媒側流路における温度を検出する冷媒側温度検出手段をさらに備え、
   前記制御処理装置は、前記冷媒側温度検出手段の検出に係る温度に基づいて、凍結可能性の判断を行う請求項１〜４のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
6. 冷媒−水熱交換器内の水側流路における温度を検出する水側温度検出手段をさらに備え、
   前記制御処理装置は、前記水側温度検出手段の検出に係る温度に基づいて、凍結可能性の判断を行う請求項１〜４のいずれかに記載の空調給湯複合システム。

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