JPWO2017203655A1

JPWO2017203655A1 - ヒートポンプ式空調給湯装置

Info

Publication number: JPWO2017203655A1
Application number: JP2018518884A
Authority: JP
Inventors: 崇大牛島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: WO2017203655A1; EP3285021A1; EP3285021A4; US20190072284A1; JP6545375B2; US10816224B2; EP3285021B1

Abstract

ヒートポンプ式空調給湯装置は、圧縮機と、第１電磁弁と、流路切替装置と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側空調用熱交換器とが接続された第１冷媒流路と、圧縮機と第１電磁弁との間から分岐し、第２電磁弁と給湯熱交換器と減圧装置とが接続された第２冷媒流路と、圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、圧縮機の運転周波数を調整し、減圧装置の弁の開度を調整する制御装置と、を備え、制御装置は、吐出圧力から凝縮温度を算出し、凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、予め設定された圧縮機の運転周波数を変更するように制御する空調優先モードと、減圧装置の弁の開度を変更するように制御する省エネルギー優先モードと、を切り替えて運転を行うものである。

Description

本発明は、冷房運転、暖房運転、給湯運転、冷房給湯同時運転、暖房給湯同時運転が可能なヒートポンプ式空調給湯装置に関するものである。

従来のヒートポンプ式空調給湯装置において、冷房給湯同時運転または暖房給湯同時運転中の制御として、外気温度が低い時にヒートポンプによる給湯運転ができないことを判定し、ヒーターによる給湯運転に切り替えるものがある（特許文献１）。また、冷房給湯同時運転中に湯温が所定の温度まで到達すると冷房単独運転に切り替えるものがある（特許文献２）。また、給湯運転のための能力を十分確保できるかどうかを運転周波数により判定し、冷房給湯運転か給湯単独運転のいずれかを実施するものがある（特許文献３）。

また、従来のヒートポンプ式空調給湯装置では、冷房給湯同時運転または暖房給湯同時運転中に、給湯側の水温が上昇（例えば、５０〜６０℃）すると、高圧側の冷媒が高温高圧となり、圧縮機に高負荷が掛かることとなる場合がある。そこで、従来のヒートポンプ式空調給湯装置は、圧縮機を保護するために圧縮機運転周波数を低下させると共に減圧装置の開度を強制的に開くことで、凝縮温度の過昇を抑制するものがある。

特開平１１−０６３６６１号公報特開昭５９−２３１３５４号公報特開平０７−０７１８３９号公報

従来のヒートポンプ式空調給湯装置は、高圧側が高温、高圧となると、圧縮機の運転周波数を低下させ同時に減圧装置の開度を強制的に開くことで、給湯能力のみならず冷房能力または暖房能力も低下する場合がある。すなわち、冷房負荷または暖房負荷があるにも関わらず、給湯側の要因により強制的に冷房又は暖房の能力がダウンし、空調の快適性に大きな影響を与えてしまう場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためのもので、ヒートポンプサイクルの高圧側が高温、高圧となった時に空調の快適性を優先するか、または、空調の快適性に影響を受けても電力消費の省エネルギー性を優先するかを選択することができるヒートポンプ式空調給湯装置を提供するものである。

本発明に係るヒートポンプ式空調給湯装置は、圧縮機と、第１電磁弁と、流路切替装置と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側空調用熱交換器とが接続された第１冷媒流路と、圧縮機と第１電磁弁との間から分岐し、第２電磁弁と給湯熱交換器と減圧装置とが接続された第２冷媒流路と、圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、圧縮機の運転周波数を調整し、減圧装置の弁の開度を調整する制御装置と、を備え、制御装置は、吐出圧力から凝縮温度を算出し、凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、予め設定された圧縮機の運転周波数を変更するように制御する空調優先モードと、減圧装置の弁の開度を変更するように制御する省エネルギー優先モードと、を切り替えて運転を行うものである。

本発明に係るヒートポンプ式空調給湯装置は、冷房給湯同時運転中または暖房給湯同時運転中に、凝縮温度の過昇を抑制するために圧縮機の運転周波数を低下させる制御と減圧装置の開度を大きくする制御とを選択する制御手段を備えている。そのため、空調の快適性を優先させるか、電力消費の省エネルギー性を優先させるか選択することができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置における制御装置と各機器との構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷房運転時又は暖房運転時の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の給湯運転時の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷房給湯同時運転時の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の暖房給湯同時運転時の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の運転モードの選択を示す図である。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の空調の快適性を優先した空調優先モードにおける、高温給湯とそれ以外の給湯（通常給湯）の判定の流れを示したフローチャートを示す。本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の省エネルギー性を優先した省エネルギー優先モードにおける、高温給湯とそれ以外の給湯（通常給湯）の判定の流れを示したフローチャートを示す。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷媒回路図である。図１に示されるように、ヒートポンプ式空調給湯装置１００は、室外機３０と、室内機４０と、水室内機５０と、リモコン１６０とを備える。ヒートポンプ式空調給湯装置１００は、圧縮機１と、第１電磁弁５と、流路切替装置２と、室外側熱交換器３と、第１減圧装置８ａと、第２減圧装置８ｂと、室内側空調用熱交換器１０と、アキュムレータ４とが接続された第１冷媒流路と、圧縮機１と第１電磁弁５との間から分岐し、第２電磁弁６と給湯熱交換器１１と第３減圧装置８ｃとが接続された第２冷媒流路と、を備える。なお、図１には、室外側熱交換器３とアキュムレータ４とをバイパスする回路に第３電磁弁７が設けられているが、このバイパス回路と第３電磁弁７の設置は任意である。また、図１には、アキュムレータ４が設けられているが、アキュムレータ４の設置は任意である。

室外機３０は、圧縮機１と、流路切替装置２と、アキュムレータ４と、第１電磁弁５と、第２電磁弁６と、第１減圧装置（ＬＥＶ）８ａと、第２減圧装置（ＬＥＶ）８ｂと、第３減圧装置（ＬＥＶ）８ｃと、外気温度センサ１５と、室外側熱交換器３と、制御装置２０と、ストップバルブ９と、を備える。

圧縮機１は、例えば、容量制御可能にインバーター制御駆動により容量制御が可能な、ロータリー式、スクロール式又はベーン式等の圧縮機で構成され、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出するものである。

圧縮機１には、圧縮機シェル温度センサ１２と、及び吐出管温度センサ１３と、圧力センサ１８とが設けられる。圧縮機シェル温度センサ１２は、圧縮機１の表面温度を検知する温度検知手段である。吐出管温度センサ１３は、冷媒の吐出温度を検知する温度検知手段であり、圧縮機１の吐出側に設けられている。圧力センサ１８は、圧縮機１の吐出圧力を検知し、凝縮温度検知手段として機能する。

流路切替装置２は、例えば、四方弁からなり、アキュムレータ４及び室内側空調用熱交換器１０が接続され、かつ、第１電磁弁５及び室外側熱交換器３が接続される流路と、アキュムレータ４及び室外側熱交換器３が接続され、かつ、第１電磁弁５及び室内側空調用熱交換器１０が接続される流路と、を切り替えるための弁である。流路切替装置２が切り替わることで、冷媒の流れる方向が変化する。アキュムレータ４は、余剰冷媒を液状態で貯留して、ガス冷媒を圧縮機１の吸入側へ流通させるものである。

第１電磁弁５は、冷媒の通過を許容又は遮断する弁であり、圧縮機１の吐出側であって、流路切替装置２よりも上流側に設けられる。第２電磁弁６は、冷媒の通過を許容又は遮断する弁であり、圧縮機１の吐出側であって、給湯熱交換器１１よりも上流側に設けられる。ここで、第１電磁弁５及び第２電磁弁６は、圧縮機１よりも下流側において並列に設けられているため、圧縮機１から吐出された冷媒は、第１電磁弁５及び第２電磁弁６のいずれか一方を又は両方を通過し流れる。第３電磁弁７は、冷媒の通過を許容又は遮断する弁であり、室外側熱交換器３とアキュムレータ４とをバイパスする回路に設置される。

第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、及び第３減圧装置８ｃは、冷媒の圧力を調整（減圧）するためのものであり、開放されることで冷媒を減圧膨張させ、閉塞されることで冷媒の流れる方向が変化する。外気温度センサ１５は、室外側熱交換器３に流入する室外空気の温度を検知する温度検知手段であり、外気の吸入口側に設けられている。第１減圧装置８ａは、一方を室外側熱交換器３と接続され、他方は、第２減圧装置８ｂ及び第３減圧装置８ｃと合流するように接続される。また、第２減圧装置８ｂは、一方を室内側空調用熱交換器１０と接続され、他方は、第１減圧装置８ａ及び第３減圧装置８ｃと合流するように接続される。また、第３減圧装置８ｃは、一方を給湯熱交換器１１と接続され、他方は、第１減圧装置８ａ及び第２減圧装置８ｂと合流するように接続される。

室外側熱交換器３は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器で構成され、冷房運転時には、凝縮器として機能し、冷媒回路を流れる冷媒と、空気等の被熱交換媒体とを熱交換させて放熱させるものである。また、暖房運転時、給湯運転時、暖房給湯同時運転時には、蒸発器として機能し、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。室外側熱交換器３には、室外側熱交換器温度センサ１４が設けられている。室外側熱交換器温度センサ１４は、室外側熱交換器３での冷媒温度を検知する温度検知手段である。

制御装置２０は、例えば、この機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア、又はマイコン若しくは中央演算処理装置などの演算装置上で実行されるソフトウェアで構成される。

図２は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置における制御装置と各機器との構成を示すブロック図である。制御装置２０は、圧力センサ１８、圧縮機シェル温度センサ１２、吐出管温度センサ１３、室外側熱交換器温度センサ１４、外気温度センサ１５、室内側空調用熱交換器液配管温度センサ１６、給湯熱交換器液配管温度センサ１７等のセンサによって検知された各諸量を取得する。制御装置２０は、リモコン１６０との間で情報の入出力を行う。制御装置２０は、算出手段２１と、出力制御手段２２と、開閉制御手段２３と、切替制御手段２４と、開度制御手段２５と、運転モード選択手段２６と、熱源制御手段２７と、ポンプ制御手段２８とを備える。

算出手段２１は、圧力センサ１８が検知した吐出圧力Ｐｄに基づいて、使用する冷媒物性値から凝縮温度ＣＴを算出する。また、凝縮温度ＣＴを、あらかじめ設定された設定凝縮温度ＣＴｍと比較する。出力制御手段２２は、圧縮機１の運転周波数を調整して出力を制御する。開閉制御手段２３は、第１電磁弁５及び第２電磁弁６の電磁弁の開閉を制御する。切替制御手段２４は、流路切替装置２の流路を切り替えるように制御する。開度制御手段２５は、第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、第３減圧装置８ｃの弁の開度を調整するように制御する。運転モード選択手段２６は、複数の運転モードの中からリモコン１６０においてユーザによって択一的に選択された運転モードを設定する。熱源制御手段２７は、外部熱源５３のＯＮ、ＯＦＦの作動を制御する。ポンプ制御手段２８は、給湯用回路に設けられた循環ポンプ５１を制御することで給湯熱交換器１１に流入する水の流量を調整する。

ストップバルブ９は、室内側空調用熱交換器１０とアキュムレータ４との間、第３減圧装置８ｃと給湯熱交換器１１との間、第２電磁弁６と給湯熱交換器１１との間、第２減圧装置８ｂと室内側空調用熱交換器１０との間の各接続配管に設けられている。ストップバルブ９は、冷媒配管を接続する作業等を行う際に、室外機３０に存在する冷媒が流出しないように閉塞される。

室内機４０は、室内側空調用熱交換器１０と、室内側空調用熱交換器液配管温度センサ１６と、を備える。室内側空調用熱交換器１０は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器で構成され、冷房運転時、冷房給湯同時運転時には、蒸発器として機能し、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。また、暖房運転時、暖房給湯同時運転時には、凝縮器として機能し、冷媒回路を流れる冷媒と、空気等の被熱交換媒体とを熱交換させて放熱させるものである。室内側空調用熱交換器液配管温度センサ１６は、液冷媒の温度を検知する温度検知手段であり、室内側空調用熱交換器１０の液側配管に設けられている。

水室内機５０は、給湯熱交換器１１と、給湯熱交換器液配管温度センサ１７と、循環ポンプ５１と、貯湯タンク５２と、外部熱源５３と、流入水温度センサ（図示省略）と、流出水温度センサ（図示省略）と、を備える。給湯熱交換器１１は、例えばプレート型水熱交換器で構成される。給湯熱交換器１１は、循環ポンプ５１、貯湯タンク５２が順次配管により接続されて、熱交換媒体である水が循環する水回路の一部を構成する。給湯熱交換器１１は、給湯熱交換器１１を流れる冷媒と、水回路を流通する水と、を熱交換させ、水の温度を上昇させる。循環ポンプ５１、は貯湯タンク５２と給湯熱交換器１１との回路の水を循環させる。外部熱源５３は、例えば、ヒーター等であって、貯湯タンク５２に設けられ、貯湯タンク５２内の水を加熱し、温度を上昇させる。給湯熱交換器液配管温度センサ１７は、給湯熱交換器１１の冷媒配管の流出側である液側に液冷媒の温度を検知する温度検知手段である。流入水温度センサは、給湯熱交換器１１の水回路側で流入する水の温度（入口水温）を検知する温度検知手段である。流出水温度センサは、給湯熱交換器１１から流出する水の温度（出口水温）を検知する温度検知手段である。

ここで、給湯熱交換器１１で冷媒と熱交換する水について説明する。給湯熱交換器１１で冷媒と熱交換することで温度上昇した水は、貯湯タンクの内部に流通する。貯湯タンクの内部に流通した水は、貯湯タンクの水と混合することなく、中間水として貯湯タンク内の水と熱交換され、温度下降する。その後、貯湯タンク内の水と熱交換されて温度下降した水は、貯湯タンクから流出して再び給湯熱交換器１１に供給され、冷媒と熱交換することで温度上昇する。

リモコン１６０は、制御装置２０と、ユーザとの間で情報の入出力を行うための有線又は無線で接続されたユーザインターフェース装置（入力装置、表示装置）である。ユーザは、リモコン１６０の選択操作によりヒートポンプ式空調給湯装置１００の運転モードを選択することができる。各運転モードは、制御装置２０により、圧縮機１、流路切替装置２、第１電磁弁５、第２電磁弁６、第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、第３減圧装置８ｃ等を作動制御する。運転モードとしては、例えば、凝縮温度の過昇を抑制する場合に、圧縮機１の運転周波数を変更させて空調の快適性を優先させる空調優先モードと、第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、第３減圧装置８ｃ等の開度を調整して電力消費の省エネルギー性を優先させる省エネルギー優先モードとを有する。ここで、空調優先モードについてより詳細に記載すると、出力制御手段２２は、圧縮機１の運転周波数を低下させ、開度制御手段２５は、減圧装置の開度を大きくしない。そのため、圧縮機運転周波数が低下しやすく、早めに冷房単独運転または暖房単独運転に切り替えることができるモードである。一方、省エネルギー優先モードについてより詳細に記載すると、開度制御手段２５は、減圧装置の開度を大きくするように制御する。そのため、凝縮温度の過昇を抑制でき、また、圧縮機の周波数は高いまま維持でき、少しでも長く冷房給湯同時運転又は暖房給湯同時運転を係属することができるモードである。

図３は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷房運転時又は暖房運転時の冷媒回路図である。図３を用いて、冷房運転及び暖房運転の動作について説明する。図３における実線の矢印は、冷房時の冷媒の流れる向きを、破線の矢印は、暖房時の冷媒の流れる向きを示している。

冷房運転及び暖房運転における冷媒回路は、圧縮機１、第１電磁弁５、流路切替装置２、室外側熱交換器３、第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、室内側空調用熱交換器１０、アキュムレータ４が接続されている。

切替制御手段２４は、冷房運転時には、流路切替装置２を実線の流路に切り替える。また、開閉制御手段２３は、冷房運転時には、第１電磁弁５を開放し、第２電磁弁６及び第３電磁弁７を閉止するよう制御する。さらに、開度制御手段２５は、冷房運転時には、第１減圧装置８ａを全開し、第２減圧装置８ｂで開度を調整し、第３減圧装置８ｃを閉止するように制御する。

切替制御手段２４は、暖房運転時には、流路切替装置２を破線の流路に切り替える。また、開閉制御手段２３は、暖房運転時には、第１電磁弁５を開放し、第２電磁弁６及び第３電磁弁７を閉止するよう制御する。さらに、開度制御手段２５は、暖房運転時には、第２減圧装置８ｂを全開し、第１減圧装置８ａで開度を調整し、第３減圧装置８ｃを閉止するように制御する。

冷房運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１電磁弁５、流路切替装置２を順に通って、室外側熱交換器３に流入する。室外側熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって室外側熱交換器３から流出する。室外側熱交換器３から流出した中温高圧の液冷媒は、第１減圧装置８ａを通って、第２減圧装置８ｂで減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって、室内側空調用熱交換器１０に流入する。室内側空調用熱交換器１０に流入した冷媒は、空気と熱交換されて低温低圧のガス冷媒となって、室内側空調用熱交換器１０から流出する。室内側空調用熱交換器１０から流出した冷媒は、流路切替装置２とアキュムレータ４とを通って、圧縮機１に戻る。

暖房運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１電磁弁５、流路切替装置２を順に通って、室内側空調用熱交換器１０に流入する。室内側空調用熱交換器１０に流入した冷媒は、空気と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって室内側空調用熱交換器１０から流出する。室内側空調用熱交換器１０から流出した中温高圧の液冷媒は、第２減圧装置８ｂを通って、第１減圧装置８ａで減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって、室外側熱交換器３に流入する。室外側熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換されて低温低圧のガス冷媒となって、室外側熱交換器３から流出する。室外側熱交換器３から流出した冷媒は、流路切替装置２とアキュムレータ４とを通って、圧縮機１に戻る。

図４は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の給湯運転時の冷媒回路図である。図４を用いて、給湯運転の動作について説明する。図４中の矢印は、冷媒の流れる向きを示している。

給湯運転における冷媒回路は、圧縮機１、第２電磁弁６、給湯熱交換器１１、第３減圧装置８ｃ、第１減圧装置８ａ、室外側熱交換器３、流路切替装置２、アキュムレータ４が接続されている。

開閉制御手段２３は、給湯運転時には、第２電磁弁６を開放し、第１電磁弁５及び第３電磁弁７を閉止するよう制御する。さらに、開度制御手段２５は、第３減圧装置８ｃを全開し、第２減圧装置８ｂを閉止し、第１減圧装置８ａで開度を調整するように制御する。

給湯運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２電磁弁６を通って、給湯熱交換器１１に流入する。給湯熱交換器１１に流入した冷媒は、熱交換媒体である水と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって給湯熱交換器１１から流出する。給湯熱交換器１１から流出した中温高圧の液冷媒は、第３減圧装置８ｃを通って、第１減圧装置８ａで減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって、室外側熱交換器３に流入する。室外側熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換されて低温低圧のガス冷媒となって、室外側熱交換器３から流出する。室外側熱交換器３から流出した冷媒は、流路切替装置２とアキュムレータ４とを通って、圧縮機１に戻る。

図５は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の冷房給湯同時運転時の冷媒回路図である。図５を用いて、冷房給湯同時運転の動作について説明する。図５中の矢印は、冷媒の流れる向きを示している。

冷房給湯同時運転における冷媒回路は、圧縮機１、第２電磁弁６、給湯熱交換器１１、第３減圧装置８ｃ、第２減圧装置８ｂ、室内側空調用熱交換器１０、流路切替装置２、アキュムレータ４が接続されている。

開閉制御手段２３は、冷房給湯同時運転時には、第２電磁弁６を開放し、第１電磁弁５及び第３電磁弁７を閉止するよう制御する。さらに、開度制御手段２５は、冷房運転時には、第３減圧装置８ｃを全開し、第１減圧装置８ａを閉止し、第２減圧装置８ｂで開度を調整するように制御する。

冷房給湯同時運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２電磁弁６を通って、給湯熱交換器１１に流入する。給湯熱交換器１１に流入した冷媒は、熱交換媒体である水と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって給湯熱交換器１１から流出する。給湯熱交換器１１から流出した中温高圧の液冷媒は、第３減圧装置８ｃを通って、第２減圧装置８ｂで減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって、室内側空調用熱交換器１０に流入する。室内側空調用熱交換器１０に流入した冷媒は、空気と熱交換されて低温低圧のガス冷媒となって、室内側空調用熱交換器１０から流出する。室内側空調用熱交換器１０から流出した冷媒は、流路切替装置２とアキュムレータ４とを通って、圧縮機１に戻る。

なお、冷房給湯同時運転では、第１減圧装置８ａの弁開度を閉止しているため、室外側熱交換器３には主流の冷媒が流れ込まない回路と設定されている。そこで、第１電磁弁５を閉状態とし、第３電磁弁７を開状態とすることによって、室外側熱交換器３の流路切替装置２側を圧縮機の吸入側に接続することになり、これにより室外側熱交換器３は低圧雰囲気となって室外側熱交換器３に冷媒が滞留することを防ぐことができる。

図６は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の暖房給湯同時運転時の冷媒回路図である。図６を用いて、暖房給湯同時運転の動作について説明する。図６中の矢印は、冷媒の流れる向きを示している。

暖房給湯同時運転における冷媒回路は、二つに分岐し、一方は、圧縮機１、第２電磁弁６、給湯熱交換器１１、第３減圧装置８ｃ、第１減圧装置８ａ、室外側熱交換器３、流路切替装置２、アキュムレータ４が接続されている。もう一方は、圧縮機１、第１電磁弁５、流路切替装置２、室内側空調用熱交換器１０、第２減圧装置８ｂ、第１減圧装置８ａ、室外側熱交換器３、流路切替装置２、アキュムレータ４が接続されている。

開閉制御手段２３は、暖房給湯同時運転時には、第１電磁弁５及び第２電磁弁６を開放し、第３電磁弁７を閉止するよう制御する。さらに、開度制御手段２５は、第１減圧装置８ａを全開し、第２減圧装置８ｂ及び第３減圧装置８ｃで開度を調整するように制御する。

暖房給湯同時運転時において、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、二つに分岐し、一方は、第２電磁弁６を通って、給湯熱交換器１１に流入する。給湯熱交換器１１に流入した冷媒は、熱交換媒体である水と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって給湯熱交換器１１から流出する。給湯熱交換器１１から流出した中温高圧の液冷媒は、第３減圧装置８ｃを通って、もう一方の冷媒と合流する。もう一方は、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１電磁弁５を通って、室内側空調用熱交換器１０に流入する。室内側空調用熱交換器１０に流入した冷媒は、空気と熱交換されて中温高圧の液冷媒となって、室内側空調用熱交換器１０から流出する。室内側空調用熱交換器１０から流出した中温高圧の液冷媒は、第２減圧装置８ｂで減圧膨張され、もう一方の冷媒と合流する。第２減圧装置８ｂと、第３減圧装置８ｃとを通ってそれぞれ減圧膨張された低温低圧の冷媒は、合流して第１減圧装置８ａを通って、室外側熱交換器３に流入する。室外側熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換されて低温低圧のガス冷媒となって、室外側熱交換器３から流出する。室外側熱交換器３から流出した冷媒は、流路切替装置２とアキュムレータ４とを通って、圧縮機１に戻る。

次に、ヒートポンプ式空調給湯装置１００の制御動作について説明する。ヒートポンプ式空調給湯装置１００は、冷房給湯同時運転又は暖房給湯同時運転を、空調の快適性を優先した空調優先モードと電力消費の省エネルギー性を優先した省エネルギー優先モードとを選択して運転することができる。

図７は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の運転モードの選択を示す図である。ユーザは、リモコン１６０で、空調の快適性を優先した空調優先モードと、電力消費の省エネルギー性を優先した省エネルギー優先モードとを選択する（ステップＳ１）。選択結果は、制御装置２０に送信され、ヒートポンプ式空調給湯装置１００は、空調優先モードを設定（ステップＳ２）して制御フローＡに進むか、または、省エネルギー優先モードを設定（ステップＳ３）して制御フローＢに進む。

図８は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の空調の快適性を優先した空調優先モードにおける、高温給湯とそれ以外の給湯（通常給湯）の判定の流れを示したフローチャートを示す。まず、空調優先モードの制御動作について説明する。

空調優先モード（制御フローＡ）を開始すると、まず、算出手段２１は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄを取得し、凝縮温度ＣＴを算出する（ステップＳ１１）。次に、算出手段２１は、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ以上かどうか判定する（ステップＳ１２）。凝縮温度の設定凝縮温度ＣＴｍは、例えば圧縮機１の使用適正範囲の最大値（例えば６０℃）とする。ステップＳ１２において、凝縮温度ＣＴが、設定凝縮温度ＣＴｍ以上の場合は、出力制御手段２２は、圧縮機１の周波数を低下させるように制御する（ステップＳ１３）。このとき、第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ、第３減圧装置８ｃの弁の開度は維持される。ステップＳ１２おいて、凝縮温度ＣＴが、設定凝縮温度ＣＴｍ未満の場合は、圧縮機１の出力並びに第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ及び第３減圧装置８ｃの開度は通常の冷房給湯同時運転または暖房給湯同時運転に基づいて制御を行う（ステップＳ１４）。

次に、圧縮機１の運転周波数が設定周波数（例えば、最低周波数ＭＨ）まで低下した場合に、算出手段２１は、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ以上であるか判定する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５において、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ以上である場合には、算出手段２１は、冷房給湯同時運転か暖房給湯同時運転かを判定する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６において、冷房給湯同時運転である場合には、制御装置２０は、冷房給湯同時運転から冷房単独運転に切り替え、熱源制御手段２７は、給湯運転のために外部熱源５３を作動させる（ステップＳ１７）。冷房給湯同時運転から冷房単独運転への切り替えについては、開閉制御手段２３は、閉止している第１電磁弁５を開放し、開放している第２電磁弁６を閉止する。また、開度制御手段２５は、閉止している第１減圧装置８ａを全開し、全開している第３減圧装置８ｃを閉止し、第２減圧装置８ｂで開度調整を行うように制御する。

ステップＳ１６において、暖房給湯同時運転時である場合には、制御装置２０は、暖房給湯同時運転から暖房単独運転に切り替え、熱源制御手段２７は、給湯運転のために外部熱源５３を作動させる（ステップＳ１８）。暖房給湯同時運転から暖房単独運転への切り替えについては、開閉制御手段２３は、開放している第１電磁弁５はそのまま維持し、第２電磁弁６を閉止する。また、開度制御手段２５は、開放している第３減圧装置８ｃを閉止する。開度制御手段２５は、全開している第２減圧装置８ｂと、開度調整を行っている第１減圧装置８ａとはそのまま維持する。

ステップＳ１５において、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ未満の場合は、通常給湯状態として、圧縮機１の出力並びに第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ及び第３減圧装置８ｃの開度は通常の冷房給湯同時運転または暖房給湯同時運転に基づいて制御を行う（ステップＳ１９）。

以上のように、空調の快適性を優先した制御では、出力制御手段２２は、圧縮機１の運転周波数を低下させ、開度制御手段２５は、減圧装置の開度を大きくしない。そのため、圧縮機運転周波数が低下しやすく、早めに冷房単独運転または暖房単独運転に切り替えることができる。その結果、冷房能力または暖房能力が低下する時間を最小限に抑え、空調の快適性を維持することができる。なお、給湯運転は、外部熱源５３を用いて行う。

図９は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式空調給湯装置の省エネルギー性を優先した省エネルギー優先モードにおける、高温給湯とそれ以外の給湯（通常給湯）の判定の流れを示したフローチャートを示す。次に、ヒートポンプ式空調給湯装置１００の制御動作について、省エネルギー性を優先した省エネルギー優先モードの制御動作について説明する。

省エネルギー優先モード（制御フローＢ）を開始すると、まず、算出手段２１は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄを取得し、凝縮温度ＣＴを算出する（ステップＳ２１）。次に、算出手段２１は、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ以上か判定する（ステップＳ２２）。凝縮温度の設定凝縮温度ＣＴｍは、例えば圧縮機１の使用適正範囲の最大値（例えば６０℃）とする。

ステップＳ２２において、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ以上である場合には、算出手段２１は、冷房給湯同時運転か暖房給湯同時運転かを判定する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３において、冷房給湯同時運転時である場合には、開度制御手段２５は、第２減圧装置８ｂの開度を大きくするように制御する（ステップＳ２４）。このとき圧縮機１の出力は、通常の冷房給湯同時運転に基づいて制御を行う。

ステップＳ２３において、暖房給湯同時運転時である場合には、開度制御手段２５は、第１減圧装置８ａの開度を大きくするように制御する（ステップＳ２５）。このとき圧縮機１の出力は、暖房給湯同時運転に基づいて制御を行う。

ステップＳ２２において、凝縮温度ＣＴが設定凝縮温度ＣＴｍ未満の場合は、圧縮機１の出力並びに第１減圧装置８ａ、第２減圧装置８ｂ及び第３減圧装置８ｃの開度は通常の冷房給湯同時運転または暖房給湯同時運転に基づいて制御を行う（ステップＳ２６）。

以上のように、電力消費の省エネルギー性を優先した制御では、開度制御手段２５は、減圧装置の開度を大きくするように制御する。そのため、凝縮温度の過昇を抑制でき、また、圧縮機の周波数は高いまま維持でき、少しでも長く冷房給湯同時運転又は暖房給湯同時運転を係属することができる。その結果、電気代への影響が大きい電気ヒーターなどの外部熱源５３が作動する機会を削減できる。

１圧縮機、２流路切替装置、３室外側熱交換器、４アキュムレータ、５第１電磁弁、６第２電磁弁、７第３電磁弁、８ａ第１減圧装置、８ｂ第２減圧装置、８ｃ第３減圧装置、９ストップバルブ、１０室内側空調用熱交換器、１１給湯熱交換器、１２圧縮機シェル温度センサ、１３吐出管温度センサ、１４室外側熱交換器温度センサ、１５外気温度センサ、１６室内側空調用熱交換器液配管温度センサ、１７給湯熱交換器液配管温度センサ、１８圧力センサ、２０制御装置、２１算出手段、２２出力制御手段、２３開閉制御手段、２４切替制御手段、２５開度制御手段、２６運転モード選択手段、２７熱源制御手段、２８ポンプ制御手段、３０室外機、４０室内機、５０水室内機、５１循環ポンプ、５２貯湯タンク、５３外部熱源、１００ヒートポンプ式空調給湯装置、１６０リモコン。

本発明に係るヒートポンプ式空調給湯装置は、圧縮機と、第１電磁弁と、流路切替装置と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側空調用熱交換器とが接続された第１冷媒流路と、圧縮機と第１電磁弁との間から分岐し、第２電磁弁と給湯熱交換器と減圧装置とが接続された第２冷媒流路と、圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、圧縮機の運転周波数を調整し、減圧装置の弁の開度を調整する制御装置と、を備え、減圧装置は、室外側熱交換器と接続される第１減圧装置と、室内側空調用熱交換器と接続される第２減圧装置と、給湯熱交換器と接続される第３減圧装置とを有し、制御装置は、吐出圧力から凝縮温度を算出し、凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、予め設定された圧縮機の運転周波数を変更するように制御する空調優先モードと、減圧装置の弁の開度を変更するように制御する省エネルギー優先モードと、を切り替えて運転を行い、空調優先モードの冷房給湯同時運転時又は暖房給湯同時運転時において、圧縮機の運転周波数を低下させるように制御し、空調優先モードの冷房給湯同時運転時において、圧縮機の運転周波数が最低周波数まで低下し、かつ、凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、第１電磁弁を開放し、第２電磁弁を閉止するように制御し、第１減圧装置を全開し、第３減圧装置を閉止し、第２減圧装置の開度を調整するように制御して、冷房単独運転を実施するものである。

Claims

圧縮機と、第１電磁弁と、流路切替装置と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側空調用熱交換器とが接続された第１冷媒流路と、
前記圧縮機と前記第１電磁弁との間から分岐し、第２電磁弁と給湯熱交換器と前記減圧装置とが接続された第２冷媒流路と、
前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサと、
前記圧縮機の運転周波数を調整し、前記減圧装置の弁の開度を調整する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記吐出圧力から凝縮温度を算出し、
前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、予め設定された前記圧縮機の運転周波数を変更するように制御する空調優先モードと、前記減圧装置の弁の開度を変更するように制御する省エネルギー優先モードと、を切り替えて運転を行うヒートポンプ式空調給湯装置。
前記制御装置は、前記空調優先モードの冷房給湯同時運転時又は暖房給湯同時運転時において、前記圧縮機の運転周波数を低下させるように制御する請求項１に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。
前記減圧装置は、前記室外側熱交換器と接続される第１減圧装置と、前記室内側空調用熱交換器と接続される第２減圧装置と、前記給湯熱交換器と接続される第３減圧装置とを有し、
前記制御装置は、
前記空調優先モードの冷房給湯同時運転時において、前記圧縮機の運転周波数が最低周波数まで低下し、かつ、前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、前記第１電磁弁を開放し、前記第２電磁弁を閉止するように制御し、前記第１減圧装置を全開し、前記第３減圧装置を閉止し、前記第２減圧装置の開度を調整するように制御して、冷房単独運転を実施する請求項２に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。
前記減圧装置は、前記室外側熱交換器と接続される第１減圧装置と、前記室内側空調用熱交換器と接続される第２減圧装置と、前記給湯熱交換器と接続される第３減圧装置とを有し、
前記制御装置は、
前記空調優先モードの暖房給湯同時運転時において、前記圧縮機の運転周波数が最低周波数まで低下し、かつ、前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、前記第１電磁弁を開放し、前記第２電磁弁を閉止するように制御し、前記第２減圧装置を全開し、前記第３減圧装置を閉止し、前記第１減圧装置の開度を調整するように制御して、暖房単独運転を実施する請求項２に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。
前記給湯熱交換器を接続した給湯用回路に接続された貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を加熱する外部熱源と、
前記外部熱源の作動を制御する熱源制御手段と、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の運転周波数が最低周波数まで低下し、かつ、前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、前記外部熱源を作動させる請求項３又は４に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。
前記減圧装置は、前記室外側熱交換器と接続される第１減圧装置と、前記室内側空調用熱交換器と接続される第２減圧装置と、前記給湯熱交換器と接続される第３減圧装置とを有し、
前記制御装置は、前記省エネルギー優先モードの冷房給湯同時運転中において、前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、前記第２減圧装置の開度を大きくするように制御する請求項１に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。
前記減圧装置は、前記室外側熱交換器と接続される第１減圧装置と、前記室内側空調用熱交換器と接続される第２減圧装置と、前記給湯熱交換器と接続される第３減圧装置とを有し、
前記制御装置は、前記省エネルギー優先モードの暖房給湯同時運転中において、前記凝縮温度が設定凝縮温度以上の場合に、前記第１減圧装置と前記第２減圧装置の合計開度の開度を大きくするように制御する請求項１に記載のヒートポンプ式空調給湯装置。