WO2012114450A1 - 空調給湯システム - Google Patents

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WO2012114450A1
WO2012114450A1 PCT/JP2011/053779 JP2011053779W WO2012114450A1 WO 2012114450 A1 WO2012114450 A1 WO 2012114450A1 JP 2011053779 W JP2011053779 W JP 2011053779W WO 2012114450 A1 WO2012114450 A1 WO 2012114450A1
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WO
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air conditioning
water supply
hot water
refrigerant
heat exchanger
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/053779
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English (en)
French (fr)
Inventor
小谷 正直
陽子 國眼
麻里 内田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2013500746A priority patent/JP5492346B2/ja
Priority to PCT/JP2011/053779 priority patent/WO2012114450A1/ja
Priority to EP11859253.4A priority patent/EP2679933A4/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0096Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater combined with domestic apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioning and hot water supply system that performs air conditioning and hot water supply.
  • Patent Document 1 As an air conditioning and hot water supply system that performs air conditioning and hot water supply, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is disclosed.
  • a first compressor, a first four-way valve, an outdoor heat exchanger, a first electromagnetic expansion valve, and an indoor heat exchanger are connected to form a main cycle
  • a second compressor, a second four-way valve A third four-way valve, a hot water supply heat exchanger, an auxiliary heat exchanger, a second electromagnetic expansion valve and a third electromagnetic expansion valve are connected to form a sub-cycle, and the main cycle and sub-cycle are exchanged with a cascade capacitor.
  • An air-conditioning apparatus air-conditioning hot water supply system
  • is disclosed that is configured to be connected to form a refrigerant circuit.
  • the primary side (main cycle side) of the cascade condenser is used as a condenser and the secondary side (sub cycle side) is used as an evaporator during cooling hot water supply operation.
  • the exhaust heat of a main cycle can be utilized for a subcycle (refer FIG. 5 and FIG. 8 of patent document 1).
  • the air conditioning apparatus (air conditioning hot water supply system) described in Patent Document 1 cannot function the primary side of the cascade condenser (intermediate heat exchanger) as a condenser during the heating operation of the main cycle (air conditioning cycle). For this reason, at the time of heating hot water supply operation, as shown in FIG. 9 of Patent Document 1, the main cycle (air conditioning cycle) and the sub cycle (hot water supply cycle) are not allowed to flow through the cascade condenser (intermediate heat exchanger). It was functioning independently.
  • an object of the present invention is to provide an air conditioning and hot water supply system that can improve the efficiency of the entire air conditioning and hot water supply system.
  • the invention according to claim 1 is an air conditioning and hot water supply system including an air conditioning refrigerant circuit in which a first refrigerant circulates and a hot water supply refrigerant circuit in which a second refrigerant circulates.
  • the air conditioning refrigerant circuit functions as an air conditioning compressor that compresses the first refrigerant, an air conditioning operation switching unit that switches a flow direction of the first refrigerant between the cooling operation and the heating operation, and a condenser during the cooling operation.
  • An air conditioning heat source side heat exchanger that functions as an evaporator during heating operation, a decompression device that depressurizes the first refrigerant, and an air conditioning utilization side heat exchanger that functions as an evaporator during cooling operation and functions as a condenser during heating operation
  • an intermediate heat exchanger for exchanging heat between the first refrigerant and the second refrigerant, branching between the air conditioning compressor and the air conditioning heat source side heat exchanger, and flowing in the branching direction Adjust the flow rate of the first refrigerant A branch part, and a second branch part that branches between the air conditioning compressor and the air conditioning utilization-side heat exchanger and adjusts the flow rate of the first refrigerant flowing in the branch direction
  • the heat exchanger has one end connected to the first branch part and the second branch part, and the other end connected to the junction between the air conditioning heat source side heat exchanger and the air conditioning utilization side heat exchanger, for cooling operation. It functions as a condenser at the time of heating and heating.
  • an air conditioning and hot water supply system that can improve the efficiency of the entire air conditioning and hot water supply system.
  • FIG. 1 is a system diagram of an air conditioning and hot water supply system S according to the present embodiment.
  • the air conditioning and hot water supply system S includes a heat pump unit 1 installed outside the room (outside the air-conditioned space), an indoor unit 2 installed inside the room (the air-conditioned space), a hot water tank unit 3, and a control device 4. ing.
  • the air conditioning and hot water supply system S includes a “cooling operation” that cools the room in which the indoor unit 2 is disposed, a “heating operation” that heats the room in which the indoor unit 2 is disposed, and a hot water tank unit that heats the liquid to be heated.
  • a tank 62 to be described later for storing a high-temperature heated liquid, a “cooling hot water supply operation” for performing a cooling operation and a hot water supply operation, a “heating hot water supply operation” for performing a heating operation and a hot water supply operation, It has a function to perform.
  • the air conditioning hot water supply system S includes an air conditioning refrigerant circuit 10 through which a first refrigerant circulates, a hot water supply refrigerant circuit 40 through which a second refrigerant circulates, an air conditioning heat transfer medium circulation circuit 50 through which a heat transfer medium circulates, and a heated object.
  • a hot water supply circuit 60 through which liquid flows.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 provided in the heat pump unit 1 is an air conditioning compressor 11 that compresses the first refrigerant to form a high-pressure refrigerant, and for air conditioning that switches the flow direction of the first refrigerant between the cooling operation and the heating operation.
  • Air conditioning heat source side heat exchanger 13 that performs heat exchange between the four-way valve 12 and the air (outdoor air) sent by the air conditioning fan 13a, and the main air conditioning as a first decompression device that decompresses the first refrigerant.
  • the expansion valve 14 and the secondary side heat transfer tube 15b of the air-conditioning utilization side heat exchanger 15 that performs heat exchange with the heat transfer medium are annularly connected by a pipe.
  • the first refrigerant HFC, HFO-1234yf, HFO-1234ze, natural refrigerant (for example, CO 2 refrigerant), or the like can be used.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 has an air conditioning auxiliary expansion valve 16 as a second decompression device for decompressing the first refrigerant on a circuit connecting the air conditioning heat source side heat exchanger 13 and the air conditioning main expansion valve 14. Is connected.
  • the primary heat transfer tube 21 a of the intermediate heat exchanger 21 that performs heat exchange with the second refrigerant is connected in parallel with the air conditioning heat source side heat exchanger 13.
  • One end of the primary side heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 is connected to a first air conditioning control three-way valve 22 connected on a circuit connecting the air conditioning four-way valve 12 and the air conditioning heat source side heat exchanger 13.
  • the other end of the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 is connected to a circuit connecting the air conditioning auxiliary expansion valve 16 and the air conditioning main expansion valve 14 via the first air conditioning control valve 23.
  • a pipe extending from the air conditioning auxiliary expansion valve 16 a pipe extending from the air conditioning main expansion valve 14, and a pipe extending from the other end of the primary heat transfer pipe 21a of the intermediate heat exchanger 21
  • the portion where the two are connected to each other is also referred to as a merging portion 24.
  • the first air-conditioning control three-way valve 22 is a three-way valve configured to be able to adjust the flow rate ratio of the first refrigerant flowing.
  • the 1st air-conditioning control valve 23 is an on-off valve comprised so that opening and closing was controllable.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 is connected to a bypass circuit 31 through which the first refrigerant can flow.
  • One end of the bypass circuit 31 is connected to a second air conditioning control three-way valve 32 connected on a circuit connecting the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 and the air conditioning four-way valve 12.
  • the other end of the bypass circuit 31 is connected via a second air conditioning control valve 33 on a circuit that connects the first air conditioning control three-way valve 22 and the primary heat transfer tube 21 a of the intermediate heat exchanger 21.
  • the second air-conditioning control three-way valve 32 is a three-way valve configured to be able to adjust the flow rate ratio of the first refrigerant flowing therethrough.
  • the second air conditioning control valve 33 is an on / off valve configured to be able to control opening and closing.
  • the hot water supply refrigerant circuit 40 provided in the heat pump unit 1 includes a hot water supply compressor 41 that compresses the second refrigerant to form a high-pressure refrigerant, and a hot water supply side heat exchanger 42 that performs heat exchange with the liquid to be heated.
  • Hot water supply heat source side heat exchange for exchanging heat between the primary side heat transfer tube 42a, the hot water supply main expansion valve 43 as a pressure reducing device for reducing the pressure of the second refrigerant, and the air (outdoor air) sent by the hot water supply fan 44a.
  • the container 44 is configured to be connected by a pipe in a ring shape.
  • the second refrigerant HFC, HFO-1234yf, HFO-1234ze, natural refrigerant (for example, CO 2 refrigerant), or the like can be used.
  • the secondary heat transfer tube 21 b of the intermediate heat exchanger 21 that performs heat exchange with the first refrigerant is connected in parallel with the hot water supply heat source side heat exchanger 44.
  • One end of the secondary side heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 is connected to a first hot water supply control three-way valve 45 connected on a circuit connecting the hot water supply main expansion valve 43 and the hot water source heat source side heat exchanger 44.
  • the other end of the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 is connected to a second hot water supply control three-way valve 46 connected on a circuit connecting the hot water supply heat source side heat exchanger 44 and the hot water supply compressor 41.
  • the first hot-water supply control three-way valve 45 and the second hot-water supply control three-way valve 46 are three-way valves configured such that the flow rate ratio of the second refrigerant flowing therethrough can be adjusted.
  • An air-conditioning heat transfer medium circulation circuit 50 provided from the heat pump unit 1 to the indoor unit 2 changes the flow direction of the heat transfer medium between the first pump 51 for feeding the heat transfer medium, the cooling operation, and the heating operation. Heat exchange between the heat transfer medium four-way valve 52 to be switched, the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 that performs heat exchange with the first refrigerant, and the air (indoor air) sent by the indoor fan 53a.
  • the indoor heat exchanger 53 that performs the above is connected in a ring shape by piping. Note that water or brine (antifreeze) such as ethylene glycol can be used as the heat transfer medium.
  • a hot water supply circuit 60 provided from the heat pump unit 1 to the hot water supply tank unit 3 includes a second pump 61 for supplying the liquid to be heated and a hot water supply side heat exchanger 42 for exchanging heat with the second refrigerant.
  • the secondary heat transfer pipe 42b and the tank 62 that is disposed in the hot water supply tank unit 3 and stores the liquid to be heated are connected in a ring shape by piping. In the following description, it is assumed that the liquid to be heated uses water.
  • the hot water supply tank unit 3 is connected to the lower part of the tank 62, connected to an external water supply source (for example, water supply) 63, and connected to the upper part of the tank 62, and an external water supply terminal (not shown). ) To be connected to the hot water supply fitting 64.
  • an external water supply source for example, water supply
  • 63 for example, water supply
  • an external water supply terminal not shown
  • the hot water supply fitting 64 To be connected to the hot water supply fitting 64.
  • the hot water flows into the lower portion of the tank 62 from the water supply source through the water supply fitting 63.
  • a high-temperature liquid to be heated (hot water) stored in the upper part of the tank 62 is supplied to a water supply terminal (not shown) through the hot water supply fitting 64.
  • the air conditioning and hot water supply system S includes a control device 4.
  • the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S, and according to the determined operation mode, various valves (first air conditioning control valve 23, second air conditioning control valve 33, first air conditioning control three-way valve 22, second air conditioning control).
  • the fan air-conditioning fan 13a, hot-water supply fan 44a, indoor fan 53a
  • FIG. 2 and FIG. 3 are flowcharts showing a procedure for determining the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S according to the present embodiment.
  • the control device 4 determines whether there is an air conditioning cycle operation request.
  • the air-conditioning cycle operation request is an operation request for air-conditioning (cooling / heating) the room (air-conditioned space) in which the indoor unit 2 is installed.
  • the air conditioning cycle operation request may be input to the control device 4 by a user operating a remote controller (not shown) installed in the room, for example, and an indoor temperature detector (not shown) that detects the room temperature. May be determined based on the detected temperature (room temperature) and the indoor set temperature. If there is an air conditioning cycle operation request (S101, Yes), the process of the control device 4 proceeds to step S105. When there is no air-conditioning cycle operation request (S101, No), the process of the control device 4 proceeds to step S102.
  • control device 4 determines whether or not there is a hot water supply cycle operation request.
  • the hot water supply cycle operation request is a request to execute the hot water supply operation of the air conditioning hot water supply system S.
  • the hot water supply cycle operation request may be input to the control device 4 by a user operating a remote controller (not shown) installed in the room, for example, and the hot water cycle operation request is stored in the tank 62 of the hot water supply tank unit 3.
  • a “hot water supply cycle operation request” may be made when the amount of liquid to be heated is equal to or less than a predetermined amount, and a “hot water supply cycle operation request” may be made when a predetermined time zone is reached.
  • S102, Yes the process of the control device 4 proceeds to step S104.
  • the process of the control device 4 proceeds to step S103.
  • step S103 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S to be “standby mode”.
  • the standby mode is a mode in which the air conditioning operation (cooling operation / heating operation) and hot water supply operation of the air conditioning and hot water supply system S are stopped and the input of an operation command is waited.
  • step S104 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “hot water supply operation mode”.
  • the hot water supply operation mode is a mode in which the hot water supply operation of the air conditioning hot water supply system S is executed.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S105 control device 4 determines whether or not there is a hot water supply cycle operation request.
  • the hot water supply cycle operation request in step S105 is the same as the hot water supply cycle operation request in step S102, and a description thereof will be omitted.
  • S105, Yes the process of the control device 4 proceeds to step S109.
  • no hot water cycle operation request S105, No
  • the process of the control device 4 proceeds to step S106.
  • step S106 the control device 4 determines whether or not the hot water supply cycle operation request is “cooling operation”.
  • the hot water supply cycle operation request is “cooling operation” (S106, Yes)
  • the process of the control device 4 proceeds to step S107.
  • the hot water supply cycle operation request is not “cooling operation” (No in S106)
  • the process of the control device 4 proceeds to Step S108.
  • step S107 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “cooling operation mode”.
  • the cooling operation mode is a mode for executing the cooling operation of the air conditioning and hot water supply system S.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S108 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “heating operation mode”.
  • the heating operation mode is a mode in which the heating operation of the air conditioning and hot water supply system S is executed.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S109 the control device 4 determines whether or not the hot water supply cycle operation request is “cooling operation”.
  • the hot water supply cycle operation request is “cooling operation” (S109 / Yes)
  • the process of the control device 4 proceeds to step S110.
  • the hot water supply cycle operation request is not “cooling operation” (No in S109)
  • the process of the control device 4 proceeds to step S201 in FIG.
  • step S110 the control device 4 estimates the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex and the hot water supply heat absorption amount Qec_ex.
  • the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex is the amount of exhaust heat to the heat source required for the cooling operation when the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40 are operated independently.
  • the hot water supply heat absorption amount Qec_ex is the heat supply amount from the heat source required for the hot water supply operation when the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40 are operated independently.
  • step S111 the control device 4 determines whether or not the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex is larger than the hot water supply heat absorption amount Qec_ex.
  • the processing of the control device 4 proceeds to step S112.
  • the air-conditioning exhaust heat amount Qac_ex is not larger than the hot water supply heat absorption amount Qec_ex (S111, No)
  • the processing of the control device 4 proceeds to step S113.
  • step S112 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode”.
  • the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode is a kind of mode for performing the cooling operation and hot water supply operation of the air conditioning hot water supply system S, and the exhaust heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40. Drive.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S113 the control device 4 determines whether or not the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex is equal to the hot water supply heat absorption amount Qec_ex.
  • the process of the control device 4 proceeds to Step S114.
  • the process of the control device 4 proceeds to step S115.
  • step S114 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode”.
  • the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode is a kind of mode for performing the cooling operation and the hot water supply operation of the air conditioning hot water supply system S.
  • the exhaust heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40. Drive.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S115 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery C) mode”.
  • the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery C) mode is a type of mode in which the cooling operation and the hot water supply operation of the air conditioning hot water supply system S are executed, and the exhaust heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40. Drive.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S109 the case where the air-conditioning cycle operation request is not “cooling operation” in step S109 (No in S109) will be described with reference to FIG. That is, the case where there is a hot water supply cycle operation request (see S105 / Yes) and the air conditioning cycle operation request is “heating operation” will be described.
  • step S201 the control device 4 estimates the single total power consumption Wsys1 and the surplus heat operation power consumption Wsys2.
  • the single total power consumption Wsys1 is the estimated power consumption when the air conditioning and hot water supply system S is operated in the heating and hot water supply operation (independent) mode (see FIG. 12 described later).
  • the surplus heat operation power consumption Wsys2 is the estimated power consumption when the air conditioning hot water supply system S is operated in the heating hot water supply operation (air conditioning surplus heating) mode (see FIG. 13 described later). Note that the process of estimating the single total power consumption Wsys1 and the surplus heat operation power consumption Wsys2 will be described later with reference to FIG.
  • step S202 the control device 4 determines whether the single total power consumption Wsys1 is equal to or less than the surplus heat operation power consumption Wsys2.
  • the process of the control device 4 proceeds to Step S203.
  • the process of the control device 4 proceeds to step S204.
  • step S203 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “heating and hot water supply operation (independent) mode”.
  • the heating / hot water supply operation (independent) mode is a kind of mode in which the heating operation and the hot water supply operation of the air conditioning and hot water supply system S are executed, and the hot water supply refrigerant circuit 40 and the air conditioning refrigerant circuit 10 are operated independently.
  • the heat exchanger 21 is not used.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • step S204 the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S as the “heating and hot water supply operation (air conditioning surplus heating) mode”.
  • the heating hot water supply operation (air conditioning surplus heating) mode is a mode in which the heating operation of the air conditioning hot water supply system S is executed, and the surplus heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is collected by the hot water supply refrigerant circuit 40 to perform the hot water supply operation.
  • the operation of the air conditioning and hot water supply system S (heat pump unit 1) in this operation mode will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for estimating the air conditioning exhaust heat quantity Qac_ex and the hot water supply heat absorption quantity Qec_ex in step S110 of FIG.
  • the control device 4 estimates the air conditioning load Qac.
  • the air conditioning load Qac is estimated based on the outdoor temperature Tao, the indoor temperature Tai, the indoor set temperature Tac_set, and the indoor air volume Vac_set.
  • the outdoor temperature Tao is detected by, for example, a temperature sensor (not shown) provided at the outside air intake port of the air conditioning fan 13a or the hot water supply fan 44a of the heat pump unit 1.
  • the indoor temperature Tai is detected by, for example, a temperature sensor (not shown) provided at the indoor air intake port of the indoor fan 53a of the indoor unit 2.
  • the indoor air volume Vac_set is calculated by detecting the rotational speed of the indoor fan 53a. Alternatively, it is calculated from the set air volume set by the user with a remote controller (not shown) installed in the room.
  • the indoor set temperature Tac_set is input to the control device 4 when the user operates a remote controller (not shown) installed indoors, for example.
  • step S302 the control device 4 estimates the air conditioning power consumption Wac.
  • the air conditioning power consumption Wac is estimated based on the air conditioning load Qac, the outdoor temperature Tao, and the indoor set temperature Tac_set estimated in step S301.
  • step S303 the control device 4 estimates the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex.
  • the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex is estimated based on the air conditioning load Qac estimated in step S301 and the air conditioning power consumption Wac estimated in step S302.
  • step S304 the control device 4 estimates the hot water supply load Qec.
  • the hot water supply load Qec is estimated based on the outdoor temperature Tao, the water supply temperature Twi, the hot water supply temperature Two, and the water supply flow rate Vw.
  • the feed water temperature Twi is detected by, for example, a temperature sensor (not shown) provided on the inlet side of the secondary heat transfer tube 42b of the hot water use side heat exchanger 42 of the heat pump unit 1.
  • the hot water supply temperature Two is a set temperature of hot water (liquid to be heated) boiled by the heat pump unit 1, and is input to the control device 4 when the user operates a remote controller (not shown) installed indoors, for example. Is done.
  • the water supply flow rate Vw is calculated by detecting the rotational speed of the second pump 61 of the heat pump unit 1, for example.
  • step S305 the control device 4 estimates the hot water supply power consumption Wec.
  • Hot water supply power consumption Wec is estimated based on hot water supply load Qec, outdoor temperature Tao, and hot water supply temperature Two estimated in step S304.
  • step S306 the control device 4 estimates the hot water supply heat absorption amount Qec_ex.
  • the hot water supply heat absorption amount Qec_ex is estimated based on the hot water supply load Qec estimated in step S304 and the hot water supply power consumption Wec estimated in step S305.
  • control device 4 estimates the air conditioning exhaust heat amount Qac_ex (see S303), estimates the hot water supply heat absorption amount Qec_ex (see S306), and the processing of the control device 4 ends step S110 in FIG. Proceed to S111.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for estimating the single total power consumption Wsys1 and the surplus heat operation power consumption Wsys2 in step S201 of FIG.
  • step S401 the control device 4 estimates the air conditioning load Qac.
  • the air conditioning load Qac is estimated based on the outdoor temperature Tao, the indoor temperature Tai, the indoor set temperature Tac_set, and the indoor air volume Vac_set.
  • step S402 the control device 4 estimates a compressor target rotational speed Ncp_ac for air conditioning.
  • the air conditioning compressor target rotational speed Ncp_ac is estimated based on the air conditioning load Qac, the outdoor temperature Tao, the indoor set temperature Tac_set, and the indoor air volume Vac_set estimated in step S401.
  • step S403 the control device 4 determines whether or not the air conditioning compressor target rotational speed Ncp_ac estimated in step S402 is equal to or higher than the air conditioning compressor minimum rotational speed Ncp_acmin.
  • the minimum rotation speed Ncp_acmin of the air conditioning compressor is the lower limit of the rotation speed at which the air conditioning compressor 11 of the air conditioning refrigerant circuit 10 can be controlled.
  • the process of the control device 4 proceeds to step S404.
  • the process of the control device 4 proceeds to Step S409.
  • step S404 the control device 4 estimates the air conditioning power consumption Wac.
  • the air conditioning power consumption Wac is estimated based on the air conditioning load Qac, the outdoor temperature Tao, and the indoor set temperature Tac_set estimated in step S401.
  • step S405 the control device 4 estimates the hot water supply load Qec.
  • the hot water supply load Qec is estimated based on the outdoor temperature Tao, the water supply temperature Twi, the hot water supply temperature Two, and the water supply flow rate Vw.
  • step S406 the control device 4 estimates the hot water supply power consumption Wec.
  • Hot water supply power consumption Wec is estimated based on hot water supply load Qec, outdoor temperature Tao, and hot water supply temperature Two estimated in step S405.
  • step S407 the control device 4 estimates the single total power consumption Wsys1.
  • the air-conditioning compressor rotation speed Ncp_ac is not equal to or higher than the air-conditioning compressor minimum rotation speed Ncp_acmin in step S403 (S403 / No) will be described. Since the air conditioning compressor 11 cannot be operated at a rotational speed less than the air conditioning compressor minimum rotational speed Ncp_acmin, the air conditioning compressor target rotational speed Ncp_ac estimated from the air conditioning load Qac is the minimum air conditioning compressor rotational speed. When the speed is less than Ncp_acmin, the compressor speed is Ncp_acmin.
  • the control device 4 since the air-conditioning capability actually output becomes larger than the air-conditioning load Qac by Ncp_acmin / Ncp_ac, the control device 4 performs intermittent operation in which the operation and stop of the air-conditioning compressor 11 are repeated. For this reason, the efficiency of the air conditioning and hot water supply system S deteriorates.
  • step S409 the control device 4 estimates the air-conditioning power consumption deterioration rate ⁇ during intermittent operation. And the air-conditioning power consumption Wac1 which considered intermittent operation is estimated.
  • the air conditioning power consumption deterioration rate ⁇ is estimated based on the air conditioning compressor target rotation speed Ncp_ac and the air conditioning compressor minimum rotation speed Ncp_acmin.
  • the air-conditioning power consumption Wac1 considering intermittent operation is estimated based on the air-conditioning load Qac, the outdoor temperature Tao, the indoor set temperature Tac_set, and the air-conditioning power consumption deterioration rate ⁇ estimated in step S401.
  • step S410 the control device 4 estimates the hot water supply load Qec.
  • the hot water supply load Qec is estimated based on the outdoor temperature Tao, the water supply temperature Twi, the hot water supply temperature Two, and the water supply flow rate Vw.
  • step S411 the control device 4 estimates the hot water supply power consumption Wec.
  • Hot water supply power consumption Wec is estimated based on hot water supply load Qec, outdoor temperature Tao, and hot water supply temperature Two estimated in step S304.
  • step S412 the control device 4 estimates the single total power consumption Wsys1.
  • step S413 the control device 4 estimates the air conditioning pseudo load Qac_ec.
  • the air conditioning pseudo load Qac_ec is estimated based on the outdoor temperature Tao, the feed water temperature Twi, the hot water supply temperature Two, and the feed water flow rate Vw.
  • the air conditioning utilization side heat exchanger 15 of the air conditioning refrigerant circuit 10 is caused to function as a condenser.
  • the intermediate heat exchanger 21 of the air conditioning refrigerant circuit 10 is also caused to function as a condenser.
  • the air conditioning pseudo load Qac_ec is estimated using the hot water supply heat absorption amount in the intermediate heat exchanger 21 of the hot water supply refrigerant circuit 40 as the air conditioning pseudo load Qac_ec in the intermediate heat exchanger 21 of the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • step S414 the control device 4 estimates the air conditioning load Qac2 in consideration of the air conditioning pseudo load Qac_ec.
  • step S415 the control device 4 estimates the air-conditioning power consumption Wac2 in consideration of the pseudo load.
  • the air-conditioning power consumption Wac2 is estimated based on the air-conditioning load Qac2, the outdoor temperature Tao, and the indoor set temperature Tac_set in consideration of the pseudo load estimated in step S414.
  • step S416 the control device 4 estimates the hot water supply power consumption Wec2 in consideration of the pseudo load.
  • the hot water supply power consumption Wec2 is estimated based on the air conditioning load Qac2 in consideration of the pseudo load estimated in step S414, the hot water supply load Qec estimated in step S410, the outdoor temperature Tao, the hot water supply temperature Two, and the indoor set temperature Tac_set.
  • step S417 the control device 4 estimates surplus heat operation power consumption Wsys2.
  • control device 4 estimates the single total power consumption Wsys1 (see S407 and S412), estimates the surplus heat operation power consumption Wsys2 (see S408 and S417), and the processing of the control device 4 is as shown in FIG. Step S201 is ended and it progresses to Step S202.
  • the control device 4 determines the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S (see FIGS. 2 and 3), and controls the air conditioning and hot water supply system S according to the determined operation mode to perform various operations.
  • Each operation mode of the air conditioning and hot water supply system S executed by the control device 4 will be described with reference to FIGS.
  • FIGS. 6 to 13 described below a pipe through which the first refrigerant, the second refrigerant, the heat transfer medium, and the liquid to be heated flow is indicated by a bold line, and the flow direction is indicated by an arrow.
  • Each control valve (first air conditioning control valve 23, second air conditioning control valve 33, first air conditioning control three-way valve 22, second air conditioning control three-way valve 32, first hot water supply control three-way valve 45, second hot water supply control three-way valve 46, for the air conditioning auxiliary expansion valve 16), the side where the flow is closed is shown in black.
  • Step S103 In this mode, the air conditioning refrigerant circuit 10, the hot water supply refrigerant circuit 40, the air conditioning heat transfer medium circulation circuit 50, and the hot water supply circuit 60 are stopped.
  • the control device 4 waits for an input of an operation command.
  • the operation mode of the air conditioning and hot water supply system S is determined (see FIGS. 2 and 3).
  • FIG. 6 is a system diagram showing the flow of the refrigerant and the liquid to be heated in the heat pump unit 1 in the hot water supply operation mode.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 and the air conditioning heat transfer medium circulation circuit 50 are stopped. Further, the refrigerant flow to the intermediate heat exchanger 21 is closed for both the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the hot water supply refrigerant circuit 40 will be described.
  • the control device 4 controls the first hot water supply so that the side connected to the intermediate heat exchanger 21 is closed so that the second refrigerant can flow between the hot water supply main expansion valve 43 and the hot water supply heat source side heat exchanger 44.
  • the control three-way valve 45 is controlled.
  • the control device 4 is configured so that the side connected to the intermediate heat exchanger 21 is closed so that the second refrigerant can flow between the hot water supply heat source side heat exchanger 44 and the hot water supply compressor 41.
  • the hot water control three-way valve 46 is controlled.
  • the control device 4 controls the opening degree (throttle) of the hot water supply main expansion valve 43.
  • the control device 4 also controls the rotational speeds of the hot water supply compressor 41 and the hot water supply fan 44a.
  • the high-temperature and high-pressure second refrigerant discharged from the hot water supply compressor 41 flows into the primary side heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 that functions as a condenser.
  • the second refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 42a of the hot water use side heat exchanger 42 radiates heat by exchanging heat with the heated liquid flowing through the secondary side heat transfer tube 42b of the hot water use side heat exchanger 42. Thus, it becomes a medium temperature and high pressure second refrigerant.
  • the intermediate temperature and high pressure second refrigerant that has flowed out of the primary heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 is depressurized by the hot water supply main expansion valve 43 to become a low temperature and low pressure second refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure second refrigerant flows into the hot water supply heat source side heat exchanger 44 that functions as an evaporator.
  • the second refrigerant flowing through the hot water supply heat source side heat exchanger 44 pumps heat (absorbs heat) from the air (outdoor air) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the hot water supply fan 44a.
  • the absorbed second refrigerant is sent from the hot water supply heat source side heat exchanger 44 to the hot water supply compressor 41 and circulates through the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the control device 4 controls the rotation speed of the second pump 61.
  • the liquid to be heated that has flowed out from the lower portion of the tank 62 flows into the secondary heat transfer pipe 42 b of the hot water supply side heat exchanger 42.
  • the liquid to be heated that flows through the secondary heat transfer tube 42b of the hot water use side heat exchanger 42 absorbs heat by exchanging heat with the second refrigerant that flows through the primary side heat transfer tube 42a of the hot water use side heat exchanger 42.
  • the liquid becomes a hot liquid to be heated.
  • the high temperature heated liquid is returned to the upper part of the tank 62 from the secondary side heat transfer tube 42b of the hot water supply side heat exchanger 42, and the high temperature heated liquid is stored.
  • FIG. 7 is a system diagram showing the flow of the refrigerant and heat transfer medium of the heat pump unit 1 in the cooling operation mode.
  • the hot water supply refrigerant circuit 40 and the hot water supply circuit 60 are stopped. Further, the refrigerant flow to the intermediate heat exchanger 21 is closed for both the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 will be described.
  • the control device 4 controls the air-conditioning four-way valve 12 to be in the cooling operation position. Further, the control device 4 is configured so that the side connected to the intermediate heat exchanger 21 is closed so that the first refrigerant can flow between the air conditioning compressor 11 and the air conditioning heat source side heat exchanger 13.
  • the air-conditioning control three-way valve 22 is controlled. Further, the control device 4 controls the second air conditioning so that the side connected to the bypass circuit 31 is closed so that the first refrigerant can flow between the air conditioning utilization side heat exchanger 15 and the air conditioning compressor 11.
  • the three-way valve 32 is controlled.
  • control device 4 controls the first air conditioning control valve 23 and the second air conditioning control valve 33 to be closed, and controls the opening degree of the air conditioning auxiliary expansion valve 16 to be fully opened.
  • the control device 4 controls the opening degree (throttle) of the air conditioning main expansion valve 14. Further, the control device 4 controls the rotational speeds of the air conditioning compressor 11 and the air conditioning fan 13a.
  • the first refrigerant flowing through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 dissipates heat (exhaust heat) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the air-conditioning fan 13a, so that the medium-temperature high-pressure first refrigerant It becomes.
  • the medium-temperature and high-pressure first refrigerant that has flowed out of the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 is decompressed by the air-conditioning main expansion valve 14 and becomes a low-temperature and low-pressure first refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure first refrigerant flows into the secondary heat transfer tube 15b of the air-conditioning utilization side heat exchanger 15 that functions as an evaporator.
  • the first refrigerant flowing through the secondary heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is heated by exchanging heat with the heat transfer medium flowing through the primary heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization heat exchanger 15. Pumps heat from the transport medium (absorbs heat).
  • the first refrigerant that has absorbed heat is sent from the air conditioning utilization side heat exchanger 15 to the air conditioning compressor 11 and circulates through the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • the control device 4 controls the rotation speeds of the first pump 51 and the indoor fan 53a.
  • the control device 4 includes a heat transfer medium that flows through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning use side heat exchanger 15, and a first refrigerant that flows through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning use side heat exchanger 15.
  • the heat transfer medium four-way valve 52 is controlled so that becomes a counter flow.
  • the heat transfer medium flows into the primary side heat transfer tube 15 a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15.
  • the heat transfer medium flowing through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 dissipates heat by exchanging heat with the first refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15.
  • a cold heat transfer medium is obtained.
  • the low-temperature heat transfer medium flows into the indoor heat exchanger 53 of the indoor unit 2.
  • the heat transfer medium flowing through the indoor heat exchanger 53 absorbs heat by exchanging heat with the air (indoor air) sent by the indoor fan 53a.
  • the heat transfer medium that has absorbed heat is sent from the indoor heat exchanger 53 to the first pump 51 and circulates through the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning.
  • the heat transfer medium absorbs heat in the indoor heat exchanger 53 of the indoor unit 2, whereby the air (room air) is cooled and the room (air-conditioned space) is cooled.
  • FIG. 8 is a system diagram showing the flow of the refrigerant and the heat transfer medium of the heat pump unit 1 in the heating operation mode.
  • the hot water supply refrigerant circuit 40 and the hot water supply circuit 60 are stopped. Further, the refrigerant flow to the intermediate heat exchanger 21 is closed for both the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 will be described.
  • the control device 4 controls the air-conditioning four-way valve 12 to be in the heating operation position. Further, the control device 4 is configured so that the side connected to the intermediate heat exchanger 21 is closed so that the first refrigerant can flow between the air conditioning compressor 11 and the air conditioning heat source side heat exchanger 13.
  • the air-conditioning control three-way valve 22 is controlled. Further, the control device 4 controls the second air conditioning so that the side connected to the bypass circuit 31 is closed so that the first refrigerant can flow between the air conditioning utilization side heat exchanger 15 and the air conditioning compressor 11.
  • the three-way valve 32 is controlled.
  • control device 4 controls the first air conditioning control valve 23 and the second air conditioning control valve 33 to be closed, and controls the opening degree of the air conditioning main expansion valve 14 to be fully opened. Further, the control device 4 controls the opening degree (throttle) of the air conditioning auxiliary expansion valve 16. Further, the control device 4 controls the rotational speeds of the air conditioning compressor 11 and the air conditioning fan 13a.
  • the first refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is radiated by exchanging heat with the heat transfer medium flowing through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15. Thus, it becomes a medium temperature and high pressure first refrigerant.
  • the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is depressurized by the air conditioning auxiliary expansion valve 16 to become a low temperature and low pressure first refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure first refrigerant flows into the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 that functions as an evaporator.
  • the first refrigerant flowing through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 pumps up heat (absorbs heat) from the air (outdoor air) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the air-conditioning fan 13a.
  • the absorbed first refrigerant is sent from the air conditioning heat source side heat exchanger 13 to the air conditioning compressor 11 and circulates through the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • the control device 4 controls the rotation speeds of the first pump 51 and the indoor fan 53a.
  • the control device 4 includes a heat transfer medium that flows through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning use side heat exchanger 15, and a first refrigerant that flows through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning use side heat exchanger 15.
  • the heat transfer medium four-way valve 52 is controlled so that becomes a counter flow.
  • the heat transfer medium flows into the primary side heat transfer tube 15 a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15.
  • the heat transfer medium flowing through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 absorbs heat by exchanging heat with the first refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15.
  • a high-temperature heat transfer medium is obtained.
  • the high-temperature heat transfer medium flows into the indoor heat exchanger 53 of the indoor unit 2.
  • the heat transfer medium flowing through the indoor heat exchanger 53 dissipates heat by exchanging heat with the air (indoor air) sent by the indoor fan 53a.
  • the radiated heat transfer medium is sent from the indoor heat exchanger 53 to the first pump 51 and circulates through the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning.
  • the heat transfer medium dissipates heat in the indoor heat exchanger 53 of the indoor unit 2
  • the air room air
  • the room air-conditioned space
  • FIG. 9 is a system diagram showing the flow of the refrigerant, heat transfer medium, and heated liquid in the heat pump unit 1 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode.
  • the exhaust heat recovery A is a case of “air conditioning exhaust heat> hot water supply endotherm”, and the exhaust heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40 via the intermediate heat exchanger 21, and excess air conditioning is performed. Exhaust heat is exhausted to outdoor air.
  • the operation of the hot water supply circuit 60 is the same as that of the hot water supply operation mode shown in FIG.
  • the operation of the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning is the same as that in the cooling operation mode shown in FIG.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 will be described.
  • the difference between the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling operation mode (see FIG. 7) and the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode (see FIG. 9) is the cooling operation mode (see FIG. 7). )
  • the first refrigerant flows through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13, whereas in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode (see FIG. 9), the first refrigerant transfers to the primary side of the intermediate heat exchanger 21.
  • the difference is that the heat pipe 21a and the air conditioner heat source side heat exchanger 13 are passed through.
  • control device 4 is arranged between the air conditioning compressor 11 and the air conditioning heat source side heat exchanger 13 so that the first refrigerant can flow between the air conditioning compressor 11 and the intermediate heat exchanger 21.
  • the valve is opened so that the first refrigerant can flow, and the opening degree (flow rate ratio of the first refrigerant flowing) from the air conditioning compressor 11 to the intermediate heat exchanger 21 or the air conditioning heat source side heat exchanger 13 is controlled.
  • the control device 4 performs control so that the first air conditioning control valve 23 is opened.
  • the other control is the same as that of the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling operation mode (see FIG. 7), and the description thereof is omitted.
  • the high-temperature and high-pressure first refrigerant discharged from the air-conditioning compressor 11 branches at the first air-conditioning control three-way valve 22 and flows into the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 that partially functions as a condenser. .
  • the first refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 dissipates heat by exchanging heat with the second refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21, so that the medium temperature It becomes a high-pressure first refrigerant.
  • the first refrigerant flowing through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 dissipates heat (exhaust heat) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the air-conditioning fan 13a, so that the medium-temperature high-pressure first refrigerant It becomes.
  • the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out from the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 and the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out from the air conditioning heat source side heat exchanger 13 are decompressed by the air conditioning main expansion valve 14, and the It becomes a low-pressure first refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure first refrigerant flows into the secondary heat transfer tube 15b of the air-conditioning utilization side heat exchanger 15 that functions as an evaporator.
  • the first refrigerant flowing through the secondary heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is heated by exchanging heat with the heat transfer medium flowing through the primary heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization heat exchanger 15. Pumps heat from the transport medium (absorbs heat).
  • the first refrigerant that has absorbed heat is sent from the air conditioning utilization side heat exchanger 15 to the air conditioning compressor 11 and circulates through the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • the second refrigerant flows through the hot water supply heat source side heat exchanger 44, whereas in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode (see FIG. 9), the second refrigerant is the secondary side of the intermediate heat exchanger 21. It differs in that it flows through the heat transfer tube 21b.
  • control device 4 is configured to close the side connected to the hot water supply heat source side heat exchanger 44 so that the second refrigerant can flow between the hot water supply main expansion valve 43 and the intermediate heat exchanger 21.
  • the hot water control three-way valve 45 is controlled.
  • control device 4 is configured so that the side connected to the hot water supply heat source side heat exchanger 44 is closed so that the second refrigerant can flow between the intermediate heat exchanger 21 and the hot water supply compressor 41.
  • the hot water control three-way valve 46 is controlled. Further, the control device 4 stops the hot water supply fan 44a.
  • Other control is the same as that of the hot water supply refrigerant circuit 40 in the hot water supply operation mode (see FIG. 6), and the description thereof is omitted.
  • the high-temperature and high-pressure second refrigerant discharged from the hot water supply compressor 41 flows into the primary side heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 that functions as a condenser.
  • the second refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 42a of the hot water use side heat exchanger 42 radiates heat by exchanging heat with the heated liquid flowing through the secondary side heat transfer tube 42b of the hot water use side heat exchanger 42. Thus, it becomes a medium temperature and high pressure second refrigerant.
  • the intermediate temperature and high pressure second refrigerant that has flowed out of the primary heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 is depressurized by the hot water supply main expansion valve 43 to become a low temperature and low pressure second refrigerant. Then, the low-temperature and low-pressure second refrigerant flows into the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 that functions as an evaporator.
  • the second refrigerant flowing through the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 is heated from the first refrigerant by exchanging heat with the first refrigerant flowing through the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21. Pumps up (absorbs heat). Then, the second refrigerant that has absorbed heat is sent from the secondary heat transfer tube 21 b of the intermediate heat exchanger 21 to the hot water supply compressor 41 and circulates through the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • FIG. 10 is a system diagram illustrating the flow of the refrigerant, the heat transfer medium, and the liquid to be heated in the heat pump unit 1 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode.
  • the operation of the hot water supply circuit 60 is the same as that of the hot water supply operation mode shown in FIG.
  • the operation of the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning is the same as that in the cooling operation mode shown in FIG.
  • the operation of the hot water supply refrigerant circuit 40 is the same as that in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery A) mode shown in FIG.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 will be described.
  • the difference between the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling operation mode (see FIG. 7) and the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode (see FIG. 10) is the cooling operation mode (see FIG. 7). ),
  • the first refrigerant flows through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13, whereas the first refrigerant passes through the intermediate heat exchanger 21 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode (see FIG. 10).
  • the difference is that the heat pipe 21a flows.
  • control device 4 is configured so that the side connected to the air conditioning heat source side heat exchanger 13 is closed so that the first refrigerant can flow between the air conditioning compressor 11 and the intermediate heat exchanger 21.
  • the air-conditioning control three-way valve 22 is controlled.
  • the control device 4 controls the first air conditioning control valve 23 to open, and controls the opening degree of the air conditioning auxiliary expansion valve 16 to be fully closed. Further, the control device 4 stops the air conditioning fan 13a.
  • the other control is the same as that of the air conditioning refrigerant circuit 10 in the cooling operation mode (see FIG. 7), and the description thereof is omitted.
  • the high-temperature and high-pressure first refrigerant discharged from the air conditioning compressor 11 flows into the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 that functions as a condenser.
  • the first refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 dissipates heat by exchanging heat with the second refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21, so that the medium temperature It becomes a high-pressure first refrigerant.
  • the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out from the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 is depressurized by the air conditioning main expansion valve 14 to become a low temperature and low pressure first refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure first refrigerant flows into the secondary heat transfer tube 15b of the air-conditioning utilization side heat exchanger 15 that functions as an evaporator.
  • the first refrigerant flowing through the secondary heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is heated by exchanging heat with the heat transfer medium flowing through the primary heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization heat exchanger 15. Pumps heat from the transport medium (absorbs heat).
  • the first refrigerant that has absorbed heat is sent from the air conditioning utilization side heat exchanger 15 to the air conditioning compressor 11 and circulates through the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • FIG. 11 is a system diagram illustrating the flow of the refrigerant, the heat transfer medium, and the liquid to be heated in the heat pump unit 1 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery C) mode.
  • the exhaust heat recovery C is a case of “air conditioning exhaust heat ⁇ hot water supply heat absorption”, and the exhaust heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40 via the intermediate heat exchanger 21, and the hot water supply heat absorption. The shortage is absorbed from the outdoor air.
  • the operation of the hot water supply circuit 60 is the same as that of the hot water supply operation mode shown in FIG.
  • the operation of the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning is the same as that in the cooling operation mode shown in FIG.
  • the operation of the air conditioning refrigerant circuit 10 is the same as that in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode shown in FIG.
  • the difference between the hot water supply refrigerant circuit 40 in the hot water supply operation mode (see FIG. 6) and the hot water supply refrigerant circuit 40 in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery C) mode (see FIG. 11) is the hot water supply operation mode (see FIG. 6). ),
  • the second refrigerant flows through the hot water supply heat source side heat exchanger 44, whereas in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery C) mode (see FIG. 11), the second refrigerant is the secondary side of the intermediate heat exchanger 21.
  • the difference is that the heat transfer pipe 21b and the hot water supply heat source side heat exchanger 44 are passed through.
  • control device 4 connects the hot water supply main expansion valve 43 and the hot water supply heat source side heat exchanger 44 so that the second refrigerant can flow between the hot water supply main expansion valve 43 and the intermediate heat exchanger 21.
  • the second refrigerant is opened so that the second refrigerant can flow therethrough, and the opening degree from the hot water supply main expansion valve 43 to the intermediate heat exchanger 21 or the hot water supply heat source side heat exchanger 44 (the flow rate ratio of the second refrigerant that flows) ) To control.
  • the control device 4 connects between the hot water supply heat source side heat exchanger 44 and the hot water supply compressor 41 so that the second refrigerant can flow between the intermediate heat exchanger 21 and the hot water supply compressor 41.
  • the valve is opened so that the second refrigerant can flow, and the opening degree (flow rate of the second refrigerant flowing) from the intermediate heat exchanger 21 or the hot water supply heat source side heat exchanger 44 to the hot water supply compressor 41 is controlled. .
  • Other control is the same as that of the hot water supply refrigerant circuit 40 in the hot water supply operation mode (see FIG. 6), and the description thereof is omitted.
  • the high-temperature and high-pressure second refrigerant discharged from the hot water supply compressor 41 flows into the primary side heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 that functions as a condenser.
  • the second refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 42a of the hot water use side heat exchanger 42 radiates heat by exchanging heat with the heated liquid flowing through the secondary side heat transfer tube 42b of the hot water use side heat exchanger 42. Thus, it becomes a medium temperature and high pressure second refrigerant.
  • the intermediate temperature and high pressure second refrigerant that has flowed out of the primary heat transfer tube 42a of the hot water supply side heat exchanger 42 is depressurized by the hot water supply main expansion valve 43 to become a low temperature and low pressure second refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure second refrigerant branches at the first hot water supply control three-way valve 45 and flows into the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 that partially functions as an evaporator.
  • the second refrigerant flowing through the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 is heated from the first refrigerant by exchanging heat with the first refrigerant flowing through the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21. Pumps up (absorbs heat).
  • the remaining low-temperature and low-pressure second refrigerant branched by the first hot-water supply control three-way valve 45 flows into the hot-water supply heat source side heat exchanger 44 that functions as an evaporator.
  • the second refrigerant flowing through the hot water supply heat source side heat exchanger 44 pumps heat (absorbs heat) from the air (outdoor air) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the hot water supply fan 44a.
  • the second refrigerant that has flowed through the secondary heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21 and pumped up heat (heat absorbed) and the second refrigerant that has flowed through the hot water supply heat source side heat exchanger 44 and pumped up heat (heat absorbed) are:
  • FIG. 12 is a system diagram showing the flow of the refrigerant, the heat transfer medium, and the liquid to be heated in the heat pump unit 1 in the heating / hot water supply operation (independent) mode.
  • the refrigerant flow to the intermediate heat exchanger 21 is closed for both the air conditioning refrigerant circuit 10 and the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the operations of the hot water supply refrigerant circuit 40 and the hot water supply circuit 60 are the same as those in the hot water supply operation mode shown in FIG.
  • the operations of the air conditioning refrigerant circuit 10 and the air conditioning heat transfer medium circulation circuit 50 are the same as those in the heating operation mode shown in FIG.
  • FIG. 13 is a system diagram illustrating the flow of the refrigerant, the heat transfer medium, and the liquid to be heated in the heat pump unit 1 in the heating hot water supply operation (air conditioning surplus heating) mode.
  • This mode is executed when the air conditioning load (heating load) is small, and surplus heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is recovered by the hot water supply refrigerant circuit 40 via the intermediate heat exchanger 21.
  • the operation of the hot water supply circuit 60 is the same as that of the hot water supply operation mode shown in FIG.
  • the operation of the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning is the same as that in the cooling operation mode shown in FIG.
  • the operation of the hot water supply refrigerant circuit 40 is the same as that in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode shown in FIG.
  • the air conditioning refrigerant circuit 10 will be described.
  • the difference between the air conditioning refrigerant circuit 10 in the heating operation mode (see FIG. 8) and the air conditioning refrigerant circuit 10 in the heating hot water supply operation (air conditioning surplus heating) mode (see FIG. 13) is the heating operation mode (see FIG. 8).
  • the first refrigerant flows through the air-conditioning use side heat exchanger 15, whereas in the cooling hot water supply operation (exhaust heat recovery B) mode (see FIG. 10), the first refrigerant passes through the air-conditioning use side heat exchanger 15 and the intermediate heat.
  • the difference is that the primary side heat transfer tube 21a of the exchanger 21 flows.
  • control device 4 provides a space between the air conditioning compressor 11 and the intermediate heat exchanger 21 so that the first refrigerant can flow between the air conditioning compressor 11 and the air conditioning utilization side heat exchanger 15.
  • the valve is opened so that the first refrigerant can flow, and the opening degree from the air conditioning compressor 11 to the air conditioning utilization side heat exchanger 15 or the intermediate heat exchanger 21 (the flow rate ratio of the first refrigerant flowing) is controlled.
  • the control device 4 performs control so that the first air conditioning control valve 23 and the second air conditioning control valve 33 are opened.
  • the other control is the same as that of the air conditioning refrigerant circuit 10 in the heating operation mode (see FIG. 8), and the description thereof is omitted.
  • the high-temperature and high-pressure first refrigerant discharged from the air-conditioning compressor 11 is branched by the second air-conditioning control three-way valve 32, and a part of the secondary-side heat transfer tube 15b of the air-conditioning use side heat exchanger 15 that functions as a condenser. Flow into.
  • the first refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 15b of the air conditioning utilization side heat exchanger 15 is radiated by exchanging heat with the heat transfer medium flowing through the primary side heat transfer tube 15a of the air conditioning utilization side heat exchanger 15. Thus, it becomes a medium temperature and high pressure first refrigerant.
  • the remaining high-temperature and high-pressure first refrigerant branched by the second air-conditioning control three-way valve 32 flows through the bypass circuit 31 and flows into the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 that functions as a condenser.
  • the first refrigerant flowing through the primary side heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 dissipates heat by exchanging heat with the second refrigerant flowing through the secondary side heat transfer tube 21b of the intermediate heat exchanger 21, so that the medium temperature It becomes a high-pressure first refrigerant.
  • the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out from the air conditioning utilization side heat exchanger 15 and the medium temperature and high pressure first refrigerant flowing out from the primary side heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 are decompressed by the air conditioning auxiliary expansion valve 16, and the low temperature It becomes a low-pressure first refrigerant. Then, the low-temperature and low-pressure first refrigerant flows into the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 that functions as an evaporator.
  • the first refrigerant flowing through the air-conditioning heat source side heat exchanger 13 pumps up heat (absorbs heat) from the air (outdoor air) by exchanging heat with the air (outdoor air) sent by the air-conditioning fan 13a. Then, the absorbed first refrigerant is sent from the air conditioning heat source side heat exchanger 13 to the air conditioning compressor 11 and circulates through the air conditioning refrigerant circuit 10.
  • “hot water supply operation”, “cooling operation”, “cooling hot water operation”, “heating operation”, and “heating hot water supply operation” are performed according to the user's request. It can be set as the air conditioning hot-water supply system S which can be drive
  • the air conditioner (air conditioning and hot water supply system) described in Patent Document 1 is a first compressor (this embodiment) of an air conditioning cycle (air conditioning refrigerant circuit 10) when the heating load is low during heating operation (heating and hot water supply operation).
  • the air-conditioning hot-water supply system S according to the embodiment of the air-conditioning hot-water supply system S) is intermittently operated repeatedly between an operating state and a stopped state, so that the operating efficiency of the air conditioner (air-conditioning hot-water supply system) is reduced.
  • the air conditioning and hot water supply system S includes the bypass circuit 31 in the air conditioning refrigerant circuit 10, so that the primary heat transfer pipe 21 a (for air conditioning for the intermediate heat exchanger 21 is also provided during the heating and hot water supply operation.
  • the refrigerant circuit 10 side can function as a condenser (see FIG. 13).
  • the air conditioning hot water supply system S according to the present embodiment allows the air conditioning use side heat while the air conditioning compressor 11 remains in a continuous operation state even when the heating load is low during the heating hot water supply operation.
  • a desired amount of heat (a part of the high-temperature and high-pressure first refrigerant discharged from the air-conditioning compressor 11) is supplied to the exchanger 15, and an excessive amount of heat (the high-temperature and high-pressure first refrigerant discharged from the air-conditioning compressor 11).
  • the remaining portion of the refrigerant is sent to the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 through the bypass circuit 31, and is used for hot water heating through the hot water supply refrigerant circuit 40.
  • the air conditioning and hot water supply system S can transfer heat (exhaust heat and surplus heat) from the air conditioning refrigerant circuit 10 to the hot water supply refrigerant circuit 40 even in the cooling operation and the heating operation. It is possible to build an air-conditioning hot-water supply system that can improve operation efficiency throughout the year.
  • FIG. 14 is a graph showing the variation of the heating load on the days before and after the coldest day in Tokyo.
  • the vertical axis indicates the heating load [kW] (shown by a solid line on the graph of FIG. 14), the outdoor air temperature [° C.] (shown by the broken line on the graph of FIG. 14), and the amount of solar radiation [MJ] (FIG. 14).
  • the horizontal axis is time [day], the day before the coldest day (time 1.0 to 2.0 [day]) (time 0.0 to 1.0 [day]) ) To the next day (2.0 to 3.0 [day]).
  • the heating load was calculated
  • the air conditioning compressor 11 of the air conditioning refrigerant circuit 10 may be intermittently operated. As shown in FIG. 14, even on the coldest day, the heating load drops sharply during the day (in FIG. 14, from about 4.0 kW to about 0.6 kW).
  • the heating load becomes a predetermined value (for example, 1.0 kW) or less, the air conditioning compressor 11 of the air conditioning refrigerant circuit 10 is intermittently operated. Such intermittent operation is not desirable in terms of operation efficiency. In this way, the energy saving effect obtained when the air conditioning system (air conditioning hot water supply system) is actually operated is compared with the energy saving effect expected by reducing the heating load by increasing the heat insulation of the house. Since 11 became intermittent operation, it was small.
  • the air conditioning and hot water supply system S according to the present embodiment can prevent intermittent operation of the air conditioning compressor 11 of the air conditioning refrigerant circuit 10 even when the heating load is low during heating operation. it can.
  • the air conditioning and hot water supply system S according to the present embodiment can cause the primary heat transfer pipe 21a of the intermediate heat exchanger 21 to function as a condenser even during the heating operation, so that the excess heat of the air conditioning refrigerant circuit 10 is supplied with hot water. Therefore, the efficiency of the air conditioning hot water supply system S as a whole can be improved.
  • the heat transfer medium is heated (or cooled) by the air-conditioning utilization side heat exchanger 15 in the heat pump unit 1 and supplied to the indoor unit 2, and the indoor heat exchanger 53 of the indoor unit 2
  • the present invention is not limited to this, and the heat transfer medium circulation circuit 50 for air conditioning is not limited thereto. Is installed in the indoor unit 2 and heat is exchanged between the first refrigerant flowing through the air-conditioning use-side heat exchanger 15 and the room air (heating). It is good also as composition to do.
  • a to-be-heated liquid is water
  • a high temperature to-be-heated liquid (hot water) is stored in the tank 62
  • the high-temperature to-be-heated liquid (hot water) stored in the tank 62 is a hot water supply terminal (FIG.
  • the present invention is not limited to this, and heat exchange is performed between the high-temperature liquid to be heated stored in the tank 62 and the water supplied to the hot water supply terminal (not shown).
  • a possible heat exchanger may be further provided, and the water supply may be heated with a high-temperature heated liquid stored in the tank 62 to supply hot water to a hot water supply terminal (not shown).
  • the liquid to be heated is not limited to water.
  • the first air-conditioning control three-way valve 22 branches the first refrigerant flowing from the air-conditioning compressor 11 (air-conditioning four-way valve 12), and the flow rate of the first refrigerant flowing into the air-conditioning heat source side heat exchanger 13
  • the flow rate of the first refrigerant flowing into the primary heat transfer tube 21a of the intermediate heat exchanger 21 is described as being a three-way valve capable of controlling the flow rate ratio.
  • the structure which provides a control valve and controls a flow rate ratio may be sufficient.
  • the second air-conditioning control three-way valve 32, the first hot water supply control three-way valve 45, and the second hot water supply control three-way valve 46 may be configured to have two flow control valves.
  • the first air conditioning control valve 23 may not be an essential configuration. However, since the intermediate heat exchanger 21 can be disconnected from the circulation circuit of the first refrigerant by closing the first air conditioning control valve 23 when the intermediate heat exchanger 21 is not used, the first air conditioning control valve 23 It is desirable to have Further, the second air conditioning control valve 33 may not be an essential configuration. However, since the bypass circuit 31 can be separated from the first refrigerant circulation circuit by closing the second air conditioning control valve 33 when the bypass circuit 31 is not used, the second air conditioning control valve 33 is provided. It is desirable.
  • Air-conditioning hot-water supply system 1 Heat pump unit 2 Indoor unit 3 Hot-water supply tank unit 4 Control apparatus 10 Air-conditioning refrigerant circuit 11 Air-conditioning compressor 12 Air-conditioning four-way valve (air-conditioning operation switching means) 13 Air-conditioning heat source side heat exchanger 13a Air-conditioning fan 14 Air-conditioning main expansion valve (pressure reduction device, first pressure reduction device) 15 Air Conditioning Utilization Side Heat Exchanger 15a Primary Heat Transfer Tube 15b of Air Conditioning Utilization Side Heat Exchanger Secondary Heat Transfer Tube 16 of Air Conditioning Utilization Side Heat Exchanger Auxiliary Expansion Valve for Air Conditioning (Decompression Device, Second Decompression Device) 21 Intermediate Heat Exchanger 21a Primary Heat Transfer Tube 21b of Intermediate Heat Exchanger Secondary Heat Transfer Tube 22 of Intermediate Heat Exchanger First Air Conditioning Control Three-way Valve (First Branch) 23 1st air-conditioning control valve 24 Junction part 31 Bypass circuit 32 2nd air-conditioning control three-way valve (2nd branch part) 33 Second air conditioning control valve 40 Hot water

Abstract

 空調給湯システム全体の効率を向上させることができる空調給湯システムを提供する。 空調用冷媒回路(10)は、空調用圧縮機(11)と、空調用運転切替手段(12)と、空調熱源側熱交換器(13)と、減圧装置(14,16)と、空調利用側熱交換器(15)と、第一冷媒と第二冷媒との熱交換する中間熱交換器(21)と、を備え、空調用圧縮機(11)と空調熱源側熱交換器(13)との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第一分岐部(22)と、空調用圧縮機(11)と空調利用側熱交換器(15)との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第二分岐部(32)と、が形成され、中間熱交換器(21)は、一端が第一分岐部(22)および第二分岐部(32)と接続し、他端が空調熱源側熱交換器(13)と空調利用側熱交換器(15)との間の合流部(24)で接続し、第一冷媒の凝縮器として機能する。

Description

空調給湯システム
 本発明は、空調と給湯を行う空調給湯システムに関する。
 空調と給湯を行う空調給湯システムとして、例えば特許文献1に示す技術が開示されている。
 特許文献1には、第一圧縮機、第一の四方弁、室外熱交換器、第一電磁膨張弁及び室内熱交換器を接続してメインサイクルとし、第二圧縮機、第二の四方弁、第三の四方弁、給湯用熱交換器、補助熱交換器、第二電磁膨張弁及び第三電磁膨張弁を接続してサブサイクルとし、これらメインサイクルとサブサイクルとをカスケードコンデンサにより熱交換可能に連結して冷媒回路を構成することを特徴とする空気調和装置(空調給湯システム)が開示されている。
特開2005-299935号公報
 特許文献1に記載の空気調和装置(空調給湯システム)は、冷房給湯運転時には、カスケードコンデンサの一次側(メインサイクルの側)を凝縮器として、二次側(サブサイクルの側)を蒸発器として機能させることにより、メインサイクルの排熱をサブサイクルに利用することができる(特許文献1の図5および図8参照)。
 しかしながら、特許文献1に記載の空気調和装置(空調給湯システム)は、メインサイクル(空調サイクル)の暖房運転時にカスケードコンデンサ(中間熱交換器)の一次側を凝縮器として機能させることができない。
 このため、暖房給湯運転時には、特許文献1の図9に示すように、カスケードコンデンサ(中間熱交換器)に冷媒を通流させず、メインサイクル(空調サイクル)とサブサイクル(給湯サイクル)とを独立して機能させていた。
 そこで、本発明は、空調給湯システム全体の効率を向上させることができる空調給湯システムを提供することを課題とする。
 このような課題を解決するために、請求の範囲第1項に係る発明は、第一冷媒が循環する空調用冷媒回路および第二冷媒が循環する給湯用冷媒回路を備える空調給湯システムであって、前記空調用冷媒回路は、第一冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、冷房運転と暖房運転とで第一冷媒の流れ方向を切り替える空調用運転切替手段と、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する空調熱源側熱交換器と、第一冷媒を減圧する減圧装置と、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する空調利用側熱交換器と、前記第一冷媒と前記第二冷媒との熱交換する中間熱交換器と、を備え、前記空調用圧縮機と前記空調熱源側熱交換器との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第一分岐部と、前記空調用圧縮機と前記空調利用側熱交換器との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第二分岐部と、が形成され、前記中間熱交換器は、一端が第一分岐部および第二分岐部と接続し、他端が前記空調熱源側熱交換器と前記空調利用側熱交換器との間の合流部で接続し、冷房運転時および暖房運転時に凝縮器として機能することを特徴とする。
 本発明によれば、空調給湯システム全体の効率を向上させることができる空調給湯システムを提供することができる。
本実施形態に係る空調給湯システムの系統図である。 本実施形態に係る空調給湯システムの運転モードの決定処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る空調給湯システムの運転モードの決定処理の手順を示すフローチャートである。 空調排熱量および給湯吸熱量の推定処理の手順を示すフローチャートである。 単独総消費電力および余剰熱運転消費電力の推定処理の手順を示すフローチャートである。 給湯運転モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒および被加熱液体の流れを示す系統図である。 冷房運転モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒および熱搬送媒体の流れを示す系統図である。 暖房運転モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒および熱搬送媒体の流れを示す系統図である。 冷房給湯運転(排熱回収A)モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。 冷房給湯運転(排熱回収B)モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。 冷房給湯運転(排熱回収C)モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。 暖房給湯運転(独立)モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。 暖房給湯運転(空調余剰加熱)モードにおけるヒートポンプユニットの冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。 東京における最寒日の前後日における暖房負荷の変動を示すグラフである。
 以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪空調給湯システム≫
 図1は、本実施形態に係る空調給湯システムSの系統図である。
 空調給湯システムSは、室外(被空調空間外)に設置されるヒートポンプユニット1と、室内(被空調空間)に設置される室内ユニット2と、給湯タンクユニット3と、制御装置4と、を備えている。
 空調給湯システムSは、室内ユニット2が配置された室内を冷房する「冷房運転」と、室内ユニット2が配置された室内を暖房する「暖房運転」と、被加熱液体を加熱して給湯タンクユニット3(後述するタンク62)に高温の被加熱液体を貯留する「給湯運転」と、冷房運転および給湯運転を行う「冷房給湯運転」と、暖房運転および給湯運転を行う「暖房給湯運転」と、を行う機能を有している。
 空調給湯システムSは、第一冷媒が循環する空調用冷媒回路10と、第二冷媒が循環する給湯用冷媒回路40と、熱搬送媒体が循環する空調用熱搬送媒体循環回路50と、被加熱液体が通流する給湯回路60と、を備えている。
<空調用冷媒回路>
 ヒートポンプユニット1に設けられた空調用冷媒回路10は、第一冷媒を圧縮して高圧の冷媒とする空調用圧縮機11と、冷房運転と暖房運転とで第一冷媒の流れ方向を切り替える空調用四方弁12と、空調用ファン13aにより送られてくる空気(室外空気)との熱交換を行う空調熱源側熱交換器13と、第一冷媒を減圧する第一の減圧装置としての空調用主膨張弁14と、熱搬送媒体との熱交換を行う空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bと、を環状に配管で接続して構成されている。
 なお、第一冷媒として、HFC、HFO-1234yf、HFO-1234ze、自然冷媒(例えば、CO冷媒)などを用いることができる。
 また、空調用冷媒回路10は、空調熱源側熱交換器13と空調用主膨張弁14とを接続する回路上に、第一冷媒を減圧する第二の減圧装置としての空調用補助膨張弁16が接続されている。
 また、空調用冷媒回路10は、第二冷媒との熱交換を行う中間熱交換器21の一次側伝熱管21aが、空調熱源側熱交換器13と並列に接続されている。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aの一端は、空調用四方弁12と空調熱源側熱交換器13とを接続する回路上に接続された第一空調制御三方弁22と接続している。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aの他端は、第一空調制御弁23を介して、空調用補助膨張弁16と空調用主膨張弁14とを接続する回路上に接続している。なお、以下の説明において、空調用補助膨張弁16から延びた配管と、空調用主膨張弁14から延びた配管と、中間熱交換器21の一次側伝熱管21aの他端から延びた配管と、が接続する部分を、合流部24とも称する。
 第一空調制御三方弁22は、通流する第一冷媒の流量比率を調整可能に構成された三方弁である。第一空調制御弁23は、開閉が制御可能に構成された開閉弁である。
 また、空調用冷媒回路10は、第一冷媒が通流可能なバイパス回路31が接続されている。バイパス回路31の一端は、空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bと空調用四方弁12とを接続する回路上に接続された第二空調制御三方弁32と接続している。バイパス回路31の他端は、第二空調制御弁33を介して、第一空調制御三方弁22と中間熱交換器21の一次側伝熱管21aとを接続する回路上に接続している。
 第二空調制御三方弁32は、通流する第一冷媒の流量比率を調整可能に構成された三方弁である。第二空調制御弁33は、開閉が制御可能に構成された開閉弁である。
<給湯用冷媒回路>
 ヒートポンプユニット1に設けられた給湯用冷媒回路40は、第二冷媒を圧縮して高圧の冷媒とする給湯用圧縮機41と、被加熱液体との熱交換を行う給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aと、第二冷媒を減圧する減圧装置としての給湯用主膨張弁43と、給湯用ファン44aにより送られてくる空気(室外空気)との熱交換を行う給湯熱源側熱交換器44と、を環状に配管で接続して構成されている。
 なお、第二冷媒として、HFC、HFO-1234yf、HFO-1234ze、自然冷媒(例えば、CO冷媒)などを用いることができる。
 また、給湯用冷媒回路40は、第一冷媒との熱交換を行う中間熱交換器21の二次側伝熱管21bが、給湯熱源側熱交換器44と並列に接続されている。中間熱交換器21の二次側伝熱管21bの一端は、給湯用主膨張弁43と給湯熱源側熱交換器44とを接続する回路上に接続された第一給湯制御三方弁45と接続している。中間熱交換器21の二次側伝熱管21bの他端は、給湯熱源側熱交換器44と給湯用圧縮機41とを接続する回路上に接続された第二給湯制御三方弁46と接続している。
 第一給湯制御三方弁45および第二給湯制御三方弁46は、通流する第二冷媒の流量比率を調整可能に構成された三方弁である。
<空調用熱搬送媒体循環回路>
 ヒートポンプユニット1から室内ユニット2に亘って設けられた空調用熱搬送媒体循環回路50は、熱搬送媒体を送液する第一ポンプ51と、冷房運転と暖房運転とで熱搬送媒体の流れ方向を切り替える熱搬送媒体四方弁52と、第一冷媒との熱交換を行う空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aと、室内ファン53aにより送られてくる空気(室内空気)との熱交換を行う室内熱交換器53と、を環状に配管で接続して構成されている。
 なお、熱搬送媒体として、水や、エチレングリコールなどのブライン(不凍液)などを用いることができる。
<給湯回路>
 ヒートポンプユニット1から給湯タンクユニット3に亘って設けられた給湯回路60は、被加熱液体を送液する第二ポンプ61と、第二冷媒との熱交換を行う給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bと、給湯タンクユニット3に配置され被加熱液体を貯留するタンク62と、を環状に配管で接続して構成されている。
 なお、以下の説明において、被加熱液体は水を用いるものとして説明する。
 なお、給湯タンクユニット3は、タンク62の下部と接続し、外部の給水源(例えば、上水道)に接続される給水金具63と、タンク62の上部と接続し、外部の給水端末(図示せず)に接続される給湯金具64と、を備えている。
 使用者が給水端末(図示せず)を開操作することにより、給水源から給水金具63を介してタンク62の下部に被加熱液体(水)が流入する。そして、タンク62の上部に貯留された高温の被加熱液体(湯)が給湯金具64を介して給水端末(図示せず)に供給されるようになっている。
<制御装置>
 また、空調給湯システムSは、制御装置4を備えている。
 制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを決定し、決定した運転モードに従って各種弁(第一空調制御弁23、第二空調制御弁33、第一空調制御三方弁22、第二空調制御三方弁32、第一給湯制御三方弁45、第二給湯制御三方弁46、空調用四方弁12、熱搬送媒体四方弁52、空調用主膨張弁14、空調用補助膨張弁16、給湯用主膨張弁43)の状態(開度)、ポンプ(第一ポンプ51、第二ポンプ61)の回転速度、圧縮機(空調用圧縮機11、給湯用圧縮機41)の回転速度、各熱交換器のファン(空調用ファン13a、給湯用ファン44a、室内ファン53a)の回転速度、を制御して、空調給湯システムSの各種運転を制御する機能を有している。
(運転モードの決定処理)
 制御装置4が実行する空調給湯システムSの運転モードについて説明する。図2および図3は、本実施形態に係る空調給湯システムSの運転モードの決定処理の手順を示すフローチャートである。
 まず、図2を参照しつつ説明する。
 ステップS101において、制御装置4は、空調サイクル運転要求が有るか否かを判定する。ここで、空調サイクル運転要求とは、室内ユニット2が設置された室内(被空調空間)を空調(冷房/暖房)する運転要求である。空調サイクル運転要求は、例えば、室内に設置されたリモコン(図示せず)を使用者が操作することにより制御装置4に入力されてもよく、室内の温度を検出する室内温度検出器(図示せず)の検出温度(室内温度)と室内設定温度とに基づいて決定されてもよい。
 空調サイクル運転要求が有る場合(S101・Yes)、制御装置4の処理はステップS105に進む。空調サイクル運転要求がない場合(S101・No)、制御装置4の処理はステップS102に進む。
 ステップS102において、制御装置4は、給湯サイクル運転要求が有るか否かを判定する。ここで、給湯サイクル運転要求とは、空調給湯システムSの給湯運転を実行する要求である。給湯サイクル運転要求は、例えば、室内に設置されたリモコン(図示せず)を使用者が操作することにより制御装置4に入力されてもよく、給湯タンクユニット3のタンク62に貯留された高温の被加熱液体の量が所定量以下となった場合に「給湯サイクル運転要求」としてもよく、所定の時間帯となった場合に「給湯サイクル運転要求」としてもよい。
 給湯サイクル運転要求が有る場合(S102・Yes)、制御装置4の処理はステップS104に進む。給湯サイクル運転要求がない場合(S102・No)、制御装置4の処理はステップS103に進む。
 ステップS103において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「待機モード」に決定する。なお、待機モードとは、空調給湯システムSの空調運転(冷房運転/暖房運転)および給湯運転を停止して、運転指令の入力を待つモードである。
 ステップS104において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「給湯運転モード」に決定する。なお、給湯運転モードとは、空調給湯システムSの給湯運転を実行するモードである。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図6を用いて後述する。
 ステップS105において、制御装置4は、給湯サイクル運転要求が有るか否かを判定する。なお、ステップS105における給湯サイクル運転要求は、ステップS102における給湯サイクル運転要求と同様であり説明を省略する。
 給湯サイクル運転要求が有る場合(S105・Yes)、制御装置4の処理はステップS109に進む。給湯サイクル運転要求がない場合(S105・No)、制御装置4の処理はステップS106に進む。
 ステップS106において、制御装置4は、給湯サイクル運転要求が「冷房運転」であるか否かを判定する。
 給湯サイクル運転要求が「冷房運転」である場合(S106・Yes)、制御装置4の処理はステップS107に進む。給湯サイクル運転要求が「冷房運転」でない場合(S106・No)、制御装置4の処理はステップS108に進む。
 ステップS107において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「冷房運転モード」に決定する。なお、冷房運転モードとは、空調給湯システムSの冷房運転を実行するモードである。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図7を用いて後述する。
 ステップS108において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「暖房運転モード」に決定する。なお、暖房運転モードとは、空調給湯システムSの暖房運転を実行するモードである。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図8を用いて後述する。
 ステップS109において、制御装置4は、給湯サイクル運転要求が「冷房運転」であるか否かを判定する。
 給湯サイクル運転要求が「冷房運転」である場合(S109・Yes)、制御装置4の処理はステップS110に進む。給湯サイクル運転要求が「冷房運転」でない場合(S109・No)、制御装置4の処理は図3のステップS201に進む。
 ステップS110において、制御装置4は、空調排熱量Qac_exおよび給湯吸熱量Qec_exを推定する。ここで、空調排熱量Qac_exとは、空調用冷媒回路10および給湯用冷媒回路40を独立して運転した際の冷房運転に要する熱源への排熱量である。また、給湯吸熱量Qec_exとは、空調用冷媒回路10および給湯用冷媒回路40を独立して運転した際の給湯運転に要する熱源からの給熱量である。
 なお、空調排熱量Qac_exおよび給湯吸熱量Qec_exの推定処理は、図4を用いて後述する。
 ステップS111において、制御装置4は、空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exより大きいか否かを判定する。
 空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exより大きい場合(S111・Yes)、制御装置4の処理はステップS112に進む。空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exより大きくない場合(S111・No)、制御装置4の処理はステップS113に進む。
 ステップS112において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「冷房給湯運転(排熱回収A)モード」に決定する。なお、冷房給湯運転(排熱回収A)モードは、空調給湯システムSの冷房運転および給湯運転を実行するモードの一種であり、空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収して運転する。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図9を用いて後述する。
 ステップS113において、制御装置4は、空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exと等しいか否かを判定する。
 空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exと等しい場合(S113・Yes)、制御装置4の処理はステップS114に進む。空調排熱量Qac_exが給湯吸熱量Qec_exと等しくない場合(S113・No)、制御装置4の処理はステップS115に進む。
 ステップS114において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「冷房給湯運転(排熱回収B)モード」に決定する。なお、冷房給湯運転(排熱回収B)モードは、空調給湯システムSの冷房運転および給湯運転を実行するモードの一種であり、空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収して運転する。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図10を用いて後述する。
 ステップS115において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「冷房給湯運転(排熱回収C)モード」に決定する。なお、冷房給湯運転(排熱回収C)モードは、空調給湯システムSの冷房運転および給湯運転を実行するモードの一種であり、空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収して運転する。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図11を用いて後述する。
 次に、ステップS109において、空調サイクル運転要求が「冷房運転」でない場合(S109・No)について、図3を用いて説明する。即ち、給湯サイクル運転要求が有り(S105・Yes参照)、空調サイクル運転要求が「暖房運転」である場合について説明する。
 ステップS201において、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1および余剰熱運転消費電力Wsys2を推定する。ここで、単独総消費電力Wsys1とは、空調給湯システムSを暖房給湯運転(独立)モード(後述する図12参照)で運転した場合の推定消費電力である。また、余剰熱運転消費電力Wsys2とは、空調給湯システムSを暖房給湯運転(空調余剰加熱)モード(後述する図13参照)で運転した場合の推定消費電力である。
 なお、単独総消費電力Wsys1および余剰熱運転消費電力Wsys2の推定処理は、図5を用いて後述する。
 ステップS202において、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1が余剰熱運転消費電力Wsys2以下か否かを判定する。
 単独総消費電力Wsys1が余剰熱運転消費電力Wsys2以下の場合(S202・Yes)、制御装置4の処理はステップS203に進む。単独総消費電力Wsys1が余剰熱運転消費電力Wsys2以下でない場合(S202・No)、制御装置4の処理はステップS204に進む。
 ステップS203において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「暖房給湯運転(独立)モード」に決定する。なお、暖房給湯運転(独立)モードとは、空調給湯システムSの暖房運転および給湯運転を実行するモードの一種であり、給湯用冷媒回路40と空調用冷媒回路10を独立して運転し、中間熱交換器21を使用しない。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図12を用いて後述する。
 ステップS204において、制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを「暖房給湯運転(空調余剰加熱)モード」に決定する。なお、暖房給湯運転(空調余剰加熱)モードとは、空調給湯システムSの暖房運転を実行し、空調用冷媒回路10の余剰熱を給湯用冷媒回路40で回収して給湯運転するモードである。この運転モードにおける空調給湯システムS(ヒートポンプユニット1)の動作は、図13を用いて後述する。
(空調排熱量Qac_exおよび給湯吸熱量Qec_exの推定処理)
 図4は、図2のステップS110における空調排熱量Qac_exおよび給湯吸熱量Qec_exの推定処理の手順を示すフローチャートである。
 ステップS301において、制御装置4は、空調負荷Qacを推定する。なお、空調負荷Qacは、室外温度Tao、室内温度Tai、室内設定温度Tac_set、室内風量Vac_setに基づいて推定される。
 室外温度Taoは、例えば、ヒートポンプユニット1の空調用ファン13aまたは給湯用ファン44aの外気取入口に設けられた温度センサ(図示せず)で検出される。室内温度Taiは、例えば、室内ユニット2の室内ファン53aの室内空気取入口に設けられた温度センサ(図示せず)で検出される。室内風量Vac_setは、例えば、室内ファン53aの回転速度を検出することにより風量(空気の流量)を算出する。もしくは、室内に設置されたリモコン(図示せず)で使用者が設定した設定風量から算出する。室内設定温度Tac_setは、例えば、室内に設置されたリモコン(図示せず)を使用者が操作することにより制御装置4に入力される。
 ステップS302において、制御装置4は、空調消費電力Wacを推定する。なお、空調消費電力Wacは、ステップS301で推定した空調負荷Qac、室外温度Tao、室内設定温度Tac_setに基づいて推定される。
 ステップS303において、制御装置4は、空調排熱量Qac_exを推定する。お、空調排熱量Qac_exは、ステップS301で推定した空調負荷Qac、ステップS302で推定した空調消費電力Wacに基づいて推定される。
 ステップS304において、制御装置4は、給湯負荷Qecを推定する。なお、給湯負荷Qecは、室外温度Tao、給水温度Twi、給湯温度Two、給水流量Vwに基づいて推定される。
 給水温度Twiは、例えば、ヒートポンプユニット1の給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bの入口側に設けられた温度センサ(図示せず)で検出される。給湯温度Two、は、ヒートポンプユニット1で沸き上げる湯(被加熱液体)の設定温度であり、例えば、室内に設置されたリモコン(図示せず)を使用者が操作することにより制御装置4に入力される。給水流量Vwは、例えば、ヒートポンプユニット1の第二ポンプ61の回転速度を検出することにより算出する。
 ステップS305において、制御装置4は、給湯消費電力Wecを推定する。なお、給湯消費電力Wecは、ステップS304で推定した給湯負荷Qec、室外温度Tao、給湯温度Twoに基づいて推定される。
 ステップS306において、制御装置4は、給湯吸熱量Qec_exを推定する。なお、給湯吸熱量Qec_exは、ステップS304で推定した給湯負荷Qec、ステップS305で推定した給湯消費電力Wecに基づいて推定される。
 このように、制御装置4は、空調排熱量Qac_exを推定し(S303参照)、給湯吸熱量Qec_exを推定して(S306参照)、制御装置4の処理は図2のステップS110を終了し、ステップS111に進む。
(単独総消費電力Wsys1および余剰熱運転消費電力Wsys2の推定処理)
 図5は、図3のステップS201における単独総消費電力Wsys1および余剰熱運転消費電力Wsys2の推定処理の手順を示すフローチャートである。
 ステップS401において、制御装置4は、空調負荷Qacを推定する。なお、空調負荷Qacは、室外温度Tao、室内温度Tai、室内設定温度Tac_set、室内風量Vac_setに基づいて推定される。
 ステップS402において、制御装置4は、空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acを推定する。なお、空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acは、ステップS401で推定した空調負荷Qac、室外温度Tao、室内設定温度Tac_set、室内風量Vac_setに基づいて推定される。
 ステップS403において、制御装置4は、ステップS402で推定した空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acが空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin以上であるか否かを判定する。
 ここで、空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acminとは、空調用冷媒回路10の空調用圧縮機11が運転制御可能な回転速度の下限である。
 空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acが空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin以上である場合(S403・Yes)、制御装置4の処理はステップS404に進む。空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acが空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin以上でない場合(S403・No)、制御装置4の処理はステップS409に進む。
 ステップS404において、制御装置4は、空調消費電力Wacを推定する。なお、空調消費電力Wacは、ステップS401で推定した空調負荷Qac、室外温度Tao、室内設定温度Tac_setに基づいて推定される。
 ステップS405において、制御装置4は、給湯負荷Qecを推定する。なお、給湯負荷Qecは、室外温度Tao、給水温度Twi、給湯温度Two、給水流量Vwに基づいて推定される。
 ステップS406において、制御装置4は、給湯消費電力Wecを推定する。なお、給湯消費電力Wecは、ステップS405で推定した給湯負荷Qec、室外温度Tao、給湯温度Twoに基づいて推定される。
 ステップS407において、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1を推定する。なお、単独総消費電力Wsys1は、ステップS404で推定した空調消費電力WacとステップS406で推定した給湯消費電力Wecとを加算して(即ち、Wsys1=Wac+Wec)推定する。
 ステップS408において、制御装置4は、余剰熱運転消費電力Wsys2を推定する。なお、本実施形態では、(Wsys2=Wsys1)として推定する。
 このように、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1を推定し(S407参照)、余剰熱運転消費電力Wsys2を推定して(S408参照)、制御装置4の処理は図3のステップS201を終了し、ステップS202に進む。
 次に、ステップS403において、空調用圧縮機回転速度Ncp_acが空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin以上でない場合(S403・No)について、説明する。
 空調用圧縮機11は、空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin未満の回転速度で運転することができないため、空調負荷Qacから推定された空調用圧縮機目標回転速度Ncp_acが、空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acmin未満となった場合、圧縮機回転数はNcp_acminで回転する事になる。このため、実際に出力される空調能力は、Ncp_acmin/Ncp_ac分だけ空調負荷Qacよりも大きくなるため、制御装置4は空調用圧縮機11の運転と停止を繰り返す断続運転となる。このため、空調給湯システムSの効率が悪化する。
 ステップS409において、制御装置4は、断続運転時の空調消費電力悪化率εを推定する。そして、断続運転を考慮した空調消費電力Wac1を推定する。なお、空調消費電力悪化率εは、空調用圧縮機目標回転速度Ncp_ac、空調用圧縮機最低回転速度Ncp_acminに基づいて推定される。また、断続運転を考慮した空調消費電力Wac1は、ステップS401で推定した空調負荷Qac、室外温度Tao、室内設定温度Tac_set、空調消費電力悪化率εに基づいて推定される。
 ステップS410において、制御装置4は、給湯負荷Qecを推定する。なお、給湯負荷Qecは、室外温度Tao、給水温度Twi、給湯温度Two、給水流量Vwに基づいて推定される。
 ステップS411において、制御装置4は、給湯消費電力Wecを推定する。なお、給湯消費電力Wecは、ステップS304で推定した給湯負荷Qec、室外温度Tao、給湯温度Twoに基づいて推定される。
 ステップS412において、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1を推定する。なお、単独総消費電力Wsys1は、ステップS409で推定した断続運転を考慮した空調消費電力Wac1とステップS411で推定した給湯消費電力Wecとを加算して(即ち、Wsys=Wac1+Wec)推定する。
 ステップS413において、制御装置4は、空調擬似負荷Qac_ecを推定する。なお、空調擬似負荷Qac_ecは、室外温度Tao、給水温度Twi、給湯温度Two、給水流量Vwに基づいて推定される。
 ここで、空調給湯システムSを暖房給湯運転(空調余剰加熱)モード(後述する図13参照)で運転制御する場合において、空調用冷媒回路10の空調利用側熱交換器15を凝縮器として機能させるとともに、空調用冷媒回路10の中間熱交換器21も凝縮器として機能させる。
 このため、給湯用冷媒回路40の中間熱交換器21における給湯吸熱量を、空調用冷媒回路10の中間熱交換器21における空調擬似負荷Qac_ecとして、空調擬似負荷Qac_ecを推定する。
 ステップS414において、制御装置4は、空調擬似負荷Qac_ecを考慮した空調負荷Qac2を推定する。なお、擬似負荷を考慮した空調負荷Qac2は、ステップS401で推定した空調負荷QacとステップS413で推定した空調擬似負荷Qac_ecとを加算して(即ち、Qac2=Qac+Qac_ec)推定する。
 ステップS415において、制御装置4は、擬似負荷を考慮した空調消費電力Wac2を推定する。なお、空調消費電力Wac2は、ステップS414で推定した擬似負荷を考慮した空調負荷Qac2、室外温度Tao、室内設定温度Tac_setに基づいて推定される。
 ステップS416において、制御装置4は、擬似負荷を考慮した給湯消費電力Wec2を推定する。なお、給湯消費電力Wec2は、ステップS414で推定した擬似負荷を考慮した空調負荷Qac2、ステップS410で推定した給湯負荷Qec、室外温度Tao、給湯温度Two、室内設定温度Tac_setに基づいて推定される。
 ステップS417において、制御装置4は、余剰熱運転消費電力Wsys2を推定する。なお、余剰熱運転消費電力Wsys2は、ステップS415で推定した擬似負荷を考慮した空調システム消費電力Wac2とステップS416で推定した擬似負荷を考慮した給湯システム消費電力Wec2とを加算して(即ち、Wsys2=Wac2+Wec2)推定する。
 このように、制御装置4は、単独総消費電力Wsys1を推定し(S407,S412参照)、余剰熱運転消費電力Wsys2を推定して(S408,S417参照)、制御装置4の処理は図3のステップS201を終了し、ステップS202に進む。
(各運転モードの制御処理)
 制御装置4は、空調給湯システムSの運転モードを決定し(図2,図3参照)、決定した運転モードに従って空調給湯システムSを制御して各種運転を行う。制御装置4が実行する空調給湯システムSの各運転モードについて、図6から図13を用いて説明する。
 なお、以下に説明する図6から図13において、第一冷媒、第二冷媒、熱搬送媒体、被加熱液体が通流している配管を太線で示し、流れ方向を矢印で示すものとする。また、各制御弁(第一空調制御弁23、第二空調制御弁33、第一空調制御三方弁22、第二空調制御三方弁32、第一給湯制御三方弁45、第二給湯制御三方弁46、空調用補助膨張弁16)について、通流を閉止している側を黒塗りで図示するものとする。
(運転モード0.待機モード:ステップS103)
 このモードにおいて、空調用冷媒回路10、給湯用冷媒回路40、空調用熱搬送媒体循環回路50および給湯回路60は停止している。制御装置4は、運転指令の入力を待つ。運転指令が入力された場合には、空調給湯システムSの運転モードを決定する(図2,図3参照)。
(運転モード1.給湯運転モード:ステップS104)
 図6は、給湯運転モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 このモードにおいて、空調用冷媒回路10および空調用熱搬送媒体循環回路50は停止している。また、中間熱交換器21への冷媒の通流は、空調用冷媒回路10・給湯用冷媒回路40とも閉止している。
 給湯用冷媒回路40について説明する。制御装置4は、給湯用主膨張弁43と給湯熱源側熱交換器44との間を第二冷媒が通流可能なように、中間熱交換器21と接続する側が閉塞するように第一給湯制御三方弁45を制御する。また、制御装置4は、給湯熱源側熱交換器44と給湯用圧縮機41との間を第二冷媒が通流可能なように、中間熱交換器21と接続する側が閉塞するように第二給湯制御三方弁46を制御する。また、制御装置4は、給湯用主膨張弁43の開度(絞り)を制御する。また、制御装置4は、給湯用圧縮機41および給湯用ファン44aの回転速度を制御する。
 給湯用圧縮機41から吐出された高温高圧の第二冷媒は、凝縮器として機能する給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aに流入する。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aを通流する第二冷媒は、給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bを通流する被加熱液体と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第二冷媒となる。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aから流出した中温高圧の第二冷媒は、給湯用主膨張弁43で減圧され、低温低圧の第二冷媒となる。
 そして、低温低圧の第二冷媒は、蒸発器として機能する給湯熱源側熱交換器44に流入する。給湯熱源側熱交換器44を通流する第二冷媒は、給湯用ファン44aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより空気(室外空気)から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第二冷媒は、給湯熱源側熱交換器44から給湯用圧縮機41へと送られ、給湯用冷媒回路40を循環する。
 次に、給湯回路60について説明する。制御装置4は、第二ポンプ61の回転速度を制御する。
 第二ポンプ61を駆動させることにより、タンク62の下部から流出した被加熱液体は給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bに流入する。給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bを通流する被加熱液体は、給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aを通流する第二冷媒と熱交換することにより吸熱して高温の被加熱液体となる。そして、高温の被加熱液体は、給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bからタンク62の上部に戻され、高温の被加熱液体が貯留される。
(運転モード2.冷房運転モード:ステップS107)
 図7は、冷房運転モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒および熱搬送媒体の流れを示す系統図である。
 このモードにおいて、給湯用冷媒回路40および給湯回路60は停止している。また、中間熱交換器21への冷媒の通流は、空調用冷媒回路10・給湯用冷媒回路40とも閉止している。
 空調用冷媒回路10について説明する。制御装置4は、空調用四方弁12を冷房運転の位置となるように制御する。また、制御装置4は、空調用圧縮機11と空調熱源側熱交換器13との間を第一冷媒が通流可能なように、中間熱交換器21と接続する側が閉塞するように第一空調制御三方弁22を制御する。また、制御装置4は、空調利用側熱交換器15と空調用圧縮機11との間を第一冷媒が通流可能なように、バイパス回路31と接続する側が閉塞するように第二空調制御三方弁32を制御する。また、制御装置4は、第一空調制御弁23および第二空調制御弁33を閉弁するように制御し、空調用補助膨張弁16の開度を全開となるように制御する。また、制御装置4は、空調用主膨張弁14の開度(絞り)を制御する。また、制御装置4は、空調用圧縮機11および空調用ファン13aの回転速度を制御する。
 空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒は、凝縮器として機能する空調熱源側熱交換器13に流入する。空調熱源側熱交換器13を通流する第一冷媒は、空調用ファン13aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより放熱(排熱)して、中温高圧の第一冷媒となる。空調熱源側熱交換器13から流出した中温高圧の第一冷媒は、空調用主膨張弁14で減圧され、低温低圧の第一冷媒となる。
 そして、低温低圧の第一冷媒は、蒸発器として機能する空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bに流入する。空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と熱交換することにより熱搬送媒体から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第一冷媒は、空調利用側熱交換器15から空調用圧縮機11へと送られ、空調用冷媒回路10を循環する。
 次に、空調用熱搬送媒体循環回路50について説明する。制御装置4は、第一ポンプ51および室内ファン53aの回転速度を制御する。また、制御装置4は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒とが対向流となるように熱搬送媒体四方弁52を制御する。
 第一ポンプ51を駆動させることにより、熱搬送媒体は空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aに流入する。空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体は、空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒と熱交換することにより放熱して、冷温の熱搬送媒体となる。
 そして、低温の熱搬送媒体は、室内ユニット2の室内熱交換器53に流入する。室内熱交換器53を通流する熱搬送媒体は、室内ファン53aにより送られてくる空気(室内空気)と熱交換することにより吸熱する。そして、吸熱した熱搬送媒体は、室内熱交換器53から第一ポンプ51へと送られ、空調用熱搬送媒体循環回路50を循環する。
 このように、室内ユニット2の室内熱交換器53で熱搬送媒体が吸熱することにより、空気(室内空気)が冷却され、室内(被空調空間)が冷房される。
(運転モード3.暖房運転モード:ステップS108)
 図8は、暖房運転モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒および熱搬送媒体の流れを示す系統図である。
 このモードにおいて、給湯用冷媒回路40および給湯回路60は停止している。また、中間熱交換器21への冷媒の通流は、空調用冷媒回路10・給湯用冷媒回路40とも閉止している。
 空調用冷媒回路10について説明する。制御装置4は、空調用四方弁12を暖房運転の位置となるように制御する。また、制御装置4は、空調用圧縮機11と空調熱源側熱交換器13との間を第一冷媒が通流可能なように、中間熱交換器21と接続する側が閉塞するように第一空調制御三方弁22を制御する。また、制御装置4は、空調利用側熱交換器15と空調用圧縮機11との間を第一冷媒が通流可能なように、バイパス回路31と接続する側が閉塞するように第二空調制御三方弁32を制御する。また、制御装置4は、第一空調制御弁23および第二空調制御弁33を閉弁するように制御し、空調用主膨張弁14の開度を全開となるように制御する。また、制御装置4は、空調用補助膨張弁16の開度(絞り)を制御する。また、制御装置4は、空調用圧縮機11および空調用ファン13aの回転速度を制御する。
 空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒は、凝縮器として機能する空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bに流入する。空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第一冷媒となる。空調利用側熱交換器15から流出した中温高圧の第一冷媒は、空調用補助膨張弁16で減圧され、低温低圧の第一冷媒となる。
 そして、低温低圧の第一冷媒は、蒸発器として機能する空調熱源側熱交換器13に流入する。空調熱源側熱交換器13を通流する第一冷媒は、空調用ファン13aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより空気(室外空気)から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第一冷媒は、空調熱源側熱交換器13から空調用圧縮機11へと送られ、空調用冷媒回路10を循環する。
 次に、空調用熱搬送媒体循環回路50について説明する。制御装置4は、第一ポンプ51および室内ファン53aの回転速度を制御する。また、制御装置4は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒とが対向流となるように熱搬送媒体四方弁52を制御する。
 第一ポンプ51を駆動させることにより、熱搬送媒体は空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aに流入する。空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体は、空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒と熱交換することにより吸熱して、高温の熱搬送媒体となる。
 そして、高温の熱搬送媒体は、室内ユニット2の室内熱交換器53に流入する。室内熱交換器53を通流する熱搬送媒体は、室内ファン53aにより送られてくる空気(室内空気)と熱交換することにより放熱する。そして、放熱した熱搬送媒体は、室内熱交換器53から第一ポンプ51へと送られ、空調用熱搬送媒体循環回路50を循環する。
 このように、室内ユニット2の室内熱交換器53で熱搬送媒体が放熱することにより、空気(室内空気)が加熱され、室内(被空調空間)が暖房される。
(運転モード4-1.冷房給湯運転(排熱回収A)モード:ステップS112)
 図9は、冷房給湯運転(排熱回収A)モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 ここで、排熱回収Aは「空調排熱>給湯吸熱」の場合であり、中間熱交換器21を介して空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収し、余分な空調排熱を室外空気に排熱している。
 給湯回路60の動作は、図6に示す給湯運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用熱搬送媒体循環回路50の動作は、図7に示す冷房運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用冷媒回路10について説明する。冷房運転モード(図7参照)における空調用冷媒回路10と、冷房給湯運転(排熱回収A)モード(図9参照)における空調用冷媒回路10との差異点は、冷房運転モード(図7参照)では第一冷媒が空調熱源側熱交換器13を通流するのに対し、冷房給湯運転(排熱回収A)モード(図9参照)では第一冷媒が中間熱交換器21の一次側伝熱管21aおよび空調熱源側熱交換器13を通流する点で異なる。
 即ち、制御装置4は、空調用圧縮機11と中間熱交換器21との間を第一冷媒が通流可能なように、空調用圧縮機11と空調熱源側熱交換器13との間を第一冷媒が通流可能なように開弁し、空調用圧縮機11から中間熱交換器21または空調熱源側熱交換器13への開度(通流する第一冷媒の流量比率)を制御する。また、制御装置4は、第一空調制御弁23を開弁するように制御する。その他の制御は冷房運転モード(図7参照)における空調用冷媒回路10と同様であり説明を省略する。
 空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒は、第一空調制御三方弁22で分岐して一部が凝縮器として機能する中間熱交換器21の一次側伝熱管21aに流入する。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する第一冷媒は、中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する第二冷媒と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第一冷媒となる。また、第一空調制御三方弁22で分岐した残部の高温高圧の第一冷媒は、凝縮器として機能する空調熱源側熱交換器13に流入する。空調熱源側熱交換器13を通流する第一冷媒は、空調用ファン13aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより放熱(排熱)して、中温高圧の第一冷媒となる。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aから流出した中温高圧の第一冷媒および空調熱源側熱交換器13から流出した中温高圧の第一冷媒は、空調用主膨張弁14で減圧され、低温低圧の第一冷媒となる。
 そして、低温低圧の第一冷媒は、蒸発器として機能する空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bに流入する。空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と熱交換することにより熱搬送媒体から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第一冷媒は、空調利用側熱交換器15から空調用圧縮機11へと送られ、空調用冷媒回路10を循環する。
 次に、給湯用冷媒回路40について説明する。給湯運転モード(図6参照)における給湯用冷媒回路40と、冷房給湯運転(排熱回収A)モード(図9参照)における給湯用冷媒回路40との差異点は、給湯運転モード(図6参照)では第二冷媒が給湯熱源側熱交換器44を通流するのに対し、冷房給湯運転(排熱回収A)モード(図9参照)では第二冷媒が中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する点で異なる。
 即ち、制御装置4は、給湯用主膨張弁43と中間熱交換器21との間を第二冷媒が通流可能なように、給湯熱源側熱交換器44と接続する側が閉塞するように第一給湯制御三方弁45を制御する。また、制御装置4は、中間熱交換器21と給湯用圧縮機41との間を第二冷媒が通流可能なように、給湯熱源側熱交換器44と接続する側が閉塞するように第二給湯制御三方弁46を制御する。また、制御装置4は、給湯用ファン44aを停止させる。その他の制御は給湯運転モード(図6参照)における給湯用冷媒回路40と同様であり説明を省略する。
 給湯用圧縮機41から吐出された高温高圧の第二冷媒は、凝縮器として機能する給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aに流入する。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aを通流する第二冷媒は、給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bを通流する被加熱液体と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第二冷媒となる。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aから流出した中温高圧の第二冷媒は、給湯用主膨張弁43で減圧され、低温低圧の第二冷媒となる。
 そして、低温低圧の第二冷媒は、蒸発器として機能する中間熱交換器21の二次側伝熱管21bに流入する。中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する第二冷媒は、中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する第一冷媒と熱交換することにより第一冷媒から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第二冷媒は、中間熱交換器21の二次側伝熱管21bから給湯用圧縮機41へと送られ、給湯用冷媒回路40を循環する。
(運転モード4-2.冷房給湯運転(排熱回収B)モード:ステップS114)
 図10は、冷房給湯運転(排熱回収B)モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 ここで、排熱回収Bは「空調排熱=給湯吸熱」の場合であり、中間熱交換器21を介して空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収している。
 給湯回路60の動作は、図6に示す給湯運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用熱搬送媒体循環回路50の動作は、図7に示す冷房運転モードと同様であり説明を省略する。
 給湯用冷媒回路40の動作は、図9に示す冷房給湯運転(排熱回収A)モードと同様であり説明を省略する。
 空調用冷媒回路10について説明する。冷房運転モード(図7参照)における空調用冷媒回路10と、冷房給湯運転(排熱回収B)モード(図10参照)における空調用冷媒回路10との差異点は、冷房運転モード(図7参照)では第一冷媒が空調熱源側熱交換器13を通流するのに対し、冷房給湯運転(排熱回収B)モード(図10参照)では第一冷媒が中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する点で異なる。
 即ち、制御装置4は、空調用圧縮機11と中間熱交換器21との間を第一冷媒が通流可能なように、空調熱源側熱交換器13と接続する側が閉塞するように第一空調制御三方弁22を制御する。また、制御装置4は、第一空調制御弁23を開弁するように制御し、空調用補助膨張弁16の開度を全閉となるように制御する。また、制御装置4は、空調用ファン13aを停止させる。その他の制御は冷房運転モード(図7参照)における空調用冷媒回路10と同様であり説明を省略する。
 空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒は、凝縮器として機能する中間熱交換器21の一次側伝熱管21aに流入する。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する第一冷媒は、中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する第二冷媒と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第一冷媒となる。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aから流出した中温高圧の第一冷媒は、空調用主膨張弁14で減圧され、低温低圧の第一冷媒となる。
 そして、低温低圧の第一冷媒は、蒸発器として機能する空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bに流入する。空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と熱交換することにより熱搬送媒体から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第一冷媒は、空調利用側熱交換器15から空調用圧縮機11へと送られ、空調用冷媒回路10を循環する。
(運転モード4-3.冷房給湯運転(排熱回収C)モード:ステップS115)
 図11は、冷房給湯運転(排熱回収C)モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 ここで、排熱回収Cは「空調排熱<給湯吸熱」の場合であり、中間熱交換器21を介して空調用冷媒回路10の排熱を給湯用冷媒回路40で回収し、給湯吸熱の不足分を室外空気から吸熱している。
 給湯回路60の動作は、図6に示す給湯運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用熱搬送媒体循環回路50の動作は、図7に示す冷房運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用冷媒回路10の動作は、図10に示す冷房給湯運転(排熱回収B)モードと同様であり説明を省略する。
 次に、給湯用冷媒回路40について説明する。給湯運転モード(図6参照)における給湯用冷媒回路40と、冷房給湯運転(排熱回収C)モード(図11参照)における給湯用冷媒回路40との差異点は、給湯運転モード(図6参照)では第二冷媒が給湯熱源側熱交換器44を通流するのに対し、冷房給湯運転(排熱回収C)モード(図11参照)では第二冷媒が中間熱交換器21の二次側伝熱管21bおよび給湯熱源側熱交換器44を通流する点で異なる。
 即ち、制御装置4は、給湯用主膨張弁43と中間熱交換器21との間を第二冷媒が通流可能なように、給湯用主膨張弁43と給湯熱源側熱交換器44との間を第二冷媒が通流可能なように開弁し、給湯用主膨張弁43から中間熱交換器21または給湯熱源側熱交換器44への開度(通流する第二冷媒の流量比率)を制御する。また、制御装置4は、中間熱交換器21と給湯用圧縮機41との間を第二冷媒が通流可能なように、給湯熱源側熱交換器44と給湯用圧縮機41との間を第二冷媒が通流可能なように開弁し、中間熱交換器21または給湯熱源側熱交換器44から給湯用圧縮機41への開度(通流する第二冷媒の流量)を制御する。その他の制御は給湯運転モード(図6参照)における給湯用冷媒回路40と同様であり説明を省略する。
 給湯用圧縮機41から吐出された高温高圧の第二冷媒は、凝縮器として機能する給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aに流入する。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aを通流する第二冷媒は、給湯利用側熱交換器42の二次側伝熱管42bを通流する被加熱液体と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第二冷媒となる。給湯利用側熱交換器42の一次側伝熱管42aから流出した中温高圧の第二冷媒は、給湯用主膨張弁43で減圧され、低温低圧の第二冷媒となる。
 そして、低温低圧の第二冷媒は、第一給湯制御三方弁45で分岐して一部が蒸発器として機能する中間熱交換器21の二次側伝熱管21bに流入する。中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する第二冷媒は、中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する第一冷媒と熱交換することにより第一冷媒から熱を汲み上げる(吸熱する)。また、第一給湯制御三方弁45で分岐した残部の低温低圧の第二冷媒は、蒸発器として機能する給湯熱源側熱交換器44に流入する。給湯熱源側熱交換器44を通流する第二冷媒は、給湯用ファン44aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより空気(室外空気)から熱を汲み上げる(吸熱する)。中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流し熱を汲み上げた(吸熱した)第二冷媒および給湯熱源側熱交換器44を通流し熱を汲み上げた(吸熱した)第二冷媒は、第二給湯制御三方弁46で合流し、給湯用圧縮機41へと送られ、給湯用冷媒回路40を循環する。
(運転モード5-1.暖房給湯運転(独立)モード:ステップS203)
 図12は、暖房給湯運転(独立)モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 このモードにおいて、中間熱交換器21への冷媒の通流は、空調用冷媒回路10・給湯用冷媒回路40とも閉止している。
 給湯用冷媒回路40および給湯回路60の動作は、図6に示す給湯運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用冷媒回路10および空調用熱搬送媒体循環回路50の動作は、図8に示す暖房運転モードと同様であり説明を省略する。
(運転モード5-2.暖房給湯運転(空調余剰加熱)モード:ステップS204)
 図13は、暖房給湯運転(空調余剰加熱)モードにおけるヒートポンプユニット1の冷媒、熱搬送媒体および被加熱液体の流れを示す系統図である。
 このモードは、空調負荷(暖房負荷)が小さい場合に実行され、中間熱交換器21を介して空調用冷媒回路10の余剰熱を給湯用冷媒回路40で回収している。
 給湯回路60の動作は、図6に示す給湯運転モードと同様であり説明を省略する。
 空調用熱搬送媒体循環回路50の動作は、図7に示す冷房運転モードと同様であり説明を省略する。
 給湯用冷媒回路40の動作は、図10に示す冷房給湯運転(排熱回収B)モードと同様であり説明を省略する。
 空調用冷媒回路10について説明する。暖房運転モード(図8参照)における空調用冷媒回路10と、暖房給湯運転(空調余剰加熱)モード(図13参照)における空調用冷媒回路10との差異点は、暖房運転モード(図8参照)では第一冷媒が空調利用側熱交換器15を通流するのに対し、冷房給湯運転(排熱回収B)モード(図10参照)では第一冷媒が空調利用側熱交換器15および中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する点で異なる。
 即ち、制御装置4は、空調用圧縮機11と空調利用側熱交換器15との間を第一冷媒が通流可能なように、空調用圧縮機11と中間熱交換器21との間を第一冷媒が通流可能なように開弁し、空調用圧縮機11から空調利用側熱交換器15または中間熱交換器21への開度(通流する第一冷媒の流量比率)を制御する。また、制御装置4は、第一空調制御弁23および第二空調制御弁33を開弁するように制御する。その他の制御は暖房運転モード(図8参照)における空調用冷媒回路10と同様であり説明を省略する。
 空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒は、第二空調制御三方弁32で分岐して一部が凝縮器として機能する空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bに流入する。空調利用側熱交換器15の二次側伝熱管15bを通流する第一冷媒は、空調利用側熱交換器15の一次側伝熱管15aを通流する熱搬送媒体と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第一冷媒となる。また、第二空調制御三方弁32で分岐した残部の高温高圧の第一冷媒は、バイパス回路31を通流して、凝縮器として機能する中間熱交換器21の一次側伝熱管21aに流入する。中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを通流する第一冷媒は、中間熱交換器21の二次側伝熱管21bを通流する第二冷媒と熱交換することにより放熱して、中温高圧の第一冷媒となる。空調利用側熱交換器15から流出した中温高圧の第一冷媒および中間熱交換器21の一次側伝熱管21aから流出した中温高圧の第一冷媒は、空調用補助膨張弁16で減圧され、低温低圧の第一冷媒となる。
 そして、低温低圧の第一冷媒は、蒸発器として機能する空調熱源側熱交換器13に流入する。空調熱源側熱交換器13を通流する第一冷媒は、空調用ファン13aにより送られてくる空気(室外空気)と熱交換することにより空気(室外空気)から熱を汲み上げる(吸熱する)。そして、吸熱した第一冷媒は、空調熱源側熱交換器13から空調用圧縮機11へと送られ、空調用冷媒回路10を循環する。
≪本実施形態に係る空調給湯システムの作用・効果≫
 以上、本実施形態に係る空調給湯システムSによれば、使用者の要求に応じて、「給湯運転」、「冷房運転」、「冷房給湯運転」、「暖房運転」および「暖房給湯運転」を運転可能な空調給湯システムSとすることができる。
 また、「冷房給湯運転」時において、空調用冷媒回路10の排熱を給湯加熱に用いることができる冷房給湯運転(排熱回収A)モード(図9参照)、冷房給湯運転(排熱回収B)モード(図10参照)、冷房給湯運転(排熱回収C)モード(図11参照)を実行することができる。
 これにより、空調給湯システムSの全体の効率を向上させることができる。
 ここで、特許文献1に記載の空気調和装置(空調給湯システム)と、本実施形態に係る空調給湯システムSとを比較しつつ説明する。
 特許文献1に記載の空気調和装置(空調給湯システム)は、暖房運転(暖房給湯運転)時において暖房負荷が低負荷の場合、空調サイクル(空調用冷媒回路10)の第一圧縮機(本実施形態に係る空調給湯システムSの空調用圧縮機11に相当)が動作状態と停止状態を繰り返す断続運転となるため、空気調和装置(空調給湯システム)の運転効率が低下する。
 これに対し、本実施形態に係る空調給湯システムSは、空調用冷媒回路10にバイパス回路31を備えているため、暖房給湯運転時においても中間熱交換器21の一次側伝熱管21a(空調用冷媒回路10の側)を凝縮器として機能させることができる(図13参照)。
 これにより、本実施形態に係る空調給湯システムSは、暖房給湯運転時において暖房負荷が低負荷の場合であっても、空調用圧縮機11が連続運転の状態を保ったまま、空調利用側熱交換器15に所望の熱量(空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒の一部)を供給し、余剰の熱量(空調用圧縮機11から吐出された高温高圧の第一冷媒の残部)はバイパス回路31を介して中間熱交換器21の一次側伝熱管21aへと送られ、給湯用冷媒回路40を介して給湯加熱に用いられる。
 これにより、空調用圧縮機11の断続運転を防止し、余剰熱も高温の被加熱液体として蓄熱することができるので、空調給湯システムSの全体としての運転効率を向上させることができる。
 即ち、本実施形態に係る空調給湯システムSは、冷房運転・暖房運転においても、空調用冷媒回路10から給湯用冷媒回路40に熱(排熱、余剰熱)を受け渡すことができるので、一年を通して運転効率を向上させることが可能な空調給湯システムを構築することができる。
 本実施形態に係る空調給湯システムSの効果についてさらに説明する。図14は、東京における最寒日の前後日における暖房負荷の変動を示すグラフである。
 図14は、縦軸を暖房負荷[kW](図14のグラフ上では実線で示す)、室外空気温度[℃](図14のグラフ上では破線で示す)、日射量[MJ](図14のグラフ上では一点鎖線で示す)とし、横軸を時刻[日]とし、最寒日(時刻1.0~2.0[日])の前日(時刻0.0~1.0[日])から翌日(2.0~3.0[日])までを示したものである。なお、暖房負荷は断熱性能を示すQ値(熱損失係数)が1.6[W/m2 ・K]の高断熱化住宅について求めた。
 昨今の省エネ化の要求に対応して、住宅(被空調空間)を高断熱化し、冬期の暖房負荷を低減することが試みられている。高断熱化住宅では暖房負荷が小さくなるため、室内空調において省エネ効果が得られると考えられる。
 しかしながら、暖房負荷が低減することにより空調用冷媒回路10の空調用圧縮機11が断続運転する状態となる場合がある。図14に示すように、最寒日においても日中は暖房負荷が急低下(図14では、約4.0kWから約0.6kW)している。ここで、暖房負荷が所定値(例えば1.0kW)以下となると、空調用冷媒回路10の空調用圧縮機11が断続運転となる。このような断続運転は運転効率の面で望ましくない。
 このように、住宅を高断熱化して暖房負荷を低減することにより期待される省エネ効果に対して、実際に空調システム(空調給湯システム)を運転した場合に得られる省エネ効果は、空調用圧縮機11が断続運転となるため、小さなものとなっていた。
 これに対し、本実施形態に係る空調給湯システムSは、暖房運転時において暖房負荷が低負荷の場合であっても、空調用冷媒回路10の空調用圧縮機11の断続運転を防止することができる。また、本実施形態に係る空調給湯システムSは、暖房運転時においても中間熱交換器21の一次側伝熱管21aを凝縮器として機能させることができるので、空調用冷媒回路10の余剰熱を給湯に用いることができ、空調給湯システムSの全体としての効率を向上させることができる。
≪変形例≫
 なお、本実施形態に係る空調給湯システムSは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
 例えば、上記実施形態においては、ヒートポンプユニット1内の空調利用側熱交換器15で熱搬送媒体を加熱(または冷却)して、室内ユニット2に供給し、室内ユニット2の室内熱交換器53で加熱(または冷却)された熱搬送媒体と室内空気とを熱交換することにより、室内を暖房(冷房)するものとして説明したが、これに限られるものではなく、空調用熱搬送媒体循環回路50を省略し、空調利用側熱交換器15を室内ユニット2に設置し、空調利用側熱交換器15内を通流する第一冷媒と室内空気との間で熱交換することにより暖房(冷房)する構成としてもよい。
 また、上記実施形態においては、被加熱液体は水であり、高温の被加熱液体(湯)をタンク62に貯留し、タンク62に貯留された高温の被加熱液体(湯)を給湯端末(図示せず)に供給するものとして説明したが、これに限られるものではなく、タンク62に貯留された高温の被加熱液体と給湯端末(図示せず)に供給される給水との間で熱交換可能な熱交換器(図示せず)をさらに備え、タンク62に貯留された高温の被加熱液体で給水を加熱して給湯端末(図示せず)に給湯する構成であってもよい。このように、被加熱液体は水に限られない。
 また、第一空調制御三方弁22は、空調用圧縮機11(空調用四方弁12)から流入した第一冷媒を分岐して、空調熱源側熱交換器13に流入する第一冷媒の流量と、中間熱交換器21の一次側伝熱管21aに流入する第一冷媒の流量と、の流量比率を制御可能な三方弁であるものとして説明したが、これに限られるものではなく、2つの流量制御弁を設けて流量比率を制御する構成であってもよい。
 同様に、第二空調制御三方弁32、第一給湯制御三方弁45および第二給湯制御三方弁46についても、2つの流量制御弁を設ける構成であってもよい。
 また、第一空調制御弁23は、必須の構成ではなく無くてもよい。ただし、中間熱交換器21を使用しない際に第一空調制御弁23を閉弁することにより、中間熱交換器21を第一冷媒の循環回路から切り離すことができるので、第一空調制御弁23を有していることが望ましい。
 また、第二空調制御弁33は、必須の構成ではなく無くてもよい。ただし、バイパス回路31を使用しない際に第二空調制御弁33を閉弁することにより、バイパス回路31を第一冷媒の循環回路から切り離すことができるので、第二空調制御弁33を有していることが望ましい。
S    空調給湯システム
1    ヒートポンプユニット
2    室内ユニット
3    給湯タンクユニット
4    制御装置
10   空調用冷媒回路
11   空調用圧縮機
12   空調用四方弁(空調用運転切替手段)
13   空調熱源側熱交換器
13a  空調用ファン
14   空調用主膨張弁(減圧装置、第一減圧装置)
15   空調利用側熱交換器
15a  空調利用側熱交換器の一次側伝熱管
15b  空調利用側熱交換器の二次側伝熱管
16   空調用補助膨張弁(減圧装置、第二減圧装置)
21   中間熱交換器
21a  中間熱交換器の一次側伝熱管
21b  中間熱交換器の二次側伝熱管
22   第一空調制御三方弁(第一分岐部)
23   第一空調制御弁
24   合流部
31   バイパス回路
32   第二空調制御三方弁(第二分岐部)
33   第二空調制御弁
40   給湯用冷媒回路
41   給湯用圧縮機
42   給湯利用側熱交換器
42a  給湯利用側熱交換器の一次側伝熱管
42b  給湯利用側熱交換器の二次側伝熱管
43   給湯用主膨張弁(第三減圧装置)
44   給湯熱源側熱交換器
44a  給湯用ファン
45   第一給湯制御三方弁
46   第二給湯制御三方弁
50   空調用熱搬送媒体循環回路
51   第一ポンプ
52   熱搬送媒体四方弁
53   室内熱交換器
53a  室内ファン
60   給湯回路
61   第二ポンプ
62   タンク
63   給水金具
64   給湯金具

Claims (4)

  1.  第一冷媒が循環する空調用冷媒回路および第二冷媒が循環する給湯用冷媒回路を備える空調給湯システムであって、
     前記空調用冷媒回路は、
     第一冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、
     冷房運転と暖房運転とで第一冷媒の流れ方向を切り替える空調用運転切替手段と、
     冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する空調熱源側熱交換器と、
     第一冷媒を減圧する減圧装置と、
     冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する空調利用側熱交換器と、
     第一冷媒と第二冷媒との熱交換する中間熱交換器と、を備え、
     前記空調用圧縮機と前記空調熱源側熱交換器との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第一分岐部と、
     前記空調用圧縮機と前記空調利用側熱交換器との間で分岐して、分岐方向に流入する第一冷媒の流量を調整する第二分岐部と、が形成され、
     前記中間熱交換器は、
     一端が第一分岐部および第二分岐部と接続し、他端が前記空調熱源側熱交換器と前記空調利用側熱交換器との間の合流部で接続し、第一冷媒の凝縮器として機能する
    ことを特徴とする空調給湯システム。
  2.  前記減圧装置は、
     前記合流部よりも前記空調利用側熱交換器の側に配置された第1減圧装置と、
     前記合流部よりも前記空調熱源側熱交換器の側に配置された第2減圧装置と、を有する
    ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の空調給湯システム。
  3.  前記減圧装置は、
     冷房運転時において、前記第1の減圧装置で第一冷媒を減圧し、
     暖房運転時において、前記第2の減圧装置で第一冷媒を減圧する
    ことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の空調給湯システム。
  4.  前記給湯用冷媒回路は、
     第二冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、
     給湯運転時に凝縮器として機能する給湯利用側熱交換器と、
     第二冷媒を減圧する第三の減圧装置と、
     第一冷媒の凝縮器として機能し、第二冷媒の蒸発器として機能する前記中間熱交換器と、を有する
    ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の空調給湯システム。
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