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WO2014091548A1 - 空調給湯複合システム - Google Patents

空調給湯複合システム Download PDF

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WO2014091548A1
WO2014091548A1 PCT/JP2012/082002 JP2012082002W WO2014091548A1 WO 2014091548 A1 WO2014091548 A1 WO 2014091548A1 JP 2012082002 W JP2012082002 W JP 2012082002W WO 2014091548 A1 WO2014091548 A1 WO 2014091548A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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temperature
refrigerant
heat medium
hot water
water supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/082002
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆直 木村
博文 ▲高▼下
宏典 薮内
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to CN201280077391.6A priority Critical patent/CN104813121B/zh
Priority to US14/647,510 priority patent/US9631826B2/en
Priority to JP2014551759A priority patent/JP5984965B2/ja
Priority to PCT/JP2012/082002 priority patent/WO2014091548A1/ja
Priority to EP12889939.0A priority patent/EP2933588B1/en
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    • Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps

Definitions

  • the present invention relates to an air-conditioning and hot-water supply complex system equipped with a heat pump cycle and capable of simultaneously providing a cooling load, a heating load and a hot water supply load.
  • a bypass pipe having a bypass solenoid valve installed in parallel with the hot water heat exchanger is provided between the inlet and outlet of the refrigerant pipe connected to the hot water heat exchanger, and the bypass pipe is opened and closed by opening and closing the bypass solenoid valve. Controls the amount of hot water supply refrigerant flowing into the hot water heat exchanger by allowing the hot water supply refrigerant to flow in, and bypasses when the surface temperature of the outdoor heat exchanger is equal to or lower than the temperature set for defrosting operation.
  • a solenoid valve is opened and a hot water supply refrigerant flows into a bypass pipe (see, for example, Patent Document 2).
  • Japanese Patent Laid-Open No. 11-270920 see, for example, pages 3 to 4 and FIG. 1
  • WO09 / 122477 see, for example, pages 14-15, FIG. 5
  • the bypass solenoid valve connected in parallel to the hot water supply heat exchanger is opened during the defrosting operation to bypass the refrigerant and prevent the refrigerant from flowing into the hot water supply heat exchanger. ing. Therefore, in a system in which more than half of the use side heat exchangers are constituted by hot water supply heat exchangers, heat exchange can be performed in order to evaporate the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger during the defrosting operation. There is only a refrigerant pipe of the bypass circuit in parallel with the indoor heat exchanger and the hot water supply heat exchanger. As a result, there was a problem that the evaporation capacity could not be ensured and the defrosting operation took time.
  • This invention was made in order to solve the above subjects, and it aims at providing the air-conditioning hot-water supply complex system which can shorten defrost operation time.
  • a compressor, an outdoor heat exchanger, an air conditioning throttle means, and an indoor heat exchanger are connected in series, and the compressor, the outdoor heat exchanger, and hot water supply are connected.
  • the throttle means, and the refrigerant side flow path of the refrigerant-heat medium heat exchanger are connected in series, and the refrigerant side flow path of the refrigerant-heat medium heat exchanger, the hot water supply throttle means, and a bypass solenoid valve
  • a hot water supply load circuit that circulates the heat medium, and the refrigeration cycle and the hot water supply load circuit are the refrigerant-refrigerant heat exchanger, the refrigerant and the To exchange heat with the heat medium Cascade-connected, and includes a control device for controlling the air conditioning throttle means, the hot water supply throttle means, and the bypass solenoid valve, and
  • the bypass solenoid valve and the hot water supply throttle means are controlled based on the temperature of the refrigerant on the refrigerant inlet side and the temperature of the heat medium on the heat medium inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger. is there.
  • the temperature of the refrigerant on the refrigerant inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger and the heat medium on the heat medium inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger are reduced. Since the bypass solenoid valve and the hot water supply throttle means are controlled based on the temperature, the defrosting operation time can be shortened.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a refrigerant circuit configuration of an air conditioning and hot water supply complex system according to Embodiment 1 of the present invention. Based on FIG. 1, the refrigerant circuit structure and operation
  • the air conditioning and hot water supply complex system 100 is installed in a building, a condominium, or the like, and can simultaneously supply a cooling load, a heating load, and a hot water supply load by using a refrigeration cycle that circulates a refrigerant.
  • the air conditioning and hot water supply complex system 100 includes a refrigeration cycle 1 and a hot water supply load circuit 2.
  • the refrigeration cycle 1 and the hot water supply load circuit 2 are configured to perform heat exchange in the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 without mixing each other's refrigerant or heat medium (for example, water or brine).
  • the heat medium is water.
  • the air conditioning and hot water supply complex system 100 is provided with a control device 50 that performs overall control of the operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100.
  • the control device 50 controls the driving frequency of the compressor 101, the rotational speed of the blower (not shown), the switching of the four-way valve 102, the opening of each throttle means, the driving frequency of the circulation pump 21, the opening and closing of the valve means 109a and the valve means 109b. Control etc. That is, the control device 50 is configured by a microcomputer or the like, and based on detection information from various detection devices (not shown) and instructions from the remote controller, each actuator (driving components constituting the air-conditioning and hot water supply combined system 100). And the operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100 is executed.
  • a storage device (not shown) that stores various types of information is also provided.
  • the storage device is configured by a memory or the like, and preliminarily stores a set water temperature (set heat medium temperature) described later, information on each of the first temperature a to the fifth temperature e, a data table of freezing temperatures, and the like.
  • the refrigeration cycle 1 includes a heat source unit A, an indoor unit B (may be a plurality of units), a plurality of hot water supply apparatuses C, and a relay unit D. Among these, the indoor unit B and the hot water supply device C are connected to the heat source unit A in parallel. And by switching the refrigerant
  • Heat source machine A In the heat source machine A, a compressor 101, a four-way valve 102 which is a flow path switching unit, an outdoor heat exchanger 103, and an accumulator 104 are connected in series.
  • the heat source unit A has a function of supplying a heat source (cold heat or hot heat) to the indoor unit B and the hot water supply device C.
  • a blower such as a fan for supplying air to the outdoor heat exchanger 103 may be provided in the vicinity of the outdoor heat exchanger 103.
  • the check valve 105a includes a check valve 105b that allows a refrigerant flow only in a predetermined direction (direction from the relay machine D to the heat source machine A) to the low-pressure side connection pipe 107 between the four-way valve 102 and the relay machine D.
  • the high-pressure side connection pipe 106 and the low-pressure side connection pipe 107 are opposite to the first connection pipe 130 that connects the upstream side of the check valve 105a and the upstream side of the check valve 105b, and the downstream side of the check valve 105a.
  • the second connection pipe 131 is connected to the downstream side of the stop valve 105b.
  • the first connection pipe 130 is provided with a check valve 105 d that allows the refrigerant to flow only in the direction from the low pressure side connection pipe 107 to the high pressure side connection pipe 106.
  • the second connection pipe 131 is also provided with a check valve 105 c that allows the refrigerant to flow only in the direction from the low-pressure side connection pipe 107 to the high-pressure side connection pipe 106.
  • FIG. 1 In addition, in FIG.
  • the compressor 101 sucks refrigerant and compresses the refrigerant to a high temperature / high pressure state.
  • the four-way valve 102 switches the refrigerant flow.
  • the outdoor heat exchanger 103 functions as an evaporator or a radiator (condenser), performs heat exchange between air supplied from a blower (not shown) and the refrigerant, and converts the refrigerant into evaporated gas or condensates. It is.
  • the accumulator 104 is disposed on the suction side of the compressor 101 and stores excess refrigerant.
  • the accumulator 104 may be any container that can store excess refrigerant.
  • FIG. 1 shows an example in which two air conditioning throttle means 117 and two indoor heat exchangers 118 are mounted in parallel.
  • the connecting pipe connecting the relay machine D to the indoor heat exchanger 118 is called a connecting pipe 133
  • the connecting pipe connecting the relay machine D to the air conditioning throttle means 117 is called a connecting pipe 134.
  • the air conditioning throttle means 117 has a function as a pressure reducing valve or an expansion valve, and expands the refrigerant by decompressing it.
  • the air-conditioning throttle means 117 may be constituted by a controllable opening degree, for example, a precise flow rate control means using an electronic expansion valve, an inexpensive refrigerant flow rate control means such as a capillary tube, or the like.
  • the indoor heat exchanger 118 functions as a radiator (condenser) and an evaporator, exchanges heat between air supplied from a blower means (not shown) and the refrigerant, and condenses or liquefies the refrigerant. Is.
  • the hot water supply device C includes a refrigerant-heat medium heat exchanger 41, a hot water supply throttle means 119 installed on the refrigerant flow path side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 in parallel.
  • a bypass solenoid valve 140 installed on a bypass path connected by piping is mounted.
  • the hot water supply apparatus C accommodates a part of the configuration of the refrigeration cycle 1 and a part of the configuration of the hot water supply load circuit 2 to be described later, and supplies the cold heat or heat from the heat source unit A via the refrigerant-heat medium heat exchanger 41. And has a function of supplying to the hot water supply load circuit 2.
  • the refrigeration cycle 1 and the hot water supply load circuit 2 are cascade-connected by a refrigerant-heat medium heat exchanger 41.
  • the hot water supply device C also functions as a chiller by the flow of the refrigerant.
  • the connection pipe connected from the relay D to the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 is connected to the connection pipe 135, and the connection pipe connected from the relay D to the hot water supply throttle means 119 is connected to the connection pipe. 136.
  • a connection pipe connecting the connection pipe 135 and the connection pipe 136 via the bypass electromagnetic valve 140 and forming a bypass path is referred to as a bypass pipe 141.
  • the hot water supply throttle means 119 has a function as a pressure reducing valve or an expansion valve, like the air conditioning throttle means 117, and expands the refrigerant by decompressing it.
  • the hot water supply throttling means 119 is preferably constituted by a controllable opening degree, for example, a precise flow rate control means using an electronic expansion valve, an inexpensive refrigerant flow rate control means such as a capillary.
  • the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 functions as a radiator (condenser) and an evaporator, and generates heat between the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1 and the heat medium circulating in the hot water supply load circuit 2. It is supposed to exchange.
  • the bypass solenoid valve 140 controls whether the air conditioning and hot water supply combined system 100 is switched between open and closed during the defrosting operation and allows the refrigerant to flow into the bypass pipe 141.
  • the refrigerant flow path is switched between the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 and the bypass pipe 141 by switching between opening and closing together with the hot water supply throttle means 119. Further, it is used to control the amount of refrigerant flowing into the refrigerant-heat medium heat exchanger 41.
  • the hot water supply device C is provided with two temperature sensors.
  • the first temperature sensor 27 is installed between the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 and the second distribution unit 110 on the refrigerant inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, and is mainly used for the refrigerant-heat medium heat. The temperature of the refrigerant flowing into the exchanger 41 is detected.
  • the second temperature sensor 28 is installed between the circulation pump 21 (to be described later) and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, which will be described later, on the heat medium inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41. The temperature of the heat medium flowing into the exchanger 41 is detected.
  • Temperature information detected by these temperature sensors is sent to a control device 50 that performs overall control of the operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100, and is used for control of each actuator constituting the air conditioning and hot water supply complex system 100. Will be.
  • the relay unit D has a function of connecting the indoor unit B and the hot water supply device C to the heat source unit A. Further, the relay machine D causes the indoor unit B to function as a heating indoor unit or a cooling indoor unit by selectively opening or closing either the valve unit 109a or the valve unit 109b of the first distribution unit 109, and a hot water supply device Decide whether C is a chiller or a water heater.
  • the relay D includes a gas-liquid separator 108, a first distributor 109, a second distributor 110, a first internal heat exchanger 111, a first relay throttle means 112, a second internal The heat exchanger 113 and the second relay expansion means 114 are mounted.
  • connection pipe 133 and a connection pipe 135 are branched into two, one connected to the low-pressure side connection pipe 107 and the other connected to the gas-liquid separator 108 (connection It is connected to the pipe 132).
  • the connecting pipe 133 and the connecting pipe 135 connected to the low-pressure side connecting pipe 107 are provided with valve means 109b that is controlled to be opened and closed so as not to conduct the refrigerant.
  • the connecting pipe 133 and the connecting pipe 135 connected to the connecting pipe 132 are also provided with valve means 109a that is controlled to be opened and closed so as not to conduct the refrigerant.
  • connection pipe 134 and the connection pipe 136 are branched into two, one being connected by the first meeting part 115 and the other being connected by the second meeting part 116. .
  • a check valve 110a that allows refrigerant to flow only in one side is provided in the connection pipe 134 and the connection pipe 136 that are connected at the first meeting portion 115.
  • the connection pipe 134 and the connection pipe 136 connected by the second meeting part 116 are also provided with a check valve 110b that allows only one refrigerant to flow.
  • the flow path may be switched more reliably by using valve means such as an electromagnetic valve instead of the check valve 110a and the check valve 110b.
  • the first meeting unit 115 connects the second distribution unit 110 to the gas-liquid separator 108 via the first relay throttle unit 112 and the first internal heat exchanger 111.
  • the second meeting unit 116 connects the second distribution unit 110 to the second meeting unit 115 via the second internal heat exchanger 113.
  • the 2nd meeting part 116 is branched between the 2nd distribution part 110 and the 2nd internal heat exchanger 113 (henceforth the branch piping 116a).
  • the branch pipe 116 a is connected to the low-pressure side connection pipe 107 via the second relay expansion means 114, the second internal heat exchanger 113, and the first internal heat exchanger 111.
  • the gas-liquid separator 108 has a function of separating the inflowing refrigerant into a gas refrigerant and a liquid refrigerant.
  • the gas-liquid separator 108 is provided in the high-pressure side connection pipe 106, one of which is connected to the valve means 109 a of the first distribution unit 109 and the other is connected to the second distribution unit 110 via the first meeting unit 115.
  • the first distribution unit 109 has a function of opening / closing one of the valve means 109a and the valve means 109b alternatively according to the required loads of the indoor unit B and the hot water supply device C.
  • the 2nd distribution part 110 has a function which permits the flow of a refrigerant to either one by check valve 110a and check valve 110b.
  • the first internal heat exchanger 111 includes a refrigerant that is conducted through the first meeting section 115 between the gas-liquid separator 108 and the first relay throttle means 112, and a downstream side of the second internal heat exchanger 113. Heat exchange is performed with the refrigerant that is conducted through the branch pipe 116a.
  • the first repeater throttle means 112 is provided in the first meeting part 115 between the first internal heat exchanger 111 and the second distribution part 110, and expands the refrigerant by decompressing it.
  • the first repeater throttle means 112 may be configured with a variable opening degree controllable means, for example, a precise flow rate control means using an electronic expansion valve, an inexpensive refrigerant flow rate control means such as a capillary tube, or the like.
  • the second internal heat exchanger 113 exchanges heat between the refrigerant that is conducted through the second meeting part 116 and the refrigerant that is conducted through the branch pipe 116a on the downstream side of the second relay throttle unit 114. Is to execute.
  • the second relay throttling means 114 is provided in the second meeting part 116 between the second internal heat exchanger 113 and the second distribution part 110, functions as a pressure reducing valve or an expansion valve, and decompresses the refrigerant. And expand.
  • the second relay unit throttle unit 114 can be controlled to have a variable opening, for example, a precise flow rate control unit using an electronic expansion valve, or a low cost such as a capillary tube.
  • the refrigerant flow rate adjusting means may be used.
  • the refrigeration cycle 1 includes the compressor 101, the four-way valve 102, the indoor heat exchanger 118, the air conditioning throttle means 117, and the outdoor heat exchanger 103 connected in series, and the compressor 101, the four-way valve 102.
  • the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, the hot water supply throttle means 119, and the outdoor heat exchanger 103 are connected in series.
  • the refrigeration cycle 1 is configured such that the indoor heat exchanger 118 and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 are connected in parallel via the relay unit D.
  • the compressor 101 is not particularly limited as long as it can compress the sucked refrigerant into a high-pressure state.
  • various types such as reciprocating, rotary, scroll, or screw can be used.
  • the compressor 101 may be configured as a type in which the rotational speed can be variably controlled by an inverter, or may be configured as a type in which the rotational speed is fixed.
  • the type of refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1 is not particularly limited, for example, natural refrigerants such as carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons, and helium, alternative refrigerants that do not contain chlorine such as HFC410A, HFC407C, and HFC404A, Alternatively, any of CFC-based refrigerants such as R22 and R134a used in existing products may be used.
  • natural refrigerants such as carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons, and helium
  • alternative refrigerants that do not contain chlorine such as HFC410A, HFC407C, and HFC404A
  • any of CFC-based refrigerants such as R22 and R134a used in existing products may be used.
  • FIG. 1 shows an example in which four or more indoor units B are connected, but the number of connected units is not particularly limited. And the capacity
  • the refrigerant flowing into the indoor unit B is depressurized by the air conditioning throttle means 117 to be in a low-pressure / low-pressure gas state, stored in the indoor heat exchanger 118, flows through the connection pipe 133, and flows through the first distribution unit 109. It merges in the low-pressure side connecting pipe 107 via the valve means 109b.
  • the refrigerant flowing into the hot water supply apparatus C is depressurized by the hot water supply throttling means 119, is reduced in temperature and pressure, is stored in the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 (that is, takes heat from the hot water supply load circuit 2),
  • the refrigerant flowing out of the indoor unit B merges with the low-pressure side connection pipe 107.
  • the check valve 105 b After merging, the check valve 105 b is conducted, flows through the four-way valve 102, passes through the accumulator 104, and flows to the compressor 101. And the refrigerant
  • the refrigerant that has flowed into the gas-liquid separator 108 flows through the first meeting section 115 and performs heat exchange with the refrigerant expanded to low temperature and low pressure by the second relay expansion means 114 in the first internal heat exchanger 111. To obtain the degree of supercooling.
  • the refrigerant passes through the first repeater throttle means 112, merges with the refrigerant flowing out from the indoor unit B and the hot water supply device C at the first meeting unit 115, and flows into the second internal heat exchanger 113.
  • the refrigerant flowing into the second internal heat exchanger 113 has a degree of supercooling by performing heat exchange with the refrigerant expanded to low temperature and low pressure in the second relay heat exchanger 113 in the second internal heat exchanger 113. obtain. And this refrigerant
  • coolant flows to the throttle means 114 side for 2nd relay machines. Then, the refrigerant is distributed to the second distribution unit 110 side and returns to the indoor unit B.
  • the refrigerant that has been conducted through the second repeater throttle means 114 passes through the branch pipe 116a, undergoes heat exchange in the second internal heat exchanger 113 and the first internal heat exchanger 111, and evaporates. Thereafter, the refrigerant is guided to the low-pressure side connection pipe 107, passes through the check valve 105 b, travels to the compressor 101 through the four-way valve 102 and the accumulator 104.
  • the hot water supply load circuit 2 is configured by being connected by a circulation pump 21, a heat medium flow path side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, a hot water storage tank 29, and a heat medium pipe 202. That is, in the hot water supply load circuit 2, the circulation pump 21, the heat medium flow path side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, and the hot water storage tank 29 are connected in series by the heat medium pipe 202 to form a heat medium circuit. It is configured.
  • the type of the heat medium that circulates through the heat medium pipe 202 is not particularly limited.
  • the refrigerant (the same kind or various kinds of refrigerant as the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1), brine (antifreeze), water, brine And a mixture of water and an additive having a high anticorrosion effect can be used.
  • the heat medium pipe 202 may be constituted by, for example, a copper pipe, a stainless pipe, a steel pipe, a vinyl chloride pipe, or the like.
  • the circulation pump 21 sucks the heat medium stored in the hot water storage tank 29, pressurizes the heat medium, and circulates the heat medium pipe 202.
  • the circulation pump 21 may be configured as a type in which the rotational speed can be variably controlled by an inverter, or may be configured as a type in which the rotational speed is fixed.
  • the circulation pump 21 is not particularly limited as long as it is capable of delivering a heat medium.
  • the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 performs heat exchange between the heat medium circulating in the hot water supply load circuit 2 and the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1 as described above.
  • the hot water storage tank 29 stores the heat medium heated by the refrigerant-heat medium heat exchanger 41.
  • ⁇ Operation of hot water supply load circuit 2 ⁇ First, a relatively low-temperature heat medium stored in the hot water storage tank 29 is drawn out from the bottom of the hot water storage tank 29 and pressurized by the circulation pump 21. The heat medium pressurized by the circulation pump 21 flows into the heat medium flow path side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41. In the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, the heat medium circulating in the hot water supply load circuit 2 is heated by the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1. The heated heat medium returns to the relatively hot upper portion of the hot water storage tank 29 and is stored in the hot water storage tank 29.
  • the air conditioning and hot water supply complex system 100 for example, when there is a demand for hot water supply during the air conditioning cooling operation in summer, it has been necessary to provide the hot water conventionally by a boiler or the like. Since the hot water is recovered and reused, the system COP is greatly improved and energy is saved.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the refrigerant temperature and the water freezing due to the water temperature in the combined air-conditioning and hot-water supply system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the freezing of water as a heat medium depends not only on the water temperature but also on the temperature of the refrigerant flowing into the refrigerant-heat medium heat exchanger 41. For example, even if the water temperature is 20 ° C., the water may freeze if the temperature of the refrigerant exchanging heat is ⁇ 25 ° C. Therefore, it is necessary to keep the water temperature higher than the freezing temperature of water shown in FIG. 2 so that the water is not frozen during the defrosting operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing a control flow of the hot water supply throttle means and the bypass solenoid valve during the defrosting operation in the air-conditioning and hot water combined system according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4 is Embodiment 1 of the present invention. It is an enlarged view of the hot water supply load circuit 2 and the hot water supply apparatus C in the refrigerant circuit configuration of the combined air conditioning and hot water supply system according to FIG.
  • the control of the hot water supply throttling means and the bypass solenoid valve during the defrosting operation in the combined air conditioning and hot water supply system 100 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
  • the controller 50 determines whether the water temperature detected by the second temperature sensor 28 (hereinafter referred to as inlet water temperature) is higher than the first temperature a (inlet water temperature> a °) is determined (S1). At this time, a is a reference temperature for collecting heat from water. If (S1) is satisfied, the controller 50 determines whether the value obtained by subtracting the inlet water temperature from the set water temperature is smaller than the second temperature b (set water temperature ⁇ inlet water temperature ⁇ b ° C.) (S3). At this time, b is the likelihood for the set water temperature, and may be set to 5 ° C., for example.
  • the control device 50 calculates a third temperature c, which is the refrigerant temperature at which water freezes, from the inlet water temperature (S4).
  • a data table showing the relationship between the refrigerant temperature and the water freezing due to the water temperature as shown in FIG. 2 may be stored in the storage device and referred to. Or you may calculate by calculation of a heat balance.
  • the control device 50 determines whether the refrigerant temperature detected by the first temperature sensor 27 (hereinafter referred to as the inlet refrigerant temperature) is larger than the sum of c and the fifth temperature e (inlet refrigerant temperature> c + e). ° C) is determined (S5). At this time, e is a margin for freezing of water, and may be set to 3 ° C., for example. If (S5) is satisfied, the control device 50 closes the bypass solenoid valve 140 and fully opens the hot water supply throttle means 119.
  • the refrigerant flow path is used as the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, and heat is collected from the water by flowing the refrigerant into the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 (S6). Thereby, defrosting capability can be improved.
  • the controller 50 determines whether the inlet water temperature is higher than the fourth temperature d (inlet water temperature> d ° C.) (S2). At this time, d may be set to, for example, a lower limit water temperature allowable for operation.
  • the control device 50 calculates the refrigerant temperature c at which water freezes from the inlet water temperature (S4 ′), similarly to (S4).
  • the control device 50 determines whether the refrigerant temperature detected by the first temperature sensor 27 (hereinafter referred to as inlet refrigerant temperature) is larger than the value obtained by adding e to c (inlet refrigerant temperature). > C + e ° C.) (S5 ′). If (S5 ′) is satisfied, the bypass solenoid valve 140 is opened, and the hot water supply throttle means 119 is fully opened (S8). This allows the refrigerant to flow into the bypass pipe 141 in addition to the refrigerant-heat medium heat exchanger 41, thereby limiting the amount of refrigerant flowing into the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 and limiting heat collection from water. Because. Thus, heat is collected from the water to improve the defrosting capability, and the water deprived of heat by the refrigerant is prevented from freezing, and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 is protected.
  • the control device 50 is concerned about water freezing. 140 is opened and the hot water supply throttle means 119 is fully closed (S7). This is to stop heat collection from the water by using the bypass passage 141 as the coolant channel and preventing the coolant from flowing into the coolant-heat medium heat exchanger 41. As a result, the water deprived of heat by the refrigerant is prevented from freezing, and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 is protected.
  • the opening and closing of the bypass solenoid valve 140 and the hot water supply throttle means 119 is controlled based on the refrigerant temperature and the water temperature.
  • the temperature of water as the heat medium is thereby kept higher than the freezing temperature, and the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 is protected from damage due to freezing of the water, and heat is collected from the water, thereby improving the defrosting ability. Can do.
  • the defrosting operation time can be shortened.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the water freezing temperature and the water flow velocity in the air conditioning and hot water supply complex system according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram of the air conditioning and hot water supply complex system according to Embodiment 2 of the present invention. It is an enlarged view of hot water supply load circuit 2 and hot water supply device C in the refrigerant circuit configuration.
  • the portions other than the hot water supply load circuit 2 and the hot water supply apparatus C of the air conditioning and hot water supply complex system according to the second embodiment are the same as those of the air conditioning and hot water supply complex system 100 according to the first embodiment. Therefore, the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and the same parts as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the freezing of water which is a heat medium, depends on the speed of water circulating in the heat medium pipe 202 (hereinafter referred to as the water flow speed) in addition to the water temperature and the refrigerant temperature.
  • the water flow speed the speed of water circulating in the heat medium pipe 202
  • the water flow rate detection sensor 30 is installed between the refrigerant-heat medium heat exchanger 41 and the circulation pump 21 on the heat medium inlet side of the refrigerant-heat medium heat exchanger 41.
  • the water flow rate detection sensor 30 detects the speed of water flowing into the refrigerant-heat medium heat exchanger 41.
  • the control device 50 calculates the refrigerant temperature c at which water freezes from the inlet water temperature and the water flow velocity.
  • a data table showing the relationship between the refrigerant temperature, the water temperature, and the water freezing depending on the water flow rate as shown in FIG. 5 may be stored in the storage device and referred to. Others are the same as those of the first embodiment, and are omitted.
  • the refrigerant temperature c at which water freezes can be calculated more accurately than in the first embodiment. Therefore, the defrosting operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100 can be performed more efficiently.
  • FIG. FIG. 7 is an enlarged view of hot water supply load circuit 2 and hot water supply device C in the refrigerant circuit configuration of the air conditioning and hot water supply complex system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the portions other than the hot water supply load circuit 2 and the hot water supply apparatus C of the air conditioning and hot water supply complex system according to the third embodiment are the same as those of the air conditioning and hot water supply complex system 100 according to the first and second embodiments. Therefore, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments, and the same parts as those of the first and second embodiments will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Yes.
  • the circulation pump 21a is configured as a type that can be variably controlled by an inverter. That is, the circulation pump 21 according to the third embodiment can change the speed of the water circulating in the heat medium pipe 202 by changing the output. Therefore, during the defrosting operation in the air conditioning and hot water supply complex system 100, the time during which water can be collected can be increased by temporarily increasing the water flow rate using the circulation pump 21a. Therefore, the defrosting operation of the air conditioning and hot water supply complex system 100 can be performed more efficiently.

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Abstract

　制御装置５０は、霜取運転において、第１温度センサー２７で検出した冷媒の温度と、第２温度センサー２８で検出した熱媒体の温度と、に基づいて、バイパス電磁弁１４０と給湯用絞り手段１１９とを制御するものである。

Description

空調給湯複合システム
　本発明は、ヒートポンプサイクルを搭載し、冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムに関するものである。
　従来から、一元の冷凍サイクルによって冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に提供することができる空調給湯複合システムが存在する。そのようなものとして、「１台の圧縮機を備え、該圧縮機と、室外熱交換器、室内熱交換器、蓄冷熱槽および給湯熱交換器とを接続した冷媒回路により、冷暖房・給湯・蓄熱・蓄冷の単独運転およびそれらの複合運転を可能とする冷凍サイクルを構成してなる多機能ヒートポンプシステム」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、そのようなシステムにおいて給湯熱交換器に接続している冷媒配管の出入口間に、給湯熱交換器と並列にバイパス電磁弁を設置したバイパス管を設け、バイパス電磁弁の開閉でバイパス管に給湯用冷媒を流入させることで、給湯熱交換器への給湯用冷媒の流入量を制御し、室外熱交換器の表面温度が霜取運転を行なうように設定してある温度以下のとき、バイパス電磁弁を開状態にし、バイパス管に給湯用冷媒を流入させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１－２７０９２０号公報（たとえば、第３頁－第４頁、図１参照） ＷＯ０９／１２２４７７（たとえば、第１４頁－第１５頁、図５参照）
　特許文献２に記載の空調給湯複合システムは、霜取運転中に給湯熱交換器に並列して接続されたバイパス電磁弁を開として冷媒をバイパスさせ、給湯熱交換器に冷媒を流入させないようにしている。そのため、利用側熱交換器の半数以上が給湯熱交換器で構成されているようなシステムにおいては霜取運転中に室外熱交換器で凝縮した冷媒を蒸発するために熱交換できるところが半数以下の室内熱交換器と給湯熱交換器に並列したバイパス回路の冷媒配管しかない。その結果、蒸発能力が確保できず霜取運転に時間がかかってしまうという課題があった。
　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、霜取運転時間を短縮することができる空調給湯複合システムを提供することを目的としている。
　本発明に係る空調給湯複合システムは、圧縮機、室外熱交換器、空調用絞り手段、及び、室内熱交換器が直列に配管接続され、かつ、前記圧縮機、前記室外熱交換器、給湯用絞り手段、及び、冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒側流路が直列に配管接続され、かつ、前記冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒側流路及び前記給湯用絞り手段と、バイパス電磁弁とを有し、前記冷媒－熱媒体熱交換器をバイパスするバイパス経路とが並列に配管接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、循環用ポンプ、前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体流路、及び、貯湯タンクが直列に配管接続され、熱媒体を循環させる給湯負荷回路と、を備え、前記冷凍サイクルと前記給湯負荷回路とは、前記冷媒－冷媒熱交換器で、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、前記空調用絞り手段、前記給湯用絞り手段、及び、前記バイパス電磁弁を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、霜取運転において、前記冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒入口側の冷媒の温度と、前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体入口側の熱媒体の温度と、に基づいて、前記バイパス電磁弁と前記給湯用絞り手段とを制御するものである。
　本発明に係る空調給湯複合システムによれば、霜取運転において、冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒入口側の冷媒の温度と、冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体入口側の熱媒体の温度と、に基づいて、バイパス電磁弁と給湯用絞り手段とを制御するので、霜取運転時間を短縮することができる。
本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成を概略的に示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムにおける冷媒温度と水温による水の凍結の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムにおける霜取運転中の給湯用絞り手段とバイパス電磁弁との制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システムにおける水の凍結温度と水流速との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成を概略的に示す回路図である。図１に基づいて、空調給湯複合システム１００の冷媒回路構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
　この空調給湯複合システム１００は、ビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで冷房負荷、暖房負荷及び給湯負荷を同時に供給できるものである。空調給湯複合システム１００は、冷凍サイクル１と、給湯負荷回路２とで構成されている。そして、冷凍サイクル１と給湯負荷回路２とは冷媒－熱媒体熱交換器４１で互いの冷媒や熱媒体（たとえば、水やブライン等）が混ざることなく熱交換を行なうように構成されている。
　なお、本実施の形態１乃至３では、熱媒体は水とする。
　空調給湯複合システム１００には、空調給湯複合システム１００の動作を統括制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０は、圧縮機１０１の駆動周波数、図示省略の送風機の回転数、四方弁１０２の切り替え、各絞り手段の開度、循環用ポンプ２１の駆動周波数、弁手段１０９ａ及び弁手段１０９ｂの開閉等を制御する。つまり、制御装置５０は、マイコン等で構成されており、図示省略の各種検出装置での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、各アクチュエーター（空調給湯複合システム１００を構成している駆動部品）を制御し、空調給湯複合システム１００の運転を実行する。
　また、各種情報を記憶する図示省略の記憶装置も設けられている。記憶装置は、メモリ等で構成されており、後述する設定水温（設定熱媒体温度）、第一温度ａ～第五温度ｅの各情報、凍結温度のデータテーブル等が予め記憶されている。
｛冷凍サイクル１の構成｝
　冷凍サイクル１は、熱源機Ａと、室内機Ｂ（複数台でもよい）と、複数台の給湯装置Ｃ、中継機Ｄと、を備えている。このうち、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃは、熱源機Ａに対して並列となるように接続されている。そして、熱源機Ａと、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃとの、間に設置される中継機Ｄで冷媒の流れを切り換えることで、室内機Ｂを暖房室内機又は冷房室内機として機能させるようになっている。
［熱源機Ａ］
　熱源機Ａには、圧縮機１０１と、流路切替手段である四方弁１０２と、室外熱交換器１０３と、アキュムレーター１０４とが直列に接続されて搭載されている。この熱源機Ａは、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃに熱源（冷熱又は温熱）を供給する機能を有している。なお、図示はしていないが、室外熱交換器１０３の近傍に、この室外熱交換器１０３に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。
　また、熱源機Ａでは、室外熱交換器１０３と中継機Ｄとの間における高圧側接続配管１０６に所定の方向（熱源機Ａから中継機Ｄへの方向）のみに冷媒の流れを許容する逆止弁１０５ａが、四方弁１０２と中継機Ｄとの間における低圧側接続配管１０７に所定の方向（中継機Ｄから熱源機Ａへの方向）のみに冷媒の流れを許容する逆止弁１０５ｂが、それぞれ設けられている。そして、高圧側接続配管１０６と低圧側接続配管１０７とは、逆止弁１０５ａの上流側と逆止弁１０５ｂの上流側を接続する第１接続配管１３０と、逆止弁１０５ａの下流側と逆止弁１０５ｂの下流側を接続する第２接続配管１３１とで接続されている。
　第１接続配管１３０には、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｄが設けられている。第２接続配管１３１にも、低圧側接続配管１０７から高圧側接続配管１０６の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁１０５ｃが設けられている。なお、図１では、霜取運転時における冷媒の流れを示しているため、逆止弁１０５ａ及び逆止弁１０５ｂに冷媒が流れる状態（白抜きで示している）、逆止弁１０５ｂ及び逆止弁１０５ｃに冷媒が流れない状態（黒塗りで示している）となっている。
　圧縮機１０１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。四方弁１０２は、冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器１０３は、蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター１０４は、圧縮機１０１の吸入側に配置され、過剰な冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレーター１０４は、過剰な冷媒を貯留できる容器であればよい。
［室内機Ｂ］
　室内機Ｂには、空調用絞り手段１１７と、室内熱交換器１１８とが、直列に接続されて搭載されている。室内機Ｂは、熱源機Ａからの冷熱の供給を受けて冷房負荷を担当したり、熱源機Ａからの温熱の供給を受けて暖房負荷を担当したりする機能を有している。なお、室内熱交換器１１８の近傍に、この室内熱交換器１１８に空気を供給するためのファン等の送風機を設けるとよい。また、図１では、２台の空調用絞り手段１１７と、２台の室内熱交換器１１８とが、それぞれ並列に搭載されている場合を例に示している。さらに、便宜的に、中継機Ｄから室内熱交換器１１８に接続している接続配管を接続配管１３３と、中継機Ｄから空調用絞り手段１１７に接続している接続配管を接続配管１３４と称する。
　空調用絞り手段１１７は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この空調用絞り手段１１７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。室内熱交換器１１８は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。
［給湯装置Ｃ］
　給湯装置Ｃには、冷媒－熱媒体熱交換器４１、冷媒－熱媒体熱交換器４１の冷媒流路側に設置された給湯用絞り手段１１９、及び、冷媒－熱媒体熱交換器４１と並列に配管接続されたバイパス経路上に設置されたバイパス電磁弁１４０が搭載されている。給湯装置Ｃは、冷凍サイクル１の構成の一部と、後述する給湯負荷回路２の構成の一部とが収容され、熱源機Ａからの冷熱又は温熱を冷媒－熱媒体熱交換器４１を介して給湯負荷回路２に供給する機能を有している。冷凍サイクル１と給湯負荷回路２とは、冷媒－熱媒体熱交換器４１でカスケード接続されている。なお、給湯装置Ｃは、冷媒の流れによって冷水器としても機能する。また、便宜的に、中継機Ｄから冷媒－熱媒体熱交換器４１に接続している接続配管を接続配管１３５と、中継機Ｄから給湯用絞り手段１１９に接続している接続配管を接続配管１３６と称する。また、バイパス電磁弁１４０を介して接続配管１３５と接続配管１３６とを接続し、バイパス経路を形成している接続配管をバイパス配管１４１と称する。
　給湯用絞り手段１１９は、空調用絞り手段１１７と同様に、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この給湯用絞り手段１１９は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。冷媒－熱媒体熱交換器４１は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、冷凍サイクル１の冷凍サイクルを循環する冷媒と、給湯負荷回路２を循環する熱媒体と、の間で熱交換を行なうようになっている。
　バイパス電磁弁１４０は、空調給湯複合システム１００が霜取運転中に開閉が切り替えられ、冷媒をバイパス配管１４１に流入させるかの制御をするものである。また、給湯用絞り手段１１９と共に開閉を切り替えることで、冷媒流路を冷媒－熱媒体熱交換器４１とバイパス配管１４１で切り替える。さらには、冷媒が冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する量を制御するためにも用いられる。
　給湯装置Ｃには、２つの温度センサーが設けられている。第１温度センサー２７は、冷媒－熱媒体熱交換器４１の冷媒入口側である、冷媒－熱媒体熱交換器４１と第２分配部１１０との間に設置され、主に冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する冷媒の温度を検出するものである。第２温度センサー２８は、冷媒－熱媒体熱交換器４１の熱媒体入口側である、後述する循環用ポンプ２１と冷媒－熱媒体熱交換器４１との間に設置され、冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する熱媒体の温度を検出するものである。
　これらの温度センサーで検出された情報（温度情報）は、空調給湯複合システム１００の動作を統括制御する制御装置５０に送られ、空調給湯複合システム１００を構成している各アクチュエーターの制御に利用されることになる。
［中継機Ｄ］
　中継機Ｄは、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃのそれぞれと、熱源機Ａとを、接続する機能を有している。また、中継機Ｄは、第１分配部１０９の弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかを択一的に開閉することにより、室内機Ｂを暖房室内機又は冷房室内機として機能させ、給湯装置Ｃを冷水器または給湯機とするかを決定する。この中継機Ｄには、気液分離器１０８と、第１分配部１０９と、第２分配部１１０と、第１内部熱交換器１１１と、第１中継機用絞り手段１１２と、第２内部熱交換器１１３と、第２中継機用絞り手段１１４とが、搭載されている。
　第１分配部１０９では、接続配管１３３及び接続配管１３５が２つに分岐されており、一方が低圧側接続配管１０７に接続し、他方が気液分離器１０８に接続している接続配管（接続配管１３２と称する）に接続するようになっている。また、低圧側接続配管１０７に接続されている接続配管１３３及び接続配管１３５には、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段１０９ｂが設置されている。接続配管１３２に接続されている接続配管１３３及び接続配管１３５にも、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする弁手段１０９ａが設置されている。
　第２分配部１１０では、接続配管１３４及び接続配管１３６が２つに分岐されており、一方が第１会合部１１５で接続され、他方が第２会合部１１６で接続されるようになっている。また、第１会合部１１５で接続される接続配管１３４及び接続配管１３６には、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ａが設置されている。第２会合部１１６で接続される接続配管１３４及び接続配管１３６にも、冷媒の流通を一方のみに許容する逆止弁１１０ｂが設置されている。なお、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂの代わりに電磁弁のような弁手段を用いて、より確実に流路の切り替えを行なうようにしてもよい。
　第１会合部１１５は、第２分配部１１０を、第１中継機用絞り手段１１２及び第１内部熱交換器１１１を介して気液分離器１０８に接続している。第２会合部１１６は、第２分配部１１０を、第２内部熱交換器１１３を介して第２会合部１１５に接続している。また、第２会合部１１６は、第２分配部１１０と第２内部熱交換器１１３との間で分岐されている（以下、分岐配管１１６ａと称する）。この分岐配管１１６ａは、第２中継機用絞り手段１１４、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１を介して低圧側接続配管１０７に接続されている。
　気液分離器１０８は、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する機能を有している。気液分離器１０８は、高圧側接続配管１０６に設けられ、一方が第１分配部１０９の弁手段１０９ａに接続され、他方が第１会合部１１５を経て第２分配部１１０に接続されている。第１分配部１０９は、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃの要求負荷に応じて弁手段１０９ａ又は弁手段１０９ｂの何れかが択一的に開閉される機能を有している。第２分配部１１０は、逆止弁１１０ａ及び逆止弁１１０ｂによって、冷媒の流れをいずれか一方に許容する機能を有している。
　第１内部熱交換器１１１は、気液分離器１０８と第１中継機用絞り手段１１２との間における第１会合部１１５を導通している冷媒と、第２内部熱交換器１１３の下流側における分岐配管１１６ａを導通している冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第１中継機用絞り手段１１２は、第１内部熱交換器１１１と第２分配部１１０との間における第１会合部１１５に設けられており、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１中継機用絞り手段１１２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
　第２内部熱交換器１１３は、第２会合部１１６を導通している冷媒と、第２中継機用絞り手段１１４の下流側における分岐配管１１６ａを導通している冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。第２中継機用絞り手段１１４は、第２内部熱交換器１１３と第２分配部１１０との間における第２会合部１１６に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２中継機用絞り手段１１４は、第１中継機用絞り手段１１２と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
　以上のように、冷凍サイクル１は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１１８、空調用絞り手段１１７及び室外熱交換器１０３が直列に接続されるとともに、圧縮機１０１、四方弁１０２、冷媒－熱媒体熱交換器４１、給湯用絞り手段１１９及び室外熱交換器１０３が直列に接続されている。そして、冷凍サイクル１は、中継機Ｄを介して室内熱交換器１１８と冷媒－熱媒体熱交換器４１とが並列に接続されるように構成されている。
　なお、圧縮機１０１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して構成することができる。この圧縮機１０１は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、冷凍サイクル１を循環する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素（ＣＯ２　）や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
　また、冷凍サイクル１において余剰冷媒を受液器（アキュムレーター１０４）によって貯蔵する場合を示したが、これに限るものではなく、冷凍サイクルにおいて放熱器となる熱交換器にて貯蔵するようにすれば、アキュムレーター１０４を取り除いてもよい。さらに、図１では、室内機Ｂが４台以上接続されている場合を例に示しているが、接続台数を特に限定するものではない。そして、冷凍サイクル１を構成している各室内機Ｂの容量は、全部を同一としてもよく、大から小まで異なるようにしてもよい。
｛冷凍サイクル１の動作｝
　暖房運転時において、外気温度が低下して、室外熱交換器１０３の温度が０℃以下になるような場合、室外熱交換器１０３に霜が付着してくる。霜が多量に付着すると暖房能力が低下してくるため、霜を溶かすため霜取運転を行う必要がある。
　そこで、冷房運転と同様の回路動作で行う霜取運転を実行している際の冷凍サイクル１の動作を説明する。
　室内機Ｂに流入した冷媒は、空調用絞り手段１１７で減圧され、低温・低圧にされた低圧ガス状態となり、室内熱交換器１１８で蓄熱し、接続配管１３３を流れ、第１分配部１０９の弁手段１０９ｂを経由して低圧側接続配管１０７で合流する。
　また、給湯装置Ｃに流入した冷媒は、給湯用絞り手段１１９で減圧され、低温・低圧にされ、冷媒－熱媒体熱交換器４１で蓄熱し（つまり、給湯負荷回路２から熱を奪い）、室内機Ｂから流出した冷媒と低圧側接続配管１０７で合流する。
　合流した後、逆止弁１０５ｂを導通し、四方弁１０２を経由し、アキュムレーター１０４を経て圧縮機１０１に流れる。そして、圧縮機１０１で高温・高圧にされた高圧ガス状態の冷媒は、室外熱交換器１０３に導かれ、そこで放熱し、室外熱交換器１０３に付着した霜を溶かす。その後、逆止弁１０５ａを導通し、高圧側接続配管１０６に導かれ、中継機Ｄの気液分離器１０８へ流入する。
　気液分離器１０８に流入した冷媒は、第１会合部１１５を流れ、第１内部熱交換器１１１で第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。この冷媒は、第１中継機用絞り手段１１２を通過して、室内機Ｂ及び給湯装置Ｃから流出してきた冷媒と第１会合部１１５で合流し、第２内部熱交換器１１３に流入する。第２内部熱交換器１１３に流入した冷媒は、第２内部熱交換器１１３で、第２中継機用絞り手段１１４にて低温・低圧に膨張した冷媒と熱交換を行なうことにより過冷却度を得る。そして、この冷媒は、第２中継機用絞り手段１１４側に流れる。そして、第２分配部１１０側に冷媒が分配され、室内機Ｂへ戻る。
　第２中継機用絞り手段１１４を導通した冷媒は、分岐配管１１６ａを通り、第２内部熱交換器１１３及び第１内部熱交換器１１１で熱交換を行なって蒸発する。その後、この冷媒は、低圧側接続配管１０７に導かれ、逆止弁１０５ｂを通って、四方弁１０２、アキュムレーター１０４を経て圧縮機１０１へ向かう。
｛給湯負荷回路２の構成｝
　給湯負荷回路２は、循環用ポンプ２１と、冷媒－熱媒体熱交換器４１の熱媒体流路側と、貯湯タンク２９と、熱媒体配管２０２で接続されて構成されている。つまり、給湯負荷回路２は、循環用ポンプ２１、冷媒－熱媒体熱交換器４１の熱媒体流路側、及び、貯湯タンク２９が熱媒体配管２０２で直列に接続されて熱媒体回路を形成するように構成されている。
　熱媒体配管２０２を循環させる熱媒体の種類を特に限定するものではなく、たとえば冷媒（冷凍サイクル１を循環している冷媒と同一種の冷媒又は多種の冷媒）、ブライン（不凍液）や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。また、熱媒体配管２０２は、たとえば銅管、ステンレス管、鋼管、塩化ビニル系配管などで構成するとよい。
　循環用ポンプ２１は、貯湯タンク２９に蓄えられている熱媒体を吸入し、その熱媒体を加圧し、熱媒体配管２０２内を循環させるものである。この循環用ポンプ２１は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。また、循環用ポンプ２１は、熱媒体を送り出すものであればよく、特にタイプを限定するものではない。
　冷媒－熱媒体熱交換器４１は、上述したように、給湯負荷回路２を循環する熱媒体と、冷凍サイクル１を循環する冷媒との、間で熱交換を行なうものである。
　貯湯タンク２９は、冷媒－熱媒体熱交換器４１で加熱された熱媒体を貯えておくものである。
｛給湯負荷回路２の動作｝
　まず、貯湯タンク２９に蓄えられている比較的低温な熱媒体は、循環用ポンプ２１によって貯湯タンク２９の底部から引き出されるとともに加圧される。循環用ポンプ２１で加圧された熱媒体は、冷媒－熱媒体熱交換器４１の熱媒体流路側に流入する。この冷媒－熱媒体熱交換器４１では、冷凍サイクル１を循環している冷媒によって、給湯負荷回路２を循環している熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、貯湯タンク２９の比較的高温な上部へ戻り、この貯湯タンク２９に蓄えられることになる。
　以上のように、空調給湯複合システム１００では、たとえば夏季の空調冷房運転中に給湯需要があった場合、従来はボイラーなどによって提供する必要があったが、従来大気中に排出していた温熱を回収し、再利用して給湯を行なうので、システムＣＯＰが大幅に向上し、省エネとなる。
　図２は、本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムにおける冷媒温度と水温による水の凍結の関係を示す図である。
　図２に示すように、熱媒体である水の凍結は水温だけによらず、冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する冷媒温度にも依存している。例えば、水温が２０℃であっても熱交換する冷媒の温度が－２５℃であれば水が凍結する可能性がある。
　そのため、空調給湯複合システム１００の霜取運転中において、水を凍結させないためには、水温を図２に示す水の凍結温度より高く保つことが必要である。
　図３は、本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムにおける霜取運転中の給湯用絞り手段とバイパス電磁弁との制御フローを示す図、図４は、本発明の実施の形態１に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。
　以下、図３に沿って本実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００における霜取運転中の給湯用絞り手段とバイパス電磁弁との制御について説明する。
　まず、空調給湯複合システム１００において霜取運転が開始されると、制御装置５０は第２温度センサー２８で検出した水温（以下、入口水温と称する）が第一温度ａより大きいか（入口水温＞ａ℃）の判定を行う（Ｓ１）。このときａは水からの採熱を行う基準となる温度である。
　（Ｓ１）を満たしていた場合、制御装置５０は設定水温から入口水温を引いた値が第二温度ｂより小さいか（設定水温－入口水温＜ｂ℃）の判定を行う（Ｓ３）。このときｂは設定水温に対する尤度であり、例えば５℃に設定するとよい。この判定は霜取運転中の採熱により、水温が下がり過ぎないようにするために行う。
　（Ｓ３）を満たしていた場合、制御装置５０は入口水温から、水が凍結する冷媒温度である第三温度ｃを算出する（Ｓ４）。このときｃの算出には、図２のような冷媒温度と水温による水の凍結の関係を示すデータテーブルを記憶装置に記憶させておき、それを参照するとよい。または、熱収支の計算により算出してもよい。
　ｃの算出が完了したら、制御装置５０は第１温度センサー２７で検出した冷媒温度（以下、入口冷媒温度と称する）がｃに第五温度ｅを加えたものより大きいか（入口冷媒温度＞ｃ＋ｅ℃）の判定を行う（Ｓ５）。このときｅは水の凍結に対する余裕しろであり、例えば３℃に設定するとよい。
　（Ｓ５）を満たしていた場合、制御装置５０はバイパス電磁弁１４０を閉とし、給湯用絞り手段１１９を全開とする。これは冷媒流路を冷媒－熱媒体熱交換器４１とし、冷媒－熱媒体熱交換器４１に冷媒を流入させることで水からの採熱を行うためである（Ｓ６）。それによって霜取能力を向上させることができる。
　一方、（Ｓ１）を満たしていなかった場合、制御装置５０は入口水温が第四温度ｄより大きいか（入口水温＞ｄ℃）の判定を行う（Ｓ２）。このときｄは例えば運転許容可能な下限の水温に設定するとよい。
　（Ｓ２）を満たしていた場合、あるいは（Ｓ３）を満たしていなかった場合、（Ｓ４）と同様に、制御装置５０は入口水温から、水が凍結する冷媒温度ｃを算出する（Ｓ４’）。
　ｃの算出が完了したら、（Ｓ５）と同様に、制御装置５０は第１温度センサー２７で検出した冷媒温度（以下、入口冷媒温度）がｃにｅを加えたものより大きいか（入口冷媒温度＞ｃ＋ｅ℃）の判定を行う（Ｓ５’）。
　（Ｓ５’）を満たしていた場合、バイパス電磁弁１４０を開とし、給湯用絞り手段１１９を全開とする（Ｓ８）。これは冷媒－熱媒体熱交換器４１に加えバイパス配管１４１にも冷媒を流入させることにより、冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する冷媒の量を制限し、水からの採熱を制限するためである。それによって水からの採熱をして霜取能力を向上させつつ、冷媒に熱を奪われた水が凍結するのを防ぎ、冷媒－熱媒体熱交換器４１の保護を行う。
　一方、（Ｓ２）を満たしていなかった場合、（Ｓ５）を満たしていなかった場合、あるいは（Ｓ５’）を満たしていなかった場合、制御装置５０は水の凍結が懸念されるため、バイパス電磁弁１４０を開とし、給湯用絞り手段１１９を全閉とする（Ｓ７）。これは冷媒流路をバイパス配管１４１とし、冷媒－熱媒体熱交換器４１に冷媒を流入させないようにすることで水からの採熱を止めるためである。それによって冷媒に熱を奪われた水が凍結するのを防ぎ、冷媒－熱媒体熱交換器４１の保護を行う。
　これら一連の判定および動作を、例えば1分毎に繰り返し行い、霜取運転が終了したところで制御終了とし、通常制御へ移行する。
　以上のように、空調給湯複合システム１００における霜取運転中において、冷媒の温度と水の温度とに基づいて、バイパス電磁弁１４０と給湯用絞り手段１１９との開閉を制御する。それによって熱媒体である水の温度を凍結温度より高く保って冷媒－熱媒体熱交換器４１を水の凍結による破損から保護しつつ、水から採熱することにより、霜取能力を向上させることができる。その結果、霜取運転時間を短縮することができる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システムにおける水の凍結温度と水流速との関係を示す図、図６は、本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。
　なお、本実施の形態２に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路２と給湯装置Ｃ以外の部分については、本実施の形態１に係る空調給湯複合システム１００と同様である。そこで、本実施の形態２では本実施の形態１との相違点を中心に説明し、本実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
　図５に示すように、熱媒体である水の凍結は水温と冷媒温度に加え、熱媒体配管２０２内を循環する水の速度（以下、水流速と称する）にも依存している。図５から分かるように、水流速は遅いほど凍結しやすく、速いほど凍結しにくい。
　そこで、図６に示すように水流速検出センサー３０を冷媒－熱媒体熱交換器４１の熱媒体入口側である、冷媒－熱媒体熱交換器４１と循環用ポンプ２１との間に設置する。水流速検出センサー３０は、冷媒－熱媒体熱交換器４１に流入する水の速度を検出するものである。
　以下、図３に沿って本実施の形態２に係る空調給湯複合システム１００における霜取運転中の給湯用絞り手段とバイパス電磁弁との制御について説明する。
　（Ｓ４）及び（Ｓ４’）において、制御装置５０は入口水温と水流速とから、水が凍結する冷媒温度ｃを算出する。このときｃの算出には、図５のような冷媒温度と水温と水流速による水の凍結の関係を示すデータテーブルを記憶装置に記憶させておき、それを参照するとよい。その他、本実施の形態１と同様のため、省略する。
　以上のように、水が凍結する冷媒温度ｃを算出するにあたり、水温に加え水流速も用いるため、本実施の形態１に比べ、より正確な水が凍結する冷媒温度ｃを算出できる。
　したがって、より効率的に空調給湯複合システム１００の霜取運転を行うことができる。
実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態２に係る空調給湯複合システムの冷媒回路構成における給湯負荷回路２と給湯装置Ｃとの拡大図である。
　なお、本実施の形態３に係る空調給湯複合システムの給湯負荷回路２と給湯装置Ｃ以外の部分については、本実施の形態１及び２に係る空調給湯複合システム１００と同様である。そこで、本実施の形態３では本実施の形態１及び２との相違点を中心に説明し、本実施の形態１及び２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとしている。
　循環用ポンプ２１ａは、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成しているものとする。つまり、本実施の形態３にかかる循環用ポンプ２１は、出力変化させることにより、熱媒体配管２０２内を循環する水の速度を変化させることができる。
　そのため、空調給湯複合システム１００における霜取運転中において、一時的に循環用ポンプ２１ａで水流速を速くすることによって水採熱できる時間を増やすことができる。
　したがって、より効率的に空調給湯複合システム１００の霜取運転を行うことができる。
　１　冷凍サイクル、２　給湯負荷回路、２１　循環用ポンプ、２１ａ　循環用ポンプ、２７　第１温度センサー、２８　第２温度センサー、２９　貯湯タンク、３０　水流速検出センサー、４１　冷媒－熱媒体熱交換器、５０　制御装置、１００　空調給湯複合システム、１０１　圧縮機、１０２　四方弁、１０３　室外熱交換器、１０４　アキュムレーター、１０５ａ　逆止弁、１０５ｂ　逆止弁、１０５ｃ　逆止弁、１０５ｄ　逆止弁、１０６　高圧側接続配管、１０７　低圧側接続配管、１０８　気液分離器、１０９　第１分配部、１０９ａ　弁手段、１０９ｂ　弁手段、１１０　第２分配部、１１０ａ　逆止弁、１１０ｂ　逆止弁、１１１　第１内部熱交換器、１１２　第１中継機用絞り手段、１１３　第２内部熱交換器、１１４　第２中継機用絞り手段、１１５　第１会合部、１１６　第２会合部、１１６ａ　分岐配管、１１７　空調用絞り手段、１１８　室内熱交換器、１１９　給湯用絞り手段、１３０　第１接続配管、１３１　第２接続配管、１３２　接続配管、１３３　接続配管、１３４　接続配管、１３５　接続配管、１３６　接続配管、１４０　バイパス電磁弁、１４１　バイパス配管、２０２　熱媒体配管、Ａ　熱源機、Ｂ　室内機、Ｃ　給湯装置、Ｄ　中継機。

Claims (13)

  1. 　圧縮機、室外熱交換器、空調用絞り手段、及び、室内熱交換器が直列に配管接続され、かつ、前記圧縮機、前記室外熱交換器、給湯用絞り手段、及び、冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒側流路が直列に配管接続され、かつ、前記冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒側流路及び前記給湯用絞り手段と、バイパス電磁弁とを有し、前記冷媒－熱媒体熱交換器をバイパスするバイパス経路とが並列に配管接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
    　循環用ポンプ、前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体流路、及び、貯湯タンクが直列に配管接続され、熱媒体を循環させる給湯負荷回路と、を備え、
    　前記冷凍サイクルと前記給湯負荷回路とは、前記冷媒－冷媒熱交換器で、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換を行なうようにカスケード接続されており、
    　前記空調用絞り手段、前記給湯用絞り手段、及び、前記バイパス電磁弁を制御する制御装置を備え、
    　前記制御装置は、
    　霜取運転において、前記冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒入口側の冷媒の温度と、前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体入口側の熱媒体の温度と、に基づいて、前記バイパス電磁弁と前記給湯用絞り手段とを制御する
    　ことを特徴とする空調給湯複合システム。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より高く、かつ、設定熱媒体温度から前記熱媒体の温度を引いた値が第二温度より低い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記第三温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより高い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を閉とし、前記給湯用絞り手段を開とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より低く、かつ、第四温度より高い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記第三温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより高い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段も開とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より高く、かつ、設定熱媒体温度から前記熱媒体の温度を引いた値が第二温度より高い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記第三温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより高い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段も開とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  5. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より低く、かつ、第四温度より低い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段を閉とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より低く、かつ、第四温度より高い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記第三温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより低い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段を閉とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  7. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より高く、かつ、設定熱媒体温度から前記熱媒体の温度を引いた値が第二温度より高い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記第三温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより低い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段を閉とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  8. 　前記制御装置は、
    　前記熱媒体の温度が第一温度より高く、かつ、設定熱媒体温度から前記熱媒体の温度を引いた値が第二温度より低い場合に、
    　前記熱媒体が凍結する冷媒の温度である第三温度を算出し、
    　前記冷媒の温度が、前記温度に水の凍結に対する余裕しろを加えたものより低い場合に、
    　前記バイパス電磁弁を開とし、前記給湯用絞り手段を閉とする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
  9. 　前記制御装置は、
    　霜取運転において、前記バイパス電磁弁と前記給湯用絞り手段との制御を所定時間毎に繰り返し行う
    　ことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
  10. 　前記冷媒－熱媒体熱交換器の冷媒入口側には前記冷媒の温度を検出する第１温度センサーが設けられており、
    　前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体入口側には前記熱媒体の温度を検出する第２温度センサーが設けられている
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
  11. 　前記給湯負荷回路上に、熱媒体の流速を検出する流速検出センサーを設け、
    　前記制御装置は、
    　霜取運転において、前記冷媒の温度と、前記熱媒体の温度と、前記流速検出センサーで検出した熱媒体の流速と、に基づいて、前記バイパス電磁弁と前記給湯用絞り手段とを制御する
    　ことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の空調給湯複合システム。
  12. 　前記流速検出センサーは、前記冷媒－熱媒体熱交換器の熱媒体入口側に設けられている
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の空調給湯複合システム。
  13. 　前記循環用ポンプは、
    　前記給湯負荷回路を循環している熱媒体の流速を変化させる
    　ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の空調給湯複合システム。
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