空調供熱水複合系統的製作方法

2023-04-26 01:34:41

專利名稱：空調供熱水複合系統的製作方法
空調供熱水複合系統
本發明涉及搭載熱泵循環、能同時提供空調負荷及供熱水負荷的空調供熱水複合系統。
背景技術：
以往，存在這樣的空調供熱水複合系統，該空調供熱水複合系統通過在具有壓縮機、製冷制熱切換閥、室外熱交換器、節流裝置、多個室內熱交換器及儲液器的空調製冷劑系統的冷凝器的一部分上階梯式(cascade)連接具有壓縮機、水熱交換器、節流裝置及製冷劑一製冷劑熱交換器的供熱水製冷劑系統而能同時提供製冷負荷、制熱負荷及供熱水負荷。在這樣的空調供熱水複合系統中，提出將空調製冷劑系統的排熱供給到供熱水製冷劑系統來進行高效率的運轉的方案(例如，參照專利文獻I及專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻專利文獻I:日本特開2004 - 132647號公報(第I頁、圖I等)專利文獻2:日本特願平I — 91364號公報(第I頁、圖2等)

發明內容
發明要解決的課題在專利文獻I記載的空調供熱水複合系統的運轉方法中，在製冷負荷較高、且供熱水負荷較小的情況下，在對冷凝溫度控制進行與制熱空調同樣的控制時，會導致熱源單元(室外機)側的壓縮機輸會過大。於是，系統輸入變大，因此，可能發生不能實現高效率的運轉的現象，存在系統COP (製冷係數)變差的情況。該情況在未使用供熱水設備的空調用製冷劑系統中也冋樣存在。作為冷暖切換機型中的制熱能力降低方法，有降低在製冷劑迴路中流動的製冷劑循環量的方法(降低節流裝置的開度的方法)和使製冷劑冷凝溫度降低、縮小室內吸入溫度和製冷劑冷凝溫度的差的方法。在上述制熱能力降低方法中，越為低負荷，前者方法越能使壓縮機運轉頻率降低，後者方法由於高壓降低而能使室外機輸入降低。但是，在冷暖自由機型中，在製冷負荷較高的情況下，認為前者方法情況下的製冷能力會降低，系統COP變差。另外，在後者方法的情況下，與專利文獻I記載的空調供熱水複合系統同樣地系統COP可能變差。本發明是為了解決上述的課題而做成的，其目的在於提供在製冷循環時的製冷制熱同時運轉時，在負荷側單元進行全數製冷運轉、且供熱水負荷(制熱負荷)較小的情況下，降低空調用製冷劑系統的輸入而提高系統COP的空調供熱水複合系統。用於解決課題的方案本發明的空調供熱水複合系統具有至少I臺熱源單元，其至少搭載有熱源側壓縮機及熱源側熱交換器；多臺負荷側單元，其與所述熱源單元並列地連接，至少搭載有負荷側熱交換器；供熱水單元，其與所述熱源單元列地並連接，至少搭載有製冷劑一製冷劑熱交換器、水熱交換器及供熱水單元側壓縮機；至少I臺中繼機，其設於所述熱源單元和所述負荷側單元及所述供熱水單元之間，將由所述熱源單元生成的熱能或冷能傳遞到所述負荷側單元及所述供熱水單元，其特徵在於，在製冷運轉循環狀態下，在所述負荷側單元的制熱負荷及所述供熱水單元的供熱水負荷小於規定的基準值時，使所述熱源單元的目標冷凝溫度降低。發明效果採用本發明的空調供熱水複合系統，能降低系統輸入最佔優勢的熱源側壓縮機輸入，因此，即使供熱水單元側壓縮機輸入增加，作為系統輸入也能降低，能提高系統C0P。


圖I是表示本發明的實施方式的空調供熱水複合系統的製冷劑迴路構成的一例 的製冷劑迴路圖。圖2是表示空調用製冷劑系統側及供熱水用製冷劑系統側的製冷劑狀態的變化的P — h線圖。圖3是表示主製冷運轉時的空調供熱水複合系統所執行的控制處理的流程的一例的流程圖。圖4是表示空調用製冷劑系統側及供熱水用製冷劑系統側的製冷劑狀態的變化的P — h線圖。圖5是表示主制熱運轉時的空調供熱水複合系統所執行的控制處理的流程的一例的流程圖。
具體實施例方式以下，基於

本發明的實施方式。圖I是表示本發明的實施方式的空調供熱水複合系統A的製冷劑迴路構成的一例的製冷劑迴路圖。圖2是表示空調用製冷劑系統100側及供熱水用製冷劑系統200側的製冷劑狀態的變化的P — h線圖。基於圖I及圖2說明空調供熱水複合系統A的製冷劑迴路構成及動作。該空調供熱水複合系統A是將空調用製冷劑系統100及供熱水用製冷劑系統200的兩個冷凍循環(熱泵循環)整合為一個而成。另外，包括圖I在內，在以下的附圖中，存在各構成構件的大小的關係與實際不同的情況。本實施方式的空調供熱水複合系統A設置於大廈、公寓、旅館等，通過利用使製冷齊|J(空調用製冷劑、供熱水用製冷劑)循環的冷凍循環，能同時供給製冷負荷、制熱負荷及供熱水負荷。空調供熱水複合系統A至少具有熱源單元(室外機)10、冷暖分支單元(中繼機)20、負荷側單元(室內機)30和供熱水單元40。[空調用製冷劑系統100]{構成}空調用製冷劑系統100由熱源單元10、負荷側單元30(負荷側單元30a、負荷側單元30b)、冷暖分支單元20和供熱水單元40的一部分構成。其中，負荷側單元30、供熱水單元40經由冷暖分支單元20以與熱源單元10並列的方式與熱源單元10相連接。而且，通過設置於熱源單元10和負荷側單元30、供熱水單元40之間的冷暖分支單元20切換空調用製冷劑的流動來發揮負荷側單元30、供熱水單元40的功能。熱源單元10和冷暖分支單元20通過作為製冷劑配管的高壓主管I、作為製冷劑配管的低壓主管2相連接而聯絡。冷暖分支單元20和負荷側單元30a通過作為製冷劑配管的液體支管3a、作為製冷劑配管的氣體支管4a相連接而聯絡。冷暖分支單元20和負荷側單元30b通過作為製冷劑配管的液體支管3b、作為製冷劑配管的氣體支管4b相連接而聯絡。冷暖分支單元20和供熱水單元40通過作為製冷劑配管的液體支管3c、作為製冷劑配管的氣體支管4c相連接而聯絡。{熱源單元10}熱源單元10具有經由冷暖分支單元20對負荷側單元30、供熱水單元40供給熱能或冷能的功能。在該熱源單元10以串聯連接方式搭載有壓縮機(熱源側壓縮機)11、作為流路切換部件的四通閥12、熱源側熱交換器13a和儲液器15。另外，在熱源單元10的熱源 側熱交換器13a的附近位置設置有用於向熱源側熱交換器13a供給空氣的風扇等的送風機13b。壓縮機11吸入在低壓主管2中流動的空調用製冷劑，將該空調用製冷劑壓縮而使其成為高溫、高壓的狀態。壓縮機11能將吸入的空調用製冷劑壓縮為高壓狀態即可，並不特別限定類型。例如，能利用往復型、轉子型、渦旋型或螺杆型等各種類型來構成壓縮機11。該壓縮機11由能通過變換器改變轉速地進行控制的類型構成即可。四通閥12能根據所要求的運轉模式切換空調用製冷劑的流動。熱源側熱交換器13a在製冷循環時作為散熱器(冷凝器)發揮功能，熱源側熱交換器13a在制熱循環時作為蒸發器發揮功能，在從送風機13b供給來的空氣與空調用製冷劑之間進行熱交換，使空調用製冷劑冷凝液化或蒸發氣化。另外，在製冷循環時進行製冷制熱混合運轉的情況下，冷凝時，需要調整為使製冷劑冷凝至液體和氣體二相域的狀態。儲液器(accumulator) 15配置於壓縮機11的吸入側，用於貯存過多的空調用製冷劑。另外，儲液器15隻要是能貯存過多的空調用製冷劑的容器即可。另外，熱源單元10在熱源側熱交換器13a與冷暖分支單元20之間的高壓主管I設有僅容許空調用製冷劑向規定的方向(從熱源單元10向冷暖分支單元20的方向)流動的止回閥14a，在四通閥12與冷暖分支單元20之間的低壓主管2設有僅容許空調用製冷劑向規定的方向(從冷暖分支單元20向熱源單元10的方向)流動的止回閥14d。高壓主管I和低壓主管2通過將止回閥14a的上遊側與止回閥14d的上遊側連接起來的第I連接配管130和將止回閥14a的下遊側與止回閥14d的下遊側連接起來的第2連接配管131相連接。在第I連接配管130上設有僅容許空調用製冷劑從低壓主管2向高壓主管I的方向流通的止回閥14c。在第2連接配管131上也設有僅容許空調用製冷劑從低壓主管2向高壓主管I的方向流通的止回閥14b。{負荷側單元30}負荷側單元30具有接受來自熱源單元10的熱能或冷能的供給而負責制熱負荷或製冷負荷的功能。在負荷側單元30以串聯連接方式搭載有負荷側節流裝置32和負荷側熱交換器(室內熱交換器)31。另外，在圖I中，例示搭載兩臺負荷側單元30的狀態，但臺數並不特別限定。另外，在負荷側單元30的負荷側熱交換器31的附近設置用於向負荷側熱交換器31供給空氣的風扇等的送風機即可。負荷側節流裝置32具有作為減壓閥、膨脹閥的功能，將空調用製冷劑減壓而使其膨脹。該負荷側節流裝置32能改變開度地進行控制，由例如利用電子式膨脹閥的緻密的流量控制部件、毛細管等的便宜的製冷劑流量調節部件等構成即可。負荷側熱交換器31在制熱循環時作為散熱器(冷凝器)發揮功能，在製冷循環時作為蒸發器發揮功能，負荷側熱交換器31在從圖示省略的送風機供給的空氣和空調用製冷劑之間進行熱交換，使空調用製冷劑冷凝液化或蒸發氣化。{冷暖分支單元20}冷暖分支單元20將利用側單元(負荷側單元30、供熱水單元40)和熱源單元10相連接，具有通過擇一地開閉電磁閥24a、電磁閥24b、電磁閥24c來決定是將負荷側熱交換器31作為散熱器或蒸發器還是將製冷劑一製冷劑熱交換器41作為冷水器或供熱水機的功能。該冷暖分支單元20至少具有氣液分離器21、電磁閥24a、電磁閥24b、電磁閥24c、節流·裝置22、旁通用節流裝置23。電磁閥24a設置為三方中的一個與低壓主管2相連接、三方中的一個與氣體支管4a相連接、三方中的一個與氣液分離器21相連接。電磁閥24b設置為三方中的一個與低壓主管2相連接、三方中的一個與氣體支管4b相連接、三方中的一個與氣液分離器21相連接。電磁閥24c設置為三方中的一個與低壓主管2相連接、三方中的一個與氣體支管4c相連接、三方中的一個與氣液分離器21相連接。氣液分離器21用於將空調用製冷劑分離為氣體製冷劑和液體製冷劑，氣液分離器21設於高壓主管I中，一方通過製冷劑配管與電磁閥(電磁閥24a、電磁閥24b、電磁閥24c)相連接，另一方與節流裝置22相連接。節流裝置22設於氣液分離器21的液體製冷劑的流動的下遊側，用於將空調用製冷劑減壓而使其膨脹。旁通用節流裝置23設於在節流裝置22的下遊側分支而與低壓主管2相連接的製冷劑配管中，用於將空調用製劑減壓而使其膨脹。節流裝置22及旁通用節流裝置23能改變開度地進行控制，由例如利用電子式膨脹閥的緻密的流量控制部件、毛細管等的便宜的製冷劑流量調節部件等構成即可。{供熱水單元40的一部分}供熱水單元40的一部分具有將來自熱源單元10的熱能或冷能通過製冷劑一製冷劑熱交換器41供給到供熱水用製冷劑系統200的功能。供熱水單元的一部分由製冷劑一製冷劑熱交換器41的空調用製冷劑側及空調用製冷劑系統側節流裝置45構成，構成空調用製冷劑系統100的一部分。即，空調用製冷劑系統100和供熱水用製冷劑系統200通過製冷劑一製冷劑熱交換器41相連接。製冷劑一製冷劑熱交換器41於在供熱水用製冷劑系統200中循環的供熱水用製冷劑和在空調用製冷劑系統100中循環的空調用製冷劑之間進行熱交換。空調用製冷劑系統側節流裝置45與負荷側節流裝置(負荷側節流裝置32a、負荷側節流裝置32b)同樣地具有作為減壓閥、膨脹閥的功能，用於將空調用製冷劑減壓而使其膨脹。該空調用製冷劑系統側節流裝置45能改變開度地進行控制，由例如利用電子式膨脹閥的緻密的流量控制部件、毛細管等的便宜的製冷劑流量調節部件等構成即可。如以上所述，空調用製冷劑系統100通過如下方式成立將壓縮機11、四通閥12、負荷側熱交換器31、負荷側節流裝置32及熱源側熱交換器13a串聯地相連接，將壓縮機11、四通閥12、製冷劑一製冷劑熱交換器41、空調用製冷劑系統側節流裝置45及熱源側熱交換器13a串聯地相連接，經由冷暖分支單元20與負荷側熱交換器31和製冷劑一製冷劑熱交換器41並列地相連接，從而使空調用製冷劑循環。{動作}空調供熱水複合系統A所執行的運轉模式存在有下述模式在製冷運轉循環狀態下驅動的全部的負荷側單元30 (負荷側單元30a、負荷側單元30b)執行製冷運轉的全製冷運轉模式、在制熱運轉循環狀態下驅動的全部的負荷側單元30執行制熱運轉的全制熱運轉模式、在製冷運轉循環狀態的冷暖混合運轉時製冷負荷較大的主製冷運轉模式及在制熱運轉循環狀態的冷暖混合運轉時制熱負荷較大的主制熱運轉模式。另外，在主製冷運轉模式及主制熱運轉模式下，負荷側單元30a負責製冷負荷，負荷側單元30b負責制熱負荷。(全製冷運轉模式)低壓的氣體製冷劑被壓縮機11吸入。在壓縮機11成為高溫、高壓的空調用製冷劑從壓縮機11排出，經由四通閥12流入熱源側熱交換器13a。流入到熱源側熱交換器13a的高壓氣體製冷劑通過與從送風機13b供給來的空氣進行熱交換而散熱，成為高壓的液體製冷劑，經由止回閥14a通過高壓主管I從熱源單元10流出。從熱源單元10流出的高壓液體製冷劑流入冷暖分支單元20的氣液分離器21。流入到氣液分離器21的高壓液體製冷劑從氣液分離器21流出，經由節流裝置22分流到液體支管3a和液體支管3b。分流到液體支管3a和液體支管3b的製冷劑分別流入負荷側單元30a和負荷側單元30b。流入到負荷側單元30a和負荷側單元30b的製冷劑被負荷側節流裝置32a和負荷側節流裝置32b減壓而成為低壓的液體和氣體的二相製冷劑或低壓的液體製冷劑，流入負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b。流入到負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b的低壓製冷劑在負荷側熱交換 器31a和負荷側熱交換器31b分別蒸發，成為低壓氣體製冷劑，從負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b流出。從負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b流出的低壓氣體製冷劑在氣體支管4a和氣體支管4b中流動，經由電磁閥24a和電磁閥24b後合流，然後通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出。從冷暖分支單元20流出的低壓氣體製冷劑流入熱源單元10，經由止回閥14d、四通閥12、儲液器15再次被壓縮機11吸入。(全制熱運轉模式)低壓的氣體製冷劑被壓縮機11吸入。在壓縮機11成為高溫、高壓的空調用製冷劑從壓縮機11排出，經由四通閥12、止回閥14b，通過高壓主管I從熱源單元10流出。從熱源單元10流出的高壓氣體製冷劑流入冷暖分支單元20的氣液分離器21。流入到氣液分離器21的高壓氣體製冷劑從氣液分離器21流出後分流，經由電磁閥24a和電磁閥24b，在氣體支管4a和氣體支管4b中流動。在氣體支管4a和氣體支管4b中流動的製冷劑分別流入負荷側單元30a和負荷側單元30b。流入到負荷側單元30a和負荷側單元30b的製冷劑流入負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b。流入到負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b的高壓氣體製冷劑在負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b分別冷凝(散熱)，成為高壓液體製冷劑，從負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b流出。從負荷側熱交換器31a和負荷側熱交換器31b流出的高壓液體製冷劑在負荷側節流裝置32a和負荷側節流裝置32b被減壓而成為低壓的液體和氣體的二相製冷劑或低壓的液體製冷劑，通過液體支管3a和液體支管3b從負荷側單元30a和負荷側單元30b流出。通過液體支管3a和液體支管3b從負荷側單元30a和負荷側單元30b流出的低壓製冷劑，在合流後經由旁通用節流裝 置23，通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出。從冷暖分支單元20流出的低壓製冷劑流入熱源單元10，通過止回閥14c流入熱源側熱交換器13a。流入到熱源側熱交換器13a的低壓製冷劑通過與從送風機13b供給來的空氣進行熱交換而成為低壓氣體製冷劑，從熱源側熱交換器13a流出。從熱源側熱交換器13a流出的製冷劑經由四通閥12、儲液器15再次被壓縮機11吸入。(全製冷運轉模式)低壓的氣體製冷劑被壓縮機11吸入。在壓縮機11成為高溫、高壓的空調用製冷劑從壓縮機11排出，經由四通閥12流入熱源側熱交換器13a。流入到熱源側熱交換器13a的高壓氣體製冷劑與從送風機13b供給來的空氣進行熱交換而散熱，成為高壓的液體和氣體的二相製冷劑，經由止回閥14a通過高壓主管I從熱源單元10流出。從熱源單元10流出的高壓二相製冷劑流入冷暖分支單元20的氣液分離器21。流入到氣液分離器21的高壓二相製冷劑被分離為高壓的飽和氣體製冷劑和高壓的飽和液體製冷劑後流出。從氣液分離器21流出的高壓的飽和氣體製冷劑經由電磁閥24b在氣體支管4b中流動而流入負荷側單元30b。流入到負荷側單元30b的高壓氣體製冷劑在負荷側熱交換器31b冷凝而成為高壓液體製冷劑。該高壓液體製冷劑在負荷側節流裝置32b被減壓而成為中間壓的液體和氣體的二相製冷劑或中間壓的液體製冷劑，向液體支管3b流動，作為製冷時所用的製冷劑被再利用。另一方面，從氣液分離器21流出的高壓的飽和液體製冷劑，經由節流裝置22，與在液體支管3b中流動的製冷劑合流後在液體支管3a中流動而流入負荷側單元30a。流入到負荷側單元30a的製冷劑在負荷側節流裝置32a被減壓而成為低壓的液體和氣體的二相製冷劑或低壓的液體製冷劑，流入負荷側熱交換器31a。流入到負荷側熱交換器31a的低壓製冷劑在負荷側熱交換器31a蒸發，成為低壓氣體製冷劑，從負荷側熱交換器31a流出。從負荷側熱交換器31a流出的低壓氣體製冷劑在氣體支管4a中流動，經由電磁閥24a後通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出。此時，在滯留於液體管路(負荷側熱交換器31b、液體支管3a、氣體支管4a、節流裝置22、旁通用節流裝置23)區間的液體製冷劑量變多時，液體管路的壓力上升，與負荷側單元30b的主側的壓力差變小，因此，流到負荷側單元30b的製冷劑循環量變少，制熱能力降低。因此，在空調供熱水複合系統A中，為了使滯留於液體管路的液體逃出，通過適度地打開旁通用節流裝置23，能使滯留於液體管路的液體向低壓主管2流動，謀求調整液體管路的壓力。因此，在低壓主管2中，由於混入有從負荷側單元30a流出的低壓的氣體製冷劑和從旁通用節流裝置23流出的低壓的液體製冷劑或低壓的氣體製冷劑與液體製冷劑的二相製冷劑，而流動有低壓的氣體製冷劑和液體製冷劑的二相製冷劑。通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出的低壓的氣體製冷劑和液體製冷劑的二相製冷劑流入熱源單元10，經由止回閥14d、四通閥12、儲液器15再次被壓縮機11吸入。(主制熱運轉模式)低壓的氣體製冷劑被壓縮機11吸入。在壓縮機11成為高溫、高壓的空調用製冷劑從壓縮機11排出，經由四通閥12、止回閥14b通過高壓主管I從熱源單元10流出。從熱源單元10流出的高壓氣體製冷劑流入冷暖分支單元20的氣液分離器21。流入到氣液分離器21的高壓氣體製冷劑從氣液分離器21流出，經由電磁閥24b在氣體支管4b中流動。在氣體支管4b中流動的高壓氣體製冷劑流入負荷側單元30b。流入到負荷側單元30b的製冷劑流入負荷側熱交換器31b。流入到負荷側熱交換器31b的高壓氣體製冷劑在負荷側熱交換器31b冷凝(散熱)，成為高壓液體製冷劑，從負荷側熱交換器31b流出。從負荷側熱交換器31b流出的高壓液體製冷劑在負荷側節流裝置32b被減壓而成為中間壓的液體製冷劑和氣體製冷劑的二相製冷劑或中間壓的液體製冷劑，通過液體支管3b從負荷側單元30b流出。通過液體支管3b從負荷側單元30b流出的中間壓製冷劑向液體支管3a流動而流入負荷側單元30a。流入到負荷側單元30a的中間壓製冷劑在負荷側節流裝置32a被減壓而成為低壓的液體製冷劑和氣體製冷劑的二相製冷劑或低壓的液體製冷劑，流入負荷側熱交換器31a。流入到負荷側熱交換器31a的低壓製冷劑在負荷側熱交換器31a蒸發，成為低 壓氣體製冷劑，從負荷側熱交換器31a流出。從負荷側熱交換器31a流出的低壓氣體製冷劑在氣體支管4a中流動，經由電磁閥24a後通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出。此時，在滯留於液體管路(負荷側熱交換器31b、液體支管3b、液體支管3a、負荷側熱交換器31a、節流裝置22、旁通用節流裝置23)區間的液體製冷劑量變多時，液體管路的壓力上升，與負荷側單元30b的主側的壓力差變小，因此，流到負荷側單元30b的製冷劑循環量變少，制熱能力降低。因此，在空調供熱水複合系統A中，為了使滯留於液體管路的液體逃出，通過適度地打開旁通用節流裝置23，能使滯留於液體管路的液體向低壓主管2流動，謀求調整液體管路的壓力。因此，在低壓主管2中，由於混入有從負荷側單元30a流出的低壓的氣體製冷劑和從旁通用節流裝置23流出的低壓的液體製冷劑或低壓的氣體製冷劑與液體製冷劑的二相製冷劑，而流動有低壓的氣體製冷劑和液體製冷劑的二相製冷劑。通過低壓主管2從冷暖分支單元20流出的低壓的氣體製冷劑和液體製冷劑的二相製冷劑流入熱源單元10，通過止回閥14c流入熱源側熱交換器13a。流入到熱源側熱交換器13a的低壓的氣體製冷劑和液體製冷劑的二相製冷劑通過與從送風機13b供給來的空氣進行熱交換，成為低壓氣體製冷劑，從熱源側熱交換器13a流出。從熱源側熱交換器13a流出的製冷劑經由四通閥12、儲液器15再次被壓縮機11吸入。[供熱水用製冷劑系統200]{構成}供熱水用製冷劑系統200由供熱水單元40的未構成空調用製冷劑系統100的其餘的一部分和通過水熱交換器43執行熱交換的水迴路46的一部分構成。{供熱水單元40的其餘的一部分}供熱水單元40的其餘的一部分具有將通過製冷劑一製冷劑熱交換器41接收到的熱能或冷能通過水熱交換器43供給到水迴路46的功能。供熱水單元的其餘的一部分由供熱水單元側壓縮機42、水熱交換器43、供熱水用製冷劑系統節流裝置44及製冷劑一製冷劑熱交換器41的供熱水用製冷劑側構成，構成供熱水用製冷劑系統的一部分。S卩，供熱水單元40存在兩種製冷劑系統。供熱水單元40的空調用製冷劑系統100側通過連接設置於液體支管3c和氣體支管4c之間的空調用製冷劑系統側節流裝置45及製冷劑一製冷劑熱交換器41的空調用製冷劑系統側而構成。供熱水單元40的供熱水用製冷劑系統200側通過利用作為製冷劑配管的氣體管(氣體管5、氣體管6)及作為製冷劑配管的液體管(液體管7、液體管8)依次連接供熱水單元側壓縮機42、水熱交換器43、供熱水用製冷劑系統側節流裝置44及製冷劑一製冷劑熱交換器41的供熱水用製冷劑系統側而構成。供熱水單元側壓縮機42吸入供熱水用製冷劑，將該供熱水用製冷劑壓縮而使其成為高溫、高壓的狀態。該供熱水單元側壓縮機42可以構成為能利用變換器改變轉速地進行控制的類型，也可以構成為轉速固定的類型。另外，供熱水單元側壓縮機42隻要是能將吸入的供熱水用製冷劑壓縮為高壓狀態的類型即可，並不特別限定類型。例如能利用往復型、轉子型、渦旋型或螺杆型等各種類型構成供熱水單元側壓縮機42。水熱交換器43於在水迴路46中循環的熱介質(水、防凍溶液等的流體)和在供熱水用製冷劑系統200中循環的供熱水用製冷劑之間進行熱交換。即，供熱水用製冷劑系統200和水迴路46通過水熱交換器43相連接。供熱水用製冷劑系統側節流裝置44具有作為減壓閥、膨脹閥的功能，用於將供熱水用製冷劑減壓而使其膨脹。該供熱水用製冷劑系統側 節流裝置44能改變開度地進行控制，由例如利用電子式膨脹閥的緻密的流量控制部件、毛細管等的便宜的製冷劑流量調節部件等構成即可。如上所述，製冷劑一製冷劑熱交換器41於在供熱水用製冷劑系統200中循環的供熱水用製冷劑和在空調用製冷劑系統100中循環的空調用製冷劑之間進行熱交換。{動作}首先，在供熱水單元側壓縮機42成為高溫、高壓的供熱水用製冷劑從供熱水單元側壓縮機42排出，在氣體管6中流動而流入水熱交換器43。在該水熱交換器43中，通過使流入的供熱水用製冷劑散熱而對在水迴路46中循環的水進行加熱。從水熱交換器43流出的供熱水用製冷劑在液體管7中流動，用供熱水用製冷劑系統側節流裝置44膨脹至空調用製冷劑系統100的製冷劑一製冷劑熱交換器41的出口溫度以下。膨脹的供熱水用製冷劑在液體管8中流動，用製冷劑一製冷劑熱交換器41從在空調用製冷劑系統側中流動的空調用製冷劑受熱而蒸發。從製冷劑一製冷劑熱交換器41流出的供熱水用製冷劑在氣體管5中流動而向供熱水單元側壓縮機42返回。{水迴路46的一部分}水迴路46由圖示省略的泵、貯熱水箱構成。即，水迴路46通過使由水熱交換器43加熱或冷卻的水循環而成立。另外，構成水迴路46的水配管由銅管、不鏽鋼管、鋼管、氯乙烯系配管等構成即可。另外，雖作為水迴路46進行了說明，但不限於水，也可以使防凍溶液等循環。順便說一下，空調供熱水複合系統A具有控制部件300。該控制部件300具有包含空調用製冷劑系統100及供熱水用製冷劑系統200的整個系統的控制功能，具有熱源單元控制部件310、冷暖分支單元控制部件320、負荷側單元控制部件330(負荷側單元控制部件330a、負荷側單元控制部件330b)及供熱水單元控制部件340。關於各控制部件的分配，可以提供與各個單元相對應的控制部件，為各個單元獨立地進行控制的自立分散協調控制，也可以使任一個單元具有全控制部件，具有該控制部件的單元使用通信等對其它單元給予控制指令。例如，熱源單元10具有熱源單元控制部件310、冷暖分支單元控制部件320、負荷側單元控制部件330，供熱水單元40具有供熱水單元控制部件340，熱源單元10和供熱水單元40能分別獨立地進行控制。另外，各控制部件能通過無線或有線的通信部件350傳遞信息。熱源單元控制部件310具有控制空調用製冷劑系統100的製冷劑的壓力狀態及製冷劑的溫度狀態的功能。具體而言，熱源單元控制部件310具有通過控制壓縮機11的運轉頻率或使熱源側熱交換器13a的熱交換面積變化或控制送風機13b的風扇轉速來切換四通閥12的功能。 冷暖分支單元控制部件320具有控制冷暖分支單元20的節流裝置22、旁通用節流裝置23的開度、電磁閥(電磁閥24a、電磁閥24b、電磁閥24c)的開閉等的功能。負荷側單元控制部件330具有控制負荷側單元30的製冷運轉時的過熱度、負荷側單元30的制熱運轉時的過冷卻度的功能。具體而言，負荷側單元控制部件330具有使負荷 側熱交換器31的熱交換面積變化或控制圖示省略的送風機的風扇轉速或控制負荷側節流裝置32的開度的功能。供熱水單元控制部件340具有綜合控制供熱水用製冷劑系統200的功能。具體而言，具有控制供熱水單元側壓縮機42的運轉頻率或控制供熱水用製冷劑系統節流裝置44的開度的功能。另外，雖未圖示，但預先在空調供熱水複合系統A中設置用於檢測空調用製冷劑的排出壓力的傳感器、用於檢測空調用製冷劑的吸入壓力的傳感器、用於檢測空調用製冷劑的排出溫度的傳感器、用於檢測空調製冷劑的吸引溫度的傳感器、用於檢測流出流入熱源側熱交換器13a的空調用製冷劑的溫度的傳感器、用於檢測進入熱源單元10的外氣溫度的傳感器、用於檢測流出流入負荷側熱交換器31的空調用製冷劑的溫度的傳感器、用於檢測貯存在圖示省略的貯熱水箱內的水的溫度的傳感器等即可。將由上述各種傳感器檢測到的信息(溫度信息、壓力信息等的測量信息312)輸送到控制部件300，利用於各驅動器的控制。首先，說明主製冷運轉模式時的控制處理。為了將空調用製冷劑系統100的蒸發溫度控制為任意地設定的目標值，利用熱源單元控制部件310，通過使作為控制指令311的一部分的壓縮機11的運轉頻率變化來進行控制。另外，為了將空調用製冷劑系統100的冷凝溫度控制為任意地設定的目標值，利用熱源單元控制部件310，通過使作為控制指令311的一部分的熱源側熱交換器13a的熱交換容量變化來進行控制。另外，控制指令311基於從熱源單元10獲得的測量信息312決定。在此，熱源單元控制部件310、供熱水單元控制部件340以例如彼此獨立地進行控制的情況為例進行說明。在主製冷運轉模式時，以負荷側單元30運轉的負荷側單元30都進行製冷運轉、且供熱水負荷小於規定的基準值的狀態的情況下，即，在空調用製冷劑系統100的冷凝側的負荷小於規定的基準值的情況下，維持冷凝溫度的目標值較高的狀態，會使壓縮機11的輸入增加，導致執行不是高效率的運轉。規定的基準值可以是計算例如供熱水單元40的入口水溫和設定溫度的差或出口水溫和設定溫度的差溫而得到的值，基於未圖示的供熱水用製冷劑系統200的壓力傳感器和溫度傳感器計算由冷凍循環上運算而算出的供熱水能力和供熱水單元40的額定能力的差而得到的值，或者，供熱水單元40所具有的運轉容量(例如利用各個供熱水單元40各自的容量和供熱水單元40的運轉臺數的乘積算出運轉中的供熱水單元40的運轉容量)和製冷運轉的負荷側單元30的運轉容量之比，等等，也可以組合它們。針對該問題，在空調供熱水複合系統A中，在空調用製冷劑系統100中，通過使空調用製冷劑系統100側的目標冷凝溫度降低(參照圖2的(b))，也能使壓縮機11的輸入降低。空調用製冷劑系統100側的目標冷凝溫度的降低例如能通過使熱源單元10(詳細而言熱源側熱交換器13a)的熱交換容量增加來進行。另外，關於降低的目標冷凝溫度的目標值，例如以全製冷運轉時的目標冷凝溫度為目標值即可。另一方面，在空調供熱水複合系統A中，在供熱水用製冷劑系統200中，由於蒸發能力降低、在迴路系統中流動的製冷劑循環量降低，因此通過使供熱水單元側壓縮機42的運轉頻率增加來維持冷凝能力(供熱水能力)，使供熱水單元側壓縮機42的輸入增加(參照圖2的(a))。 空調用製冷劑系統100的壓縮機11的容量多數情況下選擇供熱水用製冷劑系統200的供熱水單元側壓縮機的容量以上。由此，關於壓縮機(壓縮機11、供熱水單元側壓縮機42)的輸入，壓縮機11的輸入佔優勢的狀況較多。因此，在空調供熱水複合系統A中，作為系統輸入降低，系統COP提高。作為用於使空調用製冷劑系統100的冷凝溫度降低的判斷基準，期望為檢測到空調用製冷劑系統100的製冷側的負荷高於冷凝側的負荷時。例如，在主製冷運轉模式時，在負荷側單元30全進行製冷運轉、且冷凝器僅是供熱水單元40的情況下，上述條件唯一地滿足。另外，在負荷側單元30作為冷凝器運轉(制熱運轉)的情況下，也可以將檢測到負荷側單元30的吸入溫度和設定溫度的差較小時作為用於使空調用製冷劑系統100的冷凝溫度降低的判斷基準。圖3是簡易地表示主製冷運轉時的空調供熱水複合系統A所執行的控制處理的流程的一例的流程圖。基於圖3，說明空調供熱水複合系統A所執行的主製冷運轉時的控制處理的流程。另外，關於更詳細的控制處理，在圖5中說明。控制部件300用於判斷是否為在負荷側單元30中作為冷凝器發揮功能的負荷側熱交換器31停止中、僅供熱水單元40運轉中(步驟SlOl)。在判斷為在負荷側單元30中作為冷凝器發揮功能的負荷側熱交換器31停止中、僅供熱水單元40運轉中的情況(步驟SlOl ;是)下，控制部件300判斷是否為主製冷運轉(步驟S102)。在判斷為是主製冷運轉的情況(步驟S102 ;是)下，控制部件300獲取計算所需要的空調用製冷劑系統100的信息(步驟S103)。另外，在步驟S103，若需要，則計算與規定的基準值對比的參數(判定信息)。因此，控制部件300通過進行與規定的基準值的對比來判斷是否為節能設定(步驟S104)。在判斷為節能設定的情況(步驟S104 ;是)下，控制部件300使空調用製冷劑系統100的目標冷凝溫度降低(步驟S105)。另一方面，在判定為不是在負荷側單元30中作為冷凝器發揮功能的負荷側熱交換器31停止中、僅供熱水單元40運轉中的情況(步驟SlOl ;否)下，在判定為不是主製冷運轉的情況(步驟S102 ;否)下，判定為不是節能設定的情況(步驟S104 ;否)下，控制部件300使目標冷凝溫度返回到原始(步驟S106)。構築成使這樣一連串的控制處理每隔任意地設定的時間間隔或在運轉臺數變化時逐次處理即可。
圖5是更詳細地表示主製冷運轉時的空調供熱水複合系統A所執行的控制處理的流程的一例的流程圖。基於圖5，說明空調供熱水複合系統A所執行的主製冷運轉時的控制處理的流程。另外，在圖5中，表示主製冷運轉時的控制處理，該內容也能應用於制熱運轉時的控制處理。控制部件300用於判斷是否為在負荷側單元30中作為冷凝器發揮功能的負荷側熱交換器31停止中、僅供熱水單元40運轉中(步驟S201)。在判斷為在負荷側單元30中作為冷凝器發揮功能的負荷側熱交換器31停止中、僅供熱水單元40運轉中的情況(步驟S201 ;是)下，控制部件300獲取計算所需的空調用製冷劑系統100的信息(步驟S202)。然後，控制部件300運算現在的輸入(A)(步驟S203)。控制部件300針對現在的輸入運算使冷凝溫度增加ACT的情況下的輸入預測值(B)(步驟S204)。控制部件300針對現在的輸入(A)運算使冷凝溫度降低ACT的情況下的輸入預測值(C)(步驟S205)。然後，控制部件300對現在的輸入(A)和輸入預測值(B)進行比較(步驟S206)。在判斷為現在的輸入(A)大於輸入預測值(B)的情況(步驟S206 ;是)下，控制部件300使目標冷凝溫度增加ACT (步驟S208)。另一方面，在判斷為現在的輸入(A)為輸入預測值(B)以下的情況(步驟S206;否)下，控制部件300對現在的輸入(A)和輸入預測值(C)進行比較(步驟S207)。在判斷為現在的輸入(A)大於輸入預測值(C)的情況(步驟S207 ;是)下，控制部件300使目標冷凝溫度減少ACT (步驟S209)。構築成使這樣一連串的控制處理每隔任意地設定的時間間隔或在運轉臺數變化時逐次處理即可。接著,說明全制熱運轉模式或主制熱運轉模式時的控制處理。為了將空調用製冷劑系統100的冷凝溫度控制為任意地設定的目標值，利用熱源單元控制部件310，通過使作為控制指令311的一部分的壓縮機11的運轉頻率變化來進行控制。另外，為了將空調用製冷劑系統100的蒸發溫度控制為任意地設定的目標值，利用熱源單元控制部件310，通過使作為控制指令311的一部分的熱源側熱交換器13a的熱交換容量變化來進行控制。另外，控制指令311基於從熱源單元10獲得的測量信息312決定。在此，熱源單元控制部件310、供熱水單元控制部件340例如以彼此獨立地進行控制的情況為例進行說明。在全制熱運轉模式時或主制熱運轉模式時，在供熱水單元運轉中、且制熱負荷較小、熱源單元100的輸入佔優勢的構成的情況(例如空冷式的熱源機的情況)下，維持冷凝溫度的目標值較高的狀態，會使壓縮機11的輸入增加，導致執行不是高效率的運轉。針對該問題，在空調供熱水複合系統A中，在空調用製冷劑系統100中，通過調整 空調用製冷劑系統100側的目標冷凝溫度(參照圖2的(b))，能使系統輸入(壓縮機11的輸入和供熱水單元300側的壓縮機的輸入的合計值)降低。空調用製冷劑系統100側的目標冷凝溫度的調整例如通過使熱源單元10 (詳細而言壓縮機11)的驅動頻率變化來進行。作為使目標冷凝溫度變化的方法，根據對空調供熱水複合系統A施加的溫度負荷狀況設定各種各樣的負荷參數。因此，如圖5所示，每隔一定間隔的時間，運算空調用製冷劑系統100的輸入和供熱水用製冷劑系統200的輸入後，針對合計得到的值(即系統輸入)，比較使空調用製冷劑系統100的冷凝溫度增減任意地設定的冷凝溫度變化量的情況下的系統輸入的運算值。而且，若系統輸入降低，則使目標冷凝溫度增減冷凝溫度變化量、進行使系統輸入的預測還原的前饋控制。圖4是表示空調用製冷劑系統100側及供熱水用製冷劑系統200側的製冷劑狀態的變化的p — h線圖。基於圖4，基於本思想說明控制部件300進行的控制的概念。在圖4中，當設供熱水單元40的供熱水能力為Qc —b、供熱水單元40的蒸發能力為Qe — b、供熱水單元的輸入為Wb時，Qc —b = Qe —b + Wb這樣的關係成立。在設系統全輸入為Wall、製冷劑系統100的輸入為Wa時,在除了變換器損失和油損失的情況下，Wb的輸入與供熱水單元的供熱水能力Qc —b和供熱水單元40的蒸發能力Qe — b的差相等，因此，Wall = Wa + Wb = Wa + (Qc — b — Qe — b)這樣的關係成立。在此，為了使系統輸入Wall降低，在不降低供熱水能力的情況(Qc — b =恆定的情況)下，若Wall的變化前後的差小於0，則作為系統，供熱水能力恆定且系統輸入降低。於是，能降低系統C0P。作為用於算出Wall的變化前後所需的參數，是Wa、Qc —b、Qe —b等，但例如若為 Qc — b保持恆定的情況，則只要有Wa和Qe — b的變化前後的信息就能計算。由於來自製冷劑系統100的排熱被製冷劑一製冷劑熱交換器41直接接受，因此，Qe — b根據空調用製冷劑系統100的冷凝能力算出。只要有流入到製冷劑一製冷劑熱交換器41的製冷劑循環量Gr和製冷劑一製冷劑熱交換器41前後的焓差，冷凝能力就能算出。只要有空調用製冷劑系統100的冷凝溫度、蒸發溫度、壓縮機排出溫度或壓縮機吸入溫度、膨脹閥45的開度信息，製冷劑循環量Gr就能算出。只要有製冷劑一製冷劑熱交換器41的壓力、氣體管溫度、液體管溫度，焓差就能算出。說明能用於空調用製冷劑系統100及供熱水用製冷劑系統200的製冷劑。在空調用製冷劑系統100及供熱水用製冷劑系統200能用於冷凍循環的製冷劑中，有非共沸混合製冷劑、近共沸混合製冷劑、單一製冷劑等。非共沸混合製冷劑有作為HFC (氫氟碳)製冷劑的R407C (R32 / R125 / R134a)等。該非共沸混合製冷劑是沸點不同的製冷劑的混合物，因此，具有液相製冷劑和氣相製冷劑的組成比率不同的特性。近共沸混合製冷劑有作為HFC 製冷劑的 R410A (R32 / R125)、R404A (R125 / R143a / R134a)等。該近共沸混合製冷劑除了具有與非共沸混合製冷劑相同的特性之外，還具有R22的約I. 6倍的動作壓力的特性。另外，單一製冷劑有作為HCFC (氫氯氟碳化合物)製冷劑的R22、作為HFC製冷劑的R134a等。該單一製冷劑不是混合物，因此，具有處理容易的特性。除此之外，還可以使用作為自然製冷劑的二氧化碳、丙烷、異丁烷、氨等。另外，R22表示氯二氟甲烷，R32表示二氟甲烷，R125表示氟代甲烷，R134a表示1，1，1，2 —四氟甲烷，R143a表示1，1，1 一三氟甲烷。因此，使用與空調用製冷劑系統100及供熱水用製冷劑系統的用途、目的相應的製冷劑即可。另外，如上所述，空調用製冷劑系統100和供熱水用製冷劑系統200為分別獨立的製冷劑迴路構成，因此，在各製冷劑迴路中循環的製冷劑可以為相同種類，也可以為不同的種類。另外，在使用臨界溫度較低的製冷劑作為供熱水用製冷劑的情況下，進行高溫的供熱水時，假定水熱交換器43的散熱過程中的供熱水用製冷劑為超臨界狀態。但是，通常在散熱過程的製冷劑為超臨界情況下，由於散熱器壓力、散熱器出口溫度的變化，COP的變動較大，為了獲得較高的COP的運轉，要求更高度的控制。另一方面，通常情況下，臨界溫度較低的製冷劑相對於同一溫度的飽和壓力較高，相應地，需要增大配管、壓縮機的壁厚，因此，導致成本增加。另外，鑑於貯存於用於抑制軍團菌等的繁殖的圖示省略的貯熱水箱內的水的推薦溫度為62°C以上，多認為供熱水的目標溫度最低為62°C以上。綜上，供熱水用製冷劑採用具有最低為62°C以上的臨界溫度的製冷劑。若採用這樣的製冷劑作為供熱水用製冷劑系統200的供熱水用製冷劑，則能以更低成本、更穩定地獲得較高的C0P。另外，例示了在空調用製冷劑系統100中將多餘製冷劑利用受液器(儲液器15)貯存的情況，但不限於此，在冷凍循環中，若利用作為散熱器的熱交換器貯存，則也可以去掉儲液器15。另外，在圖I中，例示了負荷側單元30為2臺以上連接的情況，但連接臺數不特別限定，例如負荷側單元30連接I臺以上即可。而且，在負荷側單元30設置多臺的情況下，各負荷側單元30的容量可以全部相同，也可以從大到小不同。
如以上所述，在該實施方式的空調供熱水複合系統A中，在製冷循環時的冷暖同時運轉時(主製冷運轉模式時)，在負荷側單元30進行全數製冷運轉、且供熱水負荷小於規定的基準值的狀態的情況下，能將空調用製冷劑系統100的輸入降低而提高系統C0P。附圖標記說明I高壓主管、2低壓主管、3a液體支管、3b液體支管、3c液體支管、4a氣體支管、4b氣體支管、4c氣體支管、5氣體管、6氣體管、7液體管、8液體管、10熱源單元、11壓縮機、12四通閥、13a 熱源側熱交換器、13b 送風機、14a止回閥、14b止回閥、14c止回閥、14d止回閥、15儲液器、20冷暖分支單元、21氣液分離器、22節流裝置、23旁通用節流裝置、24a電磁閥、24b電磁閥、24c電磁閥、30負荷側單元、30a負荷側單元、30b負荷側單元、31負荷側熱交換器、31a 負荷側熱交換器、31b 負荷側熱交換器、32負荷側節流裝置、32a負荷側節流裝置、32b 負荷側節流裝置、40供熱水單元、41製冷劑一製冷劑熱交換器、42供熱水單元側壓縮機、43水熱交換器、44供熱水用製冷劑系統側節流裝置、45空調用製冷劑系統側節流裝置、46水迴路、100空調用製冷劑系統、130第I連接配管、131第2連接配管、200供熱水用製冷劑系統、300控制部件、310熱源單元控制部件、311控制指令、312測量f目息、320冷暖分支單兀控制部件、330負荷側單兀控制部件、330a負荷側單兀控制部件、330b負荷側單元控制部件、340供熱水單元控制部件、350通信部件、A空調供熱水複合系統。
權利要求
1.一種空調供熱水複合系統，其具有 至少I臺熱源單元，其至少搭載有熱源側壓縮機及熱源側熱交換器； 多臺負荷側単元，其與所述熱源單元並列地相連接，至少搭載有負荷側熱交換器； 供熱水單元，其與所述熱源單元並列地相連接，至少搭載有製冷劑ー製冷劑熱交換器、水熱交換器及供熱水單元側壓縮機； 至少I臺中繼機，其設於所述熱源単元和所述負荷側單元及所述供熱水単元之間，將由所述熱源單元生成的熱能或冷能傳遞到所述負荷側單元及所述供熱水單元，其特徵在於， 在製冷運轉循環狀態下，在所述負荷側單元的制熱負荷及所述供熱水單元的供熱水負荷小於規定的基準值時，使所述熱源単元的目標冷凝溫度降低。
2.根據權利要求I所述的空調供熱水複合系統，其特徵在幹， 在所述多臺負荷側単元全部進行製冷運轉、且所述供熱水単元的供熱水負荷小於規定的基準值時，使所述熱源単元的目標冷凝溫度降低。
3.根據權利要求I或2所述的空調供熱水複合系統，其特徵在幹， 通過增加所述熱源側熱交換器的熱交換量，使所述熱源単元的目標冷凝溫度降低。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的空調供熱水複合系統，其特徵在幹， 作為所述熱源側壓縮機，使用容量為所述供熱水單元側壓縮機的容量以上的壓縮機， 通過使所述熱源単元的目標冷凝溫度降低，謀求降低所述熱源側壓縮機的輸入及増加所述供熱水単元側壓縮機的輸入。
全文摘要
本發明提供在製冷循環時的製冷制熱循環同時運轉時，在負荷側單元進行全數製冷運轉、且供熱水負荷(制熱負荷)較小的情況下，降低空調用製冷劑系統的輸入而提高系統COP的空調供熱水複合系統。空調供熱水複合系統(A)在製冷運轉循環狀態下，在負荷側單元(30)的制熱負荷及供熱水單元(40)的供熱水負荷小於規定的基準值時，使熱源單元(10)的目標冷凝溫度降低。
文檔編號F24F5/00GK102713451SQ20108006191
公開日2012年10月3日 申請日期2010年1月22日 優先權日2010年1月22日
發明者東幸志, 川越智一, 高下博文 申請人:三菱電機株式會社