(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を加圧する圧縮機と、
室外空気と冷媒を熱交換する第１熱交換器と、
第１熱交換器に室外空気を送風する第１ファンと、
室内空気と冷媒を熱交換する第２熱交換器と、
第２熱交換器に室内空気を送風する第２ファンと、
冷媒を減圧する減圧機構と、
冷媒と熱媒の間で熱交換する第３熱交換器と、
熱媒を蓄える蓄熱槽と、
熱媒を加熱する補助熱源機と、
冷媒の流れる経路を切り換える切換手段と、
制御装置を備えており、
冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第１熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、
冷媒を圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、
冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能であり、
蓄熱冷房同時運転により蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となる場合には、補助熱源機によって熱媒を加熱可能であり、
制御装置は、蓄熱冷房同時運転において、所定の基準に基づいて複数の凝縮温度の候補の中から凝縮温度を選択し、選択された凝縮温度を第３熱交換器における冷媒の凝縮温度として設定し、
制御装置は、蓄熱冷房同時運転において、第３熱交換器における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機、減圧機構および／または第２ファンの動作を制御する、ヒートポンプシステム。
【請求項２】
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでのエネルギー消費量を推定するエネルギー消費量推定手段をさらに備えており、
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、エネルギー消費量推定手段で推定されるエネルギー消費量に基づいて選択される、請求項１のヒートポンプシステム。
【請求項３】
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでの光熱費を推定する光熱費推定手段をさらに備えており、
蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、光熱費推定手段で推定される光熱費に基づいて選択される、請求項１のヒートポンプシステム。
【請求項４】
蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合に、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が低く設定される、請求項１から３のヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、冷媒を加圧する圧縮機と、室外空気と冷媒を熱交換する第１熱交換器と、室内空気と冷媒を熱交換する第２熱交換器と、冷媒を減圧する減圧機構と、冷媒と熱媒の間で熱交換する第３熱交換器と、熱媒を蓄える蓄熱槽と、冷媒の流れる経路を切り換える切換手段を備えるヒートポンプシステムが開示されている。このヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第１熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９６９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなヒートポンプシステムにおいては、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定できることが望ましい。例えば、冷房効率の観点でいえば、冷媒の凝縮温度は低く設定することが好ましい。図１０は、上記のヒートポンプシステムが冷房を行う際の冷媒のヒートポンプサイクル１００を示している。ヒートポンプサイクル１００は、冷媒の圧縮過程１０２と、冷媒の凝縮過程１０４と、冷媒の膨張過程１０６と、冷媒の蒸発過程１０８を備えている。冷媒の圧縮過程１０２では、圧縮機によって冷媒が加圧される。冷媒の凝縮過程１０４では、放熱によって冷媒が凝縮する。冷媒の膨張過程１０６では、減圧機構によって冷媒が減圧される。冷媒の蒸発過程１０８では、室内空気からの吸熱によって冷媒が蒸発する。図１０のヒートポンプサイクル１００において、冷媒の凝縮温度が低い場合のサイクル１１０の冷房効率は、Ａ／Ｗ１で与えられる。これに対して、冷媒の凝縮温度が高い場合のサイクル１１２の冷房効率は、Ａ／Ｗ２で与えられる。すなわち、Ｗ２＞Ｗ１であるから、蓄熱冷房同時運転においては、冷媒の凝縮温度が低いほど、冷房効率は高くなる。
【０００５】
しかしながら、蓄熱槽への蓄熱の観点からは、冷媒の凝縮温度は高く設定する必要がある。蓄熱槽に蓄えられる熱媒は、凝縮過程の冷媒との熱交換によって加熱されるため、加熱後の熱媒を高温とするためには冷媒の凝縮温度を高くしなければならない。このため、ユーザにより設定される熱利用設定温度（例えば、蓄熱槽の蓄熱を給湯に利用する場合には、給湯設定温度）まで熱媒を加熱するためには、冷媒の凝縮温度を高く設定しなければならない。従来技術のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を、ユーザにより設定される熱利用設定温度に応じて高い温度に設定せざるを得ず、柔軟に設定することができなかった。
【０００６】
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、蓄熱冷房同時運転を実行可能なヒートポンプシステムにおいて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示するヒートポンプシステムは、冷媒を加圧する圧縮機と、室外空気と冷媒を熱交換する第１熱交換器と、第１熱交換器に室外空気を送風する第１ファンと、
室内空気と冷媒を熱交換する第２熱交換器と、第２熱交換器に室内空気を送風する第２ファンと、冷媒を減圧する減圧機構と、冷媒と熱媒の間で熱交換する第３熱交換器と、熱媒を蓄える蓄熱槽と、熱媒を加熱する補助熱源機と、冷媒の流れる経路を切り換える切換手段と、制御装置を備えている。そのヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第１熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機、第３熱交換器、減圧機構、第２熱交換器の順に循環させ、熱媒を蓄熱槽と第３熱交換器の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。そのヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転により蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となる場合には、補助熱源機によって熱媒を加熱可能である。そのヒートポンプシステムでは、制御装置は、蓄熱冷房同時運転において、所定の基準に基づいて複数の凝縮温度の候補の中から凝縮温度を選択し、選択された凝縮温度を第３熱交換器における冷媒の凝縮温度として設定する。そのヒートポンプシステムでは、制御装置は、蓄熱冷房同時運転において、第３熱交換器における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機、減圧機構および／または第２ファンの動作を制御する。
【０００８】
上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低くして、その結果蓄熱槽に蓄えられる熱媒が低温となっても、補助熱源機によってユーザにより設定される熱利用設定温度まで熱媒を加熱することができる。このため、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を、ユーザにより設定される熱利用設定温度に関わらず、柔軟に設定することができる。
【０００９】
上記のヒートポンプシステムは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでのエネルギー消費量を推定するエネルギー消費量推定手段をさらに備えており、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、エネルギー消費量推定手段で推定されるエネルギー消費量に基づいて選択されるように構成することができる。
【００１０】
上記のヒートポンプシステムによれば、エネルギー消費量が最も少なくなるように、蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
【００１１】
あるいは、上記のヒートポンプシステムは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度に応じた、所定期間におけるヒートポンプシステムでの光熱費を推定する光熱費推定手段をさらに備えており、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、光熱費推定手段で推定される光熱費に基づいて選択されるように構成することができる。
【００１２】
上記のヒートポンプシステムによれば、光熱費が最も少なくなるように、蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
【００１３】
上記のヒートポンプシステムは、蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合に、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が低く設定されるように構成することができる。
【００１４】
蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合は、蓄熱冷房同時運転だけでは必要な熱量を賄うことができないため、補助熱源機による加熱が必須となる。このような場合には、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低く設定することによって、冷房効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本明細書が開示するヒートポンプシステムによれば、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を柔軟に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の給湯空調システム２の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例の給湯空調システム２の非燃焼給湯運転の様子を模式的に示す図である。
【図３】実施例の給湯空調システム２の燃焼給湯運転の様子を模式的に示す図である。
【図４】実施例の給湯空調システム２の蓄熱単独運転の様子を模式的に示す図である。
【図５】実施例の給湯空調システム２の冷房単独運転の様子を模式的に示す図である。
【図６】実施例の給湯空調システム２の蓄熱冷房同時運転の様子を模式的に示す図である。
【図７】実施例の給湯空調システム２において、蓄熱冷房同時運転での冷媒の凝縮温度に応じたエネルギー消費量を算出する処理を示すフローチャートである。
【図８】実施例の給湯空調システム２において制御装置１４に記憶される動作表の一例を示す図である。
【図９】実施例の給湯空調システム２において、蓄熱冷房同時運転での冷媒の凝縮温度に応じた光熱費を算出する処理を示すフローチャートである。
【図１０】冷房のヒートポンプサイクルを示すモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施例）
図１に示すように、本実施例の給湯空調システム２は、ヒートポンプ装置４と、空調装置６と、タンク８と、循環ポンプ１０と、給湯装置１２と、制御装置１４を備えている。ヒートポンプ装置４と空調装置６は、冷媒（例えばＲ３２やＲ４１０ＡといったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ２冷媒等）を用いて、室内空気からの吸熱や、室外空気からの吸熱、室外空気への放熱などを行う。タンク８と、循環ポンプ１０と、給湯装置１２は、水道水をユーザが設定する給湯設定温度に調温して、給湯箇所（例えば台所や浴室に設けられたカラン、シャワー、浴槽等）へ給湯する。
【００１８】
ヒートポンプ装置４は、室外に配置されている。ヒートポンプ装置４は、圧縮機１６と、室外空気熱交換器１８と、第１ファン２０と、第１膨張弁２２と、水熱交換器２４と、四方弁２６と、三方弁２８と、外気温度サーミスタ２９を備えている。圧縮機１６は、気相状態の冷媒を圧縮して送り出す。室外空気熱交換器１８は、第１ファン２０によって送風される室外空気と、冷媒との間で熱交換をする。室外空気熱交換器１８には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ１８ａが取り付けられている。第１膨張弁２２は、液相状態の冷媒を断熱膨張させて減圧する。水熱交換器２４は、循環ポンプ１０によって送り込まれる水と、冷媒との間で熱交換する。水熱交換器２４には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ２４ａが取り付けられている。四方弁２６は、４つのポートａ、ｂ、ｃおよびｄを備えており、ポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通した状態と、ポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通した状態の間で切り換わる。三方弁２８は、３つのポートａ、ｂおよびｃを備えており、ポートａとポートｂが連通し、かつポートｃが非連通となる状態と、ポートｂとポートｃが連通し、かつポートａが非連通となる状態の間で切り換わる。外気温度サーミスタ２９は、室外空気の温度を検出する。
【００１９】
空調装置６は、室内に配置されている。空調装置６は、室内空気熱交換器３０と、第２ファン３２と、第２膨張弁３４を備えている。室内空気熱交換器３０は、第２ファン３２によって送風される室内空気と、冷媒との間で熱交換する。室内空気熱交換器３０には、通過する冷媒の温度を検出するサーミスタ３０ａが取り付けられている。第２膨張弁３４は、液相状態の冷媒を断熱膨張させて減圧する。
【００２０】
タンク８は、給湯装置１２で使用する水を蓄える。タンク８は密閉型であり、断熱材により外側が覆われている。タンク８には満水まで水が蓄えられている。タンク８の下部と水熱交換器２４の間は、水加熱往路３６によって接続されている。タンク８の上部と水熱交換器２４の間は、水加熱復路３８によって接続されている。水加熱往路３６には循環ポンプ１０が介装されている。水熱交換器２４によって水を加熱する場合、循環ポンプ１０の駆動によってタンク８の下部の水が水加熱往路３６を介して水熱交換器２４に送られて、加熱されて高温となった水は水熱交換器２４から水加熱復路３８を介してタンク８の上部に戻される。タンク８の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。なお、図示はしていないが、タンク８には、種々の高さにおいてタンク８内の水の温度を検出する複数のサーミスタが取り付けられている。
【００２１】
給湯装置１２は、給水路４０と、タンク導入路４２と、タンクバイパス路４４と、タンク導出路４６と、混合弁４８と、第１給湯路５０と、バーナ加熱路５２と、バーナ加熱装置５４と、バーナバイパス路５６と、バーナバイパス弁５８と、第２給湯路６０を備えている。
【００２２】
給水路４０は、上流端が外部の上水道に接続されている。給水路４０の下流側は、タンク導入路４２とタンクバイパス路４４に分岐している。タンク導入路４２の下流端は、タンク８の下部に接続されている。タンクバイパス路４４の下流端は、混合弁４８に接続されている。タンク導出路４６は、上流端がタンク８の上部に接続されている。タンク導出路４６の下流側は、混合弁４８に接続されている。
【００２３】
混合弁４８は、タンク導出路４６を流れるタンク８の上部からの高温の水と、タンクバイパス路４４を流れる給水路４０からの低温の水を混合して、第１給湯路５０へ送り出す。混合弁４８では、タンク導出路４６から第１給湯路５０へ流れる水の流量と、タンクバイパス路４４から第１給湯路５０へ流れる水の流量の割合を調整する。第１給湯路５０の下流側は、バーナ加熱路５２とバーナバイパス路５６に分岐している。バーナ加熱路５２には、バーナ加熱装置５４が取り付けられている。バーナ加熱装置５４は、ガス等の燃料を燃焼させてバーナ加熱路５２を流れる水を加熱する。バーナバイパス路５６にはバーナバイパス弁５８が取り付けられている。バーナ加熱路５２とバーナバイパス路５６は、それぞれの下流端で合流して、第２給湯路６０の上流端に接続している。第２給湯路６０から台所の給湯栓や浴室のシャワー等の給湯箇所へ、給湯設定温度に調温された水が供給される。なお、図示はしていないが、給湯装置１２には、通過する水の温度を検出するサーミスタが各所に取り付けられている。
【００２４】
制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには各種の運転プログラムが格納されている。ＲＡＭには、制御装置１４に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。制御装置１４では、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された情報に基づいて、ヒートポンプ装置４、空調装置６、循環ポンプ１０、給湯装置１２の各構成要素の動作を制御する。また、制御装置１４には、図示しないリモコンが接続されている。リモコンには、ユーザが給湯空調システム２を操作するためのスイッチ、ユーザに給湯空調システム２の動作状態を表示する液晶表示器等が設けられている。ユーザは、リモコンを介して、空調装置６での冷房の開始および終了や、給湯装置１２での浴槽への湯張りの開始などを指示することができる。また、ユーザは、リモコンを介して、空調装置６における冷房設定温度や、給湯装置１２における給湯設定温度を設定可能である。
【００２５】
以下では、給湯空調システム２の動作について説明する。給湯空調システム２は、給湯運転、蓄熱単独運転、冷房単独運転、蓄熱冷房同時運転などの運転を実行可能である。
【００２６】
（給湯運転）
ユーザによって台所や浴室のカランが開かれた場合や、浴槽への湯張りを行う場合に、給湯空調システム２は給湯運転を開始する。浴槽への湯張りは、例えばユーザがリモコンの湯張り開始スイッチを押すことで開始することもあるし、ユーザがリモコンに設定した湯張り完了時刻に基づく湯張り開始時刻が到来することで開始することもある。給湯運転は、後述する蓄熱単独運転、冷房単独運転、蓄熱冷房同時運転と並行して行うことも可能である。給湯運転では、給湯空調システム２は、混合弁４８で給湯設定温度に調温された水を給湯箇所へ給湯する非燃焼給湯運転と、混合弁４８で給湯設定温度よりも低い温度に調温された水をバーナ加熱装置５４で給湯設定温度まで加熱して給湯箇所へ給湯する燃焼給湯運転のいずれかを実行する。
【００２７】
タンク８の上部の水温が、リモコンで設定された給湯設定温度よりも高い第１基準水温（例えば給湯設定温度＋５［℃］）以上である場合には、非燃焼給湯運転が行われる。図２に示すように、非燃焼給湯運転では、制御装置１４は、バーナバイパス弁５８を開くとともに、混合弁４８で混合した後の水温が給湯設定温度となるように、混合弁４８の開度を調整する。混合弁４８で給湯設定温度に調温された水は、第１給湯路５０、バーナバイパス路５６、第２給湯路６０を経由して給湯箇所へ給湯される。また、バーナ加熱路５２に低温の水が滞留しないように、バーナ加熱路５２も経由して給湯される。
【００２８】
一方、タンク８の上部の水温が、第１基準水温未満である場合には、燃焼給湯運転が行われる。図３に示すように、燃焼給湯運転では、制御装置１４は、バーナバイパス弁５８を閉じるとともに、混合弁４８で混合した後の水温が給湯設定温度よりも低い第２基準水温（例えば給湯設定温度−５［℃］）となるように、混合弁４８の開度を調整する。混合弁４８で第２基準水温に調温された水は、第１給湯路５０を経由してバーナ加熱路５２へ送られ、バーナ加熱装置５４により給湯設定温度まで加熱されて、第２給湯路６０を経由して給湯箇所へ給湯される。
【００２９】
（蓄熱単独運転）
ユーザから冷房が指示されておらず、かつタンク８への蓄熱要求が発生した場合に、給湯空調システム２は蓄熱単独運転を行う。蓄熱要求は、例えば給湯運転によってタンク８の蓄熱量が少なくなった場合に発生する。蓄熱単独運転では、タンク８の水を沸かし上げて、タンク８に蓄熱する。図４に示すように、蓄熱単独運転では、制御装置１４は、四方弁２６を、ポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通した状態に切り換え、三方弁２８を、ポートａとポートｂが連通し、ポートｃが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置１４は、第１ファン２０を駆動するとともに、圧縮機１６を駆動する。さらに、制御装置１４は、循環ポンプ１０を駆動する。
【００３０】
圧縮機１６で加圧されて高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁２８を介して、水熱交換器２４へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、水熱交換器２４での水との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。水熱交換器２４で液相状態となった冷媒は、第１膨張弁２２へ送られる。第１膨張弁２２で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、室外空気熱交換器１８へ送られる。低温低圧の液相状態の冷媒は、室外空気熱交換器１８での室外空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。室外空気熱交換器１８で気相状態となった冷媒は、四方弁２６を介して、圧縮機１６へ戻される。給湯空調システム２は、蓄熱単独運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、室外空気熱交換器１８において室外空気から吸熱して、水熱交換器２４において水を加熱する。蓄熱単独運転においては、水熱交換器２４のサーミスタ２４ａによって冷媒の凝縮温度が検出され、室外空気熱交換器１８のサーミスタ１８ａによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム２は、蓄熱単独運転において、水熱交換器２４における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機１６の回転数や、第１膨張弁２２の開度や、第１ファン２０の回転数を制御する。
【００３１】
蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度は、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度に基づいて設定される。例えば、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度は、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、所定の第１温度幅ΔＴ１［℃］（例えば１０［℃］）を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ１［℃］に設定される。
【００３２】
タンク８では、循環ポンプ１０の駆動によって、タンク８の下部の水が水加熱往路３６に吸い出される。水加熱往路３６を流れる水は、水熱交換器２４で冷媒との熱交換によって加熱される。水熱交換器２４で加熱された水は、水加熱復路３８を介して、タンク８の上部に戻される。タンク８の全体が高温の水で満たされた状態となると、制御装置１４は、蓄熱単独運転を終了する。
【００３３】
（冷房単独運転）
ユーザから冷房が指示されており、タンク８への蓄熱要求が発生していない場合に、給湯空調システム２は冷房単独運転を行う。冷房単独運転では、給湯空調システム２は、空調装置６によって室内を冷房する。図５に示すように、冷房単独運転では、制御装置１４は、四方弁２６を、ポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通した状態に切り換え、三方弁２８を、ポートｂとポートｃが連通し、ポートａが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置１４は、第１ファン２０および第２ファン３２を駆動するとともに、圧縮機１６を駆動する。
【００３４】
圧縮機１６で加圧された高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁２８、四方弁２６を介して、室外空気熱交換器１８へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、室外空気熱交換器１８での室外空気との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。室外空気熱交換器１８で液相状態となった冷媒は、第２膨張弁３４へ送られる。第２膨張弁３４で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、室内空気熱交換器３０へ送られる。低温低圧の液相状態の冷媒は、室内空気熱交換器３０での室内空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。気相状態となった冷媒は、四方弁２６を介して圧縮機１６に戻される。給湯空調システム２は、冷房単独運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、室外空気熱交換器１８において室外空気に放熱して、室内空気熱交換器３０において室内を冷房する。冷房単独運転においては、室外空気熱交換器１８のサーミスタ１８ａによって冷媒の凝縮温度が検出され、室内空気熱交換器３０のサーミスタ３０ａによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム２は、冷房単独運転において、室外空気熱交換器１８における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機１６の回転数や、第２膨張弁３４の開度や、第１ファン２０の回転数や、第２ファン３２の回転数を制御する。
【００３５】
冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、外気温度サーミスタ２９で検出される室外空気の温度に基づいて設定される。例えば、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、室外空気の温度Ｔｏ［℃］に、所定の温度幅ΔＴ［℃］（例えば３［℃］）を加算した値Ｔｏ＋ΔＴ［℃］に設定される。
【００３６】
（蓄熱冷房同時運転）
ユーザから冷房が指示されており、かつタンク８への蓄熱要求が発生した場合に、給湯空調システムは蓄熱冷房同時運転を行う。蓄熱冷房同時運転では、給湯空調システム２は、タンク８の水を沸かし上げるとともに、空調装置６によって室内を冷房する。図６に示すように、蓄熱冷房同時運転では、制御装置１４は、四方弁２６を、ポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通した状態に切り換え、三方弁２８を、ポートａとポートｂが連通し、ポートｃが非連通となる状態に切り換える。また、制御装置１４は、第２ファン３２を駆動するとともに、圧縮機１６を駆動する。さらに、制御装置１４は、循環ポンプ１０を駆動する。
【００３７】
圧縮機１６で加圧されて高温高圧となった気相状態の冷媒は、三方弁２８を介して、水熱交換器２４へ送られる。高温高圧の気相状態の冷媒は、水熱交換器２４での水との熱交換によって冷却されて凝縮し、液相状態となる。水熱交換器２４で液相状態となった冷媒は、第１膨張弁２２へ送られる。第１膨張弁２２で減圧されて低温低圧となった液相状態の冷媒は、第２膨張弁３４を通過して、室内空気熱交換器３０へ送られる。蓄熱冷房同時運転においては、第２膨張弁３４の開度は全開とされており、冷媒は第２膨張弁３４で減圧されることなく、そのまま通過する。室内空気熱交換器３０において、冷媒は室内空気との熱交換によって加熱されて蒸発し、気相状態となる。室内空気熱交換器３０で気相状態となった冷媒は、四方弁２６を介して、圧縮機１６へ戻される。給湯空調システム２は、蓄熱冷房同時運転において、上記のようなヒートポンプサイクルによって、水熱交換器２４において水を加熱するとともに、室内空気熱交換器３０において室内を冷房する。蓄熱冷房同時運転においては、水熱交換器２４のサーミスタ２４ａによって冷媒の凝縮温度が検出され、室内空気熱交換器３０のサーミスタ３０ａによって冷媒の蒸発温度が検出される。給湯空調システム２は、蓄熱冷房同時運転において、水熱交換器２４における冷媒の凝縮温度が、設定された凝縮温度となるように、圧縮機１６の回転数や、第１膨張弁２２の開度や、第２ファン３２の回転数を制御する。
【００３８】
タンク８では、循環ポンプ１０の駆動によって、タンク８の下部の水が水加熱往路３６に吸い出される。水加熱往路３６を流れる水は、水熱交換器２４で冷媒との熱交換によって加熱される。水熱交換器２４で加熱された水は、水加熱復路３８を介して、タンク８の上部に戻される。タンク８の全体が高温の水で満たされた状態となると、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転を終了する。
【００３９】
蓄熱冷房同時運転においては、冷媒の凝縮温度が低いほど、冷房効率が高くなる。しかしながら、単純に冷媒の凝縮温度を低くすると、それだけ水熱交換器２４で加熱した後の水の温度は低くなり、タンク８に蓄えられる水の温度が低くなってしまう。タンク８に蓄えられる水の温度が低くなり過ぎると、給湯装置１２が給湯設定温度で給湯を行うために、バーナ加熱装置５４を使用してガス等の燃料を消費することとなり、エネルギー効率の低下を招いてしまうおそれがある。
【００４０】
そこで、本実施例の給湯空調システム２では、制御装置１４が、冷媒の凝縮温度の候補となる複数の凝縮温度（例えば、蓄熱単独運転と同じように、ユーザが設定した給湯設定温度に基づいて設定される凝縮温度と、冷房単独運転と同じように、室外空気の温度に基づいて設定される凝縮温度）それぞれについて、その凝縮温度で蓄熱冷房同時運転を行った場合の所定期間（例えば１日）におけるエネルギー消費量を算出する。そして、制御装置１４は、算出されたエネルギー消費量が最も少なくなる凝縮温度を、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定する。
【００４１】
以下では図７を参照しながら、制御装置１４が、冷媒の凝縮温度から、所定期間におけるエネルギー消費量を算出する処理について説明する。
【００４２】
ステップＳ２では、制御装置１４は、所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］を算出する。本実施例の給湯空調システム２では、所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］は、所定期間において給湯装置１２において給湯に使用する熱量である。所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］は、所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］と、ユーザによりリモコンに設定された給湯設定温度Ｔｗ［℃］と、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］に基づいて、Ｑｒ＝Ｆ×（Ｔｗ−Ｔｃ）で算出することができる。所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］については、例えば一般的な家庭での所定期間における給湯流量の平均値を制御装置１４にあらかじめ記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］については、制御装置１４が、給湯装置１２における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の所定期間における給湯流量の平均値として算出してもよい。給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、例えば制御装置１４に一般的な家庭での給水路４０への給水温度の平均値を予め記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、図７の処理を行う時点での給水路４０の水温を検出してもよい。あるいは、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、制御装置１４が、給湯装置１２における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の給水路４０の水温の平均値として算出してもよい。
【００４３】
ステップＳ４では、制御装置１４は、所定期間におけるバーナ加熱装置５４による供給熱量Ｑａ［ｋｃａｌ］を算出する。バーナ加熱装置５４による供給熱量Ｑａ［ｋｃａｌ］は、所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］と、ユーザによりリモコンに設定された給湯設定温度Ｔｗ［℃］と、蓄熱冷房同時運転によってタンク８に蓄えられる水の温度Ｔｈ［℃］に基づいて、Ｑａ＝Ｆ×（Ｔｗ−Ｔｈ）で算出することができる。蓄熱冷房同時運転によってタンク８に蓄えられる水の温度Ｔｈ［℃］は、冷媒の凝縮温度に基づいて特定することができる。例えば、蓄熱冷房同時運転によってタンク８に蓄えられる水の温度Ｔｈ［℃］は、冷媒の凝縮温度と等しい温度としてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時運転によってタンク８に蓄えられる水の温度Ｔｈ［℃］は、冷媒の凝縮温度から所定温度幅を減算した温度としてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時運転によってタンク８に蓄えられる水の温度Ｔｈ［℃］については、制御装置１４が、過去の蓄熱単独運転および蓄熱冷房同時運転においてタンク８に蓄えられる水の温度の履歴を記憶しておいて、同じ凝縮温度でタンク８の水を沸かし上げたときのタンク８に蓄えられた水の温度の平均値としてもよい。
【００４４】
ステップＳ６では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転による供給熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］を算出する。蓄熱冷房同時運転による供給熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］は、ステップＳ２で算出された必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］と、ステップＳ４で算出されたバーナ加熱装置５４による供給熱量Ｑａ［ｋｃａｌ］に基づいて、Ｑｈ＝Ｑｒ−Ｑａで算出することができる。
【００４５】
ステップＳ８では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈ［ｋＷ］を算出する。蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈ［ｋＷ］は、蓄熱冷房同時運転による冷却能力Ｃ［ｋＷ］と、圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］に基づいて、Ｈ＝Ｃ＋Ｐで算出することができる。蓄熱冷房同時運転による冷却能力Ｃ［ｋＷ］と、圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］は、蓄熱冷房同時運転における冷媒の蒸発温度と凝縮温度に基づいて、図８に示す動作表から特定することができる。図８に示す動作表は、制御装置１４に予め記憶されている。なお、冷媒の蒸発温度は、ユーザがリモコンで設定した冷房設定温度に基づいて特定される。
【００４６】
ステップＳ１０では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転の実行時間ｔ［ｈ］を算出する。蓄熱冷房同時運転の実行時間ｔ［ｈ］は、ステップＳ６で算出された蓄熱冷房同時運転による供給熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］と、ステップＳ８で算出された蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈ［ｋＷ］に基づいて、ｔ＝１．１６×Ｑｈ／Ｈで算出することができる。
【００４７】
ステップＳ１２では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転による消費電力量Ｅｈ［ｋＷｈ］を算出する。蓄熱冷房同時運転による消費電力量Ｅｈ［ｋＷｈ］は、蓄熱冷房同時運転での消費電力Ｐ’［ｋＷ］と、ステップＳ１０で算出された蓄熱冷房同時運転の実行時間ｔ［ｈ］に基づいて、Ｅｈ＝Ｐ’×ｔで算出することができる。蓄熱冷房同時運転での消費電力Ｐ’［ｋＷ］は、図８の動作表から特定される圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］に、第２ファン３２、循環ポンプ１０、第１膨張弁２２等の他の構成要素の消費電力Ｐ２［ｋＷ］を加算することで算出することができる。あるいは、近似的に、蓄熱冷房同時運転での消費電力Ｐ’［ｋＷ］は、図８の動作表から特定される圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］と等しいものとしてもよい。
【００４８】
ステップＳ１４では、制御装置１４は、バーナ加熱装置５４のエネルギー消費量Ｅａ［ｋＷｈ］を算出する。バーナ加熱装置５４のエネルギー消費量Ｅａ［ｋＷｈ］は、ステップＳ４で算出されたバーナ加熱装置５４による供給熱量Ｑａ［ｋｃａｌ］と、バーナ加熱装置５４の熱効率ηに基づいて、Ｅａ＝１．１６×Ｑａ／ηで算出することができる。
【００４９】
ステップＳ１６では、制御装置１４は、給湯空調システム２のエネルギー消費量Ｅ［ｋＷｈ］を算出する。給湯空調システム２のエネルギー消費量Ｅ［ｋＷｈ］は、ステップＳ１２で算出された蓄熱冷房同時運転による消費電力量Ｅｈ［ｋＷｈ］と、一次エネルギー変換係数αと、ステップＳ１４で算出されたバーナ加熱装置５４のエネルギー消費量Ｅａ［ｋＷｈ］に基づいて、Ｅ＝Ｅｈ×α＋Ｅａで算出することができる。
【００５０】
制御装置１４が、複数の凝縮温度それぞれについて図７に示す処理によりエネルギー消費量を算出し、エネルギー消費量が最も少なくなる凝縮温度を蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定することによって、給湯空調システム２のエネルギー消費量が最も少なくなるように蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
【００５１】
あるいは、本実施例の給湯空調システム２では、制御装置１４が、冷媒の凝縮温度の候補となる複数の凝縮温度（例えば、蓄熱単独運転と同じように、ユーザが設定した給湯設定温度に基づいて設定される凝縮温度と、冷房単独運転と同じように、室外空気の温度に基づいて設定される凝縮温度）それぞれについて、その凝縮温度で蓄熱冷房同時運転を行った場合の所定期間（例えば１日）における光熱費を算出する。そして、制御装置１４は、算出された光熱費が最も少なくなる凝縮温度を、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定する。
【００５２】
以下では図９を参照しながら、制御装置１４が、冷媒の凝縮温度から、所定期間における光熱費を算出する処理について説明する。
【００５３】
図９のステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４の処理は、図７のステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
ステップＳ１８では、制御装置１４は、給湯空調システム２の光熱費Ｍ［円］を算出する。給湯空調システム２の光熱費Ｍ［円］は、電力料金Ｍｈ［円］とガス料金Ｍａ［円］の和として、Ｍ＝Ｍｈ＋Ｍａで算出することができる。電力料金Ｍｈ［円］は、ステップＳ１２で算出された蓄熱冷房同時運転による消費電力量Ｅｈ［ｋＷｈ］と、電力量単価Ｕｈ［円／ｋＷｈ］に基づいて、Ｍｈ＝Ｅｈ×Ｕｈで算出することができる。ガス料金Ｍａ［円］は、ステップＳ１４で算出されたバーナ加熱装置５４のエネルギー消費量Ｅａ［ｋＷｈ］と、ガス単価Ｕａ［円／ｍ３］と、ガスの単位熱量ｑ［ｋｃａｌ／ｍ３］に基づいて、Ｍａ＝Ｅａ×Ｕａ／（１．１６×ｑ）で算出することができる。
【００５５】
制御装置１４が、複数の凝縮温度それぞれについて図９に示す処理により光熱費を算出し、光熱費が最も少なくなる凝縮温度を蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度として設定することによって、給湯空調システム２の光熱費が最も少なくなるように蓄熱冷房同時運転を実行することができる。
【００５６】
また、上記のような冷媒の凝縮温度の設定に加えて、例えば蓄熱冷房同時運転を行っている間に浴槽への湯張りが行われる場合など、蓄熱槽から消費する熱量が蓄熱槽へ蓄積する熱量よりも大きい場合には、バーナ加熱装置５４による水の加熱が必須となる。このような場合には、それ以外の場合に比べて、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度を低く設定することによって、冷房効率を向上することができる。
【００５７】
以上のように、本実施例の給湯空調システム２（ヒートポンプシステム）は、冷媒を加圧する圧縮機１６と、室外空気と冷媒を熱交換する室外空気熱交換器１８（第１熱交換器）と、室内空気と冷媒を熱交換する室内空気熱交換器３０（第２熱交換器）と、冷媒を減圧する第１膨張弁２２および第２膨張弁３４（減圧機構）と、冷媒と水（熱媒）の間で熱交換する水熱交換器２４（第３熱交換器）と、水を蓄えるタンク８（蓄熱槽）と、水を加熱するバーナ加熱装置５４（補助熱源機）と、冷媒の流れる経路を切り換える四方弁２６および三方弁２８（切換手段）を備えている。給湯空調システム２は、冷媒を圧縮機１６、水熱交換器２４、第１膨張弁２２、室外空気熱交換器１８の順に循環させ、水をタンク８と水熱交換器２４の間で循環させる蓄熱単独運転と、冷媒を圧縮機１６、室外空気熱交換器１８、第２膨張弁３４、室内空気熱交換器３０の順に循環させる冷房単独運転と、冷媒を圧縮機１６、水熱交換器２４、第１膨張弁２２、室内空気熱交換器３０の順に循環させ、水をタンク８と水熱交換器２４の間で循環させる蓄熱冷房同時運転を実行可能である。給湯空調システム２では、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度が、複数の凝縮温度から選択可能であり、蓄熱冷房同時運転によりタンク８に蓄えられる水が低温となる場合には、バーナ加熱装置５４によって水を加熱する。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６０】
２     給湯空調システム
４     ヒートポンプ装置
６     空調装置
８     タンク
１０   循環ポンプ
１２   給湯装置
１４   制御装置
１６   圧縮機
１８   室外空気熱交換器
１８ａ サーミスタ
２０   第１ファン
２２   第１膨張弁
２４   水熱交換器
２４ａ サーミスタ
２６   四方弁
２８   三方弁
２９   外気温度サーミスタ
３０   室内空気熱交換器
３０ａ サーミスタ
３２   第２ファン
３４   第２膨張弁
３６   水加熱往路
３８   水加熱復路
４０   給水路
４２   タンク導入路
４４   タンクバイパス路
４６   タンク導出路
４８   混合弁
５０   第１給湯路
５２   バーナ加熱路
５４   バーナ加熱装置
５６   バーナバイパス路
５８   バーナバイパス弁
６０   第２給湯路
１００ ヒートポンプサイクル
１０２ 冷媒の圧縮過程
１０４ 冷媒の凝縮過程
１０６ 冷媒の膨張過程
１０８ 冷媒の蒸発過程
１１０ 冷媒の凝縮温度が低い場合のサイクル
１１２ 冷媒の凝縮温度が高い場合のサイクル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006387271.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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