JP2022044714A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一次エネルギー消費量の増加及びランニングコストの増加を抑制することのできる空気調和装置を得る。【解決手段】蒸気圧縮式の冷凍サイクルを熱源として対象空気に熱を伝える第１熱源装置と、蒸気圧縮式の冷凍サイクルとは異なる熱源によって対象空気に熱を伝える第２熱源装置と、第１熱源装置及び第２熱源装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、第１熱源装置が対象空気を加熱する運転中に、加熱された対象空気が目標温度に維持されていて第１熱源装置の運転能力が上限に達していない状態で、かつ第１熱源装置のエネルギー消費量を示すパラメータが第１閾値を超えた場合に、第１熱源装置の運転を停止して第２熱源装置の運転を開始する。【選択図】図５

Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを熱源として対象空気を加熱する熱源装置と、冷凍サイクルとは異なる熱源で対象空気を加熱する熱源装置と、を備えた空気調和装置に関する。

従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって室内の暖房を行うヒートポンプ部と、ヒートポンプ部とは別の熱源によって室内の暖房を行う別熱源部とを有する空気調和システムがある。このような空気調和システムとして、ヒートポンプ暖房運転を行っている際に、外気温度が第１切換外気温度に達し、かつ、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達する第１切換条件を満たす場合に、ヒートポンプ暖房運転から別熱源部によって室内の暖房を行う別熱源暖房運転に切り換える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－１４５７５９号公報（請求項１）

特許文献１に記載の空気調和システムは、外気温度が第１切換外気温度に達していること、かつ、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達していること、を条件に、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換える。このようにすることで、ヒートポンプ暖房運転では加熱能力が不足する場合でも、別熱源暖房運転によって室内温度が室内目標温度に近づくように加熱され、室内の快適性が向上するとされている。

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和システムでは、ヒートポンプ部の暖房能力が上限に達するまではヒートポンプ暖房運転を継続するため、一次エネルギー消費量が大きい状態で空気調和システムが運転される場合がある。例えば、空調負荷が比較的小さく成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低いような状況であっても、ヒートポンプ部の暖房能力が上限に達していなければ、ヒートポンプ暖房運転を継続することとなる。成績係数が低い状態でヒートポンプ暖房運転を行った場合の一次エネルギー消費量は、別熱源暖房運転を行った場合の一次エネルギー消費量と比較して大きくなりうる。

また、地域によっては、熱源装置を駆動するエネルギーの種類毎に、エネルギーコスト（ドル／ＭＪ、円／ＭＪ）が異なる場合がある。例えば、特許文献１の別熱源部を駆動するエネルギーコストが、ヒートポンプ部を駆動する電気のエネルギーコストよりも小さい地域においては、成績係数が低い状態でヒートポンプ暖房運転を継続すると、別熱源暖房運転を行った場合よりも、ランニングコストが増加してしまう。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、一次エネルギー消費量の増加及びランニングコストの増加を抑制することのできる空気調和装置を提供するものである。

本発明に係る空気調和装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを熱源として対象空気に熱を伝える第１熱源装置と、前記蒸気圧縮式の冷凍サイクルとは異なる熱源によって前記対象空気に熱を伝える第２熱源装置と、前記第１熱源装置及び前記第２熱源装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１熱源装置が前記対象空気を加熱する運転中に、加熱された前記対象空気が目標温度に維持されていて前記第１熱源装置の運転能力が上限に達していない状態で、かつ前記第１熱源装置のエネルギー消費量を示すパラメータが第１閾値を超えた場合に、前記第１熱源装置の運転を停止して前記第２熱源装置の運転を開始するものである。

本発明によれば、第１熱源装置の運転中に対象空気が目標温度に維持されている状態で、第１熱源装置のエネルギー消費量を示すパラメータに基づいて、第２熱源装置を用いた運転に切り換える。対象空気が目標温度に維持されている状態は、第１熱源装置が運転能力の上限に達しておらず比較的成績係数が高い運転状態であるともいえる。このように対象空気が目標温度に維持されている状態で、第１熱源装置のエネルギー消費量を示すパラメータに基づいて第２熱源装置を用いた運転を開始するため、成績係数が比較的低い運転状態のときには、第１熱源装置を運転しないようにできる。したがって、一次エネルギー消費量の増加及びランニングコストの増加を抑制することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置のシステム構成の概略図である。 実施の形態１に係る第１熱源装置のシステム構成の概略図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の機能ブロック図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る第１熱源装置及び第２熱源装置の運転状態とエネルギー消費パラメータとを説明する概略図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第２暖房運転から第１暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第１暖房運転、除霜運転、及び第２暖房運転の切り換え制御を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第１暖房運転、除霜運転及び第２暖房運転の切り換えと、外気温度との関係を説明する図である。 実施の形態２に係る空気調和装置のシステム構成の概略図である。 実施の形態２に係る第１熱源装置及び第２熱源装置の運転状態とエネルギー消費パラメータとを説明する概略図である。 実施の形態３に係る空気調和装置のシステム構成の概略図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の、第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。 実施の形態４に係る空気調和装置のシステム構成の概略図である。

以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、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。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態及び配置は、あくまでも例示であって、本発明がこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００のシステム構成の概略図である。本実施の形態の空気調和装置１００は、オフィスビル又は店舗などの建物に設置され、室内空気の換気と、空気を冷却又は加熱して室内に供給する空気調和と、を行うシステムである。

空気調和装置１００は、室内又は室内と連通する部屋の天井裏等の場所に設置される利用側筐体３と、熱源側筐体４とを有する。空気調和装置１００を構成する機器は、この利用側筐体３と熱源側筐体４のいずれかに収納される。利用側筐体３と熱源側筐体４とは、冷媒配管で接続されている。本実施の形態の熱源側筐体４は、屋外に設置される。

利用側筐体３には、室外空気（ＯＡ：Ｏｕｔｄｏｏｒ Ａｉｒ）を室内に給気（ＳＡ：Ｓｕｐｐｌｙ Ａｉｒ）として供給する給気風路５と、室内から吸い込まれた吸込空気（ＲＡ：Ｒｅｔｕｒｎ Ａｉｒ）を室外に排気（ＥＡ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ａｉｒ）として排出する排気風路６とが、形成されている。ＲＡをＥＡとして排出し、ＯＡをＳＡとして室内に供給することで、室内の換気が行われる。給気風路５には、給気送風機３０が設置され、排気風路６には、排気送風機３１が設置されている。

利用側筐体３内には、給気風路５を流れる空気と排気風路６を流れる空気との間で熱交換させる全熱交換器３２が設けられている。全熱交換器３２は、回転式であってもよいし、静止式であってもよい。

本実施の形態の空気調和装置１００は、対象空気を調和する装置として、第１熱源装置１と第２熱源装置２とを有している。対象空気は、本実施の形態ではＯＡである。第１熱源装置１は、冷凍サイクルのヒートポンプの作用により、給気風路５を流れる対象空気を冷却又は加熱する。第２熱源装置２は、給気風路５を流れる対象空気を、冷凍サイクルとは異なる熱源で加熱する。給気風路５を流れる対象空気を加熱する際には、第１熱源装置１と第２熱源装置２のいずれかが使用される。

＜第２熱源装置２の構成＞
第２熱源装置２は、例えばガスファーネス又は灯油バーナーなどの加熱装置である。冷凍サイクル以外のものを熱源とする装置を、第２熱源装置２として用いる。

＜第１熱源装置１の構成＞
図２は、実施の形態１に係る第１熱源装置１のシステム構成の概略図である。図２は、図１に示した空気調和装置１００のうち、第１熱源装置１を構成する機器を図示したものである。図１及び図２を参照して、第１熱源装置１の構成を説明する。

第１熱源装置１は、圧縮機１０、第１熱交換器１１、減圧機構１２及び第２熱交換器１３を有している。圧縮機１０、第１熱交換器１１、減圧機構１２及び第２熱交換器１３は、冷媒配管で接続されて冷媒回路を構成しており、この冷媒回路を冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが形成される。また、第１熱源装置１には、第１熱交換器１１に空気を供給する送風機１４が設けられている。

圧縮機１０は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等で構成することができる。また、圧縮機１０を容量制御可能なインバータ圧縮機で構成してもよい。本実施の形態で例示する圧縮機１０は、駆動周波数が調整されることで、出力が制御されるものである。

第１熱交換器１１と第２熱交換器１３は、蒸発器又は凝縮器として機能する。例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器等で、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３が構成される。

送風機１４は、例えば、複数の翼を有するプロペラファンで構成される。本実施の形態で例示する送風機１４は、回転数を制御可能に構成されている。送風機１４は、熱源側筐体４に収容されている。

さらに好ましくは、本実施の形態の第１熱源装置１は、四方弁１５と、アキュムレータ１６と、過冷却回路２２と、再加熱回路２３とを有している。四方弁１５は、内部に弁体を有し、弁体の開閉状態を切り換えることで、圧縮機１０から吐出された冷媒及び圧縮機１０に吸入される冷媒の流れ方向を切り換える。なお、二方弁又は三方弁を組み合わせて、四方弁１５の機能を実現してもよい。アキュムレータ１６は、圧縮機１０の吸入側の冷媒回路に設けられ、冷媒回路内の余剰冷媒を貯める。

過冷却回路２２は、第１熱交換器１１が凝縮器として機能する際に、第１熱交換器１１から流出した冷媒を過冷却するための回路である。過冷却回路２２は、第１熱交換器１１と減圧機構１２との間の冷媒配管から分岐して、アキュムレータ１６の入口側の冷媒配管に合流する冷媒配管を有する。過冷却回路２２には、第１熱交換器１１と減圧機構１２との間の冷媒配管から分岐した冷媒を減圧する減圧機構１８と、過冷却熱交換器１７とを備える。過冷却熱交換器１７は、減圧機構１８で減圧された冷媒と、第１熱交換器１１と減圧機構１２との間を流れる冷媒と、の間で熱交換させる。

再加熱回路２３は、第２熱交換器１３が蒸発器として機能する際に、第２熱交換器１３で冷却された空気を加熱するための回路である。再加熱回路２３は、蒸発器である第２熱交換器１３を通過した空気の風路上に配置された第３熱交換器２１と、第１熱交換器１１から流出して減圧機構１２に流入する前の冷媒を第３熱交換器２１に流す冷媒配管とを有する。第１熱交換器１１と減圧機構１２とを接続する冷媒配管には第１電磁弁１９が設けられ、再加熱回路２３の冷媒配管には第２電磁弁２０が設けられている。第１電磁弁１９が開き、第２電磁弁２０を閉じられていると、再加熱回路２３には冷媒が流れず、第１電磁弁１９が閉じられ、第２電磁弁２０が開かれていると、再加熱回路２３の第３熱交換器２１に冷媒が流れる。再加熱回路２３の第３熱交換器２１において、蒸発器である第２熱交換器１３を流出した空気と、減圧機構１２に流入する前の冷媒とが、熱交換し、空気が加熱される。

なお、第１熱源装置１の過冷却回路２２及び再加熱回路２３は、冷房運転に使用される回路であり、暖房運転ではこれらの回路は用いられない。したがって、冷房運転を行わない空気調和装置に本発明を適用する場合には、過冷却回路２２及び再加熱回路２３を設けなくてよい。

第１熱源装置１の冷媒回路を循環する冷媒は、特に限定されない。例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）冷媒、ＨＣＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｃｈｌｏｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）冷媒、炭化水素、二酸化炭素などの自然冷媒が用いられる。

＜センサの構成＞
空気調和装置１００には、運転状態に関する情報を取得する装置として、複数のセンサが設けられている。図１に示すように、給気風路５を流れる空気の温度を検出するセンサとして、温度センサ５０、５１、５２、５３が設けられている。温度センサ５０は、空気調和装置１００から室内へ供給されるＳＡの温度、すなわち第１熱源装置１又は第２熱源装置２で空気調和された後の空気の温度を、検出する。本実施の形態では、利用側筐体３のＳＡの吹出口に温度センサ５０が設置されており、吹出口を通過する空気の温度を検出する。温度センサ５０が検出する空気の温度を、吹出温度と称する。温度センサ５１は、第１熱源装置１又は第２熱源装置２で空気調和される対象空気の温度を、検出する。本実施の形態の温度センサ５１は、全熱交換器３２の下流側かつ第２熱交換器１３の上流側の空気温度を検出する。温度センサ５２は、第２熱交換器１３の下流側かつ第３熱交換器２１の上流側の空気温度を検出する。温度センサ５３は、第３熱交換器２１の下流側かつ温度センサ５０の上流側の空気温度を検出する。

図２に示すように、第１熱源装置１の冷媒回路を流れる冷媒の温度を検出するセンサとして、温度センサ４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６が設けられている。温度センサ４０は、圧縮機１０から吐出された高圧冷媒が流れる冷媒配管に設置されている。温度センサ４１は、第１熱交換器１１と減圧機構１２とを接続する冷媒配管に設置されている。温度センサ４２は、減圧機構１２と第２熱交換器１３とを接続する冷媒配管に設置されている。温度センサ４３は、第２熱交換器１３と四方弁１５とを接続する冷媒配管に設置されている。温度センサ４４は、減圧機構１２と過冷却回路２２の減圧機構１８とを接続する冷媒配管に設置されている。温度センサ４５は、過冷却回路２２の冷媒配管であって、減圧機構１８と過冷却熱交換器１７との間に設置されている。温度センサ４６は、過冷却回路２２の冷媒配管であって、過冷却熱交換器１７とアキュムレータ１６との間に設置されている。温度センサ４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６は、それぞれ、設置された場所における冷媒温度を検出する。

第１熱源装置１には、第１熱交換器１１を流れる冷媒と熱交換する空気の温度を検出するセンサとして、温度センサ４７が設けられている。本実施の形態の温度センサ４７は、第１熱交換器１１に送風する送風機１４の上流側に設置されており、設置された場所における空気温度を検出する。

第１熱源装置１には、冷媒回路を流れる冷媒の圧力を検出するセンサとして、圧力センサ６０、６１が設けられている。圧力センサ６０は、圧縮機１０から吐出された高圧冷媒が流れる冷媒配管に設けられている。圧力センサ６１は、アキュムレータ１６の入口側であって、低圧冷媒が流れる冷媒配管に設けられている。圧力センサ６０及び６１は、それぞれ、設置された場所における冷媒の圧力を検出する。

熱源側筐体４には、好ましくは、電力計３３が設置されている。電力計３３は、第１熱源装置１の消費電力を検出する。

＜機能構成＞
図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の機能ブロック図である。本実施の形態の空気調和装置１００は、熱源側制御装置７０と利用側制御装置８０とを有する。熱源側制御装置７０と利用側制御装置８０とで協働して、空気調和装置１００が制御される。図１及び図２に示すように、熱源側制御装置７０は熱源側筐体４に収容され、利用側制御装置８０は利用側筐体３に収容されており、熱源側制御装置７０と利用側制御装置８０とは通信接続されていて、互いに情報を送受信する。

熱源側制御装置７０は、プロセッサ７１と、記憶部７２と、通信部７３とを有する。熱源側制御装置７０の各種制御は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、記憶部７２に格納される。プロセッサ７１は、記憶部７２に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、熱源側制御装置７０の各機能を実現する。記憶部７２は、制御に使用される各種設定値、目標値、閾値などを記憶する。記憶部７２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。通信部７３は、利用側制御装置８０との間で、有線通信又は無線通信により制御信号を送受信する通信回路である。

熱源側制御装置７０には、熱源側筐体４に収容されたセンサ、すなわち、圧力センサ６０、６１、温度センサ４０、４１、４４、４５、４６及び４７からの出力並びに電力計３３からの出力が入力される。熱源側制御装置７０は、これらセンサ及び電力計３３からの入力と記憶部７２に記憶された情報とに基づいて、制御内容及び制御パラメータを決定し、圧縮機１０、四方弁１５、減圧機構１８及び送風機１４などのアクチュエータを制御する。また熱源側制御装置７０は、利用側制御装置８０に、制御信号又はセンサの検出値を出力する。

利用側制御装置８０は、プロセッサ８１と、記憶部８２と、通信部８３とを有する。利用側制御装置８０の各種制御は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、記憶部８２に格納される。プロセッサ８１は、記憶部８２に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、利用側制御装置８０の各機能を実現する。記憶部８２は、制御に使用される各種設定値、目標値、閾値などを記憶する。記憶部８２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。通信部８３は、熱源側制御装置７０との間で、有線通信又は無線通信により制御信号を送受信する通信回路である。

利用側制御装置８０には、利用側筐体３に収容されたセンサ、すなわち温度センサ４２、４３、５０、５１、５２、５３からの出力が入力される。利用側制御装置８０は、これらセンサからの入力と記憶部８２に記憶された情報とに基づいて、減圧機構１２、給気送風機３０、排気送風機３１、第１電磁弁１９及び第２電磁弁２０などのアクチュエータと、第２熱源装置２とを制御する。また利用側制御装置８０は、熱源側制御装置７０に、制御信号又はセンサの検出値を出力する。

なお、本実施の形態では、熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０が記憶部に格納されるプログラムを実行するプロセッサで構成された例を示すが、熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０を専用のハードウェアで構成することもできる。熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０が専用のハードウェアである場合、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０に該当する。熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

また、図３に示した熱源側制御装置７０及び利用側制御装置８０は、機能を概念的に示したものであり、必ずしも図示のように物理的に構成されていることを要しない。すなわち、各機能を実現する要素の分散及び統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散又は統合して構成することができる。例えば、図３において利用側制御装置８０により制御されているアクチュエータの一部を、熱源側制御装置７０で制御してもよいし、熱源側制御装置７０と利用側制御装置８０の機能を一つの制御装置で実現してもよい。

＜空気調和装置１００の運転モード＞
空気調和装置１００は、運転モードとして、冷房運転と暖房運転とを有する。暖房運転は、第１熱源装置１のヒートポンプによって生成される熱を熱源とする第１暖房運転と、第２熱源装置２を熱源とする第２暖房運転とを含む。さらに、第１暖房運転の際に第１熱交換器１１に付着した霜を溶かす除霜運転がある。

（１）冷房運転
冷房運転は、第１熱源装置１によって対象空気であるＯＡを冷却し、冷却された対象空気をＳＡとして室内に供給する運転である。

まず、図２を参照して、第１熱源装置１の冷凍サイクルの動作を説明する。冷房運転では、四方弁１５は、圧縮機１０の吐出側を第１熱交換器１１に接続し、圧縮機１０の吸入側を第２熱交換器１３に接続する。過冷却回路２２の減圧機構１８は所定開度で開いている。第１電磁弁１９は開いており、第２電磁弁２０は閉じている。圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１熱交換器１１に流入し、送風機１４から供給される空気と熱交換して低温化する。第１熱交換器１１を流出した冷媒は、過冷却熱交換器１７において減圧機構１８で減圧された冷媒との間で熱交換し、過冷却度を増す。過冷却度を増した冷媒は、第１電磁弁１９を経由し、減圧機構１２で減圧され、第２熱交換器１３に流入する。第２熱交換器１３に流入した冷媒は、第２熱交換器１３の周囲の空気と熱交換して低温化する。第２熱交換器１３から流出した低圧ガス冷媒は、四方弁１５及びアキュムレータ１６を経由して、圧縮機１０に吸入される。

次に、図１を参照して、冷房運転における空気の流れを説明する。給気送風機３０及び排気送風機３１が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、全熱交換器３２に流入するとともに、ＲＡが排気風路６を流れ、全熱交換器３２に流入する。全熱交換器３２では、ＲＡと対象空気とが熱交換する。全熱交換器３２を通過した対象空気は、第２熱交換器１３を通過する。第２熱交換器１３を通過する際、対象空気は、第２熱交換器１３を流れる冷媒と熱交換して低温化し、ＳＡとして室内に供給される。ここで、第２電磁弁２０が閉じられているときには、第３熱交換器２１には冷媒が流れないため、第３熱交換器２１は熱交換器として機能しない。また、第２熱源装置２は、運転を停止しており、熱源として機能しない。一方、全熱交換器３２において対象空気と熱交換したＲＡは、ＥＡとして室外に排出される。

冷房運転において、再加熱回路２３を利用する場合には、第１電磁弁１９を閉じ、第２電磁弁２０を開いて、冷媒を再加熱回路２３の第３熱交換器２１に流す。そうすると、第２熱交換器１３を通過した空気が、第２熱交換器１３を流れる冷媒よりも高温の第３熱交換器２１を流れる冷媒と熱交換して高温化し、給気風路５に生じる結露を抑制することができる。

（２）第１暖房運転
第１暖房運転は、第１熱源装置１によって対象空気であるＯＡを加熱し、加熱された対象空気をＳＡとして室内に供給する運転である。第１暖房運転では、第２熱源装置２は運転を停止している。

まず、図２を参照して、第１熱源装置１の冷凍サイクルの動作を説明する。第１暖房運転では、四方弁１５は、圧縮機１０の吐出側を第２熱交換器１３に接続し、圧縮機１０の吸入側を第１熱交換器１１に接続する。過冷却回路２２の減圧機構１８は全閉である。第１電磁弁１９は開いており、第２電磁弁２０は閉じている。圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２熱交換器１３に流入し、第２熱交換器１３の周囲の空気と熱交換して低温化する。第２熱交換器１３を流出した冷媒は、減圧機構１２で減圧され、第１熱交換器１１に流入する。第１熱交換器１１に流入した冷媒は、送風機１４から供給される空気と熱交換して、低圧ガス冷媒となる。第１熱交換器１１から流出した低圧ガス冷媒は、四方弁１５及びアキュムレータ１６を経由して、圧縮機１０に吸入される。

次に、図１を参照して、第１暖房運転における空気の流れを説明する。給気送風機３０及び排気送風機３１が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、全熱交換器３２に流入するとともに、ＲＡが排気風路６を流れ、全熱交換器３２に流入する。全熱交換器３２では、ＲＡと対象空気とが熱交換する。全熱交換器３２を通過した対象空気は、第２熱交換器１３を通過する。第２熱交換器１３を通過する際、対象空気は、第２熱交換器１３を流れる冷媒と熱交換して高温化し、ＳＡとして室内に供給される。ここで、運転を停止している第２熱源装置２は、熱源として機能しない。一方、全熱交換器３２において対象空気と熱交換したＲＡは、ＥＡとして室外に排出される。

第１暖房運転におけるアクチュエータの制御について説明する。第１暖房運転においてＳＡとして供給される空気に関する目標値は、予め記憶部７２又は記憶部８２に設定されている。圧縮機１０の運転周波数は、温度センサ５０が検出する吹出温度が、記憶部７２又は記憶部８２に記憶された目標値に近づくように、制御される。目標値に、所定範囲の幅を持たせてもよい。送風機１４の回転数は、冷媒の蒸発温度が、記憶部７２又は記憶部８２に記憶された目標蒸発温度に近づくように、制御される。圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力を検出する圧力センサ６１の検出値に対応する飽和温度の値を、蒸発温度として用いることができる。減圧機構１２は、第２熱交換器１３を通過する冷媒の過冷却度が、記憶部７２又は記憶部８２に記憶された目標値に近づくように、制御される。ここで、第２熱交換器１３を流れる冷媒の過冷却度は、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力を検出する圧力センサ６０の検出値に対応する飽和温度から、温度センサ４２の検出値を差し引くことで、求められる。

（３）第２暖房運転
第２暖房運転は、第２熱源装置２によって対象空気であるＯＡを加熱し、加熱された対象空気をＳＡとして室内に供給する運転である。第２暖房運転では、第１熱源装置１は運転を停止している。

図１を参照して、第２暖房運転における空気の流れを説明する。給気送風機３０及び排気送風機３１が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、全熱交換器３２に流入するとともに、ＲＡとして排気風路６を流れ、全熱交換器３２に流入する。全熱交換器３２では、ＲＡと対象空気とが熱交換する。全熱交換器３２を通過した対象空気は、熱交換器としては機能しない第２熱交換器１３及び第３熱交換器２１を経由して、第２熱源装置２に流入する。第２熱源装置２に流入した対象空気は、第２熱源装置２によって加熱されて高温化し、ＳＡとして室内に供給される。一方、全熱交換器３２において対象空気と熱交換したＲＡは、ＥＡとして屋外に排出される。

第２暖房運転においてＳＡとして供給される空気に関する目標値は、予め記憶部８２に設定されている。第２熱源装置２の加熱量は、温度センサ５０が検出する吹出温度が、記憶部８２に記憶された目標値に近づくように、制御される。第２熱源装置２がガスファーネスである場合、第２熱源装置２の加熱量は、供給される燃料（ガス）の量によって調整される。

（４）除霜運転
本実施の形態の空気調和装置１００は、さらに、除霜運転を行う。除霜運転では、第１暖房運転の際に蒸発器である第１熱交換器１１に付着した霜を溶かす。また本実施の形態の除霜運転では、第２熱源装置２によって対象空気を加熱して、加熱した対象空気をＳＡとして室内に供給する。除霜運転では、第１熱源装置１の四方弁１５は、圧縮機１０の吐出側を第１熱交換器１１に接続し、圧縮機１０の吸入側を第２熱交換器１３に接続する。過冷却回路２２の減圧機構１８は全閉である。第１電磁弁１９は開いており、第２電磁弁２０は閉じている。第２熱源装置２は加熱運転を行う。また、給気送風機３０及び排気送風機３１は運転を行い、室内の換気が行われている。なお、送風機１４は運転を停止している。

図２を参照して、除霜運転における第１熱源装置１の冷凍サイクルの動作を説明する。圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経由して第１熱交換器１１に流入して第１熱交換器１１に付着した霜を溶かし、高圧液冷媒となる。第１熱交換器１１を流出した冷媒は、減圧機構１２で減圧され、第２熱交換器１３に流入して蒸発する。第２熱交換器１３を流出した冷媒は、四方弁１５及びアキュムレータ１６を経由して、圧縮機１０に吸入される。

次に、図１を参照して、除霜運転における空気の流れを説明する。給気送風機３０及び排気送風機３１が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、全熱交換器３２に流入するとともに、ＲＡが排気風路６を流れ、全熱交換器３２に流入する。全熱交換器３２では、ＲＡと対象空気とが熱交換する。全熱交換器３２を通過した対象空気は、第２熱交換器１３を経由して第２熱源装置２に流入する。第２熱源装置２に流入した対象空気は、第２熱源装置２によって加熱されて高温化し、ＳＡとして室内に供給される。一方、全熱交換器３２において対象空気と熱交換したＲＡは、ＥＡとして室外に排出される。

このように除霜運転では、第１暖房運転の際に第１熱交換器１１に付着した霜を溶かすとともに、第２熱源装置２によって対象空気を加熱して暖房することができる。第２熱源装置２の加熱量は、温度センサ５０が検出する吹出温度が、記憶部８２に記憶された目標値に近づくように、制御される。

なお、除霜運転では、第１熱交換器１１に付着した霜を溶かすのに必要な高温冷媒を得るために、圧縮機１０の運転周波数は冷房運転時に比べて高めの値に固定される。また、冷媒の流量を多くして除霜運転の時間を短くするために、減圧機構１２の開度は、最大開度に固定される。

＜運転切り換え＞
空気調和装置１００は、上述のように第１暖房運転と第２暖房運転を有し、暖房運転の際にはいずれか一方が選択的に実行される。以下、第１暖房運転と第２暖房運転との間での運転切り換えの制御を説明する。

（１）第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え
図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の、第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。第１熱源装置１によって対象空気を加熱する第１暖房運転中には、第１熱源装置１のアクチュエータが制御される（Ｓ１）。吹出温度と目標値とが比較され（Ｓ２）、吹出温度が目標値と等しくない場合には（Ｓ２；ＮＯ）、吹出温度が目標値に近づくようにさらに第１熱源装置１のアクチュエータが制御される（Ｓ１）。吹出温度と目標値とが等しい場合には（Ｓ２；ＹＥＳ）、次のステップへ進む。ここで、本実施の形態では、吹出温度は、温度センサ５０が検出する温度であり、目標値は、予め記憶部７２又は記憶部８２に記憶されている。このようなステップＳ１及びステップＳ２の処理により、吹出温度は目標値に維持された状態となる。

ステップＳ３では、エネルギー消費パラメータの値と、第１閾値とが比較される。エネルギー消費パラメータが第１閾値を超えていなければ（Ｓ３；ＮＯ）、ステップＳ１に戻って第１暖房運転が継続される。一方、エネルギー消費パラメータが第１閾値を超えている場合には（Ｓ３；ＹＥＳ）、第１熱源装置１の運転が停止され、第２熱源装置２の運転が開始される（Ｓ４）。

ここで、エネルギー消費パラメータとは、第１熱源装置１の駆動に要するエネルギー消費量を示す計測値、あるいはエネルギー消費量を決める因子をいう。本実施の形態の第１熱源装置１は、電気をエネルギーとして動作するため、エネルギー消費パラメータは、消費電力を示す計測値あるいは消費電力を決める因子であると言い替えることができる。本実施の形態におけるエネルギー消費パラメータの具体例は、送風機１４の回転数、蒸発温度、第１熱源装置１の消費電力、及び蒸発器に供給される空気の温度である。

したがってステップＳ３では、送風機１４の回転数、蒸発温度、第１熱源装置１の消費電力、及び蒸発器に供給される空気の温度のうちの少なくとも一つが、それぞれに対応する第１閾値と比較される。ステップＳ３において、エネルギー消費パラメータと比較される第１閾値は、パラメータ毎に予め設定されて記憶部７２又は記憶部８２に記憶されている。第１閾値としては、第１暖房運転を行った場合のランニングコストと、第２暖房運転を行った場合とのランニングコストとを比較し、両者が同じになるポイントにおける値を用いる。以下、具体的に説明する。

図５は、実施の形態１に係る第１熱源装置１及び第２熱源装置２の運転状態とエネルギー消費パラメータとを説明する概略図である。図５に示す各グラフの横軸は、いずれも外気温度、すなわち蒸発器として機能する第１熱交換器１１に供給される空気の温度である。図５に示す各グラフの縦軸は上から順に、吹出温度、第１熱源装置１と第２熱源装置２の区別、送風機１４の回転数、蒸発温度、及び第１熱源装置１の消費電力、ランニングコストである。図５に示すように、吹出温度が目標値に維持された状態で、第１熱源装置１の運転と第２熱源装置２の運転とが、切り換えられる。

まず、ランニングコストから説明する。図５に示すランニングコストのグラフは、第１熱源装置１及び第２熱源装置２の消費エネルギー量をコストに換算したものである。本実施の形態では、第１熱源装置１は電気をエネルギーとして動作する。第２熱源装置２は、ガスファーネスであればガスをエネルギーとして動作し、灯油バーナーであれば灯油をエネルギーとして動作する。ランニングコストを算出するために、記憶部７２又は記憶部８２には、単位熱量あたりのコストである単位エネルギーコストが記憶されている。単位エネルギーコストにエネルギー使用量を掛けることで、ランニングコストが得られる。本実施の形態では、第１熱源装置１の単位エネルギーコストとして、電気料金（円／ｋＷｈ）が記憶され、第２熱源装置２の単位エネルギーコストとして、燃料料金の電気換算額（円／ｋＷｈ）が記憶されている。なお、第２熱源装置２を動作させるエネルギーがガスである場合、燃料料金の電気換算額（円／ｋＷｈ）は、ガス料金（円／ｍ^３）、ガス発熱量（ＭＪ／ｍ^３）及び電気一次エネルギー換算式（ＭＪ／ｋＷｈ）を用いて、算出することができる。なお、本実施の形態では、電気料金を単位エネルギーコストとする例を示すが、使用するエネルギーの異なる第１熱源装置１と第２熱源装置２とで同じ指標で比較するものであれば、他のものを用いてもよい。

第１熱源装置１の単位エネルギーコスト及び第２熱源装置２の単位エネルギーコストは、空気調和装置１００の工場出荷の際、あるいは空気調和装置１００が設置される際に、記憶部７２又は記憶部８２に記憶される。なお、単位エネルギーコストの値は、通常、国（例えば、日本、欧米諸国、北米など）によって決められており、また同じ国内でも地域（例えば、北米の西海岸と東海岸など）によって異なる値が決められていることもある。このため、国又は地域毎の単位エネルギーコストの値を、工場出荷の際に記憶部７２又は記憶部８２に記憶させておいてもよい。そして、空気調和装置１００が設置される際に、施工者により入力された国又は地域が記憶部７２又は記憶部８２に記憶され、運転の際には入力された国及び地域の単位エネルギーコストを用いるようにする。このようにすることで、空気調和装置１００を設置する施工者による、単位エネルギーコストの桁の入力間違いを回避することができる。

図５のランニングコストのグラフでは、外気温度が低いほど、第１熱源装置１のランニングコストが上昇し、またランニングコストの上昇は一様な直線状ではなく、外気温度のある温度帯において急激に上昇することがわかる。また、第２熱源装置２のランニングコストについては、外気温度が低くなるにつれて、直線状に上昇することがわかる。そして、第１熱源装置１のランニングコストと、第２熱源装置２のランニングコストと、の大小関係は、あるポイントにおいて入れ替わる。第１熱源装置１と第２熱源装置２のランニングコストが同じになるポイントにおける、送風機１４の回転数、蒸発温度、第１熱源装置１の消費電力、及び外気温度を、図４のステップＳ３における第１閾値とする。そしてこの第１閾値に基づいて、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。

エネルギー消費パラメータの具体例の関係性を説明する。まず、冷媒の蒸発温度は、送風機１４の回転数の制御における操作量の決定に用いられる。送風機１４の回転数は、蒸発温度が目標蒸発温度に近づくように制御されている。そして、蒸発器として機能する第１熱交換器１１に供給される空気の温度、すなわち本実施の形態では外気温度が、低くなるほど、送風機１４の回転数を上昇させる制御が行われることになる。外気温度が目標蒸発温度に近い値になると、送風機１４の回転数が急上昇するという制御特性がある。このため、第１暖房運転においては、外気温度の低下に伴って送風機１４の回転数が増加し、送風機１４の回転数の増加に伴って第１熱源装置１の消費電力が上昇する。このように、蒸発温度、送風機１４の回転数、及び蒸発器に供給される空気の温度は、第１熱源装置１のエネルギー消費量を決める因子となっている。また、本実施の形態のようにＯＡを対象空気として加熱する換気機能を備えた空気調和装置１００においては、外気温度が低いほど加熱負荷が大きくなり第１熱源装置１の消費電力が上昇する。この点においても、外気温度は、エネルギー消費量を決める因子となっている。

蒸発温度をエネルギー消費パラメータとして用いる場合、蒸発温度が第１閾値を超えて低下した場合に、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。このようにすることで、第１熱源装置１の加熱容量に依存しない、汎用性の高い制御が可能となる。具体的には、第１熱源装置１の機種によって加熱容量（馬力）が異なりうるが、そのように加熱容量の異なる複数の第１熱源装置１に対して、蒸発温度をエネルギー消費パラメータとして用いる同じ制御を適用することができる。したがって、加熱容量の異なる複数の第１熱源装置１に対する制御を、一括で管理して開発することができる。蒸発温度をエネルギー消費パラメータとするときの第１閾値は、例えば目標蒸発温度と同じ値とすることもできる。

送風機１４の回転数をエネルギー消費パラメータとして用いる場合、送風機１４の回転数が第１閾値を超えて上昇した場合に、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。このようにすることで、一時的な冷媒状態の変動に伴う不要な運転の切り換えが生じ難い。具体的には、例えば圧縮機１０の運転周波数や減圧機構１２の開度の操作量が変更されたときに、一時的に蒸発温度などの冷媒状態が変動することがある。送風機１４の回転数は、蒸発温度に基づいて制御されているものの、蒸発温度の一時的な変動を吸収するように制御される。したがって、一時的な冷媒状態の変動は、送風機１４の回転数に影響を与えにくい。このため、送風機１４の回転数をエネルギー消費パラメータとして用いることで、第１暖房運転の方がランニングコストが低いにもかかわらず第２暖房運転に切りかわってしまうのを回避することができる。送風機１４の回転数をエネルギー消費パラメータとするときの第１閾値は、例えば、送風機１４の最大回転数、又は最大回転数よりも小さい値とすることができる。後者の場合、第１熱源装置１の消費電力全体に対して送風機１４の消費電力が占める割合が大きくなるような回転数を、開発時に決定して第１閾値とする。

なお、エネルギー消費パラメータとして、蒸発温度と送風機１４の回転数の両方を用いることもできる。この場合、蒸発温度が第１閾値を超えて低下し、かつ送風機１４の回転数が第１閾値を超えて上昇した場合に、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。このようにすることで、第１熱源装置１の加熱容量に依存しない汎用性の高い制御が可能であるとともに、一時的な冷媒状態の変動に伴う不要な運転の切り換えを生じ難くすることができる。

電力計３３が計測した第１熱源装置１の消費電力をエネルギー消費パラメータとして用いる場合、電力計３３が計測した消費電力が第１閾値よりも高い場合に、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。このようにすることで、ランニングコストの大小関係の判断を精度よく行うことができる。このため、ランニングコストを抑えることのできるより適切タイミングで、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換えることができる。なお、エネルギー消費パラメータとして用いる消費電力は、本実施の形態のように利用側筐体３と熱源側筐体４の機器の消費電力の合計とすることができるほか、第１熱源装置１の消費電力に大きな影響を与える熱源側筐体４の機器の消費電力とすることもできる。消費電力をエネルギー消費パラメータとするときの第１閾値は、第１熱源装置１の消費電力から演算されるランニングコストが、第２熱源装置２のランニングコストよりも大きくなる値とする。ランニングコストの演算に用いられるパラメータは、記憶部７２又は記憶部８２に予め記憶させておく。

外気温度をエネルギー消費パラメータとして用いる場合、外気温度が第１閾値よりも低くなった場合に、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。このようにすることで、第１熱源装置１の一時的な運転状態の変動に伴う不要な運転の切り換えが生じ難い。このため、ランニングコストを抑えることのできるより適切なタイミングで、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換えることができる。なお、全熱交換器３２は、回転式であっても静止式であってもよいことを述べたが、一般的に、回転式の全熱交換器は、静止式の全熱交換器よりも熱交換率が高い。このため、全熱交換器３２として回転式のものを用いた場合には、静止式のものを用いた場合よりも、全熱交換器３２を出た給気風路５の対象空気の温度が高くなりやすい。したがって、外気温度をエネルギー消費パラメータとして用いる場合には、ステップＳ３における第１閾値を、全熱交換器３２が回転式である場合と静止式である場合とで、異ならせてもよい。

なお、送風機１４の回転数、蒸発温度、第１熱源装置１の消費電力、及び外気温度のうち、いずれか二以上を組み合わせてエネルギー消費パラメータとして用いてもよい。また、第１熱源装置１の消費電力をエネルギー消費パラメータとして用いない場合には、電力計３３を設けなくてよい。

図４及び図５に示したように、本実施の形態では、第１暖房運転中に、吹出温度が目標値に維持された状態で、エネルギー消費パラメータの値に基づいて、第１暖房運転から第２暖房運転に切り換える。吹出温度が目標値に維持されている状態、すなわち第１熱源装置１によって加熱された対象空気が目標温度に維持されている状態は、第１熱源装置１が運転能力の上限に達しておらず比較的成績係数が高い運転状態であるともいえる。つまり、図４及び図５で示す制御は、特許文献１に記載されているようにヒートポンプによる暖房能力が上限に達したときに第１暖房運転から第２暖房運転に切り換えるわけではない。加熱された対象空気が目標温度に維持されている状態で、第１熱源装置１のエネルギー消費量を示すパラメータに基づいて第２熱源装置２を用いた運転を開始するため、成績係数が比較的低い運転状態のときには、第１熱源装置１を運転しないようにできる。したがって、一次エネルギー消費量の増加及びランニングコストの増加を抑制することができる。

そして、運転切り換えの判断においてエネルギー消費パラメータと比較される第１閾値は、第２熱源装置２を運転した場合のランニングコストの方が、第１熱源装置１を運転した場合のランニングコストよりも低くなるように決定された値である。このため、暖房運転におけるランニングコストを抑制することができる。ランニングコストを抑制することで、一次エネルギー消費量を抑制することが可能となるので、環境にやさしい運転を実現できる。なお、ここでいう一次エネルギーとは、化石燃料、原子力燃料、水力、又は太陽光などの、自然から得られるエネルギーのことをいう。電気は、化石燃料などの投入熱量を用いて発電されたエネルギーである。上述のような単位エネルギーコストを用いて計算したランニングコストの比較は、一次エネルギーコストの比較と同等と捉えることができる。したがって、第１熱源装置１と第２熱源装置２とで、運転に直接的に用いられるエネルギーが異なる場合でも、同じ基準でランニングコストを比較することができる。

（２）第２暖房運転から第１暖房運転への運転切り換え
図６は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の、第２暖房運転から第１暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。第２熱源装置２によって対象空気を加熱する第２暖房運転中には、第２熱源装置２の加熱量が制御される（Ｓ１０）。吹出温度と目標値とが比較され（Ｓ１１）、吹出温度が目標値と等しくない場合には（Ｓ１１；ＮＯ）、吹出温度が目標値に近づくように更に第２熱源装置２の加熱量が制御される（Ｓ１０）。吹出温度と目標値とが等しい場合には（Ｓ１１；ＹＥＳ）、次のステップへ進む。ここで、本実施の形態では、吹出温度は、温度センサ５０が検出する温度であり、目標値は、予め記憶部８２に記憶されている。このようなステップＳ１０及びステップＳ１１の処理により、吹出温度は目標値に維持された状態となる。

ステップＳ１２では、外気温度と第２閾値とが比較される。外気温度は、温度センサ４７が検出する温度である。第２閾値は、記憶部７２又は記憶部８２に予め記憶されている。外気温度が第２閾値よりも高い場合には（Ｓ１２；ＹＥＳ）、第２熱源装置２の運転が停止され、第１熱源装置１の運転が開始される（Ｓ１３）。外気温度が第２閾値以下であれば（Ｓ１２；ＮＯ）、ステップＳ１０に戻って第２熱源装置２の運転が継続される。

ステップＳ１２において外気温度と対比される第２閾値は、第１熱源装置１の第１熱交換器１１における蒸発温度の目標値である目標蒸発温度とすることもできる。この場合、外気温度が、目標蒸発温度よりも高くなると、第２熱源装置２の運転が停止されて、第１熱源装置１の運転が開始される。このように、外気温度と目標蒸発温度とを用いることで、ランニングコストを低くできるタイミングで、第２暖房運転から第１暖房運転へ切り換えることができる。

また、ステップＳ１２において外気温度と対比される第２閾値は、第１暖房運転から第２暖房運転に切りかわったときの外気温度の値とすることもできる。この場合、図４のステップＳ４において、第１熱源装置１の運転を停止し、第２熱源装置２の運転を開始したときの温度センサ４７の検出値を、第２閾値として記憶部７２又は記憶部８２に記憶しておく。そして、図６のステップＳ１２ではその第２閾値と計測された外気温度とを対比し、計測された外気温度が、第２閾値よりも高くなると、第２熱源装置２の運転が停止されて、第１熱源装置１の運転が開始される。このように、第２熱源装置２を運転しているときの外気温度と、それ以前に第１暖房運転から第２暖房運転に切りかわったときの外気温度とを用いることで、ランニングコストを低くできるタイミングで、第２暖房運転から第１暖房運転へ切り換えることができる。

（３）除霜運転を含む運転切り換え
図７は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の、第１暖房運転、除霜運転、及び第２暖房運転の切り換え制御を説明するフローチャートである。除霜運転を含む場合の運転切り換えについて、図７を参照して説明する。なお、図７に示すステップＳ１～Ｓ４は、図４のステップＳ１～Ｓ４と同じ処理であり、図７に示すステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１３は、図６のステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１３と同じ処理である。ここでは、ステップＳ２０～Ｓ２２とステップＳ１２Ａを中心に、説明する。

第１熱源装置１によって対象空気を加熱する第１暖房運転中には、第１熱源装置１のアクチュエータが制御される（Ｓ１）。除霜運転の要否が判断され（Ｓ２０）、除霜運転が必要な場合には（Ｓ２０；ＹＥＳ）、ステップＳ２１へ進み、除霜運転が必要でない場合には（Ｓ２０；ＮＯ）、ステップＳ２へ進み、図４で説明したように第１熱源装置１による暖房運転が行われる。除霜運転の要否の判断に用いられる情報は、特に限定されないが、例えば第１熱交換器１１の周囲温度及び第１熱交換器１１の表面温度である。複数の情報を組み合わせて、除霜運転の要否を判断してもよい。また、第１暖房運転中に、ステップＳ２０に示す除霜運転の要否の判断が行われればよいのであり、ステップＳ２０の実行タイミングは、図７に示したものに限定されない。

除霜運転が必要であると判断された場合（Ｓ２０；ＹＥＳ）、そのときの外気温度が記憶部７２又は記憶部８２に記憶される（Ｓ２１）。外気温度は、本実施の形態では温度センサ４７が検出する温度である。続けて、除霜運転が行われる（Ｓ２２）。

除霜運転を終了すると、ステップＳ４へ進み、第１熱源装置１の運転が停止され、第２暖房運転が開始される。すなわち、第１暖房運転に続けて除霜運転を行った場合には、除霜運転に続けて第２暖房運転を行う。

第２暖房運転のステップＳ１０及びＳ１１の処理は、図６で説明したものと同じであるが、第２暖房運転から第１暖房運転へ切り換えるための条件、すなわちステップＳ１２Ａの処理が、図６で説明したステップＳ１２と異なる。ステップＳ１２Ａでは、外気温度と、第２閾値とが比較される。ステップＳ１２Ａにおける第２閾値は、ステップＳ２１で記憶された値である。外気温度は、温度センサ４７が検出する温度である。外気温度がステップＳ２１で記憶された値、すなわち除霜運転を開始したときの外気温度よりも高い場合には（Ｓ１２Ａ；ＹＥＳ）、第２熱源装置２の運転が停止され、第１熱源装置１の運転が開始される（Ｓ１３）。外気温度が、ステップＳ２１で記憶された値以下であれば（Ｓ１２Ａ；ＮＯ）、ステップＳ１０に戻って第２熱源装置２の運転が継続される。

図８は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の、第１暖房運転、除霜運転及び第２暖房運転の切り換えと、外気温度との関係を説明する図である。図８は、図７で説明した動作を、時間軸に沿って表現したものである。図８に示すように、第１暖房運転に続けて除霜運転が行われ、除霜運転に続けて第２暖房運転が行われ、次に第１暖房運転が行われる。第１暖房運転から除霜運転に切り換えるときの外気温度と、第２暖房運転から第１暖房運転に切り換えるときの外気温度とは、同じ温度である。

このように図７及び図８に示す例では、除霜運転に続く運転は、第１暖房運転ではなく第２暖房運転である。除霜運転が必要となるのは、第１熱交換器１１に霜が付着しやすい条件の場合、例えば蒸発器として機能する第１熱交換器１１の周囲温度である外気温度が０℃よりも低い（－２℃等）場合である。このため、除霜運転の後に第１暖房運転を開始すると、霜が付着しやすい条件が継続していれば、再び除霜運転が必要になってしまう。また除霜運転では、第１熱交換器１１の霜を溶かすために第１熱源装置１に電力が必要となり、さらに第２熱源装置２も運転するため空気調和装置１００の消費エネルギーは大きくなり、ランニングコストも高くなる。したがって、本実施の形態のように除霜運転に続けて第１暖房運転ではなく第２暖房運転を行うことで、除霜運転が回避されやすくなり、除霜運転に伴うランニングコストの増加も回避することができる。

また、除霜運転に続く第２暖房運転を開始した後、第１暖房運転へ切り換えるための条件を、外気温度が、除霜運転を開始したときの外気温度よりも高いこと、とした。このようにすることで、除霜運転を開始したときの外気温度以下の状況、すなわち霜が付着しやすい条件が継続している状況では、第２暖房運転が行われるため、除霜運転が回避されやすくなる。

さらに、図７のステップＳ２１で記憶された外気温度を、ステップＳ３における第１閾値として用いてもよい。すなわち、ステップＳ３において、外気温度をエネルギー消費パラメータとして用いる場合に、外気温度と比較する第１閾値を、ステップＳ２１で記憶された外気温度の値とする。このようにすることで、第１暖房運転中の除霜運転が回避されやすくなる。

実施の形態２．
実施の形態１では、空気調和装置１００は全熱交換器３２を備えていたが、本実施の形態では、全熱交換器を備えていない空気調和装置１００Ａの構成例を説明する。本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図９は、実施の形態２に係る空気調和装置１００Ａのシステム構成の概略図である。空気調和装置１００Ａは、実施の形態１とは異なり、全熱交換器を備えていない。つまり、室外から取り込まれ給気風路５を流れるＯＡと、室内から取り込まれ排気風路６を流れるＲＡとは、熱交換しない。このため、空気調和装置１００Ａに取り込まれたＯＡは、実施の形態１のようにＲＡによって加熱されることなく、第１熱源装置１又は第２熱源装置２で加熱される。したがって、対象空気であるＯＡを加熱するのに必要な加熱量は、実施の形態１に比べて実施の形態２の方が大きくなり、圧縮機１０の運転周波数も実施の形態１よりも実施の形態２の方が大きくなる。そうすると、第１熱源装置１の消費電力全体に対する、圧縮機１０の運転周波数が増加したことによる影響も大きくなる。このため、本実施の形態では、エネルギー消費パラメータとして圧縮機１０の運転周波数を含むようにする。

図１０は、実施の形態２に係る第１熱源装置１及び第２熱源装置２の運転状態とエネルギー消費パラメータとを説明する概略図である。図１０は、実施の形態１の図５に対して、圧縮機１０の運転周波数のグラフを追加したものである。図１０に示す各グラフの縦軸は上から順に、吹出温度、第１熱源装置１と第２熱源装置２の区別、送風機１４の回転数、蒸発温度、及び第１熱源装置１の消費電力、圧縮機１０の運転周波数、ランニングコストである。図１０に示すように、吹出温度が目標値に維持された状態で、第１熱源装置１の運転と第２熱源装置２の運転とが、切り換えられる。

前述のように、対象空気であるＯＡはＲＡによって加熱されないため、吹出温度を目標値まで昇温させるために必要な第１熱源装置１の加熱量は実施の形態１よりも多くなる。このため、図１０の送風機１４の回転数のグラフ及びランニングコストのグラフに例示するように、送風機１４の回転数が最大値（１００％）になっても、ランニングコストは第１熱源装置１を運転した方が低くなるような、外気温度の範囲が存在しうる。このような状況を考慮し、本実施の形態では、圧縮機１０の運転周波数をエネルギー消費パラメータとする。第１熱源装置１と第２熱源装置２のランニングコストが同じになるポイントにおける、圧縮機１０の運転周波数を、第１熱源装置１による暖房運転から、第２熱源装置２による暖房運転に切り換えるための第１閾値とする。

なお、実施の形態２に係る空気調和装置１００Ａの、第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートは、図４と同じである。本実施の形態では、図４のステップＳ３において使用されるエネルギー消費パラメータとして、圧縮機１０の運転周波数を含む。圧縮機１０の運転周波数の第１閾値は、予め記憶部７２又は記憶部８２に記憶されている。圧縮機１０の運転周波数に対し、送風機１４の回転数、蒸発温度、第１熱源装置１の消費電力、及び外気温度のうち、いずれか一以上を組み合わせてエネルギー消費パラメータとして用いてもよい。このようにすることで、実施の形態１で述べた作用効果を併せて得ることができる。

圧縮機１０の運転周波数をエネルギー消費パラメータとして用いることで、ランニングコストがより低い状態を維持できるタイミングで、第１暖房運転から第２暖房運転へ切り換えることができる。この効果は、対象空気の加熱量が多いために圧縮機１０の運転周波数の増加が第１熱源装置１の消費電力に与える影響が大きい場合に、特に有効である。

なお、本実施の形態のように全熱交換器を設けない場合には、空気調和装置１００Ａに排気風路６及び排気送風機３１を設けなくてもよい。排気風路６及び排気送風機３１を設けない場合には、室内空気を室外に排出する換気の機能を、換気扇などの別の装置で実現してもよい。ＲＡをＥＡとして排出する具体的態様は、図９で例示したものに限定されない。

実施の形態３．
実施の形態１では、空気調和装置１００の全熱交換器３２ではＯＡとＲＡとが常に熱交換する構成であったが、本実施の形態３の空気調和装置１００Ｂは、ＯＡとＲＡの少なくとも一方が全熱交換器３２を迂回可能に構成される。本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１１は、実施の形態３に係る空気調和装置１００Ｂのシステム構成の概略図である。空気調和装置１００Ｂの利用側筐体３に形成された給気風路５には、全熱交換器３２の上流側の位置から分岐し、全熱交換器３２の下流側の位置に合流する給気バイパス３５が設けられている。給気バイパス３５は、全熱交換器３２を迂回する風路である。全熱交換器３２の上流側の位置において、給気風路５から給気バイパス３５が分岐する位置には、給気風路切換器３４が設けられている。給気風路切換器３４には、給気風路５と給気バイパス３５のうち一方を閉じ、他方を開く弁が設けられている。給気風路切換器３４の弁の状態によって、給気風路５と給気バイパス３５のいずれか一方が、ＯＡが第２熱交換器１３へ向かう流路となる。

利用側筐体３に形成された排気風路６には、全熱交換器３２の上流側の位置から分岐し、全熱交換器３２の下流側の位置に合流する排気バイパス３７が設けられている。排気バイパス３７は、全熱交換器３２を迂回する風路である。全熱交換器３２の上流側の位置において、排気風路６から排気バイパス３７が分岐する位置には、排気風路切換器３６が設けられている。排気風路切換器３６には、排気風路６と排気バイパス３７のうち一方を閉じ、他方を開く弁が設けられている。排気風路切換器３６の弁の状態によって、排気風路６と排気バイパス３７のいずれか一方が、ＲＡが室外へ向かう流路となる。

給気風路切換器３４及び排気風路切換器３６は、熱源側制御装置７０又は利用側制御装置８０によって制御される。

全熱交換器３２においてＯＡとＲＡとが熱交換する運転のときには、給気風路切換器３４は、給気バイパス３５を閉じ、全熱交換器３２に連通する給気風路５を開く。また、排気風路切換器３６は、排気バイパス３７を閉じ、全熱交換器３２に連通する排気風路６を開く。この状態において、給気送風機３０及び排気送風機３１が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、全熱交換器３２に流入するとともに、ＲＡが排気風路６を流れ、全熱交換器３２に流入する。全熱交換器３２においては、ＲＡと対象空気とが熱交換する。対象空気は、全熱交換器３２においてＲＡによって加熱される。全熱交換器３２を流出した対象空気は、第２熱交換器１３及び第２熱源装置２を経由して、ＳＡとして室内に供給される。一方、全熱交換器３２において対象空気と熱交換したＲＡは、ＥＡとして室外に排出される。

全熱交換器３２においてＯＡとＲＡとが熱交換しない運転のときには、給気風路切換器３４は、給気バイパス３５を開き、全熱交換器３２に連通する給気風路５を閉じる。また、排気風路切換器３６は、排気バイパス３７を開き、全熱交換器３２に連通する排気風路６を閉じる。この状態において、給気送風機３０が動作すると、対象空気であるＯＡが利用側筐体３の給気風路５を流れ、給気風路切換器３４を経て給気バイパス３５を流れる。給気バイパス３５を流れる対象空気は、全熱交換器３２の下流側において給気風路５に合流し、第２熱交換器１３及び第２熱源装置２を経由して、ＳＡとして室内に供給される。排気送風機３１が動作すると、ＲＡが利用側筐体３の排気風路６を流れ、排気風路切換器３６を経て排気バイパス３７を流れる。排気バイパス３７を流れるＲＡは、全熱交換器３２の下流側において排気風路６に合流し、ＥＡとして室外に排出される。

なお、本実施の形態では、給気風路５及び排気風路６の両方に、全熱交換器３２を迂回するバイパスを設けた例を説明する。しかし、給気風路５と排気風路６のいずれか一方にのみ全熱交換器３２を迂回するバイパスを設けてもよい。このようにすると、ＯＡとＲＡのいずれか一方が全熱交換器３２を迂回するため、ＯＡとＲＡとが熱交換しない構成を得ることができる。

図１２は、実施の形態３に係る空気調和装置１００Ｂの、第１暖房運転から第２暖房運転への切り換え制御を説明するフローチャートである。なお、図１２に示すステップＳ１～Ｓ４は、図４のステップＳ１～Ｓ４と同じ処理である。ここでは、ステップＳ３０～Ｓ３２を中心に、説明する。

第１熱源装置１によって対象空気を加熱する第１暖房運転中に、外気温度が、バイパス用閾値と比較される（Ｓ３０）。外気温度は、第１熱源装置１の第１熱交換器１１（図２参照）の周囲温度であり、温度センサ４７が検出する温度である。バイパス用閾値は、記憶部７２又は記憶部８２（図３参照）に記憶されている。

外気温度が、バイパス用閾値よりも高い場合（Ｓ３０；ＹＥＳ）、ＯＡとＲＡに全熱交換器３２を迂回させる。すなわち、給気バイパス３５及び排気バイパス３７を、それぞれＯＡとＲＡが流れるように、給気風路切換器３４及び排気風路切換器３６が制御される。一方、外気温度が、バイパス用閾値以下である場合（Ｓ３０；ＮＯ）、ＯＡとＲＡが全熱交換器３２を通過するように、給気風路切換器３４及び排気風路切換器３６が制御される。外気温度がバイパス用閾値よりも高ければ、全熱交換器３２が迂回され、外気温度がバイパス用閾値よりも高くなければ、全熱交換器３２でＯＡとＲＡとの間での熱交換が行われることになる。

全熱交換器３２を迂回させるかどうかが決定された状態で、ステップＳ１～Ｓ４の処理が行われる。

このように本実施の形態では、第１暖房運転中に、外気温度に応じて、全熱交換器３２を通過する風路と全熱交換器３２を迂回する風路とを切り換える。そして、外気温度が低い場合には、全熱交換器３２を通過する風路とし、外気温度が高い場合には、全熱交換器３２を迂回する風路としている。外気温度が十分に低い冬期は、暖房により高温化しているＲＡと、対象空気であるＯＡとの温度差が大きいため、全熱交換器３２において対象空気であるＯＡをＲＡで予熱することで、第１熱源装置１による加熱量を低減する効果が大きい。一方、外気温度が低くない夏期と冬期の中間期には、ＲＡとＯＡとの温度差は比較的小さいため、全熱交換器３２においてＯＡがＲＡによって予熱される程度が小さい。ここで、全熱交換器３２においては圧力損失も生じることから、全熱交換器３２を通過させる場合には、迂回させる場合と比較して、給気送風機３０及び排気送風機３１の消費電力が大きくなる。そうすると、全熱交換器３２におけるＯＡの予熱効果が低いにもかかわらず、給気送風機３０及び排気送風機３１の消費電力が大きい状態で運転すると、第１熱源装置１のランニングコストの増大につながってしまう。

このため、本実施の形態では、外気温度とバイパス用閾値とを比較し、外気温度がバイパス用閾値よりも高くなるような中間期には、全熱交換器３２を迂回させる。このようにすることで、中間期におけるランニングコストを低く抑えることができる。また、外気温度がバイパス用閾値以下となる冬期には、全熱交換器３２を用いて対象空気であるＯＡを予熱することで、第１熱源装置１の加熱量を低減させ、冬期におけるランニングコストを低く抑えることができる。

実施の形態４．
実施の形態１～３では、利用側筐体３に給気風路５と排気風路６を備えていたが、本実施の形態４の空気調和装置１００Ｃには、２系統の風路は設けられていない。本実施の形態では、利用側筐体３にＲＡとして取り込んだ対象空気を空気調和して、ＳＡとして室内に供給する風路が設けられている。つまり本実施の形態の空気調和装置１００Ｃは、換気機能を備えない装置である。本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１３は、実施の形態４に係る空気調和装置１００Ｃのシステム構成の概略図である。空気調和装置１００Ｃは、利用側筐体３に、風路８が設けられている。風路８は、利用側筐体３に室内から取り込んだＲＡを、第２熱交換器１３及び第２熱源装置２を経由してＳＡとして室内に供給する風路である。本実施の形態では、ＲＡが、第１熱源装置１及び第２熱源装置２で加熱又は冷却される対象空気となる。

本実施の形態の第１熱源装置１は、実施の形態１における第１電磁弁１９、第２電磁弁２０及び第３熱交換器２１が設けられていない。

本実施の形態においても、実施の形態１で説明した冷房運転、第１暖房運転、第２暖房運転及び除霜運転が行われる。すなわち、図４、図６及び図７で説明した制御を、本実施の形態のシステムに適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。また、実施の形態２の図７で説明した制御を、本実施の形態のシステムに適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、上述のようにＲＡが対象空気である。したがって、第２熱交換器１３の上流側の空気温度を検出する温度センサ５１の検出値が、目標値になるように、第１熱源装置１の圧縮機１０の運転周波数や、第２熱源装置２の加熱量を制御することができる。なお、実施の形態１と同様に、吹出温度を検出する温度センサ５０の検出値が目標値になるように、第１熱源装置１及び第２熱源装置２を制御してもよい。

１ 第１熱源装置、２ 第２熱源装置、３ 利用側筐体、４ 熱源側筐体、５ 給気風路、６ 排気風路、８ 風路、１０ 圧縮機、１１ 第１熱交換器、１２ 減圧機構、１３ 第２熱交換器、１４ 送風機、１５ 四方弁、１６ アキュムレータ、１７ 過冷却熱交換器、１８ 減圧機構、１９ 第１電磁弁、２０ 第２電磁弁、２１ 第３熱交換器、２２ 過冷却回路、２３ 再加熱回路、３０ 給気送風機、３１ 排気送風機、３２ 全熱交換器、３３ 電力計、３４ 給気風路切換器、３５ 給気バイパス、３６ 排気風路切換器、３７ 排気バイパス、４０ 温度センサ、４１ 温度センサ、４２ 温度センサ、４３ 温度センサ、４４ 温度センサ、４５ 温度センサ、４６ 温度センサ、４７ 温度センサ、５０ 温度センサ、５１ 温度センサ、５２ 温度センサ、５３ 温度センサ、６０ 圧力センサ、６１ 圧力センサ、７０ 熱源側制御装置、７１ プロセッサ、７２ 記憶部、７３ 通信部、８０ 利用側制御装置、８１ プロセッサ、８２ 記憶部、８３ 通信部、１００ 空気調和装置、１００Ａ 空気調和装置、１００Ｂ 空気調和装置、１００Ｃ 空気調和装置。

Claims (16)

1. 蒸気圧縮式の冷凍サイクルを熱源として対象空気に熱を伝える第１熱源装置と、
   前記蒸気圧縮式の冷凍サイクルとは異なる熱源によって前記対象空気に熱を伝える第２熱源装置と、
   前記第１熱源装置及び前記第２熱源装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１熱源装置が前記対象空気を加熱する運転中に、加熱された前記対象空気が目標温度に維持されていて前記第１熱源装置の運転能力が上限に達していない状態で、かつ前記第１熱源装置のエネルギー消費量を示すパラメータが第１閾値を超えた場合に、前記第１熱源装置の運転を停止して前記第２熱源装置の運転を開始する
   空気調和装置。
2. 前記第１熱源装置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、第２熱交換器、及び前記第１熱交換器に送風する送風機を有し、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記減圧機構及び前記第２熱交換器が接続されて前記蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成しており、
   前記第１熱源装置が前記対象空気を加熱する運転中に、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記第２熱交換器において前記対象空気を加熱し、前記送風機から供給された空気が前記第１熱交換器を通過する冷媒を蒸発させる
   請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記エネルギー消費量を示すパラメータは、前記送風機の回転数を含む
   請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記エネルギー消費量を示すパラメータは、
   前記第１熱交換器を通過する冷媒の蒸発温度を含む
   請求項２記載の空気調和装置。
5. 前記第１熱源装置の消費電力を計測する電力計を備え、
   前記エネルギー消費量を示すパラメータは、前記電力計が計測した消費電力を含む
   請求項２記載の空気調和装置。
6. 前記第１熱交換器の周囲温度を計測する温度センサを備え、
   前記エネルギー消費量を示すパラメータは、前記温度センサが計測した温度を含む
   請求項２記載の空気調和装置。
7. 前記エネルギー消費量を示すパラメータは、前記圧縮機の運転周波数を含む
   請求項２記載の空気調和装置。
8. 前記第１閾値は、前記第２熱源装置を運転した場合のランニングコストの方が、前記第１熱源装置を運転した場合のランニングコストよりも低くなる値である
   請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
9. 前記対象空気と室外への排気とが全熱交換する全熱交換器を備えた
   請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の空気調和装置。
10. 前記全熱交換器は、回転式または静止式である
    請求項９記載の空気調和装置。
11. 前記制御装置は、前記対象空気と前記室外への排気とが前記全熱交換器において全熱交換する運転と、前記対象空気と前記室外への排気とが前記全熱交換器において全熱交換しない運転とを、外気温度に基づいて切り換える
    請求項９又は請求項１０記載の空気調和装置。
12. 前記制御装置は、前記第２熱源装置の運転中に、外気温度が第２閾値よりも高い場合に、前記第２熱源装置の運転を停止して前記第１熱源装置の運転を開始する
    請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の空気調和装置。
13. 前記制御装置は、前記第１熱源装置において除霜運転を行った場合には、前記除霜運転が終了した後に前記第２熱源装置の運転を開始する
    請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載の空気調和装置。
14. 室内空気を前記第１熱源装置及び前記第２熱源装置に導く風路、又は室外空気を前記第１熱源装置及び前記第２熱源装置に導く風路を備えた
    請求項１～請求項１３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
15. 前記第１熱源装置の単位エネルギーコストと、前記第２熱源装置の単位エネルギーコストとを記憶する記憶部を備え、
    前記制御装置は、前記第１熱源装置の単位エネルギーコストと前記第２熱源装置の単位エネルギーコストとに基づいて、前記第１閾値を決定する
    請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
16. 国又は地域毎に、前記第１熱源装置の単位エネルギーコストと、前記第２熱源装置の単位エネルギーコストとが、前記記憶部に記憶されており、
    前記制御装置は、前記空気調和装置が設置された国又は地域に基づいて、前記第１閾値を決定する際に用いる前記第１熱源装置の単位エネルギーコストと、前記第２熱源装置の単位エネルギーコストとを選択する
    請求項１５記載の空気調和装置。

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