JP6244791B2 - 空調システム - Google Patents

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Description

本発明は、ガスファーネスユニットとヒートポンプユニットとを備える空調システムに関する。
従来、ガスファーネスユニットとヒートポンプユニットとを備え対象空間の空気調和を実現する空調システムがある。例えば特許文献1(特開平1−54160号公報)には、ガスファーネスユニットとヒートポンプユニットとを備え、運転開始時において、外気温が所定温度未満であればガスファーネスユニットを熱源機として選択し、外気温が所定温度以上であればヒートポンプユニットを熱源機として選択する空調システムが開示されている。
しかし、特許文献1に示される空調装置では、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットのうち一方を単独で稼動させており、場合によっては優れたエネルギー消費効率が実現されにくいことが想定される。
そこで本発明の課題は、エネルギー消費効率に優れた空調システムを提供することである。
本発明の第1観点に係る空調システムは、ヒートポンプユニットと、ガスファーネスユニットと、送風機と、コントローラと、を備える。ヒートポンプユニットは、冷媒の放熱器を含む。ガスファーネスユニットは、加熱部を含む。加熱部は、通過する空気を加熱する。送風機は、放熱器及び加熱部を通過する空気流を生成する。コントローラは、ヒートポンプユニット、ガスファーネスユニット及び送風機の動作を制御する。コントローラは、運転モードとして、第1運転モードと、第2運転モードと、第3運転モードと、を有する。コントローラは、第1運転モードにおいては、ガスファーネスユニットを熱源機として単独で稼動させる。コントローラは、第2運転モードにおいては、ヒートポンプユニットを熱源機として単独で稼動させる。コントローラは、第3運転モードにおいては、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットを熱源機として同時に稼動させる。コントローラは、外気の温度である外気温に関連するパラメータに基づいて、運転モードを選択する。
本発明の第1観点に係る空調システムでは、コントローラは、運転モードとして、ガスファーネスユニットを熱源機として単独で稼動させる第1運転モードと、ヒートポンプユニットを熱源機として単独で稼動させる第2運転モードと、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットを熱源機として同時に稼動させる第3運転モードと、を有し、外気温に関連するパラメータに基づいて運転モードを選択する。これにより、時間に伴って変化する外気温に関連するパラメータに応じて、エネルギー消費効率に優れた運転モードを選択することが可能となる。すなわち、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットのうち、いずれを熱源機として稼動させるか、又は双方を熱源機として稼動させるか、をエネルギー消費効率の優劣に基づいて決定することが可能となる。よって、エネルギー消費効率の低下を抑制できる。したがって、エネルギー消費効率に優れた空気調和を実現できる。
なお、エネルギー消費効率とは、成績係数(COP、Coefficient of Performance)などを目安として表され、具体的には機器の能力を消費エネルギーで除した値である。また、機器の能力とは、例えばヒートポンプユニット又はガスファーネスユニットの熱負荷処理能力であり、ワット等の単位で表される。また、消費エネルギーとは、例えばヒートポンプユニットの消費電力やガスファーネスユニットの消費ガス量であり、ワット等の単位で表される。
本発明の第2観点に係る空調システムは、第1観点に係る空調システムであって、第1温度センサをさらに備える。第1温度センサは、外気温を検出する。コントローラは、外気温が第1基準値未満である時に、第1運転モードを選択する。コントローラは、外気温が第2基準値以上である時に、第2運転モードを選択する。第2基準値は、第1基準値よりも高い温度である。コントローラは、外気温が第1基準値以上第2基準値未満である時に、第3運転モードを選択する。
本発明の第2観点に係る空調システムでは、コントローラは、外気温が、第1基準値未満である時に第1運転モードを選択し、第1基準値よりも高い温度である第2基準値以上である時に第2運転モードを選択し、第1基準値以上第2基準値未満である時に第3運転モードを選択する。これにより、時間に伴って変化する外気温に応じて、エネルギー消費効率に優れた運転モードを選択することが可能となる。よって、エネルギー消費効率の低下を精度よく抑制できる。
本発明の第3観点に係る空調システムは、第1観点に係る空調システムであって、第2温度センサをさらに備える。第2温度センサは、ヒートポンプユニットにおいて冷媒の蒸発温度を検出する。コントローラは、蒸発温度が第3基準値未満である時に第1運転モードを選択する。コントローラは、蒸発温度が第4基準値以上である時に第2運転モードを選択する。第4基準値は、第3基準値よりも高い温度である。コントローラは、蒸発温度が第3基準値以上第4基準値未満である時に第3運転モードを選択する。
本発明の第3観点に係る空調システムでは、コントローラは、蒸発温度が第3基準値未満である時に第1運転モードを選択し、蒸発温度が第3基準値よりも高い温度である第4基準値以上である時に第2運転モードを選択し、蒸発温度が第3基準値以上第4基準値未満である時に第3運転モードを選択する。これにより、外気温に関連して時間に伴い変化する蒸発温度に応じて、エネルギー消費効率に優れた運転モードを選択することが可能となる。よって、エネルギー消費効率の低下を精度よく抑制できる。
本発明の第4観点に係る空調システムは、第1観点から第3観点のいずれかに係る空調システムであって、第1温度センサと、第3温度センサと、をさらに備える。第1温度センサは、外気温を検出する。第3温度センサは、室内に設置され、室内の温度である室内温度を検出する。コントローラは、第3運転モードにおいて、外気温、室内温度及び予め設定される設定温度に基づいて、第1負荷と、第2負荷と、を算出する。第1負荷は、ガスファーネスユニットによって処理される熱負荷である。第2負荷は、ヒートポンプユニットによって処理される熱負荷である。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1負荷及び第2負荷に基づいて、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットの運転容量を調整する。
本発明の第4観点に係る空調システムでは、コントローラは、第3運転モードにおいて、外気温、室内温度及び設定温度に基づいて、ガスファーネスユニットによって処理される熱負荷である第1負荷と、ヒートポンプユニットによって処理される熱負荷である第2負荷と、を算出し、第1負荷及び第2負荷に基づいてガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットの運転容量を調整する。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを熱源機として同時に稼動させている場合において、外気温、室内温度及び設定温度の変化に応じて、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットのそれぞれの運転容量をリアルタイムに調整することが可能となる。このため、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを、エネルギー消費効率に優れた運転容量で稼動させることができる。よって、エネルギー消費効率の低下をさらに精度よく抑制できる。
本発明の第5観点に係る空調システムは、第4観点に係る空調システムであって、ヒートポンプユニットは、圧縮機をさらに含む。圧縮機は、冷媒を圧縮する。圧縮機は、コントローラによって回転数を可変に調整される。コントローラは、第3運転モードにおいて、圧縮機の回転数を第2負荷に基づいて決定する。
本発明の第5観点に係る空調システムでは、コントローラは、第3運転モードにおいて、圧縮機の回転数を第2負荷に基づいて決定する。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを熱源機として同時に稼動させている場合において、外気温、室内温度及び設定温度の変化に応じて、ヒートポンプユニットの運転容量を精度よくリアルタイムに調整することが可能となる。このため、ヒートポンプユニットを、エネルギー消費効率に優れた運転容量で稼動させることができる。よって、エネルギー消費効率の低下をさらに精度よく抑制できる。
本発明の第6観点に係る空調システムは、第4観点又は第5観点に係る空調システムであって、ガスファーネスユニットは、燃焼部をさらに含む。燃焼部では、ガスが燃焼する。コントローラは、第3運転モードにおいて、燃焼部の容量を第1負荷に基づいて決定する。
本発明の第6観点に係る空調システムでは、コントローラは、第3運転モードにおいて、燃焼部の容量を第1負荷に基づいて決定する。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを熱源機として同時に稼動させている場合において、外気温、室内温度及び設定温度の変化に応じて、ガスファーネスユニットの運転容量を精度よく調整することが可能となる。このため、ガスファーネスユニットを、エネルギー消費効率に優れた運転容量で稼動させることができる。このため、エネルギー消費効率の低下をさらに精度よく抑制できる。
本発明の第7観点に係る空調システムは、第1観点から第3観点のいずれかに係る空調システムであって、第3温度センサをさらに備える。第3温度センサは、室内に設置され、室内の温度である室内温度を検出する。ガスファーネスユニットは、燃焼部をさらに含む。燃焼部では、ガスが燃焼する。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1差分値が第1閾値以上である時には、燃焼部を第1状態で稼動させる。第1差分値は、予め設定される設定温度から室内温度を減じた値である。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1差分値が第1閾値未満である時には、第2状態で燃焼部を稼動させるか、又は燃焼部の動作を停止させる。第2状態は第1状態よりも容量が低い状態である。
本発明の第7観点に係る空調システムでは、コントローラは、第3運転モードにおいて、設定温度から室内温度を減じた値である第1差分値が第1閾値以上である時には、燃焼部を第1状態で稼動させ、第1差分値が第1閾値未満である時には、第1状態よりも容量が低い第2状態で燃焼部を稼動させるか、又は燃焼部の動作を停止させる。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを熱源機として同時に稼動させている場合において、室内温度が設定温度に近づいた時には、ガスファーネスユニットは運転容量を低減するか稼動を停止する。このため、室内温度が設定温度を超えることが抑制される。よって、快適性に優れた空気調和を実現できる。
本発明の第8点に係る空調システムは、第1観点から第3観点のいずれかに係る空調システムであって、第3温度センサをさらに備える。第3温度センサは、室内に設置され、室内の温度である室内温度を検出する。ヒートポンプユニットは、圧縮機をさらに含む。圧縮機は、冷媒を圧縮する。圧縮機は、コントローラによって回転数を可変に調整される。コントローラは、第3運転モードにおいて、第2差分値が第2閾値未満の時には、圧縮機の回転数を第1回転数に設定する。第2差分値は、室内温度から予め設定される設定温度を減じた値である。コントローラは、第3運転モードにおいて、第2差分値が第2閾値以上の時には、圧縮機の回転数を第2回転数に設定するか、又は圧縮機の駆動を停止させる。第2回転数は、第1回転数よりも低い回転数である。
本発明の第8観点に係る空調システムでは、コントローラは、第3運転モードにおいて、室内温度から予め設定される設定温度を減じた値である第2差分値が第2閾値未満の時には、圧縮機の回転数を第1回転数に設定し、第2差分値が第2閾値以上の時には、圧縮機の回転数を第1回転数よりも低い第2回転数に設定するか、又は圧縮機の駆動を停止させる。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを熱源機として同時に稼動させている場合において、室内温度が設定温度を所定値を超えて上回った時には、ヒートポンプユニットは運転容量を低減するか稼動を停止する。このため、室内温度が設定温度付近で保たれやすい。よって、快適性に優れた空気調和を実現できる。
本発明の第9点に係る空調システムは、第1観点から第3観点のいずれかに係る空調システムであって、コントローラは、第3運転モードにおいて、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットのうち、いずれか一方を主熱源機として稼動させるとともに、他方を補助熱源機として稼動させる。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1コストと、第2コストと、をそれぞれ算出する。第1コストは、ガスファーネスユニットを主熱源機として稼動させた場合のコストである。第2コストは、ヒートポンプユニットを主熱源機として稼動させた場合のコストである。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1コストが第2コストよりも低い時には、ガスファーネスユニットを主熱源機として稼動させるとともに、ヒートポンプユニットを補助熱源機として稼動させる。コントローラは、第3運転モードにおいて、第1コストが第2コストよりも高い時には、ヒートポンプユニットを主熱源機として稼動させるとともに、ガスファーネスユニットを補助熱源機として稼動させる。コントローラは、第3運転モードにおいて、第3負荷を算出する。第3負荷は、補助熱源機によって処理される熱負荷である。コントローラは、第3運転モードにおいて、補助熱源機の運転容量を、第3負荷に基づいて調整する。
本発明の第9観点に係る空調システムでは、第3運転モードにおいて、ガスファーネスユニット及びヒートポンプユニットのうち、コストが低い方を主熱源機として稼動させるとともに、コストが高い方を補助熱源機として稼動させ、補助熱源機によって処理される第3負荷を算出して補助熱源機の運転容量を調整する。これにより、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットを同時運転する場合において、ヒートポンプユニット及びガスファーネスユニットのうち、コストが低いほうの運転容量を高く設定し、コストが高いほうの運転容量を低く設定することが可能となる。このため、コストの上昇を抑制することができる。よって、経済性に優れた空気調和を実現できる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、エネルギー消費効率の低下を抑制できる。したがって、エネルギー消費効率に優れた空気調和を実現できる。
本発明の第2観点及び第3観点に係る冷凍装置では、エネルギー消費効率の低下を精度よく抑制できる。
本発明の第4観点から第6観点に係る冷凍装置では、エネルギー消費効率の低下をさらに精度よく抑制できる。
本発明の第7観点及び第8観点に係る冷凍装置では、快適性に優れた空気調和を実現できる。
本発明の第9観点に係る冷凍装置では、経済性に優れた空気調和を実現できる。
本発明の一実施形態に係る暖房システムの配置を示す模式図。 本体ケーシング内部の概略構成図。 ガスファーネス本体部内の概略構成図。 ヒートポンプユニットの冷媒回路図。 コントローラの構成と、コントローラに接続されている機器と、を示す模式図。 切換制御部の構成を示す模式図。 切換制御部の処理の流れを示すフローチャート。 運転開始指示が入力された場合における各部の状態の変化の一例を示すタイミングチャート。 変形例Oに係る切換制御部の処理の流れを示すフローチャート。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る暖房システム10について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
(1)暖房システム10
図1は、本発明の一実施形態に係る暖房システム10の配置を示す模式図である。暖房システム10は、住宅等の平屋や低層の建物等に適用可能である。本実施形態において、暖房システム10は、2階建て構造の住宅100に設置されている。住宅100には、1階において部屋101及び102が設けられ、2階において部屋103及び104が設けられている。部屋101、102、103及び104には、通風口AHがそれぞれ形成されている。また、住宅100には、地下室105が設けられている。
暖房システム10は、いわゆるダクト式の空調システムであって、主として、本体ケーシング11と、ダクト15と、ファンユニット20と、ガスファーネスユニット(以下、GFユニットと記載)30と、ヒートポンプユニット(以下、HPユニットと記載)40と、電装品ユニット52と、を備えている。暖房システム10は、所定条件に応じて、GFユニット30及びHPユニット40のうち一方又は双方を熱源機として稼動させて、部屋101から104内の空気調和を実現する。以下、各部について説明する。
(2)各部の詳細
(2−1)本体ケーシング11
図2は、本体ケーシング11内の概略構成図である。本体ケーシング11は、例えば金属製の筐体である。本体ケーシング11の内部には、ファンユニット20と、GFユニット30の熱交換部31(後述)と、HPユニット40の室内熱交換器42(後述)と、が配設されている。本体ケーシング11の底部及び底部近傍の側部には、空気を取り込むための吸気口12が形成されている。本体ケーシング11の上部には、取り込んだ空気を排出するための排気口13が形成されている。本体ケーシング11の側部には、各種の電装品を収容するための電装品箱14が設けられている。電装品箱14には、内部に設置される電装品を冷却する空気を取り入れるための通風口(図示省略)が形成されている。
(2−2)ダクト15
ダクト15は、空気を送るための金属製の配管である。ダクト15は、排気口13を介して本体ケーシング11に接続され、本体ケーシング11内部と連通している。ダクト15は、本体ケーシング11との接続部分から上方へ延び、途中で二手に分岐している。二手に分岐したダクト15の一方は、地下室105の天井部に沿って延び、さらに途中で分岐して部屋101の通風口AH及び部屋102の通風口AHに接続されることで、部屋101及び102と連通している。二手に分岐したダクト15の他方は、上方に延びてから1階の天井部に沿って延び、さらに途中で分岐して部屋103の通風口AH及び部屋104の通風口AHに接続されることで、部屋103及び104と連通している。このように配設されるダクト15を介して、本体ケーシング11内部と、部屋101から104とが連通している。
(2−3)ファンユニット20
ファンユニット20(特許請求の範囲記載の「送風機」に相当)は、空気流AF1を生成するためのユニットである。ファンユニット20は、本体ケーシング11内の底部近傍に配設されている。ファンユニット20は、ファン21と、第1ファンモータM21と、を有している。
ファン21は、例えばプロペラファンや多翼ファン等の送風機である。ファン21は、第1ファンモータM21の回転軸と接続されている。第1ファンモータM21は、電装品箱14に収容される第1電力供給部211とケーブル(図示省略)を介して接続されており、第1電力供給部211から電力を供給される。電力の供給を受けて第1ファンモータM21が駆動すると、ファン21が回転する。ファン21が回転すると、空気流AF1が生成される。
空気流AF1は、吸気口12から本体ケーシング11内に流入し、HPユニット40の室内熱交換器42(後述)及びGFユニット30の熱交換部31(後述)を順に通過した後、排気口13を介して本体ケーシング11外部へ流出し、ダクト15及び各通風口AHを介して部屋101から104内へ流入する空気の流れである。
(2−4)GFユニット(ガスファーネスユニット)30
GFユニット30は、主として、熱交換部31と、ガスファーネス本体部(以下、GF本体部と記載)32と、排気ダクト33と、から構成されている。
(2−4−1)熱交換部31
熱交換部31は、本体ケーシング11内に設けられる。具体的には、熱交換部31は、本体ケーシング11内に配設される燃焼ガスパイプ37(後述)を指している。熱交換部31内に燃焼ガス(後述)が存在する場合において空気流AF1が生成されると、空気流AF1と熱交換部31との間で熱交換が行われる。すなわち、GFユニット30が熱源機として稼動する際、熱交換部31は、通過する空気流AF1を加熱する「加熱部」として機能する。
(2−4−2)GF本体部(ガスファーネス本体部)32
図3は、GF本体部32内の概略構成図である。GF本体部32は、本体ケーシング11に隣接して配置されている。GF本体部32には、例えば気化した液化天然ガスや液化石油ガス等の燃料ガスを供給するガス管GPが接続されている。GF本体部32内には、主として、ファン34と、ガスバルブ35と、燃焼部36と、燃焼ガスパイプ37と、排気ヘッダ38と、が収容されている。
ファン34は、例えばプロペラファンや多翼ファン等の送風機であり、本実施形態ではシロッコファンである。ファン34は、ファンロータ341を含んでいる。ファンロータ341は、第2ファンモータ(図示省略)の回転軸と接続されている。第2ファンモータは、電装品箱14内に配設される第2電力供給部342とケーブル(図示省略)を介して接続されており、第2電力供給部342から電力を供給される。電力の供給を受けて第2ファンモータが駆動すると、ファンロータ341が回転して空気流AF2が生成される。空気流AF2は、GF本体部32に形成された吸入口(図示省略)からGF本体部32内に流入し、燃焼部36、燃焼ガスパイプ37及び排気ヘッダ38を通過して、排気ダクト33を介してGF本体部32外へ流出する空気の流れである。ファン34は、燃焼部36と連通しており、ファン34によって生成された空気流AF2は、燃焼部36に流入するようになっている。
ガスバルブ35は、例えば電動弁等のバルブであり、本実施形態では電磁弁である。ガスバルブ35は、GF本体部32外から燃焼部36まで延びるガス管GP上に配設されている。ガスバルブ35は、電装品箱14内に配設されるガスバルブ開閉部351とケーブル(図示省略)を介して接続されており、開閉を制御されている。ガスバルブ35が開けられると、ガス管GPを流れる燃料ガスは、燃焼部36内へ流入して、空気流AF2に含まれる空気と混ざり合う。ガスバルブ35が閉じられると、燃焼部36内へ燃料ガスの供給が止められる。
燃焼部36には、プラグ361が配設されている。プラグ361は、電装品箱14内に配設されるプラグ用電力供給部362とケーブル(図示省略)を介して接続されており、電力を供給される。ファン34が駆動した状態でガスバルブ35が開けられると、燃焼部36内において空気流AF2と燃料ガスとが混合される。この状態において、プラグ用電力供給部362からプラグ361に電力が供給されると、放電を生じて点火がなされる。これにより、混合したガスは燃焼して燃焼ガスとなる。燃焼部36には燃焼ガスパイプ37が接続されており、燃焼ガスは、空気流AF2として燃焼ガスパイプ37へ流入する。
燃焼ガスパイプ37は、一端を燃焼部36に接続され、他端を排気ヘッダ38に接続されている。より詳細には、燃焼ガスパイプ37は、燃焼部36から鉛直方向に延びた後、湾曲して本体ケーシング11まで水平に延びている。そして、燃焼ガスパイプ37は、熱交換部31として本体ケーシング11の内部において水平に延びている。その後、燃焼ガスパイプ37は、折り返されてGF本体部32内の排気ヘッダ38まで延びている。燃焼ガスパイプ37へ流入した燃焼ガスは、本体ケーシング11内部の熱交換部31を通過する際、空気流AF1と熱交換した後、排気ヘッダ38に流入する。なお、燃焼ガスパイプ37のうち、GF本体部32と本体ケーシング11との間において延びる部分は、金属板39によって囲われて保護されている。
排気ヘッダ38では、燃焼ガスパイプ37から流出する燃焼ガスが排気ガスとして集められる。排気ヘッダ38は、排気ダクト33に接続されている。排気ヘッダ38において集められた排気ガスは、排気ダクト33へ流入する。
(2−4−3)排気ダクト33
排気ダクト33は、例えば金属製の管である。排気ダクト33は、一端を排気ヘッダ38に接続されている。排気ダクト33は、地下室105の天井に沿って延び、他端を住宅100の外壁に固定される(図示省略)。排気ダクト33へ流入した排気ガスは、排気ダクト33を通過して住宅100外へ排出される。
(2−5)HPユニット(ヒートポンプユニット)40
図4は、HPユニット40の冷媒回路図である。HPユニット40は、主として、冷媒配管41と、室内熱交換器42と、室外機43と、を有しており、これらが接続されることで、HPユニット40では冷媒回路が構成されている。
(2−5−1)冷媒配管41
冷媒配管41は、例えば銅製の配管であり、内部を冷媒が流れる。冷媒配管41は、室内熱交換器42と、室外機43と、を接続している。
(2−5−2)室内熱交換器42
室内熱交換器42は、例えばクロスフィン型式やマイクロチャネル型式の熱交換器である。室内熱交換器42は、内部を冷媒が流れる伝熱管(図示省略)を含んでいる。当該伝熱管の流入口及び流出口のそれぞれにおいて、冷媒配管41が接続されている。室内熱交換器42は、本体ケーシング11内において、ファンユニット20の上方であって、GFユニット30の熱交換部31の下方に位置するように配設されている。換言すると、室内熱交換器42は、ファンユニット20よりも空気流AF1の下流側であって、GFユニット30の熱交換部31よりも空気流AF1の上流側に位置している。このように配置される室内熱交換器42は、HPユニット40が熱源機として稼動している状態において、空気流AF1が室内熱交換器42を通過する際、空気流AF1と伝熱管を流れる冷媒とが熱交換するように構成されている。HPユニット40が熱源機として稼動する際、室内熱交換器42は、冷媒の凝縮器又は放熱器として機能する。
(2−5−3)室外機43
室外機43は、屋外に設置される。室外機43は、その内部に、主として、圧縮機45、室外ファン46、室外熱交換器47、冷媒温度センサ48、膨張弁49、外気温センサ50及び室外機制御部51を有している。
圧縮機45は、低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して高圧のガス冷媒としてから吐出する機構である。圧縮機45は、例えば、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮機である。また、圧縮機45は、例えば、駆動源である圧縮機モータM45をケーシング(図示省略)内に収容された密閉式圧縮機である。圧縮機モータM45は、例えば3相のブラシレスDCモータである。圧縮機モータM45は、室外機制御部51によって回転数を適宜調整される。これにより、HPユニット40は、運転容量を可変に制御される。
室外ファン46は、例えばプロペラファン等の送風機である。室外ファン46は、室外ファンモータM46の回転軸と接続されている。室外ファンモータM46は、後述する室外機制御部51に含まれる室外ファン電力供給部(図示省略)とケーブル(図示省略)を介して接続されており、電力を供給される。電力の供給を受けて室外ファンモータM46が駆動すると、室外ファン46が回転して、室外機43外部から内部に流入して室外熱交換器47を通過する空気流が生成される。
室外熱交換器47は、例えばクロスフィン型式やマイクロチャネル型式の熱交換器である。室外熱交換器47は、内部を冷媒が流れる伝熱管(図示省略)を含んでいる。当該伝熱管の流入口及び流出口のそれぞれにおいて、冷媒配管41が接続されている。室外熱交換器47は、室外ファン46によって生成される空気流が通過すると、当該空気流と伝熱管を流れる冷媒とが熱交換するように構成されている。HPユニット40が熱源機として稼動すると、室外熱交換器47は、冷媒の蒸発器として機能する。
冷媒温度センサ48(特許請求の範囲記載の「第2温度センサ」に相当)は、例えば熱電対やサーミスタ等のセンサである。冷媒温度センサ48は、室外熱交換器47内を流れる冷媒温度を検出する。冷媒温度センサ48は、ケーブル(図示省略)を介して室外機制御部51と接続されており、検出値のアナログ信号を出力している。
膨張弁49は、例えば電動弁で構成されている。膨張弁49は、室内熱交換器42と室外熱交換器47との間に位置している。膨張弁49は、室内熱交換器42において凝縮した高圧の液冷媒を減圧する。膨張弁49は、ケーブル(図示省略)を介して室外機制御部51と接続されており、室外機制御部51によって開度を適宜調整される。
外気温センサ50(特許請求の範囲記載の「第1温度センサ」に相当)は、例えば熱電対やサーミスタ等のセンサである。外気温センサ50は、本実施形態においては、室外機43内に設置されている。外気温センサ50は、外気の温度を外気温Toとして検出する。外気温センサ50は、ケーブル(図示省略)を介して室外機制御部51と接続されており、検出値のアナログ信号を出力している。なお、外気温センサ50は、必ずしも室外機43内に配設される必要はなく、例えば住宅100の外壁等に設置されてもよい。
室外機制御部51は、CPUやメモリ等から構成されるマイクロコンピュータである。
室外機制御部51は、圧縮機モータM45の回転数を調整するためのインバータ(図示省略)を含んでいる。また、室外機制御部51は室外ファンモータM46に電力を供給するための室外ファン電力供給部を含んでいる。室外機制御部51は、コントローラ60(後述)と、ケーブル601を介して接続されており、信号の送受信を行っている。具体的に、室外機制御部51は、コントローラ60からの指示を受けて、インバータ及び室外ファン電力供給部を機能させる。これにより、圧縮機モータM45が指定される回転数で駆動され、また、室外ファンモータM46が駆動される。また、室外機制御部51は、冷媒温度センサ48から出力されるアナログ信号を受け、A/D変換して冷媒温度情報を生成する。また、室外機制御部51は、外気温センサ50から出力されるアナログ信号を受け、A/D変換して外気温情報を生成する。室外機制御部51は、生成した冷媒温度情報及び外気温情報をコントローラ60に適宜送信する。
(2−6)電装品ユニット52
電装品ユニット52は、各種の電装品を含むユニットである。電装品ユニット52は、部屋102内の側壁に設置されている。電装品ユニット52は、主として、室温センサ53、入力部54、表示部55及びコントローラ60を含んでいる。
(2−6−1)室温センサ53
室温センサ53(特許請求の範囲記載の「第3温度センサ」に相当)は、例えば熱電対やサーミスタ等のセンサを含んでいる。室温センサ53は、部屋102内の温度を検出する。すなわち、室温センサ53は、室内温度Ti(後述)を検出する。また、室温センサ53は、通信機能及びA/D変換機能を有するインターフェース(図示省略)を含んでいる。室温センサ53は、ケーブル601(図5参照)を介してコントローラ60と接続されている。室温センサ53は、検出値をA/D変換したディジタル信号をコントローラ60に送信している。なお、室温センサ53は、本実施形態においては部屋102内に配設されるが、必ずしも部屋102内に配設される必要はなく、住宅100内の部屋102以外の部屋に設置されてもよい。
(2−6−2)入力部54
入力部54は、例えば入力キーやタッチパネル等で構成される(図示省略)。入力部54は、ユーザによって指示を入力される。例えば、ユーザは、入力部54を介して、運転開始、運転停止及び設定温度の選択等の指示を入力する。入力部54は、ケーブル601(図5参照)を介してコントローラ60と接続されている。入力部54は、入力された指示に応じた指示信号をコントローラ60に送信する。
(2−6−3)表示部55
表示部55は、例えばLEDランプや液晶パネル等で構成される(図示省略)。表示部55は、ケーブル601(図5参照)を介してコントローラ60と接続されており、コントローラ60から表示データ信号を受信する。表示部55は、受信した表示データ信号に基づき、暖房システム10の動作状況(運転中であるか否かや設定温度など)や室温の状況等を表示する。
(2−6−4)コントローラ60
コントローラ60は、RAM、ROM及びCPU等を含むマイクロコンピュータである。コントローラ60は、ケーブル601を介して接続されている各部と、信号の送受信を行い又は動作を制御する。コントローラ60は、第1運転モード、第2運転モード及び第3運転モードを含む複数の運転モードを有しており、運転モードに応じた制御を実行する。第1運転モードは、GFユニット30を熱源機として単独で稼動させる制御モードである。第2運転モードは、HPユニット40を熱源機として単独で稼動させる制御モードである。第3運転モードは、GFユニット30及びHPユニット40を熱源機として同時に稼動させる制御モードである。コントローラ60は、所定条件に応じて運転モードを切り換えて、ファンユニット20、GFユニット30、HPユニット40等の機器の動作を制御している。以下の「(3)コントローラ60の詳細」において、コントローラ60の詳細について説明する。
(3)コントローラ60の詳細
図5は、コントローラ60の概略構成と、コントローラ60に接続されている機器と、を示す模式図である。コントローラ60は、主として、室外機制御部51、室温センサ53、入力部54、表示部55、第1電力供給部211、第2電力供給部342、ガスバルブ開閉部351及びプラグ用電力供給部362と、ケーブル601を介して接続されている。
コントローラ60は、主として、記憶部61と、切換制御部62と、ファンユニット制御部63と、ガスファーネスユニット制御部(以下、GFユニット制御部と記載)64と、ヒートポンプユニット制御部(以下、HPユニット制御部と記載)65と、表示制御部66と、を含んでいる。以下、これらについて説明する。
(3−1)記憶部61
記憶部61は、切換制御部62、ファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66において実行される制御プログラムを保持している。また、記憶部61は、所定期間(例えば1分)毎に室温センサ53から送信されるディジタル信号を室内温度(以下、室温と記載)Tiとして保持する。また、記憶部61は、所定期間(例えば1分)毎に室外機制御部51から送られる外気温情報を受信し、外気温Toとして保持する。また、記憶部61は、所定期間(例えば1分)毎に室外機制御部51から送られる冷媒温度情報を受信し、蒸発温度Teとして保持する。また、記憶部61は、入力部54から送信される指示信号を解読して、運転開始指示、運転停止指示及び設定温度Tp等を抽出して保持する。
(3−2)切換制御部62
図6は、切換制御部62の構成を示す模式図である。切換制御部62は、暖房システム10の熱源機の選択若しくは切換えに関する制御を行う。なお、切換制御部62による熱源機の選択若しくは切換えの詳細については、後述の「(4)切換制御部62の処理の流れ」において説明する。切換制御部62は、主として、取得部621と、演算部622と、判定部623と、モード選択部624と、運転容量設定部625と、駆動信号生成部626と、を有している。
(3−2−1)取得部621
電源が投入されると、取得部621は、まず記憶部61から制御プログラムを取得する。次に、取得部621は、制御プログラムに沿って、記憶部61からユーザの指示を取得する。具体的に、取得部621は、記憶部61に運転開始指示又は運転停止指示が格納されると、これをリアルタイムに取得する。取得部621は、運転停止指示を取得した時には、これを駆動信号生成部626に出力する。
また、取得部621は、制御プログラムに沿って、所定のタイミングで記憶部61から外気温To、室温Ti及び設定温度Tpを取得する。具体的に、取得部621は、運転開始指示を取得した時と、切換禁止信号(後述)、GFユニット駆動信号(後述)、HPユニット駆動信号(後述)及び運転休止信号(後述)を受けた時に、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpを取得する。取得部621は、取得した外気温Toを判定部623へ出力する。また、取得部621は、取得した外気温To、室温Ti及び設定温度Tpを演算部622に出力する。
(3−2−2)演算部622
演算部622は、取得部621から出力された室温Ti及び設定温度Tpを受けると、制御プログラムに沿って、設定温度Tpから室温Tiを減じた値である第1差分値Dv1と、室温Tiから設定温度Tpを減じた値である第2差分値Dv2と、を算出する。演算部622は、算出した第1差分値Dv1及び第2差分値Dv2を判定部623に出力する。
また、演算部622は、判定部623から出力される切換許容信号(後述)を受けると、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpに基づいて熱負荷を算出する。そして、演算部622は、算出した熱負荷を運転容量設定部625に出力する。なお、制御プログラムにおいて、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpから熱負荷を算出するための計算式やテーブル等がプログラミングされており、演算部622は、当該制御プログラムに沿って熱負荷を算出する。
また、演算部622は、モード選択部624から第3運転モード選択信号を受けると、算出した熱負荷に基づいて、GFユニット30を駆動させた場合の第1コストGcと、HPユニット40を駆動させた場合の第2コストHcと、を算出する。具体的には、制御プログラムにおいて、熱負荷と、GFユニット30及びHPユニット40の単位時間当たりの消費エネルギーと、単位時間当たりにおける商用電力及び商用ガスの使用料金と、の相関関係を定義したテーブルや計算式等がプログラミングされており、当該制御プログラムに沿って、第1コストGc及び第2コストHcが算出される。演算部622は、算出した第1コストGc及び第2コストHcを判定部623に出力する。
(3−2−3)判定部623
判定部623は、所定のタイミングにおいて、制御プログラムに沿って各種の判定を行う。以下、判定部623が行う判定について説明する。
(3−2−3−1)室温判定
判定部623は、演算部622から出力された第1差分値Dv1を受けると、第1差分値Dv1が所定の設定値Pv1以上であるか否かの判定である室温判定を行う。判定部623は、第1差分値Dv1が設定値Pv1未満である場合には、暖房運転が不要な程度に室温Tiが高い状態であると判断して、その旨を示す室温高判定信号を駆動信号生成部626に出力する。一方、判定部623は、室温判定の結果、第1差分値Dv1が設定値Pv1以上である場合には、暖房運転が不要な程度に室温Tiが高い状態ではないと判断して、次の切換許容判定(後述)を行う。なお、設定値Pv1は、予め制御プログラムにおいて設定されている。本実施形態において、設定値Pv1は、−5(℃)に設定されている。
(3−2−3−2)切換許容判定
判定部623は、時間を計測するタイマー機能を有している。判定部623は、所定の信号を受けると、時間の計測を開始する。具体的には、判定部623は、取得部621から出力される運転開始指示を受けると時間の計測を開始する。また、判定部623は、取得部621から出力される運転停止指示を受けた時には、それまでにカウントした計測時間Ctをリセットした上で時間の計測を終了する。
判定部623は、室温判定において第1差分値Dv1が設定値Pv1以上であった時には、計測時間Ctが設定時間St以上であるか否かを判定する切換許容判定を行う。そして、切換許容判定の結果、計測時間Ctが設定時間St未満であれば、判定部623は、切換禁止信号を取得部621に出力する。一方、計測時間Ctが設定時間St以上であれば、判定部623は、切換許容信号を演算部622に出力するとともに、次の外気温判定(後述)を行う。なお、設定時間Stは、制御プログラムにおいて適当な値が設定されるが、本実施形態において設定時間Stは30分に設定される。
(3−2−3−3)外気温判定
判定部623は、切換許容判定の結果、計測時間Ctが設定時間St以上であれば、取得部621から出力された外気温Toが所定の第1基準値Sv1以上であるか否かと、外気温Toが第2基準値Sv2未満であるか否かと、を判定する外気温判定を行う。
なお、第1基準値Sv1は、外気温Toが第1基準値Sv1未満であればHPユニット40を熱源機として稼動させるよりもGFユニット30を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値として、予め制御プログラムにおいて設定されている。本実施形態において、第1基準値Sv1は、−11(℃)に設定されている。
また、第2基準値Sv2は、外気温Toが第2基準値Sv2以上であればGFユニット30を熱源機として稼動させるよりもHPユニット40を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値として、予め制御プログラムにおいて設定されている。本実施形態において、第2基準値Sv2は、第1基準値SV1よりも高い−2(℃)に設定されている。
判定部623は、外気温判定の結果、外気温Toが第1基準値Sv1未満である場合には、その旨を示す外気温低判定信号をモード選択部624に出力する。また、外気温Toが第2基準値Sv2以上である場合には、判定部623は、その旨を示す外気温高判定信号をモード選択部624に出力する。また、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満である場合には、判定部623は、その旨を示す外気温中判定信号をモード選択部624に出力する。
(3−2−3−4)差分値判定
判定部623は、モード選択部624から第3運転モード選択信号(後述)を受けると、演算部622から出力された第1差分値Dv1又は第2差分値Dv2が所定の閾値以上であるか否かの判定である差分値判定を行う。
具体的には、判定部623は、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上である場合には、室温Tiが設定温度Tpを大きく下回っていると判断して、その旨を示す第1差分値大判定信号を運転容量設定部625に出力する。
一方、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である場合には、その旨を示す第1差分値小判定信号を運転容量設定部625に出力するとともに、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上か否か、を判定する。そして、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上と判断した時には、その旨を示す第2差分値大判定信号を運転容量設定部625に出力する。また、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2未満と判断した時には、その旨を示す第2差分値小判定信号を運転容量設定部625に出力する。
なお、第1閾値ΔTh1及び第2閾値ΔTh2は、予め制御プログラムにおいて設定されている。本実施形態において、第1閾値ΔTh1は10(℃)に設定され、第2閾値ΔTh2は1(℃)に設定されている。
(3−2−3−5)コスト判定
また、判定部623は、演算部622から出力される第1コストGc及び第2コストHcを受けると、第1コストGc及び第2コストHcを比較するコスト判定を行う。判定部623は、コスト判定の結果、第1コストGcが第2コストHcよりも大きい場合には、その旨を示す第1コスト大判定信号を運転容量設定部625に出力する。一方、判定部623は、コスト判定の結果、第1コストGcが第2コストHcよりも大きくない場合には、その旨を示す第1コスト小判定信号をモード選択部624に出力する。
(3−2−4)モード選択部624
モード選択部624は、判定部623から出力される外気温低判定信号、外気温中判定信号又は外気温高判定信号に応じて、運転モードの選択を行う。なお、制御プログラムにおいて、外気温低判定信号、外気温中判定信号及び外気温高判定信号と、選択する運転モードと、の相関関係が定義されており、モード選択部624は、当該制御プログラムに沿って運転モードの選択を行う。
具体的には、外気温低判定信号を受けると、モード選択部624は、第1運転モードを選択し、その旨を示す第1運転モード選択信号を運転容量設定部625及び駆動信号生成部626に出力する。また、外気温高判定信号を受けると、モード選択部624は、第2運転モードを選択し、その旨を示す第2運転モード選択信号を運転容量設定部625及び駆動信号生成部626に出力する。また、外気温中判定信号を受けると、モード選択部624は、第3運転モードを選択し、その旨を示す第3運転モード選択信号を判定部623に出力する。
(3−2−5)運転容量設定部625
運転容量設定部625は、所定の信号を受けると、演算部622から出力される熱負荷に基づいて、稼動させる熱源機の運転容量を設定する。具体的には、第1運転モード選択信号を受けた場合、運転容量設定部625は、熱負荷に応じてGFユニット30の運転容量を設定する。また、第2運転モード選択信号を受けた場合、運転容量設定部625は、熱負荷に応じてHPユニット40の運転容量を設定する。なお、制御プログラムにおいて、熱負荷と、熱源機の運転容量と、の相関関係が定義されており、モード選択部624は、第1運転モード選択信号又は第2運転モード選択信号を受けた場合、当該制御プログラムに沿って運転容量を設定する。
また、運転容量設定部625は、判定部623から出力された第1差分値大判定信号、第1差分値小判定信号、第2差分値大判定信号又は第2差分値小判定信号を受けた場合には、第3運転モードで運転している場合における熱源機の運転容量を設定する。
より詳細には、運転容量設定部625は、第1差分値大判定信号又は第1差分値小判定信号を受けた時には、GFユニット30によって処理する熱負荷である第1負荷Glを算出する。そして、運転容量設定部625は、算出した第1負荷Glに基づいてGFユニット30の運転容量を設定する。また、第2差分値大判定信号若しくは第2差分値小判定信号を受けた時には、運転容量設定部625は、HPユニット40によって処理する熱負荷である第2負荷Hlを算出する。そして、運転容量設定部625は、算出した第2負荷Hlに基づいてHPユニット40の運転容量を設定する。
なお、制御プログラムにおいて、演算部622から出力される熱負荷に基づいて第1負荷Gl及び第2負荷Hlを算出するためのロジックがプログラミングされている。また、第1負荷GlとGFユニット30の運転容量との相関関係と、第2負荷HlとHPユニット40の運転容量との相関関係についても、制御プログラムにおいて定義されている。
本実施形態においては、第3運転モード時に演算部622から出力される熱負荷が大きい場合には、運転容量設定部625において、HPユニット40に処理させる第2負荷HlよりもGFユニット30に処理させる第1負荷Glが大きく算出されるようになっている。これにより、HPユニット40の運転容量よりもGFユニット30の運転容量のほうが大きいレベルに設定され、熱負荷処理に要する時間が短縮されるように構成されている。
また、第3運転モード時に演算部622から出力される熱負荷が大きくない場合には、運転容量設定部625において、GFユニット30に処理させる第1負荷GlよりもHPユニット40に処理させる第2負荷Hlが大きく算出されるようになっている。これにより、GFユニット30の運転容量よりもHPユニット40の運転容量のほうが大きいレベルに設定され、室温Tiが設定温度Tpを超えてさらに大きく上昇することが抑制されるように構成されている。
また、第1差分値小判定信号を受けた時よりも第1差分値大判定信号を受けた時のほうが、第1負荷Glは大きく算出され、GFユニット30の運転容量のレベルは大きく設定されるようになっている。換言すると、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である時には、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上である時と比較して、GFユニット30の運転容量のレベルが低く設定される。
また、第2差分値大判定信号を受けた時よりも第1差分値大判定信号若しくは第2差分値小判定信号を受けた時のほうが、第2負荷Hlは大きく算出され、HPユニット40の運転容量のレベルは大きく設定されるようになっている。換言すると、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上である時には、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2未満である時と比較して、GFユニット30の運転容量のレベルが低く設定される。
運転容量設定部625は、GFユニット30の運転容量の設定を完了した場合、設定した運転容量のレベルを示すGF容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。また、運転容量設定部625は、HPユニット40の運転容量の設定を完了した場合、設定した運転容量のレベルを示すHP容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。
(3−2−6)駆動信号生成部626
駆動信号生成部626は、制御プログラムに沿って各種の信号を生成して各部に出力する。
具体的に、駆動信号生成部626は、取得部621から出力された運転停止指示を受けると、暖房運転を停止すべく、運転停止信号をファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66に出力する。
また、駆動信号生成部626は、モード選択部624から出力された第1運転モード選択信号を受けると、HPユニット40の稼動を停止させるべく、ヒートポンプユニット停止信号(以下、HPユニット停止信号と記載)をHPユニット制御部65に出力する。
また、駆動信号生成部626は、モード選択部624から出力された第2運転モード選択信号を受けると、GFユニット30の稼動を停止させるべく、ガスファーネスユニット停止信号(以下、GFユニット停止信号と記載)をGFユニット制御部64に出力する。
また、駆動信号生成部626は、判定部623から出力された室温高判定信号を受けると、暖房運転を休止すべく、運転休止信号を取得部621、ファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66に出力する。
また、駆動信号生成部626は、運転容量設定部625から出力されたGF容量設定信号を受けると、当該GF容量設定信号とともにガスファーネスユニット駆動信号(以下、GFユニット駆動信号と記載)をGFユニット制御部64に出力し、GFユニット駆動信号を取得部621へ出力する。
また、駆動信号生成部626は、運転容量設定部625から出力されたHP容量設定信号を受けると、当該HP容量設定信号とともにヒートポンプユニット駆動信号(以下、HPユニット駆動信号と記載)をHPユニット制御部65に出力し、HPユニット駆動信号を取得部621へ出力する。
(3−3)ファンユニット制御部63
電源が投入されると、ファンユニット制御部63は、まず記憶部61から制御プログラムを取得する。次に、ファンユニット制御部63は、制御プログラムに沿って、記憶部61からユーザの指示を取得する。具体的に、ファンユニット制御部63は、記憶部61に運転開始指示又は運転停止指示が格納されると、これをリアルタイムに取得する。
ファンユニット制御部63は、運転開始指示を取得した時には、第1電力供給部211へ信号を送り、第1ファンモータM21への電力供給を開始させる。これにより、第1ファンモータM21が駆動を開始し、ファンユニット20は稼動状態となる。また、ファンユニット制御部63は、運転停止指示を取得した時には、第1電力供給部211へ信号を送り、第1ファンモータM21への電力供給を停止させる。これにより、第1ファンモータM21が駆動を停止し、ファンユニット20は稼動を停止する状態となる。
また、ファンユニット制御部63は、駆動信号生成部626から出力される運転休止信号を受けた時には、第1電力供給部211へ信号を送り、第1ファンモータM21への電力供給を休止させる。これにより、第1ファンモータM21が駆動を休止し、ファンユニット20は稼動を休止する休止状態となる。なお、ファンユニット20が既に休止状態となっている場合において、運転休止信号を受けた時には、ファンユニット制御部63は何もしない。
(3−4)GFユニット制御部64
電源が投入されると、GFユニット制御部64は、記憶部61から制御プログラムを取得する。GFユニット制御部64は、制御プログラムに沿った信号を生成して各部に送信する。
具体的には、GFユニット制御部64は、駆動信号生成部626から出力されるGFユニット駆動信号を受けると、GFユニット30を熱源機として稼動させるGFユニット駆動制御を行う。すなわち、GFユニット制御部64は、GFユニット駆動制御において、まず第2電力供給部342へ信号を送り、第2ファンモータへの電力供給を開始させる。また、これとともに、GFユニット制御部64は、ガスバルブ開閉部351へ信号を送りガスバルブ35を開けさせる。その後、GFユニット制御部64は、プラグ用電力供給部362に信号を送り、所定時間、プラグ361の放電を生じさせる。これにより、第2ファンモータの駆動が開始されてファン34は動作状態となるとともに、燃焼部36内において燃焼ガスが生成され、GFユニット30は駆動状態となる。なお、既にGFユニット30が熱源機として稼動している状態においてGFユニット駆動信号を受けた時には、GFユニット制御部64は何もしない。
また、GFユニット制御部64は、駆動信号生成部626から出力されるGF容量設定信号を受けると、GFユニット30を間欠運転させるGFユニット間欠駆動制御を行う。すなわち、GFユニット制御部64は、GFユニット間欠駆動制御において、所定のタイミングでガスバルブ開閉部351へ信号を送り、ガスバルブ35を閉じさせる。その後、所定のタイミングでガスバルブ開閉部351へ信号を送りガスバルブ35を開けさせてから、プラグ用電力供給部362に信号を送りプラグ361の放電を生じさせる。これにより、GFユニット30は、所定のタイミングで発停を繰り返す間欠駆動状態となり、燃焼部36がGF容量設定信号で指定される運転容量で駆動する。
なお、制御プログラムにおいて、GF容量設定信号において指定される運転容量のレベルと、間欠駆動制御においてガスバルブ35の開閉が行われるタイミングと、の相関関係について定義されたテーブルがプログラミングされている。GFユニット制御部64は、当該テーブルに基づいて、GFユニット間欠駆動制御を行う。また、GFユニット30が間欠駆動状態となっている場合においてGF容量設定信号を受けると、GFユニット制御部64は、改めて上記テーブルを参照して間欠駆動制御を更新する。
また、GFユニット制御部64は、駆動信号生成部626から出力されるGFユニット停止信号を受けると、GFユニット30の熱源機としての稼動を停止させるGFユニット停止制御を行う。すなわち、GFユニット制御部64は、GFユニット停止制御において、まずガスバルブ開閉部351へ信号を送り、ガスバルブ35を閉じさせる。その後、第2電力供給部342へ信号を送り、第2ファンモータへの電力供給を停止させる。これにより、第2ファンモータの駆動が停止されてファン34は停止状態となるとともに、燃焼部36内において燃焼ガスの生成が停止され、GFユニット30は熱源機としての稼動を停止する状態となる。なお、GFユニット30が熱源機としての稼動を停止している状態においてGFユニット停止信号を受けた時には、GFユニット制御部64は何もしない。
(3−5)HPユニット制御部65
電源が投入されると、HPユニット制御部65は、記憶部61から制御プログラムを取得する。HPユニット制御部65は、制御プログラムに沿った信号を生成して各部に送信する。
具体的には、HPユニット制御部65は、駆動信号生成部626から出力されるHP容量設定信号及びHPユニット駆動信号を受けた時には、HPユニット40を熱源機として稼動させるHPユニット駆動制御及びHPユニット容量制御を行う。
すなわち、HPユニット制御部65は、HPユニット駆動制御において、室外機制御部51へ信号を送り、室外ファンモータM46が駆動を開始するよう室外ファン電力供給部に電力供給を開始させる。また、これとともに、HPユニット制御部65は、室外機制御部51へ信号を送り、膨張弁49を適切な開度で開けさせる。
また、HPユニット制御部65は、HPユニット容量制御において、HP容量設定信号に含まれるHPユニットの運転容量のレベルに基づいて、圧縮機モータM45の回転数を決定する。そして、HPユニット制御部65は、室外機制御部51へ信号を送り、決定した回転数で圧縮機モータM45が駆動するようインバータに電力供給を行わせる。なお、制御プログラムにおいて、HP容量設定信号において指定される運転容量のレベルと、圧縮機モータM45の回転数と、の相関関係について定義されたテーブルがプログラミングされている。HPユニット制御部65は、当該テーブルに基づいて、HPユニット容量制御を行う。
上記HPユニット駆動制御及びHPユニット容量制御により、HPユニット40において蒸気圧縮冷凍サイクルが機能し、HPユニット40は、指定された運転容量で熱源機として稼動する状態となる。なお、既にHPユニット40が熱源機として稼動している状態においてHPユニット駆動信号を受けた時には、HPユニット制御部65は何もしない。また、HPユニット40が駆動状態となっている場合においてHP容量設定信号を受けると、HPユニット制御部65は、改めて上記テーブルを参照して圧縮機モータM45の回転数を更新し、室外機制御部51へ信号を送って、更新した回転数で圧縮機モータM45が駆動するようインバータに電力供給を行わせる。
また、HPユニット制御部65は、駆動信号生成部626から出力されるHPユニット停止信号を受けた時には、HPユニット40の熱源機としての稼動を停止させるHPユニット停止制御を行う。すなわち、HPユニット制御部65は、HPユニット停止制御において、室外機制御部51へ信号を送り、圧縮機モータM45及び室外ファンモータM46への電力供給を停止させる。また、これとともに、HPユニット制御部65は、室外機制御部51へ信号を送り、膨張弁49を閉じさせる。これにより、HPユニット40は、熱源機としての稼動を停止する状態となる。なお、HPユニット40が熱源機としての稼動を停止している状態においてHPユニット停止信号を受けた時には、HPユニット制御部65は何もしない。
(3−6)表示制御部66
電源が投入されると、表示制御部66は、まず記憶部61から制御プログラムを取得する。次に、表示制御部66は、制御プログラムに沿って、記憶部61からユーザの指示、室温Ti及び設定温度Tp等を取得する。具体的に、表示制御部66は、記憶部61に運転開始指示若しくは運転停止指示、室温Ti及び設定温度Tpが格納されると、これをリアルタイムに取得する。
表示制御部66は、運転開始指示を取得した時には、運転状態であること、現在の室温Ti及び設定温度Tp等を示す表示データを表示部55に送信する。これにより、表示部55には、暖房システム10が運転状態にあること、現在の室温Ti及び設定温度Tp等をユーザに示す表示がなされる。また、表示制御部66は、運転停止指示を取得した時には、表示を停止する信号を表示部55に送信する。これにより、表示部55では、表示が行われなくなる。
また、表示制御部66は、駆動信号生成部626から出力される運転休止信号を受けた時には、暖房システム10が待機状態であることを示す表示データを表示部55に送信する。これにより、表示部55では、暖房システム10が待機状態であることをユーザに示す表示がなされる。なお、暖房システム10が待機状態にあることを示す表示がなされている状態において、運転休止信号を受けた時には、表示制御部66は何もしない。
(4)切換制御部62の処理の流れ
以下、図7を参照して、切換制御部62の処理の流れの一例について説明する。図7は、切換制御部62の処理の流れを示すフローチャートである。なお、以下は処理の一例であって、切換制御部62は、これと異なる流れの処理を実行してもよい。本実施形態において、暖房システム10の電源が投入されて運転開始指示が入力されると、切換制御部62は、図7に示すような流れの処理を行う。
ステップS101においては、取得部621が、記憶部61から外気温To、室温Ti及び設定温度Tpを取得する。そして、取得部621は、取得した外気温Toを判定部623へ出力する。また、取得部621は、取得した外気温To、室温Ti及び設定温度Tpを演算部622に出力する。そして、ステップS102へ進む。
ステップS102においては、演算部622が、取得部621から出力された室温Ti及び設定温度Tpを受けて、設定温度Tpから室温Tiを減じた値である第1差分値Dv1を算出し、判定部623へ出力する。その後、ステップS103へ進む。
ステップS103においては、判定部623が、演算部622から出力された第1差分値Dv1を受けて、室温判定を行う。室温判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、第1差分値Dv1が設定値Pv1未満の場合)には、室温高判定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS104へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、第1差分値Dv1が設定値Pv1以上の場合)には、ステップS105へ進む。
ステップS104においては、駆動信号生成部626が、判定部623から出力された室温高判定信号を受けて、運転休止信号を各部に出力する。その後、ステップS101へ戻る。
ステップS105においては、判定部623が、切換許容判定を行う。そして、切換許容判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、計測時間Ctが設定時間St未満である場合)には、判定部623は、切換禁止信号を取得部621に出力する。そして、ステップS101に戻る。一方、判定がYESの場合(すなわち、計測時間Ctが設定時間St以上である場合)判定部623は、切換許容信号を演算部622に出力する。そして、ステップS106へ進む。
ステップS106においては、演算部622は、判定部623から出力された切換許容信号を受けて、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpに基づいて熱負荷を算出する。そして、演算部622は、算出した熱負荷を運転容量設定部625に出力し、ステップS107へ進む。
ステップS107においては、判定部623が、外気温Toが第1基準値Sv1以上であるか否かを判定する外気温判定を行う。当該外気温判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、外気温Toが第1基準値Sv1未満である場合)には、判定部623は、外気温低判定信号をモード選択部624に出力する。そして、ステップS108へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、外気温Toが第1基準値Sv1以上である場合)には、ステップS111へ進む。
ステップS108においては、モード選択部624が、判定部623から出力された外気温低判定信号を受けて、第1運転モードを選択し、その旨を示す第1運転モード選択信号を運転容量設定部625及び駆動信号生成部626に出力する。そして、駆動信号生成部626が、モード選択部624から出力された第1運転モード選択信号を受けて、HPユニット停止信号をHPユニット制御部65に出力する。そして、ステップS109へ進む。
ステップS109においては、運転容量設定部625が、モード選択部624から出力された第1運転モード選択信号を受けて、演算部622から出力される熱負荷に基づきGFユニット30の運転容量を設定する。そして、設定した運転容量のレベルを示すGF容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS110へ進む。
ステップS110においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたGF容量設定信号を受けて、当該GF容量設定信号とともにGFユニット駆動信号をGFユニット制御部64に出力する。また、駆動信号生成部626は、GFユニット駆動信号を取得部621へ出力する。そして、ステップS101に戻る。
ステップS111においては、判定部623が、外気温Toが第2基準値Sv2未満であるか否かを判定する外気温判定を行う。当該外気温判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、外気温Toが第2基準値Sv2以上である場合)には、判定部623は、外気温高判定信号をモード選択部624に出力する。そして、ステップS112へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、外気温Toが第2基準値Sv2未満である場合)には、判定部623は、外気温中判定信号をモード選択部624に出力する。ステップS115へ進む。
ステップS112においては、モード選択部624が、判定部623から出力された外気温高判定信号を受けて、第2運転モードを選択し、その旨を示す第2運転モード選択信号を運転容量設定部625及び駆動信号生成部626に出力する。そして、駆動信号生成部626が、モード選択部624から出力された第2運転モード選択信号を受けて、GFユニット停止信号をGFユニット制御部64に出力する。そして、ステップS113へ進む。
ステップS113においては、運転容量設定部625が、モード選択部624から出力された第2運転モード選択信号を受けて、演算部622から出力される熱負荷に基づきHPユニット40の運転容量を設定する。そして、設定した運転容量のレベルを示すHP容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS114へ進む。
ステップS114においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたHP容量設定信号を受けて、当該HP容量設定信号とともにHPユニット駆動信号をHPユニット制御部65に出力する。また、駆動信号生成部626は、HPユニット駆動信号を取得部621へ出力する。そして、ステップS101に戻る。
ステップS115においては、モード選択部624が、判定部623から出力された外気温中判定信号を受けて、第3運転モードを選択し、第3運転モード選択信号を判定部623に出力する。そして、ステップS116へ進む。
ステップS116においては、判定部623が、第3運転モード選択信号を受けて、演算部622から出力された第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上であるか否か、を判定する差分値判定を行う。差分値判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である場合)には、判定部623は、第1差分値小判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS117へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上である場合)には、判定部623は、第1差分値大判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS124へ進む。
ステップS117においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第1差分値小判定信号を受けて、第1負荷Glを算出する。そして、ステップS118へ進む。
ステップS118においては、運転容量設定部625が、算出した第1負荷Glに基づいてGFユニット30の運転容量を設定する。また、運転容量設定部625は、設定した運転容量のレベルを示すGF容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS119へ進む。
ステップS119においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたGF容量設定信号を受けて、当該GF容量設定信号とともにGFユニット駆動信号をGFユニット制御部64に出力する。そして、ステップS120へ進む。
ステップS120においては、判定部623が、演算部622から出力された第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上であるか否か、を判定する差分値判定を行う。差分値判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2未満である場合)には、判定部623は、第2差分値小判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS127へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上である場合)には、判定部623は、第2差分値大判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS121へ進む。
ステップS121においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第2差分値大判定信号を受けて、第2負荷Hlを算出する。そして、ステップS122へ進む。
ステップS122においては、運転容量設定部625が、算出した第2負荷Hlに基づいてHPユニット40の運転容量を設定する。また、運転容量設定部625は、設定した運転容量のレベルを示すHP容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS123へ進む。
ステップS123においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたHP容量設定信号を受けて、当該HP容量設定信号とともにHPユニット駆動信号をHPユニット制御部65に出力する。また、駆動信号生成部626は、HPユニット駆動信号を取得部621へ出力する。そして、ステップS101へ戻る。
ステップS124においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第1差分値大判定信号を受けて、第1負荷Glを算出する。そして、ステップS125へ進む。
ステップS125においては、運転容量設定部625が、算出した第1負荷Glに基づいてGFユニット30の運転容量を設定する。また、運転容量設定部625は、設定した運転容量のレベルを示すGF容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS126へ進む。
ステップS126においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたGF容量設定信号を受けて、当該GF容量設定信号とともにGFユニット駆動信号をGFユニット制御部64に出力する。そして、ステップS127へ進む。
ステップS127においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第1差分値大判定信号又は第2差分値小判定信号を受けて、第2負荷Hlを算出する。そして、ステップS128へ進む。
ステップS128においては、運転容量設定部625が、算出した第2負荷Hlに基づいてHPユニット40の運転容量を設定する。また、運転容量設定部625は、設定した運転容量のレベルを示すHP容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS129へ進む。
ステップS129においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたHP容量設定信号を受けて、当該HP容量設定信号とともにHPユニット駆動信号をHPユニット制御部65に出力する。また、駆動信号生成部626は、HPユニット駆動信号を取得部621へ出力する。そして、ステップS101へ戻る。
(5)各部の動作状態について
以下、図8を参照して、暖房システム10の各部の動作状態について説明する。図8は、運転開始指示が入力された場合における各部の状態の変化の一例を示すタイミングチャートである。
期間Aにおいては、暖房システム10は停止状態にある。すなわち、ファンユニット20、GFユニット30及びHPユニット40は、稼動を停止している。
期間Bにおいては、運転開始指示が入力されたことに応じて、ファンユニット20が稼動する。また、外気温Toが第1基準値Sv1未満であることに応じて、第1運転モードが選択される。すなわち、コントローラ60は、外気温Toが第1基準値Sv1未満であれば第1運転モードを選択する。これにより、GFユニット30が熱負荷に応じた運転容量で稼動する。なお、これより切換許容信号が判定部623によって出力されるまで(すなわち、30分が経過するまで)は、熱源機の切換えが禁止される熱源機切換禁止期間とされる。HPユニット40は、停止したままである。
期間Cにおいては、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満となったことに応じて、第3運転モードが選択される。すなわち、コントローラ60は、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満であれば第3運転モードを選択する。これにより、GFユニット30が第1負荷Glに応じた運転容量で稼動し、HPユニット40が第2負荷Hlに応じた運転容量で稼動する。
期間Dにおいては、外気温Toが第2基準値Sv2以上となったことに応じて、第2運転モードが選択される。すなわち、コントローラ60は、外気温Toが第2基準値Sv2以上であれば第2運転モードを選択する。これにより、GFユニット30が稼動を停止し、HPユニット40が熱負荷に応じた運転容量で稼動する。
期間Eにおいては、運転停止指示が入力されたことに応じて、暖房システム10は停止状態となる。すなわち、ファンユニット20、GFユニット30及びHPユニット40は、稼動を停止する。
(6)エネルギー消費効率低下抑制機能
以下、暖房システム10のエネルギー消費効率低下抑制機能及び快適性低下抑制機能について説明する。
(6−1)エネルギー消費効率低下抑制機能
暖房システム10は、運転中、外気温判定を行い、外気温Toが第1基準値Sv1未満である場合には第1運転モードを選択する。ここで、第1基準値Sv1は、外気温Toが第1基準値Sv1未満であればHPユニット40を熱源機として稼動させるよりもGFユニット30を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値である。すなわち、暖房システム10では、外気温ToがHPユニット40を熱源機として稼動させるよりもGFユニット30を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる数値範囲にある場合においては、GFユニット30を単独で稼動させることで、エネルギー消費効率の低下を抑制している。
また、暖房システム10は、運転中、外気温判定を行い、外気温Toが第2基準値Sv2以上である場合には第2運転モードを選択する。ここで、第2基準値Sv2は、外気温Toが第2基準値Sv2以上であればGFユニット30を熱源機として稼動させるよりもHPユニット40を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値である。すなわち、暖房システム10では、外気温ToがGFユニット30を熱源機として稼動させるよりもHPユニット40を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる数値範囲にある場合においては、HPユニット40を単独で稼動させることで、エネルギー消費効率の低下を抑制している。
また、暖房システム10は、運転中、外気温判定を行い、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満である場合には第3運転モードを選択する。ここで、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満である状況においては、GFユニット30又はHPユニット40を単独で稼動させるよりも、GFユニット30及びHPユニット40を同時に稼動させたほうが、COPに優れ、且つ室温Tiが設定温度Tpに到達する時間を短縮できる。すなわち、暖房システム10では、外気温ToがGFユニット30又はHPユニット40を単独で稼動させるよりもGFユニット30及びHPユニット40を同時に稼動させたほうがCOPに優れる数値範囲にある場合においては、GFユニット30及びHPユニット40を同時に稼動させることで、エネルギー消費効率の低下を抑制している。
以上をまとめると、暖房システム10は、時間に伴って変化する外気温Toに関連するパラメータに応じて、エネルギー消費効率に優れた運転モードが選択されるように構成されている。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40のうち、いずれを熱源機として稼動させるか、又は双方を熱源機として稼動させるか、がエネルギー消費効率の優劣に基づいて決定されている。このようにして、エネルギー消費効率の低下が抑制されている。
また、暖房システム10は、運転中、外気温Toの変化に応じて運転モードを切り換えるとともに、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpの変化に応じて熱負荷、第1負荷Gl及び第2負荷Hlを算出し、GFユニット30及びHPユニット40のそれぞれの運転容量をリアルタイムに調整している。換言すると、暖房システム10では、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpの変化に応じて、熱源機をエネルギー消費効率に優れた運転容量で稼動させることができるように構成されている。
具体的には、暖房システム10では、算出した熱負荷及び第1負荷Glに基づいて、燃焼部36の運転容量が設定されており、GFユニット30が状況に応じた運転容量で稼動されるように構成されている。また、暖房システム10では、算出した熱負荷及び第2負荷Hlに基づいて、圧縮機45の回転数が設定されており、HPユニット40が状況に応じた運転容量で稼動されるように構成されている。このようにして、エネルギー消費効率の低下が抑制されている。
(6−2)快適性低下抑制機能
暖房システム10では、第3運転モードで運転中、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である時には、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上の時よりもレベルが低い運転容量で燃焼部36が駆動されるようになっている。すなわち、暖房システム10では、第3運転モードで運転中、室温Tiが設定温度Tpに近づいた時には、GFユニット30は運転容量を低減される。このため、室温Tiが設定温度Tpを超えることで快適性が低下することが抑制されている。
また、暖房システム10では、第3運転モードで運転中、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上である時には、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2未満の時よりも低い回転数で圧縮機45が駆動されるようになっている。すなわち、暖房システム10では、第3運転モードで運転中、室温Tiが設定温度Tpを所定値を超えて上回った時には、HPユニット40は運転容量を低減される。このため、室温Tiが設定温度Tp付近で保たれやすく快適性が低下することが抑制されている。
また、暖房システム10は、運転中、所定の熱源機切換禁止期間が設定されることにより、当該期間内においては、熱源機の切換えが行われないようになっている。具体的には、暖房システム10の運転が開始されてから設定時間St(30分)を経過するまでの間は、熱源機切換禁止期間とされている。これにより、起動時から所定期間の間において熱源機の切換えが頻繁に行われることが抑制されており、快適性が低下しにくいように構成されている。
(7)特徴
(7−1)
上記実施形態では、コントローラ60は、運転モードとして、GFユニット30を熱源機として単独で稼動させる第1運転モードと、HPユニット40を熱源機として単独で稼動させる第2運転モードと、GFユニット30及びHPユニット40を熱源機として同時に稼動させる第3運転モードと、を有し、外気温に関連するパラメータに基づいて運転モードを選択している。すなわち、時間に伴って変化する外気温Toに関連するパラメータに応じて運転モードが選択されており、GFユニット30及びHPユニット40のうち、いずれを熱源機として稼動させるか、又は双方を熱源機として稼動させるか、がエネルギー消費効率の優劣に基づいて決定されている。よって、エネルギー消費効率の低下が抑制されている。
(7−2)
上記実施形態では、コントローラ60は、外気温Toが、第1基準値Sv1未満である時に第1運転モードを選択し、第1基準値Sv1よりも高い温度である第2基準値Sv2以上である時に第2運転モードを選択し、第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満である時に第3運転モードを選択している。すなわち、時間に伴って変化する外気温Toに応じて、エネルギー消費効率に優れた運転モードが選択されている。よって、エネルギー消費効率の低下が精度よく抑制されている。
(7−3)
上記実施形態では、コントローラ60は、第3運転モードにおいて、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpに基づいて、GFユニット30によって処理される熱負荷である第1負荷Glと、HPユニット40によって処理される熱負荷である第2負荷Hlと、を算出し、算出した第1負荷Gl及び第2負荷Hlに基づいてGFユニット30及びHPユニット40の運転容量を調整している。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40が熱源機として同時に稼動されている場合において、GFユニット30及びHPユニット40は、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpの変化に応じて、エネルギー消費効率の高い運転容量で稼動されるようになっている。よって、エネルギー消費効率の低下がさらに精度よく抑制されている。
(7−4)
上記実施形態では、コントローラ60は、第3運転モードにおいて、圧縮機45の回転数を第2負荷Hlに基づいて決定している。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40が熱源機として同時に稼動されている場合において、HPユニット40は、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpの変化に応じて、エネルギー消費効率の高い運転容量で稼動されるようになっている。よって、エネルギー消費効率の低下がさらに精度よく抑制されている。
(7−5)
上記実施形態では、コントローラ60は、第3運転モードにおいて、燃焼部36の容量を第1負荷Glに基づいて決定している。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40が熱源機として同時に稼動されている場合において、GFユニット30は、外気温To、室温Ti及び設定温度Tpの変化に応じて、エネルギー消費効率の高い運転容量で稼動されるようになっている。よって、エネルギー消費効率の低下がさらに精度よく抑制されている。
(7−6)
上記実施形態では、コントローラ60は、第3運転モードにおいて、設定温度Tpから室温Tiを減じた値である第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である時には、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1以上である時よりも運転容量の低い状態で燃焼部36を稼動させている。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40が熱源機として同時に稼動されている場合において、室温Tiが設定温度Tpに近づいた時には、GFユニット30の運転容量が低減されるようになっている。このため、室温Tiが設定温度Tpを超えることが抑制されている。よって、快適性の低下が抑制されている。
(7−7)
上記実施形態では、コントローラ60は、第3運転モードにおいて、室温Tiから設定温度Tpを減じた値である第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上の時には、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2未満の時よりも圧縮機45の回転数を低く設定している。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40が熱源機として同時に稼動されている場合において、室温Tiが設定温度Tpを所定値を超えて上回った時には、HPユニット40の運転容量が低減されるようになっている。このため、室温Tiが設定温度Tp付近で保たれやすいようになっている。よって、快適性の低下が抑制されている。
(8)変形例
(8−1)変形例A
上記実施形態では、空調システムとして暖房システム10が採用されたが、これに限定されない。例えば、HPユニット40の室外機43内に四路切換弁を配設し、暖房運転とは別に冷房運転が可能な空調システムとしてもよい。係る場合、冷房運転時において、室内熱交換器42は冷媒の蒸発器として機能し、室外熱交換器47は冷媒の放熱器若しくは凝縮器として機能する。
(8−2)変形例B
上記実施形態では、外気温センサ50は、ケーブル(図示省略)を介して室外機制御部51と接続されていたが、直接コントローラ60と接続するようにしてもよい。係る場合、外気温センサ50がA/D変換してディジタル信号をコントローラ60に送信するか、コントローラ60においてアナログ信号を受けてA/D変換を行う。
(8−3)変形例C
上記実施形態では、コントローラ60は、ケーブル601を介して、各部と接続されていたが、室外機制御部51、第1電力供給部211、第2電力供給部342、ガスバルブ開閉部351及びプラグ用電力供給部362のうちのいずれか若しくは全てをコントローラ60内に配設してもよい。
(8−4)変形例D
上記実施形態では、コントローラ60は、電装品ユニット52に含まれていたが、これに限定されない。例えば、コントローラ60は、電装品箱14内に配設されてもよく、また、室外機43内に配設されてもよい。また、コントローラ60に含まれる記憶部61、切換制御部62、ファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66のいずれか又は全ては、LANやWANなどのネットワークで接続された遠隔地などに配設されてもよい。また、切換制御部62に含まれる取得部621、演算部622、判定部623、モード選択部624、運転容量設定部625及び駆動信号生成部626のいずれか又は全てについても、LANやWANなどのネットワークで接続された遠隔地などに配設されてもよい。
(8−5)変形例E
上記実施形態では、切換制御部62、ファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66は、記憶部61から制御プログラムを取得していた。しかし、これに限定されず、例えば、ファンユニット制御部63、GFユニット制御部64、HPユニット制御部65及び表示制御部66のそれぞれに記憶領域を持たせて当該記憶領域に制御プログラムを格納するようにしてもよい。
(8−6)変形例F
上記実施形態では、設定値Pv1は、−5(℃)に設定されていた。しかし、設定値Pv1は、これに限定されず、設置環境に応じて適当な数値を設定されればよい。例えば、設定値Pv1は、−7(℃)や−3(℃)に設定されてもよい。
(8−7)変形例G
上記実施形態では、第1基準値Sv1は−11(℃)に設定され、第2基準値Sv2は−2(℃)に設定されていた。しかし、第1基準値Sv1は、外気温Toが第1基準値Sv1未満であればHPユニット40を熱源機として稼動させるよりもGFユニット30を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす限り、いかなる値に設定されてもよい。例えば、第1基準値Sv1は、−8(℃)に設定されてもよく、−15(℃)に設定されてもよい。また、第2基準値Sv2は、外気温Toが第2基準値Sv2以上であればGFユニット30を熱源機として稼動させるよりもHPユニット40を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす限り、いかなる値に設定されてもよい。例えば、第2基準値Sv2は、0(℃)に設定されてもよく、−5(℃)に設定されてもよい。
(8−8)変形例H
上記実施形態では、第1閾値ΔTh1は10(℃)に設定され、第2閾値ΔTh2は1(℃)に設定されていた。しかし、第1閾値ΔTh1及び第2閾値ΔTh2は、これに限定されず、設置環境に応じて適当な数値を設定されればよい。例えば、第1閾値ΔTh1は8(℃)に設定されてもよく、又は12(℃)に設定されてもよい。また、第2閾値ΔTh2は0(℃)に設定されてもよく、又は3(℃)に設定されてもよい。
(8−9)変形例I
上記実施形態では、暖房システム10の運転開始時(起動時)から設定時間St(30分)を経過するまでの間は、稼動させる熱源機の切換えを禁止する熱源機切換禁止期間とされていた。しかし、熱源機切換禁止期間については、必ずしも必要ではなく省略可能である。係る場合、図7のフローチャートにおいてステップS105が省略される。
(8−10)変形例J
上記実施形態では、コントローラ60は、外気温Toが所定値になった時に運転モードを切り換える制御を行っていた(図7のステップS107、S108、S111、S112及びS115参照)。しかし、これに限定されず、当該制御において所定の遅延時間を設けてもよい。
例えば、コントローラ60は、運転中において、外気温Toが第1基準値Sv1未満となった時から所定時間経過後に、第1運転モードを選択するようにしてもよい。また、コントローラ60は、運転中において、外気温Toが第2基準値Sv2以上となった時から所定時間経過後に、第2運転モードを選択するようにしてもよい。また、コントローラ60は、運転中において、外気温Toが第1基準値Sv1以上第2基準値Sv2未満となった時から所定時間経過後に、第3運転モードを選択するようにしてもよい。
これにより、確実に条件を満たす場合に運転モードを切換えることが可能となる。なお、当該遅延時間は、例えば30秒や1分に設定されるが、これに限定されず、設置環境に応じて適当な数値を設定されればよい。
(8−11)変形例K
上記実施形態では、コントローラ60は、第1差分値Dv1が所定の設定値Pv1以上であるか否かの判定である室温判定を所定のタイミングにおいて行っていた(図7のステップS103参照)。しかし、当該室温判定については、必ずしも必要ではなく省略可能である。係る場合、図7のフローチャートにおいて、ステップS103及びS104が省略される。
(8−12)変形例L
上記実施形態では、差分値判定において、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である場合には、第1負荷Glが算出され、算出された第1負荷Glに基づいて設定された運転容量でGFユニット30が稼動するように制御されていた(図7のステップS117からステップS119を参照)。しかし、これに限定されず、第1差分値Dv1が第1閾値ΔTh1未満である場合には、燃焼部36の動作を停止させる(すなわち、GFユニット30の稼動を停止させる)ように制御してもよい。係る場合、図7のステップS117及びステップS118を省略し、ステップS119において、GFユニット停止信号が駆動信号生成部626からGFユニット制御部64に出力されるように構成すればよい。
(8−13)変形例M
上記実施形態では、差分値判定において、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上である場合には、第2負荷Hlが算出され、算出された第2負荷Hlに基づいて設定された運転容量でHPユニット40が稼動するように制御されていた(図7のステップS121からステップS123を参照)。しかし、これに限定されず、第2差分値Dv2が第2閾値ΔTh2以上である場合には、圧縮機45の駆動を停止させる(すなわち、HPユニット40の稼動を停止させる)ように制御してもよい。係る場合、図7のステップS121及びステップS122を省略し、ステップS123において、HPユニット停止信号が駆動信号生成部626からHPユニット制御部65に出力されるように構成すればよい。
(8−14)変形例N
上記実施形態では、判定部623は、計測時間Ctが設定時間St以上であるか否かを判断しており、当該判断における設定時間Stは30分に設定されていた。しかし、設定時間Stは、これに限定されず、設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、設定時間Stは、20分に設定されてもよく、あるいは1時間に設定されてもよい。
(8−15)変形例O
上記実施形態では、暖房システム10の電源が投入されて運転開始指示が入力されると、切換制御部62は、図7に示すような流れの処理を行っていた。しかし、切換制御部62は、図9に示すような流れの処理を行ってもよい。以下、図9に示す処理の流れについて説明する。
図9におけるステップS101からステップS115までは、ステップS107´及びS111´を除いて、図7のものと同一である。
ステップS107´においては、判定部623が、外気温Toが第1基準値Sv1以上であるか否かを判定する代わりに、蒸発温度Teが第3基準値Sv3以上であるか否かを判定する外気温判定を行う。当該外気温判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、蒸発温度Teが第3基準値Sv3未満である場合)には、判定部623は、外気温低判定信号をモード選択部624に出力する。そして、ステップS108へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、蒸発温度Teが第3基準値Sv3以上である場合)には、ステップS111´へ進む。なお、第3基準値Sv3は、蒸発温度Teが第3基準値Sv3未満であればHPユニット40を熱源機として稼動させるよりもGFユニット30を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値として、予め制御プログラムにおいて設定されている。例えば、第3基準値Sv3は、−5(℃)に設定されるが、これに限定されず、使用する冷媒や設置環境に応じて適宜変更が可能である。
ステップS111´においては、判定部623が、蒸発温度Teが第4基準値Sv4未満であるか否かを判定する外気温判定を行う。当該外気温判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、蒸発温度Teが第4基準値Sv4以上である場合)には、判定部623は、外気温高判定信号をモード選択部624に出力する。そして、ステップS112へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、蒸発温度Teが第4基準値Sv4未満である場合)には、判定部623は、外気温中判定信号をモード選択部624に出力する。そして、ステップS115へ進む。なお、第4基準値Sv4は、蒸発温度Teが第4基準値Sv4以上であればGFユニット30を熱源機として稼動させるよりもHPユニット40を熱源機として稼動させたほうがCOPに優れる、という条件を満たす値として、予め制御プログラムにおいて、第3基準値Sv3より高く設定されている。例えば、第4基準値Sv4は、5(℃)に設定されるが、これに限定されず、使用する冷媒や設置環境に応じて適宜変更が可能である。
ここで、蒸発温度Teは、外気温Toの変化に応じて変化する。具体的には、外気温Toが上昇すれば蒸発温度Teも上昇し、外気温Toが下降すれば蒸発温度Teも下降する。すなわち、蒸発温度Teは、「外気温Toに関連するパラメータ」といえる。
ステップS115においては、モード選択部624が、判定部623から出力された外気温中判定信号を受けて、第3運転モードを選択し、第3運転モード選択信号を判定部623に出力する。そして、ステップS216へ進む。
ステップS216においては、演算部622が、モード選択部624から出力された第3運転モード選択信号を受けて、GFユニット30を駆動させた場合の第1コストGcと、HPユニット40を駆動させた場合の第2コストHcと、を算出する。また、演算部622は、算出した第1コストGc及び第2コストHcを判定部623に出力する。そして、ステップS217へ進む。
ステップS217においては、判定部623が、演算部622から出力された第1コストGcが第2コストHc以上か否かを判定するコスト判定を行う。コスト判定の結果、判定がNOの場合(すなわち、第1コストGcが第2コストHc未満である場合)には、判定部623は、第1コスト小判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS218へ進む。一方、判定がYESの場合(すなわち、第1コストGcが第2コストHc以上である場合)には、判定部623は、第1コスト大判定信号を運転容量設定部625に出力する。そして、ステップS221へ進む。
ステップS218においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第1コスト小判定信号を受けて、第1負荷GI及び第2負荷HIを算出する。なお、制御プログラムにおいて、第1コスト小判定信号を受けた場合における熱負荷と、第1コストGcと、第1負荷GIとの相関関係について定義され、また、第1コスト小判定信号を受けた場合における熱負荷と、第2コストHcと、第2負荷HIとの相関関係について定義されている。運転容量設定部625は、当該制御プログラムに沿って第1負荷GI及び第2負荷HIを算出する。より詳細には、運転容量設定部625は、GFユニット30を主熱源機として稼動させるとともにHPユニット40を補助熱源機として稼動させるべく、演算部622から出力された熱負荷の大部分を第1負荷GIとし、熱負荷から第1負荷GIを除いた残りを第2負荷HI(「第3負荷」に相当)として設定する。係る場合における第1負荷GIと第2負荷HIの比率は、例えば、7:3や8:2に設定される。但し、これに限定されず、適宜変更は可能である。以上の処理の後、ステップS219へ進む。
ステップS219においては、運転容量設定部625が、算出した第1負荷Glに基づいてGFユニット30の運転容量を設定し、設定した運転容量のレベルを示すGF容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。また、運転容量設定部625は、算出した第2負荷Hlに基づいてHPユニット40の運転容量を設定し、設定した運転容量のレベルを示すHP容量設定信号を駆動信号生成部626に出力する。そして、ステップS220へ進む。
ステップS220においては、駆動信号生成部626が、運転容量設定部625から出力されたGF容量設定信号を受けて、当該GF容量設定信号とともにGFユニット駆動信号をGFユニット制御部64に出力する。また、駆動信号生成部626は、運転容量設定部625から出力されたHP容量設定信号を受けて、当該HP容量設定信号とともにHPユニット駆動信号をHPユニット制御部65に出力する。また、駆動信号生成部626は、HPユニット駆動信号を取得部621へ出力する。そして、ステップS101へ戻る。
ステップS221においては、運転容量設定部625が、判定部623から出力された第1コスト大判定信号を受けて、第1負荷GI及び第2負荷HIを算出する。なお、制御プログラムにおいて、第1コスト大判定信号を受けた場合における熱負荷と、第1コストGcと、第1負荷GIとの相関関係について定義されており、また、第1コスト大判定信号を受けた場合における熱負荷と、第2コストHcと、第2負荷HIとの相関関係について定義されている。運転容量設定部625は、当該制御プログラムに沿って第1負荷GI及び第2負荷HIを算出する。より詳細には、運転容量設定部625は、HPユニット40を主熱源機として稼動させるとともにGFユニット30を補助熱源機として稼動させるべく、演算部622から出力された熱負荷の大部分を第2負荷HIとし、熱負荷から第2負荷HIを除いた残りを第1負荷GI(「第3負荷」に相当)として設定する。係る場合における第1負荷GIと第2負荷HIの比率は、例えば、3:7や2:8に設定される。但し、これに限定されず、適宜変更は可能である。以上の処理の後、ステップS222へ進む。
ステップS222においては、運転容量設定部625が、ステップS219と同様の処理を行う。そして、ステップS223へ進む。
ステップS223においては、駆動信号生成部626が、ステップS220と同様の処理を行う。そして、ステップS101へ戻る。
以上のように、切替制御部62において図9に示すような処理を行われる場合、第3運転モードにおいて、GFユニット30及びHPユニット40のうち、運転コストの低い方が主熱源機として稼動され、運転コストの高い方が補助熱源機として稼動される。また、補助熱源機によって処理される負荷が算出され、これに基づいて補助熱源機の運転容量が調整される。すなわち、GFユニット30及びHPユニット40を同時運転する場合において、GFユニット30及びHPユニット40のうち、運転コストの低いほうの運転容量が高く設定され、運転コストの高いほうの運転容量が低く設定される。これにより、運転コストの上昇が抑制される。
本発明は、ガスファーネスユニットとヒートポンプユニットとを備える空調システムに利用可能である。
10 暖房システム
12 吸気口
13 排気口
20 ファンユニット(送風機)
30 ガスファーネスユニット(GFユニット)
31 熱交換部(加熱部)
32 ガスファーネス本体部(GF本体部)
34 ファン
35 ガスバルブ
36 燃焼部
37 燃焼ガスパイプ
40 ヒートポンプユニット(HPユニット)
42 室内熱交換器(放熱器)
48 冷媒温度センサ(第2温度センサ)
50 外気温センサ(第1温度センサ)
51 室外機制御部
52 電装品ユニット
53 室温センサ(第3温度センサ)
60 コントローラ
61 記憶部
62 切換制御部
63 ファンユニット制御部
64 ガスファーネスユニット制御部(GFユニット制御部)
65 ヒートポンプユニット制御部(HPユニット制御部)
100 住宅
101、102、103、104 部屋
105 地下室
211 第1電力供給部
342 第2電力供給部
351 ガスバルブ開閉部
361 プラグ
362 プラグ用電力供給部
601 ケーブル
621 取得部
622 演算部
623 判定部
624 モード選択部
625 運転容量設定部
626 駆動信号生成部
AF1 空気流
Dv1 第1差分値
Dv2 第2差分値
Ct 計測時間
Gc 第1コスト
Gl 第1負荷
GP ガス管
Hc 第2コスト
Hl 第2負荷
M21 第1ファンモータ
Pv1 設定値
St 設定時間
Sv1 第1基準値
Sv2 第2基準値
Sv3 第3基準値
Sv4 第4基準値
Te 蒸発温度
Ti 室温(室内温度)
To 外気温
Tp 設定温度
ΔTh1 第1閾値
ΔTh2 第2閾値
特開平1−54160号公報

Claims (7)

  1. 冷媒の放熱器(42)を含むヒートポンプユニット(40)と、
    通過する空気を加熱する加熱部(31)を含むガスファーネスユニット(30)と、
    前記放熱器及び前記加熱部を通過する空気流(AF1)を生成する送風機(20)と、
    前記ヒートポンプユニット、前記ガスファーネスユニット及び前記送風機の動作を制御するコントローラ(60)と、
    外気の温度である外気温を検出する第1温度センサ(50)と、
    室内に設置され、前記室内の温度である室内温度(Ti)を検出する第3温度センサ(53)と、
    を備え、
    前記コントローラは、
    運転モードとして、前記ガスファーネスユニットを熱源機として単独で稼動させる第1運転モードと、前記ヒートポンプユニットを熱源機として単独で稼動させる第2運転モードと、前記ガスファーネスユニット及び前記ヒートポンプユニットを熱源機として同時に稼動させる第3運転モードと、を有し、
    前記外気温(To)に関連するパラメータに基づいて、前記運転モードを選択し、
    前記外気温が第1基準値(Sv1)未満である時に、前記第1運転モードを選択し、
    前記外気温が前記第1基準値よりも高い温度である第2基準値(Sv2)以上である時に、前記第2運転モードを選択し、
    前記外気温が前記第1基準値以上前記第2基準値未満である時に、前記第3運転モードを選択し、
    前記第3運転モードにおいて、前記外気温、前記室内温度及び予め設定される設定温度(Tp)に基づいて、前記ガスファーネスユニットによって処理される熱負荷である第1負荷(Gl)と、前記ヒートポンプユニットによって処理される熱負荷である第2負荷(Hl)と、を算出し、前記第1負荷及び前記第2負荷に基づいて前記ガスファーネスユニット及び前記ヒートポンプユニットの運転容量を調整する、
    空調システム(10)。
  2. 前記ヒートポンプユニットにおいて冷媒の蒸発温度(Te)を検出する第2温度センサ(48)をさらに備え、
    前記コントローラは、
    前記外気温が前記第1基準値未満であって、前記蒸発温度が第3基準値(Sv3)未満である時に前記第1運転モードを選択し、
    前記外気温が前記第2基準値以上であって、前記蒸発温度が前記第3基準値よりも高い温度である第4基準値(Sv4)以上である時に前記第2運転モードを選択し、
    前記外気温が前記第1基準値以上前記第2基準値未満であって、前記蒸発温度が前記第3基準値以上前記第4基準値未満である時に前記第3運転モードを選択する、
    請求項1に記載の空調システム。
  3. 前記ヒートポンプユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機(45)をさらに含み、
    前記圧縮機は、前記コントローラによって回転数を可変に調整され、
    前記コントローラは、前記第3運転モードにおいて、前記圧縮機の回転数を前記第2負荷に基づいて決定する、
    請求項1又は2に記載の空調システム。
  4. 前記ガスファーネスユニットは、ガスが燃焼する燃焼部(36)をさらに含み、
    前記コントローラは、前記第3運転モードにおいて、前記燃焼部の容量を前記第1負荷に基づいて決定する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の空調システム。
  5. 前記ガスファーネスユニットは、ガスが燃焼する燃焼部(36)をさらに含み、
    前記コントローラは、前記第3運転モードにおいて、
    予め設定される設定温度(Tp)から前記室内温度を減じた値である第1差分値(Dv1)が第1閾値(ΔTh1)以上である時には、前記燃焼部を第1状態で稼動させ、
    前記第1差分値が前記第1閾値未満である時には、前記第1状態よりも容量が低い第2状態で前記燃焼部を稼動させるか、又は前記燃焼部の動作を停止させる、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の空調システム。
  6. 前記ヒートポンプユニットは、ガス冷媒を圧縮する圧縮機(45)をさらに含み、
    前記圧縮機は、前記コントローラによって回転数を可変に調整され、
    前記コントローラは、前記第3運転モードにおいて、
    前記室内温度から予め設定される設定温度(Tp)を減じた値である第2差分値(Dv2)が第2閾値(ΔTh2)未満の時には、前記圧縮機の回転数を第1回転数に設定し、
    前記第2差分値が前記第2閾値以上の時には、前記圧縮機の回転数を前記第1回転数よりも低い第2回転数に設定するか、又は前記圧縮機の駆動を停止させる、
    請求項1又は2に記載の空調システム。
  7. 前記コントローラは、前記第3運転モードにおいて、
    前記ガスファーネスユニット及び前記ヒートポンプユニットのうち、いずれか一方を主熱源機として稼動させるとともに、他方を補助熱源機として稼動させ、
    前記ガスファーネスユニットを前記主熱源機として稼動させた場合の第1コスト(Gc)と、前記ヒートポンプユニットを前記主熱源機として稼動させた場合の第2コスト(Hc)と、をそれぞれ算出し、
    前記第1コストが前記第2コストよりも低い時には、前記ガスファーネスユニットを前記主熱源機として稼動させるとともに、前記ヒートポンプユニットを前記補助熱源機として稼動させ、
    前記第1コストが前記第2コストよりも高い時には、前記ヒートポンプユニットを前記主熱源機として稼動させるとともに、前記ガスファーネスユニットを前記補助熱源機として稼動させ、
    前記補助熱源機によって処理される熱負荷である第3負荷(Gl、Hl)を算出し、
    前記補助熱源機の運転容量を、前記第3負荷に基づいて調整する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の空調システム。
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