JP6383610B2

JP6383610B2 - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JP6383610B2
Application number: JP2014177209A
Authority: JP
Inventors: 祖父江　務; 務祖父江; 今井　誠士; 誠士今井
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: JP2016050735A

Description

本明細書は、ヒートポンプシステムに関する。

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。

特開２０１０−１９６９５０号公報

上記のように、複数の運転態様で動作可能なヒートポンプシステムでは、それぞれの運転態様の切り換えを適切に行う必要がある。

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、複数の運転態様で動作可能なヒートポンプシステムにおいて、それぞれの運転態様の切り換えを適切に行うことが可能な技術を提供する。

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、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と、室外空気の温度を検出する外気温度検出手段と、過去の室外空気の温度の履歴を記憶する記憶手段を備えている。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、過去の室外空気の温度の履歴に基づいて、他の時間帯に比べて室外空気の温度が高くなる時間帯を高外気温時間帯として推定し、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行する。

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、上記のヒートポンプシステムにおいては、Ｗ２＞Ｗ１であるから、冷媒の凝縮温度が低いほど、冷房効率は高くなる。

冷房単独運転においては、凝縮過程の冷媒から室外空気へ放熱する。このため、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、室外空気の温度よりわずかに高い温度に設定される。これに対して、蓄熱冷房同時運転においては、凝縮過程の冷媒との熱交換によって熱媒を加熱して、高温となった熱媒を蓄熱槽に蓄える。このため、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度は、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度よりも比較的高い温度に設定される。従って、室外空気の温度が低いときに、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転に切り換えると、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は低く設定されているため、冷房効率は大幅に低下する。逆に、室外空気の温度が高いときに、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転に切り換える場合、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度はもともと高く設定されているため、冷房効率はそれほど低下しない。上記のヒートポンプシステムは、過去の室外空気の温度の履歴に基づいて、他の時間帯に比べて室外空気の温度が高くなる時間帯を高外気温時間帯として推定し、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行するので、冷房効率の低下を抑制しつつ、蓄熱槽への蓄熱を行うことができる。

より具体的には、上記のヒートポンプシステムは、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行しないように構成されている。

上記のヒートポンプシステムによれば、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行しないので、冷房効率の低下を抑制しつつ、蓄熱槽への蓄熱を行うことができる。

上記のヒートポンプシステムは、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される熱利用設定温度よりも高い第１凝縮温度に設定され、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行しないように構成することができる。

上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱単独運転において、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とする。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、蓄熱槽にはユーザにより設定される熱利用設定温度より高温の熱媒が貯えられる。上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱単独運転において、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度に設定することで、熱利用設定温度より高温の熱媒を蓄熱槽に蓄えることができる。また、上記のヒートポンプシステムでは、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行する。このような構成とすることによって、冷房効率の低下を抑制しつつ、熱利用設定温度より高温の熱媒を蓄熱槽に蓄えることができる。

あるいは、上記のヒートポンプシステムは、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を高く設定した蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、冷媒の凝縮温度を低く設定した蓄熱冷房同時運転を実行するように構成されている。

上記のヒートポンプシステムでは、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯である場合、すなわち冷房単独運転における冷媒の凝縮温度が高く設定される場合には、冷媒の凝縮温度を高く設定した蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯である場合、すなわち冷房単独運転における冷媒の凝縮温度が低く設定される場合には、冷媒の凝縮温度を低く設定した蓄熱冷房同時運転を実行する。このような構成とすることによって、冷房効率の低下を抑制しつつ、蓄熱槽へ蓄熱することができる。

上記のヒートポンプシステムは、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される熱利用設定温度よりも高い第１凝縮温度に設定され、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度よりも低い第２凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行するように構成することができる。

本明細書が開示するヒートポンプシステムによれば、複数の運転態様の切り換えを適切に行うことができる。

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。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。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。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。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。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。実施例の給湯空調システム２において、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に蓄熱冷房同時運転へ切り換える処理を説明するフローチャートである。実施例の給湯空調システム２において、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に蓄熱冷房同時運転へ切り換える別の処理を説明するフローチャートである。実施例の給湯空調システム２において、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に蓄熱冷房同時運転へ切り換える別の処理を説明するフローチャートである。蓄熱冷房同時運転のヒートポンプサイクルを示すモリエル線図である。

（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ＣＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度は、様々な温度に設定可能である。例えば、蓄熱冷房同時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てもよい。例えば、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度は、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度と同様に、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［℃］に設定されてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時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、第１温度幅ΔＴ１[℃]よりも小さい所定の第２温度幅ΔＴ２[℃]（例えば５[℃]）を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ２[℃]に設定されてもよい。あるいは、蓄熱冷房同時運転における冷媒の凝縮温度は、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度と同様に、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［℃］に設定されてもよい。

（冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転への切り換え）
冷房単独運転中に、タンク８への蓄熱要求が発生する場合がある。このような場合に、本実施例の給湯空調システム２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応じて、蓄熱冷房同時運転への切り換えを行う。以下では、図７のフローチャートを参照しながら、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転への切り換え処理について説明する。

ステップＳ２では、制御装置１４は、外気温度サーミスタ２９から室外空気の温度を取得する。

ステップＳ４では、制御装置１４は、室外空気の温度が基準外気温度（例えば３０［℃］）を超えるか否かを判断する。室外空気の温度が基準外気温度以下である場合（ステップＳ４でＮＯの場合）、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転に切り換えることなく、冷房単独運転をそのまま継続する。室外空気の温度が基準外気温度を超えると（ステップＳ４でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、制御装置１４は、冷媒の凝縮温度を、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、第１温度幅ΔＴ１［℃］を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ１［℃］に設定して、蓄熱冷房同時運転に切り換える。

図７の処理によれば、給湯空調システム２は、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低い間は、蓄熱冷房同時運転に切り換えることなく冷房単独運転をそのまま継続し、室外空気の温度が高くなると、蓄熱冷房同時運転に切り換える。上記したように、本実施例の給湯空調システム２では、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は、室外空気の温度よりわずかに高い温度に設定される。このため、室外空気の温度が低いときは、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は低く設定されているため、冷媒の凝縮温度を高温とした蓄熱冷房同時運転に切り換えると、冷房効率は大幅に低下する。逆に、室外空気の温度が高いときは、冷房単独運転における冷媒の凝縮温度は高く設定されているため、冷媒の凝縮温度を高温とした蓄熱冷房同時運転に切り換えても、冷房効率はそれほど低下しない。本実施例の給湯空調システム２によれば、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転に切り換える際の冷房効率の低下を抑制しつつ、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度より高温の水をタンク８に蓄えることができる。

あるいは、冷房単独運転中にタンク８への蓄熱要求が発生した場合に、本実施例の給湯空調システム２は、前日までの室外空気の温度履歴に基づいて、蓄熱冷房同時運転への切り換えを行ってもよい。以下では、図８のフローチャートを参照しながら、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転への切り換え処理について説明する。

ステップＳ１２では、制御装置１４は、高外気温時間帯を特定する。本実施例では、制御装置１４は、外気温度サーミスタ２９で取得される室外空気の温度に関して、前日の室外空気の温度履歴を記憶している。そして、制御装置１４は、前日の室外空気の温度履歴に基づいて、前日に室外空気が最高温度となった時刻を特定し、その時刻を含む時間帯（例えば、その時刻の前後１時間の時間帯）を、高外気温時間帯として特定する。

ステップＳ１４では、制御装置１４は、現在時刻が高外気温時間帯に含まれるか否かを判断する。現在時刻が高外気温時間帯に含まれない場合（ステップＳ１４でＮＯの場合）、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転に切り換えることなく、冷房単独運転をそのまま継続する。現在時刻が高外気温時間帯に含まれる場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、制御装置１４は、冷媒の凝縮温度を、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、第１温度幅ΔＴ１［℃］を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ１［℃］に設定して、蓄熱冷房同時運転に切り換える。

図８の処理によれば、給湯空調システム２は、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低い間は、蓄熱冷房同時運転に切り換えることなく冷房単独運転をそのまま継続し、室外空気の温度が高くなると、蓄熱冷房同時運転に切り換える。このような構成とすることによって、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転に切り換える際の冷房効率の低下を抑制しつつ、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度より高温の水をタンク８に蓄えることができる。

なお、高外気温時間帯の特定は、上記に限らず、様々な観点から行うことができる。例えば、制御装置１４は、過去の所定期間（例えば７日間）における室外空気の温度履歴に基づいて、室外空気が最高温度となる平均時刻を算出して、その平均時刻を含む時間帯（例えばその平均時刻の前後１時間）を、高外気温時間帯として特定してもよい。あるいは、制御装置１４は、前日に室外空気の温度が所定温度（例えば３０［℃］）を超えていた時間帯を特定し、その時間帯を高外気温時間帯として特定してもよい。

あるいは、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に、本実施例の給湯空調システム２は、図９のように蓄熱冷房同時運転への切り換えを行う構成とすることができる。

ステップＳ２２では、制御装置１４は、外気温度サーミスタ２９から室外空気の温度を取得する。

ステップＳ２４では、制御装置１４は、室外空気の温度が基準外気温度（例えば３０［℃］）を超えるか否かを判断する。室外空気の温度が基準外気温度を超える場合（ステップＳ２４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６では、制御装置１４は、冷媒の凝縮温度を、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、第１温度幅ΔＴ１［℃］を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ１［℃］に設定して、蓄熱冷房同時運転に切り換える。

ステップＳ２４で室外空気の温度が基準外気温度以下である場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２８では、制御装置１４は、冷媒の凝縮温度を、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、第２温度幅ΔＴ２［℃］を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ２［℃］に設定して、蓄熱冷房同時運転に切り換える。ここで、第２温度幅ΔＴ２［℃］は、ステップＳ２６で用いる第１温度幅ΔＴ１［℃］よりも小さい。

図９の処理によれば、給湯空調システム２は、冷房単独運転中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低ければ、低い凝縮温度でタンク８の水の沸かし上げを行い、室外空気の温度が高ければ、高い凝縮温度でタンク８の水の沸かし上げを行う。このような構成とすることによって、冷房単独運転から蓄熱冷房同時運転に切り換える際の冷房効率の低下を防ぐことができる。

なお、図９のステップＳ２２およびＳ２４において、外気温度サーミスタ２９で取得される室外空気の温度が基準外気温度を超えるか否かに基づいて処理を切り換える代わりに、図８のステップＳ１２およびステップＳ１４と同様に、過去の室外空気の温度履歴から高外気温時間帯を特定しておいて、現在時刻が高外気温時間帯に含まれるか否かに基づいて処理を切り換える構成としてもよい。

また、図９のステップＳ２８において、冷媒の凝縮温度を、ユーザがリモコンを介して設定した給湯設定温度Ｔｗ［℃］に、第２温度幅ΔＴ２［℃］を加算した値Ｔｗ＋ΔＴ２［℃］に設定する代わりに、冷房単独運転での冷媒の凝縮温度と同じ温度に設定して、蓄熱冷房同時運転に切り換えてもよい。

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、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。

図７や図８に示すように、給湯空調システム２では、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低いと判断されると、蓄熱冷房同時運転を実行せず、室外空気の温度が高いと判断されると、蓄熱冷房同時運転を実行する。特に、給湯空調システム２では、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される給湯設定温度Ｔｗ（熱利用設定温度）よりも高い第１凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ１に設定され、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低いと判断されると、蓄熱冷房同時運転を実行せず、室外空気の温度が高いと判断されると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ１とした蓄熱冷房同時運転を実行する。

あるいは、図９に示すように、給湯空調システム２では、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低いと判断されると、冷媒の凝縮温度を低く設定した蓄熱冷房同時運転を実行し、室外空気の温度が高いと判断されると、冷媒の凝縮温度を高く設定した蓄熱冷房同時運転を実行する。特に、給湯空調システム２では、蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される給湯設定温度Ｔｗ（熱利用設定温度）よりも高い第１凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ１に設定され、冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、室外空気の温度が低いと判断されると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ１よりも低い第２凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ２とした蓄熱冷房同時運転を実行し、室外空気の温度が高いと判断されると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度Ｔｗ＋ΔＴ１とした蓄熱冷房同時運転を実行する。

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。

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。

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

Claims

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と、
室外空気の温度を検出する外気温度検出手段と、
過去の室外空気の温度の履歴を記憶する記憶手段を備えており、
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、
過去の室外空気の温度の履歴に基づいて、他の時間帯に比べて室外空気の温度が高くなる時間帯を高外気温時間帯として推定し、
冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行しない、ヒートポンプシステム。
蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される熱利用設定温度よりも高い第１凝縮温度に設定され、
冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、蓄熱冷房同時運転を実行しない、請求項１のヒートポンプシステム。
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と、
室外空気の温度を検出する外気温度検出手段と、
過去の室外空気の温度の履歴を記憶する記憶手段を備えており、
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、
過去の室外空気の温度の履歴に基づいて、他の時間帯に比べて室外空気の温度が高くなる時間帯を高外気温時間帯として推定し、
冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を高く設定した蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、冷媒の凝縮温度を低く設定した蓄熱冷房同時運転を実行する、ヒートポンプシステム。
蓄熱単独運転における冷媒の凝縮温度が、ユーザにより設定される熱利用設定温度よりも高い第１凝縮温度に設定され、
冷房単独運転の実行中に蓄熱要求が発生した場合に、現在の時刻が高外気温時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行し、現在の時刻が高外気温時間帯以外の時間帯であると、冷媒の凝縮温度を第１凝縮温度よりも低い第２凝縮温度とした蓄熱冷房同時運転を実行する、請求項３のヒートポンプシステム。