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JP5858062B2 - 空気調和システム - Google Patents

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Description

本発明は、空気調和システム、特に、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に関する。
従来より、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であるガスファーネス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。そして、このような空気調和システムとして、特許文献１（特開昭６４−５４１６０号公報）に示すような、外気温度の低下によって、ヒートポンプ部による暖房運転（以下、「ヒートポンプ暖房運転」とする）を、別熱源部による暖房運転（以下、「別熱源暖房運転」とする）に切り換え、外気温度の上昇によって、別熱源暖房運転をヒートポンプ暖房運転に切り換えるものがある。
上記特許文献１におけるヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換え手法では、室内の空調負荷（暖房負荷）が大きい場合には、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えが遅れて室内温度が低下するおそれがあり、また、室内の空調負荷（暖房負荷）が小さい場合には、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えが早すぎて省エネ性が損なわれるおそれがある。これに対して、空気調和システムの設置条件などに応じて、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外気温度を適切に設定することも考えられるが、その設定は容易ではない上に、その作業工数が増加してしまう。
本発明の課題は、ヒートポンプ部と別熱源部とを備えた空気調和システムにおいて、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際に、切り換えのタイミングを適切なものとして快適性及び省エネ性を向上させることにある。
第１の観点にかかる空気調和システムは、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、ヒートポンプ部及び別熱源部の動作を制御する制御部と、を有している。そして、ここでは、制御部は、ヒートポンプ部によって室内の暖房を行う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。
ここでは、上記のように、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際に、外気温度だけでなく、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかも考慮することができる。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。
第２の観点にかかる空気調和システムは、第１の観点にかかる空気調和システムにおいて、制御部が、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度に基づいて、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転に切り換えるための第２切換条件としての第２切換外気温度を決定する。
ここでは、上記のように、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転に切り換える際の第２切換外気温度を、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかが考慮された外気温度に基づいて決定して、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えの際に使用することができる。
これにより、ここでは、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えも適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。
第３の観点にかかる空気調和システムは、第１又は第２の観点にかかる空気調和システムにおいて、制御部が、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度を記憶して第１切換外気温度を更新し、次に第１切換条件を満たすかどうかを判定する際に使用する。
ここでは、上記のように、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際に使用される第１切換外気温度を、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかが考慮された外気温度に更新して、次のヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えに使用することができる。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えに使用される第１切換外気温度を、空気調和システムの設置条件や運転状況を考慮した適切な値に設定することができる。
第４の観点にかかる空気調和システムは、第１〜第３の観点にかかる空気調和システムのいずれかにおいて、制御部が、室内温度から目標室内温度を差し引いた温度差が第１切換室内温度差以上に達し、かつ、ヒートポンプ部を構成する機器の運転容量が上限に達している場合に、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているものと判定する。
ここでは、上記のように、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかの判定を、室内温度と、ヒートポンプ部を構成する機器の運転容量に基づいて判定するようにしている。
これにより、ここでは、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかを適切に判定することができる。
第５の観点にかかる空気調和システムは、第１〜第４の観点にかかる空気調和システムのいずれかにおいて、制御部が、外気温度が第１切換外気温度に達し、かつ、ヒートポンプ部の成績係数が下限に達している場合にも、第１切換条件を満たすものと判定する。
ここでは、上記のように、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際に、ヒートポンプ部の成績係数が下限に達しているかどうかも考慮することができる。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えをヒートポンプ部の運転効率を考慮したタイミングでも行うことができる。
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第１の観点にかかる空気調和システムでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。
第２の観点にかかる空気調和システムでは、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えも適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。
第３の観点にかかる空気調和システムでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えに使用される第１切換外気温度を、空気調和システムの設置条件や運転状況を考慮した適切な値に設定することができる。
第４の観点にかかる空気調和システムでは、ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているかどうかを適切に判定することができる。
第５の観点にかかる空気調和システムでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えをヒートポンプ部の運転効率を考慮したタイミングでも行うことができる。
本発明の一実施形態にかかる空気調和システムの配置を示す模式図である。 空気調和システムの概略構成図である。 空気調和システムの制御ブロック図である。 ヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作を示すフローチャートである。 変形例＜Ａ＞にかかるヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作を示すフローチャートである。 変形例＜Ｂ＞にかかるヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作を示すフローチャートである。 変形例＜Ｃ＞にかかるヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作を示すフローチャートである。 変形例＜Ｄ＞にかかる空気調和システムの概略構成図である。 変形例＜Ｅ＞にかかる空気調和システムの配置を示す模式図である。 変形例＜Ｅ＞にかかる空気調和システムの概略構成図である。 変形例＜Ｆ＞にかかる空気調和システムの配置を示す模式図である。 変形例＜Ｆ＞にかかる空気調和システムの概略構成図である。
以下、本発明にかかる空気調和システムの実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和システムの実施形態の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
（１）空気調和システムの構成
＜全体＞
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和システム１の配置を示す模式図である。図２は、空気調和システム１の概略構成図である。空気調和システム１は、住宅やビルの空調に使用される装置である。ここでは、空気調和システム１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階に部屋１０１、１０２が設けられ、２階に部屋１０３、１０４が設けられている。また、住宅１００には、地下室１０５が設けられている。
空気調和システム１は、いわゆるダクト式の空気調和システムである。空気調和システム１は、主として、室外ユニット２と、利用ユニット３と、室外ユニット２と利用ユニット３とを接続する冷媒連絡管６、７と、利用ユニット３で空調された空気を部屋１０１〜１０４に送るダクト９と、を有している。ダクト９は、部屋１０１〜１０４に分岐されて、各部屋１０１〜１０４の通風口１０１ａ〜１０４ａに接続されている。
ここで、室外ユニット２、利用ユニット３の一部である室内ユニット４、及び、冷媒連絡管６、７は、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６０を構成している。また、利用ユニット３の一部であるガスファーネスユニット５は、ヒートポンプ部６０とは別の熱源（ここでは、ガス燃焼による熱）によって室内の暖房を行う別熱源部７０を構成している。このように、ここでは、利用ユニット３は、ヒートポンプ部６０を構成する室内ユニット４、及び、別熱源部７０を構成するガスファーネスユニット５の両方を有している。また、利用ユニット３は、利用ユニット３の筐体３０内に部屋１０１〜１０４内の空気を取り込んで、ヒートポンプ部６０（室内ユニット４）や別熱源部７０（ガスファーネスユニット５）で空調された空気を部屋１０１〜１０４内に供給するための室内送風機４０も有している。また、利用ユニット３には、筐体３０の空気出口３１における空気の温度である吹出空気温度Ｔｒｄを検出する吹出空気温度センサ３３と、筐体３０の空気入口３２における空気の温度である室内温度Ｔｒを検出する室内温度センサ３４とが設けられている。尚、室内温度センサ３４は、利用ユニット３ではなく、部屋１０１〜１０４内に設けられていてもよい。
＜ヒートポンプ部＞
ヒートポンプ部６０は、上記のように、室外ユニット２、利用ユニット３の一部である室内ユニット４、及び、冷媒連絡管６、７によって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、冷媒連絡管６、７を介して接続されている。すなわち、ヒートポンプ部６０は、冷媒回路２０は、室外ユニット２と、室内ユニット４とが冷媒連絡管６、７を介して接続されることによって構成されている。ここで、冷媒連絡管６、７は、空気調和システム１を設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。
室内ユニット４は、ここでは、住宅１００の地下室１０５に設置された利用ユニット３の筐体３０内に設けられている。室内ユニット４は、冷媒連絡管６、７を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路２０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、冷凍サイクルにおける冷媒の放熱によって空気を加熱する冷媒放熱器としての室内熱交換器４２を有している。ここでは、室内熱交換器４２は、利用ユニット３の筐体３０に形成された空気入口３２から空気出口３１までの通風路内の最も風下側に配置されている。
室外ユニット２は、住宅１００の屋外に設置されている。室外ユニット２は、冷媒連絡管６、７を介して室内ユニット４に接続されており、冷媒回路２０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４とを有している。圧縮機２１は、ケーシング内に図示しない圧縮要素及び圧縮要素を回転駆動する圧縮機モータ２２が収容された密閉型圧縮機である。圧縮機モータ２２は、図示しないインバータ装置を介して電力が供給されるようになっており、インバータ装置の周波数（すなわち、回転数）を変化させることによって、運転容量を可変することが可能になっている。室外熱交換器２３は、室外空気によって冷凍サイクルにおける冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３の近傍には、室外熱交換器２３に室外空気を送るための室外ファン２５が設けられている。室外ファン２５は、室外ファンモータ２６によって回転駆動されるようになっている。室外膨張弁２４は、冷媒回路２０を循環する冷媒を減圧して冷媒放熱器としての室内熱交換器４２を流れる冷媒の流量を調節する弁である。ここで、室外膨張弁２４は、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。また、室外ユニット２には、室外ユニット２が配置される住宅１００の屋外の室外空気の温度、すなわち、外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２７が設けられている。また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部２８を有している。そして、室外側制御部２８は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリや圧縮機モータ２２を制御するインバータ装置等を有しており、利用ユニット３の利用側制御部３８との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
＜別熱源部＞
別熱源部７０は、上記のように、利用ユニット３の一部であるガスファーネスユニット５によって構成されている。
ガスファーネスユニット５は、ここでは、住宅１００の地下室１０５に設置された利用ユニット３の筐体３０内に設けられている。ここでは、ガスファーネスユニット５は、ガス燃焼式暖房装置であり、主として、燃料ガス弁５１と、ファーネスファン５２と、燃焼部５４と、ファーネス熱交換器５５と、給気管５６と、排気管５７とを有している。燃料ガス弁５１は、開閉制御が可能な電磁弁等からなり、筐体３０外から燃焼部５４まで延びる燃料ガス供給管５８に設けられている。ここで、燃料ガスとしては、天然ガスや石油ガス等が使用される。ファーネスファン５２は、給気管５５を通じて燃焼部５４に空気を取り込んで、その後、ファーネス熱交換器５５に空気を送り、排気管５７から排出するという空気の流れを生成するファンである。ファーネスファン５２は、ファーネスファンモータ５３によって回転駆動されるようになっている。燃焼部５４は、ガスバーナ等（図示せず）によって燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを得る機器である。ファーネス熱交換器５５は、燃焼部５４で得られた燃焼ガスの放熱によって空気を加熱する熱交換器であり、ヒートポンプ部６０とは別の熱源（ここでは、ガス燃焼による熱）の放熱によって空気を加熱する別熱源放熱器として機能するものである。ここでは、ファーネス熱交換器５５は、利用ユニット３の筐体３０に形成された空気入口３２から空気出口３１までの通風路内において、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２よりも風上側に配置されている。
＜室内送風機＞
室内送風機４０は、上記のように、ヒートポンプ部６０を構成する冷媒放熱器としての室内熱交換器４２や別熱源部７０を構成する別熱源放熱器としてのファーネス熱交換器５５によって加熱される空気を部屋１０１〜１０４内に供給するための送風機である。ここでは、室内送風機４０は、利用ユニット３の筐体３０に形成された空気入口３２から空気出口３１までの通風路内において、室内熱交換器４２及びファーネス熱交換器５５の両方よりも風上側に配置されている。室内送風機４０は、室内ファン４３と、室内ファン４３を回転駆動する室内ファンモータ４４とを有している。
＜制御部＞
利用ユニット３は、利用ユニット３を構成する各部（室内ユニット４、ガスファーネスユニット５、及び、室内送風機４０）の動作を制御する利用側制御部３８を有している。そして、利用側制御部３８は、利用ユニット３の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室外ユニット２との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
そして、利用ユニット３の利用側制御部３８と、室外ユニット２の室外側制御部２８とは、図２に示すように、空気調和システム１全体の運転制御を行う制御部８を構成している。制御部８は、図３に示されるように、各種センサ２７、３３、３４等の検出信号を受けることができるように接続されている。そして、制御部８は、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２４、２６、４４、５１、５３を制御すること、すなわち、ヒートポンプ部６０及び別熱源部７０の動作を制御することによって、空調運転（暖房運転）を行うように構成されている。ここでは、制御部８は、ヒートポンプ部６０によって部屋１０１〜１０４内の暖房を行うヒートポンプ暖房運転と、別熱源部７０によって部屋１０１〜１０４内の暖房を行う別熱源暖房運転と、を適宜切り換えて行いつつ、部屋１０１〜１０４内の室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｓになるように制御する。ここで、図３は、空気調和システム１の制御ブロック図である。
（２）空気調和システムの基本動作
次に、空気調和システム１の空調運転（暖房運転）の基本動作について、図１〜図３を用いて説明する。上記のように、空気調和システム１の暖房運転には、上記のように、ヒートポンプ部６０によって室内の暖房を行うヒートポンプ暖房運転と、別熱源部７０によって室内の暖房を行う別熱源暖房運転と、がある。
＜ヒートポンプ暖房運転＞
ヒートポンプ暖房運転においては、冷媒回路２０内の冷媒が圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を経由して、室外ユニット２から利用ユニット３の室内ユニット４に送られる。
利用ユニット３の室内ユニット４に送られた高圧のガス冷媒は、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２に送られる。室内熱交換器４２に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４２において、室内送風機４０によって供給される室内空気Ｆ１（Ｆ２）と熱交換を行って冷却されることによって凝縮して、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管６を経由して、利用ユニット３の室内ユニット４から室外ユニット２に送られる。一方、室内熱交換器４２において加熱された室内空気Ｆ３は、ダクト９を通じて利用ユニット３から各部屋１０１〜１０４に送られて、暖房が行われる。
室外ユニット２に送られた高圧の液冷媒は、室外膨張弁２４に送られ、室外膨張弁２４によって減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒となる。この低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒蒸発器としての室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２５によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。
そして、上記のヒートポンプ暖房運転において、制御部８は、圧縮機２１の運転容量Ｇｒを制御することによって、また、室外膨張弁２４の開度ＭＶを制御することによって、部屋１０１〜１０４内の室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｓになるように制御している。具体的には、室内温度Ｔｒから目標室内温度Ｔｒｓを差し引いた温度差ΔＴｒが大きい場合には、圧縮機２１の運転容量Ｇｒ（例えば、圧縮機モータ２２の回転数）を大きくし、室外膨張弁２４の開度ＭＶを大きくする。具体的には、制御部８は、室内温度Ｔｒから目標室内温度Ｔｒｓを差し引いた室内温度差ΔＴｒが大きくなると、圧縮機２１の運転容量Ｇｒを大きくし、室外膨張弁２４の開度ＭＶを大きくし、室内温度差ΔＴｒが小さくなると、圧縮機２１の運転容量Ｇｒを小さくし、室外膨張弁２４の開度ＭＶを小さくする制御を行う。
＜別熱源暖房運転＞
別熱源暖房運転においては、燃料ガス弁５１を開けることによって燃焼部５４に燃料ガスを供給し、ファーネスファン５２によって給気管５６を経由して利用ユニット３のガスファーネスユニット５に取り込まれる空気と燃焼部５４内で混合し着火することで燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成させる。
燃焼部５４内で生成した高温の燃焼ガスは、別熱源放熱器としてのファーネス熱交換器５５に送られる。ファーネス熱交換器５５に送られた高温の燃焼ガスは、ファーネス熱交換器５５において、室内送風機４０によって供給される室内空気Ｆ１と熱交換を行って冷却され、低温の燃焼ガスとなる。この低温の燃焼ガスは、排気管５７を経由して利用ユニット３のガスファーネスユニット５から排出される。一方、ファーネス熱交換器５５において加熱された室内空気Ｆ２（Ｆ３）は、ダクト９を通じて利用ユニット３から各部屋１０１〜１０４に送られて、暖房が行われる。
そして、上記の別熱源暖房運転において、制御部８は、燃料ガス弁５１を開閉制御することによって、部屋１０１〜１０４内の室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｓになるように制御している。具体的には、制御部８は、室内温度Ｔｒから目標室内温度Ｔｒｓを差し引いた室内温度差ΔＴｒが大きくなると、燃料ガス弁５１を開け、室内温度差ΔＴｒが小さくなると、燃料ガス弁５１を閉止する制御を行う。
（３）ヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作
空気調和システム１では、外気温度Ｔａが非常に低い場合にヒートポンプ暖房運転では室内（ここでは、部屋１０１〜１０４）の空調負荷（暖房負荷）をカバーできない場合があるため、外気温度Ｔａの低下によって、ヒートポンプ暖房運転を、別熱源暖房運転に切り換え、外気温度Ｔａの上昇によって、別熱源暖房運転をヒートポンプ暖房運転に切り換える動作を行う必要がある。
しかし、単なる外気温度Ｔａの条件だけで切り換える手法では、室内（ここでは、部屋１０１〜１０４）の空調負荷（暖房負荷）が大きい場合には、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えが遅れて室内温度Ｔｒが低下するおそれがあり、また、室内の空調負荷（暖房負荷）が小さい場合には、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えが早すぎて省エネ性が損なわれるおそれがある。これに対して、空気調和システム１の設置条件などに応じて、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外気温度を適切に設定することも考えられるが、その設定は容易ではない上に、その作業工数が増加してしまう。
そこで、ここでは、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際に、切り換えのタイミングを適切なものとして快適性及び省エネ性を向上させることができるようにするために、ヒートポンプ暖房運転を行っている際に、外気温度Ｔａが第１切換外気温度Ｔａｓ１に達し、かつ、ヒートポンプ部６０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暖房運転に切り換えるようにしている。
次に、第１切換条件によるヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを含めたヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作について、図１〜図４を用いて説明する。ここで、図４は、ヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作を示すフローチャートである。尚、ヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換え動作は、制御部８によって行われる。
具体的には、まず、空気調和システム１の運転が開始すると、ステップＳＴ１のヒートポンプ暖房運転を行う。そして、ステップＳＴ１のヒートポンプ暖房運転時においては、ステップＳＴ２の第１切換条件を満たすかどうかの判定を行う。この第１切換条件は、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを行うかどうかの判定条件である。ここでは、上記のように、ヒートポンプ暖房運転時における外気温度Ｔａが第１切換外気温度Ｔａｓ１以下に達し、かつ、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達することである。ここで、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかは、室内温度Ｔｒから目標室内温度Ｔｒｓを差し引いた温度差ΔＴｒが第１切換室内温度差ΔＴｒｓ１以上に達し、かつ、ヒートポンプ部６０を構成する機器の運転容量が上限に達しているかどうかによって判定する。尚、ここでは、ヒートポンプ部６０を構成する機器の運転容量が上限に達しているかどうかは、圧縮機２１の運転容量Ｇｒ（例えば、圧縮機モータ２２の回転数）が上限容量Ｇｒｓ１（例えば、上限回転数）に達しているかどうか、及び／又は、室外膨張弁２４の開度ＭＶが上限開度ＭＶｓ１に達しているかどうかによって判定する。但し、ヒートポンプ部６０の運転容量が上限に達しているかどうかを、圧縮機２１や室外膨張弁２４以外の機器の運転容量によって判定するようにしてもよい。また、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２によって加熱された後の室内空気の温度Ｔｒｄ、及び、室内送風機４０によって室内（ここでは、部屋１０１〜１０４）に供給される室内空気の流量Ｇａからヒートポンプ部６０の暖房能力Ｑａを算出してもよい。ここでは、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２によって加熱された後の室内空気の温度Ｔｒｄから冷媒放熱器としての室内熱交換器４２によって加熱される前の室内空気の温度Ｔｒを差し引き、これにより得られた温度差に、室内送風機４０の室内ファンモータ４４の回転数等から算出した室内空気の流量Ｇａを乗算することによって、室内熱交換器４２における交換熱量（すなわち、ヒートポンプ部６０の暖房能力Ｑａ）を算出して、この暖房能力Ｑａが上限値Ｑａｓ１に達しているかどうかを判定するようにしてもよい。
このように、ここでは、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際に、外気温度Ｔａだけでなく、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかも考慮されている。また、ここでは、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかの判定を、室内温度Ｔｒと、ヒートポンプ部６０を構成する機器（ここでは、圧縮機２１や室外膨張弁２４）の運転容量に基づいて判定するようにしている。
そして、ステップＳＴ２において、第１切換条件を満たすと判定された場合には、ステップＳＴ３の処理に移行、すなわち、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。このとき、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たした際、すなわち、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度Ｔａｍを制御部８のメモリに記憶しておく。一方、ステップＳＴ２において、第１切換条件を満たさないと判定された場合には、ステップＳＴ１のヒートポンプ暖房運転を継続する。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。また、ここでは、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかを適切に判定することができる。
次に、ステップＳＴ３の別熱源暖房運転時においては、ステップＳＴ４の第２切換条件を満たすかどうかの判定を行う。この第２切換条件は、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えを行うかどうかの判定条件である。ここでは、別熱源暖房運転時における外気温度Ｔａが第２切換外気温度Ｔａｓ２以上に達することである。ここで、第２切換外気温度Ｔａｓ２は、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たした際、すなわち、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度Ｔａｍ（ここでは、制御部８のメモリに記憶されている）に基づいて決定されている。具体的には、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度Ｔａｍに所定温度ΔＴａを加算した値にしている。
このように、ここでは、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転に切り換える際の第２切換外気温度Ｔａｓ２を、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかが考慮された外気温度Ｔａｍに基づいて決定して、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えの際に使用するようにしている。
そして、ステップＳＴ４において、第２切換条件を満たすと判定された場合には、ステップＳＴ１の処理に移行、すなわち、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転に切り換える。一方、ステップＳＴ４において、第２切換条件を満たさないと判定された場合には、ステップＳＴ３の別熱源暖房運転を継続する。
これにより、ここでは、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えも適切なタイミングで行えるようになり、快適性及び省エネ性を向上させることができる。
（４）変形例
＜Ａ＞
上記実施形態では、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えの際に使用される第１切換外気温度Ｔａｓ１が固定値になっているが、これに限定されるものではない。
例えば、図５に示すように、制御部８が、ステップＳＴ２において、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度Ｔａｍを記憶する際に、第１切換外気温度Ｔａｓ１をこの外気温度Ｔａｍに置き換えることで更新し、次に第１切換条件を満たすかどうかを判定する際に使用するようにしてもよい。
このように、ここでは、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際に使用される第１切換外気温度Ｔａｓ１を、ステップＳＴ２においてヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達しているかどうかが考慮された外気温度Ｔａｍに更新して、次のヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えの際に使用することができる。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えに使用される第１切換外気温度Ｔａｓ１を、空気調和システム１の設置条件や運転状況を考慮した適切な値に設定することができる。
＜Ｂ＞
上記実施形態やその変形例では、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第１切換条件として、外気温度Ｔａが第１切換外気温度Ｔａｓ１以下に達する条件とともに、ヒートポンプ部６０による暖房能力が上限に達する条件を加えるようにしているが、これだけに限定されるものではない。
例えば、図６に示すように、制御部８が、ステップＳＴ２において、外気温度Ｔａが第１切換外気温度Ｔａｓ１に達し、かつ、ヒートポンプ部６０の成績係数ＣＯＰが下限に達している場合にも、第１切換条件を満たすものと判定するようにしてもよい。ここで、成績係数ＣＯＰは、種々の算出方法が考えられるが、例えば、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２によって加熱された後の室内空気の温度Ｔｒｄ、及び、室内送風機４０によって室内（ここでは、部屋１０１〜１０４）に供給される室内空気の流量Ｇａからヒートポンプ部６０の暖房能力Ｑａを得て、この暖房能力Ｑａを圧縮機２１の消費動力Ｗｃで除算することによって、ヒートポンプ部６０の成績係数ＣＯＰを算出して、この成績係数ＣＯＰが下限値ＣＯＰａｓ１に達しているかどうかを判定することができる。尚、図６では、変形例Ａ（図５参照）の切り換え動作において、成績係数ＣＯＰが下限に達しているかどうかの判定を加えるようにしているが、上記実施形態（図４参照）の切り換え動作において、成績係数ＣＯＰが下限に達しているかどうかの判定を加えるようにしてもよい。
このように、ここでは、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際に、ヒートポンプ部６０の成績係数ＣＯＰが下限に達しているかどうかも考慮することができる。
これにより、ここでは、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えをヒートポンプ部６０の運転効率を考慮したタイミングでも行うことができる。
＜Ｃ＞
上記実施形態やその変形例において、極端に外気温度Ｔａが低い場合や極端に外気温度Ｔａが高い場合には、ステップＳＴ２の第１切換条件を満たすかどうかや、ステップＳＴ４の第２切換条件を満たすかどうかを判定することなく、ヒートポンプ暖房運転と別熱源暖房運転との切り換えを行うことが好ましい。
そこで、ここでは、図７に示すように、ステップＳＴ２において、外気温度Ｔａが第１切換条件における第１切換外気温度Ｔａｓ１よりも低い第１切換下限外気温度Ｔａｓｍ以下に達した場合には、第１切換条件を満たすかどうかを判定することなく、ヒートポンプ暖房運転から別熱源暖房運転への切り換えを行う。ここで、第１切換下限外気温度Ｔａｓｍは、第１切換外気温度Ｔａｓ１として予測される外気温度よりも十分に低い温度値に設定される。また、ステップＳＴ４において、外気温度Ｔａが第２切換条件における第２切換外気温度Ｔａｓ２よりも高い第２切換上限外気温度Ｔａｓｘ以上に達した場合には、第２切換条件を満たすかどうかを判定することなく、別熱源暖房運転からヒートポンプ暖房運転への切り換えを行う。ここで、第２切換上限外気温度Ｔａｓｘは、第２切換外気温度Ｔａｓ２として予測される外気温度よりも十分に高い温度値に設定される。尚、図７では、上記実施形態（図４参照）の切り換え動作において、第１切換下限外気温度Ｔａｓｍ以下に達したかどうかの判定や第２切換上限外気温度Ｔａｓｘ以上に達したかどうかの判定を加えるようにしているが、変形例Ａ、Ｂ（図５、図６参照）の切り換え動作において、第１切換下限外気温度Ｔａｓｍ以下に達したかどうかの判定や第２切換上限外気温度Ｔａｓｘ以上に達したかどうかの判定を加えるようにしてもよい。
＜Ｄ＞
上記実施形態やその変形例では、利用ユニット３において、別熱源部７０を構成するガスファーネスユニット５（すなわち、別熱源放熱器としてのファーネス熱交換器５５）をヒートポンプ部６０を構成する室内ユニット４（すなわち、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２）の風上側に配置しているが、これに限定されるものではない。
例えば、図８に示すように、別熱源部７０としてのガスファーネスユニット５（すなわち、別熱源放熱器としてのファーネス熱交換器５５）をヒートポンプ部６０としての室内ユニット４（すなわち、冷媒放熱器としての室内熱交換器４２）の風下側に配置してもよい。
＜Ｅ＞
上記実施形態やその変形例では、別熱源部７０を構成するガスファーネスユニット５とヒートポンプ部６０を構成する室内ユニット４とが一体の利用ユニット３として構成されているが、これに限定されるものではない。
例えば、図９及び図１０に示すように、別熱源部７０を構成するガスファーネスユニット５とヒートポンプ部６０を構成する室内ユニット４とが別置きになっていてもよい。但し、この場合には、上記実施形態やその変形例でガスファーネスユニット５及び室内ユニット４の両方に共通に設けられていた室内送風機４０等の各種機器やセンサを、ガスファーネスユニット５及び室内ユニット４の両方に設ける必要がある。
＜Ｆ＞
上記実施形態やその変形例では、室外ユニット２に対して利用ユニット３（室内ユニット４）が１台接続された構成であるが、これに限定されるものではない。
例えば、図１１及び図１２に示すように、室外ユニット２に対して複数台（ここでは、２台）の利用ユニット３（室内ユニット４）が冷媒連絡管６、７を介して接続された構成にして、一方の利用ユニット３を部屋１０３、１０４の空調に使用し、他方の利用ユニット３を部屋１０１、１０２の空調に使用してもよい。尚、図１２では、一方の利用ユニット３の詳細を図示し、他方の利用ユニット３については、ヒートポンプ部６０を構成する冷媒放熱器としての室内熱交換器４２のみを図示している。また、室外ユニット２に対して複数台の利用ユニット３を接続する構成を採用する場合には、地下室１０５ではなく、空調に使用される部屋又はその近傍に対応する利用ユニット３を設けるようにしてもよい。また、各部屋１０１〜１０４に対応する利用ユニット３を設ける場合には、ダクト式ではなく、各部屋１０１〜１０４に床置き設置や壁掛け設置、天井設置などの型式の利用ユニット３を設けるようにしてもよい。また、各部屋１０１〜１０４に利用ユニット３を設ける場合にも、変形例Ｅと同様に、各部屋別熱源部７０を構成するガスファーネスユニット５とヒートポンプ部６０を構成する室内ユニット４とを別置きで設けてもよい。
＜Ｇ＞
上記実施形態やその変形例では、ヒートポンプ部６０が暖房専用の冷媒回路２０を有しているが、冷媒回路２０に四路切換弁等を設けて冷媒の循環方向を切り換えることができるようにして、冷房運転も可能な構成にしてもよい。
＜Ｈ＞
上記実施形態やその変形例では、別熱源部７０として燃料ガスの燃焼を熱源とするガスファーネスユニット５を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、温水ボイラや電気ヒータなどのように、ヒートポンプ部６０とは別の熱源であればどのようなものでも別熱源部７０として採用可能である。
本発明は、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に対して、広く適用可能である。
１ 空気調和システム
８ 制御部
６０ ヒートポンプ部
７０ 別熱源部
特開昭６４−５４１６０号公報

Claims (5)

  1. 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（６０）と、
    前記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（７０）と、
    前記ヒートポンプ部及び前記別熱源部の動作を制御する制御部（８）と、
    を備えており、
    前記制御部は、前記ヒートポンプ部によって室内の暖房を行う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、前記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、前記ヒートポンプ暖房運転から前記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、
    空気調和システム（１）。
  2. 前記制御部（８）は、前記ヒートポンプ暖房運転から前記別熱源暖房運転に切り換えた際の外気温度に基づいて、前記別熱源暖房運転から前記ヒートポンプ暖房運転に切り換えるための第２切換条件としての第２切換外気温度を決定する、
    請求項１に記載の空気調和システム（１）。
  3. 前記制御部（８）は、前記ヒートポンプ暖房運転から前記別熱源暖房運転に切り換えた際の前記外気温度を記憶して前記第１切換外気温度を更新し、
    次に前記第１切換条件を満たすかどうかを判定する際に使用する、
    請求項１又は２に記載の空気調和システム（１）。
  4. 前記制御部（８）は、室内温度から目標室内温度を差し引いた温度差が第１切換室内温度差以上に達し、かつ、前記ヒートポンプ部を構成する機器の運転容量が上限に達している場合に、前記ヒートポンプ部による暖房能力が上限に達しているものと判定する、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和システム（１）。
  5. 前記制御部（８）は、外気温度が第１切換外気温度に達し、かつ、前記ヒートポンプ部の成績係数が下限に達している場合にも、前記第１切換条件を満たすものと判定する、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和システム（１）。
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