特開 2015-218940 空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-218940(P2015-218940A)

(43)【公開日】2015年12月7日

(54)【発明の名称】空調システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/02 20060101AFI20151110BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/02 101N

   F24F11/02 101Q

   F24F11/02 101P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-102033(P2014-102033)

(22)【出願日】2014年5月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岡本 昌和

(72)【発明者】

【氏名】森脇 道雄

(72)【発明者】

【氏名】楊 洋

【テーマコード（参考）】

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L260AA01

3L260AB02

3L260BA03

3L260BA36

3L260CB01

3L260CB63

3L260DA09

3L260FB02

3L260FB09

3L260FB51

(57)【要約】

【課題】ヒートポンプとガスファーネスを用いて暖房を行う場合に、ヒートポンプにおいてデフロストを行う時であっても室内の快適性を維持することが可能に空調システムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプユニット６とガスファーネスユニット５０と共通ファン４１を備える空調システム１００において、ガスファーネスユニット５０による暖房とヒートポンプユニット６による暖房を行うことができ、ヒートポンプユニット６による暖房中にデフロスト開始条件を満たした場合に、ガスファーネスユニット５０を起動させてファーネス熱交換器５８における暖房能力が十分に確保された状態にした後でヒートポンプユニット６において四路切換弁７２の接続状態を切り換えて、デフロスト運転を開始する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

室内を暖房することが可能な空調システム（１００）であって、
駆動周波数の調整が可能な圧縮機（７１）と冷媒の放熱器（７３、６１）と膨張弁（７５）と蒸発器（６１、７３）とを含み、冷媒を循環させるヒートポンプ（６）と、
燃焼による加熱器を含むガスファーネス（５０）と、
前記放熱器および前記加熱器を通った空気を室内に送風する送風機（４１）と、
少なくとも、前記ヒートポンプを停止させた状態で前記ガスファーネスを駆動させて設定温度に応じて室内の暖房を行うガスファーネス運転制御と、前記ガスファーネスを停止させた状態で前記ヒートポンプを駆動させて前記設定温度に応じて室内の暖房を行うヒートポンプ運転制御と、を行う制御部（２０、７９、５１）と、
を備え、
前記制御部は、前記ヒートポンプ運転制御中に所定のデフロスト開始条件を満たした場合に、前記ガスファーネスが起動した後であって暖房能力が所定能力条件を満たした状態で前記ヒートポンプにおいて冷媒の循環向きを反転させるデフロスト運転を開始する、
空調システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記ヒートポンプ運転制御中に前記デフロスト開始条件を満たした時点から再度前記ヒートポンプ運転制御を開始するまでの間は、前記ガスファーネスを駆動していることで前記設定温度を超えた場合であっても前記ガスファーネスの駆動状態を維持する、
請求項１に記載の空調システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記ヒートポンプ運転制御中に前記デフロスト開始条件を満たした時点から再度前記ヒートポンプ運転制御を開始するまでの間は、前記圧縮機の駆動周波数を上げない、
請求項１または２に記載の空調システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記デフロスト運転中に所定のデフロスト終了条件を満たした場合に、前記ヒートポンプにおいて冷媒の循環向きを反転させて前記ヒートポンプ運転制御が行われている状態にした後で前記ガスファーネスを停止させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、室内を暖房することが可能な空調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば寒冷地において用いられ、ヒートポンプとガスファーネスの２つを熱源機として用いて室内の暖房を行う空調システムがある。

【0003】

例えば、特許文献１（特開昭６４−５４１６０号公報）では、外気温度が比較的低い場合には、ヒートポンプではなくガスファーネスを運転させて暖房能力の確保を行い、外気温度が比較的高い場合には、ガスファーネスではなくヒートポンプを運転させて運転効率を高める、という制御を行うことを提案している。

【特許文献1】特開昭６４−５４１６０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上述のような特許文献１に示された例では、ヒートポンプを駆動させた状態で蒸発器に付着した霜を除去する運転についてなんら検討されていない。

【0005】

このため、ヒートポンプにおいて冷媒回路を流れる冷媒の向きを反転させて、蒸発器に対してホットガスを供給することでデフロストを行う場合には、室内を暖房することができず、不快な環境になってしまう。

【0006】

これに対して、例えば、ヒートポンプとガスファーネスの２つの熱源を切り換えて用いている場合には、ヒートポンプにおいてデフロスト運転を行う際にガスファーネスを駆動させ、室内の暖房を係属させることも考えられる。

【0007】

ところが、ガスファーネスを起動したとしても瞬時に暖房能力を発揮することは難しく、ヒートポンプにおいてデフロスト運転を開始すると同時にガスファーネスを起動したとしても、室内を暖房する能力が一時的に不足して、不快になってしまうおそれがある。

【0008】

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、ヒートポンプとガスファーネスを用いて暖房を行う場合に、ヒートポンプにおいてデフロストを行う時であっても室内の快適性を維持することが可能に空調システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１観点に係る空調システムは、室内を暖房することが可能な空調システムであって、ヒートポンプと、ガスファーネスと、送風機と、制御部と、を備えている。ヒートポンプは、駆動周波数の調整が可能な圧縮機と、冷媒の放熱器と、膨張弁と、冷媒の蒸発器と、を含んでおり、冷媒を循環させる。ガスファーネスは、燃焼による加熱器を含んでいる。送風機は、放熱器および加熱器を通った空気を室内に送風する。制御部は、少なくとも、ヒートポンプを停止させた状態でガスファーネスを駆動させて設定温度に応じて室内の暖房を行うガスファーネス運転制御と、ガスファーネスを停止させた状態でヒートポンプを駆動させて設定温度に応じて室内の暖房を行うヒートポンプ運転制御と、を行う。制御部は、ヒートポンプ運転制御中に所定のデフロスト開始条件を満たした場合に、ガスファーネスが起動した後であって暖房能力が所定能力条件を満たした状態でヒートポンプにおいて冷媒の循環向きを反転させるデフロスト運転を開始する。

【0010】

この空調システムでは、ヒートポンプにおいて冷媒の循環向きを変えてデフロストを行う時であっても、ガスファーネスが駆動した状態になっているため室内を暖房し続け快適性を維持することが可能になる。

【0011】

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、制御部は、ヒートポンプ運転制御中にデフロスト開始条件を満たした時点から再度ヒートポンプ運転制御を開始するまでの間は、ガスファーネスを駆動していることで設定温度を超えた場合であってもガスファーネスの駆動状態を維持する。

【0012】

この空調システムでは、デフロスト運転中に一時的に室内の設定温度を超える状況になったとしても、室内の温度が上がることでデフロスト運転の除霜効率が高まり、デフロスト運転による除霜に要する時間を短縮化させ、早期にヒートポンプ運転制御による暖房を再開させることが可能になる。

【0013】

第３観点に係る空調システムは、第１観点または第２観点に係る空調システムであって、制御部は、ヒートポンプ運転制御中にデフロスト開始条件を満たした時点から再度ヒートポンプ運転制御を開始するまでの間は、圧縮機の駆動周波数を上げない。

【0014】

この空調システムでは、デフロスト開始条件を満たした後は、設定温度に満たない状態になったとしてもヒートポンプの圧縮機の駆動周波数を上げないことで、早期にデフロスト運転を開始できる状況にすることが可能になる。

【0015】

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、制御部は、デフロスト運転中に所定のデフロスト終了条件を満たした場合に、ヒートポンプにおいて冷媒の循環向きを反転させてヒートポンプ運転制御が行われている状態にした後でガスファーネスを停止させる。

【0016】

この空調システムでは、デフロストが終了してガスファーネスを停止する場合であっても、ヒートポンプが駆動した状態になっているため室内を暖房し続け快適性を維持することが可能になる。

【発明の効果】

【0017】

第１観点に係る空調システムでは、デフロストを行う時であっても室内の快適性を維持することが可能になる。

【0018】

第２観点に係る空調システムでは、早期にヒートポンプ運転制御による暖房を再開させることが可能になる。

【0019】

第３観点に係る空調システムでは、早期にデフロスト運転を開始できる状況にすることが可能になる。

【0020】

第４観点に係る空調システムでは、デフロストが終了してガスファーネスを停止する時も室内の快適性を維持することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施形態に係る空気システムの建物への設置例を示す概略図である。

【図2】本実施形態に係る空調システムの概略構成図である。

【図3】本実施形態に係る空調システムのブロック構成図である。

【図4】ヒートポンプユニットによる暖房運転時にデフロスト運転を行う場合の処理フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る冷凍装置の室外ユニットについて、図面を用いて詳細に説明する。

【0023】

（１）空調システム１００の設置例
図１は、本実施形態に係る空調システム１００が建物１に対して設置された例を示す概略図である。図２は、空調システム１００の回路等の概略構成図である。図３は、空調システム１００のブロック構成図である。

【0024】

この空調システム１００が設置された例の建物１は、１階の第１部屋２ａおよび第２部屋２ｂ、２階の第３部屋２ｃおよび第４部屋２ｄ、地下室２ｅ、天井裏２ｆを有する住宅である。

【0025】

このうち、地下室２ｅには、後述するヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０が設置されている。また、建物１の屋外には、後述するヒートポンプユニット６の一部である室外ユニット７０が設置されている。

【0026】

地下室２ｅのヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０で作られた調和空気は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の吹出口側から延びるように設けられている給気ダクト３１を介して、第１部屋２ａ、第２部屋２ｂ、第３部屋２ｃ、第４部屋２ｄにそれぞれ供給される。具体的には、給気ダクト３１は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の吹出口側とは反対側が複数に分岐するように構成されており、分岐部分の一部である第１吹出分岐部分３１ａが第１部屋２ａ内に位置しており、分岐部分の一部である第２吹出分岐部分３１ｂが第２部屋２ｂ内に位置しており、分岐部分の一部である第３吹出分岐部分３１ｃが第３部屋２ｃ内に位置しており、分岐部分の一部である第４吹出分岐部分３１ｄが第４部屋２ｄ内に位置している。

【0027】

また、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０が調和する対象となる空気は、還気ダクト３９を介して、各第１部屋２ａ、第２部屋２ｂ、第３部屋２ｃ、第４部屋２ｄから集められる。具体的には、還気ダクト３９は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の吸込口側とは反対側が複数に分岐するように構成されており、分岐部分の一部である第１吸込分岐部分３９ａが第１部屋２ａ内に位置しており、分岐部分の一部である第２吸込分岐部分３９ｂが第２部屋２ｂ内に位置しており、分岐部分の一部である第３吸込分岐部分３９ｃが第３部屋２ｃ内に位置しており、分岐部分の一部である第４吸込分岐部分３９ｄが第４部屋２ｄ内に位置している。

【0028】

（２）空調システム１００の概略構成
空調システム１００は、温度調節された空気を作り出して、空調対象空間に対して供給するためのシステムであり、ファンユニット４０、ヒートポンプユニット６、ガスファーネスユニット５０、コントロールインターフェイス１０、室内温度センサ６２、メインコントローラ２０、上述の給気ダクト３１、還気ダクト３９等を有している。

【0029】

このうち、ヒートポンプユニット６は、液冷媒連絡配管７６およびガス冷媒連絡配管７７を介して互いに接続される利用ユニット６０と室外ユニット７０を有して構成されている。

【0030】

ファンユニット４０と、ガスファーネスユニット５０と、ヒートポンプユニット６のうちの利用ユニット６０は、図２に示すように、一体化されることでヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０を構成している。

【0031】

ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０は、筐体３０ａを有している。筐体３０ａの内部では、ファンユニット４０とヒートポンプユニット６のうちの利用ユニット６０とガスファーネスユニット５０が直線状に並ぶように収容されている。本実施形態では、ファンユニット４０が最も下に配置されており、ガスファーネスユニット５０と利用ユニット６０がこの順でファンユニット４０の上方に並んで配置されている。

【0032】

コントロールインターフェイス１０は、特に限定されないが、本実施形態では建物１の第１部屋２ａに設けられている。コントロールインターフェイス１０は、ユーザからの設定温度等の運転設定情報の入力を受け付ける。さらに、コントロールインターフェイス１０は、空調システム１００の運転開始および運転停止の指示を、ユーザから受け付ける。また、コントロールインターフェイス１０は、運転状態の情報を表示するための表示部（図示せず）を有している。コントロールインターフェイス１０は、地下室２ｅに配置されたメインコントローラ２０と通信可能に接続されている。

【0033】

室内温度センサ６２は、特に限定されないが、本実施形態では建物１の第１部屋２ａに配置され、第１部屋２ａの温度（第１吹出分岐部分３１ａや第１吸込分岐部分３９ａから離れた場所での温度）を検知している。室内温度センサ６２は、地下室２ｅに配置されたメインコントローラ２０と接続されており、メインコントローラ２０に対して現在の第１部屋２ａの温度を知らせることが可能になっている。

【0034】

メインコントローラ２０は、コントロールインターフェイス１０を介してユーザから受け付けた情報と、室内温度センサ６２が検知した室内温度と、室外ユニット７０の外気温センサ７８ｂが検知した室外温度等に基づいて、ヒートポンプユニット６、ガスファーネスユニット５０、ファンユニット４０等を制御する。このメインコントローラ２０は、ＣＰＵ２０ａやメモリ２０ｂを有している。ＣＰＵ２０ａは、メモリ２０ｂが有しているデータ等に基づいて各種の制御を行う。メモリ２０ｂには、コントロールインターフェイス１０を介してユーザから受け付けた設定温度の情報等が格納されている。

【0035】

以下、ヒートポンプユニット６、ガスファーネスユニット５０、ファンユニット４０等について、それぞれ説明する。

【0036】

（３）ヒートポンプユニット６
ヒートポンプユニット６は、図２に示すように、利用ユニット６０、室外ユニット７０、液冷媒連絡配管７６およびガス冷媒連絡配管７７を有して構成された蒸気圧縮式の空気調和装置である。本実施形態のヒートポンプユニット６は、冷房運転と暖房運転の両方を切り換えによって実行可能に構成されている。

【0037】

利用ユニット６０と室外ユニット７０は、液冷媒連絡配管７６を介して接続された部分と、ガス冷媒連絡配管７７を介して接続された部分を有している。

【0038】

利用ユニット６０は、利用側熱交換器６１と利用側熱交温度センサ６３を有している。利用側熱交換器６１は、内部を通過する冷媒と、外部を通過する空気との間で熱交換を行わせる。この利用側熱交換器６１は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａの内部の鉛直方向に延びる通路を埋めるように配置されている。利用側熱交換器６１内の一端には、液冷媒連絡配管７６が接続されており、他端にはガス冷媒連絡配管７７が接続されている。利用側熱交温度センサ６３は、利用側熱交換器６１の内部を流れる冷媒の温度を検知する。この利用側熱交温度センサ６３で検知された温度情報は、メインコントローラ２０や室外ユニットコントローラ７９に伝えられる。

【0039】

室外ユニット７０は、建物１の屋外に設置されており、圧縮機７１、四路切換弁７２、室外熱交換器７３、室外ファン７４、電動膨張弁７５、室外熱交温度センサ７８ａ、外気温センサ７８ｂ、および、室外ユニットコントローラ７９を有している。圧縮機７１は、電気エネルギーを使って駆動されるインバータ機を有している。圧縮機７１は、このインバータ機の駆動周波数を変化させることで容量を変えることができる。室外ユニットコントローラ７９は、この圧縮機７１と接続され、インバータ機の駆動周波数を制御するインバータ制御部７１ａを有している。室外熱交換器７３は、室外ファン７４によって供給される屋外空気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。室外ファン７４は、風量を制御するための室外ファンモータ７４ａを有している。この室外ファンモータ７４ａは、室外ユニットコントローラ７９によって制御される。電動膨張弁７５は、弁開度を変化させることで通過する冷媒量を変えることができる。圧縮機７１、四路切換弁７２、室外熱交換器７３、電動膨張弁７５、利用側熱交換器６１は、互いに接続されることで、内部を冷媒が循環する冷媒回路６ａを構成している。

【0040】

四路切換弁７２は、接続状態を切り換えることで、冷媒回路６ａにおける冷媒流れ方向を暖房運転状態と冷房運転状態もしくはデフロスト運転状態とに切り換えることができる。暖房運転状態（図２の実線で示す接続状態）では、圧縮機７１を駆動させて冷媒回路６ａ内に冷媒を循環させることにより、圧縮機７１の吐出側、四路切換弁７２、利用側熱交換器６１、電動膨張弁７５、室外熱交換器７３、四路切換弁７２、圧縮機７１の吸入側の順に冷媒を流し、利用側熱交換器６１を冷媒の放熱器として機能させつつ、室外熱交換器７３を冷媒の加熱器として機能させる。これにより、建物１の外の空気から熱を奪って建物１の中へ熱を供給することができる。冷房運転状態（図２の点線で示す接続状態）では、圧縮機７１を駆動させて冷媒回路６ａ内に冷媒を循環させることにより、圧縮機７１の吐出側、四路切換弁７２、室外熱交換器７３、電動膨張弁７５、利用側熱交換器６１、四路切換弁７２、圧縮機７１の吸入側の順に冷媒を流し、利用側熱交換器６１を冷媒の加熱器として機能させつつ、室外熱交換器７３を冷媒の放熱器として機能させる。これにより、建物１の中の空気から熱を奪って建物１の外へ熱を放出することができる。この四路切換弁７２は、室外ユニットコントローラ７９によって接続状態が切り換えられる。なお、デフロスト運転状態も、冷房運転状態と同様に、四路切換弁７２は、圧縮機７１の吐出側が室外熱交換器７３側に接続されて圧縮機７１の吸入側が利用側熱交換器６１に接続された接続状態となる。この接続状態で圧縮機７１を駆動させて冷媒回路６ａ内に冷媒を循環させることにより、圧縮機７１の吐出側、四路切換弁７２、室外熱交換器７３、電動膨張弁７５、利用側熱交換器６１、四路切換弁７２、圧縮機７１の吸入側の順に冷媒を流し、室外熱交換器７３に対して高温高圧冷媒を供給し、室外熱交換器７３に付着している霜を融かす。この四路切換弁７２は、室外ユニットコントローラ７９によって接続状態が切り換えられる。

【0041】

室外熱交温度センサ７８ａは、室外熱交換器７３の内部を流れる冷媒の温度を検知する。この室外熱交温度センサ７８ａで検知された温度情報は、室外ユニットコントローラ７９に伝えられる。

【0042】

外気温センサ７８ｂは、室外熱交換器７３を通過する前の屋外の空気の温度を検知する。この外気温センサ７８ｂで検知された温度情報は、室外ユニットコントローラ７９に伝えられる。

【0043】

冷房運転状態では、室外ユニットコントローラ７９は、メインコントローラ２０からの指令を受けて、室内温度センサ６２の検知温度および外気温センサ７８ｂの検知温度に基づいて、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくように、室外ファンモータ７４ａおよび電動膨張弁７５の制御を行うとともに、インバータ制御部７１ａによって圧縮機７１の駆動周波数を制御して、冷房の能力を調節する。

【0044】

暖房運転状態では、室外ユニットコントローラ７９は、メインコントローラ２０からの指令を受けて、室内温度センサ６２の検知温度および外気温センサ７８ｂの検知温度に基づいて、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくように、室外ファンモータ７４ａおよび電動膨張弁７５の制御を行うとともに、インバータ制御部７１ａによって圧縮機７１の駆動周波数を制御して、暖房の能力を調節する。

【0045】

デフロスト運転状態では、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくか否かとは無関係に、電動膨張弁７５の弁開度とインバータ制御部７１ａによる圧縮機７１の駆動周波数を制御して室外熱交換器７３に付着した霜を積極的に融解させる。なお、このとき、室外ファンモータ７４ａは停止させる。

【0046】

なお、ヒートポンプユニット６は、外気温度が極低温の場合等のように室外熱交換器７３において冷媒を蒸発させる能力が不足する等して効率的な運転や能力を十分に発揮させる運転が困難な外気温度範囲は存在するが、外気温度が当該極低温よりも高い場合には、ガスファーネスユニット５０よりもCOP（Coefficient of Performance；成績係数やエネルギー消費効率と呼ばれる指標）が良好な運転が可能な装置である。ここで、COPとは、加熱または冷却の能力Ｑを、その能力Ｑを得るための消費エネルギーＬで割った値である。

【0047】

（４）ガスファーネスユニット５０
ガスファーネスユニット５０は、図２に示すように、ガスファーネスコントローラ５１、燃料調節弁５４、ファーネスファン５６、燃焼室５７、ファーネス熱交換器５８、排気管５９等を有して構成されたガス燃焼式暖房機である。

【0048】

ガスファーネスコントローラ５１は、メインコントローラ２０と通信可能に接続されており、メインコントローラ２０からの指令に基づいて、燃料調節弁５４を通過させる燃料の量や、ファーネスファンモータ５６ａを制御する。

【0049】

燃焼室５７には、ガスバーナ５７ａが設けられている。燃焼室５７には、燃焼ガス供給管５３を介して燃料ガスが供給され、空気供給管５５を介して空気が供給される。ここで、燃焼ガスとしては、特に限定されないが、例えば、天然ガス等が用いられる。

【0050】

燃焼ガス供給管５３には、燃焼室５７に供給される燃焼ガスの量を調節するための燃料調節弁５４が途中に設けられている。この燃料調節弁５４の開度が開けられることで燃焼室５７に燃焼ガスが供給される。この燃料調節弁５４の弁開度も、上述したように、ガスファーネスコントローラ５１によって制御される。

【0051】

空気供給管５５と燃焼室５７との間には、ファーネスファン５６が設けられている。このファーネスファン５６が回転駆動することによって、空気が燃焼室５７まで送られる。このファーネスファン５６は、回転数可変式のファーネスファンモータ５６ａを備えている。このファーネスファンモータ５６ａも、上述したように、ガスファーネスコントローラ５１によって制御される。

【0052】

このようにして燃焼室５７に供給された燃焼ガスと空気とは混ざり合い、ガスバーナ５７ａによって燃焼し、高温ガスを生じさせる。この高温ガスは、ファーネス熱交換器５８に送られる。

【0053】

ファーネス熱交換器５８は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａ内であって、利用ユニット６０の鉛直下方に配置されている。このファーネス熱交換器５８は、内部を通過する加熱ガスと、外部をヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａを上方に向けて通過する空気と、の間で熱交換を行わせる。これにより、ファーネス熱交換器５８の外部を通過した空気は、暖められる。

【0054】

排気管５９は、ファーネス熱交換器５８の燃焼室５７側とは反対側の端部に接続されている。排気管５９のファーネス熱交換器５８との接続部分には、排気ヘッダ５９ａが設けられている。

【0055】

（５）ファンユニット４０
ファンユニット４０は、図２に示すように、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａ内のうち、利用ユニット６０およびガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８の下方に配置され、筐体３０ａ内に下から上に向かう空気流れを生じさせる共通ファン４１を有している。

【0056】

この共通ファン４１は、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａ内の流路において、ガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８および利用ユニット６０の利用側熱交換器６１が直線状に並べられている。これにより、共通ファン４１が駆動するだけで、ガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８と利用ユニット６０の利用側熱交換器６１の両方に対して空気流れを供給することが可能になっている。すなわち、ガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８に対応したファンと、利用ユニット６０の利用側熱交換器６１に対応したファンと、を個別に設ける必要が無くなっている。

【0057】

共通ファン４１は、回転数可変式の共通ファンモータ４１ａを備えており、ヒートポンプガスファーネス一体ユニット３０の筐体３０ａ内を通過させる空気の量を調節することが可能になっている。この共通ファンモータ４１ａは、メインコントローラ２０によって制御される。

【0058】

（６）空調システム１００の制御
空調システム１００では、メインコントローラ２０によって、冷房運転の制御、暖房運転の制御、および、デフロスト運転の制御が行われる。

【0059】

（６−１）冷房運転の制御
空調システム１００では、冷房運転時は、ガスファーネスユニット５０の運転は停止し、ヒートポンプユニット６を四路切換弁７２が冷房運転状態に切り換えられた状態で駆動させて、ファンユニット４０の共通ファン４１を駆動させることで、第１〜第４部屋２ａ〜２ｄに対して冷風を供給する。

【0060】

ここで、ヒートポンプユニット６の圧縮機７１、室外ファンモータ７４ａ、電動膨張弁７５および共通ファンモータ４１ａは、室内温度センサ６２の検知温度に基づいて、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくように、メインコントローラ２０および室外ユニットコントローラ７９によって制御される。

【0061】

（６−２）暖房運転の制御
空調システム１００では、暖房運転時は、ガスファーネスユニット５０とヒートポンプユニット６のいずれか一方を用いて温かい空気を作り、ファンユニット４０の共通ファン４１を駆動させること第１〜第４部屋２ａ〜２ｄに対して温風を供給する。

【0062】

ここで、ヒートポンプユニット６を効率良く運転させることが困難であるかもしくは能力を十分に発揮させることが困難な程度に外気温度が極低温になった場合や暖房負荷が大きい場合には、ヒートポンプユニット６が停止し、ガスファーネスユニット５０のみが駆動するガスファーネス暖房運転が行われる。他方、ヒートポンプユニット６を効率良く運転させることが可能であり能力を十分に発揮させることも可能な外気温度の場合や暖房負荷が小さい場合には、ガスファーネスユニット５０が停止し、ヒートポンプユニット６のみが駆動するヒートポンプ暖房運転が行われる。この極低温、すなわち、ヒートポンプユニット６を効率良く運転させることが困難であるかもしくは能力を十分に発揮させることが困難な程度に低い外気温度は、高基準温度Ｔ１として予め定められてメモリ２０ｂに格納されている。ここで、この極低温（高基準温度Ｔ１）よりもさらに低温ではあるが、ガスファーネスユニット５０を運転させる場合と比べると、より効率的にヒートポンプユニット６を運転させることが可能である程度に暖房負荷が小さい場合が存在する。このように暖房負荷が小さい場合にヒートポンプユニット６の運転を優先させる基準となる温度は、上記の高基準温度Ｔ１よりも低い温度である低基準温度Ｔ２として予め定められてメモリ２０ｂに格納されている。なお、ヒートポンプユニット６が暖房運転を行う場合は、四路切換弁７２が暖房運転状態に切り換えられた状態で駆動される。

【0063】

ここで、ガスファーネス暖房運転時には、燃料調節弁５４およびファーネスファンモータ５６ａは、室内温度センサ６２の検知温度に基づいて、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくように、メインコントローラ２０およびガスファーネスコントローラ５１によって制御される。

【0064】

また、ヒートポンプ暖房運転時には、圧縮機７１、室外ファンモータ７４ａ、電動膨張弁７５および共通ファンモータ４１ａは、室内温度センサ６２の検知温度に基づいて、室内温度センサ６２の検知温度が設定温度に近づくように、メインコントローラ２０および室外ユニットコントローラ７９によって制御される。具体的には、室内温度センサ６２の検知値が設定温度に満たない場合には、圧縮機７１の駆動周波数を上げる等の制御が行われる。

【0065】

（６−３）デフロスト運転の制御
空調システム１００では、ガスファーネスユニット５０ではなくヒートポンプユニット６を用いて温かい空気を作り共通ファン４１によって第１〜第４部屋２ａ〜２ｄに温風を供給する暖房運転が行われている際に、所定のデフロスト開始条件を満たした場合に、ヒートポンプユニット６の四路切換弁７２の接続状態を切り換えて、室外熱交換器７３に付着した霜を融解させるデフロスト運転が行われる。

【0066】

このデフロスト運転では、ヒートポンプユニット６の四路切換弁７２の接続状態を冷房運転時の接続状態と同様の接続状態に切り換えて圧縮機７１を駆動させることで、室外熱交換器７３に対して高温高圧の冷媒を供給する。これにより、室外熱交換器７３の外表面に付着していた霜を融解させることができる。

【0067】

ここで、デフロスト運転では、ヒートポンプユニット６の四路切換弁７２の接続状態が冷房運転時と同様の接続状態になることで、利用側熱交換器６１を冷媒の放熱器として機能させることができない。このため、デフロスト運転時には、ガスファーネスユニット５０を駆動させて暖かい空気を作りつつ、ファンユニット４０の共通ファン４１を駆動させること第１〜第４部屋２ａ〜２ｄに対する温風の供給を継続させている。

【0068】

なお、デフロスト運転は、所定のデフロスト終了条件を満たした場合に、室外熱交換器７３に付着している霜が融解したとして、ヒートポンプユニット６の四路切換弁７２の接続状態を切り換えて、暖房運転時の接続状態に戻す。

【0069】

このように、デフロスト運転は、暖房運転が行われている間、所定のデフロスト開始条件を満たす度に開始され、所定のデフロスト終了条件を満たす度に終了する。

【0070】

（７）暖房運転とデフロスト運転との切り換え制御
上述のように、デフロスト運転は、暖房運転が行われている間、所定のデフロスト開始条件を満たす度に開始され、所定のデフロスト終了条件を満たす度に終了するが、デフロスト運転時にはヒートポンプユニット６の利用側熱交換器６１は冷媒の放熱器として機能しないため、代わりにガスファーネスユニット５０を駆動させて暖かい空気を作り、第１〜第４部屋２ａ〜２ｄへの温風の供給を継続させるようにしている。

【0071】

ここで、ガスファーネスユニット５０を起動させる場合には、ガスファーネスコントローラ５１が、ファーネスファン５６のファーネスファンモータ５６ａを駆動させつつ、燃焼ガス供給管５３に設けられている燃料調節弁５４の弁開度を上げることで、燃焼ガス供給管５３を介して燃焼ガスを燃焼室５７まで送り、空気供給管５５を介して空気を燃焼室５７まで送る。そして、燃焼室５７では、燃焼ガスと空気が混ざり合う。ここで、燃焼ガスと空気との混合ガスが燃焼濃度に達した状態にして、ガスバーナ５７ａによって燃焼させることで高温ガスを生じさせる。このようにして生じた高温ガスは、ファーネスファン５６の駆動によってファーネス熱交換器５８に送られる。以上の工程を経て、ファーネス熱交換器５８の内部を流れる高温ガスによってファーネス熱交換器５８の外部を通過する空気を暖めはじめることが可能になる。このように、ガスファーネスユニット５０を起動させる場合には、ガスファーネスコントローラ５１が起動の指示を受け付けた時点から実際にファーネス熱交換器５８の外部を通過する空気を暖められた状態になる時点までは、タイムラグがある。

【0072】

これに対して、本実施形態の空調システム１００では、メインコントローラ２０が、ヒートポンプユニット６においてデフロスト運転が開始される時点でガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８による暖房能力が確保された状態となるように、デフロスト運転が開始されるよりも前の時点からガスファーネスユニット５０を起動させ始めるようにしている。これにより、ガスファーネスユニット５０を起動し始めてから実際にファーネス熱交換器５８の外部を通過する空気が暖められた状態になるまでにタイムラグがあっても、デフロスト運転の開始時においても第１〜第４部屋２ａ〜２ｄへの温風の供給を継続させることが可能になっている。

【0073】

具体的には、図４のフローチャートに示すように、暖房運転とデフロスト運転との切り換え制御が行われる。以下では、暖房運転が行われている状態からの処理を説明する。

【0074】

ステップＳ１０では、メインコントローラ２０が、所定のデフロスト開始条件を満たしているか否か判断する。ここで、所定のデフロスト開始条件は、室外熱交換器７３に霜が付着していると思われる温度条件として予め設定されており、特に限定されないが、本実施形態では、室外熱交温度センサ７８ａが検知する温度が所定デフロスト開始温度以下となることを条件としている。

【0075】

ステップＳ１１では、メインコントローラ２０は、室外ユニット７０においてデフロスト運転を開始させることなく、ガスファーネスコントローラ５１にガスファーネスユニット５０を起動させ始める。具体的には、ガスファーネスコントローラ５１が、ファーネスファン５６のファーネスファンモータ５６ａを駆動させつつ、燃焼ガス供給管５３に設けられている燃料調節弁５４の弁開度を上げることで、燃焼ガス供給管５３を介して燃焼ガスを燃焼室５７まで送り、空気供給管５５を介して空気を燃焼室５７まで送る。そして、燃焼室５７において燃焼ガスと空気との混合ガスが燃焼濃度に達した状態にしてガスバーナ５７ａによって燃焼させ、生じた高温ガスをファーネスファン５６の駆動によってファーネス熱交換器５８に送る。なお、ここでは、共通ファンモータ４１ａの駆動状態は維持させる。

【0076】

ここで、メインコントローラ２０は、所定のデフロスト開始条件を満たすことでガスファーネスユニット５０を起動し始めた後は、ガスファーネスユニット５０を駆動していることにより第１〜第４部屋２ａ〜２ｄの設定温度を超える状況になったとしても、ガスファーネスユニット５０の駆動状態を弱めることなく維持させる。

【0077】

また、室外ユニットコントローラ７９は、所定のデフロスト開始条件を満たした後からデフロスト運転を開始するまでの間は、仮に、第１〜第４部屋２ａ〜２ｄの設定温度に満たない状態になったとしても、圧縮機７１の駆動周波数が上がらないように制限する。

【0078】

ステップＳ１２では、ガスファーネスコントローラ５１は、ガスファーネスユニット５０が起動を終えたか否かを判断する。ここで、ガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８が起動されて暖房能力を十分に発揮できるようになっているか否かを判断する。具体的には、特に限定されないが、例えば、ガスファーネスユニット５０の起動開始から所定の起動時間が経過したか否かを判断するようにしてもよいし、ファーネス熱交換器５８の周囲の温度が所定の温度に達しているか否かを判断するようにしてもよい。起動を終えていると判断した場合には、ガスファーネスコントローラ５１は、その旨をメインコントローラ２０に知らせる。

【0079】

ステップＳ１３では、メインコントローラ２０は、ガスファーネスユニット５０の起動が終わり、ガスファーネスユニット５０だけで暖房能力を十分に発揮できる状況になったと判断し、室外ユニットコントローラ７９にデフロスト運転を開始させる。ここでは、室外ユニットコントローラ７９は、冷媒回路６ａの圧縮機７１の上流側と下流側の冷媒圧力の均圧処理を行い、四路切換弁７２の接続状態を、圧縮機７１の吐出側が利用側熱交換器６１と接続されている暖房運転状態から、圧縮機７１の吐出側が室外熱交換器７３と接続されている冷房運転状態に切り換える。このような接続状態で、圧縮機７１を駆動させ、高温高圧の冷媒を着霜している室外熱交換器７３に送る。なお、デフロスト運転では、室外ファン７４を停止させるが、第１〜第４部屋２ａ〜２ｄに対して温風の供給を続けるために共通ファン４１の駆動は続ける。

【0080】

ステップＳ１４では、室外ユニットコントローラ７９は、デフロスト終了条件を満たしているか否かを判断する。デフロスト終了条件は、室外熱交換器７３に付着している霜が融解したと思われる条件であり、特に限定されないが、本実施形態では、利用側熱交温度センサ６３が検知する利用側熱交換器６１を流れる冷媒の温度が所定のデフロスト終了温度以上になっているか否か、および、デフロスト運転を開始してから所定のデフロスト時間が経過したか否かが判断される。ここで、いずれかの条件を満たした場合には、室外ユニットコントローラ７９は、室外熱交換器７３に付着している霜がほとんど融解していると判断してステップＳ１５に移行する。

【0081】

ステップＳ１５では、室外ユニットコントローラ７９は、デフロスト終了条件を満たしたとして、ヒートポンプユニット６の四路切換弁７２の接続状態を切り換えて、暖房運転時の接続状態に戻す。ここで、ヒートポンプユニット６の冷媒回路６ａにおいて、圧縮機７１の吐出側の高圧冷媒の圧力が所定の圧力に到達するまでは、室外ユニットコントローラ７９は、圧縮機７１の駆動周波数が所定の周波数以下で維持されるように、周波数の上昇を制限させる。

【0082】

ステップＳ１６では、室外ユニットコントローラ７９は、圧縮機７１の吐出側の高圧冷媒の圧力が所定の圧力に到達したか否かを判断し、到達していた場合にはステップＳ１７に移行する。なお、このように高圧圧力を高めることで、ヒートポンプユニット６における暖房能力が確保された状況とすることができる。

【0083】

ステップＳ１７では、ガスファーネスコントローラ５１は、ガスファーネスユニット５０の駆動を停止させ、ステップＳ１１に戻って繰り返す。

【0084】

（８）本実施形態の特徴
（８−１）
本実施形態に係る空調システム１００では、外気温が極低温であったり暖房負荷が大きな状況に対応できるガスファーネスユニット５０と、運転効率の高いヒートポンプユニット６の両方を選択的に利用することができる。

【0085】

このため、外気温が極低温であったり暖房負荷が大きな状況であっても負荷処理を行うことができ、外気温度が極低温でなかったり暖房負荷が小さい場合には効率のよい運転を行うことが可能になる。

【0086】

（８−２）
また、空調システム１００では、ガスファーネスユニット５０が起動し始めてから暖房能力を十分に発揮できるようになるまでに時間を要する場合であっても、ヒートポンプユニット６においてデフロスト運転が開始される際には既にガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８における暖房能力が十分に確保されている。

【0087】

このため、室内の暖かさを快適に維持したままでヒートポンプユニット６のデフロスト運転を行うことが可能になる。

【0088】

（８−３）
また、空調システム１００では、デフロスト運転中は、ガスファーネスユニット５０を駆動していることにより第１〜第４部屋２ａ〜２ｄの設定温度を超える状況になったとしても、ガスファーネスユニット５０の駆動状態を弱めることなく維持させている。

【0089】

このため、デフロスト運転中に一時的に各部屋の温度が設定温度を超える状況になったとしても、室内の温度が上がることでデフロスト運転における室外熱交換器７３の除霜効率を高めることができる。

【0090】

これにより、デフロスト運転による除霜に要する時間を短縮化させ、早期にヒートポンプユニット６による暖房運転を再開させることが可能になる。

【0091】

（８−４）
また、空調システム１００では、室外ユニットコントローラ７９は、所定のデフロスト開始条件を満たした後からデフロスト運転を開始するまでの間は、仮に、第１〜第４部屋２ａ〜２ｄの設定温度に満たない状態になったとしても、圧縮機７１の駆動周波数が上がらないように制限している。

【0092】

このため、デフロスト運転を開始する際の四路切換弁７２の接続状態の切換え前に行われる均圧処理を行いやすくすることができ、デフロスト運転を開始できる状況にするための時間を短縮化させることが可能になる。

【0093】

（８−５）
また、本実施形態に係る空調システム１００では、ガスファーネスユニット５０が、燃焼ガスのガスバーナ５７に対する供給量を調節する燃料調節弁５４を有している。このため、ガスファーネス暖房運転が行われている状態では、大きな暖房負荷を処理しつつ、暖房能力を詳細に調節することが可能になっている。

【0094】

そして、本実施形態に係る空調システム１００では、ヒートポンプユニット６が、インバータ制御によって能力を調節できる圧縮機７１を有している。このため、ヒートポンプ暖房運転が行われている状態では、効率の良い運転を行いつつ、暖房能力を詳細に調節することが可能になっている。

【0095】

（８−６）
なお、本実施形態に係る空調システム１００では、ヒートポンプユニット６の利用側熱交換器６１を通過させる空気の量と、ガスファーネスユニット５０のファーネス熱交換器５８を通過させる空気の量と、を１つの共通ファン４１によって調節することが可能になっている。このため、ヒートポンプユニット６のためのファンとガスファーネスユニット５０のためのファンを別個に設ける必要が無く、装置をコンパクト化させることが可能になっている。

【0096】

（９）その他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

【0097】

（９−１）
上記実施形態では、下から、ファンユニット４０、利用ユニット６０、ガスファーネスユニット５０の順に配置された場合について説明した。

【0098】

しかし、これらの要素の配置順は、特に限定されない。例えば、ファンユニットは、利用ユニットやガスファーネスユニットの下流側に配置されていてもよいし、利用ユニットとガスファーネスユニットの間に配置されていてもよい。また、利用ユニットとガスファーネスユニットの配置は、空気流れ方向における配置順序が上記実施形態と異なっていてもよく、利用ユニットがガスファーネスユニットの下流側に配置されていてもよい。

【0099】

また、例えば、利用ユニットとガスファーネスユニットが空気流れ方向に並んで設けられること無く、流路の切り換え機構等を備えさせることで、利用ユニットとガスファーネスユニットとのいずれか一方側にのみ空気を通過させるように構成されていてもよい。

【0100】

（９−２）
上記実施形態では、デフロスト運転を開始する際に、四路切換弁７２の接続状態を切り換えるための均圧処理を行う場合について説明した。

【0101】

しかし、デフロスト運転を開始する際に行う処理としては、これに限られず、例えば、凝縮器として機能していた利用側熱交換器６１に溜まっている液冷媒が圧縮機７１の吸入側に接続されることで圧縮機７１が液冷媒を吸入することが無いように、当該液冷媒を他の場所に移動させる処理等が行われてもよい。このような液冷媒を他の場所に移動させる処理としては、例えば、冷媒回路がレシーバを備えている場合には、当該レシーバに液冷媒を移動させる処理であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0102】

本発明に係る空調システムは、ヒートポンプとガスファーネスを用いて暖房運転を行う場合に室内の快適性を維持しつつデフロスト運転を行うことが可能であるため、ヒートポンプとガスファーネスを備えた空調システムにおいて特に有用である。

【符号の説明】

【0103】

１ 建物
２ａ〜２ｄ 第１〜第４部屋
２ｅ 地下室
６ ヒートポンプユニット（ヒートポンプ）
２０ メインコントローラ（制御部）
３０ ヒートポンプガスファーネス一体ユニット
４０ ファンユニット（送風機）
４１ 共通ファン
４１ａ 共通ファンモータ
５０ ガスファーネスユニット（ガスファーネス）
５１ ガスファーネスコントローラ（制御部）
５２ 燃焼ユニット
５３ 燃料タンク
５５ 空気取込口
５６ ファーネスファン
５７ ガスバーナ
５８ ファーネス熱交換器（加熱器）
６０ 利用ユニット
６１ 利用側熱交換器（蒸発器、放熱器）
６２ 室内温度センサ
６３ 利用側熱交温度センサ
７０ 室外ユニット
７１ 圧縮機
７２ 四路切換弁
７３ 室外熱交換器（放熱器、蒸発器）
７４ 室外ファン
７４ａ 室外ファンモータ
７５ 電動膨張弁
７６ 液冷媒連絡配管
７７ ガス冷媒連絡配管
７８ａ 室外熱交温度センサ
７８ｂ 外気温センサ
７９ 室外ユニットコントローラ（制御部）
１００ 空調システム

【先行技術文献】

【特許文献】

【0104】

【特許文献1】特開昭６４−５４１６０号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】