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(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】P2022124106
(43)【公開日】2022-08-25
(54)【発明の名称】ハイブリッド温水暖房システム
(51)【国際特許分類】
   F24D 3/00 20220101AFI20220818BHJP
   F24D 7/00 20220101ALI20220818BHJP
【FI】
F24D3/00 V
F24D3/00 B
F24D3/00 K
F24D7/00 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021021680
(22)【出願日】2021-02-15
(71)【出願人】
【識別番号】000000538
【氏名又は名称】株式会社コロナ
(71)【出願人】
【識別番号】000115854
【氏名又は名称】リンナイ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003096
【氏名又は名称】特許業務法人第一テクニカル国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】伊丹 慶介
(72)【発明者】
【氏名】上田 真典
(72)【発明者】
【氏名】川上 岳彦
(72)【発明者】
【氏名】内山 直幸
(72)【発明者】
【氏名】大島 克也
【テーマコード(参考)】
3L070
3L071
【Fターム(参考)】
3L070AA02
3L070AA07
3L070BB03
3L070BB14
3L070BB16
3L070DE05
3L070DE09
3L070DF07
3L070DF15
3L070DG01
3L071BC01
3L071BC02
3L071BD01
3L071BE01
3L071BE02
3L071BE04
(57)【要約】
【課題】厳冬期に冷媒循環回路において生じた氷結を解氷する。
【解決手段】ハイブリッド温水暖房システム1は、氷結発生時に解氷指示を行う操作部70を有し、ヒートポンプ制御装置62、熱交換ユニット制御装置61、ボイラー制御装置63は、解氷指示が行われた場合に、圧縮機53の吐出側に空気熱交換器55の入口側を連通するとともに圧縮機53の吸入側に出口側が連通された第2熱交換器51の入口側に対し空気熱交換器55の出口側を連通し、第2熱交換器51での冷媒による受熱を前記空気熱交換器55へ供給し、かつ、冷媒配管内の冷媒の圧縮を開始するように圧縮機53を制御し、かつ、温水配管42内の温水の加熱を開始するように前記ガス加熱器43を制御可能な、解氷運転を行う。これにより、第2熱交換器51からの放熱量を増大させ確実に冷媒循環回路50における解氷を行うことができる。
【選択図】図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス加熱器、前記ガス加熱器から受熱する第1熱源側熱交換器、及び、第1負荷側熱交換器、を温水配管で接続して、温水循環回路を形成し、
圧縮機、外気と熱交換可能な第2熱源側熱交換器、減圧手段、及び、第2負荷側熱交換器、を冷媒配管で接続して、冷媒循環回路を形成し、
前記第1負荷側熱交換器、前記第2負荷側熱交換器、少なくとも1つの負荷端末を、前記第2負荷側熱交換器が前記第1負荷側熱交換器の上流側に直列に配設されるようにしつつ循環液配管で接続して、負荷側回路を形成し、
少なくとも前記圧縮機及び前記ガス加熱器を制御する制御手段を設けたハイブリッド温水暖房システムにおいて、
前記冷媒循環回路での氷結発生時に、解氷指示を実行可能な操作手段を有し、
前記制御手段は、
前記操作手段を介した前記解氷指示が行われた場合に、
前記圧縮機の吐出側に対し凝縮器として機能する前記第2熱源側熱交換器の入口側を連通するとともに、前記圧縮機の吸入側に出口側が連通された蒸発器として機能する前記第2負荷側熱交換器の入口側に対し、前記凝縮器として機能する前記第2熱源側熱交換器の出口側を連通することにより、前記第2負荷側熱交換器での冷媒による受熱を前記第2熱源側熱交換器へ供給し、かつ、前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を開始するように前記圧縮機を制御し、かつ、前記温水配管内の温水の加熱を開始するように前記ガス加熱器を制御可能な、解氷運転を行う
ことを特徴とするハイブリッド温水暖房システム。
【請求項2】
前記制御手段は、前記解氷運転時において、
所定の温度指標が第1範囲内にある場合に、前記温水配管内の温水の加熱を行うとともに前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を行うように前記ガス加熱器及び前記圧縮機を制御する、第1モードと、
前記温度指標が前記第1範囲よりも高温側の第2範囲内にある場合に、前記温水配管内の温水の加熱を行わず前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を行うように前記圧縮機を制御する、第2モードと、
を備えることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド温水暖房システム。
【請求項3】
前記負荷側回路において、前記第2負荷側熱交換器又は前記第1負荷側熱交換器から流出する前記循環液配管内の循環液温度を検出する往き温度検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、
前記温度指標としての、前記往き温度検出手段により検出された前記循環液温度が前記第1範囲内にあるか前記第2範囲内にあるかに応じて、前記第1モード及び前記第2モードのいずれか一方のモードに切り替わる
ことを特徴とする請求項2記載のハイブリッド温水暖房システム。
【請求項4】
前記第1範囲は、前記負荷側回路内に結露が生じる温度範囲であり、
前記第2範囲は、前記負荷側回路内に結露が生じない温度範囲である
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載のハイブリッド温水暖房システム。
【請求項5】
前記制御手段は、
前記第1モードによる前記圧縮機及び前記ガス加熱器の運転状態において所定の第1運転終了条件が満たされた場合には当該圧縮機及び前記ガス加熱器の運転を終了し、
前記第2モードによる前記圧縮機の運転状態において所定の第2運転終了条件が満たされた場合には当該圧縮機の運転を終了する
ことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項記載のハイブリッド温水暖房システム。
【請求項6】
前記制御手段は、
前記第1モードによる前記圧縮機及び前記ガス加熱器の運転状態において所定の運転停止条件が満たされた場合には当該圧縮機及び前記ガス加熱器の運転を強制停止する
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項記載のハイブリッド温水暖房システム。
【請求項7】
前記制御手段は、
前記第1モードでは、前記減圧手段の開度を第1開度に制御するとともに、
前記第2モードでは、前記減圧手段の開度を前記第1開度よりも大きな第2開度に制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のハイブリッド温水暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、圧縮機を備えた冷媒循環回路とガス加熱器を備えた温水循環回路とを有する、ハイブリッド温水暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来よりこの種の暖房システムにおいては、特許文献1記載のように、負荷端末を備えた負荷側回路に、圧縮機を備えた冷媒循環回路と熱交換する熱交換器と、ガス加熱器により加熱された温水が流通する温水循環回路と熱交換する熱交換器とを設け、冷媒側及び温水側それぞれから受熱可能に構成したものがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2020-159663号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば寒冷地で使用される場合に、厳冬期に暖房運転を行わない状態が長期間継続すると、冷媒循環回路(特に空気熱交換器)において積雪による氷結が生じる場合があり得る。上記従来のものでは、そのような氷結状態の発生について特に配慮されておらず、氷結状態を解氷するための手法は何ら開示されていなかった
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1では、ガス加熱器、前記ガス加熱器から受熱する第1熱源側熱交換器、及び、第1負荷側熱交換器、を温水配管で接続して、温水循環回路を形成し、圧縮機、外気と熱交換可能な第2熱源側熱交換器、減圧手段、及び、第2負荷側熱交換器、を冷媒配管で接続して、冷媒循環回路を形成し、前記第1負荷側熱交換器、前記第2負荷側熱交換器、少なくとも1つの負荷端末を、前記第2負荷側熱交換器が前記第1負荷側熱交換器の上流側に直列に配設されるようにしつつ循環液配管で接続して、負荷側回路を形成し、少なくとも前記圧縮機及び前記ガス加熱器を制御する制御手段を設けたハイブリッド温水暖房システムにおいて、前記冷媒循環回路での氷結発生時に、解氷指示を実行可能な操作手段を有し、前記制御手段は、前記操作手段を介した前記解氷指示が行われた場合に、前記圧縮機の吐出側に対し凝縮器として機能する前記第2熱源側熱交換器の入口側を連通するとともに、前記圧縮機の吸入側に出口側が連通された蒸発器として機能する前記第2負荷側熱交換器の入口側に対し、前記凝縮器として機能する前記第2熱源側熱交換器の出口側を連通することにより、前記第2負荷側熱交換器での冷媒による受熱を前記第2熱源側熱交換器へ供給し、かつ、前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を開始するように前記圧縮機を制御し、かつ、前記温水配管内の温水の加熱を開始するように前記ガス加熱器を制御可能な、解氷運転を行うものである。
【0006】
また、請求項2では、前記制御手段は、前記解氷運転時において、所定の温度指標が第1範囲内にある場合に、前記温水配管内の温水の加熱を行うとともに前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を行うように前記ガス加熱器及び前記圧縮機を制御する、第1モードと、前記温度指標が前記第1範囲よりも高温側の第2範囲内にある場合に、前記温水配管内の温水の加熱を行わず前記冷媒配管内の冷媒の圧縮を行うように前記圧縮機を制御する、第2モードと、を備えるものである。
【0007】
また、請求項3では、前記負荷側回路において、前記第2負荷側熱交換器又は前記第1負荷側熱交換器から流出する前記循環液配管内の循環液温度を検出する往き温度検出手段をさらに有し、前記制御手段は、前記温度指標としての、前記往き温度検出手段により検出された前記循環液温度が前記第1範囲内にあるか前記第2範囲内にあるかに応じて、前記第1モード及び前記第2モードのいずれか一方のモードに切り替わるものである。
【0008】
また、請求項4では、前記第1範囲は、前記負荷側回路内に結露が生じる温度範囲であり、前記第2範囲は、前記負荷側回路内に結露が生じない温度範囲であるものである。
【0009】
また、請求項5では、前記制御手段は、前記第1モードによる前記圧縮機及び前記ガス加熱器の運転状態において所定の第1運転終了条件が満たされた場合には当該圧縮機及び前記ガス加熱器の運転を終了し、前記第2モードによる前記圧縮機の運転状態において所定の第2運転終了条件が満たされた場合には当該圧縮機の運転を終了するものである。
【0010】
また、請求項6では、前記制御手段は、前記第1モードによる前記圧縮機及び前記ガス加熱器の運転状態において所定の運転停止条件が満たされた場合には当該圧縮機及び前記ガス加熱器の運転を強制停止するものである。
【0011】
また、請求項7では、前記制御手段は、前記第1モードでは、前記減圧手段の開度を第1開度に制御するとともに、前記第2モードでは、前記減圧手段の開度を前記第1開度よりも大きな第2開度に制御するものである。
【発明の効果】
【0012】
この発明の請求項1によれば、負荷端末へ循環液を供給可能な負荷側回路と、外気と熱交換可能な冷媒循環回路とが備えられ、外気からの吸熱を用いた循環液の加温により、負荷端末を介した暖房運転を行うことができる。すなわち、冷媒循環回路において、第2熱源側熱交換器にて外気と熱交換して蒸発し受熱した冷媒が圧縮機へ導かれ圧縮されて高温高圧となった後、第2負荷側熱交換器に導かれて放熱しながら凝縮する。これにより、負荷側回路の循環液が加温され、加温後の循環液が負荷端末へと導かれて暖房が行われる。
【0013】
例えば厳冬期においては、風雪等の影響により冷媒循環回路(例えば外気と熱交換する第2熱源側熱交換器)において氷結が生じる場合があり得る。本願発明においては、これに対応して、解氷指示が行われた場合に、解氷運転が行われる。すなわち、冷媒循環回路において、蒸発器として機能する第2負荷側熱交換器にて負荷側回路と熱交換して蒸発し受熱した冷媒が、圧縮機へ導かれ圧縮されて高温高圧となった後、凝縮器として機能する第2熱源側熱交換器に導かれて放熱しながら凝縮する。このときの放熱により、前述のようにして生じた氷結の融解を図ることができる。
【0014】
その際、上記解氷運転では第2負荷側熱交換器における負荷側回路からの受熱により第2熱源側熱交換器での放熱を行うものの、負荷側回路から得られる熱には限りがある。また、氷結が生じている場合は暖房運転を行わない状態が長期間継続した状態が想定され、負荷側回路における循環液の温度がもともと比較的低い。これらの結果、そのままでは第2熱源側熱交換器において十分な放熱を行うことができず、解氷が困難となる可能性もある。
【0015】
そこで本願発明では、上記解氷運転時には、制御手段がガス加熱器を制御し、温水配管内の温水の加熱を開始させることができる。これにより、高温となった温水から第1負荷側熱交換器にて負荷側回路へと放熱することで、第1負荷側熱交換器における負荷側回路での受熱量を増やし、負荷側回路内を循環する循環液をより高温とすることができる。この結果、前記した第2負荷側熱交換器における負荷側回路からの冷媒の受熱量を増大させて、第2熱源側熱交換器において十分な放熱を行うことができるので、確実に解氷を行うことができる。
【0016】
また、請求項2によれば、上記のようにして解氷運転を行う際、温度環境によっては、ガス加熱器による温水加熱を行うことなく負荷側回路からの冷媒循環回路での受熱のみによって氷結の融解が可能である場合もあり得る。そのような場合にガス加熱器による加熱を開始するとランニングコストの無駄な増大を招く。そこで本願発明においては、制御手段は、制御モードとして、冷媒循環回路の圧縮機による冷媒の圧縮とガス加熱器の加熱との両方を実行する第1モードと、ガス加熱器の加熱を行わずに圧縮機による冷媒の圧縮のみを行う第2モードと、の2つを備える。そして、温度指標が低温側の第1範囲内にある場合には第1モードによる制御を行う一方、温度指標が高温側の第2範囲内にある場合には第2モードによる制御を実行する。これにより、比較的高温側の温度環境ではガス加熱器による加熱をなるべく行わないようにし、ランニングコストを低減することができる。
【0017】
また、請求項3によれば、温度指標として、第2負荷側熱交換器又は第1負荷側熱交換器から流出する循環液温度(いわゆる往き温度)が用いられる。往き温度検出手段により検出された循環液温度が高温側の第2範囲内にある場合にはガス加熱器による加熱は必ずしも必要ではないとみなして第2モードによる制御が行われる。その一方、検出された循環液温度が低温側の第1範囲内にある場合にはガス加熱器による加熱が必要とみなして第1モードによる制御が行われる。これにより、高温側の温度環境においてガス加熱器による加熱を確実に行わないようにすることができる。
【0018】
また、請求項4によれば、負荷側回路内に結露が生じるか生じないかによって第1範囲と第2範囲とを区分して設定する。これにより、温度指標が結露が生じうる第1範囲内にある場合は第1モードによりガス加熱器による加熱を行う一方、温度指標が結露が生じない程度の第2範囲内にある場合は第2モードによりガス加熱器による加熱を行わない。このように、結露が生じるぎりぎりまでなるべくガス加熱器による加熱を行わないようにすることで、ランニングコストを確実に低減することができる。
【0019】
また、請求項5によれば、圧縮機による冷媒の圧縮とガス加熱器の加熱とを行う第1モードによる運転中に第1運転終了条件が満たされた場合は、圧縮機及びガス加熱器の運転が終了する。同様に、圧縮機による冷媒の圧縮のみを行う第2モードによる運転中に第2運転終了条件が満たされた場合は、圧縮機の運転が終了する。これにより、氷結が融解した状態となったときに対応させて確実に運転を終了させることができる。
【0020】
また、請求項6によれば、第1モードにより圧縮機及びガス加熱器が運転している状態で、予め定められた運転停止条件が満たされた場合、それらの運転が強制停止される。これにより、システムのいずれかの部位に不具合があったり尋常でない量の氷結が生じていたり等によって、ある程度の時間解氷運転しても氷結が解消しない場合に、それ以上無駄に運転を継続するのを回避することができる。
【0021】
また、請求項7によれば、ガス加熱器による加熱を行わない第2モードよりも、ガス加熱器による加熱を行う第1モード時のほうが、減圧手段がより小さい開度に絞られる。これにより、第1モード時では圧縮機からの冷媒の吐出温度を上昇させることで、放熱量をより増大させて迅速な解氷を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の一実施形態のハイブリッド温水暖房システム全体の回路構成図
図2】ヒートポンプ単独暖房運転時の作動を説明する図
図3】ガス単独暖房運転時の作動を説明する図
図4】ヒートポンプ・ガス暖房運転時の作動を説明する図
図5】ヒートポンプ制御装置の機能的構成図
図6】熱交換ユニット制御装置の機能的構成図
図7】ボイラー制御装置の機能的構成図
図8】解氷運転(ヒートポンプ・ガス)時の作動を説明する図
図9】解氷運転(ヒートポンプ単独)時の作動を説明する図
図10】解氷運転時において、熱交換ユニット制御装置、ヒートポンプ制御装置、ボイラー制御装置の協働により実行される制御手順を表すフローチャート図
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の一実施形態を図1図10に基づいて説明する。
【0024】
本実施形態は、本発明を複合熱源型のハイブリッド温水暖房システムに適用した場合の実施形態である。
【0025】
<全体回路構成>
本実施形態のハイブリッド温水暖房システム1全体の回路構成を図1に示す。図1に示すように、前記ハイブリッド温水暖房システム1は、熱交換ユニット4Aと、ガス暖房給湯器ユニット4Bと、ヒートポンプユニット5と、を備えている。このハイブリッド温水暖房システム1には、熱交換端末36(負荷端末に相当)に循環液L(例えば、水や不凍液)を循環させる、負荷側回路としての端末循環回路30と、前記熱交換ユニット4A及び前記ガス暖房給湯器ユニット4Bに備えられ、ガス加熱による熱源を利用して前記熱交換端末36側の循環液Lを加熱可能な温水循環回路40と、前記ヒートポンプユニット5に備えられ、空気熱源を利用して前記熱交換端末36側の循環液Lを加熱又は冷却可能な冷媒循環回路50と、が設けられている。
【0026】
<温水循環回路>
温水循環回路40は、出力可変のガス加熱器(気体又は液体燃料の燃焼ガスで加熱する燃焼式加熱器であり、いわゆるバーナー)43と、第1負荷側熱交換器としての第1熱交換器41と、第1熱源側熱交換器としての暖房熱交換器45と、温水循環ポンプ44と、が、温水配管42によって環状に接続されている。
【0027】
前記第1熱交換器41は、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、温水C1(例えば、水や不凍液。後述の図3図4図8等参照)を流通させる冷媒流路と前記循環液Lを流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。
【0028】
前記暖房熱交換器45は、ガス加熱器43から受熱することで、温水配管42内の温水を加熱する。なお、このとき、暖房熱交換器45と同様に、ガス加熱器43から受熱可能に給湯熱交換器46が設けられている。給湯熱交換器46に備えられた水配管47には外部からの市水が供給されており、ガス加熱器43からの受熱により加熱された温水は、水配管47に接続された給湯栓48へと供給される。すなわち、ガス加熱器43、暖房熱交換器45、及び給湯熱交換器46は、いわゆるボイラーを構成している。
【0029】
また、ガス加熱器43から導出された温水C1の温度は、ボイラー往き温度センサ42aによって検出され、その検出結果は、ボイラー制御装置63へ入力される。また、ボイラー制御装置63にはリモコン60が接続されており、リモコン60での手動操作によりガス加熱器43の加熱能力を調節することもできる。
【0030】
<冷媒循環回路>
冷媒循環回路50は、能力可変の圧縮機53と、第2負荷側熱交換器としての第2熱交換器51と、減圧手段としての膨張弁54と、外気と熱交換可能に構成された第2熱源側熱交換器としての空気熱交換器55とが、冷媒配管52によって環状に接続されている。この冷媒配管52には、前記冷媒循環回路50における冷媒C2(後述の図2図4図8図9等参照)の流れ方向を切り換える切換弁としての四方弁58が設けられている。また前記空気熱交換器55には、送風ファン56が設けられている。
【0031】
前記第2熱交換器51は、前述と同様、例えばプレート式熱交換器で構成されており、前記冷媒C2を流通させる冷媒流路と前記循環液Lを流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。
【0032】
また、圧縮機53から吐出された冷媒C2の温度は、冷媒吐出温度センサ52aによって検出される。同様に、膨張弁54から空気熱交換器55までの冷媒配管52に設けられた冷媒温度センサ52bによって、低圧側(暖房時)又は高圧側(冷房時)の冷媒C2の温度が検出される。さらに、外気の温度が、例えば空気熱交換器55又はその近傍に設置された外気温センサ57によって検出される。前記冷媒吐出温度センサ52a、冷媒温度センサ52b、及び前記外気温センサ57の検出結果は、ヒートポンプ制御装置62へ入力される。また、ヒートポンプ制御装置62にはリモコン60が通信可能に接続されており、リモコン60での手動操作により冷媒循環回路50の能力を調節することができる(詳細は後述)。
【0033】
なお、前記冷媒循環回路50の前記冷媒C2としては、例えばR410AやR32等のHFC冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。
【0034】
<端末循環回路>
端末循環回路30は、前記第1熱交換器41と、前記第2熱交換器51と、少なくとも1つの熱交換端末36とが、循環液配管としての負荷配管31によって上流側から順に環状に接続されている。熱交換端末36としては、例えば、床暖房パネル、暖房パネル、冷温水パネル、ラジエータ、ファンコイル、パネルコンベクタ等が含まれる。図示の例では、1つの床暖房パネルが接続された例を示している。この負荷配管31には、端末循環回路30に前記循環液Lを循環させる循環液循環ポンプ32と、循環液Lを貯留し端末循環回路30の圧力を調整する圧力調整タンク(図示省略)とが設けられている。また、前記熱交換端末36は、端末用リモコン(図示省略)によって操作可能である。なお、熱交換端末36は、図1では1つ設けられているが、2つ以上であってもよく、数量や仕様が特に限定されるものではない。
【0035】
このとき、端末循環回路30においては、前記第1熱交換器41と前記第2熱交換器51とが直列に接続されており、かつ、前記したように、端末循環回路30を循環する循環液Lの流れに対して、前記第2熱交換器51が前記第1熱交換器41よりも上流側に配設されている。すなわち、前記ハイブリッド温水暖房システム1は、ガス加熱による熱源を利用して前記熱交換端末36側の循環液Lを加熱可能な温水循環回路40の第1熱交換器41と、空気熱源を利用して熱交換端末36側の循環液Lを加熱又は冷却する冷媒循環回路50の第2熱交換器51とが、端末循環回路30に対して直列に接続された、複合熱源ヒートポンプ装置となっているものである。
【0036】
なお、負荷配管31には、熱交換端末36から第2熱交換器51に流入する循環液Lの温度を検出する戻り温度センサ34と、第2熱交換器51から第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの温度を検出する第2往き温度センサ35と、第1熱交換器41から熱交換端末36側へ流出する循環液Lの温度を検出する第1往き温度センサ33と、が設けられている。第1往き温度センサ33の検出結果は、熱交換ユニット制御装置61へ入力される。戻り温度センサ34及び第2往き温度センサ35の検出結果は、ヒートポンプ制御装置62へ入力される。なお、ヒートポンプ制御装置62には、操作部70からの操作信号が入力されるが、これについては後述する。
【0037】
また、前記ヒートポンプ制御装置62、前記熱交換ユニット制御装置61、及び、前記ボイラー制御装置63は、互いに情報送受信可能に接続されており、前述のように入力された各センサの検出結果を互いに共有することができる。
【0038】
<暖房運転>
ここで、前記ハイブリッド温水暖房システム1は、前記の四方弁58の切替によって暖房運転を行う暖房装置、若しくは、冷房運転を行う冷房装置として選択的に機能させることができる。特に暖房運転の場合は、冷媒循環回路50を介した空気熱源の利用のみにより循環液Lの加熱を行う暖房運転(以下適宜、「HP単独暖房運転」という)と、温水循環回路40を介したガス加熱による熱源の利用のみにより循環液Lの加熱を行う暖房運転(以下適宜、「ガス単独暖房運転」という)と、冷媒循環回路50を介した空気熱源の利用と温水循環回路40を介したガス加熱による熱源の利用との両方により循環液Lの加熱を行う暖房運転(以下適宜、「HP・ガス暖房運転」という)と、の3つを選択的に実行することができる。
【0039】
<HP単独暖房運転>
図2に、HP単独暖房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図1に示していた各種の信号線は省略している。この図2に示すHP単独暖房運転時においては、前記冷媒循環回路50では、図示のように前記四方弁58が切り替えられることで、圧縮機53から吐出された冷媒C2を、第2熱交換器51、膨張弁54、空気熱交換器55の順に流通させた後、圧縮機53に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の冷媒C2が前記圧縮機53で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第2熱交換器51において前記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って前記循環液Lを加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった冷媒C2は前記膨張弁54において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記空気熱交換器55において、送風ファン56の作動により送られる空気との熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱した後、低温・低圧のガスとして再び前記圧縮機53へと戻る。
【0040】
このとき、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により第2熱交換器51に流入した循環液Lは、蒸発器として機能する前記第2熱交換器51において、前記空気熱交換器55で外気と熱交換し前記のように加熱された前記冷媒C2との熱交換を行って受熱する。こうして加温された循環液Lは、その後、前記熱交換端末36に供給されて被空調空間を加温する。
【0041】
なお、以上においては暖房運転を例にとって説明したが、熱交換端末36として冷房可能な端末が用いられる場合には、四方弁58が切り替えられることで、圧縮機53から吐出された冷媒C2を、空気熱交換器55、膨張弁54、第2熱交換器51の順に流通させた後、圧縮機53に戻す流路を形成し、冷房運転を行うこともできる(詳細な説明は省略)。
【0042】
<ガス単独暖房運転>
図3に、ガス単独暖房運転時の状態を示す。前述と同様、図1に示していた各種の信号線は省略している。この図3に示すガス単独暖房運転時においては、温水循環ポンプ44により暖房熱交換器45に流入した温水C1が、暖房熱交換器45においてガス加熱器43の火力により加熱され、高温となる。その後、高温となっている温水C1は、前記第1熱交換器41において前記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って前記循環液Lを加熱して温度降下した後、再び暖房熱交換器45へと戻る。
【0043】
このとき、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により第1熱交換器41に流入した循環液Lは、前記第1熱交換器41において、前記ガス加熱器43で前記のように加熱された前記温水C1との熱交換を行って受熱する。こうして加温された循環液Lは、その後、前記熱交換端末36に供給されて被空調空間を加温する。
【0044】
<HP・ガス暖房運転>
図4に、HP・ガス暖房運転時の状態を示す。前述と同様、図1に示していた各種の信号線は省略している。この図4に示すHP・ガス暖房運転時においては、図2を用いて前述した前記冷媒循環回路50における空気熱交換器55による冷媒C2の加熱と、図3を用いて前述した前記温水循環回路40におけるガス加熱器43による温水C1の加熱と、の両方が行われる。
【0045】
そして、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により第2熱交換器51に流入した循環液Lが、前記第2熱交換器51において、前述のように加熱された前記冷媒C2との熱交換を行って受熱した後、第1熱交換器41に流入する。第1熱交換器41に流入した循環液Lは、前述のように加熱された前記温水C1との熱交換を行ってさらに受熱する。これらのようにして空気熱源とガス加熱による熱源とにより加温された循環液Lは、その後前記熱交換端末36に供給され、被空調空間を加温する。
【0046】
<制御装置の機能的構成>
次に、本実施形態における熱交換ユニット制御装置61、ボイラー制御装置63、及びヒートポンプ制御装置62について説明する。前記熱交換ユニット制御装置61、ボイラー制御装置63、及び前記ヒートポンプ制御装置62は、詳細な図示を省略するが、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部と、演算・制御処理を行う制御部とを備えている。これら前記熱交換ユニット制御装置61、ボイラー制御装置63、及び前記ヒートポンプ制御装置62の機能的構成を図5図6、及び図7により説明する。なお、以下の図5図6図7においては、前述のように互いに送受信可能である熱交換ユニット制御装置61、ボイラー制御装置63、ヒートポンプ制御装置62同士の信号送受信、及び、各制御装置を介した信号送受信については、適宜図示を省略し、実質的に後述の各制御部に入出力される信号を示している。
【0047】
<ヒートポンプ制御装置>
図5に示すように、前記ヒートポンプ制御装置62は、圧縮機制御部62Aと、膨張弁制御部62Bと、ポンプ制御部62Cと、ファン制御部62Dと、四方弁制御部62Eと、を機能的に備えている。
【0048】
圧縮機制御部62Aは、例えば前記戻り温度センサ34及び第2往き温度センサ35により検出された循環液Lの温度に応じて、前記圧縮機53の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部62Aは、前記第2往き温度センサ35により検出される循環液Lの温度が、例えば前記リモコン60の操作に対応した所望の目標温度となるように、前記圧縮機53の回転数を制御する。
【0049】
膨張弁制御部62Bは、前記冷媒吐出温度センサ52aにより検出される冷媒C2の温度に応じて、前記膨張弁54の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部62Bは、冷媒吐出温度センサ52aにより検出される冷媒C2の温度が、例えば前記リモコン60の操作に対応した制御上の目標温度となるように、前記膨張弁54の弁開度を制御する。
【0050】
ポンプ制御部62Cは、例えば循環液Lの所望の目標温度や運転の種類に応じて、前記循環液循環ポンプ32の回転数を制御する。
【0051】
ファン制御部62Dは、前記外気温センサ57により検出された外気の温度に応じて、前記送風ファン56の回転数を制御する。
【0052】
前記四方弁制御部62Eには、前記リモコン60からの運転指示(暖房運転、冷風運転等のうちいずれの運転開始及び運転停止を指示する制御信号)、及び、熱交換ユニット制御装置61からの運転ON・OFF信号、が入力される。四方弁制御部62Eは、上記運転指示に応じて、実際に冷媒循環回路50をどのような運転態様で運転するかを決定し、対応する運転情報を、圧縮機制御部62A、膨張弁制御部62B、ポンプ制御部62C、ファン制御部62D、及び熱交換ユニット制御装置61へと出力する。運転情報には、操作手段としての操作部70の操作に基づく後述の解氷運転を行うか否かの運転情報も含まれる。また四方弁制御部62Eは、上記決定された運転態様に対応する制御信号を四方弁58へ出力し、四方弁58を切り替える。
【0053】
なお、以上の各制御部62A~62Eには操作部70からの操作信号も入力されるが、これについては後述する。
【0054】
<熱交換ユニット制御装置>
図6に示すように、前記熱交換ユニット制御装置61は、運転制御部61Aと、加熱制御部61Bと、ポンプ制御部61Cと、を機能的に備えている。
【0055】
運転制御部61Aは、例えば前記外気温センサ57により検出された外気の温度、第1往き温度センサ33により検出された第1熱交換器41からの循環液Lの往き温度、及び、ヒートポンプ制御装置62から入力された前述の運転情報等に基づき、温水循環回路40のガス加熱器43等の運転・非運転、詳細には、冷媒循環回路50の圧縮機53等とともに温水循環回路40のガス加熱器43等を運転する(前述のHP・ガス暖房運転)か、あるいは(冷媒循環回路50の圧縮機53等が運転されていない状態で)温水循環回路40のガス加熱器43等を運転する(前述のガス単独暖房運転)か、を判定する。そして、その判定結果に基づき、ヒートポンプ制御装置62及びボイラー制御装置63に対し、運転を行う場合に対応する運転ON又は運転を行わない場合に対応する運転OFF信号を出力する。
【0056】
加熱制御部61Bは、第1往き温度センサ33により検出された第1熱交換器41からの循環液Lの往き温度に基づき、ガス加熱器43の出力の大小を制御するための加熱制御信号をボイラー制御装置63へと出力する。
【0057】
ポンプ制御部61Cは、例えば循環液Lの所望の目標温度や運転の種類に応じて、温水循環ポンプ44の回転数を制御するための回転制御信号をボイラー制御装置63へと出力する。
【0058】
<ボイラー制御装置>
図7に示すように、ボイラー制御装置63は、例えば前記加熱制御部61Bからの加熱制御信号、前記ポンプ制御部61Cからの回転制御信号、及び、ボイラー往き温度センサ42aによって検出された温水C1の往き温度、等に基づき、温水循環ポンプ44の回転数及びガス加熱器43の出力を制御する。
【0059】
<氷結の発生>
以上の基本構成及び作動であるハイブリッド温水暖房システム1において、例えば厳冬期において暖房運転を行わない状態が長期間継続したり、暖房運転時であっても風雪が長時間吹き付けたりすると、冷媒循環回路50(特に空気熱交換器55)において積雪・着雪等により氷結が生じる場合があり得る。本実施形態においては、これに対応して、操作者が操作部70を手動操作して解氷指示を行うことで、所定の解氷運転が行われる。なお、操作部70は、例えば空気熱交換器55、送風ファン56、圧縮機53、膨張弁54、等を内蔵した室外機(図示省略)の筐体内に設けられる。その場合、操作部70は、例えば、通常は操作できず、ねじ止めされている筐体の外壁部分を取り外し、内部を露出させた場合に操作可能に構成される。言い換えれば、操作部70は、ユーザが通常操作することはできず、上記ねじ止めを解除して外壁部分を取り外すことのできる作業者のみによって操作可能となっている。
【0060】
<解氷運転>
図8に、上記解氷運転時の状態を示す。図8に示すように、前記冷媒循環回路50では、図示のように前記四方弁58が切り替えられることで、圧縮機53の吐出側に空気熱交換器55の入口側を連通するとともに、圧縮機53の吸入側に出口側が連通された第2熱交換器51の入口側に対し、空気熱交換器55の出口側を連通する。すなわち、圧縮機53から吐出された冷媒C2を、空気熱交換器55、膨張弁54、第2熱交換器51の順に流通させた後、圧縮機53に戻す流路を形成する。なおこのとき、後述するように、膨張弁54は適宜に開度が絞られて全開よりは小さな開度となっている(図10のS45参照)。低温・低圧で吸入されたガス状態の冷媒C2は、圧縮機53で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記空気熱交換器55において、氷結した空気熱交換器55に熱を放出しながら高圧の液体に変化する。このときの熱によって前記氷結の融解が図られる。液体となった冷媒C2は膨張弁54において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記第2熱交換器51において、前記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って蒸発した後、低温・低圧のガスとして再び前記圧縮機53へと戻る。
【0061】
温水循環回路40においては、前述のHP・ガス単独運転又はガス単独運転時と同様に、温水循環ポンプ44により暖房熱交換器45に流入した温水C1が、暖房熱交換器45においてガス加熱器43の火力により加熱され、高温となる。その後、高温となっている温水C1は、前記第1熱交換器41において前記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って前記循環液Lを加熱して温度降下した後、再び暖房熱交換器45へと戻る。
【0062】
このとき、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により第2熱交換器51に流入した循環液Lが、前記第2熱交換器51において前述のように低圧の液体となっている前記冷媒C2と熱交換し冷媒C2へ放熱した後、第1熱交換器41に流入する。第1熱交換器41に流入した循環液Lは、前述のように加熱された前記温水C1との熱交換を行って受熱し、加温される。このようにしてガス加熱による熱源により加温された循環液Lは、前記熱交換端末36を経て再び第2熱交換器51に流入し、前記冷媒C2への放熱を行う。以上のように、ガス加熱器43の加熱により高温となった温水C1から第1熱交換器41において循環液Lへと放熱することで、第2熱交換器51から冷媒C2への放熱量を増大させることができる。
【0063】
なお、上記のような冷媒循環回路50での氷結の融解を図る解氷運転を行う際、温度環境によっては、(ガス加熱器43による温水C1の加熱を行うことなく)端末循環回路30から冷媒循環回路50での受熱のみによって氷結の融解が可能である場合もあり得る。本実施形態では、そのような場合には、ガス加熱器43による加熱を行わない、図9に示すような解氷運転を行う。この場合の解氷運転は言い換え得れば冷媒循環回路50側のみ単独の解氷運転である(図9では「HP単独」と表記。これに対応して前述の図8では「HP・ガス」と表記)。図示するように、ガス加熱器43による温水C1の加熱及び温水循環ポンプ44の運転が行われず、それ以外は前述の図8と同様の動作態様となる。
【0064】
<制御手順>
上記図8及び図9を用いた前記した解氷運転を実現するために、熱交換ユニット制御装置61、ヒートポンプ制御装置62、ボイラー制御装置63が協働して実行する制御手順を、図10に示す。
【0065】
図10において、まずS5で、操作部70を介し、操作者の手動操作による解氷運転の開始指示があったか否かが判定される。解氷運転の指示があったらYes判定され、S10へ移行する。
【0066】
S10ではヒートポンプ制御装置62により圧縮機53が解氷運転用の所定周期で起動されると共に循環液循環ポンプ32が所定回転数で起動され、その後のS15でヒートポンプ制御装置62により前記膨張弁54の開度が全開に制御される。この場合の全開開度が第2開度の一例である。これにより、前記図9に示した冷媒循環回路50側単独による解氷運転が開始されたことになる。その際、前記のように前記膨張弁54の開度が全開に制御されることにより、端末循環回路30側の熱を冷媒循環回路50が過度に取得するのを抑制して循環液Lの温度が過度に低下するのを防止できる。この結果、解氷を実行しつつ、前記熱交換端末36における結露の発生を防止することができる。その後、S20へ移行する。
【0067】
S20では、上記S15の状態から所定時間(この例では2分)が経過するまで待機状態とされ、2分が経過したらYes判定されて、S25へ移行する。なお、この所定時間の待機の目的は、後述のS25において端末循環回路30の循環液Lの温度を正しく計測するためである。すなわち、仮に前記所定時間の経過を待たずに即時に計測を行ったとすると、循環液Lの温度ではなく前記室外機内の構造物自体の温度や内部雰囲気の温度の影響を強く受けるおそれがある。前記所定時間の経過を待ってから計測を行うことで、その間の端末循環回路30内の循環液Lの循環によって、解氷運転開始初期における端末循環回路30内の循環液Lの温度を正しく計測することができるものである。
【0068】
S25では、解氷運転開始初期に第2往き温度センサ35により検出される温度、すなわち第2熱交換器51から第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの往き温度が、予め定められた所定温度(この例では7℃)以上であるか否か、が判定される。この所定温度は、前記のように冷媒循環回路50側単独での解氷運転を行ったとき、端末循環回路30及び熱交換端末36に結露が生じるか否かの境界となる温度である。すなわち、前記所定温度は、一般的な住宅における冬季の室内相対湿度(例えば30~60%RH)を考慮したうえで事前に行った適宜の実験、若しくは、適宜の手法による解析・シミュレーションにより、前記往き温度が当該所定温度以上であれば端末循環回路30及び熱交換端末36に前記結露が生じず、前記往き温度が当該所定温度未満であれば端末循環回路30及び熱交換端末36に前記結露が生じることが判明している温度である。
【0069】
このときの前記循環液Lの往き温度が、所定の温度指標の一例であり、第2往き温度センサ35が往き温度検出手段の一例である。なお、第2往き温度センサ35により検出される第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度に代えて、第1往き温度センサ33により検出される第1熱交換器41からの循環液Lの往き温度を用いてもよい。この場合は当該往き温度が、所定の温度指標の一例であり、第1往き温度センサ33が往き温度検出手段の一例である。
【0070】
S25において第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度前記7℃以上であればYes判定され、端末循環回路30から冷媒循環回路50での受熱のみによって氷結の融解が可能であるとみなされ、S30へ移行する。
【0071】
S30では、予め定められた解氷運転の終了条件が満たされたか否か、が判定される。この解氷終了条件は、例えば、前記冷媒温度センサ52bで検出された、空気熱交換器55から流出する冷媒C2の往き温度が所定値(例えば8℃)以上である状態が、一定期間(例えば60秒程度)継続したこと、等である。なお、この場合、この条件が第2運転終了条件の一例である。解氷終了条件が満たされない間はS30がNo判定され、S25に戻って同様の処理が繰り返される。すなわち、S30における解氷処理条件が満たされるまで、S10での圧縮機53の起動による、冷媒循環回路50側での運転によってのみ解氷が図られることになる。このときの処理が第2モードに相当しており、前述の例における7℃以上の温度範囲が第2範囲に相当している。解氷処理条件が満たされたらS30がYes判定となり、S35へ移行する。
【0072】
S35では、S10で起動された圧縮機53及び循環液循環ポンプ32がヒートポンプ制御装置62により停止され、このフローを終了する。
【0073】
一方、前記S25で前記循環液Lの往き温度が前記所定温度(前記の例では7℃)未満であった場合No判定となり、端末循環回路30から冷媒循環回路50での受熱のみによっては氷結の融解が不可能であり、ガス加熱器43による加熱が必要であるとみなされ、S40へ移行する。
【0074】
S40では、熱交換ユニット制御装置61及びボイラー制御装置63により、ガス加熱器43が起動され、出力最大運転が開始される。これにより、前記図8に示した冷媒循環回路50側と温水循環回路40との協働による解氷運転が開始されたことになる。この処理が第1モードに相当しており、前述の例における7℃未満の温度範囲が第1範囲に相当している。このときガス加熱器43の出力を最大とすることにより、ガス暖房給湯器ユニット4Bの結露防止が図られる。
【0075】
その後S45において、ヒートポンプ制御装置62により、前記膨張弁54の開度が、前述の全開よりも若干小さい開度、一例としては前回の3/4程度の開度に制御される。これにより、冷媒C2の吐出温度の上昇が図られる。なおこのときの開度が第1開度の一例である。
【0076】
そして、S50で、S45の状態から所定時間(前述と同じ2分でもよいし、前述とは異なる別の時間でもよい)が経過するまで待機状態とされ、所定時間が経過したらYes判定され、S55へ移行する。
【0077】
S55では、前記S25と同様、第2往き温度センサ35により検出される第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度が所定温度(この例では7℃)以上であるか否か、が判定される。前記ガス加熱器43により加熱された温水C1からの受熱により循環液Lの上記往き温度が所定温度未満であればNo判定され、そのNo判定から15分が経過するまではS75がNo判定されてS55へ戻り、同様の手順が繰り返される。この繰り返しの間に上記往き温度が所定温度以上になればS55がYes判定され、S60へ移行する。
【0078】
S60では、前記S30と同様、前記解氷運転の終了条件が満たされたか否か、が判定される。前述の例では、解氷終了条件は、例えば、前記冷媒温度センサ52bで検出した空気熱交換器55からの冷媒C2の往き温度が、例えば8℃以上である状態が例えば60秒程度継続したことである。なお、この場合、この条件が第1運転終了条件の一例である。解氷終了条件が満たされない間はS60がNo判定され、S55に戻って同様の処理が繰り返される。すなわち、S60における解氷処理条件が満たされるまで、冷媒循環回路50側と温水循環回路40との協働による運転による解氷運転が継続されることになる。解氷処理条件が満たされたらS60がYes判定となり、S65へ移行する。
【0079】
S65では、S10で起動された圧縮機53及び循環液循環ポンプ32がヒートポンプ制御装置62により停止され、その後S70においてS40で起動されたガス加熱器43が熱交換ユニット制御装置61及びボイラー制御装置63により停止され、このフローを終了する。
【0080】
なお、前述のように第2往き温度センサ35により検出される第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度が7℃未満のままS55がNo判定されてS55→S75→S55が繰り返される間に15分が経過した場合、S75がYes判定されてS80へ移行する。
【0081】
S80では、例えばシステムのいずれかの部位に不具合があったり尋常でない量の氷結が生じている等によりこれ以上運転を継続するのは無駄であるとみなされる。その結果、圧縮機53及びガス加熱器43がヒートポンプ制御装置62及び熱交換ユニット制御装置61及びボイラー制御装置63により強制停止され、このフローを終了する。なおこのときの、第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度が7℃以上の状態が15分継続、という条件が所定の運転停止条件の一例である。
【0082】
なお、以上説明した図10に示す各手順を実行する、熱交換ユニット制御装置61、ヒートポンプ制御装置62、ボイラー制御装置63が、制御手段の一例に相当している。
【0083】
<実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態のハイブリッド温水暖房システム1によれば、熱交換端末36へ循環液Lを供給可能な端末循環回路30と、外気と熱交換可能な冷媒循環回路50とが備えられ、外気からの吸熱を用いた循環液Lの加温により、熱交換端末36を介した暖房運転を行うことができる。すなわち、冷媒循環回路50において、空気熱交換器55にて外気と熱交換して蒸発し受熱した冷媒C2が圧縮機53へ導かれ圧縮されて高温高圧となった後、第2熱交換器51に導かれて放熱しながら凝縮する。これにより、端末循環回路30の循環液Lが加温され、加温後の循環液Lが熱交換端末36へと導かれて暖房が行われる。
【0084】
例えば厳冬期において暖房運転を行わない状態が長期間継続したり、暖房運転時であっても風雪が長時間吹き付けたりしたとき冷媒循環回路50(特に空気熱交換器55及びその周辺)において積雪・着雪等により氷結が生じる場合があるが、本実施形態においては、これに対応して、操作部70の手動操作により解氷指示が行われた場合に、解氷運転が行われる。すなわち、図8に示すように、冷媒循環回路50において、蒸発器として機能する第2熱交換器51にて端末循環回路30と熱交換して蒸発し受熱した冷媒C2が、圧縮機53へ導かれ圧縮されて高温高圧となった後、凝縮器として機能する空気熱交換器55に導かれて放熱しながら凝縮する。このときの放熱により、前述のようにして生じた氷結の融解を図ることができる。
【0085】
その際、上記解氷運転では第2熱交換器51における端末循環回路30からの受熱により空気熱交換器55での放熱を行うものの、端末循環回路30から得られる熱には限りがある。また、氷結が生じている場合は前述のように暖房運転を行わない状態が長期間継続した状態であり、端末循環回路30における循環液Lの温度がもともと比較的低い。これらの結果、端末循環回路30側から冷媒循環回路50への受熱だけでは空気熱交換器55において十分な放熱を行うことができず、解氷が困難となる可能性もある。
【0086】
そこで本実施形態では、上記解氷運転時には、図8に示すように、ガス加熱器43が制御されて温水配管42内の温水C1の加熱を開始する。これにより、高温となった温水C1から第1熱交換器41にて端末循環回路30へと放熱することで、前述のような第2熱交換器51からの放熱量を増大させ、確実に冷媒循環回路50における解氷を行うことができる。
【0087】
また、本実施形態では特に、上記のようにして解氷運転を行う際、温度環境によっては、ガス加熱器43による温水加熱を行うことなく端末循環回路30からの冷媒循環回路50での受熱のみによって氷結の融解が可能である場合もあり得る。そのような場合にガス加熱器43による加熱を開始するとランニングコストの無駄な増大を招く。そこで本実施形態においては、制御モードとして、冷媒循環回路50の圧縮機53による冷媒の圧縮とガス加熱器43の加熱との両方を実行する第1モード(図8参照)と、ガス加熱器43の加熱を行わずに圧縮機53による冷媒の圧縮のみを行う第2モード(図9参照)と、の2つを備える。そして、温度環境が相対的に低温側の前記第1範囲内(前述の例では第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの往き温度7℃未満)にある場合には第1モードによる制御を行う一方、温度環境が相対的に高温側の前記第2範囲内(前述の例では第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの往き温度7℃以上)にある場合には第2モードによる制御を実行する。
これにより、比較的高温側の温度環境ではガス加熱器43による加熱をなるべく行わないようにし、ランニングコストを低減することができる。
【0088】
また、本実施形態では特に、温度指標として、第2熱交換器51又は第1熱交換器41から流出する循環液Lの温度(往き温度)が用いられる。第2往き温度センサ35又は第1往き温度センサ33により検出された循環液Lの温度が高温側の第2範囲内(前述の例では7℃以上)にある場合にはガス加熱器43による加熱は必ずしも必要ではないとみなして第2モードによる制御が行われる。その一方、検出された循環液Lの温度が低温側の第1範囲内(前述の例では7℃未満)にある場合にはガス加熱器43による加熱が必要とみなして第1モードによる制御が行われる。これにより、高温側の温度環境においてガス加熱器43による加熱を確実に行わないようにすることができる。
【0089】
また、本実施形態では特に、端末循環回路30内に結露が生じるか生じないかによって第1範囲と第2範囲とを区分して設定する。これにより、温度指標が結露が生じうる第1範囲内(前述の例では第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの往き温度7℃未満)にある場合は第1モードによりガス加熱器43による加熱を行う一方、温度指標が結露が生じない程度の第2範囲内(前述の例では第1熱交換器41側へ流出する循環液Lの往き温度7℃以上)にある場合は第2モードによりガス加熱器43による加熱を行わない。このように、結露が生じるぎりぎりまでなるべくガス加熱器43による加熱を行わないようにすることで、ランニングコストを確実に低減することができる。
【0090】
また、本実施形態では特に、圧縮機53による冷媒の圧縮とガス加熱器43の加熱とを行う第1モードによる運転中に第1運転終了条件(前述の例では冷媒温度センサ52bで検出した冷媒C2の往き温度が8℃以上である状態が60秒程度継続)が満たされた場合は、圧縮機53及びガス加熱器43の運転が終了する。同様に、圧縮機53による冷媒の圧縮のみを行う第2モードによる運転中に第2運転終了条件(前述の例では第1運転終了条件と同じ)が満たされた場合は、圧縮機53の運転が終了する。これにより、氷結が融解した状態となったときに対応させて確実に運転を終了させることができる。
【0091】
また、本実施形態では特に、第1モードにより圧縮機53及びガス加熱器43が運転している状態で、予め定められた運転停止条件(前述の例では第2熱交換器51からの循環液Lの往き温度が7℃以上の状態が15分継続)が満たされた場合、それらの運転が強制停止される。これにより、システムのいずれかの部位に不具合があったり尋常でない量の氷結が生じていたり等によって、ある程度の時間解氷運転しても氷結が解消しない場合に、それ以上無駄に運転を継続するのを回避することができる。
【0092】
また、本実施形態では特に、ガス加熱器43による加熱を行わない第2モードよりも、ガス加熱器43による加熱を行う第1モード時のほうが、膨張弁54がより小さい開度に絞られる。これにより、第1モード時では圧縮機53からの冷媒C2の吐出温度を上昇させることで、放熱量をより増大させて迅速な解氷を図ることができる。
【0093】
<変形例>
なお、以上においては、端末循環回路30において、循環する循環液Lの流れに対して前記第2熱交換器51が前記第1熱交換器41よりも上流側に配設されている場合を例にとって説明したが、これに限られず、反対に前記第1熱交換器41が前記第2熱交換器51よりも上流側に配設されてもよい。さらには、端末循環回路30において前記第1熱交換器41と前記第2熱交換器51とが並列に接続されてもよい。
【0094】
また、以上においては、前記第2熱交換器51の出口側(流出側)の前記第2往き温度センサ35により検出された循環液Lの往き温度に応じて、前記圧縮機53の回転数を制御する、いわゆる往き温度制御を行ったが、これに限られない。第2熱交換器51の入口側(流入側)の前記戻り温度センサ34により検出された循環液Lの往き温度に応じて、前記圧縮機53の回転数を制御する、いわゆる戻り温度制御を行ってもよい。
【0095】
また、上記実施形態では、1台の熱交換端末が接続される場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち2台以上の熱交換端末が接続される構成でも良い。
【0096】
また、図10のステップS40において、ガス加熱器43が最大出力運転される場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えばボイラー制御装置63(又は熱交換ユニット制御装置61)により、ボイラー往き温度センサ42aにより検出された温水C1の温度が所定の解氷運転用の目標温度となるように出力制御したり、所定の解氷用上限温度を超えたら運転停止し、所定の解氷用下限温度を下回ったら運転再開するようにしてもよい。
【0097】
また、図10に示すフローチャートは本発明を上記フローに示す手順に限定するものではなく、発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。
【0098】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【0099】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【0100】
1 ハイブリッド温水暖房システム
30 端末循環回路(負荷側回路)
31 負荷配管(循環液配管)
32 循環液循環ポンプ
34 戻り温度センサ
35 第2往き温度センサ(往き温度検出手段)
36 熱交換端末(負荷端末)
40 温水循環回路
41 第1熱交換器(第1負荷側熱交換器)
42 温水配管
43 ガス加熱器
45 暖房熱交換器(第1熱源側熱交換器)
50 冷媒循環回路
51 第2熱交換器(第2負荷側熱交換器)
52 冷媒配管
53 圧縮機
54 膨張弁(減圧手段)
55 空気熱交換器(第2熱源側熱交換器)
61 熱交換ユニット制御装置(制御手段)
62 ヒートポンプ制御装置(制御手段)
63 ボイラー制御装置(制御手段)
70 操作部(操作手段)
C1 温水
C2 冷媒
L 循環液
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10