特許 7464550 ハイブリッド温水暖房システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(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 20220101AFI20240402BHJP

   F24D 3/18 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

F24D3/00 K

F24D3/18

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021021679

(22)【出願日】2021-02-15

(65)【公開番号】P2022124105

(43)【公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-07-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(73)【特許権者】

【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】弁理士法人第一テクニカル国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 真典

(72)【発明者】

【氏名】眞柄 隆志

(72)【発明者】

【氏名】川上 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】弓削 力也

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１５９６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７８５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５６９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１２４３５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１０６６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｄ １／００－１９／１０

Ｆ２４Ｈ １／００－１５／４９３

(57)【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、
前記循環液配管内の循環液の実温度を検出する実温度検出手段を有し、
前記制御手段は、
前記圧縮機が起動された後、前記実温度が予め定めた所定の温度範囲の第１上限値に達したら前記圧縮機を停止し、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第１下限値に達したら当該温度範囲の前記第１上限値に達するまで前記圧縮機を駆動することにより、前記実温度が所定の目標温度となるように制御する第１温調制御手段と、
前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した際、少なくとも前記実温度が前記第１下限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が駆動を再開するまでの間において、当該駆動再開の際における前記ガス加熱器による温水生成の要否を判定する加熱要否判定手段と、
を備え、
前記加熱要否判定手段による判定結果に応じて前記ガス加熱器を制御する
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、
前記加熱要否判定手段で前記温水生成が必要と判定された場合、前記温水配管内の温水の加熱を行うように前記ガス加熱器を制御し、前記加熱要否判定手段で前記温水生成が不要と判定された場合、前記温水配管内の温水の加熱を行わないように前記ガス加熱器を制御する
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】

前記加熱要否判定手段は、
前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した際、当該停止の直前の前記圧縮機の駆動時間区分における前記実温度の上昇挙動に基づき、前記温水生成の要否を判定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイブリッド温水暖房システム。

【請求項4】

前記加熱要否判定手段は、
前記実温度が前記第１下限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が駆動を再開した前記直前の前記駆動時間区分の開始タイミングから、前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した前記駆動時間区分の終了タイミングまでの時間が、所定のしきい値を超えていた場合は前記温水生成が必要と判定し、所定のしきい値以下の場合は前記温水生成は不要と判定する
ことを特徴とする請求項３記載のハイブリッド温水暖房システム。

【請求項5】

前記加熱要否判定手段は、
前記直前の前記駆動時間区分が、前記圧縮機が起動された後の最初の前記駆動時間区分であった場合には、前記温水生成は不要と判定する
ことを特徴とする請求項４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、
前記加熱要否判定手段で前記温水生成が必要と判定され、前記ガス加熱器が起動された後、前記実温度が予め定めた所定の温度範囲の第２上限値に達したら前記ガス加熱器を停止し、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第２下限値に達したら当該温度範囲の前記第２上限値に達するまで前記ガス加熱器を駆動することにより、前記実温度が所定の目標温度となるように制御する第２温調制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１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】

前記第２上限値は前記第１上限値よりも低く、前記第２下限値は前記第１下限値よりも低い
ことを特徴とする請求項６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、圧縮機を備えたヒートポンプの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】

【文献】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】

上記従来のものに開示の構成では、ヒートポンプの特性として冷媒の温度上昇に時間がかかり、冷媒循環回路側から負荷側回路への加熱が迅速には行えない。そこで例えば暖房運転開始時において、ガス加熱器により生成した温水により温水循環回路側から負荷側回路への加熱を迅速に行い上記ヒートポンプによる加熱を補助することで、システム全体としての初期暖房能力を向上させることができる。

【0005】

一方、通常、冷媒循環回路においては、前記負荷側回路内の循環液の温度が所定の目標温度となるように圧縮機の回転数を制御する、いわゆる温調制御が行われる。すなわち、前記循環液の温度が所定の温度範囲の上限値に達したら圧縮機を停止し、その後循環液温度が前記温度範囲の下限値に達したら前記上限値に達するまで再び圧縮機を駆動することで循環液温度が前記目標温度となるように制御される。

【0006】

ここで、上記従来のものにおいて前記のガス加熱による加熱補助を行う場合に、冷媒循環回路側で温調制御が実行されると、以下のような不都合が生じ得る。すなわち、温調停止後の圧縮機の再駆動時においては暖房負荷が小さいためガス加熱による加熱補助を行うとすぐに循環液温度が前記上限値に到達し、温調停止してしまう。本来であれば前記上限値～前記下限値の間の温調制御中においては暖房負荷が小さいため、ガス加熱による加熱補助なしでも暖房能力として十分な場合も多いが、上記のようにガス加熱による加熱補助を行うことで、無駄にエネルギコストが増大してしまうという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、前記循環液配管内の循環液の実温度を検出する実温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記圧縮機が起動された後、前記実温度が予め定めた所定の温度範囲の第１上限値に達したら前記圧縮機を停止し、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第１下限値に達したら当該温度範囲の前記第１上限値に達するまで前記圧縮機を駆動することにより、前記実温度が所定の目標温度となるように制御する第１温調制御手段と、前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した際、少なくとも前記実温度が前記第１下限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が駆動を再開するまでの間において、当該駆動再開の際における前記ガス加熱器による温水生成の要否を判定する加熱要否判定手段と、を備え、前記加熱要否判定手段による判定結果に応じて前記ガス加熱器を制御するものである。

【0008】

また、請求項２では、前記制御手段は、前記加熱要否判定手段で前記温水生成が必要と判定された場合、前記温水配管内の温水の加熱を行うように前記ガス加熱器を制御し、前記加熱要否判定手段で前記温水生成が不要と判定された場合、前記温水配管内の温水の加熱を行わないように前記ガス加熱器を制御するものである。

【0009】

また、請求項３では、前記加熱要否判定手段は、前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した際、当該停止の直前の前記圧縮機の駆動時間区分における前記実温度の上昇挙動に基づき、前記温水生成の要否を判定するものである。

【0010】

また、請求項４では、前記加熱要否判定手段は、前記実温度が前記第１下限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が駆動を再開した前記直前の前記駆動時間区分の開始タイミングから、前記実温度が前記第１上限値に達して前記第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した前記駆動時間区分の終了タイミングまでの時間が、所定のしきい値を超えていた場合は前記温水生成が必要と判定し、所定のしきい値以下の場合は前記温水生成は不要と判定するものである。

【0011】

また、請求項５では、前記加熱要否判定手段は、前記直前の前記駆動時間区分が、前記圧縮機が起動された後の最初の前記駆動時間区分であった場合には、前記温水生成は不要と判定するものである。

【0012】

また、請求項６では、前記制御手段は、前記加熱要否判定手段で前記温水生成が必要と判定され、前記ガス加熱器が起動された後、前記実温度が予め定めた所定の温度範囲の第２上限値に達したら前記ガス加熱器を停止し、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第２下限値に達したら当該温度範囲の前記第２上限値に達するまで前記ガス加熱器を駆動することにより、前記実温度が所定の目標温度となるように制御する第２温調制御手段を備えるものである。

【0013】

また、請求項７では、前記第２上限値は前記第１上限値よりも低く、前記第２下限値は前記第１下限値よりも低いものである。

【発明の効果】

【0014】

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、制御手段により制御される圧縮機へ導かれて圧縮され、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る。また、上記と併せて、制御手段により制御されるガス加熱器が温水配管内の温水を加熱することができる。すなわち、温水循環回路において、第１熱源側熱交換器にてガス加熱器から受熱した温水が第１負荷側熱交換器に導かれて放熱する。これによっても、負荷側回路の循環液が加温される。これらの循環液の加温により、負荷端末において十分な暖房能力を確保することができる。

【0015】

上記暖房運転時において、冷媒循環回路では、制御手段に備えられる第１温調制御手段による温調制御が行われる。すなわち、実温度検出手段により検出される循環液の実温度が所定の温度範囲の第１上限値に達したら前記圧縮機が停止され、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第１下限値に達したら前記第１上限値に達するまで前記圧縮機が駆動される。これにより、循環液の前記実温度が所定の目標温度となるように制御される。

【0016】

このような温調制御が行われる際において前述のような無駄なガス加熱器の駆動を回避するために、本願発明においては、制御手段に加熱要否判定手段が備えられる。加熱要否判定手段は、前記のように実温度が第１上限値に達して第１温調制御手段により前記圧縮機が停止した際、圧縮機の駆動再開の際におけるガス加熱器による温水生成が必要なのか不要なのか、その要否を判定する。制御手段では、この判定結果に応じてガス加熱器の制御が行われる。

【0017】

これにより、例えば温調制御によって前記実温度が前記第１上限値～前記第１下限値となっている状態で暖房負荷が小さい場合には、加熱要否判定手段がガス加熱器による温水生成不要と判断することで、ガス加熱器を駆動しないようにすることが可能となる。この結果、温調制御中で暖房負荷が小さい場合も無駄にガス加熱による加熱補助を行いエネルギコストが増大してしまうのを、防止することができる。

【0018】

また、請求項２によれば、制御手段の制御に基づき、前記加熱要否判定手段で温水生成必要と判定された場合はガス加熱器が温水の加熱を行い、温水生成不要と判定された場合はガス加熱器は温水加熱を行わない。これにより、ガス加熱による無駄な加熱補助を防止しエネルギコストを確実に低減することができる。

【0019】

また、請求項３によれば、加熱要否判定手段による前記温水生成の要否判定は、前記実温度が第１上限値に達して圧縮機が温調停止した際、その直前の圧縮機の駆動時間区分における実温度の上昇挙動に基づいて行われる。これにより、例えば当該直前の駆動時間区分において実温度の上昇が緩慢であった場合には、当該駆動時間区分において暖房負荷が増大したとみなし、前記温水生成が必要と判定することが可能となる。このように、本願発明においては、無駄な加熱補助の防止を図りつつも、加熱補助が有効である暖房負荷増大時においてはガス加熱器を確実に駆動することで、システム全体の暖房能力を増大させることができる。

【0020】

また、請求項４によれば、直前の駆動時間区分の開始タイミングから、実温度が前記第１上限値に達し圧縮機が温調停止した駆動時間区分の終了タイミングまでの時間が、所定のしきい値を超えていた場合には、加熱要否判定手段による温水生成は必要と判定される一方、しきい値以下の場合は温水生成は不要と判定される。このように下限値から上限値到達までの所要時間の長短で見極めを行うことにより、簡便かつ円滑な手法でガス加熱要否の判定を行うことができる。

【0021】

また、請求項５によれば、圧縮機が起動された後の最初の駆動時間区分であった場合、すなわちシステムが起動されて第１回目の温調停止の場合には、加熱要否判定手段によって前記温水生成は不要と判定される。これにより、明らかに暖房負荷が一旦軽くなっていると思われるシステム起動直後の温調停止時において、確実にガス加熱による無駄な加熱補助を防止することができる。

【0022】

また、請求項６によれば、ガス加熱器が駆動される際、制御手段に備えられる第２温調制御手段による温調制御が行われる。すなわち、実温度検出手段により検出される循環液の実温度が所定の温度範囲の第２上限値に達したら前記ガス加熱器が停止され、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第２下限値に達したら前記第２上限値に達するまで前記ガス加熱器が駆動される。これにより、循環液の前記実温度が所定の目標温度となるように、ガス加熱器を制御することができる。

【0023】

また、請求項７によれば、第２温調制御手段によるガス加熱器に対する温調制御時の第２上限値は、第１温調制御手段による圧縮機に対する温調制御時の第１上限値よりも低い。これにより、循環液の温度が上昇して温調停止する際、まず加熱補助の役割であるガス加熱器が先に停止し、それでもさらに循環液温度が上昇したときに圧縮機が停止するようにすることができる。同様に、第２温調制御手段によるガス加熱器に対する温調制御時の第２下限値は、第１温調制御手段による圧縮機に対する温調制御時の第１下限値よりも低い。これにより、循環液の温度が下降して駆動再開される際、まず圧縮機が駆動再開し、それでもさらに循環液温度が下降したときに加熱補助の役割であるガス加熱器が駆動再開するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【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】ヒートポンプ・ガス暖房運転時において、熱交換ユニット制御装置の加熱制御部とヒートポンプ制御装置の圧縮機・ポンプ制御部と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

【図9】ヒートポンプ・ガス暖房運転時において、熱交換ユニット制御装置の加熱制御部とヒートポンプ制御装置の圧縮機・ポンプ制御部と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

【図10】加熱要否判定部による加熱要否判定を行わない比較例における温度及び出力挙動を表すタイムチャート図

【図11】加熱要否判定部による加熱要否判定を行う本発明の一実施形態における温度及び出力挙動を表すタイムチャート図

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の一実施形態を図１～図１１に基づいて説明する。

【0026】

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。

【0027】

＜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。

【0028】

＜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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

＜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。

【0033】

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。

【0034】

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）。

【0035】

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。

【0036】

＜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。

【0037】

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。

【0038】

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（実温度に相当）を検出する第２往き温度センサ３５（実温度検出手段に相当）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。

【0039】

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。

【0040】

＜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。

【0041】

＜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。

【0042】

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。

【0043】

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）。

【0044】

＜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。

【0045】

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。

【0046】

＜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。

【0047】

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。

【0048】

＜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。

【0049】

＜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・ポンプ制御部６２Ａと、膨張弁制御部６２Ｂ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。

【0050】

圧縮機・ポンプ制御部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・ポンプ制御部６２Ａは、第１温調制御部６２Ａａ（第１温調制御手段に相当）により、前記第２往き温度センサ３５が検出する前記循環液Ｌの往き温度が、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。また圧縮機・ポンプ制御部６２Ａ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。なお、圧縮機・ポンプ制御部６２Ａには、熱交換ユニット制御装置６１からの加熱要否判定結果（後述）も入力される。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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・ポンプ制御部６２Ａ、膨張弁制御部６２Ｂ、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。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。

【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、例えば第２往き温度センサ３５により検出された循環液Ｌの温度、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、及び前記リモコン６０の操作等に基づき、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。特にこの例では、加熱制御部６１Ｂは、第２温調制御部６１Ｂａ（第２温調制御手段に相当）により、前記第２往き温度センサ３５が検出する前記循環液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ガス加熱器４３を制御するための、加熱制御信号を出力する。

【0057】

また加熱制御部６１Ｂは、加熱要否判定部６１Ｂｂを備えている。加熱要否判定部６１Ｂｂは、第２往き温度センサ３５により検出された循環液Ｌの温度及び前記リモコン６０の操作等に基づき、ガス加熱器４３による加熱が必要であるか否かを判定し（詳細は後述）、対応する加熱要否判定結果をヒートポンプ制御装置６２及びボイラー制御装置６３へ出力する。

【0058】

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。

【0059】

＜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及び前記加熱要否判定結果、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。

【0060】

＜実施形態の特徴＞
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、本実施形態の特徴は、前述のＨＰ・ガス暖房運転時における圧縮機５３及びガス加熱器４３に対する制御態様にある。

【0061】

すなわち、前記ヒートポンプユニット５では、ヒートポンプの特性として冷媒Ｃ２の温度上昇に時間がかかり、冷媒循環回路５０側から端末循環回路３０への加熱が迅速には行えない。そこで例えばＨＰ・ガス暖房運転の開始時において、ガス加熱器４３により生成した温水により温水循環回路４０側から端末循環回路３０への加熱を迅速に行い上記ヒートポンプユニット５による加熱を補助することで、システム全体としての初期暖房能力を向上させることができる。

【0062】

このとき、冷媒循環回路５０においては、ヒートポンプ制御装置６２の前記第１温調制御部６２Ａａにより、端末循環回路３０内の循環液Ｌの前記往き温度が前記リモコン６０の操作に対応した前記目標温度となるように圧縮機５３の回転数を制御する、いわゆる温調制御が行われる。すなわち、前記循環液Ｌの温度が所定の上限値（この例では目標温度＋３℃。後述）に達したら圧縮機５３を停止し、その後循環液Ｌの温度が所定の下限値（この例では目標温度－４℃。後述）に達したら前記上限値に達するまで再び圧縮機５３を駆動することで、循環液Ｌの温度が前記目標温度となるように制御される。

【0063】

ここで、上記のようにガス加熱器４３による加熱補助を行う場合に、前記第１温調制御部６２Ａａによる温調制御が実行されると、そのままでは以下のような不都合が生じ得る。すなわち、温調停止後の圧縮機５３の再駆動時においては暖房負荷が小さいためガス加熱器４３による加熱補助を行うとすぐに循環液Ｌの温度が前記上限値（目標温度＋３℃）に到達し、温調停止してしまう。本来であれば前記上限値（目標温度＋３℃）～前記下限値（目標温度－４℃）の間の温調制御中においては暖房負荷が小さいため、ガス加熱器４３による加熱補助を伴わないヒートポンプユニット５単独でも暖房能力として十分であるが、上記のようにガス加熱器４３による加熱補助を行うことで、無駄にエネルギコストが増大してしまう。

【0064】

そこで本実施形態では、熱交換ユニット制御装置６１の加熱制御部６１Ｂに加熱要否判定部６１Ｂｂ（加熱要否判定手段に相当）を設け、前記のように暖房負荷が小さい場合はガス加熱器４３を駆動せず暖房負荷が大きい等により加熱補助が必要な場合にのみガス加熱器４３を駆動するようにする。加熱補助が必要か否かの判定は、温調停止した際、その直前の温度上昇挙動がどのようなものであったか（一例としては後述のように温調停止までどれだけ時間がかかったか）に基づいて行われる。

【0065】

なお、本実施形態では、加熱補助が必要な場合においてガス加熱器４３が駆動される時には、熱交換ユニット制御装置６１の加熱制御部６１Ｂに設けた第２温調制御部６１Ｂａにより、当該ガス加熱器４３に対しても温調制御が行われる。すなわち前記循環液Ｌの温度が別途の上限値（この例では目標温度－２℃）になるとガス加熱器４３が駆動停止されるとともに、別途の下限値（この例では目標温度－５℃）になるとガス加熱器４３が駆動再開される。

【0066】

＜制御手順＞
上述の手法を実現するために、熱交換ユニット制御装置６１の加熱制御部６１Ｂとヒートポンプ制御装置６２の圧縮機・ポンプ制御部６２Ａとが協働して実行する制御手順を、図８及び図９により説明する。

【0067】

図８において、まずＳ５で、加熱制御部６１Ｂにより、前記リモコン６０に設けられた暖房運転スイッチ（図示省略）の操作を介して操作者から暖房運転の開始指示があったか否かが判定される。なお以下適宜、この暖房運転スイッチが操作されることを「運転スイッチＯＮ」のように称する（図示も同様）。運転スイッチがＯＮされたらＹｅｓ判定され、Ｓ１０へ移行する。

【0068】

Ｓ１０では、圧縮機・ポンプ制御部６２Ａの第１温調制御部６２Ａａにより、圧縮機５３が駆動開始されるとともに循環液循環ポンプ３２が駆動開始される。その後、Ｓ１５で、ガス加熱器４３による加熱実行を表す加熱フラグＦ＝１とされ、Ｓ２０へ移行する。

【0069】

まずＳ２０では、加熱制御部６１Ｂにより、前記リモコン６０に設けられた運転停止スイッチ（図示省略）の操作を介して操作者から暖房運転の停止指示があったか否かが判定される。なお以下適宜、この運転停止スイッチが操作されることを「運転スイッチＯＦＦ」のように称する（図示も同様）。運転スイッチがＯＦＦされたらＹｅｓ判定されてＳ２２へ移行し、圧縮機・ポンプ制御部６２Ａの第１温調制御部６２Ａａにより圧縮機５３が駆動停止されるとともに循環液循環ポンプ３２が駆動停止され、このフローを終了する。

【0070】

Ｓ２０で運転スイッチがＯＦＦされなければＮｏ判定され、Ｓ２５へ移行する。Ｓ２５では、この時点で前記加熱フラグＦが１であるか否かが判定される。Ｆ＝０であればＮｏ判定されて後述のＳ３５へ移行し、Ｆ＝１であればＹｅｓ判定されてＳ３０へ移行する。Ｓ３０では、加熱制御部６１Ｂの第２温調制御部６１Ｂａにより、ガス加熱器４３が駆動開始される。その後Ｓ３５へ移行する。

【0071】

Ｓ３５では、第２温調制御部６１Ｂａにより、第２往き温度センサ３５が検出する循環液Ｌの温度が、ガス加熱に関して予め定められた循環液Ｌの温度範囲の上限値（以下適宜、「第２上限値」と称する）以上となったか否かが判定される。なお、この第２上限値は、後述の第１上限値よりも低い値に設定される（この例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より２℃低い値）。循環液Ｌの温度が前記第２上限値未満であればＮｏ判定され前記Ｓ２０へ戻って同様の手順が繰り返される。循環液Ｌの温度が前記第２上限値以上であればＹｅｓ判定され、Ｓ４０へ移行する。

【0072】

Ｓ４０では、この時点で前記加熱フラグＦが１であるか否かが判定される。Ｆ＝０であればＮｏ判定されて後述のＳ５０へ移行し、Ｆ＝１であればＹｅｓ判定されてＳ４５へ移行する。Ｓ４５では、加熱制御部６１Ｂの第２温調制御部６１Ｂａにより、ガス加熱器４３が駆動停止される。その後Ｓ５０へ移行する。

【0073】

Ｓ５０では、第１温調制御部６２Ａａにより、第２往き温度センサ３５が検出する循環液Ｌの温度が、ヒートポンプ加熱に関して予め定められた循環液Ｌの温度範囲の上限値（この例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より３℃高い値。以下適宜、「第１上限値」と称する）以上となったか否かが判定される。循環液Ｌの温度が前記第１上限値未満であればＮｏ判定され前記Ｓ２０へ戻って同様の手順が繰り返される。循環液Ｌの温度が前記第１上限値以上であればＹｅｓ判定され、Ｓ５５へ移行する。

【0074】

Ｓ５５では、第１温調制御部６２Ａａにより、圧縮機５３が駆動停止される。その後Ｓ６０へ移行する。

【0075】

Ｓ６０では、加熱要否判定部６１Ｂｂにより、Ｓ５５での圧縮機５３の駆動停止の直前の前回の駆動区分（温調制御下における圧縮機５３の駆動開始のタイミングからその後の駆動停止のタイミングまでの時間区分）が、暖房運転開始後の最初の駆動区分であるか、若しくは、１０分（所定のしきい値に相当）以内の駆動区分であったか否かが判定される。最初の駆動区分でも１０分以内の駆動区分でもなかった場合はＮｏ判定され、Ｓ７０で加熱フラグＦ＝１とされてＳ７５へ移行する。最初の駆動区分若しくは１０分以内の駆動区分であった場合はＹｅｓ判定され、Ｓ６５で加熱フラグＦ＝０とされてＳ７５へ移行する。なお、上記Ｓ６０及びその後のＳ６５（又はＳ７０）は、Ｓ５５における圧縮機５３の駆動停止直後に行うのには限られない。すなわち、圧縮機５３の駆動停止の後、少なくとも、後述のＳ８５において圧縮機５３が駆動再開されるまでの間のいずれかのタイミングで行えば足りるものである。

【0076】

Ｓ７５では、前記Ｓ２０と同様、加熱制御部６１Ｂにより、運転スイッチがＯＦＦされたか否かが判定される。運転スイッチがＯＦＦされたらＹｅｓ判定されて前記のＳ２２へ移行し、運転スイッチがＯＦＦされなければＮｏ判定され、図９のＳ８０へ移行する。

【0077】

Ｓ８０では、第１温調制御部６２Ａａにより、第２往き温度センサ３５が検出する循環液Ｌの温度が、ヒートポンプ加熱に関して予め定められた循環液Ｌの前記温度範囲の下限値（この例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より４℃低い値。以下適宜、「第１下限値」と称する）未満となったか否かが判定される。循環液Ｌの温度が前記第１下限値未満になったらＹｅｓ判定され、Ｓ８５へ移行する。

【0078】

Ｓ８５では、Ｓ５５で駆動停止された圧縮機５３が第１温調制御部６２Ａａにより駆動再開される。その後、Ｓ９０へ移行する。

【0079】

Ｓ９０では、第２温調制御部６１Ｂａにより、第２往き温度センサ３５が検出する循環液Ｌの温度が、ガス加熱に関して予め定められた循環液Ｌの前記温度範囲の下限値（以下適宜、「第２下限値」と称する）未満となったか否かが判定される。なお、この第２下限値は、前記の第１下限値よりも低い値に設定される（この例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より５℃低い値）。循環液Ｌの温度が前記第２下限値以上であればＮｏ判定され図８の前記Ｓ３５へ戻って同様の手順が繰り返される。循環液Ｌの温度が前記第２下限値未満であればＹｅｓ判定され、Ｓ９５へ移行する。

【0080】

Ｓ９５では、この時点で前記加熱フラグＦが１であるか否かが判定される。Ｆ＝０であればＮｏ判定されて図８の前記Ｓ３５へ移行し、Ｆ＝１であればＹｅｓ判定されてＳ１００へ移行する。Ｓ１００では、加熱制御部６１Ｂの第２温調制御部６１Ｂａにより、Ｓ４５で駆動停止されているガス加熱器４３が駆動再開される。その後図８の前記Ｓ３５へ移行する。

【0081】

なお、以上説明した図８及び図９に示す各手順を実行する加熱制御部６１Ｂ及び圧縮機・ポンプ制御部６２Ａを含む、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。

【0082】

＜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、図４に示すＨＰ・ガス暖房運転において、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が、圧縮機５３へ導かれて圧縮され、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が加温される。また、上記と併せて、ガス加熱器４３が温水配管４２内の温水を加熱することができる。すなわち、温水循環回路４０において、暖房熱交換器４５にてガス加熱器４３から受熱した温水が第１熱交換器４１に導かれて放熱する。これによっても、端末循環回路３０の循環液Ｌが加温される。これらの循環液Ｌの加温により、熱交換端末３６において十分な暖房能力を確保することができる。

【0083】

そして上記ＨＰ・ガス暖房運転時において、冷媒循環回路５０では、第１温調制御部６２Ａａによる温調制御が行われる。すなわち、第２往き温度センサ３５により検出される循環液Ｌの実温度がヒートポンプ加熱に関して予め定められた前記温度範囲の前記第１上限値（前記の例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より３℃高い値。以下同様）に達したら前記圧縮機５３が停止され、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第１下限値（前記の例ではリモコン６０の操作に基づく前記目標温度より４℃低い値。以下同様）に達したら前記第１上限値に達するまで前記圧縮機５３が駆動される。これにより、循環液Ｌの前記実温度が所定の目標温度となるように制御される。

【0084】

このような温調制御が行われる際において前述のような無駄なガス加熱器４３の駆動を回避するために、本実施形態においては、加熱要否判定部６１Ｂｂが備えられる。加熱要否判定部６１Ｂｂは、前記のように実温度が第１上限値に達して第１温調制御部６２Ａａにより前記圧縮機５３が停止した際、圧縮機５３の駆動再開の際におけるガス加熱器４３による温水生成が必要なのか不要なのか、その要否を判定する（図８のＳ６０参照）。制御装置６１～６３では、この判定結果に応じてガス加熱器４３の制御が行われる。

【0085】

これにより、温調制御によって前記実温度が前記第１上限値～前記第１下限値となっている状態で暖房負荷が小さい場合には、加熱要否判定部６１Ｂｂがガス加熱器４３による温水生成不要と判断することで、ガス加熱器４３を駆動しないようにすることが可能となる。この結果、温調制御中で暖房負荷が小さい場合も無駄にガス加熱による加熱補助を行いエネルギコストが増大してしまうのを、防止することができる。この効果を、比較例を用いてさらに詳細に説明する。

【0086】

図１０に、前記加熱要否判定部６１Ｂｂの実行する加熱要否判定を行わない比較例における温度及び出力挙動を示す。なお、出力としては、冷媒循環回路５０から端末循環回路３０側への放熱出力（図中「ＨＰ出力」と略示）と、温水循環回路４０から端末循環回路３０側への放熱出力（図中「ガス出力」と略示）と、の２つを示している。なお、この例では、循環液Ｌの目標温度は４０［℃］であり、これに対応してヒートポンプ加熱に係わる前記の第１上限値は４３［℃］、第１下限値は３６［℃］となっている。またガス加熱に係わる前記の第２上限値は３８［℃］、第２下限値は３５［℃］となっている。

【0087】

まず時間ｔ０においてそれまで停止していたシステムが起動され、圧縮機５３及びガス加熱器４３の両方が駆動開始されることで前記の循環液Ｌの温度は急上昇し、時間ｔ１で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止される。その後循環液Ｌの温度は緩やかに上昇し循環液Ｌの温度が目標温度である４０［℃］を超えて時間ｔ２で４３［℃］に達したことで圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ０から時間ｔ２までが第１回目（初回）の圧縮機５３の駆動時間区分となる（図中では「初回運転」と略示。以下同様）。

【0088】

時間ｔ２での温調停止により循環液Ｌの温度は徐々に下がり時間ｔ３において３６［℃］まで低下したことで圧縮機５３が駆動再開されるが、さらに直後の時間ｔ４において３５［℃］まで低下したことでガス加熱器４３が駆動再開される。これにより循環液Ｌの温度は再び急上昇し、時間ｔ５で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止された後、時間ｔ６で４３［℃］に達して圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ３から時間ｔ６までが第２回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。

【0089】

その後、前記と同様、時間ｔ６での温調停止により循環液Ｌの温度が時間ｔ７において３６［℃］まで低下して圧縮機５３が駆動再開された後、時間ｔ８において３５［℃］まで低下してガス加熱器４３が駆動再開される。循環液Ｌの温度は時間ｔ９で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止され、時間ｔ１０で４３［℃］に達して圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ７から時間ｔ１０までが第３回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。

【0090】

時間ｔ１０での温調停止により循環液Ｌの温度は徐々に下がり時間ｔ１１において３６［℃］まで低下したことで圧縮機５３が駆動再開されるが、さらに直後の時間ｔ１２において３５［℃］まで低下したことでガス加熱器４３が駆動再開される。前記と同様に循環液Ｌの温度は再び急上昇し時間ｔ１３で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止されるが、この例ではこのときに暖房負荷の増大が生じている。その結果、直後の時間ｔ１４において循環液Ｌの温度が３５［℃］まで低下したことでガス加熱器４３が駆動再開される。これにより循環液Ｌの温度は再び緩やかに上昇し、時間ｔ１５で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止された後、時間ｔ１６で４３［℃］に達して圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ１１から時間ｔ１６までが第４回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。

【0091】

その後は、前記と同様、時間ｔ１６での温調停止により循環液Ｌの温度が時間ｔ１７において３６［℃］まで低下して圧縮機５３が駆動再開された後、時間ｔ１８において３５［℃］まで低下してガス加熱器４３が駆動再開される。循環液Ｌの温度は時間ｔ１９で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止される。

【0092】

上記のように、この比較例においては、圧縮機５３が温調停止した後に駆動再開される都度、ガス加熱器４３も併せて駆動される。そして、負荷が増大した後の時間ｔ１４～ｔ１５の間の駆動を除く、時間ｔ４～ｔ５、時間ｔ８～ｔ９、時間ｔ１２～ｔ１３、時間ｔ１８～ｔ１９は通常の圧縮機５３の温調制御中であって暖房負荷が小さいため、すぐに循環液Ｌの温度が前記第２上限値（この例では３８［℃］）に到達しガス加熱器４３が駆動停止してしまう。本来であればこれら時間ｔ４～ｔ５、時間ｔ８～ｔ９、時間ｔ１２～ｔ１３、時間ｔ１８～ｔ１９の温調制御中においてはガス加熱器４３による加熱補助なしの冷媒循環回路５０における圧縮機５３だけの加熱能力でも十分であるが、上記のようにガス加熱器４３による加熱補助を行うことで、無駄にエネルギコストが増大してしまう。

【0093】

これに対応して前記のように前記加熱要否判定部６１Ｂｂによる加熱要否判定が行われる本実施形態における温度及び出力挙動を図１１に示す。本実施形態では、前記したように加熱要否判定部６１Ｂｂによる判定（図８のＳ６０参照）に対応して加熱フラグＦ＝１となっている場合にのみ、ガス加熱器４３による加熱補助が行われる。

【0094】

図１０と同様、まず時間ｔ２０においてそれまで停止していたシステムが起動される。なおこの起動時においてまず加熱フラグＦ＝１とされている（図８のＳ１５参照）。圧縮機５３及びガス加熱器４３の両方が駆動開始されることで前記の循環液Ｌの温度は急上昇し、時間ｔ２１で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止される。その後循環液Ｌの温度は緩やかに上昇し循環液Ｌの温度が目標温度である４０［℃］を超えて時間ｔ２２で４３［℃］に達したことで圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ２０から時間ｔ２までが第１回目（初回）の圧縮機５３の駆動時間区分となる。またこの温調停止時に、初回の駆動時間区分であることに対応して加熱フラグＦ＝０とされる（図８のＳ６５参照）。

【0095】

時間ｔ２２での温調停止により循環液Ｌの温度は徐々に下がり時間ｔ２３において３６［℃］まで低下したことで圧縮機５３が駆動再開され、さらにその直後の時間ｔ２３′において３５［℃］まで低下する。しかしながらこのとき前述のように加熱フラグＦ＝０となっているためガス加熱器４３は駆動再開されない（図９のＳ９５参照）。圧縮機５３による加熱のみにより循環液Ｌの温度は緩やかに上昇し、時間ｔ２４で４３［℃］に達して圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ２３から時間ｔ２４までが第２回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。

【0096】

その後、前記と同様、時間ｔ２４での温調停止により循環液Ｌの温度が時間ｔ２５において３６［℃］まで低下して圧縮機５３が駆動再開された後、時間ｔ２５′において３５［℃］まで低下するが加熱フラグＦ＝０のままなのでガス加熱器４３は駆動再開されない。循環液Ｌの温度が緩やかに上昇し時間ｔ２６で４３［℃］に達して圧縮機５３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ２５から時間ｔ２６までが第３回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。

【0097】

時間ｔ２６での温調停止により循環液Ｌの温度は徐々に下がり時間ｔ２７において３６［℃］まで低下したことで圧縮機５３が駆動再開され、さらに直後の時間ｔ２７′において３５［℃］まで低下するが加熱フラグＦ＝０のままなのでガス加熱器４３は駆動再開されない。この例では前記同様このときに暖房負荷の増大が生じている結果、循環液Ｌの温度はさらに約３３［℃］まで低下した後に緩やかに時間をかけて上昇する挙動となり、時間ｔ２７から所定のしきい値（この例では１０分）以上の時間が経過した時間ｔ２８でようやく３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止される（温調停止）。すなわち時間ｔ２７から時間ｔ２８までが第４回目の圧縮機５３の駆動時間区分となる。そしてこの温調停止時に、直前の第４回目の駆動時間区分が前記しきい値以上の長さであったことに対応して加熱フラグＦ＝１とされる（図８のＳ７０参照）。

【0098】

その後は、時間ｔ２８での温調停止により循環液Ｌの温度が時間ｔ２９において３６［℃］まで低下して圧縮機５３が駆動再開された後、時間ｔ３０において３５［℃］まで低下したとき、加熱フラグＦ＝１に対応してガス加熱器４３が駆動再開される（図９のＳ１００参照）。これにより循環液Ｌの温度は急上昇して時間ｔ３１で３８［℃］に達してガス加熱器４３が駆動停止される。以降は圧縮機５３による加熱のみにより循環液Ｌの温度は緩やかに上昇した後、前記同様の挙動となる。

【0099】

以上のように、本実施形態によれば、暖房負荷が大きくない間は温水生成が不要と判断されてガス加熱器４３が駆動されず、暖房負荷が大きい場合にのみ温水生成が必要と判断されてガス加熱器４３が駆動される（時間ｔ２０～ｔ２１、時間ｔ３０～ｔ３１）。この結果、前記比較例のように、温調制御中で暖房負荷が小さい場合も無駄にガス加熱による加熱補助を行いエネルギコストが増大してしまうのを、防止することができる。

【0100】

なお、前記した、無駄なガス加熱によりエネルギコストが増大してしまう技術課題は、特に熱交換端末３６としてファンコイルが用いられる場合に顕著であり、したがって前記のエネルギコスト低減効果もファンコイルが用いられる場合に特に有効である。その理由は以下の通りである。
すなわち、一般に、ファンコイルでは、室温を常時モニタリングするために温調停止時も内部の送風ファンを微小回転数で駆動しており、循環液Ｌと室内空気との強制対流による熱交換が継続されている。その結果、温調停止時においてファンコイルは床暖房パネル等に比べて循環液Ｌの温度が比較的早く低下するため、例えば前記下限値（前記の例では目標温度－４℃）にて圧縮機５３が駆動開始した直後にガス加熱器４３が燃焼開始してしまう傾向となる。
これに対し、前記強制対流のない床暖房パネル等の他の熱交換端末が用いられる場合では、温調停止時の循環液Ｌの温度低下がファンコイルに比べても緩やかであるため、前記下限値（前記の例では目標温度－４℃）にて圧縮機５３が駆動開始した後でも、暖房負荷が小さい場合にはガス加熱器４３が駆動しない場合もあり得るからである。
以上により、本実施形態による前記のエネルギコスト低減効果は、熱交換端末３６としてファンコイルが用いられる場合に特に有効となる。

【0101】

また、本実施形態では特に、加熱要否判定部６１Ｂｂで温水生成必要と判定された場合はガス加熱器４３が温水の加熱を行い、温水生成不要と判定された場合はガス加熱器４３は温水加熱を行わない。これにより、ガス加熱による無駄な加熱補助を防止しエネルギコストを確実に低減することができる。

【0102】

また、本実施形態では特に、加熱要否判定部６１Ｂｂによる前記温水生成の要否判定は、循環液Ｌの温度が前記第１上限値に達して圧縮機５３が温調停止した際、その直前の圧縮機５３の駆動時間区分における実温度の上昇挙動（前述の例では駆動時間区分の時間がどれだけ長かったか否か）に基づいて行われる。これにより、当該直前の駆動時間区分において実温度の上昇が緩慢であった場合（例えば図１１の時間ｔ２７～ｔ２８参照）には、当該駆動時間区分において暖房負荷が増大したとみなし、前記温水生成が必要と判定される（図８のＳ６０参照）。このように、本実施形態においては、無駄な加熱補助の防止を図りつつも、加熱補助が有効である暖房負荷増大時においてはガス加熱器４３を確実に駆動することで、システム全体の暖房能力を増大させることができる。

【0103】

また、本実施形態では特に、直前の駆動時間区分の開始タイミングから、実温度が前記第１上限値に達し圧縮機５３が温調停止した駆動時間区分の終了タイミングまでの時間が、所定のしきい値（前記の例では１０分）を超えていた場合には、温水生成は必要と判定される一方、しきい値以下の場合は温水生成は不要と判定される（図８のＳ６０参照）。このように第１上限値到達までの所要時間の長短で見極めを行うことにより、簡便かつ円滑な手法でガス加熱要否の判定を行うことができる。

【0104】

また、本実施形態では特に、圧縮機５３が起動された後の最初の駆動時間区分であった場合、すなわちシステムが起動されて第１回目の温調停止の場合には、前記温水生成は不要と判定される（図８のＳ６０参照）。これにより、明らかに暖房負荷が一旦軽くなっていると思われるシステム起動直後の温調停止時（図１１の時間ｔ２２参照）の際、その直後におけるガス加熱による無駄な加熱補助を確実に防止することができる。

【0105】

また、本実施形態では特に、ガス加熱器４３が駆動される際、第２温調制御部６１Ｂａによる温調制御が行われる。すなわち、第２往き温度センサ３５により検出される循環液Ｌの実温度がガス加熱に関して予め定められた循環液Ｌの所定の温度範囲の第２上限値（前記の例ではリモコン６０の操作に基づく目標温度より２℃低い値）に達したら前記ガス加熱器４３が停止され、当該停止後前記実温度が前記温度範囲の第２下限値（前記の例ではリモコン６０の操作に基づく目標温度より５℃低い値）に達したら前記第２上限値に達するまで前記ガス加熱器４３が駆動される。これにより、循環液Ｌの前記実温度が前記目標温度となるように、ガス加熱器４３を制御することができる。

【0106】

また、本実施形態では特に、第２温調制御部６１Ｂａによるガス加熱器４３に対する温調制御時の前記第２上限値は、第１温調制御部６２Ａａによる圧縮機５３に対する温調制御時の前記第１上限値よりも低い。これにより、循環液Ｌの温度が上昇して温調停止する際、まず加熱補助の役割であるガス加熱器４３が先に停止し（例えば図１１の時間ｔ２１，ｔ３１参照）、それでもさらに循環液Ｌ温度が上昇したときに圧縮機５３が停止する（例えば図１１の時間ｔ２２参照）ようにすることができる。同様に、第２温調制御部６１Ｂａによるガス加熱器４３に対する温調制御時の第２下限値は、第１温調制御部６２Ａａによる圧縮機５３に対する温調制御時の第１下限値よりも低い。これにより、循環液Ｌの温度が下降して駆動再開される際、まず圧縮機５３が駆動再開し（例えば図１１の時間ｔ２９参照）、それでもさらに循環液Ｌ温度が下降したときに加熱補助の役割であるガス加熱器４３が駆動再開する（例えば図１１の時間ｔ３０参照）ようにすることができる。

【0107】

＜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。

【0108】

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の戻り温度に応じて、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。この場合は前記戻り温度が循環液Ｌの実温度に相当し、戻り温度センサ３４が実温度検出手段に相当する。

【0109】

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。

【0110】

また、図８及び図９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。

【0111】

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。

【0112】

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】

【0113】

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（実温度検出手段）
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）
５４ 膨張弁（減圧手段）
５３ 圧縮機
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）
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】

【図11】