JP6389704B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

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

蓄熱単独運転と冷房単独運転を別個に行う場合、それぞれの運転において圧縮機を駆動するため、消費電力量は大きくなる。これに対して、蓄熱冷房同時運転では、一度の圧縮機の駆動で冷房と蓄熱槽への蓄熱を同時に行うことができるため、消費電力量は小さくなる。また、蓄熱単独運転と冷房単独運転を別個に行う場合は、冷房で室内空気から吸収した熱量を室外空気に放出するが、蓄熱冷房同時運転では、冷房で室内空気から吸収した熱量を蓄熱槽へ蓄熱して、その後に利用することができる。このため、蓄熱槽への蓄熱は、可能な限り蓄熱冷房同時運転により行うことが好ましい。

しかしながら、蓄熱冷房同時運転は、冷房を行っている間のみ実行可能であるから、冷房をそれほど長時間行わない場合には、蓄熱冷房同時運転だけでは蓄熱槽の蓄熱量が不足するおそれがある。

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、蓄熱単独運転と冷房単独運転と蓄熱冷房同時運転が可能なヒートポンプシステムにおいて、可能な限り蓄熱冷房同時運転を行いつつ、蓄熱槽に必要な蓄熱量を確保する技術を提供する。

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は、所定期間において蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがある場合に、冷房の予想開始時刻より前に、蓄熱単独運転を実行する。冷房の予想開始時刻より前に行う蓄熱単独運転の開始時刻は、冷房の予想開始時刻から、蓄熱単独運転の所要時間だけ遡った時刻に設定される。

上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転のみで蓄熱槽への蓄熱量が確保できる場合には、蓄熱冷房同時運転のみで蓄熱槽へ蓄熱をすることができる。また、上記のヒートポンプシステムでは、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがある場合には、冷房を開始する前に蓄熱単独運転を行い、冷房を開始した後は蓄熱冷房同時運転を行って、蓄熱槽へ蓄熱をすることができる。上記のヒートポンプシステムによれば、可能な限り蓄熱冷房同時運転を行いつつ、蓄熱槽に必要な蓄熱量を確保することができる。

上記のヒートポンプシステムは、所定期間において蓄熱槽から消費する熱量を推定する消費熱量推定手段と、所定期間において蓄熱冷房同時運転によって蓄熱槽へ蓄積する熱量を推定する蓄積熱量推定手段をさらに備えており、蓄積熱量推定手段で推定される熱量が、消費熱量推定手段で推定される熱量に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する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によれば、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあるか否かを、正確に判断することができる。

あるいは、上記のヒートポンプシステムは、過去の冷房の履歴を記憶する記憶手段と、過去の冷房の履歴から所定期間における冷房時間長さを推定する冷房時間長さ推定手段をさらに備えており、冷房時間長さ推定手段で推定される冷房時間長さが基準時間長さより短い場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する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によれば、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあるか否かを、簡素な処理によって判断することができる。

あるいは、上記のヒートポンプシステムは、室外空気の温度を検出する外気温度検出手段をさらに備えており、室外空気の温度が基準外気温度に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する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によれば、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあるか否かを、簡素な処理によって判断することができる。

本明細書が開示するヒートポンプシステムによれば、可能な限り蓄熱冷房同時運転を行いつつ、蓄熱槽に必要な蓄熱量を確保することができる。

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、冷房を開始する前の蓄熱単独運転の要否を判断す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における、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。 実施例の給湯空調システム２における、圧縮機１６の動作表を示す。 実施例の給湯空調システム２において、冷房を開始する前の蓄熱単独運転の要否を判断す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、冷房を開始する前の蓄熱単独運転の要否を判断する別の処理を説明するフローチャートである。

（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。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。

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。

（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。

（冷房を開始する前の蓄熱単独運転の実行）
蓄熱単独運転と冷房単独運転を別個に行う場合、それぞれの運転において圧縮機１６を駆動するため、消費電力量は大きくなる。これに対して、蓄熱冷房同時運転では、一度の圧縮機１６の駆動で冷房とタンク８への蓄熱を同時に行うことができるため、消費電力量は小さくなる。また、蓄熱単独運転と冷房単独運転を別個に行う場合は、冷房で室内空気から吸収した熱量を室外空気に放出するが、蓄熱冷房同時運転では、冷房で室内空気から吸収した熱量をタンク８へ蓄熱して、その後の給湯に利用することができる。このため、タンク８への蓄熱は、可能な限り蓄熱冷房同時運転により行うことが好ましい。しかしながら、冷房をそれほど長時間行わない場合には、蓄熱冷房同時運転だけではタンク８の蓄熱量が不足するおそれがある。このため、本実施例の給湯空調システム２では、蓄熱冷房同時運転だけではタンク８の蓄熱量が不足するおそれがある場合には、冷房を行っていない時間帯に蓄熱単独運転を行って、不足する熱量をタンク８に蓄熱しておく。

具体的には、本実施例の給湯空調システム２は、所定期間（例えば１日）の開始時刻（例えば午前２時）に、図７の処理を実行して、冷房を開始する前の蓄熱単独運転の要否を判断する。

ステップＳ２では、制御装置１４は、所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］を算出する。本実施例の給湯空調システム２では、所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］は、所定期間において給湯装置１２において給湯に使用する熱量であり、所定期間においてタンク８から消費する熱量である。所定期間における必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］は、所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］と、ユーザによりリモコンに設定された給湯設定温度Ｔｗ［℃］と、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］に基づいて、Ｑｒ＝Ｆ×（Ｔｗ−Ｔｃ）で算出することができる。所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］については、例えば一般的な家庭での所定期間における給湯流量の平均値を制御装置１４にあらかじめ記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、所定期間における給湯流量Ｆ［Ｌ］については、制御装置１４が、給湯装置１２における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の所定期間における給湯流量の平均値として算出してもよい。給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、例えば制御装置１４に一般的な家庭での給水路４０への給水温度の平均値を予め記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、図７の処理を行う時点での給水路４０の水温を検出してもよい。あるいは、給水路４０への給水温度Ｔｃ［℃］については、制御装置１４が、給湯装置１２における過去の給湯の履歴を記憶しておいて、過去の給水路４０の水温の平均値として算出してもよい。

ステップＳ４では、制御装置１４は、所定期間における冷房時間帯を推定する。冷房時間帯は、給湯空調システム２において冷房を行うことが予想される時間帯である。本実施例では、制御装置１４は、過去の冷房の稼働および停止の履歴を記憶している。そして、制御装置１４は、過去の所定期間（例えば前日）に冷房が稼働していた時間帯を、所定期間における冷房時間帯として推定する。

ステップＳ６では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈｃ［ｋＷ］を算出する。図８は、給湯空調システム２が蓄熱冷房同時運転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１６によって冷媒が加圧される。冷媒の凝縮過程１０４では、水熱交換器２４における水への放熱によって冷媒が凝縮する。冷媒の膨張過程１０６では、第１膨張弁２２によって冷媒が減圧される。冷媒の蒸発過程１０８では、室内空気熱交換器３０における室内空気からの吸熱によって冷媒が蒸発する。蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈｃ［ｋＷ］は、蓄熱冷房同時運転による冷却能力Ｃ［ｋＷ］と、圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］に基づいて、Ｈｃ＝Ｃ＋Ｐで算出することができる。蓄熱冷房同時運転による冷却能力Ｃ［ｋＷ］と、圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］は、蓄熱冷房同時運転における冷媒の蒸発温度と凝縮温度に基づいて、図９に示す動作表から特定することができる。図９に示す動作表は、制御装置１４に予め記憶されている。冷媒の蒸発温度および冷媒の凝縮温度は、例えば過去の所定期間（例えば前日）の冷房における冷媒の蒸発温度および冷媒の凝縮温度を用いてもよい。

ステップＳ８では、制御装置１４は、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］を算出する。蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］は、ステップＳ４で推定された冷房時間帯にわたって、ステップＳ６で算出された蓄熱冷房同時運転による加熱能力Ｈｃ［ｋＷ］を積算することによって、算出することができる。

ステップＳ１０では、制御装置１４は、ステップＳ８で算出された蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が、ステップＳ２で算出された必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］以上となるか否かを判断する。蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］以上の場合（ステップＳ１０でＹＥＳの場合）、蓄熱冷房同時運転のみでタンク８に必要な蓄熱量を確保することができるため、制御装置１４は、蓄熱単独運転を行う必要がないと判断して、図７の処理を終了する。蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］に満たない場合（ステップＳ１０でＮＯの場合）、蓄熱冷房同時運転のみではタンク８に必要な蓄熱量を確保することができないため、処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、制御装置１４は、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を算出する。蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］は、蓄熱冷房同時運転で不足する熱量Ｑｒ−Ｑｈ［ｋｃａｌ］と、蓄熱単独運転による加熱能力Ｈａ［ｋＷ］に基づいて、算出することができる。蓄熱単独運転による加熱能力Ｈａ［ｋＷ］は、蓄熱単独運転における冷媒の蒸発温度と凝縮温度に基づいて、図９の動作表から冷却能力Ｃ［ｋＷ］と圧縮機１６の消費電力Ｐ［ｋＷ］をそれぞれ特定し、両者を加算することで算出することができる。

ステップＳ１４では、制御装置１４は、蓄熱単独運転の開始時刻を設定する。蓄熱単独運転の開始時刻は、冷房の予想開始時刻から、ステップＳ１２で算出された蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］だけ遡った時刻に設定される。本実施例では、冷房の予想開始時刻として、ステップＳ４で推定された冷房時間帯の開始時刻を用いる。

ステップＳ１６では、制御装置１４は、ステップＳ１４で設定された蓄熱単独運転の開始時刻になるまで待機する。

ステップＳ１８では、制御装置１４は、蓄熱単独運転を実行する。これによって、蓄熱冷房同時運転だけでは不足すると見込まれる熱量が、冷房を行う前の蓄熱単独運転によって、タンク８に蓄熱される。

なお、ステップＳ１２の処理において、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を、蓄熱冷房同時運転で不足する熱量Ｑｒ−Ｑｈ［ｋｃａｌ］に基づいて算出する代わりに、制御装置１４に予め記憶されている所定時間（例えば、タンク８の所定量の水を所定温度まで沸かし上げるために要する時間）に設定してもよい。

図７の処理では、制御装置１４は、必要熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］と、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］をそれぞれ算出して、両者を比較することによってタンク８の蓄熱量が不足するか否かを判断している。これとは異なり、制御装置１４は、より簡素な処理によって、タンク８の蓄熱量が不足するか否かを判断する構成としてもよい。

例えば、本実施例の給湯空調システム２では、制御装置１４が、所定期間（例えば１日）の開始時刻（例えば午前２時）に、図１０に示す処理を実行するように構成してもよい。

ステップＳ２２では、図７のステップＳ４と同様に、制御装置１４は、所定期間における冷房時間帯を推定する。

ステップＳ２４では、制御装置１４は、ステップＳ２２で推定された冷房時間帯の冷房時間長さが基準時間長さ（例えば５［ｈ］）以上であるか否かを判断する。冷房時間長さが基準時間長さ以上の場合（ステップＳ２４でＹＥＳの場合）、制御装置１４は、所定期間において冷房が長時間にわたって行われ、蓄熱冷房同時運転によってタンク８の蓄熱量を十分に確保できると判断して、図１０の処理を終了する。冷房時間長さが基準時間長さに満たない場合（ステップＳ２４でＮＯの場合）、制御装置１４は、所定期間において冷房が短時間しか行われないため、蓄熱冷房同時運転だけではタンク８の蓄熱量が不足するおそれがあると判断して、処理はステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６では、制御装置１４は、蓄熱単独運転の開始時刻を設定する。蓄熱単独運転の開始時刻は、冷房の予想開始時刻から、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］だけ遡った時刻に設定される。蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］は、例えば、タンク８の所定量の水を所定温度まで沸かし上げるために要する時間を制御装置１４にあらかじめ記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］は、ステップＳ２２で推定された冷房時間帯の冷房時間長さから蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］を推定し、推定された蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］に応じて設定してもよい（例えば、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が大きければ、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を短く設定し、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が小さければ、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を長く設定してもよい）。冷房の予想開始時刻には、ステップＳ２２で推定された冷房時間帯の開始時刻が用いられる。

ステップＳ２８では、制御装置１４は、ステップＳ２６で設定された蓄熱単独運転の開始時刻になるまで待機する。

ステップＳ３０では、制御装置１４は、蓄熱単独運転を実行する。

あるいは、本実施例の給湯空調システム２では、制御装置１４が、所定期間（例えば１日）の開始時刻（例えば午前２時）に、図１１に示す処理を実行するように構成してもよい。

ステップＳ３２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Ｓ３４では、制御装置１４は、ステップＳ３２で取得された室外空気の温度が基準外気温度（例えば２０［℃］）以上であるか否かを判断する。室外空気の温度が基準外気温度以上の場合（ステップＳ３４でＹＥＳの場合）、制御装置１４は、所定期間において冷房が長時間にわたって行われ、蓄熱冷房同時運転によってタンク８の蓄熱量を十分に確保できると判断して、図１１の処理を終了する。室外空気の温度が基準外気温度に満たない場合（ステップＳ３４でＮＯの場合）、制御装置１４は、所定期間において冷房が短時間しか行われないため、蓄熱冷房同時運転だけではタンク８の蓄熱量が不足するおそれがあると判断して、処理はステップＳ３６へ進む。

ステップＳ３６では、制御装置１４は、蓄熱単独運転の開始時刻を設定する。蓄熱単独運転の開始時刻は、冷房の予想開始時刻から、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］だけ遡った時刻に設定される。蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］は、例えば、タンク８の所定量の水を所定温度まで沸かし上げるために要する時間を制御装置１４にあらかじめ記憶させておいて、その値を用いてもよい。あるいは、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］は、ステップＳ３２で取得された室外空気の温度から蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］を推定し、推定された蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］に応じて設定してもよい（例えば、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が大きければ、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を短く設定し、蓄熱冷房同時運転による蓄熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］が小さければ、蓄熱単独運転の所要時間ｔ［ｈ］を長く設定してもよい）。冷房の予想開始時刻は、例えば過去の所定期間（例えば前日）に冷房が開始された時刻として特定される。

ステップＳ３８では、制御装置１４は、ステップＳ３６で設定された蓄熱単独運転の開始時刻になるまで待機する。

ステップＳ４０では、制御装置１４は、蓄熱単独運転を実行する。

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。給湯空調システム２では、所定期間において蓄熱冷房同時運転のみではタンク８への蓄熱量が不足するおそれがある場合に、冷房の予想開始時刻より前に、蓄熱単独運転を実行する。

図７に示すように、給湯空調システム２は、所定期間においてタンク８から消費する熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］を推定し、所定期間において蓄熱冷房同時運転によってタンク８へ蓄積する熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］を推定する制御装置１４（消費熱量推定手段および蓄積熱量推定手段）をさらに備えており、蓄熱冷房同時運転によってタンク８へ蓄積する熱量Ｑｈ［ｋｃａｌ］がタンク８から消費する熱量Ｑｒ［ｋｃａｌ］に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみではタンク８への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する。

あるいは、図１０に示すように、給湯空調システム２は、過去の冷房の履歴を記憶して、過去の冷房の履歴から所定期間における冷房時間長さを推定する制御装置１４（記憶手段および冷房時間長さ推定手段）をさらに備えており、推定される冷房時間長さが基準時間長さより短い場合に、蓄熱冷房同時運転のみではタンク８への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する。

あるいは、図１１に示すように、給湯空調システム２は、室外空気の温度を検出する外気温度サーミスタ２９（外気温度検出手段）をさらに備えており、室外空気の温度が基準外気温度に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみではタンク８への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する。

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

Claims (4)

1. 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、
   所定期間において蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがある場合に、冷房の予想開始時刻より前に、蓄熱単独運転を実行し、
   冷房の予想開始時刻より前に行う蓄熱単独運転の開始時刻が、冷房の予想開始時刻から、蓄熱単独運転の所要時間だけ遡った時刻に設定される、ヒートポンプシステム。
2. 所定期間において蓄熱槽から消費する熱量を推定する消費熱量推定手段と、
   所定期間において蓄熱冷房同時運転によって蓄熱槽へ蓄積する熱量を推定する蓄積熱量推定手段をさらに備えており、
   蓄積熱量推定手段で推定される熱量が、消費熱量推定手段で推定される熱量に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する、請求項１のヒートポンプシステム。
3. 過去の冷房の履歴を記憶する記憶手段と、
   過去の冷房の履歴から所定期間における冷房時間長さを推定する冷房時間長さ推定手段をさらに備えており、
   冷房時間長さ推定手段で推定される冷房時間長さが基準時間長さより短い場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する、請求項１のヒートポンプシステム。
4. 室外空気の温度を検出する外気温度検出手段をさらに備えており、
   室外空気の温度が基準外気温度に満たない場合に、蓄熱冷房同時運転のみでは蓄熱槽への蓄熱量が不足するおそれがあると判断する、請求項１のヒートポンプシステム。

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