JP7201496B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調システムに関するものである。

従来、コージェネレーションシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。このコージェネレーションシステムは、発電部からの排熱を回収して湯水加熱を行う湯水加熱部と、この湯水加熱部において加熱された湯水を貯留し、かつこの湯水を所定の出湯口または熱負荷に供給可能に設けられた貯湯タンクと、バーナおよび熱交換器を有する補助熱源機と、制御手段と、を備えている。

また従来、冷凍サイクルを構成するコンプレッサ及び膨張弁に加え、ボイラーなどの温水源を備える温水供給装置を備えた空気調和装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

この空気調和装置は、ドライ運転時には、コンプレッサからの冷媒を室外熱交換器に流して空冷し、空冷された冷媒は膨張弁および室内冷媒熱交換器を通ってコンプレッサに戻り、室内冷媒熱交換器には冷却された冷たい冷媒が流れる。室内機の前面中央部の前面開口から吸い込まれた空気は、室内冷媒熱交換器で冷却されて水分が除去される。

また、ドライ運転時には、温水供給装置からの温水が温水熱交換器を流れる。室内冷媒熱交換器で冷却されて水分が除去された空気は、温水熱交換器で温められて適温に戻されて、吹出口から吹き出す（特許文献２の段落［００２１］、［００２２］及び［００２６］等参照）。

特許文献１に記載されたコージェネレーションシステムにあっては、貯湯タンクの湯水は、熱負荷に供給可能となっている（特許文献１の請求項１参照）。この熱負荷として、特許文献２に記載されるような温水熱交換器を採用すると、コージェネレーションシステムに組み込まれた高効率の温水エアコンを構成することができる。

特開２０１４－２５６８１号公報 特開２００６－１３２８４６号公報

ところで、コージェネレーションシステムにあっては、貯湯タンクが満水となるか又は許容される上限値にまで上がると、湯水の生成を停止する。湯水の生成を停止させるには、発電部の動作を停止すると共に発電部からの排熱の回収を停止する。この場合、電力負荷において電力の需要があるときには、電力系統からの電力を利用することになる。

コージェネレーションシステムにおける発電部で生成した電力は、電力系統における電力よりも省エネ性が高く、生成コストも低い。このため、コージェネレーションシステムにあっては、できるだけ発電部における電力の生成を停止させないことが好ましい。この場合、発電部における電力の生成時に生じる排熱を湯水で回収して貯湯タンクに貯めていく。

しかしながら、貯湯タンクに貯まっている湯水の量が多いと貯める余地がなくなって発電部における発電が停止し、発電部で生成した電力の連続利用がしにくく、高い省エネ性の維持が困難になるものであった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みたものであって、発電部で生成した電力の連続利用がしやすく省エネ性が高い空調システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る空調システムは、ヒートポンプユニットと、貯湯ユニットと、湯水熱交換器と、制御部と、を備える。前記ヒートポンプユニットは、圧縮機と、室外側冷媒熱交換器と、膨張機構と、室内へ吹出す空気と熱交換する室内側冷媒熱交換器と、を有する。前記貯湯ユニットは、発電部と、前記発電部から排熱を回収した湯水が通流する湯水流路と、前記湯水流路に設けられる貯湯部と、前記貯湯部から前記湯水を出湯する出湯流路と、前記出湯流路より出湯される前記湯水の出湯量を調整する出湯量調整部と、前記湯水流路又は前記貯湯部に湯水を供給する湯水供給部と、を有する。前記湯水熱交換器は、前記出湯流路に設けられ、前記湯水が通流して室内へ吹出す空気と熱交換する。前記制御部は、前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットを制御する。

前記制御部は、前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットが動作して、前記室内側冷媒熱交換器及び前記湯水熱交換器と熱交換した空気が、室内へ吹出される運転が行われている場合に、貯湯利用促進運転を行う。前記貯湯利用促進運転は、前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、許容上限値まで増加した時、前記出湯量調整部を制御して、前記出湯量を増加させる運転である。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記室内側冷媒熱交換器及び前記湯水熱交換器と熱交換した空気が室内へ吹出される前記運転が、空気が前記室内側冷媒熱交換器により冷却され、かつ、前記湯水熱交換器により加熱される再熱除湿運転である。前記制御部は、前記再熱除湿運転が行われている場合に、前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、前記許容上限値よりも所定量小さい上限予備値まで増加した時、この時点での前記ヒートポンプユニットの運転状態を記憶する。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記空調システムは、前記室内へ吹出す空気の吹出し温度を検知する吹出し温度検知部を更に備える。前記制御部は、前記再熱除湿運転が行われている場合に、前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、前記許容上限値まで増加した時、記憶している前記ヒートポンプユニットの運転状態を基に、前記吹出し温度が所定範囲内に維持されるように前記ヒートポンプユニットを制御する。

また、請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記制御部は、前記貯湯利用促進運転が行われている場合に、前記室内へ吹出す空気の風量が所定範囲内に維持されるように制御する。

請求項１に係る発明にあっては、貯湯利用促進運転により出湯量が増加するため、貯湯量の増加が抑制されて貯湯量を減少させやすくなる。これにより、貯湯量が許容上限値以上となって発電部における発電が停止し、電力負荷において電力の利用が中断するのを抑制し、電力負荷における電力の連続利用が可能となる。また、発電部で生成した電力の利用により、省エネ性が高い。

請求項２に係る発明にあっては、貯湯利用促進運転前の運転状態を基にして貯湯利用促進運転を行うことができる。

請求項３に係る発明にあっては、貯湯利用促進運転において、吹出し温度が所定範囲内に維持される。

請求項４に係る発明にあっては、貯湯利用促進運転において、風量の変化により不快に感じることが抑制される。

図１は、第一実施形態に係る空調システムの全体を概略的に示す構成図である。 図２は、同上の空調システムの制御系を示すブロック図である。 図３は、第二実施形態に係る空調システムの運転例１の貯湯利用促進制御のフロー図である。 図４は、同上の空調システムにおける冷凍サイクルにおける成績係数と負荷との関係を示す図である。 図５は、同上の空調システムの運転例２の貯湯利用促進制御のフロー図である。

本開示は、空調システム（空気調和システム）に関し、更に詳しくは、ヒートポンプユニット及び貯湯ユニットを備えた空調システムに関するものである。以下、本開示に係る空調システムの第一実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。なお、本開示に係る空調システムの実施形態は、下記実施形態に限定されるものではなく、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

空調システムは、ヒートポンプユニットにより冷凍サイクルを成立させるのみならず、冷凍サイクルとは無関係な湯水を介して、室内へ吹出す空気に熱を付与することができる。図１に示すように、空調システム１は、ヒートポンプユニット２と、貯湯ユニット３と、湯水熱交換器４と、制御部１０（図２参照）と、を備える。第一実施形態の空調システム１は、コージェネレーションシステムに組み込まれたいわゆる温水エアコンであり、再熱除湿機能を有する。

ヒートポンプユニット２は、圧縮機２１と、室外側冷媒熱交換器２２と、膨張機構２３と、室内側冷媒熱交換器２４と、ヒートポンプ制御部２０（図２参照）と、を有する。ヒートポンプユニット２が動作することにより、冷凍サイクルが成立する。

ヒートポンプユニット２は、室外機２０１と室内機２０２とを有する。室外機２０１は、ケーシング（不図示）と、ケーシング内に収容される、圧縮機２１と、室外側冷媒熱交換器２２と、膨張機構２３と、四方弁２５と、送風装置２６等の機器を有する。

膨張機構２３は、キャピラリチューブや電子膨張弁等により構成される。膨張機構２３の流路の一端は、冷媒流路２７を介して室外側冷媒熱交換器２２の流路の一端に接続される。室外側冷媒熱交換器２２は、室外機２０１内の外気流路（不図示）の途中に配置される。室外機２０１のケーシングは、外気を吸込むための吸込み口（不図示）と、空気を吹出すための吹出し口（不図示）とを有し、吸込み口と吹出し口との間に外気流路が形成される。外気流路の途中には更に、送風装置２６としてのファンが配置される。

室外側冷媒熱交換器２２の流路の他端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第１のポート２５１に接続される。四方弁２５の第２のポート２５２は、冷媒流路２７を介して圧縮機２１の流路の一端に接続される。圧縮機２１の流路の他端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第３のポート２５３に接続される。膨張機構２３の流路の他端に接続される冷媒流路２７と、四方弁２５の第４のポート２５４に接続される冷媒流路２７とは、室外機２０１より導出され、室内機２０２に導入される。

室内機２０２は、ケーシング（不図示）と、ケーシング内に収容される、室内側冷媒熱交換器２４と、湯水熱交換器４と、送風装置２８等の機器を有する。ただし、湯水熱交換器４は、空調システム１を構成する要素であるが、ヒートポンプユニット２を構成する要素（すなわち冷凍サイクルを成立させるための要素）ではない。室内機２０２のケーシングは、室内の空気を吸込むための吸込み口（不図示）と、空気を吹出すための吹出し口（不図示）とを有し、吸込み口と吹出し口との間に室内流路（不図示）が形成される。室内流路の途中には、吸込み口側から吹出し口側にかけて、室内側冷媒熱交換器２４と、湯水熱交換器４と、送風装置２８としてのファンと、がこの順に配置される。

室内側冷媒熱交換器２４は、室内へ吹出す空気と熱交換する。更に説明すると、後述する冷房運転又は再熱除湿運転（ドライ運転）を行っている時に、室内側冷媒熱交換器２４は、室内流路を通流する空気を冷却する。また、後述するが、再熱除湿運転を行っている時に、湯水熱交換器４は、室内流路を通流する空気に熱を付与する。

室内側冷媒熱交換器２４の流路の一端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第４のポート２５４に接続される。室内側冷媒熱交換器２４の流路の他端は、冷媒流路２７を介して膨張機構２３の流路の他端に接続される。

四方弁２５は、第１のポート２５１と第２のポート２５２とが通じると共に第３のポート２５３と第４のポート２５４とが通じる状態と、第１のポート２５１と第３のポート２５３とが通じると共に第２のポート２５２と第４のポート２５４とが通じる状態のいずれかに任意に切り替えることができる。

ヒートポンプ制御部２０は、ヒートポンプユニット２を制御する。ヒートポンプ制御部２０は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、ヒートポンプユニット２を構成する要素の動作を制御する。ヒートポンプ制御部２０は、具体的には、圧縮機２１により搬送される冷媒の単位時間当たりの搬送量（ｌ／ｓ）、室外機２０１及び室内機２０２に配置された送風装置２６，２８による単位時間当たりの風量（ｍ^３／ｓ）、四方弁２５の切り替えを制御することができる。ヒートポンプ制御部２０は、室内機２０２に設けられるが、室外機２０１に設けられてもよく、設けられる場所は特に限定されない。

ヒートポンプユニット２は、第一実施形態では、吸込み温度検知部２０３（図２参照）を備えている。吸込み温度検知部２０３は、室内機２０２の室内流路の吸込み口近傍に配置されている。吸込み温度検知部２０３は、サーミスタにより構成されるが、サーミスタ以外にも各種の温度センサが適宜利用可能であり、特に限定されない。吸込み温度検知部２０３は、室内機２０２の室内流路に吸込まれる空気の吸込み温度Ｔｒ（℃）（すなわち室内温度）を検知する。吸込み温度検知部２０３により検知された吸込み温度Ｔｒ情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。

ヒートポンプユニット２は、第一実施形態では、外気温度検知部２０４（図２参照）を備えている。外気温度検知部２０４は、室外機２０１の外気流路の吸込み口近傍に配置されている。外気温度検知部２０４は、サーミスタにより構成されるが、サーミスタ以外にも各種の温度センサが適宜利用可能であり、特に限定されない。外気温度検知部２０４は、室外機２０１の外気流路に吸込まれる空気（外気）の外気温度Ｔｏ（℃）を検知する。外気温度検知部２０４により検知された外気温度Ｔｏ情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。

ヒートポンプユニット２は、第一実施形態では、吹出し温度検知部２０５（図２参照）を備えている。吹出し温度検知部２０５は、室内機２０２の室内流路の吹出し口近傍に配置されている。吹出し温度検知部２０５は、サーミスタにより構成されるが、サーミスタ以外にも各種の温度センサが適宜利用可能であり、特に限定されない。吹出し温度検知部２０５は、室内機２０２の室内流路を通流して吹出し口より吹出す空気の吹出し温度Ｔｓ（℃）を検知する。吹出し温度検知部２０５により検知された吹出し温度Ｔｓ情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。

ヒートポンプユニット２は、第一実施形態では、空調操作部２９（図２参照）を備えている。使用者は、空調操作部２９を操作して、室内目標温度Ｔａ（℃）と、室内機２０２の吹出し口から吹き出す風量ｑ（ｍ^３／ｓ）とを任意に設定することができる。空調操作部２９より入力された室内目標温度Ｔａと風量ｑの情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。

このヒートポンプユニット２により、冷凍サイクルによる冷房運転と暖房運転とが選択的に運転可能である。冷房運転では、ヒートポンプ制御部２０は、四方弁２５を、第１のポート２５１と第２のポート２５２とが通じると共に第３のポート２５３と第４のポート２５４とが通じる状態とする。これにより、圧縮機２１、室外側冷媒熱交換器２２（凝縮器）、膨張機構２３、室内側冷媒熱交換器２４（蒸発器）、圧縮機２１へと到る冷媒流路２７が形成され、冷房運転の冷凍サイクルが成立する。

冷房運転では、ヒートポンプ制御部２０は、吸込み温度Ｔｒが室内目標温度Ｔａとなるように制御する。室内目標温度Ｔａは、例えば２６℃等の一般的に快適となる温度である。ヒートポンプ制御部２０は、吸込み温度Ｔｒが室内目標温度Ｔａを含む所定の温度範囲に入るように、例えばフィードバック制御を行う。所定の温度範囲は、室内目標温度Ｔａ以上の温度である許容上限温度Ｔｕ（℃）と、許容下限温度Ｔｌ（℃）との間の温度範囲である。具体的には、ヒートポンプ制御部２０は、圧縮機２１が有するモータの単位時間当たりの回転数を調整して、冷媒の搬送量を制御する。また、ヒートポンプ制御部２０は、室内機２０２に配置された送風装置２８が有するモータの単位時間当たりの回転数を調整して、室内機２０２の吹出し口から吹き出す風量ｑを制御する。また、ヒートポンプ制御部２０は、室外機２０１に配置された送風装置２６が有するモータの単位時間当たりの回転数を調整して、室外機２０１の外気流路を通流する風量を制御する。

また、暖房運転では、四方弁２５を、第１のポート２５１と第３のポート２５３とが通じると共に第２のポート２５２と第４のポート２５４とが通じる状態とする。これにより、圧縮機２１、室内側冷媒熱交換器２４（凝縮器）、膨張機構２３、室外側冷媒熱交換器２２（蒸発器）、再び圧縮機２１へと到る冷媒流路２７が形成され、暖房運転が行われる。ヒートポンプ制御部２０は、冷房運転の場合と同じ要領で、吸込み温度Ｔｒが室内目標温度Ｔａとなるように制御する。このようなヒートポンプユニット２は、従来広く知られており、様々なものが適宜利用可能であって特に限定されない。また、ヒートポンプユニット２が適宜アキュミュレータ等の機器を有してもよい。

貯湯ユニット３は、湯水と、発電部３１と、湯水流路３２と、貯湯部３３と、出湯流路３４と、出湯量調整部３５と、湯水供給部３６と、貯湯制御部３０（図２参照）と、を有する。第一実施形態では、発電部３１からの排熱を回収する熱媒として湯水（水）が利用されるが、特に湯水でなくてもよく、他の液体や各種溶液であってもよく、限定されない。

発電部３１は、湯水を加熱する。第一実施形態では、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略してＰＥＦＣという）により、発電部３１が構成されている。燃料電池において発電に伴って発生する熱（排熱）が、熱交換器３１１を介して湯水に付与される。なお、発電部３１は、ＰＥＦＣに限定されず、他の種類の燃料電池であってもよいし、燃料電池以外であってもよい。例えば、発電部３１は、エンジンやガスタービンによりジェネレータを動作させる発電装置であってもよい。

湯水流路３２には、発電部３１から排熱を回収した湯水が通流する。湯水流路３２は、途中に、ポンプ等からなる搬送装置３２１と、流量調整弁３２２と、を有する。

貯湯部３３は、湯水流路３２に設けられる。貯湯部３３は、湯水流路３２を通流する湯水が貯められる。貯湯部３３は、第一実施形態では貯湯タンクにより構成されるが、貯湯タンクにより構成されないものであってもよく、限定されない。湯水流路３２及び貯湯部３３により、循環した湯水の流路が形成される。

出湯流路３４は、貯湯部３３から湯水を出湯するための流路である。出湯流路３４の上流端は、貯湯部３３の上部（上端部）に接続されている。出湯流路３４の途中には、湯水熱交換器４が設けられる。

湯水熱交換器４には、貯湯部３３から出湯した湯水が通流する。湯水熱交換器４は、室内へ吹出す空気と熱交換する。再熱除湿運転を行っている時に、湯水熱交換器４は、室内流路を通流する空気に熱を付与する。湯水熱交換器４を通流した湯水は、出湯流路３４へと出湯されて、出湯流路３４の下流端から排出される。

出湯量調整部３５は、貯湯部３３から出湯流路３４を介して出湯される湯水の量（出湯量Ｑｄ）を調整する。第一実施形態では、出湯量調整部３５は、流量調整弁からなり、貯湯部３３からの出湯の実行及び停止を切り替え可能であると共に、出湯量Ｑｄを調整可能である。

湯水供給部３６は、湯水流路３２又は貯湯部３３に湯水を供給する。第一実施形態では、湯水供給部３６は、給水管３６１及び給水管３６１に設けられる調整弁３６２により構成される。給水管３６１の上流端は、水道等の給水源（不図示）に接続されており、給水管３６１の下流端は、貯湯部３３の下部（下端部）に接続されている。湯水供給部３６は、貯湯部３３への給水の実行及び停止を切り替え可能であると共に、給水量Ｑｓを調整可能である。

なお、湯水供給部３６は、このような給水源に接続される給水管３６１及び調整弁３６２に限定されない。また、湯水供給部３６は、貯湯部３３に給水するのではなく、湯水流路３２に給水するものであってもよく、給水管３６１の下流端が貯湯部３３ではなく湯水流路３２に接続されていれば、湯水流路３２に給水することができる。

貯湯制御部３０は、貯湯ユニット３を構成する要素の動作を制御する。貯湯制御部３０は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、貯湯ユニット３の要素の動作を制御する。貯湯制御部３０は、発電部３１を制御して、発電部３１における単位時間当たりの発熱量を調整することができる。また、貯湯制御部３０は、湯水流路３２に設けられた搬送装置３２１及び流量調整弁３２２を制御して、湯水流路３２を通流する湯水の通流の実行及び停止、湯水の通流量を調整することができる。また、貯湯制御部３０は、出湯量調整部３５を制御して、出湯の実行及び停止と、出湯量Ｑｄとを調整することができる。また、貯湯制御部３０は、湯水供給部３６を制御して、貯湯部３３への給水の実行及び停止と、給水量Ｑｓとを調整することができる。

貯湯ユニット３は、第一実施形態では、貯湯操作部３７（図２参照）を備えている。使用者は、貯湯操作部３７を操作して、発電部３１の動作及び停止と発電量、湯水の出湯及び停止、出湯量Ｑｄ等の各種設定を行う。貯湯操作部３７より入力された情報は、貯湯制御部３０に受信される。

空調システム１は、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０との間で通信を行う通信装置（不図示）を更に備える。通信装置により、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とは、無線又は有線により相互に送受信を行うことができる。このような通信装置は、従来知られている様々なものが適宜利用可能であり、特に限定されない。

第一実施形態では、空調システム１の制御部１０は、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とにより構成される。すなわち、制御部１０は、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３を制御する。ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とが協働して、空調システム１の全体の制御部１０として機能する。なお、空調システム１が単一の制御部１０を備え、単一の制御部１０が空調システム１の全体を制御してもよい。

また、空調システム１は、図示しないが、湯水流路３２を通流する湯水に熱を付与するための補助熱源を備えてもよい。この場合、補助熱源は制御部１０に制御される。

次に、空調システム１の運転について説明する。

空調システム１は、再熱除湿運転（ドライ運転）が可能である。再熱除湿運転は、室内機２０２の吸込み口より吸込まれた吸込み温度Ｔｒの空気を、室内側冷媒熱交換器２４で冷却することにより、空気の潜熱を回収して除湿する。更に、室内側冷媒熱交換器２４を通過して温度Ｔｅ（℃）となった空気を、湯水熱交換器４で再加熱することにより吹出し温度Ｔｓ（℃）の空気として、室内機２０２の吹出し口より吹出す。吹出し温度Ｔｓは、吸込み温度Ｔｒと同じであることが好ましいが、吸込み温度Ｔｒと異なってもよい。

空調システム１は、貯湯利用促進運転を行うことが可能である。貯湯利用促進運転は、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３が動作して、室内側冷媒熱交換器２４及び湯水熱交換器４と熱交換した空気が、室内へ吹出される運転が行われている場合に、行われる。具体的には、上述した再熱除湿運転中に、所定の条件を満たすと、再熱除湿運転に加えて貯湯利用促進運転が行われる。

コージェネレーションシステムにおいては、貯湯部３３に貯められている湯水の量（貯湯量Ｑ）が貯湯部３３の容量の１００％となると、湯水をそれ以上貯めることができない。貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕにまで増加すると、制御部１０は、出湯量調整部３５を制御して、貯湯部３３からの出湯量Ｑｄを増加させる。許容上限値Ｑｕは、貯湯部３３の容量の１００％、９５％、９０％等、貯湯部３３の容量に対する所定の割合でもよいし、例えば１０リットル等の具体的な値であってもよく、設計上定められるもので、特に限定されない。

再熱除湿運転中に、制御部１０は、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕまで増加した時、出湯量調整部３５を制御して、出湯量Ｑｄを増加させる貯湯利用促進運転を行う。貯湯利用促進運転においては、制御部１０は、貯湯部３３への給水を抑制するか又は停止するように、湯水供給部３６を制御する。制御部１０は、搬送装置３２１及び流量調整弁３２２を制御して、湯水流路３２における湯水の通流を維持する。制御部１０は、発電部３１における電力の生成を維持するように制御する。これにより、電力負荷において、電力の利用が中断されることなく、電力負荷における電力の連続利用が可能となる。

出湯量Ｑｄの増加幅ΔＱｄは、制御部１０により演算されて算出される。具体的には、増加幅ΔＱｄは、発電部３１における発熱量、湯水流路３２を通流する湯水の流量、給水量Ｑｓ、貯湯部３３に貯められる湯水が有する熱量の減少量（設計上定める値）、湯水が有する熱量が前記減少量分減少させるのに要する時間（設計上定める値）等から算出される。なお、増加幅ΔＱｄの算出にあたっては、前記以外の諸量が用いられてもよい。また、増加幅ΔＱｄは、予め決められた値であってもよい。

貯湯利用促進運転により、出湯量Ｑｄが増加するため、貯湯量Ｑの増加が抑制され、貯湯量Ｑを減少させやすくなる。これにより、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上となりこれ以上湯水を貯湯部３３に貯められなくなって、発電部３１における動作を停止し、電力負荷における電力の利用ができなくなるのを抑制し、電力負荷における電力の連続利用が可能となる。また、発電部３１において生成した電力の利用は、電力系統の電力を利用よりも省エネ性が高く、生成コストも低い。

次に、第二実施形態の空調システムについて、図３～図５に基づいて説明する。第二実施形態の空調システムは、貯湯利用促進制御において第一実施形態の空調システムと若干異なる点があるが、その他の点（図１及び図２に示す構成を含む）については同じである。このため、第一実施形態と重複する説明は省略し、主に異なる部分について説明する。

第二実施形態においては、制御部１０は、再熱除湿運転が行われている場合に、貯湯量Ｑが、上限予備値Ｑｕ１まで増加した時、この時点でのヒートポンプユニット２の運転状態を記憶する点で、第一実施形態と異なる。上限予備値Ｑｕ１は、許容上限値Ｑｕよりも所定量小さい値であり、所定量は設計上定められるもので、特に限定されない。

以下、空調システム１の運転例１について説明する。図３に、運転例１の貯湯利用促進制御のフロー図を示す。運転例１では、更に制御部１０は、貯湯量が、許容上限値Ｑｕまで増加した時、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１まで増加した時に記憶したヒートポンプユニット２の運転状態を基に、吹出し温度Ｔｓが所定範囲内に維持されるようにヒートポンプユニット２を制御する。

使用者は、空調操作部２９を操作して、設定温度（室内目標温度Ｔａ）及び設定湿度を設定し、空調システム１による再熱除湿運転を開始する。制御部１０は、再熱除湿運転の開始と同時に、図３に示す貯湯利用促進制御を開始する。

ステップＳ１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上（Ｑ≧Ｑｕ１）であるか否かが判定される。ステップＳ１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上でないと判定された場合には、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上であると判定された場合には、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、この時点におけるヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の運転状態が、制御部１０が有する記憶部（不図示）に記憶される。記憶部は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等からなる不揮発性メモリであるが、特に限定されない。また、ヒートポンプユニット２の運転状態とは、吸込み温度Ｔｒ、吹出し温度Ｔｓ、圧縮機２１が有するモータの回転数、冷媒の搬送量といった各種諸量を含み、これらは各種センサ等により検知されて制御部１０に受信される。また、貯湯ユニット３の運転状態とは、発電部３１における発電量及び発熱量、湯水流路３２を通流する湯水の通流量、貯湯量Ｑ、出湯量Ｑｄといった各種諸量を含み、これらは各種センサ等により検知されて制御部１０に受信される。ステップＳ２の後、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上（Ｑ≧Ｑｕ）であるか否かが判定される。ステップＳ３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上でないと判定された場合には、ステップＳ３に戻る。ステップＳ３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上であると判定された場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、制御部１０は、貯湯利用促進運転を開始する。ステップＳ４の後、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、出湯量Ｑｄの増加幅ΔＱｄが、制御部１０により演算されて算出される。運転例１では、増加幅ΔＱｄは、発電部３１における発熱量、湯水流路３２を通流する湯水の流量、給水量Ｑｓ、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１まで減少した場合の熱量の減少量、この減少量分減少させるのに要する時間（設計上定める値）から、算出される。ステップＳ５の後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、出湯量Ｑｄを増加幅ΔＱｄ分増加させた状態で、運転を行う。ステップＳ６の後、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、一定時間が経過したか否かが判定され、一定時間が経過したと判定されない場合には、ステップＳ７に戻る。一定時間は、適宜設定されるもので、特に限定されない。ステップＳ７において、一定時間が経過したと判定された場合には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、この時点における吹出し温度Ｔｓを計測する。次に、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、ステップＳ８において計測された吹出し温度Ｔｓが、記憶部に記憶されている吹出し温度Ｔｓを基準とする所定範囲内にあるか否かが判定される。ステップＳ９において、ステップＳ８において計測された吹出し温度Ｔｓが、所定範囲内にあると判定されない場合には、ステップＳ１０に進む。なお、ステップＳ８において計測された吹出し温度Ｔｓが所定範囲内にない場合、出湯量Ｑｄの増加により湯水熱交換器４が空気に付与する熱の量が増加しているため、吹出し温度Ｔｓは所定範囲よりも大きくなっていることが殆どである。このため、吹出し温度Ｔｓは所定範囲よりも大きいとみなす。

ステップＳ１０において、制御部１０は、ヒートポンプユニット２を制御して、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力を一段階上げる。具体的には、冷媒流路２７を通流する冷媒の搬送量を上げる。ここで、冷媒の搬送量は、テーブル化されている。すなわち、冷媒の搬送量は、本来は連続的な値をとり得るものであるが、制御を行う上では、離散的な有限個の値に集約すると制御しやすい。運転例１においては、冷媒の搬送量を複数の離散的な値に集約したテーブルを作成し、このテーブル上の値に基づいて、制御を行っている。ステップＳ１０の後、ステップＳ７に戻る。

また、ステップＳ９において、ステップＳ８において計測された吹出し温度Ｔｓが、所定範囲内にあると判定された場合には、ステップＳ１１に進む。

ここで、図４に基づいて、ヒートポンプユニット２の負荷Ｗと冷凍サイクルにおける成績係数（Coefficient Of Performance、以下ＣＯＰとする）との関係について説明する。ヒートポンプユニット２においては、負荷Ｗと、ＣＯＰとの間に、図４に示す関係が存在する。ここで、Ｗｍｉｎ（Ｗ）は負荷Ｗの最小値であり、主に、圧縮機２１により搬送される冷媒の最小限界搬送量と、外気温度Ｔｏと、に基づいて定まる最小絞り負荷である。最小限界搬送量は、主に、圧縮機２１が有するモータの単位時間当たりの回転数の下限値により決まる。

また、Ｗｍａｘ（Ｗ）は負荷Ｗの最大値であり、主に、圧縮機２１により搬送される冷媒の最大限界搬送量と、外気温度Ｔｏと、に基づいて定まる。最大限界搬送量は、主に、圧縮機２１が有するモータの単位時間当たりの回転数の上限値により決まる。

なお、負荷Ｗ及びＣＯＰの具体的な値は、ヒートポンプユニット２毎に定まるため、具体的な値についての説明は省略する。

ＣＯＰが最大となる負荷ＷをＷｃｍａｘ（Ｗ）としたとき、上限をＷｃｍａｘ＋α１（Ｗ）とすると共に下限をＷｃｍａｘ－α２（Ｗ）とする範囲を、最適化負荷範囲Ｚ１とする。ここで、α１及びα２は、ＣＯＰ及びエネルギー効率等の観点から各種の許容範囲をどの位広くとるか等により、適宜決められる。

冷凍サイクルは、負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にある場合に行われると、ＣＯＰ及びエネルギー効率が高く好ましい。また、最適化負荷範囲Ｚ１外の負荷Ｗの範囲を非最適化負荷範囲Ｚ２とする。最適化負荷範囲Ｚ１のうち、負荷ＷがＷｃｍａｘ未満である領域を範囲Ｚ１１とし、負荷ＷがＷｃｍａｘ以上である領域を範囲Ｚ１２とする。また、非最適化負荷範囲Ｚ２のうち、負荷ＷがＷｃｍａｘ－α２未満である領域を範囲Ｚ２１とし、負荷ＷがＷｃｍａｘ＋α１以上である領域を範囲Ｚ２２とする。

図３に示すように、ステップＳ１１において、この時点での実際の負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にあるか否かが判定される。ステップＳ１１において、負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にあると判定されると、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、この時点でのヒートポンプユニット２の運転状態を維持して、貯湯利用促進運転においてヒートポンプユニット２を運転する。ステップＳ１２の後、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満（Ｑ＜Ｑｕ１）であるか否かが判定される。ステップＳ１３において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満でないと判定された場合には、ステップＳ１３に戻る。ステップＳ１３において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満であると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、制御部１０は、貯湯利用促進運転を終了する。ステップＳ１４の後、ステップＳ１に戻る。

また、ステップＳ１１において、負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にないと判定された場合には、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、負荷Ｗが、非最適化負荷範囲Ｚ２のうちの低い方の範囲Ｚ２１内にあるか否かが判定される。ステップＳ１５において、負荷Ｗが範囲Ｚ２１内にないと判定されると、負荷Ｗが高い方の範囲Ｚ２２内にあることになるが、この場合、負荷Ｗを下げなければ、負荷Ｗを最適化負荷範囲Ｚ１内にすることができない。しかしながら、負荷Ｗを下げると、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力が下がってしまい、吹出し温度Ｔｓがより一層大きくなってしまう。このため、ステップＳ１５において、負荷Ｗが範囲Ｚ２１内にないと判定されると、負荷Ｗを最適化負荷範囲Ｚ１内にするのを断念して、ステップＳ１２に進む。

また、ステップＳ１５において、負荷Ｗが範囲Ｚ２１内にあると判定されると、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、負荷ＷをＷｃｍａｘとして、ヒートポンプユニット２を運転する。負荷Ｗを上げると、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力が上がり、吹出し温度Ｔｓが下がって所定範囲内に収まりやすい。また、ヒートポンプユニット２の負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にある状態（特に、最善のＷｃｍａｘである状態）でヒートポンプユニット２を運転することができる。

なお、ステップＳ１６において、負荷ＷをＷｃｍａｘとするのに伴って、吹出し温度Ｔｓが所定範囲未満に下がる場合には、出湯量Ｑｄを更に増加させてもよい。ステップＳ１６の後、ステップＳ１３に進む。

運転例１においては、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕまで増加した時、貯湯利用促進運転が行われるため、出湯量Ｑｄが増加して貯湯量Ｑが減少しやすくなる。これにより、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上となりこれ以上湯水を貯湯部３３に貯められなくなって、発電部３１における動作を停止し、電力負荷における電力の利用ができなくなるのを抑制する。この結果、電力負荷における電力の連続利用が可能となる。また、発電部３１において生成した電力の利用は、電力系統の電力を利用よりも省エネ性が高く、生成コストも低い。

また、運転例１においては、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１まで増加した時に、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の運転状態を記憶する（ステップＳ２）。そして、記憶した運転状態を基に、吹出し温度Ｔｓが所定範囲内に維持されるようにヒートポンプユニット２を制御する（ステップＳ８～ステップＳ１０）。これにより、出湯量Ｑｄが増加して湯水熱交換器４が空気に付与する熱量が増加しても、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力が上がり、吹出し温度Ｔｓが所定範囲内に維持されやすくなる。

また、運転例１においては、風量ｑを維持したまま、再熱除湿運転における貯湯利用促進運転を行うことができ、風量ｑの変化により不快に感じることが抑制される。

以下、空調システム１の運転例２について説明する。図５に、運転例２の貯湯利用促進制御のフロー図を示す。運転例１は、風量ｑを維持したまま、再熱除湿運転における貯湯利用促進運転を行うものであった。これに対し、運転例２では、風量ｑを増加させて再熱除湿運転における貯湯利用促進運転を行う。

ステップＳ２１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上（Ｑ≧Ｑｕ１）であるか否かが判定される。ステップＳ２１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上でないと判定された場合には、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１以上であると判定された場合には、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、この時点におけるヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の運転状態が、制御部１０が有する記憶部に記憶される。ステップＳ２２の後、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上（Ｑ≧Ｑｕ）であるか否かが判定される。ステップＳ２３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上でないと判定された場合には、ステップＳ２３に戻る。ステップＳ２３において、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上であると判定された場合には、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４において、制御部１０は、貯湯利用促進運転を開始する。ステップＳ２４の後、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５において、制御部１０は、送風装置２８を制御して、室内機２０２の吹出し口から吹き出す風量ｑを一段階上げる。運転例２では、風量ｑがテーブル化されている。ステップＳ２５の後、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６において、出湯量Ｑｄの増加幅ΔＱｄが、制御部１０により演算されて算出される。ステップＳ２６の後、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７において、出湯量Ｑｄを増加幅ΔＱｄ分増加させた状態で、運転を行う。ステップＳ２７の後、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８において、一定時間が経過したか否かが判定され、一定時間が経過したと判定されない場合には、ステップＳ２８に戻る。一定時間は、適宜設定されるもので、特に限定されない。ステップＳ２８において、一定時間が経過したと判定された場合には、ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９において、この時点における吹出し温度Ｔｓを計測する。次に、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０において、ステップＳ２９において計測された吹出し温度Ｔｓが、記憶部に記憶されている吹出し温度Ｔｓを基準とする所定範囲内にあるか否かが判定される。ステップＳ３０において、ステップＳ２９において計測された吹出し温度Ｔｓが、所定範囲内にあると判定されない場合には、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１において、計測された吹出し温度Ｔｓが、所定範囲よりも大きいか否かが判定される。ステップＳ３１において、計測された吹出し温度Ｔｓが所定範囲よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２において、制御部１０は、ヒートポンプユニット２を制御して、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力を一段階上げる。ステップＳ３２の後、ステップＳ２８に戻る。

また、ステップＳ３１において、計測された吹出し温度Ｔｓが所定範囲よりも大きいと判定されなかった場合には、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３において、制御部１０は、出湯量Ｑｄを一段階上げる。運転例２では、出湯量Ｑｄがテーブル化されている。ステップＳ３３の後、ステップＳ２８に戻る。

また、ステップＳ３０において、ステップＳ２９において計測された吹出し温度Ｔｓが、所定範囲内にあると判定された場合には、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満（Ｑ＜Ｑｕ１）であるか否かが判定される。ステップＳ３４において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満でないと判定された場合には、ステップＳ３４に戻る。ステップＳ３４において、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１未満であると判定された場合には、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５において、制御部１０は、貯湯利用促進運転を終了する。ステップＳ３５の後、ステップＳ２１に戻る。

運転例２においては、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕまで増加した時、貯湯利用促進運転が行われるため、出湯量Ｑｄが増加して貯湯量Ｑが減少しやすくなる。これにより、貯湯量Ｑが許容上限値Ｑｕ以上となりこれ以上湯水を貯湯部３３に貯められなくなって、発電部３１における動作を停止し、電力負荷における電力の利用ができなくなるのを抑制する。この結果、電力負荷における電力の連続利用が可能となる。また、発電部３１において生成した電力の利用は、電力系統の電力を利用よりも省エネ性が高く、生成コストも低い。

また、運転例２においては、貯湯量Ｑが上限予備値Ｑｕ１まで増加した時に、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の運転状態を記憶する（ステップＳ２２）。そして、記憶した運転状態を基に、吹出し温度Ｔｓが所定範囲内に維持されるようにヒートポンプユニット２を制御する（ステップＳ２８～ステップＳ３０）。これにより、出湯量Ｑｄが増加して湯水熱交換器４が空気に付与する熱量が増加しても、室内側冷媒熱交換器２４における空気の冷却能力が下がり、吹出し温度Ｔｓが所定範囲内に維持されやすくなる。

また、運転例２においては、貯湯利用促進運転において風量ｑを変化させるため、風量ｑを変化させない場合と比較して吹出し温度Ｔｓを調整しやすい。

なお、吹出し温度Ｔｓ及び室内へ吹出す空気の風量ｑの所定範囲は、設計上適宜定められるものであり、特に限定されない。

１ 空調システム
１０ 制御部
２ ヒートポンプユニット
２１ 圧縮機
２２ 室外側冷媒熱交換器
２３ 膨張機構
２４ 室内側冷媒熱交換器
３ 貯湯ユニット
３１ 発電部
３２ 湯水流路
３３ 貯湯部
３４ 出湯流路
３５ 出湯量調整部
３６ 湯水供給部
４ 湯水熱交換器

Claims (4)

1. 圧縮機と、室外側冷媒熱交換器と、膨張機構と、室内へ吹出す空気と熱交換する室内側冷媒熱交換器と、を有するヒートポンプユニットと、
   発電部と、前記発電部から排熱を回収した湯水が通流する湯水流路と、前記湯水流路に設けられる貯湯部と、前記貯湯部から前記湯水を出湯する出湯流路と、前記出湯流路より出湯される前記湯水の出湯量を調整する出湯量調整部と、前記湯水流路又は前記貯湯部に湯水を供給する湯水供給部と、を有する貯湯ユニットと、
   前記出湯流路に設けられ、前記湯水が通流して室内へ吹出す空気と熱交換する湯水熱交換器と、
   前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットが動作して、前記室内側冷媒熱交換器及び前記湯水熱交換器と熱交換した空気が、室内へ吹出される運転が行われている場合に、
   前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、許容上限値まで増加した時、前記出湯量調整部を制御して、前記出湯量を増加させる貯湯利用促進運転を行う
   ことを特徴とする空調システム。
2. 前記室内側冷媒熱交換器及び前記湯水熱交換器と熱交換した空気が室内へ吹出される前記運転が、空気が前記室内側冷媒熱交換器により冷却され、かつ、前記湯水熱交換器により加熱される再熱除湿運転であり、
   前記制御部は、
   前記再熱除湿運転が行われている場合に、
   前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、前記許容上限値よりも所定量小さい上限予備値まで増加した時、この時点での前記ヒートポンプユニットの運転状態を記憶する
   ことを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記室内へ吹出す空気の吹出し温度を検知する吹出し温度検知部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記再熱除湿運転が行われている場合に、
   前記貯湯部に貯められる前記湯水の量が、前記許容上限値まで増加した時、記憶している前記ヒートポンプユニットの運転状態を基に、前記吹出し温度が所定範囲内に維持されるように前記ヒートポンプユニットを制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の空調システム。
4. 前記制御部は、
   前記貯湯利用促進運転が行われている場合に、
   前記室内へ吹出す空気の風量が所定範囲内に維持されるように制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の空調システム。

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