JP7274896B2 - 暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、暖房システムに関するものである。

従来、ヒートポンプ温水暖房システムが知られている（例えば特許文献１参照）。ヒートポンプ温水暖房システムは、暖房に使う熱媒水を生成するヒートポンプ加熱装置と、床暖房パネル等の暖房器具に温水を供給する給湯器等の被加熱装置とにより構成されている。第二の熱交換器、熱媒水配管、被加熱装置等により、熱媒水循環回路が形成されている。ヒートポンプ加熱装置は、ヒートポンプサイクルを構成することで、第二の熱交換器を循環する熱媒水に熱を供給する。（特許文献１の［００１８］［００２０］図１参照）。

特開２０１８－０６６５１５号公報

ところで、上述したヒートポンプ温水暖房システムにあっては、起動運転時、ヒートポンプ加熱装置における熱の生成の効率が低く、省エネ性が低いものであった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みたものであって、省エネ性が高い暖房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に係る暖房システムは、ヒートポンプユニットと、暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路と、熱媒熱交換器と、端末と、熱源ユニットと、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、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、を有する。前記熱媒熱交換器は、前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記凝縮器と熱交換した空気と前記暖房用熱媒とを熱交換させる。前記端末は、前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記暖房用熱媒を利用する。前記制御部は、前記ヒートポンプユニット及び前記熱源ユニットを制御する。前記熱源ユニットは、主熱媒を加熱する熱源部と、前記主熱媒が循環する主熱媒回路と、往き熱交換器と、戻り熱交換器と、流路切替手段と、を有する。前記往き熱交換器は、前記主熱媒回路に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記熱媒熱交換器から前記端末に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するためのものである。前記戻り熱交換器は、前記主熱媒回路に前記往き熱交換器と並列に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記端末から前記熱媒熱交換器に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するためのものである。前記流路切替手段は、前記主熱媒が前記往き熱交換器を通流する往き加熱流路と前記戻り熱交換器を通流する戻り加熱流路とを切り替え可能である。

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、前記制御部は、前記ヒートポンプユニットの起動運転時に、前記戻り加熱流路を構成するように前記流路切替手段を制御する。

請求項１に係る発明にあっては、ヒートポンプユニットの起動運転時に、熱源ユニットを動作させて、主熱媒を介して熱を熱媒熱交換器に付与することができる。これにより、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーが低下し、熱源ユニットの動作に要するエネルギーは増加するが、この増加分は、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーの低下分よりも低くてすむ。このため、ヒートポンプユニットの起動運転時における省エネ性が高い暖房システムとすることができる。

請求項２に係る発明にあっては、ヒートポンプユニットの起動運転時に、主熱媒が戻り熱交換器を通流することにより、戻り熱交換器で加熱されて高温となった暖房用熱媒が熱媒熱交換器に戻ることとなる。この結果、室内側冷媒熱交換器が空気を介して熱媒熱交換器を通流する暖房用熱媒に付与すべき熱量が低下するため、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーが低くてすむ。

図１は、一実施形態に係る暖房システムの全体を概略的に示す構成図である。 図２は、同上の暖房システムの制御系を示すブロック図である。 図３は、同上の暖房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４は、同上の実施形態に係る暖房システムの運転例１の全体制御のフロー図である。 図５は、同上の運転例１の起動運転のフロー図である。 図６は、同上の運転例１の冷凍サイクル最適設定制御のフロー図である。

本開示は、暖房システムに関し、更に詳しくは、ヒートポンプユニット及び熱源ユニットを備えた暖房システムに関するものである。以下、本開示に係る暖房システムの一実施形態について、図１～図６に基づいて説明する。なお、本開示に係る暖房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。

暖房システムは、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、熱源ユニットを用いて熱媒を加熱して、温水床暖房装置等の端末に熱媒を介して熱を付与する。

図１に示すように、暖房システム１は、ヒートポンプユニット２と、暖房ユニット４と、熱源ユニット（貯湯ユニット３）と、制御部１０（図２参照）と、を備える。

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、後述する熱媒熱交換器４１と、送風装置２８等の機器を有する。ただし、熱媒熱交換器４１は、暖房システム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、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空気流路（不図示）が形成される。空気流路の途中には、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、熱媒熱交換器４１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、本実施形態では、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、本実施形態では、暖房操作部２９（図２参照）を備えている。暖房操作部２９より入力された情報は、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。

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。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。

本実施形態では、熱源ユニットは貯湯ユニット３により構成される。貯湯ユニット３は、主熱媒と、熱源部３１と、主熱媒が循環する主熱媒回路３２と、を有する。更に、貯湯ユニット３は、貯湯部３３と、出湯流路３４と、主熱媒供給部３７と、貯湯制御部３０（図２参照）と、を有する。本実施形態では、主熱媒として湯水（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。なお、熱源ユニットは、貯湯ユニット３により構成されなくてもよく、少なくとも熱源部３１と主熱媒回路３２とを有していればよい。

熱源部３１は、主熱媒を加熱する。本実施形態では、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略してＰＥＦＣという）により、熱源部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を介して主熱媒に付与される。なお、熱源部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、熱源部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。

主熱媒回路３２には、熱源部３１から排熱を回収した主熱媒が通流する。主熱媒回路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、主熱媒回路３２に設けられる。貯湯部３３は、主熱媒回路３２を通流する主熱媒が貯められる。貯湯部３３は、本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。主熱媒回路３２及び貯湯部３３により、循環する主熱媒の一流路が形成される。

出湯流路３４は、貯湯部３３から主熱媒を搬出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には、出湯量調整部（不図示）が設けられる。出湯量調整部は、流量調整弁からなり、貯湯部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、出湯量を調整可能である。

主熱媒回路３２は、貯湯部３３と並列に接続される第一熱交換流路３５を有する。更に、主熱媒回路３２は、貯湯部３３及び第一熱交換流路３５と並列に接続される第二熱交換流路３６を有する。第一熱交換流路３５及び第二熱交換流路３６は、主熱媒回路３２の一部である。

主熱媒供給部３７は、主熱媒回路３２又は貯湯部３３に主熱媒を供給する。本実施形態では、主熱媒供給部３７は、給水管３７１及び給水管３７１に設けられる調整弁３７２により構成される。給水管３７１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３７１の下流端は、貯湯部３３の下部（下端部）に接続されている。主熱媒供給部３７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、給水量を調整可能である。

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、熱源部３１を制御して、熱源部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、主熱媒回路３２に設けられた搬送装置３２１、流量調整弁３２２を制御して、主熱媒回路３２（ただし貯湯部３３を通流する流路）を通流する主熱媒の通流の実行及び停止、主熱媒の通流量を調整することができる。また、貯湯制御部３０は、出湯量調整部を制御して、出湯の実行及び停止と、出湯量とを調整することができる。また、貯湯制御部３０は、主熱媒供給部３７を制御して、貯湯部３３への給水の実行及び停止と、給水量とを調整することができる。

貯湯ユニット３は、本実施形態では、貯湯操作部３８（図２参照）を備えている。使用者は、貯湯操作部３８を操作して、熱源部３１の動作及び停止と発電量、主熱媒の出湯及び停止、出湯量等の各種設定を行う。貯湯操作部３８より入力された情報は、貯湯制御部３０に受信される。

暖房システム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。

本実施形態では、暖房システム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（熱源ユニット）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、暖房システム１の全体の制御部１０として機能する。なお、暖房システム１が単一の制御部１０を備え、単一の制御部１０が暖房システム１の全体を制御してもよい。

暖房ユニット４は、暖房用熱媒と、暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路４０と、熱媒熱交換器４１と、端末４２と、を有する。本実施形態では、暖房用熱媒として湯水（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。

熱媒熱交換器４１は、暖房用熱媒回路４０に設けられる。熱媒熱交換器４１は、凝縮器（暖房運転時における室内側冷媒熱交換器２４）と熱交換した空気流路を通流する空気と、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒とを熱交換させる。更に説明すると、空気流路を通流する空気は、凝縮器である室内側冷媒熱交換器２４において加熱される。室内側冷媒熱交換器２４に加熱された空気は、熱媒熱交換器４１において暖房用熱媒に熱を付与する。すなわち、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒は、熱媒熱交換器４１において加熱される。

端末４２は、暖房用熱媒回路４０に設けられる。端末４２は、内部流路４２０を有する床暖房パネルであり、内部流路４２０に暖房用熱媒が通流する。

暖房用熱媒回路４０の途中には、ポンプ等からなる搬送装置４３と、流量調整弁４４とが設けられる。暖房用熱媒回路４０においては、搬送装置４３により、暖房用熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、流量調整弁４４により、暖房用熱媒の通流量が調整可能である。

主熱媒回路３２には、往き熱交換器５１が設けられる。本実施形態では、往き熱交換器５１は、主熱媒回路３２のうちの第一熱交換流路３５と、暖房用熱媒回路４０において暖房用熱媒が熱媒熱交換器４１から端末４２に向けて通流する流路と、の間に跨るように設けられる。往き熱交換器５１は、主熱媒が、暖房用熱媒回路４０を熱媒熱交換器４１から端末４２に向けて通流する暖房用熱媒と熱交換するためのものである。

主熱媒回路３２には、戻り熱交換器５２が設けられる。戻り熱交換器５２は、主熱媒回路３２において、往き熱交換器５１と並列に設けられる。本実施形態では、戻り熱交換器５２は、主熱媒回路３２のうちの第二熱交換流路３６と、暖房用熱媒回路４０において暖房用熱媒が端末４２から熱媒熱交換器４１に向けて通流する流路と、の間に跨るように設けられる。戻り熱交換器５２は、主熱媒が、暖房用熱媒回路４０を端末４２から熱媒熱交換器４１に向けて通流する暖房用熱媒と熱交換するためのものである。

暖房システム１は、流路切替手段６を有する。流路切替手段６は、主熱媒が往き熱交換器５１を通流する往き加熱流路と、戻り熱交換器５２を通流する戻り加熱流路と、を切り替え可能とするものである。往き加熱流路は、主熱媒回路３２のうちの熱交換器３１１を含む部分と第一熱交換流路３５とからなり、途中に熱交換器３１１と往き熱交換器５１とを有する主熱媒の回路である。また、戻り加熱流路は、主熱媒回路３２のうちの熱交換器３１１を含む部分と第二熱交換流路３６とからなり、途中に熱交換器３１１と戻り熱交換器５２とを有する主熱媒の回路である。

本実施形態では、流路切替手段６は、第一ダンパ６１と、第二ダンパ６２とにより構成される。第一ダンパ６１は、第一熱交換流路３５の往き熱交換器５１の上流側の部分及び下流側の部分に設けられる。第一ダンパ６１により、往き熱交換器５１を通流する主熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、往き熱交換器５１を通流する主熱媒の通流量が調整可能である。

また、第二ダンパ６２は、第二熱交換流路３６の戻り熱交換器５２の上流側の部分及び下流側の部分に設けられる。第二ダンパ６２により、戻り熱交換器５２を通流する主熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、戻り熱交換器５２を通流する主熱媒の通流量が調整可能である。

流路切替手段６は、第一ダンパ６１を開とすると共に第二ダンパ６２を閉とすることにより、往き加熱流路を構成することができる。また、流路切替手段６は、第一ダンパ６１を閉とすると共に第二ダンパ６２を開とすることにより、戻り加熱流路を構成することができる。また、第一ダンパ６１を開とすると共に第二ダンパ６２を開とすることにより、往き加熱流路及び戻り加熱流路を構成することができる。このとき、第一ダンパ６１の開度と第二ダンパ６２の開度を適宜調整することにより、第一熱交換流路３５を通流する通流量と第二熱交換流路３６を通流する通流量とを適宜調整することができる。

次に、ヒートポンプユニット２の特性について説明する。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）との間には、図３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。

また、ヒートポンプユニット２にあっては、暖房運転の起動時の省エネ性が低い。そこで、暖房運転を行うにあたり、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、ヒートポンプユニット２のみ動作させるのではなく、熱源ユニット（貯湯ユニット３）を動作させる運転を行う。具体的には、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、制御部１０は、貯湯ユニット３を動作させ、戻り加熱流路を構成するように流路切替手段６を制御する。

ヒートポンプユニット２の起動運転時に、必要な熱需要をヒートポンプユニット２のみの運転で賄おうとすると、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが膨大となり、省エネ性が低い。

本実施形態においては、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を動作させて、主熱媒回路３２を通流する主熱媒を介して、熱を熱媒熱交換器４１に付与している。これにより、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが低下すると共に、ヒートポンプユニット２における熱需要を賄う能力（熱供給能力）が低下する。ヒートポンプユニット２における熱供給能力の低下分は、貯湯ユニット３により賄われるが、これに伴って貯湯ユニット３の動作に要するエネルギーは、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーの低下分よりも低くてすむ。このため、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を併せて動作させると、省エネ性が高い。

具体的には、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、戻り加熱流路が構成されて、主熱媒が戻り熱交換器５２を通流する。これにより、戻り熱交換器５２で加熱されて高温となった暖房用熱媒が熱媒熱交換器４１に戻ることとなり、室内側冷媒熱交換器２４が空気を介して熱媒熱交換器４１を通流する暖房用熱媒に付与すべき熱量が低下するため、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが低くてすむ。

以下、暖房システム１の運転例１について説明する。図４に、運転例１の全体制御のフロー図を示す。

使用者は、暖房操作部２９を操作して、設定温度（室内目標温度）を設定し、暖房システム１による運転を開始する。なお、使用者が暖房操作部２９を操作する前は、ヒートポンプユニット２は停止しているものとする。

ステップＳ１において、ヒートポンプユニット２の起動運転を開始する。次に、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、一定時間が経過したか否かが判定され、一定時間が経過していないと判定された場合には、ステップＳ２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Ｓ２において、一定時間が経過していると判定された場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、ヒートポンプユニット２の起動運転を終了する。次に、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、ヒートポンプユニット２の定常運転を開始する。ヒートポンプユニット２の定常運転では、使用者が暖房操作部２９を操作して設定した設定温度を基に、制御部１０が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。運転例１では、設定温度を例えば９段階にテーブル化し、テーブル化した各段階の設定温度にそれぞれ対応するように、室内側冷媒熱交換器２４及び往き熱交換器５１で暖房用熱媒に付与すべき熱量を例えば９段階にテーブル化している。なお、テーブル化するにあたっての段階数は限定されない。

例えば、設定温度１６℃未満の場合はメモリ１、設定温度１６℃以上１８℃未満の場合はメモリ２、設定温度１８℃以上２０℃未満の場合はメモリ３、設定温度２０℃以上２２℃未満の場合はメモリ４、設定温度２２℃以上２４℃未満の場合はメモリ５、設定温度２４℃以上２６℃未満の場合はメモリ６、設定温度２６℃以上２８℃未満の場合はメモリ７、設定温度２８℃以上３０℃未満の場合はメモリ８、設定温度３０℃以上の場合はメモリ９、というようにテーブル化している。次に、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にあるか否かが判定される。ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にあると判定された場合には、ステップＳ６に進む。運転例１では、メモリ１～４に対応する範囲（すなわち設定温度が２２℃未満の場合）が、第一定常運転をすべき温度範囲である。

ステップＳ６において、第一定常運転が開始される。第一定常運転は、ヒートポンプユニット２が動作せず、貯湯ユニット３のみ動作する運転である。第一定常運転では、熱源部３１の排熱を回収した例えば４０℃程の主熱媒が、往き熱交換器５１で暖房用熱媒に熱を付与する。暖房用熱媒へ付与する熱量は、デューティ制御により制御する。運転例１では、メモリ１（設定温度１６℃未満）の場合には、暖房用熱媒を端末４２への通流時間が５分間で、暖房用熱媒の端末４２への通流の停止時間が１５分間、というサイクルを繰り返す。メモリ２（設定温度１６℃以上１８℃未満）の場合には通流時間が１０分間で停止時間が１０分間、メモリ３（設定温度１８℃以上２０℃未満）の場合には通流時間が１５分間で停止時間が５分間、メモリ４（設定温度２０℃以上２２℃未満）の場合には通流時間が２０分間で停止時間が０分間、というサイクルを繰り返す。次に、ステップＳ８に進む。

また、ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、第二定常運転が開始される。第二定常運転は、設定温度が、メモリ５～９に対応する範囲（すなわち設定温度が２２℃以上）である場合に、実行される。第二定常運転は、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の両方が動作する運転である。第二定常運転においても、暖房用熱媒へ付与する熱量は、デューティ制御により制御する。次に、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、暖房操作部２９が操作されて、設定温度が変更されたか否かが判定される。ステップＳ８において、設定温度が変更されたと判定された場合には、ステップＳ５に戻る。ステップＳ８において、設定温度が変更されたと判定されない場合には、ステップＳ８に戻る。

また、暖房操作部２９が操作されて、暖房運転の停止が入力されると、制御部１０は、暖房運転を停止する。

次に、ステップＳ１におけるヒートポンプユニット２の起動運転について説明する。図５に、運転例１のヒートポンプユニット２の起動運転のフロー図を示す。

ステップＳ１１において、制御部１０は、第一ダンパ６１を閉とすると共に、第二ダンパ６２を開とし、戻り加熱流路を構成する。次に、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、暖房用熱媒回路４０における戻り熱交換器５２に入る暖房用熱媒の温度Ｔｉｎを計測する。なお、温度Ｔｉｎは、センサ等により計測されて、制御部１０に受信される。次に、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、第二熱交換流路３６を通流する主熱媒の通流量ｑｗが最大値ｑｗｍａｘである場合に、主熱媒が戻り熱交換器５２において放出する熱量Ｑｗｍａｘを算出する。熱量Ｑｗｍａｘは、制御部１０が、通流量ｑｗｍａｘ、熱源部３１での発熱量等の諸量を基に算出する。次に、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、暖房用熱媒回路４０における戻り熱交換器５２から出る暖房用熱媒の温度Ｔｏｕｔを算出する。ここで、（戻り熱交換器５２において暖房用熱媒に付与される熱量）／（戻り熱交換器５２において主熱媒が放出する熱量）を熱交換比率ｋｗとする。また、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒の通流量をｑとする。温度Ｔｏｕｔは、
Ｔｏｕｔ＝ｋｗ・Ｑｗｍａｘ／ｑ＋Ｔｉｎ ・・・（式１）
より算出される。次に、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、暖房用熱媒回路４０における熱媒熱交換器４１から出て端末４２に向かって通流する暖房用熱媒の温度をＴｉｓｖとするために必要な、ヒートポンプユニット２が熱媒熱交換器４１において放出する熱量Ｑｒｓｖを算出する。ここで、（熱媒熱交換器４１において暖房用熱媒に付与される熱量）／（熱媒熱交換器４１においてヒートポンプユニット２が放出する熱量）を熱交換比率ｋｒとする。熱量Ｑｒｓｖは、
Ｑｒｓｖ＝ｑ／ｋｒ・（Ｔｉｓｖ－Ｔｏｕｔ） ・・・（式２）
より算出される。次に、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、熱媒熱交換器４１において熱量Ｑｒｓｖを放出するために必要なヒートポンプユニット２における負荷Ｗｓｖを算出する。なお、負荷Ｗｓｖは、式に数値を代入して演算して算出してもよいし、予め負荷Ｗｓｖ及び諸量がテーブル化されていて、テーブル上で諸量を当てはめて、対応する負荷Ｗｓｖを選択してもよい。次に、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７において、冷凍サイクル最適設定制御を行う。冷凍サイクル最適設定制御について図６に基づいて説明する。

ステップＳ２１において、負荷Ｗｓｖが、ＣＯＰが最大となるＷｃｍａｘ（図３参照）未満か否かが判定される。ステップＳ２１において、ＷｓｖがＷｃｍａｘ未満でないと判定された場合には、冷凍サイクル最適設定制御を終了して、ステップＳ１８（図５参照）に戻る。ステップＳ２１において、ＷｓｖがＷｃｍａｘ未満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、負荷ＷｓｖをＷｃｍａｘにまで上昇させる。次に、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、負荷Ｗｓｖに対応する、ヒートポンプユニット２が熱媒熱交換器４１において放出する熱量Ｑｒを算出する。次に、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４において、（式２）のＱｒｓｖに、ステップＳ２３において算出した熱量Ｑｒを代入して、（式２）を満たすＴｏｕｔとしてＴｏｕｔｍａｘを算出する。次に、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５において、（式１）のＴｏｕｔにＴｏｕｔｍａｘを代入して、（式１）を満たすＱｗｍａｘとしてＱｗ′を算出する。次に、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６において、算出したＱｗ′に対応するように、通流量ｑｗをｑｗｍａｘからｑｗ′に変更する。次に、冷凍サイクル最適設定制御を終了して、ステップＳ１８（図５参照）に戻る。

ステップＳ１８において、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３を動作させる。次に、ステップＳ２（図４参照）に進む。

運転例１においては、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を最大限動作させて、主熱媒回路３２を通流する主熱媒を介して、熱を熱媒熱交換器４１に付与するため、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが最小限ですむ。これにより、ヒートポンプユニット２は、省エネ性の低い起動運転時に、動作に要するエネルギーが最小限ですむため、省エネ性が高くなる。

また、冷凍サイクル最適設定制御を行うことにより、ＣＯＰが最大となるＷｃｍａｘによりヒートポンプユニット２を運転することができ、省エネ性がより一層向上する。なお、冷凍サイクル最適設定制御は任意であり、行われなくてもよい。

１ 暖房システム
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（蒸発器）
２３ 膨張機構
２４ 室内側冷媒熱交換器（凝縮器）
３ 貯湯ユニット（熱源ユニット）
３１ 熱源部
３２ 主熱媒回路
４０ 暖房用熱媒回路
４１ 熱媒熱交換器
４２ 端末
５１ 往き熱交換器
５２ 戻り熱交換器
６ 流路切替手段

Claims (1)

1. 圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、を有するヒートポンプユニットと、
   暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路と、
   前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記凝縮器と熱交換した空気と前記暖房用熱媒とを熱交換させる熱媒熱交換器と、
   前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記暖房用熱媒を利用する端末と、
   熱源ユニットと、
   前記ヒートポンプユニット及び前記熱源ユニットを制御する制御部と、を備え、
   前記熱源ユニットは、
   主熱媒を加熱する熱源部と、
   前記主熱媒が循環する主熱媒回路と、
   前記主熱媒回路に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記熱媒熱交換器から前記端末に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するための往き熱交換器と、
   前記主熱媒回路に前記往き熱交換器と並列に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記端末から前記熱媒熱交換器に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するための戻り熱交換器と、
   前記主熱媒が前記往き熱交換器を通流する往き加熱流路と前記戻り熱交換器を通流する戻り加熱流路とを切り替え可能な流路切替手段と、を有し、
   前記制御部は、
   前記ヒートポンプユニットの起動運転時に、前記戻り加熱流路を構成するように前記流路切替手段を制御する
   ことを特徴とする暖房システム。

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