上記特許文献1に記載のヒートポンプ給湯機では、バーナ加熱式熱交換器やヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒を給湯に使用することが記載されているが、暖房端末に供給することについては記載されていない。また、バーナ加熱式熱交換器やヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒を給湯に使用するために、熱媒を貯留させる大きな貯湯タンクを設けているので、装置の大型化及びコストアップを招くものとなっていた。さらに下記するように、省エネ性においても改善の余地があった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、暖房端末への熱媒の供給が可能で、装置の小型化及びコストの低減を図り、省エネ性の向上を図りながら暖房端末に熱媒を供給することができる熱媒供給装置を提供する点にある。
この目的を達成するために、本発明に係る熱媒供給装置の特徴構成は、暖房加熱部にて加熱された熱媒を暖房端末に供給する暖房回路を備え、前記暖房回路には、前記暖房加熱部として、バーナの燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ装置の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器とが並列状態で設けられ、前記バーナ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在な切換手段が備えられている点にある。
本特徴構成によれば、切換手段により装置の運転状態をバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との間で切換可能であるため、例えば、暖房負荷等の各種条件がヒートポンプ装置のCOP(成績係数)が高くなる領域では、切換手段をヒートポンプ加熱状態に切り換えて運転することができる。逆に、暖房負荷等の各種条件がヒートポンプ装置のCOPが低くなる領域では、切換手段をバーナ加熱状態に切り換えて運転することができる。これにより、バーナの燃焼により熱媒を加熱するだけでなく、COP(成績係数)が高くなる領域でのみヒートポンプ装置を運転させてヒートポンプ装置の媒体により熱媒を加熱して暖房端末に供給することができる。また、バーナ加熱式熱交換器又はヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒を暖房端末に供給するに当たり、暖房回路では、単に、バーナ加熱式熱交換器及びヒートポンプ加熱式熱交換器から暖房端末に熱媒を導く流路を設けるだけでよい。これにより、熱媒を貯留する貯湯タンクを設けなくても、バーナ加熱式熱交換器又はヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒をそのまま直接暖房端末に供給することができる。しかも、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器とが並列状態であるので、切換手段をバーナ加熱状態に切り換えると、ヒートポンプ加熱式熱交換器には熱媒が供給されず、逆に、切換手段をヒートポンプ加熱状態に切り換えると、バーナ加熱式熱交換器には熱媒が供給されない。これにより、熱媒が加熱されない熱交換器へ通流されることによる放熱を防止することができる。
以上のことから、貯湯タンクを設けなくてもよく、装置の小型化及びコストの低減を図ることができ、COP(成績係数)が高くなる領域でのみヒートポンプ装置の媒体にて熱媒を加熱し、しかも、放熱をも防止しながら、熱媒を暖房端末に供給することができ、省エネ性の向上を図ることができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記バーナ加熱式熱交換器と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を並列状態で設ける前記暖房回路は、前記暖房端末からの熱媒を前記バーナ加熱式熱交換器を経由して前記暖房端末に戻す第1流路と、前記第1流路において熱媒の通流方向の前記バーナ加熱式熱交換器よりも上流側から分岐して前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を経由して熱媒の通流方向の前記バーナ加熱式熱交換器よりも下流側に合流する第2流路と、前記暖房端末からの熱媒を前記第1流路にて前記バーナ加熱式熱交換器に供給するか又は前記バーナ加熱式熱交換器を経由しない前記第1流路と前記第2流路にて前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に供給するかを切り換える切換弁とから構成されている点にある。ここで、第1流路と第2流路は、択一的に暖房回路に接続されるので、いかなる流路の選択を行っても、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器とが直列となることはない。
本特徴構成によれば、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器を並列状態で設ける暖房回路を第1流路と第2流路と切換弁から構成することができるので、暖房回路をシンプルで簡易な回路として、回路構成の簡素化を図ることができる。そして、暖房端末からの熱媒を第1流路にてバーナ加熱式熱交換器に供給するか又はバーナ加熱式熱交換器を経由しない第1流路と第2流路にてヒートポンプ加熱式熱交換器に供給するかを切換弁によって切り換えることで、他の流路を介さずに、第1流路だけ又はバーナ加熱式熱交換器を経由しない第1流路と第2流路に熱媒を通流させて、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を適切に行うことができる。このように、第1流路と第2流路と切換弁を備えることで、流路や弁の数を極力少なくしながら、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とに切換自在な暖房回路を適切に構成することができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る熱媒供給装置の特徴構成は、暖房加熱部にて加熱された熱媒を暖房端末に供給する暖房回路を備え、前記暖房回路には、前記暖房加熱部として、バーナの燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ装置の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器とが直列状態で設けられ、前記バーナ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在な切換手段が備えられている点にある。
上述の特徴構成と同様に、暖房加熱部にて加熱された熱媒を暖房端末に供給する暖房回路を備え、切換手段をバーナ加熱状態及びヒートポンプ加熱状態の何れかに切り換えて運転を行うことができるので、貯湯タンクを設けなくてもよく、装置の小型化及びコストの低減を図ることができ、COP(成績係数)が高くなる領域でのみヒートポンプ装置の媒体にて熱媒を加熱して、熱媒を暖房端末に供給することができる。また、本特徴構成によれば、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器とが直列状態で設けられているので、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器とを並列状態で設けるものと比べて、いずれかの熱交換器のみに熱媒を供給するための切換弁も不要となり、構成の簡素化及びコストの低減を一層図ることができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記バーナ加熱式熱交換器と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を直列状態で設ける前記暖房回路は、前記暖房端末からの熱媒を前記バーナ加熱式熱交換器及び前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を経由して前記暖房端末に戻す第3流路から構成されている点にある。ここで、第3流路は、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器が直列に備えられた流路であるので、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器が並列となることはない。
本特徴構成によれば、バーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ加熱式熱交換器を直列状態で設ける暖房回路を第3流路から構成することができ、シンプルで簡易な回路として、回路構成の簡素化を図ることができる。そして、切換手段は、ヒートポンプ装置を運転させるか否か、及び、バーナを燃焼するか否かを制御することで、他の流路を介さずに、第3流路に熱媒を通流させるだけで、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を適切に行うことができる。このように、第3流路を備えることで、流路や弁の数を極力少なくしながら、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とに切換自在な暖房回路を適切に構成することができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記切換手段は、前記暖房端末にて要求されている暖房負荷に対して、前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換える点にある。
本特徴構成によれば、切換手段が、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とで1次エネルギー消費量が小さい方に切り換えて運転することができるので、熱媒を加熱するために必要となる1次エネルギー消費量をより小さく抑えることができ、省エネ性の向上を効果的に図ることができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記切換手段は、前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を時間経過に伴って繰り返し求め、その求めた1次エネルギー消費量に所定のヒステリシスを設けて、前記1次エネルギー消費量が小さい方を選択する点にある。この手法は、同じく1次エネルギー消費量に基づいて、切換手段による切換を行うに、切換操作によるハンチング等の問題が起きるのを防止するための構成である。ここで、1次エネルギー消費量に所定のヒステリシスを設けて1次エネルギー消費量が小さい方を選択するとは、例えば、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうちの一方側に切り換えているときにその一方側から他方側へ切り換える場合に、1次エネルギー消費量を切換閾値とするのではなく、1次エネルギー消費量よりも所定の値(ヒステリシス)だけ小さい値を切換閾値として、一方側から他方側への切換を行うことを意味する。
本特徴構成によれば、切換手段は、暖房負荷に対してバーナ加熱状態に切り換えた場合とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量を求める動作を時間経過に伴って繰り返し行い、その1次エネルギー消費量の小さい方を選択して切り換える。そして、1次エネルギー消費量に所定のヒステリシスが設けられているので、バーナ加熱状態からヒートポンプ加熱状態への切り換え、及び、ヒートポンプ加熱状態からバーナ加熱状態への切り換えが頻繁に行われるのを防止しながら、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切り換えを適切に行うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記暖房端末に熱媒を供給する運転において、複数種の運転モードが実行可能であり、前記運転モード毎に前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を求めておき、前記運転モード毎に前記バーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱状態とのうち前記1次エネルギー消費量が小さい方が設定されている点にある。
本特徴構成によれば、例えば、暖房端末にて要求されている熱媒の温度が異なるときに、複数の熱媒の温度の夫々について1つの運転モードを割り当てることにより複数種の運転モードを備えて、暖房端末にて要求されている熱媒の温度によって異なる運転モードを実行可能とすることができる。このときに、運転モード毎に、1次エネルギー消費量が求められており、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち、求められた1次エネルギー消費量が小さい方が設定されているので、どの運転モードを実行するかによりバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのどちらに切り換えるかを予め定めておくことができる。よって、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を容易に且つ的確に行うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路、前記暖房加熱部にて加熱された熱媒により浴槽の湯水を加熱して前記浴槽に供給する追焚回路、及び、前記暖房加熱部にて加熱された熱媒を前記暖房端末よりも高温の熱媒が要求される高温暖房端末に供給する高温暖房回路の少なくとも1つを備えている点にある。
本特徴構成によれば、追焚回路における浴槽の湯水、及び、高温暖房回路における熱媒を加熱する加熱手段を、暖房回路における暖房加熱部にて兼用することができるので、様々な用途に対応でき、構成の簡素化及びコストの低減を図ることができる。そして、例えば、追焚回路や高温暖房回路では、暖房加熱部にて加熱される熱媒の温度として高温のものが要求されるが、切換手段をバーナ加熱状態に切り換えることにより、その要求に応えることができ、浴槽の湯水の追焚や高温暖房端末への熱媒の供給を適切に行うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路と、前記暖房回路の熱媒で前記給湯回路の前記給湯加熱部に給水される水を加熱する給水加熱熱交換器とを備えている点にある。
暖房回路の熱媒は、バーナ加熱式熱交換器又はヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱されて暖房端末に循環供給されるので、暖房端末への循環供給中も、暖房端末への循環供給が停止した後も、暖房回路の熱媒の温度は、給湯回路において給湯加熱部に給水される水よりも高温となっている。そこで、本特徴構成によれば、暖房回路の熱媒で給湯回路の給湯加熱部に給水される水を加熱する給水加熱熱交換器を備えることで、給水加熱熱交換器において熱媒にて給湯加熱部に給水される水を加熱することができる。これにより、暖房回路の熱媒が有する熱を給湯に有効に利用することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記給水加熱熱交換器を通過した水の温度が給湯設定温度以上であると、前記給水加熱熱交換器を通過した水を前記給湯加熱部をバイパスして給湯する第1バイパス手段が備えられている点にある。
上述の如く、給水加熱熱交換器を備えることで、暖房回路の熱媒にて給湯加熱部に給水される水を加熱することができるので、その給水加熱熱交換器における加熱だけで給湯として要求されている給湯設定温度以上まで給湯加熱部に給水される水を加熱できる場合もある。そこで、本特徴構成によれば、給水加熱熱交換器を通過した水の温度が給湯設定温度以上である場合には、第1バイパス手段が給水加熱熱交換器を通過した水を給湯加熱部をバイパスして給湯するので、給湯加熱部を通過することによる放熱を防止しながら、給湯設定温度の湯水を適切に給湯することができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記暖房回路において前記暖房端末に供給される熱媒の温度が設定温度以下になると、前記給湯回路の水を前記給水加熱熱交換器をバイパスして前記給湯加熱部に供給する第2バイパス手段が備えられている点にある。
上述の如く、給水加熱熱交換器を備えることで、暖房回路の熱媒にて給湯加熱部に給水される水を加熱することができるので、暖房と給湯を同時に行う場合には、暖房加熱部にて加熱された熱媒が有する熱の一部を給湯回路の水の加熱に用いながら、残りの一部の熱を暖房端末に供給することになる。したがって、残りの一部の熱を暖房端末に供給するだけでは、暖房端末に供給される熱媒の温度が暖房端末にて要求されている設定温度以下となって暖房端末の熱負荷を賄うことができない可能性もある。そこで、本特徴構成によれば、暖房回路において暖房端末に供給される熱媒の温度が設定温度以下になると、第2バイパス手段が、給湯回路の水を給水加熱熱交換器をバイパスして給湯加熱部に供給することで、暖房加熱部にて加熱された熱媒が有する熱の一部を給湯回路の水の加熱に用いるのを停止して、暖房加熱部にて加熱された熱媒が有する熱の全部を暖房端末に供給することができる。したがって、暖房端末に供給される熱媒の温度が暖房端末にて要求されている設定温度よりも高くすることができ、暖房端末の熱負荷を適切に賄うことができるとともに、給湯についても給湯加熱部にて水を加熱して給湯設定温度の湯水を給湯して給湯負荷を適切に賄うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記暖房回路には、熱媒を貯留してその熱媒の放熱を防止する断熱構造を有する膨張タンクが備えられ、給湯負荷が発生する前に、前記切換手段を前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えて、前記暖房回路の熱媒を前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱する事前加熱運転を実行可能な運転制御手段が備えられている点にある。
本特徴構成によれば、運転制御手段が事前加熱運転を行うことで、膨張タンクから取り出された熱媒がヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱され、その加熱された熱媒が膨張タンクに戻るので、ヒートポンプ装置にて外気等から取得した熱が膨張タンクに蓄熱される。そして、事前加熱運転では、ヒートポンプ加熱式熱交換器において、例えば、40〜45℃程度に熱媒を加熱することで、COP(成績係数)が高い高効率な状態でヒートポンプ装置を運転させることができる。このように、運転制御手段が事前加熱運転を行うことで、膨張タンクに熱が蓄熱されるが、本特徴構成では、この膨張タンクに断熱構造を採用しており、膨張タンクに蓄熱された熱が放熱されるのを適切に防止できる。膨張タンクに蓄熱された熱は、暖房端末に供給できることは勿論、上述の如く、給水加熱熱交換器を備えていることから、給湯回路の水を加熱するために用いることができる。したがって、運転制御手段が事前加熱運転を行うことで、給湯負荷が発生する前に膨張タンクに予め蓄熱しておくことができ、給湯負荷が発生したときには、給水加熱熱交換器にて暖房回路の熱媒にて給湯回路の水を加熱して、予め膨張タンクに蓄熱しておいた熱を有効に活用しながら、給湯を行うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記ヒートポンプ加熱式熱交換器と前記給水加熱熱交換器が、前記ヒートポンプ装置の媒体と前記暖房回路の熱媒と前記給湯回路の水との間で熱交換自在な一体式の三流体熱交換器にて構成されている点にある。
本特徴構成によれば、ヒートポンプ加熱式熱交換器と給水加熱熱交換器を一体式の三流体熱交換器とするので、2つの熱交換器を1つの熱交換器にまとめたコンパクトなものとすることができる。しかも、三流体熱交換器は、ヒートポンプ装置の媒体と暖房回路の熱媒と給湯回路の水との間で熱交換自在であるので、媒体と熱媒とを熱交換させるヒートポンプ加熱式熱交換器と、熱媒と水とを熱交換させる給水加熱熱交換器とを兼用するだけでなく、媒体と水とを熱交換させる熱交換器をも兼用することができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路と、前記ヒートポンプ装置の媒体により前記給湯回路の前記給湯加熱部に給水される水を加熱する給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器が備えられ、前記ヒートポンプ装置の運転を制御するヒートポンプ制御手段は、給湯負荷が発生している間は、前記ヒートポンプ装置を運転させる点にある。
本特徴構成によれば、ヒートポンプ制御手段が、給湯負荷が発生している間は、ヒートポンプ装置を運転させるので、給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器においてヒートポンプ装置の媒体にて給湯加熱部に給水される水を加熱することができる。そして、給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器において、例えば、給湯加熱部に給水される水を40〜45℃程度に加熱することで、COP(成績係数)が高い高効率な状態でヒートポンプ装置を運転させることができる。したがって、高効率な状態でヒートポンプ装置を運転させることができながら、そのヒートポンプ装置にて外気等から取得した熱を利用して給湯を行うことができる。また、上述の如く、ヒートポンプ装置の媒体と暖房回路の熱媒と給湯回路の水との間で熱交換自在な一体式の三流体熱交換器を設けると、ヒートポンプ加熱式熱交換器と給水加熱熱交換器と給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器を三流体熱交換器にて兼用することができる。
本発明に係る熱媒供給装置の更なる特徴構成は、前記暖房加熱部にて加熱された熱媒により浴槽の湯水を加熱して前記浴槽に供給する追焚回路を備え、前記切換手段は、追焚負荷が発生している間は、前記ヒートポンプ加熱状態に切換自在に構成されている点にある。
本特徴構成によれば、切換手段は、追焚負荷が発生している間は、ヒートポンプ加熱状態に切換自在であるので、追焚回路では、ヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒により浴槽の湯水を加熱し、その湯水を浴槽に供給して浴槽の湯水の追焚を行うことができる。そして、ヒートポンプ加熱式熱交換器において、例えば、熱媒を40〜45℃程度に加熱することで、COP(成績係数)が高い高効率な状態でヒートポンプ装置を運転させることができる。したがって、高効率な状態でヒートポンプ装置を運転させることができながら、そのヒートポンプ装置にて外気等から取得した熱を利用して追焚を行うことができる。
本発明に係る熱媒供給装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
この熱媒供給装置1は、図1に示すように、一般家庭用の水道管に接続された給水路2からの水を給湯加熱部3にて加熱してその加熱された湯水を給湯栓4等が接続された給湯路5に供給する給湯回路6と、暖房端末8からの熱媒を暖房加熱部7にて加熱してその加熱された熱媒を暖房端末8に供給する暖房回路9と、暖房加熱部7にて加熱された熱媒により浴槽10の湯水をふろ熱交換器11にて加熱してその加熱された湯水を浴槽10に供給する追焚回路12とを備えている。暖房端末8として、高温の熱媒(例えば80℃の熱媒)が要求される高温暖房端末8a(例えば浴室乾燥装置)とその高温暖房端末8aよりも低温の熱媒(例えば40〜75℃の熱媒)が要求される低温暖房端末8b(例えば床暖房パネル)とが備えられている。
給湯回路6における給湯加熱部3は、給湯バーナ13の燃焼により給水路2からの水を加熱するように構成されている。そして、給湯加熱部3は、給湯バーナ13の燃焼ガスの潜熱により水を加熱する潜熱用給湯熱交換器3aと、給湯バーナ13の燃焼ガスの顕熱により水を加熱する顕熱用給湯熱交換器3bとから構成されている。
暖房回路9における暖房加熱部7として、暖房バーナ14の燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器15と、ヒートポンプ装置16の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器17とが設けられている。
給湯バーナ13及び暖房バーナ14の夫々には、一般家庭用の燃料ガスを供給するガス供給路18が分岐して接続されている。ガス供給路18には、分岐部位よりも上流側に燃料ガスの供給断続する断続弁19が設けられ、給湯バーナ13及び暖房バーナ14の夫々に対応して分岐された部位に燃料ガス供給量を調整するガス比例弁20が設けられている。また、給湯バーナ13及び暖房バーナ14の夫々には、燃焼用空気を供給する燃焼用ファンFも各別に設けられており、図示は省略するが、給湯バーナ13及び暖房バーナ14の夫々の近くには、給湯バーナ13及び暖房バーナ14の夫々に対する点火動作を実行する点火用のイグナイタ及び着火されたか否かを検出するフレームロッド等も各別に設けられている。
給湯回路6における給湯加熱部3には、給水路2及び給湯路5が接続されており、給水路2には、給水量を検出する水量センサ24と給水温度を検出する給水サーミスタ25とが設けられている。給水路2と給湯路5とに接続された給湯バイパス路26が設けられ、この給湯バイパス路26によって、給水路2の水を給湯加熱部3をバイパスして給湯路5に供給可能としている。給水路2と給湯バイパス路26との接続箇所には、給湯加熱部3に供給する水量と給湯バイパス路26を通流させる水量との比率を調整自在なバイパス弁27が設けられている。給湯路5には、上流側から順に、給湯加熱部3の出口温度を検出する出口温サーミスタ28と、給湯路5から供給される水量を調整自在な水量調整弁29と、バイパス路26から供給される水が混合した後の湯水の温度を検出する出湯サーミスタ30とが設けられている。
暖房回路9におけるバーナ加熱式熱交換器15は、暖房バーナ14の燃焼ガスの潜熱により熱媒を加熱する潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aと、暖房バーナ14の燃焼ガスの顕熱により熱媒を加熱する顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bとから構成されている。潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aの入口側には、高温暖房端末8a及び低温暖房端末8bから熱媒を戻す熱媒戻り路31が接続され、出口側には潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aにて加熱後の熱媒を顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給する第1熱媒路32が接続されている。第1熱媒路32には、熱媒を貯留する膨張タンク33と、熱媒を循環させる熱媒循環ポンプ34とが設けられている。顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bの出口側には第2熱媒路35が接続され、この第2熱媒路35によって、顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bにて加熱後の熱媒が第1熱媒路32の膨張タンク33の設置箇所よりも上流側部位に供給される。これにより、潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aにて加熱された熱媒と顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bにて加熱された熱媒とが合流されて、膨張タンク33及び熱媒循環ポンプ34に供給される。
第1熱媒路32において熱媒循環ポンプ34の設置箇所よりも下流側部位には、熱媒を低温暖房端末8bに供給する低温往き路36が分岐接続されている。これにより、熱媒循環ポンプ34からの熱媒の一部が低温暖房端末8bに供給され、残りの一部が顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給される。第2熱媒路35には、熱媒の温度を検出する熱媒サーミスタ37が設けられており、この熱媒サーミスタ37よりも下流側部位には、熱媒を高温暖房端末8aに供給する高温往き路38が分岐接続されている。これにより、顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bからの熱媒の一部が高温暖房端末8aに供給され、残りの一部が膨張タンク33に供給される。
熱媒戻り路31と第1熱媒路32において第2熱媒路35の合流箇所よりも上流側部位とに第1熱媒バイパス路39が接続されており、この第1熱媒バイパス路39によって、高温暖房端末8a及び低温暖房端末8bからの熱媒を潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aをバイパスして膨張タンク33に供給可能としている。そして、熱媒戻り路31と第1熱媒バイパス路39との接続箇所には、高温暖房端末8a及び低温暖房端末8bからの熱媒を、そのまま熱媒戻り路31にて潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aに供給するか、又は、第1熱媒バイパス路39にて潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aをバイパスするかを切換自在な第1熱媒切換弁40が設けられている。
第1熱媒路32において熱媒循環ポンプ34の設置箇所よりも下流側部位と第2熱媒路35において熱媒サーミスタ37の設置箇所よりも上流側部位とに第2熱媒バイパス路41が接続されており、この第2熱媒バイパス路41には、ヒートポンプ装置16の媒体と熱媒とを熱交換させて媒体にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器17が配置されている。これにより、第2熱媒バイパス路41によって、熱媒循環ポンプ34からの熱媒を顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給せずにヒートポンプ加熱式熱交換器17に供給可能としている。そして、第1熱媒路32と第2熱媒バイパス路41との接続箇所には、熱媒循環ポンプ34からの熱媒を、そのまま第1熱媒路32にて顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給するか、又は、第2熱媒バイパス路41にてヒートポンプ加熱式熱交換器17に供給するかを切換自在な第2熱媒切換弁42が設けられている。
このようにして、暖房回路9において、バーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17とが並列状態に設けられており、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることで、バーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱式熱交換器17にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在に構成されている。そして、バーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17を並列状態で設ける暖房回路9は、暖房端末8からの熱媒をバーナ加熱式熱交換器15を経由して暖房端末8に戻す第1流路と、第1流路において熱媒の通流方向のバーナ加熱式熱交換器15よりも上流側から分岐してヒートポンプ加熱式熱交換器17を経由して熱媒の通流方向のバーナ加熱式熱交換器15よりも下流側に合流する第2流路と、暖房端末8からの熱媒を第1流路にてバーナ加熱式熱交換器15に供給するか又は第2流路にてヒートポンプ加熱式熱交換器17に供給するかを切り換える切換弁とから構成されている。ここで、第1流路は、熱媒戻り路31と第1熱媒路32と第2熱媒路35と低温往き路36から構成されており、第2流路は、熱媒戻り路31と第1熱媒バイパス路39と第1熱媒路32と第2熱媒バイパス路41と第2熱媒路35と低温往き路36から構成され、切換弁は、第1熱媒切換弁40と第2熱媒切換弁42から構成されている。
ヒートポンプ装置16は、圧縮機21、凝縮器としてのヒートポンプ加熱式熱交換器17、膨張弁22、蒸発器23の順に媒体を循環させる媒体回路Rを備えた圧縮式ヒートポンプ装置にて構成されている。ヒートポンプ装置16は、圧縮機21を作動させることで、ヒートポンプ加熱式熱交換器17に圧縮機21からの高温高圧の媒体が供給され、その媒体にて第2熱媒バイパス路41を通流する熱媒を加熱するように構成されている。
第2熱媒路35において熱媒サーミスタ37の設置箇所よりも下流側部位と、熱媒戻り路31において第1熱媒切換弁40の設置箇所よりも上流側部位とに第3熱媒バイパス路43が接続されている。第3熱媒バイパス路43には、ふろ熱交換器11、ふろ熱動弁44が順に設けられている。ふろ熱交換器11は、第3熱媒バイパス路43の熱媒にてふろ循環路45の湯水を加熱する液々熱交換器にて構成されている。
ふろ熱交換器11には、加熱後の湯水を浴槽10に供給するふろ往き路46と浴槽10から湯水を供給するふろ戻り路47とが接続され、ふろ往き路46とふろ戻り路47とからふろ循環路45が構成されている。ふろ戻り路47には、上流側から順に、圧力を検出することによって浴槽10内の水位を検出する水位センサ48と、ふろ循環ポンプ49と、水流スイッチ50と、浴槽内の湯水の温度を検出するふろサーミスタ51とが設けられている。給湯路5から分岐してふろ戻り路47に接続された湯張り路52には、上流側から順に、湯張り弁53、空気層形成用ホッパ54、湯張り逆止弁55が設けられている。空気層形成用ホッパ54には、図示は省略するが、湯水を排水する排水路とその排水路を開閉する排水弁とが設けられている。
熱媒供給装置1の運転を制御するコンピュータを備えた運転制御手段56が設けられており、この運転制御手段56は、熱媒供給装置1の運転を指令する人為操作式の熱媒供給装置用リモコン(図示は省略する)との間で各種の情報を通信可能に構成されている。熱媒供給装置用リモコンは、例えば、台所や浴室等の夫々に設けられており、給湯設定温度や湯張り設定温度等を設定可能であるとともに、各種スイッチのON操作により各種運転の運転要求を要求可能に構成されている。また、運転制御手段56は、暖房端末8の運転を指令する人為操作式の高温暖房端末用リモコン及び低温暖房端末用リモコン(図示は省略する)との間で各種の情報を通信可能に構成されている。高温暖房端末用リモコンは、高温暖房端末8aに対して設けられており、低温暖房端末用リモコンは、低温暖房端末8bに対して設けられている。
運転制御手段56は、熱媒供給装置用リモコンの運転スイッチがON操作されると制御可能な状態となり、給湯栓4が開操作されると給湯栓4から湯水を給湯する給湯運転を実行する。そして、運転制御手段56は、熱媒供給装置用リモコンの湯張りスイッチがON操作されてふろ湯張り要求が要求されると湯張り運転を実行し、追焚スイッチがON操作されてふろ追焚要求が要求されると追焚運転を実行する。また、運転制御手段56は、高温暖房端末用リモコンの暖房運転スイッチがON操作されて高温暖房端末8aから運転要求が要求されると高温暖房運転を実行し、低温暖房端末用リモコンの暖房運転スイッチがON操作されて低温暖房端末8bから運転要求が要求されると低温暖房運転を実行する。
〔給湯運転〕
運転制御手段56は、給湯栓4を開いて水量センサ24による検出水量が所定量以上になり給湯要求が要求されていると判別すると、給湯バーナ13を燃焼させて給湯加熱部3にて水を加熱させる給湯加熱作動を行う。つまり、運転制御手段56は、燃焼用ファンFの駆動を開始させた後、断続弁19を開弁し、ガス比例弁20の開度を調整してイグナイタにより給湯バーナ13に点火する。そして、運転制御手段56は、熱媒供給装置用リモコンでの給湯設定温度、給水サーミスタ25による検出水温、水量センサ24による検出水量等に基づいて、給湯温度を給湯設定温度とするための給湯バーナ13の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
運転制御手段56は、水量センサ24にて通水が検出されなくなると、ガス比例弁20及び断続弁19を閉弁させて燃料供給を停止して給湯バーナ13の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて給湯運転を終了する。
〔湯張り運転〕
運転制御手段56は、湯張りスイッチがON操作されてふろ湯張り要求が要求されると、湯張り弁53を開弁して通水を開始させ、出湯サーミスタ30の検出温度が湯張り用の目標温度になるように、給湯バーナ13を燃焼させて給湯加熱部3にて湯水を加熱させる給湯加熱作動を行う。そして、運転制御手段56は、水位センサ48にて検出される浴槽10の水位が設定水位に達すると、湯張り弁53を閉じて、給湯バーナ13の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて給湯加熱作動を停止して湯張り運転を終了する。
以下、追焚運転、高温暖房運転及び低温暖房運転について説明するが、本発明に係る熱媒供給装置1では、先にも説明したように、暖房回路9に、暖房バーナ14の燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器15と、ヒートポンプ装置16の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器17とが備えられ、バーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17とが並列状態に設けられている。そして、運転制御手段56が、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることで、バーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態(図1中太線参照)とヒートポンプ加熱式熱交換器17にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態(図2中太線参照)とに切換自在に構成されている。運転制御手段56、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42により切換手段が構成されている。そこで、本発明に係る熱媒供給装置1では、追焚運転、高温暖房運転及び低温暖房運転の夫々において、バーナ加熱状態及びヒートポンプ加熱状態の何れかに切り換えて運転を行うように構成されている。
〔追焚運転〕
この追焚運転では、運転制御手段56が、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換える。
運転制御手段56は、追焚スイッチがON操作されてふろ追焚要求が要求されると、ふろ循環ポンプ49を作動させて、浴槽10内の湯水をふろ戻り路47及びふろ往き路46を通して循環させる。そのときに水流スイッチ50によりそのことが検出されると、運転制御手段56は、ふろ熱動弁44を開弁させて熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換えて、暖房バーナ14を燃焼させてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱させる暖房バーナ加熱作動を行う。運転制御手段56は、暖房バーナ加熱作動として、燃焼用ファンFの駆動を開始させた後、断続弁19を開弁し、ガス比例弁20の開度を調整してイグナイタにより暖房バーナ14に点火する。そして、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(例えば80℃)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度(例えば80℃)とするための暖房バーナ14の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
運転制御手段56がふろ熱動弁44を開弁することで、図1中点線矢印にて示すように(図1は低温暖房端末8bへの熱の供給状態を示すが、バーナ側の動きは同様である)、顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bにて加熱された熱媒を第3熱媒バイパス路43を通してふろ熱交換器11に供給している。そして、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42がバーナ加熱状態に切り換えられているので、ふろ熱交換器11を通過した熱媒は、熱媒戻り路31を通して潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aに供給されて加熱される。潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aにて加熱された熱媒は、第1熱媒路32を通して膨張タンク33、熱媒循環ポンプ34を通過したのち、顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給されて加熱される。このようにして、バーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱しながら、その加熱された熱媒をふろ熱交換器11に循環供給している。一方、ふろ循環ポンプ49の作動によりふろ循環路45を通してふろ熱交換器11に浴槽10の湯水が供給されており、ふろ熱交換器11において熱媒により浴槽10の湯水を加熱し、ふろ熱交換器11にて加熱された浴槽10の湯水をふろ往き路46にて浴槽10に供給している。このようにして、運転制御手段56は、バーナ加熱状態に切り換えて、バーナ加熱式熱交換器15にて加熱された熱媒により浴槽10の湯水を加熱して追焚を行っている。
運転制御手段56は、ふろサーミスタ51の検出温度が追焚設定温度に達すると、ふろ循環ポンプ49及び熱媒循環ポンプ34を停止させるとともに、暖房バーナ14の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて暖房バーナ加熱作動を停止して、追焚運転を終了する。
〔高温暖房運転〕
この高温暖房運転でも、運転制御手段56が、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換える。
運転制御手段56は、高温暖房端末8aから運転要求が要求されると、熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、上述の追焚運転と同様に、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換えて、暖房バーナ14を燃焼させてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱させる暖房バーナ加熱作動を行う。ここで、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(例えば80℃)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度(例えば80℃)とするための暖房バーナ14の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
そして、運転制御手段56は、高温暖房端末8aから運転要求が要求されていると、高温往き路38に備えられた熱媒断続弁(図示省略)を開弁させている。第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42がバーナ加熱状態に切り換えられているので、高温暖房端末8aからの熱媒は、熱媒戻り路31を通して潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aに供給されて加熱される。潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aにて加熱された熱媒は、第1熱媒路32を通して膨張タンク33、熱媒循環ポンプ34を通過したのち、顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給されて加熱される。顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bにて加熱された熱媒は、第2熱媒路35及び高温往き路38を通して高温暖房端末8aに供給される。このようにして、暖房回路9が、暖房加熱部7にて加熱された高温の熱媒を高温暖房端末8aに供給しており、高温暖房回路を兼用するように構成されている。
運転制御手段56は、高温暖房端末8aからの運転要求が終了すると、熱媒循環ポンプ34を停止させるとともに、暖房バーナ14の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて暖房バーナ加熱作動を停止して、高温暖房運転を終了する。
〔低温暖房運転〕
この低温暖房運転では、図1及び図2に示すように、運転制御手段56が、状況に応じて、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうちの何れかに切り換える。運転制御手段56は、低温暖房端末8bにて要求される温度に応じて複数の運転モードが実行可能に構成されており、例えば、運転制御手段56がどの運転モードを実行するかの選択については、低温暖房端末8bにて要求されている熱媒の温度等に応じて選択するように構成されている。複数種の運転モードとして、図3に示すように、例えば、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度をホットダッシュ用設定温度(例えば75℃)とするホットダッシュ運転モード、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度を高温用設定温度(例えば60℃)とする高温運転モード、及び、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度を低温用設定温度(例えば40℃)とする低温運転モードを実行可能に構成されている。
そこで、運転制御手段56は、運転モード毎に、バーナ加熱状態に切り換えた場合の1次エネルギー消費量とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合の1次エネルギー消費量とを求めておき、その求めた1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換えるように設定されている。
例えば、図3に示すように、低温暖房運転として、ホットダッシュ運転モードをホットダッシュ用設定時間(例えば30分)行った後、高温運転モードを高温用設定時間(例えば1.5時間)行い、その後、低温運転モードを低温用設定時間(例えば5.0時間)行う場合について、以下、詳細に説明する。
運転モード毎の暖房負荷は、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度及び運転時間等から求めることができ、図4に示すように、例えば、ホットダッシュ運転モードでの暖房負荷が2.9kWhとなり、高温運転モードでの暖房負荷が3.6kWhとなり、低温運転モードでの暖房負荷が6.5kWhとなる。このようにして、運転モード毎の暖房負荷を求めておく。
そして、バーナ加熱状態に切り換えた場合の1次エネルギー消費量の求め方については、運転モード毎の暖房負荷(kWh)をCOP(成績係数)にて除算することにより、その暖房負荷を賄うためのガス需要(kWh)を求める。ここで、COPは、バーナ加熱状態に切り換えてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱したときのCOPを用いる。そして、その求めたガス需要(kWh)に3.6を乗算することにより1次エネルギー消費量(MJ)に換算して、バーナ加熱状態に切り換えた場合に運転モード毎に1次エネルギー消費量(MJ)を求めることができる。
また、ヒートポンプ加熱状態に切り換える場合の1次エネルギー消費量の求め方については、運転モード毎の暖房負荷をCOPにて除算することにより、その暖房負荷を賄うための電気需要(kWh)を求める。ここで、COPは、ヒートポンプ加熱状態に切り換えたヒートポンプ加熱式熱交換器17にて熱媒を加熱したときのCOPを用いる。そして、その求めた電気需要(kWh)を0.369で除算するとともに、3.6を乗算することにより1次エネルギー消費量(MJ)に換算して、ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合に運転モード毎に1次エネルギー消費量(MJ)を求めることができる。
運転モード毎にバーナ加熱状態に切り換えた場合の1次エネルギー消費量(MJ)とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合の1次エネルギー消費量(MJ)を求めることができるので、運転モード毎に1次エネルギー量が小さい方を選択して設定しておく。ホットダッシュ運転モード(例えば暖房負荷が2.9kWh)では、ヒートポンプ加熱で供給できる温水温度の上限が60℃であり、75℃の温水を供給できないので、バーナ加熱状態に切り換えるように設定しておく。また、高温運転モード(例えば暖房負荷が3.6kWh)では、バーナ加熱状態の1次エネルギー消費量(14.4MJ)がヒートポンプ加熱状態の1次エネルギー消費量(24.4MJ)よりも小さいので、バーナ加熱状態に切り換えるように設定しておく。さらに、低温運転モード(例えば暖房負荷が6.5kWh)では、ヒートポンプ加熱状態の1次エネルギー消費量(15.6MJ)がバーナ加熱状態の1次エネルギー消費量(26.3MJ)よりも小さいので、ヒートポンプ加熱状態に切り換えるように設定しておく。
このようにして、運転制御手段56が、どの運転モードを実行するかによってバーナ加熱状態に切り換えるかヒートポンプ加熱状態に切り換えるかを予め選択して設定しておくことができるので、運転モードを選択するだけで、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を行うことができる。よって、運転制御手段56は、低温暖房端末8bから運転要求が要求されると、熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、運転モードを選択することによりバーナ加熱状態又はヒートポンプ加熱状態に切り換える。例えば、ホットダッシュ運転モード及び高温運転モードを行うときにはバーナ加熱状態に切り換え、低温運転モードを行うときにはヒートポンプ加熱状態に切り換える。この構成を採用することにより、熱媒を加熱するのに要する1次エネルギー消費量を小さく抑えて熱媒を低温暖房端末8bに供給することができる省エネ性に優れた熱媒供給装置を実現できている。
バーナ加熱状態に切り換えた場合には、運転制御手段56が、上述の高温暖房運転と同様に、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換えており、暖房バーナ14を燃焼させてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱させる暖房バーナ加熱作動を行う。ここで、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(低温暖房端末8bにて要求される熱媒の温度に応じて設定される)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度とするための暖房バーナ14の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
そして、運転制御手段56は、低温暖房端末8bから運転要求が要求されていると、低温往き路36に備えられた熱媒断続弁(図示省略)を開弁させている。図1中太線にて示すように、低温暖房端末8bからの熱媒は、熱媒戻り路31を通して潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aに供給されて加熱される。潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aにて加熱された熱媒は、第1熱媒路32を通して膨張タンク33、熱媒循環ポンプ34を通過したのち、一部が低温往き路36を通して低温暖房端末8bに供給され、残りの一部が顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bに供給されて加熱される。顕熱用バーナ加熱式熱交換器15bにて加熱された熱媒は、第2熱媒路35を通して膨張タンク33に供給される。
ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合には、運転制御手段56が、ヒートポンプ装置16を運転させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでヒートポンプ加熱状態に切り換えている。ここで、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(低温暖房端末8bにて要求されている熱媒の温度に応じて設定される)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度とするための圧縮機21の目標回転速度を求め、その求めた目標回転速度となるように圧縮機21の回転速度を制御している。
そして、図2中太線にて示すように、低温暖房端末8bからの熱媒は、熱媒戻り路31から第1熱媒バイパス路39に通流して潜熱用バーナ加熱式熱交換器15aをバイパスして第1熱媒路32を通して膨張タンク33に供給される。膨張タンク33の熱媒は、熱媒循環ポンプ34を通過したのち、一部が低温往き路36を通して低温暖房端末8bに供給され、残りの一部が第2熱媒バイパス路41に通流し、第2熱媒バイパス路41を通してヒートポンプ加熱式熱交換器17に供給されて加熱される。ヒートポンプ加熱式熱交換器17にて加熱された熱媒は、第2熱媒バイパス路41から第2熱媒路35に通流し、第2熱媒路35を通して膨張タンク33に供給される。
バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換について、上述の構成では、運転制御手段56が、どの運転モードを実行するかによってバーナ加熱状態に切り換えるかヒートポンプ加熱状態に切り換えるかが予め設定されている。
この上述の構成に代えて、運転制御手段56は、暖房負荷に対するバーナ加熱状態に切り換えた場合とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量を時間経過に伴って繰り返し求めて、1次エネルギー消費量を随時求めることができる。ちなみに、ヒートポンプ加熱で供給できる温水温度の上限が60℃であるので、低温暖房端末8bにて要求されている熱媒の温度が60℃よりも高い場合は、バーナ加熱状態に切り換える。ここで、1次エネルギー消費量を求めるときのCOPについては、低温暖房端末8bにて要求されている温度(例えば、60℃、40℃)毎に設定することができる。例えば、バーナ加熱状態に切り換える場合には、複数の温度(例えば、60℃、40℃)の夫々においてCOPを0.89とする。また、ヒートポンプ加熱状態に切り換える場合には、60℃のときにCOPを0.53とし、40℃のときにCOPを1.48とする。
このようにして、運転制御手段56は、バーナ加熱状態に切り換えた場合とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量を随時求め、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換える。ここで、求めた1次エネルギー消費量に所定のヒステリシスを設けて、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換えることができる。例えば、現在、バーナ加熱状態に切り換えているときには、ヒートポンプ加熱状態の1次エネルギー消費量の方がバーナ加熱状態の1次エネルギー消費量よりも所定の値だけ小さくなるまではバーナ加熱状態を選択し、ヒートポンプ加熱状態の1次エネルギー消費量の方がバーナ加熱状態の1次エネルギー消費量よりも所定の値だけ小さくなってはじめてバーナ加熱状態からヒートポンプ加熱状態に切り換える。したがって、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうちの一方側に切り換えているときにその一方側から他方側へ切り換える場合には、1次エネルギー消費量を切換閾値とするのではなく、1次エネルギー消費量よりも所定の値(ヒステリシス)だけ小さい値を切換閾値として、一方側から他方側への切換を行っている。この構成を採用することで、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換について、ハンチングの発生を抑制し、熱媒供給装置1の安定した運転を実現できる。
〔第2実施形態〕
この第2実施形態は、上記第1実施形態において暖房回路9におけるバーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17との配置構成についての別実施形態である。その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
上記第1実施形態では、暖房回路9においてバーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17とが並列状態で設けられているが、この第2実施形態では、図5に示すように、暖房回路9においてバーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17とが直列状態で設けられている。つまり、暖房回路9の第2熱媒路35にヒートポンプ加熱式熱交換器17が配置されており、バーナ加熱式熱交換器15がヒートポンプ加熱式熱交換器17よりも熱媒の通流方向の上流側に配置されている。そして、バーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17を直列状態で設ける暖房回路9は、暖房端末8からの熱媒をバーナ加熱式熱交換器15及びヒートポンプ加熱式熱交換器17を経由して暖房端末8に戻す第3流路から構成されている。ここで、第3流路は、熱媒戻り路31と第1熱媒路32と第2熱媒路35と低温往き路36から構成されている。
そして、運転制御手段56は、暖房バーナ14を燃焼させるとともに、ヒートポンプ装置16を運転停止させておくことで、バーナ加熱状態に切り換える。また、運転制御手段56は、暖房バーナ14を燃焼停止させておくとともに、ヒートポンプ装置16を運転させることで、ヒートポンプ加熱状態に切り換える。このように、運転制御手段56が、暖房バーナ14の燃焼状態及びヒートポンプ装置16の運転状態を制御することで、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とに切り換えている。よって、この第2実施形態では、バーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱式熱交換器17にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在な切換手段が運転制御手段56にて構成されている。
〔第3実施形態〕
この第3実施形態は、上記第1及び第2実施形態において、更に、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する構成を追加した実施形態である。その他の構成については、上記第1及び第2実施形態と同様であるので、以下、図6〜図9に基づいて、その他の構成については説明を省略し、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する構成を中心に説明する。ちなみに、図6〜図9は、同様の構成を示しているが、熱媒、媒体や水が通流する部位が異なるので、熱媒、媒体や水が通流する部位を太線にて示している。
この第3実施形態の熱媒供給装置1では、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する構成として、図6に示すように、暖房回路9の熱媒で給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する給水加熱熱交換器60を備えている。ここで、暖房回路9では、給湯設定温度よりも高い温度が要求されている暖房端末8に熱媒を供給するので、その熱媒には、給湯加熱部3に給水される低温の水を加熱できるだけの熱を有しており、給水加熱熱交換器60にて暖房回路9の熱媒にて給湯加熱部3に給水される水を加熱することができる。給水加熱熱交換器60は、暖房回路9での第2熱媒バイパス路41の途中部位であり、且つ、給湯回路6での給水路2において水の通流方向でバイパス弁27よりも下流側部位に配置されており、第2熱媒バイパス路41の熱媒にて給水路2の水を加熱するように構成されている。この第3実施形態の熱媒供給装置1では、給水加熱熱交換器60に加えて、ヒートポンプ装置16の媒体により給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器61も備えられている。このように、ヒートポンプ装置16の媒体と暖房回路9の熱媒と給湯回路6の水との間でお互いに熱交換自在であるので、ヒートポンプ加熱式熱交換器17と給水加熱熱交換器61が、ヒートポンプ装置16の媒体と暖房回路9の熱媒と給湯回路6の水との間で熱交換自在な一体式の三流体熱交換器Sにて構成されている。これにより、三流体熱交換器Sは、ヒートポンプ加熱式熱交換器17と給水加熱熱交換器61と給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器61の3つの熱交換器を兼用するように構成されている。
給湯回路6には、給水加熱熱交換器60を通過した水を給湯加熱部3をバイパスする第1バイパス路62と、給水路2の水を給水加熱熱交換器60をバイパスする第2バイパス路63とが備えられ、第1バイパス路62と給水路2との接続箇所には第1三方弁64が設けられ、第2バイパス路63と給水路2との接続箇所には第2三方弁65が設けられている。第1バイパス路62は、給水路2において水の通流方向で給水サーミスタ25よりも下流側部位と給湯路5において出口温サーミスタ28と給湯バイパス路26との接続部位の間の部位とを接続しており、給湯加熱部3を介さない流路として構成されている。第2バイパス路63は、給水路2において水の通流方向で給水加熱熱交換器61の上流側部位から分岐して給水加熱熱交換器60の下流側部位に合流しており、給水加熱熱交換器60を介さない流路として構成されている。
この第3実施形態では、上述の如く、ヒートポンプ装置16の媒体と暖房回路9の熱媒と給湯回路6の水との間で熱交換自在な三流体熱交換器Sが設けられており、上記第1実施形態にて述べた各運転において、三流体熱交換器Sでの熱交換を行うことができるので、その点について説明する。
上記第1実施形態で述べた如く、給湯運転では、給水路2にて給水される水を給湯加熱部3にて加熱して給湯路5にて給湯設定温度の湯水を給湯するわけであるが、この給湯運転を行うときに、図6の太線にて示すように、運転制御手段56が、熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることで、膨張タンク33と三流体熱交換器Sとの間で熱媒を循環させる。これにより、給水路2の水は、まず、三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)において暖房回路9の熱媒にて加熱され、その加熱された水が給湯加熱部3にて加熱されて給湯路5にて給湯される。このとき、三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)を通過した水の温度が給湯設定温度以上であると、運転制御手段56が、給水加熱熱交換器60を通過した水を給湯加熱部3を経由せずに第1バイパス路62に供給する状態に第1三方弁64を切り換えることで、図6中点線矢印にて示すように、三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)を通過した水を第1バイパス路62にて給湯加熱部3をバイパスして給湯路5にて給湯する。ここで、三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)を通過した水の温度については、図示は省略するが、温度センサを設けてその温度センサの検出情報を運転制御手段56に入力することで、運転制御手段56が、三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)を通過した水の給湯設定温度以上か否かを判別することができる。このようにして、第1バイパス手段B1が、運転制御手段56、第1バイパス路62、第1三方弁64にて構成されている。これにより、暖房回路9の熱媒が有する熱を用いることで給湯設定温度の湯水が給湯できるときには、給湯加熱部3を通過することによる放熱を防止しながら、暖房回路9の熱媒が有する熱を有効に利用して給湯することができる。
また、ヒートポンプ装置16の運転を制御する運転制御手段56(ヒートポンプ制御手段に相当する)は、図6の太線にて示すように、給湯運転中のように給湯負荷が発生している間は、ヒートポンプ装置16を運転させる。これにより、三流体熱交換器S(給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器61)では、ヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができる。ここで、例えば、給湯設定温度が40〜45℃程度であるので、三流体熱交換器Sにて給湯回路6の水を40〜45℃程度に加熱することを考えると、ヒートポンプ装置16のCOP(成績係数)が高い高効率な状態でヒートポンプ装置16を運転させることができる。したがって、高効率な状態でヒートポンプ装置16を運転させることができながら、ヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を適切に加熱することができる。そして、三流体熱交換器Sでは、暖房回路9の熱媒に加えて、ヒートポンプ装置16の媒体によっても、給水路2の水を加熱することができるので、暖房回路9の熱媒が有する熱だけでなく、ヒートポンプ装置16にて外気等から取得した熱をも給湯に利用することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
このように、給湯運転では、三流体熱交換器Sにおいて暖房回路9の熱媒やヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができるとともに、三流体熱交換器Sを通過した水の温度によっては給湯加熱部3をバイパスして給湯することができるので、上記第1実施形態にて述べた湯張り運転においても、給湯運転と同様に、三流体熱交換器Sにおいて暖房回路9の熱媒やヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができるとともに、三流体熱交換器Sを通過した水の温度によっては給湯加熱部3をバイパスして浴槽10に湯水を供給することができる。
この第3実施形態では、上述の如く、給湯運転や湯張り運転において、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の水を加熱可能であるので、その加熱を効果的に行うために、給湯運転や湯張り運転等の給湯負荷が発生する前に、運転制御手段56が、図7に示すように、暖房回路9の熱媒を三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)にて加熱する事前加熱運転を実行可能に構成されている。つまり、事前加熱運転では、運転制御手段56が、ヒートポンプ装置16を運転させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることで、膨張タンク33と三流体熱交換器Sとの間で熱媒を循環させる。ここで、例えば、三流体熱交換器Sにて暖房回路9の熱媒を40〜45℃程度に加熱することを考えると、ヒートポンプ装置16のCOP(成績係数)が高い高効率な状態でヒートポンプ装置16を運転させることができる。
給湯運転や湯張り運転等の給湯負荷が発生する前の事前加熱運転を実行するタイミングについては、例えば、運転制御手段56が、実際に給湯運転や湯張り運転を実行した過去の実績に基づいて、24時間のうち、給湯運転や湯張り運転を実行する時間帯を学習しておき、その時間帯よりも設定時間だけ以前の時間を事前加熱運転を実行するタイミングとすることができる。また、湯張り運転については、例えば、予約機能による湯張り運転を行う時間帯を予約することができるので、その予約された時間帯よりも設定時間だけ以前の時間を事前加熱運転を実行するタイミングとすることができる。
これにより、三流体熱交換器Sでは、ヒートポンプ装置16の媒体にて暖房回路9の熱媒を加熱することができ、給湯運転や湯張り運転等の給湯負荷が発生する前に、ヒートポンプ装置16の媒体から取得した熱を膨張タンク33に蓄熱することができる。その結果、給湯運転や湯張り運転等の給湯負荷が発生したときには、給湯運転や湯張り運転において、三流体熱交換器Sにおいて暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の水を加熱することで、膨張タンク33に蓄熱した熱を有効に活用することができる。ここで、膨張タンク33に蓄熱した熱を有効に活用するためには、膨張タンク33での放熱を防止することが求められる。そこで、この第3実施形態では、膨張タンク33が、熱媒を貯留してその熱媒の放熱を防止する断熱構造を有している。
上記第1実施形態にて述べた如く、暖房回路9の熱媒が三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)に供給されない運転として、追焚運転、高温暖房運転、及び、バーナ加熱状態に切り換えたときの低温暖房運転がある。そして、上述の如く、三流体熱交換器Sでは、ヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができるので、上述の暖房回路9の熱媒が三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)に供給されない運転を行っているときには、その運転とは独立して、三流体熱交換器Sにおいてヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができる。したがって、追焚運転、高温暖房運転やバーナ加熱状態に切り換えたときの低温暖房運転を行っているときでも、ヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱しながら、給湯運転や湯張り運転を適切に行うことができる。
そして、ヒートポンプ加熱状態に切り換えたときの低温暖房運転を行っているときでも、ヒートポンプ装置16を運転させることで、その低温暖房運転と同時に給湯運転や湯張り運転を行うことができる。この場合には、図8の点線矢印に示すように、三流体熱交換器Sにおいて、ヒートポンプ装置16の媒体にて給湯回路6の水を加熱することができる。しかしながら、ヒートポンプ装置16の媒体にて暖房回路9の熱媒を加熱するとともに、給湯回路8の水をも加熱することになるので、暖房回路9の熱媒を十分に加熱できなくなる可能性がある。
そこで、運転制御手段56は、暖房回路9において暖房端末8(低温暖房端末8b)に供給される熱媒の温度が暖房端末8(低温暖房端末8b)にて要求されている設定温度以下になると、図8の太線にて示すように、給水路2の水を給水加熱熱交換器60を経由せずに給水加熱熱交換器60よりも下流側部位に供給する状態に第2三方弁65を切り換えることで、給水路2の水を第2バイパス路63にて三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)をバイパスして給湯加熱部3に供給している。このようにして、第2バイパス手段B2が、運転制御手段56、第2バイパス路63、第2三方弁65にて構成されている。これにより、低温暖房端末8bには、要求されている設定温度の熱媒を供給して低温暖房運転を適切に行うことができながら、給湯運転や湯張り運転もその低温暖房運転と同時に行うことができる。
上記第1実施形態では、追焚運転において、運転制御手段56が、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態のうち、バーナ加熱状態に切り換える例を述べたが、運転制御手段56は、追焚負荷が発生している間である追焚運転中において、ヒートポンプ加熱状態に切換自在に構成されている。つまり、図9に示すように、運転制御手段56は、追焚運転において、ふろ循環ポンプ49を作動させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることで、暖房回路9の熱媒をバーナ加熱式熱交換器15を介さずに三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)とふろ熱交換器11を経由して循環させる。そして、運転制御手段56は、ヒートポンプ装置16を運転させることで、三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)においてヒートポンプ装置16の媒体にて暖房回路9の熱媒を加熱している。これにより、三流体熱交換器S(ヒートポンプ加熱式熱交換器17)において加熱された熱媒は、ふろ熱交換器11に供給されてふろ熱交換器11において浴槽10の湯水を加熱し、その加熱された湯水を浴槽10に供給させて浴槽10の湯水の追焚を行っている。
〔別実施形態〕
(1)上記第1〜第3実施形態では、暖房加熱部7にて加熱された熱媒を低温暖房端末8bに供給する暖房回路9に加えて、暖房加熱部7にて加熱された熱媒を高温暖房端末8aに供給する高温暖房回路、及び、暖房加熱部7にて加熱された熱媒により浴槽10の湯水を加熱して浴槽10に供給する追焚回路12を備えた例を示しているが、このような高温暖房回路や追焚回路12を備えなくてもよい。
(2)上記第1〜第3実施形態では、ヒートポンプ装置16として、圧縮機21、凝縮器としてのヒートポンプ加熱式熱交換器17、膨張弁22、蒸発器23を備えた圧縮式ヒートポンプ装置を例示しているが、例えば、吸収器、再生器、凝縮器としてのヒートポンプ加熱式熱交換器、蒸発器を備えた吸収式ヒートポンプ装置をヒートポンプ装置として適応することもできる。
(3)上記第1及び第2実施形態では、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換えるようにしているが、例えば、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち二酸化炭素(CO2)排出量が少ない方を選択して切り換えることもでき、どのような条件によってバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とを切り換えるかは適宜変更が可能である。
(4)上記第3実施形態では、ヒートポンプ加熱式熱交換器17と給水加熱熱交換器60と給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器61の3つの熱交換器を兼用する三流体熱交換器Sを備えているが、ヒートポンプ加熱式熱交換器17と給水加熱熱交換器60と給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器61の3つの熱交換器を各別に備えることもできる。