JP2013221630A - ヒートポンプ熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】沸かし上げ運転と暖房運転の実行要求がなされているときに、ヒートポンプの効率の低下を防止して、沸かし上げ運転と暖房運転を実行するヒートポンプ熱源システムを提供する。
【解決手段】優先モード切替部１５３は、暖房実行条件と沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、暖房運転の実行を禁止して沸かし上げ運転の実行を許可する蓄熱優先モードと、沸かし上げ運転の実行を禁止して暖房運転の実行を許可する暖房優先モードとを、ヒートポンプ５１の効率に基づいて切替えて、沸かし上げ運転又は暖房運転の単独運転を実行させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプによって、貯湯タンク内の湯水の加熱と、暖房端末が接続された暖房循環路内を循環する熱媒体の加熱を行うヒートポンプ熱源システムに関する。

従来より、ヒートポンプの熱媒体が循環されるヒートポンプ循環路と、貯湯タンク内の湯水が循環されるタンク循環路と、暖房端末が接続されて暖房熱媒体が循環される暖房循環路の途中に接続されて、ヒートポンプの熱媒体とタンク循環路内の湯水及び暖房循環路内の暖房熱媒体との間で熱交換を行なうヒートポンプ熱交換器を備えたヒートポンプ熱源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたヒートポンプ熱源システムにおいては、貯湯タンクから給湯する給湯運転と、暖房循環路内の暖房熱媒体を循環させてヒートポンプにより加熱する暖房運転とを同時に行っているときに、貯湯タンクの湯切れが生じたときには、暖房循環路からヒートポンプ熱交換器への暖房熱媒体の流量を減少させるか、或いは暖房熱媒体の流通を停止して、タンク循環路に貯湯タンク内の湯水を循環させて貯湯タンク内の湯水を加熱する沸かし上げ運転を行うようにしている。

特開２００９−２５０４８１号公報

上記特許文献１に記載されたヒートポンプ熱源システムにおいては、貯湯タンクの湯切れが生じたときに、ヒートポンプ熱交換器への暖房熱媒体の流通量を減少させて、沸かし上げ運転と暖房運転の同時運転を行なうか、或いは暖房運転を停止して沸かし上げ運転のみを行なうようにしている。

このように、沸かし上げ運転と暖房運転の同時運転を行なうと、ヒートポンプ熱交換器において暖房熱媒体と湯水との間で熱交換器が行われる場合がある。そして、暖房循環路からヒートポンプ熱交換器に流入する暖房熱媒体の温度（暖房端末からの戻り温度）は、貯湯タンクからタンク循環路に流入する湯水の温度（給水温度）よりも高くなるのが一般的であるため、この場合には、ヒートポンプ熱交換器において、タンク循環路内の湯水が暖房熱媒体からの放熱により加熱されて、湯水の温度が上昇する。

ここで、ヒートポンプ熱交換器への入水温度が高いほど、ヒートポンプの効率が低くなるため、このようにヒートポンプ熱交換器において暖房熱媒体から湯水への放熱が行なわれて湯水の温度が上昇すると、ヒートポンプの効率が低下してしまう。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、沸かし上げ運転と暖房運転の実行要求がなされているときに、ヒートポンプの効率の低下を防止して、沸かし上げ運転と暖房運転を実行することができるヒートポンプ熱源システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
下部に給水管が接続されると共に上部に給湯管が接続され、該給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった水を前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
暖房端末が接続された暖房循環路と、
前記暖房循環路内に暖房熱媒体を循環させる暖房循環ポンプと、
ヒートポンプ循環路を有し、該ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体を加熱するヒートポンプと、
前記ヒートポンプ循環路と前記タンク循環路と前記暖房循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と前記タンク循環路内を循環する湯水との間で熱交換を行うと共に、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体との間で熱交換を行うヒートポンプ熱交換器と、
所定の暖房実行条件が成立しているときに、前記暖房循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させることにより、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱して前記暖房端末による暖房を行なう暖房運転を実行する暖房制御部と、
所定の沸かし上げ実行条件が成立しているときに、前記タンク循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させることにより、前記タンク循環路内を循環する前記貯湯タンクからの湯水を所定の沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行するタンク制御部と
を備えたヒートポンプ熱源システムに関する。

そして、本発明のヒートポンプ熱源システムは、
前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、前記暖房運転の実行を禁止して前記沸かし上げ運転の実行を許可する蓄熱優先モードと、前記沸かし上げ運転の実行を禁止して前記暖房運転の実行を許可する暖房優先モードとを、所定のモード切替条件により切替えて、前記沸かし上げ運転又は前記暖房運転の単独運転を実行させる優先モード切替部を備えたことを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、前記優先モード切替部により、前記蓄熱優先モードと前記暖房優先モードが切替えられて、前記沸かし上げ運転又は前記暖房運転の単独運転が実行される。そのため、前記沸かし上げ運転と前記暖房運転の同時運転が禁止され、この同時運転により、前記ヒートポンプ熱交換器において、前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体と前記タンク循環路内を流通する湯水との間で熱交換が行われて、前記ヒートポンプの効率が低下することを防止することができる。

また、第１発明において、
前記タンク循環路から前記ヒートポンプ熱交換器に流入する湯水の温度を検出するタンク戻り温度センサと、
前記暖房循環路から前記ヒートポンプ熱交換器に流入する暖房熱媒体の温度を検出する暖房戻り温度センサとを備え、
前記優先モード切替部は、前記ヒートポンプ熱交換器において、前記タンク循環路から流入する前記タンク戻り温度センサによる検出温度の湯水を前記沸かし上げ温度まで加熱するときの前記ヒートポンプの効率である蓄熱ヒートポンプ効率と、前記ヒートポンプ熱交換器において、前記暖房循環路から流入する前記暖房戻り温度センサによる検出温度の暖房熱媒体を、所定の暖房出湯温度まで加熱するときの前記ヒートポンプの効率である暖房ヒートポンプ効率とを求め、前記モード切替条件として、前記蓄熱ヒートポンプ効率が前記暖房ヒートポンプ効率よりも高いときは前記蓄熱優先モードとし、前記暖房ヒートポンプ効率が前記蓄熱ヒートポンプ効率よりも高いときには前記暖房優先モードとすることを特徴とする（第２発明）。

第２発明によれば、前記優先モード切替部により、前記沸かし上げ運転を実行する場合の前記ヒートポンプの効率である前記蓄熱ヒートポンプ効率と、前記暖房運転を実行する場合の前記ヒートポンプの効率である前記暖房ヒートポンプ効率とが求められる。そして、前記蓄熱ヒートポンプ効率が前記暖房ヒートポンプ効率よりも高いときは前記蓄熱優先モードとされ、前記暖房ヒートポンプ効率が前記蓄熱ヒートポンプ効率よりも高いときには前記暖房優先モードとされるため、前記沸かし上げ運転と前記暖房運転のうちで、前記ヒートポンプの効率が高くなる方を優先して実行させることができる。

また、第１発明において、
前記暖房制御部は、前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、前記ヒートポンプを所定能力以上で作動させて、前記暖房運転を断続的に実行し、
前記優先モード切替部は、前記暖房制御部により前記暖房運転が断続的に実行されているときに、前記暖房運転の実行中は前記暖房優先モードとし、前記暖房運転の停止中は前記蓄熱優先モードとすることを特徴とする（第３発明）。

第３発明によれば、前記暖房制御部により、前記ヒートポンプの能力を高めて作動させて、前記暖房運転を断続的に実行することによって、前記暖房運転の停止中に、前記タンク制御部により前記沸かし上げ運転を実行することが可能になる。そのため、前記暖房運転と前記沸かし上げ運転を短時間で切替えて、前記暖房運転による暖房効果を確保しつつ、前記貯湯タンク内の湯水を前記沸かし上げ温度まで加熱することができる。

また、第１発明から第３発明のうちのいずれかにおいて、
前記タンク制御部は、前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立している場合に、前記沸かし上げ運転の実行により前記沸かし上げ温度まで加熱する前記貯湯タンク内の湯水の総量を、前記暖房実行条件が成立せずに前記沸かし上げ実行条件が成立している場合よりも、減少させることを特徴とする（第４発明）。

第３発明によれば、前記沸かし上げ運転に要する時間を短縮して、前記沸かし上げ運転から前記暖房運転に切替わるまでの待ち時間を減少させることができる。

ヒートポンプ熱源システムの構成図。 暖房運転と沸かし上げ運転の第１のフローチャート。 暖房運転と沸かし上げ運転の第２のフローチャート。 効率／出水温度の対応マップの説明図。 暖房運転を断続的に実行する場合のタイミングチャート。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態のヒートポンプ熱源システムは、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、ガス熱源ユニット８０、及び、ヒートポンプ熱源システムの全体的な作動を制御するコントローラ１５０を備えている。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１、給水管１２、給湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯水を保温して貯め、高さ方向に略等間隔でタンク温度センサ１４〜１７が設けられている。貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、貯湯タンク１１から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２０が設けられている。

給水管１２は、タンク混合弁２１を介して給湯管１３に連通しており、タンク混合弁２１により、貯湯タンク１１から給湯管１３に供給される湯と給水管１２から給湯管に供給される水との混合比が変更される。給水管１２には、給水管１２内の水の温度を検出する水温度センサ２２と、給水管１２を流通する水の流量を検出する水流量センサ２３と、給湯管１３から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２４とが設けられている。

給湯管１３は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。給湯管１３には、給湯管１３から貯湯タンク１１への湯水の流入を阻止する逆止弁２５と、給湯管１３内の湯水の温度を検出する湯温度センサ２６と、給湯管１３を流通する湯水の流量を検出する湯流量センサ２７とが設けられている。

さらに、給湯管１３には、給水管１２の分岐管との接続部よりも下流側で、ガス熱源ユニット８０に接続されたバイパス管３３（バイパス往管３３ａ、バイパス戻管３３ｂ）が介設されている。給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とタンク混合弁２１の間には、湯温度センサ２８が設けられ、給湯管１３のバイパス戻管３３ｂとの接続部と給湯口３１の間に、混合湯温度センサ３２が設けられている。

また、給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とバイパス戻管３３ｂとの接続部の間に、バイパス往管３３ａに供給される湯水の流量を調整するためのバイパス制御弁２９が設けられている。ヒートポンプユニット５０及びガス熱源ユニット８０と接続された暖房循環路４０には、暖房循環路４０からヒートポンプユニット５０に戻る温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ戻り温度センサ４５と、ヒートポンプユニット５０により加熱されて暖房循環路４０に出湯される温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ往き温度センサ４６と、ヒートポンプユニット５０をバイパスするヒートポンプバイパス路４２と暖房循環路４０の下流側の接続箇所の直下流部に設けられて、暖房循環路４０からの温水とヒートポンプバイパス路４２からの温水とが混合された温水の温度を検出する暖房混合温度センサ４７とが設けられている。

さらに、暖房循環路４０側に流通する温水とヒートポンプバイパス路４２側に流通する湯水の割合を調節するための暖房側混合弁４８が設けられている。また、ヒートポンプユニット５０と接続されたタンク循環路４１には、貯湯タンク１１からタンク循環路４１に供給される湯水の温度を検出するタンク下温度センサ３４が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、タンク混合弁２１、バイパス制御弁２９、及び暖房側混合弁４８の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱すると共に、暖房循環路４０内を流通する温水（本発明の暖房熱媒体に相当する）を加熱するものである。ヒートポンプユニット５０は、ヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮機）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気とヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等、本発明のヒートポンプ熱媒体に相当する）との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気の温度（外気温度）を検出する外気温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサ５７が設けられている。

また、ヒートポンプ熱交換器５５は暖房循環路４０と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、暖房循環路４０内を流通する温水との熱交換により、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、タンク循環ポンプ６６、ファン６０の作動が制御される。

次に、ガス熱源ユニット８０は、バイパス管３３から供給される湯水と、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱するものであり、給湯用の第１バーナ７１と第１バーナ７１により加熱される第１熱交換器７２を有する給湯補助熱源機７０、暖房・追焚き用の第２バーナ７６と第２バーナ７６により加熱される第２熱交換器７７を有する暖房補助熱源機７５、給水管８５、給湯管８６、及び追焚き熱交換器８７等を備えている。

第１バーナ７１及び第２バーナ７６は、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１５０は、第１バーナ７１及び第２バーナ７６に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、第１バーナ７１及び第２バーナ７６の燃焼量を制御する。

第１熱交換器７２は、給水管８５及び給湯管８６に連通しており、第１バーナ７１の燃焼熱によって、給水管８５から供給される水を加熱して給湯管８６に出湯する。給水管８５は、一端が貯湯ユニット１０のバイパス往管３３ａに接続され、バイパス往管３３ａを介して水が供給される。給湯管８６は、一端が貯湯ユニット１０のバイパス戻管３３ｂに接続されており、バイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から湯を供給する。

給水管８５には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給水管８５と給湯管８６は、バイパス管８９により連通しており、バイパス管８９にはバイパス管８９の開度を調節するための水量調節弁９０が設けられている。給湯管８６の給湯熱交換器８２の下流側、及びバイパス管８９との接続部分の下流側には、給湯管８６内を流通する湯の温度を検出する給湯温度センサ９１，９２が、それぞれ設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１から給湯管１３に供給される湯の温度が設定給湯温度よりも低いとき（湯切れ状態）に、バイパス往管３３ａを介して給水管８５に供給される水が第１熱交換器７２により加熱されて湯となり、バイパス管８９からの水と混合されて、給湯管８６及びバイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から供給されるようになっている。

また、給湯管８６は、湯張り管１００により、浴槽１０１に接続された風呂循環路１０２に連通している。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３と、風呂循環路１０２から給湯管８６への湯の流入を阻止する逆止弁１０４が設けられている。湯張り弁１０３を開弁することにより、給湯管８６から湯張り管１００及び風呂循環路１０２を介して浴槽１０１に湯を供給することができる。

風呂循環路１０２には、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させる風呂循環ポンプ１０５と、追焚き熱交換器８７とが設けられている。追焚き熱交換器８７は、追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して暖房循環路４０に接続されている。追焚き往管１０７には、追焚き往管１０７を開閉する追焚き弁１０９が設けられている。

コントローラ１５０は、風呂循環ポンプ１０５を作動させて、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させた状態で、追焚き弁１０９を開弁し、後述する暖房循環ポンプ１１１を作動させて暖房循環路４０から追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して追焚き熱交換器８７に温水を循環供給することによって、浴槽１０１内の湯水を追焚きする。

第２熱交換器７７は、暖房循環路４０の途中に設けられており、第２バーナ７６の燃焼熱によって、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。暖房循環路４０は、第２熱交換器７７の他に、床暖房機２００（本発明の暖房端末に相当する）及び温風暖房機２１０と接続されて温水による熱を供給する。

暖房循環路４０には、上述したヒートポンプ熱交換器５５及び暖房補助熱源機７５の第２熱交換器７７と、シスターン１１０と、暖房循環ポンプ１１１とが設けられている。また、暖房循環路４０は、暖房循環ポンプ１１１と第２熱交換器７７の間の箇所で低温暖房路１１２と高温暖房路１３０とに分岐している。

高温暖房路１３０には温風暖房機２１０が接続され、低温暖房路１１２には床暖房機２００が接続されている。高温暖房路１３０と低温暖房路１１２は、温風暖房機２１０及び床暖房機２００の下流側で合流している。高温暖房路１３０と温風暖房機２１０の接続部と第２熱交換器７７の間の箇所で高温暖房路１３０から分岐してシスターン１１０に連通する暖房バイパス路１１３が設けられ、暖房バイパス路１１３には、暖房バイパス路１１３の開度を調節する暖房バイパス調節弁１１４が設けられている。

暖房循環路４０の暖房循環ポンプ１１１の出口付近には、暖房循環ポンプ１１１から送出される温水の温度を検出する戻り温水温度センサ１１５が設けられている。また、暖房循環路４０の第２熱交換器７７の出口付近には、第２熱交換器７７から送出される温水の温度を検出する往き温水温度センサ１１６が設けられている。

低温暖房路１１２は、熱動弁１２０を介して床暖房機２００に接続されており、熱動弁１２０の開閉によって、低温暖房路１１２から床暖房機２００への温水の供給と停止が切替えられる。また、高温暖房路１３０から温風暖房機２１０への温水の供給と停止は、温風暖房機２１０に備えられた熱動弁２１１の開閉により行われる。床暖房機２００を操作するための床暖房リモコン２０１には、床暖房機２００が設置された室内の温度を検出する室温センサ２０２が接続されている。

床暖房リモコン２０１とコントローラ１５０は、通信可能に接続され、床暖房リモコン２０１により設定された目標暖房温度のデータと、室温センサ２０２による検出温度のデータが、コントローラ１５０に送信される。

熱源リモコン１６０は、コントローラ１５０と通信可能に接続されている。熱源リモコン１６０には、ヒートポンプ熱源システムの運転状態や運転条件の設定状態等を表示する表示器１６１と、ヒートポンプ熱源システムの運転条件等を設定する操作部１６２とが備えられている。

ヒートポンプ熱源システムの使用者は、熱源リモコン１６０の操作部１６２を操作することによって、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ指示、給湯口３１からの給湯温度（設定給湯温度）、浴槽１０１への給湯温度（設定湯張り温度）等を設定することができる。

ガス熱源ユニット８０に備えられた各センサの検出信号はコントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、第１バーナ７１、第２バーナ７６、水量調節弁９０、止水弁９３、湯張り弁１０３、風呂循環ポンプ１０５、追焚き弁１０９、暖房循環ポンプ１１１、暖房バイパス調節弁１１４、及び熱動弁１２０の作動が制御される。

コントローラ１５０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持されたヒートポンプ熱源システムの制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、暖房制御部１５１、タンク制御部１５２、及び優先モード切替部１５３として機能し、ヒートポンプ熱源システムの作動を制御する。

暖房制御部１５１は、床暖房機２００の暖房運転を実行する。タンク制御部１５２は、貯湯タンク１１内の湯水を、熱源リモコン１６０により設定されている給湯温度（設定給湯温度又は設定湯張り温度）に応じた沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行する。優先モード切替部１５３は、暖房運転の実行条件（暖房実行条件）と沸かし上げ運転の実行条件（沸かし上げ実行条件）が共に成立しているときに、暖房運転の実行を禁止して沸かし上げ運転の実行を許可する蓄熱優先モードと、沸かし上げ運転の実行を禁止して暖房運転の実行を許可する暖房優先モードを切替えて、暖房運転又は沸かし上げ運転の単独運転を実行させる。

次に、図２〜図３に示したフローチャートに従って、コントローラ１５０による床暖房機２００の暖房運転と貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げ運転の実行処理について説明する。

図２のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ２１〜ＳＴＥＰ２２は、暖房制御部１５１による処理である。ＳＴＥＰ１で、暖房制御部１５１は、暖房実行条件が成立しているか否かを判断する。暖房実行条件としては、例えば、(1)使用者により床暖房リモコン２０１の暖房開始操作がなされたこと、(2)床暖房リモコン２０１により設定されているタイマ運転の開始時刻になったこと、が設定されている。

ＳＴＥＰ１で暖房実行条件が成立しているときはＳＴＥＰ２に進み、暖房制御部１５１は、暖房側混合弁４８により、暖房側混合弁４８からヒートポンプバイパス路４２側への温水の流通を停止して、ヒートポンプ熱交換器５５側に温水を流通させる第１暖房循環状態とする。

続くＳＴＥＰ３で、暖房制御部１５１は、暖房循環ポンプ１１１をＯＮ（起動）し、ＳＴＥＰ４でヒートポンプ５１をＯＮする。これにより、ヒートポンプ熱交換器５５において、暖房循環路４０内を循環する温水が、ヒートポンプ循環路５２内を循環する熱媒体により加熱されて床暖房機２００に供給され、床暖房機２００による暖房が行なわれる。

次のＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７は、優先モード切替部１５３による処理である。優先モード切替部１５３は、ＳＴＥＰ５で暖房ヒートポンプ戻り温度センサ４５（本発明の暖房戻り温度センサに相当する）の検出温度を測定し、ＳＴＥＰ６でこの検出温度を図４に示した「効率／出水温度-対応マップ」に適用して、暖房ヒートポンプ効率（暖房運転を実行するときのヒートポンプ５１の効率）を求める。

図４の「効率／出水温度-対応マップ」は、縦軸をヒートポンプ５１の効率（％）に設定し、横軸をヒートポンプ熱交換器５５からの出水温度（℃）に設定して、ヒートポンプ熱交換器５５への入水温度が１０℃である場合（図中ａ）と３５℃である場合（図中ｂ）の、ヒートポンプ５１の効率とヒートポンプ熱交換器５５からの出水温度との対応を示したものである。

なお、図４の「効率／出水温度-対応マップ」は、外気温度が５℃であるときのものでる。コントローラ１５０のメモリには、異なる外気温度に対応した複数の「効率／出水温度-対応マップ」のデータが保持されており、優先モード切替部１５３は、外気温度センサ６７により検出した外気温度に応じて、使用する「効率／出水温度-対応マップ」を選択する。

図４では、暖房運転における暖房循環路４０からヒートポンプ熱交換器５５に流入する温水の温度が３５℃であって、ヒートポンプ熱交換器５５から暖房循環路４０に流出する温水の温度（本発明の暖房出湯温度に相当する）が４０℃である場合の暖房ヒートポンプ効率を求めている。すなわち、優先モード切替部１５３は、入水温度３５℃のｂのラインについて、出水温度４０℃に対応する効率３００％を、暖房ヒートポンプ効率として求めている。

次のＳＴＥＰ７で、優先モード切替部１５３は、貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げ実行条件が成立しているか否かを判断する。ここで、沸かし上げ実行条件としては、貯湯タンク１１が湯切れ状態となっていることが設定されている。貯湯タンク１１の湯切れは、(1)給湯補助熱源機７０の作動、(2)タンク温度センサ１７の検出温度が湯切れ判定温度（例えば、沸かし上げ温度−５℃）以下まで低下、(3)湯温度センサ２６の検出温度が湯切れ判定温度以下まで低下、等により判断される。

沸かし上げ実行条件が成立していないときはＳＴＥＰ１に戻り、暖房制御部１５１による暖房運転が継続される。そして、ＳＴＥＰ１で暖房実行条件が成立しなくなったとき（使用者により床暖房リモコン２０１の暖房停止操作がなされたとき、タイマ運転が終了したとき等）にＳＴＥＰ２１に分岐し、暖房制御部１５１は、暖房循環ポンプ１１１をＯＦＦ（停止）し、ＳＴＥＰ２２でヒートポンプ５１をＯＦＦして暖房運転を終了し、ＳＴＥＰ１に戻る。

一方、ＳＴＥＰ７で沸かし上げ実行条件が成立しているときには図３のＳＴＥＰ８に進む。ＳＴＥＰ８〜ＳＴＥＰ９は暖房制御部１５１による処理である。暖房制御部１５１は、ＳＴＥＰ８で、ヒートポンプ５１の加熱能力が、暖房要求能力（床暖房リモコン２０１による設定温度と、室温センサ２０２の検出温度との差により決定される）よりも高いか否かを判断する。

そして、ヒートポンプ５１の加熱能力が暖房要求能力よりも高いときはＳＴＥＰ９に進み、暖房制御部１５１は、ヒートポンプ５１の加熱量を、暖房要求能力（室温を設定暖房温度に維持するために必要な床暖房機２００の暖房能力、本発明の所定能力に相当する）を超える固定値(例えば、最大加熱量）にして暖房運転を実行する。

この場合、暖房制御部１５１は、室温センサ２０２の検出温度が設定暖房温度＋５℃以上になったときに、暖房側混合弁４８により、暖房側混合弁４８からヒートポンプ熱交換器５５への温水の流通を停止して、暖房側混合弁４８からヒートポンプバイパス路４２に温水を流通させる第２暖房循環状態とする（暖房停止）。

また、暖房制御部１５１は、室温センサ２０２の検出温度が設定暖房温度−５℃以下になったときに、暖房側混合弁４８により、暖房側混合弁４８からヒートポンプバイパス路４２への温水の流通を停止して、暖房側混合弁４８からヒートポンプ熱交換器５５に温水を流通させる第１暖房循環状態とする（暖房実行）。

優先モード切替部１５３は、暖房制御部１５１により暖房運転が実行されているときは「暖房優先モード」とし、暖房制御部１５１により暖房運転が実行されていないときには「蓄熱優先モード」とする。なお、暖房制御部１５１により暖房運転（ヒートポンプ熱交換器５５を熱源とする暖房運転）が実行中であることと停止中であることは、本発明のモード切替条件に相当する。

ここで、図５（ａ）は、縦軸を温度（℃）及び流量（リットル/min）に設定し、横軸を時間に設定して、暖房運転を実行したときの暖房混合温度センサ４７の検出温度（暖房混合温度）と、暖房循環ポンプ１１１により暖房循環路４０内を循環する温水の流量を示したものである。

図５（ａ）のｔ10以前は、貯湯タンク１１の湯切れが生じていない状態で暖房運転が実行されており、暖房混合温度は、ヒートポンプ５１の比例制御により、室温を設定暖房温度に維持するために必要なほぼ一定温度となる。

また、図５（ａ）のｔ10〜ｔ14は、貯湯タンク１１の湯切れが生じている状態で、暖房運転が断続的に実行されている。ｔ10〜ｔ11及びｔ12〜ｔ13の期間（暖房実行期間）では、ヒートポンプ５１の加熱量を固定値として作動させており（図３のＳＴＥＰ９に対応）、暖房混合温度が上昇して床暖房機２００の放熱量が増加し、室温が上昇する。

そして、室温が設定暖房温度＋５℃以上になってから設定暖房温度−５℃以下になるまでの期間であるｔ11〜ｔ12とｔ13〜ｔ14の期間（暖房停止期間）では、暖房側混合弁４８により第２暖房循環状態とされて、暖房循環路４０からヒートポンプ熱交換器５５への温水の流通が停止するため、暖房混合温度が徐々に低下している。

ここで、暖房停止期間においては第２暖房循環状態とされ、暖房循環路４０内の温水はヒートポンプ熱交換器５５側には流通しない。そのため、タンク循環ポンプ６６を作動させて、ヒートポンプ熱交換器５５によりタンク循環路４１内を流通する湯水を加熱することができる。

そこで、ＳＴＥＰ１０で暖房停止期間であるときにはＳＴＥＰ１１に進む。ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１４はタンク制御部１５２による処理である。タンク制御部１５２は、ＳＴＥＰ１１でタンク循環ポンプ６６をＯＮし、ＳＴＥＰ１２で暖房側混合弁４８により第２暖房循環状態とし、ヒートポンプ熱交換器５５からタンク循環路４１への湯水の出水温度が沸かし上げ温度となるように、ヒートポンプ５１の加熱量を制御して、沸かし上げ運転を実行する。

ここで、貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げ温度は、熱源リモコン１６０により設定されている給湯温度（設定給湯温度又は設定湯張り温度）に応じて、以下の表１に従って設定される。

ＳＴＥＰ１１とＳＴＥＰ１２の処理により、貯湯タンク１１の下部に貯まっている湯水が沸かし上げ温度まで加熱されて、貯湯タンク１１の上部に戻される。そして、続くＳＴＥＰ１３で、タンク制御部１５２は、タンク温度センサ１４の検出温度が設定されている沸かし上げ温度である４０℃以上になったか否かを判断する。

タンク温度センサ１４の検出温度が４０℃よりも低いときはＳＴＥＰ８に戻る。一方、タンク温度センサ１４の検出温度が４０℃以上になったときにはＳＴＥＰ１４に進み、タンク制御部１５２はタンク循環ポンプ６６をＯＦＦして、沸かし上げ運転を終了する。続くＳＴＥＰ１５〜ＳＴＥＰ１６は暖房制御部１５１による処理である。

暖房制御部１５１は、ＳＴＥＰ１５で、暖房側混合弁４８により第１暖房循環状態として、暖房循環路４０からヒートポンプ熱交換器５５に温水が供給される状態とする。また、続くＳＴＥＰ１６で、暖房制御部１５１は、設定暖房温度と室温センサ２０２の検出温度との温度差を減少させるように、ヒートポンプ５１の加熱量を制御（温調制御）して、図２のＳＴＥＰ１に戻る。

また、ＳＴＥＰ８で、ヒートポンプ５１の加熱能力が暖房要求能力以下であるときには、ヒートポンプ５１の加熱能力に余裕がないため、上述したＳＴＥＰ９の処理により、暖房運転の実行と停止を切替えることができない。そのため、この場合はＳＴＥＰ３０に分岐する。

ＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３２は優先モード切替部１５３による処理である。優先モード切替部１５３は、ＳＴＥＰ３０で、湯温度センサ６８（本発明のタンク戻り温度センサに相当する）の検出温度を測定し、この検出温度を図４に示した「効率／出水温度」の対応マップに適用して、蓄熱ヒートポンプ効率（沸かし上げ運転を実行するときのヒートポンプ５１の効率）を求める。

図４では、沸かし上げ運転におけるタンク循環路４１からヒートポンプ熱交換器５５に流入する湯水の温度（湯温度センサ６８により検出される）が１０℃であって、ヒートポンプ熱交換器５５により４５℃まで湯水を加熱する場合の蓄熱ヒートポンプ効率を求めている。すなわち、入水温度１０℃のａのラインについて、出水温度４５℃に対応する効率３５０％を、蓄熱ヒートポンプ効率として求めている。

次のＳＴＥＰ３２で、優先モード切替部１５３は、ＳＴＥＰ３１で求めた蓄熱ヒートポンプ効率が、ＳＴＥＰ６で求めた暖房ヒートポンプ効率よりも高いか否かを判断する。そして、蓄熱ヒートポンプ効率が暖房ヒートポンプ効率よりも高いときは、ＳＴＥＰ１１に進む。なお、蓄熱ヒートポンプ効率が暖房ヒートポンプ効率よりも高いことは、本発明のモード切替条件に相当する。

この場合は、ヒートポンプ熱交換器を熱源とした暖房運転の実行が禁止されて、沸かし上げ運転が許可された「蓄熱優先モード」となる。なお、「蓄熱優先モード」においては、暖房制御部１５１は、暖房補助熱源機７５を作動させることにより、暖房補助熱源機７５を熱源とした暖房運転を実行することができる。

一方、ＳＴＥＰ３２で、蓄熱ヒートポンプ熱効率が暖房ヒートポンプ熱効率よりも低いときにはＳＴＥＰ８に分岐する。この場合は、タンク制御部１５２による沸かし上げ運転の実行が禁止されて、暖房制御部１５１によるヒートポンプ熱交換器５５を熱源とした暖房運転の実行が許可された「暖房優先モード」となる。

なお、「暖房優先モード」においては、貯湯タンク１１が湯切れ状態であるため、給湯口３１から出湯する場合には、コントローラ１５０は、給湯補助熱源機７０を作動させ、給湯温度センサ９２の検出温度が設定温度（設定給湯温度又は設定湯張り温度）となるように第１バーナ７１の燃焼量が制御される。

また、「蓄熱優先モード」において、室温が設定暖房温度−５℃よりも低くなったときには、暖房制御部１５１は、暖房補助熱源機７５を作動させ、暖房循環路４０内の湯水を暖房補助熱源機７５により加熱して床暖房機２００による暖房を行なう。

なお、本実施形態においては、図５（ａ）に示したように、室温センサ２０２の検出温度が設定暖房温度＋５℃以上になったときに、暖房側混合弁４８により第１暖房循環状態から第２暖房循環状態に切替えて、暖房循環路４０からヒートポンプ熱交換器５５への温水の流通を停止し、室温センサ２０２の検出温度が設定暖房温度−５℃以下になったときに、暖房側混合弁４８により第２暖房循環状態から第１暖房循環状態に切替えて、暖房循環４０からヒートポンプ熱交換器５５に温水を流通させることにより、暖房運転を断続的に実行した。

しかし、暖房運転を断続的に実行する処理として、図５（ｂ）に示したように、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、所定の制御周期において暖房循環ポンプ１１１を作動させる期間（オン期間）の割合を、室温センサ２０２の検出温度と設定暖房温度との差に応じて変更する処理を行うことで、暖房運転を断続的に実行するようにしてもよい。

ここで、図５（ｂ）は、縦軸を温度（℃）及び流量（リットル/min）に設定し、横軸を時間に設定して、ＰＷＭ制御により暖房運転を実行したときの暖房混合温度センサ４７の検出温度（暖房混合温度）と、暖房循環ポンプ１１１の作動により暖房循環路４０内を循環する温水の流量を示したものである。

図５（ｂ）のｔ20〜ｔ24は、貯湯タンク１１の湯切れが生じていない状態で暖房運転が実行されており、ＰＷＭデューティに従って暖房循環ポンプ１１１がＯＮ／ＯＦＦし、暖房温水流量がゼロのオフ期間（ｔ21〜ｔ22，ｔ23〜ｔ24）と一定流量のオン期間（ｔ20〜ｔ21，ｔ22〜ｔ23）が切替わっている。

また、図５（ｂ）のｔ24〜ｔ28は、貯湯タンク１１の湯切れが生じている状態であり、ヒートポンプ５１の加熱量を暖房要求能力よりも多い固定値（例えば、最大加熱量）として、ＰＷＭ制御を行う。これにより、湯切れが生じていない場合よりもオフ期間（ｔ25〜ｔ26，ｔ27〜ｔ28）を長くして、沸かし上げ運転の実行可能時間を長くしている。貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げが完了したｔ28以降は、ヒートポンプ５１の加熱量を比例制御に戻してＰＷＭ制御を行う。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１３で、タンク制御部１５２は、タンク温度センサ１４の検出温度が４０℃以上になったときに沸かし上げ運転を終了したが、沸かし上げ運転の実行により沸かし上げる湯水の総量（沸かし上げ量）を、タンク温度センサ１４による検出レベル（貯湯タンク１１の下部まで）よりも少なくしてもよい。沸かし上げ量を少なくすることにより、沸かし上げ運転の実行時間を短くして、「暖房優先モード」に切替わるまでの時間を短縮し、ヒートポンプ５１を熱源とした暖房運転を速やかに再開することができる。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ３２で蓄熱ヒートポンプ効率と暖房ヒートポンプ効率を比較して、「蓄熱優先モード」と「暖房優先モード」を切替えたが、他の条件（所定時間以内に湯が使用される可能性等）によって、「蓄熱優先モード」と「暖房優先モード」を切替えるようにしてもよい。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１０で暖房運転が停止しているときに、ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１３で沸かし上げ運転を実行する処理を行ったが、この処理を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ７で沸かし上げ条件が成立したときに、図３のＳＴＥＰ８に進み、ヒートポンプ５１の加熱能力が暖房要求能力以下であるか否かを判断した。しかし、図２のＳＴＥＰ７で沸かし上げ条件が成立したときに、ＳＴＥＰ８の判断を行わずに図３のＳＴＥＰ３０に分岐し、ＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３２の処理により、蓄熱ヒートポンプ効率と暖房ヒートポンプ効率とを比較して、蓄熱ヒートポンプ効率の方が高いときは蓄熱優先モードとし、暖房ヒードポンプ効率の方が高いときには暖房優先もモードとするようにしてもよい。

なお、本実施形態では、本発明の暖房端末として床暖房機２００を例に説明したが、温風暖房機２１０を本発明の暖房端末として、本発明を適用してもよい。

１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、４０…暖房循環路、４１…タンク循環路、４２…ヒートポンプバイパス路、４８…暖房側混合弁、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ、５２…ヒートポンプ循環路、５５…ヒートポンプ熱交換器、７０…給湯補助熱源機、７５…暖房補助熱源機、８０…ガス熱源ユニット、１５０…コントローラ、１５１…暖房制御部、１５２…タンク制御部、１５３…優先モード切替部、２００…床暖房機。

Claims (4)

1. 下部に給水管が接続されると共に上部に給湯管が接続され、該給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
   前記貯湯タンクの下部に貯まった水を前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
   暖房端末が接続された暖房循環路と、
   前記暖房循環路内に暖房熱媒体を循環させる暖房循環ポンプと、
   ヒートポンプ循環路を有し、該ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体を加熱するヒートポンプと、
   前記ヒートポンプ循環路と前記タンク循環路と前記暖房循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と前記タンク循環路内を循環する湯水との間で熱交換を行うと共に、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体との間で熱交換を行うヒートポンプ熱交換器と、
   所定の暖房実行条件が成立しているときに、前記暖房循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させることにより、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱して前記暖房端末による暖房を行なう暖房運転を実行する暖房制御部と、
   所定の沸かし上げ実行条件が成立しているときに、前記タンク循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させることにより、前記タンク循環路内を循環する前記貯湯タンクからの湯水を所定の沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行するタンク制御部と
   を備えたヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、前記暖房運転の実行を禁止して前記沸かし上げ運転の実行を許可する蓄熱優先モードと、前記沸かし上げ運転の実行を禁止して前記暖房運転の実行を許可する暖房優先モードとを、所定のモード切替条件により切替えて、前記沸かし上げ運転又は前記暖房運転の単独運転を実行させる優先モード切替部を備えたことを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記タンク循環路から前記ヒートポンプ熱交換器に流入する湯水の温度を検出するタンク戻り温度センサと、
   前記暖房循環路から前記ヒートポンプ熱交換器に流入する暖房熱媒体の温度を検出する暖房戻り温度センサとを備え、
   前記優先モード切替部は、前記ヒートポンプ熱交換器において、前記タンク循環路から流入する前記タンク戻り温度センサによる検出温度の湯水を前記沸かし上げ温度まで加熱するときの前記ヒートポンプの効率である蓄熱ヒートポンプ効率と、前記ヒートポンプ熱交換器において、前記暖房循環路から流入する前記暖房戻り温度センサによる検出温度の暖房熱媒体を、所定の暖房出湯温度まで加熱するときの前記ヒートポンプの効率である暖房ヒートポンプ効率とを求め、前記モード切替条件として、前記蓄熱ヒートポンプ効率が前記暖房ヒートポンプ効率よりも高いときは前記蓄熱優先モードとし、前記暖房ヒートポンプ効率が前記蓄熱ヒートポンプ効率よりも高いときには前記暖房優先モードとすることを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
3. 請求項１に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記暖房制御部は、前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立しているときに、前記ヒートポンプを所定能力以上で作動させて、前記暖房運転を断続的に実行し、
   前記優先モード切替部は、前記暖房制御部により前記暖房運転が断続的に実行されているときに、前記暖房運転の実行中は前記暖房優先モードとし、前記暖房運転の停止中は前記蓄熱優先モードとすることを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記タンク制御部は、前記暖房実行条件と前記沸かし上げ実行条件が共に成立している場合に、前記沸かし上げ運転の実行により前記沸かし上げ温度まで加熱する前記貯湯タンク内の湯水の総量を、前記暖房実行条件が成立せずに前記沸かし上げ実行条件が成立している場合よりも、減少させることを特徴とするヒートポンプ熱源システム。

Images