JP2014016105A - 給湯暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプの運転に適さないほど外気温が低温となっても、適切に配管類の凍結を抑制し得る給湯暖房システムを提供する。
【解決手段】給湯暖房システム２は、ヒートポンプ５０と、タンク１０と、タンク水循環路２０と、暖房用水循環路７１と、バーナ加熱装置８２と、暖房機７６と、三流体熱交換器５８と、外気温センサ４０とを備える。三流体熱交換器５８は、ヒートポンプ５０の熱媒体循環路５２とタンク水循環路２０の間、及び、熱媒体循環路５２と暖房用水循環路７１の間で熱交換を行う。外気温が、所定の閾値より低い場合に、ヒートポンプ５０を作動させずにバーナ加熱装置８２を作動させ、暖房用水循環路７１内の水を循環させ、タンク水循環路２０内の水を循環させる、第１の凍結防止運転を実行する。
【選択図】 図７

Description

本明細書で開示する技術は、給湯暖房システムに関する。

特許文献１には、冷媒を循環させる配管を備えるヒートポンプと、温水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を導入し、導入した水を貯湯タンクに戻す加熱循環回路と、冷媒との熱交換によって、加熱循環回路内の水を加熱する水冷媒熱交換器と、外気温を検知する外気温検知センサとを備えるヒートポンプ式給湯機が開示されている。特許文献１のヒートポンプ式給湯機は、外気温検知センサが所定の凍結危険温度を検知すると、ヒートポンプを作動させ、かつ、加熱循環回路内の水を循環させる凍結防止運転を行う。この凍結防止運転によって加熱循環回路内に高温の湯が循環され、加熱循環回路の凍結が抑制される。

特開２００９−１５６４９５号公報

ヒートポンプは、外気と冷媒との間で熱交換を行い、外気から熱を吸収する。そのため、外気温が低くなると、冷媒と外気温との温度差が小さくなり、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できない事態が生じ得る。そのような場合、特許文献１のヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプが熱源として効果的に作動しなくなる。そのため、凍結防止運転を行ったとしても、加熱循環回路内に高温の湯を循環させることができず、加熱循環回路の凍結を十分に抑制できないおそれがある。

本明細書では、ヒートポンプの運転に適さないほど外気温が低温となっても、適切に配管類の凍結を抑制し得る給湯暖房システムを開示する。

本明細書が開示する給湯暖房システムは、ヒートポンプと、タンクと、タンク水循環路と、第２熱媒体循環路と、加熱装置と、暖房機と、三流体熱交換器と、外気温センサとを備える。ヒートポンプは、第１熱媒体を循環させる第１熱媒体循環路を備える。タンクは、温水利用箇所に供給する水を貯留する。タンク水循環路は、タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻す。第２熱媒体循環路は、第２熱媒体を循環させる。加熱装置は、ガスを消費して発生させた熱によって第２熱媒体を加熱する。暖房機は、第２熱媒体の熱を利用して暖房する。三流体熱交換器は、第１熱媒体循環路とタンク水循環路の間、及び、第１熱媒体循環路と第２熱媒体循環路の間で熱交換を行う。外気温センサは、外気温を計測する。外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させ、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第１の凍結防止運転を実行する。

ここで、第１の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高くなる温度である。

上記の通り、第１の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高くなる温度である。上記の給湯暖房システムでは、外気温センサが計測する外気温が第１の所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させて第１の凍結防止運転を実行する。これによって、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体が、加熱装置によって加熱される。三流体熱交換器では、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体と第１熱媒体循環路内の第１熱媒体の間で熱交換が行われ、第２熱媒体の熱によって第１熱媒体が加熱される。さらに、第１熱媒体循環路内の第１熱媒体と、タンク水循環路内の水の間で熱交換が行われ、第１熱媒体の熱によって水が加熱される。従って、第１の凍結防止運転の結果、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体、第１熱媒体循環路内の第１熱媒体、及び、タンク水循環路内の水の温度が上昇する。その結果、外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度より低い場合において、ヒートポンプを作動させなくても、タンク水循環路、第１熱媒体循環路、第２熱媒体循環路等の配管類の凍結を抑制することができる。従って、上記の給湯暖房システムは、ヒートポンプの運転に適さないほど外気温が低温になっても、適切に配管類の凍結を抑制し得る。

蓄熱運転時及び給湯運転時の給湯暖房システムの動作を模式的に示す図。 暖房運転時の給湯暖房システムの動作を模式的に示す図。 タンク水循環路凍結防止運転を示すフローチャート。 暖房用水循環路凍結防止運転を示すフローチャート。 サーミスタ９８の検出温度ＴＷに対する運転時間と供給温度の設定値を示す表。 外気温Ｔに対するインターバル時間の設定値を示す表。 第１の凍結防止運転時の給湯暖房システムの動作を模式的に示す図。 第２の凍結防止運転時の給湯暖房システムの動作を模式的に示す図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

（特徴１）外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度以上であり、かつ、第２の所定温度より低い場合に、ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させ、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第２の凍結防止運転を実行することが好ましい。

第２の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、タンク水循環路内の水が凍結するおそれがある温度である。第２の所定温度は、第１の所定温度より高い温度である。

外気温が、第１の所定温度以上であり、かつ、第２の所定温度より低い場合、ヒートポンプは、外気から効率的に吸熱することができる。上記の構成によると、外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度以上であり、かつ、第２の所定温度より低い場合（即ち、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱することができる外気温である場合）に、ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させて、第２の凍結防止運転を実行する。ヒートポンプを熱源として利用できるため、配管類の凍結を効果的に抑制することができる。また、加熱装置のみを熱源とする場合と比べて、エネルギー効率も良い。従って、上記の給湯暖房システムは、適切に配管類の凍結を抑制し得る。

（実施例）
図１に示すように、本実施例に係る給湯暖房システム２は、給湯系統１０４と、ヒートポンプ系統１０６と、暖房系統１０８と、外気温センサ４０と、制御装置１００とを備えている。

ヒートポンプ系統１０６は、ヒートポンプ５０と、三流体熱交換器５８とを備える。ヒートポンプ５０は、熱媒体（例えば、ＨＦＣ冷媒（Ｒ４１０Ａ）、又は、ＣＯ_２冷媒）を循環させるための熱媒体循環路５２と、熱交換器（蒸発器）５４と、ファン５６と、圧縮器６２と、膨張弁６０とを備えている。熱媒体循環路５２は、三流体熱交換器５８内を通過している。また、熱交換器５４と、圧縮器６２と、膨張弁６０とは、熱媒体循環路５２内に設置されている。

熱交換器５４は、ファン５６によって送風された外気と熱媒体循環路５２内の熱媒体との間で熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。圧縮器６２は、熱媒体循環路５２内の熱媒体を圧縮して三流体熱交換器５８側に送り出す。これによって、熱媒体循環路５２内の熱媒体は、熱交換器５４、圧縮器６２、三流体熱交換器５８、膨張弁６０の順に循環する。

三流体熱交換器５８の熱媒体循環路５２には、圧縮器６２から送り出された高温高圧の気体状態の熱媒体が供給される。三流体熱交換器５８は、熱媒体循環路５２内の熱媒体と、後述のタンク水循環路２０内の水との間で熱交換を行うことができる。さらに、三流体熱交換器５８は、熱媒体循環路５２内の熱媒体と、後述の熱回収路８８内の水との間で熱交換を行うことができる。即ち、三流体熱交換器５８は、タンク水循環路２０内の水を加熱する第１熱交換器、及び、熱回収路８８内の水を加熱する第２熱交換器として機能する。熱媒体は、熱交換の結果、熱を奪われて凝縮する。これにより、熱媒体は、比較的低温で高圧の液体状態となる。

膨張弁６０には、三流体熱交換器５８を通過後の比較的低温で高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁６０を通過することによって減圧され、低温低圧の液体状態となる。膨張弁６０を通過した熱媒体は、上記の通り、熱交換器５４に供給される。

給湯系統１０４は、タンク１０と、タンク水循環路２０と、水道水導入路２４と、供給路３６と、バーナ加熱装置８１を備える。

タンク１０は、ヒートポンプ５０によって加熱された温水を貯える。タンク１０は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。タンク１０内には満水まで水が貯留されている。タンク１０には、サーミスタ１２、１４、１６、１８がタンク１０の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ１２、１４、１６、１８は、その取付位置の水の温度を測定する。

タンク水循環路２０は、上流端がタンク１０の下部に接続されており、下流端がタンク１０の上部に接続されている。タンク水循環路２０には、循環ポンプ２２が介装されている。循環ポンプ２２は、タンク水循環路２０内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、タンク水循環路２０は、三流体熱交換器５８を通過している。そのため、ヒートポンプ５０を作動させると、タンク水循環路２０内の水が三流体熱交換器５８で加熱される。従って、循環ポンプ２２とヒートポンプ５０を作動させると、タンク１０の下部の水が三流体熱交換器５８に送られて加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。タンク水循環路２０は、タンク１０に蓄熱するための水路である。

水道水導入路２４は、上流端が水道水供給源３２に接続されている。水道水導入路２４の下流側は、第１導入路２４ａと第２導入路２４ｂに分岐している。第１導入路２４ａの下流端は、タンク１０の下部に接続されている。第２導入路２４ｂの下流端は、供給路３６の途中に接続されている。第１導入路２４ａには、逆止弁２６が介装されている。第２導入路２４ｂには、逆止弁２８と流量調整弁３０が介装されている。流量調整弁３０は、第２導入路２４ｂ内を流れる水道水の流量を調整する。

供給路３６は、上流端がタンク１０の上部に接続されている。上述したように、供給路３６の途中には、水道水導入路２４の第２導入路２４ｂが接続されている。第２導入路２４ｂとの接続部より上流側の供給路３６には、流量調整弁３４が介装されている。流量調整弁３４は、供給路３６内を流れる水の流量を調整する。第２導入路２４ｂとの接続部より下流側の供給路３６には、バーナ加熱装置８１が介装されている。バーナ加熱装置８１は、供給路３６内の水を加熱する。供給路３６の下流端は給湯栓３８に接続されている。

暖房系統１０８は、シスターン７０と、暖房用水循環路７１と、バーナ加熱装置８２と、暖房機７６と、を備えている。暖房用水循環路７１は、暖房往路７２と、暖房復路８４と、調整弁９０と、熱回収路８８と、バイパス路９４と、循環流路９６と、を備えている。暖房用水循環路７１は、シスターン７０内の水を循環させるための水路である。暖房用水循環路７１内の水は、バーナ加熱装置８２、三流体熱交換器５８によって加熱される。

シスターン７０は、上部が開放されている容器であり、内部に水を貯留している。シスターン７０には、循環流路９６の下流端と、暖房往路７２の上流端とが接続されている。シスターン７０内には、循環流路９６から水が流入する。シスターン７０内の水は、暖房往路７２に導入される。

暖房往路７２は、上流端がシスターン７０に接続され、下流端が暖房機７６の往き口に接続されている。暖房往路７２には、循環ポンプ７４が介装されている。循環ポンプ７４は、暖房往路７２内の水を下流側に送り出す。暖房機７６より上流側の暖房往路７２には、バーナ加熱装置８２が介装されている。バーナ加熱装置８２は、暖房往路７２内の水を加熱する。バーナ加熱装置８２が作動する様子は、図２に図示している。バーナ加熱装置８２は、ヒートポンプ５０よりも、暖房用水循環路７１内を循環する水を加熱する能力が高い。言い換えると、バーナ加熱装置８２は、ヒートポンプ５０よりも、単位時間当りの加熱量が高い。バーナ加熱装置８２で加熱された水は、暖房機７６に供給される。また、暖房往路７２のうち、バーナ加熱装置８２の下流側であって、暖房機７６の上流側には、サーミスタ８６が介装されている。サーミスタ８６は、バーナ加熱装置８２を通過した後の暖房往路７２内の水の温度を測定する。

暖房機７６は、暖房往路７２から供給される水の熱を利用して、居室を暖房する。暖房往路７２から供給される水は、暖房に利用されると、熱を奪われ、比較的低温の水となる。暖房に利用された後の比較的低温の水は、暖房復路８４に導入される。

暖房復路８４は、上流端が暖房機７６の戻り口に接続され、下流端が、バイパス路９４の上流端及び熱回収路８８の上流端に接続されている。

熱回収路８８は、上流端がバイパス路９４の上流端及び暖房復路８４の下流端に接続され、下流端がバイパス路９４の下流端及び循環流路９６の上流端に接続されている。熱回収路８８は、三流体熱交換器５８を通過している。そのため、ヒートポンプ５０を作動させると、熱回収路８８内の水が三流体熱交換器５８で加熱される。

バイパス路９４は、上流端が暖房復路８４の下流端及び熱回収路８８の上流端に接続され、下流端が熱回収路８８の下流端及び循環流路９６の上流端に接続されている。即ち、バイパス路９４は、三流体熱交換器５８の上流側と下流側とをバイパスする。

調整弁９０は、暖房復路８４の下流端と、熱回収路８８の上流端と、バイパス路９４の上流端との接続部分に取り付けられている。調整弁９０は、その開度を変化させることによって、熱回収路８８を通過する水の流量（三流体熱交換器５８を通過する水の流量）と、バイパス路９４を通過する水の流量との割合を変化させることができる。調整弁９０には、例えば三方弁が用いられる。

循環流路９６は、上流端が熱回収路８８の下流端及びバイパス路９４の下流端に接続され、下流端がシスターン７０に接続されている。循環流路９６には、サーミスタ９８が介装されている。サーミスタ９８は、循環流路９６内の水の温度を測定する。

外気温センサ４０は、給湯系統１０４のタンク１０付近に備えられており、外気温を測定可能である。

制御装置１００は、給湯系統１０４、ヒートポンプ系統１０６、暖房系統１０８、及び、外気温センサ４０と電気的に接続されており、各構成要素の動作を制御する。

（給湯暖房システムの動作）
次いで、本実施例の給湯暖房システム２の動作について説明する。給湯暖房システム２は、蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、及び、凍結防止運転を実行することができる。以下、各運転について説明する。

（蓄熱運転）
蓄熱運転は、ヒートポンプ５０で生成した熱により、タンク１０内の水を加熱する運転である。図１中の実線矢印は、蓄熱運転中におけるヒートポンプ５０の熱媒体の流れ、及び、タンク１０の水の流れを示している。制御装置１００によって蓄熱運転の実行が指示されると、ヒートポンプ５０が作動するとともに、循環ポンプ２２が回転する。この際、ヒートポンプ５０では、圧縮器６２が作動する。

ヒートポンプ５０が作動することにより、熱媒体循環路５２内の熱媒体は、熱交換器５４、圧縮器６２、三流体熱交換器５８、膨張弁６０の順に循環する。この場合、三流体熱交換器５８を通過する熱媒体循環路５２内の熱媒体は、高温高圧の気体状態である。また、循環ポンプ２２が回転すると、タンク水循環路２０内をタンク１０内の水が循環する。即ち、タンク１０の下部に存在する水がタンク水循環路２０内に導入され、導入された水が三流体熱交換器５８を通過する際に、熱媒体循環路５２内の熱媒体の熱によって加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。これにより、タンク１０に高温の水が貯められる。タンク１０の上部には、高温の水の層が形成され、下部には、低温の水の層が形成される。

（給湯運転）
給湯運転は、タンク１０内の水を給湯栓３８に供給する運転である。図１中の破線矢印は、給湯運転中におけるタンク１０の水の流れを示している。給湯運転は、上記の蓄熱運転中にも実行することができる。給湯栓３８が開かれると、制御装置１００は、流量調整弁３４を開く。すると、水道水供給源３２からの水圧によって、水道水導入路２４（第１導入路２４ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の温水が、供給路３６を介して給湯栓３８に供給される。

制御装置１００は、タンク１０から供給路３６に供給される水の温度（即ち、サーミスタ１２の検出温度）が、給湯設定温度より高い場合には、流量調整弁３０を開いて第２導入路２４ｂから供給路３６に水道水を導入する。従って、タンク１０から供給された水と第２導入路２４ｂから供給された水道水とが、供給路３６内で混合される。制御装置１００は、給湯栓３８に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、流量調整弁３０の開度を調整する。一方、制御装置１００は、タンク１０から供給路３６に供給される水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バーナ加熱装置８１を作動させる。従って、供給路３６を通過する水がバーナ加熱装置８１によって加熱される。制御装置１００は、給湯栓３８に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、バーナ加熱装置８１の出力を制御する。

（暖房運転）
暖房運転は、暖房機７６を作動させて居室を暖房する運転である。図２は、暖房運転中の各構成要素の動作の一例を示す。図２中の実線矢印は、ヒートポンプ５０の熱媒体の流れ、及び、暖房用水循環路７１内の水の流れを示している。

ユーザによって暖房運転の実行が指示されると、制御装置１００は、循環ポンプ７４を作動させる。これにより、シスターン７０内の水が、暖房往路７２、暖房機７６、暖房復路８４、熱回収路８８、及び、循環流路９６をこの順で通過してシスターン７０に戻るように循環する。なお、暖房運転が開始された直後では、調整弁９０は、暖房用水循環路７１内の水の全部が三流体熱交換器５８を通過するように開度が調整されている。

さらに、制御装置１００は、循環ポンプ７４と同時に、バーナ加熱装置８２と、ヒートポンプ５０を作動させる。これにより、上記経路を循環する水は、暖房往路７２を通過する際にバーナ加熱装置８２によって加熱されるとともに、熱回収路８８を通過する際に、三流体熱交換器５８内で、熱媒体循環路５２内の熱媒体の熱によって加熱される。この結果、暖房機７６には、バーナ加熱装置８２とヒートポンプ５０の両方を用いて加熱された水が供給される。さらに、制御装置１００は、暖房機７６を作動させる。暖房機７６は、供給された水の熱を利用して、居室を暖房する。

その後、暖房用水循環路７１内の水の温度が高くなり、ヒートポンプ５０による水の加熱効率が低下する場合には、制御装置１００は、図２に示すように、熱回収路８８を流れる水の一部がバイパス路９４を通過して循環流路９６に導入されるように、調整弁９０の開度を調整する。これにより、ヒートポンプ５０で加熱される水の流量が減るため、暖房用水循環路７１内の水の温度上昇を抑えることができる。

その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路７１内の水の温度が再び高くなり、ヒートポンプ５０による水の加熱効率が再び低下する場合には、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を停止させる。これにより、暖房用水循環路７１内の水は、ヒートポンプ５０によって加熱されなくなる。

その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路７１内の水の温度が十分に高くなった場合（即ち、暖房機７６が立ち上がった状態になる場合）、制御装置１００は、バーナ加熱装置８２を停止させる。暖房機７６には、十分に加熱された暖房用水循環路７１内の水の熱が供給される。

その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路７１内の水の温度が低下した場合、制御装置１００は、適宜ヒートポンプ５０を作動させて、暖房用水循環路７１内の水の温度を加熱する。これにより、ヒートポンプ５０を熱源として、安定した暖房運転を行うことができる。

なお、暖房運転開始時点で、外気温センサ４０の検出温度（即ち外気温Ｔ）が、ヒートポンプ５０によって効率的に水を加熱することができないほどの低温である場合（例えば外気温が−１０℃より低い場合）、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を熱源として作動させずに、バーナ加熱装置８２のみを熱源として作動させて、暖房運転を実行することもできる。

（凍結防止運転）
凍結防止運転は、外気温が低い状況において、タンク水循環路２０、暖房用水循環路７１、熱媒体循環路５２等の配管類が凍結破損することを防ぐための運転である。制御装置１００は、タンク水循環路２０の凍結破損を防止するためのタンク水循環路凍結防止運転（図３参照）、及び、暖房用水循環路７１の凍結破損を防止するための暖房用水循環路凍結防止運転（図４参照）を同時に実行する。図３、図４は、それぞれ、タンク水循環路凍結防止運転、暖房用水循環路凍結防止運転を示すフローチャートである。制御装置１００が、タンク水循環路凍結防止運転と暖房用水循環路凍結防止運転とを実行する結果として、給湯暖房システム２全体で、第１の凍結防止運転（図７参照）と、第２の凍結防止運転（図８参照）のいずれか一方が実行されることになる。図７は、第１の凍結防止運転時の各構成要素の動作を示す。図８は、第２の凍結防止運転時の各構成要素の動作を示す。

以下、制御装置１００が実行するタンク水循環路凍結防止運転と、暖房用水循環路凍結防止運転とについて、図３、図４を用いて順に説明する。

（タンク水循環路凍結防止運転）
まず、図３を参照して、タンク水循環路２０の凍結を防止するタンク水循環路凍結防止運転について説明する。Ｓ１０及びＳ１２では、制御装置１００は、外気温センサ４０が検出する外気温Ｔが、所定の閾値Ｔ１より低くなること、及び、サーミスタ２１の検出温度（即ち、タンク水循環路２０内の水の温度）が、所定の閾値Ｔ２より低くなることを監視する。所定の閾値Ｔ１は、外気温Ｔがその温度を下回ると、タンク水循環路内の水が凍結するおそれがある気温である。所定の閾値Ｔ１は、例えば、５℃である。また、所定の閾値Ｔ２は、サーミスタ２１の検出温度（即ち、タンク水循環路２０内の水の温度）が、その温度を下回ると、タンク水循環路２０内の水が凍結するおそれがある水温である。所定の閾値Ｔ２は、例えば、１０℃である。制御装置１００は、外気温Ｔが閾値Ｔ１より低く、かつ、サーミスタ２１の検出温度が閾値Ｔ２より低い場合に（Ｓ１０でＹＥＳ、かつ、Ｓ１２でＹＥＳの場合）、Ｓ１４に進む。

Ｓ１４では、制御装置１００は、循環ポンプ２２を作動させる。これにより、タンク１０の下部の水がタンク水循環路２０に導入され、三流体熱交換器５８を通過して、タンク１０の上部に戻される。

次いで、Ｓ１６では、制御装置１００は、第１の循環時間が経過することを監視する。第１の循環時間は、例えば４分間である。第１の循環時間が経過すると、制御装置１００は、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、Ｓ１８に進む。

Ｓ１８では、制御装置１００は、循環ポンプ２２を停止させる。循環ポンプ２２を、第１の循環時間の間作動させたことにより、タンク水循環路２０内の各部の水の温度が均一化される。

次いで、Ｓ２０では、制御装置１００は、サーミスタ２５の検出温度（即ち、三流体熱交換器５８を通過した後のタンク水循環路２０内の水の温度）が、所定の閾値Ｔ３より低いか否か判断する。所定の閾値Ｔ３は、例えば１３℃である。例えば、タンク水循環路凍結防止運転が開始された時点で、サーミスタ２１の検出温度（即ち、タンク水循環路２０内の水の温度）が所定の閾値Ｔ２より低い場合であっても、タンク１０内には比較的高温の水が貯留されている場合がある。その場合、上記のＳ１４〜Ｓ１８で、循環ポンプ２２を第１の循環時間の間作動させると、タンク１０内の比較的高温の水がタンク水循環路２０内を循環する。その結果、Ｓ２０の時点で、サーミスタ２５の検出温度が閾値Ｔ３以上になる場合がある。サーミスタ２５の検出温度が閾値Ｔ３以上になる場合、タンク水循環路２０内の水が凍結する可能性は少ない。従って、その場合、制御装置１００は、Ｓ２０でＮＯと判断し、タンク水循環路凍結防止を終了し、再度Ｓ１０及びＳ１２に戻って、監視を行う。

一方、Ｓ２０の時点で、サーミスタ２５の検出温度が閾値Ｔ３より低い場合、タンク水循環路２０内の水が凍結する可能性がある。従って、その場合、制御装置１００は、Ｓ２０でＹＥＳと判断し、Ｓ２４に進む。

Ｓ２４では、制御装置１００は、外気温センサ４０が検出する外気温Ｔが、所定の閾値Ｔ４以上であるか否か判断する。ここで、所定の閾値Ｔ４は、外気温Ｔがその温度を下回ると、ヒートポンプ５０が外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高い温度である。所定の閾値Ｔ４は、例えば−１０℃である。所定の閾値Ｔ４は、所定の閾値Ｔ１より低い温度である。外気温Ｔが閾値Ｔ４以上である場合、制御装置１００は、Ｓ２４でＹＥＳと判断し、Ｓ２６に進む。一方、外気温が閾値Ｔ４より低い場合、制御装置１００は、Ｓ２４でＮＯと判断し、Ｓ３４に進む。

Ｓ２６では、制御装置１００は、循環ポンプ２２及びヒートポンプ５０を作動させる。これにより、タンク１０の下部の水が三流体熱交換器５８に送られて加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。その結果、タンク水循環路２０内の水の温度が上昇する。Ｓ２６で循環ポンプ２２及びヒートポンプ５０を作動させることにより、後で説明する第２の凍結防止運転（図８参照）が実現される。

Ｓ２６で循環ポンプ２２及びヒートポンプ５０を作動させると、Ｓ２８、Ｓ３０において、制御装置１００は、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ１以上になること、又は、サーミスタ２１の検出温度が、所定の閾値Ｔ２以上になることを監視する。外気温Ｔが閾値Ｔ１以上になる場合、制御装置１００は、Ｓ２８でＹＥＳと判断し、Ｓ３２に進む。また、循環ポンプ２２及びヒートポンプ５０を作動させた結果、サーミスタ２１の検出温度が閾値Ｔ２以上になる場合（即ち、タンク水循環路２０内の水の温度が閾値Ｔ２以上になる場合）、制御装置１００は、Ｓ３０でＹＥＳと判断し、Ｓ３２に進む。

Ｓ３２では、制御装置１００は、循環ポンプ２２及びヒートポンプ５０を停止させる。Ｓ３２を終えると、制御装置１００は、タンク水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置１００は、再び、Ｓ１０及びＳ１２に戻って監視を行う。

一方、Ｓ３４では、外気温が閾値Ｔ４より低いため、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を作動させずに、循環ポンプ２２のみを作動させる。この場合、後で説明するように、暖房用水循環路７１（熱回収路８８）内の水が、熱媒体循環路５２内の熱媒体を加熱する。また、加熱された熱媒体循環路５２内の熱媒体の熱によって、タンク水循環路２０内の水が加熱される。その結果、タンク水循環路２０内の水の温度が少しずつ上昇する。Ｓ３４で循環ポンプ２２を作動させることにより、後で説明する第１の凍結防止運転（図７参照）が実現される。

Ｓ３４で循環ポンプ２２を作動させると、Ｓ３６、Ｓ３８において、制御装置１００は、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ１以上になること、又は、サーミスタ２１の検出温度が、所定の閾値Ｔ２以上になることを監視する。外気温Ｔが閾値Ｔ１以上になる場合、制御装置１００は、Ｓ３６でＹＥＳと判断し、Ｓ４０に進む。また、サーミスタ２１の検出温度が閾値Ｔ２以上になる場合、制御装置１００は、Ｓ３８でＹＥＳと判断し、Ｓ４０に進む。

Ｓ４０では、制御装置１００は、循環ポンプ２２を停止させる。Ｓ４０を終えると、制御装置１００は、タンク水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置１００は、再び、Ｓ１０及びＳ１２に戻って監視を行う。

（暖房用水循環路凍結防止運転）
次いで、図４を参照して、暖房用水循環路７１の凍結を防止する暖房用水循環路凍結防止運転について説明する。Ｓ５０では、制御装置１００は、外気温センサ４０が検出する外気温Ｔが、所定の閾値Ｔ１より低くなることを監視する。制御装置１００は、外気温Ｔが閾値Ｔ１より低い場合に、Ｓ５０でＹＥＳと判断し、Ｓ５２に進む。

Ｓ５２では、制御装置１００は、循環ポンプ７４を作動させる。これにより、シスターン７０内の水が、暖房往路７２、暖房機７６、暖房復路８４、熱回収路８８、及び、循環流路９６をこの順で通過してシスターン７０に戻るように循環する（図７、図８参照）。なお、暖房用水循環路凍結防止運転では、調整弁９０は、暖房用水循環路７１内の水の全部が三流体熱交換器５８を通過するように開度が調整されている（図７、図８参照）。

次いで、Ｓ５４では、制御装置１００は、第２の循環時間が経過することを監視する。第２の循環時間は、例えば４分間である。第２の循環時間が経過すると、制御装置１００は、Ｓ５４でＹＥＳと判断し、Ｓ５６に進む。

Ｓ５６では、制御装置１００は、循環ポンプ７４を停止させる。循環ポンプ７４を、第２の循環時間の間作動させたことにより、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度が均一化される。

次いで、Ｓ５８では、制御装置１００は、サーミスタ９８の検出温度ＴＷ（即ち、均一化された後の暖房用水循環路７１内の水の温度）より、運転時間と供給温度を決定する。ここで、運転時間とは、循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させる時間である。また、供給温度とは、三流体熱交換器５８（熱回収路８８）に供給される水の温度である。即ち、供給温度とは、バーナ加熱装置８２で加熱された後の暖房往路７２内の水の温度（サーミスタ８６の検出温度）である。

具体的には、Ｓ５８では、制御装置１００は、サーミスタ９８の検出温度ＴＷに応じて、予め設定されている運転時間及び供給温度を決定する（図５参照）。図５は、サーミスタ９８の検出温度ＴＷ毎の運転時間及び供給時間の設定値を示す表である。図５に示すように、例えば、温度ＴＷが２０℃以上である場合、運転時間は２分、供給温度は５５℃に設定されている。また、温度ＴＷが１５℃以上２０℃未満の場合、運転時間は４分、供給温度は６０℃に設定されている。即ち、本実施例では、温度ＴＷが低温であるほど、運転時間は長く、供給温度は高くなるように設定されている。Ｓ５８では、制御装置１００は、サーミスタ９８の検出温度ＴＷに応じて、図５に従って、運転時間及び供給温度を決定する。

次いで、Ｓ６０では、制御装置１００は、循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させる。このとき、バーナ加熱装置８２は、加熱後の暖房往路７２内の水の温度がＳ５８で決定された供給温度になるように加熱量を調整する。これにより、暖房用水循環路７１内を循環する水は、バーナ加熱装置８２によって加熱される。この結果、暖房用水循環路７１内の水の温度は上昇する。Ｓ６０で循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させることにより、後で説明する第１の凍結防止運転（図７参照）、及び、第２の凍結防止運転（図８）が実現される。

Ｓ６０で循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させると、Ｓ６４で、制御装置１００は、Ｓ５８で決定された運転時間が経過することを監視する。運転時間が経過すると、制御装置１００は、Ｓ６４でＹＥＳと判断し、Ｓ６６に進む。Ｓ６６では、制御装置１００は、循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を停止させる。

次いで、Ｓ６８では、制御装置１００は、外気温センサ４０によって検出される外気温Ｔに応じて、インターバル時間を決定する。インターバル時間とは、次に暖房用水循環路凍結防止運転を開始するまでの時間である。具体的には、Ｓ６８では、制御装置１００は、外気温Ｔに応じて、予め設定されているインターバル時間を決定する（図６参照）。図６は、外気温Ｔ毎のインターバル時間の設定値を示す表である。図６に示すように、例えば、外気温Ｔが３℃以上である場合、インターバル時間は６０分に設定されている。また、外気温Ｔが１℃以上３℃未満の場合、インターバル時間は５０分に設定されている。即ち、本実施例では、外気温Ｔが低温であるほど、インターバル時間が短くなるように設定されている。Ｓ６８では、制御装置１００は、外気温Ｔに応じて、図６に従って、インターバル時間を決定する。

次いで、Ｓ７０では、制御装置１００は、Ｓ６８で決定されたインターバル時間が経過することを監視する。インターバル時間が経過すると、制御装置１００は、Ｓ７０でＹＥＳと判断し、暖房用水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置１００は、Ｓ５０に戻って監視を行う。

以上、制御装置１００が実行するタンク水循環路凍結防止運転、及び、暖房用水循環路凍結防止運転について説明した。次いで、制御装置１００がタンク水循環路凍結防止運転、及び、暖房用水循環路凍結防止運転を実行する結果として、給湯暖房システム２全体で実現される第１の凍結防止運転（図７参照）及び第２の凍結防止運転（図８参照）について説明する。

（第１の凍結防止運転）
上記の通り、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４（例えば−１０℃）より低い場合、ヒートポンプ５０は外気から効率的に吸熱することができず、運転に適さない。その場合、制御装置１００は、図３のＳ２４でＮＯと判断するとともに、図４のＳ５０でＹＥＳと判断する。その結果、図７に示すように、給湯暖房システム２では、第１の凍結防止運転が実現される。

具体的には、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を作動させずに、循環ポンプ２２のみを作動させる（図３のＳ３４）。これにより、タンク水循環路２０内の水が循環する。さらに、制御装置１００は、循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させる（図４のＳ６０）。これにより、暖房用水循環路７１内の水は、暖房用水循環路７１内を循環するとともに、バーナ加熱装置８２によって加熱される。この結果、暖房用水循環路７１内の水の温度が上昇する。

図７に示すように、第１の凍結防止運転では、ヒートポンプ５０は作動しないが、三流体熱交換器５８では、暖房用水循環路７１（熱回収路８８）内の水と、熱媒体循環路５２内の熱媒体との間で熱交換が行われる。即ち、熱回収路８８内の水の熱で、熱媒体循環路５２内の熱媒体が加熱される。さらに、三流体熱交換器５８では、熱媒体循環路５２内の熱媒体と、タンク水循環路２０内の水との間で熱交換が行われる。即ち、熱媒体循環路５２内の熱媒体の熱で、タンク水循環路２０内の水が加熱される。そのため、第１の凍結防止運転の結果、タンク水循環路２０内の水の温度が少しずつ上昇する。従って、暖房用水循環路７１内の水、熱媒体循環路５２内の熱媒体、及び、タンク水循環路２０内の水の温度がそれぞれ上昇する。

そのため、外気温が所定の閾値Ｔ４より低い場合において、ヒートポンプ５０を作動させなくても、タンク水循環路２０、熱媒体循環路５２、暖房用水循環路７１等の配管類の凍結を抑制することができる。従って、本実施例の給湯暖房システム２は、外気温が、ヒートポンプ５０の運転に適さないほど低温になっても、適切に配管類の凍結を抑制することができる。

（第２の凍結防止運転）
上記の通り、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４（例えば−１０℃）以上であるが、所定の閾値Ｔ１（例えば５℃）より低い場合、ヒートポンプ５０は、外気から効率的に吸熱することができる。この場合、制御装置１００は、図３のＳ２４でＹＥＳと判断するとともに、図４のＳ５０でＹＥＳと判断する。その結果、図８に示すように、給湯暖房システム２では、第２の凍結防止運転が実現される。

具体的には、制御装置１００は、ヒートポンプ５０及び循環ポンプ２２を作動させる（図３のＳ２６）。これにより、タンク水循環路２０内の水は、タンク水循環路２０内を循環するとともに、三流体熱交換器５８で加熱される。その結果、タンク水循環路２０内の水の温度が上昇する。また、制御装置１００は、循環ポンプ７４及びバーナ加熱装置８２を作動させる（図５のＳ６０）。これにより、暖房用水循環路７１内の水は、暖房用水循環路７１内を循環するとともに、バーナ加熱装置８２によって加熱される。この結果、暖房用水循環路７１内の水の温度が上昇する。

上記の通り、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４以上であって、所定の閾値Ｔ１より低い場合、バーナ加熱装置８２に加えてヒートポンプ５０を熱源として利用できるため、配管類の凍結を効果的に抑制することができる。従って、本実施例の給湯暖房システム２は、外気温が、配管類が凍結破損するおそれがある温度である場合において、適切に配管類の凍結を抑制することができる。

以上、本実施例の給湯暖房システム２の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例の給湯暖房システム２は、外気温が所定の閾値Ｔ４より低い場合（即ち、外気温が、ヒートポンプ５０の運転に適さないほど低温である場合）に、第１の凍結防止運転を行うことにより、適切に配管類の凍結を抑制することができる。また、本実施例の給湯暖房システム２は、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４以上であって、所定の閾値Ｔ１より低い場合（即ち、外気温が、配管類が凍結破損するおそれがある温度である場合）に、第２の凍結防止運転を行うことにより、適切に配管類の凍結を抑制することができる。

本実施例の熱媒体循環路５２、暖房用水循環路７１が、それぞれ、「第１熱媒体循環路」、「第２熱媒体循環路」の一例である。閾値Ｔ４、閾値Ｔ１が、それぞれ、「第１の所定温度」、「第２の所定温度」の一例である。

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。例えば、以下の変形例が含まれる。

（変形例１） 上記の実施例では、制御装置１００は、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４（例えば−１０℃）以上であるが、所定の閾値Ｔ１（例えば５℃）より低い場合、バーナ加熱装置８２に加えてヒートポンプ５０を作動させ、熱源として利用している（第２の凍結防止運転）。これに限られず、制御装置１００は、外気温Ｔが所定の閾値Ｔ４（例えば−１０℃）以上であるが、所定の閾値Ｔ１（例えば５℃）より低い場合、ヒートポンプ５０のみを熱源として利用してもよい。この場合、バーナ加熱装置８２を熱源として利用する場合に比べて、エネルギー効率が良いという利点がある。

２：給湯暖房システム
１０：タンク
１２、１４、１６、１８：サーミスタ
２０：タンク水循環路
２２：循環ポンプ
２４：水道水導入路
２４ａ：第１導入路
２４ｂ：第２導入路
２６：逆止弁
２８：逆止弁
３０：流量調整弁
３２：水道水供給源
３４：流量調整弁
３６：供給路
３８：給湯栓
５０：ヒートポンプ
５２：熱媒体循環路
５４：熱交換器
５６：ファン
５８：三流体熱交換器
６０：膨張弁
６２：圧縮器
７０：シスターン
７１：暖房用水循環路
７２：暖房往路
７４：循環ポンプ
７６：暖房機
８１：バーナ加熱装置
８２：バーナ加熱装置
８４：暖房復路
８６：サーミスタ
８８：熱回収路
９０：調整弁
９４：バイパス路
９６：循環流路
９８：サーミスタ
１００：制御装置
１０４：給湯系統
１０６：ヒートポンプ系統
１０８：暖房系統

Claims (2)

1. 給湯暖房システムであり、
   第１熱媒体を循環させる第１熱媒体循環路を備えたヒートポンプと、
   温水利用箇所に供給する水を貯留するタンクと、
   タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻すタンク水循環路と、
   第２熱媒体を循環させる第２熱媒体循環路と、
   ガスを消費して発生させた熱によって第２熱媒体を加熱する加熱装置と、
   第２熱媒体の熱を利用して暖房する暖房機と、
   第１熱媒体循環路とタンク水循環路の間、及び、第１熱媒体循環路と第２熱媒体循環路の間で熱交換を行う三流体熱交換器と、
   外気温を計測する外気温センサと、を備え、
   外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度より低い場合に、
   ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させ、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第１の凍結防止運転を実行する、
   給湯暖房システム。
2. 外気温センサが計測する外気温が、第１の所定温度以上であり、かつ、第２の所定温度より低い場合に、
   ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させ、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第２の凍結防止運転を実行する、
   請求項１に記載の給湯暖房システム。

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