JP2014062697A - 暖房システム - Google Patents

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Abstract

【課題】融雪電力を電源電力として用いるヒートポンプの正常な運転を行なうことができない状況で、暖房運転中における暖房用熱媒の熱損失を低減する。
【解決手段】融雪電力を電源電力とするヒートポンプ31により加熱された熱媒を貯蔵する熱媒タンク11と、熱媒をバーナ44の燃焼運転により加熱される第1熱交換器45,46と暖房端末機5H,5Lとを経由して循環させる循環流路13と、熱媒タンク11をバイパスさせて熱媒を流すバイパス流路24とを備えており、融雪電力の提供の中断等によりヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないと判断される場合に、熱媒を熱媒タンク11を経由させずに、バイパス流路24を経由させるように、バイパス流路24の流量調整弁23を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、融雪電力を利用する暖房システムに関する。
特許文献1、2等に見られるように、熱源機により加熱される温水等の熱媒を、熱媒タンクと、暖房端末機を経由して循環させつつ、該熱媒の熱を暖房端末機で放熱させるようにした暖房システムが従来より一般に知られている。この種の暖房システムでは、熱源機として、ヒートポンプを備えるもの、あるいは、ヒートポンプと燃焼式の熱源機との両方を備えるものも知られている。
特開平5−60333号公報 特開2003−21343号公報
ところで、寒冷地等では、融雪電力が提供されている。この融雪電力は、用途が暖房や、道路路面の加熱等の特定の用途に制限された電力であり、通常の家庭用電源電力もしくは商用電源電力よりも安価に提供されている。そこで、例えば、融雪電力を電源電力として使用するヒートポンプにより加熱した熱媒タンクの熱媒、あるいは、該熱媒タンクの熱媒との熱交換によって加熱した熱媒を暖房用熱媒として、暖房端末機を経由して循環させることで暖房運転を行う暖房システムを提供することが考えられる。
一方、融雪電力は、一般に、常時供給されているわけではなく、一日のうちの一定時間は、供給が停止される。その状態では、ヒートポンプを運転することはできないので、熱媒タンク内の熱媒を加熱することはできない。このことは、ヒートポンプの故障が発生した場合でも同様である。
また、外気温度が低すぎるような状況においては、ヒートポンプを運転しても、熱媒タンク内の熱媒を十分に加熱し得る熱を発生させることができないので、熱媒タンク内の熱媒を実質的に加熱することができない。
上記のようにヒートポンプの運転を行なうことができないか、又はヒートポンプの運転を行っても熱媒を加熱することができない状況、すなわち、ヒートポンプの正常な運転が不能となる状況が発生した場合には、熱媒タンク内の熱媒は、自然放熱等によって、その温度が低下していく。ひいては、該熱媒タンク内の熱媒の温度が、暖房運転を適切に行うために必要な温度よりも低い温度まで低下してしまう。
この場合、暖房用熱媒を循環させる流路の途中にバーナの燃焼運転により加熱される熱交換器を介装することで、暖房用端末機に暖房運転に必要な温度の暖房用熱媒を供給するようにすることは可能である。
しかるに、ヒートポンプの正常な運転を行なうことができない状況で、ヒートポンプの正常な運転を行うことができる場合と同様に、暖房用熱媒を熱媒タンク、又は、熱媒タンクの熱媒との熱交換を行なう熱交換器を経由させて循環させるようにすると、熱媒タンク又は該熱交換器で暖房用熱媒の無駄な放熱(熱損失)が発生し、ひいては、バーナの燃焼運転によって暖房用熱媒に与えられる熱が、無駄に消費されてしまうという不都合がある。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、融雪電力を電源電力として用いるヒートポンプの正常な運転を行なうことができない状況で、暖房運転中における暖房用熱媒の熱損失を低減することができる暖房システムを提供することを目的とする。
本発明の暖房システムは、上記の目的を達成するために、融雪電力を電源電力として運転可能なヒートポンプと、
該ヒートポンプの運転によって加熱された熱媒を貯蔵する熱媒タンクと、
該熱媒タンク内に貯蔵された熱媒である暖房用熱媒、又は熱媒タンク内に貯蔵された熱媒との熱交換によって加熱された熱媒である暖房用熱媒を、バーナの燃焼によって発生する熱を該暖房用熱媒に伝熱するバーナ側熱交換器と、該暖房用熱媒の熱を放熱する暖房端末機と、前記熱媒タンク又は該熱媒タンク内の熱媒と暖房用熱媒との熱交換を行なうタンク側熱交換器とを経由して循環させる暖房用熱媒循環流路と、
前記暖房用熱媒循環流路における前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器の上流部と下流部とを連通させるように該熱媒タンク又はタンク側熱交換器と並列に該暖房用熱媒循環流路に接続されたバイパス流路と、
前記暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に流れる暖房用熱媒の流量と該暖房用熱媒循環流路から前記バイパス流路に流れる暖房用熱媒の流量との割合を調整可能に該暖房用熱媒循環流路及びバイパス流路に接続された流量調整弁と、
前記ヒートポンプの正常な運転を行い得るか否かを判断するヒートポンプ運転可否判断手段とを備えており、
前記ヒートポンプ運転可否判断手段により前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断された場合に、暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に向って流れてくる暖房用熱媒を、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに流すように前記流量調整弁が制御されることを特徴とする(第1発明)。
なお、本発明において、ヒートポンプの正常な運転を行うことができないということは、電源電力の供給されない等の理由によってヒートポンプの運転自体を行なうことができないか、もしくは、ヒートポンプの運転自体は行なうことができても、暖房用熱媒を加熱することができないということを意味する。
上記第1発明によれば、前記熱媒タンクに貯蔵される熱媒は、前記融雪電力を電源電力として運転可能なヒートポンプによって加熱されるので、該熱媒タンク内の熱媒は、融雪電力をエネルギー源としてヒートポンプにより発生した熱を蓄熱する。
そして、熱媒タンク内に貯蔵された熱媒である暖房用熱媒、又は熱媒タンク内に貯蔵された熱媒との熱交換によって加熱された熱媒である暖房用熱媒を、前記暖房用熱媒循環流路にて、前記暖房端末機を経由させて循環させることで、該暖房端末機による暖房運転を行うことが可能である。
なお、前記暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に流れる暖房用熱媒の流量と該暖房用熱媒循環流路から前記バイパス流路に流れる暖房用熱媒の流量との割合を前記流量調整弁により調整することで、バイパス流路の下流側で暖房用熱媒循環流路に流す暖房用熱媒の温度を調整することも可能である。
また、暖房用熱媒循環流路は、バーナの燃焼によって発生する熱を該暖房用熱媒に伝熱するバーナ側熱交換器をも経由するので、熱媒タンク側から暖房端末機側に供給される暖房用熱媒の温度が、暖房端末機の運転のために要求される暖房用熱媒の温度よりも低い場合等にあっては、該暖房用熱媒循環流路を流れる暖房用熱媒をさらに加熱した上で、暖房端末機に供給することも可能である。
一方、前記融雪電力の提供が中断される等の理由によって、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができなくなる場合がある。この場合、前記熱媒タンク内の熱媒が加熱されなくなるので、該熱媒の温度が自然放熱等により低下する。
このため、暖房用熱媒循環流路で、熱媒タンク又はタンク側熱交換器を経由させて暖房用熱媒を流し続けると、前記バーナの燃焼運転を行っても、該熱媒タンク又はタンク側熱交換器での暖房用熱媒の放熱が生じやすくなる。
しかるに、第1発明では、前記ヒートポンプ運転可否判断手段により前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断された場合に、暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に向って流れてくる暖房用熱媒を、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに流すように前記流量調整弁が制御される。
このため、暖房用熱媒は、熱媒タンク又はタンク側熱交換器を流通しなくなり、熱媒タンク内の熱媒の温度が暖房用熱媒の温度よりも低い温度に低下しても、該暖房用熱媒の放熱が低減されることとなる。
従って、第1発明の暖房システムによれば、融雪電力を電源電力として用いるヒートポンプの正常な運転を行なうことができない状況で、暖房運転中における暖房用熱媒の熱損失を低減することができる。
前記融雪電力は、一般に、一日のうちのどの時間帯で提供が中断されるかを示すスケジュールがあらかじめ定められている。そして、該融雪電力の提供が中断される時間帯では、ヒートポンプの運転を行うことができなくなる。
そこで、第1発明では、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、例えば、前記融雪電力のあらかじめ定められた提供スケジュールに基づいて、少なくとも、該融雪電力の提供が中断される時間帯である融雪電力中断時間帯、又は該融雪電力中断時間帯のうちの該融雪電力中断時間帯の開始直後の所定期間を除く時間帯にて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断する(第2発明)。
この第2発明によれば、融雪電力の提供の中断によって、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができなくなる状況で、熱媒タンク又はタンク側熱交換器で暖房用熱媒の熱損失が生じるのを適切に防止できる。
なお、融雪電力中断時間帯の開始直後は、ヒートポンプの運転が行なわれなくとも、熱媒タンク内の熱媒の温度は、該融雪電力中断時間帯の開始前の期間でのヒートポンプの運転によって、通常、十分に高い温度に保たれている。従って、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、融雪電力中断時間帯のうちの該融雪電力中断時間帯の開始直後の所定期間を除く時間帯にて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断するようにしてもよい。
このようにすることで、融雪電力中断時間帯の開始直後の所定期間では、暖房用熱媒を、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器を経由させて循環させることができる。このため、融雪電力中断時間帯の開始前に熱媒タンク内の熱媒に蓄えられていた熱を暖房運転に有効活用することができる。
かかる第2発明では、前記所定期間は、一例として、融雪電力中断時間帯の開始時から既定の時間が経過するまでの期間(当該時間内の期間では、熱媒タンク内の熱媒の温度が、暖房運転に必要な暖房用熱媒の温度よりも高い温度に保たれると予測される期間)であってもよい。
あるいは、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器から暖房用熱媒循環流路に供給される暖房用熱媒の温度を検出する温度検出手段をさらに備えた場合には、次のようにしてもよい。すなわち、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、前記融雪電力中断時間帯の開始後、前記温度検出手段により検出された温度があらかじめ定められた所定温度に低下するまでの期間を前記所定期間として、前記融雪電力中断時間帯のうちの該所定期間を除く時間帯にて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断するようにしてもよい(第3発明)。
この第3発明によれば、融雪電力の提供の中断によって、ヒートポンプの正常な運転を行なうことができない状況で、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器での暖房用熱媒の熱損失の発生を防止しつつ、融雪電力中断時間帯の開始前に熱媒タンク内の熱媒に蓄えられている熱を極力有効に活用するようにすることができる。
なお、第3発明における上記所定温度は、暖房端末機の暖房運転に必要な暖房用熱媒の温度以上の温度に設定しておくことが効果的である。
また、前記第2発明において、前記流量調整弁は、前記融雪電力を電源電力として動作可能な弁であってもよい。この場合、融雪電力の提供が中断されると、前記流量調整弁を作動させることができなくなる。
そこで、この場合には、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、前記融雪電力中断時間帯と、該融雪電力中断時間帯の開始直前の期間とにおいて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断することが好ましい(第4発明)。
この第4発明によれば、融雪電力中断時間帯が実際に開始する前に、ヒートポンプ運転可否判断手段により判断されるので、融雪電力が提供されている状態で、暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に向って流れてくる暖房用熱媒を、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに流すように前記流量調整弁を制御することができる。
このため、融雪電力中断時間帯が実際に開始して、流量調整弁を融雪電力により作動させることができなくなっても、該流量調整弁を作動させるための補助電源等を必要とすることなく、該融雪電力中断時間帯において、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに暖房用熱媒に流すようにすることができる。
従って、融雪電力中断時間帯において、熱媒タンク又はタンク側熱交換器で暖房用熱媒の熱損失が発生することを、融雪電力を電源電力として利用する流量調整弁を備える暖房システムでも防止するようにすることができる。
また、前記第1〜第4発明において、融雪電力が提供されていても、ヒートポンプの故障が発生した場合には、ヒートポンプの正常な運転を行うことはできない。また、ヒートポンプに供給される外気の温度が低過ぎる場合には、ヒートポンプの運転を行っても熱媒タンク内の熱媒を実質的に加熱することができないので、該ヒートポンプの正常な運転を行うことができない。
そこで、前記第1〜第4発明では、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、さらに、前記ヒートポンプの故障が発生した場合、又は前記ヒートポンプに供給される外気の温度があらかじめ定めた所定温度よりも低い場合にも、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断するようにしてもよい(第5発明)。
この第5発明によれば、ヒートポンプの故障によって、該ヒートポンプの正常な運転を行うことができない場合、あるいは、外気の温度が低過ぎて、ヒートポンプの正常な運転を行うことができない場合にも、融雪電力の提供が中断された場合と同様に、において、前記ヒートポンプの故障が発生した場合は、融雪電力の提供が中断された場合と同様に、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに暖房用熱媒に流すようにすることができる。
従って、ヒートポンプの故障によって、該ヒートポンプの正常な運転を行うことができない場合、あるいは、外気の温度が低過ぎて、ヒートポンプの正常な運転を行うことができない場合にも、熱媒タンク又はタンク側熱交換器で暖房用熱媒の熱損失が発生するのを防止できる。
本発明の実施形態の暖房システムの全体構成を示す図。 図1の暖房システムの制御に関する構成を示すブロック図。 第1実施形態における暖房システムの作動を説明するためのフローチャート。 第2実施形態における暖房システムの作動を説明するためのフローチャート。 各実施形態における暖房システムの貯湯タンクユニットの他の構成例を示す図。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1〜図3を参照して説明する。図1を参照して、本実施形態の暖房システム1は、暖房用熱媒としての温水を貯蔵する貯湯タンク11が搭載された貯湯タンクユニット2と、温水加熱用の第1の熱源機としてのヒートポンプ31が搭載されたヒートポンプユニット3と、温水加熱用の第2の熱源機としての燃焼式熱源機41が搭載された燃焼式熱源機ユニット4と、1つ以上の暖房端末機を含む暖房端末ユニット5と、風呂場に設置される浴槽6とを備える。
貯湯タンクユニット2に搭載された貯湯タンク11は、本発明における熱媒タンクに相当する。この貯湯タンク11には、該貯湯タンク11内の温水(暖房用熱媒)を外部のヒートポンプ31の凝縮機35(詳細は後述する)を経由して循環させるための蓄熱用温水循環流路12と、貯湯タンク11内の温水を燃焼式熱源機ユニット4及び暖房端末ユニット5を経由して循環させるための暖房用温水循環流路13とが接続されている。
また、貯湯タンク11には、その高さ方向(上下方向)に間隔を存する複数(図示例では3つ)の高さ位置に、各高さ位置での貯湯タンク11内の温水の温度を検出する温度センサ14a,14b,14cが装着されている。
蓄熱用温水循環流路12は、貯湯タンク11からヒートポンプ31の凝縮機35に温水を供給するための流路である蓄熱用温水往路12aと、該凝縮機35から貯湯タンク11に温水を環流させる蓄熱用温水復路12bとを備える。
蓄熱用温水往路12aは、その上流端が貯湯タンク11の下部に接続され、下流端が凝縮機35に接続されている。そして、蓄熱用温水往路12aには、逆止弁15と、貯湯タンク11から流出する温水の温度を蓄熱用温水往路12aの上流部で検出する温度センサ16と、手動式の開閉弁17と、蓄熱用温水往路12aの上流側から下流側に向う温水の流れを発生させる蓄熱用循環ポンプ18と、ヒートポンプ31の凝縮機35に流入する温水の温度を蓄熱用温水往路12aの下流部で検出する温度センサ19とが装着されている。
この場合、本実施形態の例では、逆止弁15及び温度センサ16は貯湯タンクユニット2内に配置され、蓄熱用循環ポンプ18及び温度センサ19はヒートポンプユニット3内に配置され、開閉弁17は貯湯タンクユニット2とヒートポンプユニット3との間に配置されている。
蓄熱用温水復路12bは、その上流端がヒートポンプ31の凝縮機35に接続され、下流端が貯湯タンク11の上部に接続されている。そして、蓄熱用温水復路12bには、凝縮機35から流出する温水の温度を蓄熱用温水復路12bの上流部で検出する温度センサ20と、手動式の開閉弁21と、貯湯タンク11に流入する温水の温度を蓄熱用温水復路12bの下流部で検出する温度センサ22とが装着されている。
この場合、本実施形態の例では、温度センサ20はヒートポンプユニット3内に配置され、温度センサ22は貯湯タンクユニット2内に配置され、開閉弁21は貯湯タンクユニット2とヒートポンプユニット3との間に配置されている。
暖房用温水循環流路13は、貯湯タンク11から暖房端末ユニット5に温水を供給するための流路である暖房用温水往路13aと、暖房端末ユニット5から貯湯タンク11に温水を環流させるための流路である暖房用温水復路13bとを備える。
暖房用温水往路13aは、その上流端が前記蓄熱用温水復路12bの下流端部(温度センサ22よりも下流側の部分)に合流されている。従って、暖房用温水往路13aの上流端は、蓄熱用温水復路12bの下流端部を介して貯湯タンク11の上部に接続されている。
暖房用温水復路13bは、その下流端が貯湯タンク11の下部に接続されている。また、暖房用温水復路13bの下流部には、貯湯タンクユニット2内に設置された混合弁23が装着されている。
さらに、暖房用温水復路13bの下流部と、暖房用温水往路13aの上流部とを、貯湯タンク11内を経由させずに、混合弁23を介して連通させるバイパス流路24が、貯湯タンク11と並列に暖房用温水循環流路13に接続されている。
上記混合弁23は、本発明における流量調整弁に相当するものである。この混合弁23は、本実施形態では、2つの出口ポートを有しており、入口ポートから流入した温水のうち、2つの出口ポートの一方の出口ポートから流出させる温水の流量と、他方の出口ポートから流出させる温水の流量との割合を可変的に制御可能な弁である。
そして、混合弁23は、その入口ポートが暖房用温水復路13bの上流側に連通し、一方の出口ポートが暖房用温水復路13bの下流側に連通するように、該暖房用温水復路13bに介装されると共に、他方の出口ポートが、バイパス流路24を介して暖房用温水往路13aの上流部に連通するように該バイパス流路24に接続されている。
従って、混合弁23の制御によって、暖房用温水復路13bで貯湯タンクユニット2に戻ってきた温水の一部又は全部を、混合弁23から貯湯タンク11を経由させずに(バイパス流路24を経由させて)、暖房用温水往路13aに環流させることが可能となっている。
なお、混合弁23は、バイパス流路24と暖房用温水往路13aとの接続箇所に介装されていてもよい。
以降の説明では、混合弁23の入口ポートに流入する温水の全部が、下流側の暖房用温水復路13bに連通する一方の出口ポートから流出する動作状態(バイパス流路24側の出口ポートが全閉、貯湯タンク11側の出口ポートが全開になる動作状態)を、混合弁23のバイパスOFF状態、混合弁23の入口ポートに流入する温水の全部が、バイパス流路24に連通する他方の出口ポートから流出する動作状態(バイパス流路24側の出口ポートが全開、貯湯タンク11側の出口ポートが全閉になる動作状態)を混合弁23のバイパスON状態、混合弁23の入口ポートに流入する温水の一部が両方の出口ポートのそれぞれから流出する状態を混合弁23のバイパス中間状態という。
また、暖房用温水往路13aには、貯湯タンクユニット2内で2つの温度センサ25,26が装着され、暖房用温水復路13bには、貯湯タンクユニット2内で1つの温度センサ27が装着されている。
温度センサ25は、貯湯タンク11(又は蓄熱用温水復路12b)から暖房用温水往路13aに流入する温水の温度を検出するセンサであり、暖房用温水往路13aのうち、バイパス流路24の合流箇所よりも上流側の部分に装着されている。
温度センサ26は、貯湯タンクユニット2から暖房端末ユニット5側に送出される温水の温度を検出するセンサであり、暖房用温水往路13aのうち、バイパス流路24の合流箇所よりも下流側の部分に装着されている。この温度センサ26の検出温度は、混合弁23のバイパスOFF状態では、温度センサ25の検出温度に一致もしくはほぼ一致する。
一方、混合弁23のバイパスON状態又はバイパス中間状態では、温度センサ26の検出温度は、貯湯タンク11(又は蓄熱用温水復路12b)から暖房用温水往路13aに流入する温水に、貯湯タンクユニット2に暖房端末ユニット5側から戻ってきた温水の全部又は一部を混合させた後の温水の温度(温度センサ25の検出温度よりも低い温度)となる。
暖房用温水復路13bに装着された温度センサ27は、貯湯タンクユニット2に暖房端末ユニット5側から戻ってきた温水の温度を検出するセンサであり、暖房用温水復路13bのうち、混合弁23の上流側の部分に装着されている。
ヒートポンプユニット3は、屋外に設置されるユニットである。このヒートポンプユニット3に搭載されたヒートポンプ31は、貯湯タンクユニット2の貯湯タンク11内の温水を加熱するための熱源機である。
ヒートポンプ31は、公知の構造のものであり、ハイドロフルオロカーボン(HFC)等の代替フロン、あるいは、二酸化炭素等の冷媒を循環させる冷媒循環流路32と、この冷媒循環流路32に装着された蒸発器33、圧縮機34、凝縮機35、及び膨張機構36と、蒸発器33に外気(空気)を供給する回転ファン37とを有する。
蒸発器33は、冷媒循環流路32を流れる冷媒と、回転ファン37の回転により供給される外気(空気)との熱交換を行なう。
圧縮機34は、蒸発器33から供給される冷媒を圧縮することで、高温・高圧の冷媒を生成する。
凝縮機35は、前記したように蓄熱用温水往路12aの下流端と蓄熱用温水復路12bの上流端とが接続されており、蓄熱用温水循環流路12に介装されている。
そして、凝縮機35は、圧縮機34から供給される高温・高圧の冷媒と、蓄熱用循環ポンプ18の作動によって蓄熱用温水往路12aを介して貯湯タンク11から供給される温水との熱交換を行なうことで、該温水を加熱し、加熱した温水を蓄熱用温水復路12bを介して貯湯タンク11に環流させる。
膨張機構36は、膨張弁等により構成され、凝縮機35から供給される放熱後の冷媒を断熱膨張させることでさらに冷却し、その冷却後の冷媒を蒸発器33に送出する。
以上の蒸発器33、圧縮機34、凝縮機35、及び膨張機構36の作動により、凝縮機35に貯湯タンク11から供給される温水が加熱され、その加熱後の温水が貯湯タンク11に戻される。これにより、貯湯タンク11内の温水が加熱されて、該温水の蓄熱がなされる。
暖房端末ユニット5は、本実施形態では、運転に必要な温水温度が比較的高い高温側暖房端末機5Hと、運転に必要な温水温度が高温側暖房端末機5Hよりも低い低温側暖房端末機5Lとを備える。
高温側暖房端末機5Hは、例えば浴室暖房装置等であり、該高温側暖房端末機5Hで要求される温水温度は、例えば80°C程度である。また、低温側暖房端末機5Lは、例えば床暖房装置等であり、該低温側暖房端末機5Lで要求される温水温度は、例えば60°C程度である。
これらの高温側暖房端末機5H及び低温側暖房端末機5Lは、燃焼式熱源機ユニット4から温水が供給されるように、それぞれ、後述の温水流路42H,42Lに接続されている。さらに、高温側暖房端末機5H及び低温側暖房端末機5Lは、それぞれで放熱した温水を、貯湯タンクユニット2に環流させるように、前記暖房用温水復路13bの上流端に並列に接続されている。
なお、高温側暖房端末機5H及び低温側暖房端末機5Lのそれぞれの運転停止状態では、燃焼式熱源機ユニット4からの温水の流入が図示しない弁により遮断されるようになっている。
補足すると、図1では、高温側暖房端末機5Hと低温側暖房端末機5Lとを、それぞれ1つずつ代表的に記載したが、高温側暖房端末機5Hと低温側暖房端末機5Lとのうちの一方だけが、暖房システム1に備えられていてもよい。
また、高温側暖房端末機5H又は低温側暖房端末機5Lが、暖房システム1に複数台備えられていてもよい。複数台の高温側暖房端末機5Hは、上流側の後述の温水流路42Hに並列に接続される。同様に、複数台の低温側暖房端末機5Lは、上流側の後述の温水流路42Lに並列に接続される。
燃焼式熱源機ユニット4は、燃焼式熱源機41と、暖房用温水往路13aで送られてきた温水を必要に応じて加熱して、暖房端末ユニット5に供給するための流路であり、暖房用温水往路13aの下流側に連続する暖房用温水流路42と、該暖房用温水流路42で加熱された温水の一部の熱量を利用して、浴槽6内の湯の追い焚きを行なうための流路である追い焚き用温水流路43とを備える。以降の説明では、前記暖房用温水往路13aを暖房用温水上流往路13a、前記暖房用温水流路42を暖房用温水下流往路42という。
燃焼式熱源機41は、燃料を燃焼させるバーナ44と、バーナ44の燃焼運転によって発生する熱により温水を加熱する熱交換器45,46とを備える。
バーナ44で燃焼させる燃料は、例えば都市ガス、LPガス等の燃料ガスである。バーナ44の燃焼運転時には、図示を省略する電磁開閉弁や比例弁等を備える燃料供給機構を介して燃料ガスがバーナ44に供給される。また、燃焼用空気が図示しないファンによりバーナ44に供給される。そして、バーナ44に供給された燃料ガスに、図示しないイグナイタ等の点火器により点火することで、バーナ44の燃焼運転が行われる。
なお、バーナ44の燃焼運転に係わる燃料供給機構等の構成は、公知のものでよい。また、バーナ44は、燃料ガスに限らず、灯油等の液体燃料を燃焼させるものであってもよい。
熱交換器45,46は、本発明におけるバーナ側熱交換器に相当するものであり、本実施形態では、主熱交換器45及び補助熱交換器46の2つの熱交換器により構成される。主熱交換器45は、バーナ44の燃焼排気から顕熱を吸熱し、その顕熱により温水を加熱する顕熱吸熱型の熱交換器である。また、補助熱交換器46は、主熱交換器45を通過した燃焼排気中の水蒸気が凝縮する際の潜熱を吸熱し、その潜熱により温水を加熱する潜熱吸熱型の補助的な熱交換器である。
なお、燃焼式熱源機41は、本発明におけるバーナ側熱交換器に相当するものとして、主熱交換器45及び補助熱交換器46のうちの主熱交換器45だけを備えるものであってもよい。
暖房用温水下流往路42は、その上流端が暖房用温水上流往路13aの下流端に連通され、該暖房用温水上流往路13aを流れてきた温水が流入するようになっている。
なお、暖房用温水下流往路42の上流端は、高温の温水の体積増加分を吸収する膨張タンク47にも接続されている。
暖房用温水下流往路42は、燃焼式熱源機ユニット4内で、燃焼式熱源機41の補助熱交換器46を経由するように配管され、さらに、該補助熱交換器46の下流側で、高温側暖房用温水下流往路42Hと、低温側暖房用温水下流往路42Lとに分流されている。
高温側暖房用温水下流往路42Hは、暖房端末ユニット5の高温側暖房端末機5Hに温水を供給するための温水流路である。この高温側暖房用温水下流往路42Hは、燃焼式熱源機41の主熱交換器45を経由するように配管され、その下流端に高温側暖房端末機5Hが接続される。
低温側暖房用温水下流往路42Lは、暖房端末ユニット5の低温側暖房端末機5Lに温水を供給するための温水流路である。この低温側暖房用温水下流往路42Lは、主熱交換器45を経由することなく配管され、その下流端に低温側暖房端末機5Lが接続される。
暖房用温水下流往路42には、該暖房用温水下流往路42を流れる温水の圧力を検出する圧力計51と、該温水中の空気溜りを検出する空気溜り検出部52と、暖房用温水下流往路42の上流側から下流側に向う温水の流れを発生させる暖房用循環ポンプ53とが、暖房用温水下流往路42の上流端から高温側暖房用温水下流往路42H及び低温側暖房用温水下流往路42Lへの分流箇所までの区間内で装着されている。
本実施形態の例では、圧力計51は、補助熱交換器46の上流側に配置され、空気溜り検出部52は、補助熱交換器46の下流側に配置され、暖房用循環ポンプ53は、高温側暖房用温水下流往路42H及び低温側暖房用温水下流往路42Lへの分流箇所寄りの位置に配置されている。
また、高温側暖房用温水下流往路42Hには、その上流側の基幹の暖房用温水下流往路42から該高温側暖房用温水下流往路42Hに流入する温水の温度を検出する温度センサ54と、主熱交換器45から流出する温水の温度を検出する温度センサ55とが装着されている。
本実施形態の例では、温度センサ54は、高温側暖房用温水下流往路42Hの上流端近傍の位置に配置され、温度センサ55は、主熱交換器45の近くで該主熱交換器45の下流側に配置されている。
なお、温度センサ54が検出する温度は、換言すれば、高温側暖房端末機5Hに供給される温水の温度であり、温度センサ55が検出する温度は、換言すれば、低温側暖房端末機5Lに供給される温水の温度である。
補足すると、前記暖房用温水循環流路13(暖房用温水上流往路13a及び暖房用温水復路13b)、暖房用温水下流往路42、高温側暖房用温水下流往路42H及び低温側暖房用温水下流往路42Lは、本発明における暖房用熱媒循環流路を構成するものである。
追い焚き用温水流路43は、主熱交換器45の下流側で高温側暖房用温水下流往路42Hから分岐されて、基幹の暖房用温水下流往路42Hの上流部(補助熱交換器46よりも上流側の部分)に下流端が合流された温水流路である。この追い焚き用温水流路43は、そこを流れる温水と浴槽6内の湯との間の熱交換を行なう液−液式の熱交換器56を経由して配管され、熱交換器56の上流側には、追い焚き用温水流路43を流れる温水の流量を制御するための流量制御弁57が装着されている。該流量制御弁57は、浴槽6内の湯の追い焚き運転時に開弁され、追い焚き運転を行わない状態では、閉弁される制御弁である。
一方、浴槽6には、浴槽6内の湯を熱交換器56を経由させて循環させるように配管された浴槽側循環流路58が接続されている。浴槽側循環流路58のうち、浴槽6から熱交換器56に向う流路部分には、浴槽6側から熱交換器56に向う湯の流れを発生させる風呂用循環ポンプ59と、浴槽6内の湯の水位を水圧により検出する水位センサ60と、浴槽側循環流路58での湯の流れの有無を検知する水流スイッチ61とが装着されている。
また、浴槽側循環流路58のうち、熱交換器56から浴槽6に向う流路部分には、浴槽6に熱交換器56から供給される湯の温度を検出する温度センサ62が装着されている。
なお、本実施形態の暖房システム1における燃焼式熱源機ユニット4には、図示しない燃焼式の給湯装置(バーナの燃焼により発生する熱によって熱交換器を介して水道水等の水を加熱して、出湯する装置)も備えられている。そして、風呂用循環ポンプ59には、該給湯装置から供給される湯が湯はり用給湯路63を介して供給され、さらに該風呂用循環ポンプ59から浴槽側循環流路58を介して浴槽6に供給されるようになっている。これにより、浴槽6の湯はりがなされるようになっている。
本実施形態の暖房システム1では、貯湯タンクユニット2、ヒートポンプユニット3及び燃焼式熱源機ユニット4には、それぞれ電子回路ユニット72,73,74が搭載されている。
各電子回路ユニット72,73,74は、詳細な図示は省略するが、制御回路部と、電源回路部とを含んでいる。それぞれの制御回路部は、CPU、RAM、ROM等により構成される回路部であり、相互に通信可能とされている。
そして、貯湯タンクユニット2の電子回路ユニット72の制御回路部は、貯湯タンクユニット2に備えられた温度センサ14a,14b,14c,22,25,26,27の検出データ、あるいは、ヒートポンプユニット3もしくは燃焼式熱源機ユニット4の制御回路部から与えられた通信データ等に基づいて、プログラム処理を実行することで、混合弁23の作動を制御する。
この場合、本実施形態では、図2に示すように、電子回路ユニット72の制御回路部82は、ソフトウェア又はハードウェアにより実現される機能として、本発明におけるヒートポンプ運転可否判断手段として機能するヒートポンプ運転可否判断部82aを備えている。
また、ヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73の制御回路部は、ヒートポンプユニット3に備えられた温度センサ19,20の検出データ、あるいは、貯湯タンクユニット2もしくは燃焼式熱源機ユニット4の制御回路部から与えられた通信データ等に基づいて、プログラム処理を実行することで、蓄熱用循環ポンプ18、回転ファン37、圧縮機34等の作動を制御する。
また、燃焼式熱源機ユニット4の電子回路ユニット74の制御回路部は、燃焼式熱源機ユニット4に備えられた圧力計51、空気溜り検出部52、温度センサ54,55,62、水位センサ60、及び水流スイッチ61の検出データ、あるいは、図示しないリモコンから与えられる指示データ(暖房運転や、浴槽6の湯はり運転、浴槽6の追い焚き運転等を行うための指示データ)、あるいは、貯湯タンクユニット2もしくはヒートポンプユニット3の制御回路部から与えられた通信データ等に基づいて、プログラム処理を実行することで、暖房用循環ポンプ53、風呂用循環ポンプ59、流量制御弁57等の作動を制御する。
なお、電子回路ユニット72,73,74の制御回路部は、ひとまとめに構成されていてもよい。
各電子回路ユニット72,73,74の電源回路部は、それぞれ、貯湯タンクユニット2の各電子機器(混合弁23等)、ヒートポンプユニット3の各電子機器(蓄熱用循環ポンプ18、圧縮機34、回転ファン37等)、燃焼式熱源機ユニット4の各電子機器(暖房用循環ポンプ53、流量制御弁57、風呂用循環ポンプ59等)に電力を供給する回路部である。
この場合、本実施形態の暖房システム1では、貯湯タンクユニット2の電子回路ユニット72の電源回路部に融雪電力が供給され、さらに、該電子回路ユニット72を介してヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73の電源回路部に、ヒートポンプ31の運転用の電源電力として、融雪電力が供給されるようになっている。なお、ヒートポンプ31の運転を行うための融雪電力をヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73に直接的に供給するようにしてもよい。
また、本実施形態では、貯湯タンクユニット2の電子回路ユニット72の電源回路部に供給される融雪電力の一部は、貯湯タンクユニット2の混合弁23等の電装品の動作用の電源電力として利用される。
また、燃焼式熱源機ユニット4の電子回路ユニット74の電源回路部には、通常の家庭用電力又は商用電力が供給される。
次に、本実施形態の暖房システム1の作動を説明する。
貯湯タンクユニット2の電子回路ユニット72及びヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73に融雪電力が供給されている状態で、電子回路ユニット73の制御回路部の制御処理によって、蓄熱用循環ポンプ18及びヒートポンプ31の運転が行われる。
これにより、貯湯タンク11内の温水が蓄熱用温水循環流路12で凝縮機35を経由して循環しつつ所定の温度(例えば80°C程度)に加熱され、貯湯タンク11内の温水の蓄熱が行なわれる。
なお、融雪電力は、一般に、一日のうちの一定時間は、供給が停止される。その状態では、ヒートポンプ31の運転による温水の加熱は行なわれない。
また、本実施形態では、電子回路ユニット73の制御回路部には、図示しない温度センサから外気温の検出データが与えられるようになっている。そして、電子回路ユニット73の制御回路部は、検出された外気温が、低過ぎる場合(既定の所定値よりも低い場合)には、貯湯タンク11内の温水を十分に加熱し得る熱をヒートポンプ31により発生させることが困難であることから、ヒートポンプ31の運転を停止する。
さらに、電子回路ユニット73の制御回路部は、ヒートポンプ31の故障の有無を検知するようにしている。そして、ヒートポンプ31の故障が発生した場合には、該ヒートポンプ31の運転を停止するようにしている。
そして、電子回路ユニット73の制御回路部は、上記のようにヒートポンプ31の運転を停止した場合には、その旨を示す通信データを、運転停止の理由を示すデータと共に、貯湯タンクユニット2の電子回路ユニット72に送信する。
一方、リモコンによって高温側暖房端末機5H又は低温側暖房端末機5Lの暖房運転を行なうことが指示された場合には、貯湯タンクユニット2及び燃焼式熱源機ユニット4の電子回路ユニット72,74の一方の制御回路部の制御処理又は両方の制御回路部の協働の制御処理によって、図3のフローチャートで示す如く、暖房運転が行われる。
STEP1において、高温側暖房端末機5H又は低温側暖房端末機5Lの暖房運転を行なうことが指示された場合(暖房運転がONの場合)には、STEP2において、ヒートポンプ31の正常な運転が可能であるか否かが判断される。この判断処理は、図2に示した電子回路ユニット72の制御回路部82のヒートポンプ運転可否判断部82aで行なわれる処理である。
ここで、本実施形態では、制御回路部82は、融雪電力が一日のうちのどの時間帯で提供され、どの時間帯で提供が中断されるかを示す提供スケジュールを示すデータを図示しないメモリにあらかじめ保持している。
また、制御回路部82は、外気温が低過ぎてヒートポンプ31の正常な運転を行うことができない場合、あるいは、ヒートポンプ31の故障により該ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができない場合には、その旨を示す通信データをヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73から受信する。
そして、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、現在時刻が、融雪電力の提供スケジュールにおいて、融雪電力の提供が中断される時間帯である融雪電力中断時間帯の開始時刻よりも既定の所定時間(例えば5分)だけ前の時刻(融雪電力中断時間帯の開始直前の時刻)から、該融雪電力中断時間帯の終了時刻までの時間帯の時刻である場合、あるいは、ヒートポンプユニット3の電子回路ユニット73から受信した通信データによって、外気温が低過ぎることを認識した場合、あるいは、該通信データによって、ヒートポンプ31の故障が生じたことを認識した場合には、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができないと判断する。
また、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、上記以外の場合は、ヒートポンプ31の正常な運転が可能であると判断する。
STEP2でヒートポンプ31の正常な運転が可能であると判断された場合には、STEP3において、暖房運転を行うことが指示されている暖房端末機5H,5Lによる暖房運転が行われる。そして、暖房運転を行なうことの指示が解除される(STEP5で暖房運転がOFFになる)まで、STEP2からの処理が継続される。
上記STEP3の暖房運転(ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができる状態での暖房運転)は、具体的には、次のように行なわれる。
すなわち、まず、暖房端末ユニット5に供給すべき温水(暖房用媒体)の目標温度である暖房設定温度が設定される。本実施形態では、暖房運転を行うことが指示されている暖房端末機5H,5Lの中で暖房要求温度(暖房運転のために必要な温水の温度)が最も高い暖房端末機の暖房要求温度が暖房設定温度として設定される。
従って、例えば暖房要求温度が80℃である浴室暖房装置等の高温側暖房端末機5Hと、暖房要求温度が60°Cである床暖房装置等の低温側暖房端末機5Lとの両方の暖房運転を行なうことが指示されている場合、あるいは、高温側暖房端末機5Hだけの暖房運転を行うことが指示されている場合には、暖房設定温度は、80℃に設定される。
また、例えば、低温側暖房端末機5Lだけの暖房運転を行うことが指示されている場合には、暖房設定温度は、60℃に設定される。
なお、暖房端末機5H,5Lの運転の優先順位が、別途、ユーザ等により指定されているような場合には、最優先の暖房端末機の暖房要求温度を、暖房設定温度として設定するようにしてもよい。その場合、高温側暖房端末機5Hと低温側暖房端末機5Lとの両方の暖房運転を行なうことが指示されている場合であっても、低温側暖房端末機5L用の暖房要求温度(60°C)を暖房設定温度として設定するようにしてもよい。
このように暖房設定温度を設定した状態で、燃焼式熱源機ユニット4の暖房用循環ポンプ53が作動され、暖房用温水循環流路13での温水の流通が行なわれる。
また、貯湯タンクユニット2では、暖房用温水上流往路13aで貯湯タンクユニット2から燃焼式熱源機ユニット4側に供給される温水の温度(温度センサ26の検出温度)が、できるだけ暖房設定温度に一致もしくは近い温度になるように混合弁23の作動が制御される。すなわち、混合弁23の作動制御によって、貯湯タンクユニット2から燃焼式熱源機ユニット4側に供給される温水の温調制御が行われる。
具体的には、貯湯タンク11から暖房用温水上流往路13aに流出する温水の温度(温度センサ25の検出温度)が暖房設定温度以下の温度である場合、もしくは、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致する温度である場合には、混合弁23は前記バイパスOFF状態に制御される。これにより、貯湯タンク11の温水がそのまま暖房用温水上流往路13aを介して燃焼式熱源機ユニット4側に供給される。
また、貯湯タンク11から暖房用温水上流往路13aに流出する温水の温度が、既定の許容範囲を超えて、暖房設定温度よりも高い場合には、貯湯タンクユニット2から燃焼式熱源機ユニット4側に供給される温水の温度(温度センサ26の検出温度)が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するように、混合弁23の動作状態が前記バイパス中間状態に制御される。
このとき、暖房用温水復路13bで暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2に戻ってきた温水を貯湯タンク11からの温水に混合した温水(当該混合により暖房設定温度にほぼ一致する温度に調整された温水)が、貯湯タンクユニット2から暖房用温水上流往路13aを介して燃焼式熱源機ユニット4側に供給される。
貯湯タンクユニット2から燃焼式熱源機ユニット4に供給される温水は、暖房用温水上流往路13aから燃焼式熱源機ユニット4の基幹の暖房用温水下流往路42に流入する。そして、高温側暖房端末機5Hの運転時には、基幹の暖房用温水下流往路42から高温側暖房用温水下流往路42Hを経由して、高温側暖房端末機5Hに温水が供給される。また、低温側暖房端末機5Lの運転時には、基幹の暖房用温水下流往路42から低温側暖房用温水下流往路42Lを経由して、低温側暖房端末機5Lに温水が供給される。
なお、高温側暖房端末機5H及び低温側暖房端末機5Lの両方の運転時には、基幹の暖房用温水下流往路42から高温側暖房用温水下流往路42H及び低温側暖房用温水下流往路42Lをそれぞれ経由して、高温側暖房端末機5H及び低温側暖房端末機5Lの両方に温水が供給される。
このとき、燃焼式熱源機ユニット4においては、暖房用温水下流往路42から暖房端末ユニット5側に供給される温水の温度(温度センサ54,55の検出温度)が、暖房設定温度に既定の許容範囲内でほぼ一致する場合には、燃焼式熱源機41は、運転停止状態(バーナ44の燃焼運転を行なわない状態)に維持される。
一方、暖房用温水下流往路42から暖房端末ユニット5側に供給される温水の温度(温度センサ54,55の検出温度)が、既定の許容範囲を逸脱して暖房設定温度よりも低い場合には、高温側暖房用温水下流往路42Hで高温側暖房端末機5Hに供給される温水の温度(温度センサ55の検出温度)又は低温側暖房用温水下流往路42Lで低温側暖房端末機5Lに供給される温水の温度(温度センサ54の検出温度)が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するように、燃焼式熱源機41のバーナ44の燃焼運転が行われる。
この場合、高温側暖房端末機5Hだけの暖房運転時、又は高温側暖房端末機5Hと低温側暖房端末機5Lとの両方の運転時には、温度センサ55の検出温度が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するようにバーナ44の燃焼量が制御される。また、低温側暖房端末機5Lだけの暖房運転時には、温度センサ54の検出温度が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するようにバーナ44の燃焼量が制御される。
以上のようにして、貯湯タンクユニット2側から供給される温水をバーナ44の燃焼運転によって加熱せずとも、暖房設定温度に一致もしくはほぼ一致する温水を暖房運転を行なう暖房端末機5H,5Lに供給できる状況では、貯湯タンクユニット2側から供給される温水がそのまま、暖房端末機5H,5Lのうちの暖房運転を行う暖房端末機に供給される。
また、貯湯タンクユニット2側から供給される温水の温度が、暖房設定温度に対して既定の許容範囲よりも低い場合には、燃焼式熱源機41のバーナ44の燃焼運転によって、不足分の熱量が当該温水に付加される。そして、このように不足分の熱量が付加されて暖房設定温度に一致もしくはほぼ一致する温度に昇温された温水が、暖房端末機5H,5Lのうちの暖房運転を行う暖房端末機に供給される。
そして、このように暖房端末機5H,5Lの一方又は両方に供給された温水は、該暖房端末機5H,5Lから、暖房用温水復路13bを介して貯湯タンクユニット2に戻る。
以上が、STEP3の暖房運転の作動である。
一方、前記STEP2において、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができないと判断された場合には、STEP4において、暖房運転を行うことが指示されている暖房端末機5H,5Lによる暖房運転が行われる。そして、暖房運転を行なうことの指示が解除される(STEP5で暖房運転がOFFになる)まで、STEP2からの処理が継続される。
上記STEP4の暖房運転(ヒートポンプユニット31の正常な運転を行うことができない状態での暖房運転)は、具体的には、次のように行なわれる。
すなわち、まず、暖房設定温度が、STEP3の暖房運転の場合と同様に設定される。
また、混合弁23が前記バイパスON状態(混合弁23のバイパス流路24側の出口ポートを全開、貯湯タンク11側の出口ポートを全閉にした状態)に維持される。すなわち、暖房用温水復路13bで貯湯タンクユニット2の戻ってくる温水の全量が、貯湯タンク11を経由することなく、混合弁23からバイパス流路24を通って暖房用温水上流往路13aに環流するように混合弁23が制御される。
ここで、本実施形態では、混合弁23の動作用の電源電力として融雪電力を使用するので、融雪電力の提供が中断した状態では、混合弁23を作動させることができなくなる。しかるに、本実施形態では、融雪電力の提供の中断によってヒートポンプ31の運転を行なうことができなくなる場合にあっては、その中断が実際に開始する時刻の前に、STEP2においてヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができなくなると判断される。このため、融雪電力の提供が行なわれている状態で、混合弁23をバイパスON状態に制御することができる。
なお、混合弁23がバイパスON状態に制御された後は、融雪電力の提供が中断しても、混合弁23は、バイパスON状態に維持される。
上記のように混合弁23をバイパスON状態に制御した状態で、暖房用循環ポンプ53が作動され、暖房用温水循環流路13(バイパス流路24よりも貯湯タンク11側の流路を除く)とバイパス流路24での温水の流通が行なわれる。
そして、暖房用温水上流往路13aで燃焼式熱源機ユニット4に供給される温水は、STEP3の暖房運転の場合と同様に、暖房用温水上流往路13aから燃焼式熱源機ユニット4の基幹の暖房用温水下流往路42に流入し、さらに、高温側暖房用温水下流往路42H及び低温側暖房用温水下流往路42Lの一方又は両方を経由して、暖房端末機5H,5Lの一方又は両方に供給される。
このとき、燃焼式熱源機ユニット4においては、高温側暖房用温水下流往路42Hで高温側暖房端末機5Hに供給される温水の温度(温度センサ55の検出温度)又は低温側暖房用温水下流往路42Lで低温側暖房端末機5Lに供給される温水の温度(温度センサ54の検出温度)が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するように、燃焼式熱源機41のバーナ44の燃焼運転が行われる。
この場合、高温側暖房端末機5Hだけの暖房運転時、又は高温側暖房端末機5Hと低温側暖房端末機5Lとの両方の運転時には、温度センサ55の検出温度が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するようにバーナ44の燃焼量が制御される。また、低温側暖房端末機5Lだけの暖房運転時には、温度センサ54の検出温度が、既定の許容範囲内で暖房設定温度にほぼ一致するようにバーナ44の燃焼量が制御される。
このように、STEP4の暖房運転では、混合弁23をバイパスON状態に制御した状態で、暖房端末ユニット5に供給される温水の温調制御が燃焼式熱源機41のバーナ44の燃焼運転の制御により行われる。
以上が、STEP4の暖房運転の作動である。
以上のようにして本実施形態では、STEP2でヒートポンプ31の正常な運転を行うことができると判断された場合には、暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2側に戻ってくる温水の全体もしくは一部が貯湯タンク11を経由して循環するように混合弁23が制御される。
これにより、安価な融雪電力を利用してヒートポンプ31により加熱・蓄熱した温水を暖房端末ユニット5に供給して、暖房運転を行うことができる。このため、暖房システム1の暖房運転時のエネルギーコストを効果的に低減できる。
また、融雪電力の提供の中断、あるいは、外気温が低過ぎること、あるいはヒートポンプ31の故障の発生に起因して、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないとSTEP2で判断された場合には、暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2側に戻ってくる温水の全体が、貯湯タンク11を経由せずに、バイパス流路24を経由して循環するように混合弁23が制御される。
ここで、ヒートポンプ31の運転を正常に行なうことができない状況では、貯湯タンク11内の温水をヒートポンプ31により適切に加熱することができないので、該貯湯タンク11内の温水が、自然放熱等によって、やがて暖房設定温度よりも低い温度に低下してしまう。
このような状況で、仮に、暖房運転のための温水を貯湯タンク11を経由させて循環させると、暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2に戻って来る温水が、貯湯タンク11での冷えた温水との熱交換によって無駄に放熱することとなって、該温水の熱損失が増加してしまう。
しかるに、本実施形態では、貯湯タンク11内の温水が冷えた状況では、暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2に戻って来る温水が、貯湯タンク11を経由することなく、バイパス流路24を経由して流れた後、燃焼式熱源機ユニット4側に供給される。
このため、燃焼式熱源機ユニット4及び暖房端末ユニット5を経由して循環する温水が貯湯タンクユニット2で放熱することを最小限に留めて、該貯湯タンクユニット2での温水の熱損失を低減できる。ひいては、燃焼式熱源機ユニット4のバーナ44の燃焼量を抑制することができる。
また、本実施形態では、混合弁23は、融雪電力を電源電力として使用するものの、融雪電力中断時間帯の開始前に、混合弁23がバイパスON状態に制御される。このため、融雪電力中断時間帯で、混合弁23をバイパスON状態に維持することを支障なく行なうことができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を、図1、図2及び図4を参照して説明する。なお、本実施形態は、暖房運転時の一部の処理だけが、前記第1実施形態と相違するものであるので、第1実施形態と同一の事項については、第1実施形態と同じ参照符号を用いて説明を省略する。
本実施形態の暖房システム1のシステム構成は、図1に示した第1実施形態と同じである。ただし、本実施形態では、混合弁23は、融雪電力の提供が中断された状態であっても、貯湯タンクユニット2に搭載される図示しない蓄電器の電力、あるいは、外部から供給される電力によって動作することが可能となっている。
そして、本実施形態の暖房システム1の暖房運転時の作動は、ヒートポンプ運転可否判断部82aの処理(図3のSTEP2の処理)を除いて、第1実施形態と同じである。
以降、第1実施形態と相違する点を中心に、本実施形態におけるヒートポンプ運転可否判断部82aの処理を説明する。
本実施形態では、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、図4のフローチャートの処理を実行することで、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないと判断する。
具体的には、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、STEP11で現在時刻が融雪電力中断時間帯の時刻であるか否かを判断する。
そして、STEP11の判断結果が否定的である場合(現在時刻が融雪電力中断時間帯の時刻でない場合)には、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、さらに、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないとする他の要因(外気温が低過ぎるか、又はヒートポンプ31の故障の発生)が有るか否かをSTEP12で判断する。
このSTEP12の判断結果が否定的である場合には、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、STEP14において、ヒートポンプの正常な運転を行うことができると判断する。
一方、STEP11の判断結果が肯定的である場合、又はSTEP12の判断結果が肯定的である場合には、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、貯湯タンク11から暖房用温水上流往路13aで燃焼式熱源機ユニット4側に供給される温水の温度(本実施形態では、図1に示す前記温度センサ25又は温度センサ14aの検出温度)が、所定温度以上の温度であるか否かをSTEP12で判断する。
上記所定温度は、例えば、前記第1実施形態と同様に設定される暖房設定温度(あるいは、それよりも若干低い温度)である。なお、本実施形態では、温度センサ25又は温度センサ14aが本発明における温度検出手段に相当する。
そして、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、STEP13の判断結果が肯定的である場合には、STEP14において、ヒートポンプの正常な運転を行うことができると判断する。
一方、STEP13の判断結果が否定的である場合には、ヒートポンプ運転可否判断部82aは、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことできないと判断する。
本実施形態の暖房システム1の構成及び作動は、以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。従って、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができるか否かの判断結果に応じて混合弁23の作動が第1実施形態と同様に制御されると共に、暖房端末機5H,5Lの一方又は両方の暖房運転が第1実施形態と同様に行なわれる。
以上のように、本実施形態では、融雪電力の提供が中断されるか、又は外気温が低過ぎるか、又はヒートポンプ31の故障の発生によって、ヒートポンプの実際の正常な運転を行うことができない場合であっても、貯湯タンク11から燃焼式熱源機ユニット4側に供給できる温水の温度が所定温度以上である場合、すなわち、貯湯タンク11内の温水に、暖房運転に利用できる熱が未だ蓄えられている場合、あるいは、温水を貯湯タンク11を経由させて循環させても、貯湯タンク11内での温水の放熱が十分に小さいもので済む場合には、擬制的に、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができると判断される。
また、ヒートポンプ31の正常な運転を実際に行うことができなくなった後、貯湯タンク11から燃焼式熱源機ユニット4側に供給できる温水の温度が所定温度よりも低下して、温水を貯湯タンク11を経由させて循環させた場合に、貯湯タンク11内での温水の放熱が多くなる状況で、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができないと判断される。
そして、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができるか否かの判断結果に応じて前記第1実施形態と同様に混合弁23の作動が制御されつつ、暖房運転が行なわれる。
これにより、本実施形態では、融雪電力の提供の中断等により、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができなくなっても、貯湯タンク11の温水に蓄えられた熱を極力有効に活用して、暖房運転を行うことができる。
また、貯湯タンク11の温水が冷えた状態では、該貯湯タンク11を経由させずに、バイパス流路24に温水を流すので、貯湯タンクユニット2での熱損失を低減できる。
ひいては、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができない状況での暖房運転時に、燃焼式熱源機ユニット4のバーナ44の燃焼量をより一層、抑制することができる。
次に、以上説明した実施形態の変形態様をいくつか説明する。
前記各実施形態では、暖房用熱媒として温水を使用したが、不凍液等の熱媒を用いてもよい。
また、前記各実施形態では、融雪電力を、ヒートポンプ31に加えて、貯湯タンクユニット2の混合弁23の電源電力として利用するようにしたが、該混合弁23の電源電力として、通常の家庭用電力又は商用電力を用いるようにしてもよい。そして、この場合、融雪電力中断時間帯の開始時から、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないと判断するようにしてもよい。
また、前記第2実施形態では、融雪電力の提供の中断等によりヒートポンプ31の正常な運転を行うことができなくなった場合(図4のSTEP11又はSTEP12の判断結果が肯定的になった場合)に、貯湯タンク11から燃焼式熱源機ユニット4側に供給できる温水の温度に応じて、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができるか否かを最終的に判断するようにした。
ただし、融雪電力の提供の中断等によりヒートポンプ31の正常な運転を行うことができなくなった場合に、貯湯タンク11内の温水に暖房運転のために十分な熱が残っていると予測される所定時間が経過するまでは、ヒートポンプ31の正常な運転を行うことができると判断し、該所定時間が経過した時からヒートポンプ31の正常な運転を行うことができないと判断するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、貯湯タンク11内に貯蔵した温水(熱媒)を暖房用熱媒として用いて、暖房端末ユニット5に供給するようにした。ただし、例えば、図5に示す如く、暖房用温水循環流路13で暖房端末ユニット5を経由して循環させる温水(暖房用熱媒)と、貯湯タンク11に貯蔵する温水(熱媒)とを分離し、暖房端末ユニット5から貯湯タンクユニット2側に戻ってくる温水(暖房用熱媒)と、貯湯タンク11内の温水(熱媒)とを、貯湯タンクユニット2にて液−液式の熱交換器(タンク側熱交換器)91により熱交換させることで、貯湯タンク11の温水の熱によって、暖房用温水循環流路13を流れる温水(暖房用熱媒)を加熱し、その加熱した温水(暖房用熱媒)を熱交換器91から暖房用温水循環流路13で、燃焼式熱源機ユニット4及び暖房端末ユニット5を経由して循環させるようにしてもよい。
この場合、図5に示す例では、暖房用温水循環流路13における熱交換器91の上流部と下流部とを熱交換器91を経由させずに混合弁23を介して連通させるようにして、バイパス流路24が熱交換器91と並列に混合弁23を介して暖房用温水循環流路13に接続される。
そして、前記各実施形態と同様に、ヒートポンプ31の正常な運転を行なうことができるか否かの判断に応じて、混合弁23の作動を制御して、暖房運転を行うようにすればよい。
1…暖房システム、5H,5L…暖房端末機、11…貯湯タンク(熱媒タンク)、13…暖房用温水循環流路(暖房用熱媒循環流路)、24…バイパス流路、23…混合弁(流量調整弁)、25,14a…温度検出手段、31…ヒートポンプ、42,42H,42L…暖房用温水下流往路(暖房用熱媒循環流路)、45,46…熱交換器(バーナ側熱交換器)、82a…ヒートポンプ運転可否判断部(ヒートポンプ運転可否判断手段)、91…熱交換器(タンク側熱交換器)。

Claims (5)

  1. 融雪電力を電源電力として運転可能なヒートポンプと、
    該ヒートポンプの運転によって加熱された熱媒を貯蔵する熱媒タンクと、
    該熱媒タンク内に貯蔵された熱媒である暖房用熱媒、又は熱媒タンク内に貯蔵された熱媒との熱交換によって加熱された熱媒である暖房用熱媒を、バーナの燃焼によって発生する熱を該暖房用熱媒に伝熱するバーナ側熱交換器と、該暖房用熱媒の熱を放熱する暖房端末機と、前記熱媒タンク又は該熱媒タンク内の熱媒と暖房用熱媒との熱交換を行なうタンク側熱交換器とを経由して循環させる暖房用熱媒循環流路と、
    前記暖房用熱媒循環流路における前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器の上流部と下流部とを連通させるように該熱媒タンク又はタンク側熱交換器と並列に該暖房用熱媒循環流路に接続されたバイパス流路と、
    前記暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に流れる暖房用熱媒の流量と該暖房用熱媒循環流路から前記バイパス流路に流れる暖房用熱媒の流量との割合を調整可能に該暖房用熱媒循環流路及びバイパス流路に接続された流量調整弁と、
    前記ヒートポンプの正常な運転を行い得るか否かを判断するヒートポンプ運転可否判断手段とを備えており、
    前記ヒートポンプ運転可否判断手段により前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断された場合に、暖房用熱媒循環流路で前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器に向って流れてくる暖房用熱媒を、前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器と前記バイパス流路とのうちのバイパス流路だけに流すように前記流量調整弁が制御されることを特徴とする暖房システム。
  2. 請求項1記載の暖房システムにおいて、
    前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、前記融雪電力のあらかじめ定められた提供スケジュールに基づいて、少なくとも、該融雪電力の提供が中断される時間帯である融雪電力中断時間帯、又は該融雪電力中断時間帯のうちの該融雪電力中断時間帯の開始直後の所定期間を除く時間帯にて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断することを特徴とする暖房システム。
  3. 請求項2記載の暖房システムにおいて、
    前記熱媒タンク又はタンク側熱交換器から暖房用熱媒循環流路に供給される暖房用熱媒の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
    前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、前記融雪電力中断時間帯の開始後、前記温度検出手段により検出された温度があらかじめ定められた所定温度に低下するまでの期間を前記所定期間として、前記融雪電力中断時間帯のうちの該所定期間を除く時間帯にて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断することを特徴とする暖房システム。
  4. 請求項2記載の暖房システムにおいて、
    前記流量調整弁は、前記融雪電力を電源電力として動作可能な弁であり、前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、前記融雪電力中断時間帯と、該融雪電力中断時間帯の開始直前の期間とにおいて、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断することを特徴とする暖房システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の暖房システムにおいて、
    前記ヒートポンプ運転可否判断手段は、さらに、前記ヒートポンプの故障が発生した場合、又は前記ヒートポンプに供給される外気の温度があらかじめ定めた所定温度よりも低い場合にも、前記ヒートポンプの正常な運転を行うことができないと判断することを特徴とする暖房システム。
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