JP2017096563A

JP2017096563A - 暖房装置

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Publication number: JP2017096563A
Application number: JP2015229656A
Authority: JP
Inventors: 正樹豊島; Masaki Toyoshima; 章吾玉木; Shogo Tamaki; 赳弘古谷野; Takehiro Koyano; 智赤木; Satoshi Akagi; 平岡　宗; So Hiraoka; 宗平岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-25
Also published as: JP6628576B2

Abstract

【課題】ヒートポンプ式熱源機によって二次冷媒を加熱し暖房に使用する暖房装置において、ヒートポンプ式熱源機を高効率に運転可能とする。【解決手段】暖房装置１００は、一次冷媒（たとえばＣＯ２）を使用するヒートポンプ式熱源ユニット３０と、二次冷媒を貯留する貯湯タンク１と、放熱器４と、貯湯タンク１、バッファタンク５、および放熱器４に二次冷媒を流通させる流路２２とを含む。流路２２は、第１の閉ループと第２の閉ループとを形成することが可能である。第１の閉ループは、バッファタンク５の内部の二次冷媒を貯湯タンク１の内部の二次冷媒と置換するための閉ループである。第２の閉ループは、バッファタンク５の内部の二次冷媒を放熱器４へ導入するとともに、放熱器４で冷却された二次冷媒を貯湯タンク１を介さずにバッファタンク５に戻す閉ループである。【選択図】図１

Description

この発明は、二次冷媒を貯留するタンクを備えた暖房装置に関する。

従来、一次冷媒を使用するヒートポンプ回路を熱源機とし、水またはブラインなど二次冷媒と熱交換し、二次冷媒で冷暖空調を行なう貯湯式暖房装置が存在する。特開２００７−１６３０７１号公報は、このような貯湯式暖房装置において、二次冷媒回路内にバッファタンクを設けた構成を開示する。回路内に設けたバッファタンクの蓄熱液体を利用して、圧縮機立ち上り時の低能力をカバーし、空調の立ち上がりを早めている。

特開２００７−１６３０７１号公報

貯湯式暖房装置において、低い暖房能力が要求される場合には、高温水が十分に冷却されない状態で貯湯タンクに戻され、貯湯式給湯機の運転効率が低下する場合がある。特に、ＣＯ_２給湯機は、沸上げ動作時の入水温度が上昇すると効率が著しく低下する。上記特開２００７−１６３０７１号公報に開示された技術では、低能力暖房を行なう際の沸上げ動作時の入水温度の上昇については考慮されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、特に二酸化炭素を冷媒に用いるヒートポンプ式熱源機によって二次冷媒を加熱し暖房に使用する暖房装置において、ヒートポンプ式熱源機を高効率に運転可能とする技術を提供することを目的とする。

この発明に係る暖房装置は、一次冷媒を使用するヒートポンプ式熱源機と、ヒートポンプ式熱源機によって加熱された二次冷媒を貯留する主タンクと、放熱器と、主タンク、および放熱器接続され、二次冷媒が流れる流路とを含む。

流路は、第１の閉回路と第２の閉回路とを有する。第１の閉回路は、前記主タンクと放熱器とに接続され、放熱器の内部の前記二次冷媒を主タンクの内部の二次冷媒と置換するための閉回路である。第２の閉回路は、放熱器の二次冷媒を主タンクを介さずに循環させる閉回路である。第２の閉回路を循環する二次冷媒の量は、第１の閉回路を循環する二次冷媒の量よりも少ない。

本発明によれば、放熱器で要求される放熱量が小さくても、第２の閉回路によって二次冷媒の温度を下げてから、第１の閉回路によって二次冷媒を放熱器から主タンクへ戻すことが可能である。

したがって、主タンクからヒートポンプ式熱源機に送出する二次冷媒の温度を所定温度以下に保つことによって、ヒートポンプ式熱源機での沸上げ時に高温の二次冷媒を沸上げて低効率運転となることを防止することが可能となる。

また、第２の閉回路によって二次冷媒の温度を下げる下げ幅（初期温度と終端温度）を変更すれば暖房の平均能力を変更でき、小能力暖房にも対応できる。したがって、高断熱高気密住宅向けのような低負荷暖房用途に対し、有効な暖房装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の貯湯式暖房装置の構成を示す図である。熱源ユニットの入水温度と効率との関係を示す図である。第１の閉ループに水が循環する状態を示す図である。第２の閉ループに水が循環する状態を示す図である。貯湯式暖房装置の流路の切替制御を説明するためのフローチャートである。運転モードＡ、Ｂの切替のタイミングと水温の変化の関係を示す図である。放熱器部分を別ループを含む放熱回路に置き換えた場合の変形例を示す図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態の貯湯式暖房装置の構成を示す図である。図１を参照して、貯湯式暖房装置１００は、リモコン７と、放熱器４と、貯湯ユニット２０と、熱源ユニット３０とを含む。貯湯ユニット２０は、混合栓６に給湯を行なうとともに、放熱器４に湯を循環させることによって暖房を行なう。混合栓６は、蛇口などの湯と水を混ぜて適温として出水する給湯端末である。

熱源ユニット３０は、図示しないが、圧縮機、空気熱交換器、水熱交換器などから構成されるヒートポンプ熱源機である。熱源ユニット３０が使用する冷媒（一次冷媒）は、ガス冷媒であり、例えば、ＣＯ_２やＨＦＣ系冷媒などである。

貯湯ユニット２０は、貯湯タンク１と、給湯混合弁２と、三方弁３と、バッファタンク５と、制御部１０と、温度センサ１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ａ〜１３Ｅと、ポンプ１４Ａ，１４Ｂとを含む。

貯湯タンク１は、例えば周囲に断熱材を有する３７０リットル程度のステンレス製タンクである。バッファタンク５の容量は、貯湯タンク１の容量よりも小さく、例えば数リットル程度である。給湯混合弁２および三方弁３は、ステッピングモータなどで弁開度を制御部１０によって操作可能である。

放熱器４は、例えば、ラジエターパネル、床暖房パネル、ファンコイルなどである。放熱器４がファンコイルの場合には、図示しないがファンが設けられ、ファンの風量は可変に制御される。放熱器４が使用する冷媒（二次冷媒）は、図１に示した構成では水である。なお、混合栓６を接続しない構成では、二次冷媒としてブライン（不凍液）なども用いることができる。

リモコン７は、暖房運転指令、給湯温度などについてユーザからの指令を入力する入力部７Ａと、ユーザへの情報を提供する画面表示部７Ｂとを有する。制御部１０は、図示しないが、マイコンやメモリなどを含んで構成され、各センサ（温度センサ１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ａ〜１３Ｅ）の情報を収集して、各アクチュエータ（ポンプ１４Ａ，１４Ｂ、給湯混合弁２、三方弁３）へ制御信号を出力することにより貯湯式暖房装置１００全体を制御する。

温度センサ１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ａ〜１３Ｅは、温度を検出するサーミスタなどのセンサである。ポンプ１４Ａ，１４Ｂは、水を循環させるポンプである。貯湯ユニット２０は、貯湯タンク１、制御部１０などを収容する箱体のユニットである。

（沸上げ動作）
貯湯式暖房装置１００は、主に夜間、貯湯タンク１の下部からポンプ１４Ｂによって低温水を熱源ユニット３０に送り、熱源ユニット３０において低温水を加熱し、貯湯タンク１の上部に戻す。貯湯タンク１の高温水は、混合栓６からの給湯により直接に利用され、また、放熱器４による暖房の熱源として利用される。

沸上げ開始時には、貯湯タンク１内の高温水は消費されており、タンク下部には水道水の温度に近い低温水が貯留している。ポンプ１４Ｂを作動させることによって、熱源ユニット３０内の水熱交換器にて低温水は高温水に加熱される。加熱された高温水は貯湯タンク上部に戻される。貯湯タンク１内では、上部が高温水となり、温度境界層を挟んで下部が低温水となる積層沸上げが行なわれる。沸上げ量が増えて、高温水の領域が大きくなると貯湯タンク１の下部に温度境界層が近づき、熱源ユニット３０の入水温度が次第に上昇する。

（給湯動作）
給湯端末である混合栓６での湯の使用に応じて、給湯混合弁２によって貯湯タンク１の上部の高温水と水道の水源からの低温水とが設定温度となるように混合され（例えば４０℃）、混合栓６から供給される。貯湯タンク１の上部から排出された高温水の減少分に合せて、貯湯タンク１の下部には水道水が供給されると、タンク内では温度境界層が上方へ移動する。このようにして、貯湯タンク１内に蓄えられた湯は直接消費され、高温水が少なくなった場合には、熱源ユニット３０による追加沸上げが行なわれる。また、深夜には使用量に応じて沸上げが行なわれる。

（暖房動作）
図１に示した貯湯式暖房装置１００は、暖房動作時における貯湯タンク１への入水温度がヒートポンプ式熱源ユニット３０エネルギー効率に大きな影響を与える。この影響について以下に説明する。

図２は、熱源ユニットの入水温度と効率との関係を示す図である。図２に示すように、熱源ユニット３０のヒートポンプの特性として、入水温度が高くなるとＣＯＰ（効率＝加熱能力÷入力）が悪化する。この傾向は冷媒が超臨界域を使用するＣＯ_２である場合に顕著に表れる。このため、ＣＯ_２冷媒を用いたヒートポンプ式熱源ユニットでは、入水温度を低く抑えること、すなわち貯湯タンク１の下部の水温を低く保つことがシステム効率を高く保つ上で重要である。しかし、暖房能力を低く設定した場合には、貯湯タンク１から放熱器４に供給した高温水の温度の低下が少なく、放熱器４から戻る水温が高くなりがちである。

そこで、本実施の形態では、暖房時に貯湯タンク１への入水温度があまり高くならないように制御を行なっている。具体的には、本実施の形態の貯湯式暖房装置１００は、貯湯タンク１、バッファタンク５、放熱器４に水を流通させる流路２２が、第１の閉ループ(閉回路）と第２の閉ループ(閉回路）とを形成することが可能に構成されている。

放熱器４を用いた暖房運転時には、制御部１０は、熱源である貯湯タンク１の高温水をバッファタンク５、放熱器４、ポンプ１４Ａで形成される放熱器回路へ導く第１運転モード（以下、「運転モードＡ」という）と、高温水を放熱器回路で循環させ放熱器４で放熱（すなわち暖房）を行なう第２運転モード（以下、「運転モードＢ」という）とを交互に切替える。この切替によって、貯湯タンク１から導入された高温水が、低能力暖房によって放熱器回路で徐々に冷やされ十分低下した後に貯湯タンク１に戻されるため、貯湯タンク１への入水温度を低くすることができる。

図３は、第１の閉ループに水が循環する状態を示す図である。図３を参照して、まず、貯湯式暖房装置１００の第１の閉ループに水が循環する「運転モードＡ」について説明する。なお、図３では、三方弁３が状態ＳＡに設定されている。第１の閉ループは、貯湯タンク１からの水を流路２２Ａによってバッファタンク５へ導入するとともに、バッファタンク５の水を流路２２Ｂ、放熱器４、流路２２Ｃ、ポンプ１４Ａ、三方弁３、流路２２Ｅを経由して貯湯タンク１に戻す閉ループである。

「運転モードＡ」では、三方弁３を図３に示す状態ＳＡに固定する。状態ＳＡでは、流路２２Ｄからバッファタンク５には水が流れない状態となる。これにより、貯湯タンク１の上部、バッファタンク５、放熱器４、ポンプ１４Ａ、三方弁３、そして貯湯タンク１下部へと戻る構成の第１の閉ループが構成される。図３には、第１の閉ループにおいて水が循環する方向が矢印で示されている。これにより、貯湯タンク１の上部の高温水がバッファタンク５および放熱器４へ流入し、放熱器４に循環させる水の水温が上昇し、暖房運転が可能な状態となる。

図３の例では、バッファタンク５の下部に高温水が流入するため、水の浮力の影響により（水は高温なほど軽く、高温水は上方へ低温水は下方へ移動する）、バッファタンク５全体の温度がほぼ均一に上昇する。このため、放熱器４への送水温度を急激に上昇させず、適温まで上昇させることが可能である。放熱器４に温度上限制限がある場合には、温度センサ１２Ｃで温度を監視することにより、送水温度制御が可能となる。また、温度制限がない場合には、貯湯タンク１からの高温水をバッファタンク５の上部に戻すように流路を構成し、温度成層を形成させることにより、バッファタンク５の上部に高温水域を形成させて、高温水の送水時間を長く保つことも可能である。

図４は、第２の閉ループに水が循環する状態を示す図である。図４を参照して、貯湯式暖房装置１００の第２の閉ループにおいて水が循環する「運転モードＢ」について説明する。なお、図４では、三方弁３が状態ＳＢに設定されている。第２の閉ループは、バッファタンク５からの水を放熱器４へ導入するとともに放熱器４で冷却された水をポンプ１４Ａおよび三方弁３を経由しつつ、貯湯タンク１を経由せずにバッファタンク５に戻す閉ループである。図４には、第２の閉ループにおいて水が循環する方向が矢印で示されている。

「運転モードＢ」では、三方弁３を図４に示す状態ＳＢに固定する。状態ＳＢでは、貯湯タンク１につながる流路２２Ｅには水が流れない状態となる。これにより、バッファタンク５から送出された水は、流路２２Ｂ、放熱器４、流路２２Ｃ、ポンプ１４Ａ、三方弁３、流路２２Ｄを順に経由してバッファタンク５へと戻る第２の閉ループが構成される。これにより、「運転モードＡ」でバッファタンクに貯められた高温水を熱源として、「運転モードＢ」で放熱器４での暖房運転が継続される。上記第２閉ループで運転されるため、貯湯タンク１内の水に対しては第２閉ループ内の循環水は影響を与えない。

図４の例では、バッファタンク５の上部に放熱器４からの低温水が戻る構成としている。このため、バッファタンク５の内部の水は、上下方向に均一に冷却されていく。これにより、放熱器４への送水温度を緩やかに変化させることが可能となる。なお、バッファタンクへの戻し位置を下部にすることで、タンク内に温度成層を形成し、高温域を保ち、放熱器４への送水温度を高く保つ使い方も可能である。

図５は、貯湯式暖房装置の流路の切替制御を説明するためのフローチャートである。図３〜図５を参照して、リモコン７などからの操作によって暖房運転の開始が指示されると、ステップＳ１においてポンプ１４Ａの運転が開始される。なお、スマートフォンなどと本システムを連携動作可能とし、リモコン７の代わりに、スマートフォンなどを通じて外部からの遠隔操作としてもよい。

続いて、ステップＳ２において、放熱器４から流出する水の水温Ｔが温度センサ１２Ａで測定される。制御部１０は、水温Ｔが目標温度Ｔｒより低いか否かを判断する。ここで、目標温度Ｔｒは、貯湯タンク１への戻る水の目標温度である。

Ｔ＜Ｔｒが成立した場合（Ｓ２でＹＥＳ）は、ステップＳ３に処理が進められ、「運転モードＡ」が選択され、流路２２は、図３に示す第１の閉ループで水が循環する構成となる。これにより、貯湯タンク１へは、温度Ｔｒ以下の低温水が戻る。

一方、Ｔ≧Ｔｒの場合（Ｓ２でＮＯ）には、ステップＳ４に処理が進められ、制御部１０は、水温Ｔが三方弁の切替温度Ｔｓｅｔより大きいか否かを判断する。Ｔ＞Ｔｓｅｔの場合（Ｓ４でＹＥＳ）には、ステップＳ５に処理が進められ、「運転モードＢ」が選択される。運転モードＢでは、流路２２は、図４に示す第２の閉ループ２２Ｓで水が循環する構成となる。この場合、タンク内へ高温水が戻ることがない。

なお、Ｔ≦Ｔｓｅｔの場合（Ｓ４でＮＯ）は、運転モードが「運転モードＡ」であった場合には、運転モードは「運転モードＡ」のまま固定されており、放熱器４を経て貯湯タンク１からの高温水が温度センサ１２Ａに到達し、Ｔ＞Ｔｓｅｔ条件が成立するまで「運転モードＡ」が保持される。

ステップＳ５に処理が進められ、運転モードが「運転モードＢ」に設定された後は、再びステップＳ２においてＴ＜Ｔｒとなる条件が成立するまで、「運転モードＢ」のまま放熱器４において温水放熱運転が行なわれる。

図６は、運転モードＡ、Ｂの切替のタイミングと水温の変化の関係を示す図である。図６においては、横軸に時間、縦軸に水温Ｔが示されている。

まず、時刻ｔ０〜ｔ１において、図４の「運転モードＢ」での放熱閉回路（第２の閉ループ２２Ｓ）による温水放熱運転が実行される。循環水の温度が徐々に低下し、時刻ｔ１においてＴ＜Ｔｒになると（図５のＳ２でＹＥＳ）、三方弁３が切替えられ運転モードが「運転モードＢ」から「運転モードＡ」に切替えられる。

時刻ｔ１〜ｔ２では、運転モードＡでの貯湯タンク１へ低温水を戻す運転が実行される。そして、貯湯タンク１の高温水がバッファタンク５に導入されることによって、バッファタンク５内の水温が上昇する。バッファタンク５からの水が放熱器４を経由して温度センサ１２Ａの位置に到達すると水温Ｔを上昇させる。水温Ｔが再び上昇し、時刻ｔ２においてＴ＞Ｔｓｅｔとなると（図５のＳ４でＹＥＳ）、運転モードが「運転モードＡ」から「運転モードＢ」に切替わる。運転モードＢでは、バッファタンクの水が貯湯タンク１を経由せずに放熱器４との間で循環する温水放熱運転となる。

なお、図６において、時刻ｔ１において三方弁をＳＢからＳＡに切替えてからしばらくしてから水温Ｔが上昇を開始し、時刻ｔ２において三方弁をＳＡからＳＢに切替えてからしばらくしてから水温Ｔが下降を開始している。これは、水が放熱器４を通り抜けて温度センサ１２Ａに達するまでに要する時間と、熱交換器、配管類の熱容量による反応時間の分だけ遅れが生じるためである。

上記「運転モードＡ」、「運転モードＢ」の動作の繰り返しにより、放熱器４では比較的低能力の暖房運転を実現することができる。

ここで、放熱器４での暖房能力は、Ｔｓｅｔの設定を変えることによって変更可能である。すなわち放熱器４での暖房能力は、Ｔｓｅｔが高いと高暖房能力、低いと低暖房能力となる。

以上説明したように、本実施の形態では、「運転モードＡ」ではバッファタンクおよび放熱器４に所定の温度の高温水を送水する。また、「運転モードＢ」では放熱器４を通過する水温が所定温度以下になるまでバッファタンクの水を放熱させて暖房に利用する。つまり、高温水の熱を使い切るまで利用する。

本実施の形態に係る貯湯式暖房装置によれば、２つの運転モードＡ，Ｂを交互に切替えることにより、貯湯タンク１の高温水を利用しつつ、所定温度の温水（低温水）を貯湯タンク１へ戻す暖房運転が可能となる。

これにより、貯湯タンク１の下部の温度を所定温度以下に保つことができ、ヒートポンプ式の熱源ユニット３０での沸上げ時に、高温水を沸上げて低効率になることを防止することが可能となる。したがって、給湯暖房システム全体としての高効率化が可能となる。また、放熱器４を循環する温水を初期温度（Ｔｓｅｔ）から終端温度（Ｔｒ）まで熱として利用するため、初期と終端の温度設定により平均能力を変更でき、小能力暖房にも対応できる。したがって、高断熱高気密住宅向けのような低負荷暖房用途に対し、有効な暖房装置を提供することができる。

本実施の形態について、再び各図を参照して総括する。図１を参照して、本実施の形態に係る暖房装置１００は、一次冷媒（たとえばＣＯ_２）を使用するヒートポンプ式熱源ユニット３０と、ヒートポンプ式熱源ユニット３０によって加熱された二次冷媒（たとえば、水）を貯留する貯湯タンク（主タンク）１と、貯湯タンク１よりも容量の小さいバッファタンク５と、放熱器４と、貯湯タンク１、バッファタンク５、および放熱器４に二次冷媒を流通させる流路２２とを含む。

流路２２は、第１の閉ループと第２の閉ループとを形成することが可能である。第１の閉ループは、貯湯タンク１の二次冷媒をバッファタンク５へ導入するとともにバッファタンク５から送出された二次冷媒を貯湯タンク１に戻すことによって、バッファタンク５の内部の二次冷媒を貯湯タンク１の内部の二次冷媒と置換するための閉ループである。第２の閉ループは、バッファタンク５の内部の二次冷媒を放熱器４へ導入するとともに、放熱器４で冷却された二次冷媒を貯湯タンク１を介さずにバッファタンク５に戻す閉ループである。

好ましくは、第１の閉ループは、バッファタンク５から送出された二次冷媒が放熱器４を経由して貯湯タンク１に戻るように構成される。暖房装置１００は、流路２２において放熱器４に直列に配置され、放熱器４に二次冷媒を循環させるポンプ１４Ａと、ポンプ１４Ａが駆動することによって放熱器４から排出された二次冷媒を、バッファタンク５に送るか、貯湯タンク１に送るかを切換える流路切替部とをさらに備える。「流路切替部」としては、図１に示すように三方弁３を用いることができる。

このように第１の閉ループを構成することによって、第１の閉ループによって高温の二次冷媒をバッファタンク５に導入する際にも放熱器４にも二次冷媒が循環される。したがって、放熱器４を用いた暖房を中断せずに継続して行なうことができる。

好ましくは、暖房装置１００は、第１の閉ループと第２の閉ループとに交互に水が循環するように流路２２の制御を行なう制御部１０をさらに備える。これにより、図６に示したように、時刻ｔ１，ｔ３において、第２の閉ループでバッファタンク５の水が十分に低下してから、第１のループでバッファタンク５の低温水を貯湯タンク１に導入することが可能となり、低能力暖房時にもヒートポンプ式熱源ユニット３０の効率を低下させずに済む。

第１の閉ループと第２の閉ループの交互切替は、具体的には、以下のように行なう。
図５に示すように、制御部１０は、温度センサ１２Ａの検出温度（水温Ｔ）が低下して第１温度しきい値Ｔｒより低くなった場合（Ｓ２でＹＥＳ）に、運転モードを運転モードＡに設定し、第２の閉ループから第１の閉ループに流路２２を切換える。

さらに好ましくは、制御部１０は、温度センサ１２Ａの検出温度が上昇して第１温度しきい値よりも高い第２温度しきい値Ｔｓｅｔより高くなった場合（Ｓ４でＹＥＳ）に、第１の閉ループから第２の閉ループに流路２２を切換える。または、制御部１０は、第２の閉ループから第１の閉ループに流路２２を切換えてから所定時間経過した場合に、第１の閉ループから第２の閉ループに流路２２を切換える。

好ましくは、図１、図３に示されるように、バッファタンク５は、貯湯タンク１からの二次冷媒を受ける第１入口と、放熱器４で冷却された二次冷媒を受ける第２入口と、放熱器４に二次冷媒を送る出口とを含む。第１入口の位置は、バッファタンク５の出口および第２入口の位置よりも低い。

図３の第１の閉ループによる循環の例では、バッファタンク５の下部に第１入口から高温水が流入するため、水の浮力の影響により、バッファタンク５全体の温度がほぼ均一に上昇する。このため、バッファタンク５から放熱器４への送水温度を急激に上昇させず、バッファタンク５の水温を適温まで上昇させることが可能である。

［種々の変形例］
流路２２における「流路切替部」としては、図１に示すように三方弁３を用いることができるが、三方弁３以外でも良い。たとえば、三方弁３の部分を単純な合流部とし、流路２２Ｄ，２２Ｅにそれぞれ設けた２つの電磁弁によって流路を切換えるものであっても良い。

なお、流路２２にポンプと配管を追加してよく、暖房温度の変化が許容される場合には、第１の閉ループから放熱器４を外しても良い。たとえば、流路２２Ｅをバッファタンク５の上部出口と接続するとともに流路２２Ｅにポンプを追加すれば、放熱器４を介さずにバッファタンク５の低温水を貯湯タンクの高温水と置換することが可能となる。この場合は、三方弁３は不要となり、ポンプ１４Ａの出口を直接に流路２２Ｄに接続すればよい。流路２２Ｅに追加したポンプを間欠的に作動させれば、図１の構成と同様に水温が十分に低下してからバッファタンク５の内部の水を貯湯タンク１に入れることができる。

また、図５、図６に示した例では、Ｔｓｅｔを判定閾値として「運転モードＡ」から「運転モードＢ」に移行する切替えを判断した。これに代えて、図５のステップＳ２においてＴ＜Ｔｒが成立した時点からの経過時間に基づいて「運転モードＡ」から「運転モードＢ」に移行する切替えを判断しても良い。例えば、図５のステップＳ４の判定を、「Ｓ２のＴ＜Ｔｒの条件成立後、Ｘ分後経過したか」とするなどである。この場合は、設定時間Ｘ（分）を大きくすると暖房能力大、小さくすると暖房能力小となる。この設定時間Ｘはリモコン７などから調整できるようにしてもよい。

なお、上記例に代えて、制御部１０は、バッファタンク５の出口に設けた温度センサ１２Ｃの検出温度が低下して温度しきい値より低くなった場合に、第２の閉ループから第１の閉ループに流路２２を切換えても良い。この場合、温度センサ１２Ｃを、温度センサ１２Ａの代わりに図５のステップＳ４の判定に使用する。すなわち貯湯タンク１上部からの高温水がバッファタンク５に流入すると、バッファタンク５内の低温水に高温水が混合し、温度センサ１２Ｃの温度が徐々に高くなる。したがって、温度センサ１２Ｃの検出温度が所定の温度となった時点で、三方弁３を状態ＳＡから状態ＳＢに切り替えても良い。

このような制御をすることにより、放熱器４へ流入する温度の上限を決定することが可能となる。この制御は、放熱器４の温度に上限値の制限が設けられている場合に有効である。また、温度センサ１２Ｃの温度を判定するしきい値を変化させることによって、放熱器４の暖房能力調整を行なっても良い。

また、図１の放熱器４にはファンが図示されていないが、放熱器４にファンを有する構成では、次のように制御を行なっても良い。たとえば、ファン風量で能力調整可能なものに対しては、放熱器４を循環する水温が高いときにはファン風量を低く、低いときにはファン風量を高くする。このようにファンの風量を制御すると、暖房能力の時間変化を平準化することが可能となる。これにより、寒暖の時間変化をなくし、温熱感の一定な快適な暖房を実現することが可能となる。

また、上記実施の形態では、バッファタンク５を用いるシステムにて説明したが、放熱器４の容積が十分に大きい場合や配管長さが十分に長い場合など、暖房回路内に十分な蓄熱媒体（水やブライン）が保持可能な構成の場合や、温度の上下動を問題としない暖房システムに適用する場合にはバッファタンク５を無くした構成としてもよい。なお、この場合でも放熱器４を含む水回路（第１閉ループ）内の水の容量を大きくすることで（熱容量大）、放熱器４の放熱容量を大きくすることができる。

また、上記実施の形態では、水を貯める貯湯タンク１を蓄熱槽に用いる例で説明したが、水の代わりにブラインなどを蓄熱媒体として用いる暖房システムに適用してもよい。

図７は、放熱器部分を別ループを含む放熱回路に置き換えた場合の変形例を示す図である。図７を参照して、貯湯式暖房装置２００は、図１に示した貯湯式暖房装置１００の構成において、流路２２に代えて流路２２２が設けられる。流路２２２では、放熱器４が放熱回路４Ａに置き換えられている。放熱回路４Ａは、放熱器４に加えて水熱交換器４０とポンプ１４Ｃとをさらに含む。

図１の構成では、第１、第２閉ループにはともに放熱器４が組み込まれていたが、図７の構成では、第１、第２閉ループにはともに放熱器４に代えて水熱交換器４０が組み込まれている。

水熱交換器４０を介在して、貯湯タンク１からの高温水と放熱器４側のループ（放熱器４およびポンプ１４Ｃ）との熱交換を行なうことにより、放熱器４へ熱を搬送し、放熱器４での暖房運転を行なう。このように放熱器４およびポンプ１４Ｃを別ループの回路とする。これによって、放熱回路４Ａのループ側の熱媒体をブラインなどに変更することができ、冬期の配管内での液体凍結を防止することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１貯湯タンク、２給湯混合弁、３三方弁、４放熱器、５バッファタンク、６混合栓、７リモコン、１０制御部、１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ａ〜１３Ｅ温度センサ、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃポンプ、２０貯湯ユニット、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２２流路、３０熱源ユニット、４０水熱交換器、１００，２００貯湯式暖房装置。

Claims

一次冷媒を使用するヒートポンプ式熱源機と、
前記ヒートポンプ式熱源機によって加熱された二次冷媒を貯留する主タンクと、
放熱器と、
前記主タンクおよび前記放熱器に接続され、前記二次冷媒が流れる流路とを備え、
前記流路は、第１の閉回路と第２の閉回路とを有し、
前記第１の閉回路は、前記主タンクと前記放熱器とに接続され、前記放熱器の内部の前記二次冷媒を前記主タンクの内部の前記二次冷媒と置換するための閉回路であり、
前記第２の閉回路は、前記放熱器の前記二次冷媒を前記主タンクを介さずに循環させる閉回路であり、
前記第２の閉回路を循環する前記二次冷媒の量は、前記第１の閉回路を循環する前記二次冷媒の量よりも少ない、暖房装置。
前記主タンクよりも容量の小さいバッファタンクをさらに備え、
前記第１の閉回路は、前記主タンクと前記放熱器とに加えて前記バッファタンクにさらに接続され、前記バッファタンクおよび前記放熱器の内部の前記二次冷媒を前記主タンクの内部の前記二次冷媒と置換するための閉回路であり、
前記第２の閉回路は、前記主タンクを介さずに、前記バッファタンクと前記放熱器との間で前記二次冷媒を循環させる閉回路である、請求項１に記載の暖房装置。
前記第１の閉回路は、前記バッファタンクからの前記二次冷媒が前記放熱器を経由して前記主タンクに流れるように構成され、
前記流路において前記放熱器に直列に配置され、前記放熱器に前記二次冷媒を循環させるポンプと、
前記ポンプが駆動することによって前記放熱器から排出された前記二次冷媒を、前記バッファタンクに流すか、前記主タンクに流すかを切換える流路切替部とをさらに備える、請求項２に記載の暖房装置。
前記第１の閉回路と前記第２の閉回路とに交互に前記二次冷媒が循環するように前記流路の制御を行なう制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の暖房装置。
前記放熱器に設けられた温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度が低下して第１温度しきい値より低くなった場合に、前記第２の閉回路から前記第１の閉回路に前記流路を切換える、請求項４に記載の暖房装置。
前記制御部は、前記温度センサの検出温度が上昇して前記第１温度しきい値よりも高い第２温度しきい値を超えたか、または、前記第２の閉回路から前記第１の閉回路に前記流路を切換えてから所定時間経過した場合に、前記第１の閉回路から前記第２の閉回路に前記流路を切換える、請求項５に記載の暖房装置。
前記第１の閉回路と前記第２の閉回路とに交互に前記二次冷媒が循環するように前記流路の制御を行なう制御部と、
前記バッファタンクの前記二次冷媒の温度を検出する温度センサとをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度が低下して第１温度しきい値より低くなった場合に、前記第２の閉回路から前記第１の閉回路に前記流路を切換える、請求項２または３に記載の暖房装置。
前記バッファタンクは、
前記主タンクからの前記二次冷媒を受ける第１入口と、
前記放熱器で冷却された前記二次冷媒を受ける第２入口と、
前記放熱器に前記二次冷媒を送る出口とを含み、
前記第１入口の位置は、前記出口および前記第２入口の位置よりも低い、請求項２または３に記載の暖房装置。
一次冷媒を使用するヒートポンプ式熱源機と、
前記ヒートポンプ式熱源機によって加熱された二次冷媒を貯留する主タンクと、
前記主タンクよりも容量の小さいバッファタンクと、
放熱器と、
前記主タンク、前記バッファタンクおよび前記放熱器に接続され、前記二次冷媒が流れる流路とを備え、
前記流路は、
前記主タンクと前記バッファタンクとを接続する第１流路と、
前記バッファタンクと前記放熱器とを接続する第２流路と、
前記放熱器と分岐点とを接続する第３流路と、
前記第２流路から前記放熱器を経由して前記第３流路に前記二次冷媒を流すポンプと、
前記分岐点と前記バッファタンクとを接続する第４流路と、
前記分岐点と前記主タンクとを接続する第５流路と、
前記分岐点に配置され前記第３流路からの前記二次冷媒を前記第３流路と前記第５流路との一方を選択して流す流路切替部とを含む、暖房装置。