JP5378310B2 - 暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、暖房システムに関する。

大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプ加熱機構と、燃料の燃焼により発生した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する熱源機を併用する暖房システムが知られている。一般に、大気からの吸熱を利用して加熱するヒートポンプはエネルギー効率が高い反面、加熱能力はそれほど高くない。すなわち、短時間で多量の熱を供給することはできない。そこで、ヒートポンプでの加熱によって水を加熱し、高温の水として貯湯タンクに貯えておいて、必要時にその貯湯タンクの高温の水を利用して暖房用熱媒を加熱するタイプのヒートポンプ加熱機構が従来から用いられている。しかしながら、貯湯タンクの大きさは限られており、貯湯タンクから一時に供給可能な熱量にも限界がある。そこで、瞬時に多量の熱を供給可能な熱源機をヒートポンプ加熱機構と併用することで、総合的なエネルギー効率が高く、様々な熱需要にも適切に対応できる暖房システムが開発されている。特許文献１には、このようなヒートポンプ加熱機構と熱源機を併用する暖房システムが開示されている。

特開２０１０−１０１５２１号公報

一般に、ヒートポンプ加熱機構と熱源機を併用する暖房システムにおいて、熱源機の点火および消火の制御は、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度に応じて行われる。熱源機による加熱を行っていない状況において、ヒートポンプ加熱機構による加熱量と暖房機での放熱量が平衡している場合には、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度は時間的にほぼ安定する。ヒートポンプ加熱機構による加熱量よりも暖房機での放熱量が上回ると、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度は徐々に低下していく。また、ヒートポンプ加熱機構による加熱と熱源機による加熱を同時に行っている状況では、ヒートポンプ加熱機構による加熱量と熱源機による加熱量の合計が暖房機での放熱量を上回ると、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度は徐々に上昇していく。そこで、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度を看視し、暖房用熱媒の温度が所定の点火温度まで低下したときに、熱源機による暖房用熱媒の加熱を開始する。また、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が所定の消火温度まで上昇すると、熱源機による暖房用熱媒の加熱を停止する。このように、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度に応じて、熱源機の点火と消火を制御することで、暖房機における熱需要に適切に対処することができる。通常、熱源機の点火温度は、暖房機に暖房用熱媒を供給する際の設定温度（例えば暖房機が床暖房装置の場合は５０℃）から所定の温度幅を差し引いた温度（例えば４５℃）とされ、熱源機の消火温度は、暖房機に暖房用熱媒を供給する際の設定温度（例えば５０℃）に所定の温度幅を加えた温度（例えば５５℃）とされる。

ヒートポンプ加熱機構による加熱と熱源機による加熱を併用する場合であっても、エネルギー効率の観点からは、必要な加熱量は可能な限りヒートポンプ加熱機構で賄い、熱源機による加熱は必要最小限度に留めておく方が好ましい。従って、ヒートポンプ加熱機構と熱源機が同時に暖房用熱媒を加熱している状況において、暖房機での放熱量が減少して、ヒートポンプ加熱機構のみで必要な加熱量を賄える状況となったら、熱源機による加熱を速やかに停止することが好ましい。

しかしながら、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度に応じて熱源機の点火と消火を制御する場合、暖房機での放熱量が低下した後も、熱源機による加熱がなかなか停止しないことが、発明者らの研究により分かってきた。暖房機での放熱量が低下すると、暖房機を通過した後の暖房用熱媒の温度が上昇し、それに伴い、ヒートポンプ加熱機構における暖房用熱媒への加熱量が低下する。すなわち、暖房機での放熱量の低下に伴って、ヒートポンプ加熱機構での加熱量も低下してしまい、その低下分を熱源機が賄ってしまうため、暖房機へ供給される暖房用熱媒の温度が一定に維持される。従って、暖房機での放熱量が低下しても、暖房機へ供給される暖房用熱媒の温度が消火温度にまでなかなか到達せず、熱源機がいつまでも暖房用熱媒の加熱を継続してしまう。暖房機における放熱量が低下した場合には、速やかに熱源機による暖房用熱媒の加熱を停止して、ヒートポンプ加熱機構のみによる暖房用熱媒の加熱に移行できることが好ましい。

本発明は上記課題を解決する。本発明では、ヒートポンプ加熱機構と熱源機を併用する暖房システムにおいて、熱源機による暖房用熱媒の加熱を必要最小限度に抑えることが可能な技術を提供する。

本発明は、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプ加熱機構と、燃料の燃焼により発生した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する熱源機と、暖房用熱媒からの放熱を利用して暖房する暖房機を備える暖房システムとして具現化される。ヒートポンプ加熱機構は、所定の目標加熱温度となるように暖房用熱媒を加熱するように構成されている。熱源機は、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が所定の点火温度まで低下すると暖房用熱媒の加熱を開始し、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が所定の消火温度まで上昇すると暖房用熱媒の加熱を停止するように構成されている。その暖房システムは、熱源機が暖房用熱媒の加熱を開始したときに、ヒートポンプ加熱機構の目標加熱温度を上げることを特徴とする。
ここでいうヒートポンプ加熱機構とは、大気から吸熱したヒートポンプの冷媒を暖房用熱媒と直接熱交換させて暖房用熱媒を加熱するものであってもよいし、大気から吸熱したヒートポンプの冷媒によって水を加熱し、高温となった水を貯湯タンクに貯えておいて、必要時にその貯湯タンクの高温の水を利用して暖房用熱媒を加熱するものであってもよい。

上記の暖房システムでは、熱源機が暖房用熱媒の加熱を行っていない場合には、ヒートポンプ加熱機構のみによって暖房用熱媒を加熱する。暖房機における放熱量がヒートポンプ加熱機構による加熱量と平衡している間は、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度は時間的に安定している。暖房機における放熱量がヒートポンプ加熱機構による加熱量を上回ると、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度は時間とともに低下していく。上記の暖房システムでは、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度を看視しており、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が点火温度まで低下すると、熱源機が暖房用熱媒の加熱を開始する。上記の暖房システムでは、熱源機による加熱を開始すると、ヒートポンプ加熱機構における目標加熱温度が上げられる。このような構成とすることによって、その後に暖房機における放熱量が低下し、暖房機で放熱した後の暖房用熱媒の温度が上昇した場合でも、ヒートポンプ加熱機構での加熱量の低下を抑制することができる。暖房機における放熱量が低下したときに、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度を速やかに消火温度まで上昇させて、熱源機による暖房用熱媒の加熱を速やかに停止させることができる。熱源機を用いた暖房用熱媒の加熱を必要最小限度に抑えることができる。

上記の暖房システムは、熱源機が暖房用熱媒の加熱を停止したときに、ヒートポンプ加熱機構の目標加熱温度を下げることが好ましい。

上記の暖房システムでは、熱源機が暖房用熱媒の加熱を停止して、ヒートポンプ加熱機構のみで暖房用熱媒を加熱する状況になったときに、ヒートポンプ加熱機構の目標加熱温度を下げる。これによって、再び暖房機における放熱量が増加したときに、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度を点火温度まで速やかに低下させ、熱源機による加熱を速やかに開始することができる。

上記の暖房システムは、ヒートポンプ加熱機構が暖房用熱媒を加熱している状況における熱源機の点火温度と消火温度の差が、ヒートポンプ加熱機構が暖房用熱媒を加熱していない状況における熱源機の点火温度と消火温度の差に比べて、小さく設定されていることが好ましい。

熱源機とヒートポンプ加熱機構が同時に暖房用熱媒を加熱する場合には、エネルギー効率を高めるために、熱源機の消火および点火が速やかに行われる方が好ましい。しかしながら、ヒートポンプ加熱機構が暖房用熱媒を加熱しておらず、熱源機のみで暖房用熱媒を加熱する場合には、必ずしも熱源機の消火および点火を速やかに行う必要はない。逆に、熱源機の消火および点火を頻繁に繰り返し行っていると、それだけ熱源機の部品の老朽化が進み、製品寿命が短くなってしまう。そこで、上記の暖房システムでは、熱源機とヒートポンプ加熱機構が同時に暖房用熱媒を加熱する場合に限り、熱源機の点火温度と消火温度の差を小さく設定する。これによって、熱源機とヒートポンプ加熱機構が同時に暖房用熱媒を加熱する場合についてのみ、熱源機の消火と点火を速やかに行って、エネルギー効率を高めることができる。

本発明によれば、ヒートポンプと熱源機を併用する暖房システムにおいて、熱源機による暖房用熱媒の加熱を必要最小限度に抑えることができる。

実施例１の給湯暖房システム１０の構成を模式的に示す図。 実施例１の給湯暖房システム１０の低温暖房運転における貯湯ユニット２００の動作を説明するフローチャート。 実施例１の給湯暖房システム１０の低温暖房運転における給湯暖房ユニット３００の動作を説明するフローチャート。 実施例１の給湯暖房システム１０の低温暖房運転における給湯暖房ユニット３００の他の態様の動作を説明するフローチャート。

以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）暖房用熱媒は水または不凍液である。
（特徴２）ヒートポンプ用冷媒はＣＯ２またはＨＦＣである。

以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る給湯暖房システム１０を示す。給湯暖房システム１０は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット１００、貯湯ユニット２００、給湯暖房ユニット３００、膨張タンク４１０、リモコン５００等を備えている。給湯暖房システム１０は、カラン（図示せず）等の給湯箇所への給湯、暖房用熱媒を利用した暖房系統４００による暖房、浴槽６００の湯はり・追い焚きを行うことができる。暖房系統４００が利用する暖房用熱媒としては、水または不凍液を用いることができる。

ＨＰユニット１００は、配管で接続された圧縮機１０２、放熱器１０４、膨張機構１０６、蒸発器１０８を冷媒がこの順序で循環する冷凍サイクル装置である。圧縮機１０２で圧縮されて高温となった冷媒は、放熱器１０４において水との熱交換によって冷却され、膨張機構１０６へ送られる。膨張機構１０６での断熱膨張によりさらに低温となった冷媒は、蒸発器１０８での熱交換により加熱される。蒸発器１０８はフィンチューブ型の熱交換器であり、ファン１１６を回転させて冷媒を外気と熱交換させる。蒸発器１０８での熱交換によって加熱された冷媒は、圧縮機１０２へ戻される。なお、ＨＰユニット１００の冷媒としては、代替フロンであるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）のほか、自然冷媒であるＣＯ２を用いることもできる。また、膨張機構１０６としては、膨張弁のほか、キャビラリーチューブなどを用いることもできる。

ＨＰユニット１００のポンプ１１０が駆動すると、循環往き配管１１２を介して貯湯ユニット２００の貯湯タンク２０２の下部から水が吸い出される。貯湯タンク２０２からＨＰユニット１００に送られた水は、放熱器１０４において冷媒との熱交換によって加熱された後、循環戻り配管１１４を介して貯湯タンク２０２の上部に戻される。サーミスタ１１８は循環往き配管１１２から放熱器１０４へ送られる水の温度を検出する。サーミスタ１２０は放熱器１０４から循環戻り配管１１４へ送られる水の温度を検出する。

ＨＰコントローラ１２２は、サーミスタ１１８、１２０の検出温度に応じて、圧縮機１０２、ファン１１６、ポンプ１１０の動作を制御する。またＨＰコントローラ１２２は、貯湯ユニット２００の貯湯コントローラ２８６と通信可能であり、ＨＰユニット１００と貯湯ユニット２００との間での協調動作が実現される。

貯湯ユニット２００は、貯湯タンク２０２、熱交換器２０４、ポンプ２０６等を備えている。貯湯タンク２０２は、ＨＰユニット１００によって加熱された温水を貯える。貯湯タンク２０２は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。温水を貯えた状態では、貯湯タンク２０２の内部に温度成層が形成されており、貯湯タンク２０２下部の水温は低く、上部の水温は高くなる。貯湯タンク２０２の上部から下部にかけて、貯湯タンク２０２内の温水温度を検知するサーミスタ２１８、２２２、２２４が、それぞれ異なる高さに配置されている。

ＨＰユニット１００が運転している際には、貯湯タンク２０２の下部の低温の水は、循環下部配管２０８、三方弁２１０、循環往き配管１１２を経由して、ＨＰユニット１００に送られる。ＨＰユニット１００で加熱された高温の水は、循環戻り配管１１４、三方弁２１２、循環上部配管２１４を経由して、貯湯タンク２０２の上部に戻される。サーミスタ２２６は循環下部配管２０８を流れる水の温度を検出する。サーミスタ２２８は循環上部配管２１４を流れる水の温度を検出する。なお、三方弁２１０と三方弁２１２の連通状態を切り換ることで、ＨＰユニット１００から貯湯ユニット２００に送られた水を、循環戻り配管１１４、三方弁２１２、循環バイパス配管２１６、三方弁２１０、循環往き配管１１２を経由して、再びＨＰユニット１００に戻すように循環させることもできる。このような態様での水の循環は、給湯暖房システム１０を寒冷地で使用する場合に、循環往き配管１１２および循環戻り配管１１４の凍結を防ぐ凍結防止運転において行われる。

貯湯タンク２０２の下部には、第１給水管２４６およびタンク給水管２５６を経由して上水が供給される。第１給水管２４６は一端が上水道に連通しており、他端においてタンク給水管２５６および第２給水管２５８に分岐している。第１給水管２４６には、流量計２４８、逆止弁２５０、ガバナ２５２、サーミスタ２５４が設けられている。タンク給水管２５６は第１給水管２４６と貯湯タンク２０２の下部を連通している。タンク給水管２５６には、流量計２６０、流量調整弁２６２が設けられている。第２給水管２５８は、貯湯タンク２０２の上部から伸びるタンク出湯配管２６４と合流して、第１給湯管２７０に連通している。第２給水管２５８には、流量調整弁２６６が設けられている。タンク出湯配管２６４には、サーミスタ２６８が設けられている。第１給湯管２７０には、上水道からの低温の水と貯湯タンク２０２の上部からの高温の水が混合した後の水の温度を検出するサーミスタ２７１が設けられている。流量調整弁２６６の開度を調整することによって、第１給水管２４６から第２給水管２５８に流れ込む水の流量が調整される。流量調整弁２６２の開度を調整することによって、第１給水管２４６、タンク給水管２５６を経由して貯湯タンク２０２の下部に流れ込む水の流量が調整され、それにより、貯湯タンク２０２の上部からタンク出湯配管２６４に押し出される温水の流量が調整される。従って、サーミスタ２５４で検出される上水道からの水の温度、サーミスタ２６８で検出される貯湯タンク２０２の上部からの水の温度、サーミスタ２７１で検出される混合後の水の温度等に基づいて、流量調整弁２６２および流量調整弁２６６の開度を調整することで、第１給湯管２７０を流れる水を所望の温度に調整することができる。なお、第２給水管２５８と第１給湯管２７０の間には、常開型の電磁弁２８２が介装されたバイパス配管２８４が別途設けられている。停電によって流量調整弁２６２、２６６の開度が調整不能となった場合に、電磁弁２８２が開いて、第１給水管２４６からの水を第１給湯管２７０に直接送り出す。このような構成とすることによって、停電時に第１給湯管２７０に意図しない高温の水が流れることが防止される。

第１給湯管２７０は、第２給湯管２７２を経由してカラン（図示せず）等の給湯箇所へ連通している。第１給湯管２７０の途中からは、第１給湯連結管２７４が分岐しており、第１給湯管２７０のさらに下流側では、第２給湯連結管２７６が合流している。第１給湯連結管２７４を介して貯湯ユニット２００から給湯暖房ユニット３００に送られた水は、給湯暖房ユニット３００においてガスの燃焼熱で加熱された後、第２給湯連結管２７６を経由して貯湯ユニット２００へ戻され、第２給湯管２７２を経由してカラン等の給湯箇所に供給される。第１給湯管２７０における第１給湯連結管２７４の分岐箇所と第２給湯連結管２７６の合流箇所の間には、流量調整弁２７８が設けられている。第２給湯管２７２には、最終的に給湯箇所へ供給される水の温度を検出するサーミスタ２８０が設けられている。

熱交換器２０４は二重壁式の熱交換器であり、暖房系統４００から第１暖房戻り配管４０２を経由して貯湯ユニット２００に送られる暖房用熱媒と、貯湯タンク２０２の上部からの水を熱交換させる。ポンプ２０６が駆動すると、貯湯タンク２０２の上部から高温の水が吸いだされ、熱交換器２０４へ送られる。熱交換器２０４での暖房用熱媒との熱交換によって冷却された水は、貯湯タンク２０２の底部へと戻される。サーミスタ２３０は貯湯タンク２０２の上部から熱交換器２０４へ送られる水の温度を検出する。サーミスタ２３２は熱交換器２０４から貯湯タンク２０２の下部へ送られる水の温度を検出する。

第１暖房戻り配管４０２から貯湯ユニット２００に送り込まれた暖房用熱媒は、熱交換器２０４での高温の水との熱交換によって加熱されて、第２暖房戻り配管４０４を経由して給湯暖房ユニット３００へ送られる。熱交換器２０４の暖房用熱媒の流路の入口側には、サーミスタ２３４と流量計２３６が設けられている。熱交換器２０４の暖房用熱媒の流路の出口側には、サーミスタ２３８が設けられている。また、第１暖房戻り配管４０２と第２暖房戻り配管４０４の間には、流量調整弁２４２が介装されたバイパス配管２４０が別途設けられている。

貯湯ユニット２００は、貯湯コントローラ２８６を備えている。貯湯コントローラ２８６は、貯湯ユニット２００内の各種サーミスタおよび各種流量計の出力に基づいて、貯湯ユニット２００内のポンプ２０６、三方弁２１０、２１２、および各種流量調整弁の動作を制御する。また、貯湯コントローラ２８６は、ＨＰユニット１００のＨＰコントローラ１２２および給湯暖房ユニット３００の給湯暖房コントローラ３９６とそれぞれ通信可能であり、貯湯ユニット２００とＨＰユニット１００の間での協調動作、および貯湯ユニット２００と給湯暖房ユニット３００の間での協調動作が実現されている。

給湯暖房ユニット３００は、ガス熱源機３０２と、暖房循環ポンプ３０４と、風呂循環ポンプ３０６と、熱交換器３１２等を備えている。ガス熱源機３０２は、給湯用の水を加熱する給湯熱源機３０８と、暖房用熱媒を加熱する暖房熱源機３１０を備えている。給湯熱源機３０８と暖房熱源機３１０は、ともに都市ガスやＬＰガス等の燃料ガスの燃焼熱を利用する潜熱回収型のガス熱源機である。給湯熱源機３０８と暖房熱源機３１０は、隣接して設置されており、電源やドレン排出機構等を共有できるようになっている。ガス熱源機３０２にガスを供給するガス流路３１４は、ガス元弁３１６より下流で給湯ガス流路３１８と暖房ガス流路３２０に分岐している。

給湯ガス流路３１８にはガスの流量を調整するガス比例弁３２２が設けられている。給湯ガス流路３１８は、ガス比例弁３２２より下流でさらに分岐しており、給湯熱源機３０８内に設けられた複数のバーナ３２６、３２８、３３０のそれぞれにガスを供給する。複数のバーナ３２６、３２８、３３０へのガスの供給および遮断は、対応して設けられたガス切換弁３２６ａ、３２８ａ、３３０ａによって切り換えられる。ファン３３２によって給湯熱源機３０８内に空気を供給し、給湯ガス流路３１８を経由してバーナ３２６、３２８、３３０にガスを供給し、イグナイタ３３４によって点火することで、給湯熱源機３０８は燃焼運転を開始する。バーナ３２６、３２８、３３０の燃焼状態は、フレームロッド３３６によって検出される。

暖房ガス流路３２０にはガスの流量を調整するガス比例弁３２４が設けられている。暖房ガス流路３２０は、ガス比例弁３２４より下流でさらに分岐しており、暖房熱源機３１０内に設けられた複数のバーナ３３８、３４０のそれぞれにガスを供給する。複数のバーナ３３８、３４０へのガスの供給および遮断は、対応して設けられたガス切換弁３３８ａ、３４０ａによって切り換えられる。ファン３４２によって暖房熱源機３１０内に空気を供給し、暖房ガス流路３２０を経由してバーナ３３８、３４０にガスを供給し、イグナイタ３４４によって点火することで、暖房熱源機３１０は燃焼運転を開始する。バーナ３３８、３４０の燃焼状態は、フレームロッド３４６によって検出される。

貯湯ユニット２００から第１給湯連結管２７４を経由して給湯暖房ユニット３００に送られた水は、第１給湯熱源機配管３５６を経由して、給湯熱源機３０８へ送られる。給湯熱源機３０８へ送られた水は、副熱交換器３４８、主熱交換器３５０を順に経由して加熱された後、第２給湯熱源機配管３５８、第２給湯連結管２７６を経由して貯湯ユニット２００へ戻され、第２給湯管２７２を経由してカラン等の給湯箇所へ供給される。主熱交換器３５０では、バーナ３２６、３２８、３３０の燃焼排気から顕熱を吸熱して水を加熱する。副熱交換器３４８では、主熱交換器３５０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て水を加熱する。第１給湯熱源機配管３５６と第２給湯熱源機配管３５８の間には、バイパス制御弁３５４を備えるバイパス配管３５２が設けられている。バイパス制御弁３５４が開くと、第１給湯連結管２７４から第１給湯熱源機配管３５６に流れ込んだ水の一部は、給湯熱源機３０８を通過することなく、バイパス配管３５２を経由して第２給湯熱源機配管３５８に流れ込む。第１給湯熱源機配管３５６には、流量計３６０、流量調整弁３６２が設けられている。第２給湯熱源機配管３５８には、給湯熱源機３０８の主熱交換器３５０で加熱された水の温度を検出するサーミスタ３６４と、バイパス配管３５２の合流箇所より下流の水の温度を検出するサーミスタ３６６が設けられている。

第２給湯熱源機配管３５８の途中からは、風呂循環ポンプ３０６に連通する湯はり配管３６８が分岐している。湯はり配管３６８は、逆流防止機構を備えた注湯電磁弁３７０を備えている。注湯電磁弁３７０が開くと、給湯熱源機３０８によって加熱された水が、湯はり配管３６８、風呂循環ポンプ３０６を経由して、浴槽６００に供給される。

浴槽６００には、風呂循環ポンプ３０６、熱交換器３１２を経由して、浴槽６００に戻る追い焚き循環路３７２が接続している。熱交換器３１２は二重管構造となっており、内側の流路を流れる暖房用熱媒との熱交換によって、外側の流路を流れる水が加熱される。追い焚き循環路３７２には、浴槽６００内の水位を検出する水位センサ３７４、水流の有無を検出する水流スイッチ３７６、追い焚き循環路３７２から浴槽６００へ向けて流れる水の温度を検出するサーミスタ３７８が設けられている。

第２暖房戻り配管４０４から給湯暖房ユニット３００に流れ込む暖房用熱媒は、熱交換器３１２からの暖房用熱媒と合流した後、暖房熱源機３１０の副熱交換器３８０を経由して、暖房循環ポンプ３０４に送られる。暖房循環ポンプ３０４から送り出される暖房用熱媒は、一部が低温暖房往き配管４１４へと流れ、残りは暖房熱源機３１０の主熱交換器３８２で加熱された後、高温暖房往き配管４１６へと流れる。主熱交換器３８２では、バーナ３３８、３４０の燃焼排気から顕熱を吸熱して水を加熱する。副熱交換器３８０では、主熱交換器３８２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て水を加熱する。サーミスタ３８４は、暖房循環ポンプ３０４から送り出される暖房用熱媒の温度、すなわち低温暖房往き配管４１４へ送り出される暖房用熱媒の温度を検出する。サーミスタ３８６は、主熱交換器３８２で加熱された暖房用熱媒の温度、すなわち高温暖房往き配管４１６へ送り出される暖房用熱媒の温度を検出する。

なお、電磁弁３８８が開かれると、主熱交換器３８２から高温暖房往き配管４１６に向けて流れる暖房用熱媒の一部が、熱交換器３１２へ供給される。また、主熱交換器３８２から高温暖房往き配管４１６に向けて流れる暖房用熱媒の一部は、バイパス弁３９０を備える第１バイパス管３９２および第２バイパス管３９４を経由して、暖房循環ポンプ３０４に送られる。

圧力計３９７は、暖房用熱媒の圧力を検出する。空気溜まり検出部３９８は、水位電極３９９を用いて、暖房用熱媒の内部における空気溜まりの有無を検出する。

給湯暖房コントローラ３９６は、貯湯コントローラ２８６と通信可能であり、給湯暖房ユニット３００と貯湯ユニット２００の間で協調動作が実現されている。また、給湯暖房コントローラ３９６は、リモコン５００とも通信可能である。

暖房系統４００は、低温暖房端末４０６と高温暖房端末４０８を備えている。低温暖房端末４０６は、例えば床暖房装置、パネルラジエータなどである。給湯暖房ユニット３００から低温暖房往き配管４１４を経由して流れ込む暖房用熱媒は、低温暖房端末４０６での放熱によって冷却された後、第１暖房戻り配管４０２へ送られる。高温暖房端末４０８は、例えば浴室乾燥暖房機、ファンコンベクタなどである。給湯暖房ユニット３００から高温暖房往き配管４１６を経由して送られた暖房用熱媒は、高温暖房端末４０８での放熱によって冷却された後、第１暖房戻り配管４０２へ送られる。低温暖房端末４０６と高温暖房端末４０８は、いずれも暖房用熱媒の流路に開閉弁を備えており、暖房運転の開始・終了に伴い、開閉弁の開閉を行う。暖房系統４００から第１暖房戻り配管４０２へ送り出された暖房用熱媒は、貯湯ユニット２００に送られて加熱された後、第２暖房戻り配管４０４を経由して給湯暖房ユニット３００へ送られる。

暖房系統４００には膨張タンク４１０が接続されている。膨張タンク４１０は、ダイヤフラム方式の膨張タンクであって、暖房用熱媒の温度上昇に伴う暖房用熱媒の体積膨張を吸収する。膨張タンク４１０は第１暖房戻り配管４０２に接続されている。

リモコン５００は、給湯暖房コントローラ３９６および低温暖房端末４０６、高温暖房端末４０８と通信可能である。給湯暖房システム１０の利用者は、リモコン５００を介して、給湯温度・暖房温度・湯はり温度・追い焚き温度等の設定や、低温暖房端末４０６による暖房運転の開始および終了、高温暖房端末４０８による暖房運転の開始および終了、浴槽６００への湯はりや追い焚きの開始等の指示を行うことができる。

本実施例の給湯暖房システム１０の暖房運転について説明する。以下では一例として、低温暖房端末４０６が暖房運転を行い、高温暖房端末４０８が暖房運転を行っていない場合について説明する。このような低温暖房運転においては、低温暖房端末４０６に送る暖房用熱媒の温度が５０℃程度となるように、暖房用熱媒の加熱を行う。すなわち、低温暖房端末４０６に供給すべき暖房用熱媒の設定温度は５０℃である。リモコン５００から低温暖房運転の開始が指示されると、貯湯ユニット２００と給湯暖房ユニット３００はそれぞれ以下の動作を行う。

図２は貯湯コントローラ２８６による制御の流れを示している。低温暖房運転が開始すると、まずステップＳ２０２でＨＰユニット１００の運転状態を確認し、もしＨＰユニット１００が運転を停止している場合には、ＨＰユニット１００の運転を開始する。

ステップＳ２０４では、給湯暖房ユニット３００の暖房熱源機３１０が燃焼運転を行っているか否かを確認する。暖房熱源機３１０が燃焼運転を行っていない場合（ステップＳ２０４でＮＯの場合）には、ステップＳ２０６へ進み、熱交換器２０４における暖房用熱媒の目標加熱温度（ＨＰ目標加熱温度）を、低温暖房端末４０６の設定温度に等しい５０℃に設定する。そして、ステップＳ２１０へ進み、ポンプ２０６を駆動して、貯湯タンク２０２の上部から高温の水を熱交換器２０４へ送り出し、サーミスタ２３８で検出される暖房用熱媒の温度がＨＰ目標加熱温度に近づくように、ポンプ２０６の出力を増減する。ポンプ２０６の出力を増減することで、貯湯タンク２０２の上部から熱交換器２０４に送られる高温の水の流量が増減し、これによって熱交換器２０４での暖房用熱媒に対する加熱量が増減する。低温暖房端末４０６における放熱量が熱交換器２０４での加熱量で十分に賄えている場合には、暖房用熱媒は熱交換器２０４において５０℃まで加熱される。熱交換器２０４で５０℃まで加熱された暖房用熱媒は、第２暖房戻り配管４０４を経由して給湯暖房ユニット３００へ送られ、暖房循環ポンプ３０４、低温暖房往き配管４１４を経由して、低温暖房端末４０６へ供給される。低温暖房端末４０６での放熱によって温度が低下した暖房用熱媒は、第１暖房戻り配管４０２を経由して貯湯ユニット２００の熱交換器２０４へ送られ、再び加熱される。

低温暖房端末４０６での放熱量が増加して、熱交換器２０４での加熱量が不足してくると、熱交換器２０４で暖房用熱媒を５０℃まで加熱することができなくなり、低温暖房端末４０６に供給される暖房用熱媒の温度が次第に低下していく。後述するように、低温暖房端末４０６に供給される暖房用熱媒の温度が低下すると、給湯暖房ユニット３００は暖房熱源機３１０による暖房用熱媒の加熱を開始する。

図３は給湯暖房コントローラによる３９６による暖房熱源機３１０の制御の流れを示している。ステップＳ３０２では、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度が暖房熱源機３１０の点火温度である４５℃まで低下したか否かを判断する。サーミスタ３８４での検出温度が点火温度まで低下すると（ステップＳ３０２でＹＥＳとなると）、ステップＳ３０４で暖房熱源機３１０の燃焼運転を開始する。

暖房熱源機３１０が燃焼運転を開始すると、熱交換器２０４だけでは不足する加熱量が暖房熱源機３１０での加熱量により補われる。暖房熱源機３１０は、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度が、熱源機目標加熱温度に近づくように、加熱量を制御する。本実施例では、熱源機目標加熱温度は設定温度に等しい５０℃に設定される。暖房熱源機３１０の加熱量は、ガス比例弁３２４の開度調整と、ガス切換弁３３８ａ、３４０ａの開閉切換によって調整される。なお、暖房熱源機３１０による加熱においては、バーナ３３８、３４０の最小号数よりも低い加熱量に下げることができないので、加熱量についてのきめ細かな調整を行うことはできない。このため、暖房熱源機３１０は、暖房用熱媒の温度が上がりすぎた場合には、以下のように燃焼運転を停止する。

ステップＳ３０６では、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度が暖房熱源機３１０の消火温度である５５℃まで上昇したか否かを判断する。サーミスタ３８４での検出温度が消火温度まで上昇すると（ステップＳ３０６でＹＥＳとなると）、ステップＳ３０８でガス切換弁３３８ａ、３４０ａを全て閉じて、暖房熱源機３１０の燃焼運転を停止する。

低温暖房端末４０６での放熱量が低下すると、それに応じて第１暖房戻り配管４０２を流れる暖房用熱媒の温度（暖房戻り温度）が上昇していく。第１暖房戻り配管４０２を流れる暖房用熱媒の温度が上昇すると、それに伴って熱交換器２０４における加熱量が減少してしまい、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度上昇は緩やかになる。従って、暖房熱源機３１０による加熱を開始した後も、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００におけるＨＰ目標加熱温度を変更しない場合、低温暖房端末４０６での放熱量が低下しても、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度が消火温度までなかなか上昇せず、暖房熱源機３１０の燃焼運転がなかなか停止しない。低温暖房端末４０６での放熱量が低下した後も、暖房熱源機３１０による加熱をいつまでも継続することは、エネルギー効率の観点から見て、あまり好ましいものではない。

そこで、本実施例では、図２のステップＳ２０４でＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００による加熱と暖房熱源機３１０による加熱が同時に行われていると判断される場合（ステップＳ２０４でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２０８に進み、ＨＰ目標加熱温度を低温暖房端末４０６の設定温度である５０℃より高い５５℃に設定する。このような構成とすることによって、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００による加熱と暖房熱源機３１０による加熱を同時に行っている状況で、低温暖房端末４０６における放熱量が低下したときに、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度が、速やかに暖房熱源機３１０の消火温度まで上昇する。低温暖房端末４０６での放熱量が低下したときに、暖房熱源機３１０の燃焼運転を速やかに停止することができる。

なお、本実施例では、図２のステップＳ２０４およびＳ２０６に示すように、暖房熱源機３１０が燃焼運転を停止した後は、ＨＰ目標加熱温度を再び５０℃に下げる。これにより、低温暖房端末４０６における放熱量が再び増大した場合に、サーミスタ３８４で検出される暖房用熱媒の温度を、速やかに暖房熱源機３１０の点火温度まで低下させ、暖房熱源機３１０の燃焼運転を速やかに開始することができる。

なお、貯湯タンク２０２が湯切れして、貯湯タンク２０２の上部に低温の水しか貯えられていない場合には、ポンプ２０６を停止して熱交換器２０４における加熱を終了し、暖房熱源機３１０のみによって暖房用熱媒の加熱を行う。本実施例では、このように暖房熱源機３１０のみで暖房運転を行う場合には、暖房熱源機３１０の点火温度と消火温度の差をより大きく設定し直す。図４のステップＳ４０２からステップＳ４０８に示すように、本実施例では、暖房熱源機３１０のみで暖房運転を行う場合、点火温度と消火温度をそれぞれ４３℃、５７℃に設定し直す。このような構成とすることによって、暖房熱源機３１０が暖房用熱媒を単独で加熱する場合における、点火と消火の繰り返し回数を減らすことができる。暖房熱源機３１０の点火と消火の繰り返し回数を減らすことで、イグナイタ３４４やガス切換弁３３８ａ、３４０ａ等の部品の老朽化を抑制し、製品寿命をより長くすることができる。

以上のように、本実施例の給湯暖房システム１０は、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００（ヒートポンプ加熱機構に相当する）と、燃料の燃焼により発生した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する暖房熱源機３１０と、暖房用熱媒からの放熱を利用して暖房する低温暖房端末４０６（暖房機に相当する）を備えている。ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００は、所定のＨＰ目標加熱温度（本実施例では５０℃）となるように暖房用熱媒を加熱するように構成されている。暖房熱源機３１０は、低温暖房端末４０６に供給される暖房用熱媒の温度が所定の点火温度（本実施例では４５℃）まで低下すると暖房用熱媒の加熱を開始し、低温暖房端末４０６に供給される暖房用熱媒の温度が所定の消火温度（本実施例では５５℃）まで上昇すると暖房用熱媒の加熱を停止するように構成されている。給湯暖房システム１０は、暖房熱源機３１０が暖房用熱媒の加熱を開始したときに、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００におけるＨＰ目標加熱温度を上げる（本実施例ではＨＰ目標加熱温度を５０℃から５５℃に上げる）ことを特徴とする。

また、本実施例の給湯暖房ユニット１０は、暖房熱源機３１０が暖房用熱媒の加熱を停止したときに、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００におけるＨＰ目標加熱温度を下げる（本実施例ではＨＰ目標加熱温度を５５℃から５０℃に下げる）ことを特徴とする。

また、本実施例の給湯暖房ユニット１０は、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００が暖房用熱媒を加熱している状況における暖房熱源機３１０の点火温度（本実施例では４５℃）と消火温度（本実施例では５５℃）の差が、ＨＰユニット１００および貯湯ユニット２００が暖房用熱媒を加熱していない状況における暖房熱源機３１０の点火温度（本実施例では４３℃）と消火温度（本実施例では５７℃）の差に比べて、小さく設定されていることを特徴とする。

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。本明細書または図面に説明した技術要素は、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。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 給湯暖房システム
１００ ＨＰユニット
１０２ 圧縮機
１０４ 放熱器
１０６ 膨張機構
１０８ 蒸発器
１１０ ポンプ
１１２ 循環往き配管
１１４ 循環戻り配管
１１６ ファン
１１８、１２０、２１８、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、２３４、２３８、２５４、２６８、２７１、２８０、３６４、３６６、３７８、３８４、３８６ サーミスタ
１２２ ＨＰコントローラ
２００ 貯湯ユニット
２０２ 貯湯タンク
２０４ 熱交換器
２０６ ポンプ
２０８ 循環下部配管
２１０、２１２ 三方弁
２１４ 循環上部配管
２１６ 循環バイパス配管
２３６、２４８、２６０、３６０ 流量計
２４０ バイパス配管
２４２、２６２、２６６、２７８、３６２ 流量調整弁
２５０ 逆止弁
２４６ 第１給水管
２５２ ガバナ
２５６ タンク給水管
２５８ 第２給水管
２６４ タンク出湯配管
２７０ 第１給湯管
２７２ 第２給湯管
２７４ 第１給湯連結管
２７６ 第２給湯連結管
２８２ 電磁弁
２８４ バイパス配管
２８６ 貯湯コントローラ
３００ 給湯暖房ユニット
３０２ ガス熱源機
３０４ 暖房循環ポンプ
３０６ 風呂循環ポンプ
３０８ 給湯熱源機
３１０ 暖房熱源機
３１２ 熱交換器
３１４ ガス流路
３１６ ガス元弁
３１８ 給湯ガス流路
３２０ 暖房ガス流路
３２２、３２４ ガス比例弁
３２６、３２８、３３０、３３８、３４０ バーナ
３２６ａ、３２８ａ、３３０ａ、３３８ａ、３４０ａ ガス切換弁
３３２、３４２ ファン
３３４、３４４ イグナイタ
３３６、３４６ フレームロッド
３４８、３８０ 副熱交換器
３５０、３８２ 主熱交換器
３５２ バイパス配管
３５４ バイパス制御弁
３５６ 第１給湯熱源機配管
３５８ 第２給湯熱源機配管
３６８ 湯はり配管
３７０ 注湯電磁弁
３７２ 追い焚き循環路
３７４ 水位センサ
３７６ 水流スイッチ
３８８ 電磁弁
３９０ バイパス弁
３９２ 第１バイパス管
３９４ 第２バイパス管
３９６ 給湯暖房コントローラ
３９７ 圧力計
３９８ 空気溜まり検出部
３９９ 水位電極
４００ 暖房系統
４０２ 第１暖房戻り配管
４０４ 第２暖房戻り配管
４０６ 低温暖房端末
４０８ 高温暖房端末
４１０ 膨張タンク
４１４ 低温暖房往き配管
４１６ 高温暖房往き配管
５００ リモコン
６００ 浴槽

Claims (3)

1. 大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプ加熱機構と、
   燃料の燃焼により発生した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する熱源機と、
   暖房用熱媒からの放熱を利用して暖房する暖房機を備える暖房システムであって、
   ヒートポンプ加熱機構は、所定の目標加熱温度となるように暖房用熱媒を加熱するように構成されており、
   熱源機は、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が所定の点火温度まで低下すると暖房用熱媒の加熱を開始し、暖房機に供給される暖房用熱媒の温度が所定の消火温度まで上昇すると暖房用熱媒の加熱を停止するように構成されており、
   熱源機が暖房用熱媒の加熱を開始したときに、ヒートポンプ加熱機構の目標加熱温度を上げることを特徴とする暖房システム。
2. 熱源機が暖房用熱媒の加熱を停止したときに、ヒートポンプ加熱機構の目標加熱温度を下げることを特徴とする請求項１の暖房システム。
3. ヒートポンプ加熱機構が暖房用熱媒を加熱している状況における熱源機の点火温度と消火温度の差が、ヒートポンプ加熱機構が暖房用熱媒を加熱していない状況における熱源機の点火温度と消火温度の差に比べて、小さく設定されていることを特徴とする請求項１または２の暖房システム。

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