JP5750408B2 - 暖房システム - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、暖房システムに関する。

特許文献１には、第１熱媒体を循環させるヒートポンプと、第２熱媒体を循環させる第２熱媒体循環路と、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を下流側へ送り出す循環ポンプと、第１熱媒体との熱交換によって第２熱媒体を加熱する熱交換器と、ヒートポンプより単位時間当たりの加熱量が大きく、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、を備える暖房システムが開示されている。特許文献１のシステムは、第２熱媒体循環路に、熱交換器をバイパスするバイパス路を設けるとともに、バイパス路を開閉する開閉弁を設けている。

特開２００９−２９９９４１号公報

特許文献１の技術では、開閉弁は、バイパス路を開く状態と、バイパス路を閉じる状態の２つの状態を切換えることしかできない。そのため、状況に応じて、バイパス路を通過する熱媒体の流量を適切に変更することができる技術が求められている。本明細書は、状況に応じて、バイパス路を通過する熱媒体の流量を適切に変更することが可能な暖房システムを提供する。

本明細書が開示する暖房システムは、ヒートポンプと、第２熱媒体循環路と、循環ポンプと、熱交換器と、複数個の暖房機と、バイパス路と、調整弁と、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。第２熱媒体循環路は、第２熱媒体を循環させる。循環ポンプは、第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を下流側へ送り出す。熱交換器は、第１熱媒体との熱交換によって、第２熱媒体を加熱する。複数個の暖房機は、第２熱媒体の熱を利用して暖房する。バイパス路は、第２熱媒体循環路に設けられて、熱交換器の上流側と下流側とを接続する。調整弁は、バイパス路に設けられて、開度を変化させることによって、熱交換器を通過する第２熱媒体の流量とバイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合を変化させる。循環ポンプの作動により、複数個の暖房機のうち、作動する暖房機の数が多くなるほど、第２熱媒体循環路内を循環する第２熱媒体の流量が増加する。調整弁は、複数個の暖房機のうち、作動する暖房機の数が多くなるほど、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合が高くなるように、開度を変化させる。ヒートポンプは、単位時間当たりの加熱量を変化させることが可能である。ヒートポンプは、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合が高くなるほど、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、単位時間当たりの加熱量を変化させる。

上記の複数個の暖房機は、互いに並列に配置されていることが好ましい。

上記の暖房システムでは、調整弁の開度を変化させることによって、熱交換器を通過する第２熱媒体の流量とバイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合を変化させることができる。従って、この暖房システムでは、状況に応じて、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量を適切に変更することが可能である。また、上記の暖房システムでは、作動する暖房機の数に応じて、ヒートポンプによって、第２熱媒体を適切に加熱することができる。

また、比較のために、上記と同様に、複数個の暖房機を備える暖房システムにおいて、バイパス路に、バイパス路を開閉するに過ぎない開閉弁を備える従来の構成を考える。従来の構成において、ヒートポンプを熱源として利用して暖房運転を行う場合には、バイパス路を閉じる必要がある。一方、作動する暖房機の数が増える場合、各暖房機に第２熱媒体を供給するために、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の流量を増加させる必要がある。この場合、従来の構成では、ヒートポンプを熱源として利用して暖房運転を行う場合、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の全量が熱交換器に導入されることになる。しかしながら、通常、熱交換器の配管抵抗は、第２熱媒体循環路の配管抵抗に比べて大きい。そのため、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の流量を増加させようとしても、循環ポンプの揚程が不足し、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の全量が熱交換器内を通過できない事態が生じ得る。その結果、第２熱媒体循環路全体として、各暖房機が必要とする流量が得られない場合がある。

この点、上記の暖房システムでは、複数個の暖房機のうち、作動する暖房機の数が多くなるほど、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合を高くするように、調整弁の開度を変化させる。そのため、循環ポンプの作動により、作動する暖房機の数の増加に伴って、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の流量が増加する場合に、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合を高くすることにより、循環ポンプの揚程が不足することを抑制し、第２熱媒体循環路を循環する第２熱媒体の全量を適切に循環させることができる。そのため、各暖房機に、必要な量の第２熱媒体を供給することができる。即ち、上記の暖房システムによると、作動する暖房機の数が多くなる状況においても、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量を適切に変更することができる。従って、上記の通り、上記の暖房システムによると、状況に応じて、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量を適切に変更することが可能である。

蓄熱運転時及び給湯運転時の第１実施例の給湯暖房システムの動作を模式的に示す図。 作動する暖房機の数毎の各種設定値を示す表。 給湯暖房システムが暖房運転時に実行する処理を示すフローチャート。 温調制御を示すフローチャート。 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。 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。

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） 調整弁は、さらに、循環ポンプの揚程の値が所定の基準値以上になるように、開度を変化させてもよい。ここで、所定の基準値とは、ポンプの揚程の値がこの基準値を下回る場合、第２熱媒体循環路内で、必要な流量の第２熱媒体を循環することが困難となる可能性が高い値である。この構成によると、作動する暖房機の数が多くなる場合であっても、第２熱媒体循環路内で、必要な流量の第２熱媒体を循環させることができる。

（特徴２） ヒートポンプに比べて単位時間当たりの加熱量が大きく、第２熱媒体を加熱する加熱装置をさらに備えてもよい。この構成によると、ヒートポンプによって第２熱媒体を十分に加熱できない場合に、加熱装置によって第２熱媒体を加熱することができる。

（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、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、フロンガスＲ４１０Ａ等）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。後で説明するように、熱交換器５４には、膨張弁６０を通過後の低圧低温の液体状態にある熱媒体が供給される。熱交換器５４は、熱媒体と外気とを熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。熱媒体は、加熱されることにより気化し、比較的高温で低圧の気体状態となる。

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。圧縮器６２には、熱交換器５４を通過後の熱媒体が供給される。即ち、圧縮器６２には、比較的高温で低圧の気体状態の熱媒体が供給される。圧縮器６２によって熱媒体が圧縮されることにより、熱媒体は高温高圧の気体状態となる。圧縮器６２は、圧縮後の高温高圧の気体状態の熱媒体を、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。

後で詳しく説明するが、本実施例では、ヒートポンプ５０は、調整弁９０の開度に応じて（即ち、作動する暖房機７６の数に応じて）、加熱能力（単位時間当たりの加熱量）を変化させることができる。具体的には、圧縮器６２による熱媒体の圧縮率を変化させて、熱媒体の温度を変化させることにより、単位時間当たりの加熱量（加熱能力）を変化させることができる。本実施例では、熱媒体の圧縮率を高くすると、熱媒体の温度が高くなり、単位時間当たりの加熱量も高くなる。その結果、三流体熱交換器５８で加熱された後の水の温度も高くなる。本実施例では、ヒートポンプ５０は、バイパス路９４を通過する水の流量の割合が高くなるほど、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、圧縮器６２による熱媒体の圧縮率を調整する。

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。接続部には、第１導入路２４ａ（即ち供給路３６）を流れる水の流量と第２導入路２４ｂを流れる水の流量の比率を調整する混合弁３６ａが配置されている。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と水量センサ３０が介装されている。水量センサ３０は、第２導入路２４ｂ内を流れる水道水の流量を検出する。

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、水量センサ３４が介装されている。水量センサ３４は、供給路３６内を流れる水の流量を検出する。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。供給路３６には、バーナ加熱装置８１をバイパスする流路であるバイパス路３６ｂが設けられている。また、バイパス路３６ｂには、バイパス路３６ｂの開度を調整するためのバイパス制御弁３６ｃが介装されている。

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、６個の暖房機７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆと、を備えている。以下では、暖房機７６ａ〜７６ｆを単に暖房機７６と呼ぶ場合がある。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６本に分岐して各暖房機７６ａ〜７６ｆ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ポンプである。後で詳しく説明するが、作動する暖房機７６の数に応じて、暖房用循環路７１内を循環する水の流量が変化する。即ち、循環ポンプ７４の単位時間当たりの回転数が一定であっても、作動する暖房機７６の数が増加すると、暖房往路７２の抵抗が減少して、暖房用水循環路７１内を循環する水の流量が増加する。従って、本実施例では、作動する暖房機７６の数が多くなるほど、暖房用水循環路７１内を循環する水の流量が増加する。暖房機７６ａ〜７６ｆ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５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大きい。バーナ加熱装置８２で加熱された水は、各暖房機７６ａ〜７６ｆに供給される。また、暖房往路７２のバーナ加熱装置８２の下流側には、サーミスタ７８が介装されている。サーミスタ７８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。

各暖房機７６ａ〜７６ｆは、暖房往路７２から供給される水の熱を利用して、居室を暖房する端末である。各暖房機７６ａ〜７６ｆは、いずれも、互いに並列に配置されている。作動している各暖房機７６ａ〜７６ｆには、暖房往路７２から水が供給される。一方、停止している（作動していない）各暖房機７６ａ〜７６ｆには、暖房往路７２から水が供給されない。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６本に分岐して各暖房機７６ａ〜７６ｆ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。暖房復路８４には、サーミスタ８６が介装されている。サーミスタ８６は、暖房復路８４内の水の温度を測定する。

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。熱回収路８８の三流体熱交換器５８の下流側には、サーミスタ９２が介装されている。サーミスタ９２は、三流体熱交換器５８を通過した後の熱回収路８８内の水の温度を測定する。

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。本実施例の調整弁９０には、例えば三方弁が用いられる。後で詳しく説明するが、調整弁９０は、作動する暖房機７６の数に応じて開度を変化させることができる。本実施例では、調整弁９０は、作動する暖房機７６の数が多くなる程、バイパス路９４を通過する第２熱媒体の流量の割合が高くなるように、開度を変化させる。

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。

制御装置１００は、給湯系統１０４、ヒートポンプ系統１０６、及び、暖房系統１０８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。

（作動する暖房機７６の数に応じた設定）
上記の通り、本実施例では、作動する暖房機７６の数に応じて、暖房用水循環路７１内の水の流量が変化する。また、調整弁９０は、作動する暖房機７６の数に応じて開度を変化させる。

図２は、作動する暖房機７６の数毎のポンプ流量、調整弁ステップ、揚程、三流体熱交流量、及び、熱交流量の割合の各設定値を示す表である。

図２中のポンプ流量とは、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す数値である。本実施例では、循環ポンプ７４の回転数は変化しないが、作動する暖房機７６が１個増える毎に、配管抵抗が減少し、その結果、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が２Ｌ／ｍｉｎずつ増える。

図２中の調整弁ステップとは、調整弁９０の開度を示す数値である。値が大きくなるほど、バイパス路９４を通過する流量の割合が大きくなる。例えば、調整弁ステップ「４００」は、暖房用水循環路７１を循環する水の全量が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過し、バイパス路９４を全く通過しないときの調整弁９０の開度である。調整弁ステップ「８８０」、「１０８０」、「１８４０」は、いずれも、暖房用水循環路７１を循環する水の一部が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過し、他の一部がバイパス路９４を通過するときの調整弁９０の開度である。なお、調整弁ステップ「２７００」が、暖房用水循環路７１を循環する水の全量がバイパス路９４を通過し、熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を全く通過しないときの調整弁９０の開度である。

図２中の揚程とは、循環ポンプ７４の揚程（ｋＰａ）を示す数値である。循環ポンプ７４の揚程は、通常、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が増加するほど低下する。本実施例では、作動する暖房機７６の数にかかわらず、循環ポンプ７４の揚程の値が、所定の基準値（５０ｋＰａ）以上になるように、調整弁９０の開度が調整されている。ここで、所定の基準値とは、循環ポンプ７４の揚程の値がこの基準値を下回る場合、暖房用水循環路７１内で、必要な流量の水を循環することが困難となる可能性が高い値である。なお、図２中、揚程の値が「７７（６１）」のように表わされている箇所がある。このうち、括弧外の数値「７７」は、調整弁９０の開度を対応する調整弁ステップの値（８８０）に調整した場合の揚程の値を示し、括弧内の数値「（６１）」は、調整弁９０の開度を対応する調整弁ステップの値に調整しなかった場合（即ち、調整弁ステップの値を４００に維持した場合）の揚程の値を示す。

図２中の三流体熱交流量とは、三流体熱交換器５８を流れる水の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す数値である。

図２中の熱交流量の割合とは、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量のうち、三流体熱交換器５８を流れる水の流量の割合（％）を示す数値である。

例えば、作動する暖房機７６の数が１個の場合、循環ポンプ７４の作動により、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が２Ｌ／ｍｉｎになる。このとき、調整弁９０は、調整弁ステップが４００になるように開度を調整する。即ち、暖房用水循環路７１を循環する水の全量が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過する。この場合の循環ポンプ７４の揚程は１００ｋＰａである。また、上記の通り、暖房用水循環路７１を循環する水の全量が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過するため、三流体熱交流量は２Ｌ／ｍｉｎであり、熱交流量の割合も１００％である。

また、例えば、作動する暖房機７６の数が４個の場合、循環ポンプ７４の作動により、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が８Ｌ／ｍｉｎになる。このとき、調整弁９０は、調整弁ステップが１０８０になるように開度を調整する。即ち、暖房用水循環路７１を循環する水の一部が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過し、他の一部がバイパス路９４を通過する。この場合の循環ポンプ７４の揚程は７０ｋＰａである。また、この場合、三流体熱交流量は３．５Ｌ／ｍｉｎであり、熱交流量の割合は４４％である。

（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、混合弁３６ａ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、混合弁３６ａを調整して、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、混合弁３６ａの開度比率を調整する。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。加熱された水は、バイパス制御弁３６ｃで開度調整されたバイパス路３６ｂからの水と混合されて、給湯栓３８に供給される。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３、図４は、暖房運転時に制御装置１００が実行する処理を示すフローチャートである。図５は、１個の暖房機７６ａのみが作動している場合の暖房運転中の各構成要素の動作を示す。図５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。また、図６は、４個の暖房機７６ａ〜７６ｄが作動している場合の暖房運転中の各構成要素の動作を示す。

ユーザによって暖房運転の実行が指示されると、Ｓ１０では、制御装置１００は、まず、作動する暖房機７６の数に応じて、調整弁９０の開度を調整する。具体的には、Ｓ１０では、制御装置１０は、作動する暖房機７６の数に応じて予め設定されている調整弁ステップ（図２参照）に、調整弁９０の開度を調整する。

これにより、シスターン７０内の水が、シスターン７０から、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に戻る経路が形成される（図５参照）。また、調整弁９０の開度によっては、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に導入される経路も形成される（図６参照）。

次いで、Ｓ１２では、制御装置１００は、所定の回転数で循環ポンプ７４を作動させる。

次いで、Ｓ１４では、制御装置１００は、温調制御（図４参照）を開始する。温調制御の内容は、後で詳しく説明する。温調制御が開始されることにより、上記経路を循環する水が、バーナ加熱装置８２とヒートポンプ５０の少なくとも一方によって加熱され、加熱された水が作動する暖房機７６に供給される。作動する暖房機７６は、供給された水の熱を利用して、居室を暖房する。

Ｓ１４で温調制御を開始すると、Ｓ１６に進み、制御装置１００は、作動する暖房機７６の数が変化することを監視する。作動する暖房機７６の数が変化した場合、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、作動する暖房機７６の数が０になったか否かを判断する。作動する暖房機７６の数が０ではない場合、制御装置１００は、Ｓ１８でＮＯと判断し、Ｓ１０に戻る。Ｓ１０では、制御装置１００は、その時点で作動している暖房機７６の数に応じて、調整弁９０の開度を再調整する。

一方、作動する暖房機７６の数が０の場合、制御装置１００は、Ｓ１８でＹＥＳと判断し、Ｓ２０に進む。Ｓ２０では、制御装置１００は、作動中のヒートポンプ５０、バーナ加熱装置８２、及び、循環ポンプ７４をすべて停止させる。Ｓ２０を終えると、暖房運転が終了する。

次いで、図４を参照して、温調制御の内容を説明する。温調制御は、暖房機７６に供給される水の温度が、所定の設定温度（例えば、４０℃）になるように、制御装置１００が実行する制御である。温調制御が開始されると（図３のＳ１４参照）、制御装置１００は、Ｓ３０〜３６の処理（バーナ加熱装置８２の制御処理）と、Ｓ４０〜４６の処理（ヒートポンプ５０の制御処理）とを並行して実行する。以下、両処理を順に説明する。

Ｓ３０では、制御装置１００は、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｎ以下になることを監視する。ここで、閾値Ｔｂｏｎは、バーナ加熱装置８２を作動させるための閾値であって、例えば、３０℃とすることができる。サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｎ以下である場合、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、バーナ加熱装置８２を作動させる。これにより、暖房往路７２を通過する水が、バーナ加熱装置８２によって加熱される。Ｓ３２でバーナ加熱装置８２を作動させると、制御装置１００は、Ｓ３４に進む。

Ｓ３４では、制御装置１００は、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｆｆ以上になることを監視する。ここで、閾値Ｔｂｏｆｆは、バーナ加熱装置８２を停止させるための閾値であって、例えば４５℃とすることができる。閾値Ｔｂｏｆｆは、上記の所定の設定温度（例えば４０℃）より高温である。サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｆｆ以上である場合、制御装置１００は、Ｓ３４でＹＥＳと判断し、Ｓ３６に進む。

Ｓ３６では、制御装置１００は、バーナ加熱装置８２を停止させる。これにより、暖房往路７２を通過する水は、バーナ加熱装置８２によって加熱されなくなる。この場合、バーナ加熱装置８２の下流側の暖房往路７２内の水（即ち、暖房機７６に供給される水）の温度が、所定の設定温度より高温であることを意味する。従って、それ以上、暖房往路７２を通過する水をバーナ加熱装置８２で加熱する必要がない。そのため、本実施例では、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｆｆ以上になる場合に、バーナ加熱装置８２を停止させる。Ｓ３６でバーナ加熱装置８２を停止させると、制御装置１００は、Ｓ３０に戻る。

一方、Ｓ４０では、制御装置１００は、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｎ以下になることを監視する。ここで、閾値Ｔｈｏｎは、ヒートポンプ５０を作動させるための閾値であって、例えば、３７℃とすることができる。閾値Ｔｈｏｎは、上記の閾値Ｔｂｏｎ（例えば３０℃）よりも高温に設定されている。サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｎ以下である場合、制御装置１００は、Ｓ４０でＹＥＳと判断し、Ｓ４２に進む。

Ｓ４２では、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を作動させる。これにより、熱回収路８８を通過する水が、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。この際、制御装置１００は、調整弁９０の開度に応じて（即ち、作動する暖房機７６の数に応じて）、圧縮器６２による熱媒体の圧縮率を変化させて、単位時間当たりの加熱量（加熱能力）を変化させる。本実施例では、制御装置１００は、バイパス路９４を通過する水の流量の割合が高くなるほど、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、圧縮器６２による熱媒体の圧縮率を調整する。Ｓ４２でヒートポンプ５０を作動させると、制御装置１００は、Ｓ４４に進む。

Ｓ４４では、制御装置１００は、サーミスタ８６の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｆｆ以上になることを監視する。ここで、閾値Ｔｂｏｆｆは、ヒートポンプ５０を停止させるための閾値であって、例えば４０℃とすることができる。閾値Ｔｈｏｆｆは、上記の閾値Ｔｂｏｆｆ（例えば４５℃）よりも低温に設定されている。サーミスタ８６の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｆｆ以上である場合、制御装置１００は、Ｓ４４でＹＥＳと判断し、Ｓ４６に進む。

Ｓ４６では、制御装置１００は、ヒートポンプ５０を停止させる。これにより、熱回収路８８を通過する水は、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なくなる。暖房復路８４内の水の温度が上昇すると、三流体熱交換器５８を通過する熱媒体循環路５２内の熱媒体の温度と、三流体熱交換器５８を通過する熱回収路８８内の水の温度の差が小さくなり、ヒートポンプ５０による加熱効率が低下する。そのため、本実施例では、サーミスタ８６の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｆｆ以上になる場合に、ヒートポンプ５０を停止させる。Ｓ４６でヒートポンプ５０を停止させると、制御装置１００は、Ｓ４０に戻る。

上記の通り、温調制御が開始されると、制御装置１００は、Ｓ３０〜Ｓ３６の処理と、Ｓ４０〜Ｓ４６の処理とを、繰り返し実行する。ただし、上記の通り、作動する暖房機７６の数が０になる場合（図３のＳ１８でＹＥＳの場合）、制御装置１００は、作動中のヒートポンプ５０、バーナ加熱装置８２、及び、循環ポンプ７４をすべて停止させる。この場合、図４の温調制御も終了する。

（暖房運転の具体例）
暖房運転の具体例を挙げて説明する。例えば、ユーザが、６個の暖房機７６ａ〜７６ｆのうち、１個の暖房機７６ａを作動させて暖房運転が開始される場合、まず、制御装置１００は、調整弁９０の開度を、調整弁ステップ「４００」に設定し（図２参照）、暖房用水循環路７１を循環する水の全量が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過し、バイパス路９４を全く通過しないようにする（図３のＳ１０）。これにより、図５に示すように、シスターン７０内の水が、シスターン７０から、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に戻る経路が形成される。次いで、制御装置１００は、循環ポンプ７４を作動させる（図３のＳ１２）。これにより、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が２Ｌ／ｍｉｎになる。

次いで、制御装置１００は、温調制御（図４参照）を開始する。暖房運転開始直後は、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度は比較的低い。本例では、この時点では、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が閾値Ｔｂｏｎ（例えば３０℃）より低く、かつ、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が閾値Ｔｈｏｎ（例えば３７℃）より低い（図４のＳ３０でＹＥＳ、及び、Ｓ４０でＹＥＳ）。そのため、本例では、制御装置１００は、ヒートポンプ５０とバーナ加熱装置８２を両方作動させる（図４のＳ３２及びＳ４２）。これにより、図５に示すように、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、作動している１個の暖房機７６ａ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。暖房機７６ａは、供給された水の熱を利用して、居室を暖房する。

上記の運転を継続すると、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度が上昇していく。制御装置１００は、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｂｏｆｆ（例えば４５℃）以上になると（図４のＳ３４でＹＥＳ）、まず、バーナ加熱装置８２を停止させる（図４のＳ３６）。

バーナ加熱装置８２が停止しても、ヒートポンプ５０が作動し続けているため、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度はさらに上昇していく。制御装置１００は、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が所定の閾値Ｔｈｏｆｆ（例えば４０℃）以上になると（図４のＳ４４でＹＥＳ）、ヒートポンプ５０も停止させる（図４のＳ４６）。この場合、暖房機７６ａは、暖房用水循環路７１内を循環する水の余熱を利用して居室を暖房する。

この状態で暖房機７６ａが作動し続けると、暖房用水循環路７１内を循環する水の温度は次第に低くなっていく。制御装置１００は、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が、再び所定の閾値Ｔｈｏｎ（例えば３７℃）以下になると（図４のＳ４０でＹＥＳ）、ヒートポンプ５０を再度作動させる。これにより、熱回収路８８を通過する水が加熱される。

これにより、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度が再び上昇していく。制御装置１００は、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が再び所定の閾値Ｔｈｏｆｆ（例えば４０℃）以上になると（図４のＳ４４でＹＥＳ）、ヒートポンプ５０を再度停止させる（図４のＳ４６）。このように、ヒートポンプ５０の作動と停止を繰り返しながら、安定した暖房運転を継続することができる。この場合、ヒートポンプ５０がバーナ加熱装置８２より優先して作動させるため、エネルギー効率の良い暖房運転が実現される。

この状態から、さらに、作動する暖房機の数が１個（暖房機７６ａ）から４個（暖房機７６ａ〜７６ｄ）に増加する場合の例についてさらに説明する。この場合、図６に示すように、制御装置１００は、調整弁９０の開度を、調整弁ステップ「１０８０」に設定し（図２参照）、暖房用水循環路７１を循環する水の一部が熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を通過し、他の一部がバイパス路９４を通過するようにする（図３のＳ１６でＹＥＳ、Ｓ１８でＮＯ、及び、Ｓ１０）。次いで、制御装置１００は、循環ポンプ７４を作動させる（図３のＳ１２）。これにより、暖房用水循環路７１内を流れる水の流量が８Ｌ／ｍｉｎになる（図２参照）。

作動する暖房機の数が１個（暖房機７６ａ）から４個（暖房機７６ａ〜７６ｄ）に増加したことに伴って、暖房機７６ａ〜７６ｄにおける放熱量も増加する。その結果、暖房用水循環路７１内の各部の水の温度が再び低くなる場合がある。本例では、この時点で、サーミスタ７８の検出温度Ｔ１が閾値Ｔｂｏｎ（例えば３０℃）より低く、かつ、サーミスタ９２の検出温度Ｔ２が閾値Ｔｈｏｎ（例えば３７℃）より低くなる（図４のＳ３０でＹＥＳ、及び、Ｓ４０でＹＥＳ）。そのため、制御装置１００は、ヒートポンプ５０とバーナ加熱装置８２を再び両方作動させる（図４のＳ３２及びＳ４２）。上記の通り、ヒートポンプ５０の単位時間当たりの加熱量（加熱能力）は、調整弁９０の開度に応じて（即ち、作動する暖房機７６の数に応じて）調整される。この例では、制御装置１００は、バイパス路９４を通過する水の流量の割合が高くなったことに伴い（即ち、作動する暖房機７６の数が増加して、放熱量が増加したことに伴い）、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、圧縮器６２による熱媒体の圧縮率を調整する。これにより、図５に示すように、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。三流体熱交換器５８によって加熱された水の温度は、暖房機７６ａのみを作動させる場合と比べて高くなる。この結果、作動している１個の暖房機７６ａ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。暖房機７６ａ〜７６ｄは、供給された水の熱を利用して、居室を暖房する。

以降の各処理は、上記の１個の暖房機７６ａのみが作動する場合と同様である。また、作動する暖房機７６の数が増減する場合も、同様の処理を実行する。ただし、作動する暖房機７６の数が０になる場合（図３のＳ１８でＹＥＳ）、制御装置１００は、作動中のヒートポンプ５０、バーナ加熱装置８２、及び、循環ポンプ７４をすべて停止させる（図３のＳ２０参照）。この場合、暖房運転が終了する。

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では、調整弁９０の開度を変化させることによって、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の割合を変化させることができる。従って、この給湯暖房システム２では、調整弁９０の開度を調整することにより、状況に応じて、三流体熱交換器５８を通過する暖房用水循環路７１内の水の流量を適切に変更することが可能である。

また、本実施例の給湯暖房システム２では、作動する暖房機７６の数が多くなるほど、バイパス路９４を通過する水の流量の割合を高くするように、調整弁９０の開度を変化させる（図２参照）。そのため、循環ポンプ７４の作動により、作動する暖房機７６の数の増加に伴って、暖房用水循環路７１を循環する水の流量が増加する場合に、バイパス路９４を通過する水の流量の割合を高くすることにより、循環ポンプ７４の揚程が不足することを抑制し、暖房用水循環路７１を循環する水の全量を適切に循環させることができる。そのため、作動する各暖房機７６に、必要な量の水を供給することができる。即ち、本実施例の給湯暖房システム２によると、作動する暖房機７６の数が多くなる状況において、バイパス路９４を通過する水の流量を適切に変更することができる。

また、本実施例では、調整弁９０の開度は、作動する暖房機７６の数にかかわらず、循環ポンプ７４の揚程の値が所定の基準値（５０ｋＰａ）以上になるように調整されている。そのため、作動する暖房機７６の数が多くなる場合であっても、暖房用水循環路７１内で、必要な流量の水を循環させることができる。

また、本実施例では、ヒートポンプ５０は、単位時間当たりの加熱量（即ち加熱能力）を変化させることが可能である。ヒートポンプ５０は、バイパス路９４を通過する水の流量の割合が高くなるほど（即ち、作動する暖房機７６の数が増加するほど）、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、単位時間当たりの加熱量を変化させてもよい。この構成によると、作動する暖房機７６の数に応じて、ヒートポンプ５０によって水を適切に加熱することができる。

また、本実施例の給湯暖房システム２は、ヒートポンプ５０に加えて、バーナ加熱装置８２を熱源として備えている。そのため、ヒートポンプ５０によって水を十分に加熱できない場合に、バーナ加熱装置８２を補助熱源として利用することによって水を目標温度まで加熱することができる。

本実施例の給湯暖房システム２が「暖房システム」の一例である。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。三流体熱交換器５８が「熱交換器」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。

（変形例１） 給湯暖房システム２は、暖房機７６ａ〜７６ｆとは別に、高温暖房機を備えてもよい。さらに、給湯暖房システム２は、暖房機７６ａ〜７６ｆを用いた暖房運転（以下、本変形例では「低温暖房運転」と呼ぶ）に加えて、上記の高温暖房機を用いた高温暖房運転を実行してもよい。高温暖房運転では、制御装置１００は、調整弁９０の開度を、調整弁ステップ「２７００」になるように調整する。即ち、制御装置１００は、暖房用水循環路７１を循環する水の全量がバイパス路９４を通過し、熱回収路８８（三流体熱交換器５８）を全く通過しないように調整弁９０の開度を調整する。即ち、高温暖房運転では、ヒートポンプ５０を作動させずに、バーナ加熱装置８２のみを熱源として用いる。なお、高温暖房運転では、高温暖房機に供給される水の設定温度は、上記の低温暖房運転における設定温度より高い。

（変形例２） 制御装置１００は、暖房運転中に、各サーミスタ７８、８６、９２、９８の検出温度を監視し、調整弁９０の開度から計算される各部の水の温度と、各サーミスタ７８、８６、９２、９８の実際の検出温度との間に所定の閾値以上の差があるか否かを監視していてもよい。調整弁９０の開度から計算される各部の水の温度と、各サーミスタ７８、８６、９２、９８の実際の検出温度との間に所定の閾値以上の差がある場合、制御装置１００は、エラーが発生していると判断し、暖房運転を停止してもよい。

（変形例３） 制御装置１００は、暖房運転を実行していない間に、調整弁９０の動作チェックを行ってもよい。具体的には、制御装置１００は、調整弁９０に、三流体熱交換器５８側に全開（以下、本変形例では「全開」と呼ぶ）にする動作と、バイパス路９４側に全開（以下、本変形例でが「全閉」と呼ぶ）にする動作を行わせる。通常、制御装置１００は、調整弁９０が全開になると、その旨を示す信号（いわゆる 「リミッター」）を検出する。同様に、制御装置１００は、調整弁９０が全閉になる場合も、その旨を示す信号（いわゆる 「リミッター」）を検出する。この動作チェックの結果、制御装置１００がリミッターを検出しなければ、制御装置１００は、調整弁９０の全開、全閉の設定が正常でないと判断し、その旨の通知を行うことができる。

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：水量センサ
３２：水道水供給源
３４：水量センサ
３６：供給路
３６ａ：混合弁
３６ｂ：バイパス路
３６ｃ：バイパス制御弁
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
７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ：暖房機
７８：サーミスタ
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
９２：サーミスタ
９４：暖房用バイパス路
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 (3)

1. 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るヒートポンプと、
   第２熱媒体を循環させる第２熱媒体循環路と、
   第２熱媒体循環路内の第２熱媒体を下流側へ送り出す循環ポンプと、
   第１熱媒体との熱交換によって、第２熱媒体を加熱する熱交換器と、
   第２熱媒体の熱を利用して暖房する複数個の暖房機と、
   第２熱媒体循環路に設けられて、熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス路と、
   バイパス路に設けられて、開度を変化させることによって、熱交換器を通過する第２熱媒体の流量とバイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合を変化させる調整弁と、
   を備え、
   循環ポンプの作動により、複数個の暖房機のうち、作動する暖房機の数が多くなるほど、第２熱媒体循環路内を循環する第２熱媒体の流量が増加し、
   調整弁は、複数個の暖房機のうち、作動する暖房機の数が多くなるほど、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合が高くなるように、開度を変化させ、
   ヒートポンプは、単位時間当たりの加熱量を変化させることが可能であり、
   ヒートポンプは、バイパス路を通過する第２熱媒体の流量の割合が高くなるほど、単位時間当たりの加熱量が大きくなるように、単位時間当たりの加熱量を変化させる、
   ことを特徴とする暖房システム。
2. 調整弁は、さらに、循環ポンプの揚程の値が所定の基準値以上になるように、開度を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の暖房システム。
3. ヒートポンプに比べて単位時間当たりの加熱量が大きく、第２熱媒体を加熱する加熱装置をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載の暖房システム。

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