JP5793450B2

JP5793450B2 - ヒートポンプ熱源システム

Info

Publication number: JP5793450B2
Application number: JP2012044832A
Authority: JP
Inventors: 孝二太田; 敦史柿内; 寿洋所
Original assignee: Sharp Corp; Rinnai Corp
Current assignee: Sharp Corp; Rinnai Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013181682A; KR101436241B1; KR20130099893A

Description

本発明は、暖房端末が接続されたヒートポンプ循環路内を循環する熱媒体を、ヒートポンプにより加熱して暖房を行う機能を有するヒートポンプ熱源システムに関する。

従来より、例えば熱媒体として温水を使用して、床暖房機等の暖房端末が途中に接続された暖房温水循環路内を循環する温水を、ヒートポンプにより加熱することによって、暖房を行う熱源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された熱源システムは、給湯に使用される貯湯タンク内の湯水を循環させるタンク循環路とヒートポンプユニットのヒートポンプ循環路に接続された給湯熱交換器と、暖房温水循環路とヒートポンプユニットのヒートポンプ循環路に接続された暖房熱交換器とを備えている。

そして、貯湯タンク内の湯水を加熱するときは、ヒートポンプユニットを作動させてヒートポンプ循環路に熱媒体を循環させた状態で、貯湯タンク内の湯水をタンク循環路を介して循環させることによって、給湯熱交換器で熱交換を行う。また、暖房端末による暖房を行なうときには、ヒートポンプユニットを作動させてヒートポンプ循環路に熱媒体を循環させた状態で、暖房温水循環路内に温水を循環させることによって、暖房熱交換機で熱交換を行なう。

ここで、ヒートポンプユニットの起動と停止を頻繁に行うと、ヒートポンプユニットの効率が低下する。そこで、特許文献１に記載された熱源システムにおいては、暖房運転時に室温が暖房設定温度以上になったときに、暖房温水循環路の温水の循環を停止して、タンク循環路の湯水の循環を行うことで、ヒートポンプユニットを停止せずに暖房端末からの放熱を抑制し、その後室温が暖房設定温度未満になったときに、タンク循環路の湯水の循環を停止して、暖房温水循環路の温水の循環を行うようにしている。

特許第４１９４２１５号公報

上記特許文献１に記載された熱源システムにおいては、暖房運転時に、室温が暖房設定温度以上となったときはヒートポンプユニットによる加熱対象を、暖房温水循環路内の温水から貯湯タンク内の湯水に切り替えると共に、室温が暖房設定温度未満となったときにはヒートポンプユニットによる加熱対象を、貯湯タンク内の湯水から暖房温水循環路内の温水に切替えている。

そして、このように、室温が暖房設定温度以上となるか否かによって、ヒートポンプユニットによる暖房温水循環路内の温水の加熱と停止を切り替えた場合、加熱時と停止時とで、暖房端末からの放熱量を細かく制御できず、暖房端末からの放熱量がある程度大きく変化するため、暖房端末からの放熱を安定して制御することが難しい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、暖房運転時に、ヒートポンプユニットの効率の低下を抑制しつつ、暖房端末からの放熱を安定して制御することができるヒートポンプ熱源システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
暖房端末が接続され、該暖房端末を介して第１熱媒体が循環される暖房循環路と、
放熱部が接続され、該放熱部を介して第２熱媒体が循環される放熱用循環路と、
第３熱媒体が循環されるヒートポンプ循環路と、該ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路に接続されて、前記暖房循環路内を流通する前記第１熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する暖房熱交換器と、該ヒートポンプ循環路及び前記放熱用循環路に接続されて、前記放熱用循環路内を流通する前記第２熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する放熱用熱交換器とを有するヒートポンプと、
前記暖房端末の暖房設定条件に応じて、前記暖房端末の制御周期における前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させるオン期間と前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止するオフ期間との割合である、オンオフデューティを決定するオンオフデューティ決定部と、
前記放熱部からの放熱要求がなされていない状態で、前記暖房端末による暖房運転の指示がなされているときに、前記オンオフデューティに従って、前記ヒートポンプを作動状態に維持して、前記オン期間においては前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させると共に前記放熱用循環路の前記第２熱媒体の循環を停止し、前記オフ期間においては前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止すると共に前記放熱用循環路に前記第２熱媒体を循環させることにより、前記暖房端末の暖房運転を実行する暖房制御部と
を備えたことを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記オンオフデューティ決定部により、前記暖房設定条件に応じた前記オンオフデューティが決定される。そして、前記暖房制御部は、このオンオフデューティに従って、前記暖房端末に前記第１熱媒体を循環供給する前記オン期間と、前記暖房端末への前記第１熱媒体の循環供給を停止する前記オフ期間との割合を変更することにより、前記暖房端末からの放熱量を安定して広範囲に制御することができる。そして、前記オフ期間においても、前記ヒートポンプを作動させて前記放熱部での利用に供しているため、前記暖房運転中の前記ヒートポンプの効率低下を抑制しつつ、前記暖房端末からの放熱を安定して制御することができる。

また、暖房端末が接続され、該暖房端末を介して第１熱媒体が循環される暖房循環路と、
放熱部が接続され、該放熱部を介して第２熱媒体が循環される放熱用循環路と、
第３熱媒体が循環されるヒートポンプ循環路と、該ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路に接続されて、前記暖房循環路内を流通する前記第１熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する暖房熱交換器と、該ヒートポンプ循環路及び前記放熱用循環路に接続されて、前記放熱用循環路内を流通する前記第２熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する放熱用熱交換器とを有するヒートポンプと、
前記暖房端末の暖房設定条件に応じて、前記暖房端末の制御周期における前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させるオン期間と前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止するオフ期間との割合である、オンオフデューティを決定するオンオフデューティ決定部と、
前記オンオフデューティに従って、前記ヒートポンプを作動状態に維持して、前記オン期間においては前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させると共に前記放熱用循環路の前記第２熱媒体の循環を停止し、前記オフ期間においては前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止すると共に前記放熱用循環路に前記第２熱媒体を循環させることにより、前記暖房端末の暖房運転を実行する暖房制御部と、
前記ヒートポンプの加熱量を変更するヒートポンプ加熱量変更部とを備え、
前記暖房制御部は、前記暖房設定条件に応じて、前記ヒートポンプの加熱量を前記ヒートポンプ加熱量変更部により変更し、前記暖房運転のオフ期間における前記ヒートポンプの加熱量を、前回のオン期間からオフ期間への切替え時点における前記ヒートポンプの加熱量とすることを特徴とする（第２発明）。

第２発明によれば、前記オフ期間において、前記放熱用循環路に前記第２熱媒対を循環させるときに、前記ヒートポンプの加熱量が大きく変化することがないため、前記オフ期間と前記オン期間を切替えて前記暖房運転を実行するときの、前記暖房端末からの放熱量の制御の追随性を高めることができる。

また、第１発明又は第２発明において、
前記放熱部は湯水が貯められた貯湯タンクであり、
前記放熱用循環路は該貯湯タンクに両端が接続されたタンク循環路であり、
前記第２熱媒体は前記貯湯タンクに貯められた湯水であることを特徴とする（第３発明）。

第３発明によれば、前記オフ期間において、前記タンク循環路に湯水を循環させることにより、前記ヒートポンプによる前記第３熱媒体の蓄熱を前記貯湯タンク内の湯水の加熱に有効に利用することができる。

また、第３発明において、
前記貯湯タンクの上部に接続されて、前記貯湯タンク内の湯水が供給されるタンク給湯路と、
前記タンク循環路を循環する湯水の流量を変更するタンク循環流量変更部とを備え、
前記タンク循環路の戻り側の端部は、前記貯湯タンクの上部に接続され、
前記暖房制御部は、前記オフ期間において、前記タンク循環路から前記貯湯タンクに戻る湯水の温度が所定の給湯目標温度となるように、前記タンク循環路を循環する湯水の流量を前記タンク循環流量変更部により制御することを特徴とする（第４発明）。

第４発明によれば、前記暖房運転の実行中に、前記貯湯タンク内の上層部の湯水の温度が前記給湯目標温度に維持されるため、前記暖房運転の実行中も、前記貯湯タンクから前記給湯路に前記給湯目標温度の湯水を供給することができる。

また、第３発明又は第４発明において、
前記暖房制御部による前記暖房運転の実行履歴を示す暖房履歴データを保持する暖房履歴保持部と、
前記暖房履歴データから予想される次の前記暖房運転の開始時刻になる前に、前記貯湯タンク内の温度を、次の前記暖房運転の実行後の前記貯湯タンク内の温度が所定の上限温度以下になるように決定した事前準備温度以下に、予め制御する貯湯タンク制御部と
を備えたことを特徴とする（第５発明）。

第５発明によれば、前記暖房履歴データから予想される次の前記暖房運転の開始時刻になる前に、前記貯湯タンク内の湯水の温度を、前記事前準備温度以下に予め制御しておくことによって、前記貯湯タンク内の湯水の温度を前記上限温度以下に保って、前記ヒートポンプの作動を維持した前記暖房運転を実行することができる。

ヒートポンプ熱源システムの構成図。床暖房パネルの暖房運転の第１のフローチャート。床暖房パネルの暖房運転の第２のフローチャート。床暖房パネルの暖房運転におけるオンオフデューティの設定テーブルの説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態のヒートポンプ熱源システムは、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、ガス熱源ユニット８０、及び、ヒートポンプ熱源システムの全体的な作動を制御するコントローラ１５０を備えて構成されている。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１（本発明の放熱部に相当する）、給水管１２、給湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯水（本発明の第２熱媒体に相当する）を保温して貯め、高さ方向に略等間隔でタンク温度センサ１４〜１７が設けられている。貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、貯湯タンク１１から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２０が設けられている。

給水管１２は、タンク混合弁２１を介して給湯管１３に連通しており、タンク混合弁２１より、貯湯タンク１１から給湯管１３に供給される湯と給水管１２から給湯管に供給される水との混合比が変更される。給水管１２には、給水管１２内の水の温度を検出する水温度センサ２２と、給水管１２を流通する水の流量を検出する水流量センサ２３と、給湯管１３から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２４とが設けられている。

給湯管１３（本発明のタンク給湯路に相当する）は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。給湯管１３には、給湯管１３から貯湯タンク１１への湯水の流入を阻止する逆止弁２５と、給湯管１３内の湯水の温度を検出する湯温度センサ２６と、給湯管１３を流通する湯水の流量を検出する湯流量センサ２７とが設けられている。

さらに、給湯管１３には、給水管１２の分岐管との接続部よりも下流側で、ガス熱源ユニット８０を循環するバイパス管３３（バイパス往管３３ａ、バイパス戻管３３ｂ）が介設されている。給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とタンク混合弁２１の間には、湯温度センサ２８が設けられ、給湯管１３のバイパス戻管３３ｂとの接続部と給湯口３１の間に、混合湯温度センサ３２が設けられている。

また、給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とバイパス戻管３３ｂとの接続部の間に、バイパス往管３３ａに供給される湯水の流量を調整するためのバイパス制御弁２９が設けられている。ヒートポンプユニット５０及びガス熱源ユニット８０と接続された暖房循環路４０には、暖房循環路４０からヒートポンプユニット５０に戻る温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ戻り温度センサ４５と、ヒートポンプユニット５０により加熱されて暖房循環路４０に出湯される温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ往き温度センサ４６と、ヒートポンプユニット５０をバイパスするヒートポンプバイパス路４２と暖房循環路４０の下流側の接続箇所の直下流部に設けられて、暖房循環路４０からの温水とヒートポンプバイパス路４２からの温水とが混合された温水の温度を検出する暖房混合温度センサ４７とが設けられている。

さらに、暖房循環路４０側に流通する温水とヒートポンプバイパス路４２側に流通する湯水の割合を調節するための暖房側混合弁４８が設けられている。また、ヒートポンプユニット５０と接続されたタンク循環路４１（本発明の放熱用循環路に相当する）には、貯湯タンク１１からタンク循環路４１に供給される湯水の温度を検出するタンク下温度センサ３４が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、タンク混合弁２１、バイパス制御弁２９、及び暖房側混合弁４８の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱すると共に、暖房循環路４０内を流通する温水（本発明の第１熱媒体に相当する）を加熱するものである。ヒートポンプユニット５０は、ヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４（本発明のヒートポンプ加熱量変更部に相当する）、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮機）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気とヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等、本発明の第３熱媒体に相当する）との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気の温度を検出する空気温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６（本発明のタンク循環流量変更部に相当する）が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサ５７が設けられている。

また、ヒートポンプ熱交換器５５は暖房循環路４０と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、暖房循環路４０内を流通する温水との熱交換により、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、タンク循環ポンプ６６、ファン６０の作動が制御される。

次に、ガス熱源ユニット８０は、バイパス管３３から供給される湯水と、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱するものであり、給湯バーナ８１、給湯熱交換器８２、暖房バーナ８３、暖房熱交換器８４、給水管８５、給湯管８６、追焚き熱交換器８７等を備えている。

給湯バーナ８１及び暖房バーナ８３は、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１５０は、給湯バーナ８１及び暖房バーナ８３に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、給湯バーナ８１及び暖房バーナ８３の燃焼量を制御する。

給湯熱交換器８２は、給水管８５及び給湯管８６に連通しており、給湯バーナ８１の燃焼熱によって、給水管８５から供給される水を加熱して給湯管８６に出湯する。給水管８５は、一端が貯湯ユニット１０バイパス往管３３ａに接続され、バイパス往管３３ａを介して水が供給される。給湯管８６は、一端が貯湯ユニット１０のバイパス戻管３３ｂに接続されており、バイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から湯を供給する。

給水管８５には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給水管８５と給湯管８６は、バイパス管８９により連通しており、バイパス管８９にはバイパス管８９の開度を調節するための水量調節弁９０が設けられている。給湯管８６の給湯熱交換器８２の下流側、及びバイパス管８９との接続部分の下流側には、給湯管８６内を流通する湯の温度を検出する給湯温度センサ９１，９２が、それぞれ設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１内に湯が無いとき（湯切れ状態）に、バイパス往管３３ａを介して給水管８５に供給される水が給湯熱交換器８２により加熱されて湯となり、バイパス管８９からの水と混合されて、給湯管８６及びバイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から供給されるようになっている。

また、給湯管８６は、湯張り管１００により、浴槽１０１に接続された風呂循環路１０２に連通している。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３と、風呂循環路１０２から給湯管８６への湯の流入を阻止する逆止弁１０４が設けられている。湯張り弁１０３を開弁することにより、給湯管８６から湯張り管１００及び風呂循環路１０２を介して浴槽１０１に湯を供給することができる。

風呂循環路１０２には、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させる風呂循環ポンプ１０５と、追焚き熱交換器８７とが設けられている。追焚き熱交換器８７は、追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して暖房循環路４０に接続されている。追焚き往管１０７には、追焚き往管１０７を開閉する追焚き弁１０９が設けられている。

コントローラ１５０は、風呂循環ポンプ１０５を作動させて、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させた状態で、追焚き弁１０９を開弁し、後述する暖房循環ポンプ１１１を作動させて暖房循環路４０から追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して追焚き熱交換器８７に温水を循環供給することによって、浴槽１０１内の湯水を追焚きする。

暖房熱交換器８４は、暖房循環路４０の途中に設けられており、暖房バーナ８３の燃焼熱によって、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。暖房循環路４０は、追焚き熱交換器８７の他に、床暖房機２００（本発明の暖房端末に相当する）及び温風暖房機２１０に、温水による熱を供給する。

暖房循環路４０には、上述したヒートポンプ熱交換器５５及び暖房熱交換器８４と、シスターン１１０と、暖房循環ポンプ１１１とが設けられている。また、暖房循環路４０は、暖房循環ポンプ１１１と暖房熱交換器８４の間の箇所で低温暖房路１１２と高温暖房路１３０とに分岐している。

高温暖房路１３０には温風暖房機２１０が接続され、低温暖房路１１２には床暖房機２００が接続されている。高温暖房路１３０と低温暖房路１１２は、温風暖房機２１０及び床暖房機２００の下流側で合流している。高温暖房路１３０と温風暖房機２１０の接続部と暖房熱交換器８４の間の箇所で高温暖房路１３０から分岐してシスターン１１０に連通する暖房バイパス路１１３が設けられ、暖房バイパス路１１３には、暖房バイパス路１１３の開度を調節する暖房バイパス調節弁１１４が設けられている。

暖房循環路４０の暖房循環ポンプ１１１の出口付近には、暖房循環ポンプ１１１から送出される温水の温度を検出する戻り温水温度センサ１１５が設けられている。また、暖房循環路４０の暖房熱交換器８４の出口付近には、暖房熱交換器８４から送出される温水の温度を検出する往き温水温度センサ１１６が設けられている。

低温暖房路１１２は、熱動弁１２０を介して床暖房端末２００に接続されており、熱動弁１２０の開閉によって、低温暖房路１１２から床暖房端末２００への温水の供給と停止が切替えられる。また、高温暖房路１３０から温風暖房機２１０への温水の供給と停止は、温風暖房機２１０に備えられた熱動弁２１１の開閉により行われる。床暖房機２００を操作するための床暖房リモコン２０１には、床暖房機２００が設置された室内の温度を検出する室温センサ２０２が接続されている。

床暖房リモコン２０１とコントローラ１５０は、通信可能に接続され、床暖房リモコン２０１により設定された目標暖房温度のデータと、室温センサ２０２による検出温度のデータが、コントローラ１５０に送信される。

コントローラ１５０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持されたヒートポンプ熱源システムの制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、オンオフデューティ決定部１５１、暖房制御部１５２、暖房履歴保持部１５３、及び貯湯タンク制御部１５４として機能する。

熱源リモコン１６０は、コントローラ１５０と通信可能に接続されている。熱源リモコン１６０には、ヒートポンプ熱源システムの運転状態や運転条件の設定状態等を表示する表示器１６１と、ヒートポンプ熱源システムの運転条件等を設定する操作部１６２とが備えられている。

ヒートポンプ熱源システムの使用者は、熱源リモコン１６０の操作部１６２を操作することによって、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ指示、給湯口３１からの給湯温度（給湯目標温度）、浴槽１０１への給湯温度（湯張り目標温度）等を設定することができる。

オンオフデューティ決定部１５１は、床暖房機２００の暖房運転の実行中に、床暖房リモコン２０１により設定された暖房目標温度（本発明の暖房設定条件に相当する）と室温センサ２０２の検出温度との差に応じて、図４に示したオンオフデューティ設定テーブルに従って、１制御周期（２０分）において、暖房循環ポンプ１１１を作動させて床暖房機２００の温水を供給する期間（オン期間）と、暖房循環ポンプ１１１を停止させて床暖房機２００への温水供給を停止する期間（オフ期間）の割合であるオンオフデューティを、１速〜９速の９段階に切替える。

暖房制御部１５２は、床暖房機２００の暖房運転を実行する。暖房履歴保持部１５３は、床暖房機２００の過去の暖房履歴を示す暖房履歴データを保持する。貯湯タンク制御部１５４は、貯湯タンク１１内の湯水を熱源リモコン１６０で設定された給湯目標温度又は湯張り目標温度に応じた沸き上げ温度まで加熱する処理を行う。

ガス熱源ユニット８０に備えられた各センサの検出信号はコントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、給湯バーナ８１、暖房バーナ８３、水量調節弁９０、止水弁９３、湯張り弁１０３、風呂循環ポンプ１０５、追焚き弁１０９、暖房循環ポンプ１１１、暖房バイパス調節弁１１４、及び熱動弁１２０の作動が制御される。

次に、図２〜図３に示したフローチャートに従って、コントローラ１５０による床暖房機２００の暖房運転（床暖房運転）の実行処理について説明する。

図２のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ２０は、貯湯タンク制御部１５４による処理である。貯湯タンク制御部１５４は、ＳＴＥＰ１で、暖房履歴保持部１５３により保持された過去の床暖房機２００の暖房運転の履歴データを参照して、所定時間以内に床暖房運転の開始が指示されるか否かを予想する。

そして、所定時間以内に床暖房運転の開始が指示されると予想したときはＳＴＥＰ２に進み、貯湯タンク制御部１５４は、沸き上げ温度を４５℃（本発明の事前準備温度に相当する）以下に設定して、貯湯タンク１１内の湯水をヒートポンプ５１により加熱する。一方、所定時間以内に床暖房運転が開始されると予想しなかったときには、ＳＴＥＰ２０に分岐し、貯湯タンク制御部１５４は、熱源リモコン１６０により設定されている給湯温度（給湯目標温度又は湯張り目標温度）に応じて、以下のように沸き上げ温度を設定して、貯湯タンク１１内の湯水をヒートポンプ５１により加熱する。

なお、４５℃という温度は、床暖房運転が終了したときに、貯湯タンク１１内の湯水の温度が５５℃（本発明の上限温度に相当する）以下となり、暖房運転中のヒートポンプ熱交換器５５でのヒートポンプ循環路５２の熱媒体からの吸熱が維持されるように設定したものである。

次のＳＴＥＰ３以下は、暖房制御部１５２による処理である。暖房制御部１５２は、ＳＴＥＰ３で、床暖房リモコン２０１からの床暖房運転の開始指示を認識したときにＳＴＥＰ４に進み、ヒートポンプ５１を起動する。ここで、オンオフデューティ決定部１５１は、上述したように、床暖房運転が実行されているときに、床暖房設定温度と室温センサ２０２の検出温度との差に応じて、１速〜９速の９段階でオンオフデューティを切替える。

ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ９はオン期間での処理である。コントローラ１５０は、ＳＴＥＰ５で暖房循環ポンプ１１１を作動させて、暖房循環路４０、及び、暖房循環路４０から分岐した低温暖房路１１２と暖房バイパス路１１３とヒートポンプバイパス路４２(以下、暖房循環路４０等という）に、温水を循環させる。これにより、ヒートポンプ熱交換器５５で、暖房循環路４０等内を循環する温水を加熱する。

また、ＳＴＥＰ６で、コントローラ１５０はタンク循環ポンプ６６を停止し、貯湯タンク１１内の湯水の加熱を禁止する。続くＳＴＥＰ７で、コントローラ１５０は、床暖房リモコン２０１により床暖房の停止指示がなされたか否かを判断する。そして、床暖房の停止指示がなされたときはＳＴＥＰ３０に分岐して、ヒートポンプ５１を停止し、次のＳＴＥＰ３１で暖房循環ポンプ１１１を停止して床暖房運転を終了し、ＳＴＥＰ１に戻る。

一方、床暖房の停止指示がなされていないときにはＳＴＥＰ８に進み、熱源リモコン１６０により貯湯タンク１１の蓄熱要求がされているか否かを判断する。そして、蓄熱要求がされているときにはＳＴＥＰ４０に分岐し、暖房制御部１５２は、「給湯優先制御」を実行する。

「給湯優先制御」では、コントローラ１５０は、暖房側混合弁４８を、ヒートポンプ熱交換器５５をバイパスする状態（床暖房機２００からヒートポンプ熱交換器５５側に温水が流通しない状態）として、暖房バーナ８３を燃焼させ、暖房熱交換器８４により暖房循環路４０等内を流通する温水を加熱する。また、貯湯タンク制御部１５４は、タンク循環ポンプ６６を作動させて、ヒートポンプ５１により貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げ温度まで加熱する。

次のＳＴＥＰ９で、暖房制御部１５２は、オフ期間であるか否か（オンオフデューティ決定部１５１によりオン期間からオフ期間に切替えられたか否か）を判断し、オフ期間でないときはＳＴＥＰ５に戻る。一方、オフ期間であるときには、図３のＳＴＥＰ１１に進む。ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１７は、オフ期間での処理である。

コントローラ１５０は、ＳＴＥＰ１１で暖房循環ポンプ１１１を停止して、暖房循環路４０等内の温水の循環を停止する。これにより、床暖房機２００からの放熱が減少する。また、続くＳＴＥＰ１２で、コントローラ１５０は、タンク循環ポンプ６６を作動させる。

タンク循環ポンプ６６を作動させることにより、ヒートポンプ熱交換器５５において、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体からの放熱を、タンク循環路４１内を流通する湯水により吸熱することができる。そのため、ヒートポンプ５１を作動状態に維持してヒートポンプのＯＮ／ＯＦＦ回数を減らすことができ、これにより、ヒートポンプ５１の効率が低下することを抑制することができる。

続くＳＴＥＰ１３で、暖房制御部１５２は、ヒートポンプ５１の加熱量を、ＳＴＥＰ１１で暖房循環ポンプ１１１を停止した時点（前回のオン期間からオフ期間への切り替え時点）の加熱量に維持する。また、次のＳＴＥＰ１４で、暖房制御部１５２は、湯温度センサ６９により検出される貯湯タンク１１に戻る湯水の温度が、沸き上げ温度となるように、タンク循環ポンプ６６の回転速度を調節してタンク循環路４１内の湯水の流量を制御する。これにより、貯湯タンク１１内の上部に貯まった湯水の温度を沸き上げ温度に保持することができる。

続くＳＴＥＰ１５で、コントローラ１５０は、床暖房リモコン２０１により床暖房の停止指示がなされたか否かを判断する。そして、床暖房の停止指示がなされたときはＳＴＥＰ５０に分岐して、ヒートポンプ５１を停止し、次のＳＴＥＰ５１でタンク循環ポンプ６６を停止して床暖房運転を終了し、図２のＳＴＥＰ１に戻る。

一方、床暖房の停止指示がなされていないときにはＳＴＥＰ１６に進み、熱源リモコン１６０により貯湯タンク１１の蓄熱要求がされているか否かを判断する。そして、蓄熱要求がされているときにはＳＴＥＰ６０に分岐し、暖房制御部１５２は、上述したＳＴＥＰ４０と同様に「給湯優先制御」を実行する。

一方、蓄熱要求がされていないときにはＳＴＥＰ１７に進み、暖房制御部１５２は、オン期間であるか否か（オンオフデューティ決定部１５１によりオフ期間からオン期間に切替えられたか否か）を判断し、オン期間でないときはＳＴＥＰ１１に戻る。一方、オン期間であるときには、図２のＳＴＥＰ５に進む。

図２〜図３の処理では、図３のＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１７のオフ期間においても、タンク循環ポンプ６６を作動させることによって、ヒートポンプ５１を作動状態としているため、床暖房運転の実行中にヒートポンプ５１を作動状態に維持することができる。そして、これにより、床暖房運転中のヒートポンプ５１の効率を高めつつ、オンオフデューティの切り替えにより床暖房機２００からの放熱量を安定して制御することができる。

なお、本実施形態においては、本発明の放熱部として貯湯タンク１１を備え、本発明の放熱用循環路としてタンク循環路４１を備えたが、本発明の放熱部及び放熱用循環路は、ヒートポンプ５１の作動中に、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体から吸熱して有効に利用できるものであればよい。例えば、本実施形態において、暖房運転のオフ期間に熱動弁１２０を閉弁して床暖房機２００への湯水の供給を停止し、追焚き弁１０９を開弁して風呂循環ポンプ１０５を作動させるようにしてもよい。この場合は、追焚き熱交換器８７が本発明の放熱部になり、暖房循環路４０から追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を経由する循環経路が本発明の放熱用循環路となって、ヒートポンプ５１の熱媒体からの吸熱が浴槽１０１内の湯水の追焚きに利用される。

また、本実施形態では、本発明の暖房熱交換器及び放熱用熱交換器として、ヒートポンプ５１のヒートポンプ循環路５２と、タンク循環路４１と、暖房循環路４０とが接続されたヒートポンプ熱交換器５５を示したが、ヒートポンプ循環路５２とタンク循環路４１に接続された熱交換器（本発明の暖房熱交換器）と、ヒートポンプ循環路５２と暖房循環路４０に接続された熱交換器（本発明の放熱用熱交換器）を、別個に備えてもよい。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ２０において、過去の暖房運転の履歴から暖房運転の開始を予想して、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ温度を設定する処理を行ったが、この処理を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１３で、オフ期間中のヒートポンプ５１の加熱量を、オン期間からオフ期間に切替わった時点での加熱量に維持する処理を行ったが、この処理を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１４で、オフ期間中のタンク循環路４１内を流通する湯水の流量を、貯湯タンク１１に戻る湯水の温度が沸き上げ温度となるように制御したが、この制御を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

１…ヒートポンプ熱源システム、１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、４１…タンク循環路、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ、５２…ヒートポンプ循環路、５５…ヒートポンプ循環路、８０…ガス熱源ユニット、４０…暖房循環路、１５０…コントローラ、１５１…オンオフデューティ決定部、１５２…暖房制御部、１５３…暖房履歴保持部、１５４…貯湯タンク保持部、２００…床暖房機。

Claims

暖房端末が接続され、該暖房端末を介して第１熱媒体が循環される暖房循環路と、
放熱部が接続され、該放熱部を介して第２熱媒体が循環される放熱用循環路と、
第３熱媒体が循環されるヒートポンプ循環路と、該ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路に接続されて、前記暖房循環路内を流通する前記第１熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する暖房熱交換器と、該ヒートポンプ循環路及び前記放熱用循環路に接続されて、前記放熱用循環路内を流通する前記第２熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する放熱用熱交換器とを有するヒートポンプと、
前記暖房端末の暖房設定条件に応じて、前記暖房端末の制御周期における前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させるオン期間と前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止するオフ期間との割合である、オンオフデューティを決定するオンオフデューティ決定部と、
前記放熱部からの放熱要求がなされていない状態で、前記暖房端末による暖房運転の指示がなされているときに、前記オンオフデューティに従って、前記ヒートポンプを作動状態に維持して、前記オン期間においては前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させると共に前記放熱用循環路の前記第２熱媒体の循環を停止し、前記オフ期間においては前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止すると共に前記放熱用循環路に前記第２熱媒体を循環させることにより、前記暖房端末の暖房運転を実行する暖房制御部と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
暖房端末が接続され、該暖房端末を介して第１熱媒体が循環される暖房循環路と、
放熱部が接続され、該放熱部を介して第２熱媒体が循環される放熱用循環路と、
第３熱媒体が循環されるヒートポンプ循環路と、該ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路に接続されて、前記暖房循環路内を流通する前記第１熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する暖房熱交換器と、該ヒートポンプ循環路及び前記放熱用循環路に接続されて、前記放熱用循環路内を流通する前記第２熱媒体を、前記ヒートポンプ循環路内を流通する前記第３熱媒体との熱交換により加熱する放熱用熱交換器とを有するヒートポンプと、
前記暖房端末の暖房設定条件に応じて、前記暖房端末の制御周期における前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させるオン期間と前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止するオフ期間との割合である、オンオフデューティを決定するオンオフデューティ決定部と、
前記オンオフデューティに従って、前記ヒートポンプを作動状態に維持して、前記オン期間においては前記暖房循環路に前記第１熱媒体を循環させると共に前記放熱用循環路の前記第２熱媒体の循環を停止し、前記オフ期間においては前記暖房循環路の前記第１熱媒体の循環を停止すると共に前記放熱用循環路に前記第２熱媒体を循環させることにより、前記暖房端末の暖房運転を実行する暖房制御部と、
前記ヒートポンプの加熱量を変更するヒートポンプ加熱量変更部とを備え、
前記暖房制御部は、前記暖房設定条件に応じて、前記ヒートポンプの加熱量を前記ヒートポンプ加熱量変更部により変更し、前記暖房運転のオフ期間における前記ヒートポンプの加熱量を、前回のオン期間からオフ期間への切替え時点における前記ヒートポンプの加熱量とすることを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
前記放熱部は湯水が貯められた貯湯タンクであり、
前記放熱用循環路は該貯湯タンクに両端が接続されたタンク循環路であり、
前記第２熱媒体は前記貯湯タンクに貯められた湯水である
ことを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
請求項３に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
前記貯湯タンクの上部に接続されて、前記貯湯タンク内の湯水が供給されるタンク給湯路と、
前記タンク循環路を循環する湯水の流量を変更するタンク循環流量変更部とを備え、
前記タンク循環路の戻り側の端部は、前記貯湯タンクの上部に接続され、
前記暖房制御部は、前記オフ期間において、前記タンク循環路から前記貯湯タンクに戻る湯水の温度が所定の給湯目標温度となるように、前記タンク循環路を循環する湯水の流量を前記タンク循環流量変更部により制御することを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
請求項３又は請求項４に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
前記暖房制御部による前記暖房運転の実行履歴を示す暖房履歴データを保持する暖房履歴保持部と、
前記暖房履歴データから予想される次の前記暖房運転の開始時刻になる前に、前記貯湯タンク内の温度を、次の前記暖房運転の実行後の前記貯湯タンク内の温度が所定の上限温度以下になるように決定した事前準備温度以下に、予め制御する貯湯タンク制御部と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ熱源システム。