JP5831467B2 - 暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、換気熱交換器を備える暖房システムに関する。

従来、特許文献１に、換気熱交換器を備える暖房システムが開示されている。この換気熱交換器は、室内の換気を行う際に、室内から室外へ排出される排気（内気）と室外から室内へ取り入れられる給気（外気）とを熱交換させて給気を加熱するものである。つまり、特許文献１の換気熱交換器は、換気時に内気とともに熱エネルギが室外に排出されてしまうことを抑制して、換気による室内の温度低下を抑制する機能を果たしている。

特許第４４１９４７５号公報

ところが、この種の換気熱交換器では、例えば、低外気温時に換気熱交換器にて給気と熱交換して冷却された排気が露点温度以下となってしまい、換気熱交換器の排気出口側に結露が生じてしまうことがある。このような結露は、換気熱交換器内の排気通路を凍結させて閉塞させてしまったり、家屋の壁面等に流れ出てカビ等を発生させてしまったりする点で問題となる。

本発明は、換気熱交換器を備える暖房システムにおいて、換気熱交換器の排気出口側の結露を抑制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案出されたもので、請求項１に記載の発明では、熱媒体を加熱する加熱手段（１０）と、暖房対象空間から室外へ排出される排気と室外から暖房対象空間へ取り入れられる給気とを熱交換させる換気熱交換器（３４）と、加熱手段（１０）にて加熱された高温側の熱媒体を熱源として、換気熱交換器（３４）にて加熱された給気を加熱する高温側ヒータコア（３５）と、高温側ヒータコア（３５）から流出した熱媒体よりも低い温度となっている低温側の熱媒体を熱源として、換気熱交換器（３４）へ流入する給気を加熱する低温側ヒータコア（３６）と、高温側ヒータコア（３５）へ流入する高温側の熱媒体の流量と低温側ヒータコア（３６）へ流入する低温側の熱媒体の流量との熱媒体流量比を調整する熱媒体流量調整手段（３９）とを備える暖房システムを特徴とする。

これによれば、熱媒体流量調整手段（３９）を備えているので、低温側ヒータコア（３６）の加熱能力を調整して、換気熱交換器（３４）へ流入する給気の温度、すなわち、換気熱交換器（３４）にて排気と熱交換する給気の温度を調整することができる。従って、換気熱交換器（３４）から流出する排気の温度を調整することができ、換気熱交換器（３４）の排気出口側の結露を抑制することができる。

より具体的には、請求項１に記載の暖房システムにおいて、さらに、熱媒体流量調整手段（３９）の作動を制御する熱媒体流量制御手段を備え、換気熱交換器（３４）から流出する排気の温度が換気熱交換器（３４）から流出する排気の露点温度（Ｔｄｐ）より高い値となるように、熱媒体流量制御手段が熱媒体流量調整手段（３９）の作動を制御するようになっていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

一実施形態の暖房システムの模式的な全体構成図である。 低温側ヒータコアへ流入する温水流量の変化に対する換気熱交換器から流出する排気の温度変化等を示すグラフである。 一実施形態の暖房システムの制御処理の要部を示すフローチャートである。

以下、図１を用いて、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の暖房システム１は、住宅用家屋に適用されており、リビング、キッチン、寝室等の各室内（暖房対象空間）の暖房を行うものである。さらに、この住宅用家屋は、いわゆる高気密住宅と呼ばれる気密性の高い家屋であって、定常的な換気が必要とされている。

暖房システム１は、図１の模式的な全体構成図に示すように、給湯水を加熱するヒートポンプサイクル１０、このヒートポンプサイクル１０にて加熱された給湯水を貯留する貯湯タンク２０、室内の換気時に室外から室内へ取り入れられる給気（外気）を加熱する給気加熱ユニット３０等を備えている。

まず、ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、水−冷媒熱交換器１２、電気式膨張弁１３、蒸発器１４等を順次冷媒配管で接続することによって構成された蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。また、ヒートポンプサイクル１０は、後述する給湯水や温水といった熱媒体を直接的にあるいは間接的に加熱する加熱手段としての機能を果たす。

さらに、このヒートポンプサイクル１０は、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１１の吐出口側から電気式膨張弁１３の入口側へ至るサイクルの高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。また、この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するものである。本実施形態では、圧縮機１１として、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機を採用している。圧縮機１１の電動モータは、後述する制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御される。

水−冷媒熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させて給湯水を直接的に加熱するものである。給湯水は、ヒートポンプサイクル１０の加熱対象流体であり、後述する貯湯タンク２０内に貯留された後、調理場や風呂等に給湯される。さらに、本実施形態の給湯水は、ヒートポンプサイクル１０にて発生した熱を貯湯タンク２０内に貯留された給湯水へ移動させる熱媒体としての機能も果たす。

このような水−冷媒熱交換器１２としては、冷媒通路１２ａとして冷媒を流通させる複数本のチューブを設け、隣り合うチューブ間に水通路１２ｂを形成し、水通路１２ｂ内に冷媒と冷却水との間の熱交換を促進するインナーフィンを配置して構成された熱交換器等を採用することができる。

さらに、本実施形態では、水−冷媒熱交換器１２として、冷媒通路１２ａを流れる冷媒の流れ方向と水通路１２ｂを流れる給湯水の流れ方向が対向流となる対向流型の熱交換器を採用している。

対向流型の熱交換器では、冷媒通路１２ａ入口側の冷媒と水通路１２ｂ出口側の給湯水とを熱交換させ、冷媒通路１２ａ出口側の冷媒と水通路１２ｂ入口側の給湯水とを熱交換させることができるので、熱交換領域の全域に亘って給湯水と冷媒との温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、前述したように、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａでは、冷媒は凝縮することなく超臨界状態のまま放熱して、エンタルピを低下させる。

電気式膨張弁１３は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａから流出した冷媒を減圧させる減圧手段である。具体的には、電気式膨張弁１３は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させる電動アクチュエータを有して構成される可変絞り機構である。さらに、この電動アクチュエータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

蒸発器１４は、電気式膨張弁１３にて減圧された冷媒を、外気あるいは後述する給気加熱ユニット３０の換気熱交換器３４から流出した排気と熱交換させて蒸発させるものである。このような蒸発器１４としては、フィンアンドチューブ型の熱交換器等を採用することができる。蒸発器１４の冷媒出口側には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。

なお、ヒートポンプサイクル１０の各構成機器１１〜１４（図１の一点鎖線で囲まれた範囲の構成機器）は、１つの筐体内に収容され、もしくは、１つのフレーム構造内に収容され、ヒートポンプユニットとして一体的に構成されている。

次に、貯湯タンク２０について説明する。貯湯タンク２０は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成され、その外周を断熱材で覆う断熱構造あるいは二重タンクによる真空断熱構造等を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。また、この貯湯タンク２０も室外に配置されている。

貯湯タンク２０に貯留された給湯水は、貯湯タンク２０の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、室内（具体的には調理場や風呂等）に給湯される。また、貯湯タンク２０の下部に設けられた給水口からは水道水が給水されて、給湯された分の給湯水が補充される。

さらに、貯湯タンク２０は、第１水循環回路２１によってヒートポンプサイクル１０の水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂと接続されている。第１水循環回路２１は、貯湯タンク２０と水−冷媒熱交換器１２との間で給湯水を循環させる水循環回路である。この第１水循環回路２１には、給湯水を循環させる水圧送手段としての第１水循環ポンプ２２が配置されている。

第１水循環ポンプ２２は、貯湯タンク２０の下方側に設けられた給湯水出口から流出した給湯水を吸入して、水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂへ給湯水を圧送する電動式の水ポンプである。さらに、この第１水循環ポンプ２２は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御される。

従って、第１水循環ポンプ２２を作動させると、給湯水は、貯湯タンク２０の下方側に設けられた給湯水出口→第１水循環ポンプ２２→水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂ→貯湯タンク２０の上方側に設けられた給湯水入口の順に循環する。これにより、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された給湯水は貯湯タンク２０の上方側に流出し、貯湯タンク２０内では上方側から下方側へ向かって給湯水の温度が低くなる温度分布が生じる。

さらに、本実施形態では、水−冷媒熱交換器１２として対向流型の熱交換器を採用しているので、貯湯タンク２０の下方側に設けられた給湯水出口から流出した給湯水は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａのうち冷媒流れ下流側を流通する比較的エンタルピの低い冷媒と熱交換することになる。つまり、貯湯タンク２０の下方側の低温の給湯水は、水−冷媒熱交換器１２にて、冷媒通路１２ａ下流側の電気式膨張弁１３へ流入する冷媒と直接的に熱交換する熱媒体となる。

一方、水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂから流出する給湯水は、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａのうち冷媒流れ上流側を流通する比較的エンタルピの高い冷媒と熱交換して加熱される。つまり、貯湯タンク２０の上方側の高温の給湯水は、水−冷媒熱交換器１２にて、ヒートポンプサイクル１０の圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒によって直接的に加熱された熱媒体となる。

次に、給気加熱ユニット３０は、室内の換気を行う際に、室内から室外へ排出される排気が流通する排気通風路３２および室外から室内へ取り入れられる給気が流通する給気通風路３３が形成されたケーシング３１を有し、このケーシング３１内に、排気送風ファン３２ａ、給気送風ファン３３ａ、換気熱交換器３４、給気を加熱する高温側ヒータコア３５および低温側ヒータコア３６を収容して構成されたものである。

排気送風ファン３２ａは、室内から室外へ排気を送風する電動送風機であって、排気通風路３２の排気流れ最上流側に配置されている。給気送風ファン３３ａは、室外から室内へ給気を送風する電動送風機であって、給気通風路３３の給気流れ最上流側に配置されている。また、排気送風ファン３２ａおよび給気送風ファン３３ａは、いずれも制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数（送風空気量）が制御される。

換気熱交換器３４は、室内の換気を行う際に、排気と給気とを熱交換させるものである。従って、換気熱交換器３４は、例えば、室内の暖房時には、高温の排気と低温の給気とを熱交換させて、給気を加熱することができる。つまり、換気熱交換器３４は、暖房時に排気とともに室外へ排出されてしまう熱エネルギを回収して給気を加熱することによって、換気による室内の温度低下を抑制する機能を果たす。

このような換気熱交換器３４としては、伝熱性に優れる複数の金属板（例えば、アルミニウム板や銅板）の板面同士を互いに平行に積層配置し、隣り合う金属板間に排気通路と吸気通路とを交互に形成し、それぞれの排気通路および給気通路の内部に排気と給気との熱交換を促進するインナーフィンを配置することによって構成された熱交換器等を採用することができる。なお、換気熱交換器３４は、例えば、室内の冷房時には、高温の給気と低温の排気とを熱交換させて、給気を冷却することもできる。

高温側ヒータコア３５は、内部に温水を流通させ、この温水を熱源として換気熱交換器３４から流出する給気（換気熱交換器３４下流側の給気）を加熱する高温側の加熱用熱交換器である。低温側ヒータコア３６は、内部に高温側ヒータコア３５から流出して温度低下した温水を流通させて、この温水を熱源として換気熱交換器３４へ流入する給気（換気熱交換器３４上流側の給気）を加熱する低温側の加熱用熱交換器である。

高温側ヒータコア３５および低温側ヒータコア３６は、温水を循環させる第２水循環回路３７に配置されており、貯湯タンク２０内に配置された温水通路３８に接続されている。第２水循環回路３７は、温水通路３８、高温側ヒータコア３５および低温側ヒータコア３６の間で温水を循環させる水循環回路である。

第２水循環回路３７には、高温側ヒータコア３５へ流入する高温側の温水の流量と低温側ヒータコア３６へ流入する低温側の温水の流量との流量比を調整する三方式の流量調整弁３９および温水を循環させる水圧送手段としての第２水循環ポンプ４０等が配置されている。さらに、第２水循環回路３７には、高温側ヒータコア３５から流出して温度低下した温水を低温側ヒータコア３６を迂回させて第２水循環ポンプ４０の入口側へ流すバイパス通路４１が設けられている。

また、第２水循環回路３７を循環する温水は、貯湯タンク２０内に貯留された給湯水の有する熱を給気へ移動させる熱媒体であって、給湯水と同じ水道水あるいはエチレングリコール水溶液等を採用することができる。つまり、本実施形態の暖房システム１では、給湯水と温水との２種類の熱媒体を介して、ヒートポンプサイクル１０にて発生した熱を吸気へ移動させる。

温水通路３８は、貯湯タンク２０内を蛇行しながら上下方向に伸びるように配置されている。従って、温水を温水通路３８に流通させることで、貯湯タンク２０内に貯湯された給湯水を熱源として温水を加熱することができる。

さらに、本実施形態の温水通路３８の温水入口は貯湯タンク２０の下方側に設けられ、温水通路３８の温水出口は貯湯タンク２０の上方側に設けられている。前述の如く、貯湯タンク２０内の給湯水には下方側から上方側へ向かって温度が高くなる温度分布が生じているので、温水通路３８を流通する温水についても下方側（温水入口側）から上方側（温水出口側）へ向かって温度が上昇することになる。

流量調整弁３９は、低温側ヒータコア３６の温水流れ上流側に配置されて、高温側ヒータコア３５から流出して温度低下した低温側の温水のうち、低温側ヒータコア３６へ流入させる温水の流量とバイパス通路４１へ流入させる温水の流量とのバイパス流量比を変化させる電動式の流量調整弁である。さらに、この流量調整弁３９は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

つまり、本実施形態の流量調整弁３９は、バイパス流量比を変化させて低温側ヒータコア３６へ流入する低温側の温水の流量を調整することによって、高温側ヒータコア３５へ流入する高温側の温水（高温側の熱媒体）の流量と低温側ヒータコア３６へ流入する低温側の温水（低温側の熱媒体）の流量との流量比（熱媒体流量比）を調整する熱媒体流量調整手段を構成している。

第２水循環ポンプ４０は、低温側ヒータコア３６から流出した温水を吸入して、温水通路３８の温水入口側へ圧送する電動式の水ポンプである。この第２水循環ポンプ４０は、制御装置から出力される制御信号によってその作動（回転数）が制御される。

従って、第２水循環ポンプ４０を作動させると、温水は、第２水循環ポンプ４０→貯湯タンクの下方側に配置された温水通路３８の温水入口→温水通路３８→貯湯タンクの上方側に配置された温水通路３８の温水出口→高温側ヒータコア３５→流量調整弁３９→低温側ヒータコア３６→第２水循環ポンプ４０の順に循環するとともに、流量調整弁３９→バイパス通路４１→第２水循環ポンプ４０の順に循環する。

さらに、本実施形態の給気加熱ユニット３０には、排気通風路３２の下流側に、換気熱交換器３４から流出した排気を、図１の太破線矢印に示すように、ヒートポンプサイクル１０の蒸発器１４側へ導くダクト（図示せず）が接続されている。これにより、蒸発器１４では、電気式膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒を排気と熱交換させて蒸発させることができる。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。この制御装置は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上述の各種電気式のアクチュエータ１１、１３、２２、３２ａ、３３ａ、４０等の作動を制御する。

制御装置の入力側には、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒の高圧側冷媒圧力Ｐｄを検出する高圧側圧力検出手段としての高圧側圧力センサ、水−冷媒熱交換器１２の水通路から流出する給湯水の沸上温度Ｔｗｏを検出する沸上温度検出手段としての沸上温度センサ、蒸発器１４における冷媒蒸発温度（蒸発器１４の温度）Ｔｓを検出する蒸発器温度検出手段としての蒸発器温度センサ、外気温Ｔａｍを検出する外気温検出手段としての外気温センサ、貯湯タンク２０内に貯湯された給湯水の温度Ｔｔを検出するタンク内温度検出手段としてのタンク内温度センサ、温水通路３８から流出する温水の出口温度Ｔｏｕｔを検出する温水温度検出手段としての温水温度センサ、さらに、換気熱交換器３４へ流入する排気の入口側排気温度Ｔｅｘｉを検出する入口側排気温度検出手段としての入口側排気温度センサ５１、換気熱交換器３４へ流入する排気の入口側排気湿度Ｈｅｘｉを検出する入口側排気湿度検出手段としての入口側排気湿度センサ５２、換気熱交換器３４から流出した排気の出口側排気温度Ｔｅｘｏを検出する出口側排気温度検出手段としての出口側排気温度センサ５３といった各種制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置へ入力される。

さらに、制御装置の入力側には、図示しない操作パネルが接続されている。この操作パネルには、暖房システム１の作動を要求する作動信号を出力する作動スイッチ、給湯水の沸上温度（目標加熱温度）を設定する温度設定スイッチ等が設けられ、これらのスイッチの操作信号が制御装置へ入力される。

なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体的に構成されたものであるが、制御装置のうちそれぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。

例えば、制御装置のうち、圧縮機１１の作動（冷媒吐出能力）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が圧縮機制御手段を構成しており、三方式の流量調整弁３９の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が熱媒体流量制御手段を構成している。もちろん、圧縮機制御手段や熱媒体流量制御手段を制御装置に対して別の装置で構成してもよい。

次に、上記構成における本実施形態の暖房システム１の作動を説明する。暖房システム１に外部電源から電力が供給された状態で、操作パネルの作動スイッチから作動要求信号が出力されると、制御装置が予めＲＯＭ（記憶回路）に記憶している制御処理（制御プログラム）を実行する。

この制御処理では、操作パネルの操作信号および上述した制御用のセンサ群により検出された検出信号を読み込み、読み込まれた操作信号および検出信号に基づいて、制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の制御状態（具体的には、各種制御対象機器へ出力される制御信号あるいは制御電圧）を決定する。

例えば、圧縮機１１へ出力される制御信号については、操作パネルからの給湯温度設定信号および外気温センサにより検出された外気温Ｔａｍに基づいて、制御装置のＲＯＭに記憶された制御マップを参照して決定される。具体的には、給湯温度設定信号による設定温度の上昇および外気温Ｔａｍの低下に伴って、圧縮機１の回転数（冷媒吐出能力）が増加するように決定される。

また、電気式膨張弁１３の電動アクチュエータに出力される制御信号については、ヒートポンプサイクル１０の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧となるように決定される。この目標高圧は、外気温Ｔａｍおよび圧縮機１１の回転数に基づいて、制御装置のＲＯＭに記憶された制御マップを参照して、ヒートポンプサイクル１０の成績係数（ＣＯＰ）が最大となるように決定される。

また、第１水循環回路２１の第１水循環ポンプ２２へ出力される制御電圧については、フィードバック制御手法等を用いて、水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂから流出する給湯水の沸上温度Ｔｗｏが温度設定スイッチによって設定された目標加熱温度（例えば、８０℃〜９０℃）に近づくように決定される。また、排気送風ファン３２ａおよび給気送風ファン３３ａへ出力される制御電圧については、排気送風ファン３２ａおよび給気送風ファン３３ａが予め定めた所定送風能力を発揮できるように決定される。

また、第２水循環回路３７の第２水循環ポンプ４０へ出力される制御電圧については、フィードバック制御手法等を用いて、温水通路３８から流出する温水の出口温度Ｔｏｕｔ（高温側ヒータコア３５へ流入する温水温度）が予め定めた基準温度（本実施形態では、４０℃〜５０℃）となるように決定される。この基準温度は、高温側ヒータコア３５にて温水通路３８から流出した温水と熱交換した給気が、室内の暖房を適切に実現可能な温度（例えば、３０℃〜４０℃）となるように定められた値である。

また、三方式の流量調整弁３９へ出力される制御信号については、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が、換気熱交換器３４から流出する排気の露点温度Ｔｄｐより高い値となるように決定される。

ここで、暖房時の換気熱交換器３４では、給気と排気とを熱交換させることによって、排気とともに室外へ排出されてしまう熱エネルギを回収している。従って、図２に示すように、室内の温度（すなわち、入口側排気温度Ｔｅｘｉ）および外気温Ｔａｍが一定である場合には、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が低くなるに伴って、熱エネルギの回収量も増加することになる。

ところが、熱エネルギの回収量を増加させるために、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を露点温度Ｔｄｐ以下となるまで低下させてしまうと、換気熱交換器３４の排気通路の出口側に結露が生じてしまう。このような結露は、換気熱交換器３４内の排気通路を凍結させて閉塞させてしまったり、家屋の壁面等に流れ出てカビ等を発生させてしまったりする原因となる。

これに対して、換気熱交換器３４では給気と排気とを熱交換させるので、図２に示すように、換気熱交換器３４へ流入する給気の温度を調整することで、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を調整することができる。

そこで、本実施形態では、制御装置が流量調整弁３９の作動を制御し、低温側ヒータコア３６へ流入させる温水流量を調整することによって、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が露点温度Ｔｄｐよりも予め定めた基準値α（本実施形態では、１℃）だけ高い温度に近づくようにしている。

なお、この基準値αは、各検出手段の検出誤差や流量調整弁３９の作動遅れ等によって、換気熱交換器３４の排気通路の出口側に結露が生じてしまうことがないように決定された値である。

具体的には、流量調整弁３９に出力される制御信号については、図３のフローチャートに示すように決定される。なお、図３のフローチャートは、メインルーチンのサブルーチンとして実行される制御フローである。

まず、ステップＳ１では、メインルーチンで読み込んだ、外気温Ｔａｍ、入口側排気温度Ｔｅｘｉおよび入口側排気湿度Ｈｅｘｉ等に基づいて、換気熱交換器３４から流出する排気の露点温度Ｔｄｐを算出する。

なお、露点温度Ｔｄｐは、外気温Ｔａｍ、入口側排気温度Ｔｅｘｉおよび入口側排気湿度Ｈｅｘｉのうち、少なくとも２つの検出値を用いることによって算出あるいは推定することができるものの、本実施形態では、３つの検出値を用いることによって、露点温度Ｔｄｐの算出精度を向上させている。

続く、ステップＳ２では、ステップＳ１にて算出された露点温度Ｔｄｐに予め定めた基準値α（例えば、１℃）を加算した値（Ｔｄｐ＋α）と、メインルーチンで読み込んだ、出口側排気温度Ｔｅｘｏとを比較する。

そして、ステップＳ２にて、Ｔｄｐ＋α＜Ｔｅｘｏになっていると判定された場合は、出口側排気温度Ｔｅｘｏが、露点温度Ｔｄｐに基準値αを加算した値よりも高くなっているので、換気熱交換器３４の排気通路の出口側に結露が生じてしまうおそれはない。

そこで、ステップＳ３へ進み、低温側ヒータコア３６へ流入させる温水の流量を、予め定めた所定量分減少させるように、流量調整弁３９へ出力される制御信号を決定して、メインルーチンへ戻る。これにより、換気熱交換器３４へ流入する給気の温度を低下させて、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を低下させることができるので、換気熱交換器３４における熱エネルギの回収量を増加させることができる。

また、ステップＳ２にて、Ｔｄｐ＋α＝Ｔｅｘｏになっていると判定された場合は、出口側排気温度Ｔｅｘｏが露点温度Ｔｄｐよりも基準値αだけ高くなっているので、流量調整弁３９へ出力される制御信号を変更することなくメインルーチンへ戻る。

また、ステップＳ２にて、Ｔｄｐ＋α＞Ｔｅｘｏになっていると判定された場合は、出口側排気温度Ｔｅｘｏが、露点温度Ｔｄｐに基準体αを加算した値よりも低くなっているので、換気熱交換器３４の排気通路の出口側に結露が生じてしまうおそれがある。

そこで、ステップＳ４へ進み、低温側ヒータコア３６へ流入させる温水の流量を、予め定めた所定量分増加させるように、流量調整弁３９へ出力される制御信号を決定して、メインルーチンへ戻る。これにより、換気熱交換器３４へ流入する給気の温度を上昇させて、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を上昇させることができるので、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を露点温度Ｔｄｐより高い値とすることができる。

さらに、制御装置が実行する制御処理では、上記の如く決定した制御信号および制御電圧を各種制御対象機器へ出力する。そして、貯湯タンク２０内に貯湯された給湯水の温度Ｔｔが、温度設定スイッチによって設定された目標加熱温度に近づくように、ヒートポンプサイクル１０を作動させる。

その後、制御装置は、操作パネルの作動スイッチがＯＦＦされて暖房システム１の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→各種制御対象機器の制御状態の決定→各種制御対象機器への制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンを繰り返す。

従って、暖房システム１を作動させると、ヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａへ流入し、水通路１２ｂを流通する給湯水へ放熱する。これにより、水通路１２ｂを流通する給湯水が加熱される。

冷媒通路１２ａから流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁１３へ流入して低圧冷媒となるまで減圧される。電気式膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器１４へ流入し、給気加熱ユニット３０の排気通風路３２から流出した排気から吸熱して蒸発する。蒸発器１４から流出した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される。

また、第１水循環回路２１では、第１水循環ポンプ２２から圧送された貯湯タンク２０の下方側の比較的低温の給湯水が、水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂを流通する際に加熱される。水−冷媒熱交換器１２にて加熱されて高温となった給湯水は、貯湯タンク２０の上方側へ貯留される。

また、第２水循環回路３７では、第２水循環ポンプ４０が作動しているので、温水通路３８の上方側の温水出口から温水が流出する。この際、温水通路３８の温水出口から流出する温水は、貯湯タンク２０の上方側の比較的高い温度の給湯水によって加熱され、基準温度となるまで温度上昇する。

そして、基準温度となるまで温度上昇した温水（高温側の熱媒体）は、高温側ヒータコア３５へ流入して、換気熱交換器３４から流出した給気と熱交換して放熱する。これにより、換気熱交換器３４から流出した給気が室内の暖房を適切に実現可能な温度となるまで加熱される。

つまり、本実施形態の高温側ヒータコア３５では、ヒートポンプサイクル１０の圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒によって給湯水を介して間接的に加熱された温水（高温側の熱媒体）を熱源として、換気熱交換器３４から流出した給気を加熱している。

さらに、高温側ヒータコア３５にて給気に放熱して温度低下した温水（低温側の熱媒体）は、三方式の流量調整弁３９へ流入して、低温側ヒータコア３６およびバイパス通路４１へ分配される。この際、低温側ヒータコア３６へ流入する温水流量は、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が露点温度Ｔｄｐに基準値αを加えた値（Ｔｄｐ＋α）に近づくように調整される。

流量調整弁３９から低温側ヒータコア３６へ流入した温水は、給気送風ファン３３ａから送風されて換気熱交換器３４へ流入する給気と熱交換して放熱する。これにより、換気熱交換器３４へ流入する給気が加熱される。低温側ヒータコア３６から流出した温水は、バイパス通路４１から流出した温水と合流して第２水循環ポンプ４０に吸入され、貯湯タンク２０の下方側に配置された温水通路３８の温水入口へ圧送される。

ここで、温水通路３８を流通する温水のうち温水流れ上流側（温水入口側）の温水と熱交換する貯湯タンク２０の下方側の給湯水は、第１水循環ポンプ２２から水−冷媒熱交換器１２の水通路１２ｂへ圧送されて、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａ出口側の電気式膨張弁１３へ流入する冷媒と熱交換する。

従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低温側ヒータコア３６から流出した温水（低温側の熱媒体）によって、電気式膨張弁１３へ流入する冷媒の温度を給湯水を介して低下させている。

また、給気加熱ユニット３０では、給気送風ファン３３ａから送風された給気（外気）が低温側ヒータコア３６にて加熱され、換気熱交換器３４の給気通路へ流入する。換気熱交換器３４の給気通路へ流入した給気は、排気送風ファン３２ａから送風されて換気熱交換器３４の排気通路を流通する排気（内気）と熱交換する。これにより、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が露点温度Ｔｄｐに基準値αを加えた値（Ｔｄｐ＋α）に近づくように調整される。

換気熱交換器３４から流出した給気は、高温側ヒータコア３５にてさらに加熱されて、図示しないダクトを介して暖房対象空間である各室内へ送風される、一方、換気熱交換器３４から流出した排気は、排気通風路３２および図示しないダクトを介してヒートポンプサイクル１０の蒸発器１４側へ送風される。

以上の如く、本実施形態の暖房システム１では、ヒートポンプサイクル１０の水−冷媒熱交換器２にて加熱された給湯水を貯湯タンク２０に貯留することができる。さらに、高温側ヒータコア３５にて加熱された給気を、暖房対象空間である各室内へ送風することによって、各室内の暖房を実現することができる。

この際、高温側ヒータコア３５では、ヒートポンプサイクル１０にて発生した熱によって給湯水を介して間接的に加熱された熱媒体を熱源として、暖房対象空間へ取り入れられる給気を加熱しているので、給気を暖房対象空間の暖房に必要な程度の温度まで充分かつ容易に昇温させることができる。

さらに、低温側ヒータコア３６にて、温水と換気熱交換器３４へ流入する給気とを熱交換させることによって、電気式膨張弁１３へ流入する冷媒と熱交換する給湯水の温度を低下させるので、電気式膨張弁１３へ流入する冷媒のエンタルピを低下させて、ヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

つまり、本実施形態の暖房システム１によれば、高温側ヒータコア３５および低温側ヒータコア３６の２つの加熱用熱交換器を備えていることによって、ヒートポンプサイクル１０のＣＯＰの低下を招くことなく、室外から暖房対象空間へ取り入れられる給気を充分に加熱することができる。

また、本実施形態の暖房システム１によれば、熱媒体流量調整手段である三方式の流量調整弁３９を備えているので、低温側ヒータコア３６の加熱能力を調整して、換気熱交換器３４へ流入する給気の温度、すなわち、換気熱交換器３４にて排気と熱交換する給気の温度を調整することができる。従って、換気熱交換器３４から流出する排気の温度を調整することができ、換気熱交換器３４の排気出口側の結露を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、具体的に、換気熱交換器３４から流出する排気の温度が換気熱交換器３４から流出する排気の露点温度Ｔｄｐに基準値αを加算した値となるように、流量調整弁３９の作動を制御するので、換気熱交換器３４の排気出口側の結露を確実に抑制することができるとともに、排気からの熱エネルギの回収量が低下してしまうことを抑制できる。

また、本実施形態では、第２水循環回路３７にバイパス通路４１が設け、熱媒体流量調整手段として、低温側ヒータコア３６およびバイパス通路４１の温水流れ上流側に配置された三方式の流量調整弁３９を採用している。従って、熱媒体流量調整手段が、熱媒体流量比を変化させる際に、暖房対象空間へ送風させる給気の温度を変化させてしまうことを抑制できる。

その理由は、流量調整弁３９が低温側ヒータコア３６へ流入する温水（低温側の熱媒体）の流量を変化させても、高温側ヒータコア３５へ流入する温水（高温側の熱媒体）の流量が変化しないからである。

また、本実施形態の暖房システム１の高温側ヒータコア３５では、給湯水によって加熱された温水を熱源として、換気熱交換器３４から流出した給気を加熱している。このような構成では、貯湯タンク２０内の給湯水の最高温度と、高温側ヒータコア３５へ流入する温水の最高温度とを異なる値とすることができる。

従って、高温側ヒータコア３５にて加熱された給気の温度を、不必要に上昇させてしまうことなく、室内の暖房を適切に実現可能な温度に容易に調整することができる。さらに、貯湯タンク２０内に貯留された給湯水を、高温側ヒータコア３５あるいは低温側ヒータコア３６とは異なる温度帯の熱源を必要とする暖房用機器（あるいは加熱用機器）の熱源として用いることもできる。

また、本実施形態の暖房システム１では、蒸発器１４にて冷媒と換気熱交換器３４から流出した排気とを熱交換させるので、排気の有する熱を冷媒に吸熱させて給湯水を加熱するために有効に活用することができる。延いては、排気の有する熱エネルギが室外に放出されてしまうことを抑制し、排気の有する熱エネルギを室内の暖房を行うために有効に活用することができる。

なお、上述の説明では、室内の暖房を行う際の暖房システム１の作動について説明したが、もちろん、室内の暖房を行うことなく給湯水を加熱するように作動させてもよい。この場合は、排気送風ファン３２ａ、給気送風ファン３３ｂおよび第２水循環ポンプ４０の作動を停止させ、蒸発器１４では冷媒が外気から吸熱して蒸発するように作動させればよい。

さらに、貯湯タンク２０内の給湯水が充分に加熱されて昇温されている場合は、給湯水の加熱を行うことなく室内の暖房を行ってもよい。この場合は、圧縮機１１、電気式膨張弁１３および第１水循環ポンプ２２の作動を停止させればよい。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、熱媒体流量調整手段として三方式の流量調整弁３９を採用した例を説明したが、熱媒体流量調整手段はこれに限定されない。例えば、通常の二方式の流量調整弁を２つ用いて熱媒体流量調整手段を構成してもよい。この場合は、三方式の流量調整弁３９に代えて、温水の流れを分岐する温水分岐部を配置し、温水分岐部から低温側ヒータコア３６へ至る温水通路およびバイパス通路４１のそれぞれに二方式の流量調整弁を配置すればよい。

（２）上述の実施形態では、高温側ヒータコア３５の温水出口側に流量調整弁３９を接続した例を説明したが、例えば、高温側ヒータコア３５の温水出口側と流量調整弁３９の入口側との間に、高温側ヒータコア３５から流出した温水を熱源として加熱対象物を加熱する加熱器を配置してもよい。

このような加熱器としては、高温側ヒータコア３５よりも低い温度帯で、かつ、低温側ヒータコア３６よりも高い温度帯の熱源を必要とするものを採用することが望ましい。具体的には、このような加熱器としては、２０℃〜４０℃程度の温度帯の熱源を必要とするパネルヒータやタオルウォーマ等を採用することができる。

（３）上述の実施形態では、ヒートポンプサイクル１０によって給湯水を加熱し、さらに加熱された給湯水を熱源として高温側ヒータコア３５および低温側ヒータコア３６へ流入する温水を加熱した例を説明したが、ヒートポンプサイクル１０によって直接温水を加熱する構成としてもよい。さらに、加熱手段としては、ヒートポンプサイクル１０に限定されることなく、例えば、ガスボイラや燃料燃焼式ヒータ等を採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、蒸発器１４にて冷媒と換気熱交換器３４から流出した排気とを熱交換させる構成を採用しているが、蒸発器１４にて冷媒と外気とを熱交換させる構成を採用してもよい。これにより、給気加熱ユニット３０の排気通風路３２の下流側からヒートポンプサイクル１０の蒸発器１４側へ排気を導くダクトを廃止できる。

（５）上述の実施形態では、排気送風ファン３２ａを排気通風路３２の排気流れ最上流側に配置し、給気送風ファン３３ａを給気通風路３３の給気流れ最上流側に配置した例を説明したが、排気送風ファン３２ａおよび給気送風ファン３３ａの配置はこれに限定されない。

例えば、排気送風ファン３２ａを排気通風路３２の排気流れ最上流側に配置し、給気送風ファン３３ａを給気通風路３３の給気流れ最下流側に配置してもよい。これにより、２つの送風ファンを室外側に配置することができ、室内のユーザに排気送風ファン３２ａおよび給気送風ファン３３ａの作動音が聞こえてしまうことを抑制できる。

（６）上述の実施形態では、換気熱交換器３４として伝熱性に優れる複数の金属板を積層配置することによって構成されて排気と給気との間で熱を交換する顕熱交換器として構成されたものを採用したが、伝熱性および透湿性を有する材質で形成された板状部材を積層配置することによって構成された、いわゆる全熱交換器を採用してもよい。

このような全熱交換器では、排気と給気との間で温度のみならず湿度の交換を行うこともできるので、上述の実施形態において換気熱交換器３４として全熱交換器を採用すれば、換気熱交換器３４の排気出口側の結露をより一層確実に抑制することができる。

１０ ヒートポンプサイクル
１１ 圧縮機
１３ 電気式膨張弁
３４ 換気熱交換器
３５ 高温側ヒータコア
３６ 低温側ヒータコア
３９ 三方式の流量調整弁

Claims (5)

1. 熱媒体を加熱する加熱手段（１０）と、
   暖房対象空間から室外へ排出される排気と室外から暖房対象空間へ取り入れられる給気とを熱交換させる換気熱交換器（３４）と、
   前記加熱手段（１０）にて加熱された高温側の熱媒体を熱源として、前記換気熱交換器（３４）にて加熱された給気を加熱する高温側ヒータコア（３５）と、
   前記高温側ヒータコア（３５）から流出した熱媒体よりも低い温度となっている低温側の熱媒体を熱源として、前記換気熱交換器（３４）へ流入する給気を加熱する低温側ヒータコア（３６）と、
   前記高温側ヒータコア（３５）へ流入する前記高温側の熱媒体の流量と前記低温側ヒータコア（３６）へ流入する前記低温側の熱媒体の流量との熱媒体流量比を調整する熱媒体流量調整手段（３９）とを備えることを特徴とする暖房システム。
2. 前記熱媒体流量調整手段（３９）は、前記低温側ヒータコア（３６）へ流入する前記低温側の熱媒体の流量を調整することによって、前記熱媒体流量比を調整することを特徴とする請求項１に記載の暖房システム。
3. さらに、前記低温側の熱媒体を前記低温側ヒータコア（３６）を迂回させて流すバイパス通路（４１）を備え、
   前記熱媒体流量調整手段は、前記低温側ヒータコア（３６）へ流入する前記低温側の熱媒体の流量と前記バイパス通路（４１）へ流入する前記低温側の熱媒体の流量とのバイパス流量比を変化させる流量調整弁（３９）で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の暖房システム。
4. さらに、前記熱媒体流量調整手段（３９）の作動を制御する熱媒体流量制御手段を備え、
   前記熱媒体流量制御手段は、前記換気熱交換器（３４）から流出する前記排気の温度が前記換気熱交換器（３４）から流出する前記排気の露点温度（Ｔｄｐ）より高い値となるように、前記熱媒体流量調整手段（３９）の作動を制御するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の暖房システム。
5. 前記加熱手段は、高圧冷媒を減圧させる減圧手段（１３）を有するヒートポンプサイクル（１０）であり、
   前記低温側ヒータコア（３６）から流出した前記低温側の熱媒体によって、前記減圧手段（１３）へ流入する冷媒の温度を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の暖房システム。

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