JP5981880B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプシステムに関する。

特許文献１に、外気から吸熱して熱媒を加熱するヒートポンプを備えるヒートポンプユニットと、熱媒を蓄えるタンクを備えるタンクユニットを備えるヒートポンプシステムが開示されている。このヒートポンプシステムでは、熱媒の凍結を防ぐために、タンクとヒートポンプの間で熱媒を循環させながら加熱する凍結防止運転を実行可能である。このヒートポンプシステムでは、凍結防止運転において、ヒートポンプによって熱媒を加熱する。

特開２００９−１５６４９５号公報

一般的に、ヒートポンプによる熱媒の加熱はエネルギー効率が高いため、凍結防止のための熱媒の加熱もヒートポンプを駆動して行うことが好ましい。また、加熱源をヒートポンプしか持たないシステムにおいては、外気温度が低い状況でも、凍結防止運転のためだけではなく、タンクに蓄熱する必要がある場合、例えば給湯用のお湯を貯湯する必要がある場合には、ヒートポンプを駆動する必要がある。しかしながら、外気温度が低い状況でヒートポンプを駆動すると、ヒートポンプの冷媒と外気との間で熱交換を行う蒸発器に着霜してしまうおそれがある。蒸発器に着霜してしまうと、除霜運転に伴ってドレンが発生するため、ドレンの凍結を防止するための処置が別途必要となる。特に、加熱源をヒートポンプしか持たないシステムにおいては、除霜運転が必ず必要となるため、ドレンの凍結防止処置も必ず必要となる。このため、ヒートポンプの蒸発器には、可能な限り着霜させないことが好ましい。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、ヒートポンプで加熱した熱媒をタンクに蓄熱するヒートポンプシステムにおいて、凍結防止運転に起因してヒートポンプの蒸発器に着霜してしまう事態を防ぐことが可能な技術を提供する。

本明細書が開示するヒートポンプシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器を冷媒が順に循環するヒートポンプであって、凝縮器において冷媒と熱媒が熱交換することで熱媒を加熱するヒートポンプを備えるヒートポンプユニットと、熱媒を蓄えるタンクを備えるタンクユニットと、ヒートポンプとタンクの間で熱媒を循環させる熱媒循環経路であって、タンクの下部から凝縮器へ熱媒を送る熱媒循環往路と、凝縮器からタンクの上部へ熱媒を送る熱媒循環復路を備える熱媒循環経路と、熱媒を加熱する補助熱源ユニットを備えている。そのヒートポンプシステムは、外気温度を検出する外気温度検出手段と、タンクユニットの内部の熱媒循環復路に設けられたヒータをさらに備えている。そのヒートポンプシステムは、熱媒の凍結を防ぐために、タンクとヒートポンプの間で熱媒を循環させながら加熱する凍結防止運転を実行可能である。そのヒートポンプシステムは、凍結防止運転において、外気温度が高い場合に、ヒートポンプによって熱媒を加熱し、外気温度が低い場合に、ヒータによって熱媒を加熱する。

上記のヒートポンプシステムでは、外気温度に応じて、凍結防止運転で用いる加熱手段を切り替える。外気温度が高い場合には、ヒートポンプによって熱媒を加熱することで、エネルギー効率を高めることができる。また、外気温度が低い場合には、ヒータによって熱媒を加熱し、ヒートポンプによる熱媒の加熱を行わないことで、ヒートポンプの蒸発器への着霜を防ぐことができる。上記のヒートポンプシステムによれば、凍結防止運転に起因してヒートポンプの蒸発器に着霜してしまう事態を防ぐことができる。なお、上記のヒートポンプシステムは、外気温度が低い場合にヒートポンプユニットの駆動を行わない構成とした場合でも、補助熱源ユニットを用いて熱媒を加熱し、例えば給湯用の湯をつくり供給することができるため、利便性を損なうことがない。補助熱源ユニットとしては、例えばガス熱源機や、ガスエンジンコージェネ、燃料電池、ヒータなど、駆動に伴って着霜しない加熱源であれば、どのようなものを用いてもよい。

また、上記のヒートポンプシステムによれば、タンクユニットの内部の熱媒循環経路にヒータが設けられているので、ヒートポンプユニット内のサーミスタ（熱媒の温度を検出するサーミスタや、ヒートポンプの内部で循環する冷媒の温度を検出するサーミスタ）の検出値がヒータからの放熱の影響を受けることを防ぐことができる。

一般に、ヒートポンプからタンクへ熱媒が戻る熱媒循環復路よりも、タンクからヒートポンプへ熱媒を送る熱媒循環往路の方が、熱媒が凍結する可能性が高い。そのため、凍結防止運転の要否の判断は、タンクからヒートポンプへ熱媒を送る熱媒循環往路において検出された熱媒の温度に基づいて行われることが多い。上記のヒートポンプシステムによれば、ヒータがヒートポンプからタンクへ熱媒が戻る熱媒循環復路に設けられているので、タンクからヒートポンプへ熱媒を送る熱媒循環往路に設けられているサーミスタの検出値がヒータからの放熱の影響を受けることを防ぐことができる。

本明細書が開示するヒートポンプシステムによれば、凍結防止運転に起因してヒートポンプの蒸発器に着霜してしまう事態を防ぐことができる。

実施例の給湯システム１０の構成を模式的に示す図である。 実施例の給湯システム１０が行う凍結防止運転を説明するフローチャートである。 実施例の給湯システム１０の変形例の構成を模式的に示す図である。

（実施例）
図１は本実施例の給湯システム１０の構成を示している。図１に示すように、給湯システム１０は、貯湯ユニット２０と、ＨＰ熱源ユニット４０と、ガス熱源ユニット５０と、コントローラ１１を備えている。

ＨＰ熱源ユニット４０は、圧縮機４１と、凝縮器である第１熱交換器４３と、膨張弁４４と、蒸発器である第２熱交換器４５を備えるヒートポンプ４０ａを備えている。ヒートポンプ４０ａでは、圧縮機４１の吐出側と四方弁４２と第１熱交換器４３の冷媒流路４３ａと膨張弁４４と第２熱交換器４５と四方弁４２と圧縮機４１の吸入側が、冷媒配管４６によって順に接続されており、冷媒がこの順に循環する。冷媒は、例えばＲ７４４（ＣＯ２冷媒）であってもよいし、Ｒ４１０Ａ（ＨＦＣ冷媒）であってもよい。第１熱交換器４３は、冷媒流路４３ａと循環水流路４３ｂとを備えている。第２熱交換器４５の近傍にはファン４５ａが設置されている。第２熱交換器４５は、ファン４５ａによって送られる外気と冷媒との間で熱交換を行う。冷媒配管４６には、圧縮機４１の吐出側と四方弁４２との間と、膨張弁４４と第２熱交換器４５との間に、除霜経路４７が接続されている。除霜経路４７には、除霜弁４７ａが設けられている。

第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂの入口側には循環往路接続経路４８が接続されており、出口側には循環復路接続経路４９が接続されている。循環往路接続経路４８には、入口側サーミスタ４８ａが設けられており、循環復路接続経路４９には出口側サーミスタ４９ａが設けられている。入口側サーミスタ４８ａは、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂに流入する循環水の温度を検出し、出口側サーミスタ４９ａは、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂから流出する循環水の温度を検出する。なお実際には、各サーミスタ４８ａ，４９ａは水温に応じた検出信号を出力し、この信号がコントローラ１１に入力されることにより水温が検出される。以下においても、サーミスタやセンサが検出するという表現は、実際には、これらの検出信号がコントローラ１１に入力されることにより温度や水の流量を検出することを意味する。

貯湯ユニット２０は、貯湯槽２１と混合器２４とを備えている。貯湯槽２１の底部には、貯湯槽２１に水道水を給水する給水経路２２が接続されている。給水経路２２の水道水入口２２ａの近傍には、減圧弁２３が設けられている。減圧弁２３は、給水経路２２への給水圧力を調整する。給水経路２２の減圧弁２３より下流側には、混合器２４の混合給水経路２６が接続されている。混合給水経路２６には、給水制御弁２６ａと、給水流量センサ２６ｂと、給水サーミスタ２６ｃが設けられている。給水制御弁２６ａは、混合給水経路２６を流れる水道水の流量を調整する。給水流量センサ２６ｂと給水サーミスタ２６ｃは、混合給水経路２６を流れる水道水の流量及び温度を検出する。貯湯槽２１内の温水が減少したり、給水制御弁２６ａが開いたりすると、減圧弁２３の下流側圧力が低下する。減圧弁２３は、下流側圧力が低下すると開き、その圧力を所定の調圧値に維持しようとする。このため、貯湯槽２１内の温水が減少したり、混合器２４の給水制御弁２６ａが開いたりすると、これらに水道水が給水される。

給水経路２２において、混合給水経路２６の接続部よりも下流側には、排水経路３１が接続されている。排水経路３１の途中には、排水弁３２が設けられている。排水弁３２は手動で開閉することができる。排水弁３２を開くと、貯湯槽２１内の水が排水経路３１を通じて外部に排水される。

貯湯槽２１の底部には、循環往路３３の一端が接続されており、貯湯槽２１の上部には、循環復路３４の一端が接続されている。循環往路３３の他端は、ＨＰ熱源ユニット４０の循環往路接続経路４８に接続されており、循環復路３４の他端は、循環復路接続経路４９に接続されている。循環往路３３には、往路サーミスタ３６と循環ポンプ３７とが設けられている。往路サーミスタ３６は、貯湯槽２１から循環往路３３に流出した水の温度を検出する。循環ポンプ３７が駆動すると、貯湯槽２１の下部から循環往路３３に水が吸出され、この水が第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂを流れて、循環復路３４を通じて貯湯槽２１の上部に戻される。このようにして、貯湯槽２１とヒートポンプ４０ａとの間の循環経路が構成されている。

タンクユニット２０の内部の循環復路３４には、電気式の凍結防止ヒータ３４ａが設けられている。循環復路３４の途中には、圧力開放経路３８が接続されており、圧力開放経路３８には、リリーフ弁３８ａが設けられている。リリーフ弁３８ａの開弁圧力は、減圧弁２３の調圧値よりも僅かに大きく設定されている。減圧弁２３の調圧が不能になった場合には、リリーフ弁３８ａが開き、貯湯槽２１内の圧力が耐圧可能な圧力を超えるのを防止する。貯湯槽２１では、その上端から所定量（例えば３０リットル）の箇所に上部サーミスタ３９が取り付けられている。上部サーミスタ３９は、貯湯槽２１上部の水温を検出する。なお、貯湯ユニット２０には、外気温度を検出する外気温サーミスタ３５も設けられている。

貯湯槽２１の上部には、混合器２４の温水経路２５が接続されている。温水経路２５には、温水制御弁２５ａと、温水流量センサ２５ｂと、温水サーミスタ２５ｃが設けられている。温水制御弁２５ａは、貯湯槽２１から温水経路２５へ流れる水の流量を調整する。温水流量センサ２５ｂは、貯湯槽２１から温水経路２５へ流れる水の流量を検出する。温水サーミスタ２５ｃは、温水経路２５を流れる水の温度を検出する。温水経路２５と混合給水経路２６とは合流して第１混合経路２７に接続されている。第１混合経路２７には、第１混合経路２７を流れる混合水の温度を検出する混合サーミスタ２７ａが設けられている。

貯湯ユニット２０は、第１給湯経路２９を備えている。第１給湯経路２９には、給湯サーミスタ２９ａが設けられている。第１給湯経路２９の先端には、給湯栓６０が接続されている。給湯栓６０は、浴室、洗面所、台所等に配置されている（図１では、これら複数の給湯栓６０を１つで代表している）。第１混合経路２７の途中と第１給湯経路２９の途中は、給湯バイパス経路２８によって接続されている。給湯バイパス経路２８には、バイパス制御弁２８ａが設けられている。バイパス制御弁２８ａを開いた状態では、第１混合経路２７を流れた混合水が給湯バイパス経路２８へ流れ、バイパス制御弁２８ａを閉じた状態では、第１混合経路２７を流れた混合水が、後記するガス熱源ユニット５０の第２混合経路５１へ流れる。

ガス熱源ユニット５０は、バーナ熱交換器５２とバーナ５３等を備えている。バーナ熱交換器５２には、第２混合経路５１を介して、貯湯ユニット２０の第１混合経路２７からの混合水が流入する。第２混合経路５１には、入水サーミスタ５１ａと給湯流量センサ５１ｂと水量サーボ５１ｃとが設けられている。入水サーミスタ５１ａと給湯流量センサ５１ｂは、それぞれ第２混合経路５１を流れる水の温度及び流量を検出する。水量サーボ５１ｃは、第２混合経路５１を流れる水の流量を調整する。ガス燃焼式のバーナ５３は、バーナ熱交換器５２を加熱する。バーナ熱交換器５２で加熱された水は、第２給湯経路５４を介して、貯湯ユニット２０の第１給湯経路２９に流れ込む。第２給湯経路５４には、バーナ熱交換器５２の出口近傍に、缶体サーミスタ５５が設けられており、その下流側に出湯サーミスタ５６が設けられている。第２混合経路５１における水量サーボ５１ｃの下流側と、第２給湯経路５４の缶体サーミスタ５５と出湯サーミスタ５６との間には、熱源機バイパス経路５７が接続されている。第２混合経路５１と熱源機バイパス経路５７との接続部には、熱源機バイパス制御弁５８が設けられている。熱源機バイパス制御弁５８の開度を調整することによって、第２混合経路５１を流れる水の一部が熱源機バイパス経路５７に流れ、その水の流量が調整される。

コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには各種の運転プログラムが格納されている。ＲＡＭには、コントローラ１１に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。詳細には、ＲＡＭには、上記した各種のサーミスタ２５ｃ，２６ｃ，２７ａ，２９ａ，３５，３６，３９，４８ａ，４９ａ，５１ａ，５５，５６及び流量センサ２５ｂ，２６ｂ，５１ｂの検出信号が入力され、これらの情報が一時的に記憶される。コントローラ１１では、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された情報に基づいて、貯湯ユニット２０、ＨＰ熱源ユニット４０およびガス熱源ユニット５０の各種機器に対して駆動信号を出力する。また、コントローラ１１には、リモコン１３が接続されている。リモコン１３には、給湯システム１０を操作するためのスイッチ１６、給湯システム１０の動作状態を表示する液晶表示器１７等が設けられており、リモコン１３で設定された情報がコントローラ１１に入力される。

（蓄熱運転）
給湯システム１０では、ヒートポンプ４０ａによって貯湯槽２１の水を加熱して高温の温水とし、この温水を貯湯槽２１に貯湯する蓄熱運転を実行可能である。

蓄熱運転では、ＨＰ熱源ユニット４０において、圧縮機４１を駆動する。圧縮機４１で圧縮された冷媒が、第１熱交換器４３の冷媒流路４３ａを流れる際に循環水流路４３ｂを流れる循環水を加熱する。冷媒流路４３ａから流出した冷媒は、膨張弁４４で膨張して冷却され、第２熱交換器４５を流れる際に外気から吸熱して昇温する。昇温した冷媒が圧縮機４１に流入して再び圧縮されることによってさらに昇温する。

貯湯ユニット２０では、循環ポンプ３７が作動し、貯湯槽２１内の水が貯湯槽２１の底部から循環往路３３に吸出される。循環往路３３に吸出された水は、ＨＰ熱源ユニット４０の第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂを通過する際に加熱されて温度上昇する。温度上昇した温水は、循環復路３４を流れて貯湯槽２１の上部に戻される。この循環が行われることによって、貯湯槽２１では、低温層の上部に高温層が積層した温度成層が形成される。貯湯槽２１に高温の温水が戻され続けると、高温層の厚さ（深さ）は次第に大きくなり、最大限に蓄熱された状態では、貯湯槽２１の全体に高温の温水が貯まった状態になる。貯湯槽２１に温度成層が形成されていると、貯湯槽２１に最大限に蓄熱が行われていなくても、貯湯槽２１の上部に接続されている温水経路２５に高温の温水を送り出すことが可能となる。

（給湯運転）
給湯運転では、混合器２４で給湯設定温度に調整された混合水を給湯バイパス経路２８を通じて給湯栓６０から給湯する第１給湯運転と、混合器２４で給湯設定温度よりも低い温度に調整された混合水をガス熱源ユニット５０で加熱して給湯栓６０から給湯する第２給湯運転のいずれかを実行する。

貯湯槽２１の上部サーミスタ３９の検出水温が、リモコン１３で設定されている給湯設定温度よりも高い第１基準温度（例えば給湯設定温度＋５℃）以上である場合には、第１給湯運転が行われる。第１給湯運転では、コントローラ１１がバイパス制御弁２８ａを開状態とし、水量サーボ５１ｃを全閉状態とする。コントローラ１１は、混合サーミスタ２７ａで検出される水温が給湯設定温度となるように、温水制御弁２５ａの開度と給水制御弁２６ａの開度を調整する。給湯設定温度に調整された混合水は、第１混合経路２７を流れた後に、給湯バイパス経路２８及び第１給湯経路２９を通じて給湯栓６０から給湯される。

一方、上部サーミスタ３９の検出水温が第１基準温度未満である場合には、第２給湯運転が行われる。第２給湯運転では、コントローラ１１が、バイパス制御弁２８ａを全閉状態とし、水量サーボ５１ｃを所定開度に設定する。コントローラ１１は、混合サーミスタ２７ａで検出される水温が給湯設定温度よりも低い第２基準温度（例えば給湯設定温度−５℃）となるように、温水制御弁２５ａの開度と給水制御弁２６ａの開度を調整する。第２基準温度に調整された混合水は、第１混合経路２７を流れ、ガス熱源ユニット５０の第２混合経路５１を流れてバーナ熱交換器５２に流入し、バーナ５３により加熱される。バーナ５３の加熱能力は、バーナ熱交換器５２の出口に設けられている缶体サーミスタ５５で検出される水温が６０℃以上となるように制御される。これにより、配管に結露水が発生することを抑制することができる。第２混合経路５１を流れる混合水の一部が熱源機バイパス経路５７を通じて第２給湯経路５４に流入し、バーナ熱交換器５２からの６０℃以上の水と熱源機バイパス経路５７からの第２基準温度の水とが混合されて、給湯設定温度の水が第１給湯経路２９に送られる。このようにして、給湯設定温度に調温された水が、第１給湯経路２９を通じて給湯栓６０から給湯される。これにより、第１給湯運転中に貯湯槽２１に貯湯しておいた温水を消費しつくした場合にも、給湯設定温度に調温された温水を給湯し続けることができる。

（除霜運転）
冬季などの外気温が低い状態でヒートポンプ４０ａを駆動すると、第２熱交換器４５に着霜してしまうことがある。第２熱交換器４５に着霜してしまうと、外気との間の熱交換効率が低下して、ヒートポンプ４０ａでの循環水の加熱能力が低下してしまう。そこで、本実施例の給湯システム１０では、第２熱交換器４５に着霜した場合に、第２熱交換器４５から除霜する除霜運転を実行可能である。除霜運転では、ＨＰ熱源ユニット４０において、除霜弁４７ａを開いた状態で圧縮機４１を駆動する。これによって、図１の破線矢印に示すように、圧縮機４１から吐出した高温の冷媒は、除霜経路４７を通じて第２熱交換器４５に流れて、圧縮機４１に戻るように循環する。高温の冷媒が第２熱交換器４５を流れることで、第２熱交換器４５から除霜することができる。

（凍結防止運転）
冬季などの外気温が低い状態で、蓄熱運転を行わないまま長時間が経過すると、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂや、循環往路３３、循環往路接続経路４８、循環復路接続経路４９、循環復路３４の内部に循環水が滞留し、これらの配管の内部で循環水が凍結してしまうことがある。循環水が凍結してしまうと、凍結した循環水が溶融するまで、蓄熱運転を実行できなくなってしまう。そこで、本実施例の給湯システム１０では、外気温度が低く、循環水の温度が低下した場合に、循環水の凍結を防止する凍結防止運転を実行可能である。以下では図２を参照しながら、給湯システム１０が行う凍結防止運転について説明する。

ステップＳ２０２では、循環水の温度が所定温度（例えば１０℃）を下回るか否かを判断する。なお、以下の説明において、循環水の温度とは、往路サーミスタ３６で検出される循環往路３３内の循環水の温度と、入口側サーミスタ４８ａで検出される循環往路接続経路４８内の循環水の温度のうち、低い方の温度を意味する。循環水の温度が所定温度以上の場合（ステップＳ２０２でＮＯの場合）、処理はステップＳ２０２へ戻る。循環水の温度が所定温度を下回ると（ステップＳ２０２でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４では、外気温サーミスタ３５で検出される外気温度が所定温度（例えば５℃）を下回るか否かを判断する。外気温度が所定温度以上の場合（ステップＳ２０４でＮＯの場合）、処理はステップＳ２０２へ戻る。外気温度が所定温度を下回ると（ステップＳ２０４でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、循環ポンプ３７を駆動する。これによって、貯湯槽２１の下部から循環水が吸い出されて、循環往路３３、循環往路接続経路４８、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂ、循環復路接続経路４９、循環復路３４を順に経由して、貯湯槽２１の上部に循環水が戻される。このような循環水の流動により、循環往路３３、循環往路接続経路４８、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂ、循環復路接続経路４９、循環復路３４の内部の循環水が置換される。

ステップＳ２０８では、循環水の温度（往路サーミスタ３６で検出される循環往路３３内の循環水の温度と、入口側サーミスタ４８ａで検出される循環往路接続経路４８内の循環水の温度のうち、低い方の温度）が所定温度（例えば１３℃）以上であるか否かを判断する。ステップＳ２０６で凍結防止運転を開始した時点で、貯湯槽２１に余熱が残っている場合には、循環ポンプ３７の駆動によって、循環往路３３、循環往路接続経路４８、第１熱交換器４３の循環水流路４３ｂ、循環復路接続経路４９、循環復路３４の内部の循環水が、貯湯槽２１からの暖かい循環水で置換される。この場合には、それ以上凍結防止運転を継続する必要がない。従って、ステップＳ２０８で循環水の温度が所定温度以上となると（ＹＥＳとなると）、処理はステップＳ２２８へ進んで、循環ポンプ３７を停止して、凍結防止運転を終了する。ステップＳ２０８で循環水の温度が所定温度に満たない場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２１０では、外気温度が所定温度（例えば６℃）以上であるか否かを判断する。ステップＳ２０６で凍結防止運転を開始した後に、循環水が凍結するおそれのない温度まで外気温度が上昇した場合には、それ以上凍結防止運転を継続する必要がない。従って、ステップＳ２１０で外気温度が所定温度以上となると（ＹＥＳとなると）、処理はステップＳ２２８へ進んで、循環ポンプ３７を停止して、凍結防止運転を終了する。ステップＳ２１０で外気温度が所定温度に満たない場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２１２へ進む。

ステップＳ２１２では、ステップＳ２０６で循環ポンプ３７を駆動してから所定時間（例えば３０分）が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していない場合（ステップＳ２１２でＮＯの場合）、処理はステップＳ２０８へ戻る。所定時間が経過した場合（ステップＳ２１２でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２１４へ進む。ステップＳ２１２からステップＳ２１４へ進むのは、循環ポンプ３７を駆動してから所定時間が経過するまで、循環水の温度が所定温度に満たない（すなわち、貯湯槽２１に余熱が残っていない）場合で、かつ外気温度が上昇もしない場合である。このような場合に、本実施例の給湯システム１０では、ステップＳ２１４以降の処理で、循環水を加熱する。

ステップＳ２１４では、外気温度が所定温度（例えば−１０℃）を下回るか否かを判断する。一般的に、ヒートポンプ４０ａによる循環水の加熱はエネルギー効率が高いため、凍結防止のための循環水の加熱もヒートポンプ４０ａを駆動して行うことが好ましい。しかしながら、外気温度が低い状況でヒートポンプ４０ａによる加熱を行うと、第２熱交換器４５に着霜してしまうおそれがある。第２熱交換器４５に着霜してしまうと、除霜運転に伴ってドレンが発生するため、ドレンの凍結を防止するための処置が別途必要となる。このため、第２熱交換器４５には、可能な限り着霜させないことが好ましい。そこで、本実施例の給湯システム１０では、凍結防止運転において循環水を加熱する際に、外気温度に応じて加熱手段を切り替える。

ステップＳ２１４で外気温度が所定温度以上の場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２１６へ進む。ステップＳ２１６では、圧縮機４１を駆動してヒートポンプ４０ａによる循環水の加熱を開始する。ステップＳ２１８では、循環水の温度（往路サーミスタ３６で検出される循環往路３３内の循環水の温度と、入口側サーミスタ４８ａで検出される循環往路接続経路４８内の循環水の温度のうち、低い方の温度）が所定温度（例えば３０℃）以上となるまで待機する。ステップＳ２１８で循環水の温度が所定温度以上となると（ＹＥＳとなると）、ステップＳ２２０で圧縮機４１を停止してヒートポンプ４０ａによる循環水の加熱を終了する。その後、処理はステップＳ２２８へ移行し、循環ポンプ３７を停止して、凍結防止運転を終了する。

ステップＳ２１４で外気温度が所定温度を超えている場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２２２へ進む。ステップＳ２２２では、凍結防止ヒータ３４ａをオンして、凍結防止ヒータ３４ａによる循環水の加熱を開始する。ステップＳ２２４では、外気温度が所定温度（例えば−８℃）以上となるまで待機する。ステップＳ２２４で外気温度が所定温度以上となると（ＹＥＳとなると）、ステップＳ２２６で凍結防止ヒータ３４ａをオフして、凍結防止ヒータ３４ａによる循環水の加熱を終了する。その後、処理はステップＳ２２８へ移行し、循環ポンプ３７を停止して、凍結防止運転を終了する。

以上のように、本実施例の給湯システム１０では、凍結防止運転を行う際に、外気温度が高い場合にはヒートポンプ４０ａによって循環水を加熱し、外気温度が低い場合には凍結防止ヒータ３４ａによって循環水を加熱する。このような構成とすることによって、凍結防止運転に起因してヒートポンプ４０ａの第２熱交換器４５に着霜してしまう事態を防ぐことができる。

上記の給湯システム１０では、凍結防止ヒータ３４ａを、ＨＰ熱源ユニット４０の内部ではなく、貯湯ユニット２０の内部に設けている。このような構成とすることで、ＨＰ熱源ユニット４０内のサーミスタ（循環水の温度を検出する入口側サーミスタ４８ａ、出口側サーミスタ４９ａおよび冷媒の温度を検出する図示しないサーミスタ）の検出値が凍結防止ヒータ３４ａからの放熱の影響を受けることを防ぐことができる。

なお、上記の給湯システム１０では、凍結防止運転に限らず、蓄熱運転においても、外気温度が所定温度（例えば−１０℃）を下回る場合には、ヒートポンプ４０ａによる循環水の加熱を行わないようにして、第２熱交換器４５への着霜を防ぐ構成としてもよい。このような構成とした場合でも、上記の給湯システム１０によれば、ガス熱源ユニット５０を用いる第２給湯運転によって、給湯栓６０に給湯設定温度の水を供給することができる。使用者の利便性を損なうことなく、ヒートポンプ４０ａの第２熱交換器４５への着霜を防ぐことができる。

上記の給湯システム１０では、凍結防止ヒータ３４ａを、循環往路３３ではなく、循環復路３４に設けている。このような構成とすることで、往路サーミスタ３６の検出値が凍結防止ヒータ３４ａからの放熱の影響を受けることを防ぐことができる。

なお、図３に示すように、凍結防止ヒータ３４ａをＨＰ熱源ユニット４０の内部の循環往路接続経路４８に設ける構成とした場合でも、図２のような凍結防止運転を行うことによって、凍結防止運転に起因してヒートポンプ４０ａの第２熱交換器４５に着霜してしまう事態を防ぐことができる。

上記の実施例では、ヒートポンプ４０ａと貯湯槽２１の間で循環させる熱媒として、給湯で供給する水道水（上水）を使用する構成について説明した。これとは異なり、例えばヒートポンプ４０ａと貯湯槽２１の間で循環させる熱媒として不凍液を使用し、給湯で供給する水道水（上水）と貯湯槽２１に貯められた不凍液の間で熱交換する熱交換器を別途設けることで、貯湯槽２１の蓄熱を給湯に利用する構成としてもよい。

上記の実施例では、貯湯槽２１に貯めた熱媒を給湯に利用する構成について説明した。これとは異なり、例えば貯湯槽２１に貯めた熱媒を床暖房や浴室乾燥暖房機などの暖房に利用する構成としてもよい。あるいは、貯湯槽２１に貯めた熱媒を給湯と暖房の両方に利用する構成としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、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、出願時の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するものであり、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 給湯システム
１１ コントローラ
１３ リモコン
１６ スイッチ
１７ 液晶表示器
２０ 貯湯ユニット
２１ 貯湯槽
２２ 給水経路
２２ａ 水道水入口
２３ 減圧弁
２４ 混合器
２５ 温水経路
２５ａ 温水制御弁
２５ｂ 温水流量センサ
２５ｃ 温水サーミスタ
２６ 混合給水経路
２６ａ 給水制御弁
２６ｂ 給水流量センサ
２６ｃ 給水サーミスタ
２７ 第１混合経路
２７ａ 混合サーミスタ
２８ 給湯バイパス経路
２８ａ バイパス制御弁
２９ 第１給湯経路
２９ａ 給湯サーミスタ
３１ 排水経路
３２ 排水弁
３３ 循環往路
３４ 循環復路
３４ａ 凍結防止ヒータ
３５ 外気温サーミスタ
３６ 往路サーミスタ
３７ 循環ポンプ
３８ 圧力開放経路
３８ａ リリーフ弁
３９ 上部サーミスタ
４０ ＨＰ熱源ユニット
４０ａ ヒートポンプ
４１ 圧縮機
４２ 四方弁
４３ 第１熱交換器
４３ａ 冷媒流路
４３ｂ 循環水流路
４４ 膨張弁
４５ 第２熱交換器
４５ａ ファン
４６ 冷媒配管
４７ 除霜経路
４７ａ 除霜弁
４８ 循環往路接続経路
４８ａ 入口側サーミスタ
４９ 循環復路接続経路
４９ａ 出口側サーミスタ
５０ ガス熱源ユニット
５１ 第２混合経路
５１ａ 入水サーミスタ
５１ｂ 給湯流量センサ
５１ｃ 水量サーボ
５２ バーナ熱交換器
５３ バーナ
５４ 第２給湯経路
５５ 缶体サーミスタ
５６ 出湯サーミスタ
５７ 熱源機バイパス経路
５８ 熱源機バイパス制御弁
６０ 給湯栓

Claims (1)

1. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器を冷媒が順に循環するヒートポンプであって、凝縮器において冷媒と熱媒が熱交換することで熱媒を加熱するヒートポンプを備えるヒートポンプユニットと、
   熱媒を蓄えるタンクを備えるタンクユニットと、
   ヒートポンプとタンクの間で熱媒を循環させる熱媒循環経路であって、タンクの下部から凝縮器へ熱媒を送る熱媒循環往路と、凝縮器からタンクの上部へ熱媒を送る熱媒循環復路を備える熱媒循環経路と、
   熱媒を加熱する補助熱源ユニットを備えるヒートポンプシステムであって、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   タンクユニットの内部の熱媒循環復路に設けられたヒータをさらに備えており、
   熱媒の凍結を防ぐために、タンクとヒートポンプの間で熱媒を循環させながら加熱する凍結防止運転を実行可能であり、
   凍結防止運転において、外気温度が高い場合に、ヒートポンプによって熱媒を加熱し、外気温度が低い場合に、ヒータによって熱媒を加熱する、ヒートポンプシステム。

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