JP6214491B2 - 暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、暖房装置に関する。

特許文献１には、ヒートポンプと、タンクと、タンクとヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるためのヒートポンプ経路と、暖房用熱媒の熱を利用して暖房する暖房機と、タンクと暖房機の間で暖房用熱媒を循環させるための暖房経路と、ヒートポンプ経路内の暖房用熱媒を循環させるＨＰ循環ポンプと、ＨＰ循環ポンプとは異なるポンプであってヒートポンプ経路内の暖房用熱媒を循環させる凍防ポンプと、暖房経路内の暖房用熱媒を循環させる暖房循環ポンプと、制御装置とを備える。制御装置は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されている。ヒートポンプとＨＰ循環ポンプは第１の電力系統からの電力によって動作する。凍防ポンプは、第２の電力系統からの電力によって動作する。制御装置は、第１の電力系統からの電力が遮断されている間に、気温が所定温度を下回ると、凍防ポンプを作動させることにより、ヒートポンプ経路の凍結破損防止を図っている。

特開２０１３−１４２４９２号公報

特許文献１の暖房装置では、ヒートポンプ経路内の暖房用熱媒を循環させるために、ＨＰ循環ポンプと凍防ポンプの両方を備えている。

本明細書では、暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損を適切に抑制することができる暖房装置を提案する。

本明細書が開示する暖房装置は、ヒートポンプと、タンクと、暖房機と、ヒートポンプ経路と、暖房経路と、第１の循環ポンプと、開閉弁と、制御装置と、を備える。ヒートポンプは、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する。タンクは、ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯める。暖房機は、暖房用熱媒の熱を利用して暖房する。ヒートポンプ経路は、タンク内の暖房用熱媒をヒートポンプに供給し、ヒートポンプを通過した後の暖房用熱媒をタンクに戻す経路であって、上流端及び下流端がタンクに接続されている経路である。暖房経路は、暖房用熱媒を暖房機に供給し、暖房機を通過した後の暖房用熱媒をタンクに供給する経路であって、上流端がヒートポンプ経路のうちのヒートポンプの下流側に接続され、下流端がタンクに接続されている経路である。第１の循環ポンプは、暖房経路内に設けられており、暖房用熱媒を循環させる。開閉弁は、ヒートポンプ経路のうち、暖房経路との接続部の下流側に設けられている。制御装置は、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、開閉弁を閉じて第１の循環ポンプを作動させる特定運転を実行する。

上記の構成によると、暖房装置は、特定運転を実行することにより、暖房用熱媒を、タンク、ヒートポンプ経路、暖房経路、の順で循環させることができる。そのため、開閉弁を閉じて第１の循環ポンプを作動させる特定運転を実行することにより、ヒートポンプ経路内及び暖房経路内の暖房用熱媒を循環させることができる。従って、上記の暖房装置によると、暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損を適切に抑制することができる。

暖房システム２の構成を模式的に示す図。 暖房システム２が実行する遮断直前処理を説明するフローチャート。 暖房システム２が実行する凍結防止処理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） ヒートポンプ経路内に設けられており、暖房用熱媒を循環させる第２の循環ポンプをさらに備えることが好ましい。制御装置は、第２の循環ポンプを作動させられない場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、特定運転を実行することが好ましい。

この構成によると、第２の循環ポンプを作動させられない場合であっても、特定運転を実行することにより、ヒートポンプ経路内及び暖房経路内の暖房用熱媒を循環させることができる。また、第２の循環ポンプのほかに、ヒートポンプ経路内の暖房用熱媒を循環させる目的でポンプを備える必要もないため、暖房装置の構成も比較的簡易になる。従って、上記の暖房装置によると、比較的簡易な構成によって、暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損を適切に抑制することができる。

（特徴２） 暖房装置は、暖房経路のうちの暖房機の下流側と、暖房経路のうちの暖房機の上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、開度を調整することによって、タンクに供給される暖房用熱媒の流量とバイパス路を通過する暖房用熱媒の流量の割合を変化させる流量調整機構と、をさらに備えることが好ましい。制御装置は、特定運転を実行する場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて流量調整機構の開度を調整することが好ましい。

この構成によると、流量調整機構の開度を変えることにより、特定運転が実行される場合におけるタンクに供給される暖房用熱媒の流量（即ち、ヒートポンプ経路を通過する暖房用熱媒の流量）を変化させることができる。そのため、この構成によると、暖房装置は、特定運転を実行する場合において、ヒートポンプ経路を通過する暖房用熱媒の流量を、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて適切に設定することができる。

（特徴３） 暖房装置は、燃料を燃焼させた熱によって、暖房機の上流側の暖房経路内の暖房用熱媒を加熱する熱源機をさらに備えることが好ましい。制御装置は、特定運転を実行する場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、熱源機を作動させることが好ましい。

この構成によると、特定運転を実行する場合に熱源機を作動させることによって、ヒートポンプ経路内及び暖房経路内に高温の暖房用熱媒を循環させることができる。暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損をより適切に抑制することができる。

（実施例）
図１に示すように、本実施例に係る暖房システム２は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット１０と、タンクユニット２０と、暖房ユニット４０と、制御装置７０とを備えている。

ＨＰユニット１０は、ヒートポンプ１２と、ＨＰ循環ポンプ１４と、ＨＰ往き管１６と、ＨＰ戻り管１８と、タンク上部管８０とを備える。なお、本実施例の暖房システム２では、ＨＰユニット１０のうち、ヒートポンプ１２と、ＨＰ循環ポンプ１４と、ＨＰ往き管１６の一部と、ＨＰ戻り管１８の一部とは屋外に設置されることが想定されている。

ヒートポンプ１２は、ＨＰ往き管１６から供給される暖房用熱媒と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器（図示省略）を備える。本実施例では、暖房用熱媒にエチレングリコール等を含む不凍液を用いている。他の例では、暖房用熱媒に水を用いてもよい。熱交換器は、暖房用熱媒が流れる熱媒管と、冷媒が流れる冷媒管とを備える（図示省略）。熱媒管の両端部は、それぞれ、ＨＰ往き管１６と、ＨＰ戻り管１８に接続している。冷媒管内を流れる冷媒には、二酸化炭素、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等のガスを用いることができる。本実施例では、ＨＰ往き管１６を流れてきた暖房用熱媒は、熱交換器の熱媒管を通過する間に冷媒管内の冷媒（高温高圧）と熱交換を行う（冷媒から熱を受け取る）ことによって加熱される。熱交換を終えた高温の暖房用熱媒は、ＨＰ戻り管１８へと送り出される。熱媒管内の暖房用熱媒と、冷媒管内の冷媒は、互いに逆方向に流れる（カウンターフロー）ことが、効率よく熱交換を行う上では好ましい。また、ヒートポンプ１２は、温度センサ１５を備えている。温度センサ１５は、外気温を測定する。

ＨＰ往き管１６は、一端がタンク２２（後述）の下部と接続し、他端がヒートポンプ１２の熱媒管の入口側と接続する。ＨＰ往き管１６は、タンク２２の下部の暖房用熱媒を、ヒートポンプ１２の熱媒管に送り出す。ＨＰ往き管１６は、ＨＰ往き管１６を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ３９を備える。

ＨＰ戻り管１８は、一端がヒートポンプ１２の熱媒管の出口側と接続し、他端がタンク上部管８０の一端及び暖房往き管４２の一端と接続する。また、ＨＰ戻り管１８は、ＨＰ戻り管１８を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ３８を備える。タンク上部管８０の他端はタンク２２の上部と接続する。タンク上部管８０には、タンク上部管８０を開閉する開閉弁８２が介装されている。

図１の例では、ＨＰ循環ポンプ１４は、ヒートポンプ１２に備えられている。ＨＰ循環ポンプ１４を動作させることにより、ＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とタンク上部管８０とを介して、ヒートポンプ１２とタンク２２との間で暖房用熱媒が循環する。

タンクユニット２０は、タンク２２と三個の温度センサ２４、２６、２８とを備える。タンク２２は、ヒートポンプ１２によって加熱された暖房用熱媒を貯える。タンク２２の容量は、例えば３０Ｌである。三個の温度センサ２４、２６、２８は、タンク２２の高さ方向に沿って下からこの順で設けられている。各温度センサ２４、２６、２８は、それぞれ、タンク２２内の暖房用熱媒の温度を測定する。

暖房ユニット４０は、暖房往き管４２と、暖房戻り管４４と、暖房循環ポンプ４６と、バーナ４８と、暖房機５０と、バイパス路６０と、混合弁６２とを備える。

暖房往き管４２は、一端がタンク上部管８０の端部及びＨＰ戻り管１８の端部と接続し、他端が暖房機５０と接続する。暖房往き管４２は、タンク２２の上部から送り出される暖房用熱媒を、暖房機５０に送り出す。暖房往き管４２は、さらに、暖房往き管４２内を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ５２、５４、５６を備える。

暖房機５０は、暖房往き管４２から供給される暖房用熱媒からの放熱を利用して暖房を行う。放熱により、暖房用熱媒の温度は低くなる。放熱後の暖房用熱媒は、暖房戻り管４４に送り出される。

バーナ４８は、都市ガスやＬＰガス等の燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって熱媒往き管４２内を流れる暖房用熱媒を加熱する。バーナ４８は、暖房往き管４２内の暖房用熱媒が、暖房機５０で必要とされる温度に満たない場合に動作する補助熱源である。

暖房戻り管４４は、一端が暖房機５０と接続し、他端がタンク２２の下部と接続する。暖房戻り管４４は、暖房機５０から送り出される放熱後の暖房用熱媒を、タンク２２に送り出す。暖房戻り管４４は、さらに、暖房戻り管４４内を流れる暖房用熱媒（放熱後）の温度を測定する温度センサ５８を備える。

暖房循環ポンプ４６は、暖房往き管４２の途中に設けられている。暖房循環ポンプ４６を動作させることにより、暖房往き管４２と暖房戻り管４４とを介して暖房用熱媒が循環する。

バイパス路６０は、暖房往き管４２と暖房戻り管４４との間に設けられている。バイパス路６０は、一端が暖房往き管４２と接続し、他端が暖房戻り管４４と接続している。バイパス路６０を備えることにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の一部又は全部を、タンク２２を経由することなく、暖房往き管４２に戻すことができる。

また、暖房戻り管４４とバイパス路６０とが接続する部分には、混合弁６２が設けられている。混合弁６２の開度を調整することによって、タンク２２に戻される暖房用熱媒の流量とバイパス路６０を通過する暖房用熱媒の流量の割合を変化させることができる。本実施例では、混合弁６２を全閉すると、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がバイパス路６０を通過する。混合弁６２を全開すると、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がタンク２２に供給される。

混合弁６２の開度を調整することにより、例えば、暖房往き管４２を通って暖房機５０に送られる暖房用熱媒の温度が高過ぎるときに、暖房戻り管４４内の放熱後の暖房用熱媒を、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内の暖房用熱媒に合流させて、暖房機５０に送られる暖房用熱媒の温度を低下させることができる。また、例えば、タンク２２内に高温の暖房用熱媒が十分に貯められていない状態で暖房運転を行う場合に、暖房戻り管４４内の放熱後の暖房用熱媒をタンク２２に戻さずに、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内の暖房用熱媒に合流させて、タンク２２内の暖房用熱媒の温度の低下を抑制することもできる。

制御装置７０は、ＨＰユニット１０、タンクユニット２０、及び、暖房ユニット４０と電気的に接続されており、各ユニット１０、２０、４０の各構成要素の動作を制御する。制御装置７０は、蓄熱運転、暖房運転、凍結防止運転等の各種運転を本実施例の暖房システム２に実行させる。

通常電力系統７２と融雪電力系統７４はいずれも電力会社が提供する。通常電力系統７２は、常時利用可能な電力系統である。一方、融雪電力系統７４は、寒冷地において、主に冬期（１０月〜５月）の間に限って利用可能な特別の電力系統である。なお、融雪電力系統７４が利用不可能な期間（６月〜９月）には、電力会社が融雪電力系統７４への電力供給を停止する。融雪電力系統７４からの電力の利用は、暖房目的のものに限られるという規則が定められている。さらに、融雪電力系統７４を利用可能な期間においては、毎日、所定の時間帯（例えば毎日１６時〜２１時）の間に、電力を遮断する遮断期間を設ける必要があるという規則も定められている。遮断期間は、毎日、所定の時間帯の間（例えば毎日１６時〜２１時の間）に、合計で２時間設ける必要がある。遮断期間は、利用者が事前に設定しておく。従って、利用者は、例えば、毎日１６時〜１８時の２時間を遮断期間として設定することができる。また、他の例では、毎日１６時〜２１時の間に、３０分間の遮断期間を断続的に４回設けてもよい。毎日、１６時〜２１時の間に、合計で２時間の遮断期間を設けることができれば、遮断期間の設定方法は任意とすることができる。

図１に示すように、融雪電力系統７４はタイマ７６を備えている。タイマ７６は、融雪電力系統７４を利用可能な期間（上記の例における１０月〜５月）の間に動作する。融雪電力系統７４を利用可能な期間中に、タイマ７６が、遮断期間であることを示す場合、ブレーカ（図示省略）によって電力供給が遮断されて、融雪電力系統７４が一時的に利用不可能となる（遮断される）。

本実施例では、暖房システム２の各要素のうち、ヒートポンプ１２、ＨＰ循環ポンプ１４、混合弁６２、及び、開閉弁８２が、融雪電力系統７４から電力供給を受けて動作する。そのため、融雪電力系統７４の遮断期間が開始すると、ヒートポンプ１２、ＨＰ循環ポンプ１４、混合弁６２、及び、開閉弁８２は動作できなくなる。なお、その他の要素である制御装置７０、暖房循環ポンプ４６、バーナ４８、及び、暖房機５０は、通常電力系統７２から電力供給を受けて動作する。そのため、制御装置７０、暖房循環ポンプ４６、バーナ４８、及び、暖房機５０は、常時動作可能である。

次いで、本実施例の暖房システム２の動作について説明する。暖房システム２は、融雪電力系統７４の利用可能期間と、融雪電力系統７４の遮断期間とで、異なる動作を行う。以下、融雪電力系統７４の利用可能期間と遮断期間とで場合を分けて説明する。

（融雪電力系統７４の利用可能期間中の動作）
融雪電力系統７４の利用可能期間中、暖房システム２の制御装置７０は、凍結防止運転と、蓄熱運転と、暖房運転とを実行することができる。また、暖房システム２の制御装置７０は、融雪電力系統７４の遮断期間開始５分前になると、図２に示す遮断直前処理を行う。

融雪電力系統７４の利用可能期間中における凍結防止運転は、ヒートポンプ１２とタンク２２との間で暖房用熱媒を循環させることにより、ヒートポンプ１２とＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８の凍結破損を防止するための運転である。この際、開閉弁８２は開かれている。融雪電力系統７４の利用可能期間中に凍結防止運転が指示されると、制御装置７０は、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４を作動させる。ＨＰ循環ポンプ１４が動作することにより、ＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とタンク上部管８０とを介して、ヒートポンプ１２とタンク２２との間で暖房用熱媒が循環する。タンク２２内に比較的高温の暖房用熱媒が貯められている場合には、ヒートポンプ１２とＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とに比較的高温の暖房用熱媒が供給されるため、ヒートポンプ１２とＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８の凍結破損が適切に抑制される。

なお、凍結防止運転が指示された際に、タンク２２内に高温の暖房用熱媒が貯められていない場合には、制御装置７０は、ＨＰ循環ポンプ１４とともに、ヒートポンプ１２を作動させる。即ち、制御装置７０は、蓄熱運転を行う。蓄熱運転は、ヒートポンプ１２で生成した熱により、タンク２２内の暖房用熱媒を加熱する運転である。これにより、ＨＰ往き管１６からヒートポンプ１２に供給される暖房用熱媒は、ヒートポンプ１２で生成された熱によって加熱され、ＨＰ戻り管１８及びタンク上部管８０を通ってタンク２２上部に戻される。これにより、タンク２２に高温の暖房用熱媒が貯められる。タンク２２の上部には、高温の暖房用熱媒の層が形成され、下部には、低温の暖房用熱媒の層が形成される。

この蓄熱運転が行われると、タンク２２内に比較的高温の暖房用熱媒が貯められるようになり、その結果、ヒートポンプ１２とＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とに比較的高温の暖房用熱媒が供給されるようになる。従って、ヒートポンプ１２とＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８の凍結破損が適切に抑制される。なお、本実施例では、凍結防止運転が指示されていない場合であっても、制御装置７０は、蓄熱運転を単独で行ってもよい。

また、凍結防止運転が指示された際に、暖房運転が行われている間には、上記の凍結防止運転とは異なる運転が行われる。暖房運転は、暖房機５０を作動させて居室を暖房する運転である。融雪電力系統７４の利用可能期間中に、暖房運転が実行されると、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とともに、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４を作動させる。この際、開閉弁８２は開かれる（変形例では、閉じられていてもよい）。これにより、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、タンク２２、の順に暖房用熱媒が循環する。ヒートポンプ１２で加熱された後の暖房用熱媒が、ＨＰ戻り管１８及び暖房往き管４２を経由して暖房機５０に供給される。暖房機５０は、暖房用熱媒の熱を利用して居室を暖房する。なお、開閉弁８２は開かれているが、暖房戻り管４４からタンク２２下部に暖房用熱媒が流入しているため、ＨＰ戻り管１８を流れる暖房用熱媒は、ごく一部を除き、タンク上部管８０からタンク２２上部に戻されることはない。暖房運転を行う間、制御装置７０は、暖房機５０に供給される暖房用熱媒の温度（即ち、温度センサ５６で検出される温度）が所定の設定温度に保たれるように、ヒートポンプ１２を作動させる。なお、制御装置７０は、暖房機５０に供給される暖房用熱媒の温度が十分でない場合には、バーナ４８を作動させることができる。また、制御装置７０は、暖房機５０に供給される暖房用熱媒の温度が十分でない場合には、混合弁６２を開いて暖房往き管４４を流れる暖房用熱媒のうちの少なくとも一部がバイパス路６０を通過するようにして、タンク２２に供給される暖房用熱媒の流量の割合を減らすこともできる。また、制御装置７０は、暖房機５０に供給される暖房用熱媒の温度が高すぎる場合には、混合弁６２の開度を小さくして、暖房往き管４４を流れる暖房用熱媒のうちタンク２２に供給される暖房用熱媒の流量の割合を増やすこともできる。

この暖房運転が行われる場合も、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８内に十分に暖房用熱媒を循環させることができる。従って、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８の凍結破損を適切に抑制することができる。なお、本実施例では、凍結防止運転が指示されていない場合であっても、制御装置７０は、暖房運転を単独で行ってもよい。

図２の遮断直前処理は、融雪電力系統７４の遮断後の暖房運転及び凍結防止運転のために、融雪電力系統７４の遮断前に開閉弁８２及び混合弁６２を動作させておく処理である。制御装置７０は、融雪電力系統７４の遮断期間開始５分前になることを常時監視しており、融雪電力系統７４の遮断期間開始５分前になる場合に、図２の遮断直前処理を開始する。まずＳ１０では、制御装置７０は、開閉弁８２を閉じる。

次いで、Ｓ１２、Ｓ１６、Ｓ２０では、制御装置７０は、外気温が、予め定められたいずれの温度範囲に属するのかを判断する。ここで、外気温とは、ヒートポンプ１２に備えられている温度センサ１５が測定する気温のことを言う。

（Ｉ）外気温が−９℃よりも高い場合、制御装置７０は、Ｓ１２でＹＥＳと判断し、Ｓ１４に進む。Ｓ１４では、制御装置７０は、混合弁６２を全閉する。これにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がバイパス路６０を通過するようになる。即ち、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、及び、ＨＰ戻り管１８には暖房用熱媒が供給されなくなる。外気温が−９℃よりも高い場合（Ｓ１２でＹＥＳの場合）には、遮断期間中にヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８が凍結破損する可能性が少ないためである。Ｓ１４を終えると、図２の遮断直前処理が終了する。

（ＩＩ）外気温が−１２℃よりも高く−９℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、Ｓ１８に進む。Ｓ１８では、制御装置７０は、混合弁６２を小開する。これにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒のうちの多くがバイパス路６０を通過し、残りの一部がタンク２２に供給されるようになる。即ち、一部の暖房用熱媒が、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、及び、ＨＰ戻り管１８に供給されるようになる。外気温が−１２℃よりも高く−９℃以下である場合には、遮断期間中にヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８が凍結破損する可能性があるためである。Ｓ１８を終えると、図２の遮断直前処理が終了する。

（ＩＩＩ）外気温が−１５℃よりも高く−１２℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ２０でＹＥＳと判断し、Ｓ２２に進む。Ｓ２２では、制御装置７０は、混合弁６２を中開する。これにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒のうちの多くがタンク２２に供給され、残りの一部がバイパス路６０を通過するようになる。即ち、多くの暖房用熱媒が、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、及び、ＨＰ戻り管１８に供給されるようになる。外気温が−１５℃よりも高く−１２℃以下である場合には、遮断期間中にヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８が凍結破損する可能性が高くなるためである。Ｓ２２を終えると、図２の遮断直前処理が終了する。

（ＩＶ）外気温が−１５℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ２０でＮＯと判断し、Ｓ２４に進む。Ｓ２４では、制御装置７０は、混合弁６２を全開する。これにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がタンク２２に供給されるようになる。即ち、バイパス路６０には暖房用熱媒が供給されなくなる。外気温が−１５℃以下である場合には、遮断期間中にヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８が凍結破損する可能性が非常に高くなるためである。Ｓ２４を終えると、図２の遮断直前処理が終了する。

（融雪電力系統７４の遮断期間中の動作）
図２の遮断直前処理の終了後、融雪電力系統７４の遮断期間が開始される。上記の通り、融雪電力系統７４の遮断期間中は、ヒートポンプ１２、ＨＰ循環ポンプ１４、混合弁６２、及び、開閉弁８２を動作させることができない。従って、融雪電力系統７４の遮断期間中において、制御装置７０は、暖房運転と、図３に示す凍結防止処理とを実行することができる。

遮断期間中に暖房運転の実行が指示されると、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６及びバーナ４８を動作させる。図２の遮断直前処理で設定された混合弁６２の開度（図２のＳ１４、Ｓ１８、Ｓ２２、Ｓ２４参照）に応じて決定される経路内を暖房用熱媒が循環する。遮断期間中の暖房運転では、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４は作動しない。

（Ｉ）混合弁６２が全閉されている場合（Ｓ１４）には、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がバイパス路６０を通過するため、暖房用熱媒は、暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、バイパス路６０、の順で循環する。暖房機５０には、バーナ４８の燃焼熱によって加熱された後の暖房用熱媒が供給される。暖房機５０は、暖房用熱媒の熱を利用して居室を暖房する。

（ＩＩ）混合弁６２が小開されている場合（Ｓ１８）には、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒のうちの多くがバイパス路６０を通過し、残りの一部がタンク２２に供給される。そのため、暖房用熱媒は、主に暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、バイパス路６０、の順で循環するが、暖房用熱媒の一部は、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、及び、ＨＰ戻り管１８にも供給されるようになる。開閉弁８２は閉じられているため（Ｓ１０）、ＨＰ戻り管１８内を流れる暖房用熱媒がタンク２２に戻されることはない。暖房機５０には、バーナ４８の燃焼熱によって加熱された後の暖房用熱媒が供給される。

（ＩＩＩ）混合弁６２が中開されている場合（Ｓ２２）には、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒のうちの多くがタンク２２に供給され、残りの一部がバイパス路６０を通過する。そのため、暖房用熱媒は、主に暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、の順で循環するが、暖房用熱媒の一部は、バイパス路６０を通過するようになる。暖房機５０には、バーナ４８の燃焼熱によって加熱された後の暖房用熱媒が供給される。

（ＩＶ）混合弁６２が全開されている場合（Ｓ２４）には、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の全量がタンク２２に供給される。そのため、暖房用熱媒の全量が、暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、の順で循環する。暖房機５０には、バーナ４８の燃焼熱によって加熱された後の暖房用熱媒が供給される。

図３の凍結防止処理は、融雪電力系統７４の遮断期間中に凍結防止運転を実行させるための処理である。制御装置７０は、融雪電力系統７４の遮断期間が開始されると、図３の凍結防止処理を開始する。

まず、Ｓ４０、Ｓ４２、Ｓ４６では、制御装置７０は、外気温が、予め定められたいずれの温度範囲に属するのかを判断する。Ｓ４０、Ｓ４２、Ｓ４６の判断は、図２のＳ１２、Ｓ１６、Ｓ２０の判断と同様である。

（Ｉ）外気温が−９℃よりも高い場合、制御装置７０は、Ｓ４０でＹＥＳと判断する。この場合、混合弁６２は全閉されている（図２のＳ１４参照）。この場合、制御装置７０は、遮断期間中に、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８の凍結防止のための運転を実行しない（即ち、凍結防止運転を実行しない）。この場合、遮断期間が終了すると（即ち、融雪電力系統７４の利用可能期間が開始されると）、図３の処理が終了する。

（ＩＩ）外気温が−１２℃よりも高く−９℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ４２でＹＥＳと判断し、Ｓ４４に進む。この場合、混合弁６２は小開されている（図２のＳ１８参照）。Ｓ４４では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを、図３の表中の周期Ａに従って作動させる（即ち、凍結防止運転を実行する）。周期Ａは、暖房運転が実行されているか否かによって変わる。暖房運転が実行されていない場合には、Ｓ４４では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを１０分間作動させた後、１０分間停止させる。一方、暖房運転が同時に実行されている場合には、Ｓ４４では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを連続して作動させる。暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とが作動することにより、暖房用熱媒が、主に暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、バイパス路６０、の順で循環するが、暖房用熱媒の一部は、タンク２２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８にも供給される。これにより、外気温が−１２℃よりも高く−９℃以下である場合において、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８の凍結破損が抑制される。遮断期間が終了すると（即ち、融雪電力系統７４の利用可能期間が開始されると）、図３の処理が終了する。

（ＩＩＩ）外気温が−１５℃よりも高く−１２℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ４６でＹＥＳと判断し、Ｓ４８に進む。この場合、混合弁６２は中開されている（図２のＳ２２参照）。Ｓ４８では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを、図３の表中の周期Ｂに従って作動させる（即ち、凍結防止運転を実行する）。周期Ｂも、暖房運転が実行されているか否かによって変わる。暖房運転が実行されていない場合には、Ｓ４８では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを１５分間作動させた後、５分間停止させる。一方、暖房運転が同時に実行されている場合には、Ｓ４８では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを連続して作動させる。暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とが作動することにより、暖房用熱媒が、主に暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、の順で循環するが、暖房用熱媒の一部は、バイパス路６０を通過する。これにより、外気温が−１５℃よりも高く−１２℃以下である場合においても、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８の凍結破損が抑制される。遮断期間が終了すると（即ち、融雪電力系統７４の利用可能期間が開始されると）、図３の処理が終了する。

（ＩＶ）外気温が−１５℃以下である場合、制御装置７０は、Ｓ４６でＮＯと判断し、Ｓ５０に進む。この場合、混合弁６２は全開されている（図２のＳ２４参照）。Ｓ５０では、制御装置７０は、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを、図３の表中の周期Ｃに従って作動させる（即ち、凍結防止運転を実行する）。即ち、制御装置７０は、暖房運転が実行されているか否かに関わらず、暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とを連続して作動させる。暖房循環ポンプ４６とバーナ４８とが作動することにより、暖房用熱媒の全量が、暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、の順で循環する。これにより、外気温が−１５℃以下である場合においても、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８の凍結破損が抑制される。遮断期間が終了すると（即ち、融雪電力系統７４の利用可能期間が開始されると）、図３の処理が終了する。

以上、本実施例の暖房システム２の構成及び運転内容について説明した。本実施例では、暖房システム２は、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４が利用できない期間である融雪電力系統７４の遮断期間中に、外気温に基づいて、開閉弁８２を閉じ（図２のＳ１０）、混合弁６２を開いた状態（図２のＳ１８、Ｓ２２、Ｓ２４）で、暖房循環ポンプ４６及びバーナ４８を作動して、凍結防止運転を実行する（図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０）。暖房システム２は、凍結防止運転を実行することにより、暖房用熱媒の少なくとも一部を、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ヒートポンプ１２、ＨＰ戻り管１８、暖房往き管４２、暖房機５０、暖房戻り管４４、の順で循環させることができる。そのため、融雪電力系統７４の遮断期間中であっても、凍結防止運転を実行することにより、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８を含む経路内で暖房用熱媒を循環させることができる。また、ＨＰ循環ポンプ１４のほかに、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８内の暖房用熱媒を循環させる目的でポンプを備える必要もないため、暖房システム２の構成も比較的簡易になる。従って、本実施例の暖房システム２によると、比較的簡易な構成によって、暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損を適切に抑制することができる。

また、本実施例では、図２の遮断直前処理において、外気温に応じて混合弁６２の開度を調整し、遮断期間中に凍結防止運転が実行される場合（図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０）においてタンク２２に供給される暖房用熱媒の流量（即ち、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８を通過する暖房用熱媒の流量）を変化させることができる。そのため、この構成によると、暖房システム２は、凍結防止運転を実行する場合において、ヒートポンプ経路を通過する暖房用熱媒の流量を、外気温に応じて適切に設定することができる。

また、本実施例では、遮断期間中に凍結防止運転が実行される場合（図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０）に、暖房循環ポンプ４６とともにバーナ４８が作動する。これにより、循環する暖房用熱媒を高温にすることができる。暖房用熱媒が循環する経路の凍結破損をより適切に抑制することができる。

ここで、実施例の記載と請求項の記載との対応関係を説明しておく。ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８が「ヒートポンプ経路」の一例である。ＨＰ循環ポンプ１４が「第２の循環ポンプ」の一例である。暖房往き管４２及び暖房戻り管４４が「暖房経路」の一例である。暖房循環ポンプ４６が「第１の循環ポンプ」の一例である。図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０で実行される凍結防止運転が「特定運転」の一例である。混合弁６２が「流量調整機構」の一例である。バーナ４８が「熱源機」の一例である。

以上、各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） 上記の実施例では、制御装置７０は、融雪電力系統７４が遮断されている場合に、外気温に基づいて、開閉弁８２を閉じ（図２のＳ１０）、混合弁６２を開いた状態（図２のＳ１８、Ｓ２２、Ｓ２４）で、暖房循環ポンプ４６及びバーナ４８を作動して、凍結防止運転を実行する（図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０）。これに対し、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４が利用できなくなる原因は、融雪電力系統７４の遮断に限られず、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４の故障等、別の原因であってもよい。その場合でも、制御装置７０は、外気温に基づいて、開閉弁８２を閉じ、混合弁６２を開いた状態で、暖房循環ポンプ４６及びバーナ４８を作動して、凍結防止運転を実行してもよい。この変形例も「第２の循環ポンプを作動させられない場合」の一例である。

（変形例２） 上記の実施例では、制御装置７０は、凍結防止運転を実行する場合、暖房循環ポンプ４６とともにバーナ４８を作動させている（図３のＳ４４、Ｓ４８、Ｓ５０）。これに限られず、制御装置は、凍結防止運転を実行する場合に、バーナ４８を作動させずに、暖房循環ポンプ４６のみを作動させてもよい。この場合も、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８内に暖房用熱媒を供給することができれば、ヒートポンプ１２、ＨＰ往き管１６、及び、ＨＰ戻り管１８の凍結破損を防止することが可能である。

（変形例３） 暖房システム２は、バイパス路６０及び混合弁６２を備えていなくてもよい。

（変形例４） 上記の実施例では、制御装置７０は、外気温に基づいて、混合弁６２の開度、凍結防止運転を実行するか否か、及び、凍結防止運転を実行する場合の運転内容を判断している（図２のＳ１２、Ｓ１６、Ｓ２０、図３のＳ４０、Ｓ４２、Ｓ４６）。これに代えて、制御装置７０は、暖房用熱媒の温度に基づいて、混合弁６２の開度、凍結防止運転を実行するか否か、及び、凍結防止運転を実行する場合の運転内容を判断してもよい。また、制御装置７０は、外気温と暖房用熱媒の温度の双方に基づいて、これらを判断してもよい。

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。

２：暖房システム
１０：ＨＰユニット
１２：ヒートポンプ
１４：ＨＰ循環ポンプ
１５：温度センサ
１６：ＨＰ往き管
１８：ＨＰ戻り管
２０：タンクユニット
２２：タンク
２４、２６、２８：温度センサ
３８、３９：温度センサ
４０：暖房ユニット
４２：暖房往き管
４４：暖房戻り管
４６：暖房循環ポンプ
４８：バーナ
５０：暖房機
５２、５４、５６、５８：温度センサ
６０：バイパス路
６２：混合弁
７０：制御装置
７２：通常電力系統
７４：融雪電力系統
７６：タイマ
８０：タンク上部管
８２：開閉弁

Claims (4)

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と、
   ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯めるタンクと、
   暖房用熱媒の熱を利用して暖房する暖房機と、
   タンク内の暖房用熱媒をヒートポンプに供給し、ヒートポンプを通過した後の暖房用熱媒をタンクに戻す経路であって、上流端及び下流端がタンクに接続されている経路であるヒートポンプ経路と、
   暖房用熱媒を暖房機に供給し、暖房機を通過した後の暖房用熱媒をタンクに供給する経路であって、上流端がヒートポンプ経路のうちのヒートポンプの下流側に接続され、下流端がタンクに接続されている経路である暖房経路と、
   暖房経路内に設けられており、暖房用熱媒を循環させる第１の循環ポンプと、
   ヒートポンプ経路のうち、暖房経路との接続部の下流側に設けられている開閉弁と、
   制御装置と、
   を備えており、
   制御装置は、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、開閉弁を閉じて第１の循環ポンプを作動させる特定運転を実行する、
   暖房装置。
2. ヒートポンプ経路内に設けられており、暖房用熱媒を循環させる第２の循環ポンプをさらに備え、
   制御装置は、第２の循環ポンプを作動させられない場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、特定運転を実行する、
   請求項１記載の暖房装置。
3. 暖房経路のうちの暖房機の下流側と、暖房経路のうちの暖房機の上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、開度を調整することによって、タンクに供給される暖房用熱媒の流量とバイパス路を通過する暖房用熱媒の流量の割合を変化させる流量調整機構と、をさらに備え、
   制御装置は、特定運転を実行する場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて流量調整機構の開度を調整する、
   請求項１又は２記載の暖房装置。
4. 燃料を燃焼させた熱によって、暖房機の上流側の暖房経路内の暖房用熱媒を加熱する熱源機をさらに備え、
   制御装置は、特定運転を実行する場合に、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、熱源機を作動させる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の暖房装置。
   

Images