JP6487235B2 - 温水加熱システム - Google Patents

Description

本発明は熱源機としてヒートポンプ装置を備える温水加熱システムに関する。

循環ポンプの作動により温水循環路で循環する温水を、ヒートポンプ装置により加熱する温水加熱システム（例えば給湯システム、暖房システム等）が従来より一般に知られている。例えば特許文献１、２には、給湯用の温水をヒートポンプ装置により加熱するシステムが記載されている。

この種の温水加熱システムのヒートポンプ装置は、通常、外気と冷媒との熱交換を行う外気側熱交換器（蒸発器）、外気側熱交換器に外気を送風する送風機、及び温水と冷媒との熱交換を行う温水側熱交換器（凝縮器）を含む。そして、該ヒートポンプ装置は、外気中の熱を外気側熱交換器で冷媒に伝熱することと、該冷媒の熱を温水側熱交換器で温水に放熱させることとを繰り返すように冷媒を循環させることで、温水循環路で循環する温水を温水側熱交換器で加熱する。

また、この種の温水加熱システムでは、冬季等において温水循環路中の温水が凍結するのを防止するために、例えば前記特許文献２に見られるように、ヒートポンプ装置に供給される温水の温度と外気温度とがそれぞれ所定の閾値温度よりも低いことが温度センサにより検出される状況で、循環ポンプを強制的に作動させることで温水循環路の温水を流通させる等の凍結防止用の運転制御を実行するものも知られている。

特開２０１０−８５００４号公報 特開２０１４−１０９４２２号公報

上記の如き温水加熱システムでは、ヒートポンプ装置は、通常、その運転制御等のためのセンサとして、送風機により外気側熱交換器（蒸発器）に供給される空気の温度（外気温度）を検出する外気温度センサを備える。

そして、上記外気温度センサは、ヒートポンプ装置の筐体（外気側熱交換器、送風機等が搭載される筐体）の小型化等のために、送風機の風路上で外気側熱交換器に近接して臨むようにして配置される場合が多い。

一方、温水循環路での温水の凍結防止用び運転制御を適宜行う温水加熱システムでは、凍結防止用の運転制御を実行するか否かの判断のための１つの指標となる外気温度として、通常、ヒートポンプ装置に備えられた上記外気温度センサの検出温度が用いられる。

しかるにこの場合、次のような不都合があることが本願発明者の検討により判明した。

すなわち、ヒートポンプ装置の送風機は、温水加熱システムの運転中（待機状態を含む）に常時作動しているわけではなく、温水が十分に加熱されて、ヒートポンプ装置による温水のさらなる加熱を必要としない状態等では送風機の作動が停止される。

この場合、ヒートポンプ装置の送風機の作動が停止した状態では、外気温度センサの周辺の空気が滞留するため、送風機の作動停止後、ある程度の期間は外気側熱交換器の残留熱の影響によって外気温度センサが温められやすい。ひいては、外気温度センサの検出温度が実際の外気温度よりも高温なものとなる場合がある。

このような場合には、実際の外気温度が、上記凍結防止用の運転制御を実行するための条件を満たしていても、外気温度センサの検出温度が、当該条件を満たさないものとなって、凍結防止用の運転制御が実行されないという状況が発生してしまう。

かかる不都合を解消するためには、外気温度センサを外気側熱交換器から十分に離して配置することが考えられるが、この場合には、ヒートポンプ装置の全体構成の大型化を招いてしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ヒートポンプ装置に備えた外気温度センサを用いて、温水循環路の温水の凍結防止用の運転制御を適切に行うことができる温水加熱システムを提供することを目的とする。

本発明の温水加熱システムは、かかる目的を達成するために、温水を循環させる温水循環路と、外気と冷媒との熱交換を行う外気側熱交換器、該外気側熱交換器に外気を送風する送風機、前記温水と前記冷媒との熱交換を行う温水側熱交換器、及び前記温水側熱交換器に供給する前記冷媒を圧縮する圧縮機を含み、前記温水循環路で循環する温水を前記温水側熱交換器を介して加熱するヒートポンプ装置と、前記温水循環路で前記ヒートポンプ装置に供給される温水の温度を検出する温水温度センサと、前記送風機の風路上で前記外気側熱交換器に臨んで設けられ、前記送風機により前記外気側熱交換器に送風される外気の温度を検出する外気温度センサと、前記温水温度センサの検出温度に関する条件Ａと前記外気温度センサの検出温度に関する条件Ｂとを少なくとも含む凍結防止用条件が成立する場合に、前記温水循環路での温水の凍結防止用の運転制御を実行するように構成された制御装置とを備える温水加熱システムであって、前記制御装置は、前記送風機の作動停止状態において、前記温水温度センサの検出温度に関する前記条件Ａと、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔa以下であるという条件ｂとを少なくとも含む送風機作動条件が成立する場合に、前記送風機を強制的に作動させ、該送風機の作動状態での前記外気温度センサの検出温度に基づいて、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断するように構成されていると共に、前記送風機の作動停止状態において、前記送風機作動条件のうちの前記条件ｂが成立しない場合には、前記送風機を強制的に作動させることを実行せずに、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断し、前記送風機作動条件のうちの前記条件ｂ以外のいずれかの条件が成立しない場合には、前記送風機を強制的に作動させることと前記条件Ｂが成立するか否かを判断することとを実行せずに、前記送風機作動条件が成立するか否かの判断を継続するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。

かかる第１発明によれば、前記制御装置は、前記送風機の作動停止状態において、前記温水温度センサの検出温度に関する前記条件Ａと、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔa以下であるという条件ｂとを少なくとも含む送風機作動条件が成立する場合に、前記送風機を強制的に作動させる。

ここで、前記凍結防止用条件は前記条件Ａを含むので、該条件Ａと前記条件ｂとを少なくとも含む前記送風機作動条件が成立する状況は、前記凍結防止用条件が成立する可能性がある状況である。従って、このような状況で、前記送風機が強制的に作動されることとなる。なお、前記送風機の作動停止状態での前記外気側熱交換器の残留熱は、一般に、前記圧縮機の作動停止後の時間経過に伴い減衰するので、前記送風機作動条件は、前記条件ｂを含む。

そして、前記制御装置は、このように前記送風機を強制的に作動させた状態での前記外気温度センサの検出温度に基づいて、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断する。

この場合、前記送風機が作動しているので、前記外気温度センサの検出温度は、前記外気側熱交換器が残留熱を保有していたとしても、その残留熱の影響を受けることなく、実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致するものとなる。

このため、該外気温度センサの検出温度に基づいて、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを適切に判断することができる。ひいては、適切なタイミングで凍結防止用の運転制御を実行することが可能となる。

また、少なくとも前記条件Ａと条件ｂとを含む送風機作動条件が成立しない状況では、前記送風機の強制的な作動は行われないので、不要な状況下で送風機を作動させてしまうことを回避できる。

よって、第１発明の温水加熱システムによれば、ヒートポンプ装置に備えた外気温度センサを用いて、温水循環路の温水の凍結防止用の運転制御を適切に行うことができる。

また、上記第１発明では、前記送風機の作動停止状態での前記外気側熱交換器の残留熱は、一般に、前記圧縮機の作動停止後の時間経過に伴い減衰する。

そこで、前記送風機作動条件は、前記条件Ａに加えて、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔa以下であるという条件ｂをさらに含む。

ここで、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔa以下となる状況は、前記外気側熱交換器に残留熱が十分に残っている可能性が高い状況である一方、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔaを超えている状況は、前記外気側熱交換器の残留熱が十分に減衰しているとみなし得る状況である。そして、この状況は、外気温度センサが外気側熱交換器の残留熱の影響を受けないか、もしくはほとんど受けない状況である。

そして、第１発明によれば、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔaを超えている状況では、前記送風機作動条件が成立せず、前記送風機を強制的に作動させることが行われない。

従って、第１発明によれば、送風機を作動させずとも、外気温度センサの検出温度が実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致するものとなっているとみなし得る状況、すなわち、送風機を作動させずとも、前記条件Ｂが成立するか否かを適切に判断し得る状況で、送風機を強制的に作動させてしまうことを回避できる。ひいては、送風機の作動によるエネルギー消費、あるいは送風機の作動音の発生時間を抑制できる。

上記第１発明では、前記条件Ｂとしては、例えば前記外気温度センサの検出温度が所定の閾値温度TH2よりも低温であるという条件を採用し得る。この場合、前記送風機作動条件は、前記外気温度センサの検出温度が前記所定の閾値温度TH2よりも高い温度に設定された所定の閾値温度THxよりも低温であるという条件をさらに含むことが好ましい（第２発明）。

ここで、実際の外気温度が前記閾値温度TH2よりも十分に高い状況では、前記温水循環路での温水の凍結は実質的に生じ得ない。そして、前記所定の閾値温度THxを適切に設定しておくことで、前記外気側熱交換器が残留熱を保有していたとしても、実際の外気温度が上記の如く閾値温度TH2よりも十分に高い状況では、外気温度センサの検出温度が前記閾値温度THx以上の温度となって、前記送風機作動条件が成立しないようにすることが可能である。

従って、第２発明によれば、実際の外気温度が、前記温水循環路での温水の凍結が実質的に生じ得ない温度（前記閾値温度TH2よりも十分に高い温度）となっていると考えられる状況、すなわち、前記凍結防止用の運転制御を実行することを必要としない状況で、前記条件Ｂが成立するか否かの判断のために、送風機を強制的に作動させてしまうことを回避できる。ひいては、送風機の作動によるエネルギー消費、あるいは送風機の作動音の発生時間を抑制できる。

上記第１〜第２発明では、前記制御装置は、前記送風機作動条件が成立することに応じて前記送風機を強制的に作動させた場合に、該送風機の強制的な作動状態で前記外気温度センサの検出温度に関する前記条件Ｂが成立したとき、又は該条件Ｂが成立しないまま、前記送風機の強制的な作動開始後の経過時間が所定時間Ｔcに達したときに、該送風機の
強制的な作動を終了するように構成され得る。この場合、前記送風機作動条件は、前記送風機の前回の作動の終了後の経過時間が所定時間Ｔb以上に達しているという条件をさらに含むことが好ましい（第３発明）。

この第３発明によれば、前記制御装置は、前記送風機の強制的な作動状態で前記外気温度センサの検出温度に関する前記条件Ｂが成立したとき、又は該条件Ｂが成立しないまま、前記送風機の強制的な作動開始後の経過時間が所定時間Ｔcに達したときに、該送風機
の強制的な作動を終了する。このため、前記条件Ｂが成立するか否かを判断するための前記送風機の強制的な作動の継続時間が必要以上に長くなるのを防止できる。

また、前記送風機作動条件が、前記送風機の前回の作動の終了後の経過時間が所定時間Ｔb以上に達しているという条件をさらに含むので、前記送風機の強制的な作動が、短時間で頻繁に繰り返されることを防止できる。ひいては、送風機の作動によるエネルギー消費、あるいは送風機の作動音の発生時間を抑制できる。

また、前記ヒートポンプ装置は、多くの場合、前記外気側熱交換器の除霜を行う除霜運転を実行可能に構成される。そして、上記第１〜第３発明では、前記ヒートポンプ装置が、前記外気側熱交換器の除霜を行う除霜運転を実行可能に構成されている場合には、前記送風機作動条件は、前記ヒートポンプ装置の除霜運転中でないという条件をさらに含むことが好ましい（第４発明）。

これによれば、前記送風機の作動の停止状態で、前記ヒートポンプ装置の除霜運転が実行されているときには、前記条件Ｂが成立するか否かを判断するために前記送風機を強制的に作動させることは行われないこととなる。このため、ヒートポンプ装置の除霜運転中に、送風機により外気側熱交換器に送風されるのが防止される。その結果、当該送風によって、外気側熱交換器の除霜効率が低下するのを防止できる。

本発明の一実施形態の温水加熱システムの構成を示す図。 図１の温水加熱システムに備える制御装置の制御処理を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を図１及び図２を参照して以下に説明する。図１を参照して、本実施形態の温水加熱システム１は、例えば貯湯式の給湯システムである。この温水加熱システム１は、給湯用の温水（湯）を貯蔵する貯湯タンク２と、該温水を加熱する主たる熱源機としてのヒートポンプ装置３と、該温水を加熱する補助的な熱源機としての燃焼式熱源機４とを備える。

貯湯タンク２には、該貯湯タンク２に給水する給水路１１と、該貯湯タンク２内の温水を出湯する給湯路１２と、該貯湯タンク２内の温水をヒートポンプ装置３との間で循環させる温水循環路１３とが接続されている。

給水路１１は、その下流端が貯湯タンク２の下部に接続され、上流側が図示しない給水源に接続されている。この給水路１１には、水の逆流を防止する逆止弁１４と、該給水路１１から貯湯タンク２に供給される水の温度を検出する温度センサ１５とが装着されている。

逆止弁１４の上流側の給水路１１から給水バイパス路１６が分岐されている。該給水バイパス路１６は、給水路１１から貯湯タンク２をバイパスさせて給湯路１２に水を流すための流路であり、その下流端が後述する混合弁２１を介して給湯路１２に接続されている。

この給水バイパス路１６には、水の逆流を防止する逆止弁１７と、該給水バイパス路１６を通って給湯路１２に流れる水の流量を検出する流量センサ１８が装着されている。

給湯路１２は、貯湯タンク２の上部から導出され、燃焼式熱源機４を経由した後、１つまたは複数の給湯対象場所（例えば、台所、洗面所等）に至るように配設されている。

燃焼式熱源機４の上流側の給湯路１２の途中部に、混合弁２１を介して前記給水バイパス路１６の下流端が接続されている。該混合弁２１は、給水路１１から給水バイパス路１６を介して供給される水と、貯湯タンク２から該混合弁２１の上流側の給湯路１２を介して供給される温水（湯）とを混合可能であると共にその混合割合（流量比）を可変的に制御可能な弁であり、例えば電動式の三方弁等により構成される。この混合弁２１により上記混合割合を制御することで、該混合弁２１から下流側の給湯路１２に流出する温水の温度調整を行うことが可能となっている。

なお、混合弁２１の代わりに、例えば給水バイパス路１６と給湯路１２とに流量制御弁が備えられていてもよい。

混合弁２１と貯湯タンク２との間の給湯路１２（混合弁２１の上流側の給湯路１２）には、温水の逆流を防止する逆止弁２２と、貯湯タンク２から給湯路１２に流れる温水の流量を検出する流量センサ２３とが装着されている。

また、混合弁２１と燃焼式熱源機４との間の給湯路１２には、混合弁２１から下流側の給湯路１２に流出する温水の温度を検出する温度センサ２４が装着されている。

混合弁２１と燃焼式熱源機４との間の給湯路１２から、給湯バイパス路２５が分岐されている。該給湯バイパス路２５は、混合弁２１から下流側に流出する温水を燃焼式熱源機４をバイパスさせて給湯路１２の下流側に流す流路であり、その下流端が燃焼式熱源機４の下流側の給湯路１２に合流されている。そして、給湯バイパス路２５には、開閉制御可能な電磁弁、もしくは流量制御可能な電磁弁により構成されるバイパス制御弁２６が装着されている。

さらに、燃焼式熱源機４の下流側の給湯路１２のうち、給湯バイパス路２５の合流部よりも下流側の箇所には、給湯対象場所に供給される温水（湯）の温度（給湯温度）を検出する温度センサ２７が装着されている。

燃焼式熱源機４は、貯湯タンク２の湯切れ状態（所定温度以上の湯が不足している状態）、あるいはヒートポンプ装置３による温水の加熱ができないか、もしくは加熱不足となる状態等において、給湯対象場所への給湯を行う場合に、貯湯タンク２から給湯路１２に流れる湯を加熱するための補助的な熱源機である。

この燃焼式熱源機４は、燃料ガス、あるいは灯油等の燃料を燃焼させるバーナ３１と、該バーナ３１の燃焼熱により加熱される熱交換器３２とを備えている。そして、燃焼式熱源機４内の給湯路１２は、熱交換器３２を経由するように配設されている。また、燃焼式熱源機４内の給湯路１２には、開閉制御可能な電磁弁、もしくは流量制御可能な電磁弁により構成される給湯制御弁３３が装着されている。

この給湯制御弁３３と前記バイパス制御弁２６とを制御することで、混合弁２１から下流側の温水の流路を、燃焼式熱源機４側の給湯路１２と給湯バイパス路２５との一方から他方に切替えたり、あるいは、燃焼式熱源機４側の給湯路１２の温水の流量と給湯バイパス路２５の温水の流量との割り合いを調整することが可能となっている。

温水循環路１３は、貯湯タンク２からヒートポンプ装置３に温水を供給する温水往路１３ａと、ヒートポンプ装置３から貯湯タンク２に温水を戻す温水復路１３ｂとを備える。

温水往路１３ａは、貯湯タンク２の下部から導出され、その下流端がヒートポンプ装置３の後述する温水側熱交換器４３の温水流入口に接続されている。

温水復路１３ｂは、その上流端がヒートポンプ装置３の温水側熱交換器４３の温水流出口に接続され、下流端が貯湯タンク２の上部に接続されている。

そして、温水往路１３ａ及び温水復路１３ｂのいずれか一方、例えば温水往路１３ａには、温水循環路１３で温水を循環させる循環ポンプ３５が装着されている。この循環ポンプ３５の作動により、貯湯タンク２内の温水が、該貯湯タンク２から温水往路１３ａ、ヒートポンプ装置３の温水側熱交換器４３、温水復路１３ｂを順に経由して貯湯タンク２に還流するようになっている。

なお、本実施形態では、循環ポンプ３５はヒートポンプ装置３に搭載されているが、該循環ポンプ３５は、ヒートポンプ装置３の外部に配置されていてもよい。

また、温水往路１３ａには、貯湯タンク２からヒートポンプ装置３に供給される温水の温度を検出する温度センサ３６，３７が装着されている。この場合、本実施形態では、該温水往路１３ａの上流端寄りの箇所と下流端寄りの箇所との２箇所に温度センサ３６，３７が装着されている。これらの温度センサ３６，３７は、本発明における温水温度センサに相当する。

ヒートポンプ装置３は、外気と冷媒との熱交換を行う外気側熱交換器４１（蒸発器）と、冷媒を圧縮する圧縮機４２と、前記温水循環路１３により貯湯タンク２から供給される温水と冷媒との熱交換を行う温水側熱交換器４３（凝縮器）と、冷媒を断熱膨張させる膨張機４４と、これらの外気側熱交換器４１、圧縮機４２、温水側熱交換器４３及び膨張機４４を順番に経由させるように冷媒を循環させる冷媒循環路４５と、外気側熱交換器４１に外気（空気）を送風する送風機４６とを備える。温水側熱交換器４３には、前記した如く、温水循環路１３の温水往路１３ａと温水復路１３ｂとが接続されている。また、送風機４６は、本実施形態では、回転ファン４６ａと、これを回転駆動する電動モータ４６ｂとにより構成される。

また、ヒートポンプ装置３は、外気側熱交換器４１の除霜を行うために、温水側熱交換器４３と外気側熱交換器４１との間で膨張機４４をバイパスさせて冷媒を流し得るうように冷媒循環路４５に接続されたす冷媒バイパス路４７を備える。そして、該冷媒バイパス路４７には、開閉制御可能な電磁弁により構成される除霜弁４８が装着されている。

さらに、ヒートポンプ装置３には、送風機４６により外気側熱交換器４１に送風される外気の温度（外気温度）を検出する温度センサ４９と、外気側熱交換器４１の温度を検出する温度センサ５０とが搭載されている。温度センサ４９は、本発明における外気温度センサに相当するものであり、送風機４６の風路上で、外気側熱交換器４１に近接して臨むようにヒートポンプ装置３の筐体内に配置されている。また、温度センサ５０は、外気側熱交換器４１の任意の適所、例えば外気側熱交換器４１の冷媒の流入口近辺で該外気側熱交換器４１に装着されている。

上記構成のヒートポンプ装置３は、温水循環路１３を流れる温水を加熱する運転時には、除霜弁４８が閉弁された状態で、送風機４６及び圧縮機４２が作動される。このとき、外気側熱交換器４１で外気中の熱を受熱して気化した冷媒が圧縮機４２で圧縮される（ひいては加圧・昇温される）ことで、高温に昇温した冷媒が該圧縮機４２から温水側熱交換器４３に供給されることとなる。そして、該温水側熱交換器４３に流入する温水が、当該高温の冷媒との熱交換によって加熱されることとなる。

また、外気側熱交換器４１の除霜を行う除霜運転時には、除霜弁４８を開弁すると共に送風機４６の作動を停止させた状態で圧縮機４２が作動される。このとき、圧縮機４２で昇温する冷媒が温水側熱交換器４３及び冷媒バイパス路４７を介して外気側熱交換器４１に供給される。これにより、該外気側熱交換器４１が暖められ、ひいては、該外気側熱交換器４１及びその周辺の除霜が行われることとなる。

なお、この除霜運転時には、温水側熱交換器４３で冷媒の熱が温水循環路１３の温水に奪われるのを防止するために、循環ポンプ３５の作動が停止される。

本実施形態の温水加熱システム１は、さらに、該温水加熱システム１の運転制御を行う制御装置６１と、該温水加熱システム１の起動・停止の操作（運転のオンオフ操作）、給湯温度の目標値の設定操作等を行うためのリモコン６２とを備える。該制御装置６１とリモコン６２とは、有線又は無線により相互に通信可能に構成されている。

制御装置６１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。この場合、制御装置６１は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットにより構成されていてもよい。例えば、前記貯湯タンク２及び混合弁２１等を含むように構成されるタンクユニットと、燃焼式熱源機４と、ヒートポンプ装置３とにそれぞれ搭載される電子回路ユニットにより制御装置６１が構成されていてもよい。

上記制御装置６１には、前記した各センサの検出信号が入力される。そして、制御装置６１は、実装されたプログラムと、ハードウェア構成とにより、温水加熱システム１の運転制御を行う。この場合、制御装置６１は、前記ヒートポンプ装置３、循環ポンプ３５、混合弁２１、バイパス制御弁２６、及び給湯制御弁３３の作動制御と燃焼式熱源機４のバーナ３１の燃焼運転制御とを介して、温水加熱システム１の運転制御を行う。

次に、本実施形態の温水加熱システム１の作動を説明する。まず、ヒートポンプ装置３により温水の加熱を行う運転と、給湯対象場所への給湯を行う運転と、ヒートポンプ装置３の除霜運転とについて説明する。

制御装置６１は、貯湯タンク２に搭載される図示しない温度センサの検出信号等に基づいて、貯湯タンク２内の所定温度以上の湯量を監視し、該湯量が少ないと判断される状況等において、該貯湯タンク２内の温水を加熱するようにヒートポンプ装置３と循環ポンプ３５とを作動させる。

この場合、制御装置６１は、より詳しくは、循環ポンプ３５を作動させつつ、ヒートポンプ装置３の送風機４６及び圧縮機４２を作動させる。これにより、貯湯タンク２内の温水が温水循環路１３でヒートポンプ装置３の温水側熱交換器４３を経由して循環しつつ、該温水側熱交換器４３で加熱される。

そして、制御装置６１は、所定温度以上の湯量が所定量以上に達すると、ヒートポンプ装置３と循環ポンプ３５との作動を停止させる。

また、給湯対象場所でのカランの開栓等により給湯路１２での通水が開始されると、制御装置６１は、該通水を前記流量センサ１８，２３の検出信号に基づき検知する。このとき、制御装置６１は、前記混合弁２１、バイパス制御弁２６、燃焼式熱源機４の給湯制御弁３３、燃焼式熱源機４のバーナ３１の作動を適宜制御することで、前記温度センサ２７により検出される給湯温度をリモコン６２で設定された目標値にほぼ一致させるように温調制御を行う。

この場合、混合弁２１の作動制御により、該混合弁２１から下流側に流出する温水の温度を、給湯温度の目標値にほぼ一致させることができる場合には、燃焼式熱源機４のバーナ３１の燃焼運転は行われない。また、貯湯タンク２の湯切れ等により、混合弁２１の作動制御をしても、該混合弁２１から下流側に流出する温水の温度が給湯温度の目標値に到達しない場合には、燃焼式熱源機４内の給湯路１２の通水を行いつつ、バーナ３１の燃焼運転が制御される。

また、制御装置６１は、ヒートポンプ装置３の前記温度センサ４９，５０の検出信号等に基づいて、ヒートポンプ装置３の外気側熱交換器４１の着霜がある程度進行していると判断される状況で、ヒートポンプ装置３の除霜運転を行う。

この除霜運転では、制御装置６１は、前記した如く、除霜弁４８を開弁させた状態で圧縮機４２を作動させる。また、制御装置６１は、循環ポンプ３５を作動停止状態にする。これにより、外気側熱交換器４１が圧縮機４２で昇温した冷媒により暖められ、該外気側熱交換器４１及びその周辺の除霜がなされる。

次に、温水循環路１３での温水の凍結を防止するための運転制御について説明する。まず、その概要を説明すると、制御装置６１は、温水加熱システム１の運転中（電源投入状態）において、温水循環路１３での温水の凍結を防止するための所定の凍結防止用条件が成立するか否かを監視し、該凍結防止用条件が成立する場合に、凍結防止用の運転制御を実行する。

本実施形態では、制御装置６１は、凍結防止用の運転制御では、循環ポンプ３５を作動させることで、温水循環路１３での温水の流通を行わせる。これにより、温水循環路１３での温水の凍結が防止される。

上記凍結防止用条件は、温水循環路１３の温水往路１３ａに備えた前記温度センサ３６，３７により検出される温水循環路１３の実際の温水温度に関する条件Ａと、温度センサ４９により検出される実際の外気温度に関する条件Ｂとを含む。

本実施形態では、条件Ａは、温度センサ３６，３７（以降、温水温度センサ３６，３７という）によりそれぞれ検出される実際の温水温度のいずれか一方があらかじめ定められた所定の閾値温度TH1（例えば１０℃）よりも低温であるという条件、条件Ｂは、温度センサ４９（以降、外気温度センサ４９という）により検出される実際の外気温度があらかじめ定められた所定の閾値温度TH2（例えば３℃）よりも低温であるという条件である。

また、本実施形態では、凍結防止用の運転制御が、循環ポンプ３５を作動させる運転制御であることから、凍結防止用条件はさらに、循環ポンプ３５の作動中でないという条件Ｃと、ヒートポンプ装置３の除霜運転中でないという条件Ｄとを含む。

そして、制御装置６１は、上記条件Ａ〜Ｄの全てが成立する場合に、凍結防止条件が成立するものとして、凍結防止用の運転制御を実行する（循環ポンプ３５を作動させる）。

ここで、ヒートポンプ装置３による温水の加熱運転の終了直後等における送風機４６の作動停止状態では、外気側熱交換器４１の残留熱の影響により、該外気側熱交換器４１に近接して臨む外気温度センサ４９による外気温度の検出値（検出温度）が実際の外気温度よりも高めの温度になってしまう場合がある。

そこで、制御装置６１は、送風機４６の作動停止状態では、前記条件Ａを含む所定の送風機作動条件（詳細は後述する）が成立する場合に、送風機４６を強制的に作動させ、この強制的な作動状態での外気温度センサ４９の検出温度に基づいて前記条件Ｂが成立するか否かを判断する。

以上の概要を踏まえて、前記凍結防止用条件が成立するか否かの判断処理（以降、凍結防止判断処理という）を図２を参照して具体的に説明する。

制御装置６１は、ＳＴＥＰ１において、温水温度センサ３６，３７のいずれか一方の検出温度（温水循環路１３の温水温度の検出値）が所定の閾値温度TH1（例えば１０℃）よりも低温であるか否か（前記条件Ａが成立するか否か）を判断する。この判断結果が否定的である場合には、凍結防止用条件が成立しないので、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１の判断処理を継続的に繰り返す。

ＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的である場合（条件Ａが成立する場合）には、制御装置６１はさらに、ＳＴＥＰ２において、外気温度センサ４９の検出温度（外気温度の検出値）があらかじめ定められた所定の閾値温度THx1よりも低温であるか否かを判断する。

ここで、上記閾値温度THx1は、前記条件Ｂに関する閾値温度TH2よりも十分に高い温度（例えば１８℃）に設定されている。このため、ＳＴＥＰ２の判断結果が否定的となる状況（外気温度の検出値≧THx1となる状況）は、外気温度センサ４９が外気側熱交換器４１の残留熱の影響を受けていたとしても（外気温度センサ４９の検出温度が実際の外気温度よりも高めの温度になっていても）、実際の外気温度が十分に高くなっており、温水の凍結が発生することはあり得ない状況である。

そして、ＳＴＥＰ２の判断結果が否定的である場合には、凍結防止用条件が成立しないので、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１から処理を繰り返す。

ＳＴＥＰ２の判断結果が肯定的である場合には、制御装置６１はさらに、前記条件Ｂが成立するか否かの判断に先立って、ＳＴＥＰ３において、ヒートポンプ装置３の送風機４６の作動中であるか否かを判断する。

ヒートポンプ装置３による温水の加熱運転の実行中等、送風機４６が作動中であり、ＳＴＥＰ３の判断結果が肯定的になる場合には、制御装置６１は、次に、ＳＴＥＰ４において、外気温度センサ４９の検出温度（外気温度の検出値）が前記所定の閾値温度TH2よりも低温であるか否か（前記条件Ｂが成立するか否か）を判断する。

この場合、送風機４６が作動中であるので、外気温度センサ４９の検出温度は、実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致する。また、ＳＴＥＰ４の判断処理は、ＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的となる状況で行われるので、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的となる場合は、前記条件Ａと条件Ｂとの両方が成立する場合である。そして、この場合には、循環ポンプ３５の作動が停止したままだと、温水循環路１３の温水の凍結が発生する虞がある。

そこで、制御装置６１は、送風機４６の作動中において、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合（前記条件Ａと条件Ｂとの両方が成立する場合）には、循環ポンプ３５の作動中であるか否か（前記条件Ｃが成立するか否か）と、循環ポンプ３５を作動停止状態として実行されるヒートポンプ装置３の除霜運転中であるか否か（前記条件Ｄが成立するか否か）とをそれぞＳＴＥＰ５、６で判断する。

そして、制御装置６１は、ＳＴＥＰ５、６の両方の判断結果が否定的となる場合、すなわち、循環ポンプ３５が作動中でないという前記条件Ｃが成立し、且つ、除霜運転中でないという前記条件Ｄが成立する場合に、ＳＴＥＰ７において、循環ポンプ３５を作動させるという凍結防止用の運転制御を行うための凍結防止用条件が成立すると判断する。これに応じて、制御装置６１は、凍結防止用の運転制御として、循環ポンプ３５を作動させる。

また、ＳＴＥＰ５、６のいずれかの判断結果が肯定的である場合、すなわち、循環ポンプ３５作動中であるか、又は、ヒートポンプ装置３の除霜運転中である場合には、凍結防止用条件が成立しない状況であるので、制御装置６１はＳＴＥＰ１からの処理を繰り返す。なお、ＳＴＥＰ６でヒートポンプ装置３の除霜運転中である場合、該除霜運転の終了後には、前記条件Ａ、Ｂが引き続き成立しておれば、凍結防止用条件が成立することとなる。

前記ＳＴＥＰ３において、ヒートポンプ装置３による温水の加熱運転の終了後の状況等、送風機４６が作動中でない場合には、制御装置６１は、ＳＴＥＰ８〜１１の判断処理によって、前記条件Ｂが成立するか否かを判断するために、送風機４６を強制的に作動させるか否か規定する所定の送風機作動条件が成立するか否か判断する。

本実施形態では、送風機４６の作動停止中において、ＳＴＥＰ８からの処理は、ＳＴＥＰ１、２の両方の判断結果が肯定的となる場合にだけ実行されるので、上記送風機作動条件は、温水温度センサ３６，３７のいずれか一方の検出温度が前記所定の閾値温度TH1よりも低温であるという条件（すなわち、前記条件Ａ）と、外気温度センサ４９の検出温度が前記所定の閾値温度THx1よりも低温であるという条件（以降、条件ａという）とを含む。

さらに上記送風機作動条件は、上記条件Ａ，ａに加えて、ヒートポンプ装置３の除霜運転中でないという条件（すなわち、前記条件Ｄ）と、ヒートポンプ装置３の圧縮機４２の作動停止後の経過時間（圧縮機４２の作動が停止してから現在時刻までの経過時間）があらかじめ定めた所定時間Ｔaに達していないという条件（以降、条件ｂという）と、外気温度センサ４９の検出温度が前記所定の閾値温度TH2にあらかじめ定めた所定の嵩上げ値αを加算してなる温度（＝TH2＋α）よりも低温であるという条件（以降、条件ｃという）と、送風機４６の作動停止後の経過時間（送風機４６の作動が停止してから現在時刻までの経過時間）があらかじめ定めた所定時間Ｔb以上に達したという条件（以降、条件ｄという）とを含む。

そして、制御装置６１、送風機４６の作動停止中において、上記条件Ａ、Ｄ、ａ，ｂ，ｃ，ｄの全てが成立する場合に、送風機作動条件が成立するものとして、送風機４６を、あらかじめ定めた所定時間Ｔcを上限の作動時間として強制的に作動させる。

さらに詳細には、制御装置６１は、前記ＳＴＥＰ３において、送風機４６が作動中でない場合には、ＳＴＥＰ８において、制御装置６１は、ヒートポンプ装置３の除霜運転中であるか否か（すなわち、前記条件Ｄが成立するか否か）を判断する。

ここで、本実施形態では、ヒートポンプ装置３による温水の加熱運転の終了直後において、前記温度センサ４９，５０の検出信号等に基づいて、ヒートポンプ装置３の外気側熱交換器４１の着霜がある程度進行していると判断される場合には、ヒートポンプ装置３の除霜運転が行われるようになっている。この場合、ヒートポンプ装置３の除霜運転中に、送風機４６を作動させると、外気側熱交換器４１の残留熱、あるいは、冷媒から外気側熱交換器４１に与えられる熱が奪われるため、送風機４６を作動させない場合よりも除霜効率が低下してしまう。

このため、ＳＴＥＰ８の判断結果が肯定的となる場合（前記条件Ｄが成立しない場合）には、制御装置６１は、送風機作動条件が成立しないものとして、送風機４６を強制的に作動させることなく、ＳＴＥＰ１からの処理を繰り返す。

ＳＴＥＰ８でヒートポンプ装置３の除霜運転中でなく、ＳＴＥＰ８の判断結果が肯定的となる場合（前記条件Ｄが成立する場合）には、制御装置６１は、次にＳＴＥＰ９において、ヒートポンプ装置３の圧縮機４２の作動停止後の経過時間があらかじめ定めた所定時間Ｔa（例えば６０分）以上に達したか否か（すなわち、前記条件ｂが成立するか否か）を判断する。

上記所定時間Ｔaは、圧縮機４２の作動停止後、該所定時間Ｔaの期間内で外気側熱交換器４１の残留熱が十分に解消し、該残留熱が、外気温度センサ４９の検出温度に影響を及ぼすことがなくなるような時間として、あらかじめ実験等に基づき設定されている。

従って、ＳＴＥＰ９の判断結果が肯定的となる状況（前記条件ｂが成立しない状況）は、外気温度センサ４９の検出温度が、送風機４６の作動中の場合と同様に、実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致する状況である。このため、ＳＴＥＰ９の判断結果が肯定的となる場合（前記条件ｂが成立しない場合）には、制御装置６１は、送風機４６を強制的に作動させることなく、前記ＳＴＥＰ４からの処理を実行する。

この場合、ＳＴＥＰ４では、送風機４６の作動停止状態での外気温度センサ４９の検出温度に基づいて前記条件Ｂが成立するか否かが判断されることとなる。

一方、ＳＴＥＰ９の判断結果が否定的となる場合（前記条件ｂが成立する場合）には、外気温度センサ４９の検出温度は、外気側熱交換器４１の残留熱の影響により、実際の外気温度よりも高めの温度になっている可能性がある。

この場合には、制御装置６１は、次にＳＴＥＰ１０において、外気温度センサ４９の検出温度が、凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂに係る前記閾値温度TH2（例えば３℃）にあらかじめ定めた所定の温度補正値α（例えば３℃）を加算してなる温度（＝TH2＋α）よりも低温であるか否か（すなわち、前記条件ｃが成立するか否か）を判断する。

このＳＴＥＰ１０の判断処理は、外気温度センサ４９の検出温度が、外気側熱交換器４１の残留熱の影響により実際の外気温度よりも上記温度補正値αだけ高い温度になっていると仮定して、実際の外気温度が、前記条件Ｂに係る前記閾値温度TH2よりも低温になっている可能性があるか否かを判断する処理である。

この場合、上記温度補正値αは、外気側熱交換器４１の残留熱の影響による外気温度センサ４９の検出温度の実際の上昇分を考慮し、実際の外気温度が前記閾値温度TH2（３℃）よりも高温である場合に高い確度で、ＳＴＥＰ１０の判断結果が否定的となるように、あらかじめ実験等に基づき設定されている。

補足すると、ＳＴＥＰ１０において、外気温度センサ４９の検出温度がTH2＋αよりも低温であるか否かを判断する処理は、外気温度センサ４９の検出温度を温度補正値αにより補正してなる温度（＝検出温度−α）が、閾値温度TH2よりも低温である否かを判断する処理と等価である。

また、前記ＳＴＥＰ２の判断処理（条件ａに関する判断処理）における閾値温度THx1と、ＳＴＥＰ１０の判断処理（条件ｃに関する判断処理）において閾値温度TH2を温度補正値αで補正してなる値（＝TH2＋α）とは、本発明おける閾値温度THxに相当するものである。

なお、上記温度補正値αは、一定値でなくてもよい。例えば外気側熱交換器４１の残留熱の経時変化等を考慮して、圧縮機４２の作動停止後の経過時間等に応じて温度補正値αを可変的に設定するようにしてもよい。

上記ＳＴＥＰ１０の判断結果が否定的である場合（前記条件ｃが成立しない場合）には、実際の外気温度が、凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂに係る閾値温度TH2（３℃）よりも高温であるとみなすことができる。

この場合には、制御装置６１は、送風機作動条件が成立しないものとして、送風機４６を強制的に作動させることなく、ＳＴＥＰ１からの処理を繰り返す。

また、ＳＴＥＰ１０の判断結果が肯定的である場合（前記条件ｃが成立する場合）には、制御装置６１は、さらにＳＴＥＰ１１において、送風機４６の作動停止後の経過時間（送風機４６の作動が停止してから現在時刻までの経過時間）があらかじめ定めた所定時間Ｔb（例えば３０分）以上に達したか否か（すなわち、前記条件ｄが成立するか否か）を判断する。

ここで、実際の外気温度は、通常、短時間で急激に低下するようなことはない。そして、上記所定時間Ｔbは、その時間内で実際の外気温度が大幅に低下する可能性が十分に低いものとなるように、あらかじめ実験等に基づき設定されている。

従って、上記ＳＴＥＰ１１の判断結果が否定的となる状況は、実際の外気温度が、送風機４６の前回の作動中における外気温度からさほど変化していないと見なし得る状況である。

そこで、ＳＴＥＰ１１の判断結果が否定的となる場合（前記条件ｄが成立しない場合）には、送風機作動条件が成立しないものとして、送風機４６を強制的に作動させることなく、ＳＴＥＰ１からの処理を繰り返す。

また、ＳＴＥＰ１１の判断結果が肯定的となる場合は、前記条件Ａ、Ｄ，ａ，ｂ，ｃ，ｄの全ての条件が成立する場合、すなわち、送風機作動条件が成立する場合である。この場合には、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１２において送風機４６を強制的に作動させる。これにより、外気温度センサ４９の検出温度は、実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致する状態となる。

そして、このように送風機４６を強制的に作動させた状態で、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１３において、外気温度センサ４９の検出温度が、前記閾値温度TH2（３℃）よりも低温であるか否か（凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否か）を判断する。

この場合、送風機４６を強制的に作動させた状態でＳＴＥＰ１３の判断を行うので、凍結防止用条件のうちの条件Ｂが成立するか否かを適切に判断できる。

そして、ＳＴＥＰ１３の判断結果が肯定的となる場合（前記条件Ｂが成立する場合）には、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１６において送風機４６の強制的な作動を終了し、さらに前記ＳＴＥＰ５，６において、凍結防止用条件のうちの前記条件Ｃ，Ｄが成立するか否かを判断する。

また、ＳＴＥＰ１３の判断結果が否定的である場合（条件Ｂが成立しない場合）には、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１４において、送風機４６の今回の強制的な作動の開始後の経過時間があらかじめ定めた所定時間Ｔc（例えば３０秒）に達したか否かを判断する。そして、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１４の判断結果が否定的である場合には、ＳＴＥＰ１３からの判断処理を繰り返す。また、ＳＴＥＰ１４の判断結果が肯定的である場合には、制御装置６１は、ＳＴＥＰ１５において送風機４６の強制的な作動を終了し、さらに、前記ＳＴＥＰ１からの処理を繰り返す。

従って、送風機４６の強制的な作動を開始した後、所定時間Ｔcの期間内での外気温度センサ４９の検出温度に基づいて、該検出温度が、前記閾値温度TH2（３℃）よりも低温であるか否か（条件Ｂが成立するか否か）の判断が行われることとなる。このため、当該判断を高い信頼性で行うことができる。

そして、上記所定時間Ｔcの期間内で前記条件Ｂが成立するか、もしくは、該条件Ｂが成立することなく、上記所定時間Ｔcが経過した場合には、送風機４６の強制的な作動は終了される。

以上説明した実施形態によれば、送風機４６の作動が停止しており、外気温度センサ４９の検出温度が、外気側熱交換器４１の残留熱の影響により実際の外気温度よりも高いものとなっている虞がある場合には、前記条件Ａ，Ｄ，ａ，ｂ，ｃ，ｄが成立することを必要条件とする送風機作動条件が成立する場合に、送風機４６を強制的に作動させ、この強制的な作動状態での外気温度センサ４９の検出温度に基づいて、凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かの判断が行われる。

このため、凍結防止用条件が成立するか否かの判断を適切に行うことができ、凍結防止用の運転制御が必要もしくは望ましい状況であるのに、当該運転制御が行われないというようなことが発生するのを防止できる。

また、本実施形態では、送風機作動条件は、前記ＳＴＥＰ９の判断処理に対応する条件ｂを含むので、外気側熱交換器４１の残留熱が十分に減衰した状態、すなわち、外気温度センサ４９の検出温度が実際の外気温度に一致もしくはほぼ一致していると見なし得る状況で、送風機４６を強制的に作動させるのを回避できる。

また、送風機作動条件は、前記ＳＴＥＰ２の判断処理に対応する条件ａとＳＴＥＰ１０の判断処理に対応する条件ｃとを含むので、実際の外気温度が、温水循環路１３での温水の凍結が実質的に生じ得ない程度に十分に高い温度をなっている状況で、送風機４６を強制的に作動させるのを回避できる。

さらに、送風機４６の一回の強制的な作動は、前記所定時間Ｔcを上限として行われる。そして、送風機作動条件は、前記ＳＴＥＰ１１の判断処理に対応する条件ｄを含む。

従って、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断するための送風機４６の強制的な作動が、必要以上に頻繁にあるいは長い時間にわたって行われないようにすることができる。ひいては、送風機４６の作動によるエネルギー消費、あるいは、該送風機４６の作動音の発生時間を極力抑制することができる。

次に、以上説明した実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。前記実施形態では、送風機作動条件として、ＳＴＥＰ２の判断処理に対応する条件ａ、ＳＴＥＰ８に対応する条件Ｄ、ＳＴＥＰ９に対応する条件ｂ、ＳＴＥＰ１０の判断処理に対応する条件ｃ、及びＳＴＥＰ１１に対応する条件ｄを含むがいずれか１つ以上の条件を省略することも可能である。

また、前記実施形態では、凍結防止用の運転制御を、循環ポンプ３５を作動させることで行うようにしたが、例えば温水循環路１３に備えたヒータを作動させる等、他の手法によって、温水の凍結防止を行うようにしてもよい。

また、前記実施形態では、温水温度センサ３６，３７を２つ備えたが、いずれか一方の温水温度センサだけを備えるようにしてもよい。また、温水温度センサは、温水循環路１３の温水復路１３ｂに装着されていてもよい。

また、凍結防止用条件のうちの温水温度に関する条件Ａは、該温水温度が所定の閾値温度TH1よりも低温であるという条件に限られない。同様に、外気温度に関する条件Ｂは、該外気温度が所定の閾値温度TH2よりも低温であるという条件に限られない。例えば、これらの温度の一定時間内の経時変化等を考慮して条件Ａ又はＢが設定されていてもよい。

また、前記実施形態では、温水加熱システム１は、給湯システムであるが、本発明における温水加熱システムは、給湯システムに限らず、例えば、暖房システム、給湯暖房システム等の温水加熱システムであってもよい。

１…温水加熱システム、３…ヒートポンプ装置、１３…温水循環路、３６，３７…温水温度センサ、４１…外気側熱交換器、４２…圧縮機、４３…温水側熱交換器、４６…送風機、４９…外気温度センサ、６１…制御装置。

Claims (2)

1. 温水を循環させる温水循環路と、外気と冷媒との熱交換を行う外気側熱交換器、該外気側熱交換器に外気を送風する送風機、前記温水と前記冷媒との熱交換を行う温水側熱交換器、及び前記温水側熱交換器に供給する前記冷媒を圧縮する圧縮機を含み、前記温水循環路で循環する温水を前記温水側熱交換器を介して加熱するヒートポンプ装置と、前記温水循環路で前記ヒートポンプ装置に供給される温水の温度を検出する温水温度センサと、前記送風機の風路上で前記外気側熱交換器に臨んで設けられ、前記送風機により前記外気側熱交換器に送風される外気の温度を検出する外気温度センサと、前記温水温度センサの検出温度に関する条件Ａと前記外気温度センサの検出温度に関する条件Ｂとを少なくとも含む凍結防止用条件が成立する場合に、前記温水循環路での温水の凍結防止用の運転制御を実行するように構成された制御装置とを備える温水加熱システムであって、
   前記制御装置は、前記送風機の作動停止状態において、前記温水温度センサの検出温度に関する前記条件Ａと、前記圧縮機の作動停止後の経過時間が所定時間Ｔa以下であるという条件ｂとを少なくとも含む送風機作動条件が成立する場合に、前記送風機を強制的に作動させ、該送風機の作動状態での前記外気温度センサの検出温度に基づいて、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断するように構成されていると共に、前記送風機の作動停止状態において、前記送風機作動条件のうちの前記条件ｂが成立しない場合には、前記送風機を強制的に作動させることを実行せずに、前記凍結防止用条件のうちの前記条件Ｂが成立するか否かを判断し、前記送風機作動条件のうちの前記条件ｂ以外のいずれかの条件が成立しない場合には、前記送風機を強制的に作動させることと前記条件Ｂが成立するか否かを判断することとを実行せずに、前記送風機作動条件が成立するか否かの判断を継続するように構成されていることを特徴とする温水加熱システム。
2. 請求項１記載の温水加熱システムにおいて、
   前記条件Ｂは、前記外気温度センサの検出温度が所定の閾値温度TH2よりも低温であるという条件であり、
   前記送風機作動条件は、前記外気温度センサの検出温度が前記所定の閾値温度TH2よりも高い温度に設定された所定の閾値温度THxよりも低温であるという条件をさらに含むことを特徴とする温水加熱システム。