JP7374038B2

JP7374038B2 - 暖房システム

Info

Publication number: JP7374038B2
Application number: JP2020059512A
Authority: JP
Inventors: 誠森田; 耕司中島; 岳彦川上
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2023-11-06
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2021156552A

Description

本発明は、複数の熱源を用いた暖房システムに関するものである。

従来この種のものでは、圧縮機、液冷媒熱交換器、四方弁、膨張弁、空気熱交換器を有するヒートポンプ式熱源機と、燃焼熱源機とを備え、ヒートポンプ式熱源機の下流側に燃焼熱源機を配設したものにおいて、ヒートポンプ式熱源機または燃焼熱源機で加熱された熱媒を用いて暖房端末による暖房運転を行うものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１６－１１８３４０号公報

ところで、この従来のものは、ヒートポンプ式熱源機により熱媒を加熱して暖房端末による暖房運転を行っているとき、空気熱交換器への着霜が進行すると、空気熱交換器の除霜が実行されることになる。

この除霜時において、四方弁を冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えた状態で除霜を行う、いわゆる逆サイクル除霜が実行された場合、暖房運転時に蒸発器として機能していた空気熱交換器が凝縮器として機能すると共に、暖房運転時に凝縮器として機能していた液冷媒熱交換器が蒸発器として機能することになる。

そうすると、逆サイクル除霜時では、液冷媒熱交換器には低温の冷媒が流れることになり、液冷媒熱交換器を流通する熱媒も冷媒との熱交換により低温となる。ここで、逆サイクル除霜時において、暖房端末へ加熱された熱媒を供給するために燃焼熱源機がバックアップとして作動した場合、液冷媒熱交換器から流出して燃焼熱源機に流入する熱媒が低温となることから、燃焼熱源機の熱交換器において、燃焼ガスが急冷され熱交換面に結露が発生してしまい、熱交換器に結露が発生した状態が続くと熱交換器の腐触、破損を引き起こすおそれがあった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、暖房端末と、前記暖房端末に熱媒を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記熱媒と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、切換弁と、膨張弁と、空気熱交換器とを有し、前記循環回路を循環する前記熱媒を加熱するヒートポンプ式熱源機と、前記循環回路を循環する前記熱媒を加熱する燃焼熱源機と、制御装置と、を備え、前記循環回路は、前記暖房端末から流出した前記熱媒を前記液冷媒熱交換器の熱媒流路に導く第１熱媒配管と、前記液冷媒熱交換器から流出した前記熱媒を前記燃焼熱源機に導く第２熱媒配管と、前記燃焼熱源機３から流出した前記熱媒を前記暖房端末に導く第３熱媒配管とを有し、前記循環回路を、前記暖房端末と、前記第１熱媒配管と、前記液冷媒熱交換器と、前記第２熱媒配管と、前記燃焼熱源機と、前記第３熱媒配管とで環状に接続されると共に、前記燃焼熱源機を、前記循環回路を循環する前記熱媒の流れに対し前記ヒートポンプ式熱源機の下流側に配設した暖房システムにおいて、前記制御装置は、前記ヒートポンプ式熱源機により前記熱媒を加熱して前記暖房端末による暖房運転を行っている時に、所定の除霜開始条件が成立したと判断した場合、前記切換弁を前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に供給して前記空気熱交換器に発生した霜を溶かす逆サイクル除霜を実行させると共に、前記燃焼熱源機を作動させ、さらに前記逆サイクル除霜実行時の前記熱媒の流量を前記暖房運転時の前記熱媒の流量よりも多くするものとした。

この発明の請求項１によれば、逆サイクル除霜実行時の熱媒の流量を暖房運転時の熱媒の流量よりも多くすることで、逆サイクル除霜実行時に液冷媒熱交換器を通過して燃焼熱源機に流入する熱媒の温度の低下度合いを小さくできると共に、液冷媒熱交換器にて熱媒から冷媒へ吸熱される吸熱量が大きくなって空気熱交換器の除霜に利用される熱量が多くなり、除霜時間が短縮されて低温の熱媒が燃焼熱源機に流入する時間を短くでき、作動中の燃焼熱源機の熱交換器の結露の発生を抑制することができる。結露発生の抑制により、燃焼熱源機の熱交換器の腐食、破損を抑制することができる。

本発明の一実施形態の暖房システムの概略構成図。除霜運転時の動作を説明するタイムチャート。

次に、この発明の一実施形態の暖房システム１の構成について、図面に基づき説明する。図１に示すように、暖房システム１は主として、ヒートポンプ式熱源機２と、燃焼熱源機としての貯湯式燃焼熱源機３と、暖房端末４とを備えている。暖房システム１は、少なくともヒートポンプ式熱源機２または貯湯式燃焼熱源機３の何れか一方で加熱された熱媒（例えば、水または不凍液等の循環液）を用いて、暖房端末４にて熱媒から放熱することで、暖房端末４が設置された被空調空間を暖める暖房運転を行う。

前記ヒートポンプ式熱源機２は熱媒を加熱するための熱源機で、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機５、切換弁としての四方弁６、冷媒と熱媒との熱交換を行う負荷側熱交換器としての液冷媒熱交換器７、減圧器としての膨張弁８、室外ファン９の作動により送られる空気（外気）との熱交換を行う熱源側熱交換器としての空気熱交換器１０とを有し、それらを冷媒配管１１で環状に接続して冷媒が循環するヒートポンプ回路１２を形成しているものである。

前記ヒートポンプ式熱源機２において、１３は外気温度を検出する外気温度センサ、１４は膨張弁８から空気熱交換器１０までの冷媒配管１１に設けられ、膨張弁８から流出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ、１５は空気熱交換器１０から圧縮機５までの冷媒配管１１に設けられ、空気熱交換器１０から流出する冷媒の温度を検出する蒸発冷媒温度センサである。

また、前記液冷媒熱交換器７は、例えば、プレート式熱交換器で構成され、プレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と熱媒を流通させる熱媒流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されている。上記のヒートポンプ回路１２を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。

前記冷媒配管１１に設けられた四方弁６は、ヒートポンプ回路１２における冷媒の流れ方向を切り換える機能を有し、圧縮機５から吐出された冷媒を、液冷媒熱交換器７、膨張弁８、空気熱交換器１０の順に流通させ、圧縮機５に戻す流路を形成する状態（暖房運転時の状態）と、圧縮機５から吐出された冷媒を、空気熱交換器１０、膨張弁８、液冷媒熱交換器７の順に流通させ、圧縮機５に戻す流路を形成する状態（除霜運転時の状態）とに切換可能なものである。

前記貯湯式燃焼熱源機３は、熱媒を加熱するための熱源機で、その筐体内には、送風ファン１６からの燃焼用空気の供給を受けて燃料（ガス、灯油等）を燃焼させる燃焼器としてのバーナ１７と、バーナ１７の燃焼により発生した燃焼ガスから熱回収し前記熱媒を加熱する貯湯式熱交換器１８と、貯湯式熱交換器１８上方に隣接され貯湯式熱交換器１８を通過した後の燃焼ガスを集合させる排気室１９と、排気室１９を通過した後の燃焼ガスを機外に排出する排気筒２０とを有しているものである。

前記貯湯式熱交換器１８は、内部に一定量（４Ｌ～１０Ｌ）の熱媒を貯留する円筒状で小容量の貯留缶体２１と、貯留缶体２１下部内側に形成されバーナ１７の燃焼が行われる燃焼室２２と、燃焼室２２と排気室１９とを連通しバーナ１７の燃焼により発生した燃焼ガスを通過させる複数本の煙管２３とで構成されているものである。なお、２４は貯留缶体２１内の熱媒の温度を検出する第１温度検出手段としての第１熱媒温度センサである。なお、第１熱媒温度センサ２４は、直接、貯留缶体２１に設置されたものでなくても、貯留缶体２１から流出し暖房端末４に流入する熱媒の温度を検出するものであってもよい。

２５は暖房端末４に熱媒を循環させる循環回路で、循環回路２５は、暖房端末４から流出した熱媒をヒートポンプ式熱源機２の液冷媒熱交換器７の熱媒流路に導く第１熱媒配管２６と、ヒートポンプ式熱源機２の液冷媒熱交換器７から流出した熱媒を貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８（貯留缶体２１）に導く第２熱媒配管２７と、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８（貯留缶体２１）から流出した熱媒を暖房端末４に導く第３熱媒配管２８とを有し、循環回路２５は、ヒートポンプ式熱源機２と貯湯式燃焼熱源機３と暖房端末４とを、第１熱媒配管２６、第２熱媒配管２７、第３熱媒配管２８で接続し、熱媒が循環するように形成されるものである。貯湯式燃焼熱源機３は、循環回路２５を循環する熱媒の流れに対して、ヒートポンプ式熱源機２の下流側に配設されている。

前記第１熱媒配管２６には、循環回路２５内の熱媒を循環させる循環ポンプ２９が設けられると共に、熱媒を溜め循環回路２５の圧力を調整するヒーポン側シスターン３０が設けられている。なお、本実施形態では、循環ポンプ２９はヒートポンプ式熱源機２内に設けられているが、循環ポンプ２９は貯湯式燃焼熱源機３内に設けられていてもよく、ヒートポンプ式熱源機２内および貯湯式燃焼熱源機３内にそれぞれ１つずつに設けられていてもよい。

前記第２熱媒配管２７には、ヒートポンプ式熱源機２の液冷媒熱交換器７から流出し貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８に流入する熱媒の温度を検出する第２温度検出手段としての第２熱媒温度センサ３１が設けられている。

前記第３熱媒配管２８には、熱媒を溜め循環回路２５の圧力を調整する燃焼側シスターン３２が設けられている。

また、暖房端末４毎に分岐した第３熱媒配管２８の各々には、その開閉により暖房端末４への熱媒の供給を制御する熱動弁３３がそれぞれ設けられ、熱動弁３３は、暖房端末４が設置された被空調空間（室内）の温度が所定の温度になるように開閉が制御されるものである。暖房端末４は、床暖房パネルやラジエータ等、任意の端末を用いることができ、図１では２つ設けられているが、１つであってもよく、３つ以上であってもよく、数量や仕様が特に限定されるものではない。

３４は暖房システム１の操作指示を行うリモコンで、リモコン３４には、暖房端末４による暖房運転の開始または停止を指示する運転スイッチ、循環回路２５を循環させる熱媒の目標温度を設定する温度設定スイッチ、表示部等が備えられているものである。

３５は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段（ＲＯＭ、不揮発性メモリ等）と、演算・制御処理を行う制御手段とを備え、ヒートポンプ式熱源機２の動作を制御する制御装置としてのヒーポン側制御装置であり、ヒーポン側制御装置３５は、リモコン３４の信号や、外気温度センサ１３、第２熱媒温度センサ３１からの信号をうけ、圧縮機５や循環ポンプ２９等のアクチュエータの動作を制御すると共に、後述する貯湯式燃焼熱源機３の燃焼側制御装置３６と通信可能に接続され、燃焼側制御装置３６との間で動作指示等の信号のやりとりをすることができる。

３６は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段（ＲＯＭ、不揮発性メモリ等）と、演算・制御処理を行う制御手段とを備え、貯湯式燃焼熱源機３の動作を制御する制御装置としての燃焼側制御装置であり、燃焼側制御装置３６は、第１熱媒温度センサ２４からの信号をうけ、送風ファン１６、バーナ１７の動作を制御すると共に、ヒーポン側制御装置３５と通信可能に接続されているものである。

次に、この一実施形態の暖房システム１における暖房運転時の動作について説明する。暖房端末４に供給される高温の熱媒を生成する暖房運転は、ヒートポンプ式熱源機２または貯湯式燃焼熱源機３の何れか一方を単独で作動させて行う場合と、ヒートポンプ式熱源機２および貯湯式燃焼熱源機３の双方を作動させて行う場合がある。

まず、ヒートポンプ式熱源機２のみを作動させて暖房運転を行う場合について説明すると、リモコン３４から暖房端末４による被空調空間としての室内の加熱の指示がなされ、ヒートポンプ式熱源機２が作動する場合、ヒーポン側制御装置３５は、四方弁６を暖房運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機５、膨張弁８、室外ファン９、および循環ポンプ２９を駆動させて暖房運転を開始させる。この時、暖房運転が行われる暖房端末４に対応する熱動弁３３も開弁される。

前記暖房運転中、ヒートポンプ回路１２では、圧縮機５で圧縮された高温・高圧のガス状の冷媒が圧縮機５から吐出され、冷媒は凝縮器として機能する液冷媒熱交換器７にて、循環回路２５を流れる熱媒と熱交換を行って熱媒に熱を放出して加熱しながら気液混合状態で高圧の冷媒に変化する。そして、この状態の冷媒が膨張弁８において減圧されて低圧の冷媒となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する空気熱交換器１０において、室外ファン９の作動により送られる外気と熱交換を行って外気から吸熱して低温・低圧のガス状の冷媒となって、再び圧縮機５へ戻るものである。

前記循環回路２５では、一定回転数で駆動される循環ポンプ２９の駆動により液冷媒熱交換器７に流入した低温の熱媒は、凝縮器として機能する液冷媒熱交換器７において冷媒と熱交換されて加熱された後、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８では加熱されることなく通過し、その後、暖房端末４に供給されて室内の暖房に用いられ、暖房端末４を流通するときに放熱されて温度低下した熱媒は再び液冷媒熱交換器７へと戻るものである。このとき、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８（貯留缶体２１）には、ヒートポンプ式熱源機２で加熱された熱媒が貯留され、貯湯式熱交換器１８（貯留缶体２１）内の熱媒の温度はヒートポンプ式熱源機２が作動しているかぎり、目標温度と略同温度に保たれる。

なお、前記暖房運転中、ヒーポン側制御装置３５は、第２熱媒温度センサ３１の検出値に応じて、圧縮機５の回転数を制御する。ここでは、第２熱媒温度センサ３１により検出される熱媒の温度が、例えばユーザによりリモコン３４で設定された設定温度に基づいて決定される目標温度になるように、圧縮機５の回転数を制御する。

また、ヒーポン側制御装置３５は、圧縮機５から吐出される冷媒の吐出温度に応じて、膨張弁８の弁開度を制御する。ここでは、圧縮機５から吐出される冷媒の吐出温度が、例えば、リモコン３４の設定温度に対応した制御上の目標冷媒吐出温度となるように、膨張弁８の弁開度を制御する。

さらに、ヒーポン側制御装置３５は、外気温度センサ１３により検出された外気温度に応じて、室外ファン９の回転数を制御する。

続いて、貯湯式燃焼熱源機３のみを作動させて暖房運転を行う場合について説明すると、リモコン３４から暖房端末４による被空調空間としての室内の加熱の指示がなされ、ヒーポン側制御装置３５を介して、燃焼側制御装置３６がその指示を受け、貯湯式燃焼熱源機３が作動する場合、燃焼側制御装置３６は、送風ファン１６および燃料ポンプ（図示せず）を駆動させ、バーナ１７での燃焼を行わせると共に、循環ポンプ２９を駆動させ、暖房運転を開始させる。この時、暖房運転が行われる暖房端末４に対応する熱動弁３３も開弁される。

前記暖房運転中、燃焼側制御装置３６は、第１熱媒温度センサ２４の検出する貯留缶体２１内の熱媒の温度がリモコン３４で設定された設定温度に基づいて決定される目標温度になるように、バーナ１７の燃焼の実行または停止、燃焼量の調整により制御するものであり、暖房運転開始時は、熱媒の温度が目標温度に素早く上昇するように、バーナ１７の燃焼量を予め設定された上限燃焼量にし、その後、熱媒の温度が目標温度に近づいていくにつれてバーナ１７の燃焼量を徐々に下げていき、熱媒の温度を目標温度に維持するのが可能であれば予め設定された下限燃焼量まで燃焼量を下げて燃焼を行い、熱媒の温度が目標温度より所定温度高い燃焼オフ温度に達したら、バーナ１７の燃焼を停止し、熱媒の温度が目標温度または目標温度より所定温度低い燃焼オン温度に達したら、バーナ１７の燃焼を再開させ、貯留缶体２１内の熱媒の温度を目標温度に近づけるべく燃焼量を適宜制御するものである。

前記循環回路２５では、一定回転数で駆動される循環ポンプ２９の駆動により暖房端末４を流出した低温の熱媒は、ヒートポンプ式熱源機２の液冷媒熱交換器７では加熱されることなく通過し、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８において燃焼ガスと熱交換されて加熱された後、暖房端末４に供給されて室内の暖房に用いられ、暖房端末４を流通するときに放熱されて温度低下した熱媒は、再び液冷媒熱交換器７では加熱されることなく通過して貯湯式熱交換器１８へと戻るものである。

続いて、暖房負荷が大きく、ヒートポンプ式熱源機２または貯湯式燃焼熱源機３の何れか一方を作動では出力が足りず、ヒートポンプ式熱源機２および貯湯式燃焼熱源機３の双方を作動させて暖房運転を行う場合について説明すると、ヒートポンプ式熱源機２および貯湯式燃焼熱源機３の双方を作動させて暖房運転を行う場合は、貯湯式燃焼熱源機３の第１熱媒温度センサ２４により検出される熱媒の温度が、リモコン３４で設定された設定温度に基づいて決定される目標温度になるように、ヒーポン側制御装置３５と燃焼側制御装置３６とが必要に応じて互いに連係しつつ、圧縮機５の回転数を制御すると共にバーナ１７の制御を行うものである。

前記循環回路２５では、一定回転数で駆動される循環ポンプ２９の駆動により液冷媒熱交換器７に流入した低温の熱媒は、液冷媒熱交換器７において冷媒と熱交換されて加熱された後、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８において燃焼ガスと熱交換されてさらに加熱され、加熱された熱媒は、その後、暖房端末４に供給されて室内の暖房に用いられ、暖房端末４を流通するときに放熱されて温度低下した熱媒は再び液冷媒熱交換器７へと戻るものである。

ここで、ヒートポンプ式熱源機２または貯湯式燃焼熱源機３の何れか一方を作動させて行う暖房運転について、どちらの熱源機を優先して作動させるかを決定するための判定は、外気温度と熱源機を作動させるためのコスト（ヒートポンプ式熱源機２であれば電気代、貯湯式燃焼熱源機３であれば燃料代）とに基づいて行われる。具体的には、ヒートポンプ式熱源機２、貯湯式燃焼熱源機３それぞれの稼働コストの比較し、稼働コストが最も低いものを優先作動させる熱源機とし、他方を補助作動させる熱源機とするものであり、ヒートポンプ式熱源機２の稼働コストは、外気温度に応じた熱効率（成績係数）と時間帯に応じて変化する電気代に基づいて算出され、貯湯式燃焼熱源機３の稼働コストは、熱効率と燃料代に基づいて算出される。

例えば、ヒートポンプ式熱源機２のみを作動させての暖房運転中に、外気温度が変動（外気温度が低下）した場合、熱媒を加熱する熱源が、ヒートポンプ式熱源機２から貯湯式燃焼熱源機３へ切り換えられ、貯湯式燃焼熱源機３のみを作動させての暖房運転中に、外気温度が変動（外気温度が上昇）した場合、貯湯式燃焼熱源機３からヒートポンプ式熱源機２へ切り換えられるものである。

次に、本実施形態において、ヒートポンプ式熱源機２のみを作動させての暖房運転中に、除霜運転を行う場合について、図２のタイムチャートを用いて説明する。図２では、本実施形態および比較例の循環回路２５を循環する熱媒の流量の経時推移、循環ポンプ２９の回転数の経時推移、および貯湯式燃焼熱源機３に流入する熱媒の温度（図２上では燃焼熱源機流入熱媒温度と表記）の経時推移を示している。

まず、本実施形態において、時間ｔ１までヒートポンプ式熱源機２のみを作動させての暖房運転が行われており、暖房端末４に供給される熱媒の目標温度が４５℃に設定された状態であり、ヒーポン側制御装置３５は、第２熱媒温度センサ３１で検出される熱媒の温度が目標温度になるように圧縮機５等を制御している。このとき、ヒートポンプ式熱源機２の液冷媒熱交換器７の出口から暖房端末４の流入口までの循環回路２５（第２熱媒配管２７、貯留缶体２１、第３熱媒配管２８）内の熱媒の温度は目標温度（４５℃）と略同じ温度となっている。

前記暖房運転中において、外気温度が低い場合、空気熱交換器１０は徐々に着霜する。暖房運転中に、所定の除霜開始条件が成立した場合、例えば、外気温度センサ１３で検出される外気温度と蒸発冷媒温度センサ１５で検出される空気熱交換器１０の出口側の冷媒温度との温度差が所定値を超えた場合、空気熱交換器１０の霜を溶かすための除霜運転の実行を開始するものである。

前記除霜運転について説明すると、本実施形態の除霜運転は、暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆方向に冷媒を循環させる形態（いわゆる逆サイクル除霜）で、空気熱交換器１０に発生した霜を溶かすものである。逆サイクル除霜が実行された場合、暖房運転時に蒸発器として機能していた空気熱交換器１０が凝縮器として機能すると共に、暖房運転時に凝縮器として機能していた液冷媒熱交換器７が蒸発器として機能することになる。なお、循環ポンプ２９の駆動は逆サイクル除霜時も継続される。

図２に戻り、時間ｔ１において、ヒーポン側制御装置３５は、所定の除霜開始条件が成立したと判断した場合、四方弁６を冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、圧縮機５から吐出された冷媒を空気熱交換器１０に供給して空気熱交換器１０に発生した霜を溶かす逆サイクル除霜を実行させる。

このとき、暖房端末４による暖房運転が継続されるように、ヒーポン側制御装置３５は燃焼側制御装置３６に指示してバックアップとして貯湯式燃焼熱源機３を作動させ、貯湯式燃焼熱源機３にて熱媒を加熱して暖房端末４へ供給する。さらに、ヒーポン側制御装置３５は、逆サイクル除霜実行時に、循環ポンプ２９の回転数を暖房運転時の回転数（ここでは３０００ｒｐｍ）よりも高い回転数（ここでは４０００ｒｐｍ）にして、逆サイクル除霜実行時に循環回路２５を流れる熱媒の流量（ここでは６Ｌ／ｍｉｎ）を暖房運転時に循環回路２５を流れる熱媒の流量（ここでは５Ｌ／ｍｉｎ）よりも多くするようにしている。

一方、比較例では、逆サイクル除霜時の循環ポンプ２９の回転数は、暖房運転時の循環ポンプ２９の回転数（ここでは３０００ｒｐｍ）と同じとし、循環回路２５を流れる熱媒の流量も逆サイクル除霜時と暖房運転時とで同じ流量（ここでは５Ｌ／ｍｉｎ）としている。

ここで、本実施形態の逆サイクル除霜中である時間ｔ１～ｔ２における貯湯式燃焼熱源機３に流入する熱媒の温度推移と、比較例の逆サイクル除霜中である時間ｔ１～ｔ３における貯湯式燃焼熱源機３に流入する熱媒の温度推移とを比較すると、双方ともに熱媒の温度が徐々に減少している。これは、逆サイクル除霜により液冷媒熱交換器７が蒸発器として機能し、液冷媒熱交換器７に低温の冷媒が流れることに伴い、液冷媒熱交換器７を流通する熱媒も冷媒との熱交換により低温となるからである。

比較例を基準として本実施形態を見ると、逆サイクル除霜時において、比較例の熱媒の温度よりも本実施形態の熱媒温度の方が高めに推移し、熱媒の最低温度を見ても比較例（１９℃）よりも本実施形態（２４℃）の方が高くなっている。本実施形態では、逆サイクル除霜時に暖房運転時よりも循環ポンプ２９の回転数を高くすることで熱媒の流量を多くしている。そうすると、液冷媒熱交換器７において、比較例よりも本実施形態の方が、熱媒の流れが速くなって、液冷媒熱交換器７通過後の熱媒の温度が高い状態（比較例での液冷媒熱交換器７通過後の熱媒温度＜本実施形態での液冷媒熱交換器７通過後の熱媒温度の関係）となる、つまり、本実施形態のように熱媒の流量を多くして速く流れる方が比較例のようにゆっくり流れるよりも液冷媒熱交換器７通過後の熱媒の温度は下がらないということである。よって、本実施形態のように、逆サイクル除霜実行時の熱媒の流量を暖房運転時の熱媒の流量よりも多くすると、逆サイクル除霜時に液冷媒熱交換器７を通過して貯湯式燃焼熱源機３に流入する熱媒の温度の低下度合いを小さくでき、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８の結露の発生を抑制することができる。

さらに、比較例を基準として本実施形態を見ると、逆サイクル除霜時において、比較例の除霜時間（時間ｔ１～ｔ３）よりも本実施形態の除霜時間（時間ｔ１～ｔ２）の方が短くなっている。本実施形態では、逆サイクル除霜時に暖房運転時よりも循環ポンプ２９の回転数を高くすることで熱媒の流量を多くしている。熱媒の流量が多くなると、液冷媒熱交換器７において、冷媒への熱伝達率が上がり、熱媒から冷媒へ吸熱される吸熱量が大きくなるので、空気熱交換器１０の除霜に利用される熱量が多くなり、除霜時間が短くなる。よって、本実施形態のように、逆サイクル除霜実行時の熱媒の流量（６Ｌ／ｍｉｎ）を暖房運転時の熱媒の流量（５Ｌ／ｍｉｎ）よりも多くすると、除霜の時間が短縮でき、低温の熱媒が貯湯式燃焼熱源機３に流入する時間を短くでき、貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８の結露の発生を抑制することができる。

そして、本実施形態の時間ｔ２において、ヒーポン側制御装置３５は、所定の除霜終了条件が成立したと判断した場合、逆サイクル除霜を終了する。前記除霜終了条件は、例えば、空気熱交換器１０を通過して膨張弁８に向かう冷媒温度センサ１４で検出される冷媒の温度が、予め設定された除霜終了温度（例えば、５℃）に達することである。

前記逆サイクル除霜を終了したら、ヒーポン側制御装置３５は、四方弁６を暖房運転時の状態に切り換え、循環ポンプ２９の回転数を暖房運転時の回転数（３０００ｒｐｍ）に戻すと共に、燃焼側制御装置３６に貯湯式燃焼熱源機３の作動停止指示を送り、貯湯式燃焼熱源機３の作動を停止させ、ヒートポンプ式熱源機２のみを作動させての暖房運転を再開するものである。

なお、上記の本実施形態では、逆サイクル除霜時における貯湯式燃焼熱源機３の貯湯式熱交換器１８の結露を問題として挙げたが、この結露の問題は貯湯式燃焼熱源機３に限られるものではない。貯湯式燃焼熱源機３の代わりに瞬間式燃焼熱源機を適用した場合であっても、瞬間式燃焼熱源機のフィンチューブ式熱交換器が結露する問題がある。結露を抑制するためには先に説明した本実施形態と同様に、逆サイクル除霜時の循環ポンプ２９の回転数を暖房運転時より高くして熱媒の流量を多くすればよいものである。

また、本実施形態では、ヒートポンプ式熱源機２のみを作動させての暖房運転中に、ヒートポンプ式熱源機２が逆サイクル除霜を行う場合を例に挙げたが、ヒートポンプ式熱源機２および貯湯式燃焼熱源機３の双方を作動させての暖房運転中に、ヒートポンプ式熱源機２が逆サイクル除霜を行う場合であってもよく、その場合についても、逆サイクル除霜時に行われる動作は、先に説明した本実施形態の動作と同様、貯湯式燃焼熱源機３を作動させ、循環ポンプ２９の回転数を暖房運転時より高くして熱媒の流量を多くするものである。

以上説明したように、燃焼熱源機３（本実施形態では貯湯式燃焼熱源機３）が、循環回路２５を循環する熱媒の流れに対してヒートポンプ式熱源機２の下流側に配設されている暖房システム１において、ヒートポンプ式熱源機２により熱媒を加熱して暖房端末４による暖房運転を行っている時に、ヒーポン側制御装置３５が所定の除霜開始条件が成立したと判断した場合、四方弁６を冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、圧縮機５から吐出された冷媒を空気熱交換器１０に供給して空気熱交換器１０に発生した霜を溶かす逆サイクル除霜を実行させると共に、燃焼熱源機３を作動させ、さらに循環ポンプ２９の回転数を高くし、逆サイクル除霜実行時に循環回路２５を流れる熱媒の流量を暖房運転時の熱媒の流量よりも多くするようにしたことで、逆サイクル除霜時に液冷媒熱交換器７を通過して燃焼熱源機３に流入する熱媒の温度の低下度合いを小さくできると共に、液冷媒熱交換器７にて熱媒から冷媒へ吸熱される吸熱量が大きくなって空気熱交換器１０の除霜に利用される熱量が多くなり、除霜時間が短縮されて低温の熱媒が燃焼熱源機３に流入する時間を短くでき、作動中の燃焼熱源機３の熱交換器（本実施形態では貯湯式熱交換器１８）の結露の発生を抑制することができる。結露発生の抑制により、燃焼熱源機３の熱交換器の腐食、破損を抑制することできるものである。また、逆サイクル除霜時は、燃焼熱源機３を作動させるので、燃焼熱源機３で加熱された熱媒が暖房端末４に供給されて暖房運転が継続され、快適性を損なうことがない。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、貯湯式燃焼熱源機３は暖房用途にのみ使用するものとしたが、貯留缶体２１内の熱媒と給水とを熱交換する給湯用熱交換器、または、貯留缶体２１内の熱媒と浴槽水とを熱交換する風呂用熱交換器を貯留缶体２１内に設け、貯湯式燃焼熱源機３を暖房用途に加え給湯用途や風呂用途に使用することができるものとしてもよいものである。

また、本実施形態では、ヒーポン側制御装置３５が主にヒートポンプ式熱源機２を制御し、燃焼側制御装置３６が主に貯湯式燃焼熱源機３を制御するものとしたが、ヒーポン側制御装置３５および燃焼側制御装置３６を１つの制御装置として、ヒートポンプ式熱源機２および貯湯式燃焼熱源機３の双方を制御するようにしてもよいものである。

１暖房システム
２ヒートポンプ式熱源機
３貯湯式燃焼熱源機
４暖房端末
５圧縮機
６四方弁
７液冷媒熱交換器
８膨張弁
１０空気熱交換器
２５循環回路
２９循環ポンプ
３５ヒーポン側制御装置

Claims

暖房端末と、
前記暖房端末に熱媒を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記熱媒と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、切換弁と、膨張弁と、空気熱交換器とを有し、前記循環回路を循環する前記熱媒を加熱するヒートポンプ式熱源機と、
前記循環回路を循環する前記熱媒を加熱する燃焼熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記循環回路は、前記暖房端末から流出した前記熱媒を前記液冷媒熱交換器の熱媒流路に導く第１熱媒配管と、
前記液冷媒熱交換器から流出した前記熱媒を前記燃焼熱源機に導く第２熱媒配管と、
前記燃焼熱源機３から流出した前記熱媒を前記暖房端末に導く第３熱媒配管とを有し、
前記循環回路を、前記暖房端末と、前記第１熱媒配管と、前記液冷媒熱交換器と、前記第２熱媒配管と、前記燃焼熱源機と、前記第３熱媒配管とで環状に接続されると共に、前記燃焼熱源機を、前記循環回路を循環する前記熱媒の流れに対し前記ヒートポンプ式熱源機の下流側に配設した暖房システムにおいて、
前記制御装置は、前記ヒートポンプ式熱源機により前記熱媒を加熱して前記暖房端末による暖房運転を行っている時に、所定の除霜開始条件が成立したと判断した場合、前記切換弁を前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に供給して前記空気熱交換器に発生した霜を溶かす逆サイクル除霜を実行させると共に、前記燃焼熱源機を作動させ、さらに前記逆サイクル除霜実行時の前記熱媒の流量を前記暖房運転時の前記熱媒の流量よりも多くするようにしたことを特徴とする暖房システム。