WO2014188759A1 - ヒートポンプシステム - Google Patents

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WO2014188759A1
WO2014188759A1 PCT/JP2014/056139 JP2014056139W WO2014188759A1 WO 2014188759 A1 WO2014188759 A1 WO 2014188759A1 JP 2014056139 W JP2014056139 W JP 2014056139W WO 2014188759 A1 WO2014188759 A1 WO 2014188759A1
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WO
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heat
hot water
path
heat pump
temperature
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PCT/JP2014/056139
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English (en)
French (fr)
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河野　秀勇
孝二 太田
田中　宏和
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Sharp Corp
Rinnai Corp
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Sharp Corp
Rinnai Corp
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0026—Domestic hot-water supply systems with conventional heating means
    • F24D17/0031—Domestic hot-water supply systems with conventional heating means with accumulation of the heated water
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    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/136—Defrosting or de-icing; Preventing freezing
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    • F24H15/00—Control of fluid heaters
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    • F24H15/258—Outdoor temperature
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    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/123—Compression type heat pumps

Definitions

  • This specification relates to a heat pump system.
  • JP 2009-156495 A discloses a heat pump system including a heat pump unit including a heat pump that absorbs heat from outside air and heats the heat medium, and a tank unit including a tank that stores the heat medium.
  • a heat pump unit including a heat pump that absorbs heat from outside air and heats the heat medium
  • a tank unit including a tank that stores the heat medium.
  • the heat pump system in order to prevent the heat medium from freezing, it is possible to perform an antifreeze operation in which heating is performed while circulating the heat medium between the tank and the heat pump.
  • the heat medium is heated by the heat pump in the freeze prevention operation.
  • heating of the heat medium by the heat pump is high in energy efficiency, it is preferable to heat the heat medium to prevent freezing by driving the heat pump.
  • the heat pump in a system having only a heat pump as a heat source, even when the outside air temperature is low, not only for anti-freezing operation but also when it is necessary to store heat in the tank, for example, when hot water for hot water supply needs to be stored It is necessary to drive the heat pump.
  • the heat pump is driven in a situation where the outside air temperature is low, there is a possibility that the evaporator that performs heat exchange between the refrigerant of the heat pump and the outside air may be frosted.
  • the evaporator is frosted, drainage is generated along with the defrosting operation, so that a separate measure for preventing the drain from freezing is required.
  • a defrosting operation is always required, so that a drain freezing prevention measure is also necessarily required. For this reason, it is preferable that the evaporator of the heat pump is not frosted as much as possible.
  • the present specification provides a technique for solving the above problems.
  • the present specification provides a technology capable of preventing a situation in which a heat pump heated by a heat pump accumulates in a tank, and prevents a frost from forming on the evaporator of the heat pump due to the freeze prevention operation.
  • the heat pump system disclosed in this specification includes a heat pump unit including a heat pump that absorbs heat from outside air and heats the heat medium, a tank unit including a tank that stores the heat medium, and an auxiliary heat source unit that heats the heat medium. .
  • the heat pump system further includes an outside air temperature detecting means for detecting the outside air temperature, and a heater provided in a flow path through which the heat medium flows between the tank and the heat pump.
  • the heat pump system can execute an anti-freezing operation in which the heat medium is heated while circulating the heat medium between the tank and the heat pump. In the anti-freezing operation, the heat pump system heats the heat medium with a heat pump when the outside air temperature is high, and heats the heat medium with a heater when the outside air temperature is low.
  • the heating means used in the freeze prevention operation is switched according to the outside air temperature.
  • the outside air temperature is high, energy efficiency can be increased by heating the heat medium with a heat pump.
  • frosting on the evaporator of the heat pump can be prevented by heating the heat medium with a heater and not heating the heat medium with a heat pump.
  • the heat pump system described above can heat the heat medium using the auxiliary heat source unit even when the heat pump unit is not driven when the outside air temperature is low, for example, to produce and supply hot water for hot water supply. As a result, convenience is not impaired.
  • Any auxiliary heat source unit may be used as long as it is a heat source that does not form frost upon driving, such as a gas heat source unit, a gas engine cogeneration unit, a fuel cell, or a heater.
  • the above heat pump system can be configured such that a heater is provided in the flow path inside the tank unit.
  • the detection value of the thermistor (the thermistor for detecting the temperature of the heat medium or the thermistor for detecting the temperature of the refrigerant circulating in the heat pump) in the heat pump unit is affected by the heat radiation from the heater. Can be prevented.
  • the above heat pump system can be configured such that a heater is provided in the flow path where the heat medium returns from the heat pump to the tank.
  • the flow of the heat medium from the tank to the heat pump is more likely to freeze the heat medium than the flow path of the heat medium from the heat pump to the tank. For this reason, the necessity of the freeze prevention operation is often determined based on the temperature of the heat medium detected in the flow path for sending the heat medium from the tank to the heat pump.
  • the detection value of the thermistor provided in the flow path for sending the heat medium from the tank to the heat pump is from the heater. It can be prevented from being affected by heat dissipation.
  • FIG. 1 shows a configuration of a hot water supply system 10 of this embodiment.
  • the hot water supply system 10 includes a hot water storage unit 20, an HP heat source unit 40, a gas heat source unit 50, and a controller 11.
  • the HP heat source unit 40 includes a compressor 41, a first heat exchanger 43 that is a condenser, an expansion valve 44, and a heat pump 40a that includes a second heat exchanger 45 that is an evaporator.
  • the discharge side of the compressor 41, the four-way valve 42, the refrigerant flow path 43a of the first heat exchanger 43, the expansion valve 44, the second heat exchanger 45, the four-way valve 42, and the suction side of the compressor 41 are refrigerant.
  • the pipes 46 are connected in order, and the refrigerant circulates in this order.
  • the refrigerant may be, for example, R744 (CO2 refrigerant) or R410A (HFC refrigerant).
  • the first heat exchanger 43 includes a refrigerant channel 43a and a circulating water channel 43b.
  • a fan 45 a is installed in the vicinity of the second heat exchanger 45.
  • the second heat exchanger 45 performs heat exchange between the outside air sent by the fan 45a and the refrigerant.
  • a defrosting path 47 is connected to the refrigerant pipe 46 between the discharge side of the compressor 41 and the four-way valve 42, and between the expansion valve 44 and the second heat exchanger 45. In the defrosting path 47, a defrosting valve 47a is provided.
  • a circulation forward connection path 48 is connected to the inlet side of the circulating water flow path 43b of the first heat exchanger 43, and a circulation return path connection path 49 is connected to the outlet side.
  • the circulation path connection path 48 is provided with an inlet side thermistor 48a
  • the circulation path connection path 49 is provided with an outlet side thermistor 49a.
  • the inlet side thermistor 48a detects the temperature of the circulating water flowing into the circulating water flow path 43b of the first heat exchanger 43
  • the outlet side thermistor 49a is the circulating water flowing out of the circulating water flow path 43b of the first heat exchanger 43. Detect the temperature.
  • each thermistor 48a, 49a outputs a detection signal corresponding to the water temperature, and this signal is input to the controller 11 to detect the water temperature.
  • the expression that a thermistor or sensor detects actually means that the temperature or the flow rate of water is detected by inputting these detection signals to the controller 11.
  • the hot water storage unit 20 includes a hot water storage tank 21 and a mixer 24.
  • a water supply path 22 for supplying tap water to the hot water tank 21 is connected to the bottom of the hot water tank 21.
  • a pressure reducing valve 23 is provided in the vicinity of the tap water inlet 22 a of the water supply path 22.
  • the pressure reducing valve 23 adjusts the water supply pressure to the water supply path 22.
  • a mixed water supply path 26 of the mixer 24 is connected to the downstream side of the pressure reducing valve 23 of the water supply path 22.
  • a water supply control valve 26a, a water supply flow rate sensor 26b, and a water supply thermistor 26c are provided in the mixed water supply path 26.
  • the water supply control valve 26 a adjusts the flow rate of tap water flowing through the mixed water supply path 26.
  • the water supply flow rate sensor 26 b and the water supply thermistor 26 c detect the flow rate and temperature of tap water flowing through the mixed water supply path 26.
  • the downstream pressure of the pressure reducing valve 23 decreases.
  • the pressure reducing valve 23 opens when the downstream pressure decreases, and tries to maintain the pressure at a predetermined pressure regulation value. For this reason, when the hot water in the hot water storage tank 21 decreases or the water supply control valve 26a of the mixer 24 is opened, tap water is supplied thereto.
  • a drainage path 31 is connected to the downstream side of the connection portion of the mixed water supply path 26.
  • a drain valve 32 is provided in the middle of the drain path 31. The drain valve 32 can be manually opened and closed. When the drain valve 32 is opened, the water in the hot water tank 21 is drained to the outside through the drain path 31.
  • a circulation outward path 33 is connected to the bottom of the hot water tank 21, and one end of a circulation return path 34 is connected to the upper part of the hot water tank 21.
  • the other end of the circulation outward path 33 is connected to the circulation outward path connection path 48 of the HP heat source unit 40, and the other end of the circulation return path 34 is connected to the circulation return path connection path 49.
  • a circulation thermistor 36 and a circulation pump 37 are provided in the circulation outward path 33. The outward thermistor 36 detects the temperature of the water that has flowed out of the hot water storage tank 21 into the circulation outward path 33.
  • an electric freeze prevention heater 34a is provided in the circulation return path 34 inside the tank unit 20, an electric freeze prevention heater 34a is provided in the circulation return path 34 inside the tank unit 20, an electric freeze prevention heater 34a is provided.
  • a pressure release path 38 is connected in the middle of the circulation return path 34, and a relief valve 38 a is provided in the pressure release path 38.
  • the valve opening pressure of the relief valve 38 a is set slightly higher than the pressure regulation value of the pressure reducing valve 23.
  • the relief valve 38a is opened to prevent the pressure in the hot water storage tank 21 from exceeding the pressure that can withstand pressure.
  • an upper thermistor 39 is attached to a predetermined amount (for example, 30 liters) from the upper end.
  • the upper thermistor 39 detects the water temperature at the upper part of the hot water tank 21.
  • the hot water storage unit 20 is also provided with an outside air temperature thermistor 35 that detects the outside air temperature.
  • the hot water path 25 of the mixer 24 is connected to the upper part of the hot water tank 21.
  • the warm water path 25 is provided with a warm water control valve 25a, a warm water flow rate sensor 25b, and a warm water thermistor 25c.
  • the hot water control valve 25 a adjusts the flow rate of water flowing from the hot water tank 21 to the hot water path 25.
  • the hot water flow rate sensor 25 b detects the flow rate of water flowing from the hot water storage tank 21 to the hot water path 25.
  • the hot water thermistor 25 c detects the temperature of the water flowing through the hot water path 25.
  • the warm water path 25 and the mixed water supply path 26 merge and are connected to the first mixing path 27.
  • the first mixing path 27 is provided with a mixing thermistor 27 a that detects the temperature of the mixed water flowing through the first mixing path 27.
  • the hot water storage unit 20 includes a first hot water supply path 29.
  • a hot water supply thermistor 29 a is provided in the first hot water supply path 29.
  • a hot-water tap 60 is connected to the tip of the first hot water supply path 29.
  • the hot-water tap 60 is arranged in a bathroom, a washroom, a kitchen, etc. (in FIG. 1, the plurality of hot-water taps 60 are represented by one).
  • the middle of the first mixing path 27 and the middle of the first hot water supply path 29 are connected by a hot water supply bypass path 28.
  • the hot water supply bypass path 28 is provided with a bypass control valve 28a.
  • the gas heat source unit 50 includes a burner heat exchanger 52, a burner 53, and the like.
  • the mixed water from the first mixing path 27 of the hot water storage unit 20 flows into the burner heat exchanger 52 through the second mixing path 51.
  • the second mixing path 51 is provided with an incoming water thermistor 51a, a hot water supply flow rate sensor 51b, and a water amount servo 51c.
  • the incoming water thermistor 51a and the hot water supply flow rate sensor 51b detect the temperature and flow rate of the water flowing through the second mixing path 51, respectively.
  • the water amount servo 51 c adjusts the flow rate of water flowing through the second mixing path 51.
  • the gas combustion type burner 53 heats the burner heat exchanger 52.
  • the water heated by the burner heat exchanger 52 flows into the first hot water supply path 29 of the hot water storage unit 20 through the second hot water supply path 54.
  • a can body thermistor 55 is provided near the outlet of the burner heat exchanger 52, and a hot water thermistor 56 is provided downstream thereof.
  • a heat source bypass path 57 is connected between the downstream side of the water amount servo 51 c in the second mixing path 51 and the can body thermistor 55 and the hot water thermistor 56 in the second hot water supply path 54.
  • a heat source unit bypass control valve 58 is provided at a connection portion between the second mixing path 51 and the heat source unit bypass path 57. By adjusting the opening degree of the heat source unit bypass control valve 58, a part of the water flowing through the second mixing path 51 flows into the heat source unit bypass path 57, and the flow rate of the water is adjusted.
  • the controller 11 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. Various operation programs are stored in the ROM.
  • the RAM temporarily stores various signals input to the controller 11 and various data generated in the course of execution of processing by the CPU. Specifically, the detection signals of the various thermistors 25c, 26c, 27a, 29a, 35, 36, 39, 48a, 49a, 51a, 55, 56 and the flow sensors 25b, 26b, 51b are input to the RAM. These pieces of information are temporarily stored.
  • the CPU outputs drive signals to various devices such as the hot water storage unit 20, the HP heat source unit 40, and the gas heat source unit 50 based on information stored in the ROM and RAM.
  • a remote controller 13 is connected to the controller 11.
  • the remote controller 13 is provided with a switch 16 for operating the hot water supply system 10, a liquid crystal display 17 for displaying an operation state of the hot water supply system 10, and the like, and information set by the remote controller 13 is input to the controller 11. .
  • Heat storage operation In the hot water supply system 10, it is possible to execute a heat storage operation in which the water in the hot water storage tank 21 is heated by the heat pump 40 a to be hot hot water, and the hot water is stored in the hot water storage tank 21.
  • the compressor 41 is driven in the HP heat source unit 40.
  • the refrigerant compressed by the compressor 41 flows through the refrigerant channel 43a of the first heat exchanger 43, the circulating water flowing through the circulating water channel 43b is heated.
  • the refrigerant that has flowed out of the refrigerant flow path 43a is expanded and cooled by the expansion valve 44, and when it flows through the second heat exchanger 45, it absorbs heat from the outside air and rises in temperature.
  • the temperature of the refrigerant that has been raised flows into the compressor 41 and is compressed again, so that the temperature is further raised.
  • the circulation pump 37 is operated, and the water in the hot water storage tank 21 is sucked out from the bottom of the hot water storage tank 21 to the circulation outward path 33.
  • the water sucked into the circulation outward path 33 is heated and increases in temperature when passing through the circulation water flow path 43b of the first heat exchanger 43 of the HP heat source unit 40.
  • the hot water whose temperature has risen flows through the circulation return path 34 and is returned to the upper part of the hot water tank 21.
  • the hot water storage tank 21 forms a temperature stratification in which the high temperature layer is laminated on the upper side of the low temperature layer.
  • the thickness (depth) of the high temperature layer gradually increases, and when hot water is stored to the maximum, hot water is stored in the entire hot water tank 21. Become.
  • hot hot water can be sent out to the hot water path 25 connected to the upper part of the hot water storage tank 21. It becomes possible.
  • Hot water operation In the hot water supply operation, the mixed water adjusted to the hot water supply set temperature by the mixer 24 was adjusted to a temperature lower than the hot water supply set temperature by the first hot water supply operation for supplying hot water from the hot water tap 60 through the hot water supply bypass path 28.
  • One of the 2nd hot water supply operation which heats mixed water with gas heat source unit 50, and supplies hot water from hot-water tap 60 is performed.
  • the first hot water operation is performed. Is called.
  • the controller 11 opens the bypass control valve 28a and fully closes the water amount servo 51c.
  • the controller 11 adjusts the opening degree of the hot water control valve 25a and the opening degree of the water supply control valve 26a so that the water temperature detected by the mixing thermistor 27a becomes the hot water supply set temperature.
  • the mixed water adjusted to the hot water supply set temperature flows through the first mixing path 27, and then hot water is supplied from the hot water tap 60 through the hot water supply bypass path 28 and the first hot water supply path 29.
  • the second hot water supply operation is performed.
  • the controller 11 fully closes the bypass control valve 28a and sets the water amount servo 51c to a predetermined opening.
  • the controller 11 determines the opening of the hot water control valve 25a and the water supply control valve 26a so that the water temperature detected by the mixing thermistor 27a becomes a second reference temperature (for example, the hot water supply set temperature -5 ° C.) lower than the hot water supply set temperature. Adjust the opening.
  • the mixed water adjusted to the second reference temperature flows through the first mixing path 27, flows through the second mixing path 51 of the gas heat source unit 50, flows into the burner heat exchanger 52, and is heated by the burner 53.
  • the heating capacity of the burner 53 is controlled so that the water temperature detected by the can body thermistor 55 provided at the outlet of the burner heat exchanger 52 is 60 ° C. or higher. Thereby, it can suppress that dew condensation water generate
  • a part of the mixed water flowing through the second mixing path 51 flows into the second hot water supply path 54 through the heat source unit bypass path 57, and water of 60 ° C. or higher from the burner heat exchanger 52 and the second from the heat source unit bypass path 57.
  • the water at the reference temperature is mixed, and the water at the hot water supply set temperature is sent to the first hot water supply path 29.
  • the water adjusted to the hot water supply set temperature is supplied from the hot water tap 60 through the first hot water supply path 29.
  • the second heat exchanger 45 may be frosted. If the second heat exchanger 45 is frosted, the efficiency of heat exchange with the outside air is lowered, and the heating capacity of the circulating water in the heat pump 40a is lowered. Therefore, in the hot water supply system 10 of the present embodiment, when the second heat exchanger 45 is frosted, a defrosting operation for defrosting from the second heat exchanger 45 can be performed. In the defrosting operation, in the HP heat source unit 40, the compressor 41 is driven with the defrosting valve 47a opened.
  • the high-temperature refrigerant discharged from the compressor 41 flows to the second heat exchanger 45 through the defrosting path 47 and circulates back to the compressor 41 as indicated by broken line arrows in FIG.
  • the high-temperature refrigerant flows through the second heat exchanger 45, it can be defrosted from the second heat exchanger 45.
  • step S202 it is determined whether or not the temperature of the circulating water is lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.).
  • a predetermined temperature for example, 10 ° C.
  • the temperature of the circulating water refers to the temperature of the circulating water in the circulating outbound path 33 detected by the outbound thermistor 36 and the circulating water in the circulating outbound connection path 48 detected by the inlet-side thermistor 48a. It means the lower one of the temperatures. If the temperature of the circulating water is equal to or higher than the predetermined temperature (NO in step S202), the process returns to step S202. When the temperature of the circulating water is lower than the predetermined temperature (YES in step S202), the process proceeds to step S204.
  • step S204 it is determined whether or not the outside air temperature detected by the outside air temperature thermistor 35 is lower than a predetermined temperature (for example, 5 ° C.). If the outside air temperature is equal to or higher than the predetermined temperature (NO in step S204), the process returns to step S202. If the outside air temperature falls below the predetermined temperature (YES in step S204), the process proceeds to step S206.
  • a predetermined temperature for example, 5 ° C.
  • step S206 the circulation pump 37 is driven. Thereby, the circulating water is sucked out from the lower part of the hot water storage tank 21, and the circulation outward path 33, the circulation outbound path connection path 48, the circulation water path 43 b of the first heat exchanger 43, the circulation return path connection path 49, and the circulation return path 34 are sequentially arranged. Via, the circulating water is returned to the upper part of the hot water tank 21. The circulating water inside the circulation outward path 33, the circulation outbound path connection path 48, the circulation water flow path 43b of the first heat exchanger 43, the circulation return path connection path 49, and the circulation return path 34 is replaced by the flow of the circulating water.
  • step S208 the temperature of the circulating water (the temperature of the circulating water in the circulating outbound path 33 detected by the outbound path thermistor 36 and the temperature of the circulating water in the circulating outbound path connection path 48 detected by the inlet-side thermistor 48a is low. It is determined whether or not the temperature is higher than a predetermined temperature (for example, 13 ° C.). If residual heat remains in the hot water storage tank 21 when the freeze prevention operation is started in step S206, the circulation pump 37 is driven to circulate the circulation outward path 33, the circulation outward path connection path 48, and the first heat exchanger 43.
  • a predetermined temperature for example, 13 ° C.
  • Circulating water inside the water flow path 43 b, the circulation return path connection path 49, and the circulation return path 34 is replaced with warm circulating water from the hot water storage tank 21. In this case, there is no need to continue the freeze prevention operation. Accordingly, when the temperature of the circulating water becomes equal to or higher than the predetermined temperature in step S208 (YES), the process proceeds to step S228, the circulation pump 37 is stopped, and the freeze prevention operation is ended. If the temperature of the circulating water is less than the predetermined temperature in step S208 (in the case of NO), the process proceeds to step S210.
  • step S210 it is determined whether or not the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 6 ° C.). If the outside air temperature rises to a temperature at which the circulating water is not likely to freeze after starting the freeze prevention operation in step S206, it is not necessary to continue the freeze prevention operation any further. Accordingly, when the outside air temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature in step S210 (YES), the process proceeds to step S228, the circulation pump 37 is stopped, and the freeze prevention operation is ended. If the outside air temperature is less than the predetermined temperature in step S210 (NO), the process proceeds to step S212.
  • a predetermined temperature for example, 6 ° C.
  • step S212 it is determined whether or not a predetermined time (for example, 30 minutes) has elapsed since the circulation pump 37 was driven in step S206. If the predetermined time has not elapsed (NO in step S212), the process returns to step S208. If the predetermined time has elapsed (YES in step S212), the process proceeds to step S214. The process proceeds from step S212 to step S214 when the temperature of the circulating water does not reach the predetermined temperature (that is, no residual heat remains in the hot water storage tank 21) until a predetermined time has elapsed after the circulation pump 37 is driven. And the outside air temperature does not rise. In such a case, in the hot water supply system 10 of the present embodiment, the circulating water is heated in the processing after step S214.
  • a predetermined time for example, 30 minutes
  • step S214 it is determined whether or not the outside air temperature is below a predetermined temperature (for example, ⁇ 10 ° C.).
  • a predetermined temperature for example, ⁇ 10 ° C.
  • the second heat exchanger 45 may be frosted. If the second heat exchanger 45 is frosted, drainage is generated along with the defrosting operation, and therefore a separate measure for preventing the drain from freezing is required. For this reason, it is preferable that the second heat exchanger 45 is not frosted as much as possible. Therefore, in the hot water supply system 10 of the present embodiment, when the circulating water is heated in the freeze prevention operation, the heating means is switched according to the outside air temperature.
  • step S216 the compressor 41 is driven and heating of the circulating water by the heat pump 40a is started.
  • a predetermined temperature for example, 30 ° C.
  • step S218 If the temperature of circulating water becomes more than predetermined temperature by step S218 (it becomes YES), the compressor 41 will be stopped by step S220 and the heating of circulating water by the heat pump 40a will be complete
  • step S222 the anti-freezing heater 34a is turned on, and heating of the circulating water by the anti-freezing heater 34a is started.
  • step S224 the process waits until the outside air temperature reaches a predetermined temperature (for example, ⁇ 8 ° C.) or higher.
  • a predetermined temperature for example, ⁇ 8 ° C.
  • the freeze prevention heater 34a is turned off in step S226, and the heating of the circulating water by the freeze prevention heater 34a is finished. Thereafter, the process proceeds to step S228, the circulation pump 37 is stopped, and the freeze prevention operation is ended.
  • the circulating water is heated by the heat pump 40a when the outside air temperature is high, and by the freeze prevention heater 34a when the outside air temperature is low. Heat the circulating water.
  • the anti-freezing heater 34a is provided not in the HP heat source unit 40 but in the hot water storage unit 20.
  • the detection values of the thermistors in the HP heat source unit 40 are prevented from freezing. It is possible to prevent the heat radiation from the heater 34a.
  • the heat pump 40a does not heat the circulating water. And it is good also as a structure which prevents the frost formation to the 2nd heat exchanger 45.
  • a predetermined temperature for example, ⁇ 10 ° C.
  • water at the hot water supply set temperature can be supplied to the hot water tap 60 by the second hot water supply operation using the gas heat source unit 50.
  • the frost formation on the second heat exchanger 45 of the heat pump 40a can be prevented without impairing the convenience for the user.
  • the antifreezing heater 34a is provided not in the circulation outward path 33 but in the circulation return path 34. By adopting such a configuration, it is possible to prevent the detection value of the forward thermistor 36 from being affected by the heat radiation from the antifreezing heater 34a.
  • the anti-freezing operation is performed by performing the anti-freezing operation as shown in FIG. Therefore, it is possible to prevent the second heat exchanger 45 of the heat pump 40a from frosting.
  • tap water (water supply) supplied by hot water supply is used as the heat medium circulated between the heat pump 40a and the hot water tank 21 .
  • an antifreeze liquid is used as a heat medium circulated between the heat pump 40a and the hot water storage tank 21, and heat is exchanged between tap water (water supply) supplied by hot water supply and the antifreeze liquid stored in the hot water storage tank 21. It is good also as a structure which utilizes the heat storage of the hot water storage tank 21 for hot water supply by providing a heat exchanger separately.
  • the configuration in which the heat medium stored in the hot water tank 21 is used for hot water supply has been described.
  • the heat medium stored in the hot water storage tank 21 may be used for heating such as floor heating or bathroom drying heater.
  • the heat medium stored in the hot water storage tank 21 may be used for both hot water supply and heating.

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Abstract

　本明細書が開示するヒートポンプシステムは、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と、熱媒を加熱する補助熱源ユニットと、外気温度を検出する外気温度検出手段と、タンクとヒートポンプの間で熱媒が流れる流路に設けられたヒータを備えている。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。

Description

ヒートポンプシステム
　本明細書は、ヒートポンプシステムに関する。
　特開２００９－１５６４９５号公報に、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。
　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、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、タンクとヒートポンプの間で熱媒が流れる流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。
　上記のヒートポンプシステムは、タンクユニットの内部の流路にヒータが設けられているように構成することができる。
　上記のヒートポンプシステムによれば、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。
　上記のヒートポンプシステムは、ヒートポンプからタンクへ熱媒が戻る流路にヒータが設けられているように構成することができる。
　一般に、ヒートポンプからタンクへ熱媒が戻る流路よりも、タンクからヒートポンプへ熱媒を送る流路の方が、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流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流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流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。

Claims (3)

  1. 　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、
    　タンクとヒートポンプの間で熱媒が流れる流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。
  2. 　タンクユニットの内部の流路にヒータが設けられている、請求項１のヒートポンプシステム。
  3. 　ヒートポンプからタンクへ熱媒が戻る流路にヒータが設けられている、請求項２のヒートポンプシステム。
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