JP5925035B2 - ヒートポンプ熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、暖房端末が接続された暖房循環路内を循環する熱媒体を、ヒートポンプにより加熱して暖房を行う機能を有するヒートポンプ熱源システムに関する。

従来より、例えば熱媒体として温水を使用して、床暖房機等の暖房端末が途中に接続された暖房温水循環路内を循環する温水を、ヒートポンプにより加熱することによって、暖房を行う熱源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された熱源システムは、給湯に使用される貯湯タンク内の湯水を循環させるタンク循環路とヒートポンプにより加熱される熱媒対が循環するヒートポンプ循環路に接続された給湯熱交換器と、暖房温水循環路とヒートポンプ循環路に接続された暖房熱交換器とを備えている。

そして、貯湯タンク内の湯水を加熱するときは、ヒートポンプを作動させてヒートポンプ循環路に熱媒体を循環させた状態で、貯湯タンク内の湯水をタンク循環路を介して循環させることによって給湯熱交換器で熱交換を行う。また、暖房端末による暖房を行なうときには、ヒートポンプを作動させてヒートポンプ循環路に熱媒体を循環させた状態で、暖房温水循環路内に温水を循環させることによって暖房熱交換機で熱交換を行なう。

ここで、ヒートポンプの起動と停止を頻繁に行うと、ヒートポンプの効率が低下する。そこで、特許文献１に記載された熱源システムにおいては、暖房運転時に室温が暖房設定温度以上になったときに、暖房温水循環路の温水の循環を停止して、タンク循環路の湯水の循環を行うことで、ヒートポンプを停止せずに暖房端末からの放熱を抑制し、その後室温が暖房設定温度未満になったときに、タンク循環路の湯水の循環を停止して、暖房温水循環路の温水の循環を行うようにしている。

特許第４１９４２１５号公報

上記特許文献１に記載された熱源システムにおいては、暖房運転時に、室温が暖房設定温度以上となったときはヒートポンプによる加熱対象を、暖房温水循環路内の温水から貯湯タンク内の湯水に切替えると共に、室温が暖房設定温度未満となったときには、ヒートポンプによる加熱対象を貯湯タンク内の湯水から暖房温水循環路内の温水に切替えている。

そして、このように、暖房運転中にヒートポンプによる加熱対象を貯湯タンク内の湯水に切替える処理が頻繁に行われると、貯湯タンク内の湯水の温度が上昇して、ヒートポンプの熱媒体から貯湯タンク内の湯水への放熱ができなくなる。その結果、ヒートポンプの温度が上昇して異常停止するおそれがある。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、貯湯タンク内の湯水への放熱を行うことによりヒートポンプの作動を継続させて暖房運転を行なう場合に、ヒートポンプが過熱することを防止したヒートポンプ熱源システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明のヒートポンプ熱源システムは、
下部に給水管が接続されると共に上部に給湯管が接続され、該給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった水を前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
前記給湯管の途中に設けられ、前記貯湯タンクから前記給湯管に所定の設定給湯温度よりも低い温度の湯水が供給されているときに、前記給湯管から流入する湯水を該設定給湯温度まで加熱して前記給湯管に出湯する給湯補助熱源機と、
暖房端末が接続された暖房循環路と、
前記暖房循環路内に暖房熱媒体を循環させる暖房循環ポンプと、
ヒートポンプ循環路を有し、該ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体を加熱するヒートポンプと、
前記ヒートポンプ循環路及び前記タンク循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と、前記タンク循環路内を循環する湯水との間で熱交換を行う給湯熱交換器と、
前記ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を流通するヒートポンプ熱媒体と、前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体との間で熱交換を行う暖房熱交換器と、
所定条件に基づいて、前記ヒートポンプを作動状態に維持しつつ、前記タンク循環ポンプを停止状態として前記暖房循環ポンプを作動させることにより、前記暖房熱交換器で暖房熱媒体をヒートポンプ熱媒体により加熱する暖房オン状態と、前記暖房循環ポンプを停止状態として前記タンク循環ポンプを作動させることにより、前記給湯熱交換器でヒートポンプ熱媒体から湯水に放熱する暖房オフ状態とを切り替えて、前記暖房端末による暖房を行なう第１暖房運転を実行する暖房制御部と備えたヒートポンプ熱源システムに関する。

そして、本発明のヒートポンプ熱源システムは、
所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かを予測する暖房実行予測部と、
前記暖房実行予測部により所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されると予測されているときは、前記暖房オフ状態において前記給湯熱交換器でのヒートポンプ熱媒体から湯水への放熱が可能な暖房優先温度を、前記貯湯タンク内の湯水の沸かし上げ温度に設定し、前記暖房実行予測部により前記所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されると予測されていないときには、前記設定給湯温度以上の給湯優先温度を前記沸かし上げ温度に設定する沸かし上げ温度設定部と、
前記貯湯タンクが湯切れ状態になったときに、前記タンク循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を前記沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行するタンク制御部とを備えたことを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記暖房実行予測部により、所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かが予測される。そして、所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されると予測されているときは、前記沸かし上げ温度設定部により、前記貯湯タンクの沸かし上げ温度が、前記暖房オフ状態において前記給湯熱交換器でのヒートポンプ熱媒体から湯水への放熱が可能な暖房優先温度に設定され、前記タンク制御部により、前記貯湯タンク内の湯水が前記暖房優先温度以下に加熱された状態とされる。

そのため、前記所定時間以内に前記第１暖房運転が開始されたときに、前記暖房オフ状態で、前記給湯熱交換器においてヒートポンプ熱媒体から湯水に放熱することができ、これにより、前記ヒートポンプが過熱状態となるのを防止しつつ、前記ヒートポンプを作動状態に維持することができる。この場合、前記貯湯タンクから前記給湯管に供給される湯水の温度は、前記設定給湯温度よりも低くなることがあるが、前記給湯補助熱源機の作動により前記設定給湯温度の湯を前記給湯管から供給することができる。

一方、前記暖房実行予測部により、所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されないと予測されているときには、前記沸かし上げ温度設定部により、前記貯湯タンクの沸かし上げ温度が、前記設定給湯温度以上の前記給湯優先温度に設定され、前記タンク制御部により、前記貯湯タンク内の湯水が前記暖房優先温度まで加熱された状態とされる。そのため、前記給湯補助熱源機を作動させることなく、前記ヒートポンプにより効率良く加熱した前記貯湯タンク内の湯により、前記設定給湯温度の湯を前記給湯管から供給することができる。

また、第１発明において、
前記暖房制御部による前記第１暖房運転の実行履歴を示す暖房履歴データを保持する暖房履歴保持部を備え、
前記暖房実行予測部は、前記暖房履歴データに基づいて前記所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かを予測することを特徴とする（第２発明）。

第２発明によれば、前記暖房履歴データから、使用者による過去の前記第１暖房運転の使用実績が認識できるため、この使用実績に基づいて前記所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かを予想することができる。

また、第１発明又は第２発明において、
外気温度を検出する外気温度センサを備え、
前記暖房実行予測部は、前記外気温度センサの検出温度が所定の低温判定温度よりも高いときに、前記第１暖房運転が前記所定時間以内に実行されないと予測することを特徴とする（第３発明）。

第３発明によれば、前記外気温度センサの検出温度が前記低温判定温度よりも高いとき（夏季等）に、前記暖房運転が前記所定時間以内に実行されないと予想することができる。

また、第１発明から第３発明のうちのいずれかにおいて、
前記暖房循環路の途中に設けられて、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱する暖房補助熱源機と、
前記暖房熱交換器をバイパスして前記暖房循環路を連通するヒートポンプバイパス路と、
前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記ヒートポンプバイパス路への流通を禁止して前記暖房熱交換器を経由して循環させる第１暖房循環状態と、前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記暖房熱交換器への流通を禁止して前記ヒートポンプバイパス路を経由して循環させる第２暖房循環状態とを、切替える暖房循環経路切替部とを備え、
前記暖房制御部は、
前記沸かし上げ運転が実行されていないときは、前記第１暖房循環状態として前記第１暖房運転を実行し、
前記沸かし上げ運転が実行されているときには、前記第２暖房循環状態とし、前記暖房循環ポンプを作動させて、前記暖房補助熱源機により前記暖房補助熱源機から前記暖房端末に供給される暖房熱媒体を加熱することによって、前記暖房端末から放熱する第２暖房運転を実行することを特徴とする（第４発明）。

第４発明によれば、前記暖房制御部は、前記沸かし上げ運転が実行されているときには、前記第２暖房循環状態として、前記第２暖房運転を実行することにより、前記ヒートポンプによる前記給湯熱交換器での湯水の加熱を優先して行って効率の良い給湯を可能にすると共に、前記暖房補助熱源機による加熱により前記暖房端末による暖房も行なうことができる。

また、第１発明から第３発明のうちのいずれかにおいて、
前記暖房循環路の途中に設けられて、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱する暖房補助熱源機と、
前記暖房熱交換器をバイパスして前記暖房循環路を連通するヒートポンプバイパス路と、
前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記ヒートポンプバイパス路への流通を禁止して前記暖房熱交換器を経由して循環させる第１暖房循環状態と、前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記暖房熱交換器への流通を禁止して前記ヒートポンプバイパス路を経由して循環させる第２暖房循環状態とを、切替える暖房循環経路切替部とを備え、
前記暖房制御部は、
前記貯湯タンク内の前記暖房優先温度以下の湯水が所定の判定量よりも多いときは、前記第１暖房循環状態として前記第１暖房運転を実行し、
前記貯湯タンク内の前記暖房優先温度以下の湯水が前記判定量以下であるときには、前記第２暖房循環状態として前記暖房循環ポンプを作動させ、前記暖房補助熱源機により前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体を加熱することによって、前記暖房端末による暖房を行なう第２暖房運転を実行することを特徴とする（第５発明）。

第５発明によれば、前記貯湯タンク内の前記暖房優先温度以下の湯水が前記判定量以下であって、前記第１暖房運転の前記暖房オフ状態での、前記暖房熱交換器におけるヒートポンプ熱媒体から前記貯湯タンク内の湯水への吸熱に余裕がなくなっているときに、前記暖房制御部は、前記第２暖房運転状態として、前記第２暖房運転を実行する。これにより、前記暖房端末からの放熱を継続することができる。

ヒートポンプ熱源システムの構成図。 床暖房パネルの暖房運転の第１のフローチャート。 床暖房パネルの暖房運転の第２のフローチャート。 床暖房パネルの暖房運転におけるオンオフデューティの設定テーブルの説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態のヒートポンプ熱源システムは、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、ガス熱源ユニット８０、及び、ヒートポンプ熱源システムの全体的な作動を制御するコントローラ１５０を備えている。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１、給水管１２、給湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯水を保温して貯め、高さ方向に略等間隔でタンク温度センサ１４〜１７が設けられている。貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、貯湯タンク１１から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２０が設けられている。

給水管１２は、タンク混合弁２１を介して給湯管１３に連通しており、タンク混合弁２１により、貯湯タンク１１から給湯管１３に供給される湯と給水管１２から給湯管に供給される水との混合比が変更される。給水管１２には、給水管１２内の水の温度を検出する水温度センサ２２と、給水管１２を流通する水の流量を検出する水流量センサ２３と、給湯管１３から給水管１２への湯水の流出を阻止するための逆止弁２４とが設けられている。

給湯管１３は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。給湯管１３には、給湯管１３から貯湯タンク１１への湯水の流入を阻止する逆止弁２５と、給湯管１３内の湯水の温度を検出する湯温度センサ２６と、給湯管１３を流通する湯水の流量を検出する湯流量センサ２７とが設けられている。

さらに、給湯管１３には、給水管１２の分岐管との接続部よりも下流側で、ガス熱源ユニット８０に接続されたバイパス管３３（バイパス往管３３ａ、バイパス戻管３３ｂ）が介設されている。給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とタンク混合弁２１の間には、湯温度センサ２８が設けられ、給湯管１３のバイパス戻管３３ｂとの接続部と給湯口３１の間に、混合湯温度センサ３２が設けられている。

また、給湯管１３のバイパス往管３３ａとの接続部とバイパス戻管３３ｂとの接続部の間に、バイパス往管３３ａに供給される湯水の流量を調整するためのバイパス制御弁２９が設けられている。ヒートポンプユニット５０及びガス熱源ユニット８０と接続された暖房循環路４０には、暖房循環路４０からヒートポンプユニット５０に戻る温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ戻り温度センサ４５と、ヒートポンプユニット５０により加熱されて暖房循環路４０に出湯される温水の温度を検出する暖房ヒートポンプ往き温度センサ４６と、ヒートポンプユニット５０をバイパスするヒートポンプバイパス路４２と暖房循環路４０の下流側の接続箇所の直下流部に設けられて、暖房循環路４０からの温水とヒートポンプバイパス路４２からの温水とが混合された温水の温度を検出する暖房混合温度センサ４７とが設けられている。

さらに、暖房循環路４０側に流通する温水とヒートポンプバイパス路４２側に流通する湯水の割合を調節するための暖房側混合弁４８（本発明の暖房循環経路切替部の機能を含む）が設けられている。また、ヒートポンプユニット５０と接続されたタンク循環路４１には、貯湯タンク１１からタンク循環路４１に供給される湯水の温度を検出するタンク下温度センサ３４が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、タンク混合弁２１、バイパス制御弁２９、及び暖房側混合弁４８の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱すると共に、暖房循環路４０内を流通する温水（本発明の暖房熱媒体に相当する）を加熱するものである。ヒートポンプユニット５０は、ヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮機、本発明の給湯熱交換器及び暖房熱交換器の機能を含む）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気とヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等、本発明のヒートポンプ熱媒体に相当する）との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気の温度（外気温度）を検出する外気温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサ５７が設けられている。

また、ヒートポンプ熱交換器５５は暖房循環路４０と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、暖房循環路４０内を流通する温水との熱交換により、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、タンク循環ポンプ６６、ファン６０の作動が制御される。

次に、ガス熱源ユニット８０は、バイパス管３３から供給される湯水と、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱するものであり、給湯用の第１バーナ７１と第１バーナ７１により加熱される第１熱交換器７２を有する給湯補助熱源機７０、暖房用・追焚き用の第２バーナ７６と第２バーナ７６により加熱される第２熱交換器７７を有する暖房補助熱源機７５、給水管８５、給湯管８６、及び追焚き熱交換器８７等を備えている。

第１バーナ７１及び第２バーナ７６は、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１５０は、第１バーナ７１及び第２バーナ７６に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、第１バーナ７１及び第２バーナ７６の燃焼量を制御する。

第１熱交換器７２は、給水管８５及び給湯管８６に連通しており、第１バーナ７１の燃焼熱によって、給水管８５から供給される水を加熱して給湯管８６に出湯する。給水管８５は、一端が貯湯ユニット１０バイパス往管３３ａに接続され、バイパス往管３３ａを介して水が供給される。給湯管８６は、一端が貯湯ユニット１０のバイパス戻管３３ｂに接続されており、バイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から湯を供給する。

給水管８５には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給水管８５と給湯管８６は、バイパス管８９により連通しており、バイパス管８９にはバイパス管８９の開度を調節するための水量調節弁９０が設けられている。給湯管８６の第１熱交換器７２の下流側、及びバイパス管８９との接続部分の下流側には、給湯管８６内を流通する湯の温度を検出する給湯温度センサ９１，９２が、それぞれ設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１から給湯管１３に供給される湯の温度が設定給湯温度よりも低いとき（湯切れ状態）に、バイパス往管３３ａを介して給水管８５に供給される水が第１熱交換器７２により加熱されて湯となり、バイパス管８９からの水と混合されて、給湯管８６及びバイパス戻管３３ｂを介して給湯口３１から供給されるようになっている。

なお、給湯補助熱源機７０とバイパス管８９と水量調節弁９０とにより、給湯口３１から設定給湯温度の湯が供給されるように、給湯補助熱源機７０による加熱量と水量調節弁９０の開度を調節する構成が、本発明の給湯補助熱源機に相当する。

また、給湯管８６は、湯張り管１００により、浴槽１０１に接続された風呂循環路１０２に連通している。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３と、風呂循環路１０２から給湯管８６への湯の流入を阻止する逆止弁１０４が設けられている。湯張り弁１０３を開弁することにより、給湯管８６から湯張り管１００及び風呂循環路１０２を介して浴槽１０１に湯を供給することができる。

風呂循環路１０２には、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させる風呂循環ポンプ１０５と、追焚き熱交換器８７とが設けられている。追焚き熱交換器８７は、追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して暖房循環路４０に接続されている。追焚き往管１０７には、追焚き往管１０７を開閉する追焚き弁１０９が設けられている。

コントローラ１５０は、風呂循環ポンプ１０５を作動させて、浴槽１０１内の湯水を風呂循環路１０２を介して循環させた状態で、追焚き弁１０９を開弁し、後述する暖房循環ポンプ１１１を作動させて暖房循環路４０から追焚き往管１０７及び追焚き戻管１０８を介して追焚き熱交換器８７に温水を循環供給することによって、浴槽１０１内の湯水を追焚きする。

第２熱交換器７７は、暖房循環路４０の途中に設けられており、第２バーナ７６の燃焼熱によって、暖房循環路４０内を流通する温水を加熱する。暖房循環路４０は、第２熱交換器７７の他に、床暖房機２００（本発明の暖房端末に相当する）及び温風暖房機２１０に、温水による熱を供給する。

暖房循環路４０には、上述したヒートポンプ熱交換器５５及び暖房補助熱源機７５の第２熱交換器７７と、シスターン１１０と、暖房循環ポンプ１１１とが設けられている。また、暖房循環路４０は、暖房循環ポンプ１１１と第２熱交換器７７の間の箇所で低温暖房路１１２と高温暖房路１３０とに分岐している。

高温暖房路１３０には温風暖房機２１０が接続され、低温暖房路１１２には床暖房機２００が接続されている。高温暖房路１３０と低温暖房路１１２は、温風暖房機２１０及び床暖房機２００の下流側で合流している。高温暖房路１３０と温風暖房機２１０の接続部と第２熱交換器７７の間の箇所で高温暖房路１３０から分岐してシスターン１１０に連通する暖房バイパス路１１３が設けられ、暖房バイパス路１１３には、暖房バイパス路１１３の開度を調節する暖房バイパス調節弁１１４が設けられている。

暖房循環路４０の暖房循環ポンプ１１１の出口付近には、暖房循環ポンプ１１１から送出される温水の温度を検出する戻り温水温度センサ１１５が設けられている。また、暖房循環路４０の第２熱交換器７７の出口付近には、第２熱交換器７７から送出される温水の温度を検出する往き温水温度センサ１１６が設けられている。

低温暖房路１１２は、熱動弁１２０を介して床暖房機２００に接続されており、熱動弁１２０の開閉によって、低温暖房路１１２から床暖房機２００への温水の供給と停止が切替えられる。また、高温暖房路１３０から温風暖房機２１０への温水の供給と停止は、温風暖房機２１０に備えられた熱動弁２１１の開閉により行われる。床暖房機２００を操作するための床暖房リモコン２０１には、床暖房機２００が設置された室内の温度を検出する室温センサ２０２が接続されている。

床暖房リモコン２０１とコントローラ１５０は、通信可能に接続され、床暖房リモコン２０１により設定された目標暖房温度のデータと、室温センサ２０２による検出温度のデータが、コントローラ１５０に送信される。

コントローラ１５０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持されたヒートポンプ熱源システムの制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、オンオフデューティ決定部１５１、暖房制御部１５２、暖房履歴保持部１５３、暖房実行予測部１５４、沸かし上げ温度設定部１５５、及びタンク制御部１５６として機能する。

熱源リモコン１６０は、コントローラ１５０と通信可能に接続されている。熱源リモコン１６０には、ヒートポンプ熱源システムの運転状態や運転条件の設定状態等を表示する表示器１６１と、ヒートポンプ熱源システムの運転条件等を設定する操作部１６２とが備えられている。

ヒートポンプ熱源システムの使用者は、熱源リモコン１６０の操作部１６２を操作することによって、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ指示、給湯口３１からの給湯温度（設定給湯温度）、浴槽１０１への給湯温度（設定湯張り温度）等を設定することができる。

オンオフデューティ決定部１５１は、床暖房機２００の暖房運転の実行中に、床暖房リモコン２０１により設定された設定暖房温度と室温センサ２０２の検出温度との差に応じて、図４に示したオンオフデューティ設定テーブルに従って、１制御周期（２０分）において、暖房循環ポンプ１１１を作動させて床暖房機２００の温水を供給する期間（オン期間）と、暖房循環ポンプ１１１を停止させて床暖房機２００への温水供給を停止する期間（オフ期間）の割合であるオンオフデューティを、１速〜９速の９段階に切替える。

暖房制御部１５２は、床暖房機２００の暖房運転（後述する第１暖房運転及び第２暖房運転）を実行する。暖房履歴保持部１５３は、床暖房機２００の過去の暖房運転の実行履歴を示す暖房履歴データを保持する。沸かし上げ温度設定部１５５は、貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げ温度を決定する。暖房実行予測部１５４は、床暖房機２００の過去の運転履歴及び外気温度センサ６７の検出温度等に基づいて、所定時間以内に床暖房機２００の暖房運転が実行されるか否かを予測する。タンク制御部１５６は、貯湯タンク１１内の湯水を、沸かし上げ温度設定部１５５により設定された沸かし上げ温度まで加熱する。

ガス熱源ユニット８０に備えられた各センサの検出信号はコントローラ１５０に入力される。また、コントローラ１５０から出力される制御信号によって、第１バーナ７１、第２バーナ７６、水量調節弁９０、止水弁９３、湯張り弁１０３、風呂循環ポンプ１０５、追焚き弁１０９、暖房循環ポンプ１１１、暖房バイパス調節弁１１４、及び熱動弁１２０の作動が制御される。

次に、図２〜図３に示したフローチャートに従って、コントローラ１５０による床暖房機２００の暖房運転（床暖房運転）の実行処理について説明する。

図２のＳＴＥＰ１は、暖房実行予測部１５４による処理である。暖房実行予測部１５４は、暖房履歴保持部１５３により保持された過去の床暖房機２００の暖房運転の履歴データ（例えば、過去１週間分の暖房運転の履歴データ）に基づいて、ＳＴＥＰ１の実行時から所定時間（例えば、１２時間）以内に暖房運転が実行されるか否かを予測する。

具体的には、例えば、暖房運転の履歴から、過去７日間におけるＳＴＥＰ１の実行時から所定時間以内の時間帯で、暖房運転が実行された実績（この時間帯に床暖房運転が実行された日数／７×１００％）が、所定の判定基準（例えば、８０％）以上であるときに、暖房実行予測部１５４は、所定時間以内に床暖房運転が実行されると予測する。一方、暖房運転が実行された実績が判定基準未満であるときに、暖房実行予測部１５４は、所定時間以内に床暖房運転が実行されないと予測する。

なお、暖房実行予測部１５４による所定時間以内に床暖房運転が実行されるか否かの予測は、過去の床暖房運転の履歴による場合の他、外気温度センサ６７による検出温度や、気象情報等に基づいて判断してもよい。

外気温度センサ６７の検出温度による場合は、暖房実行予測部１５４は、外気温度センサ６７の検出温度が所定の低温判定温度（例えば、１０℃）以下であるときに、所定時間以内に床暖房運転が実行されると予測する。また、暖房実行予測部１５４は、外気温度センサ６７の検出温度が低温判定温度よりも高いとき（夏季等）には、所定時間以内に床暖房運転が実行されないと予測する。

この場合には、ＳＴＥＰ１の処理を省略して、ＳＴＥＰ２で外気温度センサ６７の検出温度が低温判定温度以下であるか否かを判断すればよい。なお、外気温度センサ６７の検出温度ではなく、通信により取得した気象情報から外気温度の情報を取得してもよい。

次のＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ３及びＳＴＥＰ２０は、沸かし上げ温度設定部１５５による処理である。沸かし上げ温度設定部１５５は、ＳＴＥＰ２で、暖房実行予測部１５４により所定時間以内の床暖房運転の実行が予測されているか否かを判断する。

そして、所定時間以内の床暖房運転の実行が予測されているときは、ＳＴＥＰ３に進み、沸かし上げ温度設定部１５５は、貯湯タンク１１内の湯水の沸かし上げ温度を４５℃（本発明の給湯熱交換器でのヒートポンプ熱媒体から湯水への放熱が可能な暖房優先温度に相当する）以下に設定する。

なお、４５℃という温度は、床暖房運転が終了したときに、貯湯タンク１１内の湯水の温度が５５℃以下となり、暖房運転中のヒートポンプ熱交換器５５でのヒートポンプ循環路５２の熱媒体からタンク循環路４１の湯水への放熱が、維持されるように設定したものである。

一方、所定時間以内の床暖房運転の実行が予測されていないときには、ＳＴＥＰ２０に分岐し、沸かし上げ温度設定部１５５は、熱源リモコン１６０により設定されている給湯温度（設定給湯温度又は設定湯張り温度）に応じた沸かし上げ温度（本発明の給湯優先温度に相当する）を、以下の表１に従って設定する。

タンク制御部１５６は、貯湯タンク１１が湯切れ状態となったときに、タンク循環ポンプ６６を作動させると共に、ヒートポンプ５１を起動して、貯湯タンク１１内の湯水を沸かし上げ温度まで加熱する。なお、貯湯タンク１１内の湯切れ判定温度（例えば、沸かし上げ温度−５℃）以上の湯水の残量が、所定の湯切れ判定量以下になったときに、貯湯タンク１１が湯切れ状態にあると判断される。具体的には、(1)給湯補助熱源機７０の作動、(2)タンク温度センサ１７の検出温度が湯切れ判定温度以下まで低下、(3)湯温度センサ２６の検出温度が湯切れ判定温度以下まで低下、等により判断される。

次のＳＴＥＰ４以下は、暖房制御部１５２による第１暖房運転の処理である。暖房制御部１５２は、ＳＴＥＰ４で、床暖房リモコン２０１からの床暖房運転の開始指示を認識したときにＳＴＥＰ５に進み、ヒートポンプ５１を起動する。また、ＳＴＥＰ６で、暖房制御部１５２は、暖房側混合弁４８により、ヒートポンプバイパス路４２への温水の循環を禁止して、ヒートポンプ熱交換器５５を経由して暖房循環路４０内を湯水が循環する第１暖房循環状態とする。

ここで、オンオフデューティ決定部１５１は、上述したように、床暖房運転が実行されているときに、床暖房設定温度と室温センサ２０２の検出温度との差（本発明の所定条件に相当する）に応じて、１速〜９速の９段階でオンオフデューティを切替える。なお、第１暖房運転におけるオンオフデューティのオン期間は本発明の暖房オン状態に相当し、オフ期間は本発明の暖房オフ状態に相当する。

ＳＴＥＰ７〜ＳＴＥＰ１１はオン期間での処理である。コントローラ１５０は、ＳＴＥＰ７で暖房循環ポンプ１１１を作動させて、暖房循環路４０、及び、暖房循環路４０から分岐した低温暖房路１１２と暖房バイパス路１１３(以下、暖房循環路４０等という）に、温水を循環させる。これにより、ヒートポンプ熱交換器５５で、暖房循環路４０等内を循環する温水を加熱する。

また、ＳＴＥＰ８で、コントローラ１５０はタンク循環ポンプ６６を停止状態とし、貯湯タンク１１内の湯水の加熱を禁止する。続くＳＴＥＰ９で、コントローラ１５０は、床暖房リモコン２０１により床暖房の停止指示がなされたか否かを判断する。そして、床暖房の停止指示がなされたときはＳＴＥＰ３０に分岐して、ヒートポンプ５１を停止し、次のＳＴＥＰ３１で暖房循環ポンプ１１１を停止して床暖房運転（第１暖房運転）を終了し、ＳＴＥＰ１に戻る。

一方、床暖房の停止指示がなされていないときにはＳＴＥＰ１０に進み、タンク制御部１５６により貯湯タンク１１の蓄熱要求がされているか否かを判断する。そして、蓄熱要求がされているときにはＳＴＥＰ４０に分岐し、暖房制御部１５２は、「給湯優先制御」を実行する。

なお、タンク制御部１５６による蓄熱要求は、貯湯タンク１１の湯切れが生じているとき、及びレジオネラ菌の滅菌対策のために、貯湯タンク１１内の湯水を高温（例えば、６０〜６５℃）に沸かし上げるときになされる。

「給湯優先制御」では、コントローラ１５０は、暖房側混合弁４８を、ヒートポンプ熱交換器５５をバイパスする第２暖房循環状態（床暖房機２００からヒートポンプ熱交換器５５側への温水の流通を禁止して、ヒートポンプバイパス路４２を経由して暖房循環路４０内に湯水が循環する状態）として、第２バーナ７６を燃焼させ、第２熱交換器７７により暖房循環路４０等内を流通する温水を加熱する第２暖房運転を実行する。また、タンク制御部１５６は、タンク循環ポンプ６６を作動させて、ヒートポンプ５１により貯湯タンク１１内の湯水を沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行する。

次のＳＴＥＰ１１で、暖房制御部１５２は、オフ期間であるか否か（オンオフデューティ決定部１５１によりオン期間からオフ期間に切替えられたか否か）を判断し、オフ期間でないときはＳＴＥＰ７に戻る。一方、オフ期間であるときには、図３のＳＴＥＰ１２に進む。図３のＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１８は、オフ期間での処理である。

コントローラ１５０は、ＳＴＥＰ１２で暖房循環ポンプ１１１を停止して、暖房循環路４０等内の温水の循環を停止する。これにより、床暖房機２００からの放熱が減少する。また、続くＳＴＥＰ１３で、コントローラ１５０は、タンク循環ポンプ６６を作動させる。

タンク循環ポンプ６６を作動させることにより、ヒートポンプ熱交換器５５において、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体からの放熱を、タンク循環路４１内を流通する湯水により吸熱することができる。そのため、ヒートポンプ５１を作動状態に維持してヒートポンプのＯＮ／ＯＦＦ回数を減らすことができ、これにより、ヒートポンプ５１の効率が低下することを抑制することができる。

続くＳＴＥＰ１４で、暖房制御部１５２は、ヒートポンプ５１の加熱量を、ＳＴＥＰ１２で暖房循環ポンプ１１１を停止した時点（前回のオン期間からオフ期間への切り替え時点）の加熱量に維持する。また、次のＳＴＥＰ１５で、暖房制御部１５２は、湯温度センサ６９により検出される貯湯タンク１１に戻る湯水の温度が、沸き上げ温度となるように、タンク循環ポンプ６６の回転速度を調節してタンク循環路４１内の湯水の流量を制御する。これにより、貯湯タンク１１内の上部に貯まった湯水の温度を沸き上げ温度に保持することができる。

続くＳＴＥＰ１６で、コントローラ１５０は、床暖房リモコン２０１により床暖房の停止指示がなされたか否かを判断する。そして、床暖房の停止指示がなされたときはＳＴＥＰ５０に分岐して、ヒートポンプ５１を停止し、次のＳＴＥＰ５１でタンク循環ポンプ６６を停止して床暖房運転を終了し、図２のＳＴＥＰ１に戻る。

一方、床暖房の停止指示がなされていないときにはＳＴＥＰ１７に進み、タンク制御部１５６により貯湯タンク１１の蓄熱要求がされているか否かを判断する。そして、蓄熱要求がされているときにはＳＴＥＰ６０に分岐し、暖房制御部１５２は、上述したＳＴＥＰ４０と同様に「給湯優先制御」を実行する。

一方、蓄熱要求がされていないときにはＳＴＥＰ１８に進み、暖房制御部１５２は、オン期間であるか否か（オンオフデューティ決定部１５１によりオフ期間からオン期間に切替えられたか否か）を判断し、オン期間でないときはＳＴＥＰ１２に戻る。一方、オン期間であるときには、図２のＳＴＥＰ７に進む。

図２〜図３の処理では、図３のＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１８のオフ期間においても、タンク循環ポンプ６６を作動させることによって、ヒートポンプ５１を作動状態としているため、床暖房運転の実行中にヒートポンプ５１を作動状態に維持することができる。そして、これにより、床暖房運転中のヒートポンプ５１の効率を高めつつ、オンオフデューティの切り替えにより床暖房機２００からの放熱量を安定して制御することができる。

なお、本実施形態では、本発明の暖房熱交換器及び給湯熱交換器として、ヒートポンプ５１のヒートポンプ循環路５２と、タンク循環路４１と、暖房循環路４０とが接続されたヒートポンプ熱交換器５５を示したが、ヒートポンプ循環路５２とタンク循環路４１に接続された熱交換器（本発明の暖房熱交換器）と、ヒートポンプ循環路５２と暖房循環路４０に接続された熱交換器（本発明の放熱用熱交換器）を、別個に備えてもよい。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ１０又は図３のＳＴＥＰ１７で、タンク制御部１５６から蓄熱要求があったときに、「給湯優先制御」を行って暖房補助熱源機７５により暖房循環路４０内を循環する温水を加熱する第２暖房運転を実行したが、「給湯優先制御」を行わない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１３で、オフ期間中のヒートポンプ５１の加熱量を、オン期間からオフ期間に切替わった時点での加熱量に維持する処理を行ったが、この処理を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１４で、オフ期間中のタンク循環路４１内を流通する湯水の流量を、貯湯タンク１１に戻る湯水の温度が沸き上げ温度となるように制御したが、この制御を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ１０及び図３のＳＴＥＰ１７で、タンク制御部１５６からの蓄熱要求があったときに、「給湯優先制御」により第１暖房運転から第２暖房運転に切替えたが、貯湯タンク１１内の暖房優先温度以下の湯水が所定の判定量以下になって、第１暖房運転における暖房オフ状態でのヒートポンプ熱交換器５５でのヒートポンプ５１の熱媒体からタンク循環路４１の湯水への放熱が不可若しくは不十分になったときにも、第１暖房運転から第２暖房運転に切替えて、ヒートポンプ５１の過熱を防止するようにしてもよい。

また、第２暖房運転において、暖房補助熱源機７５及び暖房循環ポンプ１１１をオン（作動）／オフ（停止）させるデューティ制御により、床暖房機２００の放熱量を制御してもよい。

また、本実施形態では、本発明の暖房端末として床暖房機２００を例に説明したが、温風暖房機２１０を本発明の暖房端末として本発明を適用することも可能である。

１…ヒートポンプ熱源システム、１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、４０…暖房循環路、４１…タンク循環路、４２…ヒートポンプバイパス路、４８…暖房側混合弁（暖房循環経路切替部）、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ、５２…ヒートポンプ循環路、５５…ヒートポンプ熱交換器（給湯熱交換器、暖房熱交換器）、７０…給湯補助熱源機、７５…暖房補助熱源機、８０…ガス熱源ユニット、１５０…コントローラ、１５１…オンオフデューティ決定部、１５２…暖房制御部、１５３…暖房履歴保持部、１５４…暖房実行予測部、１５５…沸かし上げ温度設定部、１５６…タンク制御部、２００…床暖房機。

Claims (5)

1. 下部に給水管が接続されると共に上部に給湯管が接続され、該給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
   前記貯湯タンクの下部に貯まった水を前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
   前記給湯管の途中に設けられ、前記貯湯タンクから前記給湯管に所定の設定給湯温度よりも低い温度の湯水が供給されているときに、前記給湯管から流入する湯水を該設定給湯温度まで加熱して前記給湯管に出湯する給湯補助熱源機と、
   暖房端末が接続された暖房循環路と、
   前記暖房循環路内に暖房熱媒体を循環させる暖房循環ポンプと、
   ヒートポンプ循環路を有し、該ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体を加熱するヒートポンプと、
   前記ヒートポンプ循環路及び前記タンク循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を循環するヒートポンプ熱媒体と、前記タンク循環路内を循環する湯水との間で熱交換を行う給湯熱交換器と、
   前記ヒートポンプ循環路及び前記暖房循環路の途中に設けられて、前記ヒートポンプ循環路内を流通するヒートポンプ熱媒体と、前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体との間で熱交換を行う暖房熱交換器と、
   所定条件に基づいて、前記ヒートポンプを作動状態に維持しつつ、前記タンク循環ポンプを停止状態として前記暖房循環ポンプを作動させることにより、前記暖房熱交換器で暖房熱媒体をヒートポンプ熱媒体により加熱する暖房オン状態と、前記暖房循環ポンプを停止状態として前記タンク循環ポンプを作動させることにより、前記給湯熱交換器でヒートポンプ熱媒体から湯水に放熱する暖房オフ状態とを切り替えて、前記暖房端末による暖房を行なう第１暖房運転を実行する暖房制御部と備えたヒートポンプ熱源システムであって、
   所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かを予測する暖房実行予測部と、
   前記暖房実行予測部により所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されると予測されているときは、前記暖房オフ状態において前記給湯熱交換器でのヒートポンプ熱媒体から湯水への放熱が可能な暖房優先温度を、前記貯湯タンク内の湯水の沸かし上げ温度に設定し、前記暖房実行予測部により前記所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されると予測されていないときには、前記設定給湯温度以上の給湯優先温度を前記沸かし上げ温度に設定する沸かし上げ温度設定部と、
   前記貯湯タンクが湯切れ状態になったときに、前記タンク循環ポンプと前記ヒートポンプを作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を前記沸かし上げ温度まで加熱する沸かし上げ運転を実行するタンク制御部とを備えたことを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記暖房制御部による前記第１暖房運転の実行履歴を示す暖房履歴データを保持する暖房履歴保持部を備え、
   前記暖房実行予測部は、前記暖房履歴データに基づいて前記所定時間以内に前記第１暖房運転が実行されるか否かを予測することを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   外気温度を検出する外気温度センサを備え、
   前記暖房実行予測部は、前記外気温度センサの検出温度が所定の低温判定温度よりも高いときに、前記第１暖房運転が前記所定時間以内に実行されないと予測することを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記暖房循環路の途中に設けられて、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱する暖房補助熱源機と、
   前記暖房熱交換器をバイパスして前記暖房循環路を連通するヒートポンプバイパス路と、
   前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記ヒートポンプバイパス路への流通を禁止して前記暖房熱交換器を経由して循環させる第１暖房循環状態と、前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記暖房熱交換器への流通を禁止して前記ヒートポンプバイパス路を経由して循環させる第２暖房循環状態とを切替える暖房循環経路切替部とを備え、
   前記暖房制御部は、
   前記沸かし上げ運転が実行されていないときは、前記第１暖房循環状態として前記第１暖房運転を実行し、
   前記沸かし上げ運転が実行されているときには、前記第２暖房循環状態として前記暖房循環ポンプを作動させ、前記暖房補助熱源機により前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体を加熱することによって、前記暖房端末による暖房を行なう第２暖房運転を実行することを特徴とするヒートポンプ熱源システム。
5. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のヒートポンプ熱源システムにおいて、
   前記暖房循環路の途中に設けられて、前記暖房循環路内を循環する暖房熱媒体を加熱する暖房補助熱源機と、
   前記暖房熱交換器をバイパスして前記暖房循環路を連通するヒートポンプバイパス路と、
   前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記ヒートポンプバイパス路への流通を禁止して前記暖房熱交換器を経由して循環させる第１暖房循環状態と、前記暖房循環路内の暖房熱媒体を、前記暖房熱交換器への流通を禁止して前記ヒートポンプバイパス路を経由して循環させる第２暖房循環状態とを、切替える暖房循環経路切替部とを備え、
   前記暖房制御部は、
   前記貯湯タンク内の前記暖房優先温度以下の湯水が所定の判定量よりも多いときは、前記第１暖房循環状態として前記第１暖房運転を実行し、
   前記貯湯タンク内の前記暖房優先温度以下の湯水が前記判定量以下であるときには、前記第２暖房循環状態として前記暖房循環ポンプを作動させ、前記暖房補助熱源機により前記暖房循環路内を流通する暖房熱媒体を加熱することによって、前記暖房端末による暖房を行なう第２暖房運転を実行することを特徴とするヒートポンプ熱源システム。

Images