JP5542617B2

JP5542617B2 - 暖房システム

Info

Publication number: JP5542617B2
Application number: JP2010242725A
Authority: JP
Inventors: 佳幹可児; 郁朗足立; 克也大島
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: JP2012093064A

Description

本発明は、暖房システムに関する。

ヒートポンプなどの熱源を利用して水を加熱し、高温の水として貯湯タンクに貯えておいて、必要時にその貯湯タンクの高温の水を利用して暖房用熱媒を加熱するタイプの暖房システムが従来から用いられている。

特許文献１には、ヒートポンプを利用した暖房システムが開示されている。この暖房システムでは、貯湯タンクの底部から低温の水を吸い出し、ヒートポンプによって加熱した後、高温となった水（温水）を貯湯タンクの頂部に戻すことで、貯湯タンクの沸き上げを行う。貯湯タンクの内部には温度成層が形成されており、上部には高温の水の層が形成され、下部には低温の水の層が形成される。暖房運転の際には、貯湯タンクの上部から高温の水を吸い出し、熱交換器において低温の暖房用熱媒との間で熱交換させる。熱交換器を通過して高温となった暖房用熱媒が暖房系統に送られて、暖房運転が行われる。また、熱交換器を通過して低温となった水は、貯湯タンクの下部に戻される。

特開２０１０−１７５１５０号公報

暖房系統における暖房負荷が高い場合には、暖房系統を循環する暖房用熱媒の流量をそれだけ大きくする必要がある。暖房用熱媒の流量は、暖房循環ポンプの回転数を上げることによって、大きくすることができる。しかしながら、貯湯タンクからの温水と熱交換する熱交換器を暖房用熱媒が通過する際の圧力損失は大きく、暖房用熱媒の流量を大きくするためには、それだけ能力の高い大型のポンプを暖房循環ポンプとして用いる必要があった。暖房循環ポンプの能力が低くても、大きな流量の暖房用熱媒を循環させることが可能な技術が期待されている。

本発明は上記課題を解決する。本発明では、貯湯タンクに貯えられた温水と熱交換器を介して熱交換することで暖房用熱媒を加熱する暖房システムにおいて、暖房循環ポンプの能力が低くても、大きな流量の暖房用熱媒を暖房系統に循環させることが可能な技術を提供する。

本発明は暖房システムとして具現化される。その暖房システムは、温水と暖房用熱媒の間で熱交換する熱交換器と、温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから温水を吸い出し、前記熱交換器を通過させて、前記貯湯タンクに戻すタンク循環ポンプと、暖房用熱媒を前記熱交換器と暖房系統の間で循環させる暖房循環ポンプと、前記暖房系統からの暖房用熱媒を前記熱交換器をバイパスして前記暖房系統に戻すバイパス経路と、前記熱交換器に流入する暖房用熱媒の流量を計測する流量計測手段と、前記バイパス経路を流れる暖房用熱媒の流量を調整する流量調整手段を備えている。その暖房システムはさらに、前記熱交換器に流入する温水の温度を計測する温水流入温度計測手段と、前記熱交換器から流出する温水の温度を計測する温水流出温度計測手段と、前記熱交換器に流入する暖房用熱媒の温度を計測する暖房流入温度計測手段と、前記熱交換器から流出する暖房用熱媒の温度を計測する暖房流出温度計測手段と、前記流量計測手段で計測される流量と、前記温水流入温度計測手段、前記温水流出温度計測手段、前記暖房流入温度計測手段および前記暖房流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度と、前記タンク循環ポンプの運転状態に基づいて、前記流量計測手段での異常の有無を診断する異常診断手段を備えている。

流量計測手段で計測される流量に基づいて流量調整手段を制御する場合、流量計測手段に異常が発生すると正確な流量を計測することができず、流量調整手段を適切に制御することができなくなってしまう。しかしながら、一般に流量計測手段での異常の発生を発見することは難しい。そこで、上記の暖房システムでは、熱交換器における暖房用熱媒と温水の間での熱収支に着目して、流量計測手段における異常の有無を診断する。熱交換器における暖房用熱媒と温水の間での熱収支は、熱交換器に流入する温水の温度と、熱交換器から流出する温水の温度と、熱交換器を流れる温水の流量と、熱交換器に流入する暖房用熱媒の温度と、熱交換器から流出する暖房用熱媒の温度と、熱交換器を流れる暖房用熱媒の流量から、計算することができる。熱交換器を流れる温水の流量は、タンク循環ポンプの運転状態から推定することができる。上記の暖房システムによれば、流量計測手段における異常の発生を適切に診断することができる。

上記の暖房システムは、前記流量計測手段で計測される流量と、前記暖房流入温度計測手段および前記暖房流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度に基づいて、暖房用熱媒が前記熱交換器を通過する際に受け取る熱量を算出する暖房熱量算出手段と、前記温水流入温度計測手段および前記温水流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度と、前記タンク循環ポンプの運転状態に基づいて、温水が前記熱交換器を通過する際に放出する熱量を算出する温水熱量算出手段と、暖房熱量算出手段で算出された熱量を温水熱量算出手段で算出された熱量と比較することで、前記流量計測手段での異常の有無を診断することが好ましい。

流量計測手段が正常で正確な流量を計測している場合、上記のように暖房用熱媒が熱交換器を通過する際に受け取る熱量と温水が熱交換器を通過する際に放出する熱量をそれぞれ算出して、両者を比較すると、ほとんど大きな差を生じない。しかしながら、流量計測手段に異常が発生して正確な流量を計測できなくなると、上記のように算出される熱量に大きな差が生じてくる。上記の暖房システムによれば、流量計測手段における異常の発生の有無を適切に診断することができる。

上記の暖房システムでは、前記流量計測手段で計測される暖房用熱媒の流量が所定の基準流量に近づくように、前記流量調整手段を制御することが好ましい。

上記の暖房システムでは、暖房系統から熱交換器に流入する暖房用熱媒の流量が基準流量を下回る場合には、流量調整手段を制御してバイパス経路を流れる暖房用熱媒の流量を減少させる。また、暖房系統から熱交換器に流入する暖房用熱媒の流量が基準流量を超える場合には、流量調整手段を制御してバイパス経路を流れる暖房用熱媒の流量を増加させる。このような制御を行うと、暖房系統を循環する暖房用熱媒の流量が基準流量よりも小さいときには、暖房用熱媒がバイパス経路を流れないようにして熱交換器に流入する暖房用熱媒の流量を増加させ、暖房用熱媒の加熱を効率よく行うことができる。また、暖房系統を循環する暖房用熱媒の流量が基準流量よりも大きいときには、基準流量の暖房用熱媒を熱交換器に流入させ、残りの暖房用熱媒をバイパス経路に流入させることで、暖房用熱媒が暖房系統から熱交換器およびバイパス配管を経て暖房系統に戻される際の圧力損失を低減することができる。暖房循環ポンプの能力が低くても、大きな流量の暖房用熱媒を暖房系統に循環させることができる。

本発明によれば、貯湯タンクに貯えられた温水と熱交換器を介して熱交換することで暖房用熱媒を加熱する暖房システムにおいて、暖房循環ポンプの能力が低くても、大きな流量の暖房用熱媒を暖房系統に循環させることができる。

実施例１の給湯暖房システム１０の構成を模式的に示す図。実施例１の給湯暖房システム１０の動作を説明するフローチャート。

以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）暖房用熱媒は水または不凍液である。
（特徴２）ヒートポンプ用冷媒はＣＯ_２またはＨＦＣである。
（特徴３）暖房用熱媒を燃焼熱によって加熱する補助熱源機を備えている。

以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る給湯暖房システム１０を示す。給湯暖房システム１０は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット１００、貯湯ユニット２００、給湯暖房ユニット３００、膨張タンク４１０、リモコン５００等を備えている。給湯暖房システム１０は、カラン（図示せず）等の給湯箇所への給湯、暖房用熱媒を利用した暖房系統４００による暖房、浴槽６００の湯はり・追い焚きを行うことができる。暖房系統４００が利用する暖房用熱媒としては、水または不凍液を用いることができる。

ＨＰユニット１００は、配管で接続された圧縮機１０２、放熱器１０４、膨張機構１０６、蒸発器１０８を冷媒がこの順序で循環する冷凍サイクル装置である。圧縮機１０２で圧縮されて高温となった冷媒は、放熱器１０４において水との熱交換によって冷却され、膨張機構１０６へ送られる。膨張機構１０６での断熱膨張によりさらに低温となった冷媒は、蒸発器１０８での熱交換により加熱される。蒸発器１０８はフィンチューブ型の熱交換器であり、ファン１１６を回転させて冷媒を外気と熱交換させる。蒸発器１０８での熱交換によって加熱された冷媒は、圧縮機１０２へ戻される。なお、ＨＰユニット１００の冷媒としては、代替フロンであるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）のほか、自然冷媒であるＣＯ_２を用いることもできる。また、膨張機構１０６としては、膨張弁のほか、キャビラリーチューブなどを用いることもできる。

ＨＰユニット１００が貯湯タンク２０２を沸き上げる際には、ＨＰ循環ポンプ１１０の駆動により、循環往き配管１１２を介して貯湯ユニット２００の貯湯タンク２０２の下部から水が吸い出される。貯湯タンク２０２からＨＰユニット１００に送られた水は、放熱器１０４において冷媒との熱交換によって加熱された後、循環戻り配管１１４を介して貯湯タンク２０２の上部に戻される。サーミスタ１１８は循環往き配管１１２から放熱器１０４へ送られる水の温度を検出する。サーミスタ１２０は放熱器１０４から循環戻り配管１１４へ送られる水の温度を検出する。

ＨＰコントローラ１２２は、サーミスタ１１８、１２０の検出温度に応じて、圧縮機１０２、ファン１１６、ＨＰ循環ポンプ１１０の動作を制御する。またＨＰコントローラ１２２は、貯湯ユニット２００の貯湯コントローラ２８６と通信可能であり、ＨＰユニット１００と貯湯ユニット２００との間での協調動作が実現される。

貯湯ユニット２００は、貯湯タンク２０２、熱交換器２０４、タンク循環ポンプ２０６等を備えている。貯湯タンク２０２は、ＨＰユニット１００によって加熱された温水を貯える。貯湯タンク２０２は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。温水を貯えた状態では、貯湯タンク２０２の内部に温度成層が形成されており、貯湯タンク２０２下部の水温は低く、上部の水温は高くなる。貯湯タンク２０２の上部から下部にかけて、貯湯タンク２０２内の温水温度を検知するサーミスタ２１８、２２２、２２４が、それぞれ異なる高さに配置されている。サーミスタ２１８は、貯湯タンク２０２の頂部近傍の水の温度を検出する。サーミスタ２２２は、貯湯タンク２０２の上部の水の温度を検出する。サーミスタ２２４は、貯湯タンク２０２の中間部の水の温度を検出する。

ＨＰユニット１００が貯湯タンク２０２の沸き上げ運転を行う際には、貯湯タンク２０２の下部の低温の水は、循環下部配管２０８、三方弁２１０、循環往き配管１１２を経由して、ＨＰユニット１００に送られる。ＨＰユニット１００で加熱された高温の水は、循環戻り配管１１４、三方弁２１２、循環上部配管２１４を経由して、貯湯タンク２０２の上部に戻される。サーミスタ２２６は循環下部配管２０８を流れる水の温度を検出する。サーミスタ２２８は循環上部配管２１４を流れる水の温度を検出する。なお、三方弁２１０、２１２の連通状態を切り換ることで、ＨＰユニット１００から貯湯ユニット２００に送られた水を、循環戻り配管１１４、三方弁２１２、循環バイパス配管２１６、三方弁２１０、循環往き配管１１２を経由して、再びＨＰユニット１００に戻すように循環させることもできる。このような態様での水の循環は、給湯暖房システム１０を寒冷地で使用する場合に、循環往き配管１１２および循環戻り配管１１４の凍結を防ぐ凍結防止運転において行われる。

貯湯タンク２０２の下部には、第１給水管２４６およびタンク給水管２５６を経由して上水が供給される。第１給水管２４６は一端が上水道に連通しており、他端においてタンク給水管２５６および第２給水管２５８に分岐している。第１給水管２４６には、流量計２４８、逆止弁２５０、ガバナ２５２、サーミスタ２５４が設けられている。タンク給水管２５６は第１給水管２４６と貯湯タンク２０２の下部を連通している。タンク給水管２５６には、流量計２６０、流量調整弁２６２が設けられている。第２給水管２５８は、貯湯タンク２０２の上部から伸びるタンク出湯配管２６４と合流して、第１給湯管２７０に連通している。第２給水管２５８には、流量調整弁２６６が設けられている。タンク出湯配管２６４には、サーミスタ２６８が設けられている。第１給湯管２７０には、上水道からの低温の水と貯湯タンク２０２の上部からの高温の水が混合した後の水の温度を検出するサーミスタ２７１が設けられている。流量調整弁２６６の開度を調整することによって、第１給水管２４６から第２給水管２５８に流れ込む水の流量が調整される。流量調整弁２６２の開度を調整することによって、第１給水管２４６、タンク給水管２５６を経由して貯湯タンク２０２の下部に流れ込む水の流量が調整され、それにより、貯湯タンク２０２の上部からタンク出湯配管２６４に押し出される温水の流量が調整される。従って、サーミスタ２５４で検出される上水道からの水の温度、サーミスタ２６８で検出される貯湯タンク２０２の上部からの水の温度、サーミスタ２７１で検出される混合後の水の温度等に基づいて、流量調整弁２６２および流量調整弁２６６の開度を調整することで、第１給湯管２７０を流れる水を所望の温度に調整することができる。なお、第２給水管２５８と第１給湯管２７０の間には、常開型の電磁弁２８２が介装されたバイパス配管２８４が別途設けられている。停電によって流量調整弁２６２、２６６の開度が調整不能となった場合に、電磁弁２８２が開いて、第１給水管２４６からの水を第１給湯管２７０に直接送り出す。このような構成とすることによって、停電時に第１給湯管２７０に意図しない高温の水が流れることが防止される。

第１給湯管２７０は、第２給湯管２７２を経由してカラン（図示せず）等の給湯箇所へ連通している。第１給湯管２７０の途中からは、第１給湯連結管２７４が分岐しており、第１給湯管２７０のさらに下流側では、第２給湯連結管２７６が合流している。第１給湯連結管２７４を介して貯湯ユニット２００から給湯暖房ユニット３００に送られた水は、給湯暖房ユニット３００においてガスの燃焼熱で加熱された後、第２給湯連結管２７６を経由して貯湯ユニット２００へ戻され、第２給湯管２７２を経由してカラン等の給湯箇所に供給される。第１給湯管２７０における第１給湯連結管２７４の分岐箇所と第２給湯連結管２７６の合流箇所の間には、流量調整弁２７８が設けられている。第２給湯管２７２には、最終的に給湯箇所へ供給される水の温度を検出するサーミスタ２８０が設けられている。

熱交換器２０４は二重壁式の熱交換器であり、暖房系統４００から第１暖房戻り配管４０２を経由して貯湯ユニット２００に送られる暖房用熱媒と、貯湯タンク２０２の上部からの水を熱交換させる。タンク循環ポンプ２０６が駆動すると、貯湯タンク２０２の上部から高温の水が吸いだされ、熱交換器２０４へ送られる。なお、貯湯タンク２０２の頂部近傍には空気溜まりが存在することがあるが、タンク循環ポンプ２０６がエア噛みしないように、本実施例では貯湯タンク２０２の頂部よりも少し下がった高さから熱交換器２０４へ高温の水が送出される。熱交換器２０４での暖房用熱媒との熱交換によって冷却された水は、貯湯タンク２０２の底部へと戻される。サーミスタ２３０は貯湯タンク２０２の上部から熱交換器２０４へ送られる水の温度を検出する。サーミスタ２３２は熱交換器２０４から貯湯タンク２０２の下部へ送られる水の温度を検出する。

第１暖房戻り配管４０２から貯湯ユニット２００に送り込まれた暖房用熱媒は、熱交換器２０４での高温の水との熱交換によって加熱されて、第２暖房戻り配管４０４を経由して給湯暖房ユニット３００へ送られる。熱交換器２０４の暖房用熱媒の流路の入口側には、サーミスタ２３４と流量計２３６が設けられている。熱交換器２０４の暖房用熱媒の流路の出口側には、サーミスタ２３８が設けられている。また、第１暖房戻り配管４０２と第２暖房戻り配管４０４の間には、流量調整弁２４２が介装されたバイパス配管２４０が別途設けられている。

貯湯ユニット２００は、貯湯コントローラ２８６を備えている。貯湯コントローラ２８６は、貯湯ユニット２００内の各種サーミスタおよび各種流量計の出力に基づいて、貯湯ユニット２００内のタンク循環ポンプ２０６、三方弁２１０、２１２、および各種流量調整弁の動作を制御する。また、貯湯コントローラ２８６は、ＨＰユニット１００のＨＰコントローラ１２２および給湯暖房ユニット３００の給湯暖房コントローラ３９６とそれぞれ通信可能であり、貯湯ユニット２００とＨＰユニット１００の間での協調動作、および貯湯ユニット２００と給湯暖房ユニット３００の間での協調動作が実現されている。

給湯暖房ユニット３００は、ガス熱源機３０２と、暖房循環ポンプ３０４と、風呂循環ポンプ３０６と、熱交換器３１２等を備えている。ガス熱源機３０２は、給湯用の水を加熱する給湯熱源機３０８と、暖房用熱媒を加熱する暖房熱源機３１０を備えている。給湯熱源機３０８と暖房熱源機３１０は、ともに都市ガスやＬＰガス等の燃料ガスの燃焼熱を利用する潜熱回収型のガス熱源機である。給湯熱源機３０８と暖房熱源機３１０は、隣接して設置されており、電源やドレン排出機構等を共有できるようになっている。ガス熱源機３０２にガスを供給するガス流路３１４は、ガス元弁３１６より下流で給湯ガス流路３１８と暖房ガス流路３２０に分岐している。

給湯ガス流路３１８にはガスの流量を調整するガス比例弁３２２が設けられている。給湯ガス流路３１８は、ガス比例弁３２２より下流でさらに分岐しており、給湯熱源機３０８内に設けられた複数のバーナ３２６、３２８、３３０のそれぞれにガスを供給する。複数のバーナ３２６、３２８、３３０へのガスの供給および遮断は、対応して設けられたガス切換弁３２６ａ、３２８ａ、３３０ａによって切り換えられる。ファン３３２によって給湯熱源機３０８内に空気を供給し、給湯ガス流路３１８を経由してバーナ３２６、３２８、３３０にガスを供給し、イグナイタ３３４によって点火することで、給湯熱源機３０８は燃焼運転を開始する。バーナ３２６、３２８、３３０の燃焼状態は、フレームロッド３３６によって検出される。

暖房ガス流路３２０にはガスの流量を調整するガス比例弁３２４が設けられている。暖房ガス流路３２０は、ガス比例弁３２４より下流でさらに分岐しており、暖房熱源機３１０内に設けられた複数のバーナ３３８、３４０のそれぞれにガスを供給する。複数のバーナ３３８、３４０へのガスの供給および遮断は、対応して設けられたガス切換弁３３８ａ、３４０ａによって切り換えられる。ファン３４２によって暖房熱源機３１０内に空気を供給し、暖房ガス流路３２０を経由してバーナ３３８、３４０にガスを供給し、イグナイタ３４４によって点火することで、暖房熱源機３１０は燃焼運転を開始する。バーナ３３８、３４０の燃焼状態は、フレームロッド３４６によって検出される。

貯湯ユニット２００から第１給湯連結管２７４を経由して給湯暖房ユニット３００に送られた水は、第１給湯熱源機配管３５６を経由して、給湯熱源機３０８へ送られる。給湯熱源機３０８へ送られた水は、副熱交換器３４８、主熱交換器３５０を順に経由して加熱された後、第２給湯熱源機配管３５８、第２給湯連結管２７６を経由して貯湯ユニット２００へ戻され、第２給湯管２７２を経由してカラン等の給湯箇所へ供給される。主熱交換器３５０では、バーナ３２６、３２８、３３０の燃焼排気から顕熱を吸熱して水を加熱する。副熱交換器３４８では、主熱交換器３５０を通過した燃焼排気中の水蒸気が凝縮する際の潜熱を吸熱して水を加熱する。第１給湯熱源機配管３５６と第２給湯熱源機配管３５８の間には、バイパス制御弁３５４を備えるバイパス配管３５２が設けられている。バイパス制御弁３５４が開くと、第１給湯連結管２７４から第１給湯熱源機配管３５６に流れ込んだ水の一部は、給湯熱源機３０８を通過することなく、バイパス配管３５２を経由して第２給湯熱源機配管３５８に流れ込む。第１給湯熱源機配管３５６には、流量計３６０、流量調整弁３６２が設けられている。第２給湯熱源機配管３５８には、給湯熱源機３０８の主熱交換器３５０で加熱された水の温度を検出するサーミスタ３６４と、バイパス配管３５２の合流箇所より下流の水の温度を検出するサーミスタ３６６が設けられている。

第２給湯熱源機配管３５８の途中からは、風呂循環ポンプ３０６に連通する湯はり配管３６８が分岐している。湯はり配管３６８は、逆流防止機構を備えた注湯電磁弁３７０を備えている。注湯電磁弁３７０が開くと、給湯熱源機３０８によって加熱された水が、湯はり配管３６８、風呂循環ポンプ３０６を経由して、浴槽６００に供給される。

浴槽６００には、風呂循環ポンプ３０６、熱交換器３１２を経由して、浴槽６００に戻る追い焚き循環路３７２が接続している。熱交換器３１２は二重管構造となっており、内側の流路を流れる暖房用熱媒との熱交換によって、外側の流路を流れる水が加熱される。追い焚き循環路３７２には、浴槽６００内の水位を検出する水位センサ３７４、水流の有無を検出する水流スイッチ３７６、追い焚き循環路３７２から浴槽６００へ向けて流れる水の温度を検出するサーミスタ３７８が設けられている。

第２暖房戻り配管４０４から給湯暖房ユニット３００に流れ込む暖房用熱媒は、熱交換器３１２からの暖房用熱媒と合流した後、暖房熱源機３１０の副熱交換器３８０を経由して、暖房循環ポンプ３０４に送られる。暖房循環ポンプ３０４から送り出される暖房用熱媒は、一部が低温暖房往き配管４１４へと流れ、残りは暖房熱源機３１０の主熱交換器３８２で加熱された後、高温暖房往き配管４１６へと流れる。主熱交換器３８２では、バーナ３３８、３４０の燃焼排気から顕熱を吸熱して水を加熱する。副熱交換器３８０では、主熱交換器３８２を通過した燃焼排気中の水蒸気が凝縮する際の潜熱を吸熱して水を加熱する。サーミスタ３８４は、暖房循環ポンプ３０４から送り出される暖房用熱媒の温度、すなわち低温暖房往き配管４１４へ送り出される暖房用熱媒の温度を検出する。サーミスタ３８６は、主熱交換器３８２で加熱された暖房用熱媒の温度、すなわち高温暖房往き配管４１６へ送り出される暖房用熱媒の温度を検出する。

なお、電磁弁３８８が開かれると、主熱交換器３８２から高温暖房往き配管４１６に向けて流れる暖房用熱媒の一部が、熱交換器３１２へ供給される。また、主熱交換器３８２から高温暖房往き配管４１６に向けて流れる暖房用熱媒の一部は、バイパス弁３９０を備える第１バイパス管３９２および第２バイパス管３９４を経由して、暖房循環ポンプ３０４に送られる。

圧力計３９７は、暖房用熱媒の圧力を検出する。空気溜まり検出部３９８は、水位電極３９９を用いて、暖房用熱媒の内部における空気溜まりの有無を検出する。

給湯暖房コントローラ３９６は、貯湯コントローラ２８６と通信可能であり、給湯暖房ユニット３００と貯湯ユニット２００の間で協調動作が実現されている。また、給湯暖房コントローラ３９６は、リモコン５００とも通信可能である。

暖房系統４００は、低温暖房端末４０６と高温暖房端末４０８を備えている。低温暖房端末４０６は、例えば床暖房装置、パネルラジエータなどである。給湯暖房ユニット３００から低温暖房往き配管４１４を経由して流れ込む暖房用熱媒は、低温暖房端末４０６での放熱によって冷却された後、第１暖房戻り配管４０２へ送られる。高温暖房端末４０８は、例えば浴室乾燥暖房機、ファンコンベクタなどである。給湯暖房ユニット３００から高温暖房往き配管４１６を経由して送られた暖房用熱媒は、高温暖房端末４０８での放熱によって冷却された後、第１暖房戻り配管４０２へ送られる。低温暖房端末４０６と高温暖房端末４０８は、いずれも暖房用熱媒の流路に開閉弁を備えており、暖房運転の開始・終了に伴い、開閉弁の開閉を行う。暖房系統４００から第１暖房戻り配管４０２へ送り出された暖房用熱媒は、貯湯ユニット２００に送られて加熱された後、第２暖房戻り配管４０４を経由して給湯暖房ユニット３００へ送られる。

暖房系統４００には膨張タンク４１０が接続されている。膨張タンク４１０は、ダイヤフラム方式の膨張タンクであって、暖房用熱媒の温度上昇に伴う暖房用熱媒の体積膨張を吸収する。膨張タンク４１０は第１暖房戻り配管４０２に接続されている。

リモコン５００は、給湯暖房コントローラ３９６および低温暖房端末４０６、高温暖房端末４０８と通信可能である。給湯暖房システム１０の利用者は、リモコン５００を介して、給湯温度・暖房温度・湯はり温度・追い焚き温度等の設定や、低温暖房端末４０６による暖房運転の開始および終了、高温暖房端末４０８による暖房運転の開始および終了、浴槽６００への湯はりや追い焚きの開始等の指示を行うことができる。

以下では図２を参照しながら、本実施例の給湯暖房システム１０の暖房運転について説明する。ＨＰユニット１００、貯湯ユニット２００および給湯暖房ユニット３００は、協働して以下の動作を行う。なお、暖房運転を開始する前の状態では、貯湯ユニット２００の流量調整弁２４２の開度は全閉とされている。

ステップＳ２０２では、リモコン５００の暖房運転スイッチがＯＮにされるまで待機する。リモコン５００の暖房運転スイッチがＯＮにされると（ステップＳ２０２でＹＥＳとなると）、ステップＳ２０４で貯湯ユニット２００のタンク循環ポンプ２０６を駆動する。これにより、貯湯タンク２０２の上部から高温の水（温水）が吸い出され、熱交換器２０４に送られる。熱交換器２０４で放熱して低温となった水は、貯湯タンク２０２の底部に戻される。

ステップＳ２０６では、ＨＰユニット１００による貯湯タンク２０２の沸き上げ運転を開始する。具体的には、ＨＰユニット１００において、圧縮機１０２とファン１１６を駆動し、さらにＨＰ循環ポンプ１１０を駆動する。これにより、貯湯タンク２０２の底部から低温の水が吸い出され、ＨＰユニット１００に送出される。ＨＰユニット１００で加熱されて高温となった水は、貯湯タンク２０２の頂部に戻される。

ステップＳ２０８では、給湯暖房ユニット３００の暖房循環ポンプ３０４を駆動する。これにより、給湯暖房ユニット３００から暖房系統４００に高温の暖房用熱媒が送出される。暖房系統４００で放熱して低温となった暖房用熱媒は、貯湯ユニット２００の熱交換器２０４に送られる。熱交換器２０４で加熱されて高温となった暖房用熱媒は、給湯暖房ユニット３００に戻される。

ステップＳ２１０では、流量計２３６で測定される暖房用熱媒の熱交流入流量Ｑ_ｍが、所定の基準流量Ｑ_０を超えるか否かを判断する。本実施例では、基準流量Ｑ_０は１３リットル／分である。熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を超える場合（ステップＳ２１０でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２１２で流量調整弁２４２の開度を増加させて、ステップＳ２１８へ進む。熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を超えない場合（ステップＳ２１０でＮＯの場合）には、ステップＳ２１４へ進む。

ステップＳ２１４では、流量計２３６で測定される熱交流入流量Ｑ_ｍが、基準流量Ｑ_０を下回るか否かを判断する。熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を下回る場合（ステップＳ２１４でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２１６で流量調整弁２４２の開度を減少させて、ステップＳ２１８へ進む。熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を下回らない場合（ステップＳ２１４でＮＯの場合）には、そのままステップＳ２１８へ進む。

ステップＳ２１８では、流量計２３６における異常の有無を診断する。本実施例では、流量計２３６で測定される流量と、サーミスタ２３０、２３２、２３４、２３８で測定される温度と、タンク循環ポンプ２０６の回転数を用いて、流量計２３６における異常の有無を診断する。

熱交換器２０４における熱収支を考えると、暖房用熱媒が熱交換器２０４を通過する際に受け取る熱量ｑ_１は、ｑ_１＝Ｃ_１×（Ｔ_Ｂ−Ｔ_Ａ）×Ｑ_ｍで与えられる。ここで、Ｃ_１は暖房用熱媒の比熱であり、Ｔ_Ａはサーミスタ２３４で測定される暖房用熱媒の熱交流入温度であり、Ｔ_Ｂはサーミスタ２３８で測定される暖房用熱媒の熱交流出温度であり、Ｑ_ｍは流量計２３６で測定される熱交換器２０４を通過する暖房用熱媒の流量である。また、貯湯タンク２０２からの温水が熱交換器２０４を通過する際に放出する熱量ｑ_２は、ｑ_２＝Ｃ_２×（Ｔ_１−Ｔ_２）×Ｑ_ｐで与えられる。ここで、Ｃ_２は温水の比熱であり、Ｔ_１はサーミスタ２３０で測定される温水の熱交流入温度であり、Ｔ_２はサーミスタ２３２で測定される温水の熱交流出温度であり、Ｑ_ｐは熱交換器２０４を通過する温水の流量である。熱交換器２０４を通過する温水の流量Ｑ_ｐは、Ｑ_ｐ＝Ｋ×Ｎで与えられる。ここで、Ｋは比例定数であり、Ｎはタンク循環ポンプ２０６の回転数である。

熱交換器２０４における熱損失は小さいので、本来であれば、暖房用熱媒が熱交換器２０４を通過する際に受け取る熱量ｑ_１は、貯湯タンク２０２からの温水が熱交換器２０４を通過する際に放出する熱量ｑ_２とほぼ等しい値となるはずである。しかしながら、流量計２３６に詰まりが生じるなどの異常が発生すると、流量計２３６で測定される流量Ｑ_ｍが不正確となり、上記のようにして算出される熱量ｑ_１と熱量ｑ_２が大きく異なる値となる。そこで、本実施例では、上記のようにして熱量ｑ_１と熱量ｑ_２をそれぞれ算出して、ｑ_１がｑ_２より大幅に小さい（例えばｑ_１がｑ_２の半分以下の大きさである）場合に、流量計２３６に異常が生じていると判断する。

ステップＳ２１８で流量計２３６に異常があると診断された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２２０で、リモコン５００を介して使用者に異常を報知して、ステップＳ２２２へ進む。流量計２３６に異常がないと診断された場合（ステップＳ２１８でＮＯの場合）には、そのままステップＳ２２２へ進む。

ステップＳ２２２では、暖房運転スイッチがＯＦＦにされたか否かを判断する。暖房運転スイッチがＯＦＦとされていない場合（ステップＳ２２２でＮＯの場合）、ステップＳ２１０に戻る。暖房運転スイッチがＯＦＦにされると（ステップＳ２２２でＹＥＳになると）、ステップＳ２２４へ進む。

ステップＳ２２４では、暖房循環ポンプ３０４を停止する。ステップＳ２２６では、流量調整弁２４２の開度を全閉にする。ステップＳ２２８では、ＨＰユニット１００のＨＰコントローラ１２４が、ＨＰ循環ポンプ１１０を停止し、圧縮機１０２とファン１１６を停止する。ステップＳ２３０では、タンク循環ポンプ２０６を停止して、ステップＳ２０２へ戻る。

以上のように、本実施例の給湯暖房システム１０では、暖房運転を行っている際に、熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を下回る場合には、流量調整弁２４２の開度を減少させて、バイパス配管２４０を流れる暖房用熱媒の流量を減少させる。また、熱交流入流量Ｑ_ｍが基準流量Ｑ_０を超える場合には、流量調整弁２４２の開度を増加させて、バイパス配管２４０を流れる暖房用熱媒の流量を増加させる。このような制御を行うと、第１暖房戻り配管４０２から貯湯ユニット２００へ送られる暖房用熱媒の流量が基準流量よりも小さいときには、流量調整弁２４２の開度は全閉まで絞られ、暖房用熱媒の全量を熱交換器２０４に流入させて、暖房用熱媒の加熱を効率よく行うことができる。また、第１暖房戻り配管４０２から貯湯ユニット２００へ送られる暖房用熱媒の流量が基準流量よりも大きいときには、流量調整弁２４２の開度が調整されて、基準流量の暖房用熱媒を熱交換器２０４に流入させ、残りの暖房用熱媒をバイパス配管２４０に流入させる。これにより、第１暖房戻り配管４０２から貯湯ユニット２００を経て第２暖房戻り配管４０４へ流れる際の、暖房用熱媒の圧力損失を低減することができる。暖房循環ポンプ３０４の能力がそれほど高くなくても、暖房系統４００に大流量の暖房用熱媒を循環させることができる。

また、本実施例の給湯暖房システム１０では、流量計２３６における異常の発生を、流量計２３６の測定値と、サーミスタ２３０、２３２、２３４、２３８の測定値と、タンク循環ポンプ２０６の回転数に基づいて、診断することができる。流量計２３６は詰まりを生じやすく、異常が発生すると正確な流量を計測できなくなり、その結果、流量調整弁２４２を適切に制御することができなくなってしまう。しかしながら、本実施例の給湯暖房システム１０では、流量計２３６において異常が発生した場合に、リモコン５００を介して使用者に報知することによって、流量計２３６のメンテナンスを促すことができる。

なお上記の実施例では、熱交換器２０４を通過する温水の流量Ｑ_ｐを、タンク循環ポンプ２０６の回転数Ｎに基づいて算出しているが、これ以外にも、例えばタンク循環ポンプ２０６の駆動電力に基づいて流量Ｑ_ｐを計算してもよいし、タンク循環ポンプ２０６のデューティー比に基づいて流量Ｑ_ｐを計算してもよい。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０給湯暖房システム
１００ＨＰユニット
１０２圧縮機
１０４放熱器
１０６膨張機構
１０８蒸発器
１１０ＨＰ循環ポンプ
１１２循環往き配管
１１４循環戻り配管
１１６ファン
１１８、１２０、２１８、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、２３４、２３８、２５４、２６８、２７１、２８０、３６４、３６６、３７８、３８４、３８６サーミスタ
１２２ＨＰコントローラ
２００貯湯ユニット
２０２貯湯タンク
２０４熱交換器
２０６タンク循環ポンプ
２０８循環下部配管
２１０、２１２三方弁
２１４循環上部配管
２１６循環バイパス配管
２３６、２４８、２６０、３６０流量計
２４０バイパス配管
２４２、２６２、２６６、２７８、３６２流量調整弁
２５０逆止弁
２４６第１給水管
２５２ガバナ
２５６タンク給水管
２５８第２給水管
２６４タンク出湯配管
２７０第１給湯管
２７２第２給湯管
２７４第１給湯連結管
２７６第２給湯連結管
２８２電磁弁
２８４バイパス配管
２８６貯湯コントローラ
３００給湯暖房ユニット
３０２ガス熱源機
３０４暖房循環ポンプ
３０６風呂循環ポンプ
３０８給湯熱源機
３１０暖房熱源機
３１２熱交換器
３１４ガス流路
３１６ガス元弁
３１８給湯ガス流路
３２０暖房ガス流路
３２２、３２４ガス比例弁
３２６、３２８、３３０、３３８、３４０バーナ
３２６ａ、３２８ａ、３３０ａ、３３８ａ、３４０ａガス切換弁
３３２、３４２ファン
３３４、３４４イグナイタ
３３６、３４６フレームロッド
３４８、３８０副熱交換器
３５０、３８２主熱交換器
３５２バイパス配管
３５４バイパス制御弁
３５６第１給湯熱源機配管
３５８第２給湯熱源機配管
３６８湯はり配管
３７０注湯電磁弁
３７２追い焚き循環路
３７４水位センサ
３７６水流スイッチ
３８８電磁弁
３９０バイパス弁
３９２第１バイパス管
３９４第２バイパス管
３９６給湯暖房コントローラ
３９７圧力計
３９８空気溜まり検出部
３９９水位電極
４００暖房系統
４０２第１暖房戻り配管
４０４第２暖房戻り配管
４０６低温暖房端末
４０８高温暖房端末
４１０膨張タンク
４１４低温暖房往き配管
４１６高温暖房往き配管
５００リモコン
６００浴槽

Claims

温水と暖房用熱媒の間で熱交換する熱交換器と、
温水を貯える貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから温水を吸い出し、前記熱交換器を通過させて、前記貯湯タンクに戻すタンク循環ポンプと、
暖房用熱媒を前記熱交換器と暖房系統の間で循環させる暖房循環ポンプと、
前記暖房系統からの暖房用熱媒を前記熱交換器をバイパスして前記暖房系統に戻すバイパス経路と、
前記熱交換器に流入する暖房用熱媒の流量を計測する流量計測手段と、
前記バイパス経路を流れる暖房用熱媒の流量を調整する流量調整手段と、
前記熱交換器に流入する温水の温度を計測する温水流入温度計測手段と、
前記熱交換器から流出する温水の温度を計測する温水流出温度計測手段と、
前記熱交換器に流入する暖房用熱媒の温度を計測する暖房流入温度計測手段と、
前記熱交換器から流出する暖房用熱媒の温度を計測する暖房流出温度計測手段と、
前記流量計測手段で計測される流量と、前記温水流入温度計測手段、前記温水流出温度計測手段、前記暖房流入温度計測手段および前記暖房流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度と、前記タンク循環ポンプの運転状態に基づいて、前記流量計測手段での異常の有無を診断する異常診断手段を備えている暖房システム。
前記流量計測手段で計測される流量と、前記暖房流入温度計測手段および前記暖房流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度に基づいて、暖房用熱媒が前記熱交換器を通過する際に受け取る熱量を算出する暖房熱量算出手段と、
前記温水流入温度計測手段および前記温水流出温度計測手段のそれぞれで計測される温度と、前記タンク循環ポンプの運転状態に基づいて、温水が前記熱交換器を通過する際に放出する熱量を算出する温水熱量算出手段をさらに備えており、
前記異常診断手段が、前記暖房熱量算出手段で算出された熱量を前記温水熱量算出手段で算出された熱量と比較することで、前記流量計測手段での異常の有無を診断する、請求項１の暖房システム。
前記流量計測手段で計測される暖房用熱媒の流量が所定の基準流量に近づくように、前記流量調整手段を制御する、請求項１または２の暖房システム。