JP5815419B2

JP5815419B2 - 暖房装置

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Publication number: JP5815419B2
Application number: JP2012002287A
Authority: JP
Inventors: 祖父江　務; 務祖父江; 立樹渡會; 大島　克也; 克也大島; 泰平林; 鈴木　彰; 彰鈴木
Original assignee: Denso Corp; Rinnai Corp
Current assignee: Denso Corp; Rinnai Corp
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: JP2013142492A

Description

本発明は、暖房装置に関する。

特許文献１には、ヒートポンプを熱源として利用する暖房装置が開示されている。この暖房装置では、ヒートポンプが生成した温水を貯湯タンクに貯えておき、必要時に貯湯タンク内の温水を利用して暖房を行っている。特許文献１の暖房装置では、貯湯タンクとヒートポンプの間に、温水を循環させるための経路である循環経路が設けられている。

特開２００８−１２２０３７号公報

例えば、寒冷地においては、主に冬期に、電力会社が、通常の電力系統の他に、所定期間の間だけ利用可能な特別の電力系統（いわゆる「融雪電力」）を提供する場合がある。また、その特別な電力系統からの電力の利用は、暖房目的のものに限られるという規則が定められる場合もある。さらに、その特別な電力系統を利用可能な上記の所定期間中に、電力を遮断する遮断期間を定期的に設ける必要があるという規則が定められる場合もある。このような場合、特許文献１の暖房装置は、特別な電力系統を利用可能な上記の所定期間中には、特別な電力系統による電力を利用してヒートポンプを作動させて、暖房運転を行う。上記の所定期間中に電力が遮断されると、ヒートポンプが停止する。遮断期間中にヒートポンプが停止すると、外気により循環経路内の水が冷却されて凍結し、循環経路が凍結破損するおそれがある。

本明細書では、循環経路の凍結破損を抑制することができる暖房装置を開示する。

本明細書が開示する暖房装置の一つは、ヒートポンプと、タンクと、循環経路と、第１の循環ポンプと、暖房機と、制御手段とを備えている。ヒートポンプは、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する。タンクは、ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯める。循環経路は、タンクとヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である。第１の循環ポンプは、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる。暖房機は、暖房用熱媒の熱を利用して暖房する。制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されている。ヒートポンプと、第１の循環ポンプとは、第１の電力系統からの電力によって動作する。制御手段は、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の第１の期間の間、ヒートポンプ及び第１の循環ポンプを作動させ、第１の期間の経過後はヒートポンプを停止させ、第１の期間の経過後の期間であって、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる以前の期間である第２の期間の間、第１の循環ポンプを継続して作動させる。

例えば、主に冬期に、寒冷地において、通常の電力系統とは別に所定期間の間だけ利用可能な特別の電力系統（いわゆる「融雪電力」）が提供される場合がある。また、その特別な電力系統からの電力の利用は、暖房目的のものに限られるという規則が定められる場合もある。さらに、その特別な電力系統を利用可能な上記の所定期間中に、定期的に電力を遮断する遮断期間を設ける必要があるという規則が定められる場合もある。ここで、「第１の電力系統」の語は、上記の特別の電力系統を含む。また、「第２の電力系統」の語は、上記の通常の電力系統を含む。そのような場合において、上記の暖房装置では、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の第１の期間の間、ヒートポンプ及び第１の循環ポンプを作動させる。また、第１の期間の経過後はヒートポンプを停止させる。さらに、第１の期間の経過後の期間であって、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる以前の期間である第２の期間の間、第１の循環ポンプを継続して作動させる。これにより、第１の電力系統が利用不可能な状態に切り替わる時点において、循環経路内に高温の暖房用熱媒を充填させておくことができる。特に、第２の期間において、ヒートポンプを停止させた後も、第１の循環ポンプを継続して作動させるため、循環経路が比較的長い管路によって構成される場合においても、循環経路内に高温の暖房用熱媒を有効に充填させ得る。その結果、第１の電力系統が利用不可能な状態の間（即ち上記の遮断期間の間）に循環経路内の暖房用熱媒が冷却される場合であっても、循環経路内の暖房用熱媒が高温であることから、暖房用熱媒が凍結することを抑制することができる。従って、上記の暖房装置によると、循環経路の凍結破損を抑制することができる。

本明細書が開示する暖房装置の他の一つは、ヒートポンプと、タンクと、循環経路と、第１の循環ポンプと、第２の循環ポンプと、暖房機と、制御手段と、を備える。ヒートポンプは、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する。タンクは、ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯める。循環経路は、タンクとヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である。第１の循環ポンプは、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる。第２の循環ポンプは、第１の循環ポンプとは異なるポンプであって、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる。暖房機は、暖房用熱媒の熱を利用して暖房する。制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されている。ヒートポンプと、第１の循環ポンプとは、第１の電力系統からの電力によって動作し、第２の循環ポンプは、第２の電力系統からの電力によって動作する。制御手段は、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の特定の期間の間、前記ヒートポンプ及び前記第１の循環ポンプを作動させ、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる場合に、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、第２の循環ポンプを作動させる。

上記の構成の暖房装置は、第１の電力系統が利用不可能な状態の間（即ち上記の遮断期間の間）には、第２の電力系統からの電力によって第２の循環ポンプを作動させることによって、循環経路内の暖房用熱媒を循環させることができる。さらに、この暖房装置でも、第１の電力系統が利用不可能な状態に切り替わる時点において、循環経路内に高温の暖房用熱媒を充填させておくことができるため、暖房用熱媒の凍結をより効果的に抑制することができる。また、この構成の暖房装置では、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、第２の循環ポンプを作動させるため、第２の循環ポンプを、循環用熱媒の凍結を防止するための最適な作動時間に従って作動させることができる。従って、この構成の暖房装置によると、循環経路の凍結破損をより効果的に抑制することができる。

本明細書が開示する暖房装置の他の一つは、ヒートポンプと、タンクと、循環経路と、第１の循環ポンプと、第２の循環ポンプと、暖房機と、制御手段とを備えている。ヒートポンプは、大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱する。タンクは、ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯める。循環経路は、タンクとヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である。第１の循環ポンプは、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる。第２の循環ポンプは、第１の循環ポンプとは異なるポンプであって、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる。暖房機は、暖房用熱媒の熱を利用して暖房する。制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されている。ヒートポンプと、第１の循環ポンプとは、第１の電力系統からの電力によって動作する。第２の循環ポンプは、第２の電力系統からの電力によって動作する。制御手段は、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる場合に、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、第２の循環ポンプを作動させる。

上記の暖房装置では、第１の電力系統が利用不可能な状態の間（即ち上記の遮断期間の間）であっても、第２の電力系統からの電力によって第２の循環ポンプを作動させることにより、循環経路内の暖房用熱媒を循環させることができ、暖房用熱媒の凍結を抑制することができる。また、この構成の暖房装置では、第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、第２の循環ポンプを作動させるため、第２の循環ポンプを、循環用熱媒の凍結を防止するための最適な作動時間に従って作動させることができる。従って、この構成の暖房装置によると、循環経路の凍結破損を抑制することができる。

第１実施例の暖房システムの構成を模式的に示す図。第１実施例の暖房システムが実行する凍結防止運転を説明するフローチャート。第２実施例の暖房システムの構成を模式的に示す図。第２実施例の暖房システムが実行する凍結防止運転を説明するフローチャート。

（第１実施例）
図１に示すように、本実施例に係る暖房システム２は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット１０と、タンクユニット２０と、暖房ユニット４０と、制御装置７０とを備えている。

ＨＰユニット１０は、ヒートポンプ１２と、ＨＰ循環ポンプ１４と、ＨＰ往き管１６と、ＨＰ戻り管１８とを備える。なお、本実施例の暖房システム２では、ＨＰユニット１０のうち、ヒートポンプ１２と、ＨＰ循環ポンプ１４と、ＨＰ往き管１６の一部と、ＨＰ戻り管１８の一部とは屋外に設置されることが想定されている。

ヒートポンプ１２は、ＨＰ往き管１６から供給される暖房用熱媒と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器（図示省略）を備える。本実施例では、暖房用熱媒にエチレングリコール等を含む不凍液を用いている。他の例では、暖房用熱媒に水を用いてもよい。熱交換器は、暖房用熱媒が流れる熱媒管と、冷媒が流れる冷媒管とを備える（図示省略）。熱媒管の両端部は、それぞれ、ＨＰ往き管１６と、ＨＰ戻り管１８に接続している。冷媒管内を流れる冷媒には、二酸化炭素、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等のガスを用いることができる。本実施例では、ＨＰ往き管１６を流れてきた暖房用熱媒は、熱交換器の熱媒管を通過する間に冷媒管内の冷媒（高温高圧）と熱交換を行う（冷媒から熱を受け取る）ことによって加熱される。熱交換を終えた高温の暖房用熱媒は、ＨＰ戻り管１８へと送り出される。熱媒管内の暖房用熱媒と、冷媒管内の冷媒は、互いに逆方向に流れる（カウンターフロー）ことが、効率よく熱交換を行う上では好ましい。また、ヒートポンプ１２は、温度センサ１５を備えている。温度センサ１５は、外気温を測定する。

ＨＰ往き管１６は、一端がタンク２２（後述）の下部と接続し、他端がヒートポンプ１２の熱媒管の入口側と接続する。ＨＰ往き管１６は、タンク２２の下部の暖房用熱媒を、ヒートポンプ１２の熱媒管に送り出す。ＨＰ往き管１６は、ＨＰ往き管１６を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ３９を備える。

ＨＰ戻り管１８は、一端がヒートポンプ１２の熱媒管の出口側と接続し、他端がタンク２２の上部と接続する。ＨＰ戻り管１８は、ヒートポンプ１２で加熱された暖房用熱媒をタンク２２へと送り出す。ＨＰ戻り管１８は、ＨＰ戻り管１８を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ３８を備える。さらに、ＨＰ戻り管１８は、ＨＰ戻り管１８を流れる暖房用熱媒の温度が異常に高温になる場合に、制御装置７０に異常を報知するための過熱検出機構３６を備える。

図１の例では、ＨＰ循環ポンプ１４は、ヒートポンプ１２に備えられている。ＨＰ循環ポンプ１４を動作させることにより、ＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とを介して、ヒートポンプ１２とタンク２２との間で暖房用熱媒が循環する。

タンクユニット２０は、タンク２２と、膨張タンク３０と、を備えている。タンク２２は、ヒートポンプ１２によって加熱された暖房用熱媒を貯える。タンク２２の容量は、例えば３０Ｌである。タンク２２は、高さ方向に沿って三個の温度センサ２４、２６、２８を備える。各温度センサ２４、２６、２８は、それぞれ、タンク２２内の暖房用熱媒の温度を測定する。

膨張タンク３０は、タンク２２の下部と連結管３２を介して連結されている。タンク２２内の暖房用熱媒が高温になると、タンク２２内の暖房用熱媒が膨張して体積が増す。膨張タンク３０は、膨張して体積が増した分の暖房用熱媒を貯える。

暖房ユニット４０は、暖房往き管４２と、暖房戻り管４４と、暖房循環ポンプ４６と、バーナ４８と、暖房機５０と、バイパス路６０と、流量調整弁６２とを備える。

暖房往き管４２は、一端がタンク２２の上部と接続し、他端が暖房機５０と接続する。暖房往き管４２は、タンク２２の上部から送り出される暖房用熱媒を、暖房機５０に送り出す。暖房往き管４２は、さらに、暖房往き管４２内を流れる暖房用熱媒の温度を測定する温度センサ５２、５４、５６を備える。

暖房機５０は、暖房往き管４２から供給される暖房用熱媒からの放熱を利用して暖房を行う。放熱により、暖房用熱媒の温度は低くなる。放熱後の暖房用熱媒は、暖房戻り管４４に送り出される。

バーナ４８は、都市ガスやＬＰガス等の燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって熱媒往き管３２内を流れる暖房用熱媒を加熱する。バーナ４８は、暖房往き管４２内の暖房用熱媒が、暖房機５０で必要とされる温度に満たない場合に動作する補助熱源である。

暖房戻り管４４は、一端が暖房機５０と接続し、他端がタンク２２の下部と接続する。暖房戻り管４４は、暖房機５０から送り出される放熱後の暖房用熱媒を、タンク２２に送り出す。暖房戻り管４４は、さらに、暖房戻り管４４内を流れる暖房用熱媒（放熱後）の温度を測定する温度センサ５８を備える。

図１の例では、暖房循環ポンプ４６は、暖房往き管４２の途中に設けられている。暖房循環ポンプ４６を動作させることにより、暖房往き管４２と暖房戻り管４４とを介して、タンク２２と暖房機５０との間で暖房用熱媒が循環する。

バイパス路６０は、暖房往き管４２と暖房戻り管４４との間に設けられている。バイパス路６０は、一端が暖房往き管４２と接続し、他端が暖房戻り管４４と接続している。バイパス路６０を備えることにより、暖房戻り管４４を流れる暖房用熱媒の一部又は全部を、タンク２２を経由することなく、暖房往き管４２に戻すことができる。また、暖房戻り管４４とバイパス路６０とが接続する部分には、流量調整弁６２が設けられている。これにより、例えば、暖房往き管４２を通って暖房機５０に送られる暖房用熱媒の温度が高過ぎるときに、暖房戻り管４４内の放熱後の暖房用熱媒を、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内の暖房用熱媒に合流させて、暖房機５０に送られる暖房用熱媒の温度を低下させることができる。また、後述するように、例えば、タンク２２内に高温の暖房用熱媒が十分に貯められていない状態で暖房運転を行う場合に、暖房戻り管４４内の放熱後の暖房用熱媒をタンク２２に戻さずに、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内の暖房用熱媒に合流させて、タンク２２内の暖房用熱媒の温度の低下を抑制することもできる（図２のＳ１４でＹＥＳ、Ｓ１６参照）。

制御装置７０は、ＨＰユニット１０、タンクユニット２０、及び、暖房ユニット４０と電気的に接続されており、各ユニット１０、２０、４０の各構成要素の動作を制御する。制御装置７０は、蓄熱運転、暖房運転、凍結防止運転等の各種運転を本実施例の暖房システム２に実行させる。

通常電力系統７２と融雪電力系統７４はいずれも電力会社が提供する。通常電力系統７２は、常時利用可能な電力系統である。一方、融雪電力系統７４は、寒冷地において、主に冬期（１０月〜５月）の間に限って利用可能な特別の電力系統である。なお、融雪電力系統７４が利用不可能な期間（６月〜９月）には、電力会社が融雪電力系統７４への電力供給を停止する。融雪電力系統７４からの電力の利用は、暖房目的のものに限られるという規則が定められている。さらに、融雪電力系統７４を利用可能な期間においては、毎日、所定の時間帯（例えば毎日１６時〜２１時）の間に、電力を遮断する遮断期間を設ける必要があるという規則も定められている。遮断期間は、毎日、所定の時間帯の間（例えば毎日１６時〜２１時の間）に、合計で２時間設ける必要がある。遮断期間は、利用者が事前に設定しておく。従って、利用者は、例えば、毎日１６時〜１８時の２時間を遮断期間として設定することができる。また、他の例では、毎日１６時〜２１時の間に、３０分間の遮断期間を断続的に４回設けてもよい。毎日、１６時〜２１時の間に、合計で２時間の遮断期間を設けることができれば、遮断期間の設定方法は任意とすることができる。

図１に示すように、融雪電力系統７４はタイマ７６を備えている。タイマ７６は、融雪電力系統７４を利用可能な期間（上記の例における１０月〜５月）の間に動作する。融雪電力系統７４を利用可能な期間中に、タイマ７６が、遮断期間であることを示す場合、ブレーカ（図示省略）によって電力供給が遮断されて、融雪電力系統７４が一時的に利用不可能となる（遮断される）。

以上、本実施例の暖房システム２の構成を説明した。続いて、融雪電力系統７４が利用可能な期間（上記の例における１０月〜５月）において、制御装置７０が、本実施例の暖房システム２に実行させる凍結防止運転について、図２を参照して説明する。

（凍結防止運転（第１実施例））
図２は、本実施例の暖房システム２が実行する凍結防止運転を説明するフローチャートである。Ｓ１０では、融雪電力系統７４が利用可能な期間において、制御装置７０は、時刻が、遮断期間が開始される３０分前の時刻になることを監視している。タイマ７６が遮断期間開始３０分前の時刻を示す場合に、制御装置７０は、Ｓ１０でＹＥＳと判断し、Ｓ１２に進む。

Ｓ１２では、制御装置７０は、タンク２２内に貯められている暖房用熱媒の温度が、所定の閾値（Ｔ１）以上であるか否か判断する。具体的には、Ｓ１２では、制御装置７０は、タンク２２に備えられている温度センサ２４、２６、２８が測定する温度の平均値が、所定の閾値（Ｔ１）以上であるか否か判断する。所定の閾値（Ｔ１）は、その時点の外気温等に応じて任意に設定することができる。温度センサ２４、２６、２８が測定する温度の平均値が、所定の閾値（Ｔ１）以上である場合、制御装置７０は、Ｓ１２でＹＥＳと判断してＳ１８に進む。一方、温度センサ２４、２６、２８が測定する温度の平均値が、所定の閾値（Ｔ１）より低い場合、制御装置７０は、Ｓ１２でＮＯと判断してＳ１４に進む。

Ｓ１４では、制御装置７０は、暖房運転実行中であるか否か判断する。Ｓ１４の時点で、暖房機５０及び暖房循環ポンプ４６が動作している場合、制御装置７０は、Ｓ１４でＹＥＳと判断してＳ１６に進む。一方、暖房機５０及び暖房循環ポンプ４６が動作していない場合、制御装置７０は、Ｓ１４でＮＯと判断してＳ１８に進む。

Ｓ１６では、制御装置７０は、バイパス路６０が全開になるように流量調整弁６２を動作させる。これにより、暖房戻り管４４内を流れる放熱後の暖房用熱媒の全部が、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内に送り出される。その結果、タンク２２内に高温の暖房用熱媒が十分に貯められていない状態で暖房運転を行う場合に、暖房戻り管４４内の放熱後の暖房用熱媒をタンク２２に戻さずに、バイパス路６０を介して暖房往き管４２内の暖房用熱媒に合流させて、タンク２２内の暖房用熱媒の温度を上昇させることができる。Ｓ１６でバイパス路６０を全開にすると、Ｓ１８に進む。

Ｓ１８では、制御装置７０は、融雪電力系統７４からの電力を利用して、ヒートポンプ１２を動作させるともに、ＨＰ循環ポンプ１４を回転させる。この場合、ＨＰ循環ポンプ１４が回転すると、タンク２２の下部の低温の暖房用熱媒が、ＨＰ往き管１６を介してヒートポンプ１２へと送り込まれる。ヒートポンプ１２に送り込まれた暖房用熱媒は、ヒートポンプ１２内の熱交換器の熱媒管を通過する間に、冷媒管内の冷媒（高温高圧）と熱交換を行うことによって加熱される。加熱された暖房用熱媒は、ＨＰ戻り管１８へと送り出され、タンク２２に戻される。その結果、タンク２２内に高温の暖房用熱媒が貯められる。

Ｓ１８でヒートポンプ１２を動作させるとともにＨＰ循環ポンプ１４を回転させると、Ｓ２０では、制御装置７０は、時刻が、遮断期間が開始される５分前の時刻になることを監視する。タイマ７６が遮断期間開始５分前の時刻を示す場合に、制御装置７０は、Ｓ２０でＹＥＳと判断し、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２では、制御装置７０は、ヒートポンプ１２の動作を停止させる。また、制御装置７０は、ＨＰ循環ポンプ１４を引き続き回転させる。これにより、ヒートポンプ１２における暖房用熱媒の加熱が停止されるが、タンク２２とヒートポンプ１２との間で引き続き暖房用熱媒が循環する。即ち、Ｓ２２でＨＰ循環ポンプ１４を引き続き回転させることにより、タンク２２内に貯められた暖房用熱媒が引き続き循環し、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内に高温の暖房用熱媒が充填される。

Ｓ２２でヒートポンプ１２の動作を停止させて、ＨＰ循環ポンプ１４の回転を継続させると、Ｓ２４では、制御装置７０は、時刻が遮断期間が開始される３分前になることを監視する。タイマ７６が遮断期間開始３分前の時刻を示す場合に、制御装置７０は、Ｓ２４でＹＥＳと判断し、Ｓ２６に進む。Ｓ２６では、制御装置７０は、ＨＰ循環ポンプ１４の回転を停止させる。この結果、この時点で、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ＨＰ戻り管１８の熱媒管のそれぞれに、高温の暖房用熱媒を充填させることができる。Ｓ２６を終えると、凍結防止運転が終了する。その後、遮断期間が開始されると、融雪電力系統７４からの電力の供給が遮断される。

なお、上記の凍結防止運転（図２）において、ヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４の動作を開始するタイミング（Ｓ１８）、ヒートポンプ１２の動作を停止するタイミング（Ｓ２２）、ＨＰ循環ポンプ１４の動作を停止するタイミング（Ｓ２４）は、それぞれ、一例であって、上記した各タイミングに限られるものではない。

以上、本実施例の暖房システム２について説明した。本実施例の暖房システム２は、上記の凍結防止運転（図２）を行うことにより、遮断期間の開始時点で、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ＨＰ戻り管１８の熱媒管のそれぞれに、高温の暖房用熱媒を充填させておくことができる。その結果、遮断期間の間に、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内の暖房用熱媒が冷却される場合であっても、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内の暖房用熱媒が高温であることから、暖房用熱媒が凍結することを抑制することができる。従って、上記の暖房システム２によると、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８の凍結破損を抑制することができる。

本実施例では、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８が「循環経路」の一例である。また、ＨＰ循環ポンプ１４が「第１の循環ポンプ」の一例である。また、融雪電力系統７４、通常電力系統７２が、それぞれ、「第１の電力系統」、「第２の電力系統」の一例である。また、遮断期間開始前３０分から遮断期間開始前３分の間（図２のS１０〜S２４）が、「第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の特定の期間の間」の一例である。

（第２実施例）
図３を参照して、第２実施例の暖房システム２について説明する。図３に示すように、第２実施例の暖房システム２も、その基本的な構成は第１実施例の暖房システム２と共通する。第２実施例の暖房システム２は、図３に示すように、ＨＰ往き管１６と並列に凍結防止管１００が接続され、その凍結防止管１００に凍結防止ポンプ（以下「凍防ポンプ」と呼ぶ）１０２が設けられている点が第１実施例と異なる。また、ＨＰ往き管１６には、凍防ポンプ１０２と並列に逆止弁１０４が設けられている。

本実施例の凍防ポンプ１０２は、遮断期間中に、暖房用熱媒を循環させるためのポンプである。凍防ポンプ１０２を回転させることにより、ＨＰ往き管１６とＨＰ戻り管１８とを介して暖房用熱媒が循環し、遮断期間中に暖房用熱媒が凍結することを防止することができる。凍防ポンプ１０２は、暖房用熱媒の凍結を防止することができる程度に暖房用熱媒を循環させられればよく、比較的小型のポンプを採用することができる。ただし、小型の凍防ポンプ１０２を熱媒の循環経路へ設けると、ＨＰ循環ポンプ１４の運転時において、凍防ポンプ１０２が大きな抵抗となってしまう。そこで、本実施例では、上記の通り、凍防ポンプ１０２に対して逆止弁１０４を並列に設けている。これにより、ＨＰ循環ポンプ１４の運転時には、暖房用熱媒が逆止弁１０４を通って循環し、凍防ポンプ１０２がバイパスされることから、暖房用熱媒が凍防ポンプ１０２による抵抗を受けることがない。一方、凍防ポンプ１０２の運転時には、逆止弁１０４によって、凍防ポンプ１０２から送り出された暖房用熱媒が、凍防ポンプ１０２の入口側に戻ることを防ぐことができる。これにより、タンク２２とヒートポンプ１２との間で暖房用熱媒を確実に循環させることができる。

本実施例では、制御装置７０が暖房システム２に実行させる凍結防止運転の内容も、第１実施例の凍結防止運転（図２参照）の内容とは異なる。以下、図４を参照して、本実施例の凍結防止運転について説明する。

（凍結防止運転（第２実施例））
図４は、本実施例の暖房システム２が実行する凍結防止運転を説明するフローチャートである。本実施例の凍結防止運転は、融雪電力系統７４からの電力供給が遮断された時点から開始される。即ち、S４０では、制御装置７０は、遮断期間が開始することを監視している。タイマ７６が遮断期間の開始時刻を示す場合に、制御装置７０は、Ｓ４０でＹＥＳと判断し、Ｓ４２に進む。

S４２では、制御装置７０は、外気温が−９℃より高いか、又は、タンク２２に貯められている暖房用熱媒の温度が−６℃より高いか否かを判断する。具体的には、S４２では、制御装置７０は、ヒートポンプ１２に備えられている温度センサ１５が測定する気温が−９℃より高いか、又は、タンク２２に備えられている温度センサ２４、２６、２８が測定する暖房用熱媒の温度の平均値が−６℃より高いか否かを判断する。なお、以下では、ヒートポンプ１２に備えられている温度センサ１５が測定する気温のことを「外気温」と呼ぶ。また、タンク２２に備えられている温度センサ２４、２６、２８が測定する暖房用熱媒の温度の平均値のことを「熱媒温度」と呼ぶ。

外気温が−９℃より高いか、又は、熱媒温度が−６℃より高い場合、制御装置７０は、Ｓ４２でＹＥＳと判断する。この場合、制御装置７０は、遮断期間の間、凍防ポンプ１０２を作動させない。この場合、凍結防止運転が終了する。一方、外気温が−９℃以下であり、かつ、熱媒温度が−６℃以下である場合、制御装置７０は、S４２でＮＯと判断し、S４４に進む。

S４４では、制御装置７０は、外気温が−９℃以下であって−１２℃より高いか、又は、熱媒温度が−６℃以下であって−９℃より高いか否かを判断する。

外気温が−９℃以下であって−１２℃より高いか、又は、熱媒温度が−６℃以下であって−９℃より高い場合、制御装置７０は、Ｓ４４でＹＥＳと判断し、S４６に進む。S４６では、制御装置７０は、凍防ポンプ１０２を、２０分間回転させた後に、１５分間停止させる。制御装置７０は、凍防ポンプ１０２を１５分間停止させた後、再び２０分間回転させる。制御装置７０は、遮断期間が終了するまでの間、これを繰り返す。なお、凍防ポンプ１０２は、通常電力系統７２から供給される電力を利用して回転する。遮断期間が終了すると、凍結防止運転が終了する。一方、外気温が−１２℃以下であり、かつ、熱媒温度が−９℃以下である場合、制御装置７０は、S４４でＮＯと判断し、S４８に進む。

S４８では、制御装置７０は、外気温が−１２℃以下であって−１５℃より高いか、又は、熱媒温度が−９℃以下であって−１２℃より高いか否かを判断する。

外気温が−１２℃以下であって−１５℃より高いか、又は、熱媒温度が−９℃以下であって−１２℃より高い場合、制御装置７０は、Ｓ４８でＹＥＳと判断し、S５０に進む。S５０では、制御装置７０は、凍防ポンプ１０２を、２０分間回転させた後に、１０分間停止させる。制御装置７０は、凍防ポンプ１０２を１０分間停止させた後、再び２０分間回転させる。制御装置７０は、遮断期間が終了するまでの間、これを繰り返す。遮断期間が終了すると、凍結防止運転が終了する。一方、外気温が−１５℃以下であり、かつ、熱媒温度が−１２℃以下である場合、制御装置７０は、S４８でＮＯと判断し、S５２に進む。

S５２では、制御装置７０は、遮断期間が終了するまでの間、凍防ポンプ１０２を連続運転する。遮断期間が終了すると、凍結防止運転が終了する。

なお、上記の凍結防止運転（図４）において、凍防ポンプ１０２の作動時間を決定する基準となる外気温及び熱媒温度の範囲は、いずれも一例であって、上記した各範囲に限られるものではない。また、他の例では、凍防ポンプ１０２の作動時間の切り替えを、遮断時間の開始時点における、外気温と熱媒温度のいずれか一方のみに基づいて行ってもよい。

以上、本実施例の暖房システム２について説明した。本実施例の暖房システム２は、遮断期間の間であっても、通常電力系統７２からの電力を利用して凍防ポンプ１０２を作動させることによって、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内の暖房用熱媒を循環させることができ、暖房用熱媒の凍結を抑制することができる。また、本実施例の暖房システム２では、遮断期間が開始する際における、外気温と熱媒温度とに基づいて、凍防ポンプ１０２の作動時間を決定し、決定された時間に従って、凍防ポンプ１０２を回転させる。そのため、凍防ポンプ１０２を、循環用熱媒の凍結を防止するための最適な作動時間に従って作動させることができる。従って、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８の循環経路の凍結破損を抑制することができる。なお、本実施例では、凍防ポンプ１０２が「第２の循環ポンプ」の一例である。

（第３実施例）
第３実施例の暖房システム２について説明する。第３実施例の暖房システム２は、第２実施例の暖房システム２（図３）と同様の構成を備える。第３実施例では、制御装置７０が暖房システム２に実行させる凍結防止運転の内容が、第１及び第２実施例とは異なる。

即ち、本実施例では、制御装置７０は、第１実施例の凍結防止運転（図２）と、第２実施例の凍結防止運転（図４）を両方実行する点で、第１及び第２実施例とは異なる。詳しく言うと、本実施例では、制御装置７０は、第１実施例のように、遮断期間の開始３０分前から図２の凍結防止運転を行い、遮断期間が開始する前に、タンク２２、ＨＰ往き管１６、ＨＰ戻り管１８のそれぞれに、高温の暖房用熱媒を充填させておく。その後、制御装置７０は、第２実施例のように、遮断期間の間に、図４の凍結防止運転を実行し、遮断期間の開始時点における外気温と熱媒温度に応じて、凍防ポンプ１０２の作動時間を決定し、決定した作動時間に従って凍防ポンプ１０２を作動させる。

上記の通り、本実施例では、制御装置７０は、第１実施例の凍結防止運転（図２）と、第２実施例の凍結防止運転（図４）を両方実行する、そのため、本実施例の暖房システム２は、上記の第１実施例の暖房システム２が発揮する作用効果と、第２実施例の暖房システム２が発揮する作用効果のいずれも発揮することができる。従って、本実施例の暖房システム２は、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８の循環経路の凍結破損をより効果的に抑制することができる。

（第４実施例）
第４実施例の暖房システム２について説明する。第４実施例の暖房システム２は、上記の第３実施例の暖房システム２の変形例の一つである。本実施例では、凍結防止運転の内容の一部が、第３実施例とは異なる。

本実施例では、遮断期間の開始３０分前からヒートポンプ１２及びＨＰ循環ポンプ１４を回転させて（図２のＳ１８参照）、タンク２２内に高温の暖房用熱媒を貯めた後に、遮断期間開始５分前にヒートポンプ１２の動作を停止させるとともにＨＰ循環ポンプ１４の回転を停止させる点で、ヒートポンプ１２を停止した後もＨＰ循環ポンプ１４の回転を所定期間継続させる第３実施例とは異なる。この場合、ヒートポンプ１２を停止と同時に、ＨＰ循環ポンプ１４の回転も停止するため、タンク２２内に貯められた高温の暖房用熱媒が、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８内を循環することはない。

ただし、本実施例でも、その後に遮断期間が開始すると、制御装置７０は、図４の凍結防止運転を実行する。図４の凍結防止運転において、凍防ポンプ１０２が作動すると、タンク２２内に貯められた高温の暖房用熱媒を含む暖房用熱媒が、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内を循環する。その結果、本実施例でも、ＨＰ往き管１６内及びＨＰ戻り管１８内の暖房用熱媒が凍結することを効果的に抑制することができる。従って、本実施例の暖房システム２によると、タンク２２内に高温の暖房用熱媒を貯めた後に、タンク２２内の暖房用熱媒を循環させる運転を省略したとしても、ＨＰ往き管１６及びＨＰ戻り管１８の凍結破損を効果的に抑制することができる。

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。

２：暖房システム
１０：ＨＰユニット
１２：ヒートポンプ
１４：ＨＰ循環ポンプ
１５：温度センサ
１６：ＨＰ往き管
１８：ＨＰ戻り管
２０：タンクユニット
２２：タンク
２４、２６、２８：温度センサ
３０：膨張タンク
３２：連結管
３６：過熱検出機構
３８、３９：温度センサ
４０：暖房ユニット
４２：暖房往き管
４４：暖房戻り管
４６：暖房循環ポンプ
４８：バーナ
５０：暖房機
５２、５４、５６、５８：温度センサ
６０：バイパス路
６２：流量調整弁
７０：制御装置
７２：通常電力系統
７４：融雪電力系統
７６：タイマ
１００：凍結防止管
１０２：凍防ポンプ
１０４：逆止弁

Claims

大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプと、
ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯めるタンクと、
前記タンクと前記ヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である循環経路と、
前記循環経路内の暖房用熱媒を循環させる第１の循環ポンプと、
暖房用熱媒の熱を利用して暖房する暖房機と、
制御手段と、を備えており、
前記制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されており、
前記ヒートポンプと、前記第１の循環ポンプとは、前記第１の電力系統からの電力によって動作し、
前記制御手段は、
前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の第１の期間の間、前記ヒートポンプ及び前記第１の循環ポンプを作動させ、
前記第１の期間の経過後は前記ヒートポンプを停止させ、
前記第１の期間の経過後の期間であって、前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる以前の期間である第２の期間の間、前記第１の循環ポンプを継続して作動させる、
暖房装置。
大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプと、
ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯めるタンクと、
前記タンクと前記ヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である循環経路と、
前記循環経路内の暖房用熱媒を循環させる第１の循環ポンプと、
前記第１の循環ポンプとは異なるポンプであって、前記循環経路内の暖房用熱媒を循環させる第２の循環ポンプと、
暖房用熱媒の熱を利用して暖房する暖房機と、
制御手段と、を備えており、
前記制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されており、
前記ヒートポンプと、前記第１の循環ポンプとは、前記第１の電力系統からの電力によって動作し、
前記第２の循環ポンプは、前記第２の電力系統からの電力によって動作し、
前記制御手段は、
前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる前の特定の期間の間、前記ヒートポンプ及び前記第１の循環ポンプを作動させ、
前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる場合に、前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、前記第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、前記第２の循環ポンプを作動させる、
暖房装置。
大気から吸収した熱を利用して暖房用熱媒を加熱するヒートポンプと、
ヒートポンプで加熱された暖房用熱媒を貯めるタンクと、
前記タンクと前記ヒートポンプの間で暖房用熱媒を循環させるための経路である循環経路と、
前記循環経路内の暖房用熱媒を循環させる第１の循環ポンプと、
前記第１の循環ポンプとは異なるポンプであって、循環経路内の暖房用熱媒を循環させる第２の循環ポンプと、
暖房用熱媒の熱を利用して暖房する暖房機と、
制御手段と、を備えており、
前記制御手段は、所定期間の間だけ利用可能な第１の電力系統と、常時利用可能な第２の電力系統とに接続されており、
前記ヒートポンプと、前記第１の循環ポンプとは、前記第１の電力系統からの電力によって動作し、
前記第２の循環ポンプは、前記第２の電力系統からの電力によって動作し、
前記制御手段は、前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる場合に、前記第１の電力系統が利用可能な状態から利用不可能な状態に切り替わる際における、気温と暖房用熱媒の温度の一方又は双方に基づいて、前記第２の循環ポンプの作動時間を決定し、決定された作動時間に従って、前記第２の循環ポンプを作動させる、
暖房装置。