(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環水と熱交換して加熱するためのヒートポンプ式給湯暖房機と、上記循環水を加熱するガス加熱式給湯暖房機と、上記ヒートポンプ式給湯暖房機とガス加熱式給湯暖房機の少なくともいずれかで加熱された循環水の熱を利用する循環水利用設備とを備え、
上記ヒートポンプ式給湯暖房機から循環水を排出する第１排出管と、ガス加熱式給湯暖房機に循環水を導入する第２導入管とが接続され、
上記ガス加熱式給湯暖房機から循環水を排出する第２排出管と、ヒートポンプ式給湯暖房機に循環水を導入する第１導入管とが接続され、
上記ヒートポンプ式給湯暖房機は、循環水の温度を第１の設定温度に維持するよう熱交換を制御する第１加熱制御手段を有し、
上記ガス加熱式給湯暖房機は、循環水の温度を第２の設定温度に維持するようガス加熱の開始と停止を制御する第２加熱制御手段を有し、
上記第２の設定温度を第１の設定温度と同等以下とすることにより、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が低下したときにガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が開始され、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が回復したときにガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が停止するように構成され、
上記第２排出管から第２導入管に循環水をバイパスする第２バイパス管を設け、
ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱がオンになっているときに、上記第２バイパス管によって第２排出管から排出された循環水を第２導入管に還流させることにより、第２導入管から導入される循環水の温度が、ヒートポンプ式給湯暖房機の第１排出管から排出される循環水の温度よりも高くなるよう制御する
ことを特徴とする給湯暖房装置。
【請求項２】
上記第２バイパス管に第１流量調節弁が設けられ、第２排出管から排出された循環水を第２導入管に還流する流量を調節することにより、ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱を先にオフにするタイミングを調節するよう制御する請求項１記載の給湯暖房装置。    
【請求項３】
上記第２バイパス管に第２逆止弁が設けられている請求項１または２記載の給湯暖房装置。
【請求項４】
第１導入管から第１排出管に循環水をバイパスさせる第１バイパス管が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の給湯暖房装置。
【請求項５】
上記第１バイパス管に第１逆止弁が設けられている請求項４記載の給湯暖房装置。
【請求項６】
第２導入管から第２排出管に循環水をバイパスさせる第３バイパス管が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の給湯暖房装置。
【請求項７】
上記第３バイパス管に第３逆止弁が設けられている請求項６記載の給湯暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯暖房装置の出力低下を補い、寒冷地域等においてエネルギー効率のよい運転を実現した給湯暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セントラル給湯暖房方式は、日本国内では北海道や東北地方などの寒冷地住宅において一般的に用いられている。このようなセントラル給湯暖房は、熱源として灯油ボイラのものが最も一般的で、その他ガスボイラや電気ボイラ方式のものがそれぞれ用いられている。
【０００３】
最近では、冷媒と熱交換して温水を循環させるヒートポンプ式の電気給湯暖房システムが登場し、ＣＯ２削減の面で有効な暖房システムとして注目されている。
【０００４】
ここで、ヒートポンプ式の給湯暖房システムは、まず室外機において室外の大気中の熱を循環中の液体冷媒（約３〜４℃）と熱交換させ、上記液体冷媒を気化させて気体冷媒にする。この気体冷媒を圧縮機で圧縮し、冷媒の温度を上昇させる（約８０〜９０℃）。この高温の気体冷媒を床暖房等に用いる室内循環水に熱交換を行ない、５５〜６０℃の温水にして暖房や給湯に供する。熱交換が終わった冷媒は膨張弁で膨張されて低温低圧となり、再び液体冷媒となって室外の大気と熱交換する循環サイクルに戻す。
【０００５】
このようなヒートポンプ式の給湯暖房システムとしては、例えば下記の特許文献１に開示したものがあげられる。
昨今は、灯油価格の変動が激しく、またＬＰガスも灯油価格と同様に変動が大きいこともあり、電気によるヒートポンプ式給湯電気暖房システムに対する注目度が上がっている。
【０００６】
一方、ガスを熱源とする温水給湯暖房システムでは、例えば下記の特許文献２に示すような排気熱を再利用することによる潜熱回収型のガス式給湯暖房システムが主流となりつつある。
【０００７】
従前のガス式給湯暖房システムでは１５００℃の加熱で水を湯に変換して用いており、、このときに約２００℃の排熱が発生していた。この排熱は水蒸気を伴っており高温の水蒸気によって熱交換器等の機器の腐食が問題となるため、やむなく約２００℃の熱を排熱として廃棄していた。
【０００８】
そこで、潜熱回収型のガス式給湯暖房システムでは、耐食性に優れた素材を二次熱交換器に採用することで、上記排熱の回収を行ったものである。すなわち、熱を水側に与える熱交換器を２台設け、従前方式で排熱となっていた約２００℃の熱をまず二次熱交換器で循環水の予備加熱に用い、一次熱交換器による１５００℃の加熱で本加熱を行う。この結果得られた湯を給湯と暖房に供している。
この結果、このシステムでの排熱は５０〜８０℃程度に収まり、熱効率は、給湯で８０％だったものが９５％に、暖房では８０％だったものが８９％まで改善され、ガス式として高効率を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２１８９１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２１２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２７３９５８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】内田真生他：空気調和・衛生工学会北海道支部第４３回学術講演会論文集，ｐ．１７９〜１８２，（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
昨今の燃料費の高騰を考えた場合、ガス式給湯暖房機よりもヒートポンプ式電気給湯暖房機のほうが経済的には有利である。
【００１２】
しかしながら、ヒートポンプ式電気給湯暖房機は、外気温が一定以下に下がると、成績係数（ＣＯＰ）が低くなり、暖房出力が低下するという問題がある（下記の非特許文献１）。このため、寒冷地においては、季節と時間帯によって、十分な成績係数を得られないレベルまで外気温が低下することがあるため、ヒートポンプ式電気給湯暖房機だけでは、最も寒気の厳しい時期に十分な暖房をまかなうことができないという大きな問題がある。
【００１３】
そこで、例えばヒートポンプ式給湯暖房装置を２台並列にして使用することで暖房出力の低下を補おうとする提案もなされているが、装置自体が大型となるうえ、結果としてエネルギー的に有効ではない。
【００１４】
このような複合式の給湯暖房システムとしては、例えば上記特許文献３に示すものがあげられる。このシステムは、電気料金の安い深夜にヒートポンプユニットで温水をつくり、それ以外の時間帯には石油バーナーの燃焼加熱器で温水をつくり、それらを貯湯タンクに貯湯して給湯暖房に供するものである。このシステムでは、単なるタイマー制御により、深夜２３時〜早朝７時の間だけ燃焼加熱器からヒートポンプユニットに切り替えるものに過ぎず、室内温度、外気温度等によって的確な条件で切り替え運転がなされるものではない。
【００１５】
このように、ヒートポンプ式電気給湯暖房機とガス式給湯暖房機をユーザの利用環境温度等に従って的確に切り換え運転を行ない、さらに、２台が同時に動作しないように制御するシステムは現在のところ供給されていないのが実情である。
【００１６】
ここで、暖房に必要な供給熱量である暖房負荷は、次式（１）で表される。
ｑ＝Ａ×Ｑ×ΔＴ・・・（１）
ｑ：暖房負荷（Ｗ）
Ａ：暖房面積（ｍ２）
Ｑ：熱損失係数（Ｗ／ｍ２・Ｋ）
ΔＴ：室内外の温度差（Ｋ）
【００１７】
熱損失係数の基準値は、例えば北海道では１．６と定められており、これを固定値と考えれば、暖房面積と室内外の温度差とによって暖房負荷が決定される。
【００１８】
図１に、北海道石狩市での１日の気温と暖房負荷の推移を示す（２００９年２月）。ここには、ヒートポンプ式暖房機を用いた場合の出力を併せて示している。ヒートポンプ式給湯暖房機としては、エコヌクールピコ（商品名；三菱電機株式会社製；熱交換ユニット  型番ＶＥＨ−４０６ＨＣＡ−Ｍ，室外ユニット  型番ＶＥＨ−４０６ＨＰＵ３−ＨＬ，暖房性能；出力６ｋＷ）を用いた。
【００１９】
この場合では、暖房面積を１１５ｍ２、設計室温を２０℃としている。なお、石狩市は、札幌市近郊の都市であり、標高５ｍ、年間の最低気温が−１７．２℃、２月における日平均気温が−４．７℃である（気象庁発表  拡張アメダス標準気象データ（１９８１〜１９９５年））。
【００２０】
この図からわかるように、暖房負荷とヒートポンプ式給湯暖房機の出力は外気温の変化に伴い大きく変化する。これは、式（１）で示すように、暖房負荷が室内外の温度差ΔＴに依存することによる。また、ヒートポンプ式給湯暖房機では、上述したように外気温によって成績係数（ＣＯＰ）が著しく変化するため出力が変動している。
【００２１】
図１からわかるように、この例では、深夜１時から朝８時までの時間帯において、暖房負荷がヒートポンプ式給湯暖房機の出力を上回っている。すなわち、この時間帯では、ヒートポンプ式給湯暖房機だけでは十分な暖房がまかなえていないことになる。一方、日中はヒートポンプ式給湯暖房機の出力が暖房負荷を大きく上回っているため、ヒートポンプ式給湯暖房機だけで十分に暖房をまかなえている。
【００２２】
図１は、石狩市をモデルとした例を示しているが、例えば同じ北海道でもより内陸の旭川市は標高１１２ｍで年間の最低気温が−２１．７℃、２月における日平均気温が−６．８℃、帯広市では、標高３８ｍで年間の最低気温が−１７．３℃、２月における日平均気温が−６．８℃である（いずれも、気象庁発表  拡張アメダス標準気象データ（１９８１〜１９９５年））。このことから、これらの地域でも同様の問題が生じるものと考えられる。
【００２３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ヒートポンプ式電気給湯暖房機とガス式給湯暖房機を、ユーザの利用環境温度等に基づいて的確に切り換え運転を行なうことができる給湯暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の給湯暖房装置は、循環水と熱交換して加熱するためのヒートポンプ式給湯暖房機と、上記循環水を加熱するガス加熱式給湯暖房機と、上記ヒートポンプ式給湯暖房機とガス加熱式給湯暖房機の少なくともいずれかで加熱された循環水の熱を利用する循環水利用設備とを備え、
上記ヒートポンプ式給湯暖房機から循環水を排出する第１排出管と、ガス加熱式給湯暖房機に循環水を導入する第２導入管とが接続され、
上記ガス加熱式給湯暖房機から循環水を排出する第２排出管と、ヒートポンプ式給湯暖房機に循環水を導入する第１導入管とが接続され、
上記ヒートポンプ式給湯暖房機は、循環水の温度を第１の設定温度に維持するよう熱交換を制御する第１加熱制御手段を有し、
上記ガス加熱式給湯暖房機は、循環水の温度を第２の設定温度に維持するようガス加熱の開始と停止を制御する第２加熱制御手段を有し、
上記第２の設定温度を第１の設定温度と同等以下とすることにより、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が低下したときにガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が開始され、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が回復したときにガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が停止するように構成され、
上記第２排出管から第２導入管に循環水をバイパスする第２バイパス管を設け、
ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱がオンになっているときに、上記第２バイパス管によって第２排出管から排出された循環水を第２導入管に還流させることにより、第２導入管から導入される循環水の温度が、ヒートポンプ式給湯暖房機の第１排出管から排出される循環水の温度よりも高くなるよう制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記第２の設定温度を第１の設定温度と同等以下とすることにより、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が低下したときに自動的にガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が開始され、上記ヒートポンプ式給湯暖房機の熱交換能力が回復したときに自動的にガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱が停止する。
【００２６】
すなわち、ヒートポンプ式給湯暖房機の第１排水管から排出されて第２導入管からガス加熱式給湯暖房機に導入される循環水の水温が十分に高い間は、ガス加熱式給湯暖房機によるガス加熱は行われず、ヒートポンプ式給湯暖房機で給湯暖房運転をまかなう。外気の環境温度が低下してヒートポンプ式給湯暖房機の能力が低下してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機から排水されてガス加熱式給湯暖房機に導入される循環水の水温が低くなり、ガス加熱式給湯暖房機がガス加熱を開始する。そして、外気の環境温度が高くなってヒートポンプ式給湯暖房機の能力が回復してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機から排水されてガス加熱式給湯暖房機に導入される循環水の水温が高くなり、ガス加熱式給湯暖房機がガス加熱を停止する。このように、ヒートポンプ式給湯暖房機でベース運転を行ない、ヒートポンプの暖房負荷が不足したときにガス加熱式給湯暖房機で加熱を補うことができるため、エネルギー面での経済性が向上する。
【００２７】
また、本発明は、上記第２排出管から第２導入管に循環水をバイパスさせる第２バイパス管が設けられている。そして、ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱がオンになっているときに、第２排出管から排出された循環水が第２導入管に還流されるため、第２導入管から導入される循環水の温度は、ヒートポンプ式給湯暖房機の第１排出管から排出される循環水の温度よりも高くなる。
このため、例えば、上記ガス加熱式給湯暖房機における第２の設定温度がヒートポンプ式給湯暖房機における第１の設定温度と同等であったとしても、ヒートポンプ式給湯暖房機とガス加熱式給湯暖房機でそれぞれ循環水の温度制御を行うときに、ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱が先にオフになってヒートポンプ式給湯暖房機だけの運転となる。このように、ヒートポンプ式給湯暖房機を確実にベース運転機として機能させ、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００２８】
本発明において、上記第２バイパス管に第１流量調節弁が設けられ、第２排出管から排出された循環水を第２導入管に還流する流量を調節することにより、ガス加熱式給湯暖房機のガス加熱を先にオフにするタイミングを調節するよう制御する場合には、
ヒートポンプ式給湯暖房機やガス加熱式給湯暖房機の個々の設定や装置個体の特性ばらつき等に応じた的確なオンオフタイミングの調節が可能で、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００２９】
本発明において、上記第２バイパス管に第２逆止弁が設けられている場合には、
ヒートポンプ式給湯暖房機の循環ポンプが稼動するときに第２バイパス管内を循環水が逆流しようとするのを防止し、循環水を確実にバイパスさせることができ、的確なオンオフタイミングを実現し、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００３０】
本発明において、第１導入管から第１排出管に循環水をバイパスさせる第１バイパス管が設けられている場合には、
ヒートポンプ式給湯暖房機を停止してガス加熱式給湯暖房機だけで循環水を加熱し循環させて使用することができる。このとき、循環水は、第２導入管からガス加熱式給湯暖房機に導入されて第２排出管から排出され、第１導入管から第１バイパス管を経由して第１排出管に向かって流れ、再び第２導入管からガス加熱式給湯暖房機に導入される。このようにすることにより、例えば、停電等のアクシデントでヒートポンプ式給湯暖房機が使用できないときに、それを停止してガス加熱式給湯暖房機だけで給湯暖房をまかなうことが可能となる。
【００３１】
本発明において、上記第１バイパス管に第１逆止弁が設けられている場合には、
ヒートポンプ式給湯暖房機を停止状態から再稼動するときに、ヒートポンプ式給湯暖房機の循環ポンプが稼動するときの水圧で第２バイパス管内を循環水が逆流しようとするのを防止し、ガス加熱式給湯暖房機の循環ポンプ等、他の機器に障害や破損等が発生するのを防止する。
【００３２】
本発明において、第２導入管から第２排出管に循環水をバイパスさせる第３バイパス管が設けられている場合には、
ガス加熱式給湯暖房機を完全に停止してヒートポンプ式給湯暖房機だけで循環水を加熱し循環させて使用することができる。このとき、循環水は、第１導入管からヒートポンプ式給湯暖房機に導入されて第１排出管から排出され、第２導入管から第３バイパス管を経由して第２排出管に流れ、再び第１導入管からヒートポンプ式給湯暖房機に導入される。このようにすることにより、例えば、ガス加熱式給湯暖房機にトラブルが発生してガス加熱式給湯暖房機を稼動できないときに、それを完全に停止してヒートポンプ式給湯暖房機だけで給湯暖房を行うことが可能となる。
【００３３】
本発明において、上記第３バイパス管に第３逆止弁が設けられている場合には、
ガス加熱式給湯暖房機を停止状態から再稼動するときに、ガス加熱式給湯暖房機の循環ポンプが稼動するときの水圧で第３バイパス管内を循環水が逆流しようとするのを防止し、ヒートポンプ式給湯暖房機の循環ポンプ等、他の機器に障害や破損等が発生するのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一日の気温と暖房負荷およびヒートポンプ出力の推移を示すグラフである。
【図２】本発明を適用した給湯暖房装置の一実施形態を示す構成図である。
【図３】実施例と比較例の一次エネルギー消費量を月毎に算出したグラフである。
【図４】実施例と比較例の一次エネルギー消費量の年間合計を比較したグラフである。
【図５】実施例と比較例の排出ＣＯ２量を月ごとに示したグラフである。
【図６】実施例と比較例の排出ＣＯ２量の年間合計を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３６】
図２は、本発明が適用される給湯暖房装置の一実施形態を示す図である。
【００３７】
この給湯暖房装置は、ヒートポンプ式給湯暖房機１と、ガス加熱式給湯暖房機２を組合わせ、主運転をヒートポンプ式給湯暖房機１で行い、ヒートポンプ式給湯暖房機１で十分に暖房運転がまかなえない程度に環境温度が低下したときに、ガス加熱式給湯暖房機２に切り換え運転を行ってヒートポンプ式給湯暖房機１の運転を停止するようにしたものである。
【００３８】
より詳しく説明すると、この給湯暖房装置は、循環水と熱交換して加熱するためのヒートポンプ式給湯暖房機１と、上記循環水を加熱するガス加熱式給湯暖房機２と、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１とガス加熱式給湯暖房機２の少なくともいずれかで加熱された循環水の熱を利用する循環水利用設備３とを備えている。この例では、上記循環水利用設備３の一例として、室内暖房用の放熱器を示している。
【００３９】
上記ヒートポンプ式給湯暖房機１は、室外機４と室内機５とを備えている。上記室外機４には、冷媒を外気と熱交換する室外熱交換器（図示せず）、熱交換された冷媒を圧縮する圧縮機（図示せず）等を備えている。室内機５には、圧縮されて高温となった冷媒と循環水を熱交換して循環水を加熱する室内熱交換器６を備えている。
【００４０】
また、上記室内機５には、上記室内熱交換器６に循環水を導入する第１導入管１１Ａと、上記室内熱交換器６で熱交換により加熱された循環水を排出する第１排出管１１Ｂとがそれぞれ接続されている。上記第１導入管１１Ａには、循環水を循環させるための第１循環ポンプ７が設けられている。また、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１は、循環水の温度を第１の設定温度に維持するよう熱交換を制御する第１加熱制御手段１５を有している。
【００４１】
上記ガス加熱式給湯暖房機２は、循環水を導入する第２導入管１２Ａと、加熱された循環水を排出する第２排出管１２Ｂとがそれぞれ接続されている。上記第２導入管１２Ａには、循環水を循環させるための第２循環ポンプ８が設けられている。
【００４２】
また、上記ガス加熱式給湯暖房機２は、上記第２導入管１２Ａから導入された循環水を加熱するためのガスバーナ９を備え、循環水の温度を第２の設定温度に維持するよう上記ガスバーナ９によるガス加熱の開始と停止を制御する第２加熱制御手段１６を有している。
【００４３】
この給湯暖房装置では、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１から循環水を排出する第１排出管１１Ｂと、ガス加熱式給湯暖房機２に循環水を導入する第２導入管１２Ａとが第１接続管１７を介して接続されている。また、上記ガス加熱式給湯暖房機２から循環水を排出する第２排出管１２Ｂと、ヒートポンプ式給湯暖房機１に循環水を導入する第１導入管１１Ａとが第２接続管１８を介して接続されている。この例では、上記第２接続管１８の途中に循環水利用設備３が設けられている。
【００４４】
このような基本構造により、上記給湯暖房機装置はつぎのようにして運転される。
【００４５】
すなわち、循環水は、主として第１循環ポンプ７の駆動力により、第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入され、室内熱交換器６によって熱交換されて加熱される。加熱された循環水は第１排出管１１Ｂから排出される。第１排出管１１Ｂから排出された循環水は、第１接続管１７を経由し、主として第２循環ポンプ８の駆動力により、第２導入管１２Ａからガス加熱式給湯暖房機２に導入され、必要に応じてガスバーナ９によるガス加熱で加熱される。その循環水は、第２排出管１２Ｂから排出されて第２接続管１８および循環水利用設備３を経て再び第１導入管１１Ａに戻って循環サイクルを繰り返す。
【００４６】
ここで、上述したように、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１は、循環水の温度を第１の設定温度に維持するよう熱交換を制御する第１加熱制御手段１５を有し、上記ガス加熱式給湯暖房機２は、循環水の温度を第２の設定温度に維持するようガス加熱の開始と停止を制御する第２加熱制御手段１６を有している。
【００４７】
そして、この給湯暖房装置では、上記ガス加熱式給湯暖房機２における第２の設定温度を、ヒートポンプ式給湯暖房機１における第１の設定温度と同等以下としている。これにより、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１の熱交換能力が低下したときに自動的にガス加熱式給湯暖房機１によるガス加熱が開始され、上記ヒートポンプ式給湯暖房機１の熱交換能力が回復したときに自動的にガス加熱式給湯暖房機２によるガス加熱が停止するように構成されている。
【００４８】
すなわち、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１排出管１１Ｂから排出されて第２導入管１２Ａからガス加熱式給湯暖房機２に導入される循環水の水温が第２の設定温度より十分に高い間は、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６はガスバーナ９を着火しないよう制御してガス加熱は行わず、ヒートポンプ式給湯暖房機１だけで給湯暖房運転をまかなう。
【００４９】
この間、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１加熱制御手段１５の熱交換制御により、循環水の水温は第１の設定温度となるよう制御が行われる。
【００５０】
一方、外気の環境温度が低下してヒートポンプ式給湯暖房機１の暖房能力が低下してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機１から排水されてガス加熱式給湯暖房機２に導入される循環水の水温が第２の設定温度よりも低くなる。このとき、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６は、ガスバーナ９を着火するよう制御してガス加熱を行い、ガス加熱式給湯暖房機２による循環水の加熱を開始する。
【００５１】
このとき、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６の加熱制御により、循環水の水温は第２の設定温度となるよう制御が行われる。
【００５２】
したがって、循環水利用設備３での循環水の熱利用を一定にするためには、第１の設定温度と第２の設定温度を同等に設定するのが好ましい。
【００５３】
そうすると、ガス加熱式給湯暖房機２の第２排出管１２Ｂから排出される循環水の水温が高くなる。このとき、一時的に、循環水利用設備３での熱交換を経ても第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入される循環水の水温が第１の設定温度よりも高くなることがある。その場合は、ヒートポンプ式給湯暖房機１の熱交換運転が停止し、再び第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入される循環水の水温が第１の設定温度よりも低くなるまでガス加熱式給湯暖房機２だけで給湯暖房運転がまかなわれる。
【００５４】
再び第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入される循環水の水温が第１の設定温度よりも低くなると、ヒートポンプ式給湯暖房機１の熱交換運転が再開する。
【００５５】
外気の環境温度が上昇してヒートポンプ式給湯暖房機１の暖房能力が回復してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機１から排水されてガス加熱式給湯暖房機２に導入される循環水の水温が第２の設定温度よりも高くなる。このとき、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６は、ガスバーナ９を消火するよう制御してガス加熱を停止し、ガス加熱式給湯暖房機２による循環水の加熱を停止する。
【００５６】
そして再び、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１加熱制御手段１５の熱交換制御により、循環水の水温は第１の設定温度となるよう制御が行われる。
【００５７】
さらに、本実施形態の給湯暖房装置は、上記第２排出管１２Ｂから第２導入管１２Ａに循環水をバイパスさせる第２バイパス管２２が設けられている。上記第２バイパス管２２には、第１流量調節弁３５および第２逆止弁３２が設けられている。
【００５８】
このように、上記第２排出管１２Ｂから第２導入管１２Ａに循環水をバイパスさせる第２バイパス管２２を設けたため、ガス加熱式給湯暖房機１のガス加熱がオンになっているときに、第２排出管１２Ｂから排出された循環水が第２導入管１２Ａに還流されるため、第２導入管１２Ａから導入される循環水の温度は、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１排出管１１Ｂから排出される循環水の温度よりも高くなる。
【００５９】
このため、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６は、循環水が第２の設定温度よりも高くなったときにガス加熱を停止するので、例えば、上記ガス加熱式給湯暖房機２における第２の設定温度がヒートポンプ式給湯暖房機１における第１の設定温度と同等であったとしても、ヒートポンプ式給湯暖房機１とガス加熱式給湯暖房機２でそれぞれ循環水の温度制御を行うときに、ガス加熱式給湯暖房機２のガス加熱が先にオフになってヒートポンプ式給湯暖房機１だけの運転となる。
【００６０】
このように、ヒートポンプ式給湯暖房機１を確実にベース運転機として機能させ、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００６１】
このとき、上記第２バイパス管２２に第１流量調節弁３５を設けたことにより、第２排出管１２Ｂから排出された循環水を第２導入管１２Ａに還流する流量を調節し、ガス加熱式給湯暖房機２のガス加熱を先にオフにするタイミングを調節することが可能となる。したがって、ヒートポンプ式給湯暖房機１やガス加熱式給湯暖房機２の個々の設定や装置個体の特性ばらつき等に応じて還流する流量を調節することで、第２の設定温度における的確なオンオフタイミングに調節することが可能となり、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００６２】
また、上記第２バイパス管２２に第２逆止弁３２を設けたことにより、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１循環ポンプ７が再び稼動するとき、第１循環ポンプ７の駆動圧力が第１排出管１１Ｂおよび第１接続管１７を介して第２バイパス管２２に作用し、第２バイパス管２２内を循環水が逆流しようとするのを防止する。これにより、循環水を確実にバイパスさせることができ、的確なオンオフタイミングを実現し、無駄なガス加熱によるエネルギー消費をさせないようにしながら循環水を所定の設定温度に制御することができる。
【００６３】
さらに、本実施形態の給湯暖房装置は、第１導入管１１Ａから第１排出管１１Ｂに循環水をバイパスさせる第１バイパス管２１が設けられ、上記第１バイパス管２１に第１逆止弁３１が設けられている。
【００６４】
このように、第１導入管１１Ａから第１排出管１１Ｂに循環水をバイパスさせる第１バイパス管２１を設けたため、ヒートポンプ式給湯暖房機１を停止してガス加熱式給湯暖房機２だけで循環水を加熱し循環させて使用することができる。このとき、循環水は、第２導入管１２Ａからガス加熱式給湯暖房機２に導入されて第２排出管１２Ｂから排出され、第１導入管１１Ａから第１バイパス管２１を経由して第１排出管１１Ｂに向かって流れ、第１接続管１７を経由して再び第２導入管１２Ａからガス加熱式給湯暖房機２に導入される。このようにすることにより、例えば、停電等のアクシデントでヒートポンプ式給湯暖房機１が使用できないときに、それを停止してガス加熱式給湯暖房機２だけで給湯暖房をまかなうことが可能となる。
【００６５】
また、上記第１バイパス管２１に第１逆止弁３１を設けたため、ヒートポンプ式給湯暖房機１を停止状態から再稼動するときに、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１循環ポンプ７が稼動するときの水圧で、第１バイパス管２１内を循環水が逆流しようとするのを防止し、ガス加熱式給湯暖房機２の第２循環ポンプ８等、他の機器に障害や破損等が発生するのを防止する。
【００６６】
さらに、本実施形態の給湯暖房装置は、第２導入管１２Ａから第２排出管１２Ｂに循環水をバイパスさせる第３バイパス管２３が設けられ、上記第３バイパス管２３に第３逆止弁３３が設けられている。
【００６７】
このように、第２導入管１２Ａから第２排出管１２Ｂに循環水をバイパスさせる第３バイパス管２３を設けたため、ガス加熱式給湯暖房機２を完全に停止してヒートポンプ式給湯暖房機１だけで循環水を加熱し循環させて使用することができる。このとき、循環水は、第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入されて第１排出管１１Ｂから排出され、第１接続管１７を経て第２導入管１２Ａから第３バイパス管２３を経由し、第２排出管１２Ｂに向かって流れ、第２接続管１８および循環水利用設備３を経由して再び第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に導入される。このようにすることにより、例えば、ガス加熱式給湯暖房機２にトラブルが発生してガス加熱式給湯暖房機２を稼動できないときに、それを完全に停止してヒートポンプ式給湯暖房機１だけで給湯暖房を行うことが可能となる。
【００６８】
また、上記第３バイパス管２３に第３逆止弁３３を設けたため、ガス加熱式給湯暖房機２を停止状態から再稼動するときに、ガス加熱式給湯暖房機２の第２循環ポンプ８が稼動するときの水圧で第３バイパス管２３内を循環水が逆流しようとするのを防止し、ヒートポンプ式給湯暖房機１の第１循環ポンプ７等、他の機器に障害や破損等が発生するのを防止する。
【００６９】
さらに、本実施形態の給湯暖房装置は、第２接続管１８の循環水利用設備３の上流側に第２流量調節弁３６が設けられている。これにより、給湯暖房装置全体を循環して循環水利用設備３に流れる循環水の流量を調節し、無駄な熱放散を避けてより省エネルギーに有利となる。
【００７０】
つぎに、実施例について説明する。
【００７１】
ここで説明する実施例では、ヒートポンプ式給湯暖房機１として、エコヌクールピコ（商品名；三菱電機株式会社製；熱交換ユニット  型番ＶＥＨ−４０６ＨＣＡ−Ｍ，室外ユニット  型番ＶＥＨ−４０６ＨＰＵ３−ＨＬ，暖房性能；出力６ｋＷ）を用いた。また、潜熱回収型のガス加熱式給湯暖房機２として、エコジョーズ（商品名；株式会社ノーリツ製；型番ＧＴＨ−Ｃ２４３９ＡＷＸＰＤ−ＦＦ−ＫＲ  ＢＬ，暖房性能；出力１７．４ｋＷ）を用いた。
【００７２】
接続するシステムの配管は、銅配管に第１および第２流量調節弁３５、３６と、第１〜第３逆止弁３１〜３３のみでよい。このように、複雑なセンサーを設けたり、電子制御を行う必要がなく、パーツも少なくてすみ、極めて簡略なシステムである。さらには貯湯タンクも必要なく、ヒートポンプ式給湯暖房機１およびガス加熱式給湯暖房機２に対し、上述した銅配管、第１および第２流量調節弁３５、３６、第１〜第３逆止弁３１〜３３に、密閉回路を設備する場合の標準部材である膨張タンク４１と空気抜き弁４２、圧力計４３、安全弁４４を加えて設備するだけですむ。
【００７３】
図２に示したように、配管の回路を直列としてヒートポンプ式給湯暖房機１とガス加熱式給湯暖房機２を接続し、上流側にヒートポンプ式給湯暖房機１を、下流側にガス加熱式給湯暖房機２を配置した。
【００７４】
ガス加熱式給湯暖房機２における第２の設定温度は５５℃とした。外気温が下がり、循環水利用設備３であるパネルラジエータなどからの戻りの水温が第１の閾値である４５℃以下になったとき、すなわちヒートポンプ式給湯暖房機１だけで暖房負荷がまかなえなくなった場合に、ガス加熱式給湯暖房機２が起動する。
【００７５】
これは、ガス加熱式給湯暖房機２の設定温度に基づく加熱制御であるため、ユーザがオンオフする必要はない。また、温水の温度が上がって第２の閾値である６２℃に達すれば、ガス加熱式給湯暖房機２が停止する。これも、ガス加熱式給湯暖房機２の設定温度に基づく加熱制御によるため、ユーザがオンオフする必要はない。
【００７６】
このように、下流側に第２バイパス管２２と第１流量調節弁３５を設けたことで、ヒートポンプ式給湯暖房機１でベースロード運転を行ない、暖房負荷の不足分をガス加熱式給湯暖房機２で補うことができ、経済性が向上した。
【００７７】
また、直列回路にしてかつ第１の設定温度と第２の設定温度を同等にすることで、上流側のヒートポンプ式給湯暖房機１の加熱で主暖房することになる。ガス加熱式給湯暖房機２へ導入される循環水の水温が低くなると上流側のヒートポンプ式給湯暖房機１だけでは給湯暖房運転をカバーできなくなり、下流側のガス加熱式給湯暖房機２が運転を開始する。
【００７８】
第２流量調節弁３６としては、一般的に室温を感知して流量を調節するサーモスタットバルブであるワックスエレメント型の自動調節弁が使用される。室温が高くなって上記第２流量調節弁３６が絞られると、第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に戻る循環水の温度が高くなるが、第１導入管１１Ａに戻る水温より、第２バイパス管２２を通じてガス加熱式給湯暖房機２の第２導入管１２Ａに戻る水温の方が高くなるため、先にガス加熱式給湯暖房機２が停止する。すると、上流側のヒートポンプ式給湯暖房機１のみの運転となり、第１導入管１１Ａからヒートポンプ式給湯暖房機１に戻る循環水の温度はそこから上昇せず、ベース運転が可能となる。
【００７９】
ワックスエレメント型の自動調節弁は、温度上昇に伴うワックスの体積膨張を利用して弁の開度を調節するものであり、ワックスの特性で流量を確実に調節できるほか、構造がシンプルで信頼性が高いという利点を有している。
【００８０】
つぎに、エネルギー的な観点および排出ＣＯ２量削減の観点からの検証を行った。
【００８１】
図３は、実施例の給湯暖房装置と、比較例として灯油式の給湯暖房機、ＬＰガスを用いたガス給湯暖房機および電気ボイラー式の給湯暖房機について、それぞれの一次エネルギー消費量を算出して示したものである。
【００８２】
この算出にあたっては、灯油；３６．７ＭＪ／Ｌ＝１０．２ｋＷｈ／Ｌ、ＬＰガス；１００．８ＭＪ／ｍ３＝２８ｋＷｈ／ｍ３の値を用いてエネルギーの比較単位をｋＷｈに統一した。ここで、灯油１Ｌ＝３６．７ＭＪの換算値は、環境省発布の「事業者からの温室効果ガス排出量算定ガイドライン（試案ｖｅｒ１．５）」を参考とし、ＬＰガス１ｍ３＝１００．８ＭＪの換算値は、経済産業省資源エネルギー庁発布の「２００５年度以降適用する標準発熱量の検討結果と改定値について」を参考とした。
【００８３】
図３からわかるとおり、いずれの月においても、実施例のシステムは、最も消費エネルギー量が少ない。
【００８４】
図４は、図３の結果について年間合計を算出して比較したものである。
【００８５】
実施例は、灯油式の５０％程度のエネルギー消費であり、低消費エネルギーを謳っている電気ボイラ式よりも少ないエネルギー消費で運転されることがわかる。
【００８６】
つぎに、これらの給湯暖房機の運転で発生するＣＯ２量について検討した。
【００８７】
比較したのは、上述した実施例の給湯暖房装置と、比較例として灯油式の給湯暖房機、ＬＰガスを用いたガス給湯暖房機および電気ボイラー式の給湯暖房機である。
【００８８】
排出ＣＯ２量換算値として、電気：１ｋＷｈ＝０．３７８ｋｇ−ＣＯ２、ＬＰガス：１ｍ３＝３．００２ｋｇ−ＣＯ２、灯油；１Ｌ＝２．４９２ｋｇ−ＣＯ２を用いた（環境省発布の「事業者からの温室効果ガス排出量算定ガイドライン（試案ｖｅｒ１．５）」）。
【００８９】
図５は、このようにして算出した排出ＣＯ２量を月ごとに示したものである。いずれの月においても実施例の排出ＣＯ２量が少ないことがわかる。
【００９０】
図６は、図５の結果について年間合計を算出して比較したものである。実施例が排出ＣＯ２量が少ないことがわかる。
【００９１】
以上の結果より、ヒートポンプ式給湯暖房機１とガス加熱式給湯暖房機２とを組合せた実施例では、一次エネルギー消費量および排出ＣＯ２量のいずれもにおいて少ないことがわかり、十分で不具合のない暖房運転が可能であるうえ、エネルギー的にも環境的にも有利であることがわかった。
【００９２】
なお、上記実施形態では、循環水利用設備として室内暖房用のパネルラジエータ等を例示して説明したが、これに限定するものではなく、熱交換による浴室給湯装置や追い炊き装置等、各種の給湯暖房設備を適用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：ヒートポンプ式給湯暖房機
２：ガス加熱式給湯暖房機
３：循環水利用設備
４：室外機
５：室内機
６：室内熱交換器
７：第１循環ポンプ
８：第２循環ポンプ
９：ガスバーナ
１１Ａ：第１導入管
１１Ｂ：第１排出管
１２Ａ：第２導入管
１２Ｂ：第２排出管
１５：第１加熱制御手段
１６：第２加熱制御手段
１７：第１接続管
１８：第２接続管
２１：第１バイパス管
２２：第２バイパス管
２３：第３バイパス管
３１：第１逆止弁
３２：第２逆止弁
３３：第３逆止弁
３５：第１流量調節弁
３６：第２流量調節弁
４１：膨張タンク
４２：空気抜き弁
４３：圧力計
４４：安全弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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