JP2010216684A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の給湯を高い効率で行うとともに、放熱量を最小限に抑えることで省エネルギを図ること。
【解決手段】コンプレッサの運転周波数を可変することにより加熱能力を変更できる複数台のヒートポンプユニット２０と、目標時刻で目標貯湯量となるために必要な１台あたりの加熱能力を算出し、この加熱能力でヒートポンプユニット２０をシステムコントローラ１００とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貯湯機能と浴槽加温保温機能を備えた給湯システムに関し、特にエネルギの有効利用を容易に図ることができるものに関する。

例えば、病院、老人福祉施設、ホテル等の比較的多量の湯を使用する大容量給湯システムにおいて、複数のヒートポンプユニットと開放型タンクとを備え、夜電力時間帯に必要湯量に応じてヒートポンプユニットの運転台数を切り換えて貯湯運転を行う給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２０５６９８号公報

上述した給湯システムでは、次のような問題があった。すなわち、各ヒートポンプユニットが全数定格加熱能力にて貯湯運転を行っている。夏季においては貯湯運転開始から早い時刻に目標貯湯量に達する分、貯湯タンクからの放熱量が大きくなり、貯湯タンク内の湯を所定の温度（例えば６５℃）に保つために設けられる保温装置や再加熱ユニットで消費される電力量も大きくなっていた。

そこで本発明は、大容量の給湯を高い効率で行うとともに、放熱量を最小限に抑えることで省エネルギ性に優れた給湯システムを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の給湯システムは次のように構成されている。

圧縮機の運転周波数を可変することにより加熱能力を変更できる複数台のヒートポンプユニットと、目標時刻で目標貯湯量となるために必要な１台あたりの加熱能力を算出する算出部と、この算出部により算出された加熱能力で前記ヒートポンプユニットを駆動する駆動部とを備えている。

本発明によれば、大容量の給湯を高い効率で行うとともに、放熱量を最小限に抑えることで高い省エネルギ性を得ることができる。

図１は本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム１０の構成を示す説明図である。図１に示すように、ヒートポンプ給湯システム１０は、ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換部（図示しない）で温水を生成し供給する例えば７台のヒートポンプユニット２０と、開放型タンク３０とを備えている。なお、図１中１００はシステムコントローラ（制御部）を示しており、システム各部を連携制御する機能を有している。

ヒートポンプユニット２０には、外部の水道管から冷水が供給される冷水供給管４０と、開放型タンク３０に温水を供給する温水供給管５０とがそれぞれ接続されている。冷水供給管４０には入口水温センサ４１、温水供給管５０には出口湯温センサ５１が取り付けられ、それぞれの出力がシステムコントローラ１００に入力されている。ヒートポンプユニット２０は、システムコントローラ（制御部）１００によって稼働台数及びコンプレッサ（圧縮機）の運転周波数が制御されている。なお、図１中６０は外気温を測定する外気温センサを示している。上記温度センサ４１，５１，６０は、ヒートポンプユニット２０に内蔵されていても良い。 開放型タンク３０には、蛇口、浴槽、シャワー等の利用端末へ供給する給湯配管３１が接続されている。また、開放型タンク３０の底部には、湯量を測定する湯量センサ３２と、湯温を測定する湯温センサ３３とが設けられている。湯量センサ３２及び湯温センサ３３の出力は、システムコントローラ１００に入力されている。

さらに、開放型タンク３０には、内部の温水の温度を所定温度に保つための再加熱ヒートポンプ３４が接続されている。

システムコントローラ１００は、冷水供給管４０からヒートポンプユニット２０に導入される水温、及び、温水供給管５０から排出される湯温、開放型タンク３０の湯量・湯温、現在時刻、外気温等から必要な加熱量を算出し、各ヒートポンプユニット２０を駆動する。

なお、システムコントローラ１００は、各ヒートポンプ２０の外気温度、入口水温、出湯温度などに関する加熱能力特性を記憶している。図２は、ヒートポンプ２０の出湯温度６５℃、入口水温１７℃における加熱能力特性を示す一例である。また、図３はこのヒートポンプ２０における外気温度１６℃、出湯温度６５℃時におけるコンプレッサ運転周波数（Ｈｚ）、加熱能力（ｋＷ）、運転効率の関係を示したものである。なお、定格運転時は運転周波数が６０（Ｈｚ）に設定されている。

システムコントローラ１００は、目標時刻で目標貯湯量となるために必要な１台あたりの加熱能力を算出し（算出部）、加熱能力でヒートポンプユニット２０を駆動する（駆動部）機能及び所定時間毎に必要な加熱能力を再計算する機能を有している。

このように構成されたヒートポンプ給湯システム１０は、次のように動作する。例えば、翌朝７：００に開放型タンク３０内の湯が目標の湯量（１８トン）・湯温（６５℃）とする場合について説明する。なお、現在の残湯量は８トンとする。

ここで、必要なエネルギ量を算出すると、
（開放型タンクへの投入温度−水道水温度）×（開放型タンクへの貯湯量）
＝（６５［℃］−１７［℃］）×（１８［トン］−８［トン］）
＝４８００００［ｋｃａｌ］
＝５５８［ｋＷ］
現在、２２：００であるので翌朝７：００まで９［Ｈ］となる。したがって、
５５８［ｋＷ］／７［台］／９［Ｈ］＝８．８［ｋＷ］
図３を参照すると、８．８［ｋＷ］に対応する運転周波数は４０［Ｈｚ］となる。このため、翌朝７：００に目標の湯量・湯温とするために各ヒートポンプユニット２０をそれぞれ４０［Ｈｚ］で運転する。なお、このときの運転効率は５．３となる。なお、開放型タンク３０からの放熱を補償するために再加熱ヒートポンプ３４で加熱を行うが、翌朝７：００になるまでは湯量が目標値に達していないので、開放型タンクからの放熱量を最小限に抑えることができる。

ここで、比較例として全てのヒートポンプユニット２０を定格運転（６０Ｈｚ・１４ｋＷ）で駆動する場合を考えると、
５５８［ｋＷ］／１４［ｋＷ］／７［台］＝５．７［Ｈ］
で、必要貯湯を完了する。すなわち、２２：００に運転開始すると、翌朝３：４５に貯湯が完了する。このため、翌朝７：００までは開放型タンク３０からの放熱を補償するために再加熱ヒートポンプ３４で加熱を行う。なお、このときの貯湯運転効率は４．５となる。

したがって、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム１０による給湯では、比較例に対して効率を約１７％程度改善でき、また再加熱ユニットの運転を最小限に抑えることができるので、合計で２割以上の省エネルギ効果が得られる。

次に、給湯中に湯を使用した場合における制御手法について説明する。例えば、上述した条件下で２３：００〜２３：５９に２トンの湯を使用すると、翌朝７：００に２トンの湯が足りないことになる。

そこで、２４：００の時点で翌朝７：００に目標の湯量・湯温とするための運転方法を再算出する。

上述した条件下で給湯を開始した場合、１時間あたりの貯湯量は、
９［ｋＷ］×８６０×７［台］／（６５［℃］−１７［℃］）＝１．１［トン／Ｈ］
となる。

したがって、２４：００時点での残湯量は、
８［トン］−２［トン］＋１．１［トン／Ｈ］×２［トン］＝９．８［トン］
したがって、必要なエネルギ量を算出すると、
（開放型タンクへの投入温度−水道水温度）×（開放型タンクへの貯湯量）
＝（６５［℃］−１７［℃］）×（９．８［トン］）
＝４７０４００［ｋｃａｌ］
＝５４７［ｋＷ］
現在、２４：００であるので翌朝７：００まで７［Ｈ］となる。したがって、
５４７［ｋＷ］／７［台］／７［Ｈ］＝１１．２［ｋＷ］
図３を参照すると、１１．２［ｋＷ］に対応する運転周波数は５０［Ｈｚ］となる。このため、翌朝７：００に目標の湯量・湯温とするために各ヒートポンプユニット２０をそれぞれ５０［Ｈｚ］で運転する。なお、目標残湯量に達する時刻を算出すると、
５４７［ｋＷ］／１２［ｋＷ］／７［台］＝６．５［Ｈ］
したがって、翌朝６：３０に目標残湯量に達することとなり、その後は保温されることとなる。

なお、上述したコンプレッサの運転周波数は１０［Ｈｚ］刻みであったが、必要な加熱能力に応じて細かく運転周波数を制御するようにしてもよい。

上述したように本実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム１０によれば、目標時刻で目標貯湯量となるために必要な１台あたりの加熱能力を算出し、その加熱能力となるようにコンプレッサの運転周波数を制御しているので、開放タンク３０に貯められた湯からの放熱量を最小限に抑えることができる。また、定格運転における運転効率よりも高い運転効率の運転周波数でコンプレッサを駆動することができるので、上述した放熱量の低減と併せて高い省エネルギ効果を得ることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成を示す図。 同ヒートポンプ給湯システムに組み込まれたヒートポンプの加熱能力特性の一例を示す図。 同ヒートポンプにおけるコンプレッサ運転周波数、加熱能力、運転効率の関係の一例を示す図。

１０…ヒートポンプ給湯システム、２０…ヒートポンプユニット、３０…開放型タンク、４０…冷水供給管、５０…温水供給管、６０…外気温センサ、１００…システムコントローラ（制御部）。

Claims (2)

1. 圧縮機の運転周波数を可変することにより加熱能力を変更できる複数台のヒートポンプユニットと、
   目標時刻で目標貯湯量となるために必要な１台あたりの加熱能力を算出する算出部と、
   この算出部により算出された加熱能力で前記ヒートポンプユニットを駆動する駆動部とを備えていることを特徴とする給湯システム。
2. 前記算出部は、所定時間毎に前記加熱能力を再計算することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。

Images