JP2010236825A - ヒートポンプ給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】低温の水が大量に開放型タンクへと流れることを抑制することができるヒートポンプ給湯システムを提供する。
【解決手段】開放型タンク７ａ、７ｂと、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎと、給湯配管１１とを備える。複数の給湯機は、水の供給を受け、水を加熱して開放型タンクに給湯を行う。複数の給湯機は、ヒートポンプサイクルと、給湯ポンプと、第１制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎとを有する。給湯ポンプは、加熱された水を給湯配管１１を介して開放型タンク７ａ、７ｂに送る。第１制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給湯ポンプに低容量で運転を開始させた後、圧縮機を起動し、所定条件を満たした場合に給湯ポンプの容量を上げる。所定条件は、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給湯の温度、圧縮機の起動後の経過時間、冷媒の温度および冷媒の圧力の少なくとも１つが所定範囲に入ることである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯システムに関する。

従来、例えば、特許文献１（特開２００８−９６０６４号公報）に記載のように、水の供給を受けその水を加熱する給湯機と、給湯機で加熱された水を給湯配管を介して貯湯する開放型タンクとを有するヒートポンプ給湯システムが提案されている。

上記の特許文献１に記載のヒートポンプ給湯システムでは、給湯機と開放型タンクとの間に給湯機から開放型タンクへ送り出される給湯量を調節する給湯量調整弁が設けられている。しかし、一般にヒートポンプ給湯システムに存在する機器を制御して給湯量を制御できることが好ましい。

一方、ポンプや圧縮機の起動後すぐは、冷媒が十分に温められていない場合が想定され、給湯機に給水された水は、水熱交換器において十分に加熱されない場合が考えられる。このような場合、十分に加熱されていない低温の水が給湯機から開放型タンクへと送り出されることが考えられる。しかし、低温の水が開放型タンク内へ供給されることは好ましくない。

そこで、本発明の課題は、低温の水が大量に開放型タンクへと流れることを抑制することができるヒートポンプ給湯システムを提供することにある。

第１発明に係るヒートポンプ給湯システムは、開放型タンクと、複数の給湯機と、給湯配管とを備える。開放型タンクは、貯湯可能である。複数の給湯機は、水の供給を受け、水を加熱して開放型タンクに給湯を行う。給湯配管は、複数の給湯機と開放型タンクとを結ぶ。給湯機は、ヒートポンプサイクルと、給湯ポンプと、第１制御部とを有する。ヒートポンプサイクルは、圧縮機を含み、その内部を冷媒が循環する。給湯ポンプは、ヒートポンプサイクルによって加熱された水を給湯配管を介して開放型タンクに送る。第１制御部は、給湯ポンプに低容量で運転を開始させた後、圧縮機を起動し、所定条件を満たした場合に給湯ポンプの容量を上げる。所定条件は、給湯機の給湯の温度、圧縮機の起動後の経過時間、冷媒の温度および冷媒の圧力の少なくとも１つが所定範囲に入ることである。

ここで、例えば、冷媒の温度は、水熱交換器の入口の冷媒温度や出口の冷媒温度である。また、例えば、冷媒の圧力は、圧縮機の吐出側の冷媒の圧力である。

第１発明に係るヒートポンプ給湯システムでは、第１制御部が上述のような圧縮機および給湯ポンプの制御を行うことで、加熱不足の水が大量に開放型タンクに流入することを抑制することができる。すなわち、所定条件を満たした場合に第１制御部が給湯ポンプの容量を上げることによって、温度調整がされた湯が開放型タンクへと送られることになる。

第２発明に係るヒートポンプ給湯システムは、第１発明に係るヒートポンプ給湯システムであって、残湯量検出手段と、第２制御部とをさらに備える。残湯量検出手段は、開放型タンク内の残湯量を検出する。第２制御部は、第１制御部と制御信号の送受信を行う。そして、第２制御部は、残湯量検出手段が検出した開放型タンク内の残湯量に基づいて、複数の給湯機のうち運転すべき給湯機の台数を決定する。

第３発明に係るヒートポンプ給湯システムは、第１発明に係るヒートポンプ給湯システムであって、残湯量検出手段と、第２制御部とをさらに備える。残湯量検出手段は、開放型タンク内の残湯量を検出する。第２制御部は、第１制御部と制御信号の送受信を行う。第１制御部は、給湯機に供給される水の温度と、外気温度とから給湯機の運転負荷を算出する。そして、第２制御部は、残湯量検出手段が検出した開放型タンク内の残湯量および給湯機の運転負荷に基づいて、複数の給湯機のうち運転すべき給湯機の台数を決定する。

ここで、例えば、給湯機の運転負荷とは、給湯機の単位時間当たりの供給可能な給湯量を意味する。

第２発明および第３発明に係るヒートポンプ給湯システムでは、必要十分な台数の給湯機のみを運転させることができるので、無駄なエネルギーを消費しないようにすることができる。

第１発明に係るヒートポンプ給湯システムでは、第１制御部が上述のような圧縮機および給湯ポンプの制御を行うことで、加熱不足の水が大量に開放型タンクに流入することを抑制することができる。すなわち、所定条件を満たした場合に第１制御部が給湯ポンプの容量を上げることによって、温度調整がされた湯が開放型タンクへと送られることになる。

第２発明および第３発明に係るヒートポンプ給湯システムでは、必要十分な台数の給湯機のみを運転させることができるので、無駄なエネルギーを消費しないようにすることができる。

ヒートポンプ給湯システムの概略構成図。 給湯機の概略外観斜視図。 給湯機の概略構成図。 給湯機制御部および開放型タンクユニット制御部の制御ブロック図。 リモコンの概略正面図。 圧縮機および給湯ポンプの立ち上げの制御を示すフローチャート。 変形例（Ａ）に係る給湯機の概略構成図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜ヒートポンプ給湯システム１の構成＞
ヒートポンプ給湯システム１は、ホテル、病院や大浴場等の大型施設に使用されるものであり、ホテル、病院の居室や大浴場（以下、供給先という）に湯を供給するシステムである。図１に示すように、ヒートポンプ給湯システム１は、主として、給湯機群２と、開放型タンクユニット７と、再加熱機群９とを備える。給湯機群２（具体的には、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ（後述する））と開放型タンクユニット７（具体的には、開放型タンク７ａ、７ｂ（後述する））とは、第１給湯配管１１を介して接続されている。そして、開放型タンクユニット７（具体的には、開放型タンク７ａ、７ｂ）には、第２給湯配管１２が接続されており、第２給湯配管１２には、供給先における蛇口（図示せず）やシャワー（図示せず）が接続される供給先給湯配管１３が接続されている。ヒートポンプ給湯システム１の主な動作としては、まず、給湯機群２における各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎが受水槽６から給水配管１０を介して水の供給を受け、その水を湯へと加熱して第１給湯配管１１を介して開放型タンク７ａ、７ｂへ給湯を行う。そして、開放型タンク７ａ、７ｂに貯められた湯は、第２給湯配管１２および供給先給湯配管１３を介して供給先へと供給されるようになっている。

＜給湯機群２の構成＞
まず、給湯機群２の構成について説明する。

給湯機群２は、供給先の屋外に設置されるものであり、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎを有している。各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎは、受水槽６から給水配管１０を介して水の供給を受ける。そして、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎで加熱した湯を第１給湯配管１１を介して開放型タンクユニット７における開放型タンク７ａ、７ｂに給湯している。

また、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎは、図２および図３に示すように、熱交換ポンプユニット３と、熱源ユニット４と、両ユニット３、４を制御する給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎ（図１および図４を参照）とを有している。

（１）熱交換ポンプユニット３の構成
熱交換ポンプユニット３は、図３に示すように、給湯経路３０を有している。給湯経路３０は、給湯ポンプ３１と、水熱交換器３２とを有している。また、給湯経路３０は、給水配管１０と接続される第１給湯経路構成配管３０ａと、給湯ポンプ３１から送り出される水が流れ水熱交換器３２の水配管３２ａ（後述する）と接続される第２給湯経路構成配管３０ｂと、水配管３２ａと第１給湯配管１１とを接続する第３給湯経路構成配管３０ｃとを有している。

給湯ポンプ３１は、容量可変であり、給湯経路３０内を流れる水量を調節できる。

水熱交換器３２は、給湯ポンプ３１から送り出される水が流れる水配管３２ａと、冷媒循環経路４０内の冷媒（具体的には、後述する圧縮機４１から吐出される高温・高圧の冷媒）が流れる冷媒配管３２ｂとを有する。水熱交換器３２は、水配管３２ａの外周に冷媒配管３２ｂが螺旋状に巻きつけられ、水配管３２ａの内部に溝が加工されている構成を有するトルネード式の熱交換器である。そして、水熱交換器３２では、水配管３２ａを流れる低温の水と、冷媒配管３２ｂを流れる高温・高圧の冷媒との間で熱交換が行われる。つまり、水熱交換器３２の水配管３２ａを流れる低温の水は、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂを流れる高温・高圧の冷媒と熱交換が行われることにより、加熱されて所定温度の湯（安定運転時には、６５℃〜７０℃の湯）となる。

また、熱交換ポンプユニット３には、センサ３３、３４が設けられている。具体的には、給水配管１０の近傍に、受水槽６から給水される水の温度（以下、給水温度という）を検出する給水温度センサ３３が設けられている。第１給湯配管１１の近傍には、水熱交換器３２で加熱された湯の温度（以下、給湯温度という）を検出する給湯温度センサ３４が設けられている。

（２）熱源ユニット４の構成
熱源ユニット４は、冷媒循環経路４０と、ファン４５とを有している。

冷媒循環経路４０は、圧縮機４１と、減圧手段としての膨張弁４３と、空気熱交換器４４とを有しており、これらの機器４１、４３、４４は、冷媒配管４９および水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂによって環状に接続されている。そして、上記の機器４１、４３、４４が冷媒配管４９および水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂによって環状に接続されていることにより、冷媒循環経路４０の内部を冷媒が循環するように構成されている。

圧縮機４１は、インバータ圧縮機であり、容量が可変である。この圧縮機４１やファン４５（後述する）が起動されると、低圧の冷媒が圧縮機４１に吸入されることになる。そして、低圧の冷媒は圧縮機４１で圧縮されることで高圧の冷媒となり、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂへと吐出される。なお、水熱交換器３２では、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂを流れる高温・高圧の冷媒は、水熱交換器３２の水配管３２ａを流れる低温の水と熱交換が行われることにより凝縮されて高圧の液冷媒となる。

膨張弁４３は、冷媒循環経路４０内を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行うための電動膨張弁である。水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂで熱交換された高圧の液冷媒は、膨張弁４３で減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。

空気熱交換器４４は、冷媒の蒸発器としての機能を有する。具体的には、膨張弁４３で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒を、ファン４５によって供給される外気と熱交換を行わせることによって蒸発させ、低圧のガス冷媒とさせる。

また、冷媒循環経路４０には、液ガス熱交換器４２がさらに配置されている。液ガス熱交換器４２は、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂから流出した高温・高圧の液冷媒が流れる高圧冷媒流路４２ａと、空気熱交換器４４から流出した低温・低圧のガス冷媒が流れる低圧冷媒流路４２ｂとを有する。そして、液ガス熱交換器４２では、高圧冷媒流路４２ａを流れる高温・高圧の液冷媒と、低圧冷媒流路４２ｂを流れる低温・低圧のガス冷媒との間で熱交換を行わせている。なお、低圧冷媒流路４２ｂを流れるガス冷媒は、高圧冷媒流路４２ａを流れる冷媒との熱交換後、再び圧縮機４１に吸入される。

ファン４５は、空気熱交換器４４に対して外気を送風し、空気熱交換器４４において冷媒と熱交換を行わせた後に、室外に排出するための送風ファンである。

（３）給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎの構成
次に、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎの構成について、図４を参照しながら説明する。

給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ内の各種機器（具体的には、圧縮機４１の回転数、膨張弁４３の開度、ファン４５の回転数、給湯ポンプ３１の回転数）の制御を行い、メモリやマイクロコンピュータから構成される。なお、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎを構成するメモリやマイクロコンピュータは、熱源ユニット４内の電装品ユニット（図示せず）に配置されている。

給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、リモコン１００（図１および図５を参照）と伝送線によって接続されており、リモコン１００を介して管理者から入力される制御指令や各種センサ３３、３４、室外温度センサ３８（後述する）の検出信号に基づいて給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ内の各種機器の動作を制御する。また、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、開放型タンク７ａ、７ｂに設けられる開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂ（後述する）とも伝送線を介して制御信号の送受信を行っており、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂから送信される制御信号に基づいて給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ内の各種機器の動作を制御している。

なお、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎについては、後にも詳述する。

＜開放型タンクユニット７の構成＞
開放型タンクユニット７は、給湯機群２から供給される湯を貯めるためのユニットである。開放型タンクユニット７は、図１および図４に示すように、２つの開放型タンク７ａ、７ｂと、ポンプ７１ａ、７１ｂと、保温用ヒータ７２と、水圧センサ７３と、フロートスイッチ７４と、貯湯温度センサ７５と、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂとを有する。

開放型タンク７ａ、７ｂは、第１給湯配管１１を介して送られてくる複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎで加熱された湯を貯める役割を有する。そして、開放型タンク７ａ、７ｂに貯められた湯は、第２給湯配管１２および供給先給湯配管１３を介して供給先に供給される。

ポンプ７１ａ、７１ｂは、第２給湯配管１２に配置され、開放型タンク７ａ、７ｂに貯湯された湯を供給先へと送り出すためのものである。ポンプ７１ａ、７１ｂは、容量可変である。

保温用ヒータ７２は、開放型タンク７ａ、７ｂ内に貯湯されている湯の温度を、湯として使用可能である４５℃以上に維持するためのものである。なお、開放型タンク７ａ、７ｂ内の湯の温度は貯湯温度センサ７５により検出されている。

水圧センサ７３およびフロートスイッチ７４は、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量（水位）が所定残湯量（リモコン１００を介して管理者が入力する開放型タンク７ａ、７ｂ内の目標残湯量、以下、目標残湯量という）未満であるかを検出可能である。水圧センサ７３は、開放型タンク７ａ、７ｂ内の下部に設けられ、開放型タンク７ａ、７ｂ内の湯の水圧によって開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量を検出する。フロートスイッチ７４は、フロートが上下することによって開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量を補助的に検出する。

開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、メモリやマイクロコンピュータから構成されており、リモコン１００や給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎと制御信号の送受信を行っている。また、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、貯湯温度センサ７５の検出信号に基づいて保温用ヒータ７２を制御している。

ここで、具体的な開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂの制御について、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎによる制御も併せて、以下に詳述する。

＜給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎおよび開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂの制御について＞
基本的に、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎから送り出される湯の温度が６５℃〜７０℃となるように制御している。

しかし、給湯ポンプ３１や圧縮機４１の起動後すぐは、冷媒が十分に温められていない場合も想定され、受水槽６から給水された水は、水熱交換器３２において十分に熱交換されない場合も考えられる。特に、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ全てを稼働させると、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎからの給湯量が短時間で開放型タンク７ａ、７ｂに供給すべき必要供給量に達することが想定され、冷媒と水とが十分に熱交換できる状態（具体的には、給湯温度が６５℃〜７０℃）になる前に６５℃未満の低温水が大量に開放型タンク７ａ、７ｂに流入してしまうことが想定される。

そこで、本実施形態においては、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎおよび開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、以下のような制御を行っている。

（１）圧縮機４１および給湯ポンプ３１の立ち上げ制御について
図６に示すように、ステップＳ１では、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、水圧センサ７３およびフロートスイッチ７４により検出される開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量（水位）が、目標残湯量（目標水位）未満であるか否かを判定する。なお、リモコン１００に入力される目標残湯量のデータは、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂに送信される。そして、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂが、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量未満であると判定した場合は、ステップＳ２へ移行する。他方、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂが、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量未満であると判定しない場合は、ステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂから送られる、給湯ポンプ３１を稼働する旨の制御信号を受けて、給湯ポンプ３１に低容量（具体的には、給湯ポンプ３１の全容量の半分の容量）で運転を開始させる。これは、始めからポンプに全容量で運転を開始させると、十分に加熱されなかった低温の水が開放型タンク７ａ、７ｂへと多く送り出されることが考えられるので、このような状態になることを避けるためである。なお、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、開放型タンク７ａ、７ｂの目標残湯量と実際の残湯量との乖離具合などに基づいて、どの給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎにＯＮ信号を送信するかを決定している。詳細については後述する。

ステップＳ３では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、圧縮機４１を起動する。

ステップＳ４では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、圧縮機４１の回転数を上げて容量を上げていく。これは、冷媒循環経路４０（具体的には、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂ）内を流れる冷媒の温度を早く高温・高圧にするためである。

ステップＳ５では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給湯温度センサ３４により検出される給湯温度が所定範囲に入っているか否かを判定する。給湯温度が所定範囲に入っていると判定した場合はステップＳ４に移行し、入っていると判定しない場合はステップＳ５を繰り返す。ここで、所定範囲とは、４５℃〜７０℃（望ましくは、６５℃〜７０℃）である。

ステップＳ６では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給湯ポンプ３１の容量（回転数）を最大容量になるまで上げる。

ステップＳ７では、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量に達したか否かを判定する。開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量に達したと判定した場合は、ステップＳ８へ移行し、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量に達したと判定しない場合は、ステップＳ７を繰り返す。

ここでは、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、開放型タンク７ａ、７ｂの水圧センサ７３およびフロートスイッチ７４により検出される水位から開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量を算出し、この残湯量から目標残湯量を減算して算出する量（以下、必要供給量という）に達したか否かを判定することで、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量に達したか否かを判定している。

ステップＳ８では、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂから送られる、圧縮機４１および給湯ポンプ３１を停止する旨の制御信号を受けて、圧縮機４１および給湯ポンプ３１の運転を停止する。

ここでは、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎおよび開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂが上述のような制御を行っていることにより、低温の水が大量に開放型タンク７ａ、７ｂへと供給されることを抑制することができるようになっている。

（２）複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの運転すべき給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの台数制御について
また、ここで、必要供給量に基づいた、必要十分な給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎのみを稼働させることが望ましい。そこで、本実施形態では、以下の制御も行っている。

まず、上述したように、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎから送られる開放型タンク７ａ、７ｂ内の目標残湯量から、水圧センサ７３およびフロートスイッチ７４に検出させた開放型タンク７ａ、７ｂ内の実際の残湯量を減算して、開放型タンク７ａ、７ｂへの必要供給量を算出する。

一方、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎは、給水温度センサ３３により検出される各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給水温度と、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎが設置される室外の温度とに基づいて、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの１時間当たりの供給可能な給湯量（運転負荷）を算出する。なお、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎが設置される室外の温度は、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎに配設される室外温度センサ３８（図４を参照）によって検出されるものとする。

そして、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、必要供給量と、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの供給可能な給湯量とに基づいて、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎのうち、運転すべき給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの台数を算出する。

例えば、開放型タンク７ａ、７ｂ内の実際の残湯量が目標残湯量に近い場合は、１台の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎを１時間稼働させることになる。

ここでは、必要供給量に基づいて運転すべき給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの台数を決定しているので、必要十分な台数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎのみを稼働させることができるようになる。よって、無駄なエネルギーの消費を防止することができ、省エネルギーにも貢献することができる。

＜再加熱機群９の構成＞
再加熱機群９は、常時、供給先に湯を供給することができるように湯を循環させる循環サイクル１９（図１を参照）において、循環サイクル１９内を循環する湯を所定温度以上に保つための再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍ（図１を参照）の集合体である。

再加熱機９ａ１、・・、９ａｍは、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎとほぼ同様の構成をしている。再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍの給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎと主として異なる点は、供給先給湯配管１３を流れて再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍに供給される湯の温度が、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎに供給される水の温度よりも高い（例えば、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給水温度は５℃〜３５℃で、再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍに入ってくる湯の温度は５５℃である）点、２つのユニット３、４に分かれていない点などである。

循環サイクル１９は、図１に示すように、供給先給湯配管１３と、第２配管１４と、再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍ内の水熱交換器の水配管と、第３配管１５と、第４配管１６とが順次接続されることによって構成されている。第２配管１４には、第１電磁弁８０ａおよび循環ポンプ８０ｄが設けられている。第３配管１５には、第２電磁弁８０ｂが設けられている。また、供給先給湯配管１３および第２配管１４と、第３配管１５および第４配管１６とを接続する第５配管１７には、第３電磁弁８０ｃが設けられている。

そして、開放型タンクユニット７から第２給湯配管１２を介して循環サイクル１９へと送られる湯は、循環サイクル１９内を循環し続けている。このとき、循環ポンプ８０ｄを運転状態にし、第３電磁弁８０ｃを閉の状態にし、第１電磁弁８０ａおよび第２電磁弁８０ｂを開の状態にしている。そして、供給先におけるユーザが蛇口をひねる等をすると循環サイクル１９内を循環している湯が供給先給湯配管１３から供給先へ供給されることになる。なお、循環サイクル１９内を循環する湯が少なくなると開放型タンクユニット７から湯が供給される構成となっている。

また、再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍのメンテナンス時には、第３電磁弁８０ｃを開の状態にし、循環ポンプ８０ｄを非運転の状態にしている。このとき、第２給湯配管１２を介して開放型タンクユニット７から供給される湯は、供給先給湯配管１３、第５配管１７および第４配管１６を流れる。

（再加熱機制御部９０ａ１、・・・、９０ａｍの構成）
再加熱機制御部９０ａ１、・・・、９０ａｍは、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎと同様に、再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍ内の各種機器の動作を制御している。具体的には、再加熱機制御部９０ａ１、・・・、９０ａｍは、再加熱機９ａ１、・・・９ａｍに流入する湯が、再加熱機９ａ１、・・・、９ａｍから送り出されるときに所定温度（例えば、５９℃）となっているように、圧縮機（図示せず）の回転数および膨張弁（図示せず）の開度を制御している。

そして、以上のように、リモコン１００と、給湯機制御部５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎと、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂと、再加熱機制御部９０ａ１、・・・、９０ａｍとが伝送線を介して接続されることによってヒートポンプ給湯システム１全体の制御が行われ、常時、供給先に湯を供給できるようになっている。

＜本実施形態に係るヒートポンプ給湯システム１の特徴＞
（１）
開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量未満になった場合に、仮に最大容量で給湯ポンプ３１の運転を開始すると、水熱交換器３２において冷媒と熱交換される水が開放型タンク７ａ、７ｂ内に貯湯される湯として要求される温度（具体的には、４５℃）に達していないにも関わらず、受水槽６から給水される給水量が増えるため、４５℃未満の水が開放型タンク７ａ、７ｂへと供給されることが想定される。

また、特に、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ全てを運転して開放型タンク７ａ、７ｂへの給湯を行うと、短時間で開放型タンク７ａ、７ｂの必要供給量に達すると考えられるため、４５℃未満の水が開放型タンク７ａ、７ｂへと供給される傾向が強まってしまうことが想定される。

そこで、本実施形態に係るヒートポンプ給湯システム１では、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量が目標残湯量未満になった場合には、まず、低容量で給湯ポンプ３１を運転し、その後圧縮機４１を起動して、圧縮機４１の回転数を上げていく。

ここでは、まず、給水配管１０を介して受水槽から給水される水の量および速度を低いところから始めている。これにより、まだ十分に加熱されていない低温の水が大量に開放型タンク７ａ、７ｂ内へ流れることを抑制している。そして、その後に圧縮機４１を起動し、圧縮機４１の回転数を上げることで、より早く冷媒（具体的には、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂを流れる冷媒）の温度を高温にしている。

そして、圧縮機４１の回転数を上げた後、給湯温度が所定範囲に入っている場合は、給湯ポンプ３１の回転数を上げていく。

ここでは、開放型タンク７ａ、７ｂ内に貯湯する湯として要求される温度以上になった場合に給湯ポンプ３１の回転数を上げて給湯量を増やしている。よって、開放型タンク７ａ、７ｂ内の湯が、低温の水が供給されることにより下がることを防止することが可能になる。

したがって、以上のように、圧縮機４１および給湯ポンプ３１の立ち上げ制御を行うことで、低温の水が大量に給湯機群２から開放型タンク７ａ、７ｂへ供給されることを抑制することができるようになっている。

（２）
また、本実施形態では、開放型タンクユニット制御部５０ａ、５０ｂは、各給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの１時間当たりの供給可能な給湯量と、開放型タンク７ａ、７ｂ内の残湯量とに基づいて、運転すべき給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの台数を決定している。

これにより、必要十分な給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎのみを稼働させることができるので、省エネルギー対策に貢献する。

また、（１）に記載したように、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ全てを運転することにより給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給湯量が短時間で開放型タンクの必要供給量に達するといったような問題も、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの運転台数を制御することで改善されることが期待できる。

また、複数の給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ全てを運転することにより給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給湯量が短時間で開放型タンク７ａ、７ｂの必要供給量に達すると、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの発停回数が増え、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの寿命に影響を与えることが想定される。

そこで、上述のように、開放型タンク７ａ、７ｂの必要供給量に基づいて、必要十分な給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの運転台数を算出することで、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの発停回数を抑えることができ、製品寿命が短くなることを防止している。

＜本実施形態に係るヒートポンプ給湯システム１の変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、給湯機２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎの給湯温度が所定範囲に入れば、給湯ポンプ３１のポンプ容量を上げると説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。

例えば、圧縮機４１の起動後の経過時間、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂを流れる冷媒の温度および圧縮機４１の吐出側の冷媒の圧力のうちいずれか一つが所定範囲に入れば、給湯ポンプ３１のポンプ容量を上げる、といった構成としてもよい。

水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂを流れる冷媒の温度が所定範囲に入ることを給湯ポンプ３１のポンプ容量を上げる条件とする場合は、図７に示すように、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂの入口側に入口温度センサ３６を設ける構成とし、この入口温度センサ３６によって冷媒配管３２ｂを流れる冷媒の温度を検出してもよい。また、水熱交換器３２の冷媒配管３２ｂの出口側に出口温度センサを設け、この出口温度センサにより検出される冷媒の温度に基づいて給湯ポンプ３１のポンプ容量を上げる構成としてもよい。

また、圧縮機４１の吐出側の冷媒の圧力が所定範囲に入ることを給湯ポンプ３１のポンプ容量を上げる条件とする場合は、例えば、圧縮機４１の吐出側に冷媒圧力センサ４８を設ける構成とし、この冷媒圧力センサ４８によって圧縮機４１の吐出側の冷媒圧力を検出してもよい。

ここで、所定範囲とは、圧縮機４１の起動後の経過時間、冷媒温度および冷媒圧力の場合は、給湯温度が４５℃〜７０℃（望ましくは、６５℃〜７０℃）になっていると考えられる範囲を意味する。例えば、圧縮機４１の起動後の経過時間が３分であれば、給湯温度が４５℃〜７０℃になっていると考えられる。

（Ｂ）
上記実施形態では、ヒートポンプ給湯システム１は、再加熱機群９を備えている構成としているが、本発明はこれに限られるものではなく、再加熱機群９を備えていない構成としてもよい。この場合、開放型タンク７ａ、７ｂから送り出される湯が再度開放型タンク７ａ、７ｂ内に戻る回路を設けて、開放型タンク７ａ、７ｂ内に位置する保温用ヒータ７２によって開放型タンク７ａ、７ｂ内の湯が所定温度で維持されるような構成としてもよい。

本発明では、ヒートポンプ給湯システムにおいて、低温の水が大量に開放型タンクへと流れることを抑制することができるので、有用である。

１ ヒートポンプ給湯システム
２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ 給湯機
５ａ１、５ａ２、・・・、５ａｎ 給湯機制御部（第１制御部）
７ａ、７ｂ 開放型タンク
１１ 第１給湯配管（給湯配管）
３１ 給湯ポンプ
４０ 冷媒循環経路（ヒートポンプサイクル）
４１ 圧縮機
５０ａ、５０ｂ 開放型タンクユニット制御部（第２制御部）
７３ 水圧センサ（残湯量検出手段）
７４ フロートスイッチ（残湯量検出手段）

特開２００８−９６０６４号公報

Claims (3)

1. 貯湯可能な開放型タンク（７ａ，７ｂ）と、
   水の供給を受け、前記水を加熱して前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）に給湯を行う複数の給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）と、
   複数の前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）と前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）とを結ぶ給湯配管（１１）と、
   を備え、
   前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）は、
   圧縮機（４１）を含み、その内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（４０）と、
   前記ヒートポンプサイクル（４０）によって加熱された水を前記給湯配管（１１）を介して前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）に送る給湯ポンプ（３１）と、
   前記給湯ポンプ（３１）に低容量で運転を開始させた後、前記圧縮機（４１）を起動し、所定条件を満たした場合に前記給湯ポンプ（３１）の容量を上げる第１制御部（５ａ１，５ａ２，・・・，５ａｎ）と、
   を有し、
   前記所定条件は、前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）の給湯の温度、前記圧縮機（４１）の起動後の経過時間、前記冷媒の温度および前記冷媒の圧力のうち少なくとも１つが所定範囲に入ることである、
   ヒートポンプ給湯システム（１）。
2. 前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）内の残湯量を検出する残湯量検出手段（７３，７４）と、
   前記第１制御部（５ａ１，５ａ２，・・・，５ａｎ）と制御信号の送受信を行う第２制御部（５０ａ，５０ｂ）と、
   をさらに備え、
   前記第２制御部（５０ａ，５０ｂ）は、前記残湯量検出手段（７３，７４）が検出した前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）内の残湯量に基づいて、複数の前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）のうち運転すべき前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）の台数を決定する、
   請求項１に記載のヒートポンプ給湯システム（１）。
3. 前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）内の残湯量を検出する残湯量検出手段（７３，７４）と、
   前記第１制御部（５ａ１，５ａ２，・・・，５ａｎ）と制御信号の送受信を行う第２制御部（５０ａ，５０ｂ）と、
   をさらに備え、
   前記第１制御部（５ａ１，５ａ２，・・・，５ａｎ）は、前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）に供給される水の温度と、外気温度とから前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）の運転負荷を算出し、
   前記第２制御部（５０ａ，５０ｂ）は、前記残湯量検出手段（７３，７４）が検出した前記開放型タンク（７ａ，７ｂ）内の残湯量および前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）の運転負荷に基づいて、複数の前記給湯機（２ａ１，２ａ２，・・・，２ａｎ）のうち運転すべき前記給湯機（２ａ１、２ａ２、・・・、２ａｎ）の台数を決定する、
   請求項１に記載のヒートポンプ給湯システム（１）。

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