JPS63105354A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はヒートポンプによる住宅用給湯システム、中で
も特に集合住宅用給湯システムに関するものである。

従来の技術 住宅の給湯加熱に電力を用いることは、燃焼による加熱
のごと（産気を発生しないので、クリーンであり、また
焔が無（、ガス漏れ等の虞れが無く安全であり望ましい
。しかし電力による瞬間加熱式の機器では燃料価格が高
価であるだけでなく、１住戸当たりの配電容量が′大き
（なり、それらが集合すると、地域の電力供給のインフ
ラストラフチャーに対し大きな負担を与え、事実上実現
不可能である。そこで従来の電力による給湯機では、安
価な深夜電力によって朝までに電気ヒータを用いて８５
℃程度まで沸き上げた湯を貯湯し、当日深夜までの給湯
を賄う深夜電力温水機が一般に普及している。

実際の住宅で使用する湯量は、季節によって大きく変化
するだけでな（、同一季節中であっても日毎に大巾に変
動し、その需要の最大に合わせて貯湯槽を持てば、大部
分の日は過大な貯湯を残し、いたずらに放熱損失が大き
くなる。

電気ヒータ加熱に要する電力の（１／成績係数）の電力
量で加熱できるヒートポンプによる給湯機が知られてい
る。この場合は電力消費が小さいので住戸当たりの配電
容量は小さく、瞬間加熱方式も可能であるが、設備価格
が高い上に、機器自身の熱容量が大きくその加熱に無効
エネルギーが消費されるので、実用には小型の機器を連
続的に運転する貯湯式が用いられている。現状ではヒー
トポンプによる沸き上げ温度が６０℃と低いので、電気
ヒータ式より貯湯槽は大ぎくしなければならない。

従来技術では、ヒートポンプによる給湯機は省器、貯湯
槽共に価格が高く、また設置面積が大きく、広く受は入
れられる状態ではない。

既に述べたように各住戸における日々の給湯使用量は大
巾に変動するが、複数戸では、その数が多い程平均化さ
れ、また使用時刻も各住戸相互にずれて、１住戸当たり
に換算した時間当たり平均必要給湯量は小さくなる。こ
れに関しては、建築設備の分野では同時使用率（１の概
念で一般に知られていることである。この考えによる給
湯システムは住棟セントラル式と呼ばれているもので、
１住戸当たりに換算して、比較的容量の小さい熱源を設
置して、各住戸へは６０℃位の湯が供給される。本シス
テムでは各住戸は必要な湯量を自由に使用できるが、各
住戸において湯栓を開いた時、直ちに湯を出すために住
棟内に２４時間温水を循環させる必要があり、このため
のポンプ動力と、循環の為の配管表面からの熱損失が太
き（経済的ではない。

発明が解決しようとする問題点 先に述べたように電力による給湯はクリーンで安全性が
高く、特に高層建物の集合住宅の給湯システムに非常に
適しているが、電気ヒータによる深夜電力温水機を各住
戸に設けるものでは、各住戸当たりの配電容量が相当大
きい上に、各住戸の１日当たり給湯使用量に限界があり
、今後増加すると考えられている住宅における給湯需要
に対応することが難しいという問題がある。

上記配電容量を減じ、省エネルギーを実現するヒートポ
ンプと貯湯槽を各住戸に設置するものでは、給湯使用量
に限度があり、また現状では電気ヒータ式より貯湯温度
が低く、前者よりさらに大きな貯湯槽が必要で、設備費
、設置面積の両面で経済性に問題がある。

各住戸に直接温水を供給する住棟セントラル給湯システ
ムでは、温水循環のための必要動力が大きく、また温水
配管表面からの放熱損失のためにエネルギー効率が低（
、燃料コストの点で問題がある。

問題点を解決するための手段 本発明は、さきに述べた各住戸にヒートポンプと貯湯槽
を設ける個別式と、住棟セントラル式の長所を兼ね備え
た、きわめて優れた新規な集合住宅用給湯システムであ
る。

複数戸に対して、熱源として蒸発器、圧縮機を含んだヒ
ートポンプユニットを１つ備え、各住戸には小容量の貯
湯槽を備え、各貯湯槽には凝縮器とそれによって加熱さ
れる給湯熱交換器を設け、前記ヒートポンプユニットに
各凝縮器を並列的にヒートポンプ作用媒体管路で接続し
たものである。

作用 本発明の給湯システムにおける、ヒートポンプによる給
湯加熱は、電気ヒータ式に比べ、配電容量を（１／成績
係数）まで小さクシ、省エネルギー性が高（、安価な燃
料費で運転される。複数戸に対して１つのヒートポンプ
ユニットを設置する本発明の給湯システムでは、住戸集
合における同時使用率が１よりはるかに小さいという原
理から、１住戸当たりに換算された機器能力は小さくで
もよく、結果として設備費が低減されるだけでな（、各
住戸に日毎に大巾に変動する給湯需要量に対し、限度な
（対応して供給できる。また、各住戸で湯栓を開いた場
合は、その住戸に貯湯槽が備えられているので、個別方
式と同様に直ちに出湯すると同時にその開栓と同時に熱
源のヒートポンプユニットが稼働状態になり、発生した
高圧作用媒体蒸気が管路によって貯湯槽の凝縮器に送り
込まれて、そこで凝縮液化し給湯熱交換器で半ば瞬間加
熱式に、貯湯槽に入って来る新しい市水を貯湯温度まで
加熱する。

実施例 まず、本発明の給湯システムの基本概念について説明す
る。前記給湯システムが１住戸に換算して、小さい貯湯
槽、ヒートポンプユニット容量でありながら、各住戸の
給湯需要に限度な（対応できる原理は、集合住宅におけ
る同時使用率１（の概念に基づくものである。この同時
使用率ｌ（の概念はすくなくとも数１０戸以上の集合住
宅において成立するものでるが、本発明の給湯システム
では５〜１０戸の集合であり、統計的ゆらぎが大きく、
短時間ではあるが同時使用率〜１の時間が発生する可能
性がある。この問題点を解決するために、各住戸に対す
る配湯量を制御する。

次に具体構成について、第１図とともに説明する。管路
９．６．７．８には作用媒体Ｒ１２が満たされ、圧縮機
１が運転状態にある時は、管路７の低圧Ｒ１２蒸気は、
圧縮機１によって圧縮され、高圧蒸気になって管路８に
吐出される。管路８内の高圧Ｒ１２蒸気は管路１４．２
４、閉塞栓１５．２８を通って凝縮器１６．２９内で凝
縮液化し、給湯熱交換器１９．３４を加熱する。すなわ
ち、ヒートポンプユニットから各住戸の貯湯槽縮器に流
れ、そこで凝縮液化して凝縮熱を発生し、それによって
給湯熱交換器を加熱する。

なお、１住戸当たりに換算するとヒートポンプユニット
の容量、貯湯槽は小さいが、凝縮器とそれによって加熱
される給湯熱交換器は瞬間加熱を可能にするため個別式
ヒートポンプ給湯機の凝縮器および給湯熱交換器の数倍
の容量を有する。

液化した作用媒体Ｒ１２は管路１０．２５を通って管路
９に入り、膨張弁３を通って低圧状態で蒸発熱交換器２
に入り、管路４から入って管路５に出て行く、熱源水か
ら熱を受けて蒸発して低圧蒸気になる。貯湯槽１８．３
１には貯湯温度、約６０℃の温水が貯えられている。湯
栓２１．３５を開（と管路１３．３６から市水が供給さ
れ、蓄熱槽１８．３１の低部に滞溜する。ポンプ１１．
２６を稼働すると、前記低部に滞溜する低温の水は蓄熱
槽１８．３１の低部出口１２．２７を通って給湯熱交換
器１９．３４に送られ、そこで瞬間的に貯湯温度まで加
熱され、蓄熱槽１８．３１の上端１７．３０から蓄熱槽
１８．３１に戻パる。

第２図に、第１図に示したシステムを運転制御する、ア
ルゴリズムの一例を示す。湯栓２１を開くと温水が放出
されるが、放出量に見合う市水が管路１３より供給され
る。市水は低温で密度が大きいので貯湯槽１８の低部に
滞溜し温度検知器２３の指示値は低（なる。複数筒の貯
湯槽の何れかの低位置の温度検知器の指示値が所定の温
度以下になると直ちに圧縮機ｌは稼働される。今それが
貯湯槽１８に相当するとすれば、圧縮機１が稼働し始め
るとポンプ１１が稼働され始め、貯湯槽１８の低部に滞
溜する低温の水を汲み上げて給湯熱交換器１９に送り、
瞬間加熱的に貯湯槽１８上（まで加熱し、貯湯槽１８上
部の入口１７に送り込む。先の項で説明したように本給
湯機では、各住戸の貯湯槽は小容量であるが、給湯熱交
換器は大きいので、湯栓２１からは、元来貯湯されてい
た温水と、瞬間加熱される温水が共に放出されるので、
日毎に稼働する給湯需要を充分溝たす事ができる。上記
の状態でさらに温度検知器３３の指示値が、温度検知器
２３０次に低い指示値になれば、閉塞栓２８を開栓し、
ポンプ２６を稼働する。上記のようにして、各貯湯槽の
低位置の温度指示通りの低い順に閉塞栓を開栓して行く
が、各凝縮器は並列に接続されているので、各住戸に配
分される加熱量はほぼ均等であり、開栓状態の住戸の数
か増加すると、１戸当たりの加熱量は減少し、各住戸の
給湯使用量に追い付けなくなる場合が生じる。この解決
のために、第２図に示す、アルゴリズムの■〜■とΦ〜
■の２ステツプが設けられている。

以下の説明を明確にするために、ヒートポンプユニット
、各戸貯湯槽、凝縮器およびそれによって加熱される給
湯熱交換器の能力、並列に接続それる住戸数、即ち貯湯
槽数を実施例の具体的数値すなわち、ヒートポンプユニ
ットの能力；　１５，０００Ｋｃａｌ／時、貯湯槽；２
００ｅ、凝縮器およびそれによって加熱される給湯熱交
換器：　１０，０００Ｋｃａｌ／時、並列住戸数；５軒
とする。

第２図に示すフロー図で制御のアルゴリズムは明らかで
あるが、なお説明を加えると、既に述べたように湯栓２
１が開栓されると貯湯槽１８の低位置の温度検知器２３
の指示値が所定の温度（本例では５５℃）以下になると
ヒートポンプユニットの圧縮機１、該当貯湯槽１８に付
属するポンプ１１、を運転し、閉塞栓１５を開き管路１
３から入って摩る市水を瞬間的に６０℃まで加熱して貯
湯槽１８上部の入口１７に送る。湯栓２１が閉じられる
と市水の供給が断たれるので、貯湯槽１８低部の低温水
は加熱されて上部入口に送られ、貯湯槽内高温部位置が
低下し低位置温度検知器２３の指示値が上昇し、所定の
値（本例では５８℃）になると圧縮機１、ポンプ１１を
停止し、閉塞栓１５を閉栓する。次に低位置温度検知器
２３の指示値が５８℃に達しない状態で第２の貯湯槽の
低位置温度検知器の指示値が５５℃以下になった場合は
、上と同様該当貯湯槽付属のポンプを運転し閉塞栓を開
栓する。この同時加熱状態にする貯湯槽の数は実際の住
宅で一度に放出される給湯量によって決まるが、本例で
はその数を３個にした時最も好都合であった。この制御
を第２図■ステップに示す。次に加熱を要求する貯湯槽
の数が３を越えた時は、全貯湯槽の中位置の温度検知器
の指示値をサーチして所定の温度（本例では５５℃）以
下の貯湯槽の加熱を優先し、先に加熱状態であった貯湯
槽のうち３個と優先貯湯槽数の差だけの貯湯槽は、低位
置温度検知器の指示値の低い順に加熱状態にする。これ
を■〜■ステップに示す。本発明のポイントの１つは、
中位置の温度検知器の指示値が５５℃以下の貯湯槽を優
先加熱することによって、各住戸の給湯使用量に追い付
き、全戸の要求を満足させることができる。

第３図と第４図に、ある集合住宅５戸の実給湯負荷に対
し、本発明によるマルチヒートポンプ給湯機を適用した
場合の各住戸の出湯温度について、数値実験した結果を
示す。第３図の結果は、第２図制御フローのステップ■
、■を適用した場合でＮｏ４．５の住戸の２２時から２
４時の間に激しい出湯温度低下が見られ、実用に問題が
ある。

但し、両住戸とも、１日の給湯使用量は７００ｆ！〜８
００ｅに達している。これに対し、第４図の結果は第２
図制御フローの、ステップ■〜■を適用した場合で、全
戸にわたり約４５℃以上の給湯が保証されていることが
°わかる。

発明の効果 本発明の給湯システムは、複数の住戸に共通のヒートポ
ンプを用い、さらに同時使用率（１の概念を利用してそ
の能力を小型化し、しかも１住戸の最大給湯量の１／４
程度の小さい貯湯槽を用いながら、新規な制御を加える
ことによって、全住戸の給湯要求量を限度なく賄うこと
ができるもので、経済性と利便性を同時に解決したもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の給湯システムのブロック構
成図、第２図は同システムにおける制御アルゴリズムの
フロー図、第３図および第４図は同システムの特性図で
ある。 １・・・圧縮機、２・・・蒸発熱交換器、１６．２９・
・・凝縮機、１９．３４・・・給湯熱交換器、１８．３
１・・・貯湯槽、２２．２３．３２．３３・・・温度検
知器、１５．２８・・・閉塞栓。 ０￥　１　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と、蒸発器と、並列接続した複数の凝縮器
   でヒートポンプサイクルを形成し、前記凝縮器は各住戸
   に配され、前記凝縮器と熱交換可能に各住戸に貯湯槽を
   設けたことを特徴とする給湯システム。
2. （２）各凝縮器に至る作用媒体各管路に閉塞栓を設け、
   各貯湯槽の槽内高さの中位置と低位置に温度検知器を備
   え、前記低位置の温度検知器の指示値が所定の値以下に
   なった貯湯槽に相当する閉塞栓が開栓し、前記低位置の
   温度検知器の指示値が所定の値以下になった前記貯湯槽
   の個数が最高加熱台数を越えたとき、中位置の前記温度
   検知器の指示値が所定の値以下の貯湯槽に相当する閉塞
   栓を優先して開栓し、最高加熱台数までの残数まで、前
   記低位置の温度検知器の指示値の低い順に対応する貯湯
   槽の閉塞栓を開栓するようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の給湯システム。