(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水される水を温水にする一次熱源機と、
前記一次熱源機から供給される前記温水を貯える開放型の一次貯湯タンクと、
前記一次貯湯タンクから供給される前記温水を貯え、前記温水を給湯負荷に供給する二次貯湯タンクと、
前記二次貯湯タンクに連結され、前記二次貯湯タンクから供給される前記温水を前記二次貯湯タンクに戻して循環させる循環路と、
前記二次貯湯タンク内の前記温水が所定温度以下となった時に、前記循環路に供給される前記温水を加熱して、前記二次貯湯タンク内の前記温水を保温する二次熱源機と、
を有し、
前記一次熱源機は、昇温の温度差が大きいほど高い成績係数が得られるタイプのヒートポンプ給湯機である給湯システムの運転方法であって、
前記一次熱源機では、給水される常温の水を、前記二次貯湯タンク内の温水の温度よりも高い６５℃〜７５℃の温水に加熱して前記一次貯湯タンクに貯湯する貯湯運転が実施され、前記貯湯運転よりも昇温の温度差が小さい保温運転は実施されないことを特徴とする給湯システムの運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯システムの運転方法において、
前記一次貯湯タンクの温水を前記二次貯湯タンクに供給することで、前記二次貯湯タンク内の前記温水を昇温させることを特徴とする給湯システムの運転方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の給湯システムの運転方法において、
前記貯湯運転により、前記二次貯湯タンクの容量よりも大きい容量の前記一次貯湯タンクに貯湯することを特徴とする給湯システムの運転方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の給湯システムの運転方法において、
前記二次貯湯タンクは、密閉型貯湯タンクであり、
前記一次貯湯タンクの温水は前記二次貯湯タンクの底部側に供給され、前記二次貯湯タンクの温水は前記二次貯湯タンクの頂部側から前記給湯負荷に供給され、
前記二次熱源機は、前記二次貯湯タンクの底部側に連結された入り口と、前記二次貯湯タンクの頂部側に連結された出口とを有する前記循環路を流れる温水を保温することを特徴とする給湯システムの運転方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給湯システムの運転方法において、
前記一次熱源機として、前記一次貯湯タンクに対して並列に接続される複数のヒートポンプ給湯機を用いることを特徴とする給湯システムの運転方法。
【請求項６】
一次給湯サブシステムを、二次給湯サブシステムとして用いられる既存システムに追加して、給湯システムを再構築する方法において、
給水される水を温水にする一次熱源機と、前記一次熱源機から供給される前記温水を貯える開放型の一次貯湯タンクと、前記一次貯湯タンク内の前記温水を供給する一次ポンプと、を含む前記一次給湯サブシステムを増設し、
前記既存システムである前記二次給湯サブシステムは、
前記二次給湯サブシステムは、
二次貯湯タンクと、
給湯負荷に供給される温水を貯湯する二次貯湯タンクと、
前記二次貯湯タンクに連結され、前記二次貯湯タンクから供給される前記温水を前記二次貯湯タンクに戻して循環させる循環路と、
前記循環路に設けられた二次ポンプと、
前記二次貯湯タンク内の前記温水が所定温度以下となった時に、前記循環路に供給される前記温水を加熱して、前記二次貯湯タンク内の前記温水を保温する二次熱源機と、
を有し、
前記二次貯湯タンクは、前記一次貯湯タンクから供給される前記温水を貯えるように、前記一次貯湯タンクと接続され、
前記一次貯湯タンクの容量は、既存の前記二次貯湯タンクの容量よりも大きく設定され、
前記一次熱源機は、昇温の温度差が大きいほど高い成績係数が得られるタイプのヒートポンプ給湯機であり、給水される常温の水を、前記二次貯湯タンク内の温水の温度よりも高い６５℃〜７５℃の温水に加熱する貯湯運転が実施され、前記貯湯運転よりも昇温の温度差が小さい保温運転は実施されないように設定されることを特徴とする給湯システムの再構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯機を用いた給湯システムの運転方法及び給湯システムの再構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯システム１００は、図６に示すように、給水配管１１０と、貯湯タンク１２０と、循環路１３０と、熱源機１４０とを有する。貯湯タンク１２０には、給水配管１１０からの水が供給され、熱源機１４０は循環路１３０を通る温水を加熱することによって貯湯タンク１２０に熱を供給する。貯湯タンク１２０は、密閉型貯湯タンクであり、定常状態では温水で満たされている。図示しない給湯ポンプにより貯湯タンク１２０内の温水が給湯負荷に排出されると、排出された温水の量と同じ量の水が給水配管１１０を介して貯湯タンク１２０に供給される。それにより貯湯タンク１２０内の温水の温度が設定値を下回ると、循環ポンプＰにより貯湯タンク１２０内の温水が循環路１３０に供給され、熱源機１４０で加熱されて貯湯タンク１２０に戻される。
【０００３】
熱源機１４０は例えば２台の重油式ボイラー１４０Ａ，１４０Ｂが貯湯タンク１２０に対して並列に配置される。２台の重油式ボイラー１４０Ａ，１４０Ｂの各々は、図６に示す熱交換器１４１Ａ，１４１Ｂにおいて、循環路１３０に供給される温水と重油によって加熱された熱水との間で熱交換する。例えば一方の重油式ボイラー１４０Ａを点検またはメインテナンスで停止する間は、他方の重油式ボイラー１４０Ｂに切り換えられる。
【０００４】
特許文献１，２には、熱源機１４０としてヒートポンプ給湯機を用いることが開示されている。特許文献１の図１では、密閉型タンク３（本願の図６の貯湯タンク１２０に相当）には循環路（符号なし）が連結され、循環路に対して４台のヒートポンプ給湯機２（本願の図６の熱源機１４０に相当）が並列に設けられている。なお、特許文献１の図１では、密閉型タンク３（本願の図６の貯湯タンク１２０に相当）の下流段に開放型タンク５が増設され、開放型タンク５から給湯負荷に温水が給湯されている。
【０００５】
一方、特許文献２では、本願の図６の密閉型貯湯タンク１２０に代えて、特許文献２の図１に示すように大気開放型貯湯タンク２（特許文献２の００１０参照）が設けられている。また、本願の図６の給水配管１１０に代えて、特許文献２の図１では、熱源機１００からの配管が貯湯タンク２に連結されている。特許文献２の開放型タンク２には循環路（符号なし）が連結され、循環路にはヒートポンプ給湯機を有する加熱ユニット３（本願の図６の熱源機１４０に相当）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２０５６９８号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願の図６、特許文献１，２の図１に示す給湯システムのいずれにおいても、本願の図６に示す熱源機１４０（特許文献１では４台のヒートポンプ給湯機２、特許文献２では加熱ユニット３に相当）は、図６に示す貯湯タンク１２０（特許文献１では密閉型タンク３、特許文献２では開放型タンク２に相当）内の温水を常に６０℃〜６５℃以上に保温して、レジネオラ菌等の雑菌の増殖・繁殖を抑えるために設けられている（特許文献１の００２７、特許文献２の０００４、００２８−００２９参照）。
【０００８】
ここで、温水を大量に消費するホテルやスポーツジムなどの施設に設置される給湯システムでは、図６に示す貯湯タンク１２０（特許文献１では開放型タンク５、特許文献２では開放型タンク２）を大容量にする必要がある。
【０００９】
しかし、本願の図６に示す熱源機１４０（特許文献２では加熱ユニット３に相当）による保温運転により、大容量の貯湯タンク１３０（特許文献２では開放型タンク２に相当）の温水を保温するのは、大容量となるほど貯湯タンクからの放熱量が多いため非効率である。一方、特許文献１では密閉型タンク３の容量は大きくしなくて済むので４台のヒートポンプ給湯機２の非効率の課題はないが、大容量の開放型タンク５の下流にも再加熱装置１１を配置する必要がある。つまり、特許文献２では、大容量の開放型タンク５の上流では４台のヒートポンプ給湯機２と密閉型タンク３とを用いて保温し、大容量の開放型タンク５の下流では再加熱装置１１により保温しなければならない。
【００１０】
本発明の一態様は、貯湯タンクへの給湯と保温とをそれぞれ効率的に行うことができる給湯システムの運転方法を提供することを目的とする。
本発明の他の態様は、既存設備に追加することで、貯湯タンクへの給湯と保温とを効率的に行うことができる給湯システムを実現できる、給湯システムの再構築方法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】
【００１１】
（１）本発明の一態様は、
給水される水を温水にする一次熱源機と、
前記一次熱源機から供給される前記温水を貯える開放型の一次貯湯タンクと、
前記一次貯湯タンクから供給される前記温水を貯え、前記温水を給湯負荷に供給する二次貯湯タンクと、
前記二次貯湯タンクに連結され、前記二次貯湯タンクから供給される前記温水を前記二次貯湯タンクに戻して循環させる循環路と、
前記循環路に供給される前記温水を加熱して、前記二次貯湯タンク内の前記温水を保温する二次熱源機と、
を有し、
前記一次熱源機は、昇温の温度差が大きいほど高い成績係数が得られるタイプのヒートポンプ給湯機であり、
前記一次貯湯タンクの温水の温度は、前記二次貯湯タンクの温水の温度よりも高い給湯システムに関する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、貯湯負荷側への給湯の要不要に無関係に、一次熱源機の給湯運転（貯湯運転）により加熱された温水を比較的容量の大きな一次貯湯タンクに給湯する一方で、給湯負荷に給湯する比較的容量の小さい二次貯湯タンク内の温水を、二次熱源機が必要な時のみ保温運転することによって保温することができる。しかも、一次熱源機が例えばＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機であると、ヒートポンプ給湯機により熱交換される前の給水温度と熱交換後の温水温度との差が大きいほど、成績係数（COP：Coefficient Of Performance）は、例外的に大きくなる。よって、一次貯湯タンクへの貯湯（給湯）を効率差的に行うことができる。
【００１３】
（２）本発明の一態様では、前記一次貯湯タンクの温水の温度は、前記二次貯湯タンクの温水の温度よりも高くすることができる。こうすると、一次貯湯タンクからの高温水の供給による「差し湯」で、二次貯湯タンクを昇温させることができる。それにより、二次貯湯タンクの保温運転によるエネルギーロスを低減できる。
【００１４】
（３）本発明の一態様では、前記一次貯湯タンクの容量は、前記二次貯湯タンクの容量よりも大きくすることができる。こうすると、一次熱源機は、低温の供給水に熱量を与えて設定温度例えば６５℃に昇温させ続ける貯湯運転（給湯運転）を、例えば電気料金が安価な深夜の時間帯を利用して行うことができる。一次熱源機の貯湯運転（給湯運転）は、二次熱源機の保温運転と比較して、大温度差運転となる。一次熱源機は、大温度差運転では成績係数が高いので、効率よく貯湯することができる。
【００１５】
（４）本発明の一態様では、前記二次貯湯タンクは、密閉型貯湯タンクとすることができる。密閉型貯湯タンクは、タンク内の水が冷める時、底部から頂部にかけて温度分布が生ずる。再加熱時には底部側の冷たい水を頂部側に戻すという循環路を設ければ効率的に保温することができる。
【００１６】
（５）本発明の一態様では、前記一次熱源機は、前記一次貯湯タンクに対して並列に接続される複数のヒートポンプ給湯機を含むことができる。こうすると、一次貯湯タンクの容量や、ヒートポンプ給湯機の定格等に応じて、ヒートポンプ給湯機の並列台数を決定して、一次貯湯タンクの容量に給湯能力を担保することができる。
【００１７】
（６）本発明の他の態様は、上述した（１）〜（５）のいずれかに記載の給湯システムに用いられる給湯サブシステムであって、給水される水を温水にする一次熱源機と、前記一次熱源機から供給される前記温水を貯える開放型の一次貯湯タンクと、を有する給湯サブシステムに関する。
【００１８】
既存設備を二次給湯システムとしての二次貯湯タンク、循環路及び二次熱源機として利用し、この既存設備に本発明の他の態様に係る給湯サブシステムを一次給湯サブシステムとして連結して、本発明の一態様に係る給湯システム被構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る給湯システム及び給湯サブシステムを示す図である。
【図２】大気開放型の一次貯湯タンクを示す図である。
【図３】密閉型の二次貯湯タンクを示す図である。
【図４】図４（Ａ）は一次給湯サブシステムで保温運転を実施する比較例を示し、図４（Ｂ）は一次給湯サブシステムで貯湯（給湯）運転を実施する実施例を示す図である。
【図５】ヒートポンプのＰ−ｈ線図である。
【図６】既存設備（二次貯湯タンク、循環路及び二次熱源機）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２１】
１．給湯システム
本実施形態に係る給湯システム１は、図１に示すように、一次給湯サブシステム２と二次給湯サブシステム３とを有する。一次給湯サブシステム２には、一次熱源機１０及び一次貯湯タンク２０が配置される。二次給湯サブシステム３には、二次貯湯タンク３０と、循環路４０と、二次熱源機５０とが配置される。
【００２２】
一次熱源機１０は、給水配管４から給水される水を、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機によって温水にする。一次貯湯タンク２０は、一次熱源機１０から供給される温水を貯える開放型貯湯タンクである。二次貯湯タンク３０は、一次貯湯タンク２０から供給される温水を貯え、この温水を給湯負荷５に供給する。循環路４０は、二次貯湯タンク３０に連結され、二次貯湯タンク３０から供給される温水を二次貯湯タンク３０に戻して循環させる。二次熱源機５０は、二次貯湯タンク３０から循環路４０に供給される温水を加熱して、二次貯湯タンク３０内の温水を保温する。
【００２３】
ここで、一次熱源機１０は、一台または複数台のヒートポンプ給湯機１２により構成される。本実施形態では、例えば３台のヒートポンプ給湯機１２を一次貯湯タンク２０に対して並列に設けている。各ヒートポンプ給湯機１２では、冷媒であるＣＯ２ガスが空気中の熱を吸収し、冷媒を圧縮することで冷媒が更に高温度とされる。給水された水と冷媒との間で熱交換が行われる。つまり、給水された水（常温）は、冷媒の熱が伝えられて、設定温度例えば６５℃〜７５℃の温水にされる。冷媒は、循環されることで繰り返し熱交換に用いられる。
【００２４】
一次貯湯タンク２０は、一次熱源機１０から供給される温水を貯える通常の貯湯状態において、図２に示すように、温水の上面よりも高い位置例えば断熱壁２２の天壁２２Ａに、大気に通じる開口２４を有する大気開放型にて構成される。
【００２５】
この一次貯湯タンク２０に給湯する一次熱源機１０は、貯湯運転または給湯運転と称される運転が実施される。貯湯運転（給湯運転）とは、常温例えば１７℃の供給水を一次熱源機１０により例えば６５℃に加熱し、その温水を一次貯湯タンク２０に給湯して貯湯させるものである。
【００２６】
一次貯湯タンク２０は、水位を変化させられる貯湯槽であり、満水位になるまで一次熱源機１０の貯湯運転により供給された湯を貯めておくことができる。一次貯湯タンク２０は、充分な貯湯容量を有するか、または消費される湯が多い場合においては、一次熱源機１０からすれば、比較的低温の供給水に熱量を与えて設定温度例えば６５℃に昇温させ続ける運転をすればよく、このような運転状況が貯湯運転（給湯運転）と呼ばれる。貯湯運転（給湯運転）は、保温運転と比較して、大温度差運転となるので、一次熱源機１０を、例えばＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機１２で構成することにより、後述するように成績係数（COP：Coefficient Of Performance）は例外的に高くなる。
【００２７】
二次貯湯タンク３０は、一次貯湯タンク２０から供給される温水を貯湯し、かつ、温水温度が低下した場合には循環路４０及び二次熱源機５０により保温するものである。よって、保温機能が付加される限りにおいて、二次貯湯タンク３０は大気開放型でも密閉型でも構わない。本実施形態では、図３に示すように二次貯湯タンク３０を密閉型貯湯タンクとしている。密閉型の二次貯湯タンク３０は、定常状態では例えば平均６０℃の温水で満たされている。
【００２８】
二次熱源機５０は、貯湯運転（給湯運転）される一次熱源機１０とは異なり、保温運転される。ここで、一般に貯湯タンクに蓄えられる湯は、タンク壁が断熱されていても自然放熱される。よって、貯湯タンクに蓄えられる湯は、タンクの底部から頂部にかけて温度分布があり、底部側は低い温度に、頂部側は高い温度になる。保温運転とは、二次貯湯タンク３０の底部側の例えば６０℃の温水を、循環路４０に引き込み、二次熱源機５０により例えば７０℃に昇温して、二次貯湯タンク３０の頂部側に戻す運転である。保温運転は小温度差運転となるが、常時実施する必要はなく、例えば二次貯湯タンク３０の底部側の温水の温度をセンサーで測定し、例えば６０℃まで降下した場合にのみ保温運転を実施すればよい。このように、必要な時だけ保温運転を実施させるために、一次貯湯タンク２０と二次貯湯タンク３０とを連結する配管には、加圧給水ポンプＰや弁Ｖを設けている。なお、弁Ｖの切り換えにより、二次貯湯タンク３０に給水配管４からの水を供給することができる。
【００２９】
例えば密閉型の二次貯湯タンク３０は、図３に示すように、満水の温水を蓄える断熱壁３２の底部側に一次貯湯タンク２０からの温水が供給される供給口３４Ａが設けられ、断熱壁３２の頂部側に給湯負荷５に温水を排出する排出口３４Ｂが設けられる。さらに、上述した保温運転を効率的に行うために、図３に示すように、循環路４０の入口４０Ａは、密閉型の二次貯湯タンク３０の底部側に連結され、循環路４０の出口４０Ｂは二次貯湯タンク３０の頂部側に連結される。
【００３０】
二次熱源機５０の方式は特に制限はなく、本実施形態では例えば２台の重油式ボイラー５０Ａ，５０Ｂが二次貯湯タンク３０に対して並列に配置される。２台の重油式ボイラー５０Ａ，５０Ｂの各々は、図１に示す熱交換器５１Ａ，５１Ｂにおいて、循環路４０に供給される温水と重油によって加熱された熱水との間で熱交換する。例えば一方の重油式ボイラー５０Ａを点検またはメインテナンスで停止する間は、他方の重油式ボイラー５０Ｂに切り換えられる。
【００３１】
なお、図１に示す給湯システム１では、図６に示す既存設備１００としての貯湯タンク１２０、循環路１３０及び熱源機１４０を、図６に示す二次給湯サブシステム３（二次貯湯タンク３０、循環路４０及び二次熱源機５０）して利用しても良い。つまり、図６に示す既存設備に、一次熱源機１０と一次貯湯タンク２０とを含む給湯サブシステム２を追加して、給湯システム１を構築しても良い。このとき、図１に示す二次熱源機５０を構成する２台のボイラー５０Ａ，５０Ｂの一方を、ランニングコストの低いヒートポンプ給湯機に変更して、他方のボイラーの稼働率を下げてもかまわない。
【００３２】
２．給湯システムの動作
２．１．一次給湯サブシステムの存在意義
一次給湯サブシステム２の開放型の一次貯湯タンク２０は、水位を変化させられる貯湯槽であり、満水位になるまで一次熱源機１０が生成した例えば６５℃の湯を貯めておくことができる。ここで、一次給湯サブシステム２の開放型の一次貯湯タンク２０の温度は、二次給湯サブシステム３の二次貯湯タンク３０の温度よりも高くすることができる。こうすると、一次貯湯タンクからの高温水の供給による「差し湯」で、二次貯湯タンクを昇温させることができる。それにより、二次貯湯タンクの保温運転によるエネルギーロスを低減できる。
【００３３】
また、一次給湯サブシステム２の開放型の一次貯湯タンク２０の容量は、二次給湯サブシステム３の二次貯湯タンク３０の容量よりも大きくすることができる。それにより、一次熱源機は、低温の供給水に熱量を与えて設定温度例えば６５℃に昇温させ続ける貯湯運転（給湯運転）を、電気代が安価な深夜の時間帯を利用して行うことができる。
例えば一次貯湯タンク２０は、最大で一日に消費する湯量を蓄える容量とすることができ、設置スペースや耐荷重の制約の中で大きな容量を確保することが好ましい。本実施形態では、給湯システム１がホテルやスポーツジムなど多量に湯を消費する施設に配置されることを想定し、一次貯湯タンク２０の容量を例えば４ｔの湯を蓄えられるものとする。
【００３４】
一次貯湯タンク２０には、好ましくは深夜の電気代が安い時間に、ヒートポンプ式の一次熱源機１０から給湯する。深夜はお湯の消費が少ないので、急な熱需要は少ない点でも好ましい。ただし、一次熱源機１０の稼働時間は深夜以外であっても良い。
【００３５】
一次給湯サブシステム２の存在意義は、給湯負荷５への給湯の要不要に関係なく、一次熱源機１０が成績係数が高くなる高温度差運転である上述の給湯運転（貯湯運転）を続けること、より好ましくは電気代の安い深夜に実施し続けることにある。さらには、開放型の好ましくは大容量の一次貯湯タンク２０に温水を、「差し湯」として給湯できる点である。一次給湯サブシステム２の一次貯湯タンク２０は、給湯負荷５とは切り離され、かつ、タンク内の水位を可変できる開放型であり、一次熱源機１０は昇温の温度差が大きいほど高い成績係数が得られるタイプのヒートポンプ給湯機であるからである。
【００３６】
２．２．二次給湯サブシステムの存在意義
二次給湯サブシステム３の存在意義は、一次給湯サブシステム２では大容量の一次貯湯タンク２０を非効率に保温する必要をなくすことである。二次給湯サブシステム３では、給湯負荷５に給湯するに足る量の温水が一次貯湯タンク２０から二次貯湯タンク３０に蓄えられる。給湯負荷５への給湯が比較的に長い時間停止される等の必要な時にのみ、二次熱源機５０が作動して、比較的容量の小さな二次貯湯タンク３０の内の温水を効率的に保温することができる。
【００３７】
２．３．一次給給湯システムでの給湯運転と保温運転との比較
以下、給湯運転と保温運転とを定量データを用いて比較する。入水温度１７℃の供給水４．０ｔを６５℃に昇温して、給湯負荷に供給する場合を考える。図４（Ａ）は密閉型貯湯槽を利用し、ヒートポンプ給湯機の「保温運転」で行う比較例を示し、図４（Ｂ）は開放型貯湯槽を利用し、ヒートポンプ給湯機の「貯湯運転」で行う本実施形態の一次側給湯サブシステム２の実施例を示す。
【００３８】
ここで、図４（Ａ）に示す比較例の保温運転では、ヒートポンプ給湯機での昇温前後の温度差は約１０℃である。一方、図４（Ｂ）に示す実施例の貯湯運転では、ヒートポンプ給湯機での昇温前後の温度差は４８℃（＝６５℃−１７℃）である。
【００３９】
この２つの例について、必要な消費電力量を比較する。図４（Ａ）（Ｂ）に用いるＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機として、２つの運転モードをもつ、三菱重工業（株）のESA30-5の使用を想定した。三菱重工業（株）のESA30-5の加熱性能は、三菱重工業（株）のウェブサイトを引用すると以下の通りである。
（Ａ）保温運転
出力（加熱能力）：13.0[kW]
入力（消費電力）：8.5[kW]
成績係数COP：13.0[kW]÷8.5[kW]＝1.529
（Ｂ）貯湯運転
出力（加熱能力）：30.0[kW]
入力（消費電力）：6.98[kW]
成績係数COP：30.0[kW]÷6.98[kW]＝4.298
【００４０】
ここで、例えばＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機では、温度差の小さい保温運転よりも、温度差の大きい給湯運転（貯湯運転）の方が、成績係数ＣＯＰが高くなっている。これは、一般のヒートポンプとは異なっている。
【００４１】
一般にヒートポンプは、図５に示す蒸発工程Ａ、圧縮工程Ｂ、凝縮工程Ｃ及び膨張行程Ｄを繰り返す。ヒートポンプはこの一連のサイクルを行うことで低温部から高温部へ熱を運ぶ。低温部での温度をＴ１、高温部での温度をＴ２、蒸発工程Ａで作動媒体に吸収される熱量をＱ１、凝縮工程Ｃで作動媒体から放出される熱量をＱ２、圧縮工程Ｂでの圧縮機からの入力エネルギーをＷとすると、Ｑ２＝Ｑ１＋Ｗとなり、一般に、成績係数ＣＯＰは次式で求められる。
ＣＯＰ＝Ｑ２／Ｗ
＝Ｑ２／（Ｑ２−Ｑ１）
＝Ｔ２／（Ｔ２−Ｔ１）…（１）
【００４２】
この（１）式からは、高温部と低温部との温度差（Ｔ２−Ｔ１）が小さいほど成績係数がよいことが分かる。つまり、一般には温度差が大きいと効率がよくないので、ヒートポンプは温度差の大きい用途には適しないとされていた。
【００４３】
しかし、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機１２には（１）式は適用されず、上述の通り、温度差（Ｔ２−Ｔ１）が大きい方が成績係数ＣＯＰは高い。
【００４４】
入水温度17.0[℃]の供給水4.00[t]を65.0[℃]に昇温するのに必要な熱量は次の通りである。
4.00[t]×1000[l/t]×（65.0[℃]−17.0[℃]）＝192000[kcal]…（２）
【００４５】
式（２）に示す熱量供給を、図４（Ａ）に示す密閉型貯湯槽を利用してヒートポンプ給湯機の「保温運転」で行う場合には、保温運転では成績係数COP：1.529であるから、必要な消費電力量は、1.000[cal]=4.18605[J]及び1.000[Wh]=3600[J]であることを考慮すると、
192000[kcal]÷1.529×4.18605[kJ/kcal]÷3600[kJ/kWh]＝146.0[kWh]…（３）
となる。
【００４６】
式（２）に示す熱量供給を、図４（Ｂ）に示す開放型貯湯槽を利用したヒートポンプ給湯機の「貯湯運転」で行う場合、貯湯運転では、成績係数COP：4.298であるから、必要な消費電力量は、
192000[kcal]÷4.298×4.18605[kJ/kcal]÷3600[kJ/kWh]＝51.94[kWh]…（４）
となる。
【００４７】
式（３）（４）の比較から明らかなように、式（２）に示す同じ熱量供給のために必要な消費電力量が、貯湯運転時では51.94[kWh]と少ないのに対して、比較例の保温運転では146.0[kWh]と多くなる。よって、本実施形態の給湯サブシステム２を用いることにより、消費電力を低減できることが分かる。
【００４８】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１  給湯システム、２  一次給湯サブシステム、３  二次給湯サブシステム、１０  一次熱源機、１２  ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ給湯機、２０  一次貯湯タンク（開放型）、３０  二次貯湯タンク、４０  循環路、５０  二次熱源機
【図１】
0006618748.tif 000002
【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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