JP2002147846A - 貯湯式ヒートポンプ給湯機 - Google Patents
貯湯式ヒートポンプ給湯機Info
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Abstract
の耐久を向上させ、省電力運転で湯切れのない豊富な給
湯を提供することを目的とする。 【解決手段】 ヒートポンプ部Aを加熱手段として、こ
の加熱手段と熱交換することで貯湯タンク5の上方から
成層状態で貯湯していく貯湯タンク部Bと、外気温度検
出手段17あるいは給水温度検出手段18と、貯湯タン
ク部Bの沸き上げ温度を制御する運転制御部19とを備
え、運転制御部19は外気温度検出手段17あるいは給
水温度検出手段18の情報に基づいて沸き上げ設定温度
を変更するようにしている。
Description
手段とし水を沸かし、そのお湯をタンクに貯えて給湯を
行う貯湯式ヒートポンプ給湯機に関するものである。
機は図6に示すように、加熱手段を冷凍サイクルで構成
するヒートポンプ部Aとお湯を貯える貯湯タンク部Bか
ら構成される。
利用したもので、蒸発機4でファン9で送られる大気か
ら熱を奪って蒸発(吸熱)し、蒸発した冷媒は圧縮機1
に吸入され、圧縮機1、凝縮器2の管中に入り、凝縮器
2と熱交換関係を有する冷媒熱交換器2aに貯湯タンク
5下部の取水口15よりポンプ8で送られた水を流すこ
とで高温の冷媒と熱交換する。この熱交換により冷媒は
冷却され液化し膨張弁3の絞りによって圧力を下げ蒸発
器4に戻り、再び蒸発する。このように冷媒は圧縮機1
により凝縮器2、膨張弁3、蒸発機4を繰り返しながら
循環する。
5上部に戻され、上方から下方に向かって成層状態で貯
湯される。この高温水の温度は、沸き上げサーミスタ6
で検出し、所定の温度約75℃の目標値になるようにポ
ンプ8で流量をコントロールしながら沸き上げの温度を
一定にする。
ミスタ16の検出温度が所定の温度、例えば40℃に達
したら、貯湯タンク5全体の水が高温水に沸き上がった
と判定しヒートポンプ部Aの運転は停止する。
部Bを有し、それらは室外に設置されパイプにより室内
に送水されるシステムで構成されるものである。
断熱材17で覆われ保温される構成となっている。貯湯
された高温水は必要に応じて出湯口11よりお湯を取り
出し、炊事、入浴、洗顔、洗濯等に用いる。その出湯と
同時に水道と直結した貯湯タンク5下部の給水口10か
ら水が供給される。貯湯タンク5の表面には複数の残湯
サーミスタ12、13、14を取り付け、貯湯タンク5
の残湯量を監視する構成としている。
持費を安くするため深夜電力で運転することを特長とし
ている。
を加熱手段として用いる給湯機は、外気温度の影響で蒸
発機4の吸熱能力が変化し加熱能力が変化する。
加熱能力が高く、外気温度の低い冬場は加熱能力が低く
なる。反面、夏場の温度の高い状況下では、圧縮機1に
対する温度負荷が高くなるとともに単位時間当たりの仕
事量が増え、圧縮機1の吐出温度、吐出圧力が上がりや
すくなり、冷媒充填量のバラツキ等で圧力スイッチが作
動したり、異常加熱で加熱防止装置が作動し運転が停止
する可能性があった。このような現象は圧縮機1の運転
開始時や再起動時に起こりやすく、全くお湯を沸かさず
停止するので使用者の不満が大きいものとなっていた。
と冷媒の分解が起こり、冷媒回路の腐蝕や圧縮機の電動
機コイルの浸食の原因となり、耐久性を損なう大きな要
因となっている。
7で覆われ保温される構成となっているものの、外気温
度の低い冬場は、特に、配管途中や貯湯タンク5からの
放熱が若干あり、沸き上げサーミスタ6温度と貯湯タン
ク5残湯サーミスタ上12温度に差を生じ、残湯サーミ
スタ上12温度が沸き上げサーミスタ6に比べ温度約2
〜3℃低くなり貯湯熱量が全体的に約5%程度不足とな
りお湯ぎれを早くする原因となっていた。
で、外気温度によるヒートポンプに与える影響を有効的
に利用し、安価な維持費で豊富な給湯が行え、高耐久性
を有する貯湯式ヒートポンプ給湯機を提供することを目
的としたものである。
するために、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器よりなる
冷凍サイクルを有したヒートポンプ部と、貯湯槽の下方
に設けた取水口より水循環ポンプを介して取水し冷媒熱
交換器で熱交換した後、貯湯槽上方の受水口より温水を
落とし込み成層状態で貯湯する貯湯タンク部と、外気温
度を検出する外気温検出手段と、給水温度を検出する給
水温度検出手段と、運転制御部とを備え、前記運転制御
部は、予め設けた沸き上げ設定温度を前記外気温検出手
段あるいは給水温度検出手段の情報に基づいて外気温度
あるいは給水温度が高くなると沸き上げ設定温度を下げ
る方向に変更するようにしたものである。
外気温度あるいは給水温度に応じて変更するようにして
いるため、季節に応じて変化するお湯の使用実態に即し
た貯湯形態とヒートポンプの能力の有効利用をバランス
よく確保することができる。例えば、外気温度が標準値
より高い場合は通常設定値(75℃)より低く(65
℃)設定し、外気温度が標準値より低い場合は通常設定
値より高く設定し、外気温度変化に応じてリニアに沸き
上げ温度設定値を制御し、水の循環量をポンプで温度設
定値に合うよう調整することで、外気温度が高い夏場は
冷媒熱交換器を流れる水の流量が多くなり、圧縮機に対
する温度負荷が低くなるとともに、単位時間当たりの仕
事量が下り、圧縮機の吐出温度、吐出圧力を異常に上が
りにくくし、冷媒充填量のバラツキ等で圧力スイッチが
作動したり、異常加熱で加熱防止装置が作動し運転を停
止する可能性をなくすことができる。その結果、冷媒の
分解が起こりにくく、冷媒回路の腐蝕や圧縮機の電動機
コイルの浸食が起こらないため耐久性のあるヒートポン
プ部とすることができる。
夜間と比べ外気温度が10〜20℃上昇し、加熱能力は
500〜1000w高くなる。このヒートポンプ特有の
効果を用いることで、昼間電力を利用した場合でも効率
的な沸き上げ運転を実現することができ、かつ夏場の使
用実態に即して沸き上げ温度を下げることで沸き上げ時
間を非常に短くし、即湯性のある給湯を安価で豊富に提
供することができる。
吸熱能力が下がるため、吐出温度、吐出圧力が著しく上
がることはない、そのことで沸き上げ温度を容易に上げ
ることが可能となる。沸き上げ温度を上げることで貯湯
タンクに保有できる熱量が増大される。その結果、冬場
は深夜電力だけの運転で、使用量の少ない冬場の1日の
使用量を賄うことができる。
機、凝縮器、膨張弁、蒸発器よりなる冷凍サイクルを有
したヒートポンプ部と、貯湯槽の下方に設けた取水口よ
り水循環ポンプを介して取水し冷媒熱交換器で熱交換し
た後、貯湯槽上方の受水口より温水を落とし込み成層状
態で貯湯する貯湯タンク部と、外気温度を検出する外気
温検出手段と、給水温度を検出する給水温度検出手段
と、運転制御部とを備え、前記運転制御部は、予め設け
た沸き上げ設定温度を前記外気温検出手段あるいは給水
温度検出手段の情報に基づいて外気温度あるいは給水温
度が高くなると沸き上げ設定温度を下げる方向に変更す
るようにしたものである。
るいは給水温度に応じて変更するようにしているため、
季節に応じて変化するお湯の使用実態に即した貯湯形態
とヒートポンプの能力の有効利用をバランスよく確保す
ることができる。例えば、外気温度が標準値より高い場
合は通常設定値(75℃)より低く(65℃)設定し、
外気温度が標準値より低い場合は通常設定値より高く設
定し、外気温度変化に応じてリニアに沸き上げ温度設定
値を制御することで、外気温度が高い夏場は圧縮機に対
する温度負荷が低くなるとともに、単位時間当たりの仕
事量が下り、異常加熱で運転を停止するという不具合を
解消することができる。
昼間電力を利用した場合でも効率的な沸き上げ運転を実
現することができ、かつ夏場の使用実態に即して沸き上
げ温度を下げることで沸き上げ時間を非常に短くし、即
湯性のある給湯を安価で豊富に提供することができる。
御部は所定の外気温度範囲内あるいは給水温度範囲内で
沸き上げ設定温度の変更動作を行い、範囲外の時は予め
定めた上限値及び下限値に設定するようにしたものであ
る。
設定温度を変更することで、ヒートポンプの能力を有効
に利用するとともに、季節に応じたお湯の使用実態に即
した貯湯形態を確保することができる。
御部は深夜料金時間帯を基準に沸き上げ運転を開始し、
外気温度あるいは給水温度が所定温度以上になり、かつ
残湯温度が所定温度以下になったとき昼間料金時間帯で
も沸き上げ運転を開始するようにしたものである。
電力を利用し有効的に大気熱を回収し最も高い加熱能力
で沸き上げ運転を行うとともに、沸き上げ温度を下げる
ことで沸き上げ時間を非常に短く即湯性のある給湯がで
きる。
上方に設けた残湯サーミスタ上の温度指示値と、冷媒熱
交換器出口に設けた沸き上げ温度サーミスタの温度指示
値に温度差が生じた場合、その温度差分沸き上げ温度設
定値を上げて制御するようにしたものである。
生じた場合、沸き上げ設定温度を補正するようにしてい
るため、目標の貯湯熱量を確実に確保でき、湯切れの心
配を解消することができる。
き説明する。まず、図1を用いて本発明の実施例1の貯
湯式ヒートポンプ給湯機の構成を説明する。基本構成に
おいては従来例と同様であるため、同一番号を付与して
詳細な説明は省略する。
して、例えばR410Aを用いる。
され圧力を昇圧し、高温で高圧なガス状冷媒として凝縮
器2に送られ、この凝縮器2と熱交換関係を有する冷媒
熱交換器2aに貯湯タンク5下方からポンプ7で送られ
た冷水を流すことで凝縮器2の高温冷媒は放熱し冷却さ
れる。更に、膨張弁3で管路が絞られ、冷媒は圧力が下
がり低温となって液化し蒸発器4に送り込まれファン8
で発生した風の大気熱を吸熱し圧縮機1に戻される。こ
のサイクルを繰り返し連続的に行うため圧縮機4は電動
で駆動するものである。ちなみに、実施例1の圧縮機1
の入力は1100W相当を用いた。
冷水は冷媒熱交換器2aで凝縮器2の高温冷媒と熱交換
して高温水となる。この高温水の温度は冷媒熱交換器2
a出口の沸き上げサーミスタ6で検出し、所定の目標温
度になるようにポンプ8の流量をコントロールし温度調
節する。上記目標温度は運転制御部19で予め設定され
ているが、本実施例ではこの目標温度、すなわち沸き上
げ設定温度を外気温度検出手段17あるいは給水温度検
出手段18からの情報に基づいて変更するように構成し
ている。その一例として、図3に外気温度と沸き上げ設
定温度の関係を示すように、外気温度が高くなれば沸き
上げ設定温度を下げ、反対に、外気温度が低くなれば補
記上げ設定温度を上げる方向に変更するようにしてい
る。そして、この変更動作は所定の外気温度の範囲内で
行い、範囲を外れた場合は予め定めた一定の上限値及び
下限値で設定するようにしている。以上、外気温度につ
いて説明したが、外気温度の代わりに給水温度を用いて
も同様の効果を得ることができるものであり、給水温度
の方がより季節の変化に対応した情報を得ることがで
き、好ましい。
関係なく、固定した沸き上げ温度設定で冷媒R410A
特性に合わせて、例えば75℃に設定していた。
熱能力を示したグラフであるが、低温になるほど能力が
下がってくる。例えば、冬場と夏場で能力を比較する
と、約2倍違ってくる。さらに、夏場の夜間と日中でも
500〜1000W程度能力に差が生じることがある。
温度の高い状況下では、圧縮機に対する温度負荷が高く
なるとともに単位時間当たりの仕事量が増え、圧縮機の
吐出温度、吐出圧力が上がりやすくなり、冷媒充填量の
バラツキ等で圧力スイッチが作動したり、異常加熱で加
熱防止装置が作動し運転が停止する可能性があった。
と冷媒の分解が起こり、冷媒回路の腐蝕や圧縮機の電動
機コイルの浸食の原因となり、耐久性を短くする大きな
要因となっていた。
上げ温度設定値を例えば、外気温度が30℃より高い場
合は通常設定値75℃より低く65℃に設定し、外気温
度が0℃より低い場合は通常設定値75℃より高く85
℃設定し、外気温度0〜30℃の間を外気温度の変化に
応じてリニアに沸き上げ温度設定値を変化させ制御する
ようにしている。
定温度が低いため、沸き上げサーミスタ6の検出温度が
下がる。つまり、冷媒熱交換器2aを流れる冷水量が多
くなり、圧縮機1に対する温度負荷が小さくなるととも
に、一日当たりの運転時間も短くなる。これにより、圧
縮機1の吐出温度、吐出圧力を異常に上昇することはな
く、冷媒充填量のバラツキで圧力スイッチが作動した
り、異常加熱で加熱防止装置が作動し運転を停止すると
いう事態を回避できる。
深夜時間帯を基準に沸き上げ運転を開始するように設定
しているが、外気温度あるいは給水温度が所定温度以上
になった場合、つまり夏場でヒートポンプの加熱能力が
上昇している状態では時間帯に関係なく、貯湯タンク5
の残湯サーミスタ12、13、14より残湯なしの情報
が入力されたとき、昼間電力を利用して自動的に沸き上
げ運転を開始するようにしている。
電力を利用しこの有効的な外気温度の高い昼間の大気熱
を回収し高い加熱能力で沸き上げ運転を行うとともに、
沸き上げ設定温度を下げることで沸き上げ時間を非常に
短く、即湯性のある給湯を安価で豊富に提供する。
費を安くするため、格安の深夜電力を利用して沸き上
げ、その貯えられた高温のお湯を適当な温度になるよう
水道水で混合し使用するものであった。
比較をあるモデルでシュミレーションして一日の使用実
態をグラフにした。図4が本発明を用いた場合、図5が
従来方式のものである。モデルは370Lのタンクを用
い10℃の水を深夜電力で75℃に沸き上げ、そのお湯
を45℃にして用いるという設定である。
湯切れを起こして出湯が不可能となり、このモデルでは
実質150L不足する。このように深夜電力のみで沸き
上げる貯湯式給湯機は使用量が多くなると湯切れという
問題を常に抱えている。それを補うには沸き上げ温度を
上げるか、タンクの容量を増やすしかない。
水温度以上になったら、貯湯タンク5に残湯が無いと判
断した場合、時間帯関係なく昼間電力を利用し自動的に
運転を開始するようにしているため、図4に示すよう
に、従来例と同じモデルでシュミレーションしても、一
日中、湯切れを起こすことなく、78Lの使用可能な残
湯を残して深夜運転を待機する状態となる(図4、図5
は図2の加熱能力を基に計算作図した)。
と、従来は7.35kW消費し、本発明の場合、7.03
kWの電力消費となり、約0.3kW少なくてすむ。
電気温水器が主流であるが、ヒートポンプ給湯機は電気
温水器と比較すると1/3〜1/4消費電力が削減され
る。また、深夜電力と昼間電力の電気代の比は1:3で
ある。
ーポン給湯機の昼間運転の電気代は同等以下になる。
昼間電力を有効的に利用し、湯切れを起こさずに確実な
給湯を行い、かつ有効的に大気熱を利用しさらに低消費
電力とし使用エネルギーを削減するものである。
に設けた残湯サーミスタ上12の温度指示値と沸き上げ
サーミスタ6の温度指示値に温度差があった場合、その
温度差分沸き上げ設定温度を変更し制御するようにして
いる。
われ保温される構成となっているものの、特に外気温度
の低い冬場は配管途中やタンクからの放熱が若干あり、
沸き上げサーミスタ6温度とタンク残湯サーミスタ上1
2温度に差を生じ、残湯サーミスタ上12温度が約2〜
3℃低くなり貯湯熱量が全体的に不足となり、湯ぎれを
早くする原因となっていた。貯えられたお湯の温度が1
℃下がると約10Lの出湯可能水量が少なくなる。約2
〜3℃では20〜30L多く不足を導くことになる。前
述したように貯湯式給湯機は湯切れが最終的に問題とな
り、外気温度の影響で所定の出湯量が変化しないように
するために、沸き上げ設定温度に補正を加え、残湯サー
ミスタ上12の温度指示値と沸き上げサーミスタ6の温
度指示値の温度差分、沸き上げサーミスタ6の温度設定
値を変更し制御することで湯切れの問題をなくすもので
ある。
によれば、沸き上げ温度設定値を外気温度あるいは給水
温度に応じて変更するようにしているため、季節に応じ
て変化するお湯の使用実態に即した貯湯形態とヒートポ
ンプの能力の有効利用をバランスよく確保することがで
きる。例えば、外気温度が標準値より高い場合は通常設
定値(75℃)より低く(65℃)設定し、外気温度が
標準値より低い場合は通常設定値より高く設定し、外気
温度変化に応じてリニアに沸き上げ温度設定値を制御す
ることで、外気温度が高い夏場は圧縮機に対する温度負
荷が低くなるとともに、単位時間当たりの仕事量が下
り、異常加熱で運転を停止するという不具合を解消する
ことができる。
昼間電力を利用した場合でも効率的な沸き上げ運転を実
現することができ、かつ夏場の使用実態に即して沸き上
げ温度を下げることで沸き上げ時間を非常に短くし、即
湯性のある給湯を安価で豊富に提供することができる。
予め定めた温度範囲内で沸き上げ設定温度を変更するこ
とで、ヒートポンプの能力を有効に利用するとともに、
季節に応じたお湯の使用実態に即した貯湯形態を確保す
ることができる。
深夜電力だけの運転でなく、昼間電力を利用し有効的に
大気熱を回収し最も高い加熱能力で沸き上げ運転を行う
とともに、沸き上げ温度を下げることで沸き上げ時間を
非常に短く即湯性のある給湯ができる。
配管途中の放熱ロスで湯温低下が生じた場合、沸き上げ
設定温度を補正するようにしているため、目標の貯湯熱
量を確実に確保でき、湯切れの心配を解消することがで
きる。
の構成図
示したグラフ
定温度の関係を示したグラフ
たグラフ
グラフ
Claims (4)
- 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器よりな
る冷凍サイクルを有したヒートポンプ部と、貯湯槽の下
方に設けた取水口より水循環ポンプを介して取水し冷媒
熱交換器で熱交換した後、貯湯槽上方の受水口より温水
を落とし込み成層状態で貯湯する貯湯タンク部と、外気
温度を検出する外気温検出手段と、給水温度を検出する
給水温度検出手段と、運転制御部とを備え、前記運転制
御部は、予め設けた沸き上げ設定温度を前記外気温検出
手段あるいは給水温度検出手段の情報に基づいて外気温
度あるいは給水温度が高くなると沸き上げ設定温度を下
げる方向に変更するようにした貯湯式ヒートポンプ給湯
機。 - 【請求項2】 運転制御部は、所定の外気温度範囲内あ
るいは給水温度範囲内で沸き上げ設定温度の変更動作を
行い、範囲外の時は予め定めた上限値及び下限値に設定
するようにした請求項1記載の貯湯式ヒートポンプ給湯
機。 - 【請求項3】 運転制御部は、深夜料金時間帯を基準に
沸き上げ運転を開始し、外気温度あるいは給水温度が所
定温度以上になり、かつ残湯温度が所定温度以下になっ
たとき昼間料金時間帯でも沸き上げ運転を開始するよう
にした請求項1または2記載の貯湯式ヒートポンプ給湯
機。 - 【請求項4】 貯湯槽上方に設けた残湯サーミスタ上の
温度指示値と、冷媒熱交換器出口に設けた沸き上げ温度
サーミスタの温度指示値に温度差が生じた場合、その温
度差分沸き上げ温度設定値を上げて制御するようにした
請求項1〜3のいずれか1項記載の貯湯式ヒートポンプ
給湯機。
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