JP2002206805A - 給湯装置 - Google Patents
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Abstract
に起因して発生する給湯能力の低下を防止したヒートポ
ンプ式の給湯装置Aの提供。 【解決手段】 給湯装置Aは、コンプレッサ1、水熱交
換器2の冷媒流路21、膨張弁3、及び室外ファン41
を付設した空気熱交換器4を環状に接続したヒートポン
プサイクルHと、貯湯タンク5と、水熱交換器2の温水
流路22とを温水配管51で接続し、途中にポンプ6を
介設した温水回路Wと、(冷媒流路の出口側の冷媒温度
−温水流路の入口側の温水温度)と目標温度差との差に
基づいて膨張弁3の開度を制御する制御器とを備え、制
御器は、膨張弁3を開く方向に制御する際に、目標給湯
温度に対応する冷媒圧力を得るための膨張弁開度を上限
開度として設定し、その上限開度以下の開度範囲で膨張
弁3を開く方向に制御することにより、ヒートポンプサ
イクルHの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持
する。
Description
給湯装置に関わり、特に、沸き上げ終盤における給水温
度の上昇に伴う沸き上げ能力の低下を抑え、且つ沸き上
げ終了条件を最適化してランニングコストを下げる技術
に関する。
媒流路、膨張弁、及び室外ファンを付設した空気熱交換
器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の
温水を貯える貯湯タンクと、水熱交換器の温水流路とを
温水配管で接続し、途中にポンプを介設した温水回路
と、(冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入口側
の温水温度)<目標温度差であると膨張弁を開く方向に
制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入
口側の温水温度)>目標温度差であると膨張弁を閉じる
方向に制御して高いCOPを達成したヒートポンプ式の
給湯装置がある。この給湯装置では、冷媒流路の出口側
の冷媒温度と温水流路の入口側の温水温度との差に基づ
いて制御を行っている。なお、通常、目標温度差は、1
0℃を中心として所定の幅を有する温度範囲(例えば、
9.5℃〜11℃)に設定される。
は、以下の課題を有する。温水回路内の温水の温度が高
い(40℃以上)場合等において、下記に示す原因によ
ってヒートポンプサイクル内の冷媒圧力が下がって給湯
能力の低下を招き、温水温度を目標温水温度に維持でき
なくなるという不具合が発生する。
路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温水温度
との間に温度差が生じ難くなって膨張弁が開く方向に制
御され、結果として、ヒートポンプサイクル内の高圧側
冷媒圧力が低下する。特に、長時間の運転停止によって
貯湯タンク内の温水の温度が下がっており、それを再度
沸かし上げる場合や、貯湯タンクを含む温水回路内の温
水の温度が不均一の場合に問題となる。
上昇していくので、上記従来の給湯装置は、沸き上がり
直前では、冷媒流路の出口側の冷媒温度と温水流路の入
口側の温水温度との温度差が小さくなり制御が難しくな
るという別の課題を有する。つまり、給水温度が低い場
合には、図19の実線で示すサイクルバランスとなり、
冷媒流路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温
水温度との温度差に基づいて膨張弁開度を調整し、温度
差を規定値範囲内に収めることで給湯温度を目標温度に
維持することができる。
度が上昇する(例えば60℃)と、図19の破線54に
示す様に温度差が取れなくなってしまう。この場合に
は、膨張弁の開度が大きくなる様に制御されるので、高
圧圧力が維持できず給湯温度の低下を招く。
クル内の冷媒圧力の低下に起因して発生する給湯能力の
低下を防止したヒートポンプ式の給湯装置の提供にあ
る。
温度が上昇する時における能力不足の解消や目標出湯温
度の確保を、新たな機能部品を追加することなく通常の
ヒートポンプサイクルの制御のみによって解決し、且つ
出湯制御の安定性や信頼性を向上させ、コスト低減を狙
ったヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
え、時間帯別電力料金による単位時間当たりの電力料金
を考慮した沸き上げが行え、ランニングコストを抑えた
ヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。本発明の第4
の目的は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことがで
きるヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張
弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサ
イクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタン
クと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に
流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や
膨張弁等を制御する制御器とを備える。
−流体流路の入口側の流体温度)<目標温度差であると
膨張弁を開く方向に制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒
温度−流体流路の入口側の流体温度)>目標温度差であ
ると膨張弁を閉じる方向に制御する。
温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差が目標温
度差よりも小さく、膨張弁を開く方向に制御する際に、
給湯用流体の目標給湯温度が確保されるように、ヒート
ポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上
に維持する制御を行う。
側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することがで
き、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
制御器は、膨張弁を開く方向に制御する際に、目標給湯
温度に対応する冷媒圧力を得るための膨張弁開度を上限
開度として設定し、その上限開度以下の開度範囲で膨張
弁を開く方向に制御することにより、ヒートポンプサイ
クルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持す
る。これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧
力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用
流体の目標給湯温度が確保される。
制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯
温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小
さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張
弁の開度が小さくなる方向に制御して、ヒートポンプサ
イクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持す
る。これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧
力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用
流体の目標給湯温度が確保される。
制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯
温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小
さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張
弁開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、冷
媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に
維持する。これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側
冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、
給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
流体ポンプは、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度
差に応じて流体流路を流れる給湯用流体の流量を調節す
るものであって、流体ポンプが給湯用流体の流量を低下
させたにもかかわらず、実際の給湯温度が目標給湯温度
に達しないとき、制御器は、その温度差に基づいて、ヒ
ートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させて、所
定の冷媒圧力以上に維持する。これにより、ヒートポン
プサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維
持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保さ
れる。
制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に
基づいて膨張弁を閉じる方向に制御することにより、ヒ
ートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力
以上に維持する。これにより、ヒートポンプサイクルの
高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することが
でき、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に
基づいて膨張弁の開度を一定若しくは小さくなる方向に
制御しつつ、冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行
って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の
冷媒圧力以上に維持する。これにより、ヒートポンプサ
イクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持す
ることができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保され
る。
7の何れかにおいて、制御器は、冷媒圧縮機の吸入側の
冷媒温度が低い程、膨張弁の開度が小さくなる方向へ制
御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制
御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を
所定の冷媒圧力以上に維持する。これにより、ヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に
維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保
される。
縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換
器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流
体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流
体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設し
た給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する
制御器とを備える。
−流体流路の入口側の流体温度)<目標温度差であると
膨張弁を開く方向に制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒
温度−流体流路の入口側の流体温度)>目標温度差であ
ると膨張弁を閉じる方向に制御する。
冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを検出した
場合には、少なくともその放熱が停止するまでヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行
う。これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧
力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用
流体の目標給湯温度が確保される。
て、制御器は、少なくとも膨張弁の開度が小さくなる方
向に制御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇さ
せる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒
圧力を上昇させる。これにより、ヒートポンプサイクル
の高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持すること
ができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
求項10において、空気熱交換器は、外気から冷媒への
吸熱を促進するためのファンを有し、空気熱交換器にお
いて冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを制御
器が検出すると、ファンの駆動を停止する。冷媒から外
気へ放熱が生じる状態である場合には、空気熱交換器で
放熱が起こり熱ロスが発生する。これを防止するため、
上記の場合には、ファンの駆動を停止して空気熱交換器
での放熱を止める。
圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交
換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用
流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の
流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設
した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御す
る制御器とを備える。
−流体流路の入口側の流体温度)<目標温度差であると
膨張弁を開く方向に制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒
温度−流体流路の入口側の流体温度)>目標温度差であ
ると膨張弁を閉じる方向に制御する。
温度が所定の温度以上である場合、ヒートポンプサイク
ルを構成する機材の耐圧限界圧より小さい値に設定した
上限圧を目標圧力とし、ヒートポンプサイクルの高圧側
冷媒圧力を目標圧力に一致するように制御する。これに
より、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の
冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標
給湯温度が確保される。
て、流体ポンプが、流体流路の出口側の流体温度と目標
貯湯温度との温度差に応じて、流体流路を流れる給湯用
流体の流量を調整することにより、タンクに貯えられる
給湯用流体の温度を目標貯湯温度に一致させる。
て、制御器は、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温
度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒
圧力を推定し、この推定冷媒圧力が上限値に一致するよ
うに膨張弁開度を増減する。なお、水熱交換器の流体流
路の入口側の様々な流体温度毎に、空気熱交換器の入口
側の冷媒温度と高圧側冷媒圧力との関係をグラフやマッ
プにしておき、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温
度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒
圧力を推定する。高圧側冷媒圧力センサを設置する必要
がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力セン
サの保守も不要である。
て、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度が所定の
温度以上である場合に、ヒートポンプサイクルの高圧側
冷媒圧力を目標圧力に一致させる制御(効率が悪い高給
水温時の制御)を電気代が安い深夜電力時間帯のみ行
う。これにより、ランニングコストを低減することがで
きる。
て、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温
度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタン
ク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致させる
制御(効率が悪い高給水温時の制御)を行う必要が有る
か無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を
行う。これにより、ランニングコストを低減することが
できる。
て、給湯装置は、時間帯別に異なる料金を設定した電気
契約を電力会社と結んでおり、且つ、制御器は、ヒート
ポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上
に維持する制御(効率が悪い高給水温時の制御)を電気
料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。これにより、ラン
ニングコストを低減することができる。
て、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温
度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタン
ク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に
維持する制御(効率が悪い高給水温時の制御)を行う必
要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上
記制御を行う。これにより、ランニングコストを低減す
ることができる。
て、制御器は、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力
を上昇させる制御(効率が悪い高給水温時の制御)を電
気料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。これにより、ラ
ンニングコストを低減することができる。
て、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温
度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタン
ク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポ
ンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御(効率
が悪い高給水温時の制御)を行う必要が有るか無いかを
判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交
換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用
流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の
流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設
した給湯用流体回路と、タンク内の給湯用流体量とその
流体温度とを検出して蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段
と、膨張弁、流体ポンプ、および冷媒圧縮機を制御して
沸き上げ運転を行う制御器とを備える。
者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流
体の蓄熱量が第1所定量M1を下回る状態を検知すると
制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流
体温度が第1設定温度K1以上になるか、タンク内の給
湯用流体の蓄熱量が第1所定量M1+αに達すると沸き
上げ運転を停止する。なお、α≧0である。
用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用
流体の蓄熱量が第2所定量M2を下回る状態を検知する
と制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の
流体温度が第2設定温度K2以上になるか、タンク内の
給湯用流体の蓄熱量が第2所定量M2+βに達すると沸
き上げ運転を停止する。なお、β≧0である。
タンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の
蓄熱量が第3所定量M3を下回る状態を検知すると制御
器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温
度が第3設定温度K3以上になるか、タンク内の給湯用
流体の蓄熱量が第3所定量M3+γに達すると沸き上げ
運転を停止する。なお、γ≧0である。
体を使うパターンに対応して、湯の沸き上げ運転の開始
判定条件と、沸き上げ運転の終了判定条件とを、各時間
帯毎に独立して決めることができる。このため、全ての
時間帯において給湯用流体切れを起こすことがない状態
で、電気代を安くすることができる。
圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交
換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用
流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の
流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設
した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプ
の能力を制御する制御器とを備える。
制御変更温度未満の場合には、冷媒流路の出口側の冷媒
温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲
内になる様に膨張弁の開度を制御する。そして、流体流
路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、
流体ポンプの能力を固定するとともに、流体流路の出口
側の流体温度が第1設定温度以上であると膨張弁の開度
が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の流体温度
が第1設定温度より低く設定した第2設定温度以下であ
ると膨張弁の開度が減少する方向に制御する。これによ
り、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上がり直前の制
御を確実に行うことができる。
圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交
換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用
流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の
流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設
した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプ
の能力を制御する制御器とを備える。
度未満の場合には、制御器は、冷媒流路の出口側の冷媒
温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲
内になる様に膨張弁の開度を制御する。
変更温度以上の場合には、制御器は、冷媒圧縮機の出口
側の冷媒吐出温度が第1の設定温度以下であると膨張弁
の開度が減少する方向に制御し、冷媒圧縮機の出口側の
冷媒吐出温度が第1の設定温度より高く設定した第2の
設定温度以上であると膨張弁の開度が増大する方向に制
御する。
御変更温度以上の場合において、制御器は、流体流路の
出口側の流体温度が第1設定温度以上であると流体ポン
プの能力が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の
流体温度が第1設定温度より低く設定した第2設定温度
以下であると流体ポンプの能力が減少する方向に制御す
る。これにより、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上
がり直前の制御を確実に行うことができる。
請求項23において、ヒートポンプサイクルの高圧側冷
媒圧力が低くなる程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流
体流路の入口側の流体温度との温度差による制御が行い
難くなるので、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力
が低い程、制御変更温度を低く設定している。
請求項23において、外気温度や目標給湯温度が低くな
る程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側
の流体温度との温度差による制御が行い難くなるので、
外気温度や目標給湯温度が低い程、制御変更温度を低く
設定している。
求項25の何れかにおいて、目標とする給湯温度を達成
するため、第1の設定温度および第2の設定温度(冷媒
圧縮機の出口側の冷媒吐出温度)は、目標給湯温度を越
える温度に設定する必要がある。外気温度が高い程、目
標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、目
標吐出温度および目標給湯温度を設定している。これに
より、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポン
プサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とす
る給湯温度を達成することができる。
求項25の何れかにおいて、外気温度が高い程、目標給
湯温度の上限値を低くしている。これにより、外気温度
が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高
圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達
成することができる。
2、5に対応)を、図1〜図3に基づいて説明する。給
湯装置Aは、コンプレッサ1、水熱交換器2の冷媒流路
21、膨張弁3、室外ファン41を付設した空気熱交換
器4、およびアキュムレータ(図示せず)を冷媒配管4
2で環状に接続したヒートポンプサイクルHと、給湯用
の温水を貯える貯湯タンク5と、水熱交換器2の温水流
路22とを温水配管51で接続し、途中にポンプ6を介
設した温水回路Wと、制御器(図示せず)とを備える。
よって駆動され、アキュムレータから吸引した気相冷媒
を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。このコンプレッサ
1は、電動モータへの通電量に応じて能力(回転数)が
増減する。
する冷媒(二酸化炭素)が流れる冷媒流路21と、温水
が流れる温水流路22とを有する。そして、コンプレッ
サ1より吐出し、冷媒流路21を流れる高温冷媒(ホッ
トガス)が、貯湯タンク5から流出した温水に放熱し、
温水が昇温する。なお、温水流路22の入口側には給水
温センサ511が配され、冷媒流路21の出口側には冷
媒温度センサ421が配されている。
れる弁体を有し、アクチュエータへの通電量に応じて弁
開度を可変することができる。
圧した冷媒を、室外ファン41によって送風される外気
と熱交換して蒸発させる。空気熱交換器4より流出する
冷媒を気液分離するためにアキュムレータが設けられ、
気相冷媒がコンプレッサ1に送られる。
けられた温水出口52と、上部に設けられた温水入口5
3との間を接続する配管である。
温度センサ421の出力に基づいて、コンプレッサ1の
電動モータ、室外ファン41、および膨張弁3を制御す
る。また、温水流路22の出口側にもセンサが設けられ
ており、貯湯タンク5に送られる温水の温度が目標給湯
温度になる様に、温水流路22の温水流量をポンプ6に
よって制御する。
湯タンク5内の給水(温水)は、ポンプ6により温水出
口52から出て温水配管51を介して、水熱交換器2の
温水流路22を通り、温水入口53から貯湯タンク5内
に戻る。
圧縮された冷媒は、水熱交換器2の冷媒流路21内を流
れ、水熱交換器2の温水流路22内を逆方向に流れる給
水(温水)を加熱する。膨張弁3を冷媒が通過すると膨
張して低圧になる。低温の冷媒は、空気熱交換器4内で
室外ファン41によって送風される外気と熱交換(大気
吸熱)して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ
1に戻る。
り、冷媒出口温度と給水入口温度との温度差ΔTに基づ
いて制御される。
1により検出される冷媒出口温度)−(給水温センサ5
11により検出される給水温度)であり、この温度差Δ
Tが、目標温度差範囲内(例えば9℃〜11℃)か否か
に応じて膨張弁3の開度を制御する。
膨張弁3を開弁方向に駆動し、11℃よりも大きければ
閉弁方向に駆動する。また、目標温度差(範囲)は、一
定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
状態で行うと、冷媒流路21の出口側の冷媒温度と、給
水温センサ511により検出される給水温度との間に温
度差が生じ難くなって膨張弁3が開く方向に制御され
る。
ートポンプサイクルH内の高圧側冷媒圧力が下がって給
湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に維持で
きなくなるという不具合が発生する。
センサ511により検出される給水温度)が40℃以上
の場合に、目標給湯温度(約90℃)まで温水を昇温可
能な高圧側冷媒圧力を得るための膨張弁3の開度を上限
開度として設定する。
開度以上に膨張弁3が開く様に制御指示がなされた場合
には、その制御指示にかかわらず膨張弁3の開度を上限
開度までしか開かない様にする。
気温、冷媒の放熱量、吸熱量)によって、同じ膨張弁3
の開度でも、高圧側冷媒圧力が変化するので、ヒートポ
ンプサイクルHの状態に応じて上記上限開度を設定する
ことが好ましい。
上)場合にも、サイクル高圧が維持できるので、給湯能
力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持できる。
また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品
を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上す
る。
2、3、4、5、6、7、10に対応)を、図1、図
4、図5に基づいて説明する。給湯装置Bは、下記に示
す点が給湯装置Aと異なる。
される給水温度)が40℃以上の場合に、図4の(a)
に示す様に、目標給湯温度(約90℃)と、現在の給湯
温度(温水流路出口側の給湯温度)との温度差に基づい
て、コンプレッサ1の回転数の増速率(−15%〜+1
5%)を決める。このとき、膨張弁3は、その開度が上
限開度付近の一定開度に維持されているか、若しくは閉
じる方向に駆動される。
上)等の給湯能力が不足し易い場合に、サイクル高圧が
維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標
給湯温度に維持できる。つまり、給湯能力が不足して、
目標給湯温度まで昇温できない場合、コンプレッサ1の
回転数を増加させることにより、ヒートポンプサイクル
Hの高圧側冷媒圧力を上昇させて給湯温度を目標給湯温
度まで上昇させるのである。
1の回転数は、図4の(b)に示す基準パターンが設定
されているので、充分な給湯能力が得られている場合
(目標給湯温度<給湯温度)には、コンプレッサ1の回
転数をその基準パターンに合う様に減速することが好ま
しい。また、給湯装置Bは、電磁弁、制水弁、または電
気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼
性や耐久性が向上する。
在の給湯温度との温度差に基づいて、コンプレッサ1の
回転数の増速率の上限値および下限値を、外気温に応じ
て変更する様にしても良い。例えば、外気温3℃では、
上限値を+15%、下限値を−15%とし、外気温25
℃では、上限値を+5%、下限値を−5%とする。
行い難い状態でもサイクル高圧が維持できるので、給湯
能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持するこ
とができる。なお、第2実施例では、目標給湯温度と実
際の給湯温度との温度差に応じてコンプレッサ1の回転
数の増速率を設定しているが、その温度差に応じて膨張
弁3の開度をF/B制御しても良い。
であれば、膨張弁3は、その開度が閉じる方向に駆動さ
れ、目標給湯温度<実際の給湯温度であれば開く方向に
駆動される。更に、コンプレッサ1の回転数制御と、膨
張弁3の開度制御とを同時に行っても良い。
9、10、11に対応)を、図6〜図8に基づいて説明
する。給湯装置Cは、下記に示す点が給湯装置Aと異な
る。空気熱交換器4の入口側の冷媒配管42に、空気熱
交換器4に入る冷媒の温度を検出するための冷媒入口温
度センサ422を配している。また、外気の温度を検出
するための外気温センサ423を室外ファン41の近傍
に配している。
湯装置Aと同様に、膨張弁3は、図2に示す様に、制御
器により、目標温度差ΔTに基づいて制御される。即
ち、目標温度差ΔT=(冷媒温度センサ421により検
出される冷媒出口温度)−(給水温センサ511により
検出される給水温度)であり、この目標温度差ΔTが、
目標温度差範囲内(例えば9℃〜11℃)か否かに応じ
て膨張弁3の開度を制御する。
れば膨張弁3を開弁方向に駆動し、11℃よりも大きけ
れば閉弁方向に駆動する。また、目標温度差(範囲)
は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良
い。
を続けると、冷媒流路21の出口側の冷媒温度と、給水
温センサ511により検出される給水温度との間に温度
差が生じ難くなって膨張弁3が開く方向に制御され、ヒ
ートポンプサイクルH内の冷媒圧力が下がって来る。
挙動として、図7に示す様に、コンプレッサ圧縮(状態
1→状態2)、水熱交換器2での熱交換(状態2→状態
3)、膨張弁3による減圧(状態3→状態4)と進み、
空気熱交換器4で放熱(状態4→状態1)してしまい、
熱ロスが発生する。
(冷媒入口温度センサ422で検出される冷媒温度−外
気温センサ423で検出される外気温度)≧0℃となる
場合には、その温度差が大きい程、コンプレッサ1の回
転数の増速率を上げる制御を行う。更に、空気熱交換器
4での放熱を防止するため、空気熱交換器4に付設した
室外ファン41を停止して空気熱交換器4での放熱を止
めている。
で、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維
持でき、且つ、空気熱交換器4における放熱ロスを防止
できる。また、給湯装置Cは、電磁弁、制水弁、または
電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信
頼性や耐久性が向上する。
9、10、11に対応)を、図6、図7、図9に基づい
て説明する。給湯装置Dは、下記に示す点が給湯装置C
と異なる。
弁3は、図2に示す様に、制御器により、目標温度差Δ
Tに基づいて制御される。即ち、目標温度差ΔT=(冷
媒温度センサ421により検出される冷媒出口温度)−
(給水温センサ511により検出される給水温度)であ
り、この目標温度差ΔTが、目標温度差範囲内(例えば
9℃〜11℃)か否かに応じて膨張弁3の開度を制御す
る。
れば膨張弁3を開弁方向に駆動し、11℃よりも大きけ
れば閉弁方向に駆動する。また、目標温度差(範囲)
は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良
い。
を続けると、冷媒流路21の出口側の冷媒温度と、給水
温センサ511により検出される給水温度との間に温度
差が生じ難くなって膨張弁3が開く方向に制御され、ヒ
ートポンプサイクルH内の冷媒圧力が下がって来る。
挙動として、図7に示す様に、コンプレッサ圧縮(状態
1→状態2)、水熱交換器2での熱交換(状態2→状態
3)、膨張弁3による減圧(状態3→状態4)と進み、
空気熱交換器4で放熱(状態4→状態1)してしまい、
熱ロスが発生する。
(冷媒入口温度センサ422で検出される冷媒温度−外
気温センサ423で検出される外気温度)≧0℃となる
場合には、その温度差が大きい程、膨張弁3の増開率
(目標温度差ΔTに基づく膨張弁開度に対する%)を下
げる制御を行う。更に、この場合には、空気熱交換器4
での放熱を防止するため、空気熱交換器4に付設した室
外ファン41を停止して空気熱交換器4での放熱を止め
ている。
で、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維
持でき、且つ空気熱交換器4での放熱ロスを防止でき
る。また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能
部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上
する。なお、第3実施例のコンプレッサ1の増速制御を
併用しても良い。
2、13、14に対応)を、図11〜図15に基づいて
説明する。給湯装置Eは、下記に示す構成が給湯装置A
と異なる。420はアキュームレータである。水熱交換
器2には、冷媒流路21の出口側の冷媒温度を検出する
冷媒温度センサ421と、温水流路22の入口側の給水
温度(温水温度)を検出する給水温センサ511とが配
設されている。
は、空気熱交換器4に入る冷媒の温度を検出するための
冷媒入口温度センサ422を配している。また、空気熱
交換器4の出口側の冷媒配管42には、空気熱交換器4
から出る出口側冷媒温度を検出するための冷媒出口温度
センサ424を配している。
ンプレッサ1によって高温・高圧に圧縮された冷媒は、
水熱交換器2の冷媒流路21を通過し、温水流路22を
通過する温水を加熱する。冷媒流路21を通過した冷媒
は、膨張弁3で膨張して低圧となり、空気熱交換器4で
蒸発して大気吸熱を行い、アキュームレータ420を経
てコンプレッサ1に戻る。
水出口52から、ポンプ6を介設した温水配管51を通
って温水流路22に流入し、昇温してタンク上部の温水
入口53から貯湯タンク5に戻る。
センサ421が検出する出口側冷媒温度と、給水温セン
サ511が検出する給水温度との差(目標膨張弁制御温
度差=ΔT)に基づき、最適な膨張弁開度(高COP)
となる様に制御される。
0℃以上、特に60℃以上)には、給湯能力が不足す
る。そこで、本実施例では給水温度が60℃以上(図1
3のステップs2でYES)になると下記に示す高給水
膨張弁制御に移行する(ステップs3)。
プサイクルHを構成する冷媒配管42等の機材の耐圧限
界圧(例えば18MPa)より小さい値に設定した上限
圧(例えば15MPa)をヒートポンプサイクルHの高
圧側冷媒圧力の目標圧力として設定する。これにより、
給湯用温水の温度を目標給湯温度まで加熱するのに必要
かつ充分な給湯能力が確保できる。
冷媒圧力が一律に上記上限圧になる様にすると、水熱交
換器2において冷媒と熱交換した後の給湯用温水の温度
が目標給湯温度(例えば90℃)以上になってしまう場
合がある。そこで、ポンプ6の能力を制御して、即ち、
給湯用温水の流量を増減して、給湯用温水の温度を目標
給湯温度に維持する。
を目標圧力に維持するには高圧側冷媒圧力を検出するた
めの高圧側冷媒圧力センサが必要である。しかし、設置
によりコストが上昇する。
に、各給水温度毎度に、空気熱交換器4に入る冷媒の温
度と高圧側冷媒圧力との関係を予め計測して高圧側冷媒
圧力マップを作っておき、給水温度と空気熱交換器4に
入る冷媒の温度とから、高圧側冷媒圧力を推定してい
る。これにより、高圧側冷媒圧力センサを設置する必要
がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力セン
サの保守も不要である。
て推定した現在の高圧側冷媒圧力が上記上限圧になる様
に膨張弁3の開度を増減している。図15に示す様に、
上記上限圧と、推定した現在の高圧側冷媒圧力との圧力
差が小さい程、膨張弁開度の増減値を減少させている。
これにより、推定圧力のハンチングを防止できる。
5、17、19に対応)を説明する。貯湯タンク5内の
温水全体を目標給湯温度まで沸き上げる場合、既に沸き
上げた温水層が下方に進んで、まだ沸き上がっていない
低温の水層を押し下げていくので、沸き上げ直前には必
ず、給水温が上昇する。
いる温水塊がある場合に、その温水塊が水熱交換器2の
温水流路22に供給されて給水温が高くなる場合があ
る。そして、この様に高い温度の給水に対して、上記第
1実施例〜第5実施例に示す高給水温制御を行うことに
より、給湯用温水の温度を目標給湯温度まで上昇させる
ことが可能である。
におけるヒートポンプサイクルの効率は低い。このた
め、本実施例では、上記第1実施例〜第5実施例の給湯
装置における高給水温制御を、電気料金が安い深夜時間
帯のみに行い、それ以外の時間帯(昼間時間帯等)では
高給水温制御を行わない様にする。
行う必要がある所定温度(例えば60℃)以上である場
合や、水熱交換器2の冷媒出口温度と給水温度との温度
差を目標温度差範囲に維持する通常制御を行っている最
中に、高圧側冷媒圧力が過度に低下したり、空気熱交換
器4で放熱が生じた場合には、高給水温制御を行う必要
があるが、昼間時間帯である場合には高給水温制御を行
うことなく運転を停止する。
6、18、20に対応)を説明する。上記第1実施例〜
第5実施例の給湯装置において、給水温が高くなって高
給水温制御を行う必要がある場合でも以下の場合には昼
夜を問わず、高給水温制御を行わない様にしている。
から一日当たりの必要温水熱量を算出する。そして、算
出された一日当たりの必要温水熱量から、貯湯タンク5
内の温水全部を目標貯湯温度まで加熱しなくても使用者
の温水使用に支障が有るか否かを判別する。即ち、貯湯
タンク5の温水- 冷水の境界層部分の温水の温度を目標
貯湯温度にまで加熱しなくても使用者の温水使用に支障
が有るか否かを判別する。支障がないと判別される場合
には、昼夜を問わず、高給水温制御を行わない。
1、その温水の平均温度T1とが、貯湯タンク5内の温
水の境界層を除く貯湯量Q2とその貯湯温度T2、およ
び境界層の容量Q3とその平均温度T3とに対して以下
の条件を満たす場合には、沸き上げ直前の高給水温制御
を行わない様にしている。 Q1×T1 < Q2×T2 + Q3×T3 これにより、ランニングコストを低減することができ
る。
に対応)を、図16、図17に基づいて説明する。給湯
装置Fは、下記に示す構成が給湯装置Eと異なる。貯湯
タンク5の上部から計って100リットル、200リッ
トル、300リットルの位置に、その位置の湯の温度を
検出するサーミスタ501、502、503を配設して
いる。また、サーミスタ501、502は貯湯量センサ
として機能し、サーミスタ503は満タンセンサとして
機能する。
の湯(または水)を水熱交換器2で加熱して作製した湯
を貯湯タンク5の上部から貯湯していく動作を行う(図
16の破線参照)。従って、沸き上げ中の、貯湯タンク
5内の湯の温度分布は、サーミスタ503の検出温度T
f>給水温センサ511が検出する給水温度TWiであ
る。
げ動作について説明する。給湯装置Fを使用するにあた
って、使用者は、時間帯別に異なる料金を設定した電気
契約を電力会社と結んでいる。
ップS1)と、ステップS2で現在の時間帯を判別す
る。深夜時間帯の場合にはステップS3に進み、昼間時
間帯の場合にはステップS6に進み、朝晩時間帯の場合
にはステップS9に進む。
テップS3において、現在の貯湯量が所定量L1(例え
ば、60℃以上の湯が100リットル)以上あるか否か
を判別し、所定量L1以上ある場合(YES)にはステ
ップS2に戻って待機し、所定量L1未満の場合(N
O)にはステップS4に進む。
1、502、503の検出湯温によって算出する。具体
的には、サーミスタ501が60℃以上の湯温を検出す
ると、60℃以上の湯が100リットル以上あるとす
る。ステップS4で沸き上げ動作を開始し、ステップS
5に進む。
する湯の温度が第1設定温度K1(本実施例では沸き上
げ目標温度−10℃)以上か否かをステップS5で判別
し、第1設定温度K1以上になった場合(YES)には
ステップS12に進み、第1設定温度K1以上になって
いない場合(NO)にはステップS4に戻って沸き上げ
動作を継続する。
ステップS6において、現在の貯湯量が所定量L3(例
えば、60℃以上の湯が200リットル)以上あるか否
かを判別し、所定量L3以上ある場合(YES)にはス
テップS2に戻って待機し、所定量L3未満の場合(N
O)にはステップS7に進む。
2、503の検出湯温によって算出する。具体的には、
サーミスタ502が60℃以上の湯温を検出すると、6
0℃以上の湯が200リットル以上あるとする。ステッ
プS7で沸き上げ動作を開始し、ステップS8に進む。
する湯の温度が第3設定温度K3(本実施例では50
℃)以上か否かをステップS8で判別し、第3設定温度
K3以上になった場合(YES)にはステップS12に
進み、第3設定温度K3以上になっていない場合(N
O)にはステップS7に戻って沸き上げ動作を継続す
る。
7:00〜23:00)ステップS9において、現在の
貯湯量が所定量L2(例えば、60℃以上の湯が200
リットル)以上あるか否かを判別し、所定量L2以上あ
る場合(YES)にはステップS2に戻って待機し、所
定量L2未満の場合(NO)にはステップS10に進
む。
2、503の検出湯温によって算出する。具体的には、
サーミスタ502が60℃以上の湯温を検出すると、6
0℃以上の湯が200リットル以上あるとする。ステッ
プS10で沸き上げ動作を開始し、ステップS11に進
む。
する湯の温度が第2設定温度K2(本実施例では65
℃)以上か否かをステップS11で判別し、第2設定温
度K2以上になった場合(YES)にはステップS12
に進み、第2設定温度K2以上になっていない場合(N
O)にはステップS10に戻って沸き上げ動作を継続す
る。
湯装置Fは、貯湯タンク5内の湯を使うパターンに対応
して、沸き上げ開始条件と沸き上げ終了条件とを、各時
間帯毎に独立して決めることができる。このため、全て
の時間帯において湯切れを起こすことがない状態で、電
気代を安くすることができる。
固定値でなく、使用者やサービスマンが自由に設定変更
できる構成であっても良い。また、使用者の湯の使用状
態に応じて最適な値が自動設定される構成であっても良
い。沸き上げ終了の判別を、サーミスタ503(満タン
センサ)が検出する湯の温度に基づいて行うのではな
く、給水温センサ511が検出する給水温度TWiや貯
湯タンク5内の湯の熱量に基づいて行っても良い。 沸き上げ開始条件…所定量L1、L2、L3 沸き上げ終了条件…第1設定温度K1、第2設定温度K
2、第3設定温度K3
に対応)を、図18および図20に基づいて説明する。
給湯装置Gは、下記の構成が第1実施例の給湯装置Aと
異なる。
給湯温度を検出するための給湯温センサ512が配され
ている。
センサ421、および給湯温センサ512の各出力に基
づいて、コンプレッサ1の電動モータへの通電量、室外
ファン41への通電量、および膨張弁3の開度を制御す
る。
制御変更温度未満(例えば40℃未満)の場合には、制
御器は、冷媒温度センサ421が検出する冷媒温度と、
給水温センサ511が検出する給水温度との温度差が
9.5℃〜11.0℃の範囲内になる様に膨張弁3の開
度を制御する。また、貯湯タンク5に送られる温水の温
度が目標給湯温度になる様に、ポンプ6への通電量を制
御して温水流路22の温水流量を調整する。
すフローチャートに基づいて説明する。貯湯タンク5内
の給水(温水)は、ポンプ6により温水出口52から出
て温水配管51を介して、水熱交換器2の温水流路22
を通り、温水入口53から貯湯タンク5内に戻る。
圧縮された冷媒は、水熱交換器2の冷媒流路21内を流
れ、水熱交換器2の温水流路22内を逆方向に流れる給
水(温水)を加熱する。膨張弁3を冷媒が通過すると膨
張して低圧になる。低温の冷媒は、空気熱交換器4内で
室外ファン41によって送風される外気と熱交換(大気
吸熱)して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ
1に戻る。
出する冷媒温度と、給水温センサ511が検出する給水
温度との温度差が、9.5℃〜11.0℃の範囲内にな
る様に膨張弁3の開度を制御する(ステップs1の通常
運転)。具体的には、上記温度差が9.5℃よりも小さ
ければ膨張弁3を開く方向に駆動し、11.0℃よりも
大きければ膨張弁3を閉じる方向に駆動する。
上)で行うと、冷媒流路21の出口側の冷媒温度と、給
水温センサ511により検出される給水温度との間に温
度差が生じ難くなって膨張弁3が開く方向に制御され
て、ヒートポンプサイクルH内の高圧側冷媒圧力が下が
って給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に
維持できなくなるという不具合が発生する。
否かをステップs2で判別し、給水温度が40℃以上で
ある場合(YES)には高給水温度制御(ステップs3
〜s7)に切り替える構成にしている。また、給水温度
が40℃未満の場合(NO)にはステップs1に戻って
通常制御を継続する。
定値に維持して温水回路W内を流れる循環流量を固定
し、ステップs4に進む。給湯温センサ512が検出す
る給湯温度が91℃以上であるか否かをステップs4で
判別し、給湯温度≧91℃の場合(YES)にはステッ
プs5に進み、給湯温度<91℃の場合(NO)にはス
テップs6に進む。
る方向に制御し、ステップs2に戻る。給湯温センサ5
12が検出する給湯温度が90℃以下であるか否かをス
テップs6で判別し、給湯温度≦90℃の場合(YE
S)にはステップs7に進み、給湯温度>90℃の場合
(NO)にはステップs2に戻る。ステップs7で膨張
弁3の開度を小さくする方向に制御し、ステップs2に
戻る。
する。給湯装置Gは、沸き上げが進行して給水温度が高
くなり(40℃以上)、冷媒流路21の出口側の冷媒温
度と、給水温センサ511により検出される給水温度と
の間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御(ステ
ップs3〜s7)に切り替える構成である。このため、
沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルH内の
冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を招か
ず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を目標
給湯温度に維持することができる。
3に対応)を、図18および図21に基づいて説明す
る。給湯装置Iは、下記の構成が第9実施例の給湯装置
Gと異なる。
の冷媒流路21の入口側には冷媒吐出温度を検出するた
めの吐出温度センサ425が配されている。
センサ511、冷媒温度センサ421、および給湯温セ
ンサ512の各出力に基づいて、コンプレッサ1の電動
モータへの通電量、室外ファン41への通電量、および
膨張弁3の開度を制御する。
制御変更温度未満(例えば40℃未満)の場合には、制
御器は、冷媒温度センサ421が検出する冷媒温度と、
給水温センサ511が検出する給水温度との温度差が
9.5℃〜11.0℃の範囲内になる様に膨張弁3の開
度を制御する。また、貯湯タンク5に送られる温水の温
度が目標給湯温度になる様に、ポンプ6への通電量を制
御して温水流路22の温水流量を調整する。
すフローチャートに基づいて説明する。膨張弁3は、制
御器により、冷媒温度センサ421が検出する冷媒温度
と、給水温センサ511が検出する給水温度との温度差
が、9.5℃〜11.0℃の範囲内になる様に膨張弁3
の開度を制御する(ステップS1の通常運転)。
小さければ膨張弁3を開く方向に駆動し、11.0℃よ
りも大きければ膨張弁3を閉じる方向に駆動する。
上)で行うと、冷媒流路21の出口側の冷媒温度と、給
水温センサ511により検出される給水温度との間に温
度差が生じ難くなって膨張弁3が開く方向に制御され
て、ヒートポンプサイクルH内の高圧側冷媒圧力が下が
って給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度
(85℃〜95℃)に維持できなくなるという不具合が
発生する。
否かをステップS2で判別し、給水温度が40℃以上で
ある場合(YES)には高給水温度制御(ステップS3
〜S10)に切り替える構成にしている。また、給水温
度が40℃未満の場合(NO)にはステップS1に戻っ
て通常制御を継続する。
検出する冷媒吐出温度が111℃以上であるか否かを判
別し、冷媒吐出温度≧111℃の場合(YES)にはス
テップS4に進み、冷媒吐出温度<111℃の場合(N
O)にはステップS5に進む。ステップS4で膨張弁3
の開度を大きくする方向に制御し、ステップS7に進
む。
検出する冷媒吐出温度が110℃以下であるか否かを判
別し、冷媒吐出温度≦110℃の場合(YES)にはス
テップS6に進み、冷媒吐出温度>110℃の場合(N
O)にはステップS7に進む。ステップS6で膨張弁3
の開度を小さくする方向に制御し、ステップS7に進
む。
91℃以上であるか否かをステップS7で判別し、給湯
温度≧91℃の場合(YES)にはステップS8に進
み、給湯温度<91℃の場合(NO)にはステップS9
に進む。
やして温水回路W内を流れる温水の循環流量が多くなる
様に制御し、ステップS2に戻る。給湯温センサ512
が検出する給湯温度が90℃以下であるか否かをステッ
プS9で判別し、給湯温度≦90℃の場合(YES)に
はステップS10に進み、給湯温度>90℃の場合(N
O)にはステップS2に戻る。ステップS10で、ポン
プ6への通電量を減らして温水回路W内を流れる温水の
循環流量が少なくなる様に制御し、ステップS2に戻
る。
する。給湯装置Iは、沸き上げが進行して給水温度が高
くなり(40℃以上)、冷媒流路21の出口側の冷媒温
度と、給水温センサ511により検出される給水温度と
の間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御(ステ
ップS3〜S10)に切り替える構成である。このた
め、沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルH
内の冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を
招かず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を
目標給湯温度に維持することができる。
態様を含む。 a.図1の構成の給湯装置において、制御器は、給水温
度が高い場合(40℃以上)には、上記第1〜第4実施
例に開示されていない下記の制御を行って冷媒のサイク
ル高圧を維持する様にしても良い。
出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度
に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を
小さくする様に、膨張弁3の開度を小さくする方向(閉
じる方向)に制御する。
出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度
に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を
小さくする様に、コンプレッサ1の回転数を上げる制御
を行う。
の制御は、組み合わせて同時に実施しても良い。
たコンプレッサ1の吐出側の吸入冷媒温度が低い程、コ
ンプレッサ1の回転数を増加させることが好ましい。給
水温度が高くなると給湯能力が減少し、また吸入冷媒温
度が低い場合、それを高温高圧に圧縮するためには、相
対的に負荷が大きくなるためである。
内に貯留されている温水は、そのまま、給湯や風呂の湯
として利用しているが床暖房や室内暖房等に利用しても
良い。また、熱交換器を介して別の温水回路内の水を加
熱しても良い。
において、下記の構成を付加しても良い。これにより、
外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイ
クルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯
温度を達成することができる。
目標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、
目標吐出温度および目標給湯温度を設定する(請求項2
6に対応)。
目標給湯温度の上限値を低くする(請求項27に対
応)。
において、下記の構成を付加しても良い。 ・図24に示す様に、ヒートポンプサイクルHの高圧側
冷媒圧力が低くなる程、冷媒流路21の出口側の冷媒温
度と温水流路22の入口側の温水温度との温度差による
制御が行い難くなるので、ヒートポンプサイクルHの高
圧側冷媒圧力が低い程、制御変更温度が低く設定される
様にしても良い(請求項24に対応)。
流路21の出口側の冷媒温度と温水流路22の入口側の
温水温度との温度差による制御が行い難くなる。このた
め、外気温度や目標給湯温度が低い程、図25に示す様
に制御変更温度が低く設定される様にしても良い(請求
項25に対応)。
明図である。
器が行う膨張弁制御に係る説明図である。
h線図である。
が、(目標給湯温度−現在の給湯温度)の温度差に基づ
いて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、(b)は外気
温- コンプレッサ回転数の基準パターンである。
が、外気温と、(目標給湯温度−現在の給湯温度)の温
度差とに基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、
(b)は外気温- コンプレッサ回転数の基準パターンで
ある。
明図である。
る、給湯装置のP- h線図である。
冷媒温度−外気温度)の温度差に基づいてコンプレッサ
増速率を決定する制御に係るグラフである。
冷媒温度−外気温度)の温度差に基づいて膨張弁増開率
を決定する制御に係るグラフである。
温度および給湯温度に基づいて行うコンプレッサ制御に
係るグラフである。
である。
御器が行う通常膨張弁制御に係る説明図である。
する条件を示すフローチャートである。
温度と高圧側冷媒圧力との関係を示すグラフ(高圧側冷
媒圧力マップ)である。
である。
ーチャートである。
の説明図である。
P- h線図である。
ーチャートである。
ローチャートである。
度)との関係を示すグラフである。
すグラフである。
フである。
の関係を示すグラフである。
Claims (27)
- 【請求項1】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨
張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプ
サイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 (冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流
体温度)<目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に
制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入
口側の流体温度)>目標温度差であると前記膨張弁を閉
じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置におい
て、 前記制御器は、前記冷媒流路の出口側の冷媒温度と前記
流体流路の入口側の流体温度との温度差が前記目標温度
差よりも小さく、前記膨張弁を開く方向に制御する際
に、前記給湯用流体の目標給湯温度が確保されるよう
に、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定
の冷媒圧力以上に維持する制御を行うことを特徴とする
給湯装置。 - 【請求項2】 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に
制御する際に、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力を
得るための膨張弁開度を上限開度として設定し、その上
限開度以下の開度範囲で前記膨張弁を開く方向に制御す
ることにより、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒
圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする
請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項3】 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に
制御した結果、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力よ
りも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その
圧力差が縮小するように前記膨張弁の開度が小さくなる
方向に制御して、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷
媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とす
る請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項4】 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に
制御した結果、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力よ
りも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その
圧力差が縮小するように前記膨張弁開度を一定若しくは
小さくなる方向に制御しつつ、前記冷媒圧縮機の回転数
を上昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクル
の高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持すること
を特徴とする請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項5】 前記流体ポンプは、実際の給湯温度と前
記目標給湯温度との温度差に応じて前記流体流路を流れ
る給湯用流体の流量を調節するものであって、前記流体
ポンプが前記給湯用流体の流量を低下させたにもかかわ
らず、実際の給湯温度が前記目標給湯温度に達しないと
き、前記制御器は、その温度差に基づいて、前記ヒート
ポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させて、前記所
定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項1
記載の給湯装置。 - 【請求項6】 前記制御器は、前記実際の給湯温度と前
記目標給湯温度との温度差に基づいて前記膨張弁を閉じ
る方向に制御することにより、前記ヒートポンプサイク
ルの高圧側冷媒圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持す
ることを特徴とする請求項5記載の給湯装置。 - 【請求項7】 前記制御器は、前記実際の給湯温度と前
記目標給湯温度との温度差に基づいて前記膨張弁の開度
を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、前記冷媒
圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒート
ポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上
に維持することを特徴とする請求項5記載の給湯装置。 - 【請求項8】 前記制御器は、前記冷媒圧縮機の吸入側
の冷媒温度が低い程、前記膨張弁の開度が小さくなる方
向へ制御するか、若しくは前記冷媒圧縮機の回転数を上
昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクルの高
圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特
徴とする請求項1乃至請求項7の何れかに記載の給湯装
置。 - 【請求項9】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨
張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプ
サイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 (冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流
体温度)<目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に
制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入
口側の流体温度)>目標温度差であると前記膨張弁を閉
じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置におい
て、 前記空気熱交換器において、冷媒から外気へ放熱が生じ
る状態であることを前記制御器が検出した場合には、少
なくともその放熱が停止するまで前記ヒートポンプサイ
クルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行うことを特
徴とする給湯装置。 - 【請求項10】 前記制御器は、少なくとも前記膨張弁
の開度が小さくなる方向に制御するか、若しくは前記冷
媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒー
トポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させることを
特徴とする請求項9記載の給湯装置。 - 【請求項11】 前記空気熱交換器は、外気から冷媒へ
の吸熱を促進するためのファンを有し、前記空気熱交換
器において冷媒から外気へ放熱が生じる状態であること
を前記制御器が検出すると、前記ファンの駆動を停止す
ることを特徴とする請求項9または請求項10記載の給
湯装置。 - 【請求項12】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、
膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポン
プサイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 (冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流
体温度)<目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に
制御し、(冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入
口側の流体温度)>目標温度差であると前記膨張弁を閉
じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置におい
て、 前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が所定
の温度以上である場合、前記ヒートポンプサイクルを構
成する機材の耐圧限界圧より小さい値に設定した上限圧
を目標圧力とし、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷
媒圧力を前記目標圧力に一致するように制御することを
特徴とする給湯装置。 - 【請求項13】 前記流体ポンプが、前記流体流路の出
口側の流体温度と目標貯湯温度との温度差に応じて、前
記流体流路を流れる給湯用流体の流量を調整することに
より、前記タンクに貯えられる給湯用流体の温度を目標
貯湯温度に一致させることを特徴とする請求項12記載
の給湯装置。 - 【請求項14】 前記制御器は、前記水熱交換器の流体
流路の入口側の流体温度と前記空気熱交換器の入口側の
冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定し、この推定冷媒
圧力が前記上限圧に一致するように膨張弁開度を増減す
ることを特徴とする請求項12記載の給湯装置。 - 【請求項15】 前記給湯装置は、時間帯別に異なる料
金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、
前記制御器は、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒
圧力を前記目標圧力に一致させる制御を、料金設定が最
も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とする請求項
12記載の給湯装置。 - 【請求項16】 前記制御器は、使用者が一日に使う温
水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算
出し、 現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づ
いて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前
記目標圧力に一致させる制御を行う必要が有るか無いか
を判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行うこと
を特徴とする請求項12記載の給湯装置。 - 【請求項17】 前記給湯装置は、時間帯別に異なる料
金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、
前記制御器は、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒
圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持する制御を、料金
設定が最も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とす
る請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項18】 前記制御器は、使用者が一日に使う温
水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算
出し、 現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づ
いて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前
記所定の冷媒圧力以上に維持する制御を行う必要が有る
か無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を
行うことを特徴とする請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項19】 前記制御器は、前記ヒートポンプサイ
クルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を、料金設定が
最も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とする請求
項9記載の給湯装置。 - 【請求項20】 前記制御器は、使用者が一日に使う温
水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算
出し、 現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づ
いて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上
昇させる制御を行う必要が有るか無いかを判別し、有る
と判別した場合のみ上記制御を行うことを特徴とする請
求項9記載の給湯装置。 - 【請求項21】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、
膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポン
プサイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して蓄
熱量を算出する蓄熱量算出手段と、 前記膨張弁、前記流体ポンプ、および前記冷媒圧縮機を
制御して沸き上げ運転を行う制御器とを備えた給湯装置
において、 料金設定が最も低い深夜時間帯には、タンク内の給湯用
流体の蓄熱量が第1所定量M1を下回る状態を検知する
と前記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路の
入口側の流体温度が第1設定温度K1以上になるか、タ
ンク内の給湯用流体の蓄熱量が第1所定量M1+αに達
すると沸き上げ運転を停止し、 料金設定が比較的低い朝晩時間帯には、タンク内の給湯
用流体の蓄熱量が第2所定量M2を下回る状態を検知す
ると前記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路
の入口側の流体温度が第2設定温度K2以上になるか、
タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第2所定量M2+βに
達すると沸き上げ運転を停止し、 料金設定が高い昼間時間帯には、タンク内の給湯用流体
の蓄熱量が第3所定量M3を下回る状態を検知すると前
記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路の入口
側の流体温度が第3設定温度K3以上になるか、タンク
内の給湯用流体の蓄熱量が第3所定量M3+γに達する
と沸き上げ運転を停止することを特徴とする給湯装置。 - 【請求項22】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、
膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポン
プサイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 前記膨張弁の開度および前記流体ポンプの能力を制御す
る制御器とを備えた給湯装置において、 前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が制御
変更温度未満の場合には、前記冷媒流路の出口側の冷媒
温度と前記流体流路の入口側の流体温度との差が規定値
範囲内になる様に前記膨張弁の開度を制御し、 前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の
場合には、前記流体ポンプの能力を固定するとともに、
前記流体流路の出口側の流体温度が第1設定温度以上で
あると前記膨張弁の開度が増大する方向に制御し、前記
流体流路の出口側の流体温度が前記第1設定温度より低
く設定した第2設定温度以下であると前記膨張弁の開度
が減少する方向に制御することを特徴とする給湯装置。 - 【請求項23】 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、
膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポン
プサイクルと、 給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱
交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポン
プを介設した給湯用流体回路と、 前記膨張弁の開度および前記流体ポンプの能力を制御す
る制御器とを備えた給湯装置において、 前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が制御
変更温度未満の場合には、前記冷媒流路の出口側の冷媒
温度と前記流体流路の入口側の流体温度との差が規定値
範囲内になる様に前記膨張弁の開度を制御し、 前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の
場合には、前記冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第
1の設定温度以下であると前記膨張弁の開度が減少する
方向に制御し、前記冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度
が前記第1の設定温度より高く設定した第2の設定温度
以上であると前記膨張弁の開度が増大する方向に制御
し、 前記流体流路の出口側の流体温度が第1設定温度以上で
あると前記流体ポンプの能力が増大する方向に制御し、
前記流体流路の出口側の流体温度が前記第1設定温度よ
り低く設定した第2設定温度以下であると前記流体ポン
プの能力が減少する方向に制御することを特徴とする給
湯装置。 - 【請求項24】 前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷
媒圧力が低い程、前記制御変更温度を低く設定すること
を特徴とする請求項22または請求項23記載の給湯装
置。 - 【請求項25】 外気温度や目標給湯温度が低い程、前
記制御変更温度を低く設定することを特徴とする請求項
22または請求項23記載の給湯装置。 - 【請求項26】 前記第1の設定温度および前記第2の
設定温度は、目標給湯温度を越える温度に設定され、 外気温度が高い程、目標吐出温度と前記目標給湯温度と
の差が小さくなる様に、前記目標吐出温度および前記目
標給湯温度を設定することを特徴とする請求項23乃至
請求項25の何れかに記載の給湯装置。 - 【請求項27】 外気温度が高い程、前記目標給湯温度
の上限値を低くすることを特徴とする請求項23乃至請
求項25の何れかに記載の給湯装置。
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