JP2004060948A - ヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を給湯器本体1の貯湯タンク2上部より蓄え、貯湯タンク2下部より加熱源であるヒートポンプ本体10に戻し、貯湯タンク2下部又はヒートポンプ本体10に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると加熱動作を停止するヒートポンプ式給湯器で、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段8bと、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段8cと、使用熱量と蓄熱量とを比較し使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段8cを備えている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はCO2冷媒を使用したヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、CO2冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器が公知である。例えば、特開2001−82803号公報に開示されている。
このCO2冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器では、沸き上げ温度を90℃以上の高温に加熱することができ、加熱効率が高いという利点を有するが、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱するヒートポンプ本体に給水される液体の温度が高くなると、加熱効率が低下するという不具合点も有する。
また、湯の使用量が少ない場合、貯湯タンク内に多量の湯が残り、貯湯タンク内の多量の湯温が時間の経過とともに一様に低下し、このような状態の下で加熱動作が開始されると、少量沸き上げてすぐヒートポンプに給水される液体の温度が加熱停止温度以上になり、運転をすぐ停止してしまう。
【0003】
図4は従来のヒートポンプ式給湯器の構成図であり、図5はヒートポンプ本体の構成図であり、図6は従来のヒートポンプ式給湯器の制御装置のブロック図であり、図7はその沸き上げ制御動作のフローチャートである。
図4において、1は給湯器本体、2は前記本体1内に配設された貯湯タンク、3は前記貯湯タンク2の下部と接続された給水配管、3aはこの給水配管3に設けられた減圧弁、4は前記貯湯タンク2の上部と接続された給湯配管、4aは逃し弁、5aは前記貯湯タンク2の外壁面に取り付けられ、貯湯タンク2内の水の温度を検出する温度センサAで、その温度センサA5aを貯湯タンク2の外壁面のある所定容量の位置に取り付けることにより、その取り付け位置の検出温度から前記貯湯タンク2内の残湯量も検出する。6aは前記貯湯タンク2の下部配管に取り付けられ、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止するための温度を検出する温度センサBである。
【0004】
7はヒートポンプ本体10のヒートサイクルで発生した熱を貯湯タンク2内の水に置換するため、冷水管10aと温水管10bとにより貯湯タンク2内の水をヒートポンプ本体10との間で循環させる循環ポンプである。貯湯タンク2下部に接続された冷水管10aより循環ポンプ7でヒートポンプ本体10に水が供給され、ヒートポンプ本体10で加熱された水を貯湯タンク2の上部に接続された温水管10bにより戻し貯湯タンク2内上部より貯湯する。
【0005】
8は前記貯湯タンク2内の水の沸き上げ、ヒートポンプの運転開始・停止を制御する制御部であり、前記温度センサA5a、及び温度センサC6aの検出値と沸き上げ温度を設定する操作部9からの入力値に基づいて、前記ヒートポンプ本体10への加熱動作開始・停止及び循環ポンプ7の運転を制御する。
【0006】
図5おいて、ヒートポンプ本体10のヒートポンプサイクルは圧縮機11、給湯用熱交換器12、膨張弁13、室外熱交換器14、アキュームレータ15を順次冷媒配管10cにより接続して構成されている。ここで、室外熱交換器14に吸熱するためにファン16が取り付けてあり、また、給湯用熱交換器12は圧縮器11より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用の水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路12aと給湯用の水が流れる給湯用水通路12bを有する。
【0007】
次に、従来の沸き上げ制御動作について、図7のフローチャートを用いて説明する。
まず、沸き上げ制御をスタートすると(S1)、制御部8で温度センサA5aの取り付け位置の検出温度から貯湯タンク2内の残湯量の有無を検出し(S2)、該残湯量が所定量、例えば100L以下か否か判断され(S3)、残湯量が100L以上であれば、沸き上げを行わず、残湯量検出に戻る。もし、残湯量が100L以下であれば、制御部8の指示で循環ポンプ7、及びヒートポンプサイクルを運転してヒートポンプ本体10は一定の加熱能力、例えば4.5KWで加熱動作を開始し(S4)、貯湯タンク2上部より操作部9で設定された貯湯温度T1(例えば90℃)で湯を沸き上げ、温度センサA5aが貯湯温度T1(90℃)を検出したかどうかを判定し(S5)、温度センサA5aが貯湯温度T1(90℃)を検出すると、加熱動作を停止する(S7)。温度センサA5aが貯湯温度T1(90℃)を検出しないときは、温度センサC6aが所定温度T2(例えば60℃)を検出したかどうかを判定し(S6)、温度センサC6aが所定温度T2(60℃)を検出しないときは温度センサA5aが貯湯温度T1(90℃)を検出したかどうかの判定(S5)にもどり、温度センサC6aが所定温度T2(60℃)を検出すると、制御部8の指示でヒートポンプ本体10の加熱動作を停止させて(S7)、沸き上げ制御を終了する(S8)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のCO2冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器は、深夜時間帯に貯湯タンク2内の沸き上げを、貯湯温度T1(例えば90℃)でヒートポンプ本体10が加熱動作を開始し、温度センサC6aの温度が予め設定された所定温度T2(例えば60℃)になると、ヒートポンプ本体10の加熱動作を停止しているので、貯湯タンク2内の多量の湯が一様に温度低下し、前日の使用湯量が少ない場合には貯湯タンク2内に多量の湯が残り、ヒートポンプ本体10が加熱動作を開始すると温度センサC6aの温度が予め設定された所定温度(例えば60℃)にすぐになってしまい沸き上げを停止してしまい、貯湯タンク2上部に所定温度(例えば90℃)の湯が少量蓄えられ、貯湯タンク2下部に温度低下した多量の湯が蓄えられるため、貯湯タンク2内の温度分布は一様でなく、貯湯タンク2内の温度分布が一様である場合より貯湯タンク2内の蓄熱量が少なくなり、使用熱量が多い場合は、貯湯タンク2内を所定量の残湯量から沸き上げしても貯湯タンク2内に必要熱量を蓄熱できず湯切れが発生するという問題点があった。
【0009】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、前日の使用湯量が少ない場合で、使用熱量が貯湯タンク2内の蓄熱量より多い場合にも湯切れを防止することができるヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項1記載のヒートポンプ式給湯器は、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器において、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段と、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段と、前記使用熱量記憶手段に記憶した使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した蓄熱量とを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段を備えているものである。
【0011】
また、請求項2記載のヒートポンプ式給湯器は、前記使用熱量記憶手段は、過去数日の使用熱量を記憶しておき、加熱動作開始残湯量変更手段は、過去数日の最大の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した貯湯タンク内の蓄熱量を比較して過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更するものである。
【0012】
また、請求項3記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法は、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御において、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、この記憶した使用熱量と蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には加熱動作開始の残湯量を多くして沸き上げる。
【0013】
また、請求項4記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法は、過去数日の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、過去数日の最大の使用熱量が貯湯タンク内の蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げる。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1を示すヒートポンプ式給湯器の構成図、図2は本発明の実施の形態1における制御装置のブロック図、図3は本発明の実施の形態1における沸き上げ制御動作を示すフローチャートである。
なお、本発明の実施の形態1におけるヒートポンプ本体の構成図は図5に示した従来の構成と同一であるため、説明を省略する。
図1に示す本発明の実施の形態1における構成図と図4に示す従来のヒートポンプ式給湯器の構成図とで異なる点は、本発明の実施の形態1においては、4の給湯配管に使用湯量を検出する流量センサ17と給湯温度を検出する温度センサD6b、及び貯湯タンク2の外壁面に取り付けられ貯湯タンク2内の水の温度を検出する温度センサB5bの追加と制御部8の構成だけである。温度センサB5bは温度センサA5aより貯湯タンクの下部に取り付けられ、その取り付け位置の検出温度から前記貯湯タンク2内の残湯量も検出し、温度センサB5bは温度センサA5aより残湯量を多く検出できる。
すなわち、本発明の実施の形態1における制御部8は、図2のブロック図に示すように貯湯タンク2内の水の沸き上げ、及びヒートポンプの運転開始・停止を制御する他に、温度センサD6bと流量センサ17より前日の使用熱量を演算し記憶しておく使用熱量記憶手段8bと、貯湯タンク2内の蓄熱量を演算し記憶する蓄熱量記憶手段8cと、前記使用熱量記憶手段8bに記憶した前日の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段8cに記憶した蓄熱量とを比較して加熱動作開始残湯量を変更する加熱動作開始残湯量変更手段8aを備えている。
前記使用熱量は、流量センサ17aと温度センサD6bでの検出値から演算される。使用熱量は流量センサ17aの検出値q(L/分)と温度センサD6bの検出値tの積の1日当りの総和である。すなわち、使用熱量QA=Σq×tである。前記使用熱量記憶手段8bは過去数日の使用熱量QAを記憶しておく。
前記蓄熱量は、温度センサA5aの取付位置の貯湯容量qaと温度taの積、及び温度センサA5aより温度センサB5bの貯湯容量qabと温度センサB5bの温度tbの積、さらには、温度センサB5b取付位置以下の貯湯容量qbと温度センサC6aの温度tcの積の総和である。すなわち、蓄熱量QB=qa×ta+qab×tb+qb×tcである。この蓄熱量QBは、前日の使用熱量の大小に関連しているが、当日の湯切れ発生防止ということからすると、過去数日のものを記憶しておく必要はなく、当日の沸き上げ直後の蓄熱量を記憶しておくだけで十分である。
【0015】
本実施の形態1におけるヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御動作について、図3のフローチャートを用いて説明する。
なお、従来例と同一または相当部分については説明を省略する。
【0016】
まず、沸き上げ制御をスタートすると(S11)、制御部8bは使用熱量記憶手段に記憶してある過去数日の最大の使用熱量を読込む(S12)。次に、制御部8cで当日の沸き上げ完了時点での貯湯タンク内の蓄熱量を読込む(S13)。制御部8で使用熱量QAと蓄熱量QBを比較する(S14)。過去数日の最大の使用熱量QAが蓄熱量QBより少ない場合は、使用熱量が少なく湯切れが発生しにくいと判断し、従来と同様残湯量を検出し(S15)、温度センサA5aが残湯量、本例の場合では100L以下を検出すると(S16)、加熱動作を開始する(S20)。
一方、ステップS14の比較で、過去数日の最大の使用熱量QAが蓄熱量QBより多い場合は、使用熱量が多く湯切れが発生し易いと判断し、加熱開始の残湯量を本例の場合では200Lに変更し(S17)、温度センサB5bで残湯量を検出する(S18)。温度センサB5bが残湯量200L以下を検出すると(S19)、加熱動作を開始する(S20)。
ステップS20の加熱動作開始では、制御部8の指示で循環ポンプ7、及びヒートポンプサイクルを運転してヒートポンプ本体10は一定の加熱能力、例えば4.5KWで加熱動作を開始し、貯湯タンク2上部より操作部9で設定された貯湯温度T1(本例の場合は、90℃)で湯を沸き上げ、温度センサB5bが貯湯温度T1(90℃)を検出したかどうかを判定し(S21)、温度センサB5bが貯湯温度T1(90℃)を検出すると、加熱動作を停止させて(S23)、使用熱量QAと蓄熱量QBを演算し記憶して(S24)、沸き上げ制御を終了する(S25)。
ステップS21で、温度センサB5bが貯湯温度T1(90℃)を検出しないときは、温度センサC6aが所定温度T2(本例の場合は、60℃)を検出したかどうかを判定し(S22)、温度センサC6aが所定温度T2(60℃)を検出しないときは温度センサB5bが貯湯温度T1(90℃)を検出したかどうかの判定(S21)にもどり、温度センサC6aが所定温度T2(60℃)を検出すると、制御部8の指示でヒートポンプ本体10の加熱動作を停止させて(S23)、使用熱量QAと蓄熱量QBを演算し記憶して(S24)、沸き上げ制御を終了する(S25)。
【0017】
このように、本実施の形態1によれば、使用熱量QAと貯湯タンク内の蓄熱量QBを記憶しておき、この使用熱量QAと貯湯タンク内の蓄熱量QBを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、使用熱量が多いと加熱動作が早く開始されるようになるので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。又、過去数日の最大の使用熱量QAと蓄熱量QBを比較して過去数日の最大の使用熱量QAが貯湯タンク内の蓄熱量QBより多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、前日の使用湯量が少ない場合においてもより確実に湯切れを防止できる。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る請求項1のヒートポンプ式給湯器によれば、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。
【0019】
また、本発明に係る請求項2のヒートポンプ式給湯器によれば、過去数日の最大の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合は、加熱開始の残湯量を多く変更するので、前日の使用湯量が少なく当日の蓄熱量が少ない場合においても、使用熱量が多い場合にもより確実に湯切れを防止できる。
【0020】
また、本発明に係る請求項3のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法によれば、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、加熱開始の残湯量を多く変更して沸き上げるので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。
【0021】
また、本発明に係る請求項4のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法によれば、過去数日の最大の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合は、加熱開始の残湯量を多く変更して沸き上げるので、前日の使用湯量が少なく当日の蓄熱量が少ない場合においても、使用熱量が多い場合にもより確実に湯切れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1を示すヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図2】本発明の実施の形態1における制御装置のブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態1における沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【図4】従来のヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図5】従来のヒートポンプ本体の構成図である。
【図6】従来のヒートポンプ式給湯器の制御装置のブロック図である。
【図7】従来のヒートポンプ式給湯器における沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
1 給湯器本体、2 貯湯タンク、5a 温度センサA、5b 温度センサB、6a 温度センサC、6b 温度センサD、8 制御部、8a 加熱動作開始残湯量変更手段、8b 使用熱量記憶手段、8c 蓄熱量記憶手段、10 ヒートポンプ本体。
Claims (4)
- ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器において、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段と、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段と、前記使用熱量記憶手段に記憶した使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した蓄熱量とを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段を備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
- 前記使用熱量記憶手段は、過去数日の使用熱量を記憶しておき、加熱動作開始残湯量変更手段は、過去数日の最大の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した貯湯タンク内の蓄熱量を比較して過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更することを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ式給湯器。
- ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御において、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、この記憶した使用熱量と蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げることを特徴とするヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法。
- 過去数日の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、過去数日の最大の使用熱量が貯湯タンク内の蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げることを特徴とする請求項3記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法。
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