JP2004144329A

JP2004144329A - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP2004144329A
Application number: JP2002306837A
Authority: JP
Inventors: Takashi Magara; 眞柄　隆志
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】強い逆風の条件下でも確実にお湯を沸き上げることが出来るヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】冷媒圧縮機１８、水冷媒熱交換器１９、膨張弁２０、及び室外ファン２５を有する空気熱交換器２１を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル２２と、湯を貯える貯湯タンク７を有し、この貯湯タンク７と前記水冷媒熱交換器１９の温水流路２６とを循環ポンプ２７を備えた加熱循環回路１５で接続し、前記循環ポンプ２７、膨張弁２０、室外ファン２５及び冷媒圧縮機１８を制御する加熱制御部２８とを備えたもので、前記加熱制御部２８は運転開始時或いは運転中に室外ファン２５が所定値を越える逆風を検知した時には、沸き上げ運転を継続し室外ファン２５のみをフリーラン状態にするようにしたので、逆風を積極的に熱交換に利用して、逆風時でも確実にお湯を沸き上げることが出来るものである。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプサイクルを利用して給湯を行うヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機ではないが、空気調和機の室外機に於いては、逆風による室外ファンのファンモータのロック状態が設定された回数発生した時に空気調和機の運転を停止して、逆風によるロックと異常によるロックとを分け、異常によるロック時のみ運転を停止させるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８７１００４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、異常ではないが台風等で逆風が長時間継続した場合には全く使用出来ないものであり、又この制御をヒートポンプ式給湯機に使用した場合には、給湯を行う深夜時間帯に長時間逆風は発生した時には、朝になっても給湯が使用出来ない状態となり、更に高層マンションやアパートのベランダにヒートポンプ式給湯機を設置して使用するものでは、常時逆風条件下であって全く使用出来ないと言う問題点を有するものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記問題点を解決する為、請求項１では、冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクルと、湯を貯える貯湯タンクを有し、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とを循環ポンプを備えた加熱循環回路で接続し、前記循環ポンプ、膨張弁、室外ファン及び冷媒圧縮機を制御する加熱制御部とを備えたものに於いて、前記加熱制御部は運転開始時或いは運転中に室外ファンが所定値を越える逆風を検知した時には、沸き上げ運転を継続し室外ファンのみをフリーラン状態にするものである。
【０００６】
これによれば、強力な逆風が発生したとしても室外ファンをフリーラン状態として、逆風を積極的に熱交換に利用して、沸き上げ効率を上げることで良好な給湯が得られるもので、沸き上げ運転が行われる深夜時間帯に逆風が長時間継続したととても、必ず朝にはお湯の供給が出来、安心して使用出来るものであり、しかも高層ビルでの使用も可能となり使用範囲が広がり便利に利用出来るものである。
【０００７】
又請求項２によれば、逆風が治まれば自動的に通常運転となり、継続して沸き上げ運転されるので、極めて使用勝手が良く安心して使用出来るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
１は貯湯タンクユニット、２は加熱手段として水を加熱するヒーポンユニット、３は給湯栓、４は浴室温水暖房乾燥器や床暖房端末等の温水暖房端末器で、これらによって給湯および暖房を行うものである。
【０００９】
貯湯タンクユニット１は下部に給水管５が接続され上部に出湯管６が接続された貯湯タンク７を有しているものである。８は給湯栓３に接続される給湯管で、給水管５から分岐されたバイパス管９を通過する冷水と出湯管６からの高温の湯とがミキシング弁１０にて適温に調節されて給湯されるものである。また、１１は給水管５に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、１２は前記貯湯タンク７内の湯水の熱膨張等による過圧を逃す逃し弁である。そして、これらが給湯回路１３を構成しているものである。
【００１０】
又前記貯湯タンク７には貯湯熱量を検出するための貯湯温度センサ１４がタンク上下方向に複数個設けられ、所定温度以上を検出することで温度センサが設けられた位置まで貯湯されていることを検出することができると共に、一日の温度変化を監視して消費熱量を算出するために用いるものである。
【００１１】
この貯湯タンクユニット１と前記ヒーポンユニット２は加熱循環回路１５にて循環可能に接続され、貯湯タンク７の下部からの水を加熱ユニット２で加熱して貯湯タンク７の上部へ戻し、高温の湯を上部から順次積層して貯湯するものである。
【００１２】
そして、１６はリモートコントローラ１７が接続されると共に貯湯タンクユニット１内のセンサおよびアクチュエータを制御するマイクロコンピュータを有した沸き上げ制御部である。ここで、貯湯タンクユニット１の湯水の沸き上げは主に深夜時間帯に安価な深夜電力によって行われるもので、沸き上げ制御部１４は過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、この推測された消費熱量と貯湯タンク７の最下方に設けられた貯湯温度センサ１３で検出される貯湯温度とから所定温度範囲（例えば６５℃〜９０℃の範囲）内の任意の沸き上げ温度を設定し、翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算して加熱ユニット２による沸き上げを開始させるものである。
【００１３】
次に、ヒートポンプユニット２は冷媒圧縮機１８、凝縮器としての水冷媒熱交換器１９、減圧器としての膨張弁２０および蒸発器としての空気熱交換器２１を順に接続して構成されるヒートポンプサイクル２２と、更に空気熱交換器２１に外気を送風して熱を奪わせるファンモータ２３とファン２４から成る室外ファン２５を備えており、又貯湯タンク７の湯水を加熱循環回路１５を介して水冷媒熱交換器１９へ送り温水流路２６を通し、加熱された高温の湯を貯湯タンク７へ戻すための循環ポンプ２７とを備えているものである。なお、ここで前記ヒートポンプサイクル２２は冷媒に二酸化炭素を用いて、水冷媒熱交換器１９側にて超臨界状態とされ、水を９０℃程度の高い温度まで加熱することが可能なものである。
【００１４】
２８はこの加熱ユニット２の制御を行うマイクロコンピュータを有した加熱制御部で、沸き上げ制御部１６からの指示により水冷媒熱交換器１９の出口側の加熱循環回路１５に設けた加熱温度センサ２９で検出する湯の温度が所定温度範囲内の任意の温度になるように循環ポンプ２７の回転数、冷媒圧縮機１８の駆動周波数、又は膨張弁２０の開度のいずれかが適宜調節するものである。なお、この加熱制御部２８は沸き上げ制御部１６と有線にて通信可能に接続されており、沸き上げ制御部１６から指示された沸き上げ温度に沸き上げ、貯湯温度センサ１３にて必要熱量分沸き上げが完了したことを検出すると沸き上げ制御部１６が沸き上げ動作の停止を加熱制御部２８に指示して沸き上げ動作を終了するものである。
【００１５】
又この加熱制御部２８には、室外ファン２５が接続され、ファンモータ２３に備えられた実際のファン２４の回転数を検知するフォトカプラ等から成る回転数センサ３０からの回転数と、予め設定された目標回転数とを比較して、回転数が目標回転数に成るように制御するものであり、更に室外ファン２５が逆風を受けて逆回転する回転数も回転数センサ３０で検知し、運転開始時にこの逆回転数が９３０ｒｐｍ以上では、逆風１０ｍ／ｓ以上であって十分熱交換可能な風速であるので、室外ファン２５への通電のみを停止してフリーラン状態とするもので、運転中では通常の回転数６１５ｒｐｍが逆風（１８ｍ／ｓ以上）を受けて３００ｒｐｍ以下に落ちた時も、室外ファン２５への通電のみを停止してフリーラン状態とするもので、又この運転中はフリーラン状態では常に回転数センサ３０が回転数を検知しており、ファンモータ２３の逆回転数が３００ｒｐｍ以下で一定時間継続した時、再び室外ファン２５に通電するものである。
【００１６】
３１は貯湯タンク７の上部と下部に連通した一次側暖房循環回路、３２は一次側暖房循環回路３１途中に設けられた暖房熱交換器、３３は一次側暖房循環回路３１途中に設けられた暖房一次ポンプである。３４は温水暖房端末器４と暖房熱交換器３２を循環可能に接続する二次側暖房循環回路、３５は二次側暖房循環回路３４途中に設けられた暖房二次ポンプ、３６は暖房熱交換器３２下流側の二次側暖房循環回路３４に設けられた二次温水温度センサ、３７は二次側の暖房循環液の熱膨張を吸収する膨張タンクである。これらによって暖房回路３８を構成している。又３９はこの暖房回路３８の運転／停止を指示する暖房運転指示手段である。
【００１７】
そして、暖房運転指示手段３９から暖房運転開始の指示が出されると、暖房一次ポンプ３３および暖房二次ポンプ３５の駆動を開始し、貯湯タンク７内の高温の湯を暖房熱交換器３２へ循環させて二次側暖房循環回路３４の暖房循環液を加熱し、加熱された暖房循環液が温水暖房端末器４にて放熱して暖房が行われる。
このとき、二次温水温度センサ３６の検知温度が所定の温度になるように暖房一次ポンプ３３および／または暖房二次ポンプ３５の回転数が適宜調節される。また、二次側との熱交換により温度低下した貯湯タンク７からの湯水は貯湯タンク７の下部へ戻されるものである。そして、暖房停止の指令があると、暖房一次ポンプ３３および暖房二次ポンプ３５の駆動を停止して暖房運転を終了するものである。
【００１８】
４０は前記沸き上げ制御部１６を暖房沸き上げモードに設定する暖房沸き上げモード設定部で、暖房運転指示手段３９からの入力により暖房回路３８が使用されると暖房沸き上げモードに設定し、暖房沸き上げモードに設定された沸き上げ制御部１６は深夜時間帯になると過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、所定温度範囲（例えば６５℃〜９０℃の範囲）内の最高温度（例えば９０℃）に沸き上げ温度を設定して翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算してヒーポンユニット２による沸き上げを行わせるようにするもので、暖房回路３８の不使用がある一定期間（例えば一週間）継続すると暖房沸き上げモードを解除するようにしたものである。
【００１９】
このように、暖房沸き上げモードに設定されている状態では、沸き上げ制御部１６で推測された翌日の消費熱量の大小に関わらず、所定温度範囲内の最高温度で沸き上げ動作が行われるため、暖房用の熱源となる一次側暖房循環回路２６の湯の温度が高くなるため二次側暖房循環回路３４への熱交換効率が向上し、暖房能力も向上させることができると共に、貯湯タンク７の容量を最大限まで有効利用して貯湯熱量も多く確保することができるので、貯湯熱を暖房に使用しても給湯での湯切れを生じにくくすることができるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【００２０】
又暖房沸き上げモードが解除されれば、適切な沸き上げ温度が設定されるので、無駄な放熱をさせてしまうことがない。具体的には、消費熱量と給水温度に基づいて所定温度範囲内の任意の温度に設定され、傾向として消費熱量が多いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に少ないときには沸き上げ温度が低く設定され、貯湯タンク７の容量を最大限に利用することが可能で、また、給水温度が低いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に高いときには沸き上げ温度は低く設定されることで、給水温度が高くなると高温沸き上げの効率が低下してしまうヒートポンプサイクル２２の性質を考慮した効率の良い沸き上げ動作を行って節電することが可能となる。
【００２１】
次にこの一実施形態の作動を説明すれば、今給湯栓３が開かれると、貯湯タンク７の下部にに市水が流入して上部の高温の温水が出湯管６へ押し出されることで給湯される。そして給湯運転により高温の湯と冷水が入れ替わり、貯湯温度センサ１３の検出する温度が低下して貯湯タンク７の貯湯熱量が所定量以下になると、ヒートポンプサイクル２２及び循環ポンプ２３を駆動して再度沸き上げを行うようにしている。
【００２２】
又深夜時間帯となってヒートポンプサイクル２２が温水の沸き上げ運転を開始する時は、図３のフローチャートに示す如く、設定された時刻になると沸き上げ運転が開始されるが（ステップ４１）、この時先ず回転数センサ３０による逆風検知が逆回転数９３０ｒｐｍ以上を検知しているかを判断し（ステップ４２）、ＮＯでステップ４３に進みそのまま室外ファン２５も駆動して水冷媒熱交換器１９での熱交換による貯湯水の沸き上げが行われるものであり、又逆に１０ｍ／ｓ以上の逆風が吹いている場合には、ＹＥＳとなりステップ４４に進み、室外ファン２５への通電はせずフリーラン状態として上記の沸き上げ運転を開始するものである。
【００２３】
これにより、強い逆風時に室外ファン２５に通電することで、正常な目標回転数が得られないことによる消費電力の無駄をなくすことが出来ると共に、故障や破損の問題も防止出来るものであり、更に逆風であっても十分に空気熱交換器２１での熱交換が可能な時には、この逆風を利用して熱交換することで、沸き上げ運転を確実に行うことが出来るものである。
【００２４】
次にステップ４５に進み沸き上げ運転中には、常に回転数センサ３０によるファンモータ２３の回転数検知が行われ、この回転数が通常の回転数６１５ｒｐｍが３００ｒｐｍ以下に低下したかを判断し、ＹＥＳでは１８ｍ／ｓ以上の逆風と判断してステップ４６に進み、室外ファン２５への通電を停止してフリーラン状態とし、冷媒圧縮機１８等の他駆動部品の通電は継続して沸き上げ運転は続けて行われるものである。
【００２５】
そして、ステップ４６で室外ファン２５をフリーラン状態とした後は、ステップ４７に進みファンモータ２３の逆回転数が３００ｒｐｍ以下を一定時間継続したかを判断し、ＹＥＳでは逆風が治まったと判断し室外ファン２５への通電を再開して、通常の沸き上げ運転を行うものであり、一定時間継続を条件としたことで確実な逆風の治まりを検知するものである。
【００２６】
従って、沸き上げ運転途中で強い逆風を受けた時には、一旦室外ファン２５への通電を停止してフリーラン状態として、熱交換効率の低下や室外ファン２５の故障を防止しながら、沸き上げ運転を継続するものであり、高層マンションのベランダ等で風が強い場所でも、必ずお湯を沸き上げることが出来、極めて使用勝手が良いものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、強力な逆風が発生したとしても室外ファンをフリーラン状態として、逆風を積極的に熱交換に利用して、沸き上げ効率を上げることで良好な給湯が得られるもので、沸き上げ運転が行われる深夜時間帯に逆風が長時間継続したととても、必ず朝にはお湯の供給が出来、安心して使用出来るものであり、しかも高層ビルでの使用も可能となり使用範囲が広がり便利に利用出来るものである。
【００２８】
又請求項２によれば、逆風が治まれば自動的に通常運転となり、継続して沸き上げ運転されるので、極めて使用勝手が良く安心して使用出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るヒートポンプ式給湯機の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】同制御回路の要部を示すブロック図。
【図３】同要部のフローチャート。
【符号の説明】
１　貯湯タンクユニット
２　ヒートポンプユニット
７　貯湯タンク
１５　加熱循環回路
１８　冷媒圧縮機
１９　水冷媒熱交換器
２０　膨張弁
２１　空気熱交換器
２２　ヒートポンプサイクル
２３　ファンモータ
２４　ファン
２５　室外ファン
２６　温水流路
２７　循環ポンプ
２８　加熱制御部
３０　回転数センサ

Claims

冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクルと、湯を貯える貯湯タンクを有し、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とを循環ポンプを備えた加熱循環回路で接続し、前記循環ポンプ、膨張弁、室外ファン及び冷媒圧縮機を制御する加熱制御部とを備えたものに於いて、前記加熱制御部は運転開始時或いは運転中に室外ファンが所定値を越える逆風を検知した時には、沸き上げ運転を継続し室外ファンのみをフリーラン状態にする事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。
上記逆風が所定値以下に低下しこれが一定時間継続した事を条件に室外ファンの運転を再開させる事を特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
上記逆風の検知は、室外ファンのファンモータによる回転数検知で行われる事を特徴とする請求項１及び２記載のヒートポンプ式給湯機。