JP2004218974A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風ファン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と循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けたものである。
【選択図】 図4
Description
【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、図5で示すように建築物の排気用吹抜けやパイプシャフト等に複数設置した場合、単に前記送風ファンaの吹出口bから直接建築物の排気用吹抜けに排気を行っていた。
又、従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機ではないが、空気調和機の室外側に於いては、凝縮器の送風機を単に補完するブースタファンユニットを利用したものが有った。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
実開昭61−41524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建築物の排気用吹抜け等に複数設置したものでは、同時に運転するヒートポンプユニットの台数や気象条件によりヒートポンプユニットの吹出口にかかる静圧によって空気熱交換器における通風が低下することで、エネルギー消費効率が大幅に低下するものであった。
【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欠点を解決する為、冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風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循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けたものである。
又、前記加熱制御部には送風ファンの回転数を検出する回転数検知手段と運転時所定回転数を維持するためにファンモータへの入力電圧を補正する回転数補正手段を設け、前記入力電圧が第1の所定値以上の場合に前記ブースタファンの運転を開始するようにしたものである。
又、前記送風ファンの入力電圧が第1の所定値以上で第2の所定値未満の場合に前記ブースタファンを第1の所定圧力で運転し、前記送風ファンの入力電圧が第2の所定値以上の場合にはブースタファンを第2の所定圧力で運転するようにしたものである。
又、前記送風ファンの入力電圧の基準値を外気温度によって変更するものである。
【0006】
これによって、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【0007】
【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トポンプユニット、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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
この貯湯タンクユニット1と前記ヒートポンプユニット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の下部からの水をヒートポンプユニット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。
【0011】
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16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14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ヒートポンプユニット2による沸き上げを開始させるものである。
【0012】
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から成る送風ファン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。
【0013】
28はこのヒートポンプユニット2の吹出口29にネジ等によって取り付けられるブースタユニットで、内部にはブースタファン30とブースタモータ31を備え、建築物の排気用吹抜けの壁面32に設けた開口33に設置されている。
【0014】
34はこのヒートポンプユニット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35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34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34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34には、送風ファン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36からの回転数と、予め設定された目標回転数600rpsとを比較して、回転数が目標回転数に成るように入力電圧Vを補正制御するものであり、更に吹出口29に静圧が加わらない通常運転時には約2.8Vの入力電圧にて運転を行うものであるが、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット2の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風ファン25への入力電圧が第1の所定値である3.1Vの以上の場合、空気熱交換器21への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット28のブースタファン30の始動を開始し、100Pa程度の静圧が得られ排気用吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧で回転し、このブースタファン30の回転でも更に、入力電圧が3.3V以上に増加する場合には、130Pa程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧に増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【0016】
37は前記ヒートポンプユニット2又はブースタユニット28に設けられた外気温センサで、サーミスタセンサ等によって外気温度を検知し加熱制御部34に現在の外気温度を送るものであり、この外気温度が0℃以下になった場合には、エネルギー消費効率を向上するために目標回転数を600rpmから975rpmに変更する事に伴って、通常運転時の入力電圧を3.5Vに上昇させ、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット2の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風ファン25への入力電圧が第1の所定値である3.8Vの以上の場合、空気熱交換器21への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット28のブースタファン30の始動を開始し、110Pa程度の静圧が得られ吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧で回転し、このブースタファン30の回転でも更に入力電圧が4.0V以上に増加する場合には、140Pa程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧に増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【0017】
38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、39は一次側暖房循環回路38途中に設けられた暖房熱交換器、40は一次側暖房循環回路38途中に設けられた暖房一次ポンプである。41は温水暖房端末器4と暖房熱交換器39を循環可能に接続する二次側暖房循環回路、42は二次側暖房循環回路41途中に設けられた暖房二次ポンプ、43は暖房熱交換器39下流側の二次側暖房循環回路41に設けられた二次温水温度センサ、44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45を構成している。又46はこの暖房回路45の運転/停止を指示する暖房運転指示手段である。
【0018】
そして、暖房運転指示手段46から暖房運転開始の指示が出されると、暖房一次ポンプ40および暖房二次ポンプ42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39へ循環させて二次側暖房循環回路41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43の検知温度が所定の温度になるように暖房一次ポンプ40および/または暖房二次ポンプ42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40および暖房二次ポンプ42の駆動を停止して暖房運転を終了するものである。
【0019】
47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46からの入力により暖房回路45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45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。
【0020】
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38の湯の温度が高くなるため二次側暖房循環回路41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。
【0021】
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。
【0022】
48は前記ブースタモータ31の回転数を検知する回転数センサで、前記加熱制御部34からの指令により適宜回転数でブースタファン30の運転を行うものである。
【0023】
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27を駆動して再度沸き上げを行うようにしている。
【0024】
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4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(ST1)、ステップ2にて外気温センサ37の読込を行い、外気温が0℃より大きい場合には送風ファン25のファンモータ23を目標回転数600rpmで運転する(ST3)、次にステップ4にてファンモータ23の入力電圧Vを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Vが3.1V以上の場合にはステップ5に進み、ブースタファン30のブースタモータ31を400rpmで運転開始する事で、送風ファン25だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ4にて入力電圧Vが3.1Vより小さい場合には、ステップ2に戻るものである。
【0025】
次にステップ6では入力電圧Vが2.8Vより小さいかを判断し、Yesで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことでステップ7でブースタファン30を停止したのちステップ3に戻るものであり、Noではステップ8に進む。
【0026】
次にステップ8では入力電圧Vが3.3V以上かを判断し、Yesでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ9にてブースタファン30の回転をより大きくして500rpmで運転をし、Noではステップ5に戻るものである。
【0027】
ステップ2で外気温が氷点下であった場合には、ステップ10にて送風ファン25のファンモータ23の目標回転数を975rpmにて運転する事で空気熱交換器21への通風量を増加させ冷凍サイクル全体のバランスを調整するものである。
【0028】
次にステップ11にてファンモータ23の入力電圧Vを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Vが3.8V以上の場合にはステップ12に進み、ブースタファン30のブースタモータ31を500rpmで運転開始する事で、送風ファン25だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ11にて入力電圧Vが3.8Vより小さい場合には、ステップ2に戻るものである。
【0029】
次にステップ13では入力電圧Vが3.5Vより小さいかを判断し、Yesで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことでステップ14でブースタファン30を停止したのちステップ10に戻るものであり、Noではステップ15に進む。
次にステップ15では入力電圧Vが4.0V以上かを判断し、Yesでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ16にてブースタファン30の回転をより大きくして600rpmで運転をし、Noではステップ12に戻るものである。
【0030】
これにより建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器21への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、排気用吹抜け内の静圧の大きさに応じてブースタファン30の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、外気温度に応じてブースタファン30の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【0031】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【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設置状態の概略構成図。
【図2】同概略構成図。
【図3】同制御回路の要部を示すブロック図。
【図4】同要部のフローチャート。
【図5】従来例の設置状態を示す概略構成図。
【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 送風ファン
28 ブースタユニット
30 ブースタファン
Claims (4)
- 冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風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循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けた事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。
- 前記加熱制御部には送風ファンの回転数を検出する回転数検知手段と運転時所定回転数を維持するためにファンモータへの入力電圧を補正する回転数補正手段を設け、前記入力電圧が第1の所定値以上の場合に前記ブースタファンの運転を開始す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。
- 前記送風ファンの入力電圧が第1の所定値以上で第2の所定値未満の場合に前記ブースタファンを第1の所定圧力で運転し、前記送風ファンの入力電圧が第2の所定値以上の場合にはブースタファンを第2の所定圧力で運転す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。
- 前記送風ファンの入力電圧の基準値を外気温度によって変更する事を特徴とする請求項1から3記載のヒートポンプ式給湯機。
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CN105247293A (zh) * | 2013-05-22 | 2016-01-13 | 林内株式会社 | 热泵系统 |
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- 2003-01-16 JP JP2003008236A patent/JP3908668B2/ja not_active Expired - Fee Related
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