JP2007093113A - Heat pump type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備えたヒートポンプ式給湯機に関する。詳述すれば、更に前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機に関する。 The present invention includes a refrigerant circuit that exchanges heat between a refrigerant compressed by a compressor capable of adjusting capacity and water using a heat exchanger for heating, a water storage tank and a heating heat exchanger using a circulation pump. The present invention relates to a heat pump type water heater provided with a hot water supply circuit that circulates between the hot water storage tanks and allows hot water to be discharged from the hot water storage tank. More specifically, the amount obtained by subtracting the amount of remaining hot water from the capacity of the hot water tank is divided by the amount of boiling per unit time to calculate the boiling operation time, so that the boiling time is raised before the end of the midnight power hours The present invention relates to a heat pump water heater to be controlled.
ヒートポンプ式給湯機で行なわれているピークシフト運転については、特許文献1などに開示されている。このピークシフト運転は、深夜電力時間帯の終了時に沸き上げ運転が終了するように、貯湯槽内の残湯量を把握し、加熱が必要な熱量を計算し、運転時間を計算して行なわれる。
しかし、この沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で前記貯湯槽内の湯が使用されてしまうと、通常沸き上げ運転能力で算出した沸き上げ時間を超えてしまって、深夜電力時間帯の終了時に沸き上げが完了しないという事態が発生する。 However, if the hot water in the hot water tank is used for hot water supply etc. during this boiling operation, the boiling time calculated by the normal boiling operation capacity will be exceeded, and the midnight power hours will be exceeded. The situation that boiling is not completed at the end occurs.
そこで本発明は、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させることを目的とする。 Therefore, the present invention, when used for hot water supply or the like while performing a boiling operation in the late-night power hours, operates with the compressor's operating capacity increased and boils within the expected time. The purpose is to complete the raising.
このため第1の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に前記貯湯槽の前記残湯量が減少したことを検出する検出装置と、この検出装置により残湯量が減少したことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。 For this reason, the first invention provides a refrigerant circuit for exchanging heat between refrigerant and water compressed by a compressor capable of capacity adjustment by a heat exchanger for heating, and water is stored in a hot water storage tank and the heating heat by a circulation pump. A hot water supply circuit that circulates between the hot water storage tanks and allows hot water to be discharged from the hot water storage tank, and subtracts the amount of remaining hot water from the capacity of the hot water storage tank and divides the amount by the amount of boiling per unit time for boiling operation. In a heat pump water heater that calculates time and controls to boil before the end of the midnight power time period, a detection device that detects that the amount of remaining hot water in the hot water tank has decreased during the boiling operation, and A control device is provided for controlling the operation so as to increase the operation capacity of the compressor when it is detected by the detection device that the amount of remaining hot water has decreased.
第2の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に給湯されたことを検出する検出装置と、この検出装置により給湯されたことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過すると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a refrigerant circuit for exchanging heat between refrigerant and water compressed by a compressor capable of adjusting the capacity by a heat exchanger for heating, a hot water tank for the water by a circulation pump, and the heat exchanger for heating. And a hot water supply circuit that allows hot water to be discharged from the hot water tank, and subtracts the amount of hot water from the capacity of the hot water tank to divide the amount by the amount of boiling per unit time to increase the boiling operation time. In a heat pump water heater that calculates and controls to boil before the end time of midnight power hours, a detection device that detects that hot water has been supplied during the boiling operation, and detection that hot water has been supplied by the detection device And a controller for controlling the compressor so that the compressor is operated with its operating capacity increased and the operation is returned to the normal operating capacity when the end time of the midnight power time period elapses. To.
第3の発明は、第1又は第2の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記検出装置は前記貯湯槽の残湯量を検出するための検出センサであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the heat pump type water heater according to the first or second aspect of the invention, the detection device is a detection sensor for detecting the amount of remaining hot water in the hot water storage tank.
第4の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a refrigerant circuit for exchanging heat between a refrigerant compressed by a compressor capable of adjusting capacity and water by a heat exchanger for heating, a hot water tank for the water by a circulation pump, and the heat exchanger for heating. And a hot water supply circuit that allows hot water to be discharged from the hot water tank, and subtracts the amount of hot water from the capacity of the hot water tank to divide the amount by the amount of boiling per unit time to increase the boiling operation time. In a heat pump water heater that calculates and controls to boil before the end time of the midnight power time period, an indication device for increasing the operating capacity of the compressor, and the compression by the indication device during the boiling operation And a controller for controlling the compressor so as to increase the operation capacity of the compressor when it is selected to increase the operation capacity of the compressor.
第5の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過するか前記指示装置による指示が解除されると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a refrigerant circuit for exchanging heat between a refrigerant and water compressed by a compressor capable of adjusting the capacity by a heat exchanger for heating, a hot water tank for the water by a circulation pump and the heat exchanger for heating. And a hot water supply circuit that allows hot water to be discharged from the hot water tank, and subtracts the amount of hot water from the capacity of the hot water tank to divide the amount by the amount of boiling per unit time to increase the boiling operation time. In a heat pump water heater that calculates and controls to boil before the end time of the midnight power time period, an indication device for increasing the operating capacity of the compressor, and the compression by the indication device during the boiling operation When an increase in the operating capacity of the machine is selected, the operating capacity of the compressor is increased to operate, and when the end time of the midnight power time period elapses or the instruction by the indicating device is canceled, the normal operating capacity Wherein the back by providing a control device for controlling to operate to.
以上のように本発明は、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させることができ、沸き上げ時間の短縮も図ることも可能となる。 As described above, when the present invention is used in hot water supply or the like while performing a boiling operation in the late-night power hours, the operation time of the compressor is increased and the estimated time is increased. The boiling can be completed in the inside, and the boiling time can be shortened.
本発明の実施の形態を図を参照して、以下説明する。図1は本発明が適用されるヒートポンプ式給湯機の回路説明図で、このヒートポンプ式給湯機は圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路Rと、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路Kとを主要構成としている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a circuit of a heat pump type hot water heater to which the present invention is applied. This heat pump type hot water heater has a refrigerant circuit R for exchanging heat between refrigerant and water compressed by a compressor using a heat exchanger for heating. The main configuration is a hot water supply circuit K that circulates water between the hot water storage tank and the heat exchanger for heating by a circulation pump and enables the hot water to be discharged from the hot water storage tank.
前記冷媒回路Rは、二酸化炭素等の自然冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする能力調整が可能な圧縮機1、冷媒と水とを熱交換させる加熱用の冷媒対水熱交換器2、電動式の膨張弁3、外気と冷媒との熱交換を行う室外側熱交換器としての蒸発器4、アキュムレータ5等を備えている。
The refrigerant circuit R includes a compressor 1 capable of adjusting the ability to suck and compress natural refrigerant such as carbon dioxide to high temperature and high pressure, a heating refrigerant-to-
前記給湯回路Kは、お湯を貯湯する貯湯槽10、この貯湯槽10に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁11、貯湯槽10からお湯を取出す出湯管12、該出湯管12に接続される圧力逃がし弁13、貯湯槽10の下端部に接続されて貯湯槽10から前記冷媒対水熱交換器2に水を供給するための循環ポンプ14、流量調整手段としての流量調整弁15を有している。
The hot water supply circuit K is connected to a hot
なお、16は制御基盤で、本ヒートポンプ式給湯機を制御する制御装置としてマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)20等が搭載される。17は台所で操作される台所リモコン(リモートコントローラ)、18は風呂場で操作されるふろリモコン(リモートコントローラ)である。尚、これら台所リモコン17、ふろリモコン18には時刻表示装置等が設けられており、台所リモコン17には、前記圧縮機1の運転能力を上昇させるための能力上昇指示スイッチ(図示せず)が設けられ、沸き上げ運転中にこの能力上昇指示スイッチが操作されると、その操作信号を受けたマイコン20は前記圧縮機1の運転能力を上昇させて運転するように制御する。
次に図2の制御ブロック図に基づいて説明する。マイコン20は、本ヒートポンプ式給湯機の給湯に係る動作を統括制御するCPU(セントラル・プロセッシング・ユニット)21、各種データを記憶する記憶装置としてのRAM(ランダム・アクセス・メモリ)22、給湯動作に係るプログラムを格納するROM(リ−ド・オンリー・メモリ)23から構成されている。そして、CPU21は前記RAM22に記憶されたデータに基づき、前記ROM23に格納されたプログラムに従い、本ヒートポンプ式給湯機の給湯に係る動作を統括制御する。
Next, description will be made based on the control block diagram of FIG. The
そして、前記貯湯槽10には、湯温検出センサTS1、TS2、TS3及びTS4が設けられ、本給湯機がその沸き上げ可能温度が55℃までのため、前記各センサの検出湯温が55℃以上の場合には残湯ありと判断する。このとき、検出センサTS1の配置箇所は残湯量が220リットル、TS2が同じく180リットル、TS3が140リットル、TS4が70リットルの位置である。
The hot
ここで、前記貯湯槽10の容量が240リットル、外気温度検出センサ24による外気温度が25℃、ヒートポンプの能力(圧縮機1の定格能力)が5.0kW、沸き上げ温度が75℃、給水温度センサ25による逆止弁付き水道減圧弁11を介して貯湯槽10に供給する水道水の給水温度が20℃、湯温検出センサTS3の検出温度が63℃、湯温検出センサTS2の検出温度が50℃であるとして、以下図3のフローチャートを参照しつつ説明する。尚、これらのデータは、前記マイコン20のRAM22に格納されているものとして、以下説明する。
Here, the capacity of the hot
即ち、初めに4個の湯温検出センサの中から沸き上げ湯温55℃を2個の検出センサ間に含む検出センサの組み合わせをマイコン20が探索し、55℃より高い温度を検出している検出センサの検出温度をThi、その残湯量をLhiとし、低い温度を検出している検出センサの検出温度をTlo、その残湯量をLloとして、55℃に到達している前記貯湯槽10内の残湯量Lzを、Lz=(Thi−55)/(Thi−Tlo)×(Llo−Lhi)+Lhiからマイコン20が算出する。
That is, first, the
従って、55℃に到達している残湯量Lzは(63−55)/(63−50)×(180−140)+140から約165リットルであると、マイコン20は判断する。
Therefore, the
次に循環流量(1分間当りの沸き上げ量)を、ヒートポンプによる1分間当りの加熱量を沸き上げ温度から水温を引いた温度で割り算して算出するが、具体的には循環流量=(ヒートポンプ能力P×860(Kcal)/60(分間)/(沸き上げ温度Tp−(外気温度Tt×0.8+3))からマイコン20が算出する。即ち、所定能力が一定に出る給水温度(冷媒対水熱交換器2に入る水温)は、外気温度値を用いて、各種性能試験で得られた換算式より算出している。
Next, the circulation flow rate (boiling amount per minute) is calculated by dividing the heating amount per minute by the heat pump by the temperature obtained by subtracting the water temperature from the boiling temperature. Specifically, the circulation flow rate = (heat pump The
従って、循環流量は、(5×860/60/(75−(25×0.8+3)から約1.38リットル/分と、マイコン20は判断する。即ち、ヒートポンプの特性上(特に冷媒がCO2の場合)、沸き上げ温度を固定で、給水温度(冷媒対水熱交換器2に入る水温)が上昇すると圧縮機1の周波数を一定に保っていても徐々に加熱能力が低下し、また水温の上昇と能力の低下のカーブは完全にはリニアにはならないため、本給湯機で圧縮機1の保護も含め、入口水温に合わせて圧縮機1の周波数を段階的に下げる動作を行い、結果的に入口水温が変動しても同じ外気温度条件なら略一定の循環流量を維持する運転を行なうように制御することとなる。
Therefore, the
次に、前述したように算出された循環流量に基づいて、以下のように所要通電時間を算出する。即ち、貯湯槽10の容量から残湯量を引いた量を前記循環流量で割り算して5(余裕分)を加え、具体的には、所要通電時間は、(240−165)/1.38+5から約59分となる。
Next, based on the circulating flow rate calculated as described above, the required energization time is calculated as follows. That is, the amount obtained by subtracting the amount of hot water from the capacity of the hot
次に、マイコン20は、運転開始時刻を算出しRAM22に設定格納する。即ち、契約使用時間終了時刻(深夜電力時間帯終了時刻)7時00分から59分遡った時刻の6時01分が運転開始時刻となる。この運転開始時刻をRAM22に記憶し、マイコン20内のタイマ(図示せず)がその時刻を計時すると、沸き上げ運転(ピークシフト運転)が開始されることとなる。
Next, the
そして、このピークシフト運転中に、給湯されたことが検出されず、また能力上昇指示スイッチも操作されないとマイコン20が判定すると、圧縮機1の能力が5.0kWの通常の沸き上げ運転(ピークシフト運転)が継続する。なお、湯温検出センサTS3の検出温度が63℃、湯温検出センサTS2の検出温度が50℃を検出していたので、前述したように残湯量Lzは約165リットルであると算出していたが、ピークシフト運転中に給湯されると湯温検出センサTS3の検出温度が変化(下がる)するので、この給湯されたか否かの検出ができることとなるものである。
When the
しかし、このピークシフト運転中に、給湯されたことが検出されたか、また能力上昇指示スイッチも操作されたとマイコン20が判定すると、次に外気温度検出センサ24の検出温度が7℃以上〜25℃以下までの範囲内にあるか否かがマイコン20により判定されて、範囲内になければ通常の沸き上げ運転(ピークシフト運転)を継続し、範囲内にあれば給湯負荷が比較的軽いので圧縮機1の能力を5.0kWから最大加熱能力の6.0kWとなるようにマイコン20が圧縮機1の周波数制御をする。
However, if the
そして、台所リモコン17に設けられた能力上昇指示スイッチが再度押圧されて能力上昇の指示が解除されたか、深夜電力時間帯になったことがタイマにより計時されたとマイコン20が判定しなければ、能力上昇運転が継続される。そして、能力上昇の指示が解除されたか、深夜電力時間帯になったことが計時されたとマイコン20が判定すると、次に沸き上げが終了した否かが判定される。
If the
即ち、前記湯温検出センサTS1が55℃より低い温度を検出すると沸き上げが終了していないとマイコン20は判定し、通常の沸き上げ運転に戻して運転を行なうが、55℃以上を検出すると沸き上げが終了したと判定し、終了する。
That is, when the hot water temperature detection sensor TS1 detects a temperature lower than 55 ° C., the
以上のように本発明は、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させることができ、沸き上げ時間の短縮も図ることも可能となる。 As described above, when the present invention is used in hot water supply or the like while performing a boiling operation in the late-night power hours, the operation time of the compressor is increased and the estimated time is increased. The boiling can be completed in the inside, and the boiling time can be shortened.
なお、外気温度検出センサ24による外気温度の検出温度が10℃以下のとき、除霜による沸き上げ動作の停止等による沸き上げ能力低下を考慮するため、以下のような運転時間の補正を行ってもよい。この補正値は、実験に基づき導き出したものである。沸き上げ運転時間への加算時間として、(−0.045×外気温度+0.45)×(240−残湯量)の式に基づきマイコン20が算出する。
In addition, when the detection temperature of the outside air temperature by the outside air
なお、沸き上げ運転(ピークシフト運転)中に給湯されたことを検出する検出装置として、貯湯槽10からお湯を取出す出湯管12のいずこかに出湯の際の湯の流れを検出する検出センサを設けても良い。
As a detection device for detecting that hot water has been supplied during the boiling operation (peak shift operation), detection for detecting the flow of hot water in the hot
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various alternatives, modifications, and variations can be made by those skilled in the art based on the above description, and the various alternatives and modifications described above are within the scope of the present invention. Or a modification is included.
1 圧縮機
2 冷媒対水熱交換器(加熱用熱交換器)
10 貯湯槽
20 マイコン
22 RAM
1
10
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