JP2007192458A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ランニングコストを低減するとともに、施工性を向上させたヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、減圧弁３、空気−冷媒熱交換器４を接続した冷媒回路から構成されるヒートポンプユニット１０１と、前記水−冷媒熱交換器２にて加熱された温水を循環させる水回路から構成される温水ユニット２０２と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプユニット１０１、前記温水ユニット２０２の少なくともどちらか一方に蓄電装置１８を設けたことを特徴とするもので、昼間電力を使用せずに夜間電力を使用することでランニングコストを低減するとともに、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくして電気工事性等の施工性の向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルと、貯湯タンクや水回路を具備したヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機としては、冷凍サイクルを具備したヒートポンプユニットとタンク回路を具備した温水ユニットを一つの筐体内に収納した一体型のヒートポンプ給湯機がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１４８９１号公報

しかしながら、上記従来のヒートポンプ給湯機は、効率が良くランニングコスト（電気代）が安いという反面、温水ユニットが大きいため、筐体自体も大きくなり、狭いところには設置し難いという課題があった。その課題を解決するために、湯切れ耐力を確保して温水ユニットを小さくするには、貯湯タンクの小型化と、ヒートポンプユニットの加熱能力を増大する必要があるが、ここで貯湯タンクを小さくすると、昼間の追い焚きが必要になり、夜間電力に比べてランニングコストが高くなるという課題があった。

また、ヒートポンプユニットの加熱能力を増大すると、消費電力が増大して電流容量を上げる必要があり、契約電力量アップや、電気工事が伴うなどで工事性が悪くなるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決すものであり、ランニングコストを低減するとともに、施工性を向上させたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧弁、空気−冷媒熱交換器を接続した冷媒回路から構成されるヒートポンプユニットと、前記水−冷媒熱交換器にて加熱された温水を循環させる水回路から構成される温水ユニットと、制御手段とを備え、前記ヒートポンプユニット、前記温水ユニットの少なくともどちらか一方に蓄電装置を設けたことを特徴とするもので、貯湯タンクを小さくしつつ、昼間電力を使用せずに夜間電力を使用することでランニングコストを低減するとともに、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくして電気工事性等の施工性の向上を図ることができる。

本発明によれば、ランニングコストを低減するとともに、施工性を向上させたヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧弁、空気−冷媒熱交換器を接続した冷媒回路から構成されるヒートポンプユニットと、前記水−冷媒熱交換器にて加熱された温水を循環させる水回路から構成される温水ユニットと、制御手段とを備え、前記ヒートポンプユニット、前記温水ユニットの少なくともどちらか一方に蓄電装置を設けたことを特徴とするもので、貯湯タンクを小さくしつつ、昼間電力を使用せずに夜間電力を使用することでランニングコストを低減するとともに、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚
きなどを含めて電流容量を小さくして電気工事性等の施工性の向上を図ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の蓄電装置を電気二重層キャパシタとするもので、夜間電力を蓄えることができ、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の蓄電装置を、深夜電力時間帯に充電することを特徴とするもので、夜間電力を蓄えることができ、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の蓄電装置を、蓄電装置で貯えた電力を、深夜電力時間帯以外の時間帯で使用することを特徴とするもので、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電気容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第５の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明の沸き上げ運転に必要な加熱能力を算出して、所定値以上の時、蓄電装置に貯えた電力を使用するもので、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第６の発明は、特に、第５の発明の沸き上げ運転に必要な加熱能力を、外気温と入水温とタンクの残湯量から算出して、所定値以上の時、蓄電装置に貯えた電力を使用するもので、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第７の発明は、特に、第５の発明の沸き上げ運転に必要な加熱能力を、圧縮機の運転電流から算出して、所定値以上の時、蓄電装置に貯えた電力を使用するように制御するもので、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明のヒートポンプユニットと温水ユニットを一つの筐体に収納することにより、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができる。

第９の発明は、特に、第１〜８のいずれかの発明の冷媒回路に、二酸化炭素を充填することにより、従来のＲ４１０Ａなどのフロンに対して温暖化係数を低減でき、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しない深夜電力対応機器として認定することができ、また、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を
小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図るとともに、地球環境に優しいヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以下、本発明の発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外観図、図２は、同ヒートポンプ給湯機の回路構成図、図３は、同ヒートポンプ給湯機の制御フローチャートである。

図１、図２、図３に示す第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、減圧弁３、空気−冷媒熱交換器４を環状に接続した冷媒回路に冷媒を充填して構成された冷凍サイクルを有している。

また、貯湯タンク６、混合弁７−ａ、７−ｂ、電磁弁８、循環ポンプ９、三方弁１１、減圧弁１２、排水弁１３を配管で接続して構成された水回路を有する温水ユニットを具備している。

さらには、圧縮機１などの冷凍サイクル部品を制御するためのヒートポンプ側電子制御装置１６と、各種センサー（図示せず）からの信号により給湯負荷を算出してヒートポンプ側電子制御装置１６に信号を送信したり、混合弁７−ａなどの水回路の電装品を制御するための水回路側電子制御装置１７等の制御手段と、電気を貯える電気二層キャパシタ１８が設けられている。

そして、図１、図２に示すように、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルをヒートポンプユニット１０１に収納し、水回路を温水ユニット２０２に収納し、さらに、温水ユニット２０２には電気二層キャパシタ１８を配設した構造になっている。なお送風機５は、空気−冷媒熱交換器４に空気を送る機能を果たし、水−冷媒熱交換器２は凝縮器として、空気−冷媒熱交換器４は蒸発器として機能する。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、図２、図３を用いて、以下その動作を説明する。まず、貯湯タンク６に貯湯する場合（貯湯運転）について説明する。

サーミスタ（図示せず）などで貯湯タンク６の残湯量を検出し、残湯量が少なくなると、圧縮機１、送風機５および給湯用循環ポンプ９を運転して貯湯運転を開始する。

冷凍サイクルでは、圧縮機１で圧縮された冷媒は、水−冷媒熱交換器２で放熱して凝縮し、減圧弁３に流入して膨張し、空気−冷媒熱交換器４で送風機５にて送られた空気と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。タンク回路では、水−冷媒熱交換器２で水を加熱して湯を生成し、この湯を貯湯側に切り換えられた三方弁１１を介して貯湯タンク６の上部から貯湯する。

次に、給湯をする場合（給湯運転）について説明する。蛇口１４を開けると、水回路の水圧が低下して、貯湯タンク６の下部から水が流入し、貯湯タンク６の上部から湯が押し出され、混合弁７−ａにより水と混合されて目標温度にされ、蛇口１４から出湯される。ここで、残湯量が少なくなると、給湯と並行して圧縮機１および送風機５を運転して貯湯運転を開始する。そして、蛇口１４を閉じると、圧縮機１などを停止して給湯運転を終了する。

次に、風呂注湯をする場合（風呂注湯運転）について説明する。リモコン１９のスイッチを押すと電磁弁８が開き、上記給湯運転と同様に、水回路の水圧が低下して、貯湯タンク６の下部から水が流入し、貯湯タンク６の上部から湯が押し出され、混合弁７−ｂにより水と混合されて目標温度にされ、風呂１５から注湯される。ここで、残湯量が少なくなると、注湯と並行して、圧縮機１および送風機５を運転して貯湯運転を開始する。そして、風呂１５に一定量の湯を張り終えると電磁弁８を閉じて、圧縮機１などを停止して風呂注湯運転を終了する。

ここで、蓄電装置である電気二層キャパシタ１８の動作について説明する。所定時刻Ｔａ＝２３時とＴｂ＝７時の間の深夜電力時間帯で充電し、Ｔｂ＝７時からＴａ＝２３時の間では、深夜電力時間帯で貯えた電力を使用（放電）するように制御するものである。

まずは充電の動作について説明する。例えば、２３時と７時の間に夜間電力を使用し、貯湯運転を行って貯湯タンク６に湯を貯えるとともに、電気二層キャパシタ１８に充電する。

次に、放電の動作について説明する。７時以降に給湯が行われて貯湯タンクの残湯量が少なくなると貯湯運転を開始するが、その場合に昼間電力を使うのではなく、まずは電気二層キャパシタに貯えた電力を使用する。

以上のような本実施の形態のヒートポンプ給湯機によれば、電気二層キャパシタ１８を、ある設定時刻ＴａとＴｂの間の深夜電力時間帯で充電し、ＴｂとＴａの間の昼間に、夜間に貯えた電力を使用するように制御することにより、貯湯タンクを小さくして小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、電力平準化やランニングコストの低減を図ることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の制御フローチャートである。

本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、第１の実施の形態と制御が異なるのみであり、図２と図４を用いてその動作について説明する。図４に示すように、圧縮機１の運転電流Ａｃをヒートポンプ側電子制御装置１６で検出して、所定電流値１５Ａを越えた場合に、夜間電力を貯えた電気二層キャパシタ１８の電力を使用して圧縮機１の運転をアシストするようにするものである。

以上のような本実施の形態のヒートポンプ給湯機によれば、圧縮機１の運転電流Ａｃを検出して、給湯機の総合電流が１５Ａを超えないように制御することにより、起動時や残湯量が少ない時の大能力追い焚きなどを含めて電流容量を小さくすることができ、契約電力容量の低減や電気工事性の向上を図ることができるとともに、昼間電力の使用量を低減することができ、ランニングコストの低減を図ることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の正面図と平面図である。

本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、第１と第２の実施の形態と形態が異なるのみであり、その動作についての説明は省略する。図５に示すように、圧縮機１などの冷凍サイクルと、貯湯タンク６などの温水ユニットを一つの筐体に収納したものである。

以上のような本実施の形態のヒートポンプ給湯機によれば、ヒートポンプユニットと温水ユニットを一つの筐体に収納することにより、ユニット全体の小型化を図りつつ、昼間電力を使用しないで深夜電力のみで対応できる機器とすることができ、電力平準化やランニングコストの低減、配管接続作業削減による設置工事性の向上を図ることができる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の給湯機や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の外観図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の制御フローチャート 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の制御フローチャート 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯機の正面図と平面図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 水−冷媒熱交換器
３ 減圧弁
４ 空気−冷媒熱交換器
５ 送風機
６ 貯湯タンク
７ 混合弁
８ 電磁弁
９ 給湯用循環ポンプ
１４ 蛇口
１５ 浴槽
１８ 蓄電装置
１０１ ヒートポンプユニット
２０２ 温水ユニット

Claims (9)

1. 圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧弁、空気−冷媒熱交換器を接続した冷媒回路から構成されるヒートポンプユニットと、前記水−冷媒熱交換器にて加熱された温水を循環させる水回路から構成される温水ユニットと、制御手段とを備え、前記ヒートポンプユニット、前記温水ユニットの少なくともどちらか一方に蓄電装置を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 蓄電装置として、電気二重層キャパシタを設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプＨＰ給湯機。
3. 蓄電装置を深夜電力時間帯に充電することを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 蓄電装置で貯えた電力を、深夜電力時間帯以外の時間帯で使用することを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
5. 沸き上げ運転に必要な加熱能力を算出して、前記加熱能力が所定値以上のとき、蓄電装置に貯えた電力を使用するように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 沸き上げ運転に必要な加熱能力を、外気温と入水温とタンクの残湯量とから算出することを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ給湯機。
7. 沸き上げ運転に必要な加熱能力を、圧縮機の運転電流から算出することを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ給湯機。
8. ヒートポンプユニットと温水ユニットとを一つの筐体に収納したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
9. 冷媒回路に、二酸化炭素を充填したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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