JP2007198731A - Hot water storage type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ装置によって加熱される給湯用の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a hot water storage type hot water supply apparatus that stores hot water for hot water supply heated by a heat pump device in a hot water storage tank.
従来の貯湯式給湯装置として、特許文献1に示されるように、給湯水を加熱する加熱手段として、ヒートポンプ集熱器とソーラ集熱器とを備えたものが知られている。この貯湯式給湯装置においては、電力コストに応じて定まる所定時間帯、例えば時間帯別電灯契約において電気料金が安価な深夜時間帯(具体的には例えば当日23時〜翌日7時)にヒートポンプ集熱器の運転によりタンク内の湯水のほとんどを沸き上げる。そして、それ以外の昼間の時間帯では、深夜時間帯では沸き上げられなかった不足分や、昼間の時間帯で使用した分を補足的にソーラ集熱器あるいはヒートポンプ集熱器の運転によって湯を沸き上げるようにしている。 As a conventional hot water storage type hot water supply apparatus, as shown in Patent Document 1, a heating means that heats hot water is provided with a heat pump heat collector and a solar heat collector. In this hot water storage type hot water supply apparatus, heat pumps are collected in a predetermined time period determined according to the electric power cost, for example, a late night time period (specifically, for example, from 23:00 on the current day to 7:00 on the next day) in which the electric charge is low in a lighting contract by time. Boil most of the hot water in the tank by operating the heater. In other daytime hours, hot water can be supplemented by operating solar collectors or heat pump collectors in addition to the shortage that was not boiled in midnight hours or the amount used in daytime hours. I try to boil it up.
しかしながら、昼間の時間帯にソーラ集熱器やヒートポンプ集熱器を運転させずに電力料金の安価な深夜時間帯において湯の沸き上げが完了されるのがベストであるが、例えばユーザの湯の使用量や、季節の給湯水温度や外気温度の変化による加熱手段の能力低下等によって、所定の沸き上げが完了できない場合がある。そのような状況においては、沸き上げ可能な熱量をいかに効率良く得るかが重要になってくるが、上記特許文献1では、その点に対する考慮は特に見られない。 However, it is best that the boiling of the hot water is completed in the midnight hours when the solar power collector and the heat pump collector are not operated during the daytime hours, and the power rate is low. Predetermined boiling may not be completed due to a decrease in the capacity of the heating means due to changes in usage amount, seasonal hot water temperature or outside air temperature. In such a situation, it is important how efficiently the amount of heat that can be boiled is obtained, but in Patent Document 1, there is no particular consideration for this point.
本発明は、上記問題に鑑み、所定の時間帯において効率の良い沸き上げを行い、電気料金の低減を可能とする貯湯式給湯装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a hot water storage type hot water supply apparatus that can efficiently raise water in a predetermined time zone and reduce an electricity bill.
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の発明では、内部に給湯用の高温の湯を貯える貯湯タンク(110)と、貯湯タンク(110)内の水を加熱して湯とするヒートポンプ装置(120)と、貯湯タンク(110)内の湯が1日の給湯に必要とされる必要沸き上げ熱量(Q)を有するように、主に電力コストに応じて定まる所定時間帯にヒートポンプ装置(120)を作動制御する制御装置(130)とを備える貯湯式給湯装置において、制御装置(130)は、必要沸き上げ熱量(Q)を所定の沸き上げ温度(Tp)および所定の沸き上げ流量(V)で所定時間帯に貯湯する際に、貯湯タンク(110)内が湯によって満たされないと判定すると、所定の沸き上げ流量(V)が増大するように所定の沸き上げ温度(Tp)またはヒートポンプ装置(120)の加熱能力の少なくとも一方を変更して、貯湯タンク(110)内を湯で満たすようにすることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, a hot water storage tank (110) for storing hot water for hot water supply therein, a heat pump device (120) for heating the water in the hot water storage tank (110) into hot water, and a hot water storage tank (110) Control for controlling the operation of the heat pump device (120) in a predetermined time period mainly determined according to the power cost so that the hot water in the hot water (Q) required for hot water supply in one day is provided. In the hot water storage type hot water supply apparatus including the device (130), the control device (130) sets the required amount of heating heat (Q) at a predetermined time zone at a predetermined boiling temperature (Tp) and a predetermined boiling flow rate (V). When hot water is stored, if it is determined that the hot water storage tank (110) is not filled with hot water, the predetermined boiling temperature (Tp) or the heat pump device (120) is increased so that the predetermined boiling flow rate (V) increases. And changing at least one of the heat capacity, it is characterized in that to satisfy with hot water to the hot water storage tank (110).
これにより、必要沸き上げ熱量(Q)を確保できない場合でも貯湯できうる熱量が同一であるならば、沸き上げ温度(Tp)は所定値よりも低い温度にして湯を多量に溜めたほうが、高温の湯を少量溜めるよりもヒートポンプ装置(120)を高いエネルギー効率(成績係数)のポイントで作動できるので、消費電力を低減することができる。 As a result, if the amount of heat that can be stored in the hot water is the same even if the required amount of boiling heat (Q) cannot be ensured, the boiling temperature (Tp) should be lower than the predetermined value, and a larger amount of hot water should be stored. Since the heat pump device (120) can be operated at a higher energy efficiency (coefficient of performance) than storing a small amount of hot water, power consumption can be reduced.
また、加熱能力については増加する方向に変更することで、沸き上げ流量(V)を増加させ、貯湯タンク(110)内を必要沸き上げ熱量(Q)で満たすことができる。即ち、所定時間帯以外でのヒートポンプ装置(120)の作動による沸きましを不要とすることができ、総じて電気料金を低減することができる。 Further, by changing the heating capacity in the increasing direction, the boiling flow rate (V) can be increased and the hot water storage tank (110) can be filled with the required boiling heat quantity (Q). That is, boiling due to the operation of the heat pump device (120) outside the predetermined time period can be eliminated, and the electricity bill can be reduced as a whole.
請求項2に記載の発明では、制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更することを特徴としている。 The invention according to claim 2 is characterized in that the controller (130) changes the boiling temperature (Tp) to a lower side as the outside air temperature (Ta) is lower.
これにより、外気温度(Ta)に対応して低下する水の温度(Tw)と変更後の沸き上げ温度(Tp)との差を同等あるいは小さくすることができる。よって、ヒートポンプ装置(120)の加熱能力を小さくしてエネルギー効率(成績係数)の高いポイントで作動させることができ、消費電力を低減することができる。 Thereby, the difference of the temperature (Tw) of the water which falls corresponding to outside temperature (Ta) and the boiling temperature (Tp) after a change can be made equivalent or small. Therefore, the heating capacity of the heat pump device (120) can be reduced to operate at a point with high energy efficiency (coefficient of performance), and power consumption can be reduced.
請求項3に記載の発明では、制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど加熱能力を高い側に変更することを特徴としている。 The invention according to claim 3 is characterized in that the controller (130) changes the heating capacity to the higher side as the outside air temperature (Ta) is lower.
これにより、外気温度(Ta)の変化に対して貯湯式給湯装置(100)の蓄熱量をほぼ一定に保つことができる。 Thereby, the heat storage amount of the hot water storage type hot water supply device (100) can be kept substantially constant with respect to the change in the outside air temperature (Ta).
請求項4に記載の発明では、制御装置(120)は、外気温度(Ta)がヒートポンプ装置(120)内の吸熱部(124)に着霜が生ずる温度領域において、所定の沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更、あるいは加熱能力を高い側に変更することを特徴としている。 In the invention according to claim 4, the control device (120) has a predetermined boiling temperature (Tp) in a temperature region where the outside air temperature (Ta) causes frost formation in the heat absorption part (124) in the heat pump device (120). ) Is changed to a lower side, or the heating capacity is changed to a higher side.
これにより、沸き上げに支障をきたす着霜時において効率的な沸き上げが可能となる。 This makes it possible to efficiently raise water during frosting that hinders boiling.
尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。 In addition, the code | symbol in the parenthesis attached | subjected to each said means shows the correspondence with the specific means of embodiment description later mentioned.
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は本実施形態の貯湯式給湯装置100の概略構成を示す模式図である。貯湯式給湯装置100は、主に貯湯タンク110、ヒートポンプ装置120、制御装置130から成る。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a hot water storage type hot
貯湯タンク110は、耐食性に優れた金属製(例えばステンレス製)より成るタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の高温の湯を長時間に渡って保温することができるようにしている。貯湯タンク110は、設置時のスペース効率を考慮して縦長形状としており、そのタンク容量Lは一般家庭での給湯量をまかなえるように、ここでは370Lとしている。そして貯湯タンク110の底面には導入口111が設けられ、この導入口111には貯湯タンク110内に水道水を導入する導入管141が接続されている。導入管141には、サーミスタ143aが設けられており、サーミスタ143aは導入管141を流れる水道水の温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
The hot
一方、貯湯タンク110の最上部には導出口112が設けられ、導出口112には貯湯タンク110内の高温の湯を導出するための導出管142が接続されている。そして、導出管142には、水道水の給水配管145が接続されており、この給水配管145との合流点には、混合弁146が配置されている。混合弁146は開口面積比(導出管142に連通する湯側の開度と給水配管145に連通する水側の開度の比率)を調節することにより、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等に高温の湯と水とを適宜混合して給湯するようにしている。
On the other hand, a lead-out
また、貯湯タンク110の下部には、導入管141から貯湯タンク110内に供給された水道水を流出するための冷水出口113が設けられ、また貯湯タンク110の上部には、貯湯タンク110内に湯が流入する温水入口114が設けられている。冷水出口113と温水入口114とは循環回路147で接続されており、この循環回路147の冷水出口113側にはポンプ148が設けられている。また、循環回路147の一部は後述するヒートポンプ装置120内の水熱交換器122に接続されている。
In addition, a
更に、貯湯タンク110の外壁面には、複数のサーミスタ143bが縦方向に所定の間隔をあけて配置され、貯湯タンク110内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
Further, a plurality of
ヒートポンプ装置120は、例えばCO2を冷媒とする加熱手段であり、電動圧縮機121、水熱交換器122、膨張弁123、送風機125を備える室外側熱交換器124が冷媒配管126によって順次接続されて閉回路を構成している。電動圧縮機121には、インバータ127が設けられており、このインバータ127は、電動圧縮機121に供給する電力を可変する。また、室外側熱交換器124の送風機125によって生ずる空気流れの上流側には外気温センサ124aが設けられており、外気温センサ124aは室外側熱交換器124に流入する外気の温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
The
尚、ヒートポンプ装置120は、冷媒を電動圧縮機121で高温高圧にして水熱交換器122において貯湯タンク110から供給される冷水(水道水)との間で熱交換を行い、所定温度(沸き上げ温度Tp、例えば90℃)の湯に沸き上げ、高温の湯を貯湯タンク110内に貯湯するようにしている。水熱交換機122で放熱した冷媒に対しては、室外側熱交換器124によって外気から吸熱させるようにしている。
The
制御装置130は、主に電動圧縮機121とポンプ148との作動を制御するものである。制御装置130には、上記外気温センサ124aからの温度情報、サーミスタ143a、143bからの温度情報が入力される。また、制御装置130には、図2に示すように、外気温度Taに対する電動圧縮機121の圧縮機回転数Nの関係を示す制御特性が予め記憶されている。この制御特性は、外気温度Taが43℃から−10℃に低下するにつれて、圧縮機回転数NがN1からN2に増加するものとしている。
The
そして制御装置130は、これらの入力情報、制御特性および予め定めた各種演算式(後述)から得られる結果に基づいて電動圧縮機121とポンプ148の回転数をそれぞれ可変させ、主に深夜時間帯において湯の沸き上げを行う。尚、深夜時間帯とは従来技術の項でも説明したように、電力コストに応じて定まる所定時間帯、例えば時間帯別電灯契約において電気料金が安価な時間帯であり、具体的には当日の23時〜翌日の7時等(他に22時〜8時の場合もある)に対応する。
Then, the
尚、図示しないカラン等が開かれ給湯が行なわれる時には、タンク110の導出口112から高温の湯が導出される。これに伴い、導入口111から貯湯タンク110の下部へ水道水の導入が行なわれる。この時の給湯量に応じて、サーミスタ143bからの各水位レベルにおける温度情報によって貯湯タンク110内の高温の湯が所定熱量未満になったと判定すると、深夜時間帯に係わらず、貯湯タンク110内に予め定めた演算式によって得られる熱量分の沸き増しを行うために、ヒートポンプ装置120を運転する。
Note that when hot water or the like (not shown) is opened and hot water is supplied, hot water is led out from the
本発明においては深夜時間帯の沸き上げにおける電動圧縮機121とポンプ148の作動制御に特徴を持たせており、以下その詳細について図3に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
In the present invention, the operation control of the
まず、深夜時間帯の開始時刻である23時になると、ステップS100で外気温センサ124aから外気温度Taを把握する。そして、ステップS110で、▲1▼沸き上げ条件の演算、▲2▼電動圧縮機121の圧縮機回転数Nの決定、▲3▼沸き上げ流量Vの演算を行う。
First, at 23:00, which is the start time of the midnight time zone, the outside air temperature Ta is grasped from the outside
▲1▼の沸き上げ条件の演算においては、当日必要とされる湯の必要沸き上げ熱量Qとこの必要沸き上げ熱量Qを得るために必要となる所要沸き上げ時間Haを算出する。必要沸き上げ熱量Qは以下の数式1によって算出するようにしている。 In the calculation of the boiling condition (1), the required boiling heat amount Q of hot water required on the day and the required boiling time Ha necessary for obtaining this required boiling heat amount Q are calculated. Necessary boiling heat quantity Q is calculated by the following formula 1.
残湯量Lzは、サーミスタ143bの各水位レベルのおける温度情報から所定の演算式によって得られるようにしている。沸き上げ温度Tpは、65℃〜90℃の範囲で設定されるようにしており、この制御の初期値としては90℃としている。平均給水温度Twは、サーミスタ143aから得られる温度である。
The remaining hot water amount Lz is obtained from a temperature information at each water level of the
また、所要沸き上げ時間Haは、以下の数式2によって算出するようにしている。 Further, the required boiling time Ha is calculated by the following formula 2.
▲2▼の圧縮機回転数Nは、図2で説明した制御特性を用いて外気温度Taに対応する値として決定する。 The compressor rotational speed N in (2) is determined as a value corresponding to the outside air temperature Ta using the control characteristics described in FIG.
▲3▼の沸き上げ流量Vは、以下の数式3によって算出するようにしている。 The boiling flow rate V of {circle around (3)} is calculated by the following mathematical formula 3.
ステップS120で肯定的判定をすると、ステップS130で深夜時間帯の終了時刻となる7時から所要沸き上げ時間Ha分をさかのぼって沸き上げ開始時刻を設定し、その時刻になったら沸き上げを開始する。 If an affirmative determination is made in step S120, the boiling start time is set by going back the required boiling time Ha from 7 o'clock, which is the end time of the midnight time zone in step S130, and boiling starts when that time comes. .
しかしながら、ステップS120で否と判定すると、深夜時間帯内において必要沸き上げ量(L−Lz)、即ち必要沸き上げ熱量Qが得られないことになり、ステップS140で沸き上げ温度Tpの設定を所定量α分だけ下げ、再びステップS110に戻る。沸き上げ温度Tpを下げるということは、即ち水熱交換器122(循環回路147)を流通する水道水の流量を増加させることであり、ここではポンプ148の回転数を増加させる。
However, if NO is determined in step S120, the required amount of boiling (L-Lz), that is, the required amount of heating Q cannot be obtained in the midnight time zone, and the setting of the boiling temperature Tp is determined in step S140. Decrease by the fixed amount α, and return to step S110 again. Lowering the boiling temperature Tp means increasing the flow rate of tap water flowing through the water heat exchanger 122 (circulation circuit 147), and here, the rotational speed of the
沸き上げ温度Tpを下げると、ステップS110中の演算において、必要沸き上げ熱量Qが小さくなり、所要沸き上げ時間Haが短くなり、沸き上げ流量Vが増加する。そして、ステップS140、ステップS110の繰り返しによって、ステップS120において、沸き上げ温度Tpは初期の90℃よりも低くなるものの、必要沸き上げ量(L−Lz)を8時間で満たす条件が設定され、ステップS130で沸き上げが開始される。 When the boiling temperature Tp is lowered, in the calculation in step S110, the required boiling heat amount Q is reduced, the required boiling time Ha is shortened, and the boiling flow rate V is increased. Then, by repeating step S140 and step S110, in step S120, although the boiling temperature Tp is lower than the initial 90 ° C., a condition for satisfying the required boiling amount (L-Lz) in 8 hours is set. In S130, boiling is started.
これにより、必要沸き上げ熱量Qを確保できない場合でも貯湯できうる熱量が同一であるならば、沸き上げ温度Tpは初期値(90℃)よりも低い温度にして湯を多量に溜めたほうが、高温の湯を少量溜めるよりもヒートポンプ装置120を高いエネルギー効率(成績係数)のポイントで作動できるので(図4)、消費電力を低減して電気料金を低減することができる。
Accordingly, if the amount of heat that can be stored in the hot water is the same even if the required amount of heat Q can not be secured, the boiling temperature Tp should be lower than the initial value (90 ° C.), and a larger amount of hot water should be stored. Since the
また、外気温度Taの低下に応じて圧縮機回転数Nを増加させることでヒートポンプ装置120の加熱能力をほぼ一定に保つことができる。
Moreover, the heating capability of the
更に、本制御においては、1日毎に貯湯タンク110内を満タンにして沸き上げを行うので、順次内部の湯が更新されていき、衛生的に使用することができる。
Furthermore, in this control, since the hot
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図5に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、ステップS121で、沸き上げ流量V×深夜時間(8時間)が必要沸き上げ量(L−Lz)よりも少ないと判定した場合に、ステップS150で圧縮機回転数Nを所定量β分だけ増加するようにしている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, when it is determined in step S121 that the boiling flow rate V × midnight time (8 hours) is less than the required boiling amount (L-Lz) in step S121. In S150, the compressor rotational speed N is increased by a predetermined amount β.
圧縮機回転数Nが増加すると冷媒流量が増加し、ヒートポンプ装置120の加熱能力が増加する。加熱能力が増加すると所要沸き上げ時間Haが短くなり、時間あたりの沸き上げ流量Vは増加し、ステップS150、ステップS110の繰り返しによって、ステップS121において、必要沸き上げ量(L−Lz)を8時間で満たす条件が設定され、ステップ130で沸き上げが開始される。尚、圧縮機回転数Nを増加させる際には、図2で説明したようにN2を上限としており、ステップS121でその判定を行う。
When the compressor rotation speed N increases, the refrigerant flow rate increases and the heating capacity of the
これにより、沸き上げ流量Vを増加させ、貯湯タンク110内を必要沸き上げ熱量Qで満たすことができるので、深夜時間帯以外でのヒートポンプ装置120の作動による沸きましを不要とすることができ、電気料金を低減することができる。また、電力の使用が深夜時間帯のみの契約であった場合は、貯湯熱量が不足して湯切れを起こすことが無い。
Thereby, the boiling flow rate V can be increased, and the hot
また、必要沸き上げ量(L−Lz)に見合った電動圧縮機121の作動を行うので、不必要に騒音を悪化させたり、エネルギー効率を低下させることが無い。
Moreover, since the operation of the
(その他の実施形態)
上記第1、第2実施形態では、沸き上げ温度Tp(ポンプ148の回転数)の変更および圧縮機回転数Nの変更をそれぞれ個々に行うものとして説明したが、本発明の制御においては、両者を共に変更するものとしても良い。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, it has been described that the boiling temperature Tp (the rotational speed of the pump 148) and the compressor rotational speed N are individually changed. However, in the control of the present invention, both It is good also as what changes together.
また、外気温度Taについては、低温から高温まで広い領域において判定対象としたが、必要沸き上げ量(L−Lz)の確保が困難となるのは通常、ヒートポンプ装置120の室外側熱交換器124において着霜が生じる温度領域(具体的には、5℃以下の領域)であるので、本発明の制御をこの着霜が生じる温度領域に適用して好適であり、効率的な沸き上げが可能となる。
The outdoor air temperature Ta is determined in a wide range from a low temperature to a high temperature. However, it is usually difficult to ensure the required boiling amount (L-Lz). The
100 貯湯式給湯装置
110 貯湯タンク
120 ヒートポンプ装置
124 室外側熱交換器(吸熱部)
130 制御装置
DESCRIPTION OF
130 Controller
Claims (4)
前記貯湯タンク(110)内の水を加熱して前記湯とするヒートポンプ装置(120)と、
前記貯湯タンク(110)内の前記湯が1日の給湯に必要とされる必要沸き上げ熱量(Q)を有するように、主に電力コストに応じて定まる所定時間帯に前記ヒートポンプ装置(120)を作動制御する制御装置(130)とを備える貯湯式給湯装置において、
前記制御装置(130)は、前記必要沸き上げ熱量(Q)を所定の沸き上げ温度(Tp)および所定の沸き上げ流量(V)で前記所定時間帯に貯湯する際に、前記貯湯タンク(110)内が前記湯によって満たされないと判定すると、前記所定の沸き上げ流量(V)が増大するように前記所定の沸き上げ温度(Tp)または前記ヒートポンプ装置(120)の加熱能力の少なくとも一方を変更して、前記貯湯タンク(110)内を前記湯で満たすようにすることを特徴とする貯湯式給湯装置。 A hot water storage tank (110) for storing hot water for hot water supply inside,
A heat pump device (120) for heating the water in the hot water storage tank (110) to form the hot water;
The heat pump device (120) in a predetermined time period mainly determined according to the power cost so that the hot water in the hot water storage tank (110) has a necessary heating amount (Q) required for hot water supply for one day. A hot water storage hot water supply apparatus comprising a control device (130) for controlling the operation of
The controller (130) is configured to store the hot water storage tank (110) when storing the required boiling heat quantity (Q) at a predetermined boiling temperature (Tp) and a predetermined boiling flow rate (V) in the predetermined time period. ) When it is determined that the inside is not filled with the hot water, at least one of the predetermined boiling temperature (Tp) or the heating capacity of the heat pump device (120) is changed so that the predetermined boiling flow rate (V) increases. Then, the hot water storage type hot water supply apparatus is characterized in that the hot water storage tank (110) is filled with the hot water.
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