JP2008175426A - Heat pump-type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ヒートポンプ式加熱手段により貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機で、特に、ヒートポンプ式加熱手段の沸き上げ運転の制御に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type water heater that heats hot water in a hot water storage tank by means of a heat pump type heating means, and particularly relates to control of a boiling operation of the heat pump type heating means.
従来よりこの種のものでは、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯、例えば当日23時〜翌日7時の間にヒートポンプ式加熱手段の運転により貯湯タンク内の湯水のほとんどを沸き上げ、沸き上げた温水を暖房や風呂の熱源として使用したり、給湯に使用したりしている。また、このような深夜電力を利用したものにおいては、深夜電力時間帯終了時(翌日7時)の少し前に沸き上げが完了するように予め必要沸き上げ時間Hを沸き上げ量Q、ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力W、加熱補正係数αから次式にて算出している。
H=Q/(860×W×α)
そして、沸き上げ開始時刻を制御するいわゆるピークシフトを行うようにしている。(例えば、特許文献1参照。)
H = Q / (860 × W × α)
A so-called peak shift is performed to control the boiling start time. (For example, refer to
ところでこの従来のヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク内に貯湯された高温水を取り出して暖房や風呂の追焚きの熱源として用い、熱交換によって温度低下した中温水が貯湯タンク内に戻されること等によって、貯湯タンク内には温度低下した40℃〜60℃程度の中温水が貯まる。この中温水が貯湯タンク内に多量に貯まった状態で、沸き上げ運転に入ると、中温水に対するヒートポンプ式加熱手段の加熱能力の低下が大きいため、予め計算された必要沸き上げ時間よりも沸き上げ時間が長くなり深夜時間帯での沸き上げを終了しないという問題点を有するものであった。 By the way, in this conventional heat pump type hot water heater, hot water stored in the hot water storage tank is taken out and used as a heat source for heating or bathing, and the intermediate hot water whose temperature is lowered by heat exchange is returned to the hot water storage tank. As a result, medium-temperature water having a temperature drop of about 40 ° C. to 60 ° C. is stored in the hot water storage tank. If a large amount of medium-temperature water is stored in the hot water storage tank and the boiling operation is started, the heating capacity of the heat pump heating means with respect to the medium-temperature water is greatly reduced. The problem was that the time was long and the boiling in the midnight hours was not finished.
この発明は上記課題を解決するために、特に請求項1ではその構成を、内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク側面上下に複数個設けられ貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、沸き上げ量および前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力とに基づき必要沸き上げ時間を算出する制御手段とを備えるヒートポンプ式給湯機において、前記制御手段は、前記貯湯温度検出手段により検出された湯温から前記貯湯タンク内の中温水量を判断すると共にこの中温水量に応じた加熱補正係数を選択し、選択された加熱補正係数により前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力を補正して、前記必要沸き上げ時間を算出するようにしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is particularly configured in
又請求項2では、前記制御手段は、前記中温水量が多くなる程、より小さい前記加熱補正係数を選択するようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, the control means selects the smaller heating correction coefficient as the amount of medium-temperature water increases.
又請求項3では、前記制御手段は、前記貯湯温度検出手段のうち第1所定温度以上かつ第2所定温度以下を検出した個数から中温水量を算出するようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, the control means calculates the amount of medium hot water from the number of the hot water storage temperature detection means that detects the first predetermined temperature or higher and the second predetermined temperature or lower.
この発明の請求項1によれば、中温水量に応じた加熱補正係数を選択することで、中温水に対するヒートポンプ式加熱手段の加熱能力の低下を考慮した必要沸き上げ時間が計算でき、確実に電力単価が安価な深夜時間帯で沸き上げを完了させることができるものである。
According to
又請求項2によれば、中温水量が多くなる程、より小さい加熱補正係数を選択することで、中温水量が多い時には、より必要沸き上げ時間を長く取り、沸き上げ開始時刻を早め、確実に電力単価が安価な深夜時間帯で沸き上げを完了させることができるものである。
Further, according to
又請求項3によれば、制御手段は所定温度域を検出した貯湯温度検出手段の個数から簡単に中温水量を判断することができるものである。 According to the third aspect of the present invention, the control means can easily determine the amount of medium hot water from the number of hot water storage temperature detection means that have detected a predetermined temperature range.
次にこの発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯機を図1に基づき説明する。
1は湯水を貯湯するタンク容量370Lの貯湯タンク、2は貯湯タンク1内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、3は給湯栓、4は浴室温水暖房乾燥器や床暖房端末などの温水暖房端末器である。
Next, a heat pump type water heater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
1 is a hot water storage tank having a capacity of 370 L for storing hot water, 2 is a heat pump heating means for heating the hot water in the hot
5は貯湯タンク1とヒートポンプ式加熱手段2を循環可能に接続するヒーポン循環回路で、6はヒーポン循環回路5に設けられて貯湯タンク1内の湯水を循環するヒーポン循環ポンプである。ヒーポン循環回路5は貯湯タンク1下部に接続されたヒーポン往き管5aおよび貯湯タンク1上部に接続されたヒーポン戻り管5bより構成され、貯湯タンク1下部の低温の水をヒーポン往き管5aを介してヒートポンプ式加熱手段2で加熱し、加熱された高温の湯をヒーポン戻り管5bから貯湯タンク1上部に戻して、高温の湯を上部から順次積層して貯湯するものである。
A heat
また、貯湯タンク1の側面の上下方向には上部から測って貯湯量が20L、50L、100L、150L、200L、250L、300L、350Lの位置に、その位置の湯の温度を検出する貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサ7a〜7hが配設されている。なお、貯湯温度センサ7hで検出される温度情報は、沸き上げ運転を行う時の加熱停止温度を検出するものであり、この貯湯温度センサ7hが加熱停止温度に達すると沸き上げ運転を終了するものである。
In addition, the hot water storage temperature detection for detecting the temperature of hot water at the position where the hot water storage amount is 20L, 50L, 100L, 150L, 200L, 250L, 300L, 350L measured from the top in the vertical direction of the side surface of the hot
8は貯湯タンク1下端に接続され貯湯タンク1内に水を供給する給水管、9は貯湯タンク1上端に接続され貯湯されている高温の湯を出湯する出湯管、10は給水管8から分岐した給水バイパス管、11は給水バイパス管10からの水と出湯管9からの高温の湯を設定温度に混合する混合弁、12は混合された設定温度の温水を給湯する給湯管である。13は混合弁11の下流に設けた給湯温度センサ、14は給湯量をカウントする給湯流量センサ、15は水道圧を所定の圧力に減圧する減圧弁、16は給水管8途中に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、17は加熱されることによる過圧を逃す圧力逃し弁、18はヒートポンプ式加熱手段2の運転開始・停止制御や貯湯温度センサなどの各種センサの入力を受けて各アクチュエータの駆動を制御するマイクロコンピュータを有する制御手段である。
8 is a water supply pipe connected to the lower end of the hot
次に、19は温水暖房端末器4の熱媒を加熱するための暖房熱交換器で、その一次側には貯湯タンク1上部に接続された熱交往き管20と貯湯タンク1下部に接続された熱交戻り管21とが接続されて一次側暖房循環回路22を構成し、熱交戻り管21途中に設けられた一次側循環ポンプ23の作動により、貯湯タンク1から取り出した高温の湯を暖房熱交換器19に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク1内に戻すものである。
Next, 19 is a heating heat exchanger for heating the heat medium of the hot
前記暖房熱交換器19の二次側には、温水暖房端末器4の循環熱媒を循環可能に暖房往き管24と暖房戻り管25より構成される二次側暖房循環回路26が接続され、暖房戻り管25途中に設けられた膨張タンク27によって循環熱媒の体積膨張による圧力上昇を吸収し、同じく暖房戻り管25途中に設けられた二次側循環ポンプ28の作動により温水暖房端末器4の循環熱媒が暖房熱交換器19に循環されて、一次側の高温の湯により加熱されて暖房あるいは乾燥が行われるものであり、29は二次側暖房循環回路26の運転開始・停止を指示する暖房運転指示手段である。
The secondary side of the
そして、暖房運転指示手段29にて暖房運転の開始が指示されると、一次側循環ポンプ23および二次側循環ポンプ28の駆動を開始し、貯湯タンク1内の高温の湯を暖房熱交換器19へ循環させて二次側暖房循環回路26内の循環熱媒を加熱し、加熱された循環熱媒が温水暖房端末器4にて放熱して暖房が行われる。この時、二次側暖房循環回路26内に設けられた温度センサ(図示しない)の検知温度が所定温度になるように一次側循環ポンプ23および/または二次側循環ポンプ28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中温水は貯湯タンク1の下部へ戻されるものである。そして、暖房停止の指示があると、一次側循環ポンプ23および二次側循環ポンプ28の駆動を停止して暖房運転を終了するものである。
When the heating operation instruction means 29 instructs the start of the heating operation, the primary side circulation pump 23 and the secondary
次に、図1に示す一実施形態の作動を図2の貯湯タンク1内の貯湯温度の温度形態を示す図と図3及び図4に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、図2は貯湯タンク1内に貯湯された高温の湯を暖房運転や給湯で使用した後の沸き上げ運転開始前の貯湯タンク1内の貯湯温度の温度形態を示す一例であり、ここでは貯湯量Aの層は温度THが60℃以上、貯湯量Bの層は温度TMが40℃以上かつ60℃未満、貯湯量Cの層は温度TLが40℃未満であるものとする。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the diagram showing the temperature form of the hot water temperature in the hot
FIG. 2 is an example showing the temperature form of the hot water temperature in the hot
まず、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯(例えば23:00)に達すると、制御手段18は沸き上げ制御を開始し、ステップ1(以下、S1と略す)で過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用されるであろうと推測される消費熱量と、給水温度センサ16で検出される給水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目標温度TO、例えば90℃を設定し、S2で給水温度センサ16から給水温度TW、例えば7℃を読み込む。続いて、S3で貯湯温度センサ7a〜7hの検出温度から貯湯タンク1内の残湯量Ltを読み込むが、本実施形態での残湯量は残湯ありと判断される図2の温度TH(℃)の貯湯量Aで、この貯湯量Aのうち貯湯温度センサ7cが配設された位置までの貯湯量、すなわち100Lを残湯量Ltとして読み込む。そして、S4で貯湯温度センサ7a〜7hのうち中温水と判断される40℃以上かつ60℃以下を検出した個数z、ここでは図2の温度TM(℃)を検出する貯湯温度センサ7d〜7fの3個を読み込む。
First, when the unit price of the contracted power by time zone reaches an inexpensive midnight time zone (for example, 23:00), the control means 18 starts boiling control, and the past several days in step 1 (hereinafter abbreviated as S1). Within a predetermined temperature range (for example, a range of 65 ° C. to 90 ° C.) from the heat consumption amount estimated to be used the next day from the maximum value of the heat consumption amount of the minute and the feed water temperature detected by the feed
続いて、S5に進み、S4で読み込んだ中温水と判断される40℃以上かつ60℃以下を検出した貯湯温度センサの個数zから中温水量が多いか少ないかの判断を行う。具体的には個数zが3個以上の場合は中温水量が多いと判断しYESでS6に進み、加熱補正係数αを0.8とし、個数zが3個未満の場合は中温水量が少ないと判断しNOでS7に進み、加熱補正係数αを0.9とする。本実施形態では40℃以上かつ60℃以下を検出した貯湯温度センサは、図2の温度TM(℃)を検出する貯湯温度センサ7d〜7fの3個であるため、加熱補正係数αは0.8となる。このように、中温水量に応じた加熱補正係数αを選択することで、中温水に対するヒートポンプ式加熱手段2の加熱能力の低下を考慮した必要沸き上げ時間Hが計算でき、確実に電力単価が安価な深夜時間帯で沸き上げを完了させることがものであり、貯湯温度センサの個数から簡単に中温水量が多いか少ないかの判断ができるものである。なお、ここでは中温水と判断される40℃以上かつ60℃以下を検出した貯湯温度センサの個数zから中温水量が多いか少ないかの判断を行ったが、貯湯温度センサ7a〜7hの検出温度から中温水量を推測し、中温水量が多いか少ないかの判断を行うものとしてもよい。
Subsequently, the process proceeds to S5, and it is determined whether the amount of intermediate warm water is large or small from the number z of hot water storage temperature sensors that have detected 40 ° C. or more and 60 ° C. or less that is determined as medium warm water read in S4. Specifically, if the number z is 3 or more, it is determined that the amount of medium-temperature water is large, and if YES, the process proceeds to S6, the heating correction coefficient α is set to 0.8, and if the number z is less than 3, the amount of medium-temperature water is It is determined that there is little, and the process proceeds to S7 with NO, and the heating correction coefficient α is set to 0.9. In the present embodiment, there are three hot water
次に、S8で必要沸き上げ時間Hを次式により算出する。ここで、ヒートポンプ式加熱手段2の加熱能力Wは定格で4.5KWとする。
必要沸き上げ時間H=沸き上げ量Q/(860×加熱能力W×加熱補正係数α)
沸き上げ量Q=(タンク容量L−残湯量Lt)
×(沸き上げ目標温度TO−給水温度TW)
つまり、
必要沸き上げ時間H=
(タンク容量L−残湯量Lt)×(沸き上げ目標温度TO−給水温度TW)
/(860×加熱能力W×加熱補正係数α)
=(370−100)×(90−7)/(860×4.5×0.8)
=7.4時間=7時間24分
となる。
Next, the required boiling time H is calculated by the following formula in S8. Here, the heating capacity W of the heat pump type heating means 2 is set to 4.5 KW by rating.
Necessary boiling time H = Boiling amount Q / (860 × heating capacity W × heating correction coefficient α)
Boiling amount Q = (tank capacity L−remaining hot water amount L t )
× (boiling target temperature T O - water supply temperature T W)
That means
Necessary boiling time H =
(Tank capacity L−remaining hot water amount L t ) × (boiling target temperature T O −feed water temperature T W )
/ (860 × heating capacity W × heating correction coefficient α)
= (370-100) x (90-7) / (860 x 4.5 x 0.8)
= 7.4 hours = 7
次に、S9で沸き上げ開始時刻HSを次式により算出する。
沸き上げ開始時刻HS=深夜時間帯終了時刻−必要沸き上げ時間H
=(7時00分)−(7時間24分)
=23時36分
となる。そして、S10で現在時刻が沸き上げ開始時刻HSになったかどうかを判断し、現在時刻が沸き上げ開始時刻HSに達するとYESでS11に進み、ヒートポンプ式加熱手段2に通電を開始して沸き上げを開始し、S12で貯湯温度センサ7hの検出する温度が予め設定された加熱停止温度以上になったかどうかを判断し、加熱停止温度以上になったらYESでS13に進み、ヒートポンプ式加熱手段2の通電を停止して沸き上げを停止し、沸き上げ制御を終了するものである。
Then, the start time H S boiling in S9 is calculated by the following equation.
Heating start time H S = Late night time end time-Necessary boiling time H
= (7:00)-(7
= 23: 36. Then, it is determined whether the start time H S boiling the current time at S10, the current time is raised reaches the start time H S boiling proceeds to S11 YES, the start of the energization of the heat pump type heating means 2 The boiling is started, and it is determined whether or not the temperature detected by the hot water storage temperature sensor 7h is equal to or higher than a preset heating stop temperature in S12. If the temperature is equal to or higher than the heating stop temperature, the process proceeds to S13 with YES, and the heat pump heating means 2 is stopped to stop boiling, and the boiling control is terminated.
なお、本発明は上記の一実施形態だけに限定されるものではなく、中温水と判断される40℃以上かつ60℃以下を検出した貯湯温度センサの個数zに応じた加熱補正係数αの値を、例えば個数zが1個の場合は加熱補正係数を0.9、個数zが2個の場合は加熱補正係数を0.85、個数zが3個の場合は加熱補正係数を0.8のようにもっと細かく設定しても良く、このように、中温水量が多くなる程、より小さい加熱補正係数を選択することで、より中温水量に適した必要沸き上げ時間を算出することができるものである。 In addition, this invention is not limited only to said one Embodiment, The value of the heating correction coefficient (alpha) according to the number z of the hot water storage temperature sensors which detected 40 degreeC or more and 60 degrees C or less judged to be medium temperature water For example, when the number z is 1, the heating correction coefficient is 0.9, when the number z is 2, the heating correction coefficient is 0.85, and when the number z is 3, the heating correction coefficient is 0.8. It is possible to calculate the required boiling time more suitable for the amount of intermediate warm water by selecting a smaller heating correction factor as the amount of intermediate warm water increases. It can be done.
また、上記の一実施形態では前記暖房熱交換器19の二次側には暖房回路を接続しているが、代わりに風呂回路を接続しても良いものであり、また、貯湯タンク1内に蛇管よりなる風呂熱交換器を有し浴槽水を加熱する風呂回路を接続しても良いものである。さらに、暖房回路と風呂回路を共に付したヒートポンプ式給湯機にも本発明を適用できるものである。
In the above embodiment, a heating circuit is connected to the secondary side of the
1 貯湯タンク
2 ヒートポンプ式加熱手段
7a〜7h 貯湯温度検出手段(貯湯温度センサ)
18 制御手段
DESCRIPTION OF
18 Control means
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