JP2010175104A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸上げ運転中の能力変更を可能にし、沸上げ運転中の能力変更時に急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇を抑制するとともに給湯負荷の増加に対して湯切れを防止できるヒートポンプ式給湯装置を得る。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を順次環状に冷媒配管で接続した冷媒回路と、ファン７とを有するヒートポンプユニット１００と、前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクを有するタンクユニット２００と、タンクユニット２００に接続し運転操作を行う操作部１１と、冷媒-水熱交換器２と温水タンク１４の間に接続された温水循環装置１０とから構成される。制御部１３は、沸上げ運転中の能力変更時に減圧装置３を予め設定された値に変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

従来のヒートポンプ式給湯装置として、ヒートポンプユニットの圧縮機の周波数を季節に応じて変更（いずれも外気温度が低いほど回転数が多くなるように設定値を一日の始めに初期設定）して、所定時間内に所定熱容量の湯を沸上げるような運転制御を行うものが知られている。この給湯装置は、季節単位では圧縮機の周波数を変更するが、一日単位の運転においては、初期の設定値を変えることはしない。即ち、所定タンク容量との組み合わせにおいて、沸上げ運転開始から終了まで所定（一定）の沸上げ能力を発揮するよう制御するものであり、沸上げ運転中に能力変更を行わない（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−１６１５４５号公報（第３頁〜第４頁、図１〜図３）

従来のヒートポンプ式給湯装置は、所定タンク容量との組み合わせにおいて、沸上げ運転開始から終了まで所定の沸上げ能力を発揮するように制御するものであるため、沸上げ途中に能力を変更しようとすると、急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇などが発生するため、実質的に能力変更ができないという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、主な目的は沸上げ運転中の能力変更を可能にし、沸上げ運転中の能力変更時に急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇を抑制し、給湯負荷の増加に対して湯切れを防止することが可能なヒートポンプ式給湯装置を得ることにある。

本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、冷媒−水熱交換器及び減圧装置を冷媒回路に有するヒートポンプユニットと、冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクを有するタンクユニットと、タンクユニットに接続され運転操作を行う操作部と、温水タンク内の残湯量を検出するタンク内湯量検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、制御部と、を備え、制御部は予め設定された第１の開度に基づいて沸上げ運転を行い、沸上げ運転中にタンク内湯量検出手段の出力に基づいて温水タンクが必要とする能力を推定し、推定した能力に基づいて能力変更が必要か否かを判断し、能力変更が必要なときには、能力と外気温度検出手段の出力とに基づいて減圧手段の開度を予め設定された第２の値に変更するものである。

本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、沸上げ運転中の能力変更時に減圧装置の開度を予め設定された値に変更することで、沸上げ運転中の能力変更が可能となり、給湯負荷の増加に対して湯切れを防止することができるという効果を有する。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における能力切り替え時の圧縮機と減圧装置の動作を示す図である。 本実施の形態１における制御部１２の動作を示すフローチャートである。 本実施の形態１における制御部１３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における能力切り替え時の圧縮機と減圧装置の動作を示す図である。 本実施の形態２における制御部１３の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。図１に示すようにヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプユニット１００、タンクユニット２００、ユーザーが設定を行う操作部１１から構成される。
ヒートポンプユニット１００は、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を順次冷媒配管１５によって環状に接続して構成された冷媒回路と、圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力検出装置５と、ファンモーター６と、ファン７と、冷媒−水熱交換器２の給水温度検出手段９と、冷媒−水熱交換器２の沸上げ温度検出手段８と、外気温度検出手段１７と、タンク内の湯量を検出するタンク内湯量検出手段１８と、圧力検出装置５および給水温度検出手段９および沸上げ温度検出手段８および外気温度検出手段１７からの信号を受信する機能と圧縮機１の回転数制御と減圧装置３の開度制御とファンモーター６の回転数制御を行う制御部１３を備えている。
タンクユニット２００は、冷媒−水熱交換器２で加熱された温水を貯湯する温水タンク１４と、冷媒−水熱交換器２と温水タンク１４の間に配置された温水循環装置１０と、温水循環配管１６と、操作部１１からの信号を受信する制御部１２を備えている。
なお、制御部１２および制御部１３はＤＳＰやＣＰＵなどのプロセッサーまたはマイクロコンピューターなどで構成される。また、制御部１２と制御部１３との間は公知の方法で通信制御装置（図示せず）経由で通信を行う。

次に、本実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の動作を説明する。
通常の沸上げ運転動作について図１を用いて説明する。操作部１１またはタンクユニット２００からの沸上げ運転指示により、ヒートポンプユニット１００は沸上げ運転を行う。ヒートポンプユニット１００に備えられた制御部１３は、圧縮機１の回転数制御、減圧装置３の開度制御、ファンモーター６の回転数制御を行い、さらに、沸上げ温度検出手段８で検出した温度が目標沸上げ温度になるように温水循環装置１０の回転数を制御する。温水循環装置１０により温水タンク１４の下部の水は、冷媒−水熱交換器２に循環され、加熱された高温の湯が温水タンク１４へ循環され貯湯される。

従来のヒートポンプ式給湯装置は、所定タンク容量との組み合わせにおいて、沸上げ運転開始から終了まで所定の沸上げ能力を発揮するように制御するものである。ヒートポンプユニット１００は、タンクユニット２００からの沸上げ要求能力に対し、外気温度等の環境条件を加味し、圧縮機１の回転数を決定し、沸上げ終了まで回転数を維持する。
また、タンクユニット２００は温水タンク１４の残湯量、給湯負荷、沸上げ時間等を考慮して沸上げ要求能力を決定するため、沸上げ運転中に能力変更を行わない。

図２は本発明の実施の形態１における能力切り替え時の圧縮機１と減圧装置３の動作を示す図である。図２に示すようにヒートポンプユニット１００がタンクユニット２００から沸上げ能力の変更を受信すると、制御部１３は減圧装置３を予め設定された所定値へ変更するとともに圧縮機１の回転数の変更を行う。なお、この減圧装置３の所定値は固定値でも良いが、外気温度や圧縮機１の回転数により変更することで、能力変更後の沸上げロスを少なくすることができる。

図３は本実施の形態１における制御部１２の動作を示すフローチャートであり、図４は本実施の形態１における制御部１３の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施の形態１における制御部による動作を図１〜図４を用いて説明する。
ユーザーによって、電源スイッチが投入されると、タンクユニット２００の制御部１２及びヒートポンプユニット１００の制御部１３は動作を開始する。タンクユニット２００の制御部１２は、ユーザーからの沸上げ運転指示があるまで待ち状態となる（ステップＳ３１）。一方、ヒートポンプユニット１００の制御部１３は各設定値の初期処理を行った（ステップＳ４１）後、タンクユニット２００から沸上げ指令があるまで受信待ち状態となる（ステップＳ４２〜Ｓ４３）。ユーザーが操作部１１を操作して沸上げ運転指示を行うと、タンクユニット２００において、制御部１２は沸上げ運転指令をヒートポンプユニット１００へ通信制御装置（図示せず）経由で送信する（ステップＳ３２）とともに、温水循環装置１０を駆動開始する（ステップＳ３３）。ヒートポンプユニット１００において、制御部１３はタンクユニット２００の制御部１２から通信制御装置（図示せず）経由で沸上げ運転指令を受信すると、再度受信を行い（ステップＳ４４）タンクユニットから能力変更指令があるか否かを調べる（ステップＳ４５）。能力変更指令が無ければ初期設定した開度で減圧装置を制御するとともに初期設定した回転数で圧縮機を制御する（ステップＳ４８〜Ｓ４９）。さらに制御部１３はタンク内湯量検出手段１８が検出した温水タンク１４内の残湯量を取得してこの湯量が予め設定された目標値に到達するまで運転を続行する（ステップＳ４４〜Ｓ５１）。
一方、タンクユニット２００において、制御部１２はタンク内湯量検出手段１８が検出した残湯量と沸上げ温度検出手段８が検出した温水タンク１４の湯温を取得し（ステップＳ３４）、この温水タンク１４内の残湯量と湯温に基づいて温水タンク１４が必要とする能力を算出する（ステップＳ３３）。そして、能力変更が必要か否かを判断し（ステップＳ３６）、必要でなければ、ステップＳ３８へ進み、必要であれば、能力変更指令と温水タンク１４が必要とする能力をヒートポンプユニット１００へ通信制御装置（図示せず）経由で送信する（ステップＳ３７）。また、制御部１２は取得したタンク内湯量が目標値に到達したか否かを調べ（ステップＳ３８）、まだ目標値に到達していない場合には、ステップＳ３４へ戻って、引き続きステップＳ３４〜Ｓ３８の動作を継続する。ステップＳ３８において、タンク内湯量が目標値に到達したら、制御部１２は処理終了の旨のメッセージを通信制御装置（図示せず）経由でヒートポンプユニット１００へ送信した（ステップＳ３９）上で、温水循環装置１０の運転を終了し（ステップＳ４０）、すべての処理を終了する。

ヒートポンプユニット１００において、制御部１３は、タンクユニット２００の制御部１２から能力変更指令とタンクが必要とする能力を通信制御装置（図示せず）経由で受信すると、ステップＳ４５において、受信した能力に基づいて減圧装置の開度を決定するとともに、受信した能力に基づいて圧縮機の回転数を決定する（ステップＳ４６〜Ｓ４７）。そして決定した開度で減圧装置を制御するとともに決定した回転数で圧縮機を制御して冷凍サイクルを流れる冷媒量を適切に調整する（ステップＳ４８〜Ｓ４９）。これ以降、制御部１３は、タンクユニット２００から沸上げ運転終了メッセージを受信するまでステップＳ４４〜Ｓ５０を繰り返し実行し続ける。

制御部１３は通信制御装置（図示せず）経由でタンクユニット２００から沸上げ運転終了の旨のメッセージを受信すると、圧縮機１の運転を停止した（ステップＳ５１）上で、処理を終了する。

以上のように、沸上げ要求能力の変更により、圧縮機１の回転数を一気に増加させると、急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇が発生するが、本実施の形態１によれば、図２のように減圧装置３を予め設定された所定値に変更し、急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇を抑制することで、沸上げ運転中の能力変更を可能にし、給湯負荷の増加に対して湯切れを防止することが可能になる。

なお、ヒートポンプ１００に設けられた制御部１３とタンクユニット２００に設けられた制御部１２をまとめて１つの制御部としても良く、この場合も得られる効果は同じである。

実施の形態２．
実施の形態１では、減圧装置と圧縮機をほぼ同時に制御する場合について説明したが、同時に行わなくてもよい。本実施の形態２では、このような態様について説明する。
図１は本実施の形態２でも用いられる。また、図５は本発明の実施の形態２における能力切り替え時の圧縮機１と減圧装置３の動作を示す図である。図５において、ヒートポンプユニット１００がタンクユニット２００から沸上げ能力の変更を受信すると、制御部１３は、まず減圧装置３を予め設定された所定値へ変更し、次に圧縮機１の回転数の変更を行う。この減圧装置３の所定値は固定値でも良いが、外気温度や圧縮機１の回転数により変更することで、能力変更後の沸上げロスを少なくすることができる。

図３は本実施の形態２でも用いられる。図６は本実施の形態２における制御部１３の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施の形態２における制御部による動作を図１、図３、図５〜図６を用いて説明する。図３の動作は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。また、図６は、図４におけるステップＳ４７とステップＳ４８との間にステップＳ６１を追加したものである。
次に、図６の動作を説明する。ステップＳ４１〜Ｓ４８までの動作は図４と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ６１において、制御部１３は、時間を所定時間遅らせる。これにより、減圧装置を制御した後で、圧縮機１を制御する。以下、ステップＳ４９〜Ｓ５１の動作は図４と同様であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態２によれば、まず減圧装置３を予め設定された所定値に変更し、次に圧縮機１の回転数を変更することで、急激な冷媒圧力の上昇や沸上げ水温の上昇を確実に抑制し、沸上げ運転中の能力変更と、給湯負荷の増加に対する湯切れ防止が可能になる。

なお、ヒートポンプ１００に設けられた制御部１３とタンクユニット２００に設けられた制御部１２をまとめて１つの制御部としても良く、この場合も得られる効果は同じである。

１ 圧縮機、２ 冷媒−水熱交換器、３ 減圧装置、４ 蒸発器、５ 圧力検出装置、６ ファンモーター、７ ファン、８ 沸上げ温度検出手段、９ 給水温度検出手段、１０ 温水循環装置、１１ 操作部、１２ 制御部、１３ 制御部、１４ 温水タンク、１５ 冷媒配管、１６ 温水循環配管、１７ 外気温度検出手段、１８ タンク内湯量検出手段、１００ ヒートポンプユニット、２００ タンクユニット。

Claims (2)

1. 圧縮機、冷媒−水熱交換器及び減圧装置を冷媒回路に有するヒートポンプユニットと、
   前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクを有するタンクユニットと、
   前記温水タンク内の残湯量を検出するタンク内湯量検出手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は予め設定された第１の開度に基づいて沸上げ運転を行い、沸上げ運転中に前記タンク内湯量検出手段の出力に基づいて前記温水タンクが必要とする能力を推定し、推定した能力に基づいて能力変更が必要か否かを判断し、能力変更が必要な時には、能力と前記外気温度検出手段の出力とに基づいて前記減圧装置の開度を予め設定された第２の値に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記制御部は、沸上げ運転中の能力変更が必要な時に能力と前記外気温度検出手段の出力とに基づいて前記圧縮機の回転数を決定し、前記減圧装置を前記第２の値で制御するとともに、所定の時間経過した後に、前記圧縮機を前記決定した回転数に基づいて制御することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。

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