JP2011027340A - 貯湯式ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気熱交換器の温度を検知することで行われる除霜運転を的確に行うことが出来る貯湯式ヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】空気熱交換器４の温度が外気温度に応じて規定された所定温度以下に低下することで、前記ヒートポンプサイクルを制御して前記空気熱交換器の除霜運転を開始させる除霜制御手段とを備えたもので、前記除霜制御手段による除霜運転開始の空気熱交換器の所定温度は、前記沸き上げ制御手段により設定される沸き上げ設定温度が高い程高くなるようにしたことにより、空気熱交換器の着霜を確実に検知し実使用に合った除霜運転の開始によって、無駄な運転を防止して短時間で効率の良い除霜運転で、空気熱交換器に付着する霜を確実に除去し良好な給湯を継続することが出来るものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、貯湯タンクの湯水をヒートポンプで沸き上げて給湯に使用する貯湯式ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来よりこの種のものでは、冬季等の外気温度が低い場合に、空気熱交換器が着霜してしまうが、この空気熱交換器への着霜を検知すると、沸き上げ運転を停止し、減圧手段での減圧をできるだけ行わないようにして、圧縮機からのホットガスを空気熱交換器へ流入させることで、該空気熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を行うようにしたものであった。（特許文献１参照）

特許第３２９７６５７号公報

ところでこの従来のものでは、ヒートポンプサイクルが除霜運転は、空気熱交換器の温度が外気温度に応じて規定された所定温度以下に低下して着霜することで開始されるものであり、この空気熱交換器に着霜する所定温度は、過去の給湯負荷によって変動する沸き上げ設定温度により、空気熱交換器に供給される冷媒温度が変化することで変動しても、その平均値を常に所定値として変動しないので、沸き上げ設定温度が高い方に設定された場合は、空気熱交換器が実際の着霜する所定温度に達する前に着霜が始まり、該所定温度には着霜が進み除霜運転に時間がかかり沸き上げ時間が短縮される不具合を有し、更に沸き上げ設定温度が低い方に設定された場合には、逆に空気熱交換器が実際に着霜する所定温度に達してもまだ着霜が発生せず、まだ十分沸き上げ運転出来るのに除霜運転が開始されると言う不具合が発生するものであった。

この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、圧縮機と水熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを有したヒートポンプサイクルと、前記貯湯タンクの湯水を水熱交換器に循環させる循環ポンプと、過去の給湯負荷や使用者の選択に応じて貯湯タンクの沸き上げ設定温度を設定する沸き上げ温度決定手段と、前記ヒートポンプサイクルと前記循環ポンプを作動制御し所定の加熱能力を出力させて、前記貯湯タンクからの湯水を水熱交換器にて沸き上げ設定温度に沸き上げる沸き上げ運転を行わせる沸き上げ制御手段と、前記空気熱交換器の温度が外気温度に応じて規定された所定温度以下に低下することで、前記ヒートポンプサイクルを制御して前記空気熱交換器の除霜運転を開始させる除霜制御手段とを備えたものに於いて、前記除霜制御手段による除霜運転開始の空気熱交換器の所定温度は、前記沸き上げ制御手段により設定される沸き上げ設定温度が高い程高くなるようにしたものである。

以上のようにこの発明によれば、除霜運転を開始する空気熱交換器の所定温度は、沸き上げ設定温度が高い程高くなるようにしたので、空気熱交換器の着霜を確実に検知し実使用に合った除霜運転の開始によって、無駄な運転を防止して短時間で効率の良い除霜運転で、空気熱交換器に付着する霜を確実に除去し良好な給湯を継続することが出来るものである。

この発明の一実施形態を示す貯湯式ヒートポンプ給湯機の概略説明図。 同沸き上げ設定温度に対応した除霜運転開始の判定温度の説明図。

次に、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は冷媒を圧縮して高圧にする圧縮機、２は冷媒と水との間で熱交換させる水熱交換器、３は開度調整可能な電子膨張弁よりなる温度低下した冷媒を減圧する減圧手段、４は低温低圧の冷媒と空気とを熱交換させて蒸発させる空気熱交換器、５は空気熱交換器４に空気を強制的に送る送風機であり、これらによってヒートポンプサイクル６を構成している。

７は圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、８は水熱交換器２で熱交換した冷媒の温度を検出する凝縮温度センサ、９は空気熱交換器４に流入する冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ、１０は空気熱交換器４から出て圧縮機１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサである。

１１は湯水を貯湯する貯湯タンク、１２は貯湯タンク１１と水熱交換器２を循環可能に接続する沸き上げ循環回路、１３は沸き上げ循環回路１２に設けた循環ポンプ、１４は貯湯タンク１１に給水する給水管、１５は貯湯タンク１１から出湯する出湯管、１６は水熱交換器２に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、１７は水熱交換器２で加熱された湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサである。

１８は貯湯タンク１１の外面の上下に複数設けられた貯湯温度センサであり、貯湯タンク１１内の湯の量を検知するものである。

１９は前記した各種センサの検出値が入力され、各種アクチュエータを予め決められた条件に従い制御する制御手段である。

前記制御手段１９にはその機能として、過去の給湯負荷や運転選択手段２０による「たっぷり」、「おまかせ」、「控えめ」などの運転モードの選択に応じて沸き上げ設定温度Ｔｓを設定する沸き上げ温度決定手段２１と、ヒートポンプサイクル６と循環ポンプ１３を作動制御し所定の加熱能力を出力させて貯湯タンク１１からの湯水を水熱交換器２にて沸き上げ設定温度Ｔｓに沸き上げる沸き上げ運転を行わせる沸き上げ制御手段２２と、室外の外気温度Ｔｉを検知する外気温センサ２３と、空気熱交換器４の熱交温度Ｔｏを検知する熱交温度センサ２４と、前記外気温センサ２３により検知される外気温度Ｔｉで規定する熱交温度センサ２４の検知する熱交温度Ｔｏが所定温度Ｔｐ以下の時には、ヒートポンプサイクル６を制御して空気熱交換器４の除霜運転を行わせる除霜制御手段２５と、更にこの除霜制御手段２５で設定される所定温度Ｔｐを、前記沸き上げ温度決定手段２１で設定される沸き上げ設定温度Ｔｓが高い程高くなるように設定する所定温度規定手段２６とがプログラムされている。

前記沸き上げ温度決定手段２１は、例えば過去の給湯負荷に応じて沸き上げ設定温度Ｔｓを決定するもので、毎日所定の時刻に貯湯温度センサ１８で検出する貯湯温度から貯湯タンク１１内の残湯量を検知し、この残湯量が所定の最低貯湯量を下回らずにかつ大幅に余ることがないように沸き上げ設定温度Ｔｓを決定するものである。この一実施形態では、一日の間に残湯量が最低貯湯量を下回ると、次回の沸き上げ設定温度Ｔｓを一定温度（例えば５℃）だけ高くし、残湯量が最低貯湯量よりも所定量多い状態を所定の期間（例えば一週間）連続して保持した場合、次回の沸き上げ設定温度Ｔｓを一定温度（例えば５℃）だけ低くする。なお、沸き上げ温度決定手段２１は、過去の給湯負荷に応じて沸き上げ設定温度Ｔｓを決定すれば良いもので、例えば、過去の給湯負荷を実際に給湯に使用した熱量を過去一週間分記憶し、最大使用熱量を下回らない熱量に対応した沸き上げ設定温度Ｔｓを決定する構成としても良いものである。

前記沸き上げ制御手段２２は、ヒートポンプサイクル６と循環ポンプ１３を作動制御し所定の加熱能力を出力させて貯湯タンク１１からの湯水を水熱交換器２にて沸き上げ設定温度Ｔｓに沸き上げる沸き上げ運転を行わせるもので、ここでは吐出温度センサ７が検出する冷媒の吐出温度が沸き上げ設定温度に基づいて定まる目標吐出温度になるようにヒートポンプサイクル６の各アクチュエータである圧縮機１、減圧手段３および送風機５が適当に制御され、沸き上げ温度センサ１７の検出する湯水の沸き上げ温度が沸き上げ設定温度になるように循環ポンプ１３が適当に制御され、定格加熱能力を出力するように制御されるものである。この一実施形態では沸き上げ設定温度Ｔｓが変わると、それに応じて冷媒の目標吐出温度も変更すると共に、定格加熱能力を保持するように循環ポンプ１３の能力も変更して沸き上げるもので、沸き上げ設定温度Ｔｓが高く変更されると、冷媒の目標吐出温度も高く変更されると共に循環ポンプ１３の回転数が低く変更されて定格加熱能力が保持される。

前記除霜制御手段２５は、所定温度規定手段２６による沸き上げ温度決定手段２１からの沸き上げ温度の決定を受けて、規定された除霜開始の所定温度Ｔｐ以下に空気熱交換器４が達した信号を受けてヒートポンプサイクル６を制御して空気熱交換器４の除霜運転を行わせるもので、減圧手段３を全開として圧縮機１から吐出された冷媒をできるだけ減圧せずに空気熱交換器４に流し、ホットガスの顕熱と潜熱を用いて空気熱交換器４の霜を溶かす除霜運転を行うものである。そして除霜運転を開始してから吸入温度センサ１０が所定の温度以上を検出すると、空気熱交換器４の霜が溶けて除霜が完了したとして除霜完了信号を出力するものであり、除霜制御手段２５は除霜運転を終了して沸き上げ制御手段２２による沸き上げ運転に復帰する。

前記所定温度規定手段２６は、図２に示すように沸き上げ温度決定手段２１からの沸き上げ温度の決定を受けて、沸き上げ設定温度が例えば９０℃の時には、所定温度Ｔｐ＝外気温度Ｔｉ−７．８の式で引いた直線と、外気温度Ｔｉが２℃以降の水平線の内側が、沸き上げ設定温度９０℃の時の除霜開始する所定温度Ｔｐ以下を示すものであり、又沸き上げ設定温度が例えば８５℃の時には、所定温度Ｔｐ＝外気温度Ｔｉ−８の式で引いた直線と、外気温度Ｔｉが２℃以降の水平線の内側が、沸き上げ設定温度８５℃の時の除霜開始する所定温度Ｔｐ以下を示すものであり、又沸き上げ設定温度が例えば６５℃の時には、所定温度Ｔｐ＝外気温度Ｔｉ−９の式で引いた直線と、外気温度Ｔｉが２℃以降の水平線の内側が、沸き上げ設定温度６５℃の時の除霜開始する所定温度Ｔｐ以下を示すものであり、ここで分かるように、沸き上げ設定温度８５℃より５℃高い沸き上げ設定温度９０℃では所定温度Ｔｐは０．２℃程高くなっており、又沸き上げ設定温度６５℃より２０℃高くなる沸き上げ設定温度８５℃では所定温度Ｔｐは１℃も高くなるものであり、一方前記した定数＝「７．８」、「８」、「９」は予め実験等して得られたものである。

なお、この一実施形態では、除霜時のホットガスを減圧手段３を介して空気熱交換器４に供給する構成としているが、これに限らず圧縮機１と空気熱交換器４の間に除霜用のホットガスバイパス管を設けた公知の構成としても良いものである。

次にこの一実施形態の作動について説明する。
今沸き上げ運転を行う際には、沸き上げ制御手段２２は、ヒートポンプサイクル６の圧縮機１、減圧手段３および送風機５を適当な条件で作動させると共に、循環ポンプ１３を作動させて貯湯タンク１１の下部からの湯水を水熱交換器２に流通させ定格加熱能力で所望の沸き上げ設定温度Ｔｓに沸き上げ、貯湯タンク１１の上部へ戻すものである。

この沸き上げ運転の途中で、熱交温度センサ２４が沸き上げ設定温度Ｔｓに応じて、沸き上げ設定温度Ｔｓが高い程高くなるように設定された、空気熱交換器４の着霜温度である所定温度Ｔｐを検知した場合、除霜制御手段２５が減圧手段３を全開として圧縮機１から吐出された冷媒をできるだけ減圧せずに空気熱交換器４に流す除霜運転を行う。

そして除霜運転を開始してから吸入温度センサ１０が所定の温度以上を検出すると、空気熱交換器４の霜が溶けて除霜が完了したとして除霜完了信号を出力するものであり、除霜制御手段２５は除霜運転を終了して沸き上げ制御手段２２による沸き上げ運転に復帰する。

このように、その時の沸き上げ設定温度Ｔｓにより空気熱交換器４の除霜開始の所定温度Ｔｐを変動させ、そして沸き上げ設定温度Ｔｓが高く設定される程所定温度ＴＰも高くなるように設定されるので、沸き上げ設定温度Ｔｓの変化による空気熱交換器４の着霜温度の変動に対応することが出来、除霜運転開始が遅れて除霜に手間取ったり、逆に除霜運転開始が速すぎて沸き上げ運転に支障を来す等の不具合を防止することが出来、実使用に合った除霜運転で無駄がなく効率の良い除霜運転が常に行われ、良好な沸き上げ運転が得られるものである。

１ 圧縮機
２ 水熱交換器
３ 減圧手段
４ 空気熱交換器
６ ヒートポンプサイクル
１１ 貯湯タンク
１３ 循環ポンプ
Ｔｓ 沸き上げ設定温度
Ｔｉ 外気温度
Ｔｐ 所定温度
２１ 沸き上げ温度決定手段
２２ 沸き上げ制御手段
２５ 除霜制御手段
２６ 所定温度規定手段

Claims (1)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、圧縮機と水熱交換器と減圧手段と空気熱交換器とを有したヒートポンプサイクルと、前記貯湯タンクの湯水を水熱交換器に循環させる循環ポンプと、過去の給湯負荷や使用者の選択に応じて貯湯タンクの沸き上げ設定温度を設定する沸き上げ温度決定手段と、前記ヒートポンプサイクルと前記循環ポンプを作動制御し所定の加熱能力を出力させて、前記貯湯タンクからの湯水を水熱交換器にて沸き上げ設定温度に沸き上げる沸き上げ運転を行わせる沸き上げ制御手段と、前記空気熱交換器の温度が外気温度に応じて規定された所定温度以下に低下することで、前記ヒートポンプサイクルを制御して前記空気熱交換器の除霜運転を開始させる除霜制御手段とを備えたものに於いて、前記除霜制御手段による除霜運転開始の空気熱交換器の所定温度は、前記沸き上げ制御手段により設定される沸き上げ設定温度が高い程高くなるようにした事を特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯機。

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