JP2012220038A

JP2012220038A - ヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法

Info

Publication number: JP2012220038A
Application number: JP2011082871A
Authority: JP
Inventors: Makoto Morita; 誠森田; Makoto Honma; 誠本間; Masami Omomo; 正己大桃; Masaki Takehara; 正貴竹原
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】給湯使用量が少ない場合でも、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰとふろ加熱能力を向上させることができるようにする。
【解決手段】給湯に必要な熱量を決定するステップ（Ｓ２）と、給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは最低沸き上げ温度を給湯分沸き上げ温度として決定するステップ（Ｓ３）と、給湯に必要な熱量と給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップ（Ｓ４）と、ふろ加熱実績に応じた所定温度を給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップ（Ｓ６）と、目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップ（Ｓ１３）とを有した。
【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法に関するものである。

従来よりこの種の貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機においては、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量を貯湯タンクの容量で除して目標沸き上げ温度を算出決定し、深夜時間帯に目標沸き上げ温度の湯を貯湯タンク満タンに沸き上げるようにしたものがあった（特許文献１）。

特開２００４−２００１３号公報

ところが、この従来のものでは、給湯使用量が少ない場合であっても目標沸き上げ温度を低くしつつ貯湯タンク満タンまで沸き上げるため、貯湯タンク内に残留する浴槽水の加熱源として温度低下した中温水もヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げる必要があり、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（加熱効率）が大きく低下してしまうと共に、目標沸き上げ温度が低いために浴槽水の加熱能力が小さくなってしまうという課題があった。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯に必要な熱量を決定し、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定し、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定し、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定し、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるよう前記ヒートポンプ式加熱手段を制御する制御手段を備えたものとした。

また、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法であって、給湯に必要な熱量を決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップと、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップと、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップとを有したものとした。

本発明によれば、給湯使用量が少ない場合は、従来に比較して高めの目標沸き上げ温度で満タン以下の目標沸き上げ量を沸き上げるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、浴槽水の加熱能力も増加してふろの使用感が向上する。

本発明の一実施形態の概略構成図同一実施形態の沸き上げ制御方法のフローチャート

次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク（ここではタンク容量３７０Ｌ）、２は貯湯タンク１に給水する給水管、３は給水管２に設けられ給水圧を減圧する減圧弁、４は貯湯タンク１上部から出湯する出湯管、５は出湯管４に設けられ過圧を逃がす過圧逃がし弁、６は減圧弁３の下流側の給水管２から分岐した給水バイパス管、７は出湯管４からの湯水と給水バイパス管６からの水とを混合する給湯混合弁、８は給湯混合弁７からの湯水を給湯する給湯管、９は給湯管８に設けられた給湯温度センサ、１０は給湯管８を流れる流量を検出する給湯流量センサ、１１は給水温度を検出する給水温度センサ、１２は給湯栓である。

１３は浴槽、１４は貯湯タンク１内の上部に設けたふろ熱交換器、１５は浴槽１３とふろ熱交換器１４とを浴槽水が循環可能に接続しているふろ循環回路、１６はふろ循環回路１５途中に設けられたふろ循環ポンプ、１７は浴槽１３からふろ熱交換器１４へ戻る浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、１８はふろ熱交換器１４から浴槽１３へ往く浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ、１９は浴槽１３内の水位を圧力により検出する水位センサ、２０は給湯管８から分岐されてふろ循環回路１５へ接続された湯張り管、２１は湯張り管２０の開閉を行う湯張り電磁弁である。

２２は貯湯タンク１の側面上下に複数設けられ各部の貯湯温度を検出する貯湯温度センサであり、ここでは、貯湯温度センサ２２ａは３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｂは８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｃは１３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｄは１８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｅは２３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｆは２８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｇは３３０Ｌの容量の貯湯温度を検出するものである。

２３は冷媒を圧縮する圧縮機、２４は冷媒と湯水を熱交換する給湯熱交換器、２５は冷媒を減圧膨張する膨張弁、２６は低温冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器、２７は空気熱交換器２６に外気を送風する送風ファンであり、これら圧縮機２３、給湯熱交換器２４、減圧手段２５、空気熱交換器２６を冷媒配管２８で環状に接続し、貯湯タンク１内の湯水を沸き上げ目標温度に沸き上げる加熱手段としてのヒートポンプ式加熱手段２９を構成している。

３０は貯湯タンク１の下部と給湯熱交換器２４の入口とを接続し、給湯熱交換器２４の出口と貯湯タンク１の上部とを接続する加熱循環回路、３１は給湯熱交換器２４入口側の加熱循環回路３０に設けられ貯湯タンク１下部から取り出した湯水を給湯熱交換器２４を介して貯湯タンク１上部に循環させる加熱循環ポンプ、３２は給湯熱交換器２４に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、３３は給湯熱交換器２４から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、３４は外気温度を検出する外気温センサである。

３５は給湯温度や各種必要な設定を行うためのリモートコントローラで、給湯設定温度やふろ設定温度を表示する表示部３６と、給湯設定温度およびふろ設定温度を設定する温度設定スイッチ３７と、浴槽１３への所定湯量の湯張りに続いて所定の保温時間だけ保温運転を行わせるフロスイッチ３８と、浴槽水を加熱する追焚き動作を行わせる追焚きスイッチ３９とを備えている。

４０はこのヒートポンプ式ふろ給湯機の作動を制御する制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、カウント機能を有し、給湯温度センサ９、給湯流量センサ１０、給水温度センサ１１、ふろ戻り温度センサ１７、ふろ往き温度センサ１８、水位センサ１９、貯湯温度センサ２２ａ〜ｅ、入水温度センサ３２、沸き上げ温度センサ３３、外気温センサ３４にて検出される値が入力され、給湯混合弁７、ふろ循環ポンプ１６、湯張り電磁弁２１、圧縮機２３、膨張弁２５、送風ファン２７、加熱循環ポンプ３１の駆動を制御し、沸き上げ動作、給湯動作やふろ加熱動作等を制御するもので、リモートコントローラ３５と通信可能に接続されているものである。

次に、給湯栓１２が開かれ、給湯流量センサ１０が給湯開始と見なせる量以上の流量を検出すると、制御手段４０は給湯温度センサ９で検出する給湯温度がリモートコントローラ３５で設定した給湯設定温度となるように給湯混合弁７の開度を調節し、出湯管４からの湯と給水バイパス管６からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。

このとき、制御手段４０は、給水温度センサ１１で検出する給水温度と、給湯流量センサ１１で検出する給湯流量と、給湯設定温度とから給湯された熱量を積算記憶する。

そして、給湯栓１２が閉じられる等して給湯流量センサ１０が検出する流量が給湯停止と見なせる量未満の流量まで低下すると、制御手段４０は給湯混合弁７の開度調節を終了し、給湯を終了する。

また、リモートコントローラ３５のふろスイッチ３８がオンされた場合について説明すると、制御手段４０は湯張り電磁弁２１を開き、給湯温度センサ９で検出する給湯温度がリモートコントローラ３５で設定したふろ設定温度となるように給湯混合弁７の開度を調節してふろ設定温度の湯を湯張りし、給湯流量センサ１０が検出する湯張り電磁弁２１を開いてからの流量積算値が予めリモートコントローラ３５等で設定した湯張り湯量に達すると湯張り電磁弁２１を閉じる。

このとき、制御手段４０は、給水温度センサ１１で検出する給水温度と、給湯流量センサ１１で検出する給湯流量と、ふろ設定温度とから浴槽１３へ給湯された熱量を積算記憶する。

そして、湯張り運転を完了すると制御手段４０は所定の保温時間（例えば２時間）の保温運転を行う。この保温運転では、定期的にふろ循環ポンプ１６を駆動して浴槽水温度をチェックし、ふろ設定温度未満であればふろ加熱要求ありとしてふろ循環ポンプ１６の工藤を継続して浴槽水をふろ設定温度まで加熱するようにしている。そして、ふろ加熱要求ありとされてふろ加熱動作が行われると、制御手段４０は、ふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、湯張り運転の完了から所定の保温時間が経過すると、浴槽水の保温運転を行わないようにしている。

また、リモートコントローラ３５の追い焚きスイッチ３９がオンされると、制御手段４０は、ふろ加熱要求ありとしてふろ設定温度まで加熱する追い焚き運転を行うようにしており、追い焚き運転によってふろ加熱要求が発生すると、制御手段４０は、ふろ循環ポンプ１６を駆動開始し、浴槽水をふろ熱交換器１４に循環させて、貯湯タンク１内の貯湯熱によって浴槽水を加熱するふろ加熱動作を開始すると共にふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、ふろ戻り温度センサ１７がふろ設定温度以上を検出すると、ふろ循環ポンプ１６を駆動停止してふろ加熱動作を終了する。

次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、２３時から翌朝７時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば２２時から翌朝８時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。

現在時刻が２３時になり深夜時間帯の開始時刻となると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段４０は記憶している積算記憶している過去数日分の１日に給湯された熱量から給湯必要熱量Ｑｋを算出、確定する（ステップＳ２）。

制御手段４０は、給湯必要熱量Ｑｋを貯湯タンク１の容量Ｖｔ（ここでは満水容量よりも少ない有効貯湯量３３０Ｌ）で除した値に給水温度センサ１１で検出した給水温度Ｔｗ（１日の平均値）を加算して、給湯分沸き上げ温度Ｔｋを算出する（ステップＳ３）。このとき、給湯分沸き上げ温度Ｔｋが最低沸き上げ温度（ここでは６５℃）以下のときは、最低沸き上げ温度を給湯分沸き上げ温度Ｔｋとして決定する。

そして、制御手段４０は、給湯必要熱量Ｑｋを給湯分沸き上げ温度Ｔｋから給水温度Ｔｗを引いた値で除して、目標沸き上げ量Ｖを算出する（ステップＳ４）。このとき、目標沸き上げ量Ｖは、貯湯温度センサ２２ａ〜ｇの位置に応じて補正され、算出された値が、１３０Ｌ以下では１３０Ｌ、１３０Ｌ超１８０Ｌ以下では１８０Ｌ、１８０Ｌ超２３０Ｌ未満では２３０Ｌ、２３０Ｌ超２８０Ｌ以下では２８０Ｌ、２８０Ｌ超では３３０Ｌを目標沸き上げ量Ｖとなるように補正して決定している。

次に、制御手段４０は、ふろ加熱実績がある旨の記憶があるかどうかを判定し（ステップＳ５）、ふろ加熱実績ありでは、給湯分沸き上げ温度Ｔｋにふろ加熱実績あり時の所定温度Ｔｆを加算した値（ここでは５℃）を目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔとして決定し（ステップＳ６）、ふろ加熱実績なしでは、給湯分沸き上げ温度Ｔｋを目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔとして決定する（ステップＳ７）。

そして、制御手段４０は、貯湯温度センサ２２ａ〜ｇの検出温度に基づき、残湯判定温度（例えば５０℃）以上の残湯量Ｖｚを検出し（ステップＳ８）、目標沸き上げ量Ｖから残湯量Ｖｚを減じて沸き上げ必要量Ｖｐを算出する（ステップＳ９）。

次に、制御手段４０は、沸き上げ必要量Ｖｐをヒートポンプ式加熱手段２９の一定の加熱能力で除して沸き上げ時間を算出し、深夜時間帯の終了時刻から逆算して沸き上げ開始時刻（ピークシフト時刻）を算出する（ステップＳ１０）。

現在時刻がピークシフト時刻となると（ステップＳ１１でＹｅｓ）、前記ステップＳ６、ステップＳ７のいずれかのステップで決定した目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔでの沸き上げ動作を開始すべく、ヒートポンプ式加熱手段２９を駆動開始する（ステップＳ１２）。

前記ステップＳ４で決定した目標沸き上げ量Ｖに対応する貯湯温度センサ２２ｃ〜ｇまたは入水温度センサ３２がそれぞれ規定の温度以上を検出して沸き上げが完了されるか（ステップＳ１３でＹｅｓ）、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である７時に到達すると（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ヒートポンプ式加熱手段２９を駆動停止して沸き上げ動作を終了する（ステップＳ１５）。

次に、この一実施形態の計算例と従来例の計算例を表１に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、有効貯湯量を３３０Ｌ、給湯分必要熱量を１５５００ｋｃａｌ、給水温度を９℃、最低沸き上げ温度を６５℃、ふろ加熱実績ありとし、一実施形態のふろ加熱実績あり時に加算する所定温度を５℃、従来例のふろ加熱分必要熱量を１４００ｋｃａｌとしている。

この一実施形態の計算例では、図２のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ分必要熱量を加算した値を貯湯タンク１の満タン容量（有効貯湯量の３３０Ｌ）で除した値が最低沸き上げ温度以下なので、最低沸き上げ温度（６５℃）を目標沸き上げ温度とし、満タン（３３０Ｌ）まで沸き上げるようにしている。

この計算例に示すように、この一実施形態の計算例では、給湯使用量が少ない場合は、従来に比較して高めの目標沸き上げ温度で満タン以下の目標沸き上げ量を沸き上げるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、浴槽水の加熱能力も増加してふろの使用感が向上する。

なお、本発明は上記の一実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、給湯に必要な熱量は学習によって決定されるのみならず、ユーザーがリモートコントローラ３５のスイッチを操作して手動入力される値を給湯に必要な熱量として決定してもよい。

また、ふろ加熱実績に応じた所定温度は、外気温度や給水温度、ふろ設定湯量やふろ加熱回数、ふろ加熱熱量等のふろ負荷に応じた値として可変するようにしてもよく、また、例えば、ふろ熱交換器１４をプレート式熱交換器等の一次流路と二次流路とを有した構成として貯湯タンク１の外部に設け、貯湯タンク１から取り出した湯水をふろ熱交換器の一次流路に流通させ、浴槽水をふろ熱交換器の二次流路に流通させるようにしてもよい。

１貯湯タンク
２９ヒートポンプ式加熱手段
４０制御手段

Claims

貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯に必要な熱量を決定し、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定し、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定し、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定し、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるよう前記ヒートポンプ式加熱手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機。
貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法であって、給湯に必要な熱量を決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップと、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップと、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップとを有したことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法。