JP3855985B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ給湯装置に関する。

図６は従来の技術によるヒートポンプ給湯装置の構成図である。図６において、圧縮機１と、放熱器２と、減圧手段３と、吸熱器４を環状に連接してヒートポンプサイクル５を構成している。また、冷媒用配管６ａと、水用配管６ｂは、放熱器２内で冷媒と水が互いに熱交換するように配置されている。

そして、送風機７は、吸熱器４に外気を導入して外気と冷媒の熱交換を促進している。給水源１０から貯湯槽８に市水が蓄えられ、また、ポンプ９を動作させて、貯湯槽８内の水は貯湯槽８の底部から水用配管６ｂを経て、貯湯槽８の頭頂部へ導かれる。

給湯端末１１は、貯湯槽８頭頂部の湯を供給される。ヒートポンプサイクル５は、室外の温度を検知する外気温センサ１６、圧縮機１の回転数を制御する回転数制御手段２９により能力制御される。圧縮機１の運転能力は外気温度に基づいて制御され、外気温度が低い程圧縮機２の運転能力が高くなるように制御される。

従来のヒートポンプ給湯装置は小さな空間に設置できるように、１００〜２５０リットルの小容量の貯湯槽８を採用しており、貯湯槽８への貯湯は深夜電力を利用して、一部夜間に行っておき、湯切れを防止するため、昼間の電力によって適宜ヒートポンプ５により、追い炊きし貯湯している。

以上説明したように、従来から、ヒートポンプサイクル５を利用した給湯機が提案されている。しかし、このような貯湯型の給湯機では湯切れを生じないために大きな貯湯槽が必要であり、大きな設置スペースが必要となる。

そのため、貯湯槽の容量を小さくして主に夜間ヒートポンプサイクル５を駆動して貯湯槽８にお湯を貯め、昼間も適宜ヒートポンプサイクル５を駆動して貯湯槽８にお湯を貯めることによって、湯切れを回避するヒートポンプ給湯装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１１６３５７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、貯湯槽の小型化に伴って、湯切れを防止するために昼間における追い炊きの時間が長くなるにも関わらず、特に電気料金が高い昼間の運転効率向上への取り組みがなされていない。

本発明は上記課題を解決するもので、湯切れを防止すると共に、運転効率の高いヒートポンプ給湯装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のヒートポンプ給湯装置は、能力可変の圧縮機と放熱器と減圧装置と吸熱器を環状に接続したヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯槽に蓄えるヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力を検知する高圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力を検知する低圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの制御手段として加熱能力を目標とする場合と運転効率を目標とする場合を切り替える優先順位制御手段と、前記制御手段および前記優先順位制御手段を含むとともに運転効率がピークとなる目標とする前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせを記憶している制御装置とを備え、前記制御手段が運転効率を目標とする場合、前記高圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と前記低圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力の組み合わせが、前記制御装置が記憶している運転効率がピークとなる前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせとなるよう前記制御手段が前記圧縮機の運転周波数と前記減圧装置の開度と前記吸熱器へ空気を送風する送風機の風量と前記給湯用の液体の循環量とのうち少なくとも１つを制御することを特徴とする。

このことにより、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を引き出す運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができる。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第１の発明は、能力可変の圧縮機と放熱器と減圧装置と吸熱器を環状に接続したヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯槽に蓄えるヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力を検知する高圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力を検知する低圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの制御手段として加熱能力を目標とする場合と運転効率を目標とする場合を切り替える優先順位制御手段と、前記制御手段および前記優先順位制御手段を含むとともに運転効率がピークとなる目標とする前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせを記憶している制御装置とを備え、前記制御手段が運転効率を目標とする場合、前記高圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と前記低圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力の組み合わせが、前記制御装置が記憶している運転効率がピークとなる前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせとなるよう前記制御手段が前記圧縮機の運転周波数と前記減圧装置の開度と前記吸熱器へ空気を送風する送風機の風量と前記給湯用の液体の循環量
とのうち少なくとも１つを制御することとした。

このことにより、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第２の発明は、特に第１、２の発明の優先順位制御手段に、貯湯槽内の残湯量により、目標の優先順位を切り替えるよう制御を加えた。

このことにより、残湯の検知を行うことができるので、湯切れの防止をより確実に行うことができ、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明の優先順位制御手段に、１日の時間帯により目標の優先順位を切り替える制御を加えた。

このことにより、１日の生活パターンに合わせて、ヒートポンプサイクルを運転効率を優先した運転ができるので、利用者の利便性を向上すると共に、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第４の発明は、特に第３の発明で、夜間には運転効率を優先とするようにした。

このことのより、給湯負荷の少ない夜間にヒートポンプサイクルは運転効率の高い運転を行うことができる。

また、運転効率の高い運転をすることによって最大能力に満たない加熱能力となるため、機器は加熱能力優先の運転に比べて静音化を図ることができ夜間の機器騒音による不快感を低減できる。

さらに、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第５の発明は、特に第１〜第４の発明の優先順位制手段に、カレンダ機能、外気温度または入水温の少なくとも一つより、目標の優先順位を切り替える制御を加えた。

このことにより、１年を通して変化する季節毎の生活パターンや外気温度、入水温に合わせて、その時々に合わせた運転の優先順位を決めることができるので、１年を通して、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第６の発明は、特に第５の発明の優先順位制手段に、夏季の場合は運転効率優先、冬季の場合は加熱能力優先とするようにした。

このことにより、 外気温度が高い夏季には、ヒートポンプサイクルとしては高い加熱
能力を引き出すことができるので、ヒートポンプサイクルの加熱能力を大きくしなくとも、湯切れの心配はなく運転効率優先とすることで、機器の効率を高めることができる。

また、外気温が低い冬期には、ヒートポンプサイクルとしては加熱能力が低下するため、ヒートポンプサイクルの加熱能力を最大とすることで湯切れを防止できる。

このように、１年を通して、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの高い加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第７の発明は、特に第１〜６の発明の優先順位制手段で、過去の同一時間帯、外気温度または入水温の少なくとも一つの同一条件での実績に基づいて目標の優先順位を切り替える様にした。

このことにより、湯切れ防止のため、ヒートポンプサイクルが高い加熱量で運転しなければならない時間を事前に予測する精度が向上するため、加熱能力を優先した運転時間を最短時間にすることができる。

湯切れを防止しながら、運転効率を優先した運転時間を長くできるので、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクルの加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクルの運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができる。

第８の発明は、特に第１〜第７の発明の優先順位制手段に、利用者が目標の優先順位を切り替えることを可能とした。

このことにより、使用者の好みに応じて、運転効率を向上した運転コストを最小にする運転が可能となると共に、利便性を高めることができる。

第９の発明は、特に第１〜８の発明のヒートポンプサイクルに、臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いた。

このことにより、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ放熱器の熱交換効率を高くできる。

以下、本発明によるヒートポンプ給湯装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置ついて図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態おけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。

まず、本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置のヒートポンプサイクル回路について説明する。尚、背景技術で説明した構成については同一符号を付し詳細な説明を省略する。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、給湯用の液体（以下、給湯用水と呼ぶ）を貯留する貯湯槽８、給湯用水の加熱手段であるヒートポンプサイクル５、貯湯槽８とヒートポンプサイクル５とを接続する給水管２７ａ、出湯管２７ｂ、給湯用水を循環させるポンプ９、及び作動を制御する制御装置２０等より構成される。図２に制御装置のブロック図を示す。

ヒートポンプサイクル５は、圧縮機１、放熱器２、減圧手段３、吸熱器４、を順次接続して構成され、冷媒として臨界温度の低いＣＯ2を使用している。圧縮機１は、内蔵する
電動モータ（図示しない）によって駆動され吸引した冷媒を、一般的使用条件において臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。

放熱器２は、圧縮機１より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒用配管６ａと、給湯用水が流れる水用配管６ｂとを有し、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、冷媒用配管６ａに流入する冷媒（ＣＯ2）は、圧縮機１で臨界圧力以上に加圧されており、放熱器２で放熱
しても凝縮することはない。

減圧手段３は、放熱器２から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置で、制御装置２０によって開度が電気的に制御される。吸熱器４は、減圧手段３で減圧された冷媒を送風機７によって送風される外気との熱交換によって蒸発させる。放熱器２の水用配管６ｂの入口側には、ポンプ９と流量センサ１４が給水管２７ａを介して接続されており、給水管２７ａの上流端が貯湯槽８の底面に接続されている。

また、放熱器２の水用配管６ｂの出口側は出湯管２７ｂを介して、貯湯槽８の上面に接続されている。貯湯槽８の底面には、貯湯槽８内に給水するための給水源１０が接続され、入水温度を検知するため、入水温度センサ１５が給水源１０近傍に設置されている。貯湯槽８の上面には、貯湯槽８内に蓄えられた給湯用水（温水）を使用者に供給するための給湯配管２８を介して、給湯端末１１が設けられている。

ヒートポンプサイクル５の運転状態を検知するため、ヒートポンプサイクル５の高圧側の圧力を検知する高圧センサ１２、低圧側の圧力を検知する低圧センサ１３が設けられ、また、外気温度を検知するための外気温度センサ１６、給水源１０からの給水温度を検
知する入水温度センサ１５が設けられている。

制御装置２０は、図２に示すように、優先順位制御手段２１、学習手段２４、総合検知手段２５、制御手段２６、リモコン１９により構成されている。

学習手段２４には例えば月単位の時間を計数できるカレンダ機能２２、１日の時間帯を計数できる時間帯タイマ２３が内蔵され、このカレンダ機能２２によって判断される季節ごとに、優先すべき目標が予め優先順位制御手段２１に設定される。

この目標は、年間を通じて温水使用量を比較すると、夏季より冬季の方が多くなるので、夏季は運転効率を優先してヒートポンプサイクル５を運転し、冬季は湯切れ防止のため湯量を確保の観点から加熱能力を優先することを基本としている。

さらにまた、学習手段２４には、１日の時間帯を計数できる時間帯タイマ２３が内蔵さ
れこの時間帯タイマ２３によって判断される１日の時間帯毎に、予め優先すべき目標が優先順位制御手段２１に設定されている。

この目標は１日を通じて最もお湯を必要とする時間帯であるお風呂へ給湯する時間帯（１６〜２２時）には湯切れを防止するため湯量確保の観点から加熱能力優先とし、その他の時間帯においては、運転効率を優先する。特に、夜間には環境騒音を低減すると言う観点から、ヒートポンプサイクル５を運転する際に、加熱能力を圧縮機１の回転数を及び送風機７の風量を低減することによりやや低めに設定して低騒音として、運転効率を優先することを基本としている。

なお、個々のユーザーの使用状況に合わせて、学習手段２４は使用する湯量を学習制御する。例えば、過去の同一季節の使用実績から、目標湯量を設定または補正するように学習制御し、それに応じて湯切れを防止しつつ効率的なヒートポンプサイクル５の運転ができるよう目標を優先順位制御手段２１が変更する。また、あるいは最近において略毎日連続して使用した場合の１日の時間帯の実績によって目標を優先順位制御手段２１が変更しすることで、利用者個々の事情に応じた制御が可能である。

さらにまた、外気温度センサで検知した１６外気温度や入水温度センサ１５で検知した入水温度によりお湯の使用状況に変化がある。即ち、外気温度も入水温度も低温である方が温水使用量が増加するため、外気温度、入水温度が低くなるにつれて加熱能力優先する方向に目標を優先順位制御手段２１が変更しても良い。

そして、総合検知手段２５は、ヒートポンプサイクル５の運転状態を検知するため、ヒートポンプサイクル５の高圧側の圧力を検知する高圧センサ１２、低圧側の圧力を検知する低圧センサ１３が設けられ、外気温度を検知するための外気温度センサ１６、貯湯槽８外側表面に数カ所、残湯サ−ミスタ１７ａ〜１７ｆが設置され、それぞれの検知温度によって貯湯槽８内の残湯量を検知する残湯量検知手段１８を構成し、給水源１０からの給水温度を検知する入水温度センサ１５、ポンプ９により水用配管６ｂに送り出される通水量を検知する流量センサ１４より構成されている。

また、優先順位制御手段２１は残湯量検知手段１８で例えば残湯量を貯湯槽８の５０％以下と検知した場合には湯入れの可能性を解消すべく加熱能力優先の制御を行う。

そして、制御手段２６は優先順位制御手段２１により設定された目標に合わせてヒートポンプサイクル５を運転するため、圧縮機１の運転周波数数、減圧手段３の減圧量、送風機７の送風量、ポンプ９の送水量を制御する。

さらに、使用者はリモコン１９を操作することによって、貯湯槽８頭頂部の高温の湯と水混合管３０より給水源１０より供給された低温の水が混合弁３１で給湯されるお湯の温度を好みの温度に調整して、給湯端末１１より給湯することができる。

また、通常、制御装置２０により優先目標は決定されるが、リモコン１９には使用者が任意に優先目標を決めるスイッチ（図示しない）が用意されている。使用者がスイッチを使用して運転効率を選択した場合には常に運転効率を優先するようヒートポンプサイクル５は運転され、湯切れの可能性が高くなった場合には、例えばリモコン１９は表示または警告音などにより使用者にその旨知らせる。

次に、本実施の形態の作動を説明する。制御装置２０により運転を開始すると、ポンプ９の作動によって、貯湯槽８底部の水をポンプ９が吸入して給水管２７ａに送り出し、水用配管６ｂを通って、貯湯槽８の頭頂部に送水される。同時に、圧縮機１の作動によって
ヒートポンプサイクル５を冷媒が循環する。圧縮機１にて圧縮された高温高圧のガス冷媒は冷媒用配管６ａに送られ、放熱器２内で水用配管６ｂの水と熱交換する。冷媒との熱交換によって加熱された給湯用水は、出湯管２７ｂを通って貯湯槽８内の上部へ還流する。

一方、冷媒は放熱して低温のガス冷媒となって、減圧手段３で減圧されて液ガス二相の冷媒となり吸熱器４に流入し、吸熱器４で外気から吸熱して蒸発し低温低圧のガス冷媒となった後、圧縮機１に吸入される。この時、制御装置２０は優先順位制御手段２１で決定した目標に基づいて制御を行う。

運転効率を優先した場合のヒートポンプサイクル５の動作を図３〜図５を用いて説明する。図３はヒートポンプサイクル５により出湯管２７ｂを通る加熱された湯温及び外気温度が一定の場合、圧縮機１の運転周波数を変化させた時の加熱能力、運転効率、高圧圧力及び低圧圧力を示した特性の一例である。

圧縮機１の運転周波数の上昇により、高圧圧力はやや上昇するものの略一定であり、低圧圧力は低下、加熱能力は上昇して最高点Ｂ点に至り、運転効率はＡ点でピークとなる。また、最大能力は圧縮機１の運転許容最大周波数（Ｈｚｍａｘ）で決定されるが、本実施の形態ではＢ点で高圧圧力、低圧圧力などの諸条件が圧縮機１の運転許容範囲内であるとしている。運転効率を優先したヒートポンプサイクル５の制御では、運転効率がピーク（Ａ点）となる高圧圧力（Ｐｄｃ）、低圧圧力（Ｐｓｃ）となるよう圧縮機運転周波数を調整することになる。

但し、ここまでの説明では、出湯管２７ｂを通る加熱された湯温及び外気温度が一定の場合としてきたが、それらが変化した場合の高圧圧力、低圧圧力の変化を図４、図５に示す。出湯管２７ｂを通る加熱された湯温が変化した場合には主に高圧圧力への影響が大きく湯温の上昇と共に高圧圧力も上昇する傾向にあり、また、外気温度が変化した場合には主に低圧圧力への影響が大きく、外気温度の上昇と共に低圧圧力も上昇する傾向にある。

湯温や外気温度が変化した場合には運転効率がピーク近傍となる高圧圧力、低圧圧力の組み合わせが変わることになるため、制御装置２０は予め運転効率がピークとなる目標とする高圧圧力、低圧圧力の組み合わせ記憶している。制御装置２０は制御手段２６を用いて、湯温、外気温度より予め記憶された高圧圧力、低圧圧力となるよう各アクチュエータを動作させる。

一例として、高圧圧力、低圧圧力が共に目標とする圧力より高い場合には、圧縮機１の運転周波数を上昇し、ポンプ９の送水量を増加、送風機７の風量を低減、減圧手段３を用いて調整を行う。高圧圧力が高く、低圧圧力が低い場合には、圧縮機１の運転周波数を低減、ポンプ９の送水量を増加して、送風機７風量を増加して、減圧手段３を用いて調整を行う。高圧圧力が低く、低圧圧力が高い場合には、圧縮機１の運転周波数を増加、ポンプ９の送水量を低減し、送風機風量を低減して、減圧手段２は開度を閉方向に動作させる。高圧圧力、低圧圧力が共に低い場合には圧縮機１の運転周波数を増加、ポンプ９の送水量を低減し、送風機７風量を増加して、減圧手段３を用いて調整を行う。このようにして、運転効率の最も良い運転ポイントの近傍でヒートポンプサイクル５の運転が可能となる。

次に、加熱能力を優先したヒートポンプサイクル５の動作では、ヒートポンプサイクル５の加熱量が最大になるよう制御を行う場合について説明を行う。即ち、圧縮機１の運転周波数がＨｚｍａｘを目標として制御装置２０は制御を行い、外気温度、湯温によって、高圧圧力、低圧圧力が許容値を越える可能性のある場合には圧縮機１の運転周波数をＨｚｍａｘよりやや低減して運転を行う。このようにして、加熱能力の高い運転ポイントの近傍でヒートポンプサイクル５の運転が可能となる。

尚、ここでの加熱能力は機器最大の加熱能力に関わらない。例えば、必要最小限の加熱能力とすることにより、最大の運転効率が得られるので、給湯負荷より目標となる加熱能力を算出し、その結果に基づいて加熱能力を制御しても構わない。

以上のように、本実施の形態において、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を目標とする場合と運転効率を目標とする場合を切り替える優先順位制御手段２１を備えたので、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態において、ヒートポンプサイクル５として、能力可変の圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、吸熱器４を環状に接続し、ヒートポンプサイクル５の高圧圧力及び低圧圧力の何れか１つ以上を調整することでヒートポンプサイクル５の加熱能力及び運転効率を制御するようにしたので、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態において、優先順位制御手段２１は、貯湯槽８内の残湯量により、目標の優先順位を切り替えるよう制御するようにしたので、残湯の検知により湯切れの防止をより確実に行うことができ、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態において、優先順位制御手段２１は、１日の時間帯により目標の優先順位を切り替えるようにしたので、１日の生活パターンに合わせて、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転ができ、利用者の利便性を向上すると共に、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

そして、本実施の形態において、優先順位制御手段２１は、夜間には運転効率を優先するようにしたので、給湯負荷の少ない夜間にヒートポンプサイクル５は運転効率の高い運転を行うことができる。

また、運転効率の高い運転をすることによって、加熱能力優先の運転に比べて静音化を図ることができ夜間の機器騒音による不快感を低減できる。

さらに、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

そしてまた、本実施の形態において、優先順位制手段２１は、カレンダ機能２２、外気温度及び入水温の少なくとも一つより、目標の優先順位を切り替える様にしたので、１年を通して変化する季節毎の生活パターンや外気温度、入水温に合わせて、その時々に合わせた運転の優先順位を決めることができので、１年を通して、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの
心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態において、優先順位制手段２１は、夏季の場合は運転効率優先、冬季の場合は加熱能力優先とするようにしたので、外気温度が高い夏季には、ヒートポンプサイクル５としては高い加熱能力を引き出すことができ、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高くしなくとも、湯切れの心配はなく運転効率優先とすることで、機器の効率を高めることができる。

また、外気温が低い冬期には、ヒートポンプサイクル５としては加熱能力が低下するため、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を最大とすることで湯切れを防止できる。

このように、１年を通して、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

さらに、本実施の形態において、優先順位制手段２１は、過去の同一時間帯、外気温度または入水温の少なくとも一つの同一条件での実績に基づいて目標の優先順位を切り替える様にしたので、湯切れ防止のため、ヒートポンプサイクル５が最大加熱量で運転しなければならない時間を事前に予測する精度が向上するため、加熱能力を優先した運転時間を最短時間にすることができる。

湯切れを防止しながら、運転効率を優先した運転時間を長くできるので、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができるので、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

また、本実施の形態において、優先順位制手段２１は、利用者が目標の優先順位を切り替えることを可能としたので、使用者の好みに応じて、運転効率を向上した運転コストを最小にする運転が可能となり、利便性を高めることができる。

そしてまた、本実施の形態において、ヒートポンプサイクル５における高圧圧力、低圧圧力の制御を圧縮機１の運転周波数、減圧装置３の開度、吸熱器４へ空気を送風する送風機７の風量及びヒートポンプサイクル５との間で循環する液体の循環量の少なくとも一つ以上を用いて行う様にしたので、湯切れの心配がある場合は、ヒートポンプサイクル５の加熱能力を高める運転を優先して湯切れを防止し、湯切れの心配がない場合には、ヒートポンプサイクル５の運転効率を優先した運転を行うことができ、湯切れを防止すると共に、運転効率を高めることができる。

最後に、本実施の形態において、ヒートポンプサイクル５に、臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたので、放熱器２を流れる冷媒は、圧縮機１で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器２により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器２全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ放熱器の熱交換効率を高くできる。

尚、本実施形態では最高の運転効率近傍或いは最大の加熱能力近傍の何れかで制御することにしたが、例えば残湯量が４９％など境界値をやや越えた様な領域では、最高の運転効率近傍と最大の加熱能力近傍の中間付近を目標に運転しても構わない。

また、ヒートポンプサイクル５で加熱した湯を一度、貯湯槽８へ蓄積するようにしたが、効率優先の運転を行う場合には、ヒートポンプサイクル５で加熱した湯をヒートポンプサイクル５で、通常貯湯槽８へ蓄積する湯温度より低くなる様に調整して、ヒートポンプサイクル５の高圧圧力を低くして、直接、給湯配管２８より給湯端末１１に出湯しても構わない。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、湯切れを防止すると共に、ヒートポンプ給湯装置の運転効率を高めることができ、ヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ給湯装置として有用である。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図 本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の制御装置のブロック図 本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の圧縮機回転数と加熱能力、運転効率、高圧圧力、低圧圧力の関係を示す特性図 本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の低圧圧力と外気温度の関係を示す特性図 本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の高圧圧力と出湯温度の関係を示す特性図 従来のヒートポンプ給湯装置の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧手段
４ 吸熱器
５ ヒートポンプサイクル
８ 貯湯槽
２１ 優先順位制御手段
２２ カレンダ機能

Claims (9)

1. 能力可変の圧縮機と放熱器と減圧装置と吸熱器を環状に接続したヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯槽に蓄えるヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力を検知する高圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力を検知する低圧センサと、前記ヒートポンプサイクルの制御手段として加熱能力を目標とする場合と運転効率を目標とする場合を切り替える優先順位制御手段と、前記制御手段および前記優先順位制御手段を含むとともに運転効率がピークとなる目標とする前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせを記憶している制御装置とを備え、前記制御手段が運転効率を目標とする場合、前記高圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と前記低圧センサが検知する前記ヒートポンプサイクルの低圧側の圧力の組み合わせが、前記制御装置が記憶している運転効率がピークとなる前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力の組み合わせとなるよう前記制御手段が前記圧縮機の運転周波数と前記減圧装置の開度と前記吸熱器へ空気を送風する送風機の風量と前記給湯用の液体の循環量とのうち少なくとも１つを制御することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 優先順位制御手段は、貯湯槽内の残湯量により、目標の優先順位を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 優先順位制御手段は、１日の時間帯により目標の優先順位を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 優先順位制御手段は、夜間には運転効率を優先とすることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 優先順位制手段は、カレンダ機能と外気温度と入水温のうち少なくとも１つの情報により、目標の優先順位を切り替えることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
6. 優先順位制手段は、夏季の場合は運転効率優先、冬季の場合は加熱能力優先とすることを
   特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯装置。
7. 優先順位制手段は、過去の同一時間帯と外気温度と入水温のうち少なくとも１つの同一条件での実績に基づいて目標の優先順位を切り替えることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 優先順位制手段は、利用者が目標の優先順位を切り替えることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
9. ヒートポンプサイクルは、臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。

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