JP3915820B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプを利用した給湯装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ利用給湯装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図９は特許文献１に記載された従来のヒートポンプ利用給湯装置を示すものである。
図９において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は蒸発器であり、圧縮機１、凝縮器２、減圧弁３、蒸発器４と連結して冷媒回路６を形成する。７は貯湯槽、８は循環ポンプ、２１は残湯温度検知手段であり、貯湯槽７内部の水温を検出して所定温度を検知した時、圧縮機１を運転して追焚きする。
特開２０００−１９９６４５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、追焚きの運転時間あるいは追焚き湯温が季節、時間、残湯量に関係なく行われる。従って、例えば、まだ少量の残湯があるにも関わらず深夜時刻帯の開始直前において、電気料金の高い昼間時間帯の料金で追焚きをすることになる。よって、無駄な昼間追焚き運転をしてランニングコストが高くなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯切れ防止と昼間時間帯の無駄な追焚き運転を極力少なくする低ランニングの給湯機を実現するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を接続した冷媒回路と、下部の水を前記冷媒回路で加熱して上部から貯湯する貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を接続した給湯回路と、昼間追焚き運転の指令を発信する運転指令手段と、昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する追焚き設定手段と、前記給湯熱交換器の出口湯温が設定湯温となるように給湯回路を流れる流量を制御する流量制御手段と、貯湯槽の残湯温度を検出する複数の残湯温度検出手段とを有し、前記運転指令手段は複数の残湯温度検出手段のうち設定された一つの残湯温度検出手段の検出信号が所定温度の信号に達した場合に昼間追焚き運転の指令を発信することにより昼間追焚き運転を開始するとともに、時間経過とともに前記設定された一つの残湯温度検出手段を前記貯湯槽の上部側へ切換えるヒートポンプ給湯機とする。

これによって、朝から夕方は貯湯槽の下部に設けた残湯温度検出手段の信号で追焚き運転をおこない、貯湯量を多くして給湯負荷の大きい夕方に湯切れしないようにする。そして、深夜時刻帯に近づくと貯湯槽の上部に設けた残湯温度検出手段の信号で追焚き運転をおこない、貯湯量が少なくならないと追焚き運転しないようにして無駄な追い焚き運転を防止する。

以上のように、本発明によれば、湯切れ防止と昼間時間帯の無駄な追焚き運転を極力少なくする低ランニングコストのヒートポンプ給湯機を実現するものである。

請求項１に記載の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を接続した冷媒回路と、下部の水を前記冷媒回路で加熱して上部から貯湯する貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を接続した給湯回路と、昼間追焚き運転の指令を発信する運転指令手段と、昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する追焚き設定手段と、前記給湯熱交換器の出口湯温が設定湯温となるように給湯回路を流れる流量を制御する流量制御手段と、貯湯槽の残湯温度を検出する複数の残湯温度検出手段とを有し、前記運転指令手段は複数の残湯温度検出手段のうち設定された一つの残湯温度検出手段の検出信号が所定温度の信号に達した場合に昼間追焚き運転の指令を発信することにより昼間追焚き運転を開始するとともに、時間経過とともに前記設定された一つの残湯温度検出手段を前記貯湯槽の上部側へ切換えるヒートポンプ給湯機とすることによって、湯量を確保しながら無駄な追焚き運転を防止する。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。図１において、実線矢印は冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は水の流れ方向を表わす。そして、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は蒸発器であり、送風機５を用いて大気熱あるいは太陽熱を集熱する。そして、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４を順次接続して冷媒回路６を構成する。７は貯湯槽であり、貯湯槽７下部の水を冷媒回路６の放熱器２で加熱して上部から貯湯する。８は循環ポンプ、９は給湯熱交換器であり、放熱器２と熱交換関係を有する。貯湯槽７下部、循環ポンプ８、給湯熱交換器９、貯湯槽７上部を順次接続して給湯回路１０を構成する。１１は運転指令手段であり、昼間追焚き運転の指令を発信する。１２は追焚き設定手段であり、昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する。１３は湯温検出手段であり、給湯熱交換器９の出口湯温を検出する。１４は流量制御手段であり、湯温検出手段１３の検出信号が追焚き設定手段１２の設定温度の信号と一致するように循環ポンプ８の回転数を可変して給湯回路１０を流れる循環流量を制御する。１５は運転制御手段であり、運転指令手段１１の信号を検出して追焚き設定手段１２の信号に基づき運転をおこなう。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。図１において、最初に、貯湯槽７に給水された水を沸き上げる運転について述べる。この場合、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は放熱器２に流入し、ここで循環ポンプ８から送られてきた水を加熱する。そして、減圧装置３で減圧されて蒸発器４に流入する。そして、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、貯湯槽７の下部から流出した水は循環ポンプ８を介して給湯熱交換器９に流入し、放熱器２を介して設定温度となるように昇温して貯湯槽７の上部にたくわえられる。ここで、給湯熱交換器９の出口湯温を湯温検出手段１３が検知して、設定温度となるように湯温検出手段１３の検出信
号と比較しながら流量制御手段１４が給湯回路の循環流量を制御する。そして、この運転を継続しながら、貯湯槽７の上部から貯湯する。そして、貯湯槽７から出湯すると貯湯槽７下部に給水する水圧で貯湯槽７上部から出湯する。そのため、貯湯槽７上部に高温湯が貯湯される。そして、高温湯が少なくなると圧縮機１を運転して追焚き運転を設定時間おこない、再度、貯湯槽７上部から設定温度の湯を貯湯して貯湯量を増やす。

従って、夕方頃の大量に出湯する時間帯には追焚き運転時間を長くして追焚き湯量を多くして湯切れ頻度を少なくする。また、浴槽への高温差し湯が必要となる場合には沸き上げ温度を高温にして追焚き運転する。また、電気料金の安価な深夜時刻帯（深夜１１時から翌朝７時まで）直前に追焚き運転の指令を検出した場合には、追焚き運転時間を短くして必要最小限の追焚き湯量を確保し、安価な深夜時刻帯に運転をシフトして低ランニングコストを実現する。

そして、運転指令手段１１を手動スイッチでおこない、追焚き設定手段１２をユーザーが手動設定することによって、来客などで緊急に湯が必要となった場合でも追焚き運転できる。

また、図２のように、流量制御手段１４は給湯回路１０に流量制御弁１６を備えて弁開度を可変し、循環流量を制御しても設定温度の湯を貯湯することができ、同様の効果が得られる。但し、この場合には、循環ポンプの定格循環流量から弁最小絞りまで流量変化幅は大きくなる利点がある。しかし、低流量時も定格消費電力を費やすため、消費電力量が大きくなる課題がある。

そして、本発明のヒートポンプの代わりに電気ヒーターを用いた電気温水器でも同様の効果がある。

（実施例２）
図３は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図である。図３において、１７はクロックであり、時刻を計時する。１８は追焚き設定手段であり、クロック１７の信号を検出して追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。クロック１７が朝の時間帯を示す場合には、追焚き運転時間を長く設定する。そして、昼から夕方の時間帯を示す場合には、追焚き運転時間を朝より短縮して設定する。さらに、夕方から深夜時刻帯開始までの時間帯を示す場合には、追焚き運転時間を昼より短縮して設定する。そして、朝から昼の時間帯に少量の湯しか使われない場合は、追焚き時間を長くしても短時間で貯湯槽の容量全体に貯湯する。一方、朝から夕方の時間帯に多量の湯が使われる場合は、追焚き時間を長くして、あるいは沸き上げ湯温を高くして、夕方に多量に使われる湯量、負荷に対応する。また、深夜時刻帯の開始に近い時間帯の追焚き運転は、追焚き時間を短くして無駄な追焚きを少なくする。次に、深夜時刻帯開始に近い時間帯、例えば２２時頃に多量の湯を使う場合には、朝から夕方の時間帯の追焚き運転を短時間あるいは中止するように設定し、夕方からの追焚き運転を長くして２２時頃に多量の湯を貯湯するように設定する。この場合には、貯湯槽からの放熱ロスを低減する効果がある。

また、１日の給湯の使われ方は家庭によって異なるため、個々の家庭で１日のうちで最も給湯量が多い時間帯に追焚き時間を長くするように設定することによって、湯切れを防止することができる。

そして、クロックを利用して予め設定された時刻に運転指令手段に発信して予約時刻に追焚き運転を開始する利用法も可能である。

（実施例３）
図４は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図である。図４において、１９は外気温度検出手段であり、外気温度を検出する。２０は追焚き設定手段であり、運転指令手段１１の信号を検出して外気温度検出手段１９の信号を検出し、昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。運転指令手段１１の信号を検出して追焚き運転を開始する。その際に、追焚き設定手段２０が同時に外気温度を検出して外気温度が高い場合には、ヒートポンプ加熱能力が大きく給湯負荷が小さいため追焚き運転時間を短く、あるいは深夜時間帯の沸き上げ湯温より低めに設定する。逆に、外気温度が低い場合には、ヒートポンプ加熱能力が小さく給湯負荷が大きいため追焚き運転時間を長く、あるいは深夜時間帯の沸き上げ湯温より高めに設定する。そして、運転制御手段１５が追焚き設定手段２０の設定値に基づき追焚き運転をおこなう。従って、季節に応じて昼間追焚き時間、湯量、湯温を設定して湯切れ防止と低ランニングコストを実現する。

そして、浴槽への湯張り出湯など時刻と出湯量が予め決められている場合には、決められた時刻に決められた湯量を貯湯するため、クロックを用いて運転指令手段へ送信する時刻を予約し、湯張り出湯時刻までの所要時刻を演算して、能力制御型圧縮機を用いれば、外気温度を検出してヒートポンプ加熱能力と所要運転時間から高効率運転をおこなうこともできる。

（実施例４）
図５は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図である。図５において、２１は複数の残湯温度検出手段であり、貯湯槽７の上部から下部までの残湯温度を検出する。２２は運転指令手段であり、設定された位置（湯量）の残湯温度検出手段２１の検出信号が所定温度の信号に達した場合に昼間追焚き運転の指令を発信する。２３は残湯量設定手段であり、クロック１７の信号を検出して運転指令手段２２に運転指令を発信する残湯温度検出手段２１を選定する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。昼間時間帯において、残湯量設定手段２３がクロック１７の信号を検出して時刻を判定する。そして、朝方の時刻の場合には、貯湯槽７の下部に設けた残湯温度検出手段２１の信号で追焚き運転指令を発信する。その後、時間経過とともに追焚き運転指令を発信する残湯温度検出手段２１を貯湯槽７上部側へ切換える。従って、朝方に貯湯槽７から少量出湯した場合に、直ぐに追焚き運転して貯湯量を確保する。そして、夕方から深夜時刻帯に近づくと貯湯槽６の残湯量がかなり少なくならないと追焚き運転を開始しない。よって、時刻と残湯量を自動的に検出して自動追焚き運転をして湯量を確保しながら無駄な追焚き運転を防止する。

そして、１日の給湯負荷あるいは長期の給湯負荷を学習制御して、時間経過とともに追焚き運転指令を発信する残湯温度検出手段２１を貯湯槽７下部側から上部側へ切換えることによって、昼間追焚き運転が入らないようにすることができる。

（実施例５）
図６は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図である。図６において、２４は残湯量設定手段であり、運転指令手段２２に昼間追焚き運転の指令を発信する残湯温度検出手段２１を任意に設定する。２５は追焚き設定手段であり、残湯量設定手段２４に基づき昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。日常よりも湯の使用量が少な
い日、すなわち残湯量が多い場合には、追焚き運転を指令する残湯温度検出手段２１を貯湯槽７の上部側へ切換えて追焚き運転を実行されないようにする。あるいは追焚き運転時間を短くする。逆に、日常よりも湯の使用量が多い場合には、昼間追焚き運転時間を長くして連続運転による高効率化を実現する。従って、残湯量に応じて昼間追焚き運転回数および昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を変えて、低ランニングコストを実現する。

（実施例６）
図７は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図である。図７において、２６は出湯検出手段であり、貯湯槽７から浴槽２７への出湯を検出する流量センサーである。２８は追焚き設定手段であり、出湯検出手段２６の信号を検出して昼間追焚き運転時間を短く設定する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。貯湯槽７から浴槽２７への出湯を流量センサー２６が検出する。そして、流量センサー２６の信号を検出して追焚き設定手段２８が追焚き運転時間を短く設定する。その後、追焚き指令手段１１の信号で短時間の追焚き運転を開始する。従って、多量に出湯する浴槽２７への湯張りを終了した後は、少出湯量の使い方が多いため、追焚き量も少なくてよい。例えば、１人で使うシャワー湯量分を１回の追焚き量とすることもできる。よって、無駄な追焚き運転を防止することができる。

また、浴槽２７への出湯検出を流量センサー２６の代わりに、浴槽湯張りスイッチの信号でおこなっても同様の効果がある。

（実施例７）
図８は本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図である。図８において、２９は残湯温度検出手段であり、貯湯槽の所定湯量の位置に設け、残湯温度を検出する。そして、必要最小限の貯湯量を表わす。３０は制御手段であり、運転指令手段２２の信号を検出してもクロック１７が所定時刻帯の信号を発信し、かつ残湯温度検出手段２９が所定温度の信号を発信する場合には追焚き運転を開始しない制御をおこなう。そして、所定時刻帯の範囲外に達した時に追焚き運転を開始する。

以上の構成において、その動作、作用について説明する。残湯温度検出手段２１の信号で追焚きの運転指令が発信される。そして、クロック１７が深夜時刻帯の開始直前の時刻を発信し、かつ所定残湯量の位置に設けた残湯温度検出手段２９の検出信号が所定温度以上の場合には追焚き運転を実行しないように制御手段２９が制御する。そして、深夜時刻帯になると深夜電力利用の運転を開始して貯湯槽内の水を沸き上げる。よって、残湯量と時刻から無駄な追焚き運転を防止する。

次に、全国的に電力使用量の多い夏季の昼間時間帯において、追焚きの運転指令が発信された場合、かつ所定残湯量の位置に設けた残湯温度検出手段２９の検出信号が所定温度以上の場合には追焚き運転を実行しない。そして、所定時刻帯を過ぎてから追焚き運転を開始する。この場合には、ヒートポンプの加熱能力が大きいため、短時間で追焚きが完了する。

なお本各実施例において使用する冷媒としてはＣＯ2冷媒、ＨＦＣ冷媒等種々のものが利用できる。

本発明は、ヒートポンプサイクルを熱源としたヒートポンプ給湯装置に有用である。

本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例１の他のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧装置
４ 蒸発器
５ 送風機
６ 冷媒回路
７ 貯湯槽
８ 循環ポンプ
９ 給湯熱交換器
１０ 給湯回路
１１ 運転指令手段
１２、１８、２０ 追焚き設定手段
１３ 湯温検出手段
１４ 流量制御手段
１５ 運転制御手段
１６ 流量制御弁
１７ クロック
１９ 外気温度検出手段
２１、２９ 残湯温度検出手段
２２ 運転指令手段
２３、２４ 残湯量設定手段
２５、２８ 追焚き設定手段
２６ 出湯検出手段
２７ 浴槽
３０ 制御手段

Claims (1)

1. 圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器を接続した冷媒回路と、下部の水を前記冷媒回路で加熱して上部から貯湯する貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を接続した給湯回路と、昼間追焚き運転の指令を発信する運転指令手段と、昼間追焚き運転時間あるいは沸き上げ湯温を設定する追焚き設定手段と、前記給湯熱交換器の出口湯温が設定湯温となるように給湯回路を流れる流量を制御する流量制御手段と、貯湯槽の残湯温度を検出する複数の残湯温度検出手段とを有し、前記運転指令手段は複数の残湯温度検出手段のうち設定された一つの残湯温度検出手段の検出信号が所定温度の信号に達した場合に昼間追焚き運転の指令を発信することにより昼間追焚き運転を開始するとともに、時間経過とともに前記設定された一つの残湯温度検出手段を前記貯湯槽の上部側へ切換えるヒートポンプ給湯機。

Images