JP3982416B2 - Hot water storage water heater - Google Patents

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JP3982416B2 JP2003004327A JP2003004327A JP3982416B2 JP 3982416 B2 JP3982416 B2 JP 3982416B2 JP 2003004327 A JP2003004327 A JP 2003004327A JP 2003004327 A JP2003004327 A JP 2003004327A JP 3982416 B2 JP3982416 B2 JP 3982416B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ装置によって加熱される給湯用の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式給湯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の貯湯式給湯装置として、特許文献1に示されるように、給湯水を加熱する加熱手段として、ヒートポンプ集熱器とソーラ集熱器とを備えたものが知られている。この貯湯式給湯装置においては、電力コストに応じて定まる所定時間帯、例えば時間帯別電灯契約において電気料金が安価な深夜時間帯(具体的には例えば当日23時〜翌日7時)にヒートポンプ集熱器の運転によりタンク内の湯水のほとんどを沸き上げる。そして、それ以外の昼間の時間帯では、深夜時間帯では沸き上げられなかった不足分や、昼間の時間帯で使用した分を補足的にソーラ集熱器あるいはヒートポンプ集熱器の運転によって湯を沸き上げるようにしている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−195650号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昼間の時間帯にソーラ集熱器やヒートポンプ集熱器を運転させずに電力料金の安価な深夜時間帯において湯の沸き上げが完了されるのがベストであるが、例えばユーザの湯の使用量や、季節の給湯水温度や外気温度の変化による加熱手段の能力低下等によって、所定の沸き上げが完了できない場合がある。そのような状況においては、沸き上げ可能な熱量をいかに効率良く得るかが重要になってくるが、上記特許文献1では、その点に対する考慮は特に見られない。
【0005】
本発明は、上記問題に鑑み、所定の時間帯において効率の良い沸き上げを行い、電気料金の低減を可能とする貯湯式給湯装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【0007】
請求項1に記載の発明では、内部に給湯用の高温の湯を貯える貯湯タンク(110)と、貯湯タンク(110)内の水を加熱して湯とするヒートポンプ装置(120)と、貯湯タンク(110)内の湯が1日の給湯に必要とされる必要沸き上げ熱量(Q)を有するように、主に電力コストに応じて定まる所定時間帯にヒートポンプ装置(120)を作動制御する制御装置(130)とを備える貯湯式給湯装置において、制御装置(130)は、設定された沸き上げ温度(Tp)および必要沸き上げ熱量(Q)から算出された所定の沸き上げ流量(V)から、所定時間帯内で沸き上げられる沸き上げ量を算出し、算出された沸き上げ量と、貯湯タンク(110)を沸き上げられた湯で満たすために必要とされる必要沸き上げ量(L−Lz)とを比較して、沸き上げ量が必要沸き上げ量(L−Lz)よりも小さいと判定されると、設定された沸き上げ温度(Tp)またはヒートポンプ装置(120)の加熱能力の少なくとも一方を変更して、必要沸き上げ量(L−Lz)の湯を沸き上げることを特徴としている。
【0008】
これにより、必要沸き上げ熱量(Q)を確保できない場合でも貯湯できうる熱量が同一であるならば、沸き上げ温度(Tp)は所定値よりも低い温度にして湯を多量に溜めたほうが、高温の湯を少量溜めるよりもヒートポンプ装置(120)を高いエネルギー効率(成績係数)のポイントで作動できるので、消費電力を低減することができる。
【0009】
また、加熱能力については増加する方向に変更することで、沸き上げ流量(V)を増加させ、貯湯タンク(110)内を必要沸き上げ熱量(Q)で満たすことができる。即ち、所定時間帯以外でのヒートポンプ装置(120)の作動による沸きましを不要とすることができ、総じて電気料金を低減することができる。
【0010】
請求項2に記載の発明では、制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更することを特徴としている。
【0011】
これにより、外気温度(Ta)に対応して低下する水の温度(Tw)と変更後の沸き上げ温度(Tp)との差を同等あるいは小さくすることができる。よって、ヒートポンプ装置(120)の加熱能力を小さくしてエネルギー効率(成績係数)の高いポイントで作動させることができ、消費電力を低減することができる。
【0012】
請求項3に記載の発明では、制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど加熱能力を高い側に変更することを特徴としている。
【0013】
これにより、外気温度(Ta)の変化に対して貯湯式給湯装置(100)の蓄熱量をほぼ一定に保つことができる。
【0014】
請求項4に記載の発明では、制御装置(120)は、外気温度(Ta)がヒートポンプ装置(120)内の吸熱部(124)に着霜が生ずる温度領域において、所定の沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更、あるいは加熱能力を高い側に変更することを特徴としている。
【0015】
これにより、沸き上げに支障をきたす着霜時において効率的な沸き上げが可能となる。
【0016】
尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は本実施形態の貯湯式給湯装置100の概略構成を示す模式図である。貯湯式給湯装置100は、主に貯湯タンク110、ヒートポンプ装置120、制御装置130から成る。
【0018】
貯湯タンク110は、耐食性に優れた金属製(例えばステンレス製)より成るタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の高温の湯を長時間に渡って保温することができるようにしている。貯湯タンク110は、設置時のスペース効率を考慮して縦長形状としており、そのタンク容量Lは一般家庭での給湯量をまかなえるように、ここでは370Lとしている。そして貯湯タンク110の底面には導入口111が設けられ、この導入口111には貯湯タンク110内に水道水を導入する導入管141が接続されている。導入管141には、サーミスタ143aが設けられており、サーミスタ143aは導入管141を流れる水道水の温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
【0019】
一方、貯湯タンク110の最上部には導出口112が設けられ、導出口112には貯湯タンク110内の高温の湯を導出するための導出管142が接続されている。そして、導出管142には、水道水の給水配管145が接続されており、この給水配管145との合流点には、混合弁146が配置されている。混合弁146は開口面積比(導出管142に連通する湯側の開度と給水配管145に連通する水側の開度の比率)を調節することにより、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等に高温の湯と水とを適宜混合して給湯するようにしている。
【0020】
また、貯湯タンク110の下部には、導入管141から貯湯タンク110内に供給された水道水を流出するための冷水出口113が設けられ、また貯湯タンク110の上部には、貯湯タンク110内に湯が流入する温水入口114が設けられている。冷水出口113と温水入口114とは循環回路147で接続されており、この循環回路147の冷水出口113側にはポンプ148が設けられている。また、循環回路147の一部は後述するヒートポンプ装置120内の水熱交換器122に接続されている。
【0021】
更に、貯湯タンク110の外壁面には、複数のサーミスタ143bが縦方向に所定の間隔をあけて配置され、貯湯タンク110内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
【0022】
ヒートポンプ装置120は、例えばCOを冷媒とする加熱手段であり、電動圧縮機121、水熱交換器122、膨張弁123、送風機125を備える室外側熱交換器124が冷媒配管126によって順次接続されて閉回路を構成している。電動圧縮機121には、インバータ127が設けられており、このインバータ127は、電動圧縮機121に供給する電力を可変する。また、室外側熱交換器124の送風機125によって生ずる空気流れの上流側には外気温センサ124aが設けられており、外気温センサ124aは室外側熱交換器124に流入する外気の温度情報を後述する制御装置130に出力するようにしている。
【0023】
尚、ヒートポンプ装置120は、冷媒を電動圧縮機121で高温高圧にして水熱交換器122において貯湯タンク110から供給される冷水(水道水)との間で熱交換を行い、所定温度(沸き上げ温度Tp、例えば90℃)の湯に沸き上げ、高温の湯を貯湯タンク110内に貯湯するようにしている。水熱交換機122で放熱した冷媒に対しては、室外側熱交換器124によって外気から吸熱させるようにしている。
【0024】
制御装置130は、主に電動圧縮機121とポンプ148との作動を制御するものである。制御装置130には、上記外気温センサ124aからの温度情報、サーミスタ143a、143bからの温度情報が入力される。また、制御装置130には、図2に示すように、外気温度Taに対する電動圧縮機121の圧縮機回転数Nの関係を示す制御特性が予め記憶されている。この制御特性は、外気温度Taが43℃から−10℃に低下するにつれて、圧縮機回転数NがN1からN2に増加するものとしている。
【0025】
そして制御装置130は、これらの入力情報、制御特性および予め定めた各種演算式(後述)から得られる結果に基づいて電動圧縮機121とポンプ148の回転数をそれぞれ可変させ、主に深夜時間帯において湯の沸き上げを行う。尚、深夜時間帯とは従来技術の項でも説明したように、電力コストに応じて定まる所定時間帯、例えば時間帯別電灯契約において電気料金が安価な時間帯であり、具体的には当日の23時〜翌日の7時等(他に22時〜8時の場合もある)に対応する。
【0026】
尚、図示しないカラン等が開かれ給湯が行なわれる時には、タンク110の導出口112から高温の湯が導出される。これに伴い、導入口111から貯湯タンク110の下部へ水道水の導入が行なわれる。この時の給湯量に応じて、サーミスタ143bからの各水位レベルにおける温度情報によって貯湯タンク110内の高温の湯が所定熱量未満になったと判定すると、深夜時間帯に係わらず、貯湯タンク110内に予め定めた演算式によって得られる熱量分の沸き増しを行うために、ヒートポンプ装置120を運転する。
【0027】
本発明においては深夜時間帯の沸き上げにおける電動圧縮機121とポンプ148の作動制御に特徴を持たせており、以下その詳細について図3に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【0028】
まず、深夜時間帯の開始時刻である23時になると、ステップS100で外気温センサ124aから外気温度Taを把握する。そして、ステップS110で、▲1▼沸き上げ条件の演算、▲2▼電動圧縮機121の圧縮機回転数Nの決定、▲3▼沸き上げ流量Vの演算を行う。
【0029】
▲1▼の沸き上げ条件の演算においては、当日必要とされる湯の必要沸き上げ熱量Qとこの必要沸き上げ熱量Qを得るために必要となる所要沸き上げ時間Haを算出する。必要沸き上げ熱量Qは以下の数式1によって算出するようにしている。
【0030】
【数1】
Q=(L−Lz)×(Tp−Tw)
ここで、Lは貯湯タンク110のタンク容量(370L)、Lzは23時時点における貯湯タンク110内の残湯量であり、(L−Lz)は必要沸き上げ量となる。Tpは沸き上げ温度、Twは水道水の平均給水温度である。
【0031】
残湯量Lzは、サーミスタ143bの各水位レベルのおける温度情報から所定の演算式によって得られるようにしている。沸き上げ温度Tpは、65℃〜90℃の範囲で設定されるようにしており、この制御の初期値としては90℃としている。平均給水温度Twは、サーミスタ143aから得られる温度である。
【0032】
また、所要沸き上げ時間Haは、以下の数式2によって算出するようにしている。
【0033】
【数2】
Ha=Q/(860×ヒートポンプ定格能力P)
ヒートポンプ定格能力Pはここでは4.5kwのものとしている。尚、ヒートポンプ装置120の室外側熱交換器124に着霜を伴う温度条件、即ち外気温度Taが5℃以下では、ヒートポンプ定格能力Pは0.8掛けとした3.6kwとする。
【0034】
▲2▼の圧縮機回転数Nは、図2で説明した制御特性を用いて外気温度Taに対応する値として決定する。
【0035】
▲3▼の沸き上げ流量Vは、以下の数式3によって算出するようにしている。
【0036】
【数3】
沸き上げ流量V=(L−Lz)/Ha
そして、ステップS120で沸き上げ流量V×深夜時間(8時間)は、必要沸き上げ量(L−Lz)より大きいか否かを判定する。即ちこれは、深夜時間(8時間)のうちに必要沸き上げ量(L−Lz)の沸き上げを完了して貯湯タンク110内を満タンにできるか否かを意味する。
【0037】
ステップS120で肯定的判定をすると、ステップS130で深夜時間帯の終了時刻となる7時から所要沸き上げ時間Ha分をさかのぼって沸き上げ開始時刻を設定し、その時刻になったら沸き上げを開始する。
【0038】
しかしながら、ステップS120で否と判定すると、深夜時間帯内において必要沸き上げ量(L−Lz)、即ち必要沸き上げ熱量Qが得られないことになり、ステップS140で沸き上げ温度Tpの設定を所定量α分だけ下げ、再びステップS110に戻る。沸き上げ温度Tpを下げるということは、即ち水熱交換器122(循環回路147)を流通する水道水の流量を増加させることであり、ここではポンプ148の回転数を増加させる。
【0039】
沸き上げ温度Tpを下げると、ステップS110中の演算において、必要沸き上げ熱量Qが小さくなり、所要沸き上げ時間Haが短くなり、沸き上げ流量Vが増加する。そして、ステップS140、ステップS110の繰り返しによって、ステップS120において、沸き上げ温度Tpは初期の90℃よりも低くなるものの、必要沸き上げ量(L−Lz)を8時間で満たす条件が設定され、ステップS130で沸き上げが開始される。
【0040】
これにより、必要沸き上げ熱量Qを確保できない場合でも貯湯できうる熱量が同一であるならば、沸き上げ温度Tpは初期値(90℃)よりも低い温度にして湯を多量に溜めたほうが、高温の湯を少量溜めるよりもヒートポンプ装置120を高いエネルギー効率(成績係数)のポイントで作動できるので(図4)、消費電力を低減して電気料金を低減することができる。
【0041】
また、外気温度Taの低下に応じて圧縮機回転数Nを増加させることでヒートポンプ装置120の加熱能力をほぼ一定に保つことができる。
【0042】
更に、本制御においては、1日毎に貯湯タンク110内を満タンにして沸き上げを行うので、順次内部の湯が更新されていき、衛生的に使用することができる。
【0043】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図5に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、ステップS121で、沸き上げ流量V×深夜時間(8時間)が必要沸き上げ量(L−Lz)よりも少ないと判定した場合に、ステップS150で圧縮機回転数Nを所定量β分だけ増加するようにしている。
【0044】
圧縮機回転数Nが増加すると冷媒流量が増加し、ヒートポンプ装置120の加熱能力が増加する。加熱能力が増加すると所要沸き上げ時間Haが短くなり、時間あたりの沸き上げ流量Vは増加し、ステップS150、ステップS110の繰り返しによって、ステップS121において、必要沸き上げ量(L−Lz)を8時間で満たす条件が設定され、ステップ130で沸き上げが開始される。尚、圧縮機回転数Nを増加させる際には、図2で説明したようにN2を上限としており、ステップS121でその判定を行う。
【0045】
これにより、沸き上げ流量Vを増加させ、貯湯タンク110内を必要沸き上げ熱量Qで満たすことができるので、深夜時間帯以外でのヒートポンプ装置120の作動による沸きましを不要とすることができ、電気料金を低減することができる。また、電力の使用が深夜時間帯のみの契約であった場合は、貯湯熱量が不足して湯切れを起こすことが無い。
【0046】
また、必要沸き上げ量(L−Lz)に見合った電動圧縮機121の作動を行うので、不必要に騒音を悪化させたり、エネルギー効率を低下させることが無い。
【0047】
(その他の実施形態)
上記第1、第2実施形態では、沸き上げ温度Tp(ポンプ148の回転数)の変更および圧縮機回転数Nの変更をそれぞれ個々に行うものとして説明したが、本発明の制御においては、両者を共に変更するものとしても良い。
【0048】
また、外気温度Taについては、低温から高温まで広い領域において判定対象としたが、必要沸き上げ量(L−Lz)の確保が困難となるのは通常、ヒートポンプ装置120の室外側熱交換器124において着霜が生じる温度領域(具体的には、5℃以下の領域)であるので、本発明の制御をこの着霜が生じる温度領域に適用して好適であり、効率的な沸き上げが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】外気温度に対する圧縮機回転数を示す制御特性図である。
【図3】第1実施形態における沸き上げ制御を示すフローチャートである。
【図4】沸き上げ温度に対するエネルギー効率を示すグラフである。
【図5】第2実施形態における沸き上げ制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
100 貯湯式給湯装置
110 貯湯タンク
120 ヒートポンプ装置
124 室外側熱交換器(吸熱部)
130 制御装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot water storage type hot water supply apparatus that stores hot water for hot water supply heated by a heat pump device in a hot water storage tank.
[0002]
[Prior art]
As a conventional hot water storage type hot water supply apparatus, as shown in Patent Document 1, a heating means that heats hot water is provided with a heat pump heat collector and a solar heat collector. In this hot water storage type hot water supply apparatus, heat pumps are collected in a predetermined time period determined according to the electric power cost, for example, a late night time period (specifically, for example, from 23:00 on the current day to 7:00 on the next day) in which the electricity charge is low in the electric lamp contract according to time Boil most of the hot water in the tank by operating the heater. In other daytime hours, hot water can be supplemented by operating solar collectors or heat pump collectors in addition to the shortage that was not boiled in midnight hours or the amount used in daytime hours. I try to boil it up.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-195650
[Problems to be solved by the invention]
However, it is best that the boiling of the hot water is completed in the midnight hours when the solar power collector and the heat pump collector are not operated during the daytime hours, and the power rate is low. Predetermined boiling may not be completed due to a decrease in the capacity of the heating means due to changes in usage amount, seasonal hot water temperature or outside air temperature. In such a situation, it is important how efficiently the amount of heat that can be boiled is obtained, but in Patent Document 1, there is no particular consideration for this point.
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a hot water storage type hot water supply apparatus that can efficiently raise water in a predetermined time zone and reduce an electricity bill.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, a hot water storage tank (110) for storing hot water for hot water supply therein, a heat pump device (120) for heating the water in the hot water storage tank (110) into hot water, and a hot water storage tank (110) Control for controlling the operation of the heat pump device (120) in a predetermined time period mainly determined according to the power cost so that the hot water in the hot water (Q) required for hot water supply in one day is provided. In the hot water storage type hot water supply apparatus including the device (130), the control device (130) is configured to obtain a predetermined boiling flow rate (V) calculated from the set boiling temperature (Tp) and the required boiling heat amount (Q). , Calculating the amount of boiling up within a predetermined time zone, and calculating the amount of boiling up and the required amount of boiling required to fill the hot water storage tank (110) with the heated water (L− Lz) And compare, if it is determined to be smaller than the amount boiling required amount boiling (L-Lz), and changing at least one of the heating capacity of the set boiling temperature (Tp) or heat pump apparatus (120) Thus, it is characterized by boiling up a required boiling amount (L-Lz) of hot water .
[0008]
As a result, if the amount of heat that can be stored in the hot water is the same even if the required amount of boiling heat (Q) cannot be ensured, the boiling temperature (Tp) should be lower than the predetermined value, and a larger amount of hot water should be stored. Since the heat pump device (120) can be operated at a higher energy efficiency (coefficient of performance) than storing a small amount of hot water, power consumption can be reduced.
[0009]
Further, by changing the heating capacity in the increasing direction, the boiling flow rate (V) can be increased and the hot water storage tank (110) can be filled with the required boiling heat quantity (Q). That is, boiling due to the operation of the heat pump device (120) outside the predetermined time period can be eliminated, and the electricity bill can be reduced as a whole.
[0010]
The invention according to claim 2 is characterized in that the controller (130) changes the boiling temperature (Tp) to a lower side as the outside air temperature (Ta) is lower.
[0011]
Thereby, the difference of the temperature (Tw) of the water which falls corresponding to outside temperature (Ta) and the boiling temperature (Tp) after a change can be made equivalent or small. Therefore, the heating capacity of the heat pump device (120) can be reduced to operate at a point with high energy efficiency (coefficient of performance), and power consumption can be reduced.
[0012]
The invention according to claim 3 is characterized in that the controller (130) changes the heating capacity to the higher side as the outside air temperature (Ta) is lower.
[0013]
Thereby, the heat storage amount of the hot water storage type hot water supply device (100) can be kept substantially constant with respect to the change in the outside air temperature (Ta).
[0014]
In the invention according to claim 4, the control device (120) has a predetermined boiling temperature (Tp) in a temperature region where the outside air temperature (Ta) causes frost formation in the heat absorption part (124) in the heat pump device (120). ) Is changed to a lower side, or the heating capacity is changed to a higher side.
[0015]
This makes it possible to efficiently raise water during frosting that hinders boiling.
[0016]
In addition, the code | symbol in the parenthesis attached | subjected to each said means shows the correspondence with the specific means of embodiment description later mentioned.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a hot water storage type hot water supply apparatus 100 of the present embodiment. The hot water storage type hot water supply device 100 mainly includes a hot water storage tank 110, a heat pump device 120, and a control device 130.
[0018]
The hot water storage tank 110 is a tank made of metal (for example, made of stainless steel) having excellent corrosion resistance, and a heat insulating material (not shown) is arranged on the outer peripheral portion, and keeps hot water for hot water supply for a long time. To be able to. The hot water storage tank 110 has a vertically long shape in consideration of space efficiency at the time of installation, and the tank capacity L thereof is 370 L so as to cover the amount of hot water supply in a general household. An introduction port 111 is provided on the bottom surface of the hot water storage tank 110, and an introduction pipe 141 for introducing tap water into the hot water storage tank 110 is connected to the introduction port 111. The introduction pipe 141 is provided with a thermistor 143a, and the thermistor 143a outputs temperature information of tap water flowing through the introduction pipe 141 to the control device 130 described later.
[0019]
On the other hand, a lead-out port 112 is provided at the uppermost part of the hot water storage tank 110, and a lead-out pipe 142 for leading out hot water in the hot water storage tank 110 is connected to the lead-out port 112. A tap water supply pipe 145 is connected to the outlet pipe 142, and a mixing valve 146 is disposed at a junction with the water supply pipe 145. The mixing valve 146 adjusts the opening area ratio (ratio of the opening degree on the hot water side communicating with the outlet pipe 142 and the opening degree on the water side communicating with the water supply pipe 145), so that the currant, shower, bath, etc. on the downstream side In addition, hot water and water are appropriately mixed to supply hot water.
[0020]
In addition, a cold water outlet 113 is provided at the lower part of the hot water storage tank 110 to let out the tap water supplied from the introduction pipe 141 into the hot water storage tank 110, and the hot water storage tank 110 has an upper part in the hot water storage tank 110. A hot water inlet 114 through which hot water flows is provided. The cold water outlet 113 and the hot water inlet 114 are connected by a circulation circuit 147, and a pump 148 is provided on the circulation circuit 147 on the cold water outlet 113 side. A part of the circulation circuit 147 is connected to a water heat exchanger 122 in the heat pump device 120 described later.
[0021]
Further, a plurality of thermistors 143b are arranged on the outer wall surface of the hot water storage tank 110 at predetermined intervals in the vertical direction so that temperature information at each water level in the hot water storage tank 110 is output to the control device 130 described later. ing.
[0022]
The heat pump device 120 is a heating means using, for example, CO 2 as a refrigerant, and an outdoor heat exchanger 124 including an electric compressor 121, a water heat exchanger 122, an expansion valve 123, and a blower 125 is sequentially connected by a refrigerant pipe 126. Closed circuit. The electric compressor 121 is provided with an inverter 127, and the inverter 127 varies the electric power supplied to the electric compressor 121. In addition, an outdoor air temperature sensor 124a is provided on the upstream side of the air flow generated by the blower 125 of the outdoor heat exchanger 124, and the outdoor air temperature sensor 124a provides temperature information of the outdoor air flowing into the outdoor heat exchanger 124 to be described later. Output to the control device 130.
[0023]
The heat pump device 120 changes the temperature of the refrigerant to high temperature and high pressure by the electric compressor 121 and performs heat exchange with cold water (tap water) supplied from the hot water storage tank 110 in the water heat exchanger 122 to obtain a predetermined temperature (boiling up). The hot water is boiled in hot water having a temperature Tp (for example, 90 ° C.), and the hot water is stored in the hot water storage tank 110. The outdoor heat exchanger 124 absorbs heat from the outside air with respect to the refrigerant radiated by the water heat exchanger 122.
[0024]
The control device 130 mainly controls the operation of the electric compressor 121 and the pump 148. The controller 130 receives temperature information from the outside air temperature sensor 124a and temperature information from the thermistors 143a and 143b. Further, as shown in FIG. 2, the control device 130 stores in advance control characteristics indicating the relationship of the compressor rotational speed N of the electric compressor 121 to the outside air temperature Ta. This control characteristic assumes that the compressor rotational speed N increases from N1 to N2 as the outside air temperature Ta decreases from 43 ° C to -10 ° C.
[0025]
Then, the control device 130 varies the rotational speeds of the electric compressor 121 and the pump 148 based on the input information, control characteristics, and results obtained from various predetermined arithmetic expressions (described later), mainly in the midnight time zone. Boil the hot water at In addition, as described in the section of the prior art, the midnight time zone is a predetermined time zone determined according to the power cost, for example, a time zone in which the electricity rate is low in the electric lamp contract according to time zone. It corresponds to from 23:00 to 7:00 on the next day (in some cases, it may be from 22:00 to 8:00).
[0026]
Note that when hot water or the like (not shown) is opened and hot water is supplied, hot water is led out from the outlet 112 of the tank 110. Along with this, tap water is introduced from the inlet 111 to the lower part of the hot water storage tank 110. If it is determined that the hot water in the hot water storage tank 110 has become less than a predetermined amount of heat according to the temperature information at each water level from the thermistor 143b according to the hot water supply at this time, the hot water in the hot water storage tank 110 regardless of the midnight time zone. In order to increase the amount of heat obtained by a predetermined arithmetic expression, the heat pump device 120 is operated.
[0027]
In the present invention, the operation control of the electric compressor 121 and the pump 148 during boiling at midnight time is characterized, and the details thereof will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.
[0028]
First, at 23:00, which is the start time of the midnight time zone, the outside air temperature Ta is grasped from the outside air temperature sensor 124a in step S100. In step S110, (1) calculation of the heating condition, (2) determination of the compressor speed N of the electric compressor 121, and (3) calculation of the boiling flow rate V are performed.
[0029]
In the calculation of the boiling condition (1), the required boiling heat amount Q of hot water required on the day and the required boiling time Ha necessary for obtaining this required boiling heat amount Q are calculated. Necessary boiling heat quantity Q is calculated by the following formula 1.
[0030]
[Expression 1]
Q = (L−Lz) × (Tp−Tw)
Here, L is the tank capacity (370L) of the hot water storage tank 110, Lz is the amount of hot water in the hot water storage tank 110 at 23:00, and (L-Lz) is the required boiling amount. Tp is the boiling temperature, and Tw is the average water supply temperature of tap water.
[0031]
The remaining hot water amount Lz is obtained from a temperature information at each water level of the thermistor 143b by a predetermined arithmetic expression. The boiling temperature Tp is set in the range of 65 ° C. to 90 ° C., and the initial value of this control is 90 ° C. The average water supply temperature Tw is a temperature obtained from the thermistor 143a.
[0032]
Further, the required boiling time Ha is calculated by the following formula 2.
[0033]
[Expression 2]
Ha = Q / (860 × heat pump rated capacity P)
Here, the heat pump rated capacity P is 4.5 kw. In addition, under the temperature condition accompanied by frost formation on the outdoor heat exchanger 124 of the heat pump device 120, that is, the outside air temperature Ta is 5 ° C. or less, the heat pump rated capacity P is set to 3.6 kW multiplied by 0.8.
[0034]
The compressor rotational speed N in (2) is determined as a value corresponding to the outside air temperature Ta using the control characteristics described in FIG.
[0035]
The boiling flow rate V of {circle around (3)} is calculated by the following mathematical formula 3.
[0036]
[Equation 3]
Boiling flow rate V = (L−Lz) / Ha
In step S120, it is determined whether or not the boiling flow rate V × midnight time (8 hours) is greater than the required boiling amount (L-Lz). That is, this means whether the boiling of the required boiling amount (L-Lz) can be completed within midnight (8 hours) and the hot water storage tank 110 can be filled up.
[0037]
If an affirmative determination is made in step S120, a boiling start time is set by going back the required boiling time Ha from 7:00, which is the end time of the midnight time zone in step S130, and boiling is started when that time comes. .
[0038]
However, if NO is determined in step S120, the required amount of boiling (L-Lz), that is, the required amount of heating Q cannot be obtained in the midnight time zone, and the setting of the boiling temperature Tp is determined in step S140. Decrease by the fixed amount α, and return to step S110 again. Lowering the boiling temperature Tp means increasing the flow rate of tap water flowing through the water heat exchanger 122 (circulation circuit 147), and here, the rotational speed of the pump 148 is increased.
[0039]
When the boiling temperature Tp is lowered, in the calculation in step S110, the required boiling heat amount Q is reduced, the required boiling time Ha is shortened, and the boiling flow rate V is increased. Then, by repeating step S140 and step S110, in step S120, although the boiling temperature Tp is lower than the initial 90 ° C., a condition for satisfying the required boiling amount (L-Lz) in 8 hours is set. In S130, boiling is started.
[0040]
Accordingly, if the amount of heat that can be stored in the hot water is the same even if the required amount of heat Q can not be secured, the boiling temperature Tp should be lower than the initial value (90 ° C.), and a larger amount of hot water should be stored. Since the heat pump device 120 can be operated at a point of higher energy efficiency (coefficient of performance) than storing a small amount of hot water (FIG. 4), the power consumption can be reduced and the electricity bill can be reduced.
[0041]
Moreover, the heating capability of the heat pump apparatus 120 can be kept substantially constant by increasing the compressor rotation speed N in accordance with the decrease in the outside air temperature Ta.
[0042]
Furthermore, in this control, since the hot water storage tank 110 is filled up and heated every day, the internal hot water is sequentially renewed and can be used hygienically.
[0043]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, when it is determined in step S121 that the boiling flow rate V × midnight time (8 hours) is less than the required boiling amount (L-Lz) in step S121. In S150, the compressor rotational speed N is increased by a predetermined amount β.
[0044]
When the compressor rotation speed N increases, the refrigerant flow rate increases and the heating capacity of the heat pump device 120 increases. When the heating capacity is increased, the required boiling time Ha is shortened, the boiling flow rate V per hour is increased, and the required boiling amount (L-Lz) is set to 8 hours in step S121 by repeating steps S150 and S110. In step 130, boiling is started. Note that when the compressor rotational speed N is increased, N2 is set as the upper limit as described with reference to FIG. 2, and the determination is made in step S121.
[0045]
Thereby, the boiling flow rate V can be increased, and the hot water storage tank 110 can be filled with the required heating heat quantity Q, so that boiling by the operation of the heat pump device 120 outside the midnight time zone can be made unnecessary. Electricity charges can be reduced. Moreover, when the use of electric power is a contract only for midnight hours, there is no shortage of hot water and the hot water does not run out.
[0046]
Moreover, since the operation of the electric compressor 121 corresponding to the required amount of boiling (L-Lz) is performed, noise is not unnecessarily deteriorated and energy efficiency is not reduced.
[0047]
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, it has been described that the boiling temperature Tp (the rotational speed of the pump 148) and the compressor rotational speed N are individually changed. However, in the control of the present invention, both It is good also as what changes together.
[0048]
The outdoor air temperature Ta is determined in a wide range from a low temperature to a high temperature. However, it is usually difficult to ensure the required boiling amount (L-Lz). The outdoor heat exchanger 124 of the heat pump device 120 is difficult. Is a temperature region where frost formation occurs (specifically, a region of 5 ° C. or lower). Therefore, the control of the present invention is suitable for application to the temperature region where frost formation occurs, and efficient boiling is possible. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a hot water storage type hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control characteristic diagram showing compressor rotation speed with respect to outside air temperature.
FIG. 3 is a flowchart showing boiling control in the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing energy efficiency with respect to a boiling temperature.
FIG. 5 is a flowchart showing boiling control in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Hot water storage type hot water supply apparatus 110 Hot water storage tank 120 Heat pump apparatus 124 Outdoor heat exchanger (heat absorption part)
130 Controller

Claims (4)

内部に給湯用の高温の湯を貯える貯湯タンク(110)と、
前記貯湯タンク(110)内の水を加熱して前記湯とするヒートポンプ装置(120)と、
前記貯湯タンク(110)内の前記湯が1日の給湯に必要とされる必要沸き上げ熱量(Q)を有するように、主に電力コストに応じて定まる所定時間帯に前記ヒートポンプ装置(120)を作動制御する制御装置(130)とを備える貯湯式給湯装置において、
前記制御装置(130)は、
設定された沸き上げ温度(Tp)および前記必要沸き上げ熱量(Q)から算出された所定の沸き上げ流量(V)から、前記所定時間帯内で沸き上げられる沸き上げ量を算出し、
算出された前記沸き上げ量と、前記貯湯タンク(110)を沸き上げられた湯で満たすために必要とされる必要沸き上げ量(L−Lz)とを比較して、前記沸き上げ量が前記必要沸き上げ量(L−Lz)よりも小さいと判定されると、
前記設定された沸き上げ温度(Tp)または前記ヒートポンプ装置(120)の加熱能力の少なくとも一方を変更して、前記必要沸き上げ量(L−Lz)の湯を沸き上げることを特徴とする貯湯式給湯装置。
A hot water storage tank (110) for storing hot water for hot water supply inside,
A heat pump device (120) for heating the water in the hot water storage tank (110) to form the hot water;
The heat pump device (120) in a predetermined time period mainly determined according to the power cost so that the hot water in the hot water storage tank (110) has a necessary heating amount (Q) required for hot water supply for one day. A hot water storage hot water supply apparatus comprising a control device (130) for controlling the operation of
The control device (130)
From the predetermined boiling flow rate (V) calculated from the set boiling temperature (Tp) and the required boiling heat quantity (Q), the amount of boiling heated within the predetermined time zone is calculated,
The calculated amount of boiling is compared with the required amount of boiling (L-Lz) required to fill the hot water storage tank (110) with the heated water. When it is determined that the required boiling amount (L-Lz) is smaller,
A hot water storage system characterized in that at least one of the set boiling temperature (Tp) or the heating capacity of the heat pump device (120) is changed to boil the required boiling amount (L-Lz) of hot water. Hot water supply device.
前記制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど前記沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更することを特徴とする請求項1に記載の貯湯式給湯装置。The hot water storage hot water supply apparatus according to claim 1, wherein the controller (130) changes the boiling temperature (Tp) to a lower side as the outside air temperature (Ta) is lower. 前記制御装置(130)は、外気温度(Ta)が低いほど前記加熱能力を高い側に変更することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。The hot water storage type hot water supply apparatus according to any one of claims 1 and 2, wherein the control device (130) changes the heating capability to a higher side as the outside air temperature (Ta) is lower. 前記制御装置(120)は、外気温度(Ta)が前記ヒートポンプ装置(120)内の吸熱部(124)に着霜が生ずる温度領域において、前記所定の沸き上げ温度(Tp)を低い側に変更、あるいは前記加熱能力を高い側に変更することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。The control device (120) changes the predetermined boiling temperature (Tp) to a lower side in a temperature region where the outside air temperature (Ta) causes frost formation in the heat absorption part (124) in the heat pump device (120). Or the said heating capability is changed to the high side, The hot water storage type hot-water supply apparatus in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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