JP4484221B2

JP4484221B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP4484221B2
Application number: JP2005260350A
Authority: JP
Inventors: 馨片山; 正彦矢口
Original assignee: 東芝機器株式会社
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: JP2007071472A

Description

本発明は、貯湯タンク内の湯を特定時間帯に沸き上げる給湯装置に関する。

従来、例えば深夜電力時間帯などの特定時間帯に貯湯タンク内の湯を沸き上げて貯湯し、この貯湯タンクに貯湯された湯を給湯する給湯装置では、特定時間帯の開始時点に電力使用が集中するのを防止するとともに、貯湯タンクの湯を沸き上げた後の放熱による温度低下を極力防止するため、特定時間帯の終了直前に沸き上げが完了するように、特定時間帯の開始時点よりも沸上開始を遅らせるいわゆるピークシフト制御が行われている。

この貯湯タンク内の湯を沸き上げるには、貯湯タンク内に配置するヒータのみを用いる場合、ヒートポンプユニットのみを用いる場合、ヒータとヒートポンプユニットとを併用する場合があるが、いずれの場合にも、沸上能力に対応してピークシフト制御が行われている。

一般に、ピークシフト制御では、特定時間帯の開始時点で貯湯タンクの残湯量や給水温度に基づき沸上開始移動時間であるピークシフト時間を求め、この特定時間帯の開始時点で求めたピークシフト時間が終了したら沸き上げを開始している。また、ピークシフトが終了するまでに、貯湯タンクの湯水が使用されて残湯量が減少したり外気温度が変化した場合に、ピークシフト時間を再演算し、ピークシフト時間を修正する場合もある（例えば、特許文献１、２参照）。
特公平４−５４８６１号公報（第３頁、第８図）特開２００４−２５１４９５号公報（第７−８頁、図３）

ところで、ヒートポンプユニットと併用する場合も含めてヒータを用いる給湯装置では、貯湯タンク内の所定温度の水をヒータによって特定時間帯内に設定温度まで沸き上げる能力があり、残湯量に応じて特定時間帯の開始時点からのヒータによる沸上開始を遅らせるようにピークシフト制御している。

しかしながら、この給湯装置を例えば寒冷地で使用する場合などには、貯湯タンク内の水が所定温度よりも低くなることがあり、残湯量が少ない場合などには特定時間帯内に設定温度まで沸き上げるのに能力不足が生じることがあるため、沸き上げる能力の高い大形のヒータを用いる必要があるが、ヒータが大型化することで貯湯タンクへの設置に制約が生じる問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ヒータを大形化せずに、貯湯タンク内の湯を特定時間帯内で確実に沸き上げることができる給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を沸き上げるヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内に配置されたヒータと、これらヒートポンプユニットおよびヒータで沸き上げる特定時間帯を検知する特定時間帯検知手段と、前記貯湯タンク内の残湯量を検知する残湯量検知手段と、少なくともこの残湯検知手段で検知された残湯量に基づき、前記特定時間帯の終了時点で前記ヒータによる沸き上げを完了させるのに対応してヒータによる沸上開始を特定時間帯の開始時点から移動させるピークシフト時間を算出するピークシフト時間算出手段と、前記特定時間帯でかつピークシフト時間が経過する前に前記ヒートポンプユニットによる沸上を開始させるヒートポンプユニット制御手段と、前記ピークシフト時間の経過時に、少なくとも前記残湯量検知手段で再検知する残湯量に基づいて前記ピークシフト時間算出手段によってピークシフト時間を再算出させる再算出指示手段と、前記ピークシフト時間算出手段によって再算出されたピークシフト時間からピークシフトの終了が確認されたとき、前記残湯量検知手段の検知に基づき、前記貯湯タンク内の湯の沸き上げが完了していなければ前記ヒータによる沸き上げを開始し、前記貯湯タンク内の湯の沸き上げが完了していれば前記ヒータによる沸き上げを中止するヒータ制御手段とを具備しているものである。

請求項１記載の給湯装置によれば、残湯量に基づいてヒータのピークシフト時間を算出し、このピークシフト時間が経過する前にヒートポンプユニットによる沸き上げを開始させ、ピークシフト時間の経過時に残湯量に基づいてヒータのピークシフト時間を再算出し、そして、ピークシフトが終了したらヒータによる沸き上げを制御するので、ヒートポンプユニットによる沸き上げによって残湯量を増やすことができ、ヒータを大形化せずに、貯湯タンク内の湯を特定時間帯内で確実に沸き上げることができる。しかも、ピークシフトが終了したとき、貯湯タンク内の湯の沸き上げが完了していればヒータによる沸き上げをせず、ヒートポンプユニットのみで効率よく沸き上げることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図２に示すように、給湯装置11は、本体ユニット12およびヒートポンプユニット13を備えている。

本体ユニット12には貯湯タンク17が配設され、この貯湯タンク17の下部に減圧弁18および逆止弁19を介して水道管などの給水源に配管される給水管20が接続され、貯湯タンク17の上部に給湯管21が接続されている。

貯湯タンク17の側面には、貯湯タンク17内での例えば６０Ｌ、１２０Ｌ、１８０Ｌ……などの各残湯量に対応した高さ位置に貯湯タンク17内の湯水温度を検知する残湯サーミスタ22が配設されているとともに、貯湯タンク17の底部側に全体沸上時の湯温を検知するとともに貯湯タンク17内に給水される給水温度を検知する水温湯温サーミスタ23が配設されている。

貯湯タンク17内の下部には、貯湯タンク17内の湯を沸き上げるためのヒータ24が配設されている。

そして、この貯湯タンク17では、貯湯タンク17内の湯を設定温度に沸き上げ、各給湯場所から湯を出すことにより貯湯タンク17の下部に給水される水圧で湯を押し上げて給湯管21を通じて出湯する。

また、本体ユニット12の貯湯タンク17に対し、ヒートポンプユニット13との間で循環路27が接続されている。

循環路27は、貯湯タンク17の下部から入口温度サーミスタ28、循環ポンプ29、ヒートポンプユニット13の熱交換器30、出口温度サーミスタ31を通じて貯湯タンク17の上部に接続されている。そして、循環ポンプ29の動作によって、貯湯タンク17の下部の水がヒートポンプユニット13で沸き上げられ、沸き上げられた湯が貯湯タンク17の上部に循環されて貯湯される。

また、ヒートポンプユニット13は、冷媒が充填された冷媒回路35を有し、この冷媒回路35に室外機36および凝縮器として機能する熱交換器30が接続されている。室外機36には、図示していないが、冷媒回路35に対して配設された圧縮機、膨張弁および蒸発器が内蔵されているとともに、蒸発器に外気を送る送風ファンが内蔵されている。

また、図１に示すように、給湯装置11は、給湯装置11を制御する制御装置41を有し、この制御装置41には、各サーミスタ22，23の検知温度から貯湯タンク17内の残湯量を検知する残湯量検知手段42、水温湯温サーミスタ23の検知温度から貯湯タンク17内に給水される給水温度を検知する給水温度検知手段43、本体ユニット12や室外機36などに設置される図示しない外気温度サーミスタの検知温度から外気温度を検知する外気温度検知手段44、例えば深夜電力時間帯などの特定時間帯を検知する特定時間帯検知手段45、循環ポンプ29、ヒートポンプユニット13およびヒータ24が接続されている。

そして、制御装置41は次の各機能を有している。

特定時間帯検知手段45で検知される特定時間帯において、残湯量検知手段42で検知される残湯量、給水温度検知手段43で検知される給水温度、外気温度検知手段44で検知される外気温度、ヒータ24の沸上能力に基づき、特定時間帯の終了時点でヒータ24による沸き上げを完了させるのに対応してヒータ24による沸上開始を特定時間帯の開始時点から移動させる沸上開始移動時間であるピークシフト時間を算出するピークシフト時間算出手段46の機能。

ピークシフト時間の経過時に、残湯量、給水温度および外気温度に基づいてピークシフト時間算出手段46によってピークシフト時間を再算出させる再算出指示手段47の機能。

ピークシフトが終了したらヒータ24による沸き上げを制御するヒータ制御手段48の機能。このヒータ制御手段48では、ピークシフトが終了したとき、残湯量検知手段42の検知に基づき、貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了していなければヒータ24による沸き上げを開始し、貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了していればヒータ24による沸き上げを中止する。

特定時間帯でかつピークシフト時間が経過する前にヒートポンプユニット13による沸上を開始させるヒートポンプユニット制御手段49の機能。ヒートポンプユニット13による沸上を開始させるタイミングは、例えば、特定時間帯の開始時点からピークシフト時間算出手段46で算出されたピークシフト時間の１／２の時間とする。ヒートポンプユニット制御手段49は、外気温度検知手段44で検知される外気温度が所定温度以下であってヒートポンプユニット13による沸上能力が低下する例えば−１０℃以下のとき、ヒートポンプユニット13による沸き上げを中止する。

さらに、制御装置41は、時計機能を有するタイマ50、各種の設定データや検知データなどを記憶する記憶手段51を有している。記憶手段51は、残湯量と給水温度と外気温度とに基づいたピークシフト時間の関係、求めたピークシフト時間、このピークシフト時間を求めたときの残湯量、給水温度、外気温度などをそれぞれ記憶する。

また、制御装置41には、沸上温度や給湯温度などを設定するリモコン52が接続されている。

次に、給湯装置11による沸上動作を図３のタイミングチャートおよび図４のフローチャートを参照して説明する。

例えば深夜電力時間帯などの特定時間帯の開始を特定時間帯検知手段45で検知すると（ステップ１）（タイミングt1）、まず、残湯量検知手段42で検知する残湯量、給水温度検知手段43で検知する給水温度、外気温度検知手段44で検知する外気温度、リモコン52で設定される沸上温度をそれぞれ確認する（ステップ２）。

制御装置41のピークシフト時間算出手段46により、残湯量、給水温度、外気温度、ヒータ24の沸上能力などに基づき、特定時間帯の終了時にヒータ24による沸き上げを完了させるためのヒータ24の１回目のピークシフト時間を算出する（ステップ３）。例えば、残湯量が１００Ｌ、給水温度が１５℃、沸上温度が９０℃であったとして、ピークシフト時間を６２分とする。

そして、タイマを駆動し、ピークシフトを開始する（ステップ４）。

特定時間帯の開始時点から、ヒータ24の１回目のピークシフト時間の１／２の時間経過したとき、外気温度が例えば−１０℃より高ければ（ステップ６）、ヒートポンプユニット13による沸き上げを開始する（ステップ７）（タイミングt2）。なお、外気温度が例えば−１０℃以下であれば、ヒートポンプユニット13による沸き上げを中止する。

ヒートポンプユニット13による沸上開始により、室外機36の圧縮機を駆動し、気化状態の冷媒を熱交換器30に送ることで冷媒熱を循環路27内の湯水に伝達して冷媒が液化し、この液化した冷媒を室外機36の膨張弁を通じて蒸発器に送ることで大気熱を集熱して冷媒が気化し、この気化した冷媒を圧縮機で圧縮して熱交換器30に再び送るヒートポンプサイクルが繰り返す。循環路27では、循環ポンプ29が動作し、貯湯タンク17の下部の湯水をヒートポンプユニット13の熱交換器30に送り、熱交換器30での熱交換によって所定の沸上温度に沸き上げた湯を貯湯タンク17の上部に循環させ、貯湯タンク17の上部側から湯を貯湯する。

また、特定時間帯の開始時点からヒータ24の１回目のピークシフト時間が経過するまでは（ステップ８）、外気温度が例えば−１０℃以下になるか、ヒートポンプユニット13による貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了するなどのヒートポンプユニット13を停止させる条件になったか監視する（ステップ９）。

そして、ヒートポンプユニット13の運転を継続したまま、特定時間帯の開始時点からヒータ24の１回目のピークシフト時間が経過したら（タイミングt3）、制御装置41のピークシフト時間算出手段46により、そのときの残湯量、給水温度、外気温度、ヒータ24の沸上能力などに基づき、ヒータ24の２回目のピークシフト時間を再算出する（ステップ10）。このとき、既に運転しているヒートポンプユニット13による沸き上げによって貯湯タンク17内の残湯量が増えているため、前回算出した１回目のピークシフト時間よりも長い２回目のピークシフト時間を再算出する。例えば、残湯量が１００Ｌから１３０Ｌに増し、給水温度が１５℃、沸上温度が９０℃であったとして、６２分追加してピークシフト時間を１２４分とする。

前回算出した１回目のピークシフト時間よりも長い２回目のピークシフト時間が再算出されることにより、ピークシフトは継続し（ステップ11）、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された２回目のピークシフト時間が経過するまでは、外気温度が例えば−１０℃以下になるか、ヒートポンプユニット13による貯湯タンク17内の湯の沸き上下が完了するなどのヒートポンプユニット13を停止させる条件になったか監視する。

また、ヒートポンプユニット13の運転を継続したまま、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された２回目のピークシフト時間が経過したら（タイミングt4）、制御装置41のピークシフト時間算出手段46により、そのときの残湯量、給水温度、外気温度、ヒータ24の沸上能力などに基づき、ヒータ24の３回目のピークシフト時間を再算出する（ステップ）。このとき、既に運転しているヒートポンプユニット13による沸き上げによって貯湯タンク17内の残湯量が増えているため、前回再算出した２回目のピークシフト時間よりも長い３回目のピークシフト時間を再算出する。例えば、残湯量が１３０Ｌから１９０Ｌに増し、給水温度が１５℃、沸上温度が９０℃であったとして、６２分追加してピークシフト時間を１８６分とする。

前回再算出した２回目のピークシフト時間よりも長い３回目のピークシフト時間が再算出されることにより、ピークシフトは継続し、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された３回目のピークシフト時間が経過するまでは、外気温度が例えば−１０℃以下になるか、ヒートポンプユニット13による貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了するなどのヒートポンプユニット13を停止させる条件になったか監視する。

また、ヒートポンプユニット13の運転を継続したまま、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された３回目のピークシフト時間が経過する前に、例えば、ヒートポンプユニット13による貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了するなどのヒートポンプユニット13を停止させる条件が満たされれば、ヒートポンプユニット13の運転を停止させる（ステップ12）（タイミングt5）。

また、ヒートポンプユニット13の運転を停止してから、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された３回目のピークシフト時間が経過したら（タイミングt6）、制御装置41のピークシフト時間算出手段46により、そのときの残湯量、給水温度、外気温度、ヒータ24の沸上能力などに基づき、ヒータ24の４回目のピークシフト時間を再算出する。このとき、３回目のピークシフト時間になるまでに運転していたヒートポンプユニット13による沸き上げによって貯湯タンク17内の残湯量が増えているため、前回算出した３回目のピークシフト時間よりも長い４回目のピークシフト時間を再算出する。例えば、残湯量が１９０Ｌから２５０Ｌに増し、給水温度が１５℃、沸上温度が９０℃であったとして、ピークシフト時間を２０６分とする。

前回再算出した３回目のピークシフト時間よりも長い４回目のピークシフト時間が再算出されることにより、ピークシフトは継続する。

また、特定時間帯の開始時点からヒータ24の再算出された４回目のピークシフト時間が経過したときには（タイミングt7）、貯湯タンク17内の残湯量は増えていないため、ピークシフト時間を再算出しても４回目のピークシフトよりも長くなることはなく、そのためピークシフトを終了する。

ピークシフトを終了したときには、貯湯タンク17内の湯の温度や外気温度からヒータ24による沸き上げが必要か確認する（ステップ13）。

例えば、貯湯タンク17内の湯の温度が設定されている沸上温度に達していない場合や、外気温度が例えば５℃以下の場合などには、ヒータ24に通電し、ヒータ24による沸き上げを開始する（ステップ14）。

ヒータ24による沸き上げを開始した後、貯湯タンク17内の湯の温度が設定されている沸上温度に達すれば（ステップ15）、ヒータ24を断電し、ヒータ24による沸き上げを停止する（ステップ16）（タイミングt8）。

ヒータ24による沸き上げを停止した後、特定時間帯が終了する（ステップt9）。

また、例えば、ヒートポンプユニット13による沸き上げのみで貯湯タンク17内の湯の温度が設定されている沸上温度に達している場合や、外気温度が例えば５℃より高い場合などには、ヒータ24による沸き上げをしなくてもよい。

このように、残湯量に基づいてヒータ24のピークシフト時間を算出し、このピークシフト時間が経過する前にヒートポンプユニット13による沸き上げを開始させ、ピークシフト時間の経過時に残湯量に基づいてヒータ24のピークシフト時間を再算出し、そして、ピークシフトが終了したらヒータ24による沸き上げを制御するので、ヒートポンプユニット13による沸き上げによって残湯量を増やすことができ、ヒータ24を大形化せずに、貯湯タンク17内の湯を特定時間帯内で確実に沸き上げることができる。

また、ピークシフトが終了したとき、貯湯タンク17内の湯の沸き上げが完了していればヒータ24による沸き上げをしないので、ヒートポンプユニット13のみで効率よく沸き上げることができる。

なお、特定時間帯でかつピークシフト時間が経過する前までにおけるヒートポンプユニット13の沸上開始のタイミングは、算出されたヒータ24のピークシフト時間の１／２に限らず、例えば特定時間帯の開始と同時でもよい。算出されたヒータ24のピークシフト時間の１／２とすれば、特定時間帯の開始時点に電力使用が集中するのを防止するとともに、貯湯タンクの湯を沸き上げた後の放熱による温度低下を極力防止することができる。

本発明の一実施の形態を示す給湯装置のブロック図である。同上給湯装置の構成図である。同上給湯装置の沸上動作のタイミングチャートである。同上給湯装置の沸上動作のフローチャートである。

11 給湯装置
13 ヒートポンプユニット
17 貯湯タンク
24 ヒータ
42 残湯量検知手段
45 特定時間帯検知手段
46 ピークシフト時間算出手段
47 再算出指示手段
48 ヒータ制御手段
49 ヒートポンプユニット制御手段

Claims

貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の湯を沸き上げるヒートポンプユニットと、
前記貯湯タンク内に配置されたヒータと、
これらヒートポンプユニットおよびヒータで沸き上げる特定時間帯を検知する特定時間帯検知手段と、
前記貯湯タンク内の残湯量を検知する残湯量検知手段と、
少なくともこの残湯検知手段で検知された残湯量に基づき、前記特定時間帯の終了時点で前記ヒータによる沸き上げを完了させるのに対応してヒータによる沸上開始を特定時間帯の開始時点から移動させるピークシフト時間を算出するピークシフト時間算出手段と、
前記特定時間帯でかつピークシフト時間が経過する前に前記ヒートポンプユニットによる沸上を開始させるヒートポンプユニット制御手段と、
前記ピークシフト時間の経過時に、少なくとも前記残湯量検知手段で再検知する残湯量に基づいて前記ピークシフト時間算出手段によってピークシフト時間を再算出させる再算出指示手段と、
前記ピークシフト時間算出手段によって再算出されたピークシフト時間からピークシフトの終了が確認されたとき、前記残湯量検知手段の検知に基づき、前記貯湯タンク内の湯の沸き上げが完了していなければ前記ヒータによる沸き上げを開始し、前記貯湯タンク内の湯の沸き上げが完了していれば前記ヒータによる沸き上げを中止するヒータ制御手段と
を具備していることを特徴とする給湯装置。