JP5026191B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
この発明は、貯湯タンク内の湯水を特定時間帯に沸き上げるヒートポンプ式給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type water heater for boiling hot water in a hot water storage tank in a specific time zone.
従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機では、深夜電力時間帯等の電気料金が安い時間帯に貯湯タンク内の湯水をヒートポンプユニットにより沸き上げ貯湯タンク内に貯湯し、この湯水を給湯等に使用している。この深夜電力時間帯等を利用したものにおいては、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げ運転が終了するように、深夜電力時間帯の開始時点よりも沸き上げ運転の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。 Conventionally, in this type of heat pump water heater, hot water in a hot water storage tank is heated by a heat pump unit and stored in a hot water storage tank during a time when electricity charges are low, such as late-night power hours, and this hot water is used for hot water supply. ing. So-called peak shift control that delays the start of boiling operation from the start of the late-night power hours so that the boiling operation ends before the end of the late-night power hours in the case of using these late-night power hours Has been done.
そして、このような深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行っている間に貯湯タンク内の沸き上げた湯水を給湯等で使用したことを検出した場合、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態でヒートポンプユニットを運転させ、想定時間内に沸き上げを完了させるものがあった。(例えば、特許文献1参照。)
しかしながら、この従来のものは、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行っている間に貯湯タンク内の沸き上げた湯水を給湯等で使用したことを検出した場合に、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態でヒートポンプユニットを運転させるので、給湯等で使用した給湯量が少量、すなわち使用した熱量が少ししかなくてもヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態でヒートポンプユニットを運転させてしまう場合があり、深夜電力時間帯終了時刻の少し前に沸き上げ運転が終了するように制御されていたものが、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態で運転したことにより予定より早く沸き上げ運転を終了してしまうことがあり、結果として沸き上げた湯水が放熱により温度低下してしまうという問題があり、それに加え、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態でヒートポンプユニットの運転を継続すると、ヒートポンプユニット内の圧縮機の稼働音や振動が大きいので、ユーザーに不快感を与えてしまい、さらにヒートポンプユニットの寿命を縮めるという問題点を有するものであった。 However, this conventional type has a heating capacity of the heat pump unit when it is detected that the hot water heated in the hot water storage tank is used for hot water supply or the like during the boiling operation in the midnight power hours. Since the heat pump unit is operated in a state where it is higher than the rated value, the amount of hot water used for hot water supply is small, that is, the heat pump is in a state where the heating capacity of the heat pump unit is increased above the rated value even if there is little heat used. The unit may be operated, and the one that was controlled so that the boiling operation ends a little before the end of the midnight power time period is operated with the heating capacity of the heat pump unit raised above the rating As a result, the boiling operation may end earlier than planned, and as a result, the heated water is In addition to this, there is a problem that the heat pump unit operation is continued with the heating capacity of the heat pump unit higher than the rated value. This has a problem that it causes discomfort and further shortens the life of the heat pump unit.
この発明は上記課題を解決するために、特に請求項1ではその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニットとを備え、必要沸き上げ熱量及び前記ヒートポンプユニットの定格の加熱能力に基づき必要沸き上げ時間を算出し、前記ヒートポンプユニットを動作させて前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転を、深夜電力時間帯終了時刻の所定時間前に終了するように沸き上げ制御を行うヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転開始以降に前記貯湯タンクから給湯に使用した使用熱量を算出する使用熱量算出手段を設け、前記沸き上げ運転中、該使用熱量算出手段の算出する使用熱量が、前記深夜電力時間帯終了時刻の所定時間前から前記深夜電力時間帯終了時刻までの時間分で前記ヒートポンプユニットが定格の加熱能力で沸き上げた時に湯水に与えることのできる所定熱量以下の場合には、前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格のままで沸き上げを行い、前記使用熱量算出手段の算出する使用熱量が前記所定熱量を超えた場合には、少なくとも、前記使用熱量から前記所定熱量を引いた差分熱量分、多くとも前記使用熱量分は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げるようにしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has the configuration particularly as claimed in
又請求項2では、前記使用熱量算出手段の算出する使用熱量が前記所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記所定熱量を、前記使用熱量から引いてその差分の差分熱量を算出し、さらに前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、該差分能力熱量で前記差分熱量に相当する熱量を沸き上げる時間まで前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うものとした。
Further, in
又請求項3では、前記使用熱量算出手段の算出する使用熱量が前記所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、前記差分能力熱量で前記使用熱量に相当する熱量を沸き上げる時間まで前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うものとした。
Further, in
又請求項4では、前記使用熱量算出手段の算出する使用熱量が前記所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記所定熱量を、前記使用熱量から引いてその差分の差分熱量を算出し、さらに前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、該差分能力熱量で前記差分熱量に相当する熱量を沸き上げる時間以上、且つ前記差分能力熱量で前記使用熱量に相当する熱量を沸き上げる時間以下の時間内で前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うものとした。
According to a fourth aspect of the present invention, when the usage heat amount calculated by the usage heat amount calculation means is a usage heat amount exceeding the predetermined heat amount , the predetermined heat amount is subtracted from the usage heat amount to calculate a difference heat amount of the difference. , the amount of heat which can further be applied to the hot water per unit time in the case of raised boiling at rated heating capacity of the heat pump unit and the case where the heating capacity was raised boiling in heating capacity that is higher than the rating of the heat pump unit Within a period of time equal to or greater than the time for boiling the amount of heat corresponding to the difference calorie with the difference capability calorie, and less than the time for boiling the amount of heat corresponding to the used calorie with the difference capability calorie. in performed boiling in heating capacity that is higher than the rated heating capacity of the heat pump unit, then the heating capacity of the heat pump unit It was assumed to perform a boiling back to the rating.
この発明の請求項1によれば、深夜電力時間帯での沸き上げ運転中の使用熱量が、前記深夜電力時間帯終了時刻の所定時間前から前記深夜電力時間帯終了時刻までの時間分で前記ヒートポンプユニットが定格の加熱能力で沸き上げた時に湯水に与えることのできる所定熱量を超えた場合は、少なくとも、使用熱量から所定熱量を引いた差分熱量分、多くとも前記使用熱量分はヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げるので、湯水を沸き上げる沸き上げ速度が上がり、時間当たり沸き上げる沸き上げ熱量を増加させることができ、早くとも沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻とほぼ同じ時刻に沸き上げ運転を終了させることができ、沸き上げ運転が終了する予定の時刻よりも早く沸き上げ運転を終了してしまい沸き上げた湯水が放熱により温度低下するといった問題も発生することがなく、遅くとも深夜電力時間帯終了時刻までに必要とされる沸き上げ熱量を沸き上げることができるものである。一方、沸き上げ運転中の使用熱量が所定熱量以下の場合は、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格のままで沸き上げを継続しても深夜電力時間帯終了時刻までに沸き上げを完了するので、無駄にヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させることがなくて済み、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた状態での運転に伴うヒートポンプユニット内の圧縮機の稼働音や振動が大きくなるといった問題が発生することもなく、さらにヒートポンプユニットの寿命を縮めることもないものである。
According to the first aspect of the present invention, the amount of heat used during the boiling operation in the midnight power time zone is the time from the predetermined time before the midnight power time zone end time to the midnight power time zone end time. If the heat pump unit exceeds the predetermined amount of heat that can be given to the hot water when it is boiled at the rated heating capacity , at least the amount of differential heat obtained by subtracting the predetermined amount of heat from the amount of heat used, at most the amount of heat used is that of the heat pump unit. boiling the heating capacity in the heating capacity was increased than the rated Runode, it speeds up boiling raise boiling hot water, it is possible to increase the amount of heat boiling increasing boiling per hour, beginning when heating operation at the earliest ends The boiling operation can be terminated at approximately the same time as the scheduled time, and the boiling operation is performed earlier than the scheduled time when the boiling operation is scheduled to end. Hot water was raised boiling would be Ryo a problem to decrease the temperature by the radiation also not occur, are those that can be raised boiling the heat boiling is required no later than midnight power time zone end time. On the other hand, when the amount of heat used in heating operation is less than a predetermined amount of heat, the heating capacity of the heat pump unit so to complete the boiling until midnight power time zone end time even to continue boiling while a rating of waste It is not necessary to raise the heating capacity of the heat pump unit above the rating, and the operating noise and vibration of the compressor in the heat pump unit during operation with the heating capacity of the heat pump unit raised above the rating increase. Such a problem does not occur, and the life of the heat pump unit is not shortened.
又請求項2によれば、沸き上げ運転中の使用熱量が所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記所定熱量を、前記使用熱量から引いてその差分の差分熱量、すなわち深夜電力時間帯終了時に不足すると推測される沸き上げ不足熱量を算出し、さらに前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、該差分能力熱量で前記差分熱量である沸き上げ不足熱量に相当する熱量を沸き上げる時間まで前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うものとしたので、前記差分熱量である沸き上げ不足熱量を補うことができ、深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク内の湯水の沸き上げを完了することができ、さらに前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行う時間を極力減らすことができるので、ヒートポンプユニット内の圧縮機の稼働音や振動が大きいといったユーザーに与える不快感を低減することができ、ヒートポンプユニットへの負担も軽減できるものである。
Further, according to
又請求項3によれば、沸き上げ運転中の使用熱量が所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、該差分能力熱量で前記使用熱量に相当する熱量を沸き上げる時間まで前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うので、沸き上げ運転中に給湯等で所定熱量を超えた熱量を使用したとしても、ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、沸き上げ速度を上げることで、沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻とほぼ同じ時刻に沸き上げ運転を終了させることが可能となり、さらに使用熱量分を沸き上げたらヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うので、沸き上げ運転が終了する予定の時刻よりも早く沸き上げ運転を終了してしまい沸き上げた湯水が放熱により温度低下するといった問題も発生することがなく、深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク内の湯水の沸き上げを完了することができるものである。
Further, according to
又請求項4によれば、前記使用熱量算出手段の算出する使用熱量が前記所定熱量を超えた使用熱量であった場合は、前記所定熱量を、前記使用熱量から引いてその差分の差分熱量を算出し、さらに前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げた場合と前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格で沸き上げた場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量を算出して、該差分能力熱量で前記差分熱量に相当する熱量を沸き上げる時間以上、且つ前記差分能力熱量で前記使用熱量に相当する熱量を沸き上げる時間以下の時間内で前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格よりも上昇させた加熱能力で沸き上げを行い、その後は前記ヒートポンプユニットの加熱能力を定格に戻して沸き上げを行うので、早ければ沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻とほぼ同じ時刻に沸き上げ運転を終了させることができ、遅くとも深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク内の湯水の沸き上げを完了することができるものである。
According to
次に、この発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えた貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク2内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、4はヒートポンプユニット3の凝縮器としての水冷媒熱交換器、5はヒーポン循環回路で、貯湯タンク2の下部と水冷媒熱交換器4とを結び貯湯タンク2内の湯水を水冷媒熱交換器4に供給するヒーポン往き管6と、水冷媒熱交換器4と貯湯タンク2の上部とを結び水冷媒熱交換器4で熱交換された温水を貯湯タンク2上部に戻すヒーポン戻り管7とから構成され、8はヒーポン循環回路5に設けられ貯湯タンク2内の湯水をヒートポンプユニット3に循環させる循環ポンプである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
1 is a hot water storage tank unit having a hot
9は貯湯タンク2下端に接続され貯湯タンク2内に水を供給する給水管、10は貯湯タンク2上端に接続され貯湯されている高温の湯を出湯する出湯管、11は給水管9から分岐した給水バイパス管、12は給水バイパス管11からの水と出湯管10からの高温の湯を設定温度に混合する混合弁、13は混合された設定温度の温水を給湯する給湯管、14は台所や洗面所等に設けられた給湯栓であり、前記出湯管10と混合弁12と給湯管13から給湯経路を構成するものである。
15は混合弁12の下流側に設け給湯温度を検出する給湯温度検出手段としての給湯温度センサ、16は給湯量をカウントする給湯量検出手段としての給湯流量センサ、17は水道圧を所定の圧力に減圧する減圧弁、18は給水管9途中に設けられ給水の温度を検出する給水温度検出手段としての給水温度センサ、19は貯湯タンク2の過圧を逃がすための過圧逃し弁である。
15 is a hot water supply temperature sensor serving as a hot water supply temperature detecting means for detecting a hot water supply temperature provided downstream of the
前記ヒートポンプユニット3は、凝縮器としての前記水冷媒熱交換器4と回転数可変の圧縮機20と電子膨張弁21と強制空冷式の蒸発器としての空気熱交換器22とで構成されたヒートポンプ回路23と、空気熱交換器22に送風する送風ファン24と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部25とを備えており、ヒートポンプ回路23内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。
The
26は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この実施形態では5つの貯湯温度センサ26が配置され、この貯湯温度センサ26が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけの熱量が残っているか検知し、そして貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
A plurality of hot water
27は貯湯タンクユニット1内の貯湯温度センサ26等の各種センサの入力を受けて各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部であり、この給湯制御部27は前記複数の貯湯温度センサ26の検出温度を基に貯湯タンク2内の残熱量が足りているか否かの判断を行う。なお、この給湯制御部27は給湯リモコン(図示せず)と無線または有線により接続され、ユーザーが任意の給湯設定温度を設定できるようにしているものであると共に、ヒーポン制御部25とも有線にて通信可能に接続されて、翌日に必要な貯湯熱量を電力料金安価な深夜電力時間帯の終了時までに沸き上げる沸き上げ運転の発停等の指示をヒーポン制御部25へ送るものである。
A hot water
前記給湯制御部27は、上記沸き上げ運転中に貯湯タンク2内の沸き上げた湯水を給湯等で使用したことを給湯流量センサ16が検出した場合に、給湯流量センサ16で検出した給湯量から使用熱量、すなわち貯湯タンク2内の熱量をどのくらい使用したかを算出する使用熱量算出手段28を有しているものである。例えば、給水温度10℃で、給湯設定温度が40℃の湯が10L給湯されたとすると、使用熱量算出手段28が算出する使用熱量は、
使用熱量=(給湯設定温度−給水温度)×給湯量
=(40−10)×10=300kcal
となり、給水温度を基準として貯湯タンク2内の熱量のうち300kcalが使用されたと算出するものである。
When the hot water supply flow sensor 16 detects that the hot water heated in the hot
Amount of heat used = (hot water set temperature-water temperature) x hot water supply
= (40-10) × 10 = 300 kcal
Thus, it is calculated that 300 kcal of the amount of heat in the hot
次に、図1に示す一実施形態の沸き上げ運転中に給湯の使用があった場合の沸き上げ制御の作動を、図2及び図3に示すフローチャートと図4に示す沸き上げ運転中に給湯の使用があった場合の沸き上げ制御の説明図を用いて説明する。
図2のフローチャートに示すように、まず、電力料金が安価な深夜電力時間帯開始時刻、例えば23:00に達すると、給湯制御部27は沸き上げ制御を開始し、ステップ1(以下、S1と略す)で過去数日分の給湯負荷から適切と思われる熱量である目標貯湯熱量Qwを算出し、S2で前記目標貯湯熱量Qwと給水温度センサ18で検出される給水温度Twとから所定温度範囲、例えば、65℃〜90℃の範囲内の任意の沸き上げ目標温度Toを算出し、S3で貯湯温度センサ26の検出温度から貯湯タンク2内の残湯量Lt及び現在の貯湯タンク2内の貯湯熱量Qtを算出する。続いて、S4で貯湯タンク2容量Lから残湯量Ltを引いた必要沸き上げ量Lwを目標温度Toで沸き上げる必要沸き上げ熱量Qhとヒートポンプユニット3の定格の加熱能力Waとに基づいて必要沸き上げ時間Hを算出し、S5で沸き上げが深夜電力時間帯終了時刻、例えば7:00の所定時間前、ここでは30分前の6:30に終了するように沸き上げ開始時刻Hsを算出する。なお、沸き上げ終了時刻を深夜電力時間帯終了時刻の所定時間前、すなわち6:30としたのは余裕を持って沸き上げを完了するためであって、その所定時間は30分に限定されるものでない。
Next, the operation of the boiling control when hot water is used during the boiling operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 2 and 3 and the hot water supply during the boiling operation shown in FIG. This will be described with reference to an explanatory diagram of boiling-up control when used.
As shown in the flowchart of FIG. 2, first, when the power charge reaches an inexpensive late-night power time zone start time, for example, 23:00, the hot water
ここで、前記S1で過去数日分の給湯負荷から算出した目標貯湯熱量Qwを、例えば25900kcalとし、前記S2で給水温度センサ18で検出される給水温度Twを、例えば10℃、沸き上げ目標温度Toを、例えば80℃とし、前記S3で貯湯温度センサ26の検出温度から検出される貯湯タンク2内の残湯量Ltを、例えば100L、現在の貯湯タンク2内の貯湯熱量Qtを、7000kcalとし、前記S4で貯湯タンク2容量Lを、例えば370L、必要沸き上げ量Lw=貯湯タンク2容量L−残湯量Lt=270L、ヒートポンプユニット3の定格の加熱能力Waを、例えば4.5kWとして必要沸き上げ時間Hを算出すると、
必要沸き上げ時間H=必要沸き上げ熱量Qh/(860×加熱能力Wa×加熱効率α)
必要沸き上げ熱量Qh=(タンク容量L−残湯量Lt)
×(沸き上げ目標温度To−給水温度Tw)
つまり、
必要沸き上げ時間H=
(タンク容量L−残湯量Lt)×(沸き上げ目標温度To−給水温度Tw)
/(860×加熱能力Wa×加熱効率α)
=(370−100)×(80−10)/(860×4.5×0.9)
≒5.4時間=5時間24分
となる。そして前記S5で深夜電力時間帯終了時刻、例えば7:00の所定時間前、ここでは30分前の6:30に終了するように沸き上げ開始時刻Hsを算出すると、
沸き上げ開始時刻Hs=深夜電力時間帯終了時刻−必要沸き上げ時間H−所定時間分
=(7時00分)−(5時間24分)−(30分)
=1時06分
となる。
Here, the target hot water storage heat quantity Qw calculated from the hot water supply load for the past several days in S1 is, for example, 25900 kcal, and the water supply temperature Tw detected by the water
Necessary boiling time H = Required boiling amount of heat Qh / (860 × heating capacity Wa × heating efficiency α)
Necessary boiling heat quantity Qh = (tank capacity L−remaining hot water quantity Lt)
X (boiling target temperature To-feed water temperature Tw)
In other words,
Necessary boiling time H =
(Tank capacity L−remaining hot water amount Lt) × (boiling target temperature To−feed water temperature Tw)
/ (860 × heating capacity Wa × heating efficiency α)
= (370-100) x (80-10) / (860 x 4.5 x 0.9)
≒ 5.4 hours = 5 hours 24 minutes. And when calculating the boiling start time Hs so as to end at 6:30, a predetermined time before 7:00, for example, 7:00, here 30 minutes before, at S5,
Boil start time Hs = Midnight power time zone end time−Required boiling time H−Predetermined time
= (7:00)-(5 hours 24 minutes)-(30 minutes)
= 1:06.
次に、S6で現在時刻が沸き上げ開始時刻Hsになったかどうかを判断し、現在時刻が沸き上げ開始時刻Hsに達するとYESでS7に進み、図3のフローチャートに示すように、S7で給湯制御部27はヒーポン制御部25に対して沸き上げ運転開始指令を発する。この指令を受けたヒーポン制御部25は、ヒートポンプユニット3を起動した後に循環ポンプ8を駆動し、貯湯タンク2の下部から取り出した湯水を往き管6を介して水冷媒熱交換器4に流入させ熱交換させながら加熱し、戻り管7を介して貯湯タンク2の上部に戻すことにより、貯湯タンク2内にヒートポンプユニット3で加熱された高温水が貯湯されていくものである。ここで、沸き上げ運転開始時のヒートポンプユニット3の加熱能力Waは定格4.5kWで、これ以降ヒートポンプユニット3の加熱能力Waが定格での沸き上げ運転を定格運転と略す。
Next, in S6, it is determined whether or not the current time has reached the boiling start time Hs. When the current time reaches the boiling start time Hs, the process proceeds to S7 with YES, and as shown in the flowchart of FIG. The
このような定格運転中に貯湯タンク2内の沸き上げた湯水を給湯で使用したことを給湯流量センサ16が検出した場合に、給湯流量センサ16で検出した給湯量から使用熱量算出手段28が使用熱量Qsを算出し、S8でこの使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えたかどうか判断する。なお、所定熱量Qbとは深夜電力時間帯終了時刻の所定時間前から深夜電力時間帯終了時刻までの時間分、この実施形態では30分という時間分定格運転した時に湯水に与えることのできる熱量のことであり、具体的には、
所定熱量Qb=860×定格の加熱能力Wa×所定時間分
=860×4.5×0.5=1935kcal
となる。ここで、図4中に示した定格運転沸き上げ予測直線及び定格運転限界直線について説明すると、定格運転沸き上げ予測直線は、定格運転中に給湯による貯湯タンク2内の湯水の使用がない場合の沸き上げ熱量の推移を予測した直線であり、二点鎖線で示した定格運転限界直線は、定格運転中に給湯による貯湯タンク2内の湯水の使用があった場合において、定格運転でぎりぎり深夜電力時間帯終了時刻である7:00に沸き上げを完了することができる直線を表したものであり、この定格運転限界直線は前記所定熱量Qbである1935kacalに基づいて描かれている。もし使用熱量Qsが上記算出した所定熱量Qbである1935kcalを超えてしまった場合、つまり定格運転限界直線を超えてしまった場合、定格運転を続けても深夜時間帯終了時刻までに沸き上げが完了しないことを意味するものである。
When the hot water supply flow sensor 16 detects that the hot water heated in the hot
Predetermined heat quantity Qb = 860 × rated heating capacity Wa × predetermined time
= 860 × 4.5 × 0.5 = 1935 kcal
It becomes. Here, the rated operation boiling prediction straight line and the rated operation limit straight line shown in FIG. 4 will be described. The rated operation boiling prediction straight line is obtained when there is no use of hot water in the hot
前記S8で使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えたかどうか判断し、使用熱量Qsが所定熱量Qbと比べて同じか、あるいは少なければNOでS9に進み、S9で定格運転を継続し、次のS10で沸き上げが完了したかどうか判断を行い、沸き上げが完了していればYESで沸き上げ制御を終了し、沸き上げが完了していなければNOでS8の処理に戻るものである。なお、沸き上げが完了したかどうかの判断は、例えば、複数ある貯湯温度センサ26の中で最下部に設けられた貯湯温度センサ26が検出する検出温度が予め設定された沸き上げ停止温度以上を検出したかどうかで判断し、複数ある貯湯温度センサ26の中で最下部に設けられた貯湯温度センサ26が沸き上げ停止温度以上を検出したら、給湯制御部27がヒーポン制御部25に対して沸き上げ運転停止指令を発し、この指令を受けたヒーポン制御部25はヒートポンプユニット3及び循環ポンプ8を停止して沸き上げ運転を停止し、沸き上げ制御を終了するものである。
In S8, it is determined whether the used heat quantity Qs exceeds a predetermined heat quantity Qb. If the used heat quantity Qs is equal to or less than the predetermined heat quantity Qb, the process proceeds to S9 with NO, and the rated operation is continued in S9. It is determined whether or not the boiling has been completed. If the boiling has been completed, the boiling control is terminated with YES. If the boiling has not been completed, the process returns to S8 with NO. The determination as to whether or not the boiling has been completed is, for example, that the detected temperature detected by the hot water
一方、前記S8で使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えたと判断すると、YESでS11に進み、S11で圧縮機20の回転数を増加させる等してヒートポンプユニット3の加熱能力Waを定格4.5kWよりも上昇させた状態、例えばヒートポンプユニット3の加熱能力Waを6.0kWとした状態での沸き上げ運転(以下、上昇運転と略す)を開始すると共に、上昇運転を行う上昇運転時間Hjに初期値0を入力する。この時、上昇運転は所定時間、ここでは5分間は少なくとも行うことが予め設定されているものとする。続いて、S12で使用熱量Qsが増加したかどうか判断し、使用熱量Qsが増加していればYESでS13に進み、S13で上昇運転時間Hjの算出を行い、S14の処理に移行するが、S12で使用熱量Qsが増加していなければNOでS14に進む。そして、S14で上昇運転時間Hjと上昇運転の所定運転時間である5分を比較し、時間として大きい方の時間が経過したかどうか判断し、大きい方の時間が経過したらYESでS15に進み、S15で上昇運転から圧縮機20の回転数を減少させる等してヒートポンプユニット3の加熱能力Waを定格4.5kWの定格運転に戻すと共に、使用熱量QsをリセットしS10の処理に戻り、S14で前記大きい方の時間が経過していなければNOでS12の処理に戻るものである。
On the other hand, if it is determined in S8 that the used heat quantity Qs has exceeded the predetermined heat quantity Qb, the process proceeds to S11 with YES, and the heating capacity Wa of the
ここで、前記S13の上昇運転時間Hjを算出する方法を説明すると、まず、上昇運転した場合と定格運転した場合とにおいて単位時間当たりに湯水に与えることのできる熱量の差である差分能力熱量Qdを算出する。そして、該差分能力熱量Qdで前記使用熱量Qsに相当する熱量を沸き上げる時間を算出し、それを上昇運転時間Hjとするものである。
具体的な例として使用熱量Qsが所定熱量Qbである1935kcalを超え2000kcalになった時の上昇運転時間Hjを算出する場合を考える。まず、差分能力熱量Qdを算出すると、
差分能力熱量Qd=(上昇運転時の加熱能力−定格運転時の加熱能力)×860
=(6.0−4.5)×860=1290kcal/h
となり、単位時間当たり1290kcalを湯水に与えることのできる。そして、この差分能力熱量Qdで前記使用熱量Qsに相当する熱量を沸き上げる時間、つまり上昇運転時間Hjを算出すると、
上昇運転時間Hj=使用熱量Qs/差分能力熱量Qd
=2000/1290≒1.6時間=1時間36分
となり、上昇運転開始時から上昇運転を1時間36分すれば使用熱量Qsに相当する熱量を湯水に与えることができる。この後、前記S14からNOで前記S12に戻り、S12でさらに給湯により使用熱量Qsが3000kcalに増加したと判断すると、再度S13に進み、S13で新たに上昇運転時間Hjが算出、具体的には2時間18分が算出され、上昇運転時間Hjは先程の上昇運転時間Hjである1時間36分に代わって新たに算出した上昇運転時間Hjである2時間18分に補正されるものである。
Here, the method of calculating the ascending operation time Hj in S13 will be described. First, the differential capacity calorie Qd, which is the difference in the amount of heat that can be given to hot water per unit time between the ascending operation and the rated operation. Is calculated. Then, a time for boiling the amount of heat corresponding to the used heat amount Qs is calculated from the differential capacity heat amount Qd, and this is set as the rising operation time Hj.
As a specific example, let us consider a case where the ascending operation time Hj is calculated when the amount of heat used Qs exceeds 1935 kcal, which is the predetermined amount of heat Qb, and reaches 2000 kcal. First, when the differential capacity heat quantity Qd is calculated,
Differential capacity calorie | heat amount Qd = (The heating capability at the time of a raise operation-the heating capability at the time of rated operation) x860
= (6.0-4.5) × 860 = 1290 kcal / h
Thus, 1290 kcal per unit time can be given to hot water. And when calculating the time to boil the amount of heat corresponding to the used heat amount Qs with this differential capacity heat amount Qd, that is, the rising operation time Hj,
Climbing operation time Hj = use heat quantity Qs / differential capacity heat quantity Qd
= 2000 / 1290≈1.6 hours = 1 hour and 36 minutes, and if the ascending operation is performed for 1 hour and 36 minutes from the start of the ascending operation, the amount of heat corresponding to the amount of heat used Qs can be given to the hot water. After that, when NO from S14, the process returns to S12, and when it is determined in S12 that the amount of heat used Qs has further increased to 3000 kcal due to hot water supply, the process proceeds to S13 again, and the rising operation time Hj is newly calculated in S13. 2 hours and 18 minutes are calculated, and the ascending operation time Hj is corrected to 2 hours and 18 minutes, which is the newly calculated ascending operation time Hj, instead of 1 hour and 36 minutes as the ascending operation time Hj.
また、図4中の太点線で示した給湯により使用した使用熱量Qsを表す線と太線で示した上昇運転を表す線について見ると、太点線で示した使用熱量Qsを表す線の下り勾配が止まった時点、つまり給湯の使用が終了した時点で太線で示した上昇運転が開始するように表されているが、これは図による説明を簡単にするためにこのように表したものであり、実際は図3のフローチャートの説明通り給湯が使用されている最中に上昇運転も同時に行われているものである。 Further, when looking at the line representing the used heat quantity Qs used by the hot water supply indicated by the thick dotted line in FIG. 4 and the line representing the ascending operation indicated by the thick line, the downward slope of the line representing the used heat quantity Qs indicated by the thick dotted line is When it stops, that is, when the use of hot water is finished, it is shown that the ascending operation indicated by the bold line starts, but this is shown in this way for the sake of simplifying the explanation by the figure, Actually, as shown in the flowchart of FIG. 3, the ascending operation is also performed simultaneously with the hot water supply being used.
以上説明した沸き上げ運転中に給湯の使用があった場合の沸き上げ制御において、前記S8で使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えたかどうか判断し、使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えた場合は、ヒートポンプユニット3の加熱能力Waが定格である定格運転のままだと深夜電力時間帯終了時までに目標貯湯熱量Qwに及ばないが、この時は前記S11でヒートポンプユニット3の加熱能力Waを定格よりも上昇させた状態での沸き上げ運転である上昇運転を行うので、定格運転に比べて湯水を沸き上げる沸き上げ速度が上がり、時間当たり沸き上げる沸き上げ熱量を増加させることができ、深夜電力時間帯終了時刻までに必要とされる沸き上げ熱量を沸き上げることができるものである。一方、使用熱量Qsが所定熱量Qbを超えていない場合は、前記S9に進み、定格運転を継続させても深夜電力時間帯終了時刻までに沸き上げ運転を完了するので、無駄にヒートポンプユニット3の加熱能力Waを定格よりも上昇させることがなくて済み、上昇運転に伴うヒートポンプユニット3内の圧縮機20の稼働音や振動が大きくなるといった問題が発生することがなく、さらにヒートポンプユニット3の寿命を縮めることもないものである。
In the heating control when hot water is used during the heating operation described above, it is determined in S8 whether the used heat quantity Qs exceeds the predetermined heat quantity Qb, and when the used heat quantity Qs exceeds the predetermined heat quantity Qb, If the heating capacity Wa of the
また、前記S13で上昇運転時間Hjを、差分能力熱量Qdで使用熱量Qsに相当する熱量を沸き上げる時間としたことにより、使用熱量Qs分を上昇運転により沸き上げることで、沸き上げ速度を上げ、図4に示した定格運転沸き上げ予測直線まで引き上げることができ、前記定格運転沸き上げ予測直線まで引き上げたら、前記S15で上昇運転から定格運転に戻すので、沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻よりも早く沸き上げ運転を終了してしまい沸き上げた湯水が放熱により温度低下するといった問題も発生することがなく、沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻とほぼ同じ時刻に沸き上げ運転を終了することも可能になり、深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク2内の湯水の沸き上げを完了することができるものである。
Further, the rising operation time Hj in S13 is set as the time for boiling the amount of heat corresponding to the used heat amount Qs with the differential capacity heat amount Qd, so that the heating speed is increased by boiling the used heat amount Qs by the rising operation. 4 can be pulled up to the rated operation boiling prediction straight line shown in FIG. 4, and when it is pulled up to the rated operation boiling prediction straight line, the operation is returned from the rising operation to the rated operation in S15. The boiling operation is terminated earlier than the scheduled time, and there is no problem that the temperature of the heated hot water decreases due to heat dissipation. The boiling time is almost the same as the originally scheduled time. It is also possible to end the boiling operation, and the boiling of the hot water in the hot
また、前記S13で上昇運転時間Hjを、差分能力熱量Qdで使用熱量Qsに相当する熱量を沸き上げる時間としたが、これに限定されず上昇運転時間Hjを、差分能力熱量Qdで使用熱量Qsから所定熱量Qbを引いた差分熱量Qeに相当する熱量を沸き上げる時間としてもよく、そうすること差分熱量Qe分、つまり深夜電力時間帯終了時に不足すると推測される沸き上げ不足熱量分を上昇運転により補うことができ、深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク2内の湯水の沸き上げを完了することができるものである。さらに上昇運転を行う時間を極力減らすことができるので、ヒートポンプユニット3内の圧縮機20の稼働音や振動が大きいといったユーザーに与える不快感を低減することができ、ヒートポンプユニット3への負担も軽減できるものである。さらに、上昇運転時間Hjを、差分能力熱量Qdで前記差分熱量Qeに相当する熱量を沸き上げる時間以上、且つ差分能力熱量Qdで使用熱量Qsに相当する熱量を沸き上げる時間以下の時間内になるように適宜決定してもよく、そうすることで早ければ沸き上げ運転が終了する当初予定していた時刻とほぼ同じ時刻に沸き上げ運転を終了させることができ、遅くとも深夜電力時間帯終了時刻までに貯湯タンク2内の湯水の沸き上げを完了することができるものである。
Further, in S13, the rising operation time Hj is the time to boil the heat corresponding to the used heat quantity Qs by the differential capacity calorie Qd, but the present invention is not limited to this, and the rising operation time Hj is used by the differential capacity heat quantity Qd. The amount of heat corresponding to the difference heat quantity Qe obtained by subtracting the predetermined heat quantity Qb from the above may be used as the time to boil, and by doing so, the operation for increasing the difference heat quantity Qe, that is, the heating shortage heat quantity estimated to be insufficient at the end of the midnight power period Thus, the boiling of the hot water in the hot
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では沸き上げ運転中に給湯により貯湯タンク2内の熱量を使用した場合において本発明を適用したが、給湯により貯湯タンク2内の熱量を使用した場合だけでなく、浴槽(図示せず)への湯張りにより貯湯タンク2内の熱量を使用した場合においても本発明を適用できるものであり、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能であり、これを妨げるものではない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment. In the present embodiment, the present invention is applied when the amount of heat in the hot
また、本実施形態では使用熱量算出手段28は給湯制御部27が有しているが、使用熱量算出手段28はヒーポン制御部25が有していてもよいものである。
Further, in the present embodiment, the used heat
2 貯湯タンク
3 ヒートポンプユニット
28 使用熱量算出手段
2 Hot
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