JP5032380B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

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この発明は、貯湯タンク内の湯水をヒートポンプユニットで目標温度に沸き上げる沸き上げ制御を行うヒートポンプ式給湯機に関するものである。
従来この種のヒートポンプ式給湯機においては、電力料金の安価な深夜時間帯に、貯湯タンク内の湯水をヒートポンプユニットで沸き上げ目標温度に沸き上げる沸き上げ制御を行って、昼間時間帯に給湯等で使用する湯を貯湯タンクに貯えており、前記沸き上げ制御では、昼間時間帯に貯湯タンク内の湯が不足して沸き増し運転を行った場合、貯湯熱量が足らなかったと判断して、次回の深夜時間帯の沸き上げ運転時の沸き上げ温度を上昇させるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３７６０８０８号公報
ところでこの従来のものでは、深夜時間帯時の沸き上げ温度の変更は、必ず昼間時間帯の沸き増し運転の有無が条件となっているので、どうしても電気料金の高い昼間時間帯での運転が入ることとなり、電気代の高騰につながりヒートポンプ式給湯機の経済性に相反するものであった。
この発明はこの課題に着目し上記課題を解決するために、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部と上部とを循環可能に接続し湯水を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、前記循環回路途中に設けられ前記貯湯タンク内の湯水を循環加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を前記ヒートポンプ式加熱手段で沸き上げ目標温度に沸き上げる沸き上げ制御を行う沸き上げ制御部とを備えたものに於いて、前記沸き上げ制御部は、昼間時間帯に高温水を追加する沸き増し開始条件が、貯湯タンク内下部の貯湯温度の場合には、貯湯温度センサが沸き増し開始条件の所定温度より数度高い所定値以下を検知することで、又貯湯タンク内の残湯熱量の場合には、残湯熱量が沸き増し開始条件の所定残湯量より所定量多い所定値以下を検知することで、沸き上げ制御部による沸き上げ温度を数度上昇させるようにしたものである。
この発明によれば、昼間時間帯中に沸き増し開始条件に近い所定温度、又は所定残湯量を検知することにより、深夜時間帯の沸き上げ制御部による沸き上げ温度を変更するので、実際に沸き増し運転をすることなく、その手前の所定値で近い将来の沸き増し運転を判断するので、無駄な運転がなく極めて経済的でランニングコストの低減が図られると共に、安心して使用出来るものであり、更に貯湯タンク内下部の残湯温度によって深夜時間帯の沸き上げ制御部による沸き上げ温度を上昇させるので、実使用に極めて近い所の温度で判断され、無駄のない変更で効率の良い運転が行われるものであり、又貯湯タンク内に残っている熱量によって深夜時間帯の沸き上げ制御部による沸き上げ温度を上昇させるので、実際に不足している熱量として検知し判断され、的確な変更で効率の良い運転が行われるものである。
次にこの発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
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ヒートポンプ式加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は貯湯タンク２とヒートポンプユニット３とを湯水が循環可能に接続する循環回路で、この循環回路４は貯湯タンク２の下部とヒートポンプユニット３とを結び貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット３に供給する往き管５と、ヒートポンプユニット３と貯湯タンク２の上部とを結びヒートポンプユニット３で沸き上げられた湯を貯湯タンク２の上部に戻す戻り管６とから構成され、また、７は往き管５に設けられ貯湯タンク２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。
８は貯湯タンク２の下端に接続され貯湯タンク２に水を給水する給水管、９は貯湯タンク２の上端に接続され貯湯タンク２に貯湯されている高温の湯を出湯する出湯管、１０は給水管８から分岐された給水分岐管、１１は出湯管９からの湯と給水分岐管１０からの水とを混合して給湯設定温度の湯に混合する給湯混合弁、１２は給湯混合弁１１で混合された湯を台所や洗面所等に設けられた給湯栓１３に給湯する給湯管、１４は給湯混合弁１１の直後の給湯管１２に設けられ給湯混合弁１１で混合された湯の温度を検出する給湯温度センサで、給湯混合弁１１は給湯温度センサ１４で検出する温度がリモコン（図示せず）で設定された給湯設定温度になるように弁体を移動させるモータが駆動されてその混合比率が制御されるものである。
１５は貯湯タンク２内の湯水が一次側に循環され二次側である浴槽（図示せず）内の循環水を加熱する風呂熱交換器、１６は前記風呂熱交換器１５に貯湯タンク２内の湯水を循環させる一次側循環ポンプ、１７は貯湯タンク２と風呂熱交換器１５を循環可能に接続する一次側循環回路、１８は風呂熱交換器１５と浴槽とを循環水が循環可能に接続する二次側循環回路である。
１９は給水管８途中に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、２０は給水圧を減圧する減圧弁、２１は加熱されることによる過圧を逃す圧力逃し弁、２２は往き管５に設けられ貯湯タンク２からヒートポンプユニット３に供給される湯水の入水温度を検出する入水温度検出手段としての入水温度センサ、２３はヒートポンプユニット３にて加熱された加熱後の湯の温度を検出する沸き上げ温度検出手段としての沸き上げ温度センサ、２４は貯湯タンク２の側面の上下方向に複数個設けられた貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ２４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。また、２５はヒートポンプユニット３の駆動開始・停止制御や給湯温度センサ１４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クロコンピュータを備えた給湯制御器であり、この給湯制御器２５は深夜時間帯（２３：００〜翌日７：００）や深夜時間帯以外の昼間時間帯（７：０１〜２２：５９）に貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット３により沸き上げ目標温度に沸き上げる沸き上げ制御を行う沸き上げ制御部２６を有しているものである。
前記ヒートポンプユニット３は、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機２７と、凝縮器としての水冷媒熱交換器２８と、減圧手段としての電子膨張弁２９と、強制空冷式の蒸発器としての空気熱交換器３０とで構成されたヒートポンプ回路３１と、空気熱交換器３０に送風する室外ファン３２と、空気熱交換器３０の風上側に設けられ外気温度を検出する外気温度検出手段としての外気温度センサ３３と、ヒートポンプユニット３を制御するヒーポン制御器３４を備えており、ヒートポンプ回路３１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り、ヒーポン制御器３４は前記給湯制御器２５と有線にて通信可能に接続されているものである。
前記沸き上げ制御部２６は、昼間時間帯に該昼間時間帯の沸き増し開始条件を貯湯温度の場合は、下から２番目の貯湯温度センサ２４ｂ＜５０℃とし、又残湯熱量の場合は、残湯熱量＜１０００Kcalとし、この条件の時には、昼間時間帯でもヒートポンプユニット３を駆動させて貯湯タンク２内に高温水を追加する沸き増し運転を行わせるものである。
更に前記沸き上げ制御部２６は、前記昼間時間帯の沸き増し開始条件では、どうしても１回は沸き増しを行ってしまい経済的でないと言うことで、沸き増し開始条件に近い予め設定された所定値に達したことを条件として、沸き上げ温度を変更するものであり、この所定値は貯湯温度の場合は、下から２番目の貯湯温度センサ２４ｂ＜５５℃とし、又残湯熱量の場合は、残湯熱量＜１５００Kcalとし、この時には沸き上げ温度を５℃上昇させるものである。
又下から２番目の貯湯温度センサ２４ｂ＜６０℃に未到達が７日連続した場合や、下から３番目の貯湯温度センサ２４ｃ＜６０℃に未到達が７日連続した場合には、沸き上げ温度を５℃降下させて、無駄な熱量を保持したり、過剰な沸き上げを防止して経済性を追求出来るものである。
次にこの一実施形態の作動について、電力安価な深夜時間帯の沸き上げ制御の沸き上げ温度決定を示した図２、３のフローチャートを用いて説明する。
時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯（２３：００）に達すると、沸き上げ制御部２６は沸き上げ制御を開始するものであるが、この時の沸き上げ温度は昼間時間帯での貯湯温度によって決定されるもので、すなわち、ステップ３５で先ず蓄熱量過不足判定時間か要するに昼間時間帯かを判断し、ＹＥＳではステップ３６に進み降下判定条件を満たしているかで、下から２番目の貯湯温度センサ２４ｂ＜６０℃かを判断し、ＹＥＳではステップ３７に進んで降下判定に達したことを沸き上げ制御部２６自身で記憶する。
又ステップ３６でＮＯではステップ３８に進み上昇判定条件を満たしているかで、下から２番目の貯湯温度センサ２４ｂ＜５５℃かを判断し、ＹＥＳではステップ３９に進み上昇判定に到達したことを記憶した後、ステップ３５に戻るものであり、ステップ３８でＮＯの場合もステップ３５に戻るものであり、昼間時間帯中はこのステップを順次継続しているものである。
次に図３に示す昼間時間帯終了直前の処理について説明すれば、先ずステップ４０で上昇判定に到達したか、上昇判定の記憶があるかを判断し、ＹＥＳではステップ４１に進んで沸き上げ温度を５℃上昇させるものであり、ＮＯではステップ４２に進み下降判定に到達したか、下降判定の記憶があるかを判断し、ＮＯではステップ４３に進んで下降カウンタをクリアし、ＹＥＳではステップ４４に進んで下降カウンタをカウントアップさせた後、ステップ４５に進み下降カウンタが継続して７日カウントしたかを判断し、ＹＥＳでステップ４６に進んで沸き上げ温度を５℃下降させるものであり、ＮＯではステップ４７に進んで終了するものである。
そして深夜時間帯（２３：００）の到来で沸き上げ制御部２６による沸き上げ運転に入るのであるが、上記のように昼間時間帯時に貯湯タンク２内の熱量が沸き増し運転をするまでもないが、それに近い熱量となった時に、沸き上げ温度を８０℃から８５℃に変更して次の日に熱量が不足することを防止するものであり、又逆に十分な熱量の貯留を連続７日間検知することで、沸き上げ温度を８０℃から７５℃に下降修正して、無駄なエネルギーを使用しないようにしているものである。
尚、この一実施形態では、貯湯タンク２内の湯温によって沸き上げ温度を変更したが、これに限定されることなく、例えば貯湯温度センサ２４間の貯湯温度と貯湯量の積から残湯量を演算し、残湯熱量＜１５００Kcalにより沸き上げ温度を変更するようにしても良いものである。
この発明の一実施形態の概略構成図。 同一実施形態の昼間時間帯での貯湯熱量過不足検知制御を示すフローチャート。 同一実施形態の沸き上げ温度変更制御を示すフローチャート。
符号の説明
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプ式加熱手段（ヒートポンプユニット）
４ 循環回路
７ 循環ポンプ
２６ 沸き上げ制御部

Claims (1)

  1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部と上部とを循環可能に接続し湯水を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、前記循環回路途中に設けられ前記貯湯タンク内の湯水を循環加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を前記ヒートポンプ式加熱手段で沸き上げ目標温度に沸き上げる沸き上げ制御を行う沸き上げ制御部とを備えたものに於いて、前記沸き上げ制御部は、昼間時間帯に高温水を追加する沸き増し開始条件が、貯湯タンク内下部の貯湯温度の場合には、貯湯温度センサが沸き増し開始条件の所定温度より数度高い所定値以下を検知することで、又貯湯タンク内の残湯熱量の場合には、残湯熱量が沸き増し開始条件の所定残湯量より所定量多い所定値以下を検知することで、沸き上げ制御部による沸き上げ温度を数度上昇させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
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