JP5176778B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプサイクルによって給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機に関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater that heats hot water by a heat pump cycle.
従来、貯湯タンク内の給湯水をヒートポンプサイクルの水−冷媒熱交換器へ導いて加熱し、加熱された給湯水を再び貯湯タンク内へ戻して貯えるヒートポンプ式給湯機が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a heat pump type hot water heater that heats hot water in a hot water storage tank by introducing it to a water-refrigerant heat exchanger of a heat pump cycle and heats the hot water to return to the hot water storage tank.
この種のヒートポンプ式給湯機に適用されるヒートポンプサイクルでは、外気温、貯湯タンク内の給湯水温度等に応じて、適切なサイクルバランスで運転を行わないと高い成績係数(COP)を発揮することができない。このため、ヒートポンプサイクルの起動時から適切なサイクルバランスに安定するまでの起動時間の短縮化が望まれている。 In a heat pump cycle applied to this type of heat pump type hot water heater, a high coefficient of performance (COP) should be exhibited unless it is operated at an appropriate cycle balance depending on the outside air temperature, the temperature of hot water in the hot water storage tank, etc. I can't. For this reason, shortening of the starting time until it stabilizes at the appropriate cycle balance from the time of starting of a heat pump cycle is desired.
そこで、例えば、特許文献1のヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプサイクルの運転開始前(起動前)に水−冷媒熱交換器の水通路入口側の給湯水温度(以下、入水温度という。)等を用いて、起動時の圧縮機の冷媒吐出能力を決定して起動時間の短縮化を図ろうとしている。また、特許文献2のヒートポンプ式給湯機では、入水温度等を用いて、起動時の減圧装置の絞り開度を決定して起動時間の短縮化を図ろうとしている。
しかしながら、特許文献1、2のヒートポンプ式給湯機を実際に作動させると、起動時の圧縮機の冷媒吐出能力あるいは減圧装置の絞り開度を適切に決定することができず、起動時間を十分に短縮できないことがある。
However, when the heat pump type hot water heaters of
そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、特許文献1、2では、入水温度を用いて、起動時の圧縮機の冷媒吐出能力あるいは減圧装置の絞り開度を決定していることが原因であると判った。その理由は、ヒートポンプサイクルの起動前の入水温度と貯湯タンク内のタンク内給湯水温度が一致していないことがあるからである。
Then, when the present inventors investigated the cause, in
例えば、ヒートポンプ式給湯機の運転を長時間停止させていた場合、一般的に、水−冷媒熱交換器は室外に配置されるため、入水温度は外気温程度まで低下するものの、断熱構造を有する貯湯タンク内の給湯水温度は低下しにくく入水温度に対して高い温度となる。 For example, when the operation of the heat pump type hot water heater has been stopped for a long time, generally, since the water-refrigerant heat exchanger is arranged outdoors, the incoming water temperature is reduced to about the outside air temperature, but has a heat insulating structure. The hot water temperature in the hot water storage tank is unlikely to decrease and is higher than the incoming water temperature.
また、ヒートポンプ式給湯機の運転停止後に、ユーザが貯湯タンク内の給湯水を使用して貯湯タンクに低温の水道水が供給された場合、貯湯タンク内の給湯水温度は入水温度に対して低い温度となる。 In addition, when the user uses hot water in the hot water storage tank and low temperature tap water is supplied to the hot water storage tank after the heat pump hot water heater is shut down, the hot water temperature in the hot water storage tank is lower than the incoming water temperature. It becomes temperature.
そして、入水温度とタンク内給湯水温度が一致していないと、ヒートポンプサイクルの起動前の入水温度を用いて圧縮機の冷媒吐出能力あるいは減圧装置の絞り開度を決定しても、起動直後に貯湯タンク内の給湯水が水−冷媒熱交換器の水通路へ流入し、入水温度が変化してしまう。 If the incoming water temperature and the hot water temperature in the tank do not match, even if the refrigerant discharge capacity of the compressor or the throttle opening of the decompression device is determined using the incoming water temperature before starting the heat pump cycle, Hot water in the hot water storage tank flows into the water passage of the water-refrigerant heat exchanger, and the incoming water temperature changes.
その結果、ヒートポンプサイクルの起動前に決定した圧縮機の冷媒吐出能力あるいは減圧装置の絞り開度が適切な値とならなくなり、起動時間を十分に短縮化させることができなくなってしまう。 As a result, the refrigerant discharge capacity of the compressor or the throttle opening of the decompression device determined before the start of the heat pump cycle does not become an appropriate value, and the start-up time cannot be shortened sufficiently.
しかも、起動直後に入水温度が低下する場合は、起動前に決定される圧縮機の冷媒吐出能力が不必要に高い値となる、あるいは、減圧装置の絞り開度が不必要に小さい値となることがあるため、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を異常に上昇させてしまう原因となる。そして、このような高圧側冷媒圧力の異常な上昇は、圧縮機や減圧装置の耐久寿命に悪影響を及ぼすという点で問題となる。 Moreover, if the incoming water temperature decreases immediately after startup, the refrigerant discharge capacity of the compressor determined before startup becomes an unnecessarily high value, or the throttle opening of the decompression device becomes an unnecessarily small value. In some cases, this causes an abnormal increase in the refrigerant pressure on the high-pressure side of the heat pump cycle. Such an abnormal increase in the high-pressure side refrigerant pressure is problematic in that it adversely affects the durable life of the compressor and the decompression device.
上記点に鑑み、本発明は、ヒートポンプ式給湯機の起動時間を十分に短縮化させることを第1の目的とする。 In view of the above points, a first object of the present invention is to sufficiently shorten the startup time of a heat pump type hot water heater.
また、本発明は、ヒートポンプ式給湯機の起動時に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避することを第2の目的とする。 Moreover, this invention makes it the 2nd objective to avoid that the high voltage | pressure side refrigerant | coolant pressure of a heat pump cycle raises abnormally at the time of starting of a heat pump type water heater.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(14)、圧縮機(14)吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器(15)、水−冷媒熱交換器(15)流出冷媒を減圧させる可変式の減圧手段(16)、および、減圧手段(16)にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器(17)を有するヒートポンプサイクル(13)と、水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)、および、貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ圧送する水圧送手段(12a)を有する水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)を用いて、圧縮機(14)および減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、水圧送手段(12a)の作動を制御する圧送能力制御手段(20a)と、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に検出入水温度(Twi)が、ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、起動前に判定する温度変化判定手段(S3)とを備え、
圧送能力制御手段(20a)は、温度変化状態であると判定された際に、起動前に水圧送手段(12a)を作動させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a compressor (14) that compresses and discharges a refrigerant, and a water-refrigerant heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor (14) and hot water supply. (15) Water-refrigerant heat exchanger (15) Variable pressure reducing means (16) for reducing the refrigerant flowing out, and the refrigerant decompressed by the pressure reducing means (16) exchanges heat with outdoor air to evaporate. A heat pump cycle (13) having an evaporator (17), a hot water storage tank (11) for storing hot water heated by a water-refrigerant heat exchanger (15), and a hot water outlet of the hot water storage tank (11) ( 11a) is a heat pump type hot water heater provided with a water circulation circuit (12) having water pressure feeding means (12a) for pumping hot water flowing out from 11a) to the water passage (15a) of the water-refrigerant heat exchanger (15),
Using the incoming water temperature detecting means (23) for detecting the hot water temperature at the inlet side of the water passage (15a) and the detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23), the compressor (14) and Of the pressure reducing means (16), an operating state determining means (21) for determining at least one operating state, a pressure feeding capacity control means (20a) for controlling the operation of the water pressure feeding means (12a), and a heat pump cycle (13). Temperature change determination that determines whether or not the detected incoming water temperature (Twi) before the start-up is a temperature change state that can be changed to a predetermined reference change amount immediately after the heat pump cycle (13) is started or not. Means (S3),
The pressure-feeding capacity control means (20a) operates the water pressure-feeding means (12a) before starting when it is determined that the temperature is changed.
これによれば、温度変化状態であると判定された際に、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に圧送能力制御手段(20a)が水圧送手段(12a)を作動させるので、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に検出入水温度(Twi)と給湯水出口(11a)近傍の給湯水温度とを速やかに、略同等の温度とすることができる。 According to this, when it is determined that the temperature is changed, the pressure-feeding capacity control means (20a) operates the water-pressure feeding means (12a) before the heat pump cycle (13) is started, so that the heat pump cycle (13). The temperature of the incoming water (Twi) and the temperature of the hot water supply water near the hot water supply outlet (11a) can be quickly brought to substantially the same temperature before the activation.
そして、検出入水温度(Twi)と給湯水出口(11a)近傍の給湯水温度とを同等とした後に、作動状態決定手段(21)が検出入水温度(Twi)を用いて、圧縮機(14)および減圧手段(16)といったヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を決定するので、ヒートポンプサイクル(13)の起動時に、ヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を適切に決定することができる。 Then, after equalizing the detected incoming water temperature (Twi) and the hot water temperature near the hot water outlet (11a), the operating state determining means (21) uses the detected incoming water temperature (Twi) to compress the compressor (14). Since the operation state of the heat pump cycle (13) component device such as the decompression means (16) is determined, the operation state of the heat pump cycle (13) component device can be appropriately determined when the heat pump cycle (13) is started.
その結果、ヒートポンプサイクル(13)の起動時から適切なサイクルバランスに安定するまでの起動時間を十分に短縮化させることができる。 As a result, it is possible to sufficiently shorten the start-up time from when the heat pump cycle (13) is started until the heat pump cycle (13) is stabilized to an appropriate cycle balance.
また、請求項2に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(14)、圧縮機(14)吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器(15)、水−冷媒熱交換器(15)流出冷媒を減圧させる可変式の減圧手段(16)、および、減圧手段(16)にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器(17)を有するヒートポンプサイクル(13)と、水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)を有し、貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ流入させる水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、圧縮機(14)および減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)が、ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、起動前に判定する温度変化判定手段(S3)と、ヒートポンプサイクル(13)の運転中における検出入水温度(Twi)の単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となる温度安定状態へ移行したことを、運転中に判定する温度安定判定手段(S6)とを備え、
作動状態決定手段(21)は、温度変化状態であると判定された際に、作動状態を予め定めた基準作動状態に決定し、さらに、温度安定状態へ移行したことが判定された際に、作動状態を入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)を用いて決定することを特徴とする。
In the invention according to
An operation state determination means (23) for determining the temperature of hot water supplied to the inlet side of the water passage (15a) and an operation state determination means for determining at least one operation state among the compressor (14) and the pressure reduction means (16). 21) and the detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23) before the start of the heat pump cycle (13) changes more than a predetermined reference change amount immediately after the start of the heat pump cycle (13). The change amount per unit time of the temperature change determination means (S3) for determining whether or not the temperature change state can be performed before starting and the detected incoming water temperature (Twi) during the operation of the heat pump cycle (13) is previously determined. A temperature stability determining means (S6) for determining during operation that the temperature has shifted to a temperature stable state that is equal to or less than a predetermined reference fluctuation amount;
The operating state determining means (21) determines the operating state to a predetermined reference operating state when it is determined that the temperature is changed, and further determines that the temperature has shifted to a stable temperature state. The operating state is determined using the detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23).
これによれば、温度変化状態であると判定された際に、作動状態決定手段(21)がヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を予め定めた基準作動状態に決定する。従って、ヒートポンプサイクル(13)の起動時に、ヒートポンプサイクル(13)の高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できるようにヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を決定することができる。 According to this, when it determines with it being a temperature change state, an operation state determination means (21) determines the operation state of a heat pump cycle (13) component apparatus to the predetermined reference | standard operation state. Therefore, when the heat pump cycle (13) is started, the operating state of the components constituting the heat pump cycle (13) can be determined so as to avoid an abnormal increase in the high-pressure side refrigerant pressure of the heat pump cycle (13).
そして、温度安定状態へ移行したと判定された際に、作動状態決定手段(21)が検出入水温度(Twi)を用いて、ヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を決定するので、ヒートポンプサイクル(13)の起動時に、ヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を適切に決定することができる。 And when it determines with having shifted to the temperature stable state, since an operation state determination means (21) determines the operation state of a heat pump cycle (13) component apparatus using detected water incoming temperature (Twi), heat pump cycle At the time of starting (13), the operating state of the heat pump cycle (13) component device can be appropriately determined.
その結果、ヒートポンプ式給湯機の起動時に、ヒートポンプサイクル(13)の高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避することができると同時に、起動時間を十分に短縮化させることができる。 As a result, it is possible to avoid an abnormal increase in the high-pressure side refrigerant pressure of the heat pump cycle (13) when the heat pump hot water heater is started, and at the same time, the start-up time can be sufficiently shortened.
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載のヒートポンプ式給湯機において、さらに、給湯水出口(11a)近傍の給湯水温度を検出するタンク内水温度検出手段(22)を備えていてもよい。
As in the invention described in
また、請求項4に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(14)、圧縮機(14)吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器(15)、水−冷媒熱交換器(15)流出冷媒を減圧させる可変式の減圧手段(16)、および、減圧手段(16)にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器(17)を有するヒートポンプサイクル(13)と、水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)、および、貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ流入させる水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、給湯水出口(11a)近傍の給湯水温度を検出するタンク内水温度検出手段(22)と、圧縮機(14)および減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)が、ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、起動前に判定する温度変化判定手段(S3)と、ヒートポンプサイクル(13)の運転中における検出入水温度(Twi)の単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となる温度安定状態へ移行したことを、運転中に判定する温度安定判定手段(S6)とを備え、
作動状態決定手段(21)は、温度変化状態であると判定された際に、作動状態をタンク内水温度検出手段(22)により検出された検出タンク内水温度(Twb)を用いて決定し、さらに、温度安定状態へ移行したことが判定された際に、作動状態を前記検出入水温度(Twi)を用いて決定することを特徴とする。
In the invention according to
An incoming water temperature detecting means (23) for detecting the hot water temperature at the inlet side of the water passage (15a), an in-tank water temperature detecting means (22) for detecting the hot water temperature near the hot water outlet (11a), and a compressor (14) and pressure reducing means (16), an operating state determining means (21) for determining at least one operating state, and a detection detected by the incoming water temperature detecting means (23) before the heat pump cycle (13) is started. A temperature change determination means (S3) for determining whether the incoming water temperature (Twi) is in a temperature change state that can change to a predetermined reference change amount or more immediately after the heat pump cycle (13) is started, before the start; The operation that the fluctuation amount per unit time of the detected incoming water temperature (Twi) during the operation of the heat pump cycle (13) has shifted to a temperature stable state where the fluctuation amount is equal to or less than a predetermined reference fluctuation amount is Determining the temperature stability judgment means (S6) and provided with a,
The operating state determining means (21) determines the operating state using the detected tank water temperature (Twb) detected by the tank water temperature detecting means (22) when it is determined that the temperature is changed. Furthermore, when it is determined that the temperature has shifted to a stable temperature state, the operating state is determined using the detected incoming water temperature (Twi).
これによれば、温度変化状態であると判定された際に、作動状態決定手段(21)が、検出タンク内水温度(Twb)を用いて、ヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を決定する。従って、ヒートポンプサイクル(13)の起動時に、ヒートポンプサイクル(13)構成機器の作動状態を適切に決定することができる。 According to this, when it determines with it being a temperature change state, an operation state determination means (21) determines the operation state of a heat pump cycle (13) component apparatus using the water temperature (Twb) in a detection tank. To do. Therefore, at the time of starting the heat pump cycle (13), it is possible to appropriately determine the operating state of the heat pump cycle (13) constituent devices.
その結果、ヒートポンプサイクル(13)の起動時から適切なサイクルバランスに安定するまでの起動時間を十分に短縮化できる。 As a result, it is possible to sufficiently shorten the start-up time from when the heat pump cycle (13) is started until the heat pump cycle (13) is stabilized to an appropriate cycle balance.
請求項5に記載の発明では、請求項3または4に記載のヒートポンプ式給湯機において、具体的に、温度変化判定手段(S3)は、検出入水温度(Twi)とタンク内水温度検出手段(22)により検出された検出タンク内水温度(Twb)との差の絶対値が予め定めた第1基準差(KTd1)以上の場合に、温度変化状態であると判定することを特徴とする。これによれば、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に、温度変化状態であることを容易に判定できる。
In the invention according to
請求項6に記載の発明では、請求項4または5に記載のヒートポンプ式給湯機において、具体的に、温度安定判定手段(S6)は、検出入水温度(Twi)とタンク内水温度検出手段(22)により検出された検出タンク内水温度(Twb)との差の絶対値が予め定めた第2基準差(KTd2)以下の場合に、温度安定状態へ移行したと判定することを特徴とする。これによれば、温度安定状態へ移行したことを容易に判定できる。 In the sixth aspect of the present invention, in the heat pump type water heater according to the fourth or fifth aspect , specifically, the temperature stability determining means (S6) includes the detected incoming water temperature (Twi) and the in-tank water temperature detecting means ( 22) When the absolute value of the difference from the detected tank water temperature (Twb) detected by step 22) is equal to or smaller than a predetermined second reference difference (KTd2), it is determined that the temperature has shifted to a stable state. . According to this, it can be easily determined that the temperature has shifted to the stable state.
請求項7に記載の発明では、請求項2、4、5のいずれか1つに記載のヒートポンプ式給湯機において、温度安定判定手段(S6)は、ヒートポンプサイクル(13)の起動時からの経過時間が予め定めた第1基準時間(KTm1)以上の場合に、温度安定状態へ移行したと判定することを特徴とする。これによれば、温度安定状態へ移行したことを容易に判定できる。
In the invention according to
請求項8に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のヒートポンプ式給湯機において、温度変化判定手段(S3)は、ヒートポンプサイクル(13)の前回の運転終了時からの経過時間が予め定めた第2基準時間(KTm2)以上の場合に、温度変化状態であると判定することを特徴とする。これによれば、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に、温度変化状態であることを容易に判定できる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the heat pump type hot water heater according to any one of the first to fourth aspects, the temperature change determining means (S3) is provided from the end of the previous operation of the heat pump cycle (13). When the elapsed time is equal to or longer than a predetermined second reference time (KTm2), the temperature change state is determined. According to this, it can be easily determined that the temperature is changed before the heat pump cycle (13) is started.
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のヒートポンプ式給湯機において、温度変化判定手段(S3)は、ヒートポンプサイクル(13)の前回の運転終了時以降に貯湯タンク(11)から出湯された湯量が予め定めた基準湯量(KV)以上の場合に、温度変化状態であると判定することを特徴とする。これによれば、ヒートポンプサイクル(13)の起動前に、温度変化状態であることを容易に判定できる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the heat pump water heater according to any one of the first to fourth aspects, the temperature change determining means (S3) is provided after the end of the previous operation of the heat pump cycle (13). When the amount of hot water discharged from the hot water storage tank (11) is equal to or greater than a predetermined reference hot water amount (KV), it is determined that the temperature is changed. According to this, it can be easily determined that the temperature is changed before the heat pump cycle (13) is started.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1、2により、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10の全体構成図である。このヒートポンプ式給湯機10は、貯湯タンク11内の給湯水を循環させる水循環回路12、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル13を備えている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a heat pump
まず、水循環回路12において、給湯水を貯留する貯湯タンク11は、耐食性に優れた金属(例えば、ステンレス)で形成され、断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。
First, in the
貯湯タンク11に貯留された給湯水は、貯湯タンク11の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク11内の下部に設けられた給水口からは水道水が給水されるようになっている。なお、温調弁は、後述する貯湯タンク側制御装置20から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
Hot water stored in the hot
また、水循環回路12には、給湯水を循環させる水圧送手段としての電動水ポンプ12aが配置されている。電動水ポンプ12aは、貯湯タンク側制御装置20から出力される制御信号によって、その作動が制御される。さらに、水循環回路12の構成機器のうち、貯湯タンク11、電動水ポンプ12a等については、図1の細破線に示すように、1つの筐体内に収容されてタンクユニット200として一体的に構成され、室外に配置されている。
Further, the
そして、貯湯タンク側制御装置20が電動水ポンプ12aを作動させると、給湯水は、貯湯タンク11の下方側に設けられた給湯水出口11a→電動水ポンプ12a→後述する水−冷媒熱交換器15の水通路15a→貯湯タンク11の上方側の給湯水入口11bの順に循環する。
And when the hot water storage tank
ヒートポンプサイクル13は、圧縮機14、水−冷媒熱交換器15、電気式膨張弁16、蒸発器17等を順次配管で接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル13では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機14から吐出された高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
The
圧縮機14は、ヒートポンプサイクル13において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機14aを電動モータ14bにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機14aとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
The
電動モータ14bは、後述するヒートポンプ側制御装置21から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機14の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ14bが圧縮機14の吐出能力変更手段を構成している。
The
圧縮機14の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器15の冷媒通路15b入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器15は、給湯水が通過する水通路15aと圧縮機14から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路15bとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機14吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器として機能する。
The refrigerant discharge port of the
なお、本実施形態のヒートポンプサイクル13では、前述の如く、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器15の冷媒通路15bを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
Note that, in the
水−冷媒熱交換器15の冷媒通路15b出口側には、電気式膨張弁16の入口側が接続されている。電気式膨張弁16は冷媒通路15bから流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機14の吐出口から電気式膨張弁16の入口へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力Pdを制御する圧力制御手段でもある。
The inlet side of the
より具体的には、この電気式膨張弁16は、絞り開度を変更可能に構成された弁体16aと、この弁体16aの絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータ16bとを有して構成される可変絞り機構である。さらに、電動アクチュエータ16bは、ヒートポンプ側制御装置21から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
More specifically, the
電気式膨張弁16の出口側には、蒸発器17が接続されている。蒸発器17は、電気式膨張弁16にて減圧された低圧冷媒と送風ファン17aにより送風された外気(室外空気)とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。送風ファン17aは、ヒートポンプ側制御装置21から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される電動式送風機である。
An
なお、本実施形態では蒸発器17として、周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器を採用している。また、蒸発器17の出口側には、圧縮機14の冷媒吸入口が接続されている。さらに、上述のヒートポンプサイクル13の各構成機器14〜17は、図1の一点鎖線に示すように、1つの筐体内に収容されてヒートポンプユニット300として一体的に構成され、タンクユニット200と隣接するように室外に配置されている。
In this embodiment, a heat exchanger having a well-known fin and tube structure is employed as the
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。貯湯タンク側制御装置20およびヒートポンプ側制御装置21は、それぞれ、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。
Next, an outline of the electric control unit of the present embodiment will be described. The hot water storage tank
貯湯タンク側制御装置20の出力側には、温調弁、電動水ポンプ12a等が接続され、ヒートポンプ側制御装置21の出力側には、圧縮機14の電動モータ14b、電気式膨張弁16の電動アクチュエータ16b、送風ファン17a等が接続されている。そして、貯湯タンク側制御装置20およびヒートポンプ側制御装置21は、それぞれ接続された機器の作動を制御する。
A temperature control valve, an
なお、貯湯タンク側制御装置20は、温調弁、電動水ポンプ12a等を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、貯湯タンク側制御装置20のうち、電動水ポンプ12aの作動(水圧送能力)を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)を圧送能力制御手段20aとする。
Note that the hot water storage tank
また、ヒートポンプ側制御装置21は、圧縮機14の電動モータ14b、電気式膨張弁16の電動アクチュエータ16b等を制御する制御手段が一体に構成され、これらのアクチュエータの作動状態を決定する作動状態決定手段であるが、本実施形態では、特に、ヒートポンプ側制御装置21のうち、電動モータ14bの作動(冷媒吐出能力)を制御する構成を吐出能力制御手段21aとし、電動アクチュエータ16bの作動(絞り開度)を制御する構成を絞り開度制御手段21bとする。
The heat pump-
もちろん、圧送能力制御手段20aを貯湯タンク側制御装置20に対して別体の制御装置として構成してもよいし、吐出能力制御手段21aおよび絞り開度制御手段21bをヒートポンプ側制御装置21に対して別体の制御装置として構成してもよい。
Of course, the pumping capacity control means 20a may be configured as a separate control apparatus for the hot water storage tank
一方、貯湯タンク側制御装置20の入力側には、貯湯タンク11内に上下方向に並んで配置された複数個のタンク内水温センサ等が接続され、これらのセンサの検出信号が貯湯タンク側制御装置20へ入力される。貯湯タンク側制御装置20では、タンク内水温センサの出力信号によって、貯湯タンク11内の水位レベルに応じた給湯水の温度を検出できるようになっている。
On the other hand, on the input side of the hot water storage tank
さらに、本実施形態では、これらのタンク内水温センサのうち、最下方側のタンク底部に配置される水温センサを底部側水温センサ22とする。この底部側水温センサ22は、貯湯タンク11から水−冷媒熱交換器15へ向けて給湯水を流出させる給湯水出口11aの近傍に配置されている。従って、本実施形態の底部側水温センサ22は、給湯水出口11a近傍のタンク内水温度Twbを検出するタンク内水温検出手段を構成している。
Furthermore, in this embodiment, among these tank water temperature sensors, the water temperature sensor arranged at the bottom of the tank on the lowermost side is referred to as the bottom side
ヒートポンプ側制御装置21の入力側には、水−冷媒熱交換器15の水通路15a入口側の給湯水温度である入水温度Twi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、水−冷媒熱交換器15の水通路15a出口側の給湯水温度である沸き上げ温度Two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、蒸発器17において電気式膨張弁16下流側の低圧冷媒と熱交換する外気温(室外空気温度)Tamを検出する外気温検出手段としての外気温センサ25等が接続され、これらのセンサ群の検出信号がヒートポンプ側制御装置21へ入力される。
On the input side of the heat pump
さらに、ヒートポンプ側制御装置21の入力側には、操作パネル30が接続され、ヒートポンプ式給湯機10の作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等がヒートポンプ側制御装置21へ入力される。
Further, an
また、貯湯タンク側制御装置20およびヒートポンプ側制御装置21は、互いに電気的に接続されており、通信可能に構成されている。これにより、一方の制御装置に入力された検出信号および操作信号に基づいて、他方の制御装置が上述の各種アクチュエータ12a、14b、16b、17a等の作動を制御することもできる。従って、貯湯タンク側制御装置20およびヒートポンプ側制御装置21を1つの制御装置として一体的に構成してもよい。
Moreover, the hot water storage tank
次に、上記構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機10の作動を、図2に基づいて説明する。図2は、ヒートポンプ側制御装置21が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、ヒートポンプ式給湯機10に外部から電源が供給された状態で、操作パネル30の給湯機作動信号がヒートポンプ側制御装置21に入力されるとスタートする。
Next, the operation of the heat pump
まず、ステップS1ではメモリ、フラグ、タイマ等の初期化がなされる。例えば、メモリの初期化として、ヒートポンプ側制御装置21の不揮発性記憶回路に記憶されている記憶値を各種メモリに読み込む。例えば、経過時間メモリMTimへは、前回の運転終了時からの経過時間が読み込まれ、給湯水量メモリMVへは、前回の運転終了時以降に貯湯タンク11から出湯された湯量が読み込まれる。
First, in step S1, the memory, flag, timer, etc. are initialized. For example, as initialization of the memory, stored values stored in the nonvolatile storage circuit of the heat pump
次に、ステップS2にて、入水温度センサ23によって検出された検出入水温度Twiおよび底部側水温センサ22によって検出されたタンク内水温度Twbを読み込む。そして、ステップS3では、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が予め定めた第1基準差KTd1以上になっているか否かを判定する。
Next, in step S2, the detected incoming water temperature Twi detected by the incoming
ここで、ヒートポンプサイクル13の起動前には、検出入水温度Twiおよび検出タンク内水温度Twbは一致していないことがある。例えば、ヒートポンプ式給湯機10の運転を長時間停止させていた場合、検出入水温度Twiは外気温程度まで低下するものの、断熱構造を有する貯湯タンク11内の給湯水温度は低下しにくく、検出タンク内水温度Twbは検出入水温度Twiに対して高い温度となる。
Here, before the
また、ヒートポンプ式給湯機10の運転停止後に、ユーザが貯湯タンク11内の給湯水を使用して貯湯タンク11に低温の水道水が供給された場合、検出タンク内水温度Twbは検出入水温度Twiに対して低い温度となる。そして、入水温度とタンク内給湯水温度が一致していないと、ヒートポンプサイクル13の起動直後に、貯湯タンク11内の給湯水が水−冷媒熱交換器15の水通路15aへ流入して検出入水温度Twiが変化してしまう。
Further, after the operation of the heat pump type
そこで、本実施形態では、ステップS3にて、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が第1基準差KTd1以上になっている場合には、ヒートポンプサイクル13の起動直後に、検出入水温度Twiが予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるものとして、ステップS4へ進む。
Therefore, in the present embodiment, when the absolute value of the difference between the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb is greater than or equal to the first reference difference KTd1 in step S3, immediately after the
一方、ステップS3にて、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が第1基準差KTd1以上になっていない場合には、温度変化状態ではないものとして、ステップS7へ進む。従って、本実施形態の制御ステップS3は、温度変化判定手段を構成している。なお、第1基準差KTd1は、温度変化状態であることを判定できるように、実験的に求められる値である。 On the other hand, if the absolute value of the difference between the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb is not greater than or equal to the first reference difference KTd1 in step S3, it is determined that the temperature has not changed and the process proceeds to step S7. move on. Therefore, the control step S3 of the present embodiment constitutes a temperature change determination unit. The first reference difference KTd1 is a value obtained experimentally so that it can be determined that the temperature change state.
ステップS4では、貯湯タンク側制御装置20の圧送能力制御手段20aが電動水ポンプ12aを作動させる。この際、圧送能力制御手段20aは、電動水ポンプ12aの水圧送能力が略最大となるように電動水ポンプ12aを作動させる。
In step S4, the pumping capacity control means 20a of the hot water
次に、ステップS5にて、再び検出入水温度Twiおよび検出タンク内水温度Twbを読み込んでステップS6へ進む。ステップS6では、ステップS5にて読み込まれた検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が予め定めた第2基準差KTd2以下になっているか否かを判定する。 Next, in step S5, the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb are read again, and the process proceeds to step S6. In step S6, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb read in step S5 is equal to or smaller than a predetermined second reference difference KTd2.
ステップS6にて、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が第2基準差KTd2以下になっている場合には、ヒートポンプサイクル13の運転中における検出入水温度Twiの単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となる温度安定状態へ移行したものとして、ステップS7へ進む。
If the absolute value of the difference between the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb is equal to or smaller than the second reference difference KTd2 in step S6, the unit of the detected incoming water temperature Twi during operation of the
一方、ステップS6にて、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとの差の絶対値が第2基準差KTd2以下になっていない場合は、温度安定状態へ移行していないものとして、ステップS5へ戻る。従って、本実施形態の制御ステップS6は、温度安定判定手段を構成している。なお、第2基準差KTd2は、温度安定状態へ移行したことを判定できるように、実験的に求められる値である。 On the other hand, if the absolute value of the difference between the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb is not less than or equal to the second reference difference KTd2 in step S6, it is determined that the temperature has not shifted to the stable state. Return to S5. Accordingly, the control step S6 of the present embodiment constitutes a temperature stability determination unit. The second reference difference KTd2 is a value obtained experimentally so that it can be determined that the temperature has shifted to a stable state.
ステップS7では、操作パネル30の操作信号およびセンサ群22〜25等により検出された検出信号を読み込んでステップS8へ進む。ステップS8では、上述の各種アクチュエータの作動状態が決定される。
In step S7, the operation signal of the
例えば、圧縮機14の電動モータ14bへ出力される制御信号については、沸き上げ温度センサ24により検出された検出沸き上げ温度Two、検出入水温度Twi、および、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置21に記憶された制御マップを参照して決定される。
For example, regarding the control signal output to the
具体的には、検出沸き上げ温度Twoから検出入水温度Twiを減算した値の増加、および、設定給湯温度から検出沸き上げ温度Twoを減算した値の増加に伴って圧縮機14の冷媒吐出能力が増加するように決定される。
Specifically, the refrigerant discharge capacity of the
また、電気式膨張弁16の電動アクチュエータ16bへ出力される制御信号については、沸き上げ温度センサ24により検出された検出沸き上げ温度Two、検出入水温度Twi、および、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置21に記憶された制御マップを参照して決定される。
As for the control signal output to the
具体的には、ヒートポンプサイクル13のCOPが略最大となるように、検出沸き上げ温度Twoから検出入水温度Twiを減算した値の増加、および、給湯温度設定信号から検出沸き上げ温度Twoを減算した値の増加に伴って電気式膨張弁16の絞り開度が小さくなるように決定される。
Specifically, an increase in the value obtained by subtracting the detected incoming water temperature Twi from the detected boiling temperature Two and the detected boiling temperature Two subtracted from the hot water supply temperature setting signal so that the COP of the
また、送風ファン17aへ出力される制御電圧については、外気温センサ25により検出された検出外気温Tamに基づいて、予めヒートポンプ側制御装置21に記憶された制御マップを参照して決定される。さらに、電動水ポンプ12aへ出力される制御信号については、検出沸き上げ温度Twoが、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて決定される目標沸き上げ温度に近づくようにフィードバック手法等によって決定される。
The control voltage output to the blower fan 17a is determined based on the detected outside air temperature Tam detected by the outside air temperature sensor 25 with reference to a control map stored in the heat pump
次に、ステップS9へ進み、ステップS8にて決定された制御状態が得られるように、貯湯タンク側制御装置20およびヒートポンプ側制御装置21より各種アクチュエータ12a、14b、16b、17aに対して制御信号が出力されて、ステップS10へ進む。
Next, it progresses to step S9 and control signal with respect to
ステップS10では、操作パネル30からの給湯機停止信号がヒートポンプ側制御装置21へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、システムを停止させる。一方、給湯機停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップS7に戻るようになっている。
In step S10, when the hot water heater stop signal from the
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10では、温度変化判定手段を構成する制御ステップS3にて、温度変化状態ではないと判定された場合、あるいは、温度安定判定手段を構成する制御ステップS6にて、温度安定状態へ移行したものと判定された場合は、以下の如く作動する。
Therefore, in the heat pump type
まず、圧縮機14から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器15の冷媒通路15bに流入して、電動水ポンプ12aによって貯湯タンク11の下方側から水通路15aに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク11の上方側に貯留される。
First, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
この際、ヒートポンプサイクル13では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒として代替フロン等を採用する場合に対して、高圧冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器15において給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水の温度を高温化することができる。
At this time, since the
一方、水−冷媒熱交換器15から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁16にて減圧される。電気式膨張弁16にて減圧された冷媒は、蒸発器17へ流入し、送風ファン17aから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器17から流出した冷媒は、圧縮機14へ吸入されて、再び圧縮される。
On the other hand, the high-pressure refrigerant flowing out of the water-
この際、ヒートポンプサイクル13のCOPが略最大となるように、電気式膨張弁16の絞り開度が制御されるので、ヒートポンプサイクル13に継続的に高いCOPを発揮させて、給湯水を加熱するために必要な動力を低減することができる。
At this time, since the throttle opening degree of the
さらに、本実施形態では、温度変化判定手段を構成する制御ステップS3にて、温度変化状態であると判定された場合、貯湯タンク側制御装置20が、ヒートポンプサイクル13の起動前に水圧送能力が略最大となるように、電動水ポンプ12aを作動させる。これにより、ヒートポンプサイクル13の起動前に検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとを速やかに、略同等の温度とすることができる。
Furthermore, in this embodiment, when it determines with it being a temperature change state in control step S3 which comprises a temperature change determination means, the hot water storage tank
そして、検出入水温度Twiと給湯水出口11a近傍の給湯水温度とを同等となった後に、ヒートポンプ側制御装置21が操作パネル30の操作信号およびセンサ群22〜25等により検出された検出信号を用いて、圧縮機14、電気式膨張弁16および送風ファン17aといったヒートポンプサイクル13構成機器の作動状態を決定する。
Then, after the detected incoming water temperature Twi is equal to the hot water temperature near the
これにより、ヒートポンプサイクル13の起動時に、ヒートポンプサイクル13構成機器の作動状態を適切に決定することができる。その結果、ヒートポンプサイクル13の起動時から適切なサイクルバランスに安定するまでの起動時間を十分に短縮化させることができる。
Thereby, at the time of starting of the
さらに、制御ステップS3では、検出入水温度Twiおよび検出タンク内水温度Twbを用いて、温度変化状態であるか否かを判定しているので、温度変化状態であることを容易に判定できる。また、制御ステップS4では、検出入水温度Twiおよび検出タンク内水温度Twbを用いて、温度安定状態へ移行したか否かを判定しているので、温度安定状態へ移行したことを容易に判定できる。 Furthermore, in the control step S3, since it is determined whether or not it is a temperature change state using the detected incoming water temperature Twi and the detected tank water temperature Twb, it can be easily determined that it is a temperature change state. Further, in the control step S4, it is determined whether or not the transition to the temperature stable state is made using the detected incoming water temperature Twi and the detected water temperature Twb in the detection tank. .
(第2実施形態)
第1実施形態では、制御ステップS3にて、温度変化状態であると判定された場合、ステップS4にて、水圧送能力が略最大となるように電動水ポンプ12aを作動させる例を説明したが、本実施形態では、図3のフローチャートに示すように、温度変化状態であると判定された場合に、ヒートポンプサイクル13構成機器14、16および電動水ポンプ12aの作動状態を予め定めた基準作動状態に制御する例を説明する。
(Second Embodiment)
In 1st Embodiment, when it determined with it being a temperature change state in control step S3, the example which operates the
なお、図3では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の実施形態でも同様である。 In FIG. 3, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The same applies to the following embodiments.
まず、本実施形態のステップS2では、検出入水温度Twiおよびタンク内水温度Twbのみならず、ステップS7と同様に、操作パネル30の操作信号および他のセンサ群24、25等により検出された検出信号を読み込む。
First, in step S2 of the present embodiment, not only the detected incoming water temperature Twi and the in-tank water temperature Twb, but also the detection detected by the operation signal of the
また、ステップS4では、ステップS3にて、温度変化状態であると判定された場合、具体的に、貯湯タンク側制御装置20が、ヒートポンプサイクル13の起動前に水圧送能力が略最大となるように、電動水ポンプ12aを作動させる。さらに、ヒートポンプ側制御装置21が、ヒートポンプサイクル13の高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できるように、圧縮機14、電気式膨張弁16を作動させる。
Moreover, in step S4, when it is determined in step S3 that the temperature is changed, specifically, the hot water storage tank
例えば、圧縮機14については、ステップS2にて読み込まれた操作信号および検出信号に基づいてステップS8と同様に決定される冷媒吐出能力よりも、冷媒吐出能力が所定量低下するように決定し、電気式膨張弁16については、ステップS8と同様に決定される絞り開度よりも、絞り開度が所定量増加するように決定する。その他のヒートポンプ式給湯機10の構成および制御態様は、第1実施形態と同様である。
For example, the
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10を作動させると、ヒートポンプ式給湯機10の起動時に温度変化状態であると判定された場合、貯湯タンク側制御装置20が、水圧送能力が略最大となるように電動水ポンプ12aを作動させる。これにより、検出入水温度Twiと検出タンク内水温度Twbとを速やかに、略同等の温度とすることができる。
Therefore, when the heat pump type
さらに、温度安定状態へ移行する前に、ヒートポンプサイクル13を作動させても、ヒートポンプサイクル13の高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できる。しかも、温度安定状態へ移行する前に、既に、ヒートポンプサイクル13を作動させているので、温度安定状態へ移行した後に、速やかにヒートポンプサイクル13構成機器の作動状態を適切な状態へ近づけることができる。
Furthermore, even if the
その結果、ヒートポンプ式給湯機の起動時に、ヒートポンプサイクル13の高圧側冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できると同時に、起動時間を十分に短縮化させることができる。
As a result, it is possible to avoid an abnormal increase in the high-pressure side refrigerant pressure of the
(第3実施形態)
本実施形態では、第2実施形態に対して、図4のフローチャートに示すように、制御ステップS3における温度変化状態であるか否かの判定手法、および、制御ステップS6における温度安定状態へ移行したか否かの判定手法を変更している。
(Third embodiment)
In the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 4, the method for determining whether or not the temperature change state is in the control step S3 and the temperature stable state in the control step S6 are shifted to the second embodiment. The judgment method of whether or not is changed.
前述の如く、ヒートポンプ式給湯機10の運転を長時間停止させていた場合、検出入水温度Twiは外気温程度まで低下するものの、貯湯タンク11内の給湯水温度は低下しにくく、検出タンク内水温度Twbは検出入水温度Twiに対して高い温度となる。
As described above, when the operation of the heat pump type
そこで、本実施形態の制御ステップS3では、経過時間メモリMTimに記憶されている前回の運転終了時からの経過時間が予め定めた第2基準時間KTm2以上の場合に、温度変化状態であると判定する。なお、第2基準時間KTm2は、温度変化状態であることを判定できるように、予め実験的に求めておくことができる値である。 Therefore, in the control step S3 of the present embodiment, it is determined that the temperature is changed when the elapsed time from the end of the previous operation stored in the elapsed time memory MTim is equal to or longer than a predetermined second reference time KTm2. To do. The second reference time KTm2 is a value that can be experimentally obtained in advance so that it can be determined that the temperature is changing.
また、検出タンク内水温度Twbは、貯湯タンク11の給湯水出口11a近傍の給湯水温度であるから、電動水ポンプ12aを作動させることによって、検出入水温度Twiは、確実に検出タンク内水温度Twbに近づく。
Further, since the detection tank water temperature Twb is the hot water supply temperature in the vicinity of the
そこで、本実施形態の制御ステップS6では、ヒートポンプサイクル13の起動時からの経過時間が予め定めた第1基準時間KTm1以上の場合に、温度安定状態へ移行したと判定する。なお、第1基準時間KTm1は、温度安定状態へ移行したことを判定できるように、予め実験的に求めておくことができる値である。
Therefore, in the control step S6 of the present embodiment, when the elapsed time from the start of the
その他のヒートポンプ式給湯機10の構成および制御態様は、第2実施形態と同様である。従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10を作動させると、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Other configurations and control modes of the heat pump type
しかも、温度変化状態であること、および、温度安定状態へ移行したことを、経過時間メモリMTimの値および経過時間を用いて判定しているので、底部側水温センサ22および入水温度センサ23を廃止してもよい。これにより、ヒートポンプ式給湯機10の製造コストを低減することもできる。
Moreover, since the temperature change state and the transition to the temperature stable state are determined using the value of the elapsed time memory MTim and the elapsed time, the bottom side
(第4実施形態)
本実施形態では、第2実施形態に対して、図5のフローチャートに示すように、制御ステップS3における温度変化状態であるか否かの判定手法を変更している。前述の如く、ヒートポンプ式給湯機10の運転停止後に、ユーザが貯湯タンク11内の給湯水を使用して貯湯タンク11に低温の水道水が供給された場合、検出タンク内水温度Twbは検出入水温度Twiに対して低い温度となる。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, as compared with the second embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 5, the determination method for determining whether or not the temperature change state is in the control step S3 is changed. As described above, when the user uses hot water in the hot
そこで、本実施形態の制御ステップS3では、前回の運転終了時以降に貯湯タンク11から出湯された湯量が記憶されている給湯水量メモリMVが予め定めた基準湯量KV以上の場合に、温度変化状態であると判定する。なお、基準湯量KVは、温度変化状態であることを判定できるように、予め実験的に求めておくことができる値である。
Therefore, in the control step S3 of the present embodiment, when the hot water supply amount memory MV in which the amount of hot water discharged from the hot
その他のヒートポンプ式給湯機10の構成および制御態様は、第2実施形態と同様である。従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10を作動させると、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Other configurations and control modes of the heat pump type
(第5実施形態)
本実施形態では、第2実施形態のステップS4を廃止して、図6のフローチャートに示すように、ステップS4’に変更している。このステップS4’では、ステップS3にて温度変化状態であると判定された場合、検出入水温度Twiの代わりに検出タンク内水温度Twbを用いて、各種アクチュエータの作動状態を決定し、決定された制御状態が得られるように、各種アクチュエータに対して制御信号を出力する。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, step S4 of the second embodiment is abolished and changed to step S4 ′ as shown in the flowchart of FIG. In this step S4 ′, when it is determined in step S3 that the temperature is changed, the operation state of various actuators is determined by using the detection tank water temperature Twb instead of the detection water temperature Twi. Control signals are output to various actuators so that a control state can be obtained.
例えば、圧縮機14の電動モータ14bへ出力される制御信号については、検出沸き上げ温度Two、検出タンク内水温度Twb、および、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置21に記憶された制御マップを参照して決定される。
For example, the control signal output to the
また、電気式膨張弁16の電動アクチュエータ16bへ出力される制御信号については、沸き上げ温度センサ24により検出された検出沸き上げ温度Two、検出タンク内水温度Twb、および、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置21に記憶された制御マップを参照して決定される。
The control signal output to the
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機10では、ヒートポンプ式給湯機10の起動時に温度変化状態であると判定された場合、検出タンク内水温度Twbを用いて、ヒートポンプサイクル13構成機器の作動状態を決定する。
Therefore, in the heat pump type
これにより、ヒートポンプサイクル13の起動時に、ヒートポンプサイクル13構成機器の作動状態を適切に決定することができる。その結果、ヒートポンプサイクル13の起動時から適切なサイクルバランスに安定するまでの起動時間を十分に短縮化できる。
Thereby, at the time of starting of the
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows.
(1)上述の各実施形態では、温度変化判定手段を構成する制御ステップS3における判定手法として種々の例を説明しているが、各実施形態で説明した判定手法を他の実施形態に適用してもよい。 (1) In each of the above-described embodiments, various examples have been described as the determination method in the control step S3 constituting the temperature change determination unit. However, the determination method described in each embodiment is applied to the other embodiments. May be.
例えば、第1実施形態の制御ステップS3において、第3実施形態のように、経過時間メモリMTimに記憶されている前回の運転終了時からの経過時間が、予め定めた第2基準時間KTm2以上の場合に、温度変化状態であると判定してもよい。さらに、各実施形態で説明した判定手法を組み合わせて、少なくとも1つ以上の判定条件を満たしたときに、温度変化状態であると判定してもよい。 For example, in the control step S3 of the first embodiment, as in the third embodiment, the elapsed time from the end of the previous operation stored in the elapsed time memory MTim is not less than a predetermined second reference time KTm2. In this case, it may be determined that the temperature is changed. Furthermore, the determination methods described in the embodiments may be combined to determine that the temperature is changed when at least one determination condition is satisfied.
このことは、温度安定判定手段を構成する制御ステップS6における判定手法についても同様である。つまり、第1実施形態の制御ステップS6において、第3実施形態のように、ヒートポンプサイクル13の起動時からの経過時間が、予め定めた第1基準時間KTm1以上となった場合に、温度安定状態へ移行したと判定してもよい。さらに、各実施形態で説明した判定手法を組み合わせてもよい。
The same applies to the determination method in the control step S6 constituting the temperature stability determination means. That is, in the control step S6 of the first embodiment, as in the third embodiment, when the elapsed time from the start of the
(2)上述の各実施形態では、圧縮機14の電動モータ14bへ出力される制御信号を、検出沸き上げ温度Two、検出入水温度Twi、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて、制御マップを参照して決定した例を説明したが、圧縮機14の電動モータ14bへ出力される制御信号の決定はこれに限定されない。
(2) In each of the above-described embodiments, the control signal output to the
例えば、蒸発器17における冷媒蒸発温度が、沸き上げ温度Two、外気温Tam、および、操作パネル30からの給湯温度設定信号に基づいて決定される目標蒸発温度に近づくように、圧縮機14の電動モータ14bへ出力される制御信号を決定してもよい。
For example, the
また、電気式膨張弁16の電動アクチュエータ16bへ出力される制御信号についても、ヒートポンプサイクル13の高圧側冷媒圧力が、水−冷媒熱交換器15の冷媒通路15b流出冷媒の温度に基づいて、ヒートポンプサイクル13のCOPが略最大となるように決定される目標高圧に近づくように、決定してもよい。
As for the control signal output to the
(3)上述の各実施形態では、圧縮機11として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機14の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構のみならず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。
(3) In each of the above-described embodiments, an example in which an electric compressor is employed as the
(4)上述の第2実施形態では、水通路15aを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路15bを流れる冷媒の流れ方向が対向流となる水−冷媒熱交換器15採用しているが、水通路15aを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路15bを流れる冷媒の流れ方向が同一となる水−冷媒熱交換器15を採用してもよい。
(4) In the second embodiment described above, the water-
この場合は、水通路15aから流出する給湯水の温度と冷媒通路15bから流出する冷媒の温度とが略同等となるので、沸き上げ温度センサ24として、冷媒通路15bから流出する冷媒温度を検出する高圧冷媒温度センサを採用してもよい。
In this case, since the temperature of the hot water flowing out from the
(5)上述の各実施形態のヒートポンプサイクルでは、減圧手段として電気式膨張弁16を採用した例を説明したが、減圧手段として、冷媒を減圧膨張させるノズル部から噴射する高速度の冷媒流により冷媒を内部に吸引して、吸引された冷媒と高速度の冷媒流を混合して昇圧させるエジェクタを採用してもよい。
(5) In the heat pump cycle of each of the above-described embodiments, the example in which the
(6)上述の各実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。通常のフロン系冷媒、炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル13が、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上とならない亜臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。
(6) In each of the above-described embodiments, the example in which carbon dioxide is employed as the refrigerant has been described, but the type of refrigerant is not limited to this. Ordinary fluorocarbon refrigerants, hydrocarbon refrigerants, and the like may be employed. Further, the
(7)上述の実施形態では、ヒートポンプ式給湯機10の給湯水を台所や風呂等に供給した例を説明したが、給湯水を用いて室内を暖房する暖房装置、床面を加熱する床暖房装置に給湯水を供給してもよい。
(7) In the above-described embodiment, the example in which the hot water of the heat pump type
11 貯湯タンク
11a 給湯水出口
12 水循環回路
12a 電動水ポンプ
13 ヒートポンプサイクル
14 圧縮機
15 水−冷媒熱交換器
15a 水通路
16 電気式膨張弁
17 蒸発器
20a 圧送能力制御手段
21 ヒートポンプ側制御装置
22 底部側水温センサ
23 入水温度センサ
S3 温度変化判定手段
S6 温度安定判定手段
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)、および、前記貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を前記水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ圧送する水圧送手段(12a)を有する水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
前記水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、
前記入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)を用いて、前記圧縮機(14)および前記減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、
前記水圧送手段(12a)の作動を制御する圧送能力制御手段(20a)と、
前記ヒートポンプサイクル(13)の起動前に前記検出入水温度(Twi)が、前記ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、前記起動前に判定する温度変化判定手段(S3)とを備え、
前記圧送能力制御手段(20a)は、前記温度変化状態であると判定された際に、前記起動前に前記水圧送手段(12a)を作動させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A compressor (14) that compresses and discharges refrigerant, a water-refrigerant heat exchanger (15) that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor (14) and hot water, and an outflow of the water-refrigerant heat exchanger (15) A variable pressure reducing means (16) for reducing the pressure of the refrigerant, and a heat pump cycle (13) having an evaporator (17) for evaporating the refrigerant decompressed by the pressure reducing means (16) by exchanging heat with outdoor air. ,
A hot water storage tank (11) for storing hot water heated by the water-refrigerant heat exchanger (15), and hot water flowing out from a hot water outlet (11a) of the hot water storage tank (11) are used as the water-refrigerant. A heat pump type water heater comprising a water circulation circuit (12) having a water pumping means (12a) for pumping to a water passage (15a) of a heat exchanger (15),
An incoming water temperature detecting means (23) for detecting a hot water temperature at the inlet side of the water passage (15a);
The operating state determination for determining at least one operating state of the compressor (14) and the pressure reducing means (16) using the detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23). Means (21);
A pumping capacity control means (20a) for controlling the operation of the water pumping means (12a);
Whether or not the detected incoming water temperature (Twi) before starting the heat pump cycle (13) is a temperature change state that can be changed more than a predetermined reference change amount immediately after starting the heat pump cycle (13), Temperature change determination means (S3) determined before the start-up,
The heat pump type hot water heater, wherein the pressure feeding capacity control means (20a) operates the water pressure feeding means (12a) before the start-up when it is determined that the temperature change state.
前記水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)を有し、前記貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を前記水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ流入させる水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
前記水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、
前記圧縮機(14)および前記減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、
前記ヒートポンプサイクル(13)の起動前に前記入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)が、前記ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、前記起動前に判定する温度変化判定手段(S3)と、
前記ヒートポンプサイクル(13)の運転中における前記検出入水温度(Twi)の単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となる温度安定状態へ移行したことを、前記運転中に判定する温度安定判定手段(S6)とを備え、
前記作動状態決定手段(21)は、前記温度変化状態であると判定された際に、前記作動状態を予め定めた基準作動状態に決定し、さらに、前記温度安定状態へ移行したことが判定された際に、前記作動状態を前記入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)を用いて決定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A compressor (14) that compresses and discharges refrigerant, a water-refrigerant heat exchanger (15) that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor (14) and hot water, and an outflow of the water-refrigerant heat exchanger (15) A variable pressure reducing means (16) for reducing the pressure of the refrigerant, and a heat pump cycle (13) having an evaporator (17) for evaporating the refrigerant decompressed by the pressure reducing means (16) by exchanging heat with outdoor air. ,
A hot water storage tank (11) for storing hot water heated by the water-refrigerant heat exchanger (15), and hot water flowing out from a hot water outlet (11a) of the hot water storage tank (11) A heat pump type hot water heater comprising a water circulation circuit (12) for flowing into the water passage (15a) of the refrigerant heat exchanger (15),
An incoming water temperature detecting means (23) for detecting a hot water temperature at the inlet side of the water passage (15a);
An operating state determining means (21) for determining an operating state of at least one of the compressor (14) and the pressure reducing means (16);
The detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23) before the start of the heat pump cycle (13) changes more than a predetermined reference change amount immediately after the start of the heat pump cycle (13). A temperature change determination means (S3) for determining whether or not the temperature change state is possible before the start-up,
Temperature at which during the operation it is determined that the amount of fluctuation per unit time of the detected incoming water temperature (Twi) during the operation of the heat pump cycle (13) has shifted to a temperature stable state where the fluctuation amount is not more than a predetermined reference fluctuation amount. Stability determination means (S6),
The operating state determining means (21) determines that the operating state is a predetermined reference operating state when it is determined that the temperature is changed, and further determines that the temperature has shifted to the stable temperature state. The heat pump hot water heater is characterized in that the operating state is determined using the detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23).
前記水−冷媒熱交換器(15)にて加熱された給湯水を貯える貯湯タンク(11)、および、前記貯湯タンク(11)の給湯水出口(11a)から流出した給湯水を前記水−冷媒熱交換器(15)の水通路(15a)へ流入させる水循環回路(12)とを備えるヒートポンプ式給湯機であって、
前記水通路(15a)入口側の給湯水温度を検出する入水温度検出手段(23)と、
前記給湯水出口(11a)近傍の給湯水温度を検出するタンク内水温度検出手段(22)と、
前記圧縮機(14)および前記減圧手段(16)のうち、少なくとも一方の作動状態を決定する作動状態決定手段(21)と、
前記ヒートポンプサイクル(13)の起動前に前記入水温度検出手段(23)により検出された検出入水温度(Twi)が、前記ヒートポンプサイクル(13)の起動直後に予め定めた基準変化量以上に変化しうる温度変化状態であるか否かを、前記起動前に判定する温度変化判定手段(S3)と、
前記ヒートポンプサイクル(13)の運転中における前記検出入水温度(Twi)の単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となる温度安定状態へ移行したことを、前記運転中に判定する温度安定判定手段(S6)とを備え、
前記作動状態決定手段(21)は、前記温度変化状態であると判定された際に、前記作動状態を前記タンク内水温度検出手段(22)により検出された検出タンク内水温度(Twb)を用いて決定し、さらに、前記温度安定状態へ移行したことが判定された際に、前記作動状態を前記検出入水温度(Twi)を用いて決定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A compressor (14) that compresses and discharges refrigerant, a water-refrigerant heat exchanger (15) that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor (14) and hot water, and an outflow of the water-refrigerant heat exchanger (15) A variable pressure reducing means (16) for reducing the pressure of the refrigerant, and a heat pump cycle (13) having an evaporator (17) for evaporating the refrigerant decompressed by the pressure reducing means (16) by exchanging heat with outdoor air. ,
A hot water storage tank (11) for storing hot water heated by the water-refrigerant heat exchanger (15), and hot water flowing out from a hot water outlet (11a) of the hot water storage tank (11) are used as the water-refrigerant. A heat pump water heater comprising a water circulation circuit (12) for flowing into the water passage (15a) of the heat exchanger (15),
An incoming water temperature detecting means (23) for detecting a hot water temperature at the inlet side of the water passage (15a);
A tank water temperature detecting means (22) for detecting a hot water temperature near the hot water outlet (11a);
An operating state determining means (21) for determining an operating state of at least one of the compressor (14) and the pressure reducing means (16);
The detected incoming water temperature (Twi) detected by the incoming water temperature detecting means (23) before the start of the heat pump cycle (13) changes more than a predetermined reference change amount immediately after the start of the heat pump cycle (13). A temperature change determination means (S3) for determining whether or not the temperature change state is possible before the start-up,
Temperature at which during the operation it is determined that the amount of fluctuation per unit time of the detected incoming water temperature (Twi) during the operation of the heat pump cycle (13) has shifted to a temperature stable state where the fluctuation amount is not more than a predetermined reference fluctuation amount. Stability determination means (S6),
The operating state determining means (21) determines the detected tank water temperature (Twb) detected by the tank water temperature detecting means (22) when the operating state is determined to be the temperature change state. The heat pump type hot water heater is characterized in that, when it is determined that the operation state is shifted to the temperature stable state, the operation state is determined using the detected incoming water temperature (Twi).
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