JP5272675B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプサイクルを利用して湯を沸かす貯湯式給湯機に関するものである。

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水を沸き上げて貯湯し、この貯湯タンクに貯湯し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なわれている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、ピークシフト制御では、特定時間帯の開始時点での貯湯タンクの残熱量、給水温度、沸上温度などから必要熱量を求め、この必要熱量とヒートポンプユニットの沸上出力とから所要通電時間を求め、この所要通電時間と特定時間帯の時間とから沸上開始移動時間つまりピークシフト時間を求めるプログラムが使用されており、特定時間帯の開始時点からピークシフト時間経過した時点で沸き上げを開始している。また、貯湯タンク内の湯水の沸き上げにヒートポンプユニットを使用した貯湯式給湯機がある（例えば、特許文献２参照）。この貯湯式給湯機では、沸き上げしていない期間、ヒートポンプユニットの電源を遮断し、その待機電力を下げ効率を向上させている。
特開昭５８−７５６６２号公報 特開２００６−１０２３６号公報

しかしながら、特許文献２にはヒートポンプユニットの電源を遮断した際の凍結防止運転のための、外気温の取得方法について記載されているが、沸き上げ制御、ピークシフト演算、給湯制御に関連する入水温、給水温の検出方法について記載されていない。本発明は、このような点に鑑みなされたもので、待機電力の削減と沸き上げ制御、ピークシフト演算、給湯制御に関連する入水温、給水温を同一の検出手段での検出できる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、電源供給手段を設け、沸き上げ停止中は加熱手段の電源を切りにし、ピークシフト演算時、または定期的に、電源供給手段を入りにし、沸き上げポンプを一定期間駆動し、入水温検知手段で入水温と給水温を検出するものである。これによって、貯湯タンク下部の水が沸き上げ配管内を循環し、配管の温度を検出することで貯湯タンク下部の給水温度が検出できピークシフト演算や給湯制御に利用できる。

本発明の貯湯式給湯機は、沸き上げ停止中は加熱制御手段への電源供給を停止するので、沸き上げ停止中の待機電力を削減でき、かつ、ピークシフト演算時、給湯制御時には最新の給水温度に更新できるので、より正確なピークシフト演算と給湯制御を行なうことが出来る。

本発明は、沸き上げ時に前記電源供給手段を入りにし、待機時に電源供給手段を切りにすると共に、ピークシフト演算の起点時刻、または、定期的に前記電源供給手段を一定時間入りにし、沸き上げポンプを駆動し入水温検出手段で検出した入水温を更新する構成となっている。これにより、沸き上げ停止中であっても、ピークシフト演算時、または定期的に、電源供給手段が入りとなり、貯湯タンク下部の水が沸き上げ配管内を循環し、配管の温度を検出することで貯湯タンク下部の給水温度が検出できピークシフト演算や、給湯制御に利用できる。したがって、沸き上げ停止中は加熱制御手段への電源供給を停止するので、沸き上げ停止中の待機電力を削減でき、かつ、ピークシフト演算時や給湯制御時には最新の入水温に更新できるので、より正確なピークシフトを行なうことが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯機の構成図である。この貯湯式給湯機は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、貯湯タンク１の上部には出湯管２を、貯湯タンク１の下部には給水管３を有している。貯湯タンク１の下部と上部とは、沸き上げ配管４によって連通され、貯湯タンク１下部の水は、沸き上げポンプ５によって加熱手段６に導かれ、その加熱手段６によって加熱されて湯となり、貯湯タンク１上部に導かれる。加熱手段６は、圧縮機、蒸発器、及び膨張弁の部品によりヒートポンプサイクルを構成している。

沸き上げ配管４の加熱手段６側接続部近傍には入水側に入水温検知手段７、出湯側に出湯温検知手段１６が配置され、加熱手段６への入水温、出湯温を検出するように構成している。加熱手段６を構成する熱源ユニット１２には、周囲の温度を検出する外気温検出手段１７が配置されている。加熱制御手段８は入水温検知手段７の入水温信号と出湯温検知手段１６の出湯温信号、外気温検出手段１７の外気温、そして、貯湯制御手段９から通信手段１０を経由し受信される通信データに基づき、加熱手段６を制御する。

また、加熱制御手段８は、通信手段１０を経由し貯湯制御手段９へ入水温と沸き上げポンプ５の流量指示を行う。貯湯制御手段９は、加熱制御手段８から通信手段１０を経由し受信した入水温を入水温記憶手段１５に記憶する。貯湯タンク１には、貯湯温検出手段１１が上下方向に複数個配置され貯湯タンク１の残熱温度を検知する。電源供給手段１４は、貯湯制御手段９からの信号で加熱制御手段８の電源供給を入り・切りする。貯湯タンク１を内蔵する貯湯ユニット１３は設置現場の状況により屋内または屋外に設置されるが、ヒートポンプサイクルは大気熱を利用した加熱であるので、加熱手段６を内蔵した熱源ユニット１２は屋外に設置される。

以上のように構成された貯湯式給湯機について、以下その動作、作用について説明する。貯湯制御手段９は、記憶した入水温と、貯湯温検出手段１１で検出した残熱温度と、日々の使用熱量や残熱量から深夜時間帯に沸き上げる沸き上げ熱量とピークシフト時刻を演算して沸き上げ開始と停止の指示を行うと共に、昼間時間帯に貯湯温検出手段１１で検出する貯湯タンク１の残熱量が所定量を下回ると所定の沸き上げ指示を行う。そして、貯湯制御手段９は必要に応じて電源供給手段１４を作動させ加熱制御手段８の電源を入り・切りし、沸き上げを行う場合は電源供給手段１４を入り側にし、加熱制御手段８へ電源を供給して沸き上げを行う。沸き上げ停止後は電源供給手段１４を切り側にし加熱制御手段８への電源供給を停止する。

さらに、深夜時間帯開始時、または、定期的に電源供給手段１４を作動させ加熱制御手
段８の電源を入りにし、入水温が貯湯タンク１の下部の温度と等しくなるまでの一定期間、例えば２，３分程度、沸き上げポンプ５を作動させ加熱制御手段８からから入水温を受信し、入水温記憶手段１５に記憶させ、入水温を更新し、その後電源供給手段１４を切りにし加熱制御手段８の電源を切りにする。深夜時間帯開始時には、更新後ピークシフト演算を行いピークシフト時刻を決定し、ピークシフト時刻になるまで電源供給手段１４を切りにする。

これにより、深夜開始時には最新の入水温が検出できピークシフト時間をより正確に計算できる。また、定期的に入水温が更新されるため出湯管２と給水管３からの湯水を混合する際に（図示せず）制御性が良好となり安定したお湯を給湯できる。そして、待機時には、加熱制御手段８で消費される待機電力を削減できる。加熱制御手段８の待機時の消費電力は２Ｗ程度あるので、待機時間が１日あたり１６時間あるとすると、一日３２ＷＨ削減することができる。一日トータルのＣＯＰは加熱に用いた電力と停止時の電力を加算したものと、沸き上げ熱量の比から計算されるので、待機電力削減によりＣＯＰを向上することができる。

以上のように本実施形態によれば、貯湯ユニット側に貯湯タンク下部の貯湯温手段を設けなくても、熱源ユニット側の入水温検知手段で入水温を検出できると共に、沸き上げ停止後は電源供給切替手段１４を切り側にし加熱制御手段８への電源供給を停止するので、加熱制御手段８で消費される待機電力を削減できる。
なお、本実施形態では沸き上げポンプ５を貯湯ユニット１３側の構成しているが、熱源ユニット１２側に構成しても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の形態における貯湯式給湯機の構成図である。実施の形態１同じ構成には、同一番号を付与している。本実施形態では、入水温検知手段７ａを沸き上げ配管４の貯湯タンク１の下部側接続部近傍に設け、入水温記憶手段１５ａは、貯湯制御手段９が沸き上げポンプ５を一定期間駆動したときのみ入水温検知手段７ａから直接記憶すると共に、沸き上げ時は、入水温を通信手段１０を介して過熱制御手段８に送信する構成となっている。

以上のように構成された貯湯式給湯機について、以下その動作、作用について説明する。実施の形態１の時と異なり、沸き上げ運転時以外には、貯湯制御手段９は電源供給手段１４を切り側にし加熱制御手段８の電源を遮断し、深夜時間帯開始時、または、定期的に沸き上げポンプ５を駆動することで入水温検知手段７ａの信号を入水温記憶手段１５に記憶させ、入水温を更新できる。また、沸き上げ時には、入水温を貯湯制御手段８に送信でき沸き上げ制御に使用できる。これにより、沸き上げ時以外は過熱制御手段８への通電が不要となりより待機電力が減らせると共に、電源供給手段１４の動作回数を減らすことができ信頼性が向上する。

以上のように、本発明の貯湯式給湯機は、ヒートポンプサイクルを利用した貯湯式給湯機に有用である。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 本発明の実施の形態２における貯湯式給湯機の構成図

符号の説明

１ 貯湯タンク
５ 沸き上げポンプ
６ 加熱手段
７、７ａ 入水温検知手段
８ 加熱制御手段
９ 貯湯制御手段
１１ 貯湯温検出手段
１４ 電源供給手段
１５、１５ａ 入水温記憶手段

Claims (2)

1. 貯湯タンクの水をヒートポンプサイクルで加熱して沸き上げる加熱手段を制御する加熱制御手段と、
   前記加熱制御手段への電源供給を入り・切りする電源供給手段と、
   前記加熱手段の入口側配管の水温を検出する入水温検出手段と、
   前記入水温を記憶する入水温記憶手段と、
   前記貯湯タンクに複数設けられ貯湯温水の温度を検出する貯湯温検出手段と、
   前記入水温記憶手段で記憶した入水温と前記貯湯温検出手段で検出した貯湯温に基づいて沸き上げを開始するピークシフト時刻を算出する貯湯制御手段とを備え、
   前記貯湯制御手段は、沸き上げ時に前記電源供給手段を入りにし、待機時に前記電源供給手段を切りにすると共に、ピークシフト時刻を算出する起点時刻に、前記電源供給手段を一定時間入りにして前記入水温検出手段の検出値を更新し、
   前記入水温検出手段は貯湯タンク側に配設され、前記加熱制御手段は、前記電源供給手段が入りの時、前記貯湯制御手段と制御情報を交換して前記入水温検出手段からの入水温を取得し、沸き上げ制御を行なうことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記貯湯制御手段は、前記電源供給手段を定期的に一定時間入りにして前記入水温検出手段の検出値を更新することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。

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