JP5476444B1

JP5476444B1 - 電気給湯器におけるヒートポンプユニットの電気制御方法

Info

Publication number: JP5476444B1
Application number: JP2012231568A
Authority: JP
Inventors: 村上輝明
Original assignee: 村上輝明
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: JP2014085023A

Abstract

【課題】既存のヒーター加熱式の給湯器の電気制御で容易にヒートポンプユニットを制御する方法を提供する。
【解決手段】貯湯タンク内の温度をヒーター加熱式給湯器の制御装置によって新たに取り付けるＨＰＵを運転させるための電気制御方法と構造であり、蓄電作用をさせて運転停止まで圧縮機が自己運転をするとか、通電が開始されたらヒートポンプユニットが単独で圧縮を開始し、低温水側サーミスタで検知された温度で停止を行う御方法と、貯湯タンク側から電気を供給されたらヒートポンプユニットの制御部に貯湯タンク内の湯温を常に低温水と判定する水側温度サーミスタに代えて純抵抗又は時定数の回路を有するヒーター加熱式給湯器に熱水供給するヒートポンプユニットの電気制御構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンクを備えたヒーター加熱式給湯器を容易にヒートポンプ式給湯器に変えることができるヒートポンプユニットの電気制御方法及びそのための電気制御構造に関するものである。

住宅等における給湯設備でヒートポンプ式電気給湯器が最近普及をしてきている。これは貯湯タンクにヒートポンプユニットで沸かせた湯を約90度程度の湯をタンクに貯湯する構造であり、電気的には貯湯タンク内とヒートポンプユニットにそれぞれ制御回路を有し、信号のやり取りを行いながら沸き上げ温度や湯量の決定を行っている。そのためには電源線の他に信号線を必要とし3本以上の渡り線が必要となっている。

今日では、従来からのヒーター加熱式の給湯器が一般に多く普及している。これは、貯湯タンク内または貯湯タンク外のケーシング内にヒーターを設けて、電源から供給される電気により水が温められる簡単な構造である。温水が貯湯タンク内で設定した温度まで上昇すると機械的温度センサー、又は電気的な温度サーミスタを、概ね給湯器の下部に設けて必要以上の水の温度上昇を防ぐため、ヒーターに電気の供給を止める仕組みとなっている。

一般に普及しているヒーター加熱式の給湯器が故障したとか、ほぼ２０年の耐用年数を
経過した場合や、電気料金が高い等の理由で給湯器全体を交換しなければならない事情が
発生する。その場合、大きな貯湯タンクを備えた給湯器全体を撤去する必要がある。しかし、給湯器の処分は容易ではない。その理由は大きな貯湯タンクがステンレス金属製であったり、ケーシングや付属品、配管類が鉄、プラスチック、保温材等の各種素材からなり、処分が容易にできないし、費用がかかるなどの難点があった。

一般に使用電気料金が高いヒーター加熱式の各種機器は、深夜料金中に稼動させるとか、
ヒートポンプ加熱器を追加することや時間帯によって使用電気料金を減らす努力が過去になされている。給湯器においても例えば特開2006-46773号に見られる。しかし、住宅における給湯設備としては貯湯タンク内にヒーター加熱のための設備に加え、ヒートポンプからの循環路や熱変換器を加えるなどコスト高となる問題点があった。

この改善策として、時間帯によって使用電気量を減らす努力がなされるほど、装置は複雑になり、さらに大きくなり、高価になり、制御も複雑になる。

さらに、ヒーター加熱電気給湯器は夜間電力のみを使用する契約の場合が大半であり市販されているヒートポンプ式給湯器に取り替えるには昼間の電力でも使用できるようにするためには電力計の取替など大掛かりの電気工事を必要とし、貯湯タンクにタンク内の湯温温度管理用の制御部や、ヒートポンプユニットの間に制御用通信線を設けヒートポンプユニットの状態を監視している。そのために給湯器全体の価格も高額である。

特開平2006-46773号公報

解決しようとする問題点は、既存のヒーター加熱式給湯器を容易にヒートポンプ式給湯器に変更するとき、既存のヒーター加熱式の電気的制御回路を撤去することなくヒートポンプ加熱式の電気制御を行う構造を提供する点である。

本発明は、すでにあるヒーター加熱方式ですでに使用されているヒーター加熱制御基盤
や、機械的センサーによる電気開閉器を撤去することなくヒートポンプ側の電源供給装置として使用することで、ヒートポンプ加熱器を追加するための新たな電源供給工事が不要となる。あらたに追加するヒートポンプ加熱器は貯湯タンク内の水温を検知する必要が無く、本来ヒートポンプ加熱器が貯湯タンク内の温度を測るための貯湯タンク側温度センサーや制御装置を設けず常に低温水と認識する設定又は、貯湯タンクからのヒートポンプユニットに引き込む低温水側にヒートポンプユニット本体に組み込まれたセンサーで水温検知とすることでヒーター加熱式給湯器の電源供給でヒートポンプの運転を行うことができる。

さらに、ヒートポンプへの往きの水温は温度検出器を温度センサーの代わりに純抵抗で置き換えることで高度な運転制御を行うことを必要としなくなり、制御基盤の縮小やコスト面でも効果が計れる。

本発明の制御方法は、貯湯タンクを備えたヒーター加熱式の給湯器を貯湯タンクの電気回路を撤去することなく、簡単にヒートポンプ加熱式にするときのヒートポンプ加熱器のコントロール部は貯湯タンクの水温検知をヒートポンプの往きの入水部で検知している温度サーミスタを約10Kオーム程度の純抵抗に置き換えることで水温を約１０度として認識させることで加熱器の運転を、ヒートポンプ加熱器へ行く水温度の値は常に低温水として認識させることで解決でき、コストの削減や取り付けの簡易化ができるという利点がある。

さらにヒートポンプユニット(ＨＰＵ)は制御回路を殆んど持たない旧来の圧縮機や冷媒を使用することはコスト面が大きく削減ができる。

ヒートポンプ式の過熱器は電気が通電されると運転を始め通電が終わると運転を停止する仕組みであるためヒートポンプ加熱器の停止時において機械の故障の回避のため電気が停止しても一定時間（５秒程度）の電気を蓄えておいてなだらかな停止が行えるようにする回路を持たせることが必要である。

上記電気の停止後数秒間の運転停止時間を設けることはヒートポンプユニットの圧縮機の負担を軽減することで故障の削減につながる。

本発明のヒートポンプのコントロール部で水温検知の温度を固定化にする方法は、貯湯タンクを備えたヒーター加熱式の給湯器に電気的又は機械的に改造を加えることなくヒーターに供給していた電源をヒートポンプの主電源とすることで簡単にヒートポンプ加熱器を電気的に取り付けができる点である。取り付けるアタッチメント構造は特願2011-283462で提供している通りである。これによって給湯器の使用電気量を約３分の１の使用量へと大幅に減らすことができる。また、ヒーターを貯湯タンク外に配置している加熱方式の場合もヒーターに接続している電源をヒートポンプ加熱器の電源として供給することで使用電力量を約３分の１の使用量へと大幅に減らすことが出来る。

図１は本発明のヒーター加熱式給湯器にヒートポンプ接続した態様の実施例を示した説明図である。図２はヒーター加熱給湯器の電気回路概要図である。図3はマイコン制御式ヒーター加熱電気給湯器の構造概要図である。図４はＨＰＵに電気給湯器の制御系を接続した構造詳細図である。図５はＨＰＵにマイコン制御式ヒーター加熱電気給湯器の制御系を接続した構造詳細図である。図６はヒートポンプの運転停止までのタイムラグを稼ぐ電気回路図である。図７はヒートポンプの運転停止までの蓄電と時間との相関関係を示すグラフである。図８は低温水側の温度検知用サーミスタを抵抗器に置き換えた図である。

本発明のヒーター加熱式給湯器に熱水供給するヒートポンプユニットの電気制御方法及びそのための電気制御構造の実施形態を図１〜図８によって詳細に示す。
図１は本発明を実施可能なヒーター加熱式給湯器にヒートポンプユニットＨＰＵ接続した様子を示している。ヒートポンプユニットＨＰＵにはヒートポンプHPがあり、熱変換装置HCを介してＨＰＵからへの高温水通過パイプＷＨから熱水が供給される。貯湯タンクＴは従来のヒーター加熱式給湯器のものである。ＷＬは貯湯タンクＴからＨＰＵへの低温水通過パイプである。
貯湯タンクＴ側には漏電ブレーカーA、ヒーター加熱式温水器の制御部Ｈ、過大温度上昇防止検出サーミスタG、電磁開閉器I が有る。図２はヒーター加熱給湯器の電気回路概要図である。また、図3はマイコン制御式ヒーター加熱電気給湯器の構造概要図である。
図４はＨＰＵに電気給湯器の配電を接続した図である。図５はＨＰＵにマイコン制御式ヒーター加熱電気給湯器の制御系を接続した構造詳細図である。

このような貯湯タンクの水の加熱に電気を用いたヒーター加熱式給湯器において、前記給湯器の電気制御を可能にする水の温度センサーと電気制御回路や電気回路のヒーターに給電する電気の通電と遮断する構造を使用してヒートポンプユニットの電源をヒーター加熱式給湯器と連動して入り切りする時、電源の供給が止まった後数秒間、蓄電作用をさせて運転停止まで圧縮機が自己運転をするようにして、ヒーター加熱式給湯器に熱水供給する。

図６はそのためのヒートポンプの運転停止までのタイムラグを稼ぐ電気回路図である。この図に見られるようにトランスを経て変圧された電気がヒートポンプ入り口水温検知器Ｋの代わりの抵抗器Ｒや抵抗器ＲＲ、コンデンサーＣＣ等によって、図７に示すヒートポンプの運転停止までの蓄電と時間との相関関係を示すグラフである。
ヒートポンプユニットの電気制御を通電が開始されたらヒートポンプユニットが単独で圧縮を開始し、低温水側サーミスタで検知された温度で停止を行うヒーター加熱式給湯器に熱水供給する方法も可能である。

ヒートポンプユニットは貯湯タンク内の湯温にかかわらず貯湯タンク側から電気を供給されたらヒートポンプユニットの制御部に貯湯タンク内の湯温を常に低温水と判定する水側温度サーミスタに代えて純抵抗又は時定数の回路を有する構造とすることもできる。図８はそのために低温水側の温度検知用サーミスタを抵抗器に置き換えた図である。

貯湯タンク側の制御基盤と、ヒートポンプユニットの間において信号線を電源線のみとしてヒートポンプユニットを運転させる、ヒーター加熱式給湯器に熱水供給するヒートポンプユニットの電気制御構造も可能である。

ヒーター加熱式の給湯器を容易にヒートポンプ式給湯器に換えるという目的を、貯湯タンク付属の制御回路をそのまま活用しヒートポンプ加熱器の水温度の値を常に低温水として固定化させることでヒーター加熱器の制御基盤の変更や電力会社からの電力供給形態を行わずに省資源化が実現している。
ヒートポンプユニットＨＰＵはヒートポンプＨＰに熱変換装置ＨＣを備えた従来公知のものを使用でき、本発明の主体はＨＰＵをヒーター加熱式と合体させるときの電気的制御方法と構造を簡単に可能としたことにあるので、ＨＰＵの詳細な説明は省略する。

ＨＰＵヒートポンプユニット
HP ヒートポンプ
HC 熱変換装置
Ｔ貯湯タンク
A 漏電ブレーカー
Ｈヒーター加熱式温水器の制御部
G 過大温度上昇防止検出サーミスタ貯湯タンク中間温度サーミスタ
I 電磁開閉器
C ヒーターユニット
ＭＣヒートポンプユニットのマイコン基盤
Ｋヒートポンプ入り口水温検知器
ＷＨＨＰＵから貯湯タンクへの高温水通過パイプ
ＷＬ貯湯タンクからＨＰＵへの低温水通過パイプ
ｈ時間軸
ｌ回転軸
ＲＫの代わりの抵抗器
ＲＲ抵抗器
ＣＣコンデンサー

Claims

貯湯タンクの水の加熱に電気を用いたヒーター加熱式の給湯器をヒートポンプ式給湯器に換えるために、ヒーターを撤去して代わりに高温水の通過パイプと低温水の通過パイプとを共に貯湯タンクの下側に設けてヒーターがあったタンクの下側部分に接続し、貯湯タンクとヒートポンプユニットとの間の配線を電源線のみとして、水の温度センサーと電気制御回路のヒーターに給電していた電気の通電および遮断を行う構造を使用してヒートポンプユニットの電源を入り切りするヒートポンプユニットの電気制御方法。