JP5498130B2 - ヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の沸き上げ設定温度決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式加熱手段によって沸き上げた湯水を用いて給湯用の貯湯および暖房の熱源として用いるヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の沸き上げ設定温度決定方法に関するものである。

従来よりこの種のヒートポンプ貯湯式給湯装置においては、電力料金単価の安い深夜時間帯に給湯分の熱量と暖房分の熱量をヒートポンプ式加熱手段によって沸き上げて貯湯タンク内に蓄熱し、貯湯タンク内の蓄熱量が不足すると昼間時間帯であってもヒートポンプ式加熱手段を稼働して不足分の熱量を沸き増して貯湯タンク内に蓄熱するようにしているものであった。

そして、昼間の沸き増しがあった場合は、次の深夜時間帯で沸き上げる湯水の沸き上げ設定温度を上げて深夜時間帯での蓄熱量を増加して、昼間時間帯での沸き増し運転を行わせないようにしているものであった。

特開２００３−１４３０３号公報

ところでこの従来のものでは、暖房運転を２４時間以上連続して長時間行うような場合、深夜時間帯の間はヒートポンプ式加熱手段によって沸き上げ運転を行い、貯湯と暖房を行うが、深夜時間帯での蓄熱量では熱量が不足した場合は、昼間時間帯に不足分を沸き増し運転で補うようにしている。

そして、昼間時間帯に沸き増し運転を行ったことによって次の深夜時間帯での沸き上げ設定温度を上げると、図３に示すように、深夜時間帯の終了時刻での沸き上げ目標蓄熱量は沸き上げ目標蓄熱量Ａから沸き上げ目標蓄熱量Ｂに増加するものの、ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力は変わらないために、蓄熱量は変わらずに沸き上げた湯の容量が減るにも関わらず蓄熱量が変わっていないため昼間時間帯での沸き増し運転時間の減少に繋がらない。

さらには、沸き上げ設定温度が上がった分だけヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（加熱効率）が悪化するため、電気使用量が増加し、ランニングコストが悪化するものであった。

湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクの側面上下に複数設けられた貯湯温度センサと、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として暖房運転を行う暖房回路とを備え、深夜時間帯に前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げ設定温度に沸き上げ、昼間時間帯に前記貯湯タンク内の蓄熱量が不足すると前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き増すようにし、深夜時間帯においては前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を暖房に用い、昼間時間帯においては深夜時間帯に沸き上げた湯水でできる限り給湯と暖房を賄うようにし、貯湯熱量が足りなくなると判断した時点で昼間時間帯の電力を用いて前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を暖房に用いるようにしたものにおいて、深夜時間帯の終了時刻に前記貯湯温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯タンク内に前記沸き上げ設定温度の湯を満タンに沸き上げられたかどうかを判断して前記貯湯タンク内が略満タン状態となっていない場合は、次回の沸き上げ設定温度を低下させ、昼間時間帯の沸き増し運転の時間が所定時間以上の場合は、次回の沸き上げ設定温度を上昇させるようにした。

このように本発明によれば、２４時間連続暖房運転を行っている場合であっても、不用意に沸き上げ設定温度が高い温度に設定されることがなく、適切な沸き上げ設定温度が設定され、ＣＯＰの高い効率の良い沸き上げ運転を行えると共に、ランニングコストを低下することができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の概略構成図。 同一実施形態の沸き上げ設定温度の決定方法を示すフローチャート図。 従来および本発明の作動を説明するためのタイムチャート図。

本発明のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の一実施形態を図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は貯湯タンク１の下部に接続された給水管、３は貯湯タンク１の上部に接続された給湯管、４は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、５は貯湯タンク１下部とヒートポンプ式加熱手段４と貯湯タンク１上部とを貯湯タンク１内の湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路、６はヒーポン循環回路５途中に設けられたヒーポン循環ポンプである。また、図示しないが給湯管３から分岐して浴槽への湯張り回路が設けられている。

前記ヒートポンプ式加熱手段４は、冷媒を圧縮する圧縮機７、高温高圧の冷媒から貯湯タンク１の湯水へ放熱する水熱交換器８、冷媒を減圧する膨張弁９、低温低圧の冷媒を空気との熱交換で蒸発させる空気熱交換器１０を環状に接続して構成されている。

次に、１１は貯湯タンク１内の湯水で２次側の暖房用循環液を加熱するための暖房熱交換器、１２は前記貯湯タンク１内の湯水を暖房熱交換器１１へ循環させるための蓄暖回路、１３は蓄暖回路１２途中に設けられた１次側暖房ポンプ、１４は温水式床暖房パネル等の温水暖房端末器、１５は暖房熱交換器１１の２次側と温水暖房端末器１４とを暖房用循環液が循環可能に接続する２次側循環回路、１６は２次側循環回路途中に設けられた２次側暖房ポンプで、これらで暖房回路を構成している。

１７は貯湯タンク１の側面上下に複数設けられた貯湯温度センサ、１８は各センサの出力に基づいて所定の演算を行い機器の運転を制御する制御装置で、前記貯湯温度センサ１７の検出温度と予め与えられている容量情報との組合せによって貯湯タンク１内の貯湯蓄熱量あるいは貯湯量を検出するようにしているものである。

次に、この一実施形態の作動について説明する。
深夜時間帯になると翌朝までの間にヒートポンプ式加熱手段４とヒーポン循環ポンプ６を運転し、貯湯タンク１の下部から取り出した低温の湯水を水熱交換器８で所定の高温になるように加熱して貯湯タンク１の上部へ戻すようにして翌日の給湯、暖房の予測負荷量に応じた熱量分だけ沸き上げる沸き上げ運転を行う。

そして、給湯管３の終端に設けられている蛇口が開かれると、貯湯タンク１下部の給水管２から市水が貯湯タンク１内に給水され、貯湯タンク１上部の給湯管３から高温の湯水が給湯される。

次に、暖房の運転について説明すると、昼間時間帯の開始直後等の貯湯タンク１内に暖房用の熱量が多量に確保されている場合においては、暖房要求があると、１次側循環ポンプ１３と２次側循環ポンプ１６を駆動して、貯湯タンク１内上部の高温水を暖房熱交換器１１の１次側へ循環させ、２次側へ放熱して貯湯タンク１の下部へ蓄暖回路１２を介して戻される一方、２次側においては、暖房熱交換器１１で加熱された温水が温水暖房端末器１４へ循環して被暖房空間で放熱した後、再度暖房熱交換器１１へ戻って加熱されることで暖房運転を行う。このように深夜時間帯に沸き上げられて貯湯タンク１内に貯められている湯水の熱量のみを用いて暖房を行う運転を蓄暖運転と称する。

そして、蓄暖運転および給湯運転によって貯湯タンク１内の熱量が減った状態で暖房要求があると、１次側循環ポンプ１３と２次側循環ポンプ１６を駆動して、貯湯タンク１内上部の高温水を暖房熱交換器１１の１次側へ循環させ、２次側へ放熱して貯湯タンク１の下部へ蓄暖回路１２を介して戻される一方、２次側においては、暖房熱交換器１１で加熱された温水が温水暖房端末器１４へ循環して被暖房空間で放熱した後、再度暖房熱交換器１１へ戻って加熱されることで暖房運転を行うと同時に、昼間時間帯であってもヒートポンプ式加熱手段４とヒーポン循環ポンプ６を運転し、貯湯タンク１の下部から取り出した低温の湯水を水熱交換器８で所定の高温になるように加熱して貯湯タンク１の上部へ戻すようにして沸き上げ運転を行う。これにより、ヒートポンプ式加熱手段４で加熱貯湯された高温水をすぐに暖房用に用いることができ、貯湯タンク１内の貯湯熱量が少ない場合においても暖房運転を行うことができる。ここで、ヒートポンプ式加熱手段４は、安定時の暖房負荷よりも大きな加熱能力のものが選定されるもので、暖房運転を行いながらも貯湯熱量を増加させることを可能としている。このように蓄暖運転と同時に沸き上げ運転を行う運転を貯湯蓄暖運転と称する。

本発明においては、暖房運転は２４時間連続運転またはそれに近い運転で行うものとしており、電力単価の安価な深夜時間帯においてはヒートポンプ式加熱手段４で加熱した温水を暖房に用い、昼間時間帯においては深夜時間帯に沸き上げた温水でできる限り給湯と暖房を賄うようにし、貯湯熱量が足りなくなると判断した時点で昼間時間帯の電力を用いてヒートポンプ式加熱手段４で加熱した温水を暖房に用いるようにしたものである。

ここで、制御装置１８は貯湯タンク１内の貯湯熱量に基づいて前記蓄暖運転と前記貯湯蓄暖運転とを切り換えるようにしているもので、図２に基づいて説明すると、貯湯蓄暖運転状態から蓄暖運転状態への切り換え条件は、暖房熱源として利用可能な第１所定温度Ｔｄ（例えば６０℃）以上の貯湯熱量Ｑｄが第１所定量Ｑ１以上ある場合は、ヒートポンプ式加熱手段４とヒーポン循環ポンプ６を運転停止して貯湯蓄暖運転から蓄暖運転へ切り換える。

次に、ヒートポンプ式加熱手段４で沸き上げる沸き上げ設定温度の決定方法について図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、沸き上げ設定温度は６５℃〜９０℃の範囲で５℃刻みの複数段階用意されているものである。

まず、深夜時間帯の開始時刻になると前記制御装置１８は沸き上げ設定温度の決定プログラムを起動する。この沸き上げ設定温度の決定プログラムでは、まず、前日の深夜時間帯の終了時刻までに貯湯タンク１内に沸き上げ設定温度の湯を満タンに沸き上げられたかどうかを判断する（ステップ１）。満タンにできなかった場合は（ステップ１でＮｏ）、沸き上げ設定温度を前日のそれより一段階下降させる（ステップ２）。

前記ステップ１で深夜時間帯の終了時刻までに貯湯タンク１内に沸き上げ設定温度の湯を満タンに沸き上げられていた場合は（ステップ１でＹｅｓ）、次のステップ３で前日の昼間時間帯に貯湯タンク１内の熱量が不足して、不足分を補うためにヒートポンプ式加熱手段４で沸き上げ設定温度の湯を沸かす沸き増し運転を行ったかどうかを判断する。沸き増し運転を行っていない場合は（ステップ３でＮｏ）、沸き上げ設定温度を前日のそれより一段階下降させる（ステップ２）。

前記ステップ３で昼間時間帯に沸き増し運転を行っていた場合は（ステップ３でＹｅｓ）、沸き増し運転を行った時間が予め定められた所定時間以上かどうかを判断する（ステップ４）。沸き増し運転の時間が所定時間以上であった場合は（ステップ４でＹｅｓ）、沸き上げ設定温度を前日のそれより一段階上昇させ（ステップ５）、また、沸き増し運転の時間が所定時間未満であった場合は（ステップ４でＮｏ）、前日の沸き上げ設定温度を維持するようにしている（ステップ６）。

このように、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を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熱源として暖房運転を行う暖房回路と、深夜時間帯に前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げ、昼間時間帯に前記貯湯タンク内の蓄熱量が不足すると前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き増すようにしたものにおいて、深夜時間帯の終了時刻に前記貯湯タンク内が略満タン状態となっていない場合は、次回の沸き上げ設定温度を低下させ、昼間時間帯の沸き増し運転の時間が所定時間以上の場合は、次回の沸き上げ設定温度を上昇させるようにしたので、２４時間連続暖房運転を行っている場合であっても、不用意に沸き上げ設定温度が高い温度に設定されることがなく、適切な沸き上げ設定温度が設定され、ＣＯＰの高い効率の良い沸き上げ運転を行えると共に、ランニングコストを低下することができる。

１ 貯湯タンク
４ ヒートポンプ式加熱手段
１５ 暖房回路

Claims (1)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクの側面上下に複数設けられた貯湯温度センサと、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として暖房運転を行う暖房回路とを備え、深夜時間帯に前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げ設定温度に沸き上げ、昼間時間帯に前記貯湯タンク内の蓄熱量が不足すると前記ヒートポンプ式加熱手段を稼働して前記貯湯タンク内の湯水を沸き増すようにし、深夜時間帯においては前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を暖房に用い、昼間時間帯においては深夜時間帯に沸き上げた湯水でできる限り給湯と暖房を賄うようにし、貯湯熱量が足りなくなると判断した時点で昼間時間帯の電力を用いて前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を暖房に用いるようにしたものにおいて、深夜時間帯の終了時刻に前記貯湯温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯タンク内に前記沸き上げ設定温度の湯を満タンに沸き上げられたかどうかを判断して前記貯湯タンク内が略満タン状態となっていない場合は、次回の沸き上げ設定温度を低下させ、昼間時間帯の沸き増し運転の時間が所定時間以上の場合は、次回の沸き上げ設定温度を上昇させるようにしたことを特徴とするヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の沸き上げ設定温度決定方法。

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