JP6301847B2

JP6301847B2 - ヒートポンプ式給湯装置

Info

Publication number: JP6301847B2
Application number: JP2015013683A
Authority: JP
Inventors: 慶介伊丹; 基阿部
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-01-27
Also published as: JP2016138702A

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置の除霜運転に関するものである。

従来よりこの種のヒートポンプ式給湯装置においては、特許文献１に開示されているように、深夜時間帯の除霜運転時に圧縮機の運転周波数を低下させて、深夜時間帯での騒音値を低減するようにしたものが知られていた。

特開平１０−１４８４２７号公報

ところが、この従来のものでは、除霜運転中の圧縮機の周波数を低下させることにより除霜能力が低下して除霜時間の長期化を招く。そのため、沸き上げ運転の時間が減少し、深夜時間帯の終了時までに必要量を沸き上げ切れない恐れがあった。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部に接続された加熱往き管と前記貯湯タンク上部に接続された加熱戻り管とからなる加熱循環回路と、前記加熱循環回路途中に設けられた加熱循環ポンプと、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒が一次側に流れ、二次側に前記加熱循環回路の水が流れる水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段と、前記減圧膨張手段からの冷媒が流れる空気熱交換器と、前記空気熱交換器の除霜開始条件を満たすか否かを検知する除霜開始条件検知手段と、前記空気熱交換器の除霜終了条件を満たすか否かを検知する除霜終了条件検知手段と、前記除霜開始条件検知手段が除霜開始条件を満たしたことを検知すると、前記圧縮機からの冷媒を減圧膨張させずに前記空気熱交換器へ流す除霜運転を開始し、前記除霜終了条件検知手段が除霜終了条件を満たしたことを検知すると、前記除霜運転を終了する除霜制御手段とを備え、前記除霜制御手段は、予め設定された静音時間帯では、前記除霜開始条件を除霜開始しやすい方向へ変更すると共に、前記除霜運転時の前記圧縮機の運転周波数を前記静音時間帯外の除霜運転時の前記圧縮機の運転周波数よりも低下させるようにした。

また、前記除霜制御手段は、前記静音時間帯とそれ以外の時間帯における前記除霜終了条件を同一とした。

本発明によれば、静音時間帯における除霜運転時の圧縮機運転周波数を抑えることで、静音化を図ると同時に、着霜量が少ない状態から除霜運転を開始するようにしたので、除霜運転時間の長期化を抑制することができ、沸き上げ運転中の除霜運転の割り込みによる沸き上げ運転の時間減少に伴う沸き上げ量不足を解消することができる。

また、除霜終了条件は静音時間帯の内外問わず同一としているため、静音時間帯であっても空気熱交換器での霜の溶け残りを防止して、確実な除霜運転を完遂することができ、霜の溶け残りによるヒートポンプの加熱能力の低下に伴う沸き上げ量不足を解消することができる。

本発明の一実施形態の概略システム構成図同一実施形態の制御ブロック図同一実施形態の作動を説明するためのフローチャート

次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ給湯装置を図面に基づいて説明する。
１は冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、２は一次側を流れる圧縮された高温高圧の冷媒と二次側を流れる湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器、３は水冷媒熱交換器２で放熱した冷媒を減圧膨張する減圧膨張手段としての電子膨張弁、４は低温低圧の冷媒を蒸発させる空気熱交換器、５は空気熱交換器４に外気を送風する送風手段、６は圧縮機１、水冷媒熱交換器２、電子膨張弁３、空気熱交換器４を冷媒配管７で環状に接続したヒートポンプ回路である。

８は給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンク、９は貯湯タンク８下部に接続された給水管、１０は貯湯タンク８上部に接続された出湯管、１１は、貯湯タンク８下部と水冷媒熱交換器２の入口側を接続する加熱往き管１２と、水冷媒熱交換器２の出口側と貯湯タンク８上部を接続する加熱戻り管１３とで構成される加熱循環回路、１４は加熱往き管１２途中に設けられ貯湯タンク８下部から取り出した湯水を水冷媒熱交換器２へ循環させ貯湯タンク８上部へ戻す加熱循環ポンプである。

１５は空気熱交換器４から流出した冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ、１６は送風手段５の送風経路に設けられて外気温度を検出する外気温度センサ、１７は水冷媒熱交換器２に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、１８は水冷媒熱交換器２から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、１９は貯湯タンク８の側面上下に複数設けられ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。

２０は、蒸発温度センサ１５、外気温度センサ１６、入水温度センサ１７、沸き上げ温度センサ１８、貯湯温度センサ１９の検出値が入力され、圧縮機１、電子膨張弁３、送風手段５、加熱循環ポンプ１４の作動を制御して貯湯タンク８内の湯水を沸き上げ目標温度に加熱する沸き上げ運転を行わせると共に、図示しないリモコンと通信可能に接続された制御部である。この制御部２０は、予め給湯装置の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

ここで、制御部２０は、深夜時間帯に翌日に使う湯の全部または大部分を沸き上げる沸き上げ運転を行うように給湯装置を制御するもので、前日までの複数日分の給湯量等から翌日の予測給湯量を算出し、この予測給湯量を深夜時間帯の終了時刻ごろに沸き上げ完了すべく、ヒートポンプ回路６の加熱能力、沸き上げ目標温度、給水温度、貯湯タンク８内の残熱量から沸き上げ開始時刻を算出し、現在時刻が沸き上げ開始時刻となると、沸き上げ運転を開始するよう給湯装置を制御する。

次に、制御部２０の制御ブロックについて図２に基づいて説明すると、２１は空気熱交換器４の除霜開始条件を満たすか否かを検知する除霜開始条件検知手段、２２は空気熱交換器４の除霜終了条件を満たすか否かを検知する除霜終了条件検知手段、２３は除霜開始条件検知手段２１が除霜開始条件を満たしたことを検知すると、圧縮機１からの冷媒を減圧膨張させずに空気熱交換器４へ流す除霜運転を開始し、除霜終了条件検知手段２２が除霜終了条件を満たしたことを検知すると、除霜運転を終了する除霜制御手段、２４は運転音を軽減させる時間帯である静音時間帯を予め設定する静音時間帯設定手段である。

ここでは、除霜開始条件検知手段２１は蒸発温度センサ１５の検知出力と沸き上げ動作の開始からの経過時間とに基づいて除霜開始条件が成立したか否かを検知し、蒸発温度センサ１５が検出する温度が所定の除霜開始温度（空気熱交換器４に一定量以上の霜が付着していると見なせる温度）以下かつ沸き上げ動作の開始から所定時間以上経過していることを条件に除霜開始条件が成立したことを検知するようにしている。

ここで、所定の除霜開始温度は、静音時間帯内外で異なる値としており、静音時間帯外では第１の値、例えば−８℃、静音時間帯内では第１の値よりも除霜開始しやすい温度である第２の値、例えば−６℃としている。

また、除霜終了条件検知手段２２は蒸発温度センサ１５の検知出力と除霜運転の開始からの経過時間とに基づいて除霜終了条件が成立したか否かを検知し、蒸発温度センサ１５が検出する温度が所定の除霜終了温度（霜が十分に溶けたと見なせる温度、例えば１０℃）以上かまたは除霜運転の開始からの経過時間が制限時間以上経過していることを条件に除霜終了条件が成立したことを検知するようにしている。

静音時間帯設定手段２４は、静音化が必要な静音時間帯として深夜時間帯と一致する２３時〜７時が予め設定されているが、静音時間帯と深夜時間帯とが完全に一致したもののみに限らず、ユーザーや設置業者等がリモコンにてヒートポンプ式給湯装置の沸き上げ時間帯として設定する電力会社の料金体系に応じた深夜時間帯に関連づけた時間帯を静音時間帯として設定するようにしてもよく、例えば２２時〜８時が深夜時間帯である場合に、２４時〜６時を静音時間帯として設定するようにしてもよい。

次に、除霜運転時の作動について、図３に示すフローチャートに基づいて説明すると、除霜制御手段２３は、現在時刻が静音時間帯設定手段２４で設定された静音時間帯内であるか否かを判定する。ここでは静音時間帯として深夜時間帯を設定しているため、現在時刻が深夜時間帯であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

現在時刻が深夜時間帯外であると（ステップＳ１でＮｏ）、除霜開始条件検知手段２１は、除霜開始条件の一つを構成する除霜開始温度を第１の値（ここでは−８℃）とし、蒸発温度センサ１５の検知出力と沸き上げ動作の開始からの経過時間とに基づいて除霜開始条件が成立したか否かを検知するようにしている。

沸き上げ動作の開始からの経過時間が３０分間を超え、かつ蒸発温度センサ１５の検知温度が除霜開始温度である−８℃を下回ると（ステップＳ２でＹｅｓ）、除霜開始条件検知手段２１は除霜開始条件が成立したと検知し、除霜制御手段２３は、電子膨張弁３を弁開度全開に開き、送風手段５を停止すると共に、圧縮機１を所定の第１周波数（ここでは７０Ｈｚ）で駆動する除霜運転を開始する（ステップＳ３）。

続くステップＳ４において、除霜終了条件検知手段２２は、除霜運転の開始からの経過時間が所定の制限時間（例えば３０分間）以上経過したか、蒸発温度センサ１５の検知出力が所定の除霜終了温度（ここでは１０℃）を上回ると（ステップＳ４でＹｅｓ）、除霜運転の終了条件が成立したと検知し、圧縮機１の周波数と電子膨張弁３の開度を除霜運転開始前の状態に戻すと共に、送風手段５の駆動を再開し、除霜運転前の沸き上げ運転に復帰して除霜運転を終了する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ１において、現在時刻が深夜時間帯内であると（ステップＳ１でＹｅｓ）、除霜開始条件検知手段２１は、除霜開始条件の一つを構成する除霜開始温度を第１の値よりも高い第２の値（ここでは−６℃）とし、蒸発温度センサ１５の検知出力と沸き上げ動作の開始からの経過時間とに基づいて除霜開始条件が成立したか否かを検知するようにしている。

沸き上げ動作の開始からの経過時間が３０分間を超え、かつ蒸発温度センサ１５の検知温度が除霜開始温度である−６℃を下回ると（ステップＳ６でＹｅｓ）、除霜開始条件検知手段２１は除霜開始条件が成立したと検知し、除霜制御手段２３は、電子膨張弁３を弁開度全開に開き、送風手段５を停止すると共に、圧縮機１を所定の第１周波数よりも低い所定の第２周波数（ここでは６５Ｈｚ）で駆動する除霜運転を開始する（ステップＳ７）。

このように、静音時間帯としての深夜時間帯内の除霜運転においては、圧縮機１の運転周波数を静音時間帯外と比較して抑えることで静音化を図ることができると同時に、除霜開始温度を高い温度に変更することで除霜開始条件を除霜開始しやすい方向へ変更することで、着霜量が静音時間帯外と比較して少ない状態から除霜運転を開始できるため、相対的に低い除霜能力であっても除霜運転に掛かる時間の長期化を抑制し、沸き上げ運転中の除霜運転の割り込みによる沸き上げ運転の時間減少に伴う沸き上げ量不足を解消することができる。

また、除霜終了条件は、静音時間帯の内外問わず同一の条件としているため、静音時間帯であっても空気熱交換器４での霜の溶け残りを防止して、確実な除霜運転を完遂することができ、霜の溶け残りによるヒートポンプ回路６の加熱能力の低下に伴う沸き上げ量不足を解消することができる。

なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものである。

１圧縮機
２水冷媒熱交換器
３電子膨張弁（減圧膨張手段）
４空気熱交換器
８貯湯タンク
９給水管
１０出湯管
１１加熱循環回路
１２加熱往き管
１３加熱戻り管
１４加熱循環ポンプ
２１除霜開始条件検知手段
２２除霜終了条件検知手段
２３除霜制御手段

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部に接続された加熱往き管と前記貯湯タンク上部に接続された加熱戻り管とからなる加熱循環回路と、前記加熱循環回路途中に設けられた加熱循環ポンプと、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒が一次側に流れ、二次側に前記加熱循環回路の水が流れる水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段と、前記減圧膨張手段からの冷媒が流れる空気熱交換器と、深夜時間帯に翌日に使う湯の全部または大部分を沸き上げる沸き上げ運転を行うよう制御する制御部と、前記空気熱交換器の除霜開始条件を満たすか否かを検知する除霜開始条件検知手段と、前記空気熱交換器の除霜終了条件を満たすか否かを検知する除霜終了条件検知手段と、前記除霜開始条件検知手段が除霜開始条件を満たしたことを検知すると、前記圧縮機からの冷媒を減圧膨張させずに前記空気熱交換器へ流す除霜運転を開始し、前記除霜終了条件検知手段が除霜終了条件を満たしたことを検知すると、前記除霜運転を終了する除霜制御手段とを備え、前記除霜制御手段は、前記深夜時間帯に関連して予め設定された静音時間帯では、前記除霜開始条件を除霜開始しやすい方向へ変更すると共に、前記除霜運転時の前記圧縮機の運転周波数を前記静音時間帯外の除霜運転時の前記圧縮機の運転周波数よりも低下させるようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
前記除霜制御手段は、前記静音時間帯とそれ以外の時間帯における前記除霜終了条件を同一としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。