JPH0325090Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、主加温装置であるヒートポンプと、
補助加温装置である電気ヒーター、さらにそれら
により加温された温水を貯える蓄熱槽より構成さ
れた、深夜電力利用の温水装置に関する。

ヒートポンプと電気ヒーターと蓄熱槽からなる
通常のヒートポンプ式温水装置の構成図の一例を
第１図に示す。このような、ヒートポンプ式温水
装置においては、蓄熱槽１の底部にある低温度の
水を循環ポンプ２によりヒートポンプユニツト３
に供給し、流量制御弁４により流量を制御するこ
とで、温水を一定温度に昇温し、上記蓄熱槽１の
上部に高温水として貯える方式が用いられる。な
お、６は給湯管である。この方式によれば、ヒー
トポンプユニツト３に常にほぼ一定温度の低温水
が与えられるため成積係数（C.O.P）を上げるの
に有利であり、（ヒートポンプに入る水の温度が
低いと凝縮能力が増し成積係数が良くなる。）ま
た高温水は蓄熱槽１の上部により高温水の層とな
つて増加していくため、短時間に利用可能な高温
水が得られ、温水装置としての機能性にすぐれて
いる。第２図に示すように本考案による実施例も
この方式をもとに構成されている。

さて、第１図に示すようなヒートポンプ式温水
装置において、冬期などの低外気温時にはヒート
ポンプ３の特性により、その加温能力は通常外気
温時に比べて大きく低下するが、必要湯量はむし
ろ増加する方向となる一方、深夜電力の供給時間
は８時間と一定であるため湯量不足を生じること
がある。したがつて従来低外気温時には主に電気
ヒーター５により加温するという方法がとられて
いるが、ヒートポンプ運転時間割合が少なくな
り、エネルギーの有効利用の点から好ましくない
結果をもたらす。（ヒートポンプの成積係数は電
気ヒーターに比べ２〜３倍であり非常に効率的で
低消費電力となる。） 本考案は、ヒートポンプを優先させた運転モー
ドを採用し、外気温度の変化に応じて電気ヒータ
ーとヒートポンプの同時運転を行わせることによ
り、低外気温時においても、経済的で十分な加温
能力を持つた温水装置を提供するものである。

以下その実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本考案によるヒートポンプ式温水装置
の構成図、第３図は、本考案によるヒートポンプ
式温水装置の運転モードの一例を示すフローチヤ
ート、そして第４図は、外気温度と電気ヒーター
の運転開始時刻との関係を表わす図である。

第２図に示すように、本考案による装置には、
第１図に加えて蓄熱槽外部（ヒートポンプ３に内
蔵させても良い）に外気温度サーモ７、蓄熱槽１
の缶体表面で電気ヒーター５の付近に電気ヒータ
ー制御用サーモ８（電気ヒーターのすぐ上部の水
温が検知できればよい。）、蓄熱槽のヒートポンプ
への出口管１０付近の缶体表面にヒートポンプ制
御用温水サーモ９の３つのサーモが設けられてい
る。又、第２図に示す本考案のヒートポンプ温水
装置において、電気ヒーター５の取付位置は、最
低外気温時（例えば−５℃）のヒートポンプユニ
ツト３の加温能力により決定される。即ち、起こ
りうる最低外気温時に深夜電力供給時間内でヒー
トポンプが加温しうる湯量と、電気ヒーター下部
の蓄熱槽の容量とが一致するように電気ヒーター
５の位置を決める。最低外気温時においては、電
気ヒーター５の運転時間は最も長くなり、温水装
置の運転開始時よりヒートポンプユニツト３と電
気ヒーター５は同時に運転される。このような場
合においても、上記の方法で電気ヒーター５の位
置を決めたことにより、常に市水温度に近い温水
をヒートポンプに供給でき、COPの低下を防ぐ
こととが可能となる。

第３図は、本考案による温水装置の運転パター
ンのフローチヤートを示すが、この制御は制御回
路（図示せず）により行なわれる。かかる図にお
いて、ａはヒートポンプ保護のための判別式であ
り、ヒートポンプ制御用温水サーモ９により、、
ヒートポンプの吸込温水温度Thが、ヒートポン
プの最高使用温水温度T_Hを越えた場合にはヒー
トポンプが停止する。ｂは、電気ヒーター制御用
温水サーモ８により蓄熱槽内温水温度T_Wが最高
沸上温水温度T_Wとなつた時、電気ヒーター５が
停止する判別式である。Ｃは、外気温度Taに従
い、電気ヒーターのON・OFFの判断を行う判別
式であり、判断の基準は第４図に示す外気温度
Taと電気ヒーターの運転開始時刻Ｈの関係に従
つて行われる。第４図に示される曲線Ta＝ｆ
（Ｈ）は実験により予め求めたデータを基にした
近似曲線であり、この曲線から得られる電気ヒー
ター５の運転時間は、蓄熱槽１全体を加温するの
に要する熱量が、ヒートポンプ３による加熱量と
電気ヒーター５による加熱量との和に、深夜電力
供給終了時刻（AM7：00）において一致するよ
うに定められている。この時、ヒートポンプ３の
加温能力が外気温度により変化するため、電気ヒ
ーター５の運転時間も外気温度により左右され、
上記の式Ta＝ｆ（Ｈ）に従い変化する。従つて第
４図からわかるように、電気ヒーターの運転開始
時刻Ｈは最低外気温時T_Bの時最も早く、最高外
気温時T_Tの時に最も遅くなる。電気ヒーターの
運転時間はそれぞれ前者で８時間、後者で０とな
つており外気温度がT_B−T_Tの範囲で変化する。
つまり最低外気温時T_a≦T_Bでは、ヒートポンプ
３の加温能力が最も不足し、それを電気ヒーター
５を８時間ヒートポンプ３と同時運転を行うこと
により、補うものであり、電気ヒーター５の電気
容量はこの時の必要加温熱量より求める。さらに
最高外気温時Ta≧T_Tはヒートポンプの加温能力
は十分大きく、電気ヒーター５は運転されない。
T_B＜T_a＜T_Tでは、電気ヒーター５の運転時間
は、第４図に示される関係T_a＝ｆ（Ｈ）より決定
され、ヒートポンプ３と電気ヒーター５の同時運
転が行われる。即ち、深夜電力供給時間内におい
て、外気温度がT_a≦ｆ（Ｈ）の条件を満たしたな
らば、ただちに電気ヒーター５の運転は開始さ
れ、ヒートポンプ（ヒートポンプは常に運転して
いる。）と電気ヒーター５の同時運転状態となる。
また、第４図において電気ヒーター５の運転終了
時刻が常に深夜電力終了時刻のAM7：00となる
ようにすることでヒートポンプ３の吸込温水温度
が上昇し、COPが低下するのを最小限に押えて
いる。

このように本考案は請求の範囲に記載した技術
思想の実施態様として、外気温度低下時におけ
るヒートポンプの加温能力の低下を電気ヒーター
とヒートポンプとの同時運転により補い、その際
の電気ヒーターの運転開始時刻は、外気温度と電
気ヒーター運転開始時刻との予め定められた関係
式に従い、外気温度を検知することにより決定
し、またその運転終了時間は、常に深夜電力供給
終了時刻であるようにすること。外気温度と電
気ヒーター運転開始時刻との関係式は、深夜電力
供給時間内におけるヒートポンプの加温量と電気
ヒーターの加温量の和が蓄熱槽全体を加温するの
に必要な熱量に等しくなることを基本概念にし
て、実験により得る外気温とヒートポンプの加温
能力の関係を展開することにより得られた近似式
であるようにすること。を含んでいる。

以上説明したように、本考案にかかる給湯装置
によれば、外気温を検知することによりヒートポ
ンプのCOPに悪影響を及ぼすことなく、必要時
には電気ヒーターとヒートポンプとの同時運転を
行い、低外気温時においても、経済的で十分な給
湯運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：従来のヒートポンプ式温水装置の構成
図、第２図：本考案による、ヒートポンプ式温水
装置の構成図、第３図：本考案による、温水装置
の運転パターンのフローチヤート、第４図：外気
温度と電気ヒーターの運転開始時刻との関係を示
す図。 符号、１：蓄熱槽、２：循環ポンプ、３：ヒー
トポンプユニツト、４：流量制御弁、５：電気ヒ
ーター、６：給湯管、７：外気温度サーモ、８：
電気ヒーター制御用温水サーモ、９：ヒートポン
プ制御用温水サーモ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 蓄熱槽下部から取り出した水をヒートポンプを
   利用して加熱し、当該槽上部に戻して蓄熱し、槽
   内に補助熱源として電気ヒーターを設けた深夜電
   力利用の温水装置において、 電気ヒーターの蓄熱槽への取付け位置は、その
   下部の蓄熱槽容積と深夜電力によるヒートポンプ
   の最低加温湯量が等しくなる位置であることを特
   徴とするヒートポンプ式温水装置。