JPS60142143A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、深夜電力利用温水器とヒートポンプを組み
合わせた貯湯式給湯機に関するものである。

（従来技術〕 深夜電力利用温水器は、深夜電力供給時間の適用をうけ
ておシ、その電気料金は一般の家庭用の電気料金よシも
割安になっている。こうした維持費の安さや、さらに安
全・衛生的であるなどの特長から安定した市場を確保し
てきた。

しかしながら、この電気料金の割引率が圧縮される傾向
にあり、灯油・ガスなどの他熱源給湯機との維持費比較
においては割高なものとなってきている。

一方、ヒートポンプは空調機に広く使用されているが、
これを給湯機の熱源として深夜電力で使用した場合、維
持費の面から見ｔばかな力有利なことは明らかである。

しかし、給湯機の熱源としてヒートポンプを単独で使用
した場合の問題点としては。

ｆｉ＋　能力が外気温に左右されるため、安定した湯温
・湯量の確保ができない。

（２）　凝縮器側で熱交換して得られる湯温の上限は５
０〜５５℃程度である。このため約８５℃で貯湯する深
夜電力利用温水器に比し貯湯効率が悪い。

等の性能面で問題があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上記の点にかんがみてなされたもので、深
夜′電力利用温水器とヒートポンプを組み合わせ、との
ヒートポンプの運転を深夜時間帯または、それ以外の時
間帯においてもエネルギーコストがより小さいときのみ
運転することによシ、深夜電力利用温水器の優れた特長
を活かしながら、維持費の改善をした貯湯式給湯機の提
供を目的としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明を図面にもとづいて詳細に説明する。

第１図はこの発明の貯湯式給湯機の一実施例を示す概略
図で、１は貯湯タンク、２は前記貯湯タンク１の下部に
設けた発熱体、３はヒートポンプ装置であシ、４は圧縮
機、５は水冷式凝縮器、６は膨張弁、Ｔは蒸発器である
。８は吸込管、９は吐出管で、水冷式凝縮器５に循環ポ
ンプ１０を介して接続し、吸込管８．吐出管９は貯湯タ
ンク１の下部側面にそれぞれ接続されている。１１は前
記貯湯タンク１の下部側面に接続された給水管、１２は
前記貯湯タンク１の上部に接続された給湯管、１３は前
記給湯管１２の先端に設けられた出湯栓である。

次に作用を説明する。ヒートポンプ装置３による沸き上
げでは、循環ポンプ１０の作動で貯湯タンク１の下部か
ら吸込管８を経由して水冷式凝縮器５に送られた水はヒ
ートポンプ装置３の働きで昇温し、吐出管９を経て貯湯
タンク１に戻る。このサイクルを繰シ返しながら貯湯タ
ンク１内の全体の水を沸き上げる。発熱体２による沸き
上げにおいても９発熱体２が貯湯タンク１の底部に設け
らｈてお夛、貯湯タンク１内の全体の水を沸き上げるも
のでおる。こうして沸き上げられた湯は、出湯栓１３を
開くことによって水源水が給水管１１から貯湯タンク１
の底部に入シ、同量の湯が貯湯タンク１内から押し上げ
られて給湯管１２．出湯栓１３を経て使用に供されるも
のである。

第２図は制御の一例を示す制御ブロック図で、１４は前
記貯湯タンク１の下部温度を検出するための下部温度セ
ンサー、１５は前記貯湯タンク１に貯える翌日の使用湯
量を予め設定するための湯量設定装置、１６は前記下部
温度センサー１４で検出した貯湯タンク１内の下部温度
と湯量設定装置１５で設定された設定値とがら貯湯タン
ク１内に貯えておくべき熱量を算出する所要熱量演算器
である。

１Ｔは前記所要熱量演算器１６で算出したデータを記憶
する熱量記憶装置、１８は前記貯湯タンク１内の当日の
使用湯量から使用熱量を検出する使用熱量センサー（例
えば給湯管１２に取り付けたカロリメータ）、１９は前
記熱量記憶装置１１に前日記憶しておいた所要熱量と。

前記使用熱量センサー１８で検出した熱量から残湯熱量
を算出する残湯熱量演算器である。

２０は前記各演算器１６．１９によってそれぞれ算出し
た所要熱量と残湯熱量及び下部温度センサー１４で検出
した下部温度から沸き上げるべき湯温を算出する湯温演
算器、２１は外気温度を検出するための外気温度センサ
ー、２２は前記貯湯タンク１の上部温度を検出するため
の上部温度センサー、２３は外気温度と沸き上げ湯温と
水温と運転効率に関するヒートポンプ装置３の特性デー
タを入力しである記憶装置。

２４は前記各温度センサー１４．２１で検出した温度と
湯温演算器２０でめた算出値と記憶装置２３のデータを
もとに発熱体２とヒートボ。

ンプ装置３の運転時間を設定する運転時間設定装置、２
５は前記運転時間設定装置２４による時間設定にもとづ
いて発熱体２とヒートポンプ装置３を運転するための制
御装置である。

次に作用について算式を用いて具体的に説明する。貯湯
タンク１に貯える翌日の使用湯量をＶ＋（勾、湯温Ｔ＋
ＯＤ）とし、これを湯量設定装ｆｉｉ１５に入力し、深
夜電力通電時間帯突入直後の下部温度センサー１４の検
出値をＴ２（０）　、前百、熱量記憶装置１７に記憶し
ておいた所要熱量をに＋（−）、使用熱量センサー１８
の検出値をに、（ら）とすると、まず、所要熱量演算器
１６は深夜電力の通電時間終了時刻までに貯湯タンク１
内に貯えておくべき所要熱量に１ に、＝　（ＴＩ−Ｔ２）　ＸＶＩ　（＆Ｉｌ）を算出し
、これを熱量記憶装置１７に記憶するここで、下部温度
センサー１４による検出値Ｔ２（ｏ）は貯湯タンク１内
の下部温度を測定しているが、出湯栓１３を開けて湯を
使用した分だけ貯湯タンク１の下部には給水管１１から
水が流入してきているので、給水水温とほぼ等しい値を
示すと共に、沸き上げ時は湯温の検出も可能となる。

また、残湯熱量演算器１９は貯湯タンク１内に残湯とし
て使い残されている残湯熱量にうをに５　＝　（Ｋ；−
に２）　ＸＣ として算出する。ここで、Ｃは沸き上げ終了時点から、
演算するまでに放熱などによる熱ロスを考慮する定数で
ある。

そして湯温演算器２０は前記各演算器１６゜１９でめた
に＋　、　Ｋｓと下部温度Ｔ２を基に沸き上げ温度Ｔ４
を マ として算出するものである。ここでｖ　（Ａ）は貯湯タ
ンク１の内容積である。

次に記憶装置２３と運転時間設定装置２４と制御装置２
５の働きを第３図の運転時間設定装置の詳細ブロック図
と、第４図の加熱領域置換図と、第５図と第６図の加熱
特性図によシ具体的に説明する。

まず、第４図によル加熱領域置換について述べる。第４
図は縦軸には貯湯タンク１の高さ方向を意図した容量、
横軸には同じく貯湯タンク１の高さ方向に対応する温度
を示す加熱領域置換図である。前述の如く貯湯タンク１
の全容量をＶ（１）とし、下部温度Ｔ２を”　（’）　
＊上部温度Ｔ３を６０　（ｏ）　、湯温演算器２０で算
出した沸き上げ温度Ｔ４を７０匈）とし、ヒートポンプ
装置３による沸き上げ上限温度Ｔ５を５０匈）と仮定す
ると。

図中上部は残湯熱量を表わし、Ｂ部はヒートポンプ装置
３による沸上げ分、０部、Ｄ部は発熱体２による沸上げ
分としてモデル化できる。

第４図のモデルに対し、記憶装置２３と運転時間設定装
置２４がどのように作動するかを第３図によシ説明する
。

まず、深夜電力通電時間帯突入直後の外気温度センサー
２１と下部温度センサー１４で検出した外気温度と下部
温度Ｔ２とヒートポンプ装置３の沸き上げ上限温度Ｔｓ
をヒートポンプ装置３の特性データを記憶している記憶
装置２３に入力して、下部温度ＴｚＣｏ）を上限温度Ｔ
５（ｏ）に沸き上げる時のと一トポンプ平均能力Ｑｋｉ
／ｈｒを演算器ム２６でめ、さらに前記貯湯タンク１の
上部温度センサー２２．下部温度センサー１４での湯ｔ
ｌｉｌｌ　Ｔｉ　、Ｔ２から残湯量ｖ２を演算器Ｂ２７
で次式によ請求める。

Ｋ。

次に演算器０２８は貯湯タンク１の下部層（Ｖ−Ｖ、）
（Ｊ）を上限温度Ｔ、に沸き上げる（第４図中Ｂ部分）
ためのヒートポンプ沸き上げ時間Ｈ１を次式によりめる
。

演算器Ｄ２９は下部層が上部温度Ｔ３と同一になる（第
４図中Ｃ部分）までの下部層を発熱体２で沸かす沸き上
げ時間Ｈ２を次式によ請求める。このとき発熱体２の容
量をｗ　（ｍ）とする。

（１調＝８６０Ｗ）。

また、演算器１３０は貯湯タンク１の全容量ｖ（１）を
対象に湯温演算器２０でめた沸上げ温度Ｔ４（ｏ）にま
で沸き上げる（第４図中り部分）ために要する上下層発
熱体沸き上げ時間Ｈ４次式によ請求める。

それぞれの所要通電時間がまると９次に時間配分装置３
１によシ運転時間の配分を行う。

それぞれ算出したＨｌ、　Ｈｚ、　Ｈ３の合計時間が深
夜電力通電時間の８時間以内に入らない時にはまずヒー
トポンプ装置３を運転し、下部温度センサー１４によシ
沸き上げ途中の温度Ｔ、を検出する。さらに発熱体２に
よシ沸き上げ目標温度−まで沸き上げるに要する時間Ｈ
４ と、深夜電力時間帯終了までの残シ時間Ｈ，との比較で
、Ｈヰ〈Ｈζまでヒートポンプ装置３による沸き上げを
行い、　ｌ１ｈ＝　＆になった時点で発熱体２による加
熱運転に切シ換える。また＊　ＨＩ　＋　Ｈ２、Ｈ３の
合計時間が深夜電力時間帯の８時間以内に入る時には、
深夜電力時間帯が始まると同時に運転待機に入り＋　８
’　（Ｌ＋４１ｚ＋Ｈの時間経過後にヒートポンプ装置
３の運転を始め、深夜電力通電時間帯終了までの残υ時
間がＨ２＋　Ｈ）時間になるまで行い、その後発熱体２
の運転に切９換える。

第５図、第６図は縦軸に貯湯タンク１の温度、横軸に時
刻をとった加熱特性図である。第５図は（Ｈ１＋Ｈ２＋
馬）≧８時間の時のグラフであＪｔ、ａ−ｂ間はヒート
ポンプ装置３による加熱を示し、ｂ−ｃ−ｄ間は発熱体
２による加熱を示す。第６図は（］ＥＩ＋　＋　Ｈ２＋
　Ｈ３）　＜　８時間の時のグラフであ！＋、６−ｆ間
は運転待機期間、ｆ−ｇ間はヒートポンプ装置３による
加熱を示し。

第４図のＢ部分に対応する。ｇ−ｈ間は第４図のＣ部分
に相当する発熱体２による加熱を示し、ｈ−ｉ間は第４
図のＤ部分に相当する発熱体２による加熱を示す。

上記は深夜電力を用いてヒートポンプ装置３を運転する
場合であるが、この発明では昼間の一般電力でもヒート
ポンプ装置３を運転するものである。すなわち、上記の
ように深夜電力のみを利用してヒートポンプ装置３を運
転する場合は、外気温度の高い昼間ではヒートポンプ装
置３の成績係数が夜間より大きいのに運転できない。

そこで、この発明では、ヒートポンプ装置３を昼間電力
を利用しても深夜電力を使用するよシはエネルギーコス
トが安いのであれば、昼間の一般電力を用いて運転させ
るようにしたものである。この判断は制御装置２５にお
いて行われる。これによって、深夜電力よシ高い料金の
一般電力を使用しても全体としては安い料金で運転が可
能となる。

第７図はこの発明の一実施例の動作説明のためのフロー
チャートである。図中、３２〜３７は各ステップを示す
。

まず、ステップ３２で深夜電力供給時間かどうかｙ判断
され、深夜電力供給時間であればステップ３３の深夜電
力によるヒートポンプ装置３および発熱体２の運転とな
る。一方、ステップ３２で深夜電力供給時間でなければ
ステップ３４で運転状態かどうかが判断される。そして
、運転状態には湯を使用したときになる。運転状態にな
っていると、ステップ３５で昼間エネルギーコストηｄ
と、夜間エネルギーコストηｎとが比較され、ηｄンη
ｎであれば、ステップ３６に進んで昼間の一般電源によ
シヒートポンプ装置３の運転となる。そうでなければス
テンプ３２に戻る。ヒートボンズ運転状態ではステップ
３１で湯温か沸き上げ目標温度になったかどうかを判定
し、運転を止めるか続けるかを判断する。

ここで、昼間エネルギーコストηｄは で示される。Ｑａは昼間の発熱量−／４ｒＹａは１圓の
一般電気単価を示す。

また、夜間エネルギーコストηｎは で示され、Ｑｎは夜間の発熱量Ｋａｌ　／　％ｒ　Ｙｅ
Ｌは１１の深夜電気単価を示す。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明の貯湯式給湯機は
、湯量設定装置によシ使用湯量の入力を行う一方、当日
の使用湯量から残湯熱量を算出して必要熱量のみ沸き上
げるよう構成するとともに、外気温度、給水水温、湯温
を検出し昼間エネルギーコストと夜間エネルギーコスト
を比較し、安い方の電力を利用してヒートポンプ装置の
運転を行うようにし、しかも深夜電力を利用して発熱体
との並行運転も必要に応じて行えるよう構成したので、
毎日の残湯量が少なくな夛、そのため放熱ロスが減少し
、しかも維持費が安いヒートポンプの運転率が増え、ま
た、発熱体の消費電力を減少させることができ。

よシ多くの経費削減を計れる利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の貯湯式給湯機の一実施例を示す概略
図、第２図はこの発明の制御の一例を示すブロック図、
第６図は同じく運転時間設定装置の詳細ブロック図、第
４図は同じく加熱領域置換図、第５図と第６図は同じく
加熱特性図、第７図はこの発明の一実施例の動作説明の
ためのフローチャートである。 図中、１は貯湯タンク、２は発熱体、３はと一トポンプ
装置、１４は下部温度センサー、１５は湯量設定装置、
１６は所要熱量演算器、１７は熱量記憶装置、１８は使
用熱量センサー。 １９は残湯熱量演算器、２０は湯温演算器、２１は外気
温度センサー、２２は上部温度センサー、２３は記憶装
置、２４は運転時間設定装置、２５は制御装置である。 なお９図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄（外２名） 第４図 第５図 刃・６図 牙７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱源としてヒートポンプと深夜′成力を利用する発熱体
   とを備えた貯湯式給湯機において、貯湯タンクの下部温
   度と上部温度および外気温度を検出する温度検出手段と
   、当日の使用熱量を検出する使用熱量検出手段と、翌日
   の使用湯量を予め設定する湯量設定装置と、外気温度、
   給水水温、湯温および運転効率に関するヒートポンプの
   運転特性を入力した記憶装置と、前記各検出手段で検出
   した検出値、前記湯量設定装置で設定した設定値および
   前記記憶装置に格納された前記運転特性をもとに前記ヒ
   ートポンプと発熱体の運転時間を設定する深夜電力用の
   運転時間設定手段と、深夜電力供給時間には前記運転時
   間設定手段による時間設定に基づいて運転を行い、かつ
   、深夜電力供給時間外の時間帯にはヒートポンプを一般
   電力によって運転した場合の昼間エネルギーコストと深
   夜電力で運転した場合の夜間エネルギーコストを比較し
   、コストの安い方で運転させる制御装置とを備えたこと
   を特徴とする貯湯式給湯機。