JPS6038547A - 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】 本発明は深夜電力利用温水器とヒートポンプ装置を組み
合わせた貯湯式給湯機に関するものである。

深夜電力利用温水器は昭和６９年に深夜の電力負荷増成
を目的として制度化された深夜電力料金制度の適用をう
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安全かつ
衛生的であるなどの点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も２〜６年毎に行
なわれる電気料金の値上げのたびに割引率が圧縮される
傾向にアシ、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、ヒートポンプ装置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
、維持費の面から見ればかなシ有利なことは明らかでお
る。

しかし給湯機の熱源としてヒートポンプ装置を単独で使
用した場合の問題点としては。

（１）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）　凝縮器側の温度は冷媒の種類によシ異なるもの
の大差はなく、熱交換して得られる湯温の上限は５０〜
５５°０程度であるため約８５℃で貯湯する深夜電力利
用−水器に比し貯湯効率が悪い。

などがあシ、性能面の問題から商品化されなかった。

本発明によるものは深夜電力利用温水器とヒートポンプ
装置を組合せ、これらを深夜時間帯に運転することによ
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１　た貯湯式給湯機の提供を目的とし
たものであυ、以下実施例によシ詳細に説明する。

第１図は本発明による貯湯式給湯機の一例を示す構造図
で、１は貯湯タンク、２は貯湯タンク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、７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は同じく貯湯タンク
、１の下部側面に接続された給水管、１２は貯湯タンク
１の上部に接続された給湯管、１３は給湯管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に送らねた水はヒート
ポンプ装置３の働きで昇温されて、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内全体の水を沸上げる。発熱体２による沸上げに
２お−いても９発熱体２が貯湯タンク１の底部に設けら
れておシ、貯湯タンク１内全体の水を沸上げるものであ
る。こうして沸上げられた湯は、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
入力。

同量の湯が押上げられて給湯管１２．出湯栓１３を経て
使用に供されるものである。

第２図は本発明による制御ブロック図の一例を示すもの
で、以下図によシ説明する。第２図の制御ブロック図に
おいて、１４は貯湯−名ンク１の下部温度全検出するた
めの下部温度センサー、１５は貯湯タンク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か
ら沸上げるべき湯温を算出する湯温演算器である。

１７は貯湯タンク１内の残湯量を検出するための残湯量
センサー、１８は同じく貯湯タンク１内の上部温度を検
出するだめの上部温度センサー、１９は外気温度を検出
するための外気温度センサー、２０は外気温度と湯温と
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、２１は前記各温度センサーで検出
した温度と湯温演算器１６でめた算出値と記憶装置２０
のデータをもとに発熱体２とヒートポンプ装置３の運転
時間を設定する運転時間設定装置であシ、２２は前記運
転時間設定装置２１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。

次に上記の構成について算式と図によって具体的に説明
する。貯湯タンク１に貯える翌日の使用湯ＪＬｆｔ４１
　ＣＩ）　（ｉ温ＴＩ　（０））　、！：　Ｌ　、　コ
レに湯量設定装置１５にインプットし、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）、残湯量センサー１１の検出値をＶ２　（Ｑ　、上
部温度センサー１８の検出値ｆ、Ｔａ（０）とすると、
まず湯温演算器１６は深夜電力の通電時間終了時刻まで
に沸上げておくべき湯温Ｔ４　ｆ、次式により算出する
。

ｅｘ：　４＝Ｔ　Ｉ　Ｔ　２　Ｘ　Ｖ　”　＋　Ｔ　２
　（ｏ）なおｔＶ（１）は貯湯タンク１の内容積である
。

ここで、下部温度センサー１４による検出値Ｔｚ（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″ｆ：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。従って給水管１１の途中等
で給水水温を直接検出してもよい。なお、給水水温は季
節的には変動はあるが、−日単位でほぼ同じ温度を示す
。

次に記憶装置２０と運転時間設定装置２１と制御装置２
２の働きを第５図の運転時間設定装置詳細ブロック図と
、第４図の加熱領域置換図と、第５図の加熱特性図によ
シ具体的に説明する。

、　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。今、前述の如く
貯湯タンク１の全容量ｅＶ（Ａ）、！：　Ｌ　、　下部
ｉｎ＆Ｔ２　ｔ　＋　０（０）　、　ＪＪｌｉｉｍｌｉ
Ｔ３を６０仲）を湯温演算器１６で算出した排上げ温度
Ｔ４１７ｏ（ｏ）とし、ヒートポンプ装置３による排上
げ上限温度Ｔｓｌｓｏ％）と仮足すると９図中五部は残
湯熱量を表わし、Ｂ部はヒートポンプ装置３による排上
げ分、０部、Ｄ部は発熱体２による排上げ分としてモデ
ル化できる以上の第４図のモデルに対し、記憶装置２０
と運転時間設定装置２１がどのように作動するかを第３
図によシ説明する。ここでは、ヒートポンプ装置３の圧
縮機、送風機、循環ポンプの全ての電気入力に対して、
貯湯タンク１に得られる熱量の比、すなわち総合効率０
が１よシ大きい時のみヒートポンプ装置３の運転を行な
うことを原則とする。

まず、深夜電力通電時間帯突入直後の外気温度センサー
１９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　ｆ：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２０に入力して、総合効率　が　〉１
で排上げることのできるヒートポンプ排上げ温度で５℃
を演算器ム２５でめ（第４図ではＴｓ　＝　５０（０）
ト仮定）、更に下部温度Ｔ２をヒートポンプ排上げ温度
Ｔ５に排上げる時のヒートポンプ平均能力Ｑ／ｈｒｔ−
演算器Ｂ２６でめる。次に演算器０２７は貯湯タンク１
の下部層（Ｖ−Ｖｚ）（勾をヒートポンプ排上げ温度Ｔ
５に排上げる（第４図中Ｂ部分）ためのヒートポンプ排
上げ時間Ｈ１を次式によ請求める。

演算器Ｄ２８は下部層が下部温度Ｔ３と同一になる（第
４図中Ｃ部分）までの下部層発熱体排上げ時間Ｈ２ｆｔ
求めるものであシ、今１発熱゛体容量Ｗ（ＫＲ）とする
と。

ａ２−Ｔ３　１５　Ｘ　Ｖ　Ｖ２　（時１％！１）Ｘ８
６０ でまる（１結＝８６０＆ｊ）。

また演算器Ｅ２９は貯湯タンク１の全容量Ｖ（２）を対
象に湯温演算器１６でめた排上シ温度Ｔ４　にまで排上
げる（第４図中り部分）ために要する上下層発熱体排上
げ時間Ｈａ　ｆ次式によ請求める。

１ｉｓ　＝−σ４二Σ→−Ω（ｙ−（時間）Ｗ　Ｘ　８
６０ 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
０によシ運転時間の配分を行なう。それぞれめたＨｌ、
Ｈｚ、Ｉｓの合計時間が深夜電力通電時間の８時間以内
に入る時には時間配分は行なわず、深夜電力通電開始と
同時にヒートポンプ装置３を運転し、下部温度センサー
１４の検出値がヒートポンプ排上げ温度（Ｔｓ＝５０℃
）に達した時にヒートポンプ装置３の運転を停止し９発
熱体２に通電を開始する。上部温度センサー１８の検出
値が湯温演算器１６でめた排上シ温度（Ｔ４＝７０℃）
に達した時−９発熱体２をＯＦＦするよう制御装置２２
が作動する。第５図のａ　−ｂ−ｃ−ｅｉの曲線は（Ｈ
１十Ｈ２十Ｈａ）＝８　（時間）の時のグラフであ５、
ａ−ｂ間は第４図Ｂ部分を対象としたヒートポンプ装置
３による加熱を示す。またｂ−。

間は第４図Ｃ部分を対象とした発熱体２による加熱を示
す。さらにｃ　−４間は第４図り部分を対象とした同じ
く発熱体２による加熱を示してｂる。ここでｂ−ｃ間、
０−４間の勾配が違うのは沸上げ対象となる湯量が異な
るためである一方、外気温度が低くヒートポンプ平均能
力Ｑ　（Ｆ／ｈｒ　）が低い場合には（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ
３）〉８となる。この場合にはヒートポンプ装置３でヒ
ートポンプ排上げ温度（Ｔｓ＝５ｏ℃）まで沸上げると
第５図ａ−ｆ間に示す通シ、８時間の深夜通電時間内に
排上シ謡度（Ｔ４　＝７０゛０）に達することは不可能
となる。このためヒートポンプ運転中に発熱体２にも通
電を行なうことが必要となる。この時間設定を行なうの
が時間配分装置３０で、ヒートポンプ装置３と発熱体２
を同時に運転すべき同時運転時間Ｈ４を次の通シ求める
。

第４図中０．Ｄ部分を発熱体２によって沸上げるだめの
時間（Ｈ２＋Ｈ１１）は固定値であシ。

ヒートポンプ排上げ温度（Ｔｓ＝５０℃）に沸上げるた
めに用意できる時間は（８−Ｈ２−Ｈｌｌ）時間となる
ので。

Ｑｘ　（ｓ−Ｈ２７Ｈａ）　−４−Ｗｘ　ａ６ｏ　ＸＨ
４＝　（Ｔ５−Ｔ２）　Ｘ　（Ｖ−Ｖ２）から同時運転
時間Ｈ４はまる。この場合の運転は第５図ａ−ｅ　−ｂ
　−ｃ−ｄの曲線に示す通力でｌ　ａ−６ｒ＃ＩＪはヒ
ートポンプ装置３の運転。

ｅ−ｂ間はヒートポンプ装置３と発熱体２の同時運転、
　ｂ　−ｏ−ｃ１間は発熱体２を運転するよう制御装置
２２が作動するものである。

なお以上説明ではヒートポンプ装置３によって沸上げが
開始されているが、前提条件として総合効率０が１以上
の時のみ運転するよう構成しておシ、外気温度が低く着
霜などで総合効率が１以下の場合には最初から発熱体２
に通電するよう構成されている。

以上のように本発明−ｔよるものは、使用湯量の入力、
を行なう一方、ヒートポンプは外気温度、湯温を検出し
て効率の良い時のみ運転を行ない、しかも発熱体との並
行運転も必要に応じて行なえるよう構成したので、毎日
の残湯量が少なくなるので、放熱ロスが減少し、しかも
維持費ＣＤ　安Ｉｔｓヒートポンプの運転率が増えるの
で。

維持費がデくなるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にょる貯湯式給湯機の一例を示す構造図
、第２図は本発明による制御ブロック図、第３図は同じ
く運転時間設定装置詳細ブロック図、第４図は本発明の
具体例を示す加熱領域置換図、第５図は同じく加熱特性
図である１は貯湯タンク、２は発熱体、３はヒートポン
プ装置、１４は下部温度センサー、１５は湯量設定装置
、１Ｇは湯温演算器、１１は残湯量センサー、１８は上
部温度センサー、１９は外気温度センサー、２０は記憶
装置、２１は運転時間設定装置、２２は制御装置である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱源として発熱体とヒートポンプ装置を備えた貯湯式給
   湯機において、貯湯タンクの下部温度を検出するための
   下部温度検出手段と、貯湯タンクに貯える使用湯量を予
   め設定するための湯量設定手段と、前記下部温度検出手
   段で検出した下部温度と湯量設定手段で設定された設定
   値とから沸き上げるべき湯温を算出する湯温算出手段と
   、貯湯タンク内の残湯量を検出するための残湯量検出手
   段と、貯湯タンクの上部温度を検出するための上部温度
   検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   外気温度と湯温と運転効率に関するヒートポンプ装置の
   特性データを入力した記憶装置と、前記各温度検出手段
   で検出した検出値と湯温算出手段でめた算出値と記憶装
   置のデータをもとに発熱体とビートポンプ装置の運転時
   間を設定する運転時間設定手段と、前記運転時間設定手
   段による時間設定にもとづいて発熱体とヒートポンプ装
   置を運転するための制御手段と、を備えてなる貯湯式給
   湯機。