JPS61213436A

JPS61213436A - 貯湯式ヒ−トポンプ給湯機

Info

Publication number: JPS61213436A
Application number: JP60055241A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Katagai; 信義片貝; Masahiko Itabashi; 雅彦板橋; Makoto Okada; 誠岡田; Tetsushi Mita; 三田　哲史; Mamoru Haketa; 羽毛田　守
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1986-09-22

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、補助熱源を貯湯槽に備えた貯湯式ヒートポン
プ給湯機に関するものである。

〔従来の技術〕

ヒートポンプ給湯機は大気熱を熱源として、蒸発器で冷
媒を蒸発させ、更に圧縮機によってエンタルピーを上げ
た後に、凝縮器である水熱交換器で水側に熱を伝え、凝
縮した冷媒はまた蒸発器に戻るとと（閉回路を構成して
いる。そして、ヒートポンプは、電気ヒーターに比べて
取り出せるエネルギー効率がよいため極めて有利な加熱
機として使え、経済性を発揮する。しかし、冷媒の凝縮
温度が高（なる、即ち被加熱側の水温が高くなるとエネ
ルギー効率（この場合、成績係数で現わされる効率）が
除々に低下し水温が５０℃程度１どなると２０℃に比べ
て約３から１．５程度に低下してしまう。また、ヒート
ポンプの装置的な問題として水温が高くなると冷媒圧力
が高まり圧縮機が破損することから、一般的に運転でき
る温度は貯湯槽の沸゛き上げ温度として５０〜６０℃で
ある。

一般家庭の給湯状況を見ると、湯温としては７０〜８０
℃程度が必要とされ、ヒートポンプだけでは困難とされ
る。従って補助熱源に電気ヒーター（以降ヒーターと略
す）を備える場合が多（なって自だ。

以上のような理由によりヒーターを組み込んだヒートポ
ンプ給湯機は、更にその経済性を発揮させるため深夜電
力通電時間帯のみ運転を行い、所定の温度まで沸き上げ
る加熱方式が見られる。

このような従来の給湯機におけるヒートポンプとヒータ
ーとのシーケンス制御は（１）ヒートポンプメヒーター
を同時運転、（２）最初ヒートボン　−プ運転、後にヒ
ーター運転のモードが挙げられるが、この運転モードに
おいて次のような改良点が指摘できる。

（１）はヒートポンプとヒーターを同時に運転するため
、沸き上げ時間が早く高温での貯湯時間が長く放熱損失
が大きい。

（２）はヒートポンプは外気温が低かったりまた、水温
が高くなると加熱能力が低下するためヒートポンプが担
う所定の温度までに時間がかかり過ぎることから、深夜
電力通電時間内で沸き上がらないことがある。あるいは
、これを避けるためヒーターを早い時刻から運転するこ
とになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、ヒート
ポンプの稼動時間を最大限にし、且つヒーターの稼動時
間を最小限にして経済運転を行ない所定の尿温迄確実に
加温できる貯湯式ヒートポンプ給湯機を提供することに
ある。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は補助熱源を槽内に備えた貯湯式ヒートポンプ給
湯機において、ヒートポンプ及び補助熱源に通電し貯湯
槽内の水温を一定時間ごとに検知する温度検出手段と、
ヒートポンプ及び補助熱源を合せた加熱能力と加熱時間
との加熱特性曲線を入力した記憶装置と、前記温度検出
手段によって検知された水温と加熱特性曲線とを比較し
つつ加温し第１の所定水温に達した時補助熱源のみで第
２の所定水温にまで加温制御する制御手段とを備えたも
のである。

〔実施例〕

本発明の実施例を以下説明する。第１図は貯湯槽内にヒ
ーターを備えた貯湯式シートポンプ給湯機の一実施例で
あり、貯湯槽１にはヒーター２が組み込まれ、ヒートポ
ンプユニット３との熱交換を行うため水を循環するポン
プ４、水熱交換器５を備えている。そして、貯湯槽１底
部には水温を検知するサーモセンサー６を設けている。

ヒートポンプユニット３は圧縮機７、膨張弁８、蒸発器
９から成り、冷媒はこれらの系に水熱交換器５を含めた
閉回路内を循環する。

〔作　用〕

次に運転作動を説明する。運転開始と共に循環ポンプ４
とヒートポンプユニット３が稼動する。循環ポンプ４で
貯湯槽１及び水熱交換器５を循環する水は、水熱交換器
５で加熱されて貯湯槽に戻る。このとき、貯湯槽のサー
モセンサー６により水温を一定時間ごと検知する。一方
、ヒートポンプユニット３とヒーター２との合せた加熱
能力から運転経過時間と湯温との関係を記憶装置１０で
比較を行い、測定した水温が低いときはヒーター２も稼
動させ、また高いときはヒートポンプのみで稼動させる
。この作動を繰り返えしつつ貯湯桶１を沸かし上げる。

制御装置１１は更に第１の所定水温に達したら、ヒータ
ー２のみの稼動に切換え、以降深夜電力通電終了時刻に
第２の所定水温まで沸かし上げる作動も制御するもので
ある。

これらの作動説明は第２図に示すフローチャートによっ
て詳述できる。深夜電力か通電されたつ°ヒートポンプ
が稼動する。そして、時間経過ごとに貯湯槽１の水温検
知の有無を判断し、検知時間であればサーモセンサー６
により水温（Ｔｗ）を検知する。そのときの経過時間（
１）、も検知する。次に水温（Ｔｗ　”）と第２の所定
水温（Ｔ２）とを比較し、もしＴｗ≧Ｔ２であればヒー
ター及びヒートポンプを停止し制御を終了する。Ｔｗ≦
Ｔ２であれば、次に水温（Ｔｗ）と第１の所定水温（Ｔ
１）を比較し、もしＴｗ≧Ｔ１であればヒートポンプを
停止する。Ｔｗ≦Ｔ１であれば、そのときの検知時刻（
１）と第１の所定水温（Ｔ１）に達するべき時刻（ｔ、
）との比較を行う。従ってこの場合、第１の所定水温（
Ｔ１）に達するべき時刻（ｔ、）は両者の関係を実験的
に算出しておくものとする。

ｔ≧ｔ、であればヒーターを稼動する。また、１　（１
，であれば、を時刻における貯湯槽の達すべき基準水温
（Ｔ、）を計算する。この場合ヒートポンプの最低条件
における加熱能力（Ｑ、）とヒーターの加熱能力（Ｑ、
）とを合せた加熱能力（Ｑ　”　Ｑ＋　＋　Ｑｓ　）　
　と加熱経過時間（１）との関係を実験的に求めておき
、この関係から導かれる経過時間（１）とそのときの水
温（Ｔ　Ｂ）との関係式Ｔ、　ｗ　ｆ　（ｔ）を記憶袋
ｆｔｌ０に記憶させておく。

従うて覧時刻における基準水温（Ｔ、）と水温（Ｔｗ）
を比較し、Ｔｗ≦Ｔ、であればヒーターも次の検知時刻
まで稼動させる。また、Ｔｗ≧Ｔ、であれば、ヒートポ
ンプのみで次の検知時刻まで稼動させる。以上のような
運転を制御装置１１が担うものである。

ここで水温（Ｔ−）を検知するサンプリング時間につい
て言及する。第３図は本発明における貯湯槽加熱の昇温
過程を示す概念図である。横軸は深夜電力通電時間帯（
１２：００〜８：００）における運転経過時刻（ｈ）を
、縦軸は貯湯槽水温を示す。ヒートポンプの最低条件に
おける加熱能力（Ｑ、）とヒーターの加熱能力（Ｑ、　
）　、を合せた加熱能力Ｑと加熱経過時間（１）との関
係から、既に記述した通り導かれる貯湯槽水温（Ｔ、）
と加熱経過時間（１）との関係式Ｔ、−１（１）が加熱
特性の基準となり、実線で示される。ヒートポンプ及び
ヒーターは通電開始時刻からｔ、の第１の所定水温Ｔ’
ｌまで稼動する。

ｔｌから深夜電力通電終了時刻まではヒーターのみの稼
動となり第２の所定水温Ｔ、に達し完了する。この場合
、ヒーターの加熱能力はＱ。

でほぼ一定であるため、ｂ−ｃ間は固定となる。

従ってＴ、ｍｆ（ｔ）はａからｂ内で成立するものであ
る。

ヒートポンプが鳳より稼動開始すると、一定の周期（Ｌ
）で貯湯槽の水温（Ｔ−）を検知し、その時の基準温度
（Ｔ、）との比較を行う。　このとき、Ｔｗ≦Ｔ、であ
ればヒーターも次の検知時刻まで稼動する。Ｔｖ≧Ｔ、
であれば、次の。

検知時刻まではヒートポンプのみで稼動する。

このよう番ζ一定周期ごとに温度を検知し、基準曲線に
近づくように補正しながら、麿から第１の所定水温ｂ（
ｓ−Ｔ、）まで沸かし上げ、以降ｂ−Ｃ間はヒーターが
担うものである。

ａ　−ｂ間において、貯湯槽の水温（Ｔ　ｗ）を検知す
るサンプリング時間の周期（Ｌ）が長いとｔ１時刻で水
温（Ｔｗ）がｂ点に収束しない場合が出て（る。例えば
、ｔ□時刻前に第１の所定水温Ｔ冒こ達してしまったり
、あるいは亀２２時刻なっても第１の所率水皐に達しな
かったりする。前者はヒートポンプの稼動時間が基準曲
線に対して少な（なり、また休止時間を生じるため、こ
の間の放熱がある＝後者は４３３時刻ｂ点より低い点か
らヒーターが稼動するため、Ｃ点即ち第２の所定水温（
Ｔ２）に達しないことになる。出来る限りｂ点に収束す
るためにはサンプリング時間の周期（Ｌ）を短くするこ
とが望ましく、実際の運転においては、実質的には３０
分以下の周期であれば差し支えない。

また実際の運転では、ヒートポンプの加熱能力（Ｑ、）
は最底条件の能力を基準曲線にインプットしているため
、外気温が高くなれば、必ずＱ、以上の加熱能力を発揮
し、ａ　＝　ｂ間でのヒーター稼動率は、その分だけ低
下する。

〔効°　果〕

以上説明した通り本発明によれば極めて簡単な制御によ
り深夜電力通電時間内において、ヒートポンプの稼動時
間を最大限にし、ヒーターの稼動時間を最小限にして経
済的運転を図ることができると同時薯ζ確実に所定の水
温“まで沸かし上げることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構造図、第２図は本考案
の実施例を示すフ゛ローチャート図、第３図は加熱特性
図である。符号の説明１・・・貯湯槽　　　　　　２・・・ヒーター３・・・
ヒートポンプユニット　４・・・循環ポンプ５・・・水
熱交換器　　　　６・・・サーモセンサー７・・・圧縮
機　　　　　　８・・・膨張弁９・・・蒸発器　　　　
　　１ｏ・・・記憶装置１１・・・制御装置想劫社若林邦彦第１図ｔ（ｈ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１、補助熱源を槽内に備えた貯湯式ヒートポンプ給湯機
において、ヒートポンプ及び補助熱源に通電し貯湯槽内
の水温を一定時間ごとに検知する温度検出手段と、ヒー
トポンプ及び補助熱源を合せた加熱能力と加熱時間との
加熱特性曲線を入力した記憶装置と、前記温度検出手段
によって検知された水温と加熱特性曲線とを比較しつつ
加温し第１の所定水温に達した時補助熱源のみで第２の
所定水温にまで加温制御する制御手段とを備えてなるこ
とを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯機。