JP2007093113A

JP2007093113A - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP2007093113A
Application number: JP2005283153A
Authority: JP
Inventors: Hideji Hibi; 秀二日比; Tadashi Ohata; 正大畑
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させること。
【解決手段】貯湯槽１０の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に給湯されたことを湯温検出センサが検出するか、能力上昇指示スイッチが操作されたことをマイコン２０が判定すると、圧縮機１の運転能力を上昇させて運転させると共に深夜電力時間帯終了時刻が経過すると通常の運転能力に戻して運転するように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備えたヒートポンプ式給湯機に関する。詳述すれば、更に前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機に関する。

ヒートポンプ式給湯機で行なわれているピークシフト運転については、特許文献１などに開示されている。このピークシフト運転は、深夜電力時間帯の終了時に沸き上げ運転が終了するように、貯湯槽内の残湯量を把握し、加熱が必要な熱量を計算し、運転時間を計算して行なわれる。
特開２００３−１３９３９１号公報

しかし、この沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で前記貯湯槽内の湯が使用されてしまうと、通常沸き上げ運転能力で算出した沸き上げ時間を超えてしまって、深夜電力時間帯の終了時に沸き上げが完了しないという事態が発生する。

そこで本発明は、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させることを目的とする。

このため第１の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に前記貯湯槽の前記残湯量が減少したことを検出する検出装置と、この検出装置により残湯量が減少したことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。

第２の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に給湯されたことを検出する検出装置と、この検出装置により給湯されたことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過すると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記検出装置は前記貯湯槽の残湯量を検出するための検出センサであることを特徴とする。

第４の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。

第５の発明は、能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過するか前記指示装置による指示が解除されると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。

以上のように本発明は、深夜電力時間帯での沸き上げ運転を行なっている間に給湯等で使用された場合には、圧縮機の運転能力を上昇させた状態で運転させて、想定時間内に沸き上げを完了させることができ、沸き上げ時間の短縮も図ることも可能となる。

本発明の実施の形態を図を参照して、以下説明する。図１は本発明が適用されるヒートポンプ式給湯機の回路説明図で、このヒートポンプ式給湯機は圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路Ｒと、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路Ｋとを主要構成としている。

前記冷媒回路Ｒは、二酸化炭素等の自然冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする能力調整が可能な圧縮機１、冷媒と水とを熱交換させる加熱用の冷媒対水熱交換器２、電動式の膨張弁３、外気と冷媒との熱交換を行う室外側熱交換器としての蒸発器４、アキュムレータ５等を備えている。

前記給湯回路Ｋは、お湯を貯湯する貯湯槽１０、この貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、該出湯管１２に接続される圧力逃がし弁１３、貯湯槽１０の下端部に接続されて貯湯槽１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するための循環ポンプ１４、流量調整手段としての流量調整弁１５を有している。

なお、１６は制御基盤で、本ヒートポンプ式給湯機を制御する制御装置としてマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）２０等が搭載される。１７は台所で操作される台所リモコン（リモートコントローラ）、１８は風呂場で操作されるふろリモコン（リモートコントローラ）である。尚、これら台所リモコン１７、ふろリモコン１８には時刻表示装置等が設けられており、台所リモコン１７には、前記圧縮機１の運転能力を上昇させるための能力上昇指示スイッチ（図示せず）が設けられ、沸き上げ運転中にこの能力上昇指示スイッチが操作されると、その操作信号を受けたマイコン２０は前記圧縮機１の運転能力を上昇させて運転するように制御する。

次に図２の制御ブロック図に基づいて説明する。マイコン２０は、本ヒートポンプ式給湯機の給湯に係る動作を統括制御するＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２１、各種データを記憶する記憶装置としてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２２、給湯動作に係るプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）２３から構成されている。そして、ＣＰＵ２１は前記ＲＡＭ２２に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ２３に格納されたプログラムに従い、本ヒートポンプ式給湯機の給湯に係る動作を統括制御する。

そして、前記貯湯槽１０には、湯温検出センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３及びＴＳ４が設けられ、本給湯機がその沸き上げ可能温度が５５℃までのため、前記各センサの検出湯温が５５℃以上の場合には残湯ありと判断する。このとき、検出センサＴＳ１の配置箇所は残湯量が２２０リットル、ＴＳ２が同じく１８０リットル、ＴＳ３が１４０リットル、ＴＳ４が７０リットルの位置である。

ここで、前記貯湯槽１０の容量が２４０リットル、外気温度検出センサ２４による外気温度が２５℃、ヒートポンプの能力（圧縮機１の定格能力）が５．０ｋＷ、沸き上げ温度が７５℃、給水温度センサ２５による逆止弁付き水道減圧弁１１を介して貯湯槽１０に供給する水道水の給水温度が２０℃、湯温検出センサＴＳ３の検出温度が６３℃、湯温検出センサＴＳ２の検出温度が５０℃であるとして、以下図３のフローチャートを参照しつつ説明する。尚、これらのデータは、前記マイコン２０のＲＡＭ２２に格納されているものとして、以下説明する。

即ち、初めに４個の湯温検出センサの中から沸き上げ湯温５５℃を２個の検出センサ間に含む検出センサの組み合わせをマイコン２０が探索し、５５℃より高い温度を検出している検出センサの検出温度をＴｈｉ、その残湯量をＬｈｉとし、低い温度を検出している検出センサの検出温度をＴｌｏ、その残湯量をＬｌｏとして、５５℃に到達している前記貯湯槽１０内の残湯量Ｌｚを、Ｌｚ＝（Ｔｈｉ−５５）／（Ｔｈｉ−Ｔｌｏ）×（Ｌｌｏ−Ｌｈｉ）＋Ｌｈｉからマイコン２０が算出する。

従って、５５℃に到達している残湯量Ｌｚは（６３−５５）／（６３−５０）×（１８０−１４０）＋１４０から約１６５リットルであると、マイコン２０は判断する。

次に循環流量（１分間当りの沸き上げ量）を、ヒートポンプによる１分間当りの加熱量を沸き上げ温度から水温を引いた温度で割り算して算出するが、具体的には循環流量＝（ヒートポンプ能力Ｐ×８６０（Ｋｃａｌ）／６０（分間）／（沸き上げ温度Ｔｐ−（外気温度Ｔｔ×０．８＋３））からマイコン２０が算出する。即ち、所定能力が一定に出る給水温度（冷媒対水熱交換器２に入る水温）は、外気温度値を用いて、各種性能試験で得られた換算式より算出している。

従って、循環流量は、（５×８６０／６０／（７５−（２５×０．８＋３）から約１．３８リットル／分と、マイコン２０は判断する。即ち、ヒートポンプの特性上（特に冷媒がＣＯ_２の場合）、沸き上げ温度を固定で、給水温度（冷媒対水熱交換器２に入る水温）が上昇すると圧縮機１の周波数を一定に保っていても徐々に加熱能力が低下し、また水温の上昇と能力の低下のカーブは完全にはリニアにはならないため、本給湯機で圧縮機１の保護も含め、入口水温に合わせて圧縮機１の周波数を段階的に下げる動作を行い、結果的に入口水温が変動しても同じ外気温度条件なら略一定の循環流量を維持する運転を行なうように制御することとなる。

次に、前述したように算出された循環流量に基づいて、以下のように所要通電時間を算出する。即ち、貯湯槽１０の容量から残湯量を引いた量を前記循環流量で割り算して５（余裕分）を加え、具体的には、所要通電時間は、（２４０−１６５）／１．３８＋５から約５９分となる。

次に、マイコン２０は、運転開始時刻を算出しＲＡＭ２２に設定格納する。即ち、契約使用時間終了時刻（深夜電力時間帯終了時刻）７時００分から５９分遡った時刻の６時０１分が運転開始時刻となる。この運転開始時刻をＲＡＭ２２に記憶し、マイコン２０内のタイマ(図示せず)がその時刻を計時すると、沸き上げ運転（ピークシフト運転）が開始されることとなる。

そして、このピークシフト運転中に、給湯されたことが検出されず、また能力上昇指示スイッチも操作されないとマイコン２０が判定すると、圧縮機１の能力が５．０ｋＷの通常の沸き上げ運転（ピークシフト運転）が継続する。なお、湯温検出センサＴＳ３の検出温度が６３℃、湯温検出センサＴＳ２の検出温度が５０℃を検出していたので、前述したように残湯量Ｌｚは約１６５リットルであると算出していたが、ピークシフト運転中に給湯されると湯温検出センサＴＳ３の検出温度が変化（下がる）するので、この給湯されたか否かの検出ができることとなるものである。

しかし、このピークシフト運転中に、給湯されたことが検出されたか、また能力上昇指示スイッチも操作されたとマイコン２０が判定すると、次に外気温度検出センサ２４の検出温度が７℃以上〜２５℃以下までの範囲内にあるか否かがマイコン２０により判定されて、範囲内になければ通常の沸き上げ運転（ピークシフト運転）を継続し、範囲内にあれば給湯負荷が比較的軽いので圧縮機１の能力を５．０ｋＷから最大加熱能力の６．０ｋＷとなるようにマイコン２０が圧縮機１の周波数制御をする。

そして、台所リモコン１７に設けられた能力上昇指示スイッチが再度押圧されて能力上昇の指示が解除されたか、深夜電力時間帯になったことがタイマにより計時されたとマイコン２０が判定しなければ、能力上昇運転が継続される。そして、能力上昇の指示が解除されたか、深夜電力時間帯になったことが計時されたとマイコン２０が判定すると、次に沸き上げが終了した否かが判定される。

即ち、前記湯温検出センサＴＳ１が５５℃より低い温度を検出すると沸き上げが終了していないとマイコン２０は判定し、通常の沸き上げ運転に戻して運転を行なうが、５５℃以上を検出すると沸き上げが終了したと判定し、終了する。

なお、外気温度検出センサ２４による外気温度の検出温度が１０℃以下のとき、除霜による沸き上げ動作の停止等による沸き上げ能力低下を考慮するため、以下のような運転時間の補正を行ってもよい。この補正値は、実験に基づき導き出したものである。沸き上げ運転時間への加算時間として、（−０．０４５×外気温度＋０．４５）×（２４０−残湯量）の式に基づきマイコン２０が算出する。

なお、沸き上げ運転（ピークシフト運転）中に給湯されたことを検出する検出装置として、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２のいずこかに出湯の際の湯の流れを検出する検出センサを設けても良い。

以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式給湯機の回路説明図である。制御ブロック図である。フローチャートを示す図である。

符号の説明

１圧縮機
２冷媒対水熱交換器（加熱用熱交換器）
１０貯湯槽
２０マイコン
２２ＲＡＭ

Claims

能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に前記貯湯槽の前記残湯量が減少したことを検出する検出装置と、この検出装置により残湯量が減少したことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記沸き上げ運転中に給湯されたことを検出する検出装置と、この検出装置により給湯されたことが検出されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過すると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
前記検出装置は前記貯湯槽の残湯量を検出するための検出センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させるように制御する制御装置とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
能力調整が可能な圧縮機にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備え、前記貯湯槽の容量から残湯量を引き算した量を単位時間当りの沸き上げ量で割り算して沸き上げ運転時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻前に沸き上げるように制御するヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の運転能力を上昇させるための指示装置と、前記沸き上げ運転中に前記指示装置により前記圧縮機の運転能力上昇が選択されると前記圧縮機の運転能力を上昇させて運転させると共に前記深夜電力時間帯終了時刻が経過するか前記指示装置による指示が解除されると通常の運転能力に戻して運転するように制御する制御装置とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。