JP2007278656A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、減圧装置３３、蒸発器３４を順次接続した冷媒回路と、循環ポンプ４２、前記給湯用熱交換器３２を順次接続した給湯回路とを備え、前記給湯用熱交換器に流入する水を加熱する加熱量を算出する加熱量算出手段を有し、前記加熱量算出手段により算出された加熱量に基づいて、前記圧縮機３１の運転周波数を決定することを特徴とするもので、夏期や中間期で外気温度が高い場合や湯の使用量が少ない場合などに、加熱量を算出し、加熱量が一定値以下の場合、圧縮機３１の運転周波数が規定値より低い運転を行うことで、効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。

従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図２に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。図２は従来のヒートポンプ給湯機のブロック図である。図２において、ヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、絞り装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記給湯用熱交換器２を接続した給湯回路からなる。

運転を開始すると、前記循環ポンプ６が運転され、前記貯湯槽５から前記給湯用熱交換器２に流入する入水温度が計測され、外気温度、入水温度と出湯目標温度により、前記圧縮機１の運転周波数、前記絞り装置３の初期開度が決定され、前記圧縮機１が運転開始する。前記圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は、前記給湯用熱交換器２に流入し、ここで前記循環ポンプ６から送られてきた給湯水を加熱する。

そして、凝縮液化した冷媒は前記絞り装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。一方、前記給湯用熱交換器２で加熱された湯は前記貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、前記給湯用熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温検知器２０が検知し、前記圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止するものである。
特開昭６０−１６５１５７号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、外気温度、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機の運転周波数が決定され、貯湯槽の残湯量や、給湯量により運転周波数が制御されない。そのため、外気温度、入水温度と出湯目標温度が決まると、ヒートポンプ給湯気の効率はある一定値となる。

この種のヒートポンプ給湯機は、午後１１時から翌日の７時までの８時間の深夜電力を使用し運転を行い、ランニングコストを低くすることができるが、夏期や中間期で外気温度が高い場合や湯の使用量が少ない場合などに、外気温度、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機の運転周波数が決定されると、２時間から４時間の短時間で運転終了してしまう場合がある。

従って、短時間で給湯運転が終了するため運転効率が悪くなっていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路とを備え、前記給湯用熱交換器に流入する水を加熱する加熱量を算出する加熱量算出手段を有し、前記加熱量算出手段により算出された加熱量に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を決定することを特徴とするもので、夏期や中間期で外気温度が高い場合や湯の使用量が少ない場合などに、加熱量を算出し、加熱量が一定値以下の
場合、圧縮機の運転周波数が規定値より低い運転を行うことで、効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。

本発明によれば、効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路とを備え、前記給湯用熱交換器に流入する水を加熱する加熱量を算出する加熱量算出手段を有し、前記加熱量算出手段により算出された加熱量に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を決定することを特徴とするもので、夏期や中間期で外気温度が高い場合や湯の使用量が少ない場合などに、加熱量を算出し、加熱量が一定値以下の場合、圧縮機の運転周波数が規定値より低い運転を行うことで、効率の高い運転を行うことができ、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。

第２の発明は、給湯回路に設けられた温水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽の残湯温度を検知する複数の残湯温度センサーとを備え、加熱量算出手段にて、運転開始時に前記複数の残湯温度センサーで検知した残湯温度からその日の加熱量を算出することを特徴するもので、より効率の高い運転を行うことができる。

第３の発明は、前日までの給湯量を記憶し、その給湯量から翌日の必要給湯量を予測する給湯量予測手段を備え、加熱量算出手段にて、運転開始時に前記給湯量予測手段から加熱量を算出することを特徴とするもので、より効率の高い運転を行うことができる。

第４の発明は、電力料金の安い深夜電力を利用するもので、深夜の８時間でより効率の高い運転を行い、ランニングコストを低くすることができる。

第５の発明は、冷媒として炭酸ガスを用いるもので、高い給湯温度でも効率の高い運転を行い、ランニングコストを低くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。

図１において、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、減圧手段である絞り装置３３、蒸発器３４を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器３４は、外気を送風するためのファン３５を備えている。また、貯湯槽４１、循環ポンプ４２、給湯用熱交換器３２を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２およびに流入し、ここで循環ポンプ４２から送られてきた給湯水を加熱するようになっている。

また、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサー５１と給湯
用熱交換器３２から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサ５２と外気温度を検知する外気温度センサー５３、貯湯槽４１には残湯温度を検知する複数の残湯温度センサー５４を設けてあり、運転開始時に複数の残湯温度センサー５４で検知した残湯温度からその日の加熱量を算出する加熱量算出手段や、各々の温度があらかじめ設定しある温度と比較して、絞り装置３３との開閉を制御する制御手段を有する制御装置５５を設置している。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

通常の運転時は、運転開始時に複数の残湯温度センサー５４により貯湯槽４１の残湯量を検出し、残湯量が一定未満の場合は加熱量算出手段によりその日の加熱量を算出し、この時の外気温度、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機３１の運転周波数を規定値に設定し運転が始まる。圧縮機３１で高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、給湯用熱交換器３２とで給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。一方、循環ポンプ４２で送られた給湯水は、給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽４１の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。

一方、運転開始時に複数の残湯温度センサー５４により貯湯槽４１の残湯量を検出し、残湯量が一定以上の場合は加熱量算出手段により、その日の加熱量を算出し、加熱量とこの時の外気温度、入水温度と出湯目標温度により、深夜料金の利用できる午後１１時から翌日の午前７時までの８時間で加熱可能であるとともに規定値より低い圧縮機３１の運転周波数を選定する。その圧縮機３１の周波数が第２の規定値より高い場合は、その圧縮機３１で運転を開始し、周波数が第２の規定値より低い場合は、第２の規定値で運転を開始する。

この場合、圧縮機３１の運転周波数が第２の規定値以上の範囲では、運転周波数が低いほど加熱能力が低下するが、圧縮機３１の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力の圧力比が低下して、運転効率が高くなる。その結果、午後１１時から翌日の午前７時までの８時間で効率の高い運転を行い、ランニングコストを下げることができる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態のヒートポンプ給湯装置の構成図は図１と同じであるが、制御装置５５が、前日までの数日間の給湯量を記憶し、その給湯量から翌日の必要給湯量を予測する給湯量予測手段と、運転開始時に前期給湯量予測手段から加熱量を算出する加熱量算出手段を有するものである。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

通常の運転では、運転開始時に複数の残湯温度センサー５４により貯湯槽４１の残湯量を検出し、その残湯量と給湯量予測手段で予測された必要給湯量から加熱量算出手段によりその日の加熱量を算出し、加熱量が一定値以上の場合は、この時の外気温度、入水温度と出湯目標温度により、圧縮機３１の運転周波数を規定値に設定し運転が始まる。

一方、残湯量と給湯量予測手段で予測された必要給湯量から加熱量算出手段によりその日の加熱量を算出し、加熱量が一定値未満の場合は、加熱量とこの時の外気温度、入水温度と出湯目標温度により、深夜料金の利用できる午後１１時から翌日の午前７時までの８時間で加熱可能であり規定値より低い圧縮機３１の運転周波数を選定する。

その圧縮機３１の周波数が第２の規定値より高い場合は、その圧縮機で運転を開始し、周波数が第２の規定値より低い場合は、第２の規定値で運転を開始する。

この場合、圧縮機３１の運転周波数が第２の規定値以上の範囲では、運転周波数が低いほど加熱能力が低下するが、圧縮機３１の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力の圧力比が低下して、運転効率が高くなる。その結果、余分な加熱を行うことなく、午後１１時から翌日の午前７時までの８時間で効率の高い運転を行い、ランニングコストを下げることができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、圧縮機の運転周波数を規定値より低くし、加熱能力が低下するため運転時間は長くなるが、圧縮機の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力の圧力比が低下して、運転効率の高い運転を行うことが可能となるので、より高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の高効率化にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯装置の構成図 従来のヒートポンプ給湯装置の構成図

符号の説明

３１ 圧縮機
３２ 給湯用熱交換器
３３ 絞り装置（減圧手段）
３４ 蒸発器
３５ ファン
４１ 貯湯槽
４２ 循環ポンプ
５１ 入水温度センサー
５２ 出湯温度センサー
５３ 外気温度センサー
５４ 残湯温度センサー
５５ 制御装置

Claims (5)

1. 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路とを備え、前記給湯用熱交換器に流入する水を加熱する加熱量を算出する加熱量算出手段を有し、前記加熱量算出手段により算出された加熱量に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を決定することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 給湯回路に設けられた温水を貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽の残湯温度を検知する複数の残湯温度センサーとを備え、加熱量算出手段にて、運転開始時に前記複数の残湯温度センサーで検知した残湯温度からその日の加熱量を算出することを特徴する請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 前日までの給湯量を記憶し、その給湯量から翌日の必要給湯量を予測する給湯量予測手段を備え、加熱量算出手段にて、運転開始時に前記給湯量予測手段から加熱量を算出することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 電力料金の安い深夜電力を利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜４記のいずれか１項に載のヒートポンプ給湯装置。

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