JP2004156847A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気代の安い深夜電力時間帯に貯湯タンクの沸き上げをする給湯装置を提供することを目的とする。
【解決手段】貯湯タンク１５内の水を予め定めた加熱量で加熱して沸き上げ運転する加熱手段１６と、所定時間内に前記沸き上げ運転以外の動作が発生した場合に前記加熱量を変更する加熱制御手段１７とを備えることにより、深夜電力時間帯等の所定時間内で、貯湯タンク１５の沸き上げ運転状況に変化が生じて、加熱手段１６の加熱が停止したり、加熱量が変化しても、加熱量を加熱制御手段１７により所定時間で貯湯タンク１５が沸きあがるように補正するので、所定時間に貯湯タンク１５を沸き上げることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式の給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯装置としては、特許文献１に記載されているような給湯装置が提案されていた。この給湯装置は図４に示すように、大気から熱を汲み上げて貯湯タンク１の水を沸き上げるヒートポンプ回路２を備えた給湯機であり、ヒートポンプ回路２が、冷媒を圧縮する圧縮機３と、冷媒と貯湯タンク１からの水とを熱交換させる給湯側熱交換器４と、冷媒と浴槽５からの浴槽水とを熱交換させる外熱源側熱交換器６と、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器７と、冷媒を減圧する第１および第２減圧器８、９と、冷媒循環路１０を切替える冷媒循環路切替器１１とを有し、この冷媒循環路切替器１１は、貯湯タンク１の水を沸き上げる場合には、冷媒を圧縮機３、給湯側熱交換器４、第２減圧器９、大気側熱交換器７を順次循環するように冷媒循環路１０を切替え、また浴槽水から熱を汲み上げる貯湯タンク１を沸き上げる、いわいる風呂廃熱回収運転をする場合には、冷媒を圧縮機３、給湯側熱交換器４、第１減圧器８、外熱源側熱交換器７を順次循環するように冷媒循環路１０を切替え、また貯湯タンク１を沸き上げながら浴槽水追焚きする場合や貯湯タンク１を沸き上げながら除霜運転をする場合には、冷媒を圧縮機３、給湯側熱交換器４、外熱源側熱交換器６、第１減圧器８を順次循環するように冷媒循環路を切替えように作用する。このように、貯湯タンクを沸き上げたり、風呂の追焚きや除霜運転ができるようにしている。
【０００３】
一般にヒートポンプにより貯湯タンクを沸き上げる給湯機は、料金が安くなる深夜電力を利用して１日に使用する温水を貯湯タンクに貯めていた。したがって定められた時間帯で加熱が終了するように加熱量が設定される。
【０００４】
しかし、深夜電力時間帯に従来例のように風呂の追焚きや除霜運転を行うと、その間の貯湯タンクへの加熱量が無くなるか、大幅に抑制されるため、深夜電力時間帯での加熱が不足する場合が発生し、貯湯湯量が不足し湯切れが起こったり、料金の高い昼間の電力で貯湯タンクの沸き上げ行うことで電力料金が高くなってしまうなどの問題があった。
【０００５】
この加熱量の不足は、風呂追焚きや、除霜運転や、風呂廃熱回収運転への切替え時のロスなどによっても発生する可能性がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９１０９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電気代の安い深夜電力時間帯に貯湯タンクの沸き上げをする給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、本発明の給湯装置は、所定時間内において沸き上げ運転以外の動作が発生した場合に、沸き上げの加熱量を変更するように制御するものである。
【０００９】
上記発明によれば、たとえば所定時間内で一時的に貯湯タンクの沸き上げ運転を停止する事態が生じても、この停止期間の不足熱量を補正して沸き上げ運転を再開するので、所定時間で貯湯タンク内の水を所定量沸かすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明の給湯装置は、貯湯タンク内の水を予め定めた加熱量で加熱して沸き上げ運転する加熱手段と、所定時間内に前記沸き上げ運転以外の動作が発生した場合に前記加熱量を変更する加熱制御手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明によれば、深夜電力時間帯等の所定時間内で、貯湯タンクの沸き上げ運転状況に変化が生じて、加熱手段の加熱が停止したり、加熱量が変化しても、加熱量を加熱制御手段により所定時間で貯湯タンクが沸きあがるように補正するので、所定時間に貯湯タンクを沸き上げることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明の給湯装置は、加熱手段には風呂水を加熱する風呂加熱運転を備え、請求項１に記載の加熱制御手段が、加熱手段が風呂加熱運転を行う場合に、前記風呂加熱運転に応じて加熱手段の加熱量を増加するものである。
【００１３】
この発明によれば、所定時間内で風呂加熱運転をすることにより貯湯タンクの沸き上げが停止したり加熱量が抑制されるなどにより加熱量が不足しても、加熱制御手段により加熱量を補正して貯湯タンクの沸き上げを行うので、所定時間で貯湯タンクを沸き上げることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明の給湯装置は、加熱手段には空調を行う空調運転を備え、請求項１に記載の加熱制御手段が、加熱手段が空調運転を行う場合に、前記空調運転に応じて加熱手段の加熱量を増加するものである。
【００１５】
この発明によれば、所定時間内で加熱手段により暖房や冷房や乾燥といった空調運転をすることにより、貯湯タンクの沸き上げの加熱量が不足しても、加熱制御手段により加熱量を補正するので、所定時間で貯湯タンクを沸き上げることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明の給湯装置は、請求項１に記載の加熱制御手段が、所定時間内に給湯運転が発生した場合に、前記給湯運転に応じて加熱手段の加熱量を増加するものである。
【００１７】
この発明によれば、所定時間内での給湯により、貯湯タンクから湯が出湯されるために貯湯タンクの沸き上げの加熱量が不足しても、加熱制御手段により加熱量を補正するので、所定時間で貯湯タンクを沸き上げることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明の給湯装置は、加熱手段をヒートポンプサイクルより構成し、前記ヒートポンプサイクルの蒸発器に発生する着霜に応じて除霜を行う除霜運転を備え、請求項１に記載の加熱制御手段が、加熱手段が除霜運転を行う場合に、前記除霜運転に応じて加熱手段の加熱量を増加するものである。
【００１９】
この発明によれば、所定時間内で除霜運転により、貯湯タンクの沸き上げの加熱量が不足しても、加熱制御手段により加熱量を補正するので、所定時間で貯湯タンクを沸き上げることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明の給湯装置は、請求項５に記載の加熱制御手段が、除霜運転を予測し、前記除霜運転の予測結果に応じて予め加熱手段の加熱量を増加するものである。
【００２１】
この発明によれば、加熱制御手段により予め加熱量を補正して沸き上げ運転をするので、所定時間で一定の加熱量で沸き上げることができ、運転効率はよくなる。
【００２２】
請求項７に記載の発明の給湯装置は、加熱手段を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により貯湯タンク内の水を加熱するように構成している。
【００２３】
この発明によれば、貯湯タンクの水と熱交換する冷媒は、臨界圧力以上に加圧されているので、貯湯タンクの水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００２４】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、各実施例において、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。
【００２５】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における給湯装置の構成図を示す。本実施例は一般家庭用の給湯装置で、主に割安な深夜電力を利用して給湯の湯を貯留するもので、貯湯タンク１５と、この貯湯タンク１５の水を加熱して沸き上げ運転をするヒートポンプサイクルである加熱手段１６と、所定時間である深夜電力時間帯において、貯湯タンク１５内の水を所定量すなわち貯湯タンク１５に高温の湯を満たす量を沸かす加熱制御手段１７とから構成される。
【００２６】
加熱手段１６は、圧縮機１８、放熱器１９、減圧手段２０、吸熱器２１が冷媒流路２２により閉回路に接続されている。この加熱手段１６は、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機１８は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮して吐出する。また、２３は放熱器１９の冷媒と熱交換を行う水流路２４を備えた熱交換器である。
【００２７】
２５は貯湯タンク１５底部から給水し貯湯タンク１５上部に戻す循環ポンプ２６有した循環路で、貯湯タンク１５内の沸き上げは、この循環路２５の水を流す熱交換器２３の水流路２４に接続して流水を加熱して行う。
【００２８】
加熱制御手段１７は、予め定めた加熱量で加熱手段１６を制御する通常の沸き上げ運転制御と、深夜電力時間帯に沸き上げ運転以外の動作が発生した場合に加熱量を変更して沸き上げ運転する補正沸き上げ運転制御を有する。
【００２９】
加熱制御手段１７における通常の沸き上げ運転制御は、水流路２４の出口近傍に設け、流水の加熱温度を検出する加熱センサ２８の検出値を入力して、循環ポンプ２６と、圧縮機１８と、減圧手段２０を制御し、所定温度（例えば８５℃）の湯が水流路２４の出口から出湯するようにしている。これによって、貯湯タンク１５内の上方が高温に、下方が低温に分かれ温度成層２７が形成され、沸き上げ運転にしたがって温度成層２７は貯湯タンク１５の下方に移動し、最終は貯湯タンク１５内が全て高温になる。この貯湯タンク１５全体の沸き上げは深夜電力時間帯（例えば２３時から翌朝の７まで）で沸きあがるように加熱量を予め定めている。そしてこの深夜電力時間帯以外の時間帯では貯湯タンク１５の残湯を検知する残湯センサ２９の検出値に応じて適宜沸き上げ運転が入るようになっている。
【００３０】
加熱量は、冬場においても深夜電力時間帯（８時間）で貯湯タンク１５内が全て所定温度に沸きあがるように次式により加熱量を設定する。
【００３１】
Ｑ＝Ｖ×（Ｔｓ−Ｔｗ）／（８×８６０×η）
ただし、Ｑ：加熱量（ｋＷ）
Ｖ：タンク容量（Ｌ）
Ｔｓ：沸き上げ温度（℃）
Ｔｗ：貯湯タンク内初期温度（℃）
η：加熱効率
例えば貯湯タンク１５が３７０Ｌ、貯湯タンク１５内の水が５℃、沸き上げ温度が８５℃、加熱効率１．０とすると加熱量Ｑは４．３ｋＷとなり、余裕をみて４．５ｋＷで加熱量を設定する。そして、この加熱量は年間を通じて一定に定めることで、確実に沸き上げができる。
【００３２】
加熱制御手段１７の補正沸き上げ運転制御は、深夜電力時間帯に貯湯タンク１５に給湯運転が発生した場合に、この給湯運転に応じて加熱手段１６の加熱量Ｑを増加させ、沸き上げ運転を行う。
【００３３】
給湯運転は、貯湯タンク１５底部に接続される給水管３０から水道水が供給され、貯湯タンク１５上部に設けた出湯管３１からから出湯される。３２は混合弁で、出湯管３１からの湯と水道水を混合して適温の湯を給湯管３３に出湯する。加熱制御手段１７は、給湯運転を給湯管３３に設けられた流量センサ３４によって検知し、給湯運転の終了時点で補正する加熱量Ｑｃを次式により求める。
【００３４】
Ｑｃ＝（Ｖ−Ｖｚ）×（Ｔｓ−Ｔｗ）／（Ｔｉｚ×８６０×η）
ただし、Ｖｚ：残湯量（Ｌ）
Ｔｉｚ：深夜電力時間帯の残り時間（ｈ）
ここで、残湯量Ｖｚは残湯センサ２９により検出される貯湯タンクの温度成層２７の上方の高温の湯量のことである。ここで、ＱｃがＱよりも大きければ加熱量はＱｃに変更して沸き上げ運転を行い、ＱｃがＱより小さければ加熱量はＱのまま運転する。
【００３５】
たとえば、給湯運転により多量の湯が貯湯タンク１５から出湯されると、温度成層２７は貯湯タンク１５上方に移動し、残湯量Ｖｚが減少する。この結果Ｑｃが大きくなると、この算定以降の貯湯タンク１５の沸き上げ運転は、加熱量をＱｃに変更して行う。したがって、残り時間Ｔｉｚで、所定の沸き上げ温度Ｔｓに貯湯タンク１５全体を沸かすことができる。
【００３６】
加熱制御手段１７の補正沸き上げ運転制御は、深夜電力時間帯に加熱手段１６に除霜運転が発生した場合にも、この除霜運転に応じて加熱手段１６の加熱量Ｑを増加させ、沸き上げ運転を行う。
【００３７】
除霜運転は、冷媒流路２２の放熱器１９と減圧手段２０とをバイパスするバイパス路３４と、このバイパス路３５に設けた開閉弁３６を備え、冬期に沸き上げ運転を行って吸熱器２１に霜が付着する場合に、開閉弁３６を開き、圧縮機１８と吸熱器２０の間で冷媒循環を行い、圧縮機１８の運転発熱により霜を溶かす除霜運転を行う。そして加熱制御手段１７は、給湯運転時と同様に除霜運転の終了時点で補正する加熱量Ｑｃを求め、残り時間Ｔｉｚで貯湯タンク１５全体が深夜電力時間帯で沸かせるように加熱量を増加する。
【００３８】
なお、除霜運転は外気温度によって除霜運転の有無が予測できるので、深夜電力時間帯による沸き上げ運転開始時点の外気温度により除霜運転による不足熱量を想定して、最初から加熱量を増加させて運転してもよい。この方法によれば、沸き上げ運転時の加熱量を一定にできるので、加熱効率がよい。
【００３９】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例の給湯装置の構成図である。なお、実施例１の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００４０】
図において、実施例１の構成と異なるところは、加熱手段１６には浴槽４０風呂水４１を加熱する風呂加熱運転を備え、加熱制御手段１７は加熱手段１６が風呂加熱運転を行う場合に、風呂加熱運転に応じて加熱手段１６の加熱量を増加するようにした点にある。
【００４１】
具体的には風呂水４１を加熱する風呂熱交換器４２を備え、この風呂熱交換器４２には風呂用放熱器４３と風呂水を流す風呂用水流路４４を備え、風呂用放熱器４３の冷媒と風呂用水流路４４の風呂水とを熱交換させる。浴槽４０には、風呂水４１を風呂用水流路４３に循環する風呂循環回路４５が接続され、風呂循環路４５には循環用の風呂ポンプ４６が備えられている。一方、風呂用放熱器４２は放熱機１９と並列に冷媒流路２２に配置し、この両者を冷媒分岐弁４７により切りかえるように構成している。
【００４２】
そして風呂加熱運転を行う場合は、冷媒分岐弁４７を切替えて冷媒が風呂用放熱器４４に流れるようにする。そして、循環ポンプ２６を停止し、風呂ポンプ４６を駆動することにより、風呂用熱交換器４２で風呂用水流路４３が加熱されて風呂水４１の温度が上昇する。
【００４３】
加熱制御手段１７は、深夜電力時間帯に風呂加熱運転が行われた場合は、風呂加熱運転終了時点で実施例１と同様に補正する加熱量Ｑｃを求め、残り時間Ｔｉｚで貯湯タンク１５全体が深夜電力時間帯で沸かせるように加熱量を増加する。
【００４４】
以上のように、実施例２の構成および作用にいよれば、深夜電力時間帯の沸き上げ運転中に、風呂加熱運転が割り込んできても、この風呂加熱運転の時間分だけ残り時間Ｔｉｚが短くなり、それに応じて補正する加熱量Ｑｃは大きくなる。その結果深夜電力時間帯で貯湯タンク１５内の水を沸き上げ設定温度に沸かすことができるように補正される。
【００４５】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例の給湯装置の構成図である。なお、実施例１および実施例２の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００４６】
図において、実施例１および実施例２の構成と異なるところは、加熱手段１６に空調用の室内機５０を接続し、暖房、浴室乾燥、冷房、除湿等の空調運転を備え、加熱制御手段１７は加熱手段１６が空調運転を行う場合に、この空調運転に応じて加熱手段１６の加熱量を増加するようにした点にある。
【００４７】
室内機５０は、室内熱交換器５１と送風機５２を備え、この室内熱交換器５１は冷媒と送風による室内空気とを熱交換させる。そしてこの室内熱交換器５１は放熱機１９と並列に冷媒流路２２に配置し、この両者を冷媒分岐弁４７により切りかえるように構成している。また、圧縮機１８の入口と出口には冷媒の流れ方向を切りかえる切替え弁５３が設けられ、暖房運転（実線）、冷房運転（点線）を切替える。
【００４８】
そして空調運転を行う場合は、冷媒分岐弁４７を切替えて冷媒が室内熱交換器５１に流れるようにする。そして、循環ポンプ２６を停止し、送風機５２を駆動することにより、室内熱交換器５１で室内空気が加熱または冷却されて空調される。
【００４９】
加熱制御手段１７は、深夜電力時間帯に空調運転が行われた場合は、空調運転終了時点で実施例１と同様に補正する加熱量Ｑｃを求め、残り時間Ｔｉｚで貯湯タンク１５全体が深夜電力時間帯で沸かせるように加熱量を増加する。
【００５０】
したがって深夜電力時間帯の沸き上げ運転中に、空調運転が割り込んできても、この風呂加熱運転の時間分だけ残り時間Ｔｉｚが短くなり、それに応じて補正する加熱量Ｑｃは大きくなる。その結果深夜電力時間帯で貯湯タンク１５内の水を沸き上げ設定温度に沸かすことができるように補正される。
【００５１】
ただし、加熱量Ｑｃは能力に限界があるので、Ｑｃが上限を超えた場合は上限の加熱量で沸き上げ運転を行い、不足分は深夜電力以外の時間帯で沸き上げることになる。
【００５２】
なお、実施例では加熱手段に超臨界ヒートポンプサイクルを用いたが、もちろん通常のヒートポンプサイクルでも良いし、一般のヒータでも同様の効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電気代の安い深夜電力時間帯に貯湯タンクの沸き上げをする給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における給湯装置の構成図
【図２】同実施例２における給湯装置の構成図
【図３】同実施例３における給湯装置の構成図
【図４】従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
１５ 貯湯タンク
１６ 加熱手段（ヒートポンプサイクル）
１７ 加熱制御手段

Claims (7)

1. 貯湯タンク内の水を予め定めた加熱量で加熱して沸き上げ運転する加熱手段と、所定時間内に前記沸き上げ運転以外の動作が発生した場合に前記加熱量を変更する加熱制御手段とを備えた給湯装置。
2. 加熱手段には風呂水を加熱する風呂加熱運転を備え、加熱制御手段は加熱手段が風呂加熱運転を行う場合に、前記風呂加熱運転に応じて加熱手段の加熱量を増加する請求項１記載の給湯装置。
3. 加熱手段には空調を行う空調運転を備え、加熱制御手段は加熱手段が空調運転を行う場合に、前記空調運転に応じて加熱手段の加熱量を増加する請求項１記載の給湯装置。
4. 加熱制御手段は、所定時間内に給湯運転が発生した場合に、前記給湯運転に応じて加熱手段の加熱量を増加する請求項１記載の給湯装置。
5. 加熱手段をヒートポンプサイクルより構成し、前記ヒートポンプサイクルの蒸発器に発生する着霜に応じて除霜を行う除霜運転を備え、加熱制御手段は加熱手段が除霜運転を行う場合に、前記除霜運転に応じて加熱手段の加熱量を増加する請求項１記載の給湯装置。
6. 加熱制御手段は、除霜運転を予測し、前記除霜運転の予測結果に応じて予め加熱手段の加熱量を増加する請求項５に記載の給湯装置。
7. 加熱手段は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により貯湯タンク内の水を加熱する請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置。

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