JP2004286415A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の騒音による周囲への影響を低減すると同時に給湯負荷を十分にまかなうことができるヒートポンプ給湯装置とする。
【解決手段】騒音対策として圧縮機２１と送風ファン２４の運転状態を変化させることによって、騒音を抑えた運転を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。図３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯装置を示すものである。
【０００３】
このヒートポンプ給湯装置は図３に示すように、圧縮機１と、給湯熱交換器２と、大気熱交換器３とを含む冷媒回路４と、給湯熱交換器２によって加熱された水を蓄える貯湯槽５からなっており、加熱されて湯となった水を貯湯槽５に蓄え、その湯を給湯や風呂の湯張りなどで必要となった時に使用する。また、深夜などの特定時間帯であることを把握する時間帯把握手段６と外気温を検出する外気温検出手段７を持ち、検出した外気温が所定の温度より高い場合には、時間帯把握手段によって把握される特定時間帯における運転を制御手段８によって停止させる。したがって、夏場などの外気温が高く給湯負荷が少ない時期において特定時間帯での運転を停止させることによって、運転時の騒音による周囲への影響を低減することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−６５８０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、特定時間帯において運転を停止させるため、特定時間帯を貯湯のための運転時間として有効に使えず、その間は貯湯槽への貯湯を行わないため貯湯量が少なくなり、給湯負荷が大きい場合に湯切れを起こし、十分な給湯ができなくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、装置の騒音による周囲への影響を低減すると同時に給湯負荷を十分にまかなうことが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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、圧縮機もしくは送風ファンの少なくとも１つの構成部品の動作音を低下させて運転するヒートポンプ給湯装置とする。
【０００８】
これによって、装置の騒音による周囲への影響を低減させて運転を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、運転周波数が可変である圧縮機と、冷媒で水を加熱する給湯熱交換器と、送風ファンを備え大気熱で冷媒を加熱する大気熱交換器とを含む冷媒回路と、給湯熱交換器で加熱された水を蓄える貯湯槽と、それらの構成部品の動作を制御する運転制御手段を備え、前記圧縮機もしくは前記送風ファンの少なくとも１つの動作音を低下させて運転するヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、圧縮機もしくは送風ファンの少なくとも１つの動作音を低下させて運転することによって、装置の騒音による周囲への影響を低減すると同時に給湯負荷を十分にまかなうことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮機の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、検出結果に基づいて圧縮機の運転状態を変化させる請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、運転状態検出手段によって検出される圧縮機の運転状態に基づいて、圧縮機の運転状態を変化させることによって、圧縮機の運転状態に起因する騒音を抑えた運転を行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、運転状態検出手段として、圧縮機の運転周波数を検出する運転周波数検出手段を備えたヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、運転周波数検出手段の検出した圧縮機の運転周波数に基づいて圧縮機の運転状態を変化させることによって、例えば、圧縮機と他の構成部品との共振といった、圧縮機の運転周波数に起因する騒音を抑えた運転を行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、運転状態検出手段として、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段を備えたヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、吐出圧力検出手段の検出した圧縮機の吐出圧力に基づいて圧縮機の運転状態を変化させることによって、圧縮機の吐出圧力を制御して騒音を抑えた運転を行うことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の発明において、送風ファン制御手段を備え、送風ファンの運転状態を変化させて騒音対策を行うヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、送風ファンの運転状態を変化させることによって、送風ファンからの騒音だけでなく、例えば、送風ファンと他の構成部品との共振といった、送風ファンの運転状態に起因する騒音を抑えた運転を行うことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の発明において、静音時間帯設定手段を備えたヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、任意に設定した静音時間帯に騒音を抑えた運転を行うことができる。また、静音時間帯以外の運転を重点的に行うことで必要な給湯負荷をまかなうことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、任意に設定した静音レベルに基づいて騒音対策を行うヒートポンプ給湯装置とする。この発明によれば、運転時の騒音の影響を制限することができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、低コスト運転時間帯設定手段を備え、低コスト運転時間帯内に貯湯槽への貯湯運転を完了させるヒートポンプ給湯装置とする。
【００１７】
この発明によれば、電気料金が廉価に設定されている深夜時間帯といった低コスト運転時間帯内に運転を完了させて装置の運転コストを低く抑えることができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
（実施例）
図１は本発明の実施例におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。まず、基本的な構成について説明する。運転周波数が可変である圧縮機２１と、給湯熱交換器２２と、電動膨張弁２３と、送風ファン２４を備えた大気熱交換器２５とを冷媒配管によって順に接続して冷媒回路２６を構成している。また、貯湯槽２７と循環ポンプ２８と給湯熱交換器２２が水回路２９によって順に接続されており、給湯熱交換器２２において、水回路２９を流れる水と冷媒回路２６を流れる冷媒が熱交換可能になっている。そして、圧縮機２１、電動膨張弁２３、送風ファン２４、循環ポンプ２８などの装置の運転に関わる構成要素を制御する制御手段３０が設けられている。
【００２０】
次に、制御に関わる構成について説明する。圧縮機２１に運転周波数を検出する運転周波数検出手段３１と吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段３２が備えられている。また、貯湯槽には残湯量を検出する残湯量検出手段３３が備えられている。そして、使用者によって運転条件を任意に設定できる運転条件設定手段３４を設けている。この運転条件設定手段３４によって、騒音対策を行う時間帯である静音時間帯、騒音対策を行う場合の静音レベル、運転コストが安価である深夜時間帯内での貯湯運転の完了、を必要であるならば任意に設定でき、また、それぞれ条件に優先順位をつけることができる。そして、これらの検出手段と運転条件設定手段３４はそれぞれ制御手段３０と接続されている。
【００２１】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用を説明する。まず、圧縮機２１で圧縮され高温高圧となった冷媒と、貯湯槽２７の底部から循環ポンプ２８によって水回路２９を通って流れる水を、給湯熱交換器２２で冷媒により加熱し、高温の湯として水回路２９を通して貯湯槽２７上部に返して貯湯を行う。そして給湯熱交換器２２からの冷媒は電動膨張弁２３によって減圧されて低温低圧になり、大気熱交換器２５において送風ファン２４によって流される空気と熱交換することで大気熱を吸熱して圧縮機２１へと戻される。この一連の動作によって、大気熱を用いた効率のよい給湯運転を行うことができる。
【００２２】
次に、まず圧縮機２１の騒音対策について説明する。制御手段３０によって圧縮機２１の運転状態を制御することによって圧縮機２１の運転によって生じる騒音を低下させる。基本的に圧縮機２１の行う仕事量をなるべく減らして圧縮機２１の運転によって生じる騒音を抑えるように制御を行う。このとき、圧縮機２１に備えられた運転周波数検出手段３１によって圧縮機２１の運転周波数を検出し、運転周波数を下げるように圧縮機２１の制御を行う。また、吐出圧力検出手段３２によって冷媒の吐出圧力を検出し、吐出圧力を下げるように圧縮機２１の制御を行う。しかし特別な運転状態において騒音が大きくなることがわかっている場合には、その圧縮機２１の運転状態を避けるように圧縮機２１の運転状態を制御する。
【００２３】
例えば、圧縮機２１の運転周波数が４０Ｈｚであり、吐出圧力が８ＭＰａ以上である場合に冷媒配管など、装置の他の要素との共振によって、圧縮機２１の運転音が特に大きくなることがわかっている場合には圧縮機２１の運転状態をこの状態を回避して運転する。このとき、共振によって騒音が生じているので、圧縮機２１の運転周波数を問題となる周波数である４０Ｈｚからずらして運転を行う。そのため、場合によっては周波数を上げることによって共振を回避して騒音を下げることもできる。また、吐出圧力を８ＭＰａより小さくすることによっても共振を回避することができるので、吐出圧力を下げるように電動膨張弁２３の開度を変化させることによっても共振を回避することができる。
【００２４】
なお、本実施例では圧縮機２１の運転状態を検出する手段として運転周波数検出手段３１と吐出圧力検出手段３２を用いたが、それぞれ単独で用いることによっても効果が得られるものである。また、運転周波数検出手段３１と吐出圧力検出手段３２の代わりに圧縮機２１の冷媒吐出温度や運転消費電力などを検出する検出手段を用いて圧縮機２１の運転状態を把握することもでき、また、本実施例にそれらの検出手段を加えることによって、より詳細に圧縮機２１の運転状態を把握して精度の高い圧縮機２１の騒音対策を行うことも可能である。
【００２５】
次に送風ファン２４の騒音対策について説明する。制御手段３０によって送風ファン２４の回転数を制御することによって送風ファン２４の運転状態に起因する騒音を低下させる。基本的には回転数を下げることによって送風ファン２４の回転によって生じる騒音を下げる。また、送風ファン２４からの騒音だけでなく、送風ファン２４の回転数と圧縮機２１の周波数や冷媒配管などが持つ固有振動数との関係により共振が起こることで特に騒音が大きくなることがわかっている時は、共振を避けるために送風ファン２４の回転数を変化させて装置全体の騒音が大きくなることを防ぐ。
【００２６】
騒音対策に関して、圧縮機２１と送風ファン２４の騒音対策を単独で行うことも可能であるが、装置としての騒音は構成する要素から生じる騒音が対数的に合わさったものであるので、単独の要素のみ騒音対策を行うのではなく、装置全体の騒音のバランスを考慮して圧縮機２１や送風ファン２４の騒音対策を行うことによって装置全体としての騒音対策として効果を大きくすることができる。また、ヒートポンプとしてみた場合でも、ヒートポンプサイクルを構成する要素として、圧縮機２１の圧縮能力と送風ファン２４の回転数によって変化する大気熱交換器２５の性能のバランスをとるように圧縮機２１と送風ファン２４の運転状態を変化させて騒音対策をとることによって、装置の運転効率を保つように運転を行うことができる。このようにして、騒音対策を行うことで深夜などの装置からの騒音が問題となる場合などにおいても快適性を損なうことなく運転を行うことができる。
【００２７】
運転条件設定手段３４で設定をする項目について、まず、静音時間帯の設定について説明する。例えば、深夜の就寝から数時間の時間帯など、装置からの騒音が問題となる時間帯を装置の運転による騒音を抑える静音時間帯として運転条件設定手段３４によって任意に設定することができる。その時間帯に運転を行う場合に限定して騒音対策を行って騒音を低減させた運転をする。図２（ａ）は静音時間帯設定の一例として、加熱能力と時間の関係を表したものであり、実線Ａは運転を行う時間の途中の一部を静音時間帯として設定した場合の変化を示しており、破線Ｂは比較のために同じ時間で同じ熱量となるように運転した場合の変化を示している。図２（ｂ）は騒音値と時間の関係を同様に表したものである。このとき騒音対策を行うために圧縮機２１の圧縮能力と送風ファン２４の回転数を下げる場合には、図２（ａ）の実線Ａで示すようにそれに伴って給湯装置としての加熱能力が低下し、その時の騒音値は図２（ｂ）の実線Ａで示すように低下する。しかし、騒音対策を行った運転を静音時間帯に限定するので破線Ｂと比べて静音時間帯以外での運転によって必要となる貯湯量を確保することができる。また、できるだけ静音時間帯以外での運転の比率を大きくすることによって、静音時間帯において圧縮機２１の圧縮能力と送風ファン２４の回転数をさらに下げることができるため静音時間帯での運転時の騒音をさらに下げることができる。また、装置の騒音の影響を低減させたい時間帯が決められているので、図２（ｂ）の実線Ａで示すように、装置の起動を静音時間帯からずらして行うことによって、静音時間帯に装置起動時の騒音の影響を与えないようにしている。また、静音時間帯になる前に圧縮機２１の圧縮能力と送風ファン２４の回転数を変化させておくことによって、静音時間帯に圧縮機２１と送風ファン２４の運転状態の変化途中に一時的な共振によって生じる騒音の影響を与えないようにしている。静音時間帯終了後も同様に静音時間帯終了後に圧縮機２１と送風ファン２４の運転状態を変化させている。このようにして静音時間帯になるべく騒音の影響を少なくするようにして運転を行う。
【００２８】
次に、騒音レベルの設定について説明する。運転時の騒音をある基準以下に制限したい場合には運転条件設定手段３４によって運転時の騒音レベルを設定することができる。設定した騒音レベル以下になるように騒音対策を行って運転することによって騒音の影響を一定以下に抑えた装置の運転が可能になる。
【００２９】
次に、低コスト運転時間帯内での貯湯運転の完了の設定について説明する。電力会社によって安価に設定されている深夜電力を用いて深夜時間帯に貯湯運転を行うことによってランニングコストを大幅に削減することができる。そのため運転条件設定手段３４によって低コストで運転できる時間帯である深夜時間帯内に貯湯運転を完了させるように、貯湯槽２７に設けられた残湯量検出手段３３によって貯湯槽２７に蓄えられている湯量を検出し、貯湯完了に必要な熱量から深夜時間帯内に貯湯が完了する加熱能力となるように騒音対策を行うことによって、深夜時間帯以外に貯湯運転を行わないようにしてランニングコストを抑えることができる。また、設定された騒音レベルに応じて騒音対策を行うことによって、その結果加熱能力が制限されるため、貯湯完了に必要な熱量によっては深夜時間帯内に貯湯運転を完了させることができなくなる場合がある。よって、運転条件設定手段３４によって騒音レベルを優先させるか、深夜時間帯内での貯湯運転の完了を優先させるかを設定できるため、運転時の騒音を抑えることを優先するか、ランニングコストを抑えることを優先するかを設定することができる。このように、運転条件設定手段３４によって設定できるこれらの条件の優先順位をつけることができる。これによって使用者の要求や使用環境に応じた運転を行うことができる。
【００３０】
なお、発明の効果が得られるための冷媒回路２６の構成は、図１に示したものに限ったものではない。例えば、風呂熱交換器を持ち、風呂の残湯の持つ廃熱を利用して風呂廃熱回収運転ができる構成でもよい。また、それぞれの発明は単独でも効果があるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、運転時に発生する騒音を抑えることができる。したがって、例えば、深夜などの騒音が問題となる場合などにおいても快適性を損なうことなく運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】（ａ）本発明の実施例における静音時間帯設定時の時間と加熱能力の変化を示した図
（ｂ）本発明の実施例における静音時間帯設定時の時間と騒音値の変化を示した図
【図３】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
２１ 圧縮機
２２ 給湯熱交換器
２４ 送風ファン
２５ 大気熱交換器
２６ 冷媒回路
２７ 貯湯槽
３１ 運転周波数検出手段
３２ 吐出圧力検出手段

Claims (8)

1. 運転周波数が可変である圧縮機と、冷媒で水を加熱する給湯熱交換器と、送風ファンを備え大気熱で冷媒を加熱する大気熱交換器とを含む冷媒回路と、給湯熱交換器で加熱された水を蓄える貯湯槽と、それらの構成部品の動作を制御する運転制御手段を備え、前記圧縮機もしくは前記送風ファンの少なくとも１つの動作音を低下させて運転するヒートポンプ給湯装置。
2. 圧縮機の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、検出結果に基づいて圧縮機の運転状態を変化させる請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 運転状態検出手段として、圧縮機の運転周波数を検出する運転周波数検出手段を備えた請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 運転状態検出手段として、圧縮機の冷媒吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段を備えた請求項２または３に記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 送風ファン制御手段を備え、送風ファンの送風能力を変化させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
6. 静音時間帯設定手段を備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
7. 静音レベル設定手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 低コスト運転時間帯設定手段を備え、低コスト運転時間帯内に貯湯槽への貯湯運転を完了させる請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。

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