JP2004347171A

JP2004347171A - ヒートポンプ給湯器

Info

Publication number: JP2004347171A
Application number: JP2003142255A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tomota; 伸一友田; Masaaki Kouchi; 正明古内; Tetsuya Matsuyama; 哲也松山; Koichi Horikoshi; 康一堀越; Kazuhiro Saito; 和宏齋藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP3966224B2

Abstract

【課題】前日の残湯状態によらず、夜間時間帯終了時刻に沸き上げを完了させることができるヒートポンプ給湯器を提供することを目的とする。
【解決手段】ヒートポンプの加熱能力Ｗに基づき、必要沸き上げ時間Ｈを算出し、夜間時間帯の終了時間付近の特定時間に沸き上げを完了させるよう沸き上げの開始時間を制御するヒートポンプ給湯器において、夜間時間帯の沸き上げ開始前の残湯状態からヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏを予測し、予測されるヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏに対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して前記必要沸き上げ時間Ｈを算出する制御手段９を備えた。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプを加熱手段としたヒートポンプ給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貯湯式電気温水器には、放熱ロスを低減させ維持費を安くするため、沸き上げ設定温度までに沸き上げるのに必要な沸き上げ時間を算出し、夜間時間帯終了時刻に沸き上げが完了するように、夜間時間帯の途中から発熱体への通電を開始させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の貯湯式ヒートポンプ給湯機には、所定の目標温度になるように水循環ポンプ８の流量をコントロールして温度調節しながら、貯湯タンク５の上部よりお湯を積層沸き上げしていくものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−１２９１４６号公報（第２頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−１４７８４６号公報（第３−５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示された貯湯式電気温水器においては、発熱体を加熱手段としているため、加熱能力Ｗは固定値となるので、必要沸き上げ時間Ｈの算出に問題はないが、特許文献２に示されたヒートポンプ給湯機においては、ヒートポンプを加熱手段としているため、加熱能力Ｗが固定値にならないので、そのまま同じ算出式で必要沸き上げ時間Ｈを算出して運転した場合、状況によって沸き上げ不足が発生するという問題がある。
図４は、ヒートポンプ給湯器におけるお湯の上昇温度（沸き上げ設定温度−入水温度）と加熱能力Ｗの関係を表す図である。図４に示すように、ヒートポンプ給湯器の場合、特に、お湯の上昇温度（沸き上げ設定温度−入水温度）が一定値より小さくなると、ヒートポンプの加熱能力Ｗが低下する。これは、沸き上げ用の循環ポンプを最大流量にしても、循環ポンプがＤＣモータ等で構成されている場合は、最大流量があまり大きくとれないため、どうしても循環流量が不足して、沸き上げ温度のコントロールができなくなり、加熱能力Ｗを小さく抑えて運転するように制御されるためである。
具体的には、沸き上げ設定温度Ｔｏ＝９０℃、入水温度＝６０℃、通常時の加熱能力Ｗ＝４．５ＫＷとした場合、

ところが、循環ポンプの能力より、最大循環流量が２［Ｌ／分］しかない場合、２［Ｌ／分］の循環流量では、流量が不足して沸き上げ温度が高温になってしまう為、圧縮機の回転数を下げるなどにより、加熱能力を小さく抑えるように制御する。
従って、特許文献１に示される貯湯式電気温水器の算出式をそのまま特許文献２に示されるヒートポンプ給湯器に適用して必要沸き上げ時間Ｈを算出した場合、特許文献２のものでは、お湯の上昇温度が一定値より小さくなると、加熱能力Ｗが小さく変化するため、例えば、通常時の加熱能力Ｗ＝４．５ＫＷで計算され、実際の平均加熱能力が３．５ＫＷ程度で運転されると、結果的には沸き上げの開始時間を実際の加熱能力以上に遅らせていることになり、夜間時間帯の終了時刻に沸き上げを完了させることができなくなって、沸き上げ不足が発生する。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、沸き上げ不足の発生を防止できるヒートポンプ給湯器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】
本発明に係るヒートポンプ給湯器は、ヒートポンプの加熱能力に基づき、必要沸き上げ時間を算出し、夜間時間帯の終了時間付近の特定時間に沸き上げを完了させるよう沸き上げの開始時間を制御するヒートポンプ給湯器において、夜間時間帯の沸き上げ開始前の残湯状態からヒートポンプの平均加熱能力を予測し、予測されるヒートポンプの平均加熱能力に対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して前記必要沸き上げ時間を算出する制御手段を備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ式給湯器の構成図、図２及び図３は本発明の実施の形態１における沸き上げ制御動作を示すフローチャートである。
【０００９】
図１において、１は給湯器本体、２は前記本体１内に配設された貯湯タンク、３は前記貯湯タンク２の下部と接続された給水配管、３ａはこの給水配管３に設けられた減圧弁、３ｂはこの給水配管途中に取り取り付けられ、貯湯タンク２内の給水水温を検出する水温センサ、４は前記貯湯タンク２の上部と接続された給湯配管、４ａは逃し弁、５ａは前記貯湯タンク２の下部配管に取り付けられ、貯湯タンク２内を全量沸き上げた場合に、ヒートポンプ本体６の加熱動作を停止するための温度を検出する加熱動作停止温度センサ、５ｂは前記貯湯タンク２の下部壁面（タンク上部から２５０Ｌの位置）に取り付けられ、残湯２５０Ｌの有無を検出する第１の残湯量センサ、５ｃは前記貯湯タンク２の下部壁面（タンク上部から１００Ｌの位置）に取り付けられ、残湯１００Ｌの有無を検出する第２の残湯量センサである。
【００１０】
６はヒートポンプ本体、７はヒートポンプ本体６のヒートポンプサイクルで発生した熱を貯湯タンク２内の水に置換するため、冷水管８ａと温水管８ｂとにより貯湯タンク２内の水をヒートポンプ本体６との間で循環させる循環ポンプである。ここで、循環ポンプ７はＤＣポンプであり、循環させる流量を調整可能である。貯湯タンク２下部に接続された冷水管８ａより循環ポンプ７でヒートポンプ本体６に水が供給され、ヒートポンプ本体６で加熱された水を貯湯タンク２の上部に接続された温水管８ｂにより戻し貯湯タンク２内上部より貯湯する。
【００１１】
９は前記貯湯タンク２内の水の沸き上げ制御を行う制御手段であり、前記水温センサ３ｂ、加熱動作停止温度センサ５ａ、第１及び第２の残湯量センサ５ｂ，５ｃ、リモコン１０からの入力値、及びヒートポンプの加熱能力に基づき、必要沸き上げ時間Ｈを算出し、夜間時間帯の終了時間付近の特定時間に沸き上げを完了させるように前記ヒートポンプ本体６の加熱動作開始・停止及び循環ポンプ７の運転を制御する。
【００１２】
ヒートポンプ本体６のヒートポンプサイクルは圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、膨張弁１３、蒸発器１４、アキュームレータ１５を順次冷媒配管１６により接続して構成されている。ここで、蒸発器１４に吸熱するためにファン１７が設けてあり、また、給湯用熱交換器１２は圧縮機１１より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用の水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路１２ｂと給湯用の水が流れる給湯用水通路１２ａを有する。また、１８は貯湯タンクに戻すお湯の温度を検出する沸き上げ湯温センサである。
【００１３】
本実施の形態１におけるヒートポンプ給湯器のリモコン１０で沸き上げ設定温度を９０℃に設定した場合の沸き上げ制御動作について、図２及び図３のフローチャートを用いて説明する。
なお、ここで、説明の関係上、貯湯タンク２のタンク容量Ａ＝３７０Ｌ、ヒートポンプの最大加熱能力Ｗ＝４．５ＫＷ、沸き上げ設定温度Ｔｏ＝９０℃、給水水温Ｔｗ＝１５℃、残湯量Ｚ＝１００Ｌ、として説明する。また、制御手段９には、その制御用データとして記憶部（図示せず）に表１に示す残湯量Ｚに対応して加熱補正係数αの値が予め記憶されているものとする。
【００１４】
【表１】

【００１５】
まず、沸き上げ制御をスタートすると（Ｓ１）、制御手段９は、リモコン１０で設定された沸き上げ設定温度Ｔｏの確認（Ｓ２）、水温センサ３ｂの検出温度より給水水温Ｔｗの確認（Ｓ３）、第１及び第２の残湯量センサ５ｂ，５ｃの検出温度から現在の貯湯タンク２内の残湯量Ｚの確認（Ｓ４）、第１及び第２の残湯量センサ５ｂ，５ｃの検出温度より残湯温度の確認（Ｓ５）を行う。
【００１６】
次に、制御手段９はＳ４，Ｓ５で確認した残湯状態により、図５の残湯量Ｚと加熱補正係数αの関係を示す表１により、加熱補正係数αを決定する。
すなわち、残湯２５０Ｌセンサが５５℃以上ならば、残湯量Ｚは２５０Ｌ以上と判断し（Ｓ６）、貯湯タンク２内に残湯が多く残っていると、入水温度は高いので、加熱能力Ｗは小さく抑えられて平均加熱能力Ｗｏは通常時の加熱能力Ｗの７０％程度になると予測し、加熱補正係数αを０．７に決定する（Ｓ１０）。
また、残湯２５０Ｌセンサが５５℃未満で残湯１００Ｌセンサが５５℃以上ならば、残湯量Ｚは１００Ｌ以上２５０Ｌ未満と判断し（Ｓ７）、入水温度はやや高いので、加熱能力Ｗはやや小さく抑えられて平均加熱能力Ｗｏは通常時の加熱能力Ｗの９０％程度になると予測し、加熱補正係数αを０．９に決定する。さらに、残湯１００Ｌセンサが５５℃未満ならば、残湯量Ｚは１００Ｌ未満と判断し（Ｓ７）、残湯がほとんどないため、入水温度は低くなり加熱能力Ｗは小さく抑えられることなく、通常時の加熱能力Ｗのほぼ１００％になると予測し、加熱補正係数α＝１．０に決定する（Ｓ８）。
ここで、本例では、残湯２５０Ｌセンサが６０℃を検出しているときの例を示す。
上記より、加熱補正係数αは０．７となる。
【００１７】
次に、必要沸き上げ時間Ｈを次式により計算する（Ｓ１１）。
Ｈ＝（Ａ−Ｚ）×（Ｔｏ−Ｔｗ）／（８６０×Ｗ×α）
＝（３７０−１００）×（９０−１５）／（８６０×４．５×０．７）
≒７．４８時間≒７時間２９分
となる。
【００１８】
次に、通電開始時刻Ｈｓを次式により計算する（Ｓ１２）。
Ｈｓ＝夜間時間帯終了時刻−Ｈ
＝（７時００分）−（７時間２９分）
＝２３時３１分
となる。
次に、現在時刻がＨｓ（２３時３１分）になったかを判断し（Ｓ１３）、現在時刻がＨｓ（２３時３１分）になると、ヒートポンプに通電を開始して沸き上げを開始（Ｓ１４）し、加熱動作停止温度センサ５ａの温度が予め設定された加熱停止温度以上になったか否か判断し（Ｓ１５）、加熱停止温度以上になった時点でヒートポンプの通電を停止して沸き上げを停止し（Ｓ１６）、沸き上げ完了（Ｓ１７）となる。
【００１９】
このように実施の形態１におけるヒートポンプ給湯器では、前記制御手段９は第１及び第２の残湯センサ５ｂ，５ｃで検出される残湯状態に応じてヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏを予測し、この予測されるヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏに対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して必要沸き上げ時間Ｈを算出するようにしているので、ヒートポンプ本体６への入水温度が高くなり、ヒートポンプの加熱能力Ｗが低下した場合でも、夜間時間帯終了時刻付近の特定時間に貯湯タンク２内全量のお湯の沸き上げを完了させることができ、沸き上げ不足の発生を防止できる。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態１では、残湯状態からヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏを予測して加熱補正係数αを決定するようにしたが、残湯状態と沸き上げ設定温度Ｔ_０からヒートポンプの平均加熱能力Ｗｏを予測して加熱補正係数αを決定するようにしてもよく、また、加熱補正係数αをさらに細かく分けてもよい。
このようにすれば、貯湯タンク２内の全量沸き上げを夜間時間帯終了時刻付近の特定時間により精度高く完了させることができ、沸き上げ不足の発生の問題を解消できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ給湯器は、ヒートポンプの加熱能力に基づき、必要沸き上げ時間Ｈを算出し、夜間時間帯の終了時刻付近の特定時間に沸き上げを完了させるよう沸き上げの開始時間を制御するヒートポンプ給湯器において、夜間時間帯の沸き上げ開始前の残湯状態からヒートポンプの平均加熱能力を予測し、予測されるヒートポンプの平均加熱能力に対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して前記必要沸き上げ時間Ｈを算出する制御手段を備えたことにより、貯湯タンク内の残湯量が多く、ヒートポンプ本体への入水温度が高くてヒートポンプの加熱能力が低下した場合でも、夜間時間帯終了時刻付近の特定時間に貯湯タンク内全量のお湯の沸き上げを精度よく完了させることができ、沸き上げ不足の発生を防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ給湯器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１を示す沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【図４】ヒートポンプ給湯器におけるお湯の上昇温度（沸き上げ設定温度−入水温度）と加熱能力Ｗの関係を表す図である。
【符号の説明】
１給湯器本体、２貯湯タンク、３ｂ水温センサ、５ａ加熱動作停止温度センサ、５ｂ第１の残湯量センサ、５ｃ第２の残湯量センサ、６ヒートポンプ本体、９制御手段、１０リモコン、１８沸き上げ湯温センサ。

Claims

ヒートポンプの加熱能力に基づき、必要沸き上げ時間を算出し、夜間時間帯終了時間付近の特定時間に沸き上げを完了させるよう沸き上げの開始時間を制御するヒートポンプ給湯器において、夜間時間帯の沸き上げ開始前の残湯状態からヒートポンプの平均加熱能力を予測し、予測されるヒートポンプの平均加熱能力に対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して前記必要沸き上げ時間を算出する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯器。
ヒートポンプの加熱能力に基づき、必要沸き上げ時間を算出し、夜間時間帯終了時間付近の特定時間に沸き上げを完了させるよう沸き上げの開始時間を制御するヒートポンプ給湯器において、夜間時間帯の沸き上げ開始前の残湯状態と沸き上げ設定温度からヒートポンプの平均加熱能力を予測し、予測されるヒートポンプの平均加熱能力に対応して予め用意された加熱補正係数αを決定して前記必要沸き上げ時間を算出する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯器。