JP2005345099A - Heat pump hot-water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、水の加熱手段としてヒートポンプ加熱手段を用いたヒートポンプ給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater using a heat pump heating means as a means for heating water.
従来より、冷媒循環式のヒートポンプを加熱源として用いたヒートポンプ給湯装置としては、種々構造のものが提案されている（例えば、特開昭６０−２２１６６１号公報（第１公知例）、特開昭６１−１５３４２９号公報（第２公知例）、特開平９−６８３６９号公報（第３公知例）参照）。 Conventionally, heat pump water heaters using a refrigerant circulation heat pump as a heat source have been proposed in various structures (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-221661 (first known example), Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho). No. 61-153429 (second known example), Japanese Patent Laid-Open No. 9-68369 (third known example)).
ヒートポンプ給湯装置においては、貯湯タンクとして、湯又は湯と水とが常時満タン状態に維持される常時満タン式のタンクが採用されるのが通例である。また、給水に対する加熱方式としては、給水を直接ヒートポンプの熱交換器に導入し、ここでの熱交換により得られた湯を貯湯タンクに貯湯し必要に応じて出湯する方式とか、貯湯タンク内に給水するとともに該貯湯タンクとヒートポンプの熱交換器との間で水を循環させて湯を得る方式とか、ヒートポンプ側の熱交換器との間で冷媒循環系を構成する加熱用熱交換器を貯湯タンク内に配置し該加熱用熱交換器によって貯湯タンクに給水された水を間接的に加熱する方式等、種々の方式が提案されている。 In a heat pump hot water supply apparatus, as a hot water storage tank, a normally full tank that always keeps hot water or hot water and water in a full tank state is adopted. In addition, as a heating method for the water supply, the water supply is directly introduced into the heat exchanger of the heat pump, the hot water obtained by the heat exchange here is stored in a hot water storage tank, and the hot water is discharged as needed. A method of supplying hot water and circulating water between the hot water storage tank and a heat exchanger of the heat pump to obtain hot water, or a heating heat exchanger that constitutes a refrigerant circulation system with the heat exchanger on the heat pump side Various systems have been proposed, such as a system in which water is disposed in a tank and water supplied to the hot water storage tank is indirectly heated by the heating heat exchanger.
ヒートポンプ給湯装置においては、貯湯タンクの残湯量が所定以下に低下したとき（即ち、貯湯タンク内における湯の比率が所定以下に低下したとき）には、湯切れ（即ち、湯の比率が零近くとなり貯湯タンク内を低温の水がほとんど占める状態）を防止すべく、「追炊き」を行うことが必要である。尚、ここでいう「追炊き」には、上記各加熱方式に対応して、新たに得た湯を貯湯タンクに追加的に導入して貯湯量を回復させる（即ち、貯湯タンク内における湯の比率を高める）形態と、貯湯タンク内にある湯又は水を追加的に加熱して湯温を高めることで貯湯量を回復させる形態の両者を含む概念である。 In the heat pump hot water supply device, when the amount of hot water in the hot water storage tank decreases below a predetermined value (that is, when the ratio of hot water in the hot water storage tank decreases below a predetermined value), the hot water runs out (that is, the ratio of hot water is close to zero). Next, it is necessary to perform “refreshing” in order to prevent the low temperature water from occupying the hot water storage tank. In addition, in the “additional cooking” referred to here, newly obtained hot water is additionally introduced into the hot water storage tank corresponding to each of the above heating methods to recover the hot water storage amount (that is, hot water in the hot water storage tank is recovered). It is a concept that includes both a mode in which the ratio is increased) and a mode in which hot water or water in the hot water storage tank is additionally heated to increase the hot water temperature to recover the hot water storage amount.
ところで、給水の加熱源として用いられるヒートポンプには、その能力が外気温に左右されるという特性があり、且つこの特性は給湯負荷（即ち、使用湯量）に対応しないものである。即ち、図５には、ヒートポンプの圧縮機を一定回転で１時間連続運転した場合における「炊上能力」の外気温に対する変化状態と、給湯負荷の外気温に対する変化状態とを示している。ここで、ヒートポンプの「炊上能力」は外気温が低いほど低下する傾向となるのに対して、給湯負荷は外気温が低いほど増加する傾向となる。従って、外気温の低い冬季においては給湯負荷が大きいにも拘わらずヒートポンプの「炊上能力」が低く、このため「追炊き」による湯量回復が間に合わず、湯切れが生じる事が懸念されるものである。これに対して、外気温の高い夏季においては給湯負荷が小さいにも拘わらずヒートポンプの「炊上能力」が高く、このため「追炊き」に対して十分な余裕をもつことになる。尚、図６には、ヒートポンプによる「炊上湯量」の外気温に対する変化状態を示したもので、図５の「炊上能力」に対応した特性となる。 By the way, the heat pump used as a heat source for supplying water has a characteristic that its ability depends on the outside air temperature, and this characteristic does not correspond to the hot water supply load (that is, the amount of hot water used). That is, FIG. 5 shows a change state of the “cooking ability” with respect to the outside air temperature and a change state of the hot water supply load with respect to the outside air temperature when the compressor of the heat pump is continuously operated at a constant rotation for 1 hour. Here, the “cooking ability” of the heat pump tends to decrease as the outside air temperature decreases, whereas the hot water supply load tends to increase as the outside air temperature decreases. Therefore, in winter when the outside air temperature is low, the heat-cooking ability of the heat pump is low despite the large hot water supply load. It is. On the other hand, in summer when the outside air temperature is high, the “cooking ability” of the heat pump is high even though the hot water supply load is small, so that there is a sufficient margin for “additional cooking”. In addition, in FIG. 6, the change state with respect to the outside temperature of the "boiled hot water amount" by a heat pump is shown, and it becomes a characteristic corresponding to the "cooking ability" of FIG.
一方、給湯負荷は、一日の中でもその時間帯によって大きく変化するものである。即ち、図７には冬季の如き外気温の低い状態における給湯負荷の時間帯による変化状態を、また図１０には夏季の如き外気温の高い状態における給湯負荷の時間帯による変化状態を、それぞれ示している。図７及び図１０からは、１日の時間帯における給湯負荷の変化状態は外気温の高低にはほとんど左右されず冬季でも夏季でも略同様であること、及び、１日の中では、朝食時間帯である６時〜８時の時間帯と、昼食時間帯である１０時〜１３時の時間帯と、夕食及び入浴時間帯である１８時〜２４時の時間帯に給湯負荷が集中し、特に１９時〜２０時の入浴時間帯において給湯負荷がピークに達すること、が判る。 On the other hand, the hot water supply load varies greatly depending on the time period of the day. That is, FIG. 7 shows a change state of the hot water supply load according to the time zone when the outside air temperature is low as in winter, and FIG. 10 shows a change state according to the time zone of the hot water supply load when the outside temperature is high as in summer. Show. From FIG. 7 and FIG. 10, the change state of the hot water supply load in the time zone of the day is almost the same in winter and summer without being influenced by the level of the outside temperature, and the breakfast time in the day The hot water supply load is concentrated in the time zone from 6 to 8 o'clock, the time zone from 10 o'clock to 13 o'clock in the lunch time zone, and from 18 o'clock to 24 o'clock in the dinner and bathing time zone, In particular, it can be seen that the hot water supply load reaches a peak in the bathing time zone from 19:00 to 20:00.
ここで、上述のようにヒートポンプの「炊上能力」は、外気温に左右され、外気温が低いほど低下することから、外気温の低い冬季においては、図８に示すように、給湯負荷がピークに達する近傍の１８時〜２１時の時間帯にヒートポンプを最大加熱量で３時間運転しても、図９に示すように貯湯タンクの残湯量は湯切れを起こさない程度の少量のまま推移しほとんど増加しない状態となる。また、２３時〜３時の間にヒートポンプを最大加熱量で運転しておくと、朝食時間帯及び昼食時間帯における使用湯量の増加にも拘わらず、残湯量は満タンに近い量のまま推移することになる。 Here, as described above, the “cooking ability” of the heat pump depends on the outside air temperature, and decreases as the outside air temperature is low. Therefore, in winter when the outside air temperature is low, as shown in FIG. Even if the heat pump is operated at the maximum heating amount for 3 hours in the time zone from 18:00 to 21:00 near the peak, the remaining amount of hot water in the hot water storage tank remains small as shown in FIG. However, it will be in the state which hardly increases. In addition, if the heat pump is operated at the maximum heating amount between 23:00 and 3 o'clock, the amount of remaining hot water will remain almost full despite the increase in the amount of hot water used during breakfast and lunch hours. become.
これに対して、外気温の高い夏季においては、図１１に示すように、給湯負荷がピークに達する近傍の１８時〜２１時の時間帯にヒートポンプを最大加熱量で１時間しか運転しなくても、図１２に示すように貯湯タンクの残湯量は湯切れを起こさない程度の少量のまま推移し、また、２３時〜２４時の間にヒートポンプを最大加熱量で運転しておくと、朝食時間帯及び昼食時間帯における使用湯量の増加にも拘わらず、残湯量は満タンに近い量のまま推移することになる。 On the other hand, in the summer when the outside air temperature is high, as shown in FIG. 11, the heat pump is operated only for 1 hour at the maximum heating amount in the time zone from 18:00 to 21:00 in the vicinity of the hot water supply load reaching the peak. However, as shown in FIG. 12, the amount of hot water remaining in the hot water storage tank remains small enough not to cause hot water shortage, and if the heat pump is operated at the maximum heating amount between 23:00 and 24:00, Despite the increase in the amount of hot water used during lunch hours, the amount of remaining hot water will remain almost full.
以上のことから、ヒートポンプ給湯装置の運転制御に際しては、外気温とともに一日の時間帯をも考慮することが必要であると言える。 From the above, it can be said that in the operation control of the heat pump hot water supply apparatus, it is necessary to consider the time zone of the day as well as the outside air temperature.
さらに、ヒートポンプ給湯装置の運転制御に際しては、ヒートポンプの運転効率を考慮することも必要である。即ち、ヒートポンプには、図４に示すように、圧縮機の運転周波数に対応して運転効率が変化することが知られている。そして、運転効率は特定の運転周波数「ａ」においてピーク値を示し、該運転周波数「ａ」から外れるに従って運転効率が低下するものである。その一方、ヒートポンプの能力（炊上能力）は、圧縮機の運転周波数が高くなるほど、その力率の上昇に伴って増大する傾向にあることが知られている。 Furthermore, when controlling the operation of the heat pump water heater, it is necessary to consider the operating efficiency of the heat pump. That is, as shown in FIG. 4, it is known that the operating efficiency of the heat pump changes in accordance with the operating frequency of the compressor. The operating efficiency exhibits a peak value at a specific operating frequency “a”, and the operating efficiency decreases as the operating frequency deviates from the operating frequency “a”. On the other hand, it is known that the capacity of the heat pump (cooking capacity) tends to increase with an increase in the power factor as the operating frequency of the compressor increases.
従って、ヒートポンプ給湯装置を湯切れを生じさせることなく、且つ、より高効率で運転して省エネ性を達成するためには、圧縮機の運転周波数の変更による能力調整を、炊上能力に影響を与える外気温と１日の時間帯の双方を考慮して行うことが必要であるといえる。 Therefore, in order to achieve energy saving by operating the heat pump water heater without running out of hot water and with higher efficiency, capacity adjustment by changing the operating frequency of the compressor will affect the cooking capacity. It can be said that it is necessary to consider both the outside temperature to be given and the time zone of the day.
しかるに、上掲各公知例のヒートポンプ給湯装置においては、共に、圧縮機の能力を可変とするものの、その能力変更を外気温のみに基づいて行うもの（第１公知例）、貯湯タンク内の湯温に基づいて行うもの（第２公知例）、貯湯タンク内の湯温と１日の時間帯の双方に基づいて行うもの（第３公知例）、であって、外気温と１日の時間帯の双方に基づいて行うものではなく、従って、これら何れにおいても、湯切れの防止と省エネ性の両立という点において不満の残るものであった。 However, in each of the heat pump water heaters of the above-mentioned known examples, although the capacity of the compressor is variable, the capacity change is performed based only on the outside temperature (first known example), the hot water in the hot water storage tank What is performed based on the temperature (second known example), what is performed based on both the hot water temperature in the hot water storage tank and the time zone of the day (third known example), and the outside temperature and the time of the day It was not carried out based on both of the bands. Therefore, in any of these, dissatisfaction remained in terms of both prevention of running out of hot water and energy saving.
そこで本願発明は、湯切れ防止と省エネ性の両立をより確実ならしめたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的としてなされたものである。 Accordingly, the present invention has been made for the purpose of providing a heat pump hot water supply apparatus that more reliably achieves both hot water prevention and energy saving.
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。 In the present invention, the following configuration is adopted as a specific means for solving such a problem.
本願の第１の発明では、運転周波数に基づいて能力可変とされた圧縮機１１を備えたヒートポンプ加熱手段１と貯湯タンク２１とを配管により接続して構成されるヒートポンプ給湯装置において、外気温を検出する外気温検出手段３と、時刻を検出する計時手段４と、上記外気温検出手段３により検出された外気温と一日の時間帯の双方に基づいて上記圧縮機１１の運転周波数を変更する制御手段５とを備えたことを特徴としている。
In the first invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus configured by connecting the heat pump heating means 1 including the
本願の第２の発明では、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記制御手段５により、夜間時間帯においては上記圧縮機１１を高効率が得られる第１の周波数で運転することを特徴としている。
In the second invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the control means 5 operates the
本願の第３の発明では、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記制御手段５により、昼間時間帯においては上記圧縮機１１の運転周波数を外気温に応じて変更設定することを特徴としている。
In the third invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the control means 5 changes and sets the operating frequency of the
本願の第４の発明では、上記第３の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記圧縮機１１を、外気温が高いときには高効率が得られる第１の周波数で、外気温が低いときには該第１の周波数よりも高周波数側の第２の周波数で運転することを特徴としている。
According to a fourth invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the third invention, the
本願の第５の発明では、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記ヒートポンプ加熱手段１を循環する冷媒をＣＯ２冷媒としたことを特徴としている。 The fifth invention of the present application is characterized in that, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the refrigerant circulating through the heat pump heating means 1 is a CO2 refrigerant.
本願の第６の発明では、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記圧縮機１１をスイング式圧縮機としたことを特徴としている。
The sixth invention of the present application is characterized in that, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the
本願発明ではかかる構成とすることにより次のような効果が得られる。 In the present invention, the following effects can be obtained by adopting such a configuration.
（１） 本願の第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、運転周波数に基づいて能力可変とされた圧縮機１１を備えたヒートポンプ加熱手段１と貯湯タンク２１とを配管により接続して構成されるヒートポンプ給湯装置において、外気温を検出する外気温検出手段３と、時刻を検出する計時手段４と、上記外気温検出手段３により検出された外気温と一日の時間帯の双方に基づいて上記圧縮機１１の運転周波数を変更する制御手段５とを備えているので、上記ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力は外気温に大きく影響され、また給湯負荷は１日の時間帯において変化するものであり、さらに上記ヒートポンプ加熱手段１の運転効率は上記圧縮機の運転周波数に応じて変化するものであることからして、上記圧縮機１１の運転周波数を外気温と一日の時間帯の双方に基づいて変更してその運転形態を高効率運転と高能力運転との間で選択することで、給湯負荷と上記ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力とのアンバランスが可及的に解消され該アンバランスに起因する湯切れが確実に防止されるとともに、上記ヒートポンプ加熱手段１が必要以上の炊上能力で運転されることがなくその省エネ運転が実現されることになる。
(1) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention of the present application, the heat pump heating means 1 including the
（２） 本願の第２の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、夜間時間帯、即ち、一般的に、給湯負荷が少なく且つ比較的長時間をかけて貯湯することができる時間帯では、上記圧縮機１１を高効率が得られる第１の周波数で運転するようにしているので、上記（１）における省エネ運転の実現という効果がより一層促進されるものである。
(2) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the second invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the nighttime period, that is, generally, the load for hot water supply is small and the time is relatively long. In the time zone in which hot water can be stored over time, the
（３） 本願の第３の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、昼間時間帯、即ち、夜間時間帯に比べて給湯負荷が大きく湯切れ防止という要求が大きい時間帯では、上記圧縮機１１の運転周波数、即ち、上記ヒートポンプ加熱手段１の「炊上能力」を、該「炊上能力」に大きく影響する外気温に応じて変更設定するようにしているので、上記（１）における湯切れの防止という効果がさらに確実ならしめられる。
(3) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the third invention of the present application, in the heat pump water heater according to the first invention, the hot water supply load is large compared to the daytime period, that is, the nighttime period, and it is said that hot water prevention is prevented. In the time zone when the demand is high, the operating frequency of the
また、夜間時間帯で、昼間時間帯よりも安い夜間電気料金で貯湯タンク２１を高温湯で満タンにする際には、夜間８時間で満タンにすれば良いので、上記圧縮機１１を高効率が得られる第１の運転周波数で運転することにより、省エネ運転が実現されるものである。
In addition, when the hot
（４） 本願の第４の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、上記第３の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記圧縮機１１を、外気温が高いときには高効率が得られる第１の周波数で、外気温が低いときには該第１の周波数よりも高周波数側の第２の周波数で運転するようにしているので、外気温が高いとき、即ち、上記ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力そのものが高いときには、上記圧縮機１１を第１の周波数で高効率運転しても給湯能力には余裕があり湯切れが生じるおそれがなく、また外気温が低いとき、即ち、上記ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力そのものが低いときには上記圧縮機１１を第１の周波数よりも高周波数側の第２の周波数で運転してその能力増大を図ることで湯切れの発生を確実に防止することができ、これらの相乗作用として、上記（３）における湯切れの防止という効果がより一層確実ならしめられる。
(4) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the fourth invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the third invention, the
（５） 本願の第５の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記ヒートポンプ加熱手段１を循環する冷媒をＣＯ２冷媒としているので、該ＣＯ２冷媒は高圧冷媒であって凝縮温度が高いことから、より高温の湯を取り出すことができ、高温給湯が容易に実現できるものである。 (5) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the fifth invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, the refrigerant circulating through the heat pump heating means 1 is a CO2 refrigerant. Since it is a high-pressure refrigerant and has a high condensation temperature, hot water can be taken out and hot water can be easily supplied.
（６） 本願の第６の発明にかかるヒートポンプ給湯装置によれば、上記第１の発明にかかるヒートポンプ給湯装置において、上記圧縮機１１をスイング式圧縮機としているので、該スイング式圧縮機には、例えばローリングピストン式圧縮機のような潤滑性の点から高速回転に限界があるとか、スクロール式圧縮機のような漏れ損失が大きく低速回転に限界がある、等の問題がなく、運転周波数の変更幅をより大きく取ることができ、その結果として、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力のより一層の増大によって、湯切れ防止効果がさらに促進されることになる。
(6) According to the heat pump hot water supply apparatus according to the sixth invention of the present application, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, since the
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on preferred embodiments.
図１には、本願発明の実施形態にかかるヒートポンプ給湯装置Ｚのシステム図を示している。このヒートポンプ給湯装置Ｚは、次述するヒートポンプ加熱手段１と貯湯・給湯手段２とで構成される。 In FIG. 1, the system diagram of the heat pump hot-water supply apparatus Z concerning embodiment of this invention is shown. This heat pump hot water supply apparatus Z is composed of a heat pump heating means 1 and hot water storage / hot water supply means 2 described below.
上記ヒートポンプ加熱手段１は、圧縮式冷凍回路で構成されるものであって、運転周波数の選択によってその能力を変更可能とされた電動式の圧縮機１１と、凝縮器として機能し給水との間での熱交換によって給水の加熱を行う水熱交換器１２と、例えば膨張弁で構成される減圧手段１３と、蒸発器として機能する空気熱交換器１４とを、冷媒配管３１によって順次環状に接続して構成される。
The heat pump heating means 1 is composed of a compression refrigeration circuit, and is an
尚、この実施形態においては、上記圧縮機１１としてスイング式圧縮機を採用し、また冷媒としてＣＯ２冷媒を採用している。
In this embodiment, a swing type compressor is adopted as the
上記貯湯・給湯手段２は、所定容量をもつ貯湯タンク２１を備えるとともに、該貯湯タンク２１の底面側には分岐配管３５を介して水用配管３４が接続されている。この水用配管３４は、その一端が水道等の給水源に、他端が上記水熱交換器１２に、それぞれ接続されるとともに、上記分岐配管３５と上記水熱交換器１２との中間位置には水ポンプ２２が備えられている。
The hot water storage / hot water supply means 2 includes a hot
さらに、上記水熱交換器１２と上記貯湯タンク２１の天面側との間は貯湯用の第１湯用配管３２によって、また該貯湯タンク２１の天面と給湯栓（図示省略）との間は給湯用の第２湯用配管３３によって、それぞれ接続されている。また、上記貯湯タンク２１の側壁部の下部寄り位置には第１温度検出手段ＴＨ１が、上部寄り位置には第２温度検出手段ＴＨ２が、それぞれ設けられている。尚、この第１温度検出手段ＴＨ１は、所定温度以上の高温湯が満タンに近い状態にあることを検知するためのものであり、また第２温度検出手段ＴＨ２は湯切れを生じない必要最少限の湯量の有無を検知するためのものであって、これら各温度検出手段ＴＨ１，ＴＨ２の検出信号はそれぞれ運転制御要素として次述の制御器５に入力される。
Further, a first
上記制御器５は、特許請求の範囲の「制御手段」に該当し、ヒートポンプ給湯装置Ｚの運転制御を行うものであって、該制御器５には上記各温度検出手段ＴＨ１，ＴＨ２の検出信号の外に、外気温検出手段３により検知される外気温信号と計時手段４により検知される現在時刻とがそれぞれ入力され、これら各入力信号に基づいて上記圧縮機１１に制御信号を出力しその運転周波数を適宜変更設定するものである。
The
以下、上記制御器５によるヒートポンプ給湯装置Ｚの運転制御を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
Hereinafter, the operation control of the heat pump water heater Z by the
先ず、説明の都合上、図３に示すマップに基づいて、上記制御器５による運転制御の基本思想を説明する。この実施形態においては、先ず、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力に及ぼす外気温の影響を考慮して、ヒートポンプ給湯装置Ｚの使用環境を、炊上能力が低くなる冬季等の外気温の低い環境と、炊上能力が高くなる夏季等の外気温の高い環境とに区分している。さらに、ヒートポンプ給湯装置Ｚに対する給湯負荷が一日の時間帯よって変化することを考慮して、一日２４時間を給湯負荷の高い昼間時間帯（７時〜２３時）と給湯負荷の低い夜間時間帯（２３時〜７時）とに区分している。
First, for the convenience of explanation, the basic concept of operation control by the
そして、かかる区分によれば、
（イー１）外気温が低い時の昼間時間帯では、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力が低いにも拘わらず給湯負荷が高く、従って、特に湯切れ防止の観点から、運転効率よりも炊上能力の増大を図る必要がある場合であり、
（ロー１）外気温が高い時の昼間時間帯では、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力が高いにも拘わらず給湯負荷が低いことから、炊上能力に余裕があり、従って、高効率運転による省エネ性を重視すべき場合であり、
（ハー１）夜間は、外気温が高いときも低いときもその給湯負荷は共に低く、且つ炊き上げについての時間的余裕が十分にあり、従って、高効率運転による省エネ性を重視すべき場合である。
And according to this division,
(E1) In the daytime hours when the outside air temperature is low, the hot water supply load is high even though the cooking capacity of the heat pump heating means 1 is low. When it is necessary to increase capacity,
(Low 1) In the daytime hours when the outside air temperature is high, the heating capacity of the heat pump heating means 1 is low even though the cooking capacity is high. This is where energy conservation should be emphasized.
(Har 1) At night, the hot water supply load is low both when the outside air temperature is high and low, and there is sufficient time for cooking. Therefore, energy saving by high-efficiency operation should be emphasized. is there.
このような観点から、この実施形態においては、上記圧縮機１１の運転周波数を、
（イー２）外気温が低い時の昼間時間帯では、図４におけるＢ点、即ち、運転効率は多少落ちるもののヒートポンプ加熱手段１の能力増加が望める運転周波数「ｂ」に設定し、
（ロー２）外気温が高い時の昼間時間帯では、図４におけるＡ点、即ち、運転効率が最も高い運転周波数「ａ」に設定し、
（ハー２）夜間では、外気温の高低に拘わらず一律に、図４におけるＡ点、即ち、運転効率が最も高い運転周波数「ａ」に設定している。
From this point of view, in this embodiment, the operating frequency of the
(E2) In the daytime time zone when the outside air temperature is low, the point B in FIG. 4, that is, the operating frequency “b” at which the increase in the capacity of the heat pump heating means 1 can be expected although the operating efficiency is somewhat reduced,
(Low 2) In the daytime time zone when the outside air temperature is high, set the point A in FIG. 4, that is, the driving frequency “a” having the highest driving efficiency,
(Har 2) At night, regardless of the outside air temperature, the point A in FIG. 4, that is, the operation frequency “a” having the highest operation efficiency is set.
かかる運転周波数の設定制御によって、ヒートポンプ給湯装置Ｚの湯切れの防止と省エネ運転との両立を実現するものである。 By such setting control of the operating frequency, the heat pump hot water supply device Z can be prevented from running out of heat and achieve both energy saving operation.
ここで、図２のフローチャートに基づいて、上記制御器５による運転制御を具体的に説明する。
Here, based on the flowchart of FIG. 2, the operation control by the said
制御開始後、先ず、ステップＳ１において、現在は昼間時間帯であるのかどうかを判定する。ここで、昼間時間帯ではない、即ち、夜間時間帯であると判定された場合には、ステップＳ２において第１温度検出手段ＴＨ１の検出値が６０℃以上であるかどうか（即ち、現在、高温湯が満タン状態であるかどうか）を判定し、６０℃以上である場合（即ち、満タン状態である場合）には、これ以上の貯湯は必要でないため、ヒートポンプ給湯装置Ｚの運転を停止させる（ステップＳ１１）。これに対して、６０℃以下である場合には、貯湯量の増大を図るべくヒートポンプ給湯装置Ｚの運転を開始させる（ステップＳ３）が、その際、現在は夜間時間帯であるので上記圧縮機１１の運転周波数を高効率点（即ち、図４のＡ点）に設定し、高効率運転させる。 After the start of control, first, in step S1, it is determined whether or not the present day is a daytime time zone. Here, if it is determined that it is not the daytime period, that is, it is the nighttime period, whether or not the detected value of the first temperature detection means TH1 is 60 ° C. or higher in step S2 (that is, the current high temperature). Whether or not the hot water is in a full tank state) is determined, and if it is 60 ° C. or higher (that is, if it is in a full tank state), no further hot water storage is required, so the operation of the heat pump water heater Z is stopped. (Step S11). On the other hand, when the temperature is 60 ° C. or lower, the operation of the heat pump hot water supply device Z is started to increase the amount of stored hot water (step S3). The operation frequency of 11 is set to a high efficiency point (that is, point A in FIG. 4), and high efficiency operation is performed.
一方、ステップＳ１において、現在は昼間時間帯であると判定された場合には、さらにステップＳ４において、風呂給湯前であるかどうか、即ち、給湯負荷の急増が生じ得る状態かどうかを判定する。ここで、風呂給湯前（即ち、急激な給湯負荷の増大は生じない状態）と判定された場合には、さらにステップＳ８において、第１温度検出手段ＴＨ１の検出値が６０℃以上であるかどうか（即ち、現在、高温湯が満タン状態であるかどうか）を判定し、６０℃以上である場合（即ち、満タン状態である場合）には、これ以上の貯湯は必要でないため、ヒートポンプ給湯装置Ｚの運転を停止させる（ステップＳ１１）。これに対して、第１温度検出手段ＴＨ１の検出値が６０℃以下である場合には、貯湯量の増大を図るべくヒートポンプ給湯装置Ｚの運転を開始させる（ステップＳ９）が、その際、給湯負荷が小さいので、上記圧縮機１１の運転周波数を高効率点（即ち、図４のＡ点）に設定し、高効率運転させる。
On the other hand, if it is determined in step S1 that it is currently in the daytime time zone, it is further determined in step S4 whether or not it is before bath hot water supply, that is, whether or not a rapid increase in hot water supply load can occur. Here, if it is determined before hot water supply in the bath (that is, a state in which a rapid increase in hot water supply load does not occur), whether or not the detected value of the first temperature detection means TH1 is 60 ° C. or higher in step S8. (I.e., whether hot hot water is currently full) or not, if it is 60 ° C. or higher (that is, if it is full), no further hot water storage is required, so heat pump hot water supply The operation of the device Z is stopped (step S11). On the other hand, when the detected value of the first temperature detecting means TH1 is 60 ° C. or less, the operation of the heat pump hot water supply device Z is started to increase the amount of stored hot water (step S9). Since the load is small, the operation frequency of the
また、ステップＳ４において、風呂給湯後であると判定された場合（即ち、風呂給湯によって残湯量が低下したと思われる場合）には、先ずステップＳ５において第２温度検出手段ＴＨ２の検出値が６０℃以上であるかどうか（即ち、現在、高温湯が湯切れを生じない最少限貯湯量以上であるかどうか）を判定する。そして、第２温度検出手段ＴＨ２の検出値が６０℃以上である場合（即ち、最少限貯湯量以上の貯湯量があり、且つ風呂給湯後であってこれ以上に大きな給湯負荷は発生しないと思われる場合）には、まだ追炊きをする必要はないものと判断し、ヒートポンプ給湯装置Ｚの運転を停止させる（ステップＳ１１）。 If it is determined in step S4 that the hot water has been supplied after bath supply (that is, if the amount of remaining hot water is considered to have decreased due to bath hot water supply), first, in step S5, the detected value of the second temperature detection means TH2 is 60. It is determined whether or not the temperature is equal to or higher than ° C. (that is, whether or not the hot water is currently equal to or higher than the minimum amount of hot water that does not cause hot water shortage). If the detected value of the second temperature detecting means TH2 is 60 ° C. or higher (that is, there is a hot water storage amount that is more than the minimum hot water storage amount, and no hot water supply load greater than this occurs after hot water supply to the bath) If it is determined that it is not necessary to cook again, the operation of the heat pump water heater Z is stopped (step S11).
これに対して、第２温度検出手段ＴＨ２の検出値が６０℃以下である場合には、貯湯量が最少限湯量以下に低下し、従って湯切れ防止の観点から追炊きが必要と判断される場合には、先ずステップＳ６において現在の外気温が２０℃以下かどうか（即ち、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力が高い環境下であるのか低い環境下であるのか）を判定する。ここで、外気温が２０℃以上であると判定された場合には、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力が高い環境下であって、それ以上に高い炊上能力での追炊きを必要としないため、この場合にはヒートポンプ給湯装置Ｚを高効率点で追炊き運転させて貯湯量の回復を図る（ステップＳ７）。一方、外気温が２０℃以下である場合には、ヒートポンプ加熱手段１の炊上能力が低い環境下であって、湯切れ防止を最重要視すべき場合であるので、この場合には上記圧縮機１１の運転周波数を高めてヒートポンプ給湯装置Ｚを高能力点で追炊き運転させて貯湯量の早期の回復を図る（ステップＳ１０）。
On the other hand, when the detected value of the second temperature detecting means TH2 is 60 ° C. or less, the amount of stored hot water is reduced to a minimum amount of hot water or less, and therefore it is determined that additional cooking is necessary from the viewpoint of preventing hot water from running out. In that case, first, in step S6, it is determined whether or not the current outside air temperature is 20 ° C. or lower (that is, whether the heat pump heating means 1 is in an environment where the cooking capacity is high or low). Here, when it is determined that the outside air temperature is 20 ° C. or higher, it is in an environment where the cooking capacity of the heat pump heating means 1 is high, and no additional cooking with a higher cooking capacity is required. Therefore, in this case, the heat pump hot water supply device Z is additionally cooked at a high efficiency point to recover the amount of stored hot water (step S7). On the other hand, when the outside air temperature is 20 ° C. or less, it is an environment where the cooking capacity of the heat pump heating means 1 is low and the prevention of hot water outflow is most important. The operating frequency of the
以上のように、ヒートポンプ給湯装置Ｚの運転制御が外気温と１日の時間帯の双方に基づいて行われることで、ヒートポンプ給湯装置Ｚの湯切れの防止と省エネ運転との両立が実現されるものである。 As described above, since the operation control of the heat pump hot water supply device Z is performed based on both the outside air temperature and the time period of one day, it is possible to achieve both the prevention of the heat pump hot water supply device Z from running out and the energy saving operation. Is.
尚、上記実施形態においては、給水を直接ヒートポンプ加熱手段１の水熱交換器１２に導入し、ここでの熱交換により得られた湯を貯湯タンク２１に貯湯する方式のものを例にとって説明しているが、本願発明はかかる方式のものに限定されるものではなく、例えば、貯湯タンク２１とヒートポンプ加熱手段１の水熱交換器１２との間で水を循環させて湯を得る方式とか、ヒートポンプ加熱手段１側に設けた加熱用熱交換器を貯湯タンク２１内に配置し該貯湯タンク２１内の水を加熱する方式等、種々の方式のものを採用し得ることは勿論である。
In the above embodiment, an example of a system in which water is directly introduced into the
１はヒートポンプ加熱手段、２は貯湯・給湯手段、３は外気温検出手段、４は計時手段、５は制御器、１１は圧縮機、１２は水熱交換器、１３は減圧手段、１４は空気熱交換器、２１は貯湯タンク、２２は水ポンプ、３１〜３５は配管、ＴＨ１は第１温度検出手段、ＴＨ２は、Ｚはヒートポンプ給湯装置である。 1 is a heat pump heating means, 2 is a hot water storage / hot water supply means, 3 is an outside air temperature detection means, 4 is a time measuring means, 5 is a controller, 11 is a compressor, 12 is a water heat exchanger, 13 is a pressure reducing means, and 14 is air A heat exchanger, 21 is a hot water storage tank, 22 is a water pump, 31 to 35 are pipes, TH1 is first temperature detecting means, and TH2 is a heat pump hot water supply device.
Claims (6)
外気温を検出する外気温検出手段（３）と、時刻を検出する計時手段（４）と、上記外気温検出手段（３）により検出された外気温と一日の時間帯の双方に基づいて上記圧縮機（１１）の運転周波数を変更する制御手段（５）とを備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 A heat pump hot water supply apparatus configured by connecting a heat pump heating means (1) including a compressor (11) whose capacity is variable based on an operation frequency and a hot water storage tank (21) by piping,
Based on both the outside air temperature detecting means (3) for detecting the outside air temperature, the time measuring means (4) for detecting the time, and the outside air temperature detected by the outside air temperature detecting means (3) and the time zone of the day. A heat pump hot-water supply apparatus comprising a control means (5) for changing an operating frequency of the compressor (11).
上記制御手段（５）は、夜間時間帯においては上記圧縮機（１１）を高効率が得られる第１の周波数で運転することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 In claim 1,
The control means (5) operates the compressor (11) at a first frequency at which high efficiency can be obtained in a night time zone.
上記制御手段（５）は、昼間時間帯においては上記圧縮機（１１）の運転周波数を外気温に応じて変更設定することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 In claim 1,
The said control means (5) changes and sets the operating frequency of the said compressor (11) according to external temperature in a daytime time slot | zone, The heat pump hot-water supply apparatus characterized by the above-mentioned.
上記圧縮機（１１）を、外気温が高いときには高効率が得られる第１の周波数で、外気温が低いときには該第１の周波数よりも高周波数側の第２の周波数で運転することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 In claim 3,
The compressor (11) is operated at a first frequency at which high efficiency is obtained when the outside air temperature is high, and at a second frequency higher than the first frequency when the outside air temperature is low. Heat pump water heater.
上記ヒートポンプ加熱手段（１）を循環する冷媒がＣＯ２冷媒であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 In claim 1,
The heat pump hot water supply apparatus, wherein the refrigerant circulating through the heat pump heating means (1) is a CO2 refrigerant.
上記圧縮機（１１）がスイング式圧縮機であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 In claim 1,
The heat pump hot-water supply apparatus, wherein the compressor (11) is a swing type compressor.
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