JP3908668B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプサイクルを利用して給湯を行うヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機では、図5で示すように建築物の排気用吹抜けやパイプシャフト等に複数設置した場合、単に前記送風ファンaの吹出口bから直接建築物の排気用吹抜けに排気を行っていた。
又、従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機ではないが、空気調和機の室外側に於いては、凝縮器の送風機を単に補完するブースタファンユニットを利用したものが有った。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
実開昭61−41524号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来の建築物の排気用吹抜け等に複数設置したものでは、同時に運転するヒートポンプユニットの台数や気象条件によりヒートポンプユニットの吹出口にかかる静圧の大きさによって空気熱交換器における通風が低下することで、エネルギー消費効率が大幅に低下するものであった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、前記空気熱交換器に送風する送風ファンと、この送風ファンを駆動する送風モータを有するヒートポンプサイクルと、循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器と循環ポンプとを加熱循環回路で接続する貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとブースタモータを備えたブースタユニットを設け、前記加熱制御部には送風ファンの回転数を検出する回転数検知手段と運転時所定回転数を維持するために前記送風モータへの入力電圧を補正する回転数補正手段を設け、前記入力電圧が第1の所定値以上の場合に前記ブースタファンの運転を開始するようにしたものである。
又、前記送風モータの入力電圧が第1の所定値以上で第2の所定値未満の場合に前記ブースタファンを第1の所定圧力で運転し、前記送風モータの入力電圧が第2の所定値以上の場合にはブースタファンを第2の所定圧力で運転するようにしたものである。
又、前記送風モータの入力電圧の基準値を外気温度によって変更するようにしたものである。
【0006】
これによって、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
1は貯湯タンクユニット、2は加熱手段として水を加熱するヒートポンプユニット、3は給湯栓、4は浴室温水暖房乾燥器や床暖房端末等の温水暖房端末器で、これらによって給湯および暖房を行うものである。
【0008】
貯湯タンクユニット1は下部に給水管5が接続され上部に出湯管6が接続された貯湯タンク7を有しているものである。8は給湯栓3に接続される給湯管で、給水管5から分岐されたバイパス管9を通過する冷水と出湯管6からの高温の湯とがミキシング弁10にて適温に調節されて給湯されるものである。また、11は給水管5に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、12は前記貯湯タンク7内の湯水の熱膨張等による過圧を逃す逃し弁である。そして、これらが給湯回路13を構成しているものである。
【0009】
又前記貯湯タンク7には貯湯熱量を検出するための貯湯温度センサ14がタンク上下方向に複数個設けられ、所定温度以上を検出することで温度センサが設けられた位置まで貯湯されていることを検出することができると共に、一日の温度変化を監視して消費熱量を算出するために用いるものである。
【0010】
この貯湯タンクユニット1と前記ヒートポンプユニット2は加熱循環回路15にて循環可能に接続され、貯湯タンク7の下部からの水をヒートポンプユニット2で加熱して貯湯タンク7の上部へ戻し、高温の湯を上部から順次積層して貯湯するものである。
【0011】
そして、16はリモートコントローラ17が接続されると共に貯湯タンクユニット1内のセンサおよびアクチュエータを制御するマイクロコンピュータを有した沸き上げ制御部である。ここで、貯湯タンクユニット1の湯水の沸き上げは主に深夜時間帯に安価な深夜電力によって行われるもので、沸き上げ制御部16は過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、この推測された消費熱量と貯湯タンク7の最下方に設けられた貯湯温度センサ14で検出される貯湯温度とから所定温度範囲(例えば65℃〜90℃の範囲)内の任意の沸き上げ温度を設定し、翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算してヒートポンプユニット2による沸き上げを開始させるものである。
【0012】
次に、ヒートポンプユニット2は冷媒圧縮機18、凝縮器としての水冷媒熱交換器19、減圧器としての膨張弁20および蒸発器としての空気熱交換器21を順に接続して構成されるヒートポンプサイクル22と、更に空気熱交換器21に外気を送風して熱を奪わせる送風モータ23と送風ファン24を備えており、又貯湯タンク7の湯水を加熱循環回路15を介して水冷媒熱交換器19へ送り温水流路26を通し、加熱された高温の湯を貯湯タンク7へ戻すための循環ポンプ27とを備えているものである。なお、ここで前記ヒートポンプサイクル22は冷媒に二酸化炭素を用いて、水冷媒熱交換器19側にて超臨界状態とされ、水を90℃程度の高い温度まで加熱することが可能なものである。
【0013】
28はこのヒートポンプユニット2の吹出口29にネジ等によって取り付けられるブースタユニットで、内部にはブースタファン30とブースタモータ31を備え、建築物の排気用吹抜けの壁面32に設けた開口33に設置されている。
【0014】
34はこのヒートポンプユニット2の制御を行うマイクロコンピュータを有した加熱制御部で、沸き上げ制御部16からの指示により水冷媒熱交換器19の出口側の加熱循環回路15に設けた加熱温度センサ35で検出する湯の温度が所定温度範囲内の任意の温度になるように循環ポンプ27の回転数、冷媒圧縮機18の駆動周波数、又は膨張弁20の開度を適宜調節するものである。なお、この加熱制御部34は沸き上げ制御部16と有線にて通信可能に接続されており、沸き上げ制御部16から指示された沸き上げ温度に沸き上げ、貯湯温度センサ13にて必要熱量分沸き上げが完了したことを検出すると沸き上げ制御部16が沸き上げ動作の停止を加熱制御部34に指示して沸き上げ動作を終了するものである。
【0015】
又、この加熱制御部34には送風モータ23が接続され、この送風モータ23の回転数を検知するフォトカプラ等から成る回転数センサ36からの回転数と、予め設定された目標回転数600rpsとを比較して、回転数が目標回転数に成るように入力電圧Vを補正制御するものであり、更に吹出口29に静圧が加わらない通常運転時には約2.8Vの入力電圧にて運転を行うものであるが、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット2の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風モータ23への入力電圧が第1の所定値である3.1Vの以上の場合、空気熱交換器21への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット28のブースタファン30の始動を開始し、100Pa程度の静圧が得られ排気用吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧でブースタモータ31を回転し、前記ブースタファン30の回転でもまだ、送風モータ23の入力電圧が3.3V以上に増加する場合には、130Pa程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧にブースタモータ31の回転を増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【0016】
37は前記ヒートポンプユニット2又はブースタユニット28に設けられた外気温センサで、サーミスタセンサ等によって外気温度を検知し加熱制御部34に現在の外気温度を送るものであり、この外気温度が0℃以下になった場合には、エネルギー消費効率を向上するために送風モータ23の目標回転数を600rpmから975rpmに変更する事に伴って、通常運転時の入力電圧を3.5Vに上昇させ、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット2の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風モータ23への入力電圧が第1の所定値である3.8Vの以上の場合、空気熱交換器21への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット28のブースタファン30の始動を開始し、110Pa程度の静圧が得られ吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧でブースタモータ31を回転し、前記ブースタファン30の回転でもまだ、送風モータ23の入力電圧が4.0V以上に増加する場合には、140Pa程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧にブースタモータ31の回転を増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【0017】
38は貯湯タンク7の上部と下部に連通した一次側暖房循環回路、39は一次側暖房循環回路38途中に設けられた暖房熱交換器、40は一次側暖房循環回路38途中に設けられた暖房一次ポンプである。41は温水暖房端末器4と暖房熱交換器39を循環可能に接続する二次側暖房循環回路、42は二次側暖房循環回路41途中に設けられた暖房二次ポンプ、43は暖房熱交換器39下流側の二次側暖房循環回路41に設けられた二次温水温度センサ、44は二次側の暖房循環液の熱膨張を吸収する膨張タンクである。これらによって暖房回路45を構成している。又46はこの暖房回路45の運転/停止を指示する暖房運転指示手段である。
【0018】
そして、暖房運転指示手段46から暖房運転開始の指示が出されると、暖房一次ポンプ40および暖房二次ポンプ42の駆動を開始し、貯湯タンク7内の高温の湯を暖房熱交換器39へ循環させて二次側暖房循環回路41の暖房循環液を加熱し、加熱された暖房循環液が温水暖房端末器4にて放熱して暖房が行われる。このとき、二次温水温度センサ43の検知温度が所定の温度になるように暖房一次ポンプ40および/または暖房二次ポンプ42の回転数が適宜調節される。また、二次側との熱交換により温度低下した貯湯タンク7からの湯水は貯湯タンク7の下部へ戻されるものである。そして、暖房停止の指令があると、暖房一次ポンプ40および暖房二次ポンプ42の駆動を停止して暖房運転を終了するものである。
【0019】
47は前記沸き上げ制御部16を暖房沸き上げモードに設定する暖房沸き上げモード設定部で、暖房運転指示手段46からの入力により暖房回路45が使用されると暖房沸き上げモードに設定し、暖房沸き上げモードに設定された沸き上げ制御部16は深夜時間帯になると過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、所定温度範囲(例えば65℃〜90℃の範囲)内の最高温度(例えば90℃)に沸き上げ温度を設定して翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算してヒーポンユニット2による沸き上げを行わせるようにするもので、暖房回路45の不使用がある一定期間(例えば一週間)継続すると暖房沸き上げモードを解除するようにしたものである。
【0020】
このように、暖房沸き上げモードに設定されている状態では、沸き上げ制御部16で推測された翌日の消費熱量の大小に関わらず、所定温度範囲内の最高温度で沸き上げ動作が行われるため、暖房用の熱源となる一次側暖房循環回路38の湯の温度が高くなるため二次側暖房循環回路41への熱交換効率が向上し、暖房能力も向上させることができると共に、貯湯タンク7の容量を最大限まで有効利用して貯湯熱量も多く確保することができるので、貯湯熱を暖房に使用しても給湯での湯切れを生じにくくすることができるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【0021】
又暖房沸き上げモードが解除されれば、適切な沸き上げ温度が設定されるので、無駄な放熱をさせてしまうことがない。具体的には、消費熱量と給水温度に基づいて所定温度範囲内の任意の温度に設定され、傾向として消費熱量が多いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に少ないときには沸き上げ温度が低く設定され、貯湯タンク7の容量を最大限に利用することが可能で、また、給水温度が低いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に高いときには沸き上げ温度は低く設定されることで、給水温度が高くなると高温沸き上げの効率が低下してしまうヒートポンプサイクル22の性質を考慮した効率の良い沸き上げ動作を行って節電することが可能となる。
【0022】
48は前記ブースタモータ31の回転数を検知する回転数センサで、前記加熱制御部34からの指令により適宜回転数でブースタファン30の運転を行うものである。
【0023】
次にこの一実施形態の作動を説明すれば、今給湯栓3が開かれると、貯湯タンク7の下部に市水が流入して上部の高温の温水が出湯管6へ押し出されることで給湯される。そして給湯運転により高温の湯と冷水が入れ替わり、貯湯温度センサ13の検出する温度が低下して貯湯タンク7の貯湯熱量が所定量以下になると、ヒートポンプサイクル22及び循環ポンプ27を駆動して再度沸き上げを行うようにしている。
【0024】
又深夜時間帯となってヒートポンプサイクル22が温水の沸き上げ運転を開始する時は、図4のフローチャートに示す如く、設定された時刻になると沸き上げ運転が開始され(ST1)、ステップ2にて外気温センサ37の読込を行い、外気温が0℃より大きい場合には送風モータ23を目標回転数600rpmで運転する(ST3)。次にステップ4にて送風モータ23の入力電圧Vを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Vが3.1V以上の場合にはステップ5に進み、ブースタファン30のブースタモータ31を400rpmで運転開始する事で、送風ファン24だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ4にて送風モータ23の入力電圧Vが3.1Vより小さい場合には、ステップ2に戻るものである。
【0025】
次にステップ6では送風モータ23の入力電圧Vが2.8Vより小さいかを判断し、Yesで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことでステップ7でブースタファン30を停止したのちステップ3に戻るものであり、Noではステップ8に進む。
【0026】
次にステップ8では送風モータ23の入力電圧Vが3.3V以上かを判断し、Yesでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ9にてブースタファン30の回転をより大きくして500rpmで運転をし、Noではステップ5に戻るものである。
【0027】
ステップ2で外気温が氷点下であった場合には、ステップ10にて送風モータ23の目標回転数を975rpmにて運転する事で空気熱交換器21への通風量を増加させ冷凍サイクル全体のバランスを調整するものである。
【0028】
次にステップ11にて送風モータ23の入力電圧Vを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Vが3.8V以上の場合にはステップ12に進み、ブースタファン30のブースタモータ31を500rpmで運転開始する事で、送風ファン24だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ11にて送風モータ23の入力電圧Vが3.8Vより小さい場合には、ステップ2に戻るものである。
【0029】
次にステップ13では送風モータ23の入力電圧Vが3.5Vより小さいかを判断し、Yesで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことで、ステップ14にてブースタファン30を停止したのちステップ10に戻るものであり、Noではステップ15に進む。
次にステップ15では送風モータ23の入力電圧Vが4.0V以上かを判断し、Yesでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ16にてブースタファン30の回転をより大きくして600rpmで運転をし、Noではステップ12に戻るものである。
【0030】
これにより建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器21への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、排気用吹抜け内の静圧の大きさに応じてブースタファン30の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、外気温度に応じてブースタファン30の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【0031】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、排気用吹抜け内の静圧の大きさに応じてブースタファンの回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、外気温度に応じてブースタファンの回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るヒートポンプ式給湯機の一実施形態を示す設置状態の概略構成図。
【図2】 同概略構成図。
【図3】 同制御回路の要部を示すブロック図。
【図4】 同要部のフローチャート。
【図5】 従来例の設置状態を示す概略構成図。
【符号の説明】
1 貯湯タンクユニット
2 ヒートポンプユニット
7 貯湯タンク
15 加熱循環回路
18 冷媒圧縮機
19 水冷媒熱交換器
20 膨張弁
21 空気熱交換器
22 ヒートポンプサイクル
23 送風モータ
24 送風ファン
28 ブースタユニット
30 ブースタファン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump type water heater that supplies hot water using a heat pump cycle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of heat pump type water heater, when a plurality of building exhaust vents or pipe shafts are installed as shown in FIG. 5, the building exhaust vent is simply directly from the blower outlet b of the blower fan a. Had to exhaust.
Conventionally, although this type of heat pump type water heater is not used, there is a type that uses a booster fan unit that simply complements the condenser blower on the outside of the air conditioner. (For example, see Patent Document 1)
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 61-41524 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this conventional building with a plurality of exhaust vents, etc., the ventilation in the air heat exchanger decreases depending on the number of heat pump units operating simultaneously and the weather conditions due to the static pressure applied to the outlet of the heat pump unit As a result, the energy consumption efficiency was greatly reduced.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
This invention pays attention to this point, and in order to solve the above-mentioned drawbacks, a refrigerant compressor, a water-refrigerant heat exchanger, an expansion valve, and an air heat exchanger are annularly connected by a refrigerant pipe and blown to the air heat exchanger. A heat pump cycle having a fan, a blower motor for driving the blower fan , a heat pump unit having a circulation pump and a heating control unit, and a hot water storage tank connecting at least the water refrigerant heat exchanger and the circulation pump by a heating circulation circuit; The heat pump unit is provided with a tank unit having a water supply pipe and a hot water discharge pipe, and a plurality of the heat pump units are installed in an exhaust vent of a building to absorb heat from the air heat exchanger by blowing air from the blower fan. the booster unit with booster fan and booster motor provided air outlet, the rotational speed of the blower fan to the heating control unit Rotational speed detecting means for detecting and rotational speed correcting means for correcting an input voltage to the blower motor to maintain a predetermined rotational speed during operation are provided, and the booster fan when the input voltage is equal to or higher than a first predetermined value. The operation is started .
The booster fan is operated at a first predetermined pressure when the input voltage of the blower motor is greater than or equal to a first predetermined value and less than a second predetermined value, and the input voltage of the blower motor is a second predetermined value. In the above case, the booster fan is operated at the second predetermined pressure .
Further, the reference value of the input voltage of the blower motor is changed according to the outside temperature.
[0006]
This makes it possible for the heat pump water heater to maintain stable energy consumption efficiency depending on the number of operating other heat pump units installed in the exhaust vent of the building and the weather conditions.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a hot water storage tank unit, 2 is a heat pump unit that heats water as a heating means, 3 is a hot water tap, 4 is a hot water heating terminal such as a bath room temperature water heating dryer or a floor heating terminal, etc. It is.
[0008]
The hot water storage tank unit 1 has a hot
[0009]
The hot
[0010]
The hot water storage tank unit 1 and the
[0011]
[0012]
Next, the
[0013]
A
[0014]
A
[0015]
The
[0016]
[0017]
[0018]
When a heating operation start instruction is issued from the heating operation instruction means 46, the heating
[0019]
47 is a heating and heating mode setting unit for setting the
[0020]
Thus, in the state set to the heating / boiling mode, the heating operation is performed at the highest temperature within the predetermined temperature range regardless of the amount of heat consumed on the next day estimated by the boiling
[0021]
If the heating / boiling mode is canceled, an appropriate boiling temperature is set, so that unnecessary heat dissipation is not caused. Specifically, it is set to an arbitrary temperature within a predetermined temperature range based on the amount of heat consumed and the feed water temperature. As a tendency, when the amount of consumed heat is large, the boiling temperature is set high, and when it is small, the boiling temperature is set low. It is possible to use the capacity of the hot
[0022]
[0023]
Next, the operation of this embodiment will be described. When the
[0024]
Also, when the heat pump cycle 22 starts the warm water heating operation in the midnight time zone, the boiling operation is started at the set time (ST1) as shown in the flowchart of FIG. The outside
[0025]
Next, in
[0026]
Next, in
[0027]
If the outside air temperature is below freezing in
[0028]
Next, in step 11, the input voltage V of the
[0029]
Next, in step 13, it is determined whether the input voltage V of the
Next, in
[0030]
As a result, the amount of air flow to the air heat exchanger 21 hardly changes depending on the number of operating other heat pump units installed in the exhaust vent of the building and the weather conditions, and the heat pump water heater is stable. Energy consumption efficiency can be maintained.
Further, the
Further, since the
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amount of ventilation to the air heat exchanger hardly varies depending on the number of operating other heat pump units installed in the exhaust vent of the building and the weather conditions. The heat pump type water heater can maintain stable energy consumption efficiency.
In addition, the booster fan can be rotated in multiple stages in accordance with the static pressure in the exhaust vent so that more stable energy consumption efficiency can be maintained.
Further, the booster fan can be rotated in multiple stages according to the outside air temperature, so that more stable energy consumption efficiency can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an installation state showing an embodiment of a heat pump type hot water heater according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the same.
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of the control circuit.
FIG. 4 is a flowchart of the main part.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an installation state of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water
23 Blower motor
24
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