JP5478403B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents
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Description
(ヒートポンプ給湯装置のシステム構成)
図1は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置のシステム構成図である。ヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット100と、タンクユニット200と、ユーザーが給湯温度や水量等の設定を行うための操作部11とを備えている。
また、操作部11からの信号に基づいて温水循環装置10の回転数を制御するタンクユニット制御部12を備えている。
次に、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置の沸上げ運転動作について説明する。ユーザーからの入力に基づく操作部11からの沸上げ運転指示、又はタンクユニット200からの沸上げ運転指示を受けると、ヒートポンプユニット100は沸上げ運転を行う。具体的には、ヒートポンプユニット制御部13は、圧縮機1の回転数制御、減圧装置3の絞り量制御、及びファンモータ6の回転数制御を行う。更にタンクユニット制御部12は、ヒートポンプユニット制御部13からの信号に基づいて、沸上げ温度検出手段8で検出した沸上げ温度が目標沸上げ温度となるように、温水循環装置10の回転数を制御する。ここで、目標沸上げ温度は、操作部11へのユーザーからの入力によって設定されているものとする。
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、沸上げ運転の開始指示を受けると、まず起動運転を行う。そして、起動運転から定常運転への移行条件を満たすと、定常運転へと移行する。
図2は、起動運転と定常運転における圧縮機1の目標吐出圧力(以下、目標圧力という)を示す図である。図2に示すように、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、起動運転と定常運転とで異なる目標圧力を設定する。そして、起動運転時の目標圧力(以下、起動時目標圧力P1という)を、定常運転時の目標圧力(以下、定常時目標圧力P2という)よりも高く設定する。
更に、本実施の形態では、図2で示した起動時目標圧力P1を、目標沸上げ温度や外気温度に応じて調整する。以下、図3と図4を参照して目標圧力の調整方法について説明する。
冷凍サイクルは、目標沸上げ温度が高くなるほど立ち上がりに要する時間が長くなるので、図3のように目標沸上げ温度が高くなるほど起動時目標圧力P1を高く設定することで、冷凍サイクルが立ち上がりに要する時間をさらに短縮することができる。
ヒートポンプサイクルは、外気温度が低くなるほど立ち上がりに要する時間が長くなるので、図4のように外気温度が低い場合には起動時目標圧力P1を高く調整することで、ヒートポンプサイクルが立ち上がりに要する時間を短縮することができる。また、外気温度が高い場合には冷媒圧力は上昇しやすくなるので、外気温度が高い場合には起動時目標圧力P1を低く設定することで、圧縮機1の負荷を小さくすることができ、圧縮機1の信頼性を高めることができる。
また、定常時目標圧力P2についても同様に、目標沸上げ温度及び/又は外気温度に基づいて調整を行ってもよい。
次に、起動時目標圧力P1から定常時目標圧力P2に切り替える条件、すなわち、起動運転から定常運転へ移行する際の移行条件について、3つの実施形態を図5〜図7を参照して説明する。
沸上げ開始が指示されて起動運転を開始すると、ヒートポンプユニット制御部13は、起動時目標圧力P1を圧縮機1の目標圧力として設定して沸上げ運転を行う(S1)。次に、起動運転開始から所定時間T1が経過したか否か判断し、所定時間T1を経過していれば(S2:Yes)、圧縮機1の目標圧力を定常時目標圧力P2に変更する(S3)。起動運転開始から所定時間T1が経過していない場合は(S2:No)、起動時目標圧力P1のままで沸上げ運転を行う(S1)。なお、所定時間T1は、例えば10分〜20分である。この所定時間T1は、運転開始時の外気温度等の環境要因やコールドスタートかホットスタートかにも影響されるが、吐出冷媒温度、沸上げ温度がほぼ安定するまでの時間であり、予め試験等を行って定める。
図6のステップS21において、ヒートポンプユニット制御部13は、沸上げ温度検出手段8が検出した沸上げ温度が目標沸上げ温度Qに到達したか否か判断し、到達していなければ(S21:No)、起動時目標圧力P1のままで沸上げ運転を行う。沸上げ温度が目標沸上げ温度Qに到達していれば(S21:Yes)、沸上げ温度が目標沸上げ温度Qに到達してから所定時間T2が経過したか否か判断する(S22)。所定時間T2が経過していれば(S22:Yes)、圧縮機1の目標圧力を定常時目標圧力P2に変更する(S3)。所定時間T2が経過していない場合は(S22:No)、起動時目標圧力P1のままで沸上げ運転を行う。
図7のステップS31において、ヒートポンプユニット制御部13は、吐出温度検出手段18が検出した圧縮機1の吐出冷媒温度が、目標吐出温度Rに達したか否か判断し、達していなければ(S31:No)、起動時目標圧力P1のままで沸上げ運転を行う。吐出冷媒温度が目標吐出温度Rに到達していれば(S31:Yes)、吐出冷媒温度が目標吐出温度Rに到達してから所定時間T3が経過したか否か判断する(S32)。所定時間T3が経過していれば(S32:Yes)、圧縮機1の目標圧力を定常時目標圧力P2に変更する(S3)。所定時間T3が経過していない場合は(S32:No)、起動時目標圧力P1のままで沸上げ運転を行う。
次に、上述したような目標圧力にてヒートポンプ給湯装置の沸上げ運転を行うための、圧縮機1の回転数制御、及び減圧装置3の絞り量制御について説明する。図8は、目標沸上げ温度と、圧縮機1の吐出冷媒温度の関係を示す図である。本実施の形態では、図2及び、図3又は図4で示したようにして決定した起動時目標圧力P1に対し、圧縮機1の吐出冷媒温度が予め設定された吐出温度範囲内となるように、減圧装置3の絞り量及び圧縮機1の回転数を制御する。図8に示す吐出温度範囲の上限値及び下限値は、目標沸上げ温度に応じて予め定めておく。
Claims (10)
- 圧縮機、冷媒−水熱交換器、減圧装置、及び蒸発器を順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機から吐出される吐出冷媒圧力を検出する高圧圧力検出手段とを有するヒートポンプユニットと、
前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクを有するタンクユニットと、
前記冷媒−水熱交換器と前記温水タンクの間に接続された温水循環装置と、
を備えたヒートポンプ給湯装置において、
前記高圧圧力検出手段により検出される吐出冷媒圧力が、予め設定された目標圧力となるよう前記圧縮機の回転数と前記減圧装置の絞り量のうち少なくとも一方を制御するヒートポンプユニット制御手段と、
前記圧縮機から吐出される吐出冷媒温度を検出する吐出温度検出手段と
を備え、
起動運転時と起動運転に引き続いて行う定常運転時とで2種類の目標圧力を予め設定し、前記起動運転時は前記定常運転時よりも前記目標圧力を高く設定したものであり、
前記ヒートポンプユニット制御手段は、
前記起動運転時に前記吐出冷媒圧力が目標圧力に到達していない場合、吐出冷媒温度が所定の上限値に到達しているときには前記圧縮機の回転数を増加させ、吐出冷媒温度が所定の上限値に到達していないときには前記減圧装置の絞り量を大きくさせる制御を行う
ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 - 前記冷媒−水熱交換器で加熱される温水の目標沸上げ温度に応じて、前記起動運転時の目標圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記ヒートポンプユニットの周囲の外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、
前記外気温度検出手段により検出された外気温度に応じて、前記起動運転時の目標圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記起動運転開始から所定時間経過後に、前記起動運転時の目標圧力から定常運転時の目標圧力に切り替える
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水の温度を検出する沸上げ温度検出手段を備え、
前記沸上げ温度検出手段により検出された沸上げ温度が、目標沸上げ温度に到達して安定した状態となったら、前記起動運転時の目標圧力から定常運転時の目標圧力に切り替える
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記圧縮機から吐出される冷媒温度を検出する吐出温度検出手段を備え、
前記吐出温度検出手段により検出された冷媒温度が、目標吐出温度に到達して安定した状態となったら、前記起動運転時の目標圧力から定常運転時の目標圧力に切り替える
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記制御手段は、前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定された吐出温度範囲内の値となるよう、前記減圧装置の絞り量を制御する
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記制御手段は、前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定された吐出温度範囲内の値となるよう、前記圧縮機の回転数を制御する
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記起動運転時は、前記定常運転時よりも前記減圧装置の絞り量の制御間隔を短くする
ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記起動運転時は、前記定常運転時よりも冷媒流量の変化量が大きくなるよう前記減圧装置の絞り量を制御する
ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
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