JP4618074B2 - ヒートポンプ給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯器に関するものであり、特に床暖房機能を備えるものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯器は、ホットダッシュ運転時暖房二次サイクルの湯水温度を規定するものである（例えば、特許文献１参照）。

ホットダッシュ運転とは、例えば図６に示すような形態であり、ホットダッシュ運転時には通常の床暖房運転よりも暖房二次サイクルの湯水に高温の湯水を流すことによって、床表面温度を急速に上昇させるものである。

また、図７は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯器における制御方法であって、ホットダッシュ運転時暖房二次サイクルの湯水温度は一定温度になるように制御される。その後、床暖房運転時においても暖房二次サイクルの湯水温度はホットダッシュ運転時の湯水温度よりも低い一定温度となるように制御される。なお、図７の横軸は床暖房使用時の経過時間、縦軸は暖房二次出口温度を示す。
特開平１０−３０８２６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ホットダッシュ運転時暖房二次出口温度を一定で高温な湯水で制御し、ホットダッシュ運転終了後は床暖房運転時暖房二次出口温度をホットダッシュ運転時より低い湯水で制御する。その結果、ホットダッシュ運転から床暖房運転への床暖パネル表面温度がなだらかに推移せず、肌に不快感を与えるという課題があった。

また、ホットダッシュ運転時の床暖房パネルの種類や床暖房パネルの上に敷いたフローリング材の厚みに応じて暖房二次出口温度を変えることができなかったため、肌に不快感を与え、床暖パネルに必要以上の熱量を与えるという課題もあった。

例えば、図８は横軸を床暖房運転経過時間、縦軸を床表面温度として示しており、図７に記載された制御を行ったことによる床表面温度の推移を表したものである。ホットダッシュ運転時、床暖パネルの表面温度は床暖リモコンによる設定温度よりも高くなりホットダッシュ運転から床暖房運転に切り替わる時床暖パネルの表面温度は急激に低下している。

また、必要以上に熱量を使用するため、貯湯タンクに戻される温水も高くなり、ヒートポンユニットの入水温度も高くなるため、加熱能力やＣＯＰも低下する。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯器は、圧縮機と冷媒熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒熱交換器により貯湯タンク下部の水を加熱した後に前記貯湯タンク上部に戻す加熱サイクルと、暖房１次循環ポンプにより前記貯湯タンク上部の湯水を水熱交換器により熱交換を行った後に前記貯湯タンク下部に戻す暖房１次側サイクルと、暖房２次循環ポンプと前記水熱交換器と床暖房パネルを有する暖房二次側サイクルとを備え、前記水熱交換器の暖房二次出口側にサーミスタを配し、床暖房運転の初期時に前記サーミスタによる検知温度が一定値を保つように前記暖房１次ポンプを制御するホットダッシュ運転時において、前記サーミスタの検知温度が、所定の第１温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御され、かつ、所定時間経過後には、前記第１温度よりも低温である所定の第２温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御されるとともに、前記サーミスタの検知時間は、前記所定の第１温度の検知時間よりも、前記所定の第２温度の検知時間の方が長いことを特徴とするものである。

これにより、ホットダッシュ運転時の床暖パネルの表面温度は肌に不快感を与えなくなる。さらに、床暖パネルに必要以上の熱量を与えずに済むため、貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

これによって、ホットダッシュ時に床表面温度が設定温度よりも高く温度上昇することが無く、さらに、肌への不快感を与えることを未然に防ぐことができる。

これによって、ホットダッシュ運転時に床暖パネルでの温度変化時において肌に不快感を与えずに設定温度への運転ができる。

本発明のヒートポンプ給湯器は、ホットダッシュ運転時暖房二次側サイクルにおいて時間経過と共に暖房二次出口サーミスタにより検知温度が段階的に切り替わるように制御するため、ホットダッシュ運転中の床暖パネルは肌への不快感を与えず、さらに床暖房パネルは温まりやすくなる。これにより床暖パネルに必要以上の熱量を与えずに済むため、貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

第１の発明は、圧縮機と冷媒熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒熱交換器により貯湯タンク下部の水を加熱した後に前記貯湯タンク上部に戻す加熱サイクルと、暖房１次循環ポンプにより前記貯湯タンク上部の湯水を水熱交換器により熱交換を行った後に前記貯湯タンク下部に戻す暖房１次側サイクルと、暖房２次循環ポンプと前記水熱交換器と床暖房パネルを有する暖房二次側サイクルとを備え、前記水熱交換器の暖房二次出口側にサーミスタを配し、床暖房運転の初期時に前記サーミスタによる検知温度が一定値を保つように前記暖房１次ポンプを制御するホットダッシュ運転時において、前記サーミスタの検知温度が、所定の第１温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御され、かつ、所定時間経過後には、前記第１温度よりも低温である所定の第２温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御されるとともに、前記サーミスタの検知時間は、前記所定の第１温度の検知時間よりも、前記所定の第２温度の検知時間の方が長いことを特徴とするヒートポンプ給湯器である。

これによって、ホットダッシュ運転時において床暖パネル温度が設定温度よりも高く上昇することが無く、床暖パネルに必要以上の熱量を与えずに済み、貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

これによって、ホットダッシュ時に床表面温度が設定温度よりも高く温度上昇することが無く、さらに、肌への不快感を与えることを未然に防ぐことができる。

これによって、ホットダッシュ運転時に床暖パネルでの温度変化時において肌に不快感を与えずに設定温度への運転ができる。

第２の発明は、圧縮機と冷媒熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒熱交換器により貯湯タンク下部の水を加熱した後に前記貯湯タンク上部に戻す加熱サイクルと、暖房１次循環ポンプにより前記貯湯タンク上部の湯水を水熱交換器により熱交換を行った後に前記貯湯タンクに戻す暖房１次側サイクルと、暖房２次循環ポンプと前記水熱交換器と床暖房パネルを有する暖房二次側サイクルとを備え、前記水熱交換器の暖房二次出口側にサーミスタを配し、床暖房運転の初期時に前記サーミスタによる検知温度が一定値を保つように前記暖房１次ポンプを制御するホットダッシュ運転時において、前記サーミスタの検知温度が、所定の第１温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御され、かつ、所定時間経過後には、前記第１温度よりも低温である所定の第２温度、前記第２温度よりも低温である所定の第３温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御されるとともに、前記所定の第１温度と前記所定の第２温度との温度差は、前記所定の第２温度と前記所定の第３温度との温度差よりも大きいことを特徴とするヒートポンプ給湯器である。

これによって、ホットダッシュ運転時に床暖パネルでの温度変化時において肌に不快感を与えずに設定温度への運転ができる。また、ホットダッシュ運転時に貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において所定の第１温度は、床暖房パネルの種類または床暖房パネルの上に敷いたフローリング材の厚みに応じて設定されるものである。

これによって、床暖房パネルの種類または床暖房パネルの上に敷いたフローリング材の厚みに応じて暖房二次出口温度を変え、それぞれの床暖パネルの最適温度を決めることができる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明において、床暖房パネルから放熱される熱量を入力するパネル温度設定手段を備え、所定の第２温度は、パネル温度設定手段による入力値に応じて設定されるものである。

これによって、床暖リモコンによる設定温度に応じて所定の第２温度を決定されるため、第２温度は温度変更をすることが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯器の図を示すものである。

図１において、ヒートポンプ給湯器１は、冷凍サイクル２と加熱サイクル３と暖房１次サイクル４と暖房２次サイクル５から構成されている。

冷凍サイクル２は、圧縮機６と冷媒熱交換器７と膨張弁８と蒸発器９から構成されており、冷凍サイクル２内には冷媒が循環している。冷媒は二酸化炭素冷媒を用いる。なお、冷媒としては、他にもＲ４１０ａ等のフロン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒などが挙げられる。

加熱サイクル３は、貯湯タンク１０と冷媒熱交換器７と積層ポンプ１１から構成されている。加熱サイクル３内では、貯湯タンク１０の下部の水を冷媒熱交換器７に通して貯湯タンク１０の上部に湯水を戻す。

暖房１次サイクル４は貯湯タンク１０と水熱交換器１２と暖房１次循環ポンプ１３から構成されており、床暖房運転時貯タンク１上部の湯水は水熱交換器１２を通り貯タンク１０の下部に水を戻す。

暖房２次サイクル５は、水熱交換器１２と暖房２次サーミスタ１４と暖房２次循環ポンプ１５と床暖パネル１６から構成されている。また、暖房２次サイクル５は、前記暖房２次サーミスタ１４の検知温度に応じて暖房１次循環ポンプ１３を制御する。

次に、図１に基づいて貯湯運転、暖房運転についてそれぞれ説明する。

まず、貯湯運転では、積層ポンプ１１を起動させることによって貯湯タンク１０下部の水を冷媒熱交換器７に供給する。そして、冷媒熱交換器７において加熱された湯水は貯湯タンク１０上部に戻される。このようにして、高温の湯水は貯湯タンク１０の上部から積層状に蓄積される。この貯湯運転は、貯湯タンク１０内に高温の湯水で満たされるまで続けられる。

また、暖房運転では、暖房１次循環ポンプ１３を起動させることによって貯湯タンク１０上部の湯水を水熱交換器１２へ供給し、水熱交換器１２を介して暖房２次サイクル５内を循環する湯水と熱交換を行う。水熱交換器１２で放熱された湯水は貯湯タンク１０の下部へ戻される。

一方、暖房２次循環ポンプ１５によって暖房２次サイクル５を循環する湯水は、水熱交換器１２で吸熱することにより温度上昇し、その後に床暖パネル１６により放熱される。ここで、暖房１次循環ポンプ１３は暖房２次サーミスタ１４の検知温度に応じて流量を制御するので、床暖パネル１６で放熱される放熱量は適温に調整される。

ところで、暖房起動運転時は暖房２次サイクル５を循環する湯水が比較的低温である場合が多いことから、設定温度に達するまでに多くの時間を要する。そこで、暖房運転を行うまでにホットダッシュ運転を行い、上記暖房起動運転時に生じる問題の解決を図っている。

ホットダッシュ運転とは、暖房運転中に暖房２次サイクル５を循環する湯水（例えば、４０〜５５℃）よりも高温の湯水（例えば、５５〜６０℃）を一時的に暖房２次サイクル５に流すことによって、床暖パネル１６での放熱量を急激に増加させて、定められた時間内に床暖パネル１６を所定温度にするものである。

具体的に図２を用いて説明すると、例えば暖房運転中では暖房２次サーミスタ１４の検知温度が４０度で一定となるように暖房１次循環ポンプ１３を制御するが、ホットダッシュ運転中では、４０度よりも高温である温度を暖房２次サーミスタ１４が検知するように暖房１次循環ポンプ１３を制御する。

なお、図２において、縦軸には暖房２次サーミスタ１４が検知する温度を示し、横軸にはホットダッシュ運転開始時から暖房運転継続時の経過時間を示すことによって、経過時間における暖房２次出口サーミスタ１４の温度分布を表した。そして、図２によれば、ホットダッシュ運転開始時は、暖房２次サーミスタ１４が６０度を検出するように暖房１次循環ポンプ１３を制御し、所定時間経過後には暖房２次サーミスタ１４が５５度を検出するように暖房１次循環ポンプ１３を制御し、このような制御を繰り返すことによって、最終的にはホットダッシュ完了時までに暖房２次サーミスタ１４が４０度を検出するまで続けられる。

なお、図２では、暖房２次サーミスタ１４による検知温度が段階的に低下するように示されているが、連続的に６０度から４０度まで低下していくような形態であってもよい。

そして、上記図２による制御を行うことにより、図３のような結果となる。図３は、縦軸を床暖パネル１６の表面温度とし、横軸をホットダッシュ運転開始時から暖房運転継続時の経過時間とすることによって、床暖パネル１６の表面温度の時間推移を実線３１で表しており、比較対象のため段階的に流量温度を低下させない従来の場合を点線３２で表している。

このように、実施の形態１では、ホットダッシュ運転時において暖房２次サーミスタが検知する温度を時間の経過とともに段階的に低下させていくので、床暖パネル１６が設定温度以上に上昇することが抑えられ、肌に不快感を与えない。

なお、図２において、ホットダッシュ運転開始時には暖房２次サーミスタ１４が６０度を検知するように制御するとしたが、この温度は床暖房パネル１６の種類や床暖房パネル１６の上に敷いたフローリング材の厚みに応じて適宜変更してもよい。

例えば、床暖房パネル１６素材が薄いパネルを用いた場合であれば、ホットダッシュ運転開始時には暖房２次サーミスタ１４が８５度を検知するように制御すれば、暖房運転の立ち上がりをよくすることができる。

また、図２において、ホットダッシュ運転終了時には、暖房２次サーミスタ１４が４０度を検知するように制御すると記載したが、これは使用者が設定する床暖房温度設定によって変化する。例えば、使用者が床暖房温度を３０度となるように設定したときは、ホットダッシュ運転終了時に暖房２次サーミスタ１４が３５度となるように、ホットダッシュ運転中に暖房１次循環ポンプ１３を制御すればよい。これによって、ホットダッシュ運転から暖房運転への切り替わりに床暖パネル１６の表面温度がなだらかに推移し、肌に不快感を与えない。また、ホットダッシュ運転時に貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

（実施の形態２）
実施の形態１においては、図２で示したようにホットダッシュ運転時において暖房２次サーミスタ１４が検知する温度を時間の経過とともに段階的に低下させたが、例えば以下に示す図４や図５のような形態であってもよい。

図４は、運転経過時間における暖房２次出口サーミスタ１４の温度分布を表したもので、縦軸には暖房２次サーミスタ１４が検知する温度を示し、横軸にはホットダッシュ運転開始時から暖房運転継続時の経過時間を示した。

そして、図４によれば、ホットダッシュ運転開始時は、暖房２次サーミスタ１４が８０度を検出するように暖房１次循環ポンプ１３を制御し、所定時間経過後には暖房２次サーミスタ１４が６０度、５５度、５０度を検出するように時間経過と共に暖房１次循環ポンプ１３を制御し、このような時間経過と共に暖房２次サーミスタ１４の温度幅を小さくなる制御を繰り返すことによって、時間経過と共に最終的には暖房２次サーミスタ１４が４０度を検出するまで続けられる。これによりホットダッシュ運転から床暖房運転への床暖パネル１６の表面温度がなだらかに推移し、肌に不快感を与えない。

また、図５は、運転経過時間における暖房２次サーミスタ１４の温度分布を表したもので、縦軸には暖房２次サーミスタ１４が検知する温度を示し、横軸にはホットダッシュ運転開始時から暖房運転継続時の経過時間を示した。

そして、図５によれば、ホットダッシュ運転開始時は、暖房２次サーミスタ１４が６０度を検出するように暖房１次循環ポンプ１３を制御し、所定時間経過後には暖房２次サーミスタ１４が５５度を検出するように暖房１次循環ポンプ１３を制御し、このような制御を繰り返すことによって、最終的には暖房２次サーミスタ１４が４０度を検出するまで続けられる。このとき、暖房２次サーミスタ１４が６０度から５５度を検出する時間をＴ１、５５度から５０度を検出する時間をＴ２、５０度から４５度を検出する時間をＴ３とすれば、時間経過と共にＴ１≦Ｔ２≦Ｔ３になるように時間幅は大きくなる。

以上のように、実施の形態２では、ホットダッシュ運転時において暖房２次サーミスタ１４が検知する温度を時間の経過とともに段階的に低下させていく中で、時間経過と共に所定時間までの温度幅を小さく、時間経過と共に所定温度までの時間幅を大きくすることでホットダッシュ運転から床暖房運転への床暖パネル１６の表面温度がなだらかに推移し、肌に不快感を与えない。さらに、床暖パネル１６の表面温度分布のなだらかさは自由に変えることができる。また、ホットダッシュ運転時に貯湯タンクに戻される温水が低くなりヒートポンユニットの入水温度も低くなるため、加熱能力やＣＯＰも向上する。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯器は、ホットダッシュ運転時に床暖パネルに必要な熱量を与えずに済むために床暖房を効率よく運転可能となり運転効率の改善に大きな効果がありランニングコストを大幅に改善できる。

本実施の形態のヒートポンプ給湯器の全体図 ホットダッシュ運転時の暖房二次出口温度分布図 ホットダッシュ運転時の床暖パネルの表面温度分布図 ホットダッシュ運転時の暖房二次出口温度分布図 ホットダッシュ運転時の暖房二次出口温度分布図 従来のホットダッシュ運転時の床暖パネルの表面温度分布図 従来のホットダッシュ運転時の暖房二次出口温度分布図 従来のホットダッシュ運転時の床暖パネルの表面温度分布図

１ ヒートポンプ給湯器
２ 冷凍サイクル
３ 加熱サイクル
４ 暖房１次サイクル
５ 暖房２次サイクル
６ 圧縮機
７ 冷媒熱交換器
１０ 貯湯タンク
１２ 水熱交換器
１３ 暖房１次循環ポンプ
１４ 暖房２次サーミスタ
１５ 暖房２次循環ポンプ
１６ 床暖パネル

Claims (4)

1. 圧縮機と冷媒熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒熱交換器により貯湯タンク下部の水を加熱した後に前記貯湯タンク上部に戻す加熱サイクルと、暖房１次循環ポンプにより前記貯湯タンク上部の湯水を水熱交換器により熱交換を行った後に前記貯湯タンク下部に戻す暖房１次側サイクルと、暖房２次循環ポンプと前記水熱交換器と床暖房パネルを有する暖房二次側サイクルとを備え、前記水熱交換器の暖房二次出口側にサーミスタを配し、床暖房運転の初期時に前記サーミスタによる検知温度が一定値を保つように前記暖房１次ポンプを制御するホットダッシュ運転時において、前記サーミスタの検知温度が、所定の第１温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御され、かつ、所定時間経過後には、前記第１温度よりも低温である所定の第２温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御されるとともに、前記サーミスタの検知時間は、前記所定の第１温度の検知時間よりも、前記所定の第２温度の検知時間の方が長いことを特徴とするヒートポンプ給湯器。
2. 圧縮機と冷媒熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記冷媒熱交換器により貯湯タンク下部の水を加熱した後に前記貯湯タンク上部に戻す加熱サイクルと、暖房１次循環ポンプにより前記貯湯タンク上部の湯水を水熱交換器により熱交換を行った後に前記貯湯タンクに戻す暖房１次側サイクルと、暖房２次循環ポンプと前記水熱交換器と床暖房パネルを有する暖房二次側サイクルとを備え、前記水熱交換器の暖房二次出口側にサーミスタを配し、床暖房運転の初期時に前記サーミスタによる検知温度が一定値を保つように前記暖房１次ポンプを制御するホットダッシュ運転時において、前記サーミスタの検知温度が、所定の第１温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御され、かつ、所定時間経過後には、前記第１温度よりも低温である所定の第２温度、前記第２温度よりも低温である所定の第３温度を検知するように前記暖房１次ポンプは制御されるとともに、前記所定の第１温度と前記所定の第２温度との温度差は、前記所定の第２温度と前記所定の第３温度との温度差よりも大きいことを特徴とするヒートポンプ給湯器。
3. 所定の第１温度は、床暖房パネルの種類または床暖房パネルの上に敷いたフローリング材の厚みに応じて設定される請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯器。
4. 床暖房パネルから放熱される熱量を入力するパネル温度設定手段を備え、所定の第２温度は、前記パネル温度設定手段による入力値に応じて設定される請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯器。

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