JP6174482B2

JP6174482B2 - 貯湯式ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP6174482B2
Application number: JP2013273667A
Authority: JP
Inventors: 広野　徳純; 徳純広野; 亮荒木; 眞柄　隆志; 隆志眞柄
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2013-12-28
Filing date: 2013-12-28
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-12-28
Also published as: JP2015127626A

Description

この発明は、ヒートポンプ式加熱手段で貯湯タンク内の湯水を加熱する貯湯式ヒートポンプ給湯装置に関するものである。

従来、この種のものにおいて、貯湯タンク内に設置された風呂熱交換器に浴槽水を循環させて加熱する追い焚き運転の実績を記憶して、追い焚き運転の実績有りが記憶されていれば、ヒートポンプ式加熱手段で貯湯タンク内の湯水を加熱する沸き上げ運転の沸き上げ目標温度を上昇させることで、貯湯タンクの蓄熱量を増加させ浴槽水の加熱能力を確保する貯湯式ヒートポンプ給湯装置があった。（例えば、特許文献１）

特開２００７−３１６２号公報

しかし、この従来のものでは、追い焚き運転の実績有りが記憶されていれば沸き上げ目標温度を上昇させていたので、沸き上げ目標温度を上昇させた沸き上げ運転を実施した日に追い焚き運転が実施されなかった場合、過剰に高い温度の湯が貯湯タンク内に貯湯されることから、次回の沸き上げ運転時の沸き上げ効率が低下することや、追い焚き運転が実施されなかった場合と比較して沸き上げ運転時に消費する電力使用量が増加するため改善の余地があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するためのヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを循環可能とする加熱回路と、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として浴槽内の浴槽水を加熱するための風呂熱交換器と、該風呂熱交換器と浴槽とを循環可能とする風呂回路と、該風呂回路内に設置され浴槽水の有無を検知する浴槽水検知手段と、前記風呂回路内に設置され浴槽水を循環させる風呂循環ポンプと、前記ヒートポンプ式加熱手段で前記貯湯タンク内の湯水が沸き上げ目標温度となるよう沸き上げる沸き上げ手段と、前記風呂循環ポンプを駆動させて浴槽水を加熱する追い焚き運転の実績有無を記憶する記憶手段と、該記憶手段で追い焚き運転の実績有りが記憶されていたら前記沸き上げ目標温度を上昇させる制御部とを備え、前記制御部は、前記記憶手段で追い焚き運転の実績有りが記憶されていて前記沸き上げ目標温度を上昇させている場合に、前記沸き上げ運転の開始前に前記浴槽水検知手段で浴槽水の有無を確認し、前記沸き上げ運転開始時に浴槽水が無い場合に前記沸き上げ目標温度を低下させることを特徴としている。

この発明によれば、記憶手段で追い焚き運転の実績有りが記憶されていて沸き上げ目標温度を上昇させている場合に、沸き上げ運転の開始前に浴槽水検知手段で浴槽水の有無を確認し、前記沸き上げ運転開始時に浴槽水が無い場合に沸き上げ目標温度を低下させるので、沸き上げ運転の実施日に浴槽水の追い焚き運転が実施される可能性が低いと推定して沸き上げ目標温度を下げるため、過剰に高い温度まで湯水を沸き上げることで次回の沸き上げ運転時の沸き上げ効率が低下するのを防止し、沸き上げ運転時の電力使用量を低下させることができる。

この発明の一実施形態を示す概略構成図同実施形態のブロック構成図同実施形態の沸き上げ運転開始時の制御を説明するフローチャート

次に、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
１は最大で３７０Ｌの湯水が貯湯可能な貯湯タンク２を収納した貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱可能なヒートポンプユニットである。

前記ヒートポンプユニット３は、冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機４と、高温高圧の冷媒と熱交換によって湯水を加熱する冷媒水熱交換器５と、冷媒を減圧する電動式の膨張弁６と、空気熱で冷媒を蒸発させる空気熱交換器７とを配管で環状に接続した冷媒回路と、空気熱交換器７に周囲の空気を送り込む送風ファン８とを備えており、冷媒回路内を流動する冷媒によって貯湯タンク２内の湯水の加熱が可能なヒートポンプ式加熱手段９が形成されている。

ここで、冷媒水熱交換器５は冷媒と被加熱水である貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率よく高温まで被加熱水を加熱することができ、冷媒水熱交換器５に流入する冷媒の入口温度と流出する出口温度の温度差が一定になるように膨張弁６または圧縮機４を制御して、冷媒水熱交換器５に流入する被加熱水の温度を５〜２０℃の低温にすることで効率よく加熱することができ、ＣＯＰが向上する。

１０は圧縮機４から吐出し冷媒水熱交換器５に流入する冷媒の温度を検出する水熱交入口センサ、１１は冷媒水熱交換器５で放熱した冷媒の温度を検出する水熱交出口センサ、１２は膨張弁６で減圧され空気熱交換器７に流入する冷媒の温度を検出する空熱交入口センサ、１３は空気熱交換器７で蒸発した冷媒の温度を検出する空熱交出口センサ、１４は空気熱交換器７の上部に設置され周囲の気温を検出する外気温センサである。

１５は貯湯タンク２下部と冷媒水熱交換器５とを配管で接続する加熱往き管、１６は冷媒水熱交換器５と貯湯タンク２上部とを配管で接続する加熱戻り管、１７は加熱往き管１５の途中に設置され配管内の湯水を循環させる加熱循環ポンプであり、該加熱循環ポンプ１７を駆動することで貯湯タンク２下部にある湯水を加熱往き管１５から冷媒水熱交換器５に流入して加熱し、加熱戻り管１６から貯湯タンク２に流入することで高温水を貯湯する加熱回路１８を形成している。

１９は加熱往き管１５に設置され冷媒水熱交換器５に流入する湯水の温度を検出する往き管温度センサ、２０は加熱戻り管１６に設置され冷媒水熱交換器５で加熱された湯水の温度を検出する戻り管温度センサであり、往き管温度センサ１９及び戻り管温度センサ２０で検出された湯水の温度に基づいて圧縮機４の出力やヒーポン循環ポンプ１７の回転数を制御し、設定された沸き上げ目標温度まで沸き上げる沸き上げ運転を行う。

２１は貯湯タンク２に市水を流入する給水管、２２は貯湯タンク２上部にある高温水を出湯する出湯管、２３は給水管２１から分岐した給水バイパス管、２４は出湯管２２と給水バイパス管２３内を流動する湯水を所定の比率で混合して設定された給湯温度に調節する給湯混合弁、２５は出湯管２２と給水バイパス管２３内を流動する湯水を所定の比率で混合して設定された風呂温度に調節する風呂混合弁である。

２６は給湯混合弁２４で所定の比率で混合された湯水が流動する給湯管、２７は洗面所等に設置され給湯混合弁２４で給湯温度に調節された湯水を開栓することで出湯可能な給湯栓、２８は給湯管２６内を流動する湯水の流量を検知する給湯流量センサ、２９は給湯管２６内を流動する湯水の温度を検知する給湯温度センサである。

３０は貯湯タンク２内の高温水と熱交換して浴槽３１内に貯められた浴槽水を加熱する風呂熱交換器、３２は浴槽水を風呂熱交換器３０に送る風呂戻り管、３３は風呂熱交換器３０で加熱された浴槽水を浴槽３１内に戻す風呂往き管、３４は風呂往き管３３と風呂熱交換器３０と風呂戻り管３２とで形成された風呂回路、３５は風呂回路３４内の浴槽水を流動させる風呂循環ポンプである。

３６は浴槽３１内にある浴槽水の水位を検知する浴槽水検知手段としての水位センサ、３７は風呂熱交換器３０で加熱された浴槽水の温度を検知する風呂温度センサであり、風呂往き管３３途中にそれぞれ設置されている。

３８は風呂混合弁２５で混合された湯水を風呂戻り管３２に搬送する湯張り管であり、配管途中には、風呂混合弁２５で混合された湯水の温度を検知する湯張り温度センサ３９と、電動弁を開閉して浴槽３１への湯張り開始及び停止を行う湯張り電磁弁４０と、配管内を流動する湯水の流量から浴槽３１への湯張り量を検知する湯張り流量センサ４１と、浴槽３１の湯水が逆流するのを防止する逆止弁４２とが設置されている。

４３は貯湯タンク２の上下方向に複数配置された貯湯温度センサで、この実施形態では貯湯温度センサ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅの５つが設置されているものであり、この貯湯温度センサ４３が検出する温度情報によって貯湯タンク２内の残熱量と、貯湯タンク２内の上下方向の温度分布が確認できる。

なお、この実施形態において貯湯タンク２の最大貯湯量は３７０Ｌであり、複数の貯湯温度センサ４３は貯湯タンク２に対し、ａが３４０Ｌ、ｂが２６０Ｌ、ｃが１８０Ｌ、ｄが１００Ｌ、ｅが３０Ｌの湯水が貯湯される箇所にそれぞれ設置されている。

４４は貯湯タンク２上部に連通し加熱した湯水の体積膨張による圧力上昇を防止する逃し弁、４５は市水からの圧力を一定に減圧する減圧弁、４６は給水管２１内を流動する市水の温度を検出する給水温度センサ、４７は給水管２１に設置され栓を備えた給水栓である。

４８は台所等に設置されたリモコンであり、給湯設定温度や風呂設定温度を表示して報知する表示部４９と、過去の湯の使用量を学習して最適な湯量を沸き上げるおまかせモードと、深夜時間帯にのみ沸き上げ運転を許可して昼間の沸き上げ運転を行わない使い切りモードと、貯湯タンク２内に常時湯を満タンまで貯湯する満タンモードとを選択可能なモード選択スイッチ５０と、給湯設定温度や風呂の湯張り完了等を音声で報知するスピーカ５１とが備えられている。

５２は貯湯タンクユニット１内に設置された各センサの入力を受け、各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを内蔵した制御部であり、過去の所定期間における浴槽水の追い焚き運転の実績有無を記憶する記憶手段５３と、戻り管温度センサ２０での検知温度が沸き上げ目標温度となるよう貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプ式加熱手段９で沸き上げる沸き上げ手段５４とが備えられている。

前記記憶手段５３は、浴槽水の追い焚き運転が実施されると追い焚き運転の実績有りを記憶し、追い焚き運転が複数日（例えば２日間）連続して実施無しと判断したら、追い焚き運転の実績有りの記憶を消去する。

５５は貯湯タンク２の底部に接続され配管途中に排水栓５６を設置した排水管であり、地震等の災害が発生して断水状態になった場合は、給水栓４７を閉栓して逃し弁４４を開放し、排水栓５６を開栓することで貯湯タンク２内に残存する湯水が取り出せる。

次に、本実施形態での沸き上げ運転時における制御について図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、制御部５２は、沸き上げ運転を開始する深夜時間帯の開始時刻になったか判断し（ステップＳ１０１）、深夜時間帯の開始時刻になっていれば記憶手段５３で追い焚き運転の実績有無を判断する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２で追い焚き運転の実績有りと判断されたら、給湯負荷に応じた沸き上げ目標温度（例えば７５℃）に一定温度（例えば５℃）だけ加えた８０℃を沸き上げ目標温度Ｔｍとして設定し（ステップＳ１０３）、追い焚き実績無しと判断されたら、給湯負荷に応じた沸き上げ目標温度である７５℃を沸き上げ目標温度Ｔｍとして設定する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０３で沸き上げ目標温度Ｔｍを８０℃に設定したら、制御部５２は、深夜時間帯終了までに沸き上げ運転を完了させる沸き上げ開始時刻に達したか判断し（ステップＳ１０５）、沸き上げ開始時刻に達していれば、浴槽３１内の浴槽水の有無を水位センサ３６での検知値に基づいて判断する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６で浴槽水無しと判断されたら、沸き上げ目標温度Ｔｍを一定温度（例えば５℃）だけ低下させた７５℃に変更する（ステップＳ１０７）。

ここで、ステップＳ１０４で沸き上げ目標温度Ｔｍを７５℃に設定したら、制御部５２は、深夜時間帯終了までに沸き上げ運転を完了させる沸き上げ開始時刻に達したか判断し（ステップＳ１０８）、沸き上げ開始時刻に達していれば次のステップに進む。

ステップＳ１０６で浴槽水有りと判断されたか、ステップＳ１０７で沸き上げ目標温度Ｔｍを７５℃に変更したか、ステップＳ１０８で沸き上げ開始時刻に達していれば、制御部５２は、沸き上げ手段５４で圧縮機４と膨張弁６とを駆動制御してヒートポンプ式加熱手段９と加熱循環ポンプ１７とを駆動させ、戻り管温度センサ２０での検知温度が沸き上げ目標温度となるように沸き上げ運転を開始する（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１０９で沸き上げ運転を開始したら、制御部５２は、貯湯タンク２の下部に設置された貯湯温度センサ４３ｅが所定の沸き上げ停止温度を検知したか判断し（ステップＳ１１０）、貯湯温度センサ４３ｅが所定の沸き上げ停止温度を検知していれば、沸き上げ運転を停止させて制御を終了する（ステップＳ１１１）。

以上のように、追い焚き運転が実績有りの状態で沸き上げ運転の開始時刻になり、浴槽３１の浴槽水の有無を確認して浴槽水無しと判断されたら、貯湯タンク２内の沸き上げ運転を実施した日に追い焚き運転が実施される可能性が低いと推定して沸き上げ目標温度を低下させるため、過剰に高い温度の湯が貯湯タンク２内に貯湯されないことから沸き上げ効率の悪化を防止でき、沸き上げ運転時における電力使用量を減らして節約することができる。

なお、本実施形態では浴槽水検知手段として水位センサ３６を用いることで浴槽３１の浴槽水の有無を判断しているが、これに限らず例えば、風呂回路３４の途中に湯水の流動が検知可能な流水スイッチを設置し、沸き上げ開始時刻になったら風呂循環ポンプ３５を一定時間駆動させて流水スイッチがＯＮ状態になるか否かで浴槽３１内に湯水が存在するかを判断し、流水スイッチがＯＮ状態にならず流水が検知できなければ浴槽３１内に湯水が存在しないと判断する制御であってもよい。

また、本実施形態における構成や制御内容は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２貯湯タンク
９ヒートポンプ式加熱手段
１８加熱回路
３０風呂熱交換器
３１浴槽
３４風呂回路
３５風呂循環ポンプ
３６水位センサ（浴槽水検知手段）
５２制御部
５３記憶手段
５４沸き上げ手段

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するためのヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを循環可能とする加熱回路と、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として浴槽内の浴槽水を加熱するための風呂熱交換器と、該風呂熱交換器と浴槽とを循環可能とする風呂回路と、該風呂回路内に設置され浴槽水の有無を検知する浴槽水検知手段と、前記風呂回路内に設置され浴槽水を循環させる風呂循環ポンプと、前記ヒートポンプ式加熱手段で前記貯湯タンク内の湯水が沸き上げ目標温度となるよう沸き上げる沸き上げ手段と、前記風呂循環ポンプを駆動させて浴槽水を加熱する追い焚き運転の実績有無を記憶する記憶手段と、該記憶手段で追い焚き運転の実績有りが記憶されていたら前記沸き上げ目標温度を上昇させる制御部とを備え、前記制御部は、前記記憶手段で追い焚き運転の実績有りが記憶されていて前記沸き上げ目標温度を上昇させている場合に、前記沸き上げ運転の開始前に前記浴槽水検知手段で浴槽水の有無を確認し、前記沸き上げ運転開始時に浴槽水が無い場合に前記沸き上げ目標温度を低下させることを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。