JP2010014377A - ヒートポンプ式給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンク内の湯が不足するおそれのある状態が継続することを防止可能なヒートポンプ式給湯器を提供する。
【解決手段】過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルが基準レベル以上に達している場合には、使用時間帯に貯湯タンク２２内の湯が１００リットル以下になると所定量の湯を沸き増しする使用沸き増し運転と、貯湯タンク２２内の湯が５０リットル以下になると所定量の湯を沸き増しする湯切れ沸き増し運転とを行い、運転レベルが基準レベル以上に達していない場合には湯切れ沸き増し運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯器において、運転レベルが、低位レベル（例えばレベル１〜３）に設定されている場合に、使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルを過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルよりも多く増加させる制御を行う制御手段を備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばヒートポンプユニットによって貯湯タンク内の温水を設定温度に加熱することが可能なヒートポンプ式給湯器に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ式給湯器として、過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルが所定の基準レベル以上である場合には、所定の使用時間帯に貯湯タンク内の湯が所定の第１の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第１の沸き増し運転と、貯湯タンク内の湯が第１の残量よりも少ない所定の第２の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第２の沸き増し運転とを行い、運転レベルが前記基準レベル未満である場合には第２の沸き増し運転を行うようにしたものが知られている。

このヒートポンプ式給湯器では、使用時間帯における貯湯タンク内の湯の使用状況に基づき運転レベルを設定することが可能である。例えば使用時間帯に所定量以上の湯が使用された場合には、運転レベルを一段階増加させる。そして、運転レベルが基準レベル以上のレベルに設定されているときに、貯湯タンク内の湯が第１の残量以下になると第１の沸き増し運転を行うようになっている。この場合、第１及び第２の沸き増し運転が貯湯タンク内の湯の残量に応じて段階的に行われることから、湯の使用量が増大する寒い時期であっても、貯湯タンク内の湯が不足することを抑制することができる。

また、運転レベルが、過去の使用状況に基づいて基準レベル未満のレベルに設定されている場合には、貯湯タンク内の湯が第２の残量になると第２の沸き増し運転を行うようになっている。これにより、例えば湯の使用量が減少する暑い時期等には、第１の沸き増し運転が行われることがないので、沸き増し運転の電力使用量を抑制することができる。
特開２００５−３０００６６号公報

しかしながら、前記従来例では、使用時間帯に所定量以上の湯が使用された場合に運転レベルを一段階ずつ増加させるので、運転レベルが、基準レベル未満であって且つ最も低いレベルから所定レベルだけ高い範囲内の低位レベルに設定されている場合には、運転レベルが基準レベルに設定されるまでに多大な時間が必要となる。また、運転レベルが基準レベル以上に設定されるまでの使用時間帯には第２の沸き増し運転しか行うことができないので、湯の使用量の増大に伴って第２の沸き増し運転の回数が増加すると、貯湯タンク内の湯が不足するおそれのある状態が継続することから、貯湯タンク内の湯が不足するという不安を利用者に与えるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、貯湯タンク内の湯が不足するおそれのある状態が継続することを防止可能なヒートポンプ式給湯器を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルが所定の基準レベル以上に達している場合には、所定の使用時間帯に貯湯タンク内の湯が所定の第１の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第１の沸き増し運転と、貯湯タンク内の湯が第１の残量よりも少ない所定の第２の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第２の沸き増し運転とを行い、運転レベルが前記基準レベル以上に達していない場合には第２の沸き増し運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯器において、前記運転レベルが、前記基準レベル以下であって且つ最も低いレベルから所定レベルだけ高い範囲内の低位レベルに設定されている場合に、前記使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルを過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルよりも多く増加させる制御を行う制御手段を備えている。

これにより、運転レベルが低位レベルに設定されている場合に、前記使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルが過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルよりも多く増加されるので、運転レベルを基準レベル以上のレベルまで速やかに増加させることが可能になる。

本発明によれば、運転レベルを基準レベル以上のレベルまで速やかに増加させることができるので、貯湯タンク内の湯が不足するおそれのある状態を短期間で解消させることができ、利用者の利便性を向上させることができる。

図１乃至図６は本発明の一実施形態を示すもので、図１はヒートポンプ式給湯器の概略構成図、図２はヒートポンプ式給湯器の制御系構成を示すブロック図、図３は運転テーブルの一例を示す図、図４は夜間における制御部の動作を説明するフロー図、図５及び図６は昼間の使用時間帯における制御部の動作を説明するフロー図である。

まず、図１及び図２を参照して本実施形態のヒートポンプ式給湯器の構成を説明する。

本実施形態のヒートポンプ式給湯器は、所定時間帯に所定の設定温度の湯を貯湯タンク２２内に貯める沸き上げ運転と、貯湯タンク２２内の湯が所定の使用時間帯に所定の残量以下になった場合に所定量の湯を沸き増しする沸き増し運転とを行うものであり、電力の使用料が低く設定されている時間帯（例えば深夜）に沸き上げ運転を行うことにより、運用コストを低減することが可能になっている。なお、沸き増し運転及び沸き増し運転を行う時間帯については、任意に設定することが可能である。

また、ヒートポンプ式給湯器は、ヒートポンプユニット１０と、貯湯タンクユニット２０と、制御部３０と、記憶部３１と、外気温度センサ３２とを備えており、ヒートポンプユニット１０は、ＣＯ２等の冷媒を封入した冷媒管１１を介して圧縮機１２、水熱交換器１３、減圧弁１４及び熱交換器１５を順次接続して構成される冷媒回路を備えている。さらに、ヒートポンプユニット１０は、被制御装置としての圧縮機１２、温度センサ１３ａ、減圧弁１４及び送風ファン１６を備えており、これらの各被制御装置は、制御部３０によって制御される。

圧縮機１２は駆動源としてモータ（図示省略）を有し、回転数が可変制御される周知の構成からなり、冷媒を加圧して冷媒回路を循環させている。

水熱交換器１３は圧縮機１２から吐出され冷媒管１１を流れる高温高圧の冷媒と、後述の循環管２１を流れる温水との熱交換を行っている。これにより、水熱交換器１３は凝縮器として機能し、後述の循環管２１を流れる温水が加熱される。また、水熱交換器１３には、熱交換された循環管２１の温水の温度を検出する温度センサ１３ａが設けられており、温度センサ１３ａは、検出した温度を表す信号を制御部３０に送信する。

減圧弁１４は周知の電動弁であり、水熱交換器１３によって熱を奪われた冷媒を減圧して低温低圧にしている。

熱交換器１５は減圧弁１４から流入された冷媒と送風ファン１６によって吸引した外部の空気との熱交換を行い、冷媒管１１を介して圧縮機１２へ冷媒を流出させている。これにより、熱交換器１５は蒸発器として機能し、冷媒が加熱される。また、送風ファン１６は、周知のモータ（図示省略）を駆動源として有しており、モータの回転数、即ち送風ファン１６の回転数に応じたパルス信号が制御部３０に送信されるようになっている。

貯湯タンクユニット２０は、循環管２１を介して貯湯タンク２２、循環ポンプ２３及び前述の水熱交換器１３を順次接続して構成される循環回路２４と、給水管２５、給湯管２６とを備えている。また、貯湯タンクユニット２０は、被制御装置としての複数の温度センサ２２ｅ、循環ポンプ２３、混合弁２７、流量計２８及び温度計２９を備えており、これらの各被制御装置は、制御部３０によって制御される。

貯湯タンク２２は、上部に循環入口２２ａ及び出湯口２２ｂを、下部に循環出口２２ｃ及び入水口２２ｄを備えており、外部の水源（図示省略）から給水管２５及び入水口２２ｄを介して常温の水が必要に応じて供給されるようになっている。また、貯湯タンク２２には、複数の温度センサ２２ｅが上下方向に間隔をあけて設けられており、それぞれの設置位置における貯湯タンク２０内の温水の温度を検出している。これにより、設定温度を検出している温度センサ２２ｅの設置位置から貯湯タンク２０内の所定温度の水量と常温の水量とが分かる。なお、本実施形態では、貯湯タンク２２の容量を３７０リットルに設定している。

循環ポンプ２３は循環出口２２ｃから流出した温水を加圧し、循環回路２４を循環させて循環入口２２ａから流入させている。これにより、貯湯タンク２２の下部から流出した温水がヒートポンプユニット１０の水熱交換器１３によって加熱され、貯湯タンク２２の上部から設定温度の温水が貯えられる。また、循環ポンプ２３は、周知のモータ（図示省略）を駆動源として有しており、モータの回転数に応じたパルス信号が制御部３０に送信されるようになっている。

混合弁２７は周知のステッピングモータ（図示省略）を駆動源として用いており、制御部３０からパルス信号を受信すると、弁体を回転させて開度を制御することにより、貯湯タンク２２内の湯と給水管２５の温水とを混合して所定の湯温に調整する。また、混合弁２７は、弁体が所定の位置に達したことが、混合弁２７に設けられたホールＩＣ素子やマイクロスイッチ等により検知されると、所定の基点位置検出信号を制御部３０に送信する。一方、制御部３０は、混合弁２７から受信した基点位置検出信号に基づき弁体の基点位置の確認処理を行うとともに、弁体の開度ずれを補正することが可能になる。この場合、制御部３０は、基点位置検出信号を受信した際の弁体の開度を基点位置として、弁体を任意の開度に調整するためのパルス信号を混合弁２７に送信することにより、弁体の開度が制御される。

貯湯タンク２２に貯えられた温水は、要求に応じて出湯口２２ｂから給湯管２６を介して外部に供給されるようになっており、給湯管２６に設けられた流量計２８及び温度計２９は混合弁２７から流出する温水の流量及び温度をそれぞれ検出している。

制御部３０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びタイマ回路等を備えたコンピュータからなり、後述の記憶部３１に記憶されている各被制御装置の制御データ３１ａを用いてヒートポンプユニット１０及び貯湯タンクユニット２０の被制御装置を制御する。

記憶部３１は、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な記憶素子であり、制御データ３１ａと、運転テーブル３１ｂとが記憶されている。運転テーブル３１ｂには、図３に示すように、沸き上げ運転時に貯湯タンク２２内に貯められる湯の設定温度を表す温度レベルと、使用時間帯に貯湯タンク２２内の湯が第１の残量（例えば１００リットル）になったときに行われる第１の沸き増し運転（使用沸き増し運転）の運転回数と、貯湯タンク２２内の湯が第１の残量よりも少ない第２の残量（例えば５０リットル）になったときに行われる第２の沸き増し運転（湯切れ沸き増し運転）とが、過去の使用状況に基づいて設定される１から１２までの運転レベル毎に設定されている。なお、本実施形態では、運転レベルのレベル７を基準レベルとして設定し、基準レベル以下であって且つ最も低いレベル（レベル１）から２レベルだけ高い範囲内のレベル（レベル１〜３）を低位レベルとして設定している。

制御部３０は、過去の使用状況即ち湯の使用量に基づいて設定された運転レベル及び温度レベルに基づき沸き上げ運転、使用沸き増し運転及び湯切れ沸き増し運転を行うようになっており、例えば運転レベル及び温度レベルがそれぞれ４及び７０に設定されている場合には、沸き上げ運転時に７０℃の湯を貯湯タンク２２内に貯めるとともに、使用時間帯に貯湯タンク２２内の湯の残量が５０リットル以下になると、湯切れ沸き増し運転を行う。

また、運転レベル及び温度レベルがそれぞれ７及び８０に設定されている場合には、制御部３０は、沸き上げ運転時に８０℃の湯を貯湯タンク２２内に貯めるとともに、使用時間帯に貯湯タンク２２内の湯の残量が１００リットル以下になると、使用沸き増し運転を１回行う。そして、制御部３０は、使用沸き増し運転終了後に貯湯タンク２２内の湯の残量が５０リットル以下になると、湯切れ沸き増し運転を行う。なお、使用沸き増し運転及び湯切れ沸き増し運転の詳細については後述する。

外気温度センサ３２は周知の温度センサであり、外気温度を検出するとともに、検出された外気温度を表す信号を制御部３０に送信する。

以上のように構成されたヒートポンプ式給湯器において、制御部３０は、夜間の所定時間帯（例えば２３時から翌日の７時まで）に記憶部３１の運転テーブル３１ｂを読出し、事前に設定された運転レベル及び温度レベルに基づき沸き上げ運転を行う。

図４を参照して説明すると、制御部３０は、使用時間帯（例えば７時から２３時まで）に湯切れ沸き増し運転を行ったか否か、即ち湯の使用量が３２０リットル以上か否かを判別し（ステップＳ１）、湯切れ沸き増し運転を行った場合には、設定されている運転レベルが低位レベルに属するか否かを判別する（ステップＳ２）。

ここで、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）であって、且つ、外気温度センサ３２によって検出された外気温度が所定温度（例えば１０℃）以下の場合には（ステップＳ３）、制御部３０は、運転レベルを基準レベル（レベル７）に設定するとともに温度レベルを一つ増加させた後に（ステップＳ４）、沸き上げ運転を行う（ステップＳ６）。例えば運転レベル及び温度レベルがそれぞれ３及び７０に設定されていた場合には、制御部３０は、運転レベル及び温度レベルをそれぞれ７及び７５に設定する。

また、ステップＳ２において、運転レベルが低位レベルではない場合（レベル４以上）または外気温度が１０℃より高い場合には、制御部３０は、運転レベル及び温度レベルをそれぞれ一つずつ増加させた後に（ステップＳ５）、沸き上げ運転を行う（ステップＳ６）。例えば運転レベル及び温度レベルがそれぞれ８及び７５に設定されており、使用時間帯に湯切れ沸き増し運転が行われた場合には、制御部３０は、運転レベル及び温度レベルをそれぞれ９及び８０に設定して沸き上げ運転を行う。

次に、沸き上げ運転の内容について説明する。まず、制御部３０は、圧縮機１２、減圧弁１４、送風ファン１６及び循環ポンプ２３を起動して貯湯タンク２２内の温水の加熱を開始する。そして、制御部３０は、各温度センサ２２ｅから入力される温度データに基づき貯湯タンク２２内の湯の温度が温度レベル（例えば８０℃）に達したか否かを判別し、温度レベルの温水で貯湯タンク２２内が満たされたときに、圧縮機１２、減圧弁１４、送風ファン１６及び循環ポンプ２３を停止させて貯湯タンク２２内の温水の加熱を終了する。これにより、沸き上げ運転が終了する。なお、運転レベル及び温度レベルは、制御部３０のＲＡＭに保持される。

このようにして、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）に設定されている場合に３２０リットル以上の湯が使用されると、運転レベルが、過去の使用状況に基づいて一段階ずつ増加するように設定される場合よりも多く増加されるので、運転レベルを基準レベル（レベル７）まで速やかに増加させることが可能になる。

なお、上記フローでは、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）に設定されている場合に３２０リットル以上の湯が使用されると、運転レベルをレベル７に設定しているが、運転レベルを所定レベル（例えば３レベル）だけ増加させるようにしてもよい。

次いで、使用時間帯における制御部３０の動作について図５及び図６を参照して説明する。まず、運転レベルがレベル１〜６までの間に設定されている場合の制御部３０の動作について図５を参照して説明する。制御部３０は、各温度センサ２２ｅから受信した信号に基づいて、貯湯タンク２２内に貯められた設定温度の湯の残量を判別し、残量が５０リットル以下となった場合に（ステップＳ１１）、湯切れ沸き増し運転を行う（ステップＳ１２）。

ここで、湯切れ沸き増し運転について説明すると、制御部３０は、沸き上げ運転の設定温度（例えば８０℃）よりも低い第２の設定温度（例えば６５℃）を設定温度とし、設定温度（６５℃）の湯を所定量（例えば５０リットル）沸き増しする。

次に、運転レベルがレベル７〜１２までの間に設定されている場合の制御部３０の動作について図６を参照して説明する。

制御部３０は、各温度センサ２２ｅから受信した信号に基づいて、貯湯タンク２２内に貯められた設定温度の湯の残量を判別し、残量が１００リットル以下となった場合に（ステップＳ２１）、使用沸き増し運転の運転回数が所定回数に達したか否かを判別する（ステップＳ２２）。例えば、運転レベルがレベル９の場合には、図３に示すように、１回の使用時間帯につき使用沸き増し運転を３回行うことができる。制御部３０は、使用沸き増し運転の運転回数が所定回数に達していない場合に、使用沸き増し運転を行い（ステップＳ２３）、使用沸き増し運転の運転回数を一つ増加させる（ステップＳ２４）。そして、制御部３０は、ステップＳ２１の処理に移行する。

ここで、使用沸き増し運転について説明すると、制御部３０は、沸き上げ運転の設定温度（例えば８０℃）よりも低い第１の設定温度（例えば６５℃）を設定温度とし、設定温度（６５℃）の湯を所定量（例えば５０リットル）沸き増しする。なお、第１の設定温度を、沸き上げ運転の設定温度と等しくなるように設定してもよい。

また、ステップＳ２２において使用沸き増し運転の運転回数が所定回数に達している場合には、制御部３０は、各温度センサ２２ｅから受信した信号に基づいて、貯湯タンク２２内に貯められた設定温度の湯の残量を判別し、残量が５０リットル以下となった場合に（ステップＳ２５）、湯切れ沸き増し運転を行う（ステップＳ２６）。なお、湯切れ沸き増し運転の処理内容は、前述したものと同様である。そして、制御部３０は、ステップＳ２１の処理に移行する。

また、上記フローでは説明を省略したが、使用沸き増し運転の運転回数は、使用時間帯を経過したときに０に初期化される。

さらに、使用時間帯の湯の使用量が沸き上げ計画量及び沸き増し計画量の和（一日の総計画量）の８０％未満であった場合には、制御部３０は、夜間の沸き上げ運転時に運転レベル及び温度レベルをそれぞれ一つずつ減少させる。

このように、本実施形態のヒートポンプ式給湯器によれば、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）に設定されている場合に、使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルが過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルよりも多く増加されるので、運転レベルを基準レベル（レベル７）まで速やかに増加させることができる。従って、貯湯タンク２２内の湯が不足するおそれのある状態を短期間で解消させることができ、利用者の利便性を向上させることができる。

また、制御部３０は、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）に設定されている場合に、使用時間帯に３２０リットル以上の湯が使用されると、運転レベルを基準レベルまで増加させる制御を行うので、制御部３０の処理内容を簡素化することができる。

さらに、制御部３０は、運転レベルが低位レベル（レベル１〜３）に設定されている場合に、使用時間帯に３２０リットル以上の湯が使用されると、運転レベルを所定レベル（例えば３レベル）だけ増加させる制御を行うので、制御部３０の処理内容を簡素化することができる。

さらにまた、制御部３０は、外気温度が所定温度（例えば１０℃）以下の場合のみ前記制御を行うので、外気温度と湯の使用量に基づいて適切な制御を行うことができる。

なお、上記実施形態は本発明の具体例に過ぎず、本発明が上記実施形態のみに限定されるものではない。従って、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

本発明の一実施形態を示すヒートポンプ式給湯器の概略構成図 ヒートポンプ式給湯器の制御系構成を示すブロック図 運転テーブルの一例を示す図 夜間における制御部の動作を説明するフロー図 昼間の使用時間帯における制御部の動作を説明するフロー図 昼間の使用時間帯における制御部の動作を説明するフロー図

符号の説明

１０…ヒートポンプユニット、１２…圧縮機、１３ａ…温度センサ、１４…減圧弁、１６…送風ファン、２０…貯湯タンクユニット、２２…貯湯タンク、２２ｅ…複数の温度センサ、２３…循環ポンプ、２７…混合弁、２８…流量計、２９…温度計、３０…制御部、３１…記憶部、３１ｂ…運転テーブル、３２…外気温度センサ。

Claims (4)

1. 過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルが所定の基準レベル以上である場合には、所定の使用時間帯に貯湯タンク内の湯が所定の第１の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第１の沸き増し運転と、貯湯タンク内の湯が第１の残量よりも少ない所定の第２の残量以下になると所定量の湯を沸き増しする第２の沸き増し運転とを行い、運転レベルが前記基準レベル未満である場合には第２の沸き増し運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯器において、
   前記運転レベルが、前記基準レベル未満であって且つ最も低いレベルから所定レベルだけ高い範囲内の低位レベルに設定されている場合に、前記使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルを過去の使用状況に基づいて設定される運転レベルよりも多く増加させる制御を行う制御手段を備えた
   ことを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
2. 前記制御手段は、
   運転レベルが前記低位レベルに設定されている場合に、前記使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルを所定のレベルまで増加させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯器。
3. 前記制御手段は、
   運転レベルが前記低位レベルに設定されている場合に、前記使用時間帯に所定量以上の湯が使用されると、運転レベルを所定レベルだけ増加させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯器。
4. 前記制御手段は、
   外気温度が所定温度以下の場合のみ前記制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯器。

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