JP4082331B2 - ヒートポンプ式給湯装置及びヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法 - Google Patents

Description

この発明は、ヒートポンプ式給湯装置と、このヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法に関するものである。

ヒートポンプ式給湯装置において、深夜電力を利用して貯湯タンク内の水を沸き上げ、これを昼間等において使用することは公知である（例えば、特許文献１参照）。このような給湯装置を、業務用に用いようとすると、使用湯量が多いことから、大容量の貯湯タンクが必要となる。そこで、このように大きな給湯負荷に対応するため、複数台の装置を併設し、貯湯タンクを並列に接続して使用することが考えられる。
特開２００３−１６１５２１号

しかしながら、上記のように複数の貯湯タンクを並列接続して使用する場合、各貯湯タンク側の水路抵抗の相違により、各貯湯タンクからの出湯量に差が生じることがある。そうすると、各貯湯タンクの残湯量が異なることとなり、一方の貯湯タンクでは、湯余り状態であるのにもかかわらず、他方の貯湯タンクでは湯切れ状態であるといったアンバランスな状態が生じる。もし仮に、湯切れ状態が発生してしまうと、給湯温度を確保するため、湯切れ状態の貯湯タンクの使用は停止せざるを得ない。この場合、給湯量は大幅に低下し、使用上の支障をきたすという問題が生じる。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の貯湯タンクを並列接続して使用する場合に、湯切れ等の発生を抑制して、使用快適性を向上することが可能なヒートポンプ式給湯装置とヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法とを提供することにある。

そこで請求項１のヒートポンプ式給湯装置は、複数の貯湯タンク１、１を並設し、各貯湯タンク１に設けた出湯口６を共通の出湯流路７に接続し、共通の給水流路８から分岐した分岐給水路９を各貯湯タンク１に接続すると共に、各貯湯タンク１内の温湯を各出湯口６から出湯可能に構成し、さらに各貯湯タンク１には、貯湯タンク１内の残湯量が基準量以下に減少したときに、タンク底部側の未加熱水を加熱してタンク頂部側へと返流する追い炊き運転を開始するヒートポンプ式の給湯ユニット２をそれぞれ付設して成り、上記各貯湯タンク１の追い炊き運転開始基準量を変更可能に構成したヒートポンプ式給湯装置であって、上記各貯湯タンク１からの単位時間当たりの出湯量を把握する出湯量把握手段１８を設け、さらに上記出湯量把握手段１８で把握される出湯量が多い貯湯タンク１においては、それより出湯量が少ない貯湯タンク１よりも上記基準量を多くするための追い炊き開始制御手段４を設けたことを特徴としている。

請求項１のヒートポンプ式給湯装置では、据付時に試験運転等を行うときに、作業者が、各貯湯タンク１からの単位時間当たりの出湯量を把握して、各貯湯タンク１の追い炊き運転開始基準量を変更できる。そのため、各貯湯タンク１間に水路抵抗等に差が存し、各貯湯タンク１間の出湯量に差があっても、出湯量が多い貯湯タンク１においては、追い炊き運転を早期に開始し、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させることができる。

また、上記ヒートポンプ式給湯装置では、出湯量把握手段１８によって出湯量が把握され、これに基づいて、追い炊き開始制御手段４が、各貯湯タンク１の追い炊き運転開始基準量値を変更する。このとき、出湯量把握手段１８で把握される出湯量が多い貯湯タンク１においては、それより出湯量が少ない貯湯タンク１よりも上記基準量を多くする制御がなされる。すなわち、出湯量が多い貯湯タンク１においては、追い炊き運転が早期に開始される。従って、湯切れに至るまでの貯湯量が増加し、湯切れの発生が抑制される。

請求項２のヒートポンプ式給湯装置は、上記出湯量把握手段１８は、各貯湯タンクに付設された複数の温度検出手段１８ｃ、１８ｄを含み、温度検出手段１８ｃ、１８ｄ間の温度低下時間に基づいて出湯量を把握することを特徴としている。

請求項２のヒートポンプ式給湯装置では、出湯量を把握するのに、残湯量を把握するための温度検出手段１８ｃ、１８ｄを用いるので、出湯量の把握用の特別な構成は特に必要としない。

請求項３のヒートポンプ式給湯装置用の運転条件設定方法は、複数の貯湯タンク１、１を並設し、各貯湯タンク１に設けた出湯口６を共通の出湯流路７に接続し、共通の給水流路８から分岐した分岐給水路９を各貯湯タンク１に接続すると共に、各貯湯タンク１内の温湯を各出湯口６から出湯可能に構成し、さらに各貯湯タンク１には、貯湯タンク１内の残湯量が基準量以下に減少したときに、タンク底部側の未加熱水を加熱してタンク頂部側へと返流する追い炊き運転を開始するヒートポンプ式の給湯ユニット２をそれぞれ付設して成るヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法であって、各貯湯タンク１からの単位時間当たりの出湯量を把握し、出湯量が多い貯湯タンク１においては、それより出湯量が少ない貯湯タンク１よりも上記基準量を多くすることを特徴としている。

上記請求項３のヒートポンプ式給湯装置用の運転条件設定方法では、据付時に試験運転等を行うときに、作業者が、各貯湯タンク１の追い炊き運転開始基準値を変更できる。すなわち、出湯量が多い貯湯タンク１においては、追い炊き運転が早期に開始されるようにして、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させ、湯切れの発生を抑制することが可能となる。

請求項１のヒートポンプ式給湯装置においては、複数の貯湯タンクを並列接続して使用する場合に、両貯湯タンク間に水路抵抗等に差が存し、各貯湯タンク間の出湯量に差があっても、出湯量が多い貯湯タンク１においては、追い炊き運転を早期に開始し、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させている。従って、湯切れの発生を抑制することが可能となり、ヒートポンプ式給湯装置の使用快適性を向上することが可能となる。

また、上記ヒートポンプ式給湯装置によれば、出湯量が自動的に把握され、これに基づいて、出湯量の多い貯湯タンクにおいて、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させるように、追い炊き運転開始基準量を自動的に調整するので、湯切れ等の発生を確実に抑制してヒートポンプ式給湯装置の使用快適性を一段と向上することが可能となる。

請求項２のヒートポンプ式給湯装置によれば、出湯量の把握用の特別な構成は特に必要としないので、安価な装置にできる。

請求項３のヒートポンプ式給湯装置用の運転条件設定方法によれば、据付試験運転等を行うときに、作業者が、各貯湯タンク１の追い炊き運転開始基準量を調整することで、湯切れ等の発生を抑制でき、そのためヒートポンプ式給湯装置の使用快適性を向上することが可能となる。

次に、この発明のヒートポンプ式給湯装置とヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法との具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯装置の簡略図を示しているが、この装置は、市販に供されている２台のヒートポンプ式給湯機Ａ、Ｂを有している。いま、両給湯機Ａ、Ｂの構成は略同一であるので、一方の給湯機Ａを詳細に図示して、他方の給湯機Ｂの詳細な図示は省略している。以下の説明は、両給湯機Ａ、Ｂに共通するものである。

ヒートポンプ式給湯機Ａは、貯湯タンク１とヒートポンプ式給湯ユニット（熱源ユニット）２を備え、貯湯タンク１の水（温湯）を給湯ユニット２にて加熱するものである。この貯湯タンク１に貯湯された温湯が、例えば飲食店の調理場等（図示省略）に供給されるようになっている。貯湯タンク１には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク１に市水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク１には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。

給湯ユニット（熱源ユニット）２は冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と空気熱交換器２８とを冷媒通路３１にて接続し、空気熱交換器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。これにより、圧縮機２５が駆動すると、水熱交換器２６が熱交換路１４を流れる水を加熱することができる。また、空気熱交換器２８には、この空気熱交換器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。

上記のように構成されたヒートポンプ式の給湯ユニット２によれば、圧縮機２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク１の底部に設けた取水口１０から貯溜水（温湯）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は、水熱交換器２６によって加熱され（沸上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク１の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク１に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行うものである。すなわち、この給湯ユニット２では、電力の安価な深夜に貯湯タンク１に温湯を貯湯しておき、昼間にこれを使用する。また、昼間の使用時に、貯湯タンク１内の残湯量が所定量以下になったときに、追い炊き運転を行って、湯切れを防止するようにしている。

上記貯湯タンク１には、上下方向に所定ピッチで４個の温度検出手段１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられている。上記各温度検出手段１８ａ・・は、上から順に、第１温度検出手段１８ａ、第２温度検出手段１８ｂ、第３温度検出手段１８ｃ、第４温度検出手段１８ｄと呼び、これらはそれぞれサーミスタからなる。これら各温度検出手段１８ａ・・は、貯湯タンク１内における温湯量を検出するためのもので、各温度検出手段１８ａ・・における検出温度が所定温度以上であれば、それより上部には温湯が存在し、検出温度が所定温度よりも低ければ、それより下部には未加熱水が存在すると判断するためのものである。各温度検出手段１８ａ・・の内、上部側に位置する第１温度検出手段１８ａ又は第２温度検出手段１８ｂの位置にまで温湯が減少したときに、上記した追い炊き運転が開始される。

そして上記ヒートポンプ式給湯装置においては、２本の貯湯タンク１、１が並列に接続されている。すなわち、貯湯タンク１、１の出湯口６、６が共通の出湯流路７に接続されている。また、各貯湯タンク１に共通の給水流路８から分岐した分岐給水路９、９が貯湯タンク１の給水口５に接続されている。そして、この分岐給水路９、９にそれぞれ開度調整可能な電動膨張弁３、３が介設されている。この電動膨張弁３、３は開閉手段となるものであって、通常は開状態に維持され、給水流路８内の水圧で貯湯タンク１内の温湯を出湯流路７から出湯可能にしており、また貯湯タンク１内の残湯量が著しく減少して湯切れセンサ３５が作動したときには、それ以上の出湯を規制するため閉状態となる。なお、３６は上記閉作動を制御するコントローラである。

また、上記ヒートポンプ式給湯装置には、追い炊き開始制御手段４が設けられている。追い炊き開始制御手段４には、各貯湯タンク１、１の第３温度検出手段１８ｃと第４温度検出手段１８ｄの出力が入力され、これに基づいて、追い炊きを開始すべき温度検出手段（第１温度検出手段１８ａ又は第２温度検出手段１８ｂ）を選択するようになっている。以下に、上記追い炊き開始制御手段４における制御手順について説明する。

まず、各貯湯タンク１、１について、第４温度検出手段１８ｄが作動してから第３温度検出手段１８ｃが作動するまでの時間Ｔａ、Ｔｂを把握する。すなわち、温湯量が第４温度検出手段１８ｄの位置から第３温度検出手段１８ｃまで減少していく速さ、つまり各貯湯タンク１、１毎の出湯量を把握する。そして、上記検出した時間Ｔａ、Ｔｂの差Ｔａ−Ｔｂが基準値Ｔ以上であるときは、追い炊きを開始すべき温度検出手段（第１温度検出手段１８ａ又は第２温度検出手段１８ｂ）を選択する。すなわち、検出した湯の減少時間の短い貯湯タンク１においては、出湯量が多いのであるから、追い炊きを開始すべき温度検出手段を第２温度検出手段１８ｂとする一方、検出した湯の減少時間の長い貯湯タンク１においては、出湯量が少ないのであるから、追い炊きを開始すべき温度検出手段を第１温度検出手段１８ａとする。また、各貯湯タンク１での検出時間の差Ｔａ−Ｔｂが基準値Ｔよりも少ない場合には、両方の貯湯タンク１、１において、追い炊きを開始すべき温度検出手段を第１温度検出手段１８ａとする。なお、使用途中において、各貯湯タンク１での検出時間Ｔａ、Ｔｂの長短が逆転し、その差Ｔａ−Ｔｂが基準値Ｔ以上であれば、先に設定した第１温度検出手段１８ａと第２温度検出手段１８ｂとを逆転させる。なお、上記第３温度検出手段１８ｃと第４温度検出手段１８ｄとで出湯量把握手段１８を構成している。

上記ヒートポンプ式給湯装置では、２本の貯湯タンク１、１を並設して、両貯湯タンク１、１間に水路抵抗等に差が存し、各貯湯タンク１間の出湯量に差があっても、出湯量が多い貯湯タンク１においては、追い炊き運転を早期に開始し、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させることができる。従って、湯切れの発生を抑制することが可能となり、そのためヒートポンプ式給湯装置の使用快適性を向上することが可能となる。また、出湯量を把握するのに、残湯量を把握するための温度検出手段１８ａ、１８ｂを用いるので、出湯量の把握用の特別な構成は特に必要としないので、安価な装置にできる。

他の実施形態としては、上記出湯量把握手段１８や追い炊き開始制御手段４を省略した実施形態がある。これは、据付時に試験運転等を行うときに、作業者が、第４温度検出手段１８ｄが作動してから第３温度検出手段１８ｃが作動するまでの時間Ｔａ、Ｔｂを計測し、この計測結果に基づいて、計測時間の短い貯湯タンク１において、追い炊きを開始すべき温度検出手段を第２温度検出手段１８ｂに設定するのである。なお、両貯湯タンク１、１共に、出荷時の初期設定は、第１温度検出手段１８ａを追い炊きを開始すべき温度検出手段としている。このような運転条件設定方法によれば、出湯量が多い貯湯タンク１において、追い炊き運転を早期に開始し、湯切れに至るまでの貯湯量を増加させることができる。従って、湯切れの発生を抑制することが可能となり、そのためヒートポンプ式給湯装置の使用快適性を向上することが可能となる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、冷媒としては、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）、クロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のような冷媒であっても、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界で使用する冷媒であってもよいが、高温の温湯を得るという観点からは、超臨界で使用する冷媒が好ましい。なお、冷媒が超臨界で使用する冷媒であれば、水熱交換器２６は、圧縮機２５にて圧縮された高温・高圧の超臨界冷媒を冷却する機能を有するガス冷却器となる。また、出湯量の把握、計測も上記のような温度検出手段を用いるのではなく、流量センサ等を用いて行ってもよい。さらに、上記においては、追い炊きを開始すべき温度検出手段を上下２段に切換えているが、これをさらに増加して、追い炊きを開始すべき基準量を多段階に設定してもよい。

この発明のヒートポンプ式給湯装置の実施形態を示す簡略ブロック図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ 給湯ユニット
３ 開閉手段（電動膨張弁）
４ 追い炊き開始制御手段
６ 出湯口
７ 出湯流路
８ 給水流路
９ 分岐給水路
１８ 出湯量把握手段

Claims (3)

1. 複数の貯湯タンク（１）（１）を並設し、各貯湯タンク（１）に設けた出湯口（６）を共通の出湯流路（７）に接続し、共通の給水流路（８）から分岐した分岐給水路（９）を各貯湯タンク（１）に接続すると共に、各貯湯タンク（１）内の温湯を各出湯口（６）から出湯可能に構成し、さらに各貯湯タンク（１）には、貯湯タンク（１）内の残湯量が基準量以下に減少したときに、タンク底部側の未加熱水を加熱してタンク頂部側へと返流する追い炊き運転を開始するヒートポンプ式の給湯ユニット（２）をそれぞれ付設して成り、上記各貯湯タンク（１）の追い炊き運転開始基準量を変更可能に構成したヒートポンプ式給湯装置であって、上記各貯湯タンク（１）からの単位時間当たりの出湯量を把握する出湯量把握手段（１８）を設け、さらに上記出湯量把握手段（１８）で把握される出湯量が多い貯湯タンク（１）においては、それより出湯量の少ない貯湯タンク（１）よりも上記基準量を多くするための追い炊き開始制御手段（４）を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 上記出湯量把握手段（１８）は、各貯湯タンクに付設された複数の温度検出手段（１８ｃ）（１８ｄ）を含み、温度検出手段（１８ｃ）（１８ｄ）間の温度低下時間に基づいて出湯量を把握することを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯装置。
3. 複数の貯湯タンク（１）（１）を並設し、各貯湯タンク（１）に設けた出湯口（６）を共通の出湯流路（７）に接続し、共通の給水流路（８）から分岐した分岐給水路（９）を各貯湯タンク（１）に接続すると共に、各貯湯タンク（１）内の温湯を各出湯口（６）から出湯可能に構成し、さらに各貯湯タンク（１）には、貯湯タンク（１）内の残湯量が基準量以下に減少したときに、タンク底部側の未加熱水を加熱してタンク頂部側へと返流する追い炊き運転を開始するヒートポンプ式の給湯ユニット（２）をそれぞれ付設して成るヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法であって、各貯湯タンク（１）からの単位時間当たりの出湯量を把握し、出湯量が多い貯湯タンク（１）においては、それより出湯量が少ない貯湯タンク（１）よりも上記基準量を多くすることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置の運転条件設定方法。