説明

ヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法

【課題】給湯使用量が少ない場合でも、ヒートポンプ式加熱手段のCOPとふろ加熱能力を向上させることができるようにする。
【解決手段】給湯に必要な熱量を決定するステップ(S2)と、給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは最低沸き上げ温度を給湯分沸き上げ温度として決定するステップ(S3)と、給湯に必要な熱量と給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップ(S4)と、ふろ加熱実績に応じた所定温度を給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップ(S6)と、目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップ(S13)とを有した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来よりこの種の貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機においては、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量を貯湯タンクの容量で除して目標沸き上げ温度を算出決定し、深夜時間帯に目標沸き上げ温度の湯を貯湯タンク満タンに沸き上げるようにしたものがあった(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−20013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、この従来のものでは、給湯使用量が少ない場合であっても目標沸き上げ温度を低くしつつ貯湯タンク満タンまで沸き上げるため、貯湯タンク内に残留する浴槽水の加熱源として温度低下した中温水もヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げる必要があり、ヒートポンプ式加熱手段のCOP(加熱効率)が大きく低下してしまうと共に、目標沸き上げ温度が低いために浴槽水の加熱能力が小さくなってしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯に必要な熱量を決定し、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定し、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定し、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定し、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるよう前記ヒートポンプ式加熱手段を制御する制御手段を備えたものとした。
【0006】
また、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法であって、給湯に必要な熱量を決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップと、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップと、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップとを有したものとした。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、給湯使用量が少ない場合は、従来に比較して高めの目標沸き上げ温度で満タン以下の目標沸き上げ量を沸き上げるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、浴槽水の加熱能力も増加してふろの使用感が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態の概略構成図
【図2】同一実施形態の沸き上げ制御方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0009】
次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機を図面に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク(ここではタンク容量370L)、2は貯湯タンク1に給水する給水管、3は給水管2に設けられ給水圧を減圧する減圧弁、4は貯湯タンク1上部から出湯する出湯管、5は出湯管4に設けられ過圧を逃がす過圧逃がし弁、6は減圧弁3の下流側の給水管2から分岐した給水バイパス管、7は出湯管4からの湯水と給水バイパス管6からの水とを混合する給湯混合弁、8は給湯混合弁7からの湯水を給湯する給湯管、9は給湯管8に設けられた給湯温度センサ、10は給湯管8を流れる流量を検出する給湯流量センサ、11は給水温度を検出する給水温度センサ、12は給湯栓である。
【0010】
13は浴槽、14は貯湯タンク1内の上部に設けたふろ熱交換器、15は浴槽13とふろ熱交換器14とを浴槽水が循環可能に接続しているふろ循環回路、16はふろ循環回路15途中に設けられたふろ循環ポンプ、17は浴槽13からふろ熱交換器14へ戻る浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、18はふろ熱交換器14から浴槽13へ往く浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ、19は浴槽13内の水位を圧力により検出する水位センサ、20は給湯管8から分岐されてふろ循環回路15へ接続された湯張り管、21は湯張り管20の開閉を行う湯張り電磁弁である。
【0011】
22は貯湯タンク1の側面上下に複数設けられ各部の貯湯温度を検出する貯湯温度センサであり、ここでは、貯湯温度センサ22aは30L、貯湯温度センサ22bは80L、貯湯温度センサ22cは130L、貯湯温度センサ22dは180L、貯湯温度センサ22eは230L、貯湯温度センサ22fは280L、貯湯温度センサ22gは330Lの容量の貯湯温度を検出するものである。
【0012】
23は冷媒を圧縮する圧縮機、24は冷媒と湯水を熱交換する給湯熱交換器、25は冷媒を減圧膨張する膨張弁、26は低温冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器、27は空気熱交換器26に外気を送風する送風ファンであり、これら圧縮機23、給湯熱交換器24、減圧手段25、空気熱交換器26を冷媒配管28で環状に接続し、貯湯タンク1内の湯水を沸き上げ目標温度に沸き上げる加熱手段としてのヒートポンプ式加熱手段29を構成している。
【0013】
30は貯湯タンク1の下部と給湯熱交換器24の入口とを接続し、給湯熱交換器24の出口と貯湯タンク1の上部とを接続する加熱循環回路、31は給湯熱交換器24入口側の加熱循環回路30に設けられ貯湯タンク1下部から取り出した湯水を給湯熱交換器24を介して貯湯タンク1上部に循環させる加熱循環ポンプ、32は給湯熱交換器24に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、33は給湯熱交換器24から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、34は外気温度を検出する外気温センサである。
【0014】
35は給湯温度や各種必要な設定を行うためのリモートコントローラで、給湯設定温度やふろ設定温度を表示する表示部36と、給湯設定温度およびふろ設定温度を設定する温度設定スイッチ37と、浴槽13への所定湯量の湯張りに続いて所定の保温時間だけ保温運転を行わせるフロスイッチ38と、浴槽水を加熱する追焚き動作を行わせる追焚きスイッチ39とを備えている。
【0015】
40はこのヒートポンプ式ふろ給湯機の作動を制御する制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、カウント機能を有し、給湯温度センサ9、給湯流量センサ10、給水温度センサ11、ふろ戻り温度センサ17、ふろ往き温度センサ18、水位センサ19、貯湯温度センサ22a〜e、入水温度センサ32、沸き上げ温度センサ33、外気温センサ34にて検出される値が入力され、給湯混合弁7、ふろ循環ポンプ16、湯張り電磁弁21、圧縮機23、膨張弁25、送風ファン27、加熱循環ポンプ31の駆動を制御し、沸き上げ動作、給湯動作やふろ加熱動作等を制御するもので、リモートコントローラ35と通信可能に接続されているものである。
【0016】
次に、給湯栓12が開かれ、給湯流量センサ10が給湯開始と見なせる量以上の流量を検出すると、制御手段40は給湯温度センサ9で検出する給湯温度がリモートコントローラ35で設定した給湯設定温度となるように給湯混合弁7の開度を調節し、出湯管4からの湯と給水バイパス管6からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。
【0017】
このとき、制御手段40は、給水温度センサ11で検出する給水温度と、給湯流量センサ11で検出する給湯流量と、給湯設定温度とから給湯された熱量を積算記憶する。
【0018】
そして、給湯栓12が閉じられる等して給湯流量センサ10が検出する流量が給湯停止と見なせる量未満の流量まで低下すると、制御手段40は給湯混合弁7の開度調節を終了し、給湯を終了する。
【0019】
また、リモートコントローラ35のふろスイッチ38がオンされた場合について説明すると、制御手段40は湯張り電磁弁21を開き、給湯温度センサ9で検出する給湯温度がリモートコントローラ35で設定したふろ設定温度となるように給湯混合弁7の開度を調節してふろ設定温度の湯を湯張りし、給湯流量センサ10が検出する湯張り電磁弁21を開いてからの流量積算値が予めリモートコントローラ35等で設定した湯張り湯量に達すると湯張り電磁弁21を閉じる。
【0020】
このとき、制御手段40は、給水温度センサ11で検出する給水温度と、給湯流量センサ11で検出する給湯流量と、ふろ設定温度とから浴槽13へ給湯された熱量を積算記憶する。
【0021】
そして、湯張り運転を完了すると制御手段40は所定の保温時間(例えば2時間)の保温運転を行う。この保温運転では、定期的にふろ循環ポンプ16を駆動して浴槽水温度をチェックし、ふろ設定温度未満であればふろ加熱要求ありとしてふろ循環ポンプ16の工藤を継続して浴槽水をふろ設定温度まで加熱するようにしている。そして、ふろ加熱要求ありとされてふろ加熱動作が行われると、制御手段40は、ふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、湯張り運転の完了から所定の保温時間が経過すると、浴槽水の保温運転を行わないようにしている。
【0022】
また、リモートコントローラ35の追い焚きスイッチ39がオンされると、制御手段40は、ふろ加熱要求ありとしてふろ設定温度まで加熱する追い焚き運転を行うようにしており、追い焚き運転によってふろ加熱要求が発生すると、制御手段40は、ふろ循環ポンプ16を駆動開始し、浴槽水をふろ熱交換器14に循環させて、貯湯タンク1内の貯湯熱によって浴槽水を加熱するふろ加熱動作を開始すると共にふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、ふろ戻り温度センサ17がふろ設定温度以上を検出すると、ふろ循環ポンプ16を駆動停止してふろ加熱動作を終了する。
【0023】
次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図2のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、23時から翌朝7時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば22時から翌朝8時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。
【0024】
現在時刻が23時になり深夜時間帯の開始時刻となると(ステップS1でYes)、制御手段40は記憶している積算記憶している過去数日分の1日に給湯された熱量から給湯必要熱量Qkを算出、確定する(ステップS2)。
【0025】
制御手段40は、給湯必要熱量Qkを貯湯タンク1の容量Vt(ここでは満水容量よりも少ない有効貯湯量330L)で除した値に給水温度センサ11で検出した給水温度Tw(1日の平均値)を加算して、給湯分沸き上げ温度Tkを算出する(ステップS3)。このとき、給湯分沸き上げ温度Tkが最低沸き上げ温度(ここでは65℃)以下のときは、最低沸き上げ温度を給湯分沸き上げ温度Tkとして決定する。
【0026】
そして、制御手段40は、給湯必要熱量Qkを給湯分沸き上げ温度Tkから給水温度Twを引いた値で除して、目標沸き上げ量Vを算出する(ステップS4)。このとき、目標沸き上げ量Vは、貯湯温度センサ22a〜gの位置に応じて補正され、算出された値が、130L以下では130L、130L超180L以下では180L、180L超230L未満では230L、230L超280L以下では280L、280L超では330Lを目標沸き上げ量Vとなるように補正して決定している。
【0027】
次に、制御手段40は、ふろ加熱実績がある旨の記憶があるかどうかを判定し(ステップS5)、ふろ加熱実績ありでは、給湯分沸き上げ温度Tkにふろ加熱実績あり時の所定温度Tfを加算した値(ここでは5℃)を目標沸き上げ温度Tsetとして決定し(ステップS6)、ふろ加熱実績なしでは、給湯分沸き上げ温度Tkを目標沸き上げ温度Tsetとして決定する(ステップS7)。
【0028】
そして、制御手段40は、貯湯温度センサ22a〜gの検出温度に基づき、残湯判定温度(例えば50℃)以上の残湯量Vzを検出し(ステップS8)、目標沸き上げ量Vから残湯量Vzを減じて沸き上げ必要量Vpを算出する(ステップS9)。
【0029】
次に、制御手段40は、沸き上げ必要量Vpをヒートポンプ式加熱手段29の一定の加熱能力で除して沸き上げ時間を算出し、深夜時間帯の終了時刻から逆算して沸き上げ開始時刻(ピークシフト時刻)を算出する(ステップS10)。
【0030】
現在時刻がピークシフト時刻となると(ステップS11でYes)、前記ステップS6、ステップS7のいずれかのステップで決定した目標沸き上げ温度Tsetでの沸き上げ動作を開始すべく、ヒートポンプ式加熱手段29を駆動開始する(ステップS12)。
【0031】
前記ステップS4で決定した目標沸き上げ量Vに対応する貯湯温度センサ22c〜gまたは入水温度センサ32がそれぞれ規定の温度以上を検出して沸き上げが完了されるか(ステップS13でYes)、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である7時に到達すると(ステップS14でYes)、ヒートポンプ式加熱手段29を駆動停止して沸き上げ動作を終了する(ステップS15)。
【0032】
次に、この一実施形態の計算例と従来例の計算例を表1に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、有効貯湯量を330L、給湯分必要熱量を15500kcal、給水温度を9℃、最低沸き上げ温度を65℃、ふろ加熱実績ありとし、一実施形態のふろ加熱実績あり時に加算する所定温度を5℃、従来例のふろ加熱分必要熱量を1400kcalとしている。
【0033】
【表1】

【0034】
この一実施形態の計算例では、図2のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ分必要熱量を加算した値を貯湯タンク1の満タン容量(有効貯湯量の330L)で除した値が最低沸き上げ温度以下なので、最低沸き上げ温度(65℃)を目標沸き上げ温度とし、満タン(330L)まで沸き上げるようにしている。
【0035】
この計算例に示すように、この一実施形態の計算例では、給湯使用量が少ない場合は、従来に比較して高めの目標沸き上げ温度で満タン以下の目標沸き上げ量を沸き上げるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、浴槽水の加熱能力も増加してふろの使用感が向上する。
【0036】
なお、本発明は上記の一実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、給湯に必要な熱量は学習によって決定されるのみならず、ユーザーがリモートコントローラ35のスイッチを操作して手動入力される値を給湯に必要な熱量として決定してもよい。
【0037】
また、ふろ加熱実績に応じた所定温度は、外気温度や給水温度、ふろ設定湯量やふろ加熱回数、ふろ加熱熱量等のふろ負荷に応じた値として可変するようにしてもよく、また、例えば、ふろ熱交換器14をプレート式熱交換器等の一次流路と二次流路とを有した構成として貯湯タンク1の外部に設け、貯湯タンク1から取り出した湯水をふろ熱交換器の一次流路に流通させ、浴槽水をふろ熱交換器の二次流路に流通させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0038】
1 貯湯タンク
29 ヒートポンプ式加熱手段
40 制御手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯に必要な熱量を決定し、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定し、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定し、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定し、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるよう前記ヒートポンプ式加熱手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機。
【請求項2】
貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法であって、給湯に必要な熱量を決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と貯湯タンクの容量と給水温度とから給湯分沸き上げ温度を算出し、算出した温度が最低沸き上げ温度以下のときは前記最低沸き上げ温度を前記給湯分沸き上げ温度として決定するステップと、前記給湯に必要な熱量と前記給湯分沸き上げ温度と前記給水温度とから目標沸き上げ量を決定するステップと、ふろ加熱実績に応じた所定温度を前記給湯分沸き上げ温度に加算して目標沸き上げ温度を決定するステップと、前記目標沸き上げ温度の湯を前記目標沸き上げ量沸き上げるステップとを有したことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機の沸き上げ制御方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2012−220038(P2012−220038A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−82871(P2011−82871)
【出願日】平成23年4月4日(2011.4.4)
【出願人】(000000538)株式会社コロナ (753)
【Fターム(参考)】