(57)【要約】【課題】入水温度と外気温度と要求出湯温度に対応させて、電気式ヒートポンプ給湯器の効率の良さを生かしながら、ランニングコスト面でも優れるようにガス加熱手段による加熱を併用する。【解決手段】入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて、設定湯温抽出手段２５により、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として抽出し、圧縮機制御手段２９により圧縮機の電動モータ２を制御し、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器を運転して設定湯温の湯を得ながら、ガス供給量制御手段３２によってガスバーナの流量調整弁２４を制御し、設定湯温の湯をガスバーナで加熱し、湯温設定器２０で設定される要求出湯温度の湯を得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環流動する冷媒配管に、冷媒を圧縮して高温化する電動型の圧縮機と、前記圧縮機からの高温冷媒の熱を放熱して給水管内を流動する水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器からの冷媒を断熱膨張する膨張手段と、前記膨張手段からの冷媒を加熱する蒸発器とを、その順に設けて電気式ヒートポンプ給湯器を構成し、ガス加熱手段によって加熱する加熱部を設け、前記熱交換器の下流側で前記給水管を前記加熱部に伝熱可能に付設したハイブリッド型給湯装置において、
前記電気式ヒートポンプ給湯器に供給される水の温度を計測する入水温度センサと、
外気温度を計測する外気温度センサと、
前記熱交換器と前記加熱部間での給水管内を流れる湯の温度を計測する第１の湯温センサと、
電気式ヒートポンプ給湯器で得る湯の温度として、予め、入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて求めた、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として記憶した設定湯温テーブルと、
出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段と、
前記出湯感知手段からの給湯信号に応答して電気式ヒートポンプ給湯器を起動する給湯起動手段と、
前記入水温度センサで計測された入水温度と前記外気温度センサで計測された外気温度と要求出湯温度とに基づいて前記設定湯温テーブルから設定湯温を抽出する設定湯温抽出手段と、
前記第１の湯温センサによる計測湯温と設定湯温とを比較して計測湯温が設定湯温になるように前記圧縮機を制御する圧縮機制御手段と、
前記第１の湯温センサによる計測湯温が設定湯温になったときに前記ガス加熱手段を起動するガス加熱起動手段と、
前記加熱部を経た湯の温度を計測する第２の湯温センサと、
前記第２の湯温センサで計測された湯の温度が要求出湯温度になるようにガス加熱手段へのガス供給量を制御するガス供給量制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド型給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式ヒートポンプ給湯器と、ガス瞬間湯沸し器のガスバーナなどのガス加熱手段による給湯構成とを備えたハイブリッド型給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のようなハイブリッド型給湯装置としては、従来、次のようなものが知られている。
冷媒を循環流動する冷媒配管に、冷媒を圧縮して高温化する電動型の圧縮機と、圧縮機からの高温冷媒の熱を放熱して給水管内を流動する水を加熱する熱交換器と、熱交換器からの冷媒を断熱膨張する膨張弁と、膨張弁からの冷媒を加熱する蒸発器とを、その順に設けて電気式ヒートポンプ給湯器を構成し、ガスバーナによって加熱する加熱部を設け、熱交換器の下流側で給水管を加熱部に伝熱可能に付設し、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器で加熱して湯を得ながら、その湯をガス瞬間湯沸し器のガスバーナで加熱して高温の湯を得るように構成されている（特許文献、図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７−２５５７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気式ヒートポンプ給湯器は、定格時の効率は優れるものの、外気温度が低い場合や要求される出湯温度が高い場合に効率が低下する問題があり、また、電気式ヒートポンプ給湯器に供給される水の温度、すなわち、入水温度の変動によって効率が変動する問題があった。
一方、ガス瞬間湯沸し器のガスバーナでは、外気温度が低い場合や要求される出湯温度が高い場合における効率の低下が少なく、また、入水温度の変動に伴う効率の変動が少ない。
しかしながら、上記従来例では、所定の湯を得るうえで、電気式ヒートポンプ給湯器を成績係数の高い効率に優れた状態で稼動していても、その電力消費量が必要以上に多くなっているなど、電気式ヒートポンプ給湯器の電力消費量、および、ガス瞬間湯沸し器での燃料ガス消費量まで考慮しているものでは無く、ランニングコスト面で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、入水温度と外気温度と要求出湯温度に対応させて、電気式ヒートポンプ給湯器の効率の良さを生かしながら、ランニングコスト面でも優れるようにガス加熱手段による加熱を併用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明のハイブリッド型給湯装置は、上述のような目的を達成するために、
冷媒を循環流動する冷媒配管に、冷媒を圧縮して高温化する電動型の圧縮機と、前記圧縮機からの高温冷媒の熱を放熱して給水管内を流動する水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器からの冷媒を断熱膨張する膨張手段と、前記膨張手段からの冷媒を加熱する蒸発器とを、その順に設けて電気式ヒートポンプ給湯器を構成し、ガス加熱手段によって加熱する加熱部を設け、前記熱交換器の下流側で前記給水管を前記加熱部に伝熱可能に付設したハイブリッド型給湯装置において、
前記電気式ヒートポンプ給湯器に供給される水の温度を計測する入水温度センサと、
外気温度を計測する外気温度センサと、
前記熱交換器と前記加熱部間での給水管内を流れる湯の温度を計測する第１の湯温センサと、
電気式ヒートポンプ給湯器で得る湯の温度として、予め、入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて求めた、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として記憶した設定湯温テーブルと、
出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段と、
前記出湯感知手段からの給湯信号に応答して電気式ヒートポンプ給湯器を起動する給湯起動手段と、
前記入水温度センサで計測された入水温度と前記外気温度センサで計測された外気温度と要求出湯温度とに基づいて前記設定湯温テーブルから設定湯温を抽出する設定湯温抽出手段と、
前記第１の湯温センサによる計測湯温と設定湯温とを比較して計測湯温が設定湯温になるように前記圧縮機を制御する圧縮機制御手段と、
前記第１の湯温センサによる計測湯温が設定湯温になったときに前記ガス加熱手段を起動するガス加熱起動手段と、
前記加熱部を経た湯の温度を計測する第２の湯温センサと、
前記第２の湯温センサで計測された湯の温度が要求出湯温度になるようにガス加熱手段へのガス供給量を制御するガス供給量制御手段とを備えて構成する。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、給湯に際して、入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として抽出し、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器を運転して設定湯温の湯を得ながら、電気式ヒートポンプ給湯器の熱交換器を経た湯をガス加熱手段で加熱し、要求出湯温度の湯を得ることができる。
したがって、入水温度と外気温度と要求出湯温度に対応させて、電気式ヒートポンプ給湯器の効率の良さを生かしながら、ランニングコスト面でも優れるようにガス加熱手段による加熱を併用でき、経済性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例を示す全体概略構成図である。
【図２】制御系を示すブロック図である。
【図３】入水温度と外気温度と成績係数との相関関係を示すグラフである。
【図４】入水温度と外気温度と成績係数との相関関係を示すグラフである。
【図５】成績係数と単位熱量当りのコストとの相関関係を示すグラフである。
【図６】出湯温度と外気温度と成績係数との相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例１を示す全体概略構成図であり、フロンガスや炭酸ガスなどの冷媒を封入して循環流動する密閉系の冷媒配管１に、冷媒を圧縮して高温化するために電動モータ２によって駆動される圧縮機３と、圧縮機３からの高温冷媒の熱を放熱する熱交換器４と、熱交換器４からの冷媒を断熱膨張する膨張手段としての膨張弁５と、蒸発器６とがその順に介装され、電気式ヒートポンプ給湯器７が構成されている。膨張手段としては、膨張タービンなどを用いても良い。
【００１１】
熱交換器４に給水管８が導入され、圧縮機３からの高温冷媒が放熱する熱によって給水管８内を流動する水を加熱するように構成されている。
熱交換器４の下流側で、給水管８が、ガス式瞬間湯沸かし器９を構成する加熱部１０に伝熱可能に付設されている。
【００１２】
ガス式瞬間湯沸かし器９は、ケーシング１１内に、加熱部１０と、その加熱部１０の下部に設けられるガス加熱手段としてのガスバーナ１２とを設けて構成されている。
ケーシング１１の上部に、ガスバーナ１２からの燃焼排ガスを排出する排ガス配管１３が接続されるとともに排気ファン１４が付設されている。排ガス配管１３が蒸発器６に導入され、ガスバーナ１２の排熱を利用して蒸発器６内を流動する冷媒を加熱できるように構成されている。
【００１３】
加熱部１０よりも下流側で、給水管８に、その内部の水の流動を感知することで出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段としての出湯センサ１５が設けられている。出湯感知手段としては、例えば、給湯用のカランが開いたことを感知するように構成するものでも良い。
【００１４】
給水管８の熱交換器４よりも上流側箇所に、電気式ヒートポンプ給湯器７に供給される水の温度を計測する入水温度センサ１６が設けられ、熱交換器４と加熱部１０との間で、給水管８に、その内部を流れる湯の温度を計測する第１の湯温センサ１７が設けられ、更に、給水管８に、加熱部１０を経た湯の温度を計測する第２の湯温センサ１８が設けられている。
また、外気温度を計測する外気温度センサ１９と、ガス式瞬間湯沸かし器９に対して出湯温度を設定する湯温設定器２０が設けられている。
【００１５】
入水温度センサ１６、第１および第２の湯温センサ１７，１８、外気温度センサ１９ならびに出湯温度設定器２０がコントローラ２１に接続され、そのコントローラ２１に、電動モータ２、送風ファン６ａ、排気ファン１４、ガスバーナ１２に対する点火スイッチ２２、および、ガスバーナ１２に接続された燃料ガス供給管２３に介装された流量調整弁２４が接続されている。
【００１６】
コントローラ２１には、設定湯温抽出手段２５、設定湯温テーブル２６、第１の比較手段２７、給湯起動手段２８、圧縮機制御手段２９、ガス加熱起動手段３０、第２の比較手段３１およびガス供給量制御手段３２が備えられている。
【００１７】
設定湯温テーブル２６においては、電気式ヒートポンプ給湯器７で得る湯の温度として、後述するように、予め、入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて求めた、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として記憶されている。
設定湯温抽出手段２５では、入水温度センサ１６で計測された入水温度と外気温度センサ１９で計測された外気温度と湯温設定器２０で設定された要求出湯温度とに基づいて設定湯温テーブル２６から設定湯温を抽出するようになっている。
【００１８】
第１の比較手段２７では、出湯センサ１５から給湯起動手段２８を経た給湯信号に応答して、第１の湯温センサ１７による計測湯温と設定湯温抽出手段２５で抽出された設定湯温とを比較し、計測湯温が設定湯温よりも低いときには第１の昇温信号を、そして、計測湯温が設定湯温よりも高いときには第１の降温信号をそれぞれ圧縮機制御手段２９に出力するようになっている。また、第１の湯温センサ１７による計測湯温が最初に設定湯温になったときにガス加熱起動手段３０に起動信号を出力するようになっている。
【００１９】
給湯起動手段２８では、出湯センサ１５からの給湯信号に応答して、電気式ヒートポンプ給湯器７を、すなわち、圧縮機３の電動モータ２および送風ファン６ａを起動するとともに、第１の比較手段２７に起動のために給湯信号を出力するようになっている。
【００２０】
圧縮機制御手段２９では、第１の比較手段２７からの第１の昇温信号に応答して電動モータ２の回転数を設定量だけ増加し、圧縮機３の吐出圧を増加し、一方、第１の比較手段２７からの第１の降温信号に応答して電動モータ２の回転数を設定量だけ減少し、圧縮機３の吐出圧を減少するように、すなわち、第１の湯温センサ１７による計測湯温が設定湯温になるように圧縮機を制御するようになっている。
【００２１】
ガス加熱起動手段３０では、第１の湯温センサ１７による計測湯温が設定湯温になるに伴う、第１の比較手段２７からの起動信号に応答して点火スイッチ２２を点火するとともに、排気ファン１４を起動するように、すなわち、ガスバーナ１２を起動するようになっている。また、第２の比較手段３１に起動信号を出力するようになっている。
【００２２】
第２の比較手段３１では、ガス加熱起動手段３０からの起動信号に応答して、第２の湯温センサ１８で計測された湯の温度と、湯温設定器２０で設定された要求出湯温度とを比較し、計測湯温が要求出湯温度よりも低いときには第２の昇温信号を、そして、計測湯温が要求出湯温度よりも高いときには第２の降温信号をそれぞれガス供給量制御手段３２に出力するようになっている。
【００２３】
ガス供給量制御手段３２では、第２の比較手段３１からの第２の昇温信号に応答して、流量調整弁２４に開き信号を出力し、流量調整弁２４を設定開度だけ開いて燃料ガスの供給量を増加し、一方、第２の比較手段３１からの第２の降温信号に応答して、流量調整弁２４に閉じ信号を出力し、流量調整弁２４を設定開度だけ閉じて燃料ガスの供給量を減少し、要求出湯温度の湯が得られるように燃料ガスの供給量を制御するようになっている。
【００２４】
次に、設定湯温テーブル２６の作成につき、一例を用いて説明する。
先ず、図３および図４のグラフに示す、入水温度と外気温度と成績係数との相関関係により、入水温度と外気温度とに基づいて成績係数（ＣＯＰ）を求める。図３および図４における入水温度は、それぞれＴ１：１０℃、Ｔ２：２０℃、Ｔ３：３０℃、Ｔ４：４０℃、Ｔ５：５０℃、Ｔ６：６０℃である。
一方、図５のグラフに示す成績係数と単位熱量当りのコストとの相関関係から、最小コストとなる成績係数の分岐点を求める。このグラフによれば、ガス瞬間湯沸し器９のコストＧが一定であるのに対して、電気式ヒートポンプ給湯器７のコストＥが変化し、その分岐点における成績係数は２５０％、すなわち、２．５となっている。この分岐点での成績係数は、使用するガス瞬間湯沸し器９および電気式ヒートポンプ給湯器７それぞれの機種などによって異なるものであり、使用する機種ごとに求めるものである。
【００２５】
例えば、入水温度２０℃の場合、図３のグラフからわかるように、外気温度が５℃以上で成績係数が２．５を超えている。この分岐点２．５を基にして、図６のグラフに示される出湯温度と外気温度と成績係数との相関関係から、外気温度が５℃で成績係数２，５となる出湯温度は約５０℃となり、この出湯温度５０℃が設定湯温となる。また、外気温度が１０℃であれば、出湯温度５０℃と６０℃との中間で、比例計算により出湯温度約５７℃が求められ、この出湯温度５７℃が設定湯温となる。図６における外気温度は、それぞれＨＴ１：４０℃、ＨＴ２：５０℃、ＨＴ３：６０℃である。
【００２６】
また、外気温度が０℃の場合は、図３から、成績係数２．０が求められ、この外気温度０℃、成績係数２，０を図６に当てはめると、比例計算により出湯温度約５０℃が求められ、この出湯温度５０℃が設定湯温となる。
これらの値をまとめると、入水温度２０℃では、外気温度０℃で設定湯温５０℃、外気温度５℃で設定湯温５０℃、外気温度１０℃で設定湯温５７℃となる。
このようにして、例えば、０．２℃づつ変化させた入水温度それぞれに対して、０．２℃づつ変化させた外気温度の設定湯温を求め、それらの値を設定湯温テーブル２６に記憶させておくのである。
要求出湯温度を加味することで、要求出湯温度が設定湯温よりも低い場合は、電気式ヒートポンプ給湯器７のみで湯を得ることになる。
【００２７】
以上の構成により、設定湯温テーブル２６において、電気式ヒートポンプ給湯器７で得る湯の温度として、予め、入水温度と外気温度と要求出湯温度とに基づいて求めた、ランニングコストが最小となる湯の温度を設定湯温として記憶させることができ、設定湯温までの湯を電気式ヒートポンプ給湯器７で得、その設定湯温の湯をガスバーナ１２で加熱することによって要求出湯温度の湯を得ることで、要求出湯温度の湯を経済的に得ることができる。
【００２８】
本発明としては、深夜電力で加熱した湯を貯湯タンクに貯めるように構成する場合にも適用できる。その場合、貯湯タンク内の湯が空になったときとか、貯湯タンク内で貯めた湯の温度が設定湯温よりも低い場合において、ガス瞬間湯沸し器９によって得ることになる。
【符号の説明】
【００２９】
１…冷媒配管
３…圧縮機
４…熱交換器
５…膨張弁（膨張手段）
６…蒸発器
７…電気式ヒートポンプ給湯器
８…給水管
１０…加熱部
１２…ガスバーナ（ガス加熱手段）
１５…出湯センサ（出湯感知手段）
１６…入水温度センサ
１７…第１の湯温センサ
１８…第２の湯温センサ
１９…外気温度センサ
２５…設定湯温抽出手段
２６…設定湯温テーブル
２８…給湯起動手段
２９…圧縮機制御手段
３０…ガス加熱起動手段
３２…ガス供給量制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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