(57)【要約】【課題】暖房運転と沸き上げ運転を同時に行う貯湯式給湯暖房装置を提供する。【解決手段】深夜時間帯開始時に、ヒートポンプユニット１１の出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、ヒートポンプユニット１１の出力を低下させた状態で沸き上げ運転を行うので、沸き上げ運転が終了する深夜時間帯の終了時間の直前まで直暖運転を行って貯湯タンク２内の高温水が暖房運転に使用されず、それにより深夜時間帯も暖房運転を行いながら、夜時間帯の終了時点でより多くの高温水を貯湯でき、また、除霜率が下がって成績係数を向上でき、更に冷媒圧縮機１６への負荷を低減してヒートポンプユニット１１の寿命を延ばすことができるものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気温を検知する外気温検出手段を有し湯水を加熱するヒートポンプユニットを有する加熱手段と、該加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水による蓄暖運転又は加熱手段により加熱された温水による直暖運転を行う暖房手段とを備え、深夜時間帯に貯湯タンク内の温水の沸き上げ運転を行う貯湯式給湯暖房装置に於いて、暖房運転を行いながら深夜時間帯に沸き上げ運転を行い、沸き上げ運転が完了するまでは直暖運転を行い、沸き上げ運転が完了した後は蓄暖運転を行う時、深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、加熱手段の出力を低下させた状態で沸き上げ運転を行うことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
【請求項２】
深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、更に出力低下係数を小さくして計算を繰り返し、計算した沸き上がり時間が深夜時間帯外になった時、その計算の一つ前の出力低下係数を加熱手段の定格出力に乗算させた出力で沸き上げ運転を行うことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯暖房装置。
【請求項３】
前記沸き上がり時間は、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間と、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間の合計からなることを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯暖房装置。
【請求項４】
前記加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の低温水量と、沸き上げ目標温度と給水温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の中温水量と、沸き上げ目標温度と代表温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したものであることを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯暖房装置。
【請求項５】
除霜運転が発生する温度以下の外気温を外気温検出手段が検知した時、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したものであることを特徴とする請求項４記載の貯湯式給湯暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の貯湯式給湯装置においては、ヒートポンプ加熱手段により深夜時間帯に貯湯タンク内の水を循環加熱して昼間での給湯に必要な分量を貯湯し、暖房を行う場合は、ヒートポンプ加熱手段で加熱した温水を貯湯タンクと並列関係にある暖房用熱交換器に直接循環させて暖房を行うようにしたものがあった（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、貯湯の要求と暖房の要求が同時にあった場合に対応するものものがあった（例えば特許文献２）。
【０００４】
これは、貯湯タンクへ湯水が流入あるいは流出しているかを検出する流動方向検出手段を設け、この流動方向検出手段の出力に基づいて加熱循環ポンプあるいは熱交循環ポンプの能力を制御する制御手段により、直暖運転中に給湯使用によって貯湯タンク内の残湯量が少なくなり、暖房運転の要求と貯湯運転の要求とが同時に発生した場合は、前記制御手段は、前記加熱手段と加熱循環ポンプによる直暖運転を行いながら、循環切換手段を加熱循環回路が循環可能に切換えると共に、前記熱交循環ポンプを駆動し、また直暖運転を行っている際に加熱手段の加熱能力では暖房負荷に追いつかないような場合等には、前記制御手段は、前記加熱手段と加熱循環ポンプによる直暖運転を行いながら、循環切換手段を加熱循環回路が循環可能に切換えると共に、前記熱交循環ポンプを駆動し、制御手段は前記流動方向検出手段の検出する流動方向が貯湯タンクに流入する方向になるように前記熱交循環ポンプの能力を制御するものである。
【０００５】
これにより、直暖運転を行いながら蓄暖運転も同時に行うことができ、加熱手段の能力に貯湯タンク内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができ、実質的な暖房能力を大きくすることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８４１４号公報
【特許文献２】特開２００６−４６８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、暖房が床暖房でその床暖運転を２４時間運転させた状態で、外気温度が５度以下の除霜運転が発生する条件下で深夜沸き上げ運転を行う場合、暖房運転が直暖運転の状態で同時に深夜沸き上げ運転を行うが、暖房負荷が小さいと貯湯タンク内に中温水が多くなり、ヒートポンプ加熱手段を定格出力で深夜沸き上げ運転を行うと沸き上げが早く完了してしまい、沸き上げ完了後は床暖運転は貯湯タンク内の温水による蓄暖運転に切り替わってしまい、深夜時間帯が終了する早朝には深夜沸き上げ運転にて貯湯タンク内に蓄熱された温水が蓄暖運転にて使用されて高温水の貯湯量が減少しており、電気料金の高い昼間時間帯にヒートポンプ加熱手段を動作させて貯湯タンク内の温水の加熱を行わなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、外気温を検知する外気温検出手段を有し湯水を加熱するヒートポンプユニットを有する加熱手段と、該加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水による蓄暖運転又は加熱手段により加熱された温水による直暖運転を行う暖房手段とを備え、深夜時間帯に貯湯タンク内の温水の沸き上げ運転を行う貯湯式給湯暖房装置に於いて、暖房運転を行いながら深夜時間帯に沸き上げ運転を行い、沸き上げ運転が完了するまでは直暖運転を行い、沸き上げ運転が完了した後は蓄暖運転を行う時、深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、加熱手段の出力を低下させた状態で沸き上げ運転を行うものである。
【０００９】
また、請求項２では、請求項１記載の貯湯式給湯暖房装置に於いて、深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、更に出力低下係数を小さくして計算を繰り返し、計算した沸き上がり時間が深夜時間帯外になった時、その計算の一つ前の出力低下係数を加熱手段の定格出力に乗算させた出力で沸き上げ運転を行うものである。
【００１０】
また、請求項３では、請求項２記載の貯湯式給湯暖房装置に於いて、前記沸き上がり時間は、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間と、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間の合計からなるものである。
【００１１】
また、請求項４では、請求項３記載の貯湯式給湯暖房装置に於いて、前記加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の低温水量と、沸き上げ目標温度と給水温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の中温水量と、沸き上げ目標温度と代表温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したものである。
【００１２】
また、請求項５では、請求項４記載の貯湯式給湯暖房装置に於いて、除霜運転が発生する温度以下の外気温を外気温検出手段が検知した時、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の請求項１によれば、深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、加熱手段の出力を低下させた状態で沸き上げ運転を行うので、沸き上げ運転が終了する深夜時間帯の終了時間の直前まで直暖運転を行って貯湯タンク内の高温水が暖房運転に使用されず、それにより深夜時間帯も暖房運転を行いながら、夜時間帯の終了時点でより多くの高温水を貯湯できるものである。
【００１４】
また、加熱手段の出力を低下させて沸き上げ運転を行うので、除霜率が下がって成績係数を向上でき、更に加熱手段のヒートポンプユニットの冷媒圧縮機への負荷を低減してヒートポンプユニットの寿命を延ばすことができるものである。
【００１５】
又本発明の請求項２に記載の貯湯式給湯暖房装置によれば、請求項１の貯湯式給湯暖房装置において、深夜時間帯開始時に加熱手段の出力を定格出力に出力低下係数の乗算させて出力を低下させた状態での沸き上がり時間を計算し、その沸き上がり時間が深夜時間帯内の時、更に出力低下係数を小さくして計算を繰り返し、計算した沸き上がり時間が深夜時間帯外になった時、その計算の一つ前の出力低下係数を加熱手段の定格出力に乗算させた出力で沸き上げ運転を行うので、深夜時間帯の終了時間までに沸き上げ運転が終了するようにしつつ、その沸き上げ運転の終了を極力終了時間直前にすることができるので、深夜時間帯も暖房運転を行いながら、夜時間帯の終了時点でより多くの高温水を貯湯できるものである。
【００１６】
また、加熱手段の出力をより低下させて沸き上げ運転を行うので、より除霜率が下がって成績係数を向上でき、更に加熱手段のヒートポンプユニットの冷媒圧縮機への負荷を低減してヒートポンプユニット１の寿命をより延ばすことができるものである。
【００１７】
又本発明の請求項３に記載の貯湯式給湯暖房装置によれば、請求項２の貯湯式給湯暖房装置において、前記沸き上がり時間は、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間と、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間の合計からなるので、貯湯タンク内の温水の状況により的確に沸き上げ時間を計算することが出来るものである。
【００１８】
又本発明の請求項４に記載の貯湯式給湯暖房装置によれば、請求項３の貯湯式給湯暖房装置において、前記加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の低温水量と、沸き上げ目標温度と給水温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間は、貯湯タンク内の中温水量と、沸き上げ目標温度と代表温度の温度差との乗算値を、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算した貯湯能力で除算したので、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間の計算に高温入水による出力低下係数を考慮してより正確な沸き上げ時間が計算できるものである。
【００１９】
又本発明の請求項５に記載の貯湯式給湯暖房装置によれば、請求項４の貯湯式給湯暖房装置において、除霜運転が発生する温度以下の外気温を外気温検出手段が検知した時、加熱手段への入水温度が低温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したものであり、加熱手段への入水温度が中温の沸き上げ時間を計算する時の貯湯能力は、加熱手段の定格出力値と出力低下係数と高温入水による出力低下係数と除霜にによる出力低下係数の乗算値から深夜時間帯開始時の暖房負荷熱量を減算したので、外気温が低下して除霜運転が発生することによる出力低下を考慮してより正確な沸き上げ時間が計算できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施例を付した貯湯式給湯暖房装置の概略構成図。
【図２】同深夜時間帯の沸き上げ運転を説明するためのフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明に係る発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２２】
１は貯湯タンクユニットで、湯水を貯湯する貯湯タンク２と、一端が貯湯タンク２底部に接続された給水管３と、一端が貯湯タンク２底部に接続された加熱往き管４と、該加熱往き管４に設けられた加熱循環ポンプ５と、一端が貯湯タンク２頂部に接続された出湯管６と、一端が貯湯タンク２頂部に接続されたタンク上部接続管７と、一端が貯湯タンク２略中央部分に接続されたタンク戻し管８と、タンク上部接続管７の他端が接続された分配弁９と、貯湯タンク２の側面上下に複数設けられ貯湯タンク２内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサ１０ａ〜ｅとを備えたものである。
【００２３】
１１はヒートポンプユニットで、貯湯タンク２内の給湯水を加熱する熱源ユニットであり、貯湯タンク２内の給湯水と高温高圧の冷媒とで熱交換を行って給湯水を加熱する冷媒／水熱交換器１２と、該冷媒／水熱交換器１２で放熱した冷媒を断熱膨張させる減圧器１３と、該減圧器１３を通過して減圧された冷媒と大気とを熱交換させて、冷媒の熱エネルギーを上昇させる冷媒蒸発器１４と、該冷媒蒸発器１４に設けられ、冷媒と大気との熱交換を促進させる電動ファン１５と、冷媒（この実施例では二酸化炭素）の吸入、圧縮、吐出を行う冷媒圧縮機１６とを備え、更に外気温を検知する外気温センサ１７を備えたものである。
【００２４】
１８は暖房ユニットで、暖房ユニット１８内を循環する熱媒と貯湯タンクユニット１から流れてくる給湯水とで熱交換して暖房ユニット１８内を循環する熱媒を加熱する暖房用熱交換器１９と、加熱された熱媒が通過して放熱することにより暖房を行う床暖房装置２０と、熱媒を暖房用熱交換器１９と床暖房装置２０との間を循環させるブライン循環ポンプ２１と、貯湯タンクユニット１から暖房用熱交換器１９に貯湯タンクユニット１から給湯水を流してタンク戻し管８から貯湯タンクユニット１に戻す熱源水循環ポンプ２２とを備えたものである。
【００２５】
次に、暖房運転の作動について説明する。
図１に示すように、床暖房装置２０を備えた暖房ユニット１７による暖房運転として、まず貯湯タンクユニット１の温水による蓄暖運転がある。
【００２６】
これは、熱源水循環ポンプ２２を動作させて、貯湯タンクユニット１の上部のタンク上部接続管７から貯湯タンクユニット１内の高温水を分配弁９を介して暖房ユニット１８の暖房用熱交換器１９に流入させ、ブライン循環ポンプ２１により暖房ユニット１８内を循環される熱媒と暖房用熱交換器１９にて熱交換し、熱媒を加熱すると共に温度が低下した温水をタンク戻し管８により貯湯タンクユニット１の中央部に戻すものである。
これにより、貯湯タンクユニット１内上部の高温水は徐々に減少し、貯湯タンクユニット１内中央部の中温水は徐々に増加していくものである。
【００２７】
また、貯湯タンクユニット１内の温水が中温水以下の温度になった時貯湯タンクユニット１内の高温水を減少させたくない場合は、ヒートポンプユニット１１により貯湯タンクユニット１内の温水を加熱して、その加熱された温水による直暖運転がある。
【００２８】
これは、加熱循環ポンプ５を動作させて、貯湯タンクユニット１下部の加熱往き管４から貯湯タンクユニット１内の低温水を、ヒートポンプユニット１１の冷媒／水熱交換器１２に流入させて熱交換することで加熱し、加熱された温水を分配弁９を介して暖房ユニット１８の暖房用熱交換器１９に流入させ、暖房ユニット１８内を循環される熱媒と暖房用熱交換器１９にて熱交換し、熱媒を加熱すると共に温度が低下した温水をタンク戻し管８により貯湯タンクユニット１の中央部に戻すものである。
これにより、貯湯タンクユニット１内上部の高温水は減少せず、貯湯タンクユニット１内中央部から下部にかけて中温水が徐々に増加していくものである。
【００２９】
次に、除霜運転が発生する条件下で暖房運転を連続運転しながら深夜沸き上げ運転を行う場合について説明する。
外気温度が５度以下で除霜運転が発生する状態で暖房運転を連続運転していて、その状態で深夜時間帯になって深夜沸き上げ運転を行う時、まずヒートポンプユニット１１の出力を定格出力より低く抑えるその出力低下係数Ｄを０．９に設定し（Ｓ１）、そしてヒートポンプユニット１１の出力を定格出力より低く抑えた場合の沸き上げ時間ｔを計算する。（Ｓ２）
【００３０】
沸き上げ時間ｔは、ヒートポンプユニット１１への入水温度が２０度未満の沸き上げ時間ｔ１と、ヒートポンプユニット１１への入水温度が２０度以上６０度未満の沸き上げ時間ｔ２の和となる。（Ｓ３）
更に上記ｔ１は、ヒートポンプユニット１１への入水温度が２０度未満の実効湯量Ｌ１とヒートポンプユニット１１への入水温度が２０度未満の実沸き上げ温度Ｔ１の積を、除霜による出力低下を考慮した実貯湯能力Ｈ１とットキロカロリ換算係数である８６０との積で除することで求められ、上記ｔ２は、６０度未満の実効湯量Ｌ２とヒートポンプユニット１１への入水温度が２０度以上６０度未満の実沸き上げ温度Ｔ２の積を、除霜と高温入水による出力低下を考慮した実貯湯能力Ｈ２とットキロカロリ換算係数である８６０との積で除することで求められるものである。
【００３１】
ここで上記Ｌ１は、実沸き上げ率０．９５とタンク容量Ｌとの積からタンク内の２０度以上の湯量Ｌ２０を減じたものであり、上記Ｔ１は、沸き上げ目標温度Ｔｅから給水温度Ｔｃを減じたものであり、上記Ｌ２は、タンク内の２０度以上の湯量Ｌ２０からタンク内の６０度以上の湯量Ｌ６０を減じたものであり、上記Ｔ２は、沸き上げ目標温度Ｔｅから代表温度の４０度を減じたものである。
【００３２】
又、上記Ｈ１は、定格出力Ｗｒと出力低下係数Ｄと除霜による出力低下率Ｄ１である０．８５の積から深夜時間帯の開始時刻である２３時における暖房負荷熱量Ｑを減じたものであり、上記Ｈ２は、定格出力Ｗｒと出力低下係数Ｄと除霜及び高温入水による出力低下率Ｄ２である０．８の積から深夜時間帯の開始時刻である２３時における暖房負荷熱量Ｑを減じたものである。
【００３３】
この（Ｓ３）で沸き上げ時間ｔを求めた結果、沸き上げ時間ｔが深夜時間帯より０．５時間短い時間、例えば深夜時間帯が２３時から７時までの８時間であれば、沸き上げ時間ｔが８時間より０．５時間短い７．５時間より短いか判断する。（Ｓ４）
尚、上記０．５時間というのは、沸き上がらないのを防止するための予備時間である。
【００３４】
そして（Ｓ４）で沸き上げ時間ｔが深夜時間帯よりより短い時間であった時は、出力低下係数Ｄを０．１減じて再設定して、そのＤを記憶し（Ｓ５）、そしてその再設定した出力低下係数Ｄで、ヒートポンプユニット１１の出力を定格出力より低く抑えた場合の沸き上げ時間ｔを再度計算する。（Ｓ２）
【００３５】
そして（Ｓ４）で沸き上げ時間ｔが深夜時間帯より長い時間であった時、その時の出力低下係数Ｄが０．９であるか判断し（Ｓ６）、出力低下係数Ｄが０．９の時は、出力を低下させて沸き上げを行ったら深夜時間帯で沸き上がらないと判断して、ヒートポンプユニット１１を定格出力にて沸き上げ運転を開始し（Ｓ７）、貯湯タンクユニット１内の温水が沸き上げ目標温度に達したら（Ｓ８）、沸き上げ運転を終了する。（Ｓ９）
【００３６】
又、（Ｓ６）で出力低下係数Ｄが０．９ではない時は、その出力低下係数Ｄを０．１減じて再設定した前の出力低下係数Ｄで沸き上げを行っても、深夜時間帯で沸き上がるとして、その時の出力低下係数Ｄに０．１加算して再設定し（Ｓ１０）、ヒートポンプユニット１１の出力を定格出力にその再設定された出力低下係数Ｄを積した出力値にて沸き上げ運転を開始し（Ｓ１１）、貯湯タンクユニット１内の温水が沸き上げ目標温度に達したら（Ｓ８）、沸き上げ運転を終了するものである。（Ｓ９）
【００３７】
このように、深夜時間帯に沸き上げ運転を行う際、深夜時間帯中に暖房運転を継続しつつ、更に外気温が低下して除霜運転が発生する条件下の時、深夜時間帯に必要となる暖房負荷熱量及び除霜運転による出力低下を考慮した上で、深夜時間帯終了直前に貯湯タンク２内により多くの高温水が貯湯できるように、ヒートポンプユニット１１の出力を低下させて沸き上げ運転を行うので、暖房運転を継続しながら効率よく貯湯タンク２内により多くの高温水が貯湯でき、又、出力を低下させて沸き上げ運転を行うことで、除霜率が下がって成績係数を向上でき、更に出力を低下させて沸き上げ運転を行うことで、ヒートポンプユニット１１の冷媒圧縮機１６への負荷を低減してヒートポンプユニット１１の寿命を延ばすことができるものである。
【符号の説明】
【００３８】
２  貯湯タンク
１１  ヒートポンプユニット
１７  外気温検出手段
１８  暖房手段
【図１】
2011058702.tif 000003
【図２】
2011058702.tif 000004