(57)【要約】【課題】前日の使用湯量が少ない場合で、使用熱量が貯湯タンク２内の蓄熱量より多い場合にも湯切れを防止することができるヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法を提供する。【解決手段】ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を給湯器本体１の貯湯タンク２上部より蓄え、貯湯タンク２下部より加熱源であるヒートポンプ本体１０に戻し、貯湯タンク２下部又はヒートポンプ本体１０に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると加熱動作を停止するヒートポンプ式給湯器で、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段８ｂと、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段８ｃと、使用熱量と蓄熱量とを比較し使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段８ｃを備えている。【選択図】　　　　図１
2004060948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器において、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段と、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段と、前記使用熱量記憶手段に記憶した使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した蓄熱量とを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段を備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
【請求項２】
前記使用熱量記憶手段は、過去数日の使用熱量を記憶しておき、加熱動作開始残湯量変更手段は、過去数日の最大の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した貯湯タンク内の蓄熱量を比較して過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する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。
【請求項３】
ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御において、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、この記憶した使用熱量と蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げることを特徴とするヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法。
【請求項４】
過去数日の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、過去数日の最大の使用熱量が貯湯タンク内の蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＯ２冷媒を使用したヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＣＯ２冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器が公知である。例えば、特開２００１−８２８０３号公報に開示されている。
このＣＯ２冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器では、沸き上げ温度を９０℃以上の高温に加熱することができ、加熱効率が高いという利点を有するが、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱するヒートポンプ本体に給水される液体の温度が高くなると、加熱効率が低下するという不具合点も有する。
また、湯の使用量が少ない場合、貯湯タンク内に多量の湯が残り、貯湯タンク内の多量の湯温が時間の経過とともに一様に低下し、このような状態の下で加熱動作が開始されると、少量沸き上げてすぐヒートポンプに給水される液体の温度が加熱停止温度以上になり、運転をすぐ停止してしまう。
【０００３】
図４は従来のヒートポンプ式給湯器の構成図であり、図５はヒートポンプ本体の構成図であり、図６は従来のヒートポンプ式給湯器の制御装置のブロック図であり、図７はその沸き上げ制御動作のフローチャートである。
図４において、１は給湯器本体、２は前記本体１内に配設された貯湯タンク、３は前記貯湯タンク２の下部と接続された給水配管、３ａはこの給水配管３に設けられた減圧弁、４は前記貯湯タンク２の上部と接続された給湯配管、４ａは逃し弁、５ａは前記貯湯タンク２の外壁面に取り付けられ、貯湯タンク２内の水の温度を検出する温度センサＡで、その温度センサＡ５ａを貯湯タンク２の外壁面のある所定容量の位置に取り付けることにより、その取り付け位置の検出温度から前記貯湯タンク２内の残湯量も検出する。６ａは前記貯湯タンク２の下部配管に取り付けられ、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止するための温度を検出する温度センサＢである。
【０００４】
７はヒートポンプ本体１０のヒートサイクルで発生した熱を貯湯タンク２内の水に置換するため、冷水管１０ａと温水管１０ｂとにより貯湯タンク２内の水をヒートポンプ本体１０との間で循環させる循環ポンプである。貯湯タンク２下部に接続された冷水管１０ａより循環ポンプ７でヒートポンプ本体１０に水が供給され、ヒートポンプ本体１０で加熱された水を貯湯タンク２の上部に接続された温水管１０ｂにより戻し貯湯タンク２内上部より貯湯する。
【０００５】
８は前記貯湯タンク２内の水の沸き上げ、ヒートポンプの運転開始・停止を制御する制御部であり、前記温度センサＡ５ａ、及び温度センサＣ６ａの検出値と沸き上げ温度を設定する操作部９からの入力値に基づいて、前記ヒートポンプ本体１０への加熱動作開始・停止及び循環ポンプ７の運転を制御する。
【０００６】
図５おいて、ヒートポンプ本体１０のヒートポンプサイクルは圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、膨張弁１３、室外熱交換器１４、アキュームレータ１５を順次冷媒配管１０ｃにより接続して構成されている。ここで、室外熱交換器１４に吸熱するためにファン１６が取り付けてあり、また、給湯用熱交換器１２は圧縮器１１より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用の水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路１２ａと給湯用の水が流れる給湯用水通路１２ｂを有する。
【０００７】
次に、従来の沸き上げ制御動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。
まず、沸き上げ制御をスタートすると（Ｓ１）、制御部８で温度センサＡ５ａの取り付け位置の検出温度から貯湯タンク２内の残湯量の有無を検出し（Ｓ２）、該残湯量が所定量、例えば１００Ｌ以下か否か判断され（Ｓ３）、残湯量が１００Ｌ以上であれば、沸き上げを行わず、残湯量検出に戻る。もし、残湯量が１００Ｌ以下であれば、制御部８の指示で循環ポンプ７、及びヒートポンプサイクルを運転してヒートポンプ本体１０は一定の加熱能力、例えば４．５ＫＷで加熱動作を開始し（Ｓ４）、貯湯タンク２上部より操作部９で設定された貯湯温度Ｔ１（例えば９０℃）で湯を沸き上げ、温度センサＡ５ａが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出したかどうかを判定し（Ｓ５）、温度センサＡ５ａが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出すると、加熱動作を停止する（Ｓ７）。温度センサＡ５ａが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出しないときは、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（例えば６０℃）を検出したかどうかを判定し（Ｓ６）、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（６０℃）を検出しないときは温度センサＡ５ａが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出したかどうかの判定（Ｓ５）にもどり、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（６０℃）を検出すると、制御部８の指示でヒートポンプ本体１０の加熱動作を停止させて（Ｓ７）、沸き上げ制御を終了する（Ｓ８）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＣＯ２冷媒を使用するヒートポンプ式給湯器は、深夜時間帯に貯湯タンク２内の沸き上げを、貯湯温度Ｔ１（例えば９０℃）でヒートポンプ本体１０が加熱動作を開始し、温度センサＣ６ａの温度が予め設定された所定温度Ｔ２（例えば６０℃）になると、ヒートポンプ本体１０の加熱動作を停止しているので、貯湯タンク２内の多量の湯が一様に温度低下し、前日の使用湯量が少ない場合には貯湯タンク２内に多量の湯が残り、ヒートポンプ本体１０が加熱動作を開始すると温度センサＣ６ａの温度が予め設定された所定温度（例えば６０℃）にすぐになってしまい沸き上げを停止してしまい、貯湯タンク２上部に所定温度（例えば９０℃）の湯が少量蓄えられ、貯湯タンク２下部に温度低下した多量の湯が蓄えられるため、貯湯タンク２内の温度分布は一様でなく、貯湯タンク２内の温度分布が一様である場合より貯湯タンク２内の蓄熱量が少なくなり、使用熱量が多い場合は、貯湯タンク２内を所定量の残湯量から沸き上げしても貯湯タンク２内に必要熱量を蓄熱できず湯切れが発生するという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、前日の使用湯量が少ない場合で、使用熱量が貯湯タンク２内の蓄熱量より多い場合にも湯切れを防止することができるヒートポンプ式給湯器及びその沸き上げ制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載のヒートポンプ式給湯器は、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器において、使用熱量を記憶する使用熱量記憶手段と、貯湯タンク内の蓄熱量を記憶する蓄熱量記憶手段と、前記使用熱量記憶手段に記憶した使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した蓄熱量とを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更する加熱動作開始残湯量変更手段を備えているものである。
【００１１】
また、請求項２記載のヒートポンプ式給湯器は、前記使用熱量記憶手段は、過去数日の使用熱量を記憶しておき、加熱動作開始残湯量変更手段は、過去数日の最大の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段に記憶した貯湯タンク内の蓄熱量を比較して過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更するものである。
【００１２】
また、請求項３記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法は、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を給湯器本体の貯湯タンク上部より蓄え、貯湯タンク下部より加熱源であるヒートポンプ本体に戻し、貯湯タンク又はヒートポンプ本体に戻す液体の温度が貯湯温度より低い予め設定された所定温度になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を停止し、貯湯タンクの残湯量が所定量以下になると、ヒートポンプ本体の加熱動作を開始するヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御において、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、この記憶した使用熱量と蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には加熱動作開始の残湯量を多くして沸き上げる。
【００１３】
また、請求項４記載のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法は、過去数日の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を記憶しておき、過去数日の最大の使用熱量が貯湯タンク内の蓄熱量より多い場合には、加熱動作開始の残湯量を多く変更して沸き上げる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ式給湯器の構成図、図２は本発明の実施の形態１における制御装置のブロック図、図３は本発明の実施の形態１における沸き上げ制御動作を示すフローチャートである。
なお、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ本体の構成図は図５に示した従来の構成と同一であるため、説明を省略する。
図１に示す本発明の実施の形態１における構成図と図４に示す従来のヒートポンプ式給湯器の構成図とで異なる点は、本発明の実施の形態１においては、４の給湯配管に使用湯量を検出する流量センサ１７と給湯温度を検出する温度センサＤ６ｂ、及び貯湯タンク２の外壁面に取り付けられ貯湯タンク２内の水の温度を検出する温度センサＢ５ｂの追加と制御部８の構成だけである。温度センサＢ５ｂは温度センサＡ５ａより貯湯タンクの下部に取り付けられ、その取り付け位置の検出温度から前記貯湯タンク２内の残湯量も検出し、温度センサＢ５ｂは温度センサＡ５ａより残湯量を多く検出できる。
すなわち、本発明の実施の形態１における制御部８は、図２のブロック図に示すように貯湯タンク２内の水の沸き上げ、及びヒートポンプの運転開始・停止を制御する他に、温度センサＤ６ｂと流量センサ１７より前日の使用熱量を演算し記憶しておく使用熱量記憶手段８ｂと、貯湯タンク２内の蓄熱量を演算し記憶する蓄熱量記憶手段８ｃと、前記使用熱量記憶手段８ｂに記憶した前日の使用熱量と前記蓄熱量記憶手段８ｃに記憶した蓄熱量とを比較して加熱動作開始残湯量を変更する加熱動作開始残湯量変更手段８ａを備えている。
前記使用熱量は、流量センサ１７ａと温度センサＤ６ｂでの検出値から演算される。使用熱量は流量センサ１７ａの検出値ｑ（Ｌ／分）と温度センサＤ６ｂの検出値ｔの積の１日当りの総和である。すなわち、使用熱量ＱＡ＝Σｑ×ｔである。前記使用熱量記憶手段８ｂは過去数日の使用熱量ＱＡを記憶しておく。
前記蓄熱量は、温度センサＡ５ａの取付位置の貯湯容量ｑａと温度ｔａの積、及び温度センサＡ５ａより温度センサＢ５ｂの貯湯容量ｑａｂと温度センサＢ５ｂの温度ｔｂの積、さらには、温度センサＢ５ｂ取付位置以下の貯湯容量ｑｂと温度センサＣ６ａの温度ｔｃの積の総和である。すなわち、蓄熱量ＱＢ＝ｑａ×ｔａ＋ｑａｂ×ｔｂ＋ｑｂ×ｔｃである。この蓄熱量ＱＢは、前日の使用熱量の大小に関連しているが、当日の湯切れ発生防止ということからすると、過去数日のものを記憶しておく必要はなく、当日の沸き上げ直後の蓄熱量を記憶しておくだけで十分である。
【００１５】
本実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。
なお、従来例と同一または相当部分については説明を省略する。
【００１６】
まず、沸き上げ制御をスタートすると（Ｓ１１）、制御部８ｂは使用熱量記憶手段に記憶してある過去数日の最大の使用熱量を読込む（Ｓ１２）。次に、制御部８ｃで当日の沸き上げ完了時点での貯湯タンク内の蓄熱量を読込む（Ｓ１３）。制御部８で使用熱量ＱＡと蓄熱量ＱＢを比較する（Ｓ１４）。過去数日の最大の使用熱量ＱＡが蓄熱量ＱＢより少ない場合は、使用熱量が少なく湯切れが発生しにくいと判断し、従来と同様残湯量を検出し（Ｓ１５）、温度センサＡ５ａが残湯量、本例の場合では１００Ｌ以下を検出すると（Ｓ１６）、加熱動作を開始する（Ｓ２０）。
一方、ステップＳ１４の比較で、過去数日の最大の使用熱量ＱＡが蓄熱量ＱＢより多い場合は、使用熱量が多く湯切れが発生し易いと判断し、加熱開始の残湯量を本例の場合では２００Ｌに変更し（Ｓ１７）、温度センサＢ５ｂで残湯量を検出する（Ｓ１８）。温度センサＢ５ｂが残湯量２００Ｌ以下を検出すると（Ｓ１９）、加熱動作を開始する（Ｓ２０）。
ステップＳ２０の加熱動作開始では、制御部８の指示で循環ポンプ７、及びヒートポンプサイクルを運転してヒートポンプ本体１０は一定の加熱能力、例えば４．５ＫＷで加熱動作を開始し、貯湯タンク２上部より操作部９で設定された貯湯温度Ｔ１（本例の場合は、９０℃）で湯を沸き上げ、温度センサＢ５ｂが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出したかどうかを判定し（Ｓ２１）、温度センサＢ５ｂが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出すると、加熱動作を停止させて（Ｓ２３）、使用熱量ＱＡと蓄熱量ＱＢを演算し記憶して（Ｓ２４）、沸き上げ制御を終了する（Ｓ２５）。
ステップＳ２１で、温度センサＢ５ｂが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出しないときは、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（本例の場合は、６０℃）を検出したかどうかを判定し（Ｓ２２）、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（６０℃）を検出しないときは温度センサＢ５ｂが貯湯温度Ｔ１（９０℃）を検出したかどうかの判定（Ｓ２１）にもどり、温度センサＣ６ａが所定温度Ｔ２（６０℃）を検出すると、制御部８の指示でヒートポンプ本体１０の加熱動作を停止させて（Ｓ２３）、使用熱量ＱＡと蓄熱量ＱＢを演算し記憶して（Ｓ２４）、沸き上げ制御を終了する（Ｓ２５）。
【００１７】
このように、本実施の形態１によれば、使用熱量ＱＡと貯湯タンク内の蓄熱量ＱＢを記憶しておき、この使用熱量ＱＡと貯湯タンク内の蓄熱量ＱＢを比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、使用熱量が多いと加熱動作が早く開始されるようになるので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。又、過去数日の最大の使用熱量ＱＡと蓄熱量ＱＢを比較して過去数日の最大の使用熱量ＱＡが貯湯タンク内の蓄熱量ＱＢより多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、前日の使用湯量が少ない場合においてもより確実に湯切れを防止できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る請求項１のヒートポンプ式給湯器によれば、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して使用熱量が蓄熱量より多い場合には、加熱開始の残湯量を多く変更するので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。
【００１９】
また、本発明に係る請求項２のヒートポンプ式給湯器によれば、過去数日の最大の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合は、加熱開始の残湯量を多く変更するので、前日の使用湯量が少なく当日の蓄熱量が少ない場合においても、使用熱量が多い場合にもより確実に湯切れを防止できる。
【００２０】
また、本発明に係る請求項３のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法によれば、使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、加熱開始の残湯量を多く変更して沸き上げるので、使用熱量が多い場合にも湯切れを防止できる。
【００２１】
また、本発明に係る請求項４のヒートポンプ式給湯器の沸き上げ制御方法によれば、過去数日の最大の使用熱量と貯湯タンク内の蓄熱量を比較して、過去数日の最大の使用熱量が蓄熱量より多い場合は、加熱開始の残湯量を多く変更して沸き上げるので、前日の使用湯量が少なく当日の蓄熱量が少ない場合においても、使用熱量が多い場合にもより確実に湯切れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１における沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【図４】従来のヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図５】従来のヒートポンプ本体の構成図である。
【図６】従来のヒートポンプ式給湯器の制御装置のブロック図である。
【図７】従来のヒートポンプ式給湯器における沸き上げ制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１　給湯器本体、２　貯湯タンク、５ａ　温度センサＡ、５ｂ　温度センサＢ、６ａ　温度センサＣ、６ｂ　温度センサＤ、８　制御部、８ａ　加熱動作開始残湯量変更手段、８ｂ　使用熱量記憶手段、８ｃ　蓄熱量記憶手段、１０　ヒートポンプ本体。
【図１】
2004060948.tif 000003
【図２】
2004060948.tif 000004
【図３】
2004060948.tif 000005
【図４】
2004060948.tif 000006
【図５】
2004060948.tif 000007
【図６】
2004060948.tif 000008
【図７】
2004060948.tif 000009