(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるように【解決手段】冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風ファンを有する空気熱交換器２１を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクルと循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けたものである。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクルと循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けた事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記加熱制御部には送風ファンの回転数を検出する回転数検知手段と運転時所定回転数を維持するためにファンモータへの入力電圧を補正する回転数補正手段を設け、前記入力電圧が第１の所定値以上の場合に前記ブースタファンの運転を開始する事を特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記送風ファンの入力電圧が第１の所定値以上で第２の所定値未満の場合に前記ブースタファンを第１の所定圧力で運転し、前記送風ファンの入力電圧が第２の所定値以上の場合にはブースタファンを第２の所定圧力で運転する事を特徴とする請求項１及び２記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記送風ファンの入力電圧の基準値を外気温度によって変更する事を特徴とする請求項１から３記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプサイクルを利用して給湯を行うヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機では、図５で示すように建築物の排気用吹抜けやパイプシャフト等に複数設置した場合、単に前記送風ファンａの吹出口ｂから直接建築物の排気用吹抜けに排気を行っていた。
又、従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機ではないが、空気調和機の室外側に於いては、凝縮器の送風機を単に補完するブースタファンユニットを利用したものが有った。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６１−４１５２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来の建築物の排気用吹抜け等に複数設置したものでは、同時に運転するヒートポンプユニットの台数や気象条件によりヒートポンプユニットの吹出口にかかる静圧によって空気熱交換器における通風が低下することで、エネルギー消費効率が大幅に低下するものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、冷媒圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び送風ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクルと循環ポンプと加熱制御部を有するヒートポンプユニットと、少なくとも前記水冷媒熱交換器、循環ポンプと加熱循環回路で接続される貯湯タンクと給水管と出湯管を有するタンクユニットとを設け、建築物の排気用吹抜けに前記ヒートポンプユニットを複数設置して前記送風ファンからの送風によって空気熱交換器から吸熱するものに於いて、前記ヒートポンプユニットの吹出口にブースタファンとファンモータを備えたブースタユニットを設けたものである。
又、前記加熱制御部には送風ファンの回転数を検出する回転数検知手段と運転時所定回転数を維持するためにファンモータへの入力電圧を補正する回転数補正手段を設け、前記入力電圧が第１の所定値以上の場合に前記ブースタファンの運転を開始するようにしたものである。
又、前記送風ファンの入力電圧が第１の所定値以上で第２の所定値未満の場合に前記ブースタファンを第１の所定圧力で運転し、前記送風ファンの入力電圧が第２の所定値以上の場合にはブースタファンを第２の所定圧力で運転するようにしたものである。
又、前記送風ファンの入力電圧の基準値を外気温度によって変更するものである。
【０００６】
これによって、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
１は貯湯タンクユニット、２は加熱手段として水を加熱するヒートポンプユニット、３は給湯栓、４は浴室温水暖房乾燥器や床暖房端末等の温水暖房端末器で、これらによって給湯および暖房を行うものである。
【０００８】
貯湯タンクユニット１は下部に給水管５が接続され上部に出湯管６が接続された貯湯タンク７を有しているものである。８は給湯栓３に接続される給湯管で、給水管５から分岐されたバイパス管９を通過する冷水と出湯管６からの高温の湯とがミキシング弁１０にて適温に調節されて給湯されるものである。また、１１は給水管５に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、１２は前記貯湯タンク７内の湯水の熱膨張等による過圧を逃す逃し弁である。そして、これらが給湯回路１３を構成しているものである。
【０００９】
又前記貯湯タンク７には貯湯熱量を検出するための貯湯温度センサ１４がタンク上下方向に複数個設けられ、所定温度以上を検出することで温度センサが設けられた位置まで貯湯されていることを検出することができると共に、一日の温度変化を監視して消費熱量を算出するために用いるものである。
【００１０】
この貯湯タンクユニット１と前記ヒートポンプユニット２は加熱循環回路１５にて循環可能に接続され、貯湯タンク７の下部からの水をヒートポンプユニット２で加熱して貯湯タンク７の上部へ戻し、高温の湯を上部から順次積層して貯湯するものである。
【００１１】
そして、１６はリモートコントローラ１７が接続されると共に貯湯タンクユニット１内のセンサおよびアクチュエータを制御するマイクロコンピュータを有した沸き上げ制御部である。ここで、貯湯タンクユニット１の湯水の沸き上げは主に深夜時間帯に安価な深夜電力によって行われるもので、沸き上げ制御部１６は過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、この推測された消費熱量と貯湯タンク７の最下方に設けられた貯湯温度センサ１４で検出される貯湯温度とから所定温度範囲（例えば６５℃〜９０℃の範囲）内の任意の沸き上げ温度を設定し、翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算してヒートポンプユニット２による沸き上げを開始させるものである。
【００１２】
次に、ヒートポンプユニット２は冷媒圧縮機１８、凝縮器としての水冷媒熱交換器１９、減圧器としての膨張弁２０および蒸発器としての空気熱交換器２１を順に接続して構成されるヒートポンプサイクル２２と、更に空気熱交換器２１に外気を送風して熱を奪わせるファンモータ２３とファン２４から成る送風ファン２５を備えており、又貯湯タンク７の湯水を加熱循環回路１５を介して水冷媒熱交換器１９へ送り温水流路２６を通し、加熱された高温の湯を貯湯タンク７へ戻すための循環ポンプ２７とを備えているものである。なお、ここで前記ヒートポンプサイクル２２は冷媒に二酸化炭素を用いて、水冷媒熱交換器１９側にて超臨界状態とされ、水を９０℃程度の高い温度まで加熱することが可能なものである。
【００１３】
２８はこのヒートポンプユニット２の吹出口２９にネジ等によって取り付けられるブースタユニットで、内部にはブースタファン３０とブースタモータ３１を備え、建築物の排気用吹抜けの壁面３２に設けた開口３３に設置されている。
【００１４】
３４はこのヒートポンプユニット２の制御を行うマイクロコンピュータを有した加熱制御部で、沸き上げ制御部１６からの指示により水冷媒熱交換器１９の出口側の加熱循環回路１５に設けた加熱温度センサ３５で検出する湯の温度が所定温度範囲内の任意の温度になるように循環ポンプ２７の回転数、冷媒圧縮機１８の駆動周波数、又は膨張弁２０の開度のいずれかが適宜調節するものである。なお、この加熱制御部３４は沸き上げ制御部１６と有線にて通信可能に接続されており、沸き上げ制御部１６から指示された沸き上げ温度に沸き上げ、貯湯温度センサ１３にて必要熱量分沸き上げが完了したことを検出すると沸き上げ制御部１６が沸き上げ動作の停止を加熱制御部３４に指示して沸き上げ動作を終了するものである。
【００１５】
又この加熱制御部３４には、送風ファン２５が接続され、ファンモータ２３に備えられた実際のファン２４の回転数を検知するフォトカプラ等から成る回転数センサ３６からの回転数と、予め設定された目標回転数６００ｒｐｓとを比較して、回転数が目標回転数に成るように入力電圧Ｖを補正制御するものであり、更に吹出口２９に静圧が加わらない通常運転時には約２．８Ｖの入力電圧にて運転を行うものであるが、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット２の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風ファン２５への入力電圧が第１の所定値である３．１Ｖの以上の場合、空気熱交換器２１への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット２８のブースタファン３０の始動を開始し、１００Ｐａ程度の静圧が得られ排気用吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧で回転し、このブースタファン３０の回転でも更に、入力電圧が３．３Ｖ以上に増加する場合には、１３０Ｐａ程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧に増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【００１６】
３７は前記ヒートポンプユニット２又はブースタユニット２８に設けられた外気温センサで、サーミスタセンサ等によって外気温度を検知し加熱制御部３４に現在の外気温度を送るものであり、この外気温度が０℃以下になった場合には、エネルギー消費効率を向上するために目標回転数を６００ｒｐｍから９７５ｒｐｍに変更する事に伴って、通常運転時の入力電圧を３．５Ｖに上昇させ、建築物の排気用吹抜けに複数設置した他のヒートポンプユニット２の運転等の影響により排気用吹抜け内の静圧が高くなって送風ファン２５への入力電圧が第１の所定値である３．８Ｖの以上の場合、空気熱交換器２１への通風量が低下することでエネルギー消費効率が低下する事を防止するために、ブースタユニット２８のブースタファン３０の始動を開始し、１１０Ｐａ程度の静圧が得られ吹抜け内の静圧を軽減できる回転数又は入力電圧で回転し、このブースタファン３０の回転でも更に入力電圧が４．０Ｖ以上に増加する場合には、１４０Ｐａ程度の静圧が得られる回転数又は入力電圧に増加することで、よりエネルギー消費効率が低下する事を防止するものである。
【００１７】
３８は貯湯タンク７の上部と下部に連通した一次側暖房循環回路、３９は一次側暖房循環回路３８途中に設けられた暖房熱交換器、４０は一次側暖房循環回路３８途中に設けられた暖房一次ポンプである。４１は温水暖房端末器４と暖房熱交換器３９を循環可能に接続する二次側暖房循環回路、４２は二次側暖房循環回路４１途中に設けられた暖房二次ポンプ、４３は暖房熱交換器３９下流側の二次側暖房循環回路４１に設けられた二次温水温度センサ、４４は二次側の暖房循環液の熱膨張を吸収する膨張タンクである。これらによって暖房回路４５を構成している。又４６はこの暖房回路４５の運転／停止を指示する暖房運転指示手段である。
【００１８】
そして、暖房運転指示手段４６から暖房運転開始の指示が出されると、暖房一次ポンプ４０および暖房二次ポンプ４２の駆動を開始し、貯湯タンク７内の高温の湯を暖房熱交換器３９へ循環させて二次側暖房循環回路４１の暖房循環液を加熱し、加熱された暖房循環液が温水暖房端末器４にて放熱して暖房が行われる。このとき、二次温水温度センサ４３の検知温度が所定の温度になるように暖房一次ポンプ４０および／または暖房二次ポンプ４２の回転数が適宜調節される。また、二次側との熱交換により温度低下した貯湯タンク７からの湯水は貯湯タンク７の下部へ戻されるものである。そして、暖房停止の指令があると、暖房一次ポンプ４０および暖房二次ポンプ４２の駆動を停止して暖房運転を終了するものである。
【００１９】
４７は前記沸き上げ制御部１６を暖房沸き上げモードに設定する暖房沸き上げモード設定部で、暖房運転指示手段４６からの入力により暖房回路４５が使用されると暖房沸き上げモードに設定し、暖房沸き上げモードに設定された沸き上げ制御部１６は深夜時間帯になると過去数日分の消費熱量の最大値から翌日に使用される消費熱量を推測し、所定温度範囲（例えば６５℃〜９０℃の範囲）内の最高温度（例えば９０℃）に沸き上げ温度を設定して翌朝の特定の時間帯に推測した熱量が沸き上がるように時間を逆算してヒーポンユニット２による沸き上げを行わせるようにするもので、暖房回路４５の不使用がある一定期間（例えば一週間）継続すると暖房沸き上げモードを解除するようにしたものである。
【００２０】
このように、暖房沸き上げモードに設定されている状態では、沸き上げ制御部１６で推測された翌日の消費熱量の大小に関わらず、所定温度範囲内の最高温度で沸き上げ動作が行われるため、暖房用の熱源となる一次側暖房循環回路３８の湯の温度が高くなるため二次側暖房循環回路４１への熱交換効率が向上し、暖房能力も向上させることができると共に、貯湯タンク７の容量を最大限まで有効利用して貯湯熱量も多く確保することができるので、貯湯熱を暖房に使用しても給湯での湯切れを生じにくくすることができるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【００２１】
又暖房沸き上げモードが解除されれば、適切な沸き上げ温度が設定されるので、無駄な放熱をさせてしまうことがない。具体的には、消費熱量と給水温度に基づいて所定温度範囲内の任意の温度に設定され、傾向として消費熱量が多いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に少ないときには沸き上げ温度が低く設定され、貯湯タンク７の容量を最大限に利用することが可能で、また、給水温度が低いときには沸き上げ温度が高く設定され、逆に高いときには沸き上げ温度は低く設定されることで、給水温度が高くなると高温沸き上げの効率が低下してしまうヒートポンプサイクル２２の性質を考慮した効率の良い沸き上げ動作を行って節電することが可能となる。
【００２２】
４８は前記ブースタモータ３１の回転数を検知する回転数センサで、前記加熱制御部３４からの指令により適宜回転数でブースタファン３０の運転を行うものである。
【００２３】
次にこの一実施形態の作動を説明すれば、今給湯栓３が開かれると、貯湯タンク７の下部に市水が流入して上部の高温の温水が出湯管６へ押し出されることで給湯される。そして給湯運転により高温の湯と冷水が入れ替わり、貯湯温度センサ１３の検出する温度が低下して貯湯タンク７の貯湯熱量が所定量以下になると、ヒートポンプサイクル２２及び循環ポンプ２７を駆動して再度沸き上げを行うようにしている。
【００２４】
又深夜時間帯となってヒートポンプサイクル２２が温水の沸き上げ運転を開始する時は、図４のフローチャートに示す如く、設定された時刻になると沸き上げ運転が開始され（ＳＴ１）、ステップ２にて外気温センサ３７の読込を行い、外気温が０℃より大きい場合には送風ファン２５のファンモータ２３を目標回転数６００ｒｐｍで運転する（ＳＴ３）、次にステップ４にてファンモータ２３の入力電圧Ｖを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Ｖが３．１Ｖ以上の場合にはステップ５に進み、ブースタファン３０のブースタモータ３１を４００ｒｐｍで運転開始する事で、送風ファン２５だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ４にて入力電圧Ｖが３．１Ｖより小さい場合には、ステップ２に戻るものである。
【００２５】
次にステップ６では入力電圧Ｖが２．８Ｖより小さいかを判断し、Ｙｅｓで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことでステップ７でブースタファン３０を停止したのちステップ３に戻るものであり、Ｎｏではステップ８に進む。
【００２６】
次にステップ８では入力電圧Ｖが３．３Ｖ以上かを判断し、Ｙｅｓでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ９にてブースタファン３０の回転をより大きくして５００ｒｐｍで運転をし、Ｎｏではステップ５に戻るものである。
【００２７】
ステップ２で外気温が氷点下であった場合には、ステップ１０にて送風ファン２５のファンモータ２３の目標回転数を９７５ｒｐｍにて運転する事で空気熱交換器２１への通風量を増加させ冷凍サイクル全体のバランスを調整するものである。
【００２８】
次にステップ１１にてファンモータ２３の入力電圧Ｖを検出し排気用吹抜け内の静圧が高いために入力電圧Ｖが３．８Ｖ以上の場合にはステップ１２に進み、ブースタファン３０のブースタモータ３１を５００ｒｐｍで運転開始する事で、送風ファン２５だけでは不足する送風量を確保するものである。またステップ１１にて入力電圧Ｖが３．８Ｖより小さい場合には、ステップ２に戻るものである。
【００２９】
次にステップ１３では入力電圧Ｖが３．５Ｖより小さいかを判断し、Ｙｅｓで排気用吹抜け内の静圧が下がったとのことでステップ１４でブースタファン３０を停止したのちステップ１０に戻るものであり、Ｎｏではステップ１５に進む。
次にステップ１５では入力電圧Ｖが４．０Ｖ以上かを判断し、Ｙｅｓでは排気用吹抜け内の静圧が更に大きくなったとの事で、ステップ１６にてブースタファン３０の回転をより大きくして６００ｒｐｍで運転をし、Ｎｏではステップ１２に戻るものである。
【００３０】
これにより建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器２１への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、排気用吹抜け内の静圧の大きさに応じてブースタファン３０の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
又、外気温度に応じてブースタファン３０の回転も多段階にした事でより安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、建築物の排気用吹抜けに複数設置された、他のヒートポンプユニットの運転台数や気象条件によって、空気熱交換器への通風量が変動する事がほとんど無くなり、ヒートポンプ式給湯機が安定したエネルギー消費効率を維持する事ができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るヒートポンプ式給湯機の一実施形態を示す設置状態の概略構成図。
【図２】同概略構成図。
【図３】同制御回路の要部を示すブロック図。
【図４】同要部のフローチャート。
【図５】従来例の設置状態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１  貯湯タンクユニット
２  ヒートポンプユニット
７  貯湯タンク
１５  加熱循環回路
１８  冷媒圧縮機
１９  水冷媒熱交換器
２０  膨張弁
２１  空気熱交換器
２２  ヒートポンプサイクル
２３  ファンモータ
２４  ファン
２５  送風ファン
２８  ブースタユニット
３０  ブースタファン
【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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