JPS60134145A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の技術分野〕 この発明は、深夜電力利用温水器とヒートポンプを組み
合わせた貯湯式給湯機に関するも−のである。

〔従来技術〕

深夜電力利用温水器は、深夜電力料金制度の適用をうけ
ておシ、その電気料金は一般の家庭用の電気料金よつも
割安になっている。こうした維持費９安さや、、さらに
安全・衛生的であるなどの特長から安定した市場を確保
してきた。

しかじなが９ら、この電気、料金の割引率が圧縮される
傾向に帝シ、灯油・ガスなどの他熱源給湯機との維持費
比較においては割高なものとなってきている。　。

一方、ヒートポンプは空調機として広く使用されている
ｐＸ、これを給湯機の熱源として深夜、電力で使用した
場合、維特費の面から見れはかなｐ１有利４こと畔明ら
かである。

しかし、給湯機の熱源としてヒートポンプを単ｍ′ｃｌ
使用また場合の問題点としては。

（ｌｌ　能力が外気温に左右されるため、安定した湯温
・湯量の確保ができない。

（２）　凝縮器！Ｌ：？温度は、熱交換して得られる湯
温の上限は例えばフロンＲ−２２では５０〜５５℃程度
である。このため約８５℃で貯湯する深夜電力利用温水
器に比し貯湯効率が悪い。

″等の性能面で問題があった。

〔発明の概要〕

本発明−上記深夜電力料′昂温水器にヒートポンプを組
み合わせ、深夜電力時間帯に運転する　゛ことによシ、
深夜電力利用温水器の優れた特徴　、を活かしながら、
維持費の改善をした貯湯式給湯機の提供を目的としたも
のであシ、以下実施例によシ詳細に説明する。

〔発明の実施例〕 第１図はこの発明の貯湯式給湯機の一実施例を示す概略
図で、１は貯湯タンク、２は前記貯湯タンク１の下部に
設けた発熱体、３はヒートポンプ′装置であシ、４は圧
縮機、５は水冷式凝縮器、６は膨張弁、Ｔは蒸発器であ
る。８は吸込管ｉ９は吐出管で、水冷式凝縮器５に循環
ポンプ１０を介して接続し、吸込管８．吐出管９は貯湯
タンク１の下部側面にそれぞれ接続されている。１１は
前記貯湯タンク１の下部側面に接続された給水管、１２
は前記貯湯タンク１の上部に接続された給湯管、１３は
前記給湯管１２の先端に設けられた出湯栓である。

次に作用を説明する。ヒートポンプ装置３による篩上げ
では、循環ポンプ１０の作動で貯湯タンク１の下部から
吸入管８を経由して水冷式工。５□、ゎえオ社−８１，
７□３゜ 働きで昇温し、吐出管９を経て貯湯タンク１に戻る。こ
のサイクルを繰夛返しながら貯湯タンク１内の全体の水
を沸き上ける。発熱体２による篩上けにおいても９発熱
体２が貯湯タンク１の底部に設けられておシ、貯湯タン
ク１内の全体の水を沸き上げるものである。こうして沸
き上げられた湯は、出湯栓１３を開くことによって水源
水が給水管１１から貯湯タンク１の底部に入シ同量の湯
が押し上げられて給湯管１２゜出湯栓１３を紗上使用に
供含れるものである。

−第２図は本□発明による制御ブロック図の二実施例を
示すもので、以下図によシ説明する。第２図の制御ブロ
ック図において、１４は貯湯タンク１の下部温度を検出
する苑めの下部温度センサー、１５は貯湯タンク１に貯
える翌日の使用湯量を予め設定するための湯量設定装置
、１６は前記下部温度セン＋−１４で検出した貯湯タン
ク１内め下部温度と湯量設定装置１５で設定□された設
定値とかち貯湯タンク内に貯えておくべき熱量を算出す
る所要熱量演算器である。

１Ｔは貯湯タンク１内の残湯量を検出するための残湯量
センサー、１８は同じく貯湯タンク゛　１内の上部温度
を検出するための上部温度センサー、１９は前記各□々
のセンサー１４．１７゜１８によってそれぞれ検出した
下部温度、残湯量、上部温度から貯湯タンク１内の残湯
熱量を算出するための残湯熱量演算器である。

２０は前記各演算器１６．１９によってそれぞれ算出し
た所要熱量と残湯熱量及び下部温度センサー１４で検出
した下部温度から佛き上げるべき湯温を算出する湯温演
算器、２１は外気温度を検出するための外気温度センサ
ー、２・２は外気温度、給水水温、湯温と運転効率に関
するヒートポンプ装置３の特性データと、ヒートポンプ
装置３の運転限界湯温とを入力しである記憶装置、２３
は前記各温度センサー１４，１８．２１で検出した温度
ｙ湯温演算器２０でめた算出値と記憶装置２２のデータ
をもとに発熱体２とヒートポンプ装置３の運転時間を設
定する運転時間設定装置であシ、２４は前記運転時間設
定装置２３による時間設定にもとづいて発熱体２とヒー
トポンプ装置３を運転するための制御装置である。

次に作用について算式を用いて具体的に説明する。貯湯
タンク１に貯える翌日の使用湯量をＶＩ（Ｑ）　（湯温
Ｔ＋（０））とし、これを湯量設定装置１５にインプッ
トし、深夜電力通電時間帯突入直後の下部温度センサー
１４の検出値をＴ２（０）　Ｓ残湯量センサー１γの検
出値をＶｚ（’）を上部温度センサー１８の検出値をチ
仲）とすると、まず、所要熱量演算器１６は深夜電力の
通電時間終了時刻までに貯湯タンク１内に貯えておくべ
き熱量に１ に＋　＝　（Ｔ＋　Ｔｚ）　Ｘ　ＶＩ（＆ｊ）を算出す
る。

ここで、下部温度センサー１４による検出値ＴｌＣ０）
は貯湯タンク１内の下部ｉｆを測定しているが、出湯栓
１３を開けて湯を使用した分だけ貯湯タンク１の下部に
は給水管１１から水が流入してきているので、給水水温
とほぼ等しい値を示す。従って、給水管１１の途中等で
給水水温を直接検出してもよい。なお、給水水温は季節
的には変動はあるが、−日単位ではほぼ同じ温度を示す
。

また、残湯熱量演算器１９は貯湯夕／り１内に残湯とし
て使い残されている熱ＪｌＫｚをに２＝＝　（Ｔｓ　Ｔ
２．）ｘＶｚ　（Ｗ）として算出する。ここで、上部温
度センサー１８による検出値Ｔ、（ｏ）は貯湯タンク１
内の上部温度を測定しているが、残湯がある場合には残
湯温度となシ、残湯がなければ給水水温とほぼ等しい値
となる。

そして湯温演算器２０は前記各演算器１６゜１９でめた
に、　、　Ｋ２と下部温度Ｔｚを基に沸き上げ温度Ｔ４
を。

として算出するものである。ここでｖ（勾は貯湯タンク
１の内容積である。

次に記憶装置２２と運転時間設定装置２３と制御装置２
４の働きを第６図の運転時間設定装置の詳細ブロック図
と、第４図の加熱領域置換図と、第５’ｌｉｌと第６図
の加熱特性図によシ具体　。

的に説明する。　□ まず、第４図によシ加熱領域置換について述べる。第４
図は縦軸には貯湯タンク１の高さ方向を意図した容量、
横軸には同じく貯湯タンク１の高さ方向に対応する温度
を示す加熱領域置換図である。前述の如く貯湯タンク１
の全容量をＶ（１）とＬｙ下部温ｔＴｚｌ＋、ｏ（ｏ）
、上部温度Ｔ３を”（’）ｓ湯温演算器２０で算出した
沸き上げ温σを７０匈）とし、ヒートポンプ装置３によ
る沸き上げ上限温度Ｔｓを５０（０）と仮定すると。

図中上部は残湯熱量を表わし、Ｂ部はヒートポンプ装置
３による沸上げ分、０部、Ｄ部は発熱体２による梯上げ
分としてモデル化できる。

第４図のモデルに対し、記憶装置２２と運転時間設定装
置２３がどのように作動するかを第３図により説明する
。

まず、深夜電力通電時間帯突入直後の外気温度センサー
２１と下部温度センサー１４で検出した外気温度と下部
温度とヒートポンプ装置３の沸き上げ上限温度をヒート
ポンプ装置３の特性データを記憶している記憶装置２２
に入力して２缶部温度Ｔ、（切を上限温度Ｔ５（ｏ）に
沸き上げる時のヒートポンプ平均能力ＱＫｊ／ｈｒ　を
演算器２５でめる。

次に演算器２６は貯湯タンク１の下部層（Ｖ−ｖ２）　
（ｔ）を上限温度Ｔ、に沸き上げる（第４図中Ｂ部分）
ためのヒートポンプ佛上げ時間Ｈ１をめるもので。

号 でまる。

演算器２．１は下部層が上部温度Ｔ３と同一になる（第
４図中Ｃ部分）までの下部層を発熱体２で沸かす沸上げ
時間Ｈ２をめるものであ夛９発熱体２の容量をｖＨとす
ると。

〜 でまる（　１０ｍ＝　８６０Ｋｅｊ）。

また、演算器２８は貯湯タンク１の全容量Ｖ（Ｊ）を対
象に湯温演算器２０でめた沸上げ温度Ｔ＋（０）にまで
沸き上げる（第４図中り部分）ために要する上下層発熱
体篩上げ時間Ｈ３をめるもので。

でまる。

それぞれの所要通電時間がまると１次に時間配分装置２
９によ〕運転時間の配分を行う。

それぞれ算出したＬ　、　Ｈｚ、　Ｈつ合計時間が深夜
電力通電時間の８時間以内に入らない時には。

まずヒートポンプ装置３を運転し、下部温度センサ１４
により沸き上げ途中の温度Ｔ＆を検出する。さらに発熱
体２によシ篩上げ目標温度Ｔヰまで沸上げるに要する時
間 Ｉｆ　Ｘ　８６０ と、深夜電力時間帯終了までの残シ時間Ｈ５との比較で
＊Ｈ＋＜Ｈｓ’ｔでヒートポンプによる沸上げを行い、
Ｈ４−＝ＨｔＫなった時点で発熱体２による加熱運転に
切換える。またｔ　ＩＬ　ｔ　Ｈｚ　、ＨＳの合計時間
が深夜電力時間帯の８時間以内に入る時には、深夜電力
時間帯が始まると同時に運転待機に入シ、　８　（Ｔｉ
ｔ十Ｈｚ＋　ｌ１ｓ）時間経過後にヒートポンプの運転
を始め、深夜電力通電時間帯終了までの残シ時間がＨ２
＋Ｌ時間になるまで行い、その後発熱体運転に切換える
。

第５図、第６図は縦軸に貯湯タンク１の温度、横軸に時
刻をとった加熱特性図である。第５図は、　（Ｈｒ　＋
　Ｈ１＋Ｈ３）１８時間の時のグラフであり、ａ−ｂ間
はヒートポンプ装置３による加熱を示し、ｂ−ｃ−６間
は発熱体２による加熱を示す。第６図は（Ｈｒ　＋）ｉ
ｚ十Ｈ→く８時間の時のグラフである。−ｅ−ｆ間は運
転待機期間、ｆ−ｇ間はヒートポンプ装置３による加熱
を示し第４図のＢ部分に対応しｙｇ　ｈ間は第４図のＣ
部分に相当する発熱体２による沸上げ、ｈ−１間は第４
図のＤ部分に相当する発熱体２による加熱を示す。

（発明の効果〕 以上詳細に説明したように、この発明の貯湯式給湯機は
、湯量設定装置によシ使用湯量の入力を行う一方、残湯
熱量を算出して必要熱量のみ沸かし上げる゛よう構成す
るとともに、深夜電力時間帯の前半にヒートポンプの運
転、加熱運転待機などの電力負−〇少ない、あるいは負
荷のない運転をすることによシ従来の電力負荷のピーク
を移動するように構成したので、Ｗカ設備を軽減でき、
ｔた毎日の残湯量が少なくなシ、そのため放熱ロスが減
少し、維持費を安く。

さらに９発熱体の消費電力を減少させることができ、よ
り多くの経費削減を計れる利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の貯湯式給湯機の一実施例を示す概略
図、第２図はこの発明の制御の一例を示すブロック図、
第３図は同じく運転時間設定装置の詳細ブロック図、第
４図は同じく加熱領域置換図、第５図、第６図は加熱特
性図である。 図中、１は貯湯タンク、２は発熱体、３はヒートポンプ
装置、１４は下部温度センサー、１５は湯量設定装置、
１６は所要熱量演算器、１８は上部温度センサー、２０
は湯温演算器、２１は外気温度センサー、２２は記憶装
置、２３は運転時間設定装置、２４は制御装置モある。 なお９図中の同一符号は同一または相当部分を示す。　
− 代理人　大巻　増　雄（外２名） ツ・　４　閏 号・５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱源としてヒートポンプと深夜電力を利用−する発熱体
   とを備えた貯湯式給湯機において、貯湯タンクの下部温
   度を検出するための下部温度検出手段と、貯湯タンク内
   の・残湯量を検出するための残湯量検出手段と、前記貯
   湯タンクの上部温度を検出するための上部温度検出手段
   と。 外気温度を検出する外気温度検出手段と、翌日の使用湯
   量を予め設定する湯量設定装置と、外気温度、給水水温
   、湯温および運転効率に関するヒートポンプの運転特性
   を入力した記憶装置と、前記各検出手段で検出した検出
   値、前記湯量設定装置および前記記憶装置に格納された
   前記運転特性とをもとに前記ヒートポンプと発熱体の運
   転時間を設定する深夜電力用の運転時間設定手段と、前
   記運転時間設定手段による時間設定にもとづいて発熱体
   とヒートポンプを運転するための制御手段と、を備えて
   なる貯湯式給湯機。　・