JPS60205149A - ヒ−トポンプ式温水器 - 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】

く技術分野〉 本発明は、深夜電力でもって運転されるヒートポンプサ
イクル及び補助加熱源としての電気ヒータを併設して成
るヒートポンプ式温水器に関し、特にこのヒートポンプ
サイクル及び電気ヒータの運転制御に係る。 〈従来技術〉 ヒートポンプ式温水器では、大気の熱を奪い温水を作る
ため、加温能力は、外気温の影響を太き（受けることに
なる。即ち、第１図に示すごとくヒートポンプの加温能
力は、外気温の上昇とともに増加するが、給湯負荷は一
般に減少する。従って、外気温の低いところでは、ヒー
トポンプだけでは電力不足となって補助加熱源が必要と
なり、逆に外気温の高いところではヒートポンプの加温
能力は過剰となる。 この場合の補助加熱源としては燃焼機や電気ヒーター等
考えられるが、安全性、メンテナンスの点では電気ヒー
ターが優れる反面、この電気ヒーターは消費電力が太き
（燃焼器に比べて多少不経済な面もある。 この電気ヒーターのみならず、ヒートポンプサイクルも
電力の供給によって運転されることから、このヒートポ
ンプサイクル及び電気ヒーターの運転を使用料金の安い
深夜電力の供給によって行うことはエネルギーコストを
低減させる点で有効で、　ある。 しかしながら、深夜電力を利用する場合には、その供給
時間が８時間という制約を受けるため、そ、の時間内で
効率よく沸上げるには工夫が必要である。例えば、第２
図に示すようζこ外気温が低い時、ヒートポンプと補助
熱源を深夜電力供給開始と同時に運転すれば、加温能力
は太き（なるが第３図に示すように深夜電力供給時間帯
の前半で沸上がることになり、ヒートポンプの運転時間
が短くなると共に放熱時間が長くなり効率的とは言えな
い。また、外気温の高い時には、ヒートポンプだけで深
夜電力時間帯の前半で沸上がることになり、放熱などに
よるロスが大きくなる。このことは、温水タンク内に残
湯がある場合にはなお一層筋長される。 く目的〉 本発明は上記の点に鑑み、消費電力の大きい電気ヒータ
ーの運転を最少限度に抑えてできるだけヒートポンプサ
イクルの加熱によって貯湯槽の水を加熱し、しかもヒー
トポンプサイクル及び電気ヒーターの運転を深夜電力を
有効に使用し放熱ロスが少ないよう深夜電力供給終了時
に槽内湯温が設定温度に達するよう制御するヒートポン
プ式温水器を提供することを目的とする。 〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に従って説明する。 第４図は本発明実施例の回路図であって、この第４図に
おいて、１は圧縮器２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５
を順次接続したヒートポンプサイクルであって、当該サ
イクルを運転することにより上記凝縮器３が加熱器とし
て作用する。 ６は上記ヒートポンプサイクルｌによって加熱される被
加熱回路であって、この被加熱回路６は加熱したお湯を
貯留する貯湯槽７と、この貯湯槽７内の水に上記凝縮器
３の熱を与えるための受熱器８と、この被加熱回路６中
の水を強制的に循環させるためのポンプ９とから構成さ
れ、このポンプ８の駆動により貯湯槽６内の水か下部よ
り取り出されて受熱器８を通って再び貯湯槽６に戻ると
いうサイクルを繰り返す。 ＩＯは上記ヒートポンプサイクル１と被加熱回路６とを
繋ぐための熱交換器であって、この熱交換器ＩＯ内に上
記ヒートポンプサイクル１の凝縮器３と被加熱回路６の
受熱器８とが対向して熱伝的に内設されている。 １１は上記貯湯槽７内の下部に内設された電気ヒーター
であって、このヒーター１１は」二記ヒートポンプサイ
クル１による加熱能力が外気温の影響により給湯負荷よ
り下回わる場合にヒートポンプサイクルｌによる加熱と
併わせで補助的に貯湯槽７の水を加熱するものである。 １２は室外等に設けられた外気温センサー、Ｉ３はこの
外気温センサー１２の出力に応じて上記ヒートポンプサ
イクル１（具体的には圧縮器２）及び電気ヒーター１１
の運転制御を行う制御回路であって、この制御回路１３
は第５図に示すような構成になっている。 即ち、第５図は、上記制御回路１３を機能的に記載した
ブロツク図であって、この第３図において、１４は外気
温センサー１２からのデータ信号を適宜電気信号に変換
する入力部、１５はこの外気温に応じて、外気温に基（
ヒートポンプサイクルの加温能力が、給湯負荷を」二回
わる領域にあるか下回わる領域にあるかを判定する領域
判定手段、ｌ６は上記外気埠に応じて後述のシフト時間
に決定するに当って、外気温とシフト時間との相関関係
に基（データが収納されているデータ収納部、１７は外
気温

【の入力を受けて各領域に応じたシフト時間Ｈを演
算するシフト時間演算手段、１８は深夜電力供給開始時
よりの時間りを検出するタイマー、１９はこのタイマー
１８からの出力を受けて深夜電力開始時よりの時間りが
シフト時間に達したかどうかを知るために（Ｈ−ｂ）の
演算を行う減算手段、２０はこの減算手段１９の出力が
０になるか否かを判定する判定手段、２１はこの判定手
段２１の出力を受けて当該手段２０の出力が０になれば
領域によってヒートポンプ若しくは電気ヒータを運転す
る運転信号発生手段であって、当該手段２１の出力によ
って、ヒートポンプ若しくは電気ヒータが深夜電力供給
開始時よりシフト時間Ｈたけ遅れて運転が開始される。 次に上記構成の制御回路１３の制御動作について、第６
図のフローチャートを参考にして説明する。 先ず、外気温【が上記センサー１２によって測定され、
この外気温ｔが第２図に示すＴ１　の値を越えるか否か
が判定される（ｔ＜Ｔ１ｏｒｔ≧Ｔ、　）。７このＴ１
　は第５図に示すように、外気温によるヒートポンプの
加温能力が給湯負荷を上回わる点であって、外気温【が
このＴ１　を越えれば電気ヒーターによる補助加熱は必
要なく、下回われば必要となる。 ここでこのＴ１　を越える場合、越えない場合夫々で動
作が異なるので別個に説明する。 先ず、外気温【がＴｌ　を下回わる場合について説明す
ると、この場合はヒートポンプサイクル１の加熱のみで
は給湯負荷に対応できないので外気温度に応じてシフト
時間Ｈを定め深夜電力供給時よりヒートポンプサイクル
ｌを運転すると共にこのシフト時間Ｈだけ遅らせて電気
ヒーター１１の運転を併わせで行わせ、深夜電力供給終
了時に設定湯温に沸き上げるようにヒートポンプサイク
ル】及び電気ヒーター１１を制御する。 即ち、第７図に示すように、先ず深夜電力開始と同時に
ヒートポンプサイクルｌを運転する。この時第４図に示
すポンプ９が駆動されて貯湯槽７内の水が回路６内を循
環しながら加熱され昇温してい（。一方で、第８図の線
図に基いて、外気温ＴＬに応じた電気ヒーター１１のシ
フト時間Ｈが記憶されたデータより定められ、深夜電力
供給開始時よりこのＨ時間経過したところでヒートポン
プサイクル１に加えて電気ヒーター１１の運転が開始す
る。すると、第７図に示す如（加温能力が上冒し、深夜
電力終了と同時に貯湯槽７内の湯温か設定温度に到達す
る。 尚、第８図に示す外気温ＴＬと電気ヒーターのシフト時
間Ｈとの相関曲線図は、所定容量の水を設定湯温にまで
深夜電力供給時間（８時間）内に加熱するとして、電気
ヒーターの運転開始時間をＨ時間だけ遅らせた時に深夜
電力供給終了時に設定湯温に沸き上かるように、水の温
度、貯湯容量、ヒートポンプサイクル及び電気ヒーター
の加温能力から実験的に定めた近似曲線である。 次に第２図において外気温がＴ　を上回わる場合につい
て説明すると、この場合はヒートポンプサイクルの加温
能力が給湯負荷より上回わるので、電気ヒーターの補助
加熱は必要なく、外気温かＴ１より上がる程ヒートポン
プサイクルの加温能力が過剰となるので、ヒートポンプ
サイクルの運転開始時間を深夜電力供給開始時よりシフ
ト時間■４だけ遅らせて開始させる。 即ち第９図に示すように、外気温Ｔ、に応じてヒートポ
ンプのシフト時間Ｈを定め、第１Ｏ図に示すように深夜
電力開始時よりＨ時間だけ遅らせてヒートポンプサイク
ルの運転を開始し、深夜電力供給終了と同時に設定湯温
に沸き」−げるようにする。 尚、第９図に示すこの外気ｇ、Ｔ）ｌ　とヒートポンプ
サイクルのシフト時間Ｈとの相関線図は」−配力８図の
外気温−電気ヒーターシフト時間線図と同様に実験的に
定められたものである。 従って上述のヒートポンプ式給湯機によれば、外気温に
応じて領域を分け゛〔、電気ヒーターの補助加熱の必要
のない領域においてはヒートポンプサイクルのみの運転
で、深夜電力供給終了時に設定湯温に沸き上がるように
ヒートポンプサイクルの運転開始時間をシフト時間Ｈだ
け遅らせ、又、電気ヒーターによる補助加熱が必要な時
は極力ヒートポンプサイクルを用いて運転すると共にヒ
ーターの補助加熱を併用する場合に、深夜電力供給終了
と同時に設定湯温に沸き上がるようにシフト時間Ｈだけ
電気ヒーターの運転開始時間を遅らせたので、料金の安
い深夜−力が供給される８時間内に、極力消費電力の大
きい電気ヒーターの運転を行なわずにヒートポンプによ
る加熱で賄うことができ、消費電力を減少させてエネル
ギーコストの低減を可能とすると共に、深夜電力供給終
了と同時に設定湯温に沸き上がるように領域に応じてヒ
ートポンプサイクル若しくは電気ヒーターの運転開始時
間をシフト時Ｈだけ遅らせたので、深夜電力供給終了時
間より早めに沸きあがって所定温度に維持Ｔるよう温度
制御する必要がなく、有効に深夜電力を利用することが
できる。 〈他の実施例〉 次に、貯湯槽ＩＩ内に残湯がある場合には加温量が残湯
量に応じて変える必要があるので、この場合の実施例に
ついて第１１図を用いて説明する。 尚、第４図図示の第１実施例と同一構成部分については
同符号を付し説明を省略する。 第１１図において、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは貯湯槽１
１内の上位、中位、下位の夫々に設けられたサーミスタ
等の温度検出器、１５はこの温度検出器１４ａ、１４ｂ
、１４ｃの検知出力に基いて槽１１内の残湯量を検出す
るための残湯量検知回路、１６はこの残湯量検知回路１
５及び外気温センサー１２からの信号を受けてヒートポ
ンプサイクル１若しくは電気ヒーター１１の運転を制御
する制御回路である。その他の構成は第４図のものと同
一である。 上記構成のヒートポンプ式温水器の動作を説明すると、
サーミスタ＋４ａ、１４ｂ、＋４ｃで槽１１内の上部、
中部、下部の温度か測定さｎ、この検知結果が上記残湯
量検知回路１５へ送られて、これらサーミスタの温度を
適宜電気信号に変換し、この結果が制御回路１６に送ら
れると共に外気温センサー１２によって外気温度が入力
されて、この外気温及び残湯量に応じたヒートポンプサ
イクル１及び電気ヒーター１１の運転制御が行われる。 この場合制御回路１６は、残湯…検知のための各サーミ
スタ＋４ａ、＋４ｂ、１４ｃからの検出温度、外気温度
を読み取って、先ず外気温に基いて、電気ヒーターの補
助加熱が必要である領域かヒートポンプサイクルのみの
運転で良い領域かを判定する。ここで、外気温が電気ヒ
ーターの補助加熱が必要な領域である場合には、深夜電
力供給開始と同時にヒートポンプサイクルを運転し、一
方で残湯量に応じて電気ヒーターのシフト時間Ｈを定め
、深夜電力供給開始時よりＨ時間だけ遅らせて電気ヒー
ターを運転開始し、深夜電力供給終了と同時に設定温度
に沸き上がるようにする。つまり、深夜電力供給終了と
同時に設定湯温に沸き上かるようにシフト時間Ｈを定め
る。 このノット時間Ｈの判断基準は、第１２図の外気温−電
気ヒーターシフト時間線図による。即ち、第１２図に示
すように、残湯量に応して外気温−電気ヒーターシフト
線図はＡ　−Ａ４と夫々異なす、との残湯量に応じて選
定された線図Ａ１−Ａ４個々において外気温に基いて′
嘔気ヒーターシフト時間Ｈが定められる。 具体的に一例を説明すると、 １、サーミスター４ａ、１４ｂ、１４ｃによりすべての
水位において４０℃以下であることが検知されると、残
湯量がほとんどないものとし、第１２図に示すように、
Ａ１線図が選定され、このＡ、に基いて外（（温がＴＬ
の場合にはシフト時間Ｈ１か定めらｎる。 このようにシフト時間Ｈか定められると、第１３図の沸
き上げ特性図に示すように深夜電力供給開始と同時にヒ
ートポンプサイクルが運転されて貯湯水が昇温し、供給
開始時よりＨ，時間経過後電気ヒーターの運転が開始さ
れて、Ｂ１に示すように昇温し、深夜電力供給終了時に
設定湯温に沸き上がる。 ２、又、最上位のサーミスター４８のみ４０℃以上の水
があることを検知し、中部、低部にはない場合には、同
様にして第１２図に示すＡ２線図が選択されて、このＡ
２線図に基いて外気温ＴＬ　に応じたシフト時間Ｈ２が
定められる。 このようにシフト時間Ｈ２が定められると、第１３図に
示すように電気ヒーターかＨ２時間だけ遅れて運転開始
され、Ｂ２に示すような沸き上げ特性となり深夜電力供
給終了時に設定湯温に到達する。 ３、同様にして、最上部及び中部のサーミスタ＋４８　
、＋４ｂが４０℃以上であることを検知すると、第１２
図において、Ａ３線図が選択されてシフト時間Ｈ３が定
められ、このシフト時間Ｈ３に応じて電気ヒーターが運
転制御されて第１３図のＢ３沸き上げ特性図を得る。 ４、同様にしてすべてのサーミスタ１４ａ、＋４ｂ、１
４ｃにおいて、４０℃以上の水があると判定された場合
には、第１２図においてＡ４線図が選定されてシフト時
間Ｈ４が定められ、これに応じてＢ４の沸き上げ特性が
得られる。 以上のように、残湯量に応じて、１９湯量が多い場合に
はシフト時間Ｈを短か（、残湯量が少ない場合１こはシ
フト時間Ｈを多（とって、深夜電力供給終了と同時に設
定湯温に到達するようにする。 次に、外気温によって、ヒートポンプの加温能が給湯負
荷を上回わり電気ヒーターによる補助加熱の必要がない
領域であることが判定されると、電気ヒーターの運転は
行わずに外気温に応じたヒートポンプサイクルの運転開
始時間を深夜電力供給開始時間よりシフト時間Ｈだけ遅
らせて深夜電力供給終了時に設定湯温に達するようにす
る。 このヒートポンプサイクルのシフト時間Ｈの判断基準は
、第１４図の外気温−ヒートポンプサイクルシフト時間
線図において、各サーミスタの検知出力に基づ（残湯量
に応じた線図Ａ１〜Ａ４が選択され（選択基準は上記１
〜４に基づく）で、外気温ＴＨに対応するシフト時間Ｈ
１〜Ｈ４が定められ、このシフト時間Ｈ１〜Ｈ４分だけ
、ヒートポンプサイクルの運転開始時間が遅延されて運
転が行われて、深夜電力供給終了と同時に設定湯温に沸
き上がる。（沸き上げ特性線図第１５図参照） 尚、上記実施例においては残湯量を検知ファクターとし
てとらえたが、同様にして残湯温度をファクターとして
とらえ、この残湯温度に応じたシフト時間を定めて、深
夜電力供給終了時に設定温度に沸き上げるようにするこ
とも可能である。 尚、上記実施例では深夜電力供給時間内に当該電力を利
用して設定湯温に沸き上げるよう制御する例を示したが
、当該方法はこれに限らず、一定時間内にある設定され
た値に温度、湿度等を調整するもの全てに適用すること
ができる。 〈効果〉 以上本発明によれば、外気温の判定領域に応じてヒート
ポンプ若しくは電力ヒーターの運転時間を所定時間だけ
、遅らせて、深夜電力供給終了時に設定湯温に沸き上が
るよう制御する制御回路を設けたので、料金の安い深夜
電力を有効に利用してエネルギコストを低減できると共
に貯湯槽での放熱時間の短縮及び深夜電力ピーク時の回
避を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、ヒートポンプサイクルの加温能力
及び給湯負荷と外気温との関係線図、第３図は、深夜電
力供給時間と湯温との関係線図（一般例）、 第４図は、本発明実施例の回路図、 第５図は、本発明実施例に用いられる制御回路の機能ブ
ロック図、 第６図は、同上フローチャート、 第７図及び第１Ｏ図は、本発明実施例による深夜電力供
給時間と湯温との関係線図、 第８図は、電気ヒーターのシフト時間と外気温との関係
線図、 第９図は、ヒートポンプサイクルのシフト時間と外気温
との関係線図、 第１１図は、他の実施例の回路図、 第１２図は、他の実施例に用いられる電気ヒーターのシ
フト時間と外気温との関係線図、第１３図及び第１５図
は、同上深夜電力供給時間の湯温との関係線図、 第１４図は、同上ヒートポンプサイクルのシフト時間と
外気温との関係線図。 １：ヒートポンプサイクル、３：凝縮器（加熱器）、７
；貯湯槽、１１：電気ヒーター、１２：外気温センサー
、１３，１６：制御回路。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）温 能 力 一一一一一参　外【燻 ：＄／　図 第２図　：≧’３＋’ｉ ：？、５　区 亀凭ヒー９シフト時間 第８図 第９　図 寿運良電力訊檜咄１硝 第７図 第１０　凶 會乳し−９−シフト貸１八ｊ 第１２図 し−上イン７′シフトｙ１Ｎ５ 第１４図 第１３図 別’＊ｔ７７４５１．檜時刑 第１５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、深夜電力を利用して貯湯槽内の水を加熱するヒート
   ポンプサイクルの加熱器と、深夜電力を利用しこのヒー
   トポンプサイクルの加熱器による加熱が不足する時に上
   記槽内の水を補助的に加熱する電気ヒータとを併設して
   成るヒートポンプ式温水器において、 下記１及び２の動作をヒートポンプサイクル及び電気ヒ
   ータに行わせる制御回路を設けたことを特徴とするヒー
   トポンプ式温水器。 ■、外気温によって、ヒートポンプサイクルの加温能力
   が給湯負荷を下回わり電気ヒータによる補助加熱が必要
   な時には、 深夜電力供給開始時よりヒートポンプサイクルのみの加
   熱運転を行い、 深夜電力供給終了時に槽内湯温が設定温度に達するよう
   に電気ヒータの運転開始時間を外気温に応じてヒートポ
   ンプの運転開始時より所定時間遅らせる。 ■　外気温によって、ヒートポンプサイクルの加温能力
   が給湯負荷を上回わり電気ヒータによる補助加熱が必要
   ない時には、 深夜電力供給終了時に槽内湯温が設定温度に達するよう
   に、ヒートポンプサイクルの運転開始時間を深夜電力供
   給開始時間より所定時間遅らせる。