JPS6314280Y2 - - Google Patents
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- JPS6314280Y2 JPS6314280Y2 JP18326781U JP18326781U JPS6314280Y2 JP S6314280 Y2 JPS6314280 Y2 JP S6314280Y2 JP 18326781 U JP18326781 U JP 18326781U JP 18326781 U JP18326781 U JP 18326781U JP S6314280 Y2 JPS6314280 Y2 JP S6314280Y2
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- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
本考案は深夜電力利用形など制限された時間帯
内で所定温度の湯を貯溜せしめておく給湯機に係
り、特にエネルギー有効化（EER）の高いヒー
トポンプ運転を電気ヒータの運転に優先させるよ
うにした高効率形ヒートポンプ給湯機に関する。 ヒートポンプ冷凍装置と電気ヒータとを貯湯槽
内の水を加熱する加熱装置に有すると共に、制限
された時間帯（例えば深夜電力時間帯）内で加熱
運転が主として行われる形態のヒートポンプ給湯
機が最近になつて汎く利用される傾向にある。 このヒートポンプ給湯機には総じて次のことが
いえるものである。 (イ) 加熱時間が深夜電力で８時間、昼間電力でも
10〜16時間とある程度限られる。 (ロ) ヒートポンプのみでの昇温は55℃程度と限界
があり、それ以上は電気ヒータによる昇温を行
わせる。 (ハ) 単位時間当りの加熱能力を大きくするには、
それにつれてコストが上昇するので、特にヒー
トポンプ冷凍装置については可能な限り小型化
すべきである。 (ニ) 深夜電力の場合、特に契約料金との関係上電
力値は可及的に小さくすべきである。なお、昼
間電力の場合でも配線しや断器の容量、電線サ
イズなどによつて電力値は小さくすべきであ
る。 (ホ) ヒートポンプの運転比率が長い程総合EER
は向上するが、ヒートポンプ冷凍装置を大型化
する程イニシヤルコストは上昇する。 以上の条件を踏まえて標準的家族構成に適した
370級の深夜電力利用形家庭用ヒートポンプ給
湯機を例示すると、下記の仕様になるものが最善
であるとされる。 ヒートポンプ出力；2000〜2500Kcal／ｈ 電気ヒータ ；4.4KW 所定電力値 ；4.0KW ところで、かかるヒートポンプ給湯機を使用す
る場合に、厳寒時などで給水温度が低い場合に
は、元来ヒートポンプのみの単独運転を長くする
ことで所定水温までの加熱が可能であつたもの
が、運転開始直後から電気ヒータを加熱運転しな
ければ８時間内に温水を沸上げてしまうことが不
可能であり、即ち、ヒートポンプ運転時間を極端
に短くしなければならず、従つて総合エネルギー
効率の低下を余儀なくされるのが問題であつた。 一方、この解決策として、ヒートポンプ出力を
増大したものがあるが、これは装置コストが上昇
するし大形化につながつて、エネルギー効率の低
下の効果が相殺されることとなり、根本的な対策
とは云い難い。 このように、従来のヒートポンプ給湯機が実用
面特に運転経済面での不利を有している点に対処
して本考案は電気ヒータの加熱容量を増減制御可
能となすと共に、この電気ヒータおよび優先運転
するヒートポンプ冷凍装置の運転を司る制御回路
に特別の工夫を凝らすことによつて、イニシヤル
コストを上昇することなく、しかも総合EERの
改善を確実にはかり得る如きヒートポンプ給湯機
を提供するに至つたものである。 しかして本考案は実施例により明らかな如く、
ヒートポンプ冷凍装置２と加熱容量の制御可能な
電気ヒータ３とを貯湯槽１内の水を加熱する加熱
装置に有し、所定電力値を超えない条件の下での
加熱運転が深夜時間帯等の制限時間帯内で成され
ることにより、所定温度TMに達した所定貯水量
Ｇの湯を貯湯槽１内に貯溜可能としたヒートポン
プ給湯機であつて、 前記所定温度TMを設定する湯温設定器３９、
前記貯湯槽１内の水温がヒートポンプ冷凍装置２
の加熱運転で昇温可能な限界温度TC以上になる
と信号を出力するサーモスタツト２２、 貯湯槽１内の水温を検知する水温センサ４０、 外気温度を検知する外気温センサ４１、 所定温度TM、所定貯水量Ｇ、前記水温センサ
４０が検出した水温及び前記限界温度TCから総
所要加熱量及び電気ヒータ３の定格加熱量による
単独運転の場合のヒータ加熱量を算出する第１演
算手段５１、 第１演算手段５１が算出した前記ヒータ加熱量
を電気ヒータ３の単位時間当たりの定格加熱量で
除して電気ヒータ定格運転時間を算出する第２演
算手段５２、 外気温センサ４１が検知した外気温度からヒー
トポンプ冷凍装置２の単位時間当たりのヒートポ
ンプ加熱量を算出する第３演算手段５３、 第１演算手段５１で算出した総所要加熱量とヒ
ータ加熱量との差と、第３演算手段５３で算出し
たヒートポンプ加熱量に対して前記制限時間帯の
所定延べ時間から第２演算手段５２で算出した電
気ヒータ定格運転時間を差引いた差引時間を乗じ
た値との大小を比較し、前者が大であれば出力を
発する比較手段５４、 前記比較手段５４が出力を発することにより、
該比較手段５４で比較した両値の差を求めて、こ
れを前記差引時間で除して単位時間当たりの制限
ヒータ加熱量を算出する第４演算手段５５、 前記制限時間帯の到来によつてヒートポンプ冷
凍装置２を加熱運転せしめ、サーモスタツト２２
の信号により停止せしめるヒートポンプ冷凍装置
制御手段５６、 比較手段５４が出力を発することにより、電気
ヒータ３を第４演算手段５５で算出した制限ヒー
タ加熱量で運転せしめ、サーモスタツト２２の信
号により定格ヒータ加熱量で運転せしめる電気ヒ
ータ制御手段５７を備えてなる構成としたもので
あつて、制限時間帯の到来によつて加熱運転させ
るヒートポンプ冷凍装置を、最良の装置コストの
ものでしかもエネルギー有効比が最高となるよう
に優先運転させながら制限時間帯をフルに活用し
つつ、その終期に合わせて所定温度帯TM及び所
定貯水量Ｇの湯を貯湯槽１内に確保し得る。 以下、本考案の具体的内容について添付図面に
示す例を参照しつつ詳述する。 第１図において１は断熱壁によつて密閉容器に
形成した貯湯槽で、給湯管５、湯取出管６および
排水管７を有している。 この貯湯槽１には電気ヒータ３が槽内下部に収
納せしめていると共に、ヒートポンプ冷凍装置２
を付属して配設せしめている。 前記電気ヒータ３は槽内水と直接的に接して加
熱作用を行うものであつて、シーズヒータ等が好
適なものであり、図示例は２個のヒータ３Ａ，３
Ｂからなつている。一方、ヒートポンプ冷凍装置
２は、圧縮機８、切換弁９、利用側熱交換器１
０、減圧器１１および熱源側熱交換器１２からな
る可逆冷凍サイクルとフアン１３とを備えた公知
の冷凍機から形成されている。 上記ヒートポンプ冷凍装置２における利用側熱
交換器１２は対水形熱交換器であつて、水側をポ
ンプ１５が介設された配管１４と配管１６とによ
り、前記貯湯槽１内と接続して、水循環回路を形
成している。 かかる構造となした給湯機は、ヒートポンプ冷
凍装置２と電気ヒータ３とが貯湯槽１内の水を加
熱する加熱装置となつていて、例えば深夜電力１
７の供給を受けて加熱運転成される。 それ等ヒートポンプ冷凍装置２、電気ヒータ３
を運転制御するための電気回路を第２図に例示し
ているが、接触子１８−1、およびコイル１８ｃ
からなる第１電磁接触器１８、接触子１９−1，
１９−2およびコイル１９ｃからなる第２電磁接
触器１９、接触子２０−1，２０−2およびコイル
２０ｃからなる第３電磁接触器２０、制御ユニツ
ト２１、ヒートポンプ冷凍装置２の加熱運転によ
つて昇温可能な限界温度点TCを設定するため貯
湯槽１に付設したサーモスタツト２２、切換接点
２３−1およびコイル２３ｃを備えたデアイサ２
３、両切形漏電ブレーカ２４、過電流リレー２
５、高圧制御器２６、過負荷リレー２７、常開接
点２９−1，２９−2、常閉接点２９−3およびコ
イル２９ｃからなる第１リレー２９、常開接点３
０−1およびコイル３０ｃからなる第２リレー３
０、運転スイツチ３１、接点３２−1および駆動
コイル３２ａを備えて約10秒までの時限設定が可
能なタイマー３２ならびに異常表示ランプ３３を
制御部材として備えており、圧縮機用モータ８
Ｍ、切換弁ソレノイド９Ｓ、電気ヒータ３Ａ，３
Ｂ、フアン用モータ１３Ａを制御対象機器として
備えている。 第１電磁接触器１８は圧縮機用モータ８Ｍ、切
換弁ソレノイド９Ｓおよびフアンモータ１８Ｍの
運転を制御するための所謂ヒートポンプ冷凍装置
２を運転する制御器であり、一方、第２・第３電
磁接触器１９，２０は電気ヒータ３Ａ・３Ｂを
夫々運転するためのものである。 しかして、第１電磁接触器１８のコイル１８ｃ
は前記第１リレー２９の常開接点２９−2を直列
に介して前記制御ユニツト２１の第１出力接点部
に接続せしめている。 一方、第２電磁接触器１９のコイル１９ｃと第
３電磁接触器２０のコイル２０ｃとは制御ユニツ
ト２１の第２出力接点部を第３出力接点部とに対
して夫々接続させていて、第２電磁接触器１９は
貯湯槽１内水温が所定温度以下である場合に電源
の供給があつて付勢し、第３電磁接触器２０は前
記水温が所定温度以下であり、かつ第１電磁接触
器１８が消勢している場合に電源の供給があつて
付勢するようになつている。 次に、前記第１リレー２９は過電流リレー２
５、高圧制御器２６、過負荷リレー２７と組み合
わせることによつてヒートポンプ冷凍装置２を保
護するための安全装置が形成されるものであつ
て、ヒートポンプ冷凍装置２が正常状態であると
きには、第１リレー２９が励磁しており、この作
動状態が安全装置が作動していない状態に相応す
るものであり、一方、ヒートポンプ冷凍装置２が
異常状態であるときには過電流リレー２５等が作
動して第１リレー２９の励磁を解いており、この
作動状態が安全装置が作動している状態に相応す
るものである。 第２リレー３０とタイマー３２とは、ヒートポ
ンプ冷凍装置２を起動させるための動指令を出す
ためのものであり、第２リレー３０の常開接点３
０−1がタイマー３２の設定時限の間だけ閉成す
ることによつて、第１リレー２９を励磁し、第１
電磁接触器１８を付勢させるように作動するもの
である。 本考案に係る第２図々示回路は上述した通りで
あるが、第２図において、デアイサ２３は第１電
磁接触器１８が励磁している間作動して、熱源側
熱交換器１２の霜付き状態を検出したデフロスト
が必要となつた際に切換接点２２−1を図示状態
から切換えて切換弁９のソレノイド９Ｓを励磁さ
せ冷凍回路をデフロスト（冷房）サイクルに切換
えると共に、フアン１３を停止し、ホツトガスに
よる除霜を行うよう作動するものである。 さらに、第２図においてブロツクで示した制御
ユニツト２１の構成は第３図に示される通りであ
つて、サーモスタツト２２、貯湯槽１内の水温を
検知する水温センサ４０、外気温度を検知する外
気温センサ４１、貯湯槽１内の貯溜水の設定温度
TSを調節するための湯温設定器３９を入力端子
に接続して有するコントロール部３４は、総所要
加熱量と電気ヒータ３を定格加熱量で単独運転す
る場合のヒータ加熱量を算出する第１演算手段５
１と、電気ヒータ定格運転時間を算出する第２演
算手段５２と、ヒートポンプ冷凍装置２の単位時
間当たりのヒートポンプ加熱量を算出する第３演
算手段５３と、比較手段５４と、制限ヒータ加熱
量を算出する第４演算手段５５と、第１出力接点
部３５を有するヒートポンプ冷凍装置制御手段５
６と、第２出力接点部３６及び第３出力接点部３
７を有する電気ヒータ制御手段５７と、タイマー
３８とからなつている。 第１演算手段５１は、湯温設定器３９が設定し
た所定温度TM、貯湯槽１内に貯溜する所定貯水
量Ｇ、前記水温センサ４０が運転開始時に検出し
た水温の３つの値からまず総所要加熱量を算出
し、続いて殆ど同時に前記限界温度TCの値を加
えることによつて電気ヒータ３を定格加熱量の下
で単独運転する場合のヒータ加熱量の全値を算出
する機能を有する。 第２演算手段５２は、第１演算手段５１が算出
した前記ヒータ加熱量を電気ヒータ３の単位時間
当たりの定格加熱量（定数）で除することによつ
て電気ヒータ定格運転時間を算出する機能を有す
る。 第３演算手段５３は、外気温センサ４１が検知
した外気温度からヒートポンプ冷凍装置２の単位
時間当たりのヒートポンプ加熱量を算出する機能
を有する。 次に、比較手段５４は、一方の比較値として第
１演算手段５１で算出した前記総所要加熱量とヒ
ータ加熱量の全値との差を求め、他方の比較値と
して前記制限時間帯の所定延べ時間例えば８時間
から第２演算手段５２で算出した電気ヒータ定格
運転時間を差引いた差引時間、すなわちヒートポ
ンプ運転を行わせる時間と第３演算手段５３で算
出したヒートポンプ加熱量との積を求めて、この
両値の大小を比較し、前者の方が大きければ、補
助的に電気ヒータ３の併行運転が必要であるので
出力を発するようになつている。 一方、第４演算手段５５は、比較手段５４が出
力を発したことを条件としてこの比較手段５４に
おける２つの比較値の差を求めて、これを前記差
引時間で除すことにより、単位時間当たりの制限
ヒータ加熱量を算出する機能を有する。 しかしてヒートポンプ冷凍装置制御手段５６
は、制限時間帯の到来によつて第１出力接点部３
５を閉成させる加熱運転出力を発し、サーモスタ
ツト２２の信号によつて逆に開放させる停止出力
を発する。 一方、電気ヒータ制御手段５７は、比較手段５
４が出力を発していることを条件として第２出力
接点部３６を閉成させ電気ヒータ３を制限ヒータ
加熱量に相当するヒータ３Ａだけで運転させる出
力を発し、サーモスタツト２２の信号によつて第
３出力接点部３７をさらに閉成させ電気ヒータ３
を定格容量で運転させる出力を発する。 最後にタイマー３８は例えば24時間を周期とす
る繰り返しタイマであつて、制限時間帯の到来、
すなわち、午後11時の到来によつてヒートポンプ
冷凍装置制御手段５６に運転指令を発し、制限時
間帯の終期、すなわち、翌午前７時になつてヒー
トポンプ冷凍装置制御手段５６及び電気ヒータ制
御手段５７に対し停止指令を発するようになつて
おり、必要に応じて、電気ヒータ３を制限加熱容
量から定格加熱容量に切換えるタイミング、すな
わち、翌午前７時から逆算して第２演算手段５２
で算出した電気ヒータ定格運転時間を差引いた午
前の時間になると、ヒートポンプ冷凍装置２を停
止させ、かつ電気ヒータ３を定格容量で運転させ
るための切換指令を発せしめる動作を付加せしめ
ても良い。 次いでヒートポンプ給湯機の運転態様を説明す
ると、漏電ブレーカ２４を投入しておくと、午後
11時乃至翌午前７時の間は深夜電力１７の給電が
成される。 そこで、第２リレー３０の付勢で該接点３０−
１が閉成するため、第１リレー２９が付勢し、該
付勢は接点２９−1によつて自己保持される。 従つてタイマー３２が作動し、該限時接点３２
−1が開放して、前記第２リレー３０が消勢して
も、第１リレー２９の付勢は保持される。 第１リレー２９の付勢に相前後して、前記制御
ユニツト２１が電気ヒータ３の併行運転の要否を
判断して、その結果により自動起動が成されて第
１・２出力接点部３５，３６が作動することによ
つて、ヒートポンプ冷凍装置２と電気ヒータ３の
一部３Ａとの併用運転が開始される。 なお、当初の水温が高いときにはヒータ３Ａを
使用しなくヒートポンプ冷凍装置２のみによる加
熱運転が行われるようにすることもできる。 この併行運転によつて貯湯槽１内の水温が漸次
上昇し55℃に達するとサーモスタツト２２あるい
は制御ユニツト２１のタイマー３８のいずれか早
い方の作動によつて第１出力接点部３５が不作動
に、第３出力接点部３７が作動する結果、電気ヒ
ータ３は３Ａ，３Ｂが共に通電されることによつ
て、定格能力の下での加熱運転に切り換り、ヒー
トポンプ冷凍装置２は停止する。 このようにして加熱運転は電気ヒータ３の単独
の運転に切り換えられて漸次水温が上昇してきて
85℃に達した時点では湯温設定器３９の作動によ
つて第２・３出力接点部３６，３７を不作動とな
し加熱運転を完了せしめる。 このときには翌朝７時近くなつており、深夜電
力１７は貯湯槽１内水温が所定温度に達した直後
に自動的に給電が断たれるのである。 ここで電気ヒータ３Ａの加熱能力を適切な値に
選んでおくことによつて深夜電力１７の給電がな
される時間帯（８時間）を最大限に活用してヒー
トポンプ冷凍装置２の運転効率を大ならしめる運
転制御を行うことができる。 すなわち、前記制御ユニツト２１において、所
定温度と限界温度点との温度差によつて決まる電
気ヒータ３の総加熱量H1、ならびに加熱時間T1、
ヒートポンプ冷凍装置２の単位時間当り加熱能力
に、前記時間帯（８時間）から前記加熱時間T1
を引いた値を乗ずることにより得られるヒートポ
ンプ冷凍装置２の総加熱量H2、総所要加熱量Ｈ
を算出して、 Ｈ−（H1＋H2）／８−T1÷860Kcal／KWH の演算を行わせれば、併用運転の際のヒータ３Ａ
の適正容量が設定されることとなり、深夜電力１
７の給電開始と同時に併用運転を行わせれば８時
間後には所定水温（85℃）の湯が自動的に得られ
るようになる。 その際電気ヒータ３Ａは設計時点で適切な値の
ものを選んだ所謂固定容量であつてもよく、また
電気ヒータ３を電圧制御によつて無段階的に容量
制御可能となし、適切な値に調節するようにして
もよい。 具体例として前掲の370級家庭用ヒートポン
プ給湯機の場合で考えると、所定温度を85℃限界
温度を55℃、初期水温を５℃と想定した上で熱損
失を無視した場合、ヒートポンプ冷凍装置２の平
均能力を2200Kcal／Ｈとすれば、 Ｈ＝
内で所定温度の湯を貯溜せしめておく給湯機に係
り、特にエネルギー有効化（EER）の高いヒー
トポンプ運転を電気ヒータの運転に優先させるよ
うにした高効率形ヒートポンプ給湯機に関する。 ヒートポンプ冷凍装置と電気ヒータとを貯湯槽
内の水を加熱する加熱装置に有すると共に、制限
された時間帯（例えば深夜電力時間帯）内で加熱
運転が主として行われる形態のヒートポンプ給湯
機が最近になつて汎く利用される傾向にある。 このヒートポンプ給湯機には総じて次のことが
いえるものである。 (イ) 加熱時間が深夜電力で８時間、昼間電力でも
10〜16時間とある程度限られる。 (ロ) ヒートポンプのみでの昇温は55℃程度と限界
があり、それ以上は電気ヒータによる昇温を行
わせる。 (ハ) 単位時間当りの加熱能力を大きくするには、
それにつれてコストが上昇するので、特にヒー
トポンプ冷凍装置については可能な限り小型化
すべきである。 (ニ) 深夜電力の場合、特に契約料金との関係上電
力値は可及的に小さくすべきである。なお、昼
間電力の場合でも配線しや断器の容量、電線サ
イズなどによつて電力値は小さくすべきであ
る。 (ホ) ヒートポンプの運転比率が長い程総合EER
は向上するが、ヒートポンプ冷凍装置を大型化
する程イニシヤルコストは上昇する。 以上の条件を踏まえて標準的家族構成に適した
370級の深夜電力利用形家庭用ヒートポンプ給
湯機を例示すると、下記の仕様になるものが最善
であるとされる。 ヒートポンプ出力；2000〜2500Kcal／ｈ 電気ヒータ ；4.4KW 所定電力値 ；4.0KW ところで、かかるヒートポンプ給湯機を使用す
る場合に、厳寒時などで給水温度が低い場合に
は、元来ヒートポンプのみの単独運転を長くする
ことで所定水温までの加熱が可能であつたもの
が、運転開始直後から電気ヒータを加熱運転しな
ければ８時間内に温水を沸上げてしまうことが不
可能であり、即ち、ヒートポンプ運転時間を極端
に短くしなければならず、従つて総合エネルギー
効率の低下を余儀なくされるのが問題であつた。 一方、この解決策として、ヒートポンプ出力を
増大したものがあるが、これは装置コストが上昇
するし大形化につながつて、エネルギー効率の低
下の効果が相殺されることとなり、根本的な対策
とは云い難い。 このように、従来のヒートポンプ給湯機が実用
面特に運転経済面での不利を有している点に対処
して本考案は電気ヒータの加熱容量を増減制御可
能となすと共に、この電気ヒータおよび優先運転
するヒートポンプ冷凍装置の運転を司る制御回路
に特別の工夫を凝らすことによつて、イニシヤル
コストを上昇することなく、しかも総合EERの
改善を確実にはかり得る如きヒートポンプ給湯機
を提供するに至つたものである。 しかして本考案は実施例により明らかな如く、
ヒートポンプ冷凍装置２と加熱容量の制御可能な
電気ヒータ３とを貯湯槽１内の水を加熱する加熱
装置に有し、所定電力値を超えない条件の下での
加熱運転が深夜時間帯等の制限時間帯内で成され
ることにより、所定温度TMに達した所定貯水量
Ｇの湯を貯湯槽１内に貯溜可能としたヒートポン
プ給湯機であつて、 前記所定温度TMを設定する湯温設定器３９、
前記貯湯槽１内の水温がヒートポンプ冷凍装置２
の加熱運転で昇温可能な限界温度TC以上になる
と信号を出力するサーモスタツト２２、 貯湯槽１内の水温を検知する水温センサ４０、 外気温度を検知する外気温センサ４１、 所定温度TM、所定貯水量Ｇ、前記水温センサ
４０が検出した水温及び前記限界温度TCから総
所要加熱量及び電気ヒータ３の定格加熱量による
単独運転の場合のヒータ加熱量を算出する第１演
算手段５１、 第１演算手段５１が算出した前記ヒータ加熱量
を電気ヒータ３の単位時間当たりの定格加熱量で
除して電気ヒータ定格運転時間を算出する第２演
算手段５２、 外気温センサ４１が検知した外気温度からヒー
トポンプ冷凍装置２の単位時間当たりのヒートポ
ンプ加熱量を算出する第３演算手段５３、 第１演算手段５１で算出した総所要加熱量とヒ
ータ加熱量との差と、第３演算手段５３で算出し
たヒートポンプ加熱量に対して前記制限時間帯の
所定延べ時間から第２演算手段５２で算出した電
気ヒータ定格運転時間を差引いた差引時間を乗じ
た値との大小を比較し、前者が大であれば出力を
発する比較手段５４、 前記比較手段５４が出力を発することにより、
該比較手段５４で比較した両値の差を求めて、こ
れを前記差引時間で除して単位時間当たりの制限
ヒータ加熱量を算出する第４演算手段５５、 前記制限時間帯の到来によつてヒートポンプ冷
凍装置２を加熱運転せしめ、サーモスタツト２２
の信号により停止せしめるヒートポンプ冷凍装置
制御手段５６、 比較手段５４が出力を発することにより、電気
ヒータ３を第４演算手段５５で算出した制限ヒー
タ加熱量で運転せしめ、サーモスタツト２２の信
号により定格ヒータ加熱量で運転せしめる電気ヒ
ータ制御手段５７を備えてなる構成としたもので
あつて、制限時間帯の到来によつて加熱運転させ
るヒートポンプ冷凍装置を、最良の装置コストの
ものでしかもエネルギー有効比が最高となるよう
に優先運転させながら制限時間帯をフルに活用し
つつ、その終期に合わせて所定温度帯TM及び所
定貯水量Ｇの湯を貯湯槽１内に確保し得る。 以下、本考案の具体的内容について添付図面に
示す例を参照しつつ詳述する。 第１図において１は断熱壁によつて密閉容器に
形成した貯湯槽で、給湯管５、湯取出管６および
排水管７を有している。 この貯湯槽１には電気ヒータ３が槽内下部に収
納せしめていると共に、ヒートポンプ冷凍装置２
を付属して配設せしめている。 前記電気ヒータ３は槽内水と直接的に接して加
熱作用を行うものであつて、シーズヒータ等が好
適なものであり、図示例は２個のヒータ３Ａ，３
Ｂからなつている。一方、ヒートポンプ冷凍装置
２は、圧縮機８、切換弁９、利用側熱交換器１
０、減圧器１１および熱源側熱交換器１２からな
る可逆冷凍サイクルとフアン１３とを備えた公知
の冷凍機から形成されている。 上記ヒートポンプ冷凍装置２における利用側熱
交換器１２は対水形熱交換器であつて、水側をポ
ンプ１５が介設された配管１４と配管１６とによ
り、前記貯湯槽１内と接続して、水循環回路を形
成している。 かかる構造となした給湯機は、ヒートポンプ冷
凍装置２と電気ヒータ３とが貯湯槽１内の水を加
熱する加熱装置となつていて、例えば深夜電力１
７の供給を受けて加熱運転成される。 それ等ヒートポンプ冷凍装置２、電気ヒータ３
を運転制御するための電気回路を第２図に例示し
ているが、接触子１８−1、およびコイル１８ｃ
からなる第１電磁接触器１８、接触子１９−1，
１９−2およびコイル１９ｃからなる第２電磁接
触器１９、接触子２０−1，２０−2およびコイル
２０ｃからなる第３電磁接触器２０、制御ユニツ
ト２１、ヒートポンプ冷凍装置２の加熱運転によ
つて昇温可能な限界温度点TCを設定するため貯
湯槽１に付設したサーモスタツト２２、切換接点
２３−1およびコイル２３ｃを備えたデアイサ２
３、両切形漏電ブレーカ２４、過電流リレー２
５、高圧制御器２６、過負荷リレー２７、常開接
点２９−1，２９−2、常閉接点２９−3およびコ
イル２９ｃからなる第１リレー２９、常開接点３
０−1およびコイル３０ｃからなる第２リレー３
０、運転スイツチ３１、接点３２−1および駆動
コイル３２ａを備えて約10秒までの時限設定が可
能なタイマー３２ならびに異常表示ランプ３３を
制御部材として備えており、圧縮機用モータ８
Ｍ、切換弁ソレノイド９Ｓ、電気ヒータ３Ａ，３
Ｂ、フアン用モータ１３Ａを制御対象機器として
備えている。 第１電磁接触器１８は圧縮機用モータ８Ｍ、切
換弁ソレノイド９Ｓおよびフアンモータ１８Ｍの
運転を制御するための所謂ヒートポンプ冷凍装置
２を運転する制御器であり、一方、第２・第３電
磁接触器１９，２０は電気ヒータ３Ａ・３Ｂを
夫々運転するためのものである。 しかして、第１電磁接触器１８のコイル１８ｃ
は前記第１リレー２９の常開接点２９−2を直列
に介して前記制御ユニツト２１の第１出力接点部
に接続せしめている。 一方、第２電磁接触器１９のコイル１９ｃと第
３電磁接触器２０のコイル２０ｃとは制御ユニツ
ト２１の第２出力接点部を第３出力接点部とに対
して夫々接続させていて、第２電磁接触器１９は
貯湯槽１内水温が所定温度以下である場合に電源
の供給があつて付勢し、第３電磁接触器２０は前
記水温が所定温度以下であり、かつ第１電磁接触
器１８が消勢している場合に電源の供給があつて
付勢するようになつている。 次に、前記第１リレー２９は過電流リレー２
５、高圧制御器２６、過負荷リレー２７と組み合
わせることによつてヒートポンプ冷凍装置２を保
護するための安全装置が形成されるものであつ
て、ヒートポンプ冷凍装置２が正常状態であると
きには、第１リレー２９が励磁しており、この作
動状態が安全装置が作動していない状態に相応す
るものであり、一方、ヒートポンプ冷凍装置２が
異常状態であるときには過電流リレー２５等が作
動して第１リレー２９の励磁を解いており、この
作動状態が安全装置が作動している状態に相応す
るものである。 第２リレー３０とタイマー３２とは、ヒートポ
ンプ冷凍装置２を起動させるための動指令を出す
ためのものであり、第２リレー３０の常開接点３
０−1がタイマー３２の設定時限の間だけ閉成す
ることによつて、第１リレー２９を励磁し、第１
電磁接触器１８を付勢させるように作動するもの
である。 本考案に係る第２図々示回路は上述した通りで
あるが、第２図において、デアイサ２３は第１電
磁接触器１８が励磁している間作動して、熱源側
熱交換器１２の霜付き状態を検出したデフロスト
が必要となつた際に切換接点２２−1を図示状態
から切換えて切換弁９のソレノイド９Ｓを励磁さ
せ冷凍回路をデフロスト（冷房）サイクルに切換
えると共に、フアン１３を停止し、ホツトガスに
よる除霜を行うよう作動するものである。 さらに、第２図においてブロツクで示した制御
ユニツト２１の構成は第３図に示される通りであ
つて、サーモスタツト２２、貯湯槽１内の水温を
検知する水温センサ４０、外気温度を検知する外
気温センサ４１、貯湯槽１内の貯溜水の設定温度
TSを調節するための湯温設定器３９を入力端子
に接続して有するコントロール部３４は、総所要
加熱量と電気ヒータ３を定格加熱量で単独運転す
る場合のヒータ加熱量を算出する第１演算手段５
１と、電気ヒータ定格運転時間を算出する第２演
算手段５２と、ヒートポンプ冷凍装置２の単位時
間当たりのヒートポンプ加熱量を算出する第３演
算手段５３と、比較手段５４と、制限ヒータ加熱
量を算出する第４演算手段５５と、第１出力接点
部３５を有するヒートポンプ冷凍装置制御手段５
６と、第２出力接点部３６及び第３出力接点部３
７を有する電気ヒータ制御手段５７と、タイマー
３８とからなつている。 第１演算手段５１は、湯温設定器３９が設定し
た所定温度TM、貯湯槽１内に貯溜する所定貯水
量Ｇ、前記水温センサ４０が運転開始時に検出し
た水温の３つの値からまず総所要加熱量を算出
し、続いて殆ど同時に前記限界温度TCの値を加
えることによつて電気ヒータ３を定格加熱量の下
で単独運転する場合のヒータ加熱量の全値を算出
する機能を有する。 第２演算手段５２は、第１演算手段５１が算出
した前記ヒータ加熱量を電気ヒータ３の単位時間
当たりの定格加熱量（定数）で除することによつ
て電気ヒータ定格運転時間を算出する機能を有す
る。 第３演算手段５３は、外気温センサ４１が検知
した外気温度からヒートポンプ冷凍装置２の単位
時間当たりのヒートポンプ加熱量を算出する機能
を有する。 次に、比較手段５４は、一方の比較値として第
１演算手段５１で算出した前記総所要加熱量とヒ
ータ加熱量の全値との差を求め、他方の比較値と
して前記制限時間帯の所定延べ時間例えば８時間
から第２演算手段５２で算出した電気ヒータ定格
運転時間を差引いた差引時間、すなわちヒートポ
ンプ運転を行わせる時間と第３演算手段５３で算
出したヒートポンプ加熱量との積を求めて、この
両値の大小を比較し、前者の方が大きければ、補
助的に電気ヒータ３の併行運転が必要であるので
出力を発するようになつている。 一方、第４演算手段５５は、比較手段５４が出
力を発したことを条件としてこの比較手段５４に
おける２つの比較値の差を求めて、これを前記差
引時間で除すことにより、単位時間当たりの制限
ヒータ加熱量を算出する機能を有する。 しかしてヒートポンプ冷凍装置制御手段５６
は、制限時間帯の到来によつて第１出力接点部３
５を閉成させる加熱運転出力を発し、サーモスタ
ツト２２の信号によつて逆に開放させる停止出力
を発する。 一方、電気ヒータ制御手段５７は、比較手段５
４が出力を発していることを条件として第２出力
接点部３６を閉成させ電気ヒータ３を制限ヒータ
加熱量に相当するヒータ３Ａだけで運転させる出
力を発し、サーモスタツト２２の信号によつて第
３出力接点部３７をさらに閉成させ電気ヒータ３
を定格容量で運転させる出力を発する。 最後にタイマー３８は例えば24時間を周期とす
る繰り返しタイマであつて、制限時間帯の到来、
すなわち、午後11時の到来によつてヒートポンプ
冷凍装置制御手段５６に運転指令を発し、制限時
間帯の終期、すなわち、翌午前７時になつてヒー
トポンプ冷凍装置制御手段５６及び電気ヒータ制
御手段５７に対し停止指令を発するようになつて
おり、必要に応じて、電気ヒータ３を制限加熱容
量から定格加熱容量に切換えるタイミング、すな
わち、翌午前７時から逆算して第２演算手段５２
で算出した電気ヒータ定格運転時間を差引いた午
前の時間になると、ヒートポンプ冷凍装置２を停
止させ、かつ電気ヒータ３を定格容量で運転させ
るための切換指令を発せしめる動作を付加せしめ
ても良い。 次いでヒートポンプ給湯機の運転態様を説明す
ると、漏電ブレーカ２４を投入しておくと、午後
11時乃至翌午前７時の間は深夜電力１７の給電が
成される。 そこで、第２リレー３０の付勢で該接点３０−
１が閉成するため、第１リレー２９が付勢し、該
付勢は接点２９−1によつて自己保持される。 従つてタイマー３２が作動し、該限時接点３２
−1が開放して、前記第２リレー３０が消勢して
も、第１リレー２９の付勢は保持される。 第１リレー２９の付勢に相前後して、前記制御
ユニツト２１が電気ヒータ３の併行運転の要否を
判断して、その結果により自動起動が成されて第
１・２出力接点部３５，３６が作動することによ
つて、ヒートポンプ冷凍装置２と電気ヒータ３の
一部３Ａとの併用運転が開始される。 なお、当初の水温が高いときにはヒータ３Ａを
使用しなくヒートポンプ冷凍装置２のみによる加
熱運転が行われるようにすることもできる。 この併行運転によつて貯湯槽１内の水温が漸次
上昇し55℃に達するとサーモスタツト２２あるい
は制御ユニツト２１のタイマー３８のいずれか早
い方の作動によつて第１出力接点部３５が不作動
に、第３出力接点部３７が作動する結果、電気ヒ
ータ３は３Ａ，３Ｂが共に通電されることによつ
て、定格能力の下での加熱運転に切り換り、ヒー
トポンプ冷凍装置２は停止する。 このようにして加熱運転は電気ヒータ３の単独
の運転に切り換えられて漸次水温が上昇してきて
85℃に達した時点では湯温設定器３９の作動によ
つて第２・３出力接点部３６，３７を不作動とな
し加熱運転を完了せしめる。 このときには翌朝７時近くなつており、深夜電
力１７は貯湯槽１内水温が所定温度に達した直後
に自動的に給電が断たれるのである。 ここで電気ヒータ３Ａの加熱能力を適切な値に
選んでおくことによつて深夜電力１７の給電がな
される時間帯（８時間）を最大限に活用してヒー
トポンプ冷凍装置２の運転効率を大ならしめる運
転制御を行うことができる。 すなわち、前記制御ユニツト２１において、所
定温度と限界温度点との温度差によつて決まる電
気ヒータ３の総加熱量H1、ならびに加熱時間T1、
ヒートポンプ冷凍装置２の単位時間当り加熱能力
に、前記時間帯（８時間）から前記加熱時間T1
を引いた値を乗ずることにより得られるヒートポ
ンプ冷凍装置２の総加熱量H2、総所要加熱量Ｈ
を算出して、 Ｈ−（H1＋H2）／８−T1÷860Kcal／KWH の演算を行わせれば、併用運転の際のヒータ３Ａ
の適正容量が設定されることとなり、深夜電力１
７の給電開始と同時に併用運転を行わせれば８時
間後には所定水温（85℃）の湯が自動的に得られ
るようになる。 その際電気ヒータ３Ａは設計時点で適切な値の
ものを選んだ所謂固定容量であつてもよく、また
電気ヒータ３を電圧制御によつて無段階的に容量
制御可能となし、適切な値に調節するようにして
もよい。 具体例として前掲の370級家庭用ヒートポン
プ給湯機の場合で考えると、所定温度を85℃限界
温度を55℃、初期水温を５℃と想定した上で熱損
失を無視した場合、ヒートポンプ冷凍装置２の平
均能力を2200Kcal／Ｈとすれば、 Ｈ＝
【85−５】×370＝29600Kcal ……全熱量
H1＝
【85−55】×370＝11100Kcal
……定格出力のヒータによる加熱量、 T1＝11100Kcal÷
……定格出力のヒータによる加熱量、 T1＝11100Kcal÷
【4.4KW
×680Kcal／KW・Ｈ】＝3.71時、
H2＝2200Kcal／Ｈ×
【8.0
−3.71】＝9438Kcal、
∴ヒータ
【３Ａ】の容量
【KW】は、
29600Kcal−
【11100＋9438】Kcal／８−3.71
÷860≒2.46KW
となる。
上記結果から、約４時間20分はヒートポンプ冷
凍装置２と2.5KWのヒータ３Ａとで加熱運転を
行い残りの３時間40分は4.4KWのヒータ３で加
熱運転を行うようにすればヒートポンプ冷凍装置
２の運転時間を最長にさせてEERの最良な加熱
運転が可能となる。 本考案は以上詳述した構成および作用を有する
ものであつて、制限された給電時間帯内でヒート
ポンプ冷凍装置２と能力低下した電気ヒータとの
併用運転あるいはヒートポンプ冷凍装置２の単独
運転と、電気ヒータ３の定格能力下での単独運転
とを行つて、ヒートポンプ冷凍装置２の運転時間
を可及的に長くするようにした加熱運転が可能と
なり、その結果EERが最もよく効率の高い加熱
運転を行うことができる。 さらにヒートポンプ冷凍装置２を必要以上に大
型化することなく適正な容量に選ぶことができる
ので装置コストも低廉におさまり、さらに契約電
力等所定電力値を超えることなく効率の良い、し
かも消費電力の平均化を果し得る運転が行える利
点を有する。
凍装置２と2.5KWのヒータ３Ａとで加熱運転を
行い残りの３時間40分は4.4KWのヒータ３で加
熱運転を行うようにすればヒートポンプ冷凍装置
２の運転時間を最長にさせてEERの最良な加熱
運転が可能となる。 本考案は以上詳述した構成および作用を有する
ものであつて、制限された給電時間帯内でヒート
ポンプ冷凍装置２と能力低下した電気ヒータとの
併用運転あるいはヒートポンプ冷凍装置２の単独
運転と、電気ヒータ３の定格能力下での単独運転
とを行つて、ヒートポンプ冷凍装置２の運転時間
を可及的に長くするようにした加熱運転が可能と
なり、その結果EERが最もよく効率の高い加熱
運転を行うことができる。 さらにヒートポンプ冷凍装置２を必要以上に大
型化することなく適正な容量に選ぶことができる
ので装置コストも低廉におさまり、さらに契約電
力等所定電力値を超えることなく効率の良い、し
かも消費電力の平均化を果し得る運転が行える利
点を有する。
第１図は本考案給湯機の例の略示構造図、第２
図は同じく電気回路展開図、第３図は第２図にお
ける制御ユニツトのブロツク図である。 １……貯湯槽、２……ヒートポンプ冷凍装置、
３……電気ヒータ、２２……サーモスタツト、３
９……湯温設定器、４０……水温センサ、４１…
…外気温センサ、５１……第１演算手段、５２…
…第２演算手段、５３……第３演算手段、５４…
…比較手段、５５……第４演算手段、５６……ヒ
ートポンプ冷凍装置制御手段、５７……電気ヒー
タ制御手段。
図は同じく電気回路展開図、第３図は第２図にお
ける制御ユニツトのブロツク図である。 １……貯湯槽、２……ヒートポンプ冷凍装置、
３……電気ヒータ、２２……サーモスタツト、３
９……湯温設定器、４０……水温センサ、４１…
…外気温センサ、５１……第１演算手段、５２…
…第２演算手段、５３……第３演算手段、５４…
…比較手段、５５……第４演算手段、５６……ヒ
ートポンプ冷凍装置制御手段、５７……電気ヒー
タ制御手段。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 ヒートポンプ冷凍装置２と加熱容量の制御可能
な電気ヒータ３とを貯湯槽１内の水を加熱する加
熱装置に有し、所定電力値を超えない条件の下で
の加熱運転が深夜時間帯等の制限時間帯内で成さ
れることにより、所定温度TMに達した所定貯水
量Ｇの湯を貯湯槽１内に貯溜可能としたヒートポ
ンプ給湯機であつて、 前記所定温度TMを設定する湯温設定器３９、
前記貯湯槽１内の水温がヒートポンプ冷凍装置２
の加熱運転で昇温可能な限界温度TC以上になる
と信号を出力するサーモスタツト２２、 貯湯槽１内の水温を検知する水温センサ４０、 外気温度を検知する外気温センサ４１、 所定温度TM、所定貯水量Ｇ、前記水温センサ
４０が検出した水温及び前記限界温度TCから総
所要加熱量及び電気ヒータ３の定格加熱量による
単独運転の場合のヒータ加熱量を算出する第１演
算手段５１、 第１演算手段５１が算出した前記ヒータ加熱量
を電気ヒータ３の単位時間当たりの定格加熱量で
除して電気ヒータ定格運転時間を算出する第２演
算手段５２、 外気温センサ４１が検知した外気温度からヒー
トポンプ冷凍装置２の単位時間当たりのヒートポ
ンプ加熱量を算出する第３演算手段５３、 第１演算手段５１で算出した総所要加熱量とヒ
ータ加熱量との差と、第３演算手段５３で算出し
たヒートポンプ加熱量に対して前記制限時間帯の
所定延べ時間から第２演算手段５２で算出した電
気ヒータ定格運転時間を差引いた差引時間を乗じ
た値との大小を比較し、前者が大であれば出力を
発する比較手段５４、 前記比較手段５４が出力を発することにより、
該比較手段５４で比較した両値の差を求めて、こ
れを前記差引時間で除して単位時間当たりの制限
ヒータ加熱量を算出する第４演算手段５５、 前記制限時間帯の到来によつてヒートポンプ冷
凍装置２を加熱運転せしめ、サーモスタツト２２
の信号により停止せしめるヒートポンプ冷凍装置
制御手段５６、 比較手段５４が出力を発することにより、電気
ヒータ３を第４演算手段５５で算出した制限ヒー
タ加熱量で運転せしめサーモスタツト２２の信号
により定格ヒータ加熱量で運転せしめる電気ヒー
タ制御手段５７を備えてなることを特徴とするヒ
ートポンプ給湯機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18326781U JPS5887045U (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | ヒ−トポンプ給湯機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18326781U JPS5887045U (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | ヒ−トポンプ給湯機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5887045U JPS5887045U (ja) | 1983-06-13 |
| JPS6314280Y2 true JPS6314280Y2 (ja) | 1988-04-21 |
Family
ID=29982375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18326781U Granted JPS5887045U (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | ヒ−トポンプ給湯機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5887045U (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010085092A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-04-15 | Toshiba Carrier Corp | 給湯暖房機 |
-
1981
- 1981-12-08 JP JP18326781U patent/JPS5887045U/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010085092A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-04-15 | Toshiba Carrier Corp | 給湯暖房機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5887045U (ja) | 1983-06-13 |
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