專利名稱：熱泵供熱水裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用熱泵對熱水儲存箱的水進行加熱的熱泵供熱水裝置。
背景技術：
作為在電費便宜的深夜時間帶進行煮沸的儲熱水式的熱泵供熱水裝置的例子，記 載在專利文獻1中。為了在深夜時間帶煮沸，并謀求降低散熱損失，根據所需煮沸熱量和熱 泵的固定的加熱能力，算出所需的煮沸時間，把從深夜時間帶結束時刻減去該所需的煮沸 時間之后的時刻設定為煮沸開始時刻，在深夜時間帶的后半段切換成煮沸運轉。作為其它的設有煮沸控制機構的熱泵供熱水裝置的例子，記載在專利文獻2中。 它通過(所需的熱量/儲熱水時間)算出變頻熱泵的加熱能力，從表示加熱能力和頻率的 關系的圖表求出對應的頻率。變頻熱泵具有以低頻運轉比以高頻運轉效率高的特性。因此， 與以固定的輸出進行熱水儲存的情況相比，能夠高效地進行熱水儲存。專利文獻3記載了具有小容量的熱水儲存槽的熱泵供熱水裝置的例子。它主要是 在夜間驅動熱泵循環，將熱水儲存在熱水儲存槽，在白天也適當地驅動熱泵循環，將熱水儲 存在熱水儲存槽，在擔心熱水用盡的情況下，優先進行提高熱泵循環的加熱能力的運轉，防 止熱水用盡，在不擔心熱水用盡的情況下，進行熱泵循環運轉效率優先的運轉，在防止熱水 用盡的同時提高運轉效率。然后，借助時間帶計時器，在1天中最需要熱水的時間帶(16-22 點)，為防止熱水用盡而使加熱能力優先，在其它時間帶使運轉效率優先。專利文獻1 日本特開2004-347171號公報專利文獻2 日本特開平9-68369號公報專利文獻3 日本特開2005-127588號公報
發明內容
在上述專利文獻1記載的熱泵供熱水裝置中，沒有考慮熱泵的能量轉換效率相對 于深夜時間帶的外氣溫度的變化的影響。熱泵具有外氣溫度越高、作為水加熱能力相對于 熱泵的消耗電力的比率的C0P，即所謂的能量轉換效率越高的特性。若深夜時間帶例如為午 后11點 至午前7點，則從作為深夜時間帶開始時刻的午后11點到作為深夜時間帶結束 時刻的午前7點，外氣溫度呈現略下降的變化。因此，由于通過在深夜時間帶的后半段轉換 成煮沸運轉，而在外氣溫度降低的深夜時間帶運轉熱泵，所以存在能量轉換效率(COP)降 低的課題。另外，在專利文獻2記載的熱泵供熱水裝置中，運轉的熱泵的頻率由表示通過(所 需的熱量/儲熱水時間)算出的加熱能力與頻率的關系的圖表決定。熱泵的COP為，若壓 縮機效率固定或與頻率的降低相伴的壓縮機效率的降低小，則如專利文獻2記載的熱泵供 熱水裝置那樣，以低頻運轉比以高頻運轉能量轉換效率高。但是，作為近年被商品化的熱泵供熱水裝置的制冷劑，使用二氧化碳制冷劑。二氧 化碳相對于氟烴，高低壓的壓差為3倍，缸容積為1/3，排出壓為3倍左右(熱泵 蓄熱中心編“無氟技術” P. 50，歐姆(才一 A )公司，2004年2月1日發行)。這樣，由于作為制冷劑 使用二氧化碳的壓縮機相對于氟烴高低壓的壓差高3倍，所以，隨著壓縮機頻率的降低，壓 縮室泄漏的影響增大，壓縮機效率大幅降低。因此，將二氧化碳作為制冷劑使用的熱泵供熱 水裝置不是頻率越低能量轉換效率越高，而是存在能量轉換效率為最高的頻率。即、專利文 獻2的裝置沒有考慮存在能量轉換效率為最高的頻率的情況下的煮沸控制機構。另外，雖然在專利文獻3記載的熱泵供熱水裝置中，對使加熱能力優先的運轉和 使運轉效率優先的運轉進行切換，但是，沒有考慮深夜時間帶的運轉的切換的控制機構。本發明的目的是得到能夠維持高能量轉換效率，還能有助于電力需要的平衡化的 熱泵供熱水裝置。為了實現上述目的，本發明為一種熱泵供熱水裝置，所述熱泵供熱水裝置設有熱 泵和對被該熱泵加熱了的水進行熱水儲存的熱水儲存箱，其特征在于設有設定機構和控 制機構，所述設定機構采用外氣溫度設定加熱能力；所述控制機構使所述熱泵優先在深夜 時間帶以由所述設定機構設定的加熱能力的最小值進行運轉，所述控制機構，在僅使所述 熱泵優先以所述加熱能力的最小值進行運轉不能在所述深夜時間帶完成煮沸的情況下，控 制所述熱泵使該熱泵以比所述加熱能力的最小值高的加熱能力進行運轉。根據本發明，因為在電費便宜的深夜時間帶中的電力需要量少的規定時間帶優先 進行以能量轉換效率實質上為最高的加熱能力運轉熱泵的控制，所以，能夠得到可提高熱 水儲存箱煮沸時的能量轉換效率、并有助于電力需要的平衡化的熱泵供熱水裝置。本發明的其它目的、特征以及優點從與附圖相關的下述本發明的實施例的記載可 以看出O
圖1是本發明實施例1涉及的熱泵供熱水裝置的系統圖。圖2是表示本發明實施例1涉及的深夜煮沸控制的流程圖。圖3A是表示本發明的實施例1的煮沸溫度目標值在70°C以上的情況下外氣溫度 和熱泵單元的加熱能力的最小值和最大值關系的線圖。圖3B是表示本發明的實施例1的煮沸溫度目標值不足70°C的情況下的外氣溫度 和熱泵單元的加熱能力的最小值和最大值關系的線圖。圖4是表示本發明的實施例1中的熱泵單元的加熱能力和COP的關系的線圖。圖5A是表示本發明的實施例1的熱泵運轉的時刻的圖。圖5B是表示本發明的實施例1的熱泵運轉的時刻的圖。圖5C是表示本發明的實施例1的熱泵運轉的時刻的圖。圖6是表示本發明的實施例2的熱泵單元的加熱能力再設定控制的流程圖。圖7是表示本發明的實施例3的深夜煮沸控制的流程圖。圖8A是表示本發明的實施例5的煮沸溫度目標值在70°C以上的情況下的外氣溫 度和熱泵單元的加熱能力的最小值和最大值關系的線圖。圖8B是表示本發明的實施例5的煮沸溫度目標值不足70°C的情況下的外氣溫度 和熱泵單元的加熱能力的最小值和最大值的關系的線圖。
具體實施例方式下面，根據
本發明涉及的熱泵供熱水裝置的實施例1。實施例1圖1是熱泵供熱水裝置100的系統圖。熱泵供熱水裝置100設有熱水儲存箱單元1和熱泵單元2。供熱水箱單元1設有 熱水儲存箱11、連接在該熱水儲存箱11上部的出熱水管12、一端連接在熱水儲存箱11下 部的供水管13、與該供水管13的另一端連接并與裝置外部的自來水管連接著的供水金屬 件14、將從該供水金屬件14獲取的自來水調整為恰當水壓的減壓閥15、將來自出熱水管12 的高溫水和來自從供水管13分支的供水分支管16的低溫水混合的供熱水混合閥17、一端 與上述供熱水混合閥17的下游連接且另一端與裝置外部的供熱水末端連接的供熱水接頭 20、和供熱水管18，該供熱水管18在其間含有供熱水流量傳感器19。另外，熱水儲存箱11設有赴熱泵管21和熱泵返回管22，該赴熱泵管21將其一端 連接在熱水儲存箱11下部、將另一端與熱泵單元2連接，該熱泵返回管22與熱水儲存箱11 上部連接，并將另一端與熱泵單元2連接，熱水儲存箱11內的熱水可經熱泵單元2循環。設置在熱水儲存箱11側面的多個箱溫度傳感器30、設在供水管13上的供水溫度 傳感器31、設置在供熱水管18上的供熱水溫度傳感器32檢測各部溫度，將其溫度信息向熱 水儲存箱控制部23傳輸，熱水儲存箱控制部23進行與后述的熱泵控制部58、遙控器(未圖 示出)的通信，并且進行熱水儲存箱單元1的控制。熱泵單元2的熱泵回路3將下述部件用制冷劑管路連接而構成，所述部件為將制 冷劑壓縮成高溫制冷劑的壓縮機51、對被該壓縮機51壓縮并成為高溫的制冷劑和從熱水 儲存箱單元1供給的水進行熱交換的水制冷劑熱交換器52、對從該水制冷劑熱交換器52出 來的制冷劑進行減壓的膨脹閥53、使從膨脹閥53出來的低溫低壓的制冷劑蒸發的蒸發器 54。制冷劑為二氧化碳，能夠進行高溫的熱水的煮沸。壓縮機51能夠通過變頻控制進行容量控制，旋轉速度從低速到高速可變。蒸發器 54是空氣制冷劑熱交換器，利用室外風扇55使室外的大量的空氣和被減壓的制冷劑進行 熱交換。水制冷劑熱交換器52具有制冷劑側傳熱管52a和水側傳熱管52b，制冷劑側傳熱 管52a的制冷劑的流動和水側傳熱管52b的水的流動為相向流動。于是，高溫高壓的制冷 劑和低溫的水進行熱交換。即、在水制冷劑熱交換器52的入口(圖中為水制冷劑熱交換器 52的下側)為低溫的水在通過水側傳熱管52b時被逐漸加熱，在水制冷劑熱交換器52的出 口(圖中為水制冷劑熱交換器52的上側)升溫到由后述的熱泵控制部58設定的規定的溫 度。水制冷劑熱交換器52的水側傳熱管52b的入口側和上述赴熱泵管21連接，在管 路途中配置可控制容量的箱循環泵56、水制冷劑熱交換器水流量傳感器57。另外，水側傳 熱管52b的出口側和上述熱泵返回管22連接。設置在壓縮機51出口側的制冷劑管上的壓縮機排出溫度傳感器35、設置在蒸發 器54的空氣入口側的外氣溫度傳感器36、設置在赴熱泵管21上的水制冷劑熱交換器水入 口溫度傳感器37以及設置在熱泵返回管22上的水制冷劑熱交換器水出口溫度傳感器38 檢測各部的溫度，將檢測到的溫度信息向熱泵控制部58傳輸，熱泵控制部58進行與上述熱水儲存箱控制部23的通信，并進行熱泵單元2的控制。下面說明供熱水時的動作。若將與供熱水接頭20連接的未圖示出的供熱水末端 打開，則熱水儲存箱11上部的高溫水因與供水金屬件14連接的自來水管的水壓而流入出 熱水管12內，并且，低溫的供水流入供水分支管16內，高溫水以及低溫水經供熱水混合閥 17、供熱水流量傳感器19、供熱水接頭20從供熱水末端流出。此時，流量傳感器19檢測水 流，熱水儲存箱控制部23控制來自出熱水管12的高溫水和來自供水分支管16的低溫水的 比例，以使供熱水溫度傳感器32檢測的溫度成為由遙控器(未圖示出)設定的供熱水溫 度。低溫的供水向熱水儲存箱11下部供給熱水儲存箱11上部的高溫熱水被使用的量。下面說明儲熱水時的動作。在煮沸熱水儲存箱11內的熱水時，熱泵控制部58對 熱泵回路3進行運轉控制，并對箱循環泵56進行運轉控制。此時，如后所述，進行壓縮機51 的旋轉速度控制、膨脹閥53的開度控制還有箱循環泵56的旋轉速度控制。因箱循環泵56 的運轉而從熱水儲存箱11下部流出的熱水經赴熱泵管21流入水制冷劑熱交換器52，被熱 泵回路3的高溫的制冷劑加熱，經熱泵返回管22返回熱水儲存箱11上部，據此高溫的熱水 被儲存。接著，使用圖2 圖4說明深夜煮沸控制的動作。深夜時間帶是電費便宜的時間 帶，例如為午后11點到午前7點。在圖2的深夜煮沸控制的流程圖中，熱水儲存箱控制部 23在作為深夜時間帶的開始時刻的午后11點，開始深夜煮沸控制(Si)。首先，進行煮沸熱 量Qa的設定(S2)。煮沸熱量Qa作為此前7天期間的使用熱量的平均值、標準偏差和備用 熱量之和被計算出。1天(從前一天午后11點到當天午后11點)的使用熱量Qc通過下述公式算出。Qc = Qzl+Qd-Qz.........(式 1)這里，Qzl是前一天午后11點的熱水儲存箱11的剩余熱量，Qd是熱泵單元2的 加熱量，Qz是當天午后11點的剩余熱量。剩余熱量Qzl、Qz通過由熱水儲存箱11的各箱 溫度傳感器30檢測到的溫度與由供水溫度傳感器31檢測到的溫度的溫度差、和將含有各 箱溫度傳感器30的熱水儲存箱11在上下方向區分的容積與水的密度和比熱的乘積之和算 出。另外，加熱量Qd通過后述的熱泵單元2的加熱能力的設定值(所需加熱能力)的運轉 時間的積分值算出。熱水儲存箱控制部23記取此前7天期間的使用熱量，求出平均值以及標準偏差， 考慮使用熱量的不一致，將煮沸熱量Qa作為平均值、標準偏差和備用熱量之和算出。備用 熱量例如是能夠供給供熱水溫度42°C、供熱水量100L的熱水的熱量。接著，進行煮沸溫度目標值tp的設定(S3)。煮沸溫度tp通過下述公式算出tp = Qa/ ( P · c · V · α ) +twi.........(式 2)但是，為了防止軍團菌的產生，算出的煮沸溫度目標值tp在不足65°C的情況下， 設定為65°C。這里，Qa是上述煮沸熱量，P是水密度，c是水比熱，V是熱水儲存箱11的容 積，α是容積效率，twi是圖1的供水溫度傳感器31檢測的供水溫度。容積效率α是考 慮了下述情況的，即，為了保護熱泵回路3，在水制冷劑熱交換器52的水入口溫度為比煮沸 溫度tp低的溫度例如55°C時停止煮沸，所以熱水儲存箱11下部的溫度不會達到煮沸溫度 tp。接著，進行煮沸時間Tn的設定(S4)。如上所述，以午后11點到午前7點的8小時作為深夜時間帶。將煮沸時間Tn例如設定為5小時。該5小時是深夜時間帶中電力需要 量少的午前1點到午前6點的時間。該煮沸時間Tn例如也可以考慮每個季節的電力需要 量，根據季節(日歷)變更。接著，進行熱泵單元2的加熱能力的最小值Wmin和最大值Wmax的設定(S5)。圖 3A、圖3B分別是在煮沸溫度目標值tp在70°C以上和不足70°C的情況下，表示外氣溫度和 加熱能力的最小值Wmin以及最大值Wmax的關系的圖。即、能夠根據煮沸溫度目標值tp和 外氣溫度(外氣溫度傳感器36的檢測值)確定加熱能力的最小值Wmin和最大值Wmax。在 圖3B中在煮沸溫度目標值不足70°C，外氣溫度為ta時，熱泵單元2的加熱能力和COP (加 熱能力相對于消耗電力的比率)的關系表示在圖4中。主要通過改變壓縮機51的旋轉速 度(頻率)來改變加熱能力。熱泵單元2顯示了 COP相對于加熱能力具有最高值的特性。 然后，將圖3B所示的熱泵單元2的加熱能力的最小值作為圖4所示的COP為大致最高的加 熱能力。另外，圖3B的加熱能力的最大值為，在各外氣溫度時，沒有在深夜時間帶供熱水的 情況下，最大也是在深夜時間帶的8個小時完成煮沸的加熱能力。因此，圖3B中，以小的加 熱能力運轉時的COP比以大的加熱能力運轉時更高。接著，進行熱泵單元2的所需加熱能力W的計算(S6)。所需加熱能力W通過下述 公式算出。W = (Qa-Qz)/(Tn ‘ β).........(式 3)這里，Qa是上述煮沸熱量，Qz是上述當天午后11點的剩余熱量，Tn是上述煮沸時 間，β是加熱效率。加熱效率β是在熱泵單元2的煮沸運轉時，考慮到了在開始時、接近 完成時加熱能力沒有滿足所需加熱能力W的情況、外氣溫度低時的除霜運轉造成的平均加 熱能力的降低的加熱效率，根據外氣溫度對值進行設定。接著，對計算的所需加熱能力W是否處于在步驟S5設定的熱泵單元2的加熱能力 的最小值Wmin和最大值Wmax的范圍內進行判定，針對各種情況，進行所需的處理(S7 S15)。在所需加熱能力W不足在步驟S5設定的加熱能力的最小值Wmin的情況下(S7Y)， 將所需加熱能力W作為最小值Wmin(SS)，通過被改變的所需加熱能力反向算出煮沸時間 Tn(S9)。此時，煮沸時間Tn通過下述公式算出。Tn = (Qa-Qz)/(W · β).........(式 4)通過該計算，煮沸時間Tn比在步驟S4設定的值即5小時短。因此，在深夜時間帶 中電力需要量少的午前1點到午前6點的期間就能夠完成煮沸。接著，進行結束時刻轉移時間Tf的設定(SlO)。此時，為將煮沸結束時刻從深夜時 間帶的結束時刻午前7點轉移到電力需要量少的午前6點，將結束時刻轉移時間Tf設定為 1小時。在所需加熱能力W為在步驟S5設定的加熱能力的最小值Wmin以上的情況 下(S7N)，進而在最大值Wmax以上的情況下(SllY)，將所需加熱能力W作為最大值 Wmax(S12)，通過被變更的所需加熱能力反向算出煮沸時間Tn(S13)。此時，煮沸時間Tn通 過與(式4)相同的公式算出。通過該計算，煮沸時間Tn比在步驟S4設定的值即5小時長。 因此，僅在深夜時間帶中電力需要量少的午前1點到午前6點的期間不能完成煮沸，有所需 在此外的午前6點到午前7點的期間和前一天的午后11點到次日的午前1點的期間也進
8行煮沸運轉。 接著，進行結束時刻轉移時間Tf的設定(S14)。此時，為了不轉移煮沸結束時刻， 而是為深夜時間帶的結束時刻午前7點，將結束時刻轉移時間Tf設定為0小時。
在所需加熱能力W處于在步驟S5設定的加熱能力的范圍內的情況下(Si 1N)，煮沸 時間Tn仍為在步驟S4設定的值即5小時，能夠在深夜時間帶中電力需要量少的午前1點 到午前6點的期間能夠完成煮沸。此時，進行結束時刻轉移時間Tf的設定(S15)。為了將煮沸結束時刻從深夜時間 帶的結束時刻午前7點轉移到電力需要量少的午前6點，將結束時刻轉移時間Tf設定為1 小時。像上述那樣，在步驟S7 S15決定煮沸時間Tn和所需加熱能力W，然后，設定煮沸 開始時刻Ts (S16)。煮沸開始時刻Ts通過下述公式算出。Ts =深夜時間帶結束時刻-Tf-Tn.........(式5)這里，Tf是上述結束時刻轉移時間，Tn是煮沸時間。另外，深夜時間帶結束時刻是 午前7點。接著，進行當前時刻是否達到煮沸開始時刻Ts的判斷(S17)。在當前時刻達到了 煮沸開始時刻Ts的情況下(S17Y)，進行熱泵的運轉(S18)。在當前時刻沒有達到煮沸開始 時刻Ts的情況下(S17N)，反復進行步驟S17的判定。熱泵運轉(S18)以下述方式進行。此時，熱水儲存箱控制部23向熱泵控制部58 發出熱泵運轉指令，同時給出煮沸溫度目標值tp、所需加熱能力W的值。熱泵控制部58控 制壓縮機51的旋轉速度，從而使由水制冷劑熱交換器52的水出口溫度傳感器38檢測到的 水出口溫度成為煮沸溫度目標值tp。另外，熱泵控制部58進行膨脹閥53的開度控制，以便使由壓縮機排出溫度傳感器 35檢測到的排出溫度成為通過下述公式算出的目標值tdO。TdO = f (tp, thwi, ta, W).........(式 6)這里，tp是煮沸溫度目標值，thwi是由水制冷劑熱交換器52的水入口溫度傳感 器37檢測到的水入口溫度，ta是由外氣溫度傳感器36檢測到的外氣溫度，W是所需加熱能 力，排出溫度的目標值tdO用它們的函數f表示。目標值被設定為熱泵單元2的COP為大 致最高的排出溫度。這里，由于將目標值作為所需加熱能力W的函數，所以，在圖3B所示的 加熱能力的最小值Wmin和最大值Wmax的整個范圍，能夠進行高效的熱泵的運轉。另外，熱泵控制部58進行箱循環泵56的旋轉速度的控制，以便使由水制冷劑熱交 換器52的水流量傳感器57檢測到的水流量成為通過下述公式算出的目標值LwO。LwO = W/ (( P .c) (tp-thwi)).........(式 7)這里，W是所需加熱能力，P是水密度，c是水比熱，tp是煮沸溫度目標值，thwi是 由水制冷劑熱交換器52的水入口溫度傳感器37檢測到的水入口溫度。熱泵控制部58通過上述壓縮機51的旋轉速度控制以及箱循環泵56的轉速速度 控制，進行煮沸溫度為tp，加熱能力為W的煮沸運轉。在熱泵運轉過程中，熱水儲存箱控制部23進行規定的箱溫度傳感器30是否達 到預先設定的煮沸結束溫度以上的判定(S19)。在沒有達到煮沸結束溫度以上的情況下 (S19N)，反復進行步驟S19的判定。在達到了煮沸結束溫度以上的情況下(S19Y)，熱水儲存箱控制部23向熱泵控制部58發出熱泵停止指令(S20)，完成深夜煮沸(S21)。另外，為了 算出上述加熱量Qd，在上述熱泵運轉過程中，進行所需加熱能力W的時間積分的計算。如以上詳細說明的那樣，深夜煮沸運轉被分為3個模式(參見圖5A-圖5C)。艮口、 第一(圖5A)是在深夜時間帶(從午后11點到午前7點)中的電力需要量更少的規定時 間帶(從午后1點到午前6點)，以熱泵的效率為大致最高的加熱能力運轉熱泵的模式。此 時，將從規定時間帶結束時刻(午前6點)減去了所需煮沸時間的時刻設定為煮沸開始時 刻，在規定時間帶的后半段轉移煮沸運轉。第二(圖5B)是僅通過大致最高效率的加熱能力下的運轉不能在規定時間帶完成 煮沸的情況。這是為了在規定時間帶完成煮沸而以比熱泵的效率為大致最高的加熱能力高 的加熱能力運轉熱泵的模式。此時，以使用規定時間帶(從午前1點到午前6點)的大致 全部時間完成加煮沸的加熱能力運轉熱泵。第三(圖5C)是即使以最大加熱能力運轉也不能在規定時間帶完成煮沸的情況。 為了在深夜時間帶完成煮沸，以最大加熱能力運轉熱泵。此時，將從深夜時間帶結束時刻 (午前7點)減去了所需煮沸時間的時刻設定為煮沸開始時刻，在規定時間帶的后半段轉移 煮沸運轉。另外，在本實施例中，說明了在規定時間帶結束時刻或深夜時間帶結束時刻完成 煮沸，但是，也可以為了在該時刻之前提前完成煮沸，例如將熱泵的加熱能力再設定得大 些，使運轉時間稍短。根據第一運轉模式，因為以熱泵效率為大致最高的加熱能力運轉熱泵，所以，能夠 以高效率運轉熱泵供熱水裝置。另外，根據第一以及第二運轉模式，因為以小的加熱能力長時間運轉熱泵，所以， 熱泵的煮沸運轉開始時刻提前，增加了運轉深夜時間帶的外氣溫度高的時間帶的運轉時 間，熱泵能夠在能量轉換效率高的條件下進行運轉。根據第一以及第二運轉模式，因為在深夜時間帶中電力需要量少的午前1點到午 前6點的規定時間帶內進行熱泵的運轉，所以，能夠有助于電力需要的平衡化。另外，根據第三運轉模式，即使在煮沸熱量多的情況下，也能夠在深夜時間帶切實 地完成煮沸。實施例2參照圖6說明本發明的實施例2。本實施例中，圖2所示的深夜煮沸控制流程圖的 步驟S18中的熱泵運轉與實施例1不同。本實施例中，按每個固定時間設定熱泵的加熱能 力。熱水儲存箱控制部23在熱泵運轉時開始加熱能力的再設定控制(S30)。在當前的 加熱能力不足最大值Wmax的情況下(S31Y)，進行加熱能力的再設定，在為最大值Wmax的情 況下(S31N)，不進行加熱能力的再設定，而是結束控制(S32)。S卩、當在從午前1點到午前 6點的規定時間帶內進行熱泵運轉時，進行加熱能力的再設定。加熱能力的再設定首先進行當前熱量Qx的計算(S33)。當前熱量Qx通過由熱水 儲存箱11的各箱溫差傳感器30檢測到的溫度與由供水溫度傳感器31檢測到的溫度的溫 度差和將含有各箱溫度傳感器30的熱水儲存箱11在上下方向區分的容積與水的密度和比 熱的乘積之和算出。
接著，進行煮沸剩余時間Tr的計算(S34)。煮沸剩余時間Tr通過下述公式算出。Tr =深夜時間帶結束時刻-Tf-當前時刻.........(式8)這里，深夜時間帶結束時刻是午前7點，Tf是結束時刻轉移時間，是在圖2的步驟 SlO或S15中設定的1小時。接著，進行熱泵單元2的加熱能力的最小值Wmin和最大值Wmax的設定(S35)。設 定的方法與圖2的步驟S5相同。接著，進行熱泵單元2的所需加熱能力W的計算(S36)。所需加熱能力W通過下述 公式算出。W = (Qa-Qx)/(Tr ‘ β).........(式 9)這里，Qa是上述實施例1中闡述的煮沸熱量，Qx是上述當前熱量，Tr是上述煮沸 剩余時間，β是實施例1中說明的加熱效率。接著，對計算的所需加熱能力W是否處于在步驟S35設定的熱泵單元2的加熱能 力的最小值Wmin和最大值Wmax的范圍內進行判定，在為范圍外的情況下進行所需的處理 (S37 S40)。在所需加熱能力W不足在步驟S35設定的加熱能力的最小值Wmin的情況下 (S37Y)，將所需加熱能力W作為最小值Wmin (S38)。另外，在所需加熱能力W比Wmax大的 情況下(S39Y)，將所需加熱能力W作為最大值WmaX(S40)。另外，在步驟S39Y的情況下，雖 然由于所需加熱能力被最大值Wmax抑制，在規定時間帶結束時刻即午前6點前沒有完成煮 沸，但是，超過的時間量少，能夠在深夜時間帶結束時刻即午前7點前完成煮沸。接著，進行所需加熱能力W的再設定(S41)。此時，熱水儲存箱控制部23向熱泵控 制部58提供新的所需加熱能力W的值。熱泵控制部根據新的所需加熱能力W的值進行熱 泵單元2的運轉控制。熱水儲存箱控制部23，在計時器每經過規定時間時(S42)，進行上述加熱能力的 再設定控制。如上所述，通過在每個固定時間精細地設定熱泵的加熱能力，能夠在深夜時間帶 中電力需要量變少的午前1點到午前6點為止的規定時間帶內，以盡可能小的加熱能力高 效運轉熱泵供熱水裝置。另外，能夠在規定時間帶內切實地完成煮沸。實施例3參照圖7說明本發明的實施例3。本實施例中，在實施例1的深夜煮沸控制中，將 煮沸時間Tn從5小時變更為8小時。圖7中，用相同的符號表示與圖2相同的步驟，省略 說明。步驟Sl S3與實施例1相同。將步驟S4’的煮沸時間Tn設定為深夜時間帶(從 午后11點到午前7點)即、8小時。在步驟S6，設煮沸時間帶Tn為8小時，進行所需加熱 能力W的計算。在步驟S7，中，在所需加熱能力W不足在步驟S5設定的加熱能力的最小值Wmin 的情況下(S7’Y)，將所需加熱能力W作為最小值Wmin(SS)，通過被變更的所需加熱能力，反 向算出煮沸時間Tn(S9)。在其它情況下(S7’ N)，假設所需加熱能力W處于在步驟S5設定的加熱能力的范 圍，使用未加改變的值。另外，如實施例1所述，由于圖3的加熱能力的最大值Wmax為，在 各外氣溫度時，在深夜時間帶沒有供熱水的情況下，最大也是在深夜時間帶的8個小時完成煮沸的加熱能力，所以，所需加熱能力W為最大值Wmax以下的值。此后的步驟S16 S21與實施例1相同。如上所述，通過將熱泵的煮沸時間設定為比5小時長的8小時，相對于相同的所需 煮沸熱量，能夠以更小的加熱能力運轉熱泵供熱水裝置，能夠維持高效率。實施例4說明本發明的實施例4。本實施例中，圖7所示的深夜煮沸控制流程圖的步驟S18 中的熱泵運轉與上述實施例3不同。本實施例中，以將系數k乘以熱泵的所需加熱能力W 后的數值作為熱泵運轉的加熱能力。系數k通過下述公式算出。k = l+d-2d/TnXT.........(式 10)這里，d是轉移值，Tn是煮沸時間，為8小時，T是熱泵運轉時間。系數k是運轉時 間T的一次函數，在T = O時，k= Ι+d，在1 =他時沽=1-d。即、通過將系數k乘以所需 加熱能力W，熱泵的加熱能力在深夜時間帶的前半部比所需加熱能力W大，在后半部比所需 加熱能力W小。另外，在進行8小時煮沸的情況下(圖7的步驟S7’ N的情況下)，進行本 控制處理。另外，熱泵的加熱能力在通過圖3設定的最小值Wmin到最大值Wmax的范圍內。根據以上的所述控制，因為在深夜時間帶的前半部，煮沸深夜煮沸熱量的一半以 上，所以，能夠在深夜時間帶中的外氣溫度高、前半部的能量轉換效率提高的條件下進行運 轉，能夠維持高效率。實施例5說明本發明的實施例5。本實施例中，圖7所示的深夜煮沸控制的流程圖的步驟 S5的加熱能力最小值Wmin的設定方法與實施例3不同。本實施例中，使熱泵的加熱能力最 小值Wmin為加熱能力最大值Wmax的大致三分之二。圖8A、圖8B表示本實施例的煮沸溫度目標值分別在70°C以上和不足70°C的情 況下的外氣溫度和熱泵單元2的加熱能力的最小值和最大值的關系。使加熱能力的最小 值Wmin比實施例1的圖3A、圖3B所示的表示熱泵的效率為大致最高的加熱能力的最小值 Wmin大，為最大值Wmax的大致三分之二(66% )。此時，在熱泵的最大加熱能力的66%到 100%的范圍，加熱能力越小，能量轉換效率越高。通過本控制處理，熱泵單元2在深夜時間帶以最大加熱能力的66%到100%進行 煮沸運轉，最小也以最大加熱能力的66%運轉，與實施例3相比，在圖7的流程圖的步驟S9 計算的煮沸時間Tn減小，因此，在S16計算的煮沸時間開始時刻Ts向深夜時間帶的后方轉移。通過上述的所述控制，能夠維持高的能量轉換效率，且能抑制深夜時間帶中的電 力需要高的前半部的電力量的增加。雖然在本實施例中，使熱泵的加熱能力最小值Wmin為加熱能力最大值Wmax的大 致三分之二，但是，在為50%至80%的情況下也能夠得到同樣的效果。另外，雖然在上述實施例中，作為深夜時間帶是電費便宜的時間帶，但是，針對供 熱水需要或電力需要小的時間帶，本發明也能夠同樣實施。另外，在上述實施例中，為了得到所需加熱能力，進行壓縮機的旋轉速度控制以便 使煮沸溫度達到目標值，進行箱循環泵的旋轉速度控制以便水量達到目標值，但是，也可以根據加熱能力和壓縮機旋轉速度的關系設定旋轉速度，控制箱循環泵的旋轉速度，以便使 煮沸溫度達到目標值，只要是能夠得到大致的所需加熱能力的控制方法即可。根據本發明，因為在規定時間帶優先進行以能量轉換效率為大致最高的加熱能力 運轉熱泵的控制，所以，熱泵供熱水裝置的箱煮沸運轉時的能量轉換效率提高。雖然上述記載針對的是實施例，但是，本發明并不限定于此，本領域技術人員當然 可以在不脫離本發明的精神和請求保護的技術方案的范圍內進行各種變更和修改。
權利要求
一種熱泵供熱水裝置，所述熱泵供熱水裝置設有熱泵和對被該熱泵加熱了的水進行熱水儲存的熱水儲存箱，其特征在于設有設定機構和控制機構；所述設定機構采用外氣溫度設定加熱能力，所述控制機構使所述熱泵優先在深夜時間帶以所述熱泵的能量轉換效率實質上為最高的加熱能力進行運轉，所述控制機構，在僅使所述熱泵優先以所述熱泵的能量轉換效率實質上為最高的加熱能力進行運轉不能在所述深夜時間帶完成煮沸的情況下，控制所述熱泵使該熱泵以比所述能量轉換效率實質上為最高的加熱能力高的加熱能力進行運轉。
2.一種熱泵供熱水裝置，所述熱泵供熱水裝置設有熱泵和對被該熱泵加熱了的水進行 熱水儲存的熱水儲存箱，其特征在于設有設定機構和控制機構，所述設定機構采用外氣溫度設定加熱能力；所述控制機構使所述熱泵優先在深夜時間帶以由所述設定機構設定的加熱能力的最 小值進行運轉，所述控制機構，在僅使所述熱泵優先以所述加熱能力的最小值進行運轉不能在所述深 夜時間帶完成煮沸的情況下，控制所述熱泵使該熱泵以比所述加熱能力的最小值高的加熱 能力進行運轉。
3.如權利要求2所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，所述控制機構設有設定機構，所 述設定機構將所述加熱能力的最小值設定為所述能量轉換效率實質上為最高的加熱能力。
4.如權利要求2所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，所述控制機構設有設定機構，所 述設定機構將所述加熱能力的最小值設定為比所述能量轉換效率實質上為最高的加熱能 力大的加熱能力。
5.如權利要求2所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，所述加熱能力的最小值被設定 為所述加熱能力的最大值的50 80%。
6.如權利要求2所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，所述控制裝置進行在所述深夜 時間帶的前半部煮沸深夜時間帶全部煮沸熱量的一半以上的控制。
7.一種熱泵供熱水裝置，所述熱泵供熱水裝置設有熱泵和對被該熱泵加熱了的水進行 熱水儲存的熱水儲存箱，其特征在于，設有采用外氣溫度設定加熱能力的設定機構；使所述熱泵優先在深夜時間帶中的規定時間帶以所述熱泵的能量轉換效率實質上為 最高的加熱能力進行運轉的控制機構；在僅進行所述熱泵的能量轉換效率實質上為最高的運轉不能在所述規定時間帶完成 煮沸的情況下，使所述熱泵以比能量轉換效率實質上為最高的加熱能力高的加熱能力進行 運轉的控制機構；和在以所述設定機構設定的加熱能力的最大值進行運轉也不能在所述規定時間帶完 成煮沸的情況下，使所述熱泵在所述深夜時間帶也進行運轉的控制機構。
8.如權利要求7所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，設有在不能在所述規定時間帶 完成煮沸的情況下，使所述熱泵在所述深夜時間帶以比能量轉換效率實質上為最高的所述 加熱能力大的加熱能力進行運轉的控制機構。
9.如權利要求7所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，設有在不能在所述規定時間帶2完成煮沸的情況下，使所述熱泵在所述深夜時間帶以最大加熱能力進行運轉的控制機構。
10.如權利要求1所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，設有在深夜時間帶內的每個固 定時間設定所述熱泵的加熱能力的設定機構。
11.如權利要求1所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，設有熱水儲存箱控制部，和熱 泵控制部；所述熱泵控制部從該熱水儲存箱控制部接收加熱能力的指令信號。
12.如權利要求1所述的熱泵供熱水裝置，其特征在于，所述熱泵的制冷劑使用了二氧 化碳。
全文摘要
本發明的熱泵供熱水裝置中，為了提高深夜時間帶的熱水儲存箱煮沸時的能量轉換效率，并謀求電力需要的平衡化，設有熱泵和對被該熱泵加熱了的水進行熱水儲存的熱水儲存箱，進而，設有采用外氣溫度設定加熱能力的設定機構、使熱泵優先在深夜時間帶以由該設定機構設定的加熱能力的最小值進行運轉的控制機構，該控制機構控制該熱泵，從而在即使熱泵優先以加熱能力的最小值進行運轉也不能在深夜時間帶完成煮沸的情況下，使熱泵以比加熱能力的最小值高的加熱能力進行運轉。
文檔編號F24H1/18GK101910747SQ200880123498
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月10日 優先權日2008年1月10日
發明者伏木隆之, 厚東良和, 遠藤和廣, 錦織滿雄 申請人:日立空調·家用電器株式會社