专利名称：热泵供热水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用热泵对热水储存箱的水进行加热的热泵供热水装置。
背景技术：
作为在电费便宜的深夜时间带进行煮沸的储热水式的热泵供热水装置的例子，记 载在专利文献1中。为了在深夜时间带煮沸，并谋求降低散热损失，根据所需煮沸热量和热 泵的固定的加热能力，算出所需的煮沸时间，把从深夜时间带结束时刻减去该所需的煮沸 时间之后的时刻设定为煮沸开始时刻，在深夜时间带的后半段切换成煮沸运转。作为其它的设有煮沸控制机构的热泵供热水装置的例子，记载在专利文献2中。 它通过(所需的热量/储热水时间)算出变频热泵的加热能力，从表示加热能力和频率的 关系的图表求出对应的频率。变频热泵具有以低频运转比以高频运转效率高的特性。因此， 与以固定的输出进行热水储存的情况相比，能够高效地进行热水储存。专利文献3记载了具有小容量的热水储存槽的热泵供热水装置的例子。它主要是 在夜间驱动热泵循环，将热水储存在热水储存槽，在白天也适当地驱动热泵循环，将热水储 存在热水储存槽，在担心热水用尽的情况下，优先进行提高热泵循环的加热能力的运转，防 止热水用尽，在不担心热水用尽的情况下，进行热泵循环运转效率优先的运转，在防止热水 用尽的同时提高运转效率。然后，借助时间带计时器，在1天中最需要热水的时间带(16-22 点)，为防止热水用尽而使加热能力优先，在其它时间带使运转效率优先。专利文献1 日本特开2004-347171号公报专利文献2 日本特开平9-68369号公报专利文献3 日本特开2005-127588号公报
发明内容
在上述专利文献1记载的热泵供热水装置中，没有考虑热泵的能量转换效率相对 于深夜时间带的外气温度的变化的影响。热泵具有外气温度越高、作为水加热能力相对于 热泵的消耗电力的比率的C0P，即所谓的能量转换效率越高的特性。若深夜时间带例如为午 后11点 至午前7点，则从作为深夜时间带开始时刻的午后11点到作为深夜时间带结束 时刻的午前7点，外气温度呈现略下降的变化。因此，由于通过在深夜时间带的后半段转换 成煮沸运转，而在外气温度降低的深夜时间带运转热泵，所以存在能量转换效率(COP)降 低的课题。另外，在专利文献2记载的热泵供热水装置中，运转的热泵的频率由表示通过(所 需的热量/储热水时间)算出的加热能力与频率的关系的图表决定。热泵的COP为，若压 缩机效率固定或与频率的降低相伴的压缩机效率的降低小，则如专利文献2记载的热泵供 热水装置那样，以低频运转比以高频运转能量转换效率高。但是，作为近年被商品化的热泵供热水装置的制冷剂，使用二氧化碳制冷剂。二氧 化碳相对于氟烃，高低压的压差为3倍，缸容积为1/3，排出压为3倍左右(热泵 蓄热中心编“无氟技术” P. 50，欧姆(才一 A )公司，2004年2月1日发行)。这样，由于作为制冷剂 使用二氧化碳的压缩机相对于氟烃高低压的压差高3倍，所以，随着压缩机频率的降低，压 缩室泄漏的影响增大，压缩机效率大幅降低。因此，将二氧化碳作为制冷剂使用的热泵供热 水装置不是频率越低能量转换效率越高，而是存在能量转换效率为最高的频率。即、专利文 献2的装置没有考虑存在能量转换效率为最高的频率的情况下的煮沸控制机构。另外，虽然在专利文献3记载的热泵供热水装置中，对使加热能力优先的运转和 使运转效率优先的运转进行切换，但是，没有考虑深夜时间带的运转的切换的控制机构。本发明的目的是得到能够维持高能量转换效率，还能有助于电力需要的平衡化的 热泵供热水装置。为了实现上述目的，本发明为一种热泵供热水装置，所述热泵供热水装置设有热 泵和对被该热泵加热了的水进行热水储存的热水储存箱，其特征在于设有设定机构和控 制机构，所述设定机构采用外气温度设定加热能力；所述控制机构使所述热泵优先在深夜 时间带以由所述设定机构设定的加热能力的最小值进行运转，所述控制机构，在仅使所述 热泵优先以所述加热能力的最小值进行运转不能在所述深夜时间带完成煮沸的情况下，控 制所述热泵使该热泵以比所述加热能力的最小值高的加热能力进行运转。根据本发明，因为在电费便宜的深夜时间带中的电力需要量少的规定时间带优先 进行以能量转换效率实质上为最高的加热能力运转热泵的控制，所以，能够得到可提高热 水储存箱煮沸时的能量转换效率、并有助于电力需要的平衡化的热泵供热水装置。本发明的其它目的、特征以及优点从与附图相关的下述本发明的实施例的记载可 以看出O
图1是本发明实施例1涉及的热泵供热水装置的系统图。图2是表示本发明实施例1涉及的深夜煮沸控制的流程图。图3A是表示本发明的实施例1的煮沸温度目标值在70°C以上的情况下外气温度 和热泵单元的加热能力的最小值和最大值关系的线图。图3B是表示本发明的实施例1的煮沸温度目标值不足70°C的情况下的外气温度 和热泵单元的加热能力的最小值和最大值关系的线图。图4是表示本发明的实施例1中的热泵单元的加热能力和COP的关系的线图。图5A是表示本发明的实施例1的热泵运转的时刻的图。图5B是表示本发明的实施例1的热泵运转的时刻的图。图5C是表示本发明的实施例1的热泵运转的时刻的图。图6是表示本发明的实施例2的热泵单元的加热能力再设定控制的流程图。图7是表示本发明的实施例3的深夜煮沸控制的流程图。图8A是表示本发明的实施例5的煮沸温度目标值在70°C以上的情况下的外气温 度和热泵单元的加热能力的最小值和最大值关系的线图。图8B是表示本发明的实施例5的煮沸温度目标值不足70°C的情况下的外气温度 和热泵单元的加热能力的最小值和最大值的关系的线图。
具体实施例方式下面，根据
本发明涉及的热泵供热水装置的实施例1。实施例1图1是热泵供热水装置100的系统图。热泵供热水装置100设有热水储存箱单元1和热泵单元2。供热水箱单元1设有 热水储存箱11、连接在该热水储存箱11上部的出热水管12、一端连接在热水储存箱11下 部的供水管13、与该供水管13的另一端连接并与装置外部的自来水管连接着的供水金属 件14、将从该供水金属件14获取的自来水调整为恰当水压的减压阀15、将来自出热水管12 的高温水和来自从供水管13分支的供水分支管16的低温水混合的供热水混合阀17、一端 与上述供热水混合阀17的下游连接且另一端与装置外部的供热水末端连接的供热水接头 20、和供热水管18，该供热水管18在其间含有供热水流量传感器19。另外，热水储存箱11设有赴热泵管21和热泵返回管22，该赴热泵管21将其一端 连接在热水储存箱11下部、将另一端与热泵单元2连接，该热泵返回管22与热水储存箱11 上部连接，并将另一端与热泵单元2连接，热水储存箱11内的热水可经热泵单元2循环。设置在热水储存箱11侧面的多个箱温度传感器30、设在供水管13上的供水温度 传感器31、设置在供热水管18上的供热水温度传感器32检测各部温度，将其温度信息向热 水储存箱控制部23传输，热水储存箱控制部23进行与后述的热泵控制部58、遥控器(未图 示出)的通信，并且进行热水储存箱单元1的控制。热泵单元2的热泵回路3将下述部件用制冷剂管路连接而构成，所述部件为将制 冷剂压缩成高温制冷剂的压缩机51、对被该压缩机51压缩并成为高温的制冷剂和从热水 储存箱单元1供给的水进行热交换的水制冷剂热交换器52、对从该水制冷剂热交换器52出 来的制冷剂进行减压的膨胀阀53、使从膨胀阀53出来的低温低压的制冷剂蒸发的蒸发器 54。制冷剂为二氧化碳，能够进行高温的热水的煮沸。压缩机51能够通过变频控制进行容量控制，旋转速度从低速到高速可变。蒸发器 54是空气制冷剂热交换器，利用室外风扇55使室外的大量的空气和被减压的制冷剂进行 热交换。水制冷剂热交换器52具有制冷剂侧传热管52a和水侧传热管52b，制冷剂侧传热 管52a的制冷剂的流动和水侧传热管52b的水的流动为相向流动。于是，高温高压的制冷 剂和低温的水进行热交换。即、在水制冷剂热交换器52的入口(图中为水制冷剂热交换器 52的下侧)为低温的水在通过水侧传热管52b时被逐渐加热，在水制冷剂热交换器52的出 口(图中为水制冷剂热交换器52的上侧)升温到由后述的热泵控制部58设定的规定的温 度。水制冷剂热交换器52的水侧传热管52b的入口侧和上述赴热泵管21连接，在管 路途中配置可控制容量的箱循环泵56、水制冷剂热交换器水流量传感器57。另外，水侧传 热管52b的出口侧和上述热泵返回管22连接。设置在压缩机51出口侧的制冷剂管上的压缩机排出温度传感器35、设置在蒸发 器54的空气入口侧的外气温度传感器36、设置在赴热泵管21上的水制冷剂热交换器水入 口温度传感器37以及设置在热泵返回管22上的水制冷剂热交换器水出口温度传感器38 检测各部的温度，将检测到的温度信息向热泵控制部58传输，热泵控制部58进行与上述热水储存箱控制部23的通信，并进行热泵单元2的控制。下面说明供热水时的动作。若将与供热水接头20连接的未图示出的供热水末端 打开，则热水储存箱11上部的高温水因与供水金属件14连接的自来水管的水压而流入出 热水管12内，并且，低温的供水流入供水分支管16内，高温水以及低温水经供热水混合阀 17、供热水流量传感器19、供热水接头20从供热水末端流出。此时，流量传感器19检测水 流，热水储存箱控制部23控制来自出热水管12的高温水和来自供水分支管16的低温水的 比例，以使供热水温度传感器32检测的温度成为由遥控器(未图示出)设定的供热水温 度。低温的供水向热水储存箱11下部供给热水储存箱11上部的高温热水被使用的量。下面说明储热水时的动作。在煮沸热水储存箱11内的热水时，热泵控制部58对 热泵回路3进行运转控制，并对箱循环泵56进行运转控制。此时，如后所述，进行压缩机51 的旋转速度控制、膨胀阀53的开度控制还有箱循环泵56的旋转速度控制。因箱循环泵56 的运转而从热水储存箱11下部流出的热水经赴热泵管21流入水制冷剂热交换器52，被热 泵回路3的高温的制冷剂加热，经热泵返回管22返回热水储存箱11上部，据此高温的热水 被储存。接着，使用图2 图4说明深夜煮沸控制的动作。深夜时间带是电费便宜的时间 带，例如为午后11点到午前7点。在图2的深夜煮沸控制的流程图中，热水储存箱控制部 23在作为深夜时间带的开始时刻的午后11点，开始深夜煮沸控制(Si)。首先，进行煮沸热 量Qa的设定(S2)。煮沸热量Qa作为此前7天期间的使用热量的平均值、标准偏差和备用 热量之和被计算出。1天(从前一天午后11点到当天午后11点)的使用热量Qc通过下述公式算出。Qc = Qzl+Qd-Qz.........(式 1)这里，Qzl是前一天午后11点的热水储存箱11的剩余热量，Qd是热泵单元2的 加热量，Qz是当天午后11点的剩余热量。剩余热量Qzl、Qz通过由热水储存箱11的各箱 温度传感器30检测到的温度与由供水温度传感器31检测到的温度的温度差、和将含有各 箱温度传感器30的热水储存箱11在上下方向区分的容积与水的密度和比热的乘积之和算 出。另外，加热量Qd通过后述的热泵单元2的加热能力的设定值(所需加热能力)的运转 时间的积分值算出。热水储存箱控制部23记取此前7天期间的使用热量，求出平均值以及标准偏差， 考虑使用热量的不一致，将煮沸热量Qa作为平均值、标准偏差和备用热量之和算出。备用 热量例如是能够供给供热水温度42°C、供热水量100L的热水的热量。接着，进行煮沸温度目标值tp的设定(S3)。煮沸温度tp通过下述公式算出tp = Qa/ ( P · c · V · α ) +twi.........(式 2)但是，为了防止军团菌的产生，算出的煮沸温度目标值tp在不足65°C的情况下， 设定为65°C。这里，Qa是上述煮沸热量，P是水密度，c是水比热，V是热水储存箱11的容 积，α是容积效率，twi是图1的供水温度传感器31检测的供水温度。容积效率α是考 虑了下述情况的，即，为了保护热泵回路3，在水制冷剂热交换器52的水入口温度为比煮沸 温度tp低的温度例如55°C时停止煮沸，所以热水储存箱11下部的温度不会达到煮沸温度 tp。接着，进行煮沸时间Tn的设定(S4)。如上所述，以午后11点到午前7点的8小时作为深夜时间带。将煮沸时间Tn例如设定为5小时。该5小时是深夜时间带中电力需要 量少的午前1点到午前6点的时间。该煮沸时间Tn例如也可以考虑每个季节的电力需要 量，根据季节(日历)变更。接着，进行热泵单元2的加热能力的最小值Wmin和最大值Wmax的设定(S5)。图 3A、图3B分别是在煮沸温度目标值tp在70°C以上和不足70°C的情况下，表示外气温度和 加热能力的最小值Wmin以及最大值Wmax的关系的图。即、能够根据煮沸温度目标值tp和 外气温度(外气温度传感器36的检测值)确定加热能力的最小值Wmin和最大值Wmax。在 图3B中在煮沸温度目标值不足70°C，外气温度为ta时，热泵单元2的加热能力和COP (加 热能力相对于消耗电力的比率)的关系表示在图4中。主要通过改变压缩机51的旋转速 度(频率)来改变加热能力。热泵单元2显示了 COP相对于加热能力具有最高值的特性。 然后，将图3B所示的热泵单元2的加热能力的最小值作为图4所示的COP为大致最高的加 热能力。另外，图3B的加热能力的最大值为，在各外气温度时，没有在深夜时间带供热水的 情况下，最大也是在深夜时间带的8个小时完成煮沸的加热能力。因此，图3B中，以小的加 热能力运转时的COP比以大的加热能力运转时更高。接着，进行热泵单元2的所需加热能力W的计算(S6)。所需加热能力W通过下述 公式算出。W = (Qa-Qz)/(Tn ‘ β).........(式 3)这里，Qa是上述煮沸热量，Qz是上述当天午后11点的剩余热量，Tn是上述煮沸时 间，β是加热效率。加热效率β是在热泵单元2的煮沸运转时，考虑到了在开始时、接近 完成时加热能力没有满足所需加热能力W的情况、外气温度低时的除霜运转造成的平均加 热能力的降低的加热效率，根据外气温度对值进行设定。接着，对计算的所需加热能力W是否处于在步骤S5设定的热泵单元2的加热能力 的最小值Wmin和最大值Wmax的范围内进行判定，针对各种情况，进行所需的处理(S7 S15)。在所需加热能力W不足在步骤S5设定的加热能力的最小值Wmin的情况下(S7Y)， 将所需加热能力W作为最小值Wmin(SS)，通过被改变的所需加热能力反向算出煮沸时间 Tn(S9)。此时，煮沸时间Tn通过下述公式算出。Tn = (Qa-Qz)/(W · β).........(式 4)通过该计算，煮沸时间Tn比在步骤S4设定的值即5小时短。因此，在深夜时间带 中电力需要量少的午前1点到午前6点的期间就能够完成煮沸。接着，进行结束时刻转移时间Tf的设定(SlO)。此时，为将煮沸结束时刻从深夜时 间带的结束时刻午前7点转移到电力需要量少的午前6点，将结束时刻转移时间Tf设定为 1小时。在所需加热能力W为在步骤S5设定的加热能力的最小值Wmin以上的情况 下(S7N)，进而在最大值Wmax以上的情况下(SllY)，将所需加热能力W作为最大值 Wmax(S12)，通过被变更的所需加热能力反向算出煮沸时间Tn(S13)。此时，煮沸时间Tn通 过与(式4)相同的公式算出。通过该计算，煮沸时间Tn比在步骤S4设定的值即5小时长。 因此，仅在深夜时间带中电力需要量少的午前1点到午前6点的期间不能完成煮沸，有所需 在此外的午前6点到午前7点的期间和前一天的午后11点到次日的午前1点的期间也进
8行煮沸运转。 接着，进行结束时刻转移时间Tf的设定(S14)。此时，为了不转移煮沸结束时刻， 而是为深夜时间带的结束时刻午前7点，将结束时刻转移时间Tf设定为0小时。
在所需加热能力W处于在步骤S5设定的加热能力的范围内的情况下(Si 1N)，煮沸 时间Tn仍为在步骤S4设定的值即5小时，能够在深夜时间带中电力需要量少的午前1点 到午前6点的期间能够完成煮沸。此时，进行结束时刻转移时间Tf的设定(S15)。为了将煮沸结束时刻从深夜时间 带的结束时刻午前7点转移到电力需要量少的午前6点，将结束时刻转移时间Tf设定为1 小时。像上述那样，在步骤S7 S15决定煮沸时间Tn和所需加热能力W，然后，设定煮沸 开始时刻Ts (S16)。煮沸开始时刻Ts通过下述公式算出。Ts =深夜时间带结束时刻-Tf-Tn.........(式5)这里，Tf是上述结束时刻转移时间，Tn是煮沸时间。另外，深夜时间带结束时刻是 午前7点。接着，进行当前时刻是否达到煮沸开始时刻Ts的判断(S17)。在当前时刻达到了 煮沸开始时刻Ts的情况下(S17Y)，进行热泵的运转(S18)。在当前时刻没有达到煮沸开始 时刻Ts的情况下(S17N)，反复进行步骤S17的判定。热泵运转(S18)以下述方式进行。此时，热水储存箱控制部23向热泵控制部58 发出热泵运转指令，同时给出煮沸温度目标值tp、所需加热能力W的值。热泵控制部58控 制压缩机51的旋转速度，从而使由水制冷剂热交换器52的水出口温度传感器38检测到的 水出口温度成为煮沸温度目标值tp。另外，热泵控制部58进行膨胀阀53的开度控制，以便使由压缩机排出温度传感器 35检测到的排出温度成为通过下述公式算出的目标值tdO。TdO = f (tp, thwi, ta, W).........(式 6)这里，tp是煮沸温度目标值，thwi是由水制冷剂热交换器52的水入口温度传感 器37检测到的水入口温度，ta是由外气温度传感器36检测到的外气温度，W是所需加热能 力，排出温度的目标值tdO用它们的函数f表示。目标值被设定为热泵单元2的COP为大 致最高的排出温度。这里，由于将目标值作为所需加热能力W的函数，所以，在图3B所示的 加热能力的最小值Wmin和最大值Wmax的整个范围，能够进行高效的热泵的运转。另外，热泵控制部58进行箱循环泵56的旋转速度的控制，以便使由水制冷剂热交 换器52的水流量传感器57检测到的水流量成为通过下述公式算出的目标值LwO。LwO = W/ (( P .c) (tp-thwi)).........(式 7)这里，W是所需加热能力，P是水密度，c是水比热，tp是煮沸温度目标值，thwi是 由水制冷剂热交换器52的水入口温度传感器37检测到的水入口温度。热泵控制部58通过上述压缩机51的旋转速度控制以及箱循环泵56的转速速度 控制，进行煮沸温度为tp，加热能力为W的煮沸运转。在热泵运转过程中，热水储存箱控制部23进行规定的箱温度传感器30是否达 到预先设定的煮沸结束温度以上的判定(S19)。在没有达到煮沸结束温度以上的情况下 (S19N)，反复进行步骤S19的判定。在达到了煮沸结束温度以上的情况下(S19Y)，热水储存箱控制部23向热泵控制部58发出热泵停止指令(S20)，完成深夜煮沸(S21)。另外，为了 算出上述加热量Qd，在上述热泵运转过程中，进行所需加热能力W的时间积分的计算。如以上详细说明的那样，深夜煮沸运转被分为3个模式(参见图5A-图5C)。艮口、 第一(图5A)是在深夜时间带(从午后11点到午前7点)中的电力需要量更少的规定时 间带(从午后1点到午前6点)，以热泵的效率为大致最高的加热能力运转热泵的模式。此 时，将从规定时间带结束时刻(午前6点)减去了所需煮沸时间的时刻设定为煮沸开始时 刻，在规定时间带的后半段转移煮沸运转。第二(图5B)是仅通过大致最高效率的加热能力下的运转不能在规定时间带完成 煮沸的情况。这是为了在规定时间带完成煮沸而以比热泵的效率为大致最高的加热能力高 的加热能力运转热泵的模式。此时，以使用规定时间带(从午前1点到午前6点)的大致 全部时间完成加煮沸的加热能力运转热泵。第三(图5C)是即使以最大加热能力运转也不能在规定时间带完成煮沸的情况。 为了在深夜时间带完成煮沸，以最大加热能力运转热泵。此时，将从深夜时间带结束时刻 (午前7点)减去了所需煮沸时间的时刻设定为煮沸开始时刻，在规定时间带的后半段转移 煮沸运转。另外，在本实施例中，说明了在规定时间带结束时刻或深夜时间带结束时刻完成 煮沸，但是，也可以为了在该时刻之前提前完成煮沸，例如将热泵的加热能力再设定得大 些，使运转时间稍短。根据第一运转模式，因为以热泵效率为大致最高的加热能力运转热泵，所以，能够 以高效率运转热泵供热水装置。另外，根据第一以及第二运转模式，因为以小的加热能力长时间运转热泵，所以， 热泵的煮沸运转开始时刻提前，增加了运转深夜时间带的外气温度高的时间带的运转时 间，热泵能够在能量转换效率高的条件下进行运转。根据第一以及第二运转模式，因为在深夜时间带中电力需要量少的午前1点到午 前6点的规定时间带内进行热泵的运转，所以，能够有助于电力需要的平衡化。另外，根据第三运转模式，即使在煮沸热量多的情况下，也能够在深夜时间带切实 地完成煮沸。实施例2参照图6说明本发明的实施例2。本实施例中，图2所示的深夜煮沸控制流程图的 步骤S18中的热泵运转与实施例1不同。本实施例中，按每个固定时间设定热泵的加热能 力。热水储存箱控制部23在热泵运转时开始加热能力的再设定控制(S30)。在当前的 加热能力不足最大值Wmax的情况下(S31Y)，进行加热能力的再设定，在为最大值Wmax的情 况下(S31N)，不进行加热能力的再设定，而是结束控制(S32)。S卩、当在从午前1点到午前 6点的规定时间带内进行热泵运转时，进行加热能力的再设定。加热能力的再设定首先进行当前热量Qx的计算(S33)。当前热量Qx通过由热水 储存箱11的各箱温差传感器30检测到的温度与由供水温度传感器31检测到的温度的温 度差和将含有各箱温度传感器30的热水储存箱11在上下方向区分的容积与水的密度和比 热的乘积之和算出。
接着，进行煮沸剩余时间Tr的计算(S34)。煮沸剩余时间Tr通过下述公式算出。Tr =深夜时间带结束时刻-Tf-当前时刻.........(式8)这里，深夜时间带结束时刻是午前7点，Tf是结束时刻转移时间，是在图2的步骤 SlO或S15中设定的1小时。接着，进行热泵单元2的加热能力的最小值Wmin和最大值Wmax的设定(S35)。设 定的方法与图2的步骤S5相同。接着，进行热泵单元2的所需加热能力W的计算(S36)。所需加热能力W通过下述 公式算出。W = (Qa-Qx)/(Tr ‘ β).........(式 9)这里，Qa是上述实施例1中阐述的煮沸热量，Qx是上述当前热量，Tr是上述煮沸 剩余时间，β是实施例1中说明的加热效率。接着，对计算的所需加热能力W是否处于在步骤S35设定的热泵单元2的加热能 力的最小值Wmin和最大值Wmax的范围内进行判定，在为范围外的情况下进行所需的处理 (S37 S40)。在所需加热能力W不足在步骤S35设定的加热能力的最小值Wmin的情况下 (S37Y)，将所需加热能力W作为最小值Wmin (S38)。另外，在所需加热能力W比Wmax大的 情况下(S39Y)，将所需加热能力W作为最大值WmaX(S40)。另外，在步骤S39Y的情况下，虽 然由于所需加热能力被最大值Wmax抑制，在规定时间带结束时刻即午前6点前没有完成煮 沸，但是，超过的时间量少，能够在深夜时间带结束时刻即午前7点前完成煮沸。接着，进行所需加热能力W的再设定(S41)。此时，热水储存箱控制部23向热泵控 制部58提供新的所需加热能力W的值。热泵控制部根据新的所需加热能力W的值进行热 泵单元2的运转控制。热水储存箱控制部23，在计时器每经过规定时间时(S42)，进行上述加热能力的 再设定控制。如上所述，通过在每个固定时间精细地设定热泵的加热能力，能够在深夜时间带 中电力需要量变少的午前1点到午前6点为止的规定时间带内，以尽可能小的加热能力高 效运转热泵供热水装置。另外，能够在规定时间带内切实地完成煮沸。实施例3参照图7说明本发明的实施例3。本实施例中，在实施例1的深夜煮沸控制中，将 煮沸时间Tn从5小时变更为8小时。图7中，用相同的符号表示与图2相同的步骤，省略 说明。步骤Sl S3与实施例1相同。将步骤S4’的煮沸时间Tn设定为深夜时间带(从 午后11点到午前7点)即、8小时。在步骤S6，设煮沸时间带Tn为8小时，进行所需加热 能力W的计算。在步骤S7，中，在所需加热能力W不足在步骤S5设定的加热能力的最小值Wmin 的情况下(S7’Y)，将所需加热能力W作为最小值Wmin(SS)，通过被变更的所需加热能力，反 向算出煮沸时间Tn(S9)。在其它情况下(S7’ N)，假设所需加热能力W处于在步骤S5设定的加热能力的范 围，使用未加改变的值。另外，如实施例1所述，由于图3的加热能力的最大值Wmax为，在 各外气温度时，在深夜时间带没有供热水的情况下，最大也是在深夜时间带的8个小时完成煮沸的加热能力，所以，所需加热能力W为最大值Wmax以下的值。此后的步骤S16 S21与实施例1相同。如上所述，通过将热泵的煮沸时间设定为比5小时长的8小时，相对于相同的所需 煮沸热量，能够以更小的加热能力运转热泵供热水装置，能够维持高效率。实施例4说明本发明的实施例4。本实施例中，图7所示的深夜煮沸控制流程图的步骤S18 中的热泵运转与上述实施例3不同。本实施例中，以将系数k乘以热泵的所需加热能力W 后的数值作为热泵运转的加热能力。系数k通过下述公式算出。k = l+d-2d/TnXT.........(式 10)这里，d是转移值，Tn是煮沸时间，为8小时，T是热泵运转时间。系数k是运转时 间T的一次函数，在T = O时，k= Ι+d，在1 =他时沽=1-d。即、通过将系数k乘以所需 加热能力W，热泵的加热能力在深夜时间带的前半部比所需加热能力W大，在后半部比所需 加热能力W小。另外，在进行8小时煮沸的情况下(图7的步骤S7’ N的情况下)，进行本 控制处理。另外，热泵的加热能力在通过图3设定的最小值Wmin到最大值Wmax的范围内。根据以上的所述控制，因为在深夜时间带的前半部，煮沸深夜煮沸热量的一半以 上，所以，能够在深夜时间带中的外气温度高、前半部的能量转换效率提高的条件下进行运 转，能够维持高效率。实施例5说明本发明的实施例5。本实施例中，图7所示的深夜煮沸控制的流程图的步骤 S5的加热能力最小值Wmin的设定方法与实施例3不同。本实施例中，使热泵的加热能力最 小值Wmin为加热能力最大值Wmax的大致三分之二。图8A、图8B表示本实施例的煮沸温度目标值分别在70°C以上和不足70°C的情 况下的外气温度和热泵单元2的加热能力的最小值和最大值的关系。使加热能力的最小 值Wmin比实施例1的图3A、图3B所示的表示热泵的效率为大致最高的加热能力的最小值 Wmin大，为最大值Wmax的大致三分之二(66% )。此时，在热泵的最大加热能力的66%到 100%的范围，加热能力越小，能量转换效率越高。通过本控制处理，热泵单元2在深夜时间带以最大加热能力的66%到100%进行 煮沸运转，最小也以最大加热能力的66%运转，与实施例3相比，在图7的流程图的步骤S9 计算的煮沸时间Tn减小，因此，在S16计算的煮沸时间开始时刻Ts向深夜时间带的后方转移。通过上述的所述控制，能够维持高的能量转换效率，且能抑制深夜时间带中的电 力需要高的前半部的电力量的增加。虽然在本实施例中，使热泵的加热能力最小值Wmin为加热能力最大值Wmax的大 致三分之二，但是，在为50%至80%的情况下也能够得到同样的效果。另外，虽然在上述实施例中，作为深夜时间带是电费便宜的时间带，但是，针对供 热水需要或电力需要小的时间带，本发明也能够同样实施。另外，在上述实施例中，为了得到所需加热能力，进行压缩机的旋转速度控制以便 使煮沸温度达到目标值，进行箱循环泵的旋转速度控制以便水量达到目标值，但是，也可以根据加热能力和压缩机旋转速度的关系设定旋转速度，控制箱循环泵的旋转速度，以便使 煮沸温度达到目标值，只要是能够得到大致的所需加热能力的控制方法即可。根据本发明，因为在规定时间带优先进行以能量转换效率为大致最高的加热能力 运转热泵的控制，所以，热泵供热水装置的箱煮沸运转时的能量转换效率提高。虽然上述记载针对的是实施例，但是，本发明并不限定于此，本领域技术人员当然 可以在不脱离本发明的精神和请求保护的技术方案的范围内进行各种变更和修改。
权利要求
一种热泵供热水装置，所述热泵供热水装置设有热泵和对被该热泵加热了的水进行热水储存的热水储存箱，其特征在于设有设定机构和控制机构；所述设定机构采用外气温度设定加热能力，所述控制机构使所述热泵优先在深夜时间带以所述热泵的能量转换效率实质上为最高的加热能力进行运转，所述控制机构，在仅使所述热泵优先以所述热泵的能量转换效率实质上为最高的加热能力进行运转不能在所述深夜时间带完成煮沸的情况下，控制所述热泵使该热泵以比所述能量转换效率实质上为最高的加热能力高的加热能力进行运转。
2.一种热泵供热水装置，所述热泵供热水装置设有热泵和对被该热泵加热了的水进行 热水储存的热水储存箱，其特征在于设有设定机构和控制机构，所述设定机构采用外气温度设定加热能力；所述控制机构使所述热泵优先在深夜时间带以由所述设定机构设定的加热能力的最 小值进行运转，所述控制机构，在仅使所述热泵优先以所述加热能力的最小值进行运转不能在所述深 夜时间带完成煮沸的情况下，控制所述热泵使该热泵以比所述加热能力的最小值高的加热 能力进行运转。
3.如权利要求2所述的热泵供热水装置，其特征在于，所述控制机构设有设定机构，所 述设定机构将所述加热能力的最小值设定为所述能量转换效率实质上为最高的加热能力。
4.如权利要求2所述的热泵供热水装置，其特征在于，所述控制机构设有设定机构，所 述设定机构将所述加热能力的最小值设定为比所述能量转换效率实质上为最高的加热能 力大的加热能力。
5.如权利要求2所述的热泵供热水装置，其特征在于，所述加热能力的最小值被设定 为所述加热能力的最大值的50 80%。
6.如权利要求2所述的热泵供热水装置，其特征在于，所述控制装置进行在所述深夜 时间带的前半部煮沸深夜时间带全部煮沸热量的一半以上的控制。
7.一种热泵供热水装置，所述热泵供热水装置设有热泵和对被该热泵加热了的水进行 热水储存的热水储存箱，其特征在于，设有采用外气温度设定加热能力的设定机构；使所述热泵优先在深夜时间带中的规定时间带以所述热泵的能量转换效率实质上为 最高的加热能力进行运转的控制机构；在仅进行所述热泵的能量转换效率实质上为最高的运转不能在所述规定时间带完成 煮沸的情况下，使所述热泵以比能量转换效率实质上为最高的加热能力高的加热能力进行 运转的控制机构；和在以所述设定机构设定的加热能力的最大值进行运转也不能在所述规定时间带完 成煮沸的情况下，使所述热泵在所述深夜时间带也进行运转的控制机构。
8.如权利要求7所述的热泵供热水装置，其特征在于，设有在不能在所述规定时间带 完成煮沸的情况下，使所述热泵在所述深夜时间带以比能量转换效率实质上为最高的所述 加热能力大的加热能力进行运转的控制机构。
9.如权利要求7所述的热泵供热水装置，其特征在于，设有在不能在所述规定时间带2完成煮沸的情况下，使所述热泵在所述深夜时间带以最大加热能力进行运转的控制机构。
10.如权利要求1所述的热泵供热水装置，其特征在于，设有在深夜时间带内的每个固 定时间设定所述热泵的加热能力的设定机构。
11.如权利要求1所述的热泵供热水装置，其特征在于，设有热水储存箱控制部，和热 泵控制部；所述热泵控制部从该热水储存箱控制部接收加热能力的指令信号。
12.如权利要求1所述的热泵供热水装置，其特征在于，所述热泵的制冷剂使用了二氧 化碳。
全文摘要
本发明的热泵供热水装置中，为了提高深夜时间带的热水储存箱煮沸时的能量转换效率，并谋求电力需要的平衡化，设有热泵和对被该热泵加热了的水进行热水储存的热水储存箱，进而，设有采用外气温度设定加热能力的设定机构、使热泵优先在深夜时间带以由该设定机构设定的加热能力的最小值进行运转的控制机构，该控制机构控制该热泵，从而在即使热泵优先以加热能力的最小值进行运转也不能在深夜时间带完成煮沸的情况下，使热泵以比加热能力的最小值高的加热能力进行运转。
文档编号F24H1/18GK101910747SQ200880123498
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月10日 优先权日2008年1月10日
发明者伏木隆之, 厚东良和, 远藤和广, 锦织满雄 申请人:日立空调·家用电器株式会社