JP2013024458A

JP2013024458A - ヒートポンプ式温水暖房装置

Info

Publication number: JP2013024458A
Application number: JP2011158531A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishihara; 博石原; Tadashi Yanagisawa; 忠柳澤; Yoshitaka Fukita; 義隆吹田; Toshihiro Horiuchi; 敏弘堀内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】水冷媒熱交換器を凍結破損することなく使用できるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷媒を加熱する熱源機と、加熱された冷媒を循環液と熱交換する熱交換器と循環液を循環させるポンプと循環流量を検出するためのフロースイッチ１３を備え、フロースイッチ１３は磁力を発生させるマグネット５１と、マグネット５１を循環液が流れることにより摺動するパドル５０と磁力を検知してＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出すリードスイッチ５６からなり、パドル５０は循循環流量の量によってＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出す流量を可変させることのできる複数個のおもりを設けて、パドル５０に複数枚のおもりを加算していくことで、フロースイッチのＯＮ点流量を自由に変更でき、流量低下による水熱交換器２の破損を未然に防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて生成した温水で暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に関する。

従来では、石油やガスなどの燃焼系の燃料を熱源とした暖房機器の利用が大半を占めていたが、近年ではヒートポンプ技術を利用した暖房市場が急激に拡大している。また、従来の空気調和機においてもヒートポンプ技術を利用して、冷房と暖房の双方を利用することができるものもある。

しかしながら、従来の空気調和機だけでは、暖房時に足元が暖まりにくい等の課題があり、それを解消するためにヒートポンプ技術を利用した温水暖房装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の温水暖房装置では、高温冷媒と温水とを熱交換して、熱交換して昇温した温水を床暖房パネル等の暖房端末へ送り、暖房を行っている。

図１は、従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。図○○に示すように、従来のヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機１０１と、水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路と、減圧装置１０３と、蒸発器１０４とを順次冷媒配管１０５で環状に接続して冷凍サイクル１０６を構成し、水冷媒熱交換器１０２の水流路と、沸き上げポンプ１０９と、貯湯タンク１１０とを順次環状に接続して沸き上げサイクルを構成していた。

そして暖房運転を開始すると温水循環ポンプ１１１が駆動することによって貯湯タンク１１０内の温水を暖房端末１０８へ送る。また、給湯運転を行う時には、貯湯タンク１１０内に設けられた給湯熱交換器１１２で温水を貯湯タンク１１０内の高温水と熱交換して、給湯端末へ温水が供給される。

特開２００８−３９３０５号公報

しかしながら、前記従来の構成のヒートポンプ式温水暖房装置では、蒸発器１０４に霜がついたときに高温の冷媒を送り、霜を溶かす除霜運転の際に、逆に水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路に低温の冷媒が流れてしまう。水冷媒熱交換器１０２の水流路が適切な流量で循環していれば問題ないが、水循環回路がごみの影響などで循環流量が低下した場合に十分な熱交換が行なわれず、水冷媒熱交換器１０２が部分凍結を起こし、破損する危険を有していた。部分凍結を防止するためには、循環流量が低下し部分凍結を起こす流量以上で運転を停止する必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水冷媒熱交換器を凍結破損することなく使用できるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、循環流量を検出するためのフロースイッチを備え、前記記載のフロースイッチは磁力を発生させる
マグネットと、前記マグネットを循環液が流れることにより摺動するパドルと磁力を検知してＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出すリードスイッチからなる。本来フロースイッチは循環いているか否かを判断するためのものであるが、循環流量が低下した場合に循環ポンプおよび圧縮機を停止させ、水冷媒熱交換器の部分凍結を防止する。

そのためには部分凍結を起こす流量以上の流量を検出するＯＮ流量の高いフロースイッチが必要である。フロースイッチのＯＮ点流量を上げるためには、３つの手段がある。１つ目はパドル上流の通路径を大きくし、流速を落とし、ＯＮ点を上げる方法。２つ目はパドルの循環水の受ける面積を小さくし、ＯＮ点流量を上げる方法。３つ目はパドルを重くして、ＯＮ点流量を上げる方法がある。前記１つ目の方法は入り径が大きくなることにより、乱流は発生してパドルをチャタリングさせ、フロースイッチとしての機能を損なうことが分かった。

２つ目の方法は受圧面積が小さいことでＯＮ点流量のばらつきが大きく、正確にＯＮ点流量を検出することが困難であった。３つ目の方法としてパドルの重量を重くする方法が最も乱流の影響を受けにくく、正確にＯＮ点流量を検出することが分かった。ＯＮ点流量を調節するため、複数個もおもりを設け流量に合わせておもりを設定することを特徴とし、正確で適正な流量を検出するフロースイッチを提供することができ、結果として水循環回路がごみの影響などで循環流量が低下した場合でも、水冷媒熱交換器が部分凍結で破損する危険がない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水冷媒熱交換器を凍結破損することなく使用できるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することができる。
装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図（ａ）同実施の形態１における熱交換ユニットＢの構成正面図（ｂ）同実施の形態１における熱交換ユニットＢの構成斜視図同実施の形態１におけるタンクユニットのリモコン装置の正面図従来のフロースイッチ１３における構成図同実施の形態１におけるフロースイッチ１３の構成図同実施の形態１におけるフロースイッチ１３のその他の構成図従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図

第１の発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を加熱する熱源機と、加熱された冷媒を循環液と熱交換する熱交換器と循環液を循環させるポンプと循環流量を検出するためのフロースイッチを備え、前記記載のフロースイッチは磁力を発生させるマグネットと、前記マグネットを循環液が流れることにより摺動するパドルと磁力を検知してＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出すリードスイッチからなり、前記記載のパドルは循循環流量の量によってＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出す流量を可変させることのできる複数個のおもりを設けたことを特徴とする。これはフロースイッチのボディ形状および入口径、出口径を変えることなく、パドルに複数枚のおもりを加算していくことで、フロースイッチのＯＮ点流量を自由に変更でき、流量低下による水熱交換器の破損を未然に防ぐことができる。

第２の発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、前記記載のフロースイッチのおもりの位置は根本部および先端部に設けることを特徴とし、先端部により多くのおもりを重ね合わせることでより効果的にＯＮ点の流量を上げることができる。

第３の発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、前記記載のフロースイッチのおもりの位置はパドル下部に取り設けることを特徴とし、下部の上流の流路から上部の下流側の流路へ循環水が流れるとき、パドルの上部に突起物のおもりがある場合にイジェクター効果でおもりが吸い込まれ、ＯＦＦ点が極端に低くなり、フロースイッチの役目を果たさなくなるため、おもりはパドルの下部に設けることでより安定した特性を得られる。

第４の発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、前記記載のフロースイッチのおもりをパドル下部に積み重ねて取り付けた場合、下部の上流通路の底面におもりが接触して、パドルが本来ＯＮになる位置に対して、余裕度がなくなり誤作動する恐れを生じてしまう。この課題を解決するために、循環停止中におもりを設けなかった時と同じ位置になるように、おもりを上流部の穴に収まる形状とすることを特徴とする。このことでＯＮ−ＯＦＦの間隔を従来と同等の余裕度にすることができ、正確な流量検出を可能にする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。まず、図１を用いて本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成を説明する。本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置は、ヒートポンプユニットＡと、熱交換ユニットＢと、タンクユニットＣの３つのユニットで構成され、ヒートポンプユニットＡは屋外に設置され、熱交換ユニットＢおよびタンクユニットＣは屋内に設置される。

そして本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機１と、水と高温冷媒とを熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、空気と冷媒とで熱交換を行う蒸発器４ａと、冷媒の流路を変更する四方弁５とを備えている。そして、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５を冷媒配管６で環状に接続してヒートポンプサイクルを構成している。さらに、蒸発器４ａに送風を行い、空気と冷媒との熱交換を促進させる送風ファン４ｂを設けている。なお、水冷媒熱交換器２の形態としては、プレート式や二重管方式のいずれの形態であっても問題はない。

また、水冷媒熱交換器２を熱交換ユニットＢ内に配置し、圧縮機１、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５をヒートポンプユニットＡ内に配置することによって、屋内と屋外とは冷媒配管で接続されることになるため、ヒートポンプ式温水暖房装置が寒冷地に設置された場合であっても冷媒配管が凍結する恐れが低い。また、本実施の形態では冷媒をＲ４１０Ａとして説明するが、これに限定されることはなく、例えばＲ４０７Ｃ等のフロン系冷媒を用いることができる。

また、タンクユニットＣ内には、湯水を貯える貯湯タンク７を有しており、貯湯タンク７の内部は仕切り板８で上下に分割されている。そして貯湯タンク７の内部は、仕切り板８よりも上が給湯用温水部７ａになっており、仕切り板８よりも下が暖房用温水部７ｂとなっている。このように貯湯タンク７の内部を上下に分割することによって、給湯用温水部７ａ内の温水は給湯時の熱交換のために使用することができ、暖房用温水部７ｂ内の温水は暖房時に暖房端末へ循環させるために使用することができる。

さらに、貯湯タンク７の下方部から水冷媒熱交換器２へ低温水を送るための沸き上げポンプ９を備えている。そして沸き上げポンプ９を駆動することによって、貯湯タンク７の下方部の水出口１０から低温水を水冷媒熱交換器２へ送り、水冷媒熱交換器２で冷媒から
熱を貰い温水が生成されている。

また、水冷媒熱交換器２で生成された温水は、貯湯タンク７の略中間部、かつ、仕切り板８よりも下方の湯入口１１へ戻されている。このように、本実施の形態では、貯湯タンク７、水出口１０、沸き上げポンプ９、水冷媒熱交換器２、湯入口１１を配管で接続して沸き上げサイクルを構成している。なお、沸き上げポンプ９には循環流量が一定のＡＣポンプが用いられている。

また、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７の内壁とは４箇所の溶接ポイント８ｂで溶接されており、溶接箇所以外の仕切り板８の周囲と貯湯タンク７との間には隙間が空いている。そして、湯入口１１から戻された温水は、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７の内壁との間に出来た隙間を通って、給湯用温水部７ａへ温水が流入する。

また、貯湯タンク７および仕切り板８には耐食性の観点からステンレスを用いている。

また、水冷媒熱交換器２の水側入口には入水温度を検出する温度センサ１２ａと、水冷媒熱交換器２の水側出口には出湯温度を検出する温度センサ１２ｂとを設けている。また、沸き上げサイクル内に湯水が流れていることを検出するためのフロースイッチ１３を設けている。

図５（ａ）は熱交換ユニットＢの構成正面図、図５（ｂ）は熱交換ユニットＢの構成斜視図である。図５（ａ）（ｂ）に示すように、熱交換ユニットＢ内で、フロースイッチ１３が沸き上げポンプ９よりも上方に配置させている。このように沸き上げポンプ９よりもフロースイッチ１３を上方に配置することで、フロースイッチ１３で湯水の流れを検知しなければ、沸き上げポンプ９が正常に動作していないことを検出することができる。

また、沸き上げサイクル内の圧力調整を行う過圧逃し弁１４が設けられており、沸き上げサイクル内に異常が発生して内圧が上昇し、過圧逃し弁１４の設定圧力よりも高くなると、過圧逃し弁１４から膨張した湯水を排水することができる。

また、貯湯タンク７の給湯用温水部７ａおよび暖房用温水部７ｂのそれぞれには、上部ヒータ１５ａおよび下部ヒータ１５ｂが配置されている。上部ヒータ１５ａは給湯用温水部７ａ内の温水を加熱するために使用され、下部ヒータ１５ｂは暖房用温水部７ｂ内の温水を加熱するために使用される。

さらに、貯湯タンク７の側壁には温度センサ１６ａ〜１６ｄが配置されており、貯湯タンク７内の湯水の温度を検出している。温度センサ１６ａは上部ヒータ１５ａよりも上方に配置され、温度センサ１６ｂは上部ヒータ１５ａと略同じ高さに配置されている。また、温度センサ１６ｃは仕切り板８よりも下方で、かつ、下部ヒータ１５ｂよりも上方に配置され、温度センサ１６ｄは下部ヒータ１５ｂと略同じ高さに配置されている。

また、給湯端末１７へ送る温水を生成する給湯熱交換器１８を設けている。そして給湯熱交換器１８の１次側の流路には貯湯タンク７内の高温水が送られ、給湯熱交換器１８の２次側の流路には給水源から低温水が送られる構成となっている。

また、給湯熱交換器１８へ貯湯タンク７内の高温水を送るために給湯ポンプ１９が設けられている。そして給湯ポンプ１９を駆動することによって、貯湯タンク７の上方に設けられた出湯口２０から高温水を給湯熱交換器１８の１次側の流路へ送る構成となっている。

そして給湯熱交換器１８で熱交換した後の温水は、貯湯タンク７の下方部に設けられた入水口２１から貯湯タンク７へ戻される。このように、本実施の形態では、貯湯タンク７、出湯口２０、給湯熱交換器１８、給湯ポンプ１９、入水口２１を配管で接続して給湯サイクルを構成している。なお、給湯ポンプ１９には循環流量が一定であるＡＣポンプが用いられている。

また、給湯ポンプ１９と入水口２１との間には、沸き上げサイクル内の湯水の循環流量を調整する流量調節弁２２と、逆止弁２３が設けられている。逆止弁２３は給湯サイクル内の湯水の対流を防止するために備えられている。これは、給湯ポンプ１９を駆動していないときであっても、貯湯タンク７の上部にある高温水が給湯熱交換器１８を通って、貯湯タンク７の下部へ入水することがあるため、貯湯タンク７の下部へ高温水が流入すると、水冷媒熱交換器２へ送られる温水の温度が高くなってしまい、沸き上げ効率が落ちる。

そこで、本実施の形態では、逆止弁２３を設けることによって、ある所定の荷重以上の流量になったときだけ給湯サイクル内に湯水が順方向に循環するようにしている。また、給水源より伸びている水道管を給水管２６へ接続し、給水管２６は三方弁２７を介して、貯湯タンク７の底部および給湯熱交換器１８の２次側流路へと接続されている。また、三方弁２７と貯湯タンク７との間には過圧逃し弁２８が設けられており、膨張水を排水することができる。

そして、タンクユニットＣを設置する際に、三方弁２７を貯湯タンク７と接続される流路に切り替えて水張りを行い、貯湯タンク７が満水になった後は、三方弁２７を給湯熱交換器１８と接続される流路に切り替えておく。このように、貯湯タンク７へ入水したあとは、三方弁２７を給湯熱交換器１８へ接続される流路に切り替えておくことで、貯湯タンク７を含む水回路は閉回路となるので、新鮮な水は入ってくることなく、ミネラル分を多く含む硬水の地域であっても、スケールの析出は最初に貯湯タンク７へ入れた水量分のみに抑えることができる。

また、三方弁２７と給湯熱交換器１８との間には過圧逃し弁２９が設けられている。これは給湯熱交換器１８へは給水源から直接給水圧が掛かることになるので、給水圧が高い場合、給水源から給湯熱交換器１８へ直接入水すると、給湯熱交換器１８を破壊してしまい故障させてしまう可能性がある。そのため、過圧逃し弁２９を設けることによって、ある給水圧以上の湯水が入水した場合に、過圧逃し弁２９を通して外部へ排水させ、給湯熱交換器１８の故障を未然に防ぐことができる。

そして給水源から供給された低温水が給湯熱交換器１８で昇温すると、給湯管３０を通って給湯端末１７へ供給される。また、給湯管３０には、湯水の温度を検出する給湯温度検出手段である温度センサ３１および予備温度センサ３２、および流量を検出するための流量検出手段である流量センサ３３を備えている。

また、居室内を暖房する暖房端末３４を備えており、暖房端末３４の内部を貯湯タンク７内の温水を循環させて居室内を暖房することができる。そのため、貯湯タンク７の暖房用温水部７ｂから暖房端末３４へ温水を送るための暖房ポンプ３５を備えている。なお、暖房端末３４へ送られる温水は、湯入口１１の近傍に設けられた温水取り出し口３６から取り出され、暖房端末３４へ暖房用温水部７ｂの温水が供給される。そして暖房端末３４で熱交換した後の温水は貯湯タンク７の底部へ戻されるようになっている。なお、暖房ポンプ３５には、循環流量が一定のＡＣポンプが用いられている。

また、熱交換ユニットＢおよびタンクユニットＣには、設定を行うためのリモコン装置３７および３８が設けられている。さらに、ヒートポンプユニットＡ、熱交換ユニットＢ
、タンクユニットＣには、それぞれのユニット内に配置されている駆動機器に指示を与える制御装置３９ａ〜ｃが設けられている。

以上のように構成されたヒートポンプ式温水暖房装置において、以下、ヒートポンプ式温水暖房装置の動作について説明する。

まず、沸き上げ運転について説明する。まず、使用者は熱交換ユニットＢに設けられているリモコン装置３７で、水冷媒熱交換器２における湯水の沸き上げ温度Ｔｈを設定する。そして沸き上げ運転が開始されると、沸き上げポンプ９が駆動し貯湯タンク７内の温水が水冷媒熱交換器２へ供給される。そして、温度センサ１２ｂで検出される温度が沸き上げ温度Ｔｈを超えるまでヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が継続される。なお、貯湯タンク７内の温水をヒートポンプサイクルで沸き上げる時には、圧縮機１から吐出する高温冷媒が水冷媒熱交換器２へ流入する流路となるように四方弁５が切り替わっている。

その結果、圧縮機１から吐出される高温冷媒が水冷媒熱交換器２へ流入し、湯水へと放熱することによって高温水を生成することができる。なお、水冷媒熱交換器２内では、水と冷媒とは対向流にして熱交換効率を向上させている。

そして、温度センサ１２ｂで検出する水冷媒熱交換器２から出湯する湯水の温度が、沸き上げ温度Ｔｈに近づいてくると、圧縮機１の回転数を小さくして能力を下げる。そして温度センサ１２ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｈよりも所定温度Ｔａ（例えば、２℃）だけ高くなると、圧縮機１の運転を停止して沸き上げ運転を終了する。そして、貯湯タンク７へは沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされることになる。

なお、水冷媒熱交換器２で生成された高温水は、暖房用温水部７ｂへ戻されるが、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７との間にできた隙間を通って、給湯用温水部７ａも沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされる。このとき、制御装置３９ｂでは圧縮機１の運転を停止した時に温度センサ１２ａで検出した入水温度Ｔｉを記憶しておく。

また、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が終了した後も、沸き上げポンプ９を駆動させて貯湯タンク７内の温水を水冷媒熱交換器２へ循環させている。これは沸き上げ運転停止中であっても、温度センサ１２ａおよび温度センサ１２ｂで貯湯タンク７内の温水の温度を検出しておく必要があり、貯湯タンク７内の温水の温度が低下するとすぐにヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転を再開しなければならないからである。

そして、給湯運転停止中も沸き上げポンプ９を駆動して、温度センサ１２ａで貯湯タンク７内の温水を常時検出しており、温度センサ１２ｂで検出する温度が、圧縮機１の運転を停止した時に記憶した入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）だけ小さくなった時に圧縮機１の運転を再開し、沸き上げ運転を開始する。

例えば、沸き上げ温度Ｔｈに５５℃を設定すると、温度センサ１２ｂで検出する温度が５７℃（＝５５℃＋２℃）を超えたときに圧縮機１の運転を停止する。そして、圧縮機１の運転を停止した時の温度が５３℃であったとすると、入水温度Ｔｉが５３℃であると記憶する。そして、圧縮機１の運転が停止後も沸き上げポンプ９の駆動を行い、温度センサ１２ｂが検出する温度が入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）小さくなったときに圧縮機１の運転を再開する。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔａ、Ｔｂは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。

また、タンクユニットＣに設けられているリモコン装置３８では、上部ヒータ１５ａで
の沸き上げ温度を設定できるようになっている。図６は、リモコン装置３８の正面図である。図６に示すように、リモコン装置３８には操作部３８ａ、表示部３８ｂを有しており、操作部３８ａを操作して温度を設定することができる。本実施の形態では、操作部３８ａを操作することによって、上部ヒータ１５ａの沸き上げ温度Ｔｕ、下部ヒータ１５ｂの沸き上げ温度Ｔｂｏ、給湯端末１７への給湯温度Ｔｋを設定することができる。

そして、本実施の形態では上部ヒータ１５ａの沸き上げ温度Ｔｕに、リモコン装置３７で設定した沸き上げ温度Ｔｈよりも高い温度に設定しておくことで、給湯用温水部７ａ内の温水を沸き上げ温度Ｔｕまで沸き上げることができる。例えば、リモコン装置３７で沸き上げ温度Ｔｈを５５℃に設定し、リモコン装置３８で沸き上げ温度Ｔｕを７５℃に設定すると、水冷媒熱交換器２で沸き上げ温度Ｔｈ（５５℃）まで沸き上げ、さらに上部ヒータ１５ａで７５℃まで沸き上げ運転を行う。

このように、仕切り板８の上下で異なる沸き上げ温度を設定することができるので、それぞれの端末に合わせて最適な温度に沸き上げることができ、使用性を向上させることができる。

次に、上部ヒータ１５ａでの沸き上げ運転について説明する。上部ヒータ１５ａの運転を開始するときは、上部ヒータ１５ａよりも高い位置に設けられた温度センサ１６ａで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｕよりも所定温度Ｔｃ（例えば、５℃）だけ低い温度を検出した時に上部ヒータ１５ａの出力をＯＮする。そして上部ヒータ１５ａによって給湯用温水部７ａ内の温水を温め、上部ヒータ１５ａと同じ位置に設けられた温度センサ１６ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｕよりも所定温度Ｔｄ（例えば、２℃）だけ高い温度を検出した時に上部ヒータ１５ａの出力をＯＦＦしている。

このように上部ヒータ１５ａがＯＮするときに判断する温度センサと、上部ヒータ１５ａがＯＦＦするときに判断する温度センサを異ならせることによって、頻繁に上部ヒータ１５ａのＯＮ・ＯＦＦが切り替えられることがないようにし、上部ヒータ１５ａの耐久性を向上させている。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔｃ、Ｔｄは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。

次に、下部ヒータ１５ｂでの沸き上げ運転について説明する。下部ヒータ１５ｂはヒートポンプユニットＡによる沸き上げ運転が出来ないときにＯＮさせることによって、暖房用温水部７ｂ内の温水の温度低下を防止することができる。

例えば、暖房運転を継続すると蒸発器４ａに着霜してしまい、除霜運転を行わなければならない。その時には、四方弁５で冷媒流路を切り替えることによって、圧縮機１から出た高温冷媒を蒸発器４ａへ流入させ、冷媒の温度で除霜を行う。

しかしながら、除霜運転時には水冷媒熱交換器２で冷媒を放熱させることはできないため、水冷媒熱交換器２での温水生成ができなくなってしまう。その結果、暖房用温水部７ｂ内の温水が低下してしまい、暖房端末３４へ供給する湯水の温度を下げてしまう。それを防止するために、下部ヒータ１５ｂをＯＮさせることによって暖房用温水部７ｂ内の温水の低下を防ぎ、暖房端末３４での快適性を維持させることができる。なお、除霜運転だけではなく、ヒートポンプユニットＡが故障したときであっても、下部ヒータ１５ｂによって暖房用温水部７ｂ内の湯水を加熱することができる。

しかしながらこのとき、切りかえられた低温冷媒は水冷媒熱交換器２に流れ込み、暖房用温水７ｂ内の温度低下は防ぐことはできても、暖房循環回路の流量が低下してしまうと暖房用温水７ｂに流入する水温はますます低下し、水冷媒熱交換器２内部の淀んでいる部
分が０℃以下となり部分的に凍結を起こしてしまう現象が生じてしまう。特にこの現象はプレート熱交換器に対して生じやすく、水冷媒熱交換器２出入口の最短通路に対しては凍結を生じないが、プレート冷媒側のよどみ部分に対して、冷媒側の低温冷媒の熱を吸収することができずに凍結にいたることが原因である。この凍結が繰り返すと最終的に水冷媒熱交換器２が破損し、冷媒が水回路に通過してしまう恐れがある。

この課題を解決するために、本実施の形態では、本来通水確認をする役目のフロースイッチ１３を凍結しない最低流量の検出手段として用いる。図４は従来のフロースイッチ１３の構成を示している。フロースイッチ１３は暖房循環水を受けるパドル５０とマグネット５１を取り付け金具５２とリベット５３で固定し、ボディ５４に固定されたパドル軸５５を支点として、循環水の通過に伴い摺動する。摺動したパドルはリードスイッチ５６に接近するとマグネット５１の磁力によりリードスイッチ５６内部の近接スイッチの接点がＯＮするしくみになっており通水を確定する。

ボディ５４はＯリング、ビス５７、フタ５８により密閉状態を保っている。本来フロースイッチ１３は通水を確定するための機能を果たすだけであり、その特性はＯＮ流量３．２±１Ｌ／ｍｉｎ，ＯＦＦ流量が２．５Ｌ／ｍｉｎに設定されている。しかしこの流量では除霜時に部分凍結を生じるため、もっと検知流量を上げる必要がある。フロースイッチ１３のＯＮ点流量を上げるためには、３つの手段がある。１つ目はパドル上流の通路径を大きくし、流速を落とし、ＯＮ点を上げる方法。２つ目はパドルの循環水の受ける面積を小さくし、ＯＮ点流量を上げる方法。

３つ目はパドルを重くして、ＯＮ点流量を上げる方法がある。前記１つ目の方法は入り径が大きくなることにより、乱流は発生してパドル５０をチャタリングさせ、フロースイッチとしての機能を損なうことが分かった。２つ目の方法は受圧面積が小さいことでＯＮ点流量のばらつきが大きく、正確にＯＮ点流量を検出することが困難であった。３つ目の方法としてパドルの重量を重くする方法が最も乱流の影響を受けにくく、正確にＯＮ点流量を検出することが分かった。

ＯＮ点流量を調節するため、複数個もおもり５９を設け流量に合わせておもりを設定することを特徴とし、正確で適正な流量を検出するフロースイッチを提供することができ、結果として水循環回路がごみの影響などで循環流量が低下した場合でも、水冷媒熱交換器が部分凍結により破損する危険がない。図５はおもりの取り付け構成の実施例であり、おもり５９はボディ５４に接触することなく取り付け可能な位置であり、これによりフロースイッチのＯＮ点がアップする。しかしながら、部分凍結しないためのフロースイッチの設定流量は機器の最大暖房出力に比例して変わる。

たとえば実験的に確認した結果では最大暖房出力９ｋＷの機器ではフロースイッチのＯＮ点を９Ｌ／ｍｉｎ、ＯＦＦ点を６Ｌ／ｍｉｎに設定する必要があり。また、最大暖房出力１６ｋＷの機器ではフロースイッチのＯＮ点を１９Ｌ／ｍｉｎ、ＯＦＦ点を１６Ｌ／ｍｉｎに設定する必要がある。機器に応じて、設定流量を決めるためにおもりの量を増やす必要がある。

図６はこれまで行なった実施形態を示す。おもり５９ａはフロースイッチ１３のボディ５４に接触しない部分として適切な位置であるが、パドル５０が上部に移動した時に出口部にイジェクター効果で吸いつき、ＯＦＦしない現象が発生するため不適切と判断する。ほかにおもりを取り付ける位置としておもり５９ｂの位置があるが、底面におもり５９ｂが乗り上げると、パドルが本来ＯＮになる位置に対して、余裕度がなくなり誤作動する恐れを生じてしまう。この課題を解決するために、循環停止中におもりを設けなかった時と同じ位置になるように、おもりを上流部の穴に収まる形状とすることでＯＮ−ＯＦＦの間
隔を従来と同等の余裕度にすることができ、正確な流量検出を可能にする。

以上のように、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、正確で適正な流量を検出するフロースイッチを提供することができ、結果として水循環回路がごみの影響などで循環流量が低下した場合でも、水冷媒熱交換器が部分凍結をで破損する危険のがなく、安全な温水暖房機を提供することができる。

１圧縮機
２水冷媒熱交換器
３減圧装置
４ａ蒸発器
４ｂ送風ファン
５四方弁
６冷媒管
７貯湯タンク
８仕切り板
９沸き上げポンプ
１０水出口
１１湯入口
１２ａ、ｂ温度センサ
１３フロースイッチ
１４過圧逃し弁
１５ａ上部ヒータ
１５ｂ下部ヒータ
１６ａ〜ｄ温度センサ
１７給湯端末
１８給湯熱交換器
１９給湯ポンプ
２０出湯口
２１入水口
２２流量調整弁
２３逆止弁
２４過圧逃し弁
２５排水栓
２６給水管
２７三方弁
２８過圧逃し弁
２９過圧逃し弁
３０給湯管
３１温度センサ
３２予備温度センサ
３３流量センサ
３４暖房端末
３５暖房ポンプ
３６温水取り出し口
３７リモコン装置
３８リモコン装置
３９ａ〜ｃ制御装置
Ａヒートポンプユニット
Ｂ熱交換ユニット
Ｃタンクユニット
５０パドル
５１マグネット
５２取り付け金具
５３リベット
５４ボディ
５５パドル軸
５６リードスイッチ
５９おもり

Claims

冷媒を加熱する熱源機と、加熱された冷媒を循環液と熱交換する熱交換器と循環液を循環させるポンプと循環流量を検出するためのフロースイッチを備え、前記フロースイッチは磁力を発生させるマグネットと、前記マグネットを循環液が流れることにより摺動するパドルと磁力を検知してＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出すリードスイッチからなり、前記パドルは循循環流量の量によってＯＮ／ＯＦＦの接点信号を出す流量を可変させることのできる複数個のおもりを設けたことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。
前記フロースイッチのおもりの位置は根本部および先端部に設けることを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。
前記フロースイッチのおもりの位置はパドル下部に取り設けることを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。
前記フロースイッチのおもりは循環停止中におもりを設けなかった時と同じ位置になるように、上流部の穴に収まる形状とすることを特徴とするヒートポンプ式温水暖房機。