JP2013024458A - ヒートポンプ式温水暖房装置 - Google Patents

ヒートポンプ式温水暖房装置 Download PDF

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博 石原
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忠 柳澤
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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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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