JP2004116942A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の異常をいち早く検知し、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】圧縮機１を有するヒートポンプ回路５と、水ポンプ７を有する水回路８と、ヒートポンプ回路５の冷媒と水回路８の給湯水が熱交換する冷媒水熱交換器２と、水回路８のつまり検知手段１０を備えたものであり、つまり等による水回路８の異常をいち早く検知することができ、機器異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができるよって、信頼性の向上を図ったヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気熱等をヒートポンプ回路の熱源として、冷媒で給湯水を加熱するヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯機としては、特許文献１に記載されているようなものがあった。以下、従来の技術について図面を用いて説明する。図５は従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。
【０００３】
図５において、１は圧縮機、２は冷媒水熱交換器、３は膨張弁、４は大気熱等を集熱する蒸発器であり、これらを順次接続してヒートポンプ回路５を構成する。一方、６は貯湯タンク、７は水ポンプであり、これらと冷媒水熱交換器２を順次接続して水回路８を構成する。
【０００４】
ヒートポンプを用いて給湯運転を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ１０によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−２２１６６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題がある。水道水や地下水等の給湯用の水は、一般に、カルシウムやマグネシウム等の硬度成分を含んでおり、地域によっては、このような硬度成分を非常に多く含んでいる場合がある。
硬度成分を比較的多く含む水を、ヒートポンプ給湯機の冷媒水熱交換器で長期間高温に加熱すると、最も高温となる水側流路の出口部近傍を中心に、硬度成分がスケール（例えば、炭酸カルシウム）として析出する可能性がある。このようなスケールが、冷媒水熱交換器の水側流路の伝熱面や、水回路を構成する配管の内周に付着し堆積していくと、水の流動抵抗となって圧力損失が増大し、水ポンプの負荷を増大させる。また、冷媒と水とが熱交換する際の伝熱面の熱抵抗となり、熱交換器としての性能を著しく低減させる。さらに、水側流路がスケールにより完全に閉塞されると、ヒートポンプ給湯機による給湯運転が不可能となるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、スケールによるつまり等の水回路の異常をいち早く検知することで、信頼性の向上を図ったヒートポンプ給湯機を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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給湯機は、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、水ポンプを有する水回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する冷媒水熱交換器と、前記水回路のつまり検知手段とを備えたものである。
【０００９】
これによって、スケールによるつまり等の水回路の異常をいち早く検知することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性の向上を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、水ポンプを有する水回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する冷媒水熱交換器と、前記水回路のつまり検知手段とを備えたものであり、スケールによるつまり等の水回路の異常をいち早く検知することができ、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができる。よって、信頼性の向上を図ったヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に対して、特につまり検知手段が水回路の流量変化を検出するものであり、例えば、流量センサやフロースイッチ等の流量変化を検知するものを水回路に挿入するだけの構成で、スケールによるつまり等の水回路の異常をいち早く検知することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性向上を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１の構成に対して、特につまり検知手段が水回路の圧力変化を検出するものであり、例えば、水ポンプ吐出側の水回路の圧力を計測するだけの簡単な方法で、容易にスケールによるつまり等の水回路の異常を検知することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性向上を図ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１の構成に対して、特につまり検知手段が水回路に設けた水ポンプの出力変化を検出するものであり、例えば、水ポンプの印加電圧、印加電流等を計測するだけの簡単な方法で、容易にスケールによるつまり等の水回路の異常を検知することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性向上を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１の構成に対して、つまり検知手段が給湯加熱能力の変化を検出するものであり、例えば、水回路の冷媒水熱交換器の入口および出口における水と湯の温度差と水流量から給湯加熱能力を算出することにより、容易にスケールによるつまり等の水回路の異常を検知することができるとともに、具体的にヒートポンプ給湯機の性能劣化状況を判断することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性向上を図ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１の構成に対して、水回路のつまり検知に基づき、圧縮機の運転を停止する圧縮機停止手段を有するものであり、ヒートポンプ給湯機の水回路の異常を検知すると同時に圧縮機の運転を停止し、水回路の異常に伴うヒートポンプ回路の急激な圧力上昇や温度上昇が未然に防止され、各回路の構成要素の破損等を防止することができ、ヒートポンプ給湯機の信頼性を確保することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１の構成に対して、水回路のつまり検知に基づき、異常を報知する異常検知手段を有するものであり、ヒートポンプ給湯機の異常を報知することで、機器の点検や修理等への対応を喚起することが可能になる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項６の構成に対して、異常報知手段がリモコンに異常表示を行うものであり、ヒートポンプ給湯機の異常をユーザーに直接報知することで、点検や修理等への対応をいち早く喚起することが可能になる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項６の構成に対して、異常報知手段が外部に通信回線を介して異常報知を行うものであり、ヒートポンプ給湯機の異常をメーカーやメンテナンス業者に直接報知・連絡することが可能となり、機器の点検や修理等への対応を具体的に行うことが可能になる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の構成に対して、水回路が貯湯タンクに接続されているものであり、ヒートポンプを用いて貯湯タンクに湯を貯蔵する際にも、スケールや異物による水回路のつまりを検知することが可能となり、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９の構成に対して、水回路が浴槽に接続されているものであり、ヒートポンプを用いて浴槽水の保温を行う際にも、人の垢や毛髪、タオル地等の浮遊物による水回路のつまりを検知することが可能となり、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成図である。図１において、ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、冷媒水熱交換器２、膨張弁３、大気熱等を集熱する蒸発器４を順次接続したヒートポンプ回路５と、貯湯タンク６、水ポンプ７、前記した冷媒水熱交換器２を順次接続した水回路８とから構成される。さらに、水回路８にはそこを流通する水の流量変化を検出する流量センサ９と、この流量センサ９の出力信号に基づき、水回路８のつまり状態を検知するつまり検知手段１０を備えている。
【００２３】
加えて、このヒートポンプ給湯機は、つまり検知手段１０による水回路８のつまり検知に基づき、圧縮機の運転を停止する手段１１と、異常を報知する手段１２を備えている。なお、異常報知手段１２は、例えば、ユーザーがヒートポンプ給湯機を遠隔制御するためのリモコン１３や、外部への有線または無線の通信回線１４を介してメーカーやメンテナンス業者等の外部業者１５に接続され、機器の異常報知を行うものである。
【００２４】
このようなヒートポンプ給湯機により、水の加熱給湯を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ１０によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。
なお、ヒートポンプ給湯機に用いる冷媒としては、Ｒ４１０ａ等のフロン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒、二酸化炭素冷媒が挙げられる。二酸化炭素冷媒を用いる場合は、超臨界域における動作にて行われることが多い。
【００２５】
例えば、カルシウムやマグネシウム等の硬度成分を比較的多く含む水を、ヒートポンプ給湯機の冷媒水熱交換器２で長期間高温に加熱すると、最も高温となる水側流路の出口部近傍を中心に、硬度成分がスケール（例えば、炭酸カルシウム）として析出する可能性がある。このようなスケールが、冷媒水熱交換器２の水側流路の伝熱面や、水回路８を構成する配管の内周に付着し堆積していくと、水の流動抵抗となって圧力損失が増大し、水ポンプ７の負荷を増大させる。また、冷媒と水とが熱交換する際の伝熱面の熱抵抗となり、熱交換器としての性能を著しく低減させる。さらに、水回路８がスケールにより完全に閉塞されると、ヒートポンプ給湯機による給湯運転が不可能となってしまう。
【００２６】
このとき、例えば、水回路８に流量を検出する流量センサ９を設置すれば、水回路８の流量の変化を検知することができる。冷媒水熱交換器２の水側流路等にスケールが付着した場合、その圧力損失が増大し、水ポンプ７の搬送流量が低下する。この流量センサ９で水回路８を流れる給湯水の流量を検出し、検出した流量が低下すれば、冷媒水熱交換器２を含む水回路８にスケール付着によるつまり等の異常が発生した可能性を確認することができる。ここで、水回路８の流量の低下は、つまり検知手段１０において、初期の水回路８の流量を記憶しておき、検出した流量と比較することにより容易に判定可能である。
【００２７】
このように、本実施例によれば、ヒートポンプ給湯機の水回路８のつまり検知手段１０を設けることにより、スケールによるつまり等の水回路８の異常をいち早く検知することができ、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができるため、ヒートポンプ給湯機の信頼性を向上させることができる。特に、本実施例では、流量センサ９等の流量変化を検知するものを水回路８に挿入するだけの簡単な構成で、極めて容易に水回路８のつまり等による異常検知を実現できる。
【００２８】
また、水回路８のつまり検知に基づき、圧縮機１の運転を停止する手段１１を有するため、水回路８の異常に伴うヒートポンプ回路５の急激な圧力上昇や温度上昇が未然に防止され、各回路の構成要素の破損等を防止することができる。
【００２９】
さらに、ヒートポンプ給湯機の異常を、リモコン１３表示によりユーザーに直接報知することで、点検や修理等への対応を喚起することが可能になる。また、機器の異常を、通信回線１４を通じてメーカーやメンテナンス業者等の外部業者１５に直接報知・連絡することにより、具体的な点検や修理等への対応を速やかに行うことが可能になる。したがって、本実施例によれば、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００３０】
なお、実施例１において、つまり検知手段１０は流量センサ９により水回路８の流量変化を検出するとしたが、単純にフロースイッチ等により流れの有無を検出し、スケール等による水回路８の閉塞や給湯水の未供給等の異常を検知するものとしてもよい。
【００３１】
また、実施例１において、つまり検知手段１０は水回路８の流量変化を検出するとしたが、水回路８の圧力変化を検出するものとしてもよい。例えば、流量センサ９に変えて、水回路８の水圧を検出する圧力センサを設置すれば、水回路８の流動抵抗の変化を検知することができる。冷媒水熱交換器２の水側流路等にスケールが付着した場合、その圧力損失が増大し、水ポンプ７の供給水圧、すなわち水ポンプ７の吐出側の水回路の圧力が上昇する。この圧力センサで水回路８の圧力を検出し、検出した圧力値が増加すれば、冷媒水熱交換器２を含む水回路８にスケール付着によるつまり等の異常が発生した可能性を確認することができる。なお、水回路８の圧力値の増加は、同様に、つまり検知手段１０において、初期の水回路８の圧力値を記憶しておき、検出した圧力値と比較することにより容易に判定可能である。
【００３２】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施例は、図１に示したヒートポンプ給湯機と略同一の構成を有する。実施例１と異なるのは、つまり検知手段２０が水ポンプ７の出力変化を検出して、水回路８の異常を検知する点である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３３】
例えば、水ポンプ７として、印加電圧を変化させて流量制御を行うポンプや、インバータ回路を利用して駆動するポンプなどを使用する場合は、水ポンプ７への印加電圧やインバータ回路の出力電流を、その出力値として用いればよい。冷媒水熱交換器２の水側流路等にスケールが付着した場合、その圧力損失が増大し、水ポンプ７の駆動に必要な出力が増加する。つまり検知手段２０が水ポンプ７の出力値を検出し、検出した出力値が増大すれば、冷媒水熱交換器２を含む水回路８にスケール付着によるつまり等の異常が発生した可能性を確認することができる。ここで、水ポンプ７の出力値の増加は、つまり検知手段２０において、初期の水ポンプ７の出力値を記憶しておき、検出した出力値と比較することにより容易に判定可能である。
【００３４】
なお、水回路８の給湯水の流量制御は、水回路８に流量調整弁を設けて行うこともできる。この場合は、流量調整弁の開度を出力値として用いればよい。すなわち、水回路８の圧力損失の増大に伴い、流量調整弁の開度を大きく設定する必要が生じる。つまり検知手段２０によりこの開度変化を検出していれば、同様に、水回路８への異常発生の可能性が確認できる。
【００３５】
このように、本実施例によれば、ヒートポンプ給湯機の水回路８につまり検知手段２０を設けることにより、スケールによるつまり等の水回路８の異常をいち早く検知することができ、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができるため、ヒートポンプ給湯機の信頼性を向上させることができる。特に、水ポンプ７の印加電圧、印加電流等の出力変化を計測するだけの簡単な方法で、極めて容易に水回路８のつまり等による異常検知を実現できる。
【００３６】
したがって、本実施例によれば、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００３７】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施例は、図１に示したヒートポンプ給湯機と略同一の構成を有する。実施例１と異なるのは、つまり検知手段３０が給湯加熱能力の変化を検出して、水回路８の異常を検知する点である。水回路８には、流量センサ３１と、冷媒水熱交換器２の入口および出口における水および湯の温度を検出する温度センサ３２および３３が設けられている。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３８】
例えば、水回路８に設けた流量センサ３１、温度センサ３２および３３からの情報により、冷媒水熱交換器２における給湯加熱能力を具体的に算出することができる。冷媒水熱交換器２の水側流路、特にその伝熱面にスケール等が付着した場合、伝熱性能が低下し、給湯加熱能力が低下する。つまり検知手段３０が給湯加熱能力を検出し、検出した能力が低下すれば、冷媒水熱交換器２を含む水回路８にスケール付着によるつまり等の異常が発生した可能性を確認することができる。ここで、冷媒水熱交換器２の給湯加熱能力の低下は、つまり検知手段３０において、初期の冷媒水熱交換器２の加熱能力を記憶しておき、検出した加熱能力と比較することにより容易に判定可能である。
【００３９】
このように、本実施例によれば、ヒートポンプ給湯機の水回路８につまり検知手段２０を設けることにより、スケールによるつまり等の水回路８の異常をいち早く検知することができ、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができるため、ヒートポンプ給湯機の信頼性を向上させることができる。特に、水回路８における水と湯の温度差と水流量から給湯加熱能力を算出することにより、水回路８の異常を検知できるだけでなく、具体的にヒートポンプ給湯機の性能劣化状況を判断することができる。
【００４０】
したがって、本実施例によれば、より一層信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００４１】
なお、実施例１〜３において、水回路のつまりの主な原因は、冷媒水熱交換器におけるスケールの析出としたが、砂等のダスト、水道管の錆び等が給湯水に混入し、冷媒水熱交換器だけでなく、水回路を構成する水ポンプや配管の内面に析出・堆積したものである場合も考えられる。
【００４２】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施例は、図１に示したヒートポンプ給湯機と略同一の構成を有する。実施例１と異なるのは、水回路８が浴槽４６に接続されている点である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４３】
このようなヒートポンプ給湯機により、浴槽水の加熱・保温を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、浴槽４６の水は、循環用の水ポンプ１０によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱された後、浴槽４６に戻る。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。
冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。
【００４４】
例えば、浴槽４６から搬送される浴槽水には、人の垢や毛髪、タオル地等の浮遊物を含む可能性が大きい。このような浴槽水を、ヒートポンプ給湯機の冷媒水熱交換器２で長期間にわたって加熱すると、冷媒水熱交換器２の水側流路や、水回路を構成する水ポンプ７や配管の内面に、前記した浮遊物等が付着する可能性がある。このような浮遊物が水回路７に付着し堆積していくと、水の流動抵抗となって圧力損失が増大し、水ポンプ７の負荷を増大させる。また、冷媒と水とが熱交換する際の伝熱面の熱抵抗となり、熱交換器としての性能を著しく低減させる。さらに、水回路８が完全に閉塞されると、ヒートポンプ給湯機による給湯運転が不可能となってしまう。
【００４５】
このとき、例えば、水回路８に流量を検出する流量センサ９を設置すれば、水回路８の流量の変化を検知することができる。冷媒水熱交換器２の水側流路に浮遊物等が付着した場合、その圧力損失が増大し、水ポンプ７の搬送流量が低下する。この流量センサ９で水回路８を流れる給湯水の流量を検出し、検出した流量が低下すれば、冷媒水熱交換器２を含む水回路８に浮遊物付着によるつまり等の異常が発生した可能性を確認することができる。ここで、水回路８の流量の増加は、初期の水回路８の流量を記憶しておき、検出した流量と比較することにより容易に判定可能である。
【００４６】
このように、本実施例によれば、ヒートポンプを用いて浴槽水の加熱や保温を行う際にも、ヒートポンプ給湯機の水回路８につまり検知手段４０を設けることにより、タオル地等の浮遊物による水回路７のつまりを検知することが可能となり、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができるため、ヒートポンプ給湯機の信頼性を向上させることができる。特に、本実施例では、流量センサ９等の流量変化を検知するものを水回路８に挿入するだけの簡単な構成で、極めて容易に水回路８のつまり等による異常検知を実現できる。
したがって、本実施例によれば、信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００４７】
なお、本実施例のヒートポンプ給湯機は、浴槽４６からの水のみをヒートポンプ回路５で加熱するものと図示したが、実施例１から３で説明したような貯湯タンクに湯を貯蔵するシステムに、浴槽水を加熱する冷媒水熱交換器を別途付加したような構成としてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、つまり等による水回路の異常をいち早く検知することができ、機器の異常による運転停止、異常報知による速やかな対応を図ることができ、信頼性の向上を図ったヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図３】本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図５】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
１　圧縮機
２　冷媒水熱交換器
５　ヒートポンプ回路
６　貯湯タンク
７　水ポンプ
８　水回路
１０、２０、３０　つまり検知手段
１１　圧縮機停止手段
１２　異常報知手段
１３　リモコン
１４　外部通信回線
４７　浴槽

Claims (11)

1. 圧縮機を有するヒートポンプ回路と、水ポンプを有する水回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する冷媒水熱交換器と、前記水回路のつまり検知手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
2. つまり検知手段は水回路の流量変化を検出するものである請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. つまり検知手段は水回路の圧力変化を検出するものである請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. つまり検知手段は水ポンプの出力変化を検出するものである請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
5. つまり検知手段は給湯加熱能力の変化を検出するものである請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
6. 水回路のつまり検知に基づき、圧縮機の運転を停止する圧縮機停止手段を有する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
7. 水回路のつまり検知に基づき、異常を報知する異常報知手段を有する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
8. 異常報知手段はリモコンに異常表示を行う請求項７記載のヒートポンプ給湯機。
9. 異常報知手段は外部に通信回線を介して異常報知を行う請求項７記載のヒートポンプ給湯機。
10. 水回路は貯湯タンクに接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
11. 水回路は浴槽に接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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