JP2007170724A - ヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ制御装置への通信異常が発生したとしてもヒートポンプ装置による給湯を行なうことが可能なヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置用制御装置を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプ制御装置１０１は、通信ライン９０を介した通信に異常が発生した場合には、貯湯タンク制御装置１１０の電源リレー９２による給電オンオフ信号に基づいて、代替運転モードでヒートポンプ装置１を作動制御する。したがって、通信異常が発生した場合であっても、ヒートポンプ装置１を運転し給湯を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置で給湯用の湯を加熱するヒートポンプ式給湯装置およびその給湯装置用の制御装置に関する。

従来から、水を加熱して給湯用の湯とするヒートポンプ装置と、このヒートポンプ装置を作動制御する制御装置とからなるヒートポンプユニットを備えるヒートポンプ式給湯装置がある。このようなヒートポンプ式給湯装置では、ヒートポンプユニットは外部から給電され、制御装置は外部からヒートポンプ装置の作動指令を受けるものが知られている。

例えば、ヒートポンプ装置が加熱した湯を貯留する貯湯タンクを備えるヒートポンプ装置では、貯湯タンクユニットからヒートポンプ装置の運転の指令（運転開始、沸き上げ温度等の指示）が制御装置に通信入力される。

しかしながら、上記従来技術の給湯装置のように、外部からの通信指示によって運転するヒートポンプユニットでは、一般的に、通信異常（例えば、通信ラインの断線、外来ノイズ、通信回路故障等）が発生すると運転を停止する安全側モードを選択する構成となっている。そのため、ヒートポンプユニットとしてのお湯を沸かす機能は故障していないのに、給湯できない（例えば、貯湯タンクにお湯を供給できない）という機能障害に至ってしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、通信異常が発生したとしてもヒートポンプ装置による給湯を行なうことが可能なヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置用制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
水を加熱して給湯用の湯とするヒートポンプ装置（１）と、
ヒートポンプ装置（１）を作動制御する制御手段（１０１）と、
制御手段（１０１）への給電をオンオフするオンオフ手段（９２）とを備えるヒートポンプ式給湯装置であって、
制御手段（１０１）は、オンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴としている。

これによると、制御手段（１０１）は、制御手段（１０１）へのオンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、ヒートポンプ装置（１）を作動制御することができる。したがって、外部から制御手段（１０１）へのヒートポンプ装置（１）の運転に関する通信に異常が発生したとしても、給電オンオフ状態に基づいてヒートポンプ装置（１）を運転し給湯を行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明では、
制御手段（１０１）に対しヒートポンプ装置（１）の作動指令を行なう指令手段（１１０）を備え、
制御手段（１０１）は、指令手段（１１０）から制御手段（１０１）への指令伝達に障害が発生した場合に、オンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴としている。

これによると、指令手段（１１０）から制御手段（１０１）への指令伝達に障害が発生した場合に、オンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態を代替作動指令とすることができる。

また、請求項３に記載の発明では、制御手段（１０１）は、給電のオン時間およびオフ時間が基準時間の略整数倍である場合に、給電オンオフ状態に基づいて前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴としている。

これによると、制御手段（１０１）は、給電オンオフが特定周期信号である場合に、給電オンオフ状態に基づいてヒートポンプ装置（１）を運転することができる。したがって、特定周期以外の給電オンオフ状態によりヒートポンプ装置（１）を誤動作することを防止できる。

また、請求項４に記載の発明では、制御手段（１０１）は、給電オンオフ状態をビット情報と認識し、このビット情報に基づいてヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（１）の運転条件等の詳細情報を容易に伝達することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に、制御装置（１０１）は、制御装置（１０１）へのオンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、ヒートポンプ装置（１）を作動制御することができる。したがって、外部から制御装置（１０１）へのヒートポンプ装置（１）の運転に関する通信に異常が発生したとしても、給電オンオフ状態に基づいてヒートポンプ装置（１）を運転し給湯を行なうことができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

１０は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。本実施形態の貯湯タンク１０は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。

貯湯タンク１０の下部には、貯湯タンク１０内の水を吸入するための吸入口１３が設けられ、貯湯タンク１０の上部には、貯湯タンク１０内に湯を吐出するための吐出口１４が設けられている。

吸入口１３と吐出口１４とは循環回路１６で接続されており、循環回路１６の一部はヒートポンプ装置１内に配置されている。循環回路１６にはヒートポンプ装置１の内部もしくは外部に図示しない循環ポンプが設けられている。

循環回路１６のヒートポンプ装置１内に配置された部分には、図示しない給湯用熱交換器が設けられており、吸入口１３から吸入した貯湯タンク１０内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱して沸き上げて湯とし、吐出口１４から貯湯タンク１０内に戻すことができるようになっている。

一方、貯湯タンク１０の上部には導出口２０が設けられており、導出口２０には貯湯タンク１０内の湯を導出するための給湯経路である給湯配管１９が接続されている。

給湯配管１９には、導入管１２から分岐した給水配管２８の下流端が接続しており、この接続点には、給湯配管１９を流れる湯の量と給水配管２８を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ２９が設けられている。

貯湯タンク１０の外壁面には、図示しない複数のサーミスタ（水位サーミスタ）が縦方向に間隔をあけて配置され、貯湯タンク１０内の各水位レベルにおける温度情報を後述する貯湯タンク制御装置１１０に出力するようになっている。

また、各配管経路にはサーミスタが適宜配設され、各配管を流れる冷媒、湯もしくは水の温度情報を後述するヒートポンプ制御装置１０１もしくは貯湯タンク制御装置１１０に出力するようになっている。

また、給湯配管１９には図示しない流量カウンタが設けられており、給湯配管１９を流れる湯の流量情報を後述する貯湯タンク制御装置１１０に出力するようになっている。

図１中の１０１は本発明で言うところの制御手段であるヒートポンプ制御装置である。
また、図１中の１１０は貯湯タンク制御装置である。ヒートポンプ制御装置１０１は、ヒートポンプ装置１等とともにヒートポンプユニット１Ａを構成しており、貯湯タンク制御装置１１０は、貯湯タンク１０等とともにタンクユニット１０Ａを構成している。

ヒートポンプ制御装置１０１は、冷媒配管に設けられた図示しないサーミスタや循環回路１６に設けられた図示しないサーミスタの温度情報、貯湯タンク制御装置１１０からの指令等に基づいて、ヒートポンプ装置１や図示しない循環ポンプ等を作動制御するようになっている。

貯湯タンク制御装置１１０は、貯湯タンク１０等に設けられた図示しないサーミスタからの温度情報、図示しない流量カウンタからの流量情報、および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの信号、ヒートポンプ制御装置１０１からのヒートポンプ装置１運転状況情報等に基づいて、バルブ２９等を制御するとともに、ヒートポンプ制御装置１０１に指令信号を出力ように構成されている。貯湯タンク制御装置１１０は、ヒートポンプ制御装置１０１に対しヒートポンプ装置１の作動指令を行なう指令手段であると言える。

図１に示すように、ヒートポンプ制御装置１０１と貯湯タンク制御装置１１０とは、通信ライン９０および電源ライン９１で接続されており、電源ラインを介してタンクユニット１０Ａ側からヒートポンプ制御装置１０１を含むヒートポンプユニット１Ａへ給電するようになっている。

貯湯タンク制御装置１１０は、通信ライン９０を介して、ヒートポンプ制御装置１０１に対しヒートポンプ装置１により特定の沸き上げ温度で沸き上げる指示を出したり、ヒートポンプ装置１内のポンプのみ作動させて循環回路１６内のエアーを抜く指示を出したり、ヒートポンプユニット１Ａ内の運転状況（異常情報や各種温度センサー情報等）を取得したりしている。

図１に示すように、貯湯タンク制御装置１１０側には、電源ライン９１を介するヒートポンプ制御装置１０１側への給電をオンオフするオンオフ手段である電源リレー９２が設けられている。

このように、ヒートポンプユニット１Ａの電源を電源リレー９２によりオンオフ可能な構成を有することにより、凍結の心配が無い外気温の時は、待機電力低減のためにヒートポンプユニット１Ａの電源を電源リレー９２によりオフできるようになっている。

また、ヒートポンプ制御装置１０１は、ヒートポンプユニット１Ａ内のインバータ制御等のために、蓄電手段であるキャパシタ９９を備えている。蓄電手段はキャパシタ以外でもかまわず、ヒートポンプ制御装置１０１外に設けるものであってもよい。

従来のヒートポンプ式給湯装置であれば、通信ラインを介した通信に異常が発生している場合には、ヒートポンプ装置にとってどのような運転をしてよいか不明のため沸き上げの運転は停止する。すなわち、ヒートポンプユニット１Ａに対し電源を入れただけでは、沸き上げ運転は実施しないシステムとなっている。

通信異常は、通信ラインの断線や外部の別機器や違法無線などによるノイズや落雷による制御装置内部の通信回路の故障などが考えられる。通常、このような通信異常の発生は稀であるが、従来の給湯装置では、通信異常が起きた時にはヒートポンプ装置１による沸き上げが不可になり、お湯が作れないことからお風呂に入れないなどユーザーが不快を感じるという問題がある。

これに対し、本実施形態の給湯装置では、図１に示すように、貯湯タンク制御装置１１０が、ヒートポンプユニット１Ａの電源をリレー９２を介しオンオフする構成であり、かつヒートポンプ制御装置１０１がインバータ制御等のためにキャパシタ９９を保有しており、ヒートポンプユニット１Ａの電源をオフしても、例えば数十秒間ヒートポンプ制御装置１０１のマイコンに電力を供給できる。

これを利用して、本実施形態では、通信ライン９０を介した通信に異常があった時に、貯湯タンク制御装置１１０が電源リレー９２により電源をオンオフすることで、代替的にヒートポンプ制御装置１０１へ運転内容を指令する手段を有している。

次に、上記構成に基づき、本実施形態の給湯装置が、通信ライン９０を介した通信に異常が発生した場合であってもヒートポンプ装置１の運転を行ない湯の沸き上げを行なう作動について説明する。

図２は、ヒートポンプ制御装置１０１の概略制御動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、ヒートポンプ制御装置１０１は、まず、電源ライン９１を介する電源がオンであるか否か判断する（ステップＳ２１０）。

電源がオンであると判断した場合には、電源オン時間を計測し（ステップＳ２２０）、過去のオフ時間（オンとなる前のオフ時間）が基準時間の略整数倍であるか否か判断する（ステップＳ２３０）。ここでは、基準時間を１秒とし、１秒の整数倍に対し±５％以内の範囲にある場合を基準時間の略整数倍としている。

ステップＳ２３０において、過去のオフ時間が基準時間の略整数倍であると判断した場合には、この過去のオフ時間を１秒単位でビット情報として記憶する（ステップＳ２４０）。

ステップＳ２１０において、電源がオフであると判断した場合には、電源オフ時間を計測し（ステップＳ２５０）、過去のオン時間（オフとなる前のオン時間）が基準時間の略整数倍であるか否か判断する（ステップＳ２６０）。ここでもステップＳ２３０と同様に、基準時間を１秒とし、１秒の整数倍に対し±５％以内の範囲にある場合を基準時間の略整数倍としている。

ステップＳ２６０において、過去のオン時間が基準時間の略整数倍であると判断した場合には、この過去のオン時間を１秒単位でビット情報として記憶する（ステップＳ２７０）。

ステップＳ２４０、ステップＳ２７０のいずれかを実行したら、電源オン時間の計測値が１０秒経過したか否か判断する（ステップＳ２８０）。オン時間の計測値が１０秒経過した（オン状態が１０秒以上連続した）と判断したら、これまでに記憶した過去の電源オンオフのビット情報を解析する（ステップＳ２９０）。

ステップＳ２９０におけるビット情報の解析結果が、通信ライン９０を介した正規のヒートポンプ装置運転指令に代わる代替運転指令であるか否か判断し（ステップＳ３００）、代替運転指令であると判断した場合には、専用の代替運転モードにエントリーする（ステップＳ３１０）。そして、記憶していた過去の電源オンオフのビット情報を初期化して（ステップＳ３３０）、リターンする。

ステップＳ３００において、ビット情報の解析結果が代替運転指令でないと判断した場合には、通常制御モード（通信異常時であれば運転停止状態継続）とし（ステップＳ３２０）、記憶していた過去の電源オンオフのビット情報を初期化して（ステップＳ３３０）、リターンする。

例えば、ステップＳ２９０を実行するまでに、ヒートポンプ制御装置１０１が、電源ライン９１を介して、図３（ａ）に示すようなオンオフ状態の電力の給電を受けていた場合には、ヒートポンプ制御装置１０１は、図３（ｂ）に示すようなビット情報を記憶している。

ステップＳ２９０では、このビット情報から、９０℃の沸き上げ温度となるようにヒートポンプ装置１（ヒートポンプユニット１Ａ）の運転を開始するものと解析する。具体的には、ビット情報の前半のビット変換「０８」で代替運転モードであることを認識し、後半の「５Ａ＝９０」を９０℃沸き上げ指示であると認識する。

ステップＳ２９０におけるビット情報の解析の結果、運転条件として好ましくない結果を得た場合（例えば、沸き上げ温度指示が、６５〜９０℃に入っていないような場合）には、ステップＳ３００においてビット情報は代替運転指令ではないと判断する。

ステップＳ２３０において、過去のオフ時間が基準時間の略整数倍でないと判断した場合、もしくは、ステップＳ２６０において、過去のオン時間が基準時間の略整数倍でないと判断した場合、すなわち、電源オンオフが基準時間に基づく特定の周期に入っていない場合（設定精度以上のずれがある場合）には、代替運転指令ではない（ビット情報でない）として、記憶していた過去の電源オンオフのビット情報を初期化する（ステップＳ３５０）。

これは、サービスマン等のよるマニュアル的な電源のオンオフで、誤って運転モードに入ることを防止するためのものである。

ステップＳ３５０を実行したら、代替運転モードでヒートポンプ装置１の運転が行なわれているか否か判断し（ステップＳ３６０）、代替運転モードであると判断した場合には、そのままリターンする。

また、ステップＳ３６０において、代替運転モードでないと判断した場合には、通常制御モード（通信異常時であれば運転停止状態継続）とし（ステップＳ３７０）、リターンする。

ステップＳ２８０において、オン時間の計測値が１０秒を経過していないと判断したら、電源オフ時間の計測値が１０秒経過したか否か判断する（ステップＳ３４０）。そして、電源オフ時間の計測値が１０秒経過したと判断したら、運転指令はないものとして、ステップＳ３５０へ進んで、記憶していた過去の電源オンオフのビット情報を初期化し、ステップＳ３６０以降へ進む。

ステップＳ３４０において、電源オフ時間の計測値が１０秒経過していないと判断した場合には、代替指令伝達中である可能性も考慮し、ステップＳ３５０をパスして、ステップＳ３６０以降へ進む。

なお、ヒートポンプ制御装置１０１がヒートポンプユニット１Ａの代替運転を実施した後に停止する場合は、貯湯タンク制御装置１１０が電源リレー９２をオフして給電を停止する。すなわち、電源オフまで代替運転モードを維持する。

上述の構成および作動によれば、ヒートポンプ制御装置１０１は、貯湯タンク制御装置１１０の電源リレー９２による給電オンオフ状態に基づいて、ヒートポンプ装置１（ヒートポンプユニット１Ａ）を作動制御することができる。したがって、通信ライン９０を介した通信に異常が発生した場合であっても、ヒートポンプ装置１を運転し給湯を行なうことができる。

また、電源オンオフによる代替運転指令は、通信ライン９０を介した指令伝達に障害が発生した場合にのみ行なわれ、障害が発生していない場合には、通常の指令伝達系統により運転指令を伝達することができる。

また、ヒートポンプ制御装置１０１は、給電のオン時間およびオフ時間が基準時間の略整数倍である場合、すなわち給電オンオフが特定周期信号である場合に、給電オンオフ状態に基づいてヒートポンプユニット１Ａを運転することができる。したがって、特定周期以外の給電オンオフ状態によりヒートポンプユニット１Ａが誤動作することを防止できる。

また、ヒートポンプ制御装置１０１は、給電オンオフ状態をビット情報と認識する。したがって、貯湯タンク制御装置１１０からヒートポンプ制御装置１０１へ運転条件等の詳細情報を容易かつ確実に伝達することができる。

また、本実施形態の給湯装置では、代替運転指令を伝達するための新たなハード構成を設けておらず、給湯装置の構成が複雑になることを防止できる。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、代替運転指令は、沸き上げ開始および沸き上げ温度を指示するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、代替運転指令時の沸き上げ温度を９０℃に固定しておき、沸き上げ開始の指示のみ行なうものであってもよい。この例によれば、代替運転指令時の伝達情報量を低減することが可能である。

また、上記一実施形態では、正常時の運転指令は専用の通信ライン９０を介して行なうものであったが、電源系統に重畳する通信方式の場合であってもよい。

また、上記一実施形態では、指令伝達に障害が発生した場合にのみ、電源オンオフ情報により運転指令を伝達していたが、常時電源オンオフ情報により運転指令を伝達するものであってもよい。

また、上記一実施形態における１秒、１０秒、５％等の実数値は例示であって、給湯装置の各種仕様等に応じて適宜設定可能である。

また、上記一実施形態では、ヒートポンプ制御装置１０１に対しヒートポンプユニット１Ａの運転指令を行なう指令手段は、貯湯タンク制御装置１１０であったが、これに限定されるものではない。例えば、リモコン装置等の操作手段であってもかまわない。

また、本発明の適用は、上記一実施形態の給湯装置に限定されるものではなく、例えば、貯湯タンク等を有しない給湯装置であってもかまわない。

本発明を適用した一実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 ヒートポンプ制御装置１０１の概略制御動作を示すフローチャートである。 給電オンオフ状態による代替運転指令の伝達例を示すグラフであり、（ａ）は電源オンオフ状態、（ｂ）はビット情報の解析例を示している。

符号の説明

１ ヒートポンプ装置
１Ａ ヒートポンプユニット
１０ 貯湯タンク
１０Ａ タンクユニット
９０ 通信ライン
９１ 電源ライン
９２ 電源リレー（オンオフ手段）
９９ キャパシタ（蓄電手段）
１０１ ヒートポンプ制御装置（制御装置）
１１０ 貯湯タンク制御装置（指令手段）

Claims (5)

1. 水を加熱して給湯用の湯とするヒートポンプ装置（１）と、
   前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御する制御手段（１０１）と、
   前記制御手段（１０１）への給電をオンオフするオンオフ手段（９２）とを備えるヒートポンプ式給湯装置であって、
   前記制御手段（１０１）は、前記オンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記制御手段（１０１）に対し前記ヒートポンプ装置（１）の作動指令を行なう指令手段（１１０）を備え、
   前記指令手段（１１０）から前記制御手段（１０１）への指令伝達に障害が発生した場合に、前記制御手段（１０１）は、前記オンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記制御手段（１０１）は、給電のオン時間およびオフ時間が基準時間の略整数倍である場合に、給電オンオフ状態に基づいて前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記制御手段（１０１）は、給電オンオフ状態をビット情報と認識し、前記ビット情報に基づいて前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 水を加熱して給湯用の湯とするヒートポンプ装置（１）を備えるヒートポンプ式給湯装置において、前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御する制御装置（１０１）であって、
   給電をオンオフするオンオフ手段（９２）による給電オンオフ状態に基づいて、前記ヒートポンプ装置（１）を作動制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置用制御装置。

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