JP2007198665A

JP2007198665A - ヒートポンプ式給湯装置

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Publication number: JP2007198665A
Application number: JP2006017142A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Ida; 智志井田; Kohei Takada; 康平高田
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP4663534B2

Abstract

【課題】振動が大きくなる圧縮機の回転数を予め設定することなく振動を低減することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供する。
【解決手段】回転数を可能な圧縮機12を備えたヒートポンプ式給湯装置において、圧縮機12の駆動により発生する振動の大きさを検出する振動センサ19A〜19Dと、検出された振動の大きさが所定の大きさ以下となるように圧縮機12の回転数を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばヒートポンプ回路によって給湯用の水を加熱して湯を生成するヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ式給湯装置として、冷媒配管等の他の部品との共振によって圧縮機の運転音が大きくなる周波数が分かっている場合に、圧縮機の運転周波数を騒音が大きくなる周波数からずらして共振を回避するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００４−２８６４１５号公報

しかしながら、圧縮機の駆動により発生する共振は、配管の数、寸法、形状、材質等によって異なる数の異なる回転数（運転周波数）で発生するものであり、従来のヒートポンプ式給湯装置のように圧縮機の駆動により共振が発生する回転数（運転周波数）が予め分かっていることは極めて稀であった。

また、経年劣化により生じる圧縮機や接続配管に取り付けられた防振材、吸振材の防振効果の低下や部品の弛みによるがたつき等によって、共振を発生させる回転数が変化し、又は共振を発生させる回転数以外の新たな回転数において振動が大きくなるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動が大きくなる圧縮機の回転数を予め設定することなく振動を低減することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、回転数を制御可能な圧縮機を備えたヒートポンプ式給湯装置において、圧縮機の駆動により発生する振動の大きさを検出する振動検出手段と、検出された振動の大きさが所定の大きさ以下となるように圧縮機の回転数を制御する制御手段とを備えたヒートポンプ式給湯装置を提案する。

本発明によれば、圧縮機の駆動により発生する振動の大きさが検出され、所定の大きさ以下となるように圧縮機の回転数が制御されることから、振動が大きくなる圧縮機の回転数を予め設定することなく、圧縮機の駆動により発生する振動を低減することが可能となる。

本発明によれば、振動が大きくなる圧縮機の回転数を予め設定することなく、圧縮機の駆動により発生する振動を低減することができるので、振動に伴う騒音を低減できるとともに、振動による配管の損傷、部品の弛み等を防止することができる。

図１乃至図４は本発明の一実施形態を示すもので、図１はヒートポンプ式給湯装置の概略構成図、図２は図１に示したヒートポンプ式給湯装置の制御系構成を示すブロック図、図３は図１に示したヒートポンプ式給湯装置の加熱動作を示すフローチャート、図４は図１に示したヒートポンプ式給湯装置の加熱動作を示す他のフローチャートである。

まず、図１を参照して本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の構成を説明する。

ヒートポンプユニット10は、ＣＯ２等の冷媒を封入した冷媒管11a〜11cを介して圧縮機12、水熱交換器13、減圧弁14及び熱交換器16を順次接続して構成されている冷媒回路と循環ポンプ18とからなる。

圧縮機12は駆動源として図示しないモータを有し、回転数が可変制御される周知の構成からなり、冷媒を加圧して冷媒回路を循環させるようになっている。

水熱交換器13は圧縮機12から吐出され冷媒配管11aを流れる高温高圧の冷媒と、後述する循環管22を流れる水との熱交換を行うようになっている。これにより、水熱交換器13は凝縮器として機能し、循環管22を流れる水が加熱される。

減圧弁14は周知の電動弁であり、水熱交換器13によって熱を奪われた冷媒を減圧し低温低圧にするようになっている。

除霜弁15は周知の電磁弁であり、圧縮機12から吐出される高温高圧の冷媒を冷媒管11bを介して熱交換器16の入口側にバイバスするようになっている。

熱交換器16は減圧弁14及び除霜弁15から流入された冷媒と送風ファン17によって吸引した外部の空気との熱交換を行い、冷媒管11cを介して圧縮機12へ冷媒を流出するようになっている。これにより、熱交換器16は蒸発器として機能し、冷媒が加熱される。

各振動センサ19A〜19Dは周知の圧電素子型などの振動センサであり、それぞれ圧縮機12に接続する冷媒管11a〜11c及び圧縮機12自体に設けられ、各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に発生する振動の大きさを検出するようになっている。

本実施形態では、各振動センサ19A〜19Dを各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に設けるようにしたが、これに限定されず他の部品に設けるようにしてもよい。但し、本発明の目的のためには、振動源である圧縮機12又は圧縮機12の振動が伝播する部品に設けることが望ましい。また、振動センサ19A〜19Dの設置数は多い方が望ましいが、少なくとも１箇所に設けられていればよい。これにより、圧縮機12及び圧縮機12の振動が伝播する部品のうち少なくとも１箇所で圧縮機12の駆動により発生する振動の大きさが検出される。

貯湯タンク21には外部の水源から給水管23aを介して供給される水が貯留されており、循環管22を介して循環ポンプ18及び水熱交換器13が順次接続されて循環回路を構成している。

循環ポンプ18を駆動すると、貯湯タンク21内の水（又は湯）が下部に設けられた循環出口21aから上部に設けられた循環入口21bへ循環回路を循環するようになっている。これにより、貯湯タンク18内の水（又は湯）が加熱され、貯湯タンク21内に所定温度の湯が貯湯される。

この様にして貯湯された貯湯タンク21内の湯は、給湯管23bを介して外部に供給されるようになっている。

次に、図２を参照して図１に示したヒートポンプ式給湯装置の制御系構成について説明する。

制御部30は圧縮機12、減圧弁14、除霜弁15、送風ファン17、循環ポンプ18及び表示装置33の動作を制御するためのもので、ＣＰＵ及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを備えたコンピュータからなり、各振動センサ19A〜19D、貯湯温度計31及び記憶装置32が接続され、これらの機器から出力される情報並びに自己のメモリに格納されたプログラムに基づいて動作するようになっている。

貯湯温度計31は貯湯タンク21内に設けられ、貯湯タンク21内の湯（又は水）の温度を測定するためのもので、測定した温度に関する情報を制御部30に出力するようになっている。

記憶装置32は、ヒートポンプ式給湯装置の動作に必要な情報を記憶するためのものであり、制御部30は必要に応じて記憶装置31に情報を記憶し、又は記憶されている情報を読み込むようになっている。

表示装置33はヒートポンプ式給湯装置の異常、警告の有無等の運転状態を作業員に知らせるためのものであり、制御部30からの制御信号に基づいて所定の情報を表示するようになっている。

次に、図３及び図４を参照して本実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の加熱動作について説明する。

図３に示すように、制御部30は図示しないインバータ等によって圧縮機12を所定の回転数で駆動するとともに、減圧弁14、除霜弁15、送風ファン17及び循環ポンプ18を駆動して貯湯タンク21内の水の加熱を開始する(S1)。これと同時に、貯湯タンク21内の水量、水温等に基づいて予め設定された設定時間に予め設定された設定温度の湯となるように圧縮機12の回転数を制御するプログラムが並行して実行される。

制御部30は、圧縮機12の駆動により各振動センサ19A〜19Dから出力される振動の大きさのうち、少なくとも１つにおいて所定の大きさより大きいか否かを判定する(S2)。

この判定の結果、各振動の大きさのうち少なくとも１つにおいて所定の大きさより大きい場合、各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に共振が発生し、又は経年劣化により各冷媒管11a〜11cや圧縮機12に取り付けられた防振材、吸振材の防振効果の低下や部品の弛みによるがたつき等によって大きな振動が発生していると考えられる。

一般に、各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に発生する共振は固有振動数に依存するため、それぞれ異なる回転数で発生する。また、経年劣化により各冷媒管11a〜11cや圧縮機12に取り付けられた防振材、吸振材の防振効果の低下や部品の弛みによるがたつき等がある場合、これによって発生する大きな振動は固有振動数に依存しないため、共振の発生する回転数とは異なる回転数で生じる。

よって、制御部30はこれらの回転数の全てを回避するように、又はこれらの回転数の全てを含む回転数帯を回避するように、圧縮機12の回転数を変更する(S3)。これにより、圧縮機12の駆動により各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に発生する振動の大きさが検出され、検出された振動の大きさが全て所定の大きさ以下となり、振動が大きくなる圧縮機の回転数を予め設定することなく、振動を低減することが可能となる。

なお、変更後の回転数を回避した回転数よりも高くするか低くするか等は、並行して実行されるプログラムによって定められる。

次いで制御部30は、ステップS3の処理を実行した回避回数、日時、変更前後の回転数、所定値以上の振動の変位を検出した振動センサ19A〜19D等の情報を回避履歴として記憶装置32に記憶する(S4)。これにより、例えば以後の圧縮機12の駆動において、各振動センサ19A〜19Dから出力される振動の大きさが所定の大きさよりも大きくなる前に、回避履歴に含まれる変更前の回転数を振動が大きくなる回転数とみなして回避することが可能となる。また、例えば振動が大きくなる回転数が変化している場合、過去から現在までの回避履歴に含まれる変更前の回転数の変化の様子から、経年劣化により共振を発生させる回転数が変化しているのか、それとも突発的に発生した故障、異常等の原因により振動が大きくなる回転数が変化しているのかを区別することが可能となる。

なお、回避回数には、記憶装置32に過去の回避履歴の情報があるときには最新の回避履歴を読み込んでこの回避回数に「１」を加算した値をセットし、回避履歴の情報がないとき（一番最初の処理時）には「１」をセットする。

次いで制御部30は、記憶装置32に記憶された最新の回避履歴を読み込み、この回避履歴に含まれる回避回数が所定回数に達したか否かを判定する（S5）。

この判定の結果、回避回数が所定回数に達している場合、相当程度の時間が経過して防振性能が低下していると考えられる。これにより、回避履歴に含まれる回避回数が経年劣化による防振性能の低下の指標となる。

よって、制御部30は表示装置33を駆動して防振性能が低下している旨を表示させる(S6)。これにより、作業員が経年劣化による防振性能の低下を把握することが可能となる。

ステップS5の判定の結果、回避回数が所定回数未満の場合は何も行わない。

本実施形態では、表示装置33に防振性能の低下のみを表示するようにしたが、これに限定されず、例えば防振性能の低下、警告、故障等のように段階的に複数の状態を判定して表示するようにしてもよい。また、回避履歴に含まれる所定の大きさ以上の振動の大きさを検出した振動センサ19A〜19Dに基づいて、防振性能が低下している箇所を特定して表示するようにしてもよい。

ステップS2の判定の結果、各振動の大きさが全て所定の大きさ以下の場合、圧縮機12の駆動により各冷媒管11a〜11c及び圧縮機12に大きな振動が発生していないと考えられるため、ステップS3〜S6の処理を行わない。

次いで制御部30は、貯湯温度計31から出力された貯湯温度が設定温度以上か否かを判定する（S7）。

この判定の結果、貯湯温度が設定温度以上の場合、制御部30は圧縮機12、減圧弁14、除霜弁15、送風ファン17及び循環ポンプ18を停止して、貯湯タンク21内の湯の加熱を停止し(S8)、処理を終了する。これと同時に、並行して実行される圧縮機12の回転数を制御するプログラムも終了する。

貯湯温度が設定温度よりも低い場合、制御部30は貯湯温度が設定温度以上となるまでステップS2〜S7の処理を繰り返す。

本実施形態では、回避履歴に含まれる回避回数に基づいて防振性能の低下を判定するようにしたが、これに限定されず、図４に示すようにS5の処理に代えて、制御部30は記憶装置32に記憶された最新の回避履歴とその１つ前の回避履歴を読み込んで回避履歴に含まれる日時から回避間隔を算出し（S9）、回避間隔が所定時間未満か否かを判定するようにしてもよい(S10)。

この判定の結果、回避間隔が所定時間未満であれば、振動が大きくなる頻度が多いことから何らかの防振性能の低下が発生していると考えられるので、制御部30はステップS6の処理を行い、回避間隔が所定時間以上であれば何も行わない。これにより、回避履歴に含まれる所定の情報が防振性能の低下の指標となるとともに、作業員が防振性能の低下を把握することが可能となる。

このように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置によれば、振動が大きくなる運転周波数を予め設定することなく、圧縮機12の駆動により発生する振動を低減することができるので、振動に伴う騒音を低減できるとともに、振動による配管の損傷、部品の弛み等を防止することができる。

また、振動が大きくなる回転数を回避したときに所定の情報を回避履歴として記憶しているので、過去の回避履歴に基づいて振動が大きくなる回転数を予測することができ、振動が大きくなる回転数を未然に回避することができる。

また、回避履歴に含まれる回避回数が経年劣化による防振性能の低下の指標となるので、回避回数を考慮した運転により経年劣化による防振性能の低下を遅らせ、部品の寿命を延ばすことができる。

また、回避履歴に含まれる所定の情報が防振性能の低下の指標となるので、経年劣化以外の原因による防振性能の低下も把握することができる。

また、作業員が防振性能の低下を把握することができるので、防振性能の低下による振動、騒音、故障等に事前に対処することができる。

また、圧縮機12及び圧縮機12の振動が伝播する部品のうち少なくとも１箇所で圧縮機12の駆動により発生する振動の大きさを検出するので、振動が大きくなる箇所に振動センサ19A〜19Dを設けることで効率良く振動を低減することができる。

なお、本発明の構成は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成図図１に示したヒートポンプ式給湯装置の制御系構成を示すブロック図図１に示したヒートポンプ式給湯装置の加熱動作を示すフローチャート図１に示したヒートポンプ式給湯装置の加熱動作を示す他のフローチャート

符号の説明

10…ヒートポンプユニット、11a〜11c…冷媒管、12…圧縮機、19A〜19D…振動センサ、21…貯湯タンク、30…制御部、32…記憶装置、33…表示装置。

Claims

回転数を制御可能な圧縮機を備えたヒートポンプ式給湯装置において、
圧縮機の駆動により発生する振動の大きさを検出する振動検出手段と、
検出された振動の大きさが所定の大きさ以下となるように圧縮機の回転数を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
前記制御手段を、振動の大きさが所定の大きさよりも大きくなる回転数以外の回転数で圧縮機を駆動するように構成した
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。
前記振動検出手段によって所定の大きさよりも大きい振動が検出され、その回転数以外の回転数で圧縮機を駆動したときの所定の情報を履歴情報として記憶する記憶手段を備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
前記履歴情報には、振動検出手段によって所定の大きさよりも大きい振動が検出され、その回転数以外の回転数で圧縮機を駆動した回数が含まれ、
その回数が所定回数に達したか否かを判定する判定手段を備えた
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置。
前記履歴情報に基づく所定の情報を表示する表示手段を備えた
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
前記振動検出手段を圧縮機及び圧縮機の振動が伝播する部品のうち少なくとも１箇所に設けられた振動センサから構成した
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載のヒートポンプ式給湯装置。