JP2008075962A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障状態に至る前で、加熱能力の低下を判定する。
【解決手段】制御装置Ｅがヒートポンプ式給湯装置の状態をＡランク〜Ｄランクの４ランクに判定している。ここでは、Ａランク（正常状態）およびＤランク（異常状態）以外に、加熱能力が低下している状態として、Ｂランク、Ｃランクを判定している。このため、故障状態に至る前で、Ｂ、Ｃランクとして、加熱能力の低下を判定することができる。特に、Ｃランクを判定した場合には、ヒートポンプ式給湯装置の交換をユーザに対して知らせることができるので、そのことにより故障によりヒートポンプ式給湯装置が給湯機を数日間使用できないという不便を解消できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式の給湯装置に関する。

従来、圧縮機の吐出冷媒と水との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、水冷媒熱交換器から発生する温水を貯める貯湯タンクとから構成される温水回路を備え、圧縮機の吐出冷媒の圧力等に基づいて温水回路が故障していると判定すると、温水回路が故障している旨をリモコンに表示してユーザに知らせるヒートポンプ式給湯装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２１３８１６号公報

上述のヒートポンプ式給湯装置では、温水回路が故障すると、温水回路が故障している旨をユーザに知らせることができるものの、温水回路の能力が全く出ない状態で故障を判定すると、温水回路の修理、交換等が完了するまでは、給湯機を使用できなくなるため、不便を余儀なくされる。

特に、ヒートポンプ式給湯装置を長年使用すると故障までには至らないが沸き上げ能力が新品と比べると極端に低下し、かつＣＯＰ低下によりランニングコストおよび稼動時間、消費電力が増加する問題が生じ、環境には好ましくない。

本発明は、上記点に鑑み、故障状態に至る前で、加熱能力の低下を判定できるようにしたヒートポンプ式給湯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、本発明では、ヒートポンプ式熱源器の出口側水温を検出する出口側温水センサと、加熱を開始して出口側温水センサの検出温度が目標温度に到達するまでに費やす沸き上げ時間を計測し、この計測された沸き上げ時間が基準データよりも長いか否かを判定することにより、ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下しているか否かを判定する判定手段と、を備えることを第１の特徴とする。

これにより、故障状態に至る前で、ヒートポンプ式熱源器の加熱能力の低下を判定できる。

本発明では、ヒートポンプ式熱源器の出口側水温を検出する出口側温水センサと、ヒートポンプ式熱源器の入口側水温を検出する入口側温水センサと、循環ポンプの循環水量を検出する循環水量検出手段と、入口側温水センサの検出温度、出口側温水センサの検出温度、および循環水量検出手段の検出循環水量に基づいて、ヒートポンプ式熱源器の加熱能力を算出し、この算出された加熱能力と基準加熱能力との比較に基づいて、ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下しているか否かを判定する判定手段と、を備えることを第２の特徴とする。

これにより、故障状態に至る前で、ヒートポンプ式熱源器の加熱能力の低下を判定できる。

（第１実施形態）
図１に本発明のヒートポンプ式給湯装置の第１実施形態を示す。図１はヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す図である。

ヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプサイクルＨ、および温水回路Ｗから構成される。ヒートポンプサイクルＨは、コンプレッサ１、水冷媒熱交換器２の冷媒流路２１、膨張弁３、および空気熱交換器４を冷媒配管４２で環状に接続して構成されている。

コンプレッサ（圧縮機）１は、内蔵された電動モータによって駆動され、空気熱交換器４側から吸引した気相冷媒（例えば、二酸化炭素）を圧縮して吐出する。水冷媒熱交換器２は、冷媒流路２１に流れるコンプレッサ１からの吐出冷媒と、温水流路２２に流れる水との間で熱交換する。これにより、水冷媒熱交換器２の温水流路２２内を流れる水が加熱されることになる。膨張弁３は、水冷媒熱交換器２の冷媒流路２１からの冷媒を膨張させる。空気熱交換器（蒸発器）４は、膨張弁３を通過した冷媒を、室外ファン４１により送風される外気に基づいて蒸発させる。

温水回路Ｗは、給湯用の温水を貯える貯湯タンク５と、水冷媒熱交換器２の温水流路２２とを温水配管５１で接続し、温水流路２２の途中に循環ポンプ６を介設して構成されている。循環ポンプ６は、内蔵された電動モータにより、貯湯タンク５と水冷媒熱交換器２の温水流路２２との間で水を循環させる。

温水配管５１は、貯湯タンク５の下部に設けられた温水出口５２と、温水入口５３との間を接続する配管である。貯湯タンク５内の湯水は、循環ポンプ６により温水出口５２から出て温水配管５１を介して水冷媒熱交換器２の温水流路２２を通り、加熱された温水は温水入口５３から貯湯タンク５内に戻る。貯湯タンク５は、温水の使用に伴い水道配管から水道水が供給されるようになっている。

また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、制御装置ＥおよびリモコンＲを備えており、制御装置Ｅは、マイクロコンピュータ、メモリ（記憶手段）、カウンタ、および周辺回路から構成されている。制御装置Ｅは、センサ群の各出力信号、およびリモコンＲの出力信号に基づいて、コンプレッサ１の内蔵電動モータ、循環ポンプ６の内蔵電動モータ、室外ファン４１の内蔵電動モータ等を制御する。制御装置Ｅは、商用電源から給電されている。

センサ群としては、冷媒温度センサ４２１、冷媒吐出温度センサ４２２、冷媒入力温度センサ４１１、フロスト温度センサ４１２、外気温度センサ４１３、給水温センサ５１１、および給湯温度センサ５１２である。

冷媒温度センサ４２１は、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度を検出するセンサであり、冷媒吐出温度センサ４２２は、冷媒流路２１の入口側の冷媒温度を検出するセンサである。冷媒入力温度センサ４１１は、空気熱交換器４の入口側の冷媒温度を検出するセンサである。

フロスト温度センサ４１２は、空気熱交換器４の出口側冷媒温度を検出するセンサである。外気温度センサ４１３は、室外ファン４１の近傍に配置され、外気温を検出する。給水温センサ５１１は、温水流路２２の入口側の水温を検出するセンサ（入口側温水センサ）であり、給湯温度センサ５１２は、温水流路２２の出口側の水温を検出するセンサ（出口側温水センサ）である。リモコンＲは、液晶パネルなどの表示パネル６０（表示手段）と、沸き上げ目標温度Ｔｐなどを設定するためのスイッチ６１とを備えている。

次に、本実施形態の作動について説明する。図２は制御装置Ｅの加熱能力測定処理を示すフローチャートである。制御装置Ｅは、商用電源が投入された状態で、図２にしたがって加熱能力測定処理を実行する。加熱能力測定処理は、沸き上げ運転処理に対して時分割で繰り返されるものであり、沸き上げ運転は、貯湯タンク５の温水温度を沸き上げ目標温度Ｔｐ（例えば、９０度）に近づけるために、コンプレッサ１、循環ポンプ６、室外ファン４１の各内蔵電動モータ等を制御するものであり、沸き上げ運転は、周知（特開２００２−２１３８１６号公報参照）のものであり、詳細の説明は省略する。以下、加熱能力測定処理について説明する。

まず、ステップＳ１０１において、外気温度センサ４１３の検出温度として外気温を読み取るとともに、給水温センサ５１１の検出温度として給水温度を読み取る。

次のステップＳ１０２において、沸き上げ目標温度Ｔｐ（例えば、９０度）をリモコンＲのスイッチ６１から読み取るとともに、沸き上げ目標温度Ｔｐに対応する立ち上がり時間の成績データＴｕをメモリ（ＲＯＭ）から読み取る。

ここで、立ち上がり時間の成績データＴｕは、沸き上げ運転（すなわち、加熱運転）を開始してから沸き上げ温度（給湯温度センサ５１２の検出温度）が沸き上げ目標温度Ｔｐに到達するまでに費やす時間を調べるために用いられる時間データである。成績データＴｕは、図３の成績マップに示すように、外気温および給水温度により特定されるように設定されている。成績マップ自体が沸き上げ目標温度Ｔｐ毎に異なるように設定されている。すなわち、成績データＴｕは、外気温、給水温度、および目標温度Ｔｐにより特定されるように設定されている。

次のステップＳ１０３において、沸き上げ運転を実施中か否かを判定し、沸き上げ運転が終了しているときには、ＮＯと判定してカウンタをクリアする（ステップＳ１０５）。

ここで、沸き上げ運転を実施しているときには、ステップＳ１０３にてＹＥＳと判定して次のステップＳ１０８に進んで、カウンタを用いて沸き上げ運転の運転時間Ｔｏｎの計測を開始する。

次のステップＳ１０９において、沸き上げ温度（給湯温度センサ５１２の検出温度）が沸き上げ目標温度Ｔｐに到達したか否かを判定する。ここで、沸き上げ温度が沸き上げ目標温度Ｔｐに到達しているとステップＳ１０９でＹＥＳと判定して、ステップＳ１１４に進む。

また、ステップＳ１０９において、沸き上げ温度が沸き上げ目標温度Ｔｐよりも低いため、ＮＯと判定しても、カウンタにより計測された沸き上げ運転時間Ｔｏｎが能力測定上限時間（例えば、２時間）を経過している場合には（沸き上げ運転時間Ｔｏｎ≧能力測定上限時間）、ステップＳ１０９ａにおいてＹＥＳと判定してステップＳ１１４に進む。

このようにステップＳ１１４に進むと、沸き上げ運転時間Ｔｏｎが｛（成績データＴｕ）×２｝よりも長いか否かを判定し、Ｔｏｎ≦Ｔｕ×２のときにはＮＯとして、「Ａランク（具体的には、加熱能力が正常範囲）である」と判定してステップＳ１１５に移行する。ここで、「Ａランク（正常範囲）」である旨をメモリ（フラッシュメモリ）に記憶する。なお、「成績データＴｕ×２」が請求項１に記載の基準データに相当する。

また、ステップＳ１１４において、Ｔｏｎ＞Ｔｕ×２のときにはＹＥＳと判定して、ステップＳ１１６に進む。ここで、沸き上げ運転時間Ｔｏｎが｛（成績データＴｕ）×３｝よりも長いか否かを判定し、Ｔｏｎ≦Ｔｕ×３のときにはＮＯとして「Ｂランク（具体的には、加熱能力が低下気味）」と判定してステップＳ１１７に移行する。

そして、「Ｂランク」である旨をメモリ（フラッシュメモリ）に記憶して（記憶制御手段）、リモコンＲの表示パネル６０に「加熱能力が低下気味です」といった内容を文字表示する（表示制御手段）。なお、「成績データＴｕ×３」が請求項１に記載の基準データに相当する。

さらに、ステップＳ１１６において、Ｔｏｎ＞Ｔｕ×３のときにはＹＥＳと判定して、ステップＳ１１８に進む。ここで、「Ｃランク（具体的には、交換が必要なレベル）」と判定してステップＳ１１８に進み、「Ｃランク」である旨をメモリ（フラッシュメモリ）に記憶して（記憶制御手段）、リモコンＲの表示パネル６０に「交換をお勧めします」といった内容を文字表示する（表示制御手段）。

また、上述のステップＳ１０９ａにおいて、カウンタにより計測された沸き上げ運転時間Ｔｏｎが能力測定上限時間よりも短いときには、ＮＯと判定してステップＳ１１０に進む。

ここで、沸き上げ運転時間Ｔｏｎが異常判定時間Ｔｎｇよりも長いか否かを判定し、Ｔｏｎ＞Ｔｎｇのとき沸き上げ運転時間Ｔｏｎが異常に長いとしてＹＥＳと判定する。

次に、ステップＳ１１１において、給湯温度センサ５１２の現状の検出温度Ｔｗｏ（沸き上げ温度）が異常基準温度Ｔｓよりも低いか否かを判定する。ここで、Ｔｗｏ＜Ｔｓのとき沸き上げ温度Ｔｗｏが異常に低いとしてＹＥＳとして、「Ｄランク（異常状態）」と判定してステップＳ１１２に進み、「異常状態」である旨をメモリ（フラッシュメモリ）に記憶して、リモコンＲの表示パネル６０に「異常状態」といった内容を記号（例えば、Ｅ３１）で表示する（表示制御手段）。

以上のように、Ａランク、Ｂランク、Ｃランクのいずれかを判定し、その判定結果を表示・記憶して、ステップＳ１０１に戻る。

また、上述のステップＳ１１０において、Ｔｏｎ≦ＴｎｇのときにはＮＯと判定して、ステップＳ１０１に戻る。また、ステップＳ１１１において、給湯温度センサ５１２の現状の検出温度Ｔｗｏ（沸き上げ温度）が異常基準温度Ｔｓよりも高いときＮＯと判定してステップＳ１０１に戻る。

このようにステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１１８の各処理を繰り返す。なお、ステップＳ１１４、Ｓ１１６が請求項１、２に記載の判定手段に相当する。

以上説明した本実施形態によれば、制御装置Ｅがヒートポンプ式給湯装置の加熱能力の状態を図４に示すＡランク〜Ｄランクの４ランクに判定している。ここでは、Ａランク（正常状態）およびＤランク（異常状態）以外に、故障状態に至る前に、加熱能力が低下している状態として、Ｂランク、Ｃランクを判定している。特に、Ｃランクを判定した場合には、ヒートポンプ式給湯装置の交換をユーザに対して知らせることができるので、そのことにより故障によりヒートポンプ式給湯装置が給湯機を数日間使用できないという不便を解消できる。

また、定期的にサービスマンが給湯機の能力を測定する場合、手作業による能力測定は困難であり かつ多くの時間を費やす。一方、本実施形態では加熱能力の測定を簡易的に行うことができる。

例えば、加熱能力診断の判定はリモコンＲで確認できるように予めプログラムをし、例えば隠し操作をすることでサービスマンしかそのモードに入れないようにしておき、定期検査に来た時に操作することで能力診断できる。

（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、ヒートポンプサイクルＨとしては、コンプレッサ１、水冷媒熱交換器２、膨張弁３、および空気熱交換器４から構成されているものを用いた例について説明したが、これに限らず、ヒートポンプサイクルＨとしては、図４に示すように、コンプレッサ１、水冷媒熱交換器２、空気熱交換器４、気液分離器７０、およびエジェクタ７５から構成されるエジェクタサイクルを用いてもよい。このエジェクタサイクルは、周知（特開２００２−２１３８１６号公報参照）のものであるので、詳細は省略する。

（第３実施形態）
上述の第１実施形態では、沸き上げ温度がその目標温度Ｔｐに到達するまでに費やす沸き上げ運転時間Ｔｏｎに基づいて、加熱能力を求める例について説明したが、これに代えて、本第３実施形態では、次のように、水冷媒熱交換器２の加熱能力を算出する。

まず、上述の第１実施形態と同様に、加熱運転を開始後に沸き上げ運転時間Ｔｏｎを計測し、Ｔｏｎが所定定時間以上（例えば１時間）経過したとき、外気温度センサ４１３の検出温度として外気温を読み取るとともに、給水温センサ５１１の検出温度として給水温度を読み取る。

次に、給水温度等と、循環ポンプ６に与えられる指令電圧（Ｖ）とを用いて、循環ポンプ６の循環水量を推定する。ここで、加熱運転の開始後、所定定時間以上経過したときの給水温度等および循環ポンプ６の指令電圧を用いることにより、循環ポンプ６の循環水量が安定状態になったときの循環水量を求めることができる。

ここで、循環ポンプ６への指令電圧（Ｖ）と循環ポンプ６の回転数（ｒｐｍ）とは、図６に示すように、１対１の関係にあり、循環ポンプ６の循環水量（Ｌ／ｍｉｎ）は、循環ポンプ６の回転数（ｒｐｍ）と１対１の関係にある。ここで、循環ポンプ６の循環水量は、ポンプの能力毎（図中Ａ、Ｂ、Ｃは異なる能力のポンプを示す）によっても変わり、また循環ポンプ６の循環水量は、給水温度（図中水温と記す）によっても変わる。

そこで、本実施形態では、指令電圧（Ｖ）｛循環ポンプ６の回転数｝、ポンプ能力（ＫＷ）および給水温度によって、循環ポンプ６の循環水量が特定され得るデータが予めメモリに記憶され、このデータにより循環ポンプ６の循環水量が推定される。なお、当該循環水量を推定することが、請求項３に記載の循環水量検出手段に相当する。

次に、推定循環水量を用いて水冷媒熱交換器２の加熱能力を算出する。

例えば、給水温度が５℃であり、循環ポンプ６の回転数が２０００ｒｐｍのときには、図６に示すように、循環水量０．８Ｌ／ｍｉｎとなり、この場合の加熱能力は、
加熱能力［ｋＷ］
＝［（沸き上げ温度−給水温度）×流量×６０（１時間）］／８６０ ＝［（９０−５）×０．８×６０ ］／８６０
にて表せるため、ここで沸き上げ温度が仮に９０℃とした場合、４．７４［ｋＷ］となり、この加熱能力を基準加熱能力とする。

一方、加熱能力が低下している場合の現在ポンプ回転数が１０００ｒｐｍの場合には、図６から推定流量から０．４Ｌ／ｍｉｎと求まる。この場合の加熱能力は、
現在加熱能力 ＝［（９０−５）×０．４×６０ ］／８６０
＝２．３７［ｋＷ］
と求められる。このことが請求項３に記載の算出処理に相当する。そして、求められた現在加熱能力と基準加熱能力とを比較して、判定手段として現在の加熱能力を判定する。

すなわち、現在加熱能力／基準加熱能力＞１／２ならば、正常範囲（Ａランク）、１／２≧現在加熱能力／基準加熱能力＞１／３ならば、“能力が低下気味です”（Ｂランク）、現在加熱能力／基準加熱能力≦１／３ならば、“交換をお勧めます”といった判定を行う。

例えば、現在加熱能力／基準加熱能力＝２．３７／４．７４＝１／２であるため、例えば、上述の第１実施形態と同様に、Ｂランクの“能力が低下気味です”と診断することができる。また、上述の第１実施形態と同様に、現在加熱能力の判定結果（ランク）をメモリに記憶して、リモコンＲの表示パネル６０に判定結果を文字表示する。

なお、加熱能力のランクの付け方は重要視しないが、能力判定に用いる閾値を変更可能にしてもよい。また、基準加熱能力と現状の加熱能力との比較に応じて、リモコンＲの表示パネル６０において“能力低下気味”、或いは、“交換時期ですよ”といった曖昧な表現で表示して使用者に現在の加熱能力を知らせる場合に限らず、加熱能力の能力値を直接的に知らせても良い。

また、本実施形態においても、加熱能力が低下していることを記憶することで、上述の第１実施形態の同様に定期点検時に時間を費やして能力を測定しなくても、例えば隠し操作で予め測定をした情報（記憶内容：Ａ、Ｂランク）を呼び出すことで、短時間で能力診断できる。

本発明のヒートポンプ式給湯装置の第１実施形態の全体構成を示す図である。 図１の制御装置の加熱能力測定処理を示すフローチャートである。 図２の加熱能力測定処理で用いる立ち上がり時間の成績データを示す図表である。 図２の加熱能力測定処理において判定されるＡランク〜Ｄランクを示すグラフである。 本発明のヒートポンプ式給湯装置の第２実施形態で用いられるエジェクタサイクルを示す図である。 本発明のヒートポンプ式給湯装置の第３実施形態において循環ポンプ６の回転数および推定循環水量の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｈ…ヒートポンプサイクル、Ｗ…温水回路、１…コンプレッサ、
２…水冷媒熱交換器、２１…冷媒流路、３…膨張弁、４…空気熱交換器、
４２…冷媒配管、５…貯湯タンク、２２…温水流路、６…循環ポンプ、
Ｅ…制御装置、Ｒ…リモコン。

Claims (8)

1. 貯湯タンクと、
   ヒートポンプ式熱源器と、
   前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式熱源器の間で水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環ポンプによって循環される水を加熱させるように前記ヒートポンプ式熱源器を制御する制御装置と、を備えるヒートポンプ式給湯装置であって、
   前記ヒートポンプ式熱源器の出口側水温を検出する出口側温水センサと、
   前記加熱を開始して前記出口側温水センサの検出温度が目標温度に到達するまでに費やす沸き上げ時間を計測し、この計測された沸き上げ時間が基準データよりも長いか否かを判定することにより、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下しているか否かを判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記ヒートポンプ式熱源器の入口側水温を検出する入口側温水センサと、
   外気温を検出する外気温センサと、を備え、
   前記判定手段は、前記入口側水温センサの検出温度、前記外気温センサの検出温度、および前記目標温度のそれぞれに対応した基準データを用いて、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下しているか否かを判定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. 貯湯タンクと、
   ヒートポンプ式熱源器と、
   前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式熱源器の間で水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環ポンプによって循環される水を加熱させるように前記ヒートポンプ式熱源器を制御する制御装置と、を備えるヒートポンプ式給湯装置であって、
   前記ヒートポンプ式熱源器の出口側水温を検出する出口側温水センサと、
   前記ヒートポンプ式熱源器の入口側水温を検出する入口側温水センサと、
   前記循環ポンプの循環水量を検出する循環水量検出手段と、
   前記入口側温水センサの検出温度、前記出口側温水センサの検出温度、および前記循環水量検出手段の検出循環水量に基づいて、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力を算出する算出手段と、
   前記算出された加熱能力と基準加熱能力との比較に基づいて、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下しているか否かを判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記算出手段は、加熱を開始後に所定期間経過したときの前記入口側温水センサの検出温度、前記出口側温水センサの検出温度、および前記循環水量検出手段の検出循環水量に基づいて、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力を算出する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。
5. 前記判定手段が、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下していると判定したとき、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下している旨を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 記憶手段と
   前記判定手段が前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下していると判定したとき、前記ヒートポンプ式熱源器の加熱能力が低下している旨を前記記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記ヒートポンプ式熱源器は、
   冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機からの吐出冷媒により前記供給される水を加熱する水冷媒熱交換器と、
   前記水冷媒熱交換器からの冷媒を膨張させる膨張弁と、
   前記膨張弁からの冷媒を蒸発する蒸発器と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
8. 前記ヒートポンプ式熱源器は、エジェクタサイクルを用いた熱源器であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。

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