JP2009150609A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温異常あるいは高圧異常の頻発による沸き上げ不能状態に至るまでの時間を長くして、ヒートポンプ式給湯装置の長寿命化を図る。
【解決手段】圧縮機１５、冷媒水熱交換器１６、減圧器１７、空気熱交換器１８を環状に接続したヒートポンプサイクル１９と、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段１４と、ヒートポンプサイクル１９の高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段２８と、貯湯タンク２からの湯水を目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、異常検知手段２８が異常検知すると圧縮機１５を一旦停止後に再起動するようにした制御手段２７とを備えたヒートポンプ式給湯装置において、目標沸き上げ温度設定手段１４は、異常検知手段２８が異常検知した際は目標沸き上げ温度を低下させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯タンクの湯水をヒートポンプで加熱するヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来よりこの種のヒートポンプ式給湯装置においては、圧縮機、冷媒水熱交換器、減圧器、空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記冷媒水熱交換器の水側とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けた循環ポンプと、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段と、ヒートポンプサイクルの高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段と、前記圧縮機、前記減圧器、前記循環ポンプを制御して前記貯湯タンクからの湯水を前記目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、前記異常検知手段が異常検知すると前記圧縮機を一旦停止後に再起動して沸き上げ運転を継続するようにした制御手段と、を備えたものであった。
特開２００２−２１３８１６号公報（図４参照）

ところが、この従来のものでは、異常発生毎の圧縮機の再起動による時間的ロスが発生し、翌朝までに貯湯タンクに沸き上げる湯量が減少する。そして、深夜時間帯開始時の残湯量が少なくなったり、昼間時間帯での残湯量が給湯量に比して足りずに昼間電力で不足分の熱量を沸かす沸き増し運転が行われるために、翌日の目標沸き上げ温度が高く設定されることとなる。

しかし、高温異常あるいは高圧異常の原因がヒートポンプサイクルの冷媒配管の座屈や冷媒水熱交換器の水流路のスケール生成等による圧縮機の再起動によって解消できない異常であった場合は、目標沸き上げ温度が高く設定されることで、高温異常あるいは高圧異常が更に発生しやすい状況となり、高温異常あるいは高圧異常が頻発して沸き上げ不能になってしまうまでの時間を早めてしまうという課題があった。

そこで、本発明は、高温異常あるいは高圧異常の頻発による沸き上げ不能状態に至るまでの時間を長くして、ヒートポンプ式給湯装置の長寿命化を図ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達するため、請求項１では、圧縮機、冷媒水熱交換器、減圧器、空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記冷媒水熱交換器の水側とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けた循環ポンプと、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段と、ヒートポンプサイクルの高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段と、前記圧縮機、前記減圧器、前記循環ポンプを制御して前記貯湯タンクからの湯水を前記目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、前記異常検知手段が異常検知すると前記圧縮機を一旦停止後に再起動するようにした制御手段と、を備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が異常検知した際は目標沸き上げ温度を低下させるようにした。

また、請求項２では、圧縮機、冷媒水熱交換器、減圧器、空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記冷媒水熱交換器の水側とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けた循環ポンプと、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段と、ヒートポンプサイクルの高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段と、前記圧縮機、前記減圧器、前記循環ポンプを制御して前記貯湯タンクからの湯水を前記目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、前記異常検知手段が異常検知すると前記圧縮機を一旦停止後に再起動するようにした制御手段と、を備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が異常検知した際は目標沸き上げ温度を上昇させないようにした。

また、請求項３では、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が再度異常検知した場合は目標沸き上げ温度を低下させるようにした。

また、請求項４では、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が所定の期間に渡り異常検知しなくなったら湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにした。

この発明によれば、高温異常あるいは高圧異常が発生して圧縮機の再起動運転を行っている場合、目標沸き上げ温度を上昇させないことによって高温異常あるいは高圧異常が発生し易い状況になることを回避する、または目標沸き上げ温度を低下させることによって高温異常あるいは高圧異常が発生し難い状況にするので、高温異常あるいは高圧異常の頻発による沸き上げ不能状態に至るまでの時間を長くして、ヒートポンプ式給湯装置の長寿命化を図ることができるものである。

一方、高温異常あるいは高圧異常が発生しなくなったら、湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにしたので、目標沸き上げ温度を不要に制限することなく、給湯の使用量に応じた最適な目標沸き上げ温度で運転する状態へ復帰することができ、使い勝手を損ねないものである。

次に、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を有した貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、４は前記貯湯タンク２の下部に接続された加熱往き管５および前記貯湯タンク２の上部に接続された加熱戻り管６よりなる循環回路、７は前記貯湯タンク２の下部に接続され貯湯タンク２に水を給水する給水管、８は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管である。

９は給水管７から分岐された給水バイパス管、１０は出湯管８からの湯と給水バイパス管９からの水を混合して給湯設定温度の湯とする混合弁、１１は混合弁１０で混合後の給湯温度を検出する給湯温度センサ、１２は貯湯タンク２の側面上下にわたり複数設けられ、貯湯タンク２内の湯の温度を検出する貯湯温度センサ、１３は前記貯湯タンクユニット１内の各センサの出力を受けて各機器の作動を制御する貯湯制御手段である。

前記貯湯制御手段１３は、過去の給湯量の最大値や平均値等の湯の使用実績を貯湯温度センサ１２で検出する貯湯タンク２の残湯量および昼間の沸き増し運転の実績から推測し、翌日の給湯量の予測量を確保できるように目標沸き上げ温度を６５℃から９０℃の範囲で決定する目標沸き上げ温度設定手段１４を備えている。

前記ヒートポンプ式加熱手段３は、冷媒を圧縮する圧縮機１５と、高温高圧の冷媒と貯湯タンク２内の湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器１６と、冷媒−水熱交換器１６通過後の冷媒を減圧させる減圧器としての電子膨張弁１７と、電子膨張弁１７からの低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器１８とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル１９と、冷媒水熱交換器１６の水側の循環回路４途中に設けられて貯湯タンク２の湯水を循環させる循環ポンプ２０とから構成されている。ここで、前記冷媒水熱交換器１６は冷媒の流動方向と被加熱水の流動方向が対向する対向流式の熱交換器である。

２１は圧縮機１４と冷媒水熱交換器１６との間に設けられ、冷媒の吐出温度を検出する冷媒吐出温度センサ、２２は冷媒水熱交換器１６と電子膨張弁１７との間に設けられ、冷媒の冷媒水熱交換器１６からの流出温度を検出する流出温度センサ、２３は冷媒の高圧側圧力を検出する圧力センサ、２４は空気熱交換器１８の空気入口側に設けられ、外気温度を検出する外気温度センサ、２５は冷媒水熱交換器１６の水側の入水温度を検出する入水温度センサ、２６は冷媒水熱交換器１６の水側の沸き上げ温度を検出する沸き上げ温度センサである。

２７は前記ヒートポンプ式加熱手段３内の各センサの出力を受けて各機器の作動を制御する加熱制御手段で、貯湯制御手段１３と通信可能に接続され、貯湯制御手段１３と連携して作動するものである。

前記加熱制御手段２７は、冷媒吐出温度センサ２１からの信号あるいは圧力センサ２３からの信号を受けてヒートポンプサイクル１９の高温異常あるいは高圧異常を検知する異常検知手段２８を備え、この異常検知手段２８が異常検知した場合に、圧縮機１５と循環ポンプ２０を一旦停止し、所定時間経過後に再起動するようにして、高温異常あるいは高圧異常が一時的な要因であった場合に、沸き上げ運転を継続することができるようにしていると共に、異常検知が所定の回数以上連続して発生した場合は、ヒートポンプ式加熱手段３が故障したと判断して運転を停止するようにしている。

ここで、前記貯湯制御手段１３の目標沸き上げ温度設定手段１４は、異常検知手段２８の異常検知信号を受けて、その回数や発生頻度から目標沸き上げ温度を湯の使用実績に関わらず上昇させないよう規制したり、低下させるようにしているものである。また、所定の期間（例えば１日間）に渡り異常検知しなくなった場合に、湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにしている。

次に、この一実施形態の作動について説明する。
給湯を行う際は、ユーザーが蛇口（図示せず）を開くと、貯湯タンク２の下部の給水管７から市水が流入し、貯湯タンク２上部から深夜時間帯に沸き上げられて貯湯されている高温の湯が出湯管８へ出湯される。そして、出湯管８からの高温の湯と給水バイパス管９からの市水とが混合弁１０で混合される。このとき、給湯温度センサ１１で検出する混合後の給湯温度がリモートコントローラ（図示せず）等で設定された給湯設定温度になるように混合弁１０の混合比率が調整され、給湯設定温度の湯が蛇口から給湯される。

深夜時間帯となると、貯湯制御手段１３は貯湯タンク２内の湯水が所定の目標沸き上げ温度になるように沸き上げ運転を開始するよう加熱制御手段２７へ沸き上げ開始命令を指示する。そして、加熱制御手段２７は、外気温度センサ２４で検出した外気温度に応じた運転周波数で圧縮機１５を制御すると共に、目標沸き上げ温度に応じて目標吐出温度を設定し、冷媒吐出温度センサ２１で検出する冷媒の吐出温度が目標吐出温度になるように電子膨張弁１７の開度を制御する。同時に、加熱制御手段２７は沸き上げ温度センサ２６で検出する冷媒水熱交換器１６で加熱された湯が目標沸き上げ温度になるように循環ポンプ２０の回転数を制御する。

そして、沸き上げ運転が進行していくと、貯湯タンク２の下部の水がヒートポンプ式加熱手段３へ循環され、貯湯タンク２の上部から目標沸き上げ温度に加熱された湯が積層状態に貯湯される。貯湯タンク２内に必要な湯量が沸き上げられたことを貯湯温度センサ１２で検出するか、ヒートポンプ式加熱手段３の入水温度センサ２５で検出する入水温度が沸き上げし難い所定の高温度以上を検出するか、または電力料金単価の安い深夜時間帯が終了した時点で、貯湯制御手段１３は沸き上げ運転を停止するべく加熱制御手段２７に停止指示を出し、加熱制御手段２７は圧縮機１５と循環ポンプ２０の運転を停止して、沸き上げ運転を終了する。

一方、沸き上げ運転の途中で異常検知手段２８が高温異常あるいは高圧異常を検知する際の作動を図２のフローチャートで説明する。

まず、沸き上げ運転が進行中において、加熱制御手段２７の異常検知手段２８はステップ１で異常を検知したかどうかを判定し、異常を検知すれば圧縮機１５と循環ポンプ２０を停止して沸き上げ運転を一旦停止する（ステップ２）と同時に、貯湯制御手段１３の目標沸き上げ温度設定手段１４に異常検知信号を送信する。

目標沸き上げ温度設定手段１４では、異常検知信号の発生の回数と頻度をチェックし（ステップ３）、１回目の異常検知であるならば、目標沸き上げ温度を上昇させないようにし（ステップ４）、２回目、３回目の異常検知であるならば、目標沸き上げ温度を１段階低下させ（ステップ５）、４回目の異常検知であるならば、リモートコントローラ等にエラー表示を行うと共に運転を停止するようにしている（ステップ６）。ここで、４回の異常検知によって運転停止した場合は、修理業者等による修理点検を経なければ運転再開させないようにしている。

前記ステップ４またはステップ５にて目標沸き上げ温度を上昇させないよう規制するあるいは低下させた後は、前記貯湯制御手段１３は所定時間（例えば５分間）停止状態を維持して（ステップ７）、所定時間の経過後に加熱制御手段２７に対して規制された目標沸き上げ温度あるいは低下された目標沸き上げ温度の情報を送信し、加熱制御手段２７は圧縮機１５と循環ポンプ２０を再起動して規制された目標沸き上げ温度あるいは低下された目標沸き上げ温度で沸き上げ運転をリトライする（ステップ８）。そして、貯湯タンク２内に必要な湯量が沸き上げられたことを貯湯温度センサ１２で検出するか、ヒートポンプ式加熱手段３の入水温度センサ２５で検出する入水温度が沸き上げし難い所定の高温度以上を検出するか、または電力料金単価の安い深夜時間帯が終了するまで沸き上げ運転を継続するようにしている。

ここで、前記異常検知手段２８が所定の期間に渡り（例えば異常検知の翌日の沸き上げ開始から翌日の終了までの一日間）異常を検知せず、異常検知信号の発生頻度が低い場合、異常検知の回数をリセットすると共に、湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにしている。

このように、高温異常あるいは高圧異常が発生して圧縮機の再起動運転を行っている場合、目標沸き上げ温度を上昇させないことによって高温異常あるいは高圧異常が発生し易い状況になることを回避する、または目標沸き上げ温度を低下させることによって高温異常あるいは高圧異常が発生し難い状況にするもので、従来のように目標沸き上げ温度を上昇させることで、高圧側の温度を更に昇温させたりあるいは高圧側の圧力を更に昇圧することがなく、高温異常あるいは高圧異常の原因がヒートポンプサイクルの冷媒配管の座屈や冷媒水熱交換器の水流路のスケール生成等による圧縮機の再起動によって解消できない異常であった場合でも高温異常あるいは高圧異常の頻発による沸き上げ不能状態に至るまでの時間を長くして、ヒートポンプ式給湯装置の長寿命化を図ることができるものである。

一方、異常原因が偶発的なものであり高温異常あるいは高圧異常が発生しなくなったら、湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにしたので、目標沸き上げ温度を不要に制限することなく、給湯の使用量に応じた最適な目標沸き上げ温度で運転する状態へ復帰することができ、使い勝手を損ねないものである。

なお、この一実施形態では、１回目の異常検知では目標沸き上げ温度を上昇させないよう規制しているのみとしているが、これに限らず、１回目の異常検知から目標沸き上げ温度を低下するようにしてもよいものである。

また、この一実施形態では、異常検知手段２８を高温異常あるいは高圧異常の両方を検知可能な構成としているが、いずれか一方のみを検知可能な構成としても本発明に含まれるものである。

また、この一実施形態では、貯湯タンクユニット１とヒートポンプ式加熱手段３とを別ユニットで構成したため、制御手段を貯湯制御手段１３と加熱制御手段２７の二つの基板で構成したが、例えば、貯湯タンク２とヒートポンプサイクル１９を同一のユニット内に収めた場合、貯湯制御手段１３と加熱制御手段２７を一つに統合して構成するようにしてもよいものである。

本発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯装置のシステム図。 同一実施形態の作動を説明するためのフローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
４ 循環回路
１３ 貯湯制御手段（制御手段）
１４ 目標沸き上げ温度設定手段
１５ 圧縮機
１６ 冷媒水熱交換器
１７ 電子膨張弁（減圧器）
１８ 空気熱交換器
１９ ヒートポンプサイクル
２０ 循環ポンプ
２７ 加熱制御手段（制御手段）
２８ 異常検知手段

Claims (4)

1. 圧縮機、冷媒水熱交換器、減圧器、空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記冷媒水熱交換器の水側とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けた循環ポンプと、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段と、ヒートポンプサイクルの高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段と、前記圧縮機、前記減圧器、前記循環ポンプを制御して前記貯湯タンクからの湯水を前記目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、前記異常検知手段が異常検知すると前記圧縮機を一旦停止後に再起動するようにした制御手段と、を備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が異常検知した際は目標沸き上げ温度を低下させるようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 圧縮機、冷媒水熱交換器、減圧器、空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記冷媒水熱交換器の水側とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けた循環ポンプと、湯の使用実績に応じて目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定手段と、ヒートポンプサイクルの高圧側の高温あるいは高圧の異常を検知する異常検知手段と、前記圧縮機、前記減圧器、前記循環ポンプを制御して前記貯湯タンクからの湯水を前記目標沸き上げ温度に沸き上げると共に、前記異常検知手段が異常検知すると前記圧縮機を一旦停止後に再起動するようにした制御手段と、を備えたヒートポンプ式給湯装置において、前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が異常検知した際は目標沸き上げ温度を上昇させないようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が再度異常検知した場合は目標沸き上げ温度を低下させるようにしたことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記目標沸き上げ温度設定手段は、前記異常検知手段が所定の期間に渡り異常検知しなくなったら湯の使用実績に応じた目標沸き上げ温度の設定に復帰するようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のヒートポンプ式給湯装置。

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