JP2010175107A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸上げ停止から沸上げ開始までの凍結防止運転時間が予め設定された値を超えた時でも、沸上げ能力の低下を抑制することが可能なヒートポンプ式給湯装置を得る。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を順次環状に冷媒配管で接続した冷媒回路と、ファン７とを有するヒートポンプユニット１００と、前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクを有するタンクユニット２００と、タンクユニット２００に接続し運転操作を行う操作部１１と、冷媒-水熱交換器２と温水タンク１４の間に接続された温水循環装置１０とから構成される。制御部１３は、沸上げ停止から沸上げ開始までの凍結防止運転時間の累積値が予め設定された値を超える時は、沸上げ開始時に前記蒸発器４の除霜運転を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

従来のヒートポンプ式給湯装置として、三方弁を切替えた状態で圧縮機と温水循環装置を運転し、温水を循環することでヒートポンプユニットとタンクユニットを接続する温水配管の凍結を防止するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−１３９４０５号公報（第９頁、図１、図５）

従来のヒートポンプ給湯装置は、三方弁を切替えた状態で圧縮機と温水循環装置を運転し、温水を循環することでヒートポンプユニットとタンクユニットを接続する温水配管の凍結を防止するものであるため、凍結防止運転を長時間実施すると、蒸発器が着霜した状態となり、沸き上げ能力が低下するという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、主な目的は沸上げ停止から沸上げ開始までの凍結防止運転時間が予め設定された値を超えた時でも、沸上げ能力の低下を抑制することが可能なヒートポンプ式給湯装置を得ることにある。

本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、冷媒−水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクと、温水循環回路を切替える三方弁を有するタンクユニットと、一端が冷媒−水熱交換器の一端と接続され他端が温水タンクの出口に接続された第１の温水循環装置と、一端が冷媒−水熱交換器の他端と接続され他端が三方弁に接続された第２の温水循環装置と、一端が三方弁に接続され、他端が温水タンクの上部入口に接続された貯湯回路と、一端が三方弁に接続され、他端が温水タンクの下部入口に接続されたバイパス回路と、時間を計測するタイマーと、制御部と、を備え、制御部は沸上げ停止から沸上げ開始までの凍結防止運転時には三方弁を制御して温水循環回路を貯湯回路からバイパス回路に切替えさせ、タイマーによって計測された凍結防止運転時間の累積値が予め設定された値を超える時は、沸上げ開始時に前記蒸発器の除霜運転を実施するものである。

本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、制御部は沸上げ停止から沸上げ開始までの間に行われる凍結防止運転時間が予め設定された値を超える時は、沸上げ開始時に蒸発器の除霜運転を実施するので、沸上げ能力の低下を抑制することができるという効果を有する。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における凍結防止運転とその累計時間をカウントする様子を示す概念図である。 本発明の実施の形態１における凍結防止運転後の動作を示す図である。 本実施の形態１における制御部１２の動作を示すフローチャートである。 本実施の形態１における制御部１３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における凍結防止運転後の動作を示す図である。 本実施の形態２における制御部１３の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。図１に示すようにヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプユニット１００、タンクユニット２００、ユーザーが設定を行う操作部１１から構成される。
ヒートポンプユニット１００は、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を順次冷媒配管１５によって環状に接続して構成された冷媒回路と、圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力検出装置５と、ファンモーター６と、ファン７と、冷媒−水熱交換器２の給水温度検出手段９と、冷媒−水熱交換器２の沸上げ温度検出手段８と、外気温度検出手段１７と、圧力検出装置５および給水温度検出手段９および沸上げ温度検出手段８および外気温度検出手段１７からの信号を受信すると共に圧縮機１の回転数制御と減圧装置３の開度制御とファンモーター６の回転数制御を行う制御部１３を備えている。
タンクユニット２００は、冷媒−水熱交換器２で加熱された温水を貯湯する温水タンク１４と、温水タンク１４の上部に循環する貯湯回路と、温水タンク１４の下部に循環するバイパス回路と、貯湯回路とバイパス回路を切替える三方弁１８と、冷媒−水熱交換器２と温水タンク１４の間に配置された温水循環装置１０と、操作部１１からの信号を受信する制御部１２と、を備えている。
また、ヒートポンプユニット１００とタンクユニット２００は、温水配管１６により接続されている。
なお、制御部１２および制御部１３はＤＳＰやＣＰＵなどのプロセッサーまたはマイクロコンピューターなどで構成される。また、制御部１２と制御部１３との間は公知の方法で通信制御装置（図示せず）経由で通信を行う。

次に、本実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の動作を説明する。
まず、沸上げ運転の動作について図１を用いて説明する。操作部１１またはタンクユニット２００からの沸上げ運転指示により、ヒートポンプユニット１００は沸上げ運転を行う。ヒートポンプユニット１００に備えられた制御部１３は、圧縮機１の回転数制御、減圧装置３の開度制御、ファンモーター６の回転数制御を行い、さらに、沸上げ温度検出手段８が検出した外気温度が目標沸上げ温度になるように温水循環装置１０の回転数を制御する。
タンクユニット２００に備えられた制御部１２は、三方弁１８を温水タンク１４の上部に循環する貯湯回路に切替える。温水タンク１４の下部の水は温水循環装置１０により冷媒−水熱交換器２へ循環され、加熱された高温の湯は三方弁１、貯湯回路を順次循環して温水タンク１４の上部から貯湯される。

次に、凍結防止運転動作について図１を用いて説明する。ヒートポンプユニット１００に備えられた制御部１３は、外気温度検出手段１７によって検出された外気温度が所定温度以下の場合、給水温度検出手段９および沸上げ温度検出手段８により温水配管１６内の水温を検出する。給水温度検出手段９および沸上げ温度検出手段８が検出した水温が所定温度以下の場合、圧縮機１を制御すると共にタンクユニット２００に備えられた制御部１２へ凍結防止運転を実行するべき旨の凍結防止運転指令を伝達する。
タンクユニット２００に備えられた制御部１２は、ヒートポンプユニット１００の制御部１３から凍結防止運転指令を受信すると、三方弁１８を温水タンク１４の下部に循環するバイパス回路に切替えると共に温水循環装置１０を制御して、温水を温水配管１６、三方弁１８、バイパス回路を順次循環させる。これにより、温水タンク１４の下部の水は温水循環装置１０により冷媒−水熱交換器２に循環され、加熱された湯は三方弁１８とバイパス回路を循環して温水タンク１４の下部に戻る。この温水の循環により、温水配管１６の凍結を防止することができる。

図２は本発明の実施の形態１における凍結防止運転とその累計時間をカウントする様子を示す概念図であり、図３は本発明の実施の形態１における凍結防止運転後の動作を示す図である。図２及び図３に示すようにタンクユニット２００からの沸上げ停止指示で、ヒートポンプユニット１００は沸上げ運転を停止する。沸上げ開始指示があると（ステップＳ３０１）、沸上げ停止指示から次の沸上げ開始指示までの間に実施した凍結防止運転の累計時間をカウントし、この累計時間が予め設定された値Ｃを超える時は、次の沸上げ運転を開始する前に蒸発器４の除霜運転を実施し（ステップＳ３０２〜Ｓ３０３）、除霜運転が完了したら沸上げ運転へ移行する（ステップＳ３０４）。

ここで、凍結防止運転の累計時間は、温水循環装置１０のみ運転している時間を含んでも良いが、圧縮機１の運転時間のみカウントする方が沸上げ運転開始前の除霜運転要否を判断するには適している。

図４は本実施の形態１における制御部１２の動作を示すフローチャートであり、図５は本実施の形態１における制御部１３の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施の形態１における制御部による動作を図１〜図５を用いて説明する。
ユーザーによって、電源スイッチが投入されると、タンクユニット２００の制御部１２及びヒートポンプユニット１００の制御部１３は動作を開始する。タンクユニット２００の制御部１２は、ユーザーからの沸上げ運転指示があるまで待ち状態となる（ステップＳ４０１）。一方、ヒートポンプユニット１００の制御部１３は各設定値の初期処理を行った（ステップＳ５０１）後、タンクユニット２００から沸上げ指令があるまで受信待ち状態となる（ステップＳ５０２〜Ｓ５０３）。ユーザーが操作部１１を操作して沸上げ運転指示を行うと、あるいは図示しないタンク湯量検出手段によって検出された温水タンク１４内の残量が予め設定した値よりも少ないと、タンクユニット２００において、制御部１２は沸上げ運転指令をヒートポンプユニット１００へ通信制御装置（図示せず）経由で送信する（ステップＳ４０２）と共に、温水循環装置１０を駆動開始する（ステップＳ４０３）。その後、ヒートポンプユニット１００からの凍結防止運転の指示待ちの状態となる（ステップＳ４０４〜Ｓ４０５）。
一方、ヒートポンプユニット１００において、制御部１３はタンクユニット２００の制御部１２から通信制御装置（図示せず）経由で沸上げ運転指令を受信すると、外気温度検出手段１７によって検出された外気温度を取得し、この温度が予め設定された温度Ａよりも低いか否かを調べ（ステップＳ５０４）、外気温度がＡよりも低くなければステップＳ５１３へ進む。ステップＳ５０４において、外気温度がＡよりも低ければ、制御手段１３は給水温度検出手段９および沸上げ温度検出手段８によって検出された温水配管１６内の水温を取得し、この水温が予め設定された温度Ｂよりも低いか否かを調べる（ステップＳ５０５）。水温がＢよりも低くなければステップＳ５１３へ進む。ステップＳ５０５において、水温がＢよりも低ければ、制御手段１３は温水配管１６の凍結防止運転を開始する前に凍結防止運転時間のカウントを開始し（ステップＳ５０６）、さらに凍結防止運転指令をタンクユニット２００へ通信制御装置（図示せず）経由で送信する（ステップＳ５０７）と共に、圧縮機１を駆動して高熱となった冷媒をヒートポンプサイクルの冷媒−水熱交換器８に流して凍結防止運転を実施する（ステップＳ５０８）。
タンクユニット２００において、制御部１２は通信制御装置（図示せず）経由でヒートポンプユニット１００の制御部１３から凍結防止運転指令を受信すると、三方弁１８を貯湯回路からバイパス回路に切替え（ステップＳ４０６）、温水循環装置１０を駆動して凍結防止運転を実施する（ステップＳ４０７）。これにより、温水は温水タンク１４の下部から出て温水循環装置１０、温水配管１６、冷媒−水熱交換器８、温水配管１６、三方弁１８、バイパス回路を順次循環した後、再び温水タンク１４の下部へ戻る。これにより、温水は冷媒−水熱交換器８でヒートポンプサイクルの高熱の冷媒と熱交換することで効率良く加熱され、温水配管１６を温めることができるため、温水配管１６の凍結を防止することができる。
この後、制御部１２はヒートポンプユニット１００からの凍結防止運転終了のメッセージが届くまで温水循環装置１０を駆動して凍結運転を続行する（ステップＳ４０７〜Ｓ４０９）。
ヒートポンプユニット１００において、制御部１３は凍結防止運転時間をカウントし、凍結防止運転累積時間を予め設定した時間Ｃを超えたか否かを調べ（ステップＳ５０９）、超えていなければ凍結防止運転が予め設定された運転終了時間を超えたか否かを調べる（ステップＳ５１０）。運転終了時間を超えたら、ステップＳ５１３へ進み、超えていなければステップＳ５０８へ戻り引き続き凍結防止運転を続行する。ステップＳ５０９において、凍結防止運転累積時間を予め設定した時間Ｃを超えたとき、制御部１３は蒸発器に着霜があったと判断し、除霜運転を行う（ステップＳ５１１）。除霜運転は終了条件が発生するまで行われる（ステップＳ５１１〜Ｓ５１２）。終了条件は、例えば蒸発器出口冷媒温度が所定値よりも高くなったことを検出手段が検知した場合、あるいは温水配管１６内の温水の温度が所定値よりも高くなったことを検出手段が検知した場合であり、いずれも制御部１３がこれらの検知情報を取得して所定値と比較して判断する。
次に、ステップＳ５１３において、制御部１３は凍結防止運転終了の旨のメッセージをタンクユニット１００へ送信して、続いて沸上げ運転を実行する（ステップＳ５１４）。この沸上げ運転はタンクユニット２００から沸上げ運転終了のメッセージを受信するまで行なわれる（ステップＳ５１４〜Ｓ５１６）。
タンクユニット２００において、制御部１２は通信制御装置（図示せず）経由でヒートポンプユニット１００の制御部１３から凍結防止運転終了メッセージを受信すると、凍結防止運転が終了し、沸上げ運転が開始されたと判断し、三方弁１８をバイパス回路から貯湯回路に切替え（ステップＳ４１０）、温水循環装置１０を駆動して沸上げ運転を実施する（ステップＳ４１１）。これにより、温水は温水タンク１４の下部から出て温水循環装置１０、温水配管１６、冷媒−水熱交換器８、温水配管１６、三方弁１８、貯湯回路を順次循環した後、温水タンク１４の上部へ送られ貯湯される。
制御部１２は図示しない湯量検出手段によって検出された温水タンク１４内の湯量を取得し、沸上げ温度検出手段８によって検出された沸上げ温度を取得し（ステップＳ４１２）、温水タンク１４内の湯量が目標値に到達したか調べる（ステップＳ４１３）。湯量が目標値に到達していない場合にはステップＳ４１１へ戻り、引き続き沸上げ運転を続行する。ステップＳ４１３において、湯量が目標値に到達したら、制御部１２は温水循環装置１０の駆動を停止する（ステップＳ４１４）と共に、沸上げ運転終了メッセージをヒートポンプユニット１００へ通信制御装置（図示せず）経由で送信して（ステップＳ４１５）、処理を終了する。
一方、ヒートポンプユニット１００において、制御部１３はタンクユニット２００の制御部１２から沸上げ運転終了のメッセージを受信すると、圧縮機１の駆動を停止して沸上げ運転を終了する（ステップＳ５１７）。

以上のように、本実施の形態１によれば、沸上げ停止指示から次の沸上げ開始指示までの間に実施した凍結防止運転の累計時間をカウントし、この累計時間が予め設定された値を超える時は、次の沸上げ運転を開始する前に蒸発器４の除霜運転を実施し、除霜運転が完了したら沸上げ運転へ移行することで、沸上げ運転時に着霜量が増加することなく、能力低下を抑制することが可能になる。

なお、ヒートポンプ１００に設けられた制御部１３とタンクユニット２００に設けられた制御部１２をまとめて１つの制御部としても良く、この場合も得られる効果は同じである。

実施の形態２．
実施の形態１では、温水配管の凍結防止運転時間が所定値よりも長い場合に蒸発器に着霜があったと判断して除霜運転するように構成したが、蒸発器の着霜を検出する方法はこれに限らず、例えば外気温度と蒸発器出口冷媒温度との温度差が所定値よりも大きくなった場合に蒸発器に着霜があったと判断してもよい。本実施の形態２では、このような態様について説明する。
図１は本実施の形態２でも用いられる。また、図６は本発明の実施の形態２における凍結防止運転後の動作を示す図である。
次に、凍結防止運転動作について図１と図６を用いて説明する。タンクユニット２００からの沸上げ停止指示で、ヒートポンプユニット１００は沸上げ運転を停止する。沸上げ停止指示後に凍結防止運転を実施した場合、次の沸上げ開始時に外気温度検出手段１７と蒸発器出口冷媒温度検出手段１９で検出した温度を比較し、その差が予め設定された値Ｄを超える時は蒸発器４が着霜していると判断し、次の沸上げ運転を開始する前に蒸発器４の除霜運転を実施し、除霜運転が完了したら沸上げ運転へ移行する。

図４は本実施の形態２でも用いられる。図７は本実施の形態２における制御部１３の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施の形態２における制御部による動作を図１、図４、図６〜図７を用いて説明する。図４の動作は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。また、図７は、図５におけるステップＳ５０４とステップＳ５０５をステップＳ７０１に置き換えたものである。
次に、制御部１３の動作を図７を用いて説明する。ステップＳ５０１〜Ｓ５０３までの動作は図５と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ７０１において、制御部１３は、外気温度検出手段１７と蒸発器出口冷媒温度検出手段１９で検出した温度を比較し、その温度差が予め設定された値を超えるか否かを調べる。予め設定された値を超えなければ、ステップＳ５１３へ進む。温度差が予め設定された値を超えたら、制御部１３は圧縮機１を駆動して凍結防止運転を実行する。以下、ステップＳ５０６〜Ｓ５１７の動作は図５と同様であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態２によれば、沸上げ停止指示後に凍結防止運転を実施した場合、次の沸上げ開始時に外気温度検出手段１７と蒸発器出口冷媒温度検出手段１９で検出した温度を比較し、その差が予め設定された値を超える時は蒸発器４が着霜していると判断し、次の沸上げ運転を開始する前に蒸発器４の除霜運転を実施し、除霜運転が完了したら沸上げ運転へ移行するので、沸上げ運転時に着霜量が増加することなく、能力低下を抑制することが可能になる。

なお、ヒートポンプユニット１００に設けられた制御部１３とタンクユニット２００に設けられた制御部１２をまとめて１つの制御部としても良く、この場合も得られる効果は同じである。

１ 圧縮機、２ 冷媒−水熱交換器、３ 減圧装置、４ 蒸発器、５ 圧力検出装置、６ ファンモーター、７ ファン、８ 沸上げ温度検出手段、９ 給水温度検出手段、１０ 温水循環装置、１１ 操作部、１２ 制御部、１３ 制御部、１４ 温水タンク、１５ 冷媒配管、１６ 温水配管、１７ 外気温度検出手段、１８ 三方弁、１００ ヒートポンプユニット、２００ タンクユニット。

Claims (2)

1. 圧縮機、冷媒−水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、
   前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクと、温水循環回路を切替える三方弁を有するタンクユニットと、
   一端が前記冷媒−水熱交換器の一端と接続され他端が前記温水タンクの出口に接続された第１の温水循環装置と、
   一端が前記冷媒−水熱交換器の他端と接続され他端が前記三方弁に接続された第２の温水循環装置と、
   一端が前記三方弁に接続され、他端が前記温水タンクの上部入口に接続された貯湯回路と、
   一端が前記三方弁に接続され、他端が前記温水タンクの下部入口に接続されたバイパス回路と、
   時間を計測するタイマーと、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は沸上げ停止から沸上げ開始までの凍結防止運転時には前記三方弁を制御して前記温水循環回路を前記貯湯回路から前記バイパス回路に切替えさせ、前記タイマーによって計測された凍結防止運転時間の累積値が予め設定された値を超える時は、沸上げ開始時に前記蒸発器の除霜運転を実施する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、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、
   前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンクと、温水循環回路を切替える三方弁を有するタンクユニットと、
   一端が前記冷媒−水熱交換器の一端と接続され他端が前記温水タンクの出口に接続された第１の温水循環装置と、
   一端が前記冷媒−水熱交換器の他端と接続され他端が前記三方弁に接続された第２の温水循環装置と、
   一端が前記三方弁に接続され、他端が前記温水タンクの上部入口に接続された貯湯回路と、
   一端が前記三方弁に接続され、他端が前記温水タンクの下部入口に接続されたバイパス回路と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記蒸発器の温度を検出する蒸発器温度検出手段と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は沸上げ開始時に前記外気温度検出手段の出力と前記蒸発器温度検出手段の出力の差分が予め設定された値を超える時は、沸上げ開始時に前記蒸発器の除霜運転を実施することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。

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