JP2010255964A

JP2010255964A - ヒートポンプ温水装置の洗浄方法及びヒートポンプ温水装置

Info

Publication number: JP2010255964A
Application number: JP2009108531A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Takagishi; 良治高岸; Koji Namikata; 浩二南方; Masahiro Aono; 正弘青野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】冷媒−水熱交換器の水熱交換器内にスケールが付着したときに簡単、かつ確実にスケールを除去できるようにすること。
【解決手段】ヒートポンプサイクルＸで加熱された冷媒と貯湯タンク２２の水を冷媒−水熱交換器１４で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置の冷媒−水熱交換器１４の水熱交換器１４Ｂにスケールを除去するために、洗浄機４５をヒートポンプユニット１１に連結して、前記水熱交換器１４Ｂに弱酸性の洗浄水を循環供給する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置の洗浄方法及びヒートポンプ温水装置に関し、詳述すると、前記冷媒−水熱交換器の水熱交換器内に付着したスケールを除去するようにしたヒートポンプ温水装置の洗浄方法及びヒートポンプ温水装置に関する。

この種のヒートポンプ温水装置では長期の使用により冷媒−水熱交換器の水熱交換器内にスケールが付着し、目詰まりを起こして熱交換効率が低下する心配があった。スケールを構成する物質としては、１．主にＣａ、Ｍｇ化合物を含む白緑色異物、２．主にＳｉ化合物を含む白色異物、３．主に酸化銅を含む黒色異物等が知られている。

このため、ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置の水循環経路にスケールの付着を防止するために磁気化処理装置を組み込むものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０４１７５号公報

しかしながら、この方法ではイニシャルコストが高くなるとともに、スケールの抑制効果が十分ではなく、徐々に熱交換効率が低下する欠点があり、根本的なスケール対策にはなりえない問題があった。

そこで本発明は、冷媒−水熱交換器の水熱交換器内にスケールが付着したときに簡単、かつ確実にスケールを除去できるようにすることを目的とする。

第１のヒートポンプ温水装置の洗浄方法に係る発明は、ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における前記冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給することを特徴する。

第２のヒートポンプ温水装置の洗浄方法に係る発明は、ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する第1の工程と、前記水熱交換器内の洗浄水を排出させる第２の工程と、前記水熱交換器に清浄水を供給する第３の工程と、前記水熱交換器に圧縮空気を供給する第４の工程からなることを特徴する。

第３のヒートポンプ温水装置の洗浄方法に係る発明は、ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する第1の工程と、前記水熱交換器内の洗浄水を排出させる第２の工程と、前記水熱交換器に貯湯タンクの温水を供給する第３の工程と、前記水熱交換器に圧縮空気を供給する第４の工程からなることを特徴する。

また第４の発明は、ヒートポンプユニットで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置において、前記冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する洗浄機を前記ヒートポンプユニットに着脱可能に取り付けたことを特徴する。

本発明は、冷媒−水熱交換器の水熱交換器内に洗浄水を循環供給することにより、前記水熱交換器の内壁面に付着したスケールを剥離させ、このスケールを簡単に、かつ確実に除去できる。

そして、水熱交換器内の洗浄水を排出させた後、この水熱交換器に清浄水を供給することによりこの水熱交換器を清潔にし、さらにこの水熱交換器に圧縮空気を供給することによりこの水熱交換器内の残渣物を除去することができ、冷媒−水熱交換器の水熱交換器内に付着したスケールを簡単、かつ確実に除去しつつ、水熱交換器内部を清浄化でき、冷媒−水熱交換器の熱交換効率を長期にわたって良好に維持できる。

また、洗浄水として貯湯タンクの温水を供給することにより、洗浄水を別途に用意する必要がなく、洗浄効果がより高められる。

本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ温水装置の設置状態を説明するための説明図である。本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ温水装置の構成図である。ヒートポンプ温水装置の冷媒−水熱交換器の断面図である。本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ温水装置の洗浄方法の説明図である。

以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態について説明する。先ず、本発明を適用するヒートポンプ温水装置の実施形態について説明する。

図１において、ヒートポンプ温水装置１０は、ヒートポンプユニット１１と、このヒートポンプユニット１１に配管接続される貯湯タンクユニット１２とで構成され、これらヒートポンプユニット１１及び貯湯タンクユニット１２は、通常、屋外に設置される。また、これらヒートポンプユニット１１及び貯湯タンクユニット１２は、共通の外装ケース内に一体に組み込む一体型とすることもできる。

次に、図２を用いて説明すると、前記ヒートポンプユニット１１は、ユニット本体１１Ａ内に、ロータリー２段圧縮機などの能力可変の圧縮機１３、加熱装置としての冷媒−水熱交換器１４、電動膨張弁などの減圧装置１５、蒸発器１６、該蒸発器１６に通風して空気と熱交換させる熱交換用送風機１９、アキュームレータ１７及びヒートポンプ側制御装置１８が収容されている。そして、前記圧縮機１３、冷媒−水熱交換器１４を構成する冷媒熱交換器１４Ａ、減圧装置１５、蒸発器１６及びアキュームレータ１７は、冷媒配管２０にて環状に接続されており、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機１３で超臨界圧に圧縮するヒートポンプサイクルＸを構成している。また、前記冷媒−水熱交換器１４は前記冷媒熱交換器１４Ａと水熱交換器１４Ｂとで構成される。

前記貯湯タンクユニット１２は、横断平面がコ字形状のユニット本体１２Ａ内に、ステンレス鋼板製の縦長な貯湯タンク２２、前記貯湯タンク２２の底部に接続される給水配管２３、給水開閉弁２４、分岐給水配管２５、貯湯用水配管２６１及び２６２、貯湯用循環ポンプ２７、追い焚き用配管２８、追い焚き用熱交換器２９、風呂水用配管３０、風呂水用循環ポンプ３１、追い焚き用循環ポンプ３２、給湯用配管３３、混合弁３４、風呂給湯開閉弁３５、タンク側制御装置３６等を収容している。２１は圧力逃し弁で、給湯用配管３３に接続される。

前記貯湯用水配管２６１の入口部２６Ａは前記貯湯タンク２２の底部に接続され、貯湯用配管２６２の出口部２６Ｂは前記貯湯タンク２２の頂部に接続されている。また、追い焚き用配管２８の入口部２８Ａ及び給湯用配管３３は、それぞれ前記貯湯タンク２２の頂部に接続されている。

３７は前記ヒートポンプ側制御装置１８とタンク側制御装置３６とを配線接続する通信線、３８は台所用リモートコントローラ、３９は風呂用リモートコントローラであり、これら各リモートコントローラ３８、３９はタンク側制御装置３６に配線接続されている。４０は風呂の浴槽を示している。

ここで、風呂の浴槽４０に注湯するお湯張りを行う場合は、風呂用リモートコントローラ３９の風呂湯張りスイッチ（図示せず）を押すと、貯湯タンク２２内上部から給湯用配管３３へ押し出された高温の湯が混合弁３４へ流れ、ここで水道配管２３及び分岐給水管２５から給水される水道水と混合されて、給湯管４１を介して予め設定された温度の湯が浴槽４０へ注湯され、所定の湯量が注湯されると湯張りが完了する。

上記したように、浴槽４０などの利用部への給湯が行われると、貯湯タンク２２内の高温の湯が消費され、貯湯タンク２２内における高温の湯の層が減少し、この高温の湯は貯湯タンク２２内の上部にのみ貯留し、貯湯タンク２２内の中間部や下部は、温度の低い湯或いは常温の水が貯留された状態となり、各温度の湯層が形成される。

次に、お湯の沸き上げ運転について説明する。先ず、ヒートポンプユニット１１の運転開始により、ヒートポンプサイクルＸの圧縮機１３が起動すると、二酸化炭素の冷媒が圧縮機１３によって２段圧縮され、この圧縮機１３で圧縮されて吐出した超臨界圧の高温・高圧の液状の冷媒は冷媒−水熱交換器１４において冷媒熱交換器１４Ａで放熱して水熱交換器１４Ｂ内を流れる水と熱交換し、その水を加熱する。

そして、前記冷媒熱交換器１４Ａで放熱して温度の低下した冷媒は、減圧装置１５で減圧されて低圧となった後、蒸発器１６に流れ、この蒸発器１６で空気から吸熱して蒸発し、低温・低圧のガス状の冷媒となり、アキュームレータ１７に流れ、このアキュームレータ１７から前記圧縮機１３に吸入され再び圧縮される。

上述のヒートポンプユニット１１の運転開始に伴い、貯湯タンクユニット１２内の貯湯用循環ポンプ２７が起動し、この循環ポンプ２７の運転により、前記貯湯タンク２２内下部の常温の水が、その入口部２６Ａから貯湯用水配管２６１へ流れ、貯湯用循環ポンプ２７を介して水熱交換器１４Ｂへ流れ、冷媒−水熱交換器１４において前記冷媒熱交換器１４Ａ内に流れる高温・高圧の冷媒と熱交換して加熱される。そして、この水熱交換器１４Ｂで加熱された高温の湯は前記貯湯用水配管２６２を通って出口部２６Ｂから貯湯タンク２２の上部に流入し、沸き上げ運転の時間の経過に伴って、貯湯タンク２２内には８０℃以上の湯の貯留量が徐々に増加し、この高温の湯の湯層が貯湯タンク２２内の下部の一定位置に至ると、沸き上げ運転が完了する。

また、風呂水用循環ポンプ３１、追い焚き用循環ポンプ３２を運転することにより、貯湯タンク２２の高温水と浴槽４０の温水を追い焚き用熱交換器２９で熱交換して、浴槽４０の温水の追い焚きを行うこともできる。

ところで、前記冷媒−水熱交換器１４は、図３に示すように、水流路Ｗを形成する太径の銅管からなる水熱交換器１４Ｂの外周囲に形成された３つの窪みに冷媒流路Ｒを形成する３本の銅管からなる冷媒熱交換器１４Ａが埋設されて熱交換し易いように接触させ（熱交換関係に構成して）、これらを螺旋状に巻回して、全体形状として中空の略角筒状に形成されている。このため、ヒートポンプ温水装置を長期にわたって使用するうちに水熱交換器１４Ｂの内壁に水道水に含まれる不純物がスケールとなって付着し、蓄積することによって、冷媒−水熱交換器１４の熱交換効率が低下していく。前記スケールを構成する物質としては、主にＣａ、Ｍｇ化合物を含む白緑色異物、主にＳｉ化合物を含む白色異物、主に酸化銅を含む黒色異物等が知られている。

そこで、冷媒−水熱交換器１４の熱交換効率の低下を防止するように、ヒートポンプユニット１１と貯湯タンクユニット１２との連結を解いて、貯湯タンクユニット１２に代わって、洗浄機４５を取り付け、前記スケールを除去するようにするが、以下詳述する。

ヒートポンプユニット１１と貯湯タンクユニット１２とを連結する貯湯用水配管２６１及び２６２の連結部４２Ａ、４２Ｂ、４３Ａ、４３Ｂに脱着自在なセルフシール機能を有する継手４２、４３を使用し、継手４２、４３の連結時には継手内部が開となり、外した時には連結部４２Ａ、４３Ａ側は開となるが、連結部４２Ｂ、４３Ｂ側は閉となり、貯湯タンク２２の温水が流出しないようにしている。そして、冷媒−水熱交換器１４の水熱交換器１４Ｂの洗浄時には継手４２、４３の連結を解いて、ヒートポンプユニット１１側の連結部４２Ａ、４３Ａに図４に示すように洗浄機４５を取り付ける。

前記洗浄機４５は洗浄水タンク４６と、洗浄水タンク４６底部の洗浄水出口４７に取り付けられた往側配管４８と、この往側配管４８に設けられた洗浄水ポンプ４９及び手動（自動でもよい。）で切替えられる三方弁５０と、この三方弁５０と連結部４２Ａとを連結部４２Ｃを介して連結する往きホース５１と、連結部４３Ａと洗浄水タンク４６の内部とを連結部４３Ｃを介して連結する戻りホース５２と、三方弁５０と洗浄水タンク４６の上部とを連絡する呼び水配管５３とを備えている。

前記水熱交換器１４Ｂの洗浄時に使用するものとしては、洗浄機４５の他に、洗浄水２Ｌ（リットル）、洗浄水を薄める水１Ｌ（リットル）、中和剤（例えば、塩基性炭酸塩）、ｐｈ試験紙、２０Ｌ（リットル）のポリバケツ、２Ｌ（リットル）の計量容器、漏斗、ゴム手袋、保護メガネなど、また前記洗浄機４５に代わって連結部４２Ａに接続して使用され圧縮空気を供給するエアーコンプレッサＰがある。

洗浄水として使用する洗浄液には、有機酸、リン酸などで構成される弱酸溶液を使用する、たとえば、サンワード社の「セイフティー１・ＲＢ」（商品名）がある。この洗浄液は、適度に水で薄めた洗浄水として使用すると、発明者の実験によりスケール除去剤として有効であることが確認された。この洗浄水は主にＣａ、Ｍｇ化合物を溶かすため、Ｓｉ化合物や酸化銅も一緒に剥がれやすくなると考えられる。後述するように、この洗浄水を水熱交換器１４Ｂに所定時間循環供給することにより水熱交換器１４Ｂ内部のスケールを剥離させることができる。

次に、ヒートポンプ温水装置１０の冷媒−水熱交換器１４の水熱交換器１４Ｂの洗浄方法を説明する。まず、第１の洗浄工程では、貯湯用水配管２６１及び２６２の継手４２、４３を外して、ヒートポンプユニット１１と貯湯タンクユニット１２との連結を解く。そして、洗浄機４５の往きホース５２をその端部の連結部４２Ｃを介して水熱交換器１４Ｂの水入口側となる連結部４２Ａに接続すると共に、戻りホース５２を連結部４３Ｃを介して水熱交換器１４Ｂの温水出口側となる連結部４３Ａに接続し、貯湯タンクユニット１２に代わって、ヒートポンプユニット１１に洗浄機４５を連結する。

そして、洗浄機４５の洗浄水タンク４６には上述した洗浄液（セイフティー１・ＲＢ）２Ｌを計量容器から漏斗を使ってこぼさないように入れ、さらに同様にして１Ｌの水を入れる。この作業では安全のためにゴム手袋や保護メガネを使用する。

その後、前記三方弁５０を手動で破線の矢印で示す連通状態に切り替え、洗浄機４５のスイッチをオンにすると、洗浄水タンク４６の洗浄水が呼び水配管５３を介して洗浄水ポンプ４９に供給され、洗浄水ポンプ４９の呼び水が行われる。この時間は５秒程度で良く、呼び水が完了したら洗浄機４５のスイッチをオフにする。

次に、三方弁５０を実線の矢印で示す連通状態に切り替え、洗浄機４５のスイッチをオンにすると、洗浄水ポンプ４９が運転して、洗浄水タンク４６の洗浄水が往きホース５１及び戻りホース５２を介して水熱交換器１４Ｂに循環供給する。この洗浄運転時間は３０分間以上であり、この循環運転により、主にＣａ、Ｍｇ化合物を溶かすため、Ｓｉ化合物や酸化銅も一緒に剥がれやすくなると考えられ、水熱交換器１４Ｂの内壁に付着したスケールが剥離され、除去される。

なお、上述の第１の洗浄工程は洗浄水ポンプ４９の３０分間もしくはそれ以上の連続運転であるが、次のような洗浄水ポンプ４９の運転制御でもよい。即ち、第１に、例えば洗浄水ポンプ４９の２０分間ＯＮ（運転）、５分間ＯＦＦ（停止）、５分間ＯＮ、５分間ＯＦＦ、５分間ＯＮの合計４０分間を１サイクルとする制御方法（ＯＦＦ−ＯＮの２回繰り返し）や、第２に、例えば洗浄水ポンプ４９の２０分間ＯＮ（運転）、以後ＯＦＦ−ＯＮの４回繰り返しで合計６０分間を１サイクルとする制御方法なども考えられる。ここで、洗浄水ポンプ４９のＯＦＦ−ＯＮの繰り返しを行う目的は、洗浄水ポンプ４９の連続運転によるスケールと薬剤の流れによる反応の外に、スケールと薬剤の静止による反応も有効と考えられるからである。また、スケールの付着量が多いと考えられる場合は、第１の制御方法より第２の制御方法が良いと考えられる。

第２の洗浄工程では、戻りホース５２を洗浄機４５の洗浄水タンク４６から外し、２０Ｌのポリバケツに挿入する。そして、洗浄機４５のスイッチをオンにすると、洗浄水タンク４６、洗浄水ポンプ４９、三方弁５０、往きホース５１、水熱交換器１４Ｂ及び戻りホース５２内の洗浄水が全てポリバケツに排出される。洗浄水の排出が完了したら、洗浄機４５のスイッチをオフにする。

第３の工程では、給水開閉弁２４を閉じ、圧力逃し弁２１を閉じ、継手４２を外したままとして連結口４２Ｂを閉じておく。そして、貯湯用水配管２６２の連結部４３Ｂを連結部４２Ａに接続し、貯湯タンク２２の温水を水熱交換器１４Ｂに供給し、水熱交換器１４Ｂを清浄化しつつ、水熱交換器１４Ｂ内などに残った洗浄水をポリバケツに排出させる。

一方、ポリバケツに溜められた洗浄水については、次のようにして中和する。すなわち、上述した中和剤２００ｇを２Ｌの水に溶かしてアルカリ性の溶液とし、ポリバケツに少量づつ入れることにより、弱酸性の洗浄液が徐々に中和される。そして、ポリバケツ内の液体がｐｈ６〜８の範囲に入ることをｐｈ試験紙で確認したら、ポリバケツの液体を下水道等に廃棄する。

さらに、給水開閉弁２４を開くと、貯湯タンク２２の温水が勢い良く水熱交換器１４Ｂに供給され、水熱交換器１４Ｂを浄化した温水はポリバケツに排出され、下水等に廃棄される。この操作はポリバケツに１０Ｌの温水が溜まるようにして、これを５回程度繰り返すと良い。

第４の工程では、洗浄機４５をヒートポンプユニット１１から取り外し、エアーコンプレッサＰをホースを介して連結部４２Ａに取り付ける。そして、連結部４３Ａを閉じた状態でコンプレッサＰを運転すると、圧縮空気が水熱交換器１４Ｂ内に供給され、連結部４３Ａを開放すると水熱交換器１４Ｂに残っていた温水と残渣物がエアーブロー方式により勢い良く排出される。このエアーブローを５回以上繰り返す。

このようにして、水熱交換器１４Ｂのスケールが除去され、清浄化されたら、継手４２、４３を接続することにより、ヒートポンプユニット１１と貯湯タンクユニット１２とを連結して、貯湯タンク２２の貯湯運転を再開できるようにする。

以上のように、本発明によれば、冷媒−水熱交換器１４の水熱交換器１４Ｂ内に弱酸性の洗浄水を循環供給することにより付着したスケールを剥離させ、水熱交換器１４Ｂの内部に付着したスケールを簡単に、且つ確実に除去できる。

そして、水熱交換器内１４Ｂの洗浄水を排出させた後、水熱交換器１４Ｂに清浄水を供給することにより水熱交換器１４Ｂを清潔にし、さらに水熱交換器１４Ｂに圧縮空気を供給することにより水熱交換器１４Ｂ内の残渣物を除去することができ、冷媒−水熱交換器１４の水熱交換器１４Ｂ内に付着したスケールを簡単に、且つ確実に除去しつつ、水熱交換器１４Ｂ内部を清浄化でき、冷媒−水熱交換器１４の熱交換効率を長期にわたって良好に維持できる。

また、洗浄水として貯湯タンク２２の温水を供給することにより、洗浄水を別途に用意する必要がなく、洗浄効果がより高められる。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１０ヒートポンプ温水装置
１１ヒートポンプユニット
１２貯湯タンクユニット
１４冷媒−水熱交換器
１４Ｂ水熱交換器
２２貯湯タンク
４５洗浄機
Ｘヒートポンプサイクル
Ｐエアーコンプレッサ

Claims

ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における前記冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給することを特徴するヒートポンプ温水装置の洗浄方法。
ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する第1の工程と、前記水熱交換器内の洗浄水を排出させる第２の工程と、前記水熱交換器に清浄水を供給する第３の工程と、前記水熱交換器に圧縮空気を供給する第４の工程からなることを特徴するヒートポンプ温水装置の洗浄方法。
ヒートポンプサイクルで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置における冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する第1の工程と、前記水熱交換器内の洗浄水を排出させる第２の工程と、前記水熱交換器に貯湯タンクの温水を供給する第３の工程と、前記水熱交換器に圧縮空気を供給する第４の工程からなることを特徴するヒートポンプ温水装置の洗浄方法。
ヒートポンプユニットで加熱された冷媒と貯湯タンクの水を冷媒−水熱交換器で熱交換させるようにしたヒートポンプ温水装置において、前記冷媒−水熱交換器の水熱交換器の内壁面に付着したスケールを除去する洗浄水を循環供給する洗浄機を前記ヒートポンプユニットに着脱可能に取り付けたことを特徴するヒートポンプ温水装置。