JP2013092272A

JP2013092272A - ヒートポンプ式加熱装置

Info

Publication number: JP2013092272A
Application number: JP2011232965A
Authority: JP
Inventors: Motoi Abe; 基阿部; Takayuki Abe; 貴幸阿部; Takashi Ito; 伊藤　　隆; Hiroki Shiga; 広貴志賀
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-05-16

Abstract

【課題】正常なヒートポンプ回路に不要な負荷を与えて異常停止する前に、水回路側の異常を判別する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１０、被加熱流体と対向して冷媒が流れる熱交換器１１、冷媒を減圧する減圧装置１２、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器１３を接続したヒートポンプ回路９と、被加熱流体を熱交換器１１へ循環させる水回路１８と、水回路１８の水を循環させる循環ポンプ１９と、ヒートポンプ回路９の熱交換器１１から流出する冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサ１６と、水回路１８の熱交換器１１から流出する被加熱流体の温度を検出する出口流体温度センサ２１とを備え、ヒートポンプ回路９の起動後に、出口冷媒温度センサ１６で検出する冷媒温度より出口流体温度センサ２１で検出する流体温度が低い状態を所定時間継続すると、水回路１８側の異常であると判別するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加熱流体を加熱するヒートポンプ式加熱装置に関する。

従来よりこの種の被加熱流体を加熱するヒートポンプ式加熱装置においては、特許文献１に示すように、圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管で接続したヒートポンプ回路と、給水管と出湯管が接続されて被加熱流体としての水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を熱交換器へ循環させる水回路と、水回路の水を循環させる循環ポンプと、を備えた貯湯式給湯装置であって、圧縮機起動後にヒートポンプ回路の高圧側が高圧異常となった場合に、圧縮機を駆動停止し、停止時の被加熱流体の温度と吐出冷媒温度とからヒートポンプ回路側の異常であるか、水回路側の異常であるかを判別しようとしたものがあった。

特開２００９−２４３７７４号公報

ところがこの従来のものでは、水回路側に異常があった場合に、正常なヒートポンプ回路を高圧異常となるまで駆動継続することとなり、ヒートポンプ回路側に不要な負荷を与えてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、正常なヒートポンプ回路に不要な負荷を与えて異常停止する前に、水回路側の異常を判別することを目的とする。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、冷媒を圧縮する圧縮機、被加熱流体と対向して冷媒が流れる熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、被加熱流体を前記熱交換器へ循環させる水回路と、前記水回路の水を循環させる循環ポンプと、前記ヒートポンプ回路の前記熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサと、前記水回路の前記熱交換器から流出する被加熱流体の温度を検出する出口流体温度センサとを備え、前記ヒートポンプ回路の起動後に、前記出口冷媒温度センサで検出する冷媒温度より前記出口流体温度センサで検出する流体温度が低い状態を所定時間継続すると、前記水回路側の異常であると判別するようにした。

本発明によれば、ヒートポンプ回路の起動後に、出口冷媒温度センサで検出する冷媒温度より出口流体温度センサで検出する流体温度が低い状態が所定時間継続すると、水回路側の異常であると判別するようにしたので、ヒートポンプ回路は正常であり、水回路側に異常が発生していることを確実に判別でき、正常なヒートポンプ回路に不要な負荷を与え続けて異常停止させることがないと共に、異常のある水回路側に絞って修理またはメンテナンスすることができ、ヒートポンプ回路の不要な点検あるいは交換を行わずに済む。

本発明の一実施形態の概略構成図同一実施形態の沸き上げ動作を説明するフローチャート熱交換器の温度状態を示す図

本発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯装置を図面に基づいて説明する。
１は被加熱流体としての湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１下部へ給水する給水管、３は貯湯タンク１上部から出湯する出湯管、４は給水管２から分岐された給水バイパス管、５は出湯管３からの湯と給水バイパス管４からの水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁、６は給湯混合弁５で混合された湯水を給湯栓（図示せず）に供給する給湯管、７は給湯管６から流出する給湯の流量をカウントする給湯流量カウンタ、８は給湯管６から給湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサである。

９は貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプ回路で、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮された高温冷媒と貯湯タンク１からの湯水とを対向流で熱交換する冷媒水熱交換器１１の冷媒側と、冷媒水熱交換器１１で放熱された冷媒を減圧する減圧装置としての膨張弁１２と、低温低圧の冷媒を蒸発される蒸発器１３とを環状に接続して構成され、送風手段１４にて蒸発器１３へ大気熱源としての空気を送風している。

１５は圧縮機１０から吐出されて冷媒水熱交換器１１の水側へ流入する冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ、１６は冷媒水熱交換器１１で熱交換された後の冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサ、１７は外気温度を検出する外気温度センサである。

１８は貯湯タンク１下部の湯水を冷媒水熱交換器１１の水側へ循環させて貯湯タンク１上部に戻す水回路、１９は水回路１８途中に設けられた加熱循環ポンプ、２０は冷媒水熱交換器１１の水側へ流入する湯水の温度を検出する入口流体温度センサ、２１は冷媒水熱交換器１１の水側から流出する加熱された湯水の温度を検出する出口流体温度センサ、２２ａ〜ｄは貯湯タンク１の外周側面上下に複数設けられ、貯湯タンク１内の湯水の温度を検出し、貯湯量を検出する貯湯温度センサである。

２３はリモコンで、給湯装置に関する各種の情報（給湯設定温度、残湯量、給湯装置の作動状態、沸き上げモード等）を表示する表示部２４と、給湯設定温度等を設定操作する複数の操作スイッチ２５とを備えている。

２６は給湯流量センサ７、給湯温度センサ８、吐出冷媒温度センサ１５、出口冷媒温度センサ１６、外気温度センサ１７、入口流体温度センサ２０、出口流体温度センサ２１、貯湯温度センサ２２の検出値が入力され、給湯混合弁５、圧縮機１０、膨張弁１２、加熱循環ポンプ１９の作動を制御すると共に、リモコン２３と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段２６は、予め給湯装置の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

＜沸き上げ動作＞
次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、一例として２３時から翌朝７時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば２２時から翌朝８時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。

現在時刻が２３時となり深夜時間帯が開始されると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段２６は、ステップＳ２で、給湯流量カウンタ７で検出して積算していた１日の給湯湯量に基づき目標貯湯量を算出し、外気温度センサ１７で検出する外気温度と目標貯湯量とから沸き上げ目標温度を決定する。

続くステップＳ３で、制御手段２６は、目標貯湯量を沸き上げるのに必要な時間を算出し、翌朝までに沸き上げを完了すべく沸き上げ開始時刻（ピークシフト時刻）を算出し、現在時刻がピークシフト時刻となると（ステップＳ４でＹｅｓ）、ヒートポンプ回路９および加熱循環ポンプ１９を駆動してヒートポンプ回路９で加熱した湯を貯湯タンク１上部から戻す沸き上げ動作を開始する（ステップＳ５）。

沸き上げ動作の開始が指示されると制御手段２６は、膨張弁１２を初期開度に開き、加熱循環ポンプ１９を駆動すると共に送風手段１４を送風状態とする。その後少し遅れて圧縮機１０を駆動し、膨張弁１２の開度と、加熱循環ポンプ１９の回転数と、圧縮機１０の駆動周波数とを制御して出口流体温度センサ２１で検出する出口流体温度が沸き上げ目標温度となるように沸き上げ動作を行う。

次に、ステップＳ６では、制御手段２６は、ヒートポンプ回路９の出口冷媒温度センサ１６で検出する出口冷媒温度と、水回路１８の出口流体温度センサ２１で検出する出口流体温度とを比較する。ここでは、出口冷媒温度が出口流体温度よりも所定温度（ここでは１０℃）以上高い温度であるかを判別している。

沸き上げ動作の開始直後は冷媒水熱交換器１１の水回路１８の出口流体温度が上昇していないため、ステップＳ６でＹｅｓとなり、ステップＳ７へ進んで時間カウントを開始し、所定の時間（ここでは１２０秒）が経過したかどうかを判定し、そして、ヒートポンプ回路９および水回路１８が正常に動作して加熱状態となると、図３の（Ａ）に示すように出口流体温度が上昇してステップＳ６でＮｏとなり、ステップＳ８へ進む。

そして、貯湯タンク１最下部の貯湯温度センサ２２ｄが沸き上げ終了温度（例えば６５℃）以上を検出するかまたは入口流体温度センサ２０が規定の温度以上を検出して貯湯タンク１が満タンになるか（ステップＳ８でＹｅｓ）、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である７時に到達すると（ステップＳ９でＹｅｓ）、制御手段２６は、ヒートポンプ回路９および加熱循環ポンプ１９を駆動停止して沸き上げ動作を終了する（ステップＳ１０）。

一方、ヒートポンプ回路９が正常で水回路１８が閉塞した状態であると、図３の（Ｂ）に示すように冷媒水熱交換器１１内部の水回路１８側の温度だけが上昇し、出口流体温度は上昇せず、正常時の出口冷媒温度との温度関係が逆転して出口冷媒温度が出口流体温度より高い状態が継続するため、沸き上げ動作を開始してから出口流体温度が上昇しないまま前記ステップＳ６でＮｏを継続して、前記ステップＳ７の１２０秒が継続すると、水回路１８の異常状態であると判別して、ステップＳ１１でリモコン２３の表示部２４に水回路１８の異常状態を示すエラーコードを表示させ、ステップＳ１０へ進んで沸き上げ動作を終了する。

このように、正常なヒートポンプ回路９を高圧異常となるまで駆動継続することなく、水回路１８側に異常があることを確実に検出することができ、正常なヒートポンプ回路に不要な負荷を与えて異常停止することを防止することができると共に、異常のある水回路１８側だけを点検修理することができ、点検修理時のメンテナンス性を向上することができる。

水回路１８側の異常の原因としては、水回路１８途中に設けられる止水バルブの開放忘れや、水回路１８のエア抜き不足等、故障ではない異常があり、本発明は、そのような不適切な施工時に適切な施工を再度行うことで解消することのできる異常発生時に、ヒートポンプ回路９に高圧保護回路が作動するほどの不要な高負荷運転を強いることをなくすことができるものである。

なお、実施形態としてヒートポンプ式給湯装置を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、温水式ヒートポンプ暖房装置であってもよいものである。

９ヒートポンプ回路
１０圧縮機
１１冷媒水熱交換器（熱交換器）
１２膨張弁（減圧装置）
１３蒸発器
１６出口冷媒温度センサ
１８水回路
１９循環ポンプ
２１出口流体温度センサ

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、被加熱流体と対向して冷媒が流れる熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、被加熱流体を前記熱交換器へ循環させる水回路と、前記水回路の水を循環させる循環ポンプと、前記ヒートポンプ回路の前記熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサと、前記水回路の前記熱交換器から流出する被加熱流体の温度を検出する出口流体温度センサとを備え、前記ヒートポンプ回路の起動後に、前記出口冷媒温度センサで検出する冷媒温度より前記出口流体温度センサで検出する流体温度が低い状態を所定時間継続すると、前記水回路側の異常であると判別するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式加熱装置。