JP2013228117A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、循環ポンプの空運転を精度よく検出して空運転を抑制し、信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】貯湯式給湯機１００は、貯湯タンク１０、循環ポンプ２１、循環回路４８、制御部７０等を備える。制御部７０は、給湯機の試運転を行う場合等に、循環ポンプ２１を駆動する駆動信号のデューティ比を低デューティ比Ｄ１から高デューティ比Ｄ２に切換えて、このときのポンプ回転数の変化量ΔＮを検出する。そして、変化量ΔＮと判定値ζ，εとの大小関係に基いて、循環ポンプ２１が水で満たされていない空運転状態であるか否かを判定する。これにより、ポンプ回転数の検出値に含まれる誤差等の影響を排除し、循環ポンプ２１の空運転状態を精度よく検出することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関し、特に、循環ポンプの空運転を抑制する機能を備えた貯湯式給湯機に関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、循環ポンプの空運転を抑制する機能を備えた貯湯式給湯機が知られている。従来技術では、循環ポンプを駆動する信号のデューティ比を一定とした状態において、循環ポンプ内に水が存在するか否かに応じてポンプの回転数が異なることを利用して、循環ポンプの空運転を抑制する構成としている。

特開２０１０−７８２７７号公報

しかしながら、上述した従来技術では、例えば循環ポンプ内を流れる液体に気体が混入していると、ポンプの回転数が不安定となり、回転数に基いてポンプ内の水の有無を判定するときに判定精度が低下する場合がある。この結果、従来技術では、例えば循環ポンプ内に少量の空気が混入しただけでも、この状態が空運転と誤判定され、貯湯式給湯機の設置工事者やメンテナンス作業者に対して不要な点検要求や警報等が出力されるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、循環ポンプの空運転を精度よく検出して空運転を抑制し、信頼性を向上させることが可能な貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、湯水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、貯湯タンクと加熱手段とに接続された循環回路と、循環回路に設けられ、循環回路を介して貯湯タンクと加熱手段との間に湯水を循環させる循環ポンプと、循環ポンプの回転数をポンプ回転数として検出するポンプ回転数検出手段と、循環ポンプに駆動信号を入力して当該循環ポンプを駆動する手段であって、駆動信号の信号状態を可変に設定することが可能なポンプ制御手段と、を備え、ポンプ制御手段は、駆動信号を第１の信号状態から該第１の信号状態と異なる第２の信号状態に切換えたときのポンプ回転数の変化量に基いて、循環ポンプが水で満たされていない空運転状態であるか否かを判定する構成としている。

本発明によれば、ポンプ回転数の変化量に基いて、循環ポンプの空運転状態（及び循環回路に水が存在しない状態）を精度よく検出することができる。これにより、空運転の継続を防止して循環ポンプを保護し、給湯機の信頼性を向上させることができる。しかも、２つのポンプ回転数の差分である変化量を判定に用いるので、例えばポンプ回転数の検出値に含まれる誤差や検出精度のばらつき、循環ポンプ及びポンプ回転数検出手段の個体差等を、２つのポンプ回転数の間で相殺することができる。従って、空運転の判定精度を高め、誤判定を抑制することができる。

本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機の構成を示す全体構成図である。 エア抜き運転時の流路を示す動作説明図である。 空運転防止制御に利用する循環ポンプの運転特性の一例を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、ポンプ回転数の変化量に基いて循環ポンプの運転状態を判定するための判定マップである。 本発明の実施の形態２において、図３と同様の特性線図にポンプ回転数の判定値α，β等を記載した特性線図である。 循環ポンプを空気混合状態で運転した場合のポンプ回転数の挙動を示す特性線図である。 本発明の実施の形態２において、ポンプ回転数と温度条件とに基いて循環ポンプの運転状態を判定するための判定マップである。

実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機の構成を示す全体構成図である。本実施の形態による貯湯式給湯機１００は、貯湯タンクユニット１及びヒートポンプユニット６０を備えている。これらのユニット１、６０は、後述のヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２によって相互に接続されている。

まず、ヒートポンプユニット６０について説明すると、ヒートポンプユニット６０は、貯湯タンクユニット１から導入された低温水を加熱して高温水を生成する加熱手段を構成している。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３、空気熱交換器６４、冷媒循環配管６５等の機器を備えている。これらの機器は、冷媒循環配管６５を用いて環状に接続され、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、冷媒循環配管６５を流れる冷媒と、貯湯タンクユニット１から導入された低温水との間で熱交換を行うものである。なお、ヒートポンプユニット６０により高温水を得るためには、冷媒として二酸化炭素を採用し、臨界圧を超える圧力でヒートポンプサイクルを運転することが好ましい。

また、ヒートポンプユニット６０には、ＨＰ出口側サーミスタ６６、ＨＰ入口側サーミスタ６７及び外気温度サーミスタ６８が搭載されている。ＨＰ出口側サーミスタ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱した高温水の温度を検出する温度センサであり、ヒートポンプ出口配管４２に設けられている。ＨＰ入口側サーミスタ６７は、貯湯タンクユニット１からヒートポンプユニット６０に導入された低温水の温度を検出する温度センサであり、ヒートポンプ入口配管４１に設けられている。また、外気温度サーミスタ６８は、外気温度Ｔａを検出する温度センサであり、例えばヒートポンプユニット６０の筐体に設けられている。本実施の形態において、ＨＰ入口側サーミスタ６７は、後述する循環ポンプ２１の流出側での水温を流出側検出水温Ｔ２として検出する流出側水温検出手段を構成しており、外気温度サーミスタ６８は、外気温度検出手段を構成している。

次に、貯湯タンクユニット１の構成について説明する。貯湯タンクユニット１には、湯水を貯留する貯湯タンク１０を含めて、以下の各種部品や配管等が収容されている。貯湯タンク１０の下部には、市水を供給する給水配管２が減圧弁（図示せず）を介して接続されている。また、貯湯タンク１０の上部には、タンク内に貯留した高温水を給湯機の外部に供給する給湯配管３がタンク上部配管４３の一部を介して接続されている。給水配管２には、給水温度を検出する給水温度サーミスタ７が設けられている。本実施の形態において、給水温度サーミスタ７は、流入側水温検出手段を構成しており、給水温度の検出値は、循環ポンプ２１の流入側で検出される水温（流入側検出水温Ｔ１）に対応している。

貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０により加熱された高温水がタンク上部から流入し、給水配管２により供給される低温水がタンク下部から流入する。これにより、貯湯タンク１０には、上部側と下部側とで温度差が生じるように湯水が貯留される。また、貯湯タンク１０の表面には、それぞれ異なる高さ位置でタンク内の湯温を検出する残湯サーミスタ１１，１２が設置されている。さらに、貯湯タンクユニット１には、給水分岐配管４、混合給湯配管５、給湯混合弁６が設けられている。給水分岐配管４は、給水配管２の途中から分岐している。給湯混合弁６は、給湯配管３から供給される高温水と、給水分岐配管４から供給される低温水とを混合しつつ、両者の流量比を調整することにより、温度を調整した温水を生成し、この温水を混合給湯配管５から外部に供給する。

また、貯湯タンクユニット１には、循環ポンプ２１及び利用側熱交換器２３が搭載されている。循環ポンプ２１は、貯湯タンクユニット１に搭載された各配管に湯水を流通させるもので、後述する三方弁３１とヒートポンプユニット６０との間でヒートポンプ入口配管４１の途中に設けられている。循環ポンプ２１は、後述の循環回路４８を介して貯湯タンク１０とヒートポンプユニット６０との間に湯水を循環させる。また、循環ポンプ２１には、当該循環ポンプの回転数をポンプ回転数として検出する回転センサ２２が付設されている。回転センサ２２は、本実施の形態のポンプ回転数検出手段を構成している。

一方、利用側熱交換器２３は、貯湯タンク１０の上部から取出した高温水やヒートポンプユニット６０により加熱した高温水を利用して、例えば浴槽水、暖房用循環水等の加熱対象水を加熱するもので、本実施の形態では、浴槽５０に貯留された浴槽水を加熱対象水とする場合を例示している。利用側熱交換器２３の１次側には、後述の利用側熱交換器１次側入口配管４５及び利用側熱交換器１次側出口配管４６が接続されている。利用側熱交換器２３の２次側には、浴槽水が循環する２次側循環配管５１が接続されている。２次側循環配管５１には、浴槽水を循環させる２次側循環ポンプ５２と、浴槽５０から流出した浴槽水の温度をタンクユニット１の内部となる位置で検出する浴槽出口側サーミスタ５３とが設けられている。

次に、貯湯タンクユニット１に搭載された三方弁３１、四方弁３２及び各種の配管類について説明する。三方弁３１は、湯水が流入する２つの入口（ａポート、ｂポート）と、湯水が流出する１つの出口（ｃポート）とを有している。そして、三方弁３１は、ａポートとｂポートの何れか一方及び両方をｃポートと連通させる３つの経路（ａ−ｂ経路、ｂ−ｃ経路、ａ−ｂ−ｃ経路）の何れかに切換え可能に構成されている。四方弁３２は、湯水が流入する２つの入口（ｂポート、ｃポート）と、湯水が流出する２つの出口（ａポート、ｄポート）とを有している。そして、四方弁３２は、ａポートをｂポートまたはｃポートと連通させる経路（ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路）と、ｃポートをｄポートと連通させる経路（ｃ−ｄ経路）とからなる３つの経路の何れかに切換え可能に構成されている。

また、貯湯タンクユニット１は、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、タンク戻し配管４４、利用側熱交換器１次側入口配管４５、利用側熱交換器１次側出口配管４６及びバイパス配管４７を備えている。本実施の形態において、これらの配管のうち配管４０，４１，４２，４３，４５，４６は、貯湯タンク１０とヒートポンプユニット６０との間に湯水を循環させる循環回路４８を構成している。個々の配管について述べると、タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の下部と三方弁３１のａポートとを接続するもので、ヒートポンプ入口配管４１は、三方弁３１のｃポートとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続している。

また、ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のｃポートとを接続するもので、タンク上部配管４３は、四方弁３２のｄポートと貯湯タンク１０上部とを接続している。タンク戻し配管４４は、四方弁３２のａポートと貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口とを接続している。また、利用側熱交換器１次側入口配管４５は、一端側がタンク上部配管４３の貯湯タンク１０の上部と四方弁３２との間から分岐し、他端側が利用側熱交換器２３の１次側入口に接続されている。利用側熱交換器１次側出口配管４６は、利用側熱交換器２３の１次側出口と三方弁３１のｂポートとを接続している。さらに、バイパス配管４７は、一端側が三方弁３１（循環ポンプ２１）とヒートポンプユニット６０の入口側との間でヒートポンプ入口配管４１から分岐し、他端側が四方弁３２のｂポートに接続されている。

また、貯湯式給湯機１００は、その運転状態を制御する制御部７０を備えている。制御部７０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。制御部７０は、貯湯タンクユニット１及びヒートポンプユニット６０に搭載された各種の弁６，３１，３２やポンプ２１，５２等を制御するもので、本実施の形態のポンプ制御手段を構成している。一例を挙げると、制御部７０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等の手段により生成した駆動信号を循環ポンプ２１に入力しつつ、当該駆動信号のデューティ比を可変に設定することにより、循環ポンプ２１の駆動状態を制御する。この制御は、例えばＨＰ出口側サーミスタ６６により検出される高温水の温度が、外気温度サーミスタ６８の出力等に基いて算出された沸き上げ温度と等しくなるように実行される。

また、制御部７０は、残湯サーミスタ１１，１２の出力に基いて貯湯タンク１０内における湯水の温度分布を取得し、更に貯湯タンク１０内の残湯量を取得する。そして、制御部７０は、取得した残湯量に基いて、ヒートポンプユニット６０を駆動して貯湯タンク１０内の湯水を加熱する（沸き上げる）沸き上げ運転の開始及び停止等を制御する。さらに、制御部７０は、回転センサ２２の出力に基いて後述の空運転防止制御等を実行する。一方、貯湯式給湯機１００は、この制御部７０と電気的に接続され、ユーザにより各種の設定を行ったり、給湯機の作動状態を表示するためのリモートコントローラ（リモコン）３００を備えている。

このように構成される貯湯式給湯機１００によれば、沸き上げ単独運転、追焚き運転等を行うことができる。具体的に述べると、沸き上げ単独運転では、三方弁３１をａ−ｃ経路に切換えると共に、四方弁３２をｃ−ｄ経路に切換えて、循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０を作動させる。これにより、ヒートポンプユニット６０により貯湯タンク１０内の湯水を沸き上げることができる。また、追焚き運転では、三方弁３１をｂ−ｃ経路に切換えると共に、四方弁３２をａ−ｂ経路に切換えて、循環ポンプ２１及び２次側循環ポンプ５２を作動させる。これにより、貯湯タンク１０の上部から取出した高温水を利用側熱交換器２３に流通させ、浴槽水を加熱（追焚き）することができる。

（循環ポンプの空運転防止制御）
次に、本実施の形態による循環ポンプ２１の空運転防止制御について説明する。まず、貯湯式給湯機１００の設置工事者等は、給湯機の設置工事後に初めて給湯機を運転するとき（初回運転時）に、貯湯タンク１０とヒートポンプユニット６０とを接続する配管（例えば、循環回路４８）内の空気を抜くためのエア抜き運転を実行する。図２は、エア抜き運転時の流路を示す動作説明図である。この図に示すように、エア抜き運転では、まず、三方弁３１をａ−ｂ−ｃ経路に切換えて、当該三方弁３１のａポート、ｂポート及びｃポートを相互に連通させる。また、四方弁３２をｃ−ｄ経路に切換えて、当該四方弁３２のｃポートとｄポートとを連通させる。

そして、循環ポンプ２１を駆動し、給水配管２から貯湯タンク１０に供給される低温水を循環回路４８に流通させる。これにより、低温水は、貯湯タンク１０の下部からヒートポンプユニット６０を経由して貯湯タンク１０の上部に還流する第１の循環経路と、第１の循環経路から分岐して利用側熱交換器２３に流入し、三方弁３１の位置で第１の循環経路に合流する第２の循環経路とを流通する。このエア抜き運転によれば、循環回路４８（第１，第２の循環経路）内に存在する空気を貯湯タンク１０の内部に逃すことができる。

また、上記エア抜き運転を行う前には、まず、循環ポンプ２１を試運転しつつ、循環ポンプ２１の内部が水で満たされているか否かを判定する空運転防止制御を実行する。図３は、空運転防止制御に利用する循環ポンプの運転特性の一例を示す特性線図である。この図に示すように、循環ポンプ２１の運転特性には、水あり状態（Ａ）、水なしＷＥＴ状態（Ｂ）、及び水なしＤＲＹ状態（Ｃ）が存在する。ここで、「水なしＷＥＴ状態」とは、循環ポンプ２１の内部が水で満たされておらず、かつ、ポンプの回転軸と軸受けとの間が僅かでも濡れている状態を示している。また、「水なしＤＲＹ状態」とは、循環ポンプ２１の内部が水で満たされておらず、かつ、前記回転軸と軸受けとの間が乾燥している状態を示している。一般に、循環ポンプ２１の製造工程では、循環ポンプ内に水を入れてポンプが正常に作動するか否かを検査する。このため、出荷された循環ポンプ２１の中には、ポンプ内が水で満たされていなくても、検査時に入れた水により回転軸が濡れたままの状態となっているものが存在しており、この状態が「水なしＷＥＴ状態」に対応している。

循環ポンプ２１の内部が水で満たされている場合には、特性（Ａ）に示すように、ポンプに入力する駆動信号のデューティ比が増加すると、ポンプ回転数はデューティ比に応じて比例的に増加する。これに対し、水なしＷＥＴ状態の場合には、循環ポンプの負荷が小さい上に回転軸と軸受けとの間に水の潤滑作用が存在する。この結果、駆動信号のデューティ比を徐々に増加させていくと、ポンプ回転数は、特性（Ｂ）に示すように、特性（Ａ）と比較して大きく増加するようになる。そして、デューティ比がある一定値以上に達すると、ポンプ回転数はほぼ上限の回転数で一定となる。

一方、水なしＤＲＹ状態の場合には、前述した水の潤滑作用が存在しないので、駆動信号のデューティ比を増加させても、ポンプの回転抵抗が増加するだけとなる。この結果、ポンプ回転数は、特性（Ｃ）に示すように、デューティ比に関係なく、ほぼ下限の回転数で一定となる。なお、以下の説明では、循環ポンプ２１の内部が水で満たされている運転状態、即ち、特性（Ａ）に対応する運転状態を「正常な運転状態」または「非空運転状態」と表記する。また、特性（Ｂ）対応する運転状態を「水なしＷＥＴの空運転状態」と表記し、特性（Ｃ）に対応する運転状態を「水なしＤＲＹの空運転状態」と表記し、場合によっては、これらの運転状態を単に「空運転状態」と表記するものとする。

このような運転特性を踏まえて、空運転防止制御では、駆動信号を第１の信号状態から該第１の信号状態と異なる第２の信号状態に切換えたときのポンプ回転数の変化量に基いて、循環ポンプ２１が空運転状態であるか否かを判定する。具体的に述べると、制御部７０は、駆動信号を第１のデューティ比（例えば、図３中に示す１０％程度の低デューティ比Ｄ１）に設定したときのポンプ回転数Ｎ１と、駆動信号を第２のデューティ比（例えば６０％程度の高デューティ比Ｄ２）に設定したときのポンプ回転数Ｎ２とをそれぞれ検出する。そして、これら２つのポンプ回転数の差分である変化量ΔＮ（＝Ｎ２−Ｎ１）を算出し、この変化量ΔＮに基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定する。

図４は、ポンプ回転数の変化量ΔＮに基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定するための判定マップである。この判定マップは、図３の運転特性に基いて容易に得ることができる。図４において、大判定値ζは、循環ポンプ２１が「水なしＷＥＴの空運転状態」である場合に得られる変化量ΔＮの最小値に応じて決定されるもので、例えば３０００ｒｐｍ程度に設定される。また、小判定値εは、循環ポンプ２１が「水なしＤＲＹの空運転状態」である場合に得られる変化量ΔＮの最大値に応じて決定されるもので、例えば１０００ｒｐｍ程度に設定される。このように設定すれば、循環ポンプ２１が正常な運転状態の場合には、ポンプ回転数の変化量ΔＮが大判定値ζと小判定値εとの間の所定範囲内（ζ＞ΔＮ＞ε）で変化する。また、「水なしＷＥＴの空運転状態」である場合には、変化量ΔＮが大判定値ζ以上となり、「水なしＤＲＹの空運転状態」である場合には、変化量ΔＮが小判定値ε以下となる。

従って、空運転防止制御では、ポンプ回転数の変化量ΔＮと判定値ζ，εとの大小関係を判定し、当該判定結果に基いて図４の判定マップを参照する。そして、変化量ΔＮが前記所定範囲内（ζ＞ΔＮ＞ε）に収まっている場合には、循環ポンプ２１が正常な運転状態であると判定し、循環ポンプ２１の運転を継続する。また、変化量ΔＮが大判定値ζ以上（ΔＮ≧ζ）の場合には、「水なしＷＥＴの空運転状態」であると判定し、循環ポンプ２１の作動を停止する。また、変化量ΔＮが小判定値ε以下（ε≧ΔＮ）の場合には、「水なしＤＲＹの空運転状態」であると判定し、循環ポンプ２１の作動を停止する。

このように、本実施の形態によれば、ポンプ回転数の変化量ΔＮに基いて、図３中の特性（Ａ）〜（Ｃ）に対応する３種類の運転状態を個別に判定することができる。これにより、循環ポンプ２１が空運転状態の場合（及び循環回路４８に水が存在しない場合）には、この状態を精度よく検出してポンプの運転を停止し、空運転の継続を防止することができる。従って、循環ポンプ２１を保護し、給湯機の信頼性を向上させることができる。

しかも、本実施の形態では、空運転防止制御時に検出したポンプ回転数Ｎ１，Ｎ２の差分である変化量ΔＮを、空運転の判定に用いる構成としている。これにより、例えばポンプ回転数Ｎ１，Ｎ２の検出値に含まれる誤差や検出精度のばらつき、循環ポンプ２１及び回転センサ２２の個体差等を、２つのポンプ回転数Ｎ１，Ｎ２の間で相殺することができる。従って、空運転の判定精度を高め、誤判定を抑制することができる。

また、本実施の形態では、２つの判定値ζ，εに対するポンプ回転数の変化量ΔＮの大小関係をそれぞれ判定するので、「水なしＷＥＴの空運転状態」と「水なしＤＲＹの空運転状態」とを識別することができる。これにより、識別した空運転状態に応じて適切な処理を実行することができる。即ち、例えば「水なしＤＲＹの空運転状態」を検出した場合には、循環ポンプ２１の回転軸が乾燥状態で空運転されていることを考慮して、循環ポンプ２１の運転停止を最優先することができる。

また、本実施の形態では、給湯機の設置工事後に初回運転を行うときに、制御部７０により循環ポンプ２１の空運転を自動的に回避することができる。従って、設置工事者等は、空運転を防止するために必要以上の注意力を要求されたり、余分な手間をかける必要がなくなり、エア抜き運転を効率よく行うことができる。

なお、前記実施の形態１では、ポンプ回転数の変化量ΔＮ（＝Ｎ２−Ｎ１）に基いて、判定を行う構成とした。しかし、本発明では、駆動信号のデューティ比Ｄ１，Ｄ２間におけるポンプ回転数の特性線の傾きΔＮ／（Ｄ２−Ｄ１）の値に基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定する構成としてもよい。

また、実施の形態１では、図３に示す循環ポンプの運転特性を前提として、デューティ比Ｄ１，Ｄ２及び判定値ζ，εの具体値を例示した。しかし、本発明は、これらの具体値に限定されるものではなく、デューティ比Ｄ１，Ｄ２及び判定値ζ，εの値は、使用する循環ポンプの運転特性等に応じて適宜設定すればよいものである。また、実施の形態１では、駆動信号をポンプ回転数（デューティ比）の増加方向に切換えるものとして、デューティ比Ｄ１，Ｄ２及び判定値ζ，εの値を設定する場合を例示した。しかし、本発明では、例えば駆動信号をポンプ回転数の減少方向に切換える構成とし、この構成に応じてデューティ比Ｄ１，Ｄ２及び判定値ζ，εの値を設定してもよい。

実施の形態２．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様の構成（図１乃至図３）において、ポンプ回転数と温度条件とに基いて空運転の判定を行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

前述したように、循環ポンプ２１が水で満たされた正常な運転状態では、駆動信号のデューティ比に応じてポンプ回転数が比例的に変化する。従って、駆動信号を所定の信号状態に設定すれば、ポンプ回転数の大小に基いてポンプの運転状態を判定することができる。この判定処理の具体例を図５に示す。図５は、本発明の実施の形態２において、図３と同様の特性線図にポンプ回転数の判定値α，β等を記載した特性線図である。なお、図５では、前記所定の信号状態に対応するデューティ比の下限値Ｄ３を６０％に設定し、大判定値αを５５００ｒｐｍに設定し、小判定値βを１０００ｒｐｍに設定した場合を例示したが、本発明は、これらの具体値に限定されるものではない。

図５に示すように、駆動信号のデューティ比を下限値Ｄ３以上に設定したときのポンプ回転数（判定対象ポンプ回転数）Ｎ３は、循環ポンプ２１が正常な運転状態（非空運転状態）であれば、大判定値αと小判定値βとの間の所定範囲内、即ち、正常な回転数範囲内（α＞Ｎ３＞β）に収まるようになる。換言すれば、判定値α，βは、駆動信号のデューティ比を下限値Ｄ３以上に設定したときに、正常な運転状態におけるポンプ回転数が到達し得ない値に設定されている。

従って、原理的には、ポンプ回転数Ｎと判定値α，βとの大小関係に基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定することができる。具体的には、ポンプ回転数Ｎ３が前記正常な回転数範囲内に収まっている場合には、正常な運転状態と判定する。また、ポンプ回転数Ｎ３が大判定値α以上の場合（Ｎ３≧α）には、「水なしＷＥＴの空運転状態」と判定し、ポンプ回転数Ｎ３が小判定値β以下の場合（β≧Ｎ３）には、「水なしＤＲＹの空運転状態」と判定する。

しかしながら、エア抜き運転の少なくとも初期の段階、特に循環ポンプ２１の始動直後には、ポンプ内の水に空気が混合した状態（以下、空気混合状態と称す）で、ポンプを運転することになる。ここで、空気混合状態とは、例えば呼び水が必要な空運転状態と異なり、呼び水なしでもポンプの運転によりポンプ内の空気を排出することが可能な状態として定義される。図６は、循環ポンプを空気混合状態で運転した場合のポンプ回転数の挙動を示す特性線図である。この図に示すように、循環ポンプ２１の始動直後には、ポンプ回転数が急激に増減する。この結果、ポンプの運転特性は、正常な運転状態に対応する水あり状態（Ａ）と、ポンプ回転数が正常な運転状態よりも高回転側にずれる空気混合状態（Ｄ）との間で不規則に変化する。この場合には、ポンプ回転数のみに基いて運転状態を判定すると、判定精度が低下し、誤判定が生じ易くなる。

このため、本実施の形態において、空運転防止制御では、ポンプ回転数と温度条件とに基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定する。この判定処理には、駆動信号のデューティ比が下限値Ｄ３以上であるときのポンプ回転数Ｎ３と、給水温度サーミスタ７により検出した流入側検出水温Ｔ１と、ＨＰ入口側サーミスタ６７により検出した流出側検出水温Ｔ２と、外気温度サーミスタ６８により検出した外気温度Ｔａとを使用する。

まず、判定処理の原理について説明すると、給湯機の設置工事後に、給水配管２から貯湯タンク１０及び循環回路４８内に水を導入して循環ポンプ２１を駆動すると、導入した水が循環回路４８を循環する。この結果、循環ポンプ２１が正常な運転状態の場合には、流入側検出水温Ｔ１と流出側検出水温Ｔ２とがほぼ等しくなり、これらの検出水温Ｔ１，Ｔ２（≒給水温度）と外気温度Ｔａとの間に温度差が生じる。これに対し、循環ポンプ２１が空運転状態の場合には、ポンプが作動しても水が循環しないので、検出水温Ｔ１，Ｔ２と外気温度Ｔａとがほぼ等しくなる。但し、給水温度が外気温度Ｔａと近い温度環境においては、循環ポンプ２１が正常な運転状態でも、検出水温Ｔ１，Ｔ２と外気温度Ｔａとがほぼ等しくなることも考えられる。従って、本実施の形態では、このような温度環境を考慮しつつ、ポンプ回転数による判定結果と、温度条件による判定結果との組合わせに基いて、循環ポンプ２１の運転状態を総合的に判定する。

次に、図７を参照して、本実施の形態の空運転防止制御により実行される判定処理等の具体例について説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、ポンプ回転数と温度条件とに基いて循環ポンプの運転状態を判定するための判定マップである。この判定マップにおいて、縦軸は、ポンプ回転数Ｎ３と前記判定値α，βとの大小関係、及びポンプ回転数Ｎ３のみに基いた判定結果を示している。また、横軸は、後述する検出温度差ΔＴと温度差判定値δとの大小関係、及び検出温度差ΔＴのみに基いた判定結果を示している。さらに、判定マップ中の各欄は、縦軸の判定結果と横軸の判定結果とに基いた最終的な判定結果と、当該最終的な判定結果に基いた循環ポンプの制御動作（または、初回判定後の制御動作）とを示している。

ここで、検出温度差ΔＴとは、検出水温Ｔ１，Ｔ２の何れか一方と外気温度Ｔａとの温度差として算出されるものである。具体例を挙げると、検出温度差ΔＴは、検出水温Ｔ１，Ｔ２のうち外気温度Ｔａに対する差異が大きい方の検出水温と外気温度Ｔａとの温度差として算出してもよい。一方、温度差判定値δは、循環ポンプ２１が空運転状態であるか、または、給水温度が外気温度Ｔａと近い状態において得られる検出温度差ΔＴの最大値として設定されるものである。また、温度差判定値δは、各サーミスタ７，６７，６８の個体差（検出温度のばらつき）等を考慮して決定され、例えば３℃程度の値に設定される。この具体値についても、本発明を限定するものではない。

続いて、個々の判定処理について説明する。まず、図７において、ポンプ回転数Ｎ３が正常な回転数範囲内（α＞Ｎ３＞β）に収まり、かつ、検出温度差ΔＴが温度差判定値δよりも大きい場合（ΔＴ＞δ）には、ポンプ回転数Ｎ３によれば、循環ポンプ２１が正常な運転状態であると判定される。一方、検出温度差ΔＴによれば、検出水温Ｔ１，Ｔ２と外気温度Ｔａとの間に十分な温度差が生じているので、ポンプの作動により水が循環する正常な運転状態であるか、少なくとも空気混合状態であると判定される。従って、最終的には、循環ポンプ２１が正常な運転状態であると判定し、エア抜き運転中における循環ポンプ２１の運転を継続する。この判定処理によれば、ポンプ回転数Ｎ３による判定結果と、温度条件による判定結果とを組合わせて、循環ポンプ２１の正常な運転状態を高い精度で判定することができる。

また、ポンプ回転数Ｎ３が正常な回転数範囲内（α＞Ｎ３＞β）に収まっているものの、検出温度差ΔＴが温度差判定値δ以下の場合（δ≧ΔＴ）には、検出温度差ΔＴによれば、循環ポンプ２１が空運転状態であるか、または、検出水温Ｔ１，Ｔ２が外気温度Ｔａに近い状態（外気温度同等）であると判定される。この場合、最終的には、ポンプ回転数Ｎ３による判定結果を重視し、温度条件を判定に使用できないだけであって循環ポンプ２１は正常な運転状態であると判定する。そして、循環ポンプ２１の運転を継続する。

一方、ポンプ回転数Ｎ３が正常な回転数範囲から高回転側に外れており（Ｎ３≧α）、かつ、検出温度差ΔＴが温度差判定値δよりも大きい場合（ΔＴ＞δ）には、次のような判定及び制御を実行する。この場合には、ポンプ回転数Ｎ３によれば、水なしＷＥＴの空運転状態であるか、または、空気混合状態であると判定される。これに対し、検出温度差ΔＴによれば、少なくとも空気混合状態での運転により水の循環が生じていると判定される。従って、これらの判定結果を考慮すると、最終的には、循環ポンプ２１が空気混合状態で運転されていると判定し、エア抜き運転中における循環ポンプ２１の運転時間を所定時間（例えば３０秒程度）延長する。

そして、この所定時間が経過した後に再度判定を実行し、正常な運転状態であると判定した場合には、循環ポンプ内の空気が排出されたものと判断し、循環ポンプ２１の運転を継続する。一方、上記所定時間の経過後に再度判定を実行しても、空気混合状態であるとの判定結果が変わらない場合には、循環ポンプ２１が空運転状態であると判定してポンプの運転を停止する。上記判定処理によれば、ポンプ回転数Ｎ３による判定結果と、温度条件による判定結果とを組合わせることで、空気混合状態を正確かつ容易に判定することができる。そして、この状態に対応してポンプの運転を自動的に延長したり、延長運転後に空運転状態を判定することができ、これらの処理を人手を介さずに効率よく実行することができる。

また、ポンプ回転数Ｎ３が正常な回転数範囲から外れており（Ｎ３≧αまたはβ≧Ｎ３）、かつ、検出温度差ΔＴが温度差判定値δ以下の場合（δ≧ΔＴ）には、次のような判定及び制御を実行する。この場合には、ポンプ回転数Ｎ３によって空運転状態または空気混合状態と判定され、検出温度差ΔＴによれば、空運転状態または外気温度同等状態と判定される。従って、これらの判定結果を考慮すると、最終的には、循環ポンプ２１が空運転状態であると判定し、ポンプの運転を停止する。この判定処理によれば、ポンプ回転数Ｎ３による判定結果と、温度条件による判定結果とを組合わせて、循環ポンプ２１の空運転状態を正確に判定することができる。

さらに、ポンプ回転数Ｎ３が正常な回転数範囲から低回転側に外れており（β≧Ｎ３）、かつ、検出温度差ΔＴが温度差判定値δよりも大きい場合（ΔＴ＞δ）には、次のような判定及び制御を実行する。まず、ポンプ回転数Ｎ３によれば、水なしＤＲＹの空運転状態と判定されるが、検出温度差ΔＴによれば、少なくとも空気混合状態での運転により水の循環が生じていると判定される。この場合、最終的には、ポンプ回転数Ｎ３による判定結果を重視し、循環ポンプ２１が空運転状態であると判定してポンプの運転を停止する。但し、ポンプの運転停止後には、空気混合状態である可能性も考慮して、循環ポンプ２１を再始動し、ポンプが空気を排出して正常な運転状態に復帰する機会を設けてもよい。この場合には、再始動後に改めて空運転状態と判定した時点で、循環ポンプ２１を停止させればよい。

また、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、循環回路４８のエア抜き運転を行う前に循環ポンプ２１を試運転しつつ、空運転防止制御を実行する。そして、空運転防止制御では、駆動信号のデューティ比を下限値Ｄ３以上の一定値に保持した状態で、例えば１０秒程度の期間にわたって循環ポンプ２１の運転を継続する。続いて、この運転中にポンプ回転数Ｎ３、検出水温Ｔ１，Ｔ２及び外気温度Ｔａを検出し、前述の判定処理を行うものである。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、ポンプ回転数Ｎ３、検出水温Ｔ１，Ｔ２及び外気温度Ｔａに基いて、循環ポンプ２１の運転状態を判定することができる。このため、ポンプ回転数のみに基いて判定処理を行う場合と比較して、判定精度を高めることができ、誤判定を防止して信頼性を向上させることができる。

なお、前記実施の形態１，２では、給湯機の設置工事後の初回運転時において、空運転防止制御を実行する場合を例示した。しかし、給湯機の設置後には、例えばメンテナンス作業者等により給湯機の点検、修理、部品交換等が行われた場合にも、給湯機内の水が抜かれて循環ポンプ２１が空運転状態となる可能性がある。このため、本発明では、例えば給湯機の電源が一定時間以上（例えば、１５分以上）ＯＦＦ状態であった後の初回運転時にも、空運転防止制御を実行する構成としてもよい。これにより、給湯機のメンテナンス性や信頼性を更に向上させることができる。

また、空運転防止制御は、給湯機の試運転時や、給湯機内の水が抜かれた可能性がある場合に限定して実行し、給湯機内の水が抜かれるはずのない状況では、空運転防止制御を禁止するのが好ましい。これにより、例えば結露等により生じる水分が原因で給湯機が誤作動した場合でも、空運転防止制御が不必要に実行されて循環ポンプ２１が停止する事態を回避することができる。

また、実施の形態１，２では、空運転防止制御により循環ポンプ２１を空運転状態と判定した場合に、この判定結果を表示する表示部を設ける構成としてもよい。具体的には、例えば貯湯タンクユニット１の筐体やリモコン３００、制御部７０等に表示部を設け、この表示部に、「循環ポンプが空運転状態です」または「貯湯タンクへの給水が完了していません」等の内容を表示させる構成としてもよい。これにより、メンテナンス作業者等に再点検を促すことができ、メンテナンス性や信頼性を向上させることができる。

また、前記実施の形態１では、ポンプ回転数の変化量ΔＮに基いて循環ポンプ２１の運転状態を判定するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、実施の形態１，２を組合わせることにより、ポンプ回転数の変化量ΔＮによる判定結果と、検出水温Ｔ１，Ｔ２及び外気温度Ｔａによる判定結果とに基いて、循環ポンプ２１の運転状態を判定する構成としてもよい。

また、実施の形態１，２では、駆動信号の信号状態として、デューティ比を制御する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、駆動信号の電圧値、電流値及び電力値を信号状態として可変に設定したり、所定値に保持する構成としてもよい。

１ 貯湯タンクユニット
２ 給水配管
３ 給湯配管
７ 給水温度サーミスタ（流入側水温検出手段）
２１ 循環ポンプ
２２ 回転センサ（ポンプ回転数検出手段）
２３ 利用側熱交換器
３１ 三方弁
３２ 四方弁
４０ タンク下部配管
４１ ヒートポンプ入口配管
４２ ヒートポンプ出口配管
４３ タンク上部配管
４４ タンク戻し配管
４５ 利用側熱交換器１次側入口配管
４６ 利用側熱交換器１次側出口配管
４７ バイパス配管
４８ 循環回路
５０ 浴槽
５１ ２次側循環配管
６０ ヒートポンプユニット（加熱手段）
６１ 圧縮機
６２ 沸き上げ用熱交換器
６６ ＨＰ出口側サーミスタ
６７ ＨＰ入口側サーミスタ（流出側水温検出手段）
６８ 外気温度サーミスタ（外気温度検出手段）
７０ 制御部（ポンプ制御手段）
３００ リモコン

Claims (11)

1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、
   前記貯湯タンクと前記加熱手段とに接続された循環回路と、
   前記循環回路に設けられ、前記循環回路を介して前記貯湯タンクと前記加熱手段との間に湯水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環ポンプの回転数をポンプ回転数として検出するポンプ回転数検出手段と、
   前記循環ポンプに駆動信号を入力して当該循環ポンプを駆動する手段であって、前記駆動信号の信号状態を可変に設定することが可能なポンプ制御手段と、を備え、
   前記ポンプ制御手段は、前記駆動信号を第１の信号状態から該第１の信号状態と異なる第２の信号状態に切換えたときの前記ポンプ回転数の変化量に基いて、前記循環ポンプが水で満たされていない空運転状態であるか否かを判定する構成とした貯湯式給湯機。
2. 前記第１，第２の信号状態は、前記駆動信号を前記第１の信号状態から前記第２の信号状態に切換える切換動作の方向が前記ポンプ回転数の増加方向となるように設定し、
   前記ポンプ制御手段は、前記切換動作を実行したときの前記ポンプ回転数の変化量が前記空運転状態に対応する所定の大判定値以上の場合に、前記循環ポンプが前記空運転状態であると判定する構成としてなる請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記第１，第２の信号状態は、前記駆動信号を前記第１の信号状態から前記第２の信号状態に切換える切換動作の方向が前記ポンプ回転数の増加方向となるように設定し、
   前記ポンプ制御手段は、前記切換動作を実行したときの前記ポンプ回転数の変化量が前記空運転状態に対応する所定の小判定値以下の場合に、前記循環ポンプが前記空運転状態であると判定する構成としてなる請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 湯水を貯留する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、
   前記貯湯タンクと前記加熱手段とに接続された循環回路と、
   前記循環回路に設けられ、前記循環回路を介して前記貯湯タンクと前記加熱手段との間に湯水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環ポンプの回転数をポンプ回転数として検出するポンプ回転数検出手段と、
   前記循環ポンプの流入側での水温を流入側検出水温として検出する流入側水温検出手段と、
   前記循環ポンプの流出側での水温を流出側検出水温として検出する流出側水温検出手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記循環ポンプを駆動信号により制御するポンプ制御手段と、を備え、
   前記ポンプ制御手段は、前記駆動信号を所定の信号状態に設定したときの前記ポンプ回転数である判定対象ポンプ回転数と、前記流入側検出水温と、前記流出側検出水温と、前記外気温度とに基いて、前記循環ポンプが水で満たされていない空運転状態であるか否かを判定する構成とした貯湯式給湯機。
5. 前記ポンプ制御手段は、前記判定対象ポンプ回転数が非空運転状態に対応する正常な回転数範囲に収まり、かつ、前記流入側検出水温と前記流出側検出水温のうち少なくとも一方の検出水温と前記外気温度との温度差が前記空運転状態に対応する所定の温度差判定値よりも大きい場合に、前記循環ポンプが正常な運転状態であると判定する構成としてなる請求項４に記載の貯湯式給湯機。
6. 前記ポンプ制御手段は、前記判定対象ポンプ回転数が非空運転状態に対応する正常な回転数範囲から外れており、かつ、前記流入側検出水温と前記流出側検出水温のうち少なくとも一方の検出水温と前記外気温度との温度差が前記空運転状態に対応する所定の温度差判定値以下の場合に、前記循環ポンプが前記空運転状態であると判定する構成としてなる請求項４または５に記載の貯湯式給湯機。
7. 前記ポンプ制御手段は、前記判定対象ポンプ回転数が非空運転状態に対応する正常な回転数範囲から高回転側に外れており、かつ、前記流入側検出水温と前記流出側検出水温のうち少なくとも一方の検出水温と前記外気温度との温度差が前記空運転状態に対応する所定の温度差判定値よりも大きい場合に、前記循環ポンプ内の水に空気が混合している空気混合状態であると判定する構成としてなる請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
8. 前記ポンプ制御手段は、前記循環回路内の空気を抜くエア抜き運転中に前記循環ポンプが前記空気混合状態であるとの判定結果が得られた場合に、前記循環ポンプの運転時間を延長し、更に、当該延長運転の開始から所定時間が経過しても前記判定結果が不変の場合に、前記循環ポンプが前記空運転状態であると判定する構成としてなる請求項７に記載の貯湯式給湯機。
9. 前記ポンプ制御手段は、前記循環ポンプが前記空運転状態であるか否かの判定を、貯湯式給湯機の設置工事後の初回運転時に実行する構成としてなる請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
10. 前記ポンプ制御手段は、前記循環ポンプが前記空運転状態であるか否かの判定を、貯湯式給湯機の電源が一定時間以上ＯＦＦ状態であった後の初回運転時に実行する構成としてなる請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
11. 前記循環ポンプが前記空運転状態であると判定した場合に、当該判定結果を表示する表示部を備えてなる請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。

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