JP2015064123A - 温水装置及び温水装置における異常通知方法 - Google Patents

温水装置及び温水装置における異常通知方法 Download PDF

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【課題】間接加熱タイプの温水装置において、コストを抑えつつ、2次水回路の詰まりを適切に検出することを目的とする。【解決手段】温水装置100は、熱交換器21で冷媒と熱交換され加熱された水が循環する1次水回路27と、1次水回路27と熱交換器23を介して接続され、水が循環する2次水回路28とを備える。温水装置100は、1次水回路27を循環する水の温度を検出し、検出した水の温度が第1閾値以上である場合、2次水回路28に詰まりが発生したことを示す通知を出す。【選択図】図1

Description

この発明は、温水装置における水回路の詰まりを検出する技術に関する。
温水装置には、熱源装置により水回路を循環する水を加熱して、加熱された水回路を循環する水をタンクに蓄える直接加熱タイプと、熱源装置により1次水回路を循環する水を加熱し、1次水回路を循環する水により2次水回路を循環する水を加熱して、加熱された2次水回路を循環する水をタンクに蓄える間接加熱タイプとがある。
間接加熱タイプには、1次水回路を水以外のブライン等の流体が循環する流体回路としたものもある。
特許文献1には、直接加熱タイプの温水装置において、炭酸カルシウム等のスケール析出による水回路の詰まりを検出する方法について記載されている。
具体的には、特許文献1には、(1)水回路の水の流量変化を計測する方法、(2)水回路の水の圧力変化を計測する方法、(3)水回路におけるポンプの出力変化を計測する方法、(4)加熱能力の変化を計測する方法が、詰まりを検出する方法として記載されている。
特開2004−116942号公報
(1)の方法では、水の流量を計測するためにフロースイッチやフローセンサ等の流量計測装置が必要であり、(2)の方法では、水の圧力を計測するために圧力スイッチや圧力センサ等の圧力計測装置が必要である。そのため、(1)(2)の方法を採用することは、温水装置のコストアップに繋がってしまう。
また、(2)の方法では、詰まりが発生していない場合であっても、水が温まり膨張することにより水回路内の水の圧力が高くなると、詰まりが発生したと誤検出してしまう恐れがある。また、誤検出しないように、検出に用いる閾値を緩めに設定すると、詰まりが発生している場合に検出が遅くなってしまう。検出が遅くなってしまうと、エネルギーの浪費に繋がってしまう。
(3)の方法は、水回路の圧力変化をポンプの出力変化により間接的に検出する方法である。そのため、(3)の方法では、(2)の方法と同様に、詰まりが発生したと誤検出してしまう恐れがある。また、誤検出しないように、検出に用いる閾値を緩めに設定すると、詰まりが発生している場合に検出が遅くなってしまう。
(4)の方法では、加熱能力を計測するために水の流量を計測する必要があり、(1)の方法と同様にフロースイッチやフローセンサ等の流量計測装置が必要となる。そのため、(4)の方法を採用することは、温水装置のコストアップに繋がってしまう。また、加熱能力は、例えばタンク内の水の温度が沸き上げ目標温度に近づいたら低くするなどの制御がされるのが一般的である。そのため、詰まりが発生していない場合であっても、制御により加熱能力が低くなると、詰まりが発生したと誤検出してしまう恐れがある。
(1)から(4)の方法を、間接加熱タイプの温水装置における1次水回路及び2次水回路それぞれの詰まりの検出に適用することも可能である。この場合にも、上記と同じ課題がある。
この発明は、間接加熱タイプの温水装置において、コストを抑えつつ、2次水回路の詰まりを適切に検出することを目的とする。
この発明に係る温水装置は、
熱源装置で加熱された流体が循環する流体回路と、
熱交換器を介して前記流体回路と接続され、水が循環する水回路と、
前記流体回路を循環する流体の流体温度を検出する流体温度検出部と、
前記流体温度検出部が検出した流体温度が第1閾値以上である場合、前記水回路に詰まりが発生したことを示す通知を出す通知部と
を備えることを特徴とする。
この発明に係る温水装置では、流体温度に基づき、水回路の詰まりを検出する。一般に温水装置には流体温度を検出するための温度センサは設けられている。そのため、水回路の詰まりを検出するために、新たな装置を追加する必要はなく、追加で発生するコストを抑えることができる。また、詰まりが発生した場合以外に、流体温度が想定以上に高くなる場合は少なく、誤検出する可能性が低い。
実施の形態1に係る温水装置100の構成図。 実施の形態1に係る温水装置100における冷媒及び水の流れを示す図。 実施の形態1に係る制御装置42の構成図。 実施の形態1に係る2次水回路28の詰まりを検出する処理のフローチャート。 実施の形態2に係る制御装置42の構成図。 実施の形態2に係る2次水回路28の詰まりを検出する処理のフローチャート。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る温水装置100の構成図である。
温水装置100は、ヒートポンプ装置10(熱源装置の一例)、給湯器20、暖房装置50を備える。
ヒートポンプ装置10は、圧縮機11、膨張弁12、熱交換器13を備える。
給湯器20は、熱交換器21、ヒータ22、熱交換器23、ポンプ24、ポンプ25、タンク26等を備える。
圧縮機11と、熱交換器21と、膨張弁12と、熱交換器13とが順次配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路14が構成される。
熱交換器21と、ヒータ22と、熱交換器23と、ポンプ24とが順次配管により接続され、水が循環する1次水回路27(流体回路の一例)が構成される。また、熱交換器23と、ポンプ25と、タンク26とが順次配管により接続され、水が循環する2次水回路28(水回路の一例)が構成される。
1次水回路27には、ヒータ22と熱交換器23との間に、三方弁29が設けられている。1次水回路27には、三方弁29から分岐して、途中に暖房装置50が接続され、熱交換器23とポンプ24との間の合流点30に合流する暖房回路31が接続されている。
1次水回路27には、合流点30とポンプ24との間に、水の流量を計測するフローセンサ32と、1次水回路27を流れるゴミ等を排出するストレーナ33とが設けられている。また、1次水回路27には、ヒータ22から分岐した配管に、1次水回路27の圧力を下げるための圧力逃し弁34、1次水回路27内の空気を抜くための空気抜き弁35、1次水回路27を循環する水の余剰分を一時的に蓄えるための膨張タンク36が接続されている。
2次水回路28には、熱交換器23とポンプ25との間に、炭酸カルシウム等のスケールを捕捉するスケール捕捉装置37が接続されている。
タンク26には、タンク26内に蓄えられた水を加熱するヒータ38と、シャワー等のサニタリー設備へ水を供給する供給口39と、タンク26内へ給水する給水口40とが設けられている。
温水装置100は、ヒータ22と熱交換器23との間に設けられ、熱交換器23へ流入する水の流入温度を検出する温度センサaと、熱交換器23と熱交換器21との間に設けられ、熱交換器23から流出した水の流出温度を検出する温度センサbと、タンク26内に蓄えられた水のタンク温度を検出する温度センサcと、外気温度を検出する温度センサdとを備える。
なお、温度センサaの設置位置は、図1に示す位置に限らず、ヒータ22と熱交換器23との間であれば他の位置でもよい。同様に、温度センサbの設置位置は、図1に示す位置に限らず、熱交換器23と熱交換器21との間であれば他の位置でもよい。
給湯器20は、タンク26内に蓄えられた水を何度まで温めるかを示す沸き上げ目標温度や、暖房装置50により室温を何度まで暖めるかを示す室内目標温度等を利用者が設定するための入出力装置41を備える。
また、給湯器20は、温度センサcによって検出されるタンク温度、温度センサdによって検出される外気温度、入出力装置41によって設定される沸き上げ目標温度、室内目標温度等に基づき、加熱能力が適切になるように、圧縮機11、ポンプ24、ヒータ22等を制御する制御装置42を備える。制御装置42は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
図2は、実施の形態1に係る温水装置100における冷媒及び水の流れを示す図である。図2において、実線矢印は冷媒回路14における冷媒の流れを示し、破線矢印は1次水回路27及び暖房回路31における水の流れを示し、一点鎖線矢印は2次水回路28における水の流れを示す。
冷媒回路14では、圧縮機11により高温・高圧となった冷媒は、熱交換器21へ流入する。熱交換器21へ流入した冷媒は、1次水回路27を循環する水と熱交換され凝縮して液冷媒となる。この際、1次水回路27を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁12を通り、膨張して低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器13へ流入して、外気と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、再び圧縮機11に吸入され、高温・高圧となる。
1次水回路27では、熱交換器21で加熱された水は、ヒータ22へ流入する。ヒータ22では、熱交換器21での加熱が不足している場合に、さらに水が加熱される。ヒータ22から流出した水は、給湯運転時には三方弁29から熱交換器23へ流入し、暖房運転時には三方弁29から暖房回路31へ流れ暖房装置50へ流入する。
給湯運転時に熱交換器23へ流入した水は、2次水回路28を循環する水と熱交換され、冷却される。この際、2次水回路28を循環する水は加熱される。一方、暖房運転時に暖房装置50へ流入した水は、暖房装置50が設置された部屋の空気と熱交換され、冷却される。この際、暖房装置50が設置された部屋の空気は加熱される。
2次水回路28で冷却された水、又は、暖房装置50で冷却された水は、合流点30を経由し、ポンプ24を通り、再び熱交換器21へ流入する。
なお、ここでは、給湯運転と暖房運転とのどちらか一方のみが行われる場合について説明した。しかし、給湯運転と暖房運転とを同時に行うことも可能である。この場合、ヒータ22から流出した水は、三方弁29で分岐して、一部が熱交換器23へ流入し、残りが暖房回路31へ流れ暖房装置50へ流入する。そして、熱交換器23へ流入し、2次水回路28を循環する水と熱交換された水と、暖房装置50へ流入し、部屋の空気と熱交換された水とは、合流点30で合流して、再び熱交換器21へ流入する。
2次水回路28では、熱交換器23で加熱された水は、ポンプ25を通り、タンク26の上部へ流入する。また、タンク26の下部から、タンク26内に蓄えられた水が流出して、熱交換器23へ流入する。なお、タンク26内に蓄えられた水の温度が低い場合に、制御装置42の制御に基づき、補助的にヒータ38により、タンク26内に蓄えられた水が加熱される。
上述したように、1次水回路27及び2次水回路28では、水が循環するため、炭酸カルシウム等のスケールが析出する。すると、スケールが回路に詰まり、流路が狭くなってしまう場合がある。流路が狭くなってしまうと、循環する水の流量が減り、加熱能力が低下してしまう。また、熱交換器21,23として、プレート式熱交換器を用いている場合等には、熱交換器21,23内の一部の流路が詰まり、熱交換面積が減少してしまい、加熱能力が低下してしまう。そのため、詰まりが発生していないときよりも、給湯運転時には沸き上げ目標温度まで水を加熱するために、長い時間ヒートポンプ装置10を運転させることが必要となる。同様に、暖房運転時には室内目標温度まで部屋の空気を加熱するために、長い時間ヒートポンプ装置10を運転させることが必要となる。その結果、エネルギー消費が多くなってしまう。
図1に示す構成では、1次水回路27には、フローセンサ32が設けられている。そのため、特許文献1の水の流量変化を計測する方法等により詰まりを検出することが可能である。
一方、2次水回路28には、フローセンサは設けられていない。2次水回路28にもフローセンサを設ければ、詰まりを検出することが可能となる。しかし、2次水回路28にフローセンサを設けることはコストアップに繋がってしまう。また、フローセンサ等を設けず、特許文献1に記載されたように、ポンプ25の出力変化を計測する方法を適用して、詰まりを検出することも考えられる。しかし、詰まりが発生していない場合に詰まりが発生したと誤検出してしまう恐れや、詰まりが発生している場合に検出が遅くなってしまう恐れがある。
ここで、2次水回路28には、スケール捕捉装置37が設けられている。スケール捕捉装置37によって、スケールが析出してもすぐに捕捉されるため、スケールが大きく成長することが防止され、2次水回路28は詰まりが生じづらい。しかし、時間の経過とともに、スケール捕捉装置37に多くのスケールが付着してしまい、スケール捕捉装置37部分で流路が詰まってしまう場合がある。
また、熱交換器23として、プレート式熱交換器を用いている場合、プレート式熱交換器内の流路はとても狭いため、スケール捕捉装置37が設けられていたとしても、プレート式熱交換器内の流路が詰まってしまう恐れがある。
実施の形態1に係る温水装置100では、制御装置42が1次水回路27を循環する水の温度(流体温度)を利用して、2次水回路28の詰まりを検出する。
2次水回路28に詰まりが発生していない通常の状態であれば、熱交換器21で1次水回路27を循環する水が加熱された分の熱量が、熱交換器23で2次水回路28を循環する水によって1次水回路27を循環する水から奪われるように、圧縮機11等が制御される。そのため、通常の状態であれば、1次水回路27を循環する水の温度は概ね一定に保たれる。
しかし、2次水回路28に詰まりが発生すると、2次水回路28を循環する水の流量が少なくなる。そのため、熱交換器23で2次水回路28を循環する水が1次水回路27を循環する水から吸熱する熱量が少なくなる。一方で、熱交換器21で冷媒が1次水回路27を循環する水を加熱する能力は変化しない。その結果、2次水回路28に詰まりが発生すると、1次水回路27を循環する水の温度は徐々に高くなる。この特性を利用して、制御装置42は、1次水回路27を循環する水の温度が高くなったことにより、詰まりが発生したことを検出する。
図3は、実施の形態1に係る制御装置42の構成図である。なお、制御装置42には、上述した通り圧縮機11等を制御する機能もあるが、図3では簡単のため2次水回路28の詰まりを検出するための構成のみを示す。
制御装置42は、流体温度検出部421、判定部422、通知部423を備える。
図4は、実施の形態1に係る2次水回路28の詰まりを検出する処理のフローチャートである。
(S11:流体温度検出工程)
流体温度検出部421は、1次水回路27を循環する水の温度(流体温度)として、温度センサaにより流入温度を検出する。
(S12:判定工程)
判定部422は、S11で検出された流入温度が第1閾値以上であるか否かを判定する。
判定部422は、流入温度が第1閾値以上であると判定した場合(S12でYES)、処理をS13へ進め、流入温度が第1閾値未満であると判定した場合(S12でNO)、処理を終了する。
(S13:通知工程)
通知部423は、2次水回路28に詰まりが発生したことを利用者へ通知する。
例えば、通知部423は、入出力装置41の表示部に詰まりが発生したことを示すエラーコード等を表示することにより通知する。もちろん、これに限らず、通知部423は、温水装置100に設けられた所定のランプを点灯させることにより詰まりが発生したことを通知してもよいし、温水装置100に設けられたスピーカから所定の音を出すことにより詰まりが発生したことを通知してもよい。また、通知部423は、利用者のPC(Personal Computer)や携帯端末等へ無線LAN(Local Area Network)等のネットワークを介して、エラーコード等を送信することにより詰まりが発生したことを通知してもよい。
利用者は、詰まりが発生したことが通知された場合、スケール捕捉装置37や熱交換器23を交換すること等により、2次水回路28の詰まりを解消することができる。詰まりを解消することにより、エネルギーを無駄に消費する状態を解消することができる。
S12で用いる第1閾値は、工場出荷時等、図4に示す処理の開始前に、制御装置42のメモリ等に設定されるものである。
第1閾値は、ヒートポンプ装置10の性能、熱交換器21,23の性能等の様々な要因によって適切な値が異なる。また、第1閾値の設定によって、誤検出の発生度合いや、どの程度の詰まりを検出可能とするか等が変わってしまう。そのため、例えば、第1閾値は、実際に2次水回路28に詰まりを発生させる試験を行った結果に基づいて設定される。
以上のように、実施の形態1に係る温水装置100は、1次水回路27を循環する水の温度に基づき2次水回路28の詰まりを検出する。一般に、温水装置100には、1次水回路27を循環する水の温度を検出するための温度センサaは設けられている。そのため、2次水回路28の詰まりを検出するために新たな装置を追加する必要はなく、追加で発生するコストを抑えることができる。また、詰まりが発生した場合以外に、1次水回路27を循環する水の温度が想定以上に高くなる場合は少なく、誤検出する可能性が低い。
なお、上記説明では、1次水回路27を循環する水の温度として流入温度を用いた。しかし、1次水回路27を循環する水の温度として、温度センサbによって検出される流出温度を用いてもよい。この場合、S11で流体温度検出部421は、流入温度に代えて、流出温度を検出すればよい。
また、上記説明では、1次水回路27は水が循環する回路であるとした。しかし、1次水回路27は、水ではなく、例えばブライン等の流体が循環する回路であってもよい。
また、上記説明では、ヒートポンプ装置10を熱源装置として用いた。しかし、ヒートポンプ装置10に代えて、ボイラ等を熱源装置として用いてもよい。
実施の形態2.
実施の形態2では、(1)1次水回路27を循環する水の温度と、(2)1次水回路27を循環する水の温度とタンク温度との温度差との2つの指標に基づき、2次水回路28の詰まりを検出することについて説明する。
実施の形態2では、実施の形態1と同じ部分については説明を省略し、実施の形態1と異なる部分について説明する。
実施の形態1で説明したように、詰まりが発生した場合以外に、1次水回路27を循環する水の温度が想定以上に高くなる場合は少なく、1次水回路27を循環する水の温度に基づき2次水回路28の詰まりを検出すれば、誤検出する可能性が低い。
しかし、詰まりの発生を早期に検出できるようにするため、第1閾値が低めの温度に設定されている場合には、詰まりが発生していないにもかかわらず、1次水回路27を循環する水の温度が第1閾値に達してしまう恐れがある。具体的には、沸き上げ目標温度が高く設定され、タンク温度が沸き上げ目標温度に近づいてきて高くなってきている場合には、タンク温度をさらに高くするため1次水回路27を循環する水の温度も高くされる。そのため、第1閾値が低めの温度に設定されている場合に、詰まりが発生していないにもかかわらず、1次水回路27を循環する水の温度が第1閾値に達してしまい、詰まりが発生したと誤検出してしまう恐れがある。
そこで、実施の形態2に係る温水装置100では、制御装置42が、1次水回路27を循環する水の温度が高くなったことに加え、1次水回路27を循環する水の温度とタンク温度との温度差が大きくなったことにより、詰まりが発生したことを検出する。これにより、タンク温度が高くなってきているために1次水回路27を循環する水の温度が高くなったことを、詰まりが発生したこととして誤検出することを防止する。
図5は、実施の形態2に係る制御装置42の構成図である。なお、図5では、図3と同様に、2次水回路28の詰まりを検出するための構成のみを示す。
実施の形態2に係る制御装置42は、図3に示す実施の形態1に係る制御装置42が備える流体温度検出部421、判定部422、通知部423に加え、タンク温度検出部424を備える。
図6は、実施の形態2に係る2次水回路28の詰まりを検出する処理のフローチャートである。
(S21:流体温度検出工程)
流体温度検出部421は、1次水回路27を循環する水の温度(流体温度)として、温度センサaにより流入温度を検出する。
(S22:タンク温度検出工程)
タンク温度検出部424は、温度センサcによりタンク温度を検出する。
(S23:判定工程)
判定部422は、S21で検出された流入温度が第1閾値以上であり、かつ、S21で検出された流入温度とS22で検出されたタンク温度との温度差が第2閾値以上であるか否かを判定する。
判定部422は、流入温度が第1閾値以上であり、かつ、温度差が第2閾値以上であると判定した場合(S23でYES)、処理をS24へ進め、他の場合(S23でNO)、処理を終了する。
(S24:通知工程)
通知部423は、2次水回路28に詰まりが発生したことを利用者へ通知する。
S23で用いる第2閾値は、工場出荷時等、図6に示す処理の開始前に、制御装置42のメモリ等に設定されるものである。
第2閾値は、第1閾値と同様に、ヒートポンプ装置10の性能、熱交換器21,23の性能等の様々な要因によって適切な値が異なる。また、第2閾値は、第1閾値の設定値によっても適切な値が異なる。そのため、例えば、第2閾値は、実際に2次水回路28に詰まりを発生させる試験を行った結果に基づいて第1閾値とともに設定される。
以上のように、実施の形態2に係る温水装置100は、1次水回路27を循環する水の温度と、1次水回路27を循環する水の温度とタンク温度との温度差との2つの指標に基づき、2次水回路28の詰まりを検出する。そのため、第1閾値を低めの温度に設定しても、タンク温度が高くなってきているために1次水回路27を循環する水の温度が高くなったことを、詰まりが発生したこととして誤検出することを防止できる。
したがって、実施の形態2に係る温水装置100は、実施の形態1に係る温水装置100に比べ、第1閾値を低い温度に設定することができ、詰まりの発生を早期に検出できる。
なお、上記説明では、1次水回路27を循環する水の温度として流入温度を用いた。しかし、1次水回路27を循環する水の温度として、流入温度及び流出温度を用いてもよい。
この場合、S21で流体温度検出部421は、流入温度及び流出温度を検出する。そして、S23で判定部422は、流出温度が第1閾値以上であり、かつ、流入温度とタンク温度との温度差が第2閾値以上であるか否かを判定する。
10 ヒートポンプ装置、11 圧縮機、12 膨張弁、13 熱交換器、20 給湯器、21 熱交換器、22 ヒータ、23 熱交換器、24 ポンプ、25 ポンプ、26 タンク、27 1次水回路、28 2次水回路、29 三方弁、30 合流点、31 暖房回路、32 フローセンサ、33 ストレーナ、34 圧力逃し弁、35 空気抜き弁、36 膨張タンク、37 スケール捕捉装置、38 ヒータ、39 供給口、40 給水口、41 入出力装置、42 制御装置、421 流体温度検出部、422 判定部、423 通知部、424 タンク温度検出部、50 暖房装置、a,b,c,d 温度センサ。

Claims (5)

  1. 熱源装置で加熱された流体が循環する流体回路と、
    熱交換器を介して前記流体回路と接続され、水が循環する水回路と、
    前記流体回路を循環する流体の流体温度を検出する流体温度検出部と、
    前記流体温度検出部が検出した流体温度が第1閾値以上である場合、前記水回路に詰まりが発生したことを示す通知を出す通知部と
    を備えることを特徴とする温水装置。
  2. 前記温水装置は、さらに、
    前記水回路に接続され、前記熱交換器で前記流体と熱交換された水を蓄えるタンクと、
    前記タンクに蓄えられた水のタンク温度を検出するタンク温度検出部と
    を備え、
    前記通知部は、前記流体温度が前記第1閾値以上であり、かつ、前記タンク温度検出部が検出したタンク温度と前記流体温度との温度差が第2閾値以上である場合、前記通知を出す
    ことを特徴とする請求項1に記載の温水装置。
  3. 前記流体温度検出部は、前記熱交換器へ流入する流体の流入温度を前記流体温度として検出する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の温水装置。
  4. 前記流体温度検出部は、前記熱交換器へ流入する流体の流入温度と、前記熱交換器から流出した流体の流出温度とを、前記流体温度として検出し、
    前記通知部は、前記流出温度が前記第1閾値以上であり、かつ、前記タンク温度と前記流入温度との温度差が前記第2閾値以上である場合、前記通知を出す
    ことを特徴とする請求項2に記載の温水装置。
  5. 熱源装置で加熱された流体が循環する流体回路と、
    熱交換器を介して前記流体回路と接続され、水が循環する水回路と
    を備える温水装置における異常通知方法であり、
    前記流体回路を循環する流体の流体温度を検出する流体温度検出工程と、
    前記流体温度検出工程で検出した流体温度が第1閾値以上である場合、前記水回路に詰まりが発生したことを示す通知を出す通知工程と
    を備えることを特徴とする温水装置における異常通知方法。
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