JP2016156562A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】循環回路４を循環する水の温度が異常になったときに、水の循環に関する情報を取得して、循環回路４の異常の原因を分析する。
【解決手段】制御装置６は、循環する水の温度の異常を検知したとき、ヒートポンプユニット１の動作を停止させ、水の温度の変化に基づいて異常の原因を分析する。ヒートポンプユニット１の動作停止後、循環する水の温度が低下しないとき、制御装置６は、循環回路４の異常であると判断する。そして、制御装置６は、外気温あるいはタン２クからヒートポンプユニット１に流れる水の温度に基づいて、水の凍結を判断する。制御装置６は、循環ポンプ５の運転時間を積算した累積運転時間が長いとき、循環回路４内に堆積した不純物による異常であると判断し、累積運転時間が短いとき、循環回路４内に溜まった空気による異常であると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水を循環させながらヒートポンプユニットによって加熱するヒートポンプ給湯機に関する。

ヒートポンプ給湯機は、水を加熱して温水を生成するヒートポンプユニットと、温水を貯めるタンクとから構成される。ヒートポンプユニットとタンクとは、循環回路によって接続され、循環ポンプにより循環回路を水が循環して、タンクに温水が貯められる。このようなヒートポンプ給湯機において、断水等により正常に水が循環できなくなると、給湯温度が高温になり、エラーが報知され、運転が停止される。特許文献１では、給湯温度が高くなった場合、断水等の給水異常によるものか、あるいは混合弁の異常によるものなのかを判別している。

特許第５３４９３５４号公報

循環回路に何らかの異常が発生すると、循環する水が高温になり、エラーが報知されて、給湯機の運転が停止する。この異常の原因は、断水以外に、循環回路内に発生した異常も考えられる。例えば、異常の原因として、循環回路内の水の凍結、循環回路内に堆積した不純物、循環回路内に溜まった空気などがあげられる。異常の原因を特定することができれば、エラーの内容をわかりやすく報知することができ、異常に対する対処がしやすくなる。

そこで、本発明は、上記に鑑み、循環回路を循環する水の温度が異常になったときに、水の循環に関する情報を取得して、循環回路の異常の原因を分析できるようにしたヒートポンプ給湯機の提供を目的とする。

本発明は、水を加熱して温水を生成するヒートポンプユニットと、温水を貯めるタンクと、タンクとヒートポンプユニットとの間で水が循環するように配管された循環回路と、水を循環させる循環ポンプと、ヒートポンプユニットおよび循環ポンプの運転を制御する制御装置とを備えたものである。循環する水の温度を検出する水温検出器が設けられ、制御装置は、循環する水の温度の異常を検知したとき、ヒートポンプユニットの動作を停止させ、水の循環に関わる情報に基づいて異常の原因を分析する。

循環する水の温度が異常になったとき、ヒートポンプユニットの動作が停止され、水の加熱が停止される。停止後に、水の循環に関わる情報が収集されて、異常になった原因が追究される。

制御装置は、ヒートポンプユニットの動作停止後、循環する水の温度が低下したとき、循環回路は正常であると判断し、循環する水の温度が低下しないとき、循環回路の異常であると判断する。

循環回路の水が正常に循環していると、早く水の温度が下がる。循環回路に異常があると、水の循環が阻害され、水の温度の低下が妨げられる。この温度の低下の程度により、循環回路の異常の有無が判断される。

水の循環に関わる情報を取得する情報取得部が設けられ、制御装置は、取得した情報およびタンクからヒートポンプユニットに流れる水の温度に基づいて、水の凍結、循環回路内に堆積した不純物、循環回路内に溜まった空気のいずれかが異常の原因であると判断する。

循環回路内に異物があると、循環回路の水の流れが阻害される。異物は、凍結によって生じる氷や堆積した不純物である。また、循環ポンプに空気が溜まると、循環ポンプの動作に支障を来たす。循環回路内に空気が溜まると、水が流れにくくなる。すなわち、異物や空気溜まりは、水の循環に影響を及ぼす。情報取得部は、異物や空気溜まりの有無を判断するための情報を収集する。制御装置は、収集した情報に基づいて異物や空気溜まりの有無を判断し、循環する水の温度が異常になった原因を特定する。

外気温を検出する外気温検出器が設けられ、制御装置は、外気温あるいはタンクからヒートポンプユニットに流れる水の温度に基づいて、水の凍結を判断する。水の凍結は外気温によってわかる。すなわち、外気温が水の循環に関わる情報となる。外気温が低いとき、水の凍結が循環する水の温度が異常になった原因であると特定される。

制御装置は、循環ポンプの運転時間を積算した累積運転時間が長いとき、循環回路内に堆積した不純物による異常であると判断し、累積運転時間が短いとき、循環回路内に溜まった空気による異常であると判断する。循環回路内に不純物が堆積するには時間がかかる。一方、循環回路内の空気は、設置時に空気抜きが十分に行われなったときに存在する。そのため、累積運転時間は、水の循環に関わる情報となる。累積運転時間の長短によって、循環する水の温度が異常になった原因が、空気溜まりあるいは不純物の堆積であると特定される。

本発明によると、水の循環に関わる情報を収集することにより、循環する水が高温になった原因を特定することができ、異常への対処が容易となる。

本発明のヒートポンプ給湯機の概略構成図 異常分析処理のフローチャート 異常が繰り返し起こったときのフローチャート

（第１の実施形態）
本実施形態のヒートポンプ給湯機を図１に示す。ヒートポンプ給湯機は、水を加熱して温水を生成するヒートポンプユニット１と、温水を貯めるタンク２を収容する貯湯ユニット３とから構成される。そして、タンク２とヒートポンプユニット１との間で水が循環するように配管された循環回路４と、水を循環させる循環ポンプ５と、ヒートポンプユニット１および循環ポンプ５の運転を制御する制御装置６とが設けられる。

ヒートポンプユニット１は、圧縮機７、冷媒と水との間で熱交換する水熱交換器８、膨張弁、冷媒と室外の空気との間で熱交換する熱交換器、これらをつなぐ冷媒配管によって構成され、室外に設置される。

貯湯ユニット３のハウジング１０は、屋外に設置され、ハウジング１０に内装されたタンク２の下部に、水道水などを供給する給水管１１と、排水管１２とが接続される。給水管１１には、止水栓１３が介装され、排水管１２には、排水弁１４が介装されている。タンク２の上部には、給湯管１５が接続される。給湯管１５に、タンク２内の圧力を調整するための逃がし弁１６が介装されている。

循環回路４は、タンク２の下部と水熱交換器８とを接続する入水管４ａと、水熱交換器８とタンク２の上部とを接続する出湯管４ｂとから構成される。入水管４ａに、循環ポンプ５が介装され、循環ポンプ５は、ヒートポンプユニット１のキャビネット１７内に設置される。

循環回路４に、循環する水の温度を検出する水温検出器が設けられる。水温検出器として、タンク２からヒートポンプユニット１に流れる水の温度を検出する入水温度検出器２０、ヒートポンプユニット１からタンク２に流れる温水の温度を検出する出湯温度検出器２１、温水の異常過熱を検出する過熱検出器２２がそれぞれ設けられる。入水温度検出器２０は、入水管４ａに設けられ、キャビネット１７内の循環ポンプ５の近くに配置される。出湯温度検出器２１および過熱検出器２２は、出湯管４ｂに設けられ、キャビネット１７内の水熱交換器８の近くに配置される。入水温度検出器２０および出湯温度検出器２１には、サーミスタが用いられる。過熱検出器２２には、バイメタル式サーモスタットが用いられる。異常過熱温度、例えば９０℃以上になると、サーモスタットの電気接点がオフされ、圧縮機７への電源がシャットダウンされる。圧縮機７は、再起動できない全停止状態になる。

制御装置６は、貯湯ユニット３内に設けられ、室内に、操作キー、表示パネルなどを有するリモコン等の操作器２３が設けられる。ヒートポンプユニット１内に、圧縮機７や循環ポンプ５を動作させるサブ制御装置２４が設けられる。操作器２３およびサブ制御装置２４は、制御装置６に通信可能にそれぞれ接続される。なお、通信は、ケーブルを介しての通信あるいは無線通信とされる。

ユーザが操作器２３を通じて運転スタートの操作をすると、制御装置６は、操作器２３からの指示に基づいて、サブ制御装置２４に運転開始を指示する。サブ制御装置２４は、圧縮機７および循環ポンプ５を動作させる。入水管４ａを通じてタンク２から水が水熱交換器８に流れ込み、水熱交換器８で加熱された水は出湯管４ｂを通じてタンク２に流れ込む。タンク２に温水が貯まっていく。タンク２内に、温水温度検出器が設けられ、タンク２内の温水が設定温度に達すると、制御装置６は、圧縮機７および循環ポンプ５を停止させる。

ここで、循環回路４に異常が発生すると、循環する水の温度が高温になる。例えば、外気温が低くなると、循環回路４内の水が凍結するおそれがある。すなわち、外気温は、水の循環に関わる。外気温を検出する外気温検出器２５が設けられる。外気温検出器２５は、ヒートポンプユニット１のキャビネット１７あるいは貯湯ユニット３に配置される。外気温検出器２５は、水の循環に関わる情報を取得する情報取得部として機能する。

循環ポンプ５は設置されて間がないとき、累積運転時間は短い。循環ポンプ５が長く使用されると、累積運転時間は長くなる。循環ポンプ５が設置されたとき、空気抜きのための運転が行われる。循環ポンプ５の空気抜きが不十分のとき、あるいは空気抜きをし忘れたとき、循環ポンプ５に空気が溜まり、循環ポンプ５の能力が発揮されなくなる。その結果、循環回路４内を水が循環しないなどの異常が発生する。また、累積運転時間が長くなるにつれて水垢などの不純物が生成され、不純物が循環ポンプ５の羽根に堆積していく。このような不純物が存在すると、循環ポンプ５の能力が低下する。その結果、循環回路４内を水が流れにくくなる。

累積運転時間が短いときには、循環回路４内に溜まった空気が水の循環に影響を及ぼし、累積運転時間が長いときには、循環回路４内に堆積した不純物が水の循環に影響を及ぼす。すなわち、循環ポンプ５の運転時間は、水の循環に関わる。そこで、タイマが循環ポンプ５の運転時間を計測する。制御装置６は、循環ポンプ５の運転時間を積算した累積運転時間をメモリに記憶する。タイマが水の循環に関わる情報を取得する情報取得部として機能する。

このように、循環回路４に何らかの異常が発生すると、循環回路４を流れる水が異常な高温になる。そこで、制御装置６は、水温検出器および情報取得部からの情報に基づいて、循環回路４の異常の原因を分析する。出湯温度検出器２１が、水熱交換器８から出た水の温度が異常温度、例えば８０℃以上になったことを検出すると、制御装置６は、圧縮機７の運転を停止するとともに、異常分析処理を実行する。

異常分析処理において、循環ポンプ５の運転は継続され、圧縮機７が停止される。この後、循環する水の温度の変化と外気温などの情報に基づいて、異常の原因が、循環回路４内の水の凍結、循環回路４内に堆積した不純物、循環回路４内に溜まった空気のうち、いずれであるかが判定される。

ヒートポンプ給湯機の運転中、循環回路４に異常があると、循環回路４内の水温が高温になる。図２に示すように、制御装置６は、運転中、水熱交換器８からの温水の温度をチェックしている（Ｓ１）。出湯温度検出器２１により、循環する温水の検出温度が異常温度になったことが検出される（Ｓ２）と、制御装置６は、循環ポンプ５の運転を継続し（Ｓ３）、圧縮機７の運転を停止する（Ｓ４）。水の加熱が停止される。この後、制御装置６は、一定時間水温の変化を監視する（Ｓ５）。

制御装置６は、出湯温度検出器２１の検出温度が所定温度、例えば７０℃まで下がったことを確認すると、循環回路４は正常であると判定する（Ｓ６）。このとき、制御装置６は、圧縮機７を再起動して、運転を再開する。

一定時間経過しても、出湯温度検出器２１の検出温度が所定温度以上のとき、制御装置６は、循環回路４は異常であると判断し（Ｓ７）、異常の原因を分析するための情報を収集する。制御装置６は、外気温検出器２５が検出した外気温と入水温度検出器２０が検出したタンクから水熱交換器８への入水温度を確認する（Ｓ８）。

制御装置６は、外気温あるいは入水温度が０℃より低いことを確認すると、水が凍結していると判断し、循環回路４内の水の凍結による異常であると判定する（Ｓ１０）。外気温および入水温度が０℃以上のとき、制御装置６は、循環回路４内の水は凍結していないと判断して、循環ポンプ５の累積運転時間を確認する（Ｓ１１）。

制御装置６は、循環ポンプ５の累積運転時間が所定時間、例えば２４時間を越えているか確認する（Ｓ１２）。累積運転時間が２４時間以下のとき、制御装置６は、循環ポンプ５が設置されて間がないと判断し、循環回路４内に溜まった空気による異常であると判定する（Ｓ１３）。累積運転時間が２４時間を越えているとき、制御装置６は、循環ポンプ５が長い時間使用されていると判断し、循環回路４内に堆積した不純物による異常であると判定する（Ｓ１４）。

このように循環回路４の異常の原因が判定されると、制御装置６は、原因に応じた形態でエラーを報知して（Ｓ１５）、異常分析処理を終了する。報知は、操作器２３の表示パネルにおいてエラー番号が表示される。それぞれの原因に対して、異なるエラー番号が割り当てられる。エラー番号が表示されることにより、異常の原因が明確になり、対応するサービスマンは適切に対処できる。したがって、迅速に異常を解消でき、すぐに正常な運転に復帰できる。なお、エラーの報知として、異常の内容を示すメッセージや図形で表示したり、音声で行ってもよい。

（第２実施形態）
循環回路４を循環する水が高温になる異常が発生すると、上記のように圧縮機７の運転が停止されて、異常分析処理が行われる。循環回路４が正常であると判定されると、圧縮機７が再起動され、運転が再開される。しかし、循環する水の温度が高温になる異常がたびたび起こる場合、循環回路４に何らかの原因があると考えられる。そこで、このような異常事態が頻繁に起こるとき、ヒートポンプ給湯機は、運転を停止して、運転を再開しないようにする。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

ヒートポンプ給湯機の異常事態が何回も繰り返し起こらないようにする。すなわち、制御装置６は、異常事態が所定回数起こったとき、ヒートポンプユニットを動作させない。図３に示すように、制御装置６は、循環する水の温度が異常温度になったことを検知する（Ｓ２０）と、その異常回数をカウントする。制御装置６は、異常回数が所定回数、例えば４回になったかを確認する（Ｓ２１）。異常回数が３回以下のとき、制御装置６は、異常分析処理を行う（Ｓ２２）。この後、制御装置６は、出湯温度検出器２１により検出された水熱交換器８を出た水の温度が所定温度まで下がったことを確認すると、運転を再開する（Ｓ２３）。圧縮機７が再起動され、循環する水が加熱されて温水が生成される。

異常回数が所定の４回に達すると、制御装置６は、圧縮機７を全停止させ（Ｓ２４）、異常分析処理を行う（Ｓ２５）。サービスマンが、判明した原因に応じて異常を解消するための必要な処置を施す。圧縮機７が全停止すると、圧縮機７は再起動できない。このように、異常事態が所定回数起こると、運転が停止される。したがって、異常事態が繰り返し起こることを防ぐことができ、重大な事態になることを未然に防止できる。なお、過熱検出器２２であるバイメタル式サーモスタットは、手動復帰タイプとされる。サーモスタットが異常過熱を検出すると、サービスマンがリセットボタンを押さない限り、圧縮機７は再起動できない。

（第３実施形態）
循環回路４に異常があると、循環する水の温度が上がってくる。正常なときに比べて温度上昇は早い。そこで循環する水の温度の変化度合いに基づいて、循環する水の温度の異常 を判断する。すなわち、制御装置６は、循環する水の温度の変化度合いを監視して、循環する水の温度が異常になったかを判断する。その他の構成は、第１、第２実施形態と同じである。

制御装置６は、出湯温度検出器２１からの検出温度に基づいて、所定時間における温度変化をチェックする。循環回路４に異常があると、循環する水の温度上昇が大きくなる。この温度の変化度合が規定値を超えると、制御装置６は、循環回路４が異常であると判断し、異常分析処理を行う。

このように、異常時の循環する水の温度変化は正常時の温度変化よりも大きくなるので、異常であることを早く検知できる。循環する水の温度が異常温度に達する前に、圧縮機７が停止されるので、循環回路４内の水が高温になり過ぎることを防止でき、機器への負荷を減らせる。

（第４実施形態）
清掃などのためにタンク２を空にしたとき、循環回路４に空気が溜まることある。この場合、循環ポンプ５の累積運転時間は長くなっている。循環ポンプ５に空気が溜まると、一定回転数で動作している循環ポンプ５の回転数が高くなる。また、循環ポンプ５に異常があるとき、循環ポンプ５が動作しない、あるいは循環ポンプ５の回転数が変動する。そのため、循環回路４を水がスムーズに流れなくなる。このように、循環ポンプ５に異常があると、水が循環しにくくなる、あるいは水が循環しなくなるので、循環する水の温度が上がる。

このように、循環ポンプ５の動きは水の循環に関わる。そこで、制御装置６は、循環ポンプ５の動きを監視して、循環する水の温度と循環ポンプ５の動きに基づいて循環する水の温度の異常の原因を分析する。その他の構成は、第１、第２実施形態と同じである。

循環ポンプ５の動きを検出するための情報取得部が設けられる。情報取得部として、循環ポンプ５の回転数を検出する。制御装置６は、情報取得部から取得した循環ポンプ５の動きに関する情報に基づいて循環ポンプ５の動きの変化を判断する。

通常、循環ポンプ５の回転数は制御装置６にフィードバックされ、循環ポンプ５は常に一定回転数で動作するように制御されている。そこで、循環ポンプ５の空気溜まりの有無を確認するために、循環ポンプ５の動きを監視するためのテストモードが行われる。テストモードでは、制御装置６は、一定時間だけフィードバックを止めて、循環ポンプ５の回転数の変化を監視する。なお、テストモードは定期的に行うとよい。循環ポンプ５に空気が溜まっていると、循環ポンプ５の回転数は上がる。制御装置６は、循環ポンプ５の回転数が所定回転数よりも高くなったことを検知すると、循環する水の温度を確認する。水の温度が異常温度よりも高くなっていると、制御装置６は、循環回路４が異常であると判断し、異常分析処理を行う。

このように、循環ポンプ５の動きを監視することにより、循環ポンプ５の累積運転時間が所定時間を超えている場合であっても、循環ポンプ５に溜まった空気による異常を判定することができる。

以上の通り、本発明のヒートポンプ給湯機は、水を加熱して温水を生成するヒートポンプユニット１と、温水を貯めるタンク２と、タンク２とヒートポンプユニット１との間で水が循環するように配管された循環回路４と、水を循環させる循環ポンプ５と、ヒートポンプユニット１および循環ポンプ５の運転を制御する制御装置６と、循環する水の温度を検出する水温検出器と備えている。制御装置６は、循環する水の温度の異常を検知したとき、ヒートポンプユニット１の動作を停止させ、水の循環に関わる情報に基づいて異常の原因を分析する。

これにより、循環する水が高温になることを防ぎながら異常になった原因を特定することができる。なお、水温検出器は、タンク２からヒートポンプユニット１に流れる水の温度を検出する入水検出器２０と、ヒートポンプユニット１からタンク２に流れる水の温度を検出する出湯検出器２１とを有する。循環回路４内の水の加熱前後の温度を検出することにより、循環回路４の異常を検出することと異常の原因を特定することに役立つ。

制御装置６は、ヒートポンプユニット１の動作停止後、循環する水の温度が低下したとき、循環回路４は正常であると判断し、循環する水の温度が低下しないとき、循環回路４の異常であると判断する。これにより、循環回路４に異常がないとき、すぐに正常な運転に戻すことができる。

水の循環に関わる情報を取得する情報取得部が設けられ、制御装置６は、取得した情報およびタンク２からヒートポンプユニット１に流れる水の温度に基づいて、水の凍結、循環回路４内に堆積した不純物、循環回路４内に溜まった空気のいずれかが異常の原因であると判断する。このように、水の循環に関わる情報を収集することにより、正確に原因を特定することが可能となる。

外気温を検出する外気温検出器２５が設けられ、制御装置６は、外気温あるいはタンク２からヒートポンプユニット１に流れる水の温度に基づいて、水の凍結を判断する。これにより、循環回路４内の水の凍結を的確に判断することができる。

制御装置６は、循環ポンプ５の運転時間を積算した累積運転時間が長いとき、循環回路４内に堆積した不純物による異常であると判断し、累積運転時間が短いとき、循環回路４内に溜まった空気による異常であると判断する。これにより、循環回路４の異常の原因を特定することができる。

制御装置６は、異常の原因に応じて、異なる形態で異常を報知する。これにより、異常の原因を明確に知らせることができ、適切な対処を確実に行える。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。循環回路４に異常があると、流量が正常時の流量よりも少なくなる。循環回路４を流れる水の流量は流量計によって検出される。そこで、制御装置６は、循環回路４の流量が正常時の流量よりも少なくなったとき、循環回路４に異常があると判断する。これにより、循環回路４を流れる水の温度が異常温度になる前に、循環回路４の異常を検知できる。

また、循環ポンプ５の動きとして、循環ポンプ５の振動あるいは音を監視してもよい。循環ポンプ５が正常なとき、振動や音は変動しないが、循環ポンプ５に異常があるとき、あるいは循環する水の流量が変化したとき、循環ポンプ５の振動や音が変動する。振動計あるいは騒音計によって、循環ポンプ５の振動あるいは音が検出される。制御装置６は、検出された振動波形あるいは音波形に基づいて、循環回路４の異常を判断する。すなわち、循環回路４の異常の原因に応じて、それぞれ特有の波形が現れる。制御装置６は、振動波形あるいは音波形を分析することにより、循環回路４の異常の原因を特定する。

１ ヒートポンプユニット
２ タンク
３ 貯湯ユニット
４ 循環回路
５ 循環ポンプ
６ 制御装置
７ 圧縮機
２０ 入水温度検出器
２１ 出湯温度検出器
２２ 過熱検出器
２４ サブ制御装置
２５ 外気温検出器

Claims (5)

1. 水を加熱して温水を生成するヒートポンプユニットと、温水を貯めるタンクと、タンクとヒートポンプユニットとの間で水が循環するように配管された循環回路と、水を循環させる循環ポンプと、ヒートポンプユニットおよび循環ポンプの運転を制御する制御装置とを備え、循環する水の温度を検出する水温検出器が設けられ、制御装置は、循環する水の温度の異常を検知したとき、ヒートポンプユニットの動作を停止させ、水の循環に関わる情報に基づいて異常の原因を分析することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 制御装置は、ヒートポンプユニットの動作停止後、循環する水の温度が低下したとき、循環回路は正常であると判断し、循環する水の温度が低下しないとき、循環回路の異常であると判断することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 水の循環に関わる情報を取得する情報取得部が設けられ、制御装置は、取得した情報およびタンクからヒートポンプユニットに流れる水の温度に基づいて、水の凍結、循環回路内に堆積した不純物、循環回路内に溜まった空気のいずれかが異常の原因であると判断することを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 外気温を検出する外気温検出器が設けられ、制御装置は、外気温あるいはタンクからヒートポンプユニットに流れる水の温度に基づいて、水の凍結を判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
5. 制御装置は、循環ポンプの運転時間を積算した累積運転時間が長いとき、循環回路内に堆積した不純物による異常であると判断し、累積運転時間が短いとき、循環回路内に溜まった空気による異常であると判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。

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