JP3760862B2 - ヒートポンプ給湯システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、冷媒で給湯水の加熱を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯システムとしては、例えば、特開昭６０−２２１６６１号公報に記載されているようなものがあった。図１１は、前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯システムを示すものである。
【０００３】
図１１に示すヒートポンプ給湯システムにおいて、１は圧縮機、２は圧縮機１から吐出された冷媒が循環するヒートポンプ回路、３は膨張弁、４は貯水槽、４ａは貯水槽４へ水を給水する給水配管、４ｂは貯水槽４に沸き上げた給湯水を出水する出水配管、５は貯水槽４の給湯水とヒートポンプ回路２の冷媒が熱交換する給湯熱交換器、６は貯水槽４の給湯水が給湯熱交換器５との間で循環する水回路、７は水回路６の給湯水を搬送する水ポンプ、８は大気とヒートポンプ回路２の冷媒が熱交換する大気熱交換器、９は大気熱交換器８と大気の送風手段から成る室外ユニット、１０は給湯熱交換器５で加熱される給湯水の上限温度を検知する温度センサー、１１は外気温度を検知する温度センサー、１２は圧縮機１、水ポンプ７、室外ユニット９等の動作を制御する運転制御手段である。
【０００４】
上記構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱するときは、以下のような運転を行う。まず、室外ユニット９の送風手段を駆動して、大気を大気熱交換器８へ搬送する。そして、圧縮機１を駆動させてヒートポンプ回路２の冷媒を、圧縮機１、給湯熱交換器５、膨張弁３、大気熱交換器８、圧縮機１の順に搬送する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器５で給湯水と熱交換して保有するエネルギーを給湯水へ放熱する。その後、膨張弁３で減圧されて低温低圧となった冷媒は、大気熱交換器８で大気熱を吸熱し、圧縮機１に吸入される。給湯熱交換器５で冷媒のエネルギーを受熱して高温に沸き上げられた給湯水は、水回路６より貯水槽４に戻される。また、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度（加熱温度：Ｔ０）は、所定の温度、あるいは、使用者の給湯負荷等に応じて決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、地域に応じて水質は多岐に及ぶため、硬度成分（カルシウム、マグネシウムなど）が溶解している水源から水を給湯水として利用した場合は、給湯水をある温度以上に加熱したときに、水に溶解していた硬度成分がスケール（炭酸カルシウム）として析出し、給湯熱交換器５の伝熱壁面に固着して水回路を閉塞してしまうため、装置の運転が不可能になるという課題を有していた。また、酸性水、または、アルカリ性水を給湯水として利用した場合は、給湯熱交換器５の伝熱面、および、配管材料が腐食され、給湯熱交換器５、および、配管部材が破損するという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、地域に応じて変化する水質によって、硬度成分が多量に溶解している水、あるいは、酸性水、または、アルカリ性水を給湯水として利用しても、給湯熱交換器で加熱できる上限温度を変更して、給湯熱交換器に硬度成分を析出させない、あるいは、給湯熱交換器を破損させない、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、貯水槽を有する水回路と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯システムとしたものである。
【０００８】
これによって、地域によって変わる水質に応じて、上限温度変更手段は給湯水から硬度成分が析出しない上限温度、あるいは、熱交換器が腐食されない上限温度を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を、上限温度変更手段で定めた上限温度とすることによって、給湯熱交換器への硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、貯水槽を有する水回路と、貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段を備え、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度変更手段により変更された上限温度以下となるように制御されるとともに前記出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されることを特徴とするヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、利用する水の水質で硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１と上限温度Ｔ２、あるいはＴ３と比較し、Ｔ１＞Ｔ２、あるいはＴ１＞Ｔ３となる場合は、給湯熱交換器で加熱できる上限の温度をＴ１からＴ２、あるいはＴ３へと変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上限温度変更手段は、水質情報手段より得られる給湯水の水質を基に、上限温度を変更する請求項記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、水質情報手段より得られる給湯水の水質を基に、水の硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質情報より定めた上限の温度Ｔ２、あるいはＴ３を超えている場合は、給湯熱交換器で加熱できる上限の温度をＴ１からＴ２、あるいはＴ３へと変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上限温度変更手段は、給湯水の水質を検知する水質検知手段を備え、水質検知手段が検知した水質を基に、上限温度を変更する請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質検知手段によって検知した水質を基に算出される、水の硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を超えている場合は、上限温度Ｔ１を、硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３に変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、水回路に水ポンプを備え、上限温度変更手段は、水ポンプの出力値を検知する出力検知手段と、出力検知手段の検知した出力値を記憶させる記憶手段を備えて、出力検知手段が検知した水ポンプの出力値と、記憶手段に記憶された出力値を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の給湯水側の圧力損失が増加するため、圧力検知手段で硬度成分の付着を検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、上限温度変更手段は、水回路、あるいは、冷媒の圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知した圧力値を記憶させる記憶手段を備えて、圧力検知手段が検知した圧力値と、記憶手段に記憶された圧力値を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の伝熱性能が低下し、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が上昇するため、圧力検知手段で給湯熱交換器に硬度成分が付着したことを検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、上限温度変更手段は、給湯水の加熱能力を検知する加熱能力検知手段と、加熱能力検知手段が検知した加熱能力を記憶させる記憶手段を備えて、加熱能力検知手段が検知した加熱能力と、記憶手段に記憶させた加熱能力の差を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の伝熱性能が低下し、給湯水の加熱能力が低下するため、加熱能力検知手段で硬度成分が付着したことを検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、貯水槽を有する水回路と、貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定する上限温度設定手段とを備え、上記上限温度設定手段は異なる上限温度が設定された複数の上限温度の内の一つを用いて前記給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定し、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度以下となるように制御されるとともに出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されるヒートポンプ給湯システムとすることにより、地域によって変わる水質に応じて給湯水から硬度成分が析出しない上限温度、あるいは、熱交換器が腐食されない上限温度を設定することができ、これによって、給湯熱交換器への硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来る。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、従来例と同一部分には同一の符号を付記して説明を省略し、異なる部分のみ説明すると、１３は給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度設定手段、１４は上限温度変更手段であり、上限温度変更手段１４は、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更できる手段である。ここで、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる上限温度Ｔ１とは、冷媒の物性、圧縮機１の出力特性、給湯熱交換器５と大気熱交換器８の熱交換器の性能、外気温度、給湯水の給水温度等の関係から求められる最大限加熱可能な温度のことである。従って、本システムにおいて貯水槽４に貯湯される給湯水の温度Ｔ０は、Ｔ０≦Ｔ１の範囲で貯湯されることとなる。また、上限温度変更手段１４が行う上限温度の変更とは、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２に対して、Ｔ１＞Ｔ２となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２に変更することである。本実施例において、上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２は、外部より定めることも可能な構成とした。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
図１の構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱する運転を行うときは、従来と同様の方式で行う。
【００２０】
図２は、加熱した水の温度と、水を加熱する際に水に含まれる硬度成分がスケール（炭酸カルシウム）として析出する量の関係を示す図である。加熱する温度と析出する硬度成分の量は比例しており、さらに同一温度でも硬度成分が多い高硬度水の方が硬度成分の析出量が多くなる。ここで、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度が、利用する水の硬度で硬度成分が析出する領域である場合は、給湯熱交換器５の水回路に硬度成分が固着する可能性があり、さらに、閉塞に至った場合は給湯水の加熱運転が行えなくなる。従って、給湯水を加熱する温度を、硬度成分が析出しない温度まで下げる必要がある。水に溶解している硬度成分が析出する温度は、水の硬度を知ることによって求めることができるから、水質情報手段（水道局の水質データ、あるいは、硬度計による硬度計測、慣例的な水質情報）より得た水の硬度を基に、硬度成分が析出しない上限の温度を推算し、給湯水を加熱する温度をこの温度以下となるようにすれば良い。即ち、水質情報手段の水質データを基に推算した温度を、上限温度変更手段１４の上限温度Ｔ２として設定し、上限温度変更手段１４は上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１に対して、Ｔ１＞Ｔ２となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、硬度成分が析出しない温度Ｔ２以下となることから、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を抑制することができる。
【００２１】
図３は、加熱した水の温度と、給湯熱交換器５、および、水回路６の材料が水に溶解した量（腐食量）の関係を示す図である。加熱する温度と腐食量は比例しており、さらに同一温度でも酸性、およびアルカリ性の強い水の方が材料の腐食量が多くなる。ここで、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度が、利用する水のｐＨで材料が多量に腐食される領域である場合は、給湯熱交換器５の水回路が酸性水、または、アルカリ性水によって腐食される可能性があり、さらに、腐食が拡大した場合は給湯熱交換器５、あるいは水回路６が破損する。従って、給湯水を加熱する温度を、材料が多量に腐食されない温度まで下げる必要がある。水が材料を多量に腐食する温度は、水のｐＨを知ることによって求めることができるから、水質情報手段（水道局の水質データ、あるいは、ｐＨ計によるｐＨ計測、慣例的なｐＨ情報）より得た水のｐＨを基に、材料が多量に腐食されない上限の温度を推算し、給湯水を加熱する温度をこの温度以下となるようにすれば良い。即ち、水質情報手段の水質データを基に推算した温度を、上限温度変更手段１４の上限温度Ｔ３として設定し、上限温度変更手段１４は上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１に対して、Ｔ１＞Ｔ３となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ３へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、材料が多量に腐食されない温度Ｔ３以下となるから、給湯熱交換器５、水回路６の破損を抑制することができる。ここで、材料が多量に腐食されるとは、孔食、あるいは界食により熱交換器、配管が破壊に至るときの溶出量のことである。
【００２２】
以上のように、本実施例においては、上限温度設定手段１３、上限温度変更手段１４等を設置し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１４で設定した硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、材料が多量に腐食されない上限の温度Ｔ３に対して、Ｔ１＞Ｔ２、あるいは、Ｔ１＞Ｔ３となるとき、上限温度変更手段は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２、あるいは、Ｔ１からＴ３へ変更することとした。従って、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができるから、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００２３】
また、図４は、ヒートポンプ給湯システムに使用者がカラン、シャワー等から出湯するときの給湯温度を好みの温度に変更できるリモコン等の操作部３１を備えた場合の構成図であり、操作部３１は台所、あるいは浴室等に設置するものである。図５は操作部３１の構成図を示すものであり、３１ａは給湯温度を変更する上下スイッチ、３１ｂは出湯温度表示部、３１ｃは残湯量表示部、３１ｄは沸き上げ運転中であることを示す通電表示部、３１ｅは時刻表示部、３１ｆは時刻設定スイッチである。
【００２４】
図４の構成において、上限温度変更手段１４は操作部３１に組み込まれており、上限温度変更手段１４で定める上限温度Ｔ２、あるいはＴ３は、図５の操作部３１の例えば、上下スイッチ３１ａ、あるいは、時刻設定スイッチ３１ｆなどを操作することで設定、変更することができる。このとき、設定する上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３の温度は、出湯温度表示部３１ｂに表示することとした。従って、地域に応じて変わる水質によって、施工者、あるいは使用者が、簡単に上限温度Ｔ２、あるいはＴ３を設定、変更することができる。また、上限温度変更手段１４に設定される上限温度は、給湯温度の設定と同じく１℃刻みで設定することもできるが、例えば、５℃刻みで設定する上限温度を変更することができる構成としても良い。尚、操作部３１が複数個（例えば、台所と風呂など）接続されている場合は、どちらか一方で上限温度変更手段１４に定められる上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３を変更することとしても良い。
【００２５】
また、上限温度変更手段１４で定める上限温度の変更は、リモコンなどの操作部の他に、電装基盤上にディップスイッチ等を設ける手段や、電装基盤の回路操作等によっても行うことができる。
【００２６】
更にまた、操作部３１に記憶される上限温度Ｔ２、あるいはＴ３を固定値とし、異なる温度の上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３を記憶させた操作部３１を複数個、例えばスケールが付着しやすい地区Ａ用、更に付着しやすい地区Ｂ用…と複数個用意し、そのいずれか一つ、すなわち利用する水の水質に応じて最適な上限温度を記憶させた操作部３１を用いて上限温度を設定することとしても、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができる。この場合、同図の一点鎖線で示すように上記操作部３１が上限温度設定手段となって運転制御手段１２にその上限温度信号を送るようになり、上限温度変更手段が不要となるものである。
【００２７】
ここで、上限温度変更手段１４に設定する上限温度Ｔ２、あるいはＴ３は、図２、図３に示すように水質情報が判れば、おおよそ一元的に硬度成分が析出する温度、材料が多量に腐食される温度を求めることができる。従って、この温度と水質の関係式を上限温度変更手段１４に備えると、上限温度変更手段１４に利用する水の硬度、ｐＨを入力すれば、上限となる温度Ｔ２、Ｔ３を決定することができる。また、水の硬度成分が析出する温度は、水の溶存酸素量、シリカ成分量によって若干下がるため、これらが含まれる水を給湯水として利用する場合は、図２で決定される上限値に対して安全率を考慮し、１℃〜１０℃を差し引く値を上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２とした。また、材料が腐食される温度は、水に溶解する陰イオン量によって若干下がるため、これらが含まれる水を給湯水として利用する場合は、図３で決定される上限温度に対して安全率を考慮し、１℃〜１０℃を差し引く値を上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ３とした。
【００２８】
尚、上限温度変更手段に設定される上限温度は、硬度より設定する上限温度Ｔ２とｐＨより設定される上限温度Ｔ３を比較して、低い温度を上限温度として設定するが、特に利用する水が腐食に影響ない場合であれば、上限温度Ｔ３を設定する必要はない。また、本実施例において、スケール付着と腐食の双方を考慮した上限温度を設定しているが、どちらか一方とすることも可能であり、信頼性の高いヒートポンプ給湯機とすることができる。
【００２９】
尚、水の硬度は水の電導率に比例するため、水の電導率を測定し、この値を基に上限温度変更手段１４に設定する上限値Ｔ２を決定することもできる。
【００３０】
また、装置を他の地域へ移設する場合であっても、上限温度変更手段１４に設定する上限温度Ｔ２を、移設先の水質情報手段より得た水質より求めた上限温度に変更することによって、水質が変わっても信頼性の高いヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００３１】
尚、本実施例において、上限温度変更手段１４に設定される上限温度の初期値は、上限温度設定手段１３に設定されている上限温度Ｔ１と同じ値とした。
【００３２】
（実施例２）
図６は、本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１と異なる部分のみ説明すると、１５は給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度変更手段、１６は給湯水の水質を検知する水質検知手段である。本実施例の上限温度変更手段１５は、水質検知手段１６を備えて、水質検知手段１６が検知した給湯水の水質を基に給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ４を設定し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１５で設定する上限温度Ｔ４に対して、Ｔ１＞Ｔ４となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４に変更する。本実施例において、給湯水の水質を基に設定される給湯水の上限温度Ｔ４は、実施例１と同様に、水の硬度、および、ｐＨで、硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない温度とした。
【００３３】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
図６の構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱する運転は、従来と同様の方式で行うことができる。給湯水の水質は、地域、季節等によって日々変動するため、硬度成分が析出する温度、ならびに材料が多量に腐食される温度も変化する。ここで、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、利用する水の硬度で硬度成分が析出する領域、あるいは、材料が多量に腐食される温度である場合は、給湯熱交換器５の水回路が硬度成分の固着により閉塞される可能性があり、さらには、給湯熱交換器５などが腐食により破壊されるおそれがある。従って、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を、利用する水の硬度で硬度成分が析出しない温度まで下げる必要がある。そこで、水質検知手段１６で給湯水の水質を検知し、この水質より硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない温度を求め、この温度を上限温度変更手段１６に上限値Ｔ４として設定し、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１が、Ｔ１＞Ｔ４である場合は、上限温度変更手段１６は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、材料が多量に腐食されない温度Ｔ４以下となるから、給湯熱交換器５、水回路６の破損を抑制することができる。
【００３５】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段１５、水質検知手段１６等を設置し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質検知手段１６の検知した水質を基に硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない上限の温度を求め、この温度Ｔ４に対して、Ｔ１＞Ｔ４となるとき、上限温度変更手段は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４へ変更することとした。従って、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができるから、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００３６】
また、水質検知手段１６を上限温度変更手段１５に具備したので、水質情報を得る作業が不要となるばかりでなく、また水質が変化した場合でも、加熱できる給湯水の上限温度の設定を精度良く追従させることが可能となる。
【００３７】
（実施例３）
図７は、本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１，２と異なる部分のみ説明すると、１７は上限温度変更手段、１８は水ポンプ７の出力を検知する出力検知手段、１９は出力検知手段１８の出力値を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段１７は出力検知手段１８と記憶手段１９を具備し、出力検知手段１８が検知した水ポンプ７の出力値と、記憶手段１９が記憶している出力値を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する。本実施例において、記憶手段１９に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での出力検知手段１８の検知出力を水ポンプ７の出力値とする。
【００３８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加するため、水ポンプ７に必要な出力が増加する。従って、出力検知手段１８で水ポンプの出力を検知し、検知した出力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した出力値が増加したかどうかは、記憶手段１９に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの水ポンプ７の出力値と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段１７はこの出力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、水ポンプ７の出力値がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段１７で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００３９】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段１７、出力検知手段１８、記憶手段１９などを設置し、出力検知手段１８で水ポンプ７の出力を検知し、この検知した出力値が記憶手段１９に記憶した出力値と比較して増加している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段１７で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４０】
本実施例で上限温度変更手段１７が変更する上限温度は、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、水ポンプ７の出力値がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度にすることもできる。
【００４１】
尚、本実施例の水ポンプ７は、印可電圧（ＡＣまたはＤＣ）を変化させて流量制御を行うため、出力検知手段１８は印可電圧を検知して水ポンプ７の出力値とすることができる。また、インバーター回路を利用して水ポンプ７を駆動する場合も同様に、インバーター回路の出力電流値、電圧値などを基に水ポンプ７の出力値を検知することができる。
【００４２】
また、水回路６の給湯水の流量を制御する手段は水ポンプ７の出力を可変する他に、水回路に流量制御弁を設けて行うこともできる。この場合は、流量制御弁の開度を基に上限温度変更手段１７で設定した上限温度を変更する。給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加し、流量制御弁の開度を大きくする必要があるため、この開度が大きくなった場合は給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。上限温度変更手段１７はこの流量制御弁の開度に基づいて給湯熱交換器５で加熱される給湯水の上限値を、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１より低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を抑制することができる。また、上限温度を変更しても、流量制御弁の開度がさらに大きくなる場合は、上限温度として設定した温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段１６で変更した上限温度をさらに低い温度に変更する。
【００４３】
また、実施例１で示した上限値の設定を行い、水の硬度の測定誤差、あるいは硬度の変動によって給湯熱交換器５に硬度成分が固着するような状態となっても、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を判定できることから、上限温度変更手段１７で変更した上限温度をさらに低い温度に設定することができるので、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４４】
また、本実施例において、出力検知手段１８で検知した出力値の記憶手段１９への記憶は、以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、各センサーが検知する値など）における水ポンプ７の出力を記憶手段１９に基準値として記憶させる。装置運転中に出力検知手段１８で検知した出力と、予め記憶した基準値とを比較し、水ポンプ７の出力増加の判定を行う。尚、水ポンプ７の出力は、装置の運転状態や加熱熱力によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに出力増加の判定を行うのが好ましいが、水ポンプ７の出力を、装置の運転状態や加熱熱力を考慮して出力の増加判定を行うこととしても良い。
【００４５】
（実施例４）
図８は、本発明の第４の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１，２，３と異なる部分のみ説明すると、２０は上限温度変更手段、２１は給湯熱交換器５の水回路の水圧を検知する圧力検知手段、２２は圧力検知手段２１の圧力値を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段２０は圧力検知手段２１と記憶手段２２を具備し、圧力検知手段２１が検知した水回路６の圧力値と、記憶手段２２が記憶した圧力値を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する。本実施例において、記憶手段２２に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での圧力検知手段２１が検知した圧力とする。
【００４６】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加し、水ポンプ７の供給水圧が上昇するため、給湯熱交換器５の水回路入口圧力が増加する。従って、圧力検知手段２１で水回路の圧力を検知し、検知した圧力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した圧力値が増加したかどうかは、記憶手段に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの水回路の圧力値と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段２０はこの圧力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、水ポンプ７の供給水圧がさらに上昇して、給湯熱交換器５の入口側の水回路の圧力値がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２０で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００４７】
また、図９は、圧力検知手段２４を給湯熱交換器５の前後の冷媒の圧力を検知できるように設置したときの模式図である。給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下するため、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力が上昇する。従って、冷媒の吐出圧力を検知し、検知した圧力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。上限温度変更手段２３はこの圧力上昇値に基づいて、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度を変更する。このとき、記憶手段２５には、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での圧力検知手段２５が検知した冷媒圧力が記憶されており、上限温度変更手段２３は検知した圧力値と記憶した圧力値を比較して、硬度成分が付着したか否かの判断を行う。上限温度制限手段２３は冷媒の圧力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、冷媒の圧力がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２３で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００４８】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段２０、２３、圧力検知手段２１、２４、記憶手段２２、２５などを設置し、圧力検知手段２１、２４で給湯熱交換器５の入口側の水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力を検知し、この検知した圧力値が記憶手段２２、２５に記憶した圧力値と比較して増加している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２０、あるいは、２３で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４９】
本実施例で上限温度変更手段２０、２３が変更する上限温度は、先の実施例と同様上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度とすることもできる。
【００５０】
尚、本実施例においては、水ポンプ７の供給水圧の上昇を検知して硬度成分の付着を検知したが、硬度成分が給湯熱交換器５に付着した場合、給湯熱交換器５の差圧が大きくなるため、圧力検知手段２１は給湯熱交換器５の水回路の差圧を検知する手段としても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下とともに、給湯水の加熱能力が低下する。加熱能力が低下する場合は、室外ユニット９より吸熱する熱量が減るため、圧縮機１の吸入圧力が下がる。従って、圧力検知手段２４を冷媒の低圧側に備えて、この検知した圧力が低下した場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２３で加熱する給湯水の上限温度を低い温度へ変更することもできる。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５２】
また、給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、冷媒の吐出圧力の上昇とともに、冷媒の吐出温度も上昇する。また、冷媒の吐出圧力、吐出温度が上昇すると、給湯熱交換器５を流出する冷媒の温度も上昇する。従って、圧力検知手段２４の代わりに冷媒の温度を検知する温度センサーを備えて、この検知した温度が上昇した場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２３で加熱する給湯水の上限温度を変更することもできる。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５３】
なお、本実施例において、圧力検知手段２１、２４で検知した圧力値の記憶手段２２、２５への記憶は、以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（外気温度、各センサーが検知する値など）における水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力を記憶手段２２、２５に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に圧力検知手段２１、２４で検知した圧力と、予め記憶した基準値とを比較し、圧力増加の判定を行う。尚、水ポンプ７の給水圧力、あるいは冷媒の圧力は、装置の運転状態や加熱熱力によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに出力増加の判定を行うのが好ましいが、水ポンプ７の給水圧力、あるいは冷媒の圧力を、装置の運転状態や加熱熱力を考慮して出力の増加判定を行うこととしても良い。
【００５４】
（実施例５）
図１０は、本発明の第５の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、先の各実施例と異なる部分のみ説明すると、２６は上限温度変更手段、２７は水回路の流量を検知する流量検知手段、２８は給湯熱交換器５の水回路上流側の給湯水の温度を検知する温度センサー、２９は加熱能力検知手段で、温度センサー１０、２８、流量検知手段２７を具備しており、これらの検知した温度、流量情報より加熱能力を算出する。３０は加熱能力検知手段２９の加熱能力を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段２６は加熱能力検知手段２９と記憶手段３０を具備し、加熱能力検知手段２９が検知した加熱能力と、記憶手段２９が記憶した加熱能力を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する手段である。本実施例において、記憶手段３０に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での加熱能力検知手段２９が検知した加熱能力とする。
【００５５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下するため、給湯水の加熱能力が低下する。従って、加熱能力検知手段２９で給湯水の加熱能力を検知し、検知した加熱能力が減少すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した加熱能力が現象したかどうかは、記憶手段に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの加熱能力と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段２６はこの加熱能力の減少に基づいて、上限温度設定手段で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、給湯熱交換器５における加熱能力がさらに減少する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２６で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００５６】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段２６、加熱能力検知手段２９、記憶手段３０などを設置し、加熱能力検知手段２９で給湯水の加熱能力を検知し、この検知した加熱能力が記憶手段３０に記憶した加熱能力と比較して減少している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２６で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５７】
なお本実施例においても上限温度変更手段２６が変更する上限温度は、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、加熱能力がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度することもできる。
【００５８】
また、実施例１で示した上限値の設定を行い、水の硬度の測定誤差、あるいは硬度の変動によって給湯熱交換器５に硬度成分が固着するような状態となっても、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を判定できることから、上限温度変更手段２６で変更した上限温度をさらに低い温度に設定することができるので、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５９】
また、加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力の記憶手段３０への記憶も先の実施例と同様以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、加熱能力検知手段２９の各センサーが検知する値など）における加熱能力を記憶手段３０に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力と、予め記憶した基準値とを比較し、加熱能力の減少の判定を行う。尚、加熱能力は、装置の運転状態や外気温度によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに加熱能力の減少の判定を行うのが好ましいが、加熱能力を、装置の運転状態や外気温度を考慮して能力の減少判定を行うこととしても良い。
【００６０】
尚、本実施例の加熱能力検知手段２９の温度センサー２８は、水回路６に設置したが、給水配管４ａに貯水槽４に給水される水の温度を検知する温度センサーが備えられている場合は、この温度センサーを加熱能力を推算するために利用することもできる。この場合、温度センサー１９を廃することができる。
【００６１】
さらに、本実施例において、圧縮機１、あるいは装置が消費する電力を検知する消費電力検知手段を備えて、加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力を消費電力で除した値、即ち、成績係数（ＣＯＰ）を算出し、同一の消費電力で加熱能力が、低下したか否かの判断を、行うことができる。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、加熱能力検知手段２９の各センサーが検知する値など）における成績係数を記憶手段３０に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力から求まる成績係数と、予め記憶した基準値とを比較すると、加熱能力の低下判定を行うことができる。
【００６２】
尚、本実施例においては、圧縮機１が加熱能力制御ができるインバーター回路を備えていて、給湯熱交換器５に硬度成分が付着して加熱能力が低下するとき、インバーター制御によって圧縮機１の出力を増加させて、加熱能力の低下を補う。従って、圧縮機１を制御するインバーター回路の情報を基に、給湯熱交換器５に硬度成分が付着したかどうかの判定もできるので、インバーター回路の情報を基に、上限温度変更手段で給湯水を加熱できる上限温度を変更することができる。従って、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００６３】
尚、本各実施例においては上限温度設定手段で上限温度を設定するもので説明したが、上限温度が予め固定値として設定されているような場合は必要でなく、この予め設定されている上限温度を上限温度変更手段が変更するものであっても良い。また、使用する冷媒としては、自然冷媒、ＨＦＣ冷媒等種々の物が利用できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を、Ｔ２、あるいはＴ３に変更或いは設定可能としたので、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図２】 同実施例における給湯水温度と硬度成分の析出量の関係を示す図
【図３】 同実施例における給湯水温度と材料の腐食量の関係を示す図
【図４】 同実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図５】 同実施例における操作部の構成図
【図６】 本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図７】 本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図８】 本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図９】 同実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図１０】 本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図１１】 従来のヒートポンプ給湯システムの構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ ヒートポンプ回路
４ 貯水槽
５ 給湯熱交換器
６ 水回路
７ 水ポンプ
１３ 上限温度設定手段
１４、１５、１７、２０、２３、２６ 上限温度変更手段
１８ 出力検知手段
１６ 水質検知手段
１９、２２、２５、３０ 記憶手段
２１、２４ 圧力検知手段
２９ 加熱能力検知手段
３１ 操作部
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、冷媒で給湯水の加熱を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯システムとしては、例えば、特開昭６０−２２１６６１号公報に記載されているようなものがあった。図１１は、前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯システムを示すものである。
【０００３】
図１１に示すヒートポンプ給湯システムにおいて、１は圧縮機、２は圧縮機１から吐出された冷媒が循環するヒートポンプ回路、３は膨張弁、４は貯水槽、４ａは貯水槽４へ水を給水する給水配管、４ｂは貯水槽４に沸き上げた給湯水を出水する出水配管、５は貯水槽４の給湯水とヒートポンプ回路２の冷媒が熱交換する給湯熱交換器、６は貯水槽４の給湯水が給湯熱交換器５との間で循環する水回路、７は水回路６の給湯水を搬送する水ポンプ、８は大気とヒートポンプ回路２の冷媒が熱交換する大気熱交換器、９は大気熱交換器８と大気の送風手段から成る室外ユニット、１０は給湯熱交換器５で加熱される給湯水の上限温度を検知する温度センサー、１１は外気温度を検知する温度センサー、１２は圧縮機１、水ポンプ７、室外ユニット９等の動作を制御する運転制御手段である。
【０００４】
上記構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱するときは、以下のような運転を行う。まず、室外ユニット９の送風手段を駆動して、大気を大気熱交換器８へ搬送する。そして、圧縮機１を駆動させてヒートポンプ回路２の冷媒を、圧縮機１、給湯熱交換器５、膨張弁３、大気熱交換器８、圧縮機１の順に搬送する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器５で給湯水と熱交換して保有するエネルギーを給湯水へ放熱する。その後、膨張弁３で減圧されて低温低圧となった冷媒は、大気熱交換器８で大気熱を吸熱し、圧縮機１に吸入される。給湯熱交換器５で冷媒のエネルギーを受熱して高温に沸き上げられた給湯水は、水回路６より貯水槽４に戻される。また、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度（加熱温度：Ｔ０）は、所定の温度、あるいは、使用者の給湯負荷等に応じて決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、地域に応じて水質は多岐に及ぶため、硬度成分（カルシウム、マグネシウムなど）が溶解している水源から水を給湯水として利用した場合は、給湯水をある温度以上に加熱したときに、水に溶解していた硬度成分がスケール（炭酸カルシウム）として析出し、給湯熱交換器５の伝熱壁面に固着して水回路を閉塞してしまうため、装置の運転が不可能になるという課題を有していた。また、酸性水、または、アルカリ性水を給湯水として利用した場合は、給湯熱交換器５の伝熱面、および、配管材料が腐食され、給湯熱交換器５、および、配管部材が破損するという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、地域に応じて変化する水質によって、硬度成分が多量に溶解している水、あるいは、酸性水、または、アルカリ性水を給湯水として利用しても、給湯熱交換器で加熱できる上限温度を変更して、給湯熱交換器に硬度成分を析出させない、あるいは、給湯熱交換器を破損させない、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、貯水槽を有する水回路と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯システムとしたものである。
【０００８】
これによって、地域によって変わる水質に応じて、上限温度変更手段は給湯水から硬度成分が析出しない上限温度、あるいは、熱交換器が腐食されない上限温度を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を、上限温度変更手段で定めた上限温度とすることによって、給湯熱交換器への硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、貯水槽を有する水回路と、貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段を備え、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度変更手段により変更された上限温度以下となるように制御されるとともに前記出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されることを特徴とするヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、利用する水の水質で硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１と上限温度Ｔ２、あるいはＴ３と比較し、Ｔ１＞Ｔ２、あるいはＴ１＞Ｔ３となる場合は、給湯熱交換器で加熱できる上限の温度をＴ１からＴ２、あるいはＴ３へと変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上限温度変更手段は、水質情報手段より得られる給湯水の水質を基に、上限温度を変更する請求項記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、水質情報手段より得られる給湯水の水質を基に、水の硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を定め、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質情報より定めた上限の温度Ｔ２、あるいはＴ３を超えている場合は、給湯熱交換器で加熱できる上限の温度をＴ１からＴ２、あるいはＴ３へと変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上限温度変更手段は、給湯水の水質を検知する水質検知手段を備え、水質検知手段が検知した水質を基に、上限温度を変更する請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、上限温度変更手段は、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質検知手段によって検知した水質を基に算出される、水の硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３を超えている場合は、上限温度Ｔ１を、硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、熱交換器が腐食されない上限の温度Ｔ３に変更する。従って、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、水回路に水ポンプを備え、上限温度変更手段は、水ポンプの出力値を検知する出力検知手段と、出力検知手段の検知した出力値を記憶させる記憶手段を備えて、出力検知手段が検知した水ポンプの出力値と、記憶手段に記憶された出力値を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の給湯水側の圧力損失が増加するため、圧力検知手段で硬度成分の付着を検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、上限温度変更手段は、水回路、あるいは、冷媒の圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知した圧力値を記憶させる記憶手段を備えて、圧力検知手段が検知した圧力値と、記憶手段に記憶された圧力値を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の伝熱性能が低下し、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が上昇するため、圧力検知手段で給湯熱交換器に硬度成分が付着したことを検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、上限温度変更手段は、給湯水の加熱能力を検知する加熱能力検知手段と、加熱能力検知手段が検知した加熱能力を記憶させる記憶手段を備えて、加熱能力検知手段が検知した加熱能力と、記憶手段に記憶させた加熱能力の差を基に上限温度を変更する請求項１記載のヒートポンプ給湯システムとすることにより、水の硬度成分が給湯熱交換器に固着した場合は、給湯熱交換器の伝熱性能が低下し、給湯水の加熱能力が低下するため、加熱能力検知手段で硬度成分が付着したことを検知することができる。このとき、上限温度変更手段は、その上限温度を低い値に変更する。従って、硬度成分が溶解している水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、貯水槽を有する水回路と、貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定する上限温度設定手段とを備え、上記上限温度設定手段は異なる上限温度が設定された複数の上限温度の内の一つを用いて前記給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定し、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度以下となるように制御されるとともに出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されるヒートポンプ給湯システムとすることにより、地域によって変わる水質に応じて給湯水から硬度成分が析出しない上限温度、あるいは、熱交換器が腐食されない上限温度を設定することができ、これによって、給湯熱交換器への硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来る。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、従来例と同一部分には同一の符号を付記して説明を省略し、異なる部分のみ説明すると、１３は給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度設定手段、１４は上限温度変更手段であり、上限温度変更手段１４は、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更できる手段である。ここで、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる上限温度Ｔ１とは、冷媒の物性、圧縮機１の出力特性、給湯熱交換器５と大気熱交換器８の熱交換器の性能、外気温度、給湯水の給水温度等の関係から求められる最大限加熱可能な温度のことである。従って、本システムにおいて貯水槽４に貯湯される給湯水の温度Ｔ０は、Ｔ０≦Ｔ１の範囲で貯湯されることとなる。また、上限温度変更手段１４が行う上限温度の変更とは、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２に対して、Ｔ１＞Ｔ２となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２に変更することである。本実施例において、上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２は、外部より定めることも可能な構成とした。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
図１の構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱する運転を行うときは、従来と同様の方式で行う。
【００２０】
図２は、加熱した水の温度と、水を加熱する際に水に含まれる硬度成分がスケール（炭酸カルシウム）として析出する量の関係を示す図である。加熱する温度と析出する硬度成分の量は比例しており、さらに同一温度でも硬度成分が多い高硬度水の方が硬度成分の析出量が多くなる。ここで、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度が、利用する水の硬度で硬度成分が析出する領域である場合は、給湯熱交換器５の水回路に硬度成分が固着する可能性があり、さらに、閉塞に至った場合は給湯水の加熱運転が行えなくなる。従って、給湯水を加熱する温度を、硬度成分が析出しない温度まで下げる必要がある。水に溶解している硬度成分が析出する温度は、水の硬度を知ることによって求めることができるから、水質情報手段（水道局の水質データ、あるいは、硬度計による硬度計測、慣例的な水質情報）より得た水の硬度を基に、硬度成分が析出しない上限の温度を推算し、給湯水を加熱する温度をこの温度以下となるようにすれば良い。即ち、水質情報手段の水質データを基に推算した温度を、上限温度変更手段１４の上限温度Ｔ２として設定し、上限温度変更手段１４は上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１に対して、Ｔ１＞Ｔ２となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、硬度成分が析出しない温度Ｔ２以下となることから、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を抑制することができる。
【００２１】
図３は、加熱した水の温度と、給湯熱交換器５、および、水回路６の材料が水に溶解した量（腐食量）の関係を示す図である。加熱する温度と腐食量は比例しており、さらに同一温度でも酸性、およびアルカリ性の強い水の方が材料の腐食量が多くなる。ここで、給湯熱交換器５で加熱する給湯水の温度が、利用する水のｐＨで材料が多量に腐食される領域である場合は、給湯熱交換器５の水回路が酸性水、または、アルカリ性水によって腐食される可能性があり、さらに、腐食が拡大した場合は給湯熱交換器５、あるいは水回路６が破損する。従って、給湯水を加熱する温度を、材料が多量に腐食されない温度まで下げる必要がある。水が材料を多量に腐食する温度は、水のｐＨを知ることによって求めることができるから、水質情報手段（水道局の水質データ、あるいは、ｐＨ計によるｐＨ計測、慣例的なｐＨ情報）より得た水のｐＨを基に、材料が多量に腐食されない上限の温度を推算し、給湯水を加熱する温度をこの温度以下となるようにすれば良い。即ち、水質情報手段の水質データを基に推算した温度を、上限温度変更手段１４の上限温度Ｔ３として設定し、上限温度変更手段１４は上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１に対して、Ｔ１＞Ｔ３となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ３へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、材料が多量に腐食されない温度Ｔ３以下となるから、給湯熱交換器５、水回路６の破損を抑制することができる。ここで、材料が多量に腐食されるとは、孔食、あるいは界食により熱交換器、配管が破壊に至るときの溶出量のことである。
【００２２】
以上のように、本実施例においては、上限温度設定手段１３、上限温度変更手段１４等を設置し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１４で設定した硬度成分が析出しない上限の温度Ｔ２、あるいは、材料が多量に腐食されない上限の温度Ｔ３に対して、Ｔ１＞Ｔ２、あるいは、Ｔ１＞Ｔ３となるとき、上限温度変更手段は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ２、あるいは、Ｔ１からＴ３へ変更することとした。従って、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができるから、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００２３】
また、図４は、ヒートポンプ給湯システムに使用者がカラン、シャワー等から出湯するときの給湯温度を好みの温度に変更できるリモコン等の操作部３１を備えた場合の構成図であり、操作部３１は台所、あるいは浴室等に設置するものである。図５は操作部３１の構成図を示すものであり、３１ａは給湯温度を変更する上下スイッチ、３１ｂは出湯温度表示部、３１ｃは残湯量表示部、３１ｄは沸き上げ運転中であることを示す通電表示部、３１ｅは時刻表示部、３１ｆは時刻設定スイッチである。
【００２４】
図４の構成において、上限温度変更手段１４は操作部３１に組み込まれており、上限温度変更手段１４で定める上限温度Ｔ２、あるいはＴ３は、図５の操作部３１の例えば、上下スイッチ３１ａ、あるいは、時刻設定スイッチ３１ｆなどを操作することで設定、変更することができる。このとき、設定する上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３の温度は、出湯温度表示部３１ｂに表示することとした。従って、地域に応じて変わる水質によって、施工者、あるいは使用者が、簡単に上限温度Ｔ２、あるいはＴ３を設定、変更することができる。また、上限温度変更手段１４に設定される上限温度は、給湯温度の設定と同じく１℃刻みで設定することもできるが、例えば、５℃刻みで設定する上限温度を変更することができる構成としても良い。尚、操作部３１が複数個（例えば、台所と風呂など）接続されている場合は、どちらか一方で上限温度変更手段１４に定められる上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３を変更することとしても良い。
【００２５】
また、上限温度変更手段１４で定める上限温度の変更は、リモコンなどの操作部の他に、電装基盤上にディップスイッチ等を設ける手段や、電装基盤の回路操作等によっても行うことができる。
【００２６】
更にまた、操作部３１に記憶される上限温度Ｔ２、あるいはＴ３を固定値とし、異なる温度の上限温度Ｔ２、あるいは、Ｔ３を記憶させた操作部３１を複数個、例えばスケールが付着しやすい地区Ａ用、更に付着しやすい地区Ｂ用…と複数個用意し、そのいずれか一つ、すなわち利用する水の水質に応じて最適な上限温度を記憶させた操作部３１を用いて上限温度を設定することとしても、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができる。この場合、同図の一点鎖線で示すように上記操作部３１が上限温度設定手段となって運転制御手段１２にその上限温度信号を送るようになり、上限温度変更手段が不要となるものである。
【００２７】
ここで、上限温度変更手段１４に設定する上限温度Ｔ２、あるいはＴ３は、図２、図３に示すように水質情報が判れば、おおよそ一元的に硬度成分が析出する温度、材料が多量に腐食される温度を求めることができる。従って、この温度と水質の関係式を上限温度変更手段１４に備えると、上限温度変更手段１４に利用する水の硬度、ｐＨを入力すれば、上限となる温度Ｔ２、Ｔ３を決定することができる。また、水の硬度成分が析出する温度は、水の溶存酸素量、シリカ成分量によって若干下がるため、これらが含まれる水を給湯水として利用する場合は、図２で決定される上限値に対して安全率を考慮し、１℃〜１０℃を差し引く値を上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ２とした。また、材料が腐食される温度は、水に溶解する陰イオン量によって若干下がるため、これらが含まれる水を給湯水として利用する場合は、図３で決定される上限温度に対して安全率を考慮し、１℃〜１０℃を差し引く値を上限温度変更手段１４で設定する上限温度Ｔ３とした。
【００２８】
尚、上限温度変更手段に設定される上限温度は、硬度より設定する上限温度Ｔ２とｐＨより設定される上限温度Ｔ３を比較して、低い温度を上限温度として設定するが、特に利用する水が腐食に影響ない場合であれば、上限温度Ｔ３を設定する必要はない。また、本実施例において、スケール付着と腐食の双方を考慮した上限温度を設定しているが、どちらか一方とすることも可能であり、信頼性の高いヒートポンプ給湯機とすることができる。
【００２９】
尚、水の硬度は水の電導率に比例するため、水の電導率を測定し、この値を基に上限温度変更手段１４に設定する上限値Ｔ２を決定することもできる。
【００３０】
また、装置を他の地域へ移設する場合であっても、上限温度変更手段１４に設定する上限温度Ｔ２を、移設先の水質情報手段より得た水質より求めた上限温度に変更することによって、水質が変わっても信頼性の高いヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００３１】
尚、本実施例において、上限温度変更手段１４に設定される上限温度の初期値は、上限温度設定手段１３に設定されている上限温度Ｔ１と同じ値とした。
【００３２】
（実施例２）
図６は、本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１と異なる部分のみ説明すると、１５は給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度変更手段、１６は給湯水の水質を検知する水質検知手段である。本実施例の上限温度変更手段１５は、水質検知手段１６を備えて、水質検知手段１６が検知した給湯水の水質を基に給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ４を設定し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、上限温度変更手段１５で設定する上限温度Ｔ４に対して、Ｔ１＞Ｔ４となるとき、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４に変更する。本実施例において、給湯水の水質を基に設定される給湯水の上限温度Ｔ４は、実施例１と同様に、水の硬度、および、ｐＨで、硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない温度とした。
【００３３】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
図６の構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯水槽４の給湯水を冷媒で加熱する運転は、従来と同様の方式で行うことができる。給湯水の水質は、地域、季節等によって日々変動するため、硬度成分が析出する温度、ならびに材料が多量に腐食される温度も変化する。ここで、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、利用する水の硬度で硬度成分が析出する領域、あるいは、材料が多量に腐食される温度である場合は、給湯熱交換器５の水回路が硬度成分の固着により閉塞される可能性があり、さらには、給湯熱交換器５などが腐食により破壊されるおそれがある。従って、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を、利用する水の硬度で硬度成分が析出しない温度まで下げる必要がある。そこで、水質検知手段１６で給湯水の水質を検知し、この水質より硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない温度を求め、この温度を上限温度変更手段１６に上限値Ｔ４として設定し、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１が、Ｔ１＞Ｔ４である場合は、上限温度変更手段１６は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４へ変更する。従って、給湯熱交換器５で加熱される給湯水の温度は、材料が多量に腐食されない温度Ｔ４以下となるから、給湯熱交換器５、水回路６の破損を抑制することができる。
【００３５】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段１５、水質検知手段１６等を設置し、上限温度設定手段１３で設定した加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１が、水質検知手段１６の検知した水質を基に硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは、材料が多量に腐食されない上限の温度を求め、この温度Ｔ４に対して、Ｔ１＞Ｔ４となるとき、上限温度変更手段は加熱できる給湯水の上限温度をＴ１からＴ４へ変更することとした。従って、水に溶解している硬度成分の析出と、材料の腐食を抑制することができるから、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００３６】
また、水質検知手段１６を上限温度変更手段１５に具備したので、水質情報を得る作業が不要となるばかりでなく、また水質が変化した場合でも、加熱できる給湯水の上限温度の設定を精度良く追従させることが可能となる。
【００３７】
（実施例３）
図７は、本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１，２と異なる部分のみ説明すると、１７は上限温度変更手段、１８は水ポンプ７の出力を検知する出力検知手段、１９は出力検知手段１８の出力値を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段１７は出力検知手段１８と記憶手段１９を具備し、出力検知手段１８が検知した水ポンプ７の出力値と、記憶手段１９が記憶している出力値を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する。本実施例において、記憶手段１９に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での出力検知手段１８の検知出力を水ポンプ７の出力値とする。
【００３８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加するため、水ポンプ７に必要な出力が増加する。従って、出力検知手段１８で水ポンプの出力を検知し、検知した出力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した出力値が増加したかどうかは、記憶手段１９に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの水ポンプ７の出力値と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段１７はこの出力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、水ポンプ７の出力値がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段１７で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００３９】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段１７、出力検知手段１８、記憶手段１９などを設置し、出力検知手段１８で水ポンプ７の出力を検知し、この検知した出力値が記憶手段１９に記憶した出力値と比較して増加している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段１７で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４０】
本実施例で上限温度変更手段１７が変更する上限温度は、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、水ポンプ７の出力値がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度にすることもできる。
【００４１】
尚、本実施例の水ポンプ７は、印可電圧（ＡＣまたはＤＣ）を変化させて流量制御を行うため、出力検知手段１８は印可電圧を検知して水ポンプ７の出力値とすることができる。また、インバーター回路を利用して水ポンプ７を駆動する場合も同様に、インバーター回路の出力電流値、電圧値などを基に水ポンプ７の出力値を検知することができる。
【００４２】
また、水回路６の給湯水の流量を制御する手段は水ポンプ７の出力を可変する他に、水回路に流量制御弁を設けて行うこともできる。この場合は、流量制御弁の開度を基に上限温度変更手段１７で設定した上限温度を変更する。給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加し、流量制御弁の開度を大きくする必要があるため、この開度が大きくなった場合は給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。上限温度変更手段１７はこの流量制御弁の開度に基づいて給湯熱交換器５で加熱される給湯水の上限値を、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１より低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を抑制することができる。また、上限温度を変更しても、流量制御弁の開度がさらに大きくなる場合は、上限温度として設定した温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段１６で変更した上限温度をさらに低い温度に変更する。
【００４３】
また、実施例１で示した上限値の設定を行い、水の硬度の測定誤差、あるいは硬度の変動によって給湯熱交換器５に硬度成分が固着するような状態となっても、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を判定できることから、上限温度変更手段１７で変更した上限温度をさらに低い温度に設定することができるので、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４４】
また、本実施例において、出力検知手段１８で検知した出力値の記憶手段１９への記憶は、以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、各センサーが検知する値など）における水ポンプ７の出力を記憶手段１９に基準値として記憶させる。装置運転中に出力検知手段１８で検知した出力と、予め記憶した基準値とを比較し、水ポンプ７の出力増加の判定を行う。尚、水ポンプ７の出力は、装置の運転状態や加熱熱力によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに出力増加の判定を行うのが好ましいが、水ポンプ７の出力を、装置の運転状態や加熱熱力を考慮して出力の増加判定を行うこととしても良い。
【００４５】
（実施例４）
図８は、本発明の第４の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、実施例１，２，３と異なる部分のみ説明すると、２０は上限温度変更手段、２１は給湯熱交換器５の水回路の水圧を検知する圧力検知手段、２２は圧力検知手段２１の圧力値を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段２０は圧力検知手段２１と記憶手段２２を具備し、圧力検知手段２１が検知した水回路６の圧力値と、記憶手段２２が記憶した圧力値を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する。本実施例において、記憶手段２２に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での圧力検知手段２１が検知した圧力とする。
【００４６】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の給湯水が流れる水回路の圧力損失が増加し、水ポンプ７の供給水圧が上昇するため、給湯熱交換器５の水回路入口圧力が増加する。従って、圧力検知手段２１で水回路の圧力を検知し、検知した圧力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した圧力値が増加したかどうかは、記憶手段に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの水回路の圧力値と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段２０はこの圧力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、水ポンプ７の供給水圧がさらに上昇して、給湯熱交換器５の入口側の水回路の圧力値がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２０で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００４７】
また、図９は、圧力検知手段２４を給湯熱交換器５の前後の冷媒の圧力を検知できるように設置したときの模式図である。給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下するため、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力が上昇する。従って、冷媒の吐出圧力を検知し、検知した圧力値が増加すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。上限温度変更手段２３はこの圧力上昇値に基づいて、給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度を変更する。このとき、記憶手段２５には、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での圧力検知手段２５が検知した冷媒圧力が記憶されており、上限温度変更手段２３は検知した圧力値と記憶した圧力値を比較して、硬度成分が付着したか否かの判断を行う。上限温度制限手段２３は冷媒の圧力値の増加に基づいて、上限温度設定手段１３で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、冷媒の圧力がさらに上昇する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２３で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００４８】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段２０、２３、圧力検知手段２１、２４、記憶手段２２、２５などを設置し、圧力検知手段２１、２４で給湯熱交換器５の入口側の水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力を検知し、この検知した圧力値が記憶手段２２、２５に記憶した圧力値と比較して増加している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２０、あるいは、２３で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００４９】
本実施例で上限温度変更手段２０、２３が変更する上限温度は、先の実施例と同様上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度とすることもできる。
【００５０】
尚、本実施例においては、水ポンプ７の供給水圧の上昇を検知して硬度成分の付着を検知したが、硬度成分が給湯熱交換器５に付着した場合、給湯熱交換器５の差圧が大きくなるため、圧力検知手段２１は給湯熱交換器５の水回路の差圧を検知する手段としても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下とともに、給湯水の加熱能力が低下する。加熱能力が低下する場合は、室外ユニット９より吸熱する熱量が減るため、圧縮機１の吸入圧力が下がる。従って、圧力検知手段２４を冷媒の低圧側に備えて、この検知した圧力が低下した場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２３で加熱する給湯水の上限温度を低い温度へ変更することもできる。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５２】
また、給湯熱交換器５に硬度成分が固着した場合は、冷媒の吐出圧力の上昇とともに、冷媒の吐出温度も上昇する。また、冷媒の吐出圧力、吐出温度が上昇すると、給湯熱交換器５を流出する冷媒の温度も上昇する。従って、圧力検知手段２４の代わりに冷媒の温度を検知する温度センサーを備えて、この検知した温度が上昇した場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２３で加熱する給湯水の上限温度を変更することもできる。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５３】
なお、本実施例において、圧力検知手段２１、２４で検知した圧力値の記憶手段２２、２５への記憶は、以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（外気温度、各センサーが検知する値など）における水回路の圧力、あるいは冷媒の圧力を記憶手段２２、２５に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に圧力検知手段２１、２４で検知した圧力と、予め記憶した基準値とを比較し、圧力増加の判定を行う。尚、水ポンプ７の給水圧力、あるいは冷媒の圧力は、装置の運転状態や加熱熱力によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに出力増加の判定を行うのが好ましいが、水ポンプ７の給水圧力、あるいは冷媒の圧力を、装置の運転状態や加熱熱力を考慮して出力の増加判定を行うこととしても良い。
【００５４】
（実施例５）
図１０は、本発明の第５の実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図を示すもので、先の各実施例と異なる部分のみ説明すると、２６は上限温度変更手段、２７は水回路の流量を検知する流量検知手段、２８は給湯熱交換器５の水回路上流側の給湯水の温度を検知する温度センサー、２９は加熱能力検知手段で、温度センサー１０、２８、流量検知手段２７を具備しており、これらの検知した温度、流量情報より加熱能力を算出する。３０は加熱能力検知手段２９の加熱能力を記憶する記憶手段である。上限温度変更手段２６は加熱能力検知手段２９と記憶手段３０を具備し、加熱能力検知手段２９が検知した加熱能力と、記憶手段２９が記憶した加熱能力を比較して、上限温度設定手段１３で設定した給湯熱交換器５で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を変更する手段である。本実施例において、記憶手段３０に記憶する値は、装置を設置して累積運転時間が間もない時、即ち、給湯熱交換器５に水の硬度成分が固着していない状態での加熱能力検知手段２９が検知した加熱能力とする。
【００５５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯システムについて、以下その動作、作用を説明すると、給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着した場合は、給湯熱交換器５の伝熱性能が低下するため、給湯水の加熱能力が低下する。従って、加熱能力検知手段２９で給湯水の加熱能力を検知し、検知した加熱能力が減少すれば給湯熱交換器５の伝熱面に硬度成分が固着したと判断することができる。検知した加熱能力が現象したかどうかは、記憶手段に記憶した給湯熱交換器５に硬度成分が固着していないときの加熱能力と比較することによって判定することができる。上限温度制限手段２６はこの加熱能力の減少に基づいて、上限温度設定手段で設定した給湯水の上限温度Ｔ１を低い値に変更する。従って、給湯熱交換器５への硬度成分が固着する量を低減させることができる。また、上限温度を低い値に変更しても、給湯熱交換器５における加熱能力がさらに減少する場合は、変更した上限温度が硬度成分が析出する温度以上となっているので、上限温度変更手段２６で変更した上限温度を、再度さらに低い温度に変更する。
【００５６】
以上のように、本実施例においては、上限温度変更手段２６、加熱能力検知手段２９、記憶手段３０などを設置し、加熱能力検知手段２９で給湯水の加熱能力を検知し、この検知した加熱能力が記憶手段３０に記憶した加熱能力と比較して減少している場合は、給湯熱交換器５へ硬度成分が固着していると判断し、上限温度変更手段２６で加熱する給湯水の上限温度を変更することとした。従って、給湯熱交換器に硬度成分の固着を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５７】
なお本実施例においても上限温度変更手段２６が変更する上限温度は、上限温度設定手段１３で設定した上限温度Ｔ１から１〜１０℃を差し引く値とし、この値を上限温度に変更しても、加熱能力がさらに上昇する場合は、さらに１〜１０℃を差し引く値を上限値として設定する。また、利用する水の硬度が判っているとき、実施例１で示したように利用する水の硬度で硬度成分が析出しない上限となる温度することもできる。
【００５８】
また、実施例１で示した上限値の設定を行い、水の硬度の測定誤差、あるいは硬度の変動によって給湯熱交換器５に硬度成分が固着するような状態となっても、給湯熱交換器５への硬度成分の固着を判定できることから、上限温度変更手段２６で変更した上限温度をさらに低い温度に設定することができるので、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００５９】
また、加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力の記憶手段３０への記憶も先の実施例と同様以下のように行う。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、加熱能力検知手段２９の各センサーが検知する値など）における加熱能力を記憶手段３０に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力と、予め記憶した基準値とを比較し、加熱能力の減少の判定を行う。尚、加熱能力は、装置の運転状態や外気温度によって異なるので、運転条件が予め記憶した運転条件に近いときに加熱能力の減少の判定を行うのが好ましいが、加熱能力を、装置の運転状態や外気温度を考慮して能力の減少判定を行うこととしても良い。
【００６０】
尚、本実施例の加熱能力検知手段２９の温度センサー２８は、水回路６に設置したが、給水配管４ａに貯水槽４に給水される水の温度を検知する温度センサーが備えられている場合は、この温度センサーを加熱能力を推算するために利用することもできる。この場合、温度センサー１９を廃することができる。
【００６１】
さらに、本実施例において、圧縮機１、あるいは装置が消費する電力を検知する消費電力検知手段を備えて、加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力を消費電力で除した値、即ち、成績係数（ＣＯＰ）を算出し、同一の消費電力で加熱能力が、低下したか否かの判断を、行うことができる。予め事前に、あるいは装置設置後まもなく、給湯熱交換器５に硬度成分が付着しない状態で、一つ、あるいはそれ以上の運転条件（消費電力、外気温度、加熱能力検知手段２９の各センサーが検知する値など）における成績係数を記憶手段３０に基準値として記憶させる。装置の設置後、運転条件が予め記憶した運転条件に近いとき、装置運転中に加熱能力検知手段２９で検知した加熱能力から求まる成績係数と、予め記憶した基準値とを比較すると、加熱能力の低下判定を行うことができる。
【００６２】
尚、本実施例においては、圧縮機１が加熱能力制御ができるインバーター回路を備えていて、給湯熱交換器５に硬度成分が付着して加熱能力が低下するとき、インバーター制御によって圧縮機１の出力を増加させて、加熱能力の低下を補う。従って、圧縮機１を制御するインバーター回路の情報を基に、給湯熱交換器５に硬度成分が付着したかどうかの判定もできるので、インバーター回路の情報を基に、上限温度変更手段で給湯水を加熱できる上限温度を変更することができる。従って、耐久性に優れるヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【００６３】
尚、本各実施例においては上限温度設定手段で上限温度を設定するもので説明したが、上限温度が予め固定値として設定されているような場合は必要でなく、この予め設定されている上限温度を上限温度変更手段が変更するものであっても良い。また、使用する冷媒としては、自然冷媒、ＨＦＣ冷媒等種々の物が利用できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度Ｔ１を、Ｔ２、あるいはＴ３に変更或いは設定可能としたので、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合でも、給湯熱交換器に硬度成分の固着と腐食を抑制することが出来るので、耐久性に優れたヒートポンプ給湯システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図２】 同実施例における給湯水温度と硬度成分の析出量の関係を示す図
【図３】 同実施例における給湯水温度と材料の腐食量の関係を示す図
【図４】 同実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図５】 同実施例における操作部の構成図
【図６】 本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図７】 本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図８】 本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図９】 同実施例におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図１０】 本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯システムの構成図
【図１１】 従来のヒートポンプ給湯システムの構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ ヒートポンプ回路
４ 貯水槽
５ 給湯熱交換器
６ 水回路
７ 水ポンプ
１３ 上限温度設定手段
１４、１５、１７、２０、２３、２６ 上限温度変更手段
１８ 出力検知手段
１６ 水質検知手段
１９、２２、２５、３０ 記憶手段
２１、２４ 圧力検知手段
２９ 加熱能力検知手段
３１ 操作部
Claims (7)
- 貯水槽を有する水回路と、前記貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路を循環する冷媒と前記水回路を流れる給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段とを備え、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度変更手段により変更された上限温度以下となるように制御されるとともに前記出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
- 上限温度変更手段は、水質情報手段より得られる給湯水の水質を基に上限温度を変更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システム。
- 上限温度変更手段は、給湯水の水質を検知する水質検知手段を備え、前記水質検知手段が検知した水質を基に上限温度を変更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システム。
- 水回路に水ポンプを備え、上限温度変更手段は、前記水ポンプの出力値を検知する出力検知手段と、前記出力検知手段の検知した出力値を記憶させる記憶手段を備えて、前記出力検知手段が検知した水ポンプの出力値と記憶手段に記憶された出力値を基に上限温度を変更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システム。
- 上限温度変更手段は、水回路、あるいは、冷媒の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の検知した圧力値を記憶させる記憶手段を備えて、圧力検知手段が検知した圧力値と記憶手段に記憶された圧力値を基に上限温度を変更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システム。
- 上限温度変更手段は、給湯水の加熱能力を検知する加熱能力検知手段と、前記加熱能力検知手段が検知した加熱能力を記憶させる記憶手段を備えて、前記加熱能力検知手段が検知した加熱能力と前記記憶手段に記憶させた加熱能力の差を基に上限温度を変更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システム。
- 貯水槽を有する水回路と、前記貯湯槽に蓄えられた湯水を出水する出水配管と、圧縮機を有するヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路を循環する冷媒と前記水回路を流れる給湯水が熱交換する給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定する上限温度設定手段とを備え、前記上限温度設定手段は異なる上限温度が設定された複数の上限温度の内の一つを用いて前記給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を設定し、前記給湯熱交換器で加熱された湯水温度は、前記上限温度以下となるように制御されるとともに前記出水配管から出水される湯水温度とは独立して設定されるヒートポンプ給湯システム。
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