JP4720398B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、暖房機能が付加された多機能タイプのヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、この種の温水を用いた暖房装置は、一般地ではガス給湯暖房器が、また寒冷地では石油を用いた温水ボイラが熱源機として多く使用されている。しかし、近年、給湯器の分野ではＣＯ２冷媒を用いた、ヒートポンプ給湯器が発売され、ランニングコストの安さと、環境にやさしい製品であることから急速に普及しており、また、この技術を用いて暖房機能が付加された多機能タイプが登場している。

この種の温水を用いた暖房装置では、床暖房等の放熱手段を設置した後にその放熱手段内の配管や、暖房装置と放熱手段を接続する配管内のエア抜きを行い、水や不凍液などの循環液で満たす必要がある。従来の暖房装置では熱動弁等の弁を開制御し、循環ポンプと熱源を作動させ、温水を循環させながら注水エア抜き運転を行っていた（たとえば、特許文献１参照）。

図６は従来の温水を用いた暖房装置において、試運転時の水エア抜き運転における補水タンクへの注水処理手順を示すものである。図６によれば、まず低水位電極からの出力信号に基づいて補水タンク内の循環水の水位が所定の低水位より低下したことを検知した場合には（ステップＳＢ１でＹＥＳ）、補水電磁弁を開作動して補水タンク内に補水を開始する（ステップＳＢ２）。次に高水位電極からの出力信号に基づいて補水タンク内の水位が所定の高水位に到達したことを検知した場合には（ステップＳＢ３でＹＥＳ）、補水電磁弁を閉作動して補水を停止する（ステップＳＢ４）。そして、補水量検出部での補水回数Ｎ（初期設定値＝０）に「１」を加える（ステップＳＢ６）。以上ステップＳＢ１〜ＳＢ５を水張りチェックが終了するまで繰り返し（ステップＳＢ６でＮＯ）、水張りチェックの終了と共に補水制御サブルーチンも終了させていた（ステップＳＢ６でＹＥＳ）。
特開２００２−１４７７７５号公報

しかし、同様に暖房機能が負荷されたヒートポンプ給湯機では、施工時には熱源である湯が貯湯タンクに充分に蓄えられていない場合もあるため、試運転は常温の水（または不凍液）で行われなければならない。その結果、床温による判断ができず、施工・設置する作業者が補助タンクの水量を目視するか、または同じく作業者がエアの抜ける音で判断するか、または予め充分に設定されたある一定の時間必ず注水することにより、注水エア抜き運転が終了したと判断せざるを得なかった。

また、図６に示された制御手順では確かに作業者の勘や経験には頼らないが、管内にある空気層や泡はなかなか消滅せず、回数だけで以って補水タンク内の適切な水量を判断することは困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、設置後のエア抜き注水運転を常温の水や不凍液を使用した場合でも効率よく、かつ確実に実施することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機と水冷媒熱交換器とを備える冷媒回路と、貯湯タンクと、貯湯タンク下部からの水を水冷媒熱交換器によって加熱して貯湯タンクの上部へ戻す加熱回路と、貯湯タンクの上部から暖房用熱交換器を介して貯湯タンクへ戻る暖房１次回路と、放熱手段と暖房用熱交換器を備える暖房２次回路とを有し、さらに暖房２次回路中には、放熱手段に対応して接続されている熱動弁と、暖房２次回路中の液体循環量を調整する暖房補助タンクと、補助タンクに液体を自動的に補給するための補給水電磁弁と、暖房補助タンク内の液体量が満水であることを検知する満水電極とを備え、試運転中において、満水電極が満水であることを所定時間Ｔ１検知した後、前記補給水電磁弁を閉じ、さらにその後、前記満水電極は所定時間Ｔ３満水状態であるかを検知する動作を行うとともに、前記所定時間Ｔ３は前記所定時間Ｔ１よりも長い時間であることを特徴とするものである。

本発明のヒートポンプ給湯機は、機器設置後のエア抜き注水運転を効率よく、かつ確実に完了することができる。

第１の発明は、圧縮機と水冷媒熱交換器とを備える冷媒回路と、貯湯タンクと、貯湯タンク下部からの水を水冷媒熱交換器によって加熱して貯湯タンクの上部へ戻す加熱回路と、貯湯タンクの上部から暖房用熱交換器を介して貯湯タンクへ戻る暖房１次回路と、放熱手段と暖房用熱交換器を備える暖房２次回路とを有し、さらに暖房２次回路中には、放熱手段に対応して接続されている熱動弁と、暖房２次回路中の液体循環量を調整する暖房補助タンクと、補助タンクに液体を自動的に補給するための補給水電磁弁と、暖房補助タンク内の液体量が満水であることを検知する満水電極とを備え、試運転中において、満水電極が満水であることを所定時間Ｔ１検知した後、前記補給水電磁弁を閉じ、さらにその後、前記満水電極は所定時間Ｔ３満水状態であるかを検知する動作を行うとともに、前記所定時間Ｔ３は前記所定時間Ｔ１よりも長い時間であることを特徴とするヒートポンプ給湯機である。

これにより、作業者は熱動弁の割り付けをリモコンにて行った後は、切替え作業等をする必要もなく、効率よくかつ確実に注水エア抜き運転を行うことができる。

第２の発明は、接続されている熱動弁に対応する放熱手段に対する割り付けを設定するリモコンと、リモコンにより設定された割り付けを記憶する熱動弁割り付け記憶手段を備えたものである。

これにより、設置後にリモコンを付け替えた場合や、修理によりヒートポンプ給湯機本体や、熱動弁割り付け記憶手段を含む箇所を交換した場合においても、そのいずれかが熱動弁の割り付けを記憶しているため、再度設定を行う必要がなくなり、また確実に正しい割り付けを再現することができる。

第３の発明は、リモコンにより選択された放熱手段に割り付けられた熱動弁が複数あるとき、その複数の熱動弁を同時に動作させて注水エア抜き運転を行うものである。

これにより、各熱動弁を個々に順次注水エア抜き運転をする必要がなくなり、短時間にて作業を終了することができる。

第４の発明は、試運転中は通常の暖房動作に関する設定要求を受け付けないようにするものであり、作業者が熱動弁の割り付けや注水エア抜き運転を行う前に暖房運転をすることがなくなるため、ヒートポンプ給湯機の故障や誤作動を抑制できる。

第５の発明は、注水エア抜き運転を行う際、自動注水と手動注水のいずれかを選択することができるものであり、手動で注水しなければならない場合においても作業者の手間を軽減することができ、また効率よく注水エア抜き運転を行うことができる。

第６の発明は、注水エア抜き運転を行う際、現在運転をしている系統と所要目安時間をリモコンに表示するものであり、作業者は注水エア抜き運転の進行状況とおおよその所要時間をリモコン２１により確認することができ、特に自動注水運転の場合は並行して別の作業を効率よく行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。

図１において、ヒートポンプ給湯機は湯を加熱するヒートポンプユニット１とその湯を貯蔵するタンクユニット２から構成されている。ヒートポンプユニット１は、圧縮機３や蒸発器４、熱交換器５から構成されており、その内部を循環する冷媒により熱交換器５で放熱を行うことによって湯を加熱する。

タンクユニット２は、ヒートポンプユニット１により加熱された湯を蓄える貯湯タンク６を備え、沸き上げポンプ７を介して貯湯タンク６の下部にある低温水がヒートポンプユニット１に供給され、熱交換器５を介して沸き上げを行う。そして、沸き上げられた湯は貯湯タンク６の上部に戻される。

沸き上げられた高温の湯は、貯湯タンク６の上部から取り出され、蛇口８から出湯される以外に、暖房用熱交換器９及び浴槽用熱交換器１０を介して放熱される。そして放熱された湯は、貯湯タンク６の下部へ戻される。図１では、貯湯タンク６の上部から暖房用熱交換器９または浴槽用熱交換器１０を介して貯湯タンク６の下部へ接続される暖房１次回路を形成している。また、暖房１次回路内では暖房用熱交換器９、浴槽用熱交換器１０はそれぞれが並列となるように接続されており、片方の熱交換器から放熱することもできれば、両方の熱交換器から同時に放熱することもできる。

浴槽用熱交換器１０を介して放熱された熱は、浴槽１１を沸き上げる以外にも沸き増しを行うために利用される。また、暖房用熱交換器９を介して放熱された熱は、放熱手段１２（１２ａ及び１２ｂ）を介して床暖房として機能する。

床暖房は、暖房用熱交換器９、暖房循環ポンプ１３、暖房戻りサーミスタ１４、暖房往きサーミスタ１５、補助タンク１６、熱動弁１７、放熱手段１２により形成される暖房２次回路により行われる。床暖房の温度制御は、暖房循環ポンプ１３をオンして、湯を循環させながら、暖房往きサーミスタ１５の温度に応じて暖房熱交ポンプ１８の流量を制御して、目標の湯温になるように動作している。

床放熱手段１２は、１２ａ、１２ｂの２系統が接続されており、暖房２次回路上を並列に分岐させて、床放熱手段１２ａ及び１２ｂが並列となるように設置される。また、各床放熱手段１２ａと１２ｂにそれぞれ対応して熱動弁１７（１７ａ、１７ｂ）が接続されている。

なお、床暖房の温度制御は、上記以外に暖房２次回路を流れる湯水の循環量を制御することにより行われてもよい。すなわち、暖房２次回路上に暖房熱交ポンプ１８と暖房熱交出口サーミスタ１９を設け、循環する湯水の温度を暖房熱交出口サーミスタ１９で検出し、その検出温度に応じて暖房熱交ポンプ１８の回転数を制御する。

また、補助タンク１６は暖房２次回路中の暖房循環液の膨張・収縮を吸収するものであり、満水を検知する満水電極２０と、減水を検知する減水電極２１を備えており、通常の暖房運転時は補助タンク内の水位が減水電極２１を切ると、補給水電磁弁２２を開けることにより適時補助タンク１６に補水することができる。

また、使用者が行う床暖房の温度設定や、施工・設置を行う作業者が試運転時に行う熱動弁１７の放熱手段１２に対する割り付け等は、床暖房リモコン２３により設定することできる。

図２は、本発明の第１の実施の形態における床暖房リモコン２３の外観図を示すもので、床暖房リモコン２３は、各種設定を行う操作部２４と、各種表示をする表示部２５を備えている。また、床暖房リモコン２３内には、熱動弁割り付け記憶手段（図示せず）を備えており、後述する熱動弁１７と放熱手段１２との対応関係を記憶する。この対応関係を示すデータは、熱動弁割り付け記憶手段（図示せず）とともにタンクユニット２内の記憶手段に記憶されている。そのため、設置後に床暖房リモコン２３を付け替えた場合や、修理によりヒートポンプ給湯機本体や、熱動弁割り付け記憶手段を含む箇所を交換した場合においても、どちらか一方の記憶手段に対応関係を示すデータが記憶格納されているので、再度設定を行う必要がなく、また確実に正しい割り付けを再現することができる。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下そのヒートポンプ給湯機を設置する際に行われる試運転について、詳細を説明する。

まず施工・設置を行う作業者は、床暖房の設置を行った後、ヒートポンプ給湯機本体に床暖房リモコン２３を接続する。ヒートポンプ給湯機の電源を入れると、試運転を自動的に順次進めていくためのナビゲーション画面が床暖房リモコン２３の表示部２５に表示される。以降、施工・設置を行う作業者は、ナビゲーション画面に沿って床暖房リモコン２３に備えられた操作部２４により、試運転を行う。

ここで、作業者が行う試運転の流れについて、表示部２５に表示される画面の一例を図３に示し、その手順を説明する。

まず、各部屋に別々の床暖房リモコン２３を設置する場合には、それぞれの床暖房リモコン２３の識別番号を登録する（Ｓ３１）。ここで、床暖房リモコン２３を１機しか用いない場合は、「リモコン１」とだけ登録して確定スイッチを押す。

次に、Ｓ３１において複数のリモコンを登録した場合は、ひとつの床暖房リモコン２３で２つのエリアを区別して暖房できるように、面の切り替えの有無を決定する（Ｓ３２）。そして、複数の熱動弁１７を各放熱手段１２に対応付ける（Ｓ３３）。例えば、熱動弁１７ａと放熱手段１２ａとが対応しており、また熱動弁１７ｂ放熱手段１２ｂとが対応しており、Ｓ３３ではそれらの対応関係を設定するものである。なお、Ｓ３３で設定された対応関係は、熱動弁割り付け記憶手段に記憶させておく。

次に、使用する床暖房のパネルの特性に合わせて基本となる暖房往き温度を設定する（Ｓ３４）。例えば、パネルの厚みが多い場合は熱がパネル表面に伝わりにくいことが想定されるので、暖房往きサーミスタ１５が６０℃で一定となるように暖房循環ポンプ１３や暖房熱交ポンプ１８を制御する。逆に、パネルの厚みが薄い場合は熱がパネル表面に伝わりやすいことが想定されるので、暖房往きサーミスタ１５が５５℃で一定となるように暖房循環ポンプ１３や暖房熱交ポンプ１８を制御する。

なお、Ｓ３３では、例えばひとつの放熱手段１２ａに対して複数の熱動弁１７ａ、１７ｂを割り付けることも可能である。これは、放熱手段１２ａとして比較的面積の広い床暖房パネルを用いるときに有効な手段である。

次に、暖房２次回路の注水エア抜き運転を行うステップに移行する（Ｓ３５）。そして、注水エア抜き運転が設定したすべての熱動弁１７（１７ａ、１７ｂ）について完了することにより、試運転のすべての工程が完了する（Ｓ３６）。

各熱動弁１７について上記Ｓ３１〜Ｓ３６の工程が行われている間、表示部２０２には図４に示すような表示がされており、作業者は注水エア抜き運転の進行状況とおおよその所要時間を床暖房リモコン２３により確認することができ、特に自動注水運転の場合は並行して別の作業を効率よく行うことができる。なお、図中の「１／３系統終了」は１つめの熱動弁に対する注水エア抜き運転が完了したことを示している。

上記Ｓ３１〜Ｓ３６の工程が完了すれば、通常の暖房運転が使用可能となる。ここで、試運転中は通常の暖房運転の要求を受け付けつけないようにしている。これによれば、作業者が熱動弁の割り付けや注水エア抜き運転を行う前に暖房運転をすることがなくなるため、ヒートポンプ給湯機の故障や誤作動を抑制できる。また、設置時に作業者に対して設定確認項目の設定内容を表示部２０２に表示することにより、注意喚起を促すこととなり、忘れることなく必要設定作業を行うことができ、ヒートポンプ給湯機の故障を事前に抑制できる。

次に、上記Ｓ３５の注水エア抜き運転の動作についてフローチャートを図５とともに説明する。

まず、Ｓ３５により自動注水の確定が行われる（Ｓ５１）と、補給水電磁弁２２が開かれ、補助タンク１６に自動的に水が補給されると同時に、まず熱動弁１７ａに通電され、熱動弁１７ａの開弁を見計らって暖房循環ポンプ１３を運転する（Ｓ５２）。

そして、減水電極２１により電流が検出できない時間を計測して、その時間が一定時間Ｔ２（例えば、Ｔ２は１〜２秒）に達していなければ、満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ１（例えば、Ｔ１は１〜２秒）であるかを判断する（Ｓ５３）。

また、減水電極２１により電流が検出できない時間を計測して、その時間が一定時間Ｔ２に達すると、房循環ポンプ１３の運転を停止（Ｓ５４）してから、上記Ｓ５３の動作を行う。この動作は、補助タンク１６への水の補給が追いつかず補助タンク１６内の水が少なくなることに対して行われる動作であって、補助タンク１６内の水が少ないときに暖房用ポンプ８を運転していれば暖房用ポンプ８が空運転を行うことになる。

次に、上記Ｓ５３により満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ１に達しなければ、再びＳ５２に戻り動作を継続する。逆に、上記Ｓ５３により満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ１に達すれば、補給水電磁弁２２を閉じる（Ｓ５５）。

その後、満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ３（例えば、Ｔ３は２〜３分）であるかを判断する（Ｓ５６）。もし、満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ３に達しなければ、再びＳ５２に戻り動作を継続する。もし、満水電極２０により電流を検出している時間が一定時間Ｔ３に達すれば、注水エア抜き運転を完了する（Ｓ５７）。

なお、上記Ｓ５１〜Ｓ５７の注水エア抜き運転は熱動弁１７ａに割り付けられた床放熱手段１２ａに対して行われたが、それが完了すれば、次に熱動弁１７ｂに割り付けられた床放熱手段１２ｂに対して注水エア抜き運転が行われ、それぞれの熱動弁１７に割り付けられた床放熱手段１２に対して順次行われる。

ここで、一定時間Ｔ３は一定時間Ｔ１やＴ２と比較して十分長い時間として設定される。これは、一度満水電極２０により補助タンク１６内の水位が満水であると判断できる状態となっても、注水エア抜き中では補助タンク１６内の水位が変動することがあり、誤判断を行ってしまうことがある。しかし、補助タンク１６内の水位が満水である状態が一定時間Ｔ３続けば、その時は、補助タンク１６内の水位が満水であると判断しても誤判断を行うことがない。

試運転では、上記したようにすべての熱動弁１７（１７ａ、１７ｂ）に対して順次自動で注水エア抜き運転が行われていくため、注水エア抜き運転が完了したことを認識できる制御が要求されていた。従って、満水電極２０が電流を検知すれば、補助タンク１６内が満水になったと即断して、水の給水を停止することや、減水電極２１により電流が検知できなくなれば、すぐに補助タンク１６内に水を供給開始するような従来の方法では、注水エア抜き運転の完了タイミングを誤ってしまう。そこで、補助タンク１６内の水位が満水である状態が一定時間Ｔ３続き、水位の変動がなくなることを確認して、注水エア抜き運転の完了タイミングを判断するのである。

なお、熱動弁１７の割り付けにおいて、ひとつの放熱手段１２（例えば１２ａ）に対して複数の熱動弁１７（例えば１７ａ、１７ｂ）が割り付けられた場合には、注水エア抜き運転を行う際には、熱動弁１７ａと熱動弁１７ｂが同時に開かれる。これにより、各熱動弁１７に対して一つずつ順次注水エア抜き運転をする必要がなくなり、短時間にて作業を終了させることができる。

また、試運転の時以外であっても、寒冷地等において暖房循環液として不凍液を使用する場合であるが、このときは作業者自らが暖房循環液を注水して注水エア抜き運転を行うことがあり、この場合にも図５に示す処理を適用できる。

作業者が手動注水を行うために床暖房リモコン２３に備えられた操作部２４により手動注水モードが選択されると、まず、補給水電磁弁２２は動作しないモードに切り替わることで、水が給水されることを防ぐ。次に、作業者は暖房循環液を補助タンク１６に注水し、補給された暖房循環液が満水電極２０により一定時間Ｔ１だけ検知されると、満水を確定し同時にまずひとつめの熱動弁１７ａに通電され、熱動弁１７ａの開弁を見計らって暖房循環ポンプ１３が運転する。

ここで、暖房循環液の補給が追いつかず補助タンク１６内の水が少なくなり、減水電極２１まで水位が低下し、一定時間Ｔ２だけ検知されると減水を確定し満水電極２０により再度満水が確定するまで暖房用ポンプ８を停止し、暖房用ポンプ８の空運転を防止する。

また、作業者が減水電極２１まで水位が低下しないように暖房循環液を補給しつづけた場合も、実施の形態１同様に満水電極２０により一定時間Ｔ３だけ検知されると、該当する熱動弁１７ａに割り付けられた床放熱手段１２ａの注水エア抜き運転が終了したと判断する。

以上のように、作業者は熱動弁の割り付けを床暖房リモコンにて行った後は、手動による切替え作業等をする必要もなく、効率よく注水エア抜き運転を行うことができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ給湯機以外にも暖房機能付きの電気給湯機、ガス給湯機、石油給湯機等の暖房システムとして応用が可能である。

実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 実施の形態における床暖房リモコンの構成図 実施の形態における試運転の処理フロー図 実施の形態における床暖房リモコンの構成図 実施の形態における試運転（注水エア抜き運転）の処理フロー図 従来の給湯機の構成図

１ ヒートポンプユニット
２ タンクユニット
３ 圧縮機
４ 蒸発器
５ 熱交換器
６ 貯湯タンク
７ 沸き上げポンプ
８ 蛇口
９ 暖房用熱交換器
１０ 浴槽用熱交換器
１１ 浴槽
１２ 放熱手段
１３ 暖房循環ポンプ
１４ 暖房戻りサーミスタ
１５ 暖房往きサーミスタ
１６ 補助タンク
１７ 熱動弁
１８ 暖房熱交ポンプ
１９ 暖房熱交出口サーミスタ
２０ 満水電極
２１ 減水電極
２２ 補給水電磁弁
２３ 床暖房リモコン
２４ 操作部
２５ 表示部

Claims (6)

1. 圧縮機と水冷媒熱交換器を備える冷媒回路と、貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部からの水を前記水冷媒熱交換器によって加熱して前記貯湯タンクの上部へ戻す加熱回路と、前記貯湯タンクの上部から暖房用熱交換器を介して前記貯湯タンクへ戻る暖房１次回路と、放熱手段と前記暖房用熱交換器を備える暖房２次回路とを有するヒートポンプ給湯機において、前記暖房２次回路中には、前記放熱手段に対応して接続されている熱動弁と、前記暖房２次回路を循環する液体量を調整する暖房補助タンクと、前記補助タンクに液体を自動的に補給するための補給水電磁弁と、前記暖房補助タンク内の液体量が満水であることを検知する満水電極とを備え、試運転中の水エア抜き運転において、前記満水電極が満水であることを所定時間Ｔ１検知した後、前記補給水電磁弁を閉じ、さらにその後、前記満水電極は所定時間Ｔ３満水状態であるかを検知する動作を行うとともに、前記所定時間Ｔ３は前記所定時間Ｔ１よりも長い時間であることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 接続されている熱動弁に対応する放熱手段に対する割り付けを設定するリモコンと、前記リモコンにより設定された割り付けを記憶する熱動弁割り付け記憶手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. リモコンにより選択された放熱手段に割り付けられた熱動弁が複数あるとき、その複数の熱動弁を同時に動作させて注水エア抜き運転を行う請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 試運転中は通常の暖房動作に関する設定要求を受け付けないようにする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 注水エア抜き運転を行う際、自動注水と手動注水のいずれかを選択する請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 注水エア抜き運転を行う際、現在運転をしている系統と所要目安時間をリモコンに表示する請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。