JP5077022B2

JP5077022B2 - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP5077022B2
Application number: JP2008091125A
Authority: JP
Inventors: 健二白井; 直人山村; 秀司西村; 文次林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009243774A

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。

従来の技術として、冷凍サイクルが高圧異常のときに作動すべき保安用圧力スイッチと、この保安用圧力スイッチの作動圧力よりも低い圧力で作動する制御用圧力スイッチとを高圧側に設け圧力スイッチが作動したときに、ヒートポンプユニットの圧縮機の駆動を停止させるというものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１６８９２号公報

しかしながら、前記従来の構成のように、冷媒配管内の高圧が所定圧力値に到達した場合に圧縮機の運転を停止させる高圧保護装置を備えるのが一般的であるが、冷媒配管により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルの異常だけではなく、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と貯湯槽内の液体が給湯用熱交換器を介し循環できる液体配管内の循環水系の異常によっても高圧保護装置が作動してしまい、どちらの回路の故障であるか特定が困難となり、サービス性が悪いという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高圧保護装置が作動したとしても、ヒートポンプサイクルの異常であるのか、給湯側の循環水系の異常であるのかを判断することが可能なヒートポンプ式給湯機を提供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式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯用熱交換器を介して循環する液体配管と、前記液体配管内に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記冷媒配管内の高圧が所定の圧力値に到達した場合に前記圧縮機の運転を停止させる高圧保護装置と、前記給湯用熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記給湯用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、表示部と、マイクロコンピュータとを備え、前記高圧保護装置が作動した場合に、前記ヒートポンプサイクルの異常と、前記液体配管に前記貯湯槽内の液体を循環させる循環系の異常のどちらの異常で前記高圧保護装置が作動したかを判断し、前記表示部に前記判断結果を表示するとともに、前記高圧保護装置の作動時に、前記入水温度検出手段で検出される入水温度と前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度との差が所定値以上で、かつ、前記吐出温度検出手段で検出する吐出温度が所定値以上であれば、前記ヒートポンプサイクルの異常であると判断することにより、どちらのサイクルでの故障であるかをサービスマン等が特定することができ、サービス性を向上させることができる。

本発明は、高圧保護装置が作動したとしても、ヒートポンプサイクルの異常であるのか、給湯側の循環水系の異常であるのかを判断することが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することができる。

第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯用熱交換器を介して循環する液体配管と、前記液体配管内に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記冷媒配管内の高圧が所定の圧力値に到達した場合に前記圧縮機の運転を停止させる高圧保護装置と、前記給湯用熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記給湯用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、表示部と、マイクロコンピュータとを備え、前記高圧保護装置が作動した場合に、前記ヒートポンプサイクルの異常と、前記液体配管に前記貯湯槽内の液体を循環させる循環系の異常のどちらの異常で前記高圧保護装置が作動したかを判断し、前記表示部に前記判断結果を表示するとともに、前記高圧保護装置の作動時に、前記入水温度検出手段で検出される入水温度と前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度との差が所定値以上で、かつ、前記吐出温度検出手段で検出する吐出温度が所定値以上であれば、前記ヒートポンプサイクルの異常であると判断することにより、どちらのサイクルでの故障であるかをサービスマン等が特定することができ、サービス性を向上させることができる。

また、前記給湯用熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記給湯用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段とを備え、前記高圧保護装置の作動時に、前記入水温度検出手段で検出される入水温度と、前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度との差が、所定値以上で、かつ、前記吐出温度検出手段で検出する吐出温度が、所定値以上であれば前記ヒートポンプサイクルの異常であると判断することにより、ヒートポンプサイクルの異常を特定することができ、さらに条件を満たさなければ液体の循環系の異常であることを特定することができる。

第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１の発明のヒートポンプサイクルの異常判断の条件に、前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度が、所定値未満であるという条件を加えることにより、さらに確実にヒートポンプサイクルの異常であることを特定することができるので、さらにサービス性を向上させることができる。

第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１または第２の発明において、前記圧縮機はアキュームレータの無い構成としたことにより、ヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。

第４の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１から第３の発明において、前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力が、臨界圧力以上であることにより、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。

第５の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第４の発明において、冷媒に二酸化炭素を使用したことにより、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。

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。

（実施の形態１）
図１は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成図を示したものであり、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３、熱源用熱交換器１４を冷媒配管１５により環状に接続して構成され、減圧装置１３の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と、貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管１８と、液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプ１７と、冷媒配管１５内の高圧が所定圧力値に到達した場合に圧縮機１１の運転を停止させる圧力スイッチ等で構成される高圧保護装置１９と、給湯用熱交換器１２の入水温度を検出する入水温度検出手段３１と出湯温度を検出する出湯温度検出手段３２と圧縮機１１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度検出手段３３で構成される。

図２は、本発明のヒートポンプ式給湯機の異常判断動作を示すフローチャートである。圧縮機１１の吐出配管部に設けた高圧保護装置１９が、所定圧力値に到達して作動すると、圧縮機１１の運転を停止させる。その際に、冷媒配管１５により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルの異常により高圧保護装置の作動したのか、液体配管１８に貯湯槽１６内の液体を流通させる循環水系の異常により高圧保護装置の作動した場合を切り分けて判断し、リモコンなどの表示部に、異なった故障診断表示を行うというものである。

ヒートポンプ式給湯機では、減圧装置１３の故障や冷媒配管１５の詰まり等によるヒートポンプサイクルの異常で高圧の異常上昇が発生する場合と、ポンプ１７の故障や給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と貯湯槽１６内の液体が給湯用熱交換器１２を介し循環できる液体配管内１８の凍結や詰まり、エアー噛み等による循環水系の異常で高圧の異常上昇が発生する場合とがある。

従来のヒートポンプ式給湯機では、高圧側の圧力が異常上昇した場合に、とにかく高圧保護装置を作動して、ヒートポンプサイクルの運転を停止していたために、故障要因の特定が複雑でサービス対応が困難となるという課題があったが、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプサイクルの異常か、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と貯湯槽内の液体が給湯用熱交換器を介し循環できる液体配管内の循環水系の異常かを切り分けて故障診断表示を行うため、高圧保護装置作動時の故障要因の特定が容易になりサービス性を向上することができる。

次に、ヒートポンプサイクルの異常判断について説明する。図３は、本実施の形態におけるヒートポンプサイクルの異常を決定するフローチャートであり、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機は、給湯用熱交換器１２の入水温度を検出する入水温度検出手段３１と、出湯温度を検出する出湯温度検出手段３２と、圧縮機から吐出させた冷媒の吐出温度を検出する吐出温度検出手段３３を有している。

そして、高圧保護装置１９の作動時に、出湯温度検出手段３２が検出する出湯温度Ｔｗｏｕｔと、入水温度検出手段３１が検出する入水温度Ｔｗｉｎの差が、ΔＴｗの時であって、ΔＴｗが所定値Ｔｗ０以上で、かつ、吐出温度検出手段３３で検出される吐出温度Ｔｄが、所定値Ｔｄ０以上であればヒートポンプサイクルの異常と判断し、この判断基準から外れれば、循環水系の異常による高圧保護装置の作動であると判断して、リモコン等の表示部には、異なった故障診断表示を行うというものである。

このように判断することで、給湯用熱交換器１２での放熱が十分にも関わらず、圧縮機１１の吐出冷媒温度が通常より上昇していることからヒートポンプサイクルの異常と判断
するため、より正確にヒートポンプサイクルの異常により高圧保護装置の作動した場合と循環水系の異常により高圧保護装置の作動した場合を切り分け故障診断表示を行うことができる。

さらに、図４は、ヒートポンプサイクルの異常を決定する他のフローチャートである。上述したヒートポンプサイクルの異常判断の条件に、さらに出湯温度Ｔｗｏｕｔが、所定値Ｔｗｏｕｔ０未満であることをヒートポンプサイクルの異常であることの判断条件に加えるというものである。

このような条件を加えることで、確実にヒートポンプサイクルの異常であることを判断することができる。通常、循環水系の異常があれば、液体の循環流量が低下し出湯温度が通常より高くなるが、出湯温度が所定値未満である条件を加えることで、「循環水系が異常である」という判断を排除し、確実に給湯用熱交換器の放熱がされているにも関わらず圧縮機吐出冷媒温度が通常より上昇していることからヒートポンプサイクルの異常と判断できるため、さらに確実にヒートポンプサイクルの異常により高圧保護装置の作動した場合と循環水系の異常により高圧保護装置の作動した場合を切り分けることができる。

また、圧縮機１１がアキュームレータのない圧縮機構成としたもので、アキュームレータがないためヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。

さらにヒートポンプ回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたもので、給湯の水または空気を加熱することにより、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。

さらに、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプ式給湯機における高圧保護装置作動時の故障診断、サービス性の向上を図れる他、貯湯タンクとヒートポンプサイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ給湯機の高圧保護装置作動時にも適用でき、また本発明のヒートポンプ給湯は、給湯機能の他に、例えば、浴槽給湯機能、暖房機能、乾燥機能を有する装置にも適している。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の本体構成図本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の異常判断動作を示すフローチャート本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機のフローチャート本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の動作説明図

１１圧縮機
１２給湯熱交換器
１３減圧装置（電気式膨張弁）
１４熱源用熱交換器
１５冷媒配管
１６貯湯槽
１７ポンプ（ウォータポンプ）
１８液体配管
１９高圧保護装置
２０ファンモータ
３０マイクロコンピュータ
３１入水温度検出手段
３２出湯温度検出手段
３３吐出温度検出手段

Claims

圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、熱源用熱交換器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯用熱交換器を介して循環する液体配管と、前記液体配管内に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプと、前記冷媒配管内の高圧が所定の圧力値に到達した場合に前記圧縮機の運転を停止させる高圧保護装置と、前記給湯用熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記給湯用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、表示部と、マイクロコンピュータとを備え、前記高圧保護装置が作動した場合に、前記ヒートポンプサイクルの異常と、前記液体配管に前記貯湯槽内の液体を循環させる循環系の異常のどちらの異常で前記高圧保護装置が作動したかを判断し、前記表示部に前記判断結果を表示するとともに、前記高圧保護装置の作動時に、前記入水温度検出手段で検出される入水温度と前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度との差が所定値以上で、かつ、前記吐出温度検出手段で検出する吐出温度が所定値以上であれば、前記ヒートポンプサイクルの異常であると判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
前記ヒートポンプサイクルの異常判断の条件に、前記出湯温度検出手段で検出される出湯温度が、所定値未満であるという条件を加えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
前記圧縮機は、アキュームレータの無い構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯機。
前記ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力が、臨界圧力以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
冷媒に二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機。