JP5170219B2 - 給湯機の異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、給湯機の異常検出装置に関するものである。

従来の給湯機の異常検出装置について、この発明の実施形態でもある図１に基づいて説明する。図１はこの異常検出装置を具備した給湯機（ヒートポンプ式給湯機）の簡略図を示し、この給湯機は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能である。そして、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。

この場合、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが上記循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。

ところで、貯湯タンク３の周側部には、上下方向に所定ピッチで４個のタンク温度検出手段（タンク温度検出サーモ）１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられているが、これらは、残湯量検出手段を構成するものである。また、貯湯タンク３の底部近傍には、給水温度検出手段（給水温度検出サーモ）１９が設けられている。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水温度検出手段（入水温度検出サーモ）２０が設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯温度検出手段（出湯温度検出サーモ）２１が設けられている。

循環路１２は、入水配管１５と出湯配管１６とを備え、入水配管１５は上記ポンプ１３が介設された貯湯タンク３側の第１配管１５ａと、入水温度検出手段２０が介設された熱源側の第２配管１５ｂと、この第１・第２配管１５ａ、１５ｂを連結（接続）する接続配管１５ｃとからなり、出湯配管１６は貯湯タンク３側の第１配管１６ａと、出湯温度検出手段２１が介設された熱源側の第２配管１６ｂと、この第１・第２配管１６ａ、１６ｂを連結（接続）する接続配管１６ｃとからなる。この場合、後述するように、接続配管１５ｃ、１６ｃは現場で接続される。

そして、ヒートポンプ加熱源は冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と蒸発器２８とを冷媒通路３１にて接続し、蒸発器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。これにより、圧縮機２５を駆動すると、水熱交換器２６において熱交換路１４を流れる水が加熱されることになる。また、蒸発器２８にはこの蒸発器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。

ところで、この給湯機の制御部は、図２に示すように、入水温度検出手段２０と、出湯温度検出手段２１と、給水温度検出手段１９と、外気温度検出手段（外気温度検出サーモ）２２と、各種のデータが設定される設定手段２４と、タイマ手段３５と、上記各検出手段１９、２０、２１、２２、及びタイマ手段３５などからのデータが入力される制御手段３６とを備える。なお、上記制御手段３６は例えばマイクロコンピュータを用いて構成することができる。

上記のように構成された給湯機によれば、圧縮機２５を駆動すると共に、水循環用ポンプ１３を駆動すると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。また、運転の際には、電動膨張弁２７の開度等を調整して、圧縮機２５の吐出管温度を上記目標吐出管温度に合わせる吐出管制御を行う。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は、主として、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行う。

ところで、図１に示す給湯機では、接続配管１５ｃ、１６ｃの接続作業は現場にて行うものである。そして、正規に接続した場合には、第１配管１５ａと接続配管１５ｃと第２配管１５ｂとで、入水配管１５を構成し、第１配管１６ａと接続配管１６ｃと第２配管１６ｂとで、出湯配管１６を構成するものであり、貯湯タンク３の下部の取水口１０から流出した低温の温水は、入水配管１５を流れた熱交換路１４を通過し、この熱交換路１４から流出した高温の温湯は出湯配管１６を流れて湯入口１１から貯湯タンク３へ返流される。このため、入水温度検出手段２０は低温の入水温度を検出し、出湯温度検出手段２１は高温の出湯温度を検出する。

しかしながら、上記のように、接続配管１５ｃ、１６ｃの接続は現場にて行うので、接続配管１５ｃにて第１配管１５ａと第２配管１６ｂとを接続すると共に、接続配管１６ｃにて第１配管１６ａと第２配管１５ｂとを接続してしまうことが生じる。このような場合、貯湯タンク３の下部の取水口１０から流出した低温の温水は、第１配管１５ａから接続配管１５ｃを介して第２配管１６ｂに流れて熱交換路１４に流れ込む。また、熱交換路１４からは、第２配管１５ｂへ温湯が高温の温湯が流出し、この第２配管１５ｂから接続管１６ｃを介して第１配管１６ａに流入し、この第１配管１６ａから貯湯タンク３へ返流されることになる。

このため、このような誤接続（誤配管）が行われた場合には、入水温度検出手２０の検出温度（入水配管温度）が通常では考えられない程度に高温くなり、また、これとは逆に、出湯温度検出手段２１の検出温度（出湯配管温度）は低くなる。これは正常に接続されていればありえないことであり、そのため、ヒートポンプの運転開始後、所定の待機時間経過後に、入水温度検出手段２０での検出温度と出湯温度検出手段２１での検出温度とを比較したり、入水温度検出手段２０での検出温度と基準温度とを比較したりすることによって、配管誤りを検知（検出）することができる。前者の従来例としては、特許文献１、２が挙げられ、また、後者の従来例としては、特許文献３を挙げることができる。

特開２００３−２２２４０６号公報 特開２００５−１４７６１６号公報 特願２００６−０７８９４８

ところで、上記従来の給湯機では、水熱交換器２６へ流入する入水温度が所定温度（沸き上げ完了温度）に達したときには、貯湯タンク３が高温湯で満たされたものと判断して、ヒートポンプの駆動を停止するが、配管接続の正否を判断する前の段階（所定の待機時間が経過する前）において、このようなヒートポンプの運転停止が行われた場合には、配管接続の正否を判断し得ないという不具合が生じることになる。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、施工時の誤配管を検出する際において、高温残湯の流入に起因して判断不能状態に陥ることを回避して、精度の高い配管の正否判断を行うことのできる給湯機の異常検出装置を提供することにある。

そこで、請求項１の給湯機の異常検出装置は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能な給湯機において、上記給湯機の循環路１２が、上記低温水を上記熱交換路１４へ供給するための入水配管１５と、この熱交換路１４からの温湯を貯湯タンク３へ供給するための出湯配管１６とを備え、ヒートポンプ加熱源の加熱開始から所定の待機時間が経過した後に、上記入水配管１５の温度が上記出湯配管１６の温度よりも高いときに入水配管１５と出湯配管１６とが誤接続であるとして異常状態と判定する給湯機の異常検出装置であって、上記待機時間が経過するまでに、入水配管１５の温度が沸き上げ完了温度以上になってヒートポンプの運転を終了するときには、その時点で異常判定を行うことを特徴とする。

請求項２の給湯機の異常検出装置は、上記待機時間は、外気温度が基準外気温度よりも高いときには低いときよりも短く設定することを特徴とする。

請求項３の給湯機の異常検出装置は、上記入水配管１５の温度と上記出湯配管１６の温度との温度差が基準温度差以上であるときに、異常状態と判定すべく構成し、上記基準温度差は、外気温度が基準外気温度よりも高いときには低いときよりも小さく設定することを特徴とする。

請求項４の給湯機の異常検出装置は、上記出湯配管１６の温度に代えて、残湯温度を用いることを特徴とする。

この発明の給湯機の異常検出装置では、待機時間が経過するまでに、入水配管１５の温度が沸き上げ完了温度以上になってヒートポンプの運転を停止したときには、その時点で異常判定を行うようにしているので、高温の残湯が入水配管内に流入してヒートポンプの運転が停止しても、その時点で接続配管の正否判定が行えることになり、精度の高い接続判定を行うことが可能となる。また、外気温度が高い場合には、沸き上げ完了までの時間が短いので、沸き上げ完了までに正否判定を行えるように、外気温度が高い場合には、待機時間を短く、又は判定基準温度差を小さくして、沸き上げ完了以前に正否判定する。

この発明の異常検出装置を具備した給湯機の簡略図である。 上記給湯機の異常検出装置の制御部の簡略ブロック図である。 上記給湯機の異常検出装置の誤配管を検知する方法を示すフローチャート図である。 従来の給湯機の異常検出装置において誤検出の生じる理由を説明するためのグラフである。

次に、この発明の給湯機の異常検出装置について、その具体的な実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。この給湯機の異常判定装置は、従来の技術に関連して、図１及び図２について説明した冷媒回路及び水回路を有しているので、ここでは具体的な説明は省略する。

また、この実施形態の給湯機の異常検出装置は、従来例で示した接続配管の正否判定を行うことを前提としている。すなわち、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能な給湯機において、上記給湯機の循環路１２が、上記低温水を上記熱交換路１４へ供給するための入水配管１５と、この熱交換路１４からの温湯を貯湯タンク３へ供給するための出湯配管１６とを備え、ヒートポンプ加熱源の加熱開始から所定の待機時間が経過した後に、上記入水配管１５の温度が上記出湯配管１６の温度よりも高いときに入水配管１５と出湯配管１６とが誤接続であるとして異常状態と判定する給湯機の異常検出装置であることが前提である。そして、その上で、上記待機時間を、運転開始初期の入水配管１５の温度が基準入水温度よりも高いときには低いときよりも長く設定したり、あるいは、ヒートポンプ加熱源を駆動する圧縮機２５の運転開始初期の温度が基準圧縮機温度よりも低いときには高いときよりも長く設定したりしている。

また、従来の給湯機の異常検出装置を、上記入水配管１５の温度と上記出湯配管１６の温度との温度差が基準温度差以上であるときに、異常状態と判定すべく構成し、上記基準温度差は、運転開始初期の入水配管１５の温度が基準入水温度よりも高いときには低いときよりも大きく設定し、あるいは、ヒートポンプ加熱源を駆動する圧縮機２５の運転開始初期の温度が基準圧縮機温度よりも低いときには高いときよりも大きく設定する。

また、上記待機時間が経過するまでに、入水配管１５の温度が沸き上げ完了温度以上になってヒートポンプの運転を停止したときには、その時点で異常判定を行うようにしている。このとき、外気温度が高い場合には、沸き上げ完了までの時間が短いので、沸き上げ完了までに正否判定を行えるように、外気温度が高い場合には、待機時間を短くしたり、判定基準温度差を小さくしたりして、沸き上げ完了以前に配管接続の正否を判定できるようにしている。

そこで、図３のフローチャート図を使用して、誤配管であるかの判断を行う方法を説明する。まず、ステップＳ１で圧縮機２５の運転を起動することによって沸き上げ運転を開始する。次いで、ステップＳ２において、入水温度検出手段２０で運転開始初期の検出温度を読み込み、ステップＳ３において、この検出入水温度が基準温度以上であるか否かの判断を行う。検出温度が基準温度よりも低い場合には、ステップＳ４において、その場合のタイマ設定時間を第１待機時間に設定し、また、基準温度差を第１基準温度差に設定する。上記タイマ設定時間とは、上記待機時間を決めるタイマにおける設定時間のことであり、また、基準温度差とは、配管接続の正否を判断するときに、入水配管１５の温度と出湯配管１６の温度との温度差の判定基準となる温度差のことである。また、貯湯タンク３内に残湯が存在するなどして検出温度が基準温度以上である場合には、ステップＳ５において、その場合のタイマ設定時間を第２待機時間に設定し、また、基準温度差を第２基準温度差に設定する。第２待機時間は、第１待機時間よりも長く、また、第２基準温度差は、第１基準温度差よりも大きくしている。

次に、ステップＳ６に移行し、入水温度検出手段２１での検出入水温度と、出湯温度検出手段２１での検出出湯温度とを読み込み、次のステップＳ７において、沸き上げ運転が完了したか否かの判断を行う。これは、検出入水温度が所定の沸き上げ完了温度に達しているか否かの判断である。沸き上げが完了していなければ、ステップＳ８に移行して、圧縮機２５の起動後、所定の待機時間（第１待機時間又は第２待機時間）が経過したか否かの判断を行い、所定時間が経過すれば、ステップＳ９へと移行する。なお、所定の待機時間が経過するまでは、ステップＳ６、ステップＳ７を繰り返す。ステップＳ９は、検出入水温度と検出出湯温度の差が基準温度差（第１基準温度差又は第２基準温度差）以上であるか否かを判断するステップである。検出入水温度が検出出湯温度よりも基準温度差だけ高くなっていなければ、配管接続状態は正常であると判断し、その旨の表示をした後（ステップＳ１０）、圧縮機２５の運転を停止する（ステップＳ１２）。ステップＳ９において、検出入水温度が検出出湯温度よりも基準温度差以上に高くなっていれば、配管接続状態は誤りであると判断し、誤配管接続状態である旨の表示をした後（ステップＳ１１）、圧縮機２５の運転を停止する（ステップＳ１２）。また、上記ステップＳ７において、沸き上げが完了したと判断された場合には、タイマでの設定時間が経過していなくても、直ちにステップＳ９に移行して、配管接続状態の正否判断を行う。

以上のように、この実施形態の給湯機の異常検出装置では、待機時間が経過するまでに、入水配管１５の温度が沸き上げ完了温度以上になってヒートポンプの運転を停止するときには、その時点で異常判定を行うようにしているので、高温の残湯が入水配管内に流入してヒートポンプの運転が停止しても、その時点で接続配管の正否判定が行えることになり、精度の高い接続判定を行うことが可能となる。

また、圧縮機の起動後に吐出管温度が上昇して水熱交換器２６から流出する出湯温度が上昇するようになるまでにある程度の時間を要するが、入水温度が高い場合には、出湯温度が上昇を始めるまでの間に、水熱交換器２６内に滞留していた水、及び水熱交換器２６に流入する水が、図４のＡ部のように、水熱交換器２６に冷却されて温度低下が生じてしまい、図４のＡ部において配管接続の正否を判断すれば、配管接続状態は正常であるにも拘わらず、誤接続であると誤った判断をしてしまうことになるが、運転開始初期の検出入水温度が基準値よりも高い場合に、配管接続状態の正否判定までの待機時間を長くすれば、水熱交換器内への入水の過渡的な温度低下を解消した後で、配管接続の正否を判定できるので、精度の高い判定を行うことができる。また、運転開始初期の検出入水温度が高い場合に、入水配管と出湯配管との判定基準温度差を大きくすれば、確実でかつ精度の高い配管接続の正否判定を行うことができる。

上記実施形態においては、ヒートポンプの運転開始初期の検出入水温度に基づいて、この温度が基準温度以上である場合とそうでない場合とにおいて、配管接続状態の正否判定における待機時間と基準温度差とを変化させているが、ヒートポンプの運転開始初期の検出入水温度に代えて、圧縮機２５の運転開始初期の温度に基づいても同様の制御を行うことが可能である。また、待機時間が経過する前に、沸き上げが完了した場合に、直ちに、配管接続状態の正否判定を行う際には、入水温度や圧縮機２５の温度に基づく待機時間、基準温度差の制御を行わず、これらは一定のままで、従来の正否判定手法をそのまま用いることも可能である。このとき、外気温度が高い場合には、沸き上げ完了までの時間が短いので、沸き上げ完了までに正否判定を行えるように、外気温度が高い場合には、待機時間を短くしたり、判定基準温度差を小さくしたりして、沸き上げ完了以前に配管接続の正否を判定できるようにするのが好ましい。さらに、出湯配管１６での検出温度に代えて、残湯温度を用いることも可能である。それは、誤配管があれば、検出入水温度は必然的に、残湯温度よりも高くなるはずであるためである。なお、この異常検出装置を使用する給湯機の冷媒としては、炭酸ガスを用いるのが好ましいが、その他、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒であっても、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のような代替冷媒であってもよい。

３・・貯湯タンク、１２・・循環路、１４・・熱交換路、１５・・入水配管、１６・・出湯配管

Claims (4)

1. 貯湯タンク（３）と、この貯湯タンク（３）に連結される循環路（１２）と、この循環路（１２）に介設される熱交換路（１４）とを備え、この熱交換路（１４）をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク（３）から循環路（１２）に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク（３）に返流する運転が可能な給湯機において、上記給湯機の循環路（１２）が、上記低温水を上記熱交換路（１４）へ供給するための入水配管（１５）と、この熱交換路（１４）からの温湯を貯湯タンク（３）へ供給するための出湯配管（１６）とを備え、ヒートポンプ加熱源の加熱開始から所定の待機時間が経過した後に、上記入水配管（１５）の温度が上記出湯配管（１６）の温度よりも高いときに入水配管（１５）と出湯配管（１６）とが誤接続であるとして異常状態と判定する給湯機の異常検出装置であって、上記待機時間が経過するまでに、入水配管（１５）の温度が沸き上げ完了温度以上になってヒートポンプの運転を終了するときには、その時点で異常判定を行うことを特徴とする給湯機の異常検出装置。
2. 上記待機時間は、外気温度が基準外気温度よりも高いときには低いときよりも短く設定することを特徴とする請求項１の給湯機の異常検出装置。
3. 上記入水配管（１５）の温度と上記出湯配管（１６）の温度との温度差が基準温度差以上であるときに、異常状態と判定すべく構成し、上記基準温度差は、外気温度が基準外気温度よりも高いときには低いときよりも小さく設定することを特徴とする請求項１又は２の給湯機の異常検出装置。
4. 上記出湯配管（１６）の温度に代えて、残湯温度を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの給湯機の異常検出装置。