JP5262962B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

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がある（例えば、特許文献１参照）。

また、一般的にヒートポンプ式給湯機は、高温水を生成する給湯用熱交換器から出湯する出湯温度を検出する出湯温度検出手段を備えて、出湯温度検出手段で検出した温度が所定温度以上の時に圧縮機の駆動を停止している。これは沸騰した高温の湯を貯湯タンクへ戻すことを防止するために圧縮機の運転を停止する異常出湯温度保護制御である。

特開２００４−１１６８９２号公報

しかしながら、前記従来の構成のように、出湯温度検出手段で検出した温度が所定温度以上を検出する時には、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から発生したものなのか、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によって発生したものかという、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、異常出湯温度保護制御が発生したとしても、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、前記給湯用熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段と、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、マイクロコンピュータと、表示部とを備え、前記マイクロコンピュータは、前記出湯温度検出手段で検出する出湯温度が所定値以上を検出した時、前記圧縮機の運転を停止させるとともに、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し、前記判断から外れれば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であると判断し、どちらの異常で前記圧縮機が停止したかを前記表示部に表示することを特徴とするものである。

これにより、どちらの異常で圧縮機が停止したのか（異常出湯温度保護制御が働いたのか）を判断することができ、サービスマンが故障の原因を特定することができる。また、ヒートポンプサイクルの異常を特定することができ、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。

本発明は、異常出湯温度保護制御が発生したとしても、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。

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

第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、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、前記給湯用熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段と、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、マイクロコンピュータと、表示部とを備え、前記マイクロコンピュータは、前記出湯温度検出手段で検出する出湯温度が所定値以上を検出した時、前記圧縮機の運転を停止させるとともに、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し、前記判断から外れれば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であると判断し、どちらの異常で前記圧縮機が停止したかを前記表示部に表示することにより、どちらの異常で圧縮機が停止したのか（異常出湯温度保護制御が働いたのか）を判断することができ、サービスマンが故障の原因を特定することができる。また、ヒートポン
プサイクルの異常を特定することができ、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の発明において、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、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のいずれかの発明において、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の実施例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。

このような構成の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の詰り等によるヒートポンプサイクルの異常により出湯温度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の凍結や詰り、エアー噛み等による循環水系の異常により出湯温度の異常上昇が発生する場合があり、出湯温度が所定値以上を検出した時に、圧縮機の運転を停止するという異常出湯温度保護制御を実施する。そのため実際に異常出湯温度保護制御が作動した時には、異常出湯温度保護制御の故障要因の特定が複雑で、現場のサービスマンの対応が困難となり、サービス性が非常に悪いという課題がある。

そこで本発明ではこのような異常出湯温度保護制御時に、ヒートポンプサイクルの異常と、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のどちらの異常で圧縮機が停止しているのかを、切り分け故障診断表示を行うようにし、異常出湯温度保護制御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。

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。給湯用熱交換器３２の出湯温度を検出する出湯温度検出手段３２で検出した温度が所定温
度以上を検出すると、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。

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、異常出湯温度保護制御が作動した時に、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。

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、本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、給湯用熱交換器の出湯温度が所定値以上に上昇した場合に、ヒートポンプサイクルの異常によるものか循環水系の異常よるものかを切り分け故障診断表示を行うもので、サービス対応を容易にでき、特に臨界圧力以上まで加圧されるヒートポンプ給湯機や、ヒートポンプユニットとタンクユニットが一体となったヒートポンプ式給湯機への利用として有用である。

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 (4)

1. 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、前記給湯用熱交換器から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段と、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、マイクロコンピュータと、表示部とを備え、前記マイクロコンピュータは、前記出湯温度検出手段で検出する出湯温度が所定値以上を検出した時、前記圧縮機の運転を停止させるとともに、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し、前記判断から外れれば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であると判断し、どちらの異常で前記圧縮機が停止したかを前記表示部に表示することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 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に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 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または２に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 冷媒に二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。

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