JP6575813B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に関し、特に、凝縮熱交換器から貯湯槽の上部に至る循環加熱回路に設けた温度検知手段の検知温度変化を監視することにより漏水が発生したことを検知可能にしたものに関する。

従来から、冷媒を利用した熱交換式のヒートポンプ給湯装置が一般に広く普及している。この種のヒートポンプ給湯装置は、冷媒により湯水を加熱するヒートポンプ式熱源機、加熱された湯水を貯湯する貯湯槽、ヒートポンプ式熱源機と貯湯槽との間に湯水を循環する循環加熱回路等を備え、貯湯槽内の湯水を循環加熱回路に循環させてヒートポンプ式熱源機の凝縮熱交換器において冷媒と湯水との間で熱交換して湯水を加熱し、その湯水を貯湯槽内に戻して貯留し、貯湯槽から蛇口や風呂等の所望の給湯先に給湯するものである。

上記のヒートポンプ式熱源機は、圧縮機、凝縮熱交換器、膨張弁、蒸発熱交換器を冷媒配管を介して接続することでヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管に封入された冷媒を利用して貯湯運転が行われる。この貯湯運転では、圧縮機と蒸発熱交換器用の送風ファンとが夫々駆動され、凝縮熱交換器によってヒートポンプ回路を流れる冷媒と循環加熱回路を流れる湯水との間で熱交換が行われて湯水が加熱される。

ここで、凝縮熱交換器は、ヒートポンプ式熱源機の外装ケースの天面部分（上端側部分）に水平に配置されているので、凝縮熱交換器の内部の湯水循環用配管が孔食等により損傷して凝縮熱交換器から水漏れが発生した場合、凝縮熱交換器を覆う下部保温材の開口部から流出した漏水が機械室側へ流れ込み、機械室内に設置された各種機器を制御する為の電装部品等をショートさせてしまう虞がある。

そこで、特許文献１には、ヒートポンプ給湯装置において、凝縮熱交換器から水漏れが発生した場合に、水が機械室内に流れ込むことを防止可能な構造を備え、かつ水漏れ検知可能な構造を備えたヒートポンプ給湯暖房装置が開示されている。

上記ヒートポンプ給湯装置においては、外装ケースの内部を複数の仕切り板によって送風室、機械室、給湯加熱室に区画するとともに、給湯加熱室に配置された凝縮熱交換器の下部を覆う下部保温材に仕切り部材を設けて漏水が流れる流路を仕切り部材で遮断して、下部保温材の開口部から流出した漏水が機械室側へ流れ込むことを防止している。

また、上記ヒートポンプ給湯装置においては、送風室の蒸発熱交換器に設けた外気温度センサの真上に、下部保温材の漏水排出部を設け、凝縮熱交換器から発生した漏水を下部保温材の漏水排出部から排出して、漏水排出部の真下に設けた外気温度センサで漏水を検知可能な構成とし、外気温度センサによる検知温度が外気温度と漏水との急激な温度変化を検知したときに漏水の発生を検知している。

特開２０１５−４５４２５号公報

しかし、特許文献１のヒートポンプ給湯装置では、凝縮熱交換器から発生した漏水を下部保温材の漏水排出部から排出して、外気温度センサに滴り落ちるまでの間は漏水検知を行うことができず、精度の良い漏水検知を行うことができなかった。また、外気温度センサで検知される漏水温度と外気温度に殆ど差がない場合にも、漏水検知を行うことができなかった。さらに、大量に漏水が発生した場合、下部保温材に設けた仕切り部材を超えて開口部から漏水が機械室側へ排出されてしまうという問題もある。

本発明の目的は、凝縮熱交換器から水漏れが発生した場合に、既設の温度センサの検知温度を用いて漏水検知を可能にしたヒートポンプ給湯装置を提供することである。

請求項１のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と凝縮熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機と、前記凝縮熱交換器で加熱された湯水を貯湯するための貯湯槽と、前記貯湯槽と前記ヒートポンプ式熱源機との間に湯水を循環させるための循環加熱回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、前記循環加熱回路には、循環ポンプと、前記貯湯槽をバイパスするためのバイパス通路と、循環ポンプへ貯湯槽の下部から湯水が流入する状態と、前記バイパス通路から湯水が流入する状態とに切替え可能な切替弁が設けられており、前記ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後の少なくとも一定時間は、前記切替弁をバイパス通路側に切替えるとともに、前記凝縮熱交換器から前記貯湯槽の上部に至る循環加熱回路に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することにより漏水判定を行うことを特徴としている。

請求項２のヒートポンプ式熱源機は、圧縮機と凝縮熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機と、前記凝縮熱交換器で加熱された湯水を貯湯するための貯湯槽と、前記貯湯槽と前記ヒートポンプ式熱源機との間に湯水を循環させるための循環加熱回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、前記循環加熱回路には、循環ポンプと、前記貯湯槽をバイパスするためのバイパス通路と、循環ポンプへ貯湯槽の下部から湯水が流入する状態と、前記バイパス通路から湯水が流入する状態とに切替え可能な切替弁が設けられており、前記ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後の少なくとも一定時間は、前記切替弁をバイパス通路側に切替えるとともに、前記貯湯槽に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することにより漏水判定を行うことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後、少なくとも一定時間は、切替弁をバイパス通路側に切替えて、バイパス通路から循環ポンプへ湯水が流入する状態、即ち、貯湯槽の下部から湯水が流入するのを遮断した状態で、凝縮熱交換器から貯湯槽の上部に至る循環加熱回路に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することで漏水判定を行うことができる。

即ち、漏水が発生すると、貯湯槽の下部から湯水が流入するのが遮断されているので、貯湯槽の上部から循環加熱回路を通って高温の湯水が流れ続けるため、温度検知手段による検知温度の低下率は、漏水がない場合と比較して小さくなる。こうして、ヒートポンプ給湯装置の既存の構造等を変更することなく、循環加熱回路に既設の温度検出手段の検知温度を用いて精度良く漏水判定を行うことができる。

請求項２の発明によれば、ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後、少なくとも一定時間は、切替弁をバイパス通路側に切替えて、バイパス通路から循環ポンプへ湯水が流入する状態、即ち、貯湯槽の下部から湯水が流入するのを遮断した状態で、貯湯槽に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することで漏水判定を行うことができる。

即ち、漏水が発生すると、貯湯槽の下部から湯水が流入するのが遮断されているので、貯湯槽の上部から循環加熱回路を通って高温の湯水が流れ続けるため、貯湯槽の下部から低温の上水が流入し続け、貯湯槽内の湯水の温度検知手段による検知温度の低下率は、漏水がない場合と比較して大きくなる。こうして、ヒートポンプ給湯装置の既存の構造等を変更することなく、貯湯槽に既設の温度検出手段の検知温度を用いて精度良く漏水判定を行うことができる。

本発明の実施例に係るヒートポンプ給湯装置を示す構成図である。 温度センサによる検出温度を示す線図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、ヒートポンプ給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、湯水を貯留する貯湯タンク５を備えた貯湯給湯ユニット２、貯湯タンク５内の湯水の加熱を行うヒートポンプ式熱源機３、貯湯給湯ユニット２とヒートポンプ式熱源機３との間に湯水を循環させるための循環加熱回路４を備え、貯湯、給湯、風呂の追い焚き等の機能を有している。

貯湯給湯ユニット２は、貯湯タンク５、ヒートポンプ給湯装置１を制御する制御ユニット６、貯湯タンク５の湯水の再加熱を行う補助熱源機７、給水通路８と給湯通路９とその他の配管類や機器類などから構成されている。

貯湯タンク５は、ヒートポンプ式熱源機３で加熱された湯水（例えば６５〜９０℃）を貯留可能に構成されている。貯湯タンク５の外周には、下側から上側に向かって等間隔に複数の温度センサ５ａ〜５ｄが順に設けられ、これら複数の温度センサ５ａ〜５ｄにより貯湯タンク５内の複数の貯留層の湯水温度が検出される。貯湯タンク５の周囲は図示しない断熱材で覆われ、貯湯タンク５内の湯水の降温を防いでいる。

補助熱源機７は、バーナーや熱交換器等を内蔵した公知のガス給湯器で構成され、給湯運転時に貯湯タンク５内の湯水温度が低下した場合やふろ追焚運転を含む外部加熱運転等の特別な場合に制御ユニット６からの指令により燃焼作動され、湯水を加熱するものである。

給水通路８は、上水源から低温の水を貯湯タンク５等に供給するものであり、上流給水通路部８ａ、下流給水通路部８ｂを有し、上流給水通路部８ａの上流端は上水源に接続され、下流端は貯湯タンク５の下部に接続されている。上流給水通路部８ａと下流給水通路部８ｂとの間から給湯通路９に接続するバイパス通路１１が分岐されている。上流給水通路部８ａに、入水温度センサ８ｃが設けられ、下流給水通路部８ｂに、逆止弁１２が設けられている。バイパス通路１１には、逆止弁１３が設けられている。

給湯通路９は、上流給湯通路部９ａと、下流給湯通路部９ｂとを有し、貯湯タンク５に貯湯された湯水を給湯栓や浴槽４０やシャワー等の給湯先に供給するものであり、上流給湯通路部９ａの上流端は貯湯タンク５の上部に接続され、下流端は給湯通路９とバイパス通路１１の合流部に介装された混合弁１５に接続されている。給湯通路９の下流給湯通路部９ｂは分岐して、その一端が湯張り弁１６を介して追焚回路１７に接続され、他端はシャワー等の給湯先に給湯可能に接続されている。

混合弁１５は、給湯温度が操作リモコン４１で設定された給湯設定温度になるように上水源からバイパス通路１１を通る低温の水と貯湯タンク５の上部から給湯通路９を通る高温の湯水の混合比を調整するものである。混合弁１５により給湯設定温度に調整された湯水は下流給湯通路部９ｂを通って給湯先に供給可能であり、湯張り弁１６を開くことで浴槽４０に湯張りされる。

給湯通路９には、給湯温度センサ９ｃが設けられ、混合弁１５と給湯温度センサ９ｃの間にバイパス通路１１から分岐し開閉弁１８を有する分岐通路１９が接続され、開閉弁１８を開くことで高温出湯を回避可能に構成されている。

次に、循環加熱回路４について説明する。
循環加熱回路４は、往き側通路部４ａ、熱交換通路部４ｂ、戻り側通路部４ｃを備えており、往き側通路部４ａは貯湯タンク５の下部と熱交換通路部４ｂの上流端とを接続する配管であり、戻り側通路部４ｃは熱交換通路部４ｂの下流端と貯湯タンク５の上部とを接続する配管である。

循環加熱回路４には、往き側通路部４ａの途中部に介装された循環ポンプ２０と、貯湯タンク５をバイパスするためのバイパス通路２１と、循環ポンプ２０へ貯湯タンク５の下部から湯水が流入する状態と、バイパス通路２１から湯水が流入する状態とに切替え可能な切替弁２２と、戻り側通路部４ｃ内を流れる湯水の温度を検出する温度センサ２３（「温度検知手段」に相当する。）とが設けられている。バイパス通路２１は、切替弁２２と戻り側通路部４ｃの途中部とを接続する配管である。

制御ユニット６は、温度センサ５ａ〜５ｄ、入水温度センサ８ｃ、給湯温度センサ９ｃ、外気温度センサ３１等から検出信号を受けて、循環加熱回路４や給湯通路９等に備えられたバルブ、ポンプ等を作動させ、ヒートポンプ式熱源機３や補助熱源機７を運転して、使用者が操作リモコン４１を介して設定した給湯設定温度での給湯が可能なように制御する。また、下記に詳述する漏水判定処理制御の制御プログラムが制御ユニット６に格納されている。

次に、ヒートポンプ式熱源機３について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ式熱源機３は、圧縮機２５、凝縮熱交換器２６、膨張弁２７、蒸発熱交換器２８を冷媒配管を介して接続することでヒートポンプ回路２９を構成し、凝縮熱交換器２６において、冷媒配管に封入された冷媒と循環加熱回路４の熱交換通路部４ｂ内を流れる湯水との間で熱交換して貯湯運転が行われる。ヒートポンプ式熱源機３は、貯湯給湯ユニット２の制御ユニット６と電気的に接続されたヒートポンプ制御ユニット３３で制御される。

貯湯運転時には、圧縮機２５と蒸発熱交換器２８用の送風ファン３０とが夫々駆動され、圧縮機２５により圧縮され昇温した冷媒の熱が、凝縮熱交換器２６において循環加熱回路４内の熱交換通路部４ｂを流れる湯水との間で熱交換が行われて湯水が加熱される。熱交換により降温した液化状態の冷媒は、膨張弁２７により膨張してさらに温度低下し、蒸発熱交換器２８で外気の熱を吸熱した後、再び圧縮機２５に向かう。このように冷媒がヒートポンプ回路２９内を循環することにより循環加熱回路４内を流れる湯水を加熱して貯湯運転が行われる。

次に、図２に基づいて、本発明のヒートポンプ給湯装置１の制御ユニット６で実行される漏水判定制御について説明する。図２における実線のグラフは、凝縮熱交換器２６に孔食等による漏水が発生していない正常時の温度直線Ｔａを示し、破線のグラフは、凝縮熱交換器２６に孔食等による漏水が発生している異常時の温度直線Ｔｂを示している。

通常の貯湯運転の際には、切替弁２２が貯湯タンク５側に切替えられており、循環ポンプ２０へ貯湯タンク５の下部から湯水が流入する状態となっている。貯湯タンク５内の下部に貯留された低温の湯水が、循環ポンプ２０で吸引・加圧されて、循環加熱回路４の往き側通路部４ａを通って、ヒートポンプ式熱源機３側へ流れ、凝縮熱交換器２６の熱交換通路部４ｂにおいて、ヒートポンプ回路２９内を流れる高温の冷媒と熱交換され、低温の湯水が加熱されて高温の湯水となり、戻り側通路部４ｃを通って貯湯タンク５の上部へ戻される。これが繰り返し行われて、貯湯タンク５内の湯水が約６５〜９０℃の高温状態となってヒートポンプ式熱源機３における貯湯運転は終了する。

ヒートポンプ式熱源機３による湯水の貯湯運転が終了した後、少なくとも一定時間（例えば、約１時間）は、切替弁２２をバイパス通路２１側に切替えるとともに、循環加熱回路４の戻り側通路部４ｃに設けられた温度センサ２３で検知される温度変化を監視していくと、水漏れしていない正常時は、循環加熱回路４内に湯水の流れが生じないため、循環加熱回路４内の高温の湯水の温度は、時間の経過に伴って放熱されて温度が低下していくため、温度センサ２３で検知される温度変化は図２の温度直線Ｔａとなる。

一方、凝縮熱交換器２６の熱交換通路部４ｂにおいて、孔食等により漏水が発生している異常時は、貯湯運転が終了した後は切替弁２２がバイパス通路２１側に切替えられており、貯湯タンク５内の上部に貯留された高温の湯水が戻り側通路部４ｃを逆流して流れ続けるため、温度センサ２３で検知される温度変化は高温のまま維持されて殆ど低下せず、図２の温度直線Ｔｂとなる。

以上説明したヒートポンプ給湯装置１の作用、効果について説明する。
本発明のヒートポンプ給湯装置１によれば、ヒートポンプ式熱源機３を駆動して湯水の貯湯運転が終了して、貯湯タンク５が高温状態となった後、少なくとも一定時間（例えば、約１時間）は、切替弁２２をバイパス通路２１側に切替えて、バイパス通路２１から循環ポンプ２０へ湯水が流入する状態、即ち、貯湯タンク５の下部から湯水が流入するのを遮断した状態で、凝縮熱交換器２６から貯湯タンク５に至る循環加熱回路４に備えられた温度センサ２３（温度検知手段）の検知温度変化を監視することで、凝縮熱交換器２６における漏水判定を行うことができる。

制御ユニット６に漏水がない正常状態のときの温度直線Ｔａの温度低下率Ｖａを予め格納しておき、所定時間にわたる検知温度から温度直線Ｔｂの温度低下率Ｖｂを算出し、温度低下率Ｖａと温度低下率Ｖｂとの差が所定値以上となった場合に、漏水発生と判定するように構成している。

即ち、漏水が発生すると、貯湯タンク５の上部から循環加熱回路４の戻り側通路部４ｃを通って高温の湯水が流れ続けるため、温度センサ２３による検知温度の低下率は、漏水がない場合と比較して小さくなる。こうして、ヒートポンプ給湯装置１の既存の構造等を変更することなく、循環加熱回路４に既設の温度センサ２３の検知温度を用いて精度良く漏水判定を行うことができる。

次に、実施例１のヒートポンプ給湯装置１を部分的に変更した実施例２について説明する。実施例２では、貯湯タンク５の外周に設けられた複数の温度センサ５ａ〜５ｄ（「温度検知手段」に相当する。）で検知される温度変化を監視することにより、凝縮熱交換器２６における漏水判定を行う。その他の構成、作用及び効果については、実施例１と同様であるので説明は省略する。

ヒートポンプ式熱源機３による湯水の貯湯運転が終了した後、少なくとも一定時間（約１時間）は、切替弁２２をバイパス通路２１側に切替えるとともに、貯湯タンク５の外周に設けられた複数の温度センサ５ａ〜５ｄで検知される温度変化を監視していくと、水漏れしていない正常時は、貯湯タンク５の周囲は断熱材（図示略）で覆われており、貯湯タンク５内の湯水の温度は殆ど低下しないため、複数の温度センサ５ａ〜５ｄの検出温度は殆ど変化しない。

一方、凝縮熱交換器２６の熱交換通路部４ｂにおいて、孔食等により漏水が発生している異常時は、貯湯運転が終了した後は切替弁２２がバイパス通路２１側に切替えられているため、貯湯タンク５内の上部に貯留された高温の湯水が戻り側通路部４ｃを逆流してきて循環加熱回路４内に流入する。それと並行して、上水源から低温の水が給水通路８を通って貯湯タンク５内の下部から流入するので、貯湯タンク５内の最下貯留層から湯水温度が低下しはじめ、温度センサ５ａの検出温度から低下していき、続いて温度センサ５ｂ，５ｃ，５ｄの順に検出温度が低下していく。

そこで、貯湯運転後の温度センサ５ａ〜５ｄで検知される温度変化を監視して、温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの順に検出温度が低下する変化が生じた場合に、漏水を判定する。また、例えば温度センサ５ａ〜５ｄの検出温度の平均値の温度低下率が所定値以上となった場合に、漏水を判定するようにしてもよい。但し、温度センサ５ａ〜５ｄの代わりに、温度センサ５ａ〜５ｄの内の一部の温度センサの検出温度に基づいて漏水発生を判定するようにしてもよい。

次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］本実施例１においては、温度センサ２３は、戻り側通路部４ｃとバイパス通路２１との接続部分付近に設けたが、これに限定されるものではなく、凝縮熱交換器２６から貯湯タンク５の上部に至る循環加熱回路４、即ち戻り側通路部４ｃの任意の部位に設置されていればよい。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ ：ヒートポンプ給湯装置
２ ：貯湯給湯ユニット
３ ：ヒートポンプ式熱源機
４ ：循環加熱回路
５ ：貯湯タンク
６ ：制御ユニット
２０ ：循環ポンプ
２１ ：バイパス通路
２２ ：切替弁
２３ ：温度センサ
２５ ：圧縮機
２６ ：凝縮熱交換器
２７ ：膨張弁
２８ ：蒸発熱交換器
２９ ：ヒートポンプ回路

Claims (2)

1. 圧縮機と凝縮熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機と、前記凝縮熱交換器で加熱された湯水を貯湯するための貯湯槽と、前記貯湯槽と前記ヒートポンプ式熱源機との間に湯水を循環させるための循環加熱回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、
   前記循環加熱回路には、循環ポンプと、前記貯湯槽をバイパスするためのバイパス通路と、循環ポンプへ貯湯槽の下部から湯水が流入する状態と、前記バイパス通路から湯水が流入する状態とに切替え可能な切替弁が設けられており、前記ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後の少なくとも一定時間は、前記切替弁をバイパス通路側に切替えるとともに、前記凝縮熱交換器から前記貯湯槽の上部に至る循環加熱回路に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することにより漏水判定を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 圧縮機と凝縮熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機と、前記凝縮熱交換器で加熱された湯水を貯湯するための貯湯槽と、前記貯湯槽と前記ヒートポンプ式熱源機との間に湯水を循環させるための循環加熱回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、
   前記循環加熱回路には、循環ポンプと、前記貯湯槽をバイパスするためのバイパス通路と、循環ポンプへ貯湯槽の下部から湯水が流入する状態と、前記バイパス通路から湯水が流入する状態とに切替え可能な切替弁が設けられており、前記ヒートポンプ式熱源機を駆動して湯水の貯湯運転が終了した後の少なくとも一定時間は、前記切替弁をバイパス通路側に切替えるとともに、前記貯湯槽に備えられた温度検知手段の検知温度変化を監視することにより漏水判定を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。