JP7134346B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ回路で生成される温熱を水の加熱に使用する給湯システムに関する。

従来の給湯システムは、水を溜めたタンクと、温熱を生成するヒートポンプ給湯器と、ヒートポンプ給湯器とタンクとの間で水を循環させる水回路とを有する。給湯システムには、ヒートポンプ回路を循環する冷媒と水回路を循環する水とが熱交換を行う水熱交換器が設けられている。給湯システムが水熱交換器を含む水回路に水を循環させる運転を継続すると、時間経過にともなって水に含まれるカルシウムなどの物質がスケールとして水回路内に堆積してしまう。また、外部からタンクに供給される水に異物が混入していると、異物が水回路の配管に詰まってしまうことがある。スケールおよび異物などの水回路の配管への詰まりよって水の流れが妨げられると、水の循環効率が低下し、熱交換効率が悪化してしまうことになる。

水回路内での詰まりを防止するために、作業者が定期的に水回路全体を点検し、水の流れを妨げるほどのスケールまたは異物の発生が認められた場合、水回路をメンテナンスする必要があった。

水回路においてスケールによる詰まりの発生を検知するヒートポンプ給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたヒートポンプ給湯装置は、流量検出手段または水圧力検出手段が水回路に設けられ、水の流量または圧力が低下している場合、水回路に詰まりが発生したと判定し、目標出湯温度を制限する。

また、スケールなどの物質による配管詰まりの誤検知を防ぐために、ヒートポンプユニット側の熱交換器の冷媒温度と外気温度とに基づいて水循環回路の異常を検出するヒートポンプ式給湯機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９－２５０４６１号公報 特開２０１８－１４６１５０号公報

特許文献１および２に開示された給湯システムは、スケールおよび異物などの物質によって水回路に詰まりの発生を検知できるが、詰まりの発生箇所が水熱交換器か否かを特定することができない。この場合、作業者が水回路全体を点検する必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、水が循環する回路において異常の発生箇所を特定できる給湯システムを提供するものである。

本発明に係る給湯システムは、水を加熱する水熱交換器を含み、冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記水を貯留するタンクと、前記タンクと前記水熱交換器との間で前記水が循環する循環回路と、前記循環回路に水を循環させる循環ポンプと、前記水熱交換器の前記水の流出側に設けられ、水圧を検出する水圧センサと、前記水熱交換器の前記冷媒の流出側に設けられ、冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサと、前記水熱交換器の前記水の流入温度および流出温度と、前記冷媒圧力と、前記水圧と、前記水の設定温度とに基づいて前記ヒートポンプ回路および前記循環ポンプを制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記水圧センサによって検出される前記水圧と基準水圧とから前記循環回路に異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、前記冷媒圧力センサによって検出される前記冷媒圧力と基準冷媒圧力とから前記水熱交換器に異常が発生したか否かを判定する位置判定手段と、を有し、前記位置判定手段は、前記異常判定手段によって前記循環回路に異常が発生したと判定されると、検出される前記冷媒圧力が前記基準冷媒圧力と比べて決められた冷媒圧力差閾値よりも大きいか否かを判定し、検出される前記冷媒圧力が前記基準冷媒圧力と比べて前記冷媒圧力差閾値よりも大きい場合、前記異常の発生箇所を前記水熱交換器と判定し、検出される前記冷媒圧力と前記基準冷媒圧力との差が前記冷媒圧力差閾値以下である場合、前記異常の発生箇所を前記循環回路のうち、前記水熱交換器以外の部分と判定するものである。

本発明によれば、異常判定手段によって循環回路の水圧に基づいて循環回路の異常の発生が検知され、位置判定手段によって冷媒圧力に基づいて異常の発生箇所が水熱交換器か否かが判定される。そのため、循環回路のうち、異常の発生箇所が水熱交換器かそれ以外の部分であるか特定できる。

実施の形態１に係る給湯システムの一構成例を示す回路図である。 図１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。 図１に示したメモリが記憶する水圧マップの一例を示す図である。 図１に示したメモリが記憶する冷媒圧力マップの一例を示す図である。 図２に示した水圧マップ作成手段が水圧マップを作成する手順を示すフローチャートである。 図２に示した冷媒圧力マップ作成手段が冷媒圧力マップを作成する手順を示すフローチャートである。 図１に示した給湯システムが異常を検知する動作手順の一例を示すフローチャートである。 水の飽和蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。 図１に示した給湯システムによって実行される、図７に示したステップＳ２０７およびＳ２１０の動作手順の一例を示すフローチャートである。 図１に示した給湯システムにおいて、循環ポンプの回転数が一定である場合の水圧の時系列変化の一例を示すグラフである。 図１に示した給湯システムにおいて、水熱交換器の水の流入温度と流出温度との温度差が一定である場合の冷媒圧力の時系列変化の一例を示すグラフである。

実施の形態１．
本実施の形態１の給湯システムの構成を、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る給湯システムの一構成例を示す回路図である。図１に示すように、給湯システム１は、温熱を生成する熱源ユニット１０と、水を貯留するタンク２１と、熱源ユニット１０とタンク２１との間で水を循環させる循環回路２４と、給湯システム１の運転を制御するコントローラ４０とを有する。図１に示すように、給湯システム１に発生する異常などの情報をユーザに報知する報知部２５が給湯システム１に設けられていてもよい。報知部２５は、例えば、表示装置およびスピーカの一方または両方である。報知部２５は信号線を介してコントローラ４０と接続されている。

（熱源ユニット１０）
熱源ユニット１０は、温熱を生成するヒートポンプ給湯器の役目を果たす。熱源ユニット１０は、圧縮機１２、水熱交換器１３、膨張弁１５、空気側熱交換器１６およびファン１７を有する。圧縮機１２、水熱交換器１３、膨張弁１５および空気側熱交換器１６がヒートポンプ配管１８で接続され、冷媒が循環するヒートポンプ回路１１が構成される。ヒートポンプ配管１８において、水熱交換器１３と膨張弁１５との間に冷媒圧力センサ１４が設けられている。ヒートポンプ回路１１によって生成される温熱が、水熱交換器１３を介して循環回路２４を流通する水に伝導され、水が加熱される。冷媒は、例えば、Ｒ４０７Ｃ冷媒である。

圧縮機１２は、低温および低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温および高圧の状態の冷媒にして吐出する。圧縮機１２は、例えば、モータの回転数を制御することで容量を調節できるインバータ式圧縮機である。水熱交換器１３は、冷媒と水との間で熱交換する冷媒熱媒体間熱交換器である。水熱交換器１３は、冷媒と水とを熱交換して、水を加熱する。膨張弁１５は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁である。膨張弁１５は、例えば、開度を調整できる電子式膨張弁である。空気側熱交換器１６は、冷媒と空気との間で熱交換する熱交換器である。ファン１７は、モータの回転数を調整して、空気側熱交換器１６に供給する空気量を調整する。冷媒圧力センサ１４は、水熱交換器１３の冷媒出口における冷媒の圧力Ｐｒを検出する。圧力Ｐｒは、例えば、凝縮圧力である。圧縮機１２、ファン１７、膨張弁１５および冷媒圧力センサ１４は信号線を介してコントローラ４０と接続されている。冷媒圧力センサ１４は検出値を信号線を介してコントローラ４０に送信する。

（タンク２１）
タンク２１は、図に示さない給水口から給水され、図に示さない供給口から給湯する。タンク２１には、タンク２１から水熱交換器１３に水が流出するため開口部である出口７２と、水熱交換器１３を流通した水がタンク２１に戻るための開口部である入口７１とが設けられている。タンク２１の入口７１と水熱交換器１３とが配管２６ａで接続され、出口７２と水熱交換器１３とが配管２６ｂで接続されている。

（循環回路２４）
循環回路２４は、循環ポンプ２２およびストレーナ２３を有する。循環ポンプ２２およびストレーナ２３は配管２６ｂに設けられている。循環ポンプ２２は、タンク２１と水熱交換器１３との間で水を循環させるために、吸入した水を送出するポンプである。循環ポンプ２２は回転数Ｈを調節できるポンプである。ストレーナ２３は、循環回路２４を循環する水から異物を濾す濾し器である。ストレーナ２３は、水から異物を濾す網部（不図示）と、網部に溜まった異物を取り除くための弁（不図示）とを有する。循環ポンプ２２、水熱交換器１３およびタンク２１が配管２６ａおよび２６ｂで接続され、水が循環する循環回路２４が構成される。

配管２６ｂには、水熱交換器１３の上流側に入口温度センサ３１が設けられている。配管２６ａには、水熱交換器１３の下流側に出口温度センサ３２および水圧センサ３３が設けられている。入口温度センサ３１は、水熱交換器１３に流入する水の温度である流入温度Ｔｉｎを検出する。出口温度センサ３２は、水熱交換器１３から流出する水の温度である流出温度Ｔｏｕｔを検出する。水圧センサ３３は、水熱交換器１３から流出する水の圧力である水圧Ｐｗを検出する。循環ポンプ２２、入口温度センサ３１、出口温度センサ３２および水圧センサ３３は信号線を介してコントローラ４０と接続されている。入口温度センサ３１、出口温度センサ３２および水圧センサ３３の各センサは、検出値を信号線を介してコントローラ４０に送信する。

ここで、コントローラ４０の構成を説明する前に、ヒートポンプ回路１１における冷媒の流れと、循環回路２４における水の流れを説明する。はじめに、ヒートポンプ回路１１における冷媒の流れについて説明する。

圧縮機１２に吸入された冷媒は、圧縮機１２によって圧縮され、高温および高圧の状態で吐出される。圧縮機１２から吐出された冷媒は、水熱交換器１３に流入する。水熱交換器１３において、冷媒は循環回路２４を流通する水と熱交換して冷却される。この熱交換により、水は冷媒によって加熱される。冷却された冷媒は膨張弁１５に流入する。膨張弁１５において、冷媒は、減圧され、膨張する。減圧され、膨張した冷媒は、空気側熱交換器１６に流入する。空気側熱交換器１６において、冷媒は、空気と熱交換して加熱される。加熱された低温および低圧の冷媒は、圧縮機１２に吸入される。

続いて、循環回路２４における水の流れについて説明する。タンク２１の出口７２に接続された配管２６ｂを介して、水がタンク２１から循環ポンプ２２に吸入される。循環ポンプ２２に吸入された水は、循環ポンプ２２によってストレーナ２３に送出される。循環ポンプ２２から送出された水は、ストレーナ２３を流通して、水熱交換器１３に流入する。水熱交換器１３において、水は冷媒と熱交換して加熱される。加熱された水は、配管２６ａを介してタンク２１に流入する。

（コントローラ４０）
図１に示したコントローラ４０について説明する。給湯システム１は通常運転モードおよび試運転モードを有し、各運転モードに対応してコントローラ４０は、給湯システム１の運転を制御する。通常運転モードは、給湯で使用される水の温度がユーザによって設定された設定温度Ｔｓになるように運転するモードである。試運転モードは、循環回路２４の基準状態において、詰まりの有無の判定に関するパラメータのデータを収集するモードである。基準状態とは、水熱交換器１３を含む循環回路２４にスケールおよび異物などがほとんど付着しておらず、水の流れが妨げられることがない状態である。基準状態は、例えば、作業者が循環回路２４のメンテナンスを行った後から数時間～２４時間以内の一定期間の状態である。設定温度Ｔｓは、図に示さないリモートコントローラを介してユーザによってコントローラ４０に入力される。

図２は、図１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。コントローラ４０は、図１に示すように、プログラムを記憶するメモリ４１と、メモリ４１が記憶するプログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４２とを有する。コントローラ４０は、例えば、マイクロコンピュータである。図２に示すように、コントローラ４０は、冷凍サイクル制御手段８１、異常判定手段８２、位置判定手段８３、異常停止手段８４、水圧マップ作成手段８５および冷媒圧力マップ作成手段８６を有する。ＣＰＵ４２がプログラムを実行することで、これらの手段が構成される。

（冷凍サイクル制御手段８１）
冷凍サイクル制御手段８１は、通常運転モードにおいて、流入温度Ｔｉｎ、流出温度Ｔｏｕｔ、水圧Ｐｗ、冷媒圧力Ｐｒおよび設定温度Ｔｓに基づいて、給湯システム１の運転を制御する。具体的には、冷凍サイクル制御手段８１は、タンク２１に溜まる水の容量、流出温度Ｔｏｕｔ、流入温度Ｔｉｎおよび設定温度Ｔｓとから必要な熱量を算出する。そして、冷凍サイクル制御手段８１は、冷媒圧力Ｐｒに対応してヒートポンプ回路１１で生成される熱量を示す関係式を用いて、必要な熱量が得られるように圧縮機１２およびファン１７の回転数、ならびに膨張弁１５の開度を制御する。冷凍サイクル制御手段８１は、流入温度Ｔｉｎと流出温度Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴが大きいほど、圧縮機１２およびファン１７の回転数を大きくする制御を行ってもよい。冷凍サイクル制御手段８１は、流入温度Ｔｉｎと流出温度Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴが大きいほど、循環ポンプ２２のモータの回転数を小さくする制御を行ってもよい。なお、タンク２１に水の容量を検出するセンサおよびタンク２１に溜まる水の温度を検出するセンサなどが設けられていてもよい。

また、冷凍サイクル制御手段８１は、試運転モードに、冷媒圧力マップ作成手段８６から温度差ΔＴの目標温度差ΔＴｓが通知されると、温度差ΔＴが目標温度差ΔＴｓになるように、圧縮機１２およびファン１７の回転数、ならびに膨張弁１５の開度を制御する。さらに、冷凍サイクル制御手段８１は、異常停止手段８４から異常停止の指示を受けると、ヒートポンプ回路１１における冷凍サイクルを停止させるために圧縮機１２の運転を停止してもよい。

（水圧マップ作成手段８５）
水圧マップ作成手段８５は、試運転モードにおいて、循環ポンプ２２の回転数Ｈを変化させ、回転数Ｈに対応して水圧センサ３３で検出される水圧Ｐｗを記録する。具体的には、水圧マップ作成手段８５は、循環ポンプ２２の回転数Ｈを単位回転数ΔＨ変化させる度に水圧Ｐｗを記録する。そして、水圧マップ作成手段８５は、記録した水圧Ｐｗを基準水圧Ｐｗｒｅｆとして、回転数Ｈと基準水圧Ｐｗｒｅｆとの関係を示す水圧マップを作成してメモリ４１に記憶させる。

ここで、水圧マップについて、図３を参照して説明する。図３は、図１に示したメモリが記憶する水圧マップの一例を示す図である。図３に示す縦軸は基準水圧Ｐｗｒｅｆであり、横軸は循環ポンプ２２の回転数Ｈである。給湯システム１が通常運転モードで運転していると、循環ポンプ２２の回転数Ｈは一定ではない。循環ポンプ２２の回転数Ｈが変化すると水圧Ｐｗも変化するため、水圧Ｐｗを監視しても、循環回路２４に付着したスケールおよび異物の一方または両方がどの程度、水圧Ｐｗに影響しているかわからない。そこで、水圧マップ作成手段８５は、循環回路２４の基準状態において、スケールおよび異物等によって水の流れが妨げられてない状態の水圧Ｐｗとして、循環ポンプ２２の回転数Ｈに応じて基準水圧Ｐｒｅｆを記録しておく。図３に示す、基準水圧Ｐｗｒｅｆと回転数Ｈとの関係を示すグラフは一例であり、図３に示すグラフの形状に限定されない。

（冷媒圧力マップ作成手段８６）
冷媒圧力マップ作成手段８６は、試運転モードにおいて、流入温度Ｔｉｎと流出温度Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴの目標温度差ΔＴｓを設定する。冷媒圧力マップ作成手段８６は、設定した目標温度差ΔＴｓを冷凍サイクル制御手段８１に通知する。冷媒圧力マップ作成手段８６は、目標温度差ΔＴｓを単位温度差ｄＴ変化させ、変化させる度に目標温度差ΔＴｓを冷凍サイクル制御手段８１に通知する。冷媒圧力マップ作成手段８６は、目標温度差ΔＴｓを単位温度差ｄＴ変化させる度に冷媒圧力Ｐｒを記録する。そして、冷媒圧力マップ作成手段８６は、記録した冷媒圧力Ｐｒを基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとし、目標温度差ΔＴｓを温度差ΔＴとし、温度差ΔＴと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとの関係を示す冷媒圧力マップを作成する。冷媒圧力マップ作成手段８６は、作成した冷媒圧力マップをメモリ４１に記憶させる。

図４は、図１に示したメモリが記憶する冷媒圧力マップの一例を示す図である。図４に示す縦軸は基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆであり、横軸は温度差ΔＴである。給湯システム１が通常運転モードで運転していると、温度差ΔＴと冷媒圧力Ｐｒとの関係は一定ではない。水熱交換器１３にスケールおよび異物等がほとんど付着していない状態では、冷媒圧力Ｐｒの変化に対して温度差ΔＴも変化する。水熱交換器１３において、冷媒と水との熱交換が効率よく行われるからである。しかし、水熱交換器１３にスケールまたは異物などが付着して水の流れが悪くなると、冷媒圧力Ｐｒが変化しても、温度差ΔＴが小さくならなくなる。冷媒圧力Ｐｒおよび温度差ΔＴのうち、いずれか一方を監視して、スケールまたは異物などが原因で、水熱交換器１３での水の流れが悪くなっているか否かを判断するのは難しい。そこで、冷媒圧力マップ作成手段８６は、循環回路２４の基準状態において、スケールおよび異物等によって水の流れが妨げられてない状態の冷媒圧力Ｐｒと温度差ΔＴとの関係を記録しておく。図４に示す、基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと温度差ΔＴとの関係を示すグラフは一例であり、図４に示すグラフの形状に限定されない。

（異常判定手段８２）
異常判定手段８２は、循環ポンプ２２が停止した状態から起動する際、水圧センサによって検出される水圧と基準水圧Ｐｗｒｅｆとから循環回路２４に詰まりが発生したか否かを判定する。具体的には、異常判定手段８２は、図１に示したメモリ４１が記憶する水圧マップを参照し、運転中の循環ポンプ２２の回転数Ｈに対応する基準水圧Ｐｗｒｅｆを決定する。そして、異常判定手段８２は、検出される水圧Ｐｗと基準水圧Ｐｗｅｒとを比較し、水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｅｒと比べて水圧差閾値ΔＰｗｔｈよりも低下した場合、循環回路２４に詰まりが発生したと判定する。循環回路２４に詰まりが発生すると、水の流れが悪くなり、循環ポンプ２２の回転数Ｈが同じでも、水圧Ｐｗが低くなるからである。異常判定手段８２は、検出される水圧Ｐｗと基準水圧Ｐｗｅｒとの水圧差が水圧差閾値ΔＰｗｔｈよりも小さい場合、循環回路２４に詰まりが発生していないと判定する。水圧差閾値ΔＰｗｔｈはメモリ４１が記憶している。

また、異常判定手段８２は、循環回路２４に詰まりが発生した場合、循環ポンプ２２に対して、応急運転を行う。具体的には、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２の回転数Ｈを現在の回転数よりも大きくするように循環ポンプ２２に指示する。

（位置判定手段８３）
位置判定手段８３は、異常判定手段８２によって循環回路２４に詰まりが発生したと判定されると、冷媒圧力センサ１４によって検出される冷媒圧力Ｐｒと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとから水熱交換器１３に詰まりが発生したか否かを判定する。具体的には、位置判定手段８３は、メモリ４１が記憶する冷媒圧力マップを参照し、検出される流入温度Ｔｉｎおよび流出温度Ｔｏｕｔから算出される温度差ΔＴに対応する基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆを決定する。そして、位置判定手段８３は、検出される冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと比べて冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きいか否かを判定する。

判定の結果、冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと比べて冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きい場合、位置判定手段８３は、詰まり箇所を水熱交換器１３と判定する。これは、同じ温度差ΔＴに対して凝縮圧力に相当する冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆに比べて冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きな値が必要になっており、水熱交換器１３において熱交換効率が低下していることを意味している。そのため、詰まり箇所が水熱交換器１３と判定される。

一方、判定の結果、冷媒圧力Ｐｒと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとの差が冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈ以下である場合、位置判定手段８３は、循環回路２４において、詰まり箇所を水熱交換器１３以外の部分と判定する。

また、位置判定手段８３は、循環回路２４に詰まりが発生した場合、警報を報知部２５に発報させる。報知部２５が表示装置（不図示）を備えている場合について、具体的に説明する。水熱交換器１３に詰まりが発生した場合、位置判定手段８３は、第１異常として、水熱交換器１３に詰まりが発生した旨のメッセージを報知部２５に表示させる。循環回路２４のうち、水熱交換器１３以外の部分に詰まりが発生した場合、位置判定手段８３は、第２異常として、水熱交換器１３以外の箇所に詰まりが発生した旨のメッセージを報知部２５に表示させる。報知部２５がスピーカ（不図示）を備えている場合、位置判定手段８３は、詰まり箇所に対応して第１異常または第２異常が発生したことを音声で報知部２５に出力させてもよい。

（異常停止手段８４）
異常停止手段８４は、循環回路２４に詰まりが発生した場合、水圧センサ３３によって検出される水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍより小さい負圧であるか否かを判定する。水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍより小さい負圧である場合、異常停止手段８４は循環ポンプ２２の運転を停止する異常停止を行う。その際、異常停止手段８４は、第３異常として、循環回路２４に負圧を検知した旨のメッセージを、報知部２５に表示させてもよく、メッセージを音声で報知部２５に出力させてもよい。さらに、異常停止手段８４は、異常停止を冷凍サイクル制御手段８１に指示してもよい。

次に、本実施の形態１の給湯システム１の動作を説明する。はじめに、給湯システム１が試運転モードで運転する際に、水圧マップ作成手段８５が水圧マップを作成する手順を説明する。試運転モードの起動は、例えば、作業者が循環回路２４のメンテナンスを行って循環回路２４からスケールおよび異物を取り除いた後、図に示さないリモートコントローラを介してコントローラ４０に入力する起動指示をトリガーとする。図５は、図２に示した水圧マップ作成手段が水圧マップを作成する手順を示すフローチャートである。ここでは、循環ポンプ２２の回転数Ｈの最大値をＨｍａｘとする。

水圧マップ作成手段８５は、試運転モードが設定されると、循環ポンプ２２の回転数Ｈの初期値の回転数Ｈ０を設定する（ステップＳ１０１）。水圧マップ作成手段８５は、冷凍サイクル制御手段８１を介して、回転数Ｈ０で循環ポンプ２２を運転させる。そして、水圧マップ作成手段８５は、回転数Ｈ０に対応する基準水圧Ｐｗｒｅｆとして水圧Ｐｗを記録する（ステップＳ１０３）。続いて、水圧マップ作成手段８５は、回転数Ｈ０に単位回転数ΔＨを加算した値を新たな回転数Ｈに設定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０２に戻り、回転数Ｈが最大値Ｈｍａｘに達していない場合、水圧マップ作成手段８５は、回転数Ｈで循環ポンプ２２を運転させ、回転数Ｈに対応する基準水圧Ｐｗｒｅｆとして水圧Ｐｗを記録する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２において回転数Ｈが最大値Ｈｍａｘに到達するまで、水圧マップ作成手段８５がステップＳ１０３～Ｓ１０４を繰り返す。このようにして、水圧マップ作成手段８５は、回転数Ｈと基準水圧Ｐｗｒｅｆとの関係を示す水圧マップを作成する。

次に、給湯システム１が試運転モードで運転する際に、冷媒圧力マップ作成手段８６が冷媒圧力マップを作成する手順を説明する。図６は、図２に示した冷媒圧力マップ作成手段が冷媒圧力マップを作成する手順を示すフローチャートである。ここでは、目標温度差ΔＴｓの最大値をΔＴｍａｘとする。

冷媒圧力マップ作成手段８６は、試運転モードが設定されると、温度差ΔＴの目標温度差ΔＴｓの初期値ΔＴｓ０を設定する（ステップＳ１５１）。冷媒圧力マップ作成手段８６は、設定した目標温度差ΔＴｓ０を冷凍サイクル制御手段８１に通知する。冷凍サイクル制御手段８１は、温度差ΔＴが目標温度差ΔＴｓ０になるように圧縮機１２、膨張弁１５およびファン１７を制御する。温度差ΔＴが安定すると、冷媒圧力マップ作成手段８６は、目標温度差ΔＴｓ０が最大値ΔＴｍａｘより小さい値なので（ステップＳ１５２）、温度差ΔＴに対応する基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとして冷媒圧力Ｐｒを記録する（ステップＳ１５３）。続いて、冷媒圧力マップ作成手段８６は、目標温度差ΔＴｓ０に単位温度差ｄＴを加算した値を新たな目標温度差ΔＴｓに設定する（ステップＳ１５４）。ステップＳ１５２に戻り、目標温度差ΔＴｓが最大値ΔＴｍａｘに達していない場合、冷媒圧力マップ作成手段８６は、目標温度差ΔＴｓを冷凍サイクル制御手段８１に通知する。そして、温度差ΔＴが安定すると、冷媒圧力マップ作成手段８６は、温度差ΔＴに対応する基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとして冷媒圧力Ｐｒを記録する（ステップＳ１５３）。ステップＳ１５２において目標温度差ΔＴｓが最大値ΔＴｍａｘに到達するまで、冷媒圧力マップ作成手段８６がステップＳ１５３～Ｓ１５４を繰り返す。このようにして、冷媒圧力マップ作成手段８６は、温度差ΔＴと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとの関係を示す冷媒圧力マップを作成する。

異常判定手段８２は、水圧マップを参照することで、循環ポンプ２２の回転数Ｈに対応して、循環回路２４の基準状態の水圧である基準水圧Ｐｗｒｅｆを知ることができる。また、異常判定手段８２は、冷媒圧力マップを参照することで、温度差ΔＴに対応して、循環回路２４の基準状態の冷媒圧力である基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆを知ることができる。なお、水圧マップの作成と冷媒圧力マップの作成は、同時に実行されてもよく、別々に実行されてもよい。これらのマップ作成が別々に実行される場合、水圧マップの作成および冷媒圧力マップの作成のうち、いずれが先に実行されてもよい。

（詰まり判定動作）
次に、給湯システム１が通常運転モードで運転中に異常を検知する動作を説明する。図７は、図１に示した給湯システムが異常を検知する動作手順の一例を示すフローチャートである。コントローラ４０は、例えば、循環ポンプ２２の起動のタイミングで、図７に示す手順で動作する。図７に示す手順の開始のタイミングは、循環ポンプ２２の起動のタイミングに限定されない。コントローラ４０は、循環回路２４のメンテナンスが行われた後、一定の周期で、図７に示す手順を繰り返してもよい。

異常判定手段８２は、循環ポンプ２２から回転数Ｈの情報を取得すると、メモリ４１が記憶する水圧マップを参照し、回転数Ｈに対応する基準水圧Ｐｗｒｅｆを決定する（ステップＳ２０１）。異常判定手段８２は、検出される水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｅｒと比べて水圧差閾値ΔＰｗｔｈ以上小さいか否かを判定する（ステップＳ２０２）。判定の結果、水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｅｒと比べて水圧差閾値ΔＰｗｔｈよりも低下した場合、異常判定手段８２は、循環回路２４に詰まりが発生したと判定する（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）。一方、判定の結果、水圧Ｐｗと基準水圧Ｐｗｅｒとの水圧差が水圧差閾値ΔＰｗｔｈ以下である場合、異常判定手段８２は、循環回路２４に詰まりが発生していないと判定する（ステップＳ２０２：Ｎｏ）。

ステップＳ２０２において循環回路２４に詰まりが発生していると判定されると、位置判定手段８３は、入口温度センサ３１によって検出される流入温度Ｔｉｎと、出口温度センサ３２によって検出される流出温度Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴを算出する。そして、位置判定手段８３は、メモリ４１が記憶する冷媒圧力マップを参照し、算出した温度差ΔＴに対応する基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆを決定する（ステップＳ２０３）。続いて、位置判定手段８３は、冷媒圧力センサ１４によって検出される冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと比べて冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４において、冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと比べて冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きいと、異常停止手段８４は、検出される水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍより小さい負圧であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５の判定の結果、水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍ以上である場合、位置判定手段８３は、詰まり箇所を水熱交換器１３と判定する（ステップＳ２０５：Ｎｏ）。そして、位置判定手段８３は、水熱交換器１３に詰まりが発生したことを示す第１異常を報知部２５に発報させる（ステップＳ２０６）。さらに、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２に対して応急運転を行う（ステップＳ２０７）。作業者は、報知部２５の発報により、水熱交換器１３に異常がないか直ぐに点検を行うことができる。その際、作業者は、循環回路２４のうち、水熱交換器１３を主に点検すればよいので、作業効率が向上する。

一方、ステップＳ２０４において、冷媒圧力Ｐｒと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとの差が冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈ以下であると、異常停止手段８４は、検出される水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍより小さい負圧であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８の判定の結果、水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍ以上である場合、位置判定手段８３は、循環回路２４において、詰まり箇所を水熱交換器１３以外の部分と判定する（ステップＳ２０８：Ｎｏ）。そして、位置判定手段８３は、循環回路２４のうち、水熱交換器１３以外の部分に詰まりが発生したことを示す第２異常を報知部２５に発報させる（ステップＳ２０９）。さらに、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２に対して応急運転を行う（ステップＳ２１０）。作業者は、報知部２５の発報により、循環回路２４のうち、水熱交換器１３以外の部分に異常がないか直ぐに点検を行うことができる。その際、作業者は、循環回路２４のうち、水熱交換器１３以外の箇所を主に点検すればよいので、作業効率が向上する。例えば、スケールおよび異物などの物質は、配管２６ａおよび２６ｂならびにストレーナ２３に詰まることもある。

ステップＳ２０５およびＳ２０８において、水圧Ｐｗが大気圧Ｐａｔｍより小さい負圧である場合、異常停止手段８４は循環ポンプ２２の運転を停止する異常停止を行う（ステップＳ２１１およびＳ２１２）。その際、異常停止手段８４は、第３異常として、循環回路２４に負圧が検知されたことを示す第３異常を報知部２５に発報させてもよく、ヒートポンプ回路１１の冷凍サイクルの停止を冷凍サイクル制御手段８１に指示してもよい。

図８は、水の飽和蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。図８に示すグラフの横軸は温度［℃］であり、縦軸は飽和蒸気圧［ｋＰａ］である。本実施の形態１では、異常停止の際にヒートポンプ回路１１の冷凍サイクルを停止させる閾値として、大気圧Ｐａｔｍを設定している。循環回路２４の水圧Ｐｗが負圧になると、図８に示すように沸騰温度が低下する。本実施の形態１では、循環回路２４の水圧Ｐｗが負圧になったとき、冷媒の循環および水の循環を停止する。そのため、１００℃未満の水温で水が沸騰し、循環回路２４内にスケールが析出すること、および気泡が発生することを防止できる。

次に、図７に示したステップＳ２０７およびＳ２１０における応急運転について説明する。図９は、図１に示した給湯システムによって実行される、図７に示したステップＳ２０７およびＳ２１０の動作手順の一例を示すフローチャートである。

第１異常および第２異常が発生した場合、スケールおよび異物などの物質によって水の流れが妨げられ、循環回路２４の水の流量が低下していると考えられる。そのため、ヒートポンプ回路１１の冷凍サイクルを維持しまま、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２の回転数Ｈを単位回転数ΔＨだけ大きくする（ステップＳ２５１）。

作業者が循環回路２４を点検し、メンテナンスを行ってスケールおよび異物などの物質が除去される場合、水圧Ｐｗと冷媒圧力Ｐｒは正常な状態になる。異常判定手段８２は、水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｒｅｆと一定の範囲で一致し、かつ冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと一定の範囲で一致するか否かを判定する（ステップＳ２５２）。水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｒｅｆと一定の範囲で一致しない、または冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと一定の範囲で一致しない場合、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２の回転数Ｈを維持する（ステップＳ２５２：Ｎｏ）。

一方、ステップＳ２５２で、水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｒｅｆと一定の範囲で一致し、かつ冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆと一定の範囲で一致すると、異常判定手段８２は、第１異常および第２異常の発報を報知部２５に解除させる（ステップＳ２５３）。ステップＳ２５３において、異常判定手段８２は、循環ポンプ２２の回転数Ｈを元に戻してもよい。

ここで、本実施の形態１の給湯システム１が、経過時間に伴って循環回路２４において、詰まりの有無および詰まり箇所を判定する具体例を説明する。説明を簡単にするために、循環ポンプ２２の回転数Ｈおよび温度差ΔＴのそれぞれが一定の場合で説明する。回転数Ｈおよび温度差ΔＴのそれぞれが一定なので、給湯システム１がメンテナンス後に実行する試運転モードを省略してもよい。コントローラ４０は、メンテナンス後に給湯システム１が起動した際、回転数Ｈに対応する水圧Ｐｗを基準水圧Ｐｗｒｅｆとしてメモリ４１に記憶させ、温度差ΔＴに対応する冷媒圧力Ｐｒを基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとしてメモリ４１に記憶させればよい。

図１０は、図１に示した給湯システムにおいて、循環ポンプの回転数が一定である場合の水圧の時系列変化の一例を示すグラフである。図１０のグラフの縦軸は水圧Ｐｗであり、横軸は経過時間ｔである。作業者が循環回路２４のメンテナンスを行った後、給湯システム１は作業者によって起動の指示が入力されると、通常運転モードで運転を開始する。循環ポンプ２２が水の循環を開始すると、時間経過に伴って、スケールが循環回路２４内に堆積していく。そのため、図１０に示すように、水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｒｅｆの値から経過時間ｔに伴って低下していく。水圧Ｐｗが基準水圧Ｐｗｒｅｆから水圧差閾値ΔＰｗｔｈ以上小さくなると、図７を参照して説明したように、給湯システム１は、応急運転を行う。そのまま給湯システム１が運転を継続すると、図１０に示すように、水圧Ｐｗは大気圧Ｐａｔｍよりも低くなる。そのため、図７を参照して説明したように、給湯システム１は異常停止することになる。

図１１は、図１に示した給湯システムにおいて、水熱交換器の水の流入温度と流出温度との温度差が一定である場合の冷媒圧力の時系列変化の一例を示すグラフである。図１１のグラフの縦軸は冷媒圧力Ｐｒであり、横軸は経過時間ｔである。メンテナンス後に循環ポンプ２２が水の循環を開始すると、時間経過に伴って、スケールが水熱交換器１３内に堆積していく。そのため、図１１に示すように、冷媒圧力Ｐｒが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆの値から経過時間ｔに伴って上昇していく。冷媒圧力Ｐｆが基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆから冷媒圧力差閾値ΔＰｒｔｈよりも大きくなると、図７を参照して説明したように、位置判定手段８３は、詰まりの発生した箇所が水熱交換器１３であると判定する。

なお、本実施の形態１では、循環回路２４に発生する異常がスケールおよび異物の一方または両方が原因で水流が妨げられる場合で説明したが、循環回路２４に発生する異常の原因はこの場合に限らない。

本実施の形態１の給湯システム１は、水熱交換器１３を含むヒートポンプ回路１１と、循環ポンプ２２を含む循環回路２４と、水圧センサ３３と、冷媒圧力センサ１４と、コントローラ４０とを有する。コントローラ４０は、異常判定手段８２および位置判定手段８３を有する。異常判定手段８２は水圧センサ３３によって検出される水圧Ｐｗと基準水圧Ｐｗｒｅｆとから循環回路２４に異常が発生したか否かを判定する。位置判定手段８３は、冷媒圧力センサ１４によって検出される冷媒圧力Ｐｒと基準冷媒圧力Ｐｒｒｅｆとから水熱交換器１３に異常が発生したか否かを判定する。

本実施の形態１によれば、異常判定手段８２によって循環回路２４の水圧Ｐｗに基づいて循環回路２４の異常の発生が検知され、位置判定手段８３によって冷媒圧力Ｐｒに基づいて異常の発生箇所が水熱交換器１３か否かが判定される。循環回路２４のうち、異常の発生箇所が水熱交換器１３かそれ以外の部分であるかを特定できる。そのため、作業者は、点検箇所を絞ることができ、より早く異常の原因を見つけることができる。その結果、作業者はよりスムーズにメンテナンス作業を行うことができる。異常の原因がスケールおよび異物などが原因による詰まりであれば、作業者がよりスムーズにメンテナンスを行うことで、給湯システム１が水の循環効率および熱交換効率の低下した状態で運転を継続することを抑制できる。

従来の給湯システムでは、水回路における異物などの詰まりを検出できても、詰まりの発生箇所を特定できなかった。そのため、従来、給湯システムに異常が検知されると、水回路全体を点検しなければならず、時間がかかってしまうこともあった。異常が検知されてから点検に時間を要することを防ぐために、作業者が年に数回の定期点検を行うことが必要なこともあった。この場合、作業者は、定期点検を行う度に、水熱交換器だけでなく、ストレーナおよびそのほかの部品を含む循環回路全体を調べ、各部品に汚れがないか、異物詰まりがないかを確認する必要があった。

これに対して、本実施の形態１の給湯システム１では、異常が検出されたとき、循環回路２４のうち、異常の発生した箇所が水熱交換器１３であるか、それ以外の箇所であるかが検知される。異常が検出されたときに、作業者は、点検およびメンテナンスを行う箇所を絞ることができる。その結果、作業者は、年に数回の定期点検による作業を減らすことができる。

また、本実施の形態１の給湯システム１において、循環回路２４の水圧Ｐｗが負圧となった場合、少なくとも循環ポンプ２２を異常停止させる異常停止手段８４を有していてもよい。この場合、１００℃未満の水温で水が沸騰し、循環回路２４内にスケールが析出することを防止できる。また、循環回路２４内に気泡が発生することを抑制できる。気泡の発生が抑制されることで、水の循環効率が低下することを抑制できる。

１ 給湯システム、１０ 熱源ユニット、１１ ヒートポンプ回路、１２ 圧縮機、１３ 水熱交換器、１４ 冷媒圧力センサ、１５ 膨張弁、１６ 空気側熱交換器、１７ ファン、１８ ヒートポンプ配管、２１ タンク、２２ 循環ポンプ、２３ ストレーナ、２４ 循環回路、２５ 報知部、２６ａ、２６ｂ 配管、３１ 入口温度センサ、３２ 出口温度センサ、３３ 水圧センサ、４０ コントローラ、４１ メモリ、４２ ＣＰＵ、７１ 入口、７２ 出口、８１ 冷凍サイクル制御手段、８２ 異常判定手段、８３ 位置判定手段、８４ 異常停止手段、８５ 水圧マップ作成手段、８６ 冷媒圧力マップ作成手段。

Claims (5)

1. 水を加熱する水熱交換器を含み、冷媒が循環するヒートポンプ回路と、
   前記水を貯留するタンクと、
   前記タンクと前記水熱交換器との間で前記水が循環する循環回路と、
   前記循環回路に水を循環させる循環ポンプと、
   前記水熱交換器の前記水の流出側に設けられ、水圧を検出する水圧センサと、
   前記水熱交換器の前記冷媒の流出側に設けられ、冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサと、
   前記水熱交換器の前記水の流入温度および流出温度と、前記冷媒圧力と、前記水圧と、前記水の設定温度とに基づいて前記ヒートポンプ回路および前記循環ポンプを制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記水圧センサによって検出される前記水圧と基準水圧とから前記循環回路に異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、
   前記冷媒圧力センサによって検出される前記冷媒圧力と基準冷媒圧力とから前記水熱交換器に異常が発生したか否かを判定する位置判定手段と、を有し、
   前記位置判定手段は、
   前記異常判定手段によって前記循環回路に異常が発生したと判定されると、検出される前記冷媒圧力が前記基準冷媒圧力と比べて決められた冷媒圧力差閾値よりも大きいか否かを判定し、
   検出される前記冷媒圧力が前記基準冷媒圧力と比べて前記冷媒圧力差閾値よりも大きい場合、前記異常の発生箇所を前記水熱交換器と判定し、検出される前記冷媒圧力と前記基準冷媒圧力との差が前記冷媒圧力差閾値以下である場合、前記異常の発生箇所を前記循環回路のうち、前記水熱交換器以外の部分と判定する、
   給湯システム。
2. 前記異常判定手段は、
   検出される前記水圧が前記基準水圧と比べて決められた水圧差閾値以上小さい場合、前記循環回路に異常が発生したと判定する、請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記水熱交換器の前記水の流入側に設けられ、前記流入温度を検出する入口温度センサと、
   前記水熱交換器の前記水の流出側に設けられ、前記流出温度を検出する出口温度センサと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記循環回路の基準状態において、前記循環ポンプの回転数に対応して前記水圧を前記基準水圧として記録し、前記回転数と前記基準水圧との関係を示す水圧マップを作成する水圧マップ作成手段と、
   前記基準状態において、前記流入温度と前記流出温度との温度差に対応して前記冷媒圧力を前記基準冷媒圧力として記録し、前記温度差と前記基準冷媒圧力との関係を示す冷媒圧力マップを作成する冷媒圧力マップ作成手段と、をさらに有し、
   前記異常判定手段は、前記判定を行う際、前記水圧マップを参照し、運転中の前記循環ポンプの回転数に対応して前記基準水圧を決定し、
   前記位置判定手段は、前記判定を行う際、前記冷媒圧力マップを参照し、前記入口温度センサおよび前記出口温度センサのそれぞれの検出値から求まる前記温度差に対応して前記基準冷媒圧力を決定する、請求項１または２に記載の給湯システム。
4. 前記異常判定手段は、
   前記循環回路に異常が発生した場合、前記循環ポンプの回転数を大きくする応急運転を前記循環ポンプに行わせる、請求項１～３のいずれか１項に記載の給湯システム。
5. 前記コントローラは、
   前記循環回路に異常が発生し、かつ前記水圧センサによって検出される前記水圧が負圧である場合、前記循環ポンプを停止させる異常停止手段をさらに有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の給湯システム。

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