JP7148484B2 - 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。

ヒートポンプ式給湯機はお湯を沸き上げるためのヒートポンプユニットとそのお湯を貯湯するための貯湯ユニットで構成されている。ヒートポンプユニットはおもに圧縮機，水-冷媒熱交換器，減圧装置，空気熱交換器で構成されており，それらが環状に接続されている（冷媒サイクル）。沸き上げ運転時，ヒートポンプユニットでは貯湯タンクからの水が循環装置によって水-冷媒熱交換器へ供給され，圧縮機から吐出された高温の冷媒と熱交換を行っている(水サイクル)。

また，冷媒の温度を検出する冷媒検出部や，貯湯ユニットから前記水-冷媒熱交換器に供給される水および前記水-冷媒熱交換器で沸き上げられた湯を貯湯ユニットへ供給する湯の温度を検出する温度検出部を備え，各検出部の温度をもとに前記圧縮機の周波数や前記循環装置の周波数を決定する制御部で構成されている。

しかしながら，水-冷媒熱交換器は一般的に熱伝導率の高い銅で構成されており，長期間の使用や，水道水の水質によっては，配管の腐食，孔食が発生し，その孔から水が漏れてしまう恐れがある。その検出には，特許文献１のように貯湯ユニットとヒートポンプユニットの間の循環回路に備えられた温度検出部の検出温度の変化により，漏水判定を行うものがある。

特開2017-83070号公報

しかしながら，先行文献1の方法の場合，循環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だけでは，外気温度との差異が大きい場合や、貯湯ユニットとヒートポンプユニットを接続する配管が長い場合，配管放熱の影響が大きくなり，漏水判定で誤検出してしまう恐れがある。

外気温度や配管放熱の影響なく，水-冷媒熱交換器からの漏水判定を図ることが可能なヒートポンプ式給湯機の提供を目的とする。

上記課題を解決するために，水サイクルと，圧縮機および水-冷媒熱交換器等を有する冷媒サイクルと，を備えるヒートポンプ式給湯機において，前記ヒートポンプ式ユニットの運転終了後、一定時間後のヒートポンプ式給湯機の停止状態で， 前記水サイクルの温度と前記冷媒サイクルの温度を監視し，前記水サイクルの温度が前記冷凍サイクルの温度よりも大きい場合を漏水状態と判定することを特徴とする。

本発明によれば，外気温度や配管放熱の影響なく，水-冷媒熱交換器からの漏水判定を図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。

実施例1および実施例2に係わるヒートポンプ式給湯機のシステム概略図である。 実施例1に関わる温度検出部の温度変化を示す図である。 実施例1に関わる制御フローである。 実施例2に関わる温度検出部の温度変化を示す図である。 実施例2に関わる制御フローである。

以下，実施形態について，図面を参照しながら，説明する。図1は第1の実施形態、第２の実施形態に係わるヒートポンプ式給湯機のシステム概略図である。

図2は第1の実施形態に係わる，水-冷媒熱交換器２が正常な場合と，水漏れが発生している場合の圧縮機吐出冷媒温度検出部７と出湯温度検出部９の温度変化を示す図である。図3は第1の実施形態に係わる水漏れ検出の制御フローを示す。

実施例1に係わるヒートポンプ式給湯機は湯の沸き上げを行うヒートポンプユニット部１００と湯をためる貯湯タンクユニット部１０１で構成される。ヒートポンプユニット部１００は容量可変な圧縮機１と，圧縮機１から吐出された高温高圧な冷媒と被加熱媒体である水とを熱交換させる水-冷媒熱交換器２と，水-冷媒熱交換器２から流出した冷媒を低温低圧に膨張させる膨張弁３と，膨張弁から流出した低温低圧の冷媒と送風ファン６によって送風される空気とを熱交換させる蒸発器４とを備え，それらが環状に接続されており，冷媒サイクルＲを形成している。また，圧縮機吐出部に圧縮機吐出温度を測る圧縮機吐出冷媒温度検出部７，水-冷媒熱交換器から流出した冷媒温度を測る水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８および水冷媒熱交換器から流出した湯水の温度を測る出湯温度検出部９，貯湯タンク１１下部から供給される湯水の温度を測る入水温度検出部１０を備える。なお，この冷凍サイクルでは，二酸化炭素が冷媒として使用されている。

貯湯ユニット部１０１には，湯水を貯湯する貯湯タンク１１や，貯湯タンクとヒートポンプユニットの水サイクルＦには，三方弁１２が備えられており，三方弁１２は１２ａと１２ｂと１２ｃの全てを連通させない「全閉」，１２aと１２bのみを連通させ、１２ａと１２ｃ及び１２ｂと１２ｃを連通させない「沸き上げ」，１２bと１２cのみを連通させ、１２ａと１２ｂ及び１２ａと１２ｃを連通させない「バイパス」とすることができる。

また，図1に示すように，ヒートポンプを運転させる沸き上げ運転時には，三方弁１２は「沸き上げ」となり，水-冷媒熱交換器２には貯湯タンク１１下部から，低温の水が循環ポンプ５を駆動させることによって供給され，水-冷媒熱交換器２にて熱交換を行い，高温の湯になった後，貯湯タンク１１上部に戻される。

実施例1のヒートポンプ式給湯機のヒートポンプユニット１００の膨張弁３は圧縮機吐出温度検出部に取り付けられている温度センサー７の値をもとに，所定の温度になるように操作される。

さらに，ヒートポンプユニットの運転が終了した際には，三方弁１２は「全閉」となり，貯湯タンク下部からの湯水の供給は遮断される。

また実施例1では水サイクルＦに存在する三方弁１２は，貯湯ユニット部１０１内にあり，水を循環させるための循環ポンプ５はヒートポンプユニット部１００内にあるが，三方弁１２および循環ポンプ５は水サイクル内Ｆであれば，その場所は限定しない。

次に，長期間の使用や，水道水の水質によって，水-冷媒熱交換器２配管の腐食，孔食が発生し，その孔から水が漏れてしまった場合について記載する。貯湯タンク１１には，水道圧が常にかかっている状態であるが，水-冷媒熱交換器２に孔が無く，正常な場合，水サイクルＦは完全に閉じられている状態なので，湯水が流動することはない。

しかし，水-冷媒熱交換器２において，水漏れが発生している場合は，孔の部分は大気圧となるため，水道圧によりその孔の部分から湯水が漏れてしまう。さらに，先に記述したように，ヒートポンプが運転していない状態の場合，三方弁１２は「全閉」であり，貯湯タンク１１の下部からの湯水の供給は遮断されている。したがって，湯水の漏れは，貯湯タンク１１の上部の湯水が水-冷媒熱交換器２の孔に供給される形となる。

水-冷媒熱交換器２が正常な場合と，水漏れが発生している場合の圧縮機吐出冷媒温度検出部７と出湯温度検出部９の温度変化を図2に示す。図2に示すように，水-冷媒熱交換器２に孔がなく，正常な場合，運転停止中には、ヒートポンプ運転後の圧縮機吐出冷媒温度検出部７で検出される温度と出湯温度検出部９で検出される温度は，放熱により，徐々に温度低下していく。その関係は，運転時の関係を維持し，圧縮機吐出冷媒温度≧出湯温度となる。

しかし，水-冷媒熱交換器２に孔が発生し，水漏れが発生している場合は，ヒートポンプ運転後の圧縮機吐出冷媒温度検出部７で検出された温度と出湯温度検出部９で検出された温度は，先に述べたように，貯湯タンク１１の上部の湯水が水-冷媒熱交換器２の孔に供給される形となるため，運転停止中には、圧縮機吐出冷媒温度検出部７で検出される温度は放熱により，温度低下するが，出湯温度検出部９で検出される温度は，やや温度低下するものの，、正常な場合と比べて高温を維持する。したがって，その関係は，運転停止してから一定時間経過後には、圧縮機吐出冷媒温度＜出湯温度となる。

次に図3を使用し，制御フローを説明する。まず，電源投入と同時にカウンタN1をセットする。（図中のS1）これは，水漏れを検出した，沸き上げ終了のカウンタであり，1日に1回しか沸き上げを行わない場合は，日数となる。その後，ヒートポンプが沸き上げ運転を開始し（ヒートポンプユニット運転），運転が終了（ヒートポンプユニット停止）した後，圧縮機吐出冷媒温度と出湯温度の関係を，セットしたタイマー温度毎に判断し，それを所定の回数まで行う（図中のS2）。N2が所定の回数検知した場合，水-冷媒熱交換器２からの水漏れが発生していると判断し，タイマーを停止させ（図中のS3）、カウントN1を増加させる（図中のS4）。これをヒートポンプユニット運転-停止毎に数回繰り返し行い，N1が所定の回数となり，水-冷媒熱交換器２からの水漏れが複数回（例えば3回。沸き上げを1日に1回行う場合は3日となる。）検出された場合，エラーを発報し，顧客に知らせる。

これまで述べた２つの温度検出部（圧縮機吐出冷媒温度検出部７および出湯温度検出部９）は，ヒートポンプユニット内部に設置されているため，外気温度の影響を受けにくく，また貯湯ユニットとヒートポンプユニットを接続する配管の長さに関係ないため，外気温度や配管の放熱の影響なく，水-冷媒熱交換器からの漏水を検出することができる。また，複数回発生した場合に顧客に知らせるため，誤検出のリスクを抑制できる。

図4は第1の実施形態に係わる，水-冷媒熱交換器２が正常な場合と，水漏れが発生している場合の圧縮機吐出冷媒温度検出部７と出湯温度検出部９の温度変化を示す。図5は第1の実施形態に係わる水漏れ検出の制御フローを示す。

実施例2に関わるヒートポンプ式給湯機のシステム概略図は実施例1と同様なため詳細な説明は割愛するが，外気温度低く，貯湯ユニット１０１とヒートポンプユニット１００の間の配管の凍結が心配される場合，循環ポンプ５を運転させて水サイクルＦ内の水を循環させて配管内の水の凍結を防止する，凍結防止運転を実施する。

この凍結防止運転時には三方弁１２は「バイパス」となり，１２bと１２cが連通となる。ここで，水-冷媒熱交換器２に孔がなく，正常な場合は，循環ポンプ５により，このバイパス経路を通じて，水-冷媒熱交換器２内の水が循環する。しかし，水-冷媒熱交換器２において，水漏れが発生している場合は，孔の部分は大気圧となるため，水道圧によりその孔の部分から湯水が漏れてしまう。さらに，凍結防止運転時には，先に記述したように，三方弁１２は「バイパス」であり，１２aの経路は閉じられているため，貯湯タンク１１の下部からの湯水の供給は遮断されている。したがって，湯水の漏れは，貯湯タンク１１の上部の湯水が水-冷媒熱交換器２の孔に供給される形となるが，凍結防止運転時には，循環ポンプ５を運転させるため，水-冷媒熱交換器２の入水側が低圧となり，貯湯ユニット上部の高温の湯は，入水部に供給される。そのため，入水温度検出部１０で検出される温度が高い温度となる。

凍結防止運転時における，水-冷媒熱交換器２が正常な場合と，水漏れが発生している場合の水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８と入水温度検出部１０の温度変化を図4に示す。図4に示すように，水-冷媒熱交換器２に孔がなく，正常な場合，ヒートポンプ運転後の水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８で検出される温度と入水温度検出部１０で検出される温度は，凍結防止運転を行っていても、放熱により，徐々に温度低下していく。その関係は，運転時の関係を維持し，水-冷媒熱交換器出口冷媒温度≧入水温度となる。

しかし，水-冷媒熱交換器２に孔が発生し，水漏れが発生している場合は，ヒートポンプ運転後の水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８で検出された温度と入水温度検出部１０で検出された温度は，先に述べたように，貯湯タンク１１の上部の湯水が水サイクルFの１２cと１２bを通って，水-冷媒熱交換器２の孔に供給される形となるため，凍結防止運転中には、水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８で検出される温度は放熱により，温度低下するが，入水温度検出部１０で検出される温度は，凍結防止運転を行っていない間は、やや温度低下するものの，凍結防止運転中には、上昇し、正常な場合と比べて高温を維持する。更に、凍結防止運転を行ってから一定時間経過後には，その関係は，水-冷媒熱交換器出口冷媒温度＜入水温度となる。

次に図5を使用し，制御フローを説明する。まず，電源投入と同時にカウンタN1をセットする。（図中のS11）これは，水漏れを検出した，沸き上げ終了のカウンタであり，1日に1回しか沸き上げを行わない場合は，日数となる。その後，ヒートポンプが沸き上げ運転を開始し，運転が終了した後，凍結防止運転となった場合，水-冷媒熱交換器出口冷媒温度と入水温度の関係を，セットしたタイマー温度毎に判断し，それを所定の回数まで行う。（図中のS12）所定の回数検知した場合，水-冷媒熱交換器２からの水漏れが発生していると判断し，タイマーを停止させ，（図中のS13）カウントN1を増加させる。（図中のS14）これを数回繰り返し行い，N1が所定の回数となり，水-冷媒熱交換器２からの水漏れが複数回（例えば3回。沸き上げを1日に1回行う場合は3日となる。）検出された場合，エラーを発報し，顧客に知らせる。

これまで述べた２つの温度検出部（水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部８および入水温度検出部１０）は，ヒートポンプユニット内部に設置されているため，外気温度の影響を受けにくく，また貯湯ユニットとヒートポンプユニットを接続する配管の長さに関係ないため，外気温度や配管の放熱の影響なく，水-冷媒熱交換器からの漏水を検出することができる。また，複数回発生した場合に顧客に知らせるため，誤検出のリスクを抑制できる。

１ 圧縮機
２ 水-冷媒熱交換器
３ 膨張弁
４ 蒸発器（空気熱交換器）
５ 循環ポンプ
６ 送風ファン
７ 圧縮機吐出温度検出部
８ 水-冷媒熱交換器出口冷媒温度検出部
９ 出湯温度検出部
１０ 入水温度検出部
１１ 貯湯タンク
１２ 三方弁
１００ ヒートポンプユニット
１０１ 貯湯タンクユニット

Claims (4)

1. ヒートポンプ式給湯機は貯湯ユニットとヒートポンプユニットで構成され，
   前記ヒートポンプユニットは，貯湯ユニットから供給される水を熱交換により温度を上げる水サイクルと，圧縮機および前記圧縮機から吐出された高温冷媒と貯湯ユニットから供給される水とを熱交換させる水-冷媒熱交換器を有する冷媒サイクルとを備え，
   前記水サイクルには，貯湯ユニット下部から供給される湯水を遮断できる湯水遮断装置が設けられており，
   前記ヒートポンプユニットの運転終了後，前記湯水遮断装置を遮断状態とし，一定時間後のヒートポンプユニットの停止状態で，
   前記水サイクルの温度と前記冷媒サイクルの温度を監視し，前記水サイクルの温度が前記冷媒サイクルの温度よりも大きい場合を漏水状態と判定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記水サイクル温度は前記ヒートポンプユニットの出湯温度センサで検知し，前記冷媒サイクルの温度は，前記圧縮機の吐出温度である，請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記水サイクル温度は前記ヒートポンプユニットの入水温度センサで検知し，前記冷媒サイクルの温度は，前記水-冷媒熱交換器の出口温度である，請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 前記漏水状態であると，数日間以上判断した場合，漏水状態であることを顧客に知らせる請求項１乃至３の何れか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
   

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