JPH0570061B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は風呂用熱交換器を有して浴槽湯の加
熱を行うヒートポンプシステムに関するものであ
つて、特に空焚き防止機能を備えたヒートポンプ
システムに関する。

（従来の技術） 風呂の空焚きを防止するために必要となる浴槽
内の湯量の自動検出に関する従来例としては、例
えば特公昭57−61993号公報記載の装置がある。
その装置においては、浴槽と底部側で連通する筒
状体を配設すると共に内部にフロートを浮設し、
上記筒状体での水位が浴槽内と同一水位で変化す
ることによつて、その水面に浮かぶ上記フロート
の高さを近接スイツチで検出し、これによつて、
浴槽内の湯量の自動検出を行うものである。

上記装置はガスの燃焼で風呂加熱を行う装置に
適用した水位検出器であるが、近年においては、
冷媒のヒートサイクルを利用して風呂加熱を行う
ヒートポンプシステムが実用化されつつある。こ
のような装置においては、浴槽と、風呂用熱交換
器の配置された浴槽ユニツトとの間をつなぐ水用
配管にポンプが介設されており、このポンプの作
動によつて、湯を浴槽と風呂用熱交換器との間を
強制的に循環させる構成としている。そこで、上
記ポンプ作動時の通電電流値が、湯の強制循環
時、すなわち負荷時と、浴槽に湯がなく上記ポン
プが空運転されている時、すなわち無負荷時とで
差を生ずることに着目して、この通電電流値を監
視することにより、浴槽内の湯の有無を自動的に
検出することが可能であり、この場合には前記フ
ロート型の検出器に比べて簡単な構成となり、コ
ストダウンを図ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したフロート形の検出器は、専用の構成部
品を必要とし、したがつて小型化やコストダウン
が図れないと共に、次のような問題もある。それ
は長年の使用に当たつては筒状体内壁やフロート
表面に水あかが生じ、このため水位変化に応ずる
フロートの移動が拘束されるようになることであ
る。このときには、当然に水位の検出を行えなく
なり、誤動作を生ずることとなる。一方、前記循
環ポンプへの通電電流の検知方式においては、浴
槽ユニツトが浴槽に近接する位置に設置される場
合等には、配管長も短く、したがつて配管内をな
がれる水の流れ抵抗は小さく、このため負荷時と
無負荷時とで電流差も小さくなるために、これら
を容易には判別することができなくなり、検出の
信頼性に欠けるものとなる。

この発明は上記した従来の欠点を解決するため
になされたものであつて、その目的は、ヒートサ
イクルを利用して風呂の加熱を行うに際し、簡素
な構成で、かつ信頼性の高い空焚き防止をなし得
るヒートポンプシステムを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプシステムは、圧
縮機１と熱源側熱交換器９と風呂用熱交換器２２
とを冷媒配管によつて冷媒循環可能に接続すると
共に、湯通路と冷媒通路とを熱交換可能に配置し
て成る風呂用熱交換器２２の上記湯通路を水用入
口管２４と水用出口管２５とによつて浴槽２３に
接続して水用循環径路を構成して成るヒートポン
プシステムであつて、上記水用入口管２４と水用
出口管２５とは上記風呂用熱交換器２２に対して
該熱交換器２２からの熱伝達が可能に接続し、上
記水用入口管２４には第１温度センサ３８を取付
けると共に、上記水用出口管２５には第２温度セ
ンサ３９を取付ける一方、上記水用出口管２５に
おいては、上記風呂用熱交換器２２と上記第２温
度センサ３９との間に、他の部分よりも熱伝達率
の低い管状部材を介設し、これにより風呂の空焚
き時に風呂用熱交換器２２からの伝達が第１温度
センサ３８よりも少なくなる位置に第２温度セン
サ３９を配置し、さらに上記第１温度センサ３８
での検出温度が第２温度センサ３９での検出温度
よりも高くなつたときに異常信号を出力する空焚
き判定手段５０を設けていることを特徴としてい
る。

（作用） 上記構成のヒートポンプシステムの作用につい
て、例えば風呂加熱状態について説明すると、水
用循環径路を湯が循環して風呂用熱交換器２２で
加熱されるときには、加熱された湯が流通する水
用出口管２５に取付けられた第２温度センサ３９
での検出温度は、加熱前の湯が流通する水用入口
管２４に取付けられた第１温度センサ３８での検
出温度よりも当然に高くなる。

一方、浴槽２３に湯がなく、上記水用入口管２
４、風呂用熱交換器２２、水用出口管２５を湯が
循環しない状態で風呂用熱交換器２２に冷媒が流
通する場合、いわゆる空焚きの場合には、上記第
１、第２温度センサ３８，３９で検出される温度
は、各取付け位置における配管温度となり、それ
らの温度は、流通冷媒によつて加熱される風呂用
熱交換器２２からの伝熱量に大きく依存すること
となる。そこで上記構成では、第２温度センサ３
９を第１温度センサ３８よりも風呂用熱交換器２
２から熱的に離れた位置に取付けている。このた
め第２温度センサ３９取付け位置では伝熱量は小
さく、したがつてこのとき第２温度センサ３９で
検出される温度は、上記した湯が循環している場
合とは逆に、第１温度センサ３８での検出温度よ
りも低くなる。このような各検出温度の逆転現象
が空焚き時に生じるようにして、これを空焚き判
定手段５０によつて自動的に判別する構成として
いるので、確実な判別がなし得、したがつて２箇
の温度センサ３８，３９を取付けるだけの簡単な
構成で信頼性の向上した空焚き防止が可能とな
る。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプシステムの具体的
な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明
する。

まず第２図は、室内空調と風呂加熱とを行い得
るマルチタイプのヒートポンプシステムに、この
発明を適用した例の全体構成を示す冷媒回路図で
ある。図のようにこの装置は、室外ユニツトＸ
と、２台の室内ユニツトＡ，Ｂと、浴槽ユニツト
Ｃとを有するものである。室外ユニツトＸは圧縮
機１を有しており、この圧縮機１の吐出配管２と
吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁４に接続され
ている。なお上記吸込配管３にはアキユームレー
タ６が介設されている。上記四路切換弁４には第
１ガス管７と第２ガス管８とが接続されている
が、上記第１ガス管７は、室外フアン１８の付設
された熱源側熱交換器となる室外熱交換器９に接
続され、また上記第２ガス管８はヘツダー１０に
接続されている。また上記室外熱交換器９には、
第１液管１１が接続されており、この第１液管１
１は受液器１２に接続されると共に、その途中に
は第１電動膨張弁１３が介設されている。上記受
液器１２には、第２液管１４の一端部が接続され
ているが、この第２液管１４の他端部と上記ヘツ
ダー１０との間には、図の場合には３本の分岐冷
媒配管１５〜１７が接続されている。上記分岐冷
媒配管のうちの２本の配管１５，１６は、それぞ
れ室内ユニツトＡ，Ｂに、また残りの冷媒配管１
７は浴槽ユニツトＣに接続されている。上記各室
内ユニツトＡ，Ｂは、１台の室内ユニツトＡにつ
いてのみ図示するが、室内熱交換器１９と室内フ
アン２０とを有するものである。また上記浴槽ユ
ニツトＣは、風呂用熱交換器２２と、この風呂用
熱交換器２２を浴槽２３に接続する水用入口管２
４、及び水用出口管２５とを有するものである。
上記水用入口管２４にはポンプ２６が介設されて
おり、このポンプ２６を作動することによつて上
記浴槽２３内の湯が上記風呂用熱交換器２２を通
して循環される。なお上記各分岐冷媒配管１５〜
１７においては、液管１４側の位置に、それぞれ
第２電動膨張弁２７〜２９が介設されている。ま
た上記第２ガス管８にはガス閉鎖弁３６が、第２
液管１４には液閉鎖弁３７がそれぞれ介設されて
いる。

第１図には、上記浴槽ユニツトＣの構成模式図
を示しており、上記風呂用熱交換器２２は漏洩検
知付２重管から構成されているものであつて、風
呂加熱運転時にはポンプ２６の作動によつて浴槽
からの湯が、図中一点鎖線で示すように、水用入
口管２４から上記風呂用熱交換器２２を通つて水
用出口管２５へと循環し、一方冷媒は冷媒配管１
７を図中実線矢印の方向に循環する。この際の上
記風呂用熱交換器２２内部の流通方向は互いに逆
方向となされており、したがつて水用入口管２４
の、上記風呂用熱交換器２２の入口付近に付設さ
れている第１温度センサ３８によつて、浴槽内に
おける湯温が検出されると共に、この検出温度は
上記風呂用熱交換器２２における冷媒の凝縮温度
を近似し得る値ともなる。また上記風呂用熱交換
器２２内を流通して加熱された湯の温度は、上記
水用出口管２５に付設されている第２温度センサ
３９によつて検出される。上記水用入口管２４と
水用出口管２５とは銅パイプから構成されている
ものであるが、浴槽ユニツトＣ内部においては、
第１図においてそれらの径路中に二重線で示した
部分はゴムホースによつて構成している。このよ
うなゴム弾性を有する部材を介設することによつ
て、配管接続時に中心位置ずれを容易に補償し得
る接続作業が可能になると共に、配管を伝う振動
を吸収する構成とすることができる。そして同図
のように上記第１温度センサ３８は、風呂用熱交
換器２２の水流入口に直結された銅パイプ部の、
上記風呂用熱交換器２２に近接する位置に取付
け、一方上記第２温度センサ３９は、風呂用熱交
換器２２の水流出口から延びる銅パイプとはゴム
ホース部を介して接続された銅パイプ部に取付け
ている。このような取付け位置の相異による作用
は、後で詳しく説明する。

上記したヒートポンプシステムにおいては、暖
房運転を行う場合には、浴槽ユニツトＣ側の第２
電動膨張弁２９を停止開度（風呂用熱交換器２２
での液溜りを防止するため、わずかな量の冷媒を
流し得る開度のこと、以下同じ）にすると共に、
必要な他の第２電動膨張弁２７，２８を室内熱交
換器１９，１９の過冷却度制御を行うための制御
開度とし、圧縮機１から吐出された冷媒を、第２
図中実線矢印で示す方向に、四路切換弁４を経由
して各室内熱交換器１９，１９から室外熱交換器
９へと循環させる。なおこの場合、第１電動膨張
弁１３は、室外熱交換器９の過熱度制御を行う制
御開度となされている。また風呂加熱運転を行う
場合には、室内ユニツトＡ，Ｂ側の第２電動膨張
弁２７，２８を停止開度とすると共に、浴槽ユニ
ツトＣ側の第２電動膨張弁２９及び第１電動膨張
弁１３を上記と同様な制御開度にし、圧縮機１か
ら吐出された冷媒を上記と同様に風呂用熱交換器
２２から室外熱交換器９へと循環させる。なお風
呂加熱・暖房同時運転の場合には、必要な第２電
動膨張弁２７，２８と第２電動膨張弁２９とを制
御開度にすればよい。また冷房運転、及び一旦加
熱された浴槽湯の廃熱を回収する際の風呂冷却運
転は、四路切換弁４を切換えて圧縮機１からの吐
出冷媒を第２図中破線矢印で示すように、上記と
は逆に、室外熱交換器９から室内熱交換器１９，
１９や風呂用熱交換器２２へと循環させることに
よつて行う。この場合、第１電動膨張弁１３は全
開にし、第２電動膨張弁２７〜２９にて蒸発冷媒
の過熱度制御を行う。

次に上記ヒートポンプシステムの運転制御回路
について、第３図に基づいて説明するが、以下の
説明は風呂の加熱運転について行う。図のように
室外ユニツトＸは、室外制御装置４１を有してお
り、この室外制御装置４１によつて、圧縮機１、
上記第１、２電動膨張弁１３，２７〜２９や四路
切換弁４等を制御し、暖房運転、風呂加熱運転、
暖房・風呂加熱同時運転等の運転モードを制御す
る。また後述する風呂制御装置４５における風呂
の空焚き判定信号が出力された場合には、風呂加
熱運転を停止すると共に、異常表示を行うように
なされている。

次に浴槽ユニツトＣは、風呂制御装置４５を有
しており、この風呂制御装置４５には、台所等の
室内に配置される風呂加熱運転スイツチ４６と、
前記第１温度センサ３８と、第２温度センサ３９
とが接続されている。なお上記第１温度センサ３
８での検出温度は、さらに設定温度４７と比較さ
れて、その高低状態に応じた信号、すなわち湯温
サーモ信号が発生され、これが上記風呂制御装置
４５に入力されるようになされている。この風呂
制御装置４５からは室外制御装置４１に対して、
上記風呂加熱運転スイツチ４６がONで、かつ上
記湯温サーモ信号がONのとき、すなわち検出湯
温が設定温度よりも低いときに、風呂加熱運転指
令信号が出力される。また上記風呂制御装置４５
においては、上記第１、第２温度センサ３８，３
９での各検出温度信号、及び湯温サーモ信号に基
づいて、後述するようにポンプ２６のON−OFF
制御を行うようになされている。

第４図には、上記風呂制御装置４５における風
呂加熱運転制御のフローチヤートを示している。
同図のように、風呂加熱運転スイツチ４６がON
操作されると、まずステツプS1においてポンプ
２６が起動され、このポンプ２６の作動状態が１
分間継続される。このとき浴槽２３内の湯は風呂
用熱交換器２２を通して循環することとなり、こ
れにより浴槽２３内の湯に攪拌が与えられること
となつて、浴槽２３内の湯温の均一化が図られ
る。そして１分経過後にステツプS2において、
水用入口管２４に取付けられている第１温度セン
サ３８で検出される上記浴槽湯温相当の湯温Tin
の読込みが行われ、ステツプS3で湯温サーモ信
号により、上記浴槽湯温Tinが設定温度よりも低
いか否かの判断をする。湯温カーモ信号がONの
場合、すなわち検出された浴槽湯温Tinが設定温
度よりも低い場合には、ステツプS4に移行し、
風呂加熱運転指令信号を室外制御装置４１に送信
する。これにより室外制御装置４１によつて風呂
用熱交換器２２へと冷媒循環が開始され、浴槽湯
の加熱が行われる。次いでステツプS5における
経過時間の判断ステツプによつて、上記ステツプ
S2〜S4の処理が、ポンプ作動状態のままで２分
間繰返し行われることとなる。すなわち浴槽湯の
加熱を行いながら、浴槽湯温Tinを逐次読込み、
設定温度との比較を行うのである。

ステツプS5において２分の経過が判断された
場合には、ステツプS6に移行して、水用出口管
２５に取付けられている第２温度センサ３９で検
出される加熱湯温Toutを読込み、次いでステツ
プS7において、その直前に読込まれた浴槽湯温
Tinと、上記Tout＋６℃とを比較し、Tinの方が
さい場合には、上記ステツプS2に戻つて再度上
記ステツプS2〜S5を継続することとしている。
すなわち２分間隔毎にTinとToutとの比較を行
いながら、風呂加熱運転を継続することとしてい
るのである。

上記TinとToutとの比較ステツプS7と後で説
明するステツプS8、S9とは、風呂の空焚きを自
動的に判別するための空焚き判定手段５０を構成
する処理ステツプである。すなわち、水用入口管
２４から風呂用熱交換器２２を通して水用出口管
２５へと循環する湯がある場合には、風呂用熱交
換器２２における加熱によつて流入側の湯温、す
なわち第１温度センサ３８で検出される湯温Tin
よりも、出口側の第２温度センサ３９で検出され
る湯温Toutの方が高い温度となる訳であり、し
たがつてステツプS7の判定条件Tin＞Tout＋６
℃に対してはNOとなつて「正常」の判断がなさ
れ、風呂加熱が継続される。一方、風呂加熱運転
スイツチ４６がON状態のままで、浴槽２３の排
水栓が抜かれた場合や、或いは始めから浴槽２３
に水がなかつた場合においては、風呂用熱交換器
２２を水が循環せず、いわゆる空焚き状態となる
が、このときに第１温度センサ３８及び第２温度
センサ３９でそれぞれ検出される温度は各取付け
位置での配管温度となる。このとき風呂用熱交換
器２２には加熱のための冷媒が流通しているの
で、風呂用熱交換器２２の温度は上昇し、これに
接続されている水用入口管２４及び水用出口管２
５にもその熱的影響が作用してくることとなる。
すなわち前記のように風呂用熱交換器２２に近接
してこれに直結された銅パイプ部に取付けられて
いる第１温度センサ３８の検出温度は、上記風呂
用熱交換器２２の温度上昇と共に上昇する。一
方、第２温度センサ３９の取付け位置と風呂用熱
交換器２２との間には、前記したように熱伝導率
の低いゴムホース部材が介在し、第１温度センサ
３８の取付け位置よりは熱的に離れているので、
風呂用熱交換器２２からの伝熱量は小さく、周辺
の大気温度に近い検出温度を維持することとな
る。この結果、正常時における検出温度の高低
は、上記のような空焚き時には逆転することとな
る。なお上記実施例においては、装置起動時にお
ける冷媒循環回路内の安定化までの間での誤動作
防止や、温度センサの検出精度のばらつきを許容
するために、Toutよりもさらに６℃を越える温
度としてTinが検出されたときに空焚き状態と判
定することとしている。

したがつて第４図において、ステツプS7でTin
＞Tout＋６℃の判定条件が満足された場合には、
ステツプS8へ移行してポンプ２６を停止すると
共に、ステツプS9において空焚き判定異常信号
を室外制御装置４１に送信する。これにより室内
制御装置４１によつて風呂加熱運転の停止制御が
なされると共に、例えば空焚き表示異常ランプが
点燈される。

なお第４図において、上記ステツプS2〜S7の
繰返し処理を行つている際に、浴槽湯温Tinが設
定温度に達した場合には、ステツプS3からステ
ツプS10に移行し、ポンプ２６の停止（ステツプ
S10）、室外制御装置４１への風呂加熱停止信号
の送信（ステツプS11）をそれぞれ行つて、上記
状態を10分間継続（ステツプS12）した後、再び
上記したステツプS1からの処理を再開する。上
記10分間の間は風呂加熱が停止される。一旦湯温
が設定温度に達した場合には、その湯温の低下は
極めて遅いものと判断され、したがつて上記10分
間の間は、例えば上記実施例において暖房運転側
にも同時に運転要求がある場合に、暖房運転を優
先して行うこととしているのである。

以上のように、上記ヒートポンプシステムにお
いては、正常時と空焚き状態とで第１温度センサ
及び第２温度センサによつてそれぞれ検出される
温度の高低の逆転という明らかな２現象の判別に
よつて空焚きの検出がなし得るので、従来の例え
ばポンプ通電電流における判別基準等に比べて検
出の信頼性が高く、また水配管内部の水あかの発
生状況等による影響の少ない誤動作の低減された
検出が可能である。また構造的にも２つの温度セ
ンサの取付けで実現でき、簡単な構造となる。し
かも第１温度センサ３８は湯温サーモを構成する
温度センサとして兼用し得るものであり、また第
２温度センサ３９は、その検出温度によつて風呂
用熱交換器２２の加熱能力を把握することもで
き、その能力を調整すべく冷媒循環系の制御に活
用し得るものでもある。

なお上記においては、マルチタイプのヒートポ
ンプシステムにこの発明を適用した例を示した
が、風呂加熱専用のヒートポンプシステムにも勿
論適用することができる。さらに上記実施例にお
いて設定した浴槽湯温Tinと加熱湯温Toutの比
較基準値や、各タイマの設定時間は、装置の設置
状況、使用状況に応じて適当に変更することも可
能である。

（発明の効果） この発明のヒートポンプシステムにおいては、
正常時と空焚時とで検出温度の高低が逆転すると
いう明らかな判別条件をもとに空焚きの判定が可
能であるので、その信頼性も高く、したがつて誤
動作の低減を図ることができると共に、構成部品
が少なく、構造簡素な構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明のヒートポンプシス
テムの実施例を示すもので、第１図は浴槽ユニツ
トの構成を示す模式図、第２図はこの発明を適用
したマルチタイプのヒートポンプシステムの全体
構成を示す冷媒回路図、第３図は制御系の回路
図、第４図は風呂加熱運転時の制御のフローチヤ
ート図である。 １……圧縮機、９……室外熱交換器（熱源側熱
交換器）、２２……風呂用熱交換器、２３……浴
槽、２４……水用入口管、２５……水用出口管、
３８……第１温度センサ、３９……第２温度セン
サ、５０……空焚き判定手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１と熱源側熱交換器９と風呂用熱交換
   器２２とを冷媒配管によつて冷媒循環可能に接続
   すると共に、湯通路と冷媒通路とを熱交換可能に
   配置して成る風呂用熱交換器２２の上記湯通路を
   水用入口管２４と水用出口管２５とによつて浴槽
   ２３に接続して水用循環径路を構成して成るヒー
   トポンプシステムであつて、上記水用入口管２４
   と水用出口管２５とは上記風呂用熱交換器２２に
   対して該熱交換器２２からの熱伝達が可能に接続
   し、上記水用入口管２４には第１温度センサ３８
   を取付けると共に、上記水用出口管２５には第２
   温度センサ３９を取付ける一方、上記水用出口管
   ２５においては、上記風呂用熱交換器２２と上記
   第２温度センサ３９との間に、他の部分よりも熱
   伝達率の低い管状部材を介設し、これにより風呂
   の空焚き時に風呂用熱交換器２２からの伝熱が第
   １温度センサ３８よりも少なくなる位置に第２温
   度センサ３９を配置し、さらに上記第１温度セン
   サ３８での検出温度が第２温度センサ３９での検
   出温度よりも高くなつたときに異常信号を出力す
   る空焚き判定手段５０を設けていることを特徴と
   するヒートポンプシステム。