JPS63189738A - ヒ−トポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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って、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ず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って、その水面に浮かぶ
上記フロートの高さを近接スイッチで検出し、これによ
って、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ットとの間
をつなぐ水用配管にポンプが介設されており、このポン
プの作動によって、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、したがっ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っ
ては筒状体内壁やフロート表面に水あかが生じ、このた
め水位変化に応す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
ッ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、したがって配管内をながれろ水の流れ抵抗
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
たものであって、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
よって冷媒循環可能に接続すると共に、上記風呂用熱交
換器２２を水用入口管２４と水用出口管２５とによって
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って、上記水用入口管２４に取付け
られる第１温度センサ３８を上記風呂用熱交換器２２に
近い位置に、一方上記水用出口管２５に取付けられる第
２温度センサ３９をそれよりも熱的に離れた位置にそれ
ぞれ設け、さらに上記第１温度センサ３８での検出温度
と第２温度センサ３９での検出温度との高低関係の逆転
によって異常信号を出力する空焚き判定手段５０を設け
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３
８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２４、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３８．３
９で検出される温度は、各取付は位置における配管温度
となり、それらの温度は、流通冷媒によって加熱される
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３９を第
１温度センサ３８よりも風呂用熱交換器２２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３
９取付は位置では伝熱量は小さく、したがってこのとき
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によっ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、したがって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、室外ユニットＸと、２台の室内ユニットＡ、Ｂ
と、浴槽ユニットＣとを有するものである。室外ユニッ
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にはアキュームレータ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
、室外ファン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はヘッ
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１１
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の他端部と上記ヘッダー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、
それぞれ室内ユニットＡＳＢに、また残りの冷媒配管１
７は浴槽ユニットＣに接続されている。上記各室内ユニ
ットＡ、Ｂは、１台の室内ユニットＡについてのみ図示
するが、室内熱交換器１９と室内ファン２０とを有する
ものである。また上記浴槽ユニット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２４、及び水用出口管２５とを有するもの
である二上記水用人ロ管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って上記浴
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２７〜２
９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、上記浴槽ユニット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って、風呂加熱運転時にはポン
プ２６の作動によって浴槽からの湯が、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２
２を通って水用出口管２５へと循環し、一方冷媒は冷媒
配管１７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、したがって水用入口管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によって、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位し得る値ともなる。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
によって検出される。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
槽ユニット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って構成
している。このようなゴム弾性を有する部材を介設する
ことによって、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２
２に近接する位置に取付け、一方上記第２温度センサ３
９は、風呂用４熱交換器２２の水流出口から延びる銅バ
イブ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。このような取付は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、浴槽ユニット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２７．２
８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、室内ユニッ）Ａ、Ｂ側
の第２電動膨張弁２７．２８を停止開度とすると共に、
浴槽ユニット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を切換えて圧縮機工から
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って行う。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ットＸぽ、室
外制御装置４１を有しており、この室外制御装置４１に
よって、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。

次に浴槽ユニット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ッチ４６と、前記第１温度セゾサ３
８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３８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
運転スイッチ４６がＯＮで、かつ上記湯温サーモ信号が
ＯＮのとき、すなわち検出湯温か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
３８．３９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０Ｎ−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
転制御のフローチャートを示している。

同図のように、風呂加熱運転スイッチ４６がＯＮ操作さ
れると、まずステップ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内の湯に撹拌が
与えられることとなって、浴槽２３内の湯温の均一化が
図られる。そして１分経過後にステップ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、ステップ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
。湯温サーモ信号が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、ステップ
Ｓ４に移行し、風呂加熱運転指令信号を室外制御装置４
１に送信する。これにより室外制御装置４１によって風
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。次いでステップＳ５における経過時間の
判断ステップによって、上記ステップ３２〜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
。

ステップＳ５において２分の経過が判断された場合には
、ステップ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Ｔｏ
ｕｔを読込み、次いでステップ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°Ｃ
とを比較し、Ｔｉｎの方が小さい場合には、上記ステッ
プＳ２に戻って再度上記ステ・ノブ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Ｔｏ
ｕｔ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Ｔｏｕ　ｔとの比較ステップＳ７と後で説
明するステップ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
テップである。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における加熱によって
流入側め湯温、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Ｔｏｕ　ｔの方が高い温度となる訳であ
り、したがつテステップＳ７の判定条件Ｔｉｎ　＞Ｔｏ
ｕｔ＋　６°Ｃに対１てはＮＯとなって「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
スイッチ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に水がなかっ
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
る温度は各取付は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２５にもその
熱的影響が作用して（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の取付は位置と風呂用
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
は位置よりは熱的に離れているので、風呂用熱交換器２
２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、
Ｔｏｕ　ｔよりもさらに６°Ｃを越える温度としてＴｉ
ｎ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。

したがって第４図において、ステップＳ７でＴｉｎ＞Ｔ
ｏｕｔ＋６°Ｃの判定条件が満足された場合には、ステ
ップＳ８へ移行してポンプ２６を停止すると共に、ステ
ップＳ９において空焚き判定異常信号を室外制御装置４
１に送信する。これにより室外制御装置４１によって風
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、上記ステップ８２〜Ｓ７の繰返し
処理を行っている際に、浴槽湯温Ｔｉｎが設定温度に達
した場合には、ステップＳ３からステップＳＩＯに移行
し、ポンプ２６の停止（ステップ５ＩＯ）、室外制御装
置４１への風呂加熱停止信号の送信（ステップＳｉｔ　
）をそれぞれ行って、上記状態を１０分間継続（ステッ
プ５１２　）　した後、再び上記したステップ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、したがって上記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
ンサによっ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現象の判別によっ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顧性が高く、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
検出温度によって風呂用熱交換器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、第２温度センサを第１温度センサ
よりも熱的に離れた位装置とするために、上記第２温度
センサと風呂用熱交換器との間にゴムホース配管を介設
した例を示したが、その他例えば第２温度センサを風呂
用熱交換器よりも距離的に離し、また浴槽と浴槽ユニッ
トを接続する配管の戸外に位置する箇所に取付けする等
によって、第１温度センサと第２温度センサとに熱的な
遠近を与える構成としてもよい。また上記においてはマ
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Ｔｏｕ　ｔ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。また上記実施例は風呂加熱運転につ
いて説明したが、一旦加熱された浴槽湯の廃熱を回収す
る風呂冷却運転にも、この発明を適用することができる
。この場合、水用入口管２４と水用出口管２５とをそれ
ぞれ流通する湯温は、上記加熱運転とは逆転した高低関
係となる。この正常状態に対して、湯の流通のない空焚
き状態の場合には、蒸発器として作用する風呂用熱交換
器２２からの冷却作用によって、各第１、第２温度セン
サ３８．３９で検出される温度は、上記加熱運転時と同
様に９、正常状態とは逆転した高低関係となる。したが
って、各検出温度の高低関係の逆転を検出することによ
り、風呂冷却運転時の空焚きの防止も可能である。なお
、風呂冷却運転時においては、水用入口管２４を流通す
る湯温が設定温度よりも低くなった場合には、廃熱熱量
が低下したとして運転を停止するようにすることによっ
て、熱回収効率の低下を防止することができる。

（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（、したがっ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図は浴槽ユニットの構成を示す
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
フローチャート図である。 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、２
４・・・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）とを冷媒配管によって冷媒循環可能に接続
   すると共に、上記風呂用熱交換器（２２）を水用入口管
   （２４）と水用出口管（２５）とによって浴槽（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
   ステムであって、上記水用入口管（２４）に取付けられ
   る第１温度センサ（３８）を上記風呂用熱交換器（２２
   ）に近い位置に、一方上記水用出口管（２５）に取付け
   られる第２温度センサ（３９）をそれよりも熱的に離れ
   た位置にそれぞれ設け、さらに上記第１温度センサ（３
   ８）での検出温度と第２温度センサ（３９）での検出温
   度との高低関係の逆転によって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。