(57)【要約】【課題】  操作スイッチ等の手段を新たに付加することなく、除霜用の開閉弁の故障発生を早期に発見し得るようにしたヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】  ヒートポンプの運転により水を沸き上げる通常運転制御を実行する前に、電源投入により除霜電磁弁を強制的に開閉変換動作させる除霜電磁弁チェック制御（ＳＵＢ１，ＳＵＢ３）を初期制御として実行する。通常運転では蒸発器に対する除霜開始条件の成立により圧縮機から蒸発器に対し除霜電磁弁を開変換することで高温の冷媒をバイパス路を通して直接に供給して除霜させる。初期制御により、除霜開始条件の成立とは関係なく、除霜電磁弁を開閉変換させることで、弁開閉音の有無により除霜電磁弁が正常に開閉動作するか否かの確認が可能となる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び、蒸発器を冷媒循環配管で順に接続したヒートポンプユニットと、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器に対し前記減圧手段をバイパスして供給するバイパス路と、このバイパス路に介装された常閉設定の開閉制御弁と、前記蒸発器に対する除霜開始条件の成立により前記開閉制御弁を開変換させて圧縮機からの高温冷媒を蒸発器に導入させる除霜運転制御のための制御手段とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、
前記制御手段は、前記除霜開始条件の成立・非成立の如何に拘わらず、電源投入時に前記開閉制御弁を開閉変換させる初期制御を行うように構成されている、
ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置であって、
前記制御手段は、電源投入後、所定の設定時間が経過すると、前記初期制御を行わないように構成されている、ヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関し、特に除霜運転を行うための除霜用電磁開閉弁が正常に開閉作動するか否かについて早期に確認し得るようにする技術に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器を冷媒循環配管で順に接続した冷媒循環回路と、給水ポンプにより前記凝縮器に給水した水を前記圧縮機により圧縮された高圧冷媒で目標沸き上げ温度まで熱交換加熱して給湯に利用する給湯回路とを備えたヒートポンプ給湯装置が知られている。かかるヒートポンプ給湯装置では、通常、外気温が低い時期には蒸発熱交換器に着霜してしまい、熱交換し得なくなるため、蒸発器に着いた霜を溶かすための除霜運転を行う必要がある。このような除霜運転を可能にするために、圧縮機の吐出側から分岐させて凝縮器や減圧手段をバイパスさせて蒸発器の入口側に合流するバイパス路を設けるとともに、このバイパス路に除霜用電磁弁を介装させ、除霜が必要なときには除霜用電磁弁を開作動させることにより圧縮機から高温の冷媒を蒸発器に導入して霜を溶かすことができるようにされている（例えば特許文献１の段落００７１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９２５４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートポンプ給湯装置では、除霜用電磁弁が故障していたとしても、その故障発生を早期には発見することができないおそれがあり、対策の遅れが生じるおそれがあった。すなわち、除霜運転は例えば外気温が所定の低温状態にあり、かつ、蒸発器の温度が所定温度以下まで下がったことなどの除霜運転開始条件が成立して初めて実行されるものであるため、それまでは除霜用電磁弁は閉状態に維持されることになる。このため、たとえ開故障状態（開作動制御しても弁が閉じたままに固着して開かないような故障状態）に陥っていたとしても、除霜運転開始条件が成立しなければ、開作動制御されず、この結果、除霜用電磁弁について故障発生の発見が遅れてしまうことになる。しかも、夏場であれば着霜自体が起こり難く、故障発見はますます遅れることになる。
【０００５】
対策として、除霜用電磁弁を制御とは切り離して開閉切換するための操作スイッチを設け、この操作スイッチのＯＮにより除霜用電磁弁を独立して開閉切換し得るようにすることも考えられるが、かかる操作スイッチを設けても操作し難かったり、コスト増大を招いたりする。すなわち、ヒートポンプ部分が通常は屋外設置であり、筐体内に保護されている制御基板上に操作スイッチを設けても操作し難くなる一方、所定の電装により操作し易い位置に操作スイッチを設けるようにすると、ますますコスト増大を招くことになる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操作スイッチ等の手段を付加することなく、除霜用の開閉弁の故障発生を早期に発見し得るようにしたヒートポンプ給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び、蒸発器を冷媒循環配管で順に接続したヒートポンプユニットと、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器に対し前記減圧手段をバイパスして供給するバイパス路と、このバイパス路に介装された常閉設定の開閉制御弁と、前記蒸発器に対する除霜開始条件の成立により前記開閉制御弁を開変換させて圧縮機からの高温冷媒を蒸発器に導入させる除霜運転制御のための制御手段とを備えたヒートポンプ給湯装置を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記制御手段として、前記除霜開始条件の成立・非成立の如何に拘わらず、電源投入時に前記開閉制御弁を開閉変換させる初期制御を行う構成とした（請求項１）。
【０００８】
本発明の場合、初期制御の実行により、電源投入されると、まず最初に開閉制御弁が強制的に開閉変換されるため、その弁開閉音の有無により開閉制御弁が正常に開閉作動するか否かを確認することが可能となる。すなわち、例えば、装置の設置時やメンテナンス時に電源を投入すれば、除霜開始条件の成立を待たずに、開閉制御弁が正常に開閉作動するか否かを確認することができる。つまり、弁開閉音がすれば正常に開閉動作していると判断し得るし、弁開閉音がしなければ弁が閉状態又は開状態に固着して異常状態に陥っていると判断し得ることになる。以上より、操作スイッチ等の手段を新たに付加することなく、除霜用の開閉制御弁の故障発生を早期に発見することが可能となる。
【０００９】
本発明のヒートポンプ給湯装置において、制御手段として、電源投入後、所定の設定時間が経過すると、前記の初期制御を行わない構成とすることができる（請求項２）。このようにすることにより、設置当初には電源投入により開閉制御弁の強制開閉変換が実行されるため、その開閉制御弁が正常に開閉動作する否かの確認を弁開閉音の発生により早期に行うことが可能となる。一方、その早期確認の後に所定の設定時間が経過すれば、開閉制御弁の強制開閉変換は実行されず、再度の電源投入によっても弁開閉音は生じないことになる。これにより、ユーザーに対し例えば電源投入の度に何か音がする等の疑問を抱かせたり、故障ではないか等という不安感を招いたり、というような事態の発生を回避することができるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、本発明のヒートポンプ給湯装置によれば、初期制御の実行により、電源投入されると、まず最初に開閉制御弁が強制的に開閉変換されるため、その弁開閉音の有無により開閉制御弁が正常に開閉作動するか否かを確認することができる。すなわち、装置の設置時やメンテナンス時に電源を投入すれば、除霜開始条件の成立を待たずに、開閉制御弁が正常に開閉作動するか否かを確認することができるようになる。このため、操作スイッチ等の手段を新たに付加することなく、除霜用の開閉制御弁の故障発生を早期に発見することができるようになる。
【００１１】
請求項２のヒートポンプ給湯装置によれば、制御手段として、電源投入後、所定の設定時間が経過すると、前記の初期制御を行わない構成とすることにより、設置当初には電源投入により開閉制御弁の強制開閉変換が実行されるため、その開閉制御弁が正常に開閉動作するか否かの確認を弁開閉音の発生により早期に行うことができる一方、その早期確認の後に所定の設定時間が経過すれば、開閉制御弁の強制開閉変換は実行されず、再度の電源投入によっても弁開閉音は生じないようにすることができる。これにより、ユーザーに対し例えば電源投入の度に何か音がする等の疑問を抱かせたり、故障ではないか等という不安感を招いたり、というような事態の発生を回避することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の模式図である。
【図２】図１のヒートポンプ給湯装置の設置状態の例を示す正面図である。
【図３】ヒートポンプ給湯装置の運転制御に係る基本制御フローチャートである。
【図４】第１実施形態の除霜電磁弁チェック制御のフローチャートである。
【図５】通常運転制御の例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の除霜電磁弁チェック制御のフローチャートである。
【図７】第２実施形態に適用される通常運転制御の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯装置を示す。このヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット１と貯湯ユニット２とを組み合わせたものであり、冷凍サイクルを利用して貯湯ユニット２の水を熱交換加熱し得るようになっている。ヒートポンプユニット１は、図１に示すように、圧縮機１１と、凝縮熱交換器（凝縮器）１２と、減圧手段としての膨張弁１３と、蒸発熱交換器（蒸発器）１４とを冷媒循環配管１５で順に接続したものである。ヒートポンプユニット１に循環させる冷媒としては、プロパン等のＨＣ系冷媒や、ＣＯ２などの適宜のものを採用することができる。又、貯湯ユニット２は、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１内に貯留された湯水を前記凝縮熱交換器との間で循環させる水循環配管２２と、貯湯タンク２１の底部から水を前記凝縮熱交換器１２へ圧送し、加熱後に凝縮熱交換器１２から貯湯タンク２１の頂部へと導く給水ポンプ２３とを備えて構成されている。そして、これらヒートポンプユニット１と貯湯ユニット２とがコントローラ３，３ａにより作動制御されて、凝縮熱交換器１２において水が目標沸き上げ温度に加熱されて貯湯タンク２１に貯湯されるようになっている。なお、図２に例示したものに限らず、ヒートポンプユニット１と貯湯ユニット２とを１つの筐体に収容することもできる。
【００１５】
ヒートポンプユニット１での動作を簡単に説明すると、圧縮機１１で圧縮されることで高温の冷媒が圧縮機１１から冷媒循環配管１５に吐出され、その吐出温度が吐出温度センサ１６により検出されて検出吐出温度がコントローラ３に出力されることになる。凝縮熱交換器１２は、冷媒循環配管１５の一部が内部に通される一方、逆方向から水循環配管２２の一部が内部に通されて、両者間で熱交換するようになっている。そして、冷媒循環配管１５に圧縮機１１から吐出された高温の冷媒と、給水ポンプ２３により貯湯タンク２１の底部から供給された水とが熱交換され、水が熱交換加熱により湯となり、その熱交換により熱が奪われた冷媒は凝縮する。膨張弁１３は凝縮熱交換器１２で凝縮された冷媒を減圧するものである。この膨張弁１３は、その開度を作動制御量としてコントローラ３により作動制御される。蒸発熱交換器１４は、その回転作動により外気を送風するファン１４ａを備え、この外気と、膨張弁１３により減圧された冷媒とを熱交換させることで、冷媒を蒸発させるようになっている。この蒸発熱交換器１４を出た直後の冷媒温度が蒸発熱交換器温度として蒸発熱交換器出口温度センサ１７により検出され、検出された蒸発熱交換器出口温度がコントローラ３に出力されることになる。そして、蒸発熱交換器１４での熱交換により蒸発された冷媒が再び前記の圧縮機１１において圧縮されて高温状態になる。
【００１６】
又、前記の圧縮機１１から吐出されて凝縮熱交換器１２に入る前の冷媒を、凝縮熱交換器１２及び膨張弁１３をバイパスさせて蒸発熱交換器１４の入口側に直接に供給するバイパス路１８が配設されている。バイパス路１８には除霜用の開閉制御弁として除霜電磁弁１９が介装され、この除霜電磁弁１９は除霜運転時を除く通常運転時には閉状態に維持される一方、後述の除霜運転時には開変換制御することで、圧縮機１１から吐出された高温の冷媒を、バイパス路１８を通して蒸発熱交換器１４に対し直接に供給し得るようになっている。なお、蒸発熱交換器１４の除霜運転のためのバイパス路としては、前記の他に、例えば凝縮熱交換器１２の出口側から分岐して蒸発熱交換器１４の入口側に連通させるバイパス路、つまり膨脹弁１３のみをバイパスするバイパス路を採用し、このバイパス路に対し開閉制御弁としての除霜電磁弁を介装させることができ、この除霜電磁弁に対し以下の実施形態を適用することもできる。
【００１７】
一方、貯湯ユニット２では、給水ポンプ２３の作動により貯湯タンク２１内の水が凝縮熱交換器１２に圧送される際に、凝縮熱交換器１２の入口前で入水温度センサ２４により熱交換加熱前の入水温度が検出され、この検出入水温度がコントローラ３に出力されるようになっている。又、凝縮熱交換器１２を通過することで熱交換加熱されて出湯した際に、凝縮熱交換器１２の出口側で出湯温度センサ２５により沸き上げ温度が検出され、この検出沸き上げ温度がコントローラ３に出力されるようになっている。併せて、外気温が外気温センサ２６により検出されて、コントローラ３に出力されるようになっている。凝縮熱交換器１２で加熱された湯は貯湯タンク２１の頂部側に戻されて貯留され、以後の給湯に利用されることになる。給湯により貯湯タンク２１内の湯水量が減れば、その分だけ給水されるようになっている。
【００１８】
以上のヒートポンプ給湯装置の作動制御は、ＭＰＵやメモリ等を備え予め所定のプログラムが記録されたコントローラ３又は３ａにより実行されるようになっている。コントローラ３，３ａは、図３に示すように、電源投入により、初期制御として除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ１又はＳＵＢ３が除霜電磁弁チェック制御手段により実行され、次いで、通常運転制御ＳＵＢ２又はＳＵＢ４が通常運転制御手段により実行されるようになっている。通常運転制御ＳＵＢ２又はＳＵＢ４は、例えば、目標沸き上げ温度を目標温度として凝縮熱交換器１２により貯湯ユニット２側の水を加熱するように沸き上げ制御を行う一方、除霜運転開始条件の成立により蒸発熱交換器１４を対象にして除霜運転制御を行うようになっている。
【００１９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、コントローラ３により、電源が投入されると、除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ１が初期制御として実行され、次いで、通常運転制御ＳＵＢ２が実行されるようになっている。除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ１においては、電源投入されると、図４に示すように、閉状態にある除霜電磁弁１９を一旦開変換した上で閉変換させて元の閉状態に戻すように動作制御する（ステップＳ１１）。そして、通常運転制御ＳＵＢ２に移行する。図５には、通常運転制御ＳＵＢ２の一例を示している。まず、運転開始指令が出力されるまで待機し（ステップＳ２１でＮＯ）、運転開始指令が出力されれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、沸き上げ運転を開始する（ステップＳ２２）。すなわち、前述の如く、貯湯ユニット２では給水ポンプ２３を作動させて貯湯タンク２１内の水を凝縮熱交換器１２との間で循環させる一方、圧縮機１１を作動させて高温高圧の冷媒を凝縮熱交換器１２に供給し、凝縮熱交換器１２において水を熱交換加熱させる。熱交換加熱により凝縮した冷媒は膨脹弁１３で減圧されて膨脹し、蒸発熱交換器１４において気化され、再度、圧縮機１１で圧縮されて凝縮熱交換器１２に循環供給される。目標沸き上げ温度まで沸き上げるためには、例えば、現在の運転時点での外気温センサ２６による検出外気温、入水温度センサ２４による検出入水温度、吐出温度センサ１６による検出吐出温度や、目標沸き上げ温度等に基づいて、出湯温度センサ２５による検出沸き上げ温度が目標沸き上げ温度になるように圧縮機１１の回転数を変更制御したり、膨張弁１３の開度を変更制御したり、あるいは、給水ポンプ２３の循環流量を変更制御したり、することができる。
【００２０】
そして、沸き上げ運転を実行しつつ除霜開始条件が成立するか否かを監視し（ステップＳ２３でＮＯ）、除霜開始条件が成立すれば除霜運転制御を開始し（ステップＳ２３でＹＥＳ，Ｓ２４）、通常運転への復帰条件が成立するまで除霜運転を実行する。除霜運転は、除霜電磁弁１９を開変換することで、圧縮機１１から吐出された高温の冷媒を凝縮熱交換器１２や膨脹弁１３をバイパスして蒸発熱交換器１４に対しバイパス路１８を通して直接供給し、この高温の冷媒で蒸発熱交換器１４に着いた霜を溶かすようにする。この除霜運転の前後に、除霜電磁弁１９を挟む系内の圧力調整のための作動制御（例えば膨脹弁１３の作動制御）を加えることができる。
【００２１】
以上の沸き上げ運転や除霜運転（ステップＳ２２〜Ｓ２４）を運転停止指令が出力されるまで継続し（ステップＳ２５でＮＯ）、運転停止指令が出力されればリターンして待機状態に入る（ステップＳ２１でＮＯ）。なお、除霜開始条件として、蒸発熱交換器１４の温度（例えば蒸発熱交換器出口温度センサ１７により検出される蒸発熱交換器出口温度）が着霜により除霜が必要となる所定の設定温度以下まで低下したことを設定することができる。さらに、圧縮機１１の検出吐出温度から目標沸き上げ温度を減じた差温が設定差温以下であることや、そのときの検出吐出温度の変化傾向が低下傾向であることなどを、除霜開始条件に加えても良い。又、図５の通常運転制御ＳＵＢ２は通常運転制御の一例であり、これと異なる運転制御を採用することもできる。
【００２２】
以上の第１実施形態の場合、除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ１により、電源投入されると、まず最初に除霜電磁弁１９が強制的に開閉変換されるため、その弁開閉音の有無により除霜電磁弁１９が正常に開閉作動するか否かを確認することができる。すなわち、装置の設置時やメンテナンス時に電源を投入（例えば電源用のコンセントの差し込み操作）すれば、除霜開始条件の成立（除霜運転制御の開始）を待たずに、除霜電磁弁１９が強制的に開閉変換されるため、除霜電磁弁１９が正常に開閉作動するか否かを確認することができる。つまり、弁開閉音がすれば正常に開閉動作していると判断し得るし、弁開閉音がしなければ弁が閉状態に固着して異常状態に陥っていると判断し得る。以上より、操作スイッチ等の手段を新たに付加することなく、除霜用の除霜電磁弁１９の故障発生を早期に発見することができるようになる。
【００２３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、コントローラ３ａにより、電源が投入されると、除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ３（図３参照）が初期制御として実行され、次いで、通常運転制御ＳＵＢ４が実行されるようになっている。除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ３においては、電源投入されると、図６に示すように、開閉要否フラグが「１」であるか「０」であるかを判定し（ステップＳ３１）、開閉要否フラグが「１」であれば、第１実施形態の除霜電磁弁チェック制御ＳＵＢ１と同様に、閉状態にある除霜電磁弁１９を一旦開変換した上で閉変換させて元の閉状態に戻すように動作制御する（ステップＳ３２）。なお、開閉要否フラグには「１」が初期設定されており、又、開閉要否フラグは電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ等）に記録され、ヒートポンプ給湯装置の電源が落とされても、開閉要否フラグの内容が消失してしまわないようにされている。一方、開閉要否フラグが「０」であれば、除霜電磁弁１９の開閉変換（ステップＳ３２）を行わずに、ステップＳ３３に進み、開閉要否フラグを「０」から「１」に書き換えた上で、通常運転制御ＳＵＢ４に移行する。
【００２４】
第２実施形態の通常運転制御ＳＵＢ４は、第１実施形態の通常運転制御ＳＵＢ２に対し、電源投入時点から設定時間（例えば１０時間）が経過したら開閉要否フラグを強制的に「１」から「０」に書き換える、という処理を加えるものである。実際の制御においては、通常運転制御のどのステップで開閉要否フラグの強制書き換え処理を入れるかは適宜決定するようにすれば良い。一例として図７に図示したものでは、まず最初に、電源投入から設定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ４１）、設定時間が経過するまでは（ステップＳ４１でＮＯ）、第１実施形態で例示したような通常運転制御ＳＵＢ２と同様の運転制御を実行する（ステップＳ４３〜Ｓ４７）。
【００２５】
すなわち、運転開始指令が出力されるまで待機し（ステップＳ４３でＮＯ）、運転開始指令が出力されれば（ステップＳ４３でＹＥＳ）、沸き上げ運転を開始する（ステップＳ４４）。そして、沸き上げ運転を実行しつつ除霜開始条件が成立するか否かを監視し（ステップＳ４５でＮＯ）、除霜開始条件が成立すれば除霜運転制御を開始し（ステップＳ４５でＹＥＳ，Ｓ４６）、通常運転への復帰条件が成立するまで除霜運転を実行する。沸き上げ運転や除霜運転（ステップＳ４４〜Ｓ４７）を運転停止指令が出力されるまで継続し（ステップＳ４７でＮＯ）、運転停止指令が出力されればステップＳ４１に戻り設定時間が経過したか否かの判定を繰り返し、未経過であれば待機状態に入る（ステップＳ４３でＮＯ）。
【００２６】
ステップＳ４１で電源投入時点から設定時間が経過していれば（ステップＳ４１でＹＥＳ）、開閉要否フラグを「１」から「０」に強制的に書き直した上で、ステップＳ４３〜Ｓ４６の通常運転制御を実行する。従って、以後、電源が落とされて、その電源が再度投入されたとしても、除霜電磁弁１９の強制開閉変換（ステップＳ３２）は実行されずに、通常運転制御が実行される。
【００２７】
以上の第２実施形態では、設置当初には電源投入により除霜電磁弁１９の強制開閉変換が実行されるため、第１実施形態と同様に、除霜電磁弁１９が正常に開閉動作するか否かの確認を弁開閉音の発生により早期に行うことができる。一方、その早期確認の後に所定の設定時間が経過すれば、除霜電磁弁１９の強制開閉変換は実行されず、再度の電源投入によっても弁開閉音は生じない。これにより、ユーザーに対し例えば電源投入の度に何か音がする等の疑問を抱かせたり、故障ではないか等という不安感を招いたり、というような事態の発生を回避することができるようになる。なお、電源投入から設定時間が経過した後であっても、メンテナンスのために除霜電磁弁１９の開閉チェックをしたいときには、１回電源投入した後に、例えばすぐにコンセントを抜き、再度コンセントを差し込むことで、開閉要否フラグを元の「１」に復帰させることができ、これにより、除霜電磁弁１９の強制開閉変換を実行させることができるようになる。
【符号の説明】
【００２８】
１        ヒートポンプユニット
２        貯湯ユニット
１１      圧縮機
１２      凝縮熱交換器（凝縮器）
１３      膨張弁（減圧手段）
１４      蒸発熱交換器（蒸発器）
１５      冷媒循環配管
１８      バイパス路
１９      除霜電磁弁（開閉制御弁）
３，３ａ  コントローラ（制御手段）
ＳＵＢ１，ＳＵＢ３      除霜電磁弁チェック制御（初期制御）
【図１】
2015025583.tif 000003
【図２】
2015025583.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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