(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部から前記給湯用熱交換器を介して前記貯湯タンクの上部へ接続される水回路と、前記水回路内の湯水を搬送するための循環ポンプと、前記水回路内の流量を検出する流量検出手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段と、前記循環ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、制御手段とを備え、前記循環ポンプを駆動して運転する時に、前記ポンプ出力検出手段で検出する循環ポンプの出力が、前回運転した時の循環ポンプの出力と同じであるにもかかわらず、前記流量検出手段で検出する流量が低下している場合には、前記制御手段は、前記目標出湯温度が予め設定された目標出湯温度制限値になるように目標吐出温度を変更することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部から前記給湯用熱交換器を介して前記貯湯タンクの上部へ接続される水回路と、前記水回路内の湯水を搬送するための循環ポンプと、前記水回路内の水圧を検出する水圧力検出手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段と、前記循環ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、制御手段とを備え、前記循環ポンプを駆動して運転する時に、前記ポンプ出力検出手段で検出する循環ポンプの出力が、前回運転した時の循環ポンプの出力と同じであるにもかかわらず、前記水圧力検出手段で検出する水圧が低下している場合には、前記制御手段は、前記目標出湯温度が予め設定された目標出湯温度制限値になるように目標吐出温度を変更することを特徴とす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するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、給湯用熱交換器を流れる水回路の異常をいち早く検知するために流量変化を検出する手段、圧力変化を検出する手段、ポンプの出力変化を検出する手段、給湯加熱能力の変化を検出する手段などを設けるヒートポンプ給湯装置が提案されている。
【０００３】
そして、これらの検出手段によって水回路のつまり検知に基づき、異常を報知する様々な手段や、圧縮機の運転を停止する手段などを設けた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）。
【０００４】
特許文献１では、水回路のつまりをいち早く検知することにより、信頼性の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１１６９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に、水道水や地下水等の給湯用の水は、カルシウムやマグネシウム等の硬度成分を含んでおり、地域によっては、このような硬度成分を非常に多く含んでいる。そのため、硬度成分を比較的多く含む水を、ヒートポンプ給湯装置の給湯用熱交換器で長期間高温に加熱すると、最も高温となる水回路の出口部近傍を中心に、硬度成分がスケールとして析出する可能性がある。
【０００６】
このようなスケールが、給湯用熱交換器の水回路の伝熱面や、水回路を構成する配管の内周に付着し堆積していくと、水の流動抵抗となって圧力損失が増大し、水ポンプの負荷を増大させたり、冷媒と水とが熱交換する際の伝熱面の熱抵抗となり、熱交換器としての性能を著しく低減させる。さらに、水回路がスケールにより完全に閉塞されると、ヒートポンプ給湯装置による給湯運転が不可能となるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯用熱交換器のスケールを早期に検出することが可能なヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部から前記給湯用熱交換器を介して前記貯湯タンクの上部へ接続される水回路と、前記水回路内の湯水を搬送するための循環ポンプと、前記水回路内の流量を検出する流量検出手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段と、前記循環ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、制御手段とを備え、前記循環ポンプを駆動して運転する時に、前記ポンプ出力検出手段で検出する循環ポンプの出力が、前回運転した時の循環ポンプの出力と同じであるにもかかわらず、前記流量検出手段で検出する流量が低下している場合には、前記制御手段は、前記目標出湯温度が予め設定された目標出湯温度制限値になるように目標吐出温度を変更することにより、いち早くスケール詰まりを発見することができるとともに、スケール詰まりを発見した後にさらなるスケールが発生することを抑制して、給湯用熱交換器の延命を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、給湯用熱交換器のスケールを早期に検出することが可能なヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部から前記給湯用熱交換器を介して前記貯湯タンクの上部へ接続される水回路と、前記水回路内の湯水を搬送するための循環ポンプと、前記水回路内の流量を検出する流量検出手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段と、前記循環ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、制御手段とを備え、前記循環ポンプを駆動して運転する時に、前記ポンプ出力検出手段で検出する循環ポンプの出力が、前回運転した時の循環ポンプの出力と同じであるにもかかわらず、前記流量検出手段で検出する流量が低下している場合には、前記制御手段は、前記目標出湯温度が予め設定された目標出湯温度制限値になるように目標吐出温度を変更することにより、いち早くスケール詰まりを発見することができるとともに、スケール詰まりを発見した後にさらなるスケールが発生することを抑制して、給湯用熱交換器の延命を図ることができる。
【００１１】
第２の発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部から前記給湯用熱交換器を介して前記貯湯タンクの上部へ接続される水回路と、前記水回路内の湯水を搬送するための循環ポンプと、前記水回路内の水圧を検出する水圧力検出手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段と、前記循環ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、制御手段とを備え、前記循環ポンプを駆動して運転する時に、前記ポンプ出力検出手段で検出する循環ポンプの出力が、前回運転した時の循環ポンプの出力と同じであるにもかかわらず、前記水圧力検出手段で検出する水圧が低下している場合には、前記制御手段は、前記目標出湯温度が予め設定された目標出湯温度制限値になるように目標吐出温度を変更することにより、いち早くスケール詰まりを発見することができるとともに、スケール詰まりを発見した後にさらなるスケールが発生することを抑制して、給湯用熱交換器の延命を図ることができる。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。まず、本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置のヒートポンプ回路について説明する。
【００１４】
本実施の形態によるヒートポンプ回路１０は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、メイン膨張弁１３Ａ、キャピラリーチューブ１３Ｂ、及び蒸発器１４を順に配管で接続して構成されている。ヒートポンプ回路１０には、圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、圧縮機１１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ（吐出冷媒温度検出手段）１０Ｂ、圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１
０Ｃ、蒸発器１４の吸入空気を検出する温度センサ１０Ｄを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃは圧縮機１１又はヒートポンプ回路１０の異常検出を行う。
【００１５】
次に、本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の水回路について説明する。貯湯タンク２０の底部配管２１は、減圧弁３１を介して水道管等の水供給配管３２に接続されている。また貯湯タンク２０の底部配管２２は、循環ポンプ２３を介して給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク２０の上部循環用配管２４は、水用配管１２Ａの流出側と接続されている。このように、貯湯タンク２０の底部、循環ポンプ２３、給湯用熱交換器１２とを順次給湯配管で接続することで水回路を形成している。なお、本実施の形態による貯湯タンク２０は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。
【００１６】
一方、貯湯タンク２０の上部出湯用配管３３は、混合弁３４に接続されている。また、貯湯タンク２０の底部配管２１から分岐させた出水用配管３５は、混合弁３４に接続されている。混合弁３４の流出側の出湯回路は、キッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３６に接続されている。この出湯回路には、出湯量を検出する流量センサ３０Ａ、出湯温度を検出する温度センサ３０Ｂを備えている。
【００１７】
なお、貯湯タンク２０には、貯湯タンク２０内の湯量を検出するための複数の温度センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが設けられている。また、水用配管１２Ａの流入側配管には、貯湯タンク２０の底部配管２２から導出される入水温度を検出する温度センサ（入水温度検出手段）２０Ｄが設けられている。また、上部循環用配管２４には、水用配管１２Ａから導出される出湯温度を検出する温度センサ２０Ｅが設けられている。また、水用配管１２Ａから導出される水流量を検出する流量計（流量検出手段）２０Ｆが設けられている。また、水用配管１２Ａから導出される水圧力を検出する圧力計（水圧力検出手段）２０Ｇが設けられている。
【００１８】
以下、本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転動作について説明する。
【００１９】
時刻が所定時刻になるか、または、貯湯タンク２０内の温度センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによって、貯湯タンク２０内の湯量が所定量以下となったことを検出すると、ヒートポンプ回路１０を動作させて貯湯運転を開始する。ヒートポンプ回路１０では、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、メイン膨張弁１３Ａ及びキャピラリーチューブ１３Ｂで減圧された後、蒸発器１４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機１１に吸入される。
【００２０】
一方、循環ポンプ２３の運転により、貯湯タンク２０内の水は、底部配管２２を通って水用配管１２Ａに導かれ、水用配管１２Ａで加熱された温水は、上部循環用配管２４を通って貯湯タンク２０に戻される。圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御は、温度センサ１０Ｂで検出される冷媒吐出冷媒温度が、あらかじめ設定された温度を維持するように制御される。
【００２１】
次に、本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転時の目標出湯温度設定制御について図２から図４を用いて説明する。
【００２２】
貯湯タンク２０内の湯水の沸き上げは、複数の沸き上げモードによって制御されており、その複数の沸き上げモード毎に、異なった沸き上げ設定を有している。そして同じ沸き上げモードを選択している限り、毎晩同じ設定で貯湯タンク２０内の湯水を沸き上げる制
御を行っている。
【００２３】
圧縮機１１の起動から所定の時間は、起動時に設定した目標出湯温度を維持するような通常運転モードにて運転を行う。目標出湯温度にて所定時間運転した後には、流量計２０Ｆ、圧力計２０Ｇ、ポンプ出力検出手段２３Ａによって得た検出値が、前回運転時の検出値に比べ低くなった場合、予め決めておいた目標出湯温度の制限値にて運転を行う。
【００２４】
まず、目標出湯温度設定制御機能を、図２を用いて説明する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の目標出湯温度設定制御機能を示すブロック図である。
【００２６】
目標出湯温度決定手段４０は、流量比較手段４１とポンプ出力比較手段４３を有している。
【００２７】
まず、沸き上げ運転が開始されると、予めポンプ出力と、水回路を流れる流量との関係式を有しており、ポンプ出力比較手段４３で検出するポンプ出力に当たる流量を算出する。そして、流量検出手段２０Ｆによって現在の流量を検出するとともに、ポンプ出力から算出した流量とを、流量比較手段４１で比較する。その結果、現在の流量が低い場合には、目標出湯温度設定手段４４にて目標出湯温度の制限を行う。
【００２８】
目標出湯温度設定手段４４での制限値は、予め決めておいた値を目標出湯温度値とし、吐出冷媒温度検出手段１０Ｂによって検出された値から膨張弁開度操作量決定手段４５で膨張弁開度を決定する。この膨張弁開度操作量決定手段４５で決定された膨張弁開度操作量によって膨張弁開度制御手段４６がメイン膨張弁１３Ａを制御する。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の目標出湯温度値の決定の流れを示すフローチャートである。運転開始後、起動時に設定した目標出湯温度を維持するような通常運転モードにて運転を行う。
【００３０】
まずステップ１にて、運転経過タイマーを開始し、ステップ２にて、経過時間ａが予め決めておいた時間Ｔを超えた場合、ステップ３にて給湯用熱交換器を流れる水回路の流量を流量検出手段によって検出する。ステップ４にて検出された流量値（今回運転流量）と、ポンプ出力と流量の関係式から算出した流量とを比較し、今回運転流量が算出した運転流量より低下している場合（ステップ５）には、目標出湯温度を予め決めておいた値（目標出湯温度制限値）とする。目標出湯温度制限値になるように目標吐出冷媒温度が決定され（ステップ６）、膨張弁開度操作量が決定される（ステップ７）。
【００３１】
また、本実施の形態では流量の比較を行ったが、流量に代えて水圧で比較してもよい。その場合、目標出湯温度決定手段４０に水圧比較手段４２を設けて、さらに水回路内の水圧を検出する水圧力検出手段２０Ｇを設ける。そして水圧力比較手段４２では、水圧力検出手段２０Ｇによって得た検出値と、水圧とポンプ出力との関係式から算出した検出値とを比較し、算出した検出値よりも低い場合は、目標出湯温度設定手段４４にて目標出湯温度の制限を行う。
【００３２】
図４は、水圧に基づいて目標出湯温度値を決定するフローチャートである。運転開始後、起動時に設定した目標出湯温度を維持するような通常運転モードにて運転を行う。
【００３３】
まずステップ１にて、運転経過タイマーを開始し、ステップ２にて、経過時間ａが予め決めておいた時間Ｔを超えた場合、ステップ３にて給湯用熱交換器を流れる水回路の圧力
を水圧力検出手段によって検出する。ステップ４にて検出された水圧力値（今回運転水圧力）と、ポンプ出力と水圧との関係式から算出される水圧力とを比較し、今回運転水圧力が、算出した水圧より低下している場合（ステップ５）には、目標出湯温度を予め決めておいた値（目標出湯温度制限値）とする。目標出湯温度制限値になるように目標吐出冷媒温度が決定され（ステップ６）、膨張弁開度操作量が決定される（ステップ７）。
【００３４】
なお、本実施の形態では、貯湯タンクを有する場合で説明したが、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する瞬間湯沸かし式のヒートポンプ給湯装置であってもよい。
【００３５】
また、圧縮機１１がアキュームレータのない圧縮機構成としたもので、アキュームレータがないためヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。
【００３６】
さらにヒートポンプ回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたもので、給湯の水または空気を加熱することにより、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００３７】
さらに、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、ポンプ出力と流量（水圧）との関係式を予め有しており、ポンプ出力が同じであるにもかかわらず、その関係式から算出された流量を下回った場合に、出湯温度を制限しているが、予め複数の関係式を持っており、一度、関係式から算出された流量を下回った場合に、予め持っていた複数の関係式から一つ傾きの低い関係式を選択し、今後のポンプ出力と流量との関係式に用いることで、さらに給湯用熱交換器の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
また、関係式に限定されることはなく、複数のポンプ出力と流量との関係をマッピングして記憶しておいても問題は無い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明は、スケール詰まりをいち早く検出し給湯用熱交換器の耐久性を向上させることができ、使用年数を延ばすことができるヒートポンプ式給湯器を提供することができ、上述したヒートポンプ式給湯器は貯湯タンクを有するものであるが、貯湯タンクを有することの無い、給湯用熱交換器から直接給湯端末へ湯を供給することができるヒートポンプ式給湯器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の目標出湯温度設定制御機能を示すブロック図
【図３】同ヒートポンプ給湯装置の目標出湯温度値を決定するフローチャート
【図４】他の実施の形態における目標出湯温度値を決定するフローチャート
【符号の説明】
【００４２】
１０  ヒートポンプ回路
１０Ｂ  温度センサ（吐出冷媒温度検出手段）
１１  圧縮機
１２  給湯用熱交換器
１２Ａ  水用配管
１３Ａ  メイン膨張弁
１４    蒸発器
２０    貯湯タンク
２０Ｆ  流量検出手段
２０Ｇ  水圧力検出手段
２３Ａ  ポンプ出力検出手段
４０    目標出湯温度決定手段
４１    流量比較手段
４２    水圧力比較手段
４３    ポンプ出力比較手段
４４    目標出湯温度設定手段
４５    膨張弁開度操作量決定手段
４６    膨張弁開度制御手段
【図１】
0005151626.tif 000002
【図２】
0005151626.tif 000003
【図３】
0005151626.tif 000004
【図４】
0005151626.tif 000005