JP2011069572A - 給湯システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒循環路(5)を流れる高温冷媒によって貯湯タンク(6)から水循環路(9)を流れる低温水を所定の出湯温度まで加熱して沸き上げる沸き上げ動作を行う給湯システム(1,48,54,58,66)であって、沸き上げ動作の作動によって高温冷媒が流入される冷媒流路(2a)と、低温水が流入される水流路(2b)とを有する熱交換器(2)と、水流路(2)におけるスケールの生成を抑制する添加剤(37)を通水に伴い低温水に添加するスケール生成抑制手段(38)とを備え、スケール生成抑制手段(38)は、低温水の流れ方向からみて貯湯タンク(6)から水流路(2b)に至るまでの水循環路(9)に設けられる。
【選択図】図1
Description
ガスクーラは、高温冷媒が流入される冷媒流路と水が流入される水流路とを有しており、水流路には炭酸カルシウムを主成分とするスケールが付着、堆積し、このスケールによって水流路が閉塞することが知られている。
更に、特許文献3には、水回路を流れる水流量を監視することで水回路のつまりを検知するつまり検知手段と、水回路に最大流量で加圧通水させることで水回路のつまりを除去するつまり除去手段とを備えたヒートポンプ給湯機が開示されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、熱交換器の水流路におけるスケールの生成を抑制して水流路の閉塞を簡易にして確実に防止し、ランニングコストを低減しつつ熱効率を向上することができる給湯システムを提供することを目的とする。
更にまた、請求項4記載の発明では、請求項2または3において、水流路におけるスケールの堆積を検出するスケール堆積検出手段を備え、スケール堆積検出手段にてスケールが堆積したことが検出されたときにスケール生成抑制動作を作動させることを特徴としている。
更にまた、請求項7記載の発明では、請求項2乃至6の何れかにおいて、低温水の流れ方向からみて水流路から貯湯タンクに至るまでの水循環路に設けられる排水路と、水循環路と排水路とを切り換えて通水させる第2の流路切換手段とを備え、スケール生成抑制動作の作動時に、第2の流路切換手段によって水循環路から排水路に切り換えて通水させることを特徴としている。
更に、請求項9記載の発明では、請求項1乃至8の何れかにおいて、添加剤はポリ燐酸塩を主成分とし、スケール生成抑制手段は、通水に伴いポリ燐酸塩を低温水に溶解させて添加する添加器であることを特徴としている。
更にまた、請求項10記載の発明では、請求項1乃至9の何れかにおいて、加熱ユニットはヒートポンプユニットであることを特徴としている。
更に、請求項4記載の発明によれば、スケール堆積検出手段にてスケールが堆積したことが検出されたときにスケール生成抑制動作を作動させることにより、添加剤の使用量をより一層低減しつつ、水流路におけるスケールの生成を効果的に抑制することができる。
更にまた、請求項5記載の発明によれば、スケール堆積検出手段は、水ポンプの回転数が所定の上限設定回転数以上となるときに、水流路にスケールが堆積したと判定する。一般に、水ポンプはその回転数が出湯温度の上昇に伴い高回転に制御されることから、沸き上げ動作にて設定された出湯温度に比して、水ポンプの回転数が異常に高回転になることを検出することができる。従って、熱交換器の熱交換不良を給湯システムの運転情報に基づいて検出することができるため、水流路のスケール堆積による閉塞を確実に検出することができる。
図1は第1実施形態に係る給湯システム1の概略構成を示している。この給湯システム1は、高温冷媒によって水を所定の出湯温度まで加熱して沸き上げるガスクーラ(熱交換器)2を有するヒートポンプユニット(加熱ユニット)4と、ガスクーラ2にて沸き上げられた湯水が貯留される貯湯タンク6を有するタンクユニット8とから構成されている。
ヒートポンプユニット4は、圧縮機10によって超臨界状態まで圧縮された高温高圧のガス冷媒をガスクーラ2において貯湯タンク6に貯湯された水と熱交換させて水を加熱して沸き上げる。この熱交換によって高温高圧のまま液化された液冷媒は、膨張弁12で断熱膨張されて低温低圧の気液混合の冷媒にされ、更に蒸発器14に備えられたファン15によって外気により蒸発されて低温低圧のガス冷媒にされ、再び圧縮機10にて超臨界状態まで圧縮される。
一方、タンクユニット8は、水が循環する水循環路9に、実線矢印で示す水の流れ方向から順に、水ポンプ16、ガスクーラ2、貯湯タンク6が順次介挿されて水回路を構成している。
貯湯タンク6の下端部には、水循環路9のうち、ガスクーラ2の水流路2bを通過する前の低温水が流れる低温水路9bが接続されている。また、貯湯タンク6の下端部には給水路22が接続され、給水路22は給湯システム1の外部に設けられる給水源24(水道水栓等)に延びている。
三方弁34は、その弁体を切り換えることによって高温水路9aと連通路32とを切り換えて連通可能であり、連通路32を連通させることにより水循環路9において貯湯タンク6を迂回して水を循環させることができる。
以下、このように構成された給湯システム1の作動について説明する。
先ず、ECU36は、給湯システム1の学習制御に応じて、ヒートポンプユニット4の冷媒循環路5を流れる高温冷媒によってタンクユニット8の貯湯タンク6から水循環路9を流れる低温水を高温水に沸き上げる沸き上げ動作が定期的に作動される。
沸き上げ動作の作動に伴い、水ポンプ16はその回転数が給湯システム1のユーザによって予め設定された出湯温度の上昇に伴い高回転に制御される。そして、水流路2bを流れる低温水は冷媒流路2aを流れる高温冷媒によって上記出湯温度になるように高温に加熱され、この際に、水流路2b内には炭酸カルシウムを主成分とするスケールの生成が促進される環境が形成される。
図2は添加器38の縦断面図を示している。添加器38は、低温水路9bの管端が接続される上蓋部材40と、プラスティックやガラスなどの透明材からなる円筒部材42と、下蓋部材44と、プラスティックやガラスなどの透明材からなる添加剤37の収容部材46とから構成されている。円筒部材42及び収容部材46を透明材で形成することで、収容部材46に充填される添加剤37の減少や枯渇を目視で確認可能である。
上蓋部材40には、その側部開口に低温水の入口部40aが形成され、上蓋部材40の上部開口には低温水の出口部40bが形成され、低温水路9bの管端はこれら入口部40a及び出口部40bに気密に接続されている。
収容部材46の出口部46bは、上蓋部材40の出口部40bに気密に接続されている。また、円筒胴部46aに対して底蓋46cは着脱可能に構成されており、底蓋46cを外すことで収容部材46に添加剤37を充填することができる。
給湯システム48は、低温水路9bから添加器38を迂回して分岐し、再び低温水路9bに合流するバイパス路50を備え、バイパス路50の低温水路9bからの分岐箇所には三方弁(第1の流路切換手段)52が介挿されている。三方弁52は、その弁体を切り換えることによって低温水路9bとバイパス路50とを切り換えて連通可能であり、バイパス路50を連通させることにより水循環路9において添加器38を迂回して水を循環させることができる。
詳しくは、まず給湯システム48の初期状態においては、バイパス路50が連通され、添加器38には通水されていない。次に、給湯システム48の学習制御に応じて沸き上げ動作の作動が開始される所定時間前から沸き上げ動作の作動直前までの間に、三方弁52によってバイパス路50から添加器38に切り換えて通水され、スケール生成抑制動作が作動される。
また、変形例として、沸き上げ動作の作動直後から所定時間の間に、三方弁52によってバイパス路50から添加器38に切り換えて通水し、スケール生成抑制動作を作動させるようにしても良いし、沸き上げ動作の作動直前及び作動直後の両方の所定時間の間においてスケール生成抑制動作を作動させるようにしても良い(スケール生成抑制手段)。
更に、別の変形例として、ECU36にて設定される水ポンプ(スケール堆積検出手段)16の回転数が所定の上限設定回転数以上となるときに、水流路2bにスケールが堆積したと判定し、スケール生成抑制動作を作動させても良い(スケール生成抑制手段)。
特に、水ポンプ16の回転数が出湯温度の上昇に伴い高回転に制御されることから、沸き上げ動作にて設定された出湯温度に比して、水ポンプ16の回転数が異常に高回転になることを検出することができる。従って、ガスクーラ2の熱交換不良を給湯システム48の運転情報に基づいて検出することができるため、水流路2bのスケール堆積による閉塞を確実に検出することができる。
給湯システム54には、圧縮機10とガスクーラ2との間の冷媒循環路5に、圧縮機10によって超臨界状態まで圧縮された高温高圧のガス冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ(冷媒温度検出手段、スケール堆積検出手段)56が設けられている。冷媒温度センサ56の信号の出力端子はECU36に電気的に接続されており、ECU36は、冷媒温度センサ56にて検出された冷媒温度に応じてスケール生成抑制動作を行う(スケール生成抑制手段)。
この給湯システム54では、スケール堆積検出手段を冷媒温度センサ56とすることで、沸き上げ動作にて設定された出湯温度に比して、ヒートポンプユニット4において加熱された高温冷媒が異常に高温になることを検出することができる。従って、冷媒の異常高温をもたらしたガスクーラ2の熱交換不良を冷媒温度という給湯システム54の運転情報に基づいて検出することができるため、水流路2bのスケール堆積による閉塞を確実に検出することができる。
給湯システム58では、水流路2bと三方弁34との間の高温水路9aに排水路60が接続され、排水路60は給湯システム58の外部に設けられる排水先62に延び、高温水路9aと排水路60との接続箇所には三方弁(第2の流路切換手段)64が介挿されている。三方弁64は、その弁体を切り換えることによって高温水路9aと排水路60とを切り換えて連通可能であり、三方弁64の駆動部はECU36に電気的に接続されている。
図6は、本発明の第5実施形態に係る給湯システム66の概略構成を示しており、上記第4実施形態の給湯システム58と同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
本発明は、上述した第1乃至第5実施形態に限定されることはなく種々の変形が可能である。
また、添加剤37は同様の作用を有するのであれば、その主成分はポリ燐酸塩に限定されないし、冷媒もCO2ガスに限定されない。しかし、ポリ燐酸塩は安全性が高いことが知られており、また、CO2ガスは地球環境に対して低負荷であることから、これらを使用するのが好ましい。
2 ガスクーラ(熱交換器)
2a 冷媒流路
2b 水流路
4 ヒートポンプユニット(加熱ユニット)
5 冷媒循環路
6 貯湯タンク
8 タンクユニット
9 水循環路
16 水ポンプ(スケール堆積検出手段)
37 添加剤
38 添加器(スケール生成抑制手段)
50 バイパス路
52 三方弁(第1の流路切換手段)
56 冷媒温度センサ(冷媒温度検出手段、スケール堆積検出手段)
60 排水路
64 三方弁(第2の流路切換手段)
68 報知器(報知手段)
Claims (10)
- 加熱ユニットの冷媒循環路を流れる高温冷媒によってタンクユニットの貯湯タンクから水循環路を流れる低温水を所定の出湯温度まで加熱して沸き上げる沸き上げ動作を行う給湯システムであって、
前記沸き上げ動作の作動によって前記高温冷媒が流入される冷媒流路と、前記低温水が流入される水流路とを有する熱交換器と、
前記水流路におけるスケールの生成を抑制する添加剤を通水に伴い前記低温水に添加するスケール生成抑制手段とを備え、
前記スケール生成抑制手段は、前記低温水の流れ方向からみて前記貯湯タンクから前記水流路に至るまでの前記水循環路に設けられることを特徴とする給湯システム。 - 前記スケール生成抑制手段を迂回して前記水流路に通水させるバイパス路と、
前記バイパス路と前記スケール生成抑制手段とを切り換えて通水させる第1の流路切換手段とを備え、
前記第1の流路切換手段によって前記バイパス路から前記スケール生成抑制手段に切り換えて通水させるスケール生成抑制動作を作動させることを特徴とする請求項1に記載の給湯システム。 - 前記沸き上げ動作の作動直前または作動直後の少なくとも何れか一方のときに前記スケール生成抑制動作を作動させることを特徴とする請求項2に記載の給湯システム。
- 前記水流路におけるスケールの堆積を検出するスケール堆積検出手段を備え、
前記スケール堆積検出手段にてスケールが堆積したことが検出されたときに前記スケール生成抑制動作を作動させることを特徴とする請求項2または3に記載の給湯システム。 - 前記低温水の流れ方向からみて前記貯湯タンクから前記水流路に至るまでの前記水循環路に設けられる水ポンプを備え、
前記スケール堆積検出手段は、前記水ポンプの回転数が所定の上限設定回転数以上となるときに、前記水流路にスケールが堆積したと判定することを特徴とする請求項4に記載の給湯システム。 - 前記冷媒流路に流入される前記高温冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を備え、
前記スケール堆積検出手段は、前記冷媒温度検出手段にて検出された温度が所定の上限設定温度以上となるときに、前記水流路にスケールが堆積したと判定することを特徴とする請求項4または5に記載の給湯システム。 - 前記低温水の流れ方向からみて前記水流路から前記貯湯タンクに至るまでの前記水循環路に設けられる排水路と、
前記水循環路と前記排水路とを切り換えて通水させる第2の流路切換手段とを備え、
前記スケール生成抑制動作の作動時に、前記第2の流路切換手段によって前記水循環路から前記排水路に切り換えて通水させることを特徴とする請求項2乃至6の何れかに記載の給湯システム。 - 前記スケール生成抑制動作を作動させた後に前記スケール堆積検出手段が前記水流路におけるスケールの堆積を検出するときに、前記添加剤の減少または枯渇を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項2乃至7の何れかに記載の給湯システム。
- 前記添加剤はポリ燐酸塩を主成分とし、
前記スケール生成抑制手段は、通水に伴い前記ポリ燐酸塩を前記低温水に溶解させて添加する添加器であることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の給湯システム。 - 前記加熱ユニットはヒートポンプユニットであることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の給湯システム。
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