JP2011112293A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】

本発明によれば、より効率よく効果的に水熱交換器内の温水流路の洗浄を行うことが出来る。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧装置と、空気熱交換器とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ式冷凍サイクル回路と、前記水熱交換器と、貯湯タンクと、循環ポンプとを温水配管で環状に接続した給湯回路と、前記水熱交換器の温水管部内を洗浄する洗浄装置を接続する接続部とを備えたヒートポンプ式給湯機において、前記接続部は、前記循環ポンプの温水配管出口部と前記水熱交換器の温水管部入口の間及び、前記水熱交換器の温水管部出口と前記貯湯タンクとの間にそれぞれ設けられたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ式給湯機に関し、特に水熱交換器内部の洗浄が出来るヒートポンプ式給湯機に関するものである。

ヒートポンプ式給湯機では長期間の使用に伴い、給水内に含まれるカルキ等が温水流路内に堆積する。特に冷媒と水が熱交換する水熱交換器は高温となるためカルキ等が堆積しやすく、これにより熱交換効率が低下し、温水が流れにくくなるため循環ポンプ効率が低下し、貯湯運転で時間内に湯が沸かないなどの不具合が発生する。そのため、定期的に水熱交換器内部の水経路の洗浄運転を行う必要がある。
そこで特許文献１ではヒートポンプ式給湯機の給湯運転時間を積算し、カルキ等が堆積したと思われる時期を見計らって使用者に洗浄運転を促す警告をブザーやランプ等の点灯で知らせ、水熱交換器と循環ポンプを含む給湯回路部分を洗浄手段により洗浄を行う。

特開２００４−３３２９９９

この特許文献１に記載のものでは洗浄装置が温水配管部の水熱交換器と循環ポンプを含む区間に接続されているため、洗浄剤が循環ポンプ内を流れ強酸性や強アルカリ性等の洗浄剤を使用した場合、循環ポンプの耐久性を損なうことになる。
本発明は前記事情に着目し、水熱交換器の温水配管内の洗浄運転を行っても信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧装置と、空気熱交換器とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ式冷凍サイクル回路と、前記水熱交換器と、貯湯タンクと、循環ポンプとを温水配管で環状に接続した給湯回路と、前記水熱交換器の温水管部内を洗浄する洗浄装置を接続する接続部とを備えたヒートポンプ式給湯機において、前記接続部は、前記循環ポンプの温水配管出口部と前記水熱交換器の温水管部入口の間及び、前記水熱交換器の温水管部出口と前記貯湯タンクとの間にそれぞれ設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、洗浄装置は循環ポンプを介さずに水熱交換器内の温水流路に接続され、循環して洗浄運転を行えるため、循環ポンプの耐久性を損なわずに効率よく効果的に水熱交換器内の温水流路の洗浄を行うことが出来る。

本発明における第１の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の回路構成と洗浄装置の洗浄回路を示す図。 本発明における第１の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の洗浄運転を行うまでの流れを示すフローチャート。 通常の場合と温水配管内にカルキ等が堆積した場合の温水を循環させる循環ポンプの回転数に対する温水配管内を流れる流量の関係を表すグラフ。 第２の実施の形態での貯湯循環回路と洗浄回路の変更手段を示す図。

（第１の実施の形態）
図１は本発明における第１の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の回路構成と洗浄装置の洗浄回路を示す図である。また、図１は貯湯運転時と給湯時の冷媒の流れを実線矢印、温水の流れを一点鎖線矢印で表し、洗浄運転時の洗浄剤の流れを破線矢印で示している。

このヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット１と、貯湯タンクユニット２とから構成される。

はじめにヒートポンプユニット１から詳述すると、このヒートポンプユニット１には、圧縮機３と、四方切換弁４と、利用側熱交換器である水熱交換器７と、減圧装置である電動膨張弁（ＰＭＶ：パルスモータバルブ）６と、熱源側熱交換器である室外熱交換器５と循環ポンプ８が収容配置されている。

水熱交換器７は、内部に、冷媒が導通する冷媒管部７ａと、温水が導通する温水管部７ｂとを互いに密着した状態で備えていて、それぞれの管部７ａ，７ｂに導通する冷媒と温水を互いに効率よく熱交換できるようになっている。
圧縮機３と四方切換弁４と水熱交換器７における冷媒管部７ａと電動膨張弁６及び室外熱交換器５とは、順次、冷媒配管４９を介して連通され、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路１０を構成する。

ヒートポンプユニット１には、一対の接続口体１１ａ，１１ｂが互いに離間して設けられている。これら接続口体１１ａ，１１ｂ相互間には水熱交換器７を挟んで洗浄装置２４を接続するための接続部である第１の三方切換弁１３、第２の三方切換弁１４が設けられている。第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４はそれぞれａ、ｂ、ｃの３つのポートを有し、それぞれａとｂのポートが温水配管９に接続されている。

さらに、水熱交換器７の温水管部７ｂ、循環流量センサ４０及び循環ポンプ８が温水配管９によって接続される。また、循環ポンプ８の入口側及び出口側にクイックファスナー等の工具を用いずに着脱可能な接続機構４４が設けられている。
貯湯タンクユニット２には、貯湯タンク１２と、減圧弁１５と、負圧弁１６と、圧力逃し弁１７と、混合弁１８が収容配置される。
貯湯タンクユニット２には、ヒートポンプユニット１に設けられる接続口体１１ａ，１１ｂに対応して一対の接続口体１９ａ，１９ｂが設けられ、互いの接続口体１１ａと１９ａ，１１ｂと１９ｂはそれぞれ温水配管９で接続されている。

貯湯タンクユニット２には給水口体２０と、排水口体２１と、第１の給湯口体２２及び第２の給湯口体２３が互いに離間して設けられる。
給水口体２０は給水源と連通され、排水口体２１は排水部と連通され、第１、第２の給湯口体２２，２３は厨房や浴室もしくは洗面所等に取付けられる給湯栓と連通される。これら、給水源、排水部、給湯栓は、いずれも図示していない。

図１の貯湯タンク１２は実際には左端面を上、右端面を下へ向けた縦置きで上側を上端部１２ａ、下側を底部１２ｂとする。上端部１２ａと、接続口体１９ａと１１ａと、第１の三方切換弁１３における２つのポートａ，ｂと、水熱交換器７の温水管部７ｂと、第２の三方切換弁１４における２つのポートｂ，ａと、循環ポンプ８と、接続口体１１ｂと１９ｂと、貯湯タンク１２の底部１２ｂとは温水配管９を介して順次連通され、これらで貯湯循環回路４１が構成される。

一方、給水口体２０と、減圧弁１５と、貯湯タンク１２の底部１２ｂとは温水配管９を介して連通される。そして、減圧弁１５と貯湯タンク１２底部との間から分岐した温水配管９で、混合弁１８と第２の給湯口体２３が連通される。第１の給湯口体２２に接続される温水配管９Ａは、貯湯タンク１２の上端部１２ａに接続される。給湯管９Ａの中途部から温水配管９が分岐していて、これは混合弁１８の残りのポートに接続される。

以上述べた、貯湯タンク１２と、給水口体２０と、第１の給湯口体２２と、第２の給湯口体２３と、減圧弁１５と、混合弁１８と、給湯管９Ａ及びその他の温水配管９で、給湯回路４２が構成される。

また、貯湯タンクユニット２に制御装置３９が設けられ、この制御装置３９にはリモコン３７及びヒートポンプユニット１の制御装置３８が接続される。リモコン３７は操作ボタン、表示部、音声発生手段（いずれも図示しない）を備え、例えば浴室などに設置される。リモコン３７は貯湯タンクユニット２及びヒートポンプユニット１に対する運転条件を設定するとともに、後述する洗浄運転の警告を報知することができる。

つぎに、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機の作用を説明する。
はじめに、図１にもとづき、貯湯運転について説明する。この貯湯運転は、たとえば電力料金の廉価な深夜電力料金時間帯を利用して行われる。

制御装置３８は、圧縮機３及び循環ポンプ８に駆動制御信号を送るとともに、四方切換弁４に切換制御信号を送る。
圧縮機３が駆動して冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。冷媒は、図中実線矢印に示すように、四方切換弁４から水熱交換器７の冷媒管部７ａに導かれて凝縮し、凝縮熱を放出する。そして冷媒は、電動膨張弁６において減圧膨張し、室外熱交換器５で蒸発し、四方切換弁４を介して圧縮機３に吸込まれ、圧縮されて再び上述の径路を循環する。

一方、貯湯タンク１２内には１日が経過して低温化した温水（もしくは水）が満杯状態で貯溜されている。循環ポンプ８の運転により、この貯湯タンク１２内の低温の温水は図中一点鎖線矢印に示すように、貯湯循環回路４１を循環する。

すなわち、貯湯タンク１２の底部１２ｂから低温の温水が導出され、循環ポンプ８に吸込まれる。この循環ポンプ８から第２の三方切換弁１４を介して水熱交換器７の温水管部７ｂへ送られ、水熱交換器７内の冷媒管部７ａを流れる冷媒と熱交換する。低温の温水は冷媒の凝縮熱を吸収して高温の温水である湯に変る。水熱交換器７から出た湯は第１の三方切換弁１３を介して貯湯タンク１２の上端部１２ａから内部へ導かれる。

貯湯タンク１２には、異なる高さの位置に複数の図示しない温度センサが取付けられていて、これら温度センサから制御装置３９へ検知信号が送られる。全ての温度センサが予め設定された温度以上を検知したら、貯湯タンク１２内の湯の全てが所定温度以上になったことと判断し、制御装置３９は制御装置３８に停止指令信号を出し、制御装置３８は圧縮機３と循環ポンプ８の運転を停止して貯湯循環運転を終了する。

上述した貯湯運転を長期間行うと温水配管９内及び水熱交換器７の温水配管７ｂ内部にカルキ等が堆積する。特に水熱交換器７は高温となるためカルキ等が堆積しやすい。これにより熱交換効率が低下し、温水が流れにくくなるため循環ポンプ効率が低下し、貯湯運転で時間内に湯が沸かないなどの不具合が発生する。そこでカルキ等の堆積を検知しリモコン３７に“詰まり警報”を表示し同時に音声により洗浄運転を行うように警告を報知する。

以下に洗浄運転を促す警告表示の流れについて図２で説明する。
まず貯湯運転を行っているとき（Ｓｔｅｐ１のＹＥＳ）、循環ポンプ８の回転数と循環流量センサ４０から得られた循環流量と許容流量を読み込む（Ｓｔｅｐ２）。そして、循環ポンプ８の循環流量が許容流量よりも低下した運転となったときに（Ｓｔｅｐ３のＹＥＳ）、リモコン３７の表示部に“詰まり警報”を表示し同時に音声発生手段により洗浄運転を行うように警告を報知する（Ｓｔｅｐ４）。

許容流量の決定は、ヒートポンプ式給湯機を据付ける際に試運転を行い、循環ポンプ８の回転数と循環流量センサ４０で計測した温水流量を基本特性として制御装置３９に記憶し、基本特性の循環流量に対して２０％低い値を許容流量として制御装置３９に記憶することで実施される。
なお、製造時に標準的使用状態を想定した上でのポンプ回転数に対する循環流量を基本特性として決定し、その基本特性の循環流量に対して、例えば２０％低い値を許容流量として制御装置３９に記憶してもよい。

基本特性に対する許容特性（許容流量）の関係を図３に示す。
なお、許容特性は循環ポンプ８の性能により異なるため、許容特性は基本特性に対し必ずしも２０％低下した値ではなく、循環ポンプ８の性能に応じて適宜決定される。

次に洗浄装置２４について詳述する。この洗浄装置２４には洗浄剤を貯留するための洗浄剤タンク２５、洗浄剤回収用タンク２６、洗浄用ポンプ２７、減圧弁２８、圧力計２９、ストレーナ３０、流量センサ３１、ポンプ運転制御部３２が収容配置される。
洗浄装置２４には一対の接続口体３４ａ、３４bが備え付けてあり、接続口体３４ａ、ストレーナ３０、流量計３１、洗浄剤タンク２５、洗浄用ポンプ２７、減圧弁２８、及び、接続口体３４ｂは洗浄配管３３を介して順次連通され、洗浄回路４３が形成される。

洗浄作業者は、接続口体３４ａを銅パイプやフレキシブル管等の接続管３５ａを介してヒートポンプユニット１内の第１の三方切換弁１３における残りのポートｃに接続し、接続口体３４ｂを銅パイプやフレキシブル管等の接続管３５ｂを介して第３の三方切換弁１４における残りのポートｃに接続し、その後、第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４を切換え、それぞれポートｂとｃを連通させる。

続いて、洗浄作業者がポンプ運転制御部３２を操作し、洗浄運転を開始すると洗浄剤または水が図中破線矢印に示すように洗浄回路４３を循環する。
すなわち、洗浄剤または水が洗浄剤タンク２５から洗浄配管３３を介して、洗浄剤ポンプ２７、減圧弁２８、接続口体３４ｂへと順次導かれ、接続口体３４ｂから接続管３５ｂを介して第２の三方切換弁１４へと導かれ、第２の三方切換弁から温水配管９を介して水熱交換器７の温水管部７ｂ、第１の三方切換弁１３へと導かれ、第１三方切換弁から接続管３５ａを介して接続口体３４ａへと導かれ、接続口体３４ａから洗浄配管３３を介してストレーナ３０、流量センサ３１、洗浄剤タンク２５へと順次導かれる。

次に実際の洗浄運転の手順について詳述する。
図２のステップ４の警告を受け、ヒートポンプ式給湯機の電源を遮断し、ヒートポンプ式給湯機の運転を行えなくする。続いて三方切換弁１３のポートｃに接続管３５ａの一端を接続し他端を洗浄装置の接続口体３４ａに接続する。三方切換弁１４のポートｃに接続管３５ｂの一端を接続し他端を洗浄装置の接続口体３４ｂに接続する。接続管３５ａ、接続管３５ｂによりヒートポンプユニット１と洗浄装置を接続した後、第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４を手動で切換え、接続口体３４ａ、接続口体３４ｂのバルブ（図示せず）を開き、洗浄回路４３を形成する。

最初に、洗浄剤タンク２５に水を貯留し、ポンプ運転制御部３２を操作して洗浄用ポンプ２７を運転し、１０分程度水での洗浄運転を行う。その後、バルブ３６を開き洗浄回路４３内の水を洗浄剤回収用タンク２６に排出する。
水排出完了の後、ポンプ運転制御部３２を操作し、洗浄用ポンプ２７を停止した後、バルブ３６を閉じ、続いて、洗浄剤タンク２５に洗浄剤Ａを注入し、ポンプ運転制御部３２を操作して洗浄用ポンプを運転し、洗浄剤Ａを洗浄回路４３内で２０分から３０分程度循環させる。その後、ポンプ運転制御部３２を操作して洗浄用ポンプ２７を停止し、バルブ３６を開き洗浄剤Ａを洗浄剤回収用タンクに排出する。
浄剤Ａ排出完了の後、バルブ３６を閉じ、今度は洗浄剤タンク２５に洗浄剤Ｂを注入しポンプ運転制御部３２を操作し洗浄用ポンプ２７を運転し、洗浄剤Ｂを洗浄回路４３内で１０分から１５分程度循環させる。その後、ポンプ運転制御部３２を操作して洗浄用ポンプ２７を停止し、バルブ３６を開き洗浄剤Ｂを洗浄剤回収用タンクに排出する。
洗浄剤Ａは強酸性の溶液、洗浄剤Ｂは強アルカリ性の溶液を用いる。洗浄剤Ａと洗浄剤Ｂは洗浄回路４３内のカルキ等の堆積物を除去した後に、両洗浄剤を混合し中和をおこなう。

洗浄運転中は圧力計２９及び流量センサ３１からの信号をもとにポンプ運転制御部３２が洗浄用ポンプ２７の回転数と減圧弁２８の開度を制御する。このとき、洗浄用ポンプ２７を断続的に運転することにより洗浄流路内の堆積物の脱落を促進する。
洗浄回路４３の他にも、着脱機構４４により循環ポンプ８を含む区間の温水配管９を取り外し、漬け置き洗浄を行う。洗浄後、循環ポンプ８を含む区間の温水配管９を所定位置に戻し、着脱機構４４で固定する。

上述の洗浄運転を終了すると、第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４を切換え貯湯循環回路を連通させ、接続管３５ａ、接続管３５ｂを第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４から取り外し、ヒートポンプ式給湯機の電源を投入後、リモコン３４の“つまり警報”を解除する。

上述した第１の実施の形態によれば、温水配管内にカルキ等が堆積し循環流量が低下したことを検出して洗浄運転が必要なことをリモコン３７の表示と音声で使用者に警告するため、水源の水質状態による洗浄時期のずれにも対応でき、正確な洗浄時期が判断できる。
また、第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４を用いて洗浄装置２４をヒートポンプ式給湯機の温水配管９に循環ポンプ８を介さずに環状に接続できるため、洗浄剤を循環し、強酸性及び強アルカリ性の洗浄剤を用いても循環ポンプ８の耐久性を損なうことがなく、温水配管部の付替えが不要で洗浄装置の着脱も容易に行うことができる。
さらにポンプの制御により流量を断続的に変化させ堆積物の脱落を促進する。
また、循環ポンプ８は必要に応じて着脱機構４４により容易に取り外し、別途洗浄が可能である。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図４（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。なお、第２の実施の形態において、上述した第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第１の実施の形態において用いた第１の三方切換弁１３と第２の三方切換弁１４を用いず、温水配管９の水熱交換器７の温水管部７ｂと貯湯タンク１２に挟まれた区間を二方弁４５ａを介して連通し、温水配管９の二方弁４５ａと水熱交換器７の温水管部７ｂの間に分岐部４８ａを設け、分岐部４８ａに二方弁４６ａと接続口体４７ａを順次接続し、温水配管９の水熱交換器７の温水管部７ｂと循環ポンプに挟まれた区間を二方弁４５ｂを介して連通し、温水配管９の二方弁４５ｂと水熱交換器７の温水管部７ｂの間に分岐部４８ｂを設け、分岐部４８ｂに二方弁４６ａと接続口体４７ａを順次接続する。
貯湯運転時は二方弁４５ａと二方弁４５ｂを連通し、二方弁４６ａと二方弁４６ｂは閉鎖する。
洗浄運転時は接続口体４５ａと接続管３５ａを接続し、接続口体４５ａと接続管３５ａを接続し、二方弁４５ａと二方弁４５ｂを閉鎖し、二方弁４６ａと二方弁４６ｂを開口する。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態では循環ポンプ８をヒートポンプユニット１に備えたが、貯湯タンクユニット２内の接続口体１９ｂと貯湯タンク１２の間に備えてもよい。

１…ヒートポンプユニット、２…貯湯タンクユニット、３…圧縮機、４…四方切換弁、５…室外熱交換器、６…電磁膨張弁、７…水熱交換器、７ａ…冷媒管部、７ｂ…温水管部、８…循環ポンプ、９…温水配管、１０…冷凍サイクル回路、１１ａ…接続口体、１１ｂ…接続口体、１２…貯湯タンク、１３…第１の三方切換弁、１４…第２の三方切換弁、１５…減圧弁、１６…負圧弁、１７…圧力逃がし弁、１８…混合弁、１９ａ…接続口体、１９ｂ…接続口体、２０…給水口体、２１…排水口体、２２…第１の給湯口体、２３…第２の給湯口体、２４…洗浄装置、２５…洗浄剤タンク、２６…洗浄剤回収用タンク、２７…洗浄用ポンプ、２８…減圧弁、２９…圧力計、３０…ストレーナ、３１…流量センサ、３２…ポンプ運転制御部、３３…洗浄配管、３４…接続口体、３５ａ…接続管、３５ｂ…接続管、３６…バルブ、３７…リモコン、３８…制御装置、３９…制御装置、４０…循環流量センサ、４１…貯湯循環回路、４２…給湯回路、４３…洗浄回路、４４…着脱機構、４５ａ…二方弁、４５ｂ…二方弁、４６ａ…二方弁、４６ｂ…二方弁、４７ａ…接続口体、４７ｂ…接続口体、４８ａ…分岐部、４８ｂ…分岐部、４９…冷媒配管

Claims (3)

1. 圧縮機と、水熱交換器と、減圧装置と、空気熱交換器とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ式冷凍サイクル回路と、前記水熱交換器と、貯湯タンクと、循環ポンプとを水配管で環状に接続した給湯回路と、前記水熱交換器の温水管部内を洗浄する洗浄装置を接続する接続部とを備えたヒートポンプ式給湯機において、前記接続部は、前記循環ポンプの水配管出口部と前記水熱交換器の温水管部入口の間及び、前記水熱交換器の温水管部出口と前記貯湯タンクとの間にそれぞれ設けられたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記ヒートポンプ式給湯機は前記給湯回路の温水流路に流量を検出する流量センサを備え、循環ポンプの回転数に対応する許容流量より前記流量センサが検出する流量が低下したときに、洗浄運転を促す警告を報知する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記制御手段は、前記ヒートポンプ式給湯機の据付直後の前記循環ポンプの回転数に対する流量を基準に許容流量を算定する手段を備えた請求項２記載のヒートポンプ式給湯機。

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