JP5028656B2

JP5028656B2 - 給湯機の異常検出装置

Info

Publication number: JP5028656B2
Application number: JP2006078948A
Authority: JP
Inventors: 真一坂本; 孝司千田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007255769A

Description

この発明は、給湯機の異常検出装置に関するものである。

ヒートポンプ式給湯機は、図４に示すように、貯湯タンク７０を有するタンクユニット７１と、冷媒回路７２を有する熱源ユニット７３とを備える。この場合、冷媒回路７２は、圧縮機７４と水熱交換器７５と膨張弁７７と蒸発器７８とを順に接続して構成される。そして、タンクユニット７１は、上記貯湯タンク７０と循環路７９とを備え、この循環路７９には、水循環用ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されている。この場合、熱交換路８１は水熱交換器７５にて構成される。このようなヒートポンプ式給湯機は、例えば、特許文献１に開示されている。

上記装置においては、圧縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換路８１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器７５によって加熱され（沸上げられ）、湯入口から貯湯タンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク７０に高温の温湯を貯めるものである。

上記装置における循環路７９は、図４に示すように、貯湯タンク７０の低温水を熱交換路８１へ供給するための入水配管８２と、この熱交換路８１からの温湯を貯湯タンク７０へ供給するための出湯配管８３とを備える。そして、入水配管８２は、例えば、タンクユニット７１側の第１配管８２ａと、熱源ユニット７３側の第２配管８２ｂと、この第１・第２配管を接続する接続配管８２ｃとを備える。また、出湯配管８３は、例えば、タンクユニット７１側の第１配管８３ａと、熱源ユニット７３側の第２配管８３ｂと、この第１・第２配管を接続する接続配管８３ｃとを備える。そして、この種のヒートポンプ式給湯機では、通常、熱源側ユニット７３の冷媒が、図４の矢印Ａ方向に流れ、タンクユニット７１側の循環路７９の温水が、この矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向に流れるように設定している。これによって、熱交換路８１に進入した低温水と、高温の冷媒とで熱交換が行われ、低温水が矢印Ｂ方向へ流れるに従って効率よく温度が上昇するように設定されている。また、第２配管８２ｂには、熱交換路８１に流れ込む低温水の温度を検出する入水サーミスタ８５が配置され、第２配管８３ｂには、熱交換路８１にて加熱された温湯の温度を検出する出湯サーミスタ８６が配置されている。

ところで、この種の給湯機を設置する場合、設置現場において、タンクユニット７１側の第１配管８２ａ、８３ａと、熱源ユニット７３側の第２配管８２ｂ、８３ｂとを、それぞれ接続配管８２ｃ、８３ｃを介して接続していた。この場合、接続配管８２ｃ、８３ｃは同一の配管を使用する場合が多いので、例えば、接続配管８２ｃにて、第１配管８２ａと第２配管８３ｂとを接続すると共に、接続配管８３ｃにて、第１配管８３ａと第２配管８２ｂとを接続したりする誤接続（誤配管）を行う場合があった。

このように誤接続（誤配管）を行った場合には、貯湯タンク７０の下部の低温水が、正規の場合と逆方向から熱交換路８１に入ることになる。従って、上記入水サーミスタ８５の温度は上昇するが、上記出湯サーミスタ８６の温度は上昇しない。このため、ポンプ８０の能力を絞っていくことになると共に、熱交換路８１を通過する温水は矢印Ｂと反対の矢印Ａ方向に流れることになって、非常に効率の悪い運転を行うことになる。

この発明は、上記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、施工時の誤配管を検出して、給湯機の効率の悪い運転の継続を抑制できる給湯機の異常検出装置を提供することにある。

そこで、この発明の給湯機の異常検出装置は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能な給湯機の異常状態を検出する検出装置であって、上記給湯機の循環路１２が、上記低温水を上記熱交換路１４へ供給するための入水配管１５と、この熱交換路１４からの温湯を上記貯湯タンク３へ供給するための出湯配管１６とを備え、上記入水配管１５は、上記貯湯タンク３側の第１配管１５ａと、上記ヒートポンプ加熱源側の第２配管１５ｂと、この第１、第２配管１５ａ、１５ｂを接続する接続配管１５ｃとを有しており、上記第２配管１５ｂの温度が、外気温度に基づいて設定された基準温度よりも高いときに、入水配管１５と出湯配管１６とに誤接続が生じた異常状態であると判定することを特徴としている。

また、この発明の給湯機の異常検出装置は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能な給湯機の異常状態を検出する検出装置であって、上記給湯機の循環路１２が、上記低温水を上記熱交換路１４へ供給するための入水配管１５と、この熱交換路１４からの温湯を上記貯湯タンク３へ供給するための出湯配管１６とを備え、上記入水配管１５は、上記貯湯タンク３側の第１配管１５ａと、上記ヒートポンプ加熱源側の第２配管１５ｂと、この第１、第２配管１５ａ、１５ｂを接続する接続配管１５ｃとを有しており、上記第２配管１５ｂの温度が、貯湯タンク３への給水温度に基づいて設定された基準温度よりも高いときに、入水配管１５と出湯配管１６とに誤接続が生じた異常状態であると判定することを特徴としている。

上記給湯機の異常検出装置では、給湯機の運転を開始すれば、出湯配管１６の温度（熱交換路１４にて沸き上げられた温湯の温度であって、出湯温度）が上昇するが、入水配管１５の温度（熱交換路への入水温度）は上昇しないことを利用している。すなわち、入水配管１５及び出湯配管１６が誤接続であるときには、上記入水温度が上昇し、逆に出湯温度は上昇しない。このため、入水配管１５の第２配管１５ｂの温度が基準温度よりも高いときには、誤配管（誤接続）であり、誤配管と判定している。従って、確実に誤配管を判定することがきる。これにより、給湯機は熱交換効率のよい運転を行うことができ、給湯機のランニングコストの低減を達成できる。また、基準温度を一義的に設定する場合には、単一の既設センサを使用すればよいので、制御構成を簡素化でき、また、安定した判定精度を維持することができる。

また、上記基準温度を、外気温度に応じて設定するようにすれば、判定精度を一段と向上できる。

さらに、入水配管１５の第２配管１５ｂの温度と貯湯タンク３への給水温度に基づく基準温度とを比較することによっても、上記同様に、確実に誤配管を判定することがきる。

次に、この発明の給湯機の異常検出装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの異常検出装置を具備した給湯機（ヒートポンプ式給湯機）の簡略図を示し、この給湯機は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能である。そして、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。

この場合、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが上記循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。

ところで、貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで４個の残湯量検出器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、給水温度検出手段１９を構成する温度検出器１９ａとが設けられている。上記各残湯量検出器１８ａ・・及び温度検出器１９ａは、例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水温度検出手段２０となる入水サーミスタ２０ａが設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯温度検出手段２１となる出湯サーミスタ２１ａが設けられている。

循環路１２は、入水配管１５と出湯配管１６とを備え、入水配管１５は上記ポンプ１３が介設された貯湯タンク３側の第１配管１５ａと、入水サーミスタ２０ａが介設された熱源側の第２配管１５ｂと、この第１・第２配管１５ａ、１５ｂを連結（接続）する接続配管１５ｃとからなり、出湯配管１６は貯湯タンク３側の第１配管１６ａと、出湯サーミスタ２１ａが介設された熱源側の第２配管１６ｂと、この第１・第２配管１６ａ、１６ｂを連結（接続）する接続配管１６ｃとからなる。この場合、後述するように、接続配管１５ｃ、１６ｃは現場で接続される。

そして、ヒートポンプ加熱源は冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と蒸発器２８とを冷媒通路３１にて接続し、蒸発器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。これにより、圧縮機２５が駆動すると、水熱交換器２６において熱交換路１４を流れる水が加熱されることになる。また、蒸発器２８にはこの蒸発器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。

ところで、この給湯機の制御部は、図２に示すように、入水温度検出手段２０と、出湯温度検出手段２１と、給水温度検出手段１９と、外気温度検出手段２２と、各種のデータが設定される設定手段２４と、タイマ手段３５と、上記各検出手段１９、２０、２１、２２、３５等からのデータ（数値）が入力される制御手段３６とを備える。この場合、図１に示すように、入水温度検出手段２０は入水サーミスタ２０ａにて構成することができ、出湯温度検出手段２１は出湯サーミスタ２１ａにて構成することができ、給水温度検出手段１９は、貯湯タンク３の下部に付設された温度検出器１９ａにて構成することができる。また、外気温度検出手段２２も温度検出サーミスタから構成することができる。なお、上記制御手段３６は例えばマイクロコンピュータを用いて構成することができる。

上記のように構成された給湯機によれば、圧縮機２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。また、運転の際には、電動膨張弁２７の開度等を調整して、圧縮機２５の吐出管温度を上記目標吐出管温度に合わせる吐出管制御を行う。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行うものである。

すなわち、深夜時間（２３時から次の日の午前７時）帯のある時刻（例えば、深夜時間開始後の２４時等）から所定時間の間運転して、所定時刻（深夜時間終了時刻、つまり午前７時）で所定容量（例えば、貯湯タンク３の容量）の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行う。また、一日の必要湯量がこの貯湯タンク３の容量を越える場合には、深夜時間の運転を行った後、さらに深夜時間外の昼間において追加運転を行って、その一日の必要湯量を確保する。この場合、貯湯タンク３の容量を満たす量の湯が沸き上げられている場合に、所定量（例えば、５０リットル）の湯を使用して、その貯湯量が減少すれば、その減少した所定量の湯を沸き上げる追加運転を行うものであり、この追加運転を少なくとも１回以上行うことによって、その一日の必要湯量を確保する。これらの沸き上げ運転に際しては、上記残湯量検出器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄや入水サーミスタ２０ａ等の検出値等の基づいて、運転開始や運転停止が決定される。

ところで、図１に示す給湯機では、接続配管１５ｃ、１６ｃの接続作業は現場にて行うものである。そして、正規に接続させた場合には、第１配管１５ａと接続配管１５ｃと第２配管１５ｂとで、入水配管１５を構成し、第１配管１６ａと接続配管１６ｃと第２配管１６ｂとで、出湯配管１６を構成するものであり、貯湯タンク３の下部の取水口１０から流出した低温の温水は、入水配管１５を流れた熱交換路１４を通過し、この熱交換路１４から流出した高温の温湯は出湯配管１６を流れて湯入口１１から貯湯タンク３へ返流させる。このため、入水温度検出手段２０を構成する入水サーミスタ２０ａは低温の入水温度を検出し、出湯温度検出手段２１を構成する出湯サーミスタ２１ａは高温の出湯温度を検出する。

しかしながら、上記のように、接続配管１５ｃ、１６ｃの接続は現場にて行うので、接続配管１５ｃにて第１配管１５ａと第２配管１６ｂとを接続すると共に、接続配管１６ｃにて第１配管１６ａと第２配管１５ｂとを接続する場合がある。このような場合、貯湯タンク３の下部の取水口１０から流出した低温の温水は、第１配管１５ａから接続配管１５ｃを介して第２配管１６ｂに流れて熱交換路１４に流れ込む。また、熱交換路１４からは、第２配管１５ｂへ温湯が高温の温湯が流出し、この第２配管１５ｂから接続管１６ｃを介して第１配管１６ａに流入し、この第１配管１６ａから貯湯タンク３へ返流させることになる。

このため、このような誤接続（誤配管）が行われれば、入水サーミスタ２０ａの検出温度（入水温度）が通常では考えられない程度に高くなる。これは正常に接続されていれば、ありえないことであり、この入水温度と基準温度とを比較することによって、この誤配管を検知（検出）することができる。

次に、図３のフローチャート図を使用して、誤配管であるかの判断を行う方法を説明する。まず、ステップＳ１で運転を開始して、ステップＳ２で運転開始から所定時間経過したか否かを判定する。ここで、所定時間とは、上記タイマ手段３５の誤配管検出タイマ（ＴＭＰ）のカウント時間（例えば、２００〜３００秒）である。そして、所定時間経過していなければ経過するまで待ち、経過していればステップＳ３へ移行する。すなわち、誤配管検出タイマ（ＴＭＰ）をカウントし続け、所定時間経過するまで待つ。これは、運転開始からこの所定時間時間が経過すれば、入水温度と出湯温度に所定量以上の差が生じるからである。この場合も、他の異常発生時処理を行っていれば、ステップＳ１２に示すように、割り込み処理を行う必要があり、この際、ステップＳ９のように、圧縮機２５を停止すると共に、上記ＴＭＰのカウンタをリセットして、ステップＳ１へ移行する必要がある。

そして、ステップＳ３で外気温度を読み込み、次のステップＳ４で、外気温度に基づいて基準温度Ｔを設定する。ステップＳ５で入水温度（ＤＴＯ）＞基準温度（Ｔ）であるか否かを判定する。このステップＳ５で入水温度が基準温度よりも高温であれば、上記のように誤配管であると予想され、ステップＳ６へ移行し、入水温度が低温であれば、正常であると判定して、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ６でカウントを１増加して、その後、ステップＳ８へ移行する。そして、このステップＳ８でこの不良判定回数（ＮＭＰ）が規定回数（例えば、４回）であるか否かを判定する。このステップＳ８で規定回数未満であれば、ステップＳ９へ戻って、圧縮機２５を停止すると共に、ＴＭＰをリセットして、圧縮機２５を再起動（ステップＳ１の圧縮機運転開始）することになる。また、ステップＳ８で規定回数（この場合、４回）に達すれば、ステップＳ１０へ移行して圧縮機２５を停止し、さらに、誤配管として、システムダウン（圧縮機２５の運転を禁止）とする。

また、上記ステップＳ７では湯が沸き上がったかの判定を行い、沸き上がりであれば、ステップＳ１１へ移行して、圧縮機２５を停止すると共に、ＴＭＰのカウンタをリセットして沸き上げ運転を終了する。また、ステップＳ７で沸き上がりでなければ沸き上がりまで待つ。なお、図３に示す判定では、入水サーミスタ２０ａ及び出湯サーミスタ２１ａが不良でなく、しかも、ヒートポンプ加熱源は冷媒回路のデフロスト回路を有する場合には、圧縮機起動後に一度もデフロスト運転（除霜運転）を行っていないことが前提である。

このように、上記図３のような判定を行えば、施工時の誤配管を施工後の試運転時等に簡単に検知（検出）することができ、効率の悪い運転を回避（抑止）することができる。すなわち、冷媒回路の冷媒は、図１の矢印Ａ方向に流れ、循環路１２の温水は、この矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向に流れるようにしている。これによって、熱交換路１４に進入した低温水と、高温の冷媒とで熱交換が行われ、低温水が矢印Ｂ方向へ流れるに従って温度が上昇し、熱交換効率のよい運転を行うことができる。これに対して、誤配管が行われれば、熱交換路１４を通過する温水は矢印Ｂと反対の矢印Ａ方向に流れることになる。すなわち、熱交換路１４を通過する温水は冷媒回路の冷媒と同一方向に流れることなり、非常に効率の悪い運転を行うことになる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記においては、外気温度に基づき、この温度の関数として基準温度Ｔを定めているが、外気温度そのものを基準温度Ｔとしてもよい。さらには、外気温度を検出せずに、基準温度を一義的に設定することも可能であり、この場合には、既設の単一センサを用いて誤配管を検出できるので、制御構成を簡素化できる。また、外気温度以外にも、給水温度検出手段１９による検出温度そのもの、あるいは給水温度の関数として基準温度Ｔを求めることもできる。なお、異常と判定した場合には、警報音を発生させてユーザ等に知らせたりするようにしてもよい。さらに、図３のフローチャート図では、異常を確定する場合、各判定を複数回行うようにしているが、もちろん１回で異常であると判定してもよく、検知（判定）回数としても任意に変更することができる。複数回行う場合、あまり多すぎれば、確実に異常状態であるにもかかわらず、異常検知を行うことになって、無駄となるので、上記実施の形態のように４〜６回程度とするのが好ましい。なお、この異常検出装置を使用する給湯機の冷媒としては、炭酸ガスを用いるのが好ましいが、その他、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒であっても、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のような代替冷媒であってもよい。

この発明の異常検出装置を具備した給湯機の簡略図である。上記給湯機の異常検出装置の制御部の簡略ブロック図である。上記給湯機の異常検出装置の誤配管を検知する方法を示すフローチャート図である。従来の給湯機の異常検出装置の簡略図である。

符号の説明

３貯湯タンク
１２循環路
１４熱交換路
１５入水配管
１６出湯配管
１９給水温度検出手段
２０入水温度検出手段
２１出湯温度検出手段
２２外気温度検出手段
２５圧縮機

Claims

貯湯タンク（３）と、この貯湯タンク（３）に連結される循環路（１２）と、この循環路（１２）に介設される熱交換路（１４）とを備え、この熱交換路（１４）をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク（３）から循環路（１２）に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク（３）に返流する運転が可能な給湯機の異常状態を検出する検出装置であって、上記給湯機の循環路（１２）が、上記低温水を上記熱交換路（１４）へ供給するための入水配管（１５）と、この熱交換路（１４）からの温湯を上記貯湯タンク（３）へ供給するための出湯配管（１６）とを備え、上記入水配管（１５）は、上記貯湯タンク（３）側の第１配管（１５ａ）と、上記ヒートポンプ加熱源側の第２配管（１５ｂ）と、この第１、第２配管（１５ａ）（１５ｂ）を接続する接続配管（１５ｃ）とを有しており、上記第２配管（１５ｂ）の温度が、外気温度に基づいて設定された基準温度よりも高いときに、入水配管（１５）と出湯配管（１６）とに誤接続が生じた異常状態であると判定することを特徴とする給湯機の異常検出装置。
貯湯タンク（３）と、この貯湯タンク（３）に連結される循環路（１２）と、この循環路（１２）に介設される熱交換路（１４）とを備え、この熱交換路（１４）をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク（３）から循環路（１２）に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク（３）に返流する運転が可能な給湯機の異常状態を検出する検出装置であって、上記給湯機の循環路（１２）が、上記低温水を上記熱交換路（１４）へ供給するための入水配管（１５）と、この熱交換路（１４）からの温湯を上記貯湯タンク（３）へ供給するための出湯配管（１６）とを備え、上記入水配管（１５）は、上記貯湯タンク（３）側の第１配管（１５ａ）と、上記ヒートポンプ加熱源側の第２配管（１５ｂ）と、この第１、第２配管（１５ａ）（１５ｂ）を接続する接続配管（１５ｃ）とを有しており、上記第２配管（１５ｂ）の温度が、貯湯タンク（３）への給水温度に基づいて設定された基準温度よりも高いときに、入水配管（１５）と出湯配管（１６）とに誤接続が生じた異常状態であると判定することを特徴とする給湯機の異常検出装置。