JP5487067B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、水−冷媒熱交換器にて沸上げた水をタンクに蓄えるようにしたヒートポンプ式給湯機に関するものである。

深夜電力等を利用してヒートポンプサイクルを駆動し、低温水を加熱して所望の温度の湯をタンクに貯える沸上機能を備えたヒートポンプ式給湯機が知られている。

このようなヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル内に設けた水−冷媒熱交換器とタンクを配管にて接続し、接続した配管内をタンク内の水を循環させ、水−冷媒熱交換器においてタンク内の水とヒートポンプサイクルの冷媒で熱交換を行い沸上げを行っている。

このような沸上げを行うヒートポンプ式給湯機では、水配管内のごみ詰まりや水道水内に含まれる硬度成分（例えば炭酸カルシウム）がスケールとして析出し配管内に付着したスケール詰まり、配管内の空気抜き不足による空気詰まり等によって沸上げを行う水の循環ができなくなり、機器異常による運転停止が発生する問題がある。

この問題に対応するために、ポンプによって循環する水の流量と水−冷媒熱交換器から流出する冷媒の温度や水の温度との関係から水配管内の詰りを検出する方法（例えば特許文献１参照）が提案されている。

特開２０１０−１２７５７４号公報

しかしながら、ヒートポンプ式給湯機は、液体流路を流れる液体の圧力や、被加熱液体の流量や、液体流路の圧力損失が設置場所によって異なるものであるため、ポンプの流量制御範囲がポンプの最大回転数と最小回転数との間のどの範囲となるかが設置される場所によって異なる。これでは、ヒートポンプ式給湯機が設置される場所によって、異常の検出精度が異なってしまうという問題がある。

例えば、ポンプの流量制御範囲がポンプの最小回転数に近い場合には、異常と判断すべき状態でも異常を検出できず看過してしまうおそれがある。また、ポンプの流量制御範囲がポンプの最大回転数に近い場合には、突発的な流れの変動で回転数が直ちに最大回転数となってしまうおそれや、異常と判断すべきでない状態でも異常と検出してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、設置場所に応じて異なる液体流路の状態の要因を排除して、液体流路の異常を検出することができる信頼性の高いヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。

本発明は、容量可変な圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温，高圧の冷媒により被加熱液体を加熱する液−冷媒熱交換器と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度を検知する液体温度検知部と、前記圧縮機の容量を制御する制御部とを備え、前記被加熱液体が前記液−冷媒熱交換器に導入されて前記液−冷媒熱交換器を通過した後に前記液−冷媒熱交換器から流出する液体流路を有し、前記制御部は、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度が予め設定された目標液体温度となるように前記圧縮機の容量を制御し、前記圧縮機が予め設定された基準容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い場合には、前記液体流路の異常と判断することを特徴とする。

或いは、本発明は、容量可変な圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温，高圧の冷媒により被加熱液体を加熱する液−冷媒熱交換器と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度を検知する液体温度検知部と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換した冷媒の温度を検知する冷媒温度検知部と、前記圧縮機の容量を制御する制御部とを備え、前記被加熱液体を前記液−冷媒熱交換器に導入して前記液−冷媒熱交換器を通過させた後に前記液−冷媒熱交換器から取り出す液体流路を有し、前記制御部は、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度が予め設定された目標液体温度となるように前記圧縮機の容量を制御し、前記圧縮機が予め設定された容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い場合には、前記液体流路を流れる被加熱液体の流量が減少していると判断し、前記液−冷媒熱交換器で熱交換した冷媒の温度が前記目標液体温度に基づいて定められる温度以上の場合には、前記液体流路の被加熱液体の流れが停止していると判断することを特徴とする。

本発明によれば、設置場所に応じて異なる液体流路の状態の要因を排除して、液体流路の異常を検出することができるヒートポンプ式給湯機を提供することができる。

実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の系統構成図である。 実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の制御フロー図である。 実施例１に係るヒートポンプ式給湯機において、水配管内の詰りが無い状態における圧縮機回転数と出口温水温度の変化を示すグラフである。 実施例１に係るヒートポンプ式給湯機において、水配管内に詰りが発生した状態における圧縮機回転数と出口温水温度の変化を示すグラフである。 実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の系統構成図である。 実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の制御フロー図である。 実施例２に係るヒートポンプ式給湯機において、水配管内の詰りが無い状態におけるヒートポンプ式給湯機の水−冷媒熱交換器出口冷媒温度の変化を示すグラフである。 実施例２に係るヒートポンプ式給湯機において、水配管内に詰りが発生した状態における水−冷媒熱交換器出口冷媒温度の変化を示すグラフである。 実施例３に係るヒートポンプ式給湯機の制御フロー図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

実施例１は、水流路に発生する異常（特に、流量減少）を高精度に検出することができるヒートポンプ式給湯機に関する。

図１は、実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の系統構成図を示す。図２は、実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の運転時の制御フロー図を示す。図３は、実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の水流路に異常が発生していない状態における圧縮機回転数と水−冷媒熱交換器の出口温水温度の時間変化を示す。図４は、実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の水流路に異常（流量減少）が発生した際の圧縮機回転数と水−冷媒熱交換器の出口温水温度の時間変化を示す。

実施例１に係るヒートポンプ式給湯機は、容量可変な圧縮機４と、圧縮機４から吐出される高温，高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器５と、水−冷媒熱交換器５で熱交換された水の温度を検知する水温検知部１５と、圧縮機の容量を制御する制御部２０とを備える。また、このヒートポンプ式給湯機は、水が水−冷媒熱交換器５に導入されて水−冷媒熱交換器５を通過した後に水−冷媒熱交換器５から流出する水流路Ｆを有する。

また、このヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器５で加熱された温水を貯留するタンク９と、タンク９を収容するタンクユニット２と、圧縮機４及び水−冷媒熱交換器５を収容するヒートポンプユニット１とを備える。そして、水流路Ｆは、タンクユニット２とヒートポンプユニット１とに跨って設けられる。

具体的には、このヒートポンプ式給湯機は、図１の左側に示す水−冷媒熱交換器５を含む冷凍サイクルを筐体内部に搭載したヒートポンプユニット１と、図面の右側に示すタンクを含めた給湯回路を箱体内部に搭載したタンクユニット２とを備えて構成される。そして、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２は、ヒートポンプ式給湯機の設置場所において、接続配管３を使用して接続される構造となっている。なお、タンク９は、湯が貯留されることが多く、この場合には貯湯タンクと呼ばれる。

冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４から吐出される高温・高圧の冷媒が、タンク９より導いた水と熱交換する水−冷媒熱交換器５と、水−冷媒熱交換器５より流出された冷媒が減圧される減圧弁６と、減圧弁６により減圧された低温・低圧の冷媒が、空気と熱交換する蒸発器７を冷媒配管を介して環状に接続される構成となっている。蒸発器７には、ファン８により外気が通風される構造となっている。なお、この冷凍サイクルでは、二酸化炭素が冷媒として用いられる。

圧縮機４は、水−冷媒熱交換器５で熱交換された温水の温度が予め設定された目標温水温度となるように制御部２０によって容量制御される。具体的には、圧縮機４は、圧縮機回転数を制御することにより容量が制御されるインバータ圧縮機である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、吐出された冷媒を吸込み側に戻すことで容量制御を行う圧縮機であってもよい。また、圧縮機の圧縮方式は、スクロール方式であるが、ロータリー方式やレシプロ方式のものであってもよい。

水サイクルは、必要量の湯を貯えるタンク９と、タンク９の底部の水が導かれるポンプ（循環ポンプ）１０と、ポンプ（循環ポンプ）１０から吐出された水が冷媒と熱交換する水−冷媒熱交換器５が循環配管により環状に接続される構成となっており、水−冷媒熱交換器５より吐出された水はタンク９の頂部に戻される構造となっている。即ち、水流路Ｆは、実施例１ではタンク９から水を取り出す部分を起点とし、タンク９に湯が戻される部分を終点とする。また、タンク９の底部は、給水配管１１を介して、図示していない水道などの給水源と接続され、頂部には蛇口やシャワー等の給湯端末に給湯する給湯配管１２が接続されている。

圧縮機４には、筐体温度を測定するために圧縮機温度センサ１３が設けられている。これにより、圧縮機から吐出される冷媒の温度（冷媒吐出温度）を検知することができる。なお、冷媒吐出温度は、冷媒の吐出配管に設けられる温度センサ検知するものであってもよい。ただし、冷媒吐出温度として圧縮機４の筐体温度を検知する方が、冷媒の吐出配管の温度を検知するよりも、冷媒温度の変動を低く抑えることができ、圧縮機４を制御しやすいというメリットを有する。

また、水−冷媒熱交換器５の前後に設けてある水サイクルの配管には、水−冷媒熱交換器５に流入する水の温度を検知する水温検知部１４としての水−冷媒熱交換器入口水温度センサと、水−冷媒熱交換器５から流出する水の温度を計測する水温検知部１５としての水−冷媒熱交換器出口温水温度センサが設けられている。

そして、このヒートポンプ式給湯機は、圧縮機４が予め設定された基準容量以下で運転しているときに水−冷媒熱交換器５で熱交換された水の温度が目標温水温度よりも高い場合には、水流路の異常と判断する。このようにすれば、設置場所によって異なる水流路の状態の要因を排除して、水流路の異常を検出することができる。また、圧縮機を含む冷凍サイクルは、流体の圧力や圧力損失等がヒートポンプ式給湯機の設置場所ごとに大きく異なるものではないため、ポンプの回転数に基づいて水流路Ｆの異常を検出する場合に比べて、検出精度を高めることができる。

また、このヒートポンプ式給湯機では、水流路Ｆがタンクユニット２とヒートポンプユニット１とに跨って設けられるものであるため、実施例１の制御は、以下のような理由により、水流路Ｆの異常を高精度に検出するのに適している。一般的なヒートポンプ式給湯機では、タンク９と水−冷媒熱交換器５を収納した冷凍サイクルとが分離された別ユニットで構成される。この場合、据付け時に行われる接続配管３の形状や長さ，曲がり部の数などにより、水流路Ｆの状態（配管抵抗等）は、ヒートポンプ式給湯機ごとに大きく異なるものとなる。その点、このヒートポンプ式給湯機は、水流路Ｆの流量やポンプ１０の回転数に基づいてではなく、圧縮機４の容量に基づいて制御するものであるため、設置場所によらず、高精度な検出を行うことができる。

なお、基準容量は、圧縮機４の最低回転数に基づいて設定される。圧縮機４の最低回転数とは、圧縮機４の駆動範囲として予め決められた回転数範囲の下限値に設定される。具体的には、圧縮機４の不調や故障の発生を防止すべく、圧縮機４が冷媒圧縮の仕事をしていると評価できる限界の回転数よりも余裕を持って少し高めに設定される。なお、余裕の大きさは、圧縮機の特性に応じて任意の値とすることができるが、特に余裕を持たせないものであっても良い。

具体的には、このヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器５で熱交換された水の温度が目標温水温度よりも高い状態が所定の時間以上継続した場合には、水流路Ｆの異常と判断する。このようにすれば、温度の偶発的な変動を異常と判断することがなく、異常判断の精度をより高めることができる。

また、このヒートポンプ式給湯機は、上記のような方法で異常と判断した場合、水流路Ｆを流れる水の流量が減少していると判断する。そして、水流路Ｆの水の流量減少に関係する報知を行う。具体的には、リモコン等に設けられる表示画面にエラーを表示する。

次に、実施例１に係る運転時の制御フローを図２を使用して説明する。

沸上運転の際、制御部２０に対して目標温水温度と圧縮機目標温度をセット（図中Ｓ１）した後、沸上運転を開始する。沸上運転開始時より、圧縮機温度センサ１３より得られる圧縮機温度（図中Ｓ２）が圧縮機目標温度と一致するように減圧弁６の開度を修正する（図中Ｓ３）。

また、制御部２０は、水温検知部１５により得られる出口温水温度（図中Ｓ４）と目標温水温度が一致するように圧縮機４の回転数を修正する（図中Ｓ５）。この動作により、循環している水の量に対して、加熱能力を出力している圧縮機回転数が増減するため、現在出力している加熱能力を正確に把握することが可能となる。

このような動作で沸上運転を行っている間、配管内に詰まり等が無く、正規の水循環量が確保されている場合、正規の加熱能力を出力するために、圧縮機回転数の大幅な低下は発生しない。

しかし、配管内に詰まり等の異常が発生し、正規の水循環量が確保できなくなった場合には、加熱対象液体である水の循環量が減少するため、必要となる加熱能力は小さくなる。従って、出口温水温度が上昇するため、出口温水温度と目標温水温度とが一致するように、制御部２０は、圧縮機４の回転数を低下させる。

そして、この状態が進むと、水循環量が大幅に減少し、圧縮機４は制御部２０で規定される最低回転数で運転することとなる。この現象を検出するために、本実施例では沸上運転中に常時、圧縮機４の回転数が最低回転数よりも高い回転数で運転されているかを監視する機能（図中Ｓ６）を設ける。

圧縮機４の回転数が最低回転数より高い回転数で運転されている場合は、上述の減圧弁開度の変更と圧縮機回転数の修正を行い、圧縮機回転数が規定している最低回転数と同じとなった場合、出口温水温度の確認を行う（図中Ｓ７）。確認した出口温水温度が目標温水温度以下の場合には上述の減圧弁開度変更と圧縮機回転数の修正を行い、出口温水温度が目標温水温度より高い場合には、温度が高い状態が所定の時間経過しても維持していることを確認した後（図中Ｓ８）、水循環エラーを発報（図中Ｓ９）して運転を停止する。なお、前記所定の時間は、流量減少監視時間とも呼ぶことができる。

従って、水配管内のごみ詰まりや水道水内に含まれる硬度成分（例えば炭酸カルシウム）がスケールとして析出し配管内に付着したスケール詰まり、配管内の空気抜き不足による空気詰まり等によって沸上げを行う水の循環ができなくなる不具合が発生した時、高精度でかつ安価な方法で不具合を検出して異常報知による速やかな対応を図ることができるため、信頼性の向上を図ることができる。

図４の実験例を用いて、水流路Ｆに異常（流量減少）が発生した際の圧縮機回転数と水−冷媒熱交換器５の出口温水温度の時間変化を説明する。時刻Ｔ１において、圧縮機４の運転を開始した後、水流路Ｆに異常がある場合、徐々に圧縮機４の回転数が低下していく。そして、時刻Ｔ２において、圧縮機４の回転数が最低回転数となる。図４の実験例では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間は、５〜１０分程度である。そして、時刻Ｔ２に前記状態となってから所定の時間（流量減少監視時間）異常が継続していることを確認すると、時刻Ｔ３において異常を報知する。図４の実験例では、前記流量減少監視時間（時刻Ｔ２〜時刻Ｔ３）は、１５分程度である。ただし、前記流量減少監視時間は、２分程度の短い時間であってもよい。

一般的に、スケール詰りや小さなゴミ詰り等の異常は、少しずつ進行する（即ち、流量が減少していく）ものである。一方、水流路Ｆに配置される弁が閉まっている場合や、大きなゴミ詰り等の場合には、流れが突然停止するものである。この点、実施例１に係る異常検知は、異常検知のために圧縮機４の回転数を制御し始めてから最低回転数となるまでの時間が５〜１０分程度かかるものであり、変化が比較的緩やかであるため、少しずつ進行する流量減少の異常検知に適している。

このような制御とすることにより、図３に示す出口温水温度と圧縮機回転数の正常時の関係（水配管内の詰まり等が無く、正規の水循環量が確保されている状態）と、図４に示す出口温水温度と圧縮機回転数の異常時の関係（水配管内の詰まり等が発生し、正規の水循環量が確保できなくなった状態）の相違を沸上運転中に検出することができる。従って、誤検出なく水循環異常を発報し、沸上運転を停止することができる。

実施例２は、水流路Ｆ′に発生する異常（特に、流れ停止）を高精度に検出することができるヒートポンプ式給湯機に関する。

図５は、実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の系統構成図を示す。図６は、実施例２に係るヒートポンプ式給湯機運転時の制御フロー図を示す。図７は、実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の水流路に異常が発生していない状態における水−冷媒熱交換器の出口冷媒温度と出口温水温度の時間変化を示す。図８は、実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の水流路に異常（流れ停止）が発生した際の水−冷媒熱交換器の出口冷媒温度と出口温水温度の時間変化を示す。

実施例２に係るヒートポンプ式給湯機は、容量可変な圧縮機１０４と、圧縮機１０４から吐出される高温，高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器１０５と、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換された水の温度を検知する水温検知部１１５と、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換した冷媒の温度を検知する冷媒温度検知部１１６と、圧縮機１０４の容量を制御する制御部１２０とを備える。また、このヒートポンプ式給湯機は、水が水−冷媒熱交換器１０５に導入されて水−冷媒熱交換器１０５を通過した後に水−冷媒熱交換器１０５から流出する水流路Ｆ′を有する。

また、このヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器１０５で加熱された温水を貯留するタンク１０９と、タンク１０９を収容するタンクユニット１０２と、圧縮機１０４及び水−冷媒熱交換器１０５を収容するヒートポンプユニット１０１とを備える。そして、水流路Ｆ′は、タンクユニット１０２とヒートポンプユニット１０１とに跨って設けられる。

具体的には、このヒートポンプ式給湯機は、図５に示すように、図面の左側に示す水−冷媒熱交換器１０５を含む冷凍サイクルを箱体内部に搭載したヒートポンプユニット１０１と、図面の右側に示すタンク１０９を含めた給湯回路を箱体内部に搭載したタンクユニット１０２とを備えて構成される。そして、ヒートポンプユニット１０１とタンクユニット１０２は、ヒートポンプ式給湯機の設置場所において、接続配管３を使用して接続される構造となっている。

なお、タンク１０９は、湯が貯留されることが多く、この場合には、貯湯タンクと呼ばれる場合がある。また、水−冷媒熱交換器１０５は、一般的には水を加熱するものであり、水−冷媒熱交換器と呼ばれる場合がある。

冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１０４と、圧縮機１０４から吐出される高温・高圧の冷媒が、タンク１０９より導いた水と熱交換する水−冷媒熱交換器１０５と、水−冷媒熱交換器１０５より流出された冷媒が減圧される減圧弁１０６と、減圧弁１０６により減圧された低温・低圧の冷媒が、空気と熱交換する蒸発器１０７を冷媒配管を介して環状に接続される構成となっている。蒸発器１０７には、ファン１０８により外気が通風される構造となっている。なお、この冷凍サイクルでは、二酸化炭素が冷媒として用いられる。

圧縮機１０４は、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換された温水の温度が予め設定された目標温水温度となるように制御部１２０によって容量を制御される。具体的には、圧縮機１０４は、圧縮機回転数を制御することにより容量が制御されるインバータ圧縮機である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、吐出された冷媒を吸込み側に戻すことで容量制御を行う圧縮機であってもよい。また、圧縮機の圧縮方式は、スクロール方式であるが、ロータリー方式やレシプロ方式のものであってもよい。

水サイクルは、必要量の湯を貯えるタンク１０９と、タンク１０９の底部の水が導かれるポンプ（循環ポンプ）１１０と、ポンプ（循環ポンプ）１１０から吐出された水が冷媒と熱交換する水−冷媒熱交換器１０５が循環配管により環状に接続される構成となっており、水−冷媒熱交換器１０５より吐出された水はタンク１０９の頂部に戻される構造となっている。即ち、水流路Ｆ′は、実施例２ではタンク１０９から水を取り出す部分を起点とし、タンク１０９に湯が戻される部分を終点とする。またタンク１０９の底部は、給水配管１１１を介して、図示していない水道などの給水源と接続され、頂部には蛇口やシャワー等の給湯端末に給湯する給湯配管１１２が接続されている。

圧縮機１０４には、圧縮機１０４の筐体温度を測定するために圧縮機温度センサ１３が設けられている。これにより、圧縮機１０４から吐出される冷媒の温度（冷媒吐出温度）を検知することができる。なお、冷媒吐出温度は、冷媒の吐出配管に設けられる温度センサ検知するものであってもよい。ただし、冷媒吐出温度として圧縮機１０４の筐体温度を検知する方が、冷媒の吐出配管の温度を検知するよりも、冷媒温度の変動を低く抑えることができ、圧縮機１０４を制御しやすいというメリットを有する。

水−冷媒熱交換器１０５より流出する冷媒温度を検知するために、水−冷媒熱交換器１０５より下流にある冷媒配管には、冷媒温度検知部１１６としての水−冷媒熱交換器出口冷媒温度センサが設けられている。また、水−冷媒熱交換器１０５の前後に設けてある水サイクルの配管には、水−冷媒熱交換器５に流入する水の温度を検知する水温検知部１１４としての水−冷媒熱交換器入口水温度センサと、水−冷媒熱交換器５から流出する水の温度を検知する水温検知部１１５としての水−冷媒熱交換器出口温水温度センサが設けられている。

そして、このヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換した冷媒の温度が目標温水温度に基づいて定められる基準温度以上の場合には、水流路Ｆ′の異常と判断する。このようにすれば、設置場所によって異なる水流路Ｆ′の状態の要因を排除して、水流路Ｆ′の異常を検出することができる。また、圧縮機１０４を含む冷凍サイクルは、流体の圧力や圧力損失等がヒートポンプ式給湯機の設置場所ごとに大きく異なるものではないため、ポンプの回転数に基づいて水流路Ｆ′の異常を検出する場合に比べて、検出精度を高めることができる。

なお、基準温度は、目標温水温度と同一とされる。ただし、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換された温水の温度が目標温水温度となるように圧縮機１０４の容量を制御する際、水の温度が上昇する過程で目標温水温度を一時的に超える場合（いわゆる、オーバーシュート）がある。これを考慮して、このヒートポンプ式給湯機では、基準温度を目標温水温度よりも数℃程度高く設定している。これにより、温水の温度が目標温水温度を一時的に超えた場合でも、直ちに異常と判断しないようになっている。

また、このヒートポンプ式給湯機では、水流路Ｆ′がタンクユニット１０２とヒートポンプユニット１０１とに跨って設けられるものであるため、実施例２の制御は、以下のような理由により、水流路Ｆ′の異常を高精度に検出するのに適している。一般的なヒートポンプ式給湯機では、タンク１０９と水−冷媒熱交換器１０５を収納した冷凍サイクルとが分離された別ユニットで構成される。この場合、据付け時に行われる接続配管１０３の形状や長さ，曲がり部の数などにより、水流路Ｆ′の状態（配管抵抗等）は、ヒートポンプ式給湯機ごとに大きく異なるものとなる。その点、このヒートポンプ式給湯機は、水流路Ｆ′の流量に基づいてではなく、圧縮機１０４の容量に基づいて制御するものであるため、設置場所によらず、高精度な検出を行うことができる。

具体的には、このヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換した冷媒の温度が目標温水温度以上である状態が所定の時間以上継続した場合には、水流路Ｆ′の異常と判断する。このようにすれば、温度の偶発的な変動を異常と判断することがなく、異常判断の精度をより高めることができる。

また、このヒートポンプ式給湯機は、上記のような方法で異常と判断した場合、水流路Ｆ′を流れる水の流れが停止していると判断する。そして、水流路Ｆ′の水の流れが停止していることに関係する報知を行う。具体的には、リモコン等に設けられる表示画面にエラーを表示する。

次に、実施例２に係る運転時の制御フローを図６を使用して説明する。

沸上運転の際、制御部１２０に対して目標温水温度と圧縮機目標温度をセット（図中Ｓ１０１）した後、沸上運転を開始する。沸上運転開始時より、圧縮機温度センサ１１３より得られる圧縮機温度（図中Ｓ１０２）が圧縮機目標温度と一致するように減圧弁１０６の開度を修正する（図中Ｓ１０３）。

また、制御部１２０は、水温検知部１１５より得られる出口温水温度（図中Ｓ１０４）と目標温水温度が一致するように圧縮機１０４の回転数を修正する（図中Ｓ５）。この動作により、循環している水の量に対して、加熱能力を出力している圧縮機回転数が増減するため、現在出力している加熱能力を正確に把握することが可能となる。

このような動作で沸上運転を行っている間、配管内に詰まり等が無く、正規の水循環量が確保されている場合、水−冷媒熱交換器５において水と冷媒により熱交換が行われ、冷媒は保有している熱エネルギーを水へ放熱するため、図３に示すごとく水−冷媒熱交換器出口の冷媒温度は沸上目標温度より低い温度となる。

しかし、配管内に詰まり等の異常が発生し、正規の水循環量が確保できなくなった場合には、水−冷媒熱交換器１０５において冷媒が加熱対象液体である水へ放熱できなくなるため、図８に示すごとく水−冷媒熱交換器１０５の出口冷媒温度は沸上目標温度に近づいていく。

この現象を検出するために、本実施例では沸上運転中に常時、水−冷媒熱交換器１０５の出口冷媒温度の監視（図中Ｓ１０６）を行い、出口冷媒温度が沸上目標温度よりも低い温度となっているかを監視する機能（図中Ｓ１０７）を設ける。

出口冷媒温度が沸上目標温度より低い温度となっている場合は、上述の減圧弁１０６の開度変更と圧縮機回転数の修正を行い、出口冷媒温度が沸上目標温度よりも高い温度となった場合には、温度が高い状態が所定の時間経過しても維持していることを確認した後（図中Ｓ１０８）、水循環エラーを発報（図中Ｓ１０９）して運転を停止する。なお、前記所定の時間は、流れ停止監視時間とも呼ぶことができる。

従って、水配管内のごみ詰まりや水道水内に含まれる硬度成分（例えば炭酸カルシウム）がスケールとして析出し配管内に付着したスケール詰まり、配管内の空気抜き不足による空気詰まり等によって沸上げを行う水の循環ができなくなる不具合が発生した時、高精度でかつ安価な方法で不具合を検出して異常報知による速やかな対応を図ることができるため、信頼性の向上を図ることができる。

図８の実験例を用いて、水流路Ｆ′に異常（流れ停止）が発生した際の圧縮機回転数と水−冷媒熱交換器の出口温水温度の時間変化を説明する。時刻Ｔ１１において、圧縮機１０４の運転を開始した後、水流路Ｆ′に異常がある場合、徐々に出口温水温度が上昇していく。そして、時刻Ｔ１２において、出口温水温度が圧縮機１０４の筐体温度を超える。図４の実験例では、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間は、１〜２分程度である。そして、時刻Ｔ１２に前記状態となってから所定の時間（流れ停止監視時間）異常が継続していることを確認すると、時刻Ｔ１３において、異常を報知する。図８の実験例では、流れ停止監視時間（時刻Ｔ１２〜時刻Ｔ１３）は、２分程度である。

一般的に、スケール詰りや小さなゴミ詰り等の異常は、少しずつ進行する（即ち、流量が減少していく）ものである。一方、水流路Ｆ′に配置される弁が閉まっている場合や、大きなゴミ詰り等の場合は、流れが突然停止するものである。この点、実施例２に係る異常検知は、異常状態で加熱を開始してから出口温水温度が圧縮機１０４の筐体温度を超えるまでの時間が１〜２分程度であり、変化が比較的急であるため、突然発生する流れ停止の異常検知に適している。

このような制御とすることにより、図７に示す水−冷媒熱交換器１０５の出口冷媒温度と出口温水温度の正常時の関係（水配管内の詰まり等が無く、正規の水循環量が確保されている状態）と、図８に示す水−冷媒熱交換器１０５の出口冷媒温度と出口温水温度の異常時の関係（水配管内の詰まり等が発生し、正規の水循環量が確保できなくなった状態）の変化を沸上運転中に検出することができる。従って、誤検出なく水循環異常を発報し、沸上運転を停止することができる。また異常検出の判定を沸上目標温度で行うため、沸上目標温度がどの様な値に設定されたとしても誤検出無く水循環異常を発報し、沸上運転を停止することができる。

実施例３に係るヒートポンプ式給湯機は、図５に示す実施例２に係るヒートポンプ式給湯機と基本的に共通する構造を有するものであるため、配管構成等に関しては説明を同一符号を付して割愛する。

実施例３は、実施例１で説明した水流路Ｆに発生する流量減少の異常、及び、実施例２で説明した水流路Ｆ′に発生する流れ停止の異常をどちらも検出することができるヒートポンプ式給湯機に関する。

即ち、実施例３に係るヒートポンプ式給湯機は、圧縮機１０４が予め設定された基準容量以下で運転しているときに水−冷媒熱交換器１０５で熱交換された水の温度が目標温水温度よりも高い場合には、水流路Ｆ′を流れる水の流量が減少していると判断し、水−冷媒熱交換器１０５で熱交換した冷媒の温度が目標温水温度以上の場合には、水流路Ｆ′の水の流れが停止していると判断する。

実施例３における流量減少の異常検知は実施例１で説明したものであり、流れ停止の異常検知は実施例２で説明したものであるため、具体的な制御の内容に関しては説明を割愛する。

なお、図９におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０５は、実施例１のステップＳ１〜Ｓ５、及び、実施例２のステップＳ１０１〜Ｓ１０５にそれぞれ対応する。また、ステップＳ２０６は、実施例２のステップＳ６に対応する。また、ステップＳ２０７〜Ｓ２０９は、実施例１のステップＳ６〜Ｓ８に対応する。また、ステップＳ２１１〜Ｓ２１２は、実施例２のステップＳ１０７〜Ｓ１０８に対応する。そして、ステップＳ２１０は、実施例１のステップＳ９、及び、実施例２のステップＳ１０９にそれぞれ対応する。

一般的に、スケール詰りや小さなゴミ詰り等の異常は、少しずつ進行する（即ち、流量が減少していく）ものである。一方、水流路Ｆ′に配置される弁が閉まっているとか、大きなゴミ詰り等の異常は、流れが突然停止するものである。この点、圧縮機１０４が予め設定された基準容量以下で運転しているときに水−冷媒熱交換器１０５で熱交換された水の温度が目標温水温度よりも高いことを検知する異常検知は、異常検知に要する時間が比較的長いため、少しずつ進行する流量減少の異常検知に適している。一方、水−冷媒熱交換器で熱交換した冷媒の温度が目標温水温度に基づいて定められる基準温度以上であることを検知する異常検知は、異常検知に要する時間が比較的短いため、突然発生する流れ停止の異常検知に適している。

従って、実施例３に係るヒートポンプ式給湯機によれば、流量減少又は流れ停止のいずれの異常が発生しても、それぞれ精度よく検知することができる。また、流れが停止する程ではないが急激な流量低下が発生した場合（例えば、中程度の大きさのゴミつまりが発生した場合）であっても、流量減少又は流れ停止のいずれかの異常として確実に検知することができる。

なお、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、加熱対象液体（被加熱液体）として水を例に説明したが、これに限定されるものではなく、加熱対象液体（被加熱液体）は、水以外の液体（例えば、蓄熱液体等）であってもよい。このようなヒートポンプ式給湯機としては、例えば、ヒートポンプで加熱された高温の液体をタンクに貯留しておき、この高温の液体を用いて給水を間接的に加熱して給湯する方式のものが考えられる。また、この場合には、上記水−冷媒熱交換器は、液−冷媒熱交換器と読み替えることができ、温水温度や水温は、液体温度と読み替えることができ、水流路は液体流路と読み替えることができる。

また、上記実施形態においては、ヒートポンプで加熱された高温の水をタンク内に貯留するヒートポンプ式給湯機を例に説明したが、本発明は、ヒートポンプで加熱された高温の水をそのまま給湯端末に供給する方式のヒートポンプ式給湯機にも適用可能である。

また、上記実施形態においては、タンクに貯留された水を水−冷媒熱交換器に導入して加熱するヒートポンプ式給湯機を例に説明したが、本発明は、給水源からの水をそのまま水−冷媒熱交換器に導入して加熱する方式のヒートポンプ式給湯機にも適用可能である。

また、上記実施形態においては、タンク９を収容するタンクユニット２と、圧縮機４及び液−冷媒熱交換器５を収容するヒートポンプユニット１とが別個に設けられるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、タンクや圧縮機や液−冷媒熱交換器が一つのユニットに一体的に設けられるものであってもよい。

１，１０１ ヒートポンプユニット
２，１０２ タンクユニット
３，１０３ 接続配管
４，１０４ 圧縮機
５，１０５ 水−冷媒熱交換器
６，１０６ 減圧弁
７，１０７ 蒸発器
８，１０８ ファン
９，１０９ タンク
１０，１１０ ポンプ
１１，１１１ 給水配管
１２，１１２ 給湯配管
１３，１１３ 圧縮機温度センサ
１４，１５，１１４，１１５ 水温検知部
１１６ 冷媒温度検知部

Claims (5)

1. 容量可変な圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温，高圧の冷媒により被加熱液体を加熱する液−冷媒熱交換器と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度を検知する液体温度検知部と、前記圧縮機の容量を制御する制御部とを備え、
   前記被加熱液体が前記液−冷媒熱交換器に導入されて前記液−冷媒熱交換器を通過した後に前記液−冷媒熱交換器から流出する液体流路を有し、
   前記制御部は、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度が予め設定された目標液体温度となるように前記圧縮機の容量を制御し、
   前記圧縮機が予め設定された容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い場合には、前記液体流路の異常と判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記圧縮機が予め設定された容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い状態が所定の時間以上継続した場合には、前記液体流路の異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度が目標液体温度となるように前記圧縮機の容量を制御し、前記圧縮機が予め設定された容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い場合には、前記液体流路の被加熱液体の流量減少に関係する報知を行うことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 容量可変な圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温，高圧の冷媒により被加熱液体を加熱する液−冷媒熱交換器と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度を検知する液体温度検知部と、前記液−冷媒熱交換器で熱交換した冷媒の温度を検知する冷媒温度検知部と、前記圧縮機の容量を制御する制御部とを備え、
   前記被加熱液体を前記液−冷媒熱交換器に導入して前記液−冷媒熱交換器を通過させた後に前記液−冷媒熱交換器から取り出す液体流路を有し、
   前記制御部は、前記液−冷媒熱交換器で熱交換された被加熱液体の温度が予め設定された目標液体温度となるように前記圧縮機の容量を制御し、
   前記圧縮機が予め設定された容量以下で運転しているときに前記液−冷媒熱交換器で熱交換された液体の温度が前記目標液体温度よりも高い場合には、前記液体流路を流れる被加熱液体の流量が減少していると判断し、
   前記液−冷媒熱交換器で熱交換した冷媒の温度が前記目標液体温度に基づいて定められる温度以上の場合には、前記液体流路の被加熱液体の流れが停止していると判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
5. 前記液−冷媒熱交換器で加熱された被加熱液体を貯留するタンクと、
   前記タンクを収容するタンクユニットと、
   前記圧縮機と前記液−冷媒熱交換器とを収容するヒートポンプユニットとを備え、
   前記液体流路が前記タンクユニットとヒートポンプユニットとに跨って設けられることを特徴とする請求項１又は４の何れか一項に記載のヒートポンプ式給湯機。

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