温水暖房機
【課題】水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、対応できる使用性の高い温水暖房機を提供すること。
【解決手段】熱交換器１にて加熱された温水を、各暖房端末（２７ａ、２７ｂ）と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプ８と、前記循環配管に配設された水タンク７と、前記水タンク７内の貯水状態を検出する水電極１３と、制御部２３とを備え、前記水電極１３が前記水タンク７内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプ８の回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機。
【解決手段】熱交換器１にて加熱された温水を、各暖房端末（２７ａ、２７ｂ）と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプ８と、前記循環配管に配設された水タンク７と、前記水タンク７内の貯水状態を検出する水電極１３と、制御部２３とを備え、前記水電極１３が前記水タンク７内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプ８の回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源機を用いて生成した温水を循環ポンプで暖房端末に循環し、暖房を行う温水暖房機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の開放式または半密閉式の温水暖房機では、暖房用循環水の膨張・収縮を吸収するために、本体内部にタンクを持っている。
【０００３】
このタンクは、開放式のタイプではタンクキャップの構造で大気開放に、また、半密閉式のタイプではタンクキャップが負圧・加圧弁構造になっていて、内部の圧力が変化すると、これらの弁が開いて大気と連通するようになっている。
【０００４】
上記のような構造となっているため、いずれの方式でも、暖房用循環水は長年の使用によって蒸発し、減少する。そして、ある一定量減少すると、暖房用循環水の補充が必要となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この補充時期を使用者にお知らせするために、各社とも、タンクに水電極のような水位検出手段を設け、水位の減少を常に監視する構成をとっている。
【０００６】
また、一般的には水位の検出手段を２レベル設けて、第１レベルを下回ると、リモコン等の表示部に「給水」を促す表示を出し、さらに第２レベルを下回ると、運転を停止して表示部に「警告」を出すようにしているものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２１７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の温水暖房機の構成では、２レベルの水位を検出するために、当然、水位電極も独立して２本または２対が必要となる。また、検出回路も同様に２回路が必要になり、その分、回路も複雑化するし、コストもかかるという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、対応できる使用性の高い温水暖房機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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の温水暖房機は、熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、対応
できる使用性の高い温水暖房機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における温水暖房機の全体構成図
【図２】同温水暖房機のリモコンの正面図
【図３】同温水暖房機の外観図
【図４】同温水暖房機の水タンクの構成図
【図５】同温水暖房機の制御ブロック図
【図６】同温水暖房機の給水予告表示のリモコン画面を表す図
【図７】同温水暖房機の給水警告表示のリモコン画面を表す図
【図８】同温水暖房機の循環ポンプ回転数異常表示のリモコン画面を表す図
【図９】本発明の実施の形態２における温水暖房機の制御ブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３における温水暖房機の制御ブロック図
【図１１】同温水暖房機のスキャン信号のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機である。
【００１４】
これにより、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、使用者への「給水」を促す報知を一定期間、行うとともに、その間に給水されなかった場合には、運転を停止して「警告」を行うといった２段階での動作を行うことができる。
【００１５】
また、不用意な水もれ等によって、水位が早く減少してしまった場合は、循環ポンプの空運転が発生し、回転数が異常に上昇する。この回転数を常時、チェックしているので、このような場合は即座に運転を停止することで、ポンプに損傷を与えることがなく、安全に停止することができると共に、水電極の経年劣化も最低限に抑えることができる。
【００１６】
第２の発明は、前記水電極への通電を、断続通電としたことを特徴とするもので、水電極に通電することで発生する水素ガスの発生量を最低限に下げることができ、滞留した水素ガスの爆発という危険な状態を避けることができる。
【００１７】
第３の発明は、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出した以降は、前記循環ポンプへの印加電圧を固定するように構成したことを特徴とするもので、循環ポンプ空運転時の回転数の増加が容易に判断でき、確実で安全に循環ポンプの停止を行うことができる。
【００１８】
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、この実施が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における温水暖房機の外観図である。まず、図１を用いて本実施の形態における温水暖房機の構成を説明する。
【００２０】
本実施の形態の温水暖房機は、ヒートポンプを加熱源とするヒートポンプ式温水暖房機である。図において右側が冷媒回路、左側が水回路になっており、その中間に位置する水冷媒熱交換器１で、冷媒回路で温められた冷媒と、循環水が熱交換される。
【００２１】
冷媒回路側の構成は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機２と、水と高温冷媒とを熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器１と、配管内を流れる冷媒の量を調整するための膨張弁３と、空気と冷媒とで熱交換を行う空気熱交換器４と、空気熱交換器に空気の流通を起こす送風機５とを備えている。
【００２２】
そして、圧縮機２、水冷媒熱交換器１、膨張弁３、空気熱交換器４を冷媒配管で環状に接続して冷媒回路を構成している。なお、水冷媒熱交換器１の形態としては、プレート式や二重管方式のいずれの形態であっても問題はない。
【００２３】
一方、水回路側の構成は、床暖房パネル２７ａ，２７ｂから戻ってきた温水を戻りヘッダー６で受け、そのお湯を水タンク７に貯めて空気を追い出した後、循環ポンプ８で下流に送り出す。下流には、水冷媒熱交換器１が配置されており、そこを通過する間に再加熱されたのち、往きヘッダー９を通って機外に送り出され、床暖房パネル２７ａ，２７ｂに送られる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、暖房配管を４系統に分けることが出来るよう、戻りヘッダー６および往きヘッダー９は４系統用のものを採用している。また、往きヘッダー９には、４系統それぞれの開閉が単独で行えるよう、熱動弁１０ａ〜１０ｄが備えられてある。さらに、循環水の温度をコントロールするため、入水温度センサ１１および出湯温度センサ１２が水冷媒熱交換器１の上流と下流にそれぞれ配置されている。
【００２５】
また、水タンク７の水位を検出するために、水電極１３が水タンク７内に設けられ、必要なときに電圧が印加されて、水の減少を検出するようになっている。２８は、リモコンである。
【００２６】
図２はリモコン２８の正面図で、屋外に置かれた本温水暖房機と有線で接続され、リビング等の屋内に設置されて温水暖房機の発停や循環水の温度の調節などの操作およびそれにまつわる表示を行うものである。
【００２７】
図３は温水暖房機本体の外観図で、基本的な構成は、エアコンの室外機をベースに構成されており、それに、水タンク７と循環ポンプ８を背面ボックス１４内に収めて追加している。
【００２８】
また、熱動弁１０ａ〜１０ｄを内蔵した往きヘッダー９と戻りヘッダー６を左側面の接続ボックス１５内に収納している。製品の設置時に工事業者はこの往きヘッダー９と戻りヘッダー６にそれぞれ必要な床暖房パネルに接続された暖房配管をつなぎこむ工事を行う。
【００２９】
図４は、水タンク７の構造図である。全体容量は約３Ｌに設定されており、通常の運転によって、蒸発する水量を約２年間確保できるように計算されている。キャップ１６は、水タンク７の口との間に大気に連通するスキマを設けた構造となっており、開放式のシステムを形成する。
【００３０】
１７はフィルタで、水が減少し、キャップ１６をはずして水を供給する際に、ゴミ等の混入を排除するとともに、水量の上限をフィルタ下面に合わせて入れてもらえるようにすることで、給水量の目安としても使用している。
【００３１】
１８および１９は下部に設けた給水口および出水口で、循環ポンプ８に接続されている。水電極１３は、水タンク７の水位が低下したのを検出するため、上部よりタンク下部約
０．３Ｌの位置まで挿入されている。
【００３２】
図５は制御ブロック図である。図において２０は水電極１３に接続され、水タンク７内の水の有無を検出する水電極判定回路、２１は循環ポンプ８を駆動する循環ポンプ駆動回路で、本実施の形態では直流ポンプを採用し、回転数制御を行っている。
【００３３】
２２はこの循環ポンプ８の回転数を検出する循環ポンプ回転検出回路、２３はこれらの情報を受けて、全体の運転制御を行う制御部、２４は制御部２３に接続され、リモコンの制御を行うリモコン回路である。
【００３４】
以上のように構成されたヒートポンプ式温水暖房機において、以下、ヒートポンプ式温水暖房機の動作について説明する。
【００３５】
まず、通常の暖房運転について説明する。
【００３６】
使用者は暖房を開始したいとき、リモコン２８の「暖房切／入」ＳＷを操作すると、ＬＥＤが点灯するとともに、液晶表示部に図２に示すような表示が現れて、暖房運転が開始する。
【００３７】
この情報はリモコン回路２４から制御部２３に伝えられ、まず、熱動弁１０の４回路のうち、事前に設定された回路に相当する熱動弁が通電され、回路が開く。この例の場合は、図２に示すように、「居間」エリアの床暖房の運転が指示されていて、それに対応する熱動弁１０が開くことになる。
【００３８】
しばらくして、制御部２３から循環ポンプ駆動回路２１を介して循環ポンプ８に決められた回転数を目指して駆動信号が与えられ、循環水回路の中で循環が開始される。その後、循環ポンプ回転検出回路２２を介して回転数のデータが制御部２３にフィードバックされ、そのデータを見て、制御部２３は、循環ポンプ駆動回路２１から与える駆動信号を変化させて目標の回転数を維持する。
【００３９】
さらに運転開始から約３分後に圧縮機２、送風機５、膨張弁３が運転を開始し、冷媒回路側で集熱がはじまる。そして、水冷媒熱交換器１で冷媒回路と水回路の間の熱交換が行われ、循環水が加熱されてお湯となり、往きヘッダー９を通って居間に敷かれた床暖房に供給され、床暖房パネル表面が昇温する。
【００４０】
表面温度は、図２のリモコンの「温調」の設定を変更することで設定でき、この場合、ボタンを操作することで、「高」から「低」まで１０段階の調節ができる。本実施の形態では、「５」の設定にされており、供給される湯温は約４０℃、床暖房パネルの表面温度は約２８℃である。また、水タンク７内の水量は、製品設置当初は上限にあたるフィルタ１７の下面位置まで（図４に示す状態）入れていただくよう、工事説明書や取扱説明書に記載して説明している。
【００４１】
従って、この状態では水電極１３は充分に水に浸漬した状態にあるので、水電極判定回路２０は「水あり」を検出し、暖房運転は継続される。なお、暖房運転中は、循環水の温度が上がるため、体積も膨張する。膨張した分は、水タンク７内の水位の上昇となってあらわれ、タンク内の空気の体積が減少する。
【００４２】
そしてその分の空気は、キャップ１６のスキマからタンクの外に押し出される。本実施の形態の場合、ヒートポンプで沸かすことのできる湯温の最高を５５℃としているので、５℃から上昇させた場合の膨張率は約１．５％程度である。また、全体のシステム水量を
最大で３０Ｌに制限しているので、膨張によって増える水の体積は、３０Ｌ×１．５％＝０．４５Ｌとなる。
【００４３】
本実施の形態では、水タンク７の上限から満水までの量を約１Ｌにしているので、膨張分は充分に吸収できる。従って、循環水が水タンク７の外にあふれることはない。また、暖房運転が停止されて、循環水の温度が冷えると、体積が収縮して、水タンク７内で水位が低下し、膨張時とは逆に、キャップ１６のスキマから空気を吸い込むことになる。
【００４４】
次に、循環水が蒸発により自然に減少した場合の動作を説明する。
【００４５】
前に述べたように、水タンク７の全体容量は約３Ｌ、水位の上限値から上の空気部分の体積は約１Ｌ、従って、タンク内の水の量は約２Ｌになるように設定してある。また、水電極１３が完全に露出するときの水の量は約０．３Ｌであり、従って１．７Ｌの水が減少すると、水電極１３が露出することになる。
【００４６】
一方、通常の使用状態で１シーズン（１年間）経過した場合の水の蒸発量は、実験により約０．６Ｌであることがわかっており、これから計算すると、１．７Ｌの水が蒸発するのは、少なくとも約２シーズン（２年間）以上の時間を要することになる。
【００４７】
このような状態になると、水電極１３が気中に露出し、水電極判定回路２０を介して流れていた電流が流れなくなり、そのことを判定回路が検出する。これを検出した時点で、まず、制御部２３からリモコン回路２４にその情報が送られて、リモコンの表示部に図６に示すような「給水予告表示」を行う。
【００４８】
この時点では、ユーザーの利便性を考慮して、暖房運転は停止せず、表示のみを行い、循環水の補給をしてもらえるように訴求する。この時点ではまだ水タンク内には約０．３Ｌの水が残っており、すぐに運転を止めるほどの緊急性はない。また、０．３Ｌあれば、半年間の蒸発量にあたるため、その間、充分に時間をかけてユーザーに「給水予告」を訴えればよい。
【００４９】
実際、本実施の形態では、ユーザーがまだ給水しない場合には、図２のリモコン２８で「決定」ボタンを押すことで「給水予告」を一時的に消すことができ、通常の暖房運転を継続できる。そして本実施の形態では、「給水」せずに「給水予告」を消された場合には、翌日の運転開始時に再び「給水予告」が表示されるようにしている。
【００５０】
こうして、毎日「給水予告」を繰り返す中で、ユーザーに「給水」を行ってもらえるよう、配慮している。
【００５１】
しかし、再三「給水予告」を繰り返しても、「給水」されなかった場合は、この状態を制御部２３がカウントし、７日間が経過した時点で、今度はリモコンに図７のような「給水警告表示」を行って、暖房運転を停止するようにしている。
【００５２】
以上が、正常に循環水が蒸発して減少した場合の動作である。
【００５３】
次に、機器に何らかの異常があり、水もれ等によって、急激に循環水がなくなった場合の動作を説明する。
【００５４】
まず、循環水が減少して、水電極１３が気中に露出し、これを検出する。このとき、蒸発による減少と同様に、暖房運転の動作は止めずに「給水予告」表示をリモコンに行って運転は継続する。その後、通常はユーザーによる給水が行われなくても、前述のように７
日間は「給水予告」を繰り返して動作は継続するのであるが、循環水の減少の原因が水もれによるものであった場合は、この間に完全に循環水がなくなってしまう事態が発生する。
【００５５】
そうなった場合は、循環ポンプ８が駆動されているにもかかわらず、空運転状態になる。空運転では、ポンプとしての負荷が極端に軽くなるため、急激にその回転数が上昇することがわかっている。
【００５６】
したがって、「給水予告」状態にあるときに、循環ポンプ回転検出回路２２で検出される回転数が決められた閾値を超えて上昇した場合、「循環水がなくなった」として、暖房運転を停止し、リモコン２８に循環ポンプ回転数異常表示を行うようにしている。図８にそのときのリモコンの表示内容を示す。また、循環ポンプ８の回転数異常判定は、５０００回転／分で行っている。
【００５７】
なお、循環ポンプ８の空運転をより確実に検出するには、通常、行っている「回転数フィードバック」をやめて、循環ポンプ駆動回路２１から出力される駆動信号を固定値にすることが効果的である。このため、「給水予告」を検出した以降、駆動信号を固定値に変える方式を記載している。
【００５８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の第２の実施の形態の制御ブロック図である。ここでは、水電極判定回路２０の前段にバイアス回路２５を設けた。この働きは、水電極１３にバイアスをかけて判定を行うタイミングを限定することにある。
【００５９】
前述したように、水電極１３で循環水の有無を判定するには、循環水に電流を流してその値を判定することが必要で、その際には循環水の電気分解による水素ガスが発生する。安全性の見地から、この水素ガスの発生量はできるだけ少なく抑えたい。
【００６０】
また、同時に水電極１３も、検出時間に比例して劣化が進むことになる。これらのリスクを出来る限り抑えるために、バイアス回路２５で、検出を行う運転モードを限定したものである。本実施の形態では、暖房運転停止中のみに限定して、バイアス回路２５をＯＮ状態にした。これによって、少なくともバイアス印加時間は通電時間の半分以下に出来ることになる。
【００６１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の第３の実施の形態の制御ブロック図である。ここでは、水電極判定回路２０の前段にスキャン回路２６を設けた。この働きは、水電極１３にかける電圧を断続電圧に変えて、さらに水素ガスの発生量および水電極１３の劣化の進行をおさえることにある。
【００６２】
実際のスキャン信号のタイミングチャートを、図１１に示す。図から分かるように、１２０ｍｓの間で１５０ｕｓの時間だけ水電極１３にバイアスがかかるようにしている。こうすることで、バイアス印加時間を通常の８００分の１に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明の温水暖房機は、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、使用者への「給水」を促す報知を一定期間、行うとともに、その間に給水されなかった場合には、運転を停止して「警告」を行うといった２段階での動作を行うことができることより、家庭用や業務用の温水暖房機に適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水冷媒熱交換器
２ 圧縮機
３ 膨張弁
４ 空気熱交換器
５ 送風機
６ 戻りヘッダー
７ 水タンク
８ 循環ポンプ
９ 往きヘッダー
１０ａ〜ｄ 熱動弁
１１ 入水温度センサ
１２ 出湯温度センサ
１３ 水電極
１４ 背面ボックス
１５ 接続ボックス
１６ キャップ
１７ フィルタ
１８ 給水口
１９ 出水口
２０ 水電極判定回路
２１ 循環ポンプ駆動回路
２２ 循環ポンプ回転検出回路
２３ 制御部
２４ リモコン回路
２５ バイアス回路
２６ スキャン回路
２７ａ、ｂ 床暖房パネル
２８ リモコン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源機を用いて生成した温水を循環ポンプで暖房端末に循環し、暖房を行う温水暖房機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の開放式または半密閉式の温水暖房機では、暖房用循環水の膨張・収縮を吸収するために、本体内部にタンクを持っている。
【０００３】
このタンクは、開放式のタイプではタンクキャップの構造で大気開放に、また、半密閉式のタイプではタンクキャップが負圧・加圧弁構造になっていて、内部の圧力が変化すると、これらの弁が開いて大気と連通するようになっている。
【０００４】
上記のような構造となっているため、いずれの方式でも、暖房用循環水は長年の使用によって蒸発し、減少する。そして、ある一定量減少すると、暖房用循環水の補充が必要となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この補充時期を使用者にお知らせするために、各社とも、タンクに水電極のような水位検出手段を設け、水位の減少を常に監視する構成をとっている。
【０００６】
また、一般的には水位の検出手段を２レベル設けて、第１レベルを下回ると、リモコン等の表示部に「給水」を促す表示を出し、さらに第２レベルを下回ると、運転を停止して表示部に「警告」を出すようにしているものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２１７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の温水暖房機の構成では、２レベルの水位を検出するために、当然、水位電極も独立して２本または２対が必要となる。また、検出回路も同様に２回路が必要になり、その分、回路も複雑化するし、コストもかかるという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、対応できる使用性の高い温水暖房機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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の温水暖房機は、熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、対応
できる使用性の高い温水暖房機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における温水暖房機の全体構成図
【図２】同温水暖房機のリモコンの正面図
【図３】同温水暖房機の外観図
【図４】同温水暖房機の水タンクの構成図
【図５】同温水暖房機の制御ブロック図
【図６】同温水暖房機の給水予告表示のリモコン画面を表す図
【図７】同温水暖房機の給水警告表示のリモコン画面を表す図
【図８】同温水暖房機の循環ポンプ回転数異常表示のリモコン画面を表す図
【図９】本発明の実施の形態２における温水暖房機の制御ブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３における温水暖房機の制御ブロック図
【図１１】同温水暖房機のスキャン信号のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機である。
【００１４】
これにより、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、使用者への「給水」を促す報知を一定期間、行うとともに、その間に給水されなかった場合には、運転を停止して「警告」を行うといった２段階での動作を行うことができる。
【００１５】
また、不用意な水もれ等によって、水位が早く減少してしまった場合は、循環ポンプの空運転が発生し、回転数が異常に上昇する。この回転数を常時、チェックしているので、このような場合は即座に運転を停止することで、ポンプに損傷を与えることがなく、安全に停止することができると共に、水電極の経年劣化も最低限に抑えることができる。
【００１６】
第２の発明は、前記水電極への通電を、断続通電としたことを特徴とするもので、水電極に通電することで発生する水素ガスの発生量を最低限に下げることができ、滞留した水素ガスの爆発という危険な状態を避けることができる。
【００１７】
第３の発明は、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出した以降は、前記循環ポンプへの印加電圧を固定するように構成したことを特徴とするもので、循環ポンプ空運転時の回転数の増加が容易に判断でき、確実で安全に循環ポンプの停止を行うことができる。
【００１８】
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、この実施が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における温水暖房機の外観図である。まず、図１を用いて本実施の形態における温水暖房機の構成を説明する。
【００２０】
本実施の形態の温水暖房機は、ヒートポンプを加熱源とするヒートポンプ式温水暖房機である。図において右側が冷媒回路、左側が水回路になっており、その中間に位置する水冷媒熱交換器１で、冷媒回路で温められた冷媒と、循環水が熱交換される。
【００２１】
冷媒回路側の構成は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機２と、水と高温冷媒とを熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器１と、配管内を流れる冷媒の量を調整するための膨張弁３と、空気と冷媒とで熱交換を行う空気熱交換器４と、空気熱交換器に空気の流通を起こす送風機５とを備えている。
【００２２】
そして、圧縮機２、水冷媒熱交換器１、膨張弁３、空気熱交換器４を冷媒配管で環状に接続して冷媒回路を構成している。なお、水冷媒熱交換器１の形態としては、プレート式や二重管方式のいずれの形態であっても問題はない。
【００２３】
一方、水回路側の構成は、床暖房パネル２７ａ，２７ｂから戻ってきた温水を戻りヘッダー６で受け、そのお湯を水タンク７に貯めて空気を追い出した後、循環ポンプ８で下流に送り出す。下流には、水冷媒熱交換器１が配置されており、そこを通過する間に再加熱されたのち、往きヘッダー９を通って機外に送り出され、床暖房パネル２７ａ，２７ｂに送られる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、暖房配管を４系統に分けることが出来るよう、戻りヘッダー６および往きヘッダー９は４系統用のものを採用している。また、往きヘッダー９には、４系統それぞれの開閉が単独で行えるよう、熱動弁１０ａ〜１０ｄが備えられてある。さらに、循環水の温度をコントロールするため、入水温度センサ１１および出湯温度センサ１２が水冷媒熱交換器１の上流と下流にそれぞれ配置されている。
【００２５】
また、水タンク７の水位を検出するために、水電極１３が水タンク７内に設けられ、必要なときに電圧が印加されて、水の減少を検出するようになっている。２８は、リモコンである。
【００２６】
図２はリモコン２８の正面図で、屋外に置かれた本温水暖房機と有線で接続され、リビング等の屋内に設置されて温水暖房機の発停や循環水の温度の調節などの操作およびそれにまつわる表示を行うものである。
【００２７】
図３は温水暖房機本体の外観図で、基本的な構成は、エアコンの室外機をベースに構成されており、それに、水タンク７と循環ポンプ８を背面ボックス１４内に収めて追加している。
【００２８】
また、熱動弁１０ａ〜１０ｄを内蔵した往きヘッダー９と戻りヘッダー６を左側面の接続ボックス１５内に収納している。製品の設置時に工事業者はこの往きヘッダー９と戻りヘッダー６にそれぞれ必要な床暖房パネルに接続された暖房配管をつなぎこむ工事を行う。
【００２９】
図４は、水タンク７の構造図である。全体容量は約３Ｌに設定されており、通常の運転によって、蒸発する水量を約２年間確保できるように計算されている。キャップ１６は、水タンク７の口との間に大気に連通するスキマを設けた構造となっており、開放式のシステムを形成する。
【００３０】
１７はフィルタで、水が減少し、キャップ１６をはずして水を供給する際に、ゴミ等の混入を排除するとともに、水量の上限をフィルタ下面に合わせて入れてもらえるようにすることで、給水量の目安としても使用している。
【００３１】
１８および１９は下部に設けた給水口および出水口で、循環ポンプ８に接続されている。水電極１３は、水タンク７の水位が低下したのを検出するため、上部よりタンク下部約
０．３Ｌの位置まで挿入されている。
【００３２】
図５は制御ブロック図である。図において２０は水電極１３に接続され、水タンク７内の水の有無を検出する水電極判定回路、２１は循環ポンプ８を駆動する循環ポンプ駆動回路で、本実施の形態では直流ポンプを採用し、回転数制御を行っている。
【００３３】
２２はこの循環ポンプ８の回転数を検出する循環ポンプ回転検出回路、２３はこれらの情報を受けて、全体の運転制御を行う制御部、２４は制御部２３に接続され、リモコンの制御を行うリモコン回路である。
【００３４】
以上のように構成されたヒートポンプ式温水暖房機において、以下、ヒートポンプ式温水暖房機の動作について説明する。
【００３５】
まず、通常の暖房運転について説明する。
【００３６】
使用者は暖房を開始したいとき、リモコン２８の「暖房切／入」ＳＷを操作すると、ＬＥＤが点灯するとともに、液晶表示部に図２に示すような表示が現れて、暖房運転が開始する。
【００３７】
この情報はリモコン回路２４から制御部２３に伝えられ、まず、熱動弁１０の４回路のうち、事前に設定された回路に相当する熱動弁が通電され、回路が開く。この例の場合は、図２に示すように、「居間」エリアの床暖房の運転が指示されていて、それに対応する熱動弁１０が開くことになる。
【００３８】
しばらくして、制御部２３から循環ポンプ駆動回路２１を介して循環ポンプ８に決められた回転数を目指して駆動信号が与えられ、循環水回路の中で循環が開始される。その後、循環ポンプ回転検出回路２２を介して回転数のデータが制御部２３にフィードバックされ、そのデータを見て、制御部２３は、循環ポンプ駆動回路２１から与える駆動信号を変化させて目標の回転数を維持する。
【００３９】
さらに運転開始から約３分後に圧縮機２、送風機５、膨張弁３が運転を開始し、冷媒回路側で集熱がはじまる。そして、水冷媒熱交換器１で冷媒回路と水回路の間の熱交換が行われ、循環水が加熱されてお湯となり、往きヘッダー９を通って居間に敷かれた床暖房に供給され、床暖房パネル表面が昇温する。
【００４０】
表面温度は、図２のリモコンの「温調」の設定を変更することで設定でき、この場合、ボタンを操作することで、「高」から「低」まで１０段階の調節ができる。本実施の形態では、「５」の設定にされており、供給される湯温は約４０℃、床暖房パネルの表面温度は約２８℃である。また、水タンク７内の水量は、製品設置当初は上限にあたるフィルタ１７の下面位置まで（図４に示す状態）入れていただくよう、工事説明書や取扱説明書に記載して説明している。
【００４１】
従って、この状態では水電極１３は充分に水に浸漬した状態にあるので、水電極判定回路２０は「水あり」を検出し、暖房運転は継続される。なお、暖房運転中は、循環水の温度が上がるため、体積も膨張する。膨張した分は、水タンク７内の水位の上昇となってあらわれ、タンク内の空気の体積が減少する。
【００４２】
そしてその分の空気は、キャップ１６のスキマからタンクの外に押し出される。本実施の形態の場合、ヒートポンプで沸かすことのできる湯温の最高を５５℃としているので、５℃から上昇させた場合の膨張率は約１．５％程度である。また、全体のシステム水量を
最大で３０Ｌに制限しているので、膨張によって増える水の体積は、３０Ｌ×１．５％＝０．４５Ｌとなる。
【００４３】
本実施の形態では、水タンク７の上限から満水までの量を約１Ｌにしているので、膨張分は充分に吸収できる。従って、循環水が水タンク７の外にあふれることはない。また、暖房運転が停止されて、循環水の温度が冷えると、体積が収縮して、水タンク７内で水位が低下し、膨張時とは逆に、キャップ１６のスキマから空気を吸い込むことになる。
【００４４】
次に、循環水が蒸発により自然に減少した場合の動作を説明する。
【００４５】
前に述べたように、水タンク７の全体容量は約３Ｌ、水位の上限値から上の空気部分の体積は約１Ｌ、従って、タンク内の水の量は約２Ｌになるように設定してある。また、水電極１３が完全に露出するときの水の量は約０．３Ｌであり、従って１．７Ｌの水が減少すると、水電極１３が露出することになる。
【００４６】
一方、通常の使用状態で１シーズン（１年間）経過した場合の水の蒸発量は、実験により約０．６Ｌであることがわかっており、これから計算すると、１．７Ｌの水が蒸発するのは、少なくとも約２シーズン（２年間）以上の時間を要することになる。
【００４７】
このような状態になると、水電極１３が気中に露出し、水電極判定回路２０を介して流れていた電流が流れなくなり、そのことを判定回路が検出する。これを検出した時点で、まず、制御部２３からリモコン回路２４にその情報が送られて、リモコンの表示部に図６に示すような「給水予告表示」を行う。
【００４８】
この時点では、ユーザーの利便性を考慮して、暖房運転は停止せず、表示のみを行い、循環水の補給をしてもらえるように訴求する。この時点ではまだ水タンク内には約０．３Ｌの水が残っており、すぐに運転を止めるほどの緊急性はない。また、０．３Ｌあれば、半年間の蒸発量にあたるため、その間、充分に時間をかけてユーザーに「給水予告」を訴えればよい。
【００４９】
実際、本実施の形態では、ユーザーがまだ給水しない場合には、図２のリモコン２８で「決定」ボタンを押すことで「給水予告」を一時的に消すことができ、通常の暖房運転を継続できる。そして本実施の形態では、「給水」せずに「給水予告」を消された場合には、翌日の運転開始時に再び「給水予告」が表示されるようにしている。
【００５０】
こうして、毎日「給水予告」を繰り返す中で、ユーザーに「給水」を行ってもらえるよう、配慮している。
【００５１】
しかし、再三「給水予告」を繰り返しても、「給水」されなかった場合は、この状態を制御部２３がカウントし、７日間が経過した時点で、今度はリモコンに図７のような「給水警告表示」を行って、暖房運転を停止するようにしている。
【００５２】
以上が、正常に循環水が蒸発して減少した場合の動作である。
【００５３】
次に、機器に何らかの異常があり、水もれ等によって、急激に循環水がなくなった場合の動作を説明する。
【００５４】
まず、循環水が減少して、水電極１３が気中に露出し、これを検出する。このとき、蒸発による減少と同様に、暖房運転の動作は止めずに「給水予告」表示をリモコンに行って運転は継続する。その後、通常はユーザーによる給水が行われなくても、前述のように７
日間は「給水予告」を繰り返して動作は継続するのであるが、循環水の減少の原因が水もれによるものであった場合は、この間に完全に循環水がなくなってしまう事態が発生する。
【００５５】
そうなった場合は、循環ポンプ８が駆動されているにもかかわらず、空運転状態になる。空運転では、ポンプとしての負荷が極端に軽くなるため、急激にその回転数が上昇することがわかっている。
【００５６】
したがって、「給水予告」状態にあるときに、循環ポンプ回転検出回路２２で検出される回転数が決められた閾値を超えて上昇した場合、「循環水がなくなった」として、暖房運転を停止し、リモコン２８に循環ポンプ回転数異常表示を行うようにしている。図８にそのときのリモコンの表示内容を示す。また、循環ポンプ８の回転数異常判定は、５０００回転／分で行っている。
【００５７】
なお、循環ポンプ８の空運転をより確実に検出するには、通常、行っている「回転数フィードバック」をやめて、循環ポンプ駆動回路２１から出力される駆動信号を固定値にすることが効果的である。このため、「給水予告」を検出した以降、駆動信号を固定値に変える方式を記載している。
【００５８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の第２の実施の形態の制御ブロック図である。ここでは、水電極判定回路２０の前段にバイアス回路２５を設けた。この働きは、水電極１３にバイアスをかけて判定を行うタイミングを限定することにある。
【００５９】
前述したように、水電極１３で循環水の有無を判定するには、循環水に電流を流してその値を判定することが必要で、その際には循環水の電気分解による水素ガスが発生する。安全性の見地から、この水素ガスの発生量はできるだけ少なく抑えたい。
【００６０】
また、同時に水電極１３も、検出時間に比例して劣化が進むことになる。これらのリスクを出来る限り抑えるために、バイアス回路２５で、検出を行う運転モードを限定したものである。本実施の形態では、暖房運転停止中のみに限定して、バイアス回路２５をＯＮ状態にした。これによって、少なくともバイアス印加時間は通電時間の半分以下に出来ることになる。
【００６１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の第３の実施の形態の制御ブロック図である。ここでは、水電極判定回路２０の前段にスキャン回路２６を設けた。この働きは、水電極１３にかける電圧を断続電圧に変えて、さらに水素ガスの発生量および水電極１３の劣化の進行をおさえることにある。
【００６２】
実際のスキャン信号のタイミングチャートを、図１１に示す。図から分かるように、１２０ｍｓの間で１５０ｕｓの時間だけ水電極１３にバイアスがかかるようにしている。こうすることで、バイアス印加時間を通常の８００分の１に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明の温水暖房機は、水電極回路を１系統持つだけで、暖房循環水が減少したときに、使用者への「給水」を促す報知を一定期間、行うとともに、その間に給水されなかった場合には、運転を停止して「警告」を行うといった２段階での動作を行うことができることより、家庭用や業務用の温水暖房機に適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水冷媒熱交換器
２ 圧縮機
３ 膨張弁
４ 空気熱交換器
５ 送風機
６ 戻りヘッダー
７ 水タンク
８ 循環ポンプ
９ 往きヘッダー
１０ａ〜ｄ 熱動弁
１１ 入水温度センサ
１２ 出湯温度センサ
１３ 水電極
１４ 背面ボックス
１５ 接続ボックス
１６ キャップ
１７ フィルタ
１８ 給水口
１９ 出水口
２０ 水電極判定回路
２１ 循環ポンプ駆動回路
２２ 循環ポンプ回転検出回路
２３ 制御部
２４ リモコン回路
２５ バイアス回路
２６ スキャン回路
２７ａ、ｂ 床暖房パネル
２８ リモコン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機。
【請求項２】
前記水電極への通電を、断続通電としたことを特徴とする請求項１に記載の温水暖房機。
【請求項３】
前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出した以降は、前記循環ポンプへの印加電圧を固定するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の温水暖房機。
【請求項１】
熱交換器にて加熱された温水を、各暖房端末と接続された循環配管を介して循環させる循環ポンプと、前記循環配管に配設された水タンクと、前記水タンク内の貯水状態を検出する水電極と、制御部とを備え、前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出してから所定時間は、使用者にその旨を報知するとともに、前記所定時間を経過した場合、または、前記所定時間内に前記循環ポンプの回転数が所定値以上に上昇したときに、運転を停止することを特徴とする温水暖房機。
【請求項２】
前記水電極への通電を、断続通電としたことを特徴とする請求項１に記載の温水暖房機。
【請求項３】
前記水電極が前記水タンク内に水なしと検出した以降は、前記循環ポンプへの印加電圧を固定するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の温水暖房機。
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２４４２９（Ｐ２０１３−２４４２９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６４１６（Ｐ２０１１−１５６４１６）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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