(57)【要約】【課題】運転条件に応じて、効率的にスケールの生成を抑制することが可能な給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯槽５７の下部から入水管路６４を介して送られた水を加熱する加熱手段５５と、入水管路６４に配設され、貯湯槽５７の下部の水を圧送する循環ポンプ６３と、加熱手段５５で加熱された水を貯湯槽５７の上部へと導入する出湯管路６５と、入水管路６４上に配設され、加熱手段５５に圧送される水にスケール抑制剤６７を添加するスケール抑制手段６８と、を備え、加熱手段５５で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を大きくすることを特徴とするもので、給湯装置の運転条件によって、スケール抑制剤６７の水への溶解度を調整することができるので、スケール抑制剤６７を浪費することなく、スケールの生成を効率的に抑制することができる。【選択図】図１
2014081116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯を貯える貯湯槽と、
前記貯湯槽の下部から入水管路を介して送られた水を加熱する加熱手段と、
前記入水管路に配設され、前記貯湯槽の下部の水を前記加熱手段に圧送する循環ポンプと、
前記加熱手段で加熱された水を前記貯湯槽の上部へと導入する出湯管路と、
前記入水配管上に配設され、前記加熱手段に圧送される水に、スケールの生成を抑制するスケール抑制剤を添加するスケール抑制手段と、を備え、
前記加熱手段で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記加熱手段に流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度を大きくすることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記加熱手段で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記加熱手段に流入する水の流量を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記入水管路上に、前記入水管路の一部を迂回させるバイパス回路を設け、前記スケール抑制手段は、前記バイパス回路に配設されるとともに、前記入水管路を流れる流量と前記バイパス回路を流れる流量との流量比率を調整する流量調節手段と、前記加熱手段で加熱された水の温度を測定する温度検出手段と、を備え、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記流量比率を調整することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記スケール抑制剤はポリリン酸塩を主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール抑制手段を備えた給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置として、貯湯槽に溜めた高温の湯を用いて給湯を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、特許文献１の図１に記載された従来の給湯装置を示すものである。図１３に示すように、この給湯装置は、ガスクーラ（給湯熱交換器）１を有するヒートポンプユニット２と、ガスクーラ１にて沸き上げられた湯水が貯留される貯湯タンク３を有する貯湯ユニット４とから構成されている。
【０００４】
また、ヒートポンプユニット２の冷媒循環路は、圧縮機５、ガスクーラ１、膨張弁（減圧装置）６、蒸発器７などから構成され、貯湯ユニット４の水回路は、循環ポンプ８、ガスクーラ１、貯湯槽３などから構成されている。
【０００５】
そして、圧縮機５によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、ガスクーラ１において貯湯槽３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。また、貯湯槽３からガスクーラ１に至るまでの水循環路に、スケールの生成を抑制する抑制剤を供給する添加器（スケール抑制手段）９を備えた構成としている。この構成によって、通水に伴い沸き上げ前の低温水に添加剤が添加されるため、貯湯ユニット４の水回路におけるスケールの生成が抑制され、水回路における閉塞が防止される。
【０００６】
また、特許文献１には、添加器９を迂回するバイパス回路（図示せず）を備えるとともに、このバイパス回路の分岐箇所に三方弁（図示せず）を設けて、添加器９とバイパス回路とを切り換えて水を流通させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−６９５７２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、前記従来の構成では、給湯装置の運転条件の変化に応じて、スケール抑制剤の添加量を調整することができず、スケールの生成を効果的に防止することができないという課題を有していた。また、スケール抑制剤が必要量以上に消費され、これにより、添加器９の寿命が短くなり、交換やメンテンナンスのコストが増大してしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、給湯装置の運転条件の変化に応じてスケール抑制剤の添加量を適切に調整することで、スケール抑制剤を浪費することなく、スケールの析出を抑制することが可能な給湯装置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、本発明は、湯を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽の下部から入水管路を介して送られた水を加熱する加熱手段と、前記入水管路に配設され、前記貯湯槽の下部の水を前記加熱手段に圧送する循環ポンプと、前記加熱手段で加熱された水
を前記貯湯槽の上部へと導入する出湯管路と、前記入水配管上に配設され、前記加熱手段に圧送される水に、スケールの生成を抑制するスケール抑制剤を添加するスケール抑制手段と、を備え、前記加熱手段で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記加熱手段に流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度を大きくすることを特徴とする給湯装置である。
【００１１】
これにより、スケールが生成し易い運転条件に応じて、加熱手段へと流入する水のスケール抑制剤の濃度を調整することができるので、スケール抑制剤の浪費を防止して、その交換や補充などのメンテナンスや維持コストを低減させながら、効果的にスケールの析出を抑制することが可能な信頼性の高い給湯装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、給湯装置の運転条件に応じてスケール抑制剤の濃度を調整し、スケール抑制剤の浪費を防止しながらスケールの生成を抑制することが可能な給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図
【図２】水の温度とスケール成分の溶解度との関係を説明する説明図
【図３】本発明の実施の形態１における給湯装置の水の加熱温度と加熱流量との関係を説明する説明図
【図４】同給湯装置の水の加熱温度とスケール抑制剤濃度との関係を示す特性図
【図５】同給湯装置の水の加熱温度とスケール抑制剤濃度との他の関係を示す特性図
【図６】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図７】同給湯装置の外気温度に応じた運転条件を示す特性図
【図８】本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図
【図９】（ａ）同給湯装置において流量が小さいときの流量とスケール抑制剤の濃度との関係を説明する説明図（ｂ）同給湯装置において流量が大きいときの流量とスケール抑制剤の濃度との関係を説明する説明図
【図１０】（ａ）同給湯装置の分流比率を設定する流量調節手段の一例を示す構成図（ｂ）同給湯装置の分流比率を設定する流量調節手段の他の一例を示す構成図
【図１１】本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態４における給湯装置の構成図
【図１３】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、湯を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽の下部から入水管路を介して送られた水を加熱する加熱手段と、前記入水管路に配設され、前記貯湯槽の下部の水を前記加熱手段に圧送する循環ポンプと、前記加熱手段で加熱された水を前記貯湯槽の上部へと導入する出湯管路と、前記貯湯槽と前記加熱手段との間の配管上に配設され、前記加熱手段に圧送される水に、スケールの生成を抑制するスケール抑制剤を添加するスケール抑制手段と、を備え、前記加熱手段で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記加熱手段に流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度を大きくすることを特徴とする給湯装置である。
【００１５】
これにより、スケールが発生しやすい運転条件である、加熱手段の出口温度（加熱温度）が高いとき、加熱手段に流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度を大きくするので、スケールの生成を効率的に抑制することができる。よって、水が流通する配管回路の閉塞などを防止して安定に運転可能な給湯装置とすることができる。
【００１６】
また、加熱温度に応じて適切にスケール抑制剤の濃度を調節するので、スケール抑制剤の浪費を防止して、スケール抑制剤の交換や補充などのメンテナンスにかかる維持コストを低減することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記加熱手段で加熱された水の温度が低いときよりも高いときの方が、前記加熱手段に流入する水の流量を小さくすることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、流量を小さくすることで加熱手段での水の滞留時間が長くなるので、加熱温度を高くすることができ、一方、流量を大きくすることで加熱温度を低くすることができる。また、流量を小さくすることでスケール抑制手段での水の滞留時間が短くなるので、スケール抑制剤の濃度を大きくすることができ、一方、流量を大きくすることで、加熱手段に流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度を小さくできる。
【００１９】
すなわち、流量を小さくするとスケール抑制剤の濃度が大きく、かつ、加熱温度を高くすることができ、流量を多くするとスケール抑制剤の濃度が小さく、かつ、加熱温度を低くすることができるので、流量を調節することで加熱温度と、加熱温度に応じたスケール抑制剤の濃度とを同時に調整することができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記入水管路上に、前記入水管路の一部を迂回させるバイパス回路を設け、前記スケール抑制手段は、前記バイパス回路に配設されるとともに、前記入水管路を流れる流量と前記バイパス回路を流れる流量との流量比率を調整する流量調節手段と、前記加熱手段で加熱された水の温度を測定する温度検出手段と、を備え、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記流量比率を調整することを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、温度検出手段の検出値に応じて、流れる水の一部を分岐してスケール抑制手段へと誘導し、スケール抑制剤を溶解させて、その他の水はそのまま給湯熱交換器に流入させることができるので、加熱手段へと流入する水のスケール抑制剤の濃度を運転条件に応じてより適切に調節することができる。
【００２２】
すなわち、スケールが生成され易い条件である加熱流量が小さい場合には、加熱手段へと流入する水に溶解するスケール抑制剤の濃度を濃くすることができるので、スケール付着による給湯熱交換器の詰まりを防いで、信頼性に優れた給湯装置を実現することができる。
【００２３】
また、スケール抑制剤の浪費を小さくすることができるため、スケール抑制剤の寿命が長くなり、その交換や補充などのメンテナンスや維持コストを低減させることができる。
【００２４】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、前記スケール抑制剤はポリリン酸塩を主成分とすることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、スケールの主成分である炭酸カルシウムに対して水に溶解したポリリン酸塩が作用して炭酸カルシウムの結晶改質を行い、通常の大きな菱面体ではなく、小さな球形結晶とすることができる。球形結晶は、菱面体結晶とは異なり結晶の凝集力が弱く、積層が困難なため、点凝集となり結晶の成長を阻害させることができるので、炭酸カルシウムのスケール化を抑制することができる。
【００２６】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図である。
【００２８】
図１に示す通り、給湯装置５０の熱源である加熱手段５５は、圧縮機５１、給湯熱交換器５２、減圧装置５３および大気熱を吸熱する蒸発器５４からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプユニットである。そして、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。
【００２９】
貯湯ユニット５６に収納された貯湯槽５７への給水は貯湯槽５７下部に接続された給水管５８を通ってなされ、貯湯槽５７上部の高温の湯は給湯管路５９を通り、給湯混合弁６０で給水と混合することによって所定の温度の湯にしてから、給湯配管６１を通って給湯端末（蛇口６２）から給湯される。
【００３０】
また、貯湯槽５７の下部から循環ポンプ６３、入水管路６４、給湯熱交換器５２、出湯管路６５および貯湯槽５７の上部を順次接続することによって沸き上げ回路を構成し、貯湯槽５７から循環ポンプ６３で送られてきた水は、給湯熱交換器５２で高温冷媒と熱交換して加熱され、出湯管路６５を介して貯湯槽５７の上から貯留される。なお、給湯熱交換器５２で加熱された湯水の温度は、出湯管路６５に配設された温度検出手段６６によって検出する。
【００３１】
さらに、入水管路６４には、スケール抑制剤６７を充填したスケール抑制手段６８が設けられている。
【００３２】
以上のように構成された給湯装置５０について、以下にその動作、作用を説明する。
【００３３】
図１において、貯湯槽５７を沸き上げる給湯加熱運転について説明する。いま、貯湯槽５７を沸き上げる要求（図示せず）があると、加熱手段５５で大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。
【００３４】
この場合、圧縮機５１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が給湯熱交換器５２に流入し、ここで貯湯槽５７の下部から送られてきた水と熱交換して放熱した後、減圧装置５３で減圧し、さらに、蒸発器５４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機５１に戻る。
【００３５】
この時、入水管路６４を介して給湯熱交換器５２に流入する水の流量は、給湯熱交換器５２の出口温度（加熱温度）が所望の温度となるように、循環ポンプ６３の回転数を制御することによって調節される。これにより、所定の温度の湯が貯湯槽５７の上部から流入し貯留される。
【００３６】
このとき、入水管路６４にスケール抑制剤６７を充填したスケール抑制手段６８が配接されているので、循環ポンプ６３によって貯湯槽５７の下部から送られてきた水は、スケール抑制手段６８を備えた回路に流れる。スケール抑制手段６８に流入し、スケール抑制剤６７が溶解した水は、給湯熱交換器５２に流入し、前述のように所定の温度になるように加熱される。
【００３７】
ここで、スケール抑制剤６７としてポリリン酸塩を主成分とする粒子をスケール抑制手段６８に充填しており、水に溶解したスケール抑制剤６７は、給湯熱交換器５２中で生成する炭酸カルシウムの結晶の成長を抑制し、スケールの発生を防止する。
【００３８】
ポリリン酸塩としてはトリポリリン酸ナトリウムやヘキサメタリン酸ナトリウムが代表的であるが、その他のポリリン酸塩を用いても良い。
【００３９】
また、本実施の形態ではスケール抑制剤６７としてはポリリン酸塩を主成分とする粒子としているが、ホスホン酸やカルボン酸系高分子電解質等の低分子ポリマーを主成分とするものでも構わず、スケール抑制作用を有するものであれば良い。
【００４０】
以上のように構成された給湯装置５０について、以下にその動作、作用を説明する。
【００４１】
次に貯湯槽５７を沸き上げる給湯加熱運転について説明する。いま、貯湯槽５７を沸き上げる要求（図示せず）があると、加熱手段５５で大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。
【００４２】
この場合、圧縮機５１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が給湯熱交換器５２に流入し、ここで貯湯槽５７の下部から送られてきた水と熱交換して放熱した後、減圧装置５３で減圧し、さらに、蒸発器５４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機５１に戻る。このとき、給湯熱交換器５２に流入する貯湯槽５７の下部から入水管路６４を通って送られてきた水の流量は、給湯熱交換器５２の出口温度が所定温度となるように循環ポンプ６３の回転数を制御することによって調整され、所定の温度の湯が貯湯槽５７の上部から流入し貯留される。
【００４３】
ここで、入水管路６４には、スケール抑制剤６７を充填したスケール抑制手段６８が接続されているので、循環ポンプ６３によって貯湯槽５７の下部から送られてきた水はスケール抑制手段６８に流れる。そして、スケール抑制手段６８に流入して、スケール抑制剤６７を溶解させた水は給湯熱交換器５２に流入して、前述したように所定の温度になるように加熱される。
【００４４】
このとき、水に含まれるスケール抑制剤は、給湯熱交換器５２中で生成する炭酸カルシウムの結晶の成長を抑制し、スケールの発生を防止する。
【００４５】
次に、スケールの析出と水の温度の関係について説明する。図２は、横軸に水の温度をとり、縦軸にスケール成分の溶解度をとって、水に対するスケール成分の溶解度を説明する説明図である。図２に示すように、水の温度が高くなればなるほど、スケール成分（例えば、炭酸カルシウムなど）の溶解度は小さくなり、結晶化して水に析出する。
【００４６】
貯湯式の給湯装置の場合、主として、一日の給湯負荷に見合う分の湯を電気代の安い深夜電力を利用して、貯湯槽５７に貯留する。ここで、給湯負荷は、湯を使用する頻度と使用量が多く、外気温度の低い冬に大きく、逆に、外気温度の高い夏には小さい。
【００４７】
季節ごとに異なる給湯負荷に対しては、貯湯槽５７に貯留する湯の加熱温度を変更（例えば、６５℃から９０℃）して対応する。すなわち、給湯負荷の大きい冬には、例えば８５℃（〜９０℃）程度で沸き上げて貯留し、給湯負荷の小さい夏は、冬よりも低い、例えば６５℃〜７０℃程度の加熱温度にて湯を貯留する。この加熱温度は、中間期には、その中間の温度となる。
【００４８】
よって、特に給湯熱交換器５２内の水通路表面などに付着、堆積するスケールは、冬における沸き上げ運転のように、加熱温度が高い状況下で多く生じることとなる。
【００４９】
よって、スケールの析出が生じやすい運転条件、すなわち、加熱温度が高い条件において、水に溶解させるスケール抑制剤６７の濃度を大きくすれば、スケールの析出を効果的
に抑制することができる。
【００５０】
ここで、貯湯式の給湯装置の場合、一般に、加熱能力は外気温度が変化してもほぼ一定である。また、給湯装置への給水として使用される水道水の温度は、一般に外気温度が低いほど低くなる。図３は、横軸に加熱温度をとり、縦軸に加熱流量、すなわち、加熱手段５５へと流入して加熱される水の流量をとって、加熱温度と加熱流量の関係を示した説明図である。
【００５１】
加熱手段５５による加熱能力がほぼ一定であるとすると、図３に示すように、水道から給水される水の加熱温度は、加熱手段５５に流入する水の流量（加熱流量）を調節して対応することができる。例えば、加熱流量を小さくすることで、加熱手段５５に水が滞留する時間が長くなるので、加熱流量が多い場合と比較して、単位流量あたりの水が高温の冷媒から得る熱量が多くなる。よって、加熱温度を高くすることができる。
【００５２】
したがって、図３に示すように、湯を生成する際の加熱温度が低いときよりも高いときの方が、加熱手段５５へと流入する水の流量が小さくなるように、循環ポンプ６３の回転数を制御する。これにより、様々な加熱温度に対応することができる。
【００５３】
また、加熱流量を小さくする、すなわち、加熱手段５５に流入する水の流量を小さくすると、加熱流量が多い場合と比較して、入水管路６４を流れる水がスケール抑制手段６８内に滞留する時間が長くなる。よって、水とスケール抑制剤６７が接触する時間が長くなり、スケール抑制剤６７の水への溶解量を多くすることができるので、加熱手段５５へ流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を増大させることができる。
【００５４】
以上のように、スケールが析出しやすい状況、すなわち、加熱温度が高い運転条件において、加熱手段５５に流入する水の流量が小さくなるように循環ポンプ６３の回転数を制御すると、加熱温度を高くすることができるとともに、スケール抑制手段６８において、スケール抑制剤６７の単位流量あたりの水への溶解量を多くすることができる。
【００５５】
よって、給湯装置の運転条件に応じて、水に溶解するスケール抑制剤の濃度を調整することができるので、スケール抑制剤を浪費することなく、信頼性の高い給湯装置を提供することができる。
【００５６】
なお、加熱温度と、加熱手段５５への流入する水のスケール抑制剤濃度との関係は、図４の特性図に示すように、加熱温度が高くなるほどスケール抑制剤の濃度を高くするようにしてもよく、また、図５に示すように、段階的にスケール抑制剤の濃度が高くなるようにしてもよい。また、加熱温度が低いときよりも高いときに、加熱手段５５に流入する水のスケール抑制剤６７の濃度を大きくすることができるならば、図４、図５の特性図の形態に限定されることはない。
【００５７】
以上のように、スケールが発生しやすい条件である高い加熱温度のときに、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を大きくするので、スケール発生を抑えることができ、加熱温度によらず安定してスケール発生を抑制できる。よって給湯熱交換器５２などの水回路の閉塞などを防止して安定的に運転可能な給湯装置５０とすることができる。
【００５８】
また、加熱温度に応じて適切にスケール抑制剤６７の濃度を調節するので、スケール抑制剤６７を過不足なく有効に消費していくことができ、スケール抑制剤６７の交換や補充などのメンテナンスを減少でき、その維持コストも低減することができる。
【００５９】
また、スケール抑制剤６７はポリリン酸塩を主成分とする粒子で構成されるものであり、これにより、スケールの主成分である炭酸カルシウムに対して水に溶解したポリリン酸塩が作用して炭酸カルシウムの結晶改質を行い、通常の大きな菱面体ではなく小さな球形結晶とするため、結晶の凝集力が弱くなることで結晶の成長を阻害させ、炭酸カルシウムのスケール化を抑制することができる。
【００６０】
また、加熱手段は加熱手段５５である。加熱手段５５は圧縮機５１、給湯熱交換器５２、減圧装置５３、蒸発器５４とからなるヒートポンプサイクルで構成され、水の沸き上げは給湯熱交換器５２において圧縮された高温冷媒と水とが熱交換することで行われる。このヒートポンプサイクル中を冷媒が循環して放熱と吸熱を繰り返すことで効率的な水の沸き上げが実現でき、給湯装置５０の省エネルギー化を図ることができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図、図７は同実施の形態における加熱温度に対する特性図である。
【００６２】
本実施の形態において、実施の形態１と同一の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
図６に示すとおり、給湯装置５０の入水管路６４には循環ポンプ６３が配置されており、貯湯槽５７から給湯熱交換器５２に流れる水量を調整している。また、加熱手段５５を形成するヒートポンプユニットには、外気温度を測定する外気温度測定手段８０が設けられている。なお、外気温度測定手段８０は、蒸発器５４に流入する空気の温度を検知することができるように、ヒートポンプユニットを構成する蒸発器５４に配設され、かつ、蒸発器５４に流入する気流に対して最も風上に配設されている。
【００６４】
以上のように構成された給湯装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００６５】
循環ポンプ６３の動作は、温度検出手段６６の信号を受けた制御手段７０による命令によって適宜調整される。ここで、図７に示すように加熱温度に応じて流量を変更する。流量を変更することでスケール抑制手段６８における水の滞留時間が変化するので、水へのスケール抑制剤６７の溶解量が変わる。つまり、循環ポンプ６３によって、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を調節することが可能となる。
【００６６】
本実施の形態では、図７のように加熱温度が低いときよりも高いときに循環ポンプ６３により加熱流量を小さくして、スケール抑制剤６７の濃度を大きくしている。
【００６７】
ここで、一般的に給湯装置５０が設置されるときの外気温度により、給水管５８を介して供給される水の市水（入水）温度は変化する。すなわち、外気温度が高いときは市水（入水）温度も高くなり、外気温度が低い時は市水（入水）温度が低くなる。また、外気温度が高い時よりも低い時のほうが、使用される湯量が多く、また、使用される湯の温度が高いため、加熱温度を高くして、貯湯槽５７に高温の湯を多く貯湯する必要がある。
【００６８】
このように、外気温度の高低によって、加熱温度の目標値は変化する。例えば、外気温度が低いとき（外気温度Ａ）は、外気温度が高いとき（外気温度Ｂ）よりも、加熱温度を高くする。このとき、加熱手段５５にて、高温の冷媒から単位流量あたりの水へと放熱される熱量を大きくするため、図７の外気温度Ａの条件に示すように、外気温度Ｂの条件と比較して流量が小さくなるように循環ポンプ６３の回転数を制御する。
【００６９】
また、外気温度測定手段８０で測定される外気温度が高い時は、加熱温度を低くして、
加熱手段５５による加熱量を小さくすることができる。よって、図７に示すように、給湯熱交換器５２における水の滞留時間を短くするため、循環ポンプ６３の回転数を大きくして、加熱手段５５へと圧送される水の流量を大きくする。
【００７０】
以上のように、外気温度に応じて、循環ポンプ６３によって加熱流量を調整することで、加熱温度の高低を調整することができる。
【００７１】
また、外気温度に応じて加熱流量を調整することで、図７に示すように、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を調整することができる。
【００７２】
すなわち、外気温度が高い（外気温度Ｂ）条件においては、外気温度が低い（外気温度Ａ）条件と比較して、循環ポンプ６３の回転数を多くすることで水の流量を増大させるので、スケール抑制手段６８において水の滞留時間が短くなり、スケール抑制剤６７の濃度を低くすることができる。
【００７３】
一方、外気温度が低い（外気温度Ａ）条件においては、外気温度が高い（外気温度Ｂ）条件と比較して、循環ポンプ６３の回転数を小さくすることで水の流量を減少させるので、スケール抑制手段６８において水の滞留時間が長くなり、スケール抑制剤６７の濃度を高くすることができる。
【００７４】
なお、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度の決定は、例えば井戸水などの高硬度水を給水に利用する場合、給水管５８に配設され、給水の硬度を検出する硬度検出手段７１の検出値に基づいて行ってもよい。給水の硬度が高ければ、それに応じて、スケール生成を抑制できる濃度とするために、制御手段７０が循環ポンプ６３の回転数を調整する。なお、給水硬度は利用者が直接、制御手段７０を備えた給湯装置５０のリモコン７２に入力する構成としてもよい。
【００７５】
また、給湯熱交換器５２内にスケールが付着および生成する主な要因は、給水硬度と貯湯槽５７に貯留する貯湯温度（加熱温度）であり、給水硬度が高いとき、また、加熱温度が高いときにスケールが発生しやすい。そこで、給水硬度及び加熱温度とスケール生成を抑制できるスケール抑制剤６７の濃度との関係をリモコン７２に記憶させておいても良い。
【００７６】
以上、本実施の形態における給湯装置５０は、入水管路６４上に循環ポンプ６３を設け、外気温度の高低に応じて循環ポンプ６３で流量を調節し、加熱手段５５に流入する水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度を変更するものである。
【００７７】
これにより、加熱流量を大きくすることでスケール抑制手段６８における水の滞留時間が短くなるのでスケール抑制剤６７の濃度を小さくでき、一方、加熱流量を小さくすることでスケール抑制剤６７の濃度を大きくすることが可能となる。
【００７８】
また、加熱流量を大きくすることで給湯熱交換器５２における水の滞留時間が短くなるので、加熱温度を低くすることができ、一方、加熱流量を小さくすることで加熱温度を高くすることが可能となる。
【００７９】
つまり、加熱流量を大きくするとスケール抑制剤６７の濃度が小さく、かつ、加熱温度を低くすることができ、加熱流量を小さくするとスケール抑制剤６７の濃度が大きく、かつ、加熱温度を高くすることができるので、加熱流量を循環ポンプ６３の回転数を調節することで外気温度に応じたスケール抑制剤６７の濃度を適宜調整することができる。
【００８０】
よって、給湯装置の運転条件に応じてスケール生成を抑制することができ、かつ、スケール抑制剤６７の浪費を防止した、信頼性に優れた給湯装置を提供することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図である。本実施の形態において、他の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
図８において、給湯装置の熱源である加熱手段５５は、圧縮機５１、給湯熱交換器５２、減圧装置５３および大気熱を吸熱する蒸発器５４からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプユニットである。そして、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。
【００８３】
貯湯ユニット５６に収納された貯湯槽５７への給水は、貯湯槽５７の下部に接続された給水管５８を通ってなされ、貯湯槽５７上部の高温の湯は給湯管路５９を通り給湯混合弁６０で給水と混合することによって所定の温度の湯にしてから、給湯配管６１を通って蛇口６２などの給湯端末から給湯される。
【００８４】
また、貯湯槽５７の下部から循環ポンプ６３、入水管路６４、給湯熱交換器５２、出湯管路６５および貯湯槽５７の上部を順次接続することによって沸き上げ回路を構成し、入水管路６４に配設された循環ポンプ６３によって、貯湯槽５７から圧送された水は、給湯熱交換器５２において高温の冷媒により加熱されて貯湯槽５７の上から貯留される。
【００８５】
また、給湯熱交換器５２の水側出口に接続された出湯管路６５には、加熱手段によって加熱された湯の温度、すなわち加熱温度を検出する温度検出手段６６が設けられている。
【００８６】
さらに、入水管路６４において、入水管路６４の一部を迂回させる別の入水管路であるバイパス回路７４を並列に設け、このバイパス回路７４上に、スケール抑制剤６７を充填したスケール抑制手段６８が設けられている。これにより、スケール抑制手段６８が設けられていない入水管路６４が主回路となり、スケール抑制手段６８が配置されたバイパス回路７４は、入水管路６４の副回路を形成することとなる。
【００８７】
以上のように構成された給湯装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００８８】
図８において、貯湯槽５７を沸き上げる給湯加熱運転について説明する。貯湯槽５７に蓄えられた水を沸き上げる要求があると、加熱手段５５であるヒートポンプユニットで大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。この場合、圧縮機５１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器５２へと流入し、ここで貯湯槽５７の下部から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧装置５３で減圧され、さらに、蒸発器５４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機５１に戻る。
【００８９】
このとき、温度検出手段６６にて検出される給湯熱交換器５２の出口温度（加熱温度）が所定温度となるように循環ポンプ６３の回転数を制御することで、給湯熱交換器５２にて、貯湯槽５７の下部から入水管路６４を通って送られてきた水が加熱され、所定の温度の湯となり、貯湯槽５７の上部から流入し貯留される。
【００９０】
ここで、スケール抑制剤６７を充填したスケール抑制手段６８を備えたバイパス回路７４が入水管路６４に並列に接続されているので、循環ポンプ６３によって貯湯槽５７の下部から送られてきた水の一部は、接続部Ａでスケール抑制手段６８を備えたバイパス回路７４側に流れ、残りは入水管路６４側に流れる。
【００９１】
そして、バイパス回路７４側に流れた水には、スケール抑制手段６８に流入してスケール抑制剤６７が溶解し、その後、接続部Ｂで、入水管路６４に流れた水と混合する。接続部Ｂで入水管路６４を流れた水と混合され、スケール抑制剤６７が溶解した水は、給湯熱交換器５２に流入して、所定の温度になるように加熱される。このとき、水に含まれるスケール抑制剤６７は、特に給湯熱交換器５２中で生成する炭酸カルシウムなどの結晶の成長を抑制し、スケールの発生を防止する。
【００９２】
図２は、横軸に水の温度をとり、縦軸にスケール成分の溶解度をとって、水に対するスケール成分の溶解度を説明する説明図である。図２に示すように、水の温度が高くなればなるほど、スケール成分（例えば、炭酸カルシウムなど）の溶解度は小さくなり、結晶化して水に析出する。
【００９３】
また、前述のように、貯湯式の給湯装置においては、給湯負荷は、湯を使用する頻度と使用量が多く、外気温度の低い冬に大きく、逆に、外気温度の高い夏には小さい。
【００９４】
季節ごとに異なる給湯負荷に対しては、貯湯槽５７に貯留する湯の加熱温度を変更して対応する。すなわち、給湯負荷の大きい冬には、給湯負荷の小さい夏よりも高い、例えば８５℃（〜９０℃）程度の加熱温度にて湯を貯留する。
【００９５】
以上から、特に給湯熱交換器５２内の水通路表面などに付着、堆積するスケールは、外気温度が低い冬の沸き上げ運転のように、加熱温度が高い運転条件で多く生じることとなる。
【００９６】
よって、スケールの析出が生じやすい運転条件、すなわち、加熱温度が高い条件において、水に溶解させるスケール抑制剤６７の濃度を大きくすれば、スケールの析出を効果的に抑制することができる。
【００９７】
ここで、貯湯式の給湯装置の場合、一般に、加熱能力は外気温度が変化してもほぼ一定である。また、給湯装置への給水として使用される水道水の温度は、一般に外気温度が低いほど低くなる。図３は、横軸に加熱温度をとり、縦軸に加熱流量、つまり、加熱手段５５にて加熱される水の流量をとって、加熱手段５５による加熱能力が一定の場合の加熱温度と加熱流量の関係を示した説明図である。
【００９８】
加熱手段５５による加熱能力が一定であるとすると、図３に示すように、水道から給水される水の加熱温度は、加熱手段５５に流入する水の流量（加熱流量）を調節して対応することができる。例えば、加熱流量を小さくすることで、加熱流量が大きい場合と比較して、加熱手段５５に水が滞留する時間が長くなるので、単位流量あたりの水が高温の冷媒から得る熱量が多くなる。よって、加熱温度を高くすることができる。したがって、湯を生成する際の加熱温度の目標値が低いときよりも高いときの方が、加熱手段５５へと流入する水の流量が小さくなるように、循環ポンプ６３の回転数を制御する。これにより、様々な加熱温度を実現することができる。
【００９９】
以上のように、加熱温度が高い方が、スケールが生成しやすく、給湯熱交換器５２の水側流路表面に付着しやすいことになる。よって、スケールの生成と、特に給湯熱交換器５２の水側流路表面に付着とを防止するためには、加熱温度が高いときに給湯熱交換器５２内へと流入する水に含まれるスケール抑制剤の濃度、すなわち、水の単位質量あたりに含まれるスケール抑制剤の質量を大きくすればよい。
【０１００】
図９は、バイパス回路７４と入水管路６４を流れる流量とそのときのスケール抑制剤６
７の濃度を説明する説明図である。図９（ａ）は加熱流量が小さく、加熱温度が高い場合であり、図９（ｂ）は加熱流量が大きく、加熱温度が低い場合である。
【０１０１】
バイパス回路７４は、入水管路６４の途中にある接続部Ａと接続部Ｂとに接続（接続部ＡがＢよりも上流側）されている。そして、バイパス回路７４はスケール抑制剤６７を収納したスケール抑制手段６８を備えている。
【０１０２】
接続部Ａで分流した入水管路６４側に流れる流量とバイパス回路側に流れる流量を、図９（ａ）の場合はそれぞれＪ１、Ｋ１とし、図９（ｂ）の場合はそれぞれＪ２、Ｋ２とする。また、スケール抑制手段６８の出口部Ｃを出たあとのスケール抑制剤６７の濃度を、図９（ａ）の場合はＮ１（Ｃ）とし、図９（ｂ）の場合はＮ２（Ｃ）とする。
【０１０３】
ここで、図９（ａ）の場合は、図９（ｂ）の場合に比べ流量が小さいので、加熱流量が小さくなるためにスケール抑制手段６８内の流速が小さくなる。したがって、スケール抑制手段６８内に流入した水とスケール抑制剤６７とが接触する時間が長くなり、その結果、スケール抑制手段６８を出た後の濃度は図９（ａ）の方が大きくなる。すなわち、以下の関係となる。
【０１０４】
【数１】
2014081116.tif 000003
【０１０５】
また、接続部Ｂの下流側のスケール抑制剤６７の濃度を、図９（ａ）の場合はＮ１（Ｂ）とし、図９（ｂ）の場合はＮ２（Ｂ）とすると、以下の関係式が得られる。
【０１０６】
【数２】
2014081116.tif 000004
【０１０７】
【数３】
2014081116.tif 000005
【０１０８】
さらに、入水管路６４側とバイパス回路７４側に流れる流量の分流比率を、
【０１０９】
【数４】
2014081116.tif 000006
【０１１０】
とすると、接続部Ｂの下流側のスケール抑制剤６７の濃度とスケール抑制手段６８の出口部Ｃを出たあとのスケール抑制剤６７の濃度との関係は次のようになる。
【０１１１】
【数５】
2014081116.tif 000007
【０１１２】
以上の（式１）、（式５）より、給湯熱交換器５２に流入する接続部Ｂの下流側のスケール抑制剤６７の濃度の関係は、以下のようになる。
【０１１３】
【数６】
2014081116.tif 000008
【０１１４】
（式６）からわかるように、流量が小さい方が、給湯熱交換器５２に流入するスケール抑制剤６７の濃度が大きくなる。流量が小さい方が、加熱温度が高く、スケールが生成され易い条件であるが、スケール抑制剤６７の濃度を大きくすることができ、給湯熱交換器５２などへのスケール付着を抑制することができる。
【０１１５】
よって、図８および図９に示すような、分流比率を設定することが可能なバイパス回路７４によって貯湯槽５７下部から入水管路６４を流れる水を分流することにより、スケール抑制手段６８に流入する水の流量を適宜調整することが可能となり、これにより、スケール抑制剤６７の水への溶解量を調整することができる。
【０１１６】
図１０は、バイパス回路７４側と入水管路６４側とへ流れる水の流量の分流比率を設定する方法を説明する説明図である。
【０１１７】
図１０（ａ）は、入水管路６４の接続部Ａと接続部Ｂ間の流路抵抗を、例えば管路断面積をバイパス回路７４とは異なるように構成することで変化させ、これにより点ＡＢ間の圧力損失を設定して、その差圧に応じて分岐流量の分流比率を決定することができるようにしたものである。
【０１１８】
なお、スケール抑制手段６８の流路抵抗が大きい場合には、図１０（ｂ）に示すように、スケール抑制手段６８を備えたバイパス回路７４側に流体の動圧がかかる構成とし、点ＡＢ間の入水管路６４の形状を変更することで、点ＡＢ間の圧力損失を設定し、その差圧に応じて分岐流量の分流比率を必要に応じて決定することができる。
【０１１９】
以上のように、貯湯槽下部からの湯水の一部を分岐して、これにスケール抑制剤６７を溶解させ、その他の湯水はそのまま給湯熱交換器５２に流入するので、スケール抑制剤の浪費を防止することができる。よって、スケール抑制剤の寿命が長くなり、その交換や補充などのメンテナンスや維持コストを低減させるという効果がある。
【０１２０】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４における給湯装置の構成図である。
【０１２１】
本実施の形態において、他の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２２】
本実施の形態における給湯装置は、図１１に示すように、入水管路６４の接続部Ａと接
続部Ｂの間に流量調節手段６９を備え、また、流量調節手段６９の動作を制御する制御手段７０を備えている。
【０１２３】
流量調節手段６９としては、例えば、給湯装置で一般に使用されている流量制御弁を用いることができ、ステッピングモータを駆動させることによって、流体が通過する流路断面積を変えることによって流量を調節することができる。
【０１２４】
以上のように構成された給湯装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【０１２５】
図１１において、接続部Ｂの下流におけるスケール抑制剤６７の濃度を所定の濃度に変更する場合、流量調節手段６９の流路抵抗を変更（例えば、流路断面積を変更）し、接続部Ａと接続部Ｂの間の圧力損失を変更することによって、スケール抑制手段６８側に分岐して流れる流量（分岐流量）の比率を変更する。
【０１２６】
すなわち、流量調節手段６９の流路抵抗を大きく（例えば、弁開度を小さくすることで流路断面積を小さく）すると、接続部Ａと接続部Ｂの間の圧力損失が大きくなるので、分岐流量の比率が大きくなり、逆に、流量調節手段６９の流路抵抗を小さく（例えば、流路断面積を大きく）することで、分岐流量比率を小さくすることができ、これによって、流量を調整することができる。
【０１２７】
給湯熱交換器５２内にスケールが付着、成長する要因としては、貯湯槽５７に貯留する温度（加熱温度）がある。加熱温度が高い方がスケールの生成と成長が大きい。
【０１２８】
そこで、温度検出手段６６によって加熱温度を検出し、加熱手段５５への流入する湯水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度が、加熱温度に対するスケールの生成と成長が抑制されるような濃度となるように、加熱温度に基づいて分岐流量の比率を設定すればよい。このとき、スケールの生成と成長がない湯水のスケール抑制剤６７の濃度と、加熱温度との関係を事前に求めておき、この関係をリモコン７２に記憶させるようにしても良い。
【０１２９】
なお、分岐流量の比率は流量調節手段６９を調節することで行うが、必要な流量は循環ポンプ６３の回転数を調整することで得ることができる。
【０１３０】
このように、加熱温度に応じて、流量調節手段６９を一つ使用するだけで、スケールの生成を抑制することが可能なスケール抑制剤６７の濃度を設定できるので、給湯装置の運転条件に応じて、加熱手段５５への流入する水のスケール抑制剤６７の濃度を適切に調整することができる。よって、スケールの析出および付着を長期にわたって防止する信頼性に優れた給湯装置を提供することができ、スケール抑制剤６７の寿命が長くなり、その交換や補充などのメンテナンスや維持コストを低減することができるという効果がある。
【０１３１】
なお、貯湯槽５７に貯留される温度（加熱温度）は、一般的に、６５〜９０℃程度である。そして、加熱温度が高い方が、スケールの生成と成長が大きいが、加熱温度が６５℃前後であれば、スケールの生成は小さく、成長もほとんど無い。
【０１３２】
よって、このような加熱温度条件に相当する加熱流量のとき、スケール抑制剤６７の濃度を最小にするように、制御手段７０が流量調節手段６９を調整する構成とすればよい。すなわち、流量調節手段６９の流路抵抗を最小（流量調節手段６９の流体が通過する流路断面積を最大）になるように制御する。
【０１３３】
このように、スケールの生成が小さく、成長もほとんど無いような加熱流量の場合には、スケール抑制剤６７の濃度を最小に設定できるので、添加剤の寿命が長くなり、その交
換や補充などのメンテナンスや維持コストが小さくなるという効果がある。
【０１３４】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５における給湯装置の構成図である。本実施の形態において、他の実施の形態と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３５】
図１２に示すように、２つの出口側流路の断面積を変えることによって、２つの出口側流路に流れる流量を調節できる流量調節手段６９（三方弁）を接続部Ａに設ける。すなわち、入口側は貯湯槽５７側の入水管路６４に接続し、２つの出口側の一方は加熱手段５５側の入水管路６４側に、他方はバイパス回路７４側に接続する。制御手段７０は、それぞれの出口側の流量が必要な分流比率となるように、流量調節手段６９の動作を制御する。
【０１３６】
流量調節手段６９としては、例えば、給湯装置で一般に使用されている混合弁を用いることができ、ステッピングモータを駆動させることによって、流体が通過する出口側の流路断面積を変えることによって流量を変更するものである。
【０１３７】
以上のように構成された給湯装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【０１３８】
図１２に示す給湯装置において、接続部Ｂの下流における水のスケール抑制剤６７の濃度を所定の濃度に変更する場合、流量調節手段６９の流路抵抗を変更（例えば、流路断面積を変更）する。これにより、バイパス回路７４側（スケール抑制手段６８側）に分岐して流れる流量（分岐流量）と入水管路６４を流れる流量（分岐流量）の比率を変更することができる。すなわち、流量調節手段６９によって、入水管路６４を流れる流量とバイパス回路７４を流れる流量の双方を適宜調整する。
【０１３９】
給湯熱交換器５２内にスケールが付着、成長する要因としては、貯湯槽５７に貯留する温度（加熱温度）がある。加熱温度が高い方がスケールの生成と成長が大きい。
【０１４０】
そこで、温度検出手段６６によって加熱温度を検出し、加熱手段５５への流入する湯水に含まれるスケール抑制剤６７の濃度が、スケールの生成と成長が抑制される濃度となるように、流量調節手段６９によって、加熱温度に基づいて分岐流量の比率を設定すればよい。このとき、スケールの生成と成長が抑制することが可能な水のスケール抑制剤６７の濃度と、加熱温度との関係を事前に求めておき、この関係をリモコン７２に記憶させるようにしても良い。
【０１４１】
なお、分岐流量の比率は流量調節手段６９を調節することで行うが、必要な流量は循環ポンプ６３の回転数を調整することで得ることができる。
【０１４２】
このように、加熱温度に応じて、スケールの生成が起こらないスケール抑制剤６７の濃度を設定できるので、給湯装置の運転条件に応じて、加熱手段５５への流入する湯水のスケール抑制剤６７の濃度を適切に調整することができるので、スケールの析出および付着を長期にわたって防止する信頼性に優れた給湯装置を提供することができるとともに、スケール抑制剤６７の寿命が長くなり、その交換や補充などのメンテナンスや維持コストを低減することができるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、運転条件に応じてスケール抑制剤の溶解量を適切に調整し、給湯装置の信頼性を向上させるとともにスケール抑制手段の長寿命化を図ることができるので、家庭用や業務用などの給湯装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４４】
５０  給湯装置
５２  給湯熱交換器
５５  加熱手段
５７  貯湯槽
６３  循環ポンプ
６４  入水管路
６５  出湯管路
６６  温度検出手段
６７  スケール抑制剤
６８  スケール抑制手段
６９  流量調節手段
【図１】
2014081116.tif 000009
【図２】
2014081116.tif 000010
【図３】
2014081116.tif 000011
【図４】
2014081116.tif 000012
【図５】
2014081116.tif 000013
【図６】
2014081116.tif 000014
【図７】
2014081116.tif 000015
【図８】
2014081116.tif 000016
【図９】
2014081116.tif 000017
【図１０】
2014081116.tif 000018
【図１１】
2014081116.tif 000019
【図１２】
2014081116.tif 000020
【図１３】
2014081116.tif 000021