(57)【要約】  ９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機における、供給水によるスケール付着有無判定において、Ｍアルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満、カルシウム硬度９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下、ｐＨ７．５以下の何れか一条件が満たされない場合に、スカルシウムケールを形成する水質であると判定する。また、カルシウムスケール付着すると判定された場合には、カルシウムスケールが付着しない水の水質基準となるように供給水の水質改善を行う。また、沸き上げ温度を８０℃に下げる対策において、冷媒／水熱交換器に流入する高温ガス冷媒の温度が水を沸騰させない温度とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする水質診断方法。
【請求項２】
略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、前記各工程のみからなることを特徴とする水質診断方法。
【請求項３】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、供給水の給水配管と、純水化（イオン交換）樹脂塔と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通って再び前記給水配管に合流する第一の流路と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通らない第二の流路とを備え、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、前記第一の流路を通る流量と前記第二の流路を通る流量との比率を変更することを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項４】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用給湯システムにおいて、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、沸き上げ温度を下げることを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項５】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、冷媒／水熱交換器と、前記冷媒／水熱交換器に水を送るポンプと、前記ポンプの流入口と流出口とを繋ぐバイパス配管とを備え、前記バイパス配管上の所定の位置に、前記バイパス配管を流れる水の流量を可変する自動開閉弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項６】
供給水のＭアルカリ度、カルシウム硬度、ｐＨ、及び、導電率を計測し、記憶する導電率モニターを備えたことを特徴とする前記請求項３乃至前記請求項５のいずれか一つに記載のヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項７】
略６０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が７５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする水質診断方法。
【請求項８】
略６０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が７５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、前記各工程のみからなることを特徴とする水質診断方法。
【請求項９】
前記請求項７又は前記請求項８に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、供給水の給水配管と、純水化（イオン交換）樹脂塔と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通って再び前記給水配管に合流する第一の流路と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通らない第二の流路とを備え、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、前記第一の流路を通る流量と前記第二の流路を通る流量との比率を変更することを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項１０】
前記請求項７又は前記請求項８に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、冷媒／水熱交換器と、前記冷媒／水熱交換器に水を送るポンプと、前記ポンプの流入口と流出口とを繋ぐバイパス配管とを備え、前記バイパス配管上の所定の箇所に、前記バイパス配管の流量を可変する自動開閉弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、カルシウムスケールが付着する水質の診断方法と当該診断方法を備えた給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ利用の給湯装置（以下、ヒートポンプ給湯機と記載する場合がある）などの熱媒体と水との熱交換により湯沸しする機器は、使用する水質によっては、硬度成分（カルシウム、マグネシウムなど）が溶解している水をある温度以上に加熱したときに、水に溶解していた硬度成分がカルシウムスケール（炭酸カルシウム、以下スケールとのみ記載する場合もある）として析出し、給湯熱交換器の伝熱壁面に固着することで、熱伝達効率の低下や水回路を閉塞させて装置の運転が困難になるという場合がある。【０００３】
そこで、スケール生成し易い高温沸き上げの運転時間などの履歴を記憶して、スケールが成長して装置の運転が不可能になる前に加熱手段で加熱する温水温度を下げて耐久性を向上するように構成したものがある。（例えば、特許文献１）
また、少なくとも水側の吸熱熱交換器に流入するトータルのスケール因子量を、スケール析出条件以下にするために、新に水質を改善する水質調整ユニットを設置し、水の供給系路をそのまま水タンクに給水されるストレートな水供給系路と水質調整ユニットを介して水タンクに供給する水供給系路との２つの水供給系統に分岐し、使用される実際の水質により水質調整ユニットと水タンク側の各々へ流れる水の流量（分流量）を適切にコントロールするように構成したものがある。（例えば、特許文献２）
また、スケール生成し易いか否かの水質推定方法として、ランゲリア指数（＝ｐＨ−ｐＨｓ）や安定度指数（＝２ｐＨｓ−ｐＨ）による推定方法がある。それぞれの指数のスケールが付着する水質判定基準は、ランゲリア指数＞０、安定度指数＜６である。ここで、ｐＨは運用する水温での水素イオン濃度指数であり、ｐＨｓは炭酸カルシウムが水に溶解しきれな  
い飽和溶解度に達した状態時のｐＨ（飽和ｐＨ）である。ｐＨｓは下式で簡易的に算出できることが知られている。【０００４】
【数１】
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ｔ：運用する水温（℃）、ＴＤＳ：全溶解固形物（ｍｇ／Ｌ）もしくは０．７×導電率（μＳ／ｃｍ）で代用、ＭＡ：Ｍアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）、ＣＨ：カルシウム硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）【０００５】
上記ランゲリア指数を用いた推定方法として、冷却水のランゲリア指数、冷却水のシリカの飽和度、及び、ランゲリア指数に対するシリカの飽和度の比であるスケール指数から開放循環冷却水系の熱交換器や冷凍機に付着するスケールの析出の有無又はスケール成分を、補給水の水質と運転条件（濃縮倍数、温度）から容易に判定し、適切な洗浄方法を選定することを可能とするスケール成分の推定方法がある。（例えば、特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４７７５４号公報
【特許文献２】特開２００９−０３０９５９号公報
【特許文献３】特許第３１７２７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スケールが付着するか否かは主として水質に依存しており、特許文献１または特許文献２に記載されている発明では、水質の的確な判断なしに、全ての水質に対してスケールの付着防止機能をヒートポンプ給湯機が具備することで、複雑な制御を伴うとともに、ヒートポンプ給湯機自体のコストが上昇するという問題があった。【０００８】
また、特許文献３に記載されている推定方法では、判定基準値近傍の水質で誤判定する可能性がある。当該誤判定の要因は、ランゲリア指数を求める式中に代入するｐＨ値は常温で測定した値でしかないことによるためと考えられる。すなわち、スケールが最も付着しやすい熱交換器出口近傍の温度は高温（例えば約９０℃）であり、ｐＨ値は常温（例えば約２５℃）の場合と異なるが、実際の熱交換器出口付近でのｐＨ値を使用水で測定することはできない。このため、ランゲリア指数や安定度指数を用いたスケール付着の推定方法をヒートポンプ給湯機で使用した場合に判定が難しく、該判定を誤り、対策を施さなかったために、スケールが付着する可能性があるという問題があった。【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、スケールが付着する水質と付着しない水質を簡単な方法により見極めること目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法は、略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、各工程の判定結果が全て条件を満たす場合にはスケールを形成しにくい水質であると診断するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、簡単な方法で、ほぼ誤り無くスケールが付着する水質と付着しない水質を見極めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１におけるスケールが付着しない水の水質基準の範囲を示す図である。
【図２】ｐＨとＨ２ＣＯ３、ＨＣＯ３−、及び、ＣＯ３２−の存在比率（モル比）を示した図である
【図３】一般的なヒートポンプ給湯機の冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。
【図４】この発明の実施の形態１における水質改善技術を用いたヒートポンプ給湯機の概略構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３における水質改善技術を用いたヒートポンプ給湯機の概略構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４における水質改善技術を用いたヒートポンプ給湯機の概略構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５におけるスケールが付着しない水の水質基準の範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１.
次に、図面を用いて、この発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態１におけるスケールが付着しない水の水質基準の範囲を実験的に示した図である。図において、（ａ）の部分は、Ｍアルカリ度とカルシウム硬度との関係をスケールが付着するか否かについて実験的に示した図である。縦軸がＭアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）、横軸がカルシウム硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）を表す。また、（ｂ）の部分は、Ｍアルカリ度とｐＨとの関係をスケールが付着するか否かについて実験的に示した図である。同じく、縦軸がＭアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）、横軸がｐＨを表す。ここで示した測定値（測定された分析値、図中にプロット）は、常温（約２５℃）で測定された値である。図中、●印はスケールの付着が確認された水質を示し、△印はスケールの付着が確認されなかった水質を示す。
【００１５】
実験結果から明らかなように、図中斜線部分の範囲内に入る水質では、スケールの付着が起こらない。すなわち、以下に示す条件を全て満たす水質ではスケールが付着しないことがわかる。
・Ｍアルカリ度５０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）未満
・カルシウム硬度９０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以下
・ｐＨ７．５以下
なお、上記３つの項目以外の測定は任意であり、基本的には不要である。すなわち、約９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水において、スケールが付着するか否かの判断は、水質を左右する他の成分の違いによらない。つまり、約９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機では、上記３つの項目の測定値が上記基準を全て満たしている場合、他の要素、例えば、導電率または塩化物イオン濃度等の値にかかわらず、スケールがほぼ付着しないと判断できる。
【００１６】
また、上記３つの項目について、下限値の規定は不要である。なぜなら、スケールの主成分は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）であり、炭酸カルシウムの生成反応は、Ｃａ２＋＋２ＨＣＯ３−→ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏで示されるため、重炭酸イオン（２ＨＣＯ３−）濃度の指標であるＭアルカリ度、及びカルシウムイオン（Ｃａ２＋）濃度の指標であるカルシウム硬度が低いほど、スケールの生成反応は起こりにくくなるからである。
【００１７】
また、図２はｐＨとＨ２ＣＯ３、ＨＣＯ３−、及び、ＣＯ３２−の存在比率（モル比）を示した図である。図において、縦軸は存在比率（モル比）、横軸はｐＨを表す。図から明らかなように、ｐＨは重炭酸イオンの水中での存在比率の指標であり、ｐＨ７．５以下の範囲でのｐＨ低下は重炭酸イオン濃度の存在比率を低下させる方向に働くため、炭酸カルシウムの生成反応が起こりにくい方向である。したがって、ｐＨについても下限値の規定は不要である。
【００１８】
次に、実際の測定方法について具体的に記載する。この発明の実施の形態１における水質診断は、ｐＨ７．５で変色する指示薬、例えば、該指示薬としてクレゾールレッドを用いた場合には、ｐＨの変化に応じて、黄色から赤色へと変色することが知られおり、前記指示薬を入れた第１の容器と、Ｍアルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで変色する指示薬、例えば、Ｍアルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで終点となる希塩酸とメチルオレンジを入れた第２の容器と、カルシウム硬度９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで変色する指示薬、例えば、カルシウム硬度９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで終点となるＥＤＴＡとシアン化カリウム溶液と塩化ヒドロキシルアンモニウム溶液とＮＡＮＡ指示薬を入れた第３の容器を準備する。
【００１９】
上記第１の容器、第２の容器、及び第３の容器のそれぞれに対し、診断対象の水を入れて、色見本による目視判定もしくは吸光度計により、変色の有無を判定する。第１の容器、第２の容器、及び第３の容器の内、少なくとも１つの容器で変化（変色）が確認された場合、９０℃沸き上げ条件下で、スケールが付着する水質と判定する。
【００２０】
なお、ｐＨ７．５以下か否かの判定は上記指示薬を用いずとも、ポータブルｐＨ計で実測し、判断してもかまわない。また、Ｍアルカリ度及びカルシウム硬度の測定についても、上記指示薬を用いずとも、市販の水質分析キット（例えば、ドロップテスト）で行ってもかまわない。ここで、９０℃沸き上げ条件下で、スケールが付着する水質であると判断された場合、イオン交換樹脂による水質改善技術等の適用により、スケールが付着を防止することができる。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態１に係る方法を用いた水質改善システムについて記載する。図３は一般的なヒートポンプ給湯機の冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。図において、圧縮機１により高温高圧になった加熱ガス冷媒（例えば、二酸化炭素冷媒）は、第一冷媒配管２を通り、冷媒／水熱交換器３に流入する。一方、貯湯タンク４に蓄えられた水は、ポンプ５により押し出され、第一水配管６を通り、冷媒／水熱交換器３に流入する。冷媒／水熱交換器３では、加熱ガス冷媒と水が熱交換することで水を加熱する。加熱された水は第二水配管７を通り貯湯タンク４へと戻る。
【００２２】
一方、水へ熱を伝えた加熱ガス冷媒は第二冷媒配管８を通り膨張弁９に送られる。膨張弁９に送られた加熱ガス冷媒は減圧され、第三冷媒配管１０を通り蒸発器１１に流入する。蒸発器１１では、送風機１２から送られた外気により吸熱した後、第四冷媒配管１３を通り圧縮機１へと戻る。
【００２３】
例えば、深夜電力を利用して湯沸しを行う一般的なヒートポンプ給湯機では、昼間に貯湯タンク４の湯が使用されると、第一給水配管１４から水道水が使用湯量に応じて貯湯タンク４に供給される。貯湯タンク４内の水は攪拌が無い限り、高温層と低温層の２層に分離しているため、水道水の供給により高温層と低温層の境界層部分が貯湯タンク４の上部（貯湯タンク４の出水側）へと移動する。したがって、昼間に高温の湯が常時供給される。ここで、スケールが付着する水質で一般的なヒートポンプ給湯機を動作させた場合、スケールは冷媒／水熱交換器３の出口側水回路伝熱面に付着する。
【００２４】
このような一般的なヒートポンプ給湯機に対して、水質改善技術を用いたヒートポンプ給湯機の概略構成を図４に示す。図において、第二給水配管１５から供給される水道水は、純水化（イオン交換）樹脂塔１６の流水量を調整するための第一流量制御弁１７と純水化樹脂塔１６を通らずに直接貯湯タンク４に流入する流水量を調整する第二流量制御弁１８とにより、貯湯タンク４に流入する流水量が調整されると共に水質が改善される。ここで、スケールが付着する水質と判断された場合、基準値を外れた項目について、給水水の一部を純水化樹脂塔１６に通すことで、貯湯タンク４への流入水が基準内に収まるようにし、スケール付着を防止する。
【００２５】
純水化樹脂塔１６に使用される純水化樹脂は、寿命が来るとカルシウムイオンや重炭酸イオンを捕捉しにくくなる（水素イオンや水酸化物イオンとのイオン交換が行えなくなる）。したがって、その状態を検知するために、導電率計１９は処理水の導電率を監視する。例えば、導電率計１９にアラーム機能を持たせ、導電率が１０μＳ／ｃｍを超えた場合にアラームが鳴るように設定すれば、純水化樹脂の交換時期を知らせることができる。
【００２６】
この発明の実施の形態１に係る方法を用いた水質改善システムでは、例えば、Ｍアルカリ度９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、カルシウム硬度１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、及びｐＨ７．０といったＭアルカリ度およびカルシウム硬度の基準を満たさない水質の水を用いた場合でも、供給水の一部を純水化樹脂塔１６に通すことで貯湯タンク４への流入水が基準内に収めることができる。
【００２７】
第一給水配管１４に設けられた供給水の水質診断コック２０から抜き取られた水の水質をこの発明の実施の形態１に係る方法を用いて診断する。基準を満たさない場合には、第一流量制御弁１７の流水量を調整し、純水化樹脂塔１６の流水量を増加させ、水質診断コック２０から抜き取られた水の水質を再び診断する。基準を満たさない場合には、再度、第一流量制御弁１７の流水量を調整し、純水化樹脂塔１６の流水量を増加させる。このような調整を繰り返すことで、スケールが付着しない水質が得られる。なお、第二流量制御弁１８の流水量を減少させることで、同様な調整を行っても良いし、第一流量制御弁１７と第二流量制御弁１８の双方を調整しても良い。
【００２８】
なお、Ｍアルカリ度とカルシウム硬度とは、イオン種である重炭酸イオン濃度とカルシウムイオン濃度に依存する。純水化樹脂塔１６は重炭酸イオン濃度とカルシウムイオン濃度とを低減させる。ここで、各イオン濃度と指標であるＭアルカリ度およびカルシウム硬度は、共に正比例の関係にあるため、上記使用水の場合、供給水のうち１／２程度を純水化樹脂塔１６に通せば、貯湯タンク４に流入する水の水質は、Ｍアルカリ度約４５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、カルシウム硬度約６０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとなることが予想できる。よって、このような流量となるよう第一流量制御弁１７と第二流量制御弁１８とを調整すればよい。調整後、確認のため、この発明の実施の形態１に係る方法を用いて診断することで、スケールが付着しない水質基準を満たす水質を得ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、スケール水質診断方法とその方法を用い、純水化樹脂塔１６を設けることで水質を改善し、使用水が９０℃沸き上げ条件下でスケール付着する水質であると判断された場合にスケールが付着しない水質基準を満たす水質を得る給湯システムについて説明したが、この実施の形態２では、冷媒／水熱交換器３の加熱ガス冷媒温度を第一水配管６内の水が沸騰しない温度、例えば、第一冷媒配管２で冷媒／水熱交換器３に流入する加熱ガス冷媒の温度を約８５℃に制御して、水側の出口沸き上げ温度を約７５℃に下げるようにすればよい。
【００３０】
この実施の形態２に係る発明によれば、熱交換器水側伝熱面の最高温度を第一水配管６内部での水の沸点未満で維持することができるため、核沸騰が起こらず、スケールの核形成が防止できる。核沸騰部では水に溶けている成分が瞬時に析出するため、再溶解せずに残るとスケールの核となってしまう。したがって、核沸騰の防止は伝熱面へのスケール付着防止効果がある。
【００３１】
また、この実施の形態２に係る発明とこの実施の形態１に係るスケール水質診断方法とその方法を用い、純水化樹脂塔１６を設けることで水質を改善する発明とを併用することで、より確実に伝熱面へのスケール付着が防止できる。
【００３２】
実施の形態３．
前記実施の形態２では、スケール水質診断方法によりスケール付着が発生すると診断された水を使用した場合に、核沸騰を抑制することでスケール付着を防止する給湯システムについて説明をしたが、この発明の実施の形態３は、核沸騰が起こり難い低い沸き上げ温度に設定した場合であっても、スケールが析出するような水質の水に対し、スケール付着を防止する給湯システムについて説明する。
【００３３】
図５は、この発明の実施の形態３に係るヒートポンプ給湯機の冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。図において、上記実施の形態で説明した図と同一番号が付された部分は、同一内容を示すため説明を省略する。ここでは、上記実施の形態と異なる部分を中心に説明する。図において、バイパス配管２１は、ポンプ５の入り口側の配管と出口側の配管とを繋ぐ配管である。バイパス配管２１には、自動開閉弁２２が設けられており、定期的、または、任意に自動開閉弁２２の開閉を設定できる。
【００３４】
このように構成されたこの発明の実施の形態３に係る給湯システムでは、第一水配管６に脈流が生じ、冷媒／水熱交換器３の水側から第二水配管７にかけて脈流が伝播するため、熱交換器３の水側伝熱面の流速に変化が付き、析出したスケールが付着し難くなる。なお、脈流が生じた場合に、析出したスケールが付着し難くなる根拠は、ここでは詳しく記載しないが、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５５６３７号に示されている通りである。
【００３５】
また、上記実施の形態１で説明したように、供給水の一部を純水化樹脂塔１６に通すことで貯湯タンク４への流入水が基準内に収めることができる。そこで、本実施の形態３で説明した脈流を発生させる方法と併用することで、さらに析出したスケールが付着し難いという効果を高めることが可能である。加えて、併用することで、純水化樹脂塔１６を通す水量を少なくすることができるため、純水化樹脂塔１６の交換期間を長くすることも可能である。
【００３６】
実施の形態４．
前記実施の形態１に係るスケール水質診断方法により、初期の時点で、スケール付着が発生しないと診断された水質であっても、季節による変動、環境による変動、または、人的な変動等により、水源の水質が変動する場合が考えうる。このような場合において、使用中にスケール付着が発生する水質へ移行したことを検知し、前記実施の形態２、または、前記実施の形態３記載の給湯システムへ移行することで、このような変化が生じた場合でも効果的にスケール付着を防止することが可能である。
【００３７】
図６は、この発明の実施の形態４に係るヒートポンプ給湯機の冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。図において、上記実施の形態で説明した図と同一番号が付された部分は、同一内容を示すため説明を省略する。ここでは、上記実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３８】
図６において、水質の変化を検知するために、導電率モニター２３が第一給水配管１４に設置されている。ここで、導電率モニター２３は、Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨの値を測定することが可能である。上記実施の形態では、Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨについて、試薬等を用いて簡単に測定する方法を記載したが、これらの方法を用いない場合であっても、規模、及び、費用が大きくなるが、公知の測定機器を用いて測定することも可能である。
【００３９】
また、導電率モニター２３は、スケール水質診断時に導電率も併せて測定することが可能である。当該測定は公知の導電率計１９を用いて測定することが可能である。このデータは、上記Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨに係るデータと共にＲＡＭなどのメモリー等に記憶する。初期の時点で、Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨの値で水質診断を行い、スケール付着の有無を判定する。このとき、導電率も併せて測定し、基準となる導電率をメモリー等に記録する。
【００４０】
その後、水源の水質が、季節による変動、環境による変動、または、人的な変動等により変化しことが、導電率の変化により検地することが可能である。ここで、導電率は、Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨの値のみで決まるものではないが、導電率は、Ｍアルカリ度、カルシウム硬度、及び、ｐＨの値が変化すれば変化するため水質を監視する上での基準とすることが可能である。そして、予め測定しておいた導電率のデータからスケール付着の起きる可能性がある水質に変化したと推定できる値となった場合に、スケールが付着する可能性がある水質に変わったと判断して、前記実施の形態２又は前記実施の形態３の給湯システムを実施する。
【００４１】
このように構成されたこの発明の実施の形態４に係る給湯システムでは、水源の水質が、季節、環境、または、人的な影響等により変動する場合に、初期の時点で、スケールの付着が発生しない水質と判断された供給水に対して、余分なスケール付着防止対策を施すことなく、スケールが付着する可能性がある水質に変化した場合のみにスケール付着防止対策を施すことができ、効率的な運転が実現可能である。
【００４２】
実施の形態５．
上記実施の形態では、９０℃沸き上げ条件下で、スケールが付着する可能性がある水質であるか否かの判断方法について記載してきたが、冷媒／水熱交換器３の水側の第二水配管７との接続部である水側出口の水温が略６０℃となる運転条件下では、沸き上げ温度略９０℃の運転条件下よりもスケールが付着する可能性がある水質であるか否かの診断の基準値が緩和できる。
【００４３】
図７は、この発明の実施の形態５におけるスケールが付着しない水の水質基準の範囲を実験的に示した図である。図において、（ａ）の部分は、Ｍアルカリ度とカルシウム硬度との関係をスケールが付着するか否かについて実験的に示した図である。縦軸がＭアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）、横軸がカルシウム硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）を表す。また、（ｂ）の部分は、Ｍアルカリ度とｐＨとの関係をスケールが付着するか否かについて実験的に示した図である。同じく、縦軸がＭアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）、横軸がｐＨを表す。ここで示した測定値（測定された分析値、図中にプロット）は、常温（約２５℃）で測定された値である。図中、●印はスケールの付着が確認された水質であり、△印はスケールの付着が確認されなかった水質である。
【００４４】
図中斜線部分で示された範囲内に入る水質では、スケールの付着が起こらない。すなわち、以下に示す条件のみを全て満たす水質ではスケールが付着しないことがわかる。
・Ｍアルカリ度７５ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）未満
・カルシウム硬度１２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以下
・ｐＨ７．５以下
以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る給湯システムでは、前記実施の形態１で説明した水質診断方法と同様の方法を用い、上記基準のうち少なくとも一つを満たさずに、冷媒／水熱交換器３の水側の第二水配管７との接続部である水側出口の水温が略６０℃でスケールが付着する可能性があると診断された水質の共給水に対し、実施の形態１または実施の形態３のスケール付着防止方法を実施することで、このような低温での沸き上げ条件下においても、スケールが付着するような水質に対しても確実にスケール付着を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１  圧縮機、２  第一冷媒配管、３  冷媒／水熱交換器、４  貯湯タンク、５  ポンプ、６  第一水配管、７  第二水配管、８  第二冷媒配管、９  膨張弁、１０  第三冷媒配管、１１  蒸発器、１２  送風機、１３  第四冷媒配管、１４  第一給水配管、１５  第二給水配管、１６  純水化樹脂塔、１７  第一流量制御弁、１８  第二流量制御弁、１９  導電率計、２０  水質診断コック、２１  バイパス配管、２２  自動開閉弁、２３  導電率モニター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年10月26日(2011.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、スケールが付着する水質と判断する工程を備えたことを特徴とする水質診断方法。
【請求項２】
略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、前記各工程のみからなり、各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、スケールが付着する水質と判断する工程を備えたことを特徴とする水質診断方法。
【請求項３】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、供給水の給水配管と、純水化（イオン交換）樹脂塔と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通って再び前記給水配管に合流する第一の流路と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通らない第二の流路とを備え、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、前記第一の流路を通る流量と前記第二の流路を通る流量との比率を変更することを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項４】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用給湯システムにおいて、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、沸き上げ温度を下げることを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項５】
前記請求項１又は前記請求項２に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、冷媒／水熱交換器と、前記冷媒／水熱交換器に水を送るポンプと、前記ポンプの流入口と流出口とを繋ぐバイパス配管とを備え、前記バイパス配管上の所定の位置に、前記バイパス配管を流れる水の流量を可変する自動開閉弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項６】
前記請求項１によりスケールが付着する水質でないと判断される場合において、供給水の導電率を計測し、記憶する導電率モニターを備え、記憶した導電率よりも導電率モニターの検出値が高くなったときに、前記請求項３乃至前記請求項５のいずれか一つに記載の機構が作動することを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項７】
略６０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が７５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が１２０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、スケールが付着する水質と判断する工程を備えたことを特徴とする水質診断方法。
【請求項８】
略６０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、該Ｍアルカリ度が７５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、該カルシウム硬度が１２０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、該ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、前記各工程のみからなり、各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、スケールが付着する水質と判断する工程を備えたことを特徴とする水質診断方法。
【請求項９】
前記請求項７又は前記請求項８に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、供給水の給水配管と、純水化（イオン交換）樹脂塔と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通って再び前記給水配管に合流する第一の流路と、前記給水配管から分岐し前記純水化（イオン交換）樹脂塔を通らない第二の流路とを備え、前記水質診断方法における各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、前記第一の流路を通る流量と前記第二の流路を通る流量との比率を変更することを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【請求項１０】
前記請求項７又は前記請求項８に記載の水質診断方法を用いたヒートポンプ利用の給湯システムにおいて、冷媒／水熱交換器と、前記冷媒／水熱交換器に水を送るポンプと、前記ポンプの流入口と流出口とを繋ぐバイパス配管とを備え、前記バイパス配管上の所定の箇所に、前記バイパス配管の流量を可変する自動開閉弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ利用の給湯システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明に係るヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法は、略９０℃沸き上げのヒートポンプ給湯機の供給水の水質診断方法であって、Ｍアルカリ度を測定し、Ｍアルカリ度が５０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満であるか否かを判定する工程と、カルシウム硬度を測定し、カルシウム硬度が９０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下であるか否かを判定する工程と、ｐＨを測定し、ｐＨが７．５以下であるか否かを判定する工程とを有し、各工程の判定結果のうち、少なくとも一つの工程で所定の条件を満たさない場合には、スケールが付着する水質と判断する工程を備えたものである。
【国際調査報告】
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