(57)【要約】【課題】配管内面へのスケールの付着を抑制することのできる給湯機を提供すること。【解決手段】本発明の給湯機は、水を加熱して高温水とする加熱源と、加熱源から流出する高温水の流路の途中に設けられたスケール除去装置２８とを備える。スケール除去装置２８は、加熱源から流出する高温水の温度より高い温度である所定の形状回復温度以上になったときに所定の記憶形状に回復する形状記憶効果を有するスケール析出部材２９と、スケール析出部材２９の温度を形状回復温度以上の温度に昇温させる昇温手段と、スケール析出部材２９が昇温されているときにスケール析出部材２９の表面に析出して付着し、昇温が停止されてスケール析出部材２９が記憶形状以外の形状に変形することによってスケール析出部材２９から剥離したスケールＳを溜めるスケール集積部３５とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して高温水とする加熱源と、前記加熱源から流出する高温水の流路の途中に設けられたスケール除去装置とを備えた給湯機であって、
前記スケール除去装置は、
前記加熱源から流出する高温水の温度より高い温度である所定の形状回復温度以上になったときに所定の記憶形状に回復する形状記憶効果を有するスケール析出部材と、
前記スケール析出部材の温度を前記形状回復温度以上の温度に昇温させる昇温手段と、
前記スケール析出部材が前記昇温手段によって昇温されているときに前記スケール析出部材の表面に析出して付着し、前記昇温手段による昇温が停止されて前記スケール析出部材が前記記憶形状以外の形状に変形することによって前記スケール析出部材から剥離したスケールを溜めるスケール集積部と、
を有することを特徴とする給湯機。
【請求項２】
前記昇温手段による昇温が停止されて前記スケール析出部材の温度が前記形状回復温度より低くなったときに前記スケール析出部材が前記記憶形状以外の形状に変形するように前記スケール析出部材に力を加える変形手段を備えることを特徴とする請求項１記載の給湯機。
【請求項３】
前記変形手段は、おもりの重さによって前記力を発生することを特徴とする請求項２記載の給湯機。
【請求項４】
前記変形手段は、バネの付勢力によって前記力を発生することを特徴とする請求項２記載の給湯機。
【請求項５】
前記昇温手段は、前記スケール析出部材に通電することによって前記スケール析出部材自身を発熱させる通電手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の給湯機。
【請求項６】
前記スケール除去装置内の水の流路の表面の全部または一部には、スケールの付着を防止する機能を有する材料からなる被覆層が設けられており、
前記スケール析出部材の表面には、前記被覆層が設けられていないことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の給湯機。
【請求項７】
前記スケール集積部と前記スケール析出部材との一方または両方が着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール除去装置を備えた給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯機においては、温水に含まれる硬度成分が炭酸カルシウムなどの固形成分として配管の内面に析出して付着する。一般に、このような析出付着物は、スケールと呼ばれる。このスケールが蓄積し、配管の内径が縮径することにより、出湯効率が悪化するという問題がある。
【０００３】
特開平１１−１５３３７３号公報には、製氷機における製氷面に形状記憶板を配設し、温度を変化させて形状記憶板を変形させることにより、形成された氷層を剥離させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給湯機の配管内面へのスケールの付着を防止する方法は、十分に確立されておらず、有効な方法の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、配管内面へのスケールの付着を抑制することのできる給湯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】
【０００７】
本発明に係る給湯機は、水を加熱して高温水とする加熱源と、加熱源から流出する高温水の流路の途中に設けられたスケール除去装置とを備えた給湯機であって、スケール除去装置は、加熱源から流出する高温水の温度より高い温度である所定の形状回復温度以上になったときに所定の記憶形状に回復する形状記憶効果を有するスケール析出部材と、スケール析出部材の温度を形状回復温度以上の温度に昇温させる昇温手段と、スケール析出部材が昇温手段によって昇温されているときにスケール析出部材の表面に析出して付着し、昇温手段による昇温が停止されてスケール析出部材が記憶形状以外の形状に変形することによってスケール析出部材から剥離したスケールを溜めるスケール集積部とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱源から流出する高温水中の硬度成分を効率良く除去することができ、配管内面へのスケールの付着を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の給湯機の実施の形態１を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるスケール除去装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるスケール除去装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるスケール除去装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるスケール除去装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるスケール除去装置の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるスケール除去装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の給湯機の実施の形態１を示す回路構成図である。図１は、本発明をヒートポンプ給湯装置に適用した場合の例を示している。本実施形態のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを備えている。ヒートポンプユニット１は、圧縮機３、放熱器４、膨張弁５および蒸発器６を順に配管７で接続して構成されたヒートポンプサイクルを有している。放熱器４は、圧縮機３で圧縮された高温の冷媒によって水を加熱して高温水とする加熱源として機能する。このヒートポンプユニット１は、自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
【００１２】
タンクユニット２は、貯湯タンク１０と、風呂追いだき用の熱交換器１１とを内蔵している。貯湯タンク１０は、その内部に高温水と低温水とが上層と下層とに分かれて貯留される積層式貯湯タンクである。貯湯タンク１０の内部は、上層の高温水と下層の低温水とで常に満水状態に維持される。
【００１３】
貯湯タンク１０には、上部に高温水導出口１０１および高温水導入口１０３が、下部に低温水導入口１０２および低温水導出口１０４が、それぞれ設けられている。貯湯タンク１０の下部の低温水導出口１０４から導出された低温水は、配管２０を通って沸き上げ用送水ポンプ１９によりヒートポンプユニット１の放熱器４に送られ、放熱器４で加熱されて高温水となる。放熱器４を出た高温水は、配管２１を通って、貯湯タンク１０の上部の高温水導入口１０３から貯湯タンク１０内に戻され、貯留される。沸き上げ用送水ポンプ１９、配管２０、放熱器４および配管２１により、加熱循環回路が構成される。放熱器４を出た高温水が流れる配管２１の途中であって、ヒートポンプユニット１の内部には、後述するスケール除去装置２８が設置されている。
【００１４】
混合弁２３および混合弁２４は、高温水導出口１０１から出湯された高温水と、水道（市水）等の水源から供給される低温水との混合比を制御して、使用者により設定された給湯温度の温水を作り出すように構成されている。混合弁２３で作り出された温水は、注水配管２６、浴槽戻り配管１７、浴槽往き配管１８を通って、浴槽１５に供給される。混合弁２４で作り出された温水は、蛇口等の給湯口２７へ供給される。貯湯タンク１０内の高温水が上部の高温水導出口１０１から出湯されると、水源から供給される同量の低温水が下部の低温水導入口１０２から貯湯タンク１０内に導入される。
【００１５】
熱交換器１１は、水流が対向して流れる水−水熱交換器であり、上部にタンク側入口１１１および風呂側出口１１４が、下部にタンク側出口１１２および風呂側入口１１３がそれぞれ設けられている。熱交換器１１の上部のタンク側入口１１１には、貯湯タンク１０の上部の高温水導出口１０１から配管１２を通って高温水が供給される。この高温水は、熱交換器１１で浴槽水と熱交換して中温水となり、下部のタンク側出口１１２から排出される。この排出された中温水は、タンク側送水ポンプ１３により配管１４を通って貯湯タンク１０内に戻される。熱交換器１１の下部の風呂側入口１１３には、浴槽１５からの浴槽水が風呂側送水ポンプ１６により浴槽戻り配管１７を通って供給され、熱交換器１１で熱交換して加温される。上部の風呂側出口１１４から排出された加温後の浴槽水は、浴槽往き配管１８を通って浴槽１５内に戻される。
【００１６】
図２および図３は、本発明の実施の形態１におけるスケール除去装置２８の断面図である。図２は、ヒートポンプユニット１が運転され、放熱器４からの高温水が配管２１に流れているとき（以下、「沸き上げ運転」と称する）の状態を示している。放熱器４からの高温水は、配管２１の途中に設置されたスケール除去装置２８内を通過する。図２に示すように、本実施形態におけるスケール除去装置２８は、配管２１の途中に挿入される流路３６の内部に設置されたスケール析出部材２９を有している。このスケール析出部材２９は、形状記憶効果を有する材料で構成されており、所定の記憶形状が記憶されている。形状記憶効果を有する材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金等の形状記憶合金を用いることができる。
【００１７】
本実施形態におけるスケール析出部材２９は、帯板状の波型形状をなしており、図２に示す伸びた形状が記憶形状とされている。スケール析出部材２９は、低温時に変形した後、その温度が所定の形状回復温度（変態温度）以上になると、自発的に上記記憶形状に回復する。スケール析出部材２９の形状回復温度は、放熱器４から流出する高温水の温度（例えば６５℃〜９０℃）より高い温度（例えば５度程度高い温度）に設定されている。本実施形態では、複数のスケール析出部材２９が並べて設置されている。
【００１８】
なお、スケール析出部材２９の形状は、図示のような波型形状に限定されるものではなく、例えばコイル形状などであってもよい。また、板状の部材ではなく網状の部材でスケール析出部材２９を構成してもよい。
【００１９】
スケール析出部材２９の近傍には、スケール析出部材２９を昇温させる昇温手段としてのヒーター３０が備えられている。沸き上げ運転中は、ヒーター３０により、スケール析出部材２９が形状回復温度以上まで加熱される。高温水に含まれる硬度成分は、温度が高いほど、析出し易い。このため、図２に示すように、沸き上げ運転中、流路３６を流れる高温水に含まれる炭酸カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分は、温度の高いスケール析出部材２９の表面に選択的に析出して付着し、スケールＳを形成する。
【００２０】
スケール析出部材２９の下方には、空間を形成するスケール集積部３５が設けられており、スケール集積部３５内では流れが淀んでいる。スケール集積部３５の入口には、支持部材３７が設置されている。スケール析出部材２９の下端部は、支持部材３７に支持されている。支持部材３７は、スケール析出部材２９から剥離したスケールＳが通り抜けられる隙間を有する形状（例えば格子状）とされている。
【００２１】
スケール析出部材２９の上部には、スケール析出部材２９を変形させる変形手段としてのおもり（錘）３１が設置されている。このおもり３１の重さは、形状回復温度以上になったときにスケール析出部材２９が発揮する形状回復力よりは弱い力であって、且つ、形状回復温度より低い温度のときにはスケール析出部材２９を変形させることができるような大きさの力をスケール析出部材２９に加えるように設定されている。上述したように、沸き上げ運転中は、スケール析出部材２９は、ヒーター３０により形状回復温度以上まで加温されている。このため、スケール析出部材２９の形状回復力がおもり３１の重さに打ち勝ち、スケール析出部材２９は記憶形状（伸びた形状）を保持する。
【００２２】
図３は、沸き上げ運転を停止した後の状態を示している。沸き上げ運転が停止され、配管２１を含む加熱循環回路の水の循環が停止されると、ヒーター３０による加温も停止される。すると、流路３６内の高温水の温度が次第に低下し、スケール析出部材２９の温度も次第に低下する。スケール析出部材２９の温度が形状回復温度より低い温度まで低下すると、図３に示すように、スケール析出部材２９は、おもり３１の重さに耐えて記憶形状（伸びた形状）を保持することができなくなり、おもり３１によって上から押されて、折れ曲がり縮んだ形状へと変形する。この変形による機械的（物理的）な作用により、スケール析出部材２９の表面からスケールＳが剥離する。剥離したスケールＳは、下方へ沈んでいき、支持部材３７の隙間を通って、スケール集積部３５の底部に集積する。
【００２３】
図３に示す状態から、沸き上げ運転が開始され、ヒーター３０によってスケール析出部材２９が形状回復温度以上に加温されると、スケール析出部材２９の形状回復力がおもり３１の重さに打ち勝ち、スケール析出部材２９は、図２に示す記憶形状（伸びた形状）に戻る。なお、沸き上げ運転中に高温水が流路３６を流れているときでもスケール集積部３５の内部は流れが淀んでいるので、スケール集積部３５の底部に集積された、剥離後のスケールＳがスケール除去装置２８の下流側の配管２１へ流れ出すことはない。
【００２４】
以上説明したようなスケール除去装置２８によれば、放熱器４から流出する高温水に含まれる硬度成分を効率良く除去することができる。このため、配管２１や貯湯タンク１０などの内面にスケールが付着することを確実に抑制することができる。
【００２５】
また、本実施形態のスケール除去装置２８によれば、スケール析出部材２９の温度が低下したときにおもり３１の重さによって自動的にスケール析出部材２９を変形させて、スケールＳを剥離させることができる。このため、スケール析出部材２９を変形させるためのアクチュエータなどが不要であり、機構が簡単で、動作が確実であり、製造コストも低い。
【００２６】
スケール除去装置２８においては、流路３６の表面などに、スケールの付着を防止する機能を有する材料（例えば、ＰＴＦＥ：ポリテトラフロオロエチレンなど）で構成された被覆層を設けることが好ましく、スケール析出部材２９の表面にはそのような被覆層を設けないようにすることが好ましい。スケール析出部材２９以外の表面を上記被覆層で覆うことにより、スケール析出部材２９の表面のみにスケールＳをより選択的に析出、付着させることができる。上記被覆層は、おもり３１や支持部材３７の表面、スケール集積部３５の表面にも設けることが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態では、スケール析出部材２９の温度が低下したときにおもり３１の重さによってスケール析出部材２９を変形させるようにしているが、高温時の記憶形状（第１の記憶形状）とは異なる第２の記憶形状を低温時の記憶形状としてスケール析出部材２９に記憶させ、低温時にはスケール析出部材２９が上記第１の記憶形状から上記第２の記憶形状へ自発的に変形し、高温時にはスケール析出部材２９が上記第２の記憶形状から上記第１の記憶形状へ自発的に変形するように構成してもよい。このように構成した場合には、おもり３１のような変形手段は不要となる。
【００２８】
実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００２９】
図４および図５は、実施の形態２におけるスケール除去装置２８の断面図である。図４は、沸き上げ運転中の状態を示している。図４に示すように、本実施形態のスケール除去装置２８では、スケール析出部材２９の上端部には、接続部材３８が設置されている。接続部材３８の上部には、スケール析出部材２９と同数の金属製のバネ３２の下端部が固定されている。バネ３２の上端部は、流路３６の天井部に固定されている。各スケール析出部材２９と各バネ３２とは、接続部材３８の内部で電気的に接続されている。図中の４本のバネ３２のうち、最も左側のバネ３２の上端部と最も右側のバネ３２の上端部には、通電手段としての電流印加電線３４が接続されている。また、中央の２本のバネ３２の上端部同士は電気的に接続されている。更に、図中の４本のスケール析出部材２９のうち、左側の２本のスケール析出部材２９の下端部同士は電気的に接続され、右側の２本のスケール析出部材２９の下端部同士は電気的に接続されている。このような構成により、電流印加電線３４によって電流が印加されると、スケール析出部材２９およびバネ３２に電流が流れる。電流が流れることにより、スケール析出部材２９およびバネ３２はジュール熱によって自ら発熱し、スケール析出部材２９の形状回復温度以上の温度であって、放熱器４から流出する高温水の温度よりも例えば１０度程度高い温度にまで昇温する。
【００３０】
高温水中の硬度成分は、温度の高いスケール析出部材２９およびバネ３２の表面に選択的に析出し、スケールＳとなって付着する。スケール析出部材２９およびバネ３２の表面以外のスケール除去装置２８の内面には、ＰＴＦＥ等の被覆層が設けられていることが好ましい。これにより、スケール析出部材２９およびバネ３２の表面に、より選択的にスケールＳを付着させることができる。
【００３１】
バネ３２の付勢力は、形状回復温度以上になったときにスケール析出部材２９が発揮する形状回復力よりは弱い力であって、且つ、形状回復温度より低い温度のときにはスケール析出部材２９を変形させることができるような大きさの力をスケール析出部材２９に加えるように設定されている。沸き上げ運転中は、スケール析出部材２９が形状回復温度以上まで昇温しているので、スケール析出部材２９の形状回復力がバネ３２の付勢力に打ち勝つ。このため、スケール析出部材２９は、記憶形状（伸びた形状）を保持する。その一方で、バネ３２は、圧縮された状態となっている。
【００３２】
図５は、沸き上げ運転を停止した後の状態を示している。沸き上げ運転が停止されると、電流印加電線３４による電流の印加も停止される。これにより、スケール析出部材２９の温度が低下する。スケール析出部材２９の温度が形状回復温度より低い温度まで低下すると、図５に示すように、スケール析出部材２９は、バネ３２の付勢力に耐えて記憶形状（伸びた形状）を保持することができなくなり、バネ３２によって上から押されて、折れ曲がり縮んだ形状へと変形する。その一方で、バネ３２は、圧縮された状態から伸びた状態へ変形する。これらの変形による機械的（物理的）な作用により、スケール析出部材２９およびバネ３２の表面からスケールＳが剥離する。剥離したスケールＳは、下方へ沈んでいき、支持部材３７の隙間を通って、スケール集積部３５の底部に集積する。
【００３３】
以上説明した実施の形態２によれば、前述した実施の形態１と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、スケール析出部材２９に通電し、スケール析出部材２９自身を発熱させることによってスケール析出部材２９を直接的に加熱し、形状回復温度以上に昇温させることができる。このため、少ないエネルギーでスケール析出部材２９を確実に昇温することができる。
【００３４】
実施の形態３．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００３５】
図６および図７に示すように、本実施形態では、流路３６を構成する部材に対し、ハウジング４０が例えばボルト等により着脱可能に設置されている。このハウジング４０によってスケール集積部３５が形成されている。スケール集積部３５には、金属メッシュ３３が設置されている。また、ハウジング４０には、金属メッシュ３３を加熱可能なヒーター３９が設置されている。
【００３６】
沸き上げ運転中は、金属メッシュ３３は、ヒーター３９によって、放熱器４から流出する高温水の温度よりも高い温度に昇温される。このため、高温水に含まれる硬度成分は、温度の高い金属メッシュ３３に優先的に析出し、スケールＳとして付着する。
【００３７】
長期間の使用により金属メッシュ３３にスケールＳが多量に付着した場合には、図７に示すようにしてハウジング４０を取り外すことにより、金属メッシュ３３を新しいものに交換することができる。また、流路３６内に設置されたスケール析出部材２９（図中省略）を着脱可能に構成した場合には、ハウジング４０を取り外すことにより、スケール析出部材２９を交換することも可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、スケール集積部３５に設置された金属メッシュ３３によって硬度成分を除去することができる。なお、金属メッシュ３３に代えて、板状の部材や、円筒状の部材を使用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
２８            スケール除去装置
２９            スケール析出部材
３０            ヒーター
３１            おもり
３２            バネ
３３            金属メッシュ
３４            電流印加電線
３５            スケール集積部
３６            流路
３９            ヒーター
４０            ハウジング
【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】
2011226697.tif 000007
【図６】
2011226697.tif 000008
【図７】
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