(57)【要約】      （修正有）【課題】熱媒体としての水に含まれるカルシウム成分の除去手段を備え、熱交換器などにおけるスケールの析出を予防して、常に熱効率の良い状態を持続可能な温水暖房装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプユニット１０を熱源として温水を加熱する温水ユニット２０内の温水循環路３１の一部に、循環水に溶解しているカルシウム成分を炭酸カルシウムとして析出させて除去するカルシウム除去装置５０を設け、循環水に溶解しているカルシウム成分を予め除去したのち、本運転時に熱交換器などでスケールを析出させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と循環ポンプとを含み水が封入された温水循環路を有する温水ユニットと、上記熱交換器を介して上記温水循環路内の水を所定温度の温水とする熱源ユニットと、上記温水循環路の一部に含まれる放熱回路を有する暖房ユニットとを備えている温水暖房装置において、
上記温水ユニットは、上記熱源ユニットによることなく、上記温水循環路内の水を６０℃以上に加熱して、その水中に溶解しているカルシウム成分を析出して除去するカルシウム除去手段を備えていることを特徴とする温水暖房装置。
【請求項２】
上記カルシウム除去手段は、上記温水循環路の配管内に含まれる継手管部と、上記温水循環路内の水に浸かるように上記継手管部内に配置された析出用電気ヒータを有し、上記析出用電気ヒータの周囲の水を６０℃以上に加熱する加熱ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の温水暖房装置。
【請求項３】
少なくとも上記析出用電気ヒータと上記循環ポンプとを制御する制御部をさらに備え、上記制御部は、上記熱源ユニットが休止しているとき、上記循環ポンプを駆動して上記温水循環路内に水を循環させた状態で、上記析出用電気ヒータに通電して上記温水循環路内の水を加熱し、上記析出用電気ヒータにより上記析出用電気ヒータの周囲の水温が６０℃以上となるように維持して、水中に溶解しているカルシウム成分を上記析出用電気ヒータの周りに析出させることを特徴とする請求項２に記載の温水暖房装置。
【請求項４】
上記温水循環路内の水を加熱する補助用電気ヒータをさらに備え、上記制御部は、上記析出用および補助用の各電気ヒータの両方に通電して上記温水循環路内の水を加熱し、その水温が６０℃未満の所定温度に達した時点で、上記補助用電気ヒータへの通電をオフとし、以後は上記析出用電気ヒータにのみ通電することを特徴とする請求項３に記載の温水暖房装置。
【請求項５】
上記カルシウム除去手段は、上記温水循環路のうち、上記放熱回路から上記熱交換器に至る温水の復路側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温水暖房装置。
【請求項６】
上記補助用電気ヒータは、上記温水循環路のうち、上記熱交換器から上記放熱回路に至る温水の往路側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水循環式の温水暖房装置に用いられる温水加熱装置に関し、さらに詳しくいえば、水に含まれるカルシウム成分の除去手段を備えている温水加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、石油やガスなどの化石燃料を使用する燃焼系の温水暖房装置に代えて、ヒートポンプユニットを熱源とする温水暖房装置が提案されている。その一例として、例えば特許文献１には、ヒートポンプユニット（通常は屋外に設置）を熱源とし、温水ユニット（通常は屋内に設置）との間で熱交換することで温水を生成して、閉ループ型の温水循環路を循環させて給湯や床暖房器で放熱するヒートポンプ式温水暖房装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置によれば、ヒートポンプユニットを熱源としているため、火災などの事故が起きにくく、またＣＯ２排出量も少ないため地球環境にも優しい。また、ヒートポンプユニットの駆動制御が細かく設定できるため、温水の設定温度を低温から高温まで幅広く設定することができる。
【０００４】
しかしながら、この種の温水暖房装置は、熱媒体として水が用いられているため、水温が６０℃を越えると、水の中に溶存しているカルシウム成分（炭酸水素カルシウム：Ｃａ（ＨＣＯ３）２）が炭酸カルシウム：ＣａＣＯ３として析出して管壁などに付着する。
【０００５】
この付着物は、スケール（水垢とも言う）と呼ばれ、特に熱交換器は高温であり、そのパス長も長いため、スケールが付着しやすい。長期間の使用でスケールの付着量が多くなると、熱交換効率の低下や、最悪の場合は管の閉塞も懸念される。
【０００６】
とりわけ、この種の温水暖房装置の多くは、欧米諸国において流通しているが、これらの地域において、水はカルシウムやマグネシウムなどのミネラルを多く含んだ、いわゆる「硬水」であるため、スケールが付着しやすく、このスケールの除去が大きな課題となっている。
【０００７】
他方において、例えば特許文献２には、流体中のゴミや不純物を除去するストレーナが開示されている。このストレーナは、円筒状のフィルタの中心に磁石を配置したものであって、流路内に配置することにより、フィルタで配管内を流れるゴミを除去するとともに、磁石で鉄くずなどを吸着して除去できるようになっている。
【０００８】
しかしながら、このストレーナは、管内を流れる浮遊物や磁性を有する異物を除去することはできるが、大きさがミクロンサイズと小さく、さらに磁性を有していないスケールをストレーナで捕捉除去することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１８５８０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７９８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の課題は、熱媒体としての水に含まれるカルシウム成分の除去手段を備え、熱交換器などにおけるスケールの析出を予防して、常に熱効率の良い状態を持続可能な温水暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、熱交換器と循環ポンプとを含み水が封入された温水循環路を有する温水ユニットと、上記熱交換器を介して上記温水循環路内の水を所定温度の温水とする熱源ユニットと、上記温水循環路の一部に含まれる放熱回路を有する暖房ユニットとを備えている温水暖房装置において、上記温水ユニットは、上記熱源ユニットによることなく、上記温水循環路内の水を６０℃以上に加熱して、その水中に溶解しているカルシウム成分を析出して除去するカルシウム除去手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
より好ましい態様として、上記カルシウム除去手段は、上記温水循環路の配管内に含まれる継手管部と、上記温水循環路内の水に浸かるように上記継手管部内に配置された析出用電気ヒータを有し、上記析出用電気ヒータの周囲の水を６０℃以上に加熱する加熱ユニットとを備えている。
【００１３】
また、少なくとも上記析出用電気ヒータと上記循環ポンプとを制御する制御部をさらに備え、上記制御部は、上記熱源ユニットが休止しているとき、上記循環ポンプを駆動して上記温水循環路内に水を循環させた状態で、上記析出用電気ヒータに通電して上記温水循環路内の水を加熱し、上記析出用電気ヒータにより上記析出用電気ヒータの周囲の水温が６０℃以上となるように維持して、水中に溶解しているカルシウム成分を上記析出用電気ヒータの周りに析出させる。
【００１４】
さらに、上記温水循環路内の水を加熱する補助用電気ヒータをさらに備え、上記制御部は、上記析出用および補助用の各電気ヒータの両方に通電して上記温水循環路内の水を加熱し、その水温が６０℃未満の所定温度に達した時点で、上記補助用電気ヒータへの通電をオフとし、以後は上記析出用電気ヒータにのみ通電する。
【００１５】
より好ましい態様として、上記カルシウム除去手段は、上記温水循環路のうち、上記放熱回路から上記熱交換器に至る温水の復路側に設けられている。
【００１６】
また、上記補助用電気ヒータは、上記温水循環路のうち、上記熱交換器から上記放熱回路に至る温水の往路側に設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
これによれば、閉ループ回路からなる温水循環路の一部にカルシウム除去手段を設け、水を循環させながら、析出用電気ヒータで析出用電気ヒータの周囲の水を析出温度（６０℃）まで加熱して、その周囲にスケールを積極的に析出させ付着させて除去するカルシウム除去工程を、装置の設置時や循環水を交換したメンテナンス時に行うことで、本運転（ユーザーによって通常使用される暖房運転）時での熱交換器などにおけるスケールの発生を予防することができ、ひいては熱効率の良い状態を持続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る温水暖房装置の構成を示すブロック図。
【図２】上記温水暖房装置のカルシウム除去装置の構造を示す模式図。
【図３】カルシウム除去の流れを示すフローチャート。
【図４】カルシウム除去装置を往路側配管に配置した状態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の温水暖房装置の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２０】
図１に示すように、この温水暖房装置１０は、熱源ユニットであるヒートポンプユニット２０と、ヒートポンプユニット２０で生成された熱を利用して、温水を生成する温水ユニット３０と、利用側の暖房端末４２を備えた暖房ユニット４０とを備えている。
【００２１】
ヒートポンプユニット２０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３および蒸発器２４を備え、それらを冷媒配管２５で接続した冷媒回路を有している。
【００２２】
本発明において、ヒートポンプユニット２０は、暖房用の熱源として用いるため、可逆サイクルのため四方弁は特に必要としない。したがって、温水を生成する熱源となりうる最小限の機能を備えていればよく、各構成要素の具体的な構成は、仕様に応じて任意に選定されて良い。
【００２３】
ヒートポンプユニット２０は、四方弁を備えた冷房と暖房の切換が可能な可逆サイクル方式であってもよいが、本発明において、ヒートポンプユニット２０は、暖房用の熱源として用いるため、可逆サイクルのため四方弁は特に必要としない。したがって、温水ユニット３０の循環水を加熱する熱源となりうる最小限の機能を備えていればよく、各構成要素の具体的な構成は、仕様に応じて任意に選定されてよい。
【００２４】
熱交換器６０は、水−冷媒熱交換器であって、この実施形態において、温水ユニット３０の温水循環路３１の一部分に設けられている所定容積の循環水用のタンク６１内に凝縮器２２が収納され、タンク６１内で循環水が凝縮器２２により加熱されて温水が生成される。なお、図示しないが、熱交換器６０を例えば二重管熱交換器としてもよい。この実施形態において、熱交換器６０は、スケール発生の予防対象となる熱源部の１つである。
【００２５】
温水ユニット３０は、熱交換器６０で生成された温水が循環する温水循環路３１を備えている。温水循環路３１は、往路側（温水送出側）の温水接続口３１ａと復路側（温水戻り側）の温水接続口３１ｂを介して暖房ユニット４０側の放熱回路４１と接続される。なお、以下の説明において、温水循環路３１内を循環する水または温水をまとめて循環水と称する。
【００２６】
このように、温水循環路３１の一部に、暖房ユニット４０側の放熱回路４１が含まれるが、以下の説明において、温水循環路３１と放熱回路４１を特に区別する必要がない場合には、放熱回路４１を含めて温水循環路３１と言う。
【００２７】
温水循環路３１のうちの熱交換器６０と温水接続口３１ａとの間の往路側配管３１１には、循環水をさらに加熱する補助ヒータ装置３２を備えている。補助ヒータ装置３２は、上部側に温水流入口３２ｂ、下部側に温水流出口３２ｃを有する筒状ケーシング３２ａを備え、図示しないが、筒状ケーシング３２ａ内には、補助用電気ヒータが収納されている。
【００２８】
補助ヒータ装置３２は、循環水の温度が所定温度に達していない場合に、図示しない給電電源から補助用電気ヒータに通電され、循環水の温度を所定温度にまで高める。なお、補助用電気ヒータへの通電制御は、温水ユニット３０に設けられている制御部（ＣＰＵ）７０によって行われる。この実施形態において、補助ヒータ装置３２もスケール発生の予防対象となる熱源部に含まれる。
【００２９】
循環水を補助ヒータ装置３２によって加熱すると、その際に発生する気体が、筒状ケーシング３２ａに溜まり、そのままにしておくと気泡が循環水に混ざり循環効率が悪くなる。そこで、筒状ケーシング３２ａの上端には、空気抜き弁３３を設けて筒状ケーシング３２ａ内に溜まった空気を外気に放出するようになっている。
【００３０】
温水接続口３１ｂから熱交換器６０に至る復路側配管３１２には、ストレーナ３４、圧力計３５、膨張タンク３６、給排水弁３７、圧力安全弁３８および循環ポンプ３９がそれぞれ配置されている。
【００３１】
ストレーナ３４は、温水循環路３１内を流れる循環水に含まれるゴミや不純物を除去する。ストレーナ３４の具体的な構成は、本発明において任意的事項である。
【００３２】
圧力計３５は、暖房ユニット４０が接続されることにより閉ループ回路となる温水循環路３１内の管内圧力を測定するために用いられる。圧力計３５の測定データは、制御部７０に送られる。
【００３３】
膨張タンク３６は、循環水の熱膨張を吸収するタンクである。給排水弁３７は、温水循環路３１内に水を注水したり、温水循環路３１内の循環水を抜き取るために設けられており、先端には、水道管などに接続されるニップルと開閉コック（ともに図示しない）が設けられている。
【００３４】
圧力安全弁３８は、循環水が沸騰するなどして温水循環路３１内の管圧が規定値以上となった際に、管破裂を防ぐために強制的に温水循環路３１を外気に開放するリリーフバルブである。
【００３５】
循環ポンプ３９は、温水循環路３１内の循環水を一方向（この実施形態では時計回り）に循環させるためのポンプであって、制御部７０により、その駆動が制御される。
【００３６】
復路側配管３１２の温水循環路３１にはさらに、循環水中に溶解しているカルシウム成分を除去するためのカルシウム除去装置５０が設けられている。図２を併せて参照して、カルシウム除去装置５０は、ストレーナ３４と圧力計３５との間の配管に直結された継手管部５１と、継手管部５１に着脱自在に取り付けられる加熱ユニット５２とを備えている。
【００３７】
継手管部５１は、金属製の円筒状筐体を備え、両端に温水循環路３１に対して接続される配管接続口５３，５４が設けられている。この実施形態において、右側の配管接続口５３が上流側で、左側の配管接続口５４が下流側である。これにより、継手管５１内の流路５１ａには、循環水が図２に示す矢印方向（右から左）に流れる。
【００３８】
継手管５１には、加熱ユニット５２を継手管５１の流路５１ａ内に導き入れるためのユニット装着部５５が設けられている。ユニット装着部５５は、継手管５１の管壁から循環水の流れ方向に沿って斜め方向に一体として引き出された傾斜管部５５１と、傾斜管部５５１よりも下流側で継手管５１の管壁からほぼ垂直に一体として引き出された垂直管部５５２とを含む、軸線が傾けられた分岐管状に形成されている。
【００３９】
この実施形態において、ユニット装着部５５は、循環水の流れ方向（図２では右→左）に対して斜めに延設され、流れ方向に対して逆らうように配置されている。
【００４０】
加熱ユニット５２は、ユニット装着部５５の開口部に対して螺子止めされる基部５６を有し、基部５６には、循環水の中に浮遊するゴミなどを捕捉するフィルタ部５７と、スケール（カルシウム成分）を析出させる析出用ヒータ５８とが設けられている。
【００４１】
基部５６は、ユニット装着部５５の開口部を塞ぐ円盤状であって、外周面の一部には図示しないねじ込み用のボルト面が形成されている。基部５６の他端側には、析出用ヒータ５８に通電するための端子部５６１が設けられている。
【００４２】
フィルタ部５７は、透水性を有するメッシュシートを円筒状に丸めて、基部５６の一端に取り付けたものからなる。フィルタ部５７は、金属製であっても樹脂製であってもよいが、析出用ヒータ５８の発熱による変形にも耐え得る素材が用いられている。これによれば、後述するカルシウム除去工程と同時に、循環水に含まれる不純物を除去することができる。
【００４３】
析出用ヒータ５８は、フィルタ部５７の中心に配置された電気ヒータであり、析出用ヒータ５８で温められた循環水から炭酸カルシウム：ＣａＣＯ３が析出用ヒータ５８の表面に析出する。この実施形態において、加熱ユニット５２はねじ込み式の着脱ユニットであるが、継手管部５１に一体化されたユニットであってもよい。
【００４４】
この実施形態において、カルシウム除去装置５０は、温水ユニット３０の復路側配管３１２に配置されているが、図４に示すように、温水ユニット３０の往路側配管３１１の補助ヒータ装置３２の流出側に配置されていてもよい。これによれば、補助ヒータ装置３２の流出側に配置することで、補助ヒータ装置３２で温められた循環水をより速やかに加熱することが可能となり、結果、スケールの除去効率が高められる。
【００４５】
暖房ユニット４０は、往路側の温水接続口３１ａと復路側の温水接続口３１ｂとを介して、温水ユニット３０側の温水循環路３１に接続される放熱回路４１を備えている。放熱回路４１には、熱源の利用側としての暖房端末４２が設けられている。暖房端末４２は、例えば床暖房装置やラジエータ、ファンコンベクタなどであってよい。
【００４６】
次に、図３のフローチャートを参照して、カルシウム除去手順の一例について説明する。このカルシウム除去工程は、温水暖房装置１０の設置後か、もしくは、メンテナンス時に配管内の循環水を入れ替えた後に行われ、ユーザーの使用に供する本運転前に、循環水に含まれているカルシウム成分を予め除去する。
【００４７】
設置時について説明すると、ヒートポンプユニット２０と温水ユニット３０は予め連結されているとして、温水ユニット３０に暖房ユニット４０を配管接続して、ヒートポンプユニット２０、温水ユニット３０および暖房ユニット４０の電源を含む温水暖房装置１０のすべての電源をオフとし（ステップＳＴ１）、温水ユニット３０の空気抜き弁３３を開放する（ステップＳＴ２）。
【００４８】
次に、給排水弁３７に図示しない給水パイプを接続し、温水循環路３１内に水（例えば、水道水）を注水する（ステップＳＴ３）。その際、圧力計３５を確認して、配管内が規定圧力になるまで注水をしたのち（ステップＳＴ４）、給水パイプを抜き、給排水弁３７を閉じる（ステップＳＴ５）。以上により、温水循環路３１内に循環水が注水される。
【００４９】
注水が完了したのち、温水ユニット３０の電源を投入し、カルシウム除去モードを選択する（ステップＳＴ６）。このとき、ヒートポンプユニット２０の電源はオフであり、ヒートポンプユニット２０は停止している。
【００５０】
これにより、制御部７０は、循環ポンプ３９を駆動して、温水循環路３１内の水を循環させるとともに（ステップＳＴ７）、析出用ヒータ５８および補助ヒータ装置３２への通電を開始し、温水循環路３１内の循環水を加熱する（ステップＳＴ８）。
【００５１】
制御部７０は、図示しない温度センサを介してカルシウム除去装置５０の継手管５１内を流れる循環水の水温を監視し、その水温が６０℃未満で予め設定されている所定温度（例えば５０℃）となったと判断すると（ステップＳＴ９）、補助用ヒータ装置３２の電源をオフとし、析出用ヒータ５８への通電を継続する（ステップＳＴ１０）。
【００５２】
継手管５１内を流れる循環水の水温が６０℃以上になると、循環水に含まれているカルシウム成分（炭酸水素カルシウム：Ｃａ（ＨＣＯ３）２）が析出用ヒータ５８の表面に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）として析出し始める。
【００５３】
そこで、制御部７０は、継手管５１内を流れる循環水の水温が６０℃に達したと判断すると（ステップＳＴ１１）、図示しないタイマーを起動して、所定の設定時間（例えば３０分）になるまで析出用ヒータ５８への通電を継続する（ステップＳＴ１２）。この通電時間の設定は、循環水の水量や水質等に応じて適宜決められてよい。
【００５４】
上記ステップＳＴ１２での判定がＹＥＳで、所定の設定時間が経過すると、制御部７０は、循環ポンプ３９と析出用ヒータ５８への通電をともにオフとして（ステップＳＴ１３）、一連のカルシウム除去工程を終える。
【００５５】
このカルシウム除去工程は、例えばメンテナンスなどの際に、循環水を入れ替えた際にも、同様にして本運転開始前に行われる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、補助用ヒータ装置３２とメッシュスクリーン５５との双方に通電して、循環水の水温を析出温度域よりも低い６０℃未満の所定温度まで加熱しているが、当初からメッシュスクリーン５５のみに通電して、循環水を６０℃以上に加熱するようにしてもよい。このような態様も本発明に含まれる。また、循環水を６０°未満の所定温度まで昇温させるためにヒートポンプユニット２０を運転してもよい。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、ユーザによる本運転の開始前にカルシウム除去手段を用いて水に含まれるカルシウムを析出させて除去することにより、本運転時に温水ユニット３０内の熱交換器６０と補助ヒータ装置３２においてカルシウムが析出して熱効率が低下することが防止できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  温水暖房装置
２０  ヒートポンプユニット
２１  圧縮機
２２  凝縮器
２３  膨張弁
２４  蒸発器
３０  温水ユニット
３１  温水循環路
３２  補助ヒータ装置
３３  空気抜き弁
３４  ストレーナ
３５  圧力計
３６  膨張タンク
３７  給排水弁
３８  圧力安全弁
３９  循環ポンプ
４０  暖房ユニット
４１  放熱回路
４２  暖房端末
５０  カルシウム除去装置
５１  継手管部
５２  加熱ユニット
５３，５４  配管接続口
５５  ユニット装着部
５６  基部
５７  フィルタ部
５８  析出用ヒータ
６０  熱交換器
７０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015161436.tif 000005
【図４】
2015161436.tif 000006