(57)【要約】【課題】冷媒対水用熱交換器内部に付着するスケールを定期的に除去することのできる給湯機を提供できるようにする。【解決手段】被熱交換液を循環させる循環手段３と、少なくとも前記循環手段３の運転動作を制御する制御手段１０とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段１０は、前記循環手段３の運転動作を変更する構成としたもので、一定の時間間隔ごとに循環手段３をフル回転させることで冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去し、長期間に渡っての高温沸き上げを可能にすることができ、長期間に渡って高温沸き上げの利用が可能な給湯機を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被熱交換液を循環させる循環手段と、少なくとも前記循環手段の運転動作を制御する制御手段とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段は、前記循環手段の運転動作を変更する構成とした給湯機。
【請求項２】
スケール除去剤が入っているサブタンクと、前記サブタンクから被熱交換液の流路に前記スケール除去剤を供給する供給手段と、少なくとも前記供給手段の運転動作を制御する制御手段とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段は、前記供給手段の運転動作を変更する構成とした給湯機。
【請求項３】
被熱交換液の硬度を検知する硬度検知手段と、前記硬度検知手段が検知した硬度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えた請求項１または２記載の給湯機。
【請求項４】
被熱交換液の硬度を検知する硬度検知手段と、前記硬度検知手段が検知した硬度が所定値以上のとき、前記検知した硬度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えた請求項１または２記載の給湯機。
【請求項５】
加熱された被熱交換液の温度を検知する湯温検知手段と、前記湯温検知手段が検知した温度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えた請求項１または２記載の給湯機。
【請求項６】
加熱された被熱交換液の温度を検知する湯温検知手段と、前記湯温検知手段が検知した温度が所定温度以上のとき、前記検知した温度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えた請求項１または２記載の給湯機。
【請求項７】
加熱された被熱交換液を外部に排出する経路切替手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項８】
加熱手段としてヒートポンプを用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項９】
冷媒が二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項８記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯用のタンクを備える給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、給湯機としてはガスや電気ヒータを用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、近年のエネルギー利用の効率化の要望やガスや電気ヒータによる火災等の防止の観点からヒートポンプを利用した給湯機も徐々に一般世帯に普及していっている。
【０００３】
図９に従来の給湯機の構成図を示す。ヒートポンプ給湯機の場合、圧縮機１で高温・高圧に加熱された冷媒は冷媒対水熱交換器２で循環ポンプ３にて貯湯タンク４から送られてきた水と熱交換される。この結果、水は加熱されて湯になり、同時に冷媒温度は低下する。温度の下がった冷媒は減圧装置５を通じることにより低温・低圧の二相流に変化し、蒸発器６へ送られる。前記蒸発器６では送風ファン７によって強制的に大気から熱を奪うことにより内部の冷媒は蒸発し、気化する。気化した冷媒は再び圧縮機１に吸い込まれ、高温・高圧に加熱されることにより再び水を加熱していく。
【０００４】
ここで従来の給湯機が抱えている問題として、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すると、水に溶解していた硬度成分がスケール（炭酸カルシウム）として析出し、冷媒対水熱交換器２の伝熱壁面に固着して水の循環経路を閉塞してしまうというのがある。
【０００５】
この課題を改善するため、スケールの生成しやす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温度を下げて耐久性を向上させようとしている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【特許文献１】特開２００３−２４７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、スケールの成長を止めることはできるが、スケールを取り除くことは不可能であるため、長期間利用すると高温沸き上げが利用できなくなるという課題が残っていた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱壁面に固着して水の循環を妨げるスケールを定期的に除去することにより、長期間に渡って高温沸き上げの利用が可能な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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯機は、被熱交換液を循環させる循環手段と、少なくとも前記循環手段の運転動作を制御する制御手段とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段は、前記循環手段の運転動作を変更する構成としたもので、一定の時間間隔ごとに循環手段をフル回転させることで冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去し、長期間に渡っての高温沸き上げを可能にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、長期間に渡って高温沸き上げの利用が可能な給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、被熱交換液を循環させる循環手段と、少なくとも前記循環手段の運転動作を制御する制御手段とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段は、前記循環手段の運転動作を変更する構成としたもので、一定の時間間隔ごとに循環手段をフル回転させることで冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去し、長期間に渡っての高温沸き上げを可能にすることができる。
【００１１】
第２の発明は、スケール除去剤が入っているサブタンクと、前記サブタンクから被熱交換液の流路に前記スケール除去剤を供給する供給手段と、少なくとも前記供給手段の運転動作を制御する制御手段とを備え、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、前記制御手段は、前記供給手段の運転動作を変更する構成としたもので、一定の時間間隔ごとにスケール除去剤を供給することで冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去し、長期間に渡っての高温沸き上げを可能にすることができる。
【００１２】
第３の発明は、被熱交換液の硬度を検知する硬度検知手段と、前記硬度検知手段が検知した硬度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えたもので、被加熱流体の硬度が高いときはスケール除去運転を行う時間間隔を短くし、被加熱流体の硬度が低いときはスケール除去運転を行う時間間隔を長くすることで、効果的に冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去することができる。
【００１３】
第４の発明は、被熱交換液の硬度を検知する硬度検知手段と、前記硬度検知手段が検知した硬度が所定値以上のとき、前記検知した硬度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えたもので、被加熱流体の硬度がある一定の値より低く、スケールが発生しないと考えられる条件で使用されている時は、運転時間を記憶することなく、被加熱流体の硬度がスケール発生領域を越える値で使用されている時のみ、運転時間を累積し、所定の時間に達した時、冷媒対水熱交換器内部のスケール除去運転を行うことで、効果的に冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去することができる。
【００１４】
第５の発明は、加熱された被熱交換液の温度を検知する湯温検知手段と、前記湯温検知手段が検知した温度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えたもので、被加熱流体の温度が高いときは、スケール除去運転を行う時間間隔を短くし、被加熱流体の温度が低いときは、スケール除去運転を行う時間間隔を長くすることで、効果的に冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去することができる。
【００１５】
第６の発明は、加熱された被熱交換液の温度を検知する湯温検知手段と、前記湯温検知手段が検知した温度が所定温度以上のとき、前記検知した温度、前記被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間を記憶する記憶手段とを備えたもので、被加熱流体の温度がある一定の値より低く、スケールが発生しないと考えられる条件で使用されている時は、運転時間を記憶することなく、被加熱流体の温度がスケール発生領域を越える値で使用されている時のみ運転時間を累積し、所定の時間に達した時、冷媒対水熱交換器内部のスケール除去運転を行うことで、効果的に冷媒対水熱交換器内部のスケールを除去することができる。
【００１６】
第７の発明は、加熱された被熱交換液を外部に排出する経路切替手段を備えたもので、冷媒対水熱交換器内部から除去されたスケールを水循環経路外に排出することができる。
【００１７】
第８の発明は、加熱手段としてヒートポンプを使用することにより、省エネ化と高能力化を実現することができる。
【００１８】
第９の発明は、冷媒に二酸化炭素を使用することにより、高温高効率の貯湯運転と地球
環境保全を実現することができる。
【００１９】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の給湯機は従来広く用いられている電気・ガス等を利用した給湯機でも良いが、オゾン層保全及び地球温暖化防止等の環境保護的側面から近年盛んに研究されている自然冷媒である二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ給湯機の方が、エネルギー効率・省エネルギーにも優れ、より大きな効果を得ることが可能である。以下では、冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプ給湯機を使用するが、その他の給湯機であってもよいものである（以下各実施の形態においても同様）。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１における給湯機の構成図、図２は本発明の実施の形態１におけるスケール除去運転時のフローチャートである。ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置５、蒸発器６からなる冷媒循環回路Ａと、前記冷媒対水用熱交換器２、循環ポンプ３、貯湯タンク４、経路切替手段８を接続した給湯回路Ｂからなり、前記圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置５、蒸発器６、送風ファン７、湯温検知手段９等はヒートポンプユニット内に収容されている。また、循環ポンプ３、前記貯湯タンク４、経路切替手段８、制御手段１０、記憶手段１１等はタンクユニット内に収容されている。
【００２２】
湯温検知手段９は冷媒対水用熱交換器２の出口に設置されており、ヒートポンプ給湯機で加熱された出湯温度を検出する。制御手段１０は室内に設置されているコントローラー（図示せず）で設定された温度と前記湯温検知手段９で検知している温度が等しくなるように圧縮機１、循環ポンプ３、減圧装置５、送風ファン７等を制御する。記憶手段１１はヒートポンプにて加熱運転を行った運転時間の運転履歴を記憶する。
【００２３】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、冷媒対水用熱交換器２に流入し、ここで水道から貯湯タンク４を通じて循環手段である循環ポンプ３から送られてきた水を加熱する。二酸化炭素冷媒は凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記冷媒対水用熱交換器２内で緩やかに低下し、減圧装置５で減圧され、蒸発器６に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１へ戻る。
【００２４】
ここで、前記冷媒対水用熱交換器２の出湯温度は湯温検知手段９にて検出されており、設定温度になるように圧縮機１、循環ポンプ３、減圧装置５、送風ファン７等を制御する。一方、前記冷媒対水用熱交換器２で加熱された湯は、前記貯湯タンク４の上部に流入し、この貯湯タンク４で貯湯され、この貯湯タンク４に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。そして、この加熱運転の運転時間を記憶手段１１が記憶する。
【００２５】
ここで、記憶手段１１で記憶されている運転時間が所定の累積時間（例えば１０００時間）に達した場合、冷媒対水用熱交換器２の内側に生成しているスケールを除去するため、制御手段１０によって圧縮機１、送風ファン７が停止し、加熱運転が停止する。また、循環ポンプ３を最大回転数で運転し、高速な水流を起こすことにより、冷媒対水用熱交換器２内部に付着しているスケールを取り除く。
【００２６】
同時に、通常貯湯タンク４上部に流入している湯の経路が経路切替手段８によって外部排出モードに切り替わり、冷媒対水熱交換器２内部から除去されたスケールが多量に含まれている湯は外部に排出される。一定時間（例えば１５分）が経過し、冷媒対水熱交換器
２内部のスケールが充分除去されると、再び経路切替手段８が通常モードに切り替わり、循環ポンプ３は通常運転を行い、圧縮機１、送風ファン７が動作し、加熱運転を再開し、貯湯タンク４に湯が貯湯される。一定時間ごとにこの運転を繰り返すことで冷媒対水熱交換器２内部のスケールは定期的に取り除かれ、長期間に渡って出湯温度の制限なく好みの温度で貯湯することができる。
【００２７】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における給湯機の構成図、図４は本発明の実施の形態２におけるスケール除去運転時のフローチャートである。給湯回路Ｂの冷媒対水用熱交換器２手前にスケール除去剤（例えば炭酸水）が入っているサブタンク１２が設置されており、サブタンク１２と給湯回路Ｂを接続している配管途中に供給手段１３があり、供給手段１３は制御手段１０によって制御される構造となっている。その他の構造については実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【００２９】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。水を加熱する加熱運転についても実施の形態１と同様である。
【００３０】
ここで、記憶手段１１で記憶されている運転時間が所定の累積時間（例えば１０００時間）に達した場合、冷媒対水用熱交換器２の内側に生成しているスケールを除去するため、制御手段１０によって圧縮機１、送風ファン７が停止し、加熱運転が停止する。同時に供給手段１３が開放され、スケール除去剤が給湯回路Ｂに供給される。スケールの主成分である炭酸カルシウムは炭酸水と反応し、炭酸水素カルシウムとなり、無色の溶液となる。
【００３１】
同時に、通常貯湯タンク４上部に流入している湯の経路が経路切替手段８によって外部排出モードに切り替わり、冷媒対水熱交換器２内部から除去された炭酸水素カルシウムが多量に含まれている水溶液は外部に排出される。一定時間（例えば１５分）が経過し、冷媒対水熱交換器２内部のスケールが充分除去されると、再び経路切替手段８が通常モードに切り替わり、供給手段１３は閉じ、圧縮機１、送風ファン７が動作し、加熱運転を再開し、貯湯タンク４に湯が貯湯される。一定時間ごとにこの運転を繰り返すことで冷媒対水熱交換器２内部のスケールは定期的に取り除かれ、長期間に渡って出湯温度の制限なく好みの温度で貯湯することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【００３３】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における給湯機の構成図、図６は本発明の実施の形態３におけるスケール除去運転時のフローチャートである。貯湯タンク４下部に硬度検知手段１４が設置されている以外は実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【００３４】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。水を加熱する加熱運転についても実施の形態１と同様である。
【００３５】
ここで、加熱運転時に供給される水は、水道から貯湯タンク４を通じて給湯回路Ｂへ送られるが、貯湯タンク４で貯められているとき、硬度検知手段１４にて冷媒対水熱交換器２に送られる水の硬度が測定される。スケール生成量は水分中に含まれる硬度に大きく依
存し、ある一定の値（例えば５０ｐｐｍ）以下の場合、高温出湯を行ってもほとんどスケールは析出せず、長期間使用しても冷媒対水熱交換器２内部の水経路を塞ぐことがないため、記憶手段１１には何も記憶せず、すなわちスケール除去運転を行うことなく、加熱運転を継続する。
【００３６】
硬度検知手段１４がある一定の範囲（例えば５０〜１５０ｐｐｍ）の値を測定した場合、冷媒対水熱交換器２内部にスケールが生成されるため、記憶手段１１は加熱運転を行った運転時間を記憶する。記憶手段１１で記憶されている運転時間が所定の累積時間（例えば１０００時間）に達した場合、実施の形態１と同様のスケール除去運転を行う。
【００３７】
硬度検知手段１４がある一定の値（例えば１５０ｐｐｍ）以上を測定した場合、冷媒対水熱交換器２内部に多量のスケールが生成されるため、記憶手段１１は加熱運転を行った運転時間を記憶するが、スケール生成量が増える分、スケール除去運転の頻度を増やす必要があるため、記憶手段１１で記憶されている運転時間が所定の累積時間（例えば５００時間）に達した場合、実施の形態１と同様のスケール除去運転を行う。
【００３８】
なお、本実施の形態では硬度検知手段を貯湯タンク下部に取り付け、硬度を測定しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば他の部位で測定を行ってもよい。
【００３９】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【００４０】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４における給湯機の構成図、図８は本発明の実施の形態４におけるスケール除去運転時のフローチャートである。構造については実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【００４１】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。水を加熱する加熱運転についても実施の形態１と同様である。
【００４２】
ここで、加熱運転時に供給される水は、水道から貯湯タンク４を通じて給湯回路Ｂへ送られるが、スケール生成量は出湯温度に大きく依存する。湯温検知手段９がある一定の値（例えば７０℃）以下を測定した場合、ほとんどスケールは析出せず、長期間使用しても冷媒対水熱交換器２内部の水経路を塞ぐことがないため、記憶手段１１には何も記憶しない。
【００４３】
湯温検知手段９がある一定の範囲（例えば７０〜９０℃）の値を測定した場合、冷媒対水熱交換器２内部にスケールが生成されるため、記憶手段１１は加熱運転を行った運転時間に所定の係数（例えば１）を掛けた運転ポイントを記憶する。
【００４４】
湯温検知手段９がある一定の値（例えば９０℃）以上を測定した場合、冷媒対水熱交換器２内部に多量のスケールが生成されるため、記憶手段１１は加熱運転を行った運転時間に所定の係数（例えば２）を掛けた運転ポイントを記憶する。
【００４５】
上記の加熱運転を繰り返した結果、記憶手段１１で記憶している数値が所定の値（例えば１０００）に達した場合、実施の形態１と同様のスケール除去運転を行う。
【００４６】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる給湯機は配管中のスケールを取り除き、長期間に渡って水の循環経路を確保することができるため、高温流体が流れる閉回路の定期メンテナンス等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】同スケール除去運転時のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における給湯機の構成図
【図４】同スケール除去運転時のフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における給湯機の構成図
【図６】同スケール除去運転時のフローチャート
【図７】本発明の実施の形態４における給湯機の構成図
【図８】同スケール除去運転時のフローチャート
【図９】従来の給湯機の構成図
【符号の説明】
【００４９】
３  循環ポンプ（循環手段）
８  経路切替手段
９  湯温検知手段
１０  制御手段
１１  記憶手段
１２  サブタンク
１３  供給手段
１４  硬度検知手段
【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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【図８】
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【図９】
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