(57)【要約】【課題】水路に配置される光ファイバーセンサーの検出精度及び寿命を向上できる給湯システムを提供する。【解決手段】給湯システムは、回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状の溝である内螺旋溝（第一内螺旋溝３０ａ）を内周に有する水管（ねじり管３０）と、内螺旋溝に沿って螺旋状に配置された光ファイバーセンサー１８と、を備える。給湯システムは、光ファイバーセンサー１８の反射光または透過光に基づいてスケールの堆積状態を検知する手段を備える。【選択図】図４
2016200355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状の溝である内螺旋溝を内周に有する水管と、
前記内螺旋溝に沿って螺旋状に配置された光ファイバーセンサーと、
を備える給湯システム。
【請求項２】
前記光ファイバーセンサーの反射光または透過光に基づいてスケールの堆積状態を検知する手段を備える請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記水管は、並行する複数の内螺旋溝を内部に有し、
前記光ファイバーセンサーは、前記複数の内螺旋溝のうちの少なくとも一部の内螺旋溝に沿って配置される請求項１または請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記水管は、回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状の溝である外螺旋溝を外周に有し、
前記外螺旋溝に沿って螺旋状に配置された冷媒管を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記光ファイバーセンサーは、反射光の波長が異なる複数のファイバーブラッググレーティングを有し、
前記複数のファイバーブラッググレーティングの各々は、前記光ファイバーセンサーの長手方向の、異なる位置にある請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記光ファイバーセンサーの表面に金属層を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項７】
前記金属層は、前記水管の内壁と一体化している請求項６に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記水管は、管をねじることで形成されたねじり管である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項９】
水が加熱される加熱部を備え、
前記水管は、前記加熱部の水路を構成する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項１０】
水が加熱される加熱部を備え、
前記水管は、前記加熱部の出口に接続される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項１１】
水が加熱される加熱部と、
前記加熱部の入口または出口につながる主管と、
を備え、
前記水管は、前記主管の一部を迂回するバイパスを構成する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水に溶解しているカルシウム、シリカなどの成分は、高温に晒されることで、固形物として析出する。例えば、電気ポットの底に析出した白い固形物がそれに該当する。このような固形析出物は、一般にはスケールと呼ばれる。水の硬度が高い地域においては、ボイラーまたは給湯機器の高温部（主として熱源と水との熱交換部分）において、水が加熱されて湯になる過程でスケール成分が析出することが知られている。スケール成分の析出は、ボイラーまたは給湯機機器の配管の詰まりの原因になる。
【０００３】
特に、カルシウムイオンが多く含まれる高硬度の水質の地域においては、ボイラーまたは給湯機器の配管が詰まることにより、当該機器が機能不全となり、機器の交換が必要になる場合が多い。機器が機能不全におちいる前にスケールの析出状況を知ることができれば、機器の配管洗浄などの、機能回復のメンテナンスサービスを配管が詰まる前に実施することができ、機器の機能寿命を向上させることができる。
【０００４】
スケールの析出は、配管、熱交換器などの内部で発生することから、外部から観察することが困難である。スケールが剥がれて外部へ流出してきたものを、配管を外して確認する例がある。また、スケールが発生し易い高温部に近い場所に、外部から視認できる透明の配管部を設ける例がある。しかしながら、一般には、家庭用給湯機器などにおいて、定期のメンテナンスとしてスケールの析出状況の観察を実施することは少ない。そのため、スケールにより配管が閉塞し、機器が機能不全になった後に、多量のスケールが析出している状況を知る場合が大半である。
【０００５】
下記特許文献１には、給湯用水を加熱する熱交換器の内部に光ファイバーセンサーを配置し、この光ファイバーセンサーの表面に析出した固形析出物の量を検出する技術が開示されている。
【０００６】
下記特許文献２には、ファイバーグレーティングが書き込まれた光ファイバーを固定器具を介して被測定物に固定し、この被測定物にかかる変位、荷重、圧力、加速度を、ファイバーグレーティングの伸縮に応じた反射光または透過光の波長シフト量として検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４５０３７号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
給湯機の熱交換器の内部では、毎日の加熱動作による加熱と、加熱後の冷却とが繰り返されるとともに、流水量及び流水速がダイナミックに変化する。それゆえ、熱交換器の内部に配置された光ファイバーセンサーには、加熱と冷却による繰り返しの熱応力と、水流の変動の衝撃による振動とが作用する。そのため、光ファイバーセンサーが折損したり破断したりしやすい。その結果、信頼度の高いスケール検出情報を得ることが難しい。また、光ファイバーセンサーの寿命も短い。
【０００９】
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、水路に配置される光ファイバーセンサーの検出精度及び寿命を向上できる給湯システム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】
本発明に係る給湯システムは、回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状の溝である内螺旋溝を内周に有する水管と、内螺旋溝に沿って螺旋状に配置された光ファイバーセンサーと、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の給湯システムによれば、水路に配置される光ファイバーセンサーの検出精度及び寿命を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１の給湯システムを示す構成図である。
【図２】図１に示す給湯システムの加熱装置と、タンクユニットの一部とを拡大した図である。
【図３】図１に示す給湯システムの水−冷媒熱交換器が備えるねじり管を示す図である。
【図４】図１に示す給湯システムの水−冷媒熱交換器を、ねじり管の長手方向に沿った平面で切断した断面図（縦断面図）である。
【図５】図１に示す給湯システムの水−冷媒熱交換器を、ねじり管の長手方向に対して垂直な平面で切断した断面図（横断面図）である。
【図６】本発明の実施の形態２の給湯システムの加熱装置と、タンクユニットの一部とを拡大した図である。
【図７】本発明の実施の形態３の給湯システムの加熱装置と、タンクユニットの一部とを拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明は、図面に示す形態のみに限定されるものではない。また、装置、器具及び部品等の配置及び向きについても、図面に示す配置及び向きに限定されない。装置、器具及び部品等の材質、形状及び大きさについても、本発明の範囲内で適宜変更することができる。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の給湯システムを示す構成図である。図１に示す本実施の形態１の給湯システム１は、加熱装置２と、タンクユニット３とを備える。本実施の形態における加熱装置２は、ヒートポンプ式の加熱装置である。加熱装置２は、蒸発器２１、圧縮機２３、水−冷媒熱交換器２４、及び膨張弁２５を冷媒配管２２により環状に接続した冷媒回路を備える。加熱装置２は、圧縮機２３で圧縮されることで高温になった冷媒と、水とを、水−冷媒熱交換器２４にて熱交換させることで、水を加熱する。加熱装置２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超える状態で運転することが好ましい。
【００１５】
加熱装置２は、出湯口２７及び給水口２８を備える。給水口２８は、内部管２６を介して、水−冷媒熱交換器２４の水入口に接続される。出湯口２７は、内部管２９を介して、水−冷媒熱交換器２４の水出口に接続される。
【００１６】
なお、本発明における加熱装置は、上述したようなヒートポンプ式の加熱装置２に限定されるものではなく、いかなる方式のものでも良い。例えば、本発明における加熱装置は、太陽熱で加熱するソーラー加熱装置、燃料（例えばガス、灯油、重油、石炭など）の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置、電気ヒーターで加熱する電気ヒーター式加熱装置などでも良い。また、本発明では、複数種類の加熱装置を組み合わせて使用しても良い。
【００１７】
タンクユニット３は、貯湯タンク４を内蔵する。貯湯タンク４は、温度による水の密度の差により、上側が高温で下側が低温となる温度成層を内部に形成できる。これにより、貯湯タンク４内には、温度の異なる湯水を貯留できる。貯湯タンク４の上部には、温水導入口４２及び温水導出口４３が備えられている。貯湯タンク４の下部には、水導入口４４、水導出口４５、及びバイパス導入口４６が備えられている。貯湯タンク４の水導入口４４には、給水管４７が接続される。水道等の外部の水源から供給される水が給水管４７を通って貯湯タンク４に流入する。貯湯タンク４の温水導出口４３には、出湯管４８が接続される。貯湯タンク４に貯えられた湯が使用される場合には、貯湯タンク４内の湯が出湯管４８を通って導出される。
【００１８】
タンクユニット３は、入湯口３８及び出水口３９を備える。加熱装置２とタンクユニット３との間は、外部管４９，５０を介して接続される。外部管４９は、タンクユニット３の出水口３９と、加熱装置２の給水口２８との間を接続する。外部管５０は、加熱装置２の出湯口２７と、タンクユニット３の入湯口３８との間を接続する。
【００１９】
タンクユニット３は、送水ポンプ４０、流路切替弁４１、下部管５１、上部管５２、及びバイパス管５３を備える。下部管５１は、タンクユニット３の内部において、貯湯タンク４の水導出口４５と、出水口３９との間を接続する。下部管５１の途中に送水ポンプ４０が配置される。上部管５２は、タンクユニット３の内部において、入湯口３８と、貯湯タンク４の温水導入口４２との間を接続する。上部管５２の途中に流路切替弁４１が配置される。流路切替弁４１は、一つの入口と二つの出口とを有する三方弁である。バイパス管５３は、流路切替弁４１の二つの出口のうちの一つと、貯湯タンク４のバイパス導入口４６との間を接続する。
【００２０】
給湯システム１は、貯湯運転を実施できる。貯湯運転は、貯湯タンク４内の湯量及び蓄熱量を増加させる運転である。貯湯運転では、加熱装置２及び送水ポンプ４０を動作させる。貯湯運転では、貯湯タンク４の水導出口４５から導出された水が、下部管５１、送水ポンプ４０、出水口３９、外部管４９、給水口２８、及び内部管２６を経由して、水−冷媒熱交換器２４へ送られる。そして、水−冷媒熱交換器２４で加熱された湯が、内部管２９、出湯口２７、外部管５０、入湯口３８、流路切替弁４１、及び上部管５２を経由して、温水導入口４２から貯湯タンク４に流入する。加熱装置２の起動直後など、加熱装置２での加熱が不十分な温水がタンクユニット３の入湯口３８に流入する場合には、流路切替弁４１をバイパス管５３側に切り替える。これにより、加熱が不十分な温水が貯湯タンク４の上部に流入することを回避できる。
【００２１】
給湯システム１は、第一制御部１１及び第二制御部１２を備える。第一制御部１１は、加熱装置２の筐体の内部に配置されている。第一制御部１１は、加熱装置２側の機器を制御する。第二制御部１２は、タンクユニット３の筐体の内部に配置されている。第二制御部１２は、タンクユニット３側の機器を制御する。第一制御部１１と第二制御部１２とは、通信線１３を介して、双方向にデータ通信可能に接続される。第一制御部１１は、プロセッサ及びメモリを備える。第一制御部１１の機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、達成される。第二制御部１２は、プロセッサ及びメモリを備える。第二制御部１２の機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、達成される。本実施の形態では、第一制御部１１及び第二制御部１２が連携することで、給湯システム１全体を制御する。本発明では、このような構成に限らず、一つの制御部で給湯システム１全体を制御しても良い。
【００２２】
給湯システム１は、リモコン装置１５を備える。リモコン装置１５は、使用者が操作するスイッチ等の操作部と、給湯システム１の状態等の情報を表示する表示部とを備える。リモコン装置１５は、ユーザーインターフェース装置の例である。リモコン装置１５は、例えば、台所、浴室などに設置される。第二制御部１２とリモコン装置１５とは、通信線１４を介して、双方向にデータ通信可能に接続される。
【００２３】
図２は、図１に示す給湯システム１の加熱装置２と、タンクユニット３の一部とを拡大した図である。図２では、水−冷媒熱交換器２４と、水−冷媒熱交換器２４に接続される管とを模式的な断面図としている。図２に示すように、本実施の形態における水−冷媒熱交換器２４は、ねじり管３０、第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７を備える。ねじり管３０の内部は、水路を構成する。ねじり管３０は、円筒状の管をねじる機械加工をして当該管を塑性変形させることで形成された管である。ねじり管３０は、回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状（つるまき状）の溝である内螺旋溝を内周に有する水管の例である。ねじり管３０の一端（ねじり管３０の入口）は内部管２６に接続されている。ねじり管３０の他端（ねじり管３０の出口）は内部管２９に接続されている。
【００２４】
本実施の形態では、冷媒配管２２は、水−冷媒熱交換器２４において、並行する複数の冷媒管に分岐する。本実施の形態では、冷媒配管２２は、水−冷媒熱交換器２４において、第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７の３本に分岐する。本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４において、冷媒配管２２を、並行する複数の冷媒管に分岐させたことで、より高い効率で水を加熱できる。本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４における冷媒配管２２の分岐数が３本であるが、この分岐数は２本または４本以上でも良い。また、本発明では、冷媒配管２２が水−冷媒熱交換器２４において分岐せずに１本のままでも良い。
【００２５】
給湯システム１は、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部に配置された光ファイバーセンサー１８を備える。光ファイバーセンサー１８は、ねじり管３０の内螺旋溝に沿って、螺旋状（つるまき状）に配置される。本実施の形態では、ねじり管３０のほぼ全長に渡って光ファイバーセンサー１８が配置されている。光ファイバーセンサー１８の一端は、光ファイバー１９を介して、光学計測装置１６に接続されている。光学計測装置１６は、加熱装置２の筐体の内部に配置されている。光学計測装置１６は、第一制御部１１に対し、通信線１７を介して通信可能に接続される。
【００２６】
光ファイバーセンサー１８と光ファイバー１９とは、一体的に形成されていても良い。光ファイバーセンサー１８と光ファイバー１９とが一体の光ファイバーとして形成されている場合には、当該光ファイバーのうち、内螺旋溝に沿って螺旋状（つるまき状）に配置された部分が光ファイバーセンサー１８に相当し、それ以外の部分が光ファイバー１９に相当する。
【００２７】
内部管２９の管壁には、光ファイバー１９を貫通させる導入口３１が設けられている。光ファイバー１９は、導入口３１を通って、水−冷媒熱交換器２４の外部へ延びる。光学計測装置１６は、光源及び受光部を備える。光学計測装置１６の光源から発せられた光は、光ファイバー１９に入射し、光ファイバー１９及び光ファイバーセンサー１８により伝送される。
【００２８】
光ファイバーセンサー１８は、ファイバーブラッググレーティングを有する。ファイバーブラッググレーティングは、ファイバーコアに周期的な屈折率変化を形成したものである。紫外線の照射によりファイバーブラッググレーティングを形成できる。ファイバーブラッググレーティングは、グレーティング周期に対応した特定の波長の光のみを反射させる。光ファイバーセンサー１８のファイバーブラッググレーティングで反射した光は、光ファイバー１９を経由して光学計測装置１６の受光部へ入射する。光学計測装置１６は、受光部で受光した光の波長を計測する。
【００２９】
給湯システム１は、光学計測装置１６の受光部で検出された光ファイバーセンサー１８の反射光に基づいて、水−冷媒熱交換器２４の内部のスケールの堆積状態を検知するスケール検知部を備える。本実施の形態では、第一制御部１１にスケール検知部が備えられるものとするが、第二制御部１２にスケール検知部が備えられても良い。
【００３０】
図３は、図１に示す給湯システム１の水−冷媒熱交換器２４が備えるねじり管３０を示す図である。図３に示すように、本実施の形態におけるねじり管３０は、並行する複数の内螺旋溝を備える。本実施の形態におけるねじり管３０は、第一内螺旋溝３０ａ、第二内螺旋溝３０ｂ、及び第三内螺旋溝３０ｃの、３本の内螺旋溝を備える。本実施の形態におけるねじり管３０は、回転しながら水路の長手方向へ移行する螺旋状（つるまき状）の溝である外螺旋溝を外周に有する。本実施の形態におけるねじり管３０は、並行する複数の外螺旋溝を備える。本実施の形態におけるねじり管３０は、第一外螺旋溝３０ｄ、第二外螺旋溝３０ｅ、及び第三外螺旋溝３０ｆの、３本の外螺旋溝を備える。
【００３１】
図４は、図１に示す給湯システム１の水−冷媒熱交換器２４を、ねじり管３０の長手方向に沿った平面で切断した断面図（縦断面図）である。図５は、図１に示す給湯システム１の水−冷媒熱交換器２４を、ねじり管３０の長手方向に対して垂直な平面で切断した断面図（横断面図）である。
【００３２】
第一冷媒管３５は、ねじり管３０の第一外螺旋溝３０ｄに沿って、螺旋状（つるまき状）に配置される。第二冷媒管３６は、ねじり管３０の第二外螺旋溝３０ｅに沿って、螺旋状（つるまき状）に配置される。第三冷媒管３７は、ねじり管３０の第三外螺旋溝３０ｆに沿って、螺旋状（つるまき状）に配置される。第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７の横断面の形状は、互いに同じである。第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７の横断面の概略形状は、略楕円形である。第一外螺旋溝３０ｄ、第二外螺旋溝３０ｅ、及び第三外螺旋溝３０ｆの横断面の形状は、互いに同じである。第一外螺旋溝３０ｄ、第二外螺旋溝３０ｅ、及び第三外螺旋溝３０ｆの横断面の概略形状は、第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７の横断面の形状に沿うような半楕円形である。本実施の形態における水−冷媒熱交換器２４は、ねじり管３０の外螺旋溝に沿って冷媒管を螺旋状に配置したことで、伝熱面積を大きくでき、熱交換効率を向上できる。
【００３３】
図４及び図５に示すように、光ファイバーセンサー１８は、第一内螺旋溝３０ａに沿って配置されている。第二内螺旋溝３０ｂ及び第三内螺旋溝３０ｃには、光ファイバーセンサー１８が配置されていない。光ファイバーセンサー１８を、第一内螺旋溝３０ａに代えて、第二内螺旋溝３０ｂまたは第三内螺旋溝３０ｃに配置しても良い。光ファイバーセンサー１８を第二内螺旋溝３０ｂまたは第三内螺旋溝３０ｃに配置した場合でも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
図５に示すように、本実施の形態におけるねじり管３０の横断面の概略形状は、略三角形である。ねじり管３０では、内螺旋溝の数と外螺旋溝の数とは同数（本実施の形態では３本）になる。ねじり管３０の横断面の概略形状は、内螺旋溝の数（外螺旋溝の数）に対応した略多角形になる。例えば、内螺旋溝の数（外螺旋溝の数）が４本である場合には、ねじり管３０の横断面の概略形状は、略四角形になる。
【００３５】
加熱装置２が加熱動作を行うときには、水−冷媒熱交換器２４において、第一冷媒管３５、第二冷媒管３６、及び第三冷媒管３７を流れる高温の冷媒と、ねじり管３０の内部を流れる水との間で熱交換する。貯湯運転時には、水−冷媒熱交換器２４の出口の湯温は、例えば６０℃〜９０℃程度になる。貯湯運転時には、このような温度の湯が加熱装置２からタンクユニット３へ送られ、貯湯タンク４に流入する。
【００３６】
ねじり管３０の内部を流れる水が加熱されると、水中のカルシウム等の成分が析出することで、ねじり管３０の内面に付着するスケールが形成される。同時に、光ファイバーセンサー１８の表面にもスケールが付着する。
【００３７】
加熱装置２が加熱動作を行っているとき、光学計測装置１６は、光源から発せられた光を光ファイバー１９に入射させ、光ファイバーセンサー１８のファイバーブラッググレーティングからの反射光を受光部で検出し、反射光の波長を計測する。光ファイバーセンサー１８が熱膨張することでファイバーブラッググレーティングのグレーティング周期が変化すると、それに応じて反射光の波長がシフトする。このときの反射光の波長のシフト量を以下単に「波長シフト量」と称する。波長シフト量は、光ファイバーセンサー１８の熱膨張量に応じて変化する。よって、波長シフト量は、光ファイバーセンサー１８の温度に応じて変化する。
【００３８】
第一制御部１１は、加熱装置２が設置された直後の加熱動作（すなわち、加熱装置２が新品のときの加熱動作）において検出された波長シフト量を基準シフト量としてメモリに記憶する。
【００３９】
光ファイバーセンサー１８は、ねじり管３０の内壁（第一内螺旋溝３０ａの内壁）に接触している。加熱装置２が加熱動作を行っているとき、光ファイバーセンサー１８は、ねじり管３０の内壁（第一内螺旋溝３０ａの内壁）からの熱伝導により加熱される。光ファイバーセンサー１８は、ねじり管３０の内部を流れる水によって冷却される。加熱装置２が加熱動作を行っているときの光ファイバーセンサー１８の温度は、ねじり管３０の内壁（第一内螺旋溝３０ａの内壁）からの熱伝導による加熱量と、ねじり管３０の内部を流れる水による冷却量とのバランスに応じて変化する。
【００４０】
光ファイバーセンサー１８の表面のスケール堆積量が多くなると、堆積したスケールの線膨張係数が光ファイバーセンサー１８の線膨張係数より低いことから、光ファイバーセンサー１８及びスケールの全体としての線膨張係数が低下する。したがって、光ファイバーセンサー１８の表面のスケール堆積量が多くなるほど、加熱装置２が加熱動作を行っているときの光ファイバーセンサー１８の長手方向の変形量は小さくなる。そのため、光ファイバーセンサー１８の表面のスケール堆積量が多くなるほど、波長シフト量が小さくなる。すなわち、光ファイバーセンサー１８の表面のスケール堆積量が多くなるほど、波長シフト量と基準シフト量の差分が小さくなる。
【００４１】
光ファイバーセンサー１８の表面のスケール堆積量が多いほど、水−冷媒熱交換器２４（ねじり管３０）の内部のスケール堆積量も多いと判断できる。第一制御部１１は、波長シフト量と基準シフト量との差分に基づいて、水−冷媒熱交換器２４（ねじり管３０）の内部のスケール堆積状態を検知できる。
【００４２】
第一制御部１１は、波長シフト量と基準シフト量との差分を、堆積したスケールの厚さに換算する換算式を予め記憶している。第一制御部１１は、加熱装置２の加熱動作を行うたびに、光ファイバーセンサー１８を用いてスケール堆積状態を検知し、当該換算式を用いてスケール厚さを算出する。第一制御部１１は、その算出したスケール厚さを、年月日と共にメモリに記憶する。
【００４３】
一日当たりのスケール付着量は少ないので、一日で増えたスケールによる波長シフト量の変化量は、僅かである。本実施の形態では、加熱装置２が設置された直後（加熱装置２が新品のとき）の波長シフト量を基準シフト量として記憶し、その基準シフト量と、毎日の加熱動作において計測された波長シフト量との差分を用いてスケール堆積状態を検知することで、経年によるスケール堆積状態の変化を高精度に検知できる。
【００４４】
スケールが析出し易い高硬度の水質の地域では、半年間程度の運転で、スケールによる波長シフト量の変化が明確に判別できる程度に、スケールが付着する場合がある。
【００４５】
ねじり管３０の内面にスケールが堆積するほど、ねじり管３０の有効流路断面積が小さくなり、圧力損失が増加する。スケール厚さが例えば１ｍｍを超えると、圧力損失が増加することで、必要な送水ポンプ４０の回転速度が高くなる。
【００４６】
第一制御部１１は、検知されたスケール堆積状態の情報を第二制御部１２へ送信しても良い。第二制御部１２は、第一制御部１１から受信したスケール堆積状態の情報を、ユーザーの操作に応じて、リモコン装置１５の表示部に表示させても良い。スケール堆積状態の情報として、例えば、スケール厚さを０．１ｍｍ単位でリモコン装置１５の表示部に表示させても良い。スケール厚さが警告閾値（例えば１ｍｍ）を超えた場合には、第二制御部１２は、機器の配管洗浄などのメンテナンスをユーザーに促すための文字またはマークをリモコン装置１５の表示部に表示させても良い。メンテナンスが必要になるスケール厚さの閾値は、ねじり管３０の内径などの条件に応じて異なる。当該条件に基づいて、上記警告閾値が予め設定される。
【００４７】
一般に、光ファイバーセンサー１８は、細く、長手方向の機械的引っ張り応力によって、破損しやすい。本実施の形態では、光ファイバーセンサー１８を第一内螺旋溝３０ａに沿って配置したことで、光ファイバーセンサー１８に作用する長手方向の機械的引っ張り応力を確実に緩和できる。ねじり管３０を流れる水の流量が変化するとき、水の流速（主流の流速）が変化する。本実施の形態では、光ファイバーセンサー１８を第一内螺旋溝３０ａに沿って配置したことで、ねじり管３０内の水の流速（主流の流速）の変動による衝撃が光ファイバーセンサー１８に作用することを確実に抑制できる。これらのことから、本実施の形態によれば、光ファイバーセンサー１８の破損及び劣化を長期間に渡り確実に抑制できる。このため、光ファイバーセンサー１８の寿命を長くできるとともに、光ファイバーセンサー１８を用いたセンシング動作の検出精度及び信頼性を向上できる。
【００４８】
本実施の形態では、光ファイバーセンサー１８が第一内螺旋溝３０ａに挿入し、螺旋状（つるまき状）になって固定されることで、振動、熱応力、水流の大きな変化による衝撃力に対して、極めて高い耐力を有する。また、光ファイバーセンサー１８が第一内螺旋溝３０ａに収納されるので、ねじり管３０の中心領域を流れる水の主流に対して光ファイバーセンサー１８が妨げとなることを確実に抑制できる。このため、水の圧力損失が光ファイバーセンサー１８によって増加することを確実に抑制できる。
【００４９】
本実施の形態における光ファイバーセンサー１８は、反射光の波長が異なる複数のファイバーブラッググレーティングを有する。すなわち、光ファイバーセンサー１８は、グレーティング周期が異なる複数のファイバーブラッググレーティングを有する。複数のファイバーブラッググレーティングの各々は、光ファイバーセンサー１８の長手方向の、異なる位置にある。複数のファイバーブラッググレーティングの各々は、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の長手方向の、異なる位置に配置される。本実施の形態であれば、この光ファイバーセンサー１８を用いることで、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）により、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の長手方向の、複数の異なる位置でのスケール堆積状態を検知できる。例えば、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の入口または出口からどの程度の距離の場所において、スケールがより多く析出しているかを検知できる。
【００５０】
スケールの付着量は、表面の材質の影響を受ける。ねじり管３０は金属製である。光ファイバーセンサー１８の表面に金属層があっても良い。光ファイバーセンサー１８の表面に金属層を設けることで、光ファイバーセンサー１８の表面に対するスケール付着状態を、金属製のねじり管３０の内面に対するスケール付着状態に近い状態にできる。このため、ねじり管３０の内面のスケール堆積量をより高精度に検知できる。光ファイバーセンサー１８の表面に金属層を設ける場合には、その金属層は、ねじり管３０の内面と同じ材質（例えば銅）が望ましい。光ファイバーセンサー１８の表面に金属層を形成する方法としては、例えば、電解めっき、無電解めっき、真空蒸着、低融点金属浴中におけるディッピング処理（溶融めっき）などが挙げられる。
【００５１】
また、光ファイバーセンサー１８の表面に設けた金属層がねじり管３０の内壁と一体化するように構成しても良い。ねじり管３０の内螺旋溝に光ファイバーセンサー１８を配置した状態で、上述のような金属層形成方法を施すことで、光ファイバーセンサー１８の表面に設けた金属層をねじり管３０の内壁と一体化させることができる。このようにすることで、光ファイバーセンサー１８の信号のばらつき及びノイズをさらに抑制できる。
【００５２】
本実施の形態では、ねじり管３０が、並行する複数の内螺旋溝（第一内螺旋溝３０ａ、第二内螺旋溝３０ｂ、及び第三内螺旋溝３０ｃ）を備え、そのうちの一部の内螺旋溝（
第一内螺旋溝３０ａ）に光ファイバーセンサー１８を配置している。これにより、光ファイバーセンサー１８の螺旋ピッチを比較的大きくできるので、光ファイバーセンサー１８の曲率半径を緩和できる。本発明では、並行する複数の内螺旋溝に沿って、並行する複数の光ファイバーセンサー１８を配置しても良い。また、本発明では、内螺旋溝の数が一つでも良い。
【００５３】
ねじり管３０は、水が加熱される加熱部に相当する。本実施の形態では、当該加熱部の水路を構成する水管であるねじり管３０の内部に光ファイバーセンサー１８を配置している。このため、ねじり管３０の内部のスケール堆積状態を高精度に検知できる。
【００５４】
本実施の形態では、ファイバーブラッググレーティングを有する光ファイバーセンサーの反射光に基づいてスケールの堆積状態を検知している。本発明は、このような構成に限定されない。例えば、本発明では、特開２０１０−１４５０３７号公報に記載された光ファイバーセンサーと同様の構造を有する光ファイバーセンサーを用いて、当該光ファイバーセンサーの透過光に基づいてスケールの堆積状態を検知しても良い。
【００５５】
また、本発明は、光ファイバーセンサーを用いてスケールの堆積状態を検知する構成に限定されない。本発明は、光ファイバーセンサーを用いて温度を検知する構成にも適用可能である。また、本発明は、貯湯式給湯システム以外の給湯システムにも適用できる。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図６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名称を付し説明を簡略化または省略する。図６は、本発明の実施の形態２の給湯システム１の加熱装置２と、タンクユニット３の一部とを拡大した図である。図６では、水−冷媒熱交換器２４と、水−冷媒熱交換器２４に接続される管とを模式的な断面図としている。
【００５７】
図６に示すように、本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部には光ファイバーセンサー１８が配置されていない。ねじり管３０の出口側の端部には、ねじり管３２が接続されている。ねじり管３０とねじり管３２とは、溶接により接続される。ねじり管３０とねじり管３２とは、管継手を介して接続されても良い。
【００５８】
ねじり管３２の全長は、ねじり管３０の全長より短い。ねじり管３２は、１または複数の内螺旋溝を内周に有する。ねじり管３２の構造は、ねじり管３０の構造と同じでも良い。ねじり管３２の内螺旋溝に沿って、光ファイバーセンサー１８が配置されている。ねじり管３２の出口側の端部は、内部管２９に接続されている。光ファイバーセンサー１８の一端は、光ファイバー１９につながる。ねじり管３０とねじり管３２との継ぎ目には、光ファイバー１９を貫通させる導入口３３が設けられている。光ファイバー１９は、導入口３３を通って、水−冷媒熱交換器２４の外部へ延び、光学計測装置１６に接続される。
【００５９】
水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の出口では、湯が最も高温になるので、スケールの付着量が多くなりやすい。本実施の形態では、光ファイバーセンサー１８が内螺旋溝に配置された水管であるねじり管３２を、ねじり管３０（加熱部）の出口に接続する。これにより、光ファイバーセンサー１８を容易に設置できる。また、光ファイバーセンサー１８の全長が短くて済む。また、スケールの付着量が多くなりやすい位置に光ファイバーセンサー１８を配置できるので、スケール堆積状態を高精度に検知できる。
【００６０】
実施の形態３．
次に、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名称を付し説明を簡略化または省略する。図７は、本発明の実施の形態３の給湯システム１の加熱装置２と、タンクユニット３の一部とを拡大した図である。図７では、水−冷媒熱交換器２４と、水−冷媒熱交換器２４に接続される管とを模式的な断面図としている。
【００６１】
図７に示すように、本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部には光ファイバーセンサー１８が配置されていない。本実施の形態の給湯システム１は、ねじり管３４を備える。ねじり管３４の全長は、ねじり管３０の全長より短い。ねじり管３４は、１または複数の内螺旋溝を内周に有する。ねじり管３４の構造は、ねじり管３０の構造と同じでも良い。ねじり管３４の内螺旋溝に沿って、光ファイバーセンサー１８が配置されている。
【００６２】
水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０（加熱部）の入口につながる内部管２６（主管）から、第一分岐管５４及び第二分岐管５５が分岐している。第一分岐管５４は、ねじり管３４の一端に接続される。第二分岐管５５は、ねじり管３４の他端に接続される。内部管２６を流れる水の一部は、第一分岐管５４に流入し、ねじり管３４及び第二分岐管５５を経由して、内部管２６の流れに合流する。このように、ねじり管３４は、内部管２６（主管）の一部を迂回するバイパスを構成する。ねじり管３４は、水−冷媒熱交換器２４の外部に位置する。
【００６３】
光ファイバーセンサー１８の一端は、光ファイバー１９につながる。第一分岐管５４には、光ファイバー１９を貫通させる導入口５６が設けられている。光ファイバー１９は、導入口５６を通って、水路の外へ延び、光学計測装置１６に接続される。
【００６４】
ねじり管３４の外側には、ヒーター５７が設置されている。ヒーター電源５８がヒーター５７に通電することで、ヒーター５７がねじり管３４を加熱する。第一制御部１１は、ヒーター電源５８を制御する。加熱装置２が加熱動作を行うとき、ねじり管３４の温度が、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の最高温度に等しい温度までヒーター５７で加熱されるように、ヒーター電源５８が制御される。これにより、ねじり管３４の内部では、ねじり管３０の内部と同様の条件で、スケールが析出する。よって、ねじり管３４内の光ファイバーセンサー１８を用いてスケール堆積状態を検知することで、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部のスケール堆積状態を検知できる。
【００６５】
本実施の形態であれば、水−冷媒熱交換器２４の外部のねじり管３４に配置した光ファイバーセンサー１８を用いてスケール堆積状態を検知できる。このため、水−冷媒熱交換器２４の内部に光ファイバーセンサー１８を配置する場合に比べて、光ファイバーセンサー１８を容易に配置できる。例えば、既存の水−冷媒熱交換器２４の設計を変更せずに、光ファイバーセンサー１８を追加的に容易に配置できる。
【００６６】
ねじり管３４は、ねじり管３０と同径でも良いが、ねじり管３４の径をねじり管３０の径より小さくしても良い。ねじり管３４の径がねじり管３０の径より小さい場合、ねじり管３４の内部のスケール付着量（例えば、スケール厚さ）は、ねじり管３０の内部のスケール付着量（例えば、スケール厚さ）に比べて、少なくなる。この場合には、光ファイバーセンサー１８を用いて検知したスケール堆積状態を、ねじり管３４の径とねじり管３０の径との比率から定まる換算係数を用いて換算することで、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部のスケール堆積状態を検知できる。
【００６７】
本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０（加熱部）の入口につながる内部管２６（主管）の一部を迂回するバイパスを構成するように接続されたねじり管３４に光ファイバーセンサー１８を配置している。このような構成に代えて、次のような変形例が可能である。
【００６８】
この変形例（図示省略）では、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０（加熱部）の出口につながる内部管２９（主管）の一部を迂回するバイパスを構成するようにねじり管３４を接続し、当該ねじり管３４に光ファイバーセンサー１８を配置する。この変形例であれば、ねじり管３４の内部を高温の湯が流れるので、ヒーター５７による加熱量を小さくするか、またはヒーター５７を設置しないようにすることもできる。この変形例において、ヒーター５７を設置しない場合には、光ファイバーセンサー１８の温度が、光ファイバーセンサー１８を水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０に配置した構成に比べて、低くなる。このため、光ファイバーセンサー１８へのスケール付着量が、光ファイバーセンサー１８を水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０に配置した構成に比べて、少なくなる。このような場合には、光ファイバーセンサー１８を用いて検知したスケール堆積量を、予め求めた換算係数を用いて増大方向に換算することで、水−冷媒熱交換器２４のねじり管３０の内部のスケール堆積状態を検知できる。
【００６９】
本実施の形態では、水−冷媒熱交換器２４の外部に設けたねじり管３４に光ファイバーセンサー１８に配置したことで、光ファイバーセンサー１８が万一故障した場合には、光ファイバーセンサー１８を簡単に交換修理することができる。
【００７０】
以上説明した各実施の形態では、円筒管を機械的にねじる加工を施したねじり管の内螺旋溝に光ファイバーセンサーを配置している。当該ねじり管であれば、内螺旋溝を容易に形成できる。本発明は、当該ねじり管の内螺旋溝に光ファイバーセンサーを配置する構成に限定されない。例えば、本発明では、円筒管の内面に、例えば切削加工等の他の手段によって内螺旋溝を形成し、当該内螺旋溝に光ファイバーセンサーを配置しても良い。その場合でも、上述した実施の形態と類似の効果が得られる。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明では、上述した複数の実施の形態の特徴を任意に組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  給湯システム、２  加熱装置、３  タンクユニット、４  貯湯タンク、１１  第一制御部、１２  第二制御部、１３，１４  通信線、１５  リモコン装置、１６  光学計測装置、１７  通信線、１８  光ファイバーセンサー、１９  光ファイバー、２１  蒸発器、２２  冷媒配管、２３  圧縮機、２４  水−冷媒熱交換器、２５  膨張弁、２６  内部管、２７  出湯口、２８  給水口、２９  内部管、３０  ねじり管、３０ａ  第一内螺旋溝、３０ｂ  第二内螺旋溝、３０ｃ  第三内螺旋溝、３０ｄ  第一外螺旋溝、３０ｅ  第二外螺旋溝、３０ｆ  第三外螺旋溝、３１  導入口、３２  ねじり管、３３  導入口、３４  ねじり管、３５  第一冷媒管、３６  第二冷媒管、３７  第三冷媒管、３８  入湯口、３９  出水口、４０  送水ポンプ、４１  流路切替弁、４２  温水導入口、４３  温水導出口、４４  水導入口、４５  水導出口、４６  バイパス導入口、４７  給水管、４８  出湯管、４９，５０  外部管、５１  下部管、５２  上部管、５３  バイパス管、５４  第一分岐管、５５  第二分岐管、５６  導入口、５７  ヒーター、５８  ヒーター電源
【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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