JP2010203677A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ運転停止時のスケール堆積を抑制することが可能なヒートポンプ給湯機を得る。
【解決手段】圧縮機を有する冷凍サイクルと、冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、水冷媒熱交換器による熱交換により沸き上げられた水をタンクに貯湯する給湯水回路と、冷凍サイクルの圧縮機及び給湯水回路に設けたポンプを動作させ、タンクの水をポンプにより水冷媒熱交換器に送水し、水冷媒熱交換器における冷媒との熱交換により沸き上げてタンクに戻す沸き上げ運転を行う制御手段とを備え、制御手段は、沸き上げ運転停止時に、圧縮機を停止させてポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転を行う。スケール生成防止運転では、タンク上部の貯湯口の貯湯温度と水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度との温度差を判定し、温度差が所定値以下となると、ポンプの動作を停止させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機として、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器からなる冷凍サイクルと、タンク、ポンプ及び水冷媒熱交換器からなる給湯水回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このヒートポンプ給湯機のヒートポンプ運転では、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒が水冷媒熱交換器に流入する。水冷媒熱交換器には、タンク下部からポンプ等によって送水された水が流入しており、タンクからの水と圧縮機からの高温高圧の冷媒とが熱交換する。これにより、水が加熱されて温水となりタンク上部から内部へと流入し、貯湯される。一方、水冷媒熱交換器に流入した高温高圧の冷媒は水との熱交換により冷却され、低温高圧状態となって膨張弁に流入する。そして、冷媒は膨張弁で低圧状態に減圧され、蒸発器で大気熱を吸収して圧縮機に戻る。

この種のヒートポンプ給湯機では、次のような課題があった。水道水や地下水等の水は、通常、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分を含んでおり、地域によって硬度成分を多く含む地域もある。この硬度成分を多く含む水をヒートポンプ給湯機の水冷媒熱交換器で加熱すると、高温となる水冷媒熱交換器の水流路出口部近傍にスケール（例えば炭酸カルシウム）が析出し、水冷媒熱交換器の水配管内面に付着して堆積する。この場合、伝熱が阻害され、水冷媒熱交換器の性能が低下する。また、流路を塞ぐため圧力損失が増大し、ポンプ入力を増大させる。さらにスケール付着が進行すると、水流路を閉塞し、ヒートポンプ給湯機による運転が不可能になる。

このような不都合を解消するため、従来より、以下のようなヒートポンプ給湯機が提案されていた。例えば、同一平面上において長円形状となるように渦巻き状に形成された水通路となる芯管と、芯管の外周に螺旋状に巻き付けられた冷媒通路となる巻管とを備えたヒートポンプ給湯機において、芯管のうち、スケール成分が析出する温度以上となる部分（芯管の水入口側）の巻管の巻ピッチを大きくしたものがある（例えば、特許文献２参照）。この構造とすることで、巻管から芯管に伝わる伝熱量を小さくして芯管の管壁温度を低下させ、スケール成分の析出を抑えることを可能としていた。また、水冷媒熱交換器の水出口側に接続する接続配管を、水冷媒熱交換器の水管より内径が大きく、水の流れ方向に従って拡大するようにすることで、スケールによる閉塞寿命を延ばす方法もあった（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６０−２２１６６１号公報（第２頁、第２図） 特許第３６４９１８１号公報（第６−８頁、第１図、第４図） 特許第３９６６２６０号公報（第４−５頁、第１図）

ところで、ヒートポンプ給湯機の運転中は、水冷媒熱交換器に水が流通しているため、水冷媒熱交換器の水出口部近傍にスケールが析出しても、水冷媒熱交換器に堆積する量は多くはない。それよりも、ヒートポンプの運転停止後に水が停止した場合に、析出したスケールが接続配管内面に付着しやすくなり、堆積が促進される。また、水冷媒熱交換器の水出口から流出した高温水をタンクへと導く高温配管では、スケール自体の発生はないものの、水冷媒熱交換器で析出したスケールが堆積しやすい。したがって、ヒートポンプの運転停止後のスケール堆積の促進防止に配慮する必要があるが、従来のヒートポンプ給湯機では、この点に配慮した技術はなかった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、ヒートポンプ運転停止時のスケール堆積を抑制することが可能なヒートポンプ給湯機を得ることを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機を有する冷凍サイクルと、冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、水冷媒熱交換器による熱交換により沸き上げられた水をタンクに貯湯する給湯水回路と、水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度を計測する入水温度検出手段と、タンク上部の貯湯口の貯湯温度を計測する貯湯温度検出手段と、冷凍サイクルの圧縮機及び給湯水回路に設けたポンプを動作させ、タンクの水をポンプにより水冷媒熱交換器に送水し、水冷媒熱交換器における冷媒との熱交換により沸き上げてタンクに戻す沸き上げ運転を行う制御手段とを備え、制御手段は、沸き上げ運転停止時に、圧縮機を停止させてポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転を行い、スケール生成防止運転では、貯湯温度と入水温度との温度差を判定し、温度差が所定値以下となると、ポンプの動作を停止するものである。

本発明のヒートポンプ給湯機によれば、圧縮機停止後もポンプ動作を継続することで、水冷媒熱交換器で沸き上げた高温水がタンクに流入する際の貯湯温度、引いては水冷媒熱交換器の水出口の温度を、水冷媒熱交換器の水入口の温度と同等まで低下させることができる。したがって、水冷媒熱交換器の水入口と水出口との温度差に伴う炭酸カルシウムの溶解度差を小さくすることができ、ヒートポンプ停止時のスケール堆積を防止することが可能となる。また、水冷媒熱交換器出口とタンク上部とを接続する高温配管のスケール堆積を防止することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機のシステム回路図である。 温度と炭酸カルシウム（スケールの主成分）の水への溶解度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るスケール生成防止運転のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機のシステム回路図である。 本発明の実施の形態２に係るスケール生成防止運転のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る流路切替弁とタンク流入口の構造を示す回路図（その１）である。 本発明の実施の形態２に係る流路切替弁とタンク流入口の構造を示す回路図（その２）である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ給湯機のシステム回路図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図１に示す。図１は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略図である。
ヒートポンプ給湯機は、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内には、圧縮機３、水冷媒熱交換器４、膨張弁５及び蒸発器６を順次環状に接続し、冷媒が循環する冷凍サイクル１００と、蒸発器６に外気を送風するファン７とが搭載されている。一方、タンクユニット２内には、負荷側媒体である水を水冷媒熱交換器４に送水するポンプ８と、ポンプ８により送水されて水冷媒熱交換器４で加熱された水を貯留するタンク９とが搭載されている。そして、水冷媒熱交換器４と、タンク９と、ポンプ８とを、接続配管１０ａ〜１０ｆで接続することによって給湯水回路２００が構成されている。なお、ポンプ８は、必ずしもタンクユニット２に設置する必要はなく、ヒートポンプユニット１側に搭載してもよい。

なお、図１のヒートポンプ給湯機の概略図には、給湯水回路２００のタンク９に貯留した一定温度のお湯を、例えば風呂などに供給する給湯装置は省略してある。また、給湯水回路２００から水を供給する回路なども省略してある。また、圧縮機３から吐出する冷媒の圧力や温度を変化させられるように、圧縮機駆動装置（図示せず）をインバータ制御のＤＣブラシレスモータを使用して回転数を可変としたものとするが、複数台の圧縮機３を組合せて、この組合せを切替えて全体の能力を可変としても良い。また、圧縮機３の吸入側に冷媒音を低減させるサクションマフラーのような容器を設けたり、圧縮機３の吐出側に流出した潤滑油を回収する装置を設けるなど図１の構成に他の目的の構造を付加することは構わない。即ち図１は基本的な回路だけを説明している。このヒートポンプ給湯機の冷媒としては、高温出湯ができる冷媒、例えば、二酸化炭素、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレンなどの冷媒が適しているが、特にこれらに限定されるものではない。

ヒートポンプユニット１内には、給湯水回路２００において、入水温度センサ１１ａが水冷媒熱交換器４の水入口側、出湯温度センサ１１ｂが水冷媒熱交換器４の水出口側に設けられており、それぞれ設置場所の水温度を計測する。また、ヒートポンプユニット１の外郭またはその近傍に設けた外気温度センサ１１ｃは、ヒートポンプユニット１周囲の外気温度を計測する。冷凍サイクル１００において吐出温度センサ１１ｄが圧縮機３出口側、吸入温度センサ１１ｅが圧縮機３入口側、蒸発温度センサ１１ｆが蒸発器６入口から中間部に設けられており、それぞれ配置場所の冷媒温度を計測する。また、タンクユニット２内には、タンク９の貯湯口９ａに流入する高温水の温度を計測するタンク貯湯温度センサ１１ｇが設けられている。

また、ヒートポンプユニット１内には、制御手段としての計測制御装置１２が設けられている。計測制御装置１２は、各温度センサ１１ａ〜１１ｇなどによる計測情報や、ヒートポンプ給湯機使用者からリモコン装置などにより指示される運転指令情報の内容に基づいて、圧縮機３の運転方法、膨張弁５の開度、ポンプ８の運転方法、後述の沸き上げ運転やスケール発生防止運転などを制御する機能を有している。

次に、このヒートポンプ給湯機での運転動作について説明する。ここでは、沸き上げ運転について説明する。沸き上げ運転とは、冷凍サイクル１００と給湯水回路２００とを動作させ、タンク９底部の取水口９ｂからポンプ８で低温水を流出させて水冷媒熱交換器４に送水し、水冷媒熱交換器４で冷媒と熱交換することにより沸き上げてタンク９上部の貯湯口９ａからタンク９内に戻す動作である。

ヒートポンプユニット１の冷凍サイクル１００において、圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は水冷媒熱交換器４で給湯水回路２００側へ放熱（水を加熱）しながら温度低下する。このとき高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。つまり、冷媒から放熱された熱を負荷側媒体（ここでは、給湯水回路２００を流れる水）に与えることで給湯加熱（沸き上げ）を行う。給湯加熱をして水冷媒熱交換器４から流出した高圧低温の冷媒は、膨張弁５を通過する。

膨張弁５を通過した冷媒は、ここで低圧気液二相の状態に減圧される。膨張弁５を通過した冷媒は蒸発器６に流入し、そこで外気空気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器６を出た低圧冷媒は圧縮機３に吸入されて循環し冷凍サイクル１００を形成する。

また、給湯水回路２００側では、タンク９内の水が、ポンプ８によりタンク９の底部の取水口９ｂから導かれ、接続配管１０ｄ〜１０ｆを通過して水冷媒熱交換器４内に搬送される。そして、ここで冷媒と熱交換して加熱（沸き上げ）され、接続配管１０ａ〜１０ｃを通過してタンク９上部の貯湯口９ａからタンク９内に流入する。これにより、タンク９内には上部が高温水で下部が低温水の状態となる。

次に、このヒートポンプ給湯機での運転制御動作について説明する。
まず、回転数等で制御される圧縮機３の運転容量及びポンプ８の回転数は、外気温度センサ１１ｃで計測検知される周囲の外気温度や入水温度センサ１１ａで計測検知される給水温度の情報等に基づいて調整される。つまり、それらの情報に基づいて、加熱能力及び出湯温度センサ１１ｂで計測検知される水冷媒熱交換器４の水出口における水の温度（出湯温度）が、予め定められた目標値となるように調整制御されるのである。その目標出湯温度は、使用者からリモコンにて指示される運転指令情報から設定されるか、あるいはリモコン内もしくは計測制御装置１２に設けられたマイコンにて過去の給湯使用量から算出される蓄熱エネルギーを確保できるように設定される。また、目標出湯温度は、あらかじめ範囲が決められており、例えば６５℃から９０℃の範囲に設定されている。

そして、目標出湯温度範囲の最大値で所定の加熱能力を確保できれば、目標出湯温度の範囲内で所定の加熱能力を確保できる。したがって、水冷媒熱交換器４の加熱能力である圧縮機３の回転数は、上述したように例えば外気温度と給水温度とに基づき調整することで、どのような目標出湯温度においても所定の加熱能力を確保することができる。言いかえれば圧縮機３の出力は、どのような外部条件に対しても給湯器として要求されるお湯の温度を何時でも確保できる加熱能力を準備しており、この結果、常に所望の温度のお湯が給湯装置として得ることができる。また、圧縮機３の回転数は、圧縮機耐久性の観点から上限回転数及び下限回転数が設けられている。

膨張弁５の開度は、吐出温度を所定値（目標吐出温度）になるように制御される。目標吐出温度は、目標出湯温度を確保できる温度とするため、目標出湯温度より高い温度、すなわち目標出湯温度＋α［℃］に設定されている。値αは、例えば外気温度や目標出湯温度の関数とする。このように目標出湯温度に応じた目標吐出温度とすることで、要求された出湯温度を確保することができる。また、圧縮機耐久性や冷凍機油劣化などの観点から、通常、吐出温度には上限温度が設けられている。

ポンプ８の回転数は、出湯温度が目標出湯温度となるように制御される。膨張弁５で吐出温度が目標出湯温度＋α［℃］に制御されるため、即ち冷凍サイクル１００側の加熱能力が一定に維持されているため、確実に出湯温度を確保することができる。

次に、本実施の形態１のヒートポンプ給湯機の特徴部分であるスケール生成防止運転について説明する。ここではまず、スケール生成防止運転の詳細説明に先立ち、スケールの生成について説明する。

図２は、温度と、炭酸カルシウム（スケールの主成分）の水への溶解度との関係を示す図である。
図２に示すように、炭酸カルシウムの水への溶解度は、水温が高くなると小さくなる性質を持っている。このため、水温が例えば温度Ｔ１から温度Ｔ２へ上昇して飽和溶解度が低下すると、その溶解度差分の炭酸カルシウムが析出する。よって、沸き上げ動作時に、水冷媒熱交換器４の水入口の温度と水出口の温度との温度差が大きい場合に増加する。しかしながら、ヒートポンプ給湯機の運転中は、上記従来技術でも説明したように、水冷媒熱交換器４に水が流通しているため溶解度差によりスケール析出しても、その多くは水冷媒熱交換器４から排出され、水冷媒熱交換器４に付着して堆積する量は多くはない。しかしながら、ヒートポンプ給湯機の運転後、水の流通が停止すると、析出したスケールが接続配管内面に付着しやすくなり、堆積が促進される。

そこで、本例のスケール生成防止運転では、沸上げ運転の停止後も、ポンプ８の駆動を継続し、水冷媒熱交換器４の水入口の温度と水出口の温度との温度差を低減することによってスケールの発生を防止するとともに、水の流れを継続することでスケールの接続配管内面への堆積を防止するものである。このスケール生成防止運転は、上記の沸上げ運転によって必要蓄熱量を確保した後に行われる動作で、沸上げ運転停止後に行う後処理的な動作である。

図３は、実施の形態１のスケール生成防止運転を示すフローチャートである。
計測制御装置１２は、沸き上げを停止と判断した場合、まず、圧縮機３の動作を停止する。そして、スケール生成防止運転を開始する。すなわち、まず、ポンプ回転数をβ（沸上げ運転時の回転数より大が望ましい）［ｒｐｍ］で動作させる（ＳＴ１）。ここで、このスケール生成防止運転では、圧縮機３の動作は停止されているため、水冷媒熱交換器４の水出口側の接続配管１０ａ〜１０ｃ内の高温水は、タンク９底部の取水口からポンプ８で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。すなわち、ポンプ動作を継続して給湯水回路２００内で水を循環させることによって、水冷媒熱交換器４の出口から接続配管１０ａ〜１０ｃの温度を徐々に低下させることができる。このように、接続配管１０ａ〜１０ｃ内に存在する高温水をなくすことで、スケール発生を抑制する効果がある。

そして、計測制御装置１２は、タンク貯湯温度センサ１１ｇと入水温度センサ１１ａのそれぞれの温度を検知し、タンク貯湯温度と入水温度との温度差を判定する（ＳＴ２）。この温度差判定ステップＳＴ２で温度差が所定値γ［℃］を超えていると判断した場合、すなわち、水冷媒熱交換器４の水出口側の出湯温度が十分に低下していない場合には、ポンプ８の運転を継続する。なお、所定値γは、理想的には０［℃］であるが、２０［℃］以下が望ましい。

そして、温度差が所定値γ以下まで下がったと判定すると、タイマー動作を開始する（ＳＴ３）。そして、タイマー動作開始から所定時間経過すると（ＳＴ４）、ポンプ８を停止し（ＳＴ５）、スケール生成防止運転を終了する。

このタイマー動作は、ヒートポンプ給湯機毎の温度センサ（タンク貯湯温度センサ１１ｇと入水温度センサ１１ａ）の計測値のバラツキの影響に配慮したものである。すなわち、温度差が、所定値γ以下であると判定された場合でも、温度センサの計測値のバラツキにより、実際には十分な温度差縮小が得られなかった場合を考慮し、所定時間、更にポンプ動作を継続することで、確実性を図っている。

温度差判定ステップＳＴ２は、水冷媒熱交換器４の水出口側の温度低下をしっかり管理することで、スケール発生を確実に抑制することができる効果がある。また、ステップＳＴ３及びＳＴ４は、水冷媒熱交換器４の熱容量によるポンプ停止後の温度上昇を考慮し、確実に水冷媒熱交換器４を冷却する効果がある。

なお、ステップＳＴ２の温度差判定の所定値を、沸き上げ運転時の水冷媒熱交換器４の目標出湯温度に応じて可変とし、目標出湯温度が高くなるにつれて所定値を小さくするようにしてもよい。この場合、水冷媒熱交換器４の熱容量を考慮し、確実に水冷媒熱交換器４を冷却する効果がある。また、同様に、ステップＳＴ４の所定時間を可変とし、目標出湯温度が高くなるにつれて長くなるようにしてもよい。この場合、確実に水冷媒熱交換器４を冷却し、接続配管１０ａ〜１０ｃ内に存在する高温水をなくすことができる。

また、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２の設置場所に応じて、両者を接続する接続配管１０ｂ，１０ｅの配管長が変わってくるが、配管長が長い場合、その配管内に存在する高温の負荷側媒体の量も多くなる。よって、水冷媒熱交換器４の水入口とタンク９に流入する高温水との温度差を無くすのに要する時間が長くなる。したがって、配管長が長くなるにつれ、ステップＳＴ４のタイマーの所定時間を長く設定する。これにより、確実に接続配管内に存在する高温水をなくすことができ、スケール発生防止を図ることができる。

このように、実施の形態１によれば、圧縮機停止後もポンプ動作を継続することで、水冷媒熱交換器４の水出口温度を水入口温度と同等まで低下させることができる。したがって、炭酸カルシウムの溶解度差を小さくすることができ、ヒートポンプ停止時のスケール堆積を防止することが可能となる。その結果、スケールの堆積による運転停止といった事態を回避でき、長期間安定的に使用可能なヒートポンプ給湯機を得ることができる。

また、スケール生成防止運転では、ポンプ８で搬送されてきた低温水を水冷媒熱交換器４の水出口側の接続配管１０ａ〜１０ｃ内に混入させることによって接続配管１０ａ〜１０ｃ内の高温水の温度を低下させている。このため、接続配管１０ａ〜１０ｃのうち、まず接続配管１０ａ内から温度低下が始まり、接続配管１０ｂ、１０ｃの順に温度が低下していく。このように接続配管１０ａ〜１０ｃ内の温度低下に、場所によって時間差がある点を鑑み、本例では図３の温度差判定ステップＳＴ２の判断を行うに際し、冷却開始側の出湯温度センサ１１ｂではなく、冷却終了側のタンク貯湯温度センサ１１ｇの計測温度を用いている。このため、接続配管１０ａ〜１０ｃ内の温度変化に見合った正確な判断が可能となっている。

また、ポンプ８の回転数を沸き上げ運転時よりも上げることで、水冷媒熱交換器４の出口温度を短時間で低下させることが可能である。

なお、上記実施の形態１では、ステップＳＴ２で温度差が小さくなったことを判定した後も、ステップＳＴ３及びＳＴ４でポンプ動作を所定時間継続するようにしているが、ステップＳＴ３及びＳＴ４の処理は省略しても構わない。

実施の形態２．
実施の形態１では、タンク９の下部側に溜められた低温水をポンプ８で水冷媒熱交換器４に導き、水冷媒熱交換器４の水出口側の接続配管１０ａ〜１０ｃ内の水の温度を低下させ、タンク９の上部側に流入させている。このため、タンク９の上部側に溜められた高温水の温度が、タンク９上部から流入される水によって低下してしまう。そこで、実施の形態２では、タンク９の上部の高温水の温度低下を最小限に防止するようにしたものである。

図４は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略図である。図４において、図１と同一部分には同一符号を付す。
実施の形態２は、水冷媒熱交換器４の水出口から流出した水を、タンク９を介さず、ポンプ８の入口側にバイパスさせるバイパス配管２０を設けるとともに、分岐部に流路切替弁２１を配置したものである。なお、接続配管１０ｃのうち、接続配管１０ｂと流路切替弁２１との間の接続配管を１０ｃａ、流路切替弁２１と貯湯口９ａとの間の接続配管を１０ｃｂとする。流路切替弁２１は、バイパス配管２０の入口側に設けられ、給湯水回路２００内の水の流れを、タンク９側（図４のＡ側）とバイパス配管側（図４のＢ側）に切り替えるものである。実施の形態２において、その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同様である。また、ヒートポンプ給湯機の運転動作、運転制御動作も実施の形態１と同様である。

図５は、実施の形態２のスケール生成防止運転を示すフローチャートである。図５において、図３に示した実施の形態１のスケール生成防止動作と同一処理部分には同一ステップ番号を付している。
計測制御装置１２は、沸き上げを停止と判断した場合、まず、圧縮機３の動作を停止する。そして、スケール生成防止運転を開始する。すなわち、実施の形態２のスケール生成防止運転では、まず流路切替弁２１をＢ側、すなわちバイパス配管２０側へ切替える（ＳＴ１ａ）。そして、ポンプ８を、実施の形態１と同様にβ［ｒｐｍ］の回転数で動作させる（ＳＴ１）。これにより、水冷媒熱交換器４の水出口側の高温水は、タンク９底部の取水口９ｂからポンプ８で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。そして、流路切替弁２１を介してバイパス配管２０側へ流入する。

これ以降、ステップＳＴ４までの動作は、図２に示した実施の形態１と同様である。ステップＳＴ４の後、流路切替弁２１をＡ側、すなわちタンク９側へ切り替えたのち（ＳＴ６）、タイマー動作を開始する（ＳＴ７）。そして、タイマー動作開始から所定時間経過すると（ＳＴ８）、ポンプ８を停止し（ＳＴ５）、スケール生成防止運転を終了する。なお、ステップＳＴ８の所定時間（第２の所定時間）は、ステップＳＴ４の所定時間（第１の所定時間）と同じでもよいし、異なっていてもよい。また、ステップＳＴ８の所定時間は、ステップＳＴ４の所定時間と同様、目標出湯温度が高くなるにつれて長くなるようにしてもよいし、また、接続配管１０ｃｂの配管長が長くなるにつれて長くなるようにしてもよい。この場合、接続配管１０ｃｂ内に存在するスケールの排除効果を高めることができる。

このように、水冷媒熱交換器４の水出口側の水を、タンク９内に流入させず、流路切替弁２１を介してバイパス配管２０側に流入させることで、タンク９の上部の高温水の温度低下を防止できる。また、バイパス配管２０に流入した水は、実施の形態１と同様に水冷媒熱交換器４に流入し、水冷媒熱交換器４、流路切替弁２１及びポンプ８を循環することにより、温度が徐々に低下する。以上の動作により、高温配管（接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃａ）内の高温水の温度を低下させることができる。

さらに、流路切替弁２１をＡ側へ切り替え、高温配管（接続配管１０ｃｂ）内に貯留している高温水をタンク９へ流入させることで、接続配管１０ｃｂ内に存在するスケールをタンク９へ流入させることができ、接続配管１０ｃｂ内のスケールを排除することができる。

また、図６に示すように、流路切替弁２１をタンク貯湯口９ａより上部に配置し、流路切替弁２１とタンク貯湯口９ａとを接続する接続配管１０ｃｂをタンク貯湯口９ａの上方に略鉛直、又は図７に示すように傾斜をつけて配置する。これにより、接続配管１０ｃｂ内のスケールを重力によりタンク９内に流入させることができる。その場合、ステップＳＴ６〜ＳＴ８を省略することができる。

このように、実施の形態２は、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、バイパス配管２０を設け、圧縮機停止後の接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃａ内の水をタンク９の貯湯口９ａから流入しないようにしたので、タンク９内の温度低下を防止でき、タンク９内の温度を維持することができる。

また、スケール生成防止運転において流路切替弁２１を適宜切り替え、流路切替弁２１を境として水冷媒熱交換器４側の高温配管（接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃａ）と、タンク９側の高温配管（接続配管１０ｃｂ）との両方に対してスケール生成防止及びスケール堆積防止を図るようにしたので、高いスケール堆積防止効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、スケール生成防止運転に際し、タンク９内に水を流入させないようにしたことで、タンク９内の温度低下を防止し、タンク９内の温度を維持するようにしていた。本実施の形態３では、実施の形態２と同様にタンク９内の温度維持を図ることに加え、実施の形態２に比べて、スケール生成防止運転時の給湯水回路２００内の水の温度低下効率を向上しようとするものである。

図８は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略図である。図８において、図１と同一部分には同一符号を付す。
実施の形態３は、水冷媒熱交換器４の水出口から流出した水を、タンク９の中央部より下方に設けたバイパス戻し口９ｃからタンク９内に戻すためのバイパス配管３０を設けるとともに、分岐部に流路切替弁３１を配置したものである。流路切替弁３１は、バイパス配管３０の入口側に設けられ、給湯水回路２００内の水の流れを、タンク側（図６のＡ側）とバイパス配管側（図６のＢ側）に切り替えるものである。実施の形態３において、その他の構成は、図１と同様である。また、ヒートポンプ給湯機の運転動作、運転制御動作も実施の形態１と同様である。

実施の形態３のスケール生成防止運転のフローチャートは、図５に示した実施の形態２のスケール生成防止運転と同様である。
実施の形態３のスケール生成防止運転は、実施の形態２と同様に、圧縮機３の動作を停止後、流路切替弁３１をＢ側、すなわちバイパス配管３０側へ切替える（ＳＴ１ａ）。そして、ポンプ８を、実施の形態１と同様にβ［ｒｐｍ］の回転数で動作させる（ＳＴ２）。これにより、水冷媒熱交換器４の水出口側の高温水は、タンク９底部の取水口９ｂからポンプ８で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。そして、流路切替弁３１及びバイパス配管３０を介してタンク９のバイパス戻し口９ｃからタンク９内部に流入する。ここで、タンク９の下部側の温度は、上部側に比べて元々低温であるため、実施の形態１のように、タンク９の上部に流入させる場合に比べ、タンク９内の温度低下を防止することができる。そして、ポンプ８によってタンク９下部の低温水が、水冷媒熱交換器４へと搬送され、その低温水が、水冷媒熱交換器４の出口と流路切替弁３１間の接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃａ内に流入し、接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃａ内の高温水の温度を低下させる。そして、この温度低下した水が、タンク下部のバイパス戻し口９ｃからタンク９内に戻される。

さらに、流路切替弁３１をＡ側へ切り替え、高温配管（接続配管１０ｃｂ）内に貯留している高温水をタンク９へ流入させることで、接続配管１０ｃｂ内に存在するスケールをタンク９へ流入させることができ、接続配管１０ｃｂ内のスケールを排除することができる。

また、実施の形態３も実施の形態２と同様に、流路切替弁３１を図６に示すようにタンク貯湯口９ａより上部に配置し、流路切替弁３１とタンク貯湯口９ａとを接続する配管１０ｃｂをタンク貯湯口９ａの上方に略鉛直、又は図７に示すように傾斜をつけて配置する。これにより、配管１０ｃ内のスケールを重力によりタンク９内に流入させることができる。その場合、ステップＳＴ６〜ＳＴ８を省略することができる。

このように、実施の形態３は、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、水冷媒熱交換器４の出口側の水を、タンク９の上部の貯湯口９ａに代えてタンク下部のバイパス戻し口９ｃに戻すようにしたため、実施の形態２と同様に、タンク９内の温度低下を防止できる。

また、上記実施の形態２では水冷媒熱交換器４と流路切替弁３１との間の高温水を、水冷媒熱交換器４、流路切替弁３１及びポンプ８を通過する循環回路内で循環させることで温度低下を図っていた。これに対し、実施の形態３では、タンク９内の下部に貯留されている低温水を循環回路内に取り込んで温度低下を図るため、実施の形態２に比べて更に効率良く温度低下を実現できる。よって、更に高いスケール発生防止効果を得ることができる。また、実施の形態２と同様に、スケール生成防止運転において流路切替弁２１を適宜切り替えるようにしたため、高温配管（接続配管１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）全体における高いスケール堆積防止効果を得ることができる。

１ ヒートポンプユニット、２ タンクユニット、３ 圧縮機、４ 水冷媒熱交換器、５ 膨張弁、６ 蒸発器、７ ファン、８ ポンプ、９ タンク、９ａ 貯湯口、９ｂ 取水口、９ｃ バイパス戻し口、１０ａ〜１０ｆ 接続配管、１０ｃａ 接続配管、１０ｃｂ 接続配管、１１ａ 入水温度センサ、１１ｂ 出湯温度センサ、１１ｃ 外気温度センサ、１１ｄ 吐出温度センサ、１１ｅ 吸入温度センサ、１１ｆ 蒸発温度センサ、１１ｇ タンク貯湯温度センサ、１２ 計測制御装置、２０ バイパス配管、２１ 流路切替弁、３０ バイパス配管、３１ 流路切替弁、１００ 冷凍サイクル、２００ 給湯水回路。

Claims (12)

1. 圧縮機を有する冷凍サイクルと、
   該冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
   前記水冷媒熱交換器による熱交換により沸き上げられた水をタンクに貯湯する給湯水回路と、
   前記水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度を計測する入水温度検出手段と、
   前記タンク上部の貯湯口の貯湯温度を計測する貯湯温度検出手段と、
   前記冷凍サイクルの前記圧縮機及び前記給湯水回路に設けたポンプを動作させ、前記タンクの水を前記ポンプにより前記水冷媒熱交換器に送水し、前記水冷媒熱交換器における前記冷媒との熱交換により沸き上げて前記タンクに戻す沸き上げ運転を行う制御手段とを備え、
   該制御手段は、前記沸き上げ運転停止時に、前記圧縮機を停止させて前記ポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転を行い、該スケール生成防止運転では、前記貯湯温度と前記入水温度との温度差を判定し、該温度差が所定値以下となると、前記ポンプの動作を停止することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記制御手段は、前記貯湯温度と前記入水温度との温度差が前記所定値以下となり、更に、その後、所定時間経過後に、前記ポンプの動作を停止することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 圧縮機を有する冷凍サイクルと、
   該冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
   タンクの底部の取水口からポンプで低温水を流出させて前記水冷媒熱交換器に送水し、該水冷媒熱交換器により前記低温水を沸き上げて前記タンク上部の貯湯口に戻す給湯水回路と、
   前記水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度を計測する入水温度検出手段と、
   前記タンク上部の貯湯口の貯湯温度を計測する貯湯温度検出手段と、
   前記冷凍サイクルの前記圧縮機及び前記給湯水回路に設けた前記ポンプを動作させ、前記タンクの水を前記ポンプにより前記水冷媒熱交換器に送水し、前記水冷媒熱交換器における前記冷媒との熱交換により沸き上げて前記タンクに戻す沸き上げ運転を行う制御手段とを備え、
   前記給湯水回路は、前記水冷媒熱交換器の水出口から流出した水を前記ポンプの入口側にバイパスさせるバイパス配管と、前記水冷媒熱交換器の水出口後の流路を、前記タンク側又は前記バイパス配管側に切り替える流路切替弁とを更に備え、
   前記制御手段は、前記沸き上げ運転停止時に、前記圧縮機を停止させて前記ポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転を行い、該スケール生成防止運転では、前記流路切替弁を前記タンク側から前記バイパス配管側に切り替え、切り替えた後の前記貯湯温度と前記入水温度との温度差を判定し、該温度差が所定値以下となると、前記流路切替弁を前記バイパス配管側から前記タンク側に切り替えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
4. 圧縮機を有する冷凍サイクルと、
   該冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
   タンクの底部の取水口からポンプで低温水を流出させて前記水冷媒熱交換器に送水し、該水冷媒熱交換器により前記低温水を沸き上げて前記タンク上部の貯湯口に戻す給湯水回路と、
   前記水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度を計測する入水温度検出手段と、
   前記タンク上部の貯湯口の貯湯温度を計測する貯湯温度検出手段と、
   前記冷凍サイクルの前記圧縮機及び前記給湯水回路に設けたポンプを動作させ、前記タンクの水を前記ポンプにより前記水冷媒熱交換器に送水し、前記水冷媒熱交換器における前記冷媒との熱交換により沸き上げて前記タンクに戻す沸き上げ運転を行う制御手段とを備え、
   前記給湯水回路は、前記水冷媒熱交換器の水出口から流出した水を、前記タンクの中央部より下方に設けられたバイパス戻し口から前記タンク内に戻すためのバイパス配管と、前記水冷媒熱交換器の水出口後の流路を、前記タンクの貯湯口側又は前記バイパス戻し口側に切り替える流路切替弁とを更に備え、
   前記制御手段は、前記沸き上げ運転停止時に、前記圧縮機を停止させて前記ポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転を行い、該スケール生成防止運転では、前記流路切替弁を前記タンク側から前記バイパス配管側に切り替え、切り替えた後の前記貯湯温度と前記入水温度との温度差を判定し、該温度差が所定値以下となると、前記流路切替弁を前記バイパス配管側から前記タンク側に切り替えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
5. 前記流路切替弁を、前記タンクの上部に配置し、前記流路切替弁と前記タンクの前記貯湯口とを接続する配管を、略鉛直又は傾斜させて配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記制御手段は、前記貯湯温度と前記入水温度との温度差が前記所定値以下となり、更に、その後、所定時間経過後に、前記流路切替弁を前記バイパス配管側から前記タンク側に切り替えることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
7. 前記制御手段は、前記流路切替弁を前記バイパス配管側から前記タンク側へと切り替えた後、所定時間経過後に、前記ポンプの動作を停止することを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
8. 前記沸き上げ運転時の前記水冷媒熱交換器の目標出湯温度に応じて前記所定時間を可変とし、前記目標出湯温度が高くなるにつれて前記所定時間を長くしたことを特徴とする請求項２、６又は７に記載のヒートポンプ給湯機。
9. 前記冷凍サイクルと前記給湯水回路とを接続する配管長の長さが長くなるにつれて前記所定時間を長くしたことを特徴とする請求項２又は６に記載のヒートポンプ給湯機。
10. 前記流路切替弁と前記タンクの貯湯口との間の配管長の長さが長くなるにつれて前記所定時間を長くしたことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。
11. 前記沸き上げ運転時の前記水冷媒熱交換器の目標出湯温度に応じて前記所定値を可変とし、前記目標出湯温度が高くなるにつれて前記所定値を小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
12. 前記スケール生成防止運転における前記ポンプの回転数を、前記沸き上げ運転時よりも上げることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。

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