JP2011247457A - 給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】湯沸し熱交換器を備える給湯機において、簡単な構造で湯沸し熱交換器の水用伝熱管でのスケールの発生を抑制しながら、スケール抑制対策が講じられた熱交換器の設計の自由度を高める。
【解決手段】ヒートポンプ給湯機１は、ヒートポンプ１０と、ヒートポンプ１０の冷媒との熱交換により水を加熱する湯沸し熱交換器３０と、貯湯タンク２１とを備える。湯沸し熱交換器３０は、加熱される水が流通する低温側伝熱管２４を有する低温側熱交換器３１と、低温側熱交換器３１で加熱された水が流通する高温側伝熱管２５を有する高温側熱交換器３２とに分割されて構成される。高温側伝熱管２５の内面には、高温側伝熱管２５でのスケールの付着を抑制するコーティングが施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水を加熱する湯沸し熱交換器を備える給湯機に関し、より詳細には、湯沸し熱交換器において水が流通する伝熱管でのスケールの発生を抑制するための構造に関する。そして、前記給湯機は、例えばヒートポンプを備えるヒートポンプ給湯機である。

ヒートポンプ給湯機は、一般的には、夜間に、夜間割引電気料金を利用してヒートポンプの運転を行うことにより、水を加熱して高温水として貯湯タンクに蓄えて置き、昼間は、使用時に蛇口を開いたとき、前記貯湯タンク内の高温水に水を混ぜて適温水として給湯する。また、ヒートポンプ給湯機は、高温に沸き上げた水を貯湯タンクに湯として貯え、家庭内の給湯にあてるという設備の特性上、特に給湯需要の多い冬季などでは、湯切れを防止するために高温沸上げ運転を行う場合が多い。

ところで、ヒートポンプ給湯機などの給湯機に使用する水道水や井戸水がカルシウム、マグネシウムなどの硬度成分を含んでいると、給湯機を長期間使用するうちに、該硬度成分が水中から析出し、水配管の内面に付着してスケールとなる。そして、前記硬度成分の溶解度は水温が高いほど低下し、析出し易くなるため、特に冬季高温貯湯運転時などの高温沸上げ運転により、給湯機の湯沸し熱交換器の水用伝熱管の高温部（出湯部）近辺に、スケールが付着する。スケールは、水用伝熱管の内面に硬度成分などの核が付着することで成長し、堆積が進むため、湯沸し熱交換器の加熱能力の低下を招来するばかりか、水用伝熱管を閉塞させて給湯機の運転が困難になる場合もある。

一方、水道水や井戸水の水質は、各地域で異なり、また同一地域でも異なる場合があり、さらに季節によっても変動があることから、スケールの発生を予想することが難しい。そして、スケールが発生した場合には、それを除去するには大掛かりな設備を使用したクリーニングを実施する必要があり、また堆積が進行して水用伝熱管が閉塞した場合は、閉塞した部位を有する構成部品（ヒートポンプ給湯機では、例えばヒートポンプユニット）を交換せざるを得ない状況となる。
しかしながら、給湯機を設置するごとに水の成分の分析を行い、水の硬度を調査する方法は、作業と費用を要するばかりか、硬度が季節により変化した場合は、硬度を正しく判定することはできない。したがって、スケールの発生を抑制することが必要になる。

そこで、給湯機において、湯沸し熱交換器の水用伝熱管を含む水回路におけるスケール抑制対策を講じた技術として、水質を予め測定するなどしてスケール発生の可能性が高い水を水質調整ユニットに導くことで、水に含まれる硬度成分を予め除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、循環ポンプを備える水回路での流量または圧力の変化を検出することを通じてスケールの発生が検出されたときに、スケールの発生を抑制するように給湯機の運転を制御する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。また、湯沸し熱交換器の水用伝熱管の内面に凸条の加工を行うことによりスケールが付着し易いポイントを予め作り、該ポイントに付着し始めたスケールを流速により離脱させて流出させる方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−３０９５９号公報 特開２００９−２５０４６１号公報 特開２００９−２３６３７４号公報

しかしながら、給湯機におけるスケールの発生を抑制するために、硬度成分を除去する水質調整ユニットを設けたり、水の成分やスケールを検出するための検出手段を設けたり、伝熱管の内面を複雑な形状にしたりすることは、給湯機のコストの増加や構造の複雑化を招来する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、湯沸し熱交換器を備える給湯機において、簡単な構造で湯沸し熱交換器の水用伝熱管でのスケールの発生を抑制しながら、スケール抑制対策が講じられた熱交換器の設計の自由度を高めることを目的とする。
そして、本発明は、さらに、スケール抑制対策が講じられた熱交換器のコスト削減を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、加熱源との熱交換により水を加熱する熱交換器を備える給湯機において、前記熱交換器は、低温側熱交換器と、前記低温側熱交換器で加熱された水が流通する高温側伝熱管を有する高温側熱交換器とに分割されて構成され、前記高温側伝熱管の内面には、前記高温側伝熱管でのスケールの付着を抑制するコーティングが施されている給湯機である。
これによれば、給湯機において水を加熱する熱交換器が低温側熱交換器と高温側熱交換器とに二分割されていることにより、高温側熱交換器の高温側伝熱管では、低温側熱交換器により加熱された水がさらに加熱されるために一層高温になってスケールが発生し易い水温になるにも拘わらず、コーティングが水との接触面になるので、熱交換器の構造を複雑化することなく、簡単な構造で水の硬度成分がコーティングに付着することが抑制されて、高温側伝熱管にスケールが発生（または付着）することが抑制される。
また、熱交換器が複数に分割されることにより、分割構造になっていない熱交換器に比べて、分割された熱交換器単位でのコーティング処理が可能になるので、コーティング処理を容易化できる。さらに、コーティングが施された高温側熱交換器と、低温側熱交換器との組合せの自由度が大きくなって、熱交換器のレイアウトのコンパクト化や、熱交換器での熱交換の効率向上の観点から、コーティングによるスケール発生対策が講じられた熱交換器の設計の自由度が大きくなる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の給湯機において、前記コーティングは、前記熱交換器において前記高温側熱交換器のみに施されているものである。
これによれば、熱交換器を構成する低温側熱交換器および高温側熱交換器のうちで、コーティングが施されるのは高温側熱交換のみであるので、熱交換器におけるコーティング処理の工数を削減できる。この結果、コーティングによるスケール発生対策が講じられた熱交換器のコストを削減できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の給湯機において、前記低温側熱交換器は、加熱される水が流通する低温側伝熱管を有し、前記高温側伝熱管の内径は、前記低温側伝熱管の内径よりも大きいものである。
これによれば、低温側伝熱管を有する低温側熱交換器と、高温側伝熱管を有する高温側熱交換器とから構成される熱交換器において、高温側伝熱管の内径は、低温側伝熱管の内径よりも大きいことから、高温側伝熱管でのコーティング処理が容易になるので、コーティングによるスケール発生対策が講じられた熱交換器のコストを削減できる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の給湯機において、前記高温側伝熱管の内径が、１０ｍｍ〜２５ｍｍであるものである。
これによれば、高温側伝熱管の内径が１０ｍｍ以上であることにより、高温側伝熱管でのコーティング処理が容易になり、該内径が２５ｍｍ以下であることにより、水の流速の低下による熱伝達性能の低下を抑制して、所要の熱伝達性能を確保できる。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の給湯機において、前記コーティングは、四フッ化エチレン樹脂、フッ素樹脂、フッ素化合物、セラミックおよび電気的絶縁材料のいずれかであるものである。
これによれば、コーティング材としての四フッ化エチレン樹脂、フッ素樹脂およびフッ素化合物は低摩擦材料であることにより、水の硬度成分の付着が抑制される。コーティング材としてのセラミックは、耐熱性に優れていることにより、炉中でのロウ付けによる高温側熱交換器の製造に好適である。また、コーティング材が、電気的絶縁材料であることにより、電気的引力による硬度成分の付着が抑制される。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の給湯機において、前記加熱源は、ヒートポンプの冷媒であり、前記冷媒は二酸化炭素であるものである。
これによれば、二酸化炭素は、比較的安価で、しかも地球温暖化係数が小さい冷媒であるので、ヒートポンプ給湯機のコストを削減でき、しかも地球環境に優しいヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明によれば、湯沸し熱交換器を備える給湯機において、簡単な構造で湯沸し熱交換器の水用伝熱管でのスケールの発生を抑制しながら、スケール抑制対策が講じられた熱交換器の設計の自由度を高めることができる。そして、本発明によれば、さらに、スケール抑制対策が講じられた熱交換器のコスト削減が可能になる。

本発明の第一実施例であるヒートポンプ給湯機の全体模式図である。 図１のヒートポンプ給湯機の湯沸し熱交換器の、一部を断面で示す概略図である。 図１のヒートポンプ給湯機の、夜中の貯湯運転から翌日の給湯運転、タンク沸上げ運転、学習制御に及ぶ１日の運転動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施例を図１〜図３によって説明する。
図１に示されるように、本発明の実施例に係る給湯機としてのヒートポンプ給湯機１（以下、「給湯機１」という。）は、加熱装置としてのヒートポンプ１０と該ヒートポンプ１０により水を加熱する湯沸し熱交換器３０とを備える湯沸しユニットとしてのヒートポンプユニット２と、湯沸し熱交換器３０で得られた湯を貯める貯湯タンク２１と給水源７からの水を貯湯タンク２１に供給する給水部４０と貯湯タンク２１の湯を給湯端末としての蛇口８に供給する給湯部５０とを備える給湯ユニットとしての貯湯ユニット３と、各ユニット２，３の運転または作動を制御する運転制御手段４，５と、給湯機１の状態および給湯機１の状態以外の状態（例えば、外気など給湯機１の周囲の状態）を検出する状態検出手段と、ユーザーが運転制御手段４，５を通じて各ユニット２，３の運転または作動を設定するために操作する操作部としてのリモコン６とを備える。ここで、給水源７は、例えば上水道または井戸である。

そして、ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプ１０と、後で説明する貯湯回路２０のうちの湯沸し熱交換器３０を含む熱交換側回路部分２０ａとを収納する収納筺体（図示されず）を備え、貯湯ユニット３は、貯湯回路２０のうちの貯湯タンク２１を含む貯湯側回路部分２０ｂと、給水部４０と、給湯部５０とを収納する収納筺体（図示されず）を備える。

ヒートポンプ１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１と、送風機１９とを備える。冷媒回路１１は、圧縮機１２と、放熱部としての凝縮器である冷媒用伝熱管１３と、減圧装置１６と、吸熱部としての蒸発器１７と、冷媒配管１８とから構成される。冷媒配管１８は、圧縮機１２、冷媒用伝熱管１３、減圧装置１６、蒸発器１７および圧縮機１２を順次直列に接続している。冷媒回路１１に封入される冷媒は二酸化炭素（ＣＯ_２）である。

蒸発器１７で蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機１２は、運転制御手段４が行う電圧制御（例えば、ＰＷＭ制御、ＰＡＭ制御または両者を組み合わせた複合制御）により、低回転域の回転数（例えば７００回転／分）から高回転域の回転数（例えば６０００回転／分）までの範囲で回転数制御される。例えば、圧縮機１２が、湯沸し熱交換器３０での加熱能力が一定になる運転を行うために、例えば、外気温度の高い夏季では低回転数で運転し、外気温度の低い冬季では高回転数で運転するように、運転制御手段４は、後記温度センサ７５，７６，７７によりそれぞれ検出される外気温度、湯沸し熱交換器３０への入水温度、湯沸し熱交換器３０からの出湯温度に応じて、圧縮機１２の回転数を制御している。

減圧装置１６は、例えば電動式の膨張弁により構成され、冷媒用伝熱管１３で放熱した後の中温高圧の冷媒を減圧する。そして、減圧装置１６により蒸発し易い低圧まで減圧された冷媒が蒸発器１７に送られる。また、減圧装置１６は、冷媒回路１１の絞り量を変更して冷媒回路１１内の冷媒循環量を調節する機能のほかに、冬季低温時においてヒートポンプ１０の運転時に蒸発器１７に着霜が生じた場合、前記絞り量を最小にして中温の冷媒を蒸発器１７に多量に送って霜を溶かす除霜装置の機能も有する。
冷媒を蒸発させる蒸発器１７は、送風機１９の回転により取り入れられた空気と冷媒との熱交換を行なう空気・冷媒熱交換器であり、この蒸発器１７において冷媒が外気の熱を吸収する。

圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒が流通する冷媒用伝熱管１３は、冷媒により冷媒用伝熱管１３を介して加熱される水が流通する水用伝熱管２３と共に、貯湯タンク２１から供給された水を加熱する湯沸し熱交換器３０を構成する。したがって、湯沸し熱交換器３０は、加熱源としての冷媒と水との間で熱交換を行う水・冷媒熱交換器であり、また冷媒用伝熱管１３は、冷媒の熱により水用伝熱管２３の水を加熱する加熱部である。

貯湯回路２０は、夜間定期的に行う貯湯運転、および貯湯タンク２１内の残湯量が残湯規定値以下になった場合のみに運転するタンク沸上げ運転によって貯湯タンク２１に高温水を貯めるための水回路であり、貯湯タンク２１と、循環ポンプ２２と、水用伝熱管２３と、水配管である貯湯配管２６とを備える。貯湯配管２６は、貯湯タンク２１、循環ポンプ２２、水用伝熱管２３および貯湯タンク２１を順次直列に接続していて、貯湯タンク２１からの水を水用伝熱管２３に導く入水配管２７と、水用伝熱管２３からの湯を貯湯タンク２１に導く出湯配管２８とを有する。

そして、ヒートポンプユニット２は、貯湯回路２０の一部である熱交換側回路部分２０ａとして、湯沸し熱交換器３０のほかに、貯湯タンク２１の水を湯沸し熱交換器３０の水用伝熱管２３に導く供給する入水配管２７の下流側配管２７ａと、循環ポンプ２２と、湯沸し熱交換器３０の水用伝熱管２３で加熱されて得られた湯を貯湯タンク２１に供給する出湯配管２８の上流側配管２８ａとを備える。
一方、貯湯ユニット３は、貯湯回路２０の一部である給湯側回路部分２０ｂとして、貯湯タンク２１のほかに、入水配管２７の上流側配管２７ｂと、出湯配管２８の下流側配管２８ｂとを備える。

貯湯タンク２１内の湯のうち、貯湯タンク２１の底部付近に存在する低温水は、貯湯タンク２１の底部から流出して循環ポンプ２２により圧送されて湯沸し熱交換器３０の水用伝熱管２３に流入し、冷媒用伝熱管１３によって徐々に加熱され、規定温度まで加熱されて貯湯タンク２１の上部に流入して貯湯タンク２１に貯湯される。そして、循環ポンプ２２は、貯湯タンク２１の底部からの水を、前記規定温度で沸上げるために、貯湯回路２０で循環させる。

貯湯ユニット３は、給水部４０と、湯沸し熱交換器３０で得られた湯を貯湯タンク２１に貯める貯湯回路２０の給湯側回路部分２０ｂと、給湯部５０とを備える。
給水部４０は、給水源７に接続される給水金具４１と、減圧弁４２と、水配管である給水配管４３とを備える。給水配管４３は、給水金具４１、減圧弁４２および貯湯タンク２１を順次直列に接続している。
給湯部５０は、湯水混合弁５１と、蛇口８に接続される給湯金具５２と、水配管である給湯配管５３とを備える。給湯配管５３は、貯湯タンク２１、湯水混合弁５１および給湯金具５２を順次直列に接続している。給水配管４３の一部である給水分岐配管４３ａは、湯水混合弁５１に接続されている。

図１，図２を参照すると、冷媒用伝熱管１３および水用伝熱管２３を有する湯沸し熱交換器３０は、互いに直列に配置される複数である第一所定数の熱交換器から構成される多段式熱交換器であり、この実施例では２つの熱交換器である低温側熱交換器としての一段目熱交換器３１と、高温側熱交換器としての二段目熱交換器３２とに分割されて構成される。なお、以下の説明において、この実施例に関しては、「一段目」および「二段目」を、「低温側」および「高温側」とそれぞれ言い換えることができる。

分割構造を有する湯沸し熱交換器３０に対応して、冷媒用伝熱管１３は、一段目熱交換器３１の一段目冷媒用伝熱管１４と、二段目熱交換器３２の二段目冷媒用伝熱管１５とに分割されて構成され、水用伝熱管２３は、一段目熱交換器３１の一段目水用伝熱管２４と、二段目熱交換器３２の二段目水用伝熱管２５とに分割されて構成される。

さらに、一段目熱交換器３１は、１以上の第二所定数の、ここでは複数としての２つの互いに並列に配置される第一，第二熱交換器３１ａ，３１ｂから構成される。これに対応して、一段目冷媒用伝熱管１４は、第一熱交換器３１ａの第一冷媒用伝熱管１４ａと、第二熱交換器３１ｂの第二冷媒用伝熱管１４ｂとから構成され、一段目水用伝熱管２４は、第一熱交換器３１ａの第一水用伝熱管２４ａと、第二熱交換器３１ｂの第二水用伝熱管２４ｂとから構成される。また、二段目冷媒用伝熱管１５は、第一，第二冷媒用伝熱管１４ａ，１４ｂの上流部にそれぞれ連通する第一，第二冷媒用伝熱管１５ａ，１５ｂから構成される。
ここで、各伝熱管１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５は、円形またはほぼ円形の通路断面を形成する円管である。

このように、湯沸し熱交換器３０で加熱される水の大部分の昇温を行う一段目熱交換器３１の各熱交換器３１ａ，３１ｂでは、ヒートポンプユニット２の前記収納筐体への内蔵を考慮して、一段目熱交換器３１を小型化するために、第一，第二冷媒用伝熱管１４ａ，１４ｂおよび第一，第二水用伝熱管２４ａ，２４ｂのそれぞれは折り返された構造になっていて、水および冷媒がそれぞれ２パスの構成になっている。また、入水配管２７の下流側配管２７ａの水は、第一分岐配管２７ａ１と第二分岐配管２７ａ２に分流される。そして、各熱交換器３１，３２において、冷媒および水は、互いに対向流となって、熱交換を行う。

一段目熱交換器３１により加熱された水は、一段目熱交換器３１から貯湯配管２６の一部である第一，第二分岐中間配管２９ａ，２９ｂに流出し、その後、二段目熱交換器３２の上流で、貯湯配管２６の一部である集合中間配管２９ｃにおいて合流し、該集合中間配管２９ｃから二段目水用伝熱管２５に流入する。ここで、二段目水用伝熱管２５は、一段目水用伝熱管２４の内径よりも大きい内径を有する直管で構成される。

一段目熱交換器３１は、それぞれコイル状に形成された一段目水用伝熱管２４ａ，２４ｂの間に、一段目冷媒用伝熱管１４ａ，１４ｂがそれぞれコイル状に密着して配置された構造となっており、二段目熱交換器３２は、二段目水用伝熱管２５の周りに第一，第二冷媒用伝熱管１５ａ，１５ｂがコイル状に密着して巻き付けられた構造となっている。このように、冷媒用伝熱管１４ａ，１４ｂ；１５ａ，１５ｂおよび水用伝熱管２４ａ，２４ｂ；２５が互いに密着して設けられることにより、冷媒用伝熱管１４ａ，１４ｂ；１５ａ，１５ｂと水用伝熱管２４ａ，２４ｂ；２５との間での熱交換を効率よく行うことができる。

ところで、給湯機１に供給される水としては一般的に飲用水道水が使用されるが、飲用水道水や井戸水にはカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が含まれている。
硬度成分は水温が高くなるほど溶解度が低下するため、飽和を超えた硬度成分は循環回路である貯湯回路２０において水中に析出し、この硬度成分の析出物の一部は水と共に貯湯タンク２１に流入し、貯湯タンク２１の底部に堆積する。貯湯タンク２１に流入した析出物やスケールの成分となる核（代表的には、前記析出物を含有する含有物（例えば、炭酸カルシウム）である。）は、貯湯タンク２１の底辺に堆積し、貯湯タンク２１内の水の排水時に貯湯タンク２１から排出される。

また、一段目熱交換器３１で加熱されて昇温した水は、二段目熱交換器３２に流入し、さらに加熱されて昇温して、規定温度である出湯温度となり、貯湯タンク２１に流入する。硬度成分は高温の水ほど析出し易くなるため、二段目水用伝熱管２５は、湯沸し熱交換器３０においてスケールが最も発生（または付着）し易い部位である。例えば、二段目水用伝熱管２５においては、特に冬季高温（例えば９０℃）貯湯運転時に、冷媒温度が１００℃以上にも達するため、水中の硬度成分の溶解度は極端に低下して、二段目水用伝熱管２５にスケールが一層発生し易くなる。

このため、二段目水用伝熱管２５の内面には、全面に渡ってスケールの付着を抑制するコーティング６０（図２参照）が施されている。コーティング６０を形成するコーティング材は、この実施例では、四フッ化エチレン樹脂を含むフッ素樹脂、フッ素化合物、セラミックおよび電気的絶縁材料のいずれかである。コーティング材は、非粘着性であっても、粘着性であってもよい。
コーティング６０により、二段目水用伝熱管２５において水との接触面が滑らかになり、スケールの成分である炭酸カルシウムなどの核の付着が抑制される。そして、核が付着しないことにより、スケールの発生が抑制される。また、コーティング６０により、水との接触面に二段目水用伝熱管２５の金属表面がなくなるため、水に溶け込んでいるイオンとの電気的な吸着もなくなり、該水用伝熱管２５への付着が抑制される。
したがって、二段目水用伝熱管２５の内面にコーティング６０が施されていることにより、高硬度の水質においても沸上げ運転を実施することができる。

コーティング６０は、コーティング処理により、例えば、コーティング材を塗料のように二段目水用伝熱管２５内に流し込み、高温状態で乾燥させる処理により、内面に付着させて形成される。また、水用伝熱管２５において水との接触面となるコーティング６０は、伝熱性能が低下しないように、表面にむら無く形成される必要がある。
二段目熱交換器３２の水用伝熱管に使用される伝熱管内にコーティング材を一様に流し込むためには、伝熱管の内径は大きいほど作業が容易であり、一様に塗布することが可能となる。そして、伝熱管の内径が１０ｍｍ未満であると一般的に使用されている塗布用のスプレーノズルが伝熱管内に入らず、作業が困難になる。また、伝熱管の内径が２５ｍｍを超える大きさになると、伝熱管内の水の流速が低下し、熱伝達性能（熱交換性能）が著しく低下する。
したがって、二段目熱交換器３２に使用される二段目水用伝熱管２５の内径は、１０ｍｍ〜２５ｍｍが最適である。

また、二段目水用伝熱管２５を形成する際に、直管形状でコーティング処理を行い、コーティング処理後に所定の形状に加工するほうが、コーティング処理を容易に実施でき、またコーティング６０の厚さを安定させることができる。すなわち、伝熱管が直管であることで、塗布用のスプレーノズルを管内に挿入して、コーティング処理を行うことにより、均一な厚みのコーティング６０を形成することができる。また、コーティング処理に際し、伝熱管の内面処理が必要な場合も、直管であればその加工は容易となる。そして、伝熱管２５は、コーティング処理後に所定の形状に加工される。

湯沸し熱交換器３０を流れる水は、飲用に使用される可能性もあるため、コーティング材として、一般的に家庭用調理器具に使用される低摩擦材料である四フッ化エチレン樹脂を含むフッ素樹脂やフッ素化合物、またはセラミックが最適となる。
また、二段目熱交換器３２の加工や組立においては、炉中ロウ付けや手ロウ付けにより二段目水用伝熱管２５が高温に曝される（例えば、炉中でロウ付けでは、加工時の雰囲気温度が７００℃〜９００℃程度になる場合がある。）可能性もあるため、二段目熱交換器３２の製造過程で高温での加工がある場合は、耐熱性に優れたコーティング材、例えばセラミックを用いるのが望ましい。

また、スケールは、電気的な引力により水用伝熱管の内面に付着することもある。このため、電気的絶縁性を有するコーティング材により電気的な絶縁をすることによって、水の中に溶け込んでいるカルシウムイオン、マグネシウムイオンの二段目水用伝熱管２５への付着を抑制して、スケールの発生を抑制することができる。

本発明によるコーティング６０によって、スケールの発生は抑制されるが、さらに給湯機１の運転制御によって沸上げ温度の低温化（例えば、沸上げ温度の上限値を９０℃から８０℃に低下させる。）を実施することにより、スケールの発生をさらに抑制することができる。

図１を参照すると、前記状態検出手段は、給水配管４３に設けられて給水部４０での水の流量または貯湯タンク２１への給水量を検出する水量センサ７１、貯湯タンク２１に設けられて貯湯タンク２１内の湯の貯湯温度や貯湯量を検知する複数の、ここでは４つの温度センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄと、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３と、圧縮機１２から吐出された冷媒の圧力を検知する吐出圧力センサ７４と、外気温度を検出する外気温度センサ７５と、下流側配管２７ａに設けられて入水温度を検出する入水温度センサ７６と、上流側配管２８ａに設けられて出湯温度を検出する出湯温度センサ７７と、から構成される。

ヒートポンプユニット２用の運転制御手段４は、ヒートポンプ１０の運転・停止並びに圧縮機１２の回転数制御を行うと共に、減圧装置１６の冷媒絞り量調整を行うなど、主としてヒートポンプ１０による冷凍サイクルの運転を制御する。貯湯ユニット３用の運転制御手段５は、給湯などの温度調整である湯水混合弁５１の制御や貯湯タンク２１の湯水の残湯量を検出し、貯湯タンク２１に貯められる湯の沸上げタイミングや沸上げ温度を制御する。
前記状態検出手段により検出された検出信号およびリモコン６からの操作信号が入力されると共にコンピュータを備える両運転制御手段４，５は、互いに通信して、お互いの作動状態を監視しており、連携して給湯機１の制御を行う。また、ユーザーへのインターフェースであるリモコン６により、給湯温度および運転モードの設定やエラーの表示が可能である。

運転制御手段５は、温度センサ７２ａ〜７２ｄにより検出される貯湯温度や貯湯量に基づいて、または、給湯使用量を検出可能な水量センサ７１などにより家庭内の給湯負荷を判定し、省エネ最適運転となるように沸上げ温度や沸上げ量、沸上げ時間を制御する学習制御手段を備える。
また、運転制御手段４は、冬季低温時などに、高温貯湯の規定温度（例えば９０℃）で貯湯すると共に周囲温度や給水温度が低く加熱負荷が大きい場合は高回転数（例えば３０００〜４０００回転／分）とし、夏季や中間季（春季および秋季）に、加熱負荷が軽い場合は通常貯湯の規定温度（約６５℃）で比較的低回転数（例えば１０００〜２０００回転／分）とするなどの最適運転制御手段を有している。そのために、吐出圧力センサ７４、吐出温度センサ７３、外気温度センサ７５、入水温度センサ７６および出湯温度センサ７７の各検出信号が運転制御手段４に入力される。

次に、両運転制御手段４，５により実行される給湯機１の運転および動作の一例について、図１を参照にしながら図３のフローチャートに基づいて説明する。
図３は、夜間の貯湯運転から翌日の給湯使用終了までの１日の運転および動作の一例を示す。

運転制御手段５は、毎日の給湯使用量を記憶学習して翌日の給湯使用量を推定し、夜間の貯湯温度及び貯湯量を決定すると共に、上記貯湯量が夜間電気割引料金の適用される深夜時間（例えば２３時〜７時）内に沸き上がるように貯湯運転開始時刻を設定する学習制御手段を有している。
上記貯湯運転開始時刻になると、給湯機１が、両運転制御手段４，５により制御されて貯湯運転を開始（ステップ８１）する。すなわち、圧縮機１２を始動させヒートポンプ１０の運転を開始すると共に循環ポンプ２２を運転し、貯湯タンク２１の底部から導かれた水を湯沸し熱交換器３０で高温の冷媒と熱交換して規定温度の高温水とし、貯湯タンク２１にその上部から戻す貯湯運転を行なう。
貯湯量判定（ステップ８２）において温度センサ７２ａ〜７２ｄにより検出される貯湯温度および貯湯量がそれぞれ規定温度および貯湯規定値に達しないうちは貯湯運転を継続し、規定温度および貯湯規定値に達するとヒートポンプ１０の運転を停止し貯湯運転は終了（ステップ８３）する。

朝になって、例えば蛇口８を開き湯水使用が開始（ステップ８４）されると、運転制御手段５は、給湯温度が適温（一般的には約４２℃）となるように湯水混合弁５１からの給水量を調整し、給水配管４３、給水金具４１、減圧弁４２、水量センサ７１、貯湯タンク２１、給湯配管５３、湯水混合弁５１および給湯金具５２から構成される給湯回路で適温水を供給する給湯運転を開始（ステップ８５）する。なお給湯運転時は、給水源７の水圧で給湯を行う。
蛇口８を閉じて湯水使用が終了（ステップ８６）すると、給湯は停止され、湯水混合弁５１は所定の位置に設定され給湯運転は停止（ステップ８７）される。
更に運転制御手段５は、給湯運転中（ステップ８５）および給湯運転停止（ステップ８７）後に、温度センサ７２ａ〜７２ｄにより検出された貯湯タンク２１内の貯湯温度および貯湯量に基づいて、貯湯タンク２１でのタンク残湯量の判定（ステップ８８）を行なう。

通常、貯湯タンク２１には、湯が残湯規定値以上のタンク残湯量で残っており、沸上げ運転は行なわないが、給湯使用量が学習制御による推定量よりも多く、タンク残湯量が残湯規定値未満になった場合はタンク沸上げ運転（ステップ８９）を行ない、貯湯量判定（ステップ９０）において、貯湯タンク２１での貯湯温度および貯湯量が規定温度および貯湯規定値にそれぞれ達してからタンク沸上げ運転を終了（ステップ９１）する。
前記した湯の使用とタンク残湯量の判定を繰り返して１日の給湯使用が終了すると、運転制御手段５は学習制御手段を機能させる。すなわち、温度センサ７２ａ〜７２ｄにより検出された残湯温度および残湯量に基づいて１日毎の湯水使用量を算出し、翌日使用量の推定算出を行ない、それに適合した貯湯温度及び貯湯量、貯湯運転開始時刻等の貯湯運転条件の設定（ステップ９２）を行なう。
そして、前記貯湯運転開始時刻になると、貯湯規定値のタンク貯湯量になるよう、再び夜間貯湯運転（ステップ８１）を行なう。
なお、前記学習制御手段は、一般的に過去７日間位の外気温度や湯水使用量等をもとに、夜間の貯湯運転のみで十分間に合うように翌日の湯水使用量を推定算出する。

次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
給湯機１において、ヒートポンプ１０の冷媒との熱交換により水を加熱する湯沸し熱交換器３０は、一段目熱交換器３１と、一段目熱交換器３１で加熱された水が流通する二段目水用伝熱管２５を有する二段目熱交換器３２とに分割されて構成され、二段目水用伝熱管２５の内面には、該二段目水用伝熱管２５でのスケールの付着を抑制するコーティング６０が施されている。
この構造により、給湯機１において水を加熱する湯沸し熱交換器３０が一段目熱交換器３１と二段目熱交換器３２とに二分割されていることで、二段目熱交換器３２の二段目水用伝熱管２５では、一段目熱交換器３１により加熱された水がさらに加熱されるために一層高温になってスケールが発生し易い水温になるにも拘わらず、コーティング６０が水との接触面になるので、湯沸し熱交換器３０の構造を複雑化することなく、簡単な構造で水の硬度成分の析出物および核がコーティング６０に付着することが抑制されて、二段目水用伝熱管２５にスケールが発生（または付着）することが抑制される。
また、湯沸し熱交換器３０が複数に分割されることにより、分割構造になっていない湯沸し熱交換器に比べて、分割された熱交換器単位でのコーティング処理が可能になるので、コーティング処理を容易化できる。さらに、コーティング６０が施された二段目熱交換器３２と、一段目熱交換器３１との組合せの自由度が大きくなって、湯沸し熱交換器３０のレイアウトのコンパクト化や、湯沸し熱交換器３０での熱交換の効率向上の観点から、コーティング６０によるスケール発生対策が講じられた湯沸し熱交換器３０の設計の自由度が大きくなる。
そして、コーティング６０によりスケールの発生を抑制できるので、高硬度の水が使用される地域においても、スケールによる加熱能力の低下や水管閉塞の発生を招来することなく、給湯機１を運転することができる。

コーティング６０は、湯沸し熱交換器３０において二段目熱交換器３２のみに施されていることにより、湯沸し熱交換器３０を構成する一段目熱交換器３１および二段目熱交換器３２のうちで、コーティング６０が施されるのは高温側熱交換のみであるので、湯沸し熱交換器３０におけるコーティング処理の工数を削減できる。この結果、コーティング６０によるスケール発生対策が講じられた湯沸し熱交換器３０のコストを削減できる。

一段目熱交換器３１は、加熱される水が流通する一段目水用伝熱管２４を有し、二段目水用伝熱管２５の内径は、一段目水用伝熱管２４の内径よりも大きい。この構造により、一段目水用伝熱管２４を有する一段目熱交換器３１と、二段目水用伝熱管２５を有する二段目熱交換器３２とから構成される湯沸し熱交換器３０において、二段目水用伝熱管２５の内径は、一段目水用伝熱管２４の内径よりも大きいことから、二段目水用伝熱管２５でのコーティング処理が容易になるので、コーティング６０によるスケール発生対策が講じられた湯沸し熱交換器３０のコストを削減できる。

二段目水用伝熱管２５の内径は、１０ｍｍ〜２５ｍｍである。このため、二段目水用伝熱管２５の内径が１０ｍｍ以上であることにより、二段目水用伝熱管２５でのコーティング処理が容易になり、該内径が２５ｍｍ以下であることにより、水の流速の低下による熱伝達性能の低下を抑制して、所要の熱伝達性能を確保できる。

スケールの発生を抑制するコーティング６０は、四フッ化エチレン樹脂、フッ素樹脂、フッ素化合物、セラミックおよび電気的絶縁材料のいずれかである。このため、コーティング６０のコーティング材としての四フッ化エチレン樹脂、フッ素樹脂およびフッ素化合物は低摩擦材料であることにより、水の硬度成分の析出物および核の付着が抑制される。また、コーティング材としてのセラミックは、耐熱性に優れていることにより、炉中でのロウ付けによる二段目熱交換器３２の製造に好適である。また、コーティング材が電気的絶縁材料であることにより、イオン化した硬度成分の電気的引力による硬度成分の付着が抑制される。

給湯機１の加熱源が、ヒートポンプ１０の冷媒であり、該冷媒が二酸化炭素であることにより、この二酸化炭素は、比較的安価で、しかも地球温暖化係数が小さい冷媒であるので、給湯機１のコストを削減でき、しかも地球環境に優しい給湯機１を提供できる。

以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
給水部４０の水は、貯湯タンク２１を経ることなく、湯沸し熱交換器３０に直接供給されてもよい。
給湯機は、ヒートポンプ給湯機以外のものであってもよい。その場合、加熱装置は、電気ヒータや燃焼装置であってもよく、したがって加熱源も、流体以外に固体であってもよい。
湯沸し熱交換器３０は、第一所定数が３以上の熱交換器に分割されて構成されてもよく、その場合、３以上の熱交換器を低温側熱交換器および高温側熱交換器に二分したときの高温側熱交換器の高温側水用伝熱管にコーティング６０が施される。さらに、高温側熱交換器は、複数であってもよい。
コーティング６０は、高温側熱交換器の高温側伝熱管の内面に加えて、低温側熱交換器の低温側水用伝熱管の内面に形成されていてもよい。
一段目熱交換器３１は、第二所定数が３以上の、並列に配置された熱交換器により構成されてもよく、また第二所定数としての１つの熱交換器により構成されてもよい。
コーティング処理は、塗布以外に、真空蒸着などであってもよい。
一段目熱交換器３１が、一段目水用伝熱管の内部に一段目冷媒用伝熱管を内蔵した二重管式伝熱管を有していてもよい。
循環ポンプ２２は、ヒートポンプユニット２に備えられる代わりに、貯湯ユニット３に備えられてもよい。
給湯機１は、給湯端末としての蛇口および湯張り用出口を有する風呂の湯張りの回路や追い焚きの回路を備えていてもよい。
ヒートポンプ１０の冷媒は、二酸化炭素以外のものであってもよい。
水量センサ７１は設けられなくてもよい。
二段目水用伝熱管は、円管以外の形状の管であってもよい。

１ ヒートポンプ給湯機
２ ヒートポンプユニット
３ 貯湯ユニット
１０ ヒートポンプ
１１ 冷媒回路
１３ 冷媒用伝熱管
１４ 一段目冷媒用伝熱管
１５ 二段目冷媒用伝熱管
２０ 貯湯回路
２１ 貯湯タンク
２３ 水用伝熱管
２４ 一段目水用伝熱管
２５ 二段目水用伝熱管
３０ 湯沸かし熱交換器
３１ 一段目熱交換器
３２ 二段目熱交換器
６０ コーティング

Claims (6)

1. 加熱源との熱交換により水を加熱する熱交換器を備える給湯機において、
   前記熱交換器は、低温側熱交換器と、前記低温側熱交換器で加熱された水が流通する高温側伝熱管を有する高温側熱交換器とに分割されて構成され、
   前記高温側伝熱管の内面には、前記高温側伝熱管でのスケールの付着を抑制するコーティングが施されていることを特徴とする給湯機。
2. 前記コーティングは、前記熱交換器において前記高温側熱交換器のみに施されていることを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. 前記低温側熱交換器は、加熱される水が流通する低温側伝熱管を有し、
   前記高温側伝熱管の内径は、前記低温側伝熱管の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。
4. 前記高温側伝熱管の内径が、１０ｍｍ〜２５ｍｍである請求項１から３のいずれか１項に記載の給湯機。
5. 前記コーティングは、四フッ化エチレン樹脂、フッ素樹脂、フッ素化合物、セラミックおよび電気的絶縁材料のいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の給湯機。
6. 前記加熱源は、ヒートポンプの冷媒であり、
   前記冷媒は二酸化炭素である請求項１から５のいずれか１項に記載の給湯機。

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