JP2014009917A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に対するスケール粒子の付着による伝熱効率の低減を高効率に抑制すること、及び利便性の低下を抑制することを可能とするヒートポンプ給湯装置を提供する。
【解決手段】利用側の水循環回路Ａ及び熱源側の冷媒回路に接続され、冷媒回路を流れる冷媒の温熱で水循環回路を流れる水を加温する熱交換器４を有する熱源ヒートポンプユニット３と、熱交換器で加温された水を貯留する貯湯タンク５と、熱交換器と貯湯タンクとの間の水を循環させる循環ポンプ６と、水に含まれるスケール粒子を捕捉するスケール吸着材が設けられたスケールトラップ２と、を有し、スケールトラップが熱交換器の下流側となるように、少なくとも熱交換器、スケールトラップ、貯湯タンク及び循環ポンプが循環配管で接続されて水循環回路を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関し、特に、水回路内で析出するスケール粒子の排出方法に関するものである。

ヒートポンプ給湯装置には、冷媒が循環する冷媒回路と、お湯を貯留することが可能な貯湯タンクに接続された水回路とが熱交換器を介して接続され、冷媒回路側の温熱を水回路側に伝達させるものが提案されている。
ここで、水回路を循環する水が、たとえばカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどを多く含有している場合には、スケールと呼ばれる粒子（以下、スケール粒子とも称する）の結晶が、熱交換器の伝熱面に付着する。このスケール粒子は、イオンの状態で存在するスケール成分が加熱によって析出したもので、熱交換器の伝熱面などに付着し、結晶となって成長する。そして、スケール粒子が結晶となって成長すると、熱交換器における冷媒と水との伝熱効率が低下し、ヒートポンプ給湯装置の性能が低下してしまう可能性がある。

ヒートポンプ給湯装置の性能の低下を抑制するためには、スケール成分、或いは伝熱面に付着する前のスケール粒子を水中から除去し、熱交換器の伝熱面へのスケール粒子の付着を抑制する方法が考えられる。たとえば、水質硬度を下げる軟水化ユニットを設け、この軟水化ユニットでスケールが生じにくくなるように水質を変化させるようにしているヒートポンプ給湯装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
なお、仮に熱交換器の伝熱面にスケール粒子が付着してしまった場合には、一般的に酸性のスケール洗浄剤で洗浄し、水酸化ナトリウムなどで中和する方式が採用されている。

特開２００９−３０９５９号公報（たとえば、段落［００１３］及び１図参照）

特許文献１に記載の技術は、水質調整ユニットで軟水化する方式であるが、完全に除去しきれなかったスケール成分が、水温の高い回路内で粒子となって析出し、熱交換器に付着するとともに徐々に結晶となって成長する。すなわち、特許文献１に記載の技術では、高効率にスケール成分を除去することができず、熱交換器の伝熱効率を低下させるという課題を解決していなかった。

また、熱交換器を、酸性のスケール洗浄剤で洗浄し、水酸化ナトリウムなどで中和することでスケールを除去するが、その除去過程で発生する廃液（スケール洗浄剤、水酸化ナトリウムなど）は産業廃棄物として処理しなければならなかった。
従って、この方法では、熱交換器の伝熱面の洗浄により発生する廃液を産業廃棄物として処理する分、利便性を損ねてしまっていた。

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、熱交換器に対するスケール粒子の付着による伝熱効率の低減を高効率に抑制すること、及び利便性の低下を抑制することを可能とするヒートポンプ給湯装置を提供することを目的としている。

本発明に係るヒートポンプ給湯装置は、利用側の水循環回路及び熱源側の冷媒回路に接続され、冷媒回路を流れる冷媒の温熱で水循環回路を流れる水を加温する熱交換器を有する熱源ヒートポンプユニットと、熱交換器で加温された水を貯留する貯湯タンクと、熱交換器と貯湯タンクとの間の水を循環させる循環ポンプと、水に含まれるスケール粒子を捕捉するスケール吸着材が設けられたスケールトラップと、を有し、スケールトラップが熱交換器の下流側となるように、少なくとも熱交換器、スケールトラップ、貯湯タンク及び循環ポンプが循環配管で接続されて水循環回路を形成しているものである。

本発明に係るヒートポンプ給湯装置によれば、スケールトラップを、水循環回路内の熱源ヒートポンプユニットの熱交換器の下流側に設けているので、熱交換器に対するスケール粒子の付着による伝熱効率の低減を高効率に抑制すること、及び利便性の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置の水循環回路の構成の一例である。 図１に示すスケールトラップユニットの模式図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置の水循環回路の構成の一例である。 本発明の実施の形態３に係るスケールトラップユニットの模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００の水循環回路Ａの構成の一例である。図２は、図１に示すスケールトラップユニット２の模式図である。なお、図２（ａ）は、循環加熱時におけるスケールトラップユニット２の水の流れを示し、図２（ｂ）は、スケール粒子の排出中におけるスケールトラップユニット２の水の流れを示している。また、以下の説明において、スケール成分とは、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどのイオンをさし、スケール粒子とは、このスケール成分が加熱によって析出したものをさす。なお、以下の説明におけるスケール粒子は、特に、断りがなければ、スケール成分を含むものとし、スケール成分については記載を省略する。
本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、熱交換器４に対するスケール粒子の付着による伝熱効率の低減を抑制するとともに、利便性の低下を抑制するように、スケール粒子を捕捉するスケールトラップユニット２の設置位置に改良が加えられたものである。

［構成説明］
ヒートポンプ給湯装置１００は、水が循環する水循環回路Ａと、冷媒が循環する冷媒回路（図示省略）とを有しており、冷媒回路の冷媒の温熱が、水循環回路Ａの水に伝達されてお湯を生成することができるものである。
ヒートポンプ給湯装置１００は、水を貯留可能な貯湯タンク５と、水を搬送する循環ポンプ６と、スケール粒子を捕捉するスケールトラップユニット２と、冷媒回路などを有する熱源ヒートポンプユニット３とを有し、これらが循環配管７を介して接続されて構成されている。また、ヒートポンプ給湯装置１００は、水循環回路Ａの水の流量を検出する流量計２０を有している。

（貯湯タンク５）
貯湯タンク５は、水を貯留可能なものであり、利用側である風呂やシャワーなどに配管を介して接続されているものである。すなわち、貯湯タンク５は、熱源側である熱源ヒートポンプユニット３の熱交換器４で熱交換して加温した水を貯留可能であり、その貯留されたお湯を利用側である風呂やシャワーなどに供給可能となっているものである。貯湯タンク５は、循環配管７を介して、一方側がスケールトラップユニット２に接続され、他方側が循環ポンプ６の水吸入側に接続されている。

（循環ポンプ６）
循環ポンプ６は、水循環回路Ａ内の水を循環させるものである。循環ポンプ６は、水吸入側が貯湯タンク５に接続され、水吐出側が熱交換器４に接続されている。循環ポンプ６は、循環ポンプ６側から熱交換器４側に水を搬送する。すなわち、水循環回路Ａ内の水は、循環ポンプ６、熱交換器４、スケールトラップユニット２、及び貯湯タンク５の順番に流れる。なお、循環ポンプ６が設けられる位置は、貯湯タンク５と熱交換器４との間に限定されるものではなく、たとえば、スケールトラップユニット２と貯湯タンク５との間でもよい。

（スケールトラップユニット２）
スケールトラップユニット２は、水循環回路Ａ内の水に含まれるスケール粒子を捕捉するものである。スケールトラップユニット２は、内部にスケールを捕捉するスケール吸着材９が設けられたスケールトラップ８と、スケールトラップ８内の水の導電率を検出する導電率センサー１０と、流路の開閉をする電動式開閉弁１１〜１４とを有しているものである。

スケールトラップユニット２は、循環配管７を介して、一方側が貯湯タンク５に接続され、他方側が熱交換器４に接続されている。なお、スケールトラップユニット２は、熱交換器４から流出した直後の水が供給されるように、熱交換器４の下流側に設けられている。
スケールトラップユニット２には、水循環回路Ａ内の水量の減少を補うため、水循環回路Ａ内に水を供給するための給水配管１５が接続されるとともに、水循環回路Ａ内の水と共にスケール粒子を排出するための排水配管１６が接続されている。ここで、循環配管７のうち、電動式開閉弁１２側に接続されている循環配管７を循環配管７Ａと称し、電動式開閉弁１１側に接続されている循環配管７を循環配管７Ｂと称するものとすると、給水配管１５は、循環配管７Ｂに接続されている。給水配管１５には、流路の開閉をする電動式開閉弁１３が接続され、排水配管１６には、流路の開閉をする電動式開閉弁１４が接続されている。

なお、循環配管７に断熱処理がしてあり、熱交換器４と貯湯タンク５との間の温度低下が無視できる程度であれば、スケールトラップユニット２は、熱交換器４と貯湯タンク５との間のどこに取り付けてもよい。

スケールトラップ８は、上述のスケール吸着材９及び導電率センサー１０に加えて、スケールトラップ８の上側から下側にかけて設けられている内管７Ｃを有し、熱源ヒートポンプユニット３の熱交換器４から流出した水に含まれるスケール粒子を捕捉することができるものである。
スケールトラップ８は、図２に示すように、水の流れの上流側が循環配管７Ａを介して電動式開閉弁１２に接続され、下流側が循環配管７Ｂを介して電動式開閉弁１１に接続されている。スケールトラップ８と、循環配管７Ｂ及び循環配管７Ａとの接続位置は、スケール吸着材９の上端よりも上側となっている。また、循環配管７Ａは、スケールトラップ８の内管７Ｃの上流側の端部側に接続されている。

なお、スケールトラップユニット２は、熱交換器４の下流側に設置されている。これにより、スケールトラップユニット２は、熱交換器４から流出した直後の水温が高い位置で析出したスケール粒子を捕捉することが可能となっている。
すなわち、熱交換器４直後のスケール粒子が析出しやすい水温の高い位置にスケールトラップユニット２が配置されているため、スケールトラップユニット２は、スケール粒子を効率よく捕捉することができるということである。

スケール吸着材９は、スケール粒子の排出性を考慮してスケール粒子との吸着性（分子間力）が小さいポリプロピレン、ポリエチレン、及びＰＴＦＥなどの樹脂で構成され、スケールトラップ８内に充填されるものである。
スケールトラップ８は、スケールトラップ８の上面側とスケール吸着材９の上側との間に空間が形成されるとともに、スケールトラップ８の下面側とスケール吸着材９の下側との間に空間が形成されるように、スケール吸着材９が充填されている。

なお、スケール吸着材９を構成する樹脂の形状は、たとえば、「直径５（ｍｍ）、内径３（ｍｍ）、高さ５（ｍｍ）程度の円筒状」、「直径３（ｍｍ）程度の粒子状」又は「直径１（ｍｍ）以下の繊維状」などとして表面積を大きくするとよい。
樹脂のスケールトラップ８に対する充填量については、スケール吸着材９に採用する樹脂の種類や形状を決定後、加熱中にスケール吸着材９を通過する水の流速がスケール粒子の捕捉に最適な流速になるように決定するとよい。たとえば、熱交換器４に流入する水と、熱交換器４で加熱されて流出する水との温度差を固定した場合においては、熱源ヒートポンプユニット３の加熱能力によって水の循環量が決定されることから、スケール粒子の捕捉に最適な流速を維持するためのスケール吸着材９の充填量が必然的に決定される。

導電率センサー１０は、内管７Ｃからスケールトラップ８に流出し、スケール吸着材９を通過した水の導電率を検出するものである。すなわち、導電率センサー１０は、その一部が、スケール吸着材９を通過した水の導電率を検出することができるように、スケールトラップ８内の空間であって、スケールトラップ８の上面側とスケール吸着材９の上側との間に形成される空間を流れる水に浸漬されるように設けられている。
導電率センサー１０は、後述する制御装置１９に電気的に接続されている。なお、この導電率センサー１０は、たとえば、電圧源及びこの電圧源に接続された対向電極を有し、この対向電極の間に通電することで導電率を検出するように構成するとよい。

導電率センサー１０は、後述するスケール粒子の自動排出時に流れる水によって、洗浄することができる。なお、このスケール粒子の自動排出時における洗浄に加えて、導電率センサー１０を単独で着脱することができるように構成し、たとえば、定期的にクエン酸などで完全にスケール粒子を除去することができるようにしてもよい。
また、導電率センサー１０は、スケール粒子の量の測定をすることができるのであれば、ｐＨセンサーやスケールによる質量変化で固有振動数の変化を検出する比重計に置き換えてもよい。

内管７Ｃは、略Ｌ字形状をしており、上流側の端部側が循環配管７Ａに接続され、下流側の端部側がスケールトラップ８内の下側に位置するように設けられている。より詳細には、内管７Ｃは、循環配管７Ａとの接続位置から略水平方向に延出し、その後、スケール吸着材９を通りスケールトラップ８内の下側に位置するまで略鉛直下方（重力方向）に延出しているものである。
なお、内管７Ｃの形状は、それに限定されるものではない。たとえば、内管７Ｃのうちの略鉛直下方に延出している部分については、鉛直方向に対して所定の角度が形成された形状であってもよい。また、内管７Ｃは、たとえば、複数の配管に分岐したものであってもよい。

なお、循環加熱中において、内管７Ｃを介してスケールトラップ８内の下側に流入した循環水は、スケールトラップ８内の下側から上側に上昇する。一方、スケール粒子を排出中において、給水配管１５及び循環配管７Ｂを介してスケールトラップ８内の上側に流入した水は、スケールトラップ８内の上側から下側に下降する。すなわち、スケールトラップ８内を循環するときの水と、スケール粒子を排出するときの水との流れが、対向するようにスケールトラップユニット２は構成されている。これにより、スケール粒子が多く付着するスケール吸着材９の温水入口側を、スケール粒子排出時の排水側にすることができ、高効率にスケール粒子を水循環回路Ａ内から排出することができる。
なお、このスケール粒子を排出するために使用する水に、超音波振動、直径５０（μｍ）以下のマイクロバブル、又は脈動を印加してスケール粒子の排出性を向上させてもよい。

電動式開閉弁１１は、上流側が循環配管７Ｂを介してスケールトラップ８に接続され、上流側と下流側との間に給水配管１５に接続され、下流側が貯湯タンク５に接続されている。
電動式開閉弁１２は、上流側が熱交換器４に接続され、下流側が循環配管７Ａを介してスケールトラップ８（内管７Ｃ）に接続されている。

電動式開閉弁１３は、一方側が給水配管１５に接続され、他方側が循環配管７Ａに接続されている。なお、本実施の形態１では、電動式開閉弁１３は、スケール粒子の排出に使用する水を供給する弁として機能するとともに、貯湯タンク５に水を供給する弁としても機能する、すなわち、電動式開閉弁１３は、水の加熱循環用及びスケール粒子の排出用の弁を兼用している。
電動式開閉弁１４は、一方側が排水配管１６などに接続され、他方側がスケールトラップ８の底部に接続されている。
電動式開閉弁１１〜１４は、制御装置１９に電気的に接続されており、開閉が制御されるようになっている。

給水配管１５は、一方側が水道管などに接続され、他方側が循環配管７Ｂに接続され、水循環回路Ａに水を供給するための配管である。
排水配管１６は、一方側が排水管などに接続され、他方側がスケールトラップ８の底部に接続され、スケールトラップ８内のスケール粒子を水循環回路Ａから排出するための配管である。

（熱源ヒートポンプユニット３）
熱源ヒートポンプユニット３には、冷媒回路を循環する冷媒と水循環回路Ａを循環する水とを熱交換させる熱交換器４が搭載されている。また、熱源ヒートポンプユニット３には、後述する流量計２０及び導電率センサー１０の検出結果に基づいて循環ポンプ６の回転数などを制御する制御装置１９とを有している。
熱源ヒートポンプユニット３は、貯湯タンク５に貯留されるお湯を生成する熱源となるものである。

（熱交換器４）
熱交換器４は、循環ポンプ６から吐出された水と、図示省略の冷媒回路を循環する冷媒との間で熱交換を行わせるものである。熱交換器４は、熱源ヒートポンプユニット３の構成の一部でもあるとともに、水循環回路Ａの構成の一部でもある。熱交換器４は、循環配管７を介して、一方側がスケールトラップユニット２に接続され、他方側が循環ポンプ６の水吐出側に接続されている。なお、熱交換器４は、たとえば、熱交換器４を流れる冷媒と水との間で熱交換ができるような二重管熱交換器などで構成するとよい。

（制御装置１９）
制御装置１９は、流量計２０及び導電率センサー１０などの検出結果に基づいて、循環ポンプ６の回転数（運転／停止含む）、電動式開閉弁１１〜１４の開度、及び図示省略の冷媒回路に接続された圧縮機などを制御するものである。制御装置１９は、たとえばマイコンなどで構成される。

制御装置１９は、スケール吸着材９のスケール粒子の付着量が増大したか否かに基づく制御を行うものである。ここで、スケール粒子の付着量が増大すると、その分、スケール吸着材の抵抗率が上昇し、導電率が低下する。すなわち、制御装置１９は、導電率センサー１０の検出結果が、所定の閾値（第１の所定値）を下回ったか否かを判定している。制御装置１９は、所定の閾値以下であると判定すると、電動式開閉弁１１〜１４を制御して、スケール粒子を水循環回路Ａ外に自動排出する。
なお、初回の自動排出は、初めて循環運転を行った時点に測定した初期の導電率が、ある閾値まで低下した時点で開始される。また、２回目以降の自動排出では、前回の自動排出時点に測定した導電率が、ある閾値まで低下した時点で開始される。

また、制御装置１９は、循環運転時の水の循環量を流量計２０の検出結果に基づいて算出している。すなわち、水循環回路Ａ中のスケール粒子が著しく少ない環境下においても、制御装置１９が、一定の循環量に達した場合に、電動式開閉弁１１〜１４を制御して自動排出を開始するようにしている。これにより、スケール粒子が著しく少ないような場合においても、スケール粒子の自動排出ができなくなることを防止することができる。

（流量計２０）
流量計２０は、循環配管７のうち、循環ポンプ６と熱交換器４との間の部分を流れる水の流量を検出するものである。流量計２０は、制御装置１９に電気的に接続されている。なお、この流量計２０は、たとえば、フロー型流量計や差圧式流量計などを採用するとよい。
水循環回路Ａ中のスケール粒子が著しく少ない場合には、スケール吸着材９に付着するスケール粒子が少ない分、導電率の値が低い（抵抗率の値が大きい）。したがって、スケール粒子が著しく少ないと、設定されていた閾値よりも既に導電率の値が低い場合も生じうる。たとえば、現時点での導電率の値より、閾値の値を低く設定するため、設定されていた閾値の値を半分に設定したとする。しかし、スケール粒子が著しく少ないため、長期間循環運転を続けたとしても、閾値に達しない可能性がある。
そこで、ヒートポンプ給湯装置１００には、導電率センサー１０の検出結果に基づいて自動排水をすることができない環境下でも、自動排水を可能とするために流量計２０が設けられている。

［動作説明］
図１及び図２を参照しながら、ヒートポンプ給湯装置１００の自動排水動作について説明する。
スケール粒子は、水循環回路Ａを循環する過程で、スケールトラップ８内に設けられたスケール吸着材９によって捕捉される。一方、捕捉されたスケール粒子については、スケール吸着材９で捕捉され、導電率センサー１０の検出値の変化に寄与することとなる。
制御装置１９は、スケール粒子の捕捉量が増大して、導電率の値が所定の閾値（第１の閾値）に達した時点でまず、循環加熱運転を停止する。すなわち、制御装置１９は、循環ポンプ６の運転を停止するとともに、図示省略の冷媒回路に接続された圧縮機の運転も停止する。次に、制御装置１９は、循環配管７の電動式開閉弁１１、１２を閉とし、給水配管１５の電動式開閉弁１３と排水配管１６の電動式開閉弁１１を開とする。

これにより、図２（ｂ）に示すように、給水配管１５からスケールトラップ８側に水が供給される。すなわち、給水配管１５内の水は、電動式開閉弁１３、循環配管７Ｂを介してスケールトラップ８の上側からスケールトラップ８内に流入する。そして、このスケールトラップ８に流入した水は、スケールトラップ８内を降下していく過程でスケール吸着材９を通過し、排水配管１６を介してスケールトラップ８内から流出する。なお、給水配管１５からスケールトラップ８側に供給する水の量は、スケールトラップ８内の水が完全に入れ替わる量以上とするとよい。

このとき、導電率センサー１０は、循環配管７Ｂとスケールトラップ８との接続位置、すなわち、水の流入口の対向位置に設置されているため、給水配管１５からスケールトラップ８側に供給された水によって洗浄される。また、制御装置１９は、導電率センサー１０にこのときの導電率を測定させ、次回の自動排出動作を行う基準の導電率とする。

なお、本実施の形態１では、スケール粒子の影響が大きい熱交換器４を有するヒートポンプ給湯装置１００にスケールトラップ８を配置した場合を例に説明したが、それに限定されるものではなく、その他のボイラー、電気給湯器などにも利用できることは、言うまでもない。
また、通常は、給湯負荷が少ない夜間に夜間電力を使用して、給水後集中的に沸き上げながら循環運転を行うことで正確に導電率の測定をすることができる。しかし、終日、給湯負荷が大きく、常時給水及び沸き上げを行っている場合には、常時給水配管１５からスケール粒子を含んだ水が供給されることとなり、導電率が低下しにくい。
このため、熱源ヒートポンプユニット３の運転状況を制御装置１９に入力して計算し、閾値を変化させるようにするとよい。すなわち、制御装置１９は、貯湯タンク５で発生する給湯負荷が所定値（第３の所定値）よりも大きいとき、上述した第１の所定値を大きくなるように変化させる。なお、制御装置１９が、制御装置１９に記憶されている運転状況のデータに基づいて変化させる閾値の値を算出してもよいし、ユーザーが閾値を予め設定することができるようにしてもよい。

さらに、スケール吸着材９の交換時期については水の循環量と導電率を測定しておき、一定の循環量（第２の所定値）に達した時点で導電率の変化を確認し、変化率がある閾値以下になった時点でスケール吸着材９の交換を促す表示を熱源ヒートポンプユニット３の操作部（図示書略）に表示させ、オペレーターに知らせるようにするとよい。

［実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００の有する効果］
本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、熱交換器４の下流側にスケールトラップ８が設けられているので、熱交換器４へのスケール付着を高効率に抑制し、熱交換器４における伝熱効率の低下を防止することができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、スケール付着を抑制することができるので、スケール洗浄剤を使用する頻度が減り、スケール洗浄過程で発生する廃液を産業廃棄物として処理する頻度を減少させることができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、循環加熱中においては熱交換器４で加熱された循環水をスケールトラップ８の下側から流入させ、スケール粒子の自動排水時においては給水配管１５から供給された水をスケールトラップ８の上側から流入させるようにし、スケールトラップ８内でこれらの水の流れが切り替わるようにしている。これにより、スケール粒子が多く付着するスケール吸着材９の温水入口側が排水側となり、スケール粒子を効率よく排出することができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、スケールの付着を抑制することができるので、ヒートポンプ給湯装置１００に使用する水の水質基準を緩和することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の利用範囲を拡大することができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、分子間力によるスケール粒子との吸着性が小さい樹脂などを粒子状あるいは繊維状にし、表面積を大きくしたスケール吸着材９を採用しているので、多くのスケール粒子を捕捉することができる。また、スケール吸着材９は、その吸着力が、スケール粒子の排出時に流れる水によってスケール粒子が脱離する程度であるため、スケール粒子を排出しやすく、また、排出に使用する水を減らすことができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、スケール粒子の捕捉量を導電率センサー１０にて検出しているので、スケールトラップ８にスケール粒子がある程度蓄積された時点で、水循環回路Ａ外に自動排出することができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、循環配管７Ｂとスケールトラップ８との接続位置、すなわち、水の流入口の近傍に設置されているため、給水配管１５からスケールトラップ８側に供給された水によって導電率センサー１０を確実に洗浄することができる。

本実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００は、スケール吸着材９を流れる水が鉛直方向になるようにスケールトラップ８を構成している。そして、スケール粒子を排出するための排水配管１６が、スケールトラップ８の底部において、鉛直下向きに取り付けられているため、効率よくスケール粒子を排出することができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置１０１の水循環回路の構成の一例である。なお、実施の形態２では、実施の形態１に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置１０１は、水を低温から高温に１パスで沸きあげることが可能なものであり、熱源ヒートポンプユニット３内の熱交換器４Ｂの途中にスケールトラップユニット２Ｂを配置している点で、実施の形態１に係るスケールトラップユニット２とは異なっている。

図３に示すように、スケールトラップユニット２Ｂは、実施の形態１に係るスケールトラップユニット２（図２参照）を、熱交換器４Ｂの途中に取り付けたものである。熱交換器４Ｂの途中とは、１パスで沸き上げる運転形態のときに熱交換器４Ｂ内の水の温度が、スケール粒子の析出が始まる５０（℃）程度となる位置である。より詳細には、熱交換器４Ｂは、上流側の熱交換器４Ｂ１と、下流側の熱交換器４Ｂ２とから構成されている。そして、熱交換器４Ｂ１から流出した水の温度が、５０（℃）程度になるように熱交換器４Ｂ１の大きさやパスの長さなどが設定されている。
これにより、熱交換器４Ｂ１から流出し、スケールトラップユニット２Ｂに流入した水の温度が、スケール粒子の析出しやすい温度となっており、スケール粒子を効率よく捕捉することが可能となる。

［実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置１０１の有する効果］
実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置１０１は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯装置１００の有する効果を奏することに加えて以下の効果を奏する。
すなわち、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯装置１０１は、スケールトラップユニット２Ｂを熱交換器４Ｂ内の水の温度がスケール粒子の析出が始まる５０（℃）程度となる位置に取り付けるようにしているので、水を低温から高温に１パスで沸きあげる機能を有するものであっても、スケール粒子を効率よく排出することができる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係るスケールトラップユニットの模式図である。なお、実施の形態３では、実施の形態１、２に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態３に係るヒートポンプ給湯装置は、スケール吸着材９の下側に導電率センサー１０Ｂを設けた点で実施の形態１、２とは異なっている。

導電率センサー１０Ｂは、スケールトラップ８のうち、熱交換器４で熱交換して加温されている循環水の入口となる位置、すなわち、スケール吸着材９の下側に導電率センサー１０Ｂに設けられている。なお、導電率センサー１０Ｂは、その上端側が、スケール吸着材９の下側に挿入されるようにして設けられている。

スケール吸着材９の下側は、熱交換器４で析出したスケール粒子が最初に捕捉される場所であり、スケール粒子がスケール粒子と結合して徐々に成長するため、最もスケール粒子が付着する位置となる。この導電率センサー１０Ｂは、その上端側が、スケール吸着材９の下側に挿入されるようにして設けられるため、導電率センサー１０の検出部も同様にスケール粒子が付着して導電率が変化する。これにより、スケール粒子が付着した導電率センサー１０の汚れを直接測定することができ、スケールトラップ８で捕捉したスケール粒子の量を定量的に知ることができる。
また、循環配管７や貯湯タンク５ではなくスケールトラップ８のスケール吸着材９内部に導電率センサー１０を配置することで導電率センサー１０の検出部が高水温、低流速となり、スケール粒子の成長しやすい条件を得ることができる。さらに、スケール吸着材９の交換時期についても同様に知ることができる。

［実施の形態３に係るヒートポンプ給湯装置１０１の有する効果］
実施の形態３に係るヒートポンプ給湯装置１０１は、実施の形態１、２に係るヒートポンプ給湯装置１００の有する効果を奏することに加えて以下の効果を奏する。
実施の形態３に係るスケールトラップユニットは、導電率センサー１０の位置を、スケール吸着材９のスケール粒子が付着しやすい位置とすることで、スケール粒子が付着した導電率センサー１０の汚れを直接測定することができ、スケールトラップ８で捕捉したスケール粒子の量を定量的に知ることができる。

２、２Ｂ スケールトラップユニット、３ 熱源ヒートポンプユニット、４ 熱交換器、４Ｂ１ 上流側の熱交換器、４Ｂ２ 下流側の熱交換器、５ 貯湯タンク、６ 循環ポンプ、７、７Ａ、７Ｂ 循環配管、７Ｃ 内管、８ スケールトラップ、９ スケール吸着材、１０、１０Ｂ 導電率センサー、１１ 電動式開閉弁（第１開閉弁）、１２ 電動式開閉弁（第２開閉弁）、１３ 電動式開閉弁（第３開閉弁）、１４ 電動式開閉弁（第４開閉弁）、１５ 給水配管、１６ 排水配管、１９ 制御装置、２０ 流量計、１００、１０１ ヒートポンプ給湯装置、Ａ 水循環回路。

Claims (13)

1. 利用側の水循環回路及び熱源側の冷媒回路に接続され、前記冷媒回路を流れる冷媒の温熱で前記水循環回路を流れる水を加温する熱交換器を有する熱源ヒートポンプユニットと、
   前記熱交換器で加温された水を貯留する貯湯タンクと、
   前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間の水を循環させる循環ポンプと、
   水に含まれるスケール粒子を捕捉するスケール吸着材が設けられたスケールトラップと、
   を有し、
   前記スケールトラップが前記熱交換器の下流側となるように、少なくとも前記熱交換器、前記スケールトラップ、前記貯湯タンク及び前記循環ポンプが循環配管で接続されて前記水循環回路を形成している
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 前記スケールトラップの前記スケール吸着材で捕捉されたスケール粒子の量に基づいて、前記スケールトラップからスケール粒子を排出するか否かを判定する制御装置を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 前記スケールトラップが設けられ、前記水循環回路への水の供給及び前記スケールトラップ内で捕捉されたスケール粒子を排出するスケールトラップユニットを有し、
   前記スケールトラップユニットは、
   前記スケールトラップと前記貯湯タンクとの間の前記循環配管に接続された第１開閉弁と、
   前記スケールトラップと前記熱源ヒートポンプユニットとの間の前記循環配管に接続された第２開閉弁と、
   前記第１開閉弁と前記スケールトラップとの間の前記循環配管に接続され、前記水循環回路に水を供給する給水配管と、
   前記第１開閉弁と前記スケールトラップとの間の前記循環配管に接続され、前記水循環回路に水を供給するための給水配管と、
   前記スケールトラップに接続され、前記スケールトラップ内の水を排出するための排水配管と、
   前記給水配管に接続された第３開閉弁と、
   前記排水配管に接続された第４開閉弁と、
   前記スケールトラップに設けられ、前記スケール吸着材で捕捉されたスケール粒子の量を検出する導電率センサーとを有し、
   前記制御装置は、
   前記導電率センサーの検出結果に基づいて、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記第３開閉弁、及び前記第４開閉弁の開閉を制御して、前記スケールトラップ内からスケール粒子を排出する
   ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 前記スケールトラップは、
   一方側が前記熱交換器から供給される水が流れるように、前記熱交換器側の前記循環配管に接続され、他方側が前記スケール吸着材の下端よりも下側に位置するように設けられた内管を有し、
   前記内管は、
   前記スケールトラップ内の上側から下側にかけて延びるように設けられ、
   前記スケール吸着材は、
   前記内管の外周面と前記スケールトラップの内周面との間に設けられた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 前記排水配管は、
   前記スケールトラップの底部に接続され、略鉛直方向に平行に設けられている
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のヒートポンプ給湯装置。
6. 前記制御装置は、
   前記導電率センサーの検出結果が第１の所定値以下になったとき、
   前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉じ、前記第３開閉弁及び第４開閉弁を開いて前記給水配管から前記スケールトラップユニット内に水を供給し、
   前記スケール吸着材に付着したスケール粒子とともに、このスケールユニット内に供給された水を前記排水配管から排水する
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
7. 前記導電率センサーの一部は、
   前記給水配管が接続されている側の前記循環配管を介して前記スケールトラップ側に流入する水によって洗浄されるように、
   前記給水配管が接続されている側の前記循環配管と、前記スケールトラップとの接続位置に対向するように設けられている
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 前記制御装置は、
   前記給水配管が接続されている側の前記循環配管を介して前記スケールトラップ側に水が供給されて前記導電率センサーが洗浄されるとき、
   前記導電率センサーによって前記スケール吸着材で捕捉されたスケール粒子の量を検出し、当該検出結果を、次回の排水を行う基準の導電率としている
   ことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置。
9. 前記水循環回路を流れる水の循環量を検出する流量計を有し、
   前記制御装置は、
   前記流量計の検出結果が第２の所定値以上となったときに、
   前記導電率センサーの検出結果の単位時間あたりの変化量の値を算出し、当該算出結果に基づいて前記スケール吸着材の交換時期を判定する
   ことを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
10. 前記制御装置は、
    前記導電率センサーの値が所定期間の間に前記第１の所定値にならないとき、
    前記流量計の検出結果に基づいて前記スケール吸着材に付着したスケール粒子の量を判定する
    ことを特徴とする請求項６に従属する請求項９に記載のヒートポンプ給湯装置。
11. 前記制御装置は、
    前記貯湯タンクで発生する給湯負荷が第３の所定値よりも大きいとき、
    前記第１の所定値を高くする
    ことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
12. 前記導電率センサーは、
    前記スケール吸着材の下側に設けられている
    ことを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
13. 利用側の水循環回路及び熱源側の冷媒回路に接続され、前記冷媒回路を流れる冷媒の温熱で前記水循環回路を流れる水を加温する熱交換器を有する熱源ヒートポンプユニットと、
    前記熱交換器で加温された水を貯留する貯湯タンクと、
    前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間の水を循環させる循環ポンプと、
    水に含まれるスケール粒子を捕捉するスケール吸着材が設けられたスケールトラップと、
    を有し、
    少なくとも前記熱交換器、前記スケールトラップ、前記貯湯タンク及び前記循環ポンプが循環配管で接続されて前記水循環回路を形成し、
    前記熱交換器は、
    上流側の熱交換器と、下流側の熱交換器とから構成され、
    前記スケールトラップは、
    前記上流側の熱交換器と、前記下流側の熱交換器との間に接続された
    ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。

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