JP4470740B2 - 貯湯式温水器 - Google Patents

Description

本発明は、電気温水器やヒートポンプ式給湯器、燃料電池やガスエンジン発電機を用いた給湯コージェネシステムに応用ができ、スケール付着を一層低減してさらなる高信頼性をはかった貯湯式温水器に関する。

従来、貯湯式温水器は、給水管より流入した水をタンク内に供給された電気ヒータで湯にして出湯管から給湯していたが、電気ヒータの代わりに、炭酸ガスを冷媒としたヒートポンプの熱でお湯を沸かす給湯器が、最近発売され話題になっている。この貯湯式温水器の構成を図８（ａ）に、お湯の沸き上げ特性を図８（ｂ）に、お湯の追加追い焚き特性を図８（ｃ）に示す。タンク１の水は、併設した循環路２に配置されたヒートポンプ３の冷媒熱を伝熱する水熱交換器４を経由して、ポンプ５で循環させることで加熱され、設定温度であるスケール非付着上限温度（例、８０℃）まで一気に沸き上げられている。また、お湯が使用されたために給湯管７から温水が流出され、このことで給水管８から室温の水道水が流入して温水温度が低下（所謂、お湯不足）した際は、タンク１に配置して温水の残湯量を検出する湯残量検出器６が、そのことを検出してスケール非付着上限温度以内の設定温度になるまで一気に、所定時間以内で循環させて追加追い焚きをおこなって、スケールの低減をおこなっている（例えば、特許文献１参照）。

また、貯湯式温水器の他のスケール低減対策として、沸き上げや追加追い焚きの設定温度は８０〜６５℃と変化するが、循環路２に配置された温度検出器９で検出した水温情報をもとにして検出制御器１０が、ヒートポンプ３の水熱交換器４からの伝熱熱量をほぼ一定にして、ポンプ５の循環流量を制御することで、設定温度までの沸き上げや追加追い焚きをおこなっている内容がある（例えば、特許文献２参照）。この制御方法は、電気ヒータを用いて沸き上げや追加追い焚きを行う場合も同じである（例えば、特許文献３参照）。

一方、加熱手段のスケール低減対策として、ヒートポンプ３の冷媒熱伝熱用の水熱交換器４は、構成を工夫して水流路断面積は水流入側よりも水流出側が大きくしている内容がある（例えば、特許文献４参照）。また、温水を得るための加熱源の接水材料は、銅もしくはステンレスが一般的であるが、電気ヒータの場合は特に、銅の母材にニッケルメッキなどの被膜を形成した材料としている内容もある（例えば、特許文献５参照）。
特開２００３−１９４４０７号公報 特開２００１−２２１５０１号公報 特開平６−２６５２１４号公報 実開２００４−９３０３７号公報 実開２００１−６５９８５号公報

従来の貯湯式温水器は、上記のように高信頼性をはかった構成としているため、大部分の水質地区では長期間使用してもスケール付着の問題が起こりにくいが、温泉地域などの硬度分の極めて多い水質地域で使用すると、これらが短期間で起こる恐れが有った。そのため、これら硬度分の非常に多い水質地域で使用しても、スケール付着の起こる恐れのない貯湯式温水器が求められていた。

本発明は、前記課題を解決するもので、スケール付着を一層低減してさらなる高信頼性をはかった貯湯式温水器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式温水器は、貯湯タンクと、その内部または併設した水循環流路に配置してその貯水を接水部で加熱する加熱手段と、貯湯タンクの上側内部または水循環流路に配置した加熱手段の接水部の出口水側に配置してその貯温水温度を検知する水温検出器と、水温検出器で検出される貯温水温度が設定温度Ｔと一致するように加熱手段または水循環流路に設けた循環ポンプを制御して沸き上げを行う制御手段とを少なくとも備えているとした。そして、制御手段は、前記加熱手段の接水部へのスケール付着量を低減させる設定温度Ｔ（１）まで昇温させ、前記貯湯タンクの貯温水にスケールを浮遊析出させる設定時間Ｈ（１）まで前記設定温度Ｔ（１）にて保持した後、設定温度Ｔまで昇温させることで、階段状に水温を上昇させる沸き上げ制御を行うとともに、追い焚き運転時には、前記階段状の沸き上げ制御を解除して、前記設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御を行うとした。

本発明は、設定温度Ｔまで階段状に水温を上昇させて沸き上げ制御を行うため、最終段階で設定温度Ｔに昇温する時点においてスケール発生源となる炭酸水素カルシウム残存量が、従来の設定温度Ｔまで一気に沸き上げる場合と比較して少ないため、加熱手段の接水部に付着するスケール量が少なくなる効果が生じる。このため、高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できる。また、実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

本発明の貯湯式温水器は、実用に即した使い易い沸き上げモードを用いて、加熱手段の接水部に付着するスケール量を低減させるため、高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる。

第１の発明は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクの内部または併設した水循環流路に配置してその貯水を接水部で加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの上側内部または前記水循環流路に配置した前記加熱手段の接水部の出口水側に配置してその貯温水温度を検知する水温検出器と、前記水温検出器で検出される貯温水温度が設定温度Ｔと一致するように前記加熱手段または前記水循環流路に設けた循環ポンプを制御して沸き上げを行う制御手段とを少なくとも備え、前記制御手段は、前記加熱手段の接水部へのスケール付着量を低減させる設定温度Ｔ（１）まで昇温させ、前記貯湯タンクの貯温水にスケールを浮遊析出さ
せる設定時間Ｈ（１）まで前記設定温度Ｔ（１）にて保持した後、設定温度Ｔまで昇温させることで、階段状に水温を上昇させる沸き上げ制御を行うとともに、追い焚き運転時には、前記階段状の沸き上げ制御を解除して、前記設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御を行うこととした。

設定温度Ｔまで階段状に水温を上昇させて沸き上げ制御を行うため、最終段階で設定温度Ｔに昇温する時点においてスケール発生源となる炭酸水素カルシウム残存量が、従来の設定温度Ｔまで一気に沸き上げる場合と比較して少ないため、加熱手段の接水部に付着するスケール量が少なくなる効果が生じる。このため、高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できる。

また、実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

第２の発明は、特に第１の発明の設定温度Ｔ（１）を５０〜７０℃の任意温度とし、設定温度Ｔを前記設定温度Ｔ（１）より高い温度とした内容である。設定温度Ｔ（１）を最適温度に設定しているため、加熱手段の接水部に付着するスケール量が一層少なくなる効果が生じる。このため、一層の高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できる。

第３の発明は、特に第２の発明の設定温度Ｔ（１）の保持に関する設定時間Ｈ（１）は、設定温度Ｔまでの初期からの到達時間Ｈに対して、０．２５〜０．９７倍であるとした内容である。設定時間Ｈ（１）を最適時間に設定しているため、加熱手段の接水部に付着するスケール量がさらに一層少なくなる効果が生じる。このため、さらに一層の高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できる。

第４の発明は、特に第１の発明の加熱手段が、その接水部を、銅を主成分とした母材の表面に銅メッキ層と電気ニッケルメッキ層を順に積層した材料の電気ヒータであるとした。接水部をこの材料構成とすると、長期間の使用で付着したスケールに塩素イオンなどの腐食促進イオンが含有していたとしても、接水部がこの腐食促進イオンで腐食されることが大幅に低減される。このため、貯湯式温水器を長期間使用しても、加熱手段は腐食することなく優れた耐久信頼性が維持できた。

第５の発明は、特に第１の発明の加熱手段が、被加熱用の水が通過する水通過管を有する熱交換器を、周囲から加熱するタイプの熱源であり、熱交換器の水通過管を、貯湯タンクに併設した水循環流路の途中に配置させ、水循環流路に設けた循環ポンプを制御して沸き上げを行うとした。この構成にすると、被加熱用の水の通過により、加熱手段から熱交換器の水通過管に伝熱される授熱量が低下して、接水部の加熱密度が小さくなって加熱表面温度が低下できる。そのため、スケール付着量が一層低減できる効果が得られ、さらなる高信頼性が達成できる。

第６の発明は、特に第１の発明の制御手段に、時間を計測する計時手段を併設し、計時手段が深夜時間帯と判断とした際に、設定温度Ｔまで階段状に沸き上げる制御を行うとした。お湯の使用量が極めて少ない深夜時間帯に長時間をかけて沸き上げを行うので、その中断がほとんどない状態での沸き上げが可能となり、実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケール低減がはかれるようになった。

第７の発明は、特に第１の発明の制御手段に、貯湯タンク内の残湯量を検出する残湯量検出器と、貯湯タンク内の湯を最低限確保する量を設定する最低残湯量設定手段と、残湯量検出器の情報と最低残湯量設定手段の情報より沸き上げ湯量の過不足を判定する湯量過
不足判定手段と、湯量過不足判定手段が不足と判断したことを知らせる警報手段を併設した。この警報により、手動入力が任意に、また、予め設定したモードや水温に基づいて追い焚きを行う自動入力が簡単にでき、このことで、実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

第８の発明は、特に第７の発明の湯量過不足判定手段に、湯量が不足と判断されたときは設定温度Ｔを高めの温度に設定し、湯量が豊富と判断されたときは設定温度Ｔを低めの温度に設定する沸き上げ量学習手段を併設し、この沸き上げ量学習手段の指令に基づき沸き上げ制御を行うとした。このことで実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１の貯湯式温水器の構成であり、図１（ｂ）にその沸き上げ特性を示す。貯湯式温水器は、貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１に配置してその貯水を加熱する加熱手段１２と、貯温水温度を検知する水温検出器１３と、水温検出器１３で検出される貯温水温度が設定温度と一致するように加熱手段１２を制御して沸き上げを行う制御手段１４を少なくとも備えている。貯湯タンク１１は、沸き上げたお湯を台所配置の蛇口（記載せず）まで流出するための給湯管１６を上部位置に、室温の水道水を流入させる給水管１７を下部位置が配置されている。制御手段１４は、最初は加熱手段１２の接水部１５へのスケール付着量を低減させる設定温度Ｔ（１）まで昇温させ、次は貯湯タンク１１の貯温水にスケールを浮遊析出させる設定時間Ｈ（１）までその温度を保持する、昇温モードを用いて設定温度Ｔまで階段状に水温を上昇させて沸き上げ制御を行う。

スケールは、水に溶けているカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）と炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）が、加熱されることで化学反応して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が生成し、その溶解度が非常に小さいため、溶解できない余剰分が析出したものを主成分とする。その化学反応式を下記に示す。

Ｃａ^２＋ ＋ ２ＨＣＯ_３ ⁻ → ＣａＣＯ_３ ＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２
スケール生成メカニズムを図２で説明する。図２（ａ）は、炭酸水素カルシウムと炭酸カルシウムの溶解量の水温依存特性図であり、横軸を水温とし縦軸を溶解量としてスケール生成メカニズムを説明したものである。曲線１）は、カルシウムイオンと炭酸水素イオンの混合物である炭酸水素カルシウムの溶解度曲線である。炭酸水素カルシウムは、この曲線までは可溶性のイオンとして存在し、この曲線を超えると不溶性の沈殿物となる。室温の水道水は、炭酸水素カルシウムが可溶性のイオンとして存在するため、溶解量地点Ｉの溶解状態にある。炭酸水素カルシウムは、水温が上昇するとその溶解度が減少し、やがて変曲温度に到達すると、熱分解が始まり炭酸カルシウムが生成し始める。曲線２）は、炭酸水素カルシウムと炭酸カルシウムの中間物の溶解度曲線であり、変曲温度から水温がさらに上昇すると、熱分解が活発に起って炭酸カルシウムがどんどん生成する。曲線３）は、炭酸カルシウムの溶解度曲線であり、水温がさらに上昇すると、その溶解度が減少する。温水における溶解量地点ＩＩは、炭酸カルシウムの溶解曲線３）の線上に存在し、溶解量地点Ｉと溶解量地点ＩＩの溶解量差がスケールとなる炭酸カルシウムの量である。

図２（ｂ）は、スケール生成量の水温依存特性図であり、横軸を水温とし縦軸をスケール生成量として、所定時間後におけるスケール生成量の内訳を説明したものである。曲線４）は、加熱手段接水部に付着するスケール付着量の水温特性であり、水温が上昇すると
炭酸カルシウムからなるスケールが加熱手段接水部に多く付着することがわかる。曲線５）は、炭酸水素カルシウムが熱分解して生成する炭酸カルシウムからなるスケールの水温特性であり、加熱手段接水部に付着するスケール付着量と、温水に析出して浮遊するスケール浮遊析出量の合計量である。曲線５）も、水温が上昇するとスケールが多く付着し浮遊析出することがわかる。曲線５）から曲線４）を差し引いた値が、温水に析出して浮遊するスケール量である。温度が高いと浮遊析出するスケールが多くなり、この浮遊析出量は、加熱手段接水部への付着量より多いことがわかる。

図２（ｃ）は、スケール生成量の時間的変化特性図であり、横軸を経過時間とし縦軸をスケール生成量として、所定温度の温水におけるスケール生成量の内訳を説明したものである。曲線６）は、加熱手段接水部に付着するスケール付着量の時間的変化特性であり、時間とともに炭酸カルシウムからなるスケールが加熱手段接水部に多く付着することがわかる。曲線７）は、炭酸水素カルシウムが熱分解して生成する炭酸カルシウムからなるスケールの時間的変化特性であり、加熱手段接水部に付着するスケール付着量と、温水に析出して浮遊するスケール浮遊析出量の合計量である。曲線７）から曲線６）を差し引いた値が、温水タンクに析出して浮遊するスケール量であり、時間とともに浮遊析出するスケールが多くなり、この浮遊析出量は浮遊接水部への付着量より多いことがわかる。

図２（ｄ）は、スケール付着量の時間的変化特性図であり、横軸を経過時間とし縦軸をスケール付着量として、炭酸水素カルシウムの濃度を変えた際におけるスケール付着量を説明したものである。曲線８）は炭酸水素カルシウムが少ない場合の特性、曲線９）は炭酸水素カルシウムが多い場合の特性であり、炭酸水素カルシウムが多いと、スケールが多く付着することがわかる。

図３は、本発明の効果特性図である。効果は、ステンレス製の電気ヒータをその内部空間に収納したステンレス製の貯湯タンクに、炭酸水素カルシウムを主成分とする全硬度３６０ｐｐｍの冷水を注入して昇温モードを変化させて昇温し、電気ヒータに付着する付着スケール量、貯湯タンクに析出して浮遊する浮遊析出スケール量を測定して、その判定をおこなった。なお、スケール量の測定は、効果を明確にするため、前述の試験を１０サイクルおこなって精度が確保できるレベルまでスケールを充分に付着させ、その値を実験回数１０サイクルで除して１サイクル当りの量に換算した値で表現した。また、貯湯タンクの接水表面積は、加熱手段である電気ヒータの接水表面積と比較して約１０００倍弱として、実機に近い状態とした。

図３（ａ）は、貯湯タンクにおける温水の昇温モードである。本発明は、９０℃まで階段状に沸き上げる制御であり、最初は６５℃まで３０分で昇温して５．０時間保持し、次は９０℃まで３０分で昇温して２時間保持するモードである。従来例は、９０℃まで１時間で昇温して７．０時間保持するモードである。

図３（ｂ）は、電気ヒータに付着するスケール量の時間的変化特性図である。本発明は、従来例と比較して電気ヒータに付着するスケール量が少ないことがわかる。

図３（ｃ）は、貯湯タンクに析出して浮遊する浮遊析出スケール量の時間的変化特性図である。本発明は、従来例と比較して貯湯タンクに浮遊析出するスケール量が多いことがわかる。

図３（ｄ）は、貯湯タンクに残存する炭酸水素カルシウム量の時間的変化特性図である。本発明は、沸き上げを初期開始時と時間Ｈ（１）時に行っており、沸き上げ開始時の残存炭酸水素カルシウム量はα、２段目沸き上げとなる時間Ｈ（１）時の残存炭酸水素カルシウム量はγである。一方、従来例は、沸き上げを初期開始時のみに行っておりその残存
炭酸水素カルシウム量はαであるが、時間Ｈ（１）に対応する水温Ｔ（１）からＴへの沸き上げにおける残存炭酸水素カルシウム量はβである。本発明および従来例とも、沸き上げ開始時における残存炭酸水素カルシウム量は同じであるが、水温Ｔ（１）からＴへの沸き上げにおける残存炭酸水素カルシウム量が異なっている。そして、水温Ｔ（１）からＴへの沸き上げにおける残存炭酸水素カルシウム量は、本発明のγは従来例のβと比較してその値が小さいことがわかる。

このように、本発明の２段目沸き上げにおける残存炭酸水素カルシウム量γは、従来例のβと比較してその値が小さい。つまり、本発明は最終段階でＴに昇温する時点において、スケール発生源となる炭酸水素カルシウム残存量が従来例と比較して少ないため、電気ヒータに付着するスケール量が少なくなる効果が生じる。なお、本発明は、沸き上げ設定温度Ｔを８０〜１００℃とし沸き上げ時間を８時間とすると、水温Ｔ（１）は５０〜７０℃で、その保持時間Ｈ（１）は２．０〜７．８時間程度が最適なモードであり、以後の階段状の水温上昇モードは適宜として最大８時間程度で沸き上げるが、実用に即した使用形態であった。

また、温水に浮遊析出したスケールは、水を濁らすことなく透明のままであり、実用上何ら問題のない状態であった。また、図１の貯湯式温水器は、貯湯タンク１１に水循環流路を併設して循環ポンプで水循環を行う構成でもよく、この場合でも加熱手段の電気ヒータに付着するスケール量が少なく、硬度分の多い水質地区で長期間使用しても優れた耐久信頼性が維持できた。

図４は、ヒートポンプ式給湯器に応用した例である。この貯湯式温水器は、貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１に併設した水循環流路１８に配置した熱交換器２５の接水部１９で加熱する加熱手段２０と、水循環流路１８に設けた接水部１９の出口水側に配置してその貯温水温度を検知する水温検出器２１と、水温検出器２１で検出される貯温水温度が設定温度と一致するように加熱手段２０または水循環流路１８に設けた循環ポンプ２２を制御して沸き上げを行う制御手段２３を少なくとも備えている。この貯湯式温水器に本発明を応用しても、熱交換器の接水部に付着するスケール量が少なく、硬度分の多い水質地区で長期間使用しても、熱交換率低下や目詰まりを起こすことなく優れた耐久信頼性が維持できた。また、この構成は、燃料電池やガスエンジン発電機を用いた給湯コージェネシステムに応用しても、同様の効果が得られた。

（実施の形態２）
実施の形態２は、設定温度Ｔ（１）の最適温度を検討した内容であり、その効果特性図を図５に示す。図５は、設定温度Ｔ（１）を変化させて沸き上げてその保持に関する設定時間Ｈ（１）を５時間とし、その後に３０分で昇温して８０℃または９５℃まで沸き上げた際の、加熱手段の接水部に付着するスケール量を測定した結果である。

本発明は、設定温度Ｔ（１）を５０〜７０℃の任意温度とし、設定温度Ｔをこの設定温度Ｔ（１）より高い温度としているため、加熱手段の接水部に付着するスケール量が一層少なくなる効果が生じることがわかる。このため、一層の高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できた。一方、設定温度Ｔ（１）が５０℃未満であると、貯湯タンクに析出して浮遊する浮遊析出スケール量が全く生成しないため、加熱手段の接水部に付着するスケール量がやや多くなった。また、設定温度Ｔ（１）が７０℃を超えると、設定温度Ｔの８０℃や９５℃と近似温度であるため、一気に設定温度Ｔまで上昇させる方式と類似の昇温モードとなるため、加熱手段の接水部に付着するスケール量がやや多くなった。なお、実施例は、設定温度Ｔ（１）を５０〜７０℃の範囲において１個の設定温度としているが、この範囲において複数個の設定温度としても同様の効果が得られた。また、沸き上げ温度も１００℃としても、同様な効果が得られた。

（実施の形態３）
実施の形態３は、設定温度Ｔ（１）の保持に関する設定時間Ｈ（１）の最適化を検討した内容であり、その効果特性図を図６に示す。図６は、設定温度Ｔ（１）を５０℃、６０℃、７０℃として沸き上げ、その後に昇温して９５℃まで８時間で沸き上げた際の、加熱手段の接水部に付着するスケール量を、設定時間Ｈ（１）を変化させて測定した結果である。実験結果は、温度Ｔ（１）に関する設定時間Ｈ（１）と、設定温度９５℃に到達するまでの実験開始初期からの全時間Ｈとの比率、つまり、時間Ｈ（１）を時間Ｈで除した値を比率として扱い、この比率を横軸として整理した結果である。

時間Ｈ（１）は、時間Ｈにたいして０．２５〜０．９７倍とすると、加熱手段の接水部に付着するスケール量がさらに一層少なくなる効果が生じることがわかる。このため、さらに一層の高信頼性がはかられて長期間安心して使用できる貯湯式温水器が提供できた。

一方、時間Ｈ（１）が時間Ｈにたいして０．２５倍未満であると、貯湯タンクに析出して浮遊する浮遊析出スケール量があまり生成しないため、加熱手段の接水部に付着するスケール量がやや多くなった。また、時間Ｈ（１）が時間Ｈにたいして０．９７倍を超えると、設定温度Ｔの９０℃まで急激温度上昇させるため、加熱手段の接水部に付着するスケール量がやや多くなった。なお、実施例は、設定温度Ｔ（１）を５０〜７０℃の範囲において１個の設定温度と設定時間としているが、この範囲において複数個の設定温度と設定時間としても同様の効果が得られた。なお、最適条件の検討は、９５℃まで８時間で沸き上げる条件で行っているが例えば、１０〜５００リットル貯湯タンクの場合は７５〜９５℃まで５分〜８時間で沸き上げる条件で行い、０．２〜１０リットル貯湯タンクの場合は７５〜１００℃まで１分〜２時間で沸き上げる条件で行っても、同様の効果が得られた。

（実施の形態４）
実施の形態４は、図１記載の加熱手段１２を電気ヒータとし、銅を主成分とした母材の表面に銅メッキ層と電気ニッケルメッキ層を順に積層した接水部１５としたものである。接水部１５をこの材料構成とすると、長期間の使用で付着したスケールに塩素イオンなどの腐食促進イオンが含有していたとしても、接水部１５がこの腐食促進イオンで腐食されることが大幅に低減される。これは、最上層に形成した電気ニッケルメッキ層の優れた防食効果と、この電気ニッケルメッキ層を銅系母材に良好に形成させる銅メッキ層と、加熱による熱膨張収縮に対して充分に耐える銅系母材との、相乗効果に拠るものである。このため、貯湯式温水器を長期間使用しても、加熱手段１２は腐食することなく優れた耐久信頼性が維持できた。一方、例えば、母材をステンレスとすると加熱による熱膨張収縮に耐え難かった。また、銅系母材への直接的な電気ニッケルメッキ層形成、銅メッキ層と化学ニッケルメッキ層の複合層形成も、腐食促進イオンによる腐食に耐え難かった。なお、化学ニッケルメッキ層はリンを含有した皮膜、電気ニッケルメッキ層リンを含有しない皮膜であり、このリン含有が耐食性に大きく関与していた。

（実施の形態５）
実施の形態５は、図４記載に記載したように、被加熱用の水が通過する水通過管２４を有する熱交換器２５を、その周囲に配置した加熱手段２０で加熱する構成とし、この熱交換器２５の水通過管２４を、貯湯タンク１１に併設した水循環流路１８の途中に配置させ、水循環流路１８に設けた循環ポンプ２２を制御して沸き上げを行うとしたものである。

具体的には、循環流量を使用初期は遅くし最後は早くする制御としている。一般に、温水に残存する炭酸水素カルシウム量は経過時間とともに徐々に減少するため、最後に循環流量を早くしても、熱交換器２５の接水部１９に供給される炭酸水素カルシウムの総量はさほど多くならない。さらに、被加熱用の水の通過により、加熱手段２０から熱交換器２
５の水通過管２４に伝熱される授熱量が低下して、接水部１９の加熱密度が小さくなって加熱表面温度が低下できる効果が加わり、スケール付着量が一層低減できる効果が得られ、さらなる高信頼性が達成できる。一方、逆に循環流量を一定にして、加熱手段２０の加熱熱量を変化させて沸き上げを行うと、接水部１９の加熱密度が大きくなってしまって加熱表面温度がなかなか低下できず、スケール付着量は期待したほど低減できなかった。

（実施の形態６）
実施の形態６は、図１記載の制御手段１４、または図４記載の制御手段２３に、計時手段２６を併設して時間を計測し、昼間時間帯、深夜時間帯を出力した内容である。そして、計時手段２６が深夜時間帯を出力すると、制御手段１４または２３はこのことを判断し、実施の形態１に記載したように設定温度Ｔまで階段状に沸き上げる制御を行う。一方、計時手段２６が昼間時間帯を出力すると、制御手段１４または２３はこのことを判断し、追い焚きの入力がなされた場合に、設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御を行う。お湯の使用量が極めて少ない深夜時間帯に長時間をかけて沸き上げを行うので、その中断がほとんどない状態での沸き上げが可能となり、実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケール低減がはかれるようになった。

図７は、実施の形態６の制御フローチャートである。電源が入力されてプログラムがスタートした時点から説明する。まず、水温を測定し、設定温度ＴおよびＴ（１）に到達しているか否かが判断される。設定温度Ｔに到達しておらず、さらに設定温度Ｔ（１）にも到達していないと、時間の計測が始まる。そして、その時間が、沸き上げを開始する深夜時間であると、設定温度Ｔまで階段状に沸き上げる制御をおこない、この階段状の沸き上げは水温が設定温度Ｔに到達するまでおこなわれる。水温が設定温度Ｔに到達すると、階段状沸き上げを解除して最初に戻り、水温の測定、設定温度ＴおよびＴ（１）への到達有無判定などが継続的におこなわれる。

昼間時間帯もしくは深夜時間帯の判断は、予め入力された時間帯の設定に基づいておこなわれ、例えば、午前７から午後１１時までを昼間時間帯、午後１１時から午前７までを深夜時間帯として判断をおこなっている。また、この時間帯は、この時間に特に限定するものではなく任意に時間を選定できるものである。沸き上げを開始する時間は、例えば、通電時間測定装置によって計測された通電時間デ−タを過去数日分について記憶させておき、通電時間演算装置で過去数日分の通電時間の最大値をもとに余裕をもって、その開始時間を算出している。

（実施の形態７）
実施の形態７は、制御手段１４、２３に、追い焚きの入力を任意に設定できる追い焚き設定手段２７を併設し、深夜時間帯において階段状の沸き上げを行う際に、追い焚きを入力されると、階段状の沸き上げを解除して設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御をおこなって、使用し易いようにした内容である。またさらに、計測した時間が昼間時間帯に有る場合でも、追い焚きの入力がなされと、設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御がおこなって使用し易いようにした。これらの制御流れは、図７の制御フローチャートに記載した通リであり、このことで実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。この追い焚きの入力は、手動入力もしくは、予め設定したモードや水温に基づいて追い焚きを行う自動入力でもよい。

（実施の形態８）
実施の形態８は、制御手段１４および２３に、貯湯タンク１１内の残湯量を検出する残湯量検出器２８と、貯湯タンク１１内の湯を最低限確保する量を設定する最低残湯量設定手段２９と、残湯量検出器２８の情報と最低残湯量設定手段２９の情報より沸き上げ湯量の過不足を判定する湯量過不足判定手段３０と、湯量過不足判定手段３０が不足と判断し
たことを知らせる警報手段３１を併設した内容である。これらは、図７に記載した追い焚きの入力において有効であり、この警報により、手動入力が任意に、また、予め設定したモードや水温に基づいて追い焚きを行う自動入力が簡単にでき、このことで実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

（実施の形態９）
実施の形態９は、実施の形態８に記載した湯量過不足判定手段３０に、沸き上げ量学習手段３２を併設し、湯量が不足と判断されたときは設定温度Ｔを高めの温度に設定し、湯量が豊富と判断されたときは設定温度Ｔを低めの温度に設定して、沸き上げ制御を行う内容である。このことで実用に即した一層使い易い沸き上げモードで、スケールの低減がはかれるようになった。

以上の様に、本発明は、実用に即した使い易い沸き上げモードでスケールの低減をはかることが可能であるため、電気温水器やヒートポンプ式給湯器、燃料電池やガスエンジン発電機を用いた給湯コージェネシステムなどの用途に適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１、６〜９である貯湯式温水器の構成図（ｂ）同貯湯式温水器のお湯の沸き上げ特性図 （ａ）本発明の効果を説明する特性図（炭酸水素カルシウムおよび炭酸カルシウム溶解量の水温依存特性図）（ｂ）同特性図（スケール生成量の水温依存特性図）（ｃ）同特性図（スケール生成量の過渡特性図）（ｄ）同特性図（スケール付着量の過渡特性図） （ａ）本発明の実施の形態１の効果特性図（温水の昇温モード図）（ｂ）同特性図（加熱手段接水部に付着するスケール量の過渡特性図）（ｃ）同特性図（温水に浮遊析出するスケール生成量の過渡特性図）（ｄ）同特性図（温水に残存する炭酸水素カルシウム量の過渡特性図） 本発明の実施の形態１、５〜９の貯湯式温水器の構成図 本発明の実施の形態２の効果特性図 本発明の実施の形態３の効果特性図 本発明の実施の形態６〜７の制御フローチャート （ａ）従来の貯湯式温水器の構成図（ｂ）同貯湯式温水器のお湯の沸き上げ特性図（ｃ）同貯湯式温水器の追い焚き特性図

１１ 貯湯タンク
１２、２０ 加熱手段
１３、２１ 水温検出器
１４、２３ 制御手段
１５、１９ 接水部
１８ 水循環流路
２２ 循環ポンプ
２４ 水通過管
２５ 熱交換器
２６ 計時手段
２７ 追い焚き設定手段
２８ 残湯量検出器
２９ 最低残湯量設定手段
３０ 湯量過不足判定手段
３１ 警報手段
３２ 沸き上げ量学習手段

Claims (8)

1. 貯湯タンクと、前記貯湯タンクの内部または併設した水循環流路に配置してその貯水を接水部で加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの上側内部または前記水循環流路に配置した前記加熱手段の接水部の出口水側に配置してその貯温水温度を検知する水温検出器と、前記水温検出器で検出される貯温水温度が設定温度Ｔと一致するように前記加熱手段または前記水循環流路に設けた循環ポンプを制御して沸き上げを行う制御手段とを少なくとも備え、前記制御手段は、前記加熱手段の接水部へのスケール付着量を低減させる設定温度Ｔ（１）まで昇温させ、前記貯湯タンクの貯温水にスケールを浮遊析出させる設定時間Ｈ（１）まで前記設定温度Ｔ（１）にて保持した後、設定温度Ｔまで昇温させることで、階段状に水温を上昇させる沸き上げ制御を行うとともに、追い焚き運転時には、前記階段状の沸き上げ制御を解除して、前記設定温度Ｔまで一気に沸き上げる制御を行うことを特徴とする貯湯式温水器。
2. 設定温度Ｔ（１）を５０〜７０℃の任意温度とし、設定温度Ｔを前記設定温度Ｔ（１）より高い温度とした請求項１記載の貯湯式温水器。
3. 設定温度Ｔ（１）の保持に関する設定時間Ｈ（１）は、設定温度Ｔまでの初期からの到達時間Ｈに対して、０．２５〜０．９７倍である請求項２記載の貯湯式温水器。
4. 加熱手段は、その接水部を、銅を主成分とした母材の表面に銅メッキ層と電気ニッケルメッキ層を順に積層した材料の電気ヒータである請求項１記載の貯湯式温水器。
5. 加熱手段は、被加熱用の水が通過する水通過管を有する熱交換器を、周囲から加熱するタイプの熱源であり、前記熱交換器の水通過管を、貯湯タンクに併設した水循環流路の途中に配置させ、前記水循環流路に設けた循環ポンプを制御して沸き上げを行う請求項１記載の貯湯式温水器。
6. 制御手段に、時間を計測する計時手段を併設し、前記計時手段が深夜時間帯と判断とした際に、設定温度Ｔまで階段状に沸き上げる制御を行う請求項１記載の貯湯式温水器。
7. 制御手段に、貯湯タンク内の残湯量を検出する残湯量検出器と、前記貯湯タンク内の湯を最低限確保する量を設定する最低残湯量設定手段と、前記残湯量検出器の情報と前記最低残湯量設定手段の情報より沸き上げ湯量の過不足を判定する湯量過不足判定手段と、前記湯量過不足判定手段が不足と判断したことを知らせる警報手段を併設した請求項１記載の貯湯式温水器。
8. 湯量が不足と判断されたときは設定温度Ｔを高めの温度に設定し、湯量が豊富と判断されたときは設定温度Ｔを低めの温度に設定する沸き上げ量学習手段を、湯量過不足判定手段に併設し、前記沸き上げ量学習手段の指令に基づき沸き上げ制御を行う請求項７記載の貯湯式温水器。

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