JP5375908B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、電気分解装置を備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。

一般に、ヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンクと、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器を有する冷媒回路と、タンクに貯留された水を水熱交換器に送り、水熱交換器において加熱された水をタンクに戻す導水路とを備えている。このヒートポンプ給湯機では、タンクに貯留される水は、通常、水道水や井戸水などを給水源としている。

水道水や井戸水には、スケールの発生原因となるカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの成分（以下、スケール成分という。）が含まれている。したがって、ヒートポンプ給湯機においては、カルシウム塩、マグネシウム塩などのスケールが析出する。特に、井戸水などの地下水は、水道水と比べて前記スケール成分の濃度が高く、スケールが生じやすい水質を有している。また、水熱交換器では、水が加熱されて水の温度が高くなるので、特にスケールが析出しやすい。スケールが水熱交換器における管の内面に析出して堆積すると、水熱交換器の伝熱性能が低下する、管の流路が狭くなるなどの問題が生じることがある。

例えば特許文献１には、燃焼ガスの流路内に燃焼ガスと水との熱交換器を設けた給湯器が開示されている。この給湯器では、熱交換器の給水入口側の配管に電極式スケール成分沈殿析出装置が設けられている。特許文献１では、電極式スケール成分沈殿析出装置においてスケール成分の一部を電極の表面に析出させることにより、熱交換器においてスケールが堆積するのを防止できる、とされている。また、電極式スケール成分沈殿析出装置の電極の電位をある設定時間毎に反転させることにより、電極の表面に析出したスケールを電極の表面から剥離させることができる、とされている。

特開平３−１７０７４７号公報

しかしながら、上述したような従来の方法では、水熱交換器におけるスケールの析出を抑制する効果が十分に得られない場合がある。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水熱交換器におけるスケールの析出を効果的に抑制できるヒートポンプ給湯機を提供することにある。

本発明のヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンク（１５）と、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器（２１）を有する冷媒回路（１０）と、前記タンク（１５）に貯留された水を前記水熱交換器（２１）に送り、前記水熱交換器（２１）において加熱された水を前記タンク（１５）に戻す導水路（２７，２９）と、前記導水路（２７，２９）を含む水の流路において前記水熱交換器（２１）よりも上流側の水路に設けられた容器と前記容器内に設けられた電極対（４９）とを有する電気分解装置（４１）と、前記電気分解装置（４１）において前記電極対（４９）の極性を反転させるとともに、極性が反転してから予め定められた条件が満たされるまでの間に前記電気分解装置（４１）において処理された水を、前記水熱交換器（２１）よりも上流側に位置する上流位置において排出する反転時初期運転を実行し、前記反転時初期運転が完了した後、前記水熱交換器（２１）に水を送る沸上げ運転を行う制御部（３３）と、を備え、前記沸上げ運転において、前記電気分解装置（４１）は、前記容器内の水中のスケール成分の一部を電極の表面にスケールとして析出させるとともに、前記容器内の水中のスケール成分の他の一部を前記容器の底部にスケールとして沈殿させる。

この構成では、前記反転時初期運転が実行されるので、水熱交換器（２１）におけるスケールの析出を効果的に抑制できる。具体的には次の通りである。

電極対（４９）の極性反転直後の初期段階においては、陽極（反転前は陰極）に付着しているスケールが溶解することにより、一時的にスケール成分の濃度が極性反転時よりも高くなる。このようにスケール成分濃度の高い水が水熱交換器（２１）に送られると、かえって水熱交換器（２１）におけるスケールの析出が助長されることがある。

そこで、本構成では、前記反転時初期運転を実行することにより、スケール成分濃度の高い水を水熱交換器（２１）よりも上流位置において排出する。これにより、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器（２１）に送られるのを防止することができるので、水熱交換器（２１）においてスケールが析出するのを効果的に抑制できる。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電気分解装置（４１）の前記水路に水が出入りするのを阻止した状態で前記電極対（４９）に電圧を印加して前記水路内の水を処理し、前記条件が満たされたと判断すると、処理された水を前記上流位置において排出するように制御するのが好ましい。

この構成では、電気分解装置（４１）における水路に水が出入りするのを阻止した状態で電極対（４９）に電圧を印加して水路内の水を処理し、前記条件が満たされると、水路において処理された水を前記上流位置において排出するというバッチ処理が行われるので、反転時初期運転に排出する水の量を最小限に抑えることができる。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記制御部（３３）は、前記沸上げ運転が完了した後、前記電気分解装置（４１）内の水を電解質濃度のより高い水に入れ替えて前記反転時初期運転を実行するのが好ましい。

沸上げ運転が完了した後に反転時初期運転を実行する場合において、沸上げ運転完了後に電気分解装置（４１）内に存在する水は、電気分解装置（４１）において処理されてスケール成分の濃度が低減された水であるため、電解質濃度が比較的低い。したがって、この状態のまま反転時初期運転を実行すると電気分解の効率が低くなる場合がある。

この構成では、電気分解装置（４１）内の水を電解質濃度のより高い水に入れ替えて前記反転時初期運転を実行するので、反転時初期運転における電気分解の効率が低くなるのを抑制できる。

また、この構成では、沸上げ運転が完了した後に前記反転時初期運転を実行するので、反転時初期運転のために沸上げ運転を中断する必要がない。したがって、反転時初期運転を実行することに起因して沸上げ運転の効率（ヒートポンプの効率）が低下するのを防止できる。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記電気分解装置（４１）は、水を外部に排出するための排出部（６１）をさらに有し、前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記条件が満たされたと判断すると、前記電気分解装置（４１）内の水が前記排出部（６１）を通じて排出されるように制御するのが好ましい。

この構成では、電気分解装置（４１）に排出部（６１）が設けられているので、極性反転から前記条件が満たされるまでの間に前記電気分解装置（４１）において処理された水を、確実に水熱交換器（２１）よりも上流位置おいて排出することができる。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転が完了した後、前記沸上げ運転を行う前に、前記電気分解装置（４１）内に注水し、前記電気分解装置（４１）において水の出入りを阻止した状態で予め定められた第２条件が満たされるまで前記電極対（４９）に電圧を印加する第２初期運転をさらに実行するのが好ましい。

反転時初期運転完了後に電気分解装置（４１）内に注水された水は、スケール成分の濃度が高い場合がある。一方、沸上げ運転時には電気分解装置（４１）の水路に水を流通させながら電気分解が行われる。したがって、反転時初期運転完了後に電気分解装置（４１）内に注水された水の一部は、処理されることなく電気分解装置（４１）から出てしまう。

そこで、この構成では、前記第２初期運転を実行して電気分解装置（４１）内のスケール成分の濃度を予め低下させておくことにより、その後に実行される沸上げ運転において水熱交換器（２１）にスケール成分濃度の高い水が送られるのを抑制できる。

具体的には、例えば、前記制御部（３３）は、前記第２初期運転において前記電極対（４９）に対する電圧の印加が開始されてからの経過時間が予め定められた第２基準時間に達したとき、又は前記第２初期運転において処理された水の水質が予め定められた第２基準値に達したときに、前記第２条件が満たされたと判断する。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電極対（４９）の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、前記電気分解装置（４１）に水を供給するとともに前記電気分解装置（４１）において処理された水を前記上流位置において排出しながら、前記電極対（４９）に電圧を印加するように制御してもよい。

この構成では、前記反転時初期運転において、電極対（４９）の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、電気分解装置（４１）に水を供給するとともに電気分解装置（４１）において処理された水を前記上流位置において排出しながら、電極対（４９）に電圧を印加するという逐次処理が行われる。この場合、電気分解装置（４１）において水の出入りを阻止した状態で反転時初期運転を実行する場合に比べて、簡単な制御で反転時初期運転を実行することができる。

具体的に、例えば前記上流位置に、前記電気分解装置（４１）において処理された水を排出するための排出路（８１）が設けられている形態が例示できる。さらに具体的には、前記排出路（８１）は、前記水熱交換器（２１）よりも上流側に位置する前記導水路（２７）から分岐する分岐路（８１）であり、前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電極対（４９）の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、前記電気分解装置（４１）において処理された水を前記分岐路（８１）を通じて排出するように制御する形態が例示できる。

前記ヒートポンプ給湯機において、前記制御部（３３）は、例えば前記反転時初期運転において前記電極対（４９）の極性が反転してからの経過時間が予め定められた基準時間に達したときに前記条件が満たされたと判断してもよい。この場合、特に水の水質を検知するためのセンサなどを設ける必要がない。

また、前記制御部（３３）は、例えば前記反転初期運転において処理された水の水質が予め定められた基準値に達したときに前記条件が満たされたと判断してもよい。この場合には、上述の基準時間に基づいて判断する場合に比べて、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器（２１）に送られるのをより確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明のヒートポンプ給湯機では、水熱交換器におけるスケールの析出を効果的に抑制できる。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 前記ヒートポンプ給湯機の電気分解装置の一例を示す断面図である。 電気分解時間と水の硬度の関係を示すグラフである。 前記ヒートポンプ給湯機の制御例１を示す概略図である。 前記ヒートポンプ給湯機の制御例２を示す概略図である。 前記ヒートポンプ給湯機の制御例３を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯機の制御例４を示す概略図である。 前記ヒートポンプ給湯機の電気分解装置の他の例を示す断面図である。

［第１実施形態］
＜ヒートポンプ給湯機＞
以下、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１ついて図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１は、ヒートポンプユニット１３と、貯湯ユニット１７と、電気分解装置４１と、これらを制御するコントローラ３２とを備えている。

ヒートポンプユニット１３は、冷媒回路１０を備えており、冷媒回路１０は、圧縮機１９、水熱交換器２１、電動膨張弁２３、空気熱交換器２５、及びこれらを接続する配管により構成されている。本実施形態では、ヒートポンプユニット１３を循環する冷媒として二酸化炭素を用いている。冷媒は、水熱交換器２１において貯湯ユニット１７を循環する水と熱交換してこの水を加熱し、空気熱交換器２５において外気と熱交換して外気から熱を吸収する。

貯湯ユニット１７は、水を貯留するタンク１５と、ポンプ３１とを有している。タンク１５と水熱交換器２１とは、導水路により接続されている。前記導水路は、タンク１５の水を水熱交換器２１に送る入水配管２７と、水熱交換器２１と熱交換して加熱された水をタンク１５に戻す出湯配管２９とを含む。入水配管２７には、水を送液するためのポンプ３１が設けられている。ポンプ３１は、タンク１５内の水を、タンク１５の下部から入水配管２７に流出させ、水熱交換器２１および出湯配管２９をこの順に通過させてタンク１５の上部に戻す。

タンク１５には給水配管３７と給湯配管３５とが接続されている。給湯配管３５は、タンク１５の上部に接続されている。この給湯配管３５は、タンク１５内に貯留された高温の水を取り出して浴槽などへ給湯するためのものである。給水配管３７は、タンク１５の底部に接続されている。この給水配管３７は、給水源からタンク１５内に低温の水を給水するためのものである。タンク１５へ水を給水する給水源としては、例えば水道水や、井戸水などの地下水を利用することができる。本実施形態の給湯機１１は、給湯配管３５から給湯された水をタンク１５に戻さない一過式の給湯機である。

電気分解装置４１は、入水配管２７における水熱交換器２１よりも上流側の位置でポンプ３１の下流側の位置に設けられている。電気分解装置４１は、後述する複数の電極対４９を有している（図２参照）。

コントローラ３２は、制御部３３と、メモリ（記憶部）３４とを有している。メモリ３４には、沸上げ運転のスケジュール、電気分解装置４１からスケールを排出する時期、電極対４９の極性を反転させる時期などが記憶されている。制御部３３は、メモリ３４に記憶された沸上げ運転のスケジュールに基づいてタンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転を制御する。また、制御部３３は、電気分解装置４１における電極対４９の極性を反転させる制御、電気分解装置４１からスケールを排出する制御などを実行する。電気分解装置４１に関するこれらの制御については後述する。

次に、ヒートポンプ給湯機１１の動作について説明する。タンク１５内の水を沸上げる沸上げ運転では、制御部３３は、ヒートポンプユニット１３の圧縮機１９を駆動させ、電動膨張弁２３の開度を調節するとともに、貯湯ユニット１７のポンプ３１を駆動させる。これにより、図１に示すように、タンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の低温の水が入水配管２７を通じて水熱交換器２１に送られ、水熱交換器２１において加熱される。加熱された高温の水は出湯配管２９を通じてタンク１５の上部に設けられた入水口からタンク１５内に戻される。これにより、タンク１５内には、その上部から順に高温の水が貯湯されていく。この沸上げ運転では、電気分解装置４１によって水に含まれるスケール成分が除去される。

本実施形態のヒートポンプ給湯機１１は、一過式の給湯機である。この一過式の給湯機１１では、給湯配管３５から給湯された水（湯）は、ユーザーによって使用され、タンク１５には戻らない。したがって、タンク１５から給湯配管３５を通じて給湯された水量とほぼ同じ量の水が給水源から給水配管３７を通じてタンク１５に給水される。すなわち、タンク１５には、水道水や井戸水などの給水源からスケール成分を含む水がタンク１５に補充される頻度が高く、補充される量も多い。したがって、一過式のヒートポンプ給湯機の場合には、循環式の前記冷却水循環装置や循環式の給湯機に比べて、効率よくスケール成分を除去する必要がある。

＜電気分解装置＞
図２は、ヒートポンプ給湯機１１に用いられる電気分解装置４１の一例を示す断面図である。図２に示すように、電気分解装置４１は、容器４７と、複数の電極対４９と、電源５３とを備えている。各電極対４９は、隣り合う電極板５１，５２により構成される。

容器４７は、略直方体の形状を有している。容器４７は、水の流れの上流側に位置する第１壁部４７１と下流側に位置する第２壁部４７２と、これらの壁部４７１，４７２をつなぐ側壁部４８とを有している。第１壁部４７１と第２壁部４７２は、側壁部４８の延びる方向（複数の電極板５１，５２の配列方向）に対向している。

側壁部４８は、図２に示す第３壁部４７３と第４壁部４７４とを有している。第３壁部４７３と第４壁部４７４は、高さ方向（上下方向）に対向している。第３壁部４７３は、第４壁部４７４の下方に位置している。

第３壁部４７３には、排出部としてのスケール排出口６１が設けられている。スケール排出口６１は、容器４７の長手方向のほぼ中間位置に設けられている。スケール排出口６１には排出管６４が接続されている。排出管６４には開閉弁６５が設けられている。開閉弁６５の開閉動作は、制御部３３により制御される。

第４壁部４７４には、ガス排出口６２が設けられている。ガス排出口６２は、容器４７の長手方向の下流側（水流の下流側）の位置に設けられており、電気分解により生じるガスを容器４７内から排出するためのものである。ガス排出口６２には排出管６６が接続されている。排出管６６には図略の開閉弁が設けられている。この開閉弁の開閉動作は、制御部３３により制御される。

第１壁部４７１は、水の入口として機能する第１流通口４３を有している。第２壁部４７２は、水の出口として機能する第２流通口４５を有している。第１流通口４３及び第２流通口４５には、入水配管２７がそれぞれ接続される。第１流通口４３は、第１壁部４７１において、第４壁部４７４よりも第３壁部４７３に近い下方位置に設けられている。第２流通口４５は、第２壁部４７２において、第３壁部４７３よりも第４壁部４７４に近い上方位置に設けられている。

複数の電極板５１，５２は、容器４７内に配設されている。複数の電極板５１，５２は、容器４７の長手方向に沿って配列されている。電極板５１，５２の材料としては、チタン、白金、ニッケル、炭素、黒鉛、銅、ガラス質炭素などが例示できる。

複数の電極板５１，５２は、電極板の厚み方向に、間隔をあけて配列されている。各電極板は、その配列方向とほぼ垂直な方向に延びる姿勢で配置されている。複数の電極板５１，５２の配列方向は、側壁部４８の延びる方向（容器４７の長手方向）とほぼ一致している。各電極対４９の電極板５１，５２同士の間隔はほぼ同じである。複数の電極板５１，５２は、電源５３の一方の極に接続される複数の第１電極板５１と、電源５３の他方の極に接続される複数の第２電極板５２とを含む。

第１電極板５１は、第３壁部４７３に位置する基端部から第４壁部４７４に向かってそれぞれ延設されている。各第１電極板５１の基端部は、第３壁部４７３と略平行な方向に延設された連結部５４につながっている。この連結部５４は電源５３の一方の極に接続されている。連結部５４は、第３壁部４７３内に埋設されている。各第１電極板５１の先端部（第４壁部４７４側の端部）と、第４壁部４７４の内面との間には水が流通可能な隙間Ｇ１が設けられている。

第２電極板５２は、第４壁部４７４に位置する基端部から第３壁部４７３に向かってそれぞれ延設されている。各第２電極板５２の基端部は、第４壁部４７４と略平行な方向に延設された連結部５６につながっている。この連結部５６は電源５３の他方の極に接続されている。連結部５６は、第４壁部４７４内に埋設されている。各第２電極板５２の先端部（第３壁部４７３側の端部）と、第３壁部４７３の内面との間には水が流通可能な隙間Ｇ２が設けられている。また、各電極対４９における電極板５１，５２同士の隙間は、水が流れる流路（水流路）Ｆとして機能する。

図２に示すように、電気分解装置４１は、各電極対４９の極性を反転させるための反転機構６３を備えている。反転機構６３は、制御部３３により制御される。反転機構６３は、接点切換部７１と接点切換部７２とを有しており、接点切換部７１の接点及び接点切換部７２の接点が切り換えられることによって電極板５１，５２の極性を反転させることができる。

具体的に、反転機構６３が図２において左側に示す状態のときには、複数の第１電極板５１は電源５３の負極につながり、複数の第２電極板５２は電源５３の正極につながる。一方、反転機構６３が図２において右側示す状態のときには、複数の第１電極板５１は電源５３の正極につながり、複数の第２電極板５２は電源５３の負極につながる。なお、図４〜図８においては、反転機構６３の記載を省略している。

以上のような構造を有する電気分解装置４１では、第１流通口４３から容器４７内に流入した水が第２流通口４５から容器４７外に流出するまでの間に、水に含まれるスケール成分が電気分解によって各電極対４９の陰極にスケールとして析出する。陰極に付着したスケールは、後述するように周期的に電極板５１，５２の極性を反転させることにより、陰極から脱落して容器４７内に沈殿する。

以下、ヒートポンプ給湯機１１の具体的な制御例１〜４について説明する。ヒートポンプ給湯機１１では、通常、夜間の低価格の電力を使って沸上げ運転を行うように沸上げ運転のスケジュールが設定されている。具体的に、例えば２２時から６時までの間の時間帯に沸上げ運転が実行される。

各制御例では、沸上げ運転中には、電気分解装置４１における電極対４９の極性の反転、及び電気分解装置４１からのスケールの排出を行わない。そして、各制御例では、沸上げ運転完了後、制御部３３は、次のような反転時初期運転を実行する。反転時初期運転は、沸上げ運転以外の時間帯に実行される。反転時初期運転は、電気分解装置４１において電極対４９の極性を反転させるとともに、極性が反転してから予め定められた条件が満たされるまでの間に電気分解装置４１において処理された水を、水熱交換器２１よりも上流位置において排出する。このような反転時初期運転を実行する理由は、次の通りである。

図３は、電気分解時間と水の硬度の関係を示すグラフである。図３において、横軸のゼロ（ｍｉｎ）の時点は、電極対４９の極性反転時を示しており、電極対４９の極性反転直後の初期段階Ｓ１においては、陽極（反転前は陰極）に付着しているスケールが溶解することにより、一時的に水の硬度（ｐｐｍ）、すなわちスケール成分の濃度（ｐｐｍ）が極性反転時よりも高くなる。このようにスケール成分濃度の高い水が水熱交換器２１に送られると、かえって水熱交換器２１におけるスケールの析出が助長されることがある。

そこで、本実施形態の各制御例では、反転時初期運転を実行することにより、スケール成分濃度の高い水を水熱交換器２１よりも上流位置において排出する。これにより、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器２１に送られるのを防止することができるので、水熱交換器２１においてスケールが析出するのを効果的に抑制できる。

各制御例において、前記予め定められた条件としては、例えば反転時初期運転において電極対４９の極性が反転してからの経過時間が予め定められた基準時間ｔに達すること、反転初期運転において処理された水の硬度などの水質が予め定められた基準値ｈに達することなどが挙げられる。

前者の条件の場合、前記経過時間は、例えば図略のタイマにより計測される。具体的に、基準時間ｔは、例えば水の水質が極性反転時の初期硬度ｈ１（ｐｐｍ）と同じ硬度に達するまでの時間ｔ１に設定することができる。また、基準時間ｔは、例えば初期硬度ｈ１に対して半減した硬度ｈ２に達するまでの時間ｔ２のように、時間ｔ１よりも大きな値に設定してもよい。このような基準時間ｔは、例えば水質と時間との関係を予め実験により対応させたデータベースに基づいて決めることができる。

後者の条件の場合、水の水質は、例えば水の導電率を測定することにより検知することができる。また、水の水質は、例えばカルシウムイオンの濃度を測定するセンサなどにより検知することもできる。具体的に、水の水質の基準値ｈは、上述した初期硬度ｈ１に設定することができる。また、基準値ｈは、初期硬度ｈ１から半減した硬度ｈ２などのように、初期硬度ｈ１よりも小さな値に設定してもよい。

すなわち、前者の条件及び後者の条件のいずれもが水の水質に基づいて予め定められた水質条件である。

＜制御例１＞
図４は、ヒートポンプ給湯機１１の制御例１を示す概略図である。この制御例１では、制御部３３は、前記反転時初期運転において、電気分解装置４１の容器４７に水が出入りするのを阻止した状態で電極対４９に電圧を印加して容器４７内の水を処理し、前記条件が満たされたと判断すると、処理された水を前記上流位置において排出するように制御する。容器４７への水の出入りを阻止するには、例えばポンプ３１を停止させればよい。

図４に示すように、制御例１は、工程Ａ１〜工程Ｅ１を含む。工程Ａ１では、制御部３３は、沸上げ運転を実行する。具体的に、制御部３３は、圧縮機１９を作動させるとともに電動膨張弁２３の開度を調節して冷媒回路１０において冷媒を循環させる。また、制御部３３は、ポンプ３１を作動させるとともに、図４における工程Ａ１に示すように複数の第１電極板５１が電源５３の正極につながり、複数の第２電極板５２が電源５３の負極につながる状態で電源５３から電極対４９に電圧を印加する。沸上げ運転中は、開閉弁６５が閉状態とされている。

沸上げ運転が実行されると、タンク１５内には高温の水が貯湯される。また、この沸上げ運転中には、タンク１５から水熱交換器２１に向かって入水配管２７を流れる水に含まれるスケール成分が電気分解装置４１によって除去される。除去されたスケール成分は、複数の第２電極板５２にスケールＳとなって析出する。また、除去されたスケール成分の一部は、容器４７の底部（第３壁部４７３の上面）に沈殿する。

制御部３３は、沸上げ運転完了の信号を受けると、圧縮機１９を停止させ、ポンプ３１を停止させる制御を実行し、沸上げ運転を終了させ、以下の工程Ｂ１〜工程Ｄ１の反転時初期運転を実行する。

次に、工程Ｂ１において、制御部３３は、電気分解装置４１における電極対４９の極性を反転させる制御を実行する。この工程Ｂ１では、圧縮機１９及びポンプ３１は停止している。

ついで、工程Ｃ１において、制御部３３は、容器４７に水が出入りするのを阻止した状態で電極対４９に電圧を印加して容器４７内の水を処理する。工程Ｃ１においては、ポンプ３１が停止しているので容器４７には水が出入りしない。電極対４９への電圧の印加は、上述した時間条件、水質条件などのような予め定められた条件が満たされるまで継続される。

この工程Ｃ１では、工程Ａ１において第２電極板５２に析出したスケールＳが第２電極板５２から脱落し、容器４７の底部に沈殿する。その一方で、工程Ｃ１では、容器４７内の水中のスケール成分が複数の第１電極板５１にスケールＳとなって析出する。

制御部３３は、前記条件が満たされたと判断すると、電極対４９への電圧の印加を停止させる制御を実行する。

ついで、工程Ｄ１において、制御部３３は、容器４７内に沈殿したスケールを排出する制御を実行する。このスケール排出時には、ポンプ３１は停止しており、容器４７内において水の流れがない状態である。制御部３３は、開状態となるように開閉弁６５を制御する。これにより、容器４７の底部に沈殿しているスケールＳは、容器４７内の水とともにスケール排出口６１及び排出管６４を通じて容器４７の外部に排出される。スケール排出が完了すると、開閉弁６５は、閉状態とされる。スケール排出口６１は、水熱交換器２１よりも上流側に位置しているので、スケール濃度の高い水が水熱交換器２１に送られるのを防止できる。

次に、制御部３３は、沸上げ運転のスケジュールに基づいて、工程Ｅ１に示す翌日の沸上げ運転を実行する。工程Ｅ１は、電極対４９の極性が工程Ａ１と反対である以外は、工程Ａ１と同様であり、工程Ｅ１が完了した後、工程Ｂ１〜工程Ｄ１と同様の制御が実行される。

＜制御例２＞
図５は、ヒートポンプ給湯機１１の制御例２を示す概略図である。図５に示すように、制御例２は、工程Ａ２〜工程Ｇ２を含む。

制御例２は、工程Ａ２に示す沸上げ運転が完了した後、工程Ｄ２〜工程Ｆ２に示す反転初期運転は、制御例１の工程Ｂ１〜工程Ｄ１と同様である。制御例２では、沸上げ運転が完了した後、工程Ｄ２〜工程Ｆ２に示す反転時初期運転が実行される前に、工程Ｂ２，Ｃ２に示すように容器４７内の水を電解質濃度のより高い水に入れ替える点が制御例１と異なっている。具体的には、次の通りである。

工程Ａ２において沸上げ運転が実行されると、タンク１５内には高温の水が貯湯される。また、この沸上げ運転中に電気分解装置４１によって除去されたスケール成分は、複数の第２電極板５２にスケールＳとなって析出する。また、除去されたスケール成分の一部は、容器４７の底部に沈殿する。制御部３３は、沸上げ運転完了の信号を受けると、圧縮機１９を停止させ、ポンプ３１を停止させる制御を実行し、沸上げ運転を終了させる。

次に、工程Ｂ２において、制御部３３は、開閉弁６５を開状態にする制御を実行する。これにより、容器４７内の水及び容器４７の底部に沈殿しているスケールＳは、スケール排出口６１及び排出管６４を通じて容器４７の外部に排出される。この排出時には、ポンプ３１は停止しており、容器４７内において水の流れがない状態である。スケール排出が完了すると、開閉弁６５は、閉状態とされる。

次に、工程Ｃ２において、制御部３３は、容器４７内に電解質濃度の高い水を注水する。具体的に、制御部３３は、ポンプ３１を駆動させることによりタンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の水を出水させ、入水配管２７を通じて電気分解装置４１の容器４７内に注水する。このタンク１５の水は、電気分解装置４１による処理がなされていないので、工程Ａ２の沸上げ運転完了直後における容器４７内の水に比べると、電解質濃度が高い。

工程Ｃ２において容器４７に注水される水は、タンク１５内に貯留された水を用いる場合に限定されない。すなわち、工程Ｃ２において容器４７に注水される水としては、工程Ａ２の沸上げ運転完了直後における容器４７内の水に比べて電解質濃度が高い水であればよく、例えばタンク１５とは別に設けられる図略の給水源の水を用いてもよい。

次に、工程Ｄ２において、制御部３３は、電気分解装置４１における電極対４９の極性を反転させる制御を実行する。この工程Ｄ２〜工程Ｆ２に示す反転時初期運転は、制御例１の工程Ｂ１〜工程Ｄ１と同様であるので説明を省略する。反転時初期運転が終了すると、制御部３３は、沸上げ運転のスケジュールに基づいて、工程Ｇ２に示す翌日の沸上げ運転を実行する。工程Ｇ２は、電極対４９の極性が工程Ａ２と反対である以外は、工程Ａ２と同様であり、工程Ｇ２が完了した後、工程Ｂ２〜工程Ｆ２と同様の制御が実行される。

＜制御例３＞
図６は、ヒートポンプ給湯機１１の制御例３を示す概略図である。図６に示すように、制御例３は、工程Ａ３〜工程Ｇ３を含む。

制御例３は、工程Ａ３に示す沸上げ運転、工程Ｂ３〜工程Ｄ３に示す反転時初期運転は、制御例１の工程Ａ１〜工程Ｄ１と同様である。制御例３では、反転時初期運転が完了した後、工程Ｅ３に示すように容器４７内に注水し、工程Ｆ３に示すように容器４７において水の出入りを阻止した状態で予め定められた第２条件が満たされるまで電極対４９に電圧を印加する第２初期運転をさらに実行する点が制御例１と異なっている。具体的には、次の通りである。

沸上げ運転（工程Ａ３）が完了し、反転時初期運転（工程Ｂ３〜工程Ｄ３）が完了すると、制御部３３は、工程Ｅ３において、容器４７内に水を注水する制御を実行する。具体的に、制御部３３は、ポンプ３１を駆動させることによりタンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の水を出水させ、入水配管２７を通じて電気分解装置４１の容器４７内に注水する。この工程Ｅ３では、開閉弁６５は閉状態である。工程Ｅ３において容器４７内に注水された水は、電気分解の処理がなされていない状態である。

次に、工程Ｆ３において、制御部３３は、容器４７に水が出入りするのを阻止した状態で電極対４９に電圧を印加して容器４７内の水を処理する制御を実行する。工程Ｆ３においては、ポンプ３１が停止しているので容器４７には水が出入りしない。電極対４９への電圧の印加は、予め定められた第２条件が満たされるまで継続される。この工程Ｆ３では、容器４７内の水中のスケール成分が複数の第１電極板５１にスケールＳとなって析出する。

第２条件としては、工程Ｆ３において電極対４９に電圧が印加されてからの経過時間が予め定められた基準時間に達すること（時間条件）、工程Ｅ３において注水された水の硬度に対してスケール成分の濃度が所定の割合に減少したことを示す基準値に達すること（水質条件）などが挙げられる。前者の時間条件の場合、前記基準時間は、例えば水の水質が電圧印加時の初期硬度（ｐｐｍ）に対して半減した硬度に達するまでの時間に設定することができる。後者の水質条件の場合、水の水質の基準値は、例えば上述した初期硬度から半減した硬度などに設定することができる。

制御部３３は、前記第２条件が満たされたと判断すると、電極対４９への電圧の印加を停止させる制御を実行し、工程Ｇ３に進む。

次に、制御部３３は、沸上げ運転のスケジュールに基づいて、工程Ｇ３に示す翌日の沸上げ運転を実行する。工程Ｇ３は、電極対４９の極性が工程Ａ３と反対である以外は、工程Ａ３と同様であり、工程Ｇ３が完了した後、工程Ｂ３〜工程Ｆ３と同様の制御が実行される。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１について説明する。この第２実施形態では、電気分解装置４１及び制御の流れが第１実施形態とは異なっており、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態における電気分解装置４１では、入水配管２７に分岐路８１が設けられている。分岐路８１は、水熱交換器２１よりも上流側に位置し、電気分解装置４１よりも下流側に位置している。以下、第２実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１の制御例について説明する。

＜制御例４＞
図７に示すように、制御例４は、工程Ａ４〜工程Ｆ４を含む。制御例１では、前記反転時初期運転において、容器４７に水が出入りするのを阻止した状態で電極対４９に電圧を印加して容器４７内の水を処理するが、この制御例４は、反転時初期運転において、容器４７内において水を流通させながら電極対４９に電圧を印加して容器４７内の水を処理する点で、制御例１とは異なっている。

制御例４では、制御部３３は、前記反転時初期運転において、電極対４９の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、電気分解装置４１において処理された水を分岐路８１を通じて排出するように制御する。前記条件を水の水質に基づいて判断する場合、例えば図７に示す分岐路８１から排出される水の水質を検知するセンサが設けられているのが好ましい。このセンサにより、電気分解装置４１において処理された水の水質を検知することができる。

入水配管２７と分岐路８１は、Ｔ字路を構成している。このＴ字路の分岐点には水の経路を切換可能な図略の切換機構が設けられている。これにより、電気分解装置４１から流出して入水配管２７を流れる水は、前記分岐点に達すると、分岐路８１に流入するか、又は入水配管２７における前記分岐点よりも下流側の部位に流入する。また、前記切換機構に代えて、分岐路８１に図略の開閉弁が設けられ、入水配管２７における前記分岐点よりも下流側に図略の開閉弁が設けられていてもよい。制御部３３は、前記切換機構の切り換え又は前記開閉弁の開閉を制御する。具体的な制御例４の制御の流れは、次の通りである。

制御例４では、工程Ａ４において沸上げ運転が実行される。この沸上げ運転は、制御例１の工程Ａ１と同様である。沸上げ運転が実行されると、タンク１５内には高温の水が貯湯される。また、この沸上げ運転中には、タンク１５から水熱交換器２１に向かって入水配管２７を流れる水に含まれるスケール成分が電気分解装置４１によって除去される。除去されたスケール成分は、複数の第２電極板５２にスケールＳとなって析出する。また、除去されたスケール成分の一部は、容器４７の底部に沈殿する。

制御部３３は、沸上げ運転完了の信号を受けると、圧縮機１９を停止させ、ポンプ３１を停止させ、電極対４９への電圧の印加を止める制御を実行し、沸上げ運転を終了させる。

次に、工程Ｂ４において、制御部３３は、容器４７内に沈殿したスケールを排出する制御を実行する。このスケール排出時には、ポンプ３１は停止しており、容器４７内において水の流れがない状態である。制御部３３は、開状態となるように開閉弁６５を制御する。これにより、容器４７の底部に沈殿しているスケールＳは、容器４７内の水とともにスケール排出口６１及び排出管６４を通じて容器４７の外部に排出される。スケール排出が完了すると、開閉弁６５は、閉状態とされる。

次に、工程Ｃ４において、制御部３３は、容器４７内に水を注水する制御を実行する。具体的に、制御部３３は、ポンプ３１を駆動させることによりタンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の水を出水させ、入水配管２７を通じて電気分解装置４１の容器４７内に注水する。この工程Ｃ４では、開閉弁６５は閉状態である。

次に、工程Ｄ４において、制御部３３は、電気分解装置４１における電極対４９の極性を反転させる制御を実行する。また、制御部３３は、ポンプ３１を駆動する制御を実行する。この工程Ｄ４では、入水配管２７と分岐路８１とのＴ字路における経路は、水が分岐路８１に流入するように選択される。なお、この選択がされる時期は、次の工程Ｅ４が開示されるときであってもよい。

次に、工程Ｅ４において、制御部３３は、工程Ｄ４において反転された極性で電極対４９に電圧の印加を継続して行うとともにポンプ３１を継続して駆動させ、容器４７内を流通する水を処理する。具体的に、ポンプ３１が駆動した状態では、タンク１５の水が入水配管２７を通じて電気分解装置４１の容器４７内に供給される。供給された水は、容器４７内を通過して入水配管２７に流出し、分岐路８１に流入する。分岐路８１に流入した水は、ヒートポンプ給湯機１１の系外に排出される。

この工程Ｅ４では、工程Ａ４において第２電極板５２に析出したスケールＳが第２電極板５２から脱落し、容器４７内の水とともに容器４７から入水配管２７に流出する。その一方で、工程Ｅ４では、容器４７内の水中のスケール成分の一部は、複数の第１電極板５１にスケールＳとなって析出し、また、容器４７の底部に沈殿する。

電極対４９への電圧の印加及びポンプ３１の駆動は、上述した時間条件、水質条件などのような予め定められた条件が満たされるまで継続される。制御部３３は、前記条件が満たされたと判断すると、電極対４９への電圧の印加及びポンプ３１を停止させる制御を実行する。

反転時初期運転が終了すると、制御部３３は、沸上げ運転のスケジュールに基づいて、工程Ｆ４に示す翌日の沸上げ運転を実行する。工程Ｆ４は、電極対４９の極性が工程Ａ４と反対である以外は、工程Ａ４と同様であり、工程Ｆ４が完了した後、工程Ｂ４〜工程Ｅ４と同様の制御が実行される。

以上説明したように、第１実施形態及び第２実施形態では、前記反転時初期運転が実行されるので、水熱交換器２１におけるスケールの析出を効果的に抑制できる。

第１実施形態及び第２実施形態では、沸上げ運転以外の時期に前記反転時初期運転を実行するので、反転時初期運転のために沸上げ運転を中断する必要がない。したがって、反転時初期運転を実行することに起因して沸上げ運転の効率（ヒートポンプの効率）が低下するのを防止できる。

制御例１〜制御例３では、電気分解装置４１における水路に水が出入りするのを阻止した状態で電極対４９に電圧を印加して水路内の水を処理し、前記条件が満たされると、水路において処理された水を前記上流位置において排出するので、反転時初期運転に排出する水の量を最小限に抑えることができる。

制御例２では、電気分解装置４１内の水を電解質濃度のより高い水に入れ替えて前記反転時初期運転を実行するので、反転時初期運転における電気分解の効率が低くなるのを抑制できる。

制御例３では、前記第２初期運転を実行して電気分解装置４１内のスケール成分の濃度を予め低下させておくことにより、その後に実行される沸上げ運転において水熱交換器２１にスケール成分濃度の高い水が送られるのを抑制できる。

制御例４では、前記反転時初期運転において、電極対４９の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、電気分解装置４１に水を供給するとともに電気分解装置４１において処理された水を水熱交換器２１よりも前記上流位置において排出しながら、電極対４９に電圧を印加する。この場合、電気分解装置４１において水の出入りを阻止した状態で反転時初期運転を実行する場合に比べて、簡単な制御で反転時初期運転を実行することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

例えば、前記実施形態では、電気分解装置４１が複数の電極対４９を有している形態を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電気分解装置４１としては、例えば図８に示すように容器４７内に単一の電極対４９が配置された形態であってもよい。

前記実施形態では、ヒートポンプ給湯機１１の水の流路において、ポンプ３１よりも下流側で水熱交換器２１よりも上流側に位置する入水配管２７に電気分解装置４１を設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電気分解装置４１は、水の流路において水熱交換器２１よりも上流側に設けられていればよい。具体的に、電気分解装置４１は、例えばポンプ３１よりも上流側の入水配管２７に設けられていてもよく、また、給水源からタンク１５に水を供給する給水配管３７に設けられていてもよい。電気分解装置４１を給水配管３７に設ける場合、第２実施形態における分岐路８１は、給水配管３７に設けられる。

前記第２実施形態では、排出路が入水配管２７から分岐する分岐路８１である場合を例示したが、前記排出路は、例えば電気分解装置４１の容器４７の側壁などに接続される配管などであってもよく、この配管から電気分解装置４１において処理された水を排出するように構成されていてもよい。

前記実施形態では、沸上げ運転中には、前記反転時初期運転を行わない場合を例示したが、沸上げ運転中に反転時初期運転を行うこともできる。

前記実施形態では、スケールを排出するための排出部（スケール排出口６１）が容器４７の底部に設けられている場合を例示したが、これに限定されない。排出部は、例えば容器４７よりも下流側に位置する部位に設けられていてもよい。具体的に、排出部は、例えば入水配管２７に別途設けられたスケール排出用の弁（例えば三方弁）などであってもよい。

前記実施形態では、沸上げ運転が６時から２２時までの時間帯のように昼間を含む時間帯には実行されない場合を例示したが、これに限定されない。例えばユーザーの使用湯量が多くて湯が足りない場合には６時から２２時までの時間帯であっても追加の沸上げ運転が必要に応じて実行されることもある。このような追加の沸上げ運転後には、前記反転時初期運転は必ずしも行わなくてもよい。

前記実施形態では、容器４７が略直方体の形状を有している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。容器４７は、直方体以外の角柱形状であってもよく、円柱形状であってもよい。

また、前記実施形態では、一過式の給湯機を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明は、例えば給湯配管３５から給湯された水（湯）の一部が再びタンク１５に戻されるタイプの給湯機にも適用することができる。

１０ 冷媒回路
１１ ヒートポンプ給湯機
１５ タンク
２１ 水熱交換器
２７ 入水配管
２９ 出湯配管
３１ ポンプ
３２ コントローラ
３３ 制御部
３４ 記憶部
３５ 給湯配管
３７ 給水配管
４１ 電気分解装置
４９ 電極対
５１ 第１電極板
５２ 第２電極板
５３ 電源
６１ 排出口
８１ 分岐路

Claims (10)

1. 水を貯留するタンク（１５）と、
   冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器（２１）を有する冷媒回路（１０）と、
   前記タンク（１５）に貯留された水を前記水熱交換器（２１）に送り、前記水熱交換器（２１）において加熱された水を前記タンク（１５）に戻す導水路（２７，２９）と、
   前記導水路（２７，２９）を含む水の流路において前記水熱交換器（２１）よりも上流側の水路に設けられた容器と前記容器内に設けられた電極対（４９）とを有する電気分解装置（４１）と、
   前記電気分解装置（４１）において前記電極対（４９）の極性を反転させるとともに、極性が反転してから予め定められた条件が満たされるまでの間に前記電気分解装置（４１）において処理された水を、前記水熱交換器（２１）よりも上流側に位置する上流位置において排出する反転時初期運転を実行し、前記反転時初期運転が完了した後、前記水熱交換器（２１）に水を送る沸上げ運転を行う制御部（３３）と、を備え、
   前記沸上げ運転において、前記電気分解装置（４１）は、前記容器内の水中のスケール成分の一部を電極の表面にスケールとして析出させるとともに、前記容器内の水中のスケール成分の他の一部を前記容器の底部にスケールとして沈殿させるヒートポンプ給湯機。
2. 前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電気分解装置（４１）の前記水路に水が出入りするのを阻止した状態で前記電極対（４９）に電圧を印加して前記水路内の水を処理し、前記条件が満たされたと判断すると、処理された水を前記上流位置において排出するように制御する、請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記制御部（３３）は、前記沸上げ運転が完了した後、前記電気分解装置（４１）内の水を電解質濃度のより高い水に入れ替えて前記反転時初期運転を実行する、請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記電気分解装置（４１）は、水を外部に排出するための排出部（６１）をさらに有し、
   前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記条件が満たされたと判断すると、前記電気分解装置（４１）内の水が前記排出部（６１）を通じて排出されるように制御する、請求項２又は３に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転が完了した後、前記沸上げ運転を行う前に、前記電気分解装置（４１）内に注水し、前記電気分解装置（４１）において水の出入りを阻止した状態で予め定められた第２条件が満たされるまで前記電極対（４９）に電圧を印加する第２初期運転をさらに実行する、請求項２〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記制御部（３３）は、前記第２初期運転において前記電極対（４９）に対する電圧の印加が開始されてからの経過時間が予め定められた第２基準時間に達したとき、又は前記第２初期運転において処理された水の水質が予め定められた第２基準値に達したときに、前記第２条件が満たされたと判断する、請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電極対（４９）の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、前記電気分解装置（４１）に水を供給するとともに前記電気分解装置（４１）において処理された水を前記上流位置において排出しながら、前記電極対（４９）に電圧を印加するように制御する、請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 前記上流位置には、前記電気分解装置（４１）において処理された水を排出するための排出路（８１）が設けられている、請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。
9. 前記排出路（８１）は、前記水熱交換器（２１）よりも上流側に位置する前記導水路（２７）から分岐する分岐路（８１）であり、
   前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において、前記電極対（４９）の極性が反転してから前記条件が満たされるまで、前記電気分解装置（４１）において処理された水を前記分岐路（８１）を通じて排出するように制御する、請求項８に記載のヒートポンプ給湯機。
10. 前記制御部（３３）は、前記反転時初期運転において前記電極対（４９）の極性が反転してからの経過時間が予め定められた基準時間に達したとき、又は前記反転初期運転において処理された水の水質が予め定められた基準値に達したときに、前記条件が満たされたと判断する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
    

Images