特許 6029744 水質診断方法、水質診断装置および給湯器システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029744

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】水質診断方法、水質診断装置および給湯器システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/18 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   G01N33/18 C

【請求項の数】15

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2015-507961(P2015-507961)

(86)(22)【出願日】2013年12月18日

(86)【国際出願番号】JP2013083892

(87)【国際公開番号】WO2014155868

(87)【国際公開日】20141002

【審査請求日】2015年3月24日

(31)【優先権主張番号】特願2013-71777(P2013-71777)

(32)【優先日】2013年3月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100131152

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】野田 清治

(72)【発明者】

【氏名】宮 一普

(72)【発明者】

【氏名】古川 誠司

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 一隆

(72)【発明者】

【氏名】青柳 慶郎

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 好次

(72)【発明者】

【氏名】飯島 茂

【審査官】 赤坂 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２２４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１７４０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６６５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 H. M. MULLER-STEINHAGEN and C. A. BRANCH，Comparison of indices for the scaling and corrosion tendency of water，The Canadian Journal of Chemical Engineering，２００９年 ３月２６日，Volume 66, Issue 6

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３３／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水質診断を行う溶液中における、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度、水温およびカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を測定する第１工程と、
前記第１工程において測定された前記カルシウムイオン濃度、前記炭酸イオン濃度、前記水素イオン濃度および前記水温の値を用い、前記溶液中における炭酸カルシウムの過飽和係数を算出する第２工程と、
前記第１工程において測定された前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を用い、前記過飽和係数から、補正された修正過飽和係数を算出する第３工程と、
前記修正過飽和係数から水質を判定する第４工程と、
を含み、
前記過飽和係数は、前記カルシウムイオン濃度と前記炭酸イオン濃度と二価イオンの活量係数の２乗との積を炭酸カルシウムの溶解度積で除した値に基づく、水質診断方法。

【請求項2】

前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンは、オルトリン酸イオンであり、オルトリン酸イオン濃度の値をＣ_ｐ（ｍｇ／Ｌ）とすると、
前記第３工程では、前記過飽和係数Ｓ_１から、
Ｃ_ｐ≧３．０の場合、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数1】

の範囲の値を用い、
Ｃ_ｐ＜３．０の場合、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数2】

の範囲の値を用いる、請求項１に記載の水質診断方法。

【請求項3】

前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンは、マグネシウムイオンであり、マグネシウムイオン濃度の値をＣ_Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）、前記カルシウムイオン濃度の値をＣ_Ｃ（ｍｏｌ／Ｌ）とすると、
前記第３工程では、前記過飽和係数Ｓ_１から、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数3】

の範囲の値を用いる、請求項１に記載の水質診断方法。

【請求項4】

前記第４工程では、前記修正過飽和係数が、閾値以上か否かを判定することにより水質を判定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の水質診断方法。

【請求項5】

前記第４工程では、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する炭酸イオン以外の溶存イオンを含まない所定の水質におけるスケールが析出するまでの誘導期間およびスケールの成長速度を元に、前記修正過飽和係数に基づいて任意の使用期間でのスケールの付着量を算出し、
前記スケールの付着量が、閾値以上か否かを判定することにより水質を判定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の水質診断方法。

【請求項6】

前記第４工程では、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する炭酸イオン以外の溶存イオンを含まない所定の水質におけるスケールが析出するまでの誘導期間およびスケールの成長速度を元に、前記修正過飽和係数に基づくスケールの付着量が許容スケール付着量に至るまでの時間を算出し指標とすることにより水質を判定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の水質診断方法。

【請求項7】

水質診断を行う溶液中における、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度、水温およびカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を測定する測定部と、
前記測定部において測定された前記カルシウムイオン濃度、前記炭酸イオン濃度、前記水素イオン濃度および前記水温の値を用い、前記溶液中における炭酸カルシウムの過飽和係数を算出する算出部と、
前記測定部において測定された前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を用い、前記過飽和係数から、補正された修正過飽和係数を算出する補正部と、
前記修正過飽和係数から水質を判定する判定部と、
を備え、
前記過飽和係数は、前記カルシウムイオン濃度と前記炭酸イオン濃度と二価イオンの活量係数の２乗との積を炭酸カルシウムの溶解度積で除した値に基づく、水質診断装置。

【請求項8】

前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンは、オルトリン酸イオンであり、オルトリン酸イオン濃度の値をＣ_ｐ（ｍｇ／Ｌ）とすると、
前記補正部は、前記過飽和係数Ｓ_１から、
Ｃ_ｐ≧３．０の場合、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数4】

の範囲にて与えられる値を算出し、
Ｃ_ｐ＜３．０の場合、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数5】

の範囲にて与えられる値を算出する、請求項７に記載の水質診断装置。

【請求項9】

前記カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンは、マグネシウムイオンであり、マグネシウムイオン濃度の値をＣ_Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）、前記カルシウムイオン濃度の値をＣ_Ｃ（ｍｏｌ／Ｌ）とすると、
前記補正部は、前記過飽和係数Ｓ_１から、前記修正過飽和係数Ｓ_２について、

【数6】

の範囲にて与えられる値を算出する、請求項７に記載の水質診断装置。

【請求項10】

前記判定部は、前記修正過飽和係数が、閾値以上か否かを判定することにより水質を判定する、請求項７から９のいずれか１項に記載の水質診断装置。

【請求項11】

前記判定部は、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する炭酸イオン以外の溶存イオンを含まない所定の水質におけるスケールが析出するまでの誘導期間およびスケールの成長速度を元に、前記修正過飽和係数に基づいて任意の使用期間でのスケールの付着量を算出し、
前記スケールの付着量が、閾値以上か否かを判定することにより水質を判定する、請求項７から９のいずれか１項に記載の水質診断装置。

【請求項12】

前記判定部は、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する炭酸イオン以外の溶存イオンを含まない所定の水質におけるスケールが析出するまでの誘導期間およびスケールの成長速度を元に、前記修正過飽和係数に基づくスケールの付着量が許容スケール付着量に至るまでの時間を算出し指標とすることにより水質を判定する、請求項７から９のいずれか１項に記載の水質診断装置。

【請求項13】

請求項７から１２のいずれか１項に記載の水質診断装置を備え、熱交換器を流通する水の水質を診断する、給湯器システム。

【請求項14】

請求項１０または１１に記載の水質診断装置を備え、
前記判定部において、前記修正過飽和係数または前記スケールの付着量が、前記閾値以上であると判定された場合、前記修正過飽和係数または前記スケールの付着量を下げるよう、熱交換器に流通する水の水質を改善する制御部を備え、
熱交換器を流通する水の水質を診断する、給湯器システム。

【請求項15】

前記制御部は、オルトリン酸イオンまたはマグネシウムイオンを徐放する物質が充填された水質制御部と、貯湯タンクに給水される水が前記水質制御部を通るように調整する流量制御弁とから構成されている、請求項１４に記載の給湯器システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプ熱交換式の給湯器等において、熱交換器内へカルシウムスケールが付着する水質における水質診断方法、水質診断装置および給湯器システムに関する。

【背景技術】

【0002】

浴室または台所に温水を供給する給湯器は、電気給湯器、ガス給湯器または石油給湯器等に大別される。これらはいずれも熱を水に伝えるための熱交換器を備える。最近は、特にこれらのうち、省エネルギーおよび地球温暖化対策としての二酸化炭素削減の観点から、ヒートポンプ熱交換式の電気給湯器（ヒートポンプ給湯器）が注目されている。

【0003】

ヒートポンプ給湯器の原理は、大気の熱を熱媒体に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば、気体を圧縮したときに発生する熱が、熱交換器を介して水へ移動し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び熱媒体の温度を大気の温度まで戻すという繰り返し（冷熱サイクル）によるものである。理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできない。しかし、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。

【0004】

ヒートポンプ給湯器における熱交換器は、水に熱を伝えるために、その伝達面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱伝達面の壁面が汚れると有効な熱伝達面積が減少し、熱伝達性能の低下を招く。さらに汚れが蓄積すると、熱交換器に水が流動する際に発生する圧力損失が増大し、最悪の場合には流路の閉塞を招く。

【0005】

特に水中の硬度成分（カルシウムイオン）が高い区画では、加熱により炭酸カルシウムを主成分とするスケール（カルシウムスケール）と呼ばれる溶解度の低い無機化合物塩が析出し、熱交換器内に付着する。カルシウムスケールが付着する問題は、ヒートポンプ給湯器固有の問題ではなく、電気給湯器、ガス給湯器または石油給湯器等においても発生する。これは、所定温度まで水が加熱されると必ず発生するという水質に起因するものである。

【0006】

炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）は、水中のカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）と炭酸イオン（ＣＯ_３^２−）の反応によって生成する。特許文献１および特許文献２には、カルシウムスケールが付着する水質を診断する方法として、カルシウム量に対応するカルシウム硬度、炭酸イオン量に対応するアルカリ度、ｐＨおよび水温によって水質判断し、スケール付着を抑制するように制御する方法が開示されている。

【0007】

カルシウムイオンはリン酸イオンとも反応し、溶解性の低いリン酸カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_３）を生成する。特許文献３には、実際の排水のｐＨとカルシウムイオン濃度とリン酸イオン濃度とを用いて計算される、ｐＨ・温度ファクター、カルシウムファクターおよびリン酸塩ファクターの関係が、ｐＨ・温度ファクター＞カルシウムファクター＋リン酸塩ファクターの場合には、リン酸カルシウムが過飽和で析出することが記載されている。また、特許文献３では、リン酸カルシウムの生成を利用した、カルシウムを含む排水処理におけるスケール発生防止方法についても開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６１−２２０７９３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１／０４５８７８号

【特許文献3】特開２００２−８６１９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、特許文献１および特許文献２に記載されている方法では、前述したように、カルシウム量に対応するカルシウム硬度、炭酸イオン量に対応するアルカリ度、ｐＨおよび水温によってのみ水質を判断している。特許文献３では、リン酸カルシウムの過飽和に関する条件について、カルシウムイオンとリン酸の反応によって生成するリン酸カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_３）の析出特性に対応する記載がなされているのみである。

【0010】

すなわち、現存のカルシウムスケールの付着に対する水質診断において、一般的には、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）および水温のみによって診断がなされており、水質における他の要素の影響からのカルシウムスケールの付着については考慮されていない。

【0011】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、カルシウムスケールが付着する水質をより精度よく正確に診断することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、溶液中のカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）および水温が同等であっても、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度（短分子のリン酸であるオルトリン酸イオン濃度（ＨＰＯ_４^２−濃度）、マグネシウムイオン濃度（Ｍｇ^２＋濃度）またはシリカイオン濃度等の、水道水に含まれ得るイオンの濃度）によって、炭酸カルシウムの析出速度が大きく変化することを解明した（実施例参照）。

【0013】

そこで、本発明に係る水質診断方法では、第１工程において、水質診断を行う溶液中における、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度、水温およびカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を測定する。第２工程において、第１工程で測定されたカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温の値を用い、溶液中における炭酸カルシウムの過飽和係数を算出する。第３工程において、第１工程で測定されたカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を用い、過飽和係数から、補正された修正過飽和係数を算出する。第４工程において、修正過飽和係数から水質を判定する。過飽和係数は、カルシウムイオン濃度と炭酸イオン濃度と二価イオンの活量係数の２乗との積を炭酸カルシウムの溶解度積で除した値に基づく。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンが炭酸カルシウムの析出速度へ与える影響を考慮するので、カルシウムスケールが付着する水質をより精度よく正確に診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る水質診断装置のブロック図を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る水質診断方法を示すフローチャートである。

【図3】本発明の実施の形態２に係る水質診断方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施の形態３に係る水質診断方法を示すフローチャートである。

【図5】ヒートポンプ熱交換式の給湯器システムの冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。

【図6】本発明の実施の形態４に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。

【図7】本発明の実施の形態５に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。

【図8】本発明の実施の形態６に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。

【図9】本発明の実施の形態７に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。

【図10】実施の形態７の変形例に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。

【図11】スケール付着体の構造におけるカール状繊維を示す図である。

【図12】実施例にて使用したスケール析出実験装置の構成を示す図である。

【図13】実施例１に係る加熱前の水質分析結果を示す図である。

【図14】実施例１に係る加熱後のｐＨ、Ｃａ硬度およびＭアルカリ度の変化を示す図である。

【図15】実施例１に係る加熱中の試料水の電気伝導率の時間変化を示す図である。

【図16】実施例１に係るオルトリン酸濃度に対する修正過飽和係数の値を示す図である。

【図17】実施例２に係る加熱前の水質分析結果を示す図である。

【図18】実施例２に係る加熱中の試料水の電気伝導率の時間変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

前述したとおり、本発明者らは、溶液中のカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）および水温が同等であっても、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の影響にて、炭酸カルシウムの析出速度が大きく変化することを解明した（実施例参照）。そこで、まず、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の影響を考慮した水質診断装置および水質診断方法について、理論的説明を含め、詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明に係る水質診断装置のブロック図を示す図である。図１に示すように、水質診断装置１００は、測定部１０１、算出部１０２、補正部１０３および判定部１０４から構成される。測定部１０１は、水質診断を行う溶液中における、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度、水温およびカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン（オルトリン酸イオンまたはマグネシウムイオン等）濃度の値を測定する。算出部１０２は、測定されたカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温の値を用い、溶液中における炭酸カルシウムの過飽和係数を算出する。補正部１０３は、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度の値を用い、炭酸カルシウムの析出速度へ与える影響を考慮して補正された修正過飽和係数を算出する。

【0018】

判定部１０４は、算出した修正過飽和係数から水質を判定する。本願において、水質を判定するという文言は、結果的に、スケール対策が必要であるか否か判定すること、または、熱交換器の洗浄・交換が必要となる時間（期間）を確認もしくは洗浄・交換の必要性を判定すること等を意図する。後の実施の形態２および３にて述べるように、判定部１０４は、補正部１０３にて算出された数値から、蓄積された特定のデータを用い、それぞれの実施の形態にて所望する数値を算出するための算出手段を含んでいる場合もある。判定手段の具体的な方法は、後に、実施の形態１から３において詳細に説明する。

【0019】

本発明者らは、固体核生成に関する均一核生成理論（例えば、後藤芳彦著、「結晶成長」第２９〜４４頁参照）を用いて、炭酸カルシウムの析出特性に対するリン酸イオンの影響を考察した。炭酸カルシウムの過飽和係数をＳ_１、水温をＴ（Ｋ）、析出核と水の間の界面エネルギーをγ（Ｊ／ｍ^２）、ボルツマン定数をｋ（Ｊ／Ｋ）、溶液中のイオン分子の衝突頻度をＡ（１／ｓ）とすると、炭酸カルシウムの析出速度Ｒは、以下の式にて与えられる。

【数1】

【0020】

また、溶液中のカルシウム濃度を［Ｃａ^２＋］、炭酸イオン濃度を［ＣＯ_３^２−］、二価イオンの活量係数をｆ_Ｄ、炭酸カルシウムの溶解度積をＫｓｐとすると、炭酸カルシウムの過飽和係数Ｓ_１は以下の式にて与えられる。図１に示す算出部１０２は、測定部１０１において測定された各値を利用し以下の式を用いることにより、炭酸カルシウムの過飽和係数Ｓ_１を算出する。

【数2】

【0021】

溶解度積のＫｓｐは、温度によって決定される物性値（例えば、Plummer et al, Geochimica Et Cosmochimica Acta, 1982. 46(6): p. 1011-1040参照）である。例えば、水温１０℃、２０℃、６０℃において、それぞれ、３．８９×１０^−９、３．５３×１０^−９、１．７４×１０^−９である。つまり、高温になるほど溶解度積は小さくなり、一定の溶液組成に対する過飽和係数Ｓ_１は大きくなる。これは、高温ほど炭酸カルシウムが析出し易いことを意味する。一方、二価イオンの活量係数ｆ_Ｄは水溶液の電気伝導率、水素イオン濃度によって変化するが、通常の水道水であれば、０．６〜０．８の範囲である。

【0022】

例えば、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンがオルトリン酸イオンである場合について述べると、通常、溶液中のカルシウム濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）および水温が同等であれば、水温と過飽和係数Ｓ_１は一定のはずである。ボルツマン定数ｋと衝突頻度Ａも不変なので、溶液中のオルトリン酸イオン濃度の炭酸カルシウムの析出速度に対する影響は、析出核と水の間の界面エネルギーγがγ→γ'に変化したことに起因すると説明できる（以下の式参照）。

【数3】

【0023】

ここで、オルトリン酸イオン添加の炭酸カルシウムの析出速度Ｒへの影響を補正する目的で、以下の式を満たすような修正過飽和係数Ｓ_２を導入する。

【数4】

【0024】

オルトリン酸イオン濃度をＣ_Ｐとして、上記の数４の式を用い、後述の実施例１における炭酸カルシウムの析出速度Ｒとオルトリン酸イオン濃度Ｃ_Ｐの測定結果とを解析した。すると、Ｃ_Ｐが３．０ｍｇ／Ｌ未満の場合においては、修正過飽和係数Ｓ_２と過飽和係数Ｓ_１の間には以下の範囲の関係式が成立することがわかった。すなわち、修正過飽和係数Ｓ_２は、オルトリン酸イオン濃度Ｃ_Ｐの多項式からなる分母で規格化された０．６〜１．４倍の過飽和係数Ｓ_１の範囲に含まれる。その中央値は、１．０倍である。代表値は、中央値を用いて算出する。

【数5】

【0025】

Ｃ_Ｐが３．０ｍｇ／Ｌ以上では炭酸カルシウムの析出速度Ｒは一定なので、この場合においては、修正過飽和係数Ｓ_２と過飽和係数Ｓ_１の間には以下の範囲の関係式が成立することがわかった。この場合の中央値は、０．２２７Ｓ_１となる。代表値は、中央値を用いて算出する。従って、図１に示す補正部１０３は、測定部１０１により測定されたオルトリン酸イオン濃度の値に基づき、上記の数５または下記の数６の式を用い、過飽和係数Ｓ_１から、オルトリン酸イオンの炭酸カルシウムの析出速度へ与える影響を考慮して補正された修正過飽和係数Ｓ_２を算出する。

【数6】

【0026】

このように、オルトリン酸イオン濃度の影響を考慮する水質診断では、まず、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温、さらにはオルトリン酸イオン濃度を測定する。その後、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度および水素イオン濃度以外の溶存イオンを考慮しない、炭酸カルシウムの過飽和係数Ｓ_１を算出する。次いで、当該オルトリン酸イオン濃度に基づき、修正過飽和係数Ｓ_２として補正・算出する。図１に示す判定部１０４では、当該修正過飽和係数Ｓ_２を用いて水質を判定する。

【0027】

一方、例えば、カルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンがマグネシウムイオンである場合でも、ある関係式が成立することがわかった。マグネシウムイオン濃度をＣ_Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）、カルシウムイオン濃度をＣ_Ｃ（ｍｏｌ／Ｌ）として、前述の数４の式を用い、後述する実施例２における炭酸カルシウムの析出速度Ｒとマグネシウムイオン濃度Ｃ_Ｍの測定結果を解析した。すると、修正過飽和係数Ｓ_２と過飽和係数Ｓ_１の間には以下の範囲の関係式が成立することがわかった。すなわち、修正過飽和係数Ｓ_２は、Ｃ_Ｍ／Ｃ_Ｃを含む１次式からなる分母で規格化された０．６〜１．４倍の過飽和係数Ｓ_１の範囲に含まれる。その中央値は１．０倍である。この場合でも同様に、図１に示す補正部１０３は、測定部１０１により測定されたマグネシウムイオン濃度およびカルシウムイオン濃度の値を下記の数７の式に当てはめ、過飽和係数Ｓ_１から、マグネシウムイオンの炭酸カルシウムの析出速度へ与える影響を考慮して補正された修正過飽和係数Ｓ_２を算出する。

【数7】

【0028】

このように、マグネシウムイオン濃度の影響を考慮する水質診断では、まず、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温、さらにはマグネシウムイオン濃度を測定する。その後、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度および水素イオン濃度以外の溶存イオンを考慮しない、炭酸カルシウムの過飽和係数Ｓ_１を算出する。次いで、算出したマグネシウムイオン濃度およびカルシウムイオン濃度の値を用い、上記の数７の式にて修正飽和係数Ｓ_２として補正する。図１に示す判定部１０４では、当該修正過飽和係数Ｓ_２を用いて水質を判定する。その結果、給湯器システム等の熱交換器を流れる水において、カルシウムスケール付着に影響を与える水質を、より精度よく診断することができる。

【0029】

（実施の形態１）
図２は、実施の形態１に係る水質診断方法を示すフローチャートである。図２に示すように、水質診断では、まず、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度、水温およびカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオン濃度（オルトリン酸イオン濃度またはマグネシウムイオン濃度等）の値を測定する（ステップＳ１１）。次に、測定されたカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温の値から過飽和係数Ｓ_１を算出する（ステップＳ１２）。そして、過飽和係数Ｓ_１から、修正過飽和係数Ｓ_２を算出する（ステップＳ１３）。ここで、修正過飽和係数Ｓ_２が、閾値Ｓ_０以上か否かを判定する（ステップＳ１４）。修正過飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０以上である場合には（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、カルシウムスケール付着が進行すると判断できるので、スケール対策が必要であると判断する（ステップＳ１５）。修正過飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０未満である場合には（ステップＳ１４；ＮＯ）、カルシウムスケール付着は進行しないと判断できるので、スケール対策は不要と判断する（ステップＳ１６）。

【0030】

閾値Ｓ_０とは、後に詳細に説明するが、例えば本実施の形態１に係る水質診断方法が利用・適用される給湯器に応じて決定される値である。後述する実施の形態４から７では、実施の形態１にて説明した水質診断方法が適用された給湯器システムについて詳細に説明する。実施の形態４から７では、修正過飽和係数Ｓ_２が、閾値Ｓ_０以上であると判定された場合、修正過飽和係数Ｓ_２を下げるよう、カルシウムスケール付着抑制として機能・動作する種々の水質（診断）制御器を備える給湯器システムについて述べている。しかし、例えば、実施の形態１にて述べた水質診断工程・ステップのみを行う装置を備える給湯器システムにおいて、別個として水質制御装置または水質改善装置等を取り外し可能となるように設計してもよい。

【0031】

（実施の形態２）
実施の形態２では、修正過飽和係数Ｓ_２を用いてスケールの付着量を計算し、水質を判定する水質診断方法について説明する。この方法によると、前述の実施の形態１の水質診断方法の精度をさらに高める。

【0032】

カルシウムイオン、炭酸イオンおよび水素イオン以外のカルシウムと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンを含まない所定の水質における炭酸カルシウムの析出速度Ｒは、前述した数１の式において同様に与えられる。ここで、スケールが析出するまでの時間を誘導期間ｔ_ｉｎｄとすると、誘導期間ｔ_ｉｎｄは前述の数１の逆数に比例するので、以下の式の比例関係が求められる。

【数8】

【0033】

従って、過飽和係数Ｓ_１および誘導期間ｔ_ｉｎｄと、オルトリン酸イオン濃度およびマグネシウムイオン濃度を考慮した水質における修正過飽和係数Ｓ_２での誘導期間ｔ’_ｉｎｄとの関係は、以下の式で与えられる。

【数9】

【0034】

ここで、予め、析出核と水の間の界面エネルギーγの値を求めておく。さらに、同装置において、オルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンを含まない所定の水質における誘導期間ｔ_ｉｎｄを測定しておく。すると、修正過飽和係数Ｓ_２に係る水質における誘導期間ｔ’_ｉｎｄを計算することができる。界面エネルギーγに関しては、リン酸を含まない場合のスケールの界面エネルギーγは０．０１８Ｊ／ｍ^２である。リン酸を含む場合のスケールの界面の界面エネルギーγは０．０２４Ｊ／ｍ^２である。

【0035】

さらに、スケールの成長速度Ｕは過飽和係数Ｓを用いて、以下の式で計算される。ｋは、反応速度係数であり、温度によって変化する物性値である。

【数10】

【0036】

水温が異なる場合は、上記の反応速度係数ｋは、以下の式で計算される。

【数11】

【0037】

ε_ａは活性化エネルギーであり、温度に依存しない物質固有の物性値である（例えば、Wiecher et al, Water Research, 1975, 9(9）: 835-845参照）。炭酸カルシウムの場合は、１０．３ｋｃａｌ／ｍｏｌである。これらの値を用いると、水温Ｔ_１、過飽和係数Ｓ_１、成長速度Ｕ_１における場合と、水温Ｔ_２、修正過飽和係数Ｓ_２、成長速度Ｕ_２における場合とでの、成長速度Ｕ_１と成長速度Ｕ_２の相対値は以下の式で計算される。

【数12】

【0038】

数１２を用いると、前述した数５、数６および数７より算出される修正過飽和係数Ｓ_２から、この場合のスケールの成長速度Ｕ_２が、オルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンを含まない所定の水質における成長速度Ｕ_１の何倍に当たるかを、計算することができる。このように、オルトリン酸イオン濃度等を考慮しない過飽和係数Ｓ_１である水質の同装置における誘導期間ｔ_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_１、さらには特定の期間におけるスケールの付着量Ｖ_１を測定しておくことで、修正過飽和係数Ｓ_２における誘導期間ｔ’_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_２を計算することができる。誘導期間はスケールの析出が開始するまでの時間であり、成長速度は析出したスケールが成長する速度であって、スケールの付着量は析出開始後の成長速度に比例する。そのため、診断において、オルトリン酸イオン濃度およびマグネシウムイオン濃度を考慮した水質における任意の時間（例えば、想定使用期間）でのスケール付着量Ｖ_２を計算することができる。本実施の形態２に係る水質診断方法は、このように計算された任意の時間でのスケール付着量Ｖ_２を判定することにより水質を判定する。

【0039】

図３は、実施の形態２に係る水質診断方法を示すフローチャートである。図３に示すように、修正過飽和係数Ｓ_２を算出するまでのステップＳ２１、ステップＳ２２およびステップＳ２３は、それぞれ、前述の実施の形態１において述べたステップＳ１１、ステップＳ１２およびステップＳ１３と同様である。

【0040】

ステップＳ２３の次に、上述した方法にて、修正過飽和係数Ｓ_２を用い、オルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンを含まない所定の水質における同装置での誘導期間ｔ_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_１の値を元とし、誘導期間ｔ’_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_２を算出する。さらに任意の使用時間におけるスケール付着量Ｖ_２を算出する（ステップＳ２４）。ここで、スケール付着量Ｖ_２が、許容スケール付着量Ｖ_０以上か否かを判定する（ステップＳ２５）。スケール付着量Ｖ_２が許容スケール付着量Ｖ_０以上である場合には（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、スケール付着による機能低下が想定されるので、スケール対策が必要であると判断する（ステップＳ２６）。スケール付着量Ｖ_２が許容スケール付着量Ｖ_０未満である場合には（ステップＳ２５；ＮＯ）、スケール付着による機能低下は許容範囲内であると想定されるので、スケール対策は不要と判断する（ステップＳ２７）。許容スケール付着量Ｖ_０とは、前述の実施の形態１に係る閾値Ｓ_０と同意図の規定となる値であり、例えば本実施の形態２に係る水質診断方法が利用・適用される給湯器に応じて適宜決定される値である。

【0041】

（実施の形態３）
実施の形態３では、前述の実施の形態２のように、スケール付着量Ｖ_２から水質を判定する水質診断方法ではなく、スケール対策または熱交換器の洗浄・交換が必要となるに至る時間を算出し指標とすることにより、水質を判定する水質診断方法について説明する。

【0042】

図４は、実施の形態３に係る水質診断方法を示すフローチャートである。図４に示すように、修正過飽和係数Ｓ_２を算出するまでのステップＳ３１、ステップＳ３２およびステップＳ３３は、それぞれ、前述の実施の形態１において述べたステップＳ１１、ステップＳ１２およびステップＳ１３と同様である。

【0043】

ステップＳ３３の次に、実施の形態２において前述した方法にて、修正過飽和係数Ｓ_２を用い、オルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンを含まない所定の水質における同装置での誘導期間ｔ_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_１の値を元とし、誘導期間ｔ’_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_２を算出する（ステップＳ３４）。次に、当該算出された誘導期間ｔ’_ｉｎｄおよび成長速度Ｕ_２から、診断対象の水質のスケール付着量が許容スケール付着量Ｖ’_０（スケール対策または熱交換器の洗浄・交換が必要となるスケール付着量）に至るまでの時間（ｔ’_０とする）を算出する。このスケール対策または熱交換器の洗浄・交換が必要となるに至るまでの時間ｔ’_０を指標として、水質を判定する（ステップＳ３５）。例えば、時間ｔ’_０が熱交換器の通常の想定使用期間より短ければ、スケール対策または熱交換器の洗浄・交換対策を行う必要がある水質であると判断することができる。一方、時間ｔ’_０が想定使用期間より長ければ、長期間においてスケール対策または熱交換器の洗浄・交換は不要な水質であると判断することができる。

【0044】

算出されたスケール対策または熱交換器の洗浄・交換が必要となるに至るまでの時間ｔ’_０は、例えば、本実施の形態３に係る水質診断方法が利用・適用される水質診断装置または給湯器において表示されるよう構成されていてもよい。許容スケール付着量Ｖ’_０（スケール対策または熱交換器の洗浄・交換が必要となるスケール付着量）は、前述の実施の形態１および２において述べた規定値と同様に、例えば、本実施の形態３に係る水質診断方法が利用・適用される給湯器に応じて適宜決定される値である。

【0045】

（実施の形態４）
実施の形態４以降では、実際の給湯器システムの形態について、詳細に説明する。前述の実施の形態１から３では、スケール対策または熱交換器の洗浄・交換の必要性の判定手段の段階において、それぞれ異なる手段を述べたが（ステップＳ１４、ステップＳ２５またはステップＳ３５）、以下、代表して、実施の形態１にて述べたステップＳ１４の判定手段を用いて説明する。当業者であれば、下記を基に、他の判定手段を用いた給湯器システムへと応用することは容易であろう。

【0046】

図５は、ヒートポンプ熱交換式の給湯器システムの冷媒回路と水回路の構成を示す概略図である。図５に示すように、一般的な給湯器システム１は、圧縮機２と、第１冷媒配管３と、冷媒／水熱交換器４と、貯湯タンク５と、ポンプ６と、第１水配管７と、第２水配管８と、第２冷媒配管９と、膨張弁１０と、第３冷媒配管１１と、蒸発器１２と、送風機１３と、第４冷媒配管１４と、第１給水配管１５と、第２給水配管１６とから構成されている。

【0047】

まず、一般的なヒートポンプ熱交換式の給湯システムについて、図５を参照して説明する。圧縮機２により高温高圧になった加熱ガス冷媒（例えば、二酸化炭素またはハイドロフルオロカーボン等）は、第１冷媒配管３を通り、冷媒／水熱交換器４に流入する。貯湯タンク５に蓄えられた水は、ポンプ６により押し出され、第１水配管７を通り、冷媒／水熱交換器４に流入する。冷媒／水熱交換器４では、加熱ガス冷媒と水が熱交換することで水を加熱する。加熱された水は第２水配管８を通り貯湯タンク５へと戻る。

【0048】

水へ熱を伝えた加熱ガス冷媒は、第２冷媒配管９を通り膨張弁１０に送られる。膨張弁１０に送られた加熱ガス冷媒は減圧され、第３冷媒配管１１を通り蒸発器１２に流入する。蒸発器１２では、送風機１３から送られた外気により吸熱した後、第４冷媒配管１４を通り、圧縮機２へと戻る。加熱された水は、第２給水配管１６からユースポイントへ供給される。

【0049】

例えば、深夜電力を利用して湯沸する一般的なヒートポンプ給湯器システムでは、昼間に貯湯タンク５の湯が使用されると、第１給水配管１５から水道水が使用湯量に応じて貯湯タンク５に供給される。貯湯タンク５内の水は攪拌が無い限り、高温層と低温層の２層に分離しているため、水道水の供給により高温層と低温層の境界層部分が貯湯タンク５の上部（貯湯タンク５の出水側）へと移動する。したがって、昼間に高温の湯が常時供給される。ここで、スケールが付着する水質で一般的なヒートポンプ給湯器システムを動作させた場合、スケールは冷媒／水熱交換器４の出口側水回路伝熱面に付着する。

【0050】

図６は、本発明の実施の形態４に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。基本的構成要素は図５と同様であるが、図６に示すように、実施の形態４の給湯器システム１は、さらに、水質制御部１７と、第１流量制御弁１８と、第２流量制御弁１９と、導電率計２０と、水質診断制御器２０１と、水質測定器２０２とを備えている。

【0051】

図６に示すように、第１給水配管１５から貯湯タンク５に供給される水道水は、第１流量制御弁１８によって流水量が調整されている水質制御部１７から流入する水と、第２流量制御弁１９によって流水量が調整されている水質制御部１７を通らずに直接流入する水とが合流したものである。水質制御部１７を通る流水量を調整させることで、貯湯タンク５に流入する水の水質が改善される仕組みとなっている。具体的には、水質測定器２０２のデータから、スケールが付着する水質であると判断された場合、基準値を外れた項目について、給水の水の一部を水質制御部１７に通すことで、貯湯タンク５への流入水が基準内に収まるようにし、スケール付着を防止する。その際、水質診断制御器２０１が、第１流量制御弁１８と第２流量制御弁１９との開閉状態を制御する。

【0052】

水質測定器２０２は、ｐＨ電極、電気伝導率電極、リン酸イオン電極、カルシウムイオン電極、炭酸イオン電極および熱電対等を備える。各電極や熱電対からの出力信号を各水質項目の数値に変換する変換器であり、水質診断制御器２０１を制御するアナログもしくはデジタル信号を発生する。

【0053】

ここで、水質制御部１７の具体例として、イオン交換樹脂に代表される純水化樹脂や、オルトリン酸イオンまたはマグネシウムイオンを徐放する物質を充填したカートリッジ等が考えられる。

【0054】

純水化樹脂としては、例えば、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体を基本構造とした高分子を用いることができる。純水化樹脂は、一般的に酸性を示す官能基を持つものは陽イオンを選択的に交換し、塩基性を示す官能基を示すものは陰イオンを選択的に交換する機能を持つことが知られている。例えば、実施の形態４での水質診断制御器２０１にて計算される修正過飽和係数Ｓ_２は、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度が大きいほど大きく、オルトリン酸イオン濃度が小さいほど大きい値を持つ。従って、例えば、水道水にオルトリン酸イオンが含まれる場合には、陽イオン交換樹脂のみによってカルシウムイオンを除去し、オルトリン酸イオンは通過させることが望ましい。特に、スルホン酸基を交換基として持つ樹脂は、カルシウムイオンを効率的に除去できるので、より望ましい。

【0055】

また、水道水にオルトリン酸イオンが含まれない場合には、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂を用いてカルシウムイオンと炭酸イオンを除去するのが望ましい。また、純水化樹脂の官能基としてアミノ基を導入した樹脂は炭酸イオンを効率的に除去できるため、より望ましい。

【0056】

一方で、イオン交換能力に関する寿命が来るとカルシウムイオンや重炭酸イオンを捕捉しにくくなるため、水素イオンや水酸化物イオンとのイオン交換が行えなくなる。その状態を検知するために、導電率計２０は処理水の導電率を監視すればよい。例えば、導電率計２０にアラーム機能を持たせ、導電率が１０μＳ／ｃｍを超えた場合にアラームが鳴るように設定すれば、純水化樹脂の交換時期を知らせることができる。また、水質診断制御器２０１に導電率計２０の測定値を送信して、水質診断制御器２０１からアラームを発してもよい。

【0057】

なお、カートリッジに充填されるオルトリン酸イオンを徐放する物質としては、ＦｅＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＡｌＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＣａＨＰＯ_４、Ｃａ_４Ｈ（ＰＯ_４）_３、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６Ｆ_２、ＣａＨＡＬ（ＰＯ_４）_２、ＣａＦ_２、ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４、ＦｅＮＨ_４ＰＯ_４またはＦｅ_２（ＰＯ_４）_２等の、オルトリン酸系イオンを結晶内部に含有する塩が望ましい。オルトリン酸イオンを徐放する物質の形状は、円筒状、球状、中空形状または繊維状等を選択することができ、水１ｍ^３当たりの接触面積が、１ｍ^２以上の微細構造を持つことが望ましい。

【0058】

カートリッジに充填されるマグネシウムイオンを徐放する物質としては、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＳＯ_４、ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２、Ｍｇ_３Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４、Ｍｇ_２Ｓｉ_３Ｏ_７．５（ＯＨ）・３Ｈ_２Ｏ、Ｍｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２・Ｈ_２ＯまたはＭｇＮＨ_４ＰＯ_４等の、マグネシウムイオンを結晶内部に含有する塩が望ましい。マグネシウムイオンを徐放する物質の形状は、オルトリン酸イオンの場合と同様に、円筒状、球状、中空形状または繊維状等を選択することができ、水１ｍ^３当たりの接触面積が、１ｍ^２以上の微細構造を持つことが望ましい。

【0059】

実施の形態４に係る給湯器システム１では、水質測定器２０２内における水質診断コック（図６では図示せず、後述する実施の形態５および図７参照）から抜き取られた水の水質を、前述の実施の形態１から３に係る水質診断方法を利用して診断する。さらには、当該結果に基づき給水される水の水質を制御する。具体的には、図６に示す水質診断制御器２０１および水質測定器２０２において、測定、計算、補正および判定等が行われる。さらに詳細には、まず、カルシウムイオン濃度、炭酸濃度および水素イオン濃度の測定値と、貯湯タンク５内部の水温設定値から過飽和係数Ｓ_１を計算する。次いで、溶液中に含まれるオルトリン酸イオン濃度（またはマグネシウムイオン濃度等）の測定値を用いて過飽和係数をＳ_１からＳ_２に補正する。補正された修正過飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０以上の場合には、冷媒／水熱交換器４へのカルシウムスケール付着が進行すると判断する。

【0060】

基準を満たさない場合（カルシウムスケール付着が進行すると判断された場合）には、第１流量制御弁１８の流水量を調整し、水質制御部１７の流水量を増加させ、水質診断コックから抜き取られた水の水質を再び診断する。基準を満たさない場合には、再度、第１流量制御弁１８の流水量を調整し、水質制御部１７の流水量を増加させる。このような調整を繰り返すことで、スケールが付着しない水質が得られる。なお、第２流量制御弁１９の流水量を減少させることで、同様な調整を行ってもよいし、第１流量制御弁１８と第２流量制御弁１９の双方を調整してもよい。

【0061】

補正された修正飽和係数Ｓ_２と比較する設定値Ｓ_０は、運転条件、水質および給湯機のメンテ頻度に応じて決定することができる。一般的に、定期メンテナンスを１５年以上実施しない場合には、設定値Ｓ_０＝１として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを５年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝６として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを１年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝１２として水質改善システムを運用するのが望ましい。

【0062】

このように、本実施の形態４に係る給湯器システム１は、被加熱水のより精度のよい正確な水質診断結果に基づいて、水質制御手段やカルシウムスケール付着抑制手段を動作するので、冷媒／水熱交換器４の伝熱面へのスケール付着を確実に防止できるという効果がある。

【0063】

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。図７に示すように、本実施の形態５に係る給湯器システム１は、前述の実施の形態４の給湯器システム１に、さらなる追加の構成要素として水質診断制御器３０１と、水温センサー３０３とが備えられた形態である。なお、図７では、水質診断コック２１を除き、水質診断制御器２０１および水質測定器２０２の構成については省略して示されている。

【0064】

本実施の形態５に係る給湯器システム１では、第２水配管８内の水温センサー３０３の信号に基づき、圧縮機２の回転数、送風機１３の回転数および／または膨張弁１０の流路隙間を調節する水質診断制御器３０１を有する。当該構成は、第２水配管８内の水温を制御することを目的としている。

【0065】

例えば、温度を下げる際は、圧縮機２および送風機１３の回転数を低下させ、膨張弁１０の流路隙間を広げる動作を行なう。水質診断制御器３０１は、過飽和係数を入力するためのインターフェースを有しており、入力された係数をもとに上記の制御を行なう。水質診断制御器３０１は、実施の形態４にて述べた水質診断制御器２０１（図示せず）と一体化されたものであってもよい。その場合は、水質診断制御器３０１にて、直接、過飽和係数Ｓ_１および修正過飽和係数Ｓ_２が算出・補正等されてもよい。

【0066】

一般的に、貯湯タンク５における保有熱量を最大化するには、蒸発器１２の出口の水温を最大化することが有効であり、通常６０〜９０℃に設定することが多い。しかし、高温ほど炭酸カルシウムが析出し易いため、水温が高温になるほど一定の溶液組成に対する過飽和係数Ｓ_１は大きくなる。つまり、前述した実施の形態１から３に係る水質診断方法では、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度、水素イオン濃度および水温から計算される過飽和係数Ｓ_１が増加すると、補正された修正過飽和係数Ｓ_２も、過飽和係数Ｓ_１に比例して増加する。

【0067】

本実施の形態５においても、第１給水配管１５に設けられた供給水の水質診断コック２１から抜き取られた水の水質を、前述したような水質診断方法を用い、水質診断制御器３０１（または水質診断制御器２０１（図示せず））にて診断する。しかし、本実施の形態５における水質診断方法では、抜き取られた水のカルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度および水素イオン濃度の測定値と、第２水配管８内の水温センサー３０３による水温測定値から過飽和係数Ｓ_１を計算し、溶液中に含まれるオルトリン酸イオン濃度（またはマグネシウムイオン濃度）の測定値を用いて過飽和係数をＳ_１からＳ_２に補正し、補正された修正過飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０以上の場合には、水／冷媒熱交換器４へのカルシウムスケール付着が進行すると判断する。

【0068】

基準を満たさない場合（カルシウムスケール付着が進行すると判断された場合）には、まず、前述の実施の形態１に係る水質診断方法を用いて補正された修正飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０未満にするための第２水配管８内の水温を計算する。次に、水質診断制御器３０１により、圧縮機２の回転数、送風機１３の回転数および／または膨張弁１０の流路隙間を調節することで、第２水配管８内の水温を所定の温度に設定する。

【0069】

前述の実施の形態４と同様に、補正された修正過飽和係数Ｓ_２と比較する設定値Ｓ_０は、運転条件、水質、そして給湯機のメンテ頻度に依存して決定することができる。一般的に、定期メンテナンスを１５年以上実施しない場合には、設定値Ｓ_０＝１として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを５年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝６として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを１年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝１２として水質改善システムを運用するのが望ましい。

【0070】

水／冷媒熱交換器４の出口の水温が低下すると、貯湯タンク５における保有熱量が低下するので、湯切れなどの問題が発生する問題がある。従って、水質診断制御器３０１によって第２水配管８内の水温を制御する場合には、４０℃〜９０℃に設定することが望ましい。

【0071】

このように、本実施の形態５に係る給湯器システム１は、被加熱水のより精度のよい正確な水質診断結果に基づいて、水質制御手段やカルシウムスケール付着抑制手段を動作するので、冷媒／水熱交換器４の伝熱面へのスケール付着を確実に防止できるという効果がある。また、前述の実施の形態４に係る給湯器システム１と併用することで、伝熱面へのスケール付着防止効果において、より確実性を有している。

【0072】

（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。図８に示すように、実施の形態６に係る給湯器システム１は、図５に示す一般的な給湯器システム１の構成要素以外に、バイパス回路配管２２と、自動開閉弁２３と、水質診断制御器４０１と、水質測定器４０２（内部に水質診断コックを備える）とを備えている。

【0073】

前述の実施の形態４および実施の形態５では、水質診断の結果により、スケール付着が起こると判断される運転条件の場合、水質制御手段または水温制御手段を用いて伝熱面へのスケール付着を補正された修正過飽和係数Ｓ_２を、閾値Ｓ_０未満に制御する装置について、その具体的構成を開示した。本実施の形態６に係る給湯器システム１では、補正された修正過飽和係数Ｓ_２が、閾値Ｓ_０以上であっても、第１水配管７および第２水配管８を流れる水流量を制御することにより、冷媒／水熱交換器４へのスケール付着を防止する。

【0074】

詳細には、図８に示すように、冷媒／水熱交換器４へ送水するポンプ６の入口側と出口側を繋ぐバイパス回路配管２２を設け、当該バイパス回路配管２２に、自動開閉弁２３を設置し、定期的に弁を開閉する。その結果、冷媒／水熱交換器４に送られる水に脈流が生じることにより、スケール付着を防止することができる。水質診断は水質診断制御器４０１および水質測定器４０２により、前述の実施の形態（特に、実施の形態４）と同様に診断され、その結果に基づき、適宜、弁の開閉について制御、調整される。

【0075】

脈流パターンとしては、正弦波、矩形波または三角波等を用いることができ、流量を最大流量Ｑ_１と最小流量Ｑ_２の間を周期的に変動させることが望ましい。流量Ｑ_１の時間Ｔ_１（脈流の幅）は０．１〜１０秒の範囲が望ましく、脈流の頻度Ｔ_２は脈流の幅Ｔ_１の１〜２０倍の範囲で調節することが望ましい。

【0076】

使用する水質や給湯条件によって最適な脈流の条件は変動する。出湯温度４０〜６０℃であり、室温における補正された修正過飽和係数Ｓ_２が２以下の水質の場合には、脈流における最大流量Ｑ_１／最小流量Ｑ_２の比率は１〜２の範囲で定めることが望ましい。室温における補正された修正過飽和係数Ｓ_２が２以上の水質の場合には、炭酸カルシウムがより発生し易い水質に対しては最大流量Ｑ_１／最小流量Ｑ_２の比率を１〜４の範囲で定めることが望ましい。さらに、室温における補正された修正過飽和係数Ｓ_２が２以上の水を６０〜９０℃に加熱する場合には、脈流における最大流量Ｑ_１／最小流量Ｑ_２の比率は１〜６の範囲で定めることが望ましい。

【0077】

このように、本実施の形態６に係る給湯器システム１は、より精度のよい正確な水質診断結果に基づいて、冷媒／水熱交換器４に送られる水に脈流を生じさせることで、冷媒／水熱交換器４の水側伝熱面の流速に変化をつけて、析出したスケールの付着を防止することができる。

【0078】

（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。また、図１０は、実施の形態７の変形例に係る給湯器システムの構成を示す概略図である。図９および図１０に示すように、本実施の形態７に係る給湯器システム１は、前述の実施の形態４の給湯器システム１に、さらなる追加の構成要素としてスケール粒子捕捉部２４と、第３流量制御弁２５と、第４流量制御弁２６とが備えられた形態である。なお、図９および図１０では、水質診断コック２１を除き、実施の形態４の給湯器システム１の構成要素である、水質制御部１７、第１流量制御弁１８、第２流量制御弁１９、導電率計２０、水質診断制御器２０１および水質測定器２０２の構成については省略して示されている。

【0079】

実施の形態７では、第１水配管７または第２水配管８の流路にスケール粒子捕捉部２４を設置することにより、前述の実施の形態４の給湯器システム１における効果だけでなく、第１水配管７および第２水配管８内で発生した炭酸カルシウムスケール粒子を捕捉することができる。

【0080】

図９および図１０に示すように、適宜、スケール粒子捕捉部２４を通る流水量を第３流量制御弁２５にて調整し、スケール粒子捕捉部２４を通らない流水量を第４流量制御弁２６にて調整すると、貯湯タンク５と冷媒／水熱交換器４との間において、第１水配管７または第２水配管８から供給される水道水の水質は改善される。第３流量制御弁２５および第４流量制御弁２６の調整は、例えば、水質診断制御器２０１および水質測定器２０２（図示せず）を以て動作される。図９と図１０に示すスケール粒子捕捉部２４での作用および効果は同じであるが、図９のスケール粒子捕捉部２４に流入する水温は、図１０のスケール粒子捕捉部２４に流入する水温より１０〜４０℃程度高いので、図９の給湯器システム１の構成の方がスケール粒子捕捉部２４における捕捉性能が１．２〜２倍高くなる。

【0081】

水／冷媒熱交換器４にスケールが付着するメカニズムとして、水／冷媒熱交換器４の伝熱面において直接スケールが成長する場合と、第１水配管７および第２水配管８または貯湯タンク５の水中において発生したスケール微粒子が水／冷媒熱交換器４の伝熱面に付着する場合とがある。本実施の形態７におけるスケール粒子捕捉部２４は、後者の原因に対応する水中で発生したスケール微粒子を除去し、水中において発生したスケール微粒子の水／冷媒熱交換器４内部への付着を抑制するものである。

【0082】

スケール粒子捕捉部２４の内部に充填する付着体の材料としては、銅、黄銅、ステンレス、シリコーンゴム、ガラス、鉄、酸化鉄（III、II）、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ））、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムまたは芳香族ポリアミド（ナイロン６またはナイロン６−６等）等を用いることができる。これらのうち、銅、黄銅、ステンレス、シリコーンゴム、ガラス、鉄、酸化鉄（III、II）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、イソプレンゴム、ブタジエンゴムまたはスチレンブタジエンゴムのいずれかの材料が好ましい。

【0083】

図１１は、スケール付着体の構造におけるカール状繊維を示す図である。例えば、スケール粒子捕捉部２４の内部には、このようなカール径Ｄ_１、繊維径Ｄ_２であるカール状繊維から構成される集合体を用いることもできる。実用的には、カール繊維の引っ張り強度は２〜４ｋｇであることが望ましい。この条件は、６０℃以上に加熱する給湯器システム１において、１０年以上の腐食耐久力に対応する。ステンレス製のカール繊維であれば、繊維径Ｄ_２は１０μｍ以上であっても対応できる。スケール粒子捕捉部２４の充填物が占める体積Ｖ_１は、貯湯タンク５の内部体積Ｖ_２を目安として、Ｖ_２／Ｖ_１＝１０〜５００の範囲で設定することが望ましい。

【0084】

水質診断は、第１給水配管１５に設けられた供給水の水質診断コック２１から抜き取られた水を用い、前述の実施の形態１から３に係る方法を用いて行う。本実施の形態７に係る給湯器システム１では、前述の実施の形態４と同様に、水質診断制御器２０１および水質測定器２０２（図示せず）にて、カルシウムイオン濃度、炭酸イオン濃度および水素イオン濃度の測定値と、貯湯タンク５内部の水温設定値とから過飽和係数Ｓ_１を計算し、溶液中に含まれるオルトリン酸イオン濃度（またはマグネシウムイオン濃度等）の測定値を用いて過飽和係数をＳ_１からＳ_２に補正し、補正された修正過飽和係数Ｓ_２が閾値Ｓ_０以上の場合には、水／冷媒熱交換器４へのカルシウムスケール付着が進行すると判断する。

【0085】

カルシウムスケール付着が進行すると判断された場合には、第３流量制御弁２５の流水量を調整し、スケール粒子捕捉部２４を通過する水流量Ｑ_３を増加させ、水中において発生したスケール微粒子の一部を除去する。これにより、水／冷媒熱交換器４の伝熱面に付着するスケール量を抑制することができる。ここで、第４流量制御弁２６を通過する水流量をＱ_４とする。修正過飽和係数Ｓ_２と閾値Ｓ_０との差（Ｓ_２−Ｓ_０）が０以上５未満の場合には、水流量の比Ｑ_３／（Ｑ_３＋Ｑ_４）を０〜０．５の範囲に調節することが望ましい。また、修正過飽和係数Ｓ_２と閾値Ｓ_０との差（Ｓ_２−Ｓ_０）が５以上１１以下の場合には、水流量の比Ｑ_３／（Ｑ_３＋Ｑ_４）を０．２５〜１．０の範囲に調節することが望ましい。

【0086】

このようなカルシウムスケール付着抑制手段を用いたヒートポンプ給湯器システムにおいて、補正された修正飽和係数Ｓ_２と比較する設定値Ｓ_０は、運転条件、水質、さらに給湯器システム１のメンテナンス頻度に応じて決定することができる。一般的に、定期メンテナンスを１５年以上実施しない場合には、設定値Ｓ_０＝１として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを５年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝６として水質改善システムを運用するのが望ましい。定期メンテナンスを１年毎に実施する場合には、設定値Ｓ_０＝１２として水質改善システムを運用するのが望ましい。

【0087】

このように、本実施の形態７に係る給湯器システム１は、被加熱水のより精度のよい正確な水質診断結果に基づいて、水質制御手段や複数のカルシウムスケール付着抑制手段を動作するので、冷媒／水熱交換器４の伝熱面へのスケール付着をより確実に防止できるという効果がある。

【実施例】

【0088】

図１２は、実施例にて使用したスケール析出実験装置の構成を示す図である。図１２に示すように、スケール析出実験装置６００は、耐熱ガラス製容器６０１と、電気伝導率電極６０２と、シリコーンゴム６０３と、磁気撹拌子６０４と、恒温槽６０５とから構成されている。

【0089】

具体的には、実験において、内部を酸洗浄した耐熱ガラス製容器６０１（容量５８５ｍＬ）に、電気伝導率電極６０２（ＣＴ−２７１１２Ｂ、ＴＯＡＤＫＫ製）を挿入し、シリコーンゴム６０３でガス相が最小となるように封止した。ガラス瓶内の試料水は、ＰＴＦＥ製の磁気撹拌子６０４を用いて３００ｒｐｍ程度で常時撹拌した。なお、恒温槽６０５によって試料水の水温を６５℃で一定に調節した。

【0090】

また、スケール析出実験装置６００を用いての実験中にスケール（ＣａＣＯ_３）の析出が始まると、水溶液はわずかに白濁する。ＣａＣＯ_３析出後の耐熱ガラス製容器６０１内部には無数のＣａＣＯ_３の微粒子が付着しているため、耐熱ガラス製容器６０１、電気伝導率電極６０２および磁気撹拌子６０４を、０．０１ｍｏｌ／Ｌ塩酸に常温で２０分以上浸漬して、微粒子を完全に溶解させた。なお、実験において試料水を加熱する前には、窒素ガス（工業用窒素ガス、純度９９．９９５％、ＣＯ_２濃度０．１ｐｐｍ以下）を各水溶液に５〜１０分間通気してｐＨを８．４〜８．７に調整するようにした。

【0091】

一般的に、ＣａＣＯ_３析出反応に伴い溶液中のイオン濃度が減少するため、溶液の電気伝導率は低下する。溶液中のリン酸濃度がＣａＣＯ_３析出反応に与える影響を定量化することを目的として、スケール析出実験装置６００を用いての溶液の電気伝導率の時間変化を記録した。以下に詳細な実施例およびその結果を示す。

【0092】

（実施例１）
実施例１では、スケール析出実験装置６００を用いて、前述のとおり窒素ガスを事前に通気し、ｐＨを８．４〜８．７に調整した様々な試料水を６５℃で数百時間以上保持した実験結果について示す。当該様々な試料水としては、欧州で採取した水道水（以下、水道水という）と、模擬水溶液（以下、模擬水という）と、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を１ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水１）と、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）とを用いた。

【0093】

図１３は、実施例１に係る加熱前の水質分析結果を示す図である。水道水と模擬水とを比較すると、模擬水は、水道水に含まれる主要イオンであるＮａ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｃｌ⁻、ＮＯ_３⁻およびＳＯ_４^２−に関して、およそ同量のイオンを含んでおり（一部イオンについては図示せず）、ｐＨも同等であることがわかった。また、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）のＨＰＯ_４^２−濃度についても、水道水に含まれる３．２ｍｇ／Ｌよりやや低い２．２ｍｇ／Ｌであるが、同等であった。

【0094】

図１４は、実施例１に係る加熱後のｐＨ、Ｃａ硬度およびＭアルカリ度の変化を示す図である。加熱前に、窒素ガスの通気にてｐＨを８．４〜８．７に調整していたが、各試料水のｐＨは数百時間の加熱によって徐々に低下し、７．６〜８．２となっていた。これは、炭酸カルシウムの析出に伴いＣＯ_３^２−が消費され、ＨＣＯ_３⁻の解離反応（ＨＣＯ_３⁻⇔Ｈ^＋＋ＣＯ_３^２−)の平衡が右にずれ、Ｈ^＋が生成したことによるものと考えられる。また、加熱に伴って、Ｃａ硬度およびＭアルカリ度も減少していた。

【0095】

各試料水において、加熱前の炭酸カルシウムに対する過飽和係数（溶液中のイオン量の飽和状態のイオン量に対する比率）は１１２〜１６５倍であったが、加熱後には過飽和係数は１．７〜３．４倍まで減少し、ほぼ平衡状態に到達していた。なお、水溶液中に析出した固体粒子のＸ線回折を評価したところ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）は含まれていたが、リン酸カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_３）は含まれていなかった。

【0096】

ここで、水道水と模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）とを比較すると、図１４に示すように、１５０時間程の加熱に対して、ｐＨとＣａ硬度の減少幅はおおむね同等であった。一方、Ｋ_３ＰＯ_４を添加していない模擬水では、１５０時間程の加熱でほぼ平衡状態に到達していた。通常、添加されたＫ_３ＰＯ_４は電離し、さらに７．２＜ｐＨ＜１２．７では、ＰＯ_４^３−は、直ちにＨＰＯ_４^２−に変化する（ＨＰＯ_４^２−→ＰＯ_４^３− ＋ Ｈ^＋（解離定数Ｋａ＝１０^{−１２．６７}））。つまり、模擬水に添加されたＫ_３ＰＯ_４は、ＨＰＯ_４^２−に変化し、水道水に含まれるＨＰＯ_４^２−と同様の効果でＣａＣＯ_３析出反応を抑制したと考えられる。

【0097】

図１５は、実施例１に係る加熱中の試料水の電気伝導率の時間変化を示す図である。ＣａＣＯ_３析出反応に伴い溶液中のイオン濃度が減少するため、各試料水の電気伝導率は低下する。水道水の電気伝導率は、加熱開始から約５０時間は６８ｍＳ／ｍ〜６９ｍＳ／ｍの範囲で緩やかに推移し、それ以降に減少し始め定常に到達するのに４００時間以上を要する（定常に達するまでの推移は図示せず）。

【0098】

図１５に示すように、水道水以外の試料水においては、模擬水に添加するＫ_３ＰＯ_４量が多いほど電気伝導率は緩やかに減少し、Ｋ_３ＰＯ_４が添加されていない模擬水では約１５０時間後、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を１ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水１）では約２５０時間後に定常に達した。模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）では、加熱開始後の約１５０時間は５６〜６７ｍＳ／ｍの範囲で緩やかに推移し、それ以降に減少し始め定常に到達するのに４００時間以上を要した。

【0099】

しかし、上述した結果では、初期の電気伝導率の絶対値が異なるため、そのままではＣａＣＯ_３析出反応速度を比較することができない。そこで、各実験での電気伝導率の初期値と定常値に基づき、「電気伝導率の変化率」として規格化し、平衡状態への到達率２０％に達するために要する時間ｔ_１を比較した。

【0100】

その結果、Ｋ_３ＰＯ_４が添加されていない模擬水ではｔ_１＝１．６時間であり、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を１ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水１）ではｔ_１＝５時間であり、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）ではｔ_１＝２８時間であった。一方、水道水ではｔ_１＝６１時間であった。Ｋ_３ＰＯ_４の添加量をさらに増加し、ＨＰＯ_４^２−濃度３．０ｍｇ／Ｌ以上の水溶液において同様に電気伝導率の変化率を測定し、平衡状態への到達率２０％に達するのに要する時間ｔ_１について評価したところ、ＨＰＯ_４^２−濃度３．０ｍｇ／Ｌ以上の水溶液においては、ｔ_１＝６０時間で一定であった（図示せず）。

【0101】

ＣａＣＯ_３析出速度Ｒは単位時間あたりの電気伝導率の変化率に比例するので、平衡状態への到達率２０％に達するのに要する時間ｔ_１に反比例する。従って、Ｋ_３ＰＯ_４が添加されていない模擬水の場合の析出速度をＲ＝１００とすると、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を１ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水１）（ＨＰＯ_４^２−濃度０．４ｍｇ／Ｌ）の場合の析出速度はＲ＝３２であり、模擬水にＫ_３ＰＯ_４を５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水２）（ＨＰＯ_４^２−濃度２．２ｍｇ／Ｌ）の場合の析出速度はＲ＝５．７である。水道水（ＨＰＯ_４^２−濃度３．２ｍｇ／Ｌ）の場合の析出速度はＲ＝２．６となる。

【0102】

図１６は、実施例１に係るオルトリン酸濃度に対する修正過飽和係数の値を示す図である。図１６における斜線部が、前述の数５および数６で示した修正過飽和係数の範囲である。実線は、当該範囲の中央を通る代表値である。

【0103】

以上の実施例１の結果から、水溶液中のＣａ硬度（カルシウムイオン濃度）、炭酸イオン量に対応するアルカリ度、ｐＨおよび水温が同等であっても、溶液中のオルトリン酸イオン濃度（ＨＰＯ_４^２−濃度）によってＣａＣＯ_３の析出速度Ｒが大きく変化することがわかった。

【0104】

（実施例２）
実施例２では、前述の実施例１と同様に、スケール析出実験装置６００を用いて、窒素ガスを事前に通気し、ｐＨを８．４〜８．７に調整した様々な試料水を６５℃で数百時間以上保持した実験結果を示す。様々な試料水としては、前述の実施例１と同様の模擬水と、模擬水にＭｇ（ＯＨ）_２を８７ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水３）と、模擬水にＭｇ（ＯＨ）_２を１７５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水４）とを用いた。

【0105】

図１７は、実施例２に係る加熱前の水質分析結果を示す図である。図１７に示すように、模擬水にＭｇ（ＯＨ）_２を８７ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水３）では、Ｍｇ^２＋濃度が３５．６ｍｇ／Ｌ（１．５×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）であり、模擬水にＭｇ（ＯＨ）_２を１７５ｍｇ／Ｌにて添加した水溶液（実験水４）では、Ｍｇ^２＋濃度が７１．３ｍｇ／Ｌ（３．０×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）であった。なお、模擬水中にはＣａ^２＋が約３．０×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ含まれているので、Ｍｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比は、実験水３では０．５であり、実験水４では１．０であった。

【0106】

前述の実施例１と同様に加熱を行うと、各試料水のｐＨは数百時間の加熱によって徐々に低下し、７．６〜８．２に到達した（図示せず）。これは、前述したとおり、炭酸カルシウムの析出に伴いＣＯ_３^２−が消費され、ＨＣＯ_３⁻の解離反応（ＨＣＯ_３⁻⇔Ｈ^＋＋ＣＯ_３^２−)の平衡が右にずれ、Ｈ^＋が生成したことによるものと考えられる。

【0107】

各試料水において、加熱前の炭酸カルシウムに対する過飽和係数（溶液中のイオン量の飽和状態のイオン量に対する比率）は１１２〜１６５倍であったが、加熱後には過飽和係数は１．５〜２．５倍まで減少し、ほぼ平衡状態に到達していた。なお、水溶液中に析出した固体粒子のＸ線回折を評価したところ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が含まれていたが、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）は含まれていなかった。

【0108】

図１８は、実施例２に係る加熱中の電気伝導率の時間変化を示す図である。ＣａＣＯ_３析出反応に伴い溶液中のイオン濃度が減少するため、溶液の電気伝導率が低下する。模擬水の電気伝導率は添加する水酸化マグネシウム量が多いほど緩やかに減少し、図１８に示すように、水酸化マグネシウムなしの模擬水では約１５０時間後に、Ｍｇ^２＋濃度が３５．６ｍｇ／Ｌ（１．５×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水３では約１８０時間後に定常に達した。また、Ｍｇ^２＋濃度が７１．３ｍｇ／Ｌ（３．０×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水４では、加熱開始後の約３０〜４０時間は６０〜６７ｍＳ／ｍの範囲で緩やかに推移し、それ以降に減少し始め定常に到達するのに２００時間以上を要した。

【0109】

各実験での電気伝導率の初期値と定常値に基づき、「電気伝導率の変化率」として規格化し、平衡状態への到達率２０％に達するのに要する時間ｔ_１を比較した。その結果、水酸化マグネシウムを添加していない模擬水ではｔ_１＝１．６時間であり、Ｍｇ^２＋濃度が３５．６ｍｇ／Ｌ（１．５×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水３ではｔ_１＝４時間であり、Ｍｇ^２＋濃度が７１．３ｍｇ／Ｌ（３．０×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水４ではｔ_１＝１０時間であった。

【0110】

ＣａＣＯ_３析出速度Ｒは単位時間あたりの電気伝導率の変化率に比例するので、平衡状態への到達率２０％に達するのに要する時間ｔ_１に反比例する。従って、Ｋ_３ＰＯ_４および水酸化マグネシウムが添加されていない模擬水の場合の析出速度をＲ＝１００とすると、Ｍｇ^２＋濃度が３５．６ｍｇ／Ｌ（１．５×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水３の場合の析出速度はＲ＝４０であり、Ｍｇ^２＋濃度が７１．３ｍｇ／Ｌ（３．０×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）の実験水４の場合の析出速度はＲ＝１６となる。

【0111】

すなわち、Ｍｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比が０．５の場合には析出速度Ｒ＝４０であり、Ｍｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比が１．０の場合には析出速度Ｒ＝１６であった。水溶液中のＣａ^２＋濃度が１〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲で同様の実験を行ったところ、Ｃａ^２＋濃度によらずＭｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比が０．５の場合には析出速度Ｒ＝４０であり、Ｍｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比が１．０の場合には析出速度Ｒ＝１６であることがわかった（図示せず）。なお、前述の実施例１と同様に、Ｍｇ^２＋／Ｃａ^２＋のモル濃度比に対する修正過飽和係数の関係を以って、前述の数７の式を求めた（図示せず）。

【0112】

以上の実施例２の結果から、水溶液中のＣａ硬度（カルシウムイオン濃度）、炭酸イオン量に対応するアルカリ度、ｐＨおよび水温が同等であっても、溶液中のマグネシウムイオンがＣａＣＯ_３の析出速度Ｒに大きな影響を与えることがわかった。また、実施例１の結果も考慮すると、オルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオンだけでなく、シリカイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成するイオンについても同様にＣａＣＯ_３の析出速度Ｒに影響を与えることがわかる。

【0113】

上記実施の形態および実施例は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

【0114】

本出願は、２０１３年３月２９日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書を含む日本国特許出願２０１３−７１７７７号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0115】

本発明によれば、溶液中のオルトリン酸イオンおよびマグネシウムイオン等のカルシウムイオンと反応して難溶解性塩を形成する溶存イオンについても考慮し、カルシウムスケールが付着する水質をより精度よく正確に診断することができる。また、当該水質診断方法を給湯器システムにおいて利用することで、カルシウムスケール付着を効率的に抑制することができる。

【符号の説明】

【0116】

１ 給湯器システム、２ 圧縮機、３ 第１冷媒配管、４ 冷媒／水熱交換器、５ 貯湯タンク、６ ポンプ、７ 第１水配管、８ 第２水配管、９ 第２冷媒配管、１０ 膨張弁、１１ 第３冷媒配管、１２ 蒸発器、１３ 送風機、１４ 第４冷媒配管、１５ 第１給水配管、１６ 第２給水配管、１７ 水質制御部、１８ 第１流量制御弁、１９ 第２流量制御弁、２０ 導電率計、２１ 水質診断コック、２２ バイパス回路配管、２３ 自動開閉弁、２４ スケール粒子捕捉部、２５ 第３流量制御弁、２６ 第４流量制御弁、１００ 水質診断装置、１０１ 測定部、１０２ 算出部、１０３ 補正部、１０４ 判定部、２０１，３０１，４０１ 水質診断制御器、２０２，４０２ 水質測定器、３０３ 水温センサー、６００ スケール析出実験装置、６０１ 耐熱ガラス製容器、６０２ 電気伝導率電極、６０３ シリコーンゴム、６０４ 磁気撹拌子、６０５ 恒温槽。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】