特許 6239289 ヒートポンプ給湯システム

(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】6239289

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ給湯システム

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   F24H4/02 R

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-145647(P2013-145647)

(22)【出願日】2013年7月11日

(65)【公開番号】特開2015-17761(P2015-17761A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2016年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】前野 政司

(72)【発明者】

【氏名】大村 峰正

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５２６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６３６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１４５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５６３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５０５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３９３８１５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３７７０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ ４／００− ４／０４

Ｆ２４Ｈ １／００

Ｆ２５Ｂ３０／００−３０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプの吐出冷媒ガスまたはその冷媒ガスと熱交換されて閉サイクル内を循環する熱媒体により水を加熱し、温水を製造する水熱交換器を備え、その出湯温度が目標温度となるように、水ポンプの回転数により水量を制御するタイプのヒートポンプ給湯システムにおいて、
前記水熱交換器を高温側水熱交換器と低温側水熱交換器とに分割し、前記高温側水熱交換器の温水出口側に出湯温度センサを設けるとともに、前記低温側水熱交換器の出口側に温水温度センサを設け、
前記高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、前記低温側水熱交換器の出口温水温度センサの検出値が前記低温側水熱交換器のスケールの析出の可能性が生じる温度として設定された設定値を超えたとき、その温水出口温度を前記設定値以下に抑制制御するとともに、出湯温度の低下情報および前記高温側水熱交換器のメンテナンス情報を出力する制御部を備えているヒートポンプ給湯システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、出湯温度の低下情報および前記高温側水熱交換器のメンテナンス情報を表示する表示部を備えてい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システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記水熱交換器に供給される水の水質に応じて、前記低温側水熱交換器の出口温水温度の設定値を可変する温度設定スイッチを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯システム。

【請求項4】

前記高温側水熱交換器は、スケール除去用の洗浄手段および／または熱交換器交換用の着脱手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯システム。

【請求項5】

前記高温側水熱交換器の前記水熱交換器に対する容積割合は、０．３〜０．４とされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水熱交換器を備え、その出湯温度が目標温度となるように、水ポンプの回転数により水量を制御するタイプのヒートポンプ給湯システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ヒートポンプにより水熱交換器で水を加熱し、温水を出湯するヒートポンプ給湯システムでは、水の水質により水熱交換器の水流路側にスケールが付着し、熱交換性能が低下することがあり、これによって、システムの能力不足や消費電力の増加、あるいは保護制御による運転停止等の問題が生ずるケースがある。特に、出湯温度がリモコン等により設定された目標温度となるように、水ポンプの回転数により水量を制御するタイプのシステムにおいては、熱交換性能が低下しても、出湯温度が確保されることから、スケールの付着による性能低下が見分け難いという問題があった。

【0003】

かかる問題に対処するため、スケールの付着を検出し、水熱交換器を洗浄あるいは取り換えるようにしたものが、特許文献１，２に開示されている。特許文献１には、水回路側に流量センサを設け、スケール付着による流量の低下からスケールの付着を検出し、それを報知手段により報知するとともに、スケール除去手段によりスケールを除去できるようにしたものおよび水熱交換器を低温側水熱交換器と高温側水熱交換器とに分割し、スケールが付着し易い高温側水熱交換器にスケール除去手段や熱交換器を交換可能とするためのジョイント部を設けたもの等が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、水熱交換器の出口側および中間位置もしくは低温側水熱交換器と高温側水熱交換器とに分割した高温側水熱交換器の出口側と入口側に各々温度センサを設け、その検出値の差からスケールの付着を判定し、その差が設定値以下の場合、出湯温度を低下させながら運転を継続し、その出湯温度が設定温度以下に低下したとき、出湯温度の低下およびメンテナンスコールを表示するようにしたものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−１４４４４５号公報

【特許文献2】特開２０１１−２５２６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１，２に開示のものでは、スケールの付着により熱交換性能が低下した場合、出湯温度を下げることなく、如何にして目標温度を維持したまま運転を継続するか、あるいは低温側水熱交換器へのスケール付着を如何にして防ぐか等の構成を開示するものではない。従って、これらは、限界まで出湯温度を目標温度に維持しながら運転を継続できるものではなく、またスケールの付着を検知し、それを警報できたとしても、実際にメンテナンスを実施するまでの間、そのまま運転を続けた場合、低温側水熱交換器にスケールの付着が拡大してしまう虞がある等の課題を有するものであった。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スケール付着時も限界まで出湯温度を目標温度に維持しながら運転を継続できるとともに、スケールの付着を高温側水熱交換器に止め、低温側水熱交換器への波及を防止できるヒートポンプ給湯システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯システムは、以下の手段を採用している。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ給湯システムは、ヒートポンプの吐出冷媒ガスまたはその冷媒ガスと熱交換されて閉サイクル内を循環する熱媒体により水を加熱し、温水を製造する水熱交換器を備え、その出湯温度が目標温度となるように、水ポンプの回転数により水量を制御するタイプのヒートポンプ給湯システムにおいて、前記水熱交換器を高温側水熱交換器と低温側水熱交換器とに分割し、前記高温側水熱交換器の温水出口側に出湯温度センサを設けるとともに、前記低温側水熱交換器の出口側に温水温度センサを設け、前記高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、前記低温側水熱交換器の出口温水温度センサの検出値が前記低温側水熱交換器のスケールの析出の可能性が生じる温度として設定された設定値を超えたとき、その温水出口温度を前記設定値以下に抑制制御するとともに、出湯温度の低下情報および前記高温側水熱交換器のメンテナンス情報を出力する制御部を備えていることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、水熱交換器を高温側水熱交換器と低温側水熱交換器とに分割し、高温側水熱交換器の温水出口側に出湯温度センサを設けるとともに、低温側水熱交換器の出口側に温水温度センサを設け、高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、低温側水熱交換器の出口温水温度センサの検出値が設定値を超えたとき、その温水出口温度を設定値以下に抑制制御するとともに、出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器のメンテナンス情報を出力する制御部を備えているため、高温側水熱交換器にスケールが付着することにより熱交換性能が低下したとしても、水ポンプによる水量制御によって出湯温度を目標温度に維持しつつ運転を継続することができる一方、この間、低温側水熱交換器の出口温水温度が徐々に上昇し、その温度が設定値を超えた場合、低温側水熱交換器でもスケールの析出が懸念されることから、ヒートポンプ側の能力制御により低温側水熱交換器の出口温水温度を設定値以下に抑え、スケールの析出を抑制しながら運転を継続し、出湯温度の低下および高温側水熱交換器のメンテナンスの必要性等を情報として出力することができる。従って、スケールが析出しても直ちに出湯温度を下げることなく、可能な限り目標温度に維持しつつ、かつ低温側水熱交換器でのスケールの析出を防止しながら運転を継続することができるとともに、ユーザーに対して、スケール付着による出湯温度の低下や高温側水熱交換器のメンテナンス等の情報を的確に出力することができる。

【0010】

さらに、本発明のヒートポンプ給湯システムは、上記のヒートポンプ給湯システムにおいて、前記制御部は、前記高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、出湯温度の低下情報および前記高温側水熱交換器のメンテナンス情報を表示する表示部を備えていることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、制御部が、高温側水熱交換器のスケール付着による性能低下時、出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器のメンテナンス情報を表示する表示部を備えているため、スケール付着による出湯温度の低下や高温側水熱交換器のメンテナンスの必要性等の情報を表示部に出力して表示することにより、ユーザーに対して必要な情報を適時提供することができる。従って、その情報に基づき、ユーザーは必要な処置を講ずることができる。

【0012】

さらに、本発明のヒートポンプ給湯システムは、上述のいずれかのヒートポンプ給湯システムにおいて、前記制御部は、前記水熱交換器に供給される水の水質に応じて、前記低温側水熱交換器の出口温水温度の設定値を可変する温度設定スイッチを備えていることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、制御部が、水熱交換器に供給される水の水質に応じて、低温側水熱交換器の出口温水温度の設定値を可変する温度設定スイッチを備えているため、水熱交換器に供給される水の水質を、例えば水道水の硬度を調べることにより判定し、その結果に基づいてスケールが析出し易い硬水の場合、温度設定スイッチにより低温側水熱交換器の出口温水温度の設定値を低めに設定し、軟水の場合、設定値を高めに設定する等、水質に合った設定値を設定することができる。従って、地域により水質が異なっていても、それに対応して給湯システムを適切に運転することができる。

【0014】

さらに、本発明のヒートポンプ給湯システムは、上述のいずれかのヒートポンプ給湯システムにおいて、前記高温側水熱交換器は、スケール除去用の洗浄手段および／または熱交換器交換用の着脱手段を備えていることを特徴とする。

【0015】

本発明によれば、高温側水熱交換器が、スケール除去用の洗浄手段および／または熱交換器交換用の着脱手段を備えているため、スケール付着により高温側水熱交換器に対するメンテナンス情報が出力された場合、洗浄手段を介して高温側水熱交換器に高圧洗浄水や超音波洗浄水等を供給してスケールを洗浄除去し、あるいは必要に応じて着脱手段を介して冷媒回路および水回路から高温側水熱交換器を取り外し、新しい熱交換器に取り換えることができる。従って、スケールが付着した高温側水熱交換器を容易にかつ短時間でメンテナンスし、熱交換性能を回復することができる。

【0016】

さらに、本発明のヒートポンプ給湯システムは、上述のいずれかのヒートポンプ給湯システムにおいて、前記高温側水熱交換器の前記水熱交換器に対する容積割合は、０．３〜０．４とされていることを特徴とする。

【0017】

本発明によれば、高温側水熱交換器の水熱交換器に対する容積割合が、０．３〜０．４とされているため、水熱交換器に対する入口水温の高・低にかかわらず、水温が略６０℃以上に到達する水熱交換器の容積割合（容量割合）が概ね６０〜７０％の位置で高温側水熱交換器を分割することにより、スケール析出領域が拡大しやすい高硬度、高温条件下においても、スケールの析出を高温側水熱交換器側に止めることができる。従って、メンテナンスを容易化することができるとともに、取り換えが必要となる高温側水熱交換器の小型化、低コスト化を図ることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によると、高温側水熱交換器にスケールが付着し、熱交換性能が低下したとしても、水ポンプによる水量制御によって出湯温度を目標温度に維持しつつ運転を継続することができる一方、この間、低温側水熱交換器の出口温水温度が徐々に上昇し、その温度が設定値を超えた場合、低温側水熱交換器でもスケールの析出が懸念されることから、ヒートポンプ側の能力制御により低温側水熱交換器の出口温水温度を設定値以下に抑え、スケールの析出を抑制しながら運転を継続し、出湯温度の低下および高温側水熱交換器のメンテナンスの必要性等を情報として出力することができるため、スケールが析出しても直ちに出湯温度を下げることなく、可能な限り目標温度に維持しつつ、かつ低温側水熱交換器でのスケールの析出を防止しながら運転を継続することができるとともに、ユーザーに対して、スケール付着による出湯温度の低下や高温側水熱交換器のメンテナンス等の情報を的確に出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成図である。

【図2】ヒートポンプ給湯システムのスケール析出時の制御フロー図である。

【図3】ヒートポンプ給湯システムの水熱交換器でのスケール発生マップである。

【図4】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成図が示され、図２には、その制御部によるスケール析出時の制御フロー図が示されている。
本実施形態のヒートポンプ給湯システム１は、ＣＯ２冷媒を用いている超臨界サイクルのヒートポンプ２と、そのヒートポンプ２で製造された温水を貯える貯湯タンク１０が設けられた貯湯タンクユニット３とを備えている。

【0021】

ヒートポンプ２は、冷媒を圧縮する圧縮機４と、ガスクーラとして機能し、冷媒と水とを熱交換させて温水を製造する水熱交換器（ガスクーラ）５と、冷媒を減圧する電子膨張弁等からなる減圧手段６と、ファン８を介して通風される外気との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸発器７とが、順次冷媒配管９により接続されて構成された閉サイクルの冷媒回路１０を備えている。このヒートポンプ２は、作動媒体としてＣＯ２冷媒が充填された超臨界サイクルのヒートポンプとされており、それ自体、公知のものであってよい。

【0022】

貯湯タンクユニット３は、ヒートポンプ２側で製造された温水を貯湯する所要容量の貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１を介してヒートポンプ２の水熱交換器５に対して水が循環可能とされている水回路１２と、水回路１２中に設けられている水ポンプ１３と、水回路１２内に空気が混入された場合、その空気を水ポンプ１３の運転により外部に排出する機能を担うエアベント１４と、水回路１２の給水配管１２Ａと出湯配管１２Ｂとの間に設けられたバイパス回路１５と、バイパス回路１５からの水と貯湯タンク１１からの給湯水とを混合して所定温度の温水となし、負荷側に供給する感温式のミキシング弁１６等とを備えている。

【0023】

ヒートポンプ２の水熱交換器（ガスクーラ）５は、冷媒回路１０が接続される冷媒流路１７側を流れる冷媒と、水回路１２が接続される水流路１８側を流れる水とを熱交換させる熱交換器であり、高温高圧の冷媒ガスからの放熱で水を加熱し、温水を製造する機能を担うものである。水熱交換器５は、冷媒流路１７を流れる冷媒の流れ方向と、水流路１８を流れる水の流れ方向とが対向流となる構成とされている。この水熱交換器５は、水の入口側となる低温側水熱交換器５Ａと、温水の出口側となる高温側水熱交換器５Ｂとに分割された構成とされている。

【0024】

分割された高温側水熱交換器５Ｂは、冷媒回路１０および水回路１２に対して冷媒側着脱手段（ジョイント、ファスナ）１９Ａ，１９Ｂおよび水側着脱手段（ジョイント、ファスナ）２０Ａ，２０Ｂを介して着脱自在とされ、スケール付着時に簡易に取り換えできる構成とされている。また、水側着脱手段２０Ａ，２０Ｂに対しては、高圧洗浄水や超音波洗浄水等を循環してスケールを洗浄により除去するためのバルブを設け、洗浄手段を接続可能な構成としてもよい。

【0025】

また、２分割された低温側水熱交換器５Ａと高温側水熱交換器５Ｂとの容積割合（容量割合）は、概ね「低温側水熱交換器５Ａ：高温側水熱交換器５Ｂ＝６：４〜７：３」とされている。これは、例えば９０℃の温水を取り出そうとしたとき、水熱交換器５に対する入口水温が高い、低いにかかわらず、水温が略６０°以上に到達するのは、水熱交換器５の容積割合（容量割合）が概ね６０〜７０％の位置になるとの知見によるものである。

【0026】

上記のヒートポンプ給湯システム１では、水熱交換器５から出湯される温水の温度（以下「出湯温度」という。）が、ユーザーがリモコン等で設定した温度（目標温度）となるように、ヒートポンプ２の能力を一定とし、水ポンプ１３の回転数制御により水量を制御する方式が採られている。一方、水熱交換器（ガスクーラ）５の水流路１８側には、通常市水（水道水）が流通されるが、長期に亘る運転により、水質によっては水流路１８側にスケールが付着し、熱交換性能が低下して初期の能力が得られなくなる場合がある。

【0027】

スケールの析出には、ｐＨおよびＭアルカリ度（ａｓ ＣａＣＯ_３）に加え、水の硬度および温度等が影響を及ぼす。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には、出湯温度を低温、中温、高温とした場合のスケール発生マップが示されている。この図から明らかな通り、ｐＨが同じ水の場合、Ｍアルカリ度が低くても、水温が高くなる程、また硬度が高くなる程、スケールが析出し易くなることが解る。つまり、高硬度、高温度条件下では、スケールの析出領域がより拡大するということが解る。

【0028】

そこで、本実施形態においては、２分割した水熱交換器５の高温側水熱交換器５Ｂの温水出口側に出湯温度を検出する出湯温度センサ２１を設けるとともに、低温側水熱交換器５Ａの温水出口側にその出口温水温度を検出する温水温度センサ２２を設け、高温側水熱交換器５Ｂにスケールが付着して熱交換性能が低下した場合、各温度センサ２１，２２の検出値に基づいて、ヒートポンプ給湯システム１を以下により運転するための制御部２３を設けている。

【0029】

制御部２３は、水熱交換器５で製造され、出湯温度センサ２１により検出された温水の温度が、リモコン２４等の設定手段を介してユーザーが設定した目標温度（例えば、９０℃）となるように、水ポンプ１３の回転数により水量を制御する機能に加え、温水温度センサ２２の検出値を監視し、高温側水熱交換器５Ｂのスケール付着による熱交換性能の低下時、水ポンプ１３による水量の制御により低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が徐々に上昇することから、その温度が設定値を超えたとき、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度を設定値以下に抑制制御し、それによる出湯温度の低下情報や高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス情報を出力する機能を備えた構成とされている。

【0030】

また、制御部２３は、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の検出値に基づいて、その温水温度の抑制制御や出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス情報を出力するための設定値を、水質に合わせて可変設定するための温度設定スイッチ２６を備えている。これにより、水熱交換器５に通水する水道水等の硬度を調べ、スケールが析出し易い硬度の高い硬水の場合、設定値を低めに設定し、硬度が低い軟水の場合、設定値を高めに設定する等、水質に合った設定値を設定できるようにしている。例えば、硬度の高い硬水の場合、設定値を６０℃とし、硬度が低くなるに連れ、設定値を高くするように設定すればよい。

【0031】

上記制御部２３によるスケール析出時の制御フローを、図２に示す制御フロー図に基づいて、以下に詳しく説明する。
ヒートポンプ給湯システム１の運転時、ユーザーは、リモコン２４等の設定手段を介して任意の出湯温度（例えば、９０℃）を設定する（ステップＳ１）。これにより、給湯システム１は、リモコン２４で設定された出湯温度を目標温度とし、ヒートポンプ２を一定の能力として水ポンプ１３の回転数制御により、出湯温度センサ２１で検出される水熱交換器５（高温側水熱交換器５Ｂ）からの出湯温度が目標温度となるように水量を制御して運転される。

【0032】

ステップＳ１で出湯温度が設定されると、ステップＳ２に移行し、ここで低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の設定値が設定される。この設定値は、ヒートポンプ給湯システム１の据え付け時等に、水熱交換器５に供給される水道水等の水質（硬度）を調べることにより、その硬度に対応した適切な温度として、予め温度設定スイッチ２６により設定された値が取り込まれることになる。ステップＳ２で低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の設定値が設定されると、ステップＳ３に移行される。ステップＳ３では、運転データとして出湯温度および低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が温度センサ２１，２２の検出値として読み込まれる。

【0033】

そして、ステップＳ４において、温度センサ２１で検出された出湯温度がステップＳ１で設定された目標温度か否かが判定され、ＹＥＳの場合、ステップＳ１に戻り、同様の動作が繰り返される。また、ＮＯの場合、ステップＳ５に移行し、ヒートポンプの能力を一定に保ったまま、水ポンプ１３の回転数を制御して出湯温度が目標温度となるように制御した後、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、温度センサ２２により検出された低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が設定値以下か否かが判定される。

【0034】

給湯運転時に、高温側水熱交換器５Ｂでスケールが析出し、それが水流路１８の内周面に付着すると、圧損が増加するとともに、冷媒との熱交換が阻害されることから、熱交換性能が低下し、出湯温度が低下する。ここで、水ポンプ１３の回転数制御によって水量が制御され、出湯温度が目標温度に維持されるが、この状態で運転を継続していると、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が徐々に上昇してくる。この温水温度を温度センサ２２により検出し、監視することによってスケールの付着を検知することができる。ステップＳ６において、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が設定値以下の場合、ＹＥＳと判定され、ステップＳ１に戻り、同様の動作が繰り返される。

【0035】

しかし、スケール付着により低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が上昇し、それが設定値を超えると、ＮＯと判定され、ステップＳ７に進む。ここでは、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度を設定値以下に抑えるべく、ヒートポンプ２の能力を制御（例えば、圧縮機４の回転数制御）した後、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、スケールの付着、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の抑制制御により、出湯温度を目標温度に保つことが困難になることから、出湯温度が低下する旨の情報および高温側水熱交換器５Ｂのスケールを除去すべくメンテナンスアラーム（洗浄・交換）等の情報を表示部２５に出力し、ステップＳ１に戻る。以下、同様の動作が繰り返されるようになっている。

【0036】

つまり、上記制御部２３は、出湯温度がリモコン２４等で設定された目標温度となるように水ポンプ１３の回転数を制御する他、高温側水熱交換器５Ｂのスケール付着による性能低下時、目標温度を維持しながら運転を継続し、その運転で低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が上昇することにより、低温側水熱交換器５Ａ側でスケール析出の可能性が生じたとき、すなわち温水温度センサ２２の検出値が設定値を超えた場合、ヒートポンプ２の能力を制御（例えば、圧縮機４の回転数制御）し、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度を設定値以下に抑制して運転を継続するとともに、表示部２５に対して出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス情報を出力し、表示する機能を備えたものとされている。

【0037】

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ヒートポンプシステム１において、ＣＯ２冷媒を用いた超臨界サイクルのヒートポンプ２が運転されると、圧縮機４で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、冷媒回路１０を介して水熱交換器５に導入される。ここで、高温側水熱交換器５Ｂ、低温側水熱交換器５Ａの冷媒流路１７を流れる冷媒と、水回路１２を経て水流路１８に循環される水とが熱交換されることにより、水は高温高圧の冷媒ガス側からの放熱によって加熱、昇温され、リモコン２４等の設定手段で設定された温度の温水とされて出湯される。

【0038】

この温水は、水回路１２を経て貯湯タンク１１に出湯され、貯湯タンク１１内に貯えられる。一方、水熱交換器５で水側に放熱して冷却された冷媒は、減圧手段６により減圧された後、気液二相の低圧低温冷媒となって蒸発器７に導入され、ここでファン８により送風される外気との熱交換により蒸発されて圧縮機４に吸い込まれることにより、再圧縮される。以下、同様の動作を繰り返すことによって、温水の製造に供される。

【0039】

貯湯タンク１１に貯湯されたお湯は、必要時に貯湯タンク１１から出湯側配管１２Ｂを介して負荷側に出湯されることより消費される。この際、給水側配管１２Ａからバスパス回路１５を介してミキシング弁１６に供給される２０℃前後の水と、貯湯タンク１１内に貯湯されていた９０℃程度の高温のお湯とがミキシング弁１６で混合され、例えば６０℃程度の温水に調整されて負荷側に供給されることになる。

【0040】

上記の温水製造過程において、水熱交換器５の水流路１８に対して水道水等の水が循環されるが、水質によっては水流路１８側でスケールが析出し、そのスケールが堆積することによって熱交換が阻害され、熱交換性能（能力）の低下を来し、その結果、システム１の能力不足や消費電力のアップ、あるいは保護制御による運転停止等を招くことがある。

【0041】

しかるに、本実施形態においては、水熱交換器５を高温側水熱交換器５Ｂと低温側水熱交換器５Ａとに分割し、高温側水熱交換器５Ｂの温水出口側に出湯温度センサ２１を設けるとともに、低温側水熱交換器５Ａの出口側に温水温度センサ２２を設け、高温側水熱交換器５Ｂのスケール付着による性能低下時、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度センサ２２の検出値が設定値を超えたとき、その温水出口温度を設定値以下の温度に抑制制御するとともに、出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス情報を出力する制御部２３を備えた構成としている。

【0042】

このため、高温側水熱交換器５Ｂにスケールが付着することにより熱交換性能が低下したとしても、水ポンプ１３の水量制御によって出湯温度を目標温度に維持しつつ運転を継続することができる。一方、この間、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度が徐々に上昇し、その温度が設定値を超えると、低温側水熱交換器５Ａ側でもスケールの析出が懸念されることから、ヒートポンプ２側の能力制御により低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度を設定値以下に抑え、スケールの析出を抑制しながら運転を継続し、出湯温度の低下および高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンスの必要性を情報として出力することができる。

【0043】

これによって、スケールが析出しても直ちに出湯温度を下げることなく、可能な限り目標温度に維持しつつ、かつ低温側水熱交換器５Ａでのスケールの析出を防止しながら運転を継続することができるとともに、ユーザーに対して、スケール付着による出湯温度の低下や高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス等の情報を的確に出力することができる。

【0044】

また、上記制御部２３は、高温側水熱交換器５Ｂのスケール付着による性能低下時、出湯温度の低下情報および高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンス情報を表示する表示部２５を備えているため、スケール付着による出湯温度の低下や高温側水熱交換器５Ｂのメンテナンスの必要性等の情報を表示部２５に出力して表示することにより、ユーザーに対して必要な情報を適時提供することができる。従って、その情報に基づき、ユーザーは必要な処置を講ずることができる。

【0045】

さらに、制御部２３は、水熱交換器５に供給される水の水質に応じて、低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の設定値を可変する温度設定スイッチ２６を備えているため、水熱交換器５に供給される水の水質を、例えば水道水の硬度を調べることにより判定し、その結果に基づいてスケールが析出し易い硬水の場合、温度設定スイッチ２６により低温側水熱交換器５Ａの出口温水温度の設定値を低めに設定し、軟水の場合、設定値を高めに設定する等、水質に合った設定値を設定することができる。従って、地域により水質が異なっていても、それに対応して給湯システム１を適切に運転することができる。

【0046】

また、本実施形態では、高温側水熱交換器５Ｂがスケール除去用の洗浄手段および／または熱交換器交換用の着脱手段１９Ａ，１９Ｂおよび２０Ａ，２０Ｂを備えている。このため、スケール付着により高温側水熱交換器５Ｂに対するメンテナンス情報が出力された場合、洗浄手段を介して高温側水熱交換器５Ｂに高圧洗浄水や超音波洗浄水等を供給してスケールを洗浄除去し、あるいは必要に応じて着脱手段１９Ａ，１９Ｂおよび２０Ａ，２０Ｂを介して冷媒回路１０および水回路１２から高温側水熱交換器５Ｂを取り外し、新しい熱交換器に取り換えることができる。これにより、スケールが付着した高温側水熱交換器５Ｂを容易にかつ短時間でメンテナンスし、熱交換性能を回復することができる。

【0047】

さらに、本実施形態では、高温側水熱交換器５Ｂの水熱交換器５に対する容積割合が、０．３〜０．４とされている。このため、水熱交換器５に対する入口水温の高い、低いにかかわらず、水温が略６０℃以上に到達する水熱交換器５の容積割合（容量割合）が概ね６０〜７０％の位置で高温側水熱交換器５Ｂを分割することにより、スケール析出領域が拡大しやすい高硬度、高温条件下においても、スケールの析出を高温側水熱交換器５Ｂ側に止めることができ、従って、メンテナンスを容易化することができるとともに、取り換えが必要となる高温側水熱交換器５Ｂの小型化、低コスト化を図ることができる。

【0048】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、ヒートポンプ２の冷媒回路１０と水回路１２との間に、閉サイクルの熱媒体回路３０を設けた構成としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態は、冷媒回路１０と水回路１２との間に、水、クーラント等の熱媒体を、熱媒体ポンプ３１を介して循環する閉サイクルの熱媒体回路３０を設け、この熱媒体回路３０側の熱媒体と、ヒートポンプ２側の冷媒とを冷媒／熱媒体熱交換器３２で熱交換させて熱媒体を加熱し、その熱媒体と水回路１２を循環する水とを高温側水熱交換器５Ｂおよび低温側水熱交換器５Ａで熱交換させて温水を製造するようにしたものである。

【0049】

このように、ヒートポンプ２の冷媒回路１０と水回路１２との間に、閉サイクルの熱媒体回路３０を設け、ヒートポンプ２側の冷媒により、冷媒／熱媒体熱交換器３２で閉サイクルの熱媒体回路３０内の熱媒体を加熱し、その熱媒体で水回路１２側の水を加熱して温水を製造する構成とすることにより、高圧冷媒仕様のため高価となる冷媒／熱媒体熱交換器３２でのスケールの付着を解消することができる。つまり、水回路１２側に供給される水は、水質が地域によって様々変化し、スケールが析出し易い硬水の場合、冷媒／水熱交換器５の交換の頻度が高くなると、メンテナンス費用が嵩むことになるが、本実施形態によれば、かかる問題をも解消することが可能となる。

【0050】

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ＣＯ２冷媒を用いた超臨界サイクルのヒートポンプ２を用いているが、これに限らず、ＨＦＣ冷媒を用いたヒートポンプ２を適用してもよいことはもちろんである。また、ＣＯ２冷媒を用いた場合、上記圧縮機４を２段圧縮機とすることが望ましく、これにより更なる高能力化を期待することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ ヒートポンプ給湯システム
２ ヒートポンプ
３ 貯湯タンクユニット
５ 水熱交換器
５Ａ 低温側水熱交換器
５Ｂ 高温側水熱交換器
１２ 水回路
１３ 水ポンプ
１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ 着脱手段
２１ 出湯温度センサ
２２ 温水温度センサ
２３ 制御部
２４ リモコン
２５ 表示部
２６ 温度設定スイッチ
３０ 閉サイクルの熱媒体回路
３１ 熱媒体ポンプ
３２ 冷媒／熱媒体熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】