(実施の形態1)
 先ず図1は、本願発明の実施の形態1に係る� �ートポンプ式給湯装置の構成を示している� �

 この給湯装置は、例えば図1に示すように 、熱源側ヒートポンプユニットAと、給湯ユ� �ットBとを備えている。熱源側ヒートポンプ� ��ニットAは、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒 を得る圧縮機1、該圧縮機1で圧縮された高温� ��圧の冷媒を凝縮することによって冷媒から� ��熱を放熱する放熱熱交換器(凝縮器)2、該放� ��熱交換器2で凝縮した高圧の冷媒を減圧する 膨張弁3、該膨張弁3で減圧された冷媒を蒸発� ��せることによってファン5を介して供給され る空気からの熱を吸熱する空気熱交換器(蒸� �器)4よりなる。

 給湯ユニットBは、給湯用の水を貯留した 上下に長い水タンク(給湯タンク)7、該水タン ク7の底部に外部からの水を供給する水供給� �管8、上記水タンク7の底部から上部にバイパ ス状態で連通し、当該水タンク7内の水を水� �ンプ11により底部から上部に循環させる水循 環配管9、該水循環配管9の途中にあって上記� ��源側ヒートポンプユニットAの上記放熱熱交 換器(冷媒側熱交換器)2に吸熱可能に結合され る吸熱熱交換器(水側熱交換器)10よりなる。

 熱源側ヒートポンプユニットAと給湯ユニ ットBとを組み合わせ、上記給湯ユニットB側� ��水循環配管9の途中の吸熱熱交換器10を介し� ��、上記熱源側ヒートポンプユニットAの放熱 熱交換器2により、上記水タンク7内の水が加� ��される。

 すなわち、同装置では、先ず水タンク7に 対して水供給配管8により一定量の水が給水� �れて貯留され、その後、水タンク7内の水が� ��記給湯ユニットB側の水循環配管9の途中に� �けられた吸熱熱交換器10を介して、熱源側ヒ ートポンプユニットAの放熱熱交換器2により� ��欠的に所望の温度まで湯沸しされて上層部� ��貯湯され、同貯湯された湯が給湯配管12か� �取り出されて、例えば風呂、台所、シャワ� �等所望の用途に使用される。

 したがって、このようなヒートポンプ式� ��湯装置の場合、大量の水が水タンク7内に貯 留されることになり、しかも水タンク7内の� �そのものが沸かされて、給湯されることか� �、そのままでは水タンク7および水循環配管9 内に生じるスケールが問題になる。

 すでに述べたように一過式で沸き上げる� ��ートポンプ式給湯機の場合、例えば約90℃� �度の高温まで沸き上げるため、上記吸熱熱� �換器10の水配管出口側(湯出口側)ではスケー� ��が析出するという問題がある。

 特に井戸水では硬度が高く、また不純物� ��核となってカルシウム成分の結晶化による� ��ケールが析出することが多い。その結果、� ��スケール析出部位では水側の高性能化を図� ��ことができず、上記水熱交換器6、特にはそ の吸熱熱交換器10が大きくなってしまう。

 このようなスケールの析出を防止するた� ��に、もちろんスケールが析出する温度以下� ��運転することも考えられる。しかし、その� ��うにした場合、規定量の温水が貯められな� ��なり、昼間運転が必要となるほか、余分の� ��きな貯湯タンクが必要になるなどの新たな� ��題が生じる。

 そこで、この発明の構成では、少なくと� ��水側の吸熱熱交換器10に流入するトータル� �合流量の内のスケール因子量を、スケール� �出条件以下にするために、上記水供給配管8� ��、外部から供給される水をそのまま水タン� ��7内に供給する第1の水供給系路8aと、外部か らの水を水質調整ユニット13を介してスケー� ��が生じにくいように水質を改善した後に水� ��ンク7内に供給する第2の水供給系路8bとの少 なくとも2つの水供給系路に分岐し、供給さ� �る水の水質に応じて何れか一方又は両方の� �供給系路を適切に使い分けるように構成し� �いる。

 このように、水道や井戸など外部の水供� ��源から供給される水を水タンク7内に供給す る上記水供給配管8を、外部から供給される� �をそのままの状態で水タンク7内に供給する� ��1の水供給系路8aと、外部から供給される水� ��一旦水質調整ユニット13を介してスケール� �生じにくいように水質を改善した後に水タ� �ク7内に供給する第2の水供給系路8bとの複数� ��水供給系路に分岐し、供給される水の水質� ��応じて何れか一方又は両方の水供給系路を� ��切に使い分けるようにする。すると、水側� ��吸熱熱交換器10に流入するトータルのスケ� �ル因子量を、スケール析出条件以下に水質� �善することが可能となり、スケールの析出� �を少なくして水側吸熱熱交換器10の性能を向 上させることができ、その小型、コンパクト 化を図ることができる。

 この場合、外部から供給される水の水質に� ��じた何れか一方又は両方の水供給系路8a,8b� �使い分けは、それぞれの系路に電気的に流� �調整、すなわち弁開度調整が可能な電磁流� �制御弁V ₁ ,V ₂ ,V ₃ を設けることにより、行われる。すなわち、 これらの弁により、水タンク7から吸熱熱交� �器10に供給される水中のトータルのスケール 析出因子量が所定の基準レベル以下に抑制さ れるように、第1,第2の水供給系路8a,8bの流量� ��絶対的に、又は相対的に調節される。弁V ₁ は第1の水供給系路8aの流量調整、弁V ₂ ,V ₃ は第2の水供給系路8bの流量調整に用いられる 。

 このように使用される実際の水質により� ��水質調整ユニット13と水タンク7へ流れる水� ��流量(分流量)を適切にコントロールすると� �吸熱熱交換器10に流入するトータルのスケー ル因子量をスケール析出条件以下に改善する ことが可能となり、配管出口側のスケール析 出量を可及的に抑制して同水側吸熱熱交換器 10の性能を有効に向上させることができ、そ� ��小型、コンパクト化を図ることができるよ� ��になる。

 井戸水および水道水を含めて、多くの水� ��場合、上記スケール析出因子は、主として� ��ルシウム成分である。供給される水の水質� ��応じた何れか一方又は両方の水供給系路8a,8 bの使い分けは、水タンク7から吸熱熱交換器1 0に供給される水中のカルシウム成分量が所� �の基準レベル以下に抑制されるように、第1, 第2の水供給系路8a,8bの流量を調節することに よりなされる。

 また、この場合、上記第1,第2の水供給系� ��8a,8bの分流量の調節は、さらに給湯温度(吸� ��熱交換器10の出湯温度)をもパラメータとし� ��行われ、給湯温度が高い時は給湯温度が低� ��時よりも、上記水質調整ユニット13を通す� �2の水供給系路8bに流す水の流量を多くする� �うになっている。

 カルシウム等のスケール成分の析出量は� ��炊き上げられた湯の温度が低い時よりも高� ��ときの方が多くなる(図9のグラフを参照)。� ��まり、スケール成分の析出量は、給湯温度� ��よって左右される。そこで、第1,第2の水供� ��系路8a,8b間の分流量の調節は、さらに同給� �温度をパラメータとして、給湯温度が高い� �は給湯温度が低い時よりも上記水質調整ユ� �ット13を通す第2の水供給系路8bに流す水の流 量を多くするようにする。このようにすると 、給湯温度が高く、スケールが析出しやすい ときにも、スケール成分の析出を最小限に抑 制することができる。

 そして、上記構成における水質調整ユニ� ��ト13は、例えば水の硬度を下げる軟水化ユ� �ットにより構成されている。カルシウム等� �スケール成分は、井戸水のように水の硬度� �高いほど生じやすい。そのような硬度が高� �水では、その中の不純物が核となってカル� �ウム成分が結晶化し、スケールの成長を招� �。したがって、上述の水質調整ユニット13に よる水質の調整は、そのような硬度の高い水 の軟質化を図ることが重要であり、水質調整 ユニット13として水を軟水化する軟水化ユニ� ��トを採用することが効果的である。

 このような構成を採用した場合の制御例を� ��例えば
(1)標準的な水道水を使用する地域、
(2)比較的水質硬度が高い地域、
(3)カルシウム成分硬度が150レベルの地域、
(4)カルシウム成分硬度が250レベルの地域
の4つに分けて示すと、次のようになる。
(1) 標準的な水質硬度の地域(一般的な水道水 )
 夏は沸き上げ温度が低いため、水質調整ユ� ��ット13のV ₂ ,V ₃ 共にOFFにして、水質調整ユニット13には全く� ��を通さない(バイパスさせない)。冬場の高� �貯湯が必要なときだけ、その温度に応じて� �定の量の水を水質調整ユニット13に通す(バ� �パスさせる)。
(2) 比較的水質硬度が高い地域
 沸き上げ温度が低い夏でも一部の水を水質� ��整ユニット13に通す(バイパスさせる)。冬は スケール析出条件下の水質硬度になるように 、所定量以上の水を水質調整ユニット13に通� ��(バイパスさせる)。または、給湯温度その� �のを若干下げる(例えば85℃から80℃)ことに� �り、さらにバイパス量を減らす。
(3) カルシウム硬度が150レベルの地域
 給湯温度が低温のとき(例えば70℃未満)では 、水を水質調整ユニット13に全くバイパスさ� ��ない。しかし、給湯温度が高温のとき(例え ば70℃以上)では、一部の水を水質調整ユニッ ト13へバイパスさせる。それによって、例え� ��水質硬度を50レベル程度に調整する。そし� �、軟水化ユニットでは、水のカルシウムを� �ど除去する(0に近いレベル)。但し、通常水� �硬度が50~100レベル程度でも過飽和の状態で� �ケールの析出は起こらない。したがって、� �量バイパスした場合は、過剰にスケール成� �を取ることになり、かえって軟水化ユニッ� �の寿命を短くする。
(4) カルシウム硬度が250レベルの地域
 給湯温度が低温のとき(例えば70℃未満)では 、一部の水を水質調整ユニット13にバイパス� ��る。水質硬度を150レベル程度に調整する。� ��方、給湯温度が高温のとき(例えば70℃以上) では、一部の水を水質調整ユニット13へバイ� ��スする。水質硬度を50レベル程度位に調整� �る。また、水質硬度が高いところでは、さ� �に給湯温度自体を若干下げる(例えば85℃か� �80℃)ことにより、さらに、バイパス量を減� �す。
(変形例1)
 なお、上記構成における水質調整ユニット1 3は、上述のような軟水化ユニットの場合に� �らず、例えば水の酸性度を上げる水素イオ� �濃度改善ユニットを採用することもできる� �上記カルシウム等スケール成分は、井戸水� �ように水の硬度が高いほど生じやすい。そ� �て、そのような硬度が高い水では、その中� �不純物が核となってカルシウム成分が結晶� �し、スケールの成長を招く。このようなス� �ール成分は、水のアルカリ性が高いと水中� �溶解しにくいので、余計に析出しやすい。

 したがって、上述の水質調整ユニット13に� �る水質の調整は、そのようなアルカリ度の� �い水の水素イオン濃度(pH)を変えて酸性化を� ��り、過飽和限界を高くすることが重要であ� ��、水質調整ユニット13として水の酸性度を� �くする水素イオン濃度改善ユニットを採用� �ることも効果的である。
(変形例2)
 上記水質調整ユニット13には、例えば上記� �ルシウム成分の結晶を微細化する結晶微細� �ユニットを採用することもできる。上記カ� �シウム等スケール成分は、井戸水のように� �の硬度が高いほど生じやすい。そして、そ� �ような硬度が高い水では、その中の不純物� �核となってカルシウム成分が結晶化し、ス� �ールの成長を招く。したがって、上述の水� �調整ユニット13による水質の調整は、そのよ うな結晶を電解等の手段で微細化して吸熱熱 交換器10内を流れやすくすることが重要であ� ��、上記水質調整ユニット13としてスケール� �結晶を微細化する微細化ユニットを採用す� �ことも有効である。
(変形例3)
 上記水質調整ユニット13には、カルシウム� �分の結晶核を捕集除去するフィルタユニッ� �を採用してもよい。上記カルシウム等スケ� �ル成分は、井戸水のように水の硬度が高い� �ど生じやすい。そして、そのような硬度が� �い水では、その中の不純物が核となってカ� �シウム成分が結晶化し、スケールの成長を� �く。したがって、上述の水質調整ユニット13 による水質の調整は、そのような結晶核を水 タンク7内に入る前に捕集除去するフィルタ� �ニットで構成することも有効である。
(変形例4)
 また、水質調整ユニット13の設置位置は、� �なくとも吸熱熱交換器10の手前であればよく 、図1のような水タンク7の入口側(手前側)の� �合のほか、水タンク7と吸熱熱交換器10との� �の水タンク7と水ポンプ11との間、又は水ポ� �プ11と吸熱熱交換器10との間のいずれの部分� ��も良い。
(実施の形態2)
 次に図2~図5は、上記実施の形態1の構成を前 提として構成された実施の形態2に係るヒー� �ポンプ式給湯装置およびその給水制御装置� �構成を示している。

 発明者等の調査結果によると、市場にお� ��る井戸水や水道水の硬度とスケール付着開� ��点の温度とは、例えば図9のグラフに示すよ うな逆比例関係にあり、硬度が高くなるほど スケール付着開始温度は下がり、硬度が低い とスケール付着開始温度は高くなる。

 したがって、ユーザーが使用している水� ��硬度を予め確認し、同硬度下において使用� ��れる湯の設定温度(季節によって決まる吸熱 熱交換器10からの設定出湯温度)を基準に、実 際に水タンク7に供給される水の最大許容硬� �を設定し、実際に水タンク7に供給される水� ��硬度が最大許容硬度以下となるように、上� ��水質調整ユニット13を通す第2の水供給系路8 bに流す水の流量を可変することによって、� �1,第2の水供給系路8a,8b間の分流量の調節を行 ない、可及的にスケールが析出しないような 運転を行う。

 すなわち、この給湯装置は、例えば図2に 示すように、熱源側ヒートポンプユニットA� �給湯ユニットBとを組み合わせたものである� ��熱源側ヒートポンプユニットAは、冷媒を圧 縮して高温高圧の冷媒を得る圧縮機1、該圧� �機1で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮する� ��とによって冷媒からの熱を放熱する放熱熱� ��換器(凝縮器)2、該放熱熱交換器2で凝縮した 高圧の冷媒を減圧する膨張弁3、該膨張弁3で� ��圧された冷媒を蒸発させることによってフ� ��ン5を介して供給される空気からの熱を吸熱 する空気熱交換器(蒸発器)4よりなる。

 給湯ユニットBは、給湯用の水を貯留した 上下に長い水タンク(給湯タンク)7、該水タン ク7の底部に外部からの水を供給する水供給� �管8、上記水タンク7の底部から上部にバイパ ス状態で連通し、当該水タンク7内の水を水� �ンプ11により底部から上部に循環させる水循 環配管9、該水循環配管9の途中にあって上記� ��源側ヒートポンプユニットAの上記放熱熱交 換器(冷媒側熱交換器)2に吸熱可能に結合され る吸熱熱交換器(水側熱交換器)10よりなる。

 上記給湯ユニットBの水循環配管9の途中の� �熱熱交換器10を介して、上記熱源側ヒートポ ンプユニットAの放熱熱交換器2により、水タ� ��ク7内の水が加熱される。
 すなわち、同装置では、先ず水タンク7に対 して水供給配管8により一定量の水が給水さ� �て貯留され、その後、水タンク7内の水が上� ��給湯ユニットBの水循環配管9の途中に設け� �れた吸熱熱交換器10を介して、熱源側ヒート ポンプユニットAの放熱熱交換器2により間欠� ��に所望の温度まで湯沸しされて上層部に貯� ��され、貯湯された湯が給湯配管12から取り� �されて、例えば風呂、台所、シャワー等所� �の用途に使用される。

 一方、この構成では、少なくとも上記水� ��の吸熱熱交換器10に流入するトータルの(合� ��量の内の)スケール因子量をスケール析出条 件以下にするために、上記水供給配管8を、� �部から供給される水をそのまま水タンク7内� ��供給する第1の水供給系路8aと、外部からの� ��を水質調整ユニット13を介してスケールが� �じにくいように水質を改善した後に水タン� �7内に供給する第2の水供給系路8bとの少なく� ��も2つの水供給系路に分岐している。そして 、供給される水の硬度に応じて何れか一方又 は両方の水供給系路を適切に使い分けるよう にしている。

 図2中の符号15は、例えば水タンク7に供給さ れる水の導電率を測定することによって水の 硬度を測定する水硬度測定手段であり、予め 水タンク7に供給される水の硬度を測定する� �実際には、図5のタイムチャートに示すよう� ��、タイマーを使用して所定の給水制御時間t h毎に測定する。一方、符号16は上記第2の水� �給系路8bの水質調整ユニット13の入口側電磁� ��V ₂ の弁開度を所望に調整するマイクロコンピュ ータを備えた流量制御手段を示す。流量制御 手段16は、予め測定した使用される水の硬度� ��の関係で最終的に水タンク7に供給される水 の硬度が、その時の上記吸熱熱交換器10から� ��設定出湯温度T ₀ に対応して決まる最大許容硬度H ₀ 以下の硬度になるように、同電磁弁V ₂ の弁開度を制御して、第2の水供給系路8b側の 水質調整ユニット13への水の流量を適切に調� ��する。

 この流量調節制御の具体的な方法を、図3の フロチャートに示す。この制御は、流量制御 手段16に電源が投入されることによって開始� ��れる。そして、ステップS ₁ で、上記吸熱熱交換器10からの出湯温度T ₀ を設定する。この出湯温度T ₀ は、シーズン値となっており、夏・冬等のシ ーズンに応じて決定される。出湯温度は、夏 には低く、冬には高く設定される。

 次にステップS ₂ に進み、上述した図9のデータに対応して作� �された図4のマップテーブルから、上記出湯� ��度T ₀ の時の水の最大許容硬度H ₀ を読み出す。マップテーブルでは、出湯温度 T ₀ を読み出しパラメータ値として、同温度の下 でスケール付着を生じさせない水の最大許容 硬度H ₀ を設定してある。

 そして、ステップS ₃ に進んで、上述した水タンク7内への給水運� �を開始する。それと同期して、ステップS ₄ で硬度計測制御時間(計測周期)thの計時タイ� �ーThのリセットを行って、新たな計時を開始 する。この時点では、上記水質調整ユニット 13の入口側電磁弁V ₂ の開度は、初期設定値となっている(図5参照) 。

 次にステップS ₅ に進み、給水運転開始時において、先ず上記 硬度測定手段15により、水タンク7の入口部に おける水の硬度H ₁ を測定する。
 そして、続くステップS ₆ で、測定された硬度H ₁ を上記ステップS ₂ で算出された最大許容硬度H ₀ と比較し、実際の測定値H ₁ が基準となる最大許容硬度H ₀ よりも大であるか否かを判定する。

 その結果、ステップS ₆ でYESと判定された測定値H ₁ が最大許容硬度H ₀ を超えている場合は、スケール析出の恐れが あることから、ステップS ₇ に進んで、上述した水質調整ユニット13の入� ��側電磁弁V ₂ のバルブ開度を大きく開いて水質調整ユニッ ト13に流入する水の量を増やし、相対的に第1 の水供給系路8aの流量を減らす。そして、そ� ��上でステップS ₈ に進む。他方、NOの最大許容硬度H ₀ よりも、小さい(低い)硬度の時は、同ステッ� ��S ₇ をスキップして、ステップS ₈ に進む。そして、同給水運転の継続により、 水タンク7内が満水になった否かを続くステ� �プS ₈ で判定する。

 その結果、未だ満水ではなくステップS ₈ でNOと判定された時は、さらにステップS ₉ で上記タイマーThによるカウント値が、図5の タイムチャートに示す単位計測制御時間thに� ��して、その時間を経過したか否かを判定す� ��。その判定結果がNOの時は、さらに給水運� �を継続して上記水タンク7内が満水になるま� ��、上記単位計測制御時間thが経過する毎に� �の硬度を計測しながら、上述の水タンク7内� ��の給水を続ける。そして、水タンク7内が満 水になると(ステップS ₈ でYES)、最終的にステップS ₁₀ に進んで、上記の給水運転を停止し、以上の 制御を終了する。

 他方、水タンク7が満水になるまでは、上記 のように所定の単位計測制御時間th毎に水タ� ��ク7に入る水の硬度H ₁ を測定しながら、実測される硬度H ₁ が最大許容硬度H ₀ 以下(H ₁ ≦H ₀ )となるように、水質調整ユニット13側を流れ る水の流量を調節する。すなわち、ステップ S ₄ ~S ₉ を繰り返す。

 この結果、最終的に水タンク7内に供給され る水の硬度は、その時の出湯温度T ₀ から見て適正な最大許容硬度H ₀ 以下に維持される。
(実施の形態3)
 次に図6は、上記実施の形態1の構成を前提� �して構成された実施の形態3に係るヒートポ� ��プ式給湯装置の構成を示している。

 実施の形態3では、上記実施の形態1の構成� �おける吸熱熱交換器10の湯出口部にスケール の析出量をモニターするスケール析出量モニ ター手段17を設けている。また、この実施の� ��態3では、該スケール析出量モニター手段17� ��よるモニター値(検出値)に基づいて、上記� �熱熱交換器10の湯出口部におけるスケール析 出量が所定の値以下になるように、上記第2� �水供給系路8bにおける電磁弁V ₂ の開度を調節して、水質調整ユニット13への� ��流入量を調節する流量制御手段16を設けて� �る。

 その他の構成は、上記実施の形態1のものと 同様である。
 このように吸熱熱交換器10の湯出口部にお� �るスケールの析出量をスケール析出量モニ� �ー手段17によってモニターし、そのモニター 値(検出値)に基づいて、上記吸熱熱交換器10� �湯出口部におけるスケール析出量が所定の� �以下になるように、水質調整ユニット13を介 して水質を調整する第2の水供給系路8bの流量 が調節される。すると、吸熱熱交換器10の湯� ��口部におけるスケール析出量から、同スケ� ��ル析出量が所定値以下になるように、最終� ��に水タンク7に供給される水の硬度が調節さ れる。その結果、実際のスケールの析出量が 許容値以下に低減される。
(スケール析出量モニター手段の具体例)
 上記スケール析出量モニター手段17として� �、種々のものを採用することができるが、� �でも次のようなものが適している。
(1) 導電率測定手段
 水の硬度が上がると導電率が高くなる。し� ��がって、吸熱熱交換器10の湯出口部分に導� �率測定センサを設けて、湯の導電率の変化� �計測すると、水の硬度を簡易的に測定する� �とができ、スケールが析出するか否かを判� �できる。
(2) 粒子カウンタ
 スケールが増えてくると、水中の粒子量が� ��える。したがって、吸熱熱交換器10の湯出� �部分に粒子カウンタを設けて粒子量を計測� �ると、スケールの析出量をモニターするこ� �ができる。
(3) 水を透過又は反射する光の量に基づいて� ��ケール析出量を測定する光学的計測手段
 スケールが増えてくると、水を透過する光� ��量が減る一方、反射する光の量が増える。� ��たがって、透過光量および反射光量の何れ� ��を発光手段と受光手段とによって検出し、� ��えば受光手段にフォトダイオードを用いる� ��とにより、その検出値を電圧信号として出� ��させることができる。したがって、同電圧� ��の変化からスケール析出量をモニターする� ��とができる。
(実施の形態4)
 次に図7は、上記実施の形態1の構成を前提� �して構成された実施の形態4に係るヒートポ� ��プ式給湯装置の構成を示している。

 この実施の形態4では、実施の形態1の構成� �おける吸熱熱交換器10の水入口側と湯出口側 との間における圧力損失δPをする圧力差検出 手段18を設けて圧力損失δPを計測している。� ��して、圧力損失δPが所定値以上に上昇しな� ��ように、上記第2の水供給系路8bにおける電� ��弁V ₂ の開度を調節して、水質調整ユニット13への� ��流入量を調節する流量制御手段16を設けて� �る。その他の構成は、上記実施の形態1と同� ��である。

 このように吸熱熱交換器10の水入口側と� �出口側との間における圧力損失δPを計測し� �圧力損失δPが所定値以上に上昇しないよう� �、上記水質調整ユニット13を介して水質を調 整する第2の水供給系路8bへの流量を調節する ようにすると、水タンク7内に供給される水� �硬度が、所定のスケール析出量以下の許容� �ベル範囲に抑制される。その結果、実際の� �ケール析出量が許容値以下に低減される。