(57)【要約】【課題】再生時の効率が良く、装置構成が簡易で小型化を図ることができる。【解決手段】貯湯タンク２４と水加熱手段２６と軟水化手段２７を設け、軟水化手段２７は、流路３３を挟んで少なくとも１対が対向して設置された陽イオン交換層３４と陰イオン交換層３５の２層を有するバイポーラ荷電膜３２と、バイポーラ荷電膜３２を挟んで設置した一対の電極３１とから構成されており、軟水化手段２７によって軟水化された水を水加熱手段２６に導入するようにしたことにより、硬度成分はバイポーラ荷電膜により除去され、機器内のスケール付着を防止することができる。また、バイポーラ荷電膜の両側から電圧を印加することで、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面の面積が大きく水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、再生を低い消費電力で行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと水加熱手段と軟水化手段を設け、前記軟水化手段は、流路を挟んで少なくとも１対が対向して設置された陽イオン交換層と陰イオン交換層の２層を有するバイポーラ荷電膜と、前記バイポーラ荷電膜を挟んで設置した一対の電極とから構成され、前記軟水化手段によって軟水化された水を前記水加熱手段に導入するようにした給湯機。
【請求項２】
バイポーラ荷電膜は、一方の前記バイポーラ荷電膜の陽イオン交換層と他方の前記バイポーラ荷電膜の陰イオン交換層が対向して設置されたことを特徴とする請求項１記載の給湯機。
【請求項３】
バイポーラ荷電膜は多孔質体であることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。
【請求項４】
軟水化する時は陽イオン交換層側の電極に電圧を印加し、バイポーラ荷電膜を再生する時は、陰イオン交換層側の電極に電圧を印加することとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項５】
水加熱手段に水を送る流水配管と、バイポーラ荷電膜を再生する時に生成する濃縮水を排水する排水配管を軟水化手段の出口側に前記流水配管と分岐して設け、分岐部には切換え弁を設けて流路を切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項６】
バイポーラ荷電膜を再生するときは、切換え弁により流水を停止して軟水化手段に水を貯留し一定時間電圧を印加して前記バイポーラ荷電膜を再生し、再生後切換え弁により排水配管から濃縮水を排水するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の給湯機。
【請求項７】
水加熱手段内の流水が停止している時間に、バイポーラ荷電膜の再生を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項８】
軟水化手段の上流側には、濾過フィルターを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項９】
軟水化手段の上流側には、活性炭を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気温水機やヒートポンプ給湯機等の給湯機機において、配管内のスケール生成を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯機の配管内のスケール生成を防止する技術として、イオン交換樹脂を用いて軟水化する以下のような技術がある（例えば、特許文献１参照）。図４は、従来配管のスケール生成を防止する給湯機の構成図を示すものである。風呂給湯機に水を供給する水路となる原水供給パイプ１は、三方弁２を介して電気分解装置３の下部及び軟水化装置１３の上部に接続されており、採水時には軟水化装置１３に通水し、再生時には電気分解装置３に通水するように三方弁２を切り換える構成となっている。電気分解装置３はポーラスな隔膜４、例えば素焼きの隔膜によって陽極室７と陰極室８に仕切られ、これら極室にそれぞれ電極５及び６を配設している。
【０００３】
また陽極室７の上部には酸性水出口パイプ１０が三方弁１１を介して、陽イオン交換樹脂１２を充填した軟水化装置１３の上部及び三方弁１８を介して浴槽２１への水供給パイプ２３に接続されており、再生時には軟水化装置１３に通水し、浴槽２１で酸性風呂に入浴するときには、浴槽２１への水供給パイプ２３に通水するように三方弁１１を切り換える構成となっている。
【０００４】
また、陰極室８の上部にはアルカリ水出口パイプ９が三方弁１９を介して排水パイプ２２及び飲用水パイプ２０に接続されており、アルカリ水飲用時には飲用水パイプ２０に通水し、飲用以外のときは排水パイプ２２から排水するように三方弁１９を切り換える構成になっている。また、軟水化装置１３の下部には三方弁１４を介して排水パイプ１５及びパイプ１６を介して風呂給湯器１７が接続されている。
【０００５】
上記構成において、水は原水供給パイプ１を通り、採水時には三方弁２を切り換えて、陽イオン交換樹脂１２の充填してある軟水化装置１３上部から供給し、陽イオン交換樹脂１２により水中のカルシウム、マグネシウム等の陽イオンは、水素イオンと置換され、軟水がパイプ１６、風呂給湯器１７を介して、パイプ２３により浴槽２１に供給される。陽イオン交換樹脂再生時には、水は三方弁２を切り換えて、隔膜４によって陽極室７及び陰極室８を分離形成し、これら極室にそれぞれ電極５、６を配設した電気分解装置３に供給される。電極５、６の両極間に直流電圧を印加し、陽極室７で得られた酸性水を三方弁１１を切り換えて軟水化装置１３の上部から供給する。このとき、三方弁１４を排水パイプ１５側に切り換え、水を風呂給湯器１７に通水しないようにする。
【０００６】
酸性風呂入浴時には、三方弁１１及び１８を切り換え陽極室７で得られた酸性水をパイプ１０、パイプ２３を介して浴槽２１に供給する。このとき、三方弁１８が切り換えられているため、風呂給湯器１７に酸性水は通水しない。また、浴室内でアルカリ水を飲用するときには三方弁１９を切換える。以上のように、陽イオン交換樹脂で水中のカルシウム、マグネシウム等の硬度高度成分を除去し、風呂給湯器配管及び浴槽内へのスケール付着を防止できる。これにより、浴槽掃除の頻度を減らすこともできる。さらに、水の電気分解で得られる酸性水で、陽イオン交換樹脂を再生するため、食塩等の供給が不要になり連続的に軟水を供給することができる。また、酸性水を浴槽に通水することで、酸性風呂を楽しむこともでき、アルカリ水を浴室内で飲用することもできる。
【特許文献１】特開平７−６８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、陽イオン交換樹脂を再生する時、電気分解装置３によって電気分解により水を解離させて酸性水を生成しているが、通常電気分解するには水中に多量のイオン成分が必要であり、高い電圧が必要となる。また、電気分解装置３と軟水化装置１３が別個に備えられているので、装置が複雑となると共に大きな設置スペースを必要となるという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、再生時の効率が良く、装置構成が簡易で小型化を図ることができる給湯機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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の給湯機は、貯湯タンクと水加熱手段と軟水化手段を設け、前記軟水化手段は、流路を挟んで少なくとも１対が対向して設置された陽イオン交換層と陰イオン交換層の２層を有するバイポーラ荷電膜と、前記バイポーラ荷電膜を挟んで設置した一対の電極とから構成されており、前記軟水化手段によって軟水化された水を前記水加熱手段に導入するようにしたものである。
【００１０】
これにより、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の硬度成分はバイポーラ荷電膜の陽イオン交換層及び陰イオン交換層により除去され軟水化することができる。また、バイポーラ荷電膜の両側から電圧を印加することで、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面の面積が大きく水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、バイポーラ荷電膜の再生を低い消費電力で行うことができる。また、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方をバイポーラ荷電膜内で行うので、軟水化手段と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の給湯機は、硬度成分はバイポーラ荷電膜の陽イオン交換層及び陰イオン交換層により除去され軟水化することができる。また、バイポーラ荷電膜の両側から電圧を印加することで、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面の面積が大きく水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、バイポーラ荷電膜の再生を低い消費電力で行うことができる。また、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方をバイポーラ荷電膜内で行うので、軟水化手段と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、貯湯タンクと水加熱手段と軟水化手段を設け、前記軟水化手段は、流路を挟んで少なくとも１対が対向して設置された陽イオン交換層と陰イオン交換層の２層を有するバイポーラ荷電膜と、前記バイポーラ荷電膜を挟んで設置した一対の電極とから構成されており、前記軟水化手段によって軟水化された水を前記水加熱手段に導入するようにしたものである。これにより、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の硬度成分はバイポーラ荷電膜の陽イオン交換面及び陰イオン交換面により除去され軟水化することができる。また、バイポーラ荷電膜の両側から電圧を印加することで、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面の面積が大きく水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、バイポーラ荷電膜の再生を低い消費電力で行うことができる。また、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方をバイポーラ荷電膜内で行うので、軟水化手段と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
【００１３】
第２の発明は、バイポーラ荷電膜は一方の前記バイポーラ荷電膜の陽イオン交換層と他方の前記バイポーラ荷電膜の陰イオン交換層が対向して設置されもので、流路を流れる炭酸カルシウム等の硬度成分の陽イオンと陰イオンを効率よくイオン交換して除去することができる。
【００１４】
第３の発明は、バイポーラ荷電膜を多孔質体としたものであり、陽イオン交換層及び陰イオン交換層にイオン交換できる硬度成分の交換容量を多くすることができ、軟水化手段の小型化を図ることができる。
【００１５】
第４の発明は、軟水化する時は陽イオン交換層側の電極に電圧を印加し、バイポーラ荷電膜を再生する時は、陰イオン交換層側の電極に電圧を印加するようにしたもので、軟水化時は、流路中の硬度成分の陽イオン及び陰イオンを極性の対応するイオン交換面に電気泳動して吸着しやすくする為、硬度成分の除去を向上することができる。また、再生時は、印加される電圧の極性が変わるので、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われる為、効率的に水の解離が行われて膜の再生を行うことができる。
【００１６】
第５の発明は、加熱手段に水を送る流水配管と、バイポーラ荷電膜を再生する時に生成する濃縮水を排水する排水配管を軟水化手段の出口側に前記流水配管と分岐して設け、分岐部には切換え弁を設けて流路を切り替えるようにしたもので、沸き上げ時に水加熱手段に軟水を供給し、再生時には濃縮水を給湯機外部へ排出することができる。
【００１７】
第６の発明は、バイポーラ荷電膜を再生するときは、切換え弁により流水を停止して軟水化手段に水を貯留し一定時間電圧を印加して前記バイポーラ荷電膜を再生し、再生後切換え弁により排水配管から濃縮水を排水するようにしたもので、バッチ処理で膜の再生を行うので、再生時に排出される水量を少なくすることができる。
【００１８】
第７の発明は、水加熱手段内の流水が停止、つまり沸き上げが停止している時間に、バイポーラ荷電膜の再生を行うようにしたもので、沸き上げ時に再生によって沸き上げを停止させることがないので、再生による沸き上げの時間的ロスがない。
【００１９】
第８の発明は、軟水化手段の上流側には濾過フィルターを設けるようにしたもので、原水中のサビや他の不溶性物を除去することができるので、バイポーラ荷電膜を保護し性能を維持することができる。
【００２０】
第９の発明は、軟水化手段の上流側には活性炭を設けるようにしたもので、原水中の遊離塩素を除去することができるので、バイポーラ荷電膜の劣化を防止し性能を維持することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態の給湯機の構成図で、図２はその給湯機の沸き上げ時の軟水化手段の状態図、図３は軟水化手段の再生時の状態図である。図１、２において、原水と湯を貯留する貯湯タンク２４の下部に流水配管２５が開口して接続されて設けられており、貯留タンク２４の水を水加熱手段２６に送り、そこで沸き上げた湯を貯留タンク２４の上部から供給するように、その上部に流水配管２５が開口して接続されている。軟水化手段２７は、水加熱手段２６の上流側に設けられている。また、軟水化手段２７の上流側には濾過フィルター２８と活性炭２９が備えらており、これらによって処理されて通過した水が軟水化手段２７へ導入される。
【００２３】
軟水化手段２７は、ケーシング３０内に１対の電極３１が両端に設けられている。電極３１はチタンに白金がメッキされたものであり、電極の耐消耗性を確保している。電極３１の間には、１対のバイポーラ荷電膜３２が流路３３を挟んで設けられている。バイポーラ荷電膜３２は、強酸性のイオン交換基を持つ陽イオン交換層３４と強塩基性のイオン交換基を持つ陰イオン交換層３５が１枚に張り合わされた２層構造となっている。そして、陽イオン交換層３４と陰イオン交換層３５が向き合うように設置されている。ここで、陽イオン交換層３４は、−ＳＯ3Ｈを官能基とする強酸性イオン交換基を含み、陰イオン交換層３５は、−ＮＲ3ＯＨを官能基とする強塩基性イオン交換基を含む。
【００２４】
軟水化手段２７の出口側には、バイポーラ荷電膜３２を再生する時に生成する濃縮水を排水する排水配管３６が流水配管２５と分岐して設けられている。その分岐部には、切換え弁３７を設けており流路を切り替えるようにしている。この切換え弁３７は、給湯機の沸き上げ運転の動作と連動している。
【００２５】
次に動作について説明する。給湯機の沸き上げ時に貯留タンク２４内の水が流水配管２５を通じて、軟水化手段２７に導入される。原水中には硬度成分の炭酸カルシウムがイオン化した状態で、ケーシング３０の上部から流入し流路３３を流れる。このとき、ケーシング３０に設置された電極３１には直流電圧が印加され、陽イオン交換層側の電極３１にはプラスの電圧が印加され、陰イオン交換層側の電極３１にはマイナスの電圧が印加される。
【００２６】
この結果、原水中のカルシウムイオンは陽イオン交換層３４へ、炭酸イオンは陰イオン交換層３５へ電気泳動して層内に入り込む。そして、カルシウムイオンは、陽イオン交換層３４の強酸性イオン交換基の−ＳＯ3Ｈの水素イオンとイオン交換し、炭酸イオンは、陰イオン交換層３５の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ3ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。ここで、バイポーラ荷電膜３２は多孔質構造に形成されているので膜表面積が大きく、イオン交換される容量を大きくすることができる。これによって、軟水化手段２７の小型化を図ることができる。
【００２７】
こうして、流路３３中の硬度成分は除去されて軟水化される。そして、軟水化された水は、ケーシング３０の下部のから処理水が流出する。この流出液が切換え弁３７を介して流水配管２５を通じて水加熱手段２６に流入する。水加熱手段２６は、ヒーターあるいは熱交換器であり、これに処理水が加温されて沸き上げられる。ここで、加温された処理水は硬度成分が除去されているので、流水配管２５の内面には炭酸カルシウムや硫酸マグネシウムといったスケールが付着することを防止することができる。
【００２８】
そして、この水加熱手段２６で沸き上げられた湯が貯湯タンク２４の上部から導入される。このようにして、給湯機の沸き上げ時に軟水化手段２７で原水が軟水化され、処理水は切換え弁３７を介して流水配管２５を通って水加熱手段２６で加熱されて貯湯タンク２４に溜められる。使用者が風呂（図示せず）などにおいて湯を使用する時は、貯湯タンク２４に溜められた上層の湯が風呂の浴槽へ供給される。
【００２９】
また、軟水化手段２７の上流側には、濾過フィルター２８が設けられているので、原水中のサビや他の不溶性物を除去することができるので、バイポーラ荷電膜３２を保護し性能を維持することができる。さらに、軟水化手段２７の上流側には、活性炭２９が設けられているので、原水中の遊離塩素を除去しバイポーラ荷電膜３２の劣化を防止し性能を維持することができる。
【００３０】
次に、給湯機の沸き上げ運転が停止時に軟水化手段２７の再生工程が行われる。沸き上げ運転が停止している時、切換え弁３７は閉じた状態となる。そして、貯留タンク２４の下部から、一定量の水が流水配管２５を通じて軟水化手段２７に導入される。
【００３１】
図３に示すように、軟水化手段２７において、電極３１には軟水化時とは逆方向の電圧が印加される。陰イオン交換層３５側にプラスの電圧が印加され、陽イオン交換層３４側の電極にはマイナスの電圧が印加される。バイポーラ荷電膜３２の両側に電圧を印加すると、陽イオン交換層３４と陰イオン交換層３５の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。陽イオン交換層３４では、軟水化時にイオン交換されたカルシウムイオンが、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。そして、カルシウムイオンは流路３３中に放出される。一方、陰イオン交換層３５では、軟水化時にイオン交換された炭酸イオンが、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。そして、炭酸イオンは流路３３中に放出される。
【００３２】
このようにして、バイポーラ荷電膜３２の両側に軟水化時とは逆極性の電圧を印加することによって、水解離が行われ膜の再生が行われる。ここで、バイポーラ荷電膜３２は、陽イオン交換層３４と陰イオン交換層３５の界面の面積を大きく取ることができるので、水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、膜の再生を低い消費電力で行うことができる。
【００３３】
一定時間、バイポーラ荷電膜３２に電圧を印加して再生した後、切換え弁３７により流路を排水配管３６の方へ切換える。そして、軟水化手段２７の流路３３中の硬度成分の濃縮水が排水配管３６を通じて外部へ排水される。濃縮水が排水された後、切換え弁３７は再度閉じた状態となる。そして、再び貯留タンク２４から一定量の水が軟水化手段２７に導入されて、バイポーラ荷電膜３２の再生が行われる。その後、切換え弁３７により流路が切換えられ、排水配管３６を通じて再生後の濃縮水が排出される。このような工程を数回繰り返すことで、軟水化手段２７の再生が行われる。
【００３４】
このように、バッチ処理で膜の再生を行うので、再生時に排出される水量を少なくすることができる。また、給湯機の沸き上げ運転が停止している時間に、バイポーラ荷電膜の再生を行うこととしたことにより、沸き上げ時に再生によって沸き上げを停止させることがないので、再生による沸き上げの時間的ロスがない。さらに、軟水化手段２７で、軟水化と再生を行うので、別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンク２４と水加熱手段２６と軟水化手段２７を設け、軟水化手段２７は、流路３３を挟んで少なくとも１対が対向して設置された陽イオン交換層３４と陰イオン交換層３５の２層を有するバイポーラ荷電膜３２と、バイポーラ荷電膜３２を挟んで設置した一対の電極３１とから構成されており、軟水化手段２７によって軟水化された水を水加熱手段２６に導入するようにしたことにより、硬度成分はバイポーラ荷電膜の陽イオン交換層及び陰イオン交換層により除去され軟水化し、水加熱手段の機器内のスケール付着を防止することができる。
【００３６】
また、バイポーラ荷電膜の両側から電圧を印加することで、陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面の面積が大きく水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、バイポーラ荷電膜の再生を低い消費電力で行うことができる。また、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方をバイポーラ荷電膜内で行うので、軟水化手段と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる給湯機は、小型且つ低消費電力で軟水化し水加熱手段のスケール付着を防止することができるので、ジャーポット、炊飯器、温水洗浄便座の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】同給湯機の沸上時の軟水化手段の状態図
【図３】同軟水化手段の再生時の状態図
【図４】従来の給湯機の構成図
【符号の説明】
【００３９】
２４  貯湯タンク
２５  流水配管
２６  水加熱手段
２７  軟水化手段
２８  濾過フィルター
２９  活性炭
３０  ケーシング
３１  電極
３２  バイポーラ荷電膜
３３  流路
３４  陽イオン交換層
３５  陰イオン交換層
３６  排水配管
３７  切換え弁
【図２】
2010091122.tif 000003
【図３】
2010091122.tif 000004
【図４】
2010091122.tif 000005
【図１】
2010091122.tif 000006