(57)【要約】【課題】配管内面や水タンク内への析出物付着の原因となる硬度成分を効率良く除去することのできる水処理装置、並びにこれを備えた加湿装置および給湯装置を提供すること。【解決手段】本発明の水処理装置は、熱を発生させる加熱源（ヒータ３）と、加熱源からの熱が伝熱可能に設けられ、水から析出する析出物が付着可能な析出物付着部（スケール析出部２）と、析出物付着部を水中の位置と空気中の位置とに変位させる駆動手段（モータ１６）と、析出物付着部に付着した析出物を除去する除去手段とを備え、空気中の位置での析出物付着部の表面で析出物を析出させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生させる加熱源と、
前記加熱源からの熱が伝熱可能に設けられ、水から析出する析出物が付着可能な析出物付着部と、
前記析出物付着部を水中の位置と空気中の位置とに変位させる駆動手段と、
前記析出物付着部に付着した前記析出物を除去する除去手段と、
を備え、
前記空気中の位置での前記析出物付着部の表面で前記析出物を析出させる水処理装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記析出物付着部を回転させる手段を含み、
前記析出物付着部が回転することにより、前記析出物付着部が前記水中の位置と前記空気中の位置とに変位する請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記加熱源が前記析出物付着部と一体となって回転可能であり、
前記加熱源が回転中心の付近に配置され、前記析出物付着部が前記加熱源の外周側に配置されている請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記加熱源および前記析出物付着部を浮力により水面に浮かせる浮き部材を備える請求項１乃至３の何れか１項記載の水処理装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記析出物付着部が前記水中の位置と前記空気中の位置とでそれぞれ一時的に停止するように間欠的に前記析出物付着部を動かす機能を有する請求項１乃至４の何れか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
前記除去手段は、前記水中の位置にある前記析出物付着部の近傍に気泡を発生させる気泡発生手段で構成される請求項１乃至５の何れか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
前記加熱源を前記気泡発生手段として兼用する請求項６記載の水処理装置。
【請求項８】
前記気泡を前記析出物付着部の近傍に保持可能な気泡保持部を有する請求項６または７記載の水処理装置。
【請求項９】
前記除去手段は、前記析出物付着部に接触可能な除去部を有し、前記析出物付着部が前記除去部に対して摺動することにより前記析出物を除去する前記請求項１乃至５の何れか１項記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記除去部は、軟質性の材料で構成されている請求項９記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記析出物付着部と接触する前記除去部の接触面にシボ加工が施されている請求項９または１０記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記除去部は、前記析出物付着部に水中で接触する前記請求項９乃至１１の何れか１項記載の水処理装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項記載の水処理装置と、
前記水処理装置により処理された水を気化または霧化させる加湿部と、
を備える加湿装置。
【請求項１４】
水を加熱して湯を生成する湯生成手段と、
請求項１乃至１２の何れか１項記載の水処理装置と、
を備え、
前記湯生成手段により生成された湯または前記湯生成手段により加熱される前の水を前記水処理装置により処理する給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置、加湿装置および給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯装置や空調装置、加湿装置、軟水機など、水を扱う製品においては、水に含まれる炭酸カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が固形成分として配管やタンクの内面に析出して付着する。一般に、このような析出付着物は、スケールと呼ばれる。このスケールが蓄積し、配管の内径が縮径することにより、出湯効率が悪化したり、タンク内に付着してメンテナンスが煩雑になるという問題がある。
【０００３】
特許文献１には、水タンク内にヒータを配置して、ヒータを囲むようにスケール析出部を配置し、循環水を加熱することによりスケール析出部でスケールを析出させて除去する構造の加湿装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、形状記憶効果を有する材料で構成されたコイル形状のスケール析出部材と、このスケール析出部材を加熱するヒータとを有するスケール除去装置を配管内に配置し、沸き上げ運転中は形状回復温度以上に加熱し、硬度成分をスケール析出部材の表面に選択的に析出、付着させ、沸き上げ運転の終了後、水の循環を停止した後にヒータによる加熱を停止することにより、スケール析出部材が変形し、その際の物理的な作用によりスケールが剥離してスケール集積部に集積する構造の給湯装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０００２９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２６６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の加湿装置では、スケール析出部表面に故意にスケールを析出させ、連続して運転するとスケールが堆積してしまい、スケールを剥離する手段がなく、動作不良が起こるという品質的課題がある。また、スケール析出部に硬度成分を必ずしも高い効率で析出させることができず、硬度成分を効率良く除去できないという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載の給湯装置では、形状記憶材料を用いたスケール析出部材の表面にスケールを析出させるものであるが、付着の状態によっては十分に形状回復ができない可能性がある。また、スケール析出部材に硬度成分を必ずしも高い効率で析出させることができず、硬度成分を効率良く除去できないという問題がある。
【０００８】
本発明は、配管内面や水タンク内への析出物付着の原因となる硬度成分を効率良く除去することのできる水処理装置、並びにこれを備えた加湿装置および給湯装置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】
本発明に係る水処理装置は、熱を発生させる加熱源と、加熱源からの熱が伝熱可能に設けられ、水から析出する析出物が付着可能な析出物付着部と、析出物付着部を水中の位置と空気中の位置とに変位させる駆動手段と、析出物付着部に付着した析出物を除去する除去手段とを備え、空気中の位置での析出物付着部の表面で析出物を析出させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配管内面や水タンク内への析出物付着の原因となる硬度成分を効率良く除去することが可能となり、配管内面や水タンク内への析出物の付着を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の水処理装置を示す断面側面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の加湿装置を模式的に示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３の給湯装置を模式的に示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４の水処理装置を示す断面側面図である。
【図６】本発明の実施の形態５の水処理装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の水処理装置を示す断面側面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、本実施の形態１の水処理装置１００は、水を溜める貯水部１と、スケール析出部２（析出物付着部）と、ヒータ３と、貯水部１内に設置された水温センサ４と、ヒータ３の温度を検出するヒータ温度センサ５とを備えている。ヒータ３は、入力電力を制御することにより容易に加熱量を制御可能な電気式のヒータなどで構成されることが好ましい。
【００１４】
貯水部１内の側面には、貯水部１内の水位を検出する水位センサ６が設けられている。水位センサ６は、フロート式のセンサを用いてもよいし、複数の電極を用いて水位を検出するセンサを用いてもよいし、光学式センサや超音波式センサなどを用いてもよい。
【００１５】
貯水部１に設けられた給水口７には、貯水部１の外部から水を供給する給水配管９が接続されている。貯水部１に設けられた排水口８には、貯水部１外へ排水する排水配管１０が接続されている。給水配管９は、水量を調節するポンプ（図示せず）および弁（図示せず）を介して、水の供給源に接続されている。また、貯水部１内の底部には、スケール析出部２から剥離したスケールＳ（析出物）を集積するスケール捕集部１１が設けられている。
【００１６】
ヒータ３は、細長い略円柱形状または略円筒形をなしている。ヒータ３の両端からは、支持軸１５が突出している。両側の支持軸１５の端部は、それぞれ、貯水部１の側壁部に回転可能に支持されている。支持軸１５の一方の端部側には、支持軸１５を回転駆動するモータ１６が設置されている。
【００１７】
ヒータ３の外周には、ヒータ３を螺旋状に取り囲むように設けられた板状の螺旋フィン１２と、ヒータ３の軸方向（長手方向）に沿って延在し径方向外方に突出する板状のフィン１３とが設けられている。フィン１３は、ヒータ３の外周の複数個所（図示の構成では４箇所）に等角度間隔（図示の構成では９０°間隔）で設けられている。螺旋フィン１２およびフィン１３は、ヒータ３と一体となって回転する。
【００１８】
螺旋フィン１２およびフィン１３は、ヒータ３が発生した熱を効率良く伝熱する機能を有している。本実施形態では、螺旋フィン１２およびフィン１３によりスケール析出部２が構成されている。螺旋フィン１２とフィン１３とは、相互に交差するように配置されている。また、図２に示すように、ヒータ３と螺旋フィン１２とフィン１３とで囲まれる空間により、気泡保持部１４が形成されている。
【００１９】
次に、水処理装置１００の動作を説明する。給水口７から貯水部１内に水が流入し、水位センサ６により検出された貯水部１内の水位が所定水位になると、給水配管９からの給水を終了する。このとき、所定水位は、水面Ｗがヒータ３の中心軸（支持軸１５）の付近となるような水位とする。
【００２０】
次に、ヒータ３に通電して加熱し、モータ１６を一定速度で動作させる。これにより、ヒータ３およびスケール析出部２（螺旋フィン１２およびフィン１３）が回転し、スケール析出部２が水中（水面Ｗより下の位置）と空気中（水面Ｗより上の位置）とを行き来する。水中から空気中に進入したスケール析出部２の表面では、ヒータ３から伝わる熱により水分が蒸発し、炭酸カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が析出して形成されるスケールＳが付着する。そのようにしてスケールＳが析出・付着したスケール析出部２が空気中から水中に進入すると、ヒータ３の部分が高温であるため、水が沸騰して気泡１８が生成される。この気泡１８は、気泡保持部１４に滞留する。図２に示すように、気泡１８は、成長して大きくなると、気泡保持部１４に滞留できなくなり、気泡保持部１４外に流出する。その際、スケール析出部２に付着したスケールＳをスケール析出部２より剥離させる。剥離したスケールＳは、沈降してスケール捕集部１１に堆積する。
【００２１】
貯水部１内で硬度成分を除去する処理が終了した水は、排水口８から排水され、排水配管１０を通り、所定の給水先へ送られる。貯水部１内の水位が低下したことが水位センサ６により検出された場合には、ヒータ３を停止し、貯水部１内の水位が所定水位に戻るように、給水配管９に設けられた弁を開けて給水口７より給水する。
【００２２】
モータ１６によりスケール析出部２を一定速度で回転させる場合には、スケール析出部２の回転速度は、スケール析出部２が空気中を通過する間にスケール析出部２の表面にスケールＳが析出・付着するのに十分な時間が確保されるとともに、スケール析出部２が水中を通過する間に気泡保持部１４から気泡１８があふれ出すのに十分な時間が確保されるような速度とする。
【００２３】
また、スケール析出部２を一定速度で回転させることに代えて、スケール析出部２の回転を例えば１８０°または９０°毎に一時停止させ、一定時間経過後に１８０°または９０°回転させるというように、スケール析出部２が水中の位置と空気中の位置とでそれぞれ一時的に停止するように間欠的に駆動しても良い。このような場合であっても、スケール析出部２にスケールＳを効率良く析出させ、且つスケール析出部２からスケールＳを効率良く除去することができる。
【００２４】
炭酸カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分の溶解度は高温ほど低下するので、スケール析出部２が空気中を通過する間にスケール析出部２の表面で水が高温となることにより、スケールＳが析出・付着する。スケール析出部２が空気中を通過する間にスケール析出部２の表面の水を必ずしも完全に蒸発させなくても良く、スケール析出部２の表面に水分が残った状態でスケール析出部２が空気中から水中へ移動するような速さでスケール析出部２を動かすように構成されていても良い。
【００２５】
以上で説明した実施の形態１の水処理装置１００では、スケール析出部２が水中の位置から空気中の位置へ変位したときに、ヒータ３の熱が伝熱するスケール析出部２の表面に付着した水が高温となることにより、硬度成分を効率良く析出させてスケール析出部２の表面にスケールＳを形成することができる。このため、水に含まれる硬度成分を効率良く除去することができる。また、貯水部１内の水を、硬度成分が析出するような高温に加熱する必要がないので、消費電力量が少なくて済む。
【００２６】
また、本実施形態では、空気中の位置でスケール析出部２にスケールＳを析出させた後にスケール析出部２が水中の位置に移動してスケールＳを剥離させるので、スケールＳの付着後、短時間のうちにそのスケールＳを剥離させることができ、スケールＳがスケール析出部２に大量に堆積して固着するようなことがなく、スケールＳをスケール析出部２から容易且つ確実に剥離させることができる。特に、本実施形態では、空気中から水中に進入したスケール析出部２の近傍で気泡１８を発生させることにより、スケール析出部２に付着したスケールＳを効率良く剥離させることができる。また、本実施形態では、気泡１８をスケール析出部２の近傍に一時的に滞留させる機能を有する気泡保持部１４を設けたことにより、気泡１８を大きく成長させることができるので、スケールＳをより効率良く剥離させることができる。また、本実施形態では、ヒータ３を、気泡１８を発生させる気泡発生手段として兼用しているので、構成の簡素化が図れる。ただし、気泡１８を発生させる気泡発生手段を、ヒータ３と別個に設けるようにしてもよい。
【００２７】
また、本実施形態では、スケール析出部２（析出物付着部）を回転させることによってスケール析出部２を水中の位置と空気中の位置とに変位させるように構成したことにより、機構の簡素化および小型化が図れる。ただし、本発明では、析出物付着部を水中の位置と空気中の位置とに変位させる駆動手段の構成は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、析出物付着部を上下方向に移動させることによって水中の位置と空気中の位置とに変位させるように構成されたものであってもよい。
【００２８】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図３は、本発明の実施の形態２の加湿装置を模式的に示す構成図である。図３に示すように、本実施形態の加湿装置５１は、貯水タンク５２と、加湿部５３と、前述した実施の形態１の水処理装置１００とを備えている。貯水タンク５２に貯留された水は、水処理装置１００に送られ、水処理装置１００で硬度成分を除去する処理が行われた後、加湿部５３に供給される。加湿部５３は、水処理装置１００を経て供給された水を気化または霧化させて高湿空気を生成し、その高湿空気を装置外へ供給することにより、室内を加湿する。加湿部５３は、ヒータ加熱による蒸発方式、超音波による霧化方式、フィルターと送風機とによる気化方式など、いかなる方式のものでもよい。このような本実施形態の加湿装置５１によれば、水処理装置１００を貯水タンク５２と加湿部５３の間に接続することで、高湿空気を生成する前に水中の硬度成分を除去することができるので、加湿部５３にスケールが付着・堆積することを確実に抑制することができる。ただし、水処理装置１００の設置箇所は上記の位置に限定されるものではなく、例えば貯水タンク５２内に水処理装置１００を設置しても良い。
【００２９】
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図４は、本発明の実施の形態３の給湯装置を模式的に示す構成図である。図４に示すように、本発明の給湯装置を適用したヒートポンプ式給湯装置６１は、湯水を貯留する貯湯タンク６２と、ヒートポンプユニット６５と、前述した実施の形態１の水処理装置１００とを備えている。貯湯タンク６２の下部には低温水導入口６３および低温水導出口６４が設けられ、貯湯タンク６２の上部には高温水導入口６７および高温水導出口６８が設けられている。低温水導入口６３には、水道等の水源から供給される低温水を貯湯タンク６２内に送る給水配管が接続されている。貯湯タンク６２内に貯留された低温水は、低温水導出口６４から流出し、配管を通ってヒートポンプユニット６５に送られ、ヒートポンプユニット６５で加熱されて高温水となる。ヒートポンプユニット６５の高温水導出口６６と水処理装置１００の給水口７とが配管を介して接続され、水処理装置１００の排水口８と貯湯タンク６２の高温水導入口６７とが配管を介して接続されている。ヒートポンプユニット６５の高温水導出口６６から流出した高温水は、水処理装置１００に送られ、水処理装置１００で硬度成分を除去する処理が行われた後、貯湯タンク６２に送られ、高温水導入口６７から貯湯タンク６２内に流入して貯えられる。貯湯タンク６２内に貯えられた高温水は、高温水導出口６８より取り出され、給水配管から供給される低温水と混合して温度調節された上で、蛇口６９や浴槽７０などの給湯先へ送られる。また、貯湯タンク６２と、浴槽７０を追い焚きするための熱交換器７１とを接続する循環回路が備えられており、貯湯タンク６２内に貯えられた高温水を熱交換器７１に送ることにより浴槽７０の追い焚きを行うことができる。このような本実施形態のヒートポンプ式給湯装置６１によれば、配管内や貯湯タンク６２内にスケールが付着・堆積することを確実に抑制することができる。また、本実施形態では、硬度成分が析出し易い高温水が通る配管、すなわちヒートポンプユニット６５の高温水導出口６６と貯湯タンク６２の高温水導入口６７とを接続する配管の途中に水処理装置１００を配置したことにより、硬度成分をより高い効率で除去することができるとともに、消費電力量をより低減することができる。ただし、水処理装置１００の設置箇所は上記の位置に限定されるものではなく、例えば貯湯タンク６２内に水処理装置１００を設置してもよい。
【００３０】
実施の形態４．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図５は、本発明の実施の形態４の水処理装置を示す断面側面図である。
【００３１】
図５に示すように、本実施形態の水処理装置１１０では、支持軸１５の両方の端部は、それぞれ、浮き部材１９により回転可能に支持されている。一方の浮き部材１９の内部には、支持軸１５を回転駆動するモータ１６が設置されている。貯水部１の側壁部の内側には、浮き部材１９を上下方向に案内するガイド部２０が設けられている。ヒータ３、スケール析出部２および支持軸１５は、浮き部材１９の浮力によって水に浮かび、支持軸１５は水面Ｗ付近の位置に保持される。このため、貯水部１内の水位が変動しても、ヒータ３、スケール析出部２および支持軸１５が水面Ｗに対して適切な高さに保持されるので、硬度成分の除去処理を良好に行うことができる。また、本実施形態では、貯水部１内の水位を正確に検出する必要がないので、水位センサを省略することもでき、コスト低減が図れる。
【００３２】
実施の形態５．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態６について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図６は、本発明の実施の形態５の水処理装置を示す平面図である。
【００３３】
前述した実施の形態１の水処理装置１００では、スケール析出部２に付着したスケールＳを除去する除去手段として気泡発生手段を用いているが、図６に示す本実施形態の水処理装置１２０は、気泡発生手段に代えて、スケール析出部２に接触可能な除去部２１ａを有する除去部材２１を除去手段として用いる。
【００３４】
本実施形態の水処理装置１２０のスケール析出部２は、フィン１３を備えず、螺旋フィン１２のみで構成されている。また、本実施形態では、二つの除去部材２１が、ヒータ３およびスケール析出部２を挟んで対向するように配置されている。各除去部材２１は、螺旋フィン１２と螺旋フィン１２との隙間に挿入するように配置された複数の除去部２１ａと、除去部２１ａを支持する細長い支持部２１ｂとを有している。支持部２１ｂは、支持軸１５と平行に配置されている。支持部２１ｂの両端部は、貯水部１の側壁部に支持されている。一方の除去部材２１の除去部２１ａは、螺旋フィン１２の一方の面に水中で接触し、他方の除去部材２１の除去部２１ａは、螺旋フィン１２の反対側の面に水中で接触するように配置されている。すなわち、螺旋フィン１２の両面に除去部２１ａがそれぞれ接触している。除去部２１ａは、支持部２１ｂの長手方向に所定範囲内で移動可能になっている。支持部２１ｂ内には、除去部２１ａを螺旋フィン１２に当接させる方向に付勢するバネが設けられていても良い。
【００３５】
スケール析出部２（螺旋フィン１２）が回転すると、スケール析出部２の表面が除去部２１ａに対し摺動することにより、スケール析出部２に付着したスケールＳがそぎ落とされるようにして除去される。除去部２１ａは、スケール析出部２の回転に伴って支持部２１ｂの長手方向に移動することにより、スケール析出部２との接触状態を維持することができる。また、本実施形態では、スケール析出部２が１回転または所定数回転するごとにスケール析出部２の回転方向を反転するようにモータ１６を制御する。これにより、除去部２１ａは、可動範囲内で往復移動する。
【００３６】
本実施形態では、螺旋フィン１２の両面に除去部２１ａがそれぞれ接触していることにより、螺旋フィン１２の両面に付着したスケールＳを同時に除去することができる。また、除去部２１ａが水中でスケール析出部２に接触しており、スケール析出部２が水中で除去部２１ａに摺動することにより、スケールＳを効率良く確実に剥離させることができる。
【００３７】
スケール析出部２と接触する除去部２１ａの接触面は、金属材料、またはシリコーン、ゴム材料等の軟質性の材料（弾性材料）で構成されていることが好ましい。また、除去部２１ａの接触面を金属材料で構成する場合、シボ加工（微細な凹凸加工）を施すことが好ましい。これらの構成によれば、スケール析出部２に付着したスケールＳを効率良く確実に剥離させることができる。
【００３８】
本実施形態では、実施の形態１の水処理装置１００が備える気泡保持部１４のような構成を設ける必要がないので、フィン１３を省略することができ、コストの低減が図れる。なお、本実施形態の水処理装置１２０に対する変形例として、螺旋フィン１２に代えて、ヒータ３の軸方向に垂直な円板状のフィンを複数設けることによってスケール析出部２を構成しても良い。この場合、除去部２１ａは、移動可能になっていなくて良い。
【００３９】
なお、上述した実施の形態５では、除去部材２１を貯水部１内に固定しているが、実施の形態２の浮き部材１９のような構成を設け、その浮き部材に除去部材２１を固定し、支持軸１５、ヒータ３、スケール析出部２および除去部材２１を水面に浮かせる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  貯水部、２  スケール析出部、３  ヒータ、４  水温センサ、
５  ヒータ温度センサ、６  水位センサ、７  給水口、８  排水口、９  給水配管、
１０  排水配管、１１  スケール捕集部、１２  螺旋フィン、１３  フィン、
１４  気泡保持部、１５  支持軸、１６  モータ、１８  気泡、１９  浮き部材、
２０  ガイド部、２１  除去部材、２１ａ  除去部、２１ｂ  支持部、５１  加湿装置、
５２  貯水タンク、５３  加湿部、６１  ヒートポンプ式給湯装置、６２  貯湯タンク、
６３  温水導入口、６４  低温水導出口、６５  ヒートポンプユニット、
６６  高温水導出口、６７  高温水導入口、６８  高温水導出口、６９  蛇口、
７０  浴槽、７１  熱交換器、１００，１１０，１２０  水処理装置、Ｓ  スケール、
Ｗ  水面
【図１】
2014001899.tif 000003
【図２】
2014001899.tif 000004
【図３】
2014001899.tif 000005
【図４】
2014001899.tif 000006
【図５】
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【図６】
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