(57)【要約】【課題】電気分解装置を備える温度調節水供給機において、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向を反転したときにスケール成分濃度の高い多くの水が容器外に流出するのを抑制する。【解決手段】温度調節水供給機１１は、水熱交換器２１と、複数の電極５１，５２によって容器４７内に一続きの蛇行流路が形成され、水熱交換器２１に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置４１と、蛇行流路における水の流れ方向を反転する反転機構８０と、反転機構８０を制御する制御部３２と、を備える。制御部３２は、蛇行流路において第１方向Ａに流れる水の通常流れを反転させて、第１方向Ａに水を流す時間よりも短い時間だけ第１方向Ａとは反対の第２方向Ｂに水を逆流させることによって蛇行流路の水を撹拌する撹拌制御を行い、その後、水の流れを第１方向Ａに戻す制御を行う。【選択図】図２
2014092340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱する水熱交換器（２１）と、
容器（４７）及び前記容器（４７）内に設けられた複数の電極（５１，５２）を有し、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に一続きの蛇行流路が形成され、前記水熱交換器（２１）に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置（４１）と、
前記蛇行流路における水の流れ方向を反転する反転機構（８０）と、
前記反転機構（８０）を制御する制御部（３２）と、を備え、
前記制御部（３２）は、前記蛇行流路において第１方向に流れる水の通常流れを反転させて、前記第１方向に水を流す時間よりも短い時間だけ前記第１方向とは反対の第２方向に水を逆流させることによって前記蛇行流路の水を撹拌する撹拌制御を行い、その後、水の流れを前記第１方向に戻す制御を行う温度調節水供給機。
【請求項２】
前記第２方向に水を逆流させる時間は、前記第１方向に水を流す時間の１／５以下である、請求項１に記載の温度調節水供給機。
【請求項３】
前記第２方向に水を逆流させる時間は５秒以下である、請求項１又は２に記載の温度調節水供給機。
【請求項４】
前記電気分解装置（４１）と前記水熱交換器（２１）との間にバッファ槽（９０）をさらに備え、
前記容器（４７）から流出する水が前記バッファ槽（９０）に流入してバッファ槽（９０）内の水と混合される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度調節水供給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解装置を備えるヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などの温度調節水供給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道水や地下水には、スケールの発生原因となるカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの成分（スケール成分）が含まれている。したがって、給湯機などの温度調節水供給機においては、カルシウム塩（例えば炭酸カルシウム）、マグネシウム塩などのスケールが析出することがある。温度調節水供給機の水熱交換器では水が加熱されて水の温度が高くなるので、特にスケールが析出しやすい。スケールが水熱交換器における管の内面に析出して堆積すると、水熱交換器の伝熱性能が低下する、管の流路が狭くなるなどの問題が生じることがある。
【０００３】
したがって、水熱交換器においてスケールが付着するのを抑制するために、水熱交換器よりも上流に設けられた電気分解装置において、水中のスケール成分を電気分解によって除去する技術が提案されている。前記電気分解装置は、水が出入りする一対の流通口（水入口及び水出口）を有する容器と、容器内に配置された電極対とを備える。電極対に電圧が印加された状態で水が水入口を通じて容器内に供給されると、電極対の陰極側において炭酸カルシウム等のスケールが析出する。これにより、水出口を通じて容器外に流出する水に含まれるスケール成分の濃度が低減される。
【０００４】
ところで、上記のような電気分解により水中のスケール成分を除去する方法においては、スケール成分除去効率、すなわち電気分解効率を向上させることが求められる。例えば特許文献１の図１１（Ａ），（Ｂ）には、電気分解装置の容器内の水の流れ方向を反転させる技術が提案されている。この技術では、容器内の水の流れ方向が反転すると、容器内において水入口側の領域のスケール成分の濃度と水出口側の領域のスケール成分の濃度との差（水の導電率の差）が小さくなるので、これらの領域における電気分解効率の差が小さくなる。その結果、電気分解装置全体として電気分解効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０７５９８２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、特許文献１の技術では、反転前に水入口として機能する流通口側の領域にある高硬度（高スケール成分濃度）の水は、反転後には水出口として機能する前記流通口を通じて容器外に流出する。
【０００７】
本発明の目的は、電気分解装置を備える温度調節水供給機において、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向を反転したときにスケール成分濃度の高い多くの水が容器外に流出するのを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の温度調節水供給機は、水を加熱する水熱交換器（２１）と、容器（４７）及び前記容器（４７）内に設けられた複数の電極（５１，５２）を有し、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に一続きの蛇行流路が形成され、前記水熱交換器（２１）に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置（４１）と、前記蛇行流路における水の流れ方向を反転する反転機構（８０）と、前記反転機構（８０）を制御する制御部（３２）と、を備える。前記制御部（３２）は、前記蛇行流路において第１方向に流れる水の通常流れを反転させて、前記第１方向に水を流す時間よりも短い時間だけ前記第１方向とは反対の第２方向に水を逆流させることによって前記蛇行流路の水を撹拌する撹拌制御を行い、その後、水の流れを前記第１方向に戻す制御を行う。
【０００９】
この構成では、制御部（３２）は、水が第１方向に流れる通常流れを反転させて上記した撹拌制御を行った後、通常流れに戻す制御を行う。前記撹拌制御では蛇行流路の水が撹拌されるので電気分解効率が向上し、しかも、前記撹拌制御において第２方向に水を逆流させる時間は、第１方向に水を流す通常流れの時間よりも短いので、水の流れ方向を反転することに起因してスケール成分濃度の高い多くの水が容器（４７）外に流出するのを抑制することができる。具体的には次の通りである。
【００１０】
第１方向に水を流す制御が継続して行われると、電極間の水流路において、陰極側の領域ではスケールの析出によってスケール成分の濃度が低下する。言い換えると、陰極側の領域のスケール成分濃度は、陽極側の領域のスケール成分濃度に比べて小さくなる。このため、スケールの析出が鈍化して、スケール成分除去効率（電気分解効率）が低下する。しかし、陽極側の領域にはスケール成分濃度の比較的高い水が存在する。
【００１１】
そこで、本構成では、撹拌制御を行うことによって陽極側の領域に存在する水と陰極側の領域に存在する水との混合を促進し、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差を小さくする。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌制御が実行される前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。
【００１２】
また、本構成では、水流路は一続きの蛇行流路であるので、この蛇行流路において短時間、水を逆流させるだけであっても、蛇行流路の全体において水が流動するので、蛇行流路の全体において水の撹拌効果が得られる。したがって、本構成では、撹拌制御において第２方向に水を逆流させる時間は、第１方向に水が流れる時間よりも短くてもよい。これにより、撹拌制御において水の流れを反転させている間に高硬度の水が容器（４７）外に流出する量を小さくすることができる。
【００１３】
以上のことから、本構成では、容器（４７）内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向を反転したときにスケール成分濃度の高い多くの水が容器（４７）外に流出するのを抑制することができる。その結果、水熱交換器（２１）においてスケールが析出するのを効果的に抑制することができる。
【００１４】
具体的に、前記温度調節水供給機において、前記第２方向に水を逆流させる時間は、前記第１方向に水を流す時間の１／５以下であるのが好ましい。撹拌制御において第２方向に水を逆流させる時間をこの程度の小さな値に設定することにより、スケール成分濃度の高い水が容器（４７）外に流出するのをより効果的に抑制することができる。
【００１５】
さらに具体的に、前記温度調節水供給機において、前記第２方向に水を逆流させる時間は５秒以下であるのが好ましい。撹拌制御において第２方向に水を逆流させる時間をこの程度の小さな値に設定することにより、スケール成分濃度の高い水が容器（４７）外に流出するのをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
前記温度調節水供給機において、前記電気分解装置（４１）と前記水熱交換器（２１）との間にバッファ槽（９０）をさらに備え、前記容器（４７）から流出する水が前記バッファ槽（９０）に流入してバッファ槽（９０）内の水と混合されるのが好ましい。
【００１７】
この構成では、スケール成分濃度の高い水が容器（４７）から流出したとしても、この水は、第１方向に流れる水の通常流れにおいて電気分解処理されてスケール成分濃度が低下した水とバッファ槽（９０）において混合され、希釈される。すなわち、バッファ槽（９０）から流出して水熱交換器（２１）に送られる水のスケール成分濃度は、撹拌制御において容器（４７）から流出し且つバッファ槽（９０）に流入する前の水のスケール成分濃度よりも低くなる。したがって、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器（２１）に送られるのを抑制する効果がさらに高められる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向を反転したときにスケール成分濃度の高い多くの水が容器外に流出するのを抑制することができる。
【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機を示す構成図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態に係るヒートポンプ給湯機に用いられる電気分解装置及び反転機構を示す断面図である。（Ａ）は、容器内の蛇行流路において水が順方向に流れる第１制御を示し、（Ｂ）は、容器内の蛇行流路において水が逆方向に流れる第２制御（撹拌制御）を示す。
【図３】第１制御、第２制御及び第１制御の順に水の流れ方向を反転させたときの前記蛇行流路におけるスケール成分の濃度分布を示す概略図である。
【図４】第１方向（順方向）に水が流れる時間と第２方向（逆方向）に水が流れる時間の比率を変えたときの平均出口硬度の変化を示すグラフである。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、前記電気分解装置及び前記反転機構の変形例１を示す断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、前記電気分解装置及び前記反転機構の変形例２を示す断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、前記電気分解装置及び前記反転機構の変形例３を示す断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、前記電気分解装置及び前記反転機構の変形例４を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯機に用いられる電気分解装置、反転機構及びバッファ槽を示す断面図である。
【図１０】前記電気分解装置を備えた冷却塔、燃焼式給湯機又は電気温水機の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る温度調節水供給機（温度調節された水を供給する装置）について図面を参照しながら説明する。温度調節水供給機としては、ヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などが例示できるが、以下では主にヒートポンプ給湯機について説明する。
【００２１】
＜ヒートポンプ給湯機＞
図１に示すように、第１実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１は、冷媒回路１０ａと、貯湯回路１０ｂとを備えている。冷媒回路１０ａは、圧縮機１９、水熱交換器２１、膨張機構としての電動膨張弁２３、空気熱交換器２５、及びこれらを接続する冷媒配管を含む。貯湯回路１０ｂは、タンク１５、ポンプ３１、電気分解装置４１、水熱交換器２１、及びこれらを接続する導水路２７，２９を含む。水熱交換器２１は、２つの流路を有し、一方の流路は、冷媒回路１０ａに含まれており、他方の流路は、貯湯回路１０ｂに含まれている。冷媒回路１０ａ及び貯湯回路１０ｂの運転は、制御部３２によって制御される。
【００２２】
圧縮機１９、水熱交換器２１、電動膨張弁２３及び空気熱交換器２５はヒートポンプユニット１３内に設けられている。タンク１５及びポンプ３１は、貯湯ユニット１７内に設けられている。導水路２７，２９は、タンク１５の水を水熱交換器２１に送る入水配管２７と、水熱交換器２１と熱交換して加熱された水をタンク１５に戻す出湯配管２９とを含む。
【００２３】
ポンプ３１は、貯湯回路１０ｂにおいて水を送るためのものであり、本実施形態では入水配管２７に設けられているが、ポンプ３１の配設位置はこれに限定されない。ポンプ３１の運転により、タンク１５内の水は、タンク１５の下部から流出し、入水配管２７、水熱交換器２１および出湯配管２９の順に送られて、タンク１５の上部に戻る。
【００２４】
本実施形態では、冷媒回路１０ａを循環する冷媒として二酸化炭素を用いているが、これに限定されない。冷媒回路１０ａを循環する冷媒は、水熱交換器２１において貯湯回路１０ｂを循環する水と熱交換してこの水を加熱し、空気熱交換器２５において外気と熱交換して外気から熱を吸収する。
【００２５】
タンク１５には給水配管３７と給湯配管３５とが接続されている。給湯配管３５は、タンク１５の上部に接続されている。この給湯配管３５は、タンク１５内に貯留された高温の水を取り出して浴槽などへ給湯するために設けられている。給水配管３７は、タンク１５の底部に接続されている。この給水配管３７は、給水源からタンク１５内に低温の水を給水するために設けられている。タンク１５へ水を給水する給水源としては、例えば水道水や、井戸水などの地下水を利用することができる。本実施形態の給湯機１１は、給湯配管３５から給湯された水をタンク１５に戻さない一過式の給湯機であるが、これに限定されない。
【００２６】
電気分解装置４１は、水熱交換器２１に送る水に含まれるスケール成分を除去する機能を有する。電気分解装置４１は、入水配管２７における水熱交換器２１よりも上流側の位置で且つポンプ３１の下流側の位置に設けられている。入水配管２７は、電気分解装置４１よりも上流側の上流側配管２７Ａと、電気分解装置４１よりも下流側の下流側配管２７Ｂとを含む。電気分解装置４１の詳細については後述する。
【００２７】
制御部３２は、中央演算処理装置３３やメモリ３４などを有する例えばマイクロコンピュータによって構成されている。メモリ３４には、タンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転のスケジュールなどが記憶されており、制御部３２は、そのスケジュールに基づいて沸上げ運転を実行する。なお、沸上げ運転は、スケジュールされた時期以外の時期においても必要に応じて実行される場合もある。沸上げ運転は、例えば水使用量の少ない夜間の時間帯、電気料金が低い時間帯などに実行されるようにスケジュールされているのが好ましいが、これに限定されない。また、メモリ３４には、後述する反転機構８０（図２（Ａ）参照）の制御条件などが記憶されており、制御部３２は、その制御条件に基づいて反転機構８０を制御する。反転機構８０の詳細については後述する。
【００２８】
本実施形態のヒートポンプ給湯機１１は、一過式の給湯機である。この一過式の給湯機１１では、給湯配管３５から給湯された水（湯）は、ユーザーによって使用され、タンク１５には戻らない。したがって、タンク１５から給湯配管３５を通じて給湯された水量とほぼ同じ量の水が給水源から給水配管３７を通じてタンク１５に給水される。すなわち、タンク１５には、水道水や井戸水などの給水源からスケール成分を含む水がタンク１５に補充される頻度が高く、補充される量も多い。したがって、一過式のヒートポンプ給湯機の場合には、循環式の冷却水循環装置や循環式の給湯機に比べて、効率よくスケール成分を除去する必要がある。
【００２９】
次に、ヒートポンプ給湯機１１の動作について説明する。タンク１５内の水を沸上げる沸上げ運転では、制御部３２は、ヒートポンプユニット１３の圧縮機１９を駆動させ、電動膨張弁２３の開度を調節するとともに、貯湯ユニット１７のポンプ３１を駆動させる。これにより、図１に示すように、タンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の低温の水が入水配管２７を通じて水熱交換器２１に送られ、水熱交換器２１において加熱される。加熱された高温の水は出湯配管２９を通じてタンク１５の上部に設けられた入水口からタンク１５内に戻される。これにより、タンク１５内には、その上部から順に高温の水が貯湯される。
【００３０】
＜電気分解装置及び反転機構＞
次に、電気分解装置４１及び反転機構８０の一例について具体的に説明するが、電気分解装置４１及び反転機構８０は、以下の実施形態に限定されない。図２（Ａ）は、第１実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１に用いられる電気分解装置４１及び反転機構８０を示す断面図である。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、電気分解装置４１は、容器４７と、容器４７内に設けられた複数の電極５１，５２とを有する。容器４７内には、複数の電極５１，５２によって一続きの蛇行流路が形成されている。容器４７は、水の出入口である第１流通口４３と、水の出入口である第２流通口４５とを有する。
【００３２】
本実施形態では、容器４７は略直方体形状を有するが、これに限定されない。容器４７の壁部は、水が流れる水流空間を形成している。容器４７は、互いに対向する第１壁部４７１及び第２壁部４７２を有する。また、容器４７は、第１壁部４７１と第２壁部４７２をつなぐ第３壁部４７３及び第４壁部４７４を有する。容器４７の第１流通口４３は、第１壁部４７１に設けられており、第２流通口４５は、第２壁部４７２に設けられているが、これに限定されない。流通口４３，４５は、第３壁部４７３や第４壁部４７４に設けられていてもよい。第１流通口４３にはタンク１５（図１参照）側に位置する入水配管２７（上流側配管２７Ａ）が接続されており、第２流通口４５には水熱交換器２１側に位置する入水配管２７（下流側配管２７Ｂ）が接続されている。
【００３３】
複数の電極５１，５２は、複数の第１電極５１と複数の第２電極５２とを含む。複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、第１電極５１と第２電極５２が交互に配置されるように、一方向（電極の厚さ方向）に配列されている。本実施形態では、複数の第１電極５１は、第３壁部４７３から第４壁部４７４側に向かって延びており、複数の第２電極５２は、第４壁部４７４から第３壁部４７３側に向かって延びている。本実施形態では、各電極は、第１壁部４７１に平行な姿勢で配置されているが、これに限定されない。
【００３４】
隣り合う電極５１，５２は、電極対４９を構成している。電極対４９の一方の電極が陽極として機能し、他方の電極が陰極として機能するように、複数の電極５１，５２が図略の電源に接続されている。電源としては、例えば直流電源が用いられる。本実施形態では、複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、電源に対して並列に接続されているが、これに限定されない。
【００３５】
各電極は、耐食性に優れた材料により形成されている。各電極を主に構成する材料としては、白金、チタンなどが例示できる。具体的には次の通りである。例えば、各電極は、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成されているのが好ましい。具体的に、各電極の全体が白金を主成分とする材料（白金、白金合金などの材料）により形成されている形態が例示できる。また、各電極が、白金よりもイオン化傾向の大きい材料（すなわち、水中において白金よりも酸化されやすい材料）により形成された電極本体と、この電極本体の表面に白金を主成分とする材料（白金、白金合金などの材料）により形成されたコーティング層とを有する形態が例示できる。電極本体の材料としては、例えばチタンを主成分とする材料（チタン、チタン合金などの材料）などが例示できる。また、水中において白金よりも酸化されやすいものの比較的耐食性に優れた材料として例えばチタンを主成分とする材料（チタン、チタン合金などの材料）などによって各電極が形成されていてもよい。
【００３６】
各電極の形状としては、例えば板形状、棒形状などの種々の形状を採用することができるが、本実施形態では板形状を採用している。これにより、各電極の表面積を大きくすることができる。また、本実施形態では、複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、互いに平行な姿勢で配置されており、電極の厚さ方向に互いに間隔をあけて配列されている。電極同士の隙間は、水が流れる流路として機能する。本実施形態では、容器４７内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路が形成されるように複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２が配置されている。
【００３７】
反転機構８０は、容器４７内の蛇行流路における水の流れ方向を反転する。反転機構８０は、貯湯回路１０ｂに含まれる。反転機構８０は、制御部３２により制御される。本実施形態では、反転機構８０は、複数の配管と、複数の弁とを含む。具体的に、図２（Ａ）に示す実施形態では、反転機構８０の複数の配管は、第１分岐管８１と、第２分岐管８２とを含み、反転機構８０の複数の弁は、第１三方弁８３と、第２三方弁８４とを含む。
【００３８】
第１三方弁８３は、入水配管２７の上流側配管２７Ａに設けられており、第２三方弁８４は、入水配管２７の下流側配管２７Ｂに設けられている。第１分岐管８１の一端８１ａは、第１三方弁８３に接続されており、第１分岐管８１の他端８１ｂは、下流側配管２７Ｂに接続されている。第２分岐管８２の一端８２ａは、上流側配管２７Ａに接続されており、第２分岐管８２の他端８２ｂは、第２三方弁８４に接続されている。具体的に、本実施形態では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、第２三方弁８４と第２流通口４５との間の下流側配管２７Ｂに接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、第１三方弁８３と第１流通口４３との間の上流側配管２７Ａに接続されている。
【００３９】
タンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転時には、電気分解装置４１の電極対４９に電圧が印加される。電気分解装置４１の電気分解条件としては、電極対４９に予め定められた電流値の電流を流す条件、電極対４９に予め定められた電圧が印加される条件、これらの条件を組み合わせた条件などが例示できるが、これらに限定されない。
【００４０】
沸上げ運転時には、第１流通口４３及び第２流通口４５の一方から容器４７内に流入した水が第１流通口４３及び第２流通口４５の他方から容器４７外に流出するまでの間に、水に含まれるスケール成分が電極対４９の陰極にスケールとして析出する。これにより、電気分解装置４１においてスケール成分濃度が低減された水を水熱交換器２１に送ることができる。
【００４１】
＜通常制御及び撹拌制御＞
次に、電気分解装置４１における通常制御（第１制御）と撹拌制御（第２制御）について説明する。本実施形態では、沸上げ運転において、制御部３２は、通常制御と通常制御との間に一時的に撹拌制御を実行する。通常制御では、容器４７内の蛇行流路において順方向（第１方向）に水を流し、撹拌制御では、蛇行流路において順方向とは反対の逆方向（第２方向）に通常制御よりも短い時間だけ水を流す。本実施形態では、通常制御及び撹拌制御において、電極対４９に電圧が印加されて電気分解処理が継続して行われる。
【００４２】
図２（Ａ）は、通常制御における水の流れを示しており、図２（Ｂ）は、撹拌制御における水の流れを示している。通常制御では、水は、図２（Ａ）において矢印Ａで示す方向に流れ、容器４７内の蛇行流路においては蛇行しながら順方向Ａに流れる。図２（Ａ）では、水の流れが理解しやすいように、通常制御時に水が流れる部位を実線で描いており、水が流れない部位を破線で描いている。撹拌制御では、水は、図２（Ｂ）において矢印Ｂで示す方向に流れ、容器４７内の蛇行流路においては蛇行しながら逆方向Ｂに流れる。図２（Ｂ）では、水の流れが理解しやすいように、撹拌制御時に水が流れる部位を実線で描いており、水が流れない部位を破線で描いている。
【００４３】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御部３２は、蛇行流路において順方向Ａに流れる水の通常流れを反転させて、順方向Ａに水を流す時間よりも短い時間だけ順方向Ａとは反対の逆方向Ｂに水を逆流させることによって蛇行流路の水を撹拌する撹拌制御を行い、その後、水の流れを順方向Ａに戻す制御を実行する。制御部３２は、三方弁８３，８４を制御して順方向Ａと逆方向Ｂの切り換えを行う。
【００４４】
具体的に、通常制御では、三方弁８３，８４が所定の状態に設定されることにより、図２（Ａ）に示すように、上流側配管２７Ａを流れる水は、三方弁８３においてそのまま上流側配管２７Ａに導かれ、第１流通口４３を通じて容器４７内に流入する。容器４７内に流入した水は、一続きの蛇行流路を第２流通口４５側に向かって流れ、第２流通口４５から容器４７外に流出する。容器４７外に流出した水は、下流側配管２７Ｂを流れて三方弁８４に至り、三方弁８４においてそのまま下流側配管２７Ｂに導かれ、水熱交換器２１に送られる。
【００４５】
一方、撹拌制御では、三方弁８３，８４が所定の状態に設定されることにより、図２（Ｂ）に示すように、上流側配管２７Ａを流れる水は、三方弁８３において第１分岐管８１に導かれ、この第１分岐管８１及び下流側配管２７Ｂを流れ、第２流通口４５を通じて容器４７内に流入する。容器４７内に流入した水は、一続きの蛇行流路を第１流通口４３側に向かって流れる。第１流通口４３側の水の一部は、押し出されるようにして第１流通口４３から容器４７外に流出する。ただし、本実施形態では、撹拌制御の時間が短時間に設定されるため、第１流通口４３から容器４７外に流出する水の量は少ない。容器４７外に流出した水は、上流側配管２７Ａ及び第２分岐管８２を流れて三方弁８４に至り、三方弁８４において下流側配管２７Ｂに導かれ、水熱交換器２１に送られる。
【００４６】
図３は、水の流れ方向を反転させたときの蛇行流路におけるスケール成分の濃度分布を示す概略図である。図３における上段の図は、通常制御がある程度継続して実行された状態を示し、図３における中段の図は、撹拌制御が実行されているときの状態を示し、図３における下段の図は、撹拌制御から通常制御に戻された状態を示している。
【００４７】
図３の上段図に示すように、順方向Ａに水を流す通常制御がある程度継続して行われると、電極５１，５２間の水流路において、陰極側（図３では電極５１側）の領域ではスケールの析出によってスケール成分の濃度が低下し、陰極側の領域のスケール成分濃度は、陽極側（図３では電極５２側）の領域のスケール成分濃度に比べて小さくなる。このため、スケールの析出が鈍化して、スケール成分除去効率（電気分解効率）が低下する。しかし、陽極側の領域にはスケール成分濃度の比較的高い水が存在する。
【００４８】
そこで、本実施形態では、図３における中段図に示すように、水の流れを順方向Ａから逆方向Ｂに短時間だけ反転させる撹拌制御を行う。このような撹拌制御が行われることにより、陽極側の領域に存在する水と陰極側の領域に存在する水との混合が促進され、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差が小さくなる。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌制御が実行される前に比べて高くなる。この撹拌制御は、蛇行流路において、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差を小さくする。しかも、水流路は一続きの蛇行流路であるので、撹拌制御が数秒程度（例えば１０秒以下）実行されるだけであっても蛇行流路の全体において水が流動して蛇行流路の全体において水の撹拌効果が得られる。
【００４９】
ついで、本実施形態では、図３における下段図に示すように、撹拌制御から通常制御に戻される。撹拌制御から通常制御に戻されるときにも水の流れが反転する。したがって、この反転時においても陽極側の領域に存在する水と陰極側の領域に存在する水との混合が促進され、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差がさらに小さくなる。この通常制御では、上述した撹拌制御によって陰極側の領域のスケール成分濃度が高められており、また、撹拌制御から通常制御に戻されることによっても陰極側の領域のスケール成分濃度が高められている。したがって、この通常制御では、比較的高いスケール成分除去効率が得られる。
【００５０】
なお、図３における下段図に示す通常制御がある程度継続して実行されると、再び図３における上段図に示すような濃度分布となるので、上述した撹拌制御が再び実行される。このようにして通常制御と通常制御との間に撹拌制御が周期的に実行される。通常制御と撹拌制御は、交互に実行される。ただし、撹拌制御が実行される間隔、すなわち撹拌制御が終了してから次の撹拌制御が開始されるまでの時間は、必ずしも一定でなくてもよい。
【００５１】
図４は、順方向Ａに水が流れる時間と逆方向Ｂに水が流れる時間の比率を変えたときの平均出口硬度の変化を示すグラフである。図４の横軸は、順方向Ａに水が流れる時間と逆方向Ｂに水が流れる時間の比率を示している。例えば、横軸の目盛りが「１０」のときには、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比（順方向Ａの時間：逆方向Ｂの時間）が１０：１である。
【００５２】
図４の縦軸は、平均出口硬度（ｍｇ／Ｌ）を示している。例えば、タンク１５から容器４７に供給される水、すなわち電気分解処理される前の水の硬度（スケール成分濃度）が１００ｍｇ／Ｌであり、通常制御において容器４７から流出する水、すなわち電気分解処理された後の水の硬度が２０ｍｇ／Ｌである場合、平均出口硬度は、おおよそ次のようにして求めることができる。
【００５３】
平均出口硬度は、１回の通常制御と１回の撹拌制御の組み合わせを１サイクルとしたときに、１サイクルあたりに容器４７から流出する水の硬度の時間平均値である。すなわち、例えば順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が「５」のとき（順方向Ａの時間：逆方向Ｂの時間＝５：１）、平均出口硬度Ｈは、「Ｈ＝（５×２０＋１×１００）／（５＋１）」の計算式によって求められる「３３．３」という値になる。したがって、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が「５」のときには、１サイクルあたりに容器４７から流出する水の硬度は、電気分解処理される前の水の硬度の約１／３まで低減される。
【００５４】
図４に示すデータから導き出される撹拌制御の好ましい条件は次の通りである。まず、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間の上限について説明する。
【００５５】
１サイクルあたりに容器４７から流出する水の硬度を、電気分解処理される前の水の硬度の約１／３まで低減することができるという点で、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が５以上に設定されるのが好ましい。言い換えると、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間は、通常制御において順方向Ａに水を流す時間の１／５以下の短い時間に設定されるのが好ましい。
【００５６】
また、１サイクルあたりに容器４７から流出する水の硬度を、電気分解処理される前の水の硬度の１／４以下に低減するには、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率を１４以上に設定すればよい。したがって、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間は、通常制御において順方向Ａに水を流す時間の１／１４以下の短い時間に設定されるのがより好ましい。
【００５７】
なお、逆方向Ｂに水を流す時間の絶対値が長くなると、容器４７から流出する水の硬度が徐々に低くなるので、平均出口硬度は図４で示される値よりも低くなる。ただし、図３の中段図において、陰極側の領域のスケール成分濃度が低下し、スケール成分除去効果が減少する。
【００５８】
このため、逆方向Ｂに水を流す時間のより具体的な範囲としては、５秒以下であるのが好ましく、３秒以下であるのがより好ましい。また、逆方向Ｂに水を流す時間は、１秒以上であるのが好ましい。
【００５９】
次に、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間の下限について説明する。図４に示すように、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が３０を超える領域では、グラフの曲線の傾きがほとんど水平に近い状態となっている。また、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が大きくなるほど、撹拌時間の頻度が少なくなるので、電気分解効率の向上効果が小さくなる。これらの観点から、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率は３０以下に設定されるのが好ましい。言い換えると、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間は、通常制御において順方向Ａに水を流す時間の１／３０以上の時間に設定されるのが好ましい。
【００６０】
また、電気分解効率の向上効果をさらに高める観点で、撹拌制御において逆方向Ｂに水を流す時間は、通常制御において順方向Ａに水を流す時間の１／２０以上の時間に設定されるのが好ましい。
【００６１】
順方向Ａに水を流す時間の下限値は、特に限定されないが、一例を挙げると次のようになる。順方向Ａに水を流す時間は、例えば１５秒以上に設定することができる。また、順方向Ａに水を流す時間は、３０秒以上に設定してもよく、６０秒以上に設定してもよい。
【００６２】
順方向Ａに水を流す時間の上限値は、特に限定されないが、一例を挙げると次のようになる。
【００６３】
また、順方向Ａに水を流す時間（上限値）は、例えば１５０秒以下に設定することができるが、これに限定されない。これにより、陰極近傍のスケール成分濃度が高い状態に保たれ、スケール成分除去効率の向上効果をより高めることができる。
【００６４】
順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の具体的な組み合わせの一例としては、例えば順方向Ａの時間が３０秒であり、逆方向Ｂの時間が３秒である場合が挙げられるが、これに限定されない。
【００６５】
これに対し、例えば順方向Ａに水を流す時間と逆方向Ｂに水を流す時間とが同じ値に設定される参考例に係る制御では、順方向Ａの時間と逆方向Ｂの時間の比率が「１」であり（順方向Ａの時間：逆方向Ｂの時間＝１：１）、計算上は、平均出口硬度Ｈは「６０」となる。したがって、参考例では、１サイクルあたりに容器４７から流出する水の硬度は、電気分解処理される前の水の硬度の６０％程度までしか低減されないことになる。ただし、前述の通り、逆方向Ｂに水を流す時間が長くなると、容器４７から流出する水の硬度が徐々に低くなるので、実際にはこの限りではない。
【００６６】
＜変形例１＞
図５（Ａ），（Ｂ）は、電気分解装置４１及び反転機構８０の変形例１を示す断面図である。この変形例１は、反転機構８０の分岐管８１，８２の接続箇所が図２（Ａ）に示す実施形態と異なっており、他の構成については図２（Ａ）に示す実施形態と同様である。
【００６７】
図５（Ａ）に示す変形例１では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、容器４７に設けられた流通口４４に接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、容器４７に設けられた流通口４２に接続されている。この変形例１では、図２（Ａ）に示す実施形態と比較して、第１分岐管８１の他端８１ｂ及び第２分岐管８２の一端８２ａの接続先の選択肢が広がるというメリットがある。図例では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、第２壁部４７２に設けられた流通口４４に接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、第１壁部４７１に設けられた流通口４２に接続されているが、これらに限定されず、容器４７の他の部位に接続されていてもよい。
【００６８】
＜変形例２＞
図６（Ａ），（Ｂ）は、電気分解装置４１及び反転機構８０の変形例２を示す断面図である。この変形例２は、反転機構８０の複数の弁として開閉弁８５，８６，８７，８８が用いられている点で図２（Ａ）に示す実施形態と異なっており、他の構成については図２（Ａ）に示す実施形態と同様である。
【００６９】
図６（Ａ）に示す変形例２では、第１開閉弁８５は、上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、入水配管２７の下流側配管２７Ｂに設けられている。また、第３開閉弁８７は、第１分岐管８１に設けられており、第４開閉弁８８は、第２分岐管８２に設けられている。具体的に、変形例２では、第１開閉弁８５は、第１分岐管８１の一端８１ａと第２分岐管８２の一端８２ａとの間の上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、第１分岐管８１の他端８１ｂと第２分岐管８２の他端８２ｂとの間の下流側配管２７Ｂに設けられている。
【００７０】
この変形例２では、図２（Ａ）における三方弁８３，８４に代えて、一方向の流路の開閉を行う開閉弁８５〜８８が採用されている。開閉弁８５の単価が三方弁８３の単価に比べて十分低い場合には、変形例２は、図２（Ａ）に示す実施形態に比べてコスト面でメリットがある。
【００７１】
＜変形例３＞
図７（Ａ），（Ｂ）は、電気分解装置４１及び反転機構８０の変形例３を示す断面図である。この変形例３は、反転機構８０の複数の弁として開閉弁８５，８６，８７，８８が用いられている点で図５（Ａ），（Ｂ）に示す変形例１と異なっており、他の構成については図２（Ａ）に示す実施形態及び図５（Ａ）に示す変形例１と同様である。
【００７２】
図７（Ａ）に示す変形例３では、第１開閉弁８５は、上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、入水配管２７の下流側配管２７Ｂに設けられている。また、第３開閉弁８７は、第１分岐管８１に設けられており、第４開閉弁８８は、第２分岐管８２に設けられている。具体的に、変形例３では、第１開閉弁８５は、第１分岐管８１の一端８１ａと流通口４３との間の上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、第２分岐管８２の他端８２ｂと流通口４５との間の下流側配管２７Ｂに設けられている。
【００７３】
開閉弁８５の単価が三方弁８３の単価に比べて十分低い場合には、変形例３は、図５（Ａ）に示す実施形態に比べてコスト面でメリットがある。
【００７４】
＜変形例４＞
図８（Ａ），（Ｂ）は、電気分解装置４１及び反転機構８０の変形例４を示す断面図である。この変形例４は、反転機構８０の分岐管８２の接続箇所が図２（Ａ）に示す実施形態と異なっており、他の構成については図２（Ａ）に示す実施形態と同様である。
【００７５】
図８（Ａ）に示す変形例４では、第２分岐管８２の一端８２ａは、容器４７に設けられた流通口４６に接続されている。流通口４６は、図８（Ｂ）に示す撹拌制御における容器４７内の蛇行流路を流れる水の方向Ｂ（逆方向Ｂ）において、第１流通口４３よりも上流側に位置している。流通口４６は、蛇行流路の途中に設けられている。流通口４６は、蛇行流路において流れ方向が折り返される部分における容器４７の壁部に設けられている。図例では、流通口４６は、第３壁部４７３に設けられているが、これに限定されない。流通口４６は、撹拌制御時における蛇行流路において、その流路長の中央よりも下流側に設けられている。
【００７６】
変形例４では、図２（Ｂ）に示す実施形態に比べて、撹拌制御のときに容器４７から流出する水の硬度が低くなるので、水熱交換器２１においてスケールが析出するのをさらに抑制できる。
【００７７】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１に用いられる電気分解装置４１、反転機構８０及びバッファ槽９０を示す断面図である。第２実施形態は、バッファ槽９０を備える点で第１実施形態と異なっており、他の構成については第１実施形態と同様である。
【００７８】
第２実施形態では、容器４７から流出する水がバッファ槽９０に流入してバッファ槽９０内の水と混合される。バッファ槽９０に流入した水は、バッファ槽９０において一時的に貯留される。したがって、第２実施形態では、スケール成分濃度の高い水が容器４７から流出したとしても、この水は、順方向Ａに流れる水の通常流れにおいて電気分解処理されてスケール成分濃度が低下した水とバッファ槽９０において混合され、希釈される。すなわち、バッファ槽９０から流出して水熱交換器２１に送られる水のスケール成分濃度は、撹拌制御において容器４７から流出し且つバッファ槽９０に流入する前の水のスケール成分濃度よりも低くなる。したがって、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器２１に送られるのを抑制する効果がさらに高められる。
【００７９】
図９に示すように、バッファ槽９０は、撹拌制御において容器４７から流出する水を希釈する効果を高める観点で大きな容積を有するのが好ましい。バッファ槽９０は、少なくとも下流側配管２７Ｂの流路断面積よりも大きな断面積を有する。
【００８０】
バッファ槽９０は、下流側配管２７Ｂに設けられている。バッファ槽９０は、下流側配管２７Ｂから水が流入する水入口９１と、希釈された水がバッファ槽９０から流出する水出口９２とを有する。仮に、水出口９２の位置が水入口９１の位置よりも低い場合には、バッファ槽９０が空の状態又は空に近い状態で撹拌制御において容器４７から流出した水がバッファ槽９０に流入すると、その水があまり希釈されずにバッファ槽９０から流出することになる。よって、水入口９１の位置は、水出口９２の位置よりも低いのが好ましい。
【００８１】
また、上記と同様の観点で、水入口９１と水出口９２とは高さ方向にできるだけ離れているのが好ましい。図９（Ａ），（Ｂ）に示す第２実施形態では、水入口９１は、バッファ槽９０の高さ方向の中央よりも下方にあり、水出口９２は、バッファ槽９０の高さ方向の中央よりも上方にある。より具体的には、水入口９１は、バッファ槽９０の上端に近い位置（例えば高さ寸法の３／４以上の位置）にあり、水出口９２は、バッファ槽９０の下端に近い位置（例えば高さ寸法の１／４以下の位置）にある。
【００８２】
なお、バッファ槽９０は、変形例１〜変形例４に示す電気分解装置４１及び反転機構８０を備えるヒートポンプ給湯機１１に設けられていてもよい。
【００８３】
＜実施形態のまとめ＞
以上説明したように、第１実施形態及び第２実施形態では、制御部３２は、水が順方向Ａに流れる通常流れを反転させて上記した撹拌制御を行った後、通常流れに戻す制御を行う。撹拌制御では蛇行流路の水が撹拌されるので電気分解効率が向上し、しかも、撹拌制御において逆方向Ｂに水を逆流させる時間は、順方向Ａに水を流す通常流れの時間よりも短いので、水の流れ方向を反転することに起因してスケール成分濃度の高い多くの水が容器４７外に流出するのを抑制することができる。
【００８４】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、撹拌制御を行うことによって陽極側の領域に存在する水と陰極側の領域に存在する水との混合を促進し、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差を小さくする。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌制御が実行される前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。
【００８５】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、水流路は一続きの蛇行流路であるので、この蛇行流路において短時間、水を逆流させるだけであっても、蛇行流路の全体において水が流動するので、蛇行流路の全体において水の撹拌効果が得られる。したがって、本構成では、撹拌制御において第２方向に水を逆流させる時間は、第１方向に水が流れる時間よりも短くてもよい。これにより、撹拌制御において水の流れを反転させている間に高硬度の水が容器４７外に流出する量を小さくすることができる。
【００８６】
また、第２実施形態では、電気分解装置４１と水熱交換器２１との間にバッファ槽９０をさらに備え、容器４７から流出する水がバッファ槽９０に流入してバッファ槽９０内の水と混合される。したがって、スケール成分濃度の高い水が容器４７から流出したとしても、この水は、順方向Ａに流れる水の通常流れにおいて電気分解処理されてスケール成分濃度が低下した水とバッファ槽９０において混合され、希釈される。すなわち、バッファ槽９０から流出して水熱交換器２１に送られる水のスケール成分濃度は、撹拌制御において容器４７から流出し且つバッファ槽９０に流入する前の水のスケール成分濃度よりも低くなる。したがって、スケール成分濃度の高い水が水熱交換器２１に送られるのを抑制する効果がさらに高められる。
【００８７】
＜他の変形例＞
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
【００８８】
前記実施形態では、複数の電極５１，５２が容器４７内において上下方向に蛇行する蛇行流路を形成している場合を例示したが、これに限定されない。例えば、複数の電極５１，５２が容器４７内において水平方向などの他の方向に蛇行する蛇行流路を形成する形態であってもよい。
【００８９】
前記実施形態では、ヒートポンプ給湯機１１の水の流路において、ポンプ３１よりも下流側で水熱交換器２１よりも上流側に位置する入水配管２７に電気分解装置４１を設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電気分解装置４１は、水の流路において水熱交換器２１よりも上流側に設けられていればよい。具体的に、電気分解装置４１は、例えばポンプ３１よりも上流側の入水配管２７に設けられていてもよく、また、給水源からタンク１５に水を供給する給水配管３７に設けられていてもよい。
【００９０】
前記実施形態では、容器４７が略直方体の形状を有している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。容器４７は、直方体以外の角柱形状であってもよく、円柱形状であってもよい。
【００９１】
また、前記実施形態では、一過式の給湯機を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明は、例えば給湯配管３５から給湯された水（湯）の一部が再びタンク１５に戻されるタイプの給湯機にも適用することができる。
【００９２】
また、前記実施形態では、温度調節水供給機がヒートポンプ給湯機１１である場合を例示したが、これに限定されない。温度調節水供給機としては、スケール成分を除去する必要がある他の用途、例えばヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などにも適用することができる。
【００９３】
前記ヒートポンプ温水暖房機では、例えば図１に示す構成図において、タンク１５内に貯留された高温の水が暖房用途などに用いられる。
【００９４】
前記燃焼式の給湯機は、図１０に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、電気分解装置４１よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。燃焼式の給湯機では、水熱交換器２１Ａにおいて燃料用のガスなどを燃焼させることにより得られる熱エネルギーを用いて水が加熱される。
【００９５】
また、前記電気温水機は、図１０に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、電気分解装置４１よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。前記電気温水機では、水熱交換器２１Ａにおいて電気エネルギーを用いて水が加熱される。
【００９６】
前記冷却塔は、例えば図１０に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、電気分解装置４１よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。前記冷却塔では、水熱交換器２１Ａにおいて、他の装置で発生した熱を搬送してきた流体と熱交換することにより水が加熱される。
【符号の説明】
【００９７】
１１  ヒートポンプ給湯機
１５  タンク
１９  圧縮機
２１  水熱交換器
２７  入水配管
２９  出湯配管
３１  ポンプ
３２  制御部
４１  電気分解装置
４３  第１流通口
４５  第２流通口
４７  容器
４９  電極対
５１，５２  電極
８０  反転機構
９０  バッファ槽
【図１】
2014092340.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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