(57)【要約】【課題】各種成分が含まれる水道水を給水配管から温水生成器に供給すると、この成分が析出したスケールが給水配管や温水生成器の水流通部に付着することがあった。【解決手段】温水生成装置は、水道水を加熱して温水を生成する温水生成器１３と、温水生成器に接続されシリカを含む水道水を供給する給水配管２０及び温水生成器に接続され温水を貯湯タンクに排水する排水配管３１と、給水配管の少なくとも一部に配置され２価の金属から成りシリカと２価の金属とが反応したスケール５０が付着し易い配管部２５と、から成る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道水からシリカを除去する方法であって、
シリカを含む水道水を、少なくとも一部が２価の金属を含む配管（２０）を流通させ、該シリカと該２価の金属との反応物であるスケール（５０）を該配管の一部に付着させることを特徴とするシリカの除去方法。
【請求項２】
前記配管は温水生成器に接続された給水配管であり、該配管の一部は管形状である請求項１に記載のシリカの除去方法。
【請求項３】
前記２価の金属は亜鉛、鉄、すず、鉛、マグネシウム又はアルミニウムである請求項１に記載のシリカの除去方法。
【請求項４】
スケールの温水生成器への付着を防止する方法であって、
シリカを含む水道水を温水生成器（１３）に供給する前に２価の金属と反応させてスケール（５０）を形成し、該２価の金属及び／又は該温水生成器の材質を、該スケールが温水生成器に付着し難い組み合わせとしたことを特徴とするスケールの付着防止方法。
【請求項５】
前記温水生成器（１３）の水流通部（１７）は銅板又は銅メッキされた金属板から成る請求項４に記載のスケールの付着防止方法。
【請求項６】
前記２価の金属は亜鉛、鉄、すず、鉛、マグネシウム又はアルミニウムである請求項４に記載のスケールの付着防止方法。
【請求項７】
水道水を加熱して温水を生成する温水生成器（１３）と、
前記温水生成器に接続されシリカを含む水道水を供給する給水配管（２０）、及び該温水生成器に接続され温水を排水する排水配管（３１）と、
前記給水配管の少なくとも一部に配置され２価の金属を含み又は２価の金属がメッキされ、前記シリカと前記２価の金属との反応物であるスケール（５０）が付着し易いスケール除去用配管部（２５）とを備えることを特徴とする温水生成装置。
【請求項８】
前記温水生成器（１３）は、水道水が流通する水流通部（１７）と冷媒が流通する冷媒流通部（３３）とを有し、水道水と冷媒との間で熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器である請求項７に記載の温水生成装置。
【請求項９】
前記水流通部は銅板又は銅メッキされた金属板から成る請求項８に記載の温水生成装置。
【請求項１０】
前記スケール除去用配管部の２価の金属は亜鉛、鉄、すず、鉛、マグネシウム又はアルミニウムである請求項７に記載の温水生成装置。
【請求項１１】
前記スケール除去用配管と前記温水生成器との間に、銅管又は銅メッキされた配管部（２３）が配置されている請求項７に記載の温水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水からシリカを除去する方法、スケールの温水生成器への付着を防止する方法、及びこれらの方法を実行する温水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水や地下水（以下「水道水」と言う）には地形や地質に応じて種々の成分が含まれ、その一例としてカルシウムやマグネシウムが挙げられる。水道水を加熱して温水として利用するときはこれらの含有成分が問題になることがある。給湯器等で水道水を長期間にわたり加熱していると、水道水に含まれるカルシウム等の成分がスケールとして析出するからである。
【０００３】
析出したスケールは、給湯器の水冷媒熱交換器に接続された給水配管及び排水配管の断面積が狭い部分や、熱交換器の水流通部の断面積が狭い部分に付着し、堆積する。その結果、これら断面積が狭い部分に目詰まりが発生することがある。
【０００４】
これを考慮して、従来のヒートポンプ式給湯機（特許文献１参照）では、水側流路中に析出したスケールのつまりを検知する手段を設け、つまりが検知されたときは水道水を水側流路内で循環させる水ポンプの出力を大きくしている。
【特許文献１】特開２００４−１４４４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例は、以下の点で改良の余地がある。第１に、水ポンプの出力を大きくして循環水量を増加させるだけでスケールが除去できるかどうか、疑問なしとは言えない。また、つまりの検知手段の配置等によりコストが上昇する。
【０００６】
第２に、地形や地質によっては、酸化ケイ素（ＳｉＯ又はＳｉＯ2、以下「シリカ」という）が水道水中に比較的多く含まれることがある。シリカは水温が高くなるにつれて析出し易く、給湯器で９０度前後まで加熱されると、水道水中の他の金属（例えば銅、亜鉛等）と化合してスケールを形成する。このスケールは例えばシリケートスケールと呼ばれる。
【０００７】
このシリカと金属とが化合したスケールは、場合によっては、カルシウムなどが単独で析出したスケールと類似することがある。シリカの場合、２価の金属が存在するとシリカを原因成分とするスケールを生じ易く、配管への付着が起こり易い。また、金属イオンの種類により配管への付着力の強さが異なる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、シリカが含まれる水道水を配管通過時にシリカを除去し、温水生成器等へのスケールの付着を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者は、シリカと他の金属とが化合したスケールは配管や熱交換器への付着力がその金属によって大きく異なることがある点に注目した。これに基づき、たとえば温水生成器に水道水を供給する給水配管にスケールを付着させること、及び給水配管に付着しなかったスケールは温水生成器に付着させずこれを通過させることを着想して、本発明を完成した。
【００１０】
（１）第１発明による水道水のシリカを除去する方法は、請求項１に記載したように、少なくとも一部が２価の金属を含む給水配管を流通させ、シリカと２価の金属との反応物たるスケールを配管の一部に付着させる。こうして、シリカ又はスケールの温水生成器等への流入を防止する。
【００１１】
（２）第２発明によるスケールの温水生成器への付着を防止する方法は、請求項４に記載したようにシリカを含む水道水を温水生成器に供給する前に２価の金属と反応させてスケールを形成し、２価の金属と温水生成器の材質とを、スケールが温水生成器に付着し難い組み合わせとする。こうして、仮に給水配管等に付着しない一部のシリカやスケールが温水生成器内に流入しても、スケールを温水生成器に付着させない。
【００１２】
（３）第３発明による温水生成装置は、請求項７に記載したように、 水道水を加熱して温水を生成する温水生成器と、温水生成器に接続されシリカを含む水道水を供給する給水配管及び温水生成器に接続され温水を排出する排水配管と、給水配管の少なくとも一部に配置され２価の金属を含む又は２価の金属がメッキされシリカと２価の金属との反応物であるスケールが付着し易いスケール除去用（付着用）配管部とを備える。つまり、スケール除去用配管部の材料として、シリカと反応し易くしかも反応物であるスケールが付着し易いものを選定し、スケールの温水生成器への流入を防止する。
【発明の効果】
【００１３】
（１）第１発明にかかるシリカの除去方法によれば、水道水中のシリカはスケールとなって配管の一部に付着し、こうして水道水中からシリカが除去される。請求項２のシリカの除去方法によれば、温水生成器に水道水を供給する給水配管の管部にスケールが付着し、温水生成器へのスケールの流入が防止できる。
【００１４】
（２）第２発明のスケールの付着防止方法によれば、水道水中のシリカは温水生成器に流入する前に２価の金属と反応してスケールになっている。このスケールは温水生成器に付着し難く、温水生成器から温水とともに排水される。請求項５のスケールの付着防止方法によれば、比較的安価な銅の使用によりスケールの温水生成器の水流通部への付着を確実に防止できる。
【００１５】
（３）第３発明に係る温水生成装置によれば、シリカと２価の金属とが反応したスケールは温水生成器に流入する前に、水道水を供給する給水配管に付着するので、温水生成器への付着が防止できる。
【００１６】
請求項８の温水生成装置によれば、水冷媒熱交換器の水流通部の断面積が小さい場合でも、その内面へのスケールの付着、及び付着による目詰まりが防止できる。請求項９の温水生成装置によれば、比較的安価な銅の使用によりスケールの温水生成器への付着を確実に防止できる。請求項１０の温水生成装置によれば、用意に入手できる亜鉛などによりシリカを除去でき、また付着し易いスケールを形成できる。請求項１１の温水生成装置によれば、スケール除去用配管部と温水生成器との間の配管部が細くても、この配管に目詰まりが発生し難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（イ）シリカの除去方法
本発明のシリカの除去方法は、シリカと反応させるための２価の金属を溶解させる第１段階と、シリカを２価の金属と反応させスケールとして捕捉することにより除去する第２段階とに大別される。 第１段階では、水とシリカを捕捉するため、２価の金属を溶解させて金属イオンとする。第２段階において、シリカは２価の金属と化合してシリケートスケールとなり、スケールとして配管の一部に付着し易くなる。配管の一部は管形状、リング形状、粒形状又は棒形状とできる（後述する）。第１段階でも第２段階でも、シリカ又はスケールは、たとえば水道水を温水生成器に供給する前に即ち給水配管内で除去される。
【００１８】
シリカを原因物質とするスケールが２価の金属を含む配管に付着する現象としては、２価の金属でシリカを溶解させる現象、２価の金属が給水される水道水中に溶解しシリカと反応して反応物たるスケールを生成して捕捉し易くする現象、又は給水配管の内周面の２価の金属がシリカと反応して反応物たるスケールを生成するとともに、そのまま給水配管の内周面にスケールを捕捉する現象が作用しているものと考えられる。
【００１９】
給水配管等の配管は２価の金属から成るか、又は２価の金属を主成分として含む。具体的には亜鉛、鉄、すず、鉛、マグネシウム又はアルミニウムが挙げられる。２価の金属がシリカの除去に適している理由は、シリカがこれらの金属イオンとシリケートスケールを生成し易いためと考えられる。また、ゼータ電位とも関係して、シリカはマイナスイオンに帯電し、配管はプラスイオンに帯電していることも関係していると考えられる。
【００２０】
なお、配管の一部を２価の金属で形成しても良いし、別の材質（例えば鉄鋼）から成る配管の一部に２価の金属をメッキしても良い。また、亜鉛、鉄、すず、鉛、マグネシウム又はアルミニウムを単独で使用しても良いし、２つ以上の金属の化合部として利用しても良い。
【００２１】
一部上述したように、スケールはシリカと、上記亜鉛、鉄、すず等のうちの１つ又は２つ以上の２価の金属との化合物である。なお、給水配管や温水生成器については後述する。
【００２２】
（ロ）スケールの付着防止方法
本発明のスケールの付着防止方法は、シリカと２価の金属とが反応したスケールが温水生成器に付着し難くなるような、２価の金属と温水生成器の材質との組合せを選択する。
【００２３】
温水生成器の代表的な材質は銅であり、銅にスケールが付着し難い理由は、温水生成器の前の給水配管の材質に起因して、当該部位にスケールが沈殿生成されるためと考えられる。
【００２４】
（ハ）温水生成装置
本発明の温水生成装置は温水生成器と、給水配管及び排水配管と、スケール除去用配管部とから成る。２価の金属やスケール等については上述した。温水生成器として、水冷媒熱交換器のように熱交換により温水を生成する装置の他、バーナのように熱交換によらないで温水を生成する装置も含む。前者ではスケールは配管及び熱交換器の水流通部に付着し、後者では水流通部は存在しないが給水配管にスケールが付着する。
【００２５】
給水配管は、例えば水冷媒熱交換器の水流通部に接続されシリカを含む水道水を供給するものである。少なくとも一部に２価の金属から成るスケール除去用管部又は内面が２価の金属でメッキされたスケール除去管部を含めば良い。
【００２６】
なお、スケール除去配管部として、図６（ａ）に示すような２価の金属から成り、上流側及び下流側の配管との接続が容易なジョイント形状のスケール除去配管部６０、図６（ｂ）に示すような２価の金属から成り配管内に設置されるリング形状のスケール除去配管部６２、図６（ｃ）に示すような２価の金属から成る粒体６４とこれを収容する網目部材６５とを組み合わせて成り、配管内に設置されるスケール除去配管部６６、又は図６（ｄ）に示すような配管としての筒部材６７と２価の金属から成り筒部材６７内に突出して半径方向内向きに挿入された棒部材６８とを組み合わせたスケール除去配管部６９を採用しても良い。
【００２７】
このスケール除去管部を給水配管を中間部に配置し、上流側は樹脂製配管（樹脂管部）とし、下流側は銅製配管（銅管部）とすることができる。
【００２８】
排水配管は例えば水冷媒熱交換器の水流通部に接続され、加熱された温水を温水生成器から排出し、貯湯タンクなどに供給するものである。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
＜実施例＞
（構成）
図１に本発明がヒートポンプ式給湯器に適用された実施例を示す。この給湯器は、冷媒流通回路１０と水流通回路４０とから成る。冷媒流通回路１０はガス冷媒を圧縮する圧縮機１１、水と冷媒との間で熱交換し、水を加熱する水冷媒熱交換器（温水生成装置）１３、膨張弁３５、大気熱等を集熱する蒸発器３７を順次接続して成る。一方、水流通回路４０は温水（湯）を貯える貯湯タンク４２、水を循環させる水ポンプ４３、及び上記水冷媒熱交換器１３を順次接続して成る。
【００３１】
図２及び図３に水冷媒熱交換器１３と、給水配管２０及び排水配管３１との詳細を示す。水冷媒熱交換器１３の水流通部１７はそれぞれが多数のくぼみを持つ２枚の銅板１５ａと１５ｂとを接合して成る。一対のくぼみで形成される水流通部１７に銅板から成るスリットフィン１９が配置されている。水流通路１７に接続された給水配管２０は、上流側の比較的細い樹脂管２２、下流側の比較的細い銅管２３、及び中間の比較的太い亜鉛メッキ鋼管２５を含む。
【００３２】
スケール除去用配管部としての亜鉛メッキ鋼管２５は、給水配管２０の一部のみを占めるように設けられている。樹脂管２２と接続される上端部と，銅管２３と接続される下端部とを有し、樹脂管２２と銅管２３とを接続している。この実施例では、亜鉛メッキ鋼管２５は真っ直ぐな管から成り、給水配管２０のうち水道水が重力方向で上方から下方に向かって流れる部位を占めるように設けられている。亜鉛メッキ鋼管２５と銅管２３とは、これらを電気的に導通させた構成も、電気的に絶縁させた構成もとることができる。また、亜鉛メッキ鋼管２５及び銅管２３の一方又は両方を設置する構成も、設置させない構成も取ることができる。
【００３３】
水流通部１７に銅から成る排水配管３１が接続されている。また、下方銅板１５ｂの下面に複数の冷媒流通用のチューブ３３が取り付けられている。
【００３４】
（作用）
ａ．全体
実施例のヒートポンプ式給湯機で水道水を加熱する場合、図１において、冷媒流通回路１０の蒸発器３７で送風ファン等により大気熱等を集熱し、チューブ３３の内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。ガス化された冷媒は圧縮機１１に吸引され機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として水冷媒熱交換器１３に流入する。
【００３５】
一方、水流通回路４０の貯湯タンク４２の下部の水道水は、循環用の水ポンプ４３により水冷媒熱交換器１３の水流通部１７に流入され、蒸発器３７の高温高圧の冷媒によって加熱されて温水となった後、貯湯タンク４２の上部に流入する。冷媒流通回路１０の水冷媒熱交換器１３で放熱した冷媒は、膨張弁３５で減圧された後蒸発器３７に流入し、大気熱等から吸熱し、圧縮機１１に供給される。
【００３６】
ｂ．水冷媒熱交換器
給水配管２０から供給される水道水が亜鉛メッキ鋼管２５を通過する際、水中のシリカと亜鉛メッキ鋼管２５の内面にメッキされた亜鉛とが反応し、水道水中のシリカの大部分はスケール５０となって亜鉛メッキ鋼管２５の内周面へ付着する。
【００３７】
なお、内周面に付着しなかったスケール５０は、給水配管２０から水冷媒熱交換器１３の水流通部１７に流入する。ここで、水流通部１７の内面は上方銅板１５ａ及び下方銅板１５ｂから成り、スケール５０はこれらの銅板に付着し難く、温水とともに排水配管３１から排出され、貯湯タンク４２に流入する。
【００３８】
（効果）
本実施例によれば、シリカと亜鉛との反応物たるスケール５０の大部分が給水配管２０の亜鉛メッキ鋼管２５の内周面に付着する。ここで、亜鉛メッキ鋼管２５は内径が大きいので、スケール５０が付着しても中空孔の断面積の減少はわずかなものである。スケール５０が水冷媒熱交換器１３内に殆ど流入せず、断面積が小さい水通路部１７内のスリットフィン１９への付着、及び付着による水通路部１７の目詰まりが防止できる。こうして、水道水から水冷媒熱交換器１３により所定温度の温水が効率よく生成される。
【００３９】
また、給水配管２０の亜鉛メッキ鋼管２５の下流側に中空孔の内径が小さい銅管２３を配置したが、その内周面にはスケール５０が付着しにくいので、目詰まりは問題とならない。銅管２３の内径は亜鉛メッキ鋼管の内径と比べて相対的に小さい。なお銅管２３の内径を細くしたのは、水道水の流速を、亜鉛メッキ鋼管２５内で相対的に低くし、銅管２３内で相対的に高くすることで、銅管２３内におけるスケールの沈殿を相対的に抑制するためである。
【００４０】
＜試験＞
（イ）試験装置
上記実施例の効果を確認するために、試験装置を準備し、給水配管２０では樹脂管２２と銅管２３との間に亜鉛メッキ鋼管２５を設置した。亜鉛メッキ鋼管２５の材質はＳＰＧＷ−１５で、寸法は外径２１．７ｍｍ、肉厚２．８ｍｍ、長さ３００ｍｍである。亜鉛メッキ鋼管２５の配置場所は水冷媒熱交換器１３の入口部より上流側約１３００ｍｍである。この試験装置にシリカを含有している水道水を流量＝０．８Ｌ／分で通水し続けた処、１２ヶ月経過後に以下のような結果が得られた。
【００４１】
（ロ）結果
図４に給水配管２０、水冷媒熱交換器１３及び排水配管３１の通水抵抗を示す。亜鉛メッキ鋼管２５を設置しない場合の通水抵抗は３０ＫＰａであるのに対し、亜鉛メッキ鋼管２５を設置した場合の通水抵抗は１５ＫＰａであり、亜鉛メッキ鋼管２５を設置しない場合に比べて半減した。
【００４２】
図５に、水冷媒熱交換器１３内の水流通部１７内のスリットフィン１９へのスケールの堆積厚さを示す。これから分かるように、亜鉛メッキ鋼管２５を設置しない場合の堆積厚さが０．０５から０．１ｍｍであるのに対し、亜鉛メッキ鋼管２５を設置した場合の堆積厚さは０から０．０１ｍｍであり、１桁小さくなった。なお、スリットフィン１９へのシリカの付着は、亜鉛メッキ鋼管２５を設置した場合の付着の方が、設置しない場合の付着よりも少なかった。
【００４３】
（ハ）スケールの付着の抑制
試験結果から明らかなように、水冷媒熱交換器１３の給水配管２０の途中に亜鉛メッキ鋼管２５を設置すると、給水配管２０、水冷媒熱交換器１３及び排水配管３１の通水抵抗が減少し、水冷媒熱交換器１３の水通路部１７のスリットフィン１９へのシリカ及びスケール５０の付着が減少している。
【００４４】
その理由は全てが明らかなわけではないが、以下のように推定される。通水抵抗の減少とスケール５０のスリットフィン１９等への付着量の減少とは密接な関係があり、付着量の減少により通水抵抗が減少したと考えられる。付着量が減少したのは、まず、亜鉛メッキ鋼管２５の内周面にメッキされた亜鉛が水道水中に含有されているシリカを溶解したからである。これにより、水道水中のシリカが除去される。
【００４５】
次に、亜鉛メッキ鋼管２５の内周面の亜鉛と水道水中のシリカとが反応し、スケール５０となった。このスケール５０は亜鉛メッキ鋼管２５の内周面に付着し易く、スケール５０の付着により水道水中のシリカが除去される。さらに、たとえ亜鉛メッキ鋼管２５の内周面に付着しないスケールが水冷媒熱交換器１３内に進入しても、銅から成る水通路部１７やスリットフィン１９に付着し難く、温水とともに水冷媒熱交換器１３から排水される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例を示す全体説明図である。
【図２】上記実施例の水冷媒熱交換器及び配管を示す斜視図である。
【図３】図２の３−３断面図である。
【図４】効果を確認する試験における通水抵抗値を示すグラフである。
【図５】上記試験におけるスリットフィンへのスケールの堆積厚さを示すグラフである。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）はスケール除去配管部の種々の態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：冷媒流通回路                １３：水冷媒熱交換器
１７：水流通部                    ２０：給水配管
２３：銅管                        ２５：亜鉛メッキ鋼管
３１：排水配線                    ３７：蒸発器
４０：水流通回路                  ４２：貯湯タンク
５０：スケール
【図１】
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【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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