(57)【要約】水加熱室を定めかつ少なくも一部分が金属であるハウジング、及び水を加熱するためにハウジング内に配置された金属の加熱用要素を備えた水加熱装置であって、ハウジングの金属部分がな陰極でありかつ金属の加熱用要素が陽極であり更に電流が金属の加熱用要素から水を通ってハウジングの金属部分に流れるように、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが電気的に接続される水加熱装置である。水加熱装置及び水から堆積した固体析出物を集めるためにハウジング内に配置されたコレクターを備える水処理システムも明らかにされる。水を加熱し処理するための方法も明らかにされる。
2005523807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水加熱室を定め、かつ水を受け入れるための水入り口及び水を排出するための水出口を有し、少なくも一部分が金属であるハウジング；及び
水を加熱するためにハウジング内に配置された金属の加熱用要素
を備え、
ハウジングの金属部分が陰極でありかつ金属の加熱用要素が陽極であり、そして電流が金属の加熱用要素から水を通ってハウジングの金属部分に流れるように、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが電気的に接続されている
水の加熱装置。
【請求項２】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、直流電圧源と電気的に接続される請求項１の水加熱装置。
【請求項３】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、異なる表面電位を有する請求項１の水加熱装置。
【請求項４】
ハウジングが、ハウジングの金属部分を含んだ容器ボデーを有する請求項１の水加熱装置。
【請求項５】
ハウジングが容器ボデーを有し、かつハウジングの金属部分が容器ボデーから水加熱室内に伸びる請求項１の水加熱装置。
【請求項６】
金属の加熱用要素が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、カーボン、マグネタイト、フェライト、白金、及びその合金からなるグループから選定された金属よりなる請求項１の水加熱装置。
【請求項７】
水処理室を定め、かつ未処理の水を受け入れるための水入り口及び処理済みの水を排出するための水出口を有し、少なくも一部分が金属であるハウジング；
未処理の水に溶解された不純物を固体析出物に変換させるに十分に水を加熱するための金属の加熱用要素；及び
水から堆積された固体析出物を集めるためにハウジング内に配置されたコレクター
を備え、
ハウジングの金属部分が陰極でありかつ金属の加熱用要素が陽極であり、そして電流が金属の加熱用要素から水を通ってハウジングの金属部分に流れるように、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが電気的に接続される
水処理システム。
【請求項８】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、直流電圧源と電気的に接続される請求項７の水処理システム。
【請求項９】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、異なる表面電位を有する請求項７の水処理システム。
【請求項１０】
ハウジングが、ハウジングの金属部分を含んだ容器ボデーを有する請求項７の水処理システム。
【請求項１１】
ハウジングが容器ボデーを有し、かつハウジングの金属部分が容器ボデーから水処理室内に伸びる請求項７の水加熱装置。
【請求項１２】
金属の加熱用要素が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、カーボン、マグネタイト、フェライト、白金、及びその合金からなるグループから選定された金属よりなる請求項７の水処理システム。
【請求項１３】
金属の加熱用要素が熱交換器の管である請求項７の水処理システム。
【請求項１４】
金属の加熱用要素が電気加熱用要素である請求項７の水処理システム。
【請求項１５】
ハウジングが、水処理室を定めている第１の容器及び金属の加熱用要素を有する第２の容器を備え、金属の加熱用要素が熱交換器の管である請求項７の水処理システム。
【請求項１６】
ハウジングにより定められた水加熱室内にハウジング内の水入り口を通して水を供給し、ハウジングの少なくも一部分が金属であり；
水加熱室内に供給された水を金属の加熱用要素により加熱し、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とは、ハウジングの金属部分が陰極でありかつ金属の加熱用要素が陽極であるように電気的に接続され；そして
電流を、金属の加熱用要素から水を通してハウジングの金属部分に流す
ことを含んだ水の加熱方法。
【請求項１７】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、直流電圧源に電気的に接続される請求項１６の方法。
【請求項１８】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、異なる表面電位を有する請求項１６の方法。
【請求項１９】
ハウジングが、ハウジングの金属部分を含んだ容器ボデーを有する請求項１６の方法。
【請求項２０】
ハウジングが容器ボデーを有し、かつハウジングの金属部分が容器ボデーから水加熱室内に伸びる請求項１６の方法。
【請求項２１】
金属の加熱用要素が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、カーボン、マグネタイト、フェライト、白金、及びその合金からなるグループから選定された金属よりなる請求項１６の方法。
【請求項２２】
ハウジングの水入り口を通してハウジングにより定められた水処理室内に未処理の水を供給し、ハウジングの少なくも一部分は金属であり；
未処理の水に溶解された不純物を固体析出物に変換するために、水処理処理室内に供給された未処理の水を金属の加熱用要素により加熱し、更にハウジングの金属部分が陰極でありかつ金属の加熱用要素が陽極であるようにハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが電気的に接続され；
水から堆積された固体析出物をハウジング内に配置されたコレクター上に集め；更に
電流を金属金加熱用要素から水を通ってハウジングの金属部分に流す
ことを含む水処理方法。
【請求項２３】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、直流電圧源と電気的に接続される請求項２２の方法。
【請求項２４】
ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とが、異なる表面電位を有する請求項２２の方法。
【請求項２５】
ハウジングが、ハウジングの金属部分を含んだ容器ボデーを有する請求項２２の方法。
【請求項２６】
ハウジングが容器ボデーを有し、かつハウジングの金属部分が容器ボデーから水処理室内に伸びる請求項２２の方法。
【請求項２７】
金属の加熱用要素が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、カーボン、マグネタイト、フェライト、白金、及びその合金からなるグループから選定された金属よりなる請求項２２の方法。
【請求項２８】
金属の加熱用要素が熱交換器の管である請求項２２の水処理方法。
【請求項２９】
金属の加熱用要素が電気加熱用要素である請求項２２の水処理方法。
【請求項３０】
ハウジングが、水処理室を定めている第１の容器及び金属の加熱用要素を含んだ第２の容器を備え、金属の加熱用要素が熱交換器の管である請求項２２の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の加温及び不純物を除去するための水処理に関する。より特別には、本発明は、ポストミックス式飲料分配装置における店内飲用水の加熱及び水処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
水加熱装置は多くの用途において日々使用される。水加熱装置の一つの用途は、過大な重炭酸塩硬度のような不純物を含んだ水を加熱処理し濾過する水処理システムにある。水の加熱は、重炭酸塩のような不純物を濾過により除去することができる固体として析出させる。しかし、加熱装置は水の温度を上げるが、炭酸カルシウムが析出し、そして水加熱装置の金属の加熱用要素上に堆積し、そして、加熱用要素の熱伝導及び効率を急速に低下させる断熱層を形成する。
【０００３】
金属の加熱用要素上の炭酸カルシウムの堆積は、加熱用要素の金属面の近くで約８．５の高ｐＨが発生したときに形成される。この高ｐＨにおいては、カルシウムイオン及び炭酸イオンが析出して、金属の加熱用要素の表面上に固体のアラゴナイト又は方解石を形成する。
【０００４】
水加熱装置の加熱用要素上での炭酸カルシウム堆積の問題を克服するために薬品溶液が使われてきた。例えば、薬品溶液は、水中の炭酸塩イオン濃度をカルシウムイオン濃度を下げることにより水の硬度を下げることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水処理システムの一用途は、（一般にポストミックスク装置と呼ばれる）店内における飲料物の調製にある。地域の給水が健康問題である土地においては、店内での水処理が必要である。店内で飲料物を作るためには信頼できかつ費用の少ない水処理システムが望ましいが、飲料物製造におけるこの問題に対応した薬品溶液の使用が関係する。このため、特に店内での飲料物製造において、薬品溶液を使用することなく、水の加熱用要素上の炭酸カルシウムの堆積を減少させることが要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくも一部分が金属であるハウジング、及びハウジング内に配置された金属の加熱用要素を備えた水加熱装置であって、ハウジングの金属部分が陰極として機能し、かつ金属の加熱用要素が陽極として機能するようにハウジングの金属部分と金属の加熱用要素が電気的に接続されている前記水加熱装置を提供することにより前述の要求を満たす。より特別には、ハウジングは水加熱室を定め、かつ水を受け入れるための水入り口と水を排出するための水出口とを持つ。金属の加熱用要素は、水を加熱するためにハウジング内に配置される。運転中、ハウジングの金属部分は陰極であり、金属の加熱用要素は陽極であり、そして電流は、金属の加熱用要素から水を通ってハウジングの金属部分に流れる。電流は、表面の電位がより低い加熱用要素の金属表面に入り、そして、金属を熱力学的不活性域にする。
【０００７】
ハウジングの陰極金属部分と陽極の金属の加熱用要素との間で電気化学的交換が生じ、陽極の金属の加熱用要素の表面近くでＨ＋イオンが、ハウジングの陰極金属部分の表面近くでＯＨ−イオンが発生する。このため、陽極の金属の加熱用要素の表面の近くでは低いｐＨが、そしてハウジングの陰極金属部分の表面の近くでは高いｐＨが発達する。カルシウム炭酸塩は高いｐＨにおいてのみ析出するため、水中のカルシウム炭酸塩は陽極の金属の加熱用要素上では析出しないが、ハウジングの陰極金属部分上で析出する。更に、金属の加熱用要素は電解質反応で腐食するが金属の加熱用要素は電気化学的消耗の小さい金属で作ることができる。更に、ハウジングの金属部分は腐食せず、さもなくば腐食するであろう安価な金属で作ることができる。固定析出物は本発明の水加熱装置の金属の加熱用要素においては形成されないため、金属の加熱用要素は、その熱伝導率及び効率を維持し、そして水加熱装置は、より効率的であり、信頼でき、更に安価である。
【０００８】
本発明は、上述の水加熱装置、及び水加熱装置ハウジングにより定められた水処理室内において水から堆積された固定析出物を集めるためにハウジング内に配置されたコレクターを備えた水処理システムも含む。
【０００９】
一実施例により、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とは、整流器又は直流電圧源に電気的に接続され、ハウジングの金属部分を陰極として機能させ、また金属の加熱用要素を陽極として機能させる。この実施例においては、ハウジングの金属部分と金属の加熱用要素とは互いに直接電気接触をしないように絶縁される。電気的接続は整流器又は直流電圧源を通る。或いは、ハウジングの金属部分及び金属の加熱用要素、並びに水処理室内の水が電気化学電池として機能するように、カルシウムの金属部分と金属の加熱用要素とが異なる表面電位を有する金属で作ることができる。
【００１０】
ハウジングの金属部分は、ハウジングの容器ボデーの一部とすることができ、或いは容器ボデーから水処理室内に伸びている金属電極とすることができる。陰極として機能するハウジングの金属部分は、水処理室内の水と直接接触状態にある。更に、ハウジングは、水処理室を定めている第１の容器及び熱交換器の管である金属の加熱用要素を有する第２の容器を備えることができる。一実施例においては、第１の容器は第１の加熱用要素を有し、第２の容器は熱交換器の管である第２の加熱用要素を持つ。第１及び第２の加熱用要素の両者は陰極防食で配列することができる。
【００１１】
加えて、本発明は、ハウジングにより定められた水加熱室内にハウジングの水入り口を通して給水し、水加熱室内に供給された水を金属の加熱用要素により加熱し、そして金属の加熱用要素から水を通してハウジングの金属部分に電流を流すことを含んだ水の加熱方法であって、ハウジングの少なくも一部分が金属であり、ハウジングの金属部分が陰極でありそして金属の加熱用要素が陽極であるようにハウジングの金属部分と金属製要素とが電気的に接続される水の加熱方法を含む。
【００１２】
加えて、本発明は、ハウジングにより定められた水処理室内にハウジングの水入り口を通して未処理の水を供給し、未処理の水の中の溶解不純物を固体析出物に変換させるために水処理室内に供給された未処理の水を金属の加熱用要素により加熱し、水から堆積された固体析出物をハウジング内に配置されたコレクター上に集め、更に金属の加熱用要素から水を通してハウジングの金属部分に電流を流すことを含んだ水処理方法であって、ハウジングの少なくも一部分が金属であり、ハウジングの金属部分が陰極でありそして金属の加熱用要素が陽極であるようにハウジングの金属部分と金属製要素とが電気的に接続される水の処理方法を含む。
【００１３】
本発明の更なる応用可能性の範囲は、以下与えられる詳細な説明より明らかとなるであろう。しかし、この詳細な説明及び特定の例示は、本発明の好ましい実施例を示すものではあるが、図解のために与えられたものであり、従って本発明の範囲内での種々の変化及び変更がこの詳細な説明より本技術熟練者に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上に概説したように、本発明は、加熱用要素が固体の析出から防護される水加熱装置及び水の加熱方法を含む。加熱用要素の表面は、加熱用要素の表面における炭酸カルシウムのような固体の析出がなく効率的かつ効果的に熱を伝える。炭酸カルシウムの堆積物のような固体の析出は、加熱用要素の熱伝導と効率とを極度に低下させる。本発明は、本発明の水加熱装置を含んだ水処理システム及び方法も含む。固体の析出は、かかる不純物を除去するように設計された水処理システムにおける特別な問題である。本発明の実施例による作られた水処理システムが、以下説明される。
【００１５】
図面を通じて同様な構成要素が同様な番号で示される図面を詳細に参照すれば、図１は、本発明の一実施例に従って作られた水処理システム１を示す。一般に、この水処理システム１０は、囲い１２、廃棄可能でかつ交換可能な水処理カートリッジ１４、熱交換カートリッジ１６、中間冷却機１８、コンデンサー２０、及び処理済みの水の容器２１を備える。水処理カートリッジ１４及び熱交換器カートリッジ１６はシステムハウジングを形成し、水は不純物除去処理のためにここを通って流れる。
【００１６】
囲い１２は、ステンレス鋼、プラスチック、木材又はその他の形式の金属のような丈夫な構造のものであることが望ましく、そして扉（図示せず）により封鎖し得る接近用の開口を持つ。囲いの通気口により、冷却用空気が囲いを通って流れることができる。
【００１７】
図１に示された水処理カートリッジ１４は、容器ボデー２４を有する水処理ハウジング２２を備える。容器ボデー２４は、囲い１１２の取り付け用パネル３０に取り付けられた円形のヘッド２８に着脱可能に取り付けられた金属の円筒体又は缶２６を備える。水処理ハウジング２２は、水処理室３２を定める。未処理水の入り口３４が、水処理ハウジング２２のヘッド２８を通って水処理室３２内に伸びる。未処理水の入り口３４は、未処理水を、水処理ハウジング２２の下方端部に向かって排出する。処理済みの水の出口３６が、水処理室３２内から、カートリッジハウジング２２のヘッド２８を通って伸びる。
【００１８】
水中で作動する金属のの電気式加熱用要素３８が、金属円筒体２６を通ってカートリッジハウジング２２内に配置される。加熱用要素３８は、ハウジング内の水と直接接触するように水処理ハウジング２２内に配置され、そしてこれは水処理カートリッジ１４のその他のものと一緒に廃棄することができる。加熱用要素３８は、カートリッジ１４の水処理室３２内の水を、未処理水内の溶解不純物を固体析出物及び気体に変換させるに十分に加熱するように作動できる。
【００１９】
鋼又はプラスチックの網を備えたコレクター６０が、加熱用要素３８とヘッド２８との間で水処理ハウジング２２内に配置される。コレクター６０は、水処理中に水から堆積された固体析出物を集める。水処理ハウジング２２内でコレクター６０の頂部に仕上げ用フィルター６２が配置され、処理中に水から堆積された析出物の比較的微細な部分を集める。仕上げ用フィルター６２は、種々の材料で作ることができるが、ポリエステルウールよりなることが好ましい。
【００２０】
水処理ハウジング２２のヘッド２８内のガス出口弁６４は、ガスを、ガス出口６８を通してカートリッジ１４のヘッド空間６６から周期的に排出する。このガスは、処理中に水から解放された蒸気、二酸化炭素、及びその他の不純物を含む。
【００２１】
水処理カートリッジハウジング２２内で仕上げ用フィルター６２の上方に配置された水位センサー７０が、水処理カートリッジ１４内の水位を示す。水処理ハウジング２２の水処理室３２内に配置された熱電対のような温度測定装置７２が、水処理室内の水の温度を測定する。或いは、温度測定装置７２を水処理ハウジングの外側に取り付けることができる。ガス出口６８内に配置されたサーマルスイッチのような蒸気検出器（図示せず）が、水処理カートリッジ１４による蒸気の発生を検出する。
【００２２】
熱交換カートリッジ１６が、水処理カートリッジ１４に隣接して水処理囲い１２内に配置され、これは、金属の円筒体又は缶８２及びヘッド８４を有する熱交換ハウジング８０を備える。円筒体８２は、ヘッド８４に着脱自在に取り付けられる。熱交換カートリッジ１６は、水処理カートリッジ１４から処理済みの水を受け入れるためのコイル状の管８６も備える。コイル状の管８６は、熱交換ハウジング８０のヘッド８４を通って伸びている処理済みの水の入り口８８と処理済みの水の出口９０との間を伸び、この水出口９０は、未処理の水の入り口９２の内側で熱交換ハウジングのヘッド８４を通って伸びる。未処理の水は、ヘッド８４内の未処理水の入り口８８を通り熱交換カートリッジハウジング８０に入る。未処理水入り口９２は、熱交換カートリッジハウジング８０の底部近くの未処理水を排出する。未処理水出口９４も、熱交換カートリッジハウジング８０のヘッド８４を通って伸び、そして、水処理カートリッジ１４の未処理水入り口９４に接続される。
【００２３】
電気接触片９５が、絶縁パッキング９６を経て熱交換カートリッジハウジング８０の金属円筒体８２を通って伸び、コイル状加熱管８６を直流電源９７に接続する。直流電源９７は、正の端子９８と負の端子９９とを持つ。正の端子９８は、電線１００を介してコイル状加熱管８６に接続され、負の端子９９は、別の電線１０１を介してカートリッジハウジング８０の金属円筒体８２に接続される。熱交換ハウジング８０の金属円筒体８２とコイル状加熱管８６とは、熱交換ハウジングの金属円筒体が陰極でありそしてコイル状加熱管８６が陽極であるように直流電圧源９７に電気的に接続される。これ以外は、金属円筒体８２とコイル状加熱管８６とは、絶縁パッキング９６によるなどで互いに電気的に絶縁される。水処理システム１０の作動の説明中に、以下より詳細に説明されるであろうように、電流は、コイル状の加熱管８６から、熱交換ハウジング８０内の幾分か電解質の水を通って熱交換ハウジングの金属円筒体８２に流れる。この電流は、以下より詳細に説明されるように、熱交換器カートリッジ１６のコイル状加熱管８６のための陰極防食を提供する。
【００２４】
コイル状の加熱管８６の金属は電気化学的にゆっくりと腐食することが望ましい。コイル状加熱管の製作に適した材料は、陰極防食において陽極として機能する全ての材料を含む。外部の電力供給が使用される場合は、コイル状加熱管８６の製造に適した材料は、陽極分極下であまり腐食しないイオン化傾向の小さい材料を含む。これらは、その腐食速度に応じて３種類に分類することができる。特に望ましい材料は、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｓｔ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｉｒｏｎ）、グラファイト、又はカーボンを含む。かかる材料は１年当たりｋｇの速度で腐食する。かかる材料の合金もまた適していることは勿論である。カーボンは、その電気化学反応物がＣＯ２であり、これは陽極面における極めて小さいｐＨを作るため（低電流密度においてカルシウムの析出が生じない）、その腐食速度が高くても良い候補である。更に望ましい材料は、マグネタイト、フェライト、及びこれらの合金を含む。これらは１年あたりｇ台の速度で腐食する。なお望ましい適切な材料は、プラチナ層を有するチタン又はニオブの基層、又はミックス・メタル・オキサイド（ＭＭＯ）として知られる材料を含む。これら材料のすべては、粉体の形でポリマーマトリックスに装填することができる。例えば、外因性導電ポリマーは、これを、現存するステンレス鋼コイル上に成型することができる。
【００２５】
熱交換器ハウジング８０の金属円筒体８２の製作にはいかなる金属も適している。熱交換ハウジング８０の金属円筒体８２は、この電気化学的配列において陽極として機能するため、金属円筒体は腐食せず、さもなければ腐食するであろう安価な金属で作ることができる。
【００２６】
中間冷却機１８は囲い１２内に配置され、そして水処理カートリッジ１４の処理済みの水の出口３６に連結されたコイル状の管１００を備える。囲い１２内に配置された送風機１０４が、空気を強制して囲いの通気口を通過させる。
【００２７】
コンデンサー２０も囲い１２内に配置され、そして水処理カートリッジ１４のガス出口６８から囲い１２内の出口１１２に伸びる。
【００２８】
未処理の生水が、熱交換カートリッジ１６の未処理水入り口９２に至る主水管１１４を経て水処理システム１０内に導かれる。熱交換カートリッジ１６からの冷却された処理済みの水は、出口導管１１６を経て容器２１に排出される。
【００２９】
水処理システム１０の運転を始めるために、生の未処理水が主水管１１４を通って水処理システムに入り、そして熱交換カートリッジ１６の未処理水入り口９２を通って、熱交換カートリッジハウジングの底部近くで熱交換カートリッジのハウジング８０内に排出される。熱交換カートリッジ１６が、未処理水を、約２５℃から約８０℃までの温度に加熱する。熱交換カートリッジ１１６は、加熱された未処理水を、水処理カートリッジ１４の未処理水入り口３４に連結された未処理水出口９４を通して排出する。
【００３０】
水処理カートリッジ１４の未処理水入り口３４が、加熱された未処理水を、水処理カートリッジハウジング内の鋼網のコレクター６０の下方で水処理カートリッジハウジング２２内に導く。水処理室３２内の加熱用要素３８が、未処理水を約１１５℃の温度に加熱する。水は、コレクター６０及び仕上げ用フィルター６２を通って水処理カートリッジ１４の頂部までゆっくりと流れる。水処理カートリッジ１４内の水の最小滞留時間は約６分間である。水の加熱により、炭酸塩のような析出物及び重金属は、水処理カートリッジの加熱された表面に堆積させられる。より粗く、より重い粒子は水処理ハウジング２２の底部に定住し、より微細な粒子はコレクター６０と仕上げ用フィルター６２の上に集まる傾向がある。加えて、水処理カートリッジ１４内の水が加熱されるので、捕捉されていたガスが水からカートリッジのヘッド空間６６内に解放され、カートリッジのヘッド空間内で蒸気が形成される。水処理カートリッジ１４内の水の温度が１１５℃に達すると、ガス出口内の弁が開き、蒸気及びその他のガスをコンデンサー２０内に解放する。
【００３１】
コンデンサー２０内の蒸気のようなガスは、送風機１８２により作られた囲い１２内の強制空気流によりコンデンサー内で冷却される。凝結水は排水パン（図示せず）内に排出され、又は直接排出される。
【００３２】
処理済みの水の出口３６が、処理された水を、水処理カートリッジハウジング２２から中間冷却機１８に排出する。囲い１２内で送風機１０４により作られた強制空気流が、中間冷却機１８内の処理済みの水を約１１５℃から約８０℃に冷却する。中間冷却機１８は、処理済みの水を、処理済みの水の入り口８８を経て熱交換カートリッジ１６のコイル状の管８６内に排出する。処理済みの水はコイル状の管８６の内部を通って移動し、そして処理済みの水は、主水管１１４からの連続して流れている未処理の水により約８０℃の温度から主水管より到来している未処理水の温度近くに冷却される。
【００３３】
処理済みの水の出口９０が、冷却された処理済みの水を、熱交換カートリッジ１６から容器２１に排出する。容器２１は、ファウンティ飲料（ｆｏｕｎｔａｉｎ  ｂｅｖｅｒａｇｅ）を作るために使用されるなどで処理済みの水が分配されるまで、処理済みの水を保持する。
【００３４】
中間冷却機１８の目的は、熱交換器を通過している未処理の水の硬度分が析出せずかつ熱交換カートリッジ１６内及び熱交換カートリッジから水処理カートリッジ１４に未処理水を供給している導管内で水アカが形成されないように十分に低い温度に冷却することである。
【００３５】
水処理システム１０内で処理されている水は、カルシウムイオン及び炭酸塩イオンのようなイオンを含む。従って、水は、幾分か電解質である。金属円筒体が陰極として機能しかつコイル状加熱管が陽極ととして機能するように、熱交換ハウジング８０の金属円筒体８２及びコイル状加熱管８６を直流電圧源９７に接続することにより、コイル状加熱管から、熱交換器カートリッジ１６内の水を通して熱交換器８０の金属円筒体に電流が流れる。この電流のため、熱交換ハウジング８０の陰極の金属円筒体８２とコイル状加熱管８６との間で水を通した電気化学的交換が生ずる。電気化学的交換において、コイル状加熱管８６の表面近くでＨ＋イオンが作られ、金属円筒体８２の表面近くでＯＨ−イオンが作られる。従って、熱交換器カートリッジ１６内の水のｐＨとは無関係に、電気化学的交換が、コイル状加熱管８６の表面近くの低ｐＨ、及び熱交換ハウジング８０の金属円筒体８２の表面近くの高ｐＨを作る。炭酸カルシウムは、高ｐＨにおいては水から析出するが、低ｐＨにおいては析出しない。従って、コイル状の管８６上では、加熱用要素の表面近くの低ｐＨのため、炭酸カルシウムは析出しない。代わりに、熱交換ハウジング８０の金属円筒体８２の表面においては炭酸カルシウムが析出し易い。コイル状加熱管８６上では炭酸カルシウムが析出しないため、コイル状の管は清浄のままであり、水中におけるその熱伝導率は高い状態を保持する。この効果により、電気化学的交換なしに、熱交換器カートリッジ１６の効率をより長く維持させる。電気化学的交換なしでは、炭酸カルシウムは、コイル状加熱管の表面で成長し、コイル状管を水から熱絶縁する。
【００３６】
コイル状加熱管８６は、電気化学的交換のため、ゆっくりと腐食するであろうが、上述のような適切な材料を選択することにより、腐食は、熱交換器カートリッジ１６の寿命を定める構成要素とならないように、十分に遅くさせることができる。一方、電気化学的交換は、ハウジング８０の金属円筒体８２の腐食を防ぐ。結果として、この容器は、さもなければ腐食するであろう安価な金属で作ることができる。
【００３７】
コイル状加熱管８６及び熱交換ハウジング８０の金属部分に対して、同じ電解液内で異なる表面電位を有する金属を選定することにより、熱交換器カートリッジ１６により達成される電気化学的効果と同じ効果を達成することができる。これら２個の金属の構成要素を電線によるなどで接続することにより、熱交換ハウジング８０の金属部分とコイル状加熱管８６とは、熱交換器カートリッジ１６が水で満たされたとき、電気化学電池として機能する。
【００３８】
図２は、図１に示された前述の実施例１０と同じ構成要素を有するが陰極防食も含んだ別の水処理カートリッジ１３０を略図で示す。この別の水処理カートリッジ１３０は、更に、水処理ハウジング２２の容器ボデー２４から水処理室３２内に伸びる金属電極１３２を備える。電線１３６が、金属の加熱用要素を金属電極１３２に接続する。金属電極１３２は、水処理室３２内に金属の加熱用要素１３８から間隔を空けて置かれる。金属電極と金属の加熱用要素とは異なる表面電位を有しかつ水処理室３２内で電流を作るように、金属電極１３２はイオン化傾向のより小さい金属から作られ、そして金属の加熱用要素はイオン化傾向のょり大きい金属で作られることが適切である。電流が金属の加熱用要素３８から水処理室３２を通って金属電極１３２に流れるように、金属電極１３２は陰極として機能し、加熱用要素３８は陽極として機能する。これにより、図１に示された熱交換器カートリッジ１６に関して説明された電気化学的効果と同じ効果が得られる。熱交換器カートリッジ１６は、図２の水処理カートリッジ１４と同じ方法で陰極防食を有し配列することができる。
【００３９】
材料間の異なる電位のため電流が作られたとき（ガルヴァーニ電池）、金属の加熱用要素３８の製作に適した金属は、低電位又は高度に腐食する傾向を持たねばならない。直流防食において陽極として通常使用される材料は、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ−Ｉｎ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）である。これらは、Ｚｎについて９５％、Ａｌ−Ｉｎについて８０％、及びＭｇについて５０％のようなガルヴァーニ効率により分類される。ガルヴァーニ効率は、濃度に対する実際の消耗速度の比を意味する（消耗についてのファラディの法則）。
【００４０】
以上の実施例は水処理システムとして説明されたが、本発明の陰極防食は、加熱用要素が水と直接接触するいかる水加熱装置にも適用することができる。
【００４１】
本発明の水処理システム及び方法は、管理が不要であり、維持及び運転が簡単であり、更に比較的安価である。特に、使捨て式のカートリッジ１４及び１６は、比較的簡単でありかつ装置の非使捨て部分は保守不要である。従って、本システムは、大きい資本の支出を必要とせず経済的に水を処理することができる。
【００４２】
この水処理システム及び方法は、水の硬度を下げ、かつ水の多くの不純物を除去し安全な水を提供する。微生物汚染、重炭酸塩硬度、ＶＯＣ／ＴＨＭ、塩素、重金属の除去、及び水の脱気のための家庭用又は店内用の簡単な方法が提供される。技術的な監視又は管理なしで高度の信頼性が得られる。このシステム及び方法は、単純かつ通常のものであり、非熟練者により安全に作動させることができる。更に、この装置及び方法は、限定された空間のみしか必要でなく、これにより総経費を更に減らす。
【００４３】
ここに説明された本発明は、同じ方法が多くの方法で変えられることが明らかである。かかる変更は、本発明の範囲から外れると考えるべきでなく、かかる変更のすべては、特許請求の範囲内に含まれると意図されることが、本技術熟練者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例により作られた水処理システムの略図である。
【図２】本発明の別の実施例により作られた水処理システムの部分略図である。
【図１】
2005523807.tif 000003
【図２】
2005523807.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月8日(2004.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理の水を受け入れるための水入り口と処理済みの水を排出するための水出口とを有し、少なくも一部分が金属であるハウジングであって、
電気加熱要素を備えている水処理室を定めている第１の容器、及び
金属の熱交換器の管を備えている第２の容器
を有するハウジングを備え、
電気加熱要素及び金属の熱交換器の管は、未処理の水に溶解された不純物を固体粒子及び気体に変換するに十分に水を加熱することができ；更に水から堆積された固体粒子を集めるためにハウジング内に配置されたコレクターを備え、
ハウジングの金属部分及び金属の熱交換器の管は、ハウジングの金属部分と金属の熱交換器の管との間の水を通しての電気化学的交換のため、ハウジングの金属部分が陰極でありかつ金属の熱交換器の管が陽極であるように電気的に接続される
水処理システム。
【請求項２】
ハウジングの金属部分と金属の熱交換器の管とが、直流電圧源と電気的に接続される請求項１のシステム。
【請求項３】
ハウジングの金属部分と金属の熱交換器の管とが、異なる表面電位を有する請求項１のシステム。
【請求項４】
第２の容器がハウジングの金属部分である請求項１−３のいずれか一つのシステム。
【請求項５】
金属の熱交換器の管が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、及びカーボンからなるグループから選定された金属よりなる請求項１−４のいずれか一つのシステム。
【請求項６】
金属の熱交換器の管が、マグネタイト、フェライト、及びその合金からなるグループから選定された金属よりなる請求項１−４のいずれか一つによるシステム。
【請求項７】
金属の熱交換器の管が、白金、及びミックス・メタル・オキサイドからなるグループから選定された金属よりなる請求項１−４のいずれか一つによるシステム。
【請求項８】
電気加熱要素が、水処理室内に金属面を備える請求項１−７のいずれか一つによるシステム。
【請求項９】
第１の容器が、水処理室内で電気加熱要素から間隔を空けられた位置に金属電極を更に備える請求項８のシステム。
【請求項１０】
金属電極と電気加熱要素の金属面とが、異なる表面電位を有する請求項９のシステム。  
【請求項１１】
金属電極と電気加熱要素の金属面とが、電気化学的交換のため金属電極が陰極でありかつ電気加熱要素の金属面が陽極であるように、金属電極と電気加熱要素の金属面との間の水を通して電気的に接続される請求項９のシステム。
【請求項１２】
ハウジングの水入り口を通してハウジング内に未処理の水を供給し、ハウジングは水処理室を定めかつ電気加熱要素を備える第１の容器、及び金属の熱交換器の管を備える第２の容器を備え、ここに第２の容器の少なくも一部分は金属であり；
未処理の水の中に溶解された不純物を固体粒子に変換させるために、ハウジング内に供給された未処理の水を電気加熱要素及び金属の熱交換器の管により加熱し；
第２の容器の金属部分が陰極でありかつ金属の熱交換器の管が陽極であるように、第２の容器の金属部分と金属の熱交換器の管とを水を通して電気的に接続し；更に
水から堆積された固体粒子をハウジング内に配置されたコレクター上に集める
ことを含んだ水の処理方法。
【請求項１３】
第２の容器の金属部分と金属の熱交換器の管とが、直流電圧源に電気的に接続される請求項１２の方法。
【請求項１４】
第２の容器の金属部分と金属の熱交換器の管とが、異なる表面電位を有する請求項１２の方法。
【請求項１５】
金属の熱交換器の管が、炭素鋼、ケイ素鋳鉄、ケイ素クロム鋳鉄、グラファイト、及びカーボンよりなるグループから選定された金属よりなる請求項１２−１４のいずれか一つの方法。
【請求項１６】
金属の熱交換器の管が、マグネタイト、フェライト、及びその合金よりなるグループから選定された金属よりなる請求項１２−１４のいずれか一つの方法。
【請求項１７】
金属の熱交換器の管が、白金及びミックス・メタル・オキサイドよりなるグループから選定された金属よりなる請求項１２−１４のいずれか一つの方法。
【請求項１８】
電気加熱要素が、水処理室内に金属面を備える請求項１２−１７のいずれか一つの方法。
【請求項１９】
第１の容器が、水処理室内で電気加熱要素から間隔を空けられた位置に金属電極を更に備える請求項１８の方法。
【請求項２０】
金属電極と電気加熱要素の金属面とが、異なる表面電位を有する請求項１９のシステム。
【請求項２１】
金属電極と電気加熱要素の金属面とが、電気化学的交換のため金属電極が陰極でありかつ電気加熱要素の金属面が陽極であるように、金属電極と電気加熱要素の金属面との間の水を通して電気的に接続される請求項１９の方法。
【請求項２２】
ハウジング内に供給された未処理の水が、まず、加熱管の外側で第２の容器を通り、第１の容器を通り、次いで固体不純物の除去に続いて、処理された水が、加熱管の内部で第２の容器内に戻って流れる請求項１２−２１のいずれか一つの方法。
【国際調査報告】
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2005523807.tif 000006
2005523807.tif 000007
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