(57)【要約】【課題】水の溶解成分を吸着する水処理装置の凍結を防止する給湯機を提供する。【解決手段】水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体（２０、２１）、水を解離して前記イオン交換体（２０、２１）に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極１９、前記電極１９に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置５と、湯水を貯湯する貯湯タンク１と、前記水処理装置５内の水の凍結を防止する凍結防止手段６とを備えたもので、寒冷地で夜間放置された場合等でも、水処理装置内の水の凍結を防止し、使用性の高い給湯機を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、水を解離して前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極、前記電極に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記水処理装置内の水の凍結を防止する凍結防止手段とを備えた給湯機。
【請求項２】
凍結防止手段は、水処理装置内の水に前記貯湯タンクが有する熱を伝熱する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
貯湯タンクおよび水処理装置を断熱材にて包囲した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】
水処理装置内の水を排出する排水手段を設け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】
水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記採水工程において、電極間に水の分解電圧未満の電圧を印加する構成としたことを特徴とする請求項４に記載の給湯機。
【請求項６】
水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記再生工程において、電極間に水解離電圧以上の電圧を印加する構成としたことを特徴とする請求項４に記載の給湯機。
【請求項７】
水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、表裏に極性の異なる前記イオン交換体を配置し水を解離して前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極、前記電極に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンク内の湯を前記水処理装置内に供給する凍結防止流路を設けた給湯機。
【請求項８】
水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記再生工程において、貯湯タンク内の湯を凍結防止流路を介して前記水処理装置内に供給することを特徴とする請求項７に記載の給湯機。
【請求項９】
水処理装置内の水の温度を検知する温度検知手段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、水に溶解しているイオンを除去する水処理装置を備えた給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯機は、図２に示すような構成であった（例えば、特許文献１参照）。以下、その構成について説明する。
【０００３】
電気透析を行うための一対の電極２２、２３、陽イオン交換膜２４、陰イオン交換膜２５を有し、電極２２が陰極、電極２３が陽極となるように電圧が印加される。Ｃｌ−、ＮＯ３−イオンをＯＨ−イオンと交換する陰イオン交換樹脂２６、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋イオンをＨ＋イオンと交換する陽イオン交換樹脂２７、陽イオン交換樹脂２７に吸着されなかったＭｇ２＋、Ｃａ２＋を濃縮した水を排出できる排出口２８、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜２９を配置している。
【０００４】
上記の構成において、その動作を説明する。軟水化を行う際は、各イオン交換樹脂２６、２７によるイオン交換と、電気透析手段による電気透析作用とが同時に行われる。浴槽水ｗは吸水口３０から循環ポンプ３１により吸引され、流路３２、３３、３４に分流される。
【０００５】
まず、イオン交換による軟水化について説明する。流路３３に分流された浴槽水ｗは、隔膜２９でセル内を仕切られた希釈室３５、３６に分流される。希釈室３６には陽イオン交換樹脂２７が充填されており、陽イオン交換樹脂２７により浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋がＨ＋にイオン交換される。また、希釈室３５には陰イオン交換樹脂２６が充填されており、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−やＮＯ３−イオンがＯＨ−にイオン交換され、樹脂を流出させない網３７を通り、切換え弁３８および切換え弁３９を通って合流し、そして、イオン交換された浴槽水ｗは吐出口４１より浴槽４０に還流される。
【０００６】
次に、電気透析による軟水化について説明する。陽イオン交換膜２４を介して浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋が電気透析力により濃縮室４２に移動し、切換え弁４３を通って排出口２８より排出される。また、陰イオン交換膜２５を介して、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−、ＨＣｌＯ３−、ＳＯ４２−等の陰イオンが濃縮室４４に移動し、切換え弁４５を通って、排出口２８より排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３４０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、イオンを除去するセルの凍結防止対策がなく、寒冷地で夜間放置された場合等、セル内の水が凍結して膨張してしまう可能性があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、寒冷地で夜間放置された場合等でも、水処理装置内の水の凍結を防止し、使用性の高い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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯機は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、水を解離して前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極、前記電極に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記水処理装置内の水の凍結を防止する凍結防止手段とを備えたもので、寒冷地で夜間放置された場合等でも、水処理装置内の水の凍結を防止し、使用性の高い給湯機を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、寒冷地で夜間放置された場合等でも、水処理装置内の水の凍結を防止し、使用性の高い給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】従来の給湯機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、水を解離して前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極、前記電極に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記水処理装置内の水の凍結を防止する凍結防止手段とを備えた給湯機で、寒冷地で夜間放置された場合等でも、水処理装置内の水の凍結を防止し、使用性の高い給湯機を提供できる。
【００１４】
第２の発明は、凍結防止手段は、水処理装置内の水に前記貯湯タンクが有する熱を伝熱する構成としたことを特徴とするもので、給湯機が有する熱を効率的に活用することができ、水処理装置を加熱するための特別な加熱手段を必要としないので、構成が簡単で信頼性が高く、使用性の高い給湯機を提供できる。
【００１５】
第３の発明は、貯湯タンクおよび水処理装置を断熱材にて包囲したことを特徴とするもので、貯湯タンクの熱を外部に放出することなく、効率的に水処理装置内の水を昇温することができ、構成が簡単で信頼性が高く、使用性の高い給湯機を提供できる。
【００１６】
第４の発明は、水処理装置内の水を排出する排水手段を設けたことを特徴とするもので、水処理装置内の水を排出することで前記水処理内の凍結を防止することにより、水処理装置内の水を流動させることで凍結を防ぐことができる。
【００１７】
第５の発明は、水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記採水工程において、電極間に水の分解電圧未満の電圧を印加する構成としたことを特徴とするもので、水中のイオンが除去された処理水は水の電気分解ガスを含むことがなく、処理水を導く流路にガスが溜まる恐れがない。
【００１８】
第６の発明は、水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記再生工程において、電極間に水解離電圧以上の電圧を印加する構成としたことを特徴とするもので、水を解離してＨ＋イオンとＯＨ−イオンを生成し、水中のイオンを吸着したイオン交換体を再生することができる。
【００１９】
第７の発明は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、表裏に極性の異なる前記イオン交換体を配置し水を解離して前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離するイ
オン交換膜、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極、前記電極に電圧を供給する電圧制御手段を有する水処理装置と、湯水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンク内の湯を前記水処理装置内に供給する凍結防止流路を設けた給湯機で、貯湯タンク内の湯を水処理装置に供給する凍結防止流路を有し、水処理装置を加熱することで前記水処理装置内の水の凍結を防止することにより、温度が低下した水処理装置内を迅速に昇温することができる。
【００２０】
第８の発明は、水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着する採水工程、吸着したイオンを脱離する再生工程の運転工程を備え、前記再生工程において、貯湯タンク内の湯を凍結防止流路を介して前記水処理装置内に供給することを特徴とするもので、凍結防止手段は水処理装置の再生工程の際に凍結防止流路により貯湯タンクの湯を供給することにより、水を解離して水処理装置のイオン交換体に吸着したイオンを脱離する際の水温を昇温することができるので、水の解離が活発におこり効率的に水処理装置の再生を行うことができる。
【００２１】
第９の発明は、水処理装置内の水の温度を検知する温度検知手段を設けたことを特徴とするもので、水処理装置内の水が凍結する恐れを確実に検出し、不要な動作を省くことができ、ランニングコストを抑えることができる。
【００２２】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における構成図である。
【００２４】
図１において、水と製造した湯を蓄える貯湯タンク１は、水道水、工業用水、地下水等の水源から供給される原水ラインに原水流路２により接続している。原水流路２は、貯湯タンク１へ通じるタンク流路３と、給水流路４に分岐している。水処理装置５は、貯湯タンク１の上方部に近接して配置しており、貯湯タンク１と水処理装置５を伝熱可能に凍結防止手段６により接続しており、温度検知手段７が水処理装置５の温度を検知している。
【００２５】
貯湯タンク１と水処理装置５は、断熱材８で覆われており外気（外部）と熱的に遮断されている。貯湯タンク１の水は、処理水流路９でポンプ１０により圧送され、採水再生切替弁１１、水処理装置５、排水切替弁（排水手段）１２を通り、熱交流路１３により加熱手段（熱交換器）１４に導かれる。加熱手段１４により生成した湯は、貯湯流路１５により貯湯タンク１へ送られ貯湯される。貯湯タンク１の湯は、給湯流路１６により送られ、給水流路４の水と混合して出湯する。
【００２６】
一方、貯湯タンク１の湯は、再生流路（凍結防止流路）１７を通り、採水再生切替弁１１により切替られ処理水流路９に導かれ、水処理装置５で処理されたのち排水切替弁１２により排水流路１８に切替られ給湯機から排出される。
【００２７】
水処理装置５の構成について、さらに詳しく説明する。水処理装置５は、対向する１組の電極１９ａ、１９ｂと、水に溶解している陽イオンを吸着する陽イオン交換体２０と水に溶解している陰イオンを吸着する陰イオン交換体２１とが、表裏に極性が異なるよう張り合わせたイオン交換膜から構成している。イオン交換膜は、電極１９間に複数枚積層しており、平板状の対向した電極１９間に平面上にイオン交換膜を積層している。
【００２８】
なお、半径の異なる同心円柱状の対向した電極１９間に同心円状や螺旋状にイオン交換膜を積層してもよい。イオン交換体はスチレンまたはジビニルベンゼンの重合体または共
重合体高分子を基本骨格とし、陽イオン交換体２０はスルホ基またはアクリル酸やメタクリル酸等のカルボキシル基を導入しており、陰イオン交換体２１は第４級アンモニウム基または第１〜３級アミノ基を導入している。
【００２９】
イオン交換体をイオン交換膜に成膜する際、イオン交換体をポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に混練分散させることで、膜の成形性を向上することができる。表裏に極性が異なるようイオン交換体を張り合わせたイオン交換膜は、バイポーラ膜と呼ばれ、電圧を印加することでイオン交換体の界面で水の解離が促進され、低電圧で水の解離を行うことができる。
【００３０】
以上のように構成した給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
通常、貯湯タンク１は湯および水で満たされており、原水ラインの水圧がかかっている。給湯機から出湯する際は、給水流路４の水と、水がタンク流路３を通り貯湯タンクに流入することで貯湯タンク１から押し出した給湯経路１６の湯とを、任意の温度になるよう混合し出湯する。
【００３２】
水処理装置５は、水中に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着する採水運転と、イオン交換体に吸着したイオンを脱離する再生運転とで、動作が異なるので、まず、水処理装置５が水中のイオンをイオン交換体で吸着する採水運転について説明する。
【００３３】
水処理装置５が水中に溶解しているイオンを吸着する採水運転の際は、ポンプ１０を駆動し、貯湯タンク１内の水を処理水流路９により吸引し、採水再生切替弁１１を通って水処理装置５へ圧送する。水処理装置５で処理された水は、排水切替弁１２で熱交流路１３に切換えられ、加熱手段１４へ送られる。
【００３４】
水処理装置５では、水中に溶解した陽イオンＣａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｆｅ等の各イオンは陽イオン交換体２０で水素イオンに、水中に溶解した陰イオンＣｌ、炭酸、硫酸、硝酸等の各イオンは陰イオン交換体２１で水酸化物イオンにイオン交換することで、水中に溶解している各種イオンをイオン交換体に吸着する。イオン交換体がイオンを吸着する際、イオン交換膜の陽イオン交換体２０側の電極１９ａを陽極、陰イオン交換体２１側の電極１９ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置５内のイオンがイオン交換体に移動するので、イオン交換体のイオン吸着速度を増加させることができる。
【００３５】
その際、水分子が電気分解し水素分子と酸素分子を生成する水の理論分解電圧は１．２２６Ｖであるので、水の分解電圧未満の電圧を印加することで、水素ガスおよび酸素ガスが発生することなく水に溶解しているイオンをイオン交換体で効率的に吸着することができる。水処理装置５で水に溶解しているイオンを吸着することで、加熱手段１４で昇温する際、ＣａやＭｇの硬度成分が析出することによる加熱手段の閉塞や加熱効率の低下、陰イオンによる腐食の促進等を防止することができる。
【００３６】
また、ｐＨの偏った水を処理した場合は、酸性の場合は各種アニオンを水酸化物イオンに、塩基性の場合は各種カチオンを水素イオンにイオン交換することで中性の水に近づけることができ、水処理装置５により処理した水は、ｐＨによる腐食を防止することができる。また、水の分解電圧未満の電圧を印加していることで、処理水は水の分解ガスを含有しておらず、加熱手段１４より加熱され気体の溶解度が低下した場合であっても、水の分解ガスは生成せず、貯湯タンク１および流路に蓄積することがない。
【００３７】
なお、水処理装置５で水に溶解しているイオンを吸着する際に、電極１９間に電圧を印加しなくてもよい。イオン交換体が水に溶解しているイオンを吸着する作用に変わりはな
く、処理水に水の分解ガスを含有しない効果も変わらない。
【００３８】
水中に溶解している各種イオンを除去した水は軟水と呼ばれ、本発明の給湯機は軟水を供給することができることから、洗剤の泡立ちが良くなり肌や髪に優しく、石鹸カスを生成し難いので掃除が楽になり、洗濯に使用した際は洗浄力を向上することができる。
【００３９】
次に、水処理装置５がイオン交換体に吸着したイオンを脱離する再生運転の動作、作用を説明する。
【００４０】
イオン交換体がイオンを脱離する再生運転の際は、採水再生切替弁１１と排水切替弁１２を切替えることにより、貯湯タンク１の湯は再生流路１７により水処理装置５へ導かれ排水流路１８を通って給湯機から排出される。水処理装置５では、イオン交換膜の陽イオン交換体２０側の電極１９ａを陰極、陰イオン交換体２１側の電極１９ｂを陽極となるよう電圧を印加する。
【００４１】
水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離する水の理論解離電圧は０．８２８Ｖであるので、水解離電圧以上の電圧を印加することでイオン交換膜の陽イオン交換体２０と陰イオン交換体２１の界面で水が解離し、イオン交換体に吸着したイオンと交換し脱離することでイオン交換体が再生する。また、イオン交換体がイオンを脱離する際の印加電圧を水の分解電圧未満にすることで、水処理装置の再生処理水は水の分解ガスを含有しないので、給湯機から排出する間の排水流路１７に溶存ガスが成長して気泡となり溜まることを防止することができる。
【００４２】
なお、再生運転の際に電極１９間に水の分解電圧以上に電圧を印加してもよい。陽イオン交換体２０と陰イオン交換体２１の界面で水の解離が活発に起こり、短時間で十分にイオン交換体を再生することができる。また、再生に用いる水は、水処理装置５から迅速に排水流路１８を通って系外に排出されることから、貯湯タンク１および流路に蓄積することがない。
【００４３】
次に本発明の特徴である凍結防止手段６について詳しく説明する。凍結防止手段６は、寒冷地の夜間や極寒地等、水処理装置５内の水が凍結する恐れのある場合であっても、これを防止するものである。貯湯タンク１は内部が湯と水で満たされており、上方が高温の湯、下方が低温の水となっている。凍結防止手段６はタンク上方の湯の熱を水処理装置５に伝えるものであり、熱伝導率の高い真鍮、アルミ、銅、ステンレス、鋼鉄等の金属を用いることができる。
【００４４】
なお、水処理装置５を形成する樹脂ハウジングを凍結防止手段６とし、貯湯タンク１に接触配置しても、凍結を防止する効果を得ることに変わりはない。温度検知手段７は、水処理装置５内の温度を検知するものであり、凍結の恐れを検知した際は、採水運転による湯の生成、また、再生運転により水を流動させる。再生運転の際は、水処理装置５に再生流路１７で貯湯タンク１の湯を導くことで、水処理装置５を迅速に昇温することができる。また、水処理装置５の再生に高温の湯を用いることができるので、水の解離が活発に起こり、再生効率が向上するので、低電力かつ短時間で十分に再生を行うこともできる。
【００４５】
温度検知手段７は、貯湯タンク１の上方の温度も計測できるよう、貯湯タンク１と水処理装置５を熱的に接続する凍結防止手段６上に設置することが望ましい。温度検知手段７が低温を検知した場合は、貯湯タンク１内の残湯量が減少していることが分かるので、沸き上げ運転を開始して、湯切れを防止することもできる。なお、温度検知手段７は、処理水流路９、熱交流路１３、排水流路１７上に設置しても、水処理装置５の凍結の恐れを検知する効果に変わりはない。
【００４６】
貯湯タンク１と水処理手段５を断熱材８で一体に覆うことで、不必要な放熱を防止することができる。断熱材８は、貯湯タンク１と水処理装置５を外部から熱的に遮断する目的を達成できる素材であれば特に制限なくウレタン、ポリスチレン等の発泡樹脂、グラスウール、セルロース等の繊維系断熱材、真空断熱材等を単独または組み合わせて用いることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、給湯機の加熱手段１４をヒートポンプ式としているが、加熱手段が限定されることはなく、ガス加熱式、電気加熱式等、自由に選択することができる。
【００４８】
なお、処理水流路９と再生流路１７を切替える採水再生切替弁１２、熱交流路１３と排水流路１８を切替える排水切替弁１２に三方弁を用いているが、流路の切換えは三方弁に限定されることはなく、流路の開閉を行う二方の電磁弁等を複数組み合わせても、流路の切換えを行うことができれば構わない。
【００４９】
このように本発明の給湯機は、水に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着、また、電圧を印加することで水を解離させ吸着したイオンを脱離しイオン交換体を再生することができる。交互に吸着脱離運転を行うことで、使用者はメンテナンスすることなく連続的にイオンを除去した処理水を利用することができ、また、経年的に湯を製造しても、機器への悪い影響を軽減することができるので、給湯機の信頼性および寿命を向上することができ、さらに高硬度地域や井戸水等の機器に過酷な原水に対しても適応することができる。
【００５０】
さらに、寒冷地ならびに夜間等、凍結の恐れがある場合であっても給湯機の信頼性および寿命を担保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる水処理装置および前記水処理装置を備えた給湯機は、原水の溶解イオンを吸着除去することができ、家庭用、産業用に制限されることなく、安全な処理水を利用する水処理システムに適応することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  貯湯タンク
５  水処理装置
６  凍結防止手段
７  温度検知手段
８  断熱材
１２  排水切替弁（排水手段）
１４  加熱手段
１７  再生流路（凍結防止流路）
１９  電極
２０  陽イオン交換体
２１  陰イオン交換体
【図１】
2011127825.tif 000003
【図２】
2011127825.tif 000004