(57)【要約】【課題】水の溶解成分を吸着する水処理装置を備えた給湯機を提供する。【解決手段】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１７、１８と、表裏に極性の異なるイオン交換体を配置し水を解離してイオン交換体１７、１８に吸着したイオンを脱離するイオン交換膜と、イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極１６と、電極に電圧を供給する電圧制御手段とを有する水処理装置６と、水処理装置６のイオン吸着能力を検知する処理装置検知手段１３と、水処理装置６により処理した水を加熱する加熱手段１０とを備え、処理装置検知手段１３が検知する水処理装置６のイオン吸着能力に基づいて、加熱手段１０による水の沸上げ温度を変更することを特徴とする給湯機で、スケールによる閉塞および腐食を防止することができる。【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、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、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する処理装置検知手段と、前記水処理装置により処理した水を加熱する加熱手段とを備え、前記処理装置検知手段が検知する前記水処理装置のイオン吸着能力に基づいて、前記加熱手段による水の沸上げ温度を変更することを特徴とする給湯機。
【請求項２】
水処理装置は、イオンを吸着する採水運転と、イオンを脱離する再生運転とを有し、処理装置検知手段が前記水処理装置のイオン吸着能力の低下を検知した場合、採水運転から再生運転に変更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】
処理装置検知手段は導電率計測手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した水の導電率を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成と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】
処理装置検知手段は流量計測手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した水量を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成と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５】
処理装置検知手段は経時手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した時間を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成と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６】
水処理装置のイオン交換体が水中のイオンを吸着する採水運転の際は、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１〜５のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項７】
水処理装置のイオン交換体が水中のイオンを脱離する再生運転の際は、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１〜６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２１、２２、陽イオン交換膜２３、陰イオン交換膜２４を有し、電極２１が陰極、電極２２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２５、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋イオンをＨ＋イオンと交換する陽イオン交換樹脂２６、陽イオン交換樹脂６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２７、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜２８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２５、２６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２９から循環ポンプ３０により吸引され、流路３１、３２、３３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３２に分流された浴槽水ｗは、隔膜２８でセル内を仕切られた希釈室３４、３５に分流される。希釈室３５には陽イオン交換樹脂２６が充填されており、陽イオン交換樹脂２６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。
【０００６】
また、希釈室３４には陰イオン交換樹脂２５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３６を通り、切換え弁３７および切換え弁３８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４０より浴槽３９に還流される。
【０００７】
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２３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４１に移動し、切換え弁４２を通って排出口２７より排出される。また、陰イオン交換膜２４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４３に移動し、切換え弁４４を通って、排出口２７より排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、浴槽の水を循環して軟水化しており、浴槽に供給する水（湯）を加熱する加熱手段を通過する水は処理していない。加熱手段は高温になるためスケールが蓄積しやすく、加熱手段の熱交換効率を低下させ、さらには流路を閉塞する。また、水に溶解しているイオンには硬度以外に腐食の原因となる陰イオンが含有しており、高温になる加熱手段は腐食しやすい。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、加熱手段に供給する水に溶解しているイオンを吸着して、スケールの蓄積および腐食を防止することで、原水の水質による機器への影響を軽減した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】
【００１１】
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、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、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する処理装置検知手段と、前記水処理装置により処理した水を加熱する加熱手段とを備え、前記処理装置検知手段が検知する前記水処理装置のイオン吸着能力に基づいて、前記加熱手段による水の沸上げ温度を変更することを特徴とするものである。
【００１２】
これによって、加熱手段は、水処理装置により溶解しているイオンを除去した水を加熱するので、スケール蓄積および腐食することがない。また、水処理装置の能力が低下した際も、加熱手段の温度を低下することで、スケール蓄積および腐食を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加熱手段に供給する水に溶解しているイオンを吸着して、スケールの蓄積および腐食を防止することで、原水の水質による機器への影響を軽減した給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】
【００１５】
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、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、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する処理装置検知手段と、前記水処理装置により処理した水を加熱する加熱手段とを備え、前記処理装置検知手段が検知する前記水処理装置のイオン吸着能力に基づいて、前記加熱手段による水の沸上げ温度を変更することを特徴とする給湯機で、水処理装置のイオン除去能力が低下した際であっても、加熱手段へのスケール蓄積および腐食を防止することができる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の給湯機の水処理装置は、イオンを吸着する採水運転と、イオンを脱離する再生運転とを有し、処理装置検知手段が前記水処理装置のイオン吸着能力の低下を検知した場合、採水運転から再生運転に変更する構成としたことを特徴とするもので、加熱手段に高濃度のイオンを含んだ水が供給されることを防止し、常に水処理装置の処理能力を最良の状態に保つことができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の給湯機の処理装置検知手段は、導電率計測手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した水の導電率を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成としたことを特徴とするもので、水処理装置で処理した水のイオンの量で導電率として直接的に計測することができるので、
水処理装置の処理能力を正確に検知することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明の給湯機の処理装置検知手段は、流量計測手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した水量を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成としたことを特徴とするもので、水処理装置の処理水量を構成が簡単な流量計で計測することができるので、処置装置検知手段の信頼性および耐久性を向上することができ安価な商品を提供することができる。
【００１９】
第５の発明は、特に、第１または第２の発明の給湯機の処理装置検知手段は、経時手段で、前記処置装置検知手段が水処理装置により処理した時間を計測することで、前記水処理装置のイオン吸着能力を検知する構成としたことを特徴とするもので、水処理装置の運転時間を構成が簡単なタイマーで計測することができるので、処置装置検知手段の信頼性および耐久性を向上することができより安価な商品を提供することができる。
【００２０】
また、給湯機は時刻表示または運転状況の把握に経時手段を有しているので、処理装置検知手段として代用することができるので、構成物を別途付加することなく、より安価な商品を提供することができる。
【００２１】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれかの発明の給湯機の水処理装置のイオン交換体が、水中のイオンを吸着する採水運転の際は、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可能性がない。
【００２２】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれかの発明の給湯機の水処理装置のイオン交換体が、水中のイオンを脱離する再生運転の際は、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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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により接続しており、原水流路２の水は、水の不溶物を分離除去する粗ろ過手段３に導かれている。原水流路２は、貯湯タンクへ通じるタンク流路４と、給水流路５に分岐している。
【００２６】
水処理装置６は、貯湯タンク１の水が処理水流路７でポンプ８により圧送されており、三方弁９は水処理装置６により処理した水を、加熱手段（熱交換器）１０に通じる熱交流路１１と、給湯機から排出される排水流路１２とに、分岐している。処理装置検知手段１３は、熱交流路１１上で加熱手段に送られる水に関する情報を検知している。加熱手段１０により生成した湯は、貯湯流路１４により貯湯タンク１へ送られる。貯湯タンク１の湯は、給湯流路１５により送られ、給水流路６の水と混合して出湯する。
【００２７】
水処理装置６の構成について、さらに詳しく説明する。水処理装置６は、対向する１組の電極１６ａ、１６ｂ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１７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１８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１６間に複数枚積層し
ており、平板状の対向した電極１６間に平面上にイオン交換膜を積層、また、半径の異なる同心円柱状の対向した電極１６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。
【００２８】
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１７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１８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。イオン交換体をイオン交換膜に成形する際、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、膜の成形性が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るので、低電圧で水の解離を行うことができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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５の水と、水がタンク流路４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１４の湯とを、任意の温度になるよう混合し出湯する。
【００３１】
水処理装置６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６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。
【００３２】
水処理装置６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８を駆動し、貯湯タンク１内の水を処理水流路７により吸引し、水処理装置６へ圧送する。水処理装置６で処理された水は、三方弁９で熱交流路１１に切換えられ、処理装置検知手段１３で水質を確認して、加熱手段１０へ送られる。
【００３３】
水処理装置６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１６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１７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。
【００３４】
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１７側の電極１６ａを陽極、陰イオン交換体１８側の電極１６ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置６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。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。
【００３５】
水処理装置６で水に溶解しているイオンを吸着することで、加熱手段１０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るので、水処理装置６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１０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、貯湯タンクおよび流路に蓄積することがない。
【００３７】
なお、水処理装置６で水に溶解しているイオンを吸着する際に、電極１６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】
次に、水処理装置６がイオン交換体に吸着したイオンを脱離する際の動作、作用を説明する。
【００３９】
イオン交換体がイオンを脱離する再生運転の際は、処理水流路７により水処理装置６に導かれた水は、水処理装置６で処理された後、三方弁９で切換えられ排水流路１２と通って給湯機から排出される。水処理装置６では、イオン交換膜の陽イオン交換体１７側の電極１６ａを陰極、陰イオン交換体１８側の電極１６ｂを陽極となるよう電圧を印加する。
【００４０】
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１７と陰イオン交換体１８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。
【００４１】
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１２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】
処理装置検知手段１３と加熱手段１０の動作について詳しく説明する。処理装置検知手段１３は、熱交流路１１上で水処理装置６による水中に溶解しているイオンの除去性能を検知する。水処理装置６は構成するイオン交換体の量により吸着できるイオンの最大量が支配され吸着能力は限界がある。水処理装置６が連続的に多量の水を処理した場合、熱交流路に吸着できなかったイオンが漏れ出し、加熱手段１０に流入する。
【００４３】
カルシウム、マグネシウム、シリカ等のスケール成分は、加熱されることで溶解度が下がり、加熱手段１０の流路に析出し、流路を閉塞、また、熱伝導率を下げることで熱交換を妨げる。一方、塩化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン等の陰イオンは腐食性が高く、加熱手段１０の高温部では反応速度が増し腐食が促進される。
【００４４】
処理装置検知手段１３は、水処理装置６の処理能力を検知することで、水処理装置６の処理能力を越えて運転することを防止し、必要なタイミングで水処理装置６の再生運転を行うことができる。
【００４５】
一方、連続的に多量の湯を必要とする場合、水処理装置６の再生頻度を遅らせ連続的に採水運転を行う必要がある。処理装置検知手段１３は、水処理装置６の処理能力の限界を超えて採水した際のイオンの漏れを検知し、加熱手段１０の出力を下げて沸き上げ温度を低下することで、スケールの蓄積および腐食の低減を図る。
【００４６】
処理装置検知手段１３は、導電率計測手段、流量計測手段、経時手段により水処理装置６のイオン除去性能を検知することができる。
【００４７】
粗ろ過手段３について説明する。水処理装置は、水に溶解しているイオンをイオン交換体で確実に吸着するため、イオン交換膜が近接した状態で積層することが望ましが、イオン交換膜の間が僅少であるため、不溶物が堆積する可能性がある。粗ろ過手段３の除去性
能は、イオン交換膜の間隔と同様またはより細かな不溶物を除去することができるようにする必要がある。
【００４８】
粗ろ過手段３は、糸巻きフィルタ、プリーツフィルタ、中空糸フィルタ等の精密ろ過（ＭＦ）により形成し、原水に含まれる砂や鉄さび等の不溶性物質をろ過除去する。配置場所は、給湯機の貯湯タンク１に導かれる水、および給湯機から出湯する湯の全てを処理することが可能な、原水流路に設置することが望ましい。
【００４９】
給湯機から出湯した先の流路や湯を取出す蛇口に不溶物が混入したり詰まったりすることがなく、また、貯湯タンク１内を清浄に保つことができる。なお、粗ろ過手段３を処理水流路６に設置してもよい。原水に不溶物が多く含まれているとき、粗ろ過手段３が短時間で閉塞してしまい洗浄や取替え等のメンテナンスが頻繁に発生するような場合は、処理水流路７で水処理承知６に導かれる水のみを処理することで給湯機全体としてメンテナンスの頻度を減らすことができる。
【００５０】
なお、給湯機の加熱手段１０は、ヒートポンプ式、ガス加熱式、電気加熱式等、限定されることなく自由に選択することができる。
【００５１】
なお、処理水流路７と排水流路１２を切換えるために三方弁９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。
【００５２】
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、連続的に湯を使用するような運転条件であっても、機器に影響を与えることなく対応することができ、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。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
１  貯湯タンク
６  水処理装置
１０  加熱手段
１３  処理装置検知手段
１６  電極
１７  陽イオン交換体
１８  陰イオン交換体
【図２】
2011043252.tif 000003
【図１】
2011043252.tif 000004