JP2003097850A - 給湯機 - Google Patents

給湯機

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JP2003097850A
JP2003097850A JP2001290055A JP2001290055A JP2003097850A JP 2003097850 A JP2003097850 A JP 2003097850A JP 2001290055 A JP2001290055 A JP 2001290055A JP 2001290055 A JP2001290055 A JP 2001290055A JP 2003097850 A JP2003097850 A JP 2003097850A
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water
heat exchanger
water supply
acidic
hot water
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JP2001290055A
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English (en)
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Hiroyuki Togawa
裕行 砥川
Nobuhiko Kanekuni
伸彦 兼国
Makoto Hayakawa
信 早川
Naoki Tsukamura
直記 塚村
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Toto Ltd
Nihon Yupro Corp
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Toto Ltd
Nihon Yupro Corp
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  • Details Of Fluid Heaters (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薬剤の交換等を要せずに熱交換器表面に強固
な一次結合したスケールの形成を低減し、引いては長期
に亘り給湯機の熱伝達の低下や出湯温度の低下や燃料の
浪費を生じない給湯機を提供する。さらに、基材や酸性
水との接触に伴う耐久性の低下が生じない給湯機を提供
する。 【解決手段】 給湯機の熱交換器よりも給水側配管の途
上に、給水口から供給される水よりも酸性の水を供給す
る手段が設けられており、該酸性の水が前記熱交換器に
齎されるようにしたことを特徴とする給湯機。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換機表面への
スケール形成を低減し、以って、熱伝達効率の経時的な
低下を抑制した給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】給湯機の水と接する部分には、主に無機
物の炭酸カルシウムからなる堆積物（以下、「スケー
ル」という）が付着しやすい。そのメカニズムは以下の
ように考えられている。すなわち、水中に溶解されてい
る炭酸カルシウムが、給湯機内部、特に熱交換機におけ
る水温上昇により溶解度が低下し、過飽和状態となるた
めに、特に温度の高い熱交換機表面に析出し固着する。
一方、熱交換機における接水部分は熱伝導性、耐熱性に
優れたリン酸脱酸銅を使用しているが、この材質が炭酸
カルシウムと極めて親和性が良好である。そのために、
その最表面層と炭酸カルシウムとが一次結合し強固なス
ケールとなる。そして、強固な一次結合したスケールの
形成は、給湯機の熱伝達を低下させ、出湯温度の低下や
燃料の浪費となる原因となっていた。そこで、従来より
給湯機配管内を水と一緒にスポンジボールを定期的に流
してスケールを掻き取ったり、スケール析出の溶解度の
低下を抑えるため最高出湯温度を低下させるなどが取ら
れていたが、抜本的な解決には至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
熱交換機表面に強固な一次結合したスケールの形成を低
減し、引いては長期に亘り給湯機の熱伝達の低下や出湯
温度の低下や燃料の浪費を生じない給湯機を提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決すべく、給水手段に接続するための給水口と、水を
加熱するための熱交換機と、出湯手段に接続するための
出湯口と、前記給水口と前記熱交換機とを接続するため
の給水側配管と、前記熱交換機と出湯口とを接続するた
めの出湯側配管とを具備する給湯機において、前記給水
側配管の途上に給水口から供給される水よりも酸性の水
を供給する手段が設けられており、該酸性の水が前記熱
交換機に齎されるようにしたことを特徴とする給湯機を
提供する。炭酸カルシウムはカルシウムイオンの濃度が
高いほど、炭酸イオンの濃度が高いほどおよび温度が高
いほど析出しやすくなる。また、酸性水中においては、
炭酸水の化学平衡は中性水中と比較して、カルシウムイ
オンと結合することのできる炭酸イオン(CO3 2-)、炭酸
水素イオン(HCO3 -)の濃度が減少して、炭酸(H2CO3)の割
合が増加する。従って、カルシウムイオンが多量にあっ
ても、炭酸イオンの濃度が低いために、難溶性の炭酸カ
ルシウムとして析出し難くなる。さらに、酸性が強いほ
ど炭酸カルシウムの溶解度も大きくなり、すでに析出し
た炭酸カルシウムがあった場合でも溶解されるようにな
る。従って、給水側配管の途上に給水口から供給される
水よりも酸性の水を供給する手段が設けられているよう
にして、前記熱交換機に給水口から供給される水よりも
酸性の水が齎されるようにすることにより、熱交換機表
面への難溶性のスケールの固着が抑制され、長期に亘り
給湯機の熱伝達の低下や出湯温度の低下や燃料の浪費を
生じない給湯機を提供することが可能となる。尚、本発
明において、「給水口から供給される水よりも酸性の水
を供給する手段」には、以下に限定されないが、後述す
る給水口から供給される水をより酸性の水に変換する手
段の他、酸性薬剤供給手段等も含む。
【０００５】本発明においては、給水手段に接続するた
めの給水口と、水を加熱するための熱交換機と、出湯手
段に接続するための出湯口と、前記給水口と前記熱交換
機とを接続するための給水側配管と、前記熱交換機と出
湯口とを接続するための出湯側配管とを具備する給湯機
において、前記給水側配管の途上に給水口から供給され
る水をより酸性の水に変換する手段が設けられており、
該酸性の水が前記熱交換機に齎されるようにしたことを
特徴とする給湯機を提供する。前記給水側配管の途上に
給水口から供給される水をより酸性の水に変換する手段
が設けることで、薬剤の交換等を要さずに熱交換機表面
への難溶性のスケールの固着が抑制され、長期に亘り給
湯機の熱伝達の低下や出湯温度の低下や燃料の浪費を生
じない給湯機を提供することが可能となる。
【０００６】本発明の好ましい態様においては、前記給
水口から供給される水をより酸性の水に変換する手段
は、水路と、該水路に面して対向して配置された複数の
電極と、前記電極間に電流を強制的に印可する手段とを
具備し、電流の印加により一方の電極表面近傍の流水が
給水ｐＨよりも酸性を呈するようにする。そうすること
で、電極に電圧を印加するだけで、陽極付近が給水pHよ
りも酸性となり、酸性になった部分をスリット等を用い
て分岐して、熱交換機へ導くことができる。ここで、陽
極付近が酸性となるメカニズムは以下のように考えられ
る。まず、電極に電圧を印加すると、水の電離が促進さ
れる。 ２Ｈ2Ｏ → ２Ｈ+＋ ２ＯＨ- …… そして、陽極側では水酸イオンが陽極に電子を放出する
反応により水、酸素ガスが発生する。 ４ＯＨ―→２Ｈ2Ｏ+Ｏ2↑＋４ｅ- ………… この一連の反応の結果、陽極付近でＯＨ-が減少し、ｐ
Ｈが低下するのである。
【０００７】本発明の好ましい態様においては、前記給
水口から供給される水をより酸性の水に変換する手段へ
の給水状態を検知する手段を備え、前記電流を強制的に
印可する手段による電極への印可は給水中にのみ作動さ
せるようにする。そうすることにより、電極の誤作動に
よる故障を防止できる。
【０００８】本発明の好ましい態様においては、前記給
水口から供給される水をより酸性の水に変換する手段へ
の給水、又は熱交換機への酸性水の供給はタイマー等を
用いて定められた時刻から一定期間のみ作動し、一定期
間のみ熱交換機内を酸性水が通水または保持するように
してもよい。そうすることにより、電極の長寿命化もは
かることができる。
【０００９】本発明の好ましい態様においては、前記給
湯機において、給湯機の使用状態を記憶、学習し給湯機
が最も使用されない時間帯に酸性水を供給することを特
徴とする給湯機を提供する。給湯機を使用する状態のデ
ータ（使用時刻、使用時間、使用水量など）を記憶し、
それらのデータより統計的手法などを用いて一日の内で
もっとも使用頻度の低い時間帯をシミュレーション計算
し、その時間帯に酸性水の供給がなされるので、給湯機
の給湯使用時間帯と酸性水の供給時間帯が合致すること
がほとんどなく、通常の給湯機の使用時間が制限されて
しまうことがない。
【００１０】本発明の好ましい態様においては、前記熱
交換機は、銅または銅合金からなる熱伝達性基材を有
し、前記熱交換機に齎される酸性の水のｐＨは３〜６で
あるようにする。そうすることにより、熱交換機の耐久
性を損なうことなく、熱交換機表面への難溶性のスケー
ルの固着が抑制され、長期に亘り給湯機の熱伝達の低下
や出湯温度の低下や燃料の浪費を生じない給湯機を提供
することが可能となる。
【００１１】本発明の好ましい態様においては、前記熱
交換機は、銅または銅合金からなる熱伝達性基材を有
し、前記基材の少なくとも使用時に水と接しうる面には
前記基材と水との接触を防止するための被膜が形成され
ているようにする。そうすることにより、炭酸カルシウ
ムが親和性の高い銅または銅合金と直接接触せず、一次
結合に基づく強固なスケールが熱交換機上に生じにくく
なる。従って、熱交換機表面への難溶性のＣａ化合物の
固着が抑制され、長期に亘り給湯機の熱伝達の低下や出
湯温度の低下や燃料の浪費を生じない給湯機を提供する
ことが可能となる。また、酸性水と基材との接触に伴う
耐久性の低下が生じなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の給湯機の好まし
い一実施態様について図に基づき詳細に説明する。本発
明の一実施態様においては、図１に示すように、水道等
の給水手段に接続するための給水口１と、給水側配管２
と、給水口から供給される水をより酸性の水に変換する
手段３と、酸性水側配管４aとアルカリ水側配管４b、水
を加熱するための熱交換機５と、出湯側配管６と、水
栓、シャワー等の出湯手段に接続するための出湯口７
と、バイパス配管８とが設けられている。
【００１３】給水口から供給される水をより酸性の水に
変換する手段３は、水路と、該水路に面して対向して配
置された複数の電極と、前記電極間に微弱電流を強制的
に印可する手段（電源）９とを具備している。そして、
電源９をＯＮの状態にし、電流を印加することで一方の
電極表面近傍の流水が給水ｐＨよりも酸性を呈するよう
になり、酸性になった部分をスリット等を用いて分岐し
て、酸性水側配管４aを通して熱交換機へ導く。それに
より、熱交換機４内で炭酸イオンが減少し、難溶性の炭
酸カルシウム化合物が析出しにくくなる。従って、熱交
換機表面への難溶性のＣａ化合物の固着が抑制され、長
期に亘り給湯機の熱伝達の低下や出湯温度の低下や燃料
の浪費を生じないようになる。さらに、熱交換機５は、
銅または銅合金からなる熱伝達性基材を有し、前記基材
の少なくとも使用時に水と接しうる面には前記基材と水
との接触を防止するための被膜が形成されているように
すると、溶解残存したＣａイオンも熱交換機５表面に固
着しにくくなるので、より一層熱交換機表面への難溶性
のＣａ化合物の固着が抑制され、長期に亘り給湯機の熱
伝達の低下や出湯温度の低下や燃料の浪費を生じないよ
うになる。また、基材と酸性水との接触に伴う耐久性の
低下が生じなくなる。
【００１４】さらに、給水口から供給される水をより酸
性の水に変換する手段３の水路に圧力センサーを設ける
などして、手段３への給水状態を検知し、給水状態にあ
るときのみ電源９が作動するようにＯＮ／ＯＦＦスイッ
チを設けるようにしてもよい。
【００１５】さらに、給水口から供給される水をより酸
性の水に変換する手段３の水路にタイマー等を設けるな
どして、定められた時刻から一定期間のみ作動するよう
にしてもよい。
【００１６】本発明の一実施形態において、図１に示す
ように手段３の水路に設けた各種センサーにより給湯の
使用時刻、使用時間、使用水量などの情報を知り、それ
らの情報を制御部５０に送り記憶しておく。制御部５０
は図２に示すように一日の時刻ごとの使用頻度をシミュ
レーション計算し最も使用頻度の低い確率の時刻を選ん
で、酸性水を供給する指示を出す。給湯機の使用経過と
とも給湯機の使用状況が変化すれば酸性水の供給時間帯
も変化する。
【００１７】電極材料には、Ｐｔ、Ｃ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｔ
ｉなどの周知の材料が利用可能であり、陰極と陽極は同
種材料を用いても異種材料を用いてもよい。同種材料を
用いた場合は、電極間に所定時間のサイクルで逆電圧を
かけるようにしてもよい。そうすることで、電極の長寿
命化を図ることができる。
【００１８】熱交換機５の接水部品の水と接する面に基
材と水との接触を防止するための被膜を形成する方法と
しては、例えば、スプレー法、印刷法、ディッピング法
等が好適に利用できる。このうち、特に、熱交換機の内
表面にコーティングするには、デイッピング法が優れて
いる。酸洗浄に使用する酸には、例えば、硫酸、塩酸、
硝酸、酢酸、フッ酸、ピクリン酸、ニトロベンゼン、ギ
酸、クロロ酢酸、酪酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル
酸、アジピン酸、フタル酸、フェノール、乳酸、リンゴ
酸、炭酸、吉草酸、クロム酸、重クロム酸、チタン酸、
アルミン酸、マンガン酸、ケイ酸、アルミノケイ酸、ホ
ウ酸、アルミノホウ酸、ホウケイ酸、脂肪酸等或いはそ
れらの混合液が利用できる。とりわけ、重クロム酸ナト
リウムと硫酸の混合液が洗浄力が強く好ましい。被膜と
しては、炭酸カルシウムの固着しにくい材質、または固
着のきっかけとなる熱交換機表面に発生する炭酸カルシ
ウムの核結晶の一因となる微少高温部をつくる溶存気体
および沸騰気泡が付着しにくい材質が好ましく、前者と
しては特にフッ素樹脂被膜、フッ素化合物被膜、シリコ
ーン被膜等、後者としてはシリカ等の被膜が好ましい。
【００１９】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。実施例について説明する。給水は水道水中に
スケール成分の一つである炭酸カルシウムを飽和濃度に
なるように溶解させた調整水（ｐＨ７）を作成した。そ
の調整水を以下の４条件に送液した。一つ目は従来の給
湯機（比較例１）、二つ目は酸性水を発生する手段を設
けた場合（通水時常に酸性水を熱交換機へ通水：実施例
１）、三つ目は酸性水を発生する手段を設けた場合（一
日２４時間中：２２時間は従来の給湯機として以下の条
件で使用、残りの２時間は熱交換機に酸性水を満たした
状態で保持：実施例２）、四つ目は実施例３と同じ稼働
条件の給湯機の熱交換機にシリコーンを被膜した場合
（実施例４）である。酸性水発生手段は白金からなる電
極を用意し、電流を流して水の電気分解を起こさせ、陽
極側を調整水よりも酸性側とした。それをスリットを用
いて酸性水を分離することにより、酸性水(ｐＨ４〜５)
を熱交換機に供給した。また、シリコーン被膜した熱交
換機５は、酸洗浄を施したのちにシリコーンレジンを約
１μm被膜した。スケール付着実験は上記調整水を常温
から約８０℃にまでの加温を約１分間行い、５分間休止
の繰り返しを約１ヶ月行った。また、実施例３，４につ
いては酸性水を熱交換機に保持した時間を考慮して実施
例１，２と運転時間が熱交換機の稼働時間が同じとなる
ように調整した。試験終了後、各熱交換機を取り出し、
熱交換機にスケール付着しているかどうかを観察した。
スケール付着状況を付着なしが◎、付着非常に少ないが
○、付着少ないが△、付着が多いがＸの４段階で評価し
た。
【００２０】表１にスケール防止結果を示す。酸性水を
熱交換機に供給することで、スケール防止効果が発揮さ
れた。また、実施例３では実施例２と同様にスケール付
着が僅かに見られたものの熱交換機部のスケール剥離が
容易であった。 ・
【表１】
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、熱交換機表面へのスケ
ール形成を防止し、以って、熱伝達効率の経時的な低下
を抑制した給湯機が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる給湯機の一実施態様の配列を
示すものである。
【図２】 本発明に係わる給湯機の一実施態様の給湯使
用頻度状態を示すものである。
【符号の説明】
１…給水手段に接続するための給水口 ２…給水側配管 ３…給水ｐＨよりも酸性の水を供給する手段 ４ａ…酸性水配管、４b…アルカリ水配管 ５…熱交換機 ６…出湯側配管 ７…出湯手段に接続するための出湯口 ８…バイパス配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼国 伸彦 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 早川 信 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 塚村 直記 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日 本ユプロ株式会社内 Ｆターム(参考） 3L034 EA07 3L036 AA09 AA41 AE01 AE03 AE13 4D061 DA05 DB07 EA02 EB01 EB05 EB14 EB19 EB27 EB29 EB30 EB31 EB39 GC16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 給水手段に接続するための給水口と、水
    を加熱するための熱交換機と、出湯手段に接続するため
    の出湯口と、前記給水口と前記熱交換機とを接続するた
    めの給水側配管と、前記熱交換機と出湯口とを接続する
    ための出湯側配管とを具備する給湯機において、前記給
    水側配管の途上に給水口から供給される水よりも酸性の
    水を供給する手段が設けられており、該酸性の水が前記
    熱交換機に齎されるようにしたことを特徴とする給湯
    機。
  2. 【請求項２】 給水手段に接続するための給水口と、水
    を加熱するための熱交換機と、出湯手段に接続するため
    の出湯口と、前記給水口と前記熱交換機とを接続するた
    めの給水側配管と、前記熱交換機と出湯口とを接続する
    ための出湯側配管とを具備する給湯機において、前記給
    水側配管の途上に給水口から供給される水をより酸性の
    水に変換する手段が設けられており、該酸性の水が前記
    熱交換機に齎されるようにしたことを特徴とする給湯
    機。
  3. 【請求項３】 前記給水口から供給される水をより酸性
    の水に変換する手段は、水路と、該水路に面して対向し
    て配置された複数の電極と、前記電極間に電流を強制的
    に印可する手段とを具備し、電流の印加により一方の電
    極表面近傍の流水が給水ｐＨよりも酸性を呈することを
    特徴とする請求項２に記載の給湯機。
  4. 【請求項４】 前記給水口から供給される水をより酸性
    の水に変換する手段への給水状態を検知する手段を備
    え、前記電流を強制的に印可する手段による電極への印
    可は給水中にのみ作動させることを特徴とする請求項３
    に記載の給湯機。
  5. 【請求項５】 前記熱交換機は、銅または銅合金からな
    る熱伝達性基材を有し、前記熱交換機に齎される酸性の
    水のｐＨは３〜６であることを特徴とする請求項１〜４
    に記載の給湯機。
  6. 【請求項６】 前記熱交換機は、銅または銅合金からな
    る熱伝達性基材を有し、前記基材の少なくとも使用時に
    水と接しうる面には、前記基材と水との接触を防止する
    ための被膜が形成されていることを特徴とする請求項１
    〜５に記載の給湯機。
  7. 【請求項７】 請求項１もしくは２に記載の給湯機にお
    いて、給湯機の使用状態を記憶、学習し給湯機が最も使
    用されない時間帯に酸性水を供給することを特徴とする
    給湯機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009189966A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Osaka Gas Co Ltd アルカリ性排水中和処理装置
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