JP2009165954A - 軟水化装置およびそれを用いた給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、処理軟水のｐＨ低下を防止し、陽イオン交換樹脂の再生が容易な軟水化装置を提供する。
【解決手段】陽イオン交換樹脂４内蔵の軟水化手段５と、下流側に軟水化手段５を接続した陰極室１２と陽極室１１に分離され水を電気分解する電気分解手段２と、酸性水を貯水する酸性水タンク３と、陽イオン交換樹脂４の再生時に酸性水タンク３の酸性水を軟水化手段５に供給する循環ポンプ８とを備え、軟水使用時に、陽極室１１の酸性水を酸性水タンク３に貯め、陰極室１２のアルカリ性水を軟水化手段５に供給するもので、軟水使用時に、無駄な捨て水を用いることなく水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室１１で生成し、陰極室１２でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段５に通水して処理軟水のｐＨ低下を防ぎ、再生時には酸性水タンク３の酸性水で陽イオン交換樹脂４を効率よく再生できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薬剤の供給を不要とし連続的に軟水を供給するための軟水化装置およびその軟水化装置を用いた給湯装置に関するものである。

従来のこの種の軟水化装置としては、イオン交換樹脂を用いたものが数多く提案されており、例えば、ナトリウムイオンを官能基として有する陽イオン交換樹脂を用い、陽イオン交換樹脂によって、原水中に含まれる硬度成分であるカルシウムイオンやマグネシウムイオンをナトリウムイオンにイオン交換して軟水を得るものが知られている。

そして、陽イオン交換樹脂の官能基であるナトリウムイオンがすべてカルシウムイオンやマグネシウムイオンと交換された後は、イオン交換ができなくなるため、再びイオン交換が行えるように、陽イオン交換樹脂の再生を行う必要がある。

この陽イオン交換樹脂の再生には、塩などが用いられており、軟水の使用水量に応じて定期的に塩を補充する必要があり、塩の補充に手間がかかるという課題があった。

そこで、塩を用いない陽イオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成した酸性水で、陽イオン交換樹脂を再生する方法が提案されている（例えば、 特許文献１参照 ）。

上記特許文献１に開示されているように、陽イオン交換樹脂を、電気分解で生成した酸性水で再生するためには、陽イオン交換樹脂の官能基は、水素イオン型である必要があり、陽イオン交換樹脂によって原水中に含まれる硬度成分であるカルシウムイオンやマグネシウムイオンを水素イオンにイオン交換することでｐＨの低い酸性軟水が得られることとなる。

また、再生に用いる水の使用量を低減するために、電極間にイオン交換樹脂を充填し、電極表面で水の電気分解により生成する水素イオンにより、陽イオン交換樹脂を効率的に再生するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−６８２５６号公報 特開２００６−４３５４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の軟水化装置の構成では、通常の電気分解で生成される酸性水は、水素イオンの濃度が低く、水素イオン濃度の高い酸性水を得るためには、陰極室と陽極室に流す水の流量を調整し、陰極室に多量の水を流さなくてはならず、塩の使用は回避でき補充の手間は軽減できるものの、再生を行うために水を多量に必要とするという問題があった。さらに強酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合、酸性軟水のｐＨは低いときにはｐＨ２以下にまで低下するため酸性軟水の使用用途が限られるという課題があった。弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合でも酸性軟水のｐＨはｐＨ４〜５に低下し腐食の問題が起こる可能性がありボイラや給湯装置などに使用することはできなかった。

処理水を中性とする目的で、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を充填し水素イオンと水酸化イオンでイオン交換樹脂を再生する方法も提案されているが、陰イオン交換樹脂
は、陽イオン交換樹脂の約２倍量を充填する必要があり、装置が大型化するという課題があった。

また、特許文献２に記載されたような従来の軟水化装置の構成では、電極間に充填できるイオン交換樹脂の量は少なく、小流量で低硬度の水を処理するには適しているが、大流量で高硬度の水を処理するにはイオン交換樹脂の充填量を多くする必要があった。それにより電極面積も大きくなり貴金属を用いる高価な電極の使用量が増えることで、コストがかかるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安価な構成で、水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室に生成することができるとともに、処理軟水のｐＨ低下を防止することができ、さらに再生時には酸性水タンクの酸性水で陽イオン交換樹脂を循環再生することで再生を効率的に行うことができる軟水化装置と給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の軟水化装置は、陽イオン交換樹脂を充填した軟水化手段と、陰極室と陽極室に分離され水を電気分解してアルカリ性水と酸性水を生成する電気分解手段と、前記電気分解手段で生成された酸性水を貯水するための酸性水タンクと、前記陽イオン交換樹脂の再生時に前記酸性水タンクの酸性水を前記軟水化手段に供給する循環ポンプとを備え、前記電気分解手段の陰極室下流側に軟水化手段を接続し、軟水の使用時に、前記陽極室で得られた酸性水を前記酸性水タンクに貯水するとともに前記陰極室で得られたアルカリ性水を前記軟水化手段に供給する構成としたもので、軟水の使用時に電気分解手段に通電し陽極室で、再生に使用する酸性水を生成し酸性水タンクに貯水するとともに、陰極室には軟水化手段に供給する水を通水するため無駄な捨て水を用いることなく水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室で生成することができるとともに、陰極室でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段に通水することで、処理軟水のｐＨ低下を防止することができる。さらに再生時には酸性水タンクの酸性水で陽イオン交換樹脂を循環再生することで再生を効率的に行うことが可能となる。

また、本発明の給湯装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載された軟水化装置を搭載したもので、水を加熱する熱交換器が使用されている場合、その熱交換器の伝熱面に形成するスケール生成を抑制することができる。これにより、スケールによって発生する熱交換器の水回路閉塞を防止して、熱交換効率の低下を確実に防止することができる。

本発明の軟水化装置は、電気分解手段の陰極室に軟水化手段に供給する水を通水しながら陽極室で再生用の酸性水を生成することで、水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室に生成することができるとともに、陰極室でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段に通水することで、処理軟水のｐＨ低下を防止することができる。さらに再生時には酸性水タンクの酸性水で陽イオン交換樹脂を循環再生することで再生を効率的に行うことが可能となる。

第１の発明は、陽イオン交換樹脂を充填した軟水化手段と、陰極室と陽極室に分離され水を電気分解してアルカリ性水と酸性水を生成する電気分解手段と、前記電気分解手段で生成された酸性水を貯水するための酸性水タンクと、前記陽イオン交換樹脂の再生時に前記酸性水タンクの酸性水を前記軟水化手段に供給する循環ポンプとを備え、前記電気分解手段の陰極室下流側に軟水化手段を接続し、軟水の使用時に、前記陽極室で得られた酸性水を前記酸性水タンクに貯水するとともに前記陰極室で得られたアルカリ性水を前記軟水化手段に供給する構成としたもので、軟水の使用時に電気分解手段に通電し陽極室で、再
生に使用する酸性水を生成し酸性水タンクに貯水するとともに、陰極室には軟水化手段に供給する水を通水するため無駄な捨て水を用いることなく水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室で生成することができるとともに、陰極室でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段に通水することで、処理軟水のｐＨ低下を防止することができる。さらに再生時には酸性水タンクの酸性水で陽イオン交換樹脂を循環再生することで再生を効率的に行うことが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の陽イオン交換樹脂を、メタクリル酸系母体構造の弱酸性陽イオン交換樹脂としたもので、弱酸性陽イオン交換樹脂は処理軟水のｐＨが低下したときにはイオン交換が行われないため、処理軟水の極端なｐＨ低下を防止することができる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の陽イオン交換樹脂の再生時に、酸性水タンクの酸性水を、軟水化手段および陰極室を通って前記酸性水タンクへと循環させる構成とし、前記陽イオン交換樹脂の再生と同時に前記陰極室に設けた電極に付着するスケールを洗浄除去するもので、陽イオン交換樹脂の再生と同時に陰極室に設けた電極に付着するスケールを洗浄除去することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明の酸性水タンクに、酸性水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段で検知したｐＨの変化から、陽イオン交換樹脂の再生の度合いを推定し再生工程を制御する制御手段とを設けたもので、陽イオン交換樹脂の劣化や寿命を検知することができる。

第５の発明は、特に、第４の発明のｐＨ検知手段により検知した酸性水のｐＨが、所定ｐＨより高い時に、酸性水タンクの酸性水を排水するもので、酸性水の無駄な排水を防止することができる。

第６の発明は、特に、第４又は第５の発明のｐＨ検知手段により検知した酸性水のｐＨが、所定ｐＨより低い場合には、電気分解手段で得られたアルカリ性水を酸性水タンク内の酸性水に混合し、前記酸性水タンク内の酸性水のｐＨを前記所定ｐＨにまで中和させるもので、酸性水の中和に電気分解手段で生成したアルカリ性水を用いることで、酸性水の希釈に必要な水の使用量を低減することができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか一つの発明の軟水化装置に複数の軟水化手段を設け、前記複数の軟水化手段で軟水化と再生を切り替えるもので、再生時にも軟水の採水を行うことができるため連続的に軟水を得ることが出来る。

第８の発明における給湯装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載された軟水化装置を搭載したもので、水を加熱する熱交換器が使用されている場合、その熱交換器の伝熱面に形成するスケール生成を抑制することができる。これにより、スケールによって発生する熱交換器の水回路閉塞を防止して、熱交換効率の低下を確実に防止することができる。

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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（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軟水化装置の構成図である。

図１において、本実施の形態における軟水化装置は、給水路１と、給水路１からの水を電気分解して酸性水とアルカリ性水を生成する電気分解手段２と、電気分解手段２で生成
された酸性水を貯水する酸性水タンク３と、内部に陽イオン交換樹脂４を充填した軟水化手段５と、機器６に軟水を供給する軟水流路７と、酸性水タンク３の酸性水を軟水化手段５に供給する循環ポンプ８と、再生時の循環流路９を備えている。

また図１において、実線矢印は、軟水採水時の水の通水方向であり、破線矢印は、陽イオン交換樹脂４の再生時の通水方向を示している。

電気分解手段２は、隔膜１０で陽極室１１と陰極室１２を分離形成し、陽極室１１に陽極１３を、陰極室１２に陰極１４をそれぞれ設けており、給水路１は、電磁弁１５を介して、陽極室１１に設けた陽極入り口１６および陰極室１２に設けた陰極入り口１７と接続されている。陽極１３および陰極１４は、チタンを基材として白金、イリジウムなどの貴金属をメッキもしくは焼結した貴金属電極を用いている。電極１３、１４の形状としては、平板、メッシュ、パンチングなどを用いることが可能であり、所定の電極面積を確保できるのであれば、電極１３、１４の形状に制約を設けるものではない。

また、陽極１３および陰極１４間には、直流電源１８より、直流電圧が印加される構成となっており、隔膜１０は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、フッ素系高分子素材の不織布や織布などを用いることができる。陽極１３および陰極１４間に直流電源１８から直流を印加することで、陽極室１１の水に含まれるナトリウムやカルシウムなどの陽イオンは、隔膜１０を介して陰極室１２に移動するとともに、陰極室１２の水に含まれる炭酸イオンや塩素イオンなどの陰イオンは隔膜１０を介して陽極室１１に移動する。さらに、水の電気分解により移動してきたイオンと電気的に対になるイオンが生成することで、陽極室１１には酸性水が、陰極室１２にはアルカリ性水がそれぞれ生成される。

陰極室１２の陰極室出口１９は、陽イオン交換樹脂４を充填した軟水化手段５の上部と接続されており、陽極室１１の陽極室出口２０は、流量調整手段２１を介して酸性水タンク３と接続している。流量調整手段２１は、酸性水を生成する際に、陽極室１１への水の流量を調整するための圧損抵抗となるものであり、流量調整手段２１と並列して水量調整弁２２を備えた構成としている。

軟水化手段５は、円筒状の本体２３を有し、その本体２３の上部および下部には、内部の陽イオン交換樹脂４が漏れ出ないようにするフィルタ２４およびフィルタ２４を支える支持板２５が装着され、軟水化手段５の上部には、陽極室出口１９と接続する上部接続口２６が設けられ、軟水化手段５の下部には、機器６に軟水を供給する軟水流路７と接続する下部接続口２７が設けられている。

陽イオン交換樹脂４としては、粒子状や繊維の形態のイオン交換樹脂を用いることができる。本実施の形態では、安価な構成を実現可能な粒子状の形態を示しているが、繊維状の陽イオン交換樹脂４を用いた場合には、さらに小型化が可能となる。陽イオン交換樹脂４としては、メタクリル酸系母体構造の弱酸性陽イオン交換樹脂を用いることが望ましく、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いることで処理軟水の極端なｐＨ低下を防止することができる。

軟水流路７は、流路切替弁２８を介して、軟水を使用する機器６および循環ポンプ８を備えた循環流路９と接続している。また、図示しないが、循環ポンプ８、直流電源１８、電磁弁１５、水量調整弁２２、流路切替弁２８の動作を制御するための制御手段を備えている。

以上のように構成された本実施の形態における軟水化装置の作用および動作について、以下に説明する。

機器６で軟水を使用するときは、制御手段により電磁弁１５を開き、流量調整弁２０を閉め、流路切替弁２８を軟水流路７と機器６が接続するように切り替え、直流電源１８により陽極１３および陰極１４間に直流電圧を印加する。給水路１を流れる水は、電磁弁１５を介して、電気分解手段２の陽極室入り口１６および陰極室入り口１７より、陽極室１１および陰極室１２に通水される。

陽極１３および陰極１４間に直流電圧が印加されているため、陽極室１１内の水に含まれるナトリウムやカルシウムなどの陽イオンは、陰極１４に電気的に引きつけられ隔膜１０を介して陰極室１２に移動するとともに、陰極室１２内の水に含まれる炭酸イオンや塩素イオンなどの陰イオンは、陽極１３に電気的に引きつけられ隔膜１０を介して陽極室１１に移動する。さらに、陽極室１１および陰極室１２に移動してきたイオンと電気的に対になるイオンが、水の電気分解により生成することで、陽極室１１には酸性水が、陰極室１２にはアルカリ性水がそれぞれ生成される。

このように、水の電気分解により生成する酸性水やアルカリ性水のｐＨを決めるのは、陽極室１１および陰極室１２に移動してきた陰イオンおよび陽イオンであるため、水素イオンを多く含むすなわちｐＨの低い酸性水を得たい場合は、陽極室１１を流れる水の流量に対して、陰極室１２を流れる水の流量を多くする必要がある。

本実施の形態では、流量調整手段２１としての圧損抵抗を陽極室出口２０と酸性水タンク３の間に設けているため、陽極室１１を流れる水の流量を、陰極室１２を流れる水の流量よりも小さくすることができる。陽極室１１と陰極室１２をそれぞれ流れる水の流量の流量比としては、陽極室：陰極室＝１：２以上であることが望ましく、再生に必要な水の使用量を減らすことを目的とする場合には、流量比は１：１０になることが望ましい。さらには、このように陰極室１２の流量を大きくすることで、陰極室１２を流れる水の流速が高まり、陰極１４に電気的に引きつけられたナトリウムやカルシウムなどが陰極１４に析出するのを防止することも可能となる。

このようにして電気分解手段２の陽極室１１で得られた酸性水は、酸性水タンク３に貯水され、陰極室１２で得られたアルカリ性水は軟水化手段５の上部接続口２６に通水される。

次に軟水化手段５による軟水化の作用について説明する。

軟水化手段５に通水された水の中に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンは、陽イオン交換樹脂４の官能基がもつ水素イオンと置換され、軟水を軟水化手段５の下部接続口２７から得ることができる。そして、陽イオン交換樹脂４の官能基につく水素イオンがすべてカルシウムイオンやマグネシウムイオンと交換された後は、イオン交換ができなくなるため、再びイオン交換が行えるように、陽イオン交換樹脂４の再生を行う必要がある。

本実施の形態では、陽イオン交換樹脂４として、メタクリル酸系の樹脂を母体にカルボン酸官能基を持つ弱酸性陽イオン交換樹脂を用いている。弱酸性陽イオン交換樹脂は、強酸性陽イオン交換樹脂と比較して、水素イオンで再生しやすいという特徴を持っているため、電気分解で生成した水素イオンで、陽イオン交換樹脂４を再生する場合には適した樹脂であり、さらには官能基であるカルボン酸基は、酸性中では解離しないため、処理軟水の極端なｐＨ低下を防止することもできる。また、陰極室１２でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段５に通水しているため、処理軟水のｐＨ低下を防止することができる。

このように得られた軟水を、機器６で使用することができる。軟水を使用する機器６としては、洗濯機や、食器洗浄機などといった洗浄機器、調理機器、スケールの析出が問題となるスチーム使用機器、美容理容機器などがある。

洗濯機や食器洗浄機などの洗浄機器では、硬度成分が界面活性剤の働きを阻害するため軟水を用いることで洗浄力を高めることができるとともに、硬度成分による石鹸かすの生成を抑制するため、衣類のごわつきや食器の水滴残りなどを防ぐことができ高品位な仕上がりを提供することができる。

また、機器６として炊飯器などに用いた場合には、軟水の効果により、米への吸水を促進、米粒の崩れ・硬さのバランス向上などのご飯の食味を向上することができる。また軟水は、昆布などの旨味成分（アミノ酸）の抽出も促進するため、軟水の適した素材に対して軟水調理を行うことで、調理品の食味を向上させることができる。

つぎに、陽イオン交換樹脂４の再生時の動作を説明する。

再生を行うタイミングは、使用者が任意に実施する手動再生式や、所定の時間毎に自動的に再生を行う自動再生があるが、再生の頻度やタイミングは、使用する機器６によっても異なるため、本実施の形態では、使用者が任意に再生を行う手動再生の方法について説明する。

再生のタイミングとしては、硬度成分の濃度を検知し、所定の濃度以上の硬度が漏れ出したときに再生を行う方法や、所定の通水量や所定の通水時間が経過したときに再生を行う方法、使用状態に関係なく、一定間隔毎に再生を行う方法など種々のタイミングが考えられ、いずれのタイミングであっても同様の効果を得ることが出来る。

再生時には、制御手段により電磁弁１５を閉じるとともに、流量調整弁２２を開き、流路切替弁２８を循環流路９と軟水流路７が接続するように切り替え、循環ポンプ８を動作させる。

酸性水タンク３内の酸性水は、循環ポンプ８により循環流路９と流路切替弁２７を介して軟水流路７、軟水化手段５の下部接続口２７に供給され、陽イオン交換樹脂４を下から上に逆洗浄しながら陽イオン交換樹脂４のカルシウムイオンを、水素イオンに置換し樹脂の再生を行う。上部接続口２６からの酸性水は、陰極室出口１９から陰極室１２に供給され、陰極室入り口１７から陽極室入り口１６、陽極室１１、陽極室出口２０の順に通過し、流量調整弁２２を通って再び酸性水タンク３に戻される。

軟水の採取時には、流量調整弁２２を閉じることで、陽極室１１を流れる水の流量を陰極室１２を流れる水の流量よりも小さくしていたが、再生時には流量調整弁２２を開け循環流路９に十分な流量が流れるように調整することができる。

酸性水による陽イオン交換樹脂４の再生において、1回の通水のみでは陽イオン交換樹脂４についたカルシウムイオンを完全に水素イオンに置換することができないため、酸性水を1回の通水で排水することは、水を無駄に捨てることになる。再生に用いた酸性水を循環させて繰り返し使用することで、酸性水中の水素イオンを無駄なく再生に使用することができる。また、酸性水を循環させて繰り返し使用することで、再生を行うために使用する水の使用量を減らすことができる。

また、酸性水を、軟水化手段５および水の電気分解手段２の陰極室１２を通って酸性水タンク３へと循環する構成とし、酸性水を電気分解手段２の陰極室１２にも通水すること
で、陽イオン交換樹脂４の再生と同時に陰極室１２に設けた陰極１４に付着したスケールを洗浄除去することができる。

一般的に陰極１４に付着したスケールを除去するためには、電極の極性を反転させる極性反転が行われているが、極性反転を行うためには、陰極１４も陽極１３と同様に貴金属電極を用いなくてはならない。しかしながら、酸性水を、陰極室１２に通水することで陰極１４に付着するスケールを洗浄除去することができるため、陰極１４として安価なステンレス電極を用いることも可能となる。

このように電気分解手段２の陰極室１２の下流側に軟水化手段５を接続し、機器６で使用する水をｐＨの低い酸性水を得るために必要な陰イオンの供給源とすることで、酸性水を生成するための排水される水を不要とすることができるとともに、水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室１１に生成することができる。さらには、陰極室１２でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段５に通水することで、処理軟水のｐＨ低下を防止することができる。

また、陽イオン交換樹脂４としては、メタクリル酸系の樹脂を母体にカルボン酸官能基をもつ、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いることで、処理軟水の極端なｐＨ低下を防止することもできる。

陽イオン交換樹脂４の再生時には、酸性水タンク３の酸性水で陽イオン交換樹脂４を循環再生することで、酸性水中の水素イオンを無駄なく再生に使用することができ、再生を行うために使用する水の使用量を減らすことができる。さらに、酸性水を陰極室１２に通水することで、陰極１４に付着したスケールを洗浄除去することができるため、陰極１４として安価なステンレス電極を用いることも可能となる。

なお、本実施の形態では、電気分解手段２は、隔膜１０で２室に分離する構成を示したが、隔膜１０および陰極１４、陽極１３を複数枚用いた電気分解手段２を用いた場合でも同様の効果を得ることが出来るのは勿論である。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態における軟水化装置について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態における軟水化装置の構成図で、上記第１の実施の形態における軟水化装置と異なる点は、酸性水タンク３にｐＨ検知手段を設けたことであり、他の部分は、上記第１の実施の形態における軟水化装置と同一なので、同一部分については、同一符号を用いてその説明を省略する。

図２において、本実施の形態における軟水化装置の酸性水タンク３の内部には、酸性水タンク３内の酸性水のｐＨを検知するｐＨ検知手段２９と、水位検知手段３０が設けられ、酸性水タンク３の下部には、排水弁３１を備えた排水流路３２を設けている。

ｐＨ検知手段２９としては、電極間の電位差よりｐＨが推定できるものであればいずれでもよく、ガラス電極を用いたｐＨセンサや導電率センサを用いることができる。本実施の形態における軟水化装置は、さらに、ｐＨ検知手段２９で検知した酸性水タンク３の酸性水のｐＨ変化から、陽イオン交換樹脂４の再生の度合いを推定する演算推定手段３３および演算推定手段３３で推定した陽イオン交換樹脂４の再生度合いにより、再生工程を制御するとともに循環ポンプ８、直流電源１８、電磁弁１５、水量調整弁２２、流路切替弁２８、排水弁３１の動作を制御するための制御手段３４を備えている。

以上のように構成された本実施の形態における軟水化装置において、次に作用および動
作を説明する。

陽イオン交換樹脂４による軟水化および陽イオン交換樹脂４の再生時の動作は、上記第１の実施の形態と同様であり、軟水化および再生時には、酸性水タンク３に設けた排水弁３１を閉じた状態で動作を行っている。

陽イオン交換樹脂４の再生時には、酸性水タンク３の酸性水のｐＨは、陽イオン交換樹脂４の再生が進むにつれて上昇してくる。酸性水タンク３の酸性水のｐＨを、ｐＨ検知手段２９で検知し、酸性水のｐＨ変化から演算推定手段３３でイオン交換樹脂４の再生度合いを演算することができる。演算推定手段３３による演算方法としては、酸性水のｐＨが所定の値に達した時点ないしは酸性水のｐＨが変化しなくなった時などや、ｐＨ変化量、処理水量、処理時間などから陽イオン交換樹脂４の再生の度合いを演算するものである。演算推定手段３３により、陽イオン交換樹脂４の再生が終了したと判定した時に、排水弁３１を開き、排水流路３２を通して酸性水タンク３内の水を外部に排水する。

このとき、制御手段３４により、ｐＨ検知手段２９で検知した酸性水タンク３内の酸性水のｐＨが所定ｐＨ（例えば、公共下水道への排水基準であるｐＨ＝５）より高い場合にのみ、排水弁３１を開くように制御しており、酸性水の無駄な排水を防止することができる。

さらにｐＨ検知手段２９により検知した酸性水タンク３内の水のｐＨが、所定ｐＨより低い場合には、制御手段３４により、排水弁３１を閉じるとともに、電磁弁１５を開き、直流電源１８の電圧の極性を反転させることで、酸性水タンク３と接続した陽極室１１側でアルカリ性水を生成する。アルカリ性の水を酸性水タンク３内の酸性水に混合することで、酸性水タンク３の酸性水のｐＨを所定ｐＨにまで中和させる構成としている。このように、酸性水の中和に電気分解手段２で生成したアルカリ性水を用いることで、酸性水の希釈に必要な水の使用量を低減することができる。

尚、上記第１及び第２の実施の形態では、軟水化手段５を１個設けた軟水化装置について説明したが、軟水化手段５を複数設けて、その複数の軟水化手段５で、軟水化と再生を切り替えて行うようにすれば、どれかの軟水化手段５で陽イオン交換樹脂４の再生を行いながら、他の軟水化手段５を通して軟水の採水を行うことができるため、連続的に軟水を得ることも出来る。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における給湯装置の構成図である。尚上記実施の形態における軟水化装置と同一部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。

図３において、本実施の形態における給湯装置３５は、貯湯タンク３６と、熱交換器３７を備えたヒートポンプユニット３８と、熱交換器給水路３９と、貯湯タンク給水路４０と、給湯回路４１とを備えている。またヒートポンプユニット３８には、冷媒４２を内部に有する冷媒回路４３を有し、冷媒回路４３は、大気熱を集熱する蒸発器４４と、圧縮手段４５と、膨張手段４６とを順次備えた構成となっている。

本実施の形態では、冷媒４２として、ＣＯ２などの自然冷媒を用いており、冷媒４２は冷媒回路４３の中を循環し、蒸発器４４により大気中の熱を取り込むと共に、圧縮手段４５で圧縮されさらに高温となり、冷媒４２の熱は、熱交換器３７で熱交換器給水路３９の水を加熱するために用いられ、温度の下がった冷媒４２は、膨張手段４６をへて蒸発器４４に送られ、再び大気熱を取り込みむものである。

貯湯タンク３６の下部には、熱交換器給水路３９と、貯湯タンク給水路４０が接続され、熱交換器給水路３９には、軟水化装置４７および循環ポンプ４８が設けられている。なお、軟水化装置４７は、上記第１及び第２の実施の形態で述べた軟水化装置のいずれかである。

以上のように構成された本実施の形態における給湯装置の動作、作用について、以下に説明する。

軟水化装置４７における軟水化および再生時の動作は、上記実施の形態１又は２と同様なので、その説明を省略する。

ヒートポンプユニット３８では、冷媒４２が冷媒回路４３の中を循環し、蒸発器４４により、冷媒４２に大気中の熱を取り込むと共に、圧縮手段４５で圧縮することでさらに冷媒４２を高温とし、熱交換器３７で、熱交換器給水路３９から送られた軟水を加熱する。冷媒４２は、膨張手段４６を経て蒸発器４４に送られ、再び大気熱を取り込むものである。

循環ポンプ４８により、貯湯タンク３６の下部から熱交換器給水路３９を経て熱交換器３７に供給された軟水は、熱交換器３７で高温に加熱され、給湯回路４０を通って貯湯タンク３６に送られる。使用者が、給湯装置３５の湯を使用する時、貯湯タンク３６の上部より、湯水混合などで適温に調整された湯が使用者の使用箇所（台所、洗面所、風呂場など）に供給される。貯湯タンク３６の湯が使用されたときには、貯湯タンク３６の下部の貯湯タンク給水路４０より、水が貯湯タンク３６に補充される。

従来、熱交換器３７では、水が急速に加熱されるため水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどがスケールとして伝熱面に付着し熱交換効率を低下すると共に、熱交換器３７の水回路を閉塞する可能性があった。しかしながら本実施の形態のように、熱交換器３７に、軟水化装置４７で生成した軟水を供給することで、熱交換器３７の伝熱面に形成するスケール生成を抑制することができる。これにより、熱交換器３７の水回路閉塞を防止できると共に、熱交換効率の低下を防止することができる。

さらに、軟水を、風呂等の入浴洗浄時に用いることで、石鹸カスの生成を抑えることができ、アレルギーの抑制や美容効果が得られることが知られており、軟水を肌や頭髪の洗浄水として用いることで、これらの軟水効果を得ることが出来ると共に、石鹸カスの生成やスケールの付着を抑制することができ、水周りの掃除の手間が軽減できるという効果も得ることが出来る。

また、ヒートポンプ給湯器のように使用水量も多く、かつ屋外に設置する給湯機器に従来の軟水装置を組み合わせた場合には、塩の補充の頻度や量が多くなるとともに、集合住宅などの省スペースに設置した場合には、塩の補充などのメンテナンスに手間がかかり、また作業性も悪くなるという問題があったが、本実施の形態のように、電気分解で生成した酸性水で陽イオン交換樹脂４を再生する方法を用いることで、塩の使用を不要とし補充の手間を軽減することができる。

さらには、熱交換器３７に通水する水を、ｐＨの低い酸性水を得るために必要な陰イオンの供給源とすることで、酸性水を生成するための排水される水を不要とすることができるとともに、水素イオン濃度の高い酸性水を陽極室１１に生成することができ、酸性水タンク３を小型化することができる。さらには、陰極室１２でｐＨの上昇したアルカリ性水を軟水化手段５に通水することで、処理軟水のｐＨ低下を防止することができ、熱交換器３７に用いる金属の腐食を抑制することができる。

さらに、本実施の形態のように、貯湯タンク３６を持つヒートポンプ式の給湯装置３５と組み合わせることで、軟水化装置４７において陽イオン交換樹脂４を再生するために軟水を採取できない時間が生じた場合でも、貯湯タンク３６から温水を使用者に供給することができるため、使用者に不便をかけることをなくすことができる。

以上のように本発明にかかる軟水化装置は、薬剤の供給を不要とし、連続的に軟水を供給することができるものであり、軟水を使用する機器としては洗濯機、食器洗浄器、給湯装置、調理機器など水を使用する各種機器に適用することができる。

本発明の実施の形態１における軟水化装置の構成図 本発明の実施の形態２における軟水化装置の構成図 本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図

符号の説明

１ 給水路
２ 電気分解手段
３ 酸性水タンク
４ 陽イオン交換樹脂
５ 軟水化手段
６ 機器
７ 軟水流路
８ 循環ポンプ
９ 循環流路
１０ 隔膜
１１ 陽極室
１２ 陰極室
１３ 陽極
１４ 陰極
１５ 電磁弁
１６ 陽極入り口
１７ 陰極入り口
１８ 直流電源
１９ 陰極室出口
２０ 陽極室出口
２１ 流量調整手段
２２ 水量調整弁
２３ 本体
２４ フィルタ
２５ 支持板
２６ 上部接続口
２７ 下部接続口
２８ 流路切替弁
２９ ｐＨ検知手段
３０ 水位検知手段
３１ 排水弁
３２ 排水流路
３３ 演算推定手段
３４ 制御手段
３５ 給湯装置
３６ 貯湯タンク
３７ 熱交換器
３８ ヒートポンプユニット
３９ 熱交換器給水路
４０ 貯湯タンク給水路
４１ 給湯回路
４２ 冷媒
４３ 冷媒回路
４４ 蒸発器
４５ 圧縮手段
４６ 膨張手段
４７ 軟水化装置
４８ 循環ポンプ

Claims (8)

1. 陽イオン交換樹脂を充填した軟水化手段と、陰極室と陽極室に分離され水を電気分解してアルカリ性水と酸性水を生成する電気分解手段と、前記電気分解手段で生成された酸性水を貯水するための酸性水タンクと、前記陽イオン交換樹脂の再生時に前記酸性水タンクの酸性水を前記軟水化手段に供給する循環ポンプとを備え、前記電気分解手段の陰極室下流側に軟水化手段を接続し、軟水の使用時に、前記陽極室で得られた酸性水を前記酸性水タンクに貯水するとともに前記陰極室で得られたアルカリ性水を前記軟水化手段に供給する構成とした軟水化装置。
2. 陽イオン交換樹脂を、メタクリル酸系母体構造の弱酸性陽イオン交換樹脂とした請求項１に記載の軟水化装置。
3. 陽イオン交換樹脂の再生時に、酸性水タンクの酸性水を、軟水化手段および陰極室を通って前記酸性水タンクへと循環させる構成とし、前記陽イオン交換樹脂の再生と同時に前記陰極室に設けた電極に付着するスケールを洗浄除去することを特徴とした請求項１又は２に記載の軟水化装置。
4. 酸性水タンクに、酸性水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段で検知したｐＨの変化から、陽イオン交換樹脂の再生の度合いを推定し再生工程を制御する制御手段とを設けたことを特徴とした請求項１〜３のいずれか1項に記載の軟水化装置。
5. ｐＨ検知手段により検知した酸性水のｐＨが、所定ｐＨより高い時に、酸性水タンクの酸性水を排水することを特徴とした請求項４に記載の軟水化装置。
6. ｐＨ検知手段により検知した酸性水のｐＨが、所定ｐＨより低い場合には、電気分解手段で得られたアルカリ性水を酸性水タンク内の酸性水に混合し、前記酸性水タンク内の酸性水のｐＨを前記所定ｐＨにまで中和させることを特徴とした請求項４又は５に記載の軟水化装置。
7. 複数の軟水化手段を設け、前記複数の軟水化手段で軟水化と再生を切り替えることを特徴とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の軟水化装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載された軟水化装置を搭載した給湯装置。