JP2009204179A - Electric water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気温水器に関し、たとえば熱交換器により水を昇温し、給湯のための温水を溜めるヒートポンプ式の電気温水器に関する。 The present invention relates to an electric water heater, and more particularly, to a heat pump type electric water heater that heats water with a heat exchanger and stores hot water for hot water supply.
ヒートポンプ式の電気温水器は、ヒートポンプで熱媒体ガスの温度を上げ、水とこの熱媒体ガスとの熱交換を熱交換器で行なうことで温水を沸き上げる。このヒートポンプ式の電気温水器は、ヒーター式の電気温水器とは異なり、熱交換器を備えている。この熱交換器の構成材料として、一般的に銅（Ｃｕ）が用いられている。熱交換器を動作させると、この銅が銅イオンとなって、熱交換器に流入した水に溶出する。この銅イオンを含んだ温水が貯水部内に流入する。貯水部の構成材料として、一般的にステンレス鋼が用いられている。貯水部に導入された銅イオンは、ステンレスで構成される貯水部に局部腐食を起こすことが知られている。このため、貯水部に導入される温水に含まれる銅イオンを除去する必要がある。 A heat pump type electric water heater raises the temperature of the heat medium gas with a heat pump, and heats water with this heat medium gas by using a heat exchanger to boil the hot water. Unlike the heater type electric water heater, this heat pump type electric water heater includes a heat exchanger. Generally, copper (Cu) is used as a constituent material of the heat exchanger. When the heat exchanger is operated, this copper becomes copper ions and is eluted into the water flowing into the heat exchanger. This hot water containing copper ions flows into the water reservoir. Generally, stainless steel is used as a constituent material of the water reservoir. It is known that copper ions introduced into the water storage section cause local corrosion in the water storage section made of stainless steel. For this reason, it is necessary to remove the copper ions contained in the hot water introduced into the water reservoir.
水中の銅イオンを除去する技術として、たとえば特開平６−１９５８４号公報（特許文献１）が挙げられる。この特許文献１には、純水中の銅イオン濃度を１０ｐｐｍ以下に制御する銅イオン除去手段が開示されている。この銅イオン除去手段として、２つの手法が開示されている。
As a technique for removing copper ions in water, for example, JP-A-6-19584 (Patent Document 1) can be cited.
１つ目は、純水中に酸化還元電位が銅よりも著しく低いアルミニウム（Ａｌ）などの金属を設置し、この上に銅を析出させる手法である。２つ目は、カソード極とアノード極とを純水中に浸し、カソード極の表面電位が水素基準電極で０Ｖ以下の電位になるように、これらの電極間に外部電源を用いて直流電流を印加し、カソード極上に銅を析出させる手法である。
しかしながら、上記特許文献１の１つ目の手法としての、銅よりも酸化還元電位が低い金属を設置した銅イオン除去手段では、以下の問題が生じる。具体的には、銅イオン除去手段では、設置した金属が、銅イオンとの置換反応で金属イオンとなって、水中に溶解する。この金属イオンがアルミニウムイオンの場合には、水酸化イオン（ＯＨ-）と結合して金属水酸化物として沈殿物、微粒子などを生成しやすい。沈殿物、微粒子などが生成されると、スケール形成の要因となる。スケールが生成されると、スケールが熱交換器に流入される。スケールが熱交換器に付着すると、熱交換器の腐食が生じるという問題がある。
However, the following problem arises in the copper ion removing means in which a metal having a lower oxidation-reduction potential than copper is installed as the first technique of
また、上記特許文献１は、イオン交換処理した純水を用いる機器に対して適用する技術である。水道水は、純水よりも腐食性イオンを多く含んでいる。しかし、上記特許文献１では、銅イオン以外のイオンには着目していない。このため、上記特許文献１の銅イオン除去手段を水道水に適用した場合には、以下の問題が生じる。
Moreover, the said
銅よりも酸化還元電位が低い金属を設置した銅イオン除去手段を水道水を使用する電気温水器に適用すると、銅イオンを１０ｐｐｍ以下に除去した場合であっても、水道水には種々のイオンが含まれる。１０ｐｐｍ以下の銅イオンであっても貯水部を構成するステンレスの電位は上昇するため、水道水中の種々のイオンによって、貯水部の腐食が生じるという問題がある。 When the copper ion removing means provided with a metal having a lower oxidation-reduction potential than copper is applied to an electric water heater using tap water, various ions are contained in tap water even when copper ions are removed to 10 ppm or less. Is included. Even if the copper ion is 10 ppm or less, the potential of the stainless steel constituting the water storage portion rises, so there is a problem that the water storage portion is corroded by various ions in tap water.
特に、水道水中に共存する塩化物イオン（Ｃｌ-）は、貯水部を構成するステンレスの不働態皮膜を破壊する。不働態皮膜が破壊されたステンレスに対して、銅イオンの除去濃度は１０ｐｐｍ以下では不充分な場合がある。このため、貯水部の腐食が生じるという問題がある。 In particular, chloride ions (Cl − ) coexisting in tap water destroy the passive film of stainless steel constituting the water reservoir. In some cases, the removal concentration of copper ions is 10 ppm or less with respect to stainless steel in which the passive state film is broken. For this reason, there exists a problem that corrosion of a water storage part arises.
２つ目の手法として、外部電源を用いて直流電流を印加する銅イオン除去手段を水道水を使用する電気温水器に適用した場合、電気伝導度が脱イオン水に比較して高いことにより、水の電気分解反応や水道水中に存在する塩化物イオンの還元反応などが起きる可能性がある。水の電気分解反応では酸素（Ｏ2）が発生し、塩化物イオンの還元反応では塩素（Ｃｌ2）が発生する。酸素および塩素は、温水を貯蔵する貯水部の腐食を誘発するという問題がある。 As a second technique, when the copper ion removing means for applying a direct current using an external power source is applied to an electric water heater using tap water, the electric conductivity is higher than that of deionized water. Water electrolysis reaction or reduction reaction of chloride ion existing in tap water may occur. Oxygen (O 2 ) is generated in the electrolysis reaction of water, and chlorine (Cl 2 ) is generated in the reduction reaction of chloride ions. Oxygen and chlorine have a problem of inducing corrosion of a reservoir for storing hot water.
そこで、本発明の目的は、温水を貯蔵する貯水部および水を加温する熱交換器の腐食を抑制する電気温水器を提供することである。 Then, the objective of this invention is providing the electric water heater which suppresses corrosion of the water storage part which stores warm water, and the heat exchanger which warms water.
本発明の電気温水器は、熱交換器と、除去部と、貯水部とを備えている。熱交換器は、銅で構成され、内部で水を加温する。除去部は、亜鉛で構成された第１の金属部材と、第１の金属部材と電気的に接続され、かつ亜鉛よりも貴な金属で構成された第２の金属部材とが熱交換器で加温された水に浸るように配置されている。貯水部は、ステンレスで構成され、除去部を通過した水を内部に貯蔵する。 The electric water heater of this invention is provided with the heat exchanger, the removal part, and the water storage part. A heat exchanger is comprised with copper and heats water inside. The removal unit includes a first metal member made of zinc and a second metal member electrically connected to the first metal member and made of a metal nobler than zinc. It is arranged to immerse in warm water. The water storage part is made of stainless steel and stores water that has passed through the removal part.
本発明の電気温水器によれば、第１の金属部材は、第１の金属部材よりも酸化還元電位が貴な金属で構成された第２の金属部材と電気的に接続されている。このため、第１の金属部材を構成する亜鉛の酸化反応を活性化することができるので、亜鉛イオンを放出しやすい状態にできる。亜鉛は銅よりも酸化還元電位が卑であるので、除去部において、銅イオンが銅になり、かつ亜鉛が亜鉛イオンになる酸化還元反応が活性化される。この結果、水中に含まれる銅イオンを効率よく除去でき、かつ亜鉛イオンを含んだ水が貯水部に流入される。亜鉛は貯水部を構成するステンレスよりも酸化還元電位が卑であるので、生成された亜鉛イオンと貯水部を構成するステンレスとの酸化還元反応を抑制できる。したがって、銅イオンを効率的に除去することにより、貯水部の腐食を抑制できる。 According to the electric water heater of the present invention, the first metal member is electrically connected to the second metal member made of a metal having a higher oxidation-reduction potential than the first metal member. For this reason, since the oxidation reaction of zinc which comprises a 1st metal member can be activated, it can be in the state which is easy to discharge | release zinc ion. Since zinc has a lower redox potential than copper, the redox reaction in which the copper ions become copper and zinc becomes zinc ions is activated in the removal portion. As a result, copper ions contained in the water can be efficiently removed, and water containing zinc ions flows into the water reservoir. Since zinc has a lower oxidation-reduction potential than stainless steel constituting the water storage part, the oxidation-reduction reaction between the generated zinc ions and the stainless steel constituting the water storage part can be suppressed. Therefore, corrosion of a water storage part can be suppressed by removing copper ion efficiently.
また、銅イオンを除去する際に生成される亜鉛イオンは、水酸化イオンと結合して金属水酸化物を生成しにくい性質を有している。このため、第１の金属部材に亜鉛を用いることにより、水中に沈殿物、微粒子などが生成されることを抑制できる。このため、貯水部および熱交換器に、スケールが流入されることを抑制することができる。したがって、スケールの生成を抑制することにより、貯水部および熱交換器の腐食を抑制できる。 Moreover, the zinc ion produced | generated when removing copper ion has a property which is hard to produce | generate a metal hydroxide by couple | bonding with a hydroxide ion. For this reason, it can suppress that a precipitate, microparticles | fine-particles, etc. are produced | generated in water by using zinc for a 1st metal member. For this reason, it can suppress that a scale flows in into a water storage part and a heat exchanger. Therefore, corrosion of a water storage part and a heat exchanger can be suppressed by suppressing the production | generation of a scale.
さらに、第１の金属部材と第２の金属部材とを電気的に接続し、除去部では外部電源を用いた電流を第１および第２の金属部材に印加していない。このため、水の電気分解反応、塩素イオンの還元反応などを抑制することができる。したがって、酸素および塩素の発生を抑制することにより、貯水部の腐食を抑制できる。 Further, the first metal member and the second metal member are electrically connected, and a current using an external power source is not applied to the first and second metal members in the removal unit. For this reason, the electrolysis reaction of water, the reduction reaction of a chlorine ion, etc. can be suppressed. Therefore, corrosion of the water reservoir can be suppressed by suppressing the generation of oxygen and chlorine.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における電気温水器を概略的に示す模式図である。図２は、本発明の一実施の形態における除去部を概略的に示す斜視図である。図１および図２に示すように、本実施の形態における電気温水器１は、ヒートポンプ式の電気温水器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an electric water heater according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a removal portion in one embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the
最初に、本実施の形態における電気温水器１の主要な構成について説明する。電気温水器１は、貯水部１０、ポンプ２０、第１の熱交換器３１および除去部４０を有している。貯水部１０、ポンプ２０、第１の熱交換器３１および除去部４０は、水を沸き上げるときの水の流れに沿って（上流側から下流側に向けて）、この順に配置されており、それぞれ配管で接続されている。
Initially, the main structures of the
貯水部１０は、内部に水を貯蔵することが可能である。この貯水部１０は、ステンレスで構成されている。なお、貯水部１０を構成するステンレスは、不可避的不純物を含んでいてもよい。貯水部１０は、給水部１１と、給湯部１２と、送水部１３と、出湯部１４とを含んでいる。
The
給水部１１は、貯水部１０の下方（本実施の形態では底部）に配置されている。給水部１１は、貯水部１０の内部へ水道水などの水を供給するために設けられている。給湯部１２は、貯水部１０の上方に配置されている。給湯部１２は、貯水部１０から外部へ温水を送り出すために設けられている。給湯部１２により貯水部１０から排出された水の量に応じて、給水部１１から水が導入されるように制御するための制御部（図示せず）が貯水部１０にさらに配置されていることが好ましい。
The
送水部１３は、貯水部１０の下方（本実施の形態では底部）に配置されている。送水部１３は、貯水部１０に貯蔵された温度の低い水を排出するために設けられている。出湯部１４は、貯水部１０の上方に配置されている。出湯部１４は、温度の高い水を貯水部１０へ流入させるために設けられている。
The
貯水部１０の送水部１３と配管を介してポンプ２０が接続されている。ポンプ２０は、送水部１３から送水された低温の水を第１の熱交換器３１に送る役割をなしている。
A
第１の熱交換器３１は、内部で熱媒体により水を加温するために設けられている。熱媒体が加温されるために循環する方向において、第１の熱交換器３１、膨張弁３２、第２の熱交換器３３および圧縮器３４がこの順に配置されている。なお、熱媒体は、たとえば二酸化炭素（ＣＯ2）などを用いることができる。
The
膨張弁３２は、第１の熱交換器３１に接続されている。膨張弁３２は、第１の熱交換器３１に流入する水と熱交換して温度が低くなった熱媒体を膨張させるために設けられている。この膨張弁３２と第２の熱交換器３３とは、配管を介して接続されている。この第２の熱交換器３３は、たとえば大気と、膨張した熱媒体とを内部に流入させ、この大気と熱媒体とを熱交換させて、熱媒体を加温する役割をなしている。圧縮器３４は、この第２の熱交換器３３に配管を介して接続されている。圧縮器３４は、加温された熱媒体を圧縮するために設けられている。この圧縮器３４と第１の熱交換器３１とは、配管を介して接続されている。第１の熱交換器３１は、上記のように加温されかつ圧縮された熱媒体と、貯水部１０から送られた水とを熱交換させて水を加温するために設けられている。
The
第１の熱交換器３１と配管を介して除去部４０が配置されている。図２に示すように、除去部４０は、第１の金属部材４１と、第２の金属部材４２と、筐体４３と、入口部４４と、出口部４５とを有している。
The
筐体４３は、たとえば筒が横置きされた形状である。この筐体４３は、第１の熱交換器３１で加温された水を貯蔵することができる。この筐体４３の内部には、第１および第２の金属部材４１、４２が配置されている。この筐体４３には、入口部４４および出口部４５が設けられている。筐体４３は、たとえばステンレスで構成されている。なお、筐体４３の材料は特に限定されず、他の金属であってもよく、樹脂などの絶縁性材料であってもよい。
The
入口部４４は、第１の熱交換器３１と配管を介して接続されている。入口部４４は、第１の熱交換器３１で加温された水を筐体４３の内部に流入するために設けられている。入口部４４は、筐体４３の側板の下方に配置されている。
The
出口部４５は、貯水部１０の出湯部１４と配管を介して接続されている。出口部４５は、銅イオンが除去された水を貯水部１０へ送るために設けられている。出口部４５は、入口部４４と反対側の側板の上方に配置されている。
The
筐体４３の内部に配置された第１および第２の金属部材４１、４２は、第１の熱交換器３１で加温された水に浸るように配置されている。本実施の形態の第１および第２の金属部材４１、４２は、水を筐体４３の内部に貯蔵した状態で水に浸るように配置されている。第１の金属部材４１と第２の金属部材４２とは電気的に接続されている。第１の金属部材４１と第２の金属部材４２には、外部電圧が加えられない。本実施の形態では、第１の金属部材４１と第２の金属部材４２とは、導電性の筐体４３を介して電気的に接続されている。なお、第１の金属部材４１と第２の金属部材４２とは、直接接触していてもよい。また、筐体４３を構成する材料が絶縁性の場合には、直接または他の金属部材を用いて、第１および第２の金属部材４１、４２が電気的に接続されていてもよい。
The first and
第１の金属部材４１は、亜鉛で構成されている。第２の金属部材４２は、亜鉛よりも貴な不溶性金属で構成されている。第２の金属部材４２は、たとえばチタン（Ｔｉ）の表面に白金（Ｐｔ）がめっきされた金属、銅、ステンレスなどが好適に用いられる。なお、第１および第２の金属部材４１、４２を構成する金属は、不可避的不純物を含んでいてもよい。
The
ここで、不溶性金属とは、酸化還元電位が水素の酸化還元電位よりも貴な金属、およびステンレスやチタンなど表面に耐食性の高い不働態皮膜を形成する金属を指す。 Here, the insoluble metal refers to a metal having a redox potential that is higher than the redox potential of hydrogen and a metal that forms a passive film having high corrosion resistance on the surface, such as stainless steel or titanium.
第１の金属部材４１は、筐体４３の内部において出口部４５側に配置されている。第１の金属部材４１は、表面積を増加する観点から、棒状の金属部材を複数含んでいることが好ましい。本実施の形態では、出口部４５が設けられている側板に複数の棒状の第１の金属部材４１が形成されている。
The
第２の金属部材４２は、筐体４３の内部において入口部４４側に配置されている。第２の金属部材４２は、たとえば入口部４４を構成する面を覆うように接合された薄板である。本実施の形態では、入口部４４が設けられている側板に薄板状の第２の金属部材４２が貼り合わされている。
The
図１に示すように、水を沸き上げる流れの、上流側に第２の金属部材４２が配置され、下流側に第１の金属部材４１が配置されることが好ましい。これにより、銅イオンをより多く除去できる。なお、第１および第２の金属部材４１、４２の配置は特に限定されない。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the
本実施の形態における貯水部１０は、図１に示すように水を貯蔵するためのタンクを１つ含んでいる。貯水部１０が含むタンクの数は１つに限定さず、２つ以上のタンクを有していてもよい。２つ以上のタンクを有する貯水部として、たとえば以下の構成が挙げられる。具体的には、貯水部は、給水部１１と給湯部１２とを有する第１のタンクと、送水部１３と出湯部１４とを有する第２のタンクとを含み、第１のタンクと第２のタンクとが接続されている。
The
続いて、本実施の形態における電気温水器１の動作を説明する。まず、電気温水器１において、低温の水を沸き上げる動作について説明する。
Then, operation | movement of the
貯水部１０に貯蔵された水は、底部に設けられた送水部１３から排出される。この水は、送水部１３に取り付けられた配管を通って、ポンプ２０により第１の熱交換器３１に送られる。熱交換器に送られた水は、熱媒体と熱交換することにより、加温される。加温された水は、第１の熱交換器３１から排出され、除去部４０に送られる。除去部４０では、加温された水中に含まれる銅イオンが除去され、第１の金属部材４１を構成する亜鉛イオンが加温された水中に溶出する。加温され、かつ銅イオンが除去された水は、出湯部１４から貯水部１０の内部に流入される。つまり、貯水部１０には、除去部４０で銅イオンが除去された水（除去部４０を通過した水）が内部に貯蔵される。以上より、水を沸き上げることができる。
The water stored in the
このように加温された水を貯水部１０の上部に戻すことで、貯水部１０内に高温水層と低温水層とが形成される。送水部１３から第１の熱交換器３１に送る水が多くなるにつれて、貯水部１０に貯蔵された水の高温水層の割合が徐々に増加する。貯水部１０に貯蔵された水をすべて高温水層にすることも可能である。
By returning the water thus heated to the upper part of the
なお、電気温水器１において貯水部１０に貯蔵された水を第１の熱交換器３１で加温する動作（水の沸き上げ）は、深夜電力によって行なわれることが好ましい。これにより、水の沸き上げに要するコストを低減することができる。
In addition, it is preferable that the operation | movement (boiling up of water) which heats the water stored in the
次に、加温された水を供給する動作について説明する。具体的には、加温された水は、貯水部１０の給湯部１２から送られる。給湯部１２は、貯水部１０の上部に取り付けられているので、高温水層の水が排出される。これにより、加温された水が供給される。
Next, an operation for supplying warmed water will be described. Specifically, the heated water is sent from the hot
本実施の形態では、貯水部１０は給水部１１に接続された水道配管にかかる水圧を受けるように設計されている。つまり、給湯部１２に接続された配管の蛇口を開けることにより給湯部１２から加温された水が排出され、その排出量に応じて給水部１１から水が流入するように制御部で制御されている。したがって、給湯部１２から供給された水量分だけ、給水部１１から低温水層が増える。低温水層が増加しても撹拌が行われないため、高温水層と低温水層との温度境界層が形成され、上部の高温水層の温度はほとんど変化しない。
In the present embodiment, the
なお、貯水部１０に貯蔵されている高温水層が減らないときには、給水部１１から貯水部１０の内部に水が流入されないように制御することが好ましい。
In addition, when the high temperature water layer stored in the
次に、電気温水器１における水に含まれるイオンについて説明する。貯水部１０の送水部１３から排出された低温の水が第１の熱交換器３１を通るときに、第１の熱交換器３１を構成する銅から生成された銅イオンがこの水中に溶出される。言い換えると、第１の熱交換器３１から銅イオンが水に流入するのは、沸き上げ時のみである。
Next, ions contained in water in the
銅イオンを含んだ水は、除去部４０に流入する。除去部４０には、銅よりも酸化還元電位の低い亜鉛で構成された第１の金属部材４１が配置されている。このため、銅イオンが第１の金属部材４１の表面に析出し、かつ亜鉛が亜鉛イオンとして水中に溶出する。このとき、除去部４０で水が浸る状態で、第１の金属部材４１と第２の金属部材４２とは電気的に接続されている。このため、第１の金属部材４１は、活性化されて亜鉛イオンを放出しやすい状態なっている。第１の金属部材４１が電子を放出すれば、亜鉛よりも酸化還元電位の高い銅イオンと、亜鉛とは、電子の授受が行なわれる。したがって、加温された水には、銅イオンが除去されて亜鉛イオンが含まれることになる。
The water containing copper ions flows into the removing
亜鉛イオンを含んだ水は、貯水部１０に流入する。亜鉛は、貯水部１０を構成するステンレスよりも酸化還元電位が低い。このため、亜鉛イオンとステンレスとは酸化還元反応が生じない。以上より、貯水部１０の腐食が抑制される。
The water containing zinc ions flows into the
また、貯水部１０へ流入した亜鉛イオンは、水酸化イオンと結合して金属水酸化物を生成しにくい。このため、貯水部１０の内部において、亜鉛イオンによる沈殿物、微粒子などが生成されることを抑制できる。その結果、貯水部１０に貯蔵された水に含まれるスケールを低減できる。したがって、貯水部１０の送水部１３から排出される水に含まれるスケールを低減できる。このため、第１の熱交換器３１にスケールが流入することを抑制できる。以上より、第１の熱交換器３１の腐食が抑制される。
Moreover, the zinc ion which flowed into the
以上説明したように、本実施の形態における電気温水器１は、熱交換器（本実施の形態では第１の熱交換器３１）と、除去部４０と、貯水部１０とを備えている。この熱交換器は、熱交換器は、銅で構成され、内部で水を加温する。除去部４０は、亜鉛で構成された第１の金属部材４１と、第１の金属部材４１と電気的に接続され、かつ亜鉛よりも貴な金属で構成された第２の金属部材４２とが熱交換器で加温された水に浸るように配置されている。貯水部１０は、ステンレスで構成され、除去部４０を通過した水を内部に貯蔵する。
As described above, the
言い換えると、本実施の形態における電気温水器１は、加熱された熱媒体と水との間で熱交換して水を加熱する銅製の熱交換器（本実施の形態では第１の熱交換器３１）と、この熱交換器で加熱された水を貯蔵するステンレスで構成された貯水部１０とを備える電気温水器１であって、熱交換器で加熱された水が貯水部１０へ輸送（供給）される経路に、亜鉛で構成された第１の金属部材４１と、亜鉛よりも貴な金属で構成されて第１の金属部材４１と電気的に接続された第２の金属部材４２とを含む除去部４０を備えていることを特徴としている。
In other words, the
本実施の形態における電気温水器１によれば、第１の金属部材４１は、第１の金属部材４１よりも酸化還元電位が貴な金属で構成された第２の金属部材４２と電気的に接続されている。このため、第１の金属部材４１を構成する亜鉛の酸化反応を活性化することができる。言い換えると、第１の金属部材４１の電位を上昇することができる。第１の金属部材４１が銅イオンを除去する能力は、この第１の金属部材４１の置換反応の活性状態に依存する。このため、第１の金属部材４１の置換反応の活性状態を高めることができる。その結果、第１の金属部材４１は、亜鉛イオンを放出しやすい状態にできる。亜鉛は銅よりも酸化還元電位が卑であるので、除去部４０において、銅イオンが銅になり、かつ亜鉛が亜鉛イオンになる酸化還元反応が促進される。これにより、水の沸き上げ時に、第１の金属部材４１の銅イオンを捕捉する能力を高めることができる。この結果、水中に含まれる銅イオンを効率よく除去できるとともに、亜鉛イオンを含んだ水が貯水部１０に流入される。亜鉛は貯水部１０を構成するステンレスよりも酸化還元電位が卑である。このため、除去部４０で生成された亜鉛イオンと貯水部１０を構成するステンレスとの酸化還元反応を抑制できる。したがって、第１の熱交換器３１から流出した水中の銅イオンを除去部４０で効率的に除去することにより、貯水部１０の腐食を抑制できる。
According to the
ここで、水道水には、種々のイオンが含まれている。貯水部１０で水道水を貯水する場合には、銅イオンを含むことにより、ステンレスの電位がさらに上昇する場合がある。しかし、本実施の形態では、第１の金属部材４１を構成する亜鉛の酸化反応を活性化することにより、銅イオンを除去する能力を高めている。このため、銅イオンによる貯水部１０を構成するステンレスの電位の上昇を抑制できる。したがって、水道水を貯蔵する貯水部１０の腐食を抑制することができる。
Here, various ions are contained in the tap water. When tap water is stored in the
また、水道水に含まれる塩化物イオンは、ステンレスの不働態皮膜を破壊する性質を有している。しかし、本実施の形態では、第１の金属部材４１を構成する亜鉛の酸化反応を活性化することにより、銅イオンを除去する能力を高めている。このため、塩素イオンと銅イオンとによるステンレスの不働態皮膜の破壊の活性化を抑制することができる。また、ステンレスの不働態皮膜の破壊が破壊された場合であっても、銅イオンの濃度が低いので、ステンレスの腐食の進行を抑制することができる。したがって、水道水を貯蔵する貯水部１０の局部腐食の発生の確率を低減することができる。よって、電気温水器１に水道水を好適に用いることができる。
Moreover, the chloride ion contained in tap water has the property of destroying the passive film of stainless steel. However, in the present embodiment, the ability to remove copper ions is enhanced by activating the oxidation reaction of zinc constituting the
さらに、亜鉛イオンは水酸化イオンと結合して金属水酸化物を生成しにくい。このため、貯水部１０に貯蔵された水中に沈殿物、微粒子などを生成することを抑制できる。その結果、第１の熱交換器３１に、スケールが流入されることを抑制できる。したがって、スケールの生成を抑制することにより、貯水部１０および第１の熱交換器３１の腐食を抑制できる。
Furthermore, zinc ions are unlikely to form metal hydroxides by combining with hydroxide ions. For this reason, generation | occurrence | production of a precipitate, microparticles | fine-particles, etc. in the water stored in the
さらに、第１の金属部材４１を構成する亜鉛が亜鉛イオンになりやすい状態を形成するために第１の金属部材４１と第２の金属部材４２とを電気的に接続している。このため、除去部４０では、外部電源を用いた電流を印加していない。これにより、水の電気分解反応、塩素イオンの還元反応などを抑制することができる。その結果、酸素および塩素の発生を抑制できる。したがって、酸素および塩素が貯水部１０に導入されることを抑制することにより、貯水部１０の腐食を抑制できる。
Further, the
さらに、外部電源を用いる必要がないので、電気温水器１の構成を簡略化することができる。このため、電気温水器１の製造コストおよび沸き上げに要するコストを低減することができる。
Furthermore, since it is not necessary to use an external power source, the configuration of the
上記電気温水器１において好ましくは、第２の金属部材４１は、不溶性金属である。これにより、第２の金属部材４１が加温された水に溶出することを防止することができる。このため、スケールの生成を抑制できる。したがって、貯水部１０および第１の熱交換器３１の腐食をより抑制することができる。
In the
上記電気温水器１において好ましくは、第１の金属部材４１は、棒状の金属部材を複数含んでいる。
In the
これにより、第１の金属部材４１の表面積を増加することができる。このため、除去部４０に流入する水中の銅イオンと亜鉛との酸化還元反応をより促進することができる。したがって、貯水部１０へ送る水中の銅イオンをより多く除去することにより、貯水部１０の腐食をより抑制することができる。
Thereby, the surface area of the
本実施例では、特許文献１に開示の銅イオン除去手段を、ヒートポンプ式の電気温水器に適用できないことを調べた。
In this example, it was examined that the copper ion removing means disclosed in
具体的には、ＳＵＳ４４４のステンレス鋼を水道水に浸し、３０分経過後に銅イオンを２ｐｐｍ添加した。このステンレス鋼の浸漬電位を測定した。なお、水道水の温度は９０℃とした。その結果を図３に示す。図３は、本実施例における経過時間と浸漬電位との関係を示す図である。図３において、縦軸は、ステンレス鋼の浸漬電位（単位：Ｖ）を示し、横軸はステンレス鋼を浸漬してからの経過時間（単位：分）を示す。この浸漬電位は、対標準水素電極である。 Specifically, SUS444 stainless steel was immersed in tap water, and after 30 minutes, 2 ppm of copper ions were added. The immersion potential of this stainless steel was measured. In addition, the temperature of tap water was 90 degreeC. The result is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the elapsed time and the immersion potential in this example. In FIG. 3, the vertical axis represents the immersion potential (unit: V) of stainless steel, and the horizontal axis represents the elapsed time (unit: minutes) since the stainless steel was immersed. This immersion potential is a standard hydrogen electrode.
図３に示すように、銅イオンを添加する前（経過時間が３０分以前）のステンレスの浸漬電位は、０．４５Ｖ程度であった。しかし、試験液中の銅イオン濃度が２ｐｐｍとなるように銅イオンを添加した後は、ステンレスの浸漬電位は、０．６０Ｖを超える程度に上昇した。 As shown in FIG. 3, the immersion potential of the stainless steel before adding copper ions (elapsed time before 30 minutes) was about 0.45V. However, after adding copper ions so that the copper ion concentration in the test solution was 2 ppm, the immersion potential of stainless steel increased to a level exceeding 0.60V.
ここで、水道水に含まれている塩化物イオンは、ステンレス鋼の局部腐食の原因であることが知られている。水道水法の水質基準では、塩化物イオン濃度が２００ｐｐｍ以下である。この基準値の塩化物イオン濃度での耐食性を確保しなければならないが、貯水部を構成するステンレスの浸漬電位が０．６０Ｖまで上昇すると、隙間腐食などの局部腐食を起こす可能性がある。 Here, it is known that the chloride ion contained in tap water is a cause of local corrosion of stainless steel. According to the water quality standard of the tap water method, the chloride ion concentration is 200 ppm or less. Although corrosion resistance at the chloride ion concentration of this reference value must be ensured, if the immersion potential of the stainless steel constituting the water storage portion rises to 0.60 V, local corrosion such as crevice corrosion may occur.
したがって、図３に示す結果から、水道水に銅イオンが２ｐｐｍ溶け出した場合、ステンレス鋼が腐食することがわかった。 Therefore, from the results shown in FIG. 3, it was found that stainless steel corrodes when 2 ppm of copper ions are dissolved in tap water.
一方、上記特許文献１に開示の銅イオン除去手段では、イオン交換された純水の銅イオンを除去している。このため、上記特許文献１に開示の銅イオン除去手段では、銅イオンが１０ｐｐｍ以下になるように銅イオンを除去している。しかし、上記特許文献１の銅イオン除去手段を本発明の電気温水器に適用すると、貯水部に腐食を生じることがわかった。したがって、上記特許文献１に開示の銅イオン除去手段を本発明に適用できないことが確認できた。
On the other hand, the copper ion removing means disclosed in
本実施例では、除去部が第２の金属部材を含むことにより、銅イオンをより効率的に除去できる効果について調べた。 In the present embodiment, the effect of removing copper ions more efficiently by the removal portion including the second metal member was examined.
具体的には、まず、９０℃の水道水中で、亜鉛電極をアノード分極して、電位と電流密度を測定した。その結果を図４に示す。図４は、本実施例における亜鉛のアノード分極曲線を示す図である。図４において、縦軸は、亜鉛電極に流れた電流密度（単位：μｍ／ｃｍ2）を示し、横軸は、亜鉛電極に加えた電位（単位：Ｖ）を示す。なお、この電位は、対標準水素電極である。 Specifically, first, the zinc electrode was anodically polarized in tap water at 90 ° C., and the potential and current density were measured. The result is shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an anodic polarization curve of zinc in this example. In FIG. 4, the vertical axis represents the current density (unit: μm / cm 2 ) flowing through the zinc electrode, and the horizontal axis represents the potential (unit: V) applied to the zinc electrode. This potential is a standard hydrogen electrode.
次に、９０℃の水道水中に、銅イオンを２ｐｐｍ溶解させた試験液を調整した。この試験液に、本発明例１〜３の第１および第２の金属部材と、比較例１の金属部材とをそれぞれ浸漬させた。本発明例１〜３では、第１および第２の金属部材を接触させることにより、第１および第２の金属部材を電気的に接続した。本発明例１では、第１の金属部材を亜鉛電極に、第２の金属部材を白金がめっきされたチタンにした。本発明例２では、第１の金属部材を亜鉛電極に、第２の金属部材をステンレス電極にした。本発明例３では、第１の金属部材を亜鉛電極に、第２の金属部材を銅電極にした。比較例１では、亜鉛電極単体とした。この状態で、本発明例１〜３および比較例１の金属部材について亜鉛電極の浸漬電位を測定した。その結果を下記の表１に示す。 Next, a test solution in which 2 ppm of copper ions were dissolved in tap water at 90 ° C. was prepared. The 1st and 2nd metal member of this invention example 1-3 and the metal member of the comparative example 1 were each immersed in this test liquid. In Invention Examples 1 to 3, the first and second metal members were electrically connected by bringing the first and second metal members into contact with each other. In Example 1 of the present invention, the first metal member was a zinc electrode, and the second metal member was titanium plated with platinum. In Example 2 of the present invention, the first metal member was a zinc electrode, and the second metal member was a stainless electrode. In Invention Example 3, the first metal member was a zinc electrode and the second metal member was a copper electrode. In Comparative Example 1, a zinc electrode was used alone. In this state, the immersion potential of the zinc electrode was measured for the metal members of Invention Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 1 below.
ここで、銅イオンを２ｐｐｍ溶解させた水道水中での亜鉛電極単体での電位は、銅イオンの影響を受けて高電位側にシフトする。このため、銅が亜鉛電極の表面に析出することで亜鉛が酸化して流れる電流を、図４に示すアノード分極曲線のアノード電流密度として数値化した。この結果を下記の表１に示す。 Here, the potential of the zinc electrode alone in tap water in which 2 ppm of copper ions are dissolved shifts to the high potential side under the influence of copper ions. For this reason, the electric current which zinc oxidizes and flows when copper precipitates on the surface of the zinc electrode was quantified as the anode current density of the anodic polarization curve shown in FIG. The results are shown in Table 1 below.
また、亜鉛電極単体を用いた比較例１のアノード電流密度で本発明例１〜３のアノード電流密度を割ることで、本発明例１〜３の亜鉛アノード電流倍率を算出した。この結果を下記の表１に示す。 Moreover, the zinc anode current magnification of Invention Examples 1 to 3 was calculated by dividing the anode current density of Invention Examples 1 to 3 by the anode current density of Comparative Example 1 using a single zinc electrode. The results are shown in Table 1 below.
表１に示すように、本発明例１〜３の亜鉛電極は、亜鉛よりも貴な酸化還元電位を有する電極と接触している。このため、亜鉛電極単体で用いる比較例１に比べて、本発明例１〜３の亜鉛電極は、６倍以上のアノード電流密度になった。また、亜鉛電極が接続される金属の酸化還元電位が貴であるほど、亜鉛の浸漬電位が上昇することがわかった。亜鉛の浸漬が上昇すると、亜鉛電流密度が非常に高くなることもわかった。特に、亜鉛よりも酸化還元電位がより貴である白金と電気的に接続されている本発明例１は、比較例１の２７．４倍のアノード電流密度であったことがわかった。 As shown in Table 1, the zinc electrodes of Examples 1 to 3 of the present invention are in contact with electrodes having a redox potential nobler than zinc. For this reason, compared with the comparative example 1 used with a zinc electrode single-piece | unit, the zinc electrode of this invention example 1-3 became an anode current density 6 times or more. It was also found that the immersion potential of zinc increased as the oxidation-reduction potential of the metal to which the zinc electrode was connected was noble. It has also been found that the zinc current density increases significantly as the zinc immersion increases. In particular, it was found that Example 1 of the present invention, which was electrically connected to platinum, which had a higher redox potential than zinc, had an anode current density 27.4 times that of Comparative Example 1.
亜鉛電極の浸漬電流が上昇するほど、亜鉛電極の酸化反応が活性化される。このため、本実施例によれば、亜鉛よりも酸化還元電位が貴な金属を亜鉛電極と電気的に接続することにより、銅イオンを除去する効果が飛躍的に高くなることが確認できた。 As the immersion current of the zinc electrode increases, the oxidation reaction of the zinc electrode is activated. For this reason, according to the present Example, it has confirmed that the effect which removes a copper ion markedly became high by electrically connecting the metal with a redox potential more noble than zinc with a zinc electrode.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ 電気温水器、１０ 貯水部、１１ 給水部、１２ 給湯部、１３ 送水部、１４ 出湯部、２０ ポンプ、３１ 熱交換器、３２ 膨張弁、３３ 第２の熱交換器、３４ 圧縮器、４０ 除去部、４１ 第１の金属部材、４２ 第２の金属部材、４３ 筐体、４４ 入口部、４５ 出口部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
亜鉛で構成された第１の金属部材と、前記第１の金属部材と電気的に接続され、かつ亜鉛よりも貴な金属で構成された第２の金属部材とが前記熱交換器で加温された前記水に浸るように配置された除去部と、
ステンレスで構成され、前記除去部を通過した水を内部に貯蔵する貯水部とを備えた、電気温水器。 A heat exchanger made of copper and heating water inside,
A first metal member made of zinc and a second metal member electrically connected to the first metal member and made of a metal noble than zinc are heated by the heat exchanger. A removal portion arranged to be immersed in the water
An electric water heater comprising a stainless steel storage part that stores therein water that has passed through the removal part.
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| GB2470648A (en) * | 2009-05-30 | 2010-12-01 | D A W Entpr Ltd | Water treatment device for inhibiting limescale precipitation |
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