JP2010201346A - Water softener and water heater using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟水処理された水を使用者に提供したり、機器の配管内のスケール生成を防止する軟水化装置に関するものである。 The present invention relates to a water softening device that provides a user with water subjected to soft water treatment and prevents scale generation in piping of equipment.
従来、給湯機の配管内のスケール生成を防止する技術として、イオン交換樹脂によって軟水化及び薬剤を用いずにメンテナンスフリーで再生する以下のような技術がある（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for preventing scale generation in a pipe of a water heater, there is a technique as described below that performs softening with an ion exchange resin and regeneration without maintenance without using a chemical (for example, see Patent Document 1).
図４は、従来配管のスケール生成を防止する給湯機の構成図を示すものである。
風呂給湯機に水を供給する水路となる原水供給パイプ１は、三方弁２を介して電気分解装置３の下部及び軟水化装置１３の上部に接続されており、採水時には軟水化装置１３に通水し、再生時には電気分解装置３に通水するように三方弁２を切り換える構成となっている。
FIG. 4 shows a configuration diagram of a water heater that prevents scale generation of a conventional pipe.
A raw water supply pipe 1 serving as a water channel for supplying water to the bath water heater is connected to a lower portion of the electrolyzer 3 and an upper portion of the water softening device 13 via a three-way valve 2, and is connected to the water softening device 13 at the time of water sampling. The three-way valve 2 is switched so as to pass water and to pass through the electrolyzer 3 during regeneration.
電気分解装置３は、ポーラスな隔膜４、例えば、素焼きの隔膜によって陽極室７と陰極室８に仕切られ、これら極室にそれぞれ電極５及び６を配設している。また、陽極室７の上部には酸性水出口パイプ１０が三方弁１１を介して、陽イオン交換樹脂１２を充填した軟水化装置１３の上部及び三方弁１８を介して浴槽２１への水供給パイプ２３に接続されており、再生時には軟水化装置１３に通水し、浴槽２１で酸性風呂に入浴するときには、浴槽２１への水供給パイプ２３に通水するように三方弁１１を切り換える構成となっている。 The electrolyzer 3 is divided into an anode chamber 7 and a cathode chamber 8 by a porous diaphragm 4, for example, an unglazed diaphragm, and electrodes 5 and 6 are disposed in these electrode chambers, respectively. In addition, an acidic water outlet pipe 10 is provided in the upper part of the anode chamber 7 through a three-way valve 11, a water supply pipe to a bathtub 21 through an upper part of a water softening device 13 filled with a cation exchange resin 12 and a three-way valve 18. 23, the three-way valve 11 is switched so as to pass through the water softening device 13 at the time of regeneration and to pass through the water supply pipe 23 to the bathtub 21 when bathing in the acidic bath in the bathtub 21. ing.
また、陰極室８の上部にはアルカリ水出口パイプ９が三方弁１９を介して排水パイプ２２及び飲用水パイプ２０に接続されており、アルカリ水飲用時には飲用水パイプ２０に通水し、飲用以外のときは排水パイプ２２から排水するように三方弁１９を切り換える構成になっている。また、軟水化装置１３の下部には三方弁１４を介して排水パイプ１５及びパイプ１６を介して風呂給湯機１７が接続されている。 Further, an alkaline water outlet pipe 9 is connected to a drain pipe 22 and a drinking water pipe 20 via a three-way valve 19 at the upper part of the cathode chamber 8, and when drinking alkaline water, water is passed through the drinking water pipe 20 and other than drinking. In this case, the three-way valve 19 is switched so as to drain from the drain pipe 22. In addition, a bath water heater 17 is connected to the lower part of the water softening device 13 through a drain pipe 15 and a pipe 16 through a three-way valve 14.
上記構成において、水は原水供給パイプ１を通り、採水時には三方弁２を切り換えて、陽イオン交換樹脂１２の充填してある軟水化装置１３上部から供給し、陽イオン交換樹脂１２により水中のカルシウム、マグネシウム等の陽イオンは、水素イオンと置換され、軟水がパイプ１６、風呂給湯機１７を介して、パイプ２３により浴槽２１に供給される。 In the above configuration, the water passes through the raw water supply pipe 1 and switches the three-way valve 2 at the time of sampling, and is supplied from the upper part of the water softening device 13 filled with the cation exchange resin 12. Cations such as calcium and magnesium are replaced with hydrogen ions, and soft water is supplied to the bathtub 21 by the pipe 23 via the pipe 16 and the bath water heater 17.
陽イオン交換樹脂再生時には、水は三方弁２を切り換えて、隔膜４によって陽極室７及び陰極室８を分離形成し、これら極室にそれぞれ電極５、６を配設した電気分解装置３に供給される。電極５、６の両極間に直流電圧を印加し、陽極室７で得られた酸性水を三方弁１１を切り換えて軟水化装置１３の上部から供給する。このとき、三方弁１４を排水パイプ１５側に切り換え、水を風呂給湯機１７に通水しないようにする。 When regenerating the cation exchange resin, water is switched to the three-way valve 2, and the anode chamber 7 and the cathode chamber 8 are separated from each other by the diaphragm 4, and supplied to the electrolyzer 3 in which the electrodes 5 and 6 are disposed in these electrode chambers, respectively. Is done. A direct-current voltage is applied between the electrodes 5 and 6, and acidic water obtained in the anode chamber 7 is supplied from the upper part of the water softening device 13 by switching the three-way valve 11. At this time, the three-way valve 14 is switched to the drain pipe 15 side so that water does not pass through the bath water heater 17.
酸性風呂入浴時には、三方弁１１及び１８を切り換え陽極室７で得られた酸性水をパイプ１０、パイプ２３を介して浴槽２１に供給する。このとき、三方弁１８が切り換えられているため、風呂給湯機１７に酸性水は通水しない。 At the time of bathing in the acidic bath, the three-way valves 11 and 18 are switched, and the acidic water obtained in the anode chamber 7 is supplied to the bathtub 21 via the pipe 10 and the pipe 23. At this time, since the three-way valve 18 is switched, the acidic water is not passed through the bath water heater 17.
また、浴室内でアルカリ水を飲用するときには三方弁１９を切換える。以上のように、陽イオン交換樹脂で水中のカルシウム、マグネシウム等の硬度成分を除去し、風呂給湯機配管及び浴槽内へのスケール付着を防止できる。これにより、浴槽掃除の頻度を減らすこ
ともできる。
In addition, when drinking alkaline water in the bathroom, the three-way valve 19 is switched. As described above, hardness components such as calcium and magnesium in water can be removed with a cation exchange resin, and scale adhesion to the bath water heater piping and the bathtub can be prevented. Thereby, the frequency of bathtub cleaning can also be reduced.
さらに、水の電気分解で得られる酸性水で、陽イオン交換樹脂を再生するため、食塩等の供給が不要になり連続的に軟水を供給することができる。また、酸性水を浴槽に通水することで、酸性風呂を楽しむこともでき、アルカリ水を浴室内で飲用することもできる。 Furthermore, since the cation exchange resin is regenerated with acidic water obtained by electrolysis of water, it is not necessary to supply salt or the like, and soft water can be continuously supplied. Moreover, an acidic bath can be enjoyed by passing acidic water through the bathtub, and alkaline water can be drunk in the bathroom.
一方、軟水化処理する技術として、水分解イオン交換膜を用いた技術がある（例えば、特許文献２参照）。 On the other hand, as a technique for water softening treatment, there is a technique using a water-splitting ion exchange membrane (see, for example, Patent Document 2).
この方式では、一対の電極間に陽イオン交換層と陰イオン交換層の２層から成る水分解イオン交換膜を挟み込んだ構成であり、電極に通電すると水分解イオン交換膜の表面に硬度成分が吸着してイオン交換されて軟水化処理される。また、極性を逆にして電圧を印加すると陽イオン交換層と陰イオン交換層の界面で水が解離し、解離により生成した水素イオン、水酸化物イオンにより水分解イオン交換膜を再生することができる。
しかしながら、特許文献１に示した前記従来の構成では、電気分解装置３と軟水化装置１３が別個に備えられているので、装置が複雑となると共に大きな設置スペースを必要となるという課題があった。また、陽イオン交換樹脂を再生する時、電気分解装置３によって電気分解により水を解離させて酸性水を生成しているが、水中で電気分解を行うと、電極表面から水素及び酸素のガスが発生する。そして、この発生したガスがシステム内に溜まり蓄積する可能性があるという課題があった。 However, in the conventional configuration shown in Patent Document 1, since the electrolyzer 3 and the water softener 13 are separately provided, there is a problem that the apparatus becomes complicated and a large installation space is required. . In addition, when regenerating the cation exchange resin, water is dissociated by electrolysis by the electrolyzer 3 to generate acidic water. However, when electrolysis is performed in water, hydrogen and oxygen gases are generated from the electrode surface. appear. Then, there is a problem that the generated gas may accumulate and accumulate in the system.
一方、特許文献２に示した水分解イオン交換膜を用いた方式は、水分解イオン交換膜表面に硬度成分を吸着しイオン交換して硬度成分を除去している。そして再生時には、電極に電圧を印加することにより、硬度成分がイオン交換した水分解イオン交換膜の界面で水を解離させて水素イオンと水酸化物イオンを生成して再生する。したがって、軟水化処理と再生処理をひとつの装置内で行うことができる為、装置が簡易であり省スペース化が図れ、かつ、薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができ、給湯機への応用が期待できる有効な軟水化技術と考えられる。 On the other hand, in the method using a water-splitting ion exchange membrane shown in Patent Document 2, a hardness component is adsorbed on the surface of the water-splitting ion exchange membrane and ion-exchanged to remove the hardness component. At the time of regeneration, a voltage is applied to the electrode to dissociate water at the interface of the water-splitting ion exchange membrane in which the hardness component is ion-exchanged to generate and regenerate hydrogen ions and hydroxide ions. Therefore, since the water softening treatment and the regeneration treatment can be performed in one apparatus, the apparatus is simple and space-saving can be achieved, and the water can be softened and regenerated without maintenance using a chemical. It is considered to be an effective water softening technology that can be expected to be applied to water heaters.
しかし、特許文献１と同様に水中で電気分解が行われる為、給湯機に適用した場合、発生したガスが、貯湯タンク等のシステム内に溜まり蓄積する可能性があるという課題があった。 However, since electrolysis is performed in water as in Patent Document 1, when applied to a water heater, there is a problem that the generated gas may accumulate and accumulate in a system such as a hot water storage tank.
本発明は前記従来の課題を解決するもので、構成が簡易で且つ薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができ、電気分解によって生成したガスが滞留することを防止し、使用性を向上した軟水化装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, is simple in structure, can be softened and regenerated without using chemicals, can be softened and regenerated, prevents gas generated by electrolysis from staying, and used It aims at providing the water softening apparatus which improved the property.
前記課題を解決するために、本発明の軟水化装置は、少なくとも一対の電極と、陽イオン交換体、陰イオン交換体を有する水分解イオン交換体と、前記水分解イオン交換体の表面に接する流路と、外装と、前記電極に電圧を印加して前記水分解イオン交換体を再生する時に生成する濃縮水を、前記外装内より外部へ排出する排水配管とを備え、前記排水配管を前記外装の上部または側面上部に設けるとともに、軟水化処理時には、前記電極に０Ｖ以上、かつ、水の分解電圧未満の電圧を印加することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a water softening device of the present invention is in contact with at least a pair of electrodes, a water-splitting ion exchanger having a cation exchanger and an anion exchanger, and a surface of the water-splitting ion exchanger. A flow path, an exterior, and a drain pipe that discharges concentrated water generated when regenerating the water-splitting ion exchanger by applying a voltage to the electrode from the exterior to the outside, and the drain pipe is In addition to being provided on the upper part of the exterior or the upper part of the side surface, at the time of water softening treatment, a voltage of 0 V or more and less than the water decomposition voltage is applied to the electrode.
これにより、水分解イオン交換体で硬度成分を吸着しイオン交換して硬度成分を除去し、そして再生時には、硬度成分がイオン交換した水分解イオン交換体の界面で水を解離させて水素イオンと水酸化物イオンを生成して再生するため、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方を水分解イオン交換体内で行うので、軟水化装置と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易且つ小型で薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができる。 As a result, the hardness component is adsorbed and ion-exchanged by the water-splitting ion exchanger to remove the hardness component, and at the time of regeneration, water is dissociated at the interface of the water-splitting ion exchanger where the hardness component is ion-exchanged to form hydrogen ions. Since hydroxide ions are generated and regenerated, both removal of hardness components and dissociation of water necessary for regeneration are performed in the water-splitting ion exchanger, eliminating the need to install an electrolyzer separately from the water softener. The structure of the device is simple and small, and it can be softened and regenerated without maintenance using chemicals.
また、軟水化処理時は電圧を印加しないかあるいは水の分解電圧以下の電圧を印加するので、水が電気分解して水素及び酸素が発生することがないので、軟水処理された水中にガスは含まれずガスが機器内に溜まることがないため、使用性を向上した軟水化装置を提供できる。 In addition, since no voltage is applied or a voltage equal to or lower than the decomposition voltage of water is applied during water softening treatment, water does not electrolyze and hydrogen and oxygen are not generated. Since it is not contained and gas does not accumulate in the equipment, a water softening device with improved usability can be provided.
本発明によれば、構成が簡易で且つ薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができ、電気分解によって生成したガスが滞留することを防止し、使用性を向上した軟水化装置を提供できる。 According to the present invention, a water softening device that has a simple structure, can be softened and regenerated without using chemicals, can be softened and regenerated, prevents gas generated by electrolysis from staying, and has improved usability. Can provide.
第１の発明は、少なくとも一対の電極と、陽イオン交換体、陰イオン交換体を有する水分解イオン交換体と、前記水分解イオン交換体の表面に接する流路と、外装と、前記電極に電圧を印加して前記水分解イオン交換体を再生する時に生成する濃縮水を、前記外装内より外部へ排出する排水配管とを備え、前記排水配管を前記外装の上部または側面上部に設けるとともに、軟水化処理時には、前記電極に０Ｖ以上、かつ、水の分解電圧未満の電圧を印加することを特徴とするものである。 The first invention includes at least a pair of electrodes, a water-splitting ion exchanger having a cation exchanger and an anion exchanger, a channel in contact with the surface of the water-splitting ion exchanger, an exterior, and the electrodes Concentrated water generated when regenerating the water-splitting ion exchanger by applying a voltage is provided with a drain pipe for discharging from the inside of the exterior to the outside, and the drain pipe is provided at the upper part of the exterior or the upper part of the side surface. During the water softening treatment, a voltage of 0 V or more and less than the water decomposition voltage is applied to the electrode.
これにより、水分解イオン交換体で硬度成分を吸着しイオン交換して硬度成分を除去し、そして再生時には、硬度成分がイオン交換した水分解イオン交換体の界面で水を解離させて水素イオンと水酸化物イオンを生成して再生するため、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方を水分解イオン交換体内で行うので、軟水化装置と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易且つ小型で薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができる。 As a result, the hardness component is adsorbed and ion-exchanged by the water-splitting ion exchanger to remove the hardness component, and at the time of regeneration, water is dissociated at the interface of the water-splitting ion exchanger where the hardness component is ion-exchanged to form hydrogen ions. Since hydroxide ions are generated and regenerated, both removal of hardness components and dissociation of water necessary for regeneration are performed in the water-splitting ion exchanger, eliminating the need to install an electrolyzer separately from the water softener. The structure of the device is simple and small, and it can be softened and regenerated without maintenance using chemicals.
また、軟水化処理時は電圧を印加しないかあるいは水の分解電圧以下の電圧を印加するので、水が電気分解して水素及び酸素が発生することがないので、軟水処理された水中にガスは含まれずガスが機器内に溜まることがないため、使用性を向上した軟水化装置を提供できる。 In addition, since no voltage is applied or a voltage equal to or lower than the decomposition voltage of water is applied during water softening treatment, water does not electrolyze and hydrogen and oxygen are not generated. Since it is not contained and gas does not accumulate in the equipment, a water softening device with improved usability can be provided.
第２の発明は、特に、第１の発明の軟水化装置の外装の上面部は凸面形状で、排水配管との接続口を、前記外装の上面部の略最上部に設けたことを特徴とするもので、再生時は電圧を印加することでガスが発生するが、再生時に発生したガスは、外装上部の排水配管との接続口に集められ、外装を出た排水配管に集中して溜められるため、再生後に濃縮水と共に排水配管中に集中して溜まったガスは外部へ排出されることで、外装上部に局部的にガスが残留することを防止することができる。 The second invention is characterized in that, in particular, the upper surface portion of the exterior of the water softening device of the first invention has a convex shape, and a connection port with a drain pipe is provided at a substantially uppermost portion of the upper surface portion of the exterior. During regeneration, gas is generated by applying a voltage, but the gas generated during regeneration is collected at the connection port with the drain pipe at the top of the exterior and concentrated in the drain pipe that exits the exterior. Therefore, the gas accumulated in the drainage pipe together with the concentrated water after the regeneration is discharged to the outside, so that the gas can be prevented from locally remaining in the upper part of the exterior.
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、軟水使用機器へ軟水を供給する軟水配管を、外装の下部または側面下部に設けたことを特徴とするもので、排水配管と軟水配管が独立して設けられているので、再生時に発生したガスが通過する排出配管を用いることなく、軟水使用機器へ軟水化処理された水が導入されるので、再生後に排出配管内にガスが残留した場合でも、軟水化処理時に軟水使用機器内へガスが導入されることを防止することができる。 The third invention is characterized in that, in the first or second invention, a soft water pipe for supplying soft water to a soft water using device is provided at the lower part of the exterior or the lower part of the side surface. Since the pipes are provided independently, water that has been softened is introduced into the soft water-using equipment without using the discharge pipe through which the gas generated during regeneration passes. Even if it remains, it is possible to prevent gas from being introduced into the soft water-using device during the water softening treatment.
また、軟水配管は外装の下部または側面下部に設けられているので、再生後に外装の上部にガスが残留した場合でも、軟水化処理時に残留したガスを直接軟水配管に吸い込んで、軟水使用機器内へガスが導入されることを防止することができる。 In addition, since the soft water piping is provided in the lower part of the exterior or the lower part of the side surface, even if gas remains in the upper part of the exterior after regeneration, the gas remaining during the water softening process is directly sucked into the soft water piping, It is possible to prevent gas from being introduced.
第４の発明は、特に、第１〜第３の発明において、原水を供給する給水配管を備え、水分解イオン交換体による軟水化処理時と前記水分解イオン交換体の再生時とでは、流路において原水の流通方向が逆方向になるように、前記給水配管を接続したことを特徴とするもので、再生時に発生して外装上部に溜まったガスが層流状態となるので、排水配管を通じて外部へ排出され易くすることができる。 In particular, the fourth invention includes a water supply pipe for supplying raw water in the first to third inventions, and the flow of water during softening treatment with the water-splitting ion exchanger and when the water-splitting ion exchanger is regenerated. The water supply pipe is connected so that the flow direction of the raw water is reversed in the road. The gas generated during regeneration and accumulated in the upper part of the exterior is in a laminar flow state. It can be easily discharged to the outside.
また、主に流路の上流側の水分解イオン交換体にイオン交換した硬度成分が、再生時には脱着して逆方向の下流側から上流側に流出することから、生成した高濃度の濃縮成分がイオン交換体に付着することを防止し耐久性を向上することができる。 In addition, since the hardness component ion-exchanged mainly to the water-splitting ion exchanger on the upstream side of the flow channel is desorbed during regeneration and flows out from the downstream side in the reverse direction to the upstream side, the high-concentration concentrated component thus produced is The adhesion to the ion exchanger can be prevented and the durability can be improved.
第５の発明は、特に第４の発明において、給水配管は、分岐部に三方弁を有する第１給水配管と第２給水配管とから構成され、軟水化処理時には、前記第１給水配管は上流側に、前記第２給水配管は下流側となるように、前記三方弁により、軟水化処理時と再生時とで給水経路を切り換える構成としたことを特徴とするもので、簡易な構成で、軟水化処理時と再生時で軟水化装置における流路の流通方向を切り換えることができ、再生時に発生して外装上部に溜まったガスを外部へ排出され易くすることができる。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the fourth aspect of the invention, the water supply pipe is composed of a first water supply pipe and a second water supply pipe having a three-way valve at a branching portion, and the first water supply pipe is upstream during water softening treatment. On the side, the three-way valve is configured to switch the water supply path between the water softening treatment and the regeneration so that the second water supply pipe is on the downstream side. The flow direction of the flow path in the water softening device can be switched between the water softening treatment and the regeneration, and the gas generated during the regeneration and accumulated in the upper part of the exterior can be easily discharged to the outside.
また、生成した高濃度の濃縮成分がイオン交換体に付着することを防止し耐久性を向上することができる。 Further, it is possible to prevent the produced concentrated component having a high concentration from adhering to the ion exchanger and improve the durability.
第６の発明は、第１〜第５のいずれかの軟水化装置を搭載した給湯機で、軟水化処理時は電圧を印加しないかあるいは水の分解電圧以下の電圧を印加するので、水が電気分解して水素及び酸素が発生することがないので、軟水処理された水中にガスは含まれず給湯機の貯湯タンク等のシステム内にガスが溜まることがない。 The sixth aspect of the invention is a water heater equipped with any one of the first to fifth water softening devices, and at the time of water softening treatment, no voltage is applied or a voltage equal to or lower than the water decomposition voltage is applied. Since hydrogen and oxygen are not generated by electrolysis, gas is not contained in water subjected to soft water treatment, and gas does not accumulate in a hot water storage tank or the like system of a water heater.
また、再生時は電圧を印加することでガスが発生するが、排水配管が軟水化装置の外装上部に設けられているので、発生したガスが排水配管の設けられている外装上部に溜まる。これにより、再生後に濃縮水と共に排水配管を通じて外装上部に溜まったガスは外部へ排出される。したがって、再生後に外装内部にガスが残留することを抑制することができるので、再生時に軟水化装置で発生したガスが、軟水化処理時に給湯機の貯湯タンク内に導入されて、貯湯タンク等のシステム内に溜まることを防止し、使用性を向上することができる。 Further, during regeneration, gas is generated by applying a voltage, but since the drainage pipe is provided in the upper part of the exterior of the water softening device, the generated gas accumulates in the upper part of the exterior in which the drainage pipe is provided. Thereby, the gas collected in the upper part of the exterior through the drainage pipe together with the concentrated water after the regeneration is discharged to the outside. Therefore, it is possible to suppress the gas from remaining inside the exterior after regeneration, so that the gas generated in the water softening device during regeneration is introduced into the hot water storage tank of the water heater during the water softening treatment, It is possible to prevent accumulation in the system and improve usability.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態の給湯機の構成図を示す。
(Embodiment 1)
In FIG. 1, the block diagram of the water heater of the 1st Embodiment of this invention is shown.
図２には、本発明の第１の実施の形態の軟水化装置の断面図を示す。図３には、本発明の第１の実施の形態の再生時の軟水化装置の断面図を示す。 In FIG. 2, sectional drawing of the water softening apparatus of the 1st Embodiment of this invention is shown. In FIG. 3, sectional drawing of the water softening apparatus at the time of reproduction | regeneration of the 1st Embodiment of this invention is shown.
図１において、貯湯ユニット１には、原水と沸き上げられた湯を貯留する貯湯タンク２が設置されている。貯湯タンク２の下部には、水道水から原水を貯湯タンク２へ供給する原水配管３が開口して接続されて設けられている。また、貯湯タンク２の下部及には給水
配管４が開口して接続されており、軟水化装置５へポンプ６を介して給水されるようにされるように設けられている。
In FIG. 1, a hot water storage unit 1 is provided with a hot water storage tank 2 for storing raw water and boiled hot water. A raw water pipe 3 for supplying raw water from tap water to the hot water storage tank 2 is opened and connected to the lower part of the hot water storage tank 2. Further, a water supply pipe 4 is opened and connected to the lower part of the hot water storage tank 2 and is provided so as to be supplied to the water softening device 5 via the pump 6.
ここで、給水配管４は軟水化装置５の上流側で分岐しており、一方が第１給水配管７として軟水化装置５の側面上部に接続され、他方が第２給水配管８として軟水化装置５の下部に接続されている。分岐部には三方弁９が備えられており、軟水化装置５に導入する原水の給水経路を切り換えるように構成されている。 Here, the water supply pipe 4 branches on the upstream side of the water softening device 5, one is connected to the upper side of the water softening device 5 as the first water supply pipe 7, and the other is the water softening device as the second water supply pipe 8. 5 is connected to the lower part. The branch portion is provided with a three-way valve 9 and is configured to switch the water supply path of the raw water introduced into the water softening device 5.
そして、軟水化装置５で軟水化処理された軟水は、軟水化装置５の下部に設けられた軟水配管１０を通じてヒートポンプユニット１１で沸き上げられて貯湯タンク２の上部へ供給される。軟水化装置５から出た軟水配管１０には電磁弁１２が設けられており、軟水化処理された水のヒートポンプユニット１１への供給動作を行う。さらに、貯湯タンク２の上部には給湯配管１３が開口して接続されており、沸き上げられて貯湯タンク２の上部に存在する湯を風呂等へ供給する。 Then, the water softened by the water softening device 5 is boiled by the heat pump unit 11 through the soft water pipe 10 provided at the lower portion of the water softening device 5 and supplied to the upper portion of the hot water storage tank 2. An electromagnetic valve 12 is provided in the water softening pipe 10 exiting from the water softening device 5 and performs an operation of supplying water subjected to the water softening treatment to the heat pump unit 11. Furthermore, a hot water supply pipe 13 is opened and connected to the upper part of the hot water storage tank 2, and the hot water existing in the upper part of the hot water storage tank 2 is supplied to a bath or the like.
ヒートポンプユニット１１内には、圧縮機１４、水加熱手段１５である水熱交換器、外気の熱を吸熱する空気熱交換器１６が冷媒配管１７で接続されて構成されたＣＯ２等の冷媒を用いたヒートポンプサイクル１８を内蔵している。 In the heat pump unit 11, a refrigerant such as CO 2 formed by connecting a compressor 14, a water heat exchanger as the water heating means 15, and an air heat exchanger 16 that absorbs the heat of the outside air through a refrigerant pipe 17 is provided. The heat pump cycle 18 used is incorporated.
図２において、軟水化装置５は、外装１９内に１対の電極２０が両端に設けられている。電極２０はチタンに白金がメッキされたものであり、電極の耐消耗性を確保している。 In FIG. 2, the water softening device 5 is provided with a pair of electrodes 20 at both ends in an exterior 19. The electrode 20 is obtained by plating platinum on titanium, and ensures the wear resistance of the electrode.
電極２０の間には、１対の水分解イオン交換体２１が流路２２を挟んで設けられている。水分解イオン交換体２１は、強酸性のイオン交換基を持つ陽イオン交換体２２と強塩基性のイオン交換基を持つ陰イオン交換体２３が１枚に張り合わされた２層構造となっている。そして、陽イオン交換体２２と陰イオン交換体２３が向き合うように設置されている。 A pair of water-splitting ion exchangers 21 are provided between the electrodes 20 with a flow path 22 interposed therebetween. The water-splitting ion exchanger 21 has a two-layer structure in which a cation exchanger 22 having a strongly acidic ion exchange group and an anion exchanger 23 having a strongly basic ion exchange group are bonded together. . And it installs so that the cation exchanger 22 and the anion exchanger 23 may face each other.
ここで、陽イオン交換体２２は、−ＳＯ３Ｈを官能基とする強酸性イオン交換基を含み、陰イオン交換体２３は、−ＮＲ３ＯＨを官能基とする強塩基性イオン交換基を含む。そして、水分解イオン交換体２１の陽イオン交換体２２と陰イオン交換体２３に水が接するように流路２４が構成されている。 Here, the cation exchanger 22 includes a strongly acidic ion exchange group having —SO 3 H as a functional group, and the anion exchanger 23 includes a strongly basic ion exchange group having —NR 3 OH as a functional group. Including. And the flow path 24 is comprised so that water may contact the cation exchanger 22 and the anion exchanger 23 of the water-splitting ion exchanger 21.
ここで、外装１９の天面は凸面形状を成し、その最上部に再生時に生成する濃縮水を外部に排出する排水配管２５が接続されている。そして、軟水化装置５を出た排水配管２４には排水用電磁弁２６が設けられており、軟水化装置５の再生時に生成した濃縮水の排水動作を行う。 Here, the top surface of the exterior 19 has a convex shape, and a drainage pipe 25 for discharging concentrated water generated during regeneration to the outside is connected to the uppermost part. A drainage solenoid valve 26 is provided in the drainage pipe 24 exiting the water softening device 5, and the drainage operation of the concentrated water generated during the regeneration of the water softening device 5 is performed.
以上のように構成された給湯機について、以下その動作について説明する。 The operation of the water heater configured as described above will be described below.
図１において、まず、原水配管３を通じて、貯湯ユニット１の貯湯タンク２へ原水が供給される。ここで、原水には硬度成分のカルシウムやマグネシウムが含まれており、水源が地下水を利用している地域や温泉地などでは硬度は１００ｐｐｍ以上の硬水となっており、給湯機の加熱手段の配管内にスケールを形成する原因となり得る。 In FIG. 1, first, raw water is supplied to the hot water storage tank 2 of the hot water storage unit 1 through the raw water pipe 3. Here, the raw water contains hardness components calcium and magnesium, and in areas where the water source uses groundwater or hot springs, the hardness is hard water of 100 ppm or more. Can cause scale to form within.
通常、ヒートポンプ給湯機の沸き上げは、電気代の安価な深夜電力の時間帯を通じて行われる。深夜電力の開始時刻になると、ポンプ６によって貯湯タンク２内の硬度の高い原水が給水配管４を通じて軟水化装置５へ送られる。このとき、三方弁９により給水経路は第１給水配管７を通じて原水が軟水化装置５の外装１９の側面上部から導入される。 Usually, the heating of the heat pump water heater is performed through an inexpensive midnight power time zone of the electricity bill. When the midnight electric power start time comes, raw water having high hardness in the hot water storage tank 2 is sent to the water softening device 5 through the water supply pipe 4 by the pump 6. At this time, the three-way valve 9 introduces raw water from the upper side surface of the exterior 19 of the water softening device 5 through the first water supply pipe 7 in the water supply path.
原水中には硬度成分の炭酸カルシウムがイオン化した状態で、流路２４の上部から流入し下方へ流れる。このとき、外装１９に設置された電極２０には直流電圧が印加され、陽イオン交換体２２側の電極２０にはプラスの電圧が印加され正極となる。一方、陰イオン交換体２３側の電極２０は負極となる。このとき、印加する電圧は水の分解電圧である１．２６Ｖ未満の電圧が印加される。 In the raw water, calcium carbonate as a hardness component is ionized and flows from the upper part of the flow path 24 and flows downward. At this time, a direct current voltage is applied to the electrode 20 installed in the exterior 19, and a positive voltage is applied to the electrode 20 on the cation exchanger 22 side to become a positive electrode. On the other hand, the electrode 20 on the anion exchanger 23 side is a negative electrode. At this time, the voltage to be applied is a voltage less than 1.26 V, which is the decomposition voltage of water.
この結果、原水中のカルシウムイオンは陽イオン交換体２２へ、炭酸イオンは陰イオン交換体２３へ電気泳動して入り込む。そして、カルシウムイオンは、陽イオン交換体２２の強酸性イオン交換基の−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換し、炭酸イオンは、陰イオン交換体２３の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。 As a result, calcium ions in the raw water enter the cation exchanger 22 and carbonate ions enter the anion exchanger 23 by electrophoresis. Then, calcium ions are ion-exchanged with —SO 3 H hydrogen ions of the strongly acidic ion exchange group of the cation exchanger 22, and carbonate ions are —NR 3 of the strongly basic ion exchange group of the anion exchanger 23. Ion exchange with hydroxide ions of OH.
こうして、流路２４中の硬度成分は除去されて軟水化される。そして、軟水化された水は、外装１９の下部に接続された軟水配管１０を通じて処理水が流出する。ここで、電磁弁１２は開状態、排水用電磁弁２６は閉状態となっているので、軟水化処理水は軟水配管１０を通じてヒートポンプユニット１１の水熱交換器１５に流入する。 Thus, the hardness component in the flow path 24 is removed and softened. The treated water flows out of the softened water through the soft water pipe 10 connected to the lower part of the exterior 19. Here, since the solenoid valve 12 is in the open state and the drainage solenoid valve 26 is in the closed state, the softened water flows into the water heat exchanger 15 of the heat pump unit 11 through the soft water pipe 10.
ヒートポンプサイクル１８において、圧縮機１４の運転により空気熱交換器１６内の冷媒が蒸発し外気の熱を吸熱する。そして、冷媒配管１７を通じて外気を吸熱した冷媒が高圧に圧縮され水熱交換器１５で放熱される。この熱により水熱交換器１５内の水が加熱されて原水が沸き上げられる。ここで、加熱された処理水は硬度成分が除去されているので、水熱交換器１５の内面で炭酸カルシウムや硫酸マグネシウムといったスケールが付着することを防止することができる。そして、この水熱交換器１５で沸き上げられた湯が貯湯タンク２の上部から導入される。 In the heat pump cycle 18, the refrigerant in the air heat exchanger 16 evaporates by the operation of the compressor 14 and absorbs the heat of the outside air. Then, the refrigerant that has absorbed the outside air through the refrigerant pipe 17 is compressed to a high pressure and is radiated by the water heat exchanger 15. This heat heats the water in the water heat exchanger 15 to boil raw water. Here, since the hardness component is removed from the heated treated water, it is possible to prevent scales such as calcium carbonate and magnesium sulfate from adhering to the inner surface of the water heat exchanger 15. And the hot water boiled by this water heat exchanger 15 is introduced from the upper part of the hot water storage tank 2.
このようにして、給湯機の沸き上げ時に軟水化装置５で原水が軟水化され、処理水は軟水配管１０を通って水熱交換器１５で加熱されて軟水化処理された湯が貯湯タンク２に溜められる。使用者が風呂（図示せず）などにおいて湯を使用する時は、貯湯タンク２に溜められた上層の湯が給湯配管１３を通じて風呂の浴槽へ供給される。 In this way, the raw water is softened by the water softening device 5 when the water heater is boiled, and the treated water is heated by the water heat exchanger 15 through the soft water pipe 10 and the softened water is treated by the hot water storage tank 2. Can be stored. When the user uses hot water in a bath (not shown) or the like, the upper layer hot water stored in the hot water storage tank 2 is supplied to the bath tub through the hot water supply pipe 13.
ここで、軟水化処理時は軟水化装置５の電極２０には、水分解電圧である１．２６Ｖ以下の微弱電圧を印加するため、電極２０から水素、酸素のガスが発生することが無い。このため、軟水化処理水にはガスは混合されないので軟水配管１０を通じて貯湯タンク２内にガスが溜まることはない。 Here, during the water softening treatment, a weak voltage of 1.26 V or less, which is a water splitting voltage, is applied to the electrode 20 of the water softening device 5, so that no hydrogen or oxygen gas is generated from the electrode 20. For this reason, since the gas is not mixed with the softened water, the gas does not accumulate in the hot water storage tank 2 through the soft water pipe 10.
次に、沸き上げ運転中あるいは沸き上げ完了後に軟水化装置５の再生工程が行われる。軟水化装置５の再生運転時、電磁弁１２は閉状態となり、ヒートポンプユニット１１に処理水は導入されない。また、三方弁９により給水経路が第２給水配管８へ切り換えられる。貯留タンク２の下部から一定量の水がポンプ６により、給水配管４及び第２給水配管８を通じて原水が軟水化装置５の下部から導入される。 Next, the regeneration process of the water softening device 5 is performed during boiling operation or after completion of boiling. During the regeneration operation of the water softening device 5, the solenoid valve 12 is closed and no treated water is introduced into the heat pump unit 11. Further, the water supply path is switched to the second water supply pipe 8 by the three-way valve 9. A certain amount of water is introduced from the lower part of the storage tank 2 by the pump 6 through the water supply pipe 4 and the second water supply pipe 8 from the lower part of the water softening device 5.
そして図３に示すように、軟水化装置５において、外装１９の下部から流路２４に一定量の原水が流入すると、電極２０には軟水化時とは逆方向の電圧が印加される。陰イオン交換体２３側の電極２０が正極となり、陽イオン交換体２２側の電極２０は負極となる。 As shown in FIG. 3, in the water softening device 5, when a certain amount of raw water flows into the flow path 24 from the lower part of the exterior 19, a voltage in the opposite direction to that during softening is applied to the electrode 20. The electrode 20 on the anion exchanger 23 side becomes a positive electrode, and the electrode 20 on the cation exchanger 22 side becomes a negative electrode.
水分解イオン交換体２１の両側に電圧を印加すると、陽イオン交換体２２と陰イオン交換体２３の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。 When a voltage is applied to both sides of the water-splitting ion exchanger 21, the ion component in the interface between the cation exchanger 22 and the anion exchanger 23 decreases, the resistance increases, and water is dissociated at a certain point. Hydrogen ions and hydroxide ions are generated.
陽イオン交換体２２では、軟水化時にイオン交換されたカルシウムイオンが、生成した
水素イオンとイオン交換し再生される。そして、カルシウムイオンは流路２４中に放出される。一方、陰イオン交換体２３では、軟水化時にイオン交換された炭酸イオンが、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。そして、炭酸イオンは流路２４中に放出される。
In the cation exchanger 22, calcium ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydrogen ions and regenerated. Then, calcium ions are released into the flow path 24. On the other hand, in the anion exchanger 23, carbonate ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydroxide ions and regenerated. Then, carbonate ions are released into the flow path 24.
ここで、水分解イオン交換体２１の再生には、水の分解電圧以上の電圧が必要であり、電極２０の表面には水素と酸素のガスが発生する。そして、このガスは外装１９の上部に移動する。外装１９の天面は凸形状に形成されているので、外装１９の上部に部分的に溜まらずに、排水配管２５との接続口に集中して溜められる。 Here, regeneration of the water-splitting ion exchanger 21 requires a voltage higher than the water decomposition voltage, and hydrogen and oxygen gases are generated on the surface of the electrode 20. Then, this gas moves to the upper part of the exterior 19. Since the top surface of the exterior 19 is formed in a convex shape, the top surface of the exterior 19 is not partially accumulated in the upper part of the exterior 19 but is concentrated and accumulated in the connection port with the drainage pipe 25.
そして、再生中に閉じられていた排水用電磁弁２６が開き、排水配管２５を通じて生成した濃縮水と発生したガスが排出される。排水は貯湯ユニット１の下部にある排水溝（図示せず）へ流される。こうして、排水配管２５を通じて濃縮水と共に外装１９上部に集中して溜まったガスは外部へ排出される。したがって、再生後に外装１９内部にガスが残留することを抑制することができる。 Then, the electromagnetic valve for drainage 26 closed during the regeneration is opened, and the concentrated water generated and the generated gas are discharged through the drainage pipe 25. The drainage is allowed to flow into a drainage groove (not shown) in the lower part of the hot water storage unit 1. In this way, the gas accumulated in the upper portion of the exterior 19 together with the concentrated water through the drain pipe 25 is discharged to the outside. Accordingly, it is possible to suppress the gas from remaining in the exterior 19 after the regeneration.
濃縮水が排水された後、再び貯留タンク２から一定量の水が軟水化装置５に導入されて、排水用電磁弁２６は再度閉じた状態となる。水分解イオン交換体２１の再生が行われる。その後、排水用電磁弁２６が開き、排水配管２５を通じて再生後の濃縮水が排出される。このような工程を数回繰り返すことで、軟水化装置５の再生が行われる。 After the concentrated water is drained, a certain amount of water is again introduced from the storage tank 2 into the water softening device 5, and the drainage electromagnetic valve 26 is closed again. The water-splitting ion exchanger 21 is regenerated. Thereafter, the drain electromagnetic valve 26 is opened, and the regenerated concentrated water is discharged through the drain pipe 25. By repeating such a process several times, the water softening device 5 is regenerated.
一定時間、水分解イオン交換体２１に電圧を印加して軟水化装置５の再生が終了すると、排水用電磁弁２６が閉じ、三方弁９により給水経路が第１給水配管７に切り換えられる。そして、再び電磁弁１２が開いて、貯留タンク２から原水が第１給水配管７を通じて軟水化装置５の上部側方から導入され、流路２４の上方から下方に向かって原水は軟水化処理されて軟水配管１０を通じて流出する。 When the regeneration of the water softening device 5 is completed by applying a voltage to the water-splitting ion exchanger 21 for a certain time, the electromagnetic valve for drainage 26 is closed, and the water supply path is switched to the first water supply pipe 7 by the three-way valve 9. Then, the solenoid valve 12 is opened again, and raw water is introduced from the storage tank 2 through the first water supply pipe 7 from the upper side of the water softening device 5, and the raw water is softened from above the flow path 24 downward. And flows out through the soft water pipe 10.
このように、排水配管２５と軟水配管１０が独立して設けられているので、再生時に発生したガスが通過する排水配管２５を用いることなく貯湯タンク等のシステムへ軟水化処理された水が導入されるので、再生後に排水配管２５内にガスが残留した場合でも軟水化処理時にシステム内へガスが導入されることを防止することができる。また、軟水配管１０は外装１９の下部に設けられているので、再生後に外装１９の上部にガスが残留した場合でも軟水化処理時に残留したガスを直接軟水配管１０に吸い込んでシステム内へガスが導入されることを防止することができる。 Thus, since the drainage pipe 25 and the soft water pipe 10 are provided independently, the water subjected to the softening treatment is introduced into the system such as the hot water storage tank without using the drainage pipe 25 through which the gas generated during the regeneration passes. Therefore, even when the gas remains in the drain pipe 25 after the regeneration, it is possible to prevent the gas from being introduced into the system during the water softening treatment. Further, since the soft water pipe 10 is provided at the lower part of the outer casing 19, even if gas remains in the upper part of the outer casing 19 after regeneration, the gas remaining during the water softening treatment is directly sucked into the soft water pipe 10 and the gas enters the system. It can be prevented from being introduced.
また、流路２４において、軟水化処理時は原水の流通方向が上方から下方となるのに対して再生時は下方から上方と逆方向になるので、再生時に発生して外装１９の上部に溜まったガスが層流状態となって排水配管２５を通じてガスを外部へ排出され易くすることができる。さらに、主に流路２４の上流側の水分解イオン交換体２１にイオン交換した硬度成分が、再生時には脱着して逆方向の下流側から上流側に流出することから、生成した高濃度の濃縮成分がイオン交換体に付着することを防止し耐久性を向上することができる。 Further, in the flow path 24, the flow direction of the raw water is changed from the upper side to the lower side during the softening treatment, whereas the flow direction is changed from the lower side to the upper side during the reproduction. It is possible to make the gas easily discharged into the outside through the drainage pipe 25 in a laminar flow state. Further, since the hardness component ion-exchanged mainly with the water-splitting ion exchanger 21 on the upstream side of the flow path 24 is desorbed during the regeneration and flows out from the downstream side in the reverse direction to the upstream side, the generated high concentration concentrate It is possible to prevent the component from adhering to the ion exchanger and improve durability.
以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンク２と、水加熱手段１５と、軟水化装置５を設け、軟水化装置５は、外装１９の内部に、少なくとも一対の電極２０と、陽イオン交換体２２と陰イオン交換体２３を有した水分解イオン交換体２１と、水分解イオン交換体２１の表面に接する流路２４とから構成されており、電極２０に電圧を印加して水分解イオン交換体２１を再生する時に生成する濃縮水を外部へ排出する排水配管２５を外装１９の上部または側面上部に設け、軟水化処理時は前記電極に０Ｖ以上水の分解電圧未満の電圧を印加することとしたことにより、軟水化処理時は電圧を印加しないかあるいは水の分解電圧以下の電圧を印加するので、水が電気分解して水素及び酸素が発生すること
がないので、軟水処理された水中にガスは含まれず貯湯タンク等のシステム内にガスが溜まることがない。
As described above, in the present embodiment, the hot water storage tank 2, the water heating means 15, and the water softening device 5 are provided. The water softening device 5 has at least a pair of electrodes 20 and a positive electrode inside the exterior 19. A water-splitting ion exchanger 21 having an ion exchanger 22 and an anion exchanger 23 and a flow path 24 in contact with the surface of the water-splitting ion exchanger 21 are applied. A drainage pipe 25 for discharging the concentrated water generated when regenerating the decomposition ion exchanger 21 to the outside is provided on the upper part of the exterior 19 or the upper part of the side surface. By applying the voltage, no voltage is applied at the time of the water softening treatment or a voltage lower than the water decomposition voltage is applied, so that the water is not electrolyzed to generate hydrogen and oxygen. Water It is never accumulate gas into the system, such as the hot water storage tank not included gas.
再生時は電圧を印加することでガスが発生するが、排水配管２５が軟水化装置５の外装１９上部に設けられているので、発生したガスが排水配管２５の設けられている外装１９上部に溜まる。これにより、再生後に濃縮水と共に排水配管２５を通じて外装１９上部に溜まったガスは外部へ排出される。 During regeneration, gas is generated by applying a voltage, but since the drain pipe 25 is provided on the exterior 19 of the water softening device 5, the generated gas is present on the exterior 19 provided with the drain pipe 25. Accumulate. Thereby, the gas collected in the upper part of the exterior 19 through the drainage pipe 25 together with the concentrated water after the regeneration is discharged to the outside.
したがって、再生後に外装１９内部にガスが残留することを抑制することができるので、再生時に軟水化装置５で発生したガスが軟水化処理時に給湯機のシステム内に導入されて貯湯タンク等のシステム内に溜まることを防止し安全性を向上することができる。 Accordingly, it is possible to suppress the gas from remaining in the exterior 19 after the regeneration, so that the gas generated in the water softening device 5 during the regeneration is introduced into the hot water supply system during the water softening treatment and the system such as a hot water storage tank. It is possible to improve the safety by preventing accumulation in the interior.
また、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方を水分解イオン交換体２１内で行うので、軟水化装置５と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易且つ小型で薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化及び再生することができる。 In addition, since both the removal of the hardness component and the dissociation of water necessary for regeneration are performed in the water-splitting ion exchanger 21, it is not necessary to install an electrolyzer separately from the water softening device 5, and the configuration of the device is simple and It is small and can be softened and regenerated without maintenance using chemicals.
以上のように、本発明にかかる給湯機は、メンテナンスの必要がなく装置構成が簡易で小型化を図ることができ、ガスがシステム内に溜まることを防止することができるので、洗濯機や食器洗い機の用途にも適用できる。 As described above, the water heater according to the present invention does not require maintenance, has a simple device configuration, can be downsized, and can prevent gas from accumulating in the system. It can also be applied to machine applications.
２ 貯湯タンク
３ 原水配管
４ 給水配管
５ 軟水化装置
７ 第１給水配管
８ 第２給水配管
１０ 軟水配管
１５ 水加熱手段
１９ 外装
２０ 電極
２１ 水分解イオン交換体
２２ 陽イオン交換体
２３ 陰イオン交換体
２４ 流路
２５ 排水配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Hot water storage tank 3 Raw water piping 4 Water supply piping 5 Water softening device 7 1st water supply piping 8 2nd water supply piping 10 Soft water piping 15 Water heating means 19 Exterior 20 Electrode 21 Water-splitting ion exchanger 22 Cation exchanger 23 Anion exchanger 24 flow path 25 drainage pipe
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