JP2012011344A

JP2012011344A - 水処理装置および給湯機

Info

Publication number: JP2012011344A
Application number: JP2010151794A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Shima; 岐宏島; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Yasusuke Horiki; 泰佑堀木; Shigeru Sasabe; 笹部　　茂
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】水の溶解成分を吸着する水処理装置を提供する。
【解決手段】水に溶解しているイオンを吸着する陽・陰イオン交換体１６、１７と、表裏に極性の異なる陽・陰イオン交換体１６、１７を配置し水を解離して吸着したイオンを脱離するイオン交換膜と、イオン交換膜に電圧を印加する２つの電極１５ａ、１５ｂと、２つの電極１５ａ、１５ｂとイオン交換膜を配するハウジング１８と、電極１５ａ、１５ｂに電圧を供給する電源（図示せず）とを有し、陽・陰イオン交換体１６、１７が吸着したイオンを脱離する際は、ハウジング１８の内容積と等量の水を供給するようにしたもので、陽・陰イオン交換体１６、１７が吸着したイオンを脱離した後再度イオンを吸着する際、電極１５ａ、１５ｂ間の電流値が増大することがないので、水の電気分解が生じる可能性がなく、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。
【選択図】図１

Description

本発明は、水に溶解しているイオンを吸着する水処理装置および前記水処理装置を備えた給湯機に関するものである。

従来、この種の水処理装置は、図２に示すような構成であった（例えば、特許文献１参照）。以下、その構成について説明する。

図２は、従来の水処理装置の構成図である。

図２において、従来の水処理装置は、電気透析を行うための一対の電極２１、２２と、陽イオン交換膜２３と、陰イオン交換膜２４を有し、電極２１が陰極、電極２２が陽極となるように電圧が印加される。Ｃｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻イオンをＯＨ⁻イオンと交換する陰イオン交換樹脂２５、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋イオンをＨ^＋イオンと交換する陽イオン交換樹脂２６、陽イオン交換樹脂２６に吸着されなかったＭｇ^２＋、Ｃａ^２＋を濃縮した水を排出できる排出口２７、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜２８を配置している。

以上のように構成された従来の水処理装置の動作を説明する。

軟水化を行う際は、陰、陽イオン交換樹脂２５、２６によるイオン交換と、電気透析手段による電気透析作用とが同時に行われる。浴槽水ｗは吸水口２９から循環ポンプ３０により吸引され、流路３１、３２、３３に分流される。

まず、イオン交換による軟水化について説明する。流路３２に分流された浴槽水ｗは、隔膜２８でセル内を仕切られた希釈室３４、３５に分流される。希釈室３５には、陽イオン交換樹脂２６が充填されており、陽イオン交換樹脂２６により浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ^２＋やＭｇ^２＋がＨ^＋にイオン交換される。

また、希釈室３４には陰イオン交換樹脂２５が充填されており、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ⁻やＮＯ_３ ⁻イオンがＯＨ⁻にイオン交換され、樹脂を流出させない網３６を通り、切換え弁３７および切換え弁３８を通って合流し、そして、イオン交換された浴槽水ｗは吐出口４０より浴槽３９に還流される。

次に、電気透析による軟水化について説明する。陽イオン交換膜２３を介して浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ^２＋やＭｇ^２＋が電気透析力により濃縮室４１に移動し、切換え弁４２を通って排出口２７より排出される。また、陰イオン交換膜２４を介して、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ⁻、ＨＣｌＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−等の陰イオンが濃縮室４３に移動し、切換え弁４４を通って、排出口２７より排出される。

特開２００１−３４０８６３号公報

しかしながら、前記従来の水処理装置の構成では、イオンを脱離した後にイオンを含む水がケーシング内に残留するために、ケーシング内の導電率が高くなり、電極間を流れる
電流値が増大し、水が電気分解して水素ガスおよび酸素ガスが発生す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、イオン交換体が吸着したイオンを脱離した後再度イオンを吸着する際、電極間の電流値が増大したり、水の電気分解が生じる可能性がなく、また処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない、水処理装置および給湯機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、本発明の水処理装置は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体と、表裏に極性の異なる前記イオン交換体を配置し水を解離して吸着したイオンを脱離するイオン交換膜と、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極と、前記２つの電極と前記イオン交換膜を配するハウジングと、前記電極に電圧を供給する電源とを有し、前記イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際は、前記ハウジングの内容積と等量の水を供給するようにしたもので、イオン交換体が吸着したイオンを脱離した後再度イオンを吸着する際、電極間の電流値が増大することがないので、水の電気分解が生じる可能性がなく、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。

また、本発明の給湯機は、請求項１に記載の水処理装置と、水や湯を蓄える貯湯タンクとを有し、前記水処理装置が前記貯湯タンクに導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにしたもので、貯湯タンクに導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、貯湯タンクにガスが溜まる可能性がない。

また、本発明の給湯機は、請求項１に記載の水処理装置と、水を加熱し湯を製造する加熱手段とを有し、前記水処理装置が前記加熱手段に導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにしたもので、加熱手段に導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、加熱手段により処理水に溶解したガスが水から分離して気泡に成長する際に水の電気分解ガスを含有しない。

本発明の水処理装置および給湯機は、水の電気分解を生じることがないので、流路にガスが溜まることが原理的になく、安全な製品を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における水処理装置を備えた給湯機の構成図従来の給湯機の構成図

第１の発明は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体と、表裏に極性の異なる前記イオン交換体を配置し水を解離して吸着したイオンを脱離するイオン交換膜と、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極と、前記２つの電極と前記イオン交換膜を配するハウジングと、前記電極に電圧を供給する電源とを有し、前記イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際は、前記ハウジングの内容積と等量の水を供給するようにしたもので、イオン交換体が吸着したイオンを脱離した後再度イオンを吸着する際、電極間の電流値が増大することがないので、水の電気分解が生じる可能性がなく、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。

第２の発明は、請求項１に記載の水処理装置と、水や湯を蓄える貯湯タンクとを有し、
前記水処理装置が前記貯湯タンクに導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにしたもので、貯湯タンクに導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、貯湯タンクにガスが溜まる可能性がない。

第３の発明は、請求項１に記載の水処理装置と、水を加熱し湯を製造する加熱手段とを有し、前記水処理装置が前記加熱手段に導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにしたもので、加熱手段に導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、加熱手段により処理水に溶解したガスが水から分離して気泡に成長する際に水の電気分解ガスを含有しない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（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水処理装置を備えた給湯機の構成図である。
図１において、１は、水と製造した湯を蓄える貯湯タンクで、水道水、工業用水、地下水等の水源から供給される原水ラインに原水流路２により接続されており、原水流路２の水は、水の不溶物を分離除去する粗ろ過手段３に導かれている。原水流路２は、貯湯タンク１へ通じるタンク流路４と、給水流路５に分岐している。

本実施の形態における水処理装置６は、貯湯タンク１の水が、処理水流路７でポンプ８により圧送されており、三方弁９は、水処理装置６により処理した水を、熱交換器からなる加熱手段１０に通じる熱交流路１１と、給湯機から排出される排水流路１２とに分岐している。

加熱手段１０により生成された湯は、貯湯流路１３により貯湯タンク１へ送られる。貯湯タンク１の湯は、給湯流路１４により送られ、給水流路５の水と混合して出湯する。

次に、本実施の形態における水処理装置６の構成について、さらに詳しく説明する。

水処理装置６は、対向する１組の電極１５ａ、１５ｂと、水に溶解している陽イオンを吸着する陽イオン交換体１６と水に溶解している陰イオンを吸着する陰イオン交換体１７とが、表裏に極性が異なるよう張り合わせたイオン交換膜から構成されている。１８は、電極１５ａ、１５ｂ、陽イオン交換体１６、陰イオン交換体１７を収納するハウジングである。

イオン交換膜は、電極１５ａ、１５ｂ間に複数枚積層しており、平板状の対向した電極１５ａ、１５ｂ間に平面上にイオン交換膜を積層、また、半径の異なる同心円柱状の対向した電極１５ａ、１５ｂ間に同心円状や螺旋状にイオン交換膜を積層してもよい。

各イオン交換体は、スチレンまたはジビニルベンゼンの重合体または共重合体高分子を基本骨格とし、陽イオン交換体１６は、スルホン酸基またはアクリル酸やメタクリル酸等のカルボン酸基を導入しており、陰イオン交換体１７は、第４級アンモニウム基または第１〜３級アミノ基を導入している。

各イオン交換体をイオン交換膜に成形するさい、各イオン交換体を、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に混練分散させることで、膜の成形性が向上することができる。表裏に極性が異なるようイオン交換体を張り合わせたイオン交換膜は、バイポーラ
膜と呼ばれ、電圧を印加することでイオン交換体の界面で水の解離が促進されるので、低電圧で水の解離を行うことができる。

以上のように構成された本実施の形態における水処理装置を備えた給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

通常、貯湯タンク１は、湯および水で満たされており、原水ラインの水圧がかかっている。給湯機から出湯する際は、給水流路５の水と、水がタンク流路４を通り貯湯タンクに流入することで貯湯タンク１から押し出した給湯経路１４の湯とを、任意の温度になるよう混合して出湯する。

水処理装置６は、水中に溶解しているイオンを各イオン交換体で吸着する際と、各イオン交換体に吸着したイオンを脱離する際とで、動作が異なるので、まず、水処理装置６が水中のイオンを各イオン交換体で吸着する際について説明する。

水処理装置６が水中に溶解しているイオンを吸着する際は、ポンプ８を駆動し、貯湯タンク１内の水を処理水流路７により吸引し、水処理装置６へ圧送する。水処理装置６で処理された水は、三方弁９で熱交流路１１に切換えられ、加熱手段１０へ送られる。

水処理装置６では、水中に溶解した陽イオンＣａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｆｅ等の各イオンは、陽イオン交換体１６で水素イオンに、水中に溶解した陰イオンＣｌ、炭酸、硫酸、硝酸等の各イオンは、陰イオン交換体１７で水酸化物イオンにそれぞれイオン交換することで、水中に溶解している各種イオンを各イオン交換体に吸着する。

各イオン交換体がイオンを吸着する際、イオン交換膜の陽イオン交換体１６側の電極１５ａを陽極、陰イオン交換体１７側の電極１５ｂを陰極となるよう図示しない電源で電圧を印加することで、水処理装置６内のイオンが各イオン交換体に移動するので、各イオン交換体のイオン吸着速度を増加させることができる。

その際、水分子が電気分解し、水素分子と酸素分子を生成する水の理論分解電圧は１．２２６Ｖであるので、水の分解電圧未満の電圧を印加することで、水素ガスおよび酸素ガスが発生することなく水に溶解しているイオンを各イオン交換体で効率的に吸着することができる。

水処理装置６で、水に溶解しているイオンを吸着することで、加熱手段１０で昇温する際、ＣａやＭｇの硬度成分が析出することによる加熱手段１０の閉塞や加熱効率の低下、陰イオンによる腐食の促進等を防止することができる。

また、ｐＨの偏った水を処理した場合は、酸性の場合は、アニオン種を水酸化物イオンに、塩基性の場合はカチオン種を水素イオンにそれぞれ交換することで、中性の水に近づけることができるので、水処理装置６により処理した水は、ｐＨによる腐食を防止することができる。

また、水の分解電圧未満の電圧を印加していることで、処理水は、水の分解ガスを含有しておらず、加熱手段１０により加熱され気体の溶解度が低下した場合であっても、水の分解ガスは生成されず、貯湯タンク１および貯湯流路１３、給湯流路１４などに蓄積することがない。

なお、水処理装置６で水に溶解しているイオンを吸着する際に、電極１５ａ、１５ｂ間に電圧を印加しなくてもよい。各イオン交換体が水に溶解しているイオンを吸着する作用
に変わりはなく、処理水に水の分解ガスを含有しない効果も変わらない。

次に、水処理装置６が、各イオン交換体に吸着したイオンを脱離する際の動作、作用を説明する。

各イオン交換体がイオンを脱離する際は、処理水流路７により水処理装置６に導かれた水は、水処理装置６で処理された後、三方弁９で切換えられ、排水流路１２を通って給湯機から排出される。水処理装置６では、イオン交換膜の陽イオン交換体１６側の電極１５ａを陰極、陰イオン交換体１７側の電極１５ｂを陽極となるよう電圧を印加する。

水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離する水の理論解離電圧は０．８２８Ｖであるので、水の解離電圧以上の電圧を印加することで、イオン交換膜の陽イオン交換体１６と陰イオン交換体１７の界面で水が解離し、各イオン交換体に吸着したイオンと交換し脱離することで、各イオン交換体が再生する。印加電圧を水の分解電圧未満にすることで、処理水は、水の分解ガスを含有しないので、給湯機から排出する間の排水流路１２に溶存ガスが成長して気泡となり溜まることを防止することができる。

なお、排水流路１２の配管径を細くし、排水流路１２の流速を十分に増加し、排水流路１２内に気泡が滞留しないようにすることで、水の分解ガスが排水流路１２に溜まることを防止することができる。このように、水の分解ガスを確実に給湯機から排出できることから、水を解離し各イオン交換体を再生するのに十分な電流を与えることができ、再生効率を向上させることができるので、再生時間を短縮し、再生排水を低減することができる。

次に粗ろ過手段３について説明する。

水処理装置６は、水に溶解しているイオンを各イオン交換体で確実に吸着するため、イオン交換膜が近接した状態で積層することが望ましが、イオン交換膜の間が僅少であるため、不溶物が堆積する可能性がある。粗ろ過手段３の除去性能は、イオン交換膜の間隔と同様またはより細かな不溶物を除去することができるようにする必要がある。

粗ろ過手段３は、糸巻きフィルタ、プリーツフィルタ、中空糸フィルタ等の精密ろ過（ＭＦ）により形成し、原水に含まれる砂や鉄さび等の不溶性物質をろ過除去する。配置場所は、給湯機の貯湯タンク１に導かれる水、および給湯機から出湯する湯の全てを処理することが可能な、原水流路に設置することが望ましい。

以上のように粗ろ過手段３を設けることにより、給湯機から出湯した先の流路や湯を取出す蛇口（図示せず）に不溶物が混入したり詰まったりすることがなく、また、貯湯タンク１内を清浄に保つことができる。

なお、粗ろ過手段３を処理水流路７に設置してもよい。原水に不溶物が多く含まれていて、粗ろ過手段３が短時間で閉塞してしまい洗浄や取替え等のメンテナンスが頻繁に発生するような場合は、処理水流路７で水処理装置６に導かれる水のみを処理することで給湯機全体としてメンテナンスの頻度を減らすことができる。

なお、給湯機の加熱手段１０は、ヒートポンプ式、ガス加熱式、電気加熱式等、限定されることなく自由に選択することができる。

なお、上記実施の形態では、処理水流路７と排水流路１２を切換えるために三方弁９を用いているが、流路の切換えは三方弁９に限定されることはなく、流路の開閉を行う二方
の電磁弁等を複数組み合わせて、流路の切換えを行うことができれば構わない。

このように本実施の形態における水処理装置は、水に溶解しているイオンを各イオン交換体で吸着、また、電圧を印加することで水を解離させ吸着したイオンを脱離し各イオン交換体を再生することができる。

なお、本実施の形態では、陽イオン交換体１６、陰イオン交換体１７が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジング１８の内容積と等量の水を供給するようにしている、これにより、陽、陰イオン交換体１６、１７が吸着したイオンを脱離した後再度イオンを吸着する際、電極１５ａ、１５ｂ間の電流値が増大することがないので、水の電気分解が生じる可能性がなく、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。

また、水処理装置６が貯湯タンク１に導かれる水を処理した後に、陽・陰イオン交換体１６、１７が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジング１８の容積と等量の水を供給するようにしているので、貯湯タンク１に導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、貯湯タンク１にガスが溜まる可能性がない。

また、水処理装置６が加熱手段１０に導かれる水を処理した後に、陽・陰イオン交換体１６、１７が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジング１８の容積と等量の水を供給するようにしているので、加熱手段１０に導かれる処理水は、水の電気分解ガスを含むことがなく、加熱手段１０により処理水に溶解したガスが水から分離して気泡に成長する際に、水の電気分解ガスを含有することがない。

また、交互に吸着脱離運転を行うことで、使用者は、メンテナンスすることなく連続的にイオンを除去した処理水を利用することができ、また、得られる処理水は、水の分解ガスを含まないことから安全である。

また、給湯機の信頼性および寿命を向上させることができ、さらに高硬度地域や井戸水等の機器に過酷な原水に対しても適応することができる。

以上のように、本発明にかかる水処理装置および給湯機は、原水の溶解イオンを吸着除去することができ、また得られた処理水は水の分解ガスを含まないことから、家庭用、産業用に制限されることなく、安全な処理水を利用する水処理システムに適応することができる。

１貯湯タンク
６水処理装置
１０加熱手段
１５ａ、１５ｂ電極
１６陽イオン交換体（イオン交換体）
１７陰イオン交換体（イオン交換体）
１８ハウジング

Claims

水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体と、表裏に極性の異なる前記イオン交換体を配置し水を解離して吸着したイオンを脱離するイオン交換膜と、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも２つの電極と、前記２つの電極と前記イオン交換膜を配するハウジングと、前記電極に電圧を供給する電源とを有し、前記イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際は、前記ハウジングの内容積と等量の水を供給するようにした水処理装置。
請求項１に記載の水処理装置と、水や湯を蓄える貯湯タンクとを有し、前記水処理装置が前記貯湯タンクに導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにした給湯機。
請求項１に記載の水処理装置と、水を加熱し湯を製造する加熱手段とを有し、前記水処理装置が前記加熱手段に導かれる水を処理した後に、イオン交換体が吸着したイオンを脱離する際に、ハウジングの容積と等量の水を供給するようにした給湯機。