JP2013184097A - Electrolytic apparatus, and heat pump hot-water supply machine equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気分解装置及びこれを備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to an electrolysis apparatus and a heat pump water heater provided with the same.
一般に、ヒートポンプ給湯機は、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器を有する冷媒回路と、タンクに貯留された水を水熱交換器に送り、水熱交換器において加熱された水をタンクに戻す貯湯回路とを備えている。このヒートポンプ給湯機では、タンクに貯留される水は、通常、水道水や井戸水などを給水源としている。 Generally, a heat pump water heater is a refrigerant circuit having a water heat exchanger that heats water by heat exchange with a refrigerant, and water stored in a tank is sent to the water heat exchanger, and the water heated in the water heat exchanger And a hot water storage circuit for returning the water to the tank. In this heat pump water heater, the water stored in the tank usually uses tap water or well water as a water supply source.
水道水や井戸水には、スケールの発生原因となるカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの成分(以下、スケール成分という。)が含まれている。したがって、ヒートポンプ給湯機においては、カルシウム塩、マグネシウム塩などのスケールが析出する。特に、井戸水などの地下水は、水道水と比べて前記スケール成分の濃度が高く、スケールが生じやすい水質を有している場合がある。また、水熱交換器では、水が加熱されて水の温度が高くなるので、特にスケールが析出しやすい。スケールが水熱交換器における管の内面に析出して堆積すると、水熱交換器の伝熱性能が低下する、管の流路が狭くなるなどの問題が生じることがある。 Tap water and well water contain components such as calcium ions and magnesium ions that cause scales (hereinafter referred to as scale components). Therefore, scales such as calcium salt and magnesium salt are deposited in the heat pump water heater. In particular, groundwater such as well water may have a water quality in which the concentration of the scale component is higher than that of tap water and scale is likely to occur. Moreover, in a water heat exchanger, since water is heated and the temperature of water becomes high, a scale tends to precipitate especially. If the scale is deposited and deposited on the inner surface of the pipe in the water heat exchanger, there may be a problem that the heat transfer performance of the water heat exchanger is lowered or the flow path of the pipe is narrowed.
特許文献1には、スケールの生成を防止するための手段を備えた燃焼式の給湯機が開示されている。この給湯機は、複数の電極と、電極間に電流を印加する手段(電源)とを備える。そして、特許文献1には、電極材料として「Pt、C、Al、Ir、Tiなど」の材料が利用可能であり、陰極と陽極は同種材料を用いても異種材料を用いてもよい、と記載されている(特許文献1の段落0009、0011参照)。また、一般に、電気分解装置では、電極材料として比較的耐食性の高い銅なども用いられる。
ところで、電極材料として比較的耐食性の高いチタンや銅などを用いた場合であっても、この電極は、陽極側において徐々に腐食する(酸化される)。電極の腐食が進行すると電極の表面積が小さくなるので、電気分解の効率が低下する。したがって、腐食した電極を定期的に交換するというメンテナンスが必要になる。このようなメンテナンス作業を極力なくすためには、さらに耐食性に優れた白金を電極材料として用いることが考えられる。 By the way, even when titanium or copper having relatively high corrosion resistance is used as the electrode material, this electrode gradually corrodes (oxidizes) on the anode side. As electrode corrosion progresses, the surface area of the electrode becomes smaller, which lowers the efficiency of electrolysis. Therefore, maintenance is required to periodically replace the corroded electrode. In order to eliminate such maintenance work as much as possible, it is conceivable to use platinum which is further excellent in corrosion resistance as an electrode material.
しかし、白金電極は、耐食性に優れているというメリットがある一方で、白金の触媒能により容器内の水のpHを高める(アルカリ性にする)というデメリットがある。アルカリ性の水はスケール析出傾向が強いため、水熱交換器においてスケールが析出しやすくなる。 However, while the platinum electrode has the merit that it is excellent in corrosion resistance, it has the demerit that the pH of water in the container is increased (made alkaline) by the catalytic ability of platinum. Alkaline water has a strong tendency for scale precipitation, and therefore scale tends to precipitate in the water heat exchanger.
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極のメンテナンスをできるだけ少なくしつつ、スケールの析出しやすい水質になるのを抑制することができる電気分解装置及びこれを備えたヒートポンプ給湯機を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is an electrolysis capable of suppressing the water quality from which the scale easily precipitates while minimizing the maintenance of the electrode as much as possible. It is providing a device and a heat pump water heater provided with the same.
(1) 本発明の電気分解装置は、水に含まれるスケール成分を除去するためのものである。前記電気分解装置は、水入口(43)及び水出口(45)を有する容器(47)と、前記容器(47)内に収容され、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成された複数の第1電極(51)と、前記容器(47)内に収容され、白金よりもイオン化傾向の大きい材料により形成された少なくとも1つの第2電極(52)と、を備える。複数の第1電極(51)は、第1電極(51)同士が隣り合う部分を含むように配列されている。前記複数の第1電極(51)及び前記少なくとも1つの第2電極(52)は、一方向に配列されており、隣り合う電極の一方が陽極として機能し、隣り合う電極の他方が陰極として機能し、前記少なくとも1つの第2電極(52)には、陽極として機能する第2電極(52)が含まれている。 (1) The electrolysis apparatus of the present invention is for removing scale components contained in water. The electrolyzer includes a container (47) having a water inlet (43) and a water outlet (45), and a plurality of the electrodes formed in the container (47) and having at least a surface made of platinum as a main component. The first electrode (51) and at least one second electrode (52) formed of a material that is accommodated in the container (47) and has a higher ionization tendency than platinum. The plurality of first electrodes (51) are arranged so as to include a portion where the first electrodes (51) are adjacent to each other. The plurality of first electrodes (51) and the at least one second electrode (52) are arranged in one direction, and one of the adjacent electrodes functions as an anode, and the other of the adjacent electrodes functions as a cathode. The at least one second electrode (52) includes a second electrode (52) that functions as an anode.
この構成では、複数の第1電極(51)は、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成されているので、耐食性に優れ、チタンや銅などにより形成された電極のようなメンテナンス作業がほとんど必要とされない。しかも、この構成では、複数の第1電極(51)は、第1電極(51)同士が隣り合う部分を含むように配列されているので、陽極と陰極がともに第1電極(51)により構成される電極対が必ず存在する。したがって、電気分解装置を長期間使用することにより第2電極(52)の腐食が進行した場合であっても、第1電極(51)により構成される電極対においては、第2電極(52)のような腐食がほとんど進行せず電極の表面積がほとんど小さくならないので、スケール成分の除去能力が維持される。 In this configuration, since the plurality of first electrodes (51) are formed of a material whose main component is platinum, at least the surface thereof is excellent in corrosion resistance, and maintenance work like an electrode formed of titanium, copper, or the like can be performed. Rarely needed. Moreover, in this configuration, the plurality of first electrodes (51) are arranged so that the first electrodes (51) include adjacent portions, so that both the anode and the cathode are configured by the first electrode (51). There will always be an electrode pair. Therefore, even when the corrosion of the second electrode (52) has progressed by using the electrolysis apparatus for a long period of time, the electrode pair constituted by the first electrode (51) has the second electrode (52). Such corrosion hardly proceeds and the surface area of the electrode is hardly reduced, so that the ability to remove scale components is maintained.
一方、陽極として機能する第2電極(52)においては、電気分解装置を長期間使用することにより腐食が進み、第2電極(52)の表面積は小さくなるが、この場合であってもその第2電極(52)がなくならない限り、当該第2電極(52)が腐食する(酸化される)の際に水素イオンが発生し続ける。したがって、第1電極(51)に含まれる白金の触媒能によってその第1電極(51)の周囲の水のpHが一時的に大きくなったとしても、その水は、当該第2電極(52)において生じる水素イオンによってpHが低下する。これにより、容器(47)の水出口(45)から流出する水がスケールの析出しやすい水質になるのを抑制することができる。しかも、第2電極(52)の交換は、第2電極(52)が陽極酸化反応によるpH低下作用を奏する状態においては行う必要がなく、第2電極(52)の腐食がかなり進行した時点で行えばよいので、電極(第2電極)のメンテナンスをできるだけ少なくすることができる。 On the other hand, in the second electrode (52) functioning as an anode, corrosion progresses by using the electrolyzer for a long period of time, and the surface area of the second electrode (52) becomes small. As long as the two electrodes (52) are not lost, hydrogen ions continue to be generated when the second electrode (52) is corroded (oxidized). Therefore, even if the pH of the water around the first electrode (51) temporarily increases due to the catalytic ability of platinum contained in the first electrode (51), the water is not removed from the second electrode (52). The pH decreases due to hydrogen ions generated in Thereby, it can suppress that the water which flows out from the water outlet (45) of a container (47) becomes the water quality in which a scale precipitates easily. Moreover, it is not necessary to replace the second electrode (52) when the second electrode (52) exhibits a pH lowering effect due to the anodizing reaction, and when the corrosion of the second electrode (52) has progressed considerably. Therefore, maintenance of the electrode (second electrode) can be reduced as much as possible.
(2) 前記電気分解装置において、前記少なくとも1つの第2電極(52)は、複数の第2電極(52)により構成され、前記複数の第2電極(52)は、第2電極(52)同士が隣り合う部分を含むように配列されているのが好ましい。 (2) In the electrolysis apparatus, the at least one second electrode (52) includes a plurality of second electrodes (52), and the plurality of second electrodes (52) includes the second electrode (52). It is preferable that they are arranged so as to include adjacent portions.
この構成では、第2電極(52)が複数設けられているので、電気分解時において生成される水素イオンの生成量をより多くすることができる。また、この構成では、複数の第2電極(52)は、第2電極(52)同士が隣り合う部分を含むように配列されている。したがって、隣り合う第2電極(52)の一方は電源(53)の正極に接続され、隣り合う第2電極(52)の他方は電源(53)の負極に接続されることになり、陽極として機能する第2電極(52)が必ず存在することになる。このような構成を採用すれば、例えば複数の第1電極51及び複数の第2電極52において陽極と陰極とを周期的に反転させる制御を行う場合であっても、陽極として機能する第2電極(52)を必ず存在させることができる。
In this configuration, since a plurality of second electrodes (52) are provided, the amount of hydrogen ions generated during electrolysis can be increased. In this configuration, the plurality of second electrodes (52) are arranged so as to include a portion where the second electrodes (52) are adjacent to each other. Therefore, one of the adjacent second electrodes (52) is connected to the positive electrode of the power source (53), and the other of the adjacent second electrodes (52) is connected to the negative electrode of the power source (53), There will always be a functioning second electrode (52). By adopting such a configuration, for example, even when control is performed to periodically invert the anode and the cathode in the plurality of
(3) 前記電気分解装置において、前記複数の第1電極(51)における電極の個数は、前記複数の第2電極(52)における電極の個数よりも多いことが好ましい。 (3) In the electrolyzer, the number of electrodes in the plurality of first electrodes (51) is preferably larger than the number of electrodes in the plurality of second electrodes (52).
この構成では、電気分解装置を長期間使用することにより第2電極(52)の腐食が進行した場合であっても、腐食がほとんど生じない第1電極(51)の個数が第2電極(52)の個数よりも多いので、スケール成分の除去能力の低下をより小さく抑えることができる。 In this configuration, even if the corrosion of the second electrode (52) proceeds by using the electrolyzer for a long time, the number of the first electrodes (51) that hardly cause the corrosion is the second electrode (52). ), The decrease in the ability to remove scale components can be further reduced.
(4) 前記電気分解装置において、前記少なくとも1つの第2電極(52)には、前記第1電極(51)のサイズよりも大きいサイズを有する第2電極(52)が含まれていることが好ましい。 (4) In the electrolyzer, the at least one second electrode (52) includes a second electrode (52) having a size larger than that of the first electrode (51). preferable.
この構成では、電気分解装置を長期間使用することにより第2電極(52)の腐食が進行した場合であっても、第1電極(51)のサイズよりも大きいサイズを有する第2電極(52)は、電気分解時において水素イオンを生成することができる機能(陽極酸化反応によるpH低下機能)がさらに長期にわたり維持されるので、電極(第2電極)のメンテナンスをさらに少なくすることができる。 In this configuration, even when the corrosion of the second electrode (52) proceeds by using the electrolyzer for a long period of time, the second electrode (52 having a size larger than the size of the first electrode (51)). ) Can maintain the function of generating hydrogen ions during electrolysis (the function of lowering the pH by an anodic oxidation reaction) over a longer period of time, so that the maintenance of the electrode (second electrode) can be further reduced.
(5) 前記電気分解装置において、前記少なくとも1つの第2電極(52)には、前記容器(47)内における水の流れの最下流に配置された第2電極(52)が含まれているのが好ましい。 (5) In the electrolysis apparatus, the at least one second electrode (52) includes a second electrode (52) disposed on the most downstream side of the water flow in the container (47). Is preferred.
この構成では、最下流に配置された第2電極(52)に到達する前の水のpHが第1電極(51)に含まれる白金の触媒能によって一時的に大きくなったとしても、この水は、最下流に配置された第2電極(52)において生じる水素イオンによってpHが小さくなった後に容器(47)から流出する。したがって、pHの大きな水が容器(47)から流出するのを抑制する効果をより高めることができる。 In this configuration, even if the pH of the water before reaching the second electrode (52) arranged on the most downstream side is temporarily increased due to the catalytic ability of platinum contained in the first electrode (51), this water Flows out of the container (47) after the pH is reduced by the hydrogen ions generated in the second electrode (52) arranged on the most downstream side. Therefore, it is possible to further enhance the effect of suppressing water having a high pH from flowing out of the container (47).
(6) 前記電気分解装置において、前記複数の第1電極(51)は、前記容器(47)内における水の流れの最上流に配置されているのが好ましい。 (6) In the electrolysis apparatus, it is preferable that the plurality of first electrodes (51) are arranged in the uppermost stream of water in the container (47).
この構成では、電気分解時には第1電極(51)に含まれる白金の触媒能によってその第1電極(51)の周囲の水のpHが一時的に大きくなるが、複数の第1電極(51)が容器(47)内における水の流れの最上流に配置されているので、これらの第1電極(51)よりも下流側に配置された第2電極(52)において生じる水素イオンによって水のpHは小さくなる。したがって、pHの大きな水が容器(47)から流出するのを抑制する効果をより高めることができる。 In this configuration, the pH of water around the first electrode (51) temporarily increases due to the catalytic ability of platinum contained in the first electrode (51) during electrolysis, but the plurality of first electrodes (51) Is disposed at the uppermost stream of the water flow in the container (47), so that the pH of the water is increased by hydrogen ions generated at the second electrode (52) disposed downstream of the first electrode (51). Becomes smaller. Therefore, it is possible to further enhance the effect of suppressing water having a high pH from flowing out of the container (47).
(7) 前記電気分解装置において、前記複数の第1電極(51)及び前記少なくとも1つの第2電極(52)は板形状を有し、前記複数の第1電極(51)及び前記少なくとも1つの第2電極(52)は、前記容器(47)内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成しているのが好ましい。 (7) In the electrolysis apparatus, the plurality of first electrodes (51) and the at least one second electrode (52) have a plate shape, and the plurality of first electrodes (51) and the at least one one The second electrode (52) preferably forms a meandering flow path in which water flows while meandering in the container (47).
この構成では、水入口(43)から容器(47)内に流入した水は、上流側から下流側に向かって蛇行した経路に沿って流れるので、電極と水との接触面積が大きくなり、スケール成分の除去効率をさらに向上させることができる。 In this configuration, the water flowing into the container (47) from the water inlet (43) flows along the path meandering from the upstream side to the downstream side, so that the contact area between the electrode and the water increases, and the scale The removal efficiency of components can be further improved.
(8) 本発明のヒートポンプ給湯機は、水を加熱するための水熱交換器(21)を有し、冷媒配管を通じて冷媒が循環するヒートポンプユニット(13)と、水が貯留されるタンク(15)、前記タンク(15)の水を前記水熱交換器(21)に送る送り側流路、及び前記水熱交換器(21)により加熱された水を前記タンク(15)に戻す戻し側流路を有する貯湯ユニット(17)と、前記水熱交換器(21)に送る水に含まれるスケール成分を除去するための前記電気分解装置(41)と、を備える。 (8) The heat pump water heater of the present invention has a water heat exchanger (21) for heating water, a heat pump unit (13) in which the refrigerant circulates through the refrigerant pipe, and a tank (15 ), A feed side flow path for sending water from the tank (15) to the water heat exchanger (21), and a return side flow for returning water heated by the water heat exchanger (21) to the tank (15). The hot water storage unit (17) which has a path | route, and the said electrolyzer (41) for removing the scale component contained in the water sent to the said water heat exchanger (21) are provided.
この構成では、上記のような電気分解装置(41)を備える。したがって、電気分解装置(41)において、電極のメンテナンスをできるだけ少なくしつつ、スケールの析出しやすい水質になるのを抑制することができる。そして、スケールの析出しやすい水質になるのが抑制されることにより、水熱交換器(21)においてスケールが析出するのを抑制することができる。 In this configuration, the electrolysis device (41) as described above is provided. Therefore, in the electrolysis apparatus (41), it is possible to suppress the water quality from which the scale easily precipitates while minimizing the maintenance of the electrode as much as possible. And it can suppress that a scale precipitates in a water heat exchanger (21) by suppressing that it becomes the water quality which is easy to deposit a scale.
以上説明したように、本発明によれば、電極のメンテナンスをできるだけ少なくしつつ、スケールの析出しやすい水質になるのを抑制することができる電気分解装置及びこれを備えたヒートポンプ給湯機を提供することができる。 As described above, according to the present invention, there is provided an electrolyzer capable of suppressing the water quality from which scale is likely to precipitate while minimizing electrode maintenance as much as possible, and a heat pump water heater provided with the same. be able to.
<ヒートポンプ給湯機>
以下、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯機11について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機11は、ヒートポンプユニット13と、貯湯ユニット17と、電気分解装置41と、これらを制御するコントローラ32とを備えている。
<Heat pump water heater>
Hereinafter, a heat
貯湯ユニット17は、水を貯留するタンク15と、ポンプ31と、導水路27,29とを有する。タンク15と水熱交換器21とは、導水路27,29により接続されている。導水路27,29は、タンク15の水を水熱交換器21に送る送り側流路を有する入水配管27と、水熱交換器21と熱交換して加熱された水をタンク15に戻す戻し側流路を有する出湯配管29とを含む。入水配管27には、水を送液するためのポンプ31が設けられている。ポンプ31は、タンク15内の水を、タンク15の下部から入水配管27に流出させ、入水配管27、水熱交換器21および出湯配管29の順に送水し、タンク15の上部に戻す。
The hot
また、ヒートポンプ給湯機11は、冷媒回路10aと、貯湯回路10bとを備えている。冷媒回路10aは、圧縮機19、水熱交換器21、膨張機構としての電動膨張弁23、空気熱交換器25、及びこれらを接続する冷媒配管を含む。貯湯回路10bは、タンク15、ポンプ31、水熱交換器21、電気分解装置41、及びこれらを接続する導水路27,29を含む。
The heat
本実施形態では、冷媒回路10aを循環する冷媒として二酸化炭素を用いているが、これに限定されない。冷媒回路10aを循環する冷媒は、水熱交換器21において貯湯回路10bを循環する水と熱交換してこの水を加熱し、空気熱交換器25において外気と熱交換して外気から熱を吸収する。
In the present embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant circulating in the
タンク15には給水配管37と給湯配管35とが接続されている。給湯配管35は、タンク15の上部に接続されている。この給湯配管35は、タンク15内に貯留された高温の水を取り出して浴槽などへ給湯するためのものである。給水配管37は、タンク15の底部に接続されている。この給水配管37は、給水源からタンク15内に低温の水を給水するためのものである。タンク15へ水を給水する給水源としては、例えば水道水や、井戸水などの地下水を利用することができる。本実施形態の給湯機11は、給湯配管35から給湯された水をタンク15に戻さない一過式の給湯機である。
A
電気分解装置41は、入水配管27における水熱交換器21よりも上流側の位置でポンプ31の下流側の位置に設けられている。電気分解装置41の詳細については後述する。
The
コントローラ32は、制御部33と、メモリ(記憶部)34とを有している。制御部33は、メモリ34に記憶された沸上げ運転のスケジュールに基づいてタンク15内の水を沸き上げる沸上げ運転を制御する。また、制御部33は、後述する電気分解装置41の電気回路に通電する電源53を制御する。電源53としては、例えば直流電源が用いられる。
The
次に、ヒートポンプ給湯機11の動作について説明する。タンク15内の水を沸上げる沸上げ運転では、制御部33は、ヒートポンプユニット13の圧縮機19を駆動させ、電動膨張弁23の開度を調節するとともに、貯湯ユニット17のポンプ31を駆動させる。これにより、図1に示すように、タンク15の底部に設けられた出水口からタンク15内の低温の水が入水配管27を通じて水熱交換器21に送られ、水熱交換器21において加熱される。加熱された高温の水は出湯配管29を通じてタンク15の上部に設けられた入水口からタンク15内に戻される。これにより、タンク15内には、その上部から順に高温の水が貯湯されていく。この沸上げ運転では、電気分解装置41によって水に含まれるスケール成分が除去される。
Next, the operation of the heat
本実施形態のヒートポンプ給湯機11は、一過式の給湯機である。この一過式の給湯機11では、給湯配管35から給湯された水(湯)は、ユーザーによって使用され、タンク15には戻らない。したがって、タンク15から給湯配管35を通じて給湯された水量とほぼ同じ量の水が給水源から給水配管37を通じてタンク15に給水される。すなわち、タンク15には、水道水や井戸水などの給水源からスケール成分を含む水がタンク15に補充される頻度が高く、補充される量も多い。したがって、一過式のヒートポンプ給湯機の場合には、循環式の冷却水循環装置や循環式の給湯機に比べて、効率よくスケール成分を除去する必要がある。
The heat
<電気分解装置>
図2は、電気分解装置41を示す斜視図である。図3(A)は、電気分解装置41を鉛直方向に平行な平面で切断した断面図であり、図3(B)は、電気分解装置41を水平方向に平行な平面で切断した断面図である。本実施形態に係る電気分解装置41は、水熱交換器21に送る水に含まれるスケール成分を除去するためのものである。電気分解装置41は、水入口43及び水出口45を有する容器47と、容器47内に収容された複数の第1電極51及び複数の第2電極52とを備える。本実施形態では、第2電極52は、複数設けられているがこれに限定されず、少なくとも1つ設けられていればよい。ただし、1つの第2電極52のみが設けられる場合には、その第2電極52は、陽極として機能させる。
<Electrolysis device>
FIG. 2 is a perspective view showing the
各第1電極51は、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成されている。具体的に、各第1電極51の全体が白金を主成分とする材料(白金、白金合金などの材料)により形成されている形態が例示できる。また、各第1電極51が、白金よりもイオン化傾向の大きい材料(すなわち、水中において白金よりも酸化されやすい材料)により形成された電極本体と、この電極本体の表面に白金を主成分とする材料(白金、白金合金などの材料)により形成されたコーティング層とを有する形態が例示できる。電極本体の材料としては、例えばチタンを主成分とする材料(チタン、チタン合金などの材料)、銅を主成分とする材料(銅、銅合金などの材料)などが例示できる。
Each
各第2電極52は、白金よりもイオン化傾向の大きい材料(すなわち、水中において白金よりも酸化されやすい材料)により形成されている。具体的に、各第2電極52が例えばチタンを主成分とする材料(チタン、チタン合金などの材料)、銅を主成分とする材料(銅、銅合金などの材料)などにより形成されている形態が例示できる。
Each
複数の第1電極51は、第1電極51同士が隣り合う部分を含むように配列されている。また、複数の第2電極52は、第2電極52同士が隣り合う部分を含むように配列されている。これらの第1電極51及び第2電極52は、一方向(電極の厚さ方向)に配列されており、隣り合う電極の一方が陽極として機能し、隣り合う電極の他方が陰極として機能するように電源53に接続されている。
The plurality of
本実施形態では、これらの第1電極51及び第2電極52は、電源53に対して並列に接続されている。これらの第1電極51及び第2電極52は、容器47内において、一列に並んでおり、電源53の正極と負極に交互に接続されている。電源53としては、例えば直流電源が用いられる。
In the present embodiment, the
以下、電極の配置についてさらに詳しく説明する。本実施形態では、電気分解装置41は、第1電極群1と、第2電極群2とを備える。第1電極群1は、複数の第1電極ブロック1A,1Bを含む。第1電極ブロック1Aは、複数の電極対を含む。第1電極ブロック1Aは、複数の第1電極51を含み、これらの第1電極51は、第1電極51同士が隣り合うように配列されている。第1電極ブロック1Bは、第1電極ブロック1Aとは別の複数の電極対を含む。第1電極ブロック1Bは、第1電極ブロック1Aとは別の複数の第1電極51を含み、これらの第1電極51は、第1電極51同士が隣り合うように配列されている。
Hereinafter, the arrangement of the electrodes will be described in more detail. In the present embodiment, the
また、第2電極群2は、複数の第2電極ブロック2A,2Bを含む。第2電極ブロック2Aは、電極対を含む。第2電極ブロック2Aは、複数の第2電極52を含み、これらの第2電極52は、第2電極52同士が隣り合うように配列されている。第2電極ブロック2Bは、第2電極ブロック2Aとは別の電極対を含む。第2電極ブロック2Bは、第2電極ブロック2Aとは別の複数の第2電極52を含み、これらの第2電極52は、第2電極52同士が隣り合うように配列されている。各第2電極ブロックを構成する第2電極の個数は、各第1電極ブロックを構成する第1電極の個数よりも少ない。
The
複数の第1電極ブロック1A,1B及び複数の第2電極ブロック2A,2Bは、第1電極ブロックと第2電極ブロックとが交互に並ぶように配置されている。これらの電極ブロック1A,1B,2A,2Bのうち、容器47内における水の流れの最上流には、第1電極ブロック1Aが配置されており、容器47内における水の流れの最下流には、第2電極ブロック2Bが配置されている。
The plurality of first electrode blocks 1A, 1B and the plurality of second electrode blocks 2A, 2B are arranged so that the first electrode blocks and the second electrode blocks are alternately arranged. Among these
本実施形態では、第1電極51の個数は、第2電極52の個数よりも多い。
In the present embodiment, the number of
各電極の形状としては、例えば板形状、棒形状などの種々の形状を採用することができるが、本実施形態では板形状を採用している。これにより、各電極の表面積を大きくすることができる。また、本実施形態では、複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、互いに平行な姿勢で配置されており、電極の厚さ方向に配列されている。
As the shape of each electrode, for example, various shapes such as a plate shape and a rod shape can be adopted, but in this embodiment, a plate shape is adopted. Thereby, the surface area of each electrode can be increased. In the present embodiment, the plurality of
さらに、本実施形態では、複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、容器47内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路が形成されるように配置されている。具体的には次の通りである。
Furthermore, in the present embodiment, the plurality of
図2及び図3(A),(B)に示すように、容器47は、6つの壁部により構成された略直方体形状を有する。これらの壁部は、水が流れる水流空間を形成している。6つの壁部は、第1壁部471、第2壁部472、第3壁部473、第4壁部474、第5壁部475及び第6壁部476を含む。
As shown in FIGS. 2 and 3A and 3B, the
第1壁部471は、水の流れの上流側に位置し、第2壁部472は、第1壁部471と平行な姿勢で水の流れの下流側に位置している。第1壁部471と第2壁部472とは、各第1電極51及び各第2電極52と平行な姿勢で配置されている。第3〜第6壁部は、第1壁部471と第2壁部472の周縁部同士をつないでいる。第3壁部473は、下方に位置し、第4壁部474は、第3壁部473と平行な姿勢で上方に位置している。第5壁部475は、下流側に向かって右側に位置し、第6壁部476は、第5壁部475と平行な姿勢で下流側に向かって左側に位置している。
The
容器47の水入口43は、第1壁部471の下部に設けられており、水出口45は、第2壁部472の上部に設けられている。水入口43にはポンプ31側に位置する入水配管27が接続されており、水出口45には水熱交換器21側に位置する入水配管27が接続されている。ポンプ31により入水配管27を通じて電気分解装置41に送られる水は、水入口43から容器47の内部の水流空間に流入する。水流空間に流入した水は、水の流れの下流側に向かって流れ、水出口45から容器47の外部に排出される。
The
複数の電極51,52は、電極の厚み方向に互いに間隔をあけて水平方向に沿って配列されている。電極同士の隙間は、水が流れる流路として機能する。複数の電極51,52は、第3壁部473に接しているものと、第4壁部474に接しているものとが交互に並んでいる。第3壁部473に接している電極は、第4壁部474に向かって延び、第4壁部474の内面との間に水が流通可能な隙間が設けられている。第4壁部474に接している電極は、第3壁部473に向かって延び、第3壁部473の内面との間に水が流通可能な隙間が設けられている。これにより、容器47内には、図3(A)に示すような蛇行流路が形成されている。
The plurality of
以上のような構造を有する電気分解装置41では、水入口43から容器47内に流入した水が水出口45から容器47外に流出するまでの間に、水に含まれるスケール成分が電気分解によって隣り合う電極により構成される電極対の陰極にスケールとして析出する。陰極に付着したスケールは、例えば周期的に電極51,52の極性を反転させることにより、陰極から脱落して容器47の第3壁部473上に沈殿する。沈殿したスケールは、例えば容器47に設けられる図略のスケール排出口から容器47の外部に排出される。
In the
極性を反転させる機構としては、例えば図3(B)に示す反転機構63が例示できる。この反転機構63は、コントローラ32により制御される。反転機構63は、接点切換部71と接点切換部72とを有しており、接点切換部71の接点及び接点切換部72の接点が切り換えられることによって電極板51,52の極性を反転させることができる。
As a mechanism for reversing the polarity, for example, a reversing
図4は、電気分解装置41の変形例1を示す断面図である。図4に示すように、この変形例1は、第2電極52のサイズが第1電極のサイズよりも大きい点が図3(A),(B)に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first modification of the
図4に示すように、変形例1では、第2電極52の厚さは第1電極51の厚さよりも大きい。この変形例1では、すべての第2電極52の厚さが第1電極51の厚さよりも大きい場合を例示しているが、これに限定されない。複数の第2電極52の一部の第2電極52の厚さが第1電極51の厚さよりも大きい形態であってもよい。なお、第2電極52が1つのみ設けられている場合には、その第2電極52の厚さなどのサイズを第1電極のサイズよりも大きくすればよい。
As shown in FIG. 4, in the first modification, the thickness of the
また、第2電極52のサイズを第1電極のサイズよりも大きくする手段としては、この変形例1のように板形状の第2電極52の厚さを調節する形態に限定されない。例えば、第2電極52の厚さ方向に直交する方向の長さを調節する形態であってもよい。また、第2電極52が棒形状を有する場合には、その長さや幅を調節する形態が例示できる。また、第2電極52が円柱状の棒形状である場合には、その長さや径を調節する形態が例示できる。
Further, the means for making the size of the
図5は、電気分解装置41の変形例2を示す断面図である。図5に示すように、この変形例2は、電極ブロックの個数が図3(A),(B)に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modification of the
図5に示すように、変形例2では、電気分解装置41は、第1電極群1と、第2電極群2とを備える。第1電極群1は、複数の第1電極ブロック1A〜1Eを含む。各第1電極ブロックは、1つの電極対を含む。各第1電極ブロックは、一対の第1電極51を含み、これらの第1電極51は、互いに隣り合うように配列されている。
As shown in FIG. 5, in
また、第2電極群2は、複数の第2電極ブロック2A〜2Eを含む。各第2電極ブロックは、1つの電極対を含む。各第2電極ブロックは、一対の第2電極52を含み、これらの第2電極52は、互いに隣り合うように配列されている。各第2電極ブロックを構成する第2電極の個数は、各第1電極ブロックを構成する第1電極の個数と同じであるが、これに限定されない。
The
複数の第1電極ブロック1A〜1E及び複数の第2電極ブロック2A〜2Eは、第1電極ブロックと第2電極ブロックとが交互に並ぶように配置されている。この変形例2では、第1電極51の個数は、第2電極52の個数と同じであるが、これに限定されない。
The plurality of first electrode blocks 1A to 1E and the plurality of second electrode blocks 2A to 2E are arranged so that the first electrode blocks and the second electrode blocks are alternately arranged. In the second modification, the number of the
図6は、電気分解装置41の変形例3を示す断面図である。変形例3では、第2電極52のサイズが第1電極51のサイズよりも大きい点が変形例2と異なっている。具体的に、図6に示すように、変形例3では、第2電極52の厚さが第1電極51の厚さよりも大きい。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third modification of the
図7は、電気分解装置41の変形例4を示す断面図である。この変形例4は、電極ブロックの個数が図3(A),(B)に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the
図7に示すように、変形例4では、電気分解装置41は、第1電極群1と、第2電極群2とを備える。第1電極群1は、1つの第1電極ブロックを含む。第2電極群2は、1つの第2電極ブロックを含む。第1電極ブロックは、複数の電極対を含む。第1電極ブロックは、複数の第1電極51を含み、第2電極52が介在することなく厚さ方向に連続して配列されている。第2電極ブロックは、複数の電極対を含む。第2電極ブロックは、複数の第2電極52を含み、第1電極51が介在することなく厚さ方向に連続して配列されている。
As shown in FIG. 7, in Modification 4, the
第1電極ブロック(第1電極群1)は、第2電極ブロック(第2電極群2)よりも水の流れの上流側に配置されている。この変形例2では、第1電極51の個数は、第2電極52の個数と同じであるが。これに限定されない。
The first electrode block (first electrode group 1) is disposed on the upstream side of the water flow with respect to the second electrode block (second electrode group 2). In the second modification, the number of
図8は、電気分解装置41の変形例5を示す断面図である。図8に示すように、この変形例5は、蛇行流路を有していない点が図3(A),(B)に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fifth modification of the
図8に示すように、この電気分解装置41は、水入口43及び水出口45を有する容器47と、容器47内に収容された複数の第1電極51と、容器47内に収容された複数の第2電極52とを備える。複数の第1電極51は、第1電極51同士が隣り合うように配列されており、複数の第2電極52は、第2電極52同士が隣り合うように配列されている。複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、隣り合う電極の一方が陽極として機能し、隣り合う電極の他方が陰極として機能するように、電源53に接続されている。
As shown in FIG. 8, the
この変形例5では、各電極の下端部は、容器47の底面から離隔しており、各電極の上端部は、容器47の上面から離隔しているので、上述したような蛇行流路を有していない。したがって、水入口43から容器47に流入した水は、ある程度ランダムに容器47内を流れ、水出口45側に流れる途中で隣り合う電極間の隙間を通過する過程でスケール成分が除去される。
In this modified example 5, the lower end portion of each electrode is separated from the bottom surface of the
図9は、電気分解装置41の変形例6を示す断面図である。図9に示すように、この変形例6は、第2電極52の個数が1つである点が変形例5と異なっている。この変形例6では、第2電極52は、容器47内における水の流れの最下流に配置されている。複数の第1電極51は、第2電極52よりも容器47内における水の流れの上流側に配置されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a sixth modification of the
この変形例6では、第2電極52は陽極として機能し、その隣りの第1電極51は陰極として機能し、残りの第1電極51は、陽極として機能する。
In the sixth modification, the
以上説明したように、図3(A),(B)に示す実施形態及び各変形例では、隣り合う複数の第1電極51は、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成されているので、耐食性に優れ、チタンや銅などにより形成された電極のようなメンテナンス作業がほとんど必要とされない。しかも、この構成では、複数の第1電極51は、第1電極51同士が隣り合う部分を含むように配列されているので、陽極と陰極がともに第1電極51により構成される電極対が必ず存在する。したがって、電気分解装置を長期間使用することにより第2電極52の腐食が進行した場合であっても、第1電極51により構成される電極対においては、第2電極52のような腐食がほとんど進行せず電極の表面積がほとんど小さくならないので、スケール成分の除去能力が維持される。
As described above, in the embodiment and each modification shown in FIGS. 3A and 3B, the plurality of adjacent
一方、陽極として機能する第2電極52においては、電気分解装置41を長期間使用することにより腐食が進み、第2電極52の表面積は小さくなるが、この場合であってもその第2電極52がなくならない限り、当該第2電極52の腐食(酸化)の際に水素イオンが発生し続ける。したがって、第1電極51に含まれる白金の触媒能によってその第1電極51の周囲の水のpHが一時的に大きくなったとしても、その水は、当該第2電極52において生じる水素イオンによってpHが低下する。これにより、容器47の水出口45から流出する水がスケールの析出しやすい水質になるのを抑制することができる。しかも、第2電極52の交換は、第2電極52が陽極酸化反応によるpH低下作用を奏する状態においては行う必要がなく、第2電極52の腐食がかなり進行した時点で行えばよいので、電極(第2電極)のメンテナンスをできるだけ少なくすることができる。具体的に、第2電極52が例えばチタンを主成分とする場合には、第2電極52の陽極酸化反応は、「Ti+2H2O→TiO2+4H++4e−」という反応式の一例で表される。
On the other hand, in the
また、図3(A),(B)に示す実施形態及び変形例1〜5では、第2電極52が複数設けられているので、電気分解時において生成される水素イオンの生成量をより多くすることができる。また、複数の第2電極52は、第2電極52同士が隣り合う部分を含むように配列されている。したがって、隣り合う第2電極52の一方は電源53の正極に接続され、隣り合う第2電極52の他方は電源53の負極に接続されることになり、陽極として機能する第2電極52が必ず存在することになる。このような構成を採用すれば、例えば複数の第1電極51及び複数の第2電極52において陽極と陰極とを周期的に反転させる制御を行う場合であっても、陽極として機能する第2電極52を必ず存在させることができる。
3A and 3B and
図3(A),(B)に示す実施形態及び変形例1,6では、電気分解装置41を長期間使用することにより第2電極52の腐食が進行した場合であっても、腐食がほとんど生じない第1電極51の個数が第2電極52の個数よりも多いので、スケール成分の除去能力の低下をより小さく抑えることができる。
In the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B and
変形例1,3では、電気分解装置41を長期間使用することにより第2電極52の腐食が進行した場合であっても、第2電極52としてはそのサイズが第1電極51のサイズよりも大きいものが用いられているので、電気分解時において水素イオンを生成することができる機能をさらに長く維持することができる。これにより、電極(第2電極)のメンテナンスをさらに少なくすることができる。
In the modified examples 1 and 3, even when the corrosion of the
図3(A),(B)に示す実施形態及び各変形例では、1つ又は複数の第2電極52には、容器47内における水の流れの最下流に配置された第2電極52が含まれている。したがって、最下流に配置された第2電極52に到達する前の水のpHが第1電極51に含まれる白金の触媒能によって一時的に大きくなったとしても、この水は、最下流に配置された第2電極52において生じる水素イオンによってpHが小さくなった後に容器47から流出する。したがって、pHの大きな水が容器47から流出するのを抑制する効果をより高めることができる。
In the embodiment and each modification shown in FIGS. 3A and 3B, one or a plurality of
変形例4では、電気分解時には第1電極51に含まれる白金の触媒能によってその第1電極51の周囲の水のpHが一時的に大きくなるが、複数の第1電極51が容器47内における水の流れの最上流に配置されているので、これらの第1電極51よりも下流側に配置された第2電極52において生じる水素イオンによって水のpHは小さくなる。したがって、pHの大きな水が容器47から流出するのを抑制する効果をより高めることができる。
In the modified example 4, during electrolysis, the pH of water around the
図3(A),(B)に示す実施形態及び変形例1〜4では、複数の第1電極51及び第2電極52は板形状を有し、複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、容器47内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成している。したがって、水入口43から容器47内に流入した水は、上流側から下流側に向かって蛇行した経路に沿って流れるので、電極と水との接触面積が大きくなり、スケール成分の除去効率をさらに向上させることができる。
In the embodiment and the first to fourth modifications shown in FIGS. 3A and 3B, the plurality of
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
前記実施形態では、複数の電極51,52が容器47内において上下方向に蛇行する蛇行流路を形成している場合を例示したが、これに限定されない。例えば、複数の電極51,52が容器47内において水平方向などの他の方向に蛇行する蛇行流路を形成する形態であってもよい。水平方向に蛇行する蛇行流路とするには、例えば、図3(A),(B)に示す電気分解装置41を、第5壁部475が下方に位置し、第6壁部476が上方に位置するように配置すればよい。
In the above embodiment, the case where the plurality of
前記実施形態では、ヒートポンプ給湯機11の水の流路において、ポンプ31よりも下流側で水熱交換器21よりも上流側に位置する入水配管27に電気分解装置41を設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電気分解装置41は、水の流路において水熱交換器21よりも上流側に設けられていればよい。具体的に、電気分解装置41は、例えばポンプ31よりも上流側の入水配管27に設けられていてもよく、また、給水源からタンク15に水を供給する給水配管37に設けられていてもよい。
In the said embodiment, the case where the
前記実施形態では、容器47が略直方体の形状を有している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。容器47は、直方体以外の角柱形状であってもよく、円柱形状であってもよい。
In the embodiment, the case where the
また、前記実施形態では、一過式の給湯機を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明は、例えば給湯配管35から給湯された水(湯)の一部が再びタンク15に戻されるタイプの給湯機にも適用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the transient hot water heater was mentioned as an example and demonstrated, it is not limited to this. The present invention can also be applied to, for example, a water heater of a type in which a part of water (hot water) supplied from the hot
前記実施形態では、浴槽などへ給湯するための用途でヒートポンプ給湯機11が用いられる場合を例示したが、これに限定されない。ヒートポンプ給湯機11は、タンク15内に貯留された高温の水を暖房用途などに用いる場合にも適用できる。すなわち、ヒートポンプ給湯機11は、水を湯に変えて供給する装置であって、ヒートポンプ式温水暖房機における給湯機として用いることができる。
In the said embodiment, although the case where the heat
また、本発明の電気分解装置は、スケール成分を除去する必要がある他の用途、例えば冷却塔、燃焼式の給湯機、電気温水機などにも適用することができる。 The electrolysis apparatus of the present invention can also be applied to other uses where it is necessary to remove scale components, such as cooling towers, combustion hot water heaters, and electric water heaters.
また、前記実施形態では、第2電極52は、容器47内における水の流れの最下流に配置されている場合を例示したが、これに限定されない。第1電極51が最下流に配置されていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the
また、前記実施形態では、複数の第1電極51が容器47内における水の流れの最上流に配置されている場合を例示したが、これに限定されない。第2電極52が最上流に配置されていてもよい。
Moreover, although the case where the plurality of
11 ヒートポンプ給湯機
13 ヒートポンプユニット
15 タンク
17 貯湯ユニット
21 水熱交換器
41 電気分解装置
43 水入口
45 水出口
47 容器
51 第1電極
52 第2電極
DESCRIPTION OF
Claims (8)
水入口(43)及び水出口(45)を有する容器(47)と、
前記容器(47)内に収容され、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成された複数の第1電極(51)と、
前記容器(47)内に収容され、白金よりもイオン化傾向の大きい材料により形成された少なくとも1つの第2電極(52)と、を備え、
前記複数の第1電極(51)は、第1電極(51)同士が隣り合う部分を含むように配列されており、
前記複数の第1電極(51)及び前記少なくとも1つの第2電極(52)は、一方向に配列されており、隣り合う電極の一方が陽極として機能し、隣り合う電極の他方が陰極として機能し、前記少なくとも1つの第2電極(52)には、陽極として機能する第2電極(52)が含まれている、電気分解装置。 An electrolysis device for removing scale components contained in water,
A container (47) having a water inlet (43) and a water outlet (45);
A plurality of first electrodes (51) housed in the container (47) and having at least a surface formed of a material mainly composed of platinum;
Including at least one second electrode (52) housed in the container (47) and formed of a material having a higher ionization tendency than platinum,
The plurality of first electrodes (51) are arranged so as to include a portion where the first electrodes (51) are adjacent to each other,
The plurality of first electrodes (51) and the at least one second electrode (52) are arranged in one direction, and one of the adjacent electrodes functions as an anode, and the other of the adjacent electrodes functions as a cathode. The electrolysis apparatus, wherein the at least one second electrode (52) includes a second electrode (52) that functions as an anode.
前記複数の第2電極(52)は、第2電極(52)同士が隣り合う部分を含むように配列されている、請求項1に記載の電気分解装置。 The at least one second electrode (52) is composed of a plurality of second electrodes (52),
The electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the plurality of second electrodes (52) are arranged so as to include a portion where the second electrodes (52) are adjacent to each other.
前記複数の第1電極(51)及び前記少なくとも1つの第2電極(52)は、前記容器(47)内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成している、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気分解装置。 The plurality of first electrodes (51) and the at least one second electrode (52) have a plate shape,
The plurality of first electrodes (51) and the at least one second electrode (52) form a meandering flow path through which water meanders in the container (47). The electrolyzer according to any one of the above.
水が貯留されるタンク(15)、前記タンク(15)の水を前記水熱交換器(21)に送る送り側流路、及び前記水熱交換器(21)により加熱された水を前記タンク(15)に戻す戻し側流路を有する貯湯ユニット(17)と、
前記水熱交換器(21)に送る水に含まれるスケール成分を除去するための請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気分解装置(41)と、を備えたヒートポンプ給湯機。 A heat pump unit (13) having a water heat exchanger (21) for heating water and circulating the refrigerant through the refrigerant pipe;
A tank (15) in which water is stored, a feed-side channel for sending water from the tank (15) to the water heat exchanger (21), and water heated by the water heat exchanger (21) A hot water storage unit (17) having a return-side flow path returned to (15);
The electrolysis apparatus (41) of any one of Claims 1-7 for removing the scale component contained in the water sent to the said water heat exchanger (21), The heat pump water heater provided with.
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