JP5494775B2 - 水処理装置、加湿装置および給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理装置、加湿装置および給湯装置に関する。

給湯装置や空調装置、加湿装置、軟水機など、水を扱う製品においては、水に含まれる炭酸カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が固形成分として配管やタンクの内面に析出して付着する。一般に、このような析出付着物は、スケールと呼ばれる。このスケールが蓄積し、配管の内径が縮径することにより、出湯効率が悪化したり、タンク内に付着してメンテナンスが煩雑になるという問題がある。

特許文献１には、水タンク内にヒータを配置して、ヒータを囲むようにスケール析出部を配置し、循環水を加熱することによりスケール析出部でスケールを析出させて除去する構造の加湿装置が開示されている。

特許文献２には、形状記憶効果を有する材料で構成されたコイル形状のスケール析出部材と、このスケール析出部材を加熱するヒータとを有するスケール除去装置を配管内に配置し、沸き上げ運転中は形状回復温度以上に加熱し、硬度成分をスケール析出部材の表面に選択的に析出、付着させ、沸き上げ運転の終了後、水の循環を停止した後にヒータによる加熱を停止することにより、スケール析出部材が変形し、その際の物理的な作用によりスケールが剥離してスケール集積部に集積する構造の給湯装置が開示されている。

特開２００９−３０００２９号公報 特開２０１１−２２６６９７号公報

特許文献１に記載の加湿装置では、スケール析出部表面に故意にスケールを析出させ、連続して運転するとスケールが堆積してしまい、スケールを剥離する手段がなく、動作不良が起こるという品質的課題がある。また、スケール析出部に硬度成分を必ずしも高い効率で析出させることができず、硬度成分を効率良く除去できないという問題がある。

特許文献２に記載の給湯装置では、形状記憶材料を用いたスケール析出部材の表面にスケールを析出させるものであるが、付着の状態によっては十分に形状回復ができない可能性がある。また、スケール析出部材に硬度成分を必ずしも高い効率で析出させることができず、硬度成分を効率良く除去できないという問題がある。

本発明は、配管内面や水タンク内壁等への析出物付着の原因となる硬度成分を効率良く除去することのできる水処理装置、並びにこれを備えた加湿装置および給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水処理装置は、水を貯留可能な貯水部と、内部を空気が通過可能であり、貯水部に貯留された水に外面が接触する筒状部材と、空気を加熱する加熱源と、加熱源により加熱された高温空気を筒状部材の内部に送風可能な送風手段と、を備え、高温空気を筒状部材の内部に送風して筒状部材の外面を高温にすることにより、水に溶解している成分を外面に析出させ、筒状部材は、伸縮可能な軟質の素材で形成され、筒状部材の内部への送風量または筒状部材の内圧を変化させることにより、筒状部材の径の大きさが変化するものである。

本発明によれば、配管内面や水タンク内壁等への析出物付着の原因となる硬度成分を、少ない消費エネルギーで効率良く除去することが可能となり、配管内面や水タンク内壁等への析出物の付着を有効に抑制することができる。

本発明の実施の形態１の水処理装置を示す模式的な断面側面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 筒状部材を拡径させた状態で図２と同じ断面を見た場合の断面図である。 本発明の実施の形態１の水処理装置の制御部により実施される動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の加湿装置を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態３の給湯装置を模式的に示す構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の水処理装置を示す模式的な断面側面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、筒状部材を拡径させた状態で図２と同じ断面を見た場合の断面図である。図１に示すように、本実施の形態１の水処理装置１は、水を貯留可能な貯水部２と、送風手段としての送風ファン３と、加熱源としてのヒータ４と、貯水部２内に配置された複数の筒状部材５ａ，５ｂとを備えている。送風ファン３およびヒータ４は、筐体６の内部に設置されている。筐体６の内部には、送風ファン３の上流側の第１室６ａと、送風ファン３の下流側の第２室６ｂとが形成されている。ヒータ４は、送風ファン３の下流側、すなわち第２室６ｂに設置されている。また、筐体６には、筐体６外の空気を第１室６ａ内に吸入可能とする吸気口６ｃが設けられている。

筐体６の第１室６ａの底部には、複数の接続口６ｄが形成されている。複数の筒状部材５ｂの上端の開口部は、複数の接続口６ｄにそれぞれ接続されている。筒状部材５ｂの内部は、接続口６ｄを介して第１室６ａ内に連通している。筐体６の第２室６ｂの底部には、複数の接続口６ｅが形成されている。複数の筒状部材５ａの上端の開口部は、複数の接続口６ｅにそれぞれ接続されている。筒状部材５ａの内部は、接続口６ｅを介して第２室６ｂ内に連通している。

複数の筒状部材５ａ，５ｂの下側には、筐体７が設けられている。筐体７の上面には、複数の接続口７ａが形成されている。複数の筒状部材５ａ，５ｂの下端の開口部は、複数の接続口７ａにそれぞれ接続されている。筒状部材５ａ，５ｂの内部は、接続口７ａを介して筐体７の内部に連通している。

送風ファン３は、モータの回転数を制御することにより、風量を調節可能である。ヒータ４は、送風ファン３の下流側で、空気を加熱する。第２室６ｂ内には、ヒータ４によって加熱された空気の温度を検出する温度センサ１８が設けられている。筒状部材５ａ，５ｂは、伸縮可能な軟質の素材（低弾性材料）で形成されている。このため、筒状部材５ａ，５ｂは、内部の圧力が外部の圧力より大きくなると、その径が拡大するように変形可能である。また、筒状部材５ａ，５ｂは、ヒータ４によって加熱された高温空気の温度に耐えることのできる耐熱性を有する素材で形成されている。このような筒状部材５ａ，５ｂの構成材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを用いることができる。複数の筒状部材５ａ，５ｂは、互いに平行に配置されている。図２に示すように、複数の筒状部材５ａは、その長手方向に平行な断面を見たとき、千鳥配列になっている。同様に、複数の筒状部材５ｂは、その長手方向に平行な断面を見たとき、千鳥配列になっている。

貯水部２内には、貯水部２内の水位を検出する水位センサ８が設けられている。水位センサ８としては、フロート式のセンサを用いてもよいし、複数の電極を用いて水位を検出するセンサを用いてもよいし、光学式センサや超音波式センサなどを用いてもよい。また、貯水部２には、外部から貯水部２内への水の入口となる貯水部入口９と、水の出口となる貯水部出口１１とが接続されている。貯水部入口９には、貯水部入口９を開閉する入口弁１０が設けられている。貯水部出口１１には、貯水部出口１１を開閉する出口弁１２が設けられている。貯水部２内で処理された水は、貯水部出口１１から流出して、次行程へ送られる。

貯水部２内の、筒状部材５ａ，５ｂおよび筐体７の下方（直下）には、筒状部材５ａ，５ｂの外面から剥離したスケール９０（析出物）を集積するスケール捕集部１３が設けられている。スケール捕集部１３の底部には、中央部に向かって深さが深くなる傾斜が設けられている。スケール捕集部１３の最深部には、排水口１４が設けられている。排水口１４には、貯水部２外へ排水する排水配管１５が接続されている。排水配管１５には、排水配管１５を開閉する排水弁１６が設けられている。また、貯水部２内には、水流発生手段としての循環ポンプ１７が設置されている。循環ポンプ１７を駆動することにより、貯水部２内に水流を発生させ、貯水部２内の水を攪拌することができる。

本実施形態の水処理装置１は、制御部（図示省略）を更に備えており、水位センサ８および温度センサ１８の検出信号は当該制御部に入力され、送風ファン３、ヒータ４、入口弁１０、出口弁１２および排水弁１６の動作は当該制御部により制御される。図４は、上記制御部により実施される水処理装置１の動作を示すフローチャートである。以下、図４を参照して、水処理装置１の動作について説明する。まず、ステップＳ１では、出口弁１２を閉じ、入口弁１０を開く。これにより、貯水部入口９から貯水部２内に水が流入する。続いて、ステップＳ２では、水位センサ８により検出された貯水部２内の水位が、予め設定された基準水位に到達したか否かを判断する。貯水部２内の水位がその基準水位に到達した場合、すなわち満水になったと判断した場合には、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、まず、入口弁１０を閉じて貯水部入口９からの給水を終了する。次いで、送風ファン３、ヒータ４およびに循環ポンプ１７にそれぞれ通電し、それらを稼動させる。これにより、次のようにして、スケール９０を析出させる処理が開始する。送風ファン３が作動して吸気口６ｃより空気が取り入れられ、この空気がヒータ４により加熱されて高温になる。この高温の空気は、図１中の破線矢印で示すように、第２室６ｂから、筒状部材５ａの内部、筐体７の内部、筒状部材５ｂの内部を順に通過して第１室６ａに戻った後、送風ファン３に吸入されて再循環する。このようにして筒状部材５ａ，５ｂの内部に高温空気が循環することにより、筒状部材５ａ，５ｂの外面の温度が上昇し、筒状部材５ａ，５ｂの外面に接した水が高温になる。水に溶解している炭酸カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分の溶解度は、高温ほど低下するため、筒状部材５ａ，５ｂの外面に接した水が高温になると、硬度成分が析出し、析出物としてのスケール９０が形成される。このようにしてスケール９０を析出させることにより、貯水部２内の水から硬度成分を除去することができる。筒状部材５ａの入口における高温空気の温度は、８０℃以上が好ましく、１００℃以上がより好ましい。このような温度にすることにより、硬度成分を効率良く析出させることができる。

本実施形態では、上記のようにしてスケール９０を析出させる処理を行うとき、循環ポンプ１７を稼動させ、貯水部２内の水を攪拌する。図２中の破線矢印は、水の流れを示す。図２に示すように、スケール９０を析出させる際に循環ポンプ１７を稼動させることにより、隣り合う筒状部材５ａ同士の間、および隣り合う筒状部材５ｂ同士の間を水が通過する。このようにして、筒状部材５ａ，５ｂの外面付近に新しい水を供給することにより、スケール９０が継続的に析出し、スケール９０の析出を促進することができる。なお、図２および図３では、スケール９０の図示を省略している。

ステップＳ４では、スケール９０を析出させる処理を終了するか否かを判断する。具体的には、スケール９０を析出させる処理の開始時からの経過時間が、予め設定された時間に達した場合には、筒状部材５ａ，５ｂの外面に析出したスケール９０の量が十分な量に達したと判定できるので、スケール９０を析出させる処理を終了すると判断する。または、温度センサ１８の検出温度が上昇した場合に、スケール９０を析出させる処理を終了すると判断してもよい。筒状部材５ａ，５ｂの外面に析出したスケール９０の量が十分な量に達すると、水と筒状部材５ａ，５ｂの内部を流れる空気との熱交換がスケール９０によって妨げられるため、筐体６、筒状部材５ａ，５ｂおよび筐体７により形成される循環風路内を流れる高温空気の温度が上昇する。このため、温度センサ１８の検出温度が、予め設定された基準温度にまで上昇した場合には、筒状部材５ａ，５ｂの外面に析出したスケール９０の量が十分な量に達したと判定できるので、スケール９０を析出させる処理を終了すると判断する。

ステップＳ４でスケール９０を析出させる処理を終了すると判断した場合には、ステップＳ５に移行し、次のようにして、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理を行う。ステップＳ５では、ヒータ４の通電を停止するとともに、送風ファン３の回転数を上げ、送風量（循環風量）を増大させる。循環ポンプ１７は、稼動を継続させる。送風ファン３による送風量を増大させると、図３に示すように、筒状部材５ａ，５ｂは、その径が拡大するように変形する。筒状部材５ａ，５ｂの径が拡大することにより、筒状部材５ａ，５ｂの外面と、この外面に付着していたスケール９０との間にずれが生じ、スケール９０を剥離させることができる。また、本実施形態では、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理を行う際に、循環ポンプ１７により発生する水流を筒状部材５ａ，５ｂの外面に当てることにより、スケール９０の剥離を促進することができる。

また、本実施形態では、筒状部材５ａ，５ｂの径が拡大すると、隣り合う筒状部材５ａ同士の間、および隣り合う筒状部材５ｂ同士の間の隙間が狭くなり、隣り合う筒状部材５ａ同士が接触または近接し、隣り合う筒状部材５ｂ同士が接触または近接する。図３中の破線矢印は、水の流れを示す。筒状部材５ａ，５ｂは軟質素材で形成されているため、図３に示すように、接触または近接した筒状部材５ａ同士の間、および接触または近接した筒状部材５ｂ同士の間を水流が通過可能であり、その水流の通過によって筒状部材５ａ，５ｂが揺動し、隣接する筒状部材５ａ同士、および隣接する筒状部材５ｂ同士が、互いに擦れ合う。これにより、筒状部材５ａ，５ｂの外面からのスケール９０の剥離を更に促進することができる。

筒状部材５ａ，５ｂの外面から剥離したスケール９０は、沈降してスケール捕集部１３に堆積する。続いて、ステップＳ６では、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理を終了するか否かを判断する。ここでは、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理の開始時からの経過時間が、予め設定された時間に達した場合には、スケール９０の剥離が完了したと判定し、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理を終了すると判断する。筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理の開始時からの経過時間が上記設定時間に達していない場合には、ステップＳ５に戻り、スケール９０を除去する処理を継続する。一方、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理の開始時からの経過時間が上記設定時間に達した場合には、送風ファン３および循環ポンプ１７を停止して、筒状部材５ａ，５ｂの外面からスケール９０を除去する処理を終了し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、排水弁１６を短時間に開いた後に閉じる。これにより、スケール捕集部１３に堆積したスケール９０が排水口１４から排水配管１５を通って外部に排出される。

スケール９０を排出した後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、出口弁１２を開く。これにより、貯水部２内に貯留された、硬度成分を除去する処理が終了した水が、貯水部出口１１から流出して、所定の給水先へ送られる。次いで、ステップＳ９では、水位センサ８により検出される貯水部２内の水位に基づいて、貯水部２内の水が貯水部出口１１から流出し終えて貯水部２が空になったかどうかを判断する。ステップＳ９で、貯水部２内の水位が十分に低下している場合には、貯水部２内の水が貯水部出口１１から流出し終えて貯水部２が空になったと判断する。ステップＳ９で貯水部２が空になったと判断された場合には、ステップＳ１に戻り、次の水処理サイクルを開始する。

以上説明した実施の形態１の水処理装置１によれば、貯水部２内に配置された筒状部材５ａ，５ｂの内部に高温空気を流入させ、筒状部材５ａ，５ｂの外面を高温にすることで、筒状部材５ａ，５ｂの外面にスケール９０を析出させることができる。このため、貯水部２内の水全体を、硬度成分が析出するような高温に加熱する必要がないので、エネルギー消費量が少なくて済む。また、析出したスケール９０を剥離させる際には、筒状部材５ａ，５ｂを拡径し、接触または近接した筒状部材５ａ同士および筒状部材５ｂ同士の間を水流が通過する際に筒状部材５ａ同士および筒状部材５ｂ同士が擦れ合うことにより、スケール９０を筒状部材５ａ，５ｂの外面から効率良く剥離させて捕集することができる。このようなことから、本実施形態の水処理装置１によれば、少ないエネルギー消費量で、水に溶解している硬度成分を効率良く除去することができる。

なお、本実施形態では、筒状部材５ａ，５ｂの径を拡大させる際、送風ファン３による送風量を増大させることによって筒状部材５ａ，５ｂの径を拡大させているが、本発明では、例えば、筐体６の吸気口６ｃを閉じて筐体６、筒状部材５ａ，５ｂおよび筐体７の内部を加圧可能な加圧機構を設け、この加圧機構によって筒状部材５ａ，５ｂの内圧を増大させることによって筒状部材５ａ，５ｂの径を拡大させてもよい。また、本実施形態では、筒状部材５ａ，５ｂの内部に送風する気体として空気を用いているが、本発明では、例えば窒素ガス等の他の気体を封入して筒状部材５ａ，５ｂの内部に送風するように構成してもよい。

また、本実施形態では、筒状部材５ａ，５ｂを伸縮可能な軟質な素材で形成しているが、本発明では、伸縮しない硬質の素材で形成した筒状部材を用いても良い。また、本発明では、筒状部材の外面に析出したスケール９０のような析出物を除去する除去手段としては、筒状部材を拡径させることで除去するものに限定されない。例えば、筒状部材の外面に対して摺動可能な摺動部材を設け、この摺動部材を筒状部材の外面に摺動させることによって析出物を除去する構成にしてもよい。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図５は、本発明の実施の形態２の加湿装置を模式的に示す構成図である。図５に示すように、本実施形態の加湿装置５１は、貯水タンク５２と、加湿部５３と、前述した実施の形態１の水処理装置１とを備えている。貯水タンク５２に貯留された水は、水処理装置１に送られ、水処理装置１で硬度成分を除去する処理が行われた後、加湿部５３に供給される。加湿部５３は、水処理装置１を経て供給された水を気化または霧化させて高湿空気を生成し、その高湿空気を装置外へ供給することにより、室内を加湿する。加湿部５３は、ヒータ加熱による蒸発方式、超音波による霧化方式、フィルターと送風機とによる気化方式など、いかなる方式のものでもよい。このような本実施形態の加湿装置５１によれば、水処理装置１を貯水タンク５２と加湿部５３の間に接続することで、高湿空気を生成する前に水中の硬度成分を除去することができるので、加湿部５３にスケールが付着・堆積することを確実に抑制することができる。ただし、水処理装置１の設置箇所は上記の位置に限定されるものではなく、例えば貯水タンク５２内に水処理装置１を設置しても良い。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図６は、本発明の実施の形態３の給湯装置を模式的に示す構成図である。図６に示すように、本発明の給湯装置を適用したヒートポンプ式給湯装置６１は、湯水を貯留する貯湯タンク６２と、ヒートポンプユニット６５と、前述した実施の形態１の水処理装置１とを備えている。貯湯タンク６２の下部には低温水導入口６３および低温水導出口６４が設けられ、貯湯タンク６２の上部には高温水導入口６７および高温水導出口６８が設けられている。低温水導入口６３には、水道等の水源から供給される低温水を貯湯タンク６２内に送る給水配管が接続されている。貯湯タンク６２内に貯留された低温水は、低温水導出口６４から流出し、配管を通ってヒートポンプユニット６５に送られ、ヒートポンプユニット６５で加熱されて高温水となる。ヒートポンプユニット６５の出湯口６６と水処理装置１の貯水部入口９とが配管を介して接続され、水処理装置１の貯水部出口１１と貯湯タンク６２の高温水導入口６７とが配管を介して接続されている。ヒートポンプユニット６５の出湯口６６から流出した高温水は、水処理装置１に送られ、水処理装置１で硬度成分を除去する処理が行われた後、貯湯タンク６２に送られ、高温水導入口６７から貯湯タンク６２内に流入して貯えられる。貯湯タンク６２内に貯えられた高温水は、高温水導出口６８より取り出され、給水配管から供給される低温水と混合して温度調節された上で、蛇口６９や浴槽７０などの給湯先へ送られる。また、貯湯タンク６２と、浴槽７０を追い焚きするための熱交換器７１とを接続する循環回路が備えられており、貯湯タンク６２内に貯えられた高温水を熱交換器７１に送ることにより浴槽７０の追い焚きを行うことができる。このような本実施形態のヒートポンプ式給湯装置６１によれば、配管内や貯湯タンク６２内にスケールが付着・堆積することを確実に抑制することができる。また、本実施形態では、硬度成分が析出し易い高温水が通る配管、すなわちヒートポンプユニット６５の出湯口６６と貯湯タンク６２の高温水導入口６７とを接続する配管の途中に水処理装置１を配置したことにより、硬度成分をより高い効率で除去することができるとともに、エネルギー消費量をより低減することができる。ただし、水処理装置１の設置箇所は上記の位置に限定されるものではなく、例えば貯湯タンク６２内に水処理装置１を設置してもよい。

１ 水処理装置、２ 貯水部、３ 送風ファン、４ ヒータ、５ａ，５ｂ 筒状部材、
６，７ 筐体、６ａ 第１室、６ｂ 第２室、６ｃ 吸気口、６ｄ，６ｅ 接続口、
７ａ 接続口、８ 水位センサ、９ 貯水部入口、１０ 入口弁、１１ 貯水部出口、
１２ 出口弁、１３ スケール捕集部、１４ 排水口、１５ 排水配管、１６ 排水弁、
１７ 循環ポンプ、１８ 温度センサ、５１ 加湿装置、５２ 貯水タンク、
５３ 加湿部、６１ ヒートポンプ式給湯装置、６２ 貯湯タンク、
６３ 低温水導入口、６４ 低温水導出口、６５ ヒートポンプユニット、
６６ 出湯口、６７ 高温水導入口、６８ 高温水導出口、６９ 蛇口、７０ 浴槽、
７１ 熱交換器、９０ スケール

Claims (7)

1. 水を貯留可能な貯水部と、
   内部を気体が通過可能であり、前記貯水部に貯留された水に外面が接触する筒状部材と、
   気体を加熱する加熱源と、
   前記加熱源により加熱された高温気体を前記筒状部材の内部に送風可能な送風手段と、
   を備え、
   前記高温気体を前記筒状部材の内部に送風して前記筒状部材の外面を高温にすることにより、水に溶解している成分を前記外面に析出させ、
   前記筒状部材は、伸縮可能な軟質の素材で形成され、
   前記筒状部材の内部への送風量または前記筒状部材の内圧を変化させることにより、前記筒状部材の径の大きさが変化する水処理装置。
2. 前記筒状部材の外面に付着した析出物を除去する除去手段を備える請求項１記載の水処理装置。
3. 前記筒状部材の内部への送風量または前記筒状部材の内圧を増大させて前記筒状部材の径を拡大させることにより、前記筒状部材の外面に付着した析出物を除去可能である請求項１または２記載の水処理装置。
4. 複数の前記筒状部材が互いに平行に配置されており、
   前記筒状部材の内部への送風量または前記筒状部材の内圧を増大させて前記筒状部材の径を拡大させたとき、隣り合う前記筒状部材同士が互いに接触または近接する請求項１乃至３の何れか１項記載の水処理装置。
5. 前記貯水部内に水流を発生させる水流生成手段を備え、
   前記成分を析出させる場合と、前記筒状部材の外面に付着した析出物を除去する場合との一方または両方において、前記水流生成手段を稼動させる請求項１乃至４の何れか１項記載の水処理装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の水処理装置と、
   前記水処理装置により処理された水を気化または霧化させる加湿部と、
   を備える加湿装置。
7. 水を加熱して湯を生成する湯生成手段と、
   前記湯生成手段により生成された湯または前記湯生成手段により加熱される前の水を処理する請求項１乃至５の何れか１項記載の水処理装置と、
   を備える給湯装置。

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