JP7237104B2

JP7237104B2 - 水使用装置

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Publication number: JP7237104B2
Application number: JP2021022592A
Authority: JP
Inventors: 惠裕中山; 禎司齊藤; 清治野田; 勝高田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: JP2021094558A

Description

本開示は、水中のイオン性物質を除去できる水処理部を備えた水使用装置に関するものである。

従来、例えば加湿器等を用いた水使用装置では、加湿器等に給水中のカルシウムイオン又はマグネシウムイオンなどのスケール性イオンに起因するスケール析出などが問題となっていた。そこで、例えば特許文献１では、加湿装置において硬度成分イオンを効率良く除去できる給水タンクを備えた構成が開示されている。給水タンクは、水を蓄えるタンク本体と、タンク本体の内部に配置された収容容器と、を有している。収容容器には、硬度成分イオンを除去する球状のイオン交換樹脂が多数収容されている。この加湿装置は、タンク本体内に蓄えられた水が収容容器の内部へ移動してイオン交換樹脂に接触することで、水中内の硬度成分イオンがイオン交換樹脂に吸着し、水からイオン交換樹脂が除去される構成である。

特開２０１１－４３３１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された加湿装置では、イオン除去量がイオン交換容量に達すると、それ以上のイオン性物質を除去することができない。そのため、加湿装置では、イオン除去を継続して実施しようとする場合、イオン交換樹脂を新しいイオン交換樹脂に交換しなければならず、手間とコストが掛かる問題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、イオン交換樹脂等を交換することなく、継続して給水中のイオン性物質を除去することができる水使用装置を提供することを目的とする。

本開示に係る水使用装置は、給水に含まれるイオン性物質を電極に吸着させて水中から除去するイオン除去機能、及び前記電極に吸着しているイオン性物質を水中に放出する再生機能を有する電気的なイオン除去手段を備えた水使用装置において、水を給水する給水部と、前記給水部と配管を介して接続され、電気的な前記イオン除去手段により、前記給水部からの給水に含まれるイオン性物質を除去する機能を有する水処理部と、前記水処理部と配管を介して接続され、前記水処理部を通過した水を使用する水使用部と、前記水処理部で除去されたイオン性物質によって濃度が高まった水を排水する排水管と、前記給水部によって給水された水の流路を、前記イオン除去機能を実施可能であるか否かに関する前記水処理部の状態、及び前記水使用部の状態に基づいて制御して、イオン性物質によって濃度が高まった水を前記排水管から排水させる制御部と、を備え、前記水使用部は、加湿器、空調機又は給湯機であり、前記水処理部は、直流電源と、一対の集電体と、一対の前記電極と、セパレータと、を有しており、前記水処理部の状態とは、一対の前記集電体間の電圧が予め設定した任意の基準以上であるか否か、一対の前記集電体間の電流値が一定であるか否か、前回に実施された前記再生機能の実施時間が予め設定した任意の時間以上であったか否か、前回に実施された前記イオン除去機能の実施時間が予め設定した任意の時間以上であったか否か、又は、前記再生機能の実施後に実施された前回の前記イオン除去機能の実施時間が予め設定した任意の時間以下であったか否か、であり、前記水使用部の状態とは、前記水使用部の動作起動又は動作停止であり、前記制御部は、前記水使用部の起動時に、前記水処理部が前記イオン除去機能を実施可能な状態であるか否かを前記水処理部が前記イオン除去機能を実施する前に確認するものである。

本開示によれば、給水部によって給水された水の流路を制御し、水処理部によって除去されたイオン性物質によって濃度が高まった水を排水管から排水させる構成なので、イオン交換樹脂等の交換の必要がなく、長期に亘り継続して給水中のイオン性物質を除去することができる。

実施の形態１に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。実施の形態１に係る水使用装置の水処理部を模式的に示した概略構成図である。実施の形態１に係る水使用装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１に係る水使用装置の変形例を模式的に示した概略構成図である。実施の形態２に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。実施の形態３に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ、及び配置等は、適宜変更することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。図２は、実施の形態１に係る水使用装置の水処理部を模式的に示した概略構成図である。

本実施の形態１に係る水使用装置１００は、図１に示すように、給水部１と、水処理部２と、水使用部３と、第１三方弁４と、第２三方弁５と、制御部６と、を備えている。給水部１と第１三方弁４とは、第１配管１０で接続されている。給水部１と水処理部２とは、第２配管１１で接続されている。水処理部２と第２三方弁５とは、第３配管１２で接続されている。第１三方弁４と第２三方弁５とは、第４配管１３で接続されている。第１三方弁４と水使用部３とは、第５配管１４で接続されている。また、第２三方弁５には、排水管１５が接続されている。

給水部１は、水を水処理部２及び水使用部３に供給する。給水部１は、第２配管１１を経て水処理部２に水を供給する。給水部１は、第１配管１０、第１三方弁４及び第５配管１４を経て水使用部３に水を供給する。第１配管１０、第１三方弁４及び第５配管１４からなる流路が、給水部１からの給水が水使用部３に直接流れる直接給水流路となる。

給水部１は、水処理部２及び水使用部３に水を供給するものであればよく、例えば水道水又は工業用水などを供給する水道栓又は水道管などである。また、給水部１は、タンクなどを備えて、該タンクに貯留した水を水処理部２又は水使用部３に供給するものでもよい。また、給水部１は、ポンプなどの水を搬送する搬送手段を備えてもよい。また、給水部１は、少なくとも２つ以上で構成してもよい。この場合、給水部１は、第１配管１０に水を供給するための給水部と、第２配管１１を経て水処理部２に水を供給する給水部とで構成し、それぞれ水質の異なる水を給水できるようにすることができる。

水処理部２は、図１及び図２に示すように、給水部１と第２配管１１を介して接続され、給水部１からの給水に含まれるイオン性物質を電気的な手段により電極２２に吸着させて水中から除去するイオン除去機能、及び電極２２に吸着しているイオン性物質を電気的な手段により水中に放出する再生機能を有する構成である。図２に示す水処理部２は、一例として、水処理部２が容量性脱イオン法によりイオン性物質を除去するものである。

水処理部２は、図２に示すように、直流電源２０と、一対の集電体２１と、一対の電極２２と、セパレータ２３と、を有している。直流電源２０は、集電体２１と接続されている。直流電源２０から集電体２１に電気が印加されることで電極２２に電気が印加される。水処理部２は、水中のイオン性物質を除去する場合、電極２２に電気が印加されることにより、給水部１からの水に含まれるイオン性物質を電極２２上に吸着させ、該イオン性物質を水中から除去するイオン除去工程を実施する。水処理部２は、イオン除去工程を実施した後、電極２２に吸着したイオン性物質を、イオン除去中における直流電圧若しくは電流の印加の解除、すなわち直流電圧若しくは電流の印加停止、集電体２１間の短絡、及びイオン除去工程と逆向きの直流電圧若しくは直流電流の印加、のいずれかによって水中に放出する再生工程を実施する。水処理部２の再生工程で水中に放出されたイオン性物質によって濃度が高まった水は、排水管１５から排水される。水処理部２は、再生工程よって電極２２が洗浄され、再びイオン除去が可能となる。

直流電源２０は、制御部６に接続されており、制御部６によって電気印加が制御される。つまり、水処理部２でのイオン除去工程と再生工程は、水使用部３の起動の状況に応じて制御部６によって制御される。直流電源２０は、水処理部２に容量性脱イオン法を利用した場合、直流の電気を供給できればよく、直流電源装置又は直流安定化電源装置でよい。また、直流電源２０は、コンセントからの電気を直流にコンバータなどで変換してもよい。

集電体２１は、直流電源２０から印加された電気を電極２２に印加するとともに、水処理部２の再生工程において電極２２から電気を放電する際に電気を集めるものである。集電体２１を構成する材料としては、例えば黒鉛シート、グラフォイル、導電性ゴム、又はこれらの材料で挟持若しくは被覆された金属のシート若しくは板が用いられる。このように、集電体２１は、導電性と柔軟性のある材料で形成される。なお、集電体２１は、一対とした構成を示したが、複数対で構成してもよい。

電極２２は、例えばキャパシタとしての容量を増大するため、導電性があり、比表面積の大きい、活性炭、多孔質炭素、多孔質導電ビーズ又は多孔質金属などの導電性材料が用いられる。これら導電性材料の形状には、粉状、粒状又は繊維状などがある。導電性材料の形状が粉状又は粒状の場合、その外径が１００ｎｍ～１０ｍｍである。導電性材料の形状が繊維状の場合、その太さが１～５０μｍである。

また、電極２２は、上記の導電性材料を用いて形成された布又はフィルタなども用いられる。なお、水処理部２から電極２２が流出する可能性がある場合は、水処理部２の出口又は水処理部２と水使用部３との間に、流出防止部材を設けてもよい。流出防止部材を設けた場合は、電極材料などの水処理部２の構成部材が水使用部３に流出する事態を防止でき、水処理部２の構成部材が流出することによる水使用部３への悪影響を低減できる。なお、電極２２は、一対とした構成を示したが、複数対で構成してもよい。

セパレータ２３は、電極２２間の短絡を防止するために設けられている。セパレータ２３を構成する材料は、液体を透過させるが導電性材料を通過させない電気絶縁性を有するものが用いられる。電気絶縁性を有するものとは、例えば濾紙、多孔性フィルム、不織布又は発泡剤などである。なお、セパレータ２３は、図示したように１つでもよいし、複数設けてもよい。

水使用部３は、イオン性物質等のスケール析出により性能が低下するものである。本実施の形態１の水使用部３は、一例として水処理部２を通過した水を使用する加湿器である。加湿器の場合、加湿材へのスケール析出を抑制することで、加湿性能の低下を軽減できる。

制御部６は、水処理部２の状態と水使用部３の状態に基づいて、水処理部２のイオン除去工程と再生工程の切り替えを判断し、第１三方弁４、第２三方弁５及び直流電源２０を制御する。制御部６は、指定した条件通りに装置を運転するためのＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、シーケンサ、数値制御装置等が使用可能である。また、制御部６は、イオン除去工程及び再生工程の過去の実施時間などの実施履歴と、初期に入力したデータと、を記憶する記憶部を備えている。

次に、本実施の形態１の水使用装置１００の動作を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。図３は、実施の形態１に係る水使用装置の動作を説明するフローチャートである。

先ず、ステップＳ１０１において、制御部６は、水使用部３が起動しているか否かを判定する。制御部６は、水使用部３が起動していないと判定すると、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、制御部６は、第１三方弁４を切り替えて、第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。また、制御部６は、第２三方弁５を切り替えて、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路を形成する。そして、制御部６は、水処理部２の再生工程を実施し、再生工程が完了した状態で水使用部３の起動まで待機状態になる。すなわち、水処理部２の再生工程では、給水部１から第１配管１０、第１三方弁４、第５配管１４を経て水使用部３へ水が供給される。また、水処理部２の再生工程では、給水部１から第２配管１１を経て水が水処理部２に供給されて再生される。このときに発生する排水は、第３配管１２、第２三方弁５、排水管１５を経て排水される。制御部６は、再生完了後、ステップＳ１０１に戻り、直流電圧又は電流を印加せずに水使用部３が起動するまで待機する。

ステップＳ１０１において、制御部６は、水使用部３が起動していると判定すると、ステップＳ１０３に進み、水処理部２がイオン除去工程を実施可能な状態であるか否かを判定する。具体的には、制御部６は、水処理部２へ直流電圧又は電流を印加していない状態における水処理部２内の集電体２１間の電圧で、イオン除去工程を実施可能な状態であるか否かを判定する。集電体２１間の電圧は、図示省略の電圧計で測定する。電圧計は、電気検出部として水処理部２及び制御部６に接続されるように配置される。制御部６は、集電体２１間の電圧が任意の基準以上であると、水中のイオン性物質を電極２２に吸着した状態であり、水処理部２の再生工程が必要であると判断する。一方、制御部６は、集電体２１間の電圧が任意の基準よりも低い場合であると、電極２２がイオン性物質を吸着可能な状態にあると判断し、水処理部２がイオン除去工程を実施可能な状態であると判断する。なお、任意の基準とは、水処理部２のイオン除去特性を事前に実験等で評価し、水処理部２でのイオン除去状況と集電体２１間の電圧との関係を把握し、その結果から設定する。また、任意の基準は、水処理部２による１回目のイオン除去工程での集電体２１間の電圧プロファイルから設定してもよい。

なお、水処理部２がイオン除去工程を実施可能であるか否かの判断は、上記した集電体２１間の電圧に基づく構成に限定されず、前回の再生工程の実施時間、前回のイオン除去工程の実施時間、再生工程の実施履歴、又は水処理部２の電気的状態から判断してもよい。

ここで、前回の再生工程の実施時間を用いて、水処理部２がイオン除去工程を実施可能であるか否かの判断を実施する場合について説明する。制御部６は、前回の再生工程の実施時間が任意の時間以上の場合、十分に水処理部２が再生されてイオン除去工程が可能であると判断し、任意の時間より短い場合、水処理部２の再生が必要であると判断する。

任意の時間は、水処理部２の再生に必要な時間をあらかじめ実験などで評価しておき、その結果を制御部６に記録して設定する。なお、任意の時間は、再生工程中の集電体２１間の電圧又は電流の時間変化を測定して制御部６に記録し、その電圧又は電流が一定となる時間として設定してもよい。この場合、再生工程の実施時間を計測可能なタイマーなどの時間計測部と、水処理部２の集電体２１間の電圧を測定可能な電圧計又は集電体２１間に流れる電流を測定可能な電流計などの電気検査部と、を水処理部２及び制御部６にそれぞれ接続して設ける。

次に、前回のイオン除去工程の実施時間を用いて、水処理部２がイオン除去工程を実施可能であるか否かの判断を実施する場合について説明する。制御部６は、前回のイオン除去工程の実施時間が任意の時間以上の場合、水処理部２の再生が必要と判断し、任意の時間より短い場合、水処理部２によるイオン除去工程が可能であると判断する。

任意の時間は、水処理部２のイオン除去工程が可能である最大時間をあらかじめ実験で評価し制御部６に記録しておいて設定する。なお、任意の時間は、イオン除去工程中の集電体２１間の電圧又は電流の時間変化を測定して制御部６に記録し、その電圧又は電流が一定となる時間として設定してもよい。この場合、イオン除去工程の実施時間を計測可能なタイマーなどの時間計測部と、水処理部２の集電体２１間の電圧を測定可能な電圧計又は集電体２１間に流れる電流を測定可能な電流計などの電気検査部と、を水処理部２及び制御部６にそれぞれ接続して設ける。

次に、再生工程の実施履歴に基づいて、水処理部２がイオン除去工程を実施可能であるか否かの判断を実施する場合について説明する。制御部６は、前回の再生工程の実施後におけるイオン除去工程の実施時間が任意の時間以下の場合、水処理部２がイオン除去工程を実施可能であると判断し、前回の再生工程の実施後におけるイオン除去工程の実施時間が任意の時間より長い場合、水処理部２の再生が必要であると判断する。

また、水処理部２の電気的状態とは、水処理部２の集電体２１間若しくは電極２２間の電圧、又は一対の集電体２１間を短絡させたときに流れる電流値若しくは一対の集電体２１間を短絡させた時の集電体２１間の電圧などである。

ステップＳ１０３において、制御部６は、水処理部２がイオン除去工程を実施可能な状態でないと判定すると、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４において、制御部６は、第１三方弁４を切り替えて、第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。また、制御部６は、第２三方弁５を切り替えて、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路を形成する。そして、制御部６は、水処理部２の再生工程を実施し、再生工程が完了すると、ステップＳ１０５に進む。

一方、ステップＳ１０３において、制御部６は、水処理部２がイオン除去工程を実施可能な状態であると判定すると、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、制御部６は、第１三方弁４を切り替えて、第４配管１３から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。また、制御部６は、第２三方弁５を切り替えて、第３配管１２から第４配管１３へと水が流れる流路を形成する。そして、制御部６は、水処理部２のイオン除去工程を実施する。

次に、ステップＳ１０６において、制御部６は、水処理部２がイオン除去工程を任意の時間実施したか否かについて判定する。任意の時間は、水処理部２のイオン除去が可能な最大時間をあらかじめ実験で評価し制御部６に記録しておいて設定する。なお、任意の時間は、イオン除去工程中の集電体２１間の電圧又は電流の時間変化を測定して制御部６に記録し、その電圧又は電流が一定となる時間として設定してもよい。この場合、イオン除去工程の実施時間を計測可能なタイマーなどの時間計測部と、水処理部２の集電体２１間の電圧を測定可能な電圧計又は集電体２１間に流れる電流を測定可能な電流計などの電気検査部と、を水処理部２及び制御部６にそれぞれ接続して設ける。

制御部６は、イオン除去工程を任意の時間実施していないと判定すると、ステップＳ１０７に進み、イオン除去工程を継続して行う。そして、制御部６は、再びステップＳ１０６に戻り、水処理部２がイオン除去工程を任意の時間実施したか否かについて判定する。

一方、制御部６は、イオン除去工程を任意の時間実施したと判定すると、イオン除去工程を終了して、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、制御部６は、第１三方弁４を切り替えて、第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。また、制御部６は、第２三方弁５を切り替えて、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路を形成する。そして、制御部６は、水処理部２の再生工程を実施する。

次に、ステップＳ１０９において、制御部６は、水処理部２の再生工程が完了したか否かについて判定する。水処理部２の再生工程の完了判定は、再生工程の経過時間に基づき実施する。具体的には、再生工程の経過時間が任意の時間となったときに、再生工程を終了する。再生工程の経過時間は、制御部６に備えられているタイマーで計測する。任意の時間は、水処理部２の再生に必要な時間をあらかじめ実験などで評価しておき、その結果を制御部６に記録して設定しておく。なお、任意の時間は、再生工程中の集電体２１間の電圧又は電流の時間変化を測定して制御部６に記録し、その電圧又は電流が一定となる時間として設定してもよい。この場合、再生工程の実施時間を計測可能なタイマーなどの時間計測部と、水処理部２の集電体２１間の電圧を測定可能な電圧計又は集電体２１間に流れる電流を測定可能な電流計などの電気検査部と、を水処理部２及び制御部６にそれぞれ接続して設ける。

なお、再生工程の完了は、水処理部２の集電体２１間の電圧又は一対の集電体２１間を短絡させたときに流れる電流値などから判断してもよい。制御部６は、再生工程中の集電体２１間の電圧又は電流が一定となるタイミングが再生工程の完了タイミングであると判断する。この場合、水処理部２の集電体２１間の電圧を測定可能な電圧計又は集電体２１間に流れる電流を測定可能な電流計などの電気検査部を、水処理部２及び制御部６にそれぞれ接続して設ける。

制御部６は、水処理部２の再生工程が完了していないと判定すると、ステップＳ１１０に進み、再生工程の実施を継続する。そして、制御部６は、再びステップＳ１０９に戻り、水処理部２の再生工程が完了したか否かについて判定する。

一方、制御部６は、水処理部２の再生工程が完了したと判定すると、水使用部３が起動状態ならイオン除去工程に移行する。なお、制御部６は、水使用部３が停止状態になった場合、水処理部２の再生工程に移行する。

なお、イオン除去工程の終了は、経過時間に基づいて判定する構成に限定されない。イオン除去工程の終了は、例えば水処理部２の前後に給水部１から供給される水と水処理部２から出る水の水質をそれぞれ検出する水質検出部を設け、この水質検出部の検出結果に基づいて判定する構成としてもよい。

具体的な一例としては、水の導電率を測定する導電率計を水質検出部とした場合がある。導電率計は、水処理部２の第２配管１１側と、水処理部２の第３配管１２側とに配置される。制御部６は、イオン除去工程において、水処理部２から出る水の導電率が任意の基準以上になった場合、水処理部２の再生が必要となったと判断して再生工程に移行する。任意の基準は、給水部１から給水される水の導電率以下、すなわち水処理部２に入ってくる水の導電率以下であればよい。

また、再生工程は、水処理部２から出る水の導電率を給水部１から水処理部２へ供給される水の導電率で除した値が任意の基準以下になったときに終了する。任意の基準は、１から２の間である。再生工程では、イオン性物質が除去されないため、水処理部２から出る水の導電率が水処理部２に入る水の導電率未満になることはなく、水処理部２から出る水の導電率を給水部１から水処理部２へ供給される水の導電率で除した値が１未満になることはない。また、再生工程では、水処理部２から出る水の導電率を給水部１から水処理部２へ供給される水の導電率で除した値が２よりも大きい場合、水処理部２の電極２２からのイオン性物質の脱離が不十分で水処理部２の再生が完了されていない。なお、導電率計で測定する水処理部２から出る水の導電率を給水部１から供給される水の導電率で除した値は、制御部６で算出される。

また、制御部６は、導電率計を水処理部２の第３配管１２側に配置し、水処理部２から出る水の導電率が前記の任意の基準以上になった場合に再生工程に移行し、再生工程において導電率が一度上昇後、任意の基準以下になった場合に再生工程完了と判断してもよい。

次に、図４は、実施の形態１に係る水使用装置の変形例を模式的に示した概略構成図である。本実施の形態１に係る水使用装置１００は、図４に示すように、水処理部２のイオン除去機能によって、イオン性物質が除去された水を貯留するタンク９を備えた構成としてもよい。タンク９は、一例として水搬送機器９０と共に第４配管１３上に配置されている。水搬送機器９０は、例えばポンプ等であり、タンク９に貯留された水を水使用部３に供給するものである。なお、水搬送機器９０は、図４に示すようにタンクとは別部材としてもよいし、タンクの一部として設けてもよい。また、タンク９は、第４配管１３上に配置する構成に限定されず、イオン性物質が除去された水を貯留することができれば、他の配管に接続して設けてもよい。

つまり、図４に示す水使用装置１００では、イオン除去工程で処理した水をタンク９に一定量貯留し、タンク９に貯留された水を用いて再生工程を行うことができる。再生工程のためにイオン除去工程で処理した水をタンク９に一定量貯留する場合は、水使用部３の停止中にイオン除去工程を実施してもよい。よって、イオン除去工程において水処理部２で処理した水を水処理部２の再生工程で使用することで、水質の良い水で水処理部２を再生できるため、再生工程を短縮することができる。

また、イオン除去工程で処理した水を一定量貯留するタンク９を備える場合、水処理部２が再生工程の際に、このタンク９を給水部とし、タンク９内のイオン除去された水を第１配管１０、第１三方弁４、第５配管１４を経て水使用部３に供給してもよい。

また、本実施の形態１に係る水使用装置１００では、水処理部２で容量性脱イオン法を使用した例を示したが、例えばイオン除去を電気的に制御できるものであればよく、電気透析などを用いてもよい。電気透析を水処理部２に使用した場合、水処理部２は、一対の電極、陽イオン交換膜、及び陰イオン交換膜を備えた構成とする。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間には、イオン交換樹脂を設けてもよい。また、電気透析を水処理部２に使用した場合、常に排水を排出可能とする排水管を別途設ける。また、電気透析を水処理部２に使用した場合の再生工程は、メンテナンス、電極転換又は薬品洗浄などとなり、容量性脱イオン法のようにイオン除去工程後に再生工程が毎回必要にならない。なお、薬品洗浄が必要な場合は、薬品タンクを別途設ける。また、電気透析を水処理部２に使用した場合は、電気透析で生じるイオン濃縮水を排水する排水口を水処理部２に設ける。この排水口は、図１に示す排水管１５に接続してもよい。電気透析を水処理部２に使用した場合は、容量性脱イオン法と異なり、再生工程が必要なく、常にイオン除去工程を実施可能である。また、イオン除去工程中は、常にイオン濃縮水が排水口を通じて排水される。

また、本実施の形態１に係る水使用装置１００では、水処理部２の再生工程中に給水部１から第１配管１０、第１三方弁４、第５配管１４を経由して水使用部３に水を供給するため、第１配管１０を第１三方弁４に接続したが、第１配管１０を水使用部３に直接接続してもよい。この場合、第１三方弁４は、省略することができる。制御部６は、給水部１に接続され、給水部１から第１配管１０への給水を制御する。

また、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、第１配管１０の途中に水処理部を別途追加で設けてもよい。この場合、第２配管１１と第３配管１２との間にある水処理部２が再生工程のときに第１配管１０に別途設けた水処理部でイオン除去工程を実施することができ、水使用部３に常に水処理部でイオン除去した水を供給することができる。また、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、第２配管１１と第３配管１２との間に複数の水処理部２を並列させて設けてもよい。つまり、水処理部２を並列させて設けることで、一つの水処理部が再生工程を実施している際に、他の水処理部でイオン除去工程を実施できる。

また、水使用部３は、上述した加湿器の他に、水を使用する空調機、給湯器、冷却設備又はボイラーなどでもよい。水使用部３が水を使用する空調機であれば、配管などの水と接する部分におけるスケール析出を抑制でき、性能低下を軽減できる。水使用部３が給湯器であれば、配管などの水、特に高温の水と接する部分におけるスケール析出を抑制でき、性能低下を軽減できる。水使用部３が冷却設備であれば、水が通過する配管内でのスケール析出を抑制でき、性能低下を軽減できる。水使用部３がボイラーであれば、水を燃焼させる部分におけるスケール析出を抑制でき、性能低下を軽減できる。

以上のように、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、水を給水する給水部１と、給水部１と配管１１を介して接続され、電気的なイオン除去手段により、給水部１からの給水に含まれるイオン性物質を除去する機能を有する水処理部２と、水処理部２と配管（１２、１３、１４）を介して接続され、水処理部２を通過した水を使用する水使用部３と、水処理部２で除去されたイオン性物質によって濃度が高まった水を排水する排水管１５と、給水部１によって給水された水の流路を制御して、イオン性物質によって濃度が高まった水を排水管１５から排水させる制御部６と、を備えている。よって、水使用装置１００は、給水部１によって給水された水の流路を制御し、水処理部２によって除去されたイオン性物質によって濃度が高まった水を排水管１５から排水させる構成なので、イオン交換樹脂等の交換の必要がなく、長期に亘り継続して給水中のイオン性物質を除去することができる。

また、水処理部２は、給水部１からの給水に含まれるイオン性物質を電極に吸着させて水中から除去するイオン除去機能、及び電極に吸着しているイオン性物質を水中に放出する再生機能を有している。制御部６は、水処理部２におけるイオン除去の実施と再生の実施とを切り替える機能を有しており、水処理部２がイオン除去を実施する場合に、給水部１から給水された水が水処理部２を通じて水使用部３に流れる流路を形成し、水処理部２が再生を実施する場合に、給水部１から給水された水が水処理部２を通じて排水管１５に流れる流路を形成して、イオン性物質によって濃度が高まった水を排水管１５から排水させる構成である。

よって、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、イオン除去を実施して電極２２に吸着したイオン性物質の量が水処理部２の限界容量に達しても、再生を実施して電極２２に吸着させたイオン性物質を水中に放出し、イオン性物質で濃度が高まった水を排水管１５で排水することができるので、イオン交換樹脂等を交換することなく、長期に亘り継続して給水中のスケールを除去することが可能である。

また、給水部１と水使用部３とは、配管（１０、１４）で接続されている。制御部６は、水処理部２が再生を実施する際に、給水部１からの給水が水使用部３に直接流れる流路を形成する構成である。

よって、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、水処理部２の再生中であっても給水部１からの給水を水使用部３に供給することができるので、給水部１からの給水が途絶えることがなく、継続して水使用部３を使用でき、使い勝手に優れている。

また、水処理部２は、イオン除去機能において、電気を印加することによって、給水部１からの水に含まれるイオン性物質を電極２２に吸着させて、水中からイオン性物質を除去する構成である。また、水処理部２は、再生機能において、電気を印加の停止、短絡及びイオン除去工程とは逆向きの電気の印加のいずれかによって、電極２２に吸着させたイオン性物質を水中に放出する構成である。

よって、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、簡易な構造でイオン除去及び再生を実施することができ、長期に亘り継続して給水中のスケールを除去することができる。

水処理部２は、容量性脱イオン法によりイオン性物質を除去する構成である。電極２２には、粒状活性炭が使用されている。よって、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、水処理部２が容量性脱イオン法によりイオン性物質を除去する場合において、導電性があり、比表面積の大きい粒状活性炭を使用することで、電極２２内に一定の間隙が確保されるため、水が流れやすく圧力損失の低減が可能となる。

また、本実施の形態１に係る水使用装置１００は、水処理部２のイオン除去機能によって、イオン性物質が除去された水を貯留するタンク９を備えている。つまり、水使用装置１００では、イオン除去工程で処理した水をタンク９に貯留し、当該水を用いて再生工程を行うことができるので、水質の良い水で水処理部２を再生することができ、再生工程を短縮できる。また、水処理部２が再生工程を行っている際に、このタンク９を給水部とし、イオン除去されたタンク９内の水を第１配管１０、第１三方弁４、第５配管１４を経て水使用部３に供給することができる。

実施の形態２．
次に、図５に基づいて、実施の形態２に係る水使用装置１０１を説明する。図５は、実施の形態２に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。なお、実施の形態１で説明した水使用装置１００と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

本実施の形態２に係る水使用装置１０１は、図５に示すように、給水部１と、水処理部２と、水使用部３と、四方弁７と、制御部６と、を備えている。給水部１は、第１給水部１Ａと、第２給水部１Ｂと、を有している。第１給水部１Ａと四方弁７とは、第１配管１０で接続されている。第２給水部１Ｂと水処理部２とは、第２配管１１で接続されている。水処理部２と四方弁７とは、第３配管１２で接続されている。四方弁７と水使用部３とは、第５配管１４で接続されている。また、四方弁７には、排水管１５が接続されている。

図５に示すように、本実施の形態２に係る水使用装置１０１では、第１給水部１Ａが第１配管１０へ水を供給し、第２給水部１Ｂが第２配管１１へ水を供給する。また、本実施の形態２の水使用装置１０１では、実施の形態１で説明した第１三方弁４及び第２三方弁５に代えて、四方弁７が設けられている。制御部６は、四方弁７を切り替えて、第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。また、制御部６は、四方弁７を切り替えて、第３配管１２から第５配管１４へと水が流れる流路を形成する。制御部６は、第３配管１２から第５配管１４へ流路が形成されている場合、第１給水部１Ａから第１配管１０への水の供給を停止する。また、制御部６は、第１配管１０から第５配管１４へ流路が形成されている場合、四方弁７を切り替えて、第２給水部１Ｂから第２配管１１、水処理部２、第３配管１２、排水管１５へと水が流れる流路を形成する。

なお、本実施の形態２の水使用装置１０１では、制御部６で四方弁７を切り替える制御を行う構成を示したが、この限りではない。四方弁７は、例えば水処理部２のイオン除去工程と再生工程において、第１給水部１Ａから給水され、第１配管１０を経て四方弁７へかかる水圧で流路を制御できる弁を使用してもよい。具体的には、第１配管１０へ水を供給して四方弁７に水圧をかけると、四方弁７が第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路が形成される。また、第１配管１０へ水を供給して四方弁７に水圧をかけると、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路が形成される。

制御部６は、水処理部２で再生工程の実施が必要であると判断した場合、第１給水部１Ａから第１配管１０を経て四方弁７に水を供給することで、第１配管１０から第５配管１４へと水が流れる流路を形成し、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路を形成する。水処理部２の再生工程での排水は、排水管１５を経て排水される。つまり、再生工程中でも第１給水部１Ａから第１配管１０、四方弁７、第５配管１４を経て水が水使用部３へ供給されるようにできる。制御部６は、第１給水部１Ａからの水の供給がない場合、四方弁７により第３配管１２から第５配管１４へ水が流れる流路を形成する。

なお、本実施の形態２では、給水部１を第１給水部１Ａと第２給水部１Ｂに分けた構成を示したが、一つの給水部１で構成し、給水部１の内部に三方弁などを設けて、水の供給方向を制御してもよい。

また、図示することは省略したが、本実施の形態２に係る水使用装置１０１は、水処理部２のイオン除去機能によってイオン性物質が除去された水を貯留するタンクを備えた構成としてもよい。タンクは、一例として水搬送機器と共に第３配管１２上に配置される。但し、タンクは、イオン性物質が除去された水を貯留することができれば、他の配管に接続して設けてもよい。

よって、本実施の形態２に係る水使用装置１０１も、イオン除去を実施して電極２２に吸着したイオン性物質の量が水処理部２の限界容量に達しても、再生を実施して電極２２に吸着させたイオン性物質を水中に放出し、イオン性物質で濃度が高まった水を排水管１５で排水することができるので、イオン交換樹脂等を交換することなく、長期に亘り継続して給水中のスケールを除去することが可能である。また、水使用装置１０１では、１つの四方弁７で、複数の三方弁の機能を発揮させることができるため、装置全体の小型化を実現できる。

また、給水部１は、少なくとも２つ以上で構成されている。複数の給水部１のうち少なくとも１つは、水使用部３に配管（１０、１４）で接続されている。複数の給水部１のうち少なくとも１つは、水処理部２に配管１１で接続されている。よって、水処理部２が再生工程を実施している際、水処理部２に水を供給する給水部と異なる給水部から水使用部３に水を供給することができるので、使い勝手に優れている。

実施の形態３．
次に、図６に基づいて、実施の形態３に係る水使用装置１０２を説明する。図６は、実施の形態３に係る水使用装置を模式的に示した概略構成図である。なお、実施の形態１で説明した水使用装置１００と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。

本実施の形態３に係る水使用装置１０２は、図６に示すように、給水部１と、水処理部２と、水使用部３と、三方弁８と、制御部６と、を備えている。給水部１は、第１給水部１Ａと、第２給水部１Ｂと、を有している。第１給水部１Ａと水使用部３とは、第１配管１０で接続されている。第２給水部１Ｂと水処理部２とは、第２配管１１で接続されている。水処理部２と三方弁８とは、第３配管１２で接続されている。三方弁８と水使用部３とは、第５配管１４で接続されている。また、三方弁８には、排水管１５が接続されている。

本実施の形態３に係る水使用装置１０２では、第１給水部１Ａと水使用部３とが第１配管１０によって直結されている。この水使用装置１０２は、水処理部２がイオン除去工程を行っている時、第２給水部１Ｂからの水が第２配管１１を経て水処理部２に供給され、水処理部２で処理された水が第３配管１２、三方弁８、第５配管１４を経て水使用部３に供給される。制御部６は、水処理部２で再生工程が必要となった場合、三方弁８を切り替えて、第３配管１２から排水管１５へと水が流れる流路を形成し、再生工程で水処理部２から排出される排水を排水管１５から排水させる。この時、水使用部３が起動している場合には、第１給水部１Ａから第１配管１０を経て水使用部３に水が供給される。

なお、本実施の形態３では、給水部１を第１給水部１Ａと第２給水部１Ｂに分けた構成を示したが、一つの給水部１で構成し、給水部１の内部に三方弁などを設けて、水の供給方向を制御してもよい。

また、図示することは省略したが、本実施の形態３に係る水使用装置１０２は、水処理部２のイオン除去機能によってイオン性物質が除去された水を貯留するタンクを備えた構成としてもよい。タンクは、一例として水搬送機器と共に第３配管１２上に配置される。但し、タンクは、イオン性物質が除去された水を貯留することができれば、他の配管に接続して設けてもよい。

よって、本実施の形態３に係る水使用装置１０２も、イオン除去を実施して電極２２に吸着したイオン性物質の量が水処理部２の限界容量に達しても、再生を実施して電極２２に吸着させたイオン性物質を水中に放出し、イオン性物質で濃度が高まった水を排水管１５で排水することができるので、イオン交換樹脂等を交換することなく、長期に亘り継続して給水中のスケールを除去することが可能である。また、水使用装置１０２では、三方弁の設置数を減らすことで、装置全体の小型化を実現できる。

以上に、水使用装置（１００、１０１、１０２）を実施の形態に基づいて説明したが、水使用装置（１００、１０１、１０２）は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば水使用装置（１００、１０１、１０２）は、上述した内容に限定されるものではなく、他の構成要素を含んでもよい。要するに、水使用装置（１００、１０１、１０２）は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。

１給水部、１Ａ第１給水部、１Ｂ第２給水部、２水処理部、３水使用部、４第１三方弁、５第２三方弁、６制御部、７四方弁、８三方弁、９タンク、１０第１配管、１１第２配管、１２第３配管、１３第４配管、１４第５配管、１５排水管、２０直流電源、２１集電体、２２電極、２３セパレータ、９０水搬送機器、１００、１０１、１０２水使用装置。

Claims

給水に含まれるイオン性物質を電極に吸着させて水中から除去するイオン除去機能、及び前記電極に吸着しているイオン性物質を水中に放出する再生機能を有する電気的なイオン除去手段を備えた水使用装置において、
水を給水する給水部と、
前記給水部と配管を介して接続され、電気的な前記イオン除去手段により、前記給水部からの給水に含まれるイオン性物質を除去する機能を有する水処理部と、
前記水処理部と配管を介して接続され、前記水処理部を通過した水を使用する水使用部と、
前記水処理部で除去されたイオン性物質によって濃度が高まった水を排水する排水管と、
前記給水部によって給水された水の流路を、前記イオン除去機能を実施可能であるか否かに関する前記水処理部の状態、及び前記水使用部の状態に基づいて制御して、イオン性物質によって濃度が高まった水を前記排水管から排水させる制御部と、を備え、
前記水使用部は、加湿器、空調機又は給湯機であり、
前記水処理部は、直流電源と、一対の集電体と、一対の前記電極と、セパレータと、を有しており、
前記水処理部の状態とは、一対の前記集電体間の電圧が予め設定した任意の基準以上であるか否か、一対の前記集電体間の電流値が一定であるか否か、前回に実施された前記再生機能の実施時間が予め設定した任意の時間以上であったか否か、前回に実施された前記イオン除去機能の実施時間が予め設定した任意の時間以上であったか否か、又は、前記再生機能の実施後に実施された前回の前記イオン除去機能の実施時間が予め設定した任意の時間以下であったか否か、であり、
前記水使用部の状態とは、前記水使用部の動作起動又は動作停止であり、
前記制御部は、前記水使用部の起動時に、前記水処理部が前記イオン除去機能を実施可能な状態であるか否かを前記水処理部が前記イオン除去機能を実施する前に確認する、水使用装置。
前記水処理部は、前記給水部からの給水に含まれるイオン性物質を前記電極に吸着させて水中から除去する前記イオン除去機能、及び前記電極に吸着しているイオン性物質を水中に放出する前記再生機能を有し、
前記制御部は、前記水処理部におけるイオン除去の実施と再生の実施とを切り替える機能を有しており、前記水処理部がイオン除去を実施する場合に、前記給水部から給水された水が前記水処理部を通じて前記水使用部に流れる流路を形成し、前記水処理部が再生を実施する場合に、前記給水部から給水された水が前記水処理部を通じて前記排水管に流れる流路を形成して、イオン性物質によって濃度が高まった水を前記排水管から排水させる構成である、請求項１に記載の水使用装置。
前記給水部と前記水使用部とは、配管で接続されており、
前記制御部は、前記水処理部が再生を実施する際に、前記給水部からの給水が前記水使用部に直接流れる流路を形成する構成である、請求項２に記載の水使用装置。
前記給水部は、少なくとも２つ以上で構成されており、
複数の前記給水部のうち少なくとも１つは、前記水使用部に配管で接続され、
複数の前記給水部のうち少なくとも１つは、前記水処理部に配管で接続されている、請求項３に記載の水使用装置。
前記水処理部は、
前記イオン除去機能において、前記電極に電気を印加することによって、前記給水部からの水に含まれるイオン性物質を前記電極に吸着させて、水中からイオン性物質を除去する構成であり、
前記再生機能において、前記電極へ電気の印加を停止、短絡、及びイオン除去とは逆向きの電気を前記電極へ印加のいずれかによって、前記電極に吸着させたイオン性物質を水中に放出する構成である、請求項２～４のいずれか一項に記載の水使用装置。
前記電極には、粒状活性炭が使用されている、請求項２～５のいずれか一項に記載の水使用装置。
前記水処理部によってイオン性物質が除去された水を貯留するタンクを更に備えている、請求項１～６のいずれか一項に記載の水使用装置。