給湯機
【課題】排水流路に含まれるガスを大気に開放し十分に希釈拡散できることから溜まることがない、使用性の高い水処理装置を備えた給湯機を提供すること。
【解決手段】給湯機は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体２１、２２と、表裏に極性の異なるイオン交換体を配置し水を解離してイオン交換体に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少なくとも２つの電極２０とを設けた水処理装置６と、前記水処理装置６で処理した水を排水する排水流路１６とを備え、前記排水流路１６に大気開放の開放口１７を設けたことを特徴とするもので、排水流路１６に含まれるガスは開放口１７で大気に開放されることから溜まる可能性がない。
【解決手段】給湯機は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体２１、２２と、表裏に極性の異なるイオン交換体を配置し水を解離してイオン交換体に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少なくとも２つの電極２０とを設けた水処理装置６と、前記水処理装置６で処理した水を排水する排水流路１６とを備え、前記排水流路１６に大気開放の開放口１７を設けたことを特徴とするもので、排水流路１６に含まれるガスは開放口１７で大気に開放されることから溜まる可能性がない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に溶解しているイオンを吸脱着する水処理装置を備えた給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯機は、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。
【０００３】
電気透析を行うための一対の電極２３、２４、陽イオン交換膜２５、陰イオン交換膜２６を有し、電極２３が陰極、電極２４が陽極となるように電圧が印加される。Ｃｌ−、ＮＯ３−イオンをＯＨ−イオンと交換する陰イオン交換樹脂２７、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋イオンをＨ＋イオンと交換する陽イオン交換樹脂２８、陽イオン交換樹脂２８に吸着されなかったＭｇ２＋、Ｃａ２＋を濃縮した水を排出できる排出口２９、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜３０を配置している。
【０００４】
上記の構成において、その動作を説明する。軟水化を行う際は、各イオン交換樹脂２７、２８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３１から循環ポンプ３２により吸引され、流路３３、３４、３５に分流される。
【０００５】
まず、イオン交換による軟水化について説明する。流路３４に分流された浴槽水ｗは、隔膜３０でセル内を仕切られた希釈室３６、３７に分流される。希釈室３７には陽イオン交換樹脂２８が充填されており、陽イオン交換樹脂２８により浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋がＨ＋にイオン交換される。
【０００６】
また、希釈室３６には陰イオン交換樹脂２７が充填されており、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−やＮＯ３−イオンがＯＨ−にイオン交換され、樹脂を流出させない網３８を通り、切替弁３９および切替弁４０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４２より浴槽４１に還流される。
【０００７】
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２５を介して浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋が電気透析力により濃縮室４３に移動し、切替弁４４を通って排出口２９より排出される。また、陰イオン交換膜２６を介して、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−、ＨＣｌＯ３−、ＳＯ４２−等の陰イオンが濃縮室４５に移動し、切替弁４６を通って、排出口２９より排出される。
【０００８】
電気透析を利用した再生モードについて説明する。再生モードは、通常運転モードで軟水化が行われた後、切替弁４４、４６を切り替えて再生水路を形成し、電極２４（陽極）で生成したＨ＋を含む再生水は切替弁４６を通って希釈室３７内を逆方向に流して、陽イオン交換樹脂２８の交換基と置換している硬度成分Ｃａ２＋やＭｇ２＋をＨ＋と再置換して分離除去するものである。
【０００９】
電極２３（陰極）で生成したＯＨ−は切替弁４４を通って、再生水路を希釈室３６の方へ逆方向に流して、陰イオン交換樹脂２７に供給し、陰イオン交換樹脂２７の交換基と置換しているＣｌ−、ＨＣＯ３−、ＳＯ４２−等のイオンとＯＨ−とがイオン交換する。このとき切替弁３９，４０は閉止される。
【００１０】
このようにイオン交換された陽極再生水と陰極再生水は切替弁４７を通って排出口２９から排水される。
【特許文献１】特開２００１−３４０８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、イオン交換樹脂を再生する際、電極間に電圧を印加することにより水を電気分解してＨ＋およびＯＨ−を生成しているが、同時に水の電気分解ガスである水素ガスおよび酸素ガスが発生する。再生水に含まれるガスは、排出口から排出された際に溜まる可能性があり、排水口が排水管（下水道）に直接接続する等、水の分解ガスが蓄積することがあった。
【００１２】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、排水流路に含まれるガスを大気に開放し十分に希釈拡散できることから溜まることがない、使用性の高い水処理装置を備えた給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、給湯機は、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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とするもので、排水流路に含まれるガスは開放口で大気に開放されることから溜まる可能性がない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排水流路に含まれるガスを大気に開放し十分に希釈拡散できることから溜まることがない、使用性の高い水処理装置を備えた給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、給湯機が、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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とするもので、排水流路に含まれるガスが大気に開放され十分に希釈拡散されることから、ガスが溜まる可能性がない。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の給湯機が、大気撹拌手段を備え、開放口近傍の大気を前記大気撹拌手段で撹拌する構成としたことを特徴とするもので、開放口から排出した排水が含むガスを迅速に撹拌することができることから、ガスをより確実に希釈拡散することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第２の発明の給湯機の開放口を、大気撹拌手段により発生する空気流の下流側に配設したことを特徴とするもので、開放口から排出するガスが機械部品に触れることなく希釈拡散することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第２または第３の発明の給湯機が、送風手段を有する室外機を備え、大気撹拌手段を前記送風手段としたことを特徴とするもので、給湯機の構成を簡素化することができ、低コストで省スペースな商品を提供することができる。
【００１９】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれかの発明の給湯機が、発生した水を本体外へ
排出する水流路を有する室外機を備え、水処理装置で処理した水を、開放口で排水した後、前記室外機の水流路に導く構成としたことを特徴とするもので、室外機の構成を簡素化することができるので、低コストで省スペースな商品を提供することができる。
【００２０】
また、室外機の排水が一体となっていることから、室外機の設置作業を簡素化することができるので設置時間を短縮することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
（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構成図である。
【００２３】
図１において、貯湯タンクユニット１は内部に水と製造した湯を蓄える貯湯タンク２を有し、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３により接続している。
【００２４】
原水流路３は、貯湯タンクへ通じるタンク流路４と、給水流路５に分岐している。水処理装置６は、貯湯タンク２の水が処理水流路７でポンプ８により圧送されている。室外機９は内部に、圧縮機（図示せず）、水を加熱する冷媒−水熱交換器１０、減圧手段（図示せず）、大気から吸熱する大気−冷媒熱交換器１１、大気−冷媒熱交換器１１に大気から吸熱するために送風する送風手段（大気撹拌手段）１２から構成されるヒートポンプサイクルを有している。
【００２５】
また、下部に前記大気−冷媒熱交換器１１に着霜して融けた水を室外機９外に排水するドレーン水流路１３を設けている。送風手段１２により大気を撹拌した際の大気の流れは破線矢印Ａで示す。
【００２６】
切替弁１４は、水処理装置６により処理した水を、冷媒−水熱交換器１０に通じる熱交流路１５と、排出する排水流路１６とに分岐する。排水流路１６は室外機９へ導かれ、送風手段１２により生成した大気の流れの下流側に開放口１７を有している。冷媒−水熱交換器１０により生成した湯は、貯湯流路１８により貯湯タンク２へ送られる。貯湯タンク２の湯は、給湯流路１９により送られ、給水流路５の水と混合して出湯する。
【００２７】
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、対向する電極２０ａ、２０ｂ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２１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２２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している。
【００２８】
イオン交換膜は、電極２０間に複数枚積層しており、平板状の対向した電極２０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２０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。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はスルホ基またはアクリル酸やメタクリル酸等のカルボキシル基を導入しており、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。
【００２９】
イオン交換体をイオン交換膜に成形する際、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、低電圧で効
率良く水の解離を行うことができ、イオン交換体に吸着したイオンを水を解離して生成したＨ＋およびＯＨ−で効率的にイオン交換することができる。
【００３０】
以上のように構成した給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
通常、貯湯タンク２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１９の湯とを、任意の温度になるよう混合し出湯する。
【００３２】
水処理装置６は、水中に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着する際と、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。まず、水処理装置６が水中のイオンをイオン交換体で吸着する際について説明する。
【００３３】
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２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、切替弁１４で熱交流路１５に切換えられ、冷媒−水熱交換器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２１で水素イオンに、水中に溶解した陰イオンＣｌ、炭酸、ＳＯｘ、ＮＯｘ等の各イオンは陰イオン交換体２２で水酸化物イオンに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イオン交換体に吸着する。
【００３４】
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２１側の電極２０ａを陽極、陰イオン交換体２２側の電極２０ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置６内のイオンがイオン交換体に移動するので、イオン交換体のイオン吸着速度を増加し、イオン交換量を増加させることができる。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、水処理装置６が水中に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着する際に、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１．２２６Ｖ未満の電圧（０Ｖを含む）を印加することで、水が電気分解して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イオン交換体で吸着することができる。処理水は水の分解ガスを含有しないので、冷媒−水熱交換器１０より加熱し気体の溶解度が低下した場合であっても、水の分解ガスを生成せず、貯湯タンクに蓄積することがない。
【００３７】
次に、水処理装置６が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。
【００３８】
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へ導かれた水は、水処理装置６で処理された後、切替弁１４で切換えられ排水流路１６と通って室外機９に送られる。水処理装置６では、イオン交換膜の陽イオン交換体２１側の電極２０ａを陰極、陰イオン交換体２２側の電極２０ｂを陽極となるよう電圧を印加する。
【００３９】
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２１と陰イオン交換体２２の界面で水が解離し、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イオン交換体が再生する。排水流路１６は、送風手段１２により生成した大気の流れの下流側に開放口１７で大気に開放し、排出する。
【００４０】
水処理装置６のイオン交換体を短時間で効率よく再生するために水の理論分解電圧１．２２６以上の十分な電圧を電極２０間に印加すると、水の電気分解ガスが発生するが、水の分解ガスを含んだ排水は開放口１７で大気に開放された際に直ちに大気と撹拌され、十分に希釈拡散される。
【００４１】
開放口１７が送風手段１２により生成する大気の流れの下流側に配置していることから、開放口１７から排出された水の分解ガスは、送風手段１２のモータや制御基板等の機械部品に触れることなく速やかに大気と撹拌され、十分に希釈拡散される。開放口１７より排出した排水は、含有する水の電解ガスが十分に希釈拡散された後、室外機９のドレーン水流路によって安全に排出される。
【００４２】
貯湯ユニット１に貯湯タンク２の膨張水を排出するドレーン流路が付属している場合があるが、水処理装置６の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を接続すること、また、室外機９のドレーン水流路１３に接続することは好ましくない。
【００４３】
貯湯ユニット１のドレーン流路および室外機９のドレーン水流路１３は、給湯機を設置する際に、排水管（下水道）に直接接続される場合、水の分解ガスが排水管の中に溜まる可能性がある。また、水処理装置７の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を貯湯ユニット１のドレーン流路に接続した場合、排水溝で大気に開放しても、給湯機をマンション等に設置する場合のように、貯湯ユニット２がメーターボックスや納戸等の狭い空間に設置することがあるので、水処理装置７の排水流路１６の水に含まれる水の電解ガスが十分に拡散希釈されない可能性がある。
【００４４】
室外機９は、大気の熱を集めるために必ず外気に触れる場所に設置されるので、室外機９の送風手段１２により大気を撹拌している環境に水処理装置７の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を導くことで、確実に拡散希釈することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、ヒートポンプ式の給湯機の形態に基づいて構成を説明したが、大気開放の環境に設置する送風手段を有する燃料電池等の給湯機であっても、主要な構成は変わらず、同等の効果が得られる。
【００４６】
なお、水処理装置６が原水ラインの不溶物で閉塞しないよう、原水流路３、タンク流路４、処理水流路７のいずれかに粗ろ過手段を設置してもよい。水処理装置６は、水に溶解しているイオンを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目の細かさを設定することが望ましい。
【００４７】
粗ろ過手段は、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２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３に設置することが最も望ましい。
【００４８】
給湯機から出湯した先の流路や湯を取出す蛇口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２内を清浄に保つことができる。原水に不溶物が多く含まれ
ている場合、粗ろ過手段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、粗ろ過手段を処理水流路７に設置してもよい。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。
【００４９】
なお、熱交流路１５と排水流路１６を切替えるために３方向に切替えが可能な切替弁１４（３方弁）を用いているが、流路の切換えは三方弁に限定されることはなく、流路の開閉を行う電磁弁等を複数組み合わせても、流路の切換えを行うことができれば構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる水処理装置を備えた給湯機は、原水の溶解イオンを吸着除去することができ、また水の分解ガスが発生した際は迅速に拡散希釈することができることから、家庭用、産業用に制限されることなく、高硬度地域や井戸水等の機器に過酷な原水を処理する給湯機に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】従来の給湯機の構成図
【符号の説明】
【００５２】
１ 貯湯ユニット
６ 水処理装置
９ 室外機
１５ 熱交流路
１６ 排水流路
１７ 開放口
２０ 電極
２１ 陽イオン交換体
２２ 陰イオン交換体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に溶解しているイオンを吸脱着する水処理装置を備えた給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯機は、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。
【０００３】
電気透析を行うための一対の電極２３、２４、陽イオン交換膜２５、陰イオン交換膜２６を有し、電極２３が陰極、電極２４が陽極となるように電圧が印加される。Ｃｌ−、ＮＯ３−イオンをＯＨ−イオンと交換する陰イオン交換樹脂２７、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋イオンをＨ＋イオンと交換する陽イオン交換樹脂２８、陽イオン交換樹脂２８に吸着されなかったＭｇ２＋、Ｃａ２＋を濃縮した水を排出できる排出口２９、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜３０を配置している。
【０００４】
上記の構成において、その動作を説明する。軟水化を行う際は、各イオン交換樹脂２７、２８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３１から循環ポンプ３２により吸引され、流路３３、３４、３５に分流される。
【０００５】
まず、イオン交換による軟水化について説明する。流路３４に分流された浴槽水ｗは、隔膜３０でセル内を仕切られた希釈室３６、３７に分流される。希釈室３７には陽イオン交換樹脂２８が充填されており、陽イオン交換樹脂２８により浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋がＨ＋にイオン交換される。
【０００６】
また、希釈室３６には陰イオン交換樹脂２７が充填されており、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−やＮＯ３−イオンがＯＨ−にイオン交換され、樹脂を流出させない網３８を通り、切替弁３９および切替弁４０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４２より浴槽４１に還流される。
【０００７】
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２５を介して浴槽水ｗ中の硬度成分であるＣａ２＋やＭｇ２＋が電気透析力により濃縮室４３に移動し、切替弁４４を通って排出口２９より排出される。また、陰イオン交換膜２６を介して、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ−、ＨＣｌＯ３−、ＳＯ４２−等の陰イオンが濃縮室４５に移動し、切替弁４６を通って、排出口２９より排出される。
【０００８】
電気透析を利用した再生モードについて説明する。再生モードは、通常運転モードで軟水化が行われた後、切替弁４４、４６を切り替えて再生水路を形成し、電極２４（陽極）で生成したＨ＋を含む再生水は切替弁４６を通って希釈室３７内を逆方向に流して、陽イオン交換樹脂２８の交換基と置換している硬度成分Ｃａ２＋やＭｇ２＋をＨ＋と再置換して分離除去するものである。
【０００９】
電極２３（陰極）で生成したＯＨ−は切替弁４４を通って、再生水路を希釈室３６の方へ逆方向に流して、陰イオン交換樹脂２７に供給し、陰イオン交換樹脂２７の交換基と置換しているＣｌ−、ＨＣＯ３−、ＳＯ４２−等のイオンとＯＨ−とがイオン交換する。このとき切替弁３９，４０は閉止される。
【００１０】
このようにイオン交換された陽極再生水と陰極再生水は切替弁４７を通って排出口２９から排水される。
【特許文献１】特開２００１−３４０８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、イオン交換樹脂を再生する際、電極間に電圧を印加することにより水を電気分解してＨ＋およびＯＨ−を生成しているが、同時に水の電気分解ガスである水素ガスおよび酸素ガスが発生する。再生水に含まれるガスは、排出口から排出された際に溜まる可能性があり、排水口が排水管（下水道）に直接接続する等、水の分解ガスが蓄積することがあった。
【００１２】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、排水流路に含まれるガスを大気に開放し十分に希釈拡散できることから溜まることがない、使用性の高い水処理装置を備えた給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、給湯機は、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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とするもので、排水流路に含まれるガスは開放口で大気に開放されることから溜まる可能性がない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排水流路に含まれるガスを大気に開放し十分に希釈拡散できることから溜まることがない、使用性の高い水処理装置を備えた給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、給湯機が、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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とするもので、排水流路に含まれるガスが大気に開放され十分に希釈拡散されることから、ガスが溜まる可能性がない。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の給湯機が、大気撹拌手段を備え、開放口近傍の大気を前記大気撹拌手段で撹拌する構成としたことを特徴とするもので、開放口から排出した排水が含むガスを迅速に撹拌することができることから、ガスをより確実に希釈拡散することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第２の発明の給湯機の開放口を、大気撹拌手段により発生する空気流の下流側に配設したことを特徴とするもので、開放口から排出するガスが機械部品に触れることなく希釈拡散することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第２または第３の発明の給湯機が、送風手段を有する室外機を備え、大気撹拌手段を前記送風手段としたことを特徴とするもので、給湯機の構成を簡素化することができ、低コストで省スペースな商品を提供することができる。
【００１９】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれかの発明の給湯機が、発生した水を本体外へ
排出する水流路を有する室外機を備え、水処理装置で処理した水を、開放口で排水した後、前記室外機の水流路に導く構成としたことを特徴とするもので、室外機の構成を簡素化することができるので、低コストで省スペースな商品を提供することができる。
【００２０】
また、室外機の排水が一体となっていることから、室外機の設置作業を簡素化することができるので設置時間を短縮することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
（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構成図である。
【００２３】
図１において、貯湯タンクユニット１は内部に水と製造した湯を蓄える貯湯タンク２を有し、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３により接続している。
【００２４】
原水流路３は、貯湯タンクへ通じるタンク流路４と、給水流路５に分岐している。水処理装置６は、貯湯タンク２の水が処理水流路７でポンプ８により圧送されている。室外機９は内部に、圧縮機（図示せず）、水を加熱する冷媒−水熱交換器１０、減圧手段（図示せず）、大気から吸熱する大気−冷媒熱交換器１１、大気−冷媒熱交換器１１に大気から吸熱するために送風する送風手段（大気撹拌手段）１２から構成されるヒートポンプサイクルを有している。
【００２５】
また、下部に前記大気−冷媒熱交換器１１に着霜して融けた水を室外機９外に排水するドレーン水流路１３を設けている。送風手段１２により大気を撹拌した際の大気の流れは破線矢印Ａで示す。
【００２６】
切替弁１４は、水処理装置６により処理した水を、冷媒−水熱交換器１０に通じる熱交流路１５と、排出する排水流路１６とに分岐する。排水流路１６は室外機９へ導かれ、送風手段１２により生成した大気の流れの下流側に開放口１７を有している。冷媒−水熱交換器１０により生成した湯は、貯湯流路１８により貯湯タンク２へ送られる。貯湯タンク２の湯は、給湯流路１９により送られ、給水流路５の水と混合して出湯する。
【００２７】
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、対向する電極２０ａ、２０ｂ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２１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２２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している。
【００２８】
イオン交換膜は、電極２０間に複数枚積層しており、平板状の対向した電極２０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２０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。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はスルホ基またはアクリル酸やメタクリル酸等のカルボキシル基を導入しており、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。
【００２９】
イオン交換体をイオン交換膜に成形する際、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、低電圧で効
率良く水の解離を行うことができ、イオン交換体に吸着したイオンを水を解離して生成したＨ＋およびＯＨ−で効率的にイオン交換することができる。
【００３０】
以上のように構成した給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
通常、貯湯タンク２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１９の湯とを、任意の温度になるよう混合し出湯する。
【００３２】
水処理装置６は、水中に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着する際と、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。まず、水処理装置６が水中のイオンをイオン交換体で吸着する際について説明する。
【００３３】
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２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、切替弁１４で熱交流路１５に切換えられ、冷媒−水熱交換器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２１で水素イオンに、水中に溶解した陰イオンＣｌ、炭酸、ＳＯｘ、ＮＯｘ等の各イオンは陰イオン交換体２２で水酸化物イオンに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イオン交換体に吸着する。
【００３４】
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２１側の電極２０ａを陽極、陰イオン交換体２２側の電極２０ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置６内のイオンがイオン交換体に移動するので、イオン交換体のイオン吸着速度を増加し、イオン交換量を増加させることができる。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、水処理装置６が水中に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着する際に、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１．２２６Ｖ未満の電圧（０Ｖを含む）を印加することで、水が電気分解して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イオン交換体で吸着することができる。処理水は水の分解ガスを含有しないので、冷媒−水熱交換器１０より加熱し気体の溶解度が低下した場合であっても、水の分解ガスを生成せず、貯湯タンクに蓄積することがない。
【００３７】
次に、水処理装置６が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。
【００３８】
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へ導かれた水は、水処理装置６で処理された後、切替弁１４で切換えられ排水流路１６と通って室外機９に送られる。水処理装置６では、イオン交換膜の陽イオン交換体２１側の電極２０ａを陰極、陰イオン交換体２２側の電極２０ｂを陽極となるよう電圧を印加する。
【００３９】
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２１と陰イオン交換体２２の界面で水が解離し、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イオン交換体が再生する。排水流路１６は、送風手段１２により生成した大気の流れの下流側に開放口１７で大気に開放し、排出する。
【００４０】
水処理装置６のイオン交換体を短時間で効率よく再生するために水の理論分解電圧１．２２６以上の十分な電圧を電極２０間に印加すると、水の電気分解ガスが発生するが、水の分解ガスを含んだ排水は開放口１７で大気に開放された際に直ちに大気と撹拌され、十分に希釈拡散される。
【００４１】
開放口１７が送風手段１２により生成する大気の流れの下流側に配置していることから、開放口１７から排出された水の分解ガスは、送風手段１２のモータや制御基板等の機械部品に触れることなく速やかに大気と撹拌され、十分に希釈拡散される。開放口１７より排出した排水は、含有する水の電解ガスが十分に希釈拡散された後、室外機９のドレーン水流路によって安全に排出される。
【００４２】
貯湯ユニット１に貯湯タンク２の膨張水を排出するドレーン流路が付属している場合があるが、水処理装置６の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を接続すること、また、室外機９のドレーン水流路１３に接続することは好ましくない。
【００４３】
貯湯ユニット１のドレーン流路および室外機９のドレーン水流路１３は、給湯機を設置する際に、排水管（下水道）に直接接続される場合、水の分解ガスが排水管の中に溜まる可能性がある。また、水処理装置７の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を貯湯ユニット１のドレーン流路に接続した場合、排水溝で大気に開放しても、給湯機をマンション等に設置する場合のように、貯湯ユニット２がメーターボックスや納戸等の狭い空間に設置することがあるので、水処理装置７の排水流路１６の水に含まれる水の電解ガスが十分に拡散希釈されない可能性がある。
【００４４】
室外機９は、大気の熱を集めるために必ず外気に触れる場所に設置されるので、室外機９の送風手段１２により大気を撹拌している環境に水処理装置７の水の電解ガスを含んだ排水流路１６を導くことで、確実に拡散希釈することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、ヒートポンプ式の給湯機の形態に基づいて構成を説明したが、大気開放の環境に設置する送風手段を有する燃料電池等の給湯機であっても、主要な構成は変わらず、同等の効果が得られる。
【００４６】
なお、水処理装置６が原水ラインの不溶物で閉塞しないよう、原水流路３、タンク流路４、処理水流路７のいずれかに粗ろ過手段を設置してもよい。水処理装置６は、水に溶解しているイオンを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目の細かさを設定することが望ましい。
【００４７】
粗ろ過手段は、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２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３に設置することが最も望ましい。
【００４８】
給湯機から出湯した先の流路や湯を取出す蛇口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２内を清浄に保つことができる。原水に不溶物が多く含まれ
ている場合、粗ろ過手段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、粗ろ過手段を処理水流路７に設置してもよい。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。
【００４９】
なお、熱交流路１５と排水流路１６を切替えるために３方向に切替えが可能な切替弁１４（３方弁）を用いているが、流路の切換えは三方弁に限定されることはなく、流路の開閉を行う電磁弁等を複数組み合わせても、流路の切換えを行うことができれば構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる水処理装置を備えた給湯機は、原水の溶解イオンを吸着除去することができ、また水の分解ガスが発生した際は迅速に拡散希釈することができることから、家庭用、産業用に制限されることなく、高硬度地域や井戸水等の機器に過酷な原水を処理する給湯機に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】従来の給湯機の構成図
【符号の説明】
【００５２】
１ 貯湯ユニット
６ 水処理装置
９ 室外機
１５ 熱交流路
１６ 排水流路
１７ 開放口
２０ 電極
２１ 陽イオン交換体
２２ 陰イオン交換体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とする給湯機。
【請求項２】
大気撹拌手段を備え、開放口近傍の大気を前記大気撹拌手段で撹拌する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
開放口を大気撹拌手段により発生する空気流の下流側に配設したことを特徴とする請求項２に記載の給湯機。
【請求項４】
送風手段を有する室外機を備え、大気撹拌手段を前記送風手段としたことを特徴とする請求項２または３に記載の給湯機。
【請求項５】
発生した水を本体外へ排出する水流路を有する室外機を備え、水処理装置で処理した水を、開放口で排水した後、前記室外機の水流路に導く構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項１】
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前記イオン交換体に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つの電極とを設けた水処理装置と、前記水処理装置で処理した水を排水する排水流路とを備え、前記排水流路に大気開放の開放口を設けたことを特徴とする給湯機。
【請求項２】
大気撹拌手段を備え、開放口近傍の大気を前記大気撹拌手段で撹拌する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
開放口を大気撹拌手段により発生する空気流の下流側に配設したことを特徴とする請求項２に記載の給湯機。
【請求項４】
送風手段を有する室外機を備え、大気撹拌手段を前記送風手段としたことを特徴とする請求項２または３に記載の給湯機。
【請求項５】
発生した水を本体外へ排出する水流路を有する室外機を備え、水処理装置で処理した水を、開放口で排水した後、前記室外機の水流路に導く構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯機。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２０３６９２（Ｐ２０１０−２０３６９２Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５００６０（Ｐ２００９−５００６０）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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