JP2013061141A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できるヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ給湯機11は、水を貯留するタンク15と、水熱交換器21を有する冷媒回路10と、タンク15に貯留された水を水熱交換器21に送り、水熱交換器21において加熱された水をタンク15に戻す導水路27,29と、導水路27,29を含む水の流路において水熱交換器21よりも上流側の第1水路F1内に設けられた第1電極対491を有する第1電気分解装置1と、前記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、第1水路F1と互いに並列に又は直列に接続された第2水路F2内に設けられた第2電極対492を有する第2電気分解装置2と、第1電極対491及び第2電極対492に電圧を印加する電源53と、を備えている。
【選択図】図3

Description

本発明は、電気分解装置を備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。
一般に、ヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンクと、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導水路とを備えている。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。
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。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。
例えば特許文献1には、燃焼ガスの流路内に燃焼ガスと水との熱交換器を設けた給湯器が開示されている。この給湯器では、熱交換器の給水入口側の配管に電極式スケール成分沈殿析出装置が設けられている。特許文献1では、電極式スケール成分沈殿析出装置においてスケール成分の一部を電極の表面に析出させることにより、熱交換器においてスケールが堆積するのを防止できる、とされている。
特開平3−170747号公報
ところで、例えば一般家庭用の比較的小容量のヒートポンプ給湯機と、例えば業務用などの大容量のヒートポンプ給湯機とでは、必要とされる電気分解装置の能力も異なるので、これらの電気分解能力に応じて電気分解装置を設計し製造する必要がある。したがって、電気分解装置のラインアップ数が増大するという問題がある。また、大容量のヒートポンプ給湯機では、電気分解装置が大型化するという問題がある。
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、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できるヒートポンプ給湯機を提供することにある。
1)本発明のヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンク(15)と、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器(21)を有する冷媒回路(10)と、前記タンク(15)に貯留された水を前記水熱交換器(21)に送り、前記水熱交換器(21)において加熱された水を前記タンク(15)に戻す導水路(27,29)と、前記導水路(27,29)を含む水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側の第1水路(F1)内に設けられた第1電極対(491)を有する第1電気分解装置(1)と、前記水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側に設けられ、前記第1水路(F1)と互いに並列に又は直列に接続された第2水路(F2)内に設けられた第2電極対(492)を有する第2電気分解装置(2)と、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)に電圧を印加する電源(53)と、を備えている。
この構成では、ヒートポンプ給湯機において、第1電気分解装置(1)の第1水路(F1)と第2電気分解装置(2)の第2水路(F2)とが、前記水の流路において互いに並列に又は直列に接続されている。すなわち、この構成では、ヒートポンプ給湯機の容量に応じて複数の電気分解装置を互いに接続することにより、必要とされる電気分解能力を得るこことができるので、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
2)前記ヒートポンプ給湯機において、前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに並列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されているのが好ましい。
この構成では、第1水路(F1)及び第2水路(F2)が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、この構成では、第1電極対(491)及び第2電極対(492)が電源(53)に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対(491)と第2電極対(492)に同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。第1電気分解装置(1)及び第2電気分解装置(2)において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
3)前記ヒートポンプ給湯機は、前記第1水路(F1)よりも下流側において前記第1水路(F1)に対して直列に接続された下流側第1水路(F1)内に設けられた下流側第1電極対(491)を有する下流側第1電気分解装置(1M)と、前記第2水路(F2)よりも下流側において前記第2水路(F2)に対して直列に接続された下流側第2水路(F2)内に設けられた下流側第2電極対(492)を有する下流側第2電気分解装置(2M)と、をさらに備え、前記第1水路(F1)及び前記下流側第1水路(F1)と、前記第2水路(F2)及び前記下流側第2水路(F2)とは、互いに並列に接続されていてもよい。
この構成では、ヒートポンプ給湯機がかなりの大容量である場合でも、必要とされる容量に応じて直列接続及び/又は並列接続を組み合わせることにより大容量化に容易に対応できる。
4)前記ヒートポンプ給湯機において、前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)と、前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)とは、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されていてもよい。
この構成では、直列接続されている電極対には同じ電流値の電流が流れるので、下流側電気分解装置(1M,2M)においてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、この下流側電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。
また、この構成では、第1水路(F1)及び第2水路(F2)が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、この構成では、第1電極対(491)及び第2電極対(492)が電源(53)に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対(491)と第2電極対(492)に同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。すなわち、第1電気分解装置(1)及び第2電気分解装置(2)において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
5)前記ヒートポンプ給湯機において、前記電源(53)は、第1電源(531)と、前記第1電源(531)よりも電圧の高い第2電源(532)とを含み、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記第1電源(531)に対して互いに並列に接続されており、前記下流側第1電極対(491)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記第2電源(532)に対して互いに並列に接続されていてもよい。
この構成では、下流側電気分解装置(1M,2M)における電気分解効率の低下が抑制される。すなわち、この構成では、例えば各水路(F)を流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。具体的には、図6に示すように下流側第1電気分解装置(1M,1D)及び下流側第2電気分解装置(2M,2D)では、これらよりも上流に位置する第1電気分解装置(1U)及び第2電気分解装置(2U)に比べて水路(F)を流れるスケール成分の濃度(水の硬度)が低くなる。この場合、下流側第1電極対(491)及び下流側第2電極対(492)に接続される第2電源(532)及び第3電源(533)の電圧を第1電源(531)よりも高くすることにより、下流側の電気分解装置(1M,1D,2M,2D)における電気分解効率の低下が抑制される。
6)前記ヒートポンプ給湯機において、前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに直列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して互いに直列に接続されていてもよい。
この構成では、直列に接続されている各電極対には同じ電流値の電流が流れるので、下流側に位置する電気分解装置においてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、この下流側の電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。
7)前記ヒートポンプ給湯機において、前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに並列に接続されており、前記電源(53)は、前記第1電極対(491)に接続された第1電源(531)と、前記第2電極対(492)に接続された第2電源(532)とを含んでいてもよい。
この構成では、第1電気分解装置(1)と第2電気分解装置(2)の電気分解の効率をバランスよくコントロールすることができる。具体的に、例えば、一方の電気分解装置の電気分解性能が他方よりも高く、スケール成分の濃度(水の硬度)がより低下する場合には、電気分解性能の高い電気分解装置において、他の電気分解装置よりも電源の電圧を高くすることにより、水路(F)の下流側においても電気分解が効率よく行われる。
8)前記ヒートポンプ給湯機において、前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに直列に接続されており、前記電源(53)は、前記第1電極対(491)に接続された第1電源(531)と、前記第2電極対(492)に接続され、前記第1電源(531)よりも電圧の高い第2電源(532)とを含んでいてもよい。
この構成では、下流側電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。すなわち、この構成では、例えば各水路(F)を流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。具体的には、図8に示すように第2電気分解装置(2)及び第3電気分解装置(3)では、これらよりも上流に位置する第1電気分解装置(1)に比べて水路(F)を流れるスケール成分の濃度(水の硬度)が低くなる。この場合、第2電極対(492)及び第3電極対(493)に接続される第2電源(532)及び第3電源(533)の電圧を第1電源(531)よりも高くすることにより、下流側の電気分解装置(2,3)における電気分解効率の低下が抑制される。
以上説明したように、本発明のヒートポンプ給湯機では、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 (A)は、電気分解装置の一例を示す断面図であり、(B)は、前記電気分解装置の電極対に電圧を印加する電源の一例を示す概略図である。 第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第2実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第4実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第5実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第6実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 電気分解装置の他の例を示す断面図である。
[第1実施形態]
<ヒートポンプ給湯機>
以下、本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機11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、電気分解機構100と、これらを制御するコントローラ32とを備えている。
ヒートポンプユニット13は、冷媒回路10を備えており、冷媒回路10は、圧縮機19、水熱交換器21、電動膨張弁23、空気熱交換器25、及びこれらを接続する配管により構成されている。本実施形態では、ヒートポンプユニット13を循環する冷媒として二酸化炭素を用いている。冷媒は、水熱交換器21において貯湯ユニット17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。
貯湯ユニット17は、水を貯留するタンク15と、ポンプ31とを有している。タンク15と水熱交換器21とは、導水路により接続されている。前記導水路は、タンク15の水を水熱交換器21に送る入水配管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、水熱交換器21および出湯配管29をこの順に通過させてタンク15の上部に戻す。
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。
電気分解機構100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。電気分解機構100は、後述する複数の電気分解装置を有している(図3参照)。電気分解機構100については後述する。
コントローラ32は、制御部33と、メモリ34とを有している。メモリ34には、沸上げ運転のスケジュールなどが記憶されている。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。
次に、ヒートポンプ給湯機11の動作について説明する。ヒートポンプ給湯機11では、通常、夜間の低価格の電力を使って沸上げ運転を行うように沸上げ運転のスケジュールが設定されている。具体的に、例えば22時から6時までの間の時間帯に沸上げ運転が実行される。
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、電気分解機構100によって水に含まれるスケール成分が除去される。
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、循環式の前記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。
<電気分解機構>
図2(A)は、電気分解機構100に用いることができる電気分解装置1の一例を示す断面図である。図2(A)に示すように、電気分解装置1は、容器47と、複数の電極対49とを備えている。各電極対49は、隣り合う電極板51,52により構成される。
容器47は、略直方体の形状を有している。容器47は、水の流れの上流側に位置する第1壁部471と下流側に位置する第2壁部472と、これらの壁部471,472をつなぐ側壁部48とを有している。第1壁部471と第2壁部472は、側壁部48の延びる方向(複数の電極板51,52の配列方向)に対向している。
側壁部48は、第3壁部473と第4壁部474とを有している。第3壁部473と第4壁部474は、高さ方向(上下方向)に対向している。第3壁部473は、第4壁部474の下方に位置している。
第3壁部473には、スケール排出口61が設けられている。スケール排出口61は、容器47の長手方向のほぼ中間位置に設けられており、沸上げ運転中の電気分解により容器47内に溜まるスケールを容器47外に排出するためのものである。スケール排出口61には排出管64が接続されている。排出管64には開閉弁65が設けられている。開閉弁65の開閉動作は、制御部33により制御される。
第4壁部474には、ガス排出口62が設けられている。ガス排出口62は、容器47の長手方向の下流側(水流の下流側)の位置に設けられており、電気分解により生じるガスを容器47内から排出するためのものである。ガス排出口62には排出管66が接続されている。排出管66には図略の開閉弁が設けられている。この開閉弁の開閉動作は、制御部33により制御される。
第1壁部471は、水の入口として機能する第1流通口43を有している。第2壁部472は、水の出口として機能する第2流通口45を有している。第1流通口43及び第2流通口45には、入水配管27がそれぞれ接続される。第1流通口43は、第1壁部471において、第4壁部474よりも第3壁部473に近い下方位置に設けられている。第2流通口45は、第2壁部472において、第3壁部473よりも第4壁部474に近い上方位置に設けられている。
複数の電極板51,52は、容器47内に配設されている。複数の電極板51,52は、容器47の長手方向に沿って配列されている。電極板51,52の材料としては、チタン、白金、ニッケル、炭素、黒鉛、銅、ガラス質炭素などが例示できる。
複数の電極板51,52は、電極板の厚み方向に、間隔をあけて配列されている。各電極板は、その配列方向とほぼ垂直な方向に延びる姿勢で配置されている。複数の電極板51,52の配列方向は、側壁部48の延びる方向(容器47の長手方向)とほぼ一致している。各電極対49の電極板51,52同士の間隔はほぼ同じである。複数の電極板51,52は、電源53の一方の極に接続される複数の第1電極板51と、電源53の他方の極に接続される複数の第2電極板52とを含む。
各第1電極板51は、第3壁部473に位置する基端部から第4壁部474に向かってそれぞれ延設されている。各第1電極板51の基端部は、第3壁部473と略平行な方向に延設された第1連結部54につながっている。この第1連結部54は電源53の一方の極に接続されている。第1連結部54は、第3壁部473内に埋設されている。各第1電極板51の先端部(第4壁部474側の端部)と、第4壁部474の内面との間には水が流通可能な隙間G1が設けられている。
各第2電極板52は、第4壁部474に位置する基端部から第3壁部473に向かってそれぞれ延設されている。各第2電極板52の基端部は、第4壁部474と略平行な方向に延設された第2連結部56につながっている。この第2連結部56は電源53の他方の極に接続されている。第2連結部56は、第4壁部474内に埋設されている。各第2電極板52の先端部(第3壁部473側の端部)と、第3壁部473の内面との間には水が流通可能な隙間G2が設けられている。また、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる流路(水路)Fとして機能する。
図2(B)に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機には、各電極対49の極性を反転させるための反転機構63が設けられている。反転機構63は、制御部33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。
具体的に、反転機構63が図2において左側に示す状態のときには、第1連結部54及び複数の第1電極板51は電源53の負極につながり、第2連結部56及び複数の第2電極板52は電源53の正極につながる。一方、反転機構63が図2において右側示す状態のときには、第1連結部54及び複数の第1電極板51は電源53の正極につながり、第2連結部5及び複数の第2電極板52は電源53の負極につながる。なお、図3〜図9においては、反転機構63、スケール排出口61、排出管64、開閉弁65及びガス排出口62の記載を省略している。
このような構造を有する電気分解装置1では、第1流通口43から容器47内に流入した水が第2流通口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各電極対49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、反転機構63によって周期的に電極板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内に沈殿する。容器47内に沈殿したスケールは、スケール排出口61から排出される。
図3に示すように、第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機11の電気分解機構100は、複数の電気分解装置を有している。これらの電気分解装置は、第1電気分解装置1と、第2電気分解装置2と、第3電気分解装置3とを含む。
第1電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第1電極対491)が配設されている。各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第1水路F1)として機能する。同様に、第2電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第2電極対492)が配設されており、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第2水路F2)として機能する。同様に、第3電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第3電極対491)が配設されており、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第3水路F3)として機能する。第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、入水配管27に対して互いに並列に接続されている。
具体的に、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27は、流路が複数の分岐する分岐管271を有しており、この分岐管271が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。また、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27は、複数の流路が合流する合流管272を有しており、この合流管272が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。
複数の第1電極対491と、複数の第2電極対492と、複数の第3電極対493とは、電源53に対して互いに並列に接続されている。具体的に、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の各第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の各第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。
[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。この第2実施形態では、電気分解機構100において電源53の接続が第1実施形態とは異なっており、他の構成は第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と同じ構成については第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、第2実施形態では、各電気分解装置に対して電源53が個別に接続されている。電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、第1電気分解装置1の複数の第1電極対491に接続されており、第2電源532は、第2電気分解装置2の複数の第2電極対492に接続されており、第3電源533は、第3電気分解装置3の複数の第3電極対493に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1の第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1の第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。同様に、第2電気分解装置2の第1連結部54は、第2電源532の一方の極に接続されており、第2電気分解装置2の第2連結部56は、第2電源532の他方の極に接続されている。第3電気分解装置3についても同様である。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2、及び第3電源533の電圧E3は、例えば第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の電気分解性能の差に基づいて設定することができる。
具体的に、これらの電気分解装置1,2,3において、例えば容器47内の水路Fを流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。電気分解の効率が良く、電気分解性能の高い電気分解装置では、容器47内の水路Fの特に下流側においてスケール成分の濃度(水の硬度)が他の電気分解装置よりも低くなるので、水の電気伝導率も低くなり、電流値が低下する。そこで、電気分解性能の高い電気分解装置においては、他の電気分解装置よりも電源の電圧を高くすることにより、水路Fの下流側においても電気分解が効率よく行われる。
したがって、各電気分解装置には、水路Fを流れる水の水質を検知する図略のセンサを設けるのが好ましい。このようなセンサとしては、例えば水の導電率を測定するセンサ、カルシウムイオンの濃度を測定するセンサなどが挙げられる。制御部33は、各センサにより検知されるデータに基づいて第1電源531の電圧、第2電源532の電圧、及び第3電源533の電圧を変動させる(調節する)制御を実行することができる。
また、電気分解装置1,2,3において、例えば容器47内の電極板51又は電極板52に析出するスケールの析出状態、容器47内に沈殿するスケールの沈殿状態などに基づいて各電源の電圧を調節してもよい。
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第3実施形態では、電気分解機構100は、第1電気分解装置セット1Sと、第2電気分解装置セット2Sと、第3電気分解装置セット3Sとを含む。
第1電気分解装置セット1Sは、上流側第1電気分解装置1Uと、この上流側第1電気分解装置1Uよりも下流側に位置する下流側第1電気分解装置1M(中間第1電気分解装置1M)と、この中間第1電気分解装置1Mよりもさらに下流側に位置する下流側第1電気分解装置1Dとを含む。
これらの電気分解装置1U,1M,1Dは、第1水路F1をそれぞれ有している。具体的に、上流側第1電気分解装置1Uは、上流側第1水路F1を有しており、中間第1電気分解装置1Mは、下流側第1水路F1(中間第1水路F1)を有しており、下流側第1電気分解装置1Dは、下流側第1水路F1を有している。これらの第1水路F1,F1,F1は、直列に接続されている。上流側第1水路F1と中間第1水路F1とは、配管27aによって接続されており、中間第1水路F1と、下流側第1電気分解装置1Dの下流側第1水路F1とは、配管27bによって接続されている。
第1電気分解装置セット1Sと同様に、第2電気分解装置セット2Sは、3つの電気分解装置2U,2M,2Dの第2水路F2,F2,F2が直列に接続されており、第3電気分解装置セット3Sは、3つの電気分解装置3U,3M,3Dの第3水路F3,F3,F3が直列に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sの第1水路F1,F1,F1と、第2電気分解装置セット2Sの第2水路F2,F2,F2と、第3電気分解装置セット3Sの第3水路F3,F3,F3とは、入水配管27に対して互いに並列に接続されている。具体的に、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27の分岐管271が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されており、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27の合流管272が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sの各第1水路F1には、複数の第1電極対491が配設されている。具体的に、上流側第1水路F1には、複数の上流側第1電極対491が配設されており、中間第1水路F1には、複数の下流側第1電極対491(中間第1電極対491)が配設されており、下流側第1水路F1には、複数の下流側第1電極対491が配設されている。これらの上流側第1電極対491、中間第1電極対491及び下流側第1電極対491は、電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、上流側第1電気分解装置1Uにおける第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、下流側第1電気分解装置1Dにおける第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、上流側第1電気分解装置1Uにおける第2連結部56は、中間第1電気分解装置1Mにおける第1連結部54に接続されており、中間第1電気分解装置1Mにおける第2連結部56は、下流側第1電気分解装置1Dにおける第1連結部54に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sと同様に、第2電気分解装置セット2Sの各第2水路F2には、複数の第2電極対492が配設されている。第2電気分解装置セット2Sでは、上流側第2電気分解装置2Uの上流側第2電極対492、中間第2電気分解装置2Mの下流側第2電極対492(中間第2電極対492)及び下流側第2電気分解装置2Dの下流側第2電極対492は、電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、上流側第2電気分解装置2Uにおける第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、下流側第2電気分解装置2Dにおける第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、上流側第2電気分解装置2Uにおける第2連結部56は、中間第2電気分解装置2Mにおける第1連結部54に接続されており、中間第2電気分解装置2Mにおける第2連結部56は、下流側第2電気分解装置2Dにおける第1連結部54に接続されている。第3電気分解装置セット3Sについても同様であるので、詳細な説明を省略する。
以上のように、電源53に対して、第1電気分解装置セット1Sにおける第1電極対491と、第2電気分解装置セット2Sにおける第2電極対492と、第3電気分解装置セット3Sにおける第3電極対493とは、互いに並列に接続されている。
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第4実施形態では、第3実施形態と同様に、電気分解機構100は、第1電気分解装置セット1Sと、第2電気分解装置セット2Sと、第3電気分解装置セット3Sとを含む。これらの電気分解装置セットの各水路Fの接続構造は、第3実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。第4実施形態では、電源53の接続が第3実施形態と異なっている。
図6に示すように、第4実施形態では、電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、各電気分解装置セットにおける上流側電気分解装置1U,2U,3Uに接続されている。これらの上流側電気分解装置1U,2U,3Uは、第1電源531に対して並列に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置セット1Sの上流側第1電気分解装置1Uにおける第1連結部54、第2電気分解装置セット2Sの上流側第2電気分解装置2Uにおける第1連結部54、及び第3電気分解装置セット3Sの上流側第3電気分解装置3Uにおける第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されている。第1電気分解装置セット1Sの上流側第1電気分解装置1Uにおける第2連結部56、第2電気分解装置セット2Sの上流側第2電気分解装置2Uにおける第2連結部56、及び第3電気分解装置セット3Sの上流側第3電気分解装置3Uにおける第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。
同様に、第2電源532は、各電気分解装置セットにおける中間電気分解装置1M,2M,3Mに接続されている。これらの中間電気分解装置1M,2M,3Mは、第2電源532に対して並列に接続されている。また、第3電源533は、各電気分解装置セットにおける下流側電気分解装置1D,2D,3Dに接続されている。これらの下流側電気分解装置1D,2D,3Dは、第3電源533に対して並列に接続されている。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3は、E3>E2>E1の関係を満たすように調節される。すなわち、第3電源533の電圧E3が最も高く、第1電源531の電圧E1が最も低くなるように各電圧が調節される。
[第5実施形態]
図7は、本発明の第5実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第5実施形態では、電気分解機構100において複数の電気分解装置1,2,3の水路F1,F2,F3が直列に連結され、かつ複数の電気分解装置1,2,3の電極対491,492,493が電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1における第1水路F1の上流端は、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27に接続されており、第3電気分解装置3における第3水路F3の下流端は、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27に接続されている。第1水路F1と第2水路F2とは、配管27aによって接続されており、第2水路F2と第3水路F3とは、配管27bによって接続されている。
第1電気分解装置1における第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、第3電気分解装置3における第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、第1電気分解装置1における第2連結部56は、第2電気分解装置2における第1連結部54に接続されており、第2電気分解装置2における第2連結部56は、第3電気分解装置3における第1連結部54に接続されている。
[第6実施形態]
図8は、本発明の第6実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第6実施形態では、電気分解機構100において複数の電気分解装置1,2,3の水路F1,F2,F3が直列に連結されている点は第5実施形態と同様であるが、各電気分解装置の電極対が個別の電源53に接続されている点で第5実施形態と異なっている。
図8に示すように、電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、第1電気分解装置1の複数の第1電極対491に接続されており、第2電源532は、第2電気分解装置2の複数の第2電極対492に接続されており、第3電源533は、第3電気分解装置3の複数の第3電極対493に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1の第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1の第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。同様に、第2電気分解装置2の第1連結部54は、第2電源532の一方の極に接続されており、第2電気分解装置2の第2連結部56は、第2電源532の他方の極に接続されている。第3電気分解装置3についても同様である。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3は、E3>E2>E1の関係を満たすように調節される。すなわち、第3電源533の電圧E3が最も高く、第1電源531の電圧E1が最も低くなるように各電圧が調節される。
以上説明したように、各実施形態では、ヒートポンプ給湯機11において、第1電気分解装置の第1水路F1と第2電気分解装置の第2水路F2とが、前記水の流路において互いに並列に又は直列に接続されている。すなわち、この構成では、ヒートポンプ給湯機11の容量に応じて複数の電気分解装置を互いに接続することにより、必要とされる電気分解能力を得るこことができるので、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
第1実施形態では、第1水路F1及び第2水路F2が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、第1実施形態では、第1電極対531、第2電極対532及び第3電極対533が電源53に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対531と第2電極対532と第3電極対533とに同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。第1電気分解装置及び第2電気分解装置において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
第3,4実施形態では、ヒートポンプ給湯機11は、第1水路F1よりも下流側において第1水路F1に対して直列に接続された下流側第1水路F1内に設けられた下流側第1電極対491を有する下流側第1電気分解装置1M,1Dと、第2水路F2よりも下流側において第2水路F2に対して直列に接続された下流側第2水路F2内に設けられた下流側第2電極対492を有する下流側第2電気分解装置2M,2Dと、第3水路F3よりも下流側において第3水路F3に対して直列に接続された下流側第3水路F3内に設けられた下流側第3電極対493を有する下流側第3電気分解装置3M,3Dと、をさらに備えている。第1水路F1及び下流側第1水路F1と、第2水路F2及び下流側第2水路F2と、第3水路F3及び下流側第1水路F3とは、互いに並列に接続されている。したがって、ヒートポンプ給湯機11がかなりの大容量である場合でも、必要とされる容量に応じて直列接続及び/又は並列接続を組み合わせることにより大容量化に容易に対応できる。また、このように水路が並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、第3実施形態では、3つの第1電極対491(上流側第1電極対491、中間第1電極対491及び下流側第1電極対491)は、電源53に対して直列に接続されている。3つの第2電極対492(上流側第2電極対492、中間第2電極対492及び下流側第2電極対492)は、電源53に対して直列に接続されている。3つの第3電極対493(上流側第3電極対493、中間第3電極対493及び下流側第3電極対493)は、電源53に対して直列に接続されている。このように直列接続されている電極対49には同じ電流値の電流が流れるので、下流側電気分解装置1M,2M,1D,2Dにおいてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、これらの下流側電気分解装置1M,2M,1D,2Dにおける電気分解効率の低下が抑制される。
また、第3実施形態では、第1電極対491,491,491と、第2電極対492,492,492と、第3電極対493,493,493とは、電源53に対して互いに並列に接続されているので、第1電極対491と第2電極対492と第3電極対493に同じ電圧をかけることができる。したがって、第1電気分解装置セット1S、第2電気分解装置セット2S及び第3電気分解装置セット3Sにおいて、スケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が他よりも低い電気分解装置セットにおいては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、電気分解装置セットの電気分解効率に差が生じるのが抑制される。また、電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
第4実施形態では、電源53は、第1電源531と、第1電源531よりも電圧の高い第2電源532と、第2電源532よりも電圧の高い第3電源533とを含む。上流側第1電極対491、上流側第2電極対492及び上流側第3電極対493は、第1電源531に対して互いに並列に接続されている。中間第1電極対491、中間第2電極対492及び中間第3電極対493は、第2電源532に対して互いに並列に接続されている。下流側第1電極対491、下流側第2電極対492及び下流側第3電極対493は、第3電源533に対して互いに並列に接続されている。したがって、中間電気分解装置1M,2M,3M及び下流側電気分解装置1D,2D,3Dにおける電気分解効率の低下が抑制される。
第5実施形態では、第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、互いに直列に接続されており、第1電極対491、第2電極対492及び第3電極対493は、電源53に対して互いに直列に接続されている。第5実施形態では、直列に接続されている各電極対49には同じ電流値の電流が流れるので、下流側に位置する電気分解装置においてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、この下流側の電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。
第2実施形態では、第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、互いに並列に接続されており、電源53は、第1電極対491に接続された第1電源531と、第2電極対492に接続された第2電源532と、第3電極対493に接続された第3電源531とを含む。
この第2実施形態では、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の電気分解の効率をバランスよくコントロールすることができる。具体的に、例えば、いずれかの電気分解装置の電気分解性能が他方よりも高い場合には、電気分解性能の高い電気分解装置において、他の電気分解装置よりも電源の電圧を高くすることにより、水路Fの下流側においても電気分解が効率よく行われる。
第6実施形態では、前記第1水路F1及び前記第2水路F2は、互いに並列に接続されており、前記電源は、前記第1電極対に接続された第1電源と、前記第2電極対に接続された第2電源とを含んでいる。また、第6実施形態では、前記第1水路F1及び前記第2水路F2は、互いに直列に接続されており、前記電源は、前記第1電極対に接続された第1電源と、前記第2電極対に接続され、前記第1電源よりも電圧の高い第2電源とを含んでいる。
この第6実施形態では、下流側電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。すなわち、この第6実施形態では、例えば各水路Fを流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。具体的には、図8に示すように第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3では、これらよりも上流に位置する第1電気分解装置1に比べて水路Fを流れるスケール成分の濃度(水の硬度)が低くなる。この場合、第2電極対492及び第3電極対493に接続される第2電源532及び第3電源533の電圧を第1電源531よりも高くすることにより、下流側の電気分解装置2,3における電気分解効率の低下が抑制される。
(他の実施形態)
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。
例えば、前記実施形態では、電気分解装置1が複数の電極対49を有している形態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1としては、例えば図9に示すように容器47内に単一の電極対49が配置された形態であってもよい。
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1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1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1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。
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。
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。
第4実施形態及び第6実施形態では、電源53が第1電源531、第2電源532及び第3電源533を含み、これらの電圧がE3>E2>E1の関係を満たす場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3がE3=E2>E1の関係を満たす形態であってもよく、また、E3>E2=E1の関係を満たす形態であってもよい。
1 第1電気分解装置
1U 上流側第1電気分解装置
1M 中間第1電気分解装置
1D 下流側第1電気分解装置
2 第2電気分解装置
2U 上流側第2電気分解装置
2M 中間第2電気分解装置
2D 下流側第2電気分解装置
3 第3電気分解装置
3U 上流側第3電気分解装置
3M 中間第3電気分解装置
3D 下流側第3電気分解装置
10 冷媒回路
11 ヒートポンプ給湯機
15 タンク
21 水熱交換器
27 入水配管
29 出湯配管
35 給湯配管
37 給水配管
49 電極対
491 第1電極対
492 第2電極対
493 第3電極対
51 第1電極板
52 第2電極板
53 電源
531 第1電源
532 第2電源
533 第3電源
100 電気分解機構
本発明は、電気分解装置を備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。
一般に、ヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンクと、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導水路とを備えている。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。
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。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。
例えば特許文献1には、燃焼ガスの流路内に燃焼ガスと水との熱交換器を設けた給湯器が開示されている。この給湯器では、熱交換器の給水入口側の配管に電極式スケール成分沈殿析出装置が設けられている。特許文献1では、電極式スケール成分沈殿析出装置においてスケール成分の一部を電極の表面に析出させることにより、熱交換器においてスケールが堆積するのを防止できる、とされている。
特開平3−170747号公報
ところで、例えば一般家庭用の比較的小容量のヒートポンプ給湯機と、例えば業務用などの大容量のヒートポンプ給湯機とでは、必要とされる電気分解装置の能力も異なるので、これらの電気分解能力に応じて電気分解装置を設計し製造する必要がある。したがって、電気分解装置のラインアップ数が増大するという問題がある。また、大容量のヒートポンプ給湯機では、電気分解装置が大型化するという問題がある。
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、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できるヒートポンプ給湯機を提供することにある。
発明のヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンク(15)と、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器(21)を有する冷媒回路(10)と、前記タンク(15)に貯留された水を前記水熱交換器(21)に送り、前記水熱交換器(21)において加熱された水を前記タンク(15)に戻す導水路(27,29)と、前記導水路(27,29)を含む水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側の第1水路(F1)内に設けられた第1電極対(491)を有する第1電気分解装置(1)と、前記水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側に設けられ、前記第1水路(F1)と互いに並列に又は直列に接続された第2水路(F2)内に設けられた第2電極対(492)を有する第2電気分解装置(2)と、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)に電圧を印加する電源(53)と、を備えている。
この構成では、ヒートポンプ給湯機において、第1電気分解装置(1)の第1水路(F1)と第2電気分解装置(2)の第2水路(F2)とが、前記水の流路において互いに並列に又は直列に接続されている。すなわち、この構成では、ヒートポンプ給湯機の容量に応じて複数の電気分解装置を互いに接続することにより、必要とされる電気分解能力を得るこことができるので、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
記ヒートポンプ給湯機において、前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに並列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されている。
この構成では、第1水路(F1)及び第2水路(F2)が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、この構成では、第1電極対(491)及び第2電極対(492)が電源(53)に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対(491)と第2電極対(492)に同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。第1電気分解装置(1)及び第2電気分解装置(2)において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
本発明の他のヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンク(15)と、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器(21)を有する冷媒回路(10)と、前記タンク(15)に貯留された水を前記水熱交換器(21)に送り、前記水熱交換器(21)において加熱された水を前記タンク(15)に戻す導水路(27,29)と、前記導水路(27,29)を含む水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側の第1水路(F1)内に設けられた第1電極対(491)を有する第1電気分解装置(1)と、前記水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側に設けられ、前記第1水路(F1)と互いに並列に接続された第2水路(F2)内に設けられた第2電極対(492)を有する第2電気分解装置(2)と、前記第1水路(F1)よりも下流側において前記第1水路(F1)に対して直列に接続された下流側第1水路(F1)内に設けられた下流側第1電極対(491)を有する下流側第1電気分解装置(1M)と、前記第2水路(F2)よりも下流側において前記第2水路(F2)に対して直列に接続された下流側第2水路(F2)内に設けられた下流側第2電極対(492)を有する下流側第2電気分解装置(2M)と、前記第1電極対(491)、前記第2電極対(492)、下流側第1電極対(491)及び下流側第2電極対(492)に電圧を印加する電源(53)と、を備え、前記第1水路(F1)及び前記下流側第1水路(F1)と、前記第2水路(F2)及び前記下流側第2水路(F2)とは、互いに並列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)と、前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)とは、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されている
この構成では、ヒートポンプ給湯機がかなりの大容量である場合でも、必要とされる容量に応じて直列接続及び/又は並列接続を組み合わせることにより大容量化に容易に対応できる。
この構成では、直列接続されている電極対には同じ電流値の電流が流れるので、下流側電気分解装置(1M,2M)においてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、この下流側電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。
また、この構成では、第1水路(F1)及び第2水路(F2)が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、この構成では、第1電極対(491)及び第2電極対(492)が電源(53)に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対(491)と第2電極対(492)に同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。すなわち、第1電気分解装置(1)及び第2電気分解装置(2)において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
本発明のさらに他のヒートポンプ給湯機は、水を貯留するタンク(15)と、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器(21)を有する冷媒回路(10)と、前記タンク(15)に貯留された水を前記水熱交換器(21)に送り、前記水熱交換器(21)において加熱された水を前記タンク(15)に戻す導水路(27,29)と、前記導水路(27,29)を含む水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側の第1水路(F1)内に設けられた第1電極対(491)を有する第1電気分解装置(1)と、前記水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側に設けられ、前記第1水路(F1)と互いに並列に接続された第2水路(F2)内に設けられた第2電極対(492)を有する第2電気分解装置(2)と、前記第1水路(F1)よりも下流側において前記第1水路(F1)に対して直列に接続された下流側第1水路(F1)内に設けられた下流側第1電極対(491)を有する下流側第1電気分解装置(1M)と、前記第2水路(F2)よりも下流側において前記第2水路(F2)に対して直列に接続された下流側第2水路(F2)内に設けられた下流側第2電極対(492)を有する下流側第2電気分解装置(2M)と、前記第1電極対(491)、前記第2電極対(492)、下流側第1電極対(491)及び下流側第2電極対(492)に電圧を印加する電源(53)と、を備え、前記第1水路(F1)及び前記下流側第1水路(F1)と、前記第2水路(F2)及び前記下流側第2水路(F2)とは、互いに並列に接続されており、前記電源(53)は、第1電源(531)と、第2電源(532)とを含み、前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記第1電源(531)に対して互いに並列に接続されており、前記下流側第1電極対(491)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記第2電源(532)に対して互いに並列に接続されている
この場合、前記第2電源(532)により印加される電圧は、前記第1電源(531)により印加される電圧よりも高いことが好ましい。この構成では、下流側電気分解装置(1M,2M)における電気分解効率の低下が抑制される。すなわち、この構成では、例えば各水路(F)を流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。具体的には、図6に示すように下流側第1電気分解装置(1M,1D)及び下流側第2電気分解装置(2M,2D)では、これらよりも上流に位置する第1電気分解装置(1U)及び第2電気分解装置(2U)に比べて水路(F)を流れるスケール成分の濃度(水の硬度)が低くなる。この場合、下流側第1電極対(491)及び下流側第2電極対(492)に接続される第2電源(532)及び第3電源(533)の電圧を第1電源(531)よりも高くすることにより、下流側の電気分解装置(1M,1D,2M,2D)における電気分解効率の低下が抑制される
以上説明したように、本発明のヒートポンプ給湯機では、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 (A)は、電気分解装置の一例を示す断面図であり、(B)は、前記電気分解装置の電極対に電圧を印加する電源の一例を示す概略図である。 第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 第2形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 本発明の第4実施形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 第5形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 第6形態に係るヒートポンプ給湯機における複数の電気分解装置の接続構造を示す概略図である。 電気分解装置の他の例を示す断面図である。
[第1実施形態]
<ヒートポンプ給湯機>
以下、本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機11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、電気分解機構100と、これらを制御するコントローラ32とを備えている。
ヒートポンプユニット13は、冷媒回路10を備えており、冷媒回路10は、圧縮機19、水熱交換器21、電動膨張弁23、空気熱交換器25、及びこれらを接続する配管により構成されている。本実施形態では、ヒートポンプユニット13を循環する冷媒として二酸化炭素を用いている。冷媒は、水熱交換器21において貯湯ユニット17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。
貯湯ユニット17は、水を貯留するタンク15と、ポンプ31とを有している。タンク15と水熱交換器21とは、導水路により接続されている。前記導水路は、タンク15の水を水熱交換器21に送る入水配管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、水熱交換器21および出湯配管29をこの順に通過させてタンク15の上部に戻す。
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。
電気分解機構100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。電気分解機構100は、後述する複数の電気分解装置を有している(図3参照)。電気分解機構100については後述する。
コントローラ32は、制御部33と、メモリ34とを有している。メモリ34には、沸上げ運転のスケジュールなどが記憶されている。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。
次に、ヒートポンプ給湯機11の動作について説明する。ヒートポンプ給湯機11では、通常、夜間の低価格の電力を使って沸上げ運転を行うように沸上げ運転のスケジュールが設定されている。具体的に、例えば22時から6時までの間の時間帯に沸上げ運転が実行される。
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、電気分解機構100によって水に含まれるスケール成分が除去される。
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、循環式の前記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。
<電気分解機構>
図2(A)は、電気分解機構100に用いることができる電気分解装置1の一例を示す断面図である。図2(A)に示すように、電気分解装置1は、容器47と、複数の電極対49とを備えている。各電極対49は、隣り合う電極板51,52により構成される。
容器47は、略直方体の形状を有している。容器47は、水の流れの上流側に位置する第1壁部471と下流側に位置する第2壁部472と、これらの壁部471,472をつなぐ側壁部48とを有している。第1壁部471と第2壁部472は、側壁部48の延びる方向(複数の電極板51,52の配列方向)に対向している。
側壁部48は、第3壁部473と第4壁部474とを有している。第3壁部473と第4壁部474は、高さ方向(上下方向)に対向している。第3壁部473は、第4壁部474の下方に位置している。
第3壁部473には、スケール排出口61が設けられている。スケール排出口61は、容器47の長手方向のほぼ中間位置に設けられており、沸上げ運転中の電気分解により容器47内に溜まるスケールを容器47外に排出するためのものである。スケール排出口61には排出管64が接続されている。排出管64には開閉弁65が設けられている。開閉弁65の開閉動作は、制御部33により制御される。
第4壁部474には、ガス排出口62が設けられている。ガス排出口62は、容器47の長手方向の下流側(水流の下流側)の位置に設けられており、電気分解により生じるガスを容器47内から排出するためのものである。ガス排出口62には排出管66が接続されている。排出管66には図略の開閉弁が設けられている。この開閉弁の開閉動作は、制御部33により制御される。
第1壁部471は、水の入口として機能する第1流通口43を有している。第2壁部472は、水の出口として機能する第2流通口45を有している。第1流通口43及び第2流通口45には、入水配管27がそれぞれ接続される。第1流通口43は、第1壁部471において、第4壁部474よりも第3壁部473に近い下方位置に設けられている。第2流通口45は、第2壁部472において、第3壁部473よりも第4壁部474に近い上方位置に設けられている。
複数の電極板51,52は、容器47内に配設されている。複数の電極板51,52は、容器47の長手方向に沿って配列されている。電極板51,52の材料としては、チタン、白金、ニッケル、炭素、黒鉛、銅、ガラス質炭素などが例示できる。
複数の電極板51,52は、電極板の厚み方向に、間隔をあけて配列されている。各電極板は、その配列方向とほぼ垂直な方向に延びる姿勢で配置されている。複数の電極板51,52の配列方向は、側壁部48の延びる方向(容器47の長手方向)とほぼ一致している。各電極対49の電極板51,52同士の間隔はほぼ同じである。複数の電極板51,52は、電源53の一方の極に接続される複数の第1電極板51と、電源53の他方の極に接続される複数の第2電極板52とを含む。
各第1電極板51は、第3壁部473に位置する基端部から第4壁部474に向かってそれぞれ延設されている。各第1電極板51の基端部は、第3壁部473と略平行な方向に延設された第1連結部54につながっている。この第1連結部54は電源53の一方の極に接続されている。第1連結部54は、第3壁部473内に埋設されている。各第1電極板51の先端部(第4壁部474側の端部)と、第4壁部474の内面との間には水が流通可能な隙間G1が設けられている。
各第2電極板52は、第4壁部474に位置する基端部から第3壁部473に向かってそれぞれ延設されている。各第2電極板52の基端部は、第4壁部474と略平行な方向に延設された第2連結部56につながっている。この第2連結部56は電源53の他方の極に接続されている。第2連結部56は、第4壁部474内に埋設されている。各第2電極板52の先端部(第3壁部473側の端部)と、第3壁部473の内面との間には水が流通可能な隙間G2が設けられている。また、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる流路(水路)Fとして機能する。
図2(B)に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機には、各電極対49の極性を反転させるための反転機構63が設けられている。反転機構63は、制御部33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。
具体的に、反転機構63が図2において左側に示す状態のときには、第1連結部54及び複数の第1電極板51は電源53の負極につながり、第2連結部56及び複数の第2電極板52は電源53の正極につながる。一方、反転機構63が図2において右側示す状態のときには、第1連結部54及び複数の第1電極板51は電源53の正極につながり、第2連結部5及び複数の第2電極板52は電源53の負極につながる。なお、図3〜図9においては、反転機構63、スケール排出口61、排出管64、開閉弁65及びガス排出口62の記載を省略している。
このような構造を有する電気分解装置1では、第1流通口43から容器47内に流入した水が第2流通口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各電極対49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、反転機構63によって周期的に電極板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内に沈殿する。容器47内に沈殿したスケールは、スケール排出口61から排出される。
図3に示すように、第1実施形態に係るヒートポンプ給湯機11の電気分解機構100は、複数の電気分解装置を有している。これらの電気分解装置は、第1電気分解装置1と、第2電気分解装置2と、第3電気分解装置3とを含む。
第1電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第1電極対491)が配設されている。各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第1水路F1)として機能する。同様に、第2電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第2電極対492)が配設されており、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第2水路F2)として機能する。同様に、第3電気分解装置1では、容器47内に複数の電極対49(第3電極対491)が配設されており、各電極対49における電極板51,52同士の隙間は、水が流れる水路F(第3水路F3)として機能する。第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、入水配管27に対して互いに並列に接続されている。
具体的に、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27は、流路が複数の分岐する分岐管271を有しており、この分岐管271が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。また、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27は、複数の流路が合流する合流管272を有しており、この合流管272が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。
複数の第1電極対491と、複数の第2電極対492と、複数の第3電極対493とは、電源53に対して互いに並列に接続されている。具体的に、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の各第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の各第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。
[第2形態]
図4は、第2形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。この第2形態では、電気分解機構100において電源53の接続が第1実施形態とは異なっており、他の構成は第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と同じ構成については第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、第2形態では、各電気分解装置に対して電源53が個別に接続されている。電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、第1電気分解装置1の複数の第1電極対491に接続されており、第2電源532は、第2電気分解装置2の複数の第2電極対492に接続されており、第3電源533は、第3電気分解装置3の複数の第3電極対493に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1の第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1の第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。同様に、第2電気分解装置2の第1連結部54は、第2電源532の一方の極に接続されており、第2電気分解装置2の第2連結部56は、第2電源532の他方の極に接続されている。第3電気分解装置3についても同様である。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2、及び第3電源533の電圧E3は、例えば第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の電気分解性能の差に基づいて設定することができる。
具体的に、これらの電気分解装置1,2,3において、例えば容器47内の水路Fを流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。電気分解の効率が良く、電気分解性能の高い電気分解装置では、容器47内の水路Fの特に下流側においてスケール成分の濃度(水の硬度)が他の電気分解装置よりも低くなるので、水の電気伝導率も低くなり、電流値が低下する。そこで、電気分解性能の高い電気分解装置においては、他の電気分解装置よりも電源の電圧を高くすることにより、水路Fの下流側においても電気分解が効率よく行われる。
したがって、各電気分解装置には、水路Fを流れる水の水質を検知する図略のセンサを設けるのが好ましい。このようなセンサとしては、例えば水の導電率を測定するセンサ、カルシウムイオンの濃度を測定するセンサなどが挙げられる。制御部33は、各センサにより検知されるデータに基づいて第1電源531の電圧、第2電源532の電圧、及び第3電源533の電圧を変動させる(調節する)制御を実行することができる。
また、電気分解装置1,2,3において、例えば容器47内の電極板51又は電極板52に析出するスケールの析出状態、容器47内に沈殿するスケールの沈殿状態などに基づいて各電源の電圧を調節してもよい。
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第3実施形態では、電気分解機構100は、第1電気分解装置セット1Sと、第2電気分解装置セット2Sと、第3電気分解装置セット3Sとを含む。
第1電気分解装置セット1Sは、上流側第1電気分解装置1Uと、この上流側第1電気分解装置1Uよりも下流側に位置する下流側第1電気分解装置1M(中間第1電気分解装置1M)と、この中間第1電気分解装置1Mよりもさらに下流側に位置する下流側第1電気分解装置1Dとを含む。
これらの電気分解装置1U,1M,1Dは、第1水路F1をそれぞれ有している。具体的に、上流側第1電気分解装置1Uは、上流側第1水路F1を有しており、中間第1電気分解装置1Mは、下流側第1水路F1(中間第1水路F1)を有しており、下流側第1電気分解装置1Dは、下流側第1水路F1を有している。これらの第1水路F1,F1,F1は、直列に接続されている。上流側第1水路F1と中間第1水路F1とは、配管27aによって接続されており、中間第1水路F1と、下流側第1電気分解装置1Dの下流側第1水路F1とは、配管27bによって接続されている。
第1電気分解装置セット1Sと同様に、第2電気分解装置セット2Sは、3つの電気分解装置2U,2M,2Dの第2水路F2,F2,F2が直列に接続されており、第3電気分解装置セット3Sは、3つの電気分解装置3U,3M,3Dの第3水路F3,F3,F3が直列に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sの第1水路F1,F1,F1と、第2電気分解装置セット2Sの第2水路F2,F2,F2と、第3電気分解装置セット3Sの第3水路F3,F3,F3とは、入水配管27に対して互いに並列に接続されている。具体的に、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27の分岐管271が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されており、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27の合流管272が第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sの各第1水路F1には、複数の第1電極対491が配設されている。具体的に、上流側第1水路F1には、複数の上流側第1電極対491が配設されており、中間第1水路F1には、複数の下流側第1電極対491(中間第1電極対491)が配設されており、下流側第1水路F1には、複数の下流側第1電極対491が配設されている。これらの上流側第1電極対491、中間第1電極対491及び下流側第1電極対491は、電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、上流側第1電気分解装置1Uにおける第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、下流側第1電気分解装置1Dにおける第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、上流側第1電気分解装置1Uにおける第2連結部56は、中間第1電気分解装置1Mにおける第1連結部54に接続されており、中間第1電気分解装置1Mにおける第2連結部56は、下流側第1電気分解装置1Dにおける第1連結部54に接続されている。
第1電気分解装置セット1Sと同様に、第2電気分解装置セット2Sの各第2水路F2には、複数の第2電極対492が配設されている。第2電気分解装置セット2Sでは、上流側第2電気分解装置2Uの上流側第2電極対492、中間第2電気分解装置2Mの下流側第2電極対492(中間第2電極対492)及び下流側第2電気分解装置2Dの下流側第2電極対492は、電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、上流側第2電気分解装置2Uにおける第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、下流側第2電気分解装置2Dにおける第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、上流側第2電気分解装置2Uにおける第2連結部56は、中間第2電気分解装置2Mにおける第1連結部54に接続されており、中間第2電気分解装置2Mにおける第2連結部56は、下流側第2電気分解装置2Dにおける第1連結部54に接続されている。第3電気分解装置セット3Sについても同様であるので、詳細な説明を省略する。
以上のように、電源53に対して、第1電気分解装置セット1Sにおける第1電極対491と、第2電気分解装置セット2Sにおける第2電極対492と、第3電気分解装置セット3Sにおける第3電極対493とは、互いに並列に接続されている。
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第4実施形態では、第3実施形態と同様に、電気分解機構100は、第1電気分解装置セット1Sと、第2電気分解装置セット2Sと、第3電気分解装置セット3Sとを含む。これらの電気分解装置セットの各水路Fの接続構造は、第3実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。第4実施形態では、電源53の接続が第3実施形態と異なっている。
図6に示すように、第4実施形態では、電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、各電気分解装置セットにおける上流側電気分解装置1U,2U,3Uに接続されている。これらの上流側電気分解装置1U,2U,3Uは、第1電源531に対して並列に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置セット1Sの上流側第1電気分解装置1Uにおける第1連結部54、第2電気分解装置セット2Sの上流側第2電気分解装置2Uにおける第1連結部54、及び第3電気分解装置セット3Sの上流側第3電気分解装置3Uにおける第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されている。第1電気分解装置セット1Sの上流側第1電気分解装置1Uにおける第2連結部56、第2電気分解装置セット2Sの上流側第2電気分解装置2Uにおける第2連結部56、及び第3電気分解装置セット3Sの上流側第3電気分解装置3Uにおける第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。
同様に、第2電源532は、各電気分解装置セットにおける中間電気分解装置1M,2M,3Mに接続されている。これらの中間電気分解装置1M,2M,3Mは、第2電源532に対して並列に接続されている。また、第3電源533は、各電気分解装置セットにおける下流側電気分解装置1D,2D,3Dに接続されている。これらの下流側電気分解装置1D,2D,3Dは、第3電源533に対して並列に接続されている。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3は、E3>E2>E1の関係を満たすように調節される。すなわち、第3電源533の電圧E3が最も高く、第1電源531の電圧E1が最も低くなるように各電圧が調節される。
[第5形態]
図7は、第5形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第5形態では、電気分解機構100において複数の電気分解装置1,2,3の水路F1,F2,F3が直列に連結され、かつ複数の電気分解装置1,2,3の電極対491,492,493が電源53に対して直列に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1における第1水路F1の上流端は、電気分解機構100よりも上流側に位置する入水配管27に接続されており、第3電気分解装置3における第3水路F3の下流端は、電気分解機構100よりも下流側に位置する入水配管27に接続されている。第1水路F1と第2水路F2とは、配管27aによって接続されており、第2水路F2と第3水路F3とは、配管27bによって接続されている。
第1電気分解装置1における第1連結部54は、電源53の一方の極に接続されており、第3電気分解装置3における第2連結部56は、電源53の他方の極に接続されている。そして、第1電気分解装置1における第2連結部56は、第2電気分解装置2における第1連結部54に接続されており、第2電気分解装置2における第2連結部56は、第3電気分解装置3における第1連結部54に接続されている。
[第6形態]
図8は、第6形態に係るヒートポンプ給湯機11における電気分解機構100を示す概略図である。第6形態では、電気分解機構100において複数の電気分解装置1,2,3の水路F1,F2,F3が直列に連結されている点は第5形態と同様であるが、各電気分解装置の電極対が個別の電源53に接続されている点で第5形態と異なっている。
図8に示すように、電源53は、第1電源531と、第2電源532と、第3電源533とを含む。第1電源531は、第1電気分解装置1の複数の第1電極対491に接続されており、第2電源532は、第2電気分解装置2の複数の第2電極対492に接続されており、第3電源533は、第3電気分解装置3の複数の第3電極対493に接続されている。
具体的に、第1電気分解装置1の第1連結部54は、第1電源531の一方の極に接続されており、第1電気分解装置1の第2連結部56は、第1電源531の他方の極に接続されている。同様に、第2電気分解装置2の第1連結部54は、第2電源532の一方の極に接続されており、第2電気分解装置2の第2連結部56は、第2電源532の他方の極に接続されている。第3電気分解装置3についても同様である。
第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3は、E3>E2>E1の関係を満たすように調節される。すなわち、第3電源533の電圧E3が最も高く、第1電源531の電圧E1が最も低くなるように各電圧が調節される。
以上説明したように、各実施形態では、ヒートポンプ給湯機11において、第1電気分解装置の第1水路F1と第2電気分解装置の第2水路F2とが、前記水の流路において互いに並列に又は直列に接続されている。すなわち、この構成では、ヒートポンプ給湯機11の容量に応じて複数の電気分解装置を互いに接続することにより、必要とされる電気分解能力を得るこことができるので、電気分解装置のラインアップ数の増大及び大型化を抑制できる。
第1実施形態では、第1水路F1及び第2水路F2が互いに並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、第1実施形態では、第1電極対531、第2電極対532及び第3電極対533が電源53に対して互いに並列に接続されていることにより、第1電極対531と第2電極対532と第3電極対533とに同じ電圧をかけることができるので、次のような利点がある。第1電気分解装置及び第2電気分解装置において、両者間にスケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が低い方の電気分解装置においては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制される。
また、両者の電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
第3,4実施形態では、ヒートポンプ給湯機11は、第1水路F1よりも下流側において第1水路F1に対して直列に接続された下流側第1水路F1内に設けられた下流側第1電極対491を有する下流側第1電気分解装置1M,1Dと、第2水路F2よりも下流側において第2水路F2に対して直列に接続された下流側第2水路F2内に設けられた下流側第2電極対492を有する下流側第2電気分解装置2M,2Dと、第3水路F3よりも下流側において第3水路F3に対して直列に接続された下流側第3水路F3内に設けられた下流側第3電極対493を有する下流側第3電気分解装置3M,3Dと、をさらに備えている。第1水路F1及び下流側第1水路F1と、第2水路F2及び下流側第2水路F2と、第3水路F3及び下流側第1水路F3とは、互いに並列に接続されている。したがって、ヒートポンプ給湯機11がかなりの大容量である場合でも、必要とされる容量に応じて直列接続及び/又は並列接続を組み合わせることにより大容量化に容易に対応できる。また、このように水路が並列に接続されていることにより、水が流れる際の抵抗を低減することができる。
また、第3実施形態では、3つの第1電極対491(上流側第1電極対491、中間第1電極対491及び下流側第1電極対491)は、電源53に対して直列に接続されている。3つの第2電極対492(上流側第2電極対492、中間第2電極対492及び下流側第2電極対492)は、電源53に対して直列に接続されている。3つの第3電極対493(上流側第3電極対493、中間第3電極対493及び下流側第3電極対493)は、電源53に対して直列に接続されている。このように直列接続されている電極対49には同じ電流値の電流が流れるので、下流側電気分解装置1M,2M,1D,2Dにおいてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、これらの下流側電気分解装置1M,2M,1D,2Dにおける電気分解効率の低下が抑制される。
また、第3実施形態では、第1電極対491,491,491と、第2電極対492,492,492と、第3電極対493,493,493とは、電源53に対して互いに並列に接続されているので、第1電極対491と第2電極対492と第3電極対493に同じ電圧をかけることができる。したがって、第1電気分解装置セット1S、第2電気分解装置セット2S及び第3電気分解装置セット3Sにおいて、スケール成分の除去度合いに差が生じた場合であっても、スケール成分濃度が他よりも低い電気分解装置セットにおいては電気伝導率が低下するので電流値も低下し、電気分解効率が低下する。これにより、電気分解装置セットの電気分解効率に差が生じるのが抑制される。また、電気分解効率に差が生じるのが抑制されることにより、電極表面に生じるスケールの析出量が一方の電気分解装置に偏るのを抑制できる。
第4実施形態では、電源53は、第1電源531と、第1電源531よりも電圧の高い第2電源532と、第2電源532よりも電圧の高い第3電源533とを含む。上流側第1電極対491、上流側第2電極対492及び上流側第3電極対493は、第1電源531に対して互いに並列に接続されている。中間第1電極対491、中間第2電極対492及び中間第3電極対493は、第2電源532に対して互いに並列に接続されている。下流側第1電極対491、下流側第2電極対492及び下流側第3電極対493は、第3電源533に対して互いに並列に接続されている。したがって、中間電気分解装置1M,2M,3M及び下流側電気分解装置1D,2D,3Dにおける電気分解効率の低下が抑制される。
5形態では、第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、互いに直列に接続されており、第1電極対491、第2電極対492及び第3電極対493は、電源53に対して互いに直列に接続されている。第5形態では、直列に接続されている各電極対49には同じ電流値の電流が流れるので、下流側に位置する電気分解装置においてスケール成分濃度の低下に伴って電気伝導率が低下した場合であっても、この下流側の電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。
2形態では、第1水路F1、第2水路F2及び第3水路F3は、互いに並列に接続されており、電源53は、第1電極対491に接続された第1電源531と、第2電極対492に接続された第2電源532と、第3電極対493に接続された第3電源531とを含む。
この第2形態では、第1電気分解装置1、第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3の電気分解の効率をバランスよくコントロールすることができる。具体的に、例えば、いずれかの電気分解装置の電気分解性能が他方よりも高い場合には、電気分解性能の高い電気分解装置において、他の電気分解装置よりも電源の電圧を高くすることにより、水路Fの下流側においても電気分解が効率よく行われる。
6形態では、前記第1水路F1及び前記第2水路F2は、互いに並列に接続されており、前記電源は、前記第1電極対に接続された第1電源と、前記第2電極対に接続された第2電源とを含んでいる。また、第6形態では、前記第1水路F1及び前記第2水路F2は、互いに直列に接続されており、前記電源は、前記第1電極対に接続された第1電源と、前記第2電極対に接続され、前記第1電源よりも電圧の高い第2電源とを含んでいる。
この第6形態では、下流側電気分解装置における電気分解効率の低下が抑制される。すなわち、この第6形態では、例えば各水路Fを流れる水の電気伝導率に基づいて各電源の電圧を調節することができる。具体的には、図8に示すように第2電気分解装置2及び第3電気分解装置3では、これらよりも上流に位置する第1電気分解装置1に比べて水路Fを流れるスケール成分の濃度(水の硬度)が低くなる。この場合、第2電極対492及び第3電極対493に接続される第2電源532及び第3電源533の電圧を第1電源531よりも高くすることにより、下流側の電気分解装置2,3における電気分解効率の低下が抑制される。
(他の実施形態)
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。
例えば、前記実施形態では、電気分解装置1が複数の電極対49を有している形態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1としては、例えば図9に示すように容器47内に単一の電極対49が配置された形態であってもよい。
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1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1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1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。
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。
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。
第4実施形態及び第6形態では、電源53が第1電源531、第2電源532及び第3電源533を含み、これらの電圧がE3>E2>E1の関係を満たす場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第1電源531の電圧E1、第2電源532の電圧E2及び第3電源533の電圧E3がE3=E2>E1の関係を満たす形態であってもよく、また、E3>E2=E1の関係を満たす形態であってもよい。
1 第1電気分解装置
1U 上流側第1電気分解装置
1M 中間第1電気分解装置
1D 下流側第1電気分解装置
2 第2電気分解装置
2U 上流側第2電気分解装置
2M 中間第2電気分解装置
2D 下流側第2電気分解装置
3 第3電気分解装置
3U 上流側第3電気分解装置
3M 中間第3電気分解装置
3D 下流側第3電気分解装置
10 冷媒回路
11 ヒートポンプ給湯機
15 タンク
21 水熱交換器
27 入水配管
29 出湯配管
35 給湯配管
37 給水配管
49 電極対
491 第1電極対
492 第2電極対
493 第3電極対
51 第1電極板
52 第2電極板
53 電源
531 第1電源
532 第2電源
533 第3電源
100 電気分解機構

Claims (8)

  1. 水を貯留するタンク(15)と、
    冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器(21)を有する冷媒回路(10)と、
    前記タンク(15)に貯留された水を前記水熱交換器(21)に送り、前記水熱交換器(21)において加熱された水を前記タンク(15)に戻す導水路(27,29)と、
    前記導水路(27,29)を含む水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側の第1水路(F1)内に設けられた第1電極対(491)を有する第1電気分解装置(1)と、
    前記水の流路において前記水熱交換器(21)よりも上流側に設けられ、前記第1水路(F1)と互いに並列に又は直列に接続された第2水路(F2)内に設けられた第2電極対(492)を有する第2電気分解装置(2)と、
    前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)に電圧を印加する電源(53)と、を備えているヒートポンプ給湯機。
  2. 前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに並列に接続されており、
    前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されている、請求項1に記載のヒートポンプ給湯機。
  3. 前記第1水路(F1)よりも下流側において前記第1水路(F1)に対して直列に接続された下流側第1水路(F1)内に設けられた下流側第1電極対(491)を有する下流側第1電気分解装置(1M)と、
    前記第2水路(F2)よりも下流側において前記第2水路(F2)に対して直列に接続された下流側第2水路(F2)内に設けられた下流側第2電極対(492)を有する下流側第2電気分解装置(2M)と、をさらに備え、
    前記第1水路(F1)及び前記下流側第1水路(F1)と、前記第2水路(F2)及び前記下流側第2水路(F2)とは、互いに並列に接続されている、請求項1に記載のヒートポンプ給湯機。
  4. 前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、
    前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して直列に接続されており、
    前記第1電極対(491)及び前記下流側第1電極対(491)と、前記第2電極対(492)及び前記下流側第2電極対(492)とは、前記電源(53)に対して互いに並列に接続されている、請求項3に記載のヒートポンプ給湯機。
  5. 前記電源(53)は、第1電源(531)と、前記第1電源(531)よりも電圧の高い第2電源(532)とを含み、
    前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記第1電源(531)に対して互いに並列に接続されており、
    前記下流側第1電極対(491)及び前記下流側第2電極対(492)は、前記第2電源(532)に対して互いに並列に接続されている、請求項3に記載のヒートポンプ給湯機。
  6. 前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに直列に接続されており、
    前記第1電極対(491)及び前記第2電極対(492)は、前記電源(53)に対して互いに直列に接続されている、請求項1に記載のヒートポンプ給湯機。
  7. 前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに並列に接続されており、
    前記電源(53)は、前記第1電極対(491)に接続された第1電源(531)と、前記第2電極対(492)に接続された第2電源(532)とを含む、請求項1に記載のヒートポンプ給湯機。
  8. 前記第1水路(F1)及び前記第2水路(F2)は、互いに直列に接続されており、
    前記電源(53)は、前記第1電極対(491)に接続された第1電源(531)と、前記第2電極対(492)に接続され、前記第1電源(531)よりも電圧の高い第2電源(532)とを含む、請求項1に記載のヒートポンプ給湯機。
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