JP2013119054A - 電気分解装置及びこれを備えたヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】電気分解を利用してスケールを除去する過程において生じるガスを容器から適切に排出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。
【解決手段】電気分解装置４１は、水を加熱するための水熱交換器２１を備えたヒートポンプ給湯機に用いられ、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内に配置された複数の電極５１，５２と、水出口４５よりも高い位置に設けられ、容器４７内の水の排出を阻止しつつ容器４７内のガスを容器４７外に排出するガス排出部７０と、を備える。
【選択図】図２

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。

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、給水口と熱交換器とを接続する給水側配管の途上に水路に面して対向して配置された複数の電極と、電極間に微弱電流を強制的に印加する手段とを備え、微弱電流の印加により一方の電極表面近傍の流水が給水ｐＨよりもアルカリ性を呈することを可能にするスケール形成防止給湯機が提案されている。

特開２００１−３１７８１７号公報

ところで、上記のように電気分解を利用してスケール成分を除去する過程では、水素、酸素、塩素などのガスが発生する。このガスは、複数の電極が配置されて水の流路となる容器内に溜まることがある。容器内にガスが溜まることは、水と電極との接触面積が減少する、水の流れが妨げられるなどのスケール成分除去性能が低下する原因となる。また、ガスが容器から下流側に流出すると、水熱交換器において流動抵抗が増大する、熱交換器の性能が低下するなどの不具合が生じる可能性がある。

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、電気分解を利用してスケール成分を除去する過程において生じるガスを容器から適切に排出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。

（１）本発明の電気分解装置は、水を加熱するための水熱交換器（２１）を備えたヒートポンプ給湯機に用いられ、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）内に配置された複数の電極（５１，５２）と、前記水出口（４５）よりも高い位置に設けられ、前記容器（４７）内の水の排出を阻止しつつ容器（４７）内のガスを容器（４７）外に排出するガス排出部（７０）と、を備える。

電気分解を利用してスケール成分を除去する過程において生じるガスは、容器（４７）内の上部に集まる。したがって、この構成では、水出口（４５）よりも高い位置にガス排出部（７０）を設けることにより、水入口（４３）から水出口（４５）までの容器（４７）内における水の流れを妨げることなく、容器（４７）内の上部に集まるガスをガス排出部（７０）から容器（４７）外に排出することができる。また、水出口（４５）よりも高い位置にガス排出部（７０）が設けられているので、ガスが水出口（４５）から下流側に流出するのを抑制できる。しかも、このガス排出部（７０）は、容器（４７）内の水の排出を阻止するので、容器内の水がガスとともにガス排出部（７０）から容器（４７）外へ排出されるのを防止できる。

（２）前記電気分解装置において、前記ガス排出部（７０）は、前記容器（４７）からのガスの排出流路を形成する流路部材（７１）と、前記流路部材（７１）に設けられ、水の透過を阻止しつつガスを透過させるガス透過部材（７２）と、を含んでいるのが好ましい。

この構成では、ガス透過部材（７２）を流路部材（７１）に設けるだけで水の透過を阻止しつつガスを透過させることができるので、電気分解装置（４１）の構造を簡略化し、省スペース化を図ることができる。

（３）前記流路部材（７１）は、前記容器（４７）から外側に延びる外側筒状部（７１ａ）を含み、前記ガス透過部材（７２）は、前記外側筒状部（７１ａ）に設けられているのが好ましい。

この構成では、ガス透過部材（７２）が外側筒状部（７１）に設けられているので、例えばガス透過部材（７２）を取り替える等のメンテナンスが容易になる。

（４）前記電気分解装置の他の形態としては、例えば前記ガス排出部（７０）が、前記容器（４７）からのガスの排出流路を形成する流路部材（７１）と、前記排出流路を開閉する開閉機構（７３）と、を含む形態が挙げられる。

（５）具体的に、ガス排出部（７０）における前記開閉機構（７３）は、前記容器（４７）に連通するフロートケース（７３２）と、前記フロートケース（７３２）と前記流路部材（７１）とを接続する接続流路を有する弁本体（７３１）と、前記フロートケース（７３２）内の水位に応じて上下に移動し、前記フロートケース（７３２）内の水位が所定の基準高さに達したときに前記接続流路（７３１ａ）の開口端（７３１ｂ）を塞ぐフロート部（７３３）と、を有しているのが好ましい。

この構成では、フロートケース（７３２）内の水位に応じてフロートケース（７３２）でフロート部（７３３）が上下に移動し、フロートケース（７３２）内の水位が所定の基準高さに達したときに前記接続流路（７３１ａ）の開口端（７３１ｂ）を塞ぐ。このように簡単な構成でかつ自動で、容器（４７）内の水の排出を阻止しつつ容器（４７）内のガスを容器（４７）外に排出することができる。

（６）前記（４）の形態の場合、前記ガス排出部（７０）は、前記容器（４７）内の水位を検知する水位検知部（７４）をさらに有し、前記開閉機構（７３）は、前記水位が前記流路部材（７１）よりも低い所定の基準高さ以下のときに前記水位検知部（７４）に連動して開状態に切り換わる構成であるのが好ましい。

この構成では、容器（４７）内の水位が基準高さ以下のときに水位検知部（７４）に連動して開状態に切り換わるので、ガス排出部（７０）からの水の流出をより確実に抑制することができる。

（７）前記基準高さが前記水出口（４５）よりも高い位置に設定されている場合には、ガスが水出口（４５）から下流側に流出するのを抑制する効果をさらに高めることができる。

（８）前記電気分解装置は、前記容器（４７）内の水位を検知する水位検知部（７４）と、前記開閉機構（７３）を制御する制御部（３２）と、をさらに備え、前記制御部（３２）は、前記水位が前記流路部材（７１）よりも低い所定の基準高さ以下のときに前記開閉機構（７３）を開状態に切り換える制御を実行してもよい。

（９）前記電気分解装置において、前記容器（４７）は、底壁部（４７５）と、上壁部（４７６）と、これらをつなぐ側壁部（４８）とを含み、前記ガス排出部（７０）は、前記上壁部（４７６）に設けられており、前記水出口（４５）は、前記側壁部（４８）に設けられているのが好ましい。

この構成では、上壁部（４７６）よりも低い位置にある側壁部（４８）に水出口（４５）を設けることにより、水出口（４５）の位置を低くできるので、ガスが水出口（４５）から下流側に流出するのを抑制できる。

（１０）前記電気分解装置において、前記容器（４７）は、底壁部（４７５）と、上壁部（４７６）と、これらをつなぐ側壁部（４８）と、前記上壁部（４７６）又は側壁部（４８）から容器（４７）内に延びる内側筒状部と、を有し、前記内側筒状部の少なくとも一部は、内側筒状部の下端に位置する開口部に向かって下方に延びる形状を有しており、前記水出口（４５）は、前記内側筒状部（４６ｂ）の前記開口部に設けられているのが好ましい。

この構成では、内側筒状部（４６ｂ）における下方へ延びる長さを調節することによってガス排出部（７０）と水出口（４５）との高さ方向の距離を調節することができる。

（１１）前記電気分解装置において、各電極は、板形状を有しており、前記複数の電極（５１，５２）は、上下方向に延びる姿勢で厚み方向に互いに間隔をあけて配列されており、前記容器（４７）内において上下方向又は水平方向に蛇行する蛇行流路を形成しているのが好ましい。

この構成のように蛇行流路が形成されている場合、容器（４７）内の流路長が大きくなり、電気分解の効率が高まるので、その分ガスの発生量も多くなるが、ガス排出部（７０）が設けられているので、発生したガスを容器（４７）の外部に適宜排出することができる。

（１２）本発明のヒートポンプ式給湯機は、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、前記タンク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に戻す戻し側流路を有する貯湯ユニット（１７）と、給水源から前記タンクに水を給水する給水配管（３７）、及び前記タンクに貯留された高温の水を給湯する給湯配管（３５）と、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。

以上説明したように、本発明の電気分解装置によれば、電気分解を利用してスケール成分を除去する過程において生じるガスを容器から適切に排出することができる。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 前記ヒートポンプ給湯機に用いられる本発明の第１実施形態に係る電気分解装置を示す斜視図である。 第１実施形態に係る電気分解装置を示しており、（Ａ）は、図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図であり、（Ｂ）は、図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。 （Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例１を示す断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例２を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例３を示す断面図である。 （Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例４を示す断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例５を示す断面図である。 （Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例６を示す断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例７を示す断面図である。 （Ａ）は、前記ヒートポンプ給湯機に用いられる本発明の第２実施形態に係る電気分解装置を示す断面図であり、（Ｂ）は、第２実施形態に係る電気分解装置の変形例１を示す断面図である。 （Ａ）は、第２実施形態における自動排気弁においてガスが排出されるときの状態を示す概略図であり、（Ｂ）は、前記自動排気弁において水の排出が阻止されるときの状態を示す概略図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記ヒートポンプ給湯機に用いられる本発明の第３実施形態に係る電気分解装置を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置の変形例１を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置の変形例２を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置の変形例３を示す断面図である。 前記ヒートポンプ給湯機に用いられる本発明の第４実施形態に係る電気分解装置を示す断面図である。

＜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。

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、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を備えている。貯湯回路１０ｂは、タンク１５、ポンプ３１、水熱交換器２１、及びこれらを接続する導水路を備えている。

貯湯ユニット１７は、水を貯留するタンク１５と、ポンプ３１と、導水路とを有する。タンク１５と水熱交換器２１とは、前記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、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。

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。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。

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は、後述する複数の電極対４９を有している（図２参照）。

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。

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。

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。

＜電気分解装置＞
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る電気分解装置４１を示す斜視図である。図３（Ａ）は、図１のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図であり、図３（Ｂ）は、図１のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。図２及び図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、電気分解装置４１は、容器４７と、陰極及び陽極の一方として機能する複数の第１電極板５１と、陰極及び陽極の他方として機能する複数の第２電極板５２と、ガス排出部７０とを備えている。

容器４７は、略直方体の形状を有している。容器４７は、底壁部４７５と、上壁部４７６と、これらの周縁部同士をつなぐ側壁部４８とを有している。これらの壁部は、前記水流空間を形成している。側壁部４８は、水の流れの上流側に位置する第１側壁部４７１（上流側側壁部４７１）と、下流側に位置する第２側壁部４７２（下流側側壁部４７２）と、第３側壁部４７３（右側側壁部４７３）と、第４側壁部４７４（左側側壁部４７４）とを有している。

底壁部４７５と上壁部４７６とは、上下方向に対向し、互いに平行な姿勢で配置されている。また、上流側側壁部４７１と下流側側壁部４７２とは、後述する複数の電極板５１，５２の配列方向に対向し、互いに平行な姿勢で配置されている。右側側壁部４７３と左側側壁部４７４とは、互いに平行な姿勢で配置されている。

容器４７は、水入口４３及び水出口４５を有している。水入口４３は、上流側側壁部４７１の下部に設けられており、水出口４５は、下流側側壁部４７２の上部に設けられている。水入口４３は、上流側側壁部４７１に設けられた筒状の入口管４４における下流側端部の開口部のことをいい、水出口４５は、下流側側壁部４７２に設けられた筒状の出口管４６における上流側端部の開口部のことをいう。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。

上壁部４７６には、電気分解により生じるガスを容器４７内から容器４７外に排出するためのガス排出部７０が設けられている。本実施形態では、ガス排出部７０は、上壁部４７６において下流側側壁部４７２よりも上流側側壁部４７１に近い位置、すなわち上壁部４７６における上流側の位置に設けられているが、これに限定されない。ガス排出部７０は、上壁部４７６における下流側の位置に設けられていてもよく、上壁部４７６において下流側側壁部４７２と上流側側壁部４７１の間のほぼ中央に設けられていてもよい。

ガス排出部７０は、容器４７内の水の排出を阻止しつつ容器４７内のガスを容器４７外に排出する。ガス排出部７０は、容器４７からのガスの排出流路を形成する流路部材７１と、流路部材７１に設けられたガス透過部材７２と、流路部材７１の端部に取り付けてガス透過部材７２を流路部材７１に対して固定するキャップ７６とを含む。流路部材７１の内部の中空部分が前記排出流路として機能する。

流路部材７１は、円筒形状を有しており、上壁部４７６に形成された貫通孔に挿入されている。流路部材７１は、上壁部４７６から外側（上方）に延びる外側筒状部７１ａと、上壁部４７６から内側（下方）に延びる内側筒状部７１ｂとを含む。内側筒状部７１ｂの下端（流路部材７１の下端）は、水出口４５よりも高い位置に設けられている。

キャップ７６は、外側筒状部７１ａの上端部の外周面を覆う筒状部と、この筒状部よりも上部に位置し、中央に貫通孔が形成された上面部とを含む。この上面部の貫通孔は、流路部材７１の中空部分の中心線が通る位置に設けられている。筒状部の内周面には、外側筒状部７１ａの上端部の外周面に形成されたおねじに螺合されるめねじが形成されている。

ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａに設けられている。具体的に、ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａの上端に設けられている。ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａの上端と、キャップ７６の上面部の下面との間に挟まれており、キャップ７６が外側筒状部７１ａに螺合されることによって外側筒状部７１ａに対して固定されている。キャップ７６を取り外すことでガス透過部材７２を交換することができる。

本実施形態では、ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａの外径及びキャップ７６の筒状部の内径と同程度の外径を有している。ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａの上端の開口全体を覆うように配置されている。

ガス透過部材７２は、水の透過を阻止しつつガスを透過させる膜、水の透過を阻止しつつガスを透過させるフィルターなどを用いることができる。具体的に、ガス透過部材７２としては、例えば中空糸膜を用いることができる。中空糸膜を用いる場合、例えば中空糸の内径、中空糸に設けられている多数の孔の開口径などを適宜調節することにより、中空糸膜に水の透過を阻止しつつガスを透過させる特性を付与することができる。

容器４７内のガスは、流路部材７１の排出流路を通ってガス透過部材７２に到達し、ガス透過部材７２を透過してガス排出部７０から外部に排出される。仮に、容器４７内の水が流路部材７１の排出流路を通ってガス透過部材７２に到達した場合であっても、ガス透過部材７２は、この水の透過を阻止する。したがって、ガスと水のうちガスのみがガス排出部７０から排出される。

底壁部４７５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、底壁部４７５において上流側側壁部４７１よりも下流側側壁部４７２に近い位置に設けられている。スケール排出口６１には排出管６２が接続されている。排出管６２には開閉弁６３が設けられている。開閉弁６３の開閉動作は、制御部３３により制御される。

複数の第１電極板５１及び複数の第２電極板５２は、容器４７内に配置されている。各電極板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。

各電極板は、上下方向に平行な姿勢で配置されている。複数の電極板５１，５２は、電極板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。第１電極板５１と第２電極板５２は、交互に配列されている。隣り合う電極板５１，５２は、電極対４９を構成している。したがって、電気分解装置４１は、複数の電極対４９を備えている。複数の第１電極板５１は、電源５３の一方の極に接続されており、複数の第２電極板５２は、電源５３の他方の極に接続されている。

各第１電極板５１の下端部は、底壁部４７５の内側に底壁部４７５に隣接配置された支持板６５に固定されている。支持板６５は、底壁部４７５の内面に固定されている。各第２電極板５２の上端部は、上壁部４７６の内側に上壁部４７６に隣接配置された支持板６６に固定されている。支持板６６は、上壁部４７６の内面に固定されている。流路部材７１は、支持板６６に形成された貫通孔に挿入されている。

各第１電極板５１は、底壁部４７５に位置する下端部から上壁部４７６に向かって延びている。各第１電極板５１の下端部は、底壁部４７５と平行な方向に延びる電気伝導性を有する連結部５４につながっている。この連結部５４は電源５３の一方の極に接続されている。各第１電極板５１の上端部と、上壁部４７６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、上壁部４７６に位置する上端部から底壁部４７５に向かって延びている。各第２電極板５２の上端部は、上壁部４７６と平行な方向に延びる電気伝導性を有する連結部５６につながっている。この連結部５６は電源５３の他方の極に接続されている。各第２電極板５２の下端部と、底壁部４７５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。電極板５１，５２同士の隙間は、水が流れる流路Ｆとして機能する。

図３（Ｂ）に示すように、各電極板における水平方向の一方の端辺は、右側側壁部４７３の内面に当接又は近接しており、水平方向の他方の端辺は、左側側壁部４７４の内面に当接又は近接している。したがって、図３（Ａ）に示すように、複数の電極板５１，５２は、容器４７内において上下方向に蛇行する蛇行流路Ｆを形成している。

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、例えば周期的に電極板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の底壁部４７５上に沈殿する。沈殿したスケールは、開閉弁６３が開状態とされてスケール排出口６１から排出管６２を通じて容器４７の外部に排出される。

図４（Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置４１の変形例１を示す断面図である。この変形例１は、水出口４５の位置及び水出口４５が設けられた筒状の出口管４６の構造が図３に示す電気分解装置４１と異なっている。以下では、主にこの相違点について説明する。なお、図４（Ａ）以降の図面では、電源５３の図示を省略している（図１４を除く）。

図４（Ａ）に示すように、変形例１では、電気分解装置４１における出口管４６は、容器４７の外側に位置する外側筒状部４６ａと、容器４７の内側に位置する内側筒状部４６ｂとを含む。出口管４６は、上壁部４７６に設けられた貫通孔に挿通されており、複数の電極板５１，５２よりも下流側側壁部４７２側に配置されている。内側筒状部４６ｂは、上壁部４７６から下方に延びている。

内側筒状部４６ｂの下端に位置する開口部である水出口４５は、ガス排出部７０よりも下方に位置している。この変形例１では、内側筒状部４６ｂの長さ（内側筒状部４６ｂにおける下方へ延びる長さ）は、水出口４５とガス排出部７０との高さ方向の距離を決める。したがって、内側筒状部４６ｂの長さが大きいほど、水出口４５とガス排出部７０と距離が大きくなる。特に、本実施形態では、水出口４５は、上壁部４７６よりも底壁部４７５に近い位置に設けられているので、水出口４５が上壁部４７６に近い位置に設けられている場合に比べて、水出口４５からガスが流出するのを抑制する効果をより一層高めることができる。

図４（Ａ）に示す変形例１では、出口管４６は、上壁部４７６に設けられているが、下流側側壁部４７２、右側側壁部４７３、左側側壁部４７４などの側壁部４８や底壁部４７５に設けられていてもよい。

具体的に、例えば図４（Ｂ）に示す変形例２では、出口管４６が下流側側壁部４７２に設けられている。この変形例２では、出口管４６は、下流側側壁部４７２に設けられた貫通孔に挿通されている。容器４７の内側に位置する内側筒状部４６ｂは、下流側側壁部４７２から水平方向に延びる部位と、この部位の端部において屈曲し、この端部から下方に延びる部位とを有している。

図５（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置の変形例３を示す断面図である。この変形例３は、複数の電極板５１，５２の配置が図４（Ａ）に示す電気分解装置４１と異なっている。

図５（Ｂ）に示すように、変形例３では、各第１電極板５１の一方の側端部（右側の側端部）は、第３側壁部４７３（右側側壁部４７３）の内側に右側側壁部４７３に隣接配置された支持板６５に固定されている。支持板６５は、右側側壁部４７３の内面に固定されている。各第２電極板５２の一方の側端部（左側側端部）は、第４側壁部４７４（左側側壁部４７４）の内側に左側側壁部４７４に隣接配置された支持板６６に固定されている。支持板６６は、左側側壁部４７４の内面に固定されている。

各第１電極板５１は、右側側壁部４７３に位置する基端部から左側側壁部４７４に向かって延びている。各第１電極板５１の基端部は、右側側壁部４７３と平行な方向に延びる電気伝導性を有する連結部５４につながっている。この連結部５４は電源の一方の極に接続されている。各第１電極板５１の先端部と、左側側壁部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、左側側壁部４７４に位置する基端部から右側側壁部４７３に向かって延びている。各第２電極板５２の基端部は、左側側壁部４７４と平行な方向に延びる電気伝導性を有する連結部５６につながっている。この連結部５６は前記電源の他方の極に接続されている。各第２電極板５２の先端部と、右側側壁部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。電極板５１，５２同士の隙間は、水が流れる流路Ｆとして機能する。

図５（Ａ）に示すように、各電極板における上端辺は、上壁部４７６の内面に当接又は近接しており、下端辺は、底壁部４７５の内面に当接又は近接している。したがって、図５（Ｂ）に示すように、複数の電極板５１，５２は、容器４７内において水平方向（左右方向）に蛇行する蛇行流路Ｆを形成している。

図６（Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置４１の変形例４を示す断面図である。この変形例４は、ガス排出部７０の構造が図４（Ａ）に示す電気分解装置４１と異なっている。具体的には次の通りである。

この変形例４では、ガス排出部７０のガス透過部材７２は、流路部材７１の内側筒状部７１ｂの下端に設けられている。ガス透過部材７２は、内側筒状部７１ｂの下端の開口全体を覆うように配置されており、内側筒状部７１ｂの下端に固定されている。ガス透過部材７２としては、前述と同様のものを用いることができる。この変形例４では、蛇行流路Ｆは、上下方向に蛇行している。

図６（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置４１の変形例５を示す断面図である。この変形例５は、容器４７内において水平方向（左右方向）に蛇行する蛇行流路Ｆが形成されるように複数の電極板５１，５２が配置されている点が変形例４と異なっている。複数の電極板５１，５２の配置については、前述した変形例３と同様であるので詳細な説明を省略する。

この変形例５では、ガス透過部材７２は、変形例４と同様に、流路部材７１の内側筒状部７１ｂの下端に設けられており、内側筒状部７１ｂの下端の開口全体を覆うように配置されている。ガス透過部材７２は、内側筒状部７１ｂの下端に固定されている。

図７（Ａ）は、第１実施形態に係る電気分解装置４１の変形例６を示す断面図である。この変形例６は、ガス透過部材７２が配置される領域が変形例４と異なっている。具体的に、変形例６では、ガス透過部材７２は、内側筒状部７１ｂの下端だけでなく、容器４７の内部の上面を下方から覆うように設けられている。ガス透過部材７２は、平面視で容器４７の内部の上面と同程度の面積を有しており、上壁部４７６と平行な姿勢で支持板６６の下面及び内側筒状部７１ｂの下端に固定されている。この変形例６では、蛇行流路Ｆは、上下方向に蛇行している。

図７（Ｂ）は、第１実施形態に係る電気分解装置４１の変形例７を示す断面図である。この変形例７は、ガス透過部材７２が配置される領域が変形例５と異なっている。具体的に、変形例７では、ガス透過部材７２は、内側筒状部７１ｂの下端だけでなく、容器４７の内部の上面を下方から覆うように設けられている。ガス透過部材７２は、平面視で容器４７の内部の上面と同程度の面積を有しており、上壁部４７６と平行な姿勢で上壁部４７６の下面及び内側筒状部７１ｂの下端に固定されている。この変形例７では、蛇行流路Ｆは、水平方向（左右方向）に蛇行している。

（第２実施形態）
図８（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電気分解装置４１を示す断面図である。図９（Ａ）は、第２実施形態におけるガス排出部（自動排気弁）７０においてガスが排出されるときの状態を示す概略図であり、図９（Ｂ）は、ガス排出部７０において水の排出が阻止されるときの状態を示す概略図である。第２実施形態に係る電気分解装置４１は、ガス排出部７０の構造が第１実施形態と異なっている。具体的には次の通りである。

図９（Ａ）に示すように、第２実施形態におけるガス排出部７０は、容器４７からのガスの排出流路を形成する第１流路部材７１及び第２流路部材７８と、前記排出流路を開閉する開閉機構７３とを含む。

開閉機構７３は、フロートケース７３２と、弁本体７３１と、フロート部７３３とを有している。フロートケース７３２は、第２流路部材７８を介して容器４７に連通している。弁本体７３１は、フロートケース７３２と第１流路部材７１とを接続する接続流路７３１ａを有している。フロート部７３３は、例えば、内部が中空の球状体である。フロート部７３３は、水よりも比重が小さいので水に浮かび、フロートケース７３２内の水位に応じてフロートケース７３２内を上下に移動する。

フロートケース７３２、弁本体７３１及びフロート部７３３は、ケース７７内に収容されている。ケース７７、開閉機構７３、第１流路部材７１及び第２流路部材７８は、一体化されており、水の排出を阻止しつつ水位に応じてガスの排出可否を自動で切り換える自動排気弁を構成している。

第１流路部材７１の下流側部分は、ケース７７の外部に延出されている。第２流路部材７８の上流側部分は、ケース７７の外部に延出され、下方に延びている。第２流路部材７８の上流側部分は、容器４７の上壁部４７６に設けられた貫通孔に挿通されている。第２流路部材７８の下端は、上壁部４７６の下面と同じ高さ、又は上壁部４７６の下面よりも若干下方に位置している。この第２実施形態に係る電気分解装置４１では、蛇行流路Ｆは、上下方向に蛇行している。

次に、水位がＨ１，Ｈ２，Ｈ３の場合を例に挙げてガス排出部７０の動作について説明する。まず、図８（Ａ）に示すように、容器４７内の水位が第２流路部材７８の下端よりも低い位置Ｈ１である場合には、第２流路部材７８の下端は水によって塞がれていないので、図９（Ａ）に二点鎖線で示すようにガスは、第２流路部材７８、フロートケース７３２、弁本体７３１及び第１流路部材７１の順に流れ、容器４７の外部に排出される。

次に、水位が図８（Ａ）及び図９（Ａ）に示す高さＨ２に達した場合、すなわち水位が第２流路部材７８の下端に達した場合には、第２流路部材７８の下端が水によって塞がれるので、ガス排出部７０を通じて容器４７外部へガスが排出されるのが阻止される。

また、水位がさらに高くなり、水がフロートケース７３２内にも入り込むと、フロート部７３３がフロートケース７３２内において上方に移動する。そして、図９（Ｂ）に示すようにフロートケース７３２内の水位が所定の基準高さＨ３に達したときに、フロート部７３３は、接続流路７３１ａの開口端７３１ｂを塞ぐ。これにより、水が第１流路部材７１に流出するのが防止される。

図８（Ｂ）は、第２実施形態に係る電気分解装置４１の変形例１を示す断面図である。この変形例１は、容器４７内において水平方向（左右方向）に蛇行する蛇行流路Ｆが形成されるように複数の電極板５１，５２が配置されている点が図８（Ａ）に示す形態と異なっている。ガス排出部７０の構成については、図８（Ａ）に示す形態と同様であり、複数の電極板５１，５２の配置については、前述した第１実施形態の変形例３と同様であるので詳細な説明を省略する。

（第３実施形態）
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る電気分解装置４１を示す断面図である。第３実施形態に係る電気分解装置４１は、ガス排出部７０の構造が第１実施形態と異なっている。具体的には次の通りである。

第３実施形態では、ガス排出部７０は、容器４７からのガスの排出流路を形成する流路部材７１と、排出流路を開閉する開閉機構７３と、容器４７内の水位を検知する水位検知部７４とを含む。

流路部材７１は、円筒形状を有しており、上壁部４７６に形成された貫通孔に挿入されている。流路部材７１の下端は、水出口４５よりも高い位置に配置されている。流路部材７１の内部の中空部分が前記排出流路として機能する。

開閉機構７３は、流路部材７１に設けられている。開閉機構７３は、流路部材７１に取り付けられた機構本体７３４と、機構本体７３４の開閉を制御するコントローラ７３５とを含む。機構本体７３４としては、例えば電磁弁を用いることができる。なお、開閉機構７３のコントローラ７３５の機能を図１に示すコントローラ３２が担う場合には、開閉機構７３のコントローラ７３５を省略することもできる。

水位検知部７４は、内部が中空のフロート７４１と、フロート７４１の上部に固定された軸部７４２と、軸部７４２の動作をコントローラ７３５に伝えるケーブル７４３とを含む。

このガス排出部７０では、開閉機構７３は、水位が流路部材７１よりも低い所定の基準高さＨ５以下のときに水位検知部７４に連動して開状態に切り換わる。基準高さＨ５は、水出口４５よりも高い位置に設定されている。具体的な動作は次の通りである。

図１０（Ａ）に示すように、容器４７内の水位が基準高さＨ５よりも低い高さＨ４のときには、この高さＨ４に応じた位置にフロート７４１が浮かんでいる。このとき、流路部材７１の排出流路は開いている。したがって、この状態では、容器４７内のガスは、流路部材７１の排出流路を通じて容器４７の外部に排出される。また、この状態では、水位Ｈ４は、流路部材７１の下端よりも十分に下方に位置しているので、流路部材７１の排出流路から水が排出されることもない。

一方、容器４７内の水位が基準高さＨ５まで増加すると、高さＨ４のときに比べてフロート７４１が上昇する。これにより、流路部材７１の排出流路は塞がれる。したがって、この状態では、容器４７内のガス及び水は、流路部材７１の排出流路を通じて容器４７の外部に排出されない。

なお、第３実施形態では、入口管４４は、上流側側壁部４７１において、上壁部４７６よりも底壁部４７５に近い位置で、かつ右側側壁部４７３よりも左側側壁部４７４に近い位置に設けられている。一方、出口管４６は、下流側側壁部４７２において、底壁部４７５よりも上壁部４７６に近い位置で、かつ左側側壁部４７４よりも右側側壁部４７３に近い位置に設けられている。ガス排出部７０は、上壁部４７６において、下流側側壁部４７２よりも上流側側壁部４７１に近い位置に設けられている。また、この電気分解装置４１では、蛇行流路Ｆは、上下方向に蛇行している。

図１１（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置４１の変形例１を示す断面図である。この変形例１は、容器４７内において水平方向（左右方向）に蛇行する蛇行流路Ｆが形成されるように複数の電極板５１，５２が配置されている点が図１０（Ａ），（Ｂ）に示す形態と異なっている。複数の電極板５１，５２の配置については、前述した第１実施形態の変形例３と同様であるので詳細な説明を省略する。

図１２（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置４１の変形例２を示す断面図である。この変形例２は、水出口４５の位置及び水出口４５が設けられた筒状の出口管４６の構造が図１０（Ａ），（Ｂ）に示す電気分解装置４１と異なっている。水出口４５の位置及び水出口４５が設けられた筒状の出口管４６の構造については、第１実施形態の変形例１と同様であるので詳細な説明を省略する。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態に係る電気分解装置４１の変形例３を示す断面図である。この変形例３は、水出口４５の位置及び水出口４５が設けられた筒状の出口管４６の構造が図１１（Ａ），（Ｂ）に示す変形例１と異なっている。水出口４５の位置及び水出口４５が設けられた筒状の出口管４６の構造については、第１実施形態の変形例１と同様であるので詳細な説明を省略する。

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、電気分解装置４１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４１としては、例えば図１４に示す本発明の第４実施形態に係る電気分解装置４１のように、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。電極対４９を構成する電極５１，５２は、板形状であってもよく、棒形状であってもよい。

以上説明したように、本実施形態では、水出口４５よりも高い位置にガス排出部７０を設けることにより、水入口４３から水出口４５までの容器内における水の流れを妨げることなく、容器内の上部に集まるガスをガス排出部から容器外に排出することができる。また、水出口４５よりも高い位置にガス排出部７０が設けられているので、ガスが水出口４５から下流側に流出するのを抑制できる。しかも、このガス排出部７０は、容器４７内の水の排出を阻止するので、容器４７内の水がガスとともにガス排出部７０から容器４７外へ排出されるのを防止できる。

また、第１実施形態では、ガス排出部７０は、容器４７からのガスの排出流路を形成する流路部材７１と、流路部材７１に設けられ、水の透過を阻止しつつガスを透過させるガス透過部材７２とを含む。この構成では、ガス透過部材７２を流路部材７１に設けるだけで水の透過を阻止しつつガスを透過させることができるので、電気分解装置４１の構造を簡略化し、省スペース化を図ることができる。

また、第１実施形態では、流路部材７１は、容器４７から外側に延びる外側筒状部７１ａを含み、ガス透過部材７２は、外側筒状部７１ａに設けられているので、例えばガス透過部材７２を取り替える等のメンテナンスが容易になる。

第２実施形態では、フロートケース７３２内の水位に応じてフロートケース７３２でフロート部７３３が上下に移動し、フロートケース７３２内の水位が所定の基準高さに達したときに接続流路７３１ａの開口端７３１ｂを塞ぐ。このように簡単な構成でかつ自動で、容器４７内の水の排出を阻止しつつ容器４７内のガスを容器４７外に排出することができる。

第３実施形態では、容器４７内の水位が基準高さ以下のときに水位検知部７４に連動して開状態に切り換わり、水位が基準高さを超えると水位検知部７４に連動して閉状態となるので、ガス排出部７０からの水の流出をより確実に抑制することができる。また、前記基準高さが水出口４５よりも高い位置に設定されている場合には、ガスが水出口４５から下流側に流出するのを抑制する効果をさらに高めることができる。

各実施形態において、上壁部４７６よりも低い位置にある側壁部４８に水出口４５を設けることにより、水出口４５の位置を低くできるので、ガスが水出口４５から下流側に流出するのを抑制できる。

各実施形態において、内側筒状部４６ｂの少なくとも一部が、内側筒状部４６ｂの下端に位置する開口部に向かって下方に延びる形状を有しており、水出口４５が内側筒状部４６ｂの前記開口部に設けられている場合には、内側筒状部４６ｂにおける下方へ延びる長さを調節することによってガス排出部７０と水出口４５との高さ方向の距離を調節することができる。

（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、第３実施形態では、開閉機構７３が水位検知部７４に連動して開状態又は閉状態に切り換わる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第３実施形態の電気分解装置４１において、制御部３３が、例えば超音波式の水位センサ、赤外線式の水位センサ、電極式の水位センサなどの水位検知部によって検知される水位データを受信し、この水位データがメモリ３４に予め記憶された基準高さを超えた場合に開閉機構７３の排出流路を閉じる制御を実行する形態であってもよい。この形態では、制御部３３は、水位データが基準高さ以下になると、開閉機構７３の排出流路を開状態に切り換えるように開閉機構７３を制御する。前記基準高さは、流路部材７１よりも低い位置に設定されている。

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。

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。

１１ ヒートポンプ給湯機
１５ タンク
２１ 水熱交換器
３２ コントローラ
３３ 制御部
３５ 給湯配管
３７ 給水配管
４１ 電気分解装置
４３ 水入口
４５ 水出口
４６ａ 外側筒状部
４６ｂ 内側筒状部
４７ 容器
４７５ 底壁部
４７６ 上壁部
４８ 側壁部
４９ 電極対
５１ 第１電極板
５２ 第２電極板
７０ ガス排出部
７１ 流路部材
７１ａ 外側筒状部
７２ ガス透過部材
７３ 開閉機構
７４ 水位検知部

Claims (12)

1. 水を加熱するための水熱交換器（２１）を備えた給湯機に用いられ、水に含まれるスケール成分を除去するための電気分解装置であって、
   水入口（４３）及び水出口（４５）を有する容器（４７）と、
   前記容器（４７）内に配置された複数の電極（５１，５２）と、
   前記水出口（４５）よりも高い位置に設けられ、前記容器（４７）内の水の排出を阻止しつつ容器（４７）内のガスを容器（４７）外に排出するガス排出部（７０）と、を備える電気分解装置。
2. 前記ガス排出部（７０）は、
   前記容器（４７）からのガスの排出流路を形成する流路部材（７１）と、
   前記流路部材（７１）に設けられ、水の透過を阻止しつつガスを透過させるガス透過部材（７２）と、を含む、請求項１に記載の電気分解装置。
3. 前記流路部材（７１）は、前記容器（４７）から外側に延びる外側筒状部（７１ａ）を含み、
   前記ガス透過部材（７２）は、前記外側筒状部（７１ａ）に設けられている、請求項２に記載の電気分解装置。
4. 前記ガス排出部（７０）は、
   前記容器（４７）からのガスの排出流路を形成する流路部材（７１）と、
   前記排出流路を開閉する開閉機構（７３）と、を含む請求項１に記載の電気分解装置。
5. 前記開閉機構（７３）は、
   前記容器（４７）に連通するフロートケース（７３２）と、
   前記フロートケース（７３２）と前記流路部材（７１）とを接続する接続流路（７３１ａ）を有する弁本体（７３１）と、
   前記フロートケース（７３２）内の水位に応じて上下に移動し、前記フロートケース（７３２）内の水位が所定の基準高さに達したときに前記接続流路（７３１ａ）の開口端（７３１ｂ）を塞ぐフロート部（７３３）と、を有している、請求項４に記載の電気分解装置。
6. 前記ガス排出部（７０）は、前記容器（４７）内の水位を検知する水位検知部（７４）をさらに有し、
   前記開閉機構（７３）は、前記水位が前記流路部材（７１）よりも低い所定の基準高さ以下のときに前記水位検知部（７４）に連動して開状態に切り換わる、請求項４に記載の電気分解装置。
7. 前記基準高さは、前記水出口（４５）よりも高い位置に設定されている、請求項６に記載の電気分解装置。
8. 前記容器（４７）内の水位を検知する水位検知部（７４）と、
   前記開閉機構（７３）を制御する制御部（３３）と、をさらに備え、
   前記制御部（３３）は、前記水位が前記流路部材（７１）よりも低い所定の基準高さ以下のときに前記開閉機構（７３）を開状態に切り換える制御を実行する、請求項４に記載の電気分解装置。
9. 前記容器（４７）は、底壁部（４７５）と、上壁部（４７６）と、これらをつなぐ側壁部（４８）とを含み、
   前記ガス排出部（７０）は、前記上壁部（４７６）に設けられており、
   前記水出口（４５）は、前記側壁部（４８）に設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解装置。
10. 前記容器（４７）は、底壁部（４７５）と、上壁部（４７６）と、これらをつなぐ側壁部（４８）と、前記上壁部（４７６）又は側壁部（４８）から容器（４７）内に延びる内側筒状部（４６ｂ）と、を有し、
    前記内側筒状部（４６ｂ）の少なくとも一部は、内側筒状部（４６ｂ）の下端に位置する開口部に向かって下方に延びる形状を有しており、
    前記水出口（４５）は、前記内側筒状部（４６ｂ）の前記開口部に設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解装置。
11. 各電極は、板形状を有しており、
    前記複数の電極（５１，５２）は、上下方向に延びる姿勢で厚み方向に互いに間隔をあけて配列されており、前記容器（４７）内において上下方向又は水平方向に蛇行する蛇行流路を形成している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気分解装置。
12. ヒートポンプ式給湯機であって、
    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、前記タンク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に戻す戻し側流路を有する貯湯ユニット（１７）と、
    給水源から前記タンクに水を給水する給水配管（３７）、及び前記タンクに貯留された高温の水を給湯する給湯配管（３５）と、
    水に含まれるスケール成分を除去するための請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気分解装置（４１）と、を備えているヒートポンプ給湯機。

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