JP2014091107A - 温度調節水供給機 - Google Patents

Abstract

【課題】電気分解装置を備える温度調節水供給機において、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向の反転に起因した高硬度水の水熱交換器への流入を抑制する。
【解決手段】温度調節水供給機１１は、水を加熱する水熱交換器２１と、容器４７及び容器４７内に設けられた複数の電極５１，５２を有し、複数の電極５１，５２によって容器４７内に水流路が形成され、水熱交換器２１に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置４１と、水流路における水の流れ方向を反転する反転機構８０と、電気分解装置４１と水熱交換器２１との間に設けられたバッファ槽９０と、を備える。容器４７から流出した水は、バッファ槽９０においてバッファ槽９０内の水と混合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気分解装置を備えるヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などの温度調節水供給機に関するものである。

水道水や地下水には、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（スケール成分）が含まれている。したがって、給湯機などの温度調節水供給機においては、カルシウム塩（例えば炭酸カルシウム）、マグネシウム塩などのスケールが析出することがある。温度調節水供給機の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。

したがって、水熱交換器においてスケールが付着するのを抑制するために、水熱交換器よりも上流に設けられた電気分解装置において、水中のスケール成分を電気分解によって除去する技術が提案されている。前記電気分解装置は、水が出入りする一対の流通口（水入口及び水出口）を有する容器と、容器内に配置された電極対とを備える。電極対に電圧が印加された状態で水が水入口を通じて容器内に供給されると、電極対の陰極側において炭酸カルシウム等のスケールが析出する。これにより、水出口を通じて容器外に流出する水に含まれるスケール成分の濃度が低減される。

ところで、上記のような電気分解により水中のスケール成分を除去する方法においては、スケール成分除去効率、すなわち電気分解効率を向上させることが求められる。例えば特許文献１の図１１（Ａ），（Ｂ）には、電気分解装置の容器内の水の流れ方向を反転させる技術が提案されている。この技術では、容器内の水の流れ方向が反転すると、容器内において水入口側の領域のスケール成分の濃度と水出口側の領域のスケール成分の濃度との差（水の導電率の差）が小さくなるので、これらの領域における電気分解効率の差が小さくなる。その結果、電気分解装置全体として電気分解効率が向上する。

特開２０１２−０７５９８２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、反転前に水入口として機能する流通口側の領域にある高硬度（高スケール成分濃度）の水は、反転後には水出口として機能する前記流通口を通じて容器外に流出する。容器外に流出した高硬度水の水熱交換器への流入は、水熱交換器におけるスケールの析出を助長する。

本発明の目的は、電気分解装置を備える温度調節水供給機において、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向の反転に起因した高硬度水の水熱交換器への流入を抑制することである。

本発明の温度調節水供給機は、水を加熱する水熱交換器（２１）と、容器（４７）及び前記容器（４７）内に設けられた複数の電極（５１，５２）を有し、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に水流路が形成され、前記水熱交換器（２１）に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置（４１）と、前記水流路における水の流れ方向を反転する反転機構（８０）と、前記電気分解装置（４１）と前記水熱交換器（２１）との間に設けられたバッファ槽（９０）と、を備え、前記容器（４７）から流出した水は、前記バッファ槽（９０）において前記バッファ槽（９０）内の水と混合される。

この構成では、容器（４７）から流出した水は、バッファ槽（９０）内の水と混合される。したがって、水の流れ方向の反転によって高硬度の水（スケール成分濃度の高い水）が容器（４７）から流出したとしても、この高硬度水は、バッファ槽（９０）内の水と混合されて希釈される。

具体的に、水の流れ方向の反転前に水流路を流れる水は、水流路を流れる間に電気分解処理され、スケール成分濃度が低減された状態で容器（４７）から流出し、バッファ槽（９０）に流入する。このため、水の流れ方向の反転前におけるバッファ槽（９０）内の水は、スケール成分濃度が低い。したがって、水の流れ方向の反転によって容器（４７）から流出する高硬度水は、バッファ槽（９０）においてバッファ槽（９０）内の低硬度水と混合されることにより、希釈される。

これにより、バッファ槽（９０）から流出して水熱交換器（２１）に送られる水のスケール成分濃度は、バッファ槽（９０）において希釈される前の高硬度水のスケール成分濃度よりも低くなる。よって、この構成では、容器（４７）内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向の反転に起因した高硬度水の水熱交換器（２１）への流入を抑制することができる。

具体的に、前記温度調節水供給機において、例えば、前記バッファ槽（９０）は、前記容器（４７）から流出した水が前記バッファ槽（９０）内に流入する水入口（９１）と、前記バッファ槽（９０）内の水が前記バッファ槽（９０）外に流出する水出口（９２）とを有していてもよい。

また、前記水出口（９２）の位置は、前記水入口（９１）の位置よりも高いことが好ましい。

この構成の利点について、例えば水入口（９１）の位置が本構成と同じであるという前提で水出口（９２）の位置が水入口（９１）の位置よりも低い形態と比較して説明する。すなわち、この形態では、例えばバッファ槽（９０）内が空の状態又は空に近い状態の場合、水入口（９１）を通じてバッファ槽（９０）内に流入する高硬度水は、バッファ槽（９０）においてあまり希釈されないうちに、水入口（９１）よりも低い位置にある水出口（９２）を通じてバッファ槽（９０）外に流出することが想定される。このような形態に対し、本構成では、水出口（９２）の位置が水入口（９１）の位置よりも高いので、バッファ槽（９０）内における滞留時間をより長くすることができる。これにより、バッファ槽（９０）に流入した高硬度水は、その後にバッファ槽（９０）に流入する低硬度水によってより長い時間希釈され得る。これにより、本構成では、高硬度水がバッファ槽（９０）内においてあまり希釈されないうちに水出口（９２）を通じてバッファ槽（９０）外に流出するのを抑制できる。

前記温度調節水供給機において、前記バッファ槽（９０）は、前記水入口（９１）及び前記水出口（９２）が設けられた槽本体（９３）と、前記槽本体（９３）内の空間を、前記水入口（９１）側の第１空間（Ｓ１）と、前記第１空間（Ｓ１）よりも前記水出口（９２）側の第２空間（Ｓ２）とに分ける隔壁（９４）と、を含んでいてもよく、この場合、前記第１空間（Ｓ１）内の水は、隔壁（９４）に設けられた連通部（Ｇ）、又は前記隔壁（９４）と前記槽本体（９３）との間に設けられた連通部（Ｇ）を通じて前記第２空間（Ｓ２）に流入する。

この構成では、水入口（９１）を通じて槽本体（９３）の第１空間（Ｓ１）に流入する水は、第１空間（Ｓ１）から第２空間（Ｓ２）に移動するときに連通部（Ｇ）を通過する。この構成では、槽本体（９３）内において水が第１空間（Ｓ１）、連通部（Ｇ）及び第２空間（Ｓ２）の順に流れることによって槽本体（９３）内における水の混合が促進されるので、槽本体（９３）内において十分に混合されていない水が槽本体（９３）から流出するのを抑制できる。

前記温度調節水供給機において、前記槽本体（９３）内には、蛇行流路が形成されていてもよい。

この構成では、槽本体（９３）内において水が蛇行流路を流れることによって槽本体（９３）内における水の混合が促進されるので、槽本体（９３）内において十分に混合されていない水が槽本体（９３）から流出するのを抑制できる。

前記温度調節水供給機において、前記電気分解装置（４１）における前記水流路は、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に形成された蛇行流路であるのが好ましい。

この構成では、容器（４７）内に蛇行流路が形成されているので、容器（４７）を大型化せずに容器（４７）内の限られた容積において長い水流路を形成できる。これにより、電気分解の効率を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、容器内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向の反転に起因した高硬度水の水熱交換器への流入を抑制することができる。

本発明の一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），（Ｂ）は、前記実施形態に係るヒートポンプ給湯機に用いられる電気分解装置、反転機構及びバッファ槽を示す断面図である。（Ａ）は、容器内の蛇行流路において水が第１方向に流れる第１制御を示し、（Ｂ）は、容器内の蛇行流路において水が第２方向に流れる第２制御を示す。 （Ａ），（Ｂ）は、前記反転機構の変形例について説明するための断面図である。（Ａ）は、容器内の蛇行流路において水が第１方向に流れる第１制御を示し、（Ｂ）は、容器内の蛇行流路において水が第２方向に流れる第２制御を示す。 前記電気分解装置の変形例を説明するための断面図である。 （Ａ）は、前記バッファ槽の変形例１を示す断面図であり、（Ｂ）は、前記バッファ槽の変形例２を示す断面図であり、（Ｃ）は、前記バッファ槽の変形例３を示す断面図であり、（Ｄ）は、前記バッファ槽の変形例４を示す断面図であり、（Ｅ）は、前記バッファ槽の変形例５を示す断面図である。 前記電気分解装置を備えた冷却塔、燃焼式給湯機又は電気温水機の構成を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係る温度調節水供給機（温度調節された水を供給する装置）について図面を参照しながら説明する。温度調節水供給機としては、ヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などが例示できるが、以下では主にヒートポンプ給湯機について説明する。

＜ヒートポンプ給湯機＞
図１に示す第１実施形態に係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、膨張機構としての電動膨張弁２３、空気熱交換器２５、及びこれらを接続する冷媒配管を含む。貯湯回路１０ｂは、タンク１５、ポンプ３１、電気分解装置４１、バッファ槽９０、水熱交換器２１、及びこれらを接続する導水路２７，２９を含む。水熱交換器２１は、２つの流路を有し、一方の流路は、冷媒回路１０ａに含まれており、他方の流路は、貯湯回路１０ｂに含まれている。冷媒回路１０ａ及び貯湯回路１０ｂの運転は、制御部３２によって制御される。

圧縮機１９、水熱交換器２１、電動膨張弁２３及び空気熱交換器２５はヒートポンプユニット１３内に設けられている。タンク１５及びポンプ３１は、貯湯ユニット１７内に設けられている。導水路２７，２９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。

ポンプ３１は、貯湯回路１０ｂにおいて水を送るためのものであり、本実施形態では入水配管２７に設けられているが、ポンプ３１の配設位置はこれに限定されない。ポンプ３１の運転により、タンク１５内の水は、タンク１５の下部から流出し、入水配管２７、水熱交換器２１および出湯配管２９の順に送られて、タンク１５の上部に戻る。

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が、これに限定されない。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に設けられている。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に設けられている。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が、これに限定されない。

電気分解装置４１は、水熱交換器２１に送る水に含まれるスケール成分を除去する機能を有する。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且つポンプ３１の下流側の位置に設けられている。入水配管２７は、電気分解装置４１よりも上流側の上流側配管２７Ａと、電気分解装置４１よりも下流側の下流側配管２７Ｂとを含む。バッファ槽９０は、電気分解装置４１と水熱交換器２１との間に設けられている。本実施形態では、バッファ槽９０は、下流側配管２７Ｂに設けられている。電気分解装置４１及びバッファ槽９０の詳細については後述する。

制御部３２は、中央演算処理装置３３やメモリ３４などを有する例えばマイクロコンピュータによって構成されている。メモリ３４には、タンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転のスケジュールなどが記憶されており、制御部３２は、そのスケジュールに基づいて沸上げ運転を実行する。なお、沸上げ運転は、スケジュールされた時期以外の時期においても必要に応じて実行される場合もある。沸上げ運転は、例えば水使用量の少ない夜間の時間帯、電気料金が低い時間帯などに実行されるようにスケジュールされているのが好ましいが、これに限定されない。また、メモリ３４には、後述する反転機構８０（図２（Ａ）参照）の制御条件などが記憶されており、制御部３２は、その制御条件に基づいて反転機構８０を制御する。反転機構８０の詳細については後述する。

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。

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３２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る。

＜電気分解装置、反転機構及びバッファ槽＞
次に、電気分解装置４１、反転機構８０及びバッファ槽９０の一例について具体的に説明するが、電気分解装置４１、反転機構８０及びバッファ槽９０は、以下の具体的な実施形態に限定されない。図２（Ａ）は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１に用いられる電気分解装置４１、反転機構８０及びバッファ槽９０を示す断面図である。

（電気分解装置）
図２（Ａ）に示すように、電気分解装置４１は、容器４７と、容器４７内に設けられた複数の電極５１，５２とを有する。容器４７内には、複数の電極５１，５２によって一続きの蛇行流路が形成されている。ただし、容器４７内の水流路は、蛇行流路に限られず、例えば後述する電気分解装置４１の変形例（図４参照）のように蛇行流路でなくてもよい。容器４７は、水の出入口である第１流通口４３と、水の出入口である第２流通口４５とを有する。

本実施形態では、容器４７は略直方体形状を有するが、これに限定されない。容器４７の壁部は、水が流れる水流空間を形成している。容器４７は、互いに対向する第１壁部４７１及び第２壁部４７２を有する。また、容器４７は、第１壁部４７１と第２壁部４７２をつなぐ第３壁部４７３及び第４壁部４７４を有する。本実施形態では、第３壁部４７３は、容器４７の下壁を構成し、第４壁部４７４は、容器４７の上壁を構成している。

容器４７の第１流通口４３は、第１壁部４７１に設けられており、第２流通口４５は、第２壁部４７２に設けられているが、これに限定されない。流通口４３，４５は、第３壁部４７３や第４壁部４７４に設けられていてもよい。第１流通口４３にはタンク１５（図１参照）側に位置する入水配管２７（上流側配管２７Ａ）が接続されており、第２流通口４５には水熱交換器２１側に位置する入水配管２７（下流側配管２７Ｂ）が接続されている。

複数の電極５１，５２は、複数の第１電極５１と複数の第２電極５２とを含む。複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、第１電極５１と第２電極５２が交互に配置されるように、一方向（電極の厚さ方向）に配列されている。本実施形態では、複数の第１電極５１は、第３壁部４７３から第４壁部４７４側に向かって延びており、複数の第２電極５２は、第４壁部４７４から第３壁部４７３側に向かって延びている。本実施形態では、各電極は、第１壁部４７１に平行な姿勢で配置されているが、これに限定されない。

隣り合う電極５１，５２は、電極対４９を構成している。電極対４９の一方の電極が陽極として機能し、他方の電極が陰極として機能するように、複数の電極５１，５２が図略の電源に接続されている。電源としては、例えば直流電源が用いられる。本実施形態では、複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、電源に対して並列に接続されているが、これに限定されない。

各電極は、耐食性に優れた材料により形成されている。各電極を主に構成する材料としては、白金、チタンなどが例示できる。具体的には次の通りである。例えば、各電極は、少なくとも表面が白金を主成分とする材料により形成されているのが好ましい。具体的に、各電極の全体が白金を主成分とする材料（白金、白金合金などの材料）により形成されている形態が例示できる。また、各電極が、白金よりもイオン化傾向の大きい材料（すなわち、水中において白金よりも酸化されやすい材料）により形成された電極本体と、この電極本体の表面に白金を主成分とする材料（白金、白金合金などの材料）により形成されたコーティング層とを有する形態が例示できる。電極本体の材料としては、例えばチタンを主成分とする材料（チタン、チタン合金などの材料）などが例示できる。また、水中において白金よりも酸化されやすいものの比較的耐食性に優れた材料として例えばチタンを主成分とする材料（チタン、チタン合金などの材料）などによって各電極が形成されていてもよい。

各電極の形状としては、例えば板形状、棒形状などの種々の形状を採用することができるが、本実施形態では板形状を採用している。これにより、各電極の表面積を大きくすることができる。また、本実施形態では、複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、互いに平行な姿勢で配置されており、電極の厚さ方向に互いに間隔をあけて配列されている。電極同士の隙間は、水が流れる流路として機能する。本実施形態では、容器４７内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路が形成されるように複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２が配置されている。本実施形態では、蛇行流路は、上下方向に蛇行しているが、これに限られず、例えば水平方向に蛇行していてもよい。

（反転機構）
反転機構８０は、容器４７内の水流路（本実施形態では蛇行流路）における水の流れ方向を反転する。反転機構８０は、貯湯回路１０ｂに含まれる。反転機構８０は、制御部３２により制御される。本実施形態では、反転機構８０は、複数の配管と、複数の弁とを含む。具体的に、図２（Ａ）に示す実施形態では、反転機構８０の複数の配管は、第１分岐管８１と、第２分岐管８２とを含み、反転機構８０の複数の弁は、第１三方弁８３と、第２三方弁８４とを含む。ただし、反転機構８０は、図２（Ａ）に示す形態に限られず、例えば後述する反転機構８０の変形例（図３（Ａ）参照）に示すような形態であってもよく、また、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す形態以外の形態であってもよい。

第１三方弁８３は、入水配管２７の上流側配管２７Ａに設けられており、第２三方弁８４は、入水配管２７の下流側配管２７Ｂに設けられている。第１分岐管８１の一端８１ａは、第１三方弁８３に接続されており、第１分岐管８１の他端８１ｂは、下流側配管２７Ｂに接続されている。第２分岐管８２の一端８２ａは、上流側配管２７Ａに接続されており、第２分岐管８２の他端８２ｂは、第２三方弁８４に接続されている。具体的に、本実施形態では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、第２三方弁８４と第２流通口４５との間の下流側配管２７Ｂに接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、第１三方弁８３と第１流通口４３との間の上流側配管２７Ａに接続されている。

図２（Ａ）は、第１制御における水の流れを示しており、図２（Ｂ）は、第２制御における水の流れを示している。第１制御では、水は、図２（Ａ）において矢印Ａで示す方向に流れ、容器４７内の蛇行流路においては蛇行しながら第１方向Ａ（順方向Ａ）に流れる。図２（Ａ）では、水の流れが理解しやすいように、第１制御時に水が流れる部位を実線で描いており、水が流れない部位を破線で描いている。第２制御では、水は、図２（Ｂ）において矢印Ｂで示す方向に流れ、容器４７内の蛇行流路においては蛇行しながら第２方向Ｂ（逆方向Ｂ）に流れる。図２（Ｂ）では、水の流れが理解しやすいように、第２制御時に水が流れる部位を実線で描いており、水が流れない部位を破線で描いている。

具体的に、第１制御では、三方弁８３，８４が所定の状態に設定されることにより、図２（Ａ）に示すように、上流側配管２７Ａを流れる水は、三方弁８３においてそのまま上流側配管２７Ａに導かれ、第１流通口４３を通じて容器４７内に流入する。容器４７内に流入した水は、一続きの蛇行流路を第２流通口４５側に向かって流れ、第２流通口４５から容器４７外に流出する。容器４７外に流出した水は、下流側配管２７Ｂを流れて三方弁８４に至り、三方弁８４においてそのまま下流側配管２７Ｂに導かれ、バッファ槽９０に送られる。

一方、第２制御では、三方弁８３，８４が所定の状態に設定されることにより、図２（Ｂ）に示すように、上流側配管２７Ａを流れる水は、三方弁８３において第１分岐管８１に導かれ、この第１分岐管８１及び下流側配管２７Ｂを流れ、第２流通口４５を通じて容器４７内に流入する。容器４７内に流入した水は、一続きの蛇行流路を第１流通口４３側に向かって流れ、第１流通口４３から容器４７外に流出する。容器４７外に流出した水は、バッファ槽９０に送られる。

容器４７内の水流路において、水の流れ方向の反転前に水入口として機能する流通口（第１流通口４３又は第２流通口４５）に近い領域には、スケール成分濃度の高い水（高硬度水）が存在する。この高硬度水は、水の流れ方向の反転後には、水出口として機能する当該流通口を通じて容器４７外に流出する。

具体的には、例えば図２（Ａ）に示す第１制御が、ある程度の時間継続して行われると、容器４７内において水流路の下流側（第２流通口４５側）ほどスケール成分濃度が小さくなり、水流路において濃度勾配が生じる。この状態では、第１流通口４３側（第１壁部４７１側）の水流路におけるスケール成分濃度は、第２流通口４５側（第２壁部４７２側）の水流路におけるスケール成分濃度よりも高い。そして、反転機構８０によって水の流れ方向が反転すると、第１流通口４３に近い領域に存在する高硬度水は、水出口として機能する第１流通口４３を通じて容器４７外に流出する。容器４７外に流出した高硬度水は、バッファ槽９０に送られる。

（バッファ槽）
バッファ槽９０は、反転機構８０による水の流れ方向の反転に起因して電気分解装置４１の容器４７から流出する高硬度水を希釈するためのものである。バッファ槽９０は、水を一時的に貯留する槽本体９３を有する。槽本体９３は、容器４７から流出した水が槽本体９３内に流入する水入口９１と、槽本体９３内の水が槽本体９３外に流出する水出口９２とを有する。槽本体９３から流出した水は、下流側配管２７Ｂを通って水熱交換器２１側に送られる。

本実施形態では、第１制御及び第２制御の何れの場合であっても、バッファ槽９０の槽本体９３に流入する水量とほぼ同じ量の水が槽本体９３から流出するので、槽本体９３内の水量はほぼ一定に維持される。例えば図２（Ａ）に示すバッファ槽９０では、第１制御、第２制御、及び水の流れ方向の反転制御の何れの制御が実行されているときであっても、槽本体９３内においては、水出口９２の高さ程度の水量が維持される。

そして、第１制御又は第２制御が、ある程度の時間継続して行われているときには、電気分解処理されてスケール成分濃度が低減された低硬度水が容器４７外に流出し、この低硬度水がバッファ槽９０の槽本体９３内に流入する。したがって、第１制御又は第２制御が、ある程度の時間継続して行われているときには、槽本体９３内の水のスケール成分濃度は、低い値に安定して維持される。

したがって、反転機構８０によって水の流れ方向が反転して容器４７外に流出し、バッファ槽９０に流入する高硬度水は、槽本体９３内において低硬度水と混合されることによって希釈される。これにより、バッファ槽９０の槽本体９３から流出する水のスケール成分濃度は、槽本体９３において希釈される前の水のスケール成分濃度に比べて低減される。

本実施形態では、槽本体９３の容積は、容器４７の容積よりも小さいが、これに限られない。槽本体９３の容積は、電気分解装置４１の容器４７の大きさ、容器４７内を流れる水の流量などに応じて設定される。槽本体９３は、高硬度水を希釈する効果を高める観点で、大きな容積を有するのが好ましい。したがって、槽本体９３の容積は、容器４７の容積よりも大きくすることもできる。槽本体９３は、少なくとも下流側配管２７Ｂの流路断面積よりも大きな断面積を有する。

本実施形態では、水出口９２の位置は水入口９１の位置よりも高く設定されているが、これに限られず、例えば後述する変形例３〜５（図５（Ｃ）〜（Ｅ）参照）のように水出口９２が水入口９１よりも低く設定されていてもよい。ただし、水出口９２の位置が水入口９１の位置よりも高く設定されている本実施形態では、仮に槽本体９３内が空の状態又は空に近い状態で槽本体９３内に高硬度水が流入したとしても、高硬度水が槽本体９３内においてあまり希釈されないうちに水出口９２を通じて槽本体９３外に流出するのを抑制できる。

また、槽本体９３において水の混合を促進させる観点で、水入口９１と水出口９２とは高さ方向にできるだけ離れているのが好ましい。図２（Ａ），（Ｂ）に示す本実施形態では、水入口９１は、槽本体９３の高さ方向の中央よりも下方にあり、水出口９２は、槽本体９３の高さ方向の中央よりも上方にある。より具体的には、水入口９１は、槽本体９３の上面に近い位置（例えば高さ寸法の３／４以上の位置）にあり、水出口９２は、槽本体９３の下端に近い位置（例えば高さ寸法の１／４以下の位置）にある。

電気分解装置４１、反転機構８０及びバッファ槽９０の主な特徴は、上記の通りである。次に、これらの動作について説明する。

（動作）
タンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転時には、電気分解装置４１の電極対４９に電圧が印加される。電気分解装置４１の電気分解条件としては、電極対４９に予め定められた電流値の電流を流す条件、電極対４９に予め定められた電圧が印加される条件、これらの条件を組み合わせた条件などが例示できるが、これらに限定されない。

沸上げ運転時には、第１流通口４３及び第２流通口４５の一方から容器４７内に流入した水が第１流通口４３及び第２流通口４５の他方から容器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極対４９の陰極にスケールとして析出する。これにより、電気分解装置４１においてスケール成分濃度が低減された水を水熱交換器２１に送ることができる。そして、本実施形態では、水の流れ方向を反転することに起因して容器４７から流出する高硬度水は、バッファ槽９０において希釈された後、水熱交換器２１に送られる。

本実施形態では、第１制御において第１方向Ａ（順方向Ａ）に水を流す時間と、第２制御において第２方向Ｂ（逆方向Ｂ）に水を流す時間は、同じ値に設定されていてもよく、異なる値に設定されていてもよい。

＜反転機構の変形例＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、反転機構８０の変形例について説明するための断面図である。図３（Ａ）は、容器内の蛇行流路において水が第１方向Ａに流れる第１制御を示し、（Ｂ）は、容器内の蛇行流路において水が第２方向に流れる第２制御を示す。

この変形例では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、容器４７に設けられた流通口４４に接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、容器４７に設けられた流通口４２に接続されている。この変形例では、図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と比較して、第１分岐管８１の他端８１ｂ及び第２分岐管８２の一端８２ａの接続先の選択肢が広がるというメリットがある。図例では、第１分岐管８１の他端８１ｂは、第２壁部４７２に設けられた流通口４４に接続されており、第２分岐管８２の一端８２ａは、第１壁部４７１に設けられた流通口４２に接続されているが、これらに限定されず、容器４７の他の部位に接続されていてもよい。

また、この変形例では、反転機構８０の複数の弁として開閉弁８５，８６，８７，８８が用いられている。第１開閉弁８５は、上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、入水配管２７の下流側配管２７Ｂに設けられている。また、第３開閉弁８７は、第１分岐管８１に設けられており、第４開閉弁８８は、第２分岐管８２に設けられている。具体的に、この変形例では、第１開閉弁８５は、第１分岐管８１の一端８１ａと流通口４３との間の上流側配管２７Ａに設けられており、第２開閉弁８６は、第２分岐管８２の他端８２ｂと流通口４５との間の下流側配管２７Ｂに設けられている。開閉弁８５の単価が三方弁８３の単価に比べて十分低い場合には、この変形例は、図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態に比べてコスト面でメリットがある。

以上の点で、この変形例は、図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と異なっているが、他の構成については図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。

＜電気分解装置の変形例＞
図４は、電気分解装置４１の変形例を説明するための断面図である。この変形例では、電気分解装置４１の容器４７内の水流路は、図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態のように蛇行流路ではない。この変形例における水流路は、容器４７の側壁（図４では壁部４７３，４７４）に沿って延びる複数の流路によって構成されている。図４では、複数の流路は、容器４７の側壁に略平行であるが、これに限られず、側壁に対して傾斜していてもよい。複数の流路のそれぞれは、隣り合う電極５１，５２によって形成されている。

なお、この変形例の電気分解装置４１以外の構成については、図２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。

＜バッファ槽の変形例＞
図５（Ａ）は、バッファ槽９０の変形例１を示す断面図である。この変形例１では、水出口９２の位置は水入口９１の位置と同じ高さに設定されている。この変形例１では、水入口９１及び水出口９２の位置は、槽本体９３の高さ方向の中央よりも上方にあるが、これに限られない。水入口９１及び水出口９２の位置は、槽本体９３の高さ方向の中央、又は中央よりも下方にあってもよい。

図５（Ｂ）は、バッファ槽９０の変形例２を示す断面図である。この変形例２では、水入口９１は、槽本体９３の下部（底部）に設けられており、水出口９２は、槽本体９３の上部（天部）に設けられている。

図５（Ｃ）は、バッファ槽９０の変形例３を示す断面図である。この変形例３では、バッファ槽９０は、隔壁９４をさらに有する。隔壁９４は、槽本体９３の下面から上方に延びている。隔壁９４の下端９４ａは、槽本体９３の下面に接している。隔壁９４の上端９４ｂと槽本体９３の上面との間には、連通部としての隙間Ｇが設けられている。隔壁９４は、槽本体９３内の空間を、水入口９１側の第１空間Ｓ１と、第１空間Ｓ１よりも水出口９２側の第２空間Ｓ２とに分けている。

この変形例３では、水入口９１を通じて槽本体９３の第１空間Ｓ１に流入する水は、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に移動するときに、第１空間Ｓ１からあふれ出るように隔壁９４の上端９４ｂと槽本体９３の上面との隙間Ｇを通過する。このように槽本体９３の断面積よりも狭い開口面積の隙間Ｇを水があふれ出るように通過することにより、水の混合が促進される。

図５（Ｃ）では、水出口９２の位置は、水入口９１の位置よりも低く設定されているが、これに限られない。水出口９２の位置は、水入口９１の位置と同じであってもよく、水入口９１の位置よりも高くてもよい。

また、図５（Ｃ）では、隔壁９４の上端９４ｂの位置は、水入口９１の位置よりも高く設定されているが、これに限られない。ただし、隔壁９４の上端９４ｂの位置が水入口９１の位置よりも高く設定されている場合には、水入口９１から槽本体９３に流入した水が隙間Ｇに到達するまでの移動距離及び移動時間をある程度確保することができるので、水の混合がさらに促進される。

図５（Ｄ）は、バッファ槽９０の変形例４を示す断面図である。この変形例４は、連通部Ｇが隔壁９４に設けられている点で変形例３と異なっている。隔壁９４は、槽本体９３内の空間を、水入口９１側の第１空間Ｓ１と、第１空間Ｓ１よりも水出口９２側の第２空間Ｓ２とに分けており、連通部Ｇは隔壁９４に設けられた貫通孔である。第１空間Ｓ１内の水は連通部Ｇを通じて第２空間Ｓ２に流入する。このように槽本体９３の断面積よりも狭い開口面積の連通部Ｇを水が通過することにより、水の混合が促進される。

図５（Ｄ）では、連通部Ｇの位置は、水入口９１の位置よりも高く設定されているが、これに限られない。ただし、連通部Ｇの位置が水入口９１の位置よりも高く設定されている場合には、水入口９１から槽本体９３に流入した水が連通部Ｇに到達するまでの移動距離及び移動時間をある程度確保することができるので、水の混合がさらに促進される。

図５（Ｄ）では、水出口９２の位置は、水入口９１の位置よりも低く設定されているが、これに限られない。水出口９２の位置は、水入口９１の位置と同じであってもよく、水入口９１の位置よりも高くてもよい。

図５（Ｅ）は、バッファ槽９０の変形例５を示す断面図である。この変形例５では、槽本体９３内に蛇行流路が形成されている。蛇行流路は、複数の隔壁によって形成されている。複数の隔壁は、槽本体９３の下面から上方に延びる隔壁９４，９４と、槽本体９３の上面から下方に延びる隔壁９５とを含む。隔壁の枚数を調節することにより蛇行流路の折り返し回数を変えることができる。この変形例５では、水出口９２の位置は、水入口９１の位置よりも低く設定されているが、これに限られない。水出口９２の位置は、水入口９１の位置と同じであってもよく、水入口９１の位置よりも高くてもよい。

＜実施形態のまとめ＞
以上説明したように、前記実施形態では、容器内の水の流れ方向が反転すると、容器内において水入口側の領域のスケール成分の濃度と水出口側の領域のスケール成分の濃度との差（水の導電率の差）が小さくなるので、これらの領域における電気分解効率の差が小さくなる。その結果、電気分解装置全体として電気分解効率が向上する。しかも、前記実施形態では、水の流れ方向の反転によって高硬度水が容器４７から流出したとしても、この高硬度水は、バッファ槽９０において槽本体９３内の水と混合されて希釈される。これにより、バッファ槽９０の槽本体９３から流出して水熱交換器２１に送られる水のスケール成分濃度は、槽本体９３において希釈される前の高硬度水のスケール成分濃度よりも低くなる。よって、容器４７内の水の流れ方向を反転させて電気分解効率を向上させつつ、水の流れ方向の反転に起因した高硬度水の水熱交換器２１への流入を抑制することができる。

また、水出口９２の位置が水入口９１の位置よりも高い場合には、槽本体９３内における滞留時間をより長くすることができるので、槽本体９３に流入した高硬度水は、その後に槽本体９３に流入する低硬度水によってより長い時間希釈され得る。これにより、高硬度水が槽本体９３内においてあまり希釈されないうちに水出口９２を通じて槽本体９３外に流出するのを抑制できる。

また、変形例３及び変形例４では、第１空間Ｓ１内の水は、隔壁９４に設けられた連通部Ｇ、又は隔壁９４と槽本体９３との間に設けられた連通部Ｇを通じて第２空間Ｓ２に流入する。これらの構成では、槽本体９３内において水が第１空間Ｓ１、連通部Ｇ及び第２空間Ｓ２の順に流れることによって槽本体９３内における水の混合が促進されるので、槽本体９３内において十分に混合されていない水が槽本体９３から流出するのを抑制できる。

また、変形例５では、槽本体９３内に蛇行流路が形成されている。この変形例５では、槽本体９３内において水が蛇行流路を流れることによって槽本体９３内における水の混合が促進されるので、槽本体９３内において十分に混合されていない水が槽本体９３から流出するのを抑制できる。

また、電気分解装置４１における水流路が、複数の電極５１，５２によって容器４７内に形成された蛇行流路である場合には、容器４７を大型化せずに容器４７内の限られた容積において長い水流路を形成できる。これにより、電気分解の効率を向上させることができる。

＜他の変形例＞
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。

前記実施形態では、複数の電極５１，５２が容器４７内において上下方向に蛇行する蛇行流路を形成している場合を例示したが、これに限定されない。例えば、複数の電極５１，５２が容器４７内において水平方向などの他の方向に蛇行する蛇行流路を形成する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。

また、前記実施形態では、温度調節水供給機がヒートポンプ給湯機１１である場合を例示したが、これに限定されない。温度調節水供給機としては、スケール成分を除去する必要がある他の用途、例えばヒートポンプ温水暖房機、燃焼式給湯機、電気温水機、冷却塔などにも適用することができる。

前記ヒートポンプ温水暖房機では、例えば図１に示す構成図において、タンク１５内に貯留された高温の水が暖房用途などに用いられる。

前記燃焼式の給湯機は、図６に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、バッファ槽９０と、バッファ槽９０よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。燃焼式の給湯機では、水熱交換器２１Ａにおいて燃料用のガスなどを燃焼させることにより得られる熱エネルギーを用いて水が加熱される。

また、前記電気温水機は、図６に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、バッファ槽９０と、バッファ槽９０よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。前記電気温水機では、水熱交換器２１Ａにおいて電気エネルギーを用いて水が加熱される。

前記冷却塔は、例えば図６に示すように、電気分解装置４１と、反転機構８０と、バッファ槽９０と、バッファ槽９０よりも下流側に設けられる水熱交換器２１Ａとを備える。前記冷却塔では、水熱交換器２１Ａにおいて、他の装置で発生した熱を搬送してきた流体と熱交換することにより水が加熱される。

１１ ヒートポンプ給湯機
２１ 水熱交換器
２１Ａ 水熱交換器
４１ 電気分解装置
４７ 容器
４９ 電極対
５１ 電極
５２ 電極
８０ 反転機構
８１ 分岐管
８２ 分岐管
８３，８４ 三方弁
８５，８６，８７，８８ 開閉弁
９０ バッファ槽
９１ 水入口
９２ 水出口
９３ 槽本体
９４ 隔壁
９４ａ 隔壁の下端
９４ｂ 隔壁の上端
９５ 隔壁
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間

Claims (6)

1. 水を加熱する水熱交換器（２１）と、
   容器（４７）及び前記容器（４７）内に設けられた複数の電極（５１，５２）を有し、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に水流路が形成され、前記水熱交換器（２１）に送る水に含まれるスケール成分を除去する電気分解装置（４１）と、
   前記水流路における水の流れ方向を反転する反転機構（８０）と、
   前記電気分解装置（４１）と前記水熱交換器（２１）との間に設けられたバッファ槽（９０）と、を備え、
   前記容器（４７）から流出した水は、前記バッファ槽（９０）において前記バッファ槽（９０）内の水と混合される温度調節水供給機。
2. 前記バッファ槽（９０）は、前記容器（４７）から流出した水が前記バッファ槽（９０）内に流入する水入口（９１）と、前記バッファ槽（９０）内の水が前記バッファ槽（９０）外に流出する水出口（９２）とを有する、請求項１に記載の温度調節水供給機。
3. 前記水出口（９２）の位置は、前記水入口（９１）の位置よりも高い、請求項２に記載の温度調節水供給機。
4. 前記バッファ槽（９０）は、
   前記水入口（９１）及び前記水出口（９２）が設けられた槽本体（９３）と、
   前記槽本体（９３）内の空間を、前記水入口（９１）側の第１空間（Ｓ１）と、前記第１空間（Ｓ１）よりも前記水出口（９２）側の第２空間（Ｓ２）とに分ける隔壁（９４）と、を含み、
   前記第１空間（Ｓ１）内の水は、隔壁（９４）に設けられた連通部（Ｇ）、又は前記隔壁（９４）と前記槽本体（９３）との間に設けられた連通部（Ｇ）を通じて前記第２空間（Ｓ２）に流入する、請求項２又は３に記載の温度調節水供給機。
5. 前記バッファ槽（９０）内には、蛇行流路が形成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の温度調節水供給機。
6. 前記電気分解装置（４１）における前記水流路は、前記複数の電極（５１，５２）によって前記容器（４７）内に形成された蛇行流路である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度調節水供給機。

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