JP5146437B2 - Water heater - Google Patents
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Description
本発明は、電気温水器やヒートポンプ給湯機等の給湯機において、配管内のスケール生成を防止する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for preventing scale generation in a pipe in a water heater such as an electric water heater or a heat pump water heater.
従来、給湯機の配管内のスケール生成を防止する技術として、イオン交換樹脂を用いて軟水化する以下のような技術がある（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a technique for preventing scale generation in a pipe of a water heater, there is the following technique for softening water using an ion exchange resin (see, for example, Patent Document 1).
図６は、従来の配管のスケール生成を防止する給湯機の構成図である。 FIG. 6 is a configuration diagram of a water heater that prevents scale generation of a conventional pipe.
図６において、風呂給湯機１１７に水を供給する水路となる原水供給パイプ１０１は、三方弁１０２を介して電気分解装置１０３の下部及び軟水化装置１１３の上部に接続されている。そして、採水時には軟水化装置１１３に通水し、再生時には電気分解装置１０３に通水するように、三方弁１０２を切り換える構成となっている。電気分解装置１０３は、ポーラスな隔膜１０４、例えば素焼きの隔膜によって、陽極室１０７と陰極室１０８に仕切られている。そして、これら極室に、それぞれ電極１０５及び１０６を配設している。 In FIG. 6, a raw water supply pipe 101 serving as a water channel for supplying water to a bath water heater 117 is connected to a lower part of the electrolyzer 103 and an upper part of the water softener 113 through a three-way valve 102. The three-way valve 102 is switched so that water is passed through the water softening device 113 during water sampling and water is passed through the electrolysis device 103 during regeneration. The electrolyzer 103 is divided into an anode chamber 107 and a cathode chamber 108 by a porous diaphragm 104, for example, an unglazed diaphragm. Electrodes 105 and 106 are disposed in these polar chambers, respectively.
また、陽極室１０７の上部には、酸性水出口パイプ１１０が、三方弁１１１を介して、陽イオン交換樹脂１１２を充填した軟水化装置１１３の上部に接続され、及び三方弁１１８を介して、浴槽１２１への水供給パイプ１２３に接続されている。そして、再生時には軟水化装置１１３に通水し、浴槽１２１で酸性風呂に入浴するときには、浴槽１２１への水供給パイプ１２３に通水するように、三方弁１１１を切り換える構成となっている。 An acidic water outlet pipe 110 is connected to the upper part of the anode chamber 107 via a three-way valve 111 and an upper part of a water softening device 113 filled with a cation exchange resin 112, and via a three-way valve 118. A water supply pipe 123 to the bathtub 121 is connected. Then, the water is passed through the water softening device 113 at the time of regeneration, and the three-way valve 111 is switched so as to pass through the water supply pipe 123 to the bathtub 121 when bathing in the acidic bath in the bathtub 121.
また、陰極室１０８の上部には、アルカリ水出口パイプ１０９が、三方弁１１９を介して、排水パイプ１２２及び飲用水パイプ１２０に接続されている。そして、アルカリ水飲用時には飲用水パイプ１２０に通水し、飲用以外のときには排水パイプ１２２から排水するように、三方弁１１９を切り換える構成になっている。 Further, an alkaline water outlet pipe 109 is connected to the drain pipe 122 and the potable water pipe 120 via a three-way valve 119 at the upper part of the cathode chamber 108. Then, the three-way valve 119 is switched so that water is passed through the drinking water pipe 120 when drinking alkaline water and water is discharged from the drainage pipe 122 when drinking water is not used.
また、軟水化装置１１３の下部には、三方弁１１４を介して排水パイプ１１５が接続され、及びパイプ１１６を介して風呂給湯機１１７が接続されている。 Further, a drain pipe 115 is connected to the lower part of the water softening device 113 via a three-way valve 114, and a bath water heater 117 is connected via a pipe 116.
上記構成において、水は原水供給パイプ１０１を通り、採水時には三方弁１０２を切り換えて、陽イオン交換樹脂１１２の充填してある軟水化装置１１３上部から供給される。そして、陽イオン交換樹脂１１２により、水中のカルシウム、マグネシウム等の陽イオンは、水素イオンと置換されて、水が軟水化される。そして、軟水がパイプ１１６、風呂給湯機１１７を介して、パイプ１２３により、浴槽１２１に供給される。 In the above configuration, water passes through the raw water supply pipe 101 and is supplied from the upper part of the water softening device 113 filled with the cation exchange resin 112 by switching the three-way valve 102 during sampling. Then, the cation exchange resin 112 replaces cations such as calcium and magnesium in the water with hydrogen ions, thereby softening the water. Then, soft water is supplied to the bathtub 121 by the pipe 123 through the pipe 116 and the bath water heater 117.
陽イオン交換樹脂再生時には、水は、三方弁１０２を切り換えて、隔膜１０４によって陽極室１０７及び陰極室１０８を分離形成した及びこれらの極室にそれぞれ電極１０５，１０６を配設したところの、電気分解装置１０３に供給される。電極１０５，１０６の両極間に直流電圧を印加し、陽極室１０７で得られた酸性水を、三方弁１１１を切り換えて、軟水化装置１１３の上部から供給する。このとき、三方弁１１４を排水パイプ１１５側に切り換え、水を風呂給湯機１１７に通水しないようにする。 When the cation exchange resin is regenerated, the water switches the three-way valve 102, the anode chamber 107 and the cathode chamber 108 are separated from each other by the diaphragm 104, and the electrodes 105 and 106 are disposed in these electrode chambers, respectively. It is supplied to the decomposition apparatus 103. A DC voltage is applied between the electrodes 105 and 106, and acidic water obtained in the anode chamber 107 is supplied from the upper part of the water softening device 113 by switching the three-way valve 111. At this time, the three-way valve 114 is switched to the drain pipe 115 side so that water does not pass through the bath water heater 117.
酸性風呂入浴時には、三方弁１１１及び１１８を切り換え、陽極室１０７で得られた酸性水を、パイプ１１０、パイプ１２３を介して浴槽１２１に供給する。このとき、三方弁１１８が切り換えられているため、風呂給湯機１１７に酸性水は通水しない。また、浴室内でアルカリ水を飲用するときには、三方弁１１９を切換える。 At the time of bathing in the acidic bath, the three-way valves 111 and 118 are switched, and the acidic water obtained in the anode chamber 107 is supplied to the bathtub 121 through the pipe 110 and the pipe 123. At this time, since the three-way valve 118 is switched, the acidic water is not passed through the bath water heater 117. When drinking alkaline water in the bathroom, the three-way valve 119 is switched.
以上のように、陽イオン交換樹脂１１２で水中のカルシウム、マグネシウム等の硬度成分を除去し、風呂給湯機１１７の配管及び浴槽１２１内へのスケール付着を防止できる。これにより、浴槽掃除の頻度を減らすこともできる。 As described above, hardness components such as calcium and magnesium in water can be removed with the cation exchange resin 112, and scale adhesion in the piping of the bath water heater 117 and the bathtub 121 can be prevented. Thereby, the frequency of bathtub cleaning can also be reduced.
さらに、水の電気分解で得られる酸性水で、陽イオン交換樹脂１１２を再生するため、
食塩等の供給が不要になり、連続的に軟水を供給することができる。また、酸性水を浴槽に通水することで、酸性風呂を楽しむこともでき、アルカリ水を浴室内で飲用することもできる。
Furthermore, in order to regenerate the cation exchange resin 112 with acidic water obtained by electrolysis of water,
Supply of salt etc. becomes unnecessary, and soft water can be supplied continuously. Moreover, an acidic bath can be enjoyed by passing acidic water through the bathtub, and alkaline water can be drunk in the bathroom.
さらに、水処理装置を備えた給湯機として図７に示すような構成が考案されている。（例えば、特許文献２参照）。 Furthermore, the structure as shown in FIG. 7 is devised as a water heater provided with a water treatment device. (For example, refer to Patent Document 2).
以下、その構成について説明する。 Hereinafter, the configuration will be described.
電気透析を行うための一対の電極１３１、１３２、陽イオン交換膜１３３、陰イオン交換膜１３４を有し、電極１３１が陰極、電極１３２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１３５、Ｍｇ2+、Ｃａ2+イオンをＨ+イオンと交換する陽イオン交換樹脂１３６、陽イオン交換樹脂１３６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１３７、セル内を分割するイオンが通過可能な隔膜１３８を配置している。 A pair of electrodes 131 and 132 for performing electrodialysis, a cation exchange membrane 133, and an anion exchange membrane 134 are provided, and a voltage is applied so that the electrode 131 serves as a cathode and the electrode 132 serves as an anode. It is not adsorbed by the anion exchange resin 135 for exchanging Cl − , NO 3 − ions with OH − ions, the cation exchange resin 136 for exchanging Mg 2+ and Ca 2+ ions with H + ions, and the cation exchange resin 136. In addition, a discharge port 137 through which water condensed with Mg 2+ and Ca 2+ can be discharged, and a diaphragm 138 through which ions dividing the inside of the cell can pass are arranged.
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１３５、１３６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１３９から循環ポンプ１４０により吸引され、流路１４１、１４２、１４３に分流される。 The operation of the above configuration will be described. When water softening is performed, ion exchange by the ion exchange resins 135 and 136 and electrodialysis by electrodialysis means are performed simultaneously. The bath water w is sucked by the circulation pump 140 from the water inlet 139 and is divided into the flow paths 141, 142, and 143.
まず、イオン交換による軟水化について説明する。流路１４２に分流された浴槽水ｗは、隔膜１３８でセル内を仕切られた希釈室１４４、１４５に分流される。希釈室１４５には陽イオン交換樹脂１３６が充填されており、陽イオン交換樹脂１３６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。また、希釈室１４４には陰イオン交換樹脂１３５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１４６を通り、切換え弁１４７および切換え弁１４８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１５０より浴槽１４９に還流される。 First, softening by ion exchange will be described. The bathtub water w divided into the flow path 142 is divided into dilution chambers 144 and 145 partitioned by the diaphragm 138 in the cell. The dilution chamber 145 is filled with a cation exchange resin 136, and Ca 2+ and Mg 2+ as hardness components in the bath water w are ion-exchanged to H + by the cation exchange resin 136. The dilution chamber 144 is filled with an anion exchange resin 135, and Cl − and NO 3 − ions, which are anions in the bath water w, are ion-exchanged to OH − and pass through a net 146 that does not allow the resin to flow out. The bath water w that has joined through the switching valve 147 and the switching valve 148 and has undergone ion exchange is returned to the bathtub 149 from the discharge port 150.
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１３３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１５１に移動し、切換え弁１５２を通って排出口１３７より排出される。また、陰イオン交換膜１３４を介して、浴槽水ｗ中の陰イオンであるＣｌ-、ＨＣｌＯ3 -、ＳＯ4 2-等の陰イオンが濃縮室１５３に移動し、切換え弁１５４を通って、排出口１３７より排出される。 Next, softening by electrodialysis will be described. Ca 2+ and Mg 2+, which are hardness components in the bath water w, move to the concentrating chamber 151 by the electrodialysis force through the cation exchange membrane 133, and are discharged from the discharge port 137 through the switching valve 152. Further, anions such as Cl − , HClO 3 − , SO 4 2−, etc. in the bath water w move to the concentration chamber 153 through the anion exchange membrane 134, pass through the switching valve 154, It is discharged from the discharge port 137.
しかしながら、特許文献１に示した構成では、陽イオン交換樹脂１１２を再生する時、電気分解装置１０３によって、電気分解により水を解離させ、そして酸性水を生成している。しかし、通常電気分解するには、水中に多量のイオン成分が必要であり、高い電圧が必要となる。 However, in the configuration shown in Patent Document 1, when the cation exchange resin 112 is regenerated, the electrolysis apparatus 103 dissociates water by electrolysis and generates acidic water. However, electrolysis usually requires a large amount of ionic components in water, and a high voltage is required.
また、電気分解装置１０３と軟水化装置１１３が別個に備えられているので、装置が複雑となると共に、大きな設置スペースを必要とするという課題があった。 Moreover, since the electrolyzer 103 and the water softening device 113 are separately provided, there are problems that the device becomes complicated and a large installation space is required.
一方、特許文献２に示した水分解イオン交換膜を用いた方式では、水分解イオン交換膜表面にて、硬度成分を吸着しイオン交換して、硬度成分を除去している。そして再生時には、硬度成分がイオン交換した水分解イオン交換膜の界面で、水を解離させて水素イオンと水酸化物イオンを生成することで、水分解イオン交換膜を再生する。したがって、再生時の電流効率が高く、有効な軟水化技術と考えられる。しかし、このような水分解イオン交換膜を給湯機へ適用する上で、以下のような課題がある。 On the other hand, in the method using the water-splitting ion exchange membrane shown in Patent Document 2, the hardness component is removed and adsorbed on the surface of the water-splitting ion exchange membrane to remove the hardness component. At the time of regeneration, the water-splitting ion exchange membrane is regenerated by dissociating water and generating hydrogen ions and hydroxide ions at the interface of the water-splitting ion exchange membrane in which the hardness component is ion-exchanged. Therefore, the current efficiency during regeneration is high, and it is considered an effective water softening technology. However, when such a water-splitting ion exchange membrane is applied to a water heater, there are the following problems.
給湯機に供給される原水は、上水道はもちろん地下水を用いる場合があり、非常に硬度の高い原水の硬度成分を除去する必要がある。また、近年の省エネ指向の高まりから、給湯機の消費電力量を維持する必要があり、軟水化する上でも消費電力量の低減が必要である。特に、水分解イオン交換膜の再生時には余分に消費電力が必要なことから、再生時の消費電力量を低減する必要があった。 The raw water supplied to the water heater may be groundwater as well as the water supply, and it is necessary to remove the hardness component of the raw water having a very high hardness. In addition, due to the recent trend toward energy saving, it is necessary to maintain the power consumption of the hot water heater, and it is necessary to reduce the power consumption even when softening water. In particular, since extra power consumption is required when the water-splitting ion exchange membrane is regenerated, it is necessary to reduce the power consumption during regeneration.
また、特許文献２に示した構成では、軟水化する際に電気透析を行っており、水に電圧を印加しているが印加電圧を制御していないため処理水は水が電気分解して発生する水素ガスおよび酸素ガスを含む。処理水に溶け込んでいたガスは、やがて成長して気泡となり、処理水を導く流路の引き回しによっては、ガス溜まりができる可能性があった。 Further, in the configuration shown in Patent Document 2, electrodialysis is performed when softening water, and a voltage is applied to the water, but the applied voltage is not controlled. Including hydrogen gas and oxygen gas. The gas dissolved in the treated water eventually grows into bubbles, and depending on the routing of the flow path that guides the treated water, there is a possibility that a gas pool may be formed.
したがって本発明は、前記従来の課題を解決するもので、メンテナンスの必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができ、低消費電力量で高硬度の原水を軟水化して再生することができ、かつガス発生のない給湯機を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, does not require maintenance, can simplify the configuration of the apparatus, can be miniaturized, and softens and regenerates raw water with high power consumption and high hardness. An object of the present invention is to provide a water heater that can generate gas and does not generate gas.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、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、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも一対の電極、を有する水処理装置と、水を加温する水加熱手段と、前記水加熱手段で加温された温水を貯湯する貯湯タンクと、市水を貯湯タンクの下部に供給する給水配管と、前記貯湯タンク内の下部の水を前記水加熱手段に導入する流出配管と、前記水加熱手段で加熱された温水を前記貯湯タンクの上部に戻す流入配管と、を備え、前記水処理装置を前記流出配管に設けるとともに、前記イオン交換体が水中のイオンを吸着する際は、前記電極間に水の分解電圧未満の電圧を印加する構成としたことを特徴とする給湯機である。 In order to solve the above conventional problems, the present invention include ion exchangers for adsorbing ions dissolved in water, the ion exchange membrane and desorbs ions adsorbed on the ion exchanger, the voltage on the ion-exchange membrane a water treatment apparatus having at least a pair of electrodes, and applies a water heating means for heating the water, and the hot water storage tank for hot water storage the warmed warm water the water heating means, the lower part of the hot water storage tank city water A water supply pipe for supplying water, an outflow pipe for introducing water in the lower part of the hot water storage tank into the water heating means, and an inflow pipe for returning hot water heated by the water heating means to the upper part of the hot water storage tank. The water treatment device is provided in the outflow pipe, and when the ion exchanger adsorbs ions in water, a voltage lower than the water decomposition voltage is applied between the electrodes. Machine.
これにより、水分解イオン交換体で硬度成分を吸着しイオン交換して硬度成分を除去し、そして再生時には、硬度成分がイオン交換した水分解イオン交換体の界面で水を解離させて水素イオンと水酸化物イオンを生成して再生することで、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方を水分解イオン交換体内で行うので、水処理装置と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。 As a result, the hardness component is adsorbed and ion-exchanged by the water-splitting ion exchanger to remove the hardness component, and at the time of regeneration, water is dissociated at the interface of the water-splitting ion exchanger where the hardness component is ion-exchanged to form hydrogen ions. By generating and regenerating hydroxide ions, both the removal of hardness components and the dissociation of water necessary for regeneration are performed in the water-splitting ion exchanger, so it is necessary to install an electrolyzer separately from the water treatment device. In addition, the configuration of the apparatus is simple and the size can be reduced.
また、水処理装置には、軟水化される原水あるいは再生に使用する水が加温されて導入される。この時、硬度成分であるカルシウムやマグネシウムの陽イオンが水分解イオン交換体の陽イオン交換体でイオン交換されるが、加温されているのでイオン交換速度が速くなる。したがって、陽イオン交換体表面上でのイオン交換が活発に行われる為、硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。 In addition, raw water to be softened or water to be used for regeneration is heated and introduced into the water treatment apparatus. At this time, the cation of calcium or magnesium as a hardness component is ion-exchanged by the cation exchanger of the water-splitting ion exchanger. However, since it is heated, the ion exchange rate is increased. Therefore, since ion exchange on the surface of the cation exchanger is actively performed, raw water having high hardness can be processed into soft water having low hardness.
さらに、水分解イオン交換体の再生は、電極の陽イオン交換体側を陰極、陰イオン交換体側を陽極として電圧を印加すると、イオン交換体の界面で水が解離して水素イオンと水酸化物イオンが生成し、この水素イオンがイオン交換された硬度成分とイオン交換し再生する。ここで、再生に使用する水が加温されているので、水の解離速度及び解離して生成
した水素イオンによる再生時のイオン交換速度が速くなる。
In addition, regeneration of the water-splitting ion exchanger can be accomplished by applying a voltage with the cation exchanger side of the electrode as the cathode and the anion exchanger side as the anode, and water is dissociated at the interface of the ion exchanger and hydrogen ions and hydroxide ions. This hydrogen ion is ion-exchanged and regenerated with the ion-exchanged hardness component. Here, since the water used for regeneration is heated, the dissociation rate of water and the ion exchange rate during regeneration by hydrogen ions generated by dissociation are increased.
これにより、水分解イオン交換体の再生が効率よく行われる為、再生時の消費電力を低減することができる。 Thereby, since regeneration of a water-splitting ion exchanger is performed efficiently, the power consumption at the time of regeneration can be reduced.
さらに、イオン交換体が水中のイオンを吸着する際は、前記電極間に水の分解電圧未満の電圧を印加する構成とすることにより、水中のイオンが吸着され軟水となった処理水を得る際、水が電気分解してガスを発生することがないので、処理水は水の電気分解ガスを含んでおらず、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。 Further, when the ion exchanger adsorbs ions in water, a voltage lower than the decomposition voltage of water is applied between the electrodes to obtain treated water that is softened by adsorption of ions in water. Since water does not electrolyze to generate gas, the treated water does not contain water electrolyzed gas, and there is no possibility of gas collecting in the flow path that guides the treated water.
特に給湯機の場合、水や湯を貯める貯湯タンクは導かれる水に含まれる気体が分離して溜まりやすいが、処理水は水の電気分解ガスを含んでいないため、処理水が貯湯タンクに導かれても水の電気分解ガスが貯湯タンクに溜まる可能性がない。 In particular, in the case of a water heater, a hot water storage tank that stores water and hot water tends to separate and collect the gas contained in the guided water, but since the treated water does not contain water electrolysis gas, the treated water is introduced into the hot water storage tank. Even if it is left, there is no possibility of water electrolysis gas collecting in the hot water storage tank.
本発明によれば、メンテナンスの必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができ、低消費電力量で高硬度の原水を軟水化して再生することができ、かつガス発生のない給湯機を提供できる。 According to the present invention, there is no need for maintenance, the configuration of the apparatus is simple and the size can be reduced, the raw water with high power consumption and low hardness can be softened and regenerated, and no gas is generated. A water heater can be provided.
第１の発明は、水に溶解しているイオンを吸着するイオン交換体、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、前記イオン交換膜に電圧を印加する少なくとも一対の電極、を有する水処理装置と、水を加温する水加熱手段と、前記水加熱手段で加温された温水を貯湯する貯湯タンクと、市水を貯湯タンクの下部に供給する給水配管と、前記貯湯タンク内の下部の水を前記水加熱手段に導入する流出配管と、前記水加熱手段で加熱された温水を前記貯湯タンクの上部に戻す流入配管と、を備え、前記水処理装置を前記流出配管に設けるとともに、前記イオン交換体が水中のイオンを吸着する際は、前記電極間に水の分解電圧未満の電圧を印加する構成としたことを特徴とする給湯機である。 A first aspect of the present invention is an ion exchanger to adsorb the ions dissolved in water, the ion exchange membrane and desorbs ions adsorbed on the ion exchanger, at least a pair of electrodes for applying a voltage to the ion-exchange membrane A water treatment device having water, a water heating means for warming water, a hot water storage tank for storing hot water heated by the water heating means, a water supply pipe for supplying city water to the lower part of the hot water storage tank, comprising an outlet pipe for introducing the bottom of the water in the hot water storage tank to the water heating means, and a inlet pipe for returning the heated hot water in the water heating means in an upper portion of the hot water storage tank, the outlet of the water treatment device In addition to being provided in a pipe, when the ion exchanger adsorbs ions in water, a water heater is configured to apply a voltage lower than the water decomposition voltage between the electrodes .
これにより、水中のイオンが除去された処理水は水の電気分解ガスを含むことがなく、処理水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。 As a result, the treated water from which ions in the water have been removed does not contain water electrolysis gas, and there is no possibility of gas accumulating in the flow path leading the treated water.
また、水処理装置には、軟水化される原水あるいは再生に使用する水が加温されて導入される。この時、硬度成分であるカルシウムやマグネシウムの陽イオンが水分解イオン交換体の陽イオン交換体でイオン交換されるが、加温されているのでイオン交換速度が速くなり、陽イオン交換体表面上でのイオン交換が活発に行われる為、硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。 In addition, raw water to be softened or water to be used for regeneration is heated and introduced into the water treatment apparatus. At this time, the calcium and magnesium cations, which are hardness components, are ion-exchanged by the cation exchanger of the water-splitting ion exchanger. Since the ion exchange is actively performed, raw water with high hardness can be processed into soft water with low hardness.
そして、この軟水が水加熱手段で加熱されるので、炭酸カルシウムなどの水加熱手段でのスケール成分の生成を防止することができる。And since this soft water is heated with a water heating means, the production | generation of the scale component in water heating means, such as a calcium carbonate, can be prevented.
ここで、水加熱手段による沸き上げが進むと、貯湯タンク上部に貯留する高温水によって、貯湯タンク下部に貯留する硬度の高い水が加温される。そして、この硬度の高い加温された水が、水処理装置に送られて軟水化される。したがって、原水の硬度成分の水分解イオン交換体によるイオン交換速度が速くなり、より硬度の低い軟水に処理することができる。 Here, when the boiling by the water heating means proceeds, the high-temperature water stored in the upper part of the hot water storage tank warms the water having high hardness stored in the lower part of the hot water storage tank. Then, the warmed water having high hardness is sent to a water treatment device to be softened. Therefore, the ion exchange rate by the water-splitting ion exchanger of the hardness component of raw water is increased, and soft water having lower hardness can be processed.
さらに、水分解イオン交換体の再生は、電極の陽イオン交換体側を陰極、陰イオン交換体側を陽極として電圧を印加すると、イオン交換体の界面で水が解離して水素イオンと水酸化物イオンが生成し、この水素イオンがイオン交換された硬度成分とイオン交換し再生する。ここで、再生に使用する水が加温されているので、水の解離速度及び解離して生成した水素イオンによる再生時のイオン交換速度が速くなる。 In addition, regeneration of the water-splitting ion exchanger can be accomplished by applying a voltage with the cation exchanger side of the electrode as the cathode and the anion exchanger side as the anode, and water is dissociated at the interface of the ion exchanger and hydrogen ions and hydroxide ions. This hydrogen ion is ion-exchanged and regenerated with the ion-exchanged hardness component. Here, since the water used for regeneration is heated, the dissociation rate of water and the ion exchange rate during regeneration by hydrogen ions generated by dissociation are increased.
これにより、水分解イオン交換体の再生が効率よく行われる為、再生時の消費電力を低減することができる。 Thereby, since regeneration of a water-splitting ion exchanger is performed efficiently, the power consumption at the time of regeneration can be reduced.
以上のように、軟水が水加熱手段で加熱されるので、炭酸カルシウムなどの水加熱手段でのスケール成分の生成を防止することができる。また、水分解イオン交換体の再生時にも、貯湯タンクで加温された水を用いることができるので、再生が効率よく行われ、再生時の消費電力を低減することができる。 As described above, since the soft water is heated by the water heating means, it is possible to prevent generation of scale components by the water heating means such as calcium carbonate. Moreover, since the water heated in the hot water storage tank can be used during the regeneration of the water-splitting ion exchanger, the regeneration is performed efficiently, and the power consumption during the regeneration can be reduced.
第２の発明は、前記イオン交換膜が前記イオン交換体に吸着したイオンを脱離する際は、電極間に水解離電圧以上の電圧を印加する給湯機で、水中のイオンを吸着したイオン交換体を再生する再生水に水の電気分解ガスを含むことがなく、再生水を導く流路にガスが溜まる可能性がない。また、前記電極間に水解離電圧以上の電圧を印加することにより、水を解離してＨ+イオンとＯＨ-イオンを生成し、水中のイオンを吸着したイオン交換体を再生することができる。 The second invention is an ion-exchange the ion exchange membrane when the desorbed ions adsorbed on the ion exchanger is a water heater for applying a water dissociation voltage or voltage between the electrodes, with adsorbed water ions The regenerated water that regenerates the body does not contain water electrolysis gas, and there is no possibility of gas accumulating in the flow path that guides the regenerated water. Further, by applying a voltage higher than the water dissociation voltage between the electrodes, water is dissociated to generate H + ions and OH − ions, and an ion exchanger that adsorbs ions in water can be regenerated.
第３の発明は、前記イオン交換体が水中のイオンを吸着する軟水化時には、貯湯タンク内の下部の温水を水処理装置に導入し、前記水分解イオン交換体の再生時には、前記貯湯タンク内の上部の温水を、水処理装置に導入することを特徴とする給湯機で、沸き上げ途中でも、高温水を用いて再生を行えるため、水分解イオン交換体の再生が効率的に行われ、再生による沸き上げ停止時間を短縮化できる。 According to a third aspect of the present invention , when the ion exchanger softens to adsorb ions in water, hot water in the lower part of the hot water storage tank is introduced into a water treatment device, and when the water splitting ion exchanger is regenerated, In the hot water heater, which is characterized by introducing hot water at the top of the water treatment device, regeneration can be performed using hot water even during boiling, so that the water-splitting ion exchanger is efficiently regenerated, The boiling stop time due to regeneration can be shortened.
その結果、沸き上げ中に軟水化と再生を繰り返して運転することができるので、水分解イオン交換体の面積を大きくして処理容量を上げることなく、貯湯タンクに沸き上げられる数百リットルの多量の原水を一定の硬度の軟水に処理することができる。 As a result, the water softening and regeneration can be repeated and operated during boiling, so that the water-splitting ion exchanger has a large amount of several hundred liters that can be boiled in the hot water storage tank without increasing the area and increasing the processing capacity. The raw water can be processed into soft water with a certain hardness.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態の給湯機の構成図を示す。図２には、本発明の第１の実施の形態の軟水処理時の水処理装置の構成図を示す。図３には、本発明の第１の実施の形態の再生時の水処理装置の構成図を示す。
(Embodiment 1)
In FIG. 1, the block diagram of the water heater of the 1st Embodiment of this invention is shown. In FIG. 2, the block diagram of the water treatment apparatus at the time of the soft water treatment of the 1st Embodiment of this invention is shown. In FIG. 3, the block diagram of the water treatment apparatus at the time of the reproduction | regeneration of the 1st Embodiment of this invention is shown.
図１において、貯湯ユニット１には、原水と沸き上げられた湯を貯留する貯湯タンク２が設置されている。貯湯タンク２の下部には、水道水から原水を貯湯タンク２へ供給する給水配管３が開口して接続されて設けられている。 In FIG. 1, a hot water storage unit 1 is provided with a hot water storage tank 2 for storing raw water and boiled hot water. A water supply pipe 3 for supplying raw water from tap water to the hot water storage tank 2 is connected to the lower portion of the hot water storage tank 2 so as to be opened.
また、貯湯タンク２の下部には流出配管４が開口して接続されており、貯留タンク２の
水を沸き上げポンプ５によってヒートポンプユニット６に送り、そこで沸き上げた湯を貯湯タンク２の上部から供給されるように構成されている。さらに、貯湯タンク２の上部には給湯配管７が開口して接続されており、沸き上げられて貯湯タンク２の上部に存在する湯を風呂等へ供給する。
In addition, an outflow pipe 4 is opened and connected to the lower part of the hot water storage tank 2, and water in the storage tank 2 is sent to the heat pump unit 6 by the boiling pump 5, and the heated hot water is sent from the upper part of the hot water storage tank 2. It is configured to be supplied. Further, a hot water supply pipe 7 is opened and connected to the upper part of the hot water storage tank 2, and the hot water existing in the upper part of the hot water storage tank 2 is supplied to a bath or the like.
水処理装置１３は、水加熱手段９よりも上流側となる貯湯ユニット１内に貯湯タンク２の下流側の流出配管４の途中に接続されている。そして、水処理装置１３の設置位置は、貯湯タンク２の上部側面近傍となるように設けられている。 The water treatment device 13 is connected to the outlet pipe 4 on the downstream side of the hot water storage tank 2 in the hot water storage unit 1 on the upstream side of the water heating means 9. And the installation position of the water treatment apparatus 13 is provided so that it may become the upper side surface vicinity of the hot water storage tank 2. FIG.
ヒートポンプユニット６内には、圧縮機８、水加熱手段９、外気の熱を吸熱する空気熱交換器１０が冷媒配管１１で接続されて構成されたＣＯ2等の冷媒を用いたヒートポンプ際クル１２を内蔵している。貯湯ユニット１の貯湯タンク２の下部から出た流出配管４は、ヒートポンプユニット６内の水加熱手段９に導入され、水加熱手段９で加熱された湯が流入配管１４を介して貯湯タンク２の上部へ戻されるようになっている。 In the heat pump unit 6, a compressor 8, a water heating means 9, and an air heat exchanger 10 that absorbs heat of the outside air are connected by a refrigerant pipe 11 and a heat pump 12 using a refrigerant such as CO 2 is used. Built in. The outflow pipe 4 coming out from the lower part of the hot water storage tank 2 of the hot water storage unit 1 is introduced into the water heating means 9 in the heat pump unit 6, and the hot water heated by the water heating means 9 passes through the inflow pipe 14 to the hot water storage tank 2. It is designed to return to the top.
図２において、水処理装置１３は、ケーシング１５内に１対の電極１６が両端に設けられている。電極１６はチタンに白金がメッキされたものであり、電極の耐消耗性を確保している。電極１６の間には、イオン交換膜１７が流路１８を挟んで設けられている。イオン交換膜１７は、強酸性のイオン交換基を持つ陽イオン交換体１９と強塩基性のイオン交換基を持つ陰イオン交換体２０が１枚に張り合わされた２層構造となっている。 In FIG. 2, the water treatment apparatus 13 is provided with a pair of electrodes 16 at both ends in a casing 15. The electrode 16 is made of titanium plated with platinum, and ensures the wear resistance of the electrode. An ion exchange membrane 17 is provided between the electrodes 16 with a flow path 18 interposed therebetween. The ion exchange membrane 17 has a two-layer structure in which a cation exchanger 19 having a strongly acidic ion exchange group and an anion exchanger 20 having a strongly basic ion exchange group are bonded together.
そして、陽イオン交換体１９と陰イオン交換体２０が向き合うように設置されている。イオン交換膜は、電極１６間に複数枚積層してもよく、平板状の対向した電極１６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１６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１９はスルホン酸基またはアクリル酸やメタクリル酸等のカルボン酸基を導入しており、陰イオン交換体２０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。 And it installs so that the cation exchanger 19 and the anion exchanger 20 may face each other. A plurality of ion exchange membranes may be laminated between the electrodes 16, an ion exchange membrane is laminated on a flat surface between the flat opposing electrodes 16, and concentric circles between the concentric cylindrical opposing electrodes 16 having different radii. Alternatively, the ion exchange membrane may be laminated in a spiral shape. The ion exchanger has a polymer or copolymer polymer of styrene or divinylbenzene as a basic skeleton, and the cation exchanger 19 introduces a sulfonic acid group or a carboxylic acid group such as acrylic acid or methacrylic acid. Body 20 has introduced a quaternary ammonium group or a primary to tertiary amino group.
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、低電圧で水の解離を行うことができる。 When the ion exchanger is formed into an ion exchange membrane, the formability of the membrane can be improved by kneading and dispersing the ion exchanger in a thermoplastic resin such as polyethylene or polypropylene. Ion exchange membranes that have ion exchangers with different polarities on the front and back are called bipolar membranes. Dissociation of water at low voltage is promoted by applying a voltage to promote water dissociation at the interface of the ion exchanger. It can be performed.
水処理装置１３の出口側には、イオン交換膜１７を再生する時に生成する濃縮水を排水する排水配管２１が流出配管４と分岐して設けられている。その分岐部には、切換え弁２２が設けられており流路を切り換えるようにしている。 On the outlet side of the water treatment device 13, a drain pipe 21 for draining concentrated water generated when the ion exchange membrane 17 is regenerated is provided to branch from the outflow pipe 4 . A switching valve 22 is provided at the branch portion so as to switch the flow path.
以上のように構成された給湯機について、以下その動作について説明する。 The operation of the water heater configured as described above will be described below.
まず、給水配管３を通じて、貯湯ユニット１の貯湯タンク２へ原水が供給される。ここで、原水には陽イオンＣａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｆｅが含まれており、水源が地下水を利用している地域や温泉地などでは硬度は１００ｐｐｍ以上の硬水となっており、給湯機の加熱手段の配管内にスケールを形成する原因となり得る。 First, raw water is supplied to the hot water storage tank 2 of the hot water storage unit 1 through the water supply pipe 3. Here, the raw water contains cations Ca, Mg, Na, Mn, and Fe, and the water source is a hard water having a hardness of 100 ppm or more in an area or a hot spring resort where groundwater is used. This may cause a scale to form in the piping of the heating means.
通常、ヒートポンプ給湯機の沸き上げは、電気代の安価な深夜電力の時間帯を通じて行われる。深夜電力の開始時刻になると、沸き上げポンプ５によって貯湯タンク２内の硬度の高い原水が流出配管４を通じて水処理装置１３に導入される。 Usually, the heating of the heat pump water heater is performed through an inexpensive midnight power time zone of the electricity bill. When the midnight power start time comes, raw water with high hardness in the hot water storage tank 2 is introduced into the water treatment device 13 through the outflow pipe 4 by the boiling pump 5.
水処理装置１３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１９で水素イオンに、水中に溶解した陰イオンＣｌ、炭酸、硫酸、硝酸等の各イオンは陰イオン交換体２０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。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１９側の電極１６ａを陽極、陰イオン交換体２０側の電極１６ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置１３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させることができる。 In the water treatment device 13, cations such as cations Ca, Mg, Na, Mn, and Fe dissolved in water are converted into hydrogen ions by the cation exchanger 19, and anions Cl, carbonic acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. dissolved in water. These ions are ion-exchanged to hydroxide ions by the anion exchanger 20 to adsorb various ions dissolved in water to the ion exchanger. When the ion exchanger adsorbs ions, a voltage is applied so that the electrode 16a on the cation exchanger 19 side of the ion exchange membrane serves as an anode and the electrode 16b on the anion exchanger 20 side serves as a cathode. Since the ions in 13 move to the ion exchanger, the ion adsorption rate of the ion exchanger can be increased.
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１９側の電極１６ａを陽極、陰イオン交換体２０側の電極１６ｂを陰極となるよう電圧を印加することで、水処理装置１３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させることができる。 When the ion exchanger adsorbs ions, a voltage is applied so that the electrode 16a on the cation exchanger 19 side of the ion exchange membrane serves as an anode and the electrode 16b on the anion exchanger 20 side serves as a cathode. Since the ions in 13 move to the ion exchanger, the ion adsorption rate of the ion exchanger can be increased.
その際、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は１．２２６Ｖであるので、水の分解電圧未満の電圧を印加することで、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効率的に吸着することができる。水処理装置１３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水加熱手段９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。 At that time, since the theoretical decomposition voltage of water in which water molecules are electrolyzed to generate hydrogen molecules and oxygen molecules is 1.226 V, hydrogen gas and oxygen gas are generated by applying a voltage lower than the water decomposition voltage. Without being carried out, ions dissolved in water can be efficiently adsorbed by the ion exchanger. By adsorbing ions dissolved in water by the water treatment device 13, when the temperature is raised by the heating means 10, the water heating means 9 is blocked due to precipitation of hardness components of Ca and Mg, and the heating efficiency is reduced. The promotion of corrosion due to anions can be prevented.
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１３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。また、水の分解電圧未満の電圧を印加していることで、処理水は水の分解ガスを含有しておらず、水加熱手段９より加熱され気体の溶解度が低下した場合であっても、水の分解ガスは生成せず、貯湯タンクおよび流路に蓄積することがない。 Also, when water with a non-uniform pH is treated, it can be brought close to neutral water by exchanging the anion species with hydroxide ions when acidic and the cation species with hydrogen ions when basic. Therefore, the water treated by the water treatment device 13 can prevent corrosion due to pH. Further, by applying a voltage lower than the decomposition voltage of water, the treated water does not contain the decomposition gas of water, and even when heated by the water heating means 9 and the solubility of the gas is reduced, Water decomposition gas is not generated and does not accumulate in hot water storage tanks and flow paths.
なお、水処理装置１３で水に溶解しているイオンを吸着する際に、電極１６間に電圧を印加しなくてもよい。イオン交換体が水に溶解しているイオンを吸着する作用に変わりはなく、処理水に水の分解ガスを含有しない効果も変わらない。 In addition, when the water treatment apparatus 13 adsorbs ions dissolved in water, it is not necessary to apply a voltage between the electrodes 16. The effect of the ion exchanger adsorbing ions dissolved in water remains the same, and the effect of not containing the decomposition gas of water in the treated water is also unchanged.
次に、水処理装置１３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。 Next, the operation and action when the water treatment device 13 desorbs ions adsorbed on the ion exchanger will be described.
イオン交換体がイオンを脱離する際は、流出配管４により水処理装置１３に導かれた水は、水処理装置１３で処理された後、切換え弁２２で切換えられ排水流路２１と通って給湯機から排出される。水処理装置１３では、イオン交換膜の陽イオン交換体１９側の電極１６ａを陰極、陰イオン交換体２０側の電極１６ｂを陽極となるよう電圧を印加する。 When the ion exchanger desorbs ions, the water guided to the water treatment device 13 by the outflow pipe 4 is treated by the water treatment device 13 and then switched by the switching valve 22 and passes through the drainage flow path 21. It is discharged from the water heater. In the water treatment device 13, a voltage is applied so that the electrode 16a on the cation exchanger 19 side of the ion exchange membrane serves as a cathode and the electrode 16b on the anion exchanger 20 side serves as an anode.
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１７の陽イオン交換体１９と陰イオン交換体２０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。さらに、印加電圧を水の分解電圧未満にすれば、処理水は水の分解ガスを含有しないので、給湯機から排出する間の排水流路２１に溶存ガスが成長して気泡となり溜まることを防止することができる。 Since the theoretical dissociation voltage of water in which water molecules dissociate into hydrogen ions and hydroxide ions is 0.828 V, applying a voltage higher than the water dissociation voltage causes the cation exchanger 19 of the ion exchange membrane 17 and the negative ion to be negatively charged. Water is dissociated at the interface of the ion exchanger 20, exchanged with ions adsorbed on the ion exchanger, and desorbed to regenerate the ion exchanger. Furthermore, if the applied voltage is less than the decomposition voltage of water, the treated water does not contain the decomposition gas of water, so that the dissolved gas grows and accumulates in the drainage flow path 21 during discharge from the water heater. can do.
なお、排水流路２１の配管径を細くし排水流路２１の流速を十分に増加し排水流路２１内に気泡が滞留しないようにすることで、水の分解ガスが排水流路２１に溜まることを防止することができる。水の分解ガスを確実に給湯機から排出できることから、水を解離しイオン交換体を再生するのに十分な電流を与えることができ、再生効率を向上することが
できるので、再生時間を短縮、再生排水を低減することができる。
In addition, by reducing the pipe diameter of the drainage channel 21 and sufficiently increasing the flow rate of the drainage channel 21 so that bubbles do not stay in the drainage channel 21, water decomposition gas accumulates in the drainage channel 21. This can be prevented. Since the water decomposition gas can be reliably discharged from the water heater, sufficient current can be given to dissociate the water and regenerate the ion exchanger, improving the regeneration efficiency, shortening the regeneration time, Regeneration waste water can be reduced.
以上のようにして、原水中の陽イオンＣａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｆｅは陽イオン交換体１９へ、陰イオンＣｌ、炭酸、硫酸、硝酸等は陰イオン交換層体２０へ電気泳動して層内に入り込む。そして、陽イオンは、陽イオン交換層１９の強酸性イオン交換基の−ＳＯ3Ｈの水素イオンとイオン交換し、陰イオンは、陰イオン交換体２０の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ3ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。こうして、流路１８中の硬度成分は除去されて軟水化される。そして、軟水化された水は、ケーシング１５の上部のから処理水が流出する。 As described above, the cations Ca, Mg, Na, Mn, and Fe in the raw water are electrophoresed on the cation exchanger 19, and the anions Cl, carbonic acid, sulfuric acid, nitric acid, and the like are electrophoresed on the anion exchange layer body 20. Get into the layer. The cation exchanges with hydrogen ions of —SO 3 H of the strongly acidic ion exchange group of the cation exchange layer 19, and the anion exchanges with —NR 3 of the strongly basic ion exchange group of the anion exchanger 20. Ion exchange with hydroxide ions of OH. Thus, the hardness component in the flow path 18 is removed and softened. And the treated water flows out of the softened water from the upper part of the casing 15.
この流出液が切換え弁２２を介して流出配管４を通じてヒートポンプユニット６の水加熱手段９に流入する。ヒートポンプ際クル１２において、圧縮機８の運転により空気水加熱手段９内の冷媒が蒸発し外気の熱を吸熱する。そして、冷媒配管１１を通じて外気を吸熱した冷媒が高圧に圧縮され水加熱手段９で放熱される。この熱により水加熱手段９内の水が加熱されて原水が沸き上げられる。 This effluent flows into the water heating means 9 of the heat pump unit 6 through the outflow pipe 4 via the switching valve 22. In the heat pump core 12, the refrigerant in the air-water heating means 9 evaporates by the operation of the compressor 8 and absorbs the heat of the outside air. Then, the refrigerant that has absorbed the outside air through the refrigerant pipe 11 is compressed to a high pressure and radiated by the water heating means 9. With this heat, the water in the water heating means 9 is heated and the raw water is boiled up.
ここで、加熱された処理水は硬度成分が除去されているので、水加熱手段９の内面で炭酸カルシウムや硫酸マグネシウムといったスケールが付着することを防止することができる。そして、この水加熱手段９で沸き上げられた湯が流出配管４を通じて貯湯タンク２の上部から導入される。 Here, since the hardness component is removed from the heated treated water, it is possible to prevent scales such as calcium carbonate and magnesium sulfate from adhering to the inner surface of the water heating means 9. And the hot water boiled by this water heating means 9 is introduced from the upper part of the hot water storage tank 2 through the outflow pipe 4 .
このようにして、給湯機の沸き上げ時に水処理装置１３で原水が軟水化され、処理水は切換え弁２２を介して流出配管４を通って水加熱手段９で加熱されて軟水化処理された湯が貯湯タンク２に溜められる。使用者が風呂（図示せず）などにおいて湯を使用する時は、貯湯タンク２に溜められた上層の湯が風呂の浴槽へ供給される。 In this way, the raw water is softened by the water treatment device 13 when the water heater is boiled, and the treated water is heated by the water heating means 9 through the outflow pipe 4 via the switching valve 22 and softened. Hot water is stored in the hot water storage tank 2. When the user uses hot water in a bath (not shown) or the like, the upper layer hot water stored in the hot water storage tank 2 is supplied to the bath tub.
ここで、貯湯タンク２の下層に存在して軟水化処理される水の水温は、沸き上げ開始前は水道水と同じ水温であるが、水加熱手段９での沸き上げが進むと、貯湯タンク２の上層には沸き上げられた６０℃以上の湯が存在するため、この熱によって下層の水が加温されていく。したがって、沸き上げ時間が進むにつれて、貯湯タンク２内の下層に存在して軟水化処理される硬度の高い原水の水温は高くなり、加温された状態で水処理装置１３に送られて軟水化処理される。 Here, the water temperature of the water softened by being present in the lower layer of the hot water storage tank 2 is the same as that of the tap water before the start of the boiling, but when the boiling by the water heating means 9 proceeds, In the upper layer of 2, boiling water of 60 ° C. or higher exists, so the heat of the lower layer is heated by this heat. Therefore, as the boiling time advances, the temperature of the raw water having high hardness existing in the lower layer in the hot water storage tank 2 and subjected to the softening treatment becomes higher, and is sent to the water treatment device 13 in the heated state to be softened. It is processed.
これによって、硬度成分であるカルシウムやマグネシウムの陽イオンが水処理装置１３のイオン交換膜１７の陽イオン交換体１９でイオン交換されるが、加温されているのでイオン交換速度が速くなる。したがって、陽イオン交換体１９表面上でのイオン交換が活発に行われる為、硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。 As a result, calcium and magnesium cations, which are hardness components, are ion-exchanged by the cation exchanger 19 of the ion-exchange membrane 17 of the water treatment device 13, but the ion exchange rate is increased because of the warming. Therefore, since the ion exchange on the surface of the cation exchanger 19 is actively performed, the raw water having high hardness can be processed into soft water having low hardness.
次に、沸き上げ運転中あるいは沸き上げ完了後に水処理装置１３の再生工程が行われる。水処理装置１３の再生運転時、貯留タンク２の下部から一定量の水が沸き上げポンプ５により、流出配管４を通じて水処理装置１３に導入される。そして、切換え弁２２は閉じた状態となる。 Next, the regeneration process of the water treatment device 13 is performed during the boiling operation or after the completion of the boiling. During the regeneration operation of the water treatment device 13, a certain amount of water is introduced from the lower part of the storage tank 2 into the water treatment device 13 through the outflow pipe 4 by the boiling pump 5. Then, the switching valve 22 is closed.
図３に示すように、水処理装置１３において、電極１６には軟水化時とは逆の極性の電圧が印加される。陰イオン交換体２０側の電極１６が正極となり、陽イオン交換体１９側の電極１６は負極となる。 As shown in FIG. 3, in the water treatment device 13, a voltage having a polarity opposite to that during softening is applied to the electrode 16. The electrode 16 on the anion exchanger 20 side becomes the positive electrode, and the electrode 16 on the cation exchanger 19 side becomes the negative electrode.
イオン交換膜１７の両側に電圧を印加すると、陽イオン交換体１９と陰イオン交換体２０の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。陽イオン交換体１９では、軟水化時にイオン交換
されたカルシウムイオンが、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。そして、カルシウムイオンは流路１８中に放出される。
When a voltage is applied to both sides of the ion exchange membrane 17, the ion component at the interface between the cation exchanger 19 and the anion exchanger 20 decreases, the resistance increases, and at a certain point, water is dissociated to generate hydrogen ions. And hydroxide ions are formed. In the cation exchanger 19, calcium ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydrogen ions and regenerated. Then, calcium ions are released into the flow path 18.
一方、陰イオン交換体２０では、軟水化時にイオン交換された炭酸イオンが、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。そして、炭酸イオンは流路１８中に放出される。 On the other hand, in the anion exchanger 20, carbonate ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydroxide ions and regenerated. Then, carbonate ions are released into the flow path 18.
ここで、図２及び図３において、主に硬度成分の場合について説明したが、海水中に含まれる塩化ナトリウムや、地下水に多く含まれる鉄イオンやその他鉛、亜鉛、ヒ素といった重金属類も陽イオン交換体で除去することが可能である。さらに、腐食の原因となる硝酸イオン、塩素イオンや、リン酸イオン、クロム酸イオン等も陰イオン交換体で除去することが可能である。 Here, in FIG. 2 and FIG. 3, although the case of the hardness component was mainly explained, sodium ions contained in seawater, iron ions contained in a large amount in groundwater, and other heavy metals such as lead, zinc and arsenic are also cations. It can be removed with an exchanger. Furthermore, nitrate ions, chlorine ions, phosphate ions, chromate ions, and the like that cause corrosion can be removed with an anion exchanger.
さらに、ここでは陽イオン交換体１９には、強酸性イオン交換基の−ＳＯ3Ｈ、陰イオン交換体２０には、強塩基性イオン交換基の−ＮＲ3ＯＨを用いたが、弱酸性イオン交換基、弱塩基性イオン交換基を用いて陽イオン交換体１９及び陰イオン交換体２０を形成してもよい。弱酸性イオン交換基、弱塩基性イオン交換基を用いることで、イオン交換できる成分に制限があるが、イオン交換体の再生率は高くなる。 Furthermore, although the strongly acidic ion exchange group —SO 3 H was used for the cation exchanger 19 and the strongly basic ion exchange group —NR 3 OH was used for the anion exchanger 20, weakly acidic ions were used. The cation exchanger 19 and the anion exchanger 20 may be formed using an exchange group or a weakly basic ion exchange group. By using weakly acidic ion exchange groups and weakly basic ion exchange groups, there are limitations on the components that can be ion exchanged, but the regeneration rate of the ion exchanger is increased.
このようにして、イオン交換膜１７の両側に軟水化時とは逆極性の電圧を印加することによって、水解離が行われ膜の再生が行われる。ここで、イオン交換膜１７は、陽イオン交換体１９と陰イオン交換体２０の界面の面積を大きく取ることができるので、水の解離が低電圧で効率的に行われることにより、膜の再生を低い消費電力で行うことができる。 In this manner, by applying a voltage having a polarity opposite to that during softening to both sides of the ion exchange membrane 17, water dissociation is performed and the membrane is regenerated. Here, since the ion exchange membrane 17 can take a large area at the interface between the cation exchanger 19 and the anion exchanger 20, the water can be efficiently dissociated at a low voltage, thereby regenerating the membrane. Can be performed with low power consumption.
一定時間、イオン交換膜１７に電圧を印加して再生した後、切換え弁２２により流路を排水配管２１の方へ切換える。そして、水処理装置１３の流路１８中の硬度成分の濃縮水が排水配管２１を通じて外部へ排水される。この排水は貯湯ユニット１の下部にある排水溝（図示せず）へ流される。 After regeneration by applying a voltage to the ion exchange membrane 17 for a certain period of time, the switching valve 22 switches the flow path toward the drainage pipe 21. And the concentrated water of the hardness component in the flow path 18 of the water treatment device 13 is drained to the outside through the drain pipe 21. This drainage is caused to flow into a drainage groove (not shown) at the bottom of the hot water storage unit 1.
濃縮水が排水された後、切換え弁２２は再度閉じた状態となる。そして、再び貯留タンク２から一定量の水が水処理装置１３に導入されて、イオン交換膜１７の再生が行われる。その後、切換え弁２２により流路が切換えられ、排水配管２１を通じて再生後の濃縮水が排出される。このような工程を数回繰り返すことで、水処理装置１３の再生が行われる。
このように、水処理装置１３で、軟水化と再生を行うので、再生の為に別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。
After the concentrated water is drained, the switching valve 22 is closed again. Then, a certain amount of water is again introduced from the storage tank 2 into the water treatment device 13, and the ion exchange membrane 17 is regenerated. Thereafter, the flow path is switched by the switching valve 22, and the regenerated concentrated water is discharged through the drain pipe 21. The water treatment apparatus 13 is regenerated by repeating such a process several times.
As described above, since the water treatment device 13 softens and regenerates, it is not necessary to separately install an electrolyzer for regeneration, and the configuration of the device can be simplified and downsized.
ここで、水処理装置１３の再生に使用される水は、軟水化処理時と同様に貯湯タンク２の下層の原水である。したがって、沸き上げ時間が進むにつれて、貯湯タンク２内の下層に存在して再生に使用される原水の水温は高くなり、加温された状態で水処理装置１３に供給される。 Here, the water used for the regeneration of the water treatment device 13 is the raw water in the lower layer of the hot water storage tank 2 as in the water softening treatment. Therefore, as the boiling time advances, the temperature of the raw water existing in the lower layer in the hot water storage tank 2 and used for regeneration becomes higher and is supplied to the water treatment device 13 in a heated state.
このように、再生に使用する水が加温されているので、水の解離に必要なエネルギーが低減されると共に、解離して生成した水素イオンによる膜再生時のイオン交換速度が速くなる。これにより、イオン交換膜１７の再生が効率よく行われる為、再生時の消費電力を低減することができる。 Thus, since the water used for regeneration is heated, the energy required for dissociation of water is reduced, and the ion exchange rate during membrane regeneration by hydrogen ions generated by dissociation is increased. Thereby, since regeneration of the ion exchange membrane 17 is performed efficiently, power consumption at the time of regeneration can be reduced.
さらに、水加熱手段９により原水の沸き上げが完了した後、貯湯タンク２の湯を水処理装置１３に導入してイオン交換膜１７の再生を行うことで、６０℃以上の高温の湯を水処理装置１３に導入してイオン交換膜１７を再生するので、さらに水の解離に必要なエネル
ギーを低減することができると共に解離した水素イオンによる膜再生時のイオン交換速度を速くすることができる。また、水処理装置１３により処理された軟水によってイオン交換膜１７を再生するので、低電流で水の解離が起き易くなる為、再生時の消費電力をさらに低減することができる。
Further, after the boiling of the raw water is completed by the water heating means 9, the hot water in the hot water storage tank 2 is introduced into the water treatment device 13 to regenerate the ion exchange membrane 17, so that hot water having a temperature of 60 ° C. or higher is added to the water. Since the ion exchange membrane 17 is regenerated by being introduced into the processing apparatus 13, the energy required for dissociation of water can be further reduced and the ion exchange rate during membrane regeneration by the dissociated hydrogen ions can be increased. In addition, since the ion exchange membrane 17 is regenerated by the soft water treated by the water treatment device 13, water is easily dissociated at a low current, so that the power consumption during regeneration can be further reduced.
また、水処理装置１３の設置位置は、貯湯タンク２の上部側面近傍となるように設けられているので、貯湯タンク２内の沸き上げられた湯の熱によって水処理装置１３が加熱されるので、水処理装置１３を通過する水の加温を促進することができる。 Moreover, since the installation position of the water treatment device 13 is provided in the vicinity of the upper side surface of the hot water storage tank 2, the water treatment device 13 is heated by the heat of the hot water heated in the hot water storage tank 2. Heating of water passing through the water treatment device 13 can be promoted.
また、貯湯タンク２の側面周囲にはタンク内の水温の低下を防止するための断熱材１４が備えられているので、貯湯タンク２内の下層の加温された水あるいは水加熱手段９により沸き上げられた湯の水温を維持することができる為、水処理装置１３に導入される水の水温低下を防止することができる。 In addition, since a heat insulating material 14 is provided around the side surface of the hot water storage tank 2 to prevent a decrease in the water temperature in the tank, it is boiled by the heated water or water heating means 9 in the lower layer in the hot water storage tank 2. Since the water temperature of the raised hot water can be maintained, a decrease in the water temperature of the water introduced into the water treatment device 13 can be prevented.
以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンク２と水加熱手段９と水処理装置１３を設け、水処理装置１３は、少なくとも一対の電極１６と、電極１６に挟まれて設置された陽イオン交換体１９と陰イオン交換体２０の２層を有するイオン交換膜１７と、イオン交換膜１７の表面に接する流路１８とから構成されており、水処理装置１３には沸き上げられた湯によって加温された水を導入するようにしたことにより、硬度成分の除去と再生に必要な水の解離の双方を水分解イオン交換体内で行うので、水処理装置と別に電気分解装置を設置する必要がなく、装置の構成が簡易で小型化を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, the hot water storage tank 2, the water heating means 9, and the water treatment device 13 are provided, and the water treatment device 13 is disposed between at least the pair of electrodes 16 and the electrodes 16. It is composed of an ion exchange membrane 17 having two layers, a cation exchanger 19 and an anion exchanger 20, and a flow path 18 in contact with the surface of the ion exchange membrane 17. By introducing water heated by hot water, both the removal of hardness components and the dissociation of water necessary for regeneration are performed in the water-splitting ion exchanger, so an electrolyzer is installed separately from the water treatment device. There is no need to do so, and the configuration of the apparatus is simple and downsizing can be achieved.
また、水処理装置には、軟水化される原水あるいは再生に使用する水が加温されて導入されるので、イオン交換速度が速くなり硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。さらに、水分解イオン交換体の再生に使用する水が加温されているので、水の解離に必要なエネルギーを低減すると共に、解離して生成した水素イオンによる膜再生時のイオン交換速度が速くなる。これにより、水分解イオン交換体の再生が効率よく行われる為、再生時の消費電力を低減することができる。 Moreover, since the raw water to be softened or the water used for regeneration is introduced into the water treatment device after being heated, the ion exchange speed is increased and the raw water having a high hardness can be processed into the soft water having a lower hardness. it can. Furthermore, since the water used for regeneration of the water-splitting ion exchanger is heated, the energy required for dissociation of water is reduced, and the ion exchange rate during membrane regeneration by hydrogen ions generated by dissociation is high. Become. Thereby, since regeneration of a water-splitting ion exchanger is performed efficiently, the power consumption at the time of regeneration can be reduced.
尚、ここでは、イオン交換膜１７は膜状の場合について説明したが、粒状のイオン交換樹脂を陽イオン交換体１９、陰イオン交換体２０として電極１６間に詰めて構成してもよい。イオン交換樹脂をそのまま用いるのでイオン交換容量が高くなるというメリットがある。 Here, the case where the ion exchange membrane 17 is in the form of a membrane has been described, but a granular ion exchange resin may be packed between the electrodes 16 as a cation exchanger 19 and an anion exchanger 20. Since the ion exchange resin is used as it is, there is an advantage that the ion exchange capacity is increased.
但し、この構成では、膜状のイオン交換体を用いた方法に比べて圧力損失が大きくなる。この為、水処理装置を通過する流量が低下し通過時間が長くなってしまう。これにより、粒状のイオン交換樹脂を適用した場合は、加温された原水あるいは再生に使用する水の水温が低下し軟水処理時のイオン交換速度あるいは再生時の水の解離速度が低下する。また、陽イオン交換体と陰イオン交換体を電極の極性方向に対して一定に配置するのが困難であり、再生時のイオン交換体界面でのイオン移動が起き難く水の解離が非効率であり、水分解イオン交換体の再生効率が低いという欠点はある。 However, in this configuration, the pressure loss is increased as compared with the method using a membrane ion exchanger. For this reason, the flow volume which passes a water treatment apparatus will fall, and passage time will become long. Thereby, when a granular ion exchange resin is applied, the temperature of the heated raw water or the water used for regeneration decreases, and the ion exchange rate during soft water treatment or the water dissociation rate during regeneration decreases. In addition, it is difficult to dispose the cation exchanger and anion exchanger uniformly with respect to the polarity direction of the electrode, ion migration at the ion exchanger interface during regeneration hardly occurs, and water dissociation is inefficient. There is a disadvantage that the regeneration efficiency of the water-splitting ion exchanger is low.
さらに、繊維状のイオン交換体を陽イオン交換体１９、陰イオン交換体２０として電極１６間に詰めて構成してもよい。粒状のイオン交換樹脂に比べ圧力損失が低く必要な処理流量を維持することができる。 Further, a fibrous ion exchanger may be packed between the electrodes 16 as the cation exchanger 19 and the anion exchanger 20. The pressure loss is lower than that of the granular ion exchange resin, and the required treatment flow rate can be maintained.
但し、膜状に比べて陽イオン交換体と陰イオン交換体の界面の面積が小さくなるため、水分解イオン交換体の再生効率が低くなるという欠点はある。 However, since the area of the interface between the cation exchanger and the anion exchanger is smaller than that of the membrane, there is a drawback that the regeneration efficiency of the water-splitting ion exchanger is lowered.
また、本実施の形態において、軟水化される原水は貯湯タンク２の下部から取り出され
、軟水化処理して沸き上げられた湯は貯湯タンク２の上部に戻されるが、貯湯タンク２の側面下部から原水を取り出し、沸き上げられた湯は貯湯タンク２の側面上部に戻される構成でも同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the raw water to be softened is taken out from the lower part of the hot water storage tank 2, and the hot water boiled by the softening process is returned to the upper part of the hot water storage tank 2. The same effect can be obtained even when the raw water is taken out from the water and the heated hot water is returned to the upper part of the side surface of the hot water storage tank 2.
（実施の形態２）
図４に、本発明の第２の実施の形態の給湯機の構成図を示す。
(Embodiment 2)
In FIG. 4, the block diagram of the water heater of the 2nd Embodiment of this invention is shown.
図４において、再生用流水配管２３が貯湯タンク２の上部に開口して接続して設けられている。そして、流出配管４の水処理装置１３の出口部には第２切換え弁２４が設けられており、再生用流水配管２３と接続されている。そして、流路を流出配管４と再生用流水配管２３に切換えられるように構成されている。 In FIG. 4, a regeneration water pipe 23 is provided in an open connection with the upper part of the hot water storage tank 2. And the 2nd switching valve 24 is provided in the exit part of the water treatment apparatus 13 of the outflow piping 4 , and is connected with the flowing water piping 23 for reproduction | regeneration. And it is comprised so that a flow path can be switched to the outflow piping 4 and the flowing water pipe 23 for reproduction | regeneration.
以上のように構成された給湯機について、以下その動作について説明する。 The operation of the water heater configured as described above will be described below.
軟水化処理時は、実施の形態１と同様に貯湯タンク２の下部から硬度の高い原水が沸き上げポンプ５によって切換え弁２２を介して流出配管４を通じて水処理装置１３に導入されて軟水処理される。そして、第２切換え弁２４は、流出配管４側に流路が設定されており、軟水処理された水はヒートポンプユニット６の水加熱手段９で沸き上げられ、流出配管４を通じて貯湯タンク２の上部から内部に貯留される。 At the time of the water softening treatment, raw water having high hardness is introduced from the lower part of the hot water storage tank 2 into the water treatment device 13 through the switching valve 22 and the outflow pipe 4 through the outlet pipe 4 in the same manner as in the first embodiment and is subjected to the soft water treatment. The The second switching valve 24 has a flow path on the outflow pipe 4 side, and the water subjected to the soft water treatment is boiled up by the water heating means 9 of the heat pump unit 6, and the upper part of the hot water storage tank 2 is passed through the outflow pipe 4. Is stored inside.
次に、水処理装置１３の再生工程時には、第２切換え弁２４は、再生用流水配管２３から、水処理装置１３の上部へ流水するように流路が設定される。そして一定時間、切換え弁２２を水処理装置１３の下部から排水配管２１側に流れるように切り換えることで、貯湯タンク２の上層に存在する６０℃以上の軟水処理された湯が水処理装置１３の上部から導入される。そして、切換え弁２２を閉状態にすることで一定量の軟水処理された湯が水処理装置１３内に貯留される。 Next, at the time of the regeneration process of the water treatment device 13, the flow path is set so that the second switching valve 24 flows from the regeneration running water pipe 23 to the upper portion of the water treatment device 13. Then, by switching the switching valve 22 so as to flow from the lower part of the water treatment device 13 toward the drainage pipe 21 for a certain period of time, the soft water-treated hot water of 60 ° C. or more existing in the upper layer of the hot water storage tank 2 is added to the water treatment device 13. It is introduced from the top. A certain amount of soft water-treated hot water is stored in the water treatment device 13 by closing the switching valve 22.
水処理装置１３に一定量の軟水処理された湯が貯留されると、実施の形態１と同様に電極１６には軟水化時とは逆方向の電圧が印加されて水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。陽イオン交換層１９では、軟水化時にイオン交換されたカルシウムイオンが、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。 When a certain amount of soft water-treated hot water is stored in the water treatment device 13, a voltage in the opposite direction to that at the time of softening is applied to the electrode 16 as in the first embodiment, and water is dissociated. Hydrogen ions and hydroxide ions are generated. In the cation exchange layer 19, calcium ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydrogen ions and regenerated.
そして、カルシウムイオンは流路１８中に放出される。一方、陰イオン交換層２０では、軟水化時にイオン交換された炭酸イオンが、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。そして、炭酸イオンは流路１８中に放出される。 Then, calcium ions are released into the flow path 18. On the other hand, in the anion exchange layer 20, carbonate ions ion-exchanged during softening are ion-exchanged with the generated hydroxide ions and regenerated. Then, carbonate ions are released into the flow path 18.
一定時間、イオン交換膜１７に電圧を印加して再生した後、切換え弁２２を水処理装置１３の下部から排水配管２１側に流れるように切り換えることで、流路１８中の硬度成分の濃縮水が排水配管２１を通じて外部へ排水される。この排水は貯湯ユニット１の下部にある排水溝（図示せず）へ流される。 After regeneration by applying a voltage to the ion exchange membrane 17 for a certain period of time, the switching valve 22 is switched so as to flow from the lower part of the water treatment device 13 to the drainage pipe 21 side, thereby concentrating the concentrated water of the hardness component in the flow path 18. Is drained to the outside through the drain pipe 21. This drainage is caused to flow into a drainage groove (not shown) at the bottom of the hot water storage unit 1.
そして、水処理装置１３には貯湯タンク２の湯が上部から新たに導入される。そして、同様に電極１６に電圧が印加されてイオン交換膜１７の再生が行われる。その後、切換え弁２２により流路が切換えられ、排水配管２１を通じて再生後の濃縮水が外部へ排水される。このような工程を数回繰り返すことで、水処理装置１３の再生が行われる。 And the hot water of the hot water storage tank 2 is newly introduced into the water treatment device 13 from above. Similarly, a voltage is applied to the electrode 16 to regenerate the ion exchange membrane 17. Thereafter, the flow path is switched by the switching valve 22, and the regenerated concentrated water is drained to the outside through the drain pipe 21. The water treatment apparatus 13 is regenerated by repeating such a process several times.
このように、沸き上げ途中でも６０℃以上の高温の軟水化された湯を水処理装置１３に導入することができるので、イオン交換膜１７の再生が効率的に行われ、再生による沸き上げ停止時間を短縮化できるので沸き上げ処理時間に対する影響を軽減することができる。 In this way, hot water softened at a high temperature of 60 ° C. or higher can be introduced into the water treatment device 13 even during boiling, so that the regeneration of the ion exchange membrane 17 is performed efficiently and the boiling is stopped by the regeneration. Since the time can be shortened, the influence on the boiling processing time can be reduced.
その結果、沸き上げ中に軟水処理と再生を繰り返して運転することができるので、水分解イオン交換体の面積を大きくして処理容量を上げることなく、貯湯タンク２に沸き上げられる数百Ｌの多量の原水を一定の硬度の軟水に処理することができる。 As a result, soft water treatment and regeneration can be operated repeatedly during boiling, so that several hundred L of water can be boiled in the hot water storage tank 2 without increasing the treatment capacity by increasing the area of the water splitting ion exchanger. A large amount of raw water can be processed into soft water with a certain hardness.
また、イオン交換膜１７の再生時の流水方向は、軟水化処理時とは逆方向から流水される。軟水化処理によりイオン交換膜１７は入口部（図２、図３における水処理装置１３の下部）に硬度成分が多量にイオン交換された状態となっており、再生時にはこの入口部で濃縮水の濃度が高くなっている。したがって、再生時に軟水化処理時とは逆方向の出口部から入口部（図２、図３における上部から下部）に流水することによって、濃縮水がイオン交換膜１７の表面全体に広がることなく排水配管２１から排出されるので、イオン交換膜１７への濃縮水の再付着を防止することができる。 Moreover, the flowing water direction at the time of regeneration of the ion exchange membrane 17 flows from the opposite direction to that during the softening treatment. Due to the water softening treatment, the ion exchange membrane 17 is in a state where a large amount of hardness components are ion-exchanged at the inlet portion (the lower portion of the water treatment device 13 in FIGS. 2 and 3). The concentration is high. Accordingly, the concentrated water is drained without spreading over the entire surface of the ion exchange membrane 17 by flowing from the outlet portion in the reverse direction to the softening treatment during regeneration to the inlet portion (from the upper part to the lower part in FIGS. 2 and 3). Since it is discharged | emitted from the piping 21, the reattachment of the concentrated water to the ion exchange membrane 17 can be prevented.
以上のように、本実施の形態においては、軟水化する原水は貯湯タンク２の下部から水処理装置１３に供給して軟水処理し、水処理装置１３のイオン交換膜１７の再生時には水温の高い貯湯タンク２の上部から水を水処理装置１３に供給して再生することとしたことにより、イオン交換膜１７の再生が効率的に行われ、再生による沸き上げ停止時間を短縮化できるので、沸き上げ中に軟水処理と再生を繰り返して運転することができ、バイポーラ荷電膜の面積を大きくして処理容量を上げることなく、貯湯タンク２に沸き上げられる数百Ｌの多量の原水を一定の硬度の軟水に処理することができる。 As described above, in the present embodiment, the raw water to be softened is supplied from the lower part of the hot water storage tank 2 to the water treatment device 13 for soft water treatment, and the water temperature is high when the ion exchange membrane 17 of the water treatment device 13 is regenerated. Since the water is supplied from the upper part of the hot water storage tank 2 to the water treatment device 13 for regeneration, the ion exchange membrane 17 is efficiently regenerated and the boiling stop time due to regeneration can be shortened. Soft water treatment and regeneration can be operated repeatedly during raising, and a large amount of raw water of several hundred liters boiled in the hot water storage tank 2 can be fixed to a certain hardness without increasing the treatment capacity by increasing the area of the bipolar charged membrane. Can be processed into soft water.
また、再生時の流水方向は、軟水化処理とは逆方向から流水するので、濃縮水がイオン交換膜１７の表面全体に広がることなく排水配管２１から排出されるので、イオン交換膜１７への濃縮水の再付着を防止することができる。 Moreover, since the direction of flowing water at the time of regeneration flows from the opposite direction to the softening treatment, the concentrated water is discharged from the drain pipe 21 without spreading over the entire surface of the ion exchange membrane 17, so Reattachment of concentrated water can be prevented.
（実施の形態３）
図５に、本発明の第３の実施の形態の給湯機の構成図を示す。図５において、水処理装置１３は、貯湯タンク２の下部から出た流出配管４の経路途中において、水加熱手段９の上流側に接続されヒートポンプユニット６内の水加熱手段９の近傍に設置されている。
(Embodiment 3)
In FIG. 5, the block diagram of the water heater of the 3rd Embodiment of this invention is shown. In FIG. 5, the water treatment device 13 is installed in the vicinity of the water heating unit 9 in the heat pump unit 6 connected to the upstream side of the water heating unit 9 in the middle of the path of the outflow pipe 4 coming out from the lower part of the hot water storage tank 2. ing.
そして、実施の形態１と同様に、バイポーラ荷電膜１７を再生する時に生成する濃縮水を排水する排水配管２１は、水処理装置１３の出口側に流出配管４と分岐して設けられている。その分岐部に切換え弁２２が設けられており流路を切り換えるようにしている。排水配管２１はヒートポンプユニット６のドレン口（図示せず）を通じてユニット外へ排出される。以上のように構成された給湯機について、以下その動作について説明する。
給湯機の沸き上げ運転時に、ヒートポンプ際クル１２が作動すると、水加熱手段９からの放熱によって流出配管４を流れる水が沸き上げられる。それと同時に、水処理装置１３は水加熱手段９の近傍に設置されているので、水加熱手段９の放熱により加温される。
これにより、水処理装置１３内を通過する原水がより加温されてイオン交換速度を向上することができる為、硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。
Similarly to the first embodiment, the drain pipe 21 for draining the concentrated water generated when the bipolar charged film 17 is regenerated is provided on the outlet side of the water treatment device 13 so as to be branched from the outflow pipe 4 . A switching valve 22 is provided at the branch portion so as to switch the flow path. The drain pipe 21 is discharged out of the unit through a drain port (not shown) of the heat pump unit 6. The operation of the water heater configured as described above will be described below.
When the water pump is turned on during the boiling operation of the water heater, the water flowing through the outflow pipe 4 is heated by the heat radiation from the water heating means 9. At the same time, since the water treatment device 13 is installed in the vicinity of the water heating means 9, it is heated by the heat radiation of the water heating means 9.
Thereby, since the raw | natural water which passes the inside of the water treatment apparatus 13 can be heated more and an ion exchange rate can be improved, raw water with high hardness can be processed into soft water with low hardness.
また、再生時に使用される水も水加熱手段９の放熱により加温されるので、水の解離に必要なエネルギーを低減すると共に、解離して生成した水素イオンによる膜再生時のイオン交換速度を向上することができる。これにより、イオン交換膜１７の再生がさらに効率よく行われる為、再生時の消費電力をさらに低減することができる。 In addition, since the water used during the regeneration is also heated by the heat radiation of the water heating means 9, the energy required for the dissociation of the water is reduced and the ion exchange rate during the membrane regeneration by the hydrogen ions generated by the dissociation is reduced. Can be improved. Thereby, since regeneration of the ion exchange membrane 17 is performed more efficiently, power consumption during regeneration can be further reduced.
さらに、排出配管２１が屋外に設置されるヒートポンプユニット６内に設けられて、そのドレン口から再生時に生成する濃縮水をユニット外部へ排出することができるので、再生時に発生して濃縮水中に含まれるガスが大気中に拡散しやすくなるので、より安全性を向上することができる。 Furthermore, since the discharge pipe 21 is provided in the heat pump unit 6 installed outdoors, the concentrated water generated at the time of regeneration can be discharged from the drain port to the outside of the unit. Since the generated gas is easily diffused into the atmosphere, safety can be further improved.
以上のように、本実施例の給湯機は、水処理装置３０を熱交換器２２の近傍に設置するため、熱交換器２２の放熱によって水処理装置３０が加温されるので、水処理装置３０を通過する低温水が加温されて、イオン交換速度を向上することができる。そのため、硬度の高い原水をより硬度の低い軟水に処理することができる。 As described above, since the water heater of the present embodiment installs the water treatment device 30 in the vicinity of the heat exchanger 22, the water treatment device 30 is heated by the heat radiation of the heat exchanger 22. The low-temperature water passing through 30 is heated, and the ion exchange rate can be improved. Therefore, raw water with high hardness can be processed into soft water with lower hardness.
また、再生時の水の解離に必要なエネルギーを低減すると共に、解離して生成した水素イオンによるところの、膜再生時のイオン交換速度を向上することができる。これにより、水分解イオン交換体の再生がさらに効率よく行われるため、再生時の消費電力をさらに低減することができる。 In addition, energy required for dissociation of water at the time of regeneration can be reduced, and the ion exchange rate at the time of membrane regeneration due to hydrogen ions generated by dissociation can be improved. Thereby, since regeneration of a water-splitting ion exchanger is performed more efficiently, power consumption at the time of regeneration can be further reduced.
なお、粗ろ過手段２５を設けることにより水処理装置１３の信頼性がさらに向上する。水処理装置１３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。 In addition, the reliability of the water treatment apparatus 13 further improves by providing the rough filtration means 25. The water treatment device 13 desirably adsorbs ions dissolved in water with an ion exchanger, so that the ion exchange membranes are desirably stacked in close proximity, but there is little space between the ion exchange membranes. Insoluble materials may accumulate.
粗ろ過手段３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する必要がある。粗ろ過手段３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、原水流路に設置することが望ましい。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。 The removal performance of the coarse filtration means 3 needs to be able to remove insoluble matter that is the same as or finer than the interval between the ion exchange membranes. The coarse filtration means 3 is formed by microfiltration (MF) such as a thread wound filter, a pleated filter, and a hollow fiber filter, and removes insoluble substances such as sand and iron rust contained in raw water by filtration. It is desirable that the arrangement location be installed in a raw water flow path capable of processing all of the water guided to the hot water storage tank 2 of the water heater and the hot water discharged from the water heater. Insoluble matter is not mixed or clogged in the flow path and hot water outlet from which the hot water is discharged from the water heater, and the hot water storage tank 2 can be kept clean.
なお、給湯機の水加熱手段９は、ヒートポンプ式、ガス加熱式、電気加熱式等、限定されることなく自由に選択することができる。 In addition, the water heating means 9 of a water heater can be freely selected without limitation, such as a heat pump type, a gas heating type, and an electric heating type.
また、流出配管４と排水流路２１を切換えるために切換え弁２２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、流路の開閉を行う二方の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。 Further, the switching valve 22 is used to switch between the outflow pipe 4 and the drainage channel 21, but the switching of the channel is not limited to a three-way valve, such as a two-way electromagnetic valve that opens and closes the channel. Even if a plurality of these are combined, it is sufficient if the flow path can be switched.
このように本発明の給湯機は、水に溶解しているイオンをイオン交換体で吸着、また、電圧を印加することで水を解離させ吸着したイオンを脱離しイオン交換体を再生することができる。交互に吸着脱離運転を行うことで、使用者はメンテナンスすることなく連続的にイオンを除去した処理水を利用することができ、また、得られる処理水は水の分解ガスを含まないことから安全である。給湯機の信頼性および寿命を向上することができ、さらに高硬度地域や井戸水等の機器に過酷な原水に対しても適応することができる。 As described above, the water heater of the present invention can adsorb ions dissolved in water with an ion exchanger, and can dissociate water by applying a voltage to desorb the adsorbed ions to regenerate the ion exchanger. it can. By performing adsorption and desorption operation alternately, the user can use the treated water from which ions have been continuously removed without maintenance, and the obtained treated water does not contain water decomposition gas. It is safe. The reliability and lifespan of the water heater can be improved, and furthermore, it can be applied to harsh raw water in devices with high hardness and well water.
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、メンテナンスの必要がなく、且つ装置構成が簡易で小型化を図ることができる。そして、低消費電力量であり、高硬度の原水の硬度成分を除去して再生することができ、また得られた処理水は水の分解ガスを含まないことから、洗濯機や食器洗い機の家庭用用途、産業用用途に制限されることなく、安全な処理水を利用する水処理システムに適応することができる。 As described above, the water heater provided with the water treatment apparatus according to the present invention does not require maintenance, has a simple apparatus configuration, and can be downsized. And it can be recycled by removing the hardness component of raw water with low power consumption and high hardness, and the treated water obtained does not contain the decomposition gas of water, so it is a home for washing machines and dishwashers The present invention can be applied to a water treatment system that uses safe treated water without being limited to industrial use and industrial use.
２ 貯湯タンク
３ 給水配管
４ 流出配管
９ 水加熱手段
１３ 軟水化手段
１４ 流入配管
１６ａ、１６ｂ 電極
１７ イオン交換膜
１８ 流路
１９ 陽イオン交換体
２０ 陰イオン交換体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Hot water storage tank 3 Water supply piping 4 Outflow piping 9 Water heating means 13 Softening means 14 Inflow piping 16a, 16b Electrode 17 Ion exchange membrane 18 Flow path 19 Cation exchanger 20 Anion exchanger
Claims (3)
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