JP5365717B2 - 電気分解装置及びこれを備えた温度調節水供給機 - Google Patents

Description

本発明は、電気分解装置及びこれを備えたヒートポンプ給湯機、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。

一般に、ヒートポンプ給湯機は、冷媒との熱交換により水を加熱する水熱交換器を有する冷媒回路と、タンクに貯留された水を水熱交換器に送り、水熱交換器において加熱された水をタンクに戻す貯湯回路とを備えている。このヒートポンプ給湯機では、タンクに貯留される水は、通常、水道水や井戸水などを給水源としている。

水道水や井戸水には、スケールの発生原因となるカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの成分（以下、スケール成分という。）が含まれている。したがって、ヒートポンプ給湯機においては、カルシウム塩、マグネシウム塩などのスケールが析出する。特に、井戸水などの地下水は、水道水と比べて前記スケール成分の濃度が高く、スケールが生じやすい水質を有している場合がある。また、水熱交換器では、水が加熱されて水の温度が高くなるので、特にスケールが析出しやすい。スケールが水熱交換器における管の内面に析出して堆積すると、水熱交換器の伝熱性能が低下する、管の流路が狭くなるなどの問題が生じることがある。

特許文献１には、スケールの生成を防止するための手段を備えた燃焼式の給湯機が開示されている。この給湯機は、複数の電極と、電極間に電流を印加する手段（電源）とを備える。そして、特許文献１には、電極材料として「Ｐｔ、Ｃ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｔｉなど」の材料が利用可能である、と記載されている（特許文献１の段落０００９、００１１参照）。

特開２００１−３１７８１７号公報

ところで、電気分解装置においてスケール成分の除去効率を高めるための手段としては、水と接触する電極の面積を大きくすることが挙げられる。しかし、不溶性電極に使用される金属、たとえば白金は、高価であるため、スケール成分の除去効率を高めるために電極の面積を大きくすると、コストアップにつながる。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極材料に起因するコストアップを抑制しつつ、スケール成分の除去効率を高めることができる電気分解装置及びこれを備えた温度調節水供給機を提供することにある。

(1) 本発明の電気分解装置は、水に含まれるスケール成分を除去するためのものである。前記電気分解装置は、水入口（４３）及び水出口（４５）を有する容器（４７）と、前記容器（４７）内に収容された複数の電極（５１，５２）と、前記水入口（４３）から前記水出口（４５）に向かって流れる隣り合う電極（５１，５２）間の水を撹拌する撹拌部（６０）と、を備える。

この構成では、電極（５１，５２）間を流れる水が撹拌部（６０）によって撹拌される。これにより、陽極として機能する一方の電極の近傍にスケール成分濃度の低い水が偏流するのを抑制できるので、電極（５１，５２）間においてスケール成分の析出反応が促進される。したがって、電極の枚数を増やす、電極を大きくするなどの手段によって電極の面積を大きくしなくても、水中のスケール成分の除去効率を高めることができるので、電極材料に起因するコストアップを抑制しつつ、スケール成分の除去効率を高めることができる。

(2) 前記電気分解装置において、前記撹拌部（６０）は、前記隣り合う電極（５１，５２）間において水の流れる方向に沿って配列された複数の撹拌部材（６１）を含んでいる。

この構成では、水の流れる方向に沿って複数の撹拌部材（６１）を配列するという簡単な構造を採用するだけで、スケール成分の除去効率を高めることができる。

(3) 前記電気分解装置において、各撹拌部材（６１）は、絶縁性材料により形成されているのが好ましい。

この構成では、各撹拌部材（６１）は、絶縁性材料により形成されているので、隣り合う電極（５１，５２）間に配置された状態で長期間にわたる電気分解処理にさらされても腐食しにくいというメリットがある。

(4) 前記電気分解装置において、各撹拌部材（６１）は、各電極とは別体の部材であり、各電極との間に隙間が設けられた状態で前記水の流れる方向に交わる方向に延びており、前記隣り合う電極（５１，５２）間を流れる水がその撹拌部材（６１）において一方の電極側と他方の電極側とに分流するように構成されている。

この構成では、各撹拌部材（６１）が電極（５１，５２）間において水の流れる方向に交わる方向に延びているので、電極（５１，５２）間を流れる水を効果的に撹拌することができる。しかも、各撹拌部材（６１）は、各電極との間に隙間が設けられた状態で配置されているので、水が効率よく撹拌される。すなわち、各撹拌部材（６１）と各電極との間に隙間が設けられていることにより、電極（５１，５２）の間を流れる水は、その撹拌部材（６１）において分流し、撹拌部材（６１）を通り過ぎた後に再度合流するという経路をたどる。これにより、水が効率よく撹拌される。

(5) 前記電気分解装置において、前記撹拌部（６０）は、容器（４７）内に配置された撹拌翼（６２）と、前記撹拌翼（６２）に接続されたモータ（６３）とを有する撹拌機（６４）を含んでいてもよい。

この構成では、撹拌翼（６２）によって容器（４７）内の水を強制的に撹拌することができるので、スケール成分の除去効率を高める効果に優れている。

(6) 前記電気分解装置において、前記複数の電極（５１，５２）は、板形状を有し、前記容器（４７）内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成しているのが好ましい。

この構成では、水入口（４３）から容器（４７）内に流入した水は上流側から下流側に向かって蛇行した経路を板形状の電極に沿って流れるので、電極と水との接触面積が大きくなり、スケール成分の除去効率をさらに向上させることができる。

(7) 本発明の温度調節水供給機は、水を加熱するための水熱交換器（２１）と、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ための前記電気分解装置（４１）と、を備える。

この構成では、上記のような電気分解装置（４１）を備える。したがって、電気分解装置（４１）において、電極材料に起因するコストアップを抑制しつつ、スケール成分の除去効率を高めることができる。これにより、水熱交換器（２１）においてスケールが析出するのを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、電極材料に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解処理の効率を高めることができる電気分解装置及びこれを備えた温度調節水供給機を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 前記ヒートポンプ給湯機に用いられる本発明の一実施形態に係る電気分解装置を示す斜視図である。 （Ａ）は、前記電気分解装置を鉛直方向に平行な平面で切断したときの断面図であり、（Ｂ）は、前記電気分解装置を水平方向に平行な平面で切断したときの断面図である。 （Ａ）は、図３（Ａ）の一部を拡大した断面図であり、（Ｂ）は、図３（Ｂ）の一部を拡大した断面図である。 前記電気分解装置の変形例１を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記電気分解装置の変形例２を示す断面図であり、（Ａ）は、変形例２の電気分解装置を鉛直方向に平行な平面で切断したときの断面図であり、（Ｂ）は、変形例２の電気分解装置を水平方向に平行な平面で切断したときの断面図である。 前記電気分解装置の変形例３を示す断面図である。 前記電気分解装置の変形例４を示す断面図である。 前記電気分解装置の変形例５を示す断面図である。 前記電気分解装置の変形例６を示す断面図である。

＜ヒートポンプ給湯機＞
以下、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機１１は、ヒートポンプユニット１３と、貯湯ユニット１７と、電気分解装置４１と、これらを制御するコントローラ３２とを備えている。

貯湯ユニット１７は、水を貯留するタンク１５と、ポンプ３１と、導水路２７，２９とを有する。タンク１５と水熱交換器２１とは、導水路２７，２９により接続されている。導水路２７，２９は、タンク１５の水を水熱交換器２１に送る送り側流路を有する入水配管２７と、水熱交換器２１と熱交換して加熱された水をタンク１５に戻す戻し側流路を有する出湯配管２９とを含む。入水配管２７には、水を送液するためのポンプ３１が設けられている。ポンプ３１は、タンク１５内の水を、タンク１５の下部から入水配管２７に流出させ、入水配管２７、水熱交換器２１および出湯配管２９の順に送水し、タンク１５の上部に戻す。

また、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、水熱交換器２１、電気分解装置４１、及びこれらを接続する導水路２７，２９を含む。

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のものである。給水配管３７は、タンク１５の底部に接続されている。この給水配管３７は、給水源からタンク１５内に低温の水を給水するためのものである。タンク１５へ水を給水する給水源としては、例えば水道水や、井戸水などの地下水を利用することができる。本実施形態の給湯機１１は、給湯配管３５から給湯された水をタンク１５に戻さない一過式の給湯機である。

電気分解装置４１は、入水配管２７における水熱交換器２１よりも上流側の位置でポンプ３１の下流側の位置に設けられている。電気分解装置４１の詳細については後述する。

コントローラ３２は、制御部３３と、メモリ（記憶部）３４とを有している。制御部３３は、メモリ３４に記憶された沸上げ運転のスケジュールに基づいてタンク１５内の水を沸き上げる沸上げ運転を制御する。また、制御部３３は、後述する電気分解装置４１の電気回路に通電する電源５３などを制御する。電源５３としては、例えば直流電源が用いられる。

次に、ヒートポンプ給湯機１１の動作について説明する。タンク１５内の水を沸上げる沸上げ運転では、制御部３３は、ヒートポンプユニット１３の圧縮機１９を駆動させ、電動膨張弁２３の開度を調節するとともに、貯湯ユニット１７のポンプ３１を駆動させる。これにより、図１に示すように、タンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の低温の水が入水配管２７を通じて水熱交換器２１に送られ、水熱交換器２１において加熱される。加熱された高温の水は出湯配管２９を通じてタンク１５の上部に設けられた入水口からタンク１５内に戻される。これにより、タンク１５内には、その上部から順に高温の水が貯湯されていく。この沸上げ運転では、電気分解装置４１によって水に含まれるスケール成分が除去される。

本実施形態のヒートポンプ給湯機１１は、一過式の給湯機である。この一過式の給湯機１１では、給湯配管３５から給湯された水（湯）は、ユーザーによって使用され、タンク１５には戻らない。したがって、タンク１５から給湯配管３５を通じて給湯された水量とほぼ同じ量の水が給水源から給水配管３７を通じてタンク１５に給水される。すなわち、タンク１５には、水道水や井戸水などの給水源からスケール成分を含む水がタンク１５に補充される頻度が高く、補充される量も多い。したがって、一過式のヒートポンプ給湯機の場合には、循環式の冷却水循環装置や循環式の給湯機に比べて、効率よくスケール成分を除去する必要がある。

＜電気分解装置＞
図２は、電気分解装置４１を示す斜視図である。図３（Ａ）は、電気分解装置４１を鉛直方向に平行な平面で切断した断面図であり、図３（Ｂ）は、電気分解装置４１を水平方向に平行な平面で切断した断面図である。本実施形態に係る電気分解装置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ためのものである。電気分解装置４１は、水入口４３及び水出口４５を有する容器４７と、容器４７内に収容された複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２と、撹拌部６０（図４（Ａ）参照）とを備える。撹拌部６０については後述する。

各第１電極５１及び各第２電極５２は、耐食性に優れた材料により形成されている。各電極を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。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、各電極は、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）などにより形成されている形態が例示できる。

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。複数の第１電極５１及び複数の第２電極５２は、隣り合う電極の一方が陽極として機能し、隣り合う電極の他方が陰極として機能するように電源５３に接続されている。隣り合う電極５１，５２は、電極対４９を構成している。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５３に対して並列に接続されているが、これに限定されない。電源５３としては、例えば直流電源が用いられる。

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、電極の厚さ方向に配列されている。さらに、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、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配置されている。具体的には次の通りである。

図２及び図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、容器４７は、６つの壁部により構成された略直方体形状を有する。これらの壁部は、水が流れる水流空間を形成している。６つの壁部は、第１壁部４７１、第２壁部４７２、第３壁部４７３、第４壁部４７４、第５壁部４７５及び第６壁部４７６を含む。

第１壁部４７１は、水の流れの上流側に位置し、第２壁部４７２は、第１壁部４７１と平行な姿勢で水の流れの下流側に位置している。第１壁部４７１と第２壁部４７２は、各第１電極５１及び各第２電極５２と平行な姿勢で配置されている。第３〜第６壁部は、第１壁部４７１と第２壁部４７２の周縁部同士をつないでいる。第３壁部４７３は、下方に位置し、第４壁部４７４は、第３壁部４７３と平行な姿勢で上方に位置している。第５壁部４７５は、下流側に向かって右側に位置し、第６壁部４７６は、第５壁部４７５と平行な姿勢で下流側に向かって左側に位置している。

容器４７の水入口４３は、第１壁部４７１の下部に設けられており、水出口４５は、第２壁部４７２の上部に設けられている。水入口４３にはポンプ３１側に位置する入水配管２７が接続されており、水出口４５には水熱交換器２１側に位置する入水配管２７が接続されている。ポンプ３１により入水配管２７を通じて電気分解装置４１に送られる水は、水入口４３から容器４７の内部の水流空間に流入する。水流空間に流入した水は、水の流れの下流側に向かって流れ、水出口４５から容器４７の外部に排出される。水出口４５については後述する。

複数の電極５１，５２は、電極の厚み方向に互いに間隔をあけて水平方向に沿って配列されている。電極同士の隙間は、水が流れる流路として機能する。複数の電極５１，５２は、第３壁部４７３に接しているものと、第４壁部４７４に接しているものとが交互に並んでいる。具体的に、各第１電極５１は、第３壁部４７３に接しており、第４壁部４７４に向かって延びている。各第１電極５１と第４壁部４７４の内面との間には水が流通可能な隙間が設けられている。各第２電極５２は、第４壁部４７４に接しており、第３壁部４７３に向かって延びている。各第２電極５２と第３壁部４７３の内面との間には水が流通可能な隙間が設けられている。これにより、容器４７内には、図３（Ａ）に示すような蛇行流路が形成されている。

本実施形態では、各電極が上下方向に平行な姿勢で配置されているので、蛇行流路も上下方向に蛇行している。なお、各電極は、上下方向に対して傾斜する方向に平行な姿勢で配置されていてもよく、この場合、蛇行流路において水が上昇する流路及び水が下降する流路は、共に上下方向に対して傾斜する方向に延びる。

以上のような構造を有する電気分解装置４１では、水入口４３から容器４７内に流入した水が水出口４５から容器４７外に流出するまでの間に、水に含まれるスケール成分が電気分解によって隣り合う電極により構成される電極対の陰極にスケールとして析出する。陰極に付着したスケールは、例えば周期的に電極５１，５２の極性を反転させることにより、陰極から脱落して容器４７の第３壁部４７３上に沈殿する。

次に、撹拌部６０について説明する。撹拌部６０は、電極対４９を構成する隣り合う電極５１，５２間を流れる水を撹拌するためのものである。撹拌部６０は、各電極とは別体の部材である。本実施形態では、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、撹拌部６０は、複数の撹拌部材６１を含む。

本実施形態では、各撹拌部材６１は円柱形状を有する棒状部材であるがこれに限定されない。各撹拌部材６１としては、角柱形状を有する棒状部材であってもよく、また、後述する変形例１，２などに示すように種々の形状を採用することもできる。

各撹拌部材６１は、水の流れる方向（図４（Ａ）において矢印で示す方向）に交わる方向に延びている。本実施形態では、各撹拌部材６１は、水の流れる方向に直交する方向に延びており、電極５１，５２に平行な姿勢で配置されている。

複数の撹拌部材６１は、隣り合う電極５１，５２間において水の流れる方向に沿って配列されている。本実施形態では、水の流路において、複数の撹拌部材６１は、第２電極５２よりも第１電極５１に近い位置に配置された複数の第１撹拌部材６１と、第１電極５１よりも第２電極５２に近い位置に配置された複数の第２撹拌部材６１とを含む。本実施形態では、第１撹拌部材６１と第２撹拌部材６１とは水の流れる方向に沿って交互に配置されているが、これに限定されない。

図４（Ｂ）に示すように、本実施形態では、各撹拌部材６１の一端は第５壁部４７５に支持されており、各撹拌部材６１の他端は第６壁部４７６に支持されている。各撹拌部材６１は、両方の電極５１，５２との間に隙間が設けられた状態で配置されているが、これに限定されない。各撹拌部材６１は、例えば一方の電極に接した状態で配置されていてもよい。

ただし、各撹拌部材６１と両方の電極５１，５２との間に隙間が設けられていることにより、電極５１，５２の間を流れる水は、その撹拌部材６１において分流し、撹拌部材６１を通り過ぎた後に再度合流するという経路をたどる。すなわち、電極５１，５２の間を流れる水は、電極５１，５２間において水の流れる方向に沿って配列された複数の撹拌部材６１によって分流と合流が繰り返されることによって効率よく撹拌される。

また、本実施形態では、隣り合う電極５１，５２及び複数の撹拌部材６１を図４（Ｂ）に示すように水の流れ方向（又は水の流れ方向とは反対方向）に見たときに、隣り合う電極５１，５２間において撹拌部材６１が設けられていない領域（隙間Ｇ）が存在している。具体的に、図４（Ｂ）に示すように、複数の第１撹拌部材６１が配列されている領域と、複数の第２撹拌部材６１が配列されている領域との間には隙間Ｇが設けられている。また、第１電極５１と、複数の第１撹拌部材６１が配列されている領域との間にも隙間Ｇが設けられており、第２電極５２と、複数の第２撹拌部材６１が配列されている領域との間にも隙間Ｇが設けられている。これにより、水が流れる際の抵抗が大きくなる（圧力損失が大きくなる）のを抑制できる。

本実施形態では、すべての電極対４９において、隣り合う電極５１，５２間に複数の撹拌部材６１が設けられているが、これに限定されない。例えば、一部の電極対４９において電極５１，５２間に複数の撹拌部材６１が設けられており、残りの電極対４９においては電極５１，５２間に撹拌部材６１が設けられていない形態であってもよい。

各撹拌部材６１は、絶縁性材料により形成されているがこれに限定されない。絶縁性材料としては、例えば絶縁性を有する合成樹脂などを例示できる。

本実施形態における電気分解時の運転条件の一例を挙げると次のようになる。水入口４３を通じて容器４７内に流入する水の流量は、例えば０．６〜１．２リットル／分程度に調節される。そして、容器４７内において蛇行流路を流れる水の流速は、６〜１３ｍｍ／秒程度に調節される。この場合、蛇行流路における水の流れにおいて、レイノルズ数が９０〜２００程度となるように流路の大きさ（流路の断面積）が調節される。これらの流量、流速及びレイノルズ数は、運転条件の一例を示したものであり、上記の範囲に限定されない。また、流速及びレイノルズ数は、蛇行流路における複数箇所で測定される値の平均値が上記範囲に調整される。なお、蛇行流路において流速分布を有する流れとなる場合には、最も流速が大きくなる電極５１，５２間の中央部を流れる水の流速は、電極近傍を流れる水の流速のおおよそ２倍程度となる。

本実施形態のように、容器４７内において蛇行流路を流れる水の流速が６〜１３ｍｍ／秒程度の低速である場合には、電極の近傍を流れる水は、周囲の水と混ざり合いにくい。このような場合、撹拌部６０が設けられていない従来の電気分解装置では、陽極として機能する一方の電極の近傍にスケール成分濃度の低い水が偏流しやすくなる。一方、本実施形態では、このような低速であっても、陽極として機能する一方の電極の近傍にスケール成分濃度の低い水が偏流するのを抑制できるので、電極５１，５２間においてスケール成分の析出反応が促進される。

図５は、電気分解装置４１の変形例１を示す断面図である。この変形例１は、撹拌部材６１の形状が図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態と異なっている。以下、変形例１については、図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態と異なる構成についてのみ説明し、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図５に示すように、変形例１では、各撹拌部材６１は、水の流れる方向の寸法がこれに直交する方向の寸法よりも小さい扁平な板形状を有する。これにより、変形例１では、上記実施形態に比べて水を撹拌する効果が高められている。

図６（Ａ），（Ｂ）は、電気分解装置４１の変形例２を示す断面図である。図６（Ａ）は、電気分解装置４１を鉛直方向に平行な平面で切断したときの断面図であり、図６（Ｂ）は、電気分解装置４１を水平方向に平行な平面で切断したときの断面図である。この変形例２は、撹拌部材６１の形状が図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態と異なっている。以下、変形例１については、図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態と異なる構成についてのみ説明し、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、変形例２では、各撹拌部材６１は、電極対４９を構成する隣り合う電極５１，５２間において、第１電極５１側と第２電極５２側とに蛇行しながら、水の流れる方向に直交する方向に延びる形状を有する。各撹拌部材６１は、例えば円柱状、角柱状などの棒状の部材を折り曲げ加工することによって形成されている。なお、各撹拌部材６１は、コイル状に曲げ加工されたような形態であってもよい。

図７は、電気分解装置４１の変形例３を示す断面図である。この変形例３は、撹拌部６０の構成が図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態と異なっている。具体的には次の通りである。

図７に示すように、変形例３では、撹拌部６０は、隣り合う電極５１，５２間に配置された撹拌翼６２と、撹拌翼６２に接続されたモータ６３とを有する複数の撹拌機６４を含む。この変形例３では、各撹拌翼６２は、蛇行流路における折り返し部に設けられている。また、各撹拌翼６２は、下側の折り返し部に設けられており、第３壁部４７３の内面近傍に配置されている。各撹拌翼６２の回転軸は、水の流れる方向に向いている。

各撹拌翼６２は、第３壁部４７３から第４壁部４７４側に向かう水を撹拌可能な位置に配置されている。各撹拌翼６２が回転すると、その付近の水は、第４壁部４７４側に押し流されつつ、撹拌される。すなわち、変形例３では、各撹拌翼６２の回転によって水の流れ方向に沿った並行流が形成されるので、容器４７内の水の流れが円滑になる。なお、撹拌翼６２は、水の流れ方向に対向する対向流を形成する位置に設けられていてもよい。

変形例３では、各撹拌翼６２の形状としては、容器４７内の水を撹拌できるものであればよく、例えばプロペラタイプ、タービンタイプなどが挙げられる。

また、変形例３では、隣り合う電極５１，５２間を流れる水の流速や電極５１，５２に流れる電流値などに応じて撹拌翼６２の回転数を制御すれば、撹拌機６４における消費電力が大きくなるのを抑制しつつ、スケール成分の除去効率を高めることができる。

図８は、電気分解装置４１の変形例４を示す断面図である。この変形例４は、撹拌翼６２の配置が変形例３と異なっている。具体的には次の通りである。

図８に示すように、変形例４では、撹拌部６０は、複数の撹拌翼６２を有し、これらの撹拌翼６２は、第３壁部４７３と第４壁部４７４との間の流路に沿って配列されている。各撹拌翼６２の回転軸は、水の流れる方向に直交する方向に向いている。各撹拌翼６２は、例えば第５壁部４７５から第６壁部４７６に向かって延びる図略のモータシャフトに支持されている。

図９は、電気分解装置４１の変形例５を示す断面図である。この変形例５は、電極５１，５２の形状が図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。

図９に示すように、変形例５では、各電極は、波形の形状を有するので、複数の撹拌部材６１による水の撹拌効果に加え、電極５１，５２による水の撹拌効果も得ることができる。

また、この変形例５では、第１電極５１のピッチ、すなわち第１電極５１の山部５１ａと山部５１ａの距離と、第２電極５２のピッチ、すなわち第２電極５２の山部５２ａと山部５２ａの距離とが同じである。谷部５１ｂ，５２ｂについても同様である。そして、隣り合う第１電極５１と第２電極５２は、これらの間の流路幅が全体にわたってほぼ一定となるように配置されている。これにより、電極面内における電流密度をほぼ一定にすることができる。また、局部的に流路の狭い箇所が形成されないので、スケール付着によるつまりのリスクを低減できる。

図１０は、電気分解装置４１の変形例６を示す断面図である。図１０に示すように、この変形例６は、蛇行流路を有していない点が図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態と異なっている。具体的には、次の通りである。

図１０に示すように、この電気分解装置４１は、水入口４３及び水出口４５を有する容器４７と、容器４７内に収容された第１電極５１及び第２電極５２とを備える。この変形例１２では、各電極の下端部は、容器４７の底面から離隔しており、各電極の上端部は、容器４７の上面から離隔しているので、上述したような蛇行流路を有していない。したがって、水入口４３から容器４７に流入した水は、ある程度ランダムに水入口４３から水出口４５に向かって容器４７内を流れ、水出口４５側に流れる途中で隣り合う電極間の隙間を通過する過程でスケール成分が除去される。

変形例６では、隣り合う電極５１，５２間に撹拌部６０が設けられている。この撹拌部６０は、複数の撹拌部材６１を含む。各撹拌部材６１としては、図４（Ａ），（Ｂ）に示す上記実施形態の撹拌部材６１、図５に示す変形例１の撹拌部材６１、図６に示す変形例２の撹拌部材６１などを採用できる。

以上説明したように、図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態及び各変形例では、電気分解装置４１が撹拌部６０を備えているので、この撹拌部６０によって電極５１，５２間を流れる水が撹拌される。これにより、陽極として機能する一方の電極の近傍にスケール成分濃度の低い水が偏流するのを抑制できるので、電極５１，５２間においてスケール成分の析出反応が促進される。したがって、電極の枚数を増やす、電極を大きくするなどの手段によって電極の面積を大きくしなくても、水中のスケール成分の除去効率を高めることができるので、電極材料に起因するコストアップを抑制しつつ、スケール成分の除去効率を高めることができる。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態及び変形例１，２，５，６では、撹拌部６０は、隣り合う電極５１，５２間において水の流れる方向に沿って配列された複数の撹拌部材６１を含む。これらの態様では、水の流れる方向に沿って複数の撹拌部材６１を配列するという簡単な構造を採用するだけで、スケール成分の除去効率を高めることができる。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態及び変形例１，２，５，６では、各撹拌部材６１は、絶縁性材料により形成されているので、隣り合う電極５１，５２間に配置された状態で長期間にわたる電気分解処理にさらされても腐食しにくいというメリットがある。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態及び変形例１，２，５，６では、各撹拌部材６１は、隣り合う電極５１，５２との間において、水の流れる方向に交わる方向に延びているので、電極５１，５２間を流れる水を効果的に撹拌することができる。しかも、各撹拌部材６１は、隣り合う電極５１，５２との間に隙間が設けられた状態で配置されているので、水が効率よく撹拌される。すなわち、各撹拌部材６１と両方の電極５１，５２との間に隙間が設けられていることにより、電極５１，５２の間を流れる水は、その撹拌部材６１において分流し、撹拌部材６１を通り過ぎた後に再度合流するという経路をたどる。これにより、水が効率よく撹拌される。

変形例３，４では、撹拌部６０は、容器４７内に配置された撹拌翼６２と、撹拌翼６２に接続されたモータ６３とを有する撹拌機６４を含む。したがって、撹拌翼６２によって容器４７内の水を強制的に撹拌することができるので、スケール成分の除去効率を高める効果に優れている。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態及び変形例１〜５では、複数の電極５１，５２は、板形状を有し、容器４７内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成している。したがって、これらの態様では、水入口４３から容器４７内に流入した水は上流側から下流側に向かって蛇行した経路を板形状の電極に沿って流れるので、電極と水との接触面積が大きくなり、スケール成分の除去効率をさらに向上させることができる。

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。水平方向に蛇行する蛇行流路とするには、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示す電気分解装置４１を、第５壁部４７５が下方に位置し、第６壁部４７６が上方に位置するように配置すればよい。

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。

前記実施形態では、浴槽などへ給湯するための用途でヒートポンプ給湯機１１が用いられる場合を例示したが、これに限定されない。ヒートポンプ給湯機１１は、タンク１５内に貯留された高温の水を暖房用途などに用いる場合にも適用できる。すなわち、ヒートポンプ給湯機１１は、水を湯に変えて供給する装置であって、ヒートポンプ式温水暖房機における給湯機として用いることができる。

また、本発明の電気分解装置は、スケール成分を除去する必要がある他の用途、例えば冷却塔、燃焼式の給湯機、電気温水機などの温度調節水供給機にも適用することができる。

１１ ヒートポンプ給湯機
１３ ヒートポンプユニット
１５ タンク
１７ 貯湯ユニット
２１ 水熱交換器
４１ 電気分解装置
４３ 水入口
４５ 水出口
４６ 排水口
４７ 容器
５１ 第１電極
５２ 第２電極
６０ 撹拌部
６１ 撹拌部材
６２ 撹拌翼
６３ モータ
６４ 撹拌機

Claims (5)

1. 水に含まれるスケール成分を除去するための電気分解装置であって、
   水入口（４３）及び水出口（４５）を有する容器（４７）と、
   前記容器（４７）内に収容された複数の電極（５１，５２）と、
   前記水入口（４３）から前記水出口（４５）に向かって流れる隣り合う電極（５１，５２）間の水を撹拌する撹拌部（６０）と、を備え、
   前記撹拌部（６０）は、前記隣り合う電極（５１，５２）間において水の流れる方向に沿って配列された複数の撹拌部材（６１）を含み、
   各撹拌部材（６１）は、各電極とは別体の部材であり、各電極との間に隙間が設けられた状態で前記水の流れる方向に交わる方向に延びており、前記隣り合う電極（５１，５２）間を流れる水がその撹拌部材（６１）において一方の電極側と他方の電極側とに分流するように構成されている、電気分解装置。
2. 各撹拌部材（６１）は、絶縁性材料により形成されている、請求項１に記載の電気分解装置。
3. 前記撹拌部（６０）は、容器（４７）内に配置された撹拌翼（６２）と、前記撹拌翼（６２）に接続されたモータ（６３）とを有する撹拌機（６４）を含む、請求項１又は２に記載の電気分解装置。
4. 前記複数の電極（５１，５２）は、板形状を有し、前記容器（４７）内において水が蛇行しながら流れる蛇行流路を形成している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気分解装置。
5. 水を加熱するための水熱交換器（２１）と、
   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ための請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気分解装置（４１）と、を備えた温度調節水供給機。
   

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