JP5365737B1 - Temperature control water supply machine - Google Patents
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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、電極に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解効率を高める。
【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、水入口43及び水出口45を有する容器47と容器47内に設けられた電極対49とを有し、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、容器47内の水又は容器47の水出口45から流出した水を上流側に戻し、且つ水熱交換器21に送られる主流の流量よりも上流側に戻される循環流量を多くする循環機構80と、を備える。
【選択図】図2In a temperature-controlled water supply device including an electrolyzer, electrolysis efficiency is increased while suppressing an increase in cost due to an electrode.
A temperature-adjusted water supply device has a water heat exchanger that heats water, a container having a water inlet and a water outlet, and an electrode pair provided in the container. The electrolyzer 41 for removing scale components contained in the water sent to the water heat exchanger 21, the water in the container 47 or the water flowing out from the water outlet 45 of the container 47 is returned to the upstream side, and the water heat exchanger 21 And a circulation mechanism 80 that increases the circulation flow rate returned to the upstream side from the main flow rate sent to.
[Selection] Figure 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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a temperature-controlled water supply device such as a heat pump water heater, a heat pump hot water heater, a combustion hot water heater, an electric water heater, a cooling tower and the like provided with an electrolyzer.
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。 Tap water and groundwater contain components (scale components) such as calcium ions and magnesium ions that cause scales. Therefore, in a temperature-controlled water supply device such as a water heater, scales such as calcium salt (for example, calcium carbonate) and magnesium salt may be deposited. In the water heat exchanger of the temperature-controlled water supply machine, water is heated and the temperature of the water is increased, so that scale is particularly likely to precipitate. If the scale is deposited and deposited on the inner surface of the pipe in the water heat exchanger, there may be a problem that the heat transfer performance of the water heat exchanger is lowered or the flow path of the pipe is narrowed.
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(例えば特許文献1)。前記電気分解装置は、水が出入りする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。 Therefore, in order to prevent the scale from adhering to the water heat exchanger, a technique for removing scale components in water by electrolysis in an electrolysis apparatus provided upstream of the water heat exchanger has been proposed. (For example, patent document 1). The electrolysis apparatus includes a container having a water inlet and a water outlet through which water enters and exits, and an electrode pair disposed in the container. When water is supplied into the container through the water inlet while a voltage is applied to the electrode pair, a scale such as calcium carbonate is deposited on the cathode side of the electrode pair. Thereby, the density | concentration of the scale component contained in the water which flows out of a container through a water outlet is reduced.
ところで、水熱交換器におけるスケールの析出を抑制する効果を高めるためには、電気分解装置において電気分解効率を高める必要がある。特許文献1の図12には、電気分解装置を通過した水を電気分解装置の上流側に戻して電気分解装置に再度流入させる技術が開示されている。しかしながら、ここに開示されている技術を採用するだけでは電気分解効率の向上効果が十分ではない場合がある。
By the way, in order to increase the effect of suppressing the precipitation of scale in the water heat exchanger, it is necessary to increase the electrolysis efficiency in the electrolyzer. FIG. 12 of
したがって、電気分解効率を高めるためには、電極面積を大きくする、電極枚数を多くするなどの対策が必要となる。一般に、電気分解装置における電極には、不溶性電極(例えば白金電極)ように非常に高価な材料が用いられるので、電極面積の増加又は電極枚数の増加は、コストアップの点で大きな影響を与える。 Therefore, in order to increase the electrolysis efficiency, measures such as increasing the electrode area and increasing the number of electrodes are required. In general, a very expensive material such as an insoluble electrode (for example, a platinum electrode) is used as an electrode in an electrolysis apparatus. Therefore, an increase in electrode area or an increase in the number of electrodes has a great effect in terms of cost increase.
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、電極に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解効率を高めることである。 An object of the present invention is to increase electrolysis efficiency while suppressing an increase in cost due to an electrode in a temperature-controlled water supply device including an electrolyzer.
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、水入口(43)及び水出口(45)を有する容器(47)と前記容器(47)内に設けられた電極対(49)とを有し、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、前記容器(47)内の水又は前記容器(47)の前記水出口(45)から流出した水を上流側に戻し、且つ前記水熱交換器(21)に送られる主流の流量よりも上流側に戻される循環流量を多くする循環機構(80)と、を備える。前記循環機構(80)は、循環路(81)と、前記循環路(81)に水を流す循環ポンプ(82)とを含む。
The temperature-controlled water supply device of the present invention is provided in a water heat exchanger (21) for heating water, a container (47) having a water inlet (43) and a water outlet (45), and the container (47). An electrolysis device (41) for removing scale components contained in water sent to the water heat exchanger (21), and water in the container (47) or the container ( 47) a circulation mechanism (80) for returning the water flowing out from the water outlet (45) to the upstream side and increasing the circulation flow rate returned to the upstream side from the main flow rate sent to the water heat exchanger (21). And). The circulation mechanism (80) includes a circulation path (81) and a circulation pump (82) for flowing water through the circulation path (81).
この構成では、電気分解装置(41)を備える温度調節水供給機において、電極に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解効率を高めることができる。その理由は次の通りである。 With this configuration, in the temperature-controlled water supply device including the electrolyzer (41), the electrolysis efficiency can be increased while suppressing the cost increase caused by the electrodes. The reason is as follows.
電極対間の水流路において電気分解が行われると、陰極側の領域ではスケールが析出するのでスケール成分の濃度が低下する。したがって、陰極側の領域のスケール成分濃度は、陽極側の領域のスケール成分濃度に比べて小さくなる。このため、スケールの析出が鈍化して、スケール成分除去効率(電気分解効率)が低下する。 When electrolysis is performed in the water flow path between the electrode pairs, scale is deposited in the region on the cathode side, so the concentration of the scale component decreases. Accordingly, the scale component concentration in the cathode side region is smaller than the scale component concentration in the anode side region. For this reason, the precipitation of scale is slowed down, and the scale component removal efficiency (electrolysis efficiency) decreases.
また、一般に、ヒートポンプ給湯機などの温度調節水供給機では、水熱交換器において加熱される水の量(水熱交換器に送られる水量)と電気分解装置において電気分解処理される水の量とが同じである。このため、従来の電気分解装置において電極間の水流路を流れる水の速度は遅く、水流路の水の流れは層流となる。したがって、陽極側の領域にはスケール成分濃度の比較的高い水が存在するにもかかわらず、上述した陰極側の領域のスケール成分濃度は、低いまま維持され、十分な電気分解効率を得るのが難しい。 In general, in a temperature-controlled water supply device such as a heat pump water heater, the amount of water heated in the water heat exchanger (the amount of water sent to the water heat exchanger) and the amount of water electrolyzed in the electrolyzer Is the same. For this reason, in the conventional electrolyzer, the speed of the water which flows through the water flow path between electrodes is slow, and the flow of water in the water flow path becomes a laminar flow. Therefore, despite the presence of water having a relatively high scale component concentration in the anode side region, the scale component concentration in the cathode side region described above is kept low, and sufficient electrolysis efficiency is obtained. difficult.
そこで、本構成では、水熱交換器(21)に送られる主流の流量よりも循環流量を多くすることによって電極対(49)間の水流路を流れる水の流速が高められる。これにより、水流路において水が撹拌され、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差が低減される。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、上記の循環流量で水が循環する前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。 Therefore, in this configuration, the flow rate of the water flowing through the water flow path between the electrode pair (49) is increased by increasing the circulation flow rate rather than the main flow rate sent to the water heat exchanger (21). Thereby, water is stirred in the water flow path, and the difference between the scale component concentration in the cathode side region and the scale component concentration in the anode side region is reduced. As a result, the scale component removal efficiency is improved because the scale component concentration in the cathode-side region is higher than before the water is circulated at the circulation flow rate.
前記温度調節水供給機において、前記循環流量は、前記主流の流量の5倍以上であり、これによって、前記電極対(49)の電極間の水流路において水を撹拌して前記水流路の流れを乱し、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差を低減する。
In the temperature regulating water supply machine, the circulation flow rate state, and are five times more than the main flow, whereby the electrode pairs in water flow path between the electrodes and water is stirred for the water flow path (49) The flow is disturbed, and the difference between the scale component concentration in the cathode side region and the scale component concentration in the anode side region is reduced.
この構成のように循環流量が主流の流量の5倍以上である場合には、後述の実施例に示されるように流れの乱れの増加が顕著となり、電気分解効率の向上効果が高くなる。そして、前記循環機構(80)は、前記循環路(81)の第1端部及び第2端部の少なくとも一方の端部が前記容器(47)に接続されていることによって、前記容器(47)に接続された前記少なくとも一方の端部の近傍にある容器(47)内の水の流れを乱す。
When the circulation flow rate is 5 times or more of the main flow rate as in this configuration, the increase in the flow turbulence becomes significant as shown in the examples described later, and the effect of improving the electrolysis efficiency becomes high. The circulation mechanism (80) includes the container (47) by connecting at least one of the first end and the second end of the circulation path (81) to the container (47). ) Disturbs the flow of water in the container (47) in the vicinity of the at least one end connected to.
具体例を挙げると、前記温度調節水供給機は、前記容器(47)の前記水入口(43)に接続され、前記容器(47)に水を供給するための上流側主経路(27A)と、前記容器(47)の前記水出口(45)に接続され、前記水出口(45)から流出した水を前記水熱交換器(21)に送るための下流側主経路(27B)と、をさらに備え、前記循環路(81)の第1端部は、前記容器(47)又は前記下流側主経路(27B)に接続され、前記循環路(81)の第2端部は、前記容器(47)における前記第1端部の接続部位よりも上流側の位置又は前記上流側主経路(27A)に接続されていてもよい。 As a specific example, the temperature-controlled water supply machine is connected to the water inlet (43) of the container (47), and an upstream main path (27A) for supplying water to the container (47) A downstream main path (27B) connected to the water outlet (45) of the vessel (47) and for sending water flowing out from the water outlet (45) to the water heat exchanger (21), further comprising, a first end portion of the front Symbol circulation path (81), connected to said container (47) or the downstream main path (27B), the second end of the circulation path (81), said container It may be connected to a position on the upstream side of the connection part of the first end in (47) or the upstream main path (27A).
これらの接続構造のうち、第1端部及び第2端部の少なくとも一方が容器(47)に接続されている場合には、第1端部が下流側主経路(27B)に接続され、且つ第2端部が上流側主経路(27A)に接続されている場合に比べて、容器(47)内の水の撹拌効果を高めることができる。すなわち、第1端部を通じて水が循環路(81)に流入することによって第1端部の近傍にある容器(47)内の水がより乱れやすくなり、また、第2端部を通じて水が容器(47)内に流入することによって第2端部の近傍にある容器(47)内の水がより乱れやすくなるからである。 Among these connection structures, when at least one of the first end and the second end is connected to the container (47), the first end is connected to the downstream main path (27B), and Compared with the case where the second end is connected to the upstream main path (27A), the stirring effect of the water in the container (47) can be enhanced. That is, when water flows into the circulation path (81) through the first end, the water in the container (47) in the vicinity of the first end is more likely to be disturbed, and the water is stored in the container through the second end. This is because the water in the container (47) in the vicinity of the second end is more likely to be disturbed by flowing into (47).
前記温度調節水供給機において、前記電極対(49)の少なくとも一方の電極には、前記電極を厚み方向に貫通する通水孔(53)が設けられていてもよい。 In the temperature controlled water supply machine, at least one electrode of the electrode pair (49) may be provided with a water passage hole (53) penetrating the electrode in the thickness direction.
この構成では、後述する実施例に示されているように、循環流量を大きくすることによる作用と、通水孔(53)による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。 In this configuration, as shown in the examples described later, the electrolysis efficiency is significantly improved by the synergistic effect of the action of increasing the circulation flow rate and the action of the water passage hole (53).
前記温度調節水供給機において、前記電極対(49)の少なくとも一方の電極には、複数の凹部(61)及び複数の凸部(62)の少なくとも一方が設けられていてもよい。 In the temperature-controlled water supply machine, at least one of the plurality of concave portions (61) and the plurality of convex portions (62) may be provided on at least one electrode of the electrode pair (49).
この構成では、循環流量を大きくすることによる作用と、凹部(61)や凸部(62)による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。 In this configuration, the electrolysis efficiency is significantly improved by the synergistic effect of the action of increasing the circulating flow rate and the action of the concave portion (61) and the convex portion (62).
前記温度調節水供給機において、前記電極対(49)間の水流路には、前記水流路を流れる水を撹拌する撹拌部材(63)が設けられていてもよい。 In the temperature-controlled water supply machine, a stirring member (63) for stirring water flowing through the water channel may be provided in the water channel between the electrode pair (49).
この構成では、後述する実施例に示されているように、循環流量を大きくすることによる作用と、撹拌部材(63)による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。 In this configuration, as shown in the examples described later, the electrolysis efficiency is significantly improved by the synergistic effect of the action of increasing the circulating flow rate and the action of the stirring member (63).
以上説明したように、本発明によれば、電気分解装置を備える温度調節水供給機において、電極に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解効率を高めることができる。 As described above, according to the present invention, electrolysis efficiency can be increased while suppressing an increase in cost due to the electrode in the temperature-controlled water supply device including the electrolyzer.
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。 Hereinafter, a temperature-controlled water supply device (device for supplying temperature-controlled water) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Examples of the temperature-controlled water supply machine include a heat pump water heater, a heat pump hot water heater, a combustion hot water heater, an electric water heater, a cooling tower, and the like. Hereinafter, the heat pump water heater will be mainly described.
<ヒートポンプ給湯機>
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、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、メインポンプ31、電気分解装置41、循環機構80、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。
<Heat pump water heater>
As shown in FIG. 1, the heat
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及びメインポンプ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。
The
メインポンプ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、メインポンプ31の配設位置はこれに限定されない。メインポンプ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。
The
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。
In the present embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant circulating in the
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。
A
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メインポンプ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主経路27Aと、電気分解装置41よりも下流側の下流側主経路27Bとを含む。電気分解装置41の詳細については後述する。
The
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。通常運転は、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。
The
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。
The heat
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内の水を沸上げる通常運転では、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のメインポンプ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。
Next, the operation of the heat
<電気分解装置及び循環機構>
次に、電気分解装置41及び循環機構80の一例について具体的に説明するが、電気分解装置41及び循環機構80は、以下の実施形態に限定されない。図2(A),(B)は、ヒートポンプ給湯機11に用いられる電気分解装置41及び循環機構80を示す断面図である。図2(A)は、鉛直方向に平行な平面で前記電気分解装置及び循環機構を切断したときの断面図であり、前記電気分解装置及び循環機構の当該断面を側面視した図である。図2(B)は、水平方向に平行な平面で前記電気分解装置及び循環機構を切断したときの断面図であり、前記電気分解装置及び循環機構の当該断面を平面視した図である。
<Electrolysis device and circulation mechanism>
Next, an example of the
(電気分解装置)
図2(A),(B)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。図2(B)に示すように、容器47内には、複数の電極51,52によって水流路が形成されている。本実施形態では、水流路は、複数の電極51,52によって形成された一続きの蛇行流路であるが、これに限られない。水流路は、例えば図11(A),(B)に示す後述の変形例4のように蛇行流路でない流路であってもよい。また、本実施形態における蛇行流路は、図2(B)に示すように水平方向に蛇行しているが、これに限られない。蛇行流路は、例えば上下方向に蛇行していてもよい。
(Electrolysis device)
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
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内には、水が流れる水流空間が設けられている。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をつなぐ側壁部を有する。本実施形態では、側壁部は、下壁を構成する第3壁部473と、上壁を構成する第4壁部474と、左壁を構成する第5壁部475と、右壁を構成する第6壁部476とを含むが、これに限られない。
In the present embodiment, the
容器47は、水入口43と、水出口45とを有する。容器47の水入口43は、第1壁部471に設けられており、水出口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。水入口43及び水出口45の一方又は両方は、前記側壁部に設けられていてもよい。水入口43には、図1に示すタンク15側に位置する入水配管27(上流側主経路27A)が接続されており、水出口45には図1に示す水熱交換器21側に位置する入水配管27(下流側主経路27B)が接続されている。
The
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、図2(B)に示すように、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。
The plurality of
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。 Each electrode is formed of a material excellent in corrosion resistance. Examples of the material mainly constituting each electrode include platinum and titanium. Specifically, it is as follows. For example, it is preferable that at least the surface of each electrode is formed of a material whose main component is platinum. Specifically, a mode in which the entirety of each electrode is formed of a material mainly composed of platinum (a material such as platinum or a platinum alloy) can be exemplified. Each electrode is made of an electrode body made of a material having a higher ionization tendency than platinum (that is, a material that is more easily oxidized than platinum in water), and a material mainly containing platinum on the surface of the electrode body (platinum) And a coating layer formed of a material such as a platinum alloy. Examples of the material for the electrode main body include materials mainly composed of titanium (materials such as titanium and titanium alloys). In addition, each electrode may be formed of, for example, a material mainly composed of titanium (a material such as titanium or a titanium alloy) as a material that is more easily oxidized than platinum but relatively excellent in corrosion resistance.
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。
As the shape of each electrode, for example, various shapes such as a plate shape and a rod shape can be adopted, but in this embodiment, a plate shape is adopted. Thereby, the surface area of each electrode can be increased. In the present embodiment, the plurality of
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。
At the time of boiling operation for boiling water in the
沸上げ運転時には、水入口43及び水出口45の一方から容器47内に流入した水が水入口43及び水出口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。
During the boiling operation, the scale component contained in the water until the water flowing into the
(循環機構)
循環機構80は、容器47内の水又は容器47の水出口45から流出した水を上流側に戻す機能を有する。循環機構80は、循環路(循環配管)81と、循環路81に水を流す循環ポンプ(水ポンプ)82とを含む。
(Circulation mechanism)
The
循環路81は、第1端部(循環水入口端部)81aと第2端部(循環水出口端部)81bとを有する。循環ポンプ82は、循環路81に設けられている。
The
図2(A)に示す本実施形態では、循環路81の第1端部81a及び第2端部81bは、ともに電気分解装置41の容器47に接続されている。第2端部81bは、容器47における第1端部81aの接続部位よりも上流側の位置にある。
In the present embodiment shown in FIG. 2A, the
具体的に、本実施形態では、第1端部81aは、最も下流側の電極よりも第2壁部472側に位置している。第2端部81bは、最も上流側の電極よりも第1壁部471側に位置している。本実施形態では、第1端部81a及び第2端部81bは、電極51,52間の水流路に配置されているのではなく、電極51,52間の水流路以外の領域に配置されている。
Specifically, in the present embodiment, the
図2(A)に示す本実施形態では、第1端部81a及び第2端部81bは、容器47内に位置しているが、これに限られない。第1端部81a及び第2端部81bの一方及び両方は、例えば容器47の壁部から外側に突出する図略の継手に接続されていてもよく、この場合には容器47外に位置する。この点については、後述する変形例においても同様である。
In the present embodiment shown in FIG. 2A, the
最も下流側の電極とこの電極に対向する壁部(本実施形態では第2壁部472)との間にはスペースS1が設けられており、第1端部81aは、スペースS1を区画する壁部(本実施形態では第3壁部473)に接続されている。スペースS1にある水は、第1端部81aを通じて循環路81に流入する。また、最も上流側の電極とこの電極に対向する壁部(本実施形態では第1壁部471)との間にはスペースS2が設けられており、第2端部81bは、スペースS2を区画する壁部(本実施形態では第3壁部473)に接続されている。循環路81を流れる循環水は、第2端部81bを通じてスペースS2に流入する。
A space S1 is provided between the most downstream electrode and a wall portion (
なお、第1端部81aは、第2壁部472、第4壁部474、第5壁部475又は第6壁部476に接続されていてもよく、また、第2端部81bは、第1壁部471、第4壁部474、第5壁部475又は第6壁部476に接続されていてもよい。
The
循環機構80は、制御部32によって制御される。制御部32は、水熱交換器21に送られる主流の流量Gwよりも上流側に戻される循環流量Gcが多くなるように循環機構80の循環ポンプ82を制御する。主流の流量Gwは、下流側主経路27Bを流れる水の流量である。循環路81の第1端部81aが下流側主経路27Bに接続されている場合には、主流の流量Gwは、第1端部81aの接続部位よりも下流側の下流側主経路27Bを流れる水の流量である。循環流量Gcは、循環路81を流れる水の流量である。後述する図4(D)に示す変形例7のように循環路81が分岐している場合には、循環流量Gcは、分岐する前の循環路81(図4(D)に示す上流側循環路810)を流れる水の流量である。
The
(循環流量の制御)
制御部32は、循環ポンプ82を制御して循環流量Gcを所定の範囲に調節する。主流の流量Gwに対する循環流量Gcの倍率は、特に限定されない。ただし、容器47内の水流路(本実施形態では蛇行流路)を流れる水が撹拌される効果を高める点で、循環流量Gcは、主流の流量Gwの5倍以上であるのが好ましく、主流の流量Gwの10倍以上であるのがより好ましい。以下、循環流量Gcを多くする理由について説明する。
(Circulation flow rate control)
The
電極間の水流路において電気分解が行われると、陰極側の領域ではスケールが析出するので、陰極側の水のスケール成分の濃度が低下する。したがって、陰極側の領域のスケール成分濃度は、陽極側の領域のスケール成分濃度に比べて小さくなる。一般に、ヒートポンプ給湯機では、水熱交換器において沸上げられる水量(水熱交換器に送られる水量)と電気分解装置において電気分解処理される水量とが同じである。このため、従来の電気分解装置において電極間の水流路を流れる水の速度は遅く、水流路を流れる水は層流となる。 When electrolysis is performed in the water flow path between the electrodes, scale is deposited in the cathode side region, so that the concentration of the water scale component on the cathode side decreases. Accordingly, the scale component concentration in the cathode side region is smaller than the scale component concentration in the anode side region. In general, in a heat pump water heater, the amount of water boiled in a water heat exchanger (the amount of water sent to the water heat exchanger) is the same as the amount of water electrolyzed in an electrolyzer. For this reason, in the conventional electrolyzer, the speed of the water which flows through the water flow path between electrodes is slow, and the water which flows through a water flow path turns into a laminar flow.
具体例を挙げると、電気分解装置の容器内を流れる水の流量は、例えば1L/min程度の低流量である。また、電極間の水流路を流れる水の速度は、例えば10mm/s程度であり、この場合のレイノルズ数は、100〜200程度である。 As a specific example, the flow rate of water flowing in the container of the electrolyzer is a low flow rate of about 1 L / min, for example. Moreover, the speed of the water which flows through the water flow path between electrodes is about 10 mm / s, for example, and the Reynolds number in this case is about 100-200.
したがって、陽極側の領域にはスケール成分濃度の比較的高い水が存在するにもかかわらず、上述した陰極側の領域のスケール成分濃度は、低いまま維持される。このため、スケールの析出が鈍化して、スケール成分除去効率(電気分解効率)が低下する。 Therefore, despite the presence of water having a relatively high scale component concentration in the anode side region, the scale component concentration in the cathode side region described above is maintained low. For this reason, the precipitation of scale is slowed down, and the scale component removal efficiency (electrolysis efficiency) decreases.
そこで、本実施形態では、主流の流量Gwよりも循環流量Gcを多くすることによって電極51,52間の水流路を流れる水の流速を高めている。これにより、水流路において水が撹拌され、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差が低減される。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌される前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。
Therefore, in this embodiment, the flow rate of water flowing through the water flow path between the
本実施形態において、主流の流量Gwに対する循環流量Gcの倍率を上げることにより、後述する実施例の表1に示すように、電極51,52間の水流路を流れる水の速度を6倍以上にすることも可能になり、さらに、水の速度を11倍以上にすることも可能になる。水の速度を上げて流れを乱すことによって性能比が向上する。また、主流の流量Gwに対する循環量Gcの倍率を上げることにより、流れを乱流にすることが可能である。
In the present embodiment, by increasing the ratio of the circulation flow rate Gc to the main flow rate Gw, the speed of water flowing through the water flow path between the
<電気分解装置及び循環機構の変形例>
次に、電気分解装置41及び循環機構80の変形例1〜13について説明する。以下の変形例では、循環機構80の循環路81を接続する部位などが図2(A)に示す実施形態とは異なっており、それ以外の構成、循環流量の制御などについては、図2(A)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。
<Modification of electrolysis apparatus and circulation mechanism>
Next,
(変形例1)
図3(A)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例1を示す断面図である。この変形例1では、第1端部81aは、電極51,52間の水流路を流れる水を循環路81に吸い込み可能な位置に設けられている。そして、この水流路よりも上流側の電極51,52間の水流路に水を供給可能な位置に第2端部81bが設けられている。
(Modification 1)
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a first modification of the
具体的に、この変形例1では、第1端部81aは、容器47内の電極51,52間に配置されており、第2端部81bは、さらに上流側の電極51,52間に配置されているが、これに限られない。第1端部81a及び第2端部81bの一方及び両方は、例えば容器47の壁部から外側に突出する図略の継手に接続されていてもよく、この場合には容器47外に位置する。
Specifically, in the first modification, the
この変形例1では、容器47内の水流路のうち、第1端部81aが設けられている部位と第2端部81bが設けられている部位との間の水流路(循環部)において選択的に水の流速を高めることができる。例えば、水流路のうち下流側の領域の電気分解効率を高めたい場合には、前記循環部が水流路の中央(水流路の全長の中央)よりも下流側に偏った位置に設けられるように、第1端部81a及び第2端部81bが配置される。
In the first modification, the water flow path in the
(変形例2)
図3(B)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例2を示す断面図である。この変形例2では、第1端部81aは、電極51,52間の水流路を流れる水を循環路81に吸い込み可能な位置に設けられている。一方、第2端部81bは、最も上流側の電極とこの電極に対向する壁部(変形例2では第1壁部471)との間のスペースS2に水を供給可能な位置に設けられている。
(Modification 2)
FIG. 3B is a cross-sectional view showing a second modification of the
具体的に、この変形例2では、第1端部81aは、容器47内の電極51,52間に配置されているが、これに限られない。第1端部81aは、例えば容器47の壁部から外側に突出する図略の継手に接続されていてもよく、この場合には容器47外に位置する。第2端部81bは、スペースS2を区画する壁部(変形例2では第3壁部473)に接続されている。図3(B)では、第2端部81bは、スペースS2内に配置されているが、これに限られない。第2端部81bは、例えば容器47の壁部から外側に突出する図略の継手に接続されていてもよく、この場合には容器47外に位置する。第1端部81a及び第2端部81bが容器47の内部及び外部の何れに配置されてもよい点については、後述する変形例においても同様である。
Specifically, in the second modification, the
この変形例2では、容器47内の水流路のうち、第1端部81aが設けられている部位と第2端部81bが設けられている部位との間の水流路(上流側の水流路)において選択的に水の流速を高めることができる。
In the second modification, among the water flow paths in the
(変形例3)
図3(C)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例3を示す断面図である。この変形例3では、第1端部81aは、最も下流側の電極とこの電極に対向する壁部(変形例3では第2壁部472)との間のスペースS1を流れる水を循環路81に吸い込み可能な位置に設けられている。一方、第2端部81bは、電極51,52間の水流路に水を供給可能な位置に設けられている。
(Modification 3)
FIG. 3C is a cross-sectional view showing a third modification of the
この変形例3では、容器47内の水流路のうち、第1端部81aが設けられている部位と第2端部81bが設けられている部位との間の水流路(下流側の水流路)において選択的に水の流速を高めることができる。
In the third modification, among the water flow paths in the
(変形例4)
図4(A)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例4を示す断面図である。この変形例4では、循環路81の第1端部81aは、下流側主経路27Bに接続されており、第2端部81bは、上流側主経路27Aに接続されている。
(Modification 4)
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a fourth modification of the
(変形例5)
図4(B)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例5を示す断面図である。この変形例5では、循環路81の第1端部81aは、下流側主経路27Bに接続されており、第2端部81bは、容器47に接続されている。具体的に、第2端部81bは、最も上流側の電極とこの電極に対向する壁部(変形例5では第1壁部471)との間のスペースS2に水を供給可能な位置に設けられているが、これに限られない。第2端部81bは、電極51,52間の水流路に水を供給可能な位置に設けられていてもよい。
(Modification 5)
FIG. 4B is a cross-sectional view showing a fifth modification of the
(変形例6)
図4(C)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例6を示す断面図である。この変形例6では、循環路81の第1端部81aは、容器47に接続されており、第2端部81bは、上流側主経路27Aに接続されている。具体的に、第1端部81aは、最も下流側の電極とこの電極に対向する壁部(変形例6では第2壁部472)との間のスペースS1を流れる水を循環路81に吸い込み可能な位置に設けられているが、これに限られない。第1端部81aは、電極51,52間の水流路に水を供給可能な位置に設けられていてもよい。
(Modification 6)
FIG. 4C is a cross-sectional view illustrating Modification 6 of the
(変形例7)
図4(D)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例7を示す断面図である。この変形例7では、循環路81は、第1端部81aを含む上流側循環路810と、上流側循環路810から分岐する複数の分岐路811〜815とを有する。第1端部81aは、下流側主経路27Bに接続されている。分岐路811〜815のそれぞれの端部は、容器47に接続されている。分岐路811の端部811aが最も下流側に位置し、分岐路815の端部811aが最も上流側に位置している。なお、第1端部81aは、容器47に接続されていてもよい。
(Modification 7)
FIG. 4D is a cross-sectional view illustrating a seventh modification of the
(変形例8,9,10)
図5(A)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例8を示す断面図であり、図5(B)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例9を示す断面図であり、図5(C)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例10を示す断面図である。
(Modifications 8, 9, 10)
FIG. 5A is a cross-sectional view showing a modified example 8 of the
これらの変形例8,9,10では、電気分解装置41の容器47の入口側と出口側の何れか一方又は両方に弁が設けられている。具体的に、変形例8では、上流側主経路27Aに逆止弁91が設けられており、下流側主経路27Bに逆止弁92が設けられている。変形例9では、上流側主経路27Aのみに逆止弁91が設けられている。変形例10では、下流側主経路27Bのみに逆止弁92が設けられている。これらの変形例8,9,10では、逆止弁が設けられているので、上流側主経路27A及び下流側主経路27Bにおいて水が逆流するのを防止できる。
In these modified examples 8, 9, and 10, a valve is provided on one or both of the inlet side and the outlet side of the
これらの変形例8,9,10では、第1端部81a及び第2端部81bは、ともに電気分解装置41の容器47に接続されている。
In these modified examples 8, 9, and 10, both the
(変形例11,12,13)
図6(A)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例11を示す断面図であり、図6(B)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例12を示す断面図であり、図6(C)は、電気分解装置41及び循環機構80の変形例13を示す断面図である。
(
6A is a cross-sectional view showing a
これらの変形例11,12,13では、第1端部81aが下流側主経路27Bに接続されており、第2端部81bが上流側主経路27Aに接続されている以外は、変形例8,9,10と同様に弁が設けられている。
In these modified examples 11, 12, and 13, modified example 8 except that the
具体的に、変形例11では、上流側主経路27Aに逆止弁91が設けられており、下流側主経路27Bに逆止弁92が設けられている。逆止弁91は、第2端部81bよりも上流に設けられており、逆止弁92は、第1端部81aよりも下流に設けられている。変形例12では、上流側主経路27Aのみに逆止弁91が設けられている。逆止弁91は、第2端部81bよりも上流に設けられている。変形例13では、下流側主経路27Bのみに逆止弁92が設けられている。逆止弁92は、第1端部81aよりも下流に設けられている。これらの変形例11,12,13では、逆止弁が設けられているので、上流側主経路27A及び下流側主経路27Bにおいて水が逆流するのを防止できる。
Specifically, in
<電気分解装置の変形例>
次に、電気分解装置41の変形例1〜6について説明する。以下では、図2(A)に示す実施形態と異なる構成について説明し、図2(A)に示す実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
<Modification of electrolysis device>
Next,
(変形例1)
図7(A)は、電気分解装置41の変形例1を示す側面図である。図8は、変形例1の電気分解装置41における水の流れを説明するための概略図である。図8に示す変形例1では、容器47内の水流路は、図2(A),(B)に示すような蛇行流路であるが、これに限られず、蛇行流路でなくてもよい。
(Modification 1)
FIG. 7A is a side view showing a first modification of the
図7(A)に示すように、変形例1では、電極対49の一方又は両方の電極に、その電極を厚み方向に貫通する複数の通水孔53が設けられている。複数の通水孔53は、複数の電極対49のうちの一部の電極対49のみに設けられていてもよい。図8に示す変形例1では、各電極に複数の通水孔53が設けられている場合を例示している。
As shown in FIG. 7A, in
図7(A)に示す電極では、円形の通水孔53が設けられているが、図7(B),(C)に示すような多角形の通水孔53が設けられていてもよく、図略のスリット状の通水孔53が設けられていてもよい。各通水孔53は、電極の厚み方向に電極を貫通する貫通孔である。複数の通水孔53は、互いに間隔をあけて電極のほぼ全体に分散して設けられている。
In the electrode shown in FIG. 7A, a circular
図8に示すように、通水孔53が設けられた電極とこの電極よりも上流側に隣り合う電極との間の水流路を流れる水の一部は、通水孔53を通じて下流側の水流路に流入する。このように水が流入した水流路では、水が撹拌されて水の流れが乱される。これにより、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差が低減される。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌される前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。
As shown in FIG. 8, a part of the water flowing in the water flow path between the electrode provided with the
(変形例2)
図9(A)は、電気分解装置41の変形例2を示す側面図であり、図9(B)は、変形例2の電気分解装置41の断面図である。図9(A),(B)に示す変形例2では、容器47内の水流路は、図2(A),(B)に示すような蛇行流路であるが、これに限られず、蛇行流路でなくてもよい。
(Modification 2)
FIG. 9A is a side
変形例2では、電極対49の一方又は両方の電極に、複数の凹部61及び複数の凸部62の少なくとも一方が設けられている。これらの凹部61及び凸部62は、複数の電極対49のうちの一部の電極対49のみに設けられていてもよい。図9(B)に示す変形例2では、各電極に複数の凹部61及び複数の凸部62が設けられている場合を例示している。
In
図9(A),(B)に示すように、変形例2では、各電極における複数の凹部61及び複数の凸部62は、図略の金属板材(例えば平らな金属薄板)の一方の面が凹むことにより他方の面が突出するように前記金属板材にプレス加工などの板金加工を施すことにより形成されているが、これに限定されない。このようにして形成された各電極は、一方の面に形成された複数の凹部61と、他方の面に形成された複数の凸部62とを有し、凹部61と凸部62とが互いに反対側の面の同じ位置にある。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in
本実施形態では、各凹部61の形状は、電極の厚さ方向に凹む半球状であり、各凸部62の形状は、電極の厚さ方向に突出する半球状であるが、円柱状、角柱状などの他の形状であってもよい。
In the present embodiment, the shape of each
なお、図9(A),(B)では、一枚の電極に凹部61及び凸部62の両方が設けられているが、これに限られない。一枚の電極において凹部61及び凸部62の一方のみが設けられていてもよい。
In FIGS. 9A and 9B, both the
変形例2では、複数の凹部61及び複数の凸部62の少なくとも一方によって隣り合う電極51,52間の水流路を流れる水が撹拌される。これにより、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差が低減される。その結果、陰極側の領域のスケール成分濃度は、撹拌される前に比べて高くなるので、スケール成分除去効率が向上する。
In the second modification, the water flowing in the water flow path between the
(変形例3)
図10(A),(B)は、電気分解装置41の変形例3を示す断面図である。図10(A),(B)に示す変形例3では、容器47内の水流路は、図2(A),(B)に示すような蛇行流路であるが、これに限られず、蛇行流路でなくてもよい。
(Modification 3)
10A and 10B are cross-sectional views showing a third modification of the
変形例3では、電極対49間の水流路には、水流路を流れる水を撹拌する撹拌部材63が設けられている。撹拌部材63は、各電極とは別体の部材である。この変形例3では、図10(A),(B)に示すように、一つの水流路に複数の撹拌部材63が設けられている。
In the third modification, the water flow path between the
図10(A)に示す変形例3では、撹拌部材63は円柱状の棒状部材であるがこれに限られない。撹拌部材63は、例えば角柱状の棒状部材などであってもよく、また、棒状部材以外の形態であってもよい。
In the third modification shown in FIG. 10A, the stirring
各撹拌部材63は、水の流れる方向(図10(A)において矢印で示す方向)に交わる方向に延びている。図例では、各撹拌部材63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。図10(B)に示すように、変形例3では、各撹拌部材63の一端は第3壁部473に支持されており、各撹拌部材63の他端は第4壁部474に支持されているが、支持構造はこれに限られない。図10(B)に示すように、撹拌部材63同士の間、及び撹拌部材63と電極との間には隙間Gが設けられている。
Each stirring
図10(C)に示す撹拌部材63は、扁平な板形状を有する。図10(C)では、板形状の撹拌部材63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くなるように配置されているので水を撹拌する効果が高い。
The stirring
(変形例4)
図11(A)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。変形例4における水流路は、容器47の側壁(図11(A)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11(A)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。
(Modification 4)
FIG. 11A is a cross-sectional view showing a fourth modification of the
循環機構80の循環路81は、図11(A)に示すように容器47に接続されていてもよく、図11(B)に示すように循環路81の第1端部81aが下流側主経路27Bに接続され、第2端部81bが上流側主経路27Aに接続されていてもよい。
The
<実施例>
表1は、主流の流量Gwに対する循環流量Gcの倍率を上げることによって得られる電気分解効率の向上効果を示すデータである。電気分解効率は、表1中の性能比で比較している。性能比は、比較例の電気分解効率を1としたときに、実施例の電気分解効率が比較例の電気分解効率の何倍に相当するかを示すものである。
<Example>
Table 1 is data showing the effect of improving the electrolysis efficiency obtained by increasing the ratio of the circulating flow rate Gc to the main flow rate Gw. The electrolysis efficiency is compared by the performance ratio in Table 1. The performance ratio indicates how many times the electrolysis efficiency of the example corresponds to the electrolysis efficiency of the comparative example when the electrolysis efficiency of the comparative example is 1.
実施例1〜4では、図2(A),(B)に示す電気分解装置41及び循環機構80を備えるヒートポンプ給湯機11を用い、表1に示す条件で電気分解効率を評価した。実施例3,4では、図7(A)に示す通水孔53を有する電極を備える電気分解装置41を用いた場合と、図10(A),(B)に示す撹拌部材63を有する電気分解装置41を用いた場合の両方で電気分解効率を評価した。
In Examples 1 to 4, the electrolysis efficiency was evaluated under the conditions shown in Table 1 using the heat
比較例及び参考例では、循環機構を備えていないヒートポンプ給湯機を用い、表1に示す条件で電気分解効率を評価した。参考例では、図7(A)に示す通水孔53を有する電極を備える電気分解装置41を用いた場合と、図10(A),(B)に示す円柱状の撹拌部材63を有する電気分解装置41を用いた場合の両方で電気分解効率を評価した。評価結果を表1に示す。
In the comparative example and the reference example, the electrolysis efficiency was evaluated under the conditions shown in Table 1 using a heat pump water heater without a circulation mechanism. In the reference example, when an
表1に示されているように、主流の流量Gwに対する循環流量Gcの倍数が5倍以上である実施例1〜4では、比較例に比べて電気分解効率が向上していることがわかる。実施例1〜4では、電極51,52間の水流路における水の流速は比較例の6倍以上の大きさである。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 in which the multiple of the circulation flow rate Gc with respect to the main flow rate Gw is 5 times or more, it can be seen that the electrolysis efficiency is improved as compared with the comparative example. In Examples 1 to 4, the flow rate of water in the water channel between the
また、主流の流量Gwに対する循環流量Gcの倍数が10倍以上である実施例2〜4では、電気分解効率が顕著に向上している。 In Examples 2 to 4, in which the multiple of the circulation flow rate Gc with respect to the main flow rate Gw is 10 times or more, the electrolysis efficiency is remarkably improved.
また、水流路を撹拌する撹拌部をさらに備える実施例3では、実施例2に比べて電気分解効率がさらに顕著に向上している。上述したように、実施例3では、撹拌部として、電極に設けられた通水孔53又は水流路に設けられた撹拌部材63が用いられており、これらの何れの撹拌部を用いた場合も電気分解効率が大幅に向上している。実施例4では、レイノルズ数が3500であり、水の流れは乱流である。実施例4では、実施例3に比べて電気分解効率がさらに向上している。
Moreover, in Example 3 further provided with a stirring unit for stirring the water flow path, the electrolysis efficiency is further significantly improved as compared with Example 2. As described above, in Example 3, the
参考例のように循環機構80を備えていない場合、水流路の水の流れは層流である(レイノルズ数160)。したがって、通水孔53を通過する水量が大きくなりにくく、また、水が十分に乱されない状態で撹拌部材63の近傍を通過すると推測される。
When the
これに対し、実施例3では、循環機構80によって主流の流量Gwよりも循環流量Gcを大きくしている。したがって、通水孔53を通過する水量が参考例に比べて大きくなり、また、撹拌部材63の近傍を通過する水が参考例に比べて大きく乱されると推測される。
On the other hand, in the third embodiment, the circulation flow rate Gc is made larger than the main flow rate Gw by the
<実施形態のまとめ>
以上説明したように、本実施形態及び変形例では、電気分解装置41を備える温度調節水供給機11において、電極に起因するコストアップを抑制しつつ、電気分解効率を高めることができる。
<Summary of Embodiment>
As described above, in this embodiment and the modification, in the temperature-controlled
また、循環機構80によって水が循環している間は、容器47内の水流路が撹拌され続けることになるので、主流の流量Gwは少なくても水流路において陰極側の水と陽極側の水とが十分に混合される。これにより、循環機構80によって水が循環している間は、安定した水質の処理水(電気分解処理された水)が得られる。
Further, while the water is circulated by the
また、前記温度調節水供給機11において、前記循環流量Gcが主流の流量Gwの5倍以上である場合には、前述の実施例に示されるように流れの乱れの増加が顕著となり、電気分解効率の向上効果が高くなる。
Further, in the temperature-adjusted
また、前記実施形態及び変形例のうち、第1端部81a及び第2端部81bの少なくとも一方が容器47に接続されている場合には、第1端部81aが下流側主経路27Bに接続され、且つ第2端部81bが上流側主経路27Aに接続されている場合に比べて、容器47内の水の撹拌効果を高めることができる。すなわち、第1端部81aを通じて水が循環路81に流入することによって第1端部81aの近傍にある容器47内の水がより乱れやすくなり、また、第2端部81bを通じて水が容器47内に流入することによって第2端部81bの近傍にある容器47内の水がより乱れやすくなるからである。
In addition, in the embodiment and the modification, when at least one of the
また、前記温度調節水供給機11において、電極対49の少なくとも一方の電極に、電極を厚み方向に貫通する通水孔Cが設けられている場合には、前述の実施例に示されているように、循環流量Gcを大きくすることによる作用と、通水孔による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。
Moreover, in the said temperature control
また、前記温度調節水供給機11において、電極対49の少なくとも一方の電極に、複数の凹部61及び複数の凸部62の少なくとも一方が設けられている場合には、循環流量Gcを大きくすることによる作用と、凹部61や凸部62による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。
In the temperature-controlled
また、前記温度調節水供給機11において、電極対49間の水流路に、水流路を流れる水を撹拌する撹拌部材63が設けられている場合には、前述の実施例に示されているように、循環流量Gcを大きくすることによる作用と、撹拌部材63による作用との相乗効果によって電気分解効率が顕著に向上する。
Further, in the temperature-controlled
<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。
<Other variations>
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
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、メインポンプ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、例えばメインポンプ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。
In the embodiment, in the flow path of the water of the heat
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。
In the embodiment, the case where the
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。
Moreover, in the said embodiment, although the transient hot water heater was mentioned as an example and demonstrated, it is not limited to this. The present invention can also be applied to, for example, a water heater of a type in which a part of water (hot water) supplied from the hot
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。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the temperature control water supply machine was the heat
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。
In the heat pump hot water heater, for example, in the configuration diagram shown in FIG. 1, high-temperature water stored in the
前記燃焼式の給湯機は、図12に示すように、電気分解装置41と、循環機構80と、電気分解装置41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。
As shown in FIG. 12, the combustion-type water heater includes an
また、前記電気温水機は、図12に示すように、電気分解装置41と、循環機構80と、電気分解装置41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。
Further, as shown in FIG. 12, the electric water heater includes an
前記冷却塔は、例えば図12に示すように、電気分解装置41と、循環機構80と、電気分解装置41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。
For example, as shown in FIG. 12, the cooling tower includes an
なお、図12では、循環機構80の循環路81は、容器47に接続されているが、これに限られず、上述した各種変形例において示される種々の接続部位に接続されていてもよい。
In FIG. 12, the
11 ヒートポンプ給湯機
15 タンク
19 圧縮機
21 水熱交換器
27 入水配管
29 出湯配管
31 メインポンプ
32 制御部
41 電気分解装置
43 水入口
45 水出口
47 容器
49 電極対
51,52 電極
53 通水孔
61 凹部
62 凸部
63 撹拌部材
80 循環機構
81 循環路
82 循環ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
水入口(43)及び水出口(45)を有する容器(47)と前記容器(47)内に設けられた電極対(49)とを有し、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、
循環路(81)と、前記循環路(81)に水を流す循環ポンプ(82)とを含み、前記容器(47)内の水又は前記容器(47)の前記水出口(45)から流出した水を上流側に戻し、且つ前記水熱交換器(21)に送られる主流の流量よりも上流側に戻される循環流量を多くする循環機構(80)と、を備え、
前記循環流量が前記主流の流量の5倍以上であることによって、前記電極対(49)の電極間の水流路において水を撹拌して前記水流路の流れを乱し、陰極側の領域のスケール成分濃度と、陽極側の領域のスケール成分濃度との差を低減し、
前記循環機構(80)は、前記循環路(81)の第1端部及び第2端部の少なくとも一方の端部が前記容器(47)に接続されていることによって、前記容器(47)に接続された前記少なくとも一方の端部の近傍にある容器(47)内の水の流れを乱す、温度調節水供給機。 A water heat exchanger (21) for heating the water;
It has a container (47) having a water inlet (43) and a water outlet (45) and an electrode pair (49) provided in the container (47), and supplies water to the water heat exchanger (21). An electrolyzer (41) for removing contained scale components;
A circulation path (81) and a circulation pump (82) for flowing water through the circulation path (81), and flowed out of water in the container (47) or the water outlet (45) of the container (47). A circulation mechanism (80) for returning water to the upstream side and increasing the circulation flow rate returned to the upstream side from the main flow rate sent to the water heat exchanger (21) ,
When the circulation flow rate is 5 times or more of the main flow rate, water is stirred in the water flow path between the electrodes of the electrode pair (49) to disturb the flow of the water flow path, and the scale of the region on the cathode side Reduce the difference between the component concentration and the scale component concentration in the anode side area,
The circulation mechanism (80) is connected to the container (47) by connecting at least one of the first end and the second end of the circulation path (81) to the container (47). A temperature-controlled water supply machine for disturbing the flow of water in the container (47) in the vicinity of the connected at least one end .
前記容器(47)の前記水出口(45)に接続され、前記水出口(45)から流出した水を前記水熱交換器(21)に送るための下流側主経路(27B)と、をさらに備え、
前記循環路(81)の第1端部は、前記容器(47)又は前記下流側主経路(27B)に接続され、
前記循環路(81)の第2端部は、前記容器(47)における前記第1端部の接続部位よりも上流側の位置又は前記上流側主経路(27A)に接続されている、請求項1に記載の温度調節水供給機。 An upstream main path (27A) connected to the water inlet (43) of the container (47) for supplying water to the container (47);
A downstream main path (27B) connected to the water outlet (45) of the vessel (47) and for sending water flowing out of the water outlet (45) to the water heat exchanger (21); Prepared,
The first end portion of the front Symbol circulation path (81) is connected to the container (47) or the downstream main path (27B),
The second end of the circulation path (81) is connected to a position upstream of a connection site of the first end of the container (47) or the upstream main path (27A). temperature regulating water supply machine according to 1.
The temperature control water supply according to any one of claims 1 to 4 , wherein the water flow path between the electrode pair (49) is provided with a stirring member (63) for stirring the water flowing through the water flow path. Machine.
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