JP5304916B1 - 電気分解装置及び温度調節水供給機 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】電気分解装置４１では、第１電極板５１、第２電極板５２及び第３電極板５３は、この順に電極板の厚さ方向に互いに隙間をあけて配列されている。容器４７内には、第１電極板５１と第２電極板５２との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１に流れる第１流路Ｆ１と、第２電極板５２と第３電極板５３との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に流れる第２流路Ｆ２と、第１流路Ｆ１の下流側端部と第２流路Ｆ２の上流側端部とを接続する折り返し部Ｔと、が形成されている。第２電極板５２は、第１流路Ｆ１を流れる水の一部を第１流路Ｆ１の下流側端部よりも上流側において第２流路Ｆ２に流入させるための少なくとも１つの連通部Ｃを有する。
【選択図】図６

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、電極の枚数を増やして水と接触する電極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枚数を多くすると、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装置である。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）内に収容された第１電極板（５１）、第２電極板（５２）及び第３電極板（５３）と、を備える。前記第１電極板（５１）、前記第２電極板（５２）及び前記第３電極板（５３）は、この順に電極板の厚さ方向に互いに隙間をあけて配列されている。前記容器（４７）内には、前記第１電極板（５１）と前記第２電極板（５２）との間の隙間であって水が第１方向（Ｄ１）に流れる第１流路（Ｆ１）と、前記第２電極板（５２）と前記第３電極板（５３）との間の隙間であって水が前記第１方向（Ｄ１）とは反対の第２方向（Ｄ２）に流れる第２流路（Ｆ２）と、前記第１流路（Ｆ１）の下流側端部と前記第２流路（Ｆ２）の上流側端部とを接続する折り返し部（Ｔ）と、が形成されている。前記第２電極板（５２）は、前記第１流路（Ｆ１）を流れる水の一部を前記第１流路（Ｆ１）の前記下流側端部よりも上流側において前記第２流路（Ｆ２）に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有する。

この構成では、第１流路（Ｆ１）を流れる水の一部が第１流路（Ｆ１）の下流側端部よりも上流側において連通部（Ｃ）を通じて第２流路（Ｆ２）に流入するので、流入した水と第２流路（Ｆ２）を流れる水とが混合される。このように水が混合されることにより、第２流路（Ｆ２）を流れる水の流れが乱される。よって、第２流路（Ｆ２）を形成する第２電極板（５２）及び第３電極板（５３）のうち陽極として機能する一方の電極板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、第２電極板（５２）と第３電極板（５３）との間においてスケール成分の析出反応が促進される。

また、上記のように第１流路（Ｆ１）を流れる水の一部が連通部（Ｃ）を通じて第１流路（Ｆ１）から流出する際には、第１流路（Ｆ１）においても連通部（Ｃ）の近傍を流れる水の流れが乱される。これにより、第１流路（Ｆ１）を形成する第１電極板（５１）及び第２電極板（５２）のうち陽極として機能する一方の電極板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、第１電極板（５１）と第２電極板（５２）との間においてスケール成分の析出反応が促進される。

以上のことから、この構成では、電極板の枚数を増やして電極板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。

なお、この構成では、上述したように、水入口（４３）から容器（４７）内に流入した水は、第１流路（Ｆ１）を折り返し部（Ｔ）に向かって第１方向（Ｄ１）に流れ、折り返し部（Ｔ）において流れ方向を反転した後、第２流路（Ｆ２）を第２方向（Ｄ２）に流れる。このように水が第１流路（Ｆ１）、折り返し部（Ｔ）及び第２流路（Ｆ２）の順に流れるときには圧力損失が生じるため、第２流路（Ｆ２）における圧力は第１流路（Ｆ１）における圧力よりも小さくなる。これにより、連通部（Ｃ）を通じて第１流路（Ｆ１）から第２流路（Ｆ２）に水が流入する。

(2)前記電気分解装置において、前記第１電極板（５１）は、前記第１流路（Ｆ１）よりも上流側の流路を流れる水の一部を前記第１流路（Ｆ１）に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有し、前記第３電極板（５１）は、前記第２流路（Ｆ２）を流れる水の一部を前記第２流路（Ｆ２）よりも下流側の流路に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有するのが好ましい。

この構成では、第２電極板（５２）だけでなく、第１電極板（５１）にも連通部（Ｃ）が設けられており、第３電極板（５３）にも連通部（Ｃ）が設けられているので、第１流路（Ｆ１）及び第２（Ｆ２）における水の混合（水の流れの乱れ）がより促進される。これにより、第１電極板（５１）と第２電極板（５２）との間においてスケール成分の析出反応がさらに促進され、第２電極板（５２）と第３電極板（５３）との間においてスケール成分の析出反応がさらに促進される。

(3)前記電気分解装置において、前記連通部（Ｃ）は、前記折り返し部（Ｔ）に隣接する前記第２電極板（５２）の縁部（Ｅ１）に設けられているのが好ましい。

この構成では、第２電極板（５２）の縁部（Ｅ１）に設けられた連通部（Ｃ）を通じて第１流路（Ｆ１）から第２流路（Ｆ２）に水が流入する。この水の流入により、第２電極板（５２）の縁部（Ｅ１）に隣接する折り返し部（Ｔ）における水の流れ、及び折り返し部（Ｔ）から第２流路（Ｆ２）に流入する水の流れが乱される。したがって、折り返し部（Ｔ）から第２流路（Ｆ２）に流入する水は、第２電極板５２側の領域におけるスケール成分の濃度と第３電極板５３側の領域におけるスケール成分の濃度との差が小さくなる。これにより、第２流路（Ｆ２）において第２電極板（５２）側及び第３電極板（５３）側にスケール成分濃度の低い水が偏流するのをさらに抑制できる。

(4)前記電気分解装置において、前記第１電極板（５１）、前記第２電極板（５２）及び前記第３電極板（５３）のうちの少なくとも１つの電極板は、隣り合う電極板側に突出する複数の凸部（６２）及び隣り合う電極板とは反対側に凹む複数の凹部（６１）の少なくとも一方を有するのが好ましい。

この構成では、複数の凸部（６２）及び複数の凹部（６１）の少なくとも一方により、隣り合う電極板間の流路における水の流れが乱される。これにより、隣り合う電極板のうち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さらに抑制できるので、電極板間においてスケール成分の析出反応がさらに促進される。

(5)前記電気分解装置において、前記第１電極板（５１）は、第２電極板（５２）側に突出する前記複数の凸部（６２）を有し、これらの凸部（６２）の少なくとも一部は、第２流路（Ｆ２）への連通部（Ｃ）を通じた水の流入を促進させる位置に設けられているのが好ましい。

この構成では、凸部（６２）によって第２流路（Ｆ２）への連通部（Ｃ）を通じた水の流入が促進されるので、第２流路（Ｆ２）における水の流れを乱す効果がさらに高められる。これにより、第２流路（Ｆ２）において第２電極板（５２）側及び第３電極板（５３）側にスケール成分濃度の低い水が偏流するのをさらに抑制できる。

なお、第２流路（Ｆ２）への連通部（Ｃ）を通じた水の流入を促進させる位置としては、例えば、第１流路（Ｆ１）を流れる水が凸部（６２）に沿って流れることにより、第２電極板（５２）に設けられた連通部（Ｃ）に案内されるような凸部（６２）の位置が挙げられる。

(6)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、前記電気分解装置の電極板を示す正面図であり、（Ｂ）は、電気分解装置の変形例１における電極板を示し、（Ｃ）は、電気分解装置の変形例２における電極板を示している。 前記電気分解装置における複数の電極板の配置及び水の流れを示す斜視図である。 前記電気分解装置における容器内の水の流れを示す断面図である。 前記電気分解装置の変形例３における複数の電極板の配置及び水の流れを示す斜視図である。 （Ａ）は、電気分解装置の変形例４における電極板を示す正面図であり、（Ｂ）は、電気分解装置の変形例５における電極板を示す正面図である。 （Ａ）は、電気分解装置の変形例６における電極板を示す正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。 （Ａ）は、変形例６における容器内の水の流れをそれぞれ示す断面図であり、（Ｂ）は、変形例７における容器内の水の流れをそれぞれ示す断面図である。 前記電気分解装置の変形例８を示す断面図である。 前記電気分解装置を備えた冷却塔、燃焼式給湯機又は電気温水機の構成を示す概略図である。

＜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電極板５１〜５ｎとを備える。各電極板は、耐食性に優れた材料により形成されている。各電極板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、各電極板は、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、各電極板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、各電極板が、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板本体と、この電極板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。電極板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、各電極板は、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。

複数の電極板５１〜５ｎは、第１電極板５１、第２電極板５２、第３電極板５３、・・・、第ｎ電極板５ｎを含むｎ枚の電極板により構成されている。複数の電極板５１〜５ｎは、一方向（電極板の厚さ方向）に配列されている。複数の電極板５１〜５ｎは、隣り合う電極板の一方が陽極として機能し、隣り合う電極板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（図３（Ｂ）参照）。隣り合う電極板は、電極対４９を構成している。本実施形態では、複数の電極板５１〜５ｎ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。

各電極板の形状としては、例えば平板形状、波板形状などの種々の板形状を採用することができる。これにより、各電極の表面積を大きくすることができる。本実施形態では平板形状を採用している。また、本実施形態では、複数の電極板５１〜５ｎは、互いに平行な姿勢で配置されている。

容器４７内には、第１電極板５１と第２電極板５２との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１に流れる第１流路Ｆ１と、第２電極板５２と第３電極板５３との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に流れる第２流路Ｆ２と、第１流路Ｆ１の下流側端部と第２流路Ｆ２の上流側端部とを接続する折り返し部Ｔと、が形成されている。

以下同様に、第ｋ電極板５ｋと第（ｋ＋１）電極板５（ｋ＋１）との間の隙間であって水が第２方向Ｄ２に流れる第ｋ流路Ｆｋと、第（ｋ＋１）電極板５（ｋ＋１）と第（ｋ＋２）電極板５（ｋ＋２）との隙間であって水が第１方向Ｄ１に流れる第（ｋ＋１）流路Ｆ（ｋ＋１）と、第ｋ流路Ｆｋの下流側端部と第（ｋ＋１）流路Ｆ（ｋ＋１）の上流側端部とを接続する折り返し部Ｔと、が形成されている。

なお、本実施形態では、折り返し部Ｔと流路Ｆｋの下流側端部との境界、及び折り返し部Ｔと流路Ｆ（ｋ＋１）の上流側端部との境界は、図６の断面図において一点鎖線Ｌで示す位置である。この一点鎖線Ｌは、電極板５（ｋ＋１）の端部（折り返し部Ｔに隣接する端部）を通り、この電極板５（ｋ＋１）の厚さ方向に平行な直線である。

本実施形態では、複数の電極板５１〜５ｎ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電極板５１及び各第２電極板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。

複数の電極板５１〜５ｎは、電極板の厚み方向に互いに間隔をあけて水平方向に沿って配列されている。電極板同士の隙間は、水が流れる流路Ｆ１〜Ｆ（ｎ−１）として機能する。複数の電極板５１〜５ｎ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、前者の電極板５２，５４，・・・，５ｎ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。これらの電極板と第４壁部４７４の内面との間に水が流通可能な隙間が設けられることにより、折り返し部Ｔが形成されている。後者の電極板５１，５３，・・・，５（ｎ−１）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。これらの電極板と第３壁部４７３の内面との間に水が流通可能な隙間が設けられることにより、折り返し部Ｔが形成されている。このように容器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。

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板により構成される電極対４９の陰極にスケールとして析出する。陰極に付着したスケールは、例えば周期的に電極板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、図４（Ａ），（Ｂ）を参照して電極板についてさらに詳しく説明する。図４（Ａ）は、電気分解装置４１の電極板を示す正面図である。各電極板は、複数の連通部Ｃを有する。具体的には次の通りである。

図４（Ａ）に示すように、例えば電極板５ｋは、複数の連通部Ｃを有する。各連通部Ｃは、電極板５ｋを厚さ方向に貫通する貫通孔である。各連通部Ｃは、円形の貫通孔に限定されず、例えば図４（Ｂ）に示す変形例１のような正方形や長方形であってもよく、図４（Ｃ）に示す変形例２のようなひし形であってよい。

複数の連通部Ｃは、互いに間隔をあけて設けられている。隣り合う連通部Ｃ同士は、第１方向Ｄ１又はこれに交わる方向に互いに間隔をあけて設けられている。本実施形態では、複数の連通部Ｃは、電極板５ｋのほぼ全体に均等な間隔で設けられているが、これに限定されない。例えば、電極板５ｋにおいて、隣りの電極板５（ｋ＋１）と電極板の厚さ方向に対向する対向領域における連通部Ｃの個数や開口面積を、対向領域以外の領域における連通部Ｃの個数や開口面積よりも大きくしてもよい。

本実施形態では、複数の電極板５１〜５ｎにおいて、連通部Ｃの個数、連通部Ｃの大きさは同じであるが、これに限定されない。例えば、容器４７内の下流側では上流側に比べて水中に含まれるスケール成分の濃度が小さくなる傾向にあるので、上流側の電極板における連通部Ｃの個数よりも下流側の電極板における連通部Ｃの個数を多くしてもよい。また、上流側の電極板における連通部Ｃの開口面積よりも下流側の電極板における連通部Ｃの開口面積を大きくしてもよい。

電極板５ｋに設けられる複数の連通部Ｃの個数、開口面積などは特に限定されない。電極板５ｋに設けられる複数の連通部Ｃの開口面積の総計は、電極板５ｋの一方の表面の面積（電極板５ｋに複数の連通部Ｃが設けられていないと仮定した場合の面積）の５％以下であるのが好ましい。これにより、各電極板の表面積が減少するのを抑制しつつ、電極板間の流路における水の流れを乱すことができる。また、連通部Ｃの開口面積の合計は、電極板５ｋの面積の１〜３％であるのがより好ましい。

図５は、容器４７内における複数の電極板の配置及び水の流れを示す斜視図であり、図６は、容器４７内の水の流れを示す断面図である。図５及び図６に示すように、流路Ｆ（ｋ−１）を第１方向Ｄ１（上方）に流れる水の一部は、電極板５ｋに設けられた連通部Ｃを通じて流路Ｆｋに流入し、流路Ｆｋを流れる主流と混合される。これにより、流路Ｆｋにおける水の流れが乱される。同様に、流路Ｆｋを第２方向Ｄ２（下方）に流れる水の一部は、電極板５（ｋ＋１）に設けられた連通部Ｃを通じて流路Ｆ（ｋ＋１）に流入し、流路Ｆ（ｋ＋１）を流れる主流と混合される。これにより、流路Ｆ（ｋ＋１）における水の流れが乱される。

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節される。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板間の幅方向の中央部分を流れる水の流速は、電極板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、電極板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、電極板が複数の連通部Ｃを有し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板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板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、電極板間においてスケール成分の析出反応が促進される。

なお、本実施形態では、複数の電極板５１〜５ｎ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、複数の電極板５１〜５ｎ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。この場合、図７の変形例３に示すように、流路Ｆ（ｋ−１）を第１方向Ｄ１（右方）に流れる水の一部は、電極板５ｋに設けられた連通部Ｃを通じて流路Ｆｋに流入し、流路Ｆｋを流れる主流と混合される。これにより、流路Ｆｋにおける水の流れが乱される。同様に、流路Ｆｋを第２方向Ｄ２（左方）に流れる水の一部は、電極板５（ｋ＋１）に設けられた連通部Ｃを通じて流路Ｆ（ｋ＋１）に流入し、流路Ｆ（ｋ＋１）を流れる主流と混合される。これにより、流路Ｆ（ｋ＋１）における水の流れが乱される。

図８（Ａ）は、電気分解装置４１の変形例４における電極板を示す正面図である。図８（Ａ）に示すように、この変形例４では、複数の連通部Ｃのうち一部の連通部Ｃ１は、折り返し部Ｔに隣接する電極板５ｋの縁部Ｅ１に設けられている。複数の連通部Ｃ１は、縁部Ｅ１に沿って互いに間隔をあけて設けられている。各連通部Ｃ１は、連通部Ｃのように開口部の周囲が閉じた貫通孔ではなく、開口部の一部が縁部Ｅ１において開口した貫通部である。

また、この変形例４では、複数の連通部Ｃのうち一部の連通部Ｃ２は、電極板５ｋの両サイドの縁部Ｅ２，Ｅ２に設けられている。複数の連通部Ｃ２は、縁部Ｅ２に沿って互いに間隔をあけて設けられている。各連通部Ｃ１は、連通部Ｃのように開口部の周囲が閉じた貫通孔ではなく、開口部の一部が縁部Ｅ２において開口した貫通部である。電極板ｋ以外の他の電極板も電極板ｋと同様の構成を有する。

図８（Ｂ）は、電気分解装置４１の変形例５における電極板を示す正面図である。この変形例５では、電極板５ｋは、複数のスリット（連通部）Ｃを有する。各スリットＣは、水の流れ方向Ｄ１又はＤ２に交わる方向に延びている。この変形例では、各スリットＣは、水の流れ方向Ｄ１又はＤ２に直交する方向に延びている。複数のスリットＣのうちの一部のスリットＣ２は、サイドに位置する縁部Ｅ２において開口している。電極板ｋ以外の他の電極板も電極板ｋと同様の構成を有する。

図９（Ａ）は、電気分解装置４１の変形例６における電極板を示す正面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、この変形例６では、各電極板は、厚さ方向の一方に隣り合う電極板側に突出する複数の凸部６２及び厚さ方向の他方に隣り合う電極板とは反対側に凹む複数の凹部６１を有する。

この変形例６では、複数の凹部６１及び複数の凸部６２は、金属板材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金属板材を板金加工することにより形成されている。各電極板に形成された複数の凹部６１と複数の凸部６２は、その電極板における互いに反対側の面の同じ位置に形成される。この変形例６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。

各電極板において、複数の凹部６１（複数の凸部６２）は、互いに間隔をあけて設けられている。変形例６では、複数の凹部６１（複数の凸部６２）は、電極面の全体に縦横に規則的に配列されているが、例えば他の領域よりも重点的に撹拌効果を高めたい領域が存在する場合には、領域ごとに凹部６１（凸部６２）の密集度合いを設定することもできる。

図１０（Ａ）は、変形例６における容器４７内の水の流れを示す断面図である。図１０（Ａ）に示すように、この変形例６では、複数の凸部６２及び複数の凹部６１により、隣り合う電極板間の流路における水の流れが乱される。これにより、隣り合う電極板のうち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さらに抑制できるので、電極板間においてスケール成分の析出反応がさらに促進される。

また、この変形例６では、例えば電極板５（ｋ＋１）の凸部６２の一部又は全部は、電極板５ｋに設けられた連通部Ｃに対して電極板の厚さ方向に対向する位置に設けられているが、連通部Ｃに対して多少ずれていてもよい。各凸部６２は、上流側に位置する電極板側に突出している。この場合には、電極板５ｋに設けられた連通部Ｃを通じて流路Ｆｋに流入する水による水の流れを乱す効果と、その連通部Ｃに対向する位置にある凸部６２による水の流れを乱す効果との相乗効果によってさらに効果的に水の流れを乱すことができる。

また、図１０（Ｂ）に示す変形例７のように、各凸部６２は、下流側に位置する電極板側に突出していてもよい。この変形例７では、例えば電極板５ｋにおける複数の凸部６２の少なくとも一部は、流路Ｆ（ｋ＋１）への連通部Ｃを通じた水の流入を促進させる位置に設けられている。具体的に、流路Ｆ（ｋ＋１）への連通部Ｃを通じた水の流入を促進させる位置としては、例えば図１０（Ｂ）に矢印Ｇによって示すように、流路Ｆｋを流れる水が凸部６２に沿って流れることにより、電極板５（ｋ＋１）に設けられた連通部Ｃに案内されるような凸部６２の位置が挙げられる。

この変形例７では、例えば電極板５ｋの凸部６２の一部又は全部は、電極板５（ｋ＋１）に設けられた連通部Ｃに対して電極板の厚さ方向に対向する位置に設けられているが、連通部Ｃに対して多少ずれていてもよい。

図１１は、電気分解装置４１の変形例８を示す断面図である。この変形例８では、電気分解装置４１は、容器４７と、容器４７内に収容された第１電極板５１、第２電極板５２及び第３電極板５３と、電源５３とを備える。第１電極板５１、第２電極板５２及び第３電極板５３は、この順に電極板の厚さ方向に互いに隙間をあけて配列されている。容器４７内には、第１電極板５１と第２電極板５２との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１に流れる第１流路Ｆ１と、第２電極板５２と第３電極板５３との間の隙間であって水が第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に流れる第２流路Ｆ２と、第１流路Ｆ１の下流側端部と第２流路Ｆ２の上流側端部とを接続する折り返し部Ｔと、が形成されている。第２電極板５２は、第１流路Ｆ１を流れる水の一部を第１流路Ｆ１の下流側端部よりも上流側において第２流路Ｆ２に流入させるための複数の連通部Ｃを有する。その一方で、第１電極板５１及び第３電極板５３には、連通部Ｃが設けられていない。

以上説明したように、本実施形態及び各変形例では、各電極板に複数の連通部Ｃが設けられているので、第１流路Ｆ１を流れる水の一部が第１流路Ｆ１の下流側端部よりも上流側において複数の連通部Ｃを通じて第２流路Ｆ２に流入する。これにより、流入した水と第２流路Ｆ２を流れる水とが複数箇所において混合される。このように複数箇所において水が混合されることにより、第２流路Ｆ２を流れる水の流れが広い範囲にわたって効果的に乱される。よって、第２流路Ｆ２を形成する第２電極板５２及び第３電極板５３のうち陽極として機能する一方の電極板の近傍にスケール成分濃度の低い水が偏流するのを効果的に抑制できるので、第２電極板５２と第３電極板５３との間においてスケール成分の析出反応が促進される。

また、上記のように第１流路Ｆ１を流れる水の一部が複数の連通部Ｃを通じて第１流路Ｆ１から流出する際には、第１流路Ｆ１においても連通部Ｃの近傍を流れる水の流れが乱される。これにより、第１流路Ｆ１を形成する第１電極板５１及び第２電極板５２のうち陽極として機能する一方の電極板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、第１電極板５１と第２電極板５２との間においてスケール成分の析出反応が促進される。

以上のことから、この構成では、電極板の枚数を増やして電極板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。

なお、これらの構成では、上述したように、水入口４３から容器４７内に流入した水は、第１流路Ｆ１を折り返し部Ｔに向かって第１方向Ｄ１に流れ、折り返し部Ｔにおいて流れ方向を反転した後、第２流路Ｆ２を第２方向Ｄ２に流れる。このように水が第１流路Ｆ１、折り返し部Ｔ及び第２流路Ｆ２の順に流れるときには圧力損失が生じるため、第２流路Ｆ２における圧力は第１流路Ｆ１における圧力よりも小さくなる。これにより、各連通部Ｃを通じて第１流路Ｆ１から第２流路Ｆ２に水が流入する。

また、本実施形態及び各変形例では、隣り合う連通部Ｃは、各電極板において第１方向Ｄ１又はこれに交わる方向に互いに間隔をあけて設けられている。この構成では、例えば第１流路Ｆ１を第１方向Ｄ１に流れる水の一部は、第１方向Ｄ１又はこれに交わる方向に互いに間隔をあけて設けられた複数の連通部Ｃを通じて第２流路Ｆ２に流入する。したがって、第２流路Ｆ２では、第１方向Ｄ１又はこれに交わる方向の広い範囲にわたって水の流れが効果的に乱される。

また、本実施形態及び変形例１〜７では、第２電極板５２だけでなく、他の電極板にも複数の連通部Ｃが設けられているので、各流路Ｆ１〜Ｆ（ｎ−１）における水の混合（水の流れの乱れ）がより促進される。

また、変形例４では、複数の連通部Ｃの一部は、折り返し部Ｔに隣接する電極板の縁部Ｅ１に設けられている。したがって、この構成では、電極板の縁部Ｅ１に設けられた連通部Ｃを通じて下流側の流路に水が流入する。この水の流入により、折り返し部Ｔにおける水の流れ、及び折り返し部Ｔからその下流の流路に流入する水の流れが乱される。したがって、折り返し部Ｔからその下流の流路に流入する水は、その流路を構成する一方の電極板側の領域におけるスケール成分の濃度と他方の電極板側の領域におけるスケール成分の濃度との差が小さくなる。すなわち、その流路の幅方向においてスケール成分の濃度差が小さくなる。これにより、その流路において一方の電極板側及び他方の電極板側にスケール成分濃度の低い水が偏流するのをさらに抑制できる。

また、変形例６，７では、各電極板は、隣り合う電極板側に突出する複数の凸部６２及び隣り合う電極板とは反対側に凹む複数の凹部６１を有する。この構成では、複数の凸部６２及び複数の凹部６１により、隣り合う電極板間の流路における水の流れが乱される。これにより、隣り合う電極板のうち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さらに抑制できるので、電極板間においてスケール成分の析出反応がさらに促進される。

また、変形例７では、各凸部６２は、下流側に位置する電極板側に突出している。この変形例７では、電極板５ｋにおける複数の凸部６２の少なくとも一部は、流路Ｆ（ｋ＋１）への連通部Ｃを通じた水の流入を促進させる位置に設けられている。この構成では、凸部６２によって流路Ｆ（ｋ＋１）への連通部Ｃを通じた水の流入が促進されるので、流路Ｆ（ｋ＋１）における水の流れを乱す効果がさらに高められる。

また、変形例５では、複数の連通部Ｃは、複数のスリットを含んでいる。この構成では、各スリットの長手方向の大きさを調節することにより、流路Ｆ２への連通部Ｃを通じた水の流入量を調節することができる。

また、変形例５では、各スリットは、前記水の流れ方向に交わる方向に延びている。この構成では、各スリットの長手方向が水の流れ方向に平行な方向に延びている場合に比べて、水の流れ方向に交わる方向におけるより広い範囲にわたって流路に水を流入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、電極板に複数の連通部Ｃが設けられている場合を例示したが、電極板には少なくとも１つの連通部Ｃが設けられていればよい。

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。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、この電気分解装置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して水が加熱される。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、この電気分解装置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。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、この電気分解装置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、水熱交換部２１Ａにおいて電気エネルギーを用いて水が加熱される。

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
２７ 入水配管
２９ 出湯配管
３５ 給湯配管
３７ 給水配管
４１ 電気分解装置
４３ 水入口
４５ 水出口
４７ 容器
５１〜５ｎ 電極板
６１ 凹部
６２ 凸部
Ｃ 連通部
Ｄ１，Ｄ２ 水の流れ方向
Ｅ１ 電極板の縁部
Ｆ１〜Ｆ（ｎ−１） 水の流路
Ｔ 折り返し部

Claims (6)

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）内に収容された第１電極板（５１）、第２電極板（５２）及び第３電極板（５３）と、を備え、
   前記第１電極板（５１）、前記第２電極板（５２）及び前記第３電極板（５３）は、この順に電極板の厚さ方向に互いに隙間をあけて配列され、
   前記容器（４７）内には、前記第１電極板（５１）と前記第２電極板（５２）との間の隙間であって水が第１方向（Ｄ１）に流れる第１流路（Ｆ１）と、前記第２電極板（５２）と前記第３電極板（５３）との間の隙間であって水が前記第１方向（Ｄ１）とは反対の第２方向（Ｄ２）に流れる第２流路（Ｆ２）と、前記第１流路（Ｆ１）の下流側端部と前記第２流路（Ｆ２）の上流側端部とを接続する折り返し部（Ｔ）と、が形成され、
   前記第２電極板（５２）は、前記第１流路（Ｆ１）を流れる水の一部を前記第１流路（Ｆ１）の前記下流側端部よりも上流側において前記第２流路（Ｆ２）に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有する、電気分解装置。
2. 前記第１電極板（５１）は、前記第１流路（Ｆ１）よりも上流側の流路を流れる水の一部を前記第１流路（Ｆ１）に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有し、
   前記第３電極板（５１）は、前記第２流路（Ｆ２）を流れる水の一部を前記第２流路（Ｆ２）よりも下流側の流路に流入させるための少なくとも１つの連通部（Ｃ）を有する、請求項１に記載の電気分解装置。
3. 前記連通部（Ｃ）は、前記折り返し部（Ｔ）に隣接する前記第２電極板（５２）の縁部（Ｅ１）に設けられている、請求項１又は２に記載の電気分解装置。
4. 前記第１電極板（５１）、前記第２電極板（５２）及び前記第３電極板（５３）のうちの少なくとも１つの電極板は、隣り合う電極板側に突出する複数の凸部（６２）及び隣り合う電極板とは反対側に凹む複数の凹部（６１）の少なくとも一方を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気分解装置。
5. 前記第１電極板（５１）は、第２電極板（５２）側に突出する前記複数の凸部（６２）を有し、これらの凸部（６２）の少なくとも一部は、第２流路（Ｆ２）への連通部（Ｃ）を通じた水の流入を促進させる位置に設けられている、請求項４に記載の電気分解装置。
6. 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１〜５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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