專利名稱：熱水供給器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有析出溶解于水中的水垢成分的水垢析出機(jī)構(gòu)的熱水供給器。
背景技術(shù)：
向浴室、廚房供給熱水的熱水供給器大體分為電熱水供給器、燃?xì)鉄崴┙o器、燃油熱水供給器等，但它們都存在用于向水傳遞熱的被稱為熱交換器的部分。在電熱水供給器中，最近特別是從節(jié)能、作為地球變暖對策的二氧化碳減排的觀點(diǎn)出發(fā)，熱泵熱交換式的電熱水供給器(熱泵熱水供給器)倍受關(guān)注。其原理是把大氣的熱移向熱介質(zhì)，由該熱燒開熱水。具體地說，通過借助于熱交換器把在壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生的高熱移向水，由使其氣體膨脹時(shí)的冷氣再使熱介質(zhì)的溫度降為大氣溫度，如此反復(fù)(冷熱循環(huán))來實(shí)現(xiàn)。雖然從理論上來講不能取出投入能量以上的熱能， 但因?yàn)闊岜脽崴┙o器是利用大氣的熱的構(gòu)造，所以，可利用比運(yùn)行所需要的能量多的熱能。為了使熱交換器向水傳遞熱量，始終保持熱傳導(dǎo)面為清潔狀態(tài)是非常重要的。若壁面結(jié)垢，則有效的熱傳導(dǎo)面積減少，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)性能降低。進(jìn)而若結(jié)垢積蓄，在最差的情況則會產(chǎn)生流路堵塞。特別是在水中的硬度成分(鈣離子、鎂離子)高的地區(qū)，存在由加熱使被稱為水垢的碳酸鹽結(jié)晶析出、容易附著在熱交換器內(nèi)的問題。作為解決該問題的熱水供給器已知如下類型，S卩，在熱交換中，在熱交換器的前段設(shè)置水垢成分的晶粒產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，對熱交換器的由銅或銅合金制基材構(gòu)成的部分的至少在使用時(shí)會與水接觸的面進(jìn)行覆膜(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在這種情況下，上述晶粒產(chǎn)生機(jī)構(gòu)具有多個(gè)電極和在電極間施加電壓的電源，通過對水進(jìn)行電解，陰極附近水的PH值上升，在陰極附近產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)晶，使得Ca在熱交換器表面難以形成過飽和狀態(tài)，不易析出難溶性的Ca化合物。先前技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2001-317817號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，在上述專利文獻(xiàn)1中，在由水電解使陰極附近的pH值上升、使碳酸鈣的水垢晶粒在液中析出的情況下，因?yàn)槌蔀閴A源的溶解氧不足，所以存在不能高效產(chǎn)生水垢晶粒的問題。另外，若成為堿源的氧不足，則因?yàn)楹兴妇Я５乃芤旱膒H值為8以下，水溶液中的水垢晶粒帶正電，陰極帶負(fù)電，所以水溶液中產(chǎn)生的水垢晶粒由靜電被吸引并附著在陰極上。其結(jié)果，因?yàn)樗咐^續(xù)向陰極上附著，在陰極上形成導(dǎo)電性低的層，所以還存在晶粒產(chǎn)生機(jī)構(gòu)不能有效運(yùn)行的問題。本發(fā)明以解決這些問題為課題，其目的是獲得可高效地析出溶解在水中的水垢成分、抑制水垢向傳熱流路附著的熱水供給器。解決課題的機(jī)構(gòu)本發(fā)明的熱水供給器具備水垢析出機(jī)構(gòu)、傳熱流路和熱源，該水垢析出機(jī)構(gòu)具有水槽、在該水槽內(nèi)相向配置的陽極和陰極、以及在陽極和陰極之間施加電壓的電源，將溶解在滯留于水槽內(nèi)的水中的水垢成分析出，該傳熱流路設(shè)于該水垢析出機(jī)構(gòu)的下游，引導(dǎo)上述水，該熱源在該傳熱流路中通過熱交換對上述水進(jìn)行加熱，其中，上述水垢析出機(jī)構(gòu)具有氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)，該氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)將氧氣供給到向上述水槽供給上述水的供水配管中并溶解于水。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的熱水供給器，由于水垢析出機(jī)構(gòu)具有向供給水供給并溶解氧氣的氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)，所以可增加陰極附近的PH值，在水垢析出機(jī)構(gòu)中高效地產(chǎn)生水垢晶粒， 另外抑制水垢向陰極的附著量，抑制水垢向傳熱流路的附著量，結(jié)果具有提高熱傳導(dǎo)性能的效果。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的熱水供給器的構(gòu)成圖。圖2是表示圖1的噴射器的剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的熱水供給器的構(gòu)成圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3中的熱水供給器的構(gòu)成圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4中的熱水供給器的構(gòu)成圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例1和比較例1的比較值的圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例1中的PH值和澤塔電位的關(guān)系的圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例1、2及比較例1的各比較值的圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例1-3的各比較值的圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例4和比較例2的比較值的圖。
具體實(shí)施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行說明，對于各圖中相同或相當(dāng)?shù)牟考?部位賦予相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。實(shí)施方式1.圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的熱水供給裝置的示意構(gòu)成圖。該熱水供給裝置具有對水進(jìn)行加熱的熱水供給裝置本體1、析出送到該熱水供給裝置本體1中的水中所含有的水垢成分的水垢析出機(jī)構(gòu)2、和對由該水垢析出機(jī)構(gòu)2析出的水垢進(jìn)行回收的水垢獲取機(jī)構(gòu)3。上述熱水供給裝置本體1具有作為用于將加熱外部空氣的熱移到熱介質(zhì)的空氣-熱介質(zhì)熱交換器的蒸發(fā)器4、用于壓縮由該蒸發(fā)器4氣化的熱介質(zhì)的壓縮機(jī)5、作為用于由熱介質(zhì)的熱加熱作為被加熱液的水的熱介質(zhì)-水熱交換器并使熱介質(zhì)液化的冷凝器6、貯存來自該冷凝器6的熱介質(zhì)的貯液器7、和用于使來自該貯液器7的高溫高壓的液化熱制冷劑急速絕熱膨脹的膨脹閥8，這些部件依次連接，構(gòu)成冷熱循環(huán)。作為熱源的冷凝器6與跟熱介質(zhì)并流的水所經(jīng)過的傳熱流路9熱接觸。該傳熱流路9的上游側(cè)與安裝了切換閥12的被加熱水入口配管10連接，傳熱流路9的下游側(cè)與被加熱水出口配管11連接。來自熱水入口配管10的水經(jīng)過傳熱流路9流到被加熱水出口配管11，在經(jīng)過傳熱流路9的過程中與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換而被加熱。被加熱水出口配管11與水龍頭、淋浴噴頭等的熱水排出機(jī)構(gòu)(未圖示)連接。另外，在該實(shí)施方式中，在冷凝器6中流經(jīng)的熱介質(zhì)與在傳熱流路9中流經(jīng)的水是并流，但熱介質(zhì)和水也可以是逆向流動(dòng)的對流。上述水垢析出機(jī)構(gòu)2具有水槽13、在該水槽13內(nèi)相向配置的陽極14及陰極15、 正極與陽極14連接而負(fù)極與陰極15連接的第一電源16、在陽極14和陰極15之間安裝在水槽13的頂部且長度為水槽13整個(gè)高度的1/100 1/2的隔離板31、和將氧氣向把水供給至水槽13的供水配管18中供給并溶解于水中的氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)。氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)具有安裝在供水配管18上的噴射器20、和一端部面對陽極14 的上部空間地與水槽13連接而另一端部與噴射器20連接的返回配管M。另外，在供水配管18中安裝作為供水檢測機(jī)構(gòu)的流量傳感器36。該流量傳感器36與第一電源16連接，當(dāng)水流經(jīng)供水配管18時(shí)，由來自流量傳感器36的電信號接通第一電源16，在陽極14和陰極15之間施加電壓。陽極14由促進(jìn)基材上的水的氧化反應(yīng)的氧化催化劑構(gòu)成。作為基材，使用由鈦 (Ti)金屬纖維的燒結(jié)體(織入纖維直徑為20 μ m、長度為50 IOOmm的單纖維而形成燒結(jié)體)構(gòu)成的密度為200g/cm2的布(厚度為300 μ m)、鈦制的具有網(wǎng)眼構(gòu)造的膨脹金屬。通過以0. 25 ang/cm2的密度鍍敷成為催化劑的鉬(Pt)或氧化銥(IrO2)而形成陽極14。由于水的氧化反應(yīng)只在陽極14上進(jìn)行，所以在作為基材使用膨脹金屬的情況下， 因網(wǎng)眼密度的不同會影響反應(yīng)面的面積。具體的是，使用每1英寸開設(shè)了 10個(gè)以上的孔的膨脹金屬是理想的。另一方面，陰極15可以使用鉬、不銹鋼、鋁、銅、鐵、鎢等，或者使用由促進(jìn)氧的還原反應(yīng)的碳系列基材和促進(jìn)氧的還原反應(yīng)的還原催化劑構(gòu)成的電極。作為碳系列基材，可以使用例如厚度為200 μ m的碳素纖維(纖維直徑約為5 50 μ m，空隙率為50 80% )。 碳素纖維由氟氣體進(jìn)行防水處理是理想的。水槽13可以由聚氯乙烯、聚丙烯等的樹脂材料、或者不銹鋼、鋁等的金屬材料構(gòu)成。水垢析出機(jī)構(gòu)2的尺寸因?yàn)橛山邮账牧髁慷嬖谧兓?，故不能唯一確定。具體地是與接收水的流量成比例，使通電電流、水槽13的體積、陽極14和陰極15的表面積增大是理想的。另一方面，因陽極14和陰極15的電極間距離、電極面積等的形狀因素或電極間存在的介質(zhì)的水質(zhì)(導(dǎo)電率)，電流相對于施加電壓的特性存在變化。最好把電極間距離設(shè)計(jì)在Imm 40mm以內(nèi)是理想的。這是因?yàn)?，在電極間距離為Imm以下時(shí)，因?yàn)殛帢O15附近的反應(yīng)和陽極14附近的反應(yīng)相互干擾，所以效率低。
另外，因?yàn)橥ǔ５淖詠硭乃|(zhì)的導(dǎo)電率低，所以若極間距離為40mm以上時(shí)，為了得到必要的處理能力而必須要有40V以上的電壓。因?yàn)殡妷涸?0V以上時(shí)，用于陽極14 的金屬材料的腐蝕加劇，所以實(shí)用性方面并不理想。上述噴射器20是噴射水吸引空氣方式的噴射器，如圖2所示，由噴嘴21、喉管22 和擴(kuò)散段 23 構(gòu)成，作為一例，設(shè)計(jì)成在 If = 2-100mm、ld = 10_200mm、dn = 1. 0-10mm、θ = 10-30deg.的范圍是理想的。在噴射器20中，連接有一端部面對混合室25的返回配管M。返回配管M的另一端部面對陽極14的上部空間地與水槽13的頂面連接。在該噴射器20中，在由泵(未圖示)的驅(qū)動(dòng)使水從供水配管18流入水槽13內(nèi)之際，水槽13的上部空間的氧氣經(jīng)過返回配管M流入到混合室25內(nèi)，溶解在水中，供給到水槽13內(nèi)的水中的溶解氧濃度變高。上述水垢獲取機(jī)構(gòu)3具有水槽沈、在該水槽沈內(nèi)相向配設(shè)的陽極27及陰極觀、 和正極與陽極27連接而負(fù)極與陰極觀連接的第二電源四。陽極27及陰極觀交替地配設(shè) 1組以上。通過把陽極27及陰極28的表面制成例如針狀或者刷狀，可以急劇增加陽極27及陰極觀的表面的電場強(qiáng)度，由于表面系數(shù)也變大，所以可高效地獲取水垢晶粒。作為相向的陽極27和陰極觀的間隔，0. 15mm IOmm是理想的。這是因?yàn)樵陉枠O 27、陰極觀中的電場強(qiáng)度成為4kV/cm以上?？芍跒?. 15mm以下時(shí)即使縮短陽極27、陰極觀的相互間隔也不會使電場強(qiáng)度變化。另外，若過于縮短間隔，則因?yàn)橛裳a(bǔ)充的水垢晶粒容易堵塞陽極27和陰極觀之間， 所以是不理想的。若相向的陽極27和陰極觀的間隔為IOmm以上時(shí)，則陽極27、陰極觀中的電場強(qiáng)度為4kV/cm以下，不能高效地獲取水垢晶粒。陽極27及陰極觀使用容易被陽極氧化的金屬例如鉬、不銹鋼、鋁、銅、鐵、鎢等，通過使用這些金屬，可以在陽極27及陰極觀的溶解的同時(shí)容易剝下在其上形成的水垢層。與水槽沈連接的被加熱水入口配管10在中途分支出安裝了切換閥33的水垢除去配管32。在上述構(gòu)成的熱水供給器中，水經(jīng)過供水配管18流入到水垢析出機(jī)構(gòu)2的水槽13 內(nèi)。從陽極14的下方流入的水隨后從陽極14流向陰極15，從陰極15的上方經(jīng)過水出口配管30排出。在水槽13內(nèi)，當(dāng)由第一電源16施加1.2V以上的電壓時(shí)，在陽極14側(cè)如下式⑴ 所示，發(fā)生水的電離而產(chǎn)生氧。H2O — 2H++l/202+2e"............(1)在陰極15側(cè)如下式(2)所示，由氧、氫離子和電子的反應(yīng)產(chǎn)生0H—離子。2H++02+2e" — 20F............(2)由氧的還原反應(yīng)產(chǎn)生0H_離子的結(jié)果，使陰極15附近的pH值上升。由此，在陰極15側(cè)如下式(3)所示，溶解于水中的Ca離子和HCO3離子發(fā)生反應(yīng)而生成碳酸鈣的晶粒。Ca2++HC03>0r — CaCO3 I +H2O............(3)另外，在水流經(jīng)供水配管18的同時(shí)，由來自流量傳感器36的電信號，接通第一電源16，在陽極14和陰極15之間施加電壓。另一方面，在陰極15附近產(chǎn)生的碳酸鈣若到達(dá)陽極14附近，則由在上式(1)產(chǎn)生的H+再次溶解碳酸鈣。因此，水垢析出機(jī)構(gòu)2中的水的入口、出口的位置、水槽13的構(gòu)造形成為，如圖1 所示的虛線那樣，從陽極14到陰極15同樣地流動(dòng)。另外，由隔離板31防止積蓄在陽極14側(cè)的氧氣沿水槽13的頂部漏到陰極15側(cè)。另外，隨著導(dǎo)入水的泵的驅(qū)動(dòng)，水槽13的上部空間的氧氣經(jīng)過返回配管M、噴射器20，混入到在供水配管18中流動(dòng)的水中，向陽極14側(cè)供給溶解氧濃度高的水。在水垢析出機(jī)構(gòu)2的水槽13的水出口附近，在陽極14附近產(chǎn)生的酸性水和在陰極15附近產(chǎn)生的含CaCO3的堿性水混合，形成為中性。在此，若在水垢析出機(jī)構(gòu)2和水垢獲取機(jī)構(gòu)3之間的水的滯留時(shí)間長，則由水垢析出機(jī)構(gòu)2生成的以CaCO3為主要成分的水垢晶粒有可能再溶解。具體來講，對于在陰極15側(cè)從水槽13的頂部導(dǎo)出的水出口配管30，只要設(shè)計(jì)成在生成的水垢晶粒的粒徑為ι μ m以上的情況下滯留時(shí)間為10秒以下、在IOnm 1 μ m的情況下滯留時(shí)間為3秒以下即可。其后，含有水垢晶粒的水從陰極15的上方經(jīng)過水出口配管30排出，送到水垢獲取機(jī)構(gòu)3。在水垢獲取機(jī)構(gòu)3中，通過由第二電源四施加電壓而在陽極27和陰極28之間形成電場，帶電的水垢晶?？拷哂邢喾措姾傻年枠O27、陰極觀。帶有一定電荷的水垢晶粒的移動(dòng)速度由電場密度決定。由于陰極28、陽極27使用表面凹凸大例如呈針狀或者刷狀的材料，陽極27、陰極 28的前端的電場強(qiáng)度急劇增加，表面系數(shù)也變大，所以可高效地獲取水垢晶粒。接著，由水垢獲取機(jī)構(gòu)3除去了水垢的水經(jīng)過被加熱水入口配管10流到傳熱流路 9，在此被來自作為熱源的冷凝器6的熱加熱，被加熱了的水被送到水龍頭、淋浴噴頭等的熱水排出機(jī)構(gòu)(未圖示)。由水垢獲取機(jī)構(gòu)3獲取的水垢若不定期地進(jìn)行除去，則獲取性能會降低。具體的是，附著在陽極27、陰極觀的表面上的水垢厚度的平均值每增加0. Imm,性能與增加前比較就會降低10%。也就是，若沒有水垢附著的初期的獲取效率為100%，則在0. Imm時(shí)降為 90%，在0. 2mm時(shí)降為81%，在0. 3mm時(shí)降為72%。其原因在于，因?yàn)樗副旧淼膶?dǎo)電性低，所以當(dāng)陽極27、陰極28被水垢覆蓋時(shí)，能夠形成高電場的面積減少。因此，必須定期除去由水垢獲取機(jī)構(gòu)3獲取的水垢。此時(shí)，關(guān)閉被加熱水入口配管10的切換閥12，打開水垢除去配管32的切換閥33。接著，對陽極27及陰極觀施加與獲取水垢晶粒時(shí)相反的電位。其結(jié)果，積蓄為層狀的水垢一旦從陽極27剝離后，雖作用有朝相向的陰極觀拉近的力，但因?yàn)樗傅闹亓看螅栽谟申帢O15獲取前就自然沉降而被分離。若從由自然沉降從陽極27分離水垢的觀點(diǎn)出發(fā)，則在水垢厚度的平均值為0. 1 IOmm的范圍內(nèi)實(shí)施通過施加反向電位進(jìn)行的除去操作是理想的。若為0. Imm以下，則水垢層的重量小，故會產(chǎn)生除去操作時(shí)的陽極27、陰極28的再附著，所以除去效率明顯降低。另一方面，若成長到10mm，則不僅獲取效率降到30 %，而且有可能堵塞陽極27和陰極觀之間。如以上說明所示，根據(jù)該實(shí)施方式的熱水供給器，由于水垢析出機(jī)構(gòu)2具有把氧氣供給到向水槽13供給水的供水配管18中并溶解于水的氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)，所以，在陰極 15附近不會出現(xiàn)成為堿源的氧氣不足的情況，可使水的pH值提高，因而可高效地析出以碳酸鈣為主要成分的水垢成分。另外，由于在水垢的陰極15附近呈現(xiàn)堿性，所以水垢晶粒帶負(fù)電，可抑制水垢晶粒向陰極15附著。另外，由于氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)具有安裝在供水配管18上的噴射器20、和一端部面對陽極14的上部空間地與水槽13連接而另一端部與噴射器20連接的返回配管24，由施加而在陽極14產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過返回配管對被吸引至噴射器20，溶解于水中，所以不必特意從外部供給氧氣。另外，氧氣向水中的溶解利用由噴射器20向供水配管18流動(dòng)的水的吸入效果，氧氣可簡單且高效地溶解于水中。另外，由于在陽極14和陰極15之間且水槽13的頂部，設(shè)置阻止氧氣從陽極14側(cè)沿頂部流到陰極15側(cè)的隔離板，所以，由水的電解在陽極14產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過返回配管4、噴射器20被回收，提高了回收效率。另外，由于供水配管18、水出口配管30各自與水槽13連接，以使水從陽極14流到陰極15，所以，可防止在陰極15附近產(chǎn)生的水垢流向陽極14側(cè)、在陽極14附近析出的水垢成分再溶解。另外，由于在水垢析出機(jī)構(gòu)2的下游側(cè)設(shè)置水垢獲取機(jī)構(gòu)3，由該水垢獲取機(jī)構(gòu)3 除去水垢成分的水被導(dǎo)向傳熱流路9，所以可降低傳熱流路9中的水垢附著量，提高從熱水供給裝置本體1的冷凝器6的熱傳導(dǎo)性能。另外，在供水配管18中安裝流量傳感器36，利用該流量傳感器36只在向水槽13 供水時(shí)使水垢析出機(jī)構(gòu)2 —直動(dòng)作，而在不供水時(shí)不動(dòng)作。因此，成為堿源的氧氣不足，在陰極15附近，含有水垢晶粒的水溶液的pH值為8 以下，水溶液中的水垢晶粒帶正電，水溶液中產(chǎn)生的水垢晶粒由靜電被拉近并覆蓋在陰極 15上，其結(jié)果可以防止未形成陰極15附近的高電場、成為無法析出水垢的狀態(tài)。實(shí)施方式2.圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的熱水供給裝置的示意構(gòu)成圖。在該實(shí)施方式2中，在返回配管M連接第一空氣供給配管34，與從水槽13內(nèi)一起地，也從第一空氣供給配管34供給被向噴射器20供給的氧，與實(shí)施方式1的情況比較，可以增加水的溶解氧濃度，同時(shí)可以切實(shí)地供給把成為堿源的氧氣供給至水槽13的水。其它的構(gòu)成、作用及效果與實(shí)施方式1相同。實(shí)施方式3.圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3中的熱水供給裝置的示意構(gòu)成圖。在該實(shí)施方式3中，在水垢析出機(jī)構(gòu)2中，設(shè)置隔開陽極14和陰極15的、阻當(dāng)氧氣通過而能讓水及氫離子通過的隔膜35。
作為隔膜35，可以使用質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜、陰離子傳導(dǎo)性的離子交換膜、多孔性的有機(jī)膜、多孔性的無機(jī)膜等。具體的是，作為隔膜35，可以使用全氟砜酸膜。另外，只要是不透過氣體、具有電絕緣性、只傳導(dǎo)水分和氫離子的材料即可，此外也可以使用聚苯并惡唑系離子交換膜、聚苯并咪唑系離子交換膜、多芳醚系列離子交換膜等，此時(shí)若添加相對于高分子電解質(zhì)膜中所含的水的分子數(shù)為約2 6倍的磷酸分子，則可提高氫離子傳導(dǎo)性，可改進(jìn)水垢晶粒的析出效率。與沒有隔膜35的實(shí)施方式1、2比較，在本實(shí)施方式3的熱水供給裝置中，因?yàn)殛帢O15附近的反應(yīng)和陽極14附近的反應(yīng)相互不干擾，所以在電極間距離的設(shè)置范圍寬、不必控制在電極附近流動(dòng)的水流的方面具有優(yōu)點(diǎn)。其它的構(gòu)成、作用及效果與實(shí)施方式1相同。另外，在上述各實(shí)施方式1-3中，以在水中作為水垢的生成成分溶解了 Ca離子的例子進(jìn)行了說明，但在水中溶解作為與Ca離子相同硬度成分的Mg離子的情況下，也可以適用本發(fā)明。另外，作為供水檢測機(jī)構(gòu)使用流量傳感器36進(jìn)行了說明，但當(dāng)然并不限定于此， 例如也可以是壓力傳感器。實(shí)施方式4.圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的熱水供給裝置的示意構(gòu)成圖。在該實(shí)施方式4中，在噴射器20上連接第二空氣供給配管134的前端部。第二空氣供給配管134的前端開口部面對噴射器20的混合室25。在該實(shí)施方式中，不設(shè)置如實(shí)施方式1-3所示的向噴射器20供給氧氣的返回配管 24。但是，在由泵的驅(qū)動(dòng)使水從供水配管18流入水槽13內(nèi)之際，噴射器20內(nèi)的混合室25內(nèi)減壓，作為外部氣體的空氣經(jīng)過第二空氣供給配管134被吸引到混合室25內(nèi)，在水中溶解，被供給至水槽13內(nèi)的水中的溶解氧濃度變高。另外，若需要增加氧氣供給量，則只要在第二空氣供給配管134安裝空氣泵即可。 通過安裝空氣泵，可以進(jìn)一步增大空氣泵的下游側(cè)的第二空氣供給配管134內(nèi)的壓力和混合室25內(nèi)的壓力的壓力差，相應(yīng)地可使更多的空氣即氧氣混入到水中。在該實(shí)施方式中，經(jīng)過第二空氣供給配管134供給的空氣不必加壓，可以利用由水經(jīng)過噴射器20產(chǎn)生的吸引壓被吸引的無盡的空氣中的氧氣，另外該氧氣在噴射器20的混合室25內(nèi)簡單且高效地溶解在水中。其它的構(gòu)成、作用及效果與實(shí)施方式1相同。實(shí)施例以下，對于上述實(shí)施方式1-4的熱水供給裝置，說明熱水供給裝置本體1的傳熱流路9中的水垢附著防止效果的具體例。實(shí)施例1.實(shí)施例1研究的是在使用實(shí)施方式1的熱水供給器時(shí)僅運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2、停止運(yùn)行水垢獲取機(jī)構(gòu)3的情況的性能。也就是，斷開第二電源四，只接通第一電源16來進(jìn)行運(yùn)行。
作為水垢析出機(jī)構(gòu)2的設(shè)定條件，設(shè)定電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為 12V,電極間距離為5mm。水槽13的體積為0. 5L，噴射器20使用If = 2mm、Id = 10mm、dn = 0.1mm、θ = 15deg.的噴射器，把在陽極14產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過返回配管Μ、噴射器20混入到水中。另外，在施加直流電壓時(shí)，電流穩(wěn)定地以1. OA流過。作為水，使用Ca2+濃度為120mg/L、pH值為6. 8、溶解氧濃度為5mg/L的水。通過使用噴射器20把在陽極14產(chǎn)生的氧氣在水槽13近前的供水配管18中混合， 溶解氧濃度以穩(wěn)定狀態(tài)從5mg/L增加到15mg/L。水垢獲取機(jī)構(gòu)3的電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為0V，電極間距離為 5mm,并列兩組陽極27和陰極28進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水槽沈的體積為0. 5L。另外，這些條件是具體說明實(shí)施方式1的實(shí)施例的控制因素的一例，并不限定使實(shí)施方式1動(dòng)作之際的操作條件。在圖6中表示上述實(shí)施例1的結(jié)果。通過施加12V直流電壓，溶解Ca2+濃度減少了 75%，即從120mg/L到30mg/L。這是因?yàn)樵陉帢O15的附近析出以Ca離子為主要成分的水垢晶粒而引起的。在采集陰極15 附近的水溶液來測定PH值時(shí)，pH值為12，呈強(qiáng)堿性。另一方面，在比較例1中表示停止由噴射器20進(jìn)行氧溶解的情況的結(jié)果。Ca2+的除去能力低到僅5% (溶解能力從120mg/L減少到lHmg/L)，在采集陰極15附近的水溶液來測定PH值時(shí)，pH值為7. 2，大體呈中性。另外，在連續(xù)1000小時(shí)運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2、測定附著在陰極15上的每單位電極面積的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例1中為0. Olmg/cm2，在比較例1中附著0. lmg/cm2。進(jìn)而，對于由水垢析出機(jī)構(gòu)2產(chǎn)生的水垢晶粒測定澤塔電位。在溶液與另外的相 (例如電極、膠體顆粒)接觸時(shí)，在其界面產(chǎn)生電荷分離，形成兩層電氣層，產(chǎn)生電位差。在與溶液接觸的相進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，處于從接觸相的表面起具有一定厚度的層的溶液因?yàn)橛姓承?，所以與接觸相一起運(yùn)動(dòng)。將在該層的表面(滑動(dòng)面)和充分離開界面的溶液部分的電位差稱為澤塔電位。水垢晶粒的澤塔電位若為正，則由靜電吸引到陰極15，若為負(fù)則從陰極15排斥開。在圖7中表示由水溶液的pH值形成的水垢晶粒(平均晶粒直徑為2.5 μ m)的澤塔電位的變化的相關(guān)測定結(jié)果。澤塔電位在水的pH = 6.8時(shí)具有+25mV左右的正電位，但隨著pH值上升而減少，在pH = 8時(shí)大體變?yōu)榱?等電點(diǎn))。在pH > 8時(shí)，澤塔電位進(jìn)一步減少，顯示為-18 -22mV0也就是，在由上述噴射器20實(shí)施氧溶解的實(shí)施例1中，因?yàn)橛扇芙庋鯘舛鹊脑黾佣@示堿性，處于使水垢晶粒帶負(fù)電的PH值范圍，所以可以說明抑制了向陰極15的附著。另一方面，在比較例1中，因?yàn)槿芙庋鯘舛炔蛔?，故在陰極15附近只產(chǎn)生稍微產(chǎn)生水垢晶粒的程度的0H—量，所以認(rèn)為pH < 8，晶粒緩緩地在陰極15析出。實(shí)施例2.在該實(shí)施例2中，研究的是在上述實(shí)施方式1的熱水供給裝置中運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2和水垢獲取機(jī)構(gòu)3雙方的情況的性能。也就是，第一電源16及第二電源四同時(shí)進(jìn)行通電運(yùn)行。作為水垢析出機(jī)構(gòu)2的設(shè)定條件，設(shè)定電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為 12V,電極間距離為5mm。水槽13的體積為0. 5L，噴射器使用If = 2mm、Id = 10mm、dn = 0.1mm、θ = 15deg.的噴射器，把在陽極14產(chǎn)生的氧氣在水槽13近前混合。在對陽極14 和陰極15施加直流電壓時(shí)，電流穩(wěn)定地以1. OA流過。作為水，使用Ca2+濃度為120mg/L、pH值為6. 8、溶解氧濃度為5mg/L的水。通過使用噴射器20把在陽極14產(chǎn)生的氧氣在水槽13近前混合，溶解氧濃度以穩(wěn)定狀態(tài)從5mg/L增加到15mg/L。水垢獲取機(jī)構(gòu)3的電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電極間距離為5mm，并列兩組陽極27和陰極觀來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水槽沈的體積為0. 5L。采用實(shí)施方式1中說明的觀點(diǎn)，控制電源四以使電極的電場強(qiáng)度達(dá)到5kV/cm。實(shí)施例2的結(jié)果在圖8中表示。通過施加12V直流電壓，溶解Ca2+濃度減少了 75%，即從120mg/L到30mg/L。這是因?yàn)樵陉帢O附近析出以Ca離子為主要成分的水垢晶粒的原因。另外，在連續(xù)1000小時(shí)運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2，測定附著在陰極15上的每單位電極面積的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例1中為0. Olmg/cm2，在實(shí)施例2中與0. 01mg/cm2相等。在比較附著在位于水垢獲取機(jī)構(gòu)3的后段的熱水供給裝置本體1的傳熱流路9上的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例1中為0. 05mg/cm2，在實(shí)施例2中大幅減少到0. Olmg/cm2。這被認(rèn)為是因?yàn)橛伤斧@取機(jī)構(gòu)3可除去水垢晶粒的90%，所以附著在位于后段的傳熱流路9上的水垢晶粒減少。實(shí)施例3.該實(shí)施例3研究的是在使用實(shí)施方式3的熱水供給器時(shí)、運(yùn)行使用了由全氟砜酸構(gòu)成的隔膜35的水垢析出機(jī)構(gòu)2和水垢獲取機(jī)構(gòu)3雙方的情況的性能。也就是，第一電源 16及第二電源四同時(shí)進(jìn)行通電運(yùn)行。作為水垢析出機(jī)構(gòu)2的設(shè)定條件，設(shè)定電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為 12V,電極間距離為5mm。水槽13的體積為0. 5L，噴射器20使用If = 2mm、Id = 10mm、dn = 0.1mm、θ = 15deg.的噴射器，把在陽極14產(chǎn)生的氧氣在水槽13近前混合。在施加直流電壓時(shí)，電流穩(wěn)定地以1. OA流過。作為水，使用Ca2+濃度為120mg/L、pH值為6. 8、溶解氧濃度為5mg/L的水。通過使用噴射器20把在陽極14產(chǎn)生的氧氣在水槽13近前混合，溶解氧濃度以穩(wěn)定狀態(tài)從5mg/L增加到15mg/L。水垢獲取機(jī)構(gòu)3的電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電極間距離為5mm，并列兩組陽極27和陰極觀地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水槽13的體積為0. 5L。采用實(shí)施方式1中說明的觀點(diǎn)，控制第二電源四以使電極的電場強(qiáng)度達(dá)到5kV/cm。該實(shí)施例3的結(jié)果在圖9中表示。通過施加12V直流電壓，溶解Ca2+濃度減少了 95%，即從120mg/L到6mg/L。這是因?yàn)殛帢O15附近的反應(yīng)和陽極14附近的反應(yīng)全不干擾，有效地在陰極15的附近析出以Ca 離子為主要成分的水垢晶粒。另外，在連續(xù)1000小時(shí)運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2、測定附著在陰極15上的每單位電極面積的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例2中為0. Olmg/cm2，在實(shí)施例3中與0. 01mg/cm2相等。比較附著在位于水垢獲取機(jī)構(gòu)3的后段的傳熱流路9上的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例2為0. Olmg/cm2，在實(shí)施例3中大幅減少到0. OOaiig/cm2。這被認(rèn)為是因?yàn)橛伤肝龀鰴C(jī)構(gòu)2能使溶解的Ca2+的大部分作為晶粒析出，由后段的水垢獲取機(jī)構(gòu)3除去水垢晶粒的 90 %，所以附著在位于后段的傳熱流路9上的水垢晶粒減少。實(shí)施例4.實(shí)施例4研究的是在使用實(shí)施方式4的熱水供給器時(shí)僅運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2而停止運(yùn)行水垢獲取機(jī)構(gòu)3的情況的性能。也就是，斷開第二電源四，只接通第一電源16進(jìn)行運(yùn)行。作為水垢析出機(jī)構(gòu)2的設(shè)定條件，設(shè)定電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為 12V,電極間距離為5mm。水槽13的體積為0. 5L，噴射器20使用If = 2mm、Id = 10mm、dn = 0.1mm、θ = 15deg.的噴射器，通過噴射器20把空氣中的氧混入到水中。另外，在施加直流電壓時(shí)，電流穩(wěn)定地以1. OA流過。作為水，使用Ca2+濃度為120mg/L、pH值為6. 8、溶解氧濃度為5mg/L的水。通過由空氣泵調(diào)節(jié)空氣壓力而把空氣中的氧氣在水槽13近前的噴射器20中混合，溶解氧濃度以穩(wěn)定狀態(tài)從5mg/L增加到12mg/L。水垢獲取機(jī)構(gòu)3的電極面積為1dm2，流量為100ml/L，電壓為0V，電極間距離為 5mm,并列兩組陽極27和陰極28來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水槽沈的體積為0. 5L。另外，這些條件是具體說明實(shí)施方式4的實(shí)施例的控制因素的一例，并不限定使實(shí)施方式4動(dòng)作之際的操作條件。上述實(shí)施例4的結(jié)果在圖10中表示。通過施加12V直流電壓，溶解Ca2+濃度減少了 60%，即從120mg/L到48mg/L。這是因?yàn)樵陉帢O15附近析出以Ca離子為主要成分的水垢晶粒。在采集陰極15附近的水溶液來測定PH值時(shí)，pH值為11. 2，呈強(qiáng)堿性。另一方面，在比較例2表示停止了由噴射器20進(jìn)行的氧氣溶解的情況的結(jié)果。Ca2+ 的除去能力降低成僅5% (溶解能力從120mg/L減少到lHmg/L)，在采集陰極15附近的水溶液來測定PH值時(shí)，pH值為7. 2，呈大體中性。另一方面，在連續(xù)1000小時(shí)運(yùn)行水垢析出機(jī)構(gòu)2、測定附著在陰極15上的每單位電極面積的水垢量時(shí)，相對于在實(shí)施例4為0. 06mg/cm2，在比較例2中附著了 0. lmg/cm2。附圖標(biāo)記說明1 熱水供給裝置本體，2 水垢析出機(jī)構(gòu)，3 水垢獲取機(jī)構(gòu)，6 冷凝器(熱源)，9 傳熱流路，10 被加熱水入口配管，11 被加熱水出口配管，12、33 切換閥，13、26 水槽，14、 27 陽極，15J8 陰極，16 第一電源，18 供水配管，20 噴射器(氧氣供給溶解機(jī)構(gòu))，M 返回配管(氧氣供給溶解機(jī)構(gòu))，29 第二電源，30 水出口配管，31 隔離板，32 水垢除去配管，34 第一空氣供給配管，35 隔膜，36 流量傳感器(供水檢測機(jī)構(gòu))，134 第一空氣供給配管。
權(quán)利要求
1.一種熱水供給器，該熱水供給器具備水垢析出機(jī)構(gòu)、傳熱流路和熱源，該水垢析出機(jī)構(gòu)具有水槽、在該水槽內(nèi)相向配置的陽極和陰極、以及在陽極和陰極之間施加電壓的電源，將溶解在滯留于水槽內(nèi)的水中的水垢成分析出，該傳熱流路設(shè)于該水垢析出機(jī)構(gòu)的下游，引導(dǎo)上述水，該熱源在該傳熱流路中通過熱交換對上述水進(jìn)行加熱，其特征在于，上述水垢析出機(jī)構(gòu)具有氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)，該氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)將氧氣供給到向上述水槽供給上述水的供水配管中并溶解于水。
2.如權(quán)利要求1所述的熱水供給器，其特征在于，上述氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)具備噴射器和返回配管，該噴射器安裝于上述供水配管，該返回配管的一端部面對上述陽極的上部空間地與上述水槽連接，該返回配管的另一端部與上述噴射器連接，由上述施加在上述陽極產(chǎn)生的上述氧氣經(jīng)過上述返回配管被吸引至上述噴射器。
3.如權(quán)利要求2所述的熱水供給器，其特征在于，上述返回配管在中途連接有向上述返回配管內(nèi)供給空氣的第一空氣供給配管。
4.如權(quán)利要求1所述的熱水供給器，其特征在于，上述氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)具備安裝于上述供水配管的噴射器和與該噴射器連接的第二空氣供給配管，作為外部氣體的空氣經(jīng)過上述第二空氣供給配管被吸引至上述噴射器。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的熱水供給器，其特征在于，在上述陽極和上述陰極之間且上述水槽的頂部，設(shè)有阻止上述氧氣從陽極側(cè)沿頂部向上述陰極側(cè)流動(dòng)的隔離板。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的熱水供給器，其特征在于，上述供水配管、將上述水槽內(nèi)的上述水向外部排出的水出口配管分別與水槽連接，以便水從上述陽極流到上述陰極。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的熱水供給器，其特征在于，在上述陽極與上述陰極之間，設(shè)有遮斷上述氧氣通過而能使氫離子及上述水通過的隔膜。
8.如權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的熱水供給器，其特征在于，在上述供水配管中，安裝有檢測向上述水槽內(nèi)的供水并且與上述電源電連接的上述供水檢測機(jī)構(gòu)，僅在向水槽內(nèi)供水時(shí)接通電源，在上述陽極和上述陰極之間施加電壓。
9.如權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的熱水供給器，其特征在于，在上述水垢析出機(jī)構(gòu)的下游側(cè)，設(shè)有獲取由水垢析出機(jī)構(gòu)析出的上述水垢成分的水垢獲取機(jī)構(gòu)，由該水垢獲取機(jī)構(gòu)除去了上述水垢成分的水被引導(dǎo)至上述傳熱流路。
全文摘要
本發(fā)明的熱水供給器是高效地析出溶解在水中的水垢成分、抑制水垢向傳熱流路附著的熱水供給器。本發(fā)明的熱水供給器具備水垢析出機(jī)構(gòu)、傳熱流路和熱源，該水垢析出機(jī)構(gòu)具有水槽、在該水槽內(nèi)相向配置的陽極和陰極以及在陽極和陰極之間施加電壓的第一電源，將溶解在滯留于水槽內(nèi)的水中的水垢成分析出，該傳熱流路設(shè)于該水垢析出機(jī)構(gòu)的下游，引導(dǎo)上述水，該熱源在該傳熱流路中通過熱交換對上述水進(jìn)行加熱，其中，上述水垢析出機(jī)構(gòu)具有把氧氣供給到向上述水槽供給水的供水配管中并溶解于水的氧氣供給溶解機(jī)構(gòu)。
文檔編號F24H9/00GK102317704SQ20108000782
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者古川誠司, 平敷勇, 神谷俊行, 野田清治, 齊藤禎司 申請人:三菱電機(jī)株式會社