特許 6095341 スケール抑制デバイス、給湯器、および温水消費装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095341

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】スケール抑制デバイス、給湯器、および温水消費装置

(51)【国際特許分類】

   C23F 14/00 20060101AFI20170306BHJP

   C02F 1/46 20060101ALI20170306BHJP

   F24H 9/00 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   C23F14/00

   C02F1/46 Z

   F24H9/00 Z

【請求項の数】19

【外国語出願】

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-261372(P2012-261372)

(22)【出願日】2012年11月29日

(65)【公開番号】特開2013-117069(P2013-117069A)

(43)【公開日】2013年6月13日

【審査請求日】2015年7月31日

(31)【優先権主張番号】11009548.6

(32)【優先日】2011年12月2日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】100085198

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 久夫

(74)【代理人】

【識別番号】100098604

【弁理士】

【氏名又は名称】安島 清

(74)【代理人】

【識別番号】100087620

【弁理士】

【氏名又は名称】高梨 範夫

(74)【代理人】

【識別番号】100125494

【弁理士】

【氏名又は名称】山東 元希

(74)【代理人】

【識別番号】100141324

【弁理士】

【氏名又は名称】小河 卓

(74)【代理人】

【識別番号】100153936

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 健誠

(74)【代理人】

【識別番号】100160831

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 元

(72)【発明者】

【氏名】野田 清治

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０９２８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２３２３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１７０７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１９０５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４６ − １／４８

Ｃ２３Ｆ １４／００

Ｆ２４Ｈ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中に溶解しているスケール成分を電解用タンク内で析出させるように構成されたスケール抑制デバイスであって、
前記電解用タンクと、
陽極および陰極であって、前記陽極と前記陰極の少なくとも一部とが前記電解用タンク内に対向配置された、陽極および陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加するように構成された電源と、
前記電解用タンク内の水に溶解させる酸素ガスを供給するため、前記陰極を通して、前記電解用タンク内に酸素ガスを導入するように設計された酸素ガス供給手段と、
を備えたスケール抑制デバイス。

【請求項2】

前記陰極の少なくとも一部は、前記酸素ガス供給手段の少なくとも一部を構成するように、前記酸素ガスを流入させるように構成された透気体として形成される、または前記透気体を備える、
請求項１に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項3】

前記透気体は、多孔質および／またはメッシュ状本体である
請求項２に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項4】

前記陰極の前記透気体は、前記電解用タンクの外側の空気から前記電解用タンク内に前記酸素ガスを流入させると同時に、前記電解用タンクの前記外側への前記電解用タンク内の前記水の流出を抑制するように構成される、および／または前記電解用タンク内の前記水と外気とを隔てるように構成される、
請求項２または３に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項5】

前記陰極の前記透気体は、前記電解用タンクの外側の圧力Ｐ_１と前記電解用タンクの内側の圧力Ｐ_２との間の圧力差Ｐ_１−Ｐ_２を用いて前記電解用タンクの外側の空気から前記電解用タンク内に前記酸素ガスを流入させるように構成される、
請求項２〜４の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項6】

前記透気体は、酸素の還元を促進するように構成された触媒材料を支持する、および／または前記触媒材料でめっきされた導電性基材を備える、
請求項２〜５の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項7】

前記導電性基材は、金属繊維のメッシュ構造または焼結材料である、
請求項６に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項8】

前記透気体、その導電性基材、および／または前記触媒材料は、撥水性であるように設計される、および／または撥水性となるような孔径を有する、
および／または
前記透気体、その導電性基材、および／または前記触媒材料は、前記陰極の前記電解用タンクの外側の空気に接触する側が、撥水性となるような孔径を有する多孔質材料によって覆われる、および／または前記多孔質材料を組み込んでいる、請求項２〜７の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項9】

前記多孔質材料は、ポリテトラフルオロエチレンである、
請求項８に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項10】

メッシュ構造を有するチタンエキスパンドメタルまたはチタン繊維を備えた焼結材料が前記陰極の前記透気体および／またはその導電性基材として使用される、
請求項２〜９の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項11】

前記電解用タンク内の前記水に溶解させる酸素ガスを供給する前記酸素ガス供給手段は、酸素ガス源に一端が接続され、前記酸素ガス源から得られた前記酸素ガスを他端から前記陰極の前記直近に放出するように構成された酸素供給管を備える、
請求項１〜１０の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項12】

前記電解用タンクの上部に沿って前記陽極側から前記陰極側に前記酸素ガスが流出することを防止するように、仕切り要素が前記陽極と前記陰極との間の前記電解用タンクの上部に配設される、
請求項１〜１１の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項13】

前記仕切り要素は、仕切り板である、
請求項１２に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項14】

前記電解用タンク内で前記水が前記陽極側から前記陰極側に流れるように前記電解用タンクが形作られるように、前記水を前記電解用タンク内に放出するように構成された水供給配管と前記水を前記電解用タンクからその外側に排出するように構成された水出口配管とが前記電解用タンクに接続される、
請求項１〜１３の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項15】

前記水および水素イオンに対しては透過性であるが、前記酸素ガスに対しては不透過性の隔膜が前記陽極と前記陰極との間に配設される、
請求項１〜１４の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項16】

少なくとも１つの水供給配管から前記電解用タンク内への水の流入があるか否かを検出するための少なくとも１つの水流検出手段が前記電源に電気的に接続され、前記電解用タンク内への水の流入がある場合にのみ前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加するために前記電源をオンにするように構成される、
請求項１〜１５の何れか１項に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項17】

前記水流検出手段は、流量センサである、
請求項１６に記載のスケール抑制デバイス。

【請求項18】

請求項１〜１７の何れか１項に記載のスケール抑制デバイスと、
前記スケール抑制デバイスから流出した前記水に熱を伝達するように構成された熱源、前記スケール抑制デバイスの下流側に配置された伝熱流路、と、
を備えた給湯器。

【請求項19】

請求項１８に記載の給湯器を備えた温水消費装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スケール抑制デバイスと、このようなスケール抑制デバイスを備えた給湯器、特にヒートポンプ式給湯器と、このような給湯器を備えた温水消費装置とに関する。スケール抑制デバイスは、水中に溶解しているスケール成分を析出させる。

【背景技術】

【0002】

温水を浴室および台所に供給する給湯器は、電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などの種類に大きく分けられる。これらの給湯器種別の各々は、熱を水に伝達するために、熱交換器と呼ばれる構成要素を含んでいる。

【0003】

最近、省エネおよび地球温暖化対策のためにＣＯ_２削減の観点から電気給湯器の中でもヒートポンプ式熱交換型電気給湯器（すなわち、ヒートポンプ式給湯器）に対する関心が特に高い。

【0004】

ヒートポンプ式給湯器は、大気中の熱を熱媒体に伝達し、この伝達された熱によって水を加熱するという原理で動作する。より具体的には、ヒートポンプ式給湯器は、気体の圧縮時に発生する高熱を熱交換器を介して水に伝達し、次に気体の膨張時に発生する冷気によって熱媒体の温度を大気温度に下げるという動作（冷却−加熱サイクル）の繰り返しによって作動される。理論上は投入エネルギー量より大きい熱エネルギー量を得ることができないが、ヒートポンプ式給湯器は、大気中の熱を利用する機構を有するため、稼働に必要なエネルギー量より大きな熱エネルギー量を使用できる。

【0005】

熱交換器は熱を水に伝達するので、伝熱面を汚れのない状態に継続的に維持することが極めて重要である。この表面が汚れると、有効な伝熱面積が減り、伝熱性能の低下に至る。汚れ（例えばスケールなど）がさらに堆積すると、最悪の場合、流路が詰まる。

【0006】

特に、大量の硬度成分（例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、イオン状シリカ、および分子状シリカ）が水道水中に高濃度で含有されている地域では、スケールと呼ばれる難溶解性の無機化合物塩が加熱中の熱交換器内に詰まる可能性がより高いという問題がある。

【0007】

上記問題を解決するために、従来技術は、スケール成分の核を発生させる手段が熱交換段階より前の段階に配設され、熱交換器が銅または銅合金基材で部分的に形成され、使用中に水と接し、この基材の少なくとも一表面が被覆されている給湯器を説明している。特許文献１（特開２００１−３１７８１７号公報）を参照されたい。

【0008】

この発明においては、電圧が両電極に印加されると、水の電離が促進され、陰極側で水素イオンと電子との間の反応により水素ガスが発生する。この水素ガス発生の結果として、陰極の近くでｐＨが上昇し、水中に溶解したＣａイオンと炭酸イオンとの間の反応により炭酸カルシウムの核が生成される。

【0009】

さらに、水中に含まれている硬度成分をスケールとして析出させるために第１電極と第２電極との間に透水性多孔質ろ材を備え、このろ材の表面に析出させたスケールを回収することを目的としたスケール抑制手段を有する水処理装置が公知である。例えば特許文献２（特開２０１０−２２１１０２号公報）を参照されたい。この発明においては、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が陰極２２０に生成され、ろ材２３０が軟水化モジュールの上流側に配置されている。水酸化物イオンは極めて強い塩基であるので、電極２２０およびろ材２３０の負に帯電した表面は局所的にアルカリ性になる。これにより、電解水中の硬度成分が析出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００１−３１７８１７号公報

【特許文献2】特開２０１０−２２１１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１および特許文献２においては、水電解により陰極近くでｐＨを上昇させて炭酸カルシウムのスケール粒子を析出させる場合、水電解による水素発生反応の進行に伴い溶解酸素が不足するために、可燃性水素ガスが発生するという問題があった。

【0012】

したがって、本発明の目的の１つは、水電解による可燃性水素ガスの発生を回避、または少なくとも削減、すると同時に、伝熱流路へのスケールの付着を確実に防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的は、請求項１に記載のスケール抑制デバイスと、請求項１３に記載の給湯器と、請求項１４に記載の温水消費装置とによって達成される。本発明の複数の有利な実施形態が複数の従属請求項に記載されている。

【0014】

以降、本発明を最初に概説し、その後、複数の具体的実施形態を詳細に説明する。これらの具体的実施形態に示されている構成要素は、これらの具体的な実施形態に示されているように正確に組み立てられる必要はなく、本発明の範囲内であれば、幾通りにも組み立て可能である。特に、これらの具体的実施形態に示されている個別部品は、省くことも、または第１〜第３実施形態に示されていない方法で組み合わせることも可能である（例えば、第２実施形態は、電解用タンク内において、外気と電解用タンク内の水とを隔てる酸素透過性多孔質陰極の表面の直近にすなわちこの表面に直接、酸素を放出するように構成された酸素供給管を設けることによって、第１実施形態との組み合わせが可能である）。さらに、これらの具体的実施形態に示されている個別部品は、それ自体でも、すなわち図示の他の個別部品と組み合わされずに、上記問題の解決に貢献できる。

【0015】

上記問題を解決するために、本発明は、水中に溶解しているスケール成分の効率的析出により、例えば後付の熱交換器への、スケールの付着が抑制される（給湯器と併用されるように適合可能な）スケール抑制デバイスを提供する。

【0016】

上記問題に対応するために、水中に溶解しているスケール成分を電解用タンク内で析出させるように構成された本発明によるスケール抑制デバイスは、この電解用タンクと、この電解用タンク内に対向配置された陽極および陰極と、この陽極と陰極との間に電圧を印加するように構成された電源と、この電解用タンク内の水に溶解させる酸素ガスを供給するため、この陰極を通して、この電解用タンク内に酸素ガスを導入するように設計された酸素ガス供給手段とを備える。

【0017】

上記構造により、水電解による可燃性水素ガスの発生を抑制できると同時に、例えば後付の伝熱流路への、スケール付着を確実に抑止することができる。

【0018】

本発明によると、スケール抑制手段の陰極は、多孔質導電材料で形成可能であり、外気と電解用タンク内の水とを隔てるように配置可能である。

【発明の効果】

【0019】

本発明によるスケール抑制デバイスによれば、酸素の溶解速度が劇的に増し、水電解による可燃性水素ガスの発生を抑止できると同時に、例えば後付の伝熱流路への、スケールの付着を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】給湯器における本発明の第１実施形態によるスケール抑制デバイスを示す構造図である。

【図2】給湯器における本発明の第２実施形態によるスケール抑制デバイスを示す構造図である。

【図3】給湯器における本発明の第３実施形態によるスケール抑制デバイスを示す構造図である。

【図4】本発明の第１および第２具体的実施例と一比較例とを示す表である。

【図5】本発明の３つの具体的実施例を比べて示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるスケール抑制デバイス（以降、スケール抑制手段）を有する給湯器を示す概略構造図である。

【0022】

本給湯器は、水を加熱する給湯器本体１と、給湯器本体１に送られる水に含まれているスケール成分を析出させるスケール抑制手段２と、加熱された温水を貯蔵するタンク３とを備える。

【0023】

給湯器本体１は、加熱された外気の熱を熱媒体に伝達するための、空気から熱媒体への熱交換器に相当する蒸発器４と、蒸発器４内で蒸発した熱媒体を圧縮する圧縮器５と、熱媒体から水への熱交換器に相当し、熱媒体の熱によって加熱される液体に相当する水を加熱するために熱媒体を液化する凝縮器６と、凝縮器６からの熱媒体を貯留する受液器７と、受液器７からの高温高圧の液化された加熱冷媒を素早く断熱的に膨張させる膨張弁８とを含む。上記の各構成要素は順次接続されて冷却−加熱サイクルまたは熱サイクルをそれぞれ構成する。

【0024】

水は、（熱源として働く）凝縮器６内で液化される熱媒体と平行に、凝縮器６の内部を流れる。凝縮器では、加熱される水（電解用タンク１５の水出口配管２１から来た水。下記参照）が通過する伝熱流路９内で水と熱媒体との間に熱的接触が発生する。

【0025】

伝熱流路９の上流側は、水が加熱される（管２１に接続された）入水管１０に接続され、伝熱流路９の下流側は、加熱された水が凝縮器６から出るための出湯管１１に接続される。入水管１０から伝熱流路９を通って出湯管１１に流れる水は、伝熱流路９を通過している間に熱媒体に対して熱交換が行われるために、加熱される。出湯管１１は、給湯栓および／またはシャワーなどの出湯手段（図示せず）に接続される。

【0026】

図１において、凝縮器６は、タンク３の内側に配置されている。ただし、凝縮器６がタンク３の外側の所定位置に配置される場合は、タンク３と凝縮器６との間で水を巡回させるように配設されたポンプ（図示せず）によって水を巡回させて加熱することも可能である。さらに、出湯管１１の下流の出湯手段において必要とされる湯量が少ない場合は、伝熱流路９を貫流させるだけで水を加熱することも可能である（図示せず）。この場合は、タンク３を設ける必要はない。

【0027】

ここで、凝縮器６内を流れる熱媒体と伝熱流路９内を流れる水とは平行に、すなわち同じ方向に、流れる。ただし、熱媒体と水と反対方向に流す、すなわち向流を形成するように本構成を設計する、ことも可能である。

【0028】

スケール抑制手段２は、電解用タンク１５と、電解用タンク１５の内部に対向配置された陽極１２および陰極１３と、陽極１２に正電極が接続され、陰極１３に負電極が接続された電源１４とを備える。さらに、スケール抑制手段２は、陽極１２と陰極１３との間に配置されて電解用タンク１５の天井に取り付けられた仕切り板１６と、水を（電解用タンク１５の底部を通して電解用タンク１５内に導くことによって）電解用タンク１５に供給する水供給配管１７とを備える。

【0029】

後で説明するように、水の酸化分解により陽極１２の表面に発生した酸素ガスは、ガス抜き弁２２によって電解用タンク１５の外側へ適切に排気可能である。

【0030】

（電解用タンク１５の全高の１００分の１〜５分の４の長さを有する）仕切り板１６は、陽極１２の上側にたまった酸素ガスが電解用タンク１５の天井に沿って陰極１３側に漏れることを防止するために機能する。

【0031】

電解用タンク１５は、塩化ビニル樹脂またはアクリルなどの高分子樹脂材料製、またはあるいはステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属材料製、であることが好ましい。

【0032】

さらに、（給水検出手段である）流量センサ１９が水供給配管１７に取り付けられ、電源１４に電気的に接続される。水が水供給配管１７を通って電解用タンクに流れ込むと、流量センサ１９からの電気信号により電源１４がオンになるため、所定の電圧が陽極１２と陰極１３との間に印加される。

【0033】

陽極１２は、水の酸化反応を促進する酸化触媒を基材上に設けることによって構成される。メッシュ構造を有するチタンエキスパンドメタルまたは金属繊維の焼結材料が基材のために用いられる。具体的には、繊維径２０μｍおよび長さ５０〜１００ｍｍのチタン（Ｔｉ）モノフィラメントが複数織編された焼結材料で形成された密度２００ｇ／ｃｍ^２の（例えば厚さ３００μｍの）織布を使用可能である。陽極１２は、基材のチタン表面を酸化触媒である酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）またはプラチナ（Ｐｔ）で密度０．１〜５．０ｍｇ／ｃｍ^２でめっきすることによって形成される。水の酸化反応は陽極１２で進行するため、エキスパンドメタルを基材として使用する場合は、水と基材との間の接触面積が大きいことが好ましい。具体的には、１インチ当たり１０以上の開放孔を有するエキスパンドメタルを使用することが好ましい。

【0034】

陰極１３は、電解用タンク１５の壁（電解用タンク１５の外側を電解用タンク１５の内側から隔てる壁）の一部を構成する。したがって、陰極１３の第１側面は電解用タンク１５の内側に面し、第１側面とは反対の側である陰極１３の第２側面は電解用タンク１５の外側に面する。陰極１３の本体は、電解用タンク１５の内側に配置される。ただし、陰極の複数部分が電解用タンク１５の内側に配置され、陰極の複数部分が電解用タンク１５の外側に配置されるように、陰極を電解用タンク１５の側壁に組み込むことも可能である（ここでは不図示）。この陰極１３は、電解用タンク１５の外側の空気と電解用タンク１５の内側の水とが陰極１３によって隔てられた場合に、水の漏出を防ぎ、かつ酸素の還元反応を促進するように、撥水性を有する多孔質の導電性基材で構成される。一般に、陰極１３の導電性基材の有孔率は、３０％と８０％（両端を含む）の間、好ましくは５０％と７０％（両端を含む）の間、にすることができる。ただし、他の有孔率値も可能である。

【0035】

基材としては、チタン（Ｔｉ）などの金属繊維の焼結材料、メッシュ構造を有するエキスパンドメタル、または炭素系材料を使用可能である。特に、繊維径２０μｍおよび長さ５０〜１００ｍｍのモノフィラメントが織編された（例えば厚さ３００μｍの）チタン織布を金属繊維メッシュ構造の基材として使用可能である。平均孔径が１０μｍと１００μｍの間の範囲内であり、有孔率が５％〜４０％の間である発泡チタン材料を金属製焼結基材として使用することも可能である。太さ２００μｍ（例えば、繊維径５〜５０μｍ、空隙率２０〜８０％）の炭素繊維を炭素系基材として使用することも可能である。

【0036】

陰極１３は、プラチナ、チタン、モリブデン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、鉄、またはタングステンを還元触媒として密度０．１〜５．０ｍｇ／ｃｍ^２で基材の表面をめっきすることによって形成される。

【0037】

外気（すなわち電解用タンク１５の外側の空気）の圧力および電解用タンク１５の内側の圧力をそれぞれＰ_１およびＰ_２とすると、陰極１３の基材表面と気相液相界面との間に形成される角度θ（単位：度）と、水の表面張力であるγ（単位：Ｎ／ｍ）と、陰極１３の基材の孔径であるｄ（単位：ｍ）との間に次の関係が成り立つ。
Ｐ_１−Ｐ_２＝−（２γ／ｄ）・ｃｏｓ（θ） （１）

【0038】

他方、臨界差圧Ｐ_ｃと空気中の水との接触角θ_ｃ（基材の撥水度を示す物性値）との間には以下の関係が存在する。
Ｐ_ｃ＝−（２γ／ｄ）・ｃｏｓ（θ_ｃ） （２）

【0039】

したがって、外気と水とが隔てられているときに電解用タンク１５内の水の漏出を防止するための条件は、以下のようになる。
Ｐ_１−Ｐ_２＜Ｐ_ｃ＝−（２γ／ｄ）・ｃｏｓ（θ_ｃ） （３）

【0040】

すなわち、基材は、想定された稼働条件に応じて陰極１３の撥水度および孔径が式（３）を満たすように設計される必要がある。特に、接触角θ_ｃが１０６°であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））基材として使用する場合、圧力差Ｐ_１−Ｐ_２が２０ｋＰａであれば、孔径を２μｍ以下にする必要がある。

【0041】

孔径を十分に小さくすることが難しいために十分な撥水性を上記基材（または還元触媒でめっきされた基材）で殆ど得ることができない場合は、基材（または還元触媒でめっきされた基材）の多孔質層で電極を形成し、その複数部分（外気側に面する陰極の基材層の複数部分）を式（３）を満たす撥水材料を有する別の多孔質層で覆うことも可能である。例えば、孔径５０μｍおよび有孔率２０％のチタン焼結材料を使用する場合は、式（３）から計算された臨界圧力Ｐ_ｃは約２ｋＰａと極めて小さい。この場合、チタン焼結基材の外気側の一部をテフロン（登録商標）で覆うことによって孔径を２μｍに縮小できれば、臨界圧力２０ｋＰａを得ることができる。あるいは、外気の圧力と電解用タンク１５内の圧力との間の差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）を２０ｋＰａにする必要がある場合は、漏水を発生させずにスケール抑制デバイス２の稼働を保証するために、孔径２μｍ台のテフロン（登録商標）シートを陰極の基材に組み込むことによって、またはこの基材のチタン焼結材料の外気側をこのようなテフロン（登録商標）シートで覆うことによって、この差圧値を実現することができる。

【0042】

水流量（時間単位当たりのリットル）は変動しうるので、スケール抑制手段２のサイズを一義的に決めることができない。特に、電極１２、１３間の電圧によって印加される電流と、電解用タンク１５の容積と、陽極１２および陰極１３の表面積とは、水流量に比例して増大させることが望ましい。

【0043】

他方、電流特性（印加電圧に対する電流）は、電極間に存在する媒体としての水の品質（すなわち、その導電率）と、陽極１２と陰極１３の間の電極間距離および電極面積などの形状関連の要因とに応じて変動する。

【0044】

電極間距離が１ｍｍ以下であると、陰極１３の近くの反応と陽極１２の近くの反応との間で相互干渉が発生する。さらに、通常の水道水では導電率が低いため、電極間距離が４０ｍｍ以上の場合は、必要とされる処理能力を得るには４０Ｖ以上の電圧が必要とされる。４０Ｖ以上では陽極１２に使用される金属材料が急速に腐食するため、４０Ｖ以上を使用することは実際には望ましくない。したがって、電極間距離は、１ｍｍと４０ｍｍの間（両端を含む）の範囲内に設計されることが好ましい。

【0045】

次に、伝熱流路９へのスケール付着をスケール抑制手段２によって防止するための仕組みと、スケール抑制手段２において進行する水素ガス発生を抑止するための仕組みとを詳細に説明する。

【0046】

上記構造を有する給湯器において、水は水供給配管１７を通ってスケール抑制手段２の電解用タンク１５に流入する。陽極１２の下側から流入した水は、その後、陽極１２から陰極１３側に流れ、次に陰極１３の上側から水出口配管２１を通って排出される。

【0047】

電解用タンク１５内では、電源１４によって電圧が印加されると、陽極１２において水の電離が発生するため、以下の式（４）に示されるように酸素が発生する。

【0048】

【数1】

【0049】

上記は、通常の電極電位Ｅ_１が１．２２９Ｖの場合である。
陰極１３では、以下の式（５）および（６）に示されているように、水と、酸素と、電子との間の反応によりＯＨ⁻イオンが発生する。

【0050】

【数2】

【0051】

上記は、通常の電極電位Ｅ_２が０．４０１Ｖの場合である。

【0052】

【数3】

【0053】

上記は、通常の電極電位Ｅ_３が−０．０６５Ｖの場合である。
陰極１３の電位さらに下がると、以下の式（７）に示されるように、ＯＨ⁻イオンが発生すると同時に、水の還元反応により可燃性水素ガスが発生する。

【0054】

【数4】

【0055】

上記は、通常の電極電位Ｅ_４が−０．８２８Ｖの場合である。
式（５）〜（７）の還元反応によりＯＨ⁻イオンが発生した結果として、陰極１３の近くのｐＨ値が高くなる。したがって、以下の式（８）に示されるように、水中に溶解しているＣａイオンとＨＣＯ_３イオンとの間の反応により炭酸カルシウムの核が陰極１３において生成される。
Ｃａ^２＋＋ＨＣＯ_３⁻＋ＯＨ⁻→ＣａＣＯ_３↓＋Ｈ_２Ｏ （８）

【0056】

したがって、電源１４に印加される電圧を制御して陰極１３の電位ＥをＥ_２Ｖ以下およびＥ_４Ｖ以上に設定することによって、式（５）および（６）の反応を（式（７）による反応と比較して）選択的に進行させることができるため、式（７）の水素ガスの発生を完全に抑止することができる。ただし、実用的な見地からは、ＯＨ⁻イオンの生成速度を加速するには、上記電位ＥをＥ_４以下に設定してより多くの電流を供給する必要がある。このような場合、溶解酸素が不十分になると（すなわち、遊離酸素の不足が発生すると）、式（５）および（６）の反応速度が極端に低下し、所望されるＯＨ⁻イオンの生成に比べ、水素ガスの生成量が増す。

【0057】

本実施形態において、スケール抑制手段の陰極は、多孔質導電材料で形成され、外気と水とを隔てるように電解用タンク１５に組み込まれる。したがって、酸素の溶解速度が劇的に増せば、式（５）および（６）の反応を選択的に進行させることができる。したがって、式（７）の水電解による可燃性水素ガスの発生を抑止することが可能である。

【0058】

スケール抑制手段によって炭酸カルシウムの核が一旦生成されると、水道水中に過剰に存在するＣａイオンとＨＣＯ_３イオンとを核の表面に析出させやすくなり、式８の反応が引き続き進行する。すなわち、伝熱流路９に到達する前に、電解用タンク１５内の陰極１３の表面以外の複数位置および水出口配管２１の内側において、水道水中のＣａイオンの濃度およびＨＣＯ_３イオンの濃度が徐々に低下する。この結果、水道水が経路９内で加熱された場合でも炭酸塩結晶（スケールと呼称）が析出しないレベルにまで、Ｃａイオン濃度とＨＣＯ_３イオン濃度とを低下させることができる。したがって、伝熱流路９の表面で炭酸カルシウムが生成されて当該表面に炭酸カルシウムが付着することを確実に防止することが可能である。

【0059】

したがって、スケール抑制手段２は、炭酸カルシウムの核を水道水中に生成する。生成された核が陰極１３に付着することは、以下の理由により望ましくない。陰極１３の表面に付着した核をベースとしてスケール層が形成されると、スケール自体が導電性でないため、陰極１３の表面における電気抵抗が増す。通常の水質の水道水の導電率は低いため、厚さ０．１ｍｍ以上のスケール層が形成されると、必要とされる処理能力を得るために４０Ｖ以上の電圧が必要となる場合がありうる。４０Ｖ以上では陽極１２に使用されている金属材料の腐食が急速に進むため、このような高電圧は実用上望ましくない。さらに、炭酸カルシウムの核が陰極１３の表面に付着すると、水道水中の核濃度が低下する。したがって、伝熱流路９に到達する前に、水道水中のＣａイオン濃度とＨＣＯ_３イオン濃度とを十分に低下させることができない。

【0060】

ここで、陰極１３の近くで生成された炭酸カルシウムが陽極１２の近くに到達すると、この炭酸カルシウムは生成されたＨ^＋によって再度溶解される（式（４）を比較）。したがって、（図１に点線矢印で示されているように）陽極１２から陰極１３へのスムーズな水の流れが実現されるような電解用タンク１５の幾何学的構造が実現されるように、スケール抑制手段２の水供給配管１７および水出口配管２１または電解用タンク１５のそれぞれの位置が選択される。

【0061】

スケール抑制手段２の電解用タンク１５の水出口配管２１の近くにおいて、陽極１２の近くで生成された酸性水と陰極１３の近くで生成されたＣａＣＯ_３の核を含むアルカリ水とが混合されて中和され、中性水になる。

【0062】

スケール抑制手段２とタンク３との間における水の滞留時間が長すぎると、スケール抑制手段２によって生成された核とその主成分であるＣａＣＯ_３とが再度溶解するという望ましくない問題がある。

【0063】

これを回避するには、生成されるスケール核の粒子径が１μｍ以下である場合は、電解用タンク１５の上部に接続された水出口配管２１の内部での水道水の滞留時間を千秒以下に制限するだけでよく、粒子径が１〜５μｍの間の範囲内である場合は５万秒以下に制限するだけでよい。

【0064】

第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態によるスケール抑制デバイスを有する給湯器を示す概略構造図である。

【0065】

第２実施形態は、非通気性の緻密構造を有する導電材料１３ｂを陰極材料として使用する。

【0066】

基材としては、外気の圧力と電解用タンク１５の内部圧力との間の圧力差に当該基材が耐えられる厚さを有するチタン（Ｔｉ）や炭素などで作られた板を使用する。例えば、厚さが０．１〜１０ｍｍ台のチタン板を使用可能である。あるいは、厚さが０．１〜１０ｍｍ台の気密性炭素板を使用可能である。したがって、この実施形態においては、陰極１３ｂは電解用タンク１５の外壁の複数部分も形成する。

【0067】

さらに、陰極１３ｂの基材の表面は、電解用タンク１５内の水が接触する側がプラチナ、チタン、モリブデン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、鉄、またはタングステンを還元触媒として密度０．１〜５．０ｍｇ／ｃｍ^２でめっきされる。

【0068】

第２実施形態のスケール抑制手段２は、酸素ガス供給源（図示せず）と、酸素ガスを陰極１３ｂに直接供給する、すなわち酸素ガスを陰極１３ｂの表面の直近で放出する酸素供給管２３とを備える（陰極１３ｂの近位にある管２３の端部と陰極１３ｂの表面との間の距離を５ｍｍ以下に、または２ｍｍ以下にさえ、することができる）。これを実現するために、酸素供給管２３は、電解用タンク１５の外側（電解用タンク１５が酸素供給源に接続される場所）から電解用タンク１５の上部天井を通って電解用タンク１５の内側に導かれ、陰極の内壁の直近に終端し、運ばれてきた酸素をこの壁部分に向けて放出する。

【0069】

この実施形態においては、外気は多孔質導電性陰極を通って処理水に直接流入することができない。ただし、それにも拘らず、陰極１３の内面の直近での酸素ガスの溶解により、（上記の式（５）および（６）により）陰極１３ｂの表面における酸素の還元反応を促進させることが可能である。

【0070】

この構造の残りの部分、その動作、およびその効果は、第１実施形態と同じである。

【0071】

第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態によるスケール抑制デバイス２を有する給湯器を示す概略構造図である。

【0072】

第３実施形態において、スケール抑制手段２は、水および水素イオンを透過させるが、酸素ガスの通過を阻止する隔膜３０を備える。膜３０は、電解用タンク１５の内側を２つの独立した区画、すなわち１つの陽極区画（左）と１つの陰極区画（右）、に分割することによって陽極１２を陰極１３から完全に隔てる。これを実現するために、膜３０は陽極１２と陰極１３との間に電解用タンク１５の内側の全高にわたって設けられる。水を電解用タンク１５の陽極１２側の区画に供給するように１つの水供給配管１７が配設され、水を陰極１３側の区画に供給するように１つの水供給配管１８が配設される。さらに、水供給検出手段である流量センサ１９、２０が水供給配管１７、１８にそれぞれ取り付けられ、電源１４に電気的に接続される。水が水供給配管１７または水供給配管１８のどちらか一方を通って（または両方を通って）流れると、流量センサからの電気信号に基づき電源１４がオンになり、所定の電圧が陽極１２と陰極１３との間に印加される。

【0073】

隔膜３０には、プロトン伝導性イオン交換膜、アニオン伝導性イオン交換膜、多孔質有機膜、多孔質無機膜などが用いられる。

【0074】

特に、ペルフルオロスルホン酸膜を隔膜３０として使用可能である。この膜の材料は、水分と水素イオンのみを通し、電気絶縁よって気体を阻止することのみが求められる。したがって、代わりに、ポリベンゾイミダゾール系イオン交換膜、ポリベンゾキサゾール系イオン交換膜、ポリアリーレンエーテル系イオン交換膜などを利用することも可能である。

【0075】

第３実施形態の給湯器は、陰極１３の近くの反応と陽極１２の近くの反応との間で干渉が一切発生しないという利点を有する。したがって、隔膜３０がない第１実施形態と比べると、電極間距離の採択可能範囲がより広い点と、両電極の近くでの水流制御が不要である点とが有利である。

【0076】

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、スケール抑制手段２の陰極は、多孔質導電材料から成り、外気と水とを隔てるように配置される。したがって、酸素の溶解速度が劇的に増すため、式（５）および（６）の反応を選択的に進行させることができる。したがって、水電解による可燃性水素ガスの発生を抑止することが可能である（式（７）を比較）。

【0077】

陽極１２の近くで生成された酸性水は、スケール抑制手段２の電解用タンク１５から流出した後、陰極１３の近くで生成されたＣａＣＯ_３の核を含むアルカリ水と混合される。これは、２つの区画の上部にそれぞれ水出口配管を設けることによって実現される。２つの水出口配管はその後に連結され、入水管１０に接続される単一の水出口配管２１に接続される。スケール抑制手段２とタンク３との間における水の滞留時間が長すぎると、スケール抑制手段２によって生成された核とその主成分ＣａＣＯ_３とが再度溶解する。

【0078】

これを回避するには、生成されるスケール核の粒子径が１μｍ以下の場合は電解用タンク１５の上部に接続される水出口配管２１の内部における水道水の滞留時間を千秒未満にするだけでよく、粒子径が１〜５μｍの間の範囲内である場合は５万秒未満にするだけでよい。

【0079】

この構造の残りの部分、その動作、およびその効果は第１実施形態と同じである。

【0080】

比較例
次に、第１〜第３実施形態の給湯器に関して、給湯器本体１の伝熱流路９において達成されるスケール付着防止効果の実例を説明する。

【0081】

特に、スケール抑制手段２による溶液中のスケール生成量、陰極１３における複数の電気化学反応（すなわち式（５）〜（７））間の水素ガス発生（すなわち式（７））の進行率、および通常条件下での１０年間の使用に相当する給湯器の稼働を実施した後の伝熱流路９に形成されたスケールの厚さに関して比較を行う。

【0082】

比較Ｉ．（図４）
第１および第２実施形態の給湯器とそのスケール抑制デバイスと使用し、後述の条件下でスケール抑制手段２と電源１４とを稼働させて水道水を処理した場合のスケール付着防止効果または抑制効果についてそれぞれ説明する。

【0083】

スケール抑制手段２の条件は、電極面積１ｄｍ^２、電圧１２Ｖ、電極間距離５ｍｍ、および電解用タンク１５の容積０．５Ｌとして設定した。仕切り板１６の長さは、電解用タンク１５の全高の５分の１に設定した。

【0084】

陽極１２は、繊維径２０μｍおよび長さ５００ｍｍのモノフィラメントが複数織編された焼結材料である厚さ３００μｍおよび密度２００ｇ／ｃｍ^２の織布で形成された。この基材の表面のめっき処理は、酸化触媒である酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）を用いて密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２で行われた。

【0085】

実施例１では、陰極１３は、繊維径２０μｍおよび長さ５００ｍｍのチタンモノフィラメントが複数織編された焼結材料である厚さ３００μｍおよび密度２００ｇ／ｃｍ^２の織布で形成された。この基材の表面のめっき処理は、プラチナで密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２で行われた。さらに、孔径が５μｍ台であるテフロン（登録商標）シートを陰極１３の外気側の基材に組み込んだ。代わりに、孔径１００μｍおよび有孔率３０％の発泡チタン基材を使用した別の陰極１３を基材として使用することもできる。この基材の表面のめっき処理は、プラチナで密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２で行われた。さらに、孔径が５μｍ台であるテフロン（登録商標）シートを陰極１３の外気側の基材に組み込んだ。

【0086】

上記配管１７、１５、２１、１０、９、および１１は、電解用タンク１５の上部に接続された水出口配管２１の内部における水道水の滞留時間が５００秒台になるように設計された。

【0087】

水道水はＣａ^２＋濃度が１２０ｍｇ／Ｌ、アルカリ度が２００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが６．８、および溶解酸素の濃度が５ｍｇ／Ｌであり、水供給配管１７から電解用タンク１５に流量１００ｍｌ／ｍｉｎで供給された。直流電圧１２Ｖが電源１４を介して印加されているとき、電流は１．０Ａで一定して流れていた。

【0088】

実施例１の上記条件は、第１実施形態において使用可能なパラメータの単なる一例であり、第１実施形態を稼働させることによって本発明の主利点を得るために稼働条件を制限するものではない。

【0089】

さらに、実施例１に対する比較例（実施例２）として、第２実施形態による非通気性の緻密構造を有する導電性材料で形成された陰極１３ｂに酸素ガスが供給された場合のスケール付着防止効果を調べた。陽極１２は、実施例１の陽極と同じ材料および同じ面積で形成された。陰極１３ｂは、厚さ１ｍｍのチタン板上に密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２のプラチナでめっき処理を行うことによって形成された。さらに、酸素ガスを０〜５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素供給管２３から陰極１３の表面に直接供給した。この酸素ガスは、陰極１３の近位にある酸素供給管２３の端部に配置された分散板（図示せず）によって０．０１と５ｍｍの間のサイズの気泡として分散された。実施例１および２の結果が図４に示されている。

【0090】

第１実施形態で説明したスケール抑制手段２では、直流電圧１２Ｖを印加することによって溶解Ｃａ^２＋濃度を１２０ｍｇ／Ｌから４０ｍｇ／Ｌに低下させた。炭酸カルシウム２００ｍｇ／Ｌに相当するスケール粒子が溶液中に生成された。これは、溶液から消滅したＣａ^２＋濃度に匹敵する８０ｍｇ／ＬのＣａ^２＋に相当する。すなわち、スケール粒子（と主成分ＣａＣＯ_３）が陰極１３の近くで析出されたために、Ｃａ^２＋濃度が低下したと考えられる。陰極１３の近くから抽出した溶液を測定したところ、ｐＨ値１０．５のアルカリ性であった。

【0091】

さらに、陰極１３の表面近くで僅かな水素ガスの発生が認められた。この水素ガスの生成量により、式（７）の上記反応で消費される電流量は０．０５Ａであることが実証された。陽極１２と陰極１３との間に流れる総電流量は１．０Ａであったので、水素ガスの生成効率は５％であった。

【0092】

次に、第２実施形態のスケール抑制手段２を用いた実施例２では、直流電圧１２Ｖが印加されたときに炭酸カルシウム１８０〜１９０ｍｇ／Ｌに相当するスケール粒子が溶液中に生成された。陰極１３の近くの溶液を測定したところ、ｐＨ値が１０．６と１０．７との間であるアルカリ性であった。水素ガスの生成効率は、酸素ガスの流量に応じて変動していた。第２実施形態の構成において酸素ガスの供給を停止したときの効率は９９％であり（図４の実施例３を比較）、第２実施形態の構成において酸素ガス供給量が１Ｌ／ｍｉｎ以上であったときの効率は９０％であった（図４の実施例２を比較）。

【0093】

酸素ガス供給量が１Ｌ／ｍｉｎ以上の場合は、供給された酸素の気泡により、陽極と陰極との間での電解液の分散が妨げられた。したがって、一定の直流電圧が印加されていたにも拘らず、電流の印加が不安定になった。

【0094】

したがって、陰極に対する酸素供給手段に関しては第１実施形態は第２実施形態より有効であることと、第２実施形態も単位印加電流当たりの水素ガス生成量を低減させているとしても、第１実施形態は単位印加電流当たりの水素ガス生成をはるかに良好に抑止することとが分かる。

【0095】

本発明によると、スケール抑制手段２の陰極は、第１実施形態においては多孔質導電材料で形成され、外気と電解用タンク内の水とを隔てるように配置される。したがって、酸素の溶解速度が劇的に増し、水電解による可燃性水素ガスの発生を抑止できると同時に、伝熱流路９へのスケール付着を確実に防止できる。

【0096】

比較ＩＩ．（図５）
第１実施形態による３つの実施例（上記の実施例１、実施例４、および実施例５。図５で比較）における、すなわち第１実施形態の給湯器を用いて後述の条件下でスケール抑制手段２と電源１４とを稼働させて水道水を処理した場合の、スケール付着防止効果について説明する。

【0097】

実施例４では、陰極１３は、繊維径２０μｍおよび長さ５００ｍｍの炭素モノフィラメントが複数織編された焼結材料である厚さ３００μｍおよび密度２００ｇ／ｃｍ_２の織布で形成された。この基材の表面のめっき処理は、プラチナで密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２で行われた。さらに、孔径が５μｍ台のテフロン（登録商標）シートを陰極１３の基材の外気側に組み込んだ。

【0098】

水道水はＣａ^２＋濃度が１２０ｍｇ／Ｌ、アルカリ度が２００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが６．８、溶解酸素の濃度が５ｍｇ／Ｌであり、流量１００ｍｌ／ｍｉｎで水供給配管１７から電解用タンク１５に供給された。直流電圧１２Ｖを印加することによって電流は１．０Ａで一定して流れた。

【0099】

これらの条件は、第１実施形態のための制御パラメータの単なる一例であり、第１実施形態による構成を稼働させることによって本発明の主利点を得るためにこの実施形態の稼働条件を限定するものではない。

【0100】

したがって、実施例４の陰極１３の基材は実施例１のものとは異なるが、その他の条件は同じままである。比較例ＩＩの結果が図５に示されている。

【0101】

第１実施形態で説明したスケール抑制手段２では、直流電圧１２Ｖの印加によって溶解Ｃａ^２＋の濃度が１２０ｍｇ／Ｌから４８ｍｇ／Ｌに低下した。炭酸カルシウム１８０ｍｇ／Ｌに相当するスケール粒子が溶液中に生成された。これは、溶液から消滅したＣａ^２＋濃度に匹敵する７２ｍｇ／ＬのＣａ^２＋に相当する。すなわち、スケール粒子と主成分ＣａＣＯ_３とが陰極１３の近くで析出されたために、Ｃａ^２＋濃度が低下したと考えられる。陰極１３の近くから抽出した溶液を測定したところ、ｐＨ値１０．５のアルカリ性であった。

【0102】

さらに、僅かな水素ガスの発生が陰極１３の表面において認められた。この水素ガス生成量により、式（７）の上記反応で消費された電流量は０．０５Ａであることが実証された。陽極１２と陰極１３との間に流れる総電流量は１．０Ａであったため、水素ガスの生成効率は５％であった。

【0103】

次に、実施例１および４において、実施例１および４に対応する給湯器の通常条件下での１０年の使用に相当する稼働を実施した後での伝熱流路９内の壁に形成されたスケールの厚さについて比較を行った。この結果が図５に示されている。スケールの厚さは、実施例１では０．１ｍｍであり、実施例４では２．６ｍｍであった。スケール抑制手段２の電源１４をオフにした場合に１０年の使用に相当する稼働により形成されるスケール層の厚さは３ｍｍであることが既知である。すなわち、スケール付着防止効果は、実施例４においては１４％に過ぎず、実施例１においては９６％に達した。

【0104】

さらに、実施例１および４の陰極１３の精密検査に基づき、炭素製基材（実施例４）には大量のスケール粒子が付着したが、チタン製基材（実施例１）にはほとんど粒子が認められなかったことが実証された。

【0105】

さらに、（直流電圧１２Ｖが印加されたときの）電流値は、実施例１においては稼働時間中ほぼ同じ値に留まっていた。これとは対照的に、実施例４においては、この値は、１０年の使用に相当する期間の稼働後、初期電流値を１００％と規定して比較した場合、３０％〜４０％に徐々に低下した。

【0106】

実施例４の場合は、スケール抑制手段２によって生成されたスケール粒子（すなわち核）が陰極１３に付着した事実による酸素ガス供給速度の低下により、および陰極１３の電気抵抗の増大による抵抗損の結果としての印加電流の低下により、上記問題が引き起こされると想定される。

【0107】

スケール抑制手段２は、炭酸カルシウムの核を水道水中に生成し、生成された核が陰極１３に付着することを回避する。これは、以下が回避されるという利点を有する。すなわち、核が陰極１３の表面に付着してスケール層が形成されると、スケール自体が電気的に非導電性であるため、陰極１３の表面における電気抵抗が増す。さらに、炭酸カルシウムの核が陰極１３の表面に付着すると、水道水中の核濃度が相対的に低下する。したがって、伝熱流路９に到達するまでに、配管内の水道水中のＣａイオン濃度とＨＣＯ_３イオン濃度とを十分に低下させることができない。

【0108】

上記のように、実施例４の炭素基材は、実施例１の基材に比べ、初期性能は同様であったにも拘らず、長期稼働に伴いスケール粒子の付着を徐々に進行させたことが実証された。

【0109】

本発明によると、実施例１および４によるスケール抑制手段２の陰極１３は、多孔質導電材料で形成され、外気と電解用タンク内の水とを隔てるように配置される。したがって、酸素の溶解速度が劇的に増し、水電解による可燃性水素ガスの発生を少なくとも低減（実施例４）、または実質的に抑止（実施例１）することができると同時に、伝熱流路９へのスケール付着を確実に防止できる。

【0110】

また、実施例５に関してスケール付着防止効果（図５で比較）を次に説明する。実施例５では、第３実施形態の、すなわち追加の隔膜３０を有する給湯器において後述の条件下でスケール抑制手段２と電源１４とを稼働させることによって水道水を処理する。

【0111】

陰極１３は、繊維径２０μｍおよび長さ５００ｍｍのチタンモノフィラメントが複数織編された焼結材料である厚さ３００μｍおよび密度２００ｇ／ｃｍ^２の織布で形成された。この基材の表面のめっき処理は、プラチナで密度１．０ｍｇ／ｃｍ^２で行われた。さらに、孔径が５μｍ台である通気性テフロン（登録商標）シートを陰極１３の基材の外気側に組み込んだ。

【0112】

隔膜３０は、水素イオンに対して選択的に伝導性のある、ペルフルオロスルホン酸で構成された厚さ１４０μｍの材料で形成された。

【0113】

水道水は、Ｃａ^２＋濃度が１２０ｍｇ／Ｌ、アルカリ度が２００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが６．８、および溶解酸素濃度が５ｍｇ／Ｌであり、流量１００ｍｌ／ｍｉｎで水供給配管１７から電解用タンク１５に供給された。直流電圧１２Ｖを印加することによって電流は１．０Ａで一定して流れた。

【0114】

上記条件は、第３実施形態のための制御パラメータの単なる例であり、第３実施形態を稼働させるときに本発明の主利点を得るためにこの実施形態の稼働条件を限定するものではない。制御パラメータの残りは実施例１と同じである。実施例５の結果が図５に示されている。

【0115】

第３実施形態で説明したスケール抑制手段では、直流電圧１２Ｖの印加によって溶解Ｃａ^２＋の濃度が１２０ｍｇ／Ｌから２４ｍｇ／Ｌに低下した。炭酸カルシウム２４０ｍｇ／Ｌに相当するスケール粒子が溶液中に生成された。これは、溶液から消滅したＣａ^２＋濃度に匹敵する９６ｍｇ／ＬのＣａ^２＋に相当する。すなわち、スケール粒子と主成分ＣａＣＯ_３とが陰極１３の近くで析出されたために、Ｃａ^２＋濃度が低下したと考えられる。陰極１３の近くから抽出した溶液を判定したところ、ｐＨ値１１．０のアルカリ性であった。

【0116】

さらに、僅かな水素ガスの発生が陰極１３の表面において認められた。この水素ガス生成量により、式（７）の上記反応で消費された電流量は０．０３５Ａであることが実証された。陽極１２と陰極１３との間に流れる総電流量は１．０Ａであったので、水素ガスの生成効率は３．５％であった。

【0117】

次に、実施例１および４と同様に、通常条件下での１０年の使用に相当する給湯器の稼働を実施した後の伝熱流路９に形成されたスケールの厚さについて、実施例５に関して比較を行った。この結果が図５に示されている。実施例５では、スケールの厚さは０．０５ｍｍであった。

【0118】

本発明によると、スケール抑制手段２の陰極は、多孔質導電材料で形成可能であり、この陰極を電解用タンク内に少なくとも部分的に配置することによって、またはこの陰極を電解用タンクの外部ケーシングまたはシェルの一部として配置することによって、外気と水とが隔てられるように設計可能である。したがって、酸素の溶解速度が劇的に増し、水電解による可燃性水素ガスの発生を抑止できると同時に、伝熱流路へのスケールの付着を確実に防止できる。

【符号の説明】

【0119】

１ 給湯器本体、２ スケール抑制手段、３ 加熱された温水を貯蔵するタンク、４ 蒸発器、５ 圧縮器、６ 凝縮器、７ 受液器、８ 膨張弁、９ 伝熱流路、１０ 入水管、１１ 出湯管、１２ 陽極、１３ 多孔質陰極、１３ｂ 非多孔質陰極、１４ 電源、１５ 電解用タンク、１６ 仕切り板、１７ 第１水供給配管、１８ 第２水供給配管、１９ 第１センサ、２０ 第２センサ、２１ 水出口配管、２２ ガス抜き弁、２３ 酸素供給管、３０ 隔膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】