JP3700355B2

JP3700355B2 - 浄水器

Info

Publication number: JP3700355B2
Application number: JP32574297A
Authority: JP
Inventors: 匡史貞平; 洋次上谷; 信二近藤; 隆行浦田; 秀和山下; 英樹大森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: JPH11156346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カルキやトリハロメタンを除去し、その除去能力を回復する機能を持つ浄水器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、活性炭の除去能力を回復させるためには、シーズヒータなどの発熱体を用いて活性炭を加熱する方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法で活性炭を加熱する場合、活性炭の熱伝達が悪いためと、熱源に面している部分の温度が高くなり過ぎ、全体を加熱するのに非常に時間がかかるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するための浄水器を提供するものであり、活性炭加熱に供する単位体積当たりの発熱面積が広く、均一に加熱を行うことができる発熱体を用いて活性炭を加熱することで、活性炭を均一かつ高速に加熱することができる浄水器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、活性炭と、前記活性炭を加熱するための発熱体と、前記活性炭および発熱体を収納する容器と、前記発熱体を前記容器の外側から誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記活性炭の温度を検知する活性炭温度測定手段と、前記高周波電力供給手段および活性炭温度測定手段の動作を制御する工程制御手段とを備え、前記発熱体には少なくとも一部が電気的に閉回路となるように形成した金属板を有する浄水器としたものであり、活性炭加熱に供する単位体積当たりの発熱面積が広く、均一に加熱を行うことができる発熱体を用いて活性炭を加熱することで、活性炭を均一かつ高速に加熱できる浄水器を提供することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、活性炭と、前記活性炭を加熱するための発熱体と、前記活性炭および発熱体を収納する容器と、前記発熱体を前記容器の外側から誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記活性炭の温度を検知する活性炭温度測定手段と、前記高周波電力供給手段および活性炭温度測定手段の動作を制御する工程制御手段とを備え、前記発熱体には少なくとも一部が電気的に閉回路となるように形成した金属板を有する浄水器としたものである。また、請求項２記載の発明は、発熱体は、金属板を渦巻き状に形成し巻き始めと巻き終わりを電気的に接続した構造を有するものである。
【０００７】
これにより除去能力回復時には、高周波電力供給手段から高周波電力を加熱コイルに与え、誘導加熱の原理により発熱体を加熱することで活性炭を加熱する。
この時の発熱体を、巻始めと終わりが電気的に接続された渦巻き状にすることで、活性炭加熱に供する単位体積当たりの発熱面積を広くし、かつ均一に加熱を行うことができ、活性炭を均一かつ高速に加熱することができる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、発熱体として、隣り合う面に流れる渦電流が反対方向に流れるように金属板を形成した構造を有する浄水器としたものであり、均一加熱性を高めることができるため局部的な高温部がなく活性炭加熱温度を高く設定でき、除去能力回復時間をより縮めることができる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、発熱体として、複数の非磁性金属環を同心円状に配置した構造を有する浄水器としたものであり、製造が簡単な形状で、単位体積あたりの発熱面積を大きくすることができるため、除去能力回復機能を持つ浄水器を安価に提供することができる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、発熱体として、磁性金属板を星形に屈曲させて形成した構造を有する浄水器としたものであり、製造が簡単な形状で、しかも誘導加熱を行い易い金属板で、単位体積あたりの発熱面積を大きくすることができるため、除去能力回復を行うことができる浄水器をより安価で簡便に製造することができる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、計時手段を有する浄水器としたものであり、計時手段を用いることで、使用者が設定した時間に除去能力回復を行うことことができ、浄水器使用を妨げずに除去能力回復を行うことができる浄水器を提供できる。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、流量積算手段を有する浄水器としたものであり、流量積算手段を用いることで、浄水が行われた量に応じて除去能力回復を行うことができ、除去能力回復のために必要なエネルギーを節約することができる浄水器を提供できる。
【００１３】
また、請求項８記載の発明は、吐出水温度測定手段を有する浄水器としたものであり、吐出温度測定手段により高周波電力を調節し、湯を吐出することができる浄水器を提供できる。
【００１４】
また、請求項９記載の発明は、発熱体と加熱コイルを内側に包含するように閉磁路を設けた浄水器としたものであり、閉磁路を設けることで、加熱コイルと熱交換素子の磁気的な結合を向上し、除去能力回復時の加熱を行い易くすることができる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
以下、実施例１について添付図面を基に説明する。図１において、１０１はカルキやトリハロメタンを除去するための活性炭、１０２は除去能力を回復させるための発熱体、１０３は活性炭１０１および発熱体１０２を収納するための容器、１０４は発熱体１０２を誘導加熱するための加熱コイル、１０５は加熱コイルに高周波電力を供給するための高周波電力供給手段、１０６は活性炭１０１の温度を測定する活性炭温度測定手段、１０７は高周波電力供給手段１０５および活性炭温度測定手段１０６の動作を制御する工程制御部である。
【００１６】
なお、発熱体１０２にはステンレス板、高周波電力供給手段１０５にはインバータ回路、活性炭温度測定手段１０６にはサーミスタ、工程制御部１０７にはマイクロコンピュータを用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００１７】
通常、使用者は容器１０３内に水を通し、活性炭１０１によりカルキやトリハロメタンを除去した水を飲用に利用する。
【００１８】
使用者の指示で除去能力回復が開始されると、工程制御部１０７は高周波電力供給手段１０５を動作させ、加熱コイル１０４により発熱体１０２に電力を供給する。この時、発熱体１０２のステンレス板内部には、加熱コイルに流れる高周波電流により生じた磁束が通り、渦電流が発生する。よって、発熱体１０２にはジュール熱が生じ、発熱したステンレス板により活性炭１０１が加熱されることになる。工程制御部１０７は活性炭温度測定手段１０６により活性炭温度の過度に上昇しないよう（例えば２００℃）監視しながら高周波電力供給手段１０５の動作を入り切りして活性炭１０１の加熱を行い、所定時間（例えば２分）加熱を行った後に加熱を終了する。
【００１９】
トリハロメタンの除去は、活性炭１０１の吸着作用によって行われるが、吸着した低沸点有機物は、活性炭１０１の温度を水の沸点近くまで上昇させることで、放出させることができる。この時、放出されたトリハロメタンは、蒸気となった水と共に活性炭１０１外に排出される。よって、上記のように発熱体１０２により活性炭１０１の温度を上昇させることでトリハロメタン除去能力を回復させることができる。また、カルキは反応によって除去されるが、トリハロメタンを除去することでカルキ除去のための反応面積を回復できるため、カルキ除去能力を回復することにもつながる。
【００２０】
図２にこの発熱体１０２の構造を示す。ここで実線で示されている２０１はステンレス板による渦巻き構造で、接続構造２０２により巻始めと終わりを電気的に接続されている。接続構造２０２によりステンレス板２０１は電気的な閉ループを形成するため、ステンレス板２０１には均一な渦電流が流れる。よって、ジュール熱も均一になるため、渦巻き構造の間隔を狭めることにより、単位体積あたりの熱交換面積が大きい均一熱源を実現できる。このように接続構造２０２を用いて電気的な閉ループを作ることで、非磁性ステンレスでも大きな渦電流を流せるようになる。
【００２１】
また、この構造の空隙部の水が通る部分は活性炭１０１で埋められ、カルキやトリハロメタンを除去する部分として機能する。
【００２２】
ここで、発熱体１０２の熱交換面積をＡ，発熱体１０２から与えられる電力の熱量をＱ，活性炭１０１への熱伝達率をｈ，発熱体１０２の温度と活性炭１０１の熱伝達面の温度差をΔＴとすると、これらの関係は、ΔＴ＝Ｑ／（Ａ・ｈ）で表せる。ΔＴが小さいほど、活性炭１０１の熱伝達面の温度を低くすることができるため、渦巻き構造の巻数を多くとり、発熱面積を大きくすることでΔＴを小さくし、熱量Ｑを多く与えて均一かつ高速に活性炭１０１を加熱することができる。
【００２３】
以上で述べたような動作により、活性炭加熱に供する単位体積当たりの発熱面積が広く、均一に加熱を行うことができる発熱体１０２を用いて活性炭を加熱することで、活性炭１０１を均一かつ高速に加熱することができる浄水器を提供できる。
【００２４】
なお、本実施例では発熱体１０２の金属板としてステンレスを用いたが、渦電流が発生する金属板であれば何でもよいことはいうまでもない。
【００２５】
また、本実施例では発熱体１０２を除去能力回復のために用いたが、加熱により殺菌を行うことができる。
【００２６】
（実施例２）
以下、実施例２について添付図面を基に説明する。図３は、実施例２の発熱体３０１を示す図である。この図において実線で示されている発熱体３０１はステンレス板で構成されており、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
また、この構造の空隙部の水が通る部分は活性炭１０１で埋められ、カルキやトリハロメタンを除去する部分として機能する。
【００２８】
発熱体を渦巻き状に構成し、渦巻き構造の間隔を近づけると、図４（ａ）に示すように隣り合う金属板に流れる渦電流により発生する磁束が打ち消し合うため、渦巻きの内部に行くほど渦電流が減少し均一ではなくなってしまうが、図３のように熱交換素子を構成することで、図４（ｂ）のように隣り合う磁束が強め合う方向になるため渦電流の減少が生じず均一な渦電流が流れることになる。よって、隣り合う金属板の距離を小さくでき、単位体積あたりの熱交換面積をより広くとることができるので、ΔＴ＝Ｑ／（Ａ・ｈ）の関係から、発熱体１０２の温度と活性炭１０１の熱伝達面の温度差であるΔＴを、より小さくすることができる。
【００２９】
以上で述べたような動作により、より均一加熱性が高い発熱体１０２を構成し、活性炭１０１を加熱することで、除去能力回復時間をより縮めることができる浄水器を提供できる。
【００３０】
（実施例３）
以下、実施例３について添付図面を基に説明する。図５は、実施例３の発熱体５０１を示す図である。この図において実線で示されている発熱体５０１は非磁性ステンレス板で構成されており、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３１】
また、この構造の空隙部の水が通る部分は活性炭１０１で埋められ、カルキやトリハロメタンを除去する部分として機能する。
【００３２】
加熱コイル１０４の長さが直径に比して充分に長く、理想コイルに近い場合は、コイル内の磁束は一様になる。この場合、非磁性ステンレスは透磁率が１であるため、図５に示すような同心円状に非磁性ステンレス板を構成すれば、非磁性ステンレス板を通る磁束も一様となる。よって、各円周毎に均一な渦電流が流れることになり均一熱源が実現できる。図５のように発熱体５０１を構成し、同心円の数を増やすことで熱交換面積を広くとることができるので、ΔＴ＝Ｑ／（Ａ・ｈ）の関係から、発熱体１０２の温度と活性炭１０１の熱伝達面の温度差であるΔＴを、より小さくすることができる。
【００３３】
以上で述べたような動作により、より製造が簡単な形状で、単位体積あたりの熱交換面積を大きくした複数の非磁性金属環の発熱体を構成することで、除去能力回復機能を安価に提供できる。
【００３４】
なお、発熱の均一性をそれほど重視しない場合は、加熱コイル１０２の形状を理想コイルに近い形状にする必要がないことはいうまでもない。
【００３５】
（実施例４）
以下、実施例４について添付図面を基に説明する。図６は、実施例４の発熱体６０１を示す図である。この図において実線で示されている発熱体６０１は磁性ステンレス板で構成されており、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
また、この構造の空隙部の水が通る部分は活性炭１０１で埋められ、カルキやトリハロメタンを除去する部分として機能する。
【００３７】
誘導加熱を行う際に流れる渦電流は、表皮効果と呼ばれる現象により渦電流の流れる金属板の表面に集中する。この渦電流が流れる厚さを示す表皮厚さδは、体積抵抗率をρ，角周波数をω，透磁率をμとすると、δ＝（２ρ／(ω・μ)）^（1/2）で表される。よって、透磁率μが高い磁性ステンレスは、表皮厚さが非磁性ステンレスに比べ非常に薄くなる。例えば、磁性ステンレスであるSUS430の表皮厚さは２０[kHz]で約０.２８[mm]，非磁性ステンレスであるSUS304の表皮厚さは２０[kHz]で約３.０２[mm]である。なお、この表皮厚さは鋼種が変わってもほぼ同じくらいである。一般的に入手し易いステンレスの厚さは０.３[mm]くらいであるので、磁性ステンレスを使用する場合は薄板ステンレス板一枚分くらいしか渦電流は流れない。よって、一般的な金属板の磁性ステンレスを用いて均一発熱体を構成する場合、表面が一枚の板で構成されている必要がある。よって、図６のように発熱体６０１を構成し、襞の数を増やすことで熱交換面積を広くとることができるので、ΔＴ＝Ｑ／（Ａ・ｈ）の関係から、発熱体１０２の温度と活性炭１０１の熱伝達面の温度差であるΔＴを、小さくすることができる。
【００３８】
以上で述べたような動作により、誘導加熱を行い易く、入手し易い厚さの金属を用い、製造しやすい形状で、単位体積あたりの熱交換面積を大きくした発熱体を構成することで、除去能力回復機能をより安価に提供することができる。
【００３９】
（実施例５）
以下、実施例５について添付図面を基に説明する。なお、敢えて述べる部分以外は、実施例１と同様の機能を果たす場合、同一符号をつけて説明を省略する。図７において、７０１は使用者が設定した時間に除去能力回復を行うための計時手段である。計時手段７０１にはマイクロコンピュータを用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００４０】
計時手段７０１は、時計機能と除去能力回復開始時間記憶機能を持つ。使用者は計時手段７０１を操作し、浄水器に除去能力回復を行わせる時間（例えば夜間）を設定する。行程制御部１０７は、計時手段７０１の時計機能を監視し、使用者が設定した時間に、前述の除去能力回復工程を実行する。
【００４１】
以上で述べたような動作により、計時手段を用いることで、使用者が設定した時間に除去能力回復を行うことができ、浄水器使用を妨げずに除去能力回復を行うことができる浄水器を提供できる。
【００４２】
（実施例６）
以下、実施例６について添付図面を基に説明する。なお、敢えて述べる部分以外は、実施例１と同様の機能を果たす場合、同一符号をつけて説明を省略する。
図８において、８０１は浄水が行われた量を測定するための流量積算手段である。流量積算手段８０１には、ホール素子を埋め込んだ羽根車を水路に取り付け、水の流れでこれを回転させ、ホール素子の動きを観測することで得られる水量を、マイクロコンピュータで積算記憶する構成にすることで、この構成を容易に実現できる。
【００４３】
使用者が浄水器を使用すると、流量積算手段８０１は使用された水量を、回転速度と時間から演算して積算する。所定の水量が使用されると工程制御部１０７は使用者に除去能力回復工程の実行を促し、使用者の指示により前述の除去能力回復工程を実行する。
【００４４】
以上で述べたような動作により、流量積算手段を用いることで、浄水が行われた量に応じて除去能力回復を行うことができ、除去能力回復のために必要なエネルギーを節約することができる浄水器を提供できる。
【００４５】
なお、本実施例においては、除去能力回復工程を行う水量を固定としているが、使用される環境により増減できるようにしてもよい。
【００４６】
（実施例７）
以下、実施例７について添付図面を基に説明する。なお、敢えて述べる部分以外は、実施例１と同様の機能を果たす場合、同一符号をつけて説明を省略する。
図９において、９０１は活性炭１０１を通った後の水温を測定するための吐出温度測定手段、９０２は吐出温度設定手段である。吐出温度測定手段９０１にはサーミスタ、吐出温度設定手段９０２にはスイッチを用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００４７】
使用者が吐出温度設定手段９０２により温度設定を行い、水温より高い温度を指示した場合、工程制御部１０７は吐出温度測定手段９０１を監視しながら高周波電力供給手段１０５の動作を制御し、使用者の指示する温度を吐出する。これにより、使用者は食器洗浄などにお湯を使ったり、除去能力回復直後に湯を吐出することで調理用の湯を得ることができる。
【００４８】
以上で述べたような動作により、吐出温度測定手段により高周波電力を調節し、湯を吐出することができる浄水器を提供することができる。
【００４９】
（実施例８）
以下、実施例８について添付図面を基に説明する。なお、敢えて述べる部分以外は、実施例１と同様の機能を果たす場合、同一符号をつけて説明を省略する。
図１０において、１００１は発熱体１０２と加熱コイル１０４を包含するように構成した閉磁路である。なお、閉磁路１００１には、フェライトまたはケイ素鋼板を用いることで、この構成を容易に実現できる。
【００５０】
図１０のように閉磁路１００１を用いると、発熱体１０２と加熱コイル１０４は、同一のコアに巻かれたトランスのような形になり、閉磁路１００１内の磁束が飽和しない範囲内では結合は非常に強くなる。よって、漏れ磁束が殆どなくなるため、高周波電力供給手段１０３から加熱コイル１０２を通して与えられる電力は、非常に効率よく伝達されることになる。
【００５１】
以上で述べたような動作により、発熱体と加熱コイルを包含するように閉磁路を設けることで、発熱体と加熱コイルの磁気的な結合を向上し、除去能力回復時の加熱を行い易くした浄水器を提供できる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明によれば、除去能力回復時に、高周波電力供給手段から高周波電力を加熱コイルに与え、誘導加熱の原理により発熱体を加熱することで活性炭を加熱する。この時の発熱体を、巻始めと終わりが電気的に接続された渦巻き状にすることで、活性炭加熱に供する単位体積当たりの発熱面積を広くし、かつ均一に加熱を行うことができ、活性炭を均一かつ高速に加熱することができる。
【００５３】
また、請求項３記載の発明によれば、発熱体として、隣り合う面に流れる渦電流が反対方向に流れるように金属板を形成した構造を有する浄水器とすることで、均一加熱性を高めることができるため局部的な高温部がなく活性炭加熱温度を高く設定でき、除去能力回復時間をより縮めることができる。
【００５４】
また、請求項４記載の発明によれば、発熱体として、複数の非磁性金属環を同心円状に配置した構造を有する浄水器とすることで、製造が簡単な形状で、単位体積あたりの発熱面積を大きくすることができるため、除去能力回復機能を持つ浄水器を安価に提供することができる。
【００５５】
また、請求項５記載の発明によれば、発熱体として、磁性金属板を星形に屈曲させて形成した構造を有する浄水器とすることで、製造が簡単な形状で、しかも誘導加熱を行い易い金属板で、単位体積あたりの発熱面積を大きくすることができるため、除去能力回復を行うことができる浄水器をより安価で簡便に製造することができる。
【００５６】
また、請求項６記載の発明によれば、計時手段を用いることで、使用者が設定した時間に除去能力回復を行うことができ、浄水器使用を妨げずに除去能力回復を行うことができる浄水器を提供できる。
【００５７】
また、請求項７記載の発明によれば、流量積算手段を用いることで、浄水が行われた量に応じて除去能力回復を行うことができ、除去能力回復のために必要なエネルギーを節約することができる。
【００５８】
また、請求項８記載の発明によれば、吐出温度測定手段により高周波電力を調節し、湯を吐出することができる浄水器を提供できる。
【００５９】
また、請求項９記載の発明によれば、発熱体と加熱コイルを包含するように閉磁路を設けることで、発熱体と加熱コイルの磁気的な結合を向上し、除去能力回復時の加熱を行い易くした浄水器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す浄水器の構成図
【図２】同、浄水器の発熱体の構成図
【図３】（ａ）本発明の第２の実施例を示す浄水器の発熱体の上面図
（ｂ）同、浄水器の発熱体の側面図
【図４】（ａ）本発明の第２の実施例を示す浄水器の発熱体を渦巻き状に構成し、渦巻き構造の間隔を近づけた時の状態図
（ｂ）同、浄水器の発熱体を熱交換素子を構成した時の状態図
【図５】（ａ）本発明の第３の実施例を示す浄水器の発熱体の上面図
（ｂ）同、浄水器の発熱体の側面図
【図６】（ａ）本発明の第４の実施例を示す浄水器の発熱体の上面図
（ｂ）同、浄水器の発熱体の側面図
【図７】本発明の第５の実施例を示す浄水器の構成図
【図８】本発明の第６の実施例を示す浄水器の構成図
【図９】本発明の第７の実施例を示す浄水器の構成図
【図１０】本発明の第８の実施例を示す浄水器の構成図
【符号の説明】
１０１活性炭
１０２、３０１、５０１、６０１発熱体
１０３容器
１０４加熱コイル
１０５高周波電力供給手段
１０６活性炭温度測定手段
１０７工程制御部
２０１ステンレス板による渦巻き構造
２０２接続構造
７０１計時手段
８０１流量積算手段
９０１吐出温度測定手段
９０２吐出温度設定手段
１００１閉磁路

Claims

活性炭と、前記活性炭を加熱するための発熱体と、前記活性炭および発熱体を収納する容器と、前記発熱体を前記容器の外側から誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記活性炭の温度を検知する活性炭温度測定手段と、前記高周波電力供給手段および活性炭温度測定手段の動作を制御する工程制御手段とを備え、前記発熱体には少なくとも一部が電気的に閉回路となるように形成した金属板を有する浄水器。
発熱体は、金属板を渦巻き状に形成し巻き始めと巻き終わりを電気的に接続した構造を有する請求項１記載の浄水器。
発熱体は、隣り合う面に流れる渦電流が反対方向に流れる構造を有する請求項１記載の浄水器。
発熱体は、複数の非磁性金属環を同心円状に配置した構造を有する請求項１記載の浄水器。
発熱体は、磁性金属板を星形に屈曲させた構造を有する請求項１記載の浄水器。
除去能力回復時間を設定するための計時手段を有する請求項１記載の浄水器。
総通水量を測定するための流量積算手段を有する請求項１記載の浄水器。
吐出水温度測定手段を有する請求項１記載の浄水器。
前記発熱体と前記加熱コイルを内側に包含するように閉磁路を設けたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。