JP2007211993A - 酸素混合給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カランやシャワーヘッド等の給湯端末から高濃度の溶存酸素を有する湯水の供給を可能としたものである。
【解決手段】給水路２と、前記給水路２からの給水を加熱する加熱手段と、濃度９９％以上の酸素生成手段１３と、前記酸素生成手段１３で生成した酸素を前記加熱手段で加熱した温水に混入する混入手段１４とを具備したものである。したがって、溶存酸素濃度の高い湯水をシャワー８やカラン９からも使用することで、溶存酸素濃度の高い湯水を洗髪や身体の洗浄に用いることができ、溶存酸素が毛穴や角質から浸透することで、毛根の細胞や肌細胞の活性を高め、頭髪の育毛促進および美容効果をたかめることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給水中の溶存酸素濃度を高め、カランやシャワーなどの給湯端末から、溶存酸素濃度を高めた湯水を供給する酸素混合給湯装置に関するものである。

従来の酸素混合装置は、ジェットバス等の浴槽湯循環回路の湯水に高濃度の酸素を供給するものや（例えば特許文献１参照）、浴槽湯中に微細気泡として高濃度の酸素を供給するもの（例えば特許文献２、特許文献３参照）がある。また、浴槽水に高濃度の酸素を供給するものもある（例えば特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の酸素混合装置を示すもので、浴槽１００にはポンプ１０１を介在させた循環管路１０２が接続されており、また、この循環管路１０２の途中には気体を供給する供給部１０３が設けてある。この供給部１０３に酸素富化空気を供給する酸素混合装置１０４が配置されている。浴槽１には循環管路１０２の往口１０５と復口１０６が設けてある。

溶存酸素濃度を高めた湯水には、頭髪の育毛促進効果があることや水分の浸透促進効果があること知られている（例えば特許文献４参照）。
特開平４-００２３４７号公報 特開２００２-１９１９４９号公報 特開２００４−２８３８１０号公報 特開平７-１６３０４号公報

しかしながら、従来の酸素混合給湯装置は、浴槽水の循環流路に高濃度の酸素を溶解させる構成であり、カランやシャワーヘッド等の給湯端末から溶存酸素濃度を高めた湯水を供給することはできなかった。そのため、通常の入浴形態では浴槽水に浸漬しない頭髪部や顔部には、溶存酸素濃度を高めた湯水を供給することができなかった。

また、従来の溶解させる酸素濃度は３０％程度であり、溶存酸素濃度を十分高めることができなかった。

本発明は上記課題を解決するため、一般家庭で設置されている給湯装置の給水路に酸素生成手段で生成させた１００％近い高濃度酸素を混入する混入手段を備えることで、カランやシャワーヘッド等の給湯端末から、高濃度の溶存酸素を有する湯水の供給を可能とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の酸素混合給湯装置は、給水路と、給水路からの給水を加熱する加熱手段と、濃度９９％以上の酸素生成手段と、前記酸素生成手段で生成した酸素を加熱手段で加熱した温水に混入する混入手段を備えた構成としたものであり、本発明によれば浴槽水のみでなく、シャワーやカランなどの給湯端末からも溶存酸素濃度を高めた湯水の供給を可能とするものである。

本発明の酸素混合給湯装置は、溶存酸素濃度の高い湯水をシャワーやカランからも使用
することで、溶存酸素濃度の高い湯水を洗髪や身体の洗浄に用いることができ、溶存酸素が毛穴や角質から浸透することで、毛根の細胞や肌細胞の活性を高めることができ、頭髪の育毛促進および美容効果を得ることができる。

第１の発明における酸素混合給湯装置は、給水路と、給水路からの給水を加熱する加熱手段と、濃度９９％以上の酸素生成手段と、前記酸素生成手段で生成した高濃度酸素を加熱手段で加熱した温水に混入する混入手段を備えた構成としてある。

上記構成によって、給湯装置から供給されるすべての湯水の溶存酸素濃度を高めることができ、シャワーやカラン等の給湯端末からも、溶存酸素濃度を高めた湯水の供給を可能とすることができる。

第２の発明における酸素混合給湯装置は、酸素生成手段と混入手段をシャワーヘッドに設けたものである。

上記構成によって、酸素を混入させてから頭髪や皮膚に湯水が当たるまでの時間を短くすることで、溶存酸素量の低下を抑えることができる。

第３の発明の酸素混合供給装置における混入手段は、酸素を微細気泡として温水に混入させるものである。

上記構成は、混入手段を高濃度酸素を微細気泡として温水に混入する加圧混入手段を有する構成としてあり、高濃度酸素を溶解することで溶存酸素濃度を高めるだけでなく、さらに微細気泡として加圧混入することで、溶存酸素を過飽和状態にまで溶解することが可能となり、より高濃度の溶存酸素水を得ることができるとともに、微細気泡を含んだ水を供給することで、気泡がはじけるときに放出される超音波の洗浄効果を得ることができる。さらに、微細気泡であるため毛穴の中に入り込み洗浄を行うため、毛穴の汚れを洗浄することで溶存酸素が毛穴から入り込みやすくなり、微細気泡と溶存酸素の相乗効果で、育毛促進効果や美容効果を高めることができる。

第４の発明の酸素混合給湯装置における酸素生成手段は、両面に電極を形成させた固体電解質と、それを加熱するヒータと、そのヒータを覆う断熱材と、固体電解質に電圧を印加する電源とを有し、大気中から酸素を分離する構成である。

上記構成によって、加圧ポンプや加圧ポンプを必要とせずに１００％に近い酸素を供給することができるため、コンパクトにすることができ、シャワーヘッドや洗面台等への設置も容易となる。

第５の発明の酸素混合給湯装置における固体電解質は、ランタンガレート系の金属酸化物である。

ランタンガレートはランタンとガリウムを主成分としたペロブスカイト型複合金属酸化物であり、４００℃以上で高い酸素イオン導電性を有す。したがって酸素生成のための動作温度を抑えることができ、効率的に酸素を発生させることができる。

第６の発明の酸素混合給湯装置における断熱材は、表面に撥水処理加工を施したものである。

分離前の空気や分離後の酸素は、断熱材を通過するが、断熱材の主原料は、シリカやア
ルミナの吸水性のあるものである。その表面に撥水処理を行うことで、断熱材の吸水を抑え、通気性の劣化や断熱性能の低下を防ぐことができる。

第７の発明の酸素混合給湯装置における電源は、蓄電池を使用するものである。

上記構成によって、電源が通常無い場所である浴室内でも使用できる。また、リード線が不要なため、使い勝手が向上する。

第８の発明における酸素混合給湯装置は、加圧混入手段を給湯装置本体に設け、給湯装置本体内で加圧混入した高濃度酸素を再び微細気泡化する微細化手段をシャワーヘッド、カラン端末、浴槽内噴出アダプタ直前、洗面台の少なくとも１つ以上に設けた構成としており、加圧混入部で一旦溶解した微細気泡が、給水路内で析出し気泡径が大きくなった場合においても、噴出直前で再度気泡を微細化することができる。

第９の発明における酸素混合装置は、微細化手段を絞り部で構成することで、加圧混入された高濃度酸素を再度端末部で衝撃波により微細気泡化することができ、簡単な構成で、溶存酸素の高い水を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、この実施例では、通常の給湯器の使用として温水を想定しているが、温めずに水として使用しても良い。

（実施の形態１）
図１〜図３において、給湯装置１は給水路２と給湯回路３、および追炊き循環回路４を有する熱交換器５と、熱交換器５を加熱するバーナー６と、バーナー６に燃焼空気を送るバーナーファン７を設けている。

給水路２の水は熱交換器５で加熱されお湯となり、給湯回路３を経てシャワーヘッド８やカラン９から供給される。また、追炊き循環回路４に設けた風呂ポンプ１０で循環される浴槽水は熱交換器５で加熱された後、追炊き循環回路４を経て追炊きアダプタ１１から浴槽１２に供給される。

給湯回路３には酸素生成手段１３で生成した高濃度酸素を混入する混入手段１４が設けてある。

酸素生成手段１３は、酸素イオン伝導体である固体電解質１５を挟持する一対のカソード電極１６とアノード電極１７とを備え、カソード電極１６を空気に曝露して固体電解質１５とアノード電極１７とヒータ１８が埋め込まれた断熱材１９をケース２０内に収納するとともに、カソード電極１６とアノード電極１７の間に電圧を印加する電源２１を有する。

固体電解質１５は、酸素イオン導電性を有する金属酸化物であり、イットリア安定化ジルコニア等の汎用的な固体電解質でも良いが、ランタンとガリウムを組成に持つランタンガレート系のペロブスカイト型酸化物がより好ましい。特に輸率がほぼ１．０となるよう他の金属を添加したものが好ましい。本実施の形態ではストロンチウムとマグネシウムを添加して焼結させたランタンガレート（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３）を、一辺２０ｍｍ、厚み０．２ｍｍに加工して用いる。

アノード電極１７とカソード電極１６には、白金や銀などの貴金属、サマリウムとコバルトから成る金属酸化物などを用いる。これらの電極は、スクリーン印刷による塗布や蒸
着、スパッタリング等によって形成できる。本実施の形態では、スクリーン印刷によって、サマリウムとコバルトを組成とした複合酸化物（Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３）を１０〜２０μｍの厚みで成形し、さらにその上に金の電極を５〜１０μｍの厚みで積層させた。

そして、その外周を断熱材１９によって覆った。ここで断熱材１９は、シリカの粉末を充填して形成された多孔体で、通気性と断熱性を併せ持つものである。断熱材の厚みは約１０ｍｍである。

さらに断熱材の表面２〜３ｍｍには、フッ素系のシランカップリング剤の脱水素反応によって撥水加工を施している。

そして、アノード電極１７から発生する酸素は噴出し口２２から酸素配管２３に搬送される。混入手段１４は、エゼクタであり、その負圧側は逆止弁２４、流量調節弁２５を介して酸素配管２３と接続されている。

また、切り替え手段２６a、２６ｂにより、混入手段１４に供給される湯水は、給湯回路３からの湯水と追い炊き循環回路４で循環する浴槽水とを切り替えられる構成となっており、浴槽水を循環する際にも混合手段１４を介して、高濃度酸素を混合することができ、追い炊きアダプタ１１を介して、高濃度酸素を混合した湯水が浴槽水に噴出される。

次にその動作、作用について説明する。

使用者がシャワーヘッド８もしくはカラン９から湯を得ようと給湯回路３に設けた混入手段に湯水が供給された時、そのエゼクタ作用で酸素配管２３は負圧となり、給湯回路３の湯水に酸素配管２３内の空気が混入される。

なお、酸素配管２３には逆止弁２４および流量調節弁２５が設けられているため、酸素配管２３内に給湯回路３の湯水が逆流することを防止でき、酸素生成手段を保護することができる。

図２に示す酸素生成手段１３では、ヒータ電源（図示せず）を入力することによってヒータ１８の温度が上昇し、固体電解質１５が加熱される。そして所定の温度になったとき、電源２１によりカソード電極１６とアノード電極１７の間に電圧を印加すると、曝露されたカソード電極１６上では空気中の酸素が電子を受けてイオン化し固体電解質１５内を酸素イオンとして移動できるようになる。

そして、アノード電極１７まで移動した酸素イオンは電子を放出して酸素分子となり、高濃度酸素を生成することができる。

湯水に溶解する気体の量は、溶解度およびヘンリーの法則により定められており４０℃のお湯に溶解することができる酸素は、最大で約４０ｐｐｍであり、通常の酸素濃度２０％空気に接している場合は、約８ｐｐｍとなる。溶解する空気の酸素濃度は溶存酸素を高めるためには非常に重要であり、本実施の形態に示すように、高濃度の酸素を混合することで、溶存酸素濃度を高めた湯水を得ることができる。なお、本実施の形態では、酸素濃度ほぼ１００％の酸素を発生させる方式であるが、空気によって薄めて使用することもできる。

さらに、混入手段１４のエゼクタにより高濃度酸素を混入することで、短時間で高濃度溶存酸素水を得ることができ、そして、シャワーヘッド８やカラン９から溶存酸素富化水
を得ることができ、入浴者が溶存酸素富化水をシャワー水として使用した場合、溶存酸素が角質及び毛穴から浸透し、細胞を活性化することが可能となる。

例えば、頭皮に使用した場合には、毛穴から毛根へと溶存酸素水が供給されることで、毛根の細胞が活性化し育毛促進効果を得ることができる。さらに、身体に使用した場合にも同様に、角質層より溶存酸素として肌に酸素が吸収され、図３に示すように肌への水分の浸透を促進するとともに肌細胞を活性化することができ、肌細胞を活性化することで、細胞の新陳代謝が促進され美肌効果を得ることができる。

図３は、溶存酸素富化水入浴は、通常入浴および高濃度酸素を吸引しながらの入浴と比較して、入浴５分後の角層水分量が高く、溶存酸素富化水が肌への水分の浸透を促進していることを示している。

使用者が追い炊きを行う際には、切り替え手段２４により追い炊き回路４を循環する浴槽水に高濃度酸素が供給され、浴槽水中に溶存酸素富化水を供給することが可能となり、溶存酸素富化水の美肌効果を得ることができる。さらに、溶解し切れなかった高濃度酸素を吸入することで入浴中にも酸素不足に陥りにくくなり、長湯が可能で温浴効果を促進できる。

また、酸素吸入による覚醒作用を発揮できるとともに心拍数の増加を抑制できる。これにより、高濃度酸素の効果を最大限に発揮させて美容かつ健康的な入浴ができるようになる。

なお、浴室内に切り替え手段２４を切り替えるためのスイッチ（図示せず）を設け、スイッチをオンすることで、切り替え手段２４を切り替えるとともに、風呂ポンプを動作させる構成とすることで、追い炊きとは別に浴槽水に高濃度酸素を供給することも可能であることはもちろんである。

このように、１００％に近い酸素濃度のガスを溶解させることができるため、溶存酸素濃度の高い湯水を得ることができ、育毛促進効果および美容効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図４とともに実施の形態２を説明する。なお、実施の形態１と同一作用を発揮する構成についての説明は同実施の形態１のものを援用する。

実施の形態１と異なる点は、酸素生成手段１３がシャワーヘッド８の内部に設置されている点である。

図４において、シャワーヘッド８には、酸素生成手段１３と湯水路２７に流れる湯水に酸素を混入させるための混入手段１４によって構成されている。そして酸素生成手段１３を動作させるための電源として蓄電池（図示せず）を用いている。蓄電池は、リチウムイオン電池とニッケル水素電池のどちらでも良い。

また、アタプタ２８の部分でシャワーヘッドの取り外しができ、充電することも可能である。

次にその動作、作用について説明する。

使用者がシャワーヘッド８から湯を得ようと湯水路２７に設けた混入手段１４に湯水が供給された時、そのエゼクタ作用で湯水路２７が負圧となり酸素が混入される。

なお、酸素生成手段１３と混入手段１４の間には逆止弁２４が設けられているため、湯水が逆流することを防止でき、酸素生成手段１３を保護することができる。

始めに、図２に示す酸素生成手段１３の蓄電池（図示せず）に繋がったヒータ電源を入力することによってヒータ１８の温度が上昇し、固体電解質１５が加熱される。そして所定の温度になったとき、ヒータ電源が切れ、蓄電池との結線が切り替わり電源２１に電力が供給される。

このようにカソード電極１６とアノード電極１７の間に電圧を印加すると、曝露されたカソード電極１６上では空気中の酸素が電子を受けてイオン化し固体電解質１５内を酸素イオンとして移動できるようになる。そしてアノード電極１７まで移動した酸素イオンは電子を放出して酸素分子となり、高濃度酸素を生成することができる。

そして、使用後は、アダプタ２８によってシャワーヘッドを切り離し、充電を行う。

このように、シャワーヘッド８から濃度１００％に近い酸素を混入させることで、溶存酸素濃度の低下を抑えることができる。そして、入浴者が溶存酸素富化水をシャワー水として使用した場合、溶存酸素が角質及び毛穴から浸透し、細胞を活性化することが可能となる。

（実施の形態３）
図５とともに実施の形態３を説明する。なお、実施の形態１と同一作用を発揮する構成についての説明は同実施の形態１のものを援用する。

実施の形態１と異なる点は、加圧混合手段を給湯装置本体に設け、給湯装置本体内で加圧混入した高濃度酸素を再び微細気泡化する微細化手段をシャワー端末、カラン端末、浴槽内噴出アダプタ直前、洗面台の少なくとも１つ以上に設けた構成としていることである。

図５において、シャワーヘッド８の端末直前に絞り部２９、カラン９の端末直前に絞り部３０、追い炊きアダプタ１１の端末直前に絞り部３１、さらに酸素配管２３には加圧ポンプ３２が設けてある。

以上のように構成された酸素混合給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

使用者がシャワーヘッド８もしくはカラン９から湯を得ようと給湯回路３に設けた混入手段１４に湯水が供給された時、そのエゼクタ作用により酸素配管２３は負圧となる。

さらにエゼクタ作用により吸引されるだけでなく、加圧ポンプ３２による圧力がプラスされるため、混入手段１４に混入する空気は加圧された状態となり、給湯回路３の湯水に酸素配管２３内の空気を加圧混入することで微細な気泡として混入させることができる。このように、給湯機本体内で生成した溶存酸素富化水は給湯回路４により、浴室内に搬送され、シャワーヘッド８およびカラン９、ないしは切り替え手段によって追い炊きアダプタ１１より噴出する。

使用者がシャワーヘッド８より湯を得ようとした場合には、そのシャワーヘッド８の端末直前に設けた絞り部２９に湯水が流れて湯水は再度加圧され、混合手段１４で一旦溶解した微細気泡が給水路内で析出し気泡径が大きくなった場合においても、端末直前に設けた絞り部２９で再度加圧することで、噴出直前に再度気泡を微細化することができ、再度
溶存酸素濃度をたかめることができる。

このように、本実施の形態によれば、給湯機本体と浴室の距離が離れている場合など、配管距離が長くなり加圧混入部で一旦溶解した微細気泡が、給水路内で析出し気泡径が大きくなった場合においても、噴出直前で再度気泡を微細化することができるため、安定して溶存酸素富化水を得ることができる。

さらに、微細化手段を絞り部で構成することで、加圧混入された高濃度酸素を再度端末部で衝撃波により微細気泡化することができ、簡単な構成で、溶存酸素富化水を得ることができる。

以上のように本発明にかかる酸素混合給湯装置は、高濃度酸素を微細気泡として湯水に混入することで、溶存酸素富化水をえることができるため、水生生物の養殖用装置や、水耕栽培装置、飲料水や食品の改質装置、健康福祉機器、気液反応装置等の用途へも適用できる。

本発明の実施の形態１における酸素混合給湯装置の構成図 同酸素生成手段の構成図 同酸素混合給湯装置の浴水入浴後の肌水分変化図 本発明の実施の形態２における酸素混合給湯装置の構成図 本発明の実施の形態３における微細化手段の構成図 従来の微細気泡発生装置の構成図

符号の説明

１ 給湯装置
２ 給水路
８ シャワーヘッド
９ カラン
１１ 追炊きアダプタ
１２ 浴槽
１３ 酸素生成手段
１４ 混入手段
１５ 固体電解質
１６ カソード電極
１７ アノード電極
１８ ヒータ
１９ 断熱材
２１ 電源

Claims (9)

1. 給水路と、前記給水路からの給水を加熱する加熱手段と、濃度９９％以上の酸素生成手段と、前記酸素生成手段で生成した酸素を前記加熱手段で加熱した温水に混入する混入手段とを具備した酸素混合給湯装置。
2. 酸素生成手段と混入手段をシャワーヘッドに設けた請求項１に記載の酸素混合給湯装置。
3. 混入手段は、酸素を微細気泡として温水に混入させる加圧混入手段である請求項１または２に記載の酸素混合給湯装置。
4. 酸素生成手段は、酸素イオン導電性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に形成された電極と、前記固体電解質及び前記電極を加熱するヒータと、前記固体電解質と前記ヒータを覆う断熱材と、前記電極の間に電圧を印加する電源とを有し、大気中から酸素を分離するようにした請求項１または２に記載の酸素混合給湯装置。
5. 固体電解質がランタンガレート系の金属酸化物である請求項４に記載の酸素混合給湯装置。
6. 断熱材の表面に撥水処理を施した請求項４に記載の酸素混合給湯装置。
7. 電源として蓄電池を使用した請求項４に記載の酸素混合給湯装置。
8. 加圧混入手段を給湯装置本体に設け、給湯装置本体内で加圧混入した酸素を再び微細気泡化する微細化手段をシャワーヘッド、カラン端末、浴槽内噴出アダプタ直前、洗面台の少なくとも１つ以上に設けた請求項３に記載の酸素混合給湯装置。
9. 微細化手段は絞り部を有する請求項８に記載の酸素混合給湯装置。