JP2014171485A - 人工炭酸泉システム - Google Patents

Abstract

【課題】低温暖房回路を備えた給湯暖房用熱源機を利用する人工炭酸泉システムを提供する。
【解決手段】炭酸泉添加追焚が選択された場合には、三方弁Ｖ３は炭酸泉添加追焚系統Ｃ４側が開となり、浴槽水は太線の流路で循環する。同時に開閉弁Ｖ１が開となり、炭酸ガスボンベ４から炭酸ガス溶解部３ａに炭酸ガスが供給され、炭酸ガスを溶解した浴槽循環水が炭酸泉となり、浴槽５に落とし込まれる。一方、通常追焚が選択された場合には、三方弁Ｖ３は通常追焚系統Ｃ３側が開となり、これにより浴槽水は図５（ｃ）の流路で循環する。この場合は、炭酸ガスの添加は行われない。
【選択図】図５（ｄ）

Description

本発明は人工炭酸泉システムに係り、特に、低温暖房回路を備えた給湯暖房用熱源機を利用する人工炭酸泉システムに関する。

従来、浴槽水を循環させる回路中に炭酸ガス溶解手段を介在させて、炭酸浴を可能とする人工炭酸泉システムが公知である。このような人工炭酸泉システムでは、循環する湯水をヒーター加熱する際に、湯水に溶解した炭酸ガスの蒸発により炭酸濃度が低下する恐れがある。また、配管内への炭酸塩の析出、緑青の発生等の問題がある。このような問題を解消する技術として、特許文献１のシステムが提案されている。

図８を参照して、同文献の人工炭酸泉システム１００は、本体内に炭酸ガス溶解部１０４を備えた追焚機能を有する給湯器１０１を用いるシステムであり、追焚循環回路１０８を介して炭酸ガス溶解部１０４に導かれる循環浴槽水に、炭酸ガスボンベ１０３からの炭酸ガスを溶解させて、炭酸泉を浴槽１０２に供給するように構成されている。

さらに、給湯器１０１は風呂追焚方式として「人工炭酸泉モード」と「通常風呂モード」という２モードを有している。「通常風呂モード」では、炭酸ガスボンベ１０３に付設される弁１０５閉の状態で循環ポンプ１０６を運転し、浴槽水を循環しつつ熱交換器１０７で浴槽循環水を追焚加熱する。一方、「人工炭酸泉モード」では、弁１０５開として浴槽循環水に炭酸ガスを溶解させるとともに、通常風呂モード時より低温で追焚加熱する。このような追焚制御により、人工炭酸泉モード時における配管内の炭酸塩析出、緑青発生等の防止、炭酸濃度低下抑制を図るものである。

特開２０１１−２１２１２９号公報

しかしながら、文献１のシステムは熱源機（給湯器）本体内に炭酸ガス溶解部を備えた構成であるため、市販されている熱源機を用いることができず、コストアップ要因となり、普及を阻害する。
さらに、炭酸ガス成分を含む浴槽水を熱源機内で循環させるため、追焚加熱温度を下げたとしても機内配管系統に炭酸塩の析出、緑青の発生等による腐食リスクを排除できない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、現在市販されている熱源機をそのまま使用できる人工炭酸泉技術を提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち本発明に係る人工炭酸泉システムは、
（１）浴槽に炭酸泉を供給する人工炭酸泉システムであって、
給湯機能及び暖房機能を有する給湯暖房用熱源機（２）と、
該熱源機と浴槽間を結び、浴槽にお湯を落とし込み可能とする給湯配管（Ｗ３）と、
該給湯配管（Ｗ３）経路内に介装される炭酸泉供給ユニット（３）と、
炭酸泉供給ユニット（３）に炭酸ガスを供給可能とする炭酸ガス供給手段（４）と、
浴槽と炭酸泉供給ユニット間を結び、浴槽水を追焚可能とする追焚配管（Ｂ１，Ｂ２）と、を備え、
炭酸泉供給ユニット（３）は、
炭酸ガス供給手段（４）から供給される炭酸ガスを、給湯配管（Ｗ３）を介して供給されるお湯に溶解させる炭酸ガス溶解部（３ａ）と、
熱源機（２）から循環供給される暖房温水と、追焚配管（Ｂ１，Ｂ２）を介して循環供給される浴槽水と、を熱交換する熱交換部（３ｂ）と、を備えて成り、さらに、
熱源機（２）から供給される給湯水を炭酸ガス溶解部（３ａ）において炭酸泉にして、給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に落とし込む炭酸泉給湯系統（Ｃ１）と、
熱源機（２）から供給される給湯水を、そのまま給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に落とし込む通常給湯系統（Ｃ２）と、
浴槽循環水を熱交換部（３ｂ）において加熱して、そのまま追焚配管（Ｂ２）を介して浴槽に戻す落とし込む通常追焚系統（Ｃ３）と、
浴槽循環水を熱交換部（３ｂ）において加熱したのち、炭酸ガス溶解部（３ａ）において炭酸泉にして、給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に戻す落とし込む炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）と、
炭酸泉給湯系統（Ｃ１）、通常給湯系統（Ｃ２）、通常追焚系統（Ｃ３）又は炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）を適宜、切り替え可能とする系統切替手段と、
を備えて成ることを特徴とする。

本発明において「炭酸泉」とは、炭酸ガス溶解部（３ａ）において炭酸ガスを溶解させた状態の給湯水又は浴槽循環水をいう。

（２）上記発明において、前記熱源機（２）は、高温暖房回路（Ａ１）と低温暖房回路（Ａ２）とを備え、かつ、前記暖房温水が低温暖房回路（Ａ２）を利用して循環供給される温水であることを特徴とする。

（３）上記発明において、炭酸泉給湯系統（Ｃ１）、通常給湯系統（Ｃ２）、通常追焚系統（Ｃ３）及び炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）内の配管材料として、耐炭酸ガス腐食性の高い材料を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、熱源機とは別個に炭酸泉供給ユニットを備える構成としたため、浴槽循環水が熱源機内を通過することがなく、熱源機内配管内の炭酸塩析出、緑青の発生等、配管腐食の問題を払拭できるという効果がある。

また、市販の熱源機の構造を変えることなく使用できるため、人工炭酸泉システムのコストダウンが可能となり、普及促進に資するという効果がある。

また、炭酸泉モード時に追焚温度を下げることなく、所望温度に追焚温度を高めることができるため、風呂快適性が向上するという効果がある。

さらに、炭酸泉供給ユニットは炭酸ガスを添加しない追焚循環系統を備えているため、従来、腐食、変色への懸念から推奨できなかった硫黄入りの入浴剤や、洗剤の利用も可能となるという効果がある。
さらに、炭酸泉供給ユニットのポンプ循環量を高めれば、ジェットバス効果が発揮できるなど、お風呂の価値を高めることができるという効果がある。

さらに、炭酸泉供給ユニット内の熱交換器材料として炭酸塩折出に強い材質（例えばＳＵＳ３０４）のものを用いた発明にあっては、耐腐食安全性をより向上させることができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る人工炭酸泉システム１の全体構成を示す図である。 熱源機２の詳細構成を示す図である。 炭酸泉供給ユニット３の詳細構成を示す図である。 熱源機２の高温暖房回路Ａ１を示す図である。 同じく低温暖房回路Ａ２を示す図である。 同じく機内循環回路Ａ３を示す図である。 炭酸泉供給ユニット３の炭酸泉給湯系統Ｃ１を示す図である。 同じく通常給湯系統Ｃ２を示す図である。 同じく通常追焚系統Ｃ３を示す図である。 同じく炭酸泉添加追焚系統Ｃ４を示す図である。 人工炭酸泉システム１における湯張り運転制御フローを示す図である。 同じく追焚運転制御フローを示す図である。 従来の人工炭酸泉システム１００を示す図である。

以下、本発明に係る給湯暖房用熱源機の実施形態について、図１乃至７を参照してさらに詳細に説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

＜全体構成＞
図１を参照して、本実施形態に係る人工炭酸泉システム１は、低温暖房回路を備えた給湯暖房用熱源機２（以下適宜、熱源機２と略記する）、給湯水又は浴槽循環水に炭酸ガスを溶解させて浴槽５に供給する炭酸泉供給ユニット３、炭酸泉供給ユニット３に炭酸ガスを供給する炭酸ガスボンベ４、及びこれら装置間を結ぶ配管群、及び本実施形態の運転制御を司る制御部７並びに熱源機制御部２ｈと、を主要構成とする。

＜熱源機２の構成＞
図２を参照して、熱源機２は筐体２ａ内部に給湯用燃焼部２ｂ、暖房用燃焼部２ｃ、風呂熱交換器２ｄ，開放型シスターン２ｅ、熱源機２の運転を指示する制御部２ｈと、を主要構成として備えている。なお、給湯用燃焼部２ｂ、暖房用燃焼部２ｃはバーナ、燃焼用ファン、熱交換部、燃焼室、排気部等を備えているが、同図では簡単のため熱交換器のみ表示している。

＜給湯系統＞
熱源機２の給湯系統は、水道供給配管Ｗ１、給湯用燃焼部２ｂ、給湯配管Ｗ２及び機内配管Ｗ１’、Ｗ２’を備え、水道供給配管Ｗ１から供給される水道水を、機内配管Ｗ１’を経由して給湯用燃焼部２ｂに導き、所望温度のお湯にして機内配管Ｗ２’、給湯配管Ｗ２を介して炭酸泉供給ユニット３に供給可能に構成されている。

＜暖房系統＞
熱源機２の暖房系統は、高温暖房回路Ａ１、低温暖房回路Ａ２及び機内循環回路Ａ３により構成されている。
図４（ａ）（太線部）を参照して、高温暖房回路Ａ１は、暖房用燃焼部２ｃ→高温往き側配管Ｈ３→不図示の高温端末器（例えば浴室乾燥暖房機）→高温戻り側配管Ｈ２→低温戻り側配管Ｈ２→シスターン２ｅ→循環ポンプ２ｆ→暖房用燃焼部２ｃの順に循環する回路により構成されており、暖房用燃焼部２ｃにおいて高温（例えば８０℃）にした温水を高温端末器に循環供給する。

なお、シスターン２ｅは、暖房運転時の配管内温水膨張に対するバッファタンクであり、温水が所定の水位以上に上昇すると、不図示のオーバーフロー管を介して外部に排水するように構成されている。また、シスターン２ｅには、機内配管Ｗ１’から分岐するいずれも不図示の補給水配管、制御弁が付設されており、タンク水位を一定範囲に制御可能とするように構成されている。

図４（ｂ）（太線部）を参照して、低温暖房回路Ａ２はシスターン２ｅ→循環ポンプ２ｆ→熱動弁Ｖ６→低温往き側配管Ｈ１→炭酸泉供給ユニット３の熱交換部３ｂ→低温戻り側配管Ｈ２→シスターン２ｅの順に循環する回路により構成されている。なお、低温暖房回路Ａ２は風呂追焚以外に他の低温端末（例えば床暖房パネル）を備えているが、図示を省略している。

図４（ｃ）（太線部）を参照して、機内循環系統Ａ３は、開放型シスターン２ｅ→循環ポンプ２ｆ→暖房用燃焼部２ｃ→バイパス配管２ｊ→開放型シスターン２ｅの順に循環する回路により構成されている。機内循環系統Ａ３は、低温暖房回路Ａ２による低温暖房温水の温度を、暖房用燃焼部２ｃの燃焼量制御により所定温度（例えば６０℃）に調整するために用いられる。

次に、図２を参照して、風呂追焚系統は風呂熱交換器２ｄを介して機内循環回路と浴槽循環配管Ｂ３，Ｂ４による二次側風呂追焚回路間で熱交換するように構成されている。本実施形態では風呂追焚系統を使用しないため、詳細説明を省略する。

＜炭酸泉供給ユニット３＞
図３を参照して、炭酸泉供給ユニット３は、ガス浸透性を有する中空糸膜フィルターを内蔵する炭酸ガス溶解部３ａ、熱源機２の追焚系統から供給される低温温水と浴槽水とを熱交換させる熱交換部３ｂ、浴槽水を循環させる循環ポンプ３ｃ、系統切り替えを行う三方弁Ｖ３，逆止弁Ｖ４及びこれらを結ぶ配管群、浴槽水戻り温度を検知する温度センサＳ１、浴槽水位を検知する水位センサＳ２、を主要構成として備えている。
炭酸泉供給ユニット３は、以下説明する炭酸泉給湯系統Ｃ１、通常給湯系統Ｃ２、通常追焚系統Ｃ３及び炭酸泉添加追焚系統Ｃ４の４系統により構成されている。

図５（ａ）（太線部）を参照して、炭酸泉給湯系統Ｃ１は、給湯配管Ｗ２→炭酸ガス溶解部３ａ→給湯配管Ｗ３→逆止弁Ｖ５→開閉弁Ｖ２→浴槽５に至る給湯系統と、炭酸ガスボンベ４→開閉弁Ｖ１→炭酸ガス溶解部３ａに至る炭酸ガス供給系統と、により構成される系統である。炭酸泉給湯系統Ｃ１においては、以下のフローにより炭酸泉が作られる。すなわち、熱源機２から給湯配管Ｗ２を介して供給されるお湯は、炭酸ガス溶解部３ａに送られ中空糸膜内側を通過する。その際、炭酸ガスボンベ４から中空糸膜外側から内側に浸透する炭酸ガスを溶解して人工炭酸泉が作られる。炭酸泉は、給湯配管Ｗ３を経由して浴槽に落とし込まれる。
また、図５（ｂ）（太線部）を参照して、通常給湯系統Ｃ２は、上記炭酸泉給湯系統Ｃ１において、炭酸ガス供給系統を含まない系統である。

図５（ｃ）（太線部）を参照して、通常追焚系統Ｃ３は、循環アダプター５ａ→追焚配管Ｂ２→循環ポンプ３ｃ→熱交換部３ｂ→三方弁Ｖ４→追焚配管Ｂ１により構成され、浴槽水を循環ポンプ３ｃ運転により熱交換部３ｂに導入し、ここで上述の低温暖房回路Ａ２による低温暖房水と熱交換させて加熱後に、追焚配管Ｂ１を介して浴槽５に戻す機能を有する。なお、通常追焚系統Ｃ３を稼働させるときには、炭酸ガス添加は行われない。

図５（ｄ）（太線部）を参照して炭酸泉添加追焚系統Ｃ４は、循環アダプター５ａ→追焚配管Ｂ２→循環ポンプ３ｃ→熱交換部３ｂ→三方弁Ｖ４→炭酸ガス溶解部３ａ→給湯配管Ｗ３により構成され、浴槽内の炭酸泉濃度を増したい場合に、低温暖房回路Ａ２による低温暖房水との熱交換による加熱後に、炭酸ガス溶解部３ａでさらに炭酸ガス添加を行い、その後給湯配管Ｗ３を介して浴槽５に戻すことができる。
炭酸泉添加追焚系統Ｃ４は、炭酸ガスが溶解していない浴槽水を追焚時に炭酸泉にしたい場合に用いることができる。

＜制御系統＞
人工炭酸泉システム１の制御系統は、炭酸泉供給ユニット３に付設される制御部７、熱源機２内に格納され、制御部７の指示により熱源機２の燃焼、給湯、暖房運転を行う熱源機制御部２ｈ、追焚配管Ｂ２経路中に配設される温度センサＳ１、水位センサＳ２、及び各配管経路中に配設される弁Ｖ１乃至Ｖ６等により構成され、以下説明する湯張り運転制御、追焚制御を可能としている。

＜湯張り運転制御フロー＞
人工炭酸泉システム１は以上のように構成されており、次に図６を参照して人工炭酸泉システム１における湯張り運転制御フローについて説明する。
使用者による制御部７からの湯張り指示により（Ｓ１０１）、熱源機２側に給湯開始指示が送信され熱源機２による給湯運転が開始される（Ｓ１０２）。

次いで、炭酸泉給湯が選択されたか否かが判定される（Ｓ１０３）。炭酸泉給湯が選択された場合には（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、炭酸泉給湯系統Ｃ１（図５（ａ）参照）の稼働により開閉弁Ｖ１が開となり、炭酸ガス溶解部３ａにおいて炭酸ガスを溶解した炭酸泉の浴槽５への注湯が行われる（Ｓ１０４）。炭酸泉給湯が選択されない場合には（Ｓ１０３においてＮＯ）、炭酸ガス開閉弁Ｖ１閉となる。この場合には、通常給湯系統Ｃ２（図５（ｂ）参照）により、浴槽５に注湯される（Ｓ１０５）。

次に、浴槽内の水位、湯温を検知するために循環ポンプ３ｃの運転が開始される（Ｓ１０６）。制御中は、所定の間隔で浴槽水位が設定水位に達しているか否かが、水位センサＳ２の検知値に基づいて判定される（Ｓ１０７）。設定水位以下の場合には（Ｓ１０７においてＮＯ）、一旦循環ポンプ３ｃの運転を停止するとともに所定流量分注湯を継続し（Ｓ１１１）、その後、再度水位判定を行う（Ｓ１０７）。

Ｓ１０７においてＹＥＳ、すなわち設定水位以上に至った場合には、さらに浴槽水戻り温度が設定温度に至っているか否かが、温度センサＳ１の検知値に基づいて判定される（Ｓ１０８）。設定温度以上の場合には（Ｓ１０８においてＹＥＳ）、循環ポンプ３ｃの運転を停止して（Ｓ１０９）、熱源機２による給湯を停止し湯張り運転終了となる（Ｓ１１０）。
Ｓ１０８においてＮＯ、すなわち設定温度未満の場合には所定時間。低温暖房系統による追焚運転（後述）が行われ（Ｓ１１２）、その後、再度、浴槽湯温判定が行われる（Ｓ１０８）。

＜追焚運転制御フロー＞
次に、図７を参照して人工炭酸泉システム１の追焚運転制御フローについて説明する。
使用者による制御部からの追焚運転指示があると（Ｓ２０１）、制御部７は熱源機２の制御部２ｈに追焚運転指令を送信し、熱源機２の低温暖房回路Ａ２（条件により低温暖房回路Ａ３も）の運転が開始される（Ｓ２０２）。さらに、循環ポンプ３ｃの運転が開始される（Ｓ２０３）。

次いで、浴槽循環水に炭酸ガスを添加する追焚（炭酸泉添加追焚）が選択されたか否かが判定される（Ｓ２０４）。炭酸泉添加追焚が選択された場合には（Ｓ２０４においてＹＥＳ）、三方弁Ｖ３は炭酸泉添加追焚系統Ｃ４側が開となり、浴槽水は図５（ｄ）太線の流路で循環する（Ｓ２０５）。同時に開閉弁Ｖ１が開となり（Ｓ２０６）、炭酸ガスボンベ４から炭酸ガス溶解部３ａに炭酸ガスが供給され、浴槽循環水に炭酸ガスが添加され、浴槽５に戻される。

一方、通常追焚が選択された場合には（Ｓ２０４においてＮＯ）、三方弁Ｖ３は通常追焚系統Ｃ３側が開となり（Ｓ２０７）、これにより浴槽水は図５（ｃ）の流路で循環する。この場合は、炭酸ガスの添加は行われない。

追焚運転中は温度センサＳ１により浴槽水戻り温度が計測される（Ｓ２０８）。浴槽水戻り温度が設定温度Ｔｒ（例えば４２℃）に達していない場合には（Ｓ２０８においてＮＯ）、設定温度Ｔｒに達するまで追焚運転を継続する（Ｓ２１１）。
一方、Ｓ２０８においてＹＥＳ、、設定温度Ｔｒに達している場合には、循環ポンプ３ｃの運転を停止する（Ｓ２０９）。さらに、熱源機２に対して運転停止が指示され、追焚運転終了となる（Ｓ２１０）。

１・・・・人工炭酸泉システム
２・・・・給湯暖房用熱源機
２ｂ・・・給湯用燃焼部
２ｃ・・・暖房用燃焼部
２ｄ・・・風呂熱交換器
２ｈ・・・熱源機制御部
３・・・・炭酸泉供給ユニット
３ａ・・・炭酸ガス溶解部
３ｂ・・・熱交換部
３ｃ・・・循環ポンプ
４・・・・炭酸ガスボンベ
５・・・・浴槽
７・・・・制御部
Ａ１・・・高温暖房回路
Ａ２・・・低温暖房回路
Ａ３・・・機内循環回路
Ｃ１・・・炭酸泉給湯系統
Ｃ２・・・通常給湯系統
Ｃ３・・・通常追焚系統
Ｃ４・・・炭酸泉添加追焚系統
Ｓ１・・・温度センサ
Ｓ２・・・水位センサ
Ｖ１、Ｖ２，Ｖ４・・・開閉弁
Ｖ３・・・三方弁
Ｖ４、Ｖ５・・・逆止弁
Ｖ６・・・熱動弁

Claims (3)

1. 浴槽に炭酸泉を供給する人工炭酸泉システムであって、
   給湯機能及び暖房機能を有する給湯暖房用熱源機（２）と、
   該熱源機と浴槽間を結び、浴槽にお湯を落とし込み可能とする給湯配管（Ｗ３）と、
   該給湯配管（Ｗ３）経路内に介装される炭酸泉供給ユニット（３）と、
   炭酸泉供給ユニット（３）に炭酸ガスを供給可能とする炭酸ガス供給手段（４）と、
   浴槽と炭酸泉供給ユニット間を結び、浴槽水を追焚可能とする追焚配管（Ｂ１，Ｂ２）と、を備え、
   炭酸泉供給ユニット（３）は、
   炭酸ガス供給手段（４）から供給される炭酸ガスを、給湯配管（Ｗ３）を介して供給されるお湯に溶解させる炭酸ガス溶解部（３ａ）と、
   熱源機（２）から循環供給される暖房温水と、追焚配管（Ｂ１，Ｂ２）を介して循環供給される浴槽水と、を熱交換する熱交換部（３ｂ）と、を備えて成り、さらに、
   熱源機（２）から供給される給湯水を炭酸ガス溶解部（３ａ）において炭酸泉にして、給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に落とし込む炭酸泉給湯系統（Ｃ１）と、
   熱源機（２）から供給される給湯水を、そのまま給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に落とし込む通常給湯系統（Ｃ２）と、
   浴槽循環水を熱交換部（３ｂ）において加熱して、そのまま追焚配管（Ｂ２）を介して浴槽に戻す落とし込む通常追焚系統（Ｃ３）と、
   浴槽循環水を熱交換部（３ｂ）において加熱したのち、炭酸ガス溶解部（３ａ）において炭酸泉にして、給湯配管（Ｗ３）を介して浴槽に戻す落とし込む炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）と、
   炭酸泉給湯系統（Ｃ１）、通常給湯系統（Ｃ２）、通常追焚系統（Ｃ３）又は炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）を適宜、切り替え可能とする系統切替手段と、
   を備えて成ることを特徴とする人工炭酸泉システム。
2. 前記熱源機（２）は、高温暖房回路（Ａ１）と低温暖房回路（Ａ２）とを備え、かつ、前記暖房温水が低温暖房回路（Ａ２）を利用して循環供給される温水であることを特徴とする請求項１に記載の人工炭酸泉システム。
3. 炭酸泉給湯系統（Ｃ１）、通常給湯系統（Ｃ２）、通常追焚系統（Ｃ３）及び炭酸泉添加追焚系統（Ｃ４）内の配管材料として、耐炭酸ガス腐食性の高い材料を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の人工炭酸泉システム。

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