JP2015227696A - ホースおよびその製造方法、シャワーヘッド、カートリッジならびにシャワーホース・ユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給湯器から供給される湯水を流通させる給湯用のホース100であって、露出する外面を形成する外面層110と、外面層110の内面に設けられて湯水の流路を形成し、第1の温度で蓄熱する機能を有する内面層120と、を備える。第1の温度を超えて温度変化した湯水がホース内を流通したときには、内面層120が第1の温度で維持され、第1の温度で湯水から熱を奪うか湯水に熱を放出するため、給湯機を変更することなく流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【選択図】図1
Description
(ホースの構成)
図1(a)、(b)は、それぞれホース100を示す斜視図およびその内面層120を示す断面図である。ホース100は、給湯用のホースであり、内部空間に給湯機から供給される湯水を流通させる。図1(a)に示すように、ホース100は、外面層110および内面層120を備えている。また、外面層110と内面層120との間には、親水処理がなされており、親水処理面128が形成されている。
図3(a)は、従来のホース800を通過した場合の出水温度Toutの推移を示す図である。図3(a)は、時間t1に給湯栓を開け、時間t2に一旦給湯栓を閉じた後、時間t3に給湯栓を再び開けた場合の出水温度の経緯を示している。従来のホース800には、蓄熱機能が無いため、時間t3以降は、図中の領域R1に示すように、冷水サンドイッチ現象の影響を直接受け、一旦、出水温度が急激に上昇し、その後急激に下降する。
内面層120の内面が水と接触する面積と出水温度との関係をシミュレーションにより求めた。図4(a)、(b)は、それぞれ接触面積に関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
Nud=0.023Red 0.8・Prn(103<Red<107、0.7<Pr<160、LH/D>10)…(1)
Nud:ヌセルト数、Red:レイノルズ数、Pr:プラントル数
ただし、液体を加熱する場合:n=0.4、液体を冷却する場合:n=0.3
h=Nud・k/D…(2)
h:熱伝達率[W/(m2・K)]、Nud:ヌセルト数、k:熱伝導率[W/(m・K)]、D:内径[m]
Tout=TA−(TA−Tin)/exp(h・A/(m・Cp))…(3)
TA:管壁温度(相変化温度)[℃]、h:熱伝達率[W/(m2・K)]、A:伝熱面積[m2]、m:質量流量[kg/s]、Cp:定圧比熱[J/(kg・K)]
伝熱面積を増やす手段として、管内にフィン構造を設ける方法がある。シミュレーションにより内面層120の内面に設けられたフィンの高さと出水温度との関係を求めた。図5(a)、(b)は、それぞれフィン高さに関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
Nue=0.212・Re0.6・(b/De)0.34・Pr1/3・(μ/μW)0.14…(4)
μ:流体の粘度[Pa・s]、μw:水の粘度[Pa・s]
熱水に続いて冷水が出てくる場合には、冷水の加熱に、基本的に内面層120の蓄熱材Aが蓄熱した熱を用いればよいが、冷水が多い場合にはさらに手段を講じてもよい。例えば、熱水と同量の冷水が出てくる場合、内面層120の蓄熱量では必要な熱量が不足するため、別途、冷水加熱用に蓄熱材をシャワーヘッドに配置することが好ましい。
上記のシャワーヘッド200は、シャワーヘッド200自体に蓄熱材Bを備えているが、従来のシャワーヘッドにカートリッジを取り付けてもよい。図8は、カートリッジ300を内蔵したシャワーヘッド900を示す断面図である。シャワーヘッド900は、従来のシャワーヘッドであり、ヘッド本体910に散水口915が設けられている。
ホース100の製造方法の好ましい一例として、内面層120をダブルネットワーク・ゲル(高強度ゲル)を用いて形成する製造方法を説明する。図9(a)〜(c)は、ホース100の作製方法を示す図である。
次に、蓄熱材Aを保持するダブルネットワーク・ゲルの作製方法の詳細を説明する。図10は、ダブルネットワーク・ゲルの作製方法を示す図である。図10に示すように、まず、水W1に蓄熱材A、第1のネットワーク・ゲル用のモノマーM1、重合開始剤Pi1および架橋材Ca1を加えて混合する。そして、得られた溶液に紫外線を照射し、型上に第1のネットワーク・ゲルSN1を作製する。なお、第1のネットワーク・ゲルは、剛直なゲルであることが好ましい。
上記の例では、内面層120が蓄熱材を含むダブルネットワーク・ゲルで構成されているが、内面層は、ダブルネットワーク・ゲルで形成された2つの強化層と、2つの強化層の間に蓄熱材を含む蓄熱材層と、2つの強化層と蓄熱材層とを区切る水不溶性の膜と、を有してもよい。これにより、蓄熱材を分離することでダブルネットワーク・ゲルの強度を向上できる。また、水不溶性の膜により蓄熱材の流出を防止できる。
110 外面層
120 内面層
121 接触面
125 フィン
128 親水処理面
200 シャワーヘッド
210 ヘッド本体
215 散水口
220 蓄熱部
300 カートリッジ
310 容器部
320 蓄熱部
410 第1のネットワーク・ゲル
420 ダブルネットワーク・ゲル
431、435 第1のネットワーク・ゲル
432、434 不溶性の膜
433 蓄熱材層
Ca1、Ca2 架橋材
D 内径
DN1 ダブルネットワーク・ゲル
J1 接触部
LH ホース長
M1、M2 モノマー
Mo1 型
Pi1、Pi2 重合開始剤
SN1 第1のネットワーク・ゲル
t フィン幅
t1、t2、t3 時間
相変化のTA、TB 温度
Tin 入口の水温
Tout 出口の水温
W1、W2 水
Claims (15)
- 給湯器から供給される湯水を流通させる給湯用のホースであって、
露出する外面を形成する外面層と、
前記外面層の内面に設けられて湯水の流路を形成し、第1の温度で蓄熱する機能を有する内面層と、を備えることを特徴とするホース。 - 前記第1の温度は、前記流路を通過した湯水に対して想定される使用温度範囲外かつ許容温度範囲内に設計されていることを特徴とする請求項1記載のホース。
- 前記内面層は、前記第1の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載のホース。
- 前記内面層は、前記流路の表面積が、表面粗度ゼロの場合の単純な円筒形状の内面の表面積の3倍以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のホース。
- 前記内面層は、湯水との接触面に凸部が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のホース。
- 前記凸部は、前記流路の方向に垂直に突出した平板状のフィンであることを特徴とする請求項5記載のホース。
- 前記内面層は、蓄熱材を保持するダブルネットワーク・ゲルにより形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のホース。
- 前記内面層は、ダブルネットワーク・ゲルで形成された2つの強化層と、前記2つの強化層の間に蓄熱材を含む蓄熱材層と、前記2つの強化層と前記蓄熱材層とを区切る水不溶性の膜と、を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のホース。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載のホースに接続されるシャワーヘッドであって、
内部に湯水を流通させ、散水口から湯水を放出するヘッド本体と、
前記ヘッド本体の内面に設けられて湯水に接触し、第2の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴とするシャワーヘッド。 - 前記蓄熱部は、前記第2の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴とする請求項9記載のシャワーヘッド。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載のホースに接続されるシャワーヘッド内に着脱可能なカートリッジであって、
内部に湯水を流通させる容器部と、
前記容器部内に保持されて、湯水に接触したときには第2の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴とするカートリッジ。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載のホースと、
前記ホースに接続される請求項9または請求項10記載のシャワーヘッドと、を備えることを特徴とするシャワーホース・ユニット。 - 給湯器から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、
容器内に、水、蓄熱材および第1のゲル化剤を加えて、第1のネットワーク・ゲルを生成する工程と、
前記生成された第1のネットワーク・ゲルの両端を接触させて筒形状にし、水、蓄熱材および第2のゲル化剤を添加し、前記第1のネットワーク・ゲルおよび第2のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して、内面層を作製する工程と、
予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。 - 給湯器から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、
容器内に、水、蓄熱材および第1のゲル化剤を加えて、第1のネットワーク・ゲルを生成する工程と、
前記第1のネットワーク・ゲル上に水不溶性の膜を生成し、さらに蓄熱材および増粘剤を添加して蓄熱材層を生成する工程と、
前記蓄熱材層の上に水不溶性の膜を生成し、さらに水、前記第1のゲル化剤を添加し、前記第1のネットワーク・ゲルを生成することで、積層体を生成する工程と、
前記積層体を筒形状にし、前記作製された第1のネットワーク・ゲルおよび第2のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して内面層を作製する工程と、
予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。 - 前記外面層に内面層を装着する工程では、前記外面層内に前記作製された内面層を挿入し、前記挿入された内面層を膨潤させることを特徴とする請求項13または請求項14記載の製造方法。
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