JP3869076B2 - 蒸気発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、湯を拡散することによって蒸気を発生させる蒸気発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家庭の浴室を暖房したり簡易な蒸気風呂として利用したりするために、種々の蒸気発生装置が提案されている。
これら蒸気発生装置は、一般に、電気ヒータ等の専用の熱源を必要とするものであるので、価格が高くつくとともに、配管工事や配線工事等も必要であり、既設の住宅には適用し難いという問題があった。そこで、既設の給湯器から供給される熱湯を傾斜板に沿って流下させて、蒸気を発生させるものが提案されている（例えば実開平３−３０００１号公報参照）。しかし、この蒸気発生装置は、所望量の蒸気を発生させるために、熱湯を流下させる傾斜板の面積をかなり広くする必要があるので、装置が大型化するとともに、重量も重たくなるという問題があった。
このような問題点を解決するために、本願出願人は、ハウジング内に注入した湯を羽根車によって受け止めて拡散させることにより蒸気を発生させる蒸気発生装置を提案した（例えば特開平８−４９８０１号公報参照）。この蒸気発生装置装置は、羽根車によって発生させた蒸気を、送風ファンによって浴室に排出するとともに、ハウジング内に注入した湯を浴槽に排出し、この浴槽に排出した湯から発生する蒸気をハウジングの吸気口からハウジング内に吸い込んで、蒸気とともに浴室に吹き出すものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記羽根車を用いた蒸気発生装置は、ハウジングの吸気口を浴槽の内部でなく浴槽の外部に臨ませた形態で使用することもできる。この場合には、浴槽の蒸気に代えて浴室の空気がハウジング内に吸い込まれ、この吸い込まれた空気が蒸気とともにハウジング外に排出されることになる。
ところが、上記蒸気発生装置は、吸気口と蒸気の排出口とが接近しているので、吸気口からハウジング内に吸い込まれた空気がハウジング内に滞留している時間が非常に短い。このため、ハウジングの吸気口を浴槽の外部に臨ませた使用形態では、ハウジングに吸い込まれた空気が、蒸気によって十分に加熱されないまま浴室に吹き出されることになる。この結果、浴室温度を所望温度まで上昇させるのに時間がかかるという問題が生じる。
この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハウジング内に吸い込まれた空気とハウジング内の蒸気との熱交換を促進することができ、室温を効率よく上昇させることができる蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、この発明の蒸気発生装置は、湯を注入する注湯口と、外部の空気を吸い込む吸気口と、内部の流体を外部に吹き出す吹出口と、注入された湯を溜める貯湯部とを有し、上記吸気口と吹出口との間の空間が流体通路として構成されているハウジングと、上記流体通路の途中部に設けられ、ハウジング内に注入した湯を受け止めて拡散させることにより蒸気を発生させる羽根車と、上記羽根車の下流の流体通路に設けられ、ハウジング内に吸入した空気とハウジング内の蒸気とをハウジング内に滞留させて両者の熱交換を促進させる熱交換促進空間と、上記貯湯部に所定量の湯を滞留させるためのオーバーフロー管と、ハウジング内の蒸気を含む流体を吹出口を通してハウジングの外部に吹き出す送風ファンとを備える蒸気発生装置であって、上記吸気口、羽根車、及び熱交換促進空間を、羽根車の回転中心を通る軸線に沿って直線的に配列する一方、上記貯湯部に溜めた湯の熱を流体通路の流体に伝導する熱伝導手段を設けたことを特徴とする。
【０００５】
この蒸気発生装置によれば、ハウジング内に注入した湯を羽根車によって受け止めて拡散させることにより、ハウジング内に蒸気を発生させることができるとともに、ハウジング内に吸い込んだ空気を、熱交換促進空間においてハウジング内の蒸気と効果的に熱交換させて十分に加熱した状態で、当該蒸気とともに送風ファンにより吹出口からハウジングの外部に吹き出すことができる。
また、上記吸気口、羽根車、及び熱交換促進空間は、羽根車の回転中心を通る軸線に沿って直線的に配列されているので、ハウジングの内部の構造を簡素化することができる。
さらに、貯湯部に溜めた湯の熱を流体通路の流体に伝導する熱伝導手段を備えるので、貯湯部に溜めた湯の熱を、熱伝導手段によって流体通路の流体に伝導して、当該流体を加熱することができる。
【０００６】
上記吸気口と羽根車との間には、ハウジングの外部の空気をハウジング内に吸い込んで、羽根車により発生させた蒸気とともに熱交換促進空間方向に飛散させる吸気ファンを備えるのが好ましい（請求項２）。この場合には、ハウジング内に吸い込んだ空気と羽根車によって発生させた蒸気の双方を、同一方向へ飛散させることができるので、両者の熱交換をより効果的に行わせることができる。
請求項２記載の蒸気発生装置においては、上記羽根車がハウジングに注入された湯によって回転駆動されるとともに、上記送風ファン及び吸気ファンが、羽根車の回転に連動するのが好ましく（請求項３）、この場合には、羽根車、送風ファン及び吸気ファンを駆動するための動力が不要となる。
【０００７】
上記熱伝導手段はヒートパイプであるのが好ましく（請求項４）、この場合には、貯湯部に溜めた湯の熱を、上記ヒートパイプによって、流体通路の流体に急速且つ効率よく伝導することができる。このため、流体通路の流体をより効率よく加熱することができる。
上記ヒートパイプは、流体通路の流体と接触するフィンを備えるのが好ましく（請求項５）、この場合には、貯湯部に溜めた湯と流体通路の流体との熱交換をより効果的に行わせることができる。このため、上記流体をさらに効率よく加熱することができる。
【０００８】
上記注湯口は、上記羽根車に湯を噴射する噴射ノズルを備え、上記噴射ノズルは、ノズル本体とこのノズル本体の先端に形成され且つ上記羽根車に臨ませる先端口とを有し、上記先端口の内径を上記ノズル本体の内径の略５０％以下に設定しているのが好ましい（請求項６）。この場合には、噴射ノズルに供給された湯が、先端口によって抵抗を受けて、当該湯に効率よく顕熱が与えられ、湯の温度を上昇させることができる。このため、熱交換性の高い湯を噴射することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明の蒸気発生装置の一つの実施の形態を示す概略図であり、図２は図１のII−II線断面図である。
上記蒸気発生装置Ｓは、例えば浴室Ｂの内壁Ｂ１に取り付けられて使用されるものであり（図３参照）、内部に流体通路１０が設けられたハウジング１と、流体通路１０の途中部に設けられ、上記ハウジング１の内部に注入された湯を受け止めて拡散させることにより蒸気を発生させる羽根車２と、流体通路１０の途中部に設けられ、当該流体通路１０の流体を浴室Ｂに吹き出す送風手段としての送風ファン３と、浴室Ｂの空気をハウジング１内に吸い込む吸気ファン４と、上記ハウジング１内に注入された湯の熱を、流体通路１０に導入された空気に伝導する熱伝導手段としてのヒートパイプ５とによって主要部が構成されている。
【００１０】
上記ハウジング１は、全体が合成樹脂によって形成されており、湯を内部に注入するための注湯口１１と、注入された湯をハウジング１の外部に排出するための排水口１２と、浴室Ｂの空気を吸い込むための吸気口１３と、流体通路１０の流体を浴室Ｂに吹き出すための吹出口１４と、注湯口１１から注入された湯を一時的に溜める貯湯部１５とが形成されている。
【００１１】
上記注湯口１１は、羽根車２に向かって湯を噴射する噴射ノズル１１ａを備えている。この噴射ノズル１１ａは、ノズル本体１１ｂと、このノズル本体１１ｂの先端に設けけられた、湯を噴出するための先端口１１ｃとを有しており、上記ノズル本体１１ｂは、その先端口１１ｃを羽根車２に対向させた状態で、ハウジング１に挿通されている。
図４も参照して、上記噴射ノズル１１ａの先端口１１ｃの内径ｂは、例えばノズル本体１１ｂの先端部をテーパ状に縮径させることにより、ノズル本体１１ｂの内径ａの略５０％以下になるように設定されている。このため、噴射ノズル１１ａから噴射する湯に対して管路抵抗を付与し、これにより生じるエネルギーを、噴射ノズル１１ａから噴射する湯の顕熱に変換させて当該湯の温度を上昇させることができる。この結果、羽根車２による蒸気の発生効率を高めることができる。上記先端口１１ｃの内径ｂは、具体的には１．６〜５．０ｍｍの範囲であるのが好ましい。なお、上記噴射ノズル１１ａは、ホースＨ又は配管を介して給湯用の蛇口Ｊに接続されている（図３参照）。
【００１２】
吸気口１３はハウジング１の図１において左側の側壁１ａに形成されており、吹出口１４はハウジング１の前面壁１ｂの図１において右側に形成されている。これら吸気口１３と吹出口１４との間が流体通路１０として構成されており、この流体通路１０のうちの羽根車２と送風ファン３との間が、ハウジング１内に吸入した空気とハウジング１内の蒸気とをハウジング１内に滞留させて両者の熱交換を促進させる熱交換促進空間１６として構成されている。この熱交換促進空間１６の幅Ｗは、上記熱交換のための時間を十分に確保できる寸法、例えば５０〜１００ｍｍ以上に設定されている。
【００１３】
貯湯部１５はハウジング１の底部で構成されており、この貯湯部１５の底面に上記排水口１２が設けられている。この排水口１２は、ハウジング１の底面に挿通されたオーバーフロー管１２ａを備えており、上記注湯口１１を通してハウジング１内に注入された湯を、貯湯部１５に所定量滞留させてハウジング１外に排出することができる。
なお、上記排水口１２から排出される湯は、浴槽に溜めるようにするのが、当該湯を浴用等に再利用することができるので好ましい。
【００１４】
羽根車２は、一対の側板２１間に複数枚の羽根２２を放射状に配列したものであり、ハウジング１に設けられた軸受部１７に、ベアリング２４及び回転軸２３を介して回転自在に支持されている。また、上記羽根２２の先端側は、噴射ノズル１１ａの直下に位置しており、噴射ノズル１１ａから注入される湯によって羽根車２を回転駆動できるようになっている。
【００１５】
送風ファン３は、シロッコファンによって構成されており、その吹出口はハウジング１の吹出口１４に臨ませてある。また、送風ファン３の回転軸は、羽根車２の回転軸２３と兼用しており、羽根車２の回転に連動してシロッコファンを回転駆動できるようになっている。
【００１６】
吸気ファン４は、吸気口１３と羽根車２との間に設けられている。この吸気ファン５は、軸流ファンによって構成されており、その回転軸は羽根車２の回転軸２３と兼用している。したがって、羽根車２の回転に連動して吸気ファン４を回転駆動することができる。上記吸気ファン４は、浴室Ｂの空気を流体通路１０に吸い込み、この吸い込んだ空気とともに羽根車２によって発生させた蒸気を熱交換促進空間１６方向へ飛散させることができる。
【００１７】
上記吸気口１３、吸気ファン４、羽根車２及び熱交換促進空間１６は、回転軸２３に沿って直線的に配列されており、これにより、ハウジング１内の構造の簡素化が図られている。すなわち、これら吸気口１３、吸気ファン４、羽根車２及び熱交換促進空間１６を非直線的に配列すると、ハウジング１内に吸い込んだ空気や羽根車２によって発生させた蒸気等の流体の流通をガイドするための風向板が必要になるとともに、羽根車２の回転軸や送風ファン３の回転軸を別々に設ける必要があるが、上記吸気口１３や吸気ファン４等を直線的に配列することにより、これら風向板が不要であるとともに、各回転軸を兼用することができるので、その分、構造の簡素化を図ることができる。
【００１８】
ヒートパイプ５は、その上部側が吸気口１３と吸気ファン４との間の流体通路１０に配置されており、その下部側が、貯湯部１５に溜めた湯に浸漬されている。このヒートパイプ５は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅等からなるパイプ５１の内壁を、ガラス繊維や網状の銅線等により毛細管構造とし、当該パイプ５１の内部を真空にするとともに、水、フロン、非フロン系の絶縁液等の作動液を少量封入したものであり、貯湯部１５に溜めた湯の熱を、流体通路１０に吸い込んだ空気に急速且つ効率よく伝導することができる。このため、当該空気を効率よく加熱することができる。また、上記パイプ５１の上部側には、吸気口１３から吸い込んだ空気と接触するフィン５２が多数設けられており、吸気口１３から吸い込んだ空気と、貯湯部１５に溜めた湯との熱交換をさらに効率よく行わせ得るようになっている。
【００１９】
以上の構成であれば、給湯用の蛇口から供給される湯を、注湯口１１を通してハウジング１内に噴射すると、当該湯を羽根車２によって受け止めて拡散させながら、羽根車２を連続的に回転させることができる。この際、上記噴射した湯が羽根車２の羽根２２に連続的に衝突し、その運動エネルギーが湯の潜熱に変換されることにより、ミストを含む蒸気が効率よく生成される。また、羽根車２によって放射状に拡散された湯が、ハウジング１の内壁に衝突することにより、さらに多量の蒸気が生成される。さらに、噴射ノズル１１ａから湯が高速噴射されることにより、羽根車２が高速回転し、湯の拡散が効率的に行われる。このため、湯から蒸気への変換効率を飛躍的に高めることができる。
【００２０】
また、上記羽根車２の回転に伴って、吸気ファン４が回転駆動され、浴室Ｂの空気が吸気口１３を通して流体通路１０に積極的に吸い込まれ、この吸い込まれた空気は、ヒートパイプ５を介して貯湯部１５の湯と熱交換されて加熱された状態で、熱交換促進空間１６に供給される。この際、吸気ファン４の風力によって、羽根車２により生成した蒸気も熱交換促進空間１６に効率よく供給され、当該熱交換促進空間１６において空気と蒸気とが一定時間滞留することにより、両者間の熱交換が効果的に行われる。しかも、上記吸気ファン４によって空気と蒸気とを同一方向へ飛散させることができるので、両者間の熱交換をさらに効果的に行わせることができる。さらに、上記羽根車２によって蒸気化されなかった湯滴を、熱交換促進空間１６において蒸気化することもできる。この結果、吹出口１４から高温の蒸気を効率よく吹き出すことができ、浴室Ｂを短時間で所望温度に高めることができる。
【００２１】
上記蒸気発生装置Ｓにおいては、羽根車２がハウジング１に注入された湯によって回転駆動されるとともに、送風ファン３及び吸気ファン４が、羽根車２の回転に連動するので、これらを駆動するためのモータ等の動力源が不要となる。このため、構造の簡素化及び小型軽量化をはかることができる。また、電気配線が不要であるので、既設の浴室Ｂにも簡単に設置することができるとともに、ランニングコストも少なくて済む。
【００２２】
なお、噴射ノズル１１ａの有無による湯の温度変化を調べるための比較試験を行った。この試験は、瞬間湯沸器の給湯ホースから毎分３．５リットルの湯を供給し、上記給湯ホースに噴射ノズル１１ａを取り付けた場合と、取り付けない場合の噴射ノズル１１ａの先端口１１ｃから噴射される湯の温度を測定した。また、供給する湯の温度を変化させて噴射される湯の温度の測定を繰り返した。上記噴射ノズル１１ａとしては、ノズル本体１１ｂの内径ａが１０ｍｍ、先端口１１ｃの内径が２ｍｍのものを用いた。この試験結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１から、噴射ノズル１１ａを取り付けると、噴射される湯の温度が上昇することが分かる。また、湯の温度の上昇幅は、供給する湯の温度が高くなるにしたがって大きくなることが分かる。これは、湯の温度が高くなるほど噴射ノズル１１ａ内の管路抵抗により生じるエネルギーが大きくなり、それに応じて噴射ノズル１１ａから噴射される湯の顕熱も大きくなるからである。
【００２５】
図５は他の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、羽根車２の回転を、変速機構６により変速して、吸気ファン４に伝達している点である。この実施の形態においては、羽根車２の回転軸２３と、吸気ファン４の回転軸２５とを、平行に設け、各回転軸２３，２５どうしを、変速機構６を構成する歯付きプーリ６１，６２及びタイミングベルト６３を介して連動可能に連結している。
この実施の形態によれば、歯付きプーリ６１，６２の歯数を適宜選択することにより、送風ファン３及び吸気ファン４の回転数を任意に調整することができる。また、上記タイミングベルト６３の張力をテンションプーリを用いて調整することにより、羽根車２に回転抵抗を付与して、その回転数を調整することもできる。
【００２６】
なお、上記蒸気発生装置は、浴室Ｂの側壁Ｂ１に組み込むようにしてもよく、また、ハウジング１を上記側壁Ｂ１等と一体に形成してもよい。
この発明の蒸気発生装置は、上記実施の形態に限定されるものでなく、例えば、熱交換促進空間１６部分にヒートパイプ５を設け、当該熱交換促進空間１６を通る空気及び蒸気と、貯湯部１５に溜めた湯とを熱交換させて、当該空気及び蒸気を加熱すること、熱伝導手段として、上記ヒートパイプ５に代えて、熱伝導性のよい材料からなる棒材や網を使用すること、吸気ファン４を省略して送風ファン３の吸引力により空気及び蒸気を熱交換促進空間１６に導入するようにすること、羽根車２を例えば充電式バッテリを電源とするモータにより強制的に回転させるようにすること等、種々の設計変更を施すことができる。
【００２７】
上記の構成の蒸気発生装置は、浴室等における衣類乾燥機としても好適に使用することができる。この場合には、吹出口１４を除湿フィルターによって覆うことにより、加熱乾燥した空気を吹出口１４から吹き出すようにすればよい。また、貯湯部１５に湯を溜めた後、注湯口１１からの湯の噴射を停止するとともに、送風ファン３をモータによって単独回転させることにより、ヒートパイプ５にて加熱された空気を吹出口１４から吹き出すようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の蒸気発生装置によれば、ハウジング内に吸い込んだ空気を、熱交換促進空間においてハウジング内の蒸気と効果的に熱交換させて十分に加熱した状態で、当該蒸気とともにハウジングの外部に吹き出すことができるので、室内温度を効率的に高めることができる。
また、吸気口、羽根車、及び熱交換促進空間が、羽根車の回転中心を通る軸線に沿って直線的に配列されているので、ハウジングの内部の構造を簡素化することができる。
さらに、貯湯部に溜めた湯の熱を、熱伝導手段によって流体通路の流体に伝導して、当該流体を加熱することができるので、室内により高温の流体を吹き出すことができる。
請求項２記載の蒸気発生装置によれば、吸気口から吸い込んだ空気と、羽根車によって発生させた蒸気の双方を、吸気ファンによって熱交換促進空間方向へ飛散させることができるので、両者の熱交換をさらに効果的に行わせることができ、室内温度をより効率的に高めることができる。
【００２９】
請求項３記載の蒸気発生装置によれば、ハウジングに注入された湯によって羽根車が回転駆動されるとともに、送風ファン及び吸気ファンが、羽根車の回転に連動するので、羽根車、送風ファン及び吸気ファンを駆動するための動力が不要となる。このため、蒸気発生装置の構造の簡素化、小型軽量化を図ることができる。
【００３０】
請求項４記載の蒸気発生装置によれば、貯湯部に溜めた湯の熱を、ヒートパイプによって、流体通路の流体に急速且つ効率よく伝導することができる。このため、流体通路の流体をより効率よく加熱することができる。
請求項５記載の蒸気発生装置によれば、ヒートパイプのフィンによって、貯湯部に溜めた湯と流体通路の流体との熱交換をより効果的に行わせて、上記流体をさらに効率よく加熱することができる。
【００３１】
請求項６記載の蒸気発生装置によれば、噴射ノズルから噴射する湯に効率よく顕熱を与え、湯の温度を上昇させて、熱交換性の高い湯を得ることができる。このため、蒸気の発生効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の蒸気発生装置の一つ実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】蒸気発生装置の設置状態を示す斜視図である。
【図４】噴射ノズルの拡大断面図である。
【図５】他の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
１０ 流体通路
１１ 注湯口
１２ 排水口
１３ 吸気口
１４ 吹出口
１５ 貯湯部
１６ 熱交換促進空間
２ 羽根車
３ 送風ファン
４ 吸気ファン
５ ヒートパイプ
５２ フィンを備える請求項６記載の蒸気発生装置。
１１ａ 噴射ノズル
１１ｂ ノズル本体
１１ｃ 先端口
Ｓ 蒸気発生装置

Claims (6)

1. 湯を注入する注湯口と、外部の空気を吸い込む吸気口と、内部の流体を外部に吹き出す吹出口と、注入された湯を溜める貯湯部とを有し、上記吸気口と吹出口との間の空間が流体通路として構成されているハウジングと、
   上記流体通路の途中部に設けられ、ハウジング内に注入した湯を受け止めて拡散させることにより蒸気を発生させる羽根車と、
   上記羽根車の下流の流体通路に設けられ、ハウジング内に吸入した空気とハウジング内の蒸気とをハウジング内に滞留させて両者の熱交換を促進させる熱交換促進空間と、
   上記貯湯部に所定量の湯を滞留させるためのオーバーフロー管と、
   ハウジング内の蒸気を含む流体を吹出口を通してハウジングの外部に吹き出す送風ファンとを備える蒸気発生装置であって、
   上記吸気口、羽根車、及び熱交換促進空間を、羽根車の回転中心を通る軸線に沿って直線的に配列する一方、上記貯湯部に溜めた湯の熱を流体通路の流体に伝導する熱伝導手段を設けたことを特徴とする蒸気発生装置。
2. 上記吸気口と羽根車との間に、ハウジングの外部の空気をハウジング内に吸い込んで、羽根車により発生させた蒸気とともに熱交換促進空間方向に飛散させる吸気ファンを備える請求項１記載の蒸気発生装置。
3. 上記羽根車がハウジングに注入された湯によって回転駆動されるとともに、上記送風ファン及び吸気ファンが、羽根車の回転に連動する請求項２記載の蒸気発生装置。
4. 上記熱伝導手段がヒートパイプである請求項１乃至３の何れかに記載の蒸気発生装置。
5. 上記ヒートパイプが、流体通路の流体と接触するフィンを備える請求項４記載の蒸気発生装置。
6. 上記注湯口が、上記羽根車に湯を噴射する噴射ノズルを備え、
   上記噴射ノズルは、ノズル本体とこのノズル本体の先端に形成され且つ上記羽根車に臨ませる先端口とを有し、上記先端口の内径を上記ノズル本体の内径の略５０％以下に設定している請求項１記載の蒸気発生装置。

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