JP4965320B2 - シャワーシステム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、シャワーシステム及びその運転方法に係り、特に、全身シャワー浴を楽しむことができるシャワーシステム及びその運転方法に関する。

従来、電子制御により出湯温度特性を改良した給湯器（湯温安定機構付給湯器）が公知である（例えば特許文献１）。このタイプの給湯器を用いたシャワーシステムは、サーモミキシングバルブ（温度調節機能付混合水栓）を介してシャワーヘッドに接続されているのが一般的である。この場合、給湯器内の温度調節機構部で圧損が生じ、さらにミキシングバルブ部においても圧損が生じる（図１１参照）。このように、二重の圧力損失のために水道圧の割にシャワー流量が確保できないという問題がある。例えば、６０℃の湯（11.1Ｌ／分）と、１５℃の水道水（8.9Ｌ／分）とを浴室内のサーモミキシングバルブで混合させて、４０℃の湯を２０Ｌ／分供給するときの圧損は、

となり、平均的な水道圧０．２ＭＰａを超えてしまう。このため２４号給湯器であっても２０号相当（２０Ｌ／分）の給湯に達せず、お湯を身体全身に浴びせてシャワー浴を楽しむという大流量給湯器の特徴が生かされないという問題がある。

このような問題を解消するため、自動温度調節機構を用いない混合栓に関する技術が提案されている（例えば特許文献２）。この技術は、ミキシングバルブから自動温度調節機構を廃し、湯と水の混合を手動で行うことにより圧損を低減し、十分なシャワー流量を確保可能とするものである。
一方、大流量シャワーヘッドに関しては、浴室の天井付近に固定して使うリング状のシャワーヘッドが公知である（例えば特許文献３）。
特開平５−１５７３５０号公報 特開２０００−６４３７７号公報 特開２００３−１１１６８３号公報

しかし、特許文献２の混合水栓においても、給湯器を経由しない水を選択できるようにするため、お湯をシャワー側とカラン側に切り替える機能を備えているため、この部分における圧力損失を免れないという問題がある。
また、特許文献３のリング状シャワーヘッドについても同様に、浴室側に設けられた温調ハンドル（ミキシングバルブ）を操作することによって湯・水の混合比を調節する機構であるため、二重の圧力損失が発生する問題がある。

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、湯温安定機構付給湯器の特性を生かして、圧損なく大流量シャワー利用が可能なシャワーシステム及びその運転方法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、
第１の発明は、湯温安定機構を備えた給湯熱源機と、混合水栓を介することなく、専用給湯配管を介して給湯熱源機と直結するシャワーヘッドと、を備えて成ることを特徴とするシャワーシステムである。
本発明において「湯温安定機構」とは、一般に電子制御により出湯温度特性を改良した瞬間式給湯器の湯温制御機構をいうが、これに限らず、貯湯式給湯器において高温のお湯と冷水（水道水）を混合して、設定温度のお湯を供給する機構等も含む概念である。
上記発明において、シャワーヘッドは、長手方向が平均的成人男性の肩幅の長さを備え、かつ、浴室天井部に２列に設けることができる（第２の発明）。
さらに、専用給湯配管から分岐する排水用配管と、シャワー給湯時に、専用給湯配管内の滞留水温度に基づいて、滞留水を排水用配管を介してパージする手段と、を、さらに備えることができる（第３の発明）。
さらに、ミストサウナ装置と、給湯熱源機はミストサウナ装置に供給するための暖房温水循環回路と、をさらに備え、かつ、排水用配管は、ミストサウナ装置の排水手段を利用するように構成することができる（第４の発明）。

第５の発明は、上記シャワーシステムにおいて、給湯温度が下限温度以下のときは、前記排水用配管を介して前記専用給湯配管内の滞留水をパージすることを特徴とするシャワーシステムの運転方法である。
この場合、給湯温度が上限温度以上のときは、排水用配管を介して前記専用給湯配管内の高温水をパージすることができる（第６の発明）。

本発明によれば、サーモミキシングバルブを介在させないため、従来のシャワーシステムと比較して、同一水圧において２割程度の流量アップが可能となる。
また、本発明のシャワーヘッドによれば、天井から広範囲に多量のお湯を散水することができ、身体全体をお湯で包むことができる。また、お湯が身体を伝わり落ちる際の伝熱効果もあいまって、シャワー浴であっても身体を十分に暖めることができる。さらに、身体を暖めることにより血行促進を図ることができ、シャワー水圧が皮膚に与える刺激も相俟って肩こりを緩和する効果がある。

シャワーヘッドをミストサウナ装置に組み込む発明においては、従来のサウナ浴に加えて給湯接続を生かしたシャワー浴が可能となる。さらに、ミストサウナ装置の排水機構を利用して、シャワー給湯低温時に専用配管内低温のお湯をパージすることができるため、浴室側に温度調節機構を持つことなく、シャワーヘッドから冷水が出てしまうことを防止できるという効果がある。

以下、本発明に係るシャワーシステムの実施形態について、図１乃至４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。

図１は、本発明の一実施形態に係るシャワーシステム１の構成を示す図である。
図２は、ミストサウナ装置２の詳細構成を示す図である。
図３はミストサウナ装置２の天井取り付け状態を示す図である。
図４は、天井シャワーの利用形態を示す図である。
図５は、シャワーシステム１の天井シャワー運転制御フローを示す図である。
図６は、立ち上がり時における給湯配管のパージを示す図である。
図７は、通常運転時におけるミスト水の経路を示す図である。
図８は、急速立ち上げ時におけるミスト水の経路を示す図である。

図１を参照して、シャワーシステム１は浴室５の天井部５ａに設置されるシャワー機能を備えたミストサウナ装置２と、ミストサウナ装置２にシャワー給湯及び風呂暖房用循環温水を供給するコージェネレーション・システム１０と、を主要構成として備えている。
ミストサウナ装置２は、下部ユニット３及び上部ユニット４により構成されている。下部ユニット３は、２個のシャワーヘッド８ａ、８ｂと、４個のミストノズル３ｃ、３ｄと、暖房用熱交換器３ａと、循環ファン３ｂと、を備えている。上部ユニット４は、ミスト温水加熱用の熱交換器４ａを備えている。

コージェネレーション・システム１０は、給湯暖房ユニット１０ａと発電ユニット１０ｂにより構成されている。発電ユニット１０ｂはガスエンジンを動力源とし、発電に伴う排熱を回収して給湯暖房ユニット１０ａに送る。また、給湯暖房ユニット１０ａは内部に貯湯タンク（図示せず）を格納し、回収した排熱を高温のお湯として蓄えるように構成されている。貯湯タンク内の高温のお湯は、混合比例弁（図示せず）により水道水と混合され、設定温度のお湯として給湯配管７ａを経由してミストサウナ装置２に供給される。

図２をも参照して、シャワーシステム１の給水系統は、水道配管６ａから分岐した給水配管６ｂから弁Ｖ３→熱交換器４ａ→配管６ｃ→弁Ｖ５→弁Ｖ６を経由し、装置カバー３ｄ近傍に設けられた４個のミストノズル３ｃ、３ｄにより構成されている。４個のミストノズルのうち、両端の２個のノズル３ｃは急速立ち上げ用ノズルであり、中央の２個のノズル３ｃは通常ミスト用メインノズルである。配管６ｃ経路中の分岐Ｐ６にはパージ用排水用配管６ｄが設けられている。

次に、給湯系統は給湯配管７ａと、その経路中に設けられた弁Ｖ１、Ｖ２と、弁Ｖ２下流側のＰ５で分岐した配管の端末に設けられた大流量シャワーヘッド８ａ、８ｂにより構成されている。給湯配管７ａの弁Ｖ１下流側には、湯温検知用の温度センサＳ１が配設されている。給湯配管７ａのＰ４と給水配管６ｂのＰ９間には連絡配管７ｃが設けられており、後述するようにシャワー利用時に給湯配管７ａのお湯が低温のときに、連絡配管７ｃ→排水用配管６ｄを経由して低温水をパージできるように構成されている。
図３をも参照して、シャワーヘッド８ａ、８ｂは、中空長方体形状で表面に多数の散水孔が設けられており、長さは成人男性の肩幅と同等以上（例えば５００ｍｍ）であり、かつ、後述するように散水角度を任意に回動できるように構成されている。
なお、浴室内には天井部のシャワーヘッド８ａ、８ｂの他に、混合水栓とハンドシャワーを備えたシャワー装置及び給水・給湯配管を浴室内に備えているが、図示を省略してある。

次に浴室暖房系統は、下部ユニット３内の循環ファン３ｂと、熱交換器３ａと、温水配管Ｈ１、Ｈ２を主要構成として備えている。そして、循環ファン３ｂにより浴室内空気を吸込み口３ｅから吸い込んで、熱交換器３ａで給湯暖房ユニット１０ａから供給される暖房循環温水と熱交換し、温風として吹出し口３ｆから浴室内に吹き出すように構成されている。

次にミスト加熱回路は、温水配管Ｈ１からＰ１で分岐する温水配管Ｈ３、熱交換器４ａ及び温水配管Ｈ２とＰ２で合流する温水配管Ｈ４により構成され、給水配管６ｂを介して供給される冷水は、熱交換器４ａにおいて暖房循環温水と熱交換して加熱され、ミストとしてミストノズル３ｃ、３ｄから噴霧される。
さらにシャワーシステム１の制御系統は、給湯暖房ユニット１０ａ内の制御部（図示せず）、浴室内リモコン１０ｃ、センサＳ１及び各装置のアクチュエータ（図示せず）及びこれらを結ぶ信号線を主要構成として備えている。これにより、天井シャワー又はミストサウナ使用時に、リモコン４ｂを操作して装置の発停又は温度設定を可能に構成されている。

次に、図４を参照して、本システムにおける天井シャワーの利用形態について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）はシャワーヘッドの角度を内側に向けて、利用者が真下に立った状態を示している。この場合、両シャワーヘッドの間隔Ｌ１を成人男性の肩幅と同等に、及びシャワーヘッド長さＬ２を成人男性の側面幅より大きく設定してあるため、全身シャワーが可能となる。さらに、ミストサウナ装置の配置位置の関係で利用者がシャワーの真下に立てない場合であっても、同図（ｃ）に示すようにシャワーヘッドを外側に回動させることにより、全身シャワーが可能となる。

次に、図２、５、６をも参照して、シャワーシステム１の天井シャワー運転制御フローについて説明する。初期状態で弁Ｖ１乃至Ｖ４は閉弁状態である（Ｓ１０１）。利用者がリモコン４ｂのスイッチをＯＮ（予め給湯温度４２℃に設定されているものとする）にすることにより（Ｓ１０２）、給湯暖房ユニット１０ａの給湯運転開始及び弁Ｖ１開となる（Ｓ１０３）。これにより給湯暖房ユニット１０ａが運転開始し、設定温度のお湯が給湯配管７ａを経由して弁Ｖ２上流まで供給される。ここで温度センサＳ１の検知温度Ｔ１が所定の下限温度（例えば設定温度−２℃）以上か否かが判定される（Ｓ１０４）。下限温度未満の場合は、入浴者が冷水を浴びてしまうことを防止するために弁Ｖ４が開となり（Ｓ１０９）、配管内の低温水は図６の太線の経路で外部にパージされる。

下限温度以上のときは（Ｓ１０４においてＹＥＳ）、次いで上限温度（例えば４５℃）以下か否かが判定される（Ｓ１０５）。このステップは不測の事態で高温のお湯がシャワーヘッドから吐出されないための安全機構である。上限温度を超えているときは異常と判断して、弁Ｖ４が開となり（Ｓ１１０）、配管内の高温水は排水用配管６ｄから外部にパージされる。その後、給湯運転を停止し、全ての弁を閉止する（Ｓ１０８）。
Ｓ１０５において上限温度以下のときは弁Ｖ２を開とし、また弁Ｖ４が開状態のときは閉弁する（Ｓ１０６）。これによりシャワーヘッド８ａ、８ｂから４２℃のお湯が散水されることになる（図２の太線経路）。その後、シャワーＳＷがＯＦＦになったときは（Ｓ１０７）、給湯運転を停止し、さらに全ての弁を閉止し（Ｓ１０８）、本制御を終了する。

さらに、シャワーシステム１のミスト運転制御について説明する。図７を参照して、運転開始に先立って配管６ｃ内の滞留水を排水用配管６ｄから排水する。次に、循環ファン３ｂと熱交換器３ａにより浴室内に温風を吹き出しながら、給水配管６ｂを介して装置に供給される１Ｌ／分程度の水を熱交換器４ａで加熱して温水とし、ミストノズル３ｄから噴霧する（このとき、弁Ｖ１・Ｖ３開、弁Ｖ２・Ｖ４閉であり、太線はミスト水の経路を示す）。

また、図８を参照して、寒冷期等にサウナを急速立ち上げしようとするときには、給湯暖房ユニット１０ａから加熱済みのお湯をミストノズル３ｃから噴霧する（このとき、弁Ｖ１閉、弁Ｖ２・Ｖ３・Ｖ４開となる。太線はミスト水の経路を示す）。循環ファン３ｂと熱交換器３ａに室内に温風を吹き出す点は通常時と同様である。

なお、本実施形態ではガスエンジンによるコージェネレーション・システムによる例を示したが、電力によるヒートポンプを熱源とするシステムを用いることも可能である。
さらに、湯温安定機構を備えた給湯器を用いることも可能である。
また、暖房回路について温水を用いる形態としたが、電力を用いる形態とすることも可能である。

本発明の効果を確認するために、被験者に天井シャワーと従来型のハンドシャワーを使用してシャワー浴を行ってもらい、シャワー浴前後における温冷感の変化と、肩こり感の変化について申告してもらい、その結果を比較した。
＜温冷感の変化＞
（概要）
被験者７名（２０代〜６０代の男性）に１日目に天井シャワーを浴びてもらい、入浴前、入浴直後、入浴２０分後の３回に分けて、その時点における温冷感を７段階で自己申告してもらった。後日、従来型のハンドシャワーについて同様の試験を行った。
（試験条件）
試験条件は下表の通りである。

（結果及び評価）
図９に天井シャワー（左側）及び従来シャワー（右側）の温冷感スコアを示す。天井シャワーでは、入浴前の温冷感に対して、入浴直後および入浴２０分後の温冷感が、有意に向上している（ｐ＜０．１）。一方、従来のハンドシャワーについては有意差なしと判断される。

＜肩こり感の変化＞
（概要）
次に、日頃、肩がこっているとの自覚がある被験者１０名（２０代〜４０代の男女）に、１日目に天井シャワーを浴びてもらい、入浴前、入浴直後、入浴２０分後の３回に分けて、「あなたは肩がこっていると思いますか？」の質問に答えてもらった。後日、従来型のハンドシャワーを浴びてもらい、同様の質問を行って比較した。
（試験条件）
実施例１と同一の条件による。
（結果及び評価）
図１０に天井シャワー（左側）及び従来シャワー（右側）の肩こり感スコアを示す。天井シャワーでは、入浴前の肩こり感に対して、入浴直後および入浴２０分後の肩こり感が有意に低下した（ｐ＜０．０５）。一方、従来のハンドシャワーでは、入浴前に対して、入浴直後および入浴２０分後の肩こり感が低下する傾向はあるものの、有意差なしと判断される。
以上の２つの被験者試験の結果から天井シャワーの有効性が証明された。

本発明は、熱源を問わず浴室等の天井に設置するシャワーシステムに広く利用できる。

本発明の一実施形態に係るシャワーシステム１を示す図である。 ミストサウナ装置２の詳細構成を示す図である。 ミストサウナ装置２の天井取り付け状態を示す図である。 天井シャワーの利用形態を示す図である。 シャワーシステム１の天井シャワー運転制御フローを示す図である。 立ち上がり時における給湯配管のパージを示す図である。 通常運転時におけるミスト水の経路を示す図である。 急速立ち上げ時におけるミスト水の経路を示す図である。 シャワー入浴使用前後の温冷感の変化に関する被験者試験の結果を示す図である。 シャワー入浴使用前後の肩こり感の変化に関する被験者試験の結果を示す図である。 サーモミキシングバルブ有無による圧力損失の比較を示す図である。

符号の説明

１・・・・シャワーシステム
２・・・・ミストサウナ装置
３ａ、４ａ・・・・熱交換器
３ｂ・・・・循環ファン
３ｃ、３ｄ・・・・ミストノズル
４ｂ・・・・リモコン
６ａ・・・・水道配管
６ｂ・・・・給水配管
６ｄ・・・・排水用配管
７ａ・・・・給湯配管
８ａ、８ｂ・・・・シャワーヘッド
１０・・・・コージェネレーション・システム
１０ａ・・・・給湯暖房ユニット
１０ｂ・・・・発電ユニット
１０ｃ・・・・浴室内リモコン
Ｈ１〜Ｈ４・・・・温水配管
Ｓ１・・・・温度センサ
Ｖ１〜Ｖ６・・・・開閉弁

Claims (3)

1. 湯温安定機構を備えた給湯熱源機と、
   混合水栓を介することなく、専用給湯配管を介して給湯熱源機と直結するシャワーヘッドと、
   前記専用給湯配管から分岐する排水用配管と、
   シャワー給湯時に、該専用給湯配管内の滞留水温度に基づいて、滞留水を排水用配管を介してパージする手段と、
   ミストサウナ装置と、
   を備えて成り、
   該給湯熱源機は該ミストサウナ装置に供給するための暖房温水循環回路を備え、
   該排水用配管は、該ミストサウナ装置の排水手段を利用するように構成し、
   該シャワーヘッドは、長手方向が平均的成人男性の肩幅の長さを備え、かつ、浴室天井部に２列に設けてなる、
   ことを特徴とするシャワーシステム。
2. 給湯温度が下限温度以下のときは、前記排水用配管を介して前記専用給湯配管内の滞留水をパージするように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシャワーシステム。
3. 請求項２において、さらに、
   給湯温度が上限温度以上のときは、前記排水用配管を介して前記専用給湯配管内の高温水をパージするように構成したことを特徴とするシャワーシステム。

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