JP5104444B2 - 水微細化ユニット及び水微細化装置とそれを用いたサウナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、水微細化ユニット及び水微細化装置とそれを用いたサウナ装置に関するものである。

例えば、サウナ装置に用いられる水微細化装置の構成は、次のような構成となっていた。

すなわち、給気口と排気口を有する本体ケースと、この本体ケース内の風路に設けた送風手段と、この送風手段と排気口間に設けた微細化手段とを備え、前記微細化手段は、ノズルから液体を噴射させる構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−６３１０３号公報

上記従来例において問題となるのは、エネルギー損失が大きくなっているということであった。

すなわち、従来の水微細化装置は、上述のごとく、ノズルから液体を噴射させることにより液体を微細化しているが、このように、ノズルから液体を噴射させるものでは、微細化できなかった多くの排液が発生し、しかも例えば、サウナ装置においては、この排液は、加熱手段による加熱を行ったものでもあるので、加熱された液体をみすみす排出してしまうことになり、結論として、エネルギー損失が大きくなってしまうものであった。

この問題を解決するため、二流体ノズルを使用し、液体の気化を促進し、排液を出さない方法が提案されている。

しかしながら、二流体ノズルを使用した場合、ノズルの吐出口に、供給水に含まれるカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のスケールが付着し、ノズルが詰まってしまうという課題があった。

そこで、本発明は、二流体ノズルの詰まりを抑制することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、水を加熱する加熱手段を内蔵し、この加熱手段により水を蒸発させる蒸発槽と、この蒸発槽で生成された蒸気が蒸気搬送管を介して供給されるとともにこの蒸気を冷却する熱交換手段を上方に内蔵した蒸留水生成槽と、前記熱交換手段に冷却する水を供給する水供給管と、前記熱交換手段で熱交換した水を前記蒸発槽に搬送し、途中に開閉弁を設けた水搬送管と、前記蒸発槽内で生じた高圧空気を、前記風路内の前記排気口側に設けた吹出しノズルに搬送し、途中に前記吹出しノズルからの吐出圧を調整する圧力調整弁を設けた高圧空気搬送管と、前記蒸留水生成槽の下方に、流量調整弁を途中に設けた連結管を介して接続した、水位検知手段付きの蒸留水貯留槽と、この蒸留水貯留槽に前記吹出しノズルの吐出圧により前記蒸留水貯留槽内の貯留水を吸引するように接続した吸引管とを有し、これにより二流体ノズルの詰まりを抑制するという目的を達成するものである。

以上のごとく本発明は、水を加熱する第１の加熱手段を内蔵し、この第１の加熱手段により水を蒸発させる蒸発槽と、この蒸発槽で生成された蒸気が蒸気搬送管を介して供給されるとともにこの蒸気を冷却する熱交換手段を上方に内蔵した蒸留水生成槽と、前記熱交換手段に冷却する水を供給する水供給管と、前記熱交換手段で熱交換した水を前記蒸発槽に搬送し、途中に開閉弁を設けた水搬送管と、前記蒸発槽内で生じた高圧空気を、前記風路内の前記排気口側に設けた吹出しノズルに搬送し、途中に前記吹出しノズルからの吐出圧を調整する圧力調整弁を設けた高圧空気搬送管と、前記蒸留水生成槽の下方に、流量調整弁を途中に設けた連結管を介して接続した、水位検知手段付きの蒸留水貯留槽と、この蒸留水貯留槽に前記吹出しノズルの吐出圧により前記蒸留水貯留槽内の貯留水を吸引するように接続した吸引管とを有することにより、吹出しノズルの吐出口の詰まりを抑制することができる。

すなわち、本発明においては、二流体ノズルへの供給水を蒸留水とすることにより、ノズルにスケールが付着せず、洗浄や掃除等のメンテ作業を省力化できるものとなる。

また、サウナ装置においては、二流体ノズルを用いることにより水の気化を促進し、供給水を無駄にせず排水が不要にでき、その結果として、エネルギー損失を抑制することができるとともに、排水手段を別途設ける必要のないものとなる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の水微細化ユニットの原理を示したイメージ図である。

この水微細化ユニット１は、図１に示すごとく、水を加熱する加熱手段２を内蔵し、この加熱手段２により水を蒸発させる蒸発槽３と、この蒸発槽３で生成された蒸気が蒸気搬送管４を介して供給されるとともにこの蒸気を冷却する熱交換手段５を上方に内蔵した蒸留水生成槽６と、熱交換手段５に冷却する水を供給する水供給管７と、熱交換手段５で熱交換した水を蒸発槽３に搬送する水搬送管８と、蒸発槽３内で生じた高圧空気を吹出しノズル９に搬送する高圧空気搬送管１０と、蒸留水生成槽６の下方に、流量調整弁１１を途中に設けた連結管１２を介して接続した、水位検知手段１３付きの蒸留水貯留槽１４と、この蒸留水貯留槽１４に吹出しノズル９の吐出圧により蒸留水貯留槽１４内の貯留水を吸引するように接続した吸引管１５により構成されている。

また、蒸気搬送管４には開閉弁１６が、水搬送管８には開閉弁１７が、高圧空気搬送管１０には吐出圧力調整弁１８が、蒸留水生成槽６内には水位検知手段１９が設けられている。

また、図２に示すように、蒸発槽３は上ケース３１、下ケース３２で構成されている。加熱手段２が上ケース３１に固定され、例えば上ケース３１に雌ネジ、下ケース３２に雄ネジを切ることにより、脱着可能な構造となっている。

これにより蒸発槽３内の洗浄・清掃作業が容易に行える。

また図３に、吹出しノズル９と吸引管１５の位置関係を示す。蒸留水貯留槽１４の水位は水位検知手段１３により、吸引管１５の開口部より溢れ出ない水位に保持され、吹出しノズル９からの高圧空気の吹出しにより吸引管１５内の水が吸引されるようになっている。

以上の構成において、水微細化ユニットは、蒸留水生成と水微細化噴霧の２種類の動作を行うが、まず蒸留水生成過程から説明する。

運転の初期の各弁の状態は、流量調整弁１１が閉、開閉弁１６が開、開閉弁１７が開、吐出圧力調整弁１８が閉である。

この状態で、水供給管７、水搬送管８を介して蒸発槽３に水を供給すると共に加熱手段２（例えば電気ヒータ）に通電を開始し、蒸発槽３内に貯まった水を加熱し、蒸発させる。

蒸発した蒸気は蒸気搬送管４内を通り蒸留水生成槽６に送られ、蒸留水生成槽６内の上部に設けられた熱交換手段５により冷却され、凝縮水、すなわち蒸留水となり、蒸留水生成槽６内に貯められる。

蒸留水生成量は、例えばサウナ使用時には、サウナ使用可能時間に応じて設定されており、蒸留水生成槽６内に設けられた水位検知手段１９がサウナ使用可能時間に応じた設定水位を検知することにより加熱手段２への通電を止めるとともに、流量調整弁１１を開いて蒸留水貯留槽１４へ蒸留水を設定量流入させる。この設定量は蒸留水貯留槽１４内の水位検知手段１３により設定されている。

また、加熱手段２に、上記のように電気ヒータを使用する場合は、この蒸留水生成過程は深夜電力を利用できる夜間に行うことが好ましく、これによりランニングコスト、すなわち電気代が低減できる。

次に、水微細化噴霧過程を説明する。

運転の初期の各弁の状態は、流量調整弁１１が閉、開閉弁１６が閉、開閉弁１７が開、吐出圧力調整弁１８が閉である。

この状態で、まずは、図示していない水道から図１に示す水供給管７、水搬送管８を介して蒸発槽３に水を一定量供給する。この水の供給は開閉弁１７により行い、開いている時間を計測することにより、一定量供給することができる。

蒸発槽３に水を一定量供給後、開閉弁１７を閉じ、加熱手段２への通電を開始する。その時、蒸気搬送管４の開閉弁１６は閉じ、高圧空気搬送管１０の吐出圧力調整弁１８は設定圧力に上昇するまで閉じた状態で、蒸発槽３は密閉状態となる。

この密閉状態の中で、蒸発槽３内の水が加熱手段２により加熱され、蒸発することにより蒸発槽３内の圧力が上昇する。

このように上昇した圧力が吐出圧力調整弁１８の設定圧力まで上昇すると、吐出圧力調整弁１８が開き、高圧空気搬送管１０を介して、吹出しノズル９まで、高圧空気が搬送され、吹出しノズル９の先端から高圧空気が吹出し始める。

この時、図３に示したように、吹出しノズル９と吸引管１５の開放端が接近しており、吹出しノズル９から吹出す高圧空気により吸引管１５内の蒸留水が吸引されるとともに微細化され、気液混合の二流体となり噴霧される。

そして、吸引管１５内の蒸留水が吸引され蒸留水貯留槽１４内の水位が下がり始めると、水位検知手段１３が検知し、流量調整弁１１が少し開き、蒸留水貯留槽１４内の水位を維持することにより、吹出しノズル９から吹出す高圧空気により吸引される吸引管１５内の蒸留水の量を一定にできる。

なお、蒸発槽３に供給する水の一定量が多く、加熱手段２の加熱能力が十分でない場合は、供給する水をガス湯沸かし器や電気温水器からの温水としたり、水搬送管８に加熱手段を設けることにより、蒸発槽３内の圧力上昇を短時間で行え、立上がり時間を短縮することができる。

このように、二流体ノズルへの供給水を蒸留水とすることにより、ノズルにスケールが付着せず、洗浄や掃除等のメンテ作業を省力化できる。さらに蒸発槽３を蒸留水生成機能と高圧空気発生機能を切替えて使用でき、小型の水微細化ユニットを提供できる。

（実施の形態２）
図４は、図１の蒸発槽３が２個有る場合で、両方の蒸発槽３ａ、蒸発槽３ｂを使用して、より多くの蒸留水を生成することができるとともに、より多くの微細化水を噴霧することができる。

また、蒸発槽３ａで蒸留水生成、蒸発槽３ｂで高圧空気発生を行うことにより、水微細化噴霧を行いつつ、蒸留水生成も行える。

よって蒸留水生成槽６内に貯留した一定水量以上の蒸留水を連続して微細化噴霧できる。すなわち、蒸発槽３が１個の場合に比べて、水微細化噴霧が長時間連続して行える。

詳細を、この効果を特に生かすことができる、水微細化ユニットを用いたサウナ装置について説明する。

図５において、２１はサウナ室を示し、このサウナ室２１の前面壁２２には、ドア２３が開閉自在に設けられ、また、内部には浴槽２４が設けられている。また、このサウナ室２１の天井面２５の開口部２６には、水微細化装置２７が取り付けられている。

この水微細化装置２７は、図６、図７に示すごとく、給気口２８と排気口２９を有する本体ケース３０内に、図１で説明した水微細化ユニット１を内蔵し、給気口２８の本体ケース３０内側に設けた加熱手段４１と、加熱手段４１を通過した空気を送風路４２に送る送風手段４３と、送風路４２を通過して排気口２９から排出される風の向きを変える風向変更板３３により構成されている。

水微細化ユニット１において、実施の形態１との違いは、蒸発槽３が蒸発槽３ａ、蒸発槽３ｂ、蒸気搬送管４が蒸気搬送管４ａ、蒸気搬送管４ｂ、水搬送管８が水搬送管８ａ、水搬送管８ｂ、高圧空気搬送管１０が高圧空気搬送管１０ａ、高圧空気搬送管１０ｂと各構成要素が１個から２個に増えている点である。

以上の構成において、サウナ未使用時に行う、蒸留水生成過程から説明する。

運転の初期の各弁の状態は、流量調整弁１１が閉、開閉弁１６ａ、１６ｂが開、開閉弁１７ａ、１７ｂが開、吐出圧力調整弁１８が閉である。

この状態で、水供給管７、水搬送管８ａ、８ｂを介して蒸発槽３ａ、３ｂに水を供給すると共に加熱手段２ａ、２ｂに通電を開始し、蒸発槽３ａ、３ｂ内に貯まった水を加熱し、蒸発させる。

蒸発した蒸気は蒸気搬送管４ａ、４ｂ内を通り蒸留水生成槽６に送られ、蒸留水生成槽６内の上部に設けられた熱交換手段５により冷却され、凝縮水、すなわち蒸留水となり、蒸留水生成槽６内に貯められる。

蒸留水生成量は、例えばサウナ使用可能時間（１時間の場合約３リットル）に応じて設定されており、蒸留水生成槽６内に設けられた水位検知手段１９（図４）がサウナ使用可能時間に応じた設定水位を検知することにより加熱手段２ａ、２ｂへの通電を止めるとともに、流量調整弁１１を開いて蒸留水貯留槽１４へ蒸留水を設定量流入させる。この設定量は蒸留水貯留槽１４内の水位検知手段１３（図４）により設定されている。

この蒸留水生成過程においては、実施の形態１の、蒸発槽３が１個の場合に比べて、蒸留水生成を短時間で行える。

次に、サウナ使用時、すなわちサウナ室２１を水微細化空気で満たす、水微細化噴霧過程を説明する。

その前に、まずサウナ室２１内を加熱する必要があり、図６に示す、給気口２８の本体ケース３０内側に設けた、図７に示す加熱手段４１に温水を供給するとともに、加熱手段４１を通過した空気を送風路４２に送る送風手段４３を運転する。

給気口２８から本体ケース３０内に吸込まれたサウナ室２１内の空気は、加熱手段４１を通過して加熱され、送風路４２を通過して排気口２９からサウナ室２１内へ排出される。

この繰り返しにより、サウナ室２１内の空気は昇温する。通常のサウナ使用時は４０℃前後で、この温度になると、水微細化噴霧過程を開始する。

運転の初期の各弁の状態は、流量調整弁１１が閉、開閉弁１６ａ、１６ｂが閉、開閉弁１７ａ、１７ｂが開、吐出圧力調整弁１８が閉である。

この状態で、まずは、図示していない水道から図６に示す水供給管７、水搬送管８ａ、８ｂを介して蒸発槽３ａ、３ｂに水を一定量供給する。この水の供給は開閉弁１７ａ、１７ｂにより行い、開いている時間を計測することにより、一定量供給することができる。

蒸発槽３ａ、３ｂに水を一定量供給後、開閉弁１７ａ、１７ｂを閉じ、加熱手段２ａ、２ｂへの通電を開始する。その時、蒸気搬送管４ａ、４ｂの開閉弁１６ａ、１６ｂは閉じ、高圧空気搬送管１０ａ、１０ｂの吐出圧力調整弁１８は設定圧力に上昇するまで閉じた状態で、蒸発槽３ａ、３ｂは密閉状態となる。

この密閉状態の中で、蒸発槽３ａ、３ｂ内の水が加熱手段２ａ、２ｂにより加熱され、蒸発することにより蒸発槽３ａ、３ｂ内の圧力が上昇する。

このように上昇した圧力が吐出圧力調整弁１８の設定圧力まで上昇すると、吐出圧力調整弁１８が開き、高圧空気搬送管１０ａ、１０ｂを介して、吹出しノズル９まで、高圧空気が搬送され、吹出しノズル９の先端から高圧空気が吹出し始める。

この時、図３に示したように、吹出しノズル９と吸引管１５の開放端が接近しており、吹出しノズル９から吹出す高圧空気により吸引管１５内の蒸留水が吸引されるとともに微細化され、気液混合の二流体となり噴霧される。

図６、図７に示すように、吹出しノズル９が送風路４２外に設けられており、排気口２９から噴霧された気液混合の二流体（微細化水）は、風向変更板３３により風向を変更された、送風路４２から排気口２９を経て吹出された風に乗ってサウナ室２１へ供給される。

そして、吸引管１５内の蒸留水が吸引され蒸留水貯留槽１４内の水位が下がり始めると、水位検知手段１３が検知し、流量調整弁１１が少し開き、蒸留水貯留槽１４内の水位を維持することにより、吹出しノズル９から吹出す高圧空気により吸引される吸引管１５内の蒸留水の量を一定にできる。

この時、蒸留水生成槽６内に設けられた水位検知手段１９（図４）により水位が下がったことを検知すると、蒸発槽３ａは蒸留水生成過程に移行する。

すなわち、高圧空気搬送管１０ａに開閉弁（図示せず）を設けておき、この開閉弁を閉じることにより、蒸発槽３ｂのみで高圧空気発生を行うことが可能となり、水微細化噴霧を行いつつ、蒸留水生成も行える。

このように、二流体ノズルへの供給水を蒸留水とすることにより、ノズルにスケールが付着せず、洗浄や掃除等のメンテ作業を省力化できる。

また、蒸発槽３ａで蒸留水生成、蒸発槽３ｂで高圧空気発生を行うことにより、水微細化噴霧を行いつつ、蒸留水生成も行える。

よって蒸留水生成槽６内に貯留した一定水量以上の蒸留水を連続して微細化噴霧できる。すなわち、蒸発槽３が１個の場合に比べて、水微細化噴霧が長時間連続して行える。

さらに、サウナ装置においては、二流体ノズルを用いることにより水の気化を促進し、供給水を無駄にせず排水が不要にでき、その結果として、エネルギー損失を抑制することができるとともに、排水手段を別途設ける必要のないという効果を有する。

以上のごとく本発明は、水を加熱する加熱手段を内蔵し、この加熱手段により水を蒸発させる蒸発槽と、この蒸発槽で生成された蒸気が蒸気搬送管を介して供給されるとともにこの蒸気を冷却する熱交換手段を上方に内蔵した蒸留水生成槽と、前記熱交換手段に冷却する水を供給する水供給管と、前記熱交換手段で熱交換した水を前記蒸発槽に搬送し、途中に開閉弁を設けた水搬送管と、前記蒸発槽内で生じた高圧空気を、前記風路内の前記排気口側に設けた吹出しノズルに搬送し、途中に前記吹出しノズルからの吐出圧を調整する圧力調整弁を設けた高圧空気搬送管と、前記蒸留水生成槽の下方に、流量調整弁を途中に設けた連結管を介して接続した、水位検知手段付きの蒸留水貯留槽と、この蒸留水貯留槽に前記吹出しノズルの吐出圧により前記蒸留水貯留槽内の貯留水を吸引するように接続した吸引管とを有する水微細化ユニットであり、吹出しノズルの吐出口の詰まりを抑制することができる。

すなわち、本発明においては、二流体ノズルへの供給水を蒸留水とすることにより、ノズルにスケールが付着せず、洗浄や掃除等のメンテ作業を省力化できるものとなる。

また、二流体ノズルを用いることにより水の気化を促進し、供給水を無駄にせず排水が不要にでき、その結果として、エネルギー損失を抑制することができるとともに、排水手段を別途設ける必要のないものとなる。

すなわち、本発明においては、二流体ノズルを用いた水の微細化が容易に行えるので、例えば、サウナ装置やその他植物育成設備への活用が期待される。

本発明の実施の形態１における水微細化ユニットの原理を示したイメージ図 同水微細化ユニットの蒸発槽の詳細図 同水微細化ユニットの吹出しノズル近傍の拡大図 本発明の実施の形態２における水微細化ユニットの原理を示したイメージ図 同水微細化装置を用いたサウナ装置の斜視図 同水微細化装置の構成図 同水微細化装置の内部斜視図

符号の説明

１ 水微細化ユニット
２、４１ 加熱手段
３ 蒸発槽
４ 蒸気搬送管
５ 熱交換手段
６ 蒸留水生成槽
７ 水供給管
８ 水搬送管
９ 吹出しノズル
１０ 高圧空気搬送管
１１ 流量調整弁
１２ 連結管
１３、１９ 水位検知手段
１４ 蒸留水貯留槽
１５ 吸引管
１６、１７ 開閉弁
１８ 吐出圧力調整弁
２１ サウナ室
２２ 前面壁
２３ ドア
２４ 浴槽
２５ 天井面
２６ 開口部
２７ 水微細化装置
２８ 給気口
２９ 排気口
３０ 本体ケース
３１ 上ケース
３２ 下ケース
３３ 風向変更板
４２ 送風路
４３ 送風手段

Claims (11)

1. 水を加熱する加熱手段を内蔵し、この加熱手段により水を蒸発させる蒸発槽と、この蒸発槽で生成された蒸気が蒸気搬送管を介して供給されるとともにこの蒸気を冷却する熱交換手段を上方に内蔵した蒸留水生成槽と、この蒸留水生成槽の前記熱交換手段に冷却する水を供給する水供給管と、前記熱交換手段で熱交換した水を前記蒸発槽に搬送し、途中に開閉弁を設けた水搬送管と、前記蒸発槽内で生じた高圧空気を、吹出しノズルに搬送し、途中に前記吹出しノズルからの吐出圧を調整する圧力調整弁を設けた高圧空気搬送管と、前記蒸留水生成槽の下方に、流量調整弁を途中に設けた連結管を介して接続した、水位検知手段付きの蒸留水貯留槽と、この蒸留水貯留槽に前記吹出しノズルの吐出圧により前記蒸留水貯留槽内の貯留水を吸引するように接続した吸引管とを有する水微細化ユニット。
2. 蒸発槽は、分割可能で脱着構造となった上、下ケースにより構成した請求項１に記載の水微細化ユニット。
3. 蒸発槽と蒸気搬送管を複数設け、各蒸気搬送管には開閉手段を設けた請求項１または２に記載の水微細化ユニット。
4. 蒸発槽別に圧力調整弁を設けた請求項３に記載の水微細化ユニット。
5. 蒸留水生成槽内に水位検知手段を設けた請求項１から４いずれか一つに記載の水微細化ユニット。
6. 水搬送管の途中に加熱手段を設けた請求項１から５いずれか一つに記載の水微細化ユニット。
7. 連結管の途中に加熱手段を設けた請求項１から６いずれか一つに記載の水微細化ユニット。
8. 給気口と排気口を有する本体ケースと、この本体ケース内の風路に設けた送風手段とを備え、前記本体ケース内に、請求項１から７いずれか一つに記載の水微細化ユニットを設けた水微細化装置。
9. 本体ケースの給気口と排気口間の風路に、加熱手段を介在させた請求項８に記載の水微細化装置。
10. サウナ室の開口部に、請求項９に記載の水微細化装置を設けたサウナ装置。
11. サウナ室の開口部は、サウナ室の天井部に設けた請求項１０に記載のサウナ装置。

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