JP5177241B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、水改質を目的とした成分を所定量、給湯水に添加する機能を備えた給湯装置に関するものである。

従来この種の装置は、目的の成分を含む材料を湯水に添加する水改質手段を、湯沸かし部に水道水を供給する給水経路中、または湯沸かし部で沸いた湯を浴槽へ導く注湯回路中に配設し、給湯水中に、所定の目的の水改質成分を添加する方法が公開されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来の給湯装置を示すものである。図９に示すように、水経路中に、水改質手段を組み込んで構成されている。本特許文献１において、水改質手段としては、添加成分を電極（亜鉛陽極１）とした電気分解方式を用い、注湯水が水改質手段を通過中に、電極１、２に通電し、電極１の一部を注湯水中に電気分解させることで、所定濃度の水改質成分を添加することができる。

また、特許文献１以外の他の水改質手段としては、水改質成分を含有した無機化合物を、湯水と接触させて濃度拡散を利用して溶解する手段も用いることができる。

特開２００４−１９０８８２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、水改質成分は、給水経路または注湯回路の途中に配設されており、浴槽に注湯される湯水は、毎回水改質手段を通過することとなる。従って、水改質成分なしの湯水を得ることができない。

そのため、給水経路または注湯回路には第一の電磁弁を設け、浴槽への湯水の開閉を制御するのが一般的であるが、水質改善手段として水改質成分を含有した無機化合物等を使用した場合、無機化合物が溶解し粒径が小さくなることにより、前記無機化合物が、機器外へ流出するのを防ぐ流出防止手段を通過して、機器外に排出されてしまう。

また、前記無機化合物が機器外へ流出するのを防止するために、前記第一の電磁弁を閉弁すると、浴槽への湯水の供給が出来なくなってしまう不具合が生じる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯装置を設置する家庭の元水道圧が高い場合でも、水改質手段に流入する湯水の開閉動作を安定させることができるとともに、水改質成分が機器内に滞在することなく、確実に水改質成分を供給できる給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段に湯水を
通水する際には、前記第二の電磁弁を開とした後に、前記第一の電磁弁を開とすることを特徴とするものである。

また、本発明の給湯装置は、湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段から前記注湯回路への湯水の供給を遮断する際には、前記第二の電磁弁を閉とした後に、前記第一の電磁弁を閉とすることを特徴とするものである。

本発明によれば、給湯装置を設置する家庭の元水道圧が高い場合でも、水改質手段に流入する湯水の開閉動作を安定させることができるとともに、水改質成分が機器内に滞在することなく、確実に水改質成分を供給できる給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図 同水改質手段の詳細図 同電気分解方式を用いた水改質手段の詳細図 同開弁時のバイパス電磁弁の詳細図 同閉弁時のバイパス電磁弁の詳細図 同注湯開始時の浴槽水注湯弁とバイパス電磁弁の動作チャート 同注湯終了時の浴槽水注湯弁とバイパス電磁弁の動作チャート 同他の水改質手段の詳細図 従来の給湯装置の構成図

第１の発明は、湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段に湯水を通水する際には、前記第二の電磁弁を開とした後に、前記第一の電磁弁を開とすることを特徴とするもので、給湯装置を設置する家庭の元水道圧が高い場合においても、水改質手段に流入する湯水を開閉するための第二の電磁弁を安定して開弁することが可能となる。

第２の発明は、湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段から前記注湯回路への湯水の供給を遮断する際には、前記第二の電磁弁を閉とした後に、前記第一の電磁弁を閉とすることを特徴とするもので、水改質成分が機器内に滞在することなく、浴槽等に十分な水改質成分を供給することができる。

第３の発明は、第１および第２の発明の給湯装置において、開弁時の第二の電磁弁と第一の電磁弁の開弁時間差と、前記第二の電磁弁を開とした後に前記第一の電磁弁を開とするまでの時間と、前記第二の電磁弁を閉とした後に前記第一の電磁弁を閉とするまでの時間とは、異なる値であることを特徴とするもので、無駄に浴槽に湯水を供給することを防ぐことができる。

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。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における給湯装置の構成図を示すものである。図２は、同実施の形態における水改質手段の詳細図を示すものである。

図１において、圧縮機１０、給湯熱交換器１１、減圧手段１２、蒸発器１３を冷媒回路１４で順に環状に接続してヒートポンプユニット１５を構成している。貯湯ユニット１６の貯湯タンク１７には水が貯留されており、出湯回路１８は貯湯タンク１７、給湯水ポンプ１９、給湯熱交換器１１、貯湯タンク１７を順に接続する回路である。

浴槽水加熱回路２０は、貯湯タンク１７、風呂熱交換器２１、浴槽水加熱ポンプ２２、貯湯タンク１７を順に接続する回路であり、風呂熱交換器２１の他方の回路には浴槽２３が接続されている。浴槽水循環回路２４は、浴槽２３、浴槽水を搬送する浴槽水ポンプ２５、風呂熱交換器２１を順に接続する回路である。

浴槽水注湯回路２６は、貯湯タンク１７の水を、浴槽水循環回路２４を経由して浴槽２３へ注湯する回路である。この回路には貯湯タンク１７の高温の水と水道水を混合する浴槽水混合弁２７、注湯する水温を検知する温度検知手段２８、浴槽水注湯回路２６の回路の開閉を行い第一の電磁弁である浴槽水注湯弁２９と、浴槽２３に向かい順に設けられている。

水改質手段３０は、浴槽水注湯弁２９の下流側の浴槽水注湯回路２６内の途中に配設されている回路である。図２に示すように、水改質手段３０は、浴槽水注湯回路内２６の注湯回路の途中に２ヶ所の分岐部３１を設け、両分岐部３１を並列分岐回路３２で接続し、並列分岐回路３２の経路に水改質手段３３を配置し、水改質手段３３と上流の分岐部３１の間には、第二の電磁弁であるバイパス電磁弁３４が配置され、バイパス電磁弁３４の開閉により水改質手段３３への湯水の供給を開閉できるように構成されており、前述のように構成された水改質手段３０は貯湯ユニット１６の筐体内に納められている。

また、水改質手段３３にて水改質成分を添加された水は再び分岐部３１を経て、浴槽水注湯回路２６の湯水と合流し、水改質成分が添加された湯水が浴槽２３に注湯される。

なお、水改質手段３３は、目的の水改質成分を水に溶解添加できる手段であればよく、図２に示すような、水改質成分を含有した無機化合物３５の粒子を収納容器３６内に充填し、無機化合物３５の下流側にフィルター３７を配設し、無機化合物３５と湯水を直接接触させる溶解方式や、図３に示すような目的成分を電極１、２とし、電極１、２に電源部９から通電して、水に水改質成分を分解溶出させる電気分解方式を用いてもよいが、直接溶解方式の方が、コスト面、コンパクト性、可燃性ガス発生など安全性、消費電力量等の面でメリットが多く、本実施の形態では溶解方式を前提に説明する。

ヒートポンプユニット１５で貯湯タンク１７に貯留された水を加熱する運転は、以下のような動作となる。貯湯タンク１７の水は、給湯水ポンプ１９によって給湯熱交換器１１へ搬送され、ヒートポンプサイクル動作によって加熱される。給湯水ポンプ１９は給湯熱交換器１１で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、出湯回路１８の流量を制御する。

浴槽２３への湯張り、並びに浴槽２３に貯留されている水（浴槽水）の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路２６の浴槽水混合弁２７は、温度検知手段２８で検知する注湯温度がリモコン等（図示せず）で予め設定された温度となるように、高温の水と水
道水の混合割合を調整する。所定温度となった湯水は、浴槽水注湯回路２６、浴槽水循環回路２４を順に経由して浴槽２３へ流出する。

一方、浴槽２３の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク１７に貯留された高温の水を、浴槽水加熱ポンプ２２によって風呂熱交換器２１へ搬送し、浴槽水ポンプ２５より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器２１で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、貯湯タンク１７の下部より内部へ流入する。

図４にバイパス電磁弁３４が閉弁した際の詳細図を示す。弁体３８はプランジャー３９に接続され、バネ４０によって並列分岐回路３２の流路を塞いでいる。分岐部３１より分岐された湯水は弁体３８まで供給されるが、弁体３８によって並列分岐回路３２が閉塞されているため、水改質手段３３へは湯水は流れず、浴槽２３には水改質成分は添加されない。

図５にバイパス電磁弁が開弁した際の詳細図を示す。端子４１より電圧が電磁コイル４２に供給され電磁コイル４２は励磁され、プランジャー３９および弁体３８をバネ４０の圧縮力に抗して並列分岐回路３２を開弁し、分岐部３１より分岐された湯水を水改質手段３３に供給する。

以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

利用者が浴槽２３へ湯はりを行う場合は、リモコン等で湯はり動作の指示操作を行う。リモコン操作後、予め設定された温度に浴槽水混合弁２７で調整された水が、浴槽水注湯弁２９を閉から開に制御することにより、浴槽水注湯弁２９から、浴槽水注湯回路２６内に湯水が流入し、浴槽水注湯回路２６に流れる湯水の一部が並列分岐回路３２側に分流し、水改質手段３３にて水改質成分を添加された水が再び分岐部３１を経て、浴槽水注湯回路２６の湯水と合流し、水改質成分が添加された湯水が浴槽２３に注湯される。

前記水改質手段３３内においては、流入した湯水が収納容器３６に充填された無機化合物３５の粒子で形成された多孔質の空間を通過する。水には粘性があるため、多孔質の空間を通過する際に無機化合物３５の表面から表面近傍の領域には速度境界層が生成される。無機化合物３５は水に対して溶解性を持つため、無機化合物３５の表面近傍の無機化合物３５の表面分子は、表面近傍の水に溶解し、水の溶解濃度が上昇する。表面近傍の水は流速が小さいため、溶解濃度は高い値となる。

これに対して流速の大きい多孔質空間の中心部の流れる水の溶解濃度は低い。このとき、水中に溶解する無機化合物の濃度差が生じた場合は、濃度差に応じて高い方から低い物質が移動する（フィックの法則）ため、表面近傍の水に溶解した無機化合物は濃度の低い中心の水に移動する。この物質拡散の原理を利用することで、無機化合物３５を多孔質空間内の水に溶解させることができる。

図４からもわかるようにバイパス電磁弁３４が閉弁している状態で、浴槽水注湯弁２９を開弁すると、分岐部３１より水圧が弁体３８に並列分岐回路３２を閉塞する方向にかかる。したがって、水圧に抗して弁体３８を開弁しようとすると、大きな磁力を発生させてブランジャー３９を引き上げなければならず、電磁コイルの巻き数を多くするか、消費電力を上げないといけない。

図６に浴槽２３に湯水を供給する際の浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の動作チャート図を示す。この図６の動作チャート図をもとに開弁時の動作、作用を説明する。ユーザーが浴槽２３へ湯張りを行っていない場合は弁体３８には水圧がかかっておらず、バ
ネ４０のみによって弁体３８が並列分岐回路３２を閉じる方向に力がかかっている。

ここで、リモコン等によりユーザーが浴槽２３への湯張りを開始した際に、バイパス電磁弁３４を開けた後、ある一定時間ａを経過後に浴槽水注湯弁２９を開弁することにより、水圧が弁体３８にかかる前に開弁することが可能である。よってバネ４０の閉止力に抗するだけの磁力をプランジャー３９に与えてあげればよく、少ない消費電力で開弁動作が可能である。バイパス電磁弁３４が開弁すると、水改質手段３３に湯水が供給され、浴槽２３に水改質成分が添加される。

図７に浴槽２３への湯水の供給を停止する際の浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の動作チャート図を示す。この図６の動作チャート図をもとに閉弁時の動作、作用を説明する。ユーザーが浴槽２３へ湯張りを停止した場合、浴槽水注湯弁２９をバイパス電磁弁３４の先もしくは同時に閉弁すると、水改質手段３３を通過し、水改質成分が添加された湯水が浴槽水循環回路２４に留まってしまい、浴槽２３に十分な水改質成分を添加することができない。

したがって、ユーザーが浴槽２３へ湯張りを停止した場合、まずバイパス電磁弁３４を閉弁した後、ある一定時間ｂを経過後に浴槽水注湯弁２９を閉弁することにより、改質成分が添加されていない湯水が浴槽水注湯回路２６を通り、浴槽水循環回路２４に供給され、水改質成分が添加された湯水が浴槽２３に十分供給される。

以上のように本実施の形態においては、リモコン等によりユーザーが浴槽２３への湯張りを開始した際に、バイパス電磁弁３４を開けた後、ある一定時間ａを経過後に浴槽水注湯弁２９を開弁することにより、水圧が弁体３８にかかる前に開弁することが可能であり、バネ４０の閉止力に抗するだけの磁力をプランジャー３９に与えてあげればよく、少ない消費電力での開弁動作が可能であり、バイパス電磁弁３４の小型化および省電力化が可能となる。

次に、ユーザーが浴槽２３へ湯張りを停止した場合、まずバイパス電磁弁３４を閉弁した後、ある一定時間ｂを経過後に浴槽水注湯弁２９を閉弁することにより、水改質成分が添加された湯水が浴槽水循環回路２４に滞留することなく浴槽２３に供給されるため、水改質手段３３としての無機化合物３５の充填量を少なくすることが可能となり、それに伴い収納容器３６も小さくすることが可能となり、水改質手段３３をコンパクトに作ることができ、安いコストで水改質手段３３の供給が可能となる。

なお、無機化合物を亜鉛を含む亜鉛化合物（酸化亜鉛、炭酸亜鉛など）とした場合、以下の効果を得ることができる。亜鉛は比較的要求量の多いヒトの必須元素の一つであり、通常の食事からの供給では欠乏しやすく、栄養強化目的で、食品に添加される元素である。これに対しては、浴槽に亜鉛を溶解させた水を供給することで、入浴中に経皮吸収による栄養強化を行うことができる。

また、亜鉛化合物の酸化亜鉛は、薬局方、化粧品原料基準で認可を受けている材料であり、主にヒトの肌の角層に対して収斂作用、消炎作用などの作用を与え、肌の角層の改善を行うこともできる。

また、無機化合物１５として用いることが出来る材料は酸化亜鉛以外に、亜鉛化合物として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、塩基性炭酸亜鉛（ｍＺｎＣＯ_３・ｎＺｎ（ＯＨ）_２）、水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）_２）、亜鉛置換型ゼオライト、亜鉛置換型キレート、亜鉛シリカゲル担持物、であり、これらを単一または組み合わせて用いることができる。また、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、鉄化合物（酸化鉄、水酸化鉄）、酸化銅、酸化ケイ素、
二酸化マンガン、水酸化コバルト、酸化チタン、塩化銀、硫酸バリウムを用いることができる。

また、図８に同実施の形態における別の水改質手段３０を示す。水改質手段３０は、浴槽水注湯回路内２６の注湯回路の途中に２ヶ所の分岐部３１を設け、両分岐部３１を並列分岐回路３２で接続し、並列分岐回路３２上に水改質手段３３を配置し、水改質手段３３と下流の分岐部３１の間には、バイパス電磁弁３４が配置され、バイパス電磁弁３４の開閉により水改質手段３３を通過した湯水を浴槽水注湯回路に供給をコントロールすることが可能な構成となっている。このようにバイパス電磁弁３４を水改質手段３３の下流に設置しても同様の作用・効果が得られる。

図６に示した浴槽２３に湯水を供給する際の浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の動作チャートにおける浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の開弁時間差ａは、浴槽水注湯弁２９が開弁してからバイパス電磁弁３４に水圧がかかるまでの時間差であり、浴槽水注湯弁２９からバイパス電磁弁３４までの配管長および容積によって決まり、貯湯ユニット１６固有の値であり、概ね１秒以下である。

しかしながら、図７に示した浴槽２３への湯水の供給を停止する際の浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の動作チャートにおける浴槽水注湯弁２９とバイパス電磁弁３４の閉弁時間差ｂは、水改質手段３０から浴槽２３の出口までの浴槽水循環回路２４の配管長および容積によって決まり、貯湯ユニット１６と浴槽２３の位置関係により変動する。

よって、浴槽水循環回路２４の最大容積を考慮に入れると、前記開弁時間差ａより前記閉弁時間差ｂを長くとる必要がある。ここで、開弁時間差ａと閉弁時間差ｂとを同一の時間設定にすると、開弁時に必要以上にバイパス電磁弁３４を開弁することになり、無駄な電力が消費されることとなる。したがって、前記開弁時間差ａより前記閉弁時間差ｂとを異なる時間設定、すなわちａ＜ｂとすることにより、省エネルギーな水改質手段３０を提供することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は無機化合物の水への添加をする際に省電力でコンパクトな電磁弁の開弁が可能となり、無機化合物の添加を停止するときは配管内に水改質成分が滞留することなく、水改質成分が浴槽に供給することができ、貯湯式給湯機の他、ガス熱源の給湯機にも利用できる。

２３ 浴槽
２４ 浴槽水循環回路
２６ 浴槽水注湯回路
２９ 浴槽水注湯弁（第一の電磁弁）
３０ 水改質手段
３１ 分岐部
３２ 並列分岐回路
３３ 水改質手段
３４ バイパス電磁弁（第二の電磁弁）

Claims (3)

1. 湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段に湯水を通水する際には、前記第二の電磁弁を開とした後に、前記第一の電磁弁を開とすることを特徴とする給湯装置。
2. 湯水を注湯する注湯回路と、前記注湯回路に配設した第一の電磁弁と、前記注湯回路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐回路と、前記並列分岐回路に配設し、湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記並列分岐回路に配設した第二の電磁弁とを備え、前記水改質手段から前記注湯回路への湯水の供給を遮断する際には、前記第二の電磁弁を閉とした後に、前記第一の電磁弁を閉とすることを特徴とする給湯装置。
3. 前記第二の電磁弁を開とした後に前記第一の電磁弁を開とするまでの時間と、前記第二の電磁弁を閉とした後に前記第一の電磁弁を閉とするまでの時間とは、異なる値であることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。