JP5197762B2 - 給湯方法および給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば風呂給湯装置やヒートポンプ式温水暖房機等の給湯方法および給湯装置に係り、特に微細気泡による配管の洗浄機能を有する給湯方法および給湯装置に関するものである。

浴室や台所に温水を供給する給湯器は、電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などに大別されるが、いずれも熱を水に伝えるために熱交換器と呼ばれる部分を有している。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネルギーや地球温暖化対策としての二酸化炭素（ＣＯ₂）削減の観点から、自然冷媒であるＣＯ₂を用いたヒートポンプ熱交換式の電気給湯器、即ちヒートポンプ給湯器が注目されている。

ヒートポンプ給湯器は、大気から吸収した熱を冷媒に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的には、気体を圧縮したときに発生する高熱をタンク内の水へ熱交換器で移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び冷媒の温度を大気温まで戻す操作を繰り返し行うものである。また、ヒートポンプ給湯器は、理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできないが、大気の熱を活用しているため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。このため、ヒートポンプ給湯器の効率は、温暖地であるほど良くなる。

給湯や暖房に用いられる給湯システムでは、省エネルギーの要求から熱交換効率の向上が求められている。最近は、熱交換効率をさらに向上させるために、従来のパイプ式と呼ばれる直径１ｃｍ程のパイプを用いたものから、例えば、積層式と呼ばれる１ｍｍ程の間隔で積層された薄板の熱交換器に用いたものまで、多種類のヒートポンプ給湯器が開発されている。

ここで、熱交換器においては、水に対して熱を伝えるために配管の内壁面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱交換器の配管内壁が汚れた場合には、有効に作用する実質表面積が減少するので、熱交換器の効率の低下を招く。特に、熱交換器の配管が狭隘化して詰まった場合は、この問題が顕著になる。

特に、給湯システムに用いられる熱交換器においては、水中の硬度成分（カルシウムイオンやマグネシウムイオンなど）が高い地域で、加熱によりスケールと呼ばれる炭酸塩結晶が析出し、熱交換器内に付着し易いという問題がある。

一方、浴槽に接続され、追い焚き系と呼ばれる浴槽内に溜められたお湯を再加熱する熱交換器を有する風呂給湯装置の場合は、入浴により人体から発生し浴水中に溶出した皮脂汚れ成分が、給湯器の追い焚き機能により浴槽と熱交換器との間を循環し、熱交換器の内壁や熱交換器と浴槽との間の配管の内壁に付着して、熱交換効率を低下させる。また、一定量の皮脂汚れが付着すると、追い焚き時にその汚れが剥がれ、浴水や浴槽を汚すこともある。このため、熱交換器や配管の内壁に付着した汚れの除去に対する方策が求められている。

これに対して、一般的な風呂給湯装置には、浴水排水時に５Ｌ／分〜２０Ｌ／分の水を追い焚き用循環配管に流し、汚れを洗い流す洗浄機能が搭載されているものがある。しかし、通常その洗浄機能だけでは洗浄が不十分であり、半年に１回程度、配管洗浄剤等を用いて配管の洗浄を別途実施することが推奨されている。

また、従来の風呂設備では、浴槽から追い焚き用加熱部へ向かう浴水の温度が下げられ、低温状態にある浴水にガスが溶解される。そして、生成されたガス溶解水は、加圧されて追い焚き用加熱部に導かれる。追い焚き用加熱部で加熱されたガス溶解水は、浴槽へ戻る途中で減圧弁により減圧される。これにより、浴槽に戻される浴水にマイクロバブルが発生される（例えば、特許文献１参照）。

さらに、従来のマイクロバブル生成装置では、液体に気体を混入することにより、液体中に多数のマイクロバブルが生成される。また、混入する気体に界面活性剤を含ませることにより、マイクロバブルの合一が抑制される（例えば、特許文献２参照）。

さらにまた、従来の給水管洗浄装置では、給水管内に圧縮空気を不規則な周期で繰り返しパルス状に射出することにより、給水管内に不規則な空気および水の衝撃が発生される（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−１２７３４５号公報 特開２００３−２３０８２４号公報 特開２００４−３２１８４２号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来の風呂設備では、マイクロバブルを浴槽内に発生させることを主目的としており、熱交換器や配管の洗浄作用は考慮されていない。また、配管内に単にマイクロバブルを発生させた場合、マイクロバブルの発生部から遠くなるほどマイクロバブルが合一して大きな泡となり易く、十分な洗浄効果が得られない。

また、実際には風呂設備と浴槽が離れており、設置条件によっては配管や循環路が最大３０メートル近くになり、その長い配管や循環路を均一に洗浄することが困難である。

また、特許文献２に示された従来のマイクロバブル生成装置では、界面活性剤を用いているが、浴水のように入浴後に排水する利用形態では、浴水を交換する度に浴水に界面活性剤を入れる必要があり、手間がかかる。

さらに、特許文献３に示された従来の給水管洗浄装置では、不規則な周期で圧縮空気を射出したとしても、給水管の長さと内径との比が大きい場合に、圧縮空気を射出する時間を長くすると、圧縮空気を射出する部分から遠い末端付近では気泡が合一して大きくなってしまい、十分な洗浄効果が得られない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、微細気泡の合一を容易に抑制することができ、洗浄効果を向上させることができる給湯方法および給湯装置を得ることを目的とする。

この発明による給湯方法は、配管に設けられ、配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生工程を備えた給湯方法であって、気泡発生工程は、微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御工程が設けられている。

この発明による給湯装置は、水を流す配管と、配管に設けられ、配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生手段とを備え、気泡発生手段には、微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御手段が設けられている。

この発明の実施の形態１による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 図１の第１のエジェクタを拡大して示す断面図である。 図１の追い焚き用循環配管内に大きな気泡が発生した様子を示す断面図である。 図３の大きな気泡がさらに合一した様子を示す断面図である。 図１の追い焚き用循環配管の洗浄実験を行うための実験装置を示す構成図である。 図５の実験装置による洗浄実験の結果を示すグラフである。 図５の追い焚き用循環配管に気体を入れるタイミングを示す説明図である。 図５の追い焚き用循環配管に気体を入れるタイミングを変化させた場合の気泡径の違いを示すグラフである。 図５の追い焚き用循環配管に気体を入れるタイミングを変化させた洗浄実験の結果を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 図１０の第１のエジェクタにかかる水圧とガス吸引速度との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態４による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 図１３の水エジェクタを拡大して示す断面図である。 この発明の実施の形態６による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態７による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態８による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。 図１７の純流体素子を拡大して示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態９による給湯装置を示す概略の構成図である。 実施の形態９によるスケール付着抑制効果を確認する実験の結果を示すグラフである。 この発明の実施の形態１０による給湯装置を示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態１１による給湯装置を示す概略の構成図である。 この発明の実施の形態１２による給湯装置を示す概略の構成図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。図１において、風呂給湯装置１は、大きく分けてヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット３とから構成されている。

ヒートポンプユニット２は、外気の熱を二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒に移す空気用熱交換器５と、冷媒を圧縮する圧縮機６と、冷媒の熱で水を加熱する水加熱用熱交換器（放熱器）７と、冷媒を冷却する膨張弁８とを有している。また、これらの空気用熱交換器５、圧縮機６、水加熱用熱交換器７および膨張弁８は、冷媒用循環配管９により順に接続されており、これにより冷熱サイクルが構成されている。水加熱用熱交換器７は、貯湯タンクユニット３に熱を供給する。

貯湯タンクユニット３は、水加熱用熱交換器７で供給された熱により水を温水１０に変え、貯湯タンク１１に貯蔵する湯沸機能と、浴槽４に温水１０を供給する給湯機能と、浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き機能とを有している。

貯湯タンク１１には、上水管１３から給水配管１４を介して上水が供給される。貯湯タンク１１と水加熱用熱交換器７との間には、湯沸配管１７が接続されている。湯沸配管１７には、貯湯タンク１１内の水を貯湯タンク１１と水加熱用熱交換器７との間で循環させる循環ポンプ１５が設けられている。

貯湯タンク１１内の温水１０は、給湯配管１９および蛇口１８を介して浴槽４に供給される。また、上水管１３と蛇口１８との間には、浴槽４に水を供給するための給水配管２６が接続されている。

浴槽４内の浴水１２は、追い焚き用熱交換器２０により追い焚きされる。追い焚き用熱交換器２０は、貯湯タンク１１内の温水により浴槽４内の浴水１２を追い焚きする。貯湯タンク１１と追い焚き用熱交換器２０との間には、加熱配管２１が接続されている。加熱配管２１には、貯湯タンク１１内の温水１０を貯湯タンク１１と追い焚き用熱交換器２０との間で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。

浴槽４と追い焚き用熱交換器２０との間には、追い焚き用循環配管２４が接続されている。追い焚き用循環配管２４には、浴槽４内の浴水１２を浴槽４と追い焚き用熱交換器２０との間で循環させる循環ポンプ２３、流路を切り替える三方弁２８が設けられている。

また、追い焚き用循環配管２４には、主たる気泡発生手段である第１のエジェクタ２５ａが取り付けられている。第１のエジェクタ２５ａには、水の逆流を防止するための逆止弁３８ａと、空気の出入りを制御するための電磁弁３９ａとが接続されている。電磁弁３９ａの開閉は、マイクロコンピュータ等を含む制御部４０により制御される。実施の形態１の発生制御手段は、電磁弁３９ａおよび制御部４０により構成されている。また、制御部４０の機能は、電磁弁３９ａ自体に搭載してもよい。

なお、第１のエジェクタ２５ａの上流側とは、ここでは第１のエジェクタ２５ａの入口側で循環ポンプ２３を含み、浴槽４に接続される追い焚き用循環配管２４の一部のことである。また、第１のエジェクタ２５ａの下流側とは、第１のエジェクタ２５ａの出口側であり、追い焚き用熱交換器２０を含み、浴槽４に接続される追い焚き用循環配管２４の一部のことである。

上水管１３と追い焚き用循環配管２４との間には、追い焚き用循環配管２４に上水を供給する給水配管２７が接続されている。給水配管２７には、補助的な気泡発生手段である第２のエジェクタ２５ｂとが設けられ、三方弁２８を介して追い焚き用循環配管２４に接続している。なお、ここでは、通常、配管に取り付けられている開閉弁類は省略する。

また、第２のエジェクタ２５ｂにも同様に水の逆流を防止するための逆止弁３８ｂと、空気の出入りを制御するための電磁弁３９ｂとが接続されている。図示しないが電磁弁３９ｂは、マイクロコンピュータ等を含む制御部４０と接続され、開閉が制御されている。

また、湯沸配管１７の途上でポンプ１５と水加熱用熱交換器７の間に、第３のエジェクタ２５ｃが取り付けられている。第３のエジェクタ２５ｃにも同様に水の逆流を防止するための逆止弁３８ｃと、空気の出入りを制御するための電磁弁３９ｃとが接続されている。図示しないが電磁弁３９ｃは、マイクロコンピュータ等を含む制御部４０と接続され、開閉が制御されている。

図２は図１の第１のエジェクタ２５ａを拡大して示す断面図である。第１のエジェクタ２５ａ内には、管路３０が設けられている。管路３０の中間部には、内径が縮小された狭窄部３１が設けられている。管路３０の内径は、狭窄部３１で最小になっており、狭窄部３１から上下流へ向けて徐々に拡大されている。

管路３０の一端部には流入口３３が、他端部には流出口３４が設けられている。浴槽４からの浴水１２は、流入口３３から管路３０内に流入され、流出口３４から管路３０外へ流出される。第１のエジェクタ２５ａの中間部には、狭窄部３１に開口したガス吸引口３５が設けられている。気体３６は、狭窄部３１で浴水１２の流速が高められることによる減圧現象（通常ベルヌーイの定理と呼ばれる）を利用して、基本的にはポンプ等を使用することなく、ガス吸引口３５から管路３０内へ吸引される。

ガス吸引口３５から気体３６が吸引されることにより、第１のエジェクタ２５ａ内では浴水１２が攪拌され、これにより気体３６が微細気泡（マイクロバブル）３７として浴水１２に混入される。追い焚き用熱交換器２０内や追い焚き用循環配管２４内に付着した汚れ成分は、微細気泡３７により除去される。

ここで、第１のエジェクタ２５ａの特性は、狭窄部３１の径、ガス吸引口３５の開口位置や径などによって変わる。例えば、ガス吸引口３５の開口位置を上流側又は下流側へずらすことで第１のエジェクタ２５ａの特性を大幅に変えることができる。従って、第１のエジェクタ２５ａの構造を変更することによって、洗浄対象となる配管、ここでは追い焚き用循環配管２４の長さに適した径および密度で微細気泡３７を発生させることができる。

なお、第１のエジェクタ２５ａの材料として、例えば、真鍮、ステンレス鋼、チタン、銅、アルミニウム、それらの合金、それらにメッキを施したものなどが使用される。また、ポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂を使用することもできる。
また、第２のエジェクタ２５ｂの構造も図２と同様である。

次に、実施の形態１の風呂給湯装置の動作について説明する。
まず、空気用熱交換器５に流入されたＣＯ₂冷媒は、外気の熱により蒸発される。この後、冷媒は、圧縮機６で圧縮され高温高圧の気体とされて、水加熱用熱交換器７に送られる。一方、上水管１３から給水配管１４を経て貯湯タンク１１に注水された水は、循環ポンプ１５により水加熱用熱交換器７に送られ、高温の冷媒との熱交換により加熱され、再び貯湯タンク１１に戻される。

水加熱用熱交換器７で熱を奪われた冷媒は、膨張弁８で減圧されて液化され、再び空気用熱交換器５に戻されて蒸発される。このように、冷媒が冷媒用循環配管９内を循環され、冷熱サイクルが構成されている。そして、上述の動作を繰り返すことにより、貯湯タンク１１内の水の温度が高められ、所定の温度を持つ温水１０として貯湯タンク１１内に貯蔵される。

貯湯タンク１１内の温水１０は、給湯配管１９を介して、蛇口１８から浴槽４に供給され、入浴に供される。また、上水管１３から給水配管２６を介して浴槽４に上水を供給することにより、浴水１２の温度が調整される。なお、図示していないが、浴槽４に浴水１２を張る際には、浴槽４内に設けられた注水口から温水１０を供給することもある。

次に、浴水１２を追い焚きする場合は、貯湯タンク１１内の温水１０が、循環ポンプ２２により加熱配管２１を通して追い焚き用熱交換器２０に送られる。一方、浴槽４内の浴水１２は、循環ポンプ２３により追い焚き用循環配管２４を通して追い焚き用熱交換器２０に送られる。

追い焚き用熱交換器２０においては、貯湯タンク１１から送られた温水１０と浴槽４から送られた浴水１２との熱交換が行われる。これにより、温水１０は、熱を奪われ低温水にされて貯湯タンク１１に戻される。また、浴水１２は、熱をもらってより高い温度となり、浴槽４に戻される。このような動作を繰り返すことにより、浴槽４内の浴水１２は追い焚きされ入浴に適した温度に調整される。

しかし、入浴により浴水１２に混入した皮脂、有機物および塵などの汚れ物質が、追い焚き時の浴水１２の循環により追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の内壁に付着し、熱交換効率の低下や配管２４の詰まりを誘発する原因となる。特に、風呂給湯装置の小型化のため、層間を１ｍｍ程度まで狭めたプレート型熱交換器では、層間に汚れが付着し易い。このため、非入浴時に、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄を定期的に実施することが好ましい。

これに対して、実施の形態１では、浴槽４に溜めた清浄な水を循環ポンプ２３により追い焚き用循環配管２４に循環させることにより、第１のエジェクタ２５ａの内部に気液混相流を発生させ、微細気泡３７を生成する。これにより、追い焚き用熱交換器２０の細管や追い焚き用循環配管２４の内壁に付着した汚れ物質が、微細気泡３７の表面に付着され、浴槽４内に排出される。従って、追い焚き用循環配管２４に水を循環させることにより、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４が洗浄される。

このとき、浴槽４と第１のエジェクタ２５ａとの間の追い焚き用循環配管２４には気泡が注入されず、非洗浄部分が発生する。この非洗浄部分を洗浄するためには、上水又は貯湯タンク１１内の温水１０に第２のエジェクタ２５ｂで微細気泡３７を注入し、非洗浄部分に流す。これにより、追い焚き用循環配管２４の全体が微細気泡３７により洗浄される。

通常、風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から使用箇所までの配管長さは様々で、２ｍから３０ｍまで想定される。そして、浴槽４と第１のエジェクタ２５ａとの間の距離が大きい場合、即ち追い焚き用循環配管２４の配管長が、その内径に比してかなり長い場合は、追い焚き用循環配管２４の内部を流れている途中で微細気泡３７が合一してしまい、十分な洗浄効果が得られなくなる。

例えば、図３に示すように、微細気泡３７が合一して大きい気泡４１が生成されると、追い焚き用循環配管２４の内壁の下部には微細気泡３７が当たるのに対し、内壁の上部（天井部）には大きい気泡４１のみが当たるようになる。また、大きい気泡４１がさらに合一すると、図４に示すように、気体部分と液体部分とが完全に分離され、追い焚き用循環配管２４の上部の内壁には水も接触しなくなる。

このような状態では、内壁の上部の洗浄効果が著しく低下するため、この状態が長期間続くと、内壁の上部に汚れが堆積し、浴水１２の汚染や流量の低下といった問題を引き起こす。従って、微細気泡３７の合一を抑え、大きい気泡４１の割合を減らすことが、追い焚き用循環配管２４の内壁、特に浴槽４と接合する末端付近の清浄度を維持するために必要不可欠である。

そこで、微細気泡３７の合一が起こる条件について検討した。微細気泡３７の合一は、追い焚き用循環配管２４内の水の速度が流れに直角な断面内で一様ではなく、ばらつきがあること、即ち、断面の中央付近で流速が大きく、内壁付近は流速が小さいことから、一部の微細気泡３７が内壁に付着滞留することで起き易い。

また、微細気泡３７の合一が起きる物理的条件としては、追い焚き用循環配管２４の長さと内径との関係が挙げられる。具体的には、追い焚き用循環配管２４の長さが短く、内径が大きければ、微細気泡３７同士が接触する機会が少ないため、合一が起き難い。逆に、追い焚き用循環配管２４の長さが長く、内径が小さければ、合一が起き易い。

これを実証するため、以下の実験を行った。即ち、浴水１２を模擬した水溶液である人工浴水を作り、人工浴水を図５に示す実験装置の追い焚き用循環配管２４に循環させた。また、実験装置の追い焚き用循環配管２４の長さと内径との比（長さ／内径）を変え、内壁の汚染度を比較した。

図５の実験装置は、図１の要素の中から、浴槽４、循環ポンプ２３、追い焚き用循環配管２４、エジェクタ２５および追い焚き用熱交換器２０を取り出したものである。また、人工浴水としては、水１Ｌ当たりに、オレイン酸ナトリウム０．５６ｇ、トリオレイン０．３１ｇ、コレステロール０．０３ｇ、スクアレン０．０５ｇおよびゼラチン０．１４ｇを人工皮脂として含ませた水溶液を適宜希釈した水溶液を用いた。さらに、気体３６としては、空気を用いた。

図６は図５の実験装置による実験の結果を示すグラフである。図６において、縦軸は、全有機炭素（ＴＯＣ）計により測定した追い焚き用循環配管２４の内壁の汚染度を基準値との比で示している。また、横軸は、追い焚き用循環配管２４の長さと内径との比を示している。

汚染度を測定する際には、汚れが付着した追い焚き用循環配管２４を超純水に浸した上で、超音波処理を１分行い、汚れを剥離させた。そして、剥離された汚れを含む溶液のＴＯＣ濃度を全有機炭素計で測定し、得られたＴＯＣ濃度から、長さ／内径が０のときを基準値として相対値を求めた。従って、図６の汚染度の値が高いほど、追い焚き用循環配管２４内に汚れが多く堆積していたことを意味している。

図６から、長さ／内径の値が大きいほど汚れが堆積し易いことが明らかである。また、長さ／内径が８００以上の場合に、汚れの堆積が急激に増加することが分かる。さらに、この実験において、長さ／内径が８００以上の場合には、追い焚き用循環配管２４の浴槽４の近傍付近を観察すると、配管の上半分で大きい気泡４１が支配的になっており、殆ど人工浴水と接していない状況であった。人工浴水が接していないということは、汚れを運搬する能力が無いことを意味していることから、この点が洗浄能力を著しく減少させている原因であることが確認できた。また、追い焚き用循環配管２４の途中では、微細気泡３７が流れ方向に分散しており、単純な押し出し流れとなっていないことを目視で確認した。

以上の実験結果から、追い焚き用循環配管２４の長さと内径との比が大きい場合には、第１のエジェクタ２５ａに入れる気体３６を時間的に連続して入れると末端部分では合一が起こり易いことが分かった。このため、発明者らは、気体３６を間欠的に入れる手法に着目した。即ち、電磁弁３９ａの開閉動作を行うことで気体３６を間欠的に水に注入する。これにより、微細気泡３７が水の流れ方向に分散するが、気体３６を連続して注入する場合よりも微細気泡３７の合一する機会が減少するため、大きい気泡４１の生成が少なくなる。

この手法の有効性を調べるために以下の実験を行った。図７に示すように気体３６を入れる時間をＴ１、気体３６を入れない時間をＴ２とし、Ｔ１およびＴ２を変化させて、浴槽４に排出される水の中に含まれる気泡をデジタルカメラで撮影し、約５００個の気泡について画像解析による気泡径の計測を行うことで、気泡径の分布を調べた。なお、追い焚き用循環配管２４の長さは１０ｍ、内径は１２．５ｍｍ、即ち長さ／内径は８００とし、水温は４２℃とした。

図８は追い焚き用循環配管２４に気体３６を入れるタイミングを変化させた場合の気泡径の変化を示すグラフである。この実験では、連続して気体３６を入れた場合と、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合と、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒の場合と、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の場合とについて、平均気泡径と最大気泡径とを求めた。

実験の結果、連続の場合は最大気泡径が６．６ｍｍとなっているが、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合は４．５ｍｍ、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒の場合は３．３ｍｍ、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の場合は２．８ｍｍと小さくなることが分かった。また、平均気泡径は、それぞれ０．６ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍであった。

最大気泡径が小さくなれば、追い焚き用循環配管２４の末端部分における大きい気泡４１の滞留が少なくなり、汚れが効率的に除去されることから、間欠的に気体３６を注入する手法の有効性が確認された。また、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒など、パルス的に気体３６を注入することによりさらに良好な結果となった。

一方、Ｔ１と（Ｔ１＋Ｔ２）との比、即ちデューティ比をあまり小さくすると、気体の絶対量が少なくなり、全体の洗浄効果が逆に小さくなる。また、Ｔ２を５秒より長くすると、気泡が全く流れなくなる時間領域が出てくることが観察された。これらのことから、この実験装置においては、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒が最も好ましいものと推測された。また、追い焚き用循環配管２４の長さ／内径がさらに大きい場合は、微細気泡３７が、配管の流れ方向に対して、より分散されることから、Ｔ２をやや長くして、Ｔ２＝５〜６秒程度とする方が望ましい。

図９は追い焚き用循環配管２４に気体３６を入れるタイミングを変化させた洗浄実験の結果を示すグラフである。この実験では、連続して気体３６を入れた場合と、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合と、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒の場合と、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の場合と、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝４秒の場合とについて、洗浄効果を比較した。

具体的には、ポリエチレン配管を縦割りにして、内壁にトリオレインを塗布し、縦割りにした一方を上側、他方を下側として、図５の実験装置の追い焚き用循環配管２４の出口部分（浴槽４に隣接する部分）に配置した。

有機分濃度の分析方法としては、専用の抽出溶媒であるＳ−３１６でポリエチレン配管の内壁に残留したトリオレインを溶解させ、液中の有機分濃度を赤外分光法の原理で定量化する方法を採用した。そして、単位面積当たりの汚れ量を汚染度として求めた。

この結果、図９に示すように、連続の場合、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝４秒の場合、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒の場合、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の場合の順番で汚染度が低下する結果となり、気泡径の測定結果と合致した結果となった。

従って、実施の形態１の風呂給湯装置では、電磁弁３９ａの開閉タイミングを制御部４０に予め設定しておくことにより、微細気泡３７を所定の時間比で間欠的に発生させる。これにより、界面活性剤を用いずに微細気泡３７の合一を容易に抑制することができ、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４に対する洗浄効果を向上させることができる。特に、長さ／内径が８００以上の場合であっても、第１のエジェクタ２５ａから離れた追い焚き用循環配管２４の末端まで微細気泡３７により洗浄することができ、熱交換効率の低下を防止することができる。

また、上記の実験では、主に皮脂汚れに着目したが、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の内壁に付着したスケールを除去したり、スケールの付着を抑制したりすることもできる。

さらに、第１のエジェクタ２５ａの上流側には、第２のエジェクタ２５ｂで発生させた微細気泡３７を流すようにしたので、追い焚き用循環配管２４の全体に対して洗浄効果を向上させることができる。

さらに、電磁弁３９ｃを開放にすることで、第３のエジェクタ２５ｃにより湯沸配管１７に微細気泡３７を注入することで、湯沸配管１７と水加熱用熱交換器（放熱器）７の内壁の汚れ付着を防止することができる。この場合、水道に含まれるスケールの除去や、スケールの付着抑制に特に効果的である。

なお、実施の形態１では、第１、第２および第３のエジェクタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃから注入する気体を空気としたが、空気に限定されるものではなく、例えば窒素、水素、酸素、ネオン、アルゴン、二酸化炭素又はオゾンなどを用いてもよい。特に、オゾンは、強い酸化力を持つので、オゾンを含む微細気泡を用いると、汚れの除去効果が向上するとともに、水中に存在する微生物の殺菌やカビ類の除去も可能となり、より一層高い洗浄効果が得られる。また、水のｐＨを酸性やアルカリ性にすることも汚れの除去作用に有効である。

また、実施の形態１では、気泡発生手段としてエジェクタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを用いたが、気泡発生手段はこれに限定されるものではなく、例えば、ベンチュリ式、旋回流式、加圧溶解式又は多孔質（微細穴）式の気泡発生手段を用いてもよい。

さらに、実施の形態１では、貯湯タンク１１内の水を加熱するのにヒートポンプ式の加熱装置、即ちヒートポンプユニット２を用いたが、加熱装置はこれに限定されるものではなく、例えば、電気ヒータによる加熱装置、ガスの燃焼による加熱装置、石油（灯油）の燃焼による加熱装置、又は太陽熱による加熱装置などであってもよい。

さらにまた、内径が異なる複数の配管を継ぎ足して追い焚き用循環配管２４として用いてもよい。この場合、それぞれの配管の長さと内径との比を求め、それらの和から求めた値に基づいてＴ１とＴ２との比を規定することが望ましい。
また、発生制御手段は、配管の末端における気泡最大径が５ｍｍ以下となるように微細気泡３７を発生させる時間比を制御するのが望ましい。

実施の形態２．
次に、図１０はこの発明の実施の形態２による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。図１０において、追い焚き用循環配管２４の第１のエジェクタ２５ａと追い焚き用熱交換器２０との間の部分には、第１のエジェクタ２５ａにかかる圧力を検出する圧力センサ（圧力検出工程）４２が設けられている。制御部４０は、圧力センサ４２からの信号に基づいて、微細気泡３７を発生させる時間比を変化させる。具体的には、制御部４０は、水圧が高いほど図７に示したＴ１を長くする。他の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態１で説明したように、風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から湯の使用箇所までの配管長さは様々であるが、高さについても、１階だけでなく２階まで給湯することも求められる。従って、設置条件によって風呂給湯装置にかかる水圧はまちまちであり、一般的に２０ｋＰａから８０ｋＰａの間で変化する。

これに対して、第１のエジェクタ２５ａは、その原理から流出口３４の水圧によってガス吸引速度が大きく変化する。例えば、図１１に示すように、２０ｋＰａから８０ｋＰａでは、約１０倍のガス吸引量の違いがある。このように、水圧が高くなるほどガス吸引速度が小さくなることから、水圧に応じて注入する気体３６の量を大きくする必要がある。従って、実施の形態２では、水圧が高いほどＴ１を長くするように、予め対照表を作成しておき、ガス吸引量が一定になるように制御する。

このような風呂給湯装置によれば、設置高さによらず最適な微細気泡３７の径や密度を保つことができ、追い焚き用熱交換器２０内の細管や追い焚き用循環配管２４を良好に洗浄することができる。

なお、実施の形態２では、第１のエジェクタ２５ａの下流側に圧力センサ４２を設けたが、第２のエジェクタ２５ｂの近傍に設置してもよい。

実施の形態３．
次に、図１２はこの発明の実施の形態３による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。図１２において、追い焚き用循環配管２４の第１のエジェクタ２５ａの上流部分には、微細気泡３７の合一を抑制する添加剤を注入する添加剤供給装置４３が設けられている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

このような風呂給湯装置では、第１のエジェクタ２５ａで微細気泡３７を発生させる際に、添加剤供給装置４３により界面活性剤などの添加剤が水に少し添加される。これにより、第１のエジェクタ２５ａで生成された微細気泡３７の液中での性質が安定化され、微細気泡３７の合一が抑制される。また、添加剤供給装置４３は、通水量に応じた適当な濃度、適当なタイミングで添加剤を投入するように、制御部４０により制御される。

添加剤供給装置４３を設けた場合には、添加剤を投入しない場合に比べて、１０倍以上のガス流量を第１のエジェクタ２５ａに供給した場合においても、気泡径を１００μｍ以下に維持することが可能となり、追い焚き用熱交換器２０や追い焚き用循環配管２４をさらに効率よく洗浄することができる。また、気泡密度を高い状態に維持できるために、浴槽４の洗浄などにも効果を発揮することができる。

添加剤としては、アルコール系化合物を主とする水酸基含有化合物（ａ１）、アミノ基含有化合物（ａ２）、およびカルボキシル基含有化合物（ａ３）が好ましい。さらに好ましいのは、ａ１うちの１価のアルコール（ａ１１）および２〜８価の多価アルコール（ａ１２）、並びに（ａ２）のうちのモノアミン類（ａ２１）、ポリアミン類（ａ２２２）およびアルカノールアミン類（ａ２３）である。特に好ましいのは（ａ１１）および（ａ１２）であり、上記の中で最も好ましいのは（ａ１２）である。

（ａ１１）としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、１−ペンタノール、アリルアルコール、合成もしくは天然の高級アルコール［例えば、炭素数１４〜１５の合成アルコール（市販品としては「ドバノール４５」三菱化学株式会社製など］等の炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜８の１価アルコールが挙げられる。

（ａ１２）としては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチルペンタンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（ヒドロキシエチル）ベンゼンおよび２，２−ビス（４，４’−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン等の炭素数２〜１８の２価アルコール；グリセリンおよびトリメチロールプロパン等の炭素数３〜１８の３価アルコール；並びに、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、トリグリセリン、α−メチルグルコシド、ソルビトール、キシリット、マンニット、ジペンタエリスリトール、グルコース、フルクトースおよびショ糖等の４〜８価のアルコール；が挙げられる。

（ａ１３）としては、フェノールおよび炭素数１〜６のアルキル基を有するアルキルフェノール（例えば、クレゾールおよびｐ−エチルフェノール等）等の１価フェノールが挙げられる。

（ａ１４）としては、ピロガロール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール（例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ等）およびトリスフェノール（例えば、トリスフェノールＰＡ等）等の多価フェノールが挙げられる。

（ａ１５）としては、セルロース系化合物（例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびそれらのケン化物等）、ゼラチン、デンプン、デキストリン、ノボラック樹脂（例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等）、ポリフェノール、ポリブタジエンポリオール、ひまし油系ポリオール、並びにヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートの（共）重合体およびポリビニルアルコール等の多官能（２〜１００）ポリオール等のその他の多価アルコール；等が挙げられる。

アミノ基含有化合物（ａ２）としては、アンモニア、モノアミン類（ａ２１）、ポリアミン類（ａ２２）、アミノアルコール類（ａ２３）およびその他のアミノ化合物（ａ２４）が挙げられる。

（ａ２１）の具体例としては、炭素数１〜２０のアルキルモノアミン類（ブチルアミン等）、炭素数６〜１８の芳香族モノアミン（アニリン等）のモノアミン類等が挙げられる。

（ａ２２）としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンおよびジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン；
ピペラジンおよびＮ−アミノエチルピペラジン等の複素環式ポリアミン類；
ジシクロヘキシルメタンジアミンおよびイソホロンジアミン等の脂環式ポリアミン；
フェニレンジアミン、トリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジフェニルエ−テルジアミンおよびポリフェニルメタンポリアミン等の芳香族ポリアミン；
ジカルボン酸と過剰のポリアミン類との縮合により得られるポリアミドポリアミン；
並びにポリエーテルポリアミン等が挙げられる。

（ａ２３）としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびトリイソプロパノールアミン等のアミノアルコール（この場合はアルコールとアミンの両方の活性水素がｐ価の価数に相当する。）が挙げられる。

添加剤の濃度としては、１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの濃度範囲で用いることが好ましく、特に好ましいのは５ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度範囲である。

なお、実施の形態３では、第１のエジェクタ２５ａの上流側に添加剤供給装置４３を設けたが、ガス吸引口３５に添加剤供給装置４３を設け、添加剤を気体３６に混合して第１のエジェクタ２５ａに供給してもよい。

また、実施の形態３では第１のエジェクタ２５ａの上流側に添加剤供給装置４３を設けたが、第２のエジェクタ２５ｂ、第３のエジェクタ２５ｃの上流側やガス吸引口３５に設けてもよい。

実施の形態４．
次に、図１３はこの発明の実施の形態４による風呂給湯装置を示す概略の構成図である。図１３において、追い焚き用循環配管２４の追い焚き用熱交換器２０と浴槽４との間の部分には、再分散手段としての水エジェクタ４４が設けられている。

図１４は図１３の水エジェクタ４４を拡大して示す断面図である。但し、図１４では、図１３の裏側から見た断面を示しているため、水の流れの方向が図１３とは左右反対向きになっている。水エジェクタ４４は、図２に示した第１のエジェクタ２５ａと同様の構成で小型化したものであるが、ガス吸引口３５が無い点が異なる。また、水エジェクタ４４は、追い焚き用循環配管２４の一部として追い焚き用循環配管２４の途中に挿入された水エジェクタ取付管４５の内部に配置されている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

このような風呂給湯装置では、追い焚き用循環配管２４の内部に水エジェクタ４４を設けたので、微細気泡３７の合一等により追い焚き用循環配管２４内の上部に大きい気泡４１が発生した場合にも、その大きい気泡４１が狭窄部３１で微細気泡３７へと再分散される。従って、追い焚き用循環配管２４の配管長が長い場合においても、十分な洗浄効果を発揮することができる。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態４を示す図１３において、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄時に、循環ポンプ２３の送液量を一定ではなく時間的に変化させるものである。循環ポンプ２３の送液量を時間的に変化させることで、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の流れや水圧が変化すると、いわゆる脈動が起こることで、これまでの実施の形態で説明してきた気泡による洗浄効果に加え、物理的せん断力が加わって、より高い洗浄効果を発揮することができる。

送液量の変化パターンについては、例えばインバータ制御により交流のように三角関数的に連続で変化させる方法と、図７に示す空気注入のパターンに類似したパルス的に変化させる方法があるが、物理的せん断力が強力なのは後者のパルス的に変化させる方法である。しかしながら、パルス的に変化させた場合は、配管系の圧力変動が大きいため、特に配管の継手に負担がかかる。このため、洗浄効果とこの継手への負担のバランスを考慮して、送液量の変化パターンを決めることが望ましい。

また、この送液量の変化パターンを、実施の形態１で示した図７の空気の変化パターンに同期させることにより、より高い洗浄効果を発揮することができる。

なお、この実施の形態では循環ポンプ２３の送液量を可変することで、脈動を発生させたが、循環ポンプ２３の代りに圧力が可変可能な調整弁によっても、脈動を発生させることが可能なことから、同様に高い洗浄効果を発揮することができる。

実施の形態６．
次に、図１５はこの発明の実施の形態６による風呂給湯装置の一部を示す概略の構成図である。実施の形態１を示す図１において、浴槽４、浴水１２、ポンプ２３、追い焚き用循環配管２４、三方弁２８、エジェクタ２５ａ、追い焚き用熱交換器２０、逆止弁３８ａ、電磁弁３９ａの部分を抜き出したものである。これにさらに三方弁２８とエジェクタ２５ａの間の追い焚き用循環配管２４に三方弁４６を設け、エジェクタ２５ａと追い焚き用熱交換器２０の間の追い焚き用循環配管２４に三方弁４７を設け、三方弁４６と三方弁４７を追い焚き用迂回配管４８で接続するものである。他の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

動作については、三方弁４６と三方弁４７を一定の時間、例えば１秒間それぞれａ−ｂ、ｃ−ｄの方向に切替え、その後、１秒間ａ−e、f−ｄの方向に切り替える。三方弁４６と三方弁４７をそれぞれａ−ｂ、ｃ−ｄの方向とした場合は、エジェクタ２５ａから微細気泡３７が追い焚き用循環配管２４に注入される。一方、三方弁４６と三方弁４７をそれぞれａ−e、f−ｄの方向とした場合は、微細気泡３７は注入されない。これを繰り返すことで実施の形態１と同様に、間欠的に微細気泡３７を注入することが可能となることから、追い焚き用熱交換器２０と追い焚き用循環配管２４の内壁を効果的に洗浄することができる。

なお、本実施の形態では三方弁４６と三方弁４７の二つとしたが、どちらか一つのみとし、代わりに三方管で接続してもよい。

また、三方弁４６と三方弁４７を、共に三方管に置き換え、追い焚き用迂回配管４８の途上に二方電磁弁を設けてもよい。この場合、二方電磁弁の開閉により微細気泡３７の注入量を制御するが、二方電磁弁が開の場合は、追い焚き用循環配管２４と追い焚き用迂回配管４８の両方に浴水１２が流れるため、微細気泡３７の注入量が最適になるよう、二方電磁弁の開閉パターンを決めるのが望ましい。

実施の形態７．
次に、図１６はこの発明の実施の形態７による風呂給湯装置の一部を示す概略の構成図である。実施の形態６と同様に実施の形態１を示す図１から一部を抜き出したものであるが、電磁弁３９ａの代りに、エアポンプ４９を設けたものである。

動作については、エアポンプ４９を例えば１秒ＯＮ、１秒ＯＦＦと間欠的に動作させることで、実施の形態１と同様に、間欠的に微細気泡３７を注入することが可能となることから、追い焚き用熱交換器２０と追い焚き用循環配管２４の内壁を効果的に洗浄することができる。

また、実施の形態２と同様に、圧力センサ４２をエジェクタ２５ａの下流側に設け、その出力に応じて、エアポンプ４９の動力を可変しても良い。具体的には、圧力センサ４２により圧力が高いと判断される場合は、エアポンプ４９の動力を高く設定し、圧力センサ４２により圧力が低いと判断される場合は、エアポンプ４９の動力を低く設定し、微細気泡３７の注入を最も適当な量に制御することで、さらに効果的に洗浄することができる。

また、エアポンプ４９はＯＮ−ＯＦＦ動作することで、圧力は急激に上下するのではなく、ブロードに変化することから、よりパルス的にガスを注入するために、エアポンプ４９と逆止弁３８ａの間に、ガス圧に応じて開閉する開閉弁を設けることが有効である。これにより、さらに効果的に洗浄することができる。

実施の形態８．
次に、図１７はこの発明の実施の形態８による風呂給湯装置の一部を示す概略の構成図である。実施の形態６、７と同様に実施の形態１を示す図１から一部を抜き出し、電磁弁３９ａの代りに、純流体素子２００を設けたものである。純流体素子はフルイディクスとも呼ばれ、流体の圧力変動で偏流が生じる効果（コアンダ効果と呼ばれる）を利用したものであり、これにより、エジェクタ２５ａにおけるガスの間欠注入を実現できる。

図１８は、純流体素子２００の具体的な構成を示した図であり、ガスの供給口２０１、連結ダクト２０２、連結ダクト２０３、出口２０４、出口２０５、エアポンプ２０６で構成されている。

エアポンプ２０６から噴出する空気はガスの供給口２０１を介して純流体素子２００に注入される。連結ダクト２０２と連結ダクト２０３の間にわずかな圧力差があると、コアンダ効果により偏流が起こる。例えば連結ダクト２０２の方向が圧力がわずかに低くなった場合は、連結ダクト２０２のＡの方向に偏流が起き、図１８に示すＣ−Ｄの方向で風が流れ出口２０４のみ空気が吹出す。この後、Ａの部分の圧力が高くなることから、連結ダクト２０３のＢの方向に偏流が動き、図１８に示すＥ−Ｆの方向で風が流れ出口２０５のみ空気が吹出す。以上の動作の繰り返しにより、機械的な動作なく、エジェクタ２５ａからガスの間欠注入を行うことができる。

間欠のパターンや時間間隔については、連結ダクト２０３、２０４の容積と空気の流速や供給圧力に依存することから、例えば、実施の形態１と同様にＴ１＝１秒、Ｔ２＝１秒となるように、連結ダクト２０３、２０４の容積と空気の流速や供給圧力を決めるのが望ましい。

電磁弁３９ａによる方法と純流体素子２００を用いる方法を比較すると、前者が確実で安定した間欠注入が実施できるが、電磁弁３９ａの寿命が短い問題がある。後者は動作が不安定であるが、機械的動作が無い分、寿命の点で有利である。このことから、必要とする仕様に応じて適宜選択することが望ましい。

実施の形態９．
次に、図１５はこの発明の実施の形態６による給湯装置を示す概略の構成図である。これまでの実施の形態は、浴水を供給する風呂給湯装置についてのものであったが、本実施の形態は、給湯や暖房に用いられる一般の給湯装置についてである。

図１５において、実施の形態９の給湯装置１００では、外気の熱を熱媒体に移す空気−熱媒体熱交換器９１、熱媒体を圧縮する圧縮機９２、熱媒体の熱で被加熱液である水を加熱する熱媒体−水熱交換器５０、および熱媒体を冷却する膨張弁９３がこの順に接続され、冷熱サイクルが構成されている。

具体的には、熱媒体−水熱交換器５０に熱媒体を導入するための熱媒体入口配管９４が圧縮機９２を介して空気−熱媒体熱交換器９１と接続されている。また、熱媒体−水熱交換器５０から熱媒体を取り出すための熱媒体出口配管９５が膨張弁９３を介して空気−熱媒体熱交換器９１と接続されている。

熱媒体−水熱交換器５０の内部は、壁面５２および壁面５３によって３つの流路に仕切られており、中央が熱媒体流路５２ｂ、その両側が被加熱液流路５１ｂ，５３ｂとなっている。被加熱液流路５１ｂ，５３ｂには、被加熱液である水を導くための被加熱液入口配管９６と、湯を取り出すための被加熱液出口配管９７とが接続されている。

被加熱液入口配管９６には、エジェクタ２５ｄが設けられている。エジェクタ２５の構造は、実施の形態１の第１のエジェクタ２５ａと同様であるため、同じ符号を付しその説明を省略する。また、エジェクタ２５ｄには、これも実施の形態１と同様に、逆止弁３８ｄおよび電磁弁３９ｄが接続されており、電磁弁３９ｄは制御部４０により制御される。

被加熱液出口配管９７には、被加熱液出口配管９７内に溜まった気泡を系外に排出するためのエアー抜き弁９８が設けられている。

次に、給湯装置１００の動作について説明する。まず、空気−熱媒体熱交換器９１で外気の熱を吸収した熱媒体は、ここで一旦蒸発され、圧縮機９２で圧縮されて高温高圧の気体となり、熱媒体入口配管９４を介して熱媒体−水熱交換器５０に送られる。一方、被加熱液入口配管９６を介して熱媒体−水熱交換器５０に送り込まれた水は、被加熱液流路５１ｂ，５３ｂを通過しながら、熱媒体流路５２ｂ内の熱媒体から熱を受けて加温され、被加熱液出口配管９７から流出される。

熱媒体流路５２ｂで熱を奪われた熱媒体は、熱媒体出口配管９５を介して膨張弁９３へ送られ、ここで減圧されて再び液体となる。液体となった熱媒体は、空気−熱媒体熱交換器９１に戻され、外気の熱を吸収して上記の冷熱サイクルを繰り返すことになる。

被加熱液入口配管９６や被加熱液出口配管９７の長さが内径と比して大きい場合、エジェクタ２５ｄに入れる気体３６（図２）は、時間的に連続ではなく、間欠的に入れる。即ち、電磁弁３９ｄの開閉動作を行うことで気体を水に間欠的に注入する。間欠的に注入することで微細気泡３７（図２）が水の流れ方向に分散することとなり、微細気泡３７の合一する機会が減少するため、大きい気泡４１（図３）の生成が少なくなる。スケールは、炭酸カルシウムが主成分であり、微細気泡３７が接触すればその剥離作用により除去されるので、被加熱液流路５１ｂ，５３ｂおよび被加熱液入口配管９６，被加熱液出口配管９７の内壁への付着が抑制される。

次に、実施の形態９によるスケール付着抑制効果を確認する実験の結果について説明する。実験では、熱媒体−水熱交換器５０の代替として模擬した長さ２５ｃｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍの銅直管に、水温８０℃の高硬度水（硬度２７０ｍｇ−ＣａＣＯ₃／Ｌ）を５時間流通させたときの銅直管内面に付着したスケール量を分析した。スケール量の分析方法としては、着したスケールを１モル／Ｌの希塩酸で抽出した後、高速液体クロマトグラフィ分析装置を使ってカルシウムイオン量を測定した。

図１６は上記の実験の結果を示すグラフである。図１６では、連続して気体３６を入れた場合と、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合と、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の場合とについて、スケール付着量を示している。

図１６に示すように、連続の場合、Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒の場合、Ｔ１＝２秒、Ｔ２＝４秒の場合、Ｔ１＝１秒、Ｔ２＝１秒の順番でスケール付着量の値が大きいことが分かった。これは、微細気泡３７を間欠的に注入することにより、大きい気泡４１の生成が抑制され、微細気泡３７が銅直管の隅々まで行き渡り、スケールの付着が防止されたものと考えられる。スケール付着についても、間欠的に気体３６を注入する手法の有効性が確認された。特に、銅製およびステンレス鋼製の配管９６，９７では顕著な効果を奏する。

なお、図１５では、熱媒体−水熱交換器５０において熱媒体と被加熱液（水）とが互いに反対向きに流れているが、同じ方向へ流すように構成してもよい。
また、被加熱液出口配管９７と被加熱液入口配管９６とを給湯タンクに接続し、加温済みの湯が熱交換器５０を循環するように構成してもよい。

また、実施の形態４と同様に水エジェクタ４４を被加熱液出口配管９７の途上に設け、一旦大きくなった気泡を再分散させてもよい。

さらに、エアー抜き弁９８については、例えば台所の蛇口などの開放系に接続される場合は、必ずしも必要ではない。

実施の形態１０．
次に、図２１は、実施の形態１０による給湯装置を示す概略の構成図である。被加熱液入口配管９６を介して三方弁４６、エジェクタ２５ｄ、三方弁４７がこの順番に設けられ、三方弁４６と三方弁４７を迂回配管１０１で接続するものである。他の構成は、実施の形態９と同様であるので説明を省略する。

動作については、三方弁４６と三方弁４７を一定の時間、例えば１秒間それぞれａ−ｂ、ｃ−ｄの方向に切替え、その後、１秒間ａ−e、f−ｄの方向に切り替える。三方弁４６と三方弁４７をそれぞれａ−ｂ、ｃ−ｄの方向とした場合は、エジェクタ２５ａから微細気泡３７が被加熱液入口配管９６や５０熱媒体−水熱交換器５０に注入される。一方、三方弁４６と三方弁４７をそれぞれａ−e、f−ｄの方向とした場合は、微細気泡３７は注入されない。これを繰り返すことで実施の形態１と同様に、間欠的に微細気泡３７を注入することが可能となることから、被加熱液流路５１ｂ，５３ｂおよび被加熱液入口配管９６，被加熱液出口配管９７の内壁へのスケールの付着を抑制することができる。

なお、本実施の形態では三方弁４６と三方弁４７の二つとしたが、どちらか一つのみとし、代わりに三方管で接続してもよい。

また、三方弁４６と三方弁４７を、共に三方管に置き換え、追い焚き用迂回配管４８の途上に開閉を行う二方電磁弁を設けてもよい。この場合、二方電磁弁の開閉により微細気泡３７の注入量を制御するが、二方電磁弁が開の場合は、エジェクタ２５ｄを含む被加熱液入口配管９６と迂回配管１０１の両方に水が流れるため、微細気泡３７の注入量が最適になるよう、二方電磁弁の開閉パターンを決めるのが望ましい。

実施の形態１１．
次に、図２２はこの発明の実施の形態１１による給湯装置を示す概略の構成図である。実施の形態９と異なる点として、電磁弁３９ａの代りに、エアポンプ４９を設けたものである。

動作については、エアポンプ４９を例えば１秒ＯＮ、１秒ＯＦＦと間欠的に動作させることで、実施の形態９と同様に、間欠的に微細気泡３７を注入することが可能となることから、被加熱液流路５１ｂ，５３ｂおよび被加熱液入口配管９６，被加熱液出口配管９７の内壁へのスケールの付着を抑制することができる。

また、実施の形態２と同様に圧力センサ４２をエジェクタ２５ｄの下流側に設け、その出力に応じて、エアポンプ４９の動力を可変しても良い。具体的には、圧力センサ４２により圧力が高いと判断される場合は、エアポンプ４９の動力を高く設定し、圧力センサ４２により圧力が低いと判断される場合は、エアポンプ４９の動力を低く設定し、微細気泡３７の注入を最も適当な量に制御することで、さらに効果的に洗浄することができる。

また、エアポンプ４９はＯＮ−ＯＦＦ動作することで、圧力は急激に上下するのではなく、なだらかに変化することから、よりパルス的にガスを注入するために、エアポンプ４９と逆止弁３８ｄの間に、ガス圧に応じて開閉する開閉弁を設けることが有効である。これにより、さらに効果的に洗浄することができる。

実施の形態１２．
次に、図１７はこの発明の実施の形態１２による給湯装置を示す概略の構成図である。ここでは電磁弁３９ｄの代りに、純流体素子２００を設けたものである。

純流体素子の構成については図１８に示す実施の形態８と同様であるので説明を省略する。

動作については、実施の形態８と同様にエアポンプ２０６から噴出する空気をガスの供給口２０１を介して、純流体素子２００へ空気が注入される。連結ダクト２０２と連結ダクト２０３の間にわずかな圧力差があると、コアンダ効果により偏流が起こる。例えば連結ダクト２０２の方向が圧力がわずかに低くなった場合は、連結ダクト２０２のＡの方向に偏流が起き、図１８に示すＣ−Ｄの方向で風が流れ出口２０４のみ空気が吹出す。この後、Ａの部分の圧力が高くなることから、連結ダクト２０３のＢの方向に偏流が動き、図１８に示すＥ−Ｆの方向で風が流れ出口２０５のみ空気が吹出す。以上の動作の繰り返しにより、機械的な動作なく、エジェクタ２５ｄからガスの注入を行うことから、被加熱液流路５１ｂ，５３ｂおよび被加熱液入口配管９６，被加熱液出口配管９７の内壁へのスケールの付着を抑制することができる。

Claims (16)

1. 配管に設けられ、上記配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生工程、及び
   上記配管に設けられ、水圧を検出する圧力検出工程
   を備えた給湯方法であって、
   上記気泡発生工程は、上記微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御工程を備え、
   上記発生制御工程は、上記圧力検出工程からの信号に基づいて上記時間比を変化させることを特徴とする給湯方法。
2. 配管に設けられ、上記配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生工程を備えた給湯方法であって、
   上記気泡発生工程は、上記微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御工程を備え、
   上記発生制御工程は、上記配管の末端における気泡最大径が５ｍｍ以下となるように上記時間比を制御することを特徴とする給湯方法。
3. 上記気泡発生工程よりも下流側の上記配管の内径に対する長さの比が５００以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給湯方法。
4. 上記微細気泡の合一を抑制する添加剤を上記配管内に投入する添加剤供給工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の給湯方法。
5. 上記気泡発生工程は、管路の内径を縮小してなる狭窄部と、上記管路内に開口したガス吸引口とを有し、上記狭窄部で流速が高められることによる減圧現象により上記ガス吸引口から気体を吸引するエジェクタを用いたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の給湯方法。
6. 上記配管内の上記気泡発生工程よりも下流には、上記配管内の気泡を微細気泡へと再分散させる再分散工程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５までのいずれか１項に記載の給湯方法。
7. 上記配管内に水を送液する送液量を時間的に変化させる送液工程を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の給湯方法。
8. 上記配管内の送液量を時間的に変化させる圧力調整工程を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の給湯方法。
9. 水を流す配管と、
   上記配管に設けられ、上記配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生手段と、
   上記配管に設けられ、水圧を検出する圧力センサと
   を備え、
   上記気泡発生手段には、上記微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御手段が設けられており、
   上記発生制御手段は、上記圧力センサからの信号に基づいて上記時間比を変化させることを特徴とする給湯装置。
10. 水を流す配管と、
    上記配管に設けられ、上記配管内を流れる水に微細気泡を発生させる気泡発生手段とを備え、
    上記気泡発生手段には、上記微細気泡を所定の時間比で間欠的に発生させる発生制御手段が設けられており、
    上記発生制御手段は、上記配管の末端における気泡最大径が５ｍｍ以下となるように上記時間比を制御することを特徴とする給湯装置。
11. 上記配管の上記気泡発生手段よりも上記配管の下流側の内径に対する長さの比が５００以上であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の給湯装置。
12. 上記微細気泡の合一を抑制する添加剤を上記配管内に投入する添加剤供給装置をさらに備えていることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の給湯装置。
13. 上記気泡発生手段は、管路の内径を縮小してなる狭窄部と、上記管路内に開口したガス吸引口とを有し、上記狭窄部で流速が高められることによる減圧現象により上記ガス吸引口から気体を吸引するエジェクタであることを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の給湯装置。
14. 上記配管内の上記気泡発生手段よりも下流には、上記配管内の気泡を微細気泡へと再分散させる再分散手段が設けられていることを特徴とする請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の給湯装置。
15. 上記配管内に水を送液する送液量を時間的に変化させる送液手段を設けたことを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の給湯装置。
16. 上記配管内の送液量を時間的に変化させる圧力調整手段を設けたことを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の給湯装置。

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