JP5295385B2 - 気泡発生方法及び気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば風呂給湯装置やヒートポンプ式温水暖房機等、冷媒回路や熱交換器部や配管部を持つ給湯装置に関する。特に微細気泡と径の大きい大径気泡とによる配管の洗浄機能を有する気泡発生装置または気泡発生方法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機器が存在する。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（ＣＯ_２）削減の観点から、自然冷媒であるＣＯ_２を用いたヒートポンプ熱交換式タイプの電気給湯器（ヒートポンプ給湯器）が注目されている。その原理は、大気の熱を吸収した後に冷媒に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば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繰り返し操作によるものである。ニクロム線による加熱方式を用いた電気温水器は理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを得ることはできないが、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、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。この特長から、ヒートポンプ給湯器は温暖地であるほど効率が良い。

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、熱交換器の構造は、従来のパイプ式と呼ばれる１ｃｍ径ほど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よるものまで多数開発されている。熱交換器は水に対して熱を伝えるために、管内部の壁面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱交換器の管壁面が汚れたり、詰まったりした場合には、有効に作用する熱交換器の実質表面積が減少するので効率の低下を招く。特に熱交換器の配管が狭隘化した場合は、この問題が顕著になってきている。

給湯システムにおいては特に水中の硬度成分（カルシウムイオンやマグネシウムイオン）が高い地域において、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やすいという課題がある。

一方、浴槽に接続されたもので、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た皮脂汚れ成分が浴水中に溶出する。このため、浴水中に存在する皮脂汚れ成分は、給湯器の追い焚き機能により配管内を循環し、皮脂汚れ成分が配管内壁、熱交換器内壁に付着、堆積する。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熱交換器や配管内を循環し、浴水や浴槽を汚すとともに、熱交換器内壁に汚れが付着し、熱交換効率を低下させる。このため、熱交換器内壁などの配管の付着汚れの除去に対する方策が求められている。

近年、住設、家電品の清潔度の向上に対するニーズが増大している。風呂給湯装置においても、長年の使用により配管などが汚れることが分かっており、それを防止するために、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、汚れを含む浴水を洗い流す機能が一般的な給湯器の洗浄機能として搭載されている。通常それだけでは洗浄が不十分であるので、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。この点からも熱交換器と浴槽との配管を洗浄する意義は大きいことは明白である。

従来の風呂設備においては、浴槽内と燃焼型の追焚き用加熱部との間を浴槽水が循環する循環路を備え、往路を介して浴槽内から追焚き用加熱部に導かれる浴槽水を追焚き用加熱部で加熱するとともに、復路を介して浴槽内に戻す風呂設備を構成するときに、往路で、浴槽からの往き水の温度を低下させ、低温状態にある往き水にガスを溶解させるとともに、生成されるガス溶解水を加圧して追焚き用加熱部に導き、加熱されたガス溶解水を、復路において減圧弁で減圧して微細気泡を発生させる装置がある。これにより微細気泡発生機能を持った風呂設備を実現している（例えば、特許文献１を参照。）。

さらに、他の微細気泡を生成する装置では、浴槽の循環経路内に配設される循環ポンプを備え、浴用水中に微細気泡を発生させる加圧溶解型の微細気泡発生装置、循環ポンプの下流側に配設され、浴槽内の浴用水の水面位置より高い位置から低い位置に設置した気液溶解タンクと、浴槽内に吐出することで浴用水中に微細気泡を放出させる微細気泡発生ノズルとを備え、気体取込部は、循環ポンプの運転が停止されて気液溶解タンク内の浴用水が流下し、その水位低下によって当該気液溶解タンク内に生じる負圧により弁体が開放し、この弁体の開放で外部から気体を取り込まれ、浴槽に備え付けた噴出孔から微細気泡が注入される（例えば、特許文献２、３を参照）。

特開２００７−１２７３４５号公報 特開２００６−１４９４３７号公報 特開２００９−１８６０９２号公報

しかしながら、特許文献１では、熱交換器への微細気泡の供給を主目的としたものではなく、主に微細な気泡を生成させ浴槽内に供給するものであった。従って、熱交換器部や配管への洗浄作用が考慮されていない。また溶解したガスを加熱して微細気泡とするため、微細気泡のみでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れ成分の除去は難しく、充分な洗浄効果が得られないという課題があった。

さらに、特許文献２では、気液溶解タンクが必要で、装置が大掛かりとなり小型化が困難である。また浴槽の水位によって気体の吸引量が左右され、一定とならず気体の注入量が不安定であるという課題があった。

さらに特許文献３に対しては、微細気泡だけではスケールが除去しにくいという課題があった。

本発明は、熱交換器内壁や配管内部の皮脂汚れと共にスケール成分を同時に除去する液体移送装置または気泡発生方法を提供することを目的とする。

この発明の気泡発生方法は、
液体が満たされる配管の途中に設置されて液体を移送するポンプを高速回転することで、前記ポンプの下流側の前記配管の途中に設置されて液体内に所定のガスの気泡を発生する差圧発生部に直径の小さい微細気泡を発生させる高速回転工程と、
前記ポンプを前記高速回転から、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態へ切り替える第１の切替工程と、
前記回転状態への切り替えを起因とする前記液体と前記ガスとの差圧を前記差圧発生部に発生させることで前記ガスを吸引させ、吸引された前記ガスによって前記微細気泡に比べて直径の大きい気泡である大径気泡を前記液体内に発生させるガス吸引工程と、
前記ポンプの前記回転状態を、高速回転に切り替える第２の切替工程と
を備え、
前記高速回転工程、前記第１の切替工程、前記ガス吸引工程、前記第２の切替工程を、この順番で繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、微細気泡だけでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れに対し、皮脂などの汚れ成分の洗浄除去に加え、スケールなどの固形成分の洗浄除去との両立化が可能となり、熱交換器や配管内部の洗浄効果を向上できる。

実施の形態１における風呂給湯装置１を示す構成図。 実施の形態１における気泡注入用のエジェクタを説明する図。 実施の形態１における配管内の汚れの残留を調べる実験装置の構成図。 実施の形態１における水ポンプの動停止時の流量とガス量の経時変化の実験結果を示す図。 実施の形態１における水ポンプの動停止時の水の圧力とガスの圧力の経時変化の実験結果を示す図。 実施の形態１における水ポンプの動停止時での差圧発生とガス引き込みとの関係を示す図。 実施の形態１における水ポンプの動停止を実施した時の配管末端部分の洗浄効果を示す図。 実施の形態１における熱交換器のスケールの洗浄効果を示す図。 実施の形態２におけるポンプの回転数を変化させた時の配管内の汚染度の変化を示す図。 実施の形態４における風呂給湯装置１を示す構成図。 実施の形態５における風呂給湯装置１を示す構成図。 実施の形態６における風呂給湯装置１を示す構成図。 実施の形態７における風呂給湯装置１を示す構成図。 実施の形態７における攪拌用のエジェクタを示す構成図。 実施の形態９における給湯装置１００を示す構成図。

以下、実施の形態１〜９における気泡発生装置、気泡発生方法について、図を参照しながら説明する。以下では気泡発生装置の一例として風呂給湯装置１（実施の形態１〜８）あるいは給湯装置１００（実施の形態９）を説明するが、気泡発生装置の動作をステップあるいは工程ととらえることで、気泡発生装置を気泡発生方法と把握することができる。すなわち以下の実施の形態１〜９は、気泡発生装置及び気泡発生方法に関する実施形態である。

実施の形態１．
（風呂給湯装置１の構成）
図１は、実施の形態１における風呂給湯装置１（液体移送装置の一例）を示す概略構成図である。図１に示すように、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、浴槽４とから構成されている。

（ヒートポンプユニット２）
ヒートポンプユニット２は、外気の熱を二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒に移す空気用熱交換器５、冷媒を圧縮する圧縮機６、冷媒の熱で水を加熱する水加熱用熱交換器（放熱器）７、冷媒を冷却する膨張弁８からなる。これらは冷媒用循環配管９により順に接続されて、冷熱サイクルを構成する。冷凍サイクル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）
貯湯タンクユニット３は、ヒートポンプユニット２の冷熱サイクルにより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とを追い焚きする追い焚き機能を有している。貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１に上水を供給するための上水管１３に繋がれた給水配管１４が設けられている。ヒートポンプユニット２の水加熱用熱交換器７は、熱で貯湯タンク１１の水を温水１０に変えるが、貯湯タンクユニット３では、水加熱用熱交換器７に循環ポンプ１５を介して通水する湯沸配管１７が、設けられている。また、貯湯タンク１１の温水１０を浴槽４に供給するため蛇口１８まで給湯配管１９も設けられている。さらに、貯湯タンク１１には、追い焚き用熱交換器２０に温水を供給する加熱配管２１と、温水１０を循環させる循環ポンプ２２とが設けられている。追い焚き用熱交換器２０は、貯湯タンク１１の温水１０で浴槽４の浴水１２を追い焚きする。追い焚き用循環配管２４は循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に通水する。浴槽４には、浴水１２を追い焚きするため、追い焚き用循環配管２４が接続され、また、追い焚き用循環配管２４には気泡注入用のエジェクタ２５ａ（他のエジェクタを含め、エジェクタは差圧発生部の一例である）が取り付けられている。その他、浴槽４に水を供給する給水配管２６が蛇口１８に接続されている。また、追い焚き用循環配管２４に上水を供給する給水管２７と、湯沸配管１７とには、それぞれ気泡注入用のエジェクタ２５ｂ、２５ｃが取り付けらている。エジェクタ２５ｂは三方弁２８を介して追い焚き用循環配管２４に接続されている。またエジェクタ２５ａ、２５ｂ、２５ｃには、水の逆流を防止するための逆止弁３８ａ、３８ｂ、３８ｃおよび空気の出入りを制御するための電磁弁３９ａ、３９ｂ、３９ｃが接続されている。

（制御装置４０）
風呂給湯装置１は、制御部４０（流量制御部の一例）を備えている。制御部４０は、循環ポンプや、電磁弁などの制御可能な装置に電気的に接続しており、これらを制御する。制御部４０は、例えばマイクロコンピュータであり、以下の実施の形態１〜９で説明する制御は、制御部４０によって実行される。なお、図１では制御部４０は、便宜的に循環ポンプ２３のみに接続するよう図示している。しかし、実際には、制御部４０は、他の循環ポンプ、電磁弁にも電気的に接続されている。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している。

（エジェクタの機能）
図２は、本発明で使用される気泡注入用のエジェクタ２５ａの概略構成と動作原理を示す図である。エジェクタ２５ａは、管路３０に、狭窄部３１と、流体３２の流入口３３と流出口３４と、気体が注入されるガス吸引口３５とを持つ。エジェクタ２５ａは、管路３０の狭窄部３１で流体の流速を高め、その部分で発生する減圧現象（通常ベルヌーイの定理と呼ばれる）を利用して、ガス吸引口３５から外部の気体３６を吸引し、流体に微細気泡３７を導入する機能を有する。このためエジェクタ２５ａを使用することで、基本的にはポンプ等を使用することなく流体３２に微細気泡３７を注入することが可能となる。エジェクタ２５ａは、差圧によりガスを吸引する。差圧は、エジェクタ２５ａのガス吸引口３５のガス側のガス圧力と、エジェクタ２５ａの狭窄部３１の水の圧力との圧力差である。ガス吸引口３５からのガス吸引は、エジェクタ２５ａの狭窄部３１の水の圧力が、ガス吸引口３５のガス側のガス圧力よりも低い場合におこる。大気（空気）の場合は、ガスが吸引されるべき差圧を負圧という場合がある。後述の図６では「負圧」という用語を用いている。

（微細気泡）
微細気泡の中で、マイクロバブルと称される直径が１００μｍ以下の気泡は体積に比して表面積が非常に大きい特徴を有する。気泡の表面は疎水性のため皮脂などの汚れを吸着する特性がある。このことからマイクロバブルを多く発生させて、汚れ対象部位に接触させることで、高効率の洗浄を達成することができる。

浴槽の湯が冷めて入浴に適さなくなった場合、浴水の湯温を上げる為、通常、風呂給湯装置には追い焚き機能が設けられている。ここで、浴水を追い焚き用の熱交換器にて加熱する。この追い焚の際、浴水には入浴時に人体から溶出した皮脂や塵、細菌、さらには上水に含まれるスケールと呼ばれるＣａやＭｇなどの金属イオンの炭酸塩等の汚れ成分が含まれている。これらの汚れ成分は追い焚き用熱交換器の細管あるいは追い焚き用循環配管内壁に付着する。この付着は、熱交換効率の低下や、さらに付着がひどい場合には詰まりが発生し、著しい機能の低下をもたらす。

本発明者らは、水中で微細気泡がその表面に汚れ成分を付着する付着作用に着目し、非入浴時に追い焚き用循環配管に微細気泡を注入することにより、追い焚き用熱交換器や配管に付着する汚れ成分を微細気泡により除去、排出させることができることを確認した。本発明はこの微細気泡表面が持つ付着作用を利用して、風呂給湯装置の配管内に付着する汚れ成分を除去するものである。具体的には、気泡を注入する手段として、内部で差圧が発生するエジェクタ（差圧発生手段）を利用し、洗浄する配管内に微細気泡を注入するものである。

（エジェクタ特性）
エジェクタの特性は、狭窄部の大きさ、ガス吸引口の開口位置、ガス吸引口位置や径などによって変わる。例えば、ガス吸引口の開口位置を上流側あるいは下流側へずらすことで大幅にエジェクタの特性を変えることができる。実際には風呂給湯装置の配管長によって必要な気泡径、気泡の密度が要求されるがエジェクタの構造を変更することにより、設置条件に応じた微細気泡の供給が可能となる。また、エジェクタの素材については、真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金、メッキを施したもの、ポリプロピレンやポリエチレンなどの各種樹脂などが使用できる。

前述のようにエジェクタは内部に液体（通常は水）が流れている時に狭窄部とガスの吸引口との間に差圧が発生してガスを吸引する装置である。よって、液体が流れていない静止状態では差圧が発生していないためガスの吸引は起こらない。よってエジェクタは流れが無い状態では機能を有さないというのが一般的な考え方であった。これに対して、実施の形態１は、エジェクタ内の液体の流れが無い状態に向かう際の現象を利用する。なお、ガス吸引口の付近が大気圧である場合はこの差圧は負圧となる。

次に、実施の形態１の風呂給湯装置１の動作について、図１および図２を参照して説明する。

（ヒートポンプとの熱交換）
図１に示すように、ここでは、貯湯タンク１１に貯えられた水を温水にするために、空気中の熱を利用するヒートポンプ方式の熱交換器による加熱方式について説明する。
（１）まず、空気用熱交換器５で外気の熱を吸収したＣＯ_２冷媒は蒸発され、冷媒用循環配管９を通って圧縮機６で圧縮されて高温高圧の気体となり水加熱用熱交換器７に送られる。
（２）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により湯沸配管１７を通って、水加熱用熱交換器７に送り込まれる。そしてこの水は、圧縮機６によって水加熱用熱交換器７に送り込まれた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。
（３）また、水加熱用熱交換器７で熱を奪われた冷媒は、膨張弁８で減圧され液体となって再び空気用熱交換器５に戻され、外気の熱を吸収して、冷媒用循環配管９内を循環して冷熱サイクルを構成する。
（４）上述の操作を繰り返すことにより貯湯タンク１１の水の温度は高められ、所定の温度を持つ温水１０として貯蔵される。貯湯タンク１１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。浴水１２の温度を調整するために、上水管１３から給水配管２６を利用して上水を浴槽４に供給される。また、図示していないが、浴槽４に、浴水１２を張るのに浴槽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。

（追い焚き用熱交換器２０、追い焚き用循環配管２４の洗浄動作）
次に、追い焚き用熱交換器２０と、追い焚き用熱交換器２０に接続される追い焚き用循環配管２４とを洗浄する動作について説明する。浴槽４の浴水１２を追い焚きする場合は、貯湯タンクユニット３の貯湯タンク１１から、温水１０が、循環ポンプ２２により、加熱配管２１を通って追い焚き用熱交換器２０へ導かれる。一方、浴槽４の浴水１２は、循環ポンプ２３により追い焚き用循環配管２４を通り、追い焚き用熱交換器２０へ送られる。追い焚き用熱交換器２０では、貯湯タンク１１の温水１０と浴水１２との熱交換により、温水１０は浴水１２により熱を奪われ低温水となって加熱配管２１を通って貯湯タンク１１に戻される。一方、浴水１２は温水１０から熱をもらってより高い温度となり、浴槽４に追い焚き用循環配管２４を通って戻される。これを繰り返すことにより、追い焚きされた浴水１２の温度は入浴に適した湯温になる。

（汚れ物質の混入）
しかし、この追い焚き時の浴水１２の循環により、浴水１２には、人の入浴にともなって溶解される皮脂、有機物や塵が混入される。これらの汚れ物質は、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、追い焚き用熱交換器２０としては、層間が１ｍｍと狭いプレートを積層したプレート型熱交換器が使用されることが多いので、この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。

（非入浴時の洗浄）
このため、実施の形態１では、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄の際に、浴槽４に溜めた清浄な水を循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に循環させる。この清浄な水の流れによって、追い焚き用熱交換器２０の手前（下流側）の追い焚き用循環配管２４に設けられたエジェクタ２５ａのガス吸引口３５から空気が引き込まれる。そして、エジェクタ２５ａ内部で発生する気液混相流により微細気泡が生成され、エジェクタ２５ａの流出口３４から追い焚き用熱交換器２０に微細気泡が送り込まれる。この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は、生成された微細気泡の表面に付着し、浴槽４に送出される。このようにして、浴水１２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。

（エジェクタ２５ｂ）
エジェクタ２５ｂは、浴槽４とエジェクタ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ため、この間の洗浄を行うため上水管１３と循環ポンプ２３とエジェクタ２５ａとの間に設けられる。エジェクタ２５ｂは、逆止弁２９を介して上水あるいは貯湯タンク１１の温水１０に気泡を注入して洗浄するものである。

（エジェクタ２５ｃ）
またエジェクタ２５ｃにより生成された気泡は循環ポンプ１５により湯沸配管１７を介して水加熱用熱交換器７を洗浄するが、これは水加熱用熱交換器７に堆積するスケール成分の除去を目的とする。

風呂給湯装置は長期間使用すると、主にスケールと呼ばれる上水中の無機塩が固体表面で析出した物質によって、熱交換器の熱交換効率が低下したり、あるいは熱交換器の流路を閉塞する場合がある。特に上水の硬度が高い、いわゆる硬水の水を高温の湯として用いた場合に、このような問題が顕著に発生する。

（径の大きい泡の効果）
スケールなどの固形成分の汚れは配管内に強固に付着する傾向があるため、微細気泡の剥離作用だけでは除去は困難である。この場合、物理的せん断力が固形成分除去に有効であることから、この物理的せん断力を高めるために、大きい径の気泡（後述のように直径１ｍｍ以上程度の気泡。以下、大径気泡という場合がある）を注入して配管内の流れに変化をもたせることが効果的である。

大きい径の気泡を注入するためには、循環ポンプ２３のモーターを強力にする、あるいは電磁弁３９の空気配管の先端にガスを送るエアポンプを接続するなどの方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法を用いても、ポンプやエアポンプの騒音が大きくなる、消費エネルギーが大きくなる、大きい気泡ばかりが生成して微細気泡が発生しにくく皮脂分が除去されにくくなるなどの問題がある。このため、効率的に洗浄を行うことは困難である。

（空気の量と泡の大きさ）
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、例えば、住戸内の浴槽までの配管長さは様々で２ｍから３０ｍまで想定される。浴槽４とエジェクタ２５ａとが離れており、さらに浴槽が二階に設置されている場合は、エジェクタ２５ａにかかる水の圧力が高くなる。この場合、エジェクタ２５ａで引き込まれる空気の量が少ない場合は微細気泡が生成するが、大きい径の気泡が生成されなくなる。このため追い焚き用熱交換器２０や追い焚き用循環配管２４の内部に蓄積したスケール成分を洗浄除去することができなくなるという課題がある。

図３は発明者らにより実施した実験の実験装置を示す。発明者らは、この課題を解決するために、以下の装置を構成し実験を実施した。図３に示すように、浴槽４、循環ポンプ２３、追い焚き用循環配管２４、エジェクタ２５ａ、追い焚き用熱交換器２０、水の流量計５４、圧力計５６で、循環回路を構成した。エジェクタ２５ａには配管を介して、逆止弁３８ａと電磁弁３９ａ、ガス流量計５５、圧力計５７が接続されている。浴槽４には約２００Ｌの浴水１２を入れた。循環ポンプ２３はトルクの強いとされるＤＣモーターを内蔵している種類のものを用いた。追い焚き用循環配管２４は、内径１３ｍｍの架橋ポリエチレン製のものとし長さは１５ｍとした。

実験は、
（１）まず電磁弁３９ａを開き、
（２）循環ポンプ２３を動作させて浴水１２の循環の流れを形成する。
（３）定常的な循環の流れとなるまで待機した。この時、水の流量計５４は７Ｌ／ｍｉｎ、ガス流量計５５は約６０ｍＬ／ｍｉｎを示していた。このとき配管内を観察すると、１００μｍ以下の微細気泡が多数発生していることが確認できた。
（４）次に循環ポンプ２３の供給電力を瞬時に停止させた。このときにガス流量計５５を観察すると、最大５００ｍＬ／ｍｉｎ程度となる多量の空気の吸引が観察された。

（最適化）
さらに、循環ポンプ２３の動作時間Ｔ１（第１の期間）と停止時間Ｔ２（第２の期間）の最適化を図るため、以下の実験を行った。
（１）まず循環ポンプ２３の回転数と流量とをモニタリングし、循環ポンプ２３を高速で回転させ、ほぼ定常状態になるまでの時間を計測した。本実験では２．０〜２．５秒でほぼ定常状態となったことから、動作時間Ｔ１を２．５秒に設定した。
（２）次に循環ポンプ２３を動作させ２．５秒時に停止させ、２．０秒間放置した。この時、水の流量計５４、ガス流量計５５、圧力計５６、５７の値をモニタリングした。

図４と図５とは、その結果を示す図である。両図に示すように、２．５秒時（図４、５内ではＡの時点）に循環ポンプ２３が停止した後、エジェクタ２５ａの部分に最大３．２ｋＰａ程度の差圧が発生し、それに応じて空気の吸引量が徐々に増加して最大（ピーク）（図４、５内ではＢの時点）となった。そして、空気の吸引量はピークからその後徐々に、大気圧に戻るように減少していった（図４、５内ではＣの時点）。

以上の実験結果から、動作に余裕を見て、循環ポンプ２３の動作時間Ｔ１は２．５秒程度、停止時間はＴ２は１．５秒程度が適当であることがわかった。この時の空気のトータルの吸引量は２６ｍＬであったため、Ｔ１とＴ２の合計時間である４秒間で均一にすれば、ガス流量は３９０ｍＬ／ｍｉｎ相当となる。連続の場合である６０ｍＬ／ｍｉｎと比較すると約６倍以上の空気吸引量となった。

（気泡発生方法）
すなわち、この実験結果から、循環ポンプ２３を連続で動作させるかわりに以下の各工程（１）〜（４）を順番に動作させることで、大径気泡が発生することが判明した。
（１）ある程度の時間で循環ポンプ２３を高速回転で動作させる工程（高速回転工程）である。
（２）循環ポンプ２３を停止へと切り替える切替工程（第１の切替工程）である。なお実施の形態２で後述するが、回転停止ではなく、ポンプの回転数をダウンさせてもよい。高速回転状態のポンプを、停止あるいは低速回転へ切り替えることを第１の切替工程という場合がある。
（３）循環ポンプ２３を停止させた時に発生するガス吸引工程（ガス吸引工程）である。
（４）循環ポンプ２３を再び高速回転に切り替える工程（第２の切替工程）である。停止あるいは低速回転状態のポンプを高速回転へ切り替えることを第２の切替工程という場合がある。

上記（１）〜（４）の工程を順番に動作させることで、大きい空気吸引量が達成された。また、このとき配管内には目視で１ｍｍ以上の径の気泡が多量に吸引されていることが確認された。上記の各工程は、それぞれ、後述する図４のＳ（１）〜Ｓ（４）に対応する。

（図４、図５の現象の原理）
図６（ａ）〜（ｃ）は、前記の現象を説明する図である。この現象の原理を図６を参照しながら説明する。図６では圧力計５６と５７はゲージ式のものであり、点線部分が大気圧を示しており、時計回り方向が正圧、時計回りと反対方向が負圧となっていることを意味する。
（ａ）循環ポンプ２３が回転しているときは、追い焚き用循環配管２４の内部は正圧で浴水１２は流れている。
（ｂ）循環ポンプ２３が回転を停止した直後は、追い焚き用循環配管２４の内部の浴水１２は慣性力を持っているため、急に流れが止まるわけではなく、ある程度流れ続けることができる。しかし、循環ポンプ２３は停止しており、循環ポンプ２３の近傍の浴水１２は流れることはないためエジェクタ２５ａの内部で差圧が発生する。
（ｃ）この状態が１秒程度継続している間は、この差圧を解消するために、エジェクタ２５ａに空気が吸引される。空気が吸引されてエジェクタ２５ａの内部の差圧状態が解消すると、空気の吸引がなくなり、水は静止状態となる。

（実験結果）
図７は実験結果を示す。図７に、循環ポンプ２３の「連続運転」の場合、および「Ｔ１＝２．５秒、Ｔ２＝１．５秒」に設定した運転の場合の二つの運転条件について、配管の内壁の洗浄力について実験を行った結果を示す。実験では、ポリエチレン配管の内壁に皮脂汚れに相当するトリオレインが塗布された。図３において追い焚き用循環配管２４の浴槽４との間、すなわち出口部分に設置し、循環ポンプ２３を動作させて１分間洗浄を行った。有機分濃度の分析方法は、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し、単位面積当たりの汚れ量を汚染度（単位はμｇ／ｃｍ^２）として求めた。図７から、「Ｔ１＝２．５秒、Ｔ２＝１．５秒」が、「連続運転」の場合と比較して汚染度が２／３以下となる結果を得た。すなわち、循環ポンプ２３を間欠的に動作させた方が、皮脂汚れが良好に除去できる結果となった。

（実験結果）
次に、実施の形態１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。追い焚き用熱交換器２０に、水温８０℃の高硬度水（硬度２００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ）を５時間流通させたときの熱交換器の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８は上記の実験の結果を示すグラフである。図８では、循環ポンプの「連続運転」により連続して気体３６を入れた場合と、「Ｔ１＝２．５秒、Ｔ２＝１．５秒」の場合について、スケール付着量を示している。

図８に示すように、連続の場合よりも、Ｔ１＝２．５秒、Ｔ２＝１．５秒とした方がスケール付着量の値が小さく、スケール付着の防止効果が確認された。追い焚き用熱交換器２０は材質に依存せず同様な効果が得られるが、特に、銅製及びステンレス鋼製では顕著な効果を奏する。

このように、実施の形態１における風呂給湯装置によると、送圧の低いポンプでは多量のガス吸引が難しい水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することができる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡による物理的せん断力を発生させることで、熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。このため、実施の形態１における風呂給湯装置１は、追い焚き用熱交換器２０の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管２４の詰まりを抑止できるという効果を奏する。

（ガスの種類）
なお、実施の形態１ではガスは空気としたが、他のガス種、たとえば窒素、水素、酸素、ネオン、アルゴン、二酸化炭素、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、水中に存在する菌の殺菌やカビ類の除去も可能となり、より一層高い効果を得られる。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。

さらに、本実施の形態１では貯湯タンクの水を加熱するのにヒートポンプ式の加熱装置を使用する場合について説明した。しかしヒートポンプ式の加熱装置に限定するものではなく、この他、電気ヒータによるもの、ガスの燃焼によるもの、石油（灯油）の燃焼によるもの、太陽熱によるものなどであってもよい。追い焚き用の熱交換器を有する風呂給湯装置であればよく、いずれの風呂給湯装置であっても同様の効果を得ることができる。

また本実施の形態１では、循環ポンプ２３を停止させることで差圧を発生させたが、その代わりに、逆回転、すなわち流れが逆になるように循環ポンプ２３を動作させてもよい。この場合も、停止させた場合と同様に差圧が発生し、配管に多量のガスを注入させることが可能となる。

また本実施の形態１では、循環ポンプ２３を動停止させたが、循環ポンプ１５を動停止させて、水加熱用熱交換器７と湯沸配管１７を効果的に洗浄させてもよい。この場合もエジェクタ２５ａと同様にエジェクタ２５ｃに差圧が発生し、配管に多量の空気を注入させ、水加熱用熱交換器７と湯沸配管１７に付着した汚れやスケールを除去することが可能となる。

実施の形態１の気泡発生方法、気泡発生装置により、微細気泡による皮脂などの汚れ成分の洗浄除去ができる。さらに、１ｍｍ以上の径の大きい大径気泡による物理的せん断力を発生させることで、微細気泡だけでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れを除去できる。このように汚れ除去の両立化をはかり、熱交換器や配管内部の洗浄効果を向上できる。

実施の形態２．
次に実施の形態２を説明する。本実施の形態２は、実施の形態１における風呂給湯装置の循環ポンプ２３を停止させるのでなく、回転数を一定以下に制御する。すなわち、循環ポンプ２３の動作している工程での時間をＴ１とし、循環ポンプ２３を低回転で動作している工程での時間はＴ２として、回転数の増減を行うものである。つまりポンプの動作時間Ｔ１のうちのＴ２は低回転期間とする。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

循環ポンプ２３は主にモーターとプロペラで構成されているが、モーターの回転数に応じて送液量が変化する。すなわち回転数をゼロにすれば全く送液することはなく送液量もゼロであり、回転数に応じて送液量が変化する特性となっている。実施の形態１で示したように、回転数を時間的に変化させない連続の状態では、循環ポンプ２３の停止時に起きる多量のガス吸引の現象は見られない。従って、ある程度以上の回転数まで落とした場合に実施の形態１と同様にガスが吸引する現象が起きる。ポンプに限らず、一般に動力装置は完全に停止させた後に再起動させるよりは、ある程度の回転数までを下限値として変化させた方が、耐久性の面で有利である。このことから、本実施の形態２では、ポンプを完全に停止させるのではなく、回転数を一定以下に制御することに着目した。

図３に示す実験装置を用いて、循環ポンプ２３の回転数を適宜変化させて、洗浄力を評価する実験を行った。実施の形態１と同様に、ポリエチレン配管の内壁に皮脂汚れに相当するトリオレインを塗布し、図３において追い焚き用循環配管２４の浴槽４との間、すなわち出口部分に設置した。有機分濃度の分析方法は、実施の形態１と同様とした。なお、この実験では「Ｔ１＝２．５秒、Ｔ２＝１．５秒」に固定し、洗浄時間は１分とした。

図９は実験結果を示す。図９では、横軸は循環ポンプ２３を低回転に落としたときの最大回転数に対する回転数の割合とし、縦軸は汚染度とした実験結果を示す。横軸で１００％は連続運転であることを示す。図９から分かるように、５０％では連続運転と同等であり、回転数を変化させても洗浄力の面では改善されない結果となった。一方、２５％以下では汚染度が大きく改善された。この範囲での汚染度は５％の範囲で収まっており、ほぼ同等であるとみなすことができる。

以上の結果より、実施の形態１で示した効果、すなわち送圧の低いポンプでは多量のガスの吸引が難しい水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成する。これにより、追い焚き用熱交換器２０の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管２４の詰まりを抑止できるという効果を奏する他、さらに循環ポンプ２３を停止させるのではなく回転数を落とすことにより、循環ポンプ２３の劣化を防止することが可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１における風呂給湯装置の動作時の様子を示す。図４および図５において、ガス吸引工程の途中のＢの地点で、循環ポンプ２３を高速回転に切り替えるものである。すなわち、ガス吸引工程でエジェクタ２５ａの内部が大気圧に戻る前に循環ポンプ２３を高速回転に切り替える。ただし、ガス吸引工程から高速回転に切り替える時点は図４内のＢである必要はなく、その前後であってもよい。

循環ポンプ２３は図４に示すように高速回転に切り替えても直ちに水流量が増大するわけではないので、エジェクタ２５ａの内部の圧力への影響は少なく、実施の形態１と同様に、徐々に大気圧に戻る特性となる。このように動作させると単位時間例えば、一時間あたりの上記の繰り返し動作の工程、すなわちガス吸引工程の回数が増え、配管内に吸引されるガス量がトータルとして実施の形態１よりも増大する効果がある。しかしながら、ガス吸引工程でガス吸引量が最大となる時点が必ずしも一定であるとは限らないため、ガス吸引動作が不安定になる可能性について考慮する必要がある。実際には余裕を見てガス吸引工程において、ガス吸引量が最大となるＢの時点から０．１〜０．２秒後の時点で、循環ポンプ２３を高速回転に切り替えることが望ましい。

実施の形態４．
図１０は実施の形態４の風呂給湯装置１の構成を示す図である。図１０を参照して実施の形態４を説明する。実施の形態４では、図１０に示すように、実施の形態１における風呂給湯装置１において、電磁弁５８を循環ポンプ２３の上流側、すなわち浴槽４側に設置した。他の構成要素は、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において、循環ポンプ２３の動作工程（期間Ｔ１）と停止工程（期間Ｔ２）を繰り返すことによって、追い焚き用循環配管２４内に気泡を注入したが、本実施の形態４においては、電磁弁５８の開閉動作により同じ効果を実現する。

実施の形態４による追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄では、電磁弁５８を開き浴槽４に溜めた清浄な水を循環ポンプ２３により循環させ、例えばその２．５秒後に停止させる。そして、循環ポンプ２３を停止させた時と同期して電磁弁５８を閉じる（電磁弁制御工程）。この時、追い焚き用循環配管２４内の水は慣性力を持つため、エジェクタ２５ａの内部は差圧が発生し、ガスが多量に吸引される。ガスは追い焚き用循環配管２４内で大径気泡として生成し、追い焚き用熱交換器２０に送り込まれる。この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（スケール）は、生成された大径気泡の物理的せん断力によって除去され、浴槽４に送出される。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が洗浄される点は実施の形態１と同様である。なおポンプ停止期間Ｔ２から再びポンプ高速回転期間Ｔ２に切り替えるときは、電磁弁５８をオープンにする（電磁弁制御工程）。これら電磁弁やポンプの制御は制御部４０によって実行される。

このように、気泡発生方法では、制御部４０が、ポンプに対する第１の切替工程（高速から低速あるいは停止への切替）と第２の切替工程（高速回転への切替）との切替タイミングに応じて、電磁弁の開閉を制御する電磁弁制御工程を実行する。

実施の形態１と比較すると電磁弁５８を閉じることで、エジェクタ２５ａ内の差圧の発生をより強力にしている。このため、ガスの吸引量が多くなり、大径気泡の生成が活発となって追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４をより強力に洗浄する効果がある。図１０に示す風呂給湯装置で電磁弁３９ａの近傍に圧力計を設置して、実際に圧力を測定したところ、実施の形態１の場合と比較して差圧発生時の圧力は約１．５倍、ガス吸引量は２倍程度まで増加する結果であった。

ここでは、循環ポンプ２３の上流側に電磁弁５８を設けたが、循環ポンプ２３とエジェクタ２５ａの間に設置した場合でも同様な効果が得られた。

本実施の形態４では循環ポンプ２３を停止させたが、実施の形態２と同様にポンプ内のモーターの回転数を落とす動作としてもよい。

また電磁弁５８を開閉動作させるだけではなく、循環ポンプ２３の停止時には全開ではなく、例えば半分程度開くような動作としてもよい。

このように、実施の形態４における風呂給湯装置によると、電磁弁５８を開閉動作することで、送圧の低いポンプでは多量のガスの吸引が困難な水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することで、追い焚き用熱交換器２０の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管２４の詰まりを抑止できるという効果を奏する。

実施の形態５．
図１１は実施の形態５の風呂給湯装置１の構成を示す図である。本実施の形態５では、図１１に示すように実施の形態１における風呂給湯装置において、追い焚き用循環配管２４の内部の水圧を測定する圧力センサ５９（圧力検出部）をエジェクタ２５ａの下流側に設置した。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

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へかかる水圧はまちまちであり、一般的に流量７Ｌ／ｍｉｎ時の動圧として２０ｋＰａから８０ｋＰａの範囲とされる。エジェクタはその原理からエジェクタ出口の水圧によってガス吸引速度が大きく異なる。この箇所の水圧が高ければ高いほど、ガス流量が小さくなることから、水圧に応じて配管に注入するガスの吸引量を調節する必要がある。

図１１に示す風呂給湯装置１において、追い焚き用循環配管２４の長さを調節することで、追い焚き用循環ポンプ２３を連続動作とし流量７Ｌ／ｍｉｎで循環させた。
この場合、水圧３５ｋＰａでのガス流量は４００ｍＬ／ｍｉｎであるのに対し、水圧５０ｋＰａの場合ではガス流量は６０ｍＬ／ｍｉｎと、約１５％と大きく減少した。

図１１に示す風呂給湯装置１において、水圧５０ｋＰａの条件とし、追い焚き用循環ポンプ２３の動作時間Ｔ１は２．５秒、停止時間Ｔ２は１．５秒として運転した。このとき循環ポンプ２３の停止時に多量のガス吸引が見られ、連続換算でのガス流量に換算したところ３９０ｍＬ／ｍｉｎとなり、水圧３５ｋＰａで追い焚き用循環ポンプ２３を連続で運転した場合と同等のガス吸引量が得られた。その他の水圧の条件の場合も同様に適用することが可能であるが、圧力センサ５９の値とガス流量の関係をあらかじめ把握しておき、そのプロファイルに応じて追い焚き用循環ポンプ２３の動作を決定することが望ましい。

すなわち、制御部４０は、エジェクタ２５ａの下流に設置された圧力センサ５９による検出値に応じて、動作時間Ｔ１、停止時間Ｔ２（あるいは、停止ではなく実施の形態２のように低速回転期間）を決定する。このように制御部４０は、第１の切替工程については圧力センサ５９の検出値に応じて回転停止あるいは低速回転の回転状態にポンプを切り替え、第２の切替工程については圧力センサ５９の検出値に応じて高速回転に切り替える。

このように、実施の形態５における風呂給湯装置によると、圧力センサ５９の値に応じて追い焚き用循環ポンプ２３の運転動作を行うことで、水圧の大小によらず、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。よって追い焚き用熱交換器２０の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管２４の詰まりを安定的に抑止できるという効果を奏する。

実施の形態６．
図１２は実施の形態６の風呂給湯装置１の構成を示す図である。本実施の形態６では、図１２に示すように実施の形態１における風呂給湯装置において、気泡の合一を抑制する添加剤を注入する添加剤供給装置４３（添加剤供給部）を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。添加剤の添加は、例えば、制御部４０が添加剤供給装置４３を制御することで行う。

液中の気泡は密度が高くなると、気泡同士の衝突頻度が高くなることによって合一といわれる合体現象のため気泡が大きくなってしまう。特に、この現象は配管長が長くなるほど顕著となり、エジェクタからの距離が遠くなるほど清浄度維持の効果が薄れてしまう。そこで、合一を抑制する添加剤を微量、水に添加する（添加剤供給工程）。これにより、エジェクタで生成された気泡の液中での性質を安定化させ、気泡の合一を抑制する。添加剤供給装置４３により、通水量に応じて添加剤の濃度を調整しながら、適切なタイミングで投入することができる。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エジェクタ２５ａに供給した場合においても気泡径をマイクロバブルといわれる、直径１００μｍ以下に維持することが可能となる。このため、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）、
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の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）
およびポリアミン類（ａ２２）
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）、
とりわけ好ましいのは（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）があげられる。

（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の濃度である。

このように、実施の形態６における風呂給湯装置では、追い焚き用熱交換器系のエジェクタ２５ａの上流側に添加剤供給装置を設け、添加剤を液中に投入し、循環ポンプ２３の回転数を時間的に変化させた。これによって、水圧の高い配管系でも、配管に多量の微細気泡を注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。よてて、追い焚き用熱交換器２０の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管２４の詰まりを抑止できるという効果を奏する。

なお、実施の形態６では、エジェクタの手前に添加剤供給装置を設置する場合について説明したが、添加剤をガスに混合してエジェクタ２５ａ、エジェクタ２５ｂに供給しても同様の効果が得られる。

実施の形態７．
図１３は実施の形態７の風呂給湯装置１の構成を示す図である。本実施の形態７では、図１３に示すように実施の形態１における風呂給湯装置１において、追い焚き用循環配管２４の途中にベンチュリ効果を発生するベンチュリ管４４（分散部）を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

ベンチュリ管４４の構造は図１４に示すように、図２で示したエジェクタ２５ａと異なる点として、ガス吸引口３５が無い点が挙げられる。絞り部分４５によって形成された狭窄部３１では流速が速い。狭窄部３１において上流側から流れてくる大きい気泡４２はここで細断され、流出口３４で微細気泡３７として再分散される。従ってベンチュリ管４４の上流側でいったん気泡が合一して大きくなったとしても、この狭窄部３１で微細化される。ただし、気泡をあまり微細化すると、実施の形態１で示したように、スケールなどの固形物の除去が困難となるため、狭窄部３１のしぼり部分は図２で示したエジェクタ２５ａよりは大きくする。

特に循環ポンプ２３が間欠的に動停止する場合は、いったん水の流れが停止することがあるため、追い焚き用循環配管２４内で気泡が合一しやすく、大きい気泡が生成しやすい傾向がある。大きい気泡は気泡径に比して表面積が小さいことから、可能な限り気泡径を小さくした方が、洗浄効率が高くなる。このように、実施の形態７における風呂給湯装置によると、追い焚き用循環配管２４の途中にベンチュリ管４４を設置することにより、いったん合一した気泡を再び微細化することで、追い焚き用の配管内部で十分な洗浄効果を発揮することができる。特に配管長が例えば３０ｍと長い場合において、本実施の形態７による効果は著しい。

ベンチュリ管２４の位置は追い焚き用循環配管２４のどこに設置してもよいが、より大きい効果を得るためには、風呂給湯装置１と浴槽４のほぼ中間地点に設置するのが望ましい。また浴槽４の内部に微細気泡を放出する場合は、浴槽４の近傍に設置することが望ましい。

なお、ベンチュリ管４４の代わりにメッシュ状のものを置いても同様に気泡を微細化する効果があることから、追い焚き用熱交換器系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。

また、ベンチュリ管４４の代わりに追い焚き用循環配管２４の一部を屈曲化することでも気泡を微細化することが可能なことから同様な効果を奏する。

また、追い焚き用循環配管２４の内部に邪魔板状の部材を設けても気泡を微細化することが可能なことから同様な効果を奏する。

実施の形態８．
図１４は、実施の形態８のベンチュリ管４４を示す。本実施の形態８では、図１４のベンチュリ管４４において、絞り部分４５を可動とする構成である。
実施の形態８のベンチュリ管４４は、狭窄部３１の水が通る流路の断面（通過断面）をシャッター状（あるいはカメラの絞りのごとく）に広げたり狭めたりすることを可能な構成である。また、制御部４０の制御によって、通過断面を広げたり狭めたりすることができる（制御工程）。他の構成要素は、実施の形態７と同様であるので説明を省略する。

絞り部分４５を可動とするためには、例えば絞り部分４５をゴム状に伸縮、変形を可能としてモーターの回転動作により絞り部分４５を上下から押さえつける構成で実現する。

実施の形態７で示したように、ベンチュリ管４４は、合一した気泡がさらに微細化され、配管内の洗浄効果が増す効果があるが、狭窄部３１が狭すぎると圧力損失が大きくなり、追い焚き用循環配管２４の流量が低下する。流量が低下すれば追い焚きの時間が長く必要となり、浴水１２の保温が難しくなる。従って、追い焚き時で追い焚き用循環配管２４の内部を洗浄する必要が無いときは狭窄部３１を広くして、流量を上げて追い焚き時間を短くし、入浴終了後の追い焚き用配管の洗浄時においては、絞り部分４５を上下に押しつぶすことで狭窄部３１を狭くして、合一した気泡を微細化することで、洗浄力を高くすることが可能となる。

また絞り部分４５の内部に空洞を設け、その内部にガスを強制的に注入または排出することで絞り部分４５を可動とすることにしても同様な効果が得られる（たとえば風船を膨らませるごとくである）。

上記の制御は制御部４０により実行することができる。すなわち制御部４０によってベンチュリ管４４（分散部）における水（液体）の通過する通過断面の大きさを制御することで、適宜、合一した気泡を微細化することができる。

実施の形態９．
次に、図１５は実施の形態９による給湯装置１００を示す概略の構成図である。これまでの実施の形態１〜８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９は、給湯や暖房に用いられる一般の給湯装置について説明する。

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、及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及び壁面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、電磁弁９９とエジェクタ２５ｄが設けられている。エジェクタ２５ｄの構造は、実施の形態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及び電磁弁３９ｄが接続されている。また電磁弁９９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抜き弁９８が設けられている。被加熱液入口配管９６と被加熱液出口配管９７はポリエチレン製のものを用いた。

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。

電磁弁９９が開いている時間をＴ１、閉じている時間をＴ２として、例えばＴ１を２．５秒とし、Ｔ２を１．５秒に設定して、電磁弁３９ｄを開き、電磁弁９９の開閉動作を行うとする。この場合、実施の形態４と同様に、エジェクタ２５ｄの内部には差圧が発生して大量のガスが引き込まれる。ガスが引き込まれることで微細気泡３７が水の流れ方向に分散する。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及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。

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、加温済みの湯が熱媒体−水熱交換器５０を循環するように構成してもよい。

また、実施の形態７と同様にベンチュリ管４４を被加熱液出口配管９７の途上に設け、いったん大きくなった気泡を再分散させてもよい。

さらに、エア抜き弁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。

本実施の形態９では電磁弁９９の開閉により実現したが、電磁弁９９の代りに実施の形態１と同様にポンプを動停止させてもよい。また実施の形態２と同様にポンプの回転数を可変してもよい。

１ 風呂給湯装置、２ ヒートポンプユニット、３ 貯湯タンクユニット、４ 浴槽、５ 空気用熱交換器、６ 圧縮機、７ 水加熱用熱交換器、８ 膨張弁、９ 冷媒用循環配管、１０ 温水、１１ 貯湯タンク、１２ 浴水、１３ 上水管、１４ 給水配管、１５ 循環ポンプ、１７ 湯沸配管、１８ 蛇口、１９ 給湯配管、２０ 追い焚き用熱交換器、２１ 加熱配管、２２，２３ 循環ポンプ、２４ 追い焚き用循環配管、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ エジェクタ、２６ 給水配管、２７ 給水管、２８ 三方弁、２９ 逆止弁、３０ 管路、３１ 狭窄部、３２ 流体、３３ 流入口、３４ 流出口、３５ ガス吸引口、３６ 外部の気体、３７ 微細気泡、３８ａ 逆止弁、３８ｂ 逆止弁、３８ｃ 逆止弁、３９ａ 電磁弁、３９ｂ 電磁弁、３９ｃ 電磁弁、４０ 制御部、４１ 微細気泡、４２ 大きい気泡、４３ 添加剤供給装置、４４ ベンチュリ管、４５ 絞り部分、５０ 熱媒体−水熱交換器、５１ｂ 被加熱液流路、５２ 伝熱壁、５２ｂ 熱媒体流路、５３ 伝熱壁、５３ｂ 被加熱液流路、５４ 水の流量計、５５ ガス流量計、５６ 圧力計、５７ 圧力計、５８ 電磁弁、５９ 圧力センサ、９１ 空気−熱媒体熱交換器、９２ 圧縮機、９３ 膨張弁、９４ 熱媒体入口配管、９５ 熱媒体出口配管、９６ 被加熱液入口配管、９７ 被加熱液出口配管、９８ エア抜き弁、９９ 電磁弁、１００ 給湯装置。

Claims (12)

1. 液体が満たされる配管の途中に設置されて液体を移送するポンプを高速回転することで、前記ポンプの下流側の前記配管の途中に設置されて液体内に所定のガスの気泡を発生する差圧発生部に直径が１００μｍ以下の微細気泡を発生させる高速回転工程と、
   前記ポンプを前記高速回転から、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態へ切り替える第１の切替工程と、
   前記回転状態への切り替えを起因とする前記液体と前記ガスとの差圧を前記差圧発生部に発生させることで前記ガスを吸引させ、吸引された前記ガスによって直径が１ｍｍ以上の大径気泡を前記液体内に発生させるガス吸引工程と、
   前記ポンプの前記回転状態を、高速回転に切り替える第２の切替工程と
   を備え、
   前記高速回転工程、前記第１の切替工程、前記ガス吸引工程、前記第２の切替工程を、この順番で繰り返すことを特徴とする気泡発生方法。
2. 前記ガス吸引工程は、
   前記ガスの吸引量が、徐々に増加してピークとなり、ピークから次第に減少することを特徴とする請求項１記載の気泡発生方法。
3. 前記配管に満たされた液体は、水であり、
   前記差圧発生部の下流側の前記配管の途中には、前記配管内の水に熱を供給する熱交換器が設置されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の気泡発生方法。
4. 前記差圧発生部の上流側の前記配管の途中には、制御により開閉する電磁弁が設置され、
   前記気泡発生方法は、さらに、
   前記第１の切替工程と前記第２の切替工程との切替タイミングに応じて、前記電磁弁の開閉を制御する電磁弁制御工程を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気泡発生方法。
5. 前記差圧発生部の下流側の前記配管の途中には、前記配管の内部の液体の圧力を検出する圧力検出部が配置され、
   前記第１の切替工程は、
   あらかじめ求められたプロファイルであって、前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力の検出値と前記差圧発生部によって吸引されるガス吸引量との関係を示すプロファイルと、
   前記圧力検出部が検出した前記液体の圧力の検出値と
   の比較に基づいて前記回転状態に切り替え、
   前記第２の切替工程は、
   前記プロファイルと前記圧力検出部が検出した検出値との比較に基づいて、前記高速回転に切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気泡発生方法。
6. 前記配管に満たされた液体は、水であり、
   前記差圧発生部の下流側の前記配管の途中には、前記配管内の水に熱を供給する熱交換器が設置され、
   前記圧力検出部は、
   前記差圧発生部の下流側であって、かつ、前記熱交換器の上流側の位置に配置されたことを特徴とする請求項５記載の気泡発生方法。
7. 前記配管の途中には、気泡を微細化する添加剤を液体中に供給する添加剤供給部が設置され、
   前記気泡発生方法は、さらに、
   前記添加剤供給部に前記添加剤を液体中に供給させる添加剤供給工程を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の気泡発生方法。
8. 前記差圧発生部よりも下流側の前記配管の途中には、液体内で合一した微細気泡を複数の微細気泡に分散させる分散部が設置されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の気泡発生方法。
9. 前記分散部は、
   液体の通過する通過断面の大きさが、制御により可変であり、
   前記気泡発生方法は、さらに、
   前記通過断面の大きさを制御する制御工程を備えたことを特徴とする請求項８記載の気泡発生方法。
10. 液体が満たされる配管と、
    前記配管の途中に設置され、通過する液体の流量に応じて所定のガスに対する差圧を発生することにより所定のガスを吸引し、吸引された前記ガスによって液体内に気泡を注入する差圧発生部と、
    第１の期間の間、前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させることにより前記差圧発生部にわずかな差圧を発生させて前記ガスを吸引させ、吸引させたガスによって液体内に直径が１００μｍ以下の微細気泡を注入させ、引き続いて次の第２の期間の間、前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることにより前記差圧発生部に前記わずかな差圧の絶対値に比べて絶対値の大きい差圧を発生させて前記ガスを吸引させ、吸引させた前記ガスによって液体内に直径が１ｍｍ以上の大径気泡を注入させ、前記第１の期間の処理と前記第２の期間の処理とを順次に繰り返し実行する流量制御部と
    を備えたことを特徴とする気泡発生装置。
11. 前記気泡発生装置は、
    前記差圧発生部の上流側の前記配管の途中に設置されて液体を移送するポンプを備え、
    前記流量制御部は、
    前記第１の期間の間、前記ポンプを高速回転させることで前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させ、前記第２の期間の間、前記ポンプの回転数を、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることを特徴とする請求項１０記載の気泡発生装置。
12. 前記気泡発生装置は、
    前記差圧発生部の上流側の前記配管の途中に設置されて制御により開閉する電磁弁を備え、
    前記流量制御部は、
    前記第１の期間の間、前記電磁弁を開状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させ、前記第２の期間の間、前記電磁弁を閉状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の気泡発生装置。

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