JP5793650B2

JP5793650B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP5793650B2
Application number: JP2011055121A
Authority: JP
Inventors: 福井　浩人; 浩人福井; 柳澤　忠; 忠柳澤; 裕史柴田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: JP2012189289A

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経路中に配設し、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８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８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。

前記特許文献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、前記従来の構成には、水改質成分の添加濃度を一定にする構成は開示されていない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯水に供給する水改質成分の添加濃度を一定に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、注湯経路と、前記注湯経路に配設され、前記注湯経路を流れる湯水の温度を検出する温度検出手段と、前記注湯経路の開閉を行う注湯弁と、前記注湯弁の下流側の前記注湯経路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐経路と、前記並列分岐経路を流れる湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記水改質手段よりも上流側に設けられ、前記並列分岐経路の開閉を行うバイパス弁と、少なくとも、前記注湯弁と前記バイパス弁とを制御する制御手段と、を備え、前記機能改質成分は、湯水の温度が低い場合より高い場合の方が、溶解度が大きくなる無機化合物の粒子を含み、前記水改質手段は、前記粒子の間を湯水が流れることで前記無機
化合物が湯水に溶解するように構成され、前記制御手段は、注湯を行うとき、前記温度検出手段の検出温度が低い場合より高い場合の方が、前記注湯経路の通水時間に対する前記並列分岐経路の通水時間の割合が小さくなるように、前記注湯弁と前記バイパス弁とを動作させることを特徴とするものである。

本発明によれば、湯水に供給する水改質成分の添加濃度を一定にできる給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態における給湯装置の構成図同水改質回路の詳細図同電気分解方式を用いた水改質回路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水温に対する無機化合物の溶解度特性を表す図同水温に対する水改質手段への通水時間の割合を表す図従来の給湯装置の構成図

第１の発明は、注湯経路と、前記注湯経路に配設され、前記注湯経路を流れる湯水の温度を検出する温度検出手段と、前記注湯経路の開閉を行う注湯弁と、前記注湯弁の下流側の前記注湯経路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐経路と、前記並列分岐経路を流れる湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、前記水改質手段よりも上流側に設けられ、前記並列分岐経路の開閉を行うバイパス弁と、少なくとも、前記注湯弁と前記バイパス弁とを制御する制御手段と、を備え、前記機能改質成分は、湯水の温度が低い場合より高い場合の方が、溶解度が大きくなる無機化合物の粒子を含み、前記水改質手段は、前記粒子の間を湯水が流れることで前記無機化合物が湯水に溶解するように構成され、前記制御手段は、注湯を行うとき、前記温度検出手段の検出温度が低い場合より高い場合の方が、前記注湯経路の通水時間に対する前記並列分岐経路の通水時間の割合が小さくなるように、前記注湯弁と前記バイパス弁とを動作させることを特徴とする給湯装置で、水温によって変化する湯水に供給する機能改質成分の添加濃度を一定とすることが可能となる。

なお、前記注湯経路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐経路を備え、前記並列分岐経路に前記水改質手段を配設するとともに、前記水改質手段に湯水を通水する時間を変更することを特徴とする給湯装置とすれば、水温によって変化する湯水に供給する機能改質成分の添加濃度を一定とすることが可能となる。

また、前記並列分岐経路に流れる湯水の流量を変更する電磁弁を備え、前記電磁弁の開閉時間を変更することを特徴とする給湯装置とすれば、水温によって変化する湯水に供給する機能改質成分の添加濃度を一定とすることが可能となる。

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。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１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回路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。

浴槽水注湯経路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出手段２８、浴槽水注湯経路２６の回路の開閉を行う浴槽水注湯弁２９を順に備える。

水改質回路３０は、浴槽水注湯弁の下流側の浴槽水注湯経路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、水改質回路３０は、浴槽水注湯経路内２６の注湯経路の途中に２ヶ所の分岐部３１を設け、両分岐部３１を並列分岐経路３２で接続し、並列分岐経路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、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回路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、浴槽水注湯経路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ように、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。浴槽水注湯経路２６の浴槽水混合弁２７は、温度検出手段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、浴槽水注湯経路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によって並列分岐経路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によって並列分岐経路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経路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。

使用者が浴槽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、浴槽水注湯経路２６内に湯水が流入し、浴槽水注湯経路２６に流れる湯水の一部が並列分岐経路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、浴槽水注湯経路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６に水温に対する無機化合物の溶解度の特性を示す。溶解度は水温に対してほぼ直線的な特性となり、水温が低ければ溶解度は小さく、水温が高くなると溶解度は大きくなる。

浴槽２３へ湯はりを行う場合に、バイパス電磁弁３４の開閉弁動作を、浴槽水注湯弁２９の開閉弁動作と連動させた場合、浴槽水混合弁２７で調整された水の温度によって、図６に示す特性により、無機化合物３５の溶解量が変化してしまう。

なお、無機化合物３５として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、次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３５として用いることができる材料は、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。

以上のような効果を期待することを考えると、浴槽に供給する無機化合物の添加濃度は、適切な値で一定とすることが望ましい。

これを実現するためには、浴槽水混合弁２７で調整された水の温度による無機化合物の溶解量の違いを補正し、バイパス電磁弁３４の開時間を調整すれば良い。浴槽水混合弁２７で調整された水の温度は、温度検出手段２８によって検出可能である。温度検出手段２８としてサーミスタを用いた場合、温度検出を通常０．１℃程度の分解能で行うことが可
能であり、精度良く温度検出できる。

一定としたい無機化合物の所望の添加濃度Ｃに対して、無機化合物の溶解量演算を、例えば以下のように一次式を用いて行う。

図６において、浴槽２３へ湯はりを行う場合に、バイパス電磁弁３４の開閉弁動作を、浴槽水注湯弁２９の開閉弁動作と連動させた場合、所望の添加濃度Ｃを実現できる溶解度をＡ_１、その時の浴槽水混合弁２７で調整された水の温度をＴ_１とする。

浴槽水混合弁２７で調整された水の温度が、Ｔ_１よりも高い場合の溶解度は、Ａ_１よりも大きくなるため、所望の添加濃度Ｃを実現するために、バイパス電磁弁３４の閉弁動作を、浴槽水注湯弁２９の閉弁動作よりも早く行えば良い。

使用者がリモコン操作で設定できる設定温度範囲を、最低Ｔ_３、最高Ｔ_２とすると、浴槽水混合弁２７で調整された水の温度Ｔの範囲は、Ｔ_３≦Ｔ≦Ｔ_２となる。ここで図６におけるＴ_１がＴ_３と等しくなるように、無機化合物の充填量を決定し、水改質回路３０の構造を設計しておく。

ところで、水改質手段３３に湯水の通水を行う場合、温度検出手段２８で検出された水温の所定範囲内とすることができる。例えば、下限を（Ｔ_１−３）、上限を（Ｔ_２＋３）とすると、水改質手段３３に湯水の通水を行う温度Ｔの範囲は、
Ｔ_１−３≦Ｔ≦Ｔ_２＋３・・・（１）
となる。

このように水改質手段３３に湯水の通水を行う場合の温度範囲を設定しておくと、異常検出として利用でき、水改質回路３０を保護することができる。すなわち、浴槽水注湯弁２９が開弁して温度検出手段２８で検出された水温Ｔが（Ｔ_１−３）よりも低い場合や、（Ｔ_２＋３）よりも高い場合、浴槽水混合弁２７の混合動作不良等の不具合が考えられ、このような場合にはバイパス電磁弁３４を閉弁のままとしておき、水改質手段３３に湯水の通水を行わない。

図７は、無機化合物の所望の添加濃度Ｃを実現するための、浴槽水混合弁２７で調整された水の温度Ｔに対する、水改質手段３３に湯水を供給する通水時間割合を示したものである。

前述のようにリモコン操作で設定できる最低の設定温度Ｔ_１（＝Ｔ_３）の時の通水時間割合Ｂ_１は、バイパス電磁弁３４の開閉弁動作を、浴槽水注湯弁２９の開閉弁動作と連動させた場合に対応するため、Ｂ_１＝１００％となる。

図７により、浴槽水混合弁２７で調整された水の温度Ｔにおける通水割合Ｂは、下記のようになる。ここでＢ_２は、リモコン操作で設定できる最高の設定温度Ｔ_２における通水時間割合とする。

Ｂ＝Ｂ_１−｛（Ｔ−Ｔ_１）（Ｂ_１−Ｂ_２）／（Ｔ_２−Ｔ_１）｝・・・（２）
使用者が設定した浴槽への注湯流量をＱ_１とすると、バイパス電磁弁３４の閉弁動作は注湯流量Ｑが下記の時に実施すれば良く、浴槽へ供給する無機化合物の添加濃度をＣの値に一定とすることができる。

Ｑ＝ＢＱ_１・・・（３）
ここで浴槽２３への注湯量Ｑは、図１に示すように、浴槽水混合弁２７より下流の注湯
経路に設けられた流量検出手段５０によって検出される注湯流量ｑを積算することにより、演算可能である。

ここで流量検出手段５０としては、例えば内部に羽車のような回転体を有し、回転パルスを検出することで流量検出を行う方式がある。

なお、上記一連の運転動作は、マイコン等の制御手段（図示せず）からの信号に基づいて、制御されている。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、湯水に供給する水改質成分の添加濃度を一定にすることができ、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浴槽水注湯経路
２８温度検出手段
２９浴槽水注湯弁
３０水改質回路
３１分岐部
３２並列分岐経路
３３水改質手段
３４バイパス電磁弁
３５無機化合物
３６収納容器

Claims

注湯経路と、
前記注湯経路に配設され、前記注湯経路を流れる湯水の温度を検出する温度検出手段と、前記注湯経路の開閉を行う注湯弁と、
前記注湯弁の下流側の前記注湯経路からの湯水を分流させるように形成した並列分岐経路と、
前記並列分岐経路を流れる湯水に機能改質成分を添加する水改質手段と、
前記水改質手段よりも上流側に設けられ、前記並列分岐経路の開閉を行うバイパス弁と、少なくとも、前記注湯弁と前記バイパス弁とを制御する制御手段と、を備え、
前記機能改質成分は、湯水の温度が低い場合より高い場合の方が、溶解度が大きくなる無機化合物の粒子を含み、
前記水改質手段は、前記粒子の間を湯水が流れることで前記無機化合物が湯水に溶解するように構成され、
前記制御手段は、注湯を行うとき、前記温度検出手段の検出温度が低い場合より高い場合の方が、前記注湯経路の通水時間に対する前記並列分岐経路の通水時間の割合が小さくなるように、前記注湯弁と前記バイパス弁とを動作させることを特徴とする給湯装置。