JP5794326B2 - 風呂給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、風呂給湯装置に関する。

省エネルギー性に優れた一般家庭用の風呂給湯装置の需要が急速に拡大している。特に新築住宅やリフォーム物件ではオール電化が加速化しており、右肩上がりの増加傾向にある。近年の風呂給湯装置は、省エネルギー化技術が急速に進歩している一方で、システム内の配管を自動洗浄する様な清潔度向上の機能を備えた製品が各社から発売されている。

清潔度向上の機能を実現する手段として、追い焚き用循環流路内に気泡を注入する手段を備えた風呂給湯装置がある（例えば、特許文献１参照）。これは、追い焚き用循環流路に気泡を注入する手段としてのエジェクタを備えたものであり、これにより追い焚き用熱交換器の内壁や追い焚き用循環流路内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時の浴水を清潔に維持することができる。特許文献２には、より微小な気泡を発生させることのできる旋回式の微小気泡発生装置が開示されている。

特開２００９−１８６０９２号公報 特許第４５２５８９０号公報

特許文献１に示される従来技術においては、追い焚き用循環流路に備えられた気泡注入用のエジェクタのガス吸引口から外部の気体を吸引し、流体に気泡を導入する機能を有するものである。エジェクタ方式は、管路に狭窄部と、流体の流入口と流出口と、気体が注入される気体吸引口とを備え、管路の狭窄部で流体の流速を高速化し、その部分で発生する減圧現象を利用して気体吸引口から外部の気体を吸引し、減圧下で空気が急激に膨張して崩壊することで、気泡を発生させるものである。このため、基本的にはポンプ等を使用することなく流体に気泡を発生させることができる。しかしながら、このエジェクタ方式には、微小径の気泡が発生しにくいという課題がある。この方式では、空気に対する圧力変動で気泡を発生させているため、空気を細かくせん断することができず、また、バブルの帯電付与効果が小さいため、バブル合泡抑制効果が小さく、配管を流通して浴槽まで到達するまでに、微小気泡は数１００ミクロン以上の気泡径になってしまう。また、狭窄部の減圧現象を利用して外部空気を吸引する自給方式は、空気の吸引量を大幅に増加させることが困難であり、特許文献１ではポンプ適用による強制給気を提案しているが、コストアップやポンプ自身の長期信頼性（１０年以上の安定動作）を確保することが困難である等の課題がある。このようなことから、気泡の発生量が十分ではなく、気泡径も大きいため、浴槽までの追い焚き用循環流路内で合泡や配管内壁への付着による消失が起こり、配管洗浄で気泡を消費してしまう。配管洗浄のみを目的とするのであればこのような気泡発生装置の仕様でも目的を達成することができる。一方、マイクロバブル（発生時に１０〜数１０マイクロメートルの直径を有する気泡を指す）は、本来、多様な機能を有することが一般的に知られており、浴槽中の浴水に対しても有用な機能を発現させることが可能である。特許文献１の先行技術では、浴槽内の浴水には十分な気泡が届かず、浴槽内での洗浄機能、および、浴水の温浴効果等が期待できないという課題がある。

特許文献２に記載されたような旋回式微小気泡発生装置では、エジェクタ方式よりも微小な気泡径の気泡を発生させることができる。しかしながら、旋回式微小気泡発生装置を用いて追い焚き用循環流路内に微小気泡を発生させた場合、次のような問題がある。旋回式微小気泡発生装置から流出した微小気泡を含む水流は旋回流となっている。追い焚き用循環流路内の限られたスペースで微小気泡を含む水流が旋回し続けると、微小気泡同士が衝突して合泡（気泡の合体）が発生し易く、気泡径が大きくなり易い。気泡径が大きくなると、気泡が帯びる負電位が小さくなるため、静電反発による合泡抑制効果や流路内壁への付着抑制効果が低下する。その結果、更なる合泡が起こり易くなったり、気泡が流路内壁に付着し易くなったりする。このため、追い焚き用循環流路を流れて浴槽に到達するまでの間に、合泡によって気泡径が更に増大したり、気泡が流路内壁に付着して消失したりし易くなるため、十分な量の微小気泡が浴槽内まで届かないという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、微小気泡を浴槽まで確実に供給することのできる風呂給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る風呂給湯装置は、浴槽から導出した浴水を循環させて浴槽に戻す循環流路と、循環流路に浴水を循環させる循環ポンプと、循環流路の途中に設けられ、微小気泡を含む旋回流を発生させる微小気泡発生装置と、微小気泡発生装置の下流側の循環流路に設けられ、微小気泡発生装置により発生した旋回流の旋回を抑止する整流手段と、を備え、整流手段は、微小気泡発生装置と同心的な循環流路の直管部分において循環流路の長手方向に垂直な断面の中心に対して放射状に配置された板状の複数の整流壁を有し、複数の整流壁は、それぞれ、循環流路内の外周部から中心に向かう途中の位置まで延びており、循環流路に浴水を循環させながら微小気泡発生装置で微小気泡を生成することにより浴槽に微小気泡を供給するものである。

本発明によれば、十分な量の微小気泡を浴槽まで確実に到達させることができる。このため、浴槽内での微小気泡による温浴効果や、浴槽内面への垢や皮脂汚れ等の付着を微小気泡により抑制するなどの効果が得られる。また、微小気泡発生装置から流出した水流の旋回を極めて効果的に抑止しつつ、浴水中の異物が整流壁に引っ掛かることを確実に抑制できる。このため、異物の堆積による配管詰まりを確実に防止できる。

本発明の実施の形態１の風呂給湯装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態１の風呂給湯装置が備える微小気泡発生装置およびその下流側の追い焚き用循環流路の断面図である。 本発明の実施の形態１の風呂給湯装置が備える整流手段を追い焚き用循環流路の長手方向に垂直な断面で切断した断面図である。 本発明の実施の形態１の風呂給湯装置が備える追い焚き用循環流路内に設置された整流手段の透視斜視図である。 本発明の実施の形態２の風呂給湯装置が備える整流手段を追い焚き用循環流路の長手方向に垂直な断面で切断した断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態１の風呂給湯装置を示す構成図である。図１に示す本実施形態の風呂給湯装置は、給湯のための熱量を貯湯タンク１に蓄熱する機能と、浴槽５の浴水６を追い焚き（加温または保温）する追い焚き機能とを有している。貯湯タンク１は、ヒートポンプユニット２と接続されている。沸き上げ運転時には、貯湯タンク１中の冷水３は、ヒートポンプユニット２に送水されることで冷凍サイクルにより供給された熱によって温水４に変えられ、貯湯タンク１に戻る。沸き上げ運転時に水が体積膨張した分の膨張水は、貯湯タンク１に接続された排水管２９を通って逃し弁３０から系外に排水される。貯湯タンク１には、上水を供給する上水管７から分岐した給水配管８が接続されている。貯湯タンク１内の温水４は、給湯配管１０を通って蛇口９に送られ、蛇口９から浴槽５に供給される。

本実施形態の風呂給湯装置には、浴槽５の浴水６を追い焚きするための追い焚き用熱交換器１１と、貯湯タンク１内の温水４を追い焚き用熱交換器１１に供給する加熱配管１２と、この加熱配管１２に温水４を循環させる循環ポンプ１３と、浴槽５の浴水６を追い焚き用熱交換器１１に循環させる追い焚き用循環流路１５と、追い焚き用循環流路１５に浴槽５の浴水６を循環させる循環ポンプ１４と、追い焚き用循環流路１５の途中に配置された微小気泡注入用の旋回式の微小気泡発生装置１６とが更に備えられている。循環ポンプ１４と、微小気泡発生装置１６と、追い焚き用熱交換器１１とは、追い焚き用循環流路１５の上流側から下流側に向かって、この順で配置されている。

浴槽５の浴水６を追い焚きする場合には、貯湯タンク１から温水４が、循環ポンプ１３により、加熱配管１２を通り、追い焚き用熱交換器１１に送られる。一方、浴槽５の浴水６は、循環ポンプ１４により、追い焚き用循環流路１５を通り、追い焚き用熱交換器１１へ送られる。追い焚き用熱交換器１１において、貯湯タンク１の温水４と浴水６との熱交換により、温水４は熱を奪われ低温となって加熱配管１２を通って貯湯タンク１に戻され、浴水６は受熱して温度上昇し、追い焚き用循環流路１５を通って浴槽５に戻される。

本実施形態の風呂給湯装置では、浴槽５に水を供給する給水配管１８が蛇口９に接続され、また、追い焚き用循環流路１５に上水を供給する給水配管１９と、この給水配管１９に設置された気泡注入用の微小気泡発生装置２０とが更に備えられている。微小気泡発生装置２０は、追い焚き用循環流路１５の洗浄時に使用される。なお、上記の説明では、配管に取り付けられている通常の開閉弁類や逆止弁の説明は省略している。

図２は、微小気泡発生装置１６およびその下流側の追い焚き用循環流路１５の断面図である。図２に示すように、本実施形態における微小気泡発生装置１６は、空気導入部２２と、浴水導入部２３と、気液混合部２４と、水流旋回部２５と、微小気泡発生部２６とを有している。循環ポンプ１４によって浴水導入部２３に送り込まれた浴水の水流は、空気導入部２２から取り入れられた外部空気と気液混合部２４にて混合されて気液混合流体となる。この気液混合流体は、水流旋回部２５に流入する。水流旋回部２５は、内部流路断面が出口部に向かって滑らかに縮径する円錐状の旋回流生成空間を有する構造体である。気液混合部２４からの気液混合流体は、水流旋回部２５の円錐の底部に接線方向から流入し、気液混合流体中の水流は遠心力によって水流旋回部２５の壁面に沿う旋回水流となり、気液混合流体中の空気は水流と分離して水流旋回部２５の中心軸を通って旋回の影響を受けて細く絞られた気柱が高速旋回しながら水流旋回部２５の出口部に向かう。水流旋回部２５の出口部は、高速旋回水流と空気流が再び合流する合流部分となり、ここでは急激な減圧現象が起こるため、空気が急激に膨張して空気柱から分離し、気泡が発生する。この際に、高速旋回流が更に空気を微小にせん断する作用が働き、数１０マイクロメートル以下の直径の微小気泡を微小気泡発生部２６にて効率良く発生させることができる。なお、本明細書では、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルを総称して微小気泡と呼ぶ。一般にマイクロバブルとは、発生時に１０〜数１０マイクロメートルの直径を有する気泡として定義されており、マイクロバブルはその発生後に収縮する性質を有している。マイクロバブルは収縮が進むとやがてマイクロナノバブル（直径が数１００ナノメートル〜１０マイクロメートルの気泡）に変化し、更に直径が８マイクロメートル以下になると収縮速度は急峻に高まることが知られている。

上述したような旋回式の微小気泡発生装置１６によれば、数１０マイクロメートル以下の直径の微小気泡を効率良く発生させることができる。このような直径の微小気泡は、大きな負電位を持つことができるため、静電反発により、優れた合泡抑制効果や流路内壁への付着抑制効果が得られる。なお、上述した微小気泡発生装置１６の構造は一例であり、本発明で使用される微小気泡発生装置の構造はこれに限られるものではなく、例えば、滑らかに内径が縮径する円錐状の旋回流生成空間を有する構造体に代えて、翼形状の旋回流発生部材を備える構造を備えた微小気泡発生装置を用いるような場合であっても、同様の効果を得ることができる。

微小気泡発生装置１６の下流側の追い焚き用循環流路１５内には、整流手段３１が設置されている。微小気泡発生装置１６により発生した微小気泡を含む水流（気液流）は、旋回流となっている。整流手段３１は、この旋回流の旋回を抑止する機能を有している。微小気泡発生装置１６により発生した微小気泡を含む旋回流が追い焚き用循環流路１５内の限られたスペースで旋回し続けると、微小気泡同士が衝突して合泡が発生し易く、気泡径が大きくなり易い。気泡径が大きくなると、気泡が帯びる負電位が小さくなるため、静電反発による合泡抑制効果や流路内壁への付着抑制効果が低下する。その結果、更なる合泡が起こり易くなったり、気泡が流路内壁に付着し易くなったりする。このため、追い焚き用循環流路１５を流れて浴槽５へ到達するまでの間に、合泡によって気泡径が更に増大したり、気泡が流路内壁に付着して消失したりし易くなるため、十分な量の微小気泡が浴槽５内まで届かない。

これに対し、本実施形態では、微小気泡発生装置１６により発生した微小気泡を含む旋回流の旋回を整流手段３１によって抑止することにより、微小気泡同士の衝突を抑制することができるので、形成した微小気泡の合泡を確実に抑制し、気泡径の増大を防止することができる。すなわち、微小気泡発生装置１６により発生した直径が数１０マイクロメートル以下の微小気泡を、気泡径を増大させることなく、安定して追い焚き用循環流路１５の下流側へ流通させることができる。これにより、気泡が帯びる負電位の低下を回避し、静電反発による合泡抑制効果や流路内壁への付着抑制効果を確実に保持することができる。このため、追い焚き用循環流路１５を流れる間に、合泡によって気泡径が増大したり、気泡が流路内壁に付着して消失したりすることを確実に抑制することができ、十分な量の微小気泡を浴槽５内に供給することが可能となる。

なお、水流旋回部２５の出口部と整流手段３１との間隔（図２中のｄで示す距離）は、任意であるが、微小気泡の発生状態と旋回流の速さとによって最適長が決定されるものであるため、使用条件毎で調整することが好ましい。なお、図２では、便宜上、整流手段３１の長さ（追い焚き用循環流路１５の長手方向の寸法）が後述する図４と比べて短縮して描かれている。

図３は、追い焚き用循環流路１５の長手方向に垂直な断面で切断した整流手段３１の断面図である。図４は、追い焚き用循環流路１５内に設置された整流手段３１の透視斜視図である。これらの図に示すように、本実施形態における整流手段３１は、追い焚き用循環流路１５の長手方向に垂直な断面の中心３３に対して放射状に配置された板状の複数の整流壁３４を有している。図示の構成では、８枚の整流壁３４を等角度間隔（４５°間隔）に配置しているが、このような構成に限定されるものではなく、配管系の構成（圧力損失の許容度合い）に応じて、整流壁３４の枚数を調整しても良い。これらの整流壁３４は、それぞれ、追い焚き用循環流路１５内の外周部から中心３３まで延びている。これらの整流壁３４は、中心３３にて結合して一体化されていてもよい。図４に示すように、整流壁３４は、追い焚き用循環流路１５の長手方向に沿って延設されている。この整流壁３４の延設距離は、任意であるが、微小気泡の発生状態と旋回流の速さとによって最適長が決定されるものであるため、使用条件毎で調整することが好ましい。

微小気泡発生装置１６から流出した水流は旋回流となっており、追い焚き用循環流路１５の内壁円周面を沿いながら旋回して流通する。本実施形態の整流手段３１では、上述したような整流壁３４の配置により、微小気泡発生装置１６から流出した水流の旋回を極めて効果的に抑止することができる。このため、形成した微小気泡の合泡をより確実に抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の風呂給湯装置では、微小気泡発生装置１６によって生成した微小気泡の合泡を確実に抑制することができるので、十分な量の微小気泡を浴槽５まで確実に到達させることができる。このため、浴槽５内での微小気泡による温浴効果や、浴槽５の内面への垢や皮脂汚れ等の付着を微小気泡により抑制するなどの効果が得られる。

なお、追い焚き用循環流路１５を循環する浴水を微小気泡発生装置１６に通過させる状態と通過させない状態とに切り替え可能な切替弁（図示せず）を設け、微小気泡の発生が不要である場合には追い焚き用循環流路１５を循環する浴水を微小気泡発生装置１６に通過させないように切り替える構成としても良い。

また、本実施形態では、浴槽５を追い焚きする際に浴水６を循環させる循環ポンプ１４および追い焚き用循環流路１５を用いて浴槽５に微小気泡を供給するので、ポンプや配管を兼用でき、コストアップを抑制することができる。ただし、本発明では、浴槽５に微小気泡を供給する際の循環配管および循環ポンプを、追い焚き用のものと兼用しない構成としてもよい。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態２の風呂給湯装置が備える整流手段４１を追い焚き用循環流路１５の長手方向に垂直な断面で切断した断面図である。本実施の形態２の風呂給湯装置は、実施の形態１の風呂給湯装置と比べ、整流手段３１に代えて整流手段４１を有していること以外は同様である。

本実施形態における整流手段４１は、追い焚き用循環流路１５の長手方向に垂直な断面の中心４３に対して放射状に配置された板状の複数の整流壁４４を有している。図示の構成では、８枚の整流壁４４を等角度間隔（４５°間隔）に配置しているが、このような構成に限定されるものではなく、配管系の構成（圧力損失の許容度合い）に応じて、整流壁４４の枚数を調整しても良い。これらの整流壁４４は、それぞれ、追い焚き用循環流路１５内の外周部から中心４３に向かう途中の位置まで延びている。すなわち、中心４３から所定の半径の内側においては整流壁４４が存在しない構成となっている。

本実施形態の整流手段４１では、上述したような整流壁４４の配置により、微小気泡発生装置１６から流出した水流の旋回を極めて効果的に抑止しつつ、追い焚き用循環流路１５内を流通する浴水中の汚れ（皮脂や水垢など）や異物（毛髪など）が整流壁４４に引っ掛かることを確実に抑制することができる。このため、それらの汚れや異物の堆積による配管詰まりを確実に防止する上で極めて効果的である。

１ 貯湯タンク、２ ヒートポンプユニット、３ 冷水、４ 温水、５ 浴槽、６ 浴水、７ 上水管、８，１８，１９ 給水配管、９ 蛇口、１０ 給湯配管、１１ 追い焚き用熱交換器、１２ 加熱配管、１３，１４ 循環ポンプ、１５ 追い焚き用循環流路、１６，２０ 微小気泡発生装置、２２ 空気導入部、２３ 浴水導入部、２４ 気液混合部、２５ 水流旋回部、２６ 微小気泡発生部、２９ 排水管、３０ 逃し弁、３１，４１ 整流手段、３３，４３ 中心、３４，４４ 整流壁

Claims (4)

1. 浴槽から導出した浴水を循環させて前記浴槽に戻す循環流路と、
   前記循環流路に浴水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環流路の途中に設けられ、微小気泡を含む旋回流を発生させる微小気泡発生装置と、
   前記微小気泡発生装置の下流側の前記循環流路に設けられ、前記微小気泡発生装置により発生した前記旋回流の旋回を抑止する整流手段と、
   を備え、
   前記整流手段は、前記微小気泡発生装置と同心的な前記循環流路の直管部分において前記循環流路の長手方向に垂直な断面の中心に対して放射状に配置された板状の複数の整流壁を有し、
   前記複数の整流壁は、それぞれ、前記循環流路内の外周部から前記中心に向かう途中の位置まで延びており、
   前記循環流路に浴水を循環させながら前記微小気泡発生装置で微小気泡を生成することにより前記浴槽に微小気泡を供給する風呂給湯装置。
2. 前記整流壁は、前記循環流路の長手方向に沿って延設されている請求項１に記載の風呂給湯装置。
3. 前記微小気泡発生装置は、流体を高速旋回させる断面が円形の内部流路が形成された構造体を有し、前記構造体の出口部から水流を放出する請求項１または請求項２に記載の風呂給湯装置。
4. 前記微小気泡発生装置は、直径が１０〜数１０マイクロメートルの微小気泡を含む旋回流を発生させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の風呂給湯装置。

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