JP6801210B2 - 熱交換器及び衛生洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明の態様は、一般的に、熱交換器及び衛生洗浄装置に関する。

衛生洗浄装置などにおいて、水を加熱する熱交換器が備えたものがある。

熱交換器の構成としては、例えば、特許文献１に開示されているように、円柱状の発熱体と、この発熱体を収容する筒状のケースと、を備え、円柱状の発熱体の内周面側に形成された中空部と、発熱体の外周面とケースの内周面と、の間に、加熱する水の流路を形成する構成が知られている。

特許文献１には、発熱体の中空部の内側流路において、２つのバネを組み合わせて、螺旋流路を隙間無く構成することが開示されている。

特開２０１２−０８８０３１号公報

しかし、特許文献１の熱交換器は、２つのバネが、互いに影響を受け変形しあう構成となっており、結果的に、２つのバネで、位置ずれによる隙間が発生し、安定した流路とならない可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、安定した流路を備えた熱交換器及び衛生洗浄装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、水を加熱して温水とする熱交換器であって、円柱状でかつ、中空部を有し、一方の端部の開口部により、入水口が形成され、前記入水口から流入した水を加熱する発熱体と、前記発熱体の外周を覆い、前記発熱体の外周面との間に、前記発熱体により加熱される水の第１の流路を形成するケースと、前記発熱体の前記中空部に設けられ、前記発熱体の内周面との間に、前記発熱体により加熱される水の第２の流路を形成する水規制手段であって、前記第２の流路を前記発熱体の軸方向視で、前記発熱体の周方向に沿う方向に仕切るとともに、前記第２の流路における前記軸方向の水の流れを規制する水規制手段と、を備え、前記水規制手段は、前記発熱体の軸方向と同一方向に設けられた軸芯部と、前記軸芯部の外周面に沿って螺旋状に突出するように設けられた突出部と、を有し、前記軸芯部は、前記入水口側の上流端から前記第２の流路に至るまでの先端部の一部に下流側に向かうに従って前記発熱体の前記内周面に近づくように傾斜した傾斜部を有することを特徴とする熱交換器である。

この熱交換器によれば、発熱体の中空部の内周面に螺旋状の第２の流路を形成する場合に、軸芯部と突出部とを有する水規制手段により、第２の流路を安定して形成することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記軸芯部は、剛体であり、前記軸芯部の外径は発熱体の内径より小さいことを特徴とする熱交換器である。

この熱交換器によれば、発熱体の中空部に螺旋流路である第２の流路を容易に構成することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記突出部と前記発熱体の内周面とに接触し、前記突出部と前記発熱体の内周面との隙間を埋める螺旋状の可撓性部材をさらに備えたことを特徴とする熱交換器である。

この熱交換器によれば、第２の流路において、発熱体の軸方向における水の流れを、より確実に規制することができる。例えば、発熱体の表面の温度を、より効果的に下げることができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記ケースは、前記発熱体を収容する空間を有するケース本体と、前記ケース本体の一端側に形成される開口部を覆う蓋体と、を有し、前記水規制手段は、前記ケースの前記蓋体と一体に形成されていることを特徴とする熱交換器である。

この熱交換器によれば、熱交換器の部品公差のばらつきを少なくすることができる。そのため、信頼性の高い熱交換器を提供することができる。

第５の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱交換器と、前記熱交換器により生成した温水を、使用者の局部に向かって吐出する洗浄ノズルと、を備えたことを特徴とする衛生洗浄装置である。

この衛生洗浄装置によれば、安定した温度の温水を使用者の局部に吐出することができる。

本発明の態様によれば、発熱体の中空部において、安定した螺旋流路を形成することができ、発熱体と軸芯部との間に形成される第２の流路を流れる水の流速を早くすることによって、発熱体と水の間の熱伝達を向上させて発熱体の表面温度を下げることができる。

実施形態に係る熱交換器を表す断面図である。 軸芯部の一部を拡大して表す部分断面図である。 ヒーター及び軸芯部の一部を拡大して表す部分断面図である。 実施形態に係るトイレ装置を表す斜視図である。 実施形態に係る衛生洗浄装置を表すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る熱交換器を表す断面図である。
本実施形態に係る熱交換器１は、水を温めて温水とするものであり、例えば便器等に設置されて人体の局部を洗浄する衛生洗浄装置に備えられ、洗浄水を温水とするために用いられる。

図１に示すように、本実施形態の熱交換器１は、発熱体としてのヒーター２と、ヒーター２を収容するケース３と、を備える。熱交換器１は、ヒーター２により形成される入水口４と、ケースにより形成される吐水口５と、を備える。つまり、熱交換器１では、入水口４から入水した水がヒーター２によって温められ、温水となって吐水口５から流出する。

ヒーター２は円柱状の外形を有し、水を加熱する。ヒーター２はパイプ状に構成されることで、その内周側に円柱状の中空部を有する。換言すれば、ヒーター２は、略円筒状である。ヒーター２は、軸方向からケース３に挿入されることにより、ケース３に組み付けられる。ヒーター２は、ヒーター軸方向の中途部に、パイプ状のヒーター２を部分的に拡径させるフランジ部２ａを有する。図１において、ヒーター２は、ヒーター軸方向でフランジ部２ａよりも右側の部分がケース３に挿入された状態で収容される。

ヒーター２は、セラミックヒーターであり、内周面２ｂおよび外周面２ｃからの発熱によってヒーター２の内周側および外周側を通過する水を加熱する。ヒーター２においては、セラミックによって形成される外装部分の内部に、タングステン等からなる帯状のヒーターパターンが印刷等によってヒーター表面を覆うように形成される。パイプ状に構成されるヒーター２のケース３に挿入される側と反対側の端部の開口部により、熱交換器１の入水口４が形成される。

ケース３は、樹脂や金属等により構成され、全体として略直方体状の外形を有するとともに、略円周面として形成される内周面部を有する。ケース３は、ヒーター２を収容する空間を形成するケース本体３ａと、ケース本体３ａの一端側に形成される開口部を覆う蓋体３ｂと、を有する。

ケース本体３ａは、略直方体状の外形を有し、長手方向の両端側が開口する略筒状の部材である。ケース本体３ａの一方の開口部が、蓋体３ｂにより塞がれる。蓋体３ｂは、ケース本体３ａの外形に沿う形状を有する板状の部材であり、ケース本体３ａの開口端面にボルト等によって固定されることで、ケース本体３ａと一体的にケース３を構成する。蓋体３ｂは、ケース本体３ａの開口端面と蓋体３ｂとの間に介在するＯリング６により、ケース本体３ａの内部空間に対して水密に固定される。

ヒーター２は、ケース本体３ａの蓋体３ｂにより塞がれている側と反対側の開口部から、ケース３に挿入されて組み付けられる。ヒーター２は、フランジ部２ａがケース３を構成するケース本体３ａの開口端面に固定されることで、ケース３に組み付けられる。フランジ部２ａは、ケース３の外形形状に対応して略矩形板状に形成される。ヒーター２はフランジ部２ａとケース本体３ａの開口端面との間に介在するＯリング７により、ケース３の内部空間に対して水密に固定される。

このように、ケース３は、ヒーター２のフランジ部２ａよりもケース３に対する挿入側の部分を挿入させた状態で、ヒーター２の外周を覆う。熱交換器１が有する吐水口５は、ケース３を構成するケース本体３ａの周壁部に形成される。吐水口５は、ケース本体３ａの蓋体３ｂが取り付けられている側と反対側の開口端の近傍に設けられる。本実施形態では、吐水口５は、ケース本体３ａの内部空間を上側に開口させる。

ケース３は、ヒーター２の外周面２ｃとの間にヒーター２により加熱する水の流路２１を形成する。以下では、ヒーター２の外周面２ｃとケース３との間に形成される流路２１を「第１の流路２１」とする。ヒーター２の外周面２ｃは、ヒーター２の円柱状の外形における外周面である。また、ヒーター２が挿入されるケース３は、略円周面として形成される内周面部を有する。そこで互いに対向するヒーター２の外周面２ｃとケース３の内周面部との間に、第１の流路２１が形成される。

ヒーター２とケース３との間には、バネ２４が設けられている。バネ２４は、ヒーター２の外周面２ｃに密着した状態で取り付けられる。バネ２４は、第１の流路２１において、ヒーター２の軸方向視で、ヒーター２の周方向に沿う方向に仕切るとともに、第１の流路２１におけるヒーター２の軸方向の水の流れを規制する。バネ２４は、ヒーター２とケース３との間に空く隙間を埋め、ヒーター２の外周面２ｃにおける軸方向の水の流れを規制し、第１の流路２１に沿って水が適切に螺旋状に流れるようにする。

熱交換器１は、水規制手段１５（水規制部）をさらに備える。水規制手段１５は、ヒーター２の中空部に設けられ、ヒーター２の内周面２ｂとの間に、ヒーター２により加熱される水の流路２２を形成する。以下では、ヒーター２の内周面２ｂと軸芯部１３との間に形成される流路２２を「第２の流路２２」とする。水規制手段１５は、第２の流路２２をヒーター２の軸方向視で、ヒーター２の周方向に沿う方向に螺旋状に仕切るとともに、第２の流路２２におけるヒーター２の軸方向の水の流れを規制する。

以上のような構成を備える熱交換器１においては、入水口４から流入した水が、第２の流路２２を加熱されながら流れ、ヒーター２の内周側流路の開口端部からケース３の内部空間内に吐出される。そして、ヒーター２の第２の流路２２からケース３の内部空間に吐水された水は、ヒーター２の外周面２ｃによって加熱されながら第１の流路２１によってヒーター軸方向で反対側に運ばれ、吐水口５から吐出される。

図２に示すように、水規制手段１５は、ヒーター２の軸方向と同一方向に設けられた軸芯部１３と、軸芯部１３の外周面に沿って螺旋状に突出するように設けられた突出部１３ａと、を有する。

軸芯部１３は、ヒーター２の中空部にヒーター２の軸方向に沿って挿入された状態で設けられる。軸芯部１３は、一端側が蓋体３ｂの内側の面に固定されることで、ヒーター２と同軸配置された状態で支持される。軸芯部１３は、例えば、ケース３と一体に形成される。軸芯部１３は、例えば、蓋体３ｂと一体に形成される。

ヒーター２の内周面２ｂは、ヒーター２の円柱状の中空部における内周面である。また、ヒーター２の中空部に挿入される軸芯部１３は、略円周面として形成される外周面部を有する。そこで互いに対向するヒーター２の内周面２ｂと軸芯部１３の外周面部との間に、第２の流路２２が形成される。

図３に示すように、本実施形態の熱交換器１は、可撓性部材１４をさらに備える。可撓性部材１４は、ヒーター２の中空部に挿入された軸芯部１３と、ヒーター２の内周面２ｂと、に接触するように配置されている。可撓性部材１４は、螺旋状である。

軸芯部１３は剛体であり、軸芯部１３の外周面に沿って螺旋状に突出するように設けられた突出部１３ａの最外形は、ヒーター内径より小さい。これにより、第２の流路２２を容易に形成することができる。

可撓性部材１４は、突出部１３ａとヒーター２の内周面２ｂとに接触し、突出部１３ａとヒーター２の内周面２ｂとの隙間を埋めるように配置される。可撓性部材１４は、例えば、金属製の巻きバネである。可撓性部材１４は、換言すれば、弾性部材である。可撓性部材１４に金属製の巻きバネを用いることにより、例えば、可撓性部材１４において、高い熱伝導率を得ることができる。例えば、ヒーター２の熱を可撓性部材１４を介して第２の流路２２を流れる水に伝えることができる。可撓性部材１４は、例えば、樹脂製の巻きバネなどでもよい。

このように、熱交換器１において、軸芯部１３の螺旋状の突出部１３ａによって、第２の流路２２において、ヒーター２の軸方向視でヒーター２の周方向に沿う方向に仕切ることができ、可撓性部材１４を突出部１３ａとヒーター２の内周面２ｂとに接触させることにより、確実に軸方向の水の流れを規制することが可能となる。これにより、第２の流路を流れる水の流速を速くすることによって、ヒーター２と水の間の熱伝達を向上させてヒーター２の表面温度を下げることができる。

本実施形態に係る熱交換器１によれば、ヒーター２の中空部の内周面２ｂに螺旋状の第２の流路２２を形成する場合に、軸芯部１３と突出部１３ａとを有する水規制手段１５により、第２の流路２２を形成する。これにより、例えば、２つのバネを用いて流路を形成する場合に比べて、第２の流路２２を安定して形成することができる。例えば、ヒーター２と第２の流路２２との間に空く隙間をより適切に抑制できる。軸方向の水の流れを適切に規制することができる。

また、軸芯部１３を剛体とし、軸芯部１３の外径をヒーター２の内径よりも小さくすることにより、ヒーター２の中空部に螺旋流路である第２の流路２２を容易に構成することができる。

また、突出部１３ａとヒーター２の内周面２ｂとに接触し、突出部１３ａとヒーター２の内周面２ｂとの隙間を埋める可撓性部材１４を設けることにより、ヒーター２の軸方向における水の流れを、より確実に規制することができる。例えば、ヒーター２の表面の温度を、より効果的に下げることができる。

また、水規制手段１５をケース３と一体に形成することにより、熱交換器１の部品公差のばらつきを少なくすることができる。そのため、信頼性の高い熱交換器１を提供することができる。

以下では、上述した実施形態に係る熱交換器を備える衛生洗浄装置の一例について、図４および図５を用いて説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る衛生洗浄装置２００は、トイレ装置３００において、洋式腰掛便器３０１の上に設置された状態で設けられる。

衛生洗浄装置２００は、本体部２０１に対して開閉自在に軸支された便座２０２及び便蓋２０３と、ノズル２０４と、を備える。ノズル２０４は、トイレ装置３００の使用者によるスイッチ操作等に応じて、本体部２０１から洋式腰掛便器３０１のボウル内に対して進退可能に設けられる。衛生洗浄装置２００は、ノズル２０４を洋式腰掛便器３０１のボウル内に伸び出した状態で、ノズル２０４の先端部に設けられる吐水口から洗浄水を噴射する。ノズル２０４から噴射された洗浄水は、人体の局部を洗浄する。

図５に示すように、衛生洗浄装置２００は、水道や貯水タンクなどの給水源２０５から給水される水を、バルブユニット２０６を介して熱交換器１に供給する。そして、熱交換器１において、供給された水が温められた温水とされ、洗浄水としてノズル２０４に供給される。バルブユニット２０６は、止水弁としての機能を有する電磁開閉弁や調圧弁等の弁機構を有する。

以上のように、本実施形態に係る衛生洗浄装置２００は、熱交換器１を備え、熱交換器１により生成した温水を洗浄水とし、この洗浄水をノズル２０４から吐出することで、人体の局部を洗浄する。このように、本実施形態に係る熱交換器１を備える衛生洗浄装置２００によれば、使用者にとって適切な温度に制御された温水による洗浄を安定して行えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、熱交換器１及び衛生洗浄装置２００などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ 熱交換器、 ２ ヒーター（発熱体）、 ２ａ フランジ部、 ２ｂ 内周面、 ２ｃ 外周面、 ３ ケース、 ３ａ ケース本体、 ３ｂ 蓋体、 ４ 入水口、 ５ 吐水口、 ６ Ｏリング、 ７ Ｏリング、 １３ 軸芯部、 １３ａ 突出部、 １４ 可撓性部材、 １５ 水規制手段、 ２１ 第１の流路、 ２２ 第２の流路、 ２４ バネ、 ２００ 衛生洗浄装置、 ２０１ 本体部、 ２０２ 便座、 ２０３ 便蓋、 ２０４ ノズル、 ２０５ 給水源、 ２０６ バルブユニット、 ３００ トイレ装置、 ３０１ 洋式腰掛便器

Claims (5)

1. 水を加熱して温水とする熱交換器であって、
   円柱状でかつ、中空部を有し、一方の端部の開口部により、入水口が形成され、前記入水口から流入した水を加熱する発熱体と、
   前記発熱体の外周を覆い、前記発熱体の外周面との間に、前記発熱体により加熱される水の第１の流路を形成するケースと、
   前記発熱体の前記中空部に設けられ、前記発熱体の内周面との間に、前記発熱体により加熱される水の第２の流路を形成する水規制手段であって、前記第２の流路を前記発熱体の軸方向視で、前記発熱体の周方向に沿う方向に仕切るとともに、前記第２の流路における前記軸方向の水の流れを規制する水規制手段と、
   を備え、
   前記水規制手段は、
   前記発熱体の軸方向と同一方向に設けられた軸芯部と、
   前記軸芯部の外周面に沿って螺旋状に突出するように設けられた突出部と、
   を有し、
   前記軸芯部は、前記入水口側の上流端から前記第２の流路に至るまでの先端部の一部に下流側に向かうに従って前記発熱体の前記内周面に近づくように傾斜した傾斜部を有することを特徴とする熱交換器。
2. 前記軸芯部は、剛体であり、前記軸芯部の外径は発熱体の内径より小さいことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記突出部と前記発熱体の内周面とに接触し、前記突出部と前記発熱体の内周面との隙間を埋める螺旋状の可撓性部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記ケースは、前記発熱体を収容する空間を有するケース本体と、前記ケース本体の一端側に形成される開口部を覆う蓋体と、を有し、
   前記水規制手段は、前記ケースの前記蓋体と一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱交換器と、
   前記熱交換器により生成した温水を、使用者の局部に向かって吐出する洗浄ノズルと、
   を備えたことを特徴とする衛生洗浄装置。

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