JP2014076435A - 溶解装置及びそれを備えた給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路を必要とせず、コンパクトで運転コストが安価なミネラル化合物等を供給する溶解装置及びそれを備えた給湯装置を提供すること。
【解決手段】水回路１５と、前記水回路１５と連通し、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物であるミネラル化合物１１を収納する収納手段１２と、前記収納手段１２の内部に配設した撹拌手段１７とを備え、前記収納手段１２に収納されたミネラル化合物１１を、前記撹拌手段１７にて撹拌して水に溶解させ、前記溶解水を前記水回路１５より流出させる構成としたことを特徴とする溶解装置で、これにより、水とミネラル化合物１１の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水にミネラル化合物１１を高濃度に溶解させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミネラル化合物を溶解する溶解装置、及び、溶解したミネラル化合物を浴槽に供給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電気分解にて水中に溶解させ、この溶解した水を目的とする回路へ供給している（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、亜鉛陽極１と、陰極２と、ケーシング５と、直流電源９から構成されている。

特開２００４−１９０８８２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、目的とする成分（亜鉛陽極１）の水への溶解方法は、電気分解の原理によるため、直流電源９と、回路を流れる水への漏電を防止するための絶縁回路（図示せず）が必要となる。従って、装置のサイズアップ、コストアップとともに、直流電源９においては電力を必要とするため消費電力量も増加する。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気回路を必要とせず、コンパクトで運転コストが安価なミネラル化合物を供給する溶解装置及びそれを備えた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、本発明の溶解装置は、水回路と、前記水回路と連通し、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物であるミネラル化合物を収納する収納手段と、前記収納手段の内部に配設した撹拌手段とを備え、前記収納手段に収納されたミネラル化合物を、前記撹拌手段にて撹拌して水に溶解させ、前記溶解水を前記水回路より流出させる構成としたことを特徴とするものである。

これによって、水とミネラル化合物の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水にミネラル化合物を高濃度に溶解させることが可能となる。

従って、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できる。これにより、コンパクト化と低コスト化を実現するとともに、電力不要の原理であるため、消費電力量を抑えることができる。

本発明によれば、コンパクト化、低コスト化、さらには、消費電力量の抑制を実現したミネラル化合物を供給する溶解装置及びそれを備えた給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における溶解装置の構成図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１におけるミネラル化合物の詳細図 本発明の実施の形態１における溶解装置のミネラル化合物と濾過手段の関係を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における濾過手段の構成図（ｂ）同他の濾過手段の構成図（ｃ）同他の濾過手段の構成図 本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図 本発明の実施の形態３における溶解装置の構成図 従来の給湯装置の構成図

第１の発明は、水回路と、前記水回路と連通し、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物であるミネラル化合物を収納する収納手段と、前記収納手段の内部に配設した撹拌手段とを備え、前記収納手段に収納されたミネラル化合物を、前記撹拌手段にて撹拌して水に溶解させ、前記溶解水を前記水回路より流出させる構成としたことを特徴とする溶解装置である。

これによって、水とミネラル化合物の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水にミネラル化合物を高濃度に溶解させることが可能となる。従って、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できる。また、電力不要の原理であるため、消費電力量を抑えることができる。

第２の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置で、水がミネラル化合物収納容器を通過する際に生じる圧力損失の増加を低減させ、浴槽への湯はりを早く完了することができる。

第３の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置である。

これによって、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時にミネラル化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。

第４の発明は、前記第１の発明の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置で、低外気温時であっても貯湯タンク、電源回路などからの僅かな放熱により筐体内の雰囲気は常時加温されているため、溶解装置の凍結防止などの断熱が簡素化、または不要となる。

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、本発明の第１の実施の形態における溶解装置の構造図を示すものである。

図１において、ミネラル化合物１１は粉末状、または、顆粒状、または、粉末状と顆粒状の混合物であり、ミネラル化合物収納容器１２に収納される。ミネラル化合物１１は水に対して溶解性を持つ。

図１のミネラル化合物１１は径が異なる顆粒状のものであり、これを多層状となるように構成すると、ミネラル化合物収納容器１２内には多孔質の空間が形成される。

また、溶解装置１６の内部には、ミネラル化合物収納容器１２内に収納された撹拌翼１７ｂと、回転翼収納容器１８内に収納された回転翼１７ａとが回転軸により連結され構成された撹拌手段１７が配設されている。

濾過手段１３は複数の***を有し、濾過手段収納容器１４に収納される。ミネラル化合物収納容器１２と濾過手段収納容器１４は、順に水回路１５によって連通され、ミネラル化合物収納容器１２は、濾過手段収納容器１４の上流側となるように溶解装置１６を構成する。

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。

図２は回転翼収納容器１８の横断面図を示すものである。水回路１５から溶解装置１６に流入する水は、接線方向から回転翼収納容器１８内へ流入して回転翼１７ａに衝突し、回転翼１７ａを効率良く回転させる。

回転翼１７ａが回転すると回転軸で連結された撹拌翼１７ｂも回転する。撹拌翼１７ｂが回転することにより、前記ミネラル化合物収納容器１２内の水と、前記ミネラル化合物１１を強制的にかきまぜることができる。

さらに、ミネラル化合物収納容器１２内を流れる水は、旋回水流となりミネラル化合物収納容器１２に形成される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ミネラル化合物１１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。

図３はその速度境界層の状態を示す図である。ミネラル化合物１１の表面近傍の速度境界層の流速は小さく、多孔質空間の中心部を通過する流速は大きい分布となる。ミネラル化合物１１は水に対して溶解性を持つため、ミネラル化合物１１の表面近傍の１１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、水中に溶解するミネラル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方へ物質が移動する（フィックの法則）ため、表面近傍の水に溶解したミネラル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、ミネラル化合物１１を多孔質空間内の水に溶解させることができる。

撹拌翼１７ｂが回転して、前記ミネラル化合物収納容器１２内の水と、前記ミネラル化合物１１を強制的にかきまぜることにより、前記ミネラル化合物収納容器１２内を流れる水は撹拌され乱流状態が大きく促進される。

撹拌乱流促進が進むとミネラル化合物１１の表面近傍の濃度勾配が大きくなり、濃度差に応じて高いほうから低い方へ移動する物質の量が増加する。つまりミネラル化合物収納容器１２内の水にミネラル化合物１１を高濃度で溶解することができる。

さらに、ミネラル化合物収納容器１２内の水流は旋回水流となり、ミネラル化合物１１には旋回水流による遠心力が作用する。そのためミネラル化合物収納容器１２の内壁近く
には粒径の大きなものが分布し、ミネラル化合物収納容器１２の中心に近くなるほど粒径の小さいものが分布する。

粒径の大きいものはミネラル化合物収納容器１２の円筒状の内壁にそって自転運動を伴いながら旋回水流とともに旋回運動をする。自転運動と旋回運動が可能となる範囲で、ミネラル化合物１１の分布密度は遠心力の作用により高密度に保持される。

したがって狭い多孔質空間が均一に構成されることとなり、多孔質空間を通過する水流速を均一に増加させることができる。これにより撹拌による乱流促進効果に加えて、さらに表面近傍の濃度差を大きくすることができ、より一層の高濃度ミネラル溶解水とすることができる。

また、ミネラル化合物１１の分布密度は遠心力の作用により高密度に保持されるので、ミネラル化合物収納容器１２の容積を小さくすることができ、コンパクトで収納性に優れ、低コストな溶解装置１６とすることができる。

濾過手段１３は、ミネラル化合物収納容器１２内の水勢によってミネラル化合物１１の顆粒がミネラル化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものである。

以上のように、本実施の形態においては、ミネラル化合物１１と、ミネラル化合物収納容器１２と、濾過手段１３と、前記収納手段の内部に撹拌手段１７を備え、ミネラル化合物収納容器１２、濾過手段収納容器１４の順に水回路で接続した溶解装置を備えた給湯装置とした。

これによって、水とミネラル化合物１１の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水にミネラル化合物１１を高濃度に溶解させることが可能となる。従って、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるので、コンパクト化、低コスト化、さらには消費電力量を抑えた給湯装置とすることができる。

尚、ミネラル化合物１１を、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、以下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。濃度を高濃度にすることにより、栄養強化の効果をより一層に高めることができ、利用者の利便性を大きく向上できる。

図４は、溶解装置のミネラル化合物１１と濾過手段１３の寸法の関係を示す例である。図４において、濾過手段１３は径の異なる複数の***１３ａ、１３ｂ、１３ｃから構成される。

図５は、濾過手段１３の構成例である。（ａ）は、線形状の繊維で角状の***を形成したものである。（ｂ）は、所定の厚さの板に、複数種の径の***を施したものである。（ｃ）は、粒状の非溶解材料を多層状として多孔質空間を形成したものである。何れも、ミネラル化合物収納容器１２内の水勢によってミネラル化合物１１の顆粒がミネラル化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものであるが、この構成と形状の限りではない。

溶解装置１６を流出する溶解濃度は、ミネラル化合物収納容器１２を通過する水流速と、ミネラル化合物１１の水と接触する表面積等で決定される。溶解装置１６の溶解濃度を所定値とする場合は、ミネラル化合物１１の全表面積をある範囲とする必要があるため、図１のミネラル化合物収納容器１２に収納するミネラル化合物１１の粒径を、ある一定の範囲内のサイズに選別したものを利用する必要がある。

選別を行うと、コストアップの要因となるため、複数の径を有するミネラル化合物１１の中において、ミネラル化合物１１の最大粒径Ｄ１に対して、濾過手段１３の***１３ａの径Ｄ２は、Ｄ２＜Ｄ１とした場合、以下の効果を得ることができる。Ｄ２未満の粒径のミネラル化合物１１は、***１３ａ、１３ｂ、１３ｃから流出する。

利用初期は粒径の小さいものは、溶解装置１６外へ流出するが、所定時間経過後は、Ｄ２以上の粒径のミネラル化合物１１はミネラル化合物収納容器１２内に貯留され続ける。この状態が形成された場合、ミネラル化合物１１の粒径をある一定の範囲内のサイズに選別したことと同等となる。従って、サイズが混在するミネラル化合物１１を用いても、目的とする濃度を水に溶解させる構造となる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成図を示すものである。

図６において、圧縮機２２、給湯熱交換器２３、減圧手段２４、蒸発器２５を冷媒回路２６で順に環状に接続してヒートポンプユニット２１を構成している。貯湯ユニット２７の貯湯タンク２８には水が貯留されており、出湯回路３０は貯湯タンク２８、給湯水ポンプ２９、給湯熱交換器２３、貯湯タンク２８を順に接続する回路である。浴槽水加熱回路３５は、貯湯タンク２８、風呂熱交換器３３、浴槽水加熱ポンプ３４、貯湯タンク２８を順に接続する回路であり、風呂熱交換器３３の他方の回路には浴槽４２が接続されている。

浴槽水循環回路４１は、浴槽４２、浴槽水を搬送する浴槽水ポンプ４０、風呂熱交換器３３を順に接続する回路である。浴槽水注湯回路３９は、貯湯タンク２８の水を、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２へ注湯する回路である。

この回路には貯湯タンク２８の高温の水と水道水を混合する浴槽水混合弁３６、注湯する水温を検知する温度検知手段３７、浴槽水注湯回路３９の回路の開閉を行う浴槽水注湯弁３８を順に備える。溶解装置１６は浴槽水注湯弁３８の下流側の浴槽水注湯回路３９に本体の筐体に収納するように設けた。

ヒートポンプユニット２１で貯湯タンク２８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２８の水は、給湯水ポンプ２９によって給湯熱交換器２３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２９は給湯熱交換器２３で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、出湯回路３０の流量を制御する。

浴槽４２への湯張り、並びに、浴槽水の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路３９の浴槽水混合弁３６は、温度検知手段３７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。

所定温度となった浴槽水は、浴槽水注湯回路３９、浴槽水循環回路４１を順に経由して浴槽４２へ流出する。

一方、浴槽４２の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク２８に貯留された高温の水を、浴槽水加熱ポンプ３４によって風呂熱交換器３３へ搬送し、浴槽水ポンプ４０より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器３３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２８の下部より内部へ流入する。

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。

利用者が浴槽４２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３６で調整された水が、浴槽水注湯弁３８を閉から開に制御した場合に、溶解装置１６、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２に流出する。水が溶解装置１６を通過する際に、ミネラル化合物が水に溶解するので、浴槽４２に湯はり動作と同時に、ミネラル化合物１１を溶解させた水が浴槽４２に流入する。

溶解装置１６は、浴槽水注湯弁３８の下流側としたが、浴槽水注湯弁３８が開から閉へ制御された場合は、ウォーターハンマー現象が発生し、上流側の回路に設けている、浴槽水混合弁３６、貯湯タンク２８等は水道圧以上の水圧負荷を与える。下流側に設けることによって、溶解装置１６への水圧負荷が掛からない。

以上のように、本実施の形態においては、浴槽水注湯回路と、浴槽水注湯弁を備え、浴槽水注湯弁、溶解装置の順に浴槽水注湯回路に備えた給湯装置とした。これにより、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時にミネラル化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。

本発明において、溶解装置１６は給湯機の本体筐体に収納し、浴槽水注湯回路３９としているが、浴槽水循環回路４１に設けても、浴槽４２へミネラル化合物１１を溶解させた水を供給することが出来る。また、本体筐体外部の浴槽水循環回路４１に設けることも可能であるが、本体筐体内部の雰囲気温度は、低外気温時であっても貯湯タンク２８からの放熱により、筐体内部の雰囲気は常時加温されるため、溶解装置１６の凍結防止などの断熱が不要、または簡素化できる。

また、給湯機を貯湯式給湯機とした場合、貯湯タンクには高温の湯を貯湯するので、この高温の湯を化合物溶解装置へ供給することによって機器の殺菌、滅菌を行うことができる。また、水中に溶け込んでいる残留塩素が貯留中に少なくなるので、本体の材質は耐腐食性材料ではなく、安価な汎用部品を使うことができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における溶解装置の構造図を示すものである。

図７において、溶解装置１６の入口と出口は浴槽水注湯回路３９に接続されている。ミネラル化合物１１を収納するミネラル化合物収納容器１２の相当直径ｄ１、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２とした場合、図６においてそれぞれをｄ１＞ｄ２となる大きさなるように決定した。

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。水回路１５に対して、ミネラル化合物１１を収納したミネラル化合物収納容器１２、濾過手段収納容器１４を設けたので、溶解装置１６を水が通過する際に、圧力損失が生じる。圧力損失が生じると、浴槽４２へ供給する水の流量が低下する。

ここで、ミネラル化合物収納容器１２の相当直径ｄ１を、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２に対して、ｄ１＞ｄ２となる大きさとすると、ミネラル化合物収納容器１２の平均流速ｕ１は、浴槽水注湯回路３９の平均流速ｕ２より小さくなる。水回路の流体の圧力損失は、流体の平均流速の２乗に比例するため、溶解装置１６を通過する際の圧力損失の増加を低減させることができる。

以上のように、本実施の形態においては、ミネラル化合物収納容器の相当直径を、溶解装置を接続する浴槽水注湯回路の相当直径よりも大とすることにより、ミネラル化合物を通過する水流による圧力損失を低減し、浴槽への湯はり時間を早く完了することができる。

以上のように、本発明にかかる溶解装置及びそれを備えた給湯装置は、コンパクト化、低コスト化、運転効率向上に繋がり、貯湯式給湯機の他、ガス熱源の給湯機等に特に有用である。

１１ ミネラル化合物
１２ ミネラル化合物収納容器（収納手段）
１３ 濾過手段
１３ａ ***
１３ｂ ***
１３ｃ ***
１４ 濾過手段収納容器
１５ 水回路
１６ 溶解装置
１７ 撹拌手段
１７ａ 回転翼
１７ｂ 撹拌翼
１８ 回転翼収納容器
２１ ヒートポンプユニット
２７ 貯湯ユニット
２８ 貯湯タンク
３６ 浴槽水混合弁
３７ 温度検知手段
３８ 浴槽水注湯弁
３９ 浴槽水注湯回路
４２ 浴槽

Claims (4)

1. 水回路と、前記水回路と連通し、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物であるミネラル化合物を収納する収納手段と、前記収納手段の内部に配設した撹拌手段とを備え、前記収納手段に収納されたミネラル化合物を、前記撹拌手段にて撹拌して水に溶解させ、前記溶解水を前記水回路より流出させる構成としたことを特徴とする溶解装置。
2. 湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置。
3. 湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置。
4. 前記請求項１に記載の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置。