しかしながら、前述した蒸気発生装置では、熱交換促進部材を構成する複数の薄板が、空気流路に対して略平行に配置されており、各薄板の間で湯を流下させながら、その流下する湯に直交するように空気を流して湯と空気を接触させるため、湯と空気とが接触する時間が短い。このため、前述した蒸気発生装置では、湯と空気との熱の交換効率が良くなく、蒸気の発生効率が良くないという問題がある。
本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、湯と空気との接触時間及び接触距離を長くするとともに、接触面積を大きくして蒸気の発生効率を向上させることができる蒸気発生装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
前述した目的を達成するため、本発明に係る蒸気発生装置の構成上の特徴は、上面が同方向に傾斜した状態で上下に間隔をおいて配置され、少なくとも下部に上面から下面へ貫通する開口部(32b,33b,52b,62b)が形成された複数の板状フィン(32,33,52,62)と、複数の板状フィンの下端部から上端部に向かう空気流を発生するファン(22)と、複数の板状フィンに対して上方から湯を供給する給湯パイプ(40)と、各板状フィンの上面に流下した湯を開口部に導くガイド部(34,36,54,52c,62c)と、複数の板状フィンのうち、所定の板状フィンの開口部から流出する湯を所定の板状フィンの直下に位置する板状フィンの上部側に送る導水板(35,37,55,65)とを備えたことにある。
本発明に係る蒸気発生装置には、空気流を発生するファンと、フィンに湯を供給する給湯パイプと、湯とファンが発生する空気流とを接触させて蒸気を含む温風にする複数の板状フィンが備わっている。また、複数の板状フィンは、上下に間隔をおいて配置され、かつそれぞれの上面が同方向に傾斜した状態で配置されており、ファンが発生する空気流は、各板状フィンの下端部から上端部に向かって流れる。そして、各板状フィンの少なくとも下部に、湯を下方に流出させる開口部が設けられている。さらに、蒸気発生装置には、上側に位置する所定の板状フィンの開口部から流下した湯をその板状フィンの直下に位置する板状フィンの上面上部側、すなわち、ファンが発生する空気流の風下側に対応する部分に送る導水板が備わっている。
このため、給湯パイプから湯をフィンに掛けると、湯は、板状フィンの上面に流下して、板状フィンの上面を流れ、当該板状フィンの下方側、すなわち、ファンが発生する空気流の上流側に移動する。この際、板状フィンの上面を流れる湯はガイド部によって、開口部に導かれる。そして、湯が開口部に到達すると直下に位置する板状フィンに流下する。このとき、流下する湯は、導水板によって、直下に位置する板状フィンの上面の上部側部分、すなわち、ファンが発生する空気流の下流側部分に導かれる。このような湯の流れが、上方の板状フィンから下方の板状フィンにかけて順次行われる。その際、ファンを作動させることにより、ファンが発生する空気流が、上方の板状フィンから下方の板状フィンに向かって流下する湯に接触して温かい蒸気を発生させる。
このようにして、ファンが発生する空気流は、傾斜した板状フィンの下端側から上端側に向かって流れ、湯は板状フィンの上面を空気流の上流側に向かって流れるため、湯と空気流は対向して接触する。このため、湯と空気流の接触時間及び接触距離が長くなり、熱交換の効率が良くなる。また、複数の板状フィンは、上面を傾斜させた状態で配置されるため、湯は、各板状フィンの上面を液膜状になって流れる。このため、湯と空気流の接触面積が広くなり、熱交換の効率が良くなる。このように、湯と空気流の接触時間、接触距離が長くなるとともに、接触面積が広くなることで、温かい蒸気の発生効率が向上する。この結果、供給パイプから供給される湯の温度をさほど高温にしなくても、適度な温度の蒸気を含む温風を発生させることができる。また、蒸気発生装置が設置される室内を素早く温かくすることができる。
なお、本発明においては、板状フィンの上面を湯が流れ、板状フィンの下面側を空気流が流れる場合もあるが、これによっても湯と風の熱交換は良好に行われる。また、本発明における空気流と湯に対応する低温流体と高温流体とを移動させながら接触させる場合、双方を直交させて接触させるよりも対向させて接触させた方が、熱交換の効率が向上することが実験や計算などで明らかにされている。
また、本発明においては、ファンの作動によって発生した空気流は、ファンからそのまま板状フィン側に進むことに限らず、所定の経路を経て板状フィン側に進むようになっていてもよい。要は、ファンが発生する空気流が傾斜した板状フィンの下端側から上端側に向かうように構成されていればよい。さらに、給湯パイプが掛ける湯も上方から下方に流下して複数の板状フィンにかかることに限らず、供給パイプからどの方向に掛けられても、その後、複数の板状フィンに上方からかかるようになっていればよい。また、本発明における開口部は、板状フィンの下方に形成されていればよいが、好ましくは、下端部に形成されているとよい。さらに、開口部は板状フィンを上下に貫通する穴であってもよいし、板状フィンの縁部に形成した切欠きであってもよい。
本発明に係る蒸気発生装置の他の構成上の特徴は、複数の板状フィンを上方から見たときに、所定の板状フィンの開口部と、所定の板状フィンの直下に位置する板状フィンの開口部との位置が異なっていることにある。
本発明によると、所定の板状フィンの開口部から流下した湯が、当該板状フィンの直下に位置する板状フィンの開口部に直接流れ込むことを防ぐことができる。したがって、各板状フィンの上面を順次通過しながら湯が流下するようになる。このため、湯と空気流とが接触する時間、及び接触する距離をより長くすることができる。これによって、湯と空気流との熱交換効率をさらに向上させることができる。なお、開口部の位置は、傾斜方向を前後としたときに、傾斜方向に対して直交する左右方向にずれていることが好ましい。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1(a)〜(c)および図2は、同実施形態に係る蒸気発生装置10を示している。この蒸気発生装置10は、装置本体10aと、装置本体10aの内部にそれぞれ設置されたファンユニット20、熱交換器30および給湯パイプ40とで構成されている。装置本体10aは、底面部11、前面部12、後面部13、左側面部14a、右側面部14bおよび天井部15からなる略四角の箱状に形成されている。底面部11は平面視が四角形の板状に形成され、その中央に後述する排水接続口38cを通すための丸い排水用穴部11aが形成されている。また、底面部11の後部における左右方向の中央に後述する給湯接続口42を通すための給湯用穴部(図示せず)が形成されている。
前面部12は、底面部11の前端部から上方に延びる四角枠状の基部12aと、装置本体10aに設置された熱交換器30を隠すカバー部12bとからなるカバー部材で構成されている。この基部12aとカバー部12bとで構成された前面部12の上方にはパネル取付部12cが形成されており、このパネル取付部12cの前面は下部よりも上部が後方に位置する傾斜面で構成されている。そして、パネル取付部12cの中央部分に、蒸気発生装置10を操作するためのスイッチなどを備えた操作パネル12dが取り付けられている。
前面部12のカバー部12bは、後方と下方が開放された横断面形状がコ字状に形成されており、上部がパネル取付け部12cの下端部に着脱可能に係合している。また、前面部12の基部12aの下部は底面部11に係合している。カバー部12bの下端部は、基部12aの内周面の下端面よりも少し上方に位置しており、基部12aの枠内の空間は、カバー部12b内の空間とカバー部12bの下部開口を介して外部に連通している。基部12aの下部とカバー部12bの下端部との間に開口を形成し送風口12eが形成されている。
後面部13は、底面部11の後端部から上方に延びる四角板状に形成されており、その中央に円形の穴部が形成されている。そして、その穴部の縁部から、電源コードを通すための円筒状の電源接続口13aが後方に向かって延びている。また、左側面部14aと右側面部14bは、底面部11の左端部と右端部からそれぞれ上方に延びる左右対称の四角板状に形成されている。この左側面部14aと右側面部14bのそれぞれ後部における上下方向の中央部分には、上下に延びる複数のスリットからなる吸い込み口14c(左側面部14aの吸い込み口は図示せず。)が形成されている。天井部15は、前面部12、後面部13、左側面部14aおよび右側面部14bの上端部に形成される開口を塞ぐ板状部分で構成されている。
ファンユニット20は、モータ21と、モータ21の作動により回転するファン22とで構成されており、後面部13に取り付けられている。モータ21は、回転軸21aを前方に突出させ、電源コード(図示せず)を電源接続口13a内を通して外部に延ばした状態で、後面部13の前面に固定されている。ファン22は、プロペラファンで構成されており、モータ21の回転軸21aに固定されてモータ21の作動により回転し、前方に向かう空気流を発生する。
熱交換器30は、ファン22の前方でかつファン22の近傍に位置した状態で、ドレンパン38を介して底面部11の上面に設置されている。熱交換器30は、図3に概略を示したように、フィンケース31の内部に、それぞれ複数の板状フィン32,33を上下に配置して構成されており、各板状フィン32,33は交互に配置されている。フィンケース31は、前部および後部が開放されるとともに、上部に湯を通すための開口31aが形成された枠状に形成されており、左右の幅よりも上下の高さが少し短く、前後の長さがファン22の前後の長さと同程度になっている。このフィンケース31の両側面部31b,31cの内面には、それぞれ前後に延びる溝を上下に複数配置して形成されるくし刃状の係合部(図示せず)が形成されている。また、この係合部を構成する各溝は、前部よりも後部が少し低くなった傾斜状に形成されている。
板状フィン32,33は、フィンケース31の側面部31b,31c内面のくし刃状の係合部に掛け渡してフィンケース31内に収容できる略長方形の板状に形成されている。図4は、板状フィン32の一部を示しており、板状フィン32の上方から見た図である。図4においては、後述するガイド壁34を設けている側、すなわち紙面の下方が後方(ファン22側)である。板状フィン32は、フィン本体32aに複数の開口部32bを形成した構成をしており、さらに、フィン本体32aには、ガイド壁34および導水板35が設けられている。フィン本体32aの前縁部は真っ直ぐに形成され、フィン本体32aの後縁部は後方に突出した部分と前方に窪んだ部分とが交互に配置された略波形に形成されている。フィン本体32aの後縁部の後方に突出した部分の後端には左右に延びる直線部分が形成され、フィン本体32aの後縁部の前方に窪んだ部分の前端には凹状の角部が形成されている。
開口部32bは、フィン本体32aの後端に形成されている。具体的には、後方に突出した部分の直線部分の近傍から前方に向かって延びる平面視が長方形の穴で構成されており、フィン本体32aを上下に貫通している。ガイド壁34は、フィン本体32aの後縁部に沿って形成された高さの低い堰で構成されており、開口部32bの後縁部はガイド壁34の一部で構成されている。導水板35は、図5および図6に示したように、フィン本体32aの後端における後方に突出した部分の直線部分から前方斜め下方に延びており、開口部32bよりも僅かに小さな長方形の板で構成されている。
なお、板状フィン32、ガイド壁34および導水板35は、一枚の金属板の縁部側を上方に折り曲げてガイド壁34を形成するとともに、その金属板に上下に貫通するコ字状の切り込みを入れてその部分を斜め下方に折り曲げることで導水板35を形成してもよいし、それぞれ別体になった板状フィン32、ガイド壁34および導水板35を溶接で連結してもよい。板状フィン32、ガイド壁34および導水板35を、一枚の金属板を加工することで形成すると、形状が簡単で製造が容易になり、別部材を組み付けて形成すると、複雑な形状にすることができる。
板状フィン33(図7および図8(a),(b)参照)は、フィン本体33aに複数の開口部33bを形成した構成をしており、さらに、フィン本体33aには、ガイド壁36および複数の導水板37が設けられている。フィン本体33aの後縁部は後方に突出した部分と前方に窪んだ部分とが交互に配置された略波形に形成されているが、後方に突出した部分と前方に窪んだ部分との左右方向の位置が板状フィン32とは逆になっている。板状フィン33のそれ以外の構成は、板状フィン32と同じである。なお、ガイド壁34,36で本発明に係るガイド部が構成される。
このため、板状フィン32と板状フィン33を上下に間隔をおいて重ねた状態で組み合わせていくと、図7および図8(a),(b)に示したようになり、上方から見たときに、開口部32bと開口部33bの位置および導水板35と導水板37の位置が左右にずれて異なるようになる。また、ガイド壁34とガイド壁36の凹凸部分も互いに異なるようになる。さらに、導水板35の前端部はフィン本体33aの上面前部に当接し、導水板37の前端部はさらに下に位置するフィン本体32aの上面前部に当接する。
このように構成された板状フィン32,33は、フィンケース31の内部に上下方向に交互に取り付けられる。これによって、各板状フィン32,33は、前部よりも後部を下方に位置させて傾斜した状態、すなわち、ガイド壁34を設けていない側よりもガイド壁34が設けられている側が下方に位置するように傾斜させてフィンケース31に組み付けられる。また、各板状フィン32,33の前方には、カバー部12bが位置する。なお、フィンケース31は、左右の幅が190mm、上下の高さが185mm、前後の長さが45mmに設定されている。そして、板状フィン32,33の水平方向に対する傾斜角は、3度〜8度に設定され、板状フィン32,33の上下の間隔は4mm〜10mmに設定されている。
ドレンパン38は、熱交換器30とファン22の下方に設置されており、底面部38aと周側部38bを備えた扁平な容器で構成されている。また、底面部38aの中央部分には穴が形成されその穴の周縁部から下方に、軸方向が短い円筒状の排水接続口38cが延びている。この排水接続口38cは、底面部11の排水用穴部11a内に位置しており、その先端部には外部に延びる排水管(図示せず)が接続される。
給湯パイプ40は、熱交換器30の上方に設置されている。給湯パイプ40は、熱交換器30の板状フィン32の長手方向の長さとほぼ同じ長さを有し、長手方向に沿って複数の孔(図示せず)が所定間隔で形成された円筒体で構成されている。この給湯パイプ40の一端には、ホース41が接続されており、他端は塞がれている。ホース41の先端部は、底面部11の給湯用穴部内に設置された給湯接続口42を介して外部に延びる給湯管(図示せず)に接続される。そして、給湯パイプ40から湯が供給されると、給湯パイプ40の長手方向に沿って形成された複数の孔から湯が流出し、下方の板状フィン32に湯を供給する。このように構成された蒸気発生装置10は、例えば、浴室内に設置される。この場合、給湯管から供給される湯の温度は60℃程度に設定される。
そして、蒸気発生装置10を使用する場合には、操作パネル12dのスイッチやリモコンなどを操作して、ファンユニット20を作動させるとともに、給湯パイプ40から板状フィン32に湯を供給する。これによって、図9に破線の矢印で示したように、最上段の板状フィン32の上面に湯が流れ落ちるとともに、ファン22が発生する空気流が、板状フィン32,33に向かって流れてくる。この場合、板状フィン32のフィン本体32aが前部(図9の右側)よりも後部(図9の左側)が低くなるように傾斜しているため、湯はフィン本体32aの上面を空気流の上流に向かって流れる。そして、湯はフィン本体32aの上面の下端部(後端部)まで流れると、ガイド壁34(図9では省略)によって開口部32bに誘導される。
さらに、開口部32b内に流れた湯は導水板35の上面に沿って、板状フィン33のフィン本体33aの上面における上部側(前部側)に流れる。このとき、導水板35の前端部がフィン本体33aの上面に接触しているため、湯は落下することなくスムーズにフィン本体33aの上面に流れていく。そして、湯はフィン本体33aの上面を、フィン本体32aの上面を流れたときと同様にして流れ、さらに下方のフィン本体32aの上面における上部側に流れる。このようなことが、下方の板状フィン32,33においても順次行われていく。また、新たに給湯パイプ40から供給される湯も同様にして流下していく。その間、湯は、ファン22からの空気流に当たることにより空気流を加熱するとともに蒸発し、空気流は蒸気を含む温風となって、送風口12eから浴室内に送られ、浴室内を加湿するとともに加熱する。
この際の熱交換器30内での湯と空気流との接触は、湯がフィン本体32a,33aの上面に沿って、前方から後方のファン22側に流れるのに対して、空気流が湯の流れに抗するように後方から前方に向かって流れるため、湯と空気流との接触時間及び接触距離が長くなり、湯と空気流との熱の交換効率が良くなる。また、湯は、各板状フィン32,44の上面を液膜状になって流れるため、湯と空気流の接触面積が広くなり、これによっても、熱交換の効率が良くなる。これによって、蒸気発生の効率がよくなり、浴室内を素早く温めることができる。なお、送風口12eから浴室内に放出される蒸気の温度は、42℃〜48℃程度になる。
以上のように、本実施形態に係る蒸気発生装置10には、空気流を発生するファンユニット20と、フィンに湯を掛ける給湯パイプ40と、湯とファンユニット20が発生する空気流とを接触させて蒸気を発生する熱交換器30とが備わっている。そして、熱交換器30には、上下に間隔をおいて配置され、かつそれぞれがファンユニット20が発生する空気流の上流側に向かって下り傾斜になった板状フィン32,33が備わっている。このため、板状フィン32,33の上面を流れる湯と空気流が対向して接触するようになり、蒸気発生の効率を向上させることができる。
また、板状フィン32,33に、それぞれ左右方向の位置が異なる開口部32b,33bを形成するとともに、開口部32b,33bの後縁部の下部からそれぞれ下方に位置する板状フィン32,33の前端側に延びる導水板35,37を設けている。さらに、板状フィン32,33の後縁部には湯を開口部32b,33bに導くガイド壁34,36が形成されている。このため、板状フィン32,33の上面を流れる湯が開口部32b,33b内に流れるとともに、開口部32b,33b内に流れた湯がそれぞれ下方の板状フィン32または板状フィン33に確実に流れるようになる。
図10は、本発明の他の実施形態に係る蒸気発生装置に備わった板状フィン52と、板状フィン52に取り付けられたガイド壁54および導水板55を示している。この板状フィン52は、フィン本体52aにそれぞれ複数の開口部52bとガイド溝52cとを形成した構成をしている。この板状フィン52は、ガイド溝52cが形成されていること以外は前述した板状フィン32と同じ構成をしており、前部よりも後部が下方に位置するように傾斜を設けて配置される。
ガイド溝52cは、開口部52bの左右両側にそれぞれ複数形成されており、各ガイド溝52cがそれぞれフィン本体52aの上面を流れる湯を開口部52bに向かわせるように形成されている。すなわち、開口部52bの左側(図10の状態での左側)に位置する複数(図10では5つ)のガイド溝52cは、それぞれ左端部が前方(上方)で右端部が後方(下方)に位置するように傾斜して開口部52bに向かって真っ直ぐに延びており、前後に一定間隔で平行して形成されている。また、開口部52bの右側(図10の状態での右側)に位置する複数(図10では5つ)のガイド溝52cは、それぞれ右端部が前方(上方)で左端部が後方(下方)に位置するように傾斜して開口部52bに向かって真っ直ぐに延びており、前後に一定間隔で平行して形成されている。
ガイド壁54は、前述したガイド壁34と同様にして、板状フィン52の後縁部に形成されている。導水板55は、前述した導水板35と同様の板本体55aと、板本体55aの左右両縁部に形成された堰55bとで構成されている。この堰55bは、板本体55aの両側縁部における後部を除いた部分に形成されている。また、図示は省略するが、この蒸気発生装置の熱交換器には、板状フィン52とは、後縁部における後方に突出した部分と前方に窪んだ部分との左右の位置が逆になった板状フィンも備わっており、この板状フィンと板状フィン52が上下交互に配置されている。先の実施形態では、ガイド部をガイド壁34で構成したが、本実施形態では、ガイド溝52cとガイド壁54でガイド部を構成している。この蒸気発生装置のそれ以外の部分の構成は、前述した蒸気発生装置10と同一である。
本実施形態に係る蒸気発生装置によると、板状フィン52等の上面にかけられた湯が板状フィン52等の上面全体に広がりながら開口部52bに向かうようになるため、蒸気発生の効率をさらに向上させることができる。また、導水板55上に流れた湯が、導水板55の側部から下方に落下することが防止され、下方に位置する板状フィン52等の上部側に確実に流れるようになる。このため、湯が各板状フィン52等の上面の大部分に接触しながら流れるようになり、蒸気発生の効率をさらに向上させることができる。この蒸気発生装置のそれ以外の作用効果は、前述した蒸気発生装置10と同様である。
図11は、本発明のさらに他の実施形態に係る蒸気発生装置に備わった板状フィン62と、板状フィン62に取り付けられた導水板65を示している。この板状フィン62は、フィン本体62aにそれぞれ複数の開口部62b(図11には1つしか図示していない)とガイド溝62cとを形成した構成をしており、フィン本体62aは、前縁部、後縁部ともに直線状に形成されている。また、この板状フィン62には、ガイド壁は設けられてなく、導水板65は堰が形成されていない扁平な板状に形成されている。この蒸気発生装置においても、板状フィンは、開口部62bおよび導水板65の位置を左右にずらした二種類のものが使用される。この蒸気発生装置のそれ以外の構成は、前述した蒸気発生装置10と同一である。
この実施形態に係る蒸気発生装置によると、熱交換器の構造が簡単になる。なお、この実施形態によっても、板状フィン62等の上面の湯はガイド溝52c等によって開口部62b等に向かうようにガイドされるため、上方に位置する板状フィン62等から下方に位置する板状フィン62等に向かって順次流れていく。なお、本実施形態の変形例として、導水板65の左右両側に堰を形成してもよい。
本発明に係る蒸気発生装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜変更して実施することができる。例えば、前述した各実施形態では、開口部32b,33b等を、フィン本体32a,33a等に形成した穴で構成しているが、これに代えて、フィン本体32a,33a等の縁部に形成した切欠き部で開口部を構成してもよい。この場合、フィン本体32a,33a等の縁部における切欠き部が位置する部分にはガイド壁は設けない。また、導水板35,37等の上端部は切欠き部の下方に位置させる。
また、前述した各実施形態では、開口部32b,33b等を、フィン本体32a,33a等の後端近傍から前部側に延びる細長い穴で構成しているが、開口部は、フィン本体32a,33a等の後端またはその近傍に形成した短い穴または切欠き部で構成してもよい。さらに、各開口部をそれぞれ複数の小さな穴で構成してもよい。さらに、前述した各実施形態では、ファン22を、プロペラファンで構成しているが、このファンは、クロスフローファン、シロッコファン、ターボファンなどで構成してもよい。これらのファンを用いる場合には、熱交換器30に対して水平方向から空気流が送られるようにする通風路などを設ける。また、本発明に係る蒸気発生装置のそれ以外の部分の構成についても本発明の技術的範囲内で適宜変更することができる。