JP5854945B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、温浴効果があるとされる微細気泡を発生させる浴槽アダプタを備えて給湯装置に関する。

浴槽に溜めた湯を追い炊きなどのために循環する配管を敷設した給湯装置において、温浴効果があるとされる微細気泡を発生させる浴槽アダプタを備えてものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の浴槽アダプタは、旋回する液体に気体を混合させる筒状の旋回混合室と、この旋回混合室の内周面の接線方向に液体を導入可能な液体導入口と、前記旋回混合室の軸心方向の一端部に形成された気体導入部と、この気体導入部と対向すると共に前記混合室の軸心方向の他端部に形成された気液吹き出し口と、を有している。

特開２０１０-２０７６７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の給湯装置は、アダプタ内で旋回流を作って気泡を引き込むので、圧力損失が大きくなるため循環流量が少なくなり、吹き出し口からの流量が少なくなるため、形成された微細気泡が浴槽に広がりにくいという問題点があった。
また、流量を少なくしないために給湯器本体内に内蔵された、吐出量の大きいポンプを使うことも考えられるが、この場合には、給湯器本体と浴槽とを、浴槽アダプタ及び循環回路配管を介して湯を循環させる循環系内の圧力増大とポンプのコストが高くなる等の問題点が生じる。
また、上記給湯装置では、浴槽アダプタの構造が複雑であり、例えば浴槽アダプタと循環回路配管との接続部位に制約があるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、構造が簡単で、微細気泡を小さな圧力損失で浴槽内に供給することができ、また浴槽アダプタと給湯機本体との接続部位の自由度が向上する給湯装置を得ることを目的とする。

この発明に係る給湯装置は、ポンプが内蔵された給湯機本体と浴槽との間で、流入側循環配管、浴槽アダプタ及び流出側循環配管を通じて湯が前記ポンプの駆動により循環する給湯装置であって、
前記浴槽アダプタは、前記流入側循環配管に接続された流入部と、この流入部に取付けられ流入部に空気を吸い込む吸気ノズルと、吹き出し口が前記浴槽内に臨み前記湯に取り込まれた前記空気を前記浴槽内に拡散させる吹き出し部と、前記吹き出し口の近傍に設けられ、気泡を破砕する気泡破砕棒と、を備えている。

この発明の給湯装置によれば、吹き出し口の近傍に気泡破砕棒を設けるという簡単な構造で、微細気泡を小さな圧力損失で浴槽内に供給することができる。
また、浴槽アダプタ内の流路が単純化できるために浴槽アダプタと給湯機本体との接続部位の自由度が向上する。

この発明の実施の形態１による給湯装置を示す概略構成図である。 図１の浴槽アダプタを示す概略構成図である。 図２の浴槽アダプタを示す正面図である。 図３のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面図である。 吸い込み口形成蓋を取り外した状態の浴槽アダプタの正面図である。 図５のＶＩ-ＶＩ線に沿った断面図である。 図２の気泡破砕棒を示す斜視図である。 従来の給湯装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態２による給湯装置の浴槽アダプタを示す概略構成図である。 図９の要部断面図である。 図１１（ａ）は従来の浴槽アダプタが浴槽に取付けられた様子を示す図、図１１（ｂ）は図９の浴槽アダプタが浴槽に取付けられた様子を示す図である。 図１２（ａ）はこの発明の実施の形態３による給湯装置の浴槽アダプタを示す概略構成図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の浴槽アダプタの変形例を示す図である。 この発明の実施の形態４による給湯装置の浴槽アダプタを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１の給湯装置により得られる気泡径の存在分布を示す図である。 この発明の実施の形態２の給湯装置により得られる気泡径の存在分布を示す図である。 この発明の実施の形態３，４の給湯装置により得られる気泡径の存在分布を示す図である。

以下、この発明の各実施の形態について、図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の給湯装置を示す概略構成図である。
この給湯装置では、浴槽２に浴槽アダプタ４が取り付けされている。この浴槽アダプタ４には、流入側循環配管３０Ａ及び流出側循環配管３０Ｂのそれぞれの一端部が接続されている。流入側循環配管３０Ａ及び流出側循環配管３０Ｂのそれぞれの他端部は、給湯器本体１に接続されている。
給湯器本体１内にはポンプ（図示せず）が内蔵されており、このポンプの駆動により、湯は給湯機本体１と浴槽２との間で、流入側循環配管３０Ａ、浴槽アダプタ４、浴槽２、浴槽アダプタ４、及び流出側循環配管３０Ｂを介して湯が循環する。

図２は図１の浴槽アダプタ４を水平方向に沿って切断したときの概略構成図、図３は浴槽アダプタ４を示す正面図、図４は図３のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面図、図５は吸い込み口形成蓋１４を取り外した状態の浴槽アダプタ４の正面図、図６は図５のＶＩ-ＶＩ線に沿った断面図である。
浴槽アダプタ４は、流入側循環配管３０Ａと接続される流入部３Ａと、この流入部３Ａに取付けられた吸気ノズル５と、円筒形状の筒部１２と、この筒部１２と同心で筒部１２の内側に配置された円筒形状の吹き出し部８と、を備えている。
また、浴槽アダプタ４は、ネジ穴２４が周方向に沿って複数形成されているとともに筒部１２に嵌入したつば部２１を有する円板形状の出入口仕切板１１と、この出入口仕切板１１に重ねて配置されネジ１５を用いて固定された吸い込み口形成蓋１４と、吹き出し部８内で軸線に対して直交して固定された図７に示す気泡破砕棒９と、吹き出し部８の開口部である吹き出し口６に取付けられた立体メッシュ１０と、流出側循環配管３０Ｂと接続される流出部３Ｂと、を備えている。図２では、気泡破砕棒９とその周囲の気泡の状態を模式的に示している。
出入口仕切板１１は、図５のハッチングで示したＣの部位では板厚が薄い段差部２２が形成されている。
この出入口仕切板１１に吸い込み口形成蓋１４を重ねることで、段差部２２では吸い込み口７が形成される。この吸い込み口７は、吹き出し部８と筒部１２との間に形成された戻り側流れ流路１３を介して流出部３Ｂと連通している。

気泡破砕棒９は、気泡の当たり面で剪断力が生じ気泡が破砕されて微細化するために気泡の衝突面が平面であり、またエッジでも剪断力が得られるように、図７に示すように、底辺の長さが他の２辺よりも長い二等辺三角柱形状である。気泡破砕棒９の底面に相当する面が気泡の衝突面Ｂである。
また、流路を細かく仕切る立体メッシュ１０は、破砕された微細気泡の合泡を防止するとともに、整流され直進性を保って微細気泡が浴槽２内の奥まで拡散させる機能を有している。
なお、立体メッシュ１０の仕切形状は、ハニカム形状、格子形状、蜘蛛の巣形状等であってもよい。

この実施の形態の給湯装置では、給湯器本体１のポンプの駆動により、湯は、流入側循環配管３０Ａを通じて浴槽アダプタ４の流入部３Ａに流れる。そして、この途中吸気ノズル５から自然吸気された空気が湯と混合し二相流（気泡流）となって吹き出し部８の吹き出し口６に向かって流れる。この途中、気泡流は、図７の矢印Ａに示す方向に流れて気泡破砕棒９の衝突面Ｂに衝突し、剪断力が生じ、気泡が破砕されて微細化する。
その後、微細化された気泡は、立体メッシュ１０を通過して浴槽２内の奥まで拡散する。
吹き出し口６から浴槽２内に流入した湯は、吸い込み口７、戻り側流れ流路１３、流出部３Ｂ及び流出側循環配管３０Ｂを通じて給湯器本体１に戻る。
そして、ポンプが駆動する間、湯は給湯機本体１と浴槽２との間で流入側循環配管３０Ａ、浴槽アダプタ４、流出側循環配管３０Ｂを介して循環するとともに、微細化された気泡は、浴槽２内に連続して供給される。

ところで、本願発明者は、実施の形態１の浴槽アダプタ４を用いた場合と、図８に示した、旋回流を浴槽アダプタ４Ａの内部で形成して吸気と同時に気泡を破砕する、上記特許文献１のものを用いた場合とのそれぞれの圧力損失を実験により求めた。
浴槽アダプタ４の場合、吹き出し部８の内径を８ｍｍ、気泡破砕棒９の衝突面Ｂの寸法を４ｍｍ×８ｍｍとし、湯を循環流量７Ｌ／ｍｉｎで循環させたときの圧力損失は、浴槽アダプタ４と吸気ノズル５を合わせて０．０１２ＭＰｓであった。
これに対して、吹き出し部の内径、循環流量を実施の形態１のものと同じくした図８の従来のものの場合は、圧力損失は、０．０７５ＭＰｓであり、この実施の形態の浴槽アダプタ４が従来の浴槽アダプタ４Ａを用いた場合と比較して圧力損失が小さいことが確認できた。

以上説明したように、この実施の形態による給湯装置によれば、浴槽アダプタ４は、流入側循環配管３０Ａに接続された流入部３Ａと、この流入部３Ａに取付けられ流入部３Ａに空気を吸い込む吸気ノズル５と、吹き出し口６が浴槽２内に臨み湯に取り込まれた空気を浴槽２内に拡散させる吹き出し部８と、吹き出し口６の近傍に設けられ、気泡を破砕する気泡破砕棒９と、を備えているので、吸気ノズル５から吸気された気泡が気泡破砕棒９に衝突して流れの剪断力で破砕され、気泡が簡単に微細化される。
また、旋回流の剪断力により吸気や吐出時に微細気泡を形成するのとは異なり、簡単な構造で、微細気泡を小さな圧力損失で浴槽２内に供給することができる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２の給湯装置の浴槽アダプタ４を水平方向に沿って切断したときの構成概略図、図１０の要部断面図である。
この実施の形態の給湯装置では、図１１（ｂ）に示すように、浴槽２の側壁に沿って浴槽アダプタ４の流入部３Ａ及び流出部３Ｂが延びている。
途中折曲部で直角に折曲された流入部３Ａは、折曲部の上流側で吸気ノズル５が取付けられている。流入部３Ａは、折曲部の下流側の部位には、径寸法が拡大した旋回流形成室２０が形成されている。筒部１２の腹部に先端部が接続された流出部３Ｂは、折曲部の上流側の流入部３Ａの部位と平行に延びている。
他の構成は、実施の形態１の浴槽アダプタ４と同じである。

この実施の形態の浴槽アダプタ４では、流入部３Ａを流れる湯は、途中吸気ノズル５から自然吸気された空気と混合し二相流（気泡流）となって流れる。引き続き、気泡流は、流入部３Ａの下流側に形成された旋回流形成室２０に入り、この旋回流形成室２０では流れ方向に沿って螺旋状の流れを形成して吹き出し部８の吹き出し口６に向かって流れる。
その途中、旋回流形成室２０で旋回流の中心に集まった気泡束は、気泡破砕棒９に衝突し、旋回流が気泡破砕棒９で整流されるときに生じる剪断力も加わって、微細気泡となる。その後、微細化された気泡は、立体メッシュ１０を通過して浴槽２内の奥まで拡散する。

この実施の形態の浴槽アダプタ４の場合、吹き出し部８の内径を８ｍｍ、気泡破砕棒９の衝突面Ｂの寸法を４ｍｍ×８ｍｍとし、湯を循環流量７Ｌ／ｍｉｎで循環させたときの圧力損失は、浴槽アダプタ４と吸気ノズル５を合わせて０．０１５ＭＰｓであった。
これに対して、同じ条件で行なった図８の従来のものの場合は、圧力損失は、０．０７５ＭＰｓであり、この実施の形態の浴槽アダプタ４が従来の浴槽アダプタ４Ａを用いた場合と比較して圧力損失が小さいことが確認できた。

また、従来の浴槽アダプタ４Ａは、図１１（ａ）に示すように、浴槽２の側壁面に対して流入部３Ａ、流出部３Ｂが垂直に延びており、例えば浴槽２と浴室の壁が隣接しており、かつ壁に穴を形成することができないような場合には対応することができない。
これに対して、この実施の形態の浴槽アダプタ４は、浴槽２の側壁に沿って流入部３Ａ及び流出部３Ｂが延びており、このような場合にも対応できる。

このように、この実施の形態による給湯装置によれば、実施の形態１の給湯装置と同様の効果を得ることができるとともに、浴槽アダプタ４内の流路が単純で簡単に変えられることができ、浴槽アダプタ４と、流入側循環配管３０Ａ，流出側循環配管３０Ｂとの接続部位の自由度が向上する。

実施の形態３．
図１２（ａ）はこの発明の実施の形態３の浴槽アダプタ４を水平方向に切断したときの構成概略図である。
この実施の形態では、吹き出し部１６は、先端部が水平方向に二股に分岐された分岐部２３を有している。
他の構成は、実施の形態１の浴槽アダプタ４と同じである。
この実施の形態の浴槽アダプタ４では、吹き出し部１６は、分岐部２３を有しており、流れの僅かな偏りで二つの吹き出し口６から均等に微細気泡が放出されない。
この現象を改善するためには、図１２（ａ）に示すように、気泡破砕棒９を分岐部２３の上流側に設ける必要がある。この際、水平に配置された分岐部２３と平行に気泡破砕棒９を流路内に設置することで、気泡破砕棒９は、気泡の破砕と整流の役割を果たし、二つに分かれた出口から安定的に均等に微細気泡が放出することを確認した。

なお、図１２（ｂ）に示すように、吹き出し部６に立体メッシュ１０を取り付けることで、浴槽２へ微細気泡の吹き出しが整流され直進性を増すことができる。

この実施の形態の浴槽アダプタ４の場合、吹き出し部１６の分岐部２３の流路内径を７ｍｍ、気泡破砕棒９の衝突面Ｂの寸法を４ｍｍ×７ｍｍとし、湯を循環流量７Ｌ／ｍｉｎで循環させたときの圧力損失は、浴槽アダプタ４と吸気ノズル５を合わせて０．０１２ＭＰｓであった。

この実施の形態による給湯装置によれば、実施の形態１の給湯装置と同様の効果を得ることができるとともに、吹き出し部１６は、先端部に分岐された分岐部２３を有しており、この分岐部２３の上流側に分岐部の並びと平行に気泡破砕棒９が設けられているので、気泡破砕棒９は、気泡の破砕と整流の役割を果たし、二つに分かれた吹き出し口６から安定的に均等に微細気泡を放出させることができる。

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４の浴槽アダプタ４を水平方向に切断したときの構成概略図である。
この実施の形態の浴槽アダプタ４では、吹き出し部１６は、先端部に水平方向に二股に分かれた分岐部２３を有している。
他の構成は、図９に示した実施の形態２の浴槽アダプタ４と同じである。

この実施の形態の浴槽アダプタ４も、実施の形態３のものと同様に、気泡破砕棒９は気泡の破砕と整流の役割を担わせるため、分岐流路の並びと平行に気泡破砕棒９を流路内に設置する。
また、この浴槽アダプタ４についても、実施の形態３と同様に、吹き出し部１６の吹き出し口６に立体メッシュ１０を取り付けることで、浴槽２へ微細気泡の吹き出しが整流され直進性を増すことができる。

この実施の形態の浴槽アダプタ４の場合、吹き出し部１６の分岐部２３の流路内径を７ｍｍ、気泡破砕棒９の衝突面Ｂの寸法を４ｍｍ×７ｍｍとし、湯を循環流量７Ｌ／ｍｉｎで循環させたときの圧力損失は、浴槽アダプタ４と吸気ノズル５を合わせて０．０１６ＭＰｓであった。

なお、本願発明者は、上記実施の形態１〜４の各浴槽アダプタ４で発生した微細気泡の目視で確認できる気泡径（５０μｍ以上）について存在率分布を実験により求めた。

この実施の形態による給湯装置によれば、実施の形態２の給湯装置と同様の効果を得ることができるとともに、吹き出し部１６は、先端部に分岐された分岐部２３を有しており、この分岐部２３の上流側に分岐部の並びと平行に気泡破砕棒９が設けられているので、気泡破砕棒９は、気泡の破砕と整流の役割を果たし、二つに分かれた吹き出し口６から安定的に均等に微細気泡を放出させることができる。

図１４〜１６は、そのときの実験結果を示す図である。
気泡径存在率分布は、高速度カメラで吹き出し部８，１６の吹き出し口６から放出される微細気泡を撮影した後、静止画に変換して写っている気泡の直径とその数から算出した。また、測定条件は、各実施の形態で圧力損失を測定した条件と同じである。

実施の形態１，２の浴槽アダプタ４では、図１４及び図１５から分かるように、気泡破砕棒９を設置しない場合との比較を行い、気泡破砕棒９によって、より細かな気泡側へと分布がシフトした。
したがって、気泡破砕棒９を流路に設置することで細かな泡の数が増える効果を確認した。
実施の形態３，４の浴槽アダプタ４では、気泡破砕棒９を設置しないと、吹き出し部１６の二つの吹き出し口６から均等に気泡がでない現象が起きるため、気泡破砕棒９を未設置で使うことはあり得ない。
全ての実施の形態において、旋回流を浴槽アダプタ内部で形成して吸気と同時に気泡を破砕する方式で生成した微細気泡の測定結果との比較においても遜色はなく、圧力損失低減効果を得ながら、微細気泡が生成できることを確認した。
また、浴槽２の側壁に沿って流入部３Ａ，流出部３Ｂを延出した場合も、流入部３Ａ，流出部３Ｂを側壁に対して垂直に延出した場合と比較して、微細気泡の状況に殆ど差がないことも確認できた。

１ 給湯機本体、２ 浴槽、３Ａ 流入部、３Ｂ 流出部、４ 浴槽アダプタ、５ 吸気ノズル、６ 吹き出し口、７ 吸い込み口、８，１６ 吹き出し部、９ 気泡破砕棒、１０ 立体メッシュ、１１ 出入り口仕切り板、１２ 筒部、１３ 戻り側流れ流路、１４ 吸い込み口形成蓋、１５ ネジ、２０ 旋回流形成室、２１ つば部、２２ 段差部、２３ 分岐部、２４ ネジ穴、３０Ａ 流入側循環配管、３０Ｂ 流出側循環配管、Ｂ 衝突面。

Claims (4)

1. ポンプが内蔵された給湯機本体と浴槽との間で、流入側循環配管、浴槽アダプタ及び流出側循環配管を通じて湯を前記ポンプの駆動により循環させる給湯装置であって、
   前記浴槽アダプタは、前記流入側循環配管に接続された流入部と、この流入部に取付けられ流入部に空気を吸い込む吸気ノズルと、吹き出し口が前記浴槽内に臨み前記湯に取り込まれた前記空気を前記浴槽内に拡散させる吹き出し部と、前記吹き出し口の近傍に設けられ、気泡を破砕する気泡破砕棒と、を備え、
   前記吹き出し部は、先端部に分岐された分岐部を有しており、この分岐部の上流側に分岐部の並びと平行に配設された前記気泡破砕棒が設けられていることを特徴とする給湯装置。
2. ポンプが内蔵された給湯機本体と浴槽との間で、流入側循環配管、浴槽アダプタ及び流出側循環配管を通じて湯を前記ポンプの駆動により循環させる給湯装置であって、
   前記浴槽アダプタは、前記流入側循環配管に接続された流入部と、この流入部に取付けられ流入部に空気を吸い込む吸気ノズルと、吹き出し口が前記浴槽内に臨み前記湯に取り込まれた前記空気を前記浴槽内に拡散させる吹き出し部と、前記吹き出し口の近傍に設けられ、気泡を破砕する気泡破砕棒と、を備え、
   前記気泡破砕棒は、三角柱形状であり、前記湯が壁面に対して垂直に衝突するように配置されていることを特徴とする給湯装置。
3. 前記吹き出し口には、立体メッシュが取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
4. 前記流入部、及び前記流出側循環配管に接続された流出部は、前記浴槽の側壁に沿って延出していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の給湯装置。

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