(57)【要約】【課題】安価で機械音や振動もなく、制御も簡易で、かつ水道管などに簡易的に取付けることのできる小型の冷水器およびその動作方法を提供する。【解決手段】冷水器は、水道管２の経路途中に設けて水道水を冷却するためのものである。冷水筒１は、内部の空間に水道水を粒状に散水できるように構成されている。吸着材５は、冷水筒１内の散水により蒸発した水分を吸着するよう構成されている。【選択図】図１
2010025523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道管の経路途中に設けて水道水を冷却するための冷水器であって、
内部の空間に水道水を散水できるように構成された冷水筒と、
前記冷水筒内の散水により蒸発した水分を吸着するよう構成された吸着材とを備えた、冷水器。
【請求項２】
水道管の経路途中に設けて水道水を冷却するための冷水器であって、
内部の空間に水道水を分流して放出できるように構成された冷水筒と、
前記冷水筒内の分流により蒸発した水分を吸着するよう構成された吸着材とを備えた、冷水器。
【請求項３】
前記吸着材を加熱するための加熱器をさらに備えた、請求項１または２に記載の冷水器。
【請求項４】
前記加熱器のオン時間をタイマー制御する制御部をさらに備えた、請求項３に記載の冷水器。
【請求項５】
前記吸着材中に埋め込まれ、かつ水蒸気が流通可能で前記吸着材が通り抜け不可能な壁面を有する管壁をさらに備えた、請求項１〜４のいずれかに記載の冷水器。
【請求項６】
前記吸着材を内部に保持する吸着筒と、
前記冷水筒と前記吸着筒とを互いに接続する蒸気配管とをさらに備え、
前記蒸気配管の前記吸着筒への接続箇所が複数箇所である、請求項１〜５のいずれかに記載の冷水器。
【請求項７】
前記吸着筒は、前記吸着材中および前記吸着筒外部の少なくともいずれかに配置された放熱用のフィンを有する、請求項６に記載の冷水器。
【請求項８】
前記吸着筒に接続された蒸気放出管をさらに備え、
前記蒸気配管は前記蒸気放出管に接続されている、請求項６または７に記載の冷水器。
【請求項９】
前記冷水筒の下流に配置された給水弁と、
前記蒸気配管に設置された開閉弁とをさらに備えた、請求項６〜８のいずれかに記載の冷水器。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷水器を用いて冷水を得るための前記冷水器の動作方法であって、
前記給水弁を開いた後に前記開閉弁を開く、冷水器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷水器およびその動作方法に関し、特に、水道管などに簡易的に取付けて冷水を得ることのできる冷水器およびその動作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷水器の従来例としては、特に図示はしないがたとえば冷蔵庫やルームエアコンなどに採用されている圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧装置などから構成される冷凍サイクルを用いて冷水を得る装置が一般的である。また、その他の例としては、特開平１０−１２２６９４号公報などがあった。
【０００３】
図７は、特開平１０−１２２６９４号公報に開示されている冷水製造蓄熱システムを簡略化して示す図である。図７を参照して、このシステムにおいては、水素吸蔵合金１６が水素放出時に吸熱する現象を利用して冷水が得られる。合金槽１４には、水素吸蔵合金１６と水素吸着に伴う発熱や水素放出に伴う吸熱を処理する熱交換器１７が設置されている。また合金槽１５には、水素吸蔵合金１６と水素吸着に伴う発熱や水素放出に伴う吸熱を処理する熱交換器１８が設置されている。
【０００４】
これら合金槽１４、１５は、水素配管１９を介して圧縮機２０に接続されている。また、各熱交換器１７、１８は水配管２１に接続されて、冷水を取出されたり冷却水を供給されたりする。
【０００５】
このシステムでは、圧縮機２０の駆動によって合金槽１５の水素吸蔵合金１６からは水素が脱着・放出されて、合金槽１４の水素吸蔵合金１６に吸着される。このとき、合金槽１５では水素の脱着に伴う吸熱作用により熱交換器１８を介して冷水が得られる。また合金槽１４では水素の吸着に伴う放熱作用となるため、冷却水は冷却塔（図示せず）に送られて排熱される。
【０００６】
各合金槽１４、１５の水素吸蔵合金１６が、処理可能な水素を吸着・脱着してしまうと、水素配管１９および水配管２１が点線で図示しているように切換わって、今度は合金槽１４から冷水を得て、合金槽１５が冷却されるサイクルとなる。
【特許文献１】特開平１０−１２２６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の冷水装置は以上のような構成であり、圧縮機や凝縮器、蒸発器、減圧装置などの機器類を備えたり、あるいは合金槽を備えるなど、装置として大きくなり簡易的に水道管に設置して冷水を得ることは不可能であった。
【０００８】
また、圧縮機などの稼動部を備えるため音や振動などもあり、制御も複雑で価格も高価となっていた。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価で機械音や振動もなく、制御も簡易で、かつ水道管などに簡易的に取付けることのできる小型の冷水器およびその動作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の冷水器は、水道管の経路途中に設けて水道水を冷却するための冷水器であって、冷水筒と、吸着材とを備えている。冷水筒は、内部の空間に水道水を散水できるように構成されている。吸着材は、冷水筒内の散水により蒸発した水分を吸着するよう構成されている。
【００１１】
本発明の一の冷水器によれば、冷水筒内で水道水を散水して水蒸気を生じさせ、そのときの蒸発潜熱により水道水を冷却することで冷水が得られる。このため、圧縮機などの機械的構成要素を用いることなく冷水を得ることができる。よって、圧縮機などを用いる場合よりも安価で機械音や振動もなく、制御も簡易な小型の冷水器を得ることができる。
【００１２】
また水道管に冷水筒を挿入するとともに、その冷水筒に吸着筒を接続するだけで、冷水器を現在の設備に簡単に取付けることができる。
【００１３】
本発明の他の冷水器は、水道管の経路途中に設けて水道水を冷却するための冷水器であって、冷水筒と、吸着材とを備えている。冷水筒は、内部の空間に水道水を分流して放出できるように構成されている。吸着材は、冷水筒内の分流により蒸発した水分を吸着するよう構成されている。
【００１４】
本発明の他の冷水器によれば、冷水筒内で水道水を分流させて水蒸気を生じさせ、そのときの蒸発潜熱により水道水を冷却することで冷水が得られる。このため、圧縮機などの機械的構成要素を用いることなく冷水を得ることができる。よって、圧縮機などを用いる場合よりも安価で機械音や振動もなく、制御も簡易な小型の冷水器を得ることができる。
【００１５】
また水道管に冷水筒を挿入するとともに、その冷水筒に吸着筒を接続するだけで、冷水器を現在の設備に簡単に取付けることができる。
【００１６】
上記の冷水器において好ましくは、吸着材を加熱するための加熱器がさらに備えられている。
【００１７】
この加熱器により吸着材が加熱されて、吸着材に吸着した水分が脱着放出されて、吸着材が再生される。
【００１８】
上記の冷水器において好ましくは、加熱器のオン時間をタイマー制御する制御部がさらに備えられている。
【００１９】
これにより、吸着材の再生を自動的に行なうことが可能である。
上記の冷水器において好ましくは、吸着材中に埋め込まれ、かつ水蒸気が流通可能で吸着材が通り抜け不可能な壁面を有する管壁がさらに備えられている。
【００２０】
このような管壁を設けたことにより、この管壁を通じて水蒸気が吸着材を通り抜けやすくなる。このため、管壁の壁面からも吸着材に水蒸気の水分を吸着させることが可能になり、水分の効率的な吸着が可能となる。
【００２１】
上記の冷水器において好ましくは、吸着材を内部に保持する吸着筒と、冷水筒と吸着筒とを互いに接続する蒸気配管とがさらに備えられている。蒸気配管の吸着筒への接続箇所は複数箇所である。
【００２２】
上記の冷水器において好ましくは、吸着筒は、吸着材中および吸着筒外部の少なくともいずれかに配置された放熱用のフィンを有している。
【００２３】
これにより、吸着材が水蒸気を吸着して発熱したときでも、その熱を効率よく放熱させて吸着を継続させることができる。
【００２４】
上記の冷水器において好ましくは、吸着筒に接続された蒸気放出管がさらに備えられており、蒸気配管は蒸気放出管に接続されている。
【００２５】
上記の冷水器において好ましくは、冷水筒の下流に配置された給水弁と、蒸気配管に設置された開閉弁とがさらに備えられている。
【００２６】
本発明の冷水器の動作方法は、上記の冷水器を用いて冷水を得るための冷水器の動作方法であって、上記給水弁を開いた後に開閉弁を開くことを特徴とする方法である。
【００２７】
本発明の冷水器の動作方法によれば、給水弁を開いた後に開閉弁を開くことで、給水弁が開く前に開閉弁が開くことが防止され、冷水筒内の水が蒸発して蒸発潜熱により水面が凍結することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、安価で機械音や振動もなく、制御も簡易で、かつ水道管などに簡易的に取付けることのできる小型の冷水器およびその動作方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図１は、本発明の一実施の形態における冷水器の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態の冷水器は、水道管２の経路途中に設けて水道水を冷却するための冷水器である。この冷水器は、冷水筒１と、給水弁３と、吸着筒４と、吸着材５と、加熱器６と、開閉弁７と、蒸気配管８と、蒸気放出弁９と、蒸気放出管１０と、制御装置３２とを主に有している。
【００３１】
冷水筒１は、水道管２の経路の途中に配置されており、その内部空間で水道管２から供給された水道水を気中に粒状に散水できるように構成されている。たとえば冷水筒１の内部の径Ｄ１が水道管２の管径Ｄ２よりも大きくなるように冷水筒１は構成されている。給水弁３は、冷水筒１の排水経路側に取り付けられており、冷水筒１から水道管２への水道水の排水を制御するためのものである。
【００３２】
吸着筒４は、開閉弁７を介して蒸気配管８により冷水筒１と接続されている。この蒸気配管８は、複数の接続口（たとえば吸着筒４の上下２カ所の接続口８ａ、８ｂ）にて吸着筒４に接続されている。
【００３３】
吸着材５および加熱器６は、この吸着筒４内に設置されている。吸着材５は、冷水筒１内の散水により蒸発した水分を吸着するよう構成されている。この吸着材５は、たとえば水蒸気吸着材ＦＡＭ（Functional Adsorbent Material）、Ｓｉ（シリコン）含有量が５〜９ｍｏｌ％のＳＡＰＯ−３４（ＣＨＡ構造を有するシリカアルミノフォスフェート（Silico-Alumino-phosphate））が用いられる。
【００３４】
上記ＦＡＭは、３．８〜７．３Åの均一な細孔径を有するゼオライト系化合物であり、このＦＡＭには、再生温度が４５〜６０℃で、細孔径が０．７３ｎｍのＦＡＭ−Ｚ０１、再生温度が６０〜１００℃、細孔径０．３８ｎｍのＦＡＭ−Ｚ０２（Ｓｉ含有量が７．５ｍｏｌ％のＳＡＰＯ−３４）などがある。
【００３５】
加熱器６は、たとえば電気ヒータであり、電源装置３１に電気的に接続されて通電されることにより、吸着材５を加熱することが可能である。蒸気放出管１０は、吸着材５から脱着放出した水分を吸着筒４から排出するためのものである。この蒸気放出管１０は、吸着筒４の上部に接続されており、蒸気放出弁９を有している。制御装置３２は、給水弁３、開閉弁７および蒸気放出弁９の開閉動作を制御するとともに、タイマー機能を有しており、そのタイマー機能により加熱器６への通電のオン／オフを制御するためのものである。
【００３６】
次に、本実施の形態の冷水器を用いて冷水を得ようとするときの動作について説明する。
【００３７】
図１を参照して、まず吸着材５は水分を放出して再生された状態にあり、この状態から、給水弁３および開閉弁７が制御装置３２により制御されて開いた状態とされる。
【００３８】
給水弁３が開くことにより冷水筒１内の水道水が排出されていき、冷水筒１内の水面が下がり、冷水筒１への水道水の供給口と冷水筒１内の水面との間に隙間が生じる。これにより水道水は水道管２から冷水筒１の内部空間の気中へ粒状に散水されながらに供給されるようになる。冷水筒１内に散水された水道水の一部は蒸発し、水蒸気となる。
【００３９】
このとき、開閉弁７は開いた状態にあるため、冷水筒１内で生じた水蒸気は蒸気配管８を通じて吸着筒４へ達し、吸着筒４内の吸着材５の水分吸着作用により吸着される。また水道管２から冷水筒１内に散布された水道水は、散水によりその一部が蒸発するため蒸発潜熱により冷却されて冷たくなり、冷水として給水弁３を介して給水される。
【００４０】
この冷水供給は、吸着材５の水分吸着が飽和になるまで可能であり、その後、開閉弁７は制御装置３２により制御されて閉じた状態となる。
【００４１】
開閉弁７が閉じた状態となった後、電気ヒータなどの加熱器６が電源装置３１により通電される（つまりオン状態とされる）とともに蒸気放出弁９が開いた状態となるように制御装置３２により制御される。この加熱器６の通電により、吸着材５は加熱されて吸着した水を脱着放出し、放出された水蒸気は蒸気放出弁９、蒸気放出管１０を介して外部に放出される。
【００４２】
この加熱による吸着材５の再生は、予め設定された時間行なわれる。つまり、制御装置３２のタイマー機能により、加熱器６の電源装置３１による通電が開始されてから予め設定された時間だけ、その通電状態が維持される。この後、加熱器６への通電が遮断される（つまりオフ状態とされる）とともに蒸気放出弁９が閉じた状態となるように制御装置３２により制御される。
【００４３】
上記の動作を繰り返すことにより、本実施の形態の冷水器を用いて繰り返し冷水を得ることができる。
【００４４】
次に、本実施の形態の冷水器における冷水供給量、吸着材５の量、および加熱器６としての電気ヒータの容量について説明する。
【００４５】
供給可能な冷水量を１リットル（コップ約５杯分）とした場合、１リットルの水を２５℃から１０℃まで冷却するために必要な熱量は６２７６０Ｊ（１５０００ｃａｌ）となる。水１ｇの蒸発潜熱は約２４２７Ｊ／ｇ（５８０ｃａｌ／ｇ）になる。このため、上記冷却熱量を得るために必要な水の蒸発量は２５．８ｇとなるが、熱損失なども含めて約３０ｇの水を蒸発させることとする。
【００４６】
一方、吸着材５については、比較的低温度（５０℃前後）で水分の吸着・脱着を行なわせることも可能なＦＡＭ−Ｚ０２吸着材（化学工学論文集Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．４、ｐ．２７３、２００５に記載のもの）の特性を利用して概算する。
【００４７】
この吸着材１ｇの水分吸着能力は０．１５ｇ程度であるため、水３０ｇの吸着には２００ｇの吸着材５、体積にして約３４０ｃｃ程度の吸着材５が必要となる。このため、吸着筒４の寸法は内径４０ｍｍ、高さ３００ｍｍ程度となる。
【００４８】
吸着時の発熱量は、水１ｇ吸着時に約３２２２Ｊ（７７０ｃａｌ）であるため、水３０ｇのときは９６６５０Ｊ（２３１００ｃａｌ）となる。このため、吸着材５の再生時の加熱量もこの値となり、熱量として２７ＷＨ、すなわち５０Ｗの電気ヒータを用いるときは約０．５時間で吸着材５を再生することが可能となる。
【００４９】
本実施の形態によれば、冷水筒１内で水道水を散水して水蒸気を生じさせ、そのときの蒸発潜熱により水道水を冷却して冷水を得ている。このため、圧縮機などの機械的構成要素を用いることなく冷水を得ることができる。よって、圧縮機などを用いる場合よりも安価で機械音や振動もなく、制御も簡易な小型の冷水器を得ることができる。
【００５０】
また水道管２に冷水筒１を挿入するとともに、その冷水筒１に吸着筒４を接続するだけで、冷水器を現在の設備に簡単に取付けることができる。
【００５１】
なお、上記の冷水を得る動作において冷水供給開始時に、給水弁３が開いた状態となる前に開閉弁７が開いた状態となると、冷水筒１内の水が蒸発して蒸発潜熱により水面が凍結することもあるため、開閉弁７の開動作は給水弁３が開いた後にすることが望ましい。
【００５２】
また吸着材５の再生の終了について、上記においては制御装置３２のタイマー機能によって設定された時間の経過後に再生が終了する場合について説明したが、吸着材５の温度を検知することによって再生が終了されてもよい。
【００５３】
また、吸着材５の内部には図２に示すように管壁１１が埋め込まれていてもよい。この管壁１１は、水蒸気が流通可能で、かつ吸着材５が通り抜け不可能な壁面を有している。管壁１１は、図３に示すように、たとえば水蒸気が流通可能で、かつ吸着材５が通り抜け不可能なサイズの網目の壁面を有している。
【００５４】
このような管壁１１は複数本、吸着材５の内部に埋め込まれていてもよい。この管壁１１は吸着材５の上端から下端に達するように配置されていることが好ましい。
【００５５】
このような管壁１１を設けたことにより、この管壁１１を通じて水蒸気が吸着材５の上端と下端との間を通り抜けやすくなる。このため、管壁１１の壁面（たとえば網目）からも吸着材５に水蒸気の水分を吸着させることが可能になり、水分の効率的な吸着が可能となる。
【００５６】
また、吸着材５は水蒸気を吸着するときに発熱するが、この熱を放熱させて効率よく吸着を継続させるために、図４に示すように吸着材５中に放熱用のフィン１２が設置されてもよく、また吸着筒４の外周面にも放熱用のフィン１３が設置されてもよい。この放熱用のフィン１２、１３は、それぞれ吸着筒４に取り付けられている。この放熱用のフィン１２、１３は、それぞれ単独で吸着筒４に設けられていてもよく、また図４に示すように組み合わせられて吸着筒４に設けられていてもよい。
【００５７】
また図１では、蒸気放出管１０は吸着筒４に直接接続されているが、図５に示すように蒸気配管８に接続され、この蒸気配管８を介して吸着筒４に接続されてもよい。
【００５８】
また図１では、冷水筒１の内部空間で水道管２から供給された水道水を粒状に散水するために、冷水筒１の内径Ｄ１を水道管２の内径Ｄ２よりも大きくした構成について説明したが、これ以外の構成により、冷水筒１の内部空間で水道水が粒状に散水されてもよい。たとえば図１に示す冷水筒１の内部（または冷水筒１と水道管との境界）に図６（Ａ）に示すような複数の貫通孔５１ａが形成された板５１を配置して、水道水がこれら複数の貫通孔５１ａを通過するように構成することにより、冷水筒１の内部空間で水道水が粒状（シャワー状）に散水されてもよい。
【００５９】
また図６（Ｂ）に示すように水道管２を流れる水道水を複数の流路に分岐して冷水筒１の内部空間に放出できるように分岐配管５２が設けられていてもよい。
【００６０】
つまり、水道管２内を流れる水道水を複数流路（粒状または分流）に分けて冷水筒１内の気中（冷水筒１の内部空間）に放水することにより、水道水は気中で蒸発しやすくなるので、冷水筒１がそのように構成されていればよい。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、水道管などに簡易的に取付けて冷水を得ることのできる冷水器に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態における冷水器の構成を示す概略図である。
【図２】吸着材に管壁が埋め込まれた構成を示す概略断面図である。
【図３】網目の壁面を有する管壁の構成を示す概略斜視図である。
【図４】吸着材中および吸着筒の外周面の双方に放熱用のフィンが設置された様子を冷水筒の上蓋を透視して示す概略平面図である。
【図５】蒸気配管が蒸気放出管に直接接続され、蒸気放出管を介して吸着筒に接続された構成を示す概略図である。
【図６】冷水筒の内部空間で水道管から供給された水道水を粒状に散水するための他の構成を示す概略図（Ａ）、および水道管を流れる水道水を複数の流路に分岐して冷水筒の内部空間に放出するための構成を示す概略図（Ｂ）である。
【図７】特開平１０−１２２６９４号公報に開示されている冷水製造蓄熱システムを簡略化して示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  冷水筒、２  水道管、３  給水弁、４  吸着筒、５  吸着材、６  加熱器、７  開閉弁、８  蒸気配管、８ａ，８ｂ  接続口、９  蒸気放出弁、１０  蒸気放出管、１１  管壁、１２，１３  フィン、３１  電源装置、３２  制御装置、５１  板、５１ａ  貫通孔、５２  分岐配管。
【図１】
2010025523.tif 000003
【図２】
2010025523.tif 000004
【図３】
2010025523.tif 000005
【図４】
2010025523.tif 000006
【図５】
2010025523.tif 000007
【図６】
2010025523.tif 000008
【図７】
2010025523.tif 000009