(57)【要約】【課題】  ユーザに満足感を与え得るシャワーヘッドを提案する。【解決手段】  本発明の一態様のシャワーヘッド６は、気液相を旋回させる旋回空間ＳＰ１２、および、シャワーホースに連結され旋回空間ＳＰ１２に開口する湯水導入路ＳＰ１１を有するヘッド筺体６１と、複数の貫通孔ＨＬ１，ＨＬ２を有し、旋回空間ＳＰ１２を閉じるシャワー板６２とを備える。気液相はヘッド筺体６１の旋回空間ＳＰ１２で分離された後に吐出されるため、シャワーホースから湯水導入路ＳＰ１１を通じて流れる気泡が断続的になっていたとしても、当該湯水導入路ＳＰ１１を通じて流れる湯水が継続的に出湯され得る。【選択図】        図８
2019055115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液相を旋回させる旋回空間、および、シャワーホースに連結され前記旋回空間に開口する湯水導入路を有するヘッド筺体と、
複数の貫通孔を有し、前記旋回空間を閉じるシャワー板と
を備えることを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
前記湯水導入路は、上流側から下流側に向かう中途部位から前記旋回空間に開口する第１分岐路と、前記中途部位から前記第１分岐路の開口よりも前記シャワー板側に開口する第２分岐路とに分かれ、
前記第１分岐路と前記第２分岐路とは切り替え可能とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記湯水導入路には、前記シャワーホースから供給される湯水に乱流を発生させる乱流発生部材が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記湯水導入路の上流側の端部は、気液分離部によって分離された気体と湯水とを合流する合流部と接続される前記シャワーホースに連結される
ことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給水配管から供給される水を加熱し、その加熱結果として得られる湯水を給湯配管から水栓に供給する給湯装置が知られている。近年では、水栓に供給する湯水を節水する要請が高まっている。
【０００３】
この要請を満たす１つの方法として、水栓に供給する湯水に空気を加圧溶解させて混入することが考えられる。例えば、給湯装置内の給湯回路に空気を加圧混入する加圧混入手段を設けた給湯装置が提案されている（下記特許文献１参照）。この給湯装置では、シャワーヘッドやカランからお湯や水を使用するとき、この湯水が大気に開放されるため、湯水に溶け込んでいた空気が微細気泡となってシャワーヘッドやカランから噴出する。この結果、利用者としては、体感するボリュームが溶け出た空気分（微細気泡分）多くなるので、湯水の量を絞っても今までと同じ体感ボリュームとなり、節水することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、給湯装置内の給湯回路に空気が加圧混入された場合、給湯装置から水栓までの流路における流速や圧力の変動箇所で気泡が生じ、当該気泡が流路に沿って断続的に流れる傾向がある。この気泡は圧縮された状態にあるため、水栓から吐出されるときには膨張して出湯を妨げる要因となる。したがって、気泡が流路に沿って断続的に流れた場合、水栓から湯水が断続的に出湯（すなわちスラグ流化による断続出湯）しない傾向が高くなり、ユーザの満足感を損なわせる可能性が想定される。
【０００６】
そこで本発明は、ユーザに満足感を与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明のシャワーヘッドは、気液相を旋回させる旋回空間、および、シャワーホースに連結され前記旋回空間に開口する湯水導入路を有するヘッド筺体と、複数の貫通孔を有し、前記旋回空間を閉じるシャワー板とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このシャワーヘッドでは、シャワーホースから湯水導入路を通じてヘッド筺体の旋回空間に気液相が流入すると、その旋回空間を気液相が旋回する。この気液層の湯水は、旋回に伴って発生する遠心力によって外側に移動しながらシャワー板に向かって流れ、シャワー板の貫通孔を介して吐出される。一方、気液相の気体は、旋回に伴って発生する遠心力によって内側に移動しながらシャワー板に向かって流れ、シャワー板の貫通孔を介して吐出される。
このように気液相はヘッド筺体の旋回空間で分離された後に吐出されるため、シャワーヘッドの狭窄部である貫通孔では気相と液相が交互に流れることなく、気相と液相の両方が分離したまま流れるようになる。したがって、シャワーホースから湯水導入路を通じて流れる気泡が断続的になっていたとしても、当該シャワーホースから湯水導入路を通じて流れる湯水は継続的に出湯させることが可能となる。
こうして、ユーザに満足感を与え得るシャワーヘッドが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の給湯システムを示す図である。
【図２】浴室水栓の様子を主に示す図である。
【図３】洗面所水栓の様子を主に示す図である。
【図４】台所水栓の様子を主に示す図である。
【図５】気液分離部における筺体の一部が切り取られた気液分離部の外観構造を例示する。
【図６】旋回空間における液流および気流の様子を示す図である。
【図７】合流部の断面を概略的に例示する図である。
【図８】シャワーヘッドの構成を示す図である。
【図９】流路切替部における湯水導入路の分岐部以降の経路が第２分岐路に切り替えられた場合を示す図である。
【図１０】シャワーホースの断面の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明における実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。
【００１１】
（１）第１実施形態
＜給湯システム＞
図１は、第１実施形態の給湯システムを示す図である。図１に示すように、本実施形態の給湯システム１は、給湯装置２、出湯安定化装置３、浴室水栓１００、洗面所水栓２００、台所水栓３００を主な構成要素として備える。
【００１２】
本実施形態の給湯システム１では、給湯装置２から出た湯はヘッダＨＤで給湯配管１０Ａ〜１０Ｃに分岐され、当該給湯配管１０Ａ〜１０Ｃそれぞれに設けられる出湯安定化装置３に至る。出湯安定化装置３は、気液分離部３１、合流部３２および気液再分離部３３で構成される。ただし、気液再分離部３３は省略されていてもよい。
【００１３】
出湯安定化装置３は、気液分離部３１で、導入された気液相を、遠心力によって気相と液相に一旦分離する。分離された気相と液相は、合流部３２で、再び気液相に戻す。一連の分離、合流によって、出湯安定化装置３に導入された際には、気泡が断続的（スラグ流）になっていたものが（給湯配管１０Ａ中を、気相と液相が交互に流れていたものが）、合流部３２以降の５０ｃｍ〜１ｍ位は配管内を気相と液相の両方が一定割合を維持したまま流れようになる（気泡流）。
【００１４】
給湯配管１０Ａに設けられる出湯安定化装置３の合流部３２から出た気液相は、浴室水栓１００に至る。浴室水栓１００はサーモカートリッジを用いた混合水栓で、ワックスサーモを用いた湯水混合部４５、カラン／シャワー切替部４６、シャワーホース５、シャワーヘッド６、カランである水栓パイプ４Ａを主な構成要素として備える。
【００１５】
図２のラインＬＮ１で示すように、給湯配管１０Ａの合流部３２からの気液相は、浴室水栓用の各フィルターを通過後、湯水混合部４５に至る。また、図２のラインＬＮ２で示すように、給水元からの水は、浴室水栓用の各フィルターを通過後、湯水混合部４５に至る。
【００１６】
湯水混合部４５は利用者の設定される温度に基づいて合流部３２から出た湯（気液相）と、給水元からの水を所定割合で混合する。すなわち、設定される温度に対して湯温が高い場合には湯側流路を狭窄して湯量を少なくし、給水元からの水の水量を増やすことで、カラン（水栓パイプ４Ａ）又はシャワーヘッド６から出る湯温を利用者の設定される温度に近づける。前記狭窄部を通過する時の流量は、例えばハーゲンポアズイユの式から求められ、同じ狭窄量ならは、気相時と液相時で通過流量が大きく異なる。しかし本願の出湯安定化装置３の気液分離部３１および合流部３２によって、前記狭窄部を通過する時に、気液相を、気相と液相が交互に流れていたものを気相と液相の両方が一定割合を維持した流れとすることで、通過流量の変動を無くす構成としている。
【００１７】
湯水混合部４５から出た湯と水との混合水はカラン／シャワー切替部４６に至る（図２のラインＬＮ３で示す実線）。カラン／シャワー切替部４６は、出湯先をカラン、シャワーに切替えるものであって、閉止機能も持ち合わせている。
【００１８】
カラン／シャワー切替部４６でシャワーが選択されている場合には、気液相のままの状態でシャワーホース５に至る（図２のラインＬＮ４で示す破線）。シャワーホース５内は、複数の突起が設けられている。例えば内部突起のない通常のシャワーホース内に突起を持つスパイラルチューブ等を挿入する事で、内部突起を持つシャワーホース５が形成される。この内部突起を持つシャワーホース５を経てシャワーヘッド６（図１）の貫通孔から湯が出る。シャワーヘッド６（図１）の貫通孔部もまた狭窄部であるので、気泡が断続的だと（気相と液相が交互に流れると）、シャワーヘッド６を持つことが出来ないほどの振動が出て、シャワーヘッド６が暴れてしまう。そのような事態を回避するために、シャワーホース５内で気泡どうしが合流して気泡が断続的となる流れとなることを防止するために（気液２相流を連続的に保つために）、シャワーホース５内に内部突起を設けている。この結果、シャワーヘッド６が暴れることなく、スムーズな気泡を含む水流が得られ、利用者としては、体感するボリュームが気泡分多くなるので、湯水の量を絞っても今までと同じ体感ボリュームとなり、節水することができる。
【００１９】
カラン／シャワー切替部４６でカラン（水栓パイプ４Ａ）が選択されている場合には、気液相の湯水は、図２のラインＬＮ５で示されるように一旦浴室水栓１００外に出て、気液再分離部３３にて気液相を気相と液相に分離し、液相のみを再度浴室水栓１００に戻して（図２のラインＬＮ６で示す破線）、カラン（水栓パイプ４Ａ）から液相の湯水のみを出湯させる。
【００２０】
一方、図１に示すように、給湯配管１０Ｂに設けられる出湯安定化装置３の合流部３２から出た気液相は、洗面所水栓２００に至る。洗面所水栓２００は、蛇口（バルブ）４４および水栓パイプ４Ｃを主な構成要素として備える。本実施形態の場合、蛇口（バルブ）４４は、それぞれ独立した湯側蛇口（バルブ）４４Ａと水側蛇口（バルブ）４４Ｂを持っている。
【００２１】
図３に示すように、給湯配管１０Ｂからの湯（気液相）は出湯安定化装置３の気液分離部３１および合流部３２、湯側蛇口４４Ａを順次経て気液再分離部３３にて気液相を気相と液相に分離し、液相のみが水栓パイプ４Ｃに至る。また、水側蛇口４４Ｂから出た水も水栓パイプ４Ｃに至る。水栓パイプ４Ｃの起端は、湯と水の２つを受け入れるように構成されている。
【００２２】
なお本実施形態の洗面所水栓２００では、２つの蛇口（バルブ）４４Ａ，４４Ｂで流量が独立して設定された湯水がカランである水栓パイプ４Ｃから混合供給される。利用者は２つの蛇口（バルブ）４４Ａ，４４Ｂで流量を独立して設定することで、希望の温度の湯水を水栓パイプ４Ｃから出し得る。２つの蛇口（バルブ）４４Ａ，４４Ｂは共に狭窄部であるので、湯側蛇口（バルブ）４４Ａを通過する気液相を出湯安定化装置３の気液分離部３１および合流部３２によって、気相と液相が交互に流れていたものを、気相と液相の両方が一定割合を維持した流れとすることで、通過流量の変動を無くして、混合後の水栓パイプ４Ｃから出る湯温を安定させることが出来る。
【００２３】
なお、湯は出湯安定化装置３の気液分離部３１および合流部３２、湯側蛇口４４Ａを順次経て気液再分離部３３にて気液相を気相と液相に分離し、液相のみが水栓パイプ４Ｃに至る。また、水側蛇口４４Ｂから出た水も水栓パイプ４Ｃに至る。水栓パイプ４Ｃの起端は、湯と水の２つを受け入れるように構成されている。
【００２４】
他方、図１に示すように、給湯配管１０Ｃに設けられる出湯安定化装置３の合流部３２から出た気液相は、台所水栓３００に至る。台所水栓３００は、蛇口（バルブ）４４、湯水混合部４５および水栓パイプ４Ｄを主な構成要素として備える。
【００２５】
図４に示すように、蛇口（バルブ）４４は、例えば回転可能な湯水混合部４５の回転軸に沿った出し入れ方向ＤＡに沿って出し入れ可能な構造を有する。また、温度調整機構である湯水混合部４５は例えば回転方向ＤＢに沿って回転可能な構造を有し、当該基準位置からの回転位置（回転の方向および回転角）に対応する温度となるよう湯水を混合する。湯水混合部４５で混合された湯水はカランである水栓パイプ４Ｄから供給される。温度調整機構である湯水混合部４５や蛇口４４は狭窄部であるので、台所水栓３００に気液相である湯が入る前に出湯安定化装置３の気液分離部３１（図１）及び合流部３２（図１）によって、気相と液相が交互に流れていたものを、気相と液相の両方が一定割合を維持した流れとすることが必要である。これによって、狭窄部通過流量の変動を無くして、混合後の水栓パイプ４Ｄから出る湯温を安定させることが出来る。給湯配管１０Ｃからの湯は図示されない出湯安定化装置３を通過後、台所水栓の温度調整機構である湯水混合部４５や蛇口４４に至る。例えば台所水栓の５０ｃｍ〜１ｍ手前に出湯安定化装置３の気液分離部３１（図１）及び合流部３２（図１）を設けることで、安定した湯水量制御となる。なお、気液分離部３１及び合流部３２は、図４では省略しているが、気液再分離部３３よりも上流側に配置されている。
【００２６】
なお、出湯安定化装置３から台所水栓に至った湯は、先に一方の温度調整機構である湯水混合部４５を経て他方の蛇口４４に至っても、先に一方の蛇口４４を経て他方の温度調整機構である湯水混合部４５に至っても、どちらでも構わない。一方を通過後には、一方の狭窄部で出湯安定化装置３を経た時と同じように気相と液相の両方が一定割合を維持した流れとなるので、一方から他方までの距離が５０ｃｍ〜１ｍ以内であれば良いが、本実施形態の台所水栓３００では、温度調整機構である湯水混合部４５と蛇口４４は同一台所水栓に設けてあるので、２者の距離は極めて近い。さらに本実施形態の台所水栓３００では、同一台所水栓内に気液再分離部３３を内蔵させた構成としている。
【００２７】
＜給湯装置＞
給湯装置２は、ファン２１、燃焼ユニット２２、顕熱熱交換器２３、潜熱熱交換器２４、制御部２５および気泡混入器２６を主な構成要素として備える。
【００２８】
ファン２１は、給湯装置２のケースに設けられる給気口から供給される大気を燃焼ユニット２２に送る。燃焼ユニット２２は、ガス管１１から供給されるガスを燃焼ユニット２２内のバーナで燃焼する。
【００２９】
顕熱熱交換器２３は、ファン２１によって送られる大気の流路上であって燃焼ユニット２２よりも下流側に設けられている。この顕熱熱交換器２３は、燃焼ユニット２２の燃焼ガスから主に顕熱を回収し、給水管１２から潜熱熱交換器２４を介して給水元から供給される水を加熱する。
【００３０】
潜熱熱交換器２４は、ファン２１によって送られる大気の流路上であって顕熱熱交換器２３よりも下流側に設けられている。この潜熱熱交換器２４は、顕熱熱交換器２３で顕熱を回収された排気中からさらに潜熱を回収し、給水管１２から供給される水を加熱する。
【００３１】
制御部２５は、上述のファン２１および燃焼ユニット２２と、給水管１２に設けられる給水流量センサ１３と、顕熱熱交換器２３の出力側に連結される出湯配管１４に設けられる給湯サーミスタ１５とにそれぞれ電気的に接続される。
【００３２】
制御部２５は、給水流量センサ１３から水流を検出した場合、給湯サーミスタ１５から得られる出湯温度と内部メモリに設定された給湯設定温度とが一致するよう、燃焼ユニット２２に供給されるべきガス量を調整する。このとき制御部２５は、燃焼ユニット２２に供給されるガス量とファン２１によって送られる大気量とが所定の関係に保たれるよう、当該ファン２１の回転数を調整する。
【００３３】
このようにして制御部２５は、水栓の使用があった場合には給湯設定温度の湯水を出湯配管１４に出湯させるようになっている。
【００３４】
気泡混入器２６は、顕熱熱交換器２３から供給される湯水に気泡を混入する機器であり、当該機器であれば気泡混入器２６の構成要素は特に限定されない。本実施形態の場合、気泡混入器２６は、減圧弁２６Ａ、ポンプ２６Ｂ、フィルタ２６Ｃ、バッファタンク２６Ｄ、気液混合部２６Ｅおよびポンプ調整部２６Ｆを有する。
【００３５】
減圧弁２６Ａは出湯配管１４に設けられ、ポンプ２６Ｂ、フィルタ２６Ｃおよびバッファタンク２６Ｄは大気用配管１６に設けられる。出湯配管１４および大気用配管１６は気液混合部２６Ｅの入力側に連結され、当該気液混合部２６Ｅの出力側には主給湯配管１０Ｄが連結される。ポンプ調整部２６Ｆは、気液混合部２６Ｅ内の空気圧を認識し、当該空気圧が規定圧となるようにポンプ２６Ｂの吐出圧を調整する。
【００３６】
この気泡混入器２６では、顕熱熱交換器２３から出湯配管１４を介して供給される湯水の水圧が減圧弁２６Ａによって減圧され、当該減圧された湯水が気液混合部２６Ｅに送出される。
【００３７】
一方、ポンプ２６Ｂによって、給湯装置２のケース外部またはケース内部の気体が規定圧でフィルタ２６Ｃから大気用配管１６に取り込まれ、バッファタンク２６Ｄを介して気液混合部２６Ｅに送出される。なお、バッファタンク２６Ｄでは、規定圧に圧縮された気体の気圧変動が抑制される。
【００３８】
気液混合部２６Ｅでは、出湯配管１４から送出される湯水に対して、大気用配管１６から送出される導入された非溶解空気は分断されて、例えば平均内径が１６ｍｍ程度の大気泡が断続的（流路径より小さい気泡が分散しているのではなく、流路断面をほぼ満たした大気泡と液相中に小気泡を含む部分とが交互）に主給湯配管１０Ｄを流出する。
【００３９】
＜出湯安定化装置＞
出湯安定化装置３は、上述したように、気液分離部３１および合流部３２を主な構成要素として備え、これに気液再分離部３３を加えた構成としても良い。
【００４０】
気液分離部３１は、給湯装置２と水栓の蛇口（バルブ）４４との間の流路である給湯配管１０に設けられ、当該流路を流れる湯水とその湯水中の気泡とを分離する。この気液分離部３１は、本実施形態では、ヘッダＨＤよりも下流となる浴室給湯配管１０Ａ、台所給湯配管１０Ｂおよび洗面所給湯配管１０Ｃそれぞれの所定部位に設けられる。
【００４１】
図５は、気液分離部３１における筺体の一部が切り取られた気液分離部の外観構造を例示する図である。図５に示すように、本実施形態の気液分離部３１は、旋回空間ＳＰ１を有する筺体４１と、当該旋回空間ＳＰ１で分離される気体が流される気流管４２と、当該旋回空間ＳＰ１で分離される湯水が流される水流管４３とを含む構成とされる。
【００４２】
筺体４１は例えば円柱状とされる。この筺体４１の側壁の上側部位には、給湯配管１０の中途部位における上流側端部が連結される。また、筺体４１の上端壁の中央部位には気流管４２の一端が連結され、当該筺体４１の側壁の下側部位には水流管４３の一端が連結される。
【００４３】
このような気液分離部３１では、図１に示すように、給湯配管１０を流れる湯水Ｗとその湯水中を断続的に流れる気泡Ｂとの気液相が旋回空間ＳＰ１の上側方に流入する。図６は、旋回空間における液流および気流の様子を示す図である。図６に示すように、旋回空間ＳＰ１内に流入する湯水Ｗと気泡Ｂとの気液相は、当該旋回空間ＳＰ１で旋回する。このとき、気液相の湯水Ｗは旋回に伴って発生する遠心力によって外側に移動するとともに下降し、水流管４３に流入する。一方、気液相の気泡Ｂは気液に生じる遠心力（外側に向く力）の大きさの差により内側に集まって大きくなり、その大きくなった気泡が破れることにより得られる気体が気流管４２に流入する。
【００４４】
合流部３２は、気流管４２および水流管４３に連結され、当該気流管４２を流れる気体と水流管４３を流れる湯水とを合流させて下流側に流す。図７は、合流部の断面を概略的に例示する図である。図７に示すように、本実施形態の合流部３２は、真っ直ぐ延在する本ルート流路５１と、当該本ルート流路５１に繋がる副ルート流路５２とを含む構成とされる。
【００４５】
本ルート流路５１の流入口は水流管４３と接続され、当該本ルート流路５１の流出口は気液再分離部３３（図１）と接続される。副ルート流路５２の流入口は気流管４２と接続され、当該副ルート流路５２の流出口は本ルート流路５１の流入口寄りとなる中途部位に接続されていても良い。また、本ルート流路５１の上流側と副ルート流路５２とのなす角θ１が本ルート流路５１の下流側と副ルート流路５２とのなす角θ２よりも小さくなるように、副ルート流路５２が斜めに配置されていても良い。
【００４６】
このような合流部３２では、水流管４３から本ルート流路５１を流れる湯水Ｗに対して、気流管４２から副ルート流路５２を流れる気体Ｇが合流し、当該本ルート流路５１に沿って湯水Ｗと気体Ｇとが層状に重なった気液相になり、これが合流部３２から流出される。
【００４７】
本実施形態では、気液分離部３１の旋回空間ＳＰ１で分離される気体を通す気流管４２が合流部３２に連結されている。このため、気流管４２を流れる気体Ｇが大気中に排出される場合に気液分離部３１で圧力勾配を生じない為、当該気流管４２に湯水Ｗが流入することが抑制される。
【００４８】
気液再分離部３３は、合流部３２と水栓の蛇口（バルブ）４４との間の流路である給湯配管１０に設けられ、当該合流部３２から供給される湯水と気体とを再分離する。この気液再分離部３３は、本実施形態では図６に示す気液分離部３１と同じ構成とされ、各水栓の近傍の給湯配管１０にそれぞれ設けられる。
【００４９】
すなわち、気液再分離部３３における筺体４１（図６）の側壁の上側部位には、水栓の蛇口（バルブ）４４の下流側端部が連結される。また、気液再分離部３３における気流管４２（図７）は筺体４１の上端壁の中央部位に連結され、水流管４３（図７）は筺体４１の側壁の下側部位に連結される。
【００５０】
ただし、図１に示すように、気液再分離部３３における気流管４２の流出口は大気中に開口され、当該気流管４２は旋回空間ＳＰ１の内側に移動する気体を大気中に排出させる排出経路とされる。また、気液再分離部３３における水流管４３の流出口は水栓側の給湯配管１０に接続され、当該水流管４３は旋回空間ＳＰ１の外側に移動する湯水を水栓に供給する給湯経路とされる。
【００５１】
このような気液再分離部３３では、合流部３２の本ルート流路５１を流れる気液相の湯水と気体とが気液分離部３１と同様にして旋回空間ＳＰ１で分離される。そして、図１に示すように、気体は気流管４２を介して大気中に排気され、湯水は水流管４３および給湯配管１０を順次介して水栓に流入する。
【００５２】
気液分離部３１に流入する気液相の気泡Ｂは断続的になっているが（図１）、当該気泡Ｂは合流部３２を経ることで連続的な層状態の気体Ｇになる（図７）。このため、湯水と気体とが層状に重なった気液相が流入する水栓の蛇口（バルブ）４４では、湯水とその湯水中を断続的に流れる気泡との気液相が流入する場合に比べて、気液通過時の圧力変動が極めて小さくなり、給湯回路下流（水栓パイプ等）へ膨張波が伝搬する問題を避ける事が出来る。
【００５３】
なお、水栓の蛇口（バルブ）４４通過直後の気液は層状ではないが、連続的な水流を維持する。この気液は非常に高い流速でバルブから流出する為、水栓等、配管内壁面に衝突させる事で激しく撹拌され、２〜３ｍｍの気泡を多く含む水流となる。よって、気液再分離部３３が省略された場合は、当該気液相が水栓の湯水出口部（水栓パイプやシャワーヘッド等）から吐出されるときに出湯される湯水が断続的になることが抑制され、水栓パイプ等内の水が一気に押し出されて周囲に飛び散ることがなく、ユーザの不快感を軽減することが可能となる。但し、水栓の蛇口（バルブ）４４通過後の２〜３ｍｍの気泡を多く含む水流中の気泡は、すぐに再結合する為、水栓の蛇口（バルブ）４４と水栓の湯水出口部（水栓パイプやシャワーヘッド等）の距離が例えば５０ｃｍ〜１ｍよりも長くなる場合には、再結合気泡が大気泡となる為に、水栓の湯水出口部（水栓パイプやシャワーヘッド等）内の水が一気に押し出されて周囲に飛び散ることがある。水栓の湯水出口部が水栓パイプの場合には前記距離を５０ｃｍ〜１ｍよりも短くする事により、出湯される湯水が断続的になる事が軽減される。
【００５４】
なお、気液再分離部３３が省略された場合で、水栓の蛇口（バルブ）４４等の狭窄部通過後、水栓の湯水出口部が距離を５０ｃｍ〜１ｍよりも長いと、騒音・振動が発生しやすい。これは、水栓から気液が同時に噴出することにより流れが乱れ、局部的に気体流速が高まる部分を生じ、これにより、気流の渦を発生する事が要因である。
【００５５】
以上のように本実施形態の出湯安定化装置３では、気液分離部３１により分離される気体が流される気流管４２と、当該気液分離部３１により分離される湯水が流される水流管４３とが合流部３２に連結されている。このため、気流管４２を流れる気体が大気中に排出される場合に気液分離部３１の液体出口・気体出口間に圧力勾配を生じず、当該気流管４２に湯水が流入することが抑制される。
【００５６】
また出湯安定化装置３では、合流部３２によって気流管４２を流れる気体と水流管４３を流れる湯水とが合流される。このため、気液分離部３１に流入する気液相（気液２相混相流中）の気泡が断続的になっていても、合流部３２を経ることで、当該気泡は流路に沿って連続的な層状態になる。したがって、水栓から出湯される湯水が断続的になることが抑制される。こうして、ユーザに満足感を与え得る出湯安定化装置３が実現される。
【００５７】
ここで、給湯器−台所蛇口間の配管容量６リットルの場合で、６リットル毎分で２分間洗いものをする場合を例として、出湯までの時間や利用率について上記特許文献１と本実施形態とで比較した。ただし、本実施形態の気液再分離部３３は省略しないこととしている。
【００５８】
＜特に節水対策を取らない場合＞
湯が出るまでの時間は１倍：湯が出るまでの時間は１分。
節水率０％：油汚れを落とすのに必要な湯量は１８リットル（給湯装置から出る湯は、湯が出るまでの時間の１分間と、洗いものをする２分間の計３分間）。
湯の利用率６７％：出湯時間３分（１８リットル）中２分（１２リットル）を使用できていたので利用率６７％。
＜微細気泡による体感ボリュームＵＰ法（特許文献１）＞
例えば、流量５リットル毎分で出湯しても体感ボリュームは流量６リットル毎分並み。
湯が出るまでの時間１．２倍：湯が出るまでの時間が伸びる（例えば１分から１分１２秒に伸びる）。
節水率１２．５％：油汚れを落とすのに必要な湯量は１８リットルから１６リットルに減る（節水することができる）。
湯の利用率６３％：出湯時間３分（１８リットル）中２分（１２リットル）を使用できていたので利用率６７％であったものが、出湯時間３分１２秒（１６リットル）中２分（１０リットル）しか使用できないので、利用率は６３％（湯の３７％が未利用の湯として配管内に取り残される）。
＜本実施形態＞
配管内に未溶解の気泡混入。例えば、混入率３３％（水６リットル毎分で湯が流れている中に、３リットル毎分で空気を混入させて、気液混合で合計９リットルにする）。
給湯器−台所蛇口間の配管容量６リットルが、見かけ上４リットル相当に減らすことができる。
湯が出るまでの時間０．６７倍：湯が出るまでの時間が短くなる（例えば１分から４０秒に縮む）
節水率１２．５％：油汚れを落とすのに必要な湯量は１８リットルから１６リットルに減る（節水することができる）
湯の利用率７５％：出湯時間２分４０秒（１６リットル）中２分（１２リットル）を使用できていたので利用率７５％（湯の２５％である４リットルが未利用の湯として配管内に取り残される）。
【００５９】
また、給湯器−浴室水栓間の配管容量６リットルの場合で、１２リットル毎分で４分間シャワーを浴びる場合の例として、出湯までの時間や利用率について本実施形態を検討した。ただし、本実施形態の気液再分離部３３は省略しないこととしている。
【００６０】
浴室水栓でのシャワー使用時のように、気泡を混入させると、湯が出るまでの時間と湯の利用率を同じとしつつ（節水対策無しと同じ快適性を維持しつつ）、節水率（シャワーに必要な湯量は５４リットルから３６リットルに減る（節水することができる））のみを上げることが出来る。
（節水対策無し 湯が出るまでの時間は１倍 節水率０％ 湯の利用率８９％
：給湯装置から出る湯は、湯が出るまでの時間の３０秒間６リットル（１２リットル毎分）と、シャワーを浴びる４分間４８リットル（１２リットル毎分）の計４分３０秒間
特許文献１ 湯が出るまでの時間は０．６７倍 節水率１７．４％ 湯の利用率８７％
：給湯装置から出る湯は、湯が出るまでの時間の３６秒間６リットル（１０リットル毎分）と、シャワーを浴びる４分間４０リットル（１０リットル毎分）の計４分３６秒間
本実施形態 湯が出るまでの時間は１倍 節水率５０％ 湯の利用率８９％
給湯装置から出る湯は、湯が出るまでの時間の３０秒間（湯８リットル毎分＋空気４リットル毎分）と、シャワーを浴びる４分間（８リットル毎分）の計４分３０秒間））。
【００６１】
このように本実施形態の給湯システムによれば、ユーザに満足感を与えることのみならず、出湯までの時間や利用率を向上させ、さらに節水もできる。
【００６２】
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については特に説明する場合を除き同一の参照符号を付し、また重複する説明については省略する。
【００６３】
本実施形態の給湯システム１では、シャワーヘッド６に気液再分離部３３が設けられる点で、上記第１実施形態とは相違する。
【００６４】
図８は、シャワーヘッドの構成を示す図である。図８に示すように、シャワーヘッド６は、ヘッド筺体６１と、シャワー板６２と、流路切替部６３とを少なくとも含む構成とされる。
【００６５】
ヘッド筺体６１は、シャワーホース５に連結される湯水導入路ＳＰ１１と、合流部３２からシャワーホース５および湯水導入路ＳＰ１１を順次介して供給される気液相（湯水と気体）を旋回させる旋回空間ＳＰ１２とを有する。湯水導入路ＳＰ１１はヘッド筺体６１内の持ち手部分内を偏心させて貫通しており、旋回空間ＳＰ１２の円に添う形で接続されることで気液相が旋回空間ＳＰ１２内を旋回する。
【００６６】
本実施形態の湯水導入路ＳＰ１１は、上流側から下流側に向かう中途部位で分岐し、第１分岐路ＳＰ１１Ａと第２分岐路ＳＰ１１Ｂとに分かれている。第１分岐路ＳＰ１１Ａは分岐部から旋回空間ＳＰ１２の側壁の上側部位に開口される第１流出口までの経路であり、第２分岐路ＳＰ１１Ｂは分岐部から旋回空間ＳＰ１２の中側部位に開口される第２流出口までの経路である。
【００６７】
第２分岐路ＳＰ１１Ｂの流出口には、旋回空間ＳＰ１２内に配置される導入管６４の流入口が接続される。この導入管６４の流出口はシャワー板６２と平行とされ、当該シャワー板６２の中央領域と所定距離を隔てて対向される。
【００６８】
シャワー板６２は、ヘッド筺体６１の旋回空間ＳＰ１２を閉じる蓋部材になっており、ヘッド筺体６１に固定される。このシャワー板６２は、旋回空間ＳＰ１２を旋回してその旋回空間ＳＰ１２の外側に移動する湯水を主に流出させる第１貫通孔ＨＬ２、および、当該旋回空間ＳＰ１２を旋回してその旋回空間ＳＰ１２の内側に移動する気体を主に流出させる第２貫通孔ＨＬ１を有する。
【００６９】
本実施形態のシャワー板６２は円板とされ、当該シャワー板６２の中心軸は旋回空間ＳＰ１２を旋回する気液相の渦の中心部を通る。このシャワー板６２の中心軸周りに各第２貫通孔ＨＬ１が等間隔に配置され、当該中心軸周りであって第２貫通孔ＨＬ１よりも外側に各第１貫通孔ＨＬ２が等間隔に配置される。
【００７０】
また、第２貫通孔ＨＬ１の表面積は第１貫通孔ＨＬ２の表面積よりも大きくされ、当該第２貫通孔ＨＬ１を介して吐出される気体の膨張度が第１貫通孔ＨＬ２を介して吐出される湯水の膨張度よりも緩和されるようになっていても良い。なお、第２貫通孔ＨＬ１または第１貫通孔ＨＬ２の表面積とは、当該貫通孔から吐出される側の孔の開口面積である。
【００７１】
流路切替部６３は、湯水導入路ＳＰ１１上に設けられており、例えば押圧操作を契機として、湯水導入路ＳＰ１１の分岐部以降の経路を第１分岐路ＳＰ１１Ａ（図８）または第２分岐路ＳＰ１１Ｂ（図９）に切り替えるようになっている。
【００７２】
このようなシャワーヘッド６では、合流部３２から浴室給湯配管１０Ａおよびシャワーホース５を順次経てヘッド筺体６１の湯水導入路ＳＰ１１に気液相が流入する。
【００７３】
ここで、湯水導入路ＳＰ１１の分岐部以降の経路が流路切替部６３によって第１分岐路ＳＰ１１Ａに切り替えられている場合、気液相は、旋回空間ＳＰ１２の上側部位から流入して旋回空間ＳＰ１２内を旋回する。このとき、気液相の湯水は、旋回に伴って発生する遠心力によって外側に移動するとともに下降し（シャワー板６２の方に移動し）、シャワー板６２の第１貫通孔ＨＬ２を介して吐出される。一方、気液相の気体は、旋回に伴って発生する遠心力によって内側に移動し、シャワー板６２の第２貫通孔ＨＬ１を介して吐出される。このように気液相はヘッド筺体６１の旋回空間ＳＰ１２で分離された後に吐出されるため、シャワーヘッド６の狭窄部である貫通孔部では（第１貫通孔ＨＬ２、第２貫通孔ＨＬ１のいずれも）、気相と液相が交互に流れることなく、気相と液相の両方が分離したまま（ＳＰ１１Ａに切り替えられている場合には第１貫通孔ＨＬ２からは下記（１）式で示される液相１００％気相０％、第２貫通孔ＨＬ１からは下記（２）式で示される液相０％気相１００％）流れようになる。したがって、シャワーホース５から湯水導入路ＳＰ１１を通じて流れる気泡が断続的になっていたとしても、当該シャワーホース５から湯水導入路ＳＰ１１を通じて流れる湯水は継続的に出湯させることが可能となる。また、シャワーヘッド６に気液分離部が設けられた場合であっても、気相と液相の、貫通孔部における流出速度差に起因する騒音・振動を防止することができる。
【数１】
2019055115.tif 000003
【数２】
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なお、上記の（１）式は液体の場合（圧縮性がない場合）のハーゲンボアズィユの理論式であり、上記（２）式は気体の場合（圧縮性がある場合）のハーゲンボアズィユの理論式である。
【００７４】
一方、湯水導入路ＳＰ１１の分岐部以降の経路が流路切替部６３によって第２分岐路ＳＰ１１Ｂに切り替えられている場合、気液相は、旋回空間ＳＰ１２の中側部位から導入管６４に流入する。このため、気液相は、旋回空間ＳＰ１２で旋回することなく、主に導入管６４からシャワー板６２の第２貫通孔ＨＬ１を介して吐出される。したがって、湯水導入路ＳＰ１１の分岐部以降の経路が第２分岐路ＳＰ１１Ｂに切り替えられている場合には気泡を含む断続的な湯水が、当該経路が第１分岐路ＳＰ１１Ａに切り替えられている場合に比べて強い吐出力で吐出される。この現象は、湯水混合部４５を気液相が通過時に、２〜３ｍｍの気泡を多く含む水流中の気泡が、シャワーホース５（湯水混合部４５から貫通孔部までの間が５０ｃｍ〜１ｍよりも長くなるシャワーホース５）内で再結合する為に発生するもので、振動水流で頭皮を刺激することが出来る。すなわち、元々、スラグ流であるべき気液混相流を撹拌によって強制的に気泡流としても、結合してスラグ流化する。
【００７５】
このように本実施形態のシャワーヘッド６によれば、２種類の吐出態様で湯水を吐出させることができ、この結果、１種類の吐出態様となるシャワーヘッドに比べてより大きい満足感をユーザに与えることが可能となる。
【００７６】
ところで、本実施形態の給湯システム１では、シャワーホース５の内壁に、湯水の乱流を促進するための部材を設けても良い。
【００７７】
図１０は、シャワーホースの断面の様子を示す図である。図１０に示すように、シャワーホース５の内壁には、当該内壁から内側に向かって突出する凸部７０が設けられる。上述したように、合流部３２から流出する気液相の気体は連続的な層状態になっているが、当該合流部３２から下流の流路を流れる距離が長くなるほど分断され易い（気泡が断続的となること。大気泡（気体スラグ部分）と、液相中に小気泡を含む部分（液体スラグ部分）又は液体とが、交互に存在する流れとなって、水流中に断続的に気泡１００％の部分が存在しやすい）
傾向となる。
【００７８】
これに対し本実施形態では、シャワーホース５の内壁に設けられる凸部７０によって、当該シャワーホース５を流れる気液相に乱流が促進される。気液を撹拌し、細かい気泡が液中に分散した状態で搬送する事により、気泡再結合により気液が断続的となる度合いを小さくする事が出来、気液がシャワーに流入した際の振動等を抑制する事が出来る。
【００７９】
本実施形態では、内壁から内側に向かって突出する第１凸部７０Ａと、当該第１凸部７０Ａが突出する部位とは逆側の部位から内側に向かって突出する第２凸部７０Ｂとが、上流側から下流側に向かって交互に配置される。このため、上流側から下流側に向かう気液相が第１凸部７０Ａと第２凸部７０Ｂとを交互に曲がってうねるように流れ、より一段と乱流を促進させることができる。
【００８０】
（３）変形例
上記実施形態では、給湯装置２と水栓との間の流路として、主管から各水栓に対する分岐路をヘッダに集約するサヤ管ヘッダ構造が適用された。しかしながら、給湯装置２と水栓との間の流路として、主管から各水栓に対する分岐路を水栓ごとに設ける分岐構造が適用採用されていてもよい。
【００８１】
また上記実施形態では、旋回空間ＳＰ１を有する筺体４１、当該旋回空間ＳＰ１で分離される気体が流される気流管４２、および、当該旋回空間ＳＰ１で分離される湯水が流される水流管４３を含む構成の気液分離部３１が適用された。しかしながら、給湯装置２と水栓の蛇口（バルブ）４４との間の流路に設けられ、当該流路を流れる湯水とその湯水中の気泡とを分離する気液分離部が適用される限り、当該気液分離部は様々な構成とすることができる。
【００８２】
また上記実施形態では、合流部３２から供給される湯水と気体とを再分離する気液再分離部３３が設けられたが、当該気液再分離部３３が省略されていてもよい。ただし、上述したように、気液相の湯水が吐出されるときの騒音・振動・飛び散りの発生を低減する観点では、気液再分離部３３を設けることが好ましい。
なお、上記第１実施形態では気液分離部３１と同じ構成の気液再分離部３３が適用され、上記第２実施形態ではシャワーヘッド６に気液再分離部が設けられた。しかしながら、合流部３２から供給される湯水と気体とを再分離する気液再分離部が適用される限り、当該気液再分離部は様々な構成とすることができ、また様々な部位に設けることができる。
【００８３】
また上記第２実施形態では、シャワーホース５の内壁に凸部７０が設けられた。しかしながら、台所給湯配管１０Ｂまたは洗面所給湯配管１０Ｃに設けられる合流部３２と気液再分離部３３との間における湯水導入路ＳＰ１１等の流路に凸部７０が設けられていてもよい。このようすれば、合流部３２と気液再分離部３３とが大きく離れた状態で配置されても、気液再分離部３３に流入する気液相を、合流部３２から流出した直後の状態と同じようにすることができる。
なお、上述の凸部７０に代えて、例えば、螺旋状に巻まかれた線材をさらに螺旋状に巻いた線部材が流路の内壁に固定されていてもよい。あるいは、蛇腹状の板部材が流路の内壁周囲に固定されていてもよい。要するに、合流部３２と気液再分離部３３との間の流路に設けられ、当該合流部３２から供給される湯水に乱流を発生させる乱流発生部材であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、家庭用または業務用の給湯装置を扱う分野などにおいて利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８５】
１……給湯システム
２……給湯装置
３……出湯安定化装置
５……シャワーホース
６……シャワーヘッド
１０……給湯配管
２１……ファン
２２……燃焼ユニット
２３……顕熱熱交換器
２４……潜熱熱交換器
２５……制御部
２６……気泡混入器
３１……気液分離部
３２……合流部
３３……気液再分離部
６１……ヘッド筺体
６２……シャワー板
６３……流路切替部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019055115.tif 000007
【図４】
2019055115.tif 000008
【図５】
2019055115.tif 000009
【図６】
2019055115.tif 000010
【図７】
2019055115.tif 000011
【図８】
2019055115.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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