(57)【要約】【課題】給湯機を変更することなく、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できるホースおよびその製造方法、シャワーヘッド、カートリッジならびにシャワーホース・ユニットを提供する。【解決手段】給湯器から供給される湯水を流通させる給湯用のホース１００であって、露出する外面を形成する外面層１１０と、外面層１１０の内面に設けられて湯水の流路を形成し、第１の温度で蓄熱する機能を有する内面層１２０と、を備える。第１の温度を超えて温度変化した湯水がホース内を流通したときには、内面層１２０が第１の温度で維持され、第１の温度で湯水から熱を奪うか湯水に熱を放出するため、給湯機を変更することなく流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯器から供給される湯水を流通させる給湯用のホースであって、
露出する外面を形成する外面層と、
前記外面層の内面に設けられて湯水の流路を形成し、第１の温度で蓄熱する機能を有する内面層と、を備えることを特徴とするホース。
【請求項２】
前記第１の温度は、前記流路を通過した湯水に対して想定される使用温度範囲外かつ許容温度範囲内に設計されていることを特徴とする請求項１記載のホース。
【請求項３】
前記内面層は、前記第１の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のホース。
【請求項４】
前記内面層は、前記流路の表面積が、表面粗度ゼロの場合の単純な円筒形状の内面の表面積の３倍以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のホース。
【請求項５】
前記内面層は、湯水との接触面に凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のホース。
【請求項６】
前記凸部は、前記流路の方向に垂直に突出した平板状のフィンであることを特徴とする請求項５記載のホース。
【請求項７】
前記内面層は、蓄熱材を保持するダブルネットワーク・ゲルにより形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のホース。
【請求項８】
前記内面層は、ダブルネットワーク・ゲルで形成された２つの強化層と、前記２つの強化層の間に蓄熱材を含む蓄熱材層と、前記２つの強化層と前記蓄熱材層とを区切る水不溶性の膜と、を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のホース。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のホースに接続されるシャワーヘッドであって、
内部に湯水を流通させ、散水口から湯水を放出するヘッド本体と、
前記ヘッド本体の内面に設けられて湯水に接触し、第２の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項１０】
前記蓄熱部は、前記第２の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴とする請求項９記載のシャワーヘッド。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のホースに接続されるシャワーヘッド内に着脱可能なカートリッジであって、
内部に湯水を流通させる容器部と、
前記容器部内に保持されて、湯水に接触したときには第２の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴とするカートリッジ。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のホースと、
前記ホースに接続される請求項９または請求項１０記載のシャワーヘッドと、を備えることを特徴とするシャワーホース・ユニット。
【請求項１３】
給湯器から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、
容器内に、水、蓄熱材および第１のゲル化剤を加えて、第１のネットワーク・ゲルを生成する工程と、
前記生成された第１のネットワーク・ゲルの両端を接触させて筒形状にし、水、蓄熱材および第２のゲル化剤を添加し、前記第１のネットワーク・ゲルおよび第２のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して、内面層を作製する工程と、
予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
給湯器から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、
容器内に、水、蓄熱材および第１のゲル化剤を加えて、第１のネットワーク・ゲルを生成する工程と、
前記第１のネットワーク・ゲル上に水不溶性の膜を生成し、さらに蓄熱材および増粘剤を添加して蓄熱材層を生成する工程と、
前記蓄熱材層の上に水不溶性の膜を生成し、さらに水、前記第１のゲル化剤を添加し、前記第１のネットワーク・ゲルを生成することで、積層体を生成する工程と、
前記積層体を筒形状にし、前記作製された第１のネットワーク・ゲルおよび第２のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して内面層を作製する工程と、
予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項１５】
前記外面層に内面層を装着する工程では、前記外面層内に前記作製された内面層を挿入し、前記挿入された内面層を膨潤させることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機から供給される湯水を流通させる給湯用のホースおよびその製造方法、シャワーヘッド、カートリッジならびにシャワーホース・ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯機から供給される湯水の温度は、給湯機のオンオフや水圧の変化により変化し、そのような変化は、利用者に不快感を与える。例えば、給湯機を断続的に使用すると熱いお湯に続いて、冷たい水が出てくる現象（冷水サンドイッチ現象）が起こる。
【０００３】
これは、シャワーを一時止水した際、給湯機内にたまった水が余熱で暖まり過ぎて高温になってしまう現象と、再出湯した際に、給湯機内の水が急に動くことによって加熱しきれなかった水が出てくる現象とが交互に起こるためである。
【０００４】
冷水サンドイッチ現象が生じた場合、シャワー利用者は大きな温度変化（１０℃以上）を肌で感じることになり、不快なだけでなく、高齢者においては血管の急な収縮および拡張により、心臓や脳への急性疾患を起こす可能性がある。
【０００５】
給湯機メーカーは、この現象を解消するために、高級機種の給湯機にバイパスミキシング方式等を用いたＱ機能と呼ばれる機能を付加している。このＱ機能により冷水サンドイッチ現象を軽減することができる。
【０００６】
また、特許文献によりシャワー使用時の不快な初期冷水を無くすことができるシャワー装置用即湯システムとして、浴室の壁面に室内側から後付けで、ヒーター、断熱部を備えた貯湯保温部を設ける技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０５５１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のＱ機能を持たせる場合には、給湯機本体の買い替えを行なわなければならずコストがかかる。また、給湯機を変えたとしてもＱ機能はお風呂の追い焚きや自動運転を行なっているときには機能しないため、常に使用できるものではなく、冷水サンドイッチ現象を解消できない時間帯が生じる。
【０００９】
一方、特許文献１記載のシステムを設ける場合には、浴室壁面に室内側から後付けするため、新たな構造物が浴室内に張り出すことになり、取付可能な場所も限定される。また、このシステムでは、冷水サンドイッチ現象のように、熱水の後に冷水が出てくるという現象を改善することができない。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、給湯機を変更することなく、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できるホースおよびその製造方法、シャワーヘッド、カートリッジならびにシャワーホース・ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するため、本発明のホースは、給湯機から供給される湯水を流通させる給湯用のホースであって、露出する外面を形成する外面層と、前記外面層の内面に設けられて湯水の流路を形成し、第１の温度で蓄熱する機能を有する内面層と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、第１の温度を超えて温度変化した湯水がホース内を流通したときには、内面層が第１の温度で維持され、第１の温度で湯水から熱を奪うか湯水に熱を放出するため、給湯機を変更することなく流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【００１３】
（２）また、本発明のホースは、前記第１の温度が、前記流路を通過した湯水に対して想定される使用温度範囲外かつ許容温度範囲内に設計されていることを特徴としている。これにより、使用温度の範囲をわずかに超える温度を第１の温度とすれば、一時的に使用温度の範囲を超えた湯水がホースを流通したときに内面層が湯水から熱を奪い湯水を第１の温度に維持しようとする。また、続いて使用温度の範囲を下回る温度の湯水がホースを流通したときには内面層が蓄熱された熱を放出し、湯水を第１の温度に維持しようとする。その結果、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【００１４】
（３）また、本発明のホースは、前記内面層が、前記第１の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴としている。これにより、相変化による潜熱を利用することで内面層に第１の温度で蓄熱する機能を持たせることができる。
【００１５】
（４）また、本発明のホースは、前記内面層の前記流路の表面積が、表面粗度ゼロの場合の単純な円筒形状の内面の表面積の３倍以上であることを特徴としている。これにより、流路の表面積を大きくすることで熱伝導率を向上させ、効率よく蓄熱材による急激な温度変化の防止効果を高めることができる。
【００１６】
（５）また、本発明のホースは、前記内面層が、湯水との接触面に凸部が設けられていることを特徴としている。凸部により湯水との接触面の表面積を増加させることができる。
【００１７】
（６）また、本発明のホースは、前記凸部が、前記流路の方向に垂直に突出した平板状のフィンであることを特徴としている。これにより、フィンにより湯水の流動性を維持しつつ、効率よく表面積を増加させることができる。また、このようなフィンは作製が容易である。
【００１８】
（７）また、本発明のホースは、前記内面層が、蓄熱材を保持するダブルネットワーク・ゲルにより形成されていることを特徴としている。これにより、蓄熱の機能を維持しつつ、内面層の機械的強度を向上させることができる。
【００１９】
（８）また、本発明のホースは、前記内面層が、ダブルネットワーク・ゲルで形成された２つの強化層と、前記２つの強化層の間に蓄熱材を含む蓄熱材層と、前記２つの強化層と前記蓄熱材層とを区切る水不溶性の膜と、を有することを特徴としている。これにより、蓄熱材を分離することでダブルネットワーク・ゲルの強度を向上できる。また、水不溶性の膜により蓄熱材の流出を防止できる。
【００２０】
（９）また、本発明のシャワーヘッドは、（１）〜（８）記載のホースに接続されるシャワーヘッドであって、内部に湯水を流通させ、散水口から湯水を放出するヘッド本体と、前記ヘッド本体の内面に設けられて湯水に接触し、第２の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
これにより、ホースを通過した湯水に対して補助的に温度を調整できる。すなわち、第２の温度を超えて温度変化した湯水がシャワーヘッド内を流通したときには、第２の温度で熱を奪うか熱を放出するため、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【００２２】
（１０）また、本発明のシャワーヘッドは、前記蓄熱部が、前記第２の温度で相変化する蓄熱材を有することを特徴としている。これにより、相変化による潜熱を利用することで蓄熱部に第２の温度で蓄熱する機能を持たせることができる。
【００２３】
（１１）また、本発明のカートリッジは、（１）〜（８）記載のホースに接続されるシャワーヘッド内に着脱可能なカートリッジであって、内部に湯水を流通させる容器部と、前記容器部内に保持されて、湯水に接触したときには第２の温度で蓄熱する機能を有する蓄熱部と、を備えることを特徴としている。これにより、シャワーヘッドの蓄熱部をカートリッジ式にすることで、第２の温度を変更したり、劣化したカートリッジを変更したりすることが容易にできる。
【００２４】
（１２）また、本発明のシャワーホース・ユニットは、（１）〜（８）記載のホースと、前記ホースに接続される（９）、（１０）記載のシャワーヘッドと、を備えることを特徴としている。これにより、給湯機からの湯水に第１の温度を超える温度変化があったときにはホースで調整し、さらに第２の温度を超える温度変化に対しては補助的にシャワーヘッドで温度を調整できる。その結果、さらに湯水の温度調整機能が向上する。
【００２５】
（１３）また、本発明の製造方法は、給湯機から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、容器内に、水、蓄熱材および第１のゲル化剤を加えて、第１のネットワーク・ゲルを生成する工程と、前記生成された第１のネットワーク・ゲルの両端を接触させて筒形状にし、水、蓄熱材および第２のゲル化剤を添加し、前記第１のネットワーク・ゲルおよび第２のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して、内面層を作製する工程と、予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴としている。蓄熱材を保持したダブルネットワーク・ゲルにより形成された円筒状の内面層を容易に作製できる。その結果、温度調整機能を有し、機械的強度の高いホースを容易に製造できる。
【００２６】
（１４）また、本発明の製造方法は、給湯機から供給される湯水を通過させる給湯用のホースの製造方法であって、容器内に、水、蓄熱材および第１のゲル化剤を加えて、第１のネットワーク・ゲルを生成する工程と、前記第１のネットワーク・ゲル上に水不溶性の膜を生成し、さらに蓄熱材および増粘剤を添加して蓄熱材層を生成する工程と、前記蓄熱材層の上に水不溶性の膜を生成し、さらに水、第１のゲル化剤を添加し、第１のネットワーク・ゲルを生成することで、積層体を生成する工程と、前記積層体を筒形状にし、前記作製された第１のネットワーク・ゲルおよび第２のネットワーク・ゲルで形成されるダブルネットワーク・ゲルを生成して内面層を作製する工程と、予め用意した外面層の内側に前記作製された内面層を装着する工程と、を含むことを特徴としている。
【００２７】
これにより、蓄熱材を含む蓄熱材層とダブルネットワーク・ゲルで形成された強化層とを積層した円筒状の内面層を容易に作製できる。その結果、温度調整機能を有し、さらに機械的強度の高いホースを容易に製造できる。
【００２８】
（１５）また、本発明の製造方法は、前記外面層に内面層を装着する工程では、前記外面層内に前記作製された内面層を挿入し、前記挿入された内面層を膨潤させることを特徴としている。このように、膨潤を利用して内面層の外面層への装着を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、蓄熱温度を超えて温度変化した湯水がホース内を流通したときには、内面層が蓄熱温度で維持され、蓄熱温度で湯水から熱を奪うか湯水に熱を放出するため、給湯機を変更することなく流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）、（ｂ）それぞれ本発明のホースを示す斜視図およびその内面層を示す断面図である。
【図２】従来のホースを示す斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）それぞれ従来のホースを通過した場合および本発明のホースを通過した場合の出水温度の推移を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）それぞれ接触面積に関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）それぞれフィン高さに関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
【図６】本発明のシャワーヘッドを示す断面図である。
【図７】本発明のホースおよびシャワーヘッドを通過した場合の出水温度の推移を示す図である。
【図８】本発明のカートリッジを内蔵したシャワーヘッドを示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）本発明のホースの作製方法を示す図である。
【図１０】ダブルネットワーク・ゲルの作製方法を示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）それぞれ第１および第２のネットワーク・ゲルに用いられれる高分子鎖の一例を示す化学式である。
【図１２】第１のネットワーク・ゲルの作製例を示す図である。
【図１３】第２のネットワーク・ゲルの作製例を示す図である。
【図１４】本発明のホースの作製方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、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。
【００３２】
［第１の実施形態］
（ホースの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれホース１００を示す斜視図およびその内面層１２０を示す断面図である。ホース１００は、給湯用のホースであり、内部空間に給湯機から供給される湯水を流通させる。図１（ａ）に示すように、ホース１００は、外面層１１０および内面層１２０を備えている。また、外面層１１０と内面層１２０との間には、親水処理がなされており、親水処理面１２８が形成されている。
【００３３】
外面層１１０は、露出するホース１００の外面を形成し、例えばＰＶＣ、ＰＥ等の樹脂で形成されている。内面層１２０は、外面層１１０の内面に設けられて湯水の流路を形成しており、温度ＴＡ（第１の温度）で相変化する蓄熱材Ａを含んでいる。これにより、蓄熱材Ａの相変化による潜熱を利用することで内面で接触する湯から内面層１２０に温度ＴＡで蓄熱する機能を持たせることができる。
【００３４】
その結果、温度ＴＡを超えて温度変化した湯水がホース内を流通したときには、内面層１２０が温度ＴＡで維持され、温度ＴＡで湯水から熱を奪うか湯水に熱を放出するため、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。なお、実際の蓄熱温度はある程度の幅を有しており、温度ＴＡ、ＴＢ（後述）はピーク温度を意味する。
【００３５】
なお、蓄熱材としては、リン酸水素二ナトリウム１２水和物、塩化鉄６水和物を用いることができる。また、酢酸ナトリウム３水和物に融点調整剤として塩化アンモニウムを添加したもの等を用いてもよい。
【００３６】
内面層１２０は、流路の表面積が、表面粗度ゼロの場合の単純な円筒形状の内面の表面積の３倍以上であることが好ましい。これにより、流路の表面積を大きくして熱伝導率を向上させ、効率よく蓄熱材による急激な温度変化の防止効果を高めることができる。表面積は、例えば粗面処理により増加させることができる。
【００３７】
内面層１２０は、湯水との接触面１２１にフィン１２５が設けられている。フィン１２５は、流路の方向に垂直に突出した平板状のフィンであり凸部を形成している。これにより、湯水の流動性を維持しつつ、効率よく表面積を増加させることができる。このようなフィン１２５の作製は後述の通り容易である。
【００３８】
内面層１２０は、蓄熱材Ａを保持するダブルネットワーク・ゲルにより形成されていることが好ましい。内面層１２０を蓄熱材内包高強度ゲルにすることで、蓄熱の機能を維持しつつ、内面層の機械的強度を向上させることができる。
【００３９】
図２は、従来のホース８００を示す斜視図である。図２に示すように、ホース８００は、外から内へ外面層８１０、補強層８２０、内面層８３０の順で層構造を構成している。例えば、外面層８１０はＰＶＣ、ＰＥ等で形成され、補強層８２０はＴＰＥＥ等で形成され、内面層８３０はＰＶＣ、ＰＥ等で形成される。
【００４０】
ホース１００では、ホース８００とは異なり補強層８２０を設けず内面層１２０が厚く形成されている。内面層１２０と湯水との接触面積をかせぐためである。なお、ダブルネットワーク・ゲルを用いて内面層１２０自体を強化することで補強層を省略しても十分な強度を維持することができる。蓄熱材Ａが流出しないようにダブルネットワーク・ゲルを不溶性の膜（アルギン酸カルシウム等）で包んでもよい。
【００４１】
（ホースの効果）
図３（ａ）は、従来のホース８００を通過した場合の出水温度Ｔｏｕｔの推移を示す図である。図３（ａ）は、時間ｔ１に給湯栓を開け、時間ｔ２に一旦給湯栓を閉じた後、時間ｔ３に給湯栓を再び開けた場合の出水温度の経緯を示している。従来のホース８００には、蓄熱機能が無いため、時間ｔ３以降は、図中の領域Ｒ１に示すように、冷水サンドイッチ現象の影響を直接受け、一旦、出水温度が急激に上昇し、その後急激に下降する。
【００４２】
図３（ｂ）は、ホース１００を通過した場合の出水温度の推移を示す図である。図３（ｂ）は、冷水サンドイッチ現象が生じる時間に絞った拡大図である。蓄熱材Ａの相変化温度である温度ＴＡは、流路を通過した湯水に対して想定される使用温度をわずかに超える温度でかつ利用者が接触しても許容できる温度に設計されている。例えば、温度ＴＡは、４４℃付近（４４℃〜４６℃）が好ましい。シャワーの湯温としては、手持ちで４０．５℃、壁かけで４２℃が適温と言われており、通常シャワー使用時には水温が温度ＴＡを超えないため、内面層１２０は蓄熱せず、水温が温度ＴＡを超えたとき蓄熱する。
【００４３】
したがって、冷水サンドイッチ現象により一時的に使用温度の範囲を超えた湯水がホース１００を流通したときに、内面層１２０が湯水から熱を奪い湯水を温度ＴＡに維持しようとすることになる。その際には、ΔＴＳＡの温度差に相当する熱量が内面層１２０に蓄熱される。
【００４４】
続いて使用温度の範囲を下回る温度の湯水がホース１００を流通したときには内面層１２０が蓄熱された熱を放出しΔＴＲＡの温度差分だけ昇温し、湯水を温度ＴＡに維持しようとする。その結果、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。なお、上記は一例であり、ホース１００は、冷水サンドイッチ現象に限らず湯水の温度の急激な変化を防止できる。
【００４５】
なお、熱水の冷却、冷水の加熱用にそれぞれ相変化温度の異なる蓄熱材を用いることもできる。すなわち、ホース内壁の蓄熱材の表面積を増やし、２種類の相変化温度の蓄熱材を用いることで、熱水時、冷水時ともに温度変化を抑制することができる。冷水加熱用蓄熱材は、相変化温度が通常使用するシャワーの湯温より低いものを用いる。これにより、シャワー使用時は、潜熱を蓄熱している状態となり、冷水に対し熱を潜熱として放出することができ、冷水を加熱する。
【００４６】
（接触面積と出水温度変化のシミュレーション）
内面層１２０の内面が水と接触する面積と出水温度との関係をシミュレーションにより求めた。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ接触面積に関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
【００４７】
シミュレーションでは、図４（ａ）に示すようなモデル（内径Ｄ＝１０ｍｍ、流量８．５Ｌ／ｍｉｎ）を想定し、蓄熱材Ａを相変化温度を保持する熱源として考え、Dittus-Boelterの式により、出口の水温Ｔｏｕｔのホース長ＬＨ、内壁面積との相関を見積もった。入口の水温Ｔｉｎが５０℃の場合と３０℃の場合のそれぞれについて計算した。
【００４８】
なお、Dittus-Boelterの式は、数式（１）の括弧内に記載した条件を満たす場合、壁面が等温、等熱流束の実験データとよく一致することが知られている。以下の数式（１）は、円管内乱流熱伝達率見積りに用いる式（参考：伝熱工学資料、日本機械学会、丸善（1986））である。
Nud＝0.023Red0.8・Prn（103＜Red＜107、0.7＜Pr＜160、LH/D＞10）…（１）
Nud：ヌセルト数、Red：レイノルズ数、Pr：プラントル数
ただし、液体を加熱する場合：n＝0.4、液体を冷却する場合：n＝0.3
【００４９】
ホース１００では、Red＝2×104、Pr＝6.85、LH/D＝200となり、Dittus-Boelterの式が適用できる。ヌセルト数Nudより、管内壁の熱伝達率ｈ［W/(m2・K)］が下記の数式（２）により求まる。
h＝Nud・k／D…（２）
ｈ：熱伝達率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Nud：ヌセルト数、ｋ：熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、D:内径［ｍ］
【００５０】
管出口の水温Toutは、下記の数式（３）により求まる。
Tout＝TA−（TA−Tin）／exp（h・A／（m・Cp））…（３）
ＴＡ：管壁温度（相変化温度）［℃］、ｈ：熱伝達率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、A：伝熱面積［m2］、m：質量流量［kg/s］、Cp：定圧比熱［J/（kg・K）］
【００５１】
図４（ｂ）では、相変化の温度ＴＡ＝４４℃を想定し、内面の表面積を１倍から４倍（Ｓ１〜Ｓ４）まで変えたときの結果を示している。その結果、内壁の伝熱面積（表面積）を３倍以上にすることで、５０℃の熱湯をシャワーで熱いと感じる下限温度の４５℃以下に冷却することができることが分かる。
【００５２】
熱湯が流れた際に蓄熱材が蓄えた熱により、続けて流れてくる３０℃の冷水の加熱を行なうことができる。ただし、蓄えた熱量が不足するため、図３（ｂ）の温度変化Ｃに示すように途中で水温が下がってしまうことも分かった。
【００５３】
（フィン高さと出水温度変化のシミュレーション）
伝熱面積を増やす手段として、管内にフィン構造を設ける方法がある。シミュレーションにより内面層１２０の内面に設けられたフィンの高さと出水温度との関係を求めた。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれフィン高さに関するシミュレーションのモデルおよび結果を示すグラフである。
【００５４】
湯水が限られた距離を進む間に熱交換を行なうため、ホース内は、内フィン管のように伝熱面積を増やした構造と仮定した。この場合、管内に構造物を設けるため、ヌセルト数が変化する。ヌセルト数Nueは、数式（４）により表されるCarnavosの式（参考：伝熱工学資料、日本機械学会、丸善（1986））により求めた。
Nue＝0.212・Re0.6・（b／De）0.34・Pr1/3・（μ／μW）0.14…（４）
μ：流体の粘度［Ｐａ・ｓ］、μw：水の粘度［Ｐａ・ｓ］
【００５５】
数式（４）の有効範囲は、フィン数：６〜３０、フィン高さｅ：０．０５Ｄ＜ｅ＜０．２５Ｄである。なお、フィンの間隔ｂは円周方向に等間隔で設けて計算した。ヌセルト数より、上記の接触面積に関する算出例と同様に熱伝達率、管出口水温を求めることができる。図５（ｂ）は、フィン幅ｔを１ｍｍに固定し、各フィン高さeでの出口温度をフィン数を横軸にプロットしたグラフである。
【００５６】
このように内面層の接触面上にフィン構造を設けることで伝熱面積を拡大した。フィン形状を設けることで、ヌセルト数も変化するため、Carnavosの提案する式により、ヌセルト数を求め、管内フィン数と出口での出水温度との関係より、必要なフィン数、フィン形状を求めた。
【００５７】
その結果、出口での出水温度４５．５℃までを許容温度とした場合、（１）フィン高さ２ｍｍ：フィン数１０以上、または（２）フィン高さ２．５ｍｍ：フィン数６以上の条件を満たすフィン構造が望ましいことが分かった。
【００５８】
（シャワーヘッド）
熱水に続いて冷水が出てくる場合には、冷水の加熱に、基本的に内面層１２０の蓄熱材Ａが蓄熱した熱を用いればよいが、冷水が多い場合にはさらに手段を講じてもよい。例えば、熱水と同量の冷水が出てくる場合、内面層１２０の蓄熱量では必要な熱量が不足するため、別途、冷水加熱用に蓄熱材をシャワーヘッドに配置することが好ましい。
【００５９】
図６は、シャワーヘッド２００を示す断面図である。シャワーヘッド２００は、ホース１００に接続され、図６に示すように、ヘッド本体２１０および蓄熱部２２０を備えている。ヘッド本体２１０は、内部に湯水を流通させ、散水口２１５から湯水を放出する。
【００６０】
蓄熱部２２０は、温度ＴＢ（第２の温度）で相変化する蓄熱材Ｂを有しており、ヘッド本体２１０の内面空間に設けられて湯水に接触する。これにより、相変化の潜熱で蓄熱部２２０に温度ＴＢで蓄熱する機能を持たせることができる。
【００６１】
蓄熱材Ｂとしては、相変化の温度ＴＢが通常使用するシャワー使用時の出水温度より低いものを用いる。これにより、シャワー使用時に常に潜熱が蓄熱されている状態になり、この潜熱により冷水を加熱することができる。したがって、蓄熱材Ｂの相変化温度は、３６℃〜３８℃程度が望ましい。
【００６２】
図７は、ホース１００およびシャワーヘッド２００を通過した場合の出水温度の推移を示す図である。温度ＴＢを超えて温度変化した湯水がシャワーヘッド２００内を流通したときには、温度ＴＢで熱を奪うか熱を放出するため、流路を通過した湯水の温度の急激な変化を防止できる。その結果、ホース１００を通過した湯水に対して補助的に温度を調整できる。
【００６３】
このようにして、ホース１００およびホース１００に接続されるシャワーヘッド２００により、さらに効果的なシャワーホース・ユニットが構成される。シャワーホース・ユニットにより、給湯機からの湯水に温度ＴＡを超える温度変化があったときにはホースで調整し、さらに温度ＴＢを超える温度変化に対しては補助的にシャワーヘッドで温度を調整できる。なお、冷水サンドイッチ現象に限らず、冷水だけが流れてきた場合にも、シャワーヘッド２００で冷水の加熱を行なうことができる。
【００６４】
なお、シャワーホースおよびシャワーヘッドは規格品であり、ホース１００およびシャワーヘッド２００が規格に合った寸法形状で形成されている限り、利用者による取り外し、取付が可能であり、専用の取付工事は不要である。そして、浴室内に貯湯保温部のような新たな構造物を設けることなく、本発明のホース１００およびシャワーヘッド２００に取り替えるだけで、シャワーの断続使用時の温度変化を抑制することができる。
【００６５】
（シャワーヘッド用のカートリッジ）
上記のシャワーヘッド２００は、シャワーヘッド２００自体に蓄熱材Ｂを備えているが、従来のシャワーヘッドにカートリッジを取り付けてもよい。図８は、カートリッジ３００を内蔵したシャワーヘッド９００を示す断面図である。シャワーヘッド９００は、従来のシャワーヘッドであり、ヘッド本体９１０に散水口９１５が設けられている。
【００６６】
カートリッジ３００は、容器部３１０および蓄熱部３２０を備えている。容器部３１０は、ヘッド本体９１０の内部空間に合った外形を有し、内部に湯水を流通させる。蓄熱部３２０は、ゲル化等により粒状にした蓄熱材Ｂで構成され、容器部内に保持されて、湯水に接触したときには温度ＴＢで蓄熱する機能を有する。これにより、シャワーヘッドの蓄熱部３２０をカートリッジ式にすることで、温度ＴＢを変更したり、劣化したカートリッジを変更したりすることが容易にできる。
【００６７】
（ホースの製造方法）
ホース１００の製造方法の好ましい一例として、内面層１２０をダブルネットワーク・ゲル（高強度ゲル）を用いて形成する製造方法を説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、ホース１００の作製方法を示す図である。
【００６８】
図９（ａ）に示すように、フィン形状形成のための溝を設けた型Ｍｏ１上で、水、蓄熱材Ａ、ゲル化剤（第１のゲル化剤）を加え、第１のネットワーク・ゲル４１０を作製する。なお、ゲル化剤には、第１のネットワーク・ゲル用のモノマー、重合開始剤および架橋材が含まれる。
【００６９】
次に、図９（ｂ）に示すように、作製した第１のネットワーク・ゲル４１０の端面を接触させて筒形状にし、第２のネットワーク・ゲル用のモノマー溶液に浸漬し、ＵＶ照射によりダブルネットワーク・ゲル４２０を作製する。端面を接触させた第１のネットワーク・ゲルのネットワーク内に第２のネットワーク・ゲル用のモノマーを浸入させ、そのモノマーを架橋させて第２のネットワーク・ゲルを形成し、ダブルネットワーク・ゲルを生成することで接触部Ｊ１が接合される。ダブルネットワーク・ゲルにより内面層１２０を作製する。そして、図９（ｃ）に示すように、予め用意した外面層１１０の内側に作製された内面層１２０を膨潤量を減らした状態で挿入し、その後膨潤させることで外面層１１０に装着する。
【００７０】
この結果、蓄熱材Ａを保持したダブルネットワーク・ゲルにより形成された円筒状の内面層１２０を容易に作製できる。その結果、温度調整機能を有し、機械的強度の高いホース１００を容易に製造できる。
【００７１】
一般的なシャワーの流量は、８．５Ｌ／ｍｉｎなので、５秒間の水量は７１０ｇとなる。温度を６℃変化させるのに必要な熱量は、１７．９ｋＪになるので、潜熱値１５０Ｊ／ｇの蓄熱材であれば、蓄熱材の必要量は、１２０ｇになる。蓄熱材の密度を水と同じ１，０００ｋｇ／ｍ３とすれば、蓄熱材の厚みは、１ｍｍになる。ダブルネットワーク・ゲル内包蓄熱材は、最大膨潤量で目的のサイズになるように作製する。
【００７２】
（ダブルネットワーク・ゲルの作製方法）
次に、蓄熱材Ａを保持するダブルネットワーク・ゲルの作製方法の詳細を説明する。図１０は、ダブルネットワーク・ゲルの作製方法を示す図である。図１０に示すように、まず、水Ｗ１に蓄熱材Ａ、第１のネットワーク・ゲル用のモノマーＭ１、重合開始剤Ｐｉ１および架橋材Ｃａ１を加えて混合する。そして、得られた溶液に紫外線を照射し、型上に第１のネットワーク・ゲルＳＮ１を作製する。なお、第１のネットワーク・ゲルは、剛直なゲルであることが好ましい。
【００７３】
次に、水Ｗ２に第２のネットワーク・ゲル用のモノマーＭ２、重合開始剤Ｐｉ２および架橋材Ｃａ２を加えて混合する。そして、得られた溶液に第１のネットワーク・ゲルＳＮ１を浸漬して取り出し、紫外線を照射すると、型上に、蓄熱材Ａを保持するダブルネットワーク・ゲルＤＮ１を形成できる。なお、第２のネットワーク・ゲルは、柔軟なゲルであることが好ましい。
【００７４】
図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１および第２のネットワーク・ゲルに用いられる高分子鎖の一例を示す化学式である。図１２は、第１のネットワーク・ゲルの作製例を示す図である。図１３は、第２のネットワーク・ゲルの作製例を示す図である。
【００７５】
第１のネットワーク・ゲルの作製時には、水にアクリルアミドスルホン酸（モノマー）、２−オキソグルタル酸（反応開始剤）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド(架橋剤)および蓄熱材Ａを追加し、酢酸ナトリウム３水和物の融点調整剤として塩化アンモニウムを追加する。そして、ｈν(３６５ ｎｍ),ｒ.ｔ、１．３５Ｗ／ｃｍ２、４ｈの条件で紫外線を照射する。その結果、第１のネットワーク・ゲルとしてアクリルアミドスルホン酸ゲルを生成できる。
【００７６】
第２のネットワーク・ゲルの作製時には、水にアクリルアミド（モノマー）、２−オキソグルタル酸（反応開始剤）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス、アクリルアミド(架橋剤)を追加する。そして、ｈν(３６５ ｎｍ),ｒ.ｔ、１．３５Ｗ／ｃｍ２、４ｈの条件で紫外線を照射する。その結果、第２のネットワーク・ゲルとしてアクリルアミドを生成できる。すなわち第１のネットワーク・ゲルのネットワーク内に第２のネットワーク・ゲル用のモノマーを浸入させ、そのモノマーを架橋させて第２のネットワーク・ゲルを形成することでダブルネットワーク・ゲルを生成できる。
【００７７】
［第２の実施形態］
上記の例では、内面層１２０が蓄熱材を含むダブルネットワーク・ゲルで構成されているが、内面層は、ダブルネットワーク・ゲルで形成された２つの強化層と、２つの強化層の間に蓄熱材を含む蓄熱材層と、２つの強化層と蓄熱材層とを区切る水不溶性の膜と、を有してもよい。これにより、蓄熱材を分離することでダブルネットワーク・ゲルの強度を向上できる。また、水不溶性の膜により蓄熱材の流出を防止できる。
【００７８】
上記のようなホースの製造方法を説明する。図１４は、ホースの作製方法を示す図である。まず、型Ｍｏ１上に、水、蓄熱材および第１のゲル化剤を加えて、第１のネットワーク・ゲル４３１を生成する。次に、第１のネットワーク・ゲル上に水不溶性の膜４３２を生成し、さらに蓄熱材および増粘剤を添加して蓄熱材層４３３を生成する。不溶性の膜は、例えばアルギン酸カルシウムで形成でき、膜により濃度勾配による蓄熱材のゲル外への流出を防ぐことができる。
【００７９】
そして、蓄熱材層の上にさらに水不溶性の膜４３４を生成し、さらに水、第１のゲル化剤を添加し、第１のネットワーク・ゲル４３５を生成することで、積層体を生成する。得られた積層体を筒形状にし、作製された第１のネットワーク・ゲルのネットワーク内に第２のネットワーク・ゲル用のモノマーを浸入させて、そのモノマーを架橋させることで第２のネットワーク・ゲルを形成し、ダブルネットワーク・ゲルを生成し、内面層を作製する。最後に、予め用意した外面層の内側に作製された内面層を装着する。
【００８０】
これにより、蓄熱材を含む蓄熱材層とダブルネットワーク・ゲルで形成された強化層とを積層した円筒状の内面層を容易に作製できる。その結果、温度調整機能を有し、さらに機械的強度の高いホースを容易に製造できる。なお、外面層に内面層を装着する工程は、外面層内に作製された内面層を挿入し、挿入された内面層を膨潤させて行なう。
【符号の説明】
【００８１】
１００  ホース
１１０  外面層
１２０  内面層
１２１  接触面
１２５  フィン
１２８  親水処理面
２００  シャワーヘッド
２１０  ヘッド本体
２１５  散水口
２２０  蓄熱部
３００  カートリッジ
３１０  容器部
３２０  蓄熱部
４１０  第１のネットワーク・ゲル
４２０  ダブルネットワーク・ゲル
４３１、４３５  第１のネットワーク・ゲル
４３２、４３４  不溶性の膜
４３３  蓄熱材層
Ｃａ１、Ｃａ２  架橋材
Ｄ  内径
ＤＮ１  ダブルネットワーク・ゲル
Ｊ１  接触部
ＬＨ  ホース長
Ｍ１、Ｍ２  モノマー
Ｍｏ１  型
Ｐｉ１、Ｐｉ２  重合開始剤
ＳＮ１  第１のネットワーク・ゲル
ｔ  フィン幅
ｔ１、ｔ２、ｔ３  時間
相変化のＴＡ、ＴＢ  温度
Ｔｉｎ  入口の水温
Ｔｏｕｔ  出口の水温
Ｗ１、Ｗ２  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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