(57)【要約】【課題】本発明は、湯水中に含まれる気泡の合泡により給湯流路内に流路閉塞部が形成されるのを抑制し、給湯及び止水を円滑に実行する。【解決手段】給湯装置１は、貯湯タンク２、給湯端末３、給湯流路４、搬送ポンプ６、微細気泡発生装置７、止水弁８、気泡結合抑制装置１０、制御装置１３等を備える。気泡結合抑制装置１０は、電磁弁１１及び空気帯電装置１２を備える。給湯時には、貯湯タンク２内の温水を給湯流路４を経由して給湯端末３に供給する。このとき、微細気泡発生装置７は、外部から空気を吸込んで給湯流路４内に微細気泡を発生させる。空気帯電装置１２は、微細気泡発生装置７に吸込まれる空気を帯電させる。これにより、給湯流路４内を流れる微細気泡Ｒと大気泡Ｔの両方を帯電させることができ、例えば大気泡Ｔ同士が結合して給湯流路４内に流路閉塞部Ｔが形成されるのを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに貯留された湯水を吐出するための給湯端末と、
前記貯湯タンクと前記給湯端末とを接続する給湯流路と、
前記貯湯タンクに貯留された湯水を前記給湯流路を介して前記給湯端末に搬送する搬送ポンプと、
前記給湯流路に設けられ、前記給湯流路を流れる湯水中に空気を導入して当該湯水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置と、
前記微細気泡発生装置から発生した気泡同士が前記給湯流路内で結合するのを抑制する気泡結合抑制手段と、
を備えた給湯装置。
【請求項２】
前記気泡結合抑制手段は、前記微細気泡発生装置に空気が導入されるときに当該空気を帯電させる帯電手段を備えてなる請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記気泡結合抑制手段は、
前記微細気泡発生装置に導入される空気を帯電させる帯電手段と、
前記微細気泡発生装置に空気が導入されるときに前記帯電手段を作動させる帯電制御手段と、
を備えてなる請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記気泡結合抑制手段は、
前記微細気泡発生装置に導入される空気の量である導入空気量を可変とする空気量可変手段と、
前記導入空気量を決定するための指標を検出する指標検出手段と、
前記微細気泡発生装置に空気が導入されるときに、前記指標検出手段により検出した指標に基いて、前記空気量可変手段により前記導入空気量を制御する空気量制御手段と、
を備えてなる請求項１から３のうち何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記指標検出手段は、前記給湯流路を流れる湯水の流量を前記指標として検出する流量検出手段を備え、
前記空気量制御手段は、前記流量検出手段により検出された湯水の流量に基いて前記導入空気量を制御する構成としてなる請求項４に記載の給湯装置。
【請求項６】
前記給湯流路のうち前記微細気泡発生装置と前記給湯端末との間に配置された流路下流部の流路面積及び全長を含む流路データが予め記憶された記憶手段を備え、
前記空気量制御手段は、前記流量検出手段により検出された湯水の流量と、前記流路データとに基いて前記導入空気量を制御する構成としてなる請求項５に記載の給湯装置。
【請求項７】
前記指標検出手段は、前記微細気泡発生装置から発生した気泡の量が反映される指標を検出する空気量検出手段を備え、
前記空気量制御手段は、前記気泡の量に対応する指標に基いて前記導入空気量を制御する構成としてなる請求項４から６のうち何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項８】
前記空気量検出手段は、前記給湯流路の容積のうち気泡が占める体積の割合である気泡混在率を前記指標として検出する気泡量センサであり、
前記空気量制御手段は、前記気泡混在率が予め設定された上限判定値以上に増加した場合に、前記導入空気量を減少させる構成としてなる請求項７に記載の給湯装置。
【請求項９】
前記給湯端末はシャワーであり、前記給湯流路は、前記シャワーに湯水及び微細気泡を供給するシャワー流路である請求項１から８のうち何れか１項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡発生装置を備え、微細気泡を含む湯水を供給することが可能な給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、給湯装置等に搭載される微細気泡発生装置が知られている。微細気泡発生装置は、ベンチュリー式、キャビテーション式、加圧溶解式、旋回流式等の方式により、湯水中に微細気泡（マイクロバブル）を発生するものである。微細気泡発生装置の適用例としては、皮脂等の汚れを除去する洗浄装置が知られている。洗浄装置は、例えばシャワーヘッドに微細気泡発生装置を組み込んだもので、マイクロバブルを含んだ水流を肌に当てることにより肌の汚れを除去するものである。
【０００３】
また、微細気泡発生装置は、上述のように給湯装置の一部を構成する洗浄装置に組み込まれたり、給湯装置の本体に組込まれた状態で使用されることが多い。従って、微細気泡発生装置により発生された微細気泡は、水流と共に配管等の給湯流路を流通した後に、シャワー、給湯栓等の給湯端末に供給される。このとき、給湯流路では、複数の微細気泡同士が結合して大きな気泡を形成する現象（合泡）が生じ、流路閉塞部が形成されることがある。ここで、流路閉塞部とは、給湯流路のうちで空気の滞留により閉塞された部位、即ち、空気により水流が分断された部位を意味している。一般に、微細気泡発生装置から発生する気泡のうち、例えば直径50μm以下の微細気泡は、帯電性を有するので、気泡同士の反発により合泡を抑制することが可能である。これに対し、例えば十分に微細化されずに直径50μm以上となった気泡の大部分は、帯電性をもたないので、合泡により流路閉塞部を形成し易い。
【０００４】
このように、給湯流路内に流路閉塞部が形成された状態において、微細気泡発生装置よりも下流側で湯水の供給が停止されると、次回の給湯時には、流路閉塞部を形成していた空気が給湯端末から吐出されることによって湯水の吐出（吐水）が断続的となり、給湯が円滑に行われない場合がある。このため、特許文献１に記載された従来技術では、給湯の停止（止水）を行う場合に、まず、搬送ポンプを一定時間だけ運転して給湯流路内の空気を給湯端末から排出し、その後に止水するようにしている。なお、本明細書において、「給湯」とは、湯及び水を供給する動作を意味し、「給水」を含むものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３６１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術では、止水を行う場合に、一定時間だけ搬送ポンプの作動を継続する必要がある。即ち、従来技術では、止水の要求が生じてから給湯が実際に停止されるまでの間に時間差があるので、使用者等からみて給湯装置の動作に違和感があり、利便性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、湯水中に含まれる気泡の合泡により給湯流路内に流路閉塞部が形成されるのを抑制し、給湯及び止水を円滑に実行することが可能な給湯装置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】
【０００８】
本発明に係る給湯装置は、湯水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクに貯留された湯水を吐出するための給湯端末と、貯湯タンクと給湯端末とを接続する給湯流路と、貯湯タンクに貯留された湯水を給湯流路を介して給湯端末に搬送する搬送ポンプと、給湯流路に設けられ、給湯流路を流れる湯水中に空気を導入して当該湯水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置と、微細気泡発生装置から発生した気泡同士が給湯流路内で結合するのを抑制する気泡結合抑制手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微細気泡発生装置に吸込まれる空気を帯電させたり、当該空気の流量を制御することができるので、給湯流路内で大きな気泡同士が結合して流路閉塞部が形成されるのを抑制することができる。従って、給湯時には、湯水の吐出が断続的となるのを回避し、微細気泡を含む湯水を安定的に吐出することができ、微細気泡の洗浄効果を発揮することができる。また、例えば止水時に流路閉塞部の空気を排出するために搬送ポンプの停止を遅らせる等の制御も不要となるので、止水の要求が生じた時点で速やかに給湯を停止することができる。このように、本発明によれば、給湯開始時の断続的な吐水を抑制しつつ、給湯及び止水を円滑に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による給湯装置を模式的に示す構成図である。
【図２】図１中の微細気泡発生装置及び気泡結合抑制装置を示す断面図である。
【図３】微細気泡発生装置の旋回翼等を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、微細気泡発生装置により生成された気泡が給湯端末に向けて給湯流路を流れる状態を模式的に示す断面図である。
【図５】従来の給湯流路内に流路閉塞部が形成される状態を比較例として示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による給湯装置を模式的に示す構成図である。
【図７】図６中の微細気泡発生装置及び空気量制御弁を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、給湯流路に設けられた気泡量センサを示す断面図である。
【図９】気泡量センサの検出信号の信号強度と気泡混在率との関係を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、図１から図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１による給湯装置を模式的に示す構成図である。この図に示すように、実施の形態１による給湯装置１は、貯湯タンク２、給湯端末３、給湯流路４、逆止弁５、搬送ポンプ６、微細気泡発生装置７、止水弁８、ヒートポンプユニット９、気泡結合抑制装置１０、制御装置１３等を備えている。
【００１２】
貯湯タンク２は、ヒートポンプユニット９により加熱された温水を貯留するもので、ケース１Ａに収容されている。ケース１Ａには、給湯流路４の一部、逆止弁５、搬送ポンプ６、微細気泡発生装置７及び気泡結合抑制装置１０も収容されている。給湯端末３は、貯湯タンク２に貯留された湯水を吐出するもので、例えば浴室、台所等に配置されたシャワー、給湯栓等により構成されている。給湯流路４は、貯湯タンク２内の温水を給湯端末３に供給するもので、配管等により構成され、貯湯タンク２の上部と給湯端末３とを接続している。貯湯タンク２の下部には、市水等を貯湯タンク２内に供給するための給水配管（図示せず）が接続されている。貯湯タンク２の内部には、上部側に高温水が滞留し、下部側に低温水が滞留する温度成層が形成される。
【００１３】
給湯流路４には、上流側（貯湯タンク２側）から下流側（給湯端末３側）に向けて、逆止弁５、搬送ポンプ６、微細気泡発生装置７、止水弁８が順次設けられている。逆止弁５は、搬送ポンプ６側から貯湯タンク２側に向けて湯水が逆流するのを防止している。搬送ポンプ６は、貯湯タンク２内の湯水を給湯流路４を介して給湯端末３に搬送するものである。微細気泡発生装置７は、給湯流路４を流れる湯水中に空気を導入して当該湯水中に微細気泡を発生させるもので、その構成については、図２等を参照して後述する。止水弁８は、湯水の使用者等が操作する手動式の開閉弁等により構成され、給湯流路４を開閉するものである。使用者が止水弁８を開弁側に操作したときには、貯湯タンク２内の湯水が給湯端末３に供給される。また、止水弁８を閉弁側に操作したときには、給湯端末３への湯水の供給が停止（止水）される。
【００１４】
ヒートポンプユニット９は、貯湯タンク２内の湯水を加熱するもので、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び空気熱交換器を冷媒循環配管によって環状に接続することにより、冷凍サイクルとして構成されている。貯湯タンク２内の温水を増量する貯湯運転の実行時には、ヒートポンプユニット９において、貯湯タンク２の下部側から導入される低温水と、冷媒循環配管を流れる高温な冷媒との間で熱交換が行われ、高温水が生成される。この高温水は貯湯タンク２に貯留される。なお、ヒートポンプユニット９は、貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱装置の一例を示すもので、本発明の加熱装置としては、例えば電気ヒータ、太陽熱温水器等を用いてもよい。
【００１５】
気泡結合抑制装置１０は、本実施の形態による気泡結合抑制手段の具体例に相当するもので、微細気泡発生装置７から発生した気泡同士が給湯流路４内で結合する（合泡が生じる）のを抑制するものである。気泡結合抑制装置１０は、電磁弁１１及び空気帯電装置１２と、制御装置１３とにより実現されている。電磁弁１１は、微細気泡発生装置７に対する空気の導入及び導入の停止を行うものであり、給湯時には、電磁弁１１を開弁することにより、給湯端末３から吐出される湯水に微細気泡を混入させることができる。また、給湯時に電磁弁１１を閉弁状態に保持した場合には、微細気泡を含まない湯水を給湯端末３から吐出させることができる。
【００１６】
空気帯電装置１２は、微細気泡発生装置７に空気が導入されるときに当該空気を帯電させるもので、本実施の形態における帯電手段を構成している。空気帯電装置１２は、例えば空気の流路中に配置された放電針を有する放電装置により構成され、放電針の先端に高電圧を印加して周囲の空気をイオン化するものである。電磁弁１１及び空気帯電装置１２は、微細気泡発生装置７の吸気側に設けられている。なお、図１等では、電磁弁１１の上流側に空気帯電装置１２を配置する場合を例示したが、本発明では、両者の位置を入替えることにより、電磁弁１１の下流側に空気帯電装置１２を配置してもよい。
【００１７】
制御装置１３は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶回路と、記憶回路に記憶されたプログラムに基いて所定の演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備える。制御装置１３の入力側には、給湯装置１に搭載された各種のセンサを含むセンサ系統が接続されると共に、気泡供給ボタン(図示せず)等を含む操作部が接続されている。また、制御装置１３の出力側には、給湯装置１に搭載された各種のアクチュエータが個別に接続されている。電磁弁１１及び空気帯電装置１２は、前記アクチュエータに含まれるもので、制御装置１３により制御される。なお、本実施の形態において、制御装置１３は、微細気泡発生装置７に空気が導入されるときに空気帯電装置１２を作動させる帯電制御手段を構成している。
【００１８】
次に、図２及び図３を参照しつつ、微細気泡発生装置７及び気泡結合抑制装置１０について説明する。図２は、図１中の微細気泡発生装置及び気泡結合抑制装置を示す断面図であり、図３は、微細気泡発生装置の旋回翼等を示す斜視図である。本実施の形態では、旋回流式の微細気泡発生装置７を採用しており、この微細気泡発生装置７は、旋回流を形成した液中に気体を導入することで、旋回流により気体をせん断破砕して微細気泡を形成するものである。微細気泡発生装置７は、図２に示すように、旋回流形成部１４、内側筒体１５、旋回翼１６、縮径部１７、空気導入部１８及び気泡形成部１９を備えている。
【００１９】
旋回流形成部１４は、軸方向の両側が開口した円筒管等により形成され、その一端側（上流側）には給湯流路４が接続されている。旋回流形成部１４の他端側（下流側）には、縮径部１７が同軸に接続されている。また、旋回流形成部１４の内周側には、図２及び図３に示すように、内側筒体１５を介して旋回翼１６が設けられている。なお、本実施の形態では、旋回翼１６を内側筒体１５の内周側に固定し、内側筒体１５を旋回流形成部１４の内周側に取付ける場合を例示した。しかし、本発明では、内側筒体１５を使用せずに、旋回翼１６を旋回流形成部１４の内周側に直接取付ける構成としてもよい。
【００２０】
旋回翼１６は、旋回流形成部１４（内側筒体１５）の内周側を軸方向に流れる水流Ｐに対して旋回力を付加し、旋回流を発生させるものである。旋回翼１６は、例えば略三角形状（扇形状）をなす板材等により形成され、旋回流形成部１４の上流側から下流側に向けて軸方向に延在しつつ周方向に捩れている。また、旋回流形成部１４の内周側には、図３に示すように、例えば中心角が約９０°に形成された２枚の旋回翼１６が配置され、これらの旋回翼１６は、互いに周方向に離間している。なお、本発明では、旋回流形成部１４の内周側に３枚以上の旋回翼を設ける構成としてもよく、また、旋回翼の中心角は９０°以外の角度に設定してもよい。
【００２１】
縮径部１７は、旋回翼１６により発生させた旋回流の半径を縮小させて旋回流を高速化するもので、旋回流形成部１４の他端側から略円錐状に縮径している。空気導入部１８は、縮径部１７の流出端(最縮径部)に径方向外側から空気を導入するための通路であり、空気導入部１８の一端側（上流側）は大気開放されている。空気導入部１８の他端側（下流側）は、縮径部１７の流出端に接続されている。また、空気導入部１８の途中には、前述した電磁弁１１と空気帯電装置１２とが設けられている。なお、空気導入部１８は、空気帯電装置１２で発生される電圧を遮断する材料により形成されるか、または、当該電圧を遮断するための構造を備えている。一方、気泡形成部１９は、旋回翼１６により発生させた旋回流と、空気導入部１８から導入した空気とを利用して、水中に微細気泡Ｒを発生させるものである。
【００２２】
本実施の形態による給湯装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。まず、湯の使用時には、図１において、使用者が止水弁８を開弁側に操作すると、給湯流路４が開通し、搬送ポンプ６が作動する。これにより、貯湯タンク２内の温水は、給湯流路４、逆止弁５、搬送ポンプ６、微細気泡発生装置７及び止水弁８を順次流通し、給湯端末３から吐出する。このとき、制御装置１３は、止水弁８の操作を検出するか、または、貯湯タンク２内の水圧により生じる給湯流路４の水流を検出することにより、給湯要求が生じたことを検知し、搬送ポンプ６を起動する構成としてもよい。なお、止水弁８だけが操作され、電磁弁１１が閉弁した状態では、微細気泡発生装置７が作動しないので、給湯端末３からは微細気泡が含まれない温水が吐出される。
【００２３】
一方、給湯時に使用者が制御装置１３の気泡供給ボタンを操作した場合には、制御装置１３により電磁弁１１が開弁され、微細気泡発生装置７が作動すると共に、空気帯電装置１２が駆動される。ここで、図２を参照して、各装置７，１２の作動について説明する。まず、給湯流路４を軸方向に流れる水流Ｐが微細気泡発生装置７の内側筒体１５に流入すると、この水流には、各旋回翼１６の作用により旋回流が発生する。内側筒体１５から流出した旋回流は、縮径部１７を通過することにより旋回半径が縮小しつつ、旋回方向の流速が上昇する。
【００２４】
この結果、縮径部１７と空気導入部１８との間には圧力差(負圧)が生じるので、縮径部１７の流出端側には、前記圧力差より空気導入部１８から空気Ｑが吸い込まれる。吸込まれた空気Ｑは、旋回流が合一する位置で旋回流によりせん断され、気泡形成部１９内に微細気泡Ｒが形成される。また、空気帯電装置１２は、空気導入部１８を流れる空気に対して電圧を印加することにより、当該空気をイオン化して帯電させる。この帯電した空気が旋回流中に吸込まれることにより、個々の微細気泡Ｒは帯電した状態で形成される。
【００２５】
次に、図４は、本発明の実施の形態１において、微細気泡発生装置により生成された気泡が給湯端末に向けて給湯流路を流れる状態を模式的に示す断面図である。また、図５は、従来の給湯流路内に流路閉塞部が形成される状態を比較例として示す断面図である。これらの図に示すように、微細気泡発生装置７により生成された気泡には、直径が50μm以下の微細気泡Ｒだけでなく、直径が50μmよりも大きな大気泡Ｓも含まれている。旋回流式の微細気泡発生装置７においては、例えば旋回流による空気Ｑのせん断力が当該空気Ｑの流量に対して不足すると、大気泡Ｓが形成され易くなる。微細気泡Ｒと大気泡Ｓとは、混在した状態で湯水と共に給湯流路４を流通する。なお、本実施の形態では、微細気泡Ｒと大気泡Ｓとを区別する直径の境界値として50μmを例示したが、この境界値は、気泡の性質等を考慮して適宜設定されるもので、50μmに限定されるものではない。
【００２６】
微細気泡Ｒは、電気二重層を形成しており、帯電性を有している。このため、各微細気泡Ｒは、互いに同極に帯電して反発した状態で給湯流路４内を流れるので、微細気泡Ｒ同士の合泡を抑制することができる。これに対し、大気泡Ｓは、強制的に帯電させない限り、帯電性をもたないものが多い。この結果、従来の給湯流路４′では、図５に示すように、給湯中に大気泡Ｓ同士の合泡により大きな空気の塊が形成され、給湯流路４′が空気により閉塞された流路閉塞部Ｔが形成され易い。このように、流路閉塞部Ｔが形成された状態で給湯が停止され、その後に給湯が再開されると、給湯流路４′内に残されていた流路閉塞部Ｔが空気の塊となって給湯端末３から吐出され、湯水の吐出が断続的になることがある。また、流路閉塞部Ｔが形成されると、洗浄効果をもつ微細気泡Ｒも流路閉塞部Ｔに結合し易くなるので、湯水中に含まれる微細気泡Ｒの量が減少して洗浄効果が低下する虞れもある。
【００２７】
これに対し、本実施の形態では、微細気泡発生装置７に吸込まれる空気Ｑを空気帯電装置１２により帯電させることができるので、図４に示すように、微細気泡Ｒだけでなく、大気泡Ｓも帯電させることができる。これにより、大気泡Ｓ同士の間、微細気泡Ｒ同士の間、及び大気泡Ｓと微細気泡Ｒとの間に静電反発力が作用するので、大気泡Ｓ等の合泡により給湯流路４内に流路閉塞部Ｔが形成されるのを抑制することができる。また、湯水中の微細気泡Ｒが大気泡Ｓに結合して減少するのを抑制することができる。
【００２８】
従って、給湯時には、湯水の吐出が断続的となるのを回避し、微細気泡Ｒを含む湯水を安定的に吐出することができ、微細気泡Ｒの洗浄効果を発揮することができる。また、例えば止水時に流路閉塞部Ｔの空気を排出するために搬送ポンプ６の停止を遅らせる等の制御も不要となるので、止水の要求が生じた時点で速やかに給湯を停止することができる。このように、本実施の形態によれば、給湯開始時の断続的な吐水を抑制しつつ、給湯及び止水を円滑に実行することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、空気の帯電が必要な場合にのみ、制御装置１３により空気帯電装置１２を作動させることができる。従って、空気帯電装置１２を効率よく作動させ、その消費電力を節約することができる。
【００３０】
なお、前記実施の形態１では、気泡結合抑制装置１０（気泡結合抑制手段）を、電磁弁１１、空気帯電装置１２及び制御装置１３により構成したが、電磁弁１１は、必ずしも気泡結合抑制手段に含めなくてもよい。また、本発明の気泡結合抑制手段は、電磁弁１１と空気帯電装置１２とにより構成してもよい。この場合には、例えば電磁弁１１により帯電制御手段を構成し、電磁弁１１の開弁に連動して空気帯電装置１２を自動的に作動させればよい。また、本発明の気泡結合抑制手段は、空気帯電装置１２のみにより構成してもよい。この場合、空気帯電装置１２は、例えば微細気泡発生装置７に吸込まれる空気の流れを検出して自動的に作動するように構成すればよい。空気帯電装置１２が自動的に作動する構成とすることにより、給湯装置１のシステムを簡略化することができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、図６から図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の特徴は、微細気泡発生装置に空気が導入されるときに、当該空気の流量（導入空気量）を制御することにある。図６は、本発明の実施の形態２による給湯装置を模式的に示す構成図である。この図に示すように、実施の形態２による給湯装置２１は、前記実施の形態１とほぼ同様に構成され、ケース２１Ａ内には、気泡結合抑制手段としての気泡結合抑制装置２２が設けられている。気泡結合抑制装置２２は、空気量可変手段としての空気量制御弁２３と、流量検出手段としての流量センサ２４と、空気量検出手段としての気泡量センサ２５とを備えており、この点で前記実施の形態１と異なっている。
【００３２】
図７は、図６中の微細気泡発生装置及び空気量制御弁を示す断面図である。空気量制御弁２３は、微細気泡発生装置７に導入される導入空気量を変化させるもので、電磁駆動式の流量制御弁等により構成され、空気導入部１８の途中に設けられている。空気量制御弁２３は、制御装置１３の出力側に接続され、制御装置１３により開度を制御される。なお、空気量制御弁２３は、必ずしも弁により構成する必要はない。また、空気量制御弁２３は、圧送ポンプ等を備え、空気を送出する構成としてもよい。
【００３３】
一方、流量センサ２４及び気泡量センサ２５は、例えば微細気泡発生装置７の下流側で給湯流路４に設けられ、制御装置１３の入力側に接続されている。これらのセンサ２４，２５は、前記導入空気量を決定するために後述の指標を検出する指標検出手段を構成している。流量センサ２４は、給湯流路４を流れる湯水の流量を第１の指標として検出するものである。
【００３４】
気泡量センサ２５は、後述の気泡混在率を検出するもので、気泡混在率は、微細気泡発生装置７から発生した気泡の量が反映される第２の指標に相当している。図８は、給湯流路に設けられた気泡量センサを示す断面図である。この図に示すように、気泡量センサ２５は、超音波センサ等により構成され、給湯流路４を挟んで直径方向の両側に配置された送信部２５Ａと受信部２５Ｂとを備えている。
【００３５】
送信部２５Ａから送信された超音波Ｖは、給湯流路４を流れる湯水中を伝播して受信部２５Ｂに到達する。このとき、超音波Ｖの伝播効率は、湯水中に存在する気泡の量が多いほど低下するので、受信部２５Ｂにより受信される超音波Ｖの信号強度は、気泡の量が多いほど小さくなる。より詳しく述べると、超音波Ｖの信号強度は、送信部２５Ａと受信部２５Ｂとの間の給湯流路４内に存在する気泡の割合（以下、気泡混在率と称する）が大きいほど減少する。気泡混在率は、送信部２５Ａと受信部２５Ｂとに挟まれた流路容積のうち気泡が占める体積の割合として定義することができる。気泡量センサ２５は、受信部２５Ｂにより受信される超音波Ｖと同等の信号強度を有する検出信号を制御装置１３に出力する。
【００３６】
図９は、気泡量センサの検出信号の信号強度と気泡混在率との関係を示す特性線図である。この図に示すように、検出信号の信号強度（即ち、超音波Ｖの信号強度）は、気泡混在率が低下するほど減少する。従って、気泡量センサ２５によれば、給湯流路４を流れる湯水中の気泡混在率を検出することができる。
【００３７】
次に、本実施の形態による気泡結合抑制装置２２の作動について説明する。制御装置１３は、微細気泡発生装置７により気泡を発生させた状態で給湯を実行しているときに、以下に述べる第１の空気量制御と、第２の空気量制御とを実行し、微細気泡発生装置７に導入される空気の流量（導入空気量）を制御する。制御装置１３は、本実施の形態における空気量制御手段の具体例を構成している。
【００３８】
（第１の空気量制御）
第１の空気量制御では、まず、流量センサ２４により給湯流路４を流れる湯水の流量を検出し、この検出結果を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、流量センサ２４により検出された湯水の流量と、制御装置１３に予め記憶された流路データとに基いて、給湯流路４の流路下流部４Ａ内に流路閉塞部Ｔが形成されない範囲での最大の導入空気量Ｑairを算出する。ここで、流路下流部４Ａとは、図６に示すように、給湯流路４のうち微細気泡発生装置７と給湯端末３との間に配置された部位を意味している。また、流路データとは、流路下流部４Ａの流路面積を含むデータである。制御装置１３は、流路データが予め記憶された記憶手段を構成している。
【００３９】
制御装置１３は、算出された最大の導入空気量Ｑairに基いて空気量制御弁２３の開度を制御し、実際の導入空気量を導入空気量Ｑairに一致させる。このように、第１の空気量制御によれば、給湯流路４を流れる湯水の流量に応じて導入空気量を適切に制御することができる。即ち、給湯流路４内に流路閉塞部Ｔが形成されるのを抑制しつつ、最大流量の空気を微細気泡発生装置７に導入して多量の微細気泡を形成することができる。従って、給湯時における湯水の断続的な吐出を抑制しつつ、多量の微細気泡を含んだ湯水を給湯端末３から吐出させることができる。
【００４０】
次に、導入空気量Ｑairの具体的な算出処理について説明する。導入空気量Ｑairは、給湯流路４を流れる湯水の流量Ｑwaterと、配管等により構成される流路下流部４Ａの容積Ｖtubeと、空気の上限体積Ｖairとに基いて、下記数１の式により決定される。なお、数１式中のパラメータのうち、流量の単位には（L/min）を用い、容積及び体積の単位には（L）を用いている。
【００４１】
【数１】
2015161491.tif 000003
【００４２】
上記式において、容積Ｖtubeは、流路下流部４Ａの流路面積（mm2）及び全長（mm）等に基いて算出される。これらの流路面積及び全長を含む流路データは、例えば給湯装置１の設計時、現場での設置時等に制御装置１３に記憶されている。また、空気の上限体積Ｖairとは、特定の配管容量Ｖtube及び湯水の流量Ｑwaterが実現された条件下において、流路下流部４Ａ内に流路閉塞部Ｔが形成されないような空気の体積の最大値を意味している。また、流路下流部４Ａ内に流通する空気の上限体積Ｖairは、空気が流通する流路面積Φtube(mm2)と流路閉塞部Ｔの長さＴtube(mm)とに基いて決定されるもので、下記数２の式により算出される。ここで、流路面積Φtubeと流路閉塞部長さＴtubeは、例えば給湯装置１の設計時、現場での設置時に制御装置１３に記憶されている。
【００４３】
【数２】
2015161491.tif 000004
【００４４】
ここで、上限体積Ｖairの具体的な算出例について説明する。まず、流路閉塞部Ｔが形成された状態とは、例えば流路下流部４Ａの長さ５０mmにわたって流路全体が空気により占領された状態と定義する。また、流路下流部４Ａの流路面積と全長は、それぞれ１３３mm2と１５００mmであり、流路下流部４Ａの容積Ｖtubeは約２Lであり、湯水の流量Ｑwaterは１０L/minであるものとする。また、流路下流部４Ａ内の気泡は、水流と同速度で移動するものとする。この条件下では、上限体積Ｖairが約７ｍLとして算出される。即ち、約７ｍLよりも少量の空気が流路下流部４Ａを流通していれば、全ての微細気泡Ｒと大気泡Ｔとが連結したとしても、流路閉塞部Ｔが形成されないことになる。
【００４５】
上記の具体値（Ｑwater＝１０L/min、Ｖtube＝２L、Ｖair＝７ｍL）を前記数１の式に代入すると、導入空気量Ｑairの算出値は約３５ｍL/minとなる。即ち、この条件下では、約３５ｍL/min未満の空気を微細気泡発生装置７に導入すれば、流路下流部４Ａ内に流路閉塞部Ｔを形成することなく、最大限の量の微細気泡Ｒを発生させることができる。従って、第１の空気量制御では、前記数１の式により算出された導入空気量Ｑairを算出し、当該算出値と同量の空気が微細気泡発生装置７に導入されるように、空気量制御弁２３を制御する。
【００４６】
上記構成によれば、導入空気量Ｑairの算出時には、制御装置１３に記憶された流路データを算出結果に反映させることができる。従って、例えば設計仕様が変更したり、給湯装置２１の設置現場において給湯流路の全長が変更された場合でも、これらの変更に対応して導入空気量Ｑairを正確に算出することができ、第１の空気量制御により得られる効果を安定的に発揮することができる。
【００４７】
（第２の空気量制御）
第２の空気量制御は、気泡量センサ２５の検出結果に基いて、微細気泡発生装置７に対する導入空気量を制御するものである。気泡の分布状態等によっては、第１の空気量制御により導入空気量が制御された状態でも、給湯流路４内に流路閉塞部Ｔが形成される虞れがある。このため、第２の空気量制御では、まず、気泡量センサ２５から出力される検出信号の信号強度に基いて、前述した気泡混在率を監視する。そして、信号強度が図９中の下限判定値Ｙ以下まで減少した場合、即ち、湯水中の気泡混在率が上限判定値Ｘ以上に増加した場合には、流路閉塞部Ｔが形成される虞れがあると判断して、空気量制御弁２３を閉弁側に駆動し、導入空気量を減少させる。
【００４８】
ここで、下限判定値Ｙは、例えば流路閉塞部Ｔが形成されない範囲での信号強度の最小値として予め設定されている。上限判定値Ｘは、下限判定値Ｙに対応する気泡混在率の値として予め設定されている。また、第２の空気量制御では、上述のように導入空気量を減少させた状態において、信号強度が再び下限判定値Ｙよりも増加した場合には、空気量制御弁２３を開弁側に駆動して導入空気量を減少前の状態に復帰させる。
【００４９】
このように、第２の空気量制御によれば、第１の空気量制御が有効に機能しない場合等において、これを補償して導入空気量を適切に制御することができる。即ち、第１の空気量制御により導入空気量を適切に制御した状態において、何らかの理由により流路閉塞部Ｔが形成され易い状況となった場合でも、第２の空気量制御により導入空気量を減少させて流路閉塞部Ｔの形成を抑制することができる。このように、第１，第２の空気量制御を併用すれば、それぞれ異なる指標に基いて導入空気量を安定的に制御することができ、制御精度を向上させることができる。
【００５０】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、導入空気量Ｑairを制御することにより、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、流路閉塞部Ｔが形成されない範囲で最大限の導入空気量を確保するので、微細気泡発生装置７での微細気泡Ｒの発生効率を向上させることができる。これにより、微細気泡発生装置７の能力不足に起因する大気泡Ｔの発生を抑制し、微細気泡Ｒを安定的に供給することができる。
【００５１】
なお、前記実施の形態２では、流量センサ２４及び気泡量センサ２５の出力に基いて導入空気量を制御する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、流量センサ２４と気泡量センサ２５のうち一方のみの出力に基いて導入空気量を制御してもよい。即ち、第１，第２の空気量制御のうち一方の空気量制御のみを実行する構成としてもよい。また、第２の空気量制御では、気泡量センサ２５の信号強度（気泡混在率）に基いて導入空気量を制御したが、本発明はこれに限らず、微細気泡発生装置７から発生した気泡の量が反映される任意の指標に基いて、導入空気量を制御する構成としてよいものである。具体例を挙げると、例えば微細気泡発生装置７に導入された空気の流量を検出したり、微細気泡発生装置７から湯水中に放出される空気の流量を検出し、これらの検出結果を第２の指標として用いることにより、第２の指標に基いて導入空気量を制御してもよい。
【００５２】
また、前記実施の形態２では、気泡量センサ２５を超音波センサにより構成したが、流量センサ２４も同様に、超音波センサにより構成してもよい。特に、１個の超音波センサにより流量センサ２４と気泡量センサ２５とを兼ねる構成とすれば、流量の検出と気泡混在率の検出とを１個の超音波センサにより実現することができ、センサの個数を減らしてシステムを簡略化することができる。
【００５３】
また、前記実施の形態２では、給湯装置２１に配管長検出機能を搭載してもよい。配管長検出機能とは、例えば流量検出手段と制御装置１３のタイマ機能等を用いて、一定流量の湯水が流れ切るのに必要な時間を計測し、この計測結果に基いて給湯流路４の流路下流部４Ａの全長を算出するものである。配管長検出機能によれば、例えば給湯装置２１の設計時、現場での設置時等において、前記流路データの一部が制御装置に１３に自動で取得されるように構成することができる。これにより、流路長（配管長）の変更にも柔軟に対処することができ、利便性を向上させることができる。
【００５４】
一方、本発明は、例えばシャワー、キッチン、洗面台等を含む各種の給湯システムに適用してもよい。即ち、給湯装置１，２１の給湯端末３は、浴室、キッチン、洗面台等のシャワー、給湯栓とすることができる。特に、給湯端末３をシャワーとし、給湯流路４を、シャワーに湯水及び微細気泡を供給するシャワー流路とすれば、給湯装置１，２１は、微細気泡を含んだ水流を肌に当てることにより肌の汚れを除去する洗浄装置を構成することができる。この構成によれば、前記実施の形態１，２の効果により多量の微細気泡を安定的に発生可能な高性能の洗浄装置を実現することができる。
【００５５】
また、本発明では、前記実施の形態１，２を組合わせることにより、気泡結合抑制装置１０，２２の両方を備えた給湯装置を実現してもよい。この構成によれば、微細気泡発生装置７に導入される空気を帯電しつつ、その空気量を制御することができる。この場合、実施の形態１に組合わせる空気量制御は、前記第１，２の空気量制御の何れか一方でもよいし、両方でもよい。
【００５６】
また、前記実施の形態１，２では、旋回流式の微細気泡発生装置７を例示した。しかし、本発明は、旋回流式に限らず、ベンチュリー式、キャビテーション式、加圧溶解式、旋回流式等の微細気泡発生装置を用いてもよい。ここで、ベンチュリー式の微細気泡発生装置は、湯水の流路に絞りを設け、この絞り部分で負圧が形成されるのを利用して外部から空気を吸引し、吸引した空気を絞りの下流側で微細気泡化するものである。また、キャビテーション式は、ポンプ内に気液混合体を送り、例えば超音波振動を与えることでキャビテーションを利用して気泡を発生させるものである。加圧溶解式は、配管中を流れる液体に対して、コンプレッサ等により加圧した外気を導入して溶解し、当該液体の減圧開放時に気泡を再析出させるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１，２１  給湯装置，２  貯湯タンク，３  給湯端末，４  給湯流路，４Ａ  流路下流部，５  逆止弁，６  搬送ポンプ，７  微細気泡発生装置，８  止水弁，９  ヒートポンプユニット，１０，２２  気泡結合抑制装置（気泡結合抑制手段），１１  電磁弁，１２  空気帯電装置（帯電手段），１３  制御装置（帯電制御手段、空気量制御手段），１４  旋回流形成部，１５  内側筒体，１６  旋回翼，１７  縮径部，１８  空気導入部，１９  気泡形成部，２３  空気量制御弁（空気量可変手段），２４  流量センサ（指標検出手段、流量検出手段），２５  気泡量センサ（指標検出手段、空気量検出手段），２５Ａ  送信部，２５Ｂ  受信部，Ｐ水流，Ｒ  微細気泡，Ｓ  大気泡，Ｔ  流路閉塞部，Ｑair  導入空気量
【図１】
2015161491.tif 000005
【図２】
2015161491.tif 000006
【図３】
2015161491.tif 000007
【図４】
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【図５】
2015161491.tif 000009
【図６】
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【図７】
2015161491.tif 000011
【図８】
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【図９】
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