(57)【要約】【課題】  安価なシーズヒータを用いて瞬間式熱交換器の小型化を図り収納効率を高めることでコンパクトかつ経済性の高い人体洗浄装置を提供する。【解決手段】  洗浄水の供給を制御する開閉手段を有した給水部１２１と、給水部１２１に接続されて洗浄水を供給される給水口、洗浄水の管路、管路内に配設される表面電力密度20W/cm2以上の直管状のシーズヒータ４１、を備えて流水状態の洗浄水を瞬間的に加熱してなる熱交換器４２と、熱交換器４２から供給された洗浄水により局部を洗浄するノズル２１と、給水部１２１と熱交換器４２とノズル２１の基部を収納する本体ケース１２０と、を備えた本体と、その本体に開閉可能に設けられた便座とを有すると共に、便座と本体ケース１２０は略同じ幅とし且つ本体ケース内の熱交換器４２をノズル近傍より給水部側に配置したことで収納効率を高めコンパクトかつ経済性の高い人体洗浄装置を提供できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄水の供給を制御する開閉手段を有した給水部と、前記給水部に接続されて洗浄水を供給される給水口と、洗浄水の管路と、前記管路内に配設される表面電力密度20W/cm2以上の直管状のシーズヒータとを備えて流水状態の洗浄水を瞬間的に加熱してなる熱交換器と、前記熱交換器から供給された洗浄水により人体局部を洗浄するノズルと、前記給水部と熱交換器とノズルの基部を収納する本体ケースと、を備えた本体と、前記本体に開閉可能に設けられた便座とを有すると共に、前記便座と本体ケースは概略同じ幅とし且つ本体ケース内の熱交換器を前記ノズル近傍より給水部側に配置したことを特徴とする人体洗浄装置。
【請求項２】
前記ノズルを挟んで前記給水部と反対側に脱臭手段及び／又は乾燥手段を配置したことを特徴とする請求項１記載の人体洗浄装置。
【請求項３】
前記熱交換器内の流路を直管形状としたことを特徴とする請求項１または２記載の人体洗浄装置。
【請求項４】
前記熱交換器を前記本体ケースの背面側下方に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項５】
前記給水部を前記熱交換器の上部に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項６】
前記ノズルを前記熱交換器の上部に配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項７】
前記熱交換器の入水側を水平方向に対して所定の角度だけ下方に傾斜配置したこと特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項８】
前記シーズヒータを前記熱交換器の流路に同軸配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項９】
前記熱交換器の入水口部に整流手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【請求項１０】
前記シーズヒータの表面に親水処理を施したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の人体洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水源から給水される洗浄水を、流れながらに瞬間的に加熱された温水で人体を洗浄する人体洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年人体洗浄装置の普及にともないコンパクトかつ経済性の良いものが求められるようになってきた。こうした要求に対し装置全体が小型な瞬間式の熱交換器を用いた人体洗浄装置が提案されてきた。従来の瞬間的に加熱された洗浄水を人体に向け吐出する人体洗浄装置として、図９に示すようなものがある（特許文献１参照）。この装置では、水道本管から分岐された水道水（冷水）を本体ケーシング１０１内に配設される水閉止弁１０２を開閉することにより人体洗浄装置内に引き込み、洗浄水加熱手段１０３に備えられたヒータ（図示せず）で瞬間的に加熱し、その加熱された洗浄水を洗浄ノズル１０９より人体局部に向けて噴出させ、人体局部を洗浄する。
洗浄水を予め貯湯タンク内で温め、貯留しておく貯湯式の人体洗浄装置では、常に洗浄水を保温しておかないといけないため、装置の非使用時にも電力を消費してしまうのに対して、この装置のように、装置使用時にのみ洗浄水を瞬間的に加熱する瞬間式の人体洗浄装置では、装置使用待機時の洗浄水保温の必要がないため、貯湯式に比べて消費電力が少なくて済むという利点がある。
また洗浄水を予め貯留する必要がないため装置全体が小型化できる利点がある。
ここで、シーズヒータは貯湯式熱交換器などの自然対流による熱交換器として用いられる場合が多く、表面電力密度を上げようとすると、ヒータ表面温度が上昇し、沸騰音発生やヒータ線寿命の低下などの問題が発生する。そのため表面電力密度は１０Ｗ／ｃｍ２程度で使用されるのが一般的である。
一方、瞬間式の熱交換器に用いられるヒータは、洗浄水を瞬間的に加熱する必要があるため、貯湯式のヒータに比べて瞬間消費電力を高くしなければならず、一般的な表面電力密度１０Ｗ／ｃｍ２程度のシーズヒータを瞬間式熱交換器に適用しようとすると、ヒータを長くしなければならない。
シーズヒータを用いた瞬間式熱交換器としてヒータをコイル状としたもの（特許文献２）やヒータ全長を略製品全幅程度にしたものが提案されているが（特許文献１）このような従来の技術では一般的な表面電力密度１０Ｗ／ｃｍ２程度のシーズヒータを用いているため瞬間消費電力を高くすることによる体積の増加によって応答性の低下が発生したり、近年の商品の小型化要請から考えてまだ十分なものではない。
【特許文献１】特開２００１−３３６２０３（第３図）
【特許文献２】特開２０００−１３０８４７（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、安価なシーズヒータを用いて熱交換器の小型化をはかりまた収納効率を高めることでコンパクトかつ経済性の高い人体洗浄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】
【０００４】
かかる課題を解決するために、第１の発明における人体洗浄装置では、洗浄水の供給を制御する開閉手段を有した給水部と、前記給水部に接続されて洗浄水を供給される給水口と、洗浄水の管路と、前記管路内に配設される表面電力密度20W/cm2以上の直管状のシーズヒータとを備えて流水状態の洗浄水を瞬間的に加熱してなる熱交換器と、前記熱交換器から供給された洗浄水により人体局部を洗浄するノズルと、前記給水部と熱交換器とノズルの基部を収納する本体ケースと、を備えた本体と、前記本体に開閉可能に設けられた便座とを有すると共に、前記便座と本体ケースは概略同じ幅とし且つ本体ケース内の熱交換器を前記ノズル近傍より給水部側に配置したことを特徴とした。
装置使用時にのみ洗浄水を加熱する瞬間式の熱交換器において、ヒータは貯湯式などの自然対流での使用とは異なり、強制対流時のみの加熱となる。したがって表面電力密度を高くしても水への熱伝達率が高くなりヒータ表面温度は一般的な表面電力密度１０Ｗ／ｃｍ２のヒータと同等に以下に保つことが可能となる。
また表面電力密度を高くすることでヒータの小型化が可能になるため一般的な表面電力密度が１０Ｗ／ｃｍ２のヒータより応答性は向上する。
そこでヒータ表面電力密度を２０Ｗ／ｃｍ２以上としたことでヒータの応答性をを向上させつつ熱交換器の全長を略製品全幅半分程度の長さに小型化することができ、ノズル近傍より給水部側に熱交換器を配置することが可能となる。給水部よりノズル近傍に熱交換器を配置したこで隣接した装置管の接続流路が短くできるとともに収納効率が高くなりコンパクトになる。
【０００５】
第２の発明における人体洗浄装置は、ノズルを挟んで前記給水部と反対側に脱臭手段及び／又は乾燥手段を配置したこと特徴とした。洗浄水の流路と脱臭手段及び乾燥手段をノズルを挟み分離配置することで、万一の漏水時や結露発生時に漏電や発火等からの安全性を確保することが出来る。
【０００６】
第３の発明における人体洗浄装置は、前記熱交換器内の流路を直管形状としたことを特徴とする。ヒータや熱交換流路が屈曲している場合は、熱交換流路内の洗浄水の流速分布が均一でなくなり、流速が遅い箇所では熱伝達率が低下してヒータ表面温度が局所的に上昇しヒータ線寿命の低下を招いたり、ヒータが洗浄水に与える熱量が大きくなることによる洗浄水の温度ムラが発生する。そこでヒータとともに熱交換流路を直管形状にすることにより、流速分布が均一になるためヒータ表面温度の局所的な上昇を防ぎ、また洗浄水の温度ムラが安定する。
【０００７】
第４の発明における人体洗浄装置は、前記熱交換器を前記本体ケースの背面側下方に配置したことを特徴とする。熱交換器を本体ケースの全幅が一番広い背面下方に配置したことで、収納効率が向上する。
【０００８】
第５の発明及び第６の発明における人体洗浄装置は、前記給水部あるいはノズルを熱交換器の上部に配置したことを特徴とする。給水部あるいはノズルを熱交換器上部に配置したことで給水部とノズルは熱交換器のケースに固定することが可能となり、本体ケースに給水部とノズル固定用ボスを設ける必要がなくなるためコンパクトな構成が可能になる。また洗浄水の流路が簡略化できるとともに各装置の接続流路も短くすることが出来る。
【０００９】
第７の発明における人体洗浄装置は、前記熱交換器の入水側を水平方向に対して所定の角度だけ下方に傾斜配置したこと特徴とする。熱交換器を水平に配置した場合、洗浄水加熱時に発生したヒータ表面の気泡が抜けにくく、気泡が結合、成長し、局所的なヒータ表面温度の上昇が発生しヒータ線寿命を低下させる。熱交換器の給水口を所定の角度下側傾斜配置することで洗浄水加熱時に発生したヒータ表面からの高温の気泡が抜けやすくなり上述のような不具合の発生を防止することが可能となる。
【００１０】
第８の発明における人体洗浄装置は、前記シーズヒータを前記熱交換器の流路に同軸配置したことを特徴とする。ヒータと熱交換流路が同軸上に配置されていない場合は、ヒータ表面から熱交換流路内面までの距離が一定ではなく流速分布が不均一になる。そして流速が遅い箇所では熱伝達率が低下してヒータ表面温度が局所的に上昇しヒータ線寿命の低下を招いたり、ヒータが洗浄水に与える熱量が大きくなるため、洗浄水の温度ムラが発生する。そこでヒータと熱交換流路を略同一軸上に配置させることにより、流速分布が均一になるためヒータ表面温度の局所的な上昇を防ぎ、また洗浄水の温度ムラが安定する。
【００１１】
第９の発明における人体洗浄装置は、前記熱交換器の入水口部に整流手段を備えたことを特徴とする。熱交換器入水口に整流手段を設けることで熱交換器流路内の流速分布が均一になりヒータ表面温度の局所的な上昇を防ぎ、また洗浄水の温度ムラが安定する。
【００１２】
第１０の発明における人体洗浄装置は、前記シーズヒータの表面に親水処理を施したことを特徴とする。洗浄水加熱時に発生したヒータ表面からの気泡はその離脱性が悪い場合、結合、成長し、熱伝達率低下によるヒータ表面温度の上昇が発生しヒータの寿命を低下させる。シーズヒータの表面に親水化処理を施すことによってヒータ表面より発生した気泡の離脱性を向上させ、気泡付着による熱伝達率の局所的な低下を防ぎヒータ寿命を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、瞬間式熱交換器に表面電力密度が２０Ｗ／ｃｍ２以上のシーズヒータを用いることでヒータの応答性を向上しつつ熱交換器の小型化を図りつつ、熱交換器をノズルを挟んで給水口側に配置することで収納効率を高めコンパクトかつ経済性の高い人体洗浄装置の提供が可能となる。更には、熱交換流路内の洗浄水の流れを均一かつ安定化させる構成とすることによって、ヒータの信頼性を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき説明する。
本発明における実施の形態による人体洗浄装置の水路図を図１に示す。ここで図１は、洗浄水の供給系を示す概略構成図である。
図１において、洗浄水を供給する給水配管１１には、上流側から順に、圧力調整弁１２、電磁弁１３、熱交換器１４が接続されている。また熱交換器１４の上流側には、熱交換器１４に供給される洗浄水の温度を検知する冷水サーミスタ２３が設けられている。熱交換器１４の出口部には、バキュームブレーカ３３が接続されており、バキュームブレーカ３３の下流は安全弁１５において二方に分岐し、一方は余剰の水を便器内に直接排出するための捨水配管１６へ、他方は流路切替兼流量調整弁１８が接続されている。流路切替兼流量調整弁１８の下流は二方に分岐し、一方は捨水路１９へ、他方はアキュームレータ２９を介して脈動発生装置１７に接続されている。脈動発生装置１７の下流には、流路切替弁２０を介して洗浄水を人体へ噴出する洗浄ノズル２１へ接続されている。なおこの例では、流路切替弁２０は洗浄ノズル２１と一体的に構成されている。
【００１５】
洗浄ボタン（図示せず）が押されると、電磁弁１３が開弁し、洗浄ノズル２１は装置内に収納された状態で流路への通水が開始される。通水を開始した洗浄水は、圧力調整弁１２によって所定の圧力まで減圧されるため、熱交換器１４に供給される洗浄水の給水圧力は常に一定に保たれる。熱交換器１４に供給された洗浄水は、熱交換器内の流路を流れながら所定の温度まで瞬間的に加熱され、流路切替兼流量調整弁１８によって所定の流量に調整されたうえで、洗浄ノズルの全てのノズル流路２５，２６，２７から吐出され、流路内の予熱を行う。流路内の予熱が充分に行われたら、流路切替兼流量調整弁１８によって捨水路１９への通水に切り替えられたうえで洗浄ノズル２１が所定の洗浄位置まで進出する。捨水路１９はノズル装置３５内に設けられたノズル洗浄室（図示せず）に接続されており、洗浄ノズル２１は胴体を洗浄されながら伸出する。また、洗浄ノズル２１の進出中には、ノズル内流路が流路切替弁２０によって所定の位置に切り替えられる。洗浄ノズル２１が所定の位置まで進出を完了すると、流路切替兼流量調整弁１８によって、洗浄ノズル２１側へと通水が切り替えられ、所定のノズル流路から、所定の流量にて洗浄水が吐出する。
【００１６】
瞬間加熱式の人体洗浄装置は、貯湯式と違い、充分温かい温度まで加熱できる洗浄水の流量が制限されているが、加熱された洗浄水は脈動発生装置１７によって脈動を与えられた状態で吐出されるため、少ない流量でも洗浄力とたっぷり感を確保した状態での洗浄が可能となる。本実施の形態では、脈動発生装置１７の上流にアキュームレータ２９を設けており、脈動発生装置１７で発生した圧力の脈動が上流へ伝播するのを防ぎ、熱交換器１４への影響を防止している。
【００１７】
洗浄水を所定の温度まで加熱するためのヒータ２２への通電制御は、冷水サーミスタ２３にて検知される熱交換器１４への入水温度と、温水サーミスタ２４にて検知される加熱された水温を制御器２８に取り込むことによって、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合せにて行われる。
【００１８】
次に人体洗浄装置の詳細な内部構造について説明する。なお、前述の図１と同じ構成であっても、説明のために異なる符号を用いている部分がある。
図２、図３は本発明における実施の形態１による人体洗浄装置の平面図である。図４は本発明における実施の形態１による人体洗浄装置の正面図である。
この人体洗浄装置は、本体ケース１２０に、熱交換器４２、入水口１１０、給水の停止水を行なう開閉弁等を有する給水部１２１、ノズル２１、乾燥手段１２２、脱臭手段１２３等を取付け固定したものである。また、本体ケース１２０は、図示せぬケース蓋によって覆われ、そのケース蓋には便座および便蓋が開閉自在に設けられている。なお、便座および便蓋と本体（すなわち本体ケース）は略同じ横幅を有するものであり、袖操作部を有さずにリモコン装置で動作指令を行なうものである。
本発明における実施の形態では直管形状のシーズヒータ（図６参照）の全長は装置全幅の略半分の長さの約２１０ｍｍで外径はφ８となっており、表面電力密度は約３０Ｗ／ｃｍ２となっている。なお、シーズヒータの外径をφ１０として同全長寸法とすれば表面電力密度を２５Ｗ／ｃｍ２とすることも可能である。この直管状シーズヒータを備えた熱交換器本体４２は本体ケース１２０内部の背面側下方に配置されている。製品全幅が一番広い本体ケース１２０の背面側下方に熱交換器本体４２を配置することで直管状のシーズヒータの全長を製品略半分にしても、装置の中央位置に設けられるノズル２１近傍から給水部側半分に収納することが可能となる。したがって熱交換器本体４２の小型化のために必要以上にヒータ表面電力密度を高くする必要が無い。
また熱交換器本体４２は入水側を下向きに５°の傾斜をもって配置しているため、シーズヒータ４１の表面から発生した気泡は流路下流へと流れやすく、気泡が滞留することでシーズヒータ４１表面の局所的な温度上昇を防ぐ構造となっている。
熱交換器本体４２の入水口側上部には洗浄水の供給を制御する開閉手段を有した給水部１２１を配置して熱交換器本体４２の出水口側上部にはノズル２１を配置している。給水部１２１とノズル２１は熱交換器本体４２を構成するケースに固定され、給水部１２１とノズル２１を固定した熱交換器本体４２は本体ケース１２０に固定されている。ここで熱交換器本体４２はノズル２１の下部に配置された構造であるが、図２のように多少給水部側と反対方向にはみ出しても問題はない。
なお、この実施の形態の変形例として、図５では、熱交換器本体４２の前方には脈動発生装置１７が配置されているが、脈動発生装置１７はノズル２１と乾燥装置１２２の間の空間に配置してもよい。
【００１９】
この実施の形態では、以上説明したような構造をとることで次のような利点がある。
（１）熱交換器本体４２の上部に給水部１２１とノズル２１を配置・固定することで本体ケース１２０に給水部１２１とノズル２１の固定ボスを専用に配置する必要がなくなり装置全体の小型化が可能となる。
（２）熱交換器本体４１がノズル２１下部の空いた空間に入り込むことにより限られた狭い空間を有効活用することができる。
（３）給水部１２１とノズル２１を熱交換器本体４２に固定することで各隣接した装置が近傍に配置でき接続配管を短く構成することができる。
ノズル２１を挟んで給水部１２１と反対側には乾燥装置１２２と脱臭装置１２３が洗浄水の流路と分離配置されいる。このように乾燥装置１２２と脱臭装置１２３を流路と分離配置することで万一流路に漏水が発生した場合や流路に結露が発生した場合に乾燥装置１２２等のヒータなどに水が被水することを防止できる。
【００２０】
次に、熱交換器１４の詳細構造について説明する。
図６は、本発明における実施の形態による熱交換器の断面図である。
熱交換器本体４２には、直管形状の熱交換流路５９が設けられており、支持部材５６ａ，ｂにて、熱交換流路５９と同軸にシーズヒータ４１が支持されている。またシーズヒータ４１の軸方向の位置決めは、固定部材５４ａ，ｂにて行っている。熱交換流路５９とシーズヒータ４１の気密性は、Ｏリング５３にて保たれており、Ｏリング５３はバックアップリング６０にて位置決めされている。シーズヒータ４１の外形はφ８、熱交換流路５９の内径はφ１３であり、流路のクリアランスは２．５ｍｍとなっている。熱交換流路５９の一端には入水部５５が設けられており、ここから加熱するための洗浄水が給水される。熱交換流路５９の上流側端近傍には、シーズヒータ４１と同軸に整流板５８が配置されており、熱交換流路５９内の流速分布均一化を図っている。そうすることにより、シーズヒータ４１周囲を流れる洗浄水がヒータ表面から受ける熱量を均一にすることができ、シーズヒータ４１表面の温度分布が均一となり、局所的な温度上昇による大きな気泡の発生やヒータ発熱線の断線、耐久性の劣化、洗浄水の温度ムラなどを防止することが可能となる。整流板５８の構造は、図８に示すように、シーズヒータ４１が貫通するための穴が中心に開いており、その周囲に複数の絞り部８１が均等に円周配置された構成となっている。ヒータ周囲を流れる洗浄水流速が均一でない場合は、この複数の絞り部８１で高い流速成分をより大きく減速させることによって、熱交換流路５９内の流速分布の均一化を図ることができる。
入水口５５から供給され、整流板５８によって整流された洗浄水は、熱交換流路５９内を流れながらシーズヒータ４１によって加熱される。その際、加熱されることにより洗浄水中に溶存している空気が飽和状態に達すると、ヒータ表面に気泡として析出、付着し、その大きさはだんだん成長していく。ヒータ表面での気泡の離脱性が悪ければ悪いほど、ヒータ表面で気泡が大きく成長し、ヒータ表面では洗浄水への熱伝達率が悪化して局部的に表面温度が上昇する。そしてヒータ内部に封入された発熱線の温度が急激に上昇し劣化断線が発生する。
そこで、本発明における実施の形態ではヒータ表面に親水化処理を施すことによって、気泡の離脱性を向上させ、洗浄水への熱伝達低下によるヒータ表面の局部的な温度上昇の防止を図ることとした。
【００２１】
図７は、本発明の実施の形態におけるヒータ断面図である。
シース管７１の表面をシリカ系材料皮膜７４にて被覆し、シース管の材質であるステンレス材に比べ、ヒータ表面での水の濡れ性を向上させている。濡れ性が向上し、ヒータ表面での水の接触角が小さくなることで、気泡のヒータ表面への接触面積が小さく、即ち気泡とヒータ表面の間に洗浄水が回り込みやすくなり、気泡の離脱性が向上する。それによって気泡が大きく成長する前に、ヒータ表面から気泡を離脱させることができ、洗浄水への熱伝達低下による局部的なヒータ表面温度上昇を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における実施の形態による人体洗浄装置の水路図
【図２】本発明における実施の形態１による人体洗浄装置の平面図
【図３】本発明における実施の形態１による人体洗浄装置の平面図
【図４】本発明における実施の形態１による人体洗浄装置の正面図
【図５】本発明における実施の形態２による人体洗浄装置の平面図
【図６】本発明における実施の形態による熱交換器の断面図
【図７】シーズヒータの断面図
【図８】整流板の構造図
【図９】従来技術における温水洗浄装置のブロック図
【符号の説明】
【００２３】
２１    …  ノズル
３１    …  整流手段
４１    …  シーズヒータ
４２    …  熱交換器
１２０  …  本体ケース
１２１  …  給水部
１２２  …  乾燥手段
１２３  …  脱臭手段
【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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