(57)【要約】【課題】熱交換器の寿命を向上するためのものである。【解決手段】熱交換器とそれを用いた衛生洗浄装置は、発熱体の外周に設けた流路に流路を変換する流向変換手段を設置することで、流路を流れる水の流速を早くし、発熱体の表面温度を低下させ、発熱体などに堆積するスケールなどの付着量を低減することができ、小型で高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の外周に設けた流路と、前記流路を構成するケースと、前記流路に流向を変換する流向変換手段を備えた熱交換器。
【請求項２】
流向変換手段は、流路の少なくとも上流または下流の一部に設けた請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
流向変換手段は、流路に断続的に設けた請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
流向変換手段は、発熱体の表面温度が所定温度以上になる領域に設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
流向変換手段は、発熱体の表面温度が所定温度以上になる領域と、その近傍かつ上流に設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
流向変換手段とケースとの間に間隙を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
流向変換手段と発熱体との間に間隙を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
流向変換手段は、旋回方向へ流向を変換する請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
流向変換手段は、少なくとも流路の一部に設けたガイドで構成する請求項１から８のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１０】
流向変換手段は、ケースの内壁に一体的に設けられた請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
流向変換手段は、発熱体の表面に一体的に設けられた請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
流向変換手段は、ケースと発熱体とは別部材で設けられた請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
流向変換手段は、流入口を偏芯して設けた請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１４】
流向変換手段は、流出口を偏芯して設けた請求項８または１３に記載の熱交換器。
【請求項１５】
請求項１から１４記載の熱交換器を備えた衛生洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷水を温水に加熱するヒータを備えた熱交換器と、それを用いて人体の局部を洗浄する衛生洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器は、図１３に示すように、円筒状の基材パイプ１と外筒２からなる二重管構造をしている。そして、基材パイプ１の外面の一部にはヒータ部３が設けられている。また、基材パイプ１の内孔４には、らせん中子５が挿入されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成において、流体としての水は、基材パイプ１の内孔４を流れるものであり、その際、水は基材パイプ１の内孔４に挿入されたらせん中子５のねじ山６に沿って流れるものであり、ヒータ部からの熱と熱交換されて温水が吐出されるものである。
【特許文献１】特開２００１−２７９７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、基材パイプの外にヒータ部を設けているために、ヒータ部を熱絶縁して囲うための外筒が必要となり大きな構成となっていた。また、ヒータ部の熱が外部へ逃げるため熱交換効率が悪いという課題があった。さらに、内孔にらせん中子を挿入して保持するためには、ヒータ部がある基材パイプ内面に接触する必要があり、らせん中子は熱的に強固な材質にしなければならないという制限があった。
【０００５】
本発明は、小型で熱交換効率のよい熱交換器とそれを用いた衛生洗浄装置において、流向変換手段を設けることで流路内と発熱部のスケール付着を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器とそれを用いた衛生洗浄装置は、発熱体の外周に設けた流路と、前記流路を構成するケースと、前記流路に流向を変換する流向変換手段を備えたものである。
【０００７】
これによって、発熱体の外周に流路を設けることで熱絶縁が流路によって行われるので、熱的な絶縁層を設ける必要がなく小型にすることができる。そして、発熱部を流路で囲うことで外部へ熱を逃がさない構成とすることができ、熱交換効率を高めることができる。
【０００８】
また、流路に設けた流向変換手段は、温度の低いケース内壁などで保持することができるので樹脂などの耐熱性が弱い材質でも使用することができるので加工性に優れ、軽量とすることができる。
【０００９】
そして、流向変換手段によって、流路内を流れる水の向きを見かけ上の流路断面積を減らす方向に変えることで、流速を速めることができる。流速が速くなると、水と発熱体の境界層が狭くなることで、発熱体表面温度の上昇を防ぐことができるので、発熱部表面に発生するスケールなどの付着を低減することができる。
【００１０】
また、流向変換手段によって流路内を流れる水の流れを乱すことで、水の流れを乱流化して水と発熱体の境界層を狭くし、発熱体表面温度の上昇を防ぐことにより、発熱部表面に発生するスケールなどの付着を低減することもできる。
【００１１】
さらに、流速が速いので、スケールを堆積させずに、熱交換器外へ流水と一緒に排出させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱交換器とそれを備えた衛生洗浄装置は、発熱体の外周に設けた流路に流向変換手段を設置することで、流路内を流れる水の流速を速め、発熱部表面や流路内に発生するスケールなどの付着を減少することができ、小型で高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、発熱体の外周に設けた流路と、前記流路を構成するケースと、前記流路に流向を変換する流向変換手段を備えた構成とすることにより、流路断面積を減少させることで、流路内を流れる水の流速を速め、発熱部表面や流路内に発生するスケールなどの付着物を減少することができ、小型で高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の流向変換手段を、流路の少なくとも上流または下流の一部に設けた構成とすることにより、流路全域に設けた場合と比較し、流路の圧力損失を低減することができるとともに、軽量化、低コスト化を実現することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または２の発明の流向変換手段を、流路に断続的に設けた構成とすることにより、連続的に設けるよりも流路の圧力損失を低減することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜３の発明の流向変換手段を、発熱体の表面温度が所定温度以上になる領域に設けた構成とすることにより、発熱体の温度が高くなる領域の流速を速めることができるので、効果的に発熱体の温度が過剰に上昇することを防ぐことができ、スケール付着量を低減することができる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１〜４の発明の流向変換手段を、発熱体の表面温度が所定温度以上になる領域とその近傍かつ上流に設けた構成とすることにより、発熱体が高温になることによる流向変換手段への影響を防止できるとともに、発熱体の温度が高くなる領域の流速を速めることができるので、発熱体の温度が過剰に上昇することを防ぐことができ、スケール付着量を低減することができる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１〜５の発明の流向変換手段とケースとの間に間隙を設けた構成とすることにより、流向変換手段を介して発熱体からの熱がケースへ伝熱されにくくなるので、ケースの熱損傷が発生しにくくなる。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１〜５の発明の流向変換手段と発熱体との間に間隙を設けた構成とすることにより、流向変換手段は発熱体に直接接触しないので、熱が流向変換手段に伝熱されにくくなり、流向変換手段の熱損傷を防げ、長寿命とすることができる。
【００２０】
第８の発明は、特に、第１〜７の発明の流向変換手段を、旋回方向へ流向を変換する構成とすることにより、圧力損失を大幅に増大させることなく流路内を流れる水の向きを変えることができる。
【００２１】
第９の発明は、特に、第１の発明から第８の発明の流向変換手段を、少なくとも流路の一部に設けたガイドで構成することにより、簡単な構成で流路内を流れる水の向きを変えることができるので、省スペース化を図ることができる。
【００２２】
第１０の発明は、特に、第１〜９の発明の流向変換手段を、ケースの内壁に一体的に設けられた構成とすることにより、流路を流れる水は、遠心力によりケース内壁に沿って流れるので、最後まで変換された流向を保つことができる。
【００２３】
第１１の発明は、特に、第１〜９の発明の流向変換手段を、発熱体の表面に一体的に設けられた構成とすることにより、発熱体の表面積が大きくなり放熱性が向上し、発熱体の表面温度上昇が抑えられ、発熱体表面に発生するスケールなどの付着を防止することができ、高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。
【００２４】
第１２の発明は、特に、第１〜９の発明の流向変換手段を、ケースと発熱体とは別部材で設けられた構成とすることにより、流向変換手段をケースあるいは発熱体に完全固定せずに、流れから受ける流力などにより可動な状態で保持することによって、スケールを物理的な力で剥離することができる。
【００２５】
第１３の発明は、特に、第８の発明の流向変換手段を、流入口を偏芯して設けた構成とすることにより、流路内の水の流れをスムーズに旋回方向へ誘うことができる。
【００２６】
第１４の発明は、特に、第８または１３の発明の流向変換手段を、流出口を偏芯して設けた構成とすることにより、流路内の水の流れを旋回方向へ誘うことができる。
【００２７】
第１５の発明は、第１の発明から第１４の発明の熱交換器を備えた衛生洗浄装置であり、熱交換器を小型化することで衛生洗浄装置本体の小型化が実現でき、狭いトイレ空間にも容易に設置することができるとともに、スケールの付着を早期に防止することで、衛生洗浄装置の洗浄ノズルにスケール破片が詰まることを防止でき、長寿命で、かつ動作不良の発生しにくい装置とすることができる。
【００２８】
以下、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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の断面図を示すものである。
【００３０】
図１において、熱交換器は、流体としての水を加熱する発熱体としてのシーズヒータ７と、シーズヒータ７の外周を囲って流路８を構成するケース９と、流路８内の水の流れを旋回方向へと誘うための流向変換手段としてのバネ１０で構成されている。そして、流入口１１と、流出口１２と、シーズヒータの電極端子１３、１４と、流路をシールするためのＯリング１５を備えている。また、図中１６の矢印は水の流れを示す。
【００３１】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
まず、発熱体であるシーズヒータ７は、図２に示すように、酸化マグネシウム（図示せず）が封入された銅パイプ１７の中に電熱線１８がコイル状に配設されているものである。そして、その電熱線１８と接続された電極端子１３、１４に電気を通電することで電熱線１８が加熱され、酸化マグネシウムを介して銅パイプ１７に熱が伝わることで、銅パイプ１７の外周を流れる水が加熱されて温水となり、熱交換されるものである。
【００３３】
この際、水は、図３に示すように、ケース９の中心から偏芯した側面位置に設けた流入口１１から入水し、銅パイプ１７の外周に流れ込み、さらに、銅パイプ１７の外周に沿って螺旋状に配置したバネ１０によって、銅パイプ１７の外周を矢印１６のように旋回して流れ、再びケース９の中心から偏芯した側面位置に設けた吐出口１２より吐出されることになる。
【００３４】
ここで、螺旋状に配置するバネ１０は、見かけ上の流路断面積であるバネ１０のピッチ間およびシーズヒータ７とケース９との間隙で構成される流路断面積が、ケース９と銅パイプ１７の間に構成されたドーナツ状の流路の断面積より狭くなるような方向およびピッチで旋回させるようにした。この結果、バネ１０に沿って螺旋状に流れる旋回流１６の流速が、バネ１０がない場合に比べて速くなる。例えば、シーズヒータ７の外径がφ６．５ｍｍ、ケース９の内径がφ９ｍｍ、バネ１０のピッチが６ｍｍの場合、バネ１０がない場合の流路断面積が約３０ｍｍ２であるのに対して、バネ１０を用いた場合の見かけ上の流路断面積は約７．５ｍｍ２となるため、同じ流量を流した場合、流速を約４倍とすることができる。また、水の流れ１６を旋回状にすることで、流路断面積を小さくしても比較的圧力損失が増えることがない。さらに、流入口１１と流出口１２をケース９の中心から偏芯した側面位置に設けることで、流路８内の水の流れ１６をスムーズに旋回方向へ誘うことができるため、圧力損失を低減することができる。
【００３５】
また、流体が流れる距離が長くなると、徐々に整流効果が働き、旋回力が弱まってシーズヒータ７に沿った流れとなる。その場合、流路断面積が広くなるため、流速が低下する。しかし、本発明では、バネ１０により流出口１２まで旋回流が持続する構成とすることで、速い流速を持続可能であるので、流路８内の銅パイプ１７と流体である水の境界層の領域が全域に渡り非常に狭くなる。その様子を示す流速分布図を、図４と図５に模式的に示す。図４に示すように、流速が遅い場合、境界層１９が広くなるが、流速が速く水の流れが乱流になると、図５に示す流速分布の境界層２０のように狭くなるため、銅パイプ１７の表面温度が過剰に上昇することがない。一般的に、スケール成分は温度が高いほど析出量が増えるため、本実施例のように流路８内を流れる水の流速を早め、銅パイプ１７と水との境界層の領域を狭くすることで、銅パイプ１７の表面温度の上昇を抑えることが可能となり、結果として銅パイプ１７に付着するスケール量を減少することができる。なお、本実施例では、スケール量低減効果を高めるために、流向変換手段であるバネ１０によって乱流となるまで流速を高める構成としたが、層流のままであっても、流向変換手段であるバネ１０によって流速を早めることで、銅パイプ１７と水の境界層の領域を狭くすることができるため、スケール低減効果を得ることができる。
【００３６】
さらに、スケールが銅パイプ１７に析出した場合でも、流路８内を流れる水の流速が速いため、析出したスケールを下流側に流す効果があるとともに、スケールが小さく砕かれて下流側に流れていくので、下流側で詰まることがない。そして、熱交換器内にスケールが付着しにくくなることによって、熱交換器としての寿命を延ばすことができる。また、螺旋状のスムーズな流れとすることで、速い流速でありながら、流路８の圧損を少なく実現できるとともに、銅パイプ１７と水との境界層を狭くすることで熱交換効率を向上することができ、小型化を実現することができる。
【００３７】
このように、発熱体であるシーズヒータ７の外周に設けたケース９によって流路８を構成し、その流路８に流路変換手段としてのバネ１０を備えた構成とすることにより、流路８内を流れる水の流速を速めることができ、銅パイプ１７の表面に発生するスケールなどの付着物を剥離あるいは粉砕することができる。また、流速を早め、銅パイプ１７と水との境界面が狭くなることで、小型で高効率を実現し、かつスケール付着を低減して長寿命とすることができる。また、流速を速くすることで、気泡の発生を低減し、スケールの発生を抑制すると共に、銅パイプ１７表面の温度を低く抑えることができるので、沸騰音の発生を低減することができる。そして、発熱体であるシーズヒータ７の外周に流路８を設けることで熱絶縁が流路８によって行われるので、熱的な絶縁層を設ける必要がなく小型にすることができる。また、発熱部を流路８で囲うことで外部へ熱を逃がさない構成とすることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００３８】
また、流向変換手段であるバネ１０を、発熱体であるシーズヒータ７やケース９とは別部材を用いた構成にすることによって、バネ１０は、シーズヒータ７あるいはケース９に完全固定せずに、バネ１０の一部が摺動自由の状態で保持されることによって、流れから受ける流力とバネ力などによって振動するため、スケールを剥離する効果を得ることができる。
【００３９】
さらに、水道水のスケール成分の少ない地域や、水道水圧の低い地域で使用する場合は、低圧損となるように、別部材のバネ１０を取り外して、バネ１０を圧力損失が小さくなるように形状を変更したり、取り付ける場所を流速の遅くなる場所に取り付けたりすることで、低圧損かつ流速を速めることでスケールの付着を防止することができる。また、異常時の交換も容易となるので、メンテナンス性を向上させることができる。
【００４０】
また、バネ１０は、発熱体であるシーズヒータ７との間に間隙を設けた構成とすることにより、バネ１０はシーズヒータ７に直接接触しないので、熱がバネ１０に伝熱されにくくなり、バネ１０の熱損傷を防げ、長寿命とすることができる。さらに、熱がバネ１０に伝熱されにくくなるので、樹脂などの耐熱性が弱い材質でも使用することができる。よって、バネ１０は加工性のしやすい材料で製造することができ、軽量とすることができる。なお、バネ１０は、全ての範囲においてシーズヒータ７との間に間隙を設ける必要はなく、例えば、バネ１０とシーズヒータ７とが一部で接していても何ら問題はない。ただし、その場合は、バネ１０を非金属とするか、シーズヒータ７のシースの材質と同じ金属とすることが、腐食を防ぐために望ましい。
【００４１】
また、バネ１０は、ケース９内壁との間に間隙を設けた構成とすることにより、バネ１０を介してシーズヒータ７からの熱がケース９へ伝熱されにくくなるので、ケース９の熱損傷が発生しにくくなり、長寿命とすることができる。さらに、水は遠心力によって、ケース９内壁に沿って流れようとするため、剥離したスケールはケース９内壁に沿って流れ、バネ１０に引っかかり再び銅パイプ１７表面に堆積するのを防止でき、長寿命とすることができる。なお、バネ１０は、全ての範囲においてケース９内壁との間に間隙を設ける必要はなく、例えば、バネ１０とケース９内壁とが一部で接していても何ら問題はない。
【００４２】
さらに、バネ１０は、シーズヒータ７およびケース９内壁の両方と間隙を有する構成とすることにより、組み立て性を向上させることができる。
【００４３】
なお、シーズヒータ７のシースの材質を銅パイプで説明したが、ＳＵＳパイプなど他の金属パイプでも同様の効果がある。そして、流向変換手段はバネで説明したが、金属のバネやバネ性を持たない螺旋線や樹脂性の同等形状のものでも同様である。さらに、衛生洗浄装置に用いる場合は、流量が１００から２０００ｍＬ／分程度であるため、銅パイプ１７は外径が、φ３から２０ｍｍ程度で、螺旋のピッチは３から２０ｍｍ程度がよい。ケース９の内径は、φ５から３０ｍｍの範囲で、流速を速めた構成とすることができる。また、流向変換手段にバネを用いる場合は、バネの線径が、０．１から３ｍｍ程度のものがよく加工性にも優れている。また、ピッチは一定で説明したが、部分的にピッチを狭くしたり広くしたり、徐々に変化させることでも可能である。
【００４４】
また、本実施例では流向変換手段としてバネ１０で説明したが、バネ以外の流れを変換させる翼のようなもので流速を高める構成としてもスケールの付着防止効果は得られる。
【００４５】
さらに、本実施例では、流速を高めることで、スケール付着量を低減させる構成としたが、流向変換手段により、流路内を流れる水の流れを乱すことで、水の流れを乱流化させる構成としても、銅パイプ１７と水の境界層の領域を狭くすることができるため、スケール低減効果を得ることができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態の熱交換器の断面図である。第１の実施の形態に示した図１と異なる点は、ケース２１の内壁に流路２２を螺旋状に構成するための流向変換手段であるガイド２３をケース２１と一体になるように備えた点である。その他は図１に示した実施の形態１と同様であり、同一番号を伏して詳細な説明を省略する。
【００４７】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
ケース２１の内壁にガイド２３を備えた構成とすることにより、流路２２を流れる水は、遠心力によりケース２１の内壁に沿って流れるので、ケース２２の内壁に備えられたガイド２３により旋回力を効果的に保つことができる。また、流向変更手段をガイド２３により実現したため、簡単な構成で流向を変換することができるため、省スペース化を図ることができる。さらに、ケース２１とガイド２３を一体に構成することにより、組み立て性が向上する。
【００４９】
このように、旋回力を効果的に保つことにより、流路２２内を流れる水の流速を速めることができる。よって、実施の形態１と同様に、銅パイプ１７と水との境界面が狭くなることで、小型で高効率を実現し、かつスケール付着を低減して長寿命とするなどの効果を得ることができる。
【００５０】
また、ガイド２３は、発熱体であるシーズヒータ７との間に間隙Ｈａを設けた構成とすることにより、ガイド２３はシーズヒータ７に直接接触しないので、熱がガイド２３に伝熱されにくくなり、ガイド２３の熱損傷を防げ、長寿命とすることができる。なお、ガイド２３は、全ての範囲においてシーズヒータ７との間に間隙を設ける必要はなく、例えば、ガイド２３とシーズヒータ７とが一部で接していても何ら問題はない。
【００５１】
さらに、ガイド２３は、ケース２１と一体になっている例を示したが、ガイド２３は、ケース２１に接着されていたりしても何ら問題はない。
【００５２】
なお、本実施例では流向変換手段としてガイド２３で説明したが、ガイド以外の流れを変換させる翼のようなものでもスケールの付着防止効果は得られる。
【００５３】
（実施の形態３）
図７は本発明の第３の実施の形態の熱交換器の断面図である。第１の実施の形態に示した図１と異なる点は、発熱体としてのシーズヒータ３１の表面に流路３２を螺旋状に構成するための流向変換手段としてのガイド３３をシーズヒータ３１と一体になるように備えた点である。その他は図１に示した実施の形態１と同様であり、同一番号を伏して詳細な説明を省略する。
【００５４】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００５５】
発熱体としてのシーズヒータ３１表面にガイド３３を備えた構成とすることにより、シーズヒータ３１の表面積が大きくなり放熱性が向上し、シーズヒータ３１の表面温度上昇が抑えられ、シーズヒータ３１表面に生成するスケールの付着を防止することができる。さらに、シーズヒータ３１の表面積が大きくなるので、シーズヒータ３１の表面のワット密度も低くなり、高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。また、流向変更手段をガイド３３により実現したため、簡単な構成で流向を変換することができるため、省スペース化を図ることができる。さらに、シーズヒータ３１とガイド３３を一体に構成することにより、組み立て性が向上する。なお、ガイド３３は、シーズヒータ３１に接着されていたり、ロウ付けされていたりしても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、ケース９内壁との間に間隙Ｈｂを設けた構成とすることにより、ガイド３３を介してシーズヒータ３１からの熱がケース９へ伝熱されにくくなるので、ケースの熱損傷が発生しにくくなり、長寿命とすることができる。さらに、螺旋状に流れる水は遠心力によって、ケース９内壁に沿って流れようとするため、剥離したスケールはケース９内壁に沿って流れ、ガイド３３に引っかかり再びシーズヒータ３１表面に堆積するのを防止でき、長寿命とすることができる。
【００５７】
なお、本実施例では流向変換手段としてガイド２３で説明したが、ガイド以外の流れを変換させる翼のようなものでもスケールの付着防止効果は得られる。
【００５８】
（実施の形態４）
図８は本発明の第４の実施の形態の熱交換器の断面図である。第１の実施の形態に示した図１と異なる点は、流向変更手段としてのバネ４１を下流側の一部に設けたこと、および、バネ４１が下方に落ちないように支持するバネ支持台４２を設けた点である。その他は図１に示した実施の形態１と同様であり、同一番号を伏して詳細な説明を省略する。
【００５９】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００６０】
図３に示すように流入口１１は、ケース９の側面から偏芯した方向に取り付けられている。よって、図６に示すように入水した水は、バネがなくても、ケース９と銅パイプ１７で構成された円筒状の流路４３に沿って旋回しながら流れ、その状態を持続することになる。しかし、流入口１１と吐出口１２の中間地点付近になると、旋回の勢いが衰えてくる。そのまま円筒状の流路が継続すると旋回成分はなくなり、軸方向の流れになる。軸方向の流れとなると、流路断面積が広くなり、流速が低下することによって、銅パイプ１７と水との境界層が広くなってしまうため、シーズヒータ７の表面温度が上昇し、スケール付着量が増大してしまう。そこで、この旋回が衰え始める付近、すなわち流速が遅くなる部分である中央部より下流の領域に、流向変換手段であるバネ４１を設置しておくことで、旋回流路４４を構成し旋回する流れに戻すことができる。その結果、流速が速くなり、スケール付着量を低減することができる。
【００６１】
また、上流側においては、下流側に比べて、バネ４１がないために、流路断面積が広くなっているため、流速が遅い状態になる。しかし、下流側にはバネが入っているので、見かけ上の流路断面積が狭く、上流側に比べ流速が速くなる。このように、下流側において上流側より流速を速くすることで、スケールの付着を防止することができる。特に、水が熱交換されることによって下流側ほど水の温度が高く、かつ水と共に銅パイプの表面温度も高温になるので、スケールの発生も多くなる。しかし、下流側に流向変換手段であるバネ４１を配置することで、スケールの付着を防止することができる。
【００６２】
そして、流路全体の半分の領域のみにバネ４１を配置しているので、全域にバネを配置するよりも圧力損失を少なくすることができる。
【００６３】
なお、流向変換手段であるバネ４１を中央から下流側の部分に設けることで説明したが、中央より上流から始めても良く、スケールの付着状況に応じて移動させる構成としておけば対応することができる。この際、バネ支持台４２を複数設けるあるいは摺動自在とすることにより、バネ４１の移動に対応が可能となる。また、バネ４１は流路全域に入っていないのでバネ４１のピッチを自在に変更することもでき、スケール成分の少ない水道水の場合は、低圧損とするためにピッチを広げて使用することもできる。例えば、シーズヒータ７はＯリング１５で挟みつけているだけなので、取り外しが容易であり、バネ４１を取り外してピッチを変更することも容易に行える。
【００６４】
さらに、図９のように、断続的に流向変換手段であるバネ４５、４６、４７を配置することで、旋回力を再付与することができ、流速を速くすることができる。長いパイプを用いたシーズヒータでは、全域にバネを配置させると圧力損失が大きくなるので、図９のように断続的にバネを配置することで低圧損とすることができ、かつ流速を速めることでスケールの付着を防止することができる。
【００６５】
断続的に配置したバネ流路４８、４９の後流５０、５１でも、旋回流がしばらく持続するので、バネのない流路域があっても旋回流とすることができる。そして、旋回が弱まったところでバネを配置して再び旋回成分を発生させることで、流速を速めるのである。
【００６６】
このように断続的に流向変換手段を配置することで、長い熱交換器にも適用でき、低圧損でスケール付着の少ない長寿命の熱交換器を実現することができる。特に、Ｕ字のような曲がりがある場合は、Ｕ字部分をバネのない流路とし、直線部分にバネを配置することで構成することができ、コンパクトな熱交換器とすることができる。
【００６７】
なお、本実施例では、流向変更手段としてバネ４１、４５、４６、４７を用いているが、ケース９やシーズヒータ７と一体とする構成としても良い。
【００６８】
（実施の形態５）
図１０は本発明の第５の実施の形態の熱交換器の断面図である。第１の実施の形態に示した図１と異なる点は、流向変更手段としてのバネ６１を銅パイプ１７の表面温度が所定温度以上になる領域に設けたこと、および、バネ６１が下方に落ちないように支持するバネ支持台４２を設けた点である。その他は図１に示した実施の形態１と同様であり、同一番号を伏して詳細な説明を省略する。
【００６９】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００７０】
シーズヒータ７は、図２に示すようにコイル状の電熱線１８が加熱されることで水を加熱しているが、電熱線１８同士での熱干渉などによって中央部が最も温度が上昇する性質を持っている。また、水が熱交換されることによって下流側ほど水の温度が高く、かつ水と共に銅パイプ１７の表面温度も上昇していく。これらのことから、図１０に示す領域Ａの部分、すなわち、シーズヒータ７の中央よりやや下流側を中心とする領域で銅パイプ１７の表面温度が他の部分よりも上昇し、その結果領域Ａでのスケール付着量が増加することになる。
【００７１】
そこで、本実施例では、銅パイプ１７の表面温度が所定温度以上となる領域Ａに流向変換手段であるバネ６１を設ける構成とした。このことにより、領域Ａでの水の流速を速めることができるので、銅パイプ１７の表面温度の上昇を防ぎ、スケール付着量を低減させることができる。なお、所定温度は６０℃、より好ましくは４５℃とすることが望ましい。これは、スケールを含んだ水の温度が約６０℃を超えるとスケール付着量が急激に増加していく傾向があるためである。
【００７２】
また、流路の一部の領域のみにバネ６１を配置しているので、全域にバネを配置するよりも圧力損失を少なくすることができる。
【００７３】
さらに、図１１のように銅パイプ１７の表面温度が所定温度以上となる領域Ａの近傍かつ上流に流向変換手段であるバネ６２を設ける構成とすることにより、バネ６２が熱に弱い材料であっても、銅パイプ１７の表面温度が低い位置に設けてあるため、熱による障害が生じない。また、バネ６２により付与された旋回流はしばらく持続するので、バネ６２のない領域Ａも旋回流とすることができる。この場合でも、流路の一部の領域のみにバネ６２を配置しているので、全域にバネを配置するよりも圧力損失を少なくすることができる。
【００７４】
なお、本実施例では、流向変更手段としてバネ６１、６２を用いているが、ケース９やシーズヒータ７と一体とする構成としても良い。
【００７５】
（実施の形態６）
図１２は本発明の第６実施の形態の衛生洗浄装置を示す断面図である。そして、実施の形態１から５のいずれかの熱交換器を用いた衛生洗浄装置の構成であり、便器７１の上に暖房便座７２と衛生洗浄装置本体７３を設置している。そして、衛生洗浄装置本体７３の中に、熱交換器７４を備え、熱交換された温水が洗浄ノズル７５から噴出して人体７６の局部を洗浄するものである。そして、衛生洗浄装置本体の中には主用部品として遮断弁７７と流量制御装置７８を備えている。その他、制御基板などの部品は、省略する。
【００７６】
このような衛生洗浄装置において、小型でスケールの付着の少ない熱交換器７４を衛生洗浄装置本体７３に内蔵することで、本体の小型化を実現すると共に、熱交換器の長寿命化とともに衛生洗浄装置としての寿命も伸ばすことができ、熱交換器７４はもとより洗浄ノズル７５などが詰まることがなく動作の安定した衛生洗浄装置とすることができる。
【００７７】
特に、円筒状の小型熱交換器とすることで、伸縮する洗浄ノズル７５の設置によって死空間となっていた洗浄ノズル７５の下部に、熱交換器７４を設置することができ、本体全体の小型化に貢献できる。
【００７８】
また、スケールが付着しにくい熱交換器ということで、スケールの流出も抑制されているので、洗浄ノズル７５や流量制御装置７８などでスケールが詰まることなく、安定した動作で長期間使用できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる熱交換器とそれを用いた衛生洗浄装置は、発熱体の外周に設けた流路に流向を変換する流向変換手段を備えることで、流路を流れる水の流速を速めることで、発熱体と水との境界層を狭くし、発熱体の表面温度を下げることができるため、スケールなどの付着量を低減することができる。これによって、小型で高効率を実現しかつ長寿命な熱交換器を得ることができる。そして、それを用いた衛生洗浄装置は、熱交換器を小型化することで衛生洗浄装置本体の小型化が実現でき、狭いトイレ空間にも容易に設置することができるとともに、長寿命で、かつ動作不良の発生しにくい装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態１における熱交換器の断面図
【図２】同熱交換器の断面図
【図３】同熱交換器の横断面図
【図４】熱交換器内の流れ分布図
【図５】熱交換器内の流れ分布図
【図６】本発明の実施の形態２における熱交換器の断面図
【図７】本発明の実施の形態３における熱交換器の断面図
【図８】本発明の実施の形態４における熱交換器の断面図
【図９】同熱交換器の他の実施例を示す熱交換器の断面図
【図１０】本発明の実施の形態５における熱交換器の断面図
【図１１】同熱交換器の他の実施例を示す熱交換器の断面図
【図１２】本発明の実施の形態６における衛生洗浄装置の断面図
【図１３】従来の衛生洗浄装置の断面図
【符号の説明】
【００８１】
７  シーズヒータ（発熱体）
８  流路
９  ケース
１０  バネ（流向変換手段）
２３  ガイド（流向変換手段）
７３  衛生洗浄装置
７４  熱交換器
【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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