溶解装置及びそれを備えた給湯装置
【課題】電気回路を必要とせず、コンパクトで運転コストが安価な無機化合物等を供給する溶解装置を提供すること。
【解決手段】粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物１１を収納する収納手段１２と、前記無機化合物１１への湯水の供給・停止を行う開閉手段５０とを備え、前記開閉手段５０を、前記無機化合物１１の上流側で、かつ、前記収納手段１２と一体に配設したことを特徴とする溶解装置で、開閉手段５０の耐久性を向上、かつ、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現できる。
【解決手段】粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物１１を収納する収納手段１２と、前記無機化合物１１への湯水の供給・停止を行う開閉手段５０とを備え、前記開閉手段５０を、前記無機化合物１１の上流側で、かつ、前記収納手段１２と一体に配設したことを特徴とする溶解装置で、開閉手段５０の耐久性を向上、かつ、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機化合物等を溶解する溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の装置は、目的の成分を含む材料を電気分解にて水中に溶解させ、この溶解した水を目的とする回路へ供給している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の給湯装置を示すものである。図７に示すように、亜鉛陽極１と、陰極２と、ケーシング５と、直流電源９から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、目的とする成分（亜鉛陽極１）の水への溶解方法は、電気分解の原理によるため、直流電源９と、回路を流れる水への漏電を防止するための絶縁回路（図示せず）が必要となる。従って、装置のサイズアップ、コストアップとともに、直流電源９においては電力を必要とするため消費電力量も増加する。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気回路を必要とせず、コンパクトで運転コストが安価な無機化合物等を供給する溶解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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の溶解装置は、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とするものである。
【０００８】
これによって、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状の混合物である無機化合物が収納手段より流出した場合でも、開閉手段は、無機化合物の上流側に配置しているので、開閉手段に無機化合物が進入することはなく、開閉手段の耐久性を向上できる。
【０００９】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるため、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現するとともに、消費電力量を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクト化、低コスト化、さらには、消費電力量の抑制を実現した無機化合物等を供給する溶解装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における溶解装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における溶解装置の詳細図
【図３】本発明の実施の形態１における溶解装置の無機化合物と濾過手段の関係を示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における濾過手段の構成図（ｂ）同他の濾過手段の構成図（ｃ）同他の濾過手段の構成図
【図５】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態３における溶解装置の構成図
【図７】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とする溶解装置である。
【００１３】
これによって、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状の混合物である無機化合物が収納手段より流出した場合でも、開閉手段は、無機化合物の上流側に配置しているので、開閉手段に無機化合物が進入することはなく、開閉手段の耐久性を向上できる。
【００１４】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるため、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現するとともに、消費電力量を抑えることができる。
【００１５】
第２の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置である。
【００１６】
これによって、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時に無機化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。
【００１７】
第３の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置で、水が無機化合物収納容器を通過する際に生じる圧力損失の増加を低減させ、浴槽への湯はりを早く完了することができる。
【００１８】
第４の発明は、前記第１の発明の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置で、低外気温時であっても貯湯タンク、電源回路などからの僅かな放熱により筐体内の雰囲気は常時加温されているため、溶解装置の凍結防止などの断熱が簡素化、または不要となる。
【００１９】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（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溶解装置の構造図を示すものである。
【００２１】
図１において、無機化合物１１は粉末状、または、顆粒状、または、粉末状と顆粒状の混合物であり、無機化合物収納容器１２に収納される。前記無機化合物収納容器１２は水流方向に向かって略すり鉢状にひろがった形状としている。
【００２２】
無機化合物１１は水に対して溶解性を持つ。図１の無機化合物１１は径が異なる顆粒状のものであり、これを多層状となるように構成すると、無機化合物収納容器１２内には多
孔質の空間が形成される。濾過手段１３は複数の小穴を有し、無機化合物収納容器１２の端部に収納される。
【００２３】
無機化合物収納容器１２と濾過手段１３とは連通され、無機化合物収納容器１２は濾過手段１３の上流側となるように構成される。バイパス回路開閉手段５０は、浴槽水注湯回路３９から分岐させたバイパス回路１５に、無機化合物１１の上流側で、無機化合物収納容器１２の上部に、無機化合物収納容器１２に一体に配設され、溶解装置１６を構成している。
【００２４】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２５】
内部通水管１４を経由して無機化合物収納容器１２に流入する水は、重力方向と対向した上昇水流として無機化合物収納容器１２に形成される多孔質の空間を通過する。
【００２６】
前記、上昇水流の流速が一定の場合は、無機化合物１１は径が異なる顆粒状のものであることから、下方から順に径の大きなものから小さなものへと分布した状態で前記上昇水流によってその流速に応じた水圧により流水と流動化する。
【００２７】
前記、無機化合物収納容器１２は水流方向にそって概略すり鉢状にひろがった形状としていることから、無機化合物収納容器１２内では上流ほど流速が大きくなり、水流方向にそって小さくなる水流速の分布が構成可能となる。
【００２８】
一方、顆粒径の分布はその質量に応じた重力が作用して、上流ほど顆粒径のおおきなものが分布する。このことから顆粒径の大きさに比例して水流速を作用させることが可能となり、無機化合物１１の顆粒径の大小にかかわらず均一で効率のよい流動化現象が可能となる。
【００２９】
水には粘性があるため、流水と流動化した顆粒の多孔質の空間を通過する際に無機化合物１１の表面から表面近傍の領域には速度境界層が生成される。図２はその速度境界層の状態を示す図である。
【００３０】
無機化合物１１の表面近傍の速度境界層の流速は小さく、多孔質空間の中心部を通過する流速は大きい分布となる。無機化合物１１は水に対して溶解性を持つため、無機化合物１１の表面近傍の１１の表面分子は、表面近傍の水に溶解し、水の溶解濃度が上昇する。表面近傍の水は流速が小さいため、溶解濃度は高い値となる。
【００３１】
これに対して流速の大きい多孔質空間の中心部の流れる水の溶解濃度は低い。このとき、水中に溶解する無機化合物の濃度差が生じた場合は、濃度差に応じて高い方から低い物質が移動する（フィックの法則）ため、表面近傍の水に溶解した無機化合物は濃度の低い中心の水に移動する。
【００３２】
流動化現象による攪拌効果により無機化合物１１の表面近傍と流速の大きい多孔質空間の中心部の流れる水との濃度差をより大きくしながら物質拡散の原理を、利用することで、無機化合物１１をより効率よく多孔質空間内の水に溶解させることができる。
【００３３】
濾過手段１３は、無機化合物収納容器１２内の水勢によって無機化合物１１の顆粒が無機化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものである。
【００３４】
バイパス回路開閉手段５０は通常、浴槽へ湯水を供給するため、浴槽水注湯回路３９に湯水が流れるとき開となり浴槽水注湯回路３９の湯水の流れが停止したときに閉となるよ
うに溶解装置１６の動作を制御するものであるが、溶解装置１６の動作は湯水の流れを前提として動作する。
【００３５】
よって、浴槽水注湯回路３９に湯水が流れない場合でも通電し開としても問題はない。冬季などの外気温が低い場合は無機化合物収納容器１２に残存した水が凍結して無機化合物収納容器１２を破損する心配がある。
【００３６】
そういった場合において無機化合物収納容器１２はたとえば電磁弁としたバイパス回路開閉手段５０と一体とした構成としているため電磁弁のコイルに電流を印加することでコイルが発生する熱により無機化合物収納容器１２が保温され凍結を防止できる。
【００３７】
また、バイパス回路開閉手段５０は弁体５１と弁座面５２が接触した場合に、バイパス回路１５を閉とするように無機化合物１１の上流側に構成されている。
【００３８】
無機化合物１１は、粉末状、または、顆粒状、または、粉末状と顆粒状の混合物であるので、濾過手段１３の濾過精度より粒径の小さいものは濾過手段１３を通過して流出する可能性がある。
【００３９】
ただし、流出した場合でも、バイパス回路開閉手段５０は、無機化合物１１の上流側に配置しているので、バイパス回路開閉手段５０の弁体５１と弁座面５２の間に、たとえば粉状の無機化合物が残留することによる、弁体５１と弁座面５２への悪影響を完全に防止できることになる。
【００４０】
これによって、溶解装置の信頼性をより長期間において維持することができ、より安定して、均一で効率のよい流動化現象による攪拌効果を伴い、水と無機化合物の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水に無機化合物をより効率よく溶解させることが可能となる。従って、利用者への利便性とサービス性を長期間安定して供給できる。
【００４１】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるので、コンパクト化、低コスト化、さらには消費電力量を抑えた給湯装置とすることができる。
【００４２】
尚、無機化合物を、亜鉛を含む亜鉛化合物（酸化亜鉛、炭酸亜鉛など）とした場合、以下の効果を得ることができる。亜鉛は比較的要求量の多いヒトの必須元素の一つであり、通常の食事からの供給では欠乏しやすく、栄養強化目的で、食品に添加される元素である。
【００４３】
これに対しては、浴槽に亜鉛を溶解させた水を供給することで、入浴中に経皮吸収による栄養強化を行うことができる。
【００４４】
図３は、溶解装置の無機化合物１１と濾過手段１３の寸法の関係を示す例である。図３において、濾過手段１３は径の異なる複数の小穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃから構成される。
【００４５】
図４は、濾過手段１３の構成図である。（ａ）は、線形状の繊維で角状の小穴を形成したものである。（ｂ）は、所定の厚さの板に、複数種の径の小穴を施したものである。（ｃ）は、粒状の非溶解材料を多層状として多孔質空間を形成したものである。
【００４６】
何れも、無機化合物収納容器１２内の水勢によって無機化合物１１の顆粒が無機化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものであるが、この構成と形状
の限りではない。
【００４７】
溶解装置１６を流出する溶解濃度は、無機化合物収納容器１２を通過する水流速と、無機化合物１１の水と接触する表面積等で決定される。溶解装置１６の溶解濃度を所定値とする場合は、無機化合物１１の全表面積をある範囲とする必要があるため、図３の無機化合物収納容器１２に収納する無機化合物１１の粒径をある一定の範囲内のサイズに選別したものを利用する必要がある。
【００４８】
選別を行うと、コストアップの要因となるため、複数の径を有する無機化合物１１の中において、無機化合物１１の最大粒径Ｄ１に対して、濾過手段１３の小穴１３ａの径Ｄ２は、Ｄ２＜Ｄ１とした場合、以下の効果を得ることができる。
【００４９】
Ｄ２未満の粒径の無機化合物１１は、小穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃから流出する。利用初期は粒径の小さいものは、溶解装置１６外へ流出するが、所定時間経過後は、Ｄ２以上の粒径の無機化合物１１は無機化合物収納容器１２内に貯留され続ける。
【００５０】
この状態が形成された場合、無機化合物１１の粒径をある一定の範囲内のサイズに選別したことと同等となる。従って、サイズが混在する無機化合物１１を用いても、目的とする濃度を水に溶解させる構造となる。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成図を示すものである。
【００５２】
図５において、圧縮機２２、給湯熱交換器２３、減圧手段２４、蒸発器２５を冷媒回路２６で順に環状に接続してヒートポンプユニット２１を構成している。貯湯ユニット２７の貯湯タンク２８には水が貯留されており、出湯回路３０は貯湯タンク２８、給湯水ポンプ２９、給湯熱交換器２３、貯湯タンク２８を順に接続する回路である。浴槽水加熱回路３５は、貯湯タンク２８、風呂熱交換器３３、浴槽水加熱ポンプ３４、貯湯タンク２８を順に接続する回路であり、風呂熱交換器３３の他方の回路には浴槽４２が接続されている。
【００５３】
浴槽水循環回路４１は、浴槽４２、浴槽水を搬送する浴槽水ポンプ４０、風呂熱交換器３３を順に接続する回路である。浴槽水注湯回路３９は、貯湯タンク２８の水を、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２へ注湯する回路である。
【００５４】
この回路には貯湯タンク２８の高温の水と水道水を混合する浴槽水混合弁３６、注湯する水温を検知する温度検知手段３７、浴槽水注湯回路３９の回路の開閉を行う浴槽水注湯弁３８を順に備える。溶解装置１６は浴槽水注湯弁３８の下流側の浴槽水注湯回路３９に本体の筐体に収納するように設けた。
【００５５】
ヒートポンプユニット２１で貯湯タンク２８に貯留された水を加熱する運転は、以下のような動作となる。貯湯タンク２８の水は、給湯水ポンプ２９によって給湯熱交換器２３へ搬送され、ヒートポンプサイクル動作によって加熱される。給湯水ポンプ２９は給湯熱交換器２３で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、出湯回路３０の流量を制御する。
【００５６】
浴槽４２への湯張り、並びに、浴槽水の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路３９の浴槽水混合弁３６は、温度検知手段３７で検知する注湯温度がリモコン等（図示せず）で予め設定された温度となるように、高温の水と水道水の混合割合を調整する。
【００５７】
所定温度となった浴槽水は、浴槽水注湯回路３９、浴槽水循環回路４１を順に経由して浴槽４２へ流出する。一方、浴槽４２の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク２８に貯留された高温の水を、浴槽水加熱ポンプ３４によって風呂熱交換器３３へ搬送し、浴槽水ポンプ１８より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器３３で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、貯湯タンク２８の下部より内部へ流入する。
【００５８】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５９】
利用者が浴槽４２へ湯はりを行う場合は、リモコン等で湯はり動作の指示操作を行う。リモコン操作後、予め設定された温度に浴槽水混合弁３６で調整された水が、浴槽水注湯弁３８を閉から開に制御した場合に、溶解装置１６、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２に流出する。水が溶解装置１６を通過する際に、無機化合物が水に溶解するので、浴槽４２に湯はり動作と同時に、無機化合物１１を溶解させた水が浴槽４２に流入する。
【００６０】
溶解装置１６は、浴槽水注湯弁３８の下流側としたが、浴槽水注湯弁３８が開から閉へ制御された場合は、ウォーターハンマー現象が発生し、上流側の回路に設けている、浴槽水混合弁３６、貯湯タンク２８等は水道圧以上の水圧負荷を与える。下流側に設けることによって、溶解装置１６への水圧負荷が掛からない。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、浴槽水注湯回路と、浴槽水注湯弁を備え、浴槽水注湯弁、溶解装置の順に浴槽水注湯回路に備えた給湯装置とした。これにより、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時に無機化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。
【００６２】
本発明において、溶解装置１６は給湯機の本体筐体に収納し、浴槽水注湯回路３９としているが、浴槽水循環回路４１に設けても、浴槽４２へ無機化合物１１を溶解させた水を供給することが出来る。また、本体筐体外部の浴槽水循環回路４１に設けることも可能であるが、本体筐体内部の雰囲気温度は、低外気温時であっても貯湯タンク２８からの放熱により、筐体内部の雰囲気は常時加温されるため、溶解装置１６の凍結防止などの断熱が不要、または簡素化できる。
【００６３】
また、給湯機を貯湯式給湯機とした場合、貯湯タンクには高温の湯を貯湯するので、この高温の湯を化合物溶解装置へ供給することによって機器の殺菌、滅菌を行うことができる。また、水中に溶け込んでいる残留塩素が貯留中に少なくなるので、本体の材質は耐腐食性材料ではなく、安価な汎用部品を使うことができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における溶解装置の構造図を示すものである。
【００６５】
図６において、溶解装置１６の入口と出口は浴槽水注湯回路３９に接続されている。無機化合物１１を収納する無機化合物収納容器１２の相当直径ｄ１、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２とした場合、図６においてそれぞれをｄ１＞ｄ２となる大きさなるように決定した。
【００６６】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。無機化合物１１を収納した無機化合物収納容器１２、濾過手段１３を設けたので、溶解装置１６を水が通過する際に、圧力損失が生じる。圧力損失が生じると、浴槽４２へ供給する水の流量が低下する。
【００６７】
ここで、無機化合物収納容器１２の相当直径ｄ１を、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２に対して、ｄ１＞ｄ２となる大きさとすると、無機化合物収納容器１２の平均流速ｕ１は、浴槽水注湯回路３９の平均流速ｕ２より小さくなる。水回路の流体の圧力損失は、流体の平均流速の２乗に比例するため、溶解装置１６を通過する際の圧力損失の増加を低減させることができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態においては、無機化合物収納容器の相当直径を、溶解装置を接続する浴槽水注湯回路の相当直径よりも大とすることにより、無機化合物を通過する水流による圧力損失を低減し、浴槽への湯はり時間を早く完了することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる溶解装置は、コンパクト化、低コスト化、運転効率向上に繋がり、貯湯式給湯機の他、ガス熱源の給湯機にも利用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１１ 無機化合物
１２ 無機化合物収納容器（収納手段）
１３ 濾過手段
１４ 内部通水管
１５ バイパス回路
１６ 溶解装置
２１ ヒートポンプユニット
２７ 貯湯ユニット
２８ 貯湯タンク
３６ 浴槽水混合弁
３７ 温度検知手段
３８ 浴槽水注湯弁
３９ 浴槽水注湯回路
４２ 浴槽
５０ バイパス回路開閉手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機化合物等を溶解する溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の装置は、目的の成分を含む材料を電気分解にて水中に溶解させ、この溶解した水を目的とする回路へ供給している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の給湯装置を示すものである。図７に示すように、亜鉛陽極１と、陰極２と、ケーシング５と、直流電源９から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、目的とする成分（亜鉛陽極１）の水への溶解方法は、電気分解の原理によるため、直流電源９と、回路を流れる水への漏電を防止するための絶縁回路（図示せず）が必要となる。従って、装置のサイズアップ、コストアップとともに、直流電源９においては電力を必要とするため消費電力量も増加する。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気回路を必要とせず、コンパクトで運転コストが安価な無機化合物等を供給する溶解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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の溶解装置は、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とするものである。
【０００８】
これによって、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状の混合物である無機化合物が収納手段より流出した場合でも、開閉手段は、無機化合物の上流側に配置しているので、開閉手段に無機化合物が進入することはなく、開閉手段の耐久性を向上できる。
【０００９】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるため、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現するとともに、消費電力量を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクト化、低コスト化、さらには、消費電力量の抑制を実現した無機化合物等を供給する溶解装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における溶解装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における溶解装置の詳細図
【図３】本発明の実施の形態１における溶解装置の無機化合物と濾過手段の関係を示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における濾過手段の構成図（ｂ）同他の濾過手段の構成図（ｃ）同他の濾過手段の構成図
【図５】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態３における溶解装置の構成図
【図７】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とする溶解装置である。
【００１３】
これによって、粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状の混合物である無機化合物が収納手段より流出した場合でも、開閉手段は、無機化合物の上流側に配置しているので、開閉手段に無機化合物が進入することはなく、開閉手段の耐久性を向上できる。
【００１４】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるため、装置全体のコンパクト化と低コスト化を実現するとともに、消費電力量を抑えることができる。
【００１５】
第２の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置である。
【００１６】
これによって、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時に無機化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。
【００１７】
第３の発明は、湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記第１の発明の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置で、水が無機化合物収納容器を通過する際に生じる圧力損失の増加を低減させ、浴槽への湯はりを早く完了することができる。
【００１８】
第４の発明は、前記第１の発明の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置で、低外気温時であっても貯湯タンク、電源回路などからの僅かな放熱により筐体内の雰囲気は常時加温されているため、溶解装置の凍結防止などの断熱が簡素化、または不要となる。
【００１９】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（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溶解装置の構造図を示すものである。
【００２１】
図１において、無機化合物１１は粉末状、または、顆粒状、または、粉末状と顆粒状の混合物であり、無機化合物収納容器１２に収納される。前記無機化合物収納容器１２は水流方向に向かって略すり鉢状にひろがった形状としている。
【００２２】
無機化合物１１は水に対して溶解性を持つ。図１の無機化合物１１は径が異なる顆粒状のものであり、これを多層状となるように構成すると、無機化合物収納容器１２内には多
孔質の空間が形成される。濾過手段１３は複数の小穴を有し、無機化合物収納容器１２の端部に収納される。
【００２３】
無機化合物収納容器１２と濾過手段１３とは連通され、無機化合物収納容器１２は濾過手段１３の上流側となるように構成される。バイパス回路開閉手段５０は、浴槽水注湯回路３９から分岐させたバイパス回路１５に、無機化合物１１の上流側で、無機化合物収納容器１２の上部に、無機化合物収納容器１２に一体に配設され、溶解装置１６を構成している。
【００２４】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２５】
内部通水管１４を経由して無機化合物収納容器１２に流入する水は、重力方向と対向した上昇水流として無機化合物収納容器１２に形成される多孔質の空間を通過する。
【００２６】
前記、上昇水流の流速が一定の場合は、無機化合物１１は径が異なる顆粒状のものであることから、下方から順に径の大きなものから小さなものへと分布した状態で前記上昇水流によってその流速に応じた水圧により流水と流動化する。
【００２７】
前記、無機化合物収納容器１２は水流方向にそって概略すり鉢状にひろがった形状としていることから、無機化合物収納容器１２内では上流ほど流速が大きくなり、水流方向にそって小さくなる水流速の分布が構成可能となる。
【００２８】
一方、顆粒径の分布はその質量に応じた重力が作用して、上流ほど顆粒径のおおきなものが分布する。このことから顆粒径の大きさに比例して水流速を作用させることが可能となり、無機化合物１１の顆粒径の大小にかかわらず均一で効率のよい流動化現象が可能となる。
【００２９】
水には粘性があるため、流水と流動化した顆粒の多孔質の空間を通過する際に無機化合物１１の表面から表面近傍の領域には速度境界層が生成される。図２はその速度境界層の状態を示す図である。
【００３０】
無機化合物１１の表面近傍の速度境界層の流速は小さく、多孔質空間の中心部を通過する流速は大きい分布となる。無機化合物１１は水に対して溶解性を持つため、無機化合物１１の表面近傍の１１の表面分子は、表面近傍の水に溶解し、水の溶解濃度が上昇する。表面近傍の水は流速が小さいため、溶解濃度は高い値となる。
【００３１】
これに対して流速の大きい多孔質空間の中心部の流れる水の溶解濃度は低い。このとき、水中に溶解する無機化合物の濃度差が生じた場合は、濃度差に応じて高い方から低い物質が移動する（フィックの法則）ため、表面近傍の水に溶解した無機化合物は濃度の低い中心の水に移動する。
【００３２】
流動化現象による攪拌効果により無機化合物１１の表面近傍と流速の大きい多孔質空間の中心部の流れる水との濃度差をより大きくしながら物質拡散の原理を、利用することで、無機化合物１１をより効率よく多孔質空間内の水に溶解させることができる。
【００３３】
濾過手段１３は、無機化合物収納容器１２内の水勢によって無機化合物１１の顆粒が無機化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものである。
【００３４】
バイパス回路開閉手段５０は通常、浴槽へ湯水を供給するため、浴槽水注湯回路３９に湯水が流れるとき開となり浴槽水注湯回路３９の湯水の流れが停止したときに閉となるよ
うに溶解装置１６の動作を制御するものであるが、溶解装置１６の動作は湯水の流れを前提として動作する。
【００３５】
よって、浴槽水注湯回路３９に湯水が流れない場合でも通電し開としても問題はない。冬季などの外気温が低い場合は無機化合物収納容器１２に残存した水が凍結して無機化合物収納容器１２を破損する心配がある。
【００３６】
そういった場合において無機化合物収納容器１２はたとえば電磁弁としたバイパス回路開閉手段５０と一体とした構成としているため電磁弁のコイルに電流を印加することでコイルが発生する熱により無機化合物収納容器１２が保温され凍結を防止できる。
【００３７】
また、バイパス回路開閉手段５０は弁体５１と弁座面５２が接触した場合に、バイパス回路１５を閉とするように無機化合物１１の上流側に構成されている。
【００３８】
無機化合物１１は、粉末状、または、顆粒状、または、粉末状と顆粒状の混合物であるので、濾過手段１３の濾過精度より粒径の小さいものは濾過手段１３を通過して流出する可能性がある。
【００３９】
ただし、流出した場合でも、バイパス回路開閉手段５０は、無機化合物１１の上流側に配置しているので、バイパス回路開閉手段５０の弁体５１と弁座面５２の間に、たとえば粉状の無機化合物が残留することによる、弁体５１と弁座面５２への悪影響を完全に防止できることになる。
【００４０】
これによって、溶解装置の信頼性をより長期間において維持することができ、より安定して、均一で効率のよい流動化現象による攪拌効果を伴い、水と無機化合物の間の溶解濃度差で物質が移動する、物質拡散（フィックの法則）の原理で、水に無機化合物をより効率よく溶解させることが可能となる。従って、利用者への利便性とサービス性を長期間安定して供給できる。
【００４１】
また、これまで必要としていた電源回路と絶縁回路が削減できるので、コンパクト化、低コスト化、さらには消費電力量を抑えた給湯装置とすることができる。
【００４２】
尚、無機化合物を、亜鉛を含む亜鉛化合物（酸化亜鉛、炭酸亜鉛など）とした場合、以下の効果を得ることができる。亜鉛は比較的要求量の多いヒトの必須元素の一つであり、通常の食事からの供給では欠乏しやすく、栄養強化目的で、食品に添加される元素である。
【００４３】
これに対しては、浴槽に亜鉛を溶解させた水を供給することで、入浴中に経皮吸収による栄養強化を行うことができる。
【００４４】
図３は、溶解装置の無機化合物１１と濾過手段１３の寸法の関係を示す例である。図３において、濾過手段１３は径の異なる複数の小穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃから構成される。
【００４５】
図４は、濾過手段１３の構成図である。（ａ）は、線形状の繊維で角状の小穴を形成したものである。（ｂ）は、所定の厚さの板に、複数種の径の小穴を施したものである。（ｃ）は、粒状の非溶解材料を多層状として多孔質空間を形成したものである。
【００４６】
何れも、無機化合物収納容器１２内の水勢によって無機化合物１１の顆粒が無機化合物収納容器１２から流出しようとした場合、これを防止するものであるが、この構成と形状
の限りではない。
【００４７】
溶解装置１６を流出する溶解濃度は、無機化合物収納容器１２を通過する水流速と、無機化合物１１の水と接触する表面積等で決定される。溶解装置１６の溶解濃度を所定値とする場合は、無機化合物１１の全表面積をある範囲とする必要があるため、図３の無機化合物収納容器１２に収納する無機化合物１１の粒径をある一定の範囲内のサイズに選別したものを利用する必要がある。
【００４８】
選別を行うと、コストアップの要因となるため、複数の径を有する無機化合物１１の中において、無機化合物１１の最大粒径Ｄ１に対して、濾過手段１３の小穴１３ａの径Ｄ２は、Ｄ２＜Ｄ１とした場合、以下の効果を得ることができる。
【００４９】
Ｄ２未満の粒径の無機化合物１１は、小穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃから流出する。利用初期は粒径の小さいものは、溶解装置１６外へ流出するが、所定時間経過後は、Ｄ２以上の粒径の無機化合物１１は無機化合物収納容器１２内に貯留され続ける。
【００５０】
この状態が形成された場合、無機化合物１１の粒径をある一定の範囲内のサイズに選別したことと同等となる。従って、サイズが混在する無機化合物１１を用いても、目的とする濃度を水に溶解させる構造となる。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成図を示すものである。
【００５２】
図５において、圧縮機２２、給湯熱交換器２３、減圧手段２４、蒸発器２５を冷媒回路２６で順に環状に接続してヒートポンプユニット２１を構成している。貯湯ユニット２７の貯湯タンク２８には水が貯留されており、出湯回路３０は貯湯タンク２８、給湯水ポンプ２９、給湯熱交換器２３、貯湯タンク２８を順に接続する回路である。浴槽水加熱回路３５は、貯湯タンク２８、風呂熱交換器３３、浴槽水加熱ポンプ３４、貯湯タンク２８を順に接続する回路であり、風呂熱交換器３３の他方の回路には浴槽４２が接続されている。
【００５３】
浴槽水循環回路４１は、浴槽４２、浴槽水を搬送する浴槽水ポンプ４０、風呂熱交換器３３を順に接続する回路である。浴槽水注湯回路３９は、貯湯タンク２８の水を、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２へ注湯する回路である。
【００５４】
この回路には貯湯タンク２８の高温の水と水道水を混合する浴槽水混合弁３６、注湯する水温を検知する温度検知手段３７、浴槽水注湯回路３９の回路の開閉を行う浴槽水注湯弁３８を順に備える。溶解装置１６は浴槽水注湯弁３８の下流側の浴槽水注湯回路３９に本体の筐体に収納するように設けた。
【００５５】
ヒートポンプユニット２１で貯湯タンク２８に貯留された水を加熱する運転は、以下のような動作となる。貯湯タンク２８の水は、給湯水ポンプ２９によって給湯熱交換器２３へ搬送され、ヒートポンプサイクル動作によって加熱される。給湯水ポンプ２９は給湯熱交換器２３で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、出湯回路３０の流量を制御する。
【００５６】
浴槽４２への湯張り、並びに、浴槽水の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路３９の浴槽水混合弁３６は、温度検知手段３７で検知する注湯温度がリモコン等（図示せず）で予め設定された温度となるように、高温の水と水道水の混合割合を調整する。
【００５７】
所定温度となった浴槽水は、浴槽水注湯回路３９、浴槽水循環回路４１を順に経由して浴槽４２へ流出する。一方、浴槽４２の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク２８に貯留された高温の水を、浴槽水加熱ポンプ３４によって風呂熱交換器３３へ搬送し、浴槽水ポンプ１８より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器３３で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、貯湯タンク２８の下部より内部へ流入する。
【００５８】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５９】
利用者が浴槽４２へ湯はりを行う場合は、リモコン等で湯はり動作の指示操作を行う。リモコン操作後、予め設定された温度に浴槽水混合弁３６で調整された水が、浴槽水注湯弁３８を閉から開に制御した場合に、溶解装置１６、浴槽水循環回路４１を経由して浴槽４２に流出する。水が溶解装置１６を通過する際に、無機化合物が水に溶解するので、浴槽４２に湯はり動作と同時に、無機化合物１１を溶解させた水が浴槽４２に流入する。
【００６０】
溶解装置１６は、浴槽水注湯弁３８の下流側としたが、浴槽水注湯弁３８が開から閉へ制御された場合は、ウォーターハンマー現象が発生し、上流側の回路に設けている、浴槽水混合弁３６、貯湯タンク２８等は水道圧以上の水圧負荷を与える。下流側に設けることによって、溶解装置１６への水圧負荷が掛からない。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、浴槽水注湯回路と、浴槽水注湯弁を備え、浴槽水注湯弁、溶解装置の順に浴槽水注湯回路に備えた給湯装置とした。これにより、溶解装置は浴槽への湯はり停止時などに生じるウォーターハンマー現象（浴槽水注湯回路等の水圧上昇）の影響を受けないため、溶解装置の耐圧構造を簡素化することができる。さらに、浴槽への湯はりの水流を利用するため、湯はりと同時に無機化合物を溶解させた水を浴槽へ供給できるので、利便性が向上する。
【００６２】
本発明において、溶解装置１６は給湯機の本体筐体に収納し、浴槽水注湯回路３９としているが、浴槽水循環回路４１に設けても、浴槽４２へ無機化合物１１を溶解させた水を供給することが出来る。また、本体筐体外部の浴槽水循環回路４１に設けることも可能であるが、本体筐体内部の雰囲気温度は、低外気温時であっても貯湯タンク２８からの放熱により、筐体内部の雰囲気は常時加温されるため、溶解装置１６の凍結防止などの断熱が不要、または簡素化できる。
【００６３】
また、給湯機を貯湯式給湯機とした場合、貯湯タンクには高温の湯を貯湯するので、この高温の湯を化合物溶解装置へ供給することによって機器の殺菌、滅菌を行うことができる。また、水中に溶け込んでいる残留塩素が貯留中に少なくなるので、本体の材質は耐腐食性材料ではなく、安価な汎用部品を使うことができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における溶解装置の構造図を示すものである。
【００６５】
図６において、溶解装置１６の入口と出口は浴槽水注湯回路３９に接続されている。無機化合物１１を収納する無機化合物収納容器１２の相当直径ｄ１、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２とした場合、図６においてそれぞれをｄ１＞ｄ２となる大きさなるように決定した。
【００６６】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。無機化合物１１を収納した無機化合物収納容器１２、濾過手段１３を設けたので、溶解装置１６を水が通過する際に、圧力損失が生じる。圧力損失が生じると、浴槽４２へ供給する水の流量が低下する。
【００６７】
ここで、無機化合物収納容器１２の相当直径ｄ１を、浴槽水注湯回路３９の相当直径ｄ２に対して、ｄ１＞ｄ２となる大きさとすると、無機化合物収納容器１２の平均流速ｕ１は、浴槽水注湯回路３９の平均流速ｕ２より小さくなる。水回路の流体の圧力損失は、流体の平均流速の２乗に比例するため、溶解装置１６を通過する際の圧力損失の増加を低減させることができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態においては、無機化合物収納容器の相当直径を、溶解装置を接続する浴槽水注湯回路の相当直径よりも大とすることにより、無機化合物を通過する水流による圧力損失を低減し、浴槽への湯はり時間を早く完了することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる溶解装置は、コンパクト化、低コスト化、運転効率向上に繋がり、貯湯式給湯機の他、ガス熱源の給湯機にも利用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１１ 無機化合物
１２ 無機化合物収納容器（収納手段）
１３ 濾過手段
１４ 内部通水管
１５ バイパス回路
１６ 溶解装置
２１ ヒートポンプユニット
２７ 貯湯ユニット
２８ 貯湯タンク
３６ 浴槽水混合弁
３７ 温度検知手段
３８ 浴槽水注湯弁
３９ 浴槽水注湯回路
４２ 浴槽
５０ バイパス回路開閉手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とする溶解装置。
【請求項２】
湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置。
【請求項３】
湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置。
【請求項１】
粉末状または顆粒状、あるいは、粉末状と顆粒状との混合物である無機化合物を収納する収納手段と、前記無機化合物への湯水の供給・停止を行う開閉手段とを備え、前記開閉手段を、前記無機化合物の上流側で、かつ、前記収納手段と一体に配設したことを特徴とする溶解装置。
【請求項２】
湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の溶解装置を、前記浴槽水注湯回路に、前記浴槽水注湯弁の下流側に配設したことを特徴とする給湯装置。
【請求項３】
湯水を浴槽へ供給する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路を開閉する浴槽水注湯弁とを備え、前記請求項１に記載の収納手段の相当直径を、前記浴槽水注湯回路の相当直径よりも大きくしたことを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載の溶解装置を、本体筐体内に配設したことを特徴とする給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２００７４（Ｐ２０１２−２２００７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５１５２（Ｐ２０１１−８５１５２）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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