風呂給湯装置
【課題】 浴槽の浴水を追い焚きするための熱交換器内壁や循環配管内に付着、堆積する皮脂汚れ成分を除去し、清潔に保つことができる洗浄機能を有する風呂給湯装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 風呂給湯装置１には、貯湯タンク１１の温水１０で浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き用熱交換器２０に温水を供給する加熱配管２１と温水１０を循環させる循環ポンプ２２が設けられており、さらに、浴槽４に、浴水１２を追い焚きするため、循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に通水する追い焚き用循環配管２４が接続され、また、追い焚き用循環配管２４には気泡注入用のエジェクタ２５が取り付けられている。これにより、追い焚き用熱交換器内壁や追い焚き用循環配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる。
【解決手段】 風呂給湯装置１には、貯湯タンク１１の温水１０で浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き用熱交換器２０に温水を供給する加熱配管２１と温水１０を循環させる循環ポンプ２２が設けられており、さらに、浴槽４に、浴水１２を追い焚きするため、循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に通水する追い焚き用循環配管２４が接続され、また、追い焚き用循環配管２４には気泡注入用のエジェクタ２５が取り付けられている。これにより、追い焚き用熱交換器内壁や追い焚き用循環配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器部や配管部の洗浄機能を有する風呂給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
浴室や台所に温水を供給する給湯器は電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などに大別されるが、いずれも熱を水に伝えるために熱交換器といわれる部分が存在する。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネや地球温暖化対策としての二酸化炭素（ＣＯ２）削減の観点から、自然冷媒であるＣＯ２を用いたヒートポンプ熱交換式タイプの電気給湯器（ヒートポンプ給湯器）が注目されている。その原理は、大気の熱を冷媒に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば気体を圧縮したとき発生する高熱をタンク内の水へ移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び冷媒の温度を大気温まで戻す繰り返しによるものである。理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできないが、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。この特長から、ヒートポンプ給湯器は温暖地であればあるほど、効率が良い。
【０００３】
一般家庭用の給湯システムでは、省エネルギーの要求から熱交換効率の向上が求められており、これとともに給湯器の小型化も強く望まれており、熱交換器だけでなく、圧縮機など他の部品の小型化も進められている。特に最近は熱交換効率をさらに向上させるために、従来のパイプ式といわれる１ｃｍ径ほどのパイプを用いたものから、例えば、積層式といわれる１ｍｍ程の間隔で積層された薄板の熱交換器によるものまで多数開発されている。熱交換器は水に対して熱を伝えるために、管内部の壁面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱交換器の管壁面が汚れたり、詰まったりした場合には、有効に作用する熱交換器の実質表面積が減少するので効率の低下を招いてしまう。特に熱交換器部の配管が狭隘化し、この問題が顕著になってきている。
【０００４】
特に、浴槽に接続されたもので、追い焚き系といわれる浴槽内に溜められたお湯を再加熱する熱交換器を有する風呂給湯装置の場合には、入浴により人体から発生した皮脂汚れ成分が浴水中に溶出する。このため、浴水中に存在する皮脂汚れ成分は、給湯器の追い焚き機能により配管内を循環し、皮脂汚れ成分が配管内壁、熱交換器内壁に付着、堆積する。一定量の皮脂汚れが付着すると、追い焚き時にその汚れが熱交換器や配管内を循環し、浴水や浴槽を汚すとともに、熱交換器内壁に汚れが付着し、熱交換効率を低下させる。このため、熱交換器内壁などの配管の付着汚れの除去に対する方策が求められている。
【０００５】
また近年、住設、家電品の清潔度の向上に対するニーズが増大している。風呂システムにおいても、長年の使用による配管などが汚れる。それを防止するために、浴水排水時に５Ｌ／分〜２０Ｌ／分の水を追い焚き用循環配管に流し、汚れを含む浴水を洗い流す機能が一般的な給湯器の洗浄機能として搭載されている。また、通常それだけでは洗浄が不十分であるので、半年に１回程度、配管洗浄剤等を用いて配管の洗浄を別途実施することが推奨されている。この点からも熱交換器や浴槽との配管を洗浄する意義は大きい。
【０００６】
従来の風呂設備では、浴槽２内と燃焼型の追焚き用加熱部３との間を浴槽水ｗ１が循環する循環路４を備え、往路５を介して浴槽２内から追焚き用加熱部３に導かれる浴槽水ｗ１を追焚き用加熱部３で加熱するとともに、復路８を介して浴槽２内に戻す風呂設備１を構成するに、往路で、浴槽２からの往き水ｗ２の温度を低下させ、低温状態にある往き水ｗ２にガスを溶解させるとともに、生成されるガス溶解水ｗ３を加圧して追焚き用加熱部３に導き、加熱されたガス溶解水ｗ３を、復路において減圧弁１８で減圧して微細気泡を発生させるものである。これによりマイクロバブル発生機能を持った風呂設備を実現している。（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
さらに、他の従来の浴槽の循環配管洗浄装置では、浴槽２に穿設した２個の通水口５ａ、５ｂと循環ポンプ１３の吸入側と吐出側にそれぞれ洗浄ボール捕捉装置１０，１１を配置する。また、循環配管７，８を通水する浴槽水の流向を切替える三方切替弁１４，１５を設ける。通水口５ａと循環ポンプ１３の吸入側に配置した一対の洗浄ボール捕捉装置６ａ、１０間および通水口５ｂと循環ポンプ１３の吐出側に配置した一対の洗浄ボール捕捉装置６ｂ、１１間に洗浄ボール１２ａ、１２ｂを往復移動させる。移動するボールと配管内壁との接触により、スライム・スケール類による湯の汚れを防止し、雑菌の発生を抑制している。（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００７−１２７３４５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、熱交換器への微細気泡の供給を主目的としたものではなく、主に微細な気泡を生成させ浴槽内に供給するものであった。従って、熱交換器部への洗浄作用が考慮されておらず、また、熱交換器や配管部の洗浄に適した気泡径なども全く考慮されておらず、充分な洗浄効果が得られないという問題があった。
【０００９】
さらに、特許文献２では、配管中にボールをいれ往復運動させることで配管を洗浄するが、熱交換部の洗浄が考慮されておらず、しかもボールが作用する範囲であるので配管の端部や継ぎ手部など本来汚れが溜まりやすい部分の洗浄できないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、浴槽の浴水を追い焚きするための熱交換器内壁や循環配管内に付着、堆積する皮脂汚れ成分を除去し、清潔に保つことができる洗浄機能を有する風呂給湯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、浴槽の浴水を貯湯タンクの温水を用いて追い焚きする追い焚き用熱交換器を備えた風呂給湯装置において、追い焚き用熱交換器に接続される追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことを特徴とする。この課題解決手段によれば、熱交換器内壁や配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことにより、追い焚き用熱交換器内壁や追い焚き用循環配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる風呂給湯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態における風呂給湯装置の構成と動作について、図１、図２を参照しながら説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における風呂給湯装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、風呂給湯装置１は、大きく分けてヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット３と浴槽４とから構成されている。ヒートポンプユニット２は、外気の熱を二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒に移す空気用熱交換器５と、冷媒を圧縮する圧縮機６、冷媒の熱で水を加熱する水加熱用熱交換器（放熱器）７、冷媒を冷却する膨張弁８からなり、冷媒用循環配管９によりこれらは順に接続されて、冷熱サイクルが構成され、貯湯タンクユニット３に熱を供給する。貯湯タンクユニット３は、ヒートポンプユニット２の冷熱サイクルにより供給された熱により水を温水１０に変え、貯湯タンク１１に貯蔵する湯沸機能と、浴槽４に温水１１を供給する給湯機能と、浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き機能を有している。貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１に上水を供給するための上水管１３に繋がれた給水配管１４が設けられており、ヒートポンプユニット２の水加熱用熱交換器７の熱で貯湯タンク１１の水を温水１０に変える水加熱用熱交換器７に循環ポンプ１５を介して通水する気泡注入用のエジェクタ１６を取り付けた湯沸配管１７が設けられ、また、貯湯タンク１１の温水１０を浴槽４に供給するため蛇口１８まで給湯配管１９も設けられている。さらに、貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１の温水１０で浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き用熱交換器２０に温水を供給する加熱配管２１と温水１０を循環させる循環ポンプ２２も設けられている。浴槽４には、浴水１２を追い焚きするため、循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に通水する追い焚き用循環配管２４が接続され、また、追い焚き用循環配管２４には気泡注入用のエジェクタ２５が取り付けられている。その他、浴槽４に水を供給する給水配管２６が蛇口１８に接続され、追い焚き用循環配管２３に上水を供給する給水配管２７と、この給水配管２７には、気泡注入用のエジェクタ２８、逆止弁２９も備えられている。なお、ここでは通常、配管に取り付けられている開閉弁類は省略している。
【００１５】
図２は、本発明で使用される気泡注入用のエジェクタ２５の概略構成と動作原理を示すものであり、管路３０に狭窄部３１と、流体３２の流入口３３と流出口３４と、気体が注入されるガス吸引口３５とを持ち、管路３０の狭窄部３１で流体の流速を高め、その部分で発生する減圧現象(通常ベルヌーイの定理と呼ばれる)を利用して、ガス吸引口３５から外部の気体３６を吸引し、流体に気泡３７を導入する機能を有するものである。このため基本的にはポンプ等を使用することなく流体３２に気泡３７を注入することが可能となる。
【００１６】
浴槽の湯が冷め入浴に適さなくなった場合、浴水の湯温を上げる為、通常風呂給湯装置には追い焚き機能が設けられている。ここで、浴水を追い焚き用熱交換器にて加熱するのであるが、この際、浴水には入浴時に人体から溶出した皮脂や塵、細菌が、さらには上水に含まれるスケールと呼ばれるＣａやＭｇなどの金属イオンの炭酸塩等の汚れ成分が、追い焚き用熱交換器の細管あるいは追い焚き用循環配管内壁に付着することにより、熱交換効率の低下や、さらに付着がひどい場合には詰まりが発生し、著しい機能の低下をもたらす。本発明者らは、液体中で微細気泡がその表面に汚れ成分を付着する付着作用に着目し、非入浴時に追い焚き用循環配管に微細気泡を注入することにより、追い焚き用熱交換器や配管に付着する汚れ成分を微細気泡により除去、排出させることができることを確認した。本発明はこの微細気泡表面が持つ付着作用を利用して、風呂給湯装置の配管内に付着する汚れ成分を除去するものである。具体的には、気泡を注入する手段として、エジェクタを利用し、洗浄する配管内に微細気泡を注入するものである。
【００１７】
エジェクタの特性は、狭窄部の大きさ、ガス吸引口の開口位置、ガス吸引口位置や径などによって変わる。例えば、ガス吸引口の開口位置を上流側あるいは下流側へずらすことで大幅にエジェクタの特性を変えることができる。風呂給湯装置の配管長によって必要な気泡径、密度が要求されるがエジェクタの構造を変更することにより、設置条件に応じた微細気泡の供給が可能となる。また、エジェクタの素材については、真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金、メッキを施したもの、ポリプロピレンやポリエチレンなどの各種樹脂などが使用できる。
【００１８】
次に、実施の形態１の風呂給湯装置の動作について、図１および図２を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、ここでは、貯湯タンクに貯えられた水を温水にするために、空気中の熱を利用するヒートポンプ方式の熱交換器によるものについて説明する。まず、空気用熱交換器５で外気の熱を吸収したＣＯ２冷媒は蒸発され、冷媒用循環配管９を通って圧縮機６で圧縮されて高温高圧の気体となり水加熱用熱交換器７に送られる。一方、上水管１３から給水配管１４を経て貯湯タンク１１に注水された水は、循環ポンプ１５により湯沸配管１７を通って、水加熱用熱交換器７に送り込まれた高温の冷媒との熱交換により加熱され、再び貯湯タンク１１に戻される。また、水加熱用熱交換器７で熱を奪われた冷媒は、膨張弁８で減圧され液体となって再び空気用熱交換器５に戻され、外気の熱を吸収して、冷媒用循環配管９内を循環して冷熱サイクルを構成する。上述の操作を繰り返すことにより貯湯タンク１１の水の温度は高められ、所定の温度を持つ温水１０として貯蔵される。貯湯タンク１１の温水１０は、給湯配管１９を介して、蛇口１８から浴槽４に供給され、入浴に供される。浴水１２の温度を調整するために、上水管１３から給水配管２６を利用して上水を浴槽４に供給される。また、図示していないが、浴槽４に、浴水１２を張るのに浴槽４内に設けられた注水口から温水１０を供給することもある。
【００２０】
次に、追い焚き用熱交換器およびこれに接続される追い焚き用循環配管を洗浄する動作について説明する。
浴槽４の浴水１２を追い焚きする場合は、タンクユニット３の貯湯タンク１１から温水１０が、循環ポンプ２２により加熱配管２１を通り、追い焚き用熱交換器２０へ導かれる。一方、浴槽４の浴水１２は循環ポンプ２３により追い焚き用循環配管２４を通り、追い焚き用熱交換器２０へ送られる。追い焚き用熱交換器２０において、貯湯タンク１１の温水１０と浴水１２との熱交換により、温水１０は熱を奪われ低温水となって加熱配管２１を通って貯湯タンク１１に戻され、浴水１２は熱をもらってより高い温度となり、浴槽４に追い焚き用循環配管２４を通って戻される。これを繰り返すことにより追い焚きされ浴水１２の温度を入浴に適した湯温とする。しかし、この追い焚き時の浴水１２の循環により、浴水１２には人の入浴にともなって溶解される皮脂、有機物や塵が混入されることになる。これらの汚れ物質は、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の内壁に付着し、熱交換効率の低下や配管の詰まりを誘発する原因となる。特に、風呂給湯装置の小型化のため、層間が１ｍｍと狭いプレートを積層したプレート型熱交換器が使用されることが多いが、この層間に汚れが付着し易い。このため、非入浴時に、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄を定期的に実施することが好ましい。
【００２１】
このため、実施の形態１による追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄では、追い焚き用熱交換器２０に浴槽４に溜めた清浄な水を循環ポンプ２３により循環させることにより、追い焚き用熱交換器２０の手前の追い焚き用循環配管２４に設けられたエジェクタ２５で空気が引き込まれ、内部で発生する気液混相流により微細気泡（マイクロバブル）が生成され、追い焚き用熱交換器２０に送り込まれる。この追い焚き用熱交換器２０の細管や追い焚き用循環配管２４の内壁に付着した汚れ物質は、生成された微細気泡の表面に付着し、浴槽４に送出される。水を循環させることにより、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４が洗浄される。エジェクタ２８は、浴槽４とエジェクタ２５との間の追い焚き用循環配管２４には気泡が注入されず非洗浄部分が発生するため、この間の洗浄を行うため上水管１３と循環ポンプ２３とエジェクタ２５との間に設けられるもので、逆止弁２９を介して上水あるいは貯湯タンク１１の温水１０に気泡を注入して洗浄するものである。
【００２２】
追い焚き用熱交換器系では、浴水が循環するため特に汚れが問題になるが、風呂給湯装置は通常１０年以上、長いものでは２０年近くの長期間にわたり使用されるため、他の熱交換器部や配管内部についても汚れが付着、蓄積してしまう。このため熱交換効率の低下や汚れの付着がひどい場合には熱交換器の細管が詰ってしまうという問題が発生する。こちらの汚れは、主にスケールといわれる上水中の無機塩が固体表面で析出する現象が熱交換効率の低下や熱交換器の閉塞の原因として知られており、特に上水の硬度が高い、いわゆる硬水といわれるものでは、このような問題が顕著に発生する。上述したように微細気泡の注入手段を熱交換器の手前に設置すれば、微細気泡表面に汚れを付着させることができるので、スケールの熱交換器表面への付着を抑制、除去することができる。
【００２３】
水加熱用熱交換器７の手前に設置されたエジェクタ１６は、貯湯タンク１１の上水中に含まれる、いわゆるスケールといわれる炭酸カルシウムなどの無機塩が水加熱用熱交換器７内の細管や湯沸配管１７に付着して、熱交換効率の低下や配管の詰まりが発生するのを抑制するために、微細気泡を配管内に注入し、微細気泡表面が持つ付着作用にてスケール成分を除去するためのものである。
【００２４】
通常、風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から使用箇所まで、例えば、住戸内の浴槽までの配管長さは様々で２ｍから３０ｍまで想定される。また、１階だけでなく２階まで給湯することも求められる。従って、設置条件によって風呂給湯装置へかかる水圧はまちまちであり、一般的に２０ｋＰａから１００ｋＰａとされる。エジェクタはその原理からエジェクタ出口の水圧によってガス吸引性能が大きく異なる。例えば、２０ｋＰａから１００ｋＰａでは、３倍から５倍のガス吸引量の違いがある。本発明のエジェクタはこのような条件の違いがあっても必要とされるガス量である０．０１Ｌ／ｍｉｎから１．０Ｌ／ｍｉｎの範囲で所用のガス流量を引き込ませ、微細気泡が生成可能なものである。エジェクタにかかる圧力を検出するセンサを設けておき、循環ポンプを操作して、水圧によって通水量を増減させれば、エジェクタのガス吸引量を制御することが可能となり、設置条件に関わらず最適な微細気泡の径や密度を持つ気泡の供給が可能となり、熱交換器の細管や配管を良好に洗浄することができる。
【００２５】
次に、微細気泡の熱交換器の洗浄効果の具体例を図３に示す。ここでは、ステンレス製のプレート式熱交換器を使用し、その表面に人工の皮脂汚れを含む汚染液を塗布し、温水を所定時間通水後にプレート表面に残留した人工皮脂汚れの量を、堀場製作所製の有機分測定装置ＯＣＭＡ−３０５を用いて測定した結果を示す。本試験で用いた人工皮脂汚れの汚染液は、水１Ｌあたりにオレイン酸を０．５６ｇ、トリオレインを０．３１ｇ、コレステロールを０．０３ｇ、スクアレンを０．０５ｇ、ゼラチンを０．１４ｇ含むものを標準液とし、試験によってこれを濃縮したもの、あるいは希釈したものを用いた。有機分濃度の分析方法は、専用の抽出溶媒であるＳ−３１６で固体表面に残留した汚染を溶解させ、液中の有機分濃度を赤外分光法の原理で定量化するものである。その結果、洗浄後の汚染度（残留有機分密度）は、微細気泡を作用させない場合（微細気泡生成手段を持たない従来の場合)では、約２００μｇ／ｃｍ２であったのに対し、微細気泡を作用させた場合（エジェクタを熱交換器前に設置した場合）では１２μｇ／ｃｍ２であり、残留量を１／１５以下に抑えることができることが明らかになった。また、併せて清浄化した熱交換器のステンレス表面に人工の皮脂汚れを含む汚染液を含む温水を所定時間通水させ、微細気泡の有無による付着抑制効果についても試験を行ったが、微細気泡ありの場合は、微細気泡なしの場合に比べて、人工皮脂汚れの付着量は１／１０以下であり、微細気泡を含有させた温水は汚れの付着抑制効果も高いことが明らかになった。さらに、表面の汚れが２００μｇ／ｃｍ２である熱交換器を使用した場合と、表面の汚れが１２μｇ／ｃｍ２である熱交換器を使用した場合の熱交換効率では、明らかに表面の汚れが少ない方が熱交換効率は高かった。
【００２６】
また、同様の試験を種々の配管や接続部材（真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウム、あるいはその合金、メッキ被覆、各種樹脂）についても実施したところ、いずれの材質についても微細気泡ありのほうが高い清浄度維持作用を示し、素材に対する洗浄能力の依存性はないことが確認された。
【００２７】
図４は、長期間の繰り返し使用を想定して行った特性試験の結果を示すものである。本試験では処理回数毎に一定量の人工皮脂汚染液を塗布し、それを微細気泡有無の条件下で処理し、熱交換器表面に残留した人工汚染成分を分析した。分析に際しては、熱交換器表面の全汚染を溶解させると繰り返し処理の試験ができないため、処理回数毎に熱交換器表面の部分的な面積に付着した汚れのみを溶解し、測定する方法を採った。
図４で示されるように、微細気泡なしの場合（●）では、汚染を除去する能力がないために、処理回数毎に付着汚れの量は増加した。これに対して、微細気泡ありの場合（◆）では、常に一定量の低い付着成分量を保つことができた。したがって、微細気泡を注入しない場合には入浴回数に比例して皮脂汚れが増加することになる。熱交換器に微細気泡を注入することが極めて有効であることが確認された。
【００２８】
次に、熱交換器の表面に付着した汚れを除去するのに有効な微細気泡の径についての検討を行った結果を図５に示す。なお、図５で示す気泡径は、熱交換器のプレート表面に流れる気泡を高速度カメラで捉え、画像解析によって求めた平均気泡径である。なお、気泡径分布は、ほぼ正規分布であった。いずれの気泡径においても気泡なしの場合（汚染度約２００μｇ／ｃｍ２）に比べて高い清浄化作用を示すが、特に、１００μｍ径以下の気泡ではその効果が顕著なことが明らかになった。熱交換器のプレート表面に作用する微細気泡の様子を各気泡径で観察したところ、１００μｍ径以上の比較的大きな気泡径では、気泡の浮力が大きいため気泡がプレート中央部を中心に部分的にしか作用していなかった。これに対して、１００μｍ径以下の小さな気泡径の条件では気泡の浮力が小さくなるので、１ｍｍ以下の狭いプレート間隔の熱交換器内部においても、プレート表面を万遍なく、均一に気泡が作用する様子が観察された。洗浄効果の気泡径依存性は、この気泡の均一作用の違いによるものと考えられる。気泡径については、図５からも明らかなように１０μｍ以上、１００μｍ以下の平均気泡径が特に有効であることが認められた。
【００２９】
このように、実施の形態１における風呂給湯装置によると、追い焚き用循環配管に気泡を注入する手段を設けることにより、浴槽の浴水を追い焚きする追い焚き用熱交換器とその循環配管を微細気泡にて洗浄することができ、熱交換効率の低下を抑え、配管の詰まりを抑止できるという効果が期待できる。
【００３０】
なお、実施の形態１では気泡は空気としたが、他のガス種、たとえば窒素、水素、酸素、ネオン、アルゴン、二酸化炭素、オゾンなどを用いてもよい。特に、オゾンは強い酸化力を持つので、オゾンを含む微細気泡を用いると、汚れの除去効果が向上するとともに、水中に存在する菌の殺菌やカビ類の除去も可能となり、より一層高い効果を得られる。ただし、オゾンは害性もあるので、オゾンを用いた洗浄モードを作用させる場合には、適切な濃度管理のもとで実施することが望ましい。また、オゾンは金属材料を腐食させる性質があるので熱交換器の材質としては、なるべくステンレスにすること、配管材料は樹脂製にするなど注意が必要である。また、水のｐＨを酸性やアルカリ性にすることも汚れの除去作用に有効である。二酸化炭素を用いた微細気泡では水のｐＨを最大４まで引き下げることができるのでコストなどを考慮しても高い効果がある。
【００３１】
また、エジェクタは通水時においては、常に負圧が生じるためにガスが吸い込まれる状態になるが、停止時にはその機能がなくなるために、ガス吸入口から水が逆流する可能性がある。それを防止するために逆止弁を設置することは有効である。図６にその追い焚き用熱交換器系要部の構成図を示す。逆止弁３８を追加することでいかなる運転状況においても水が逆流するという問題を解消することができる。さらに、電磁弁３９を併用することにより、風呂給湯装置の制御信号を受けて通水時あるいは必要時のみガスをエジェクタに供給することも可能である。
【００３２】
また、実施の形態１では、気泡の注入手段としてエジェクタを用いる場合について説明したが、微細気泡を生成できる他の手段、例えば、ベンチュリ式、旋回流式、加圧溶解式、多孔質(微細穴)式などを用いても、上記と同様の効果が期待できることを確認した。
【００３３】
さらに、本実施の形態１では、貯湯タンクの水を加熱するのにヒートポンプ式の加熱装置を使用する場合について説明したが、他の電気ヒータによるもの、ガスの燃焼によるもの、石油（灯油）の燃焼によるもの、太陽熱によるものなどであってもよく、追い焚き用の熱交換器を有する風呂給湯装置であればよく、いずれの風呂給湯装置であっても微細気泡を注入する手段を設けることで同様の効果を得ることができる。
【００３４】
実施の形態２
図７は、実施の形態２における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
追い焚き用循環配管２４の通水によりエジェクタ２５のガス吸引口３５からガスが引き込まれ、液中に気泡が生成されるものであるが、設置環境条件に関わらず最適な気泡径を実現するための最適ガス流量の制御が可能であることが望ましい。そこで、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置することにより、風呂給湯装置１の使用環境条件に関わらずにガス注入量を制御することができる。これによって通水量に依存せず追い焚き用熱交換器系の洗浄に要求される必要なガス注入量の供給が可能となる。特に、通の量が少なくて流速が遅くガスの吸引力だけでは充分な気体の供給がされず、気泡が不足する場合などにも安定して気泡を注入することができ、汚れ具合に応じて気泡の注入量を制御して洗浄することができ、有効である。
【００３６】
このように、実施の形態２における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタのガス吸引口に送気ポンプを設置することにより、通水量や熱交換器等の汚れ具合が変化しても、洗浄に必要な気泡を安定して供給することができ、追い焚き用熱交換器系の配管を清浄に保つことができる効果を発揮することができる。
【００３７】
実施の形態３
図８は、実施の形態３における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置するとともに追い焚き用熱交換器２０に汚れ検出器４１と制御器４２を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
追い焚き用熱交換器２０に汚れ検出器４１を設けることにより、追い焚き用熱交換器２０のプレート表面の汚れをモニタリングし、その汚れ具合に応じてエジェクタ２５を動作させ、気泡を追い焚き用熱交換器２０と追い焚き用循環配管２４の洗浄することが可能となる。また、汚れ具合に応じて、追い焚き用循環ポンプ２３と送気ポンプ４０を調整することにより通水量を変え、吸引されるガス流量を調整することもできる。汚れ検出器としては、例えば、発光ダイオードなど光学的な手法を用いてプレート表面の反射率の変化を検出するものが利用できる。
【００３９】
このように、実施の形態３における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器のプレート表面の汚れの状態をモニタリングすることで、最適なタイミングで微細気泡により追い焚き用熱交換器系の配管を洗浄することができる効果を発揮することができる。
【００４０】
なお、実施の形態３では、追い焚き用熱交換器のプレート表面の汚れをモニタリングする例を示したが、水中の汚染濃度をモニタリングする装置を付加することも有効である。
【００４１】
また、熱交換器表面が清浄に保たれている場合には、微細気泡を供給する必要がない場合もある。その場合にはエジェクタを介さず直接循環ポンプから熱交換器へ水を供給するバイパス配管を設けてもよく、バイパス配管の追加によって、エジェクタのつまりの防止や長寿命化などの効果が得られる。
【００４２】
実施の形態４
図９は、実施の形態４における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５の手前に添加剤供給装置４３を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
液中の気泡は密度が高くなると、気泡同士の衝突頻度が高くなることによって合一といわれる合体現象のため気泡が大きくなってしまう。特に、この現象は配管長が長くなるほど顕著となり、エジェクタからの距離が遠くなるほど清浄度維持の効果が薄れてしまう。そこで、界面活性剤などの添加剤を少し、水に添加することにより、エジェクタで生成された気泡の液中での性質を安定化させ、気泡の合一を抑制する。添加剤供給装置４３により、通水量に応じて添加剤の濃度を調整しながら、適切なタイミングで投入することができる。添加剤供給装置４３を設けた場合には、添加剤を投入しない場合に比べて、１０倍以上のガス流量をエジェクタ２５に供給した場合においても気泡径を１００μｍ以下に維持することが可能となり、追い焚き用熱交換器２０や追い焚き用循環配管２４をさらに効率よく洗浄することができる。また、気泡密度を高い状態に維持できるために、浴槽の洗浄などにも効果を発揮することができる。
【００４３】
添加剤としては、アルコール系化合物を主とする水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物あるいはカルボキシル基含有化合物が好ましく、さらに好ましくは水酸基含有化合物の１価のアルコールあるいは２〜８価の多価アルコール、また、アミノ基含有化合物のモノアミン類、ポリアミン類あるいはアルカノールアミン類であり、特に好ましいのは水酸基含有化合物の１価のアルコールあるいは２〜８価の多価アルコールで、とりわけ好ましいのは水酸基含有化合物の２〜８価の多価アルコールである。なお、添加剤は、上記記載の化合物群の単体だけでなく混合物であってもよい。添加剤の濃度としては、１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの範囲の濃度で用いることが好ましく、特に好ましいのは５ｐｐｍから１００ｐｐｍの範囲の濃度である。
【００４４】
このように、実施の形態４における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタの手前に添加剤供給装置を設け、添加剤を液中に投入することにより、気泡同士の合体を抑制することが可能になり、追い焚き用熱交換器系の配管長が長い場合においても、十分な洗浄効果を発揮することができる。
【００４５】
なお、実施の形態４では、エジェクタの手前に添加剤供給装置を設置する場合について説明したが、添加剤をガスに混合してエジェクタに供給しても同様の効果を期待できる。
【００４６】
実施の形態５
図１０は、実施の形態５における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５の手前に除塵フィルタ４４を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
エジェクタの狭窄部とガス吸引口はいずれも数ｍｍ程度の小さいものなので、長期間の使用により塵、埃、髪の毛などによって詰りが発生する可能性がある。また、もし数週間から数ヶ月にわたり風呂給湯装置を使用しない場合には、ぬめり成分も生成され、これによる詰まりも懸念される。そこで、エジェクタの手前にこれらを取り除くために除塵フィルタ４４を設置することは有効である。除塵フィルタ４４は定期的な交換が望ましく、ユーザーによるメンテナンスを容易にすることも重要であり、ユーザーが交換し易いように着脱可能な構造とするものである。また、除塵フィルタ４４内あるいは除塵フィルタ４４の近傍に汚れ具合を検出する汚れ検出器４５を配置することで交換時期を知らせることできる。さらに、エジェクタや熱交換器の詰まりを検出する詰まり検出器を設けることも有効である。例えば、圧力検知型の検出器を設置しておけば完全に詰まる前にエジェクタや熱交換器交換などのメンテナンスを適切に行うことも可能となる。また、例えば、逆洗機能を備えていれば、詰まりが生じる前に洗浄を行い風呂給湯装置を良好な状態に維持することが可能となる。
【００４７】
このように、実施の形態５における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタの手前に除塵フィルタを設置することにより、浴水に含まれる塵や異物を除去することにより、エジェクタの詰まりを防止することができ、長期間に亘って安定して、追い焚き用熱交換器を運転できる効果を発揮することができる。
【００４８】
なお、実施の形態５では、エジェクタの手前に除塵フィルタを設置する場合について説明したが、エジェクタの吸引口からガスに混入する塵埃を除去するため、吸引口に除塵フィルタを設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１における風呂給湯装置を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１における気泡注入用のエジェクタを示す概略構成と動作原理を示す図である。
【図３】実施の形態１における微細気泡による汚れ除去効果の結果を示す図である。
【図４】実施の形態１における微細気泡による洗浄特性の結果を示す図である。
【図５】実施の形態１における汚れ除去に有効な微細気泡の径の結果を示す図である。
【図６】実施の形態１における逆止弁を取付けた追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図７】実施の形態２における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図８】実施の形態３における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図９】実施の形態４における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図１０】実施の形態５における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 風呂給湯装置
２ ヒートポンプユニット
３ 貯湯タンクユニット
４ 浴槽
１０ 温水
１１ 貯湯タンク
１２ 浴水
１３ 上水管
２０ 追い焚き用熱交換器
２１ 加熱配管
２２，２３ 循環ポンプ
２４ 追い焚き用循環配管
２５，２８ エジェクタ
２７ 給水管
３７ 気泡
４０ 送気ポンプ
４１ 汚れ検出器
４３ 添加剤供給装置
４４ 除塵フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器部や配管部の洗浄機能を有する風呂給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
浴室や台所に温水を供給する給湯器は電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などに大別されるが、いずれも熱を水に伝えるために熱交換器といわれる部分が存在する。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネや地球温暖化対策としての二酸化炭素（ＣＯ２）削減の観点から、自然冷媒であるＣＯ２を用いたヒートポンプ熱交換式タイプの電気給湯器（ヒートポンプ給湯器）が注目されている。その原理は、大気の熱を冷媒に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば気体を圧縮したとき発生する高熱をタンク内の水へ移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び冷媒の温度を大気温まで戻す繰り返しによるものである。理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできないが、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。この特長から、ヒートポンプ給湯器は温暖地であればあるほど、効率が良い。
【０００３】
一般家庭用の給湯システムでは、省エネルギーの要求から熱交換効率の向上が求められており、これとともに給湯器の小型化も強く望まれており、熱交換器だけでなく、圧縮機など他の部品の小型化も進められている。特に最近は熱交換効率をさらに向上させるために、従来のパイプ式といわれる１ｃｍ径ほどのパイプを用いたものから、例えば、積層式といわれる１ｍｍ程の間隔で積層された薄板の熱交換器によるものまで多数開発されている。熱交換器は水に対して熱を伝えるために、管内部の壁面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱交換器の管壁面が汚れたり、詰まったりした場合には、有効に作用する熱交換器の実質表面積が減少するので効率の低下を招いてしまう。特に熱交換器部の配管が狭隘化し、この問題が顕著になってきている。
【０００４】
特に、浴槽に接続されたもので、追い焚き系といわれる浴槽内に溜められたお湯を再加熱する熱交換器を有する風呂給湯装置の場合には、入浴により人体から発生した皮脂汚れ成分が浴水中に溶出する。このため、浴水中に存在する皮脂汚れ成分は、給湯器の追い焚き機能により配管内を循環し、皮脂汚れ成分が配管内壁、熱交換器内壁に付着、堆積する。一定量の皮脂汚れが付着すると、追い焚き時にその汚れが熱交換器や配管内を循環し、浴水や浴槽を汚すとともに、熱交換器内壁に汚れが付着し、熱交換効率を低下させる。このため、熱交換器内壁などの配管の付着汚れの除去に対する方策が求められている。
【０００５】
また近年、住設、家電品の清潔度の向上に対するニーズが増大している。風呂システムにおいても、長年の使用による配管などが汚れる。それを防止するために、浴水排水時に５Ｌ／分〜２０Ｌ／分の水を追い焚き用循環配管に流し、汚れを含む浴水を洗い流す機能が一般的な給湯器の洗浄機能として搭載されている。また、通常それだけでは洗浄が不十分であるので、半年に１回程度、配管洗浄剤等を用いて配管の洗浄を別途実施することが推奨されている。この点からも熱交換器や浴槽との配管を洗浄する意義は大きい。
【０００６】
従来の風呂設備では、浴槽２内と燃焼型の追焚き用加熱部３との間を浴槽水ｗ１が循環する循環路４を備え、往路５を介して浴槽２内から追焚き用加熱部３に導かれる浴槽水ｗ１を追焚き用加熱部３で加熱するとともに、復路８を介して浴槽２内に戻す風呂設備１を構成するに、往路で、浴槽２からの往き水ｗ２の温度を低下させ、低温状態にある往き水ｗ２にガスを溶解させるとともに、生成されるガス溶解水ｗ３を加圧して追焚き用加熱部３に導き、加熱されたガス溶解水ｗ３を、復路において減圧弁１８で減圧して微細気泡を発生させるものである。これによりマイクロバブル発生機能を持った風呂設備を実現している。（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
さらに、他の従来の浴槽の循環配管洗浄装置では、浴槽２に穿設した２個の通水口５ａ、５ｂと循環ポンプ１３の吸入側と吐出側にそれぞれ洗浄ボール捕捉装置１０，１１を配置する。また、循環配管７，８を通水する浴槽水の流向を切替える三方切替弁１４，１５を設ける。通水口５ａと循環ポンプ１３の吸入側に配置した一対の洗浄ボール捕捉装置６ａ、１０間および通水口５ｂと循環ポンプ１３の吐出側に配置した一対の洗浄ボール捕捉装置６ｂ、１１間に洗浄ボール１２ａ、１２ｂを往復移動させる。移動するボールと配管内壁との接触により、スライム・スケール類による湯の汚れを防止し、雑菌の発生を抑制している。（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００７−１２７３４５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、熱交換器への微細気泡の供給を主目的としたものではなく、主に微細な気泡を生成させ浴槽内に供給するものであった。従って、熱交換器部への洗浄作用が考慮されておらず、また、熱交換器や配管部の洗浄に適した気泡径なども全く考慮されておらず、充分な洗浄効果が得られないという問題があった。
【０００９】
さらに、特許文献２では、配管中にボールをいれ往復運動させることで配管を洗浄するが、熱交換部の洗浄が考慮されておらず、しかもボールが作用する範囲であるので配管の端部や継ぎ手部など本来汚れが溜まりやすい部分の洗浄できないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、浴槽の浴水を追い焚きするための熱交換器内壁や循環配管内に付着、堆積する皮脂汚れ成分を除去し、清潔に保つことができる洗浄機能を有する風呂給湯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、浴槽の浴水を貯湯タンクの温水を用いて追い焚きする追い焚き用熱交換器を備えた風呂給湯装置において、追い焚き用熱交換器に接続される追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことを特徴とする。この課題解決手段によれば、熱交換器内壁や配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことにより、追い焚き用熱交換器内壁や追い焚き用循環配管内の汚れを洗浄除去し、追い焚き時においても浴水を清潔に維持することができる風呂給湯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態における風呂給湯装置の構成と動作について、図１、図２を参照しながら説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における風呂給湯装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、風呂給湯装置１は、大きく分けてヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット３と浴槽４とから構成されている。ヒートポンプユニット２は、外気の熱を二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒に移す空気用熱交換器５と、冷媒を圧縮する圧縮機６、冷媒の熱で水を加熱する水加熱用熱交換器（放熱器）７、冷媒を冷却する膨張弁８からなり、冷媒用循環配管９によりこれらは順に接続されて、冷熱サイクルが構成され、貯湯タンクユニット３に熱を供給する。貯湯タンクユニット３は、ヒートポンプユニット２の冷熱サイクルにより供給された熱により水を温水１０に変え、貯湯タンク１１に貯蔵する湯沸機能と、浴槽４に温水１１を供給する給湯機能と、浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き機能を有している。貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１に上水を供給するための上水管１３に繋がれた給水配管１４が設けられており、ヒートポンプユニット２の水加熱用熱交換器７の熱で貯湯タンク１１の水を温水１０に変える水加熱用熱交換器７に循環ポンプ１５を介して通水する気泡注入用のエジェクタ１６を取り付けた湯沸配管１７が設けられ、また、貯湯タンク１１の温水１０を浴槽４に供給するため蛇口１８まで給湯配管１９も設けられている。さらに、貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１の温水１０で浴槽４の浴水１２を追い焚きする追い焚き用熱交換器２０に温水を供給する加熱配管２１と温水１０を循環させる循環ポンプ２２も設けられている。浴槽４には、浴水１２を追い焚きするため、循環ポンプ２３により追い焚き用熱交換器２０に通水する追い焚き用循環配管２４が接続され、また、追い焚き用循環配管２４には気泡注入用のエジェクタ２５が取り付けられている。その他、浴槽４に水を供給する給水配管２６が蛇口１８に接続され、追い焚き用循環配管２３に上水を供給する給水配管２７と、この給水配管２７には、気泡注入用のエジェクタ２８、逆止弁２９も備えられている。なお、ここでは通常、配管に取り付けられている開閉弁類は省略している。
【００１５】
図２は、本発明で使用される気泡注入用のエジェクタ２５の概略構成と動作原理を示すものであり、管路３０に狭窄部３１と、流体３２の流入口３３と流出口３４と、気体が注入されるガス吸引口３５とを持ち、管路３０の狭窄部３１で流体の流速を高め、その部分で発生する減圧現象(通常ベルヌーイの定理と呼ばれる)を利用して、ガス吸引口３５から外部の気体３６を吸引し、流体に気泡３７を導入する機能を有するものである。このため基本的にはポンプ等を使用することなく流体３２に気泡３７を注入することが可能となる。
【００１６】
浴槽の湯が冷め入浴に適さなくなった場合、浴水の湯温を上げる為、通常風呂給湯装置には追い焚き機能が設けられている。ここで、浴水を追い焚き用熱交換器にて加熱するのであるが、この際、浴水には入浴時に人体から溶出した皮脂や塵、細菌が、さらには上水に含まれるスケールと呼ばれるＣａやＭｇなどの金属イオンの炭酸塩等の汚れ成分が、追い焚き用熱交換器の細管あるいは追い焚き用循環配管内壁に付着することにより、熱交換効率の低下や、さらに付着がひどい場合には詰まりが発生し、著しい機能の低下をもたらす。本発明者らは、液体中で微細気泡がその表面に汚れ成分を付着する付着作用に着目し、非入浴時に追い焚き用循環配管に微細気泡を注入することにより、追い焚き用熱交換器や配管に付着する汚れ成分を微細気泡により除去、排出させることができることを確認した。本発明はこの微細気泡表面が持つ付着作用を利用して、風呂給湯装置の配管内に付着する汚れ成分を除去するものである。具体的には、気泡を注入する手段として、エジェクタを利用し、洗浄する配管内に微細気泡を注入するものである。
【００１７】
エジェクタの特性は、狭窄部の大きさ、ガス吸引口の開口位置、ガス吸引口位置や径などによって変わる。例えば、ガス吸引口の開口位置を上流側あるいは下流側へずらすことで大幅にエジェクタの特性を変えることができる。風呂給湯装置の配管長によって必要な気泡径、密度が要求されるがエジェクタの構造を変更することにより、設置条件に応じた微細気泡の供給が可能となる。また、エジェクタの素材については、真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金、メッキを施したもの、ポリプロピレンやポリエチレンなどの各種樹脂などが使用できる。
【００１８】
次に、実施の形態１の風呂給湯装置の動作について、図１および図２を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、ここでは、貯湯タンクに貯えられた水を温水にするために、空気中の熱を利用するヒートポンプ方式の熱交換器によるものについて説明する。まず、空気用熱交換器５で外気の熱を吸収したＣＯ２冷媒は蒸発され、冷媒用循環配管９を通って圧縮機６で圧縮されて高温高圧の気体となり水加熱用熱交換器７に送られる。一方、上水管１３から給水配管１４を経て貯湯タンク１１に注水された水は、循環ポンプ１５により湯沸配管１７を通って、水加熱用熱交換器７に送り込まれた高温の冷媒との熱交換により加熱され、再び貯湯タンク１１に戻される。また、水加熱用熱交換器７で熱を奪われた冷媒は、膨張弁８で減圧され液体となって再び空気用熱交換器５に戻され、外気の熱を吸収して、冷媒用循環配管９内を循環して冷熱サイクルを構成する。上述の操作を繰り返すことにより貯湯タンク１１の水の温度は高められ、所定の温度を持つ温水１０として貯蔵される。貯湯タンク１１の温水１０は、給湯配管１９を介して、蛇口１８から浴槽４に供給され、入浴に供される。浴水１２の温度を調整するために、上水管１３から給水配管２６を利用して上水を浴槽４に供給される。また、図示していないが、浴槽４に、浴水１２を張るのに浴槽４内に設けられた注水口から温水１０を供給することもある。
【００２０】
次に、追い焚き用熱交換器およびこれに接続される追い焚き用循環配管を洗浄する動作について説明する。
浴槽４の浴水１２を追い焚きする場合は、タンクユニット３の貯湯タンク１１から温水１０が、循環ポンプ２２により加熱配管２１を通り、追い焚き用熱交換器２０へ導かれる。一方、浴槽４の浴水１２は循環ポンプ２３により追い焚き用循環配管２４を通り、追い焚き用熱交換器２０へ送られる。追い焚き用熱交換器２０において、貯湯タンク１１の温水１０と浴水１２との熱交換により、温水１０は熱を奪われ低温水となって加熱配管２１を通って貯湯タンク１１に戻され、浴水１２は熱をもらってより高い温度となり、浴槽４に追い焚き用循環配管２４を通って戻される。これを繰り返すことにより追い焚きされ浴水１２の温度を入浴に適した湯温とする。しかし、この追い焚き時の浴水１２の循環により、浴水１２には人の入浴にともなって溶解される皮脂、有機物や塵が混入されることになる。これらの汚れ物質は、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の内壁に付着し、熱交換効率の低下や配管の詰まりを誘発する原因となる。特に、風呂給湯装置の小型化のため、層間が１ｍｍと狭いプレートを積層したプレート型熱交換器が使用されることが多いが、この層間に汚れが付着し易い。このため、非入浴時に、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄を定期的に実施することが好ましい。
【００２１】
このため、実施の形態１による追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４の洗浄では、追い焚き用熱交換器２０に浴槽４に溜めた清浄な水を循環ポンプ２３により循環させることにより、追い焚き用熱交換器２０の手前の追い焚き用循環配管２４に設けられたエジェクタ２５で空気が引き込まれ、内部で発生する気液混相流により微細気泡（マイクロバブル）が生成され、追い焚き用熱交換器２０に送り込まれる。この追い焚き用熱交換器２０の細管や追い焚き用循環配管２４の内壁に付着した汚れ物質は、生成された微細気泡の表面に付着し、浴槽４に送出される。水を循環させることにより、追い焚き用熱交換器２０および追い焚き用循環配管２４が洗浄される。エジェクタ２８は、浴槽４とエジェクタ２５との間の追い焚き用循環配管２４には気泡が注入されず非洗浄部分が発生するため、この間の洗浄を行うため上水管１３と循環ポンプ２３とエジェクタ２５との間に設けられるもので、逆止弁２９を介して上水あるいは貯湯タンク１１の温水１０に気泡を注入して洗浄するものである。
【００２２】
追い焚き用熱交換器系では、浴水が循環するため特に汚れが問題になるが、風呂給湯装置は通常１０年以上、長いものでは２０年近くの長期間にわたり使用されるため、他の熱交換器部や配管内部についても汚れが付着、蓄積してしまう。このため熱交換効率の低下や汚れの付着がひどい場合には熱交換器の細管が詰ってしまうという問題が発生する。こちらの汚れは、主にスケールといわれる上水中の無機塩が固体表面で析出する現象が熱交換効率の低下や熱交換器の閉塞の原因として知られており、特に上水の硬度が高い、いわゆる硬水といわれるものでは、このような問題が顕著に発生する。上述したように微細気泡の注入手段を熱交換器の手前に設置すれば、微細気泡表面に汚れを付着させることができるので、スケールの熱交換器表面への付着を抑制、除去することができる。
【００２３】
水加熱用熱交換器７の手前に設置されたエジェクタ１６は、貯湯タンク１１の上水中に含まれる、いわゆるスケールといわれる炭酸カルシウムなどの無機塩が水加熱用熱交換器７内の細管や湯沸配管１７に付着して、熱交換効率の低下や配管の詰まりが発生するのを抑制するために、微細気泡を配管内に注入し、微細気泡表面が持つ付着作用にてスケール成分を除去するためのものである。
【００２４】
通常、風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から使用箇所まで、例えば、住戸内の浴槽までの配管長さは様々で２ｍから３０ｍまで想定される。また、１階だけでなく２階まで給湯することも求められる。従って、設置条件によって風呂給湯装置へかかる水圧はまちまちであり、一般的に２０ｋＰａから１００ｋＰａとされる。エジェクタはその原理からエジェクタ出口の水圧によってガス吸引性能が大きく異なる。例えば、２０ｋＰａから１００ｋＰａでは、３倍から５倍のガス吸引量の違いがある。本発明のエジェクタはこのような条件の違いがあっても必要とされるガス量である０．０１Ｌ／ｍｉｎから１．０Ｌ／ｍｉｎの範囲で所用のガス流量を引き込ませ、微細気泡が生成可能なものである。エジェクタにかかる圧力を検出するセンサを設けておき、循環ポンプを操作して、水圧によって通水量を増減させれば、エジェクタのガス吸引量を制御することが可能となり、設置条件に関わらず最適な微細気泡の径や密度を持つ気泡の供給が可能となり、熱交換器の細管や配管を良好に洗浄することができる。
【００２５】
次に、微細気泡の熱交換器の洗浄効果の具体例を図３に示す。ここでは、ステンレス製のプレート式熱交換器を使用し、その表面に人工の皮脂汚れを含む汚染液を塗布し、温水を所定時間通水後にプレート表面に残留した人工皮脂汚れの量を、堀場製作所製の有機分測定装置ＯＣＭＡ−３０５を用いて測定した結果を示す。本試験で用いた人工皮脂汚れの汚染液は、水１Ｌあたりにオレイン酸を０．５６ｇ、トリオレインを０．３１ｇ、コレステロールを０．０３ｇ、スクアレンを０．０５ｇ、ゼラチンを０．１４ｇ含むものを標準液とし、試験によってこれを濃縮したもの、あるいは希釈したものを用いた。有機分濃度の分析方法は、専用の抽出溶媒であるＳ−３１６で固体表面に残留した汚染を溶解させ、液中の有機分濃度を赤外分光法の原理で定量化するものである。その結果、洗浄後の汚染度（残留有機分密度）は、微細気泡を作用させない場合（微細気泡生成手段を持たない従来の場合)では、約２００μｇ／ｃｍ２であったのに対し、微細気泡を作用させた場合（エジェクタを熱交換器前に設置した場合）では１２μｇ／ｃｍ２であり、残留量を１／１５以下に抑えることができることが明らかになった。また、併せて清浄化した熱交換器のステンレス表面に人工の皮脂汚れを含む汚染液を含む温水を所定時間通水させ、微細気泡の有無による付着抑制効果についても試験を行ったが、微細気泡ありの場合は、微細気泡なしの場合に比べて、人工皮脂汚れの付着量は１／１０以下であり、微細気泡を含有させた温水は汚れの付着抑制効果も高いことが明らかになった。さらに、表面の汚れが２００μｇ／ｃｍ２である熱交換器を使用した場合と、表面の汚れが１２μｇ／ｃｍ２である熱交換器を使用した場合の熱交換効率では、明らかに表面の汚れが少ない方が熱交換効率は高かった。
【００２６】
また、同様の試験を種々の配管や接続部材（真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウム、あるいはその合金、メッキ被覆、各種樹脂）についても実施したところ、いずれの材質についても微細気泡ありのほうが高い清浄度維持作用を示し、素材に対する洗浄能力の依存性はないことが確認された。
【００２７】
図４は、長期間の繰り返し使用を想定して行った特性試験の結果を示すものである。本試験では処理回数毎に一定量の人工皮脂汚染液を塗布し、それを微細気泡有無の条件下で処理し、熱交換器表面に残留した人工汚染成分を分析した。分析に際しては、熱交換器表面の全汚染を溶解させると繰り返し処理の試験ができないため、処理回数毎に熱交換器表面の部分的な面積に付着した汚れのみを溶解し、測定する方法を採った。
図４で示されるように、微細気泡なしの場合（●）では、汚染を除去する能力がないために、処理回数毎に付着汚れの量は増加した。これに対して、微細気泡ありの場合（◆）では、常に一定量の低い付着成分量を保つことができた。したがって、微細気泡を注入しない場合には入浴回数に比例して皮脂汚れが増加することになる。熱交換器に微細気泡を注入することが極めて有効であることが確認された。
【００２８】
次に、熱交換器の表面に付着した汚れを除去するのに有効な微細気泡の径についての検討を行った結果を図５に示す。なお、図５で示す気泡径は、熱交換器のプレート表面に流れる気泡を高速度カメラで捉え、画像解析によって求めた平均気泡径である。なお、気泡径分布は、ほぼ正規分布であった。いずれの気泡径においても気泡なしの場合（汚染度約２００μｇ／ｃｍ２）に比べて高い清浄化作用を示すが、特に、１００μｍ径以下の気泡ではその効果が顕著なことが明らかになった。熱交換器のプレート表面に作用する微細気泡の様子を各気泡径で観察したところ、１００μｍ径以上の比較的大きな気泡径では、気泡の浮力が大きいため気泡がプレート中央部を中心に部分的にしか作用していなかった。これに対して、１００μｍ径以下の小さな気泡径の条件では気泡の浮力が小さくなるので、１ｍｍ以下の狭いプレート間隔の熱交換器内部においても、プレート表面を万遍なく、均一に気泡が作用する様子が観察された。洗浄効果の気泡径依存性は、この気泡の均一作用の違いによるものと考えられる。気泡径については、図５からも明らかなように１０μｍ以上、１００μｍ以下の平均気泡径が特に有効であることが認められた。
【００２９】
このように、実施の形態１における風呂給湯装置によると、追い焚き用循環配管に気泡を注入する手段を設けることにより、浴槽の浴水を追い焚きする追い焚き用熱交換器とその循環配管を微細気泡にて洗浄することができ、熱交換効率の低下を抑え、配管の詰まりを抑止できるという効果が期待できる。
【００３０】
なお、実施の形態１では気泡は空気としたが、他のガス種、たとえば窒素、水素、酸素、ネオン、アルゴン、二酸化炭素、オゾンなどを用いてもよい。特に、オゾンは強い酸化力を持つので、オゾンを含む微細気泡を用いると、汚れの除去効果が向上するとともに、水中に存在する菌の殺菌やカビ類の除去も可能となり、より一層高い効果を得られる。ただし、オゾンは害性もあるので、オゾンを用いた洗浄モードを作用させる場合には、適切な濃度管理のもとで実施することが望ましい。また、オゾンは金属材料を腐食させる性質があるので熱交換器の材質としては、なるべくステンレスにすること、配管材料は樹脂製にするなど注意が必要である。また、水のｐＨを酸性やアルカリ性にすることも汚れの除去作用に有効である。二酸化炭素を用いた微細気泡では水のｐＨを最大４まで引き下げることができるのでコストなどを考慮しても高い効果がある。
【００３１】
また、エジェクタは通水時においては、常に負圧が生じるためにガスが吸い込まれる状態になるが、停止時にはその機能がなくなるために、ガス吸入口から水が逆流する可能性がある。それを防止するために逆止弁を設置することは有効である。図６にその追い焚き用熱交換器系要部の構成図を示す。逆止弁３８を追加することでいかなる運転状況においても水が逆流するという問題を解消することができる。さらに、電磁弁３９を併用することにより、風呂給湯装置の制御信号を受けて通水時あるいは必要時のみガスをエジェクタに供給することも可能である。
【００３２】
また、実施の形態１では、気泡の注入手段としてエジェクタを用いる場合について説明したが、微細気泡を生成できる他の手段、例えば、ベンチュリ式、旋回流式、加圧溶解式、多孔質(微細穴)式などを用いても、上記と同様の効果が期待できることを確認した。
【００３３】
さらに、本実施の形態１では、貯湯タンクの水を加熱するのにヒートポンプ式の加熱装置を使用する場合について説明したが、他の電気ヒータによるもの、ガスの燃焼によるもの、石油（灯油）の燃焼によるもの、太陽熱によるものなどであってもよく、追い焚き用の熱交換器を有する風呂給湯装置であればよく、いずれの風呂給湯装置であっても微細気泡を注入する手段を設けることで同様の効果を得ることができる。
【００３４】
実施の形態２
図７は、実施の形態２における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
追い焚き用循環配管２４の通水によりエジェクタ２５のガス吸引口３５からガスが引き込まれ、液中に気泡が生成されるものであるが、設置環境条件に関わらず最適な気泡径を実現するための最適ガス流量の制御が可能であることが望ましい。そこで、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置することにより、風呂給湯装置１の使用環境条件に関わらずにガス注入量を制御することができる。これによって通水量に依存せず追い焚き用熱交換器系の洗浄に要求される必要なガス注入量の供給が可能となる。特に、通の量が少なくて流速が遅くガスの吸引力だけでは充分な気体の供給がされず、気泡が不足する場合などにも安定して気泡を注入することができ、汚れ具合に応じて気泡の注入量を制御して洗浄することができ、有効である。
【００３６】
このように、実施の形態２における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタのガス吸引口に送気ポンプを設置することにより、通水量や熱交換器等の汚れ具合が変化しても、洗浄に必要な気泡を安定して供給することができ、追い焚き用熱交換器系の配管を清浄に保つことができる効果を発揮することができる。
【００３７】
実施の形態３
図８は、実施の形態３における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５のガス吸引口３５に送気ポンプ４０を設置するとともに追い焚き用熱交換器２０に汚れ検出器４１と制御器４２を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
追い焚き用熱交換器２０に汚れ検出器４１を設けることにより、追い焚き用熱交換器２０のプレート表面の汚れをモニタリングし、その汚れ具合に応じてエジェクタ２５を動作させ、気泡を追い焚き用熱交換器２０と追い焚き用循環配管２４の洗浄することが可能となる。また、汚れ具合に応じて、追い焚き用循環ポンプ２３と送気ポンプ４０を調整することにより通水量を変え、吸引されるガス流量を調整することもできる。汚れ検出器としては、例えば、発光ダイオードなど光学的な手法を用いてプレート表面の反射率の変化を検出するものが利用できる。
【００３９】
このように、実施の形態３における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器のプレート表面の汚れの状態をモニタリングすることで、最適なタイミングで微細気泡により追い焚き用熱交換器系の配管を洗浄することができる効果を発揮することができる。
【００４０】
なお、実施の形態３では、追い焚き用熱交換器のプレート表面の汚れをモニタリングする例を示したが、水中の汚染濃度をモニタリングする装置を付加することも有効である。
【００４１】
また、熱交換器表面が清浄に保たれている場合には、微細気泡を供給する必要がない場合もある。その場合にはエジェクタを介さず直接循環ポンプから熱交換器へ水を供給するバイパス配管を設けてもよく、バイパス配管の追加によって、エジェクタのつまりの防止や長寿命化などの効果が得られる。
【００４２】
実施の形態４
図９は、実施の形態４における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５の手前に添加剤供給装置４３を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
液中の気泡は密度が高くなると、気泡同士の衝突頻度が高くなることによって合一といわれる合体現象のため気泡が大きくなってしまう。特に、この現象は配管長が長くなるほど顕著となり、エジェクタからの距離が遠くなるほど清浄度維持の効果が薄れてしまう。そこで、界面活性剤などの添加剤を少し、水に添加することにより、エジェクタで生成された気泡の液中での性質を安定化させ、気泡の合一を抑制する。添加剤供給装置４３により、通水量に応じて添加剤の濃度を調整しながら、適切なタイミングで投入することができる。添加剤供給装置４３を設けた場合には、添加剤を投入しない場合に比べて、１０倍以上のガス流量をエジェクタ２５に供給した場合においても気泡径を１００μｍ以下に維持することが可能となり、追い焚き用熱交換器２０や追い焚き用循環配管２４をさらに効率よく洗浄することができる。また、気泡密度を高い状態に維持できるために、浴槽の洗浄などにも効果を発揮することができる。
【００４３】
添加剤としては、アルコール系化合物を主とする水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物あるいはカルボキシル基含有化合物が好ましく、さらに好ましくは水酸基含有化合物の１価のアルコールあるいは２〜８価の多価アルコール、また、アミノ基含有化合物のモノアミン類、ポリアミン類あるいはアルカノールアミン類であり、特に好ましいのは水酸基含有化合物の１価のアルコールあるいは２〜８価の多価アルコールで、とりわけ好ましいのは水酸基含有化合物の２〜８価の多価アルコールである。なお、添加剤は、上記記載の化合物群の単体だけでなく混合物であってもよい。添加剤の濃度としては、１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの範囲の濃度で用いることが好ましく、特に好ましいのは５ｐｐｍから１００ｐｐｍの範囲の濃度である。
【００４４】
このように、実施の形態４における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタの手前に添加剤供給装置を設け、添加剤を液中に投入することにより、気泡同士の合体を抑制することが可能になり、追い焚き用熱交換器系の配管長が長い場合においても、十分な洗浄効果を発揮することができる。
【００４５】
なお、実施の形態４では、エジェクタの手前に添加剤供給装置を設置する場合について説明したが、添加剤をガスに混合してエジェクタに供給しても同様の効果を期待できる。
【００４６】
実施の形態５
図１０は、実施の形態５における風呂給湯装置の追い焚き用熱交換器系要部の構成図示すもので、エジェクタ２５の手前に除塵フィルタ４４を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
エジェクタの狭窄部とガス吸引口はいずれも数ｍｍ程度の小さいものなので、長期間の使用により塵、埃、髪の毛などによって詰りが発生する可能性がある。また、もし数週間から数ヶ月にわたり風呂給湯装置を使用しない場合には、ぬめり成分も生成され、これによる詰まりも懸念される。そこで、エジェクタの手前にこれらを取り除くために除塵フィルタ４４を設置することは有効である。除塵フィルタ４４は定期的な交換が望ましく、ユーザーによるメンテナンスを容易にすることも重要であり、ユーザーが交換し易いように着脱可能な構造とするものである。また、除塵フィルタ４４内あるいは除塵フィルタ４４の近傍に汚れ具合を検出する汚れ検出器４５を配置することで交換時期を知らせることできる。さらに、エジェクタや熱交換器の詰まりを検出する詰まり検出器を設けることも有効である。例えば、圧力検知型の検出器を設置しておけば完全に詰まる前にエジェクタや熱交換器交換などのメンテナンスを適切に行うことも可能となる。また、例えば、逆洗機能を備えていれば、詰まりが生じる前に洗浄を行い風呂給湯装置を良好な状態に維持することが可能となる。
【００４７】
このように、実施の形態５における風呂給湯装置によると、追い焚き用熱交換器系のエジェクタの手前に除塵フィルタを設置することにより、浴水に含まれる塵や異物を除去することにより、エジェクタの詰まりを防止することができ、長期間に亘って安定して、追い焚き用熱交換器を運転できる効果を発揮することができる。
【００４８】
なお、実施の形態５では、エジェクタの手前に除塵フィルタを設置する場合について説明したが、エジェクタの吸引口からガスに混入する塵埃を除去するため、吸引口に除塵フィルタを設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１における風呂給湯装置を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１における気泡注入用のエジェクタを示す概略構成と動作原理を示す図である。
【図３】実施の形態１における微細気泡による汚れ除去効果の結果を示す図である。
【図４】実施の形態１における微細気泡による洗浄特性の結果を示す図である。
【図５】実施の形態１における汚れ除去に有効な微細気泡の径の結果を示す図である。
【図６】実施の形態１における逆止弁を取付けた追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図７】実施の形態２における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図８】実施の形態３における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図９】実施の形態４における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【図１０】実施の形態５における追い焚き用熱交換器系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 風呂給湯装置
２ ヒートポンプユニット
３ 貯湯タンクユニット
４ 浴槽
１０ 温水
１１ 貯湯タンク
１２ 浴水
１３ 上水管
２０ 追い焚き用熱交換器
２１ 加熱配管
２２，２３ 循環ポンプ
２４ 追い焚き用循環配管
２５，２８ エジェクタ
２７ 給水管
３７ 気泡
４０ 送気ポンプ
４１ 汚れ検出器
４３ 添加剤供給装置
４４ 除塵フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽の浴水を貯湯タンクの熱湯を用いて追い焚きする追い焚き用熱交換器を備えた風呂給湯装置において、前記追い焚き用熱交換器に接続される追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことを特徴とする風呂給湯装置。
【請求項２】
気泡を注入する手段が、追い焚き用循環配管に気泡注入用のエジェクタを設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項３】
エジェクタに気体を送り込む送気ポンプを備えたことを特徴とする請求項２に記載の風呂給湯装置。
【請求項４】
注入する気泡の平均径が１０μｍ以上、１００μｍ以下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風呂給湯装置。
【請求項５】
追い焚き用熱交換器もしくは追い焚き用循環配管に汚れ検出器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項６】
追い焚き用循環配管に気泡相互の合体を抑止する添加剤を投入する添加剤供給装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項７】
追い焚き用循環配管に除塵フィルタを設置したことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項１】
浴槽の浴水を貯湯タンクの熱湯を用いて追い焚きする追い焚き用熱交換器を備えた風呂給湯装置において、前記追い焚き用熱交換器に接続される追い焚き用循環配管内に気泡を注入する手段を備えたことを特徴とする風呂給湯装置。
【請求項２】
気泡を注入する手段が、追い焚き用循環配管に気泡注入用のエジェクタを設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項３】
エジェクタに気体を送り込む送気ポンプを備えたことを特徴とする請求項２に記載の風呂給湯装置。
【請求項４】
注入する気泡の平均径が１０μｍ以上、１００μｍ以下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風呂給湯装置。
【請求項５】
追い焚き用熱交換器もしくは追い焚き用循環配管に汚れ検出器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項６】
追い焚き用循環配管に気泡相互の合体を抑止する添加剤を投入する添加剤供給装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【請求項７】
追い焚き用循環配管に除塵フィルタを設置したことを特徴とする請求項１に記載の風呂給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１８６０９２（Ｐ２００９−１８６０９２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３１８（Ｐ２００８−２６３１８）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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