JPS6222957A - 浴槽水加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 會産業上の利用分野 本発明は家庭用に用いる風呂釜または浴槽水加熱装置に
関するものである。

・従来技術の問題点 現在日本において家庭用として広く用いられている風呂
釜は自然対流循環式と呼ばれるものである。その構成お
よび動作を第３図によって説明する。

第３図において、１が風呂釜であり、２１が浴槽である
。風呂釜ｌと浴槽２１とは下部循環パイプ７および上部
循環パイプ８によって連結されている。風呂釜１はガス
バーナ４と熱交換器６とを主要構成部品として構成され
、ガスバーナ４へは燃料ガス供給管２およびガス開閉弁
３を通して燃料ガスが供給される。熱交換器６の内部へ
は下部循環パイプ８および上部循環パイプ９とを通して
浴槽水２２が流通できる。

使用に先だち、浴槽２１の上部循環パイプ８の接続箇所
よりも上まで水を満たす。熱交換器６の内部も完全に水
で満たされる。つづいて、ガス開閉弁３を開き、ガスバ
ーナ４において燃料ガスを燃焼する。燃焼によって発生
した熱は熱交換器６の中の水に伝えられる。熱交換器を
通過した後の排気ガスは排気煙道５を通して外気中に放
散される。

熱交換器６の中の水は燃料ガスの燃焼熱によって加熱さ
れ、その見かけの比重が浴槽水２２のそれより小さくな
り、そのため熱交換器６の中では上方向への水の流れが
生じ、その結果浴槽２１の浴槽水２２が下部循環パイプ
７を通って熱交換器６へ入り、加熱されて軽くなった水
が上部循環パイプ８を通して再び浴槽２１に戻るように
なる。

このようにして熱交換器において加熱されて比重が小さ
くなった水を浴槽へ自然対流によって循環させることに
よって浴槽の水を加熱するのが自然対流循環式と呼ばれ
、現在広く使われている風呂釜の作動原理である。

この自然対流循環式風呂釜においては、熱交換器と浴槽
との間に水を循環させる駆動力は熱交換器内の水と浴槽
の中の水との比重差にもとづく微小な力にすぎないので
、これを安定して確実に動作させるには水の循環経路の
流通抵抗をできるだけ小さくする必要がある。このため
、 （１）風呂釜の構造としては熱交換器内の水の流路を傾
斜または直立させ、加熱された水の循環が滞りなく行わ
れるようにする。

（２）浴槽から下部循環パイプ、熱交換器、上部循環パ
イプを経て浴槽へ至る水の経路を必ずこの順に上り勾配
にし、経路の途中で波れが滞んだり、気泡が滞溜するこ
とがないようにする。

この結果、自然対流循環式風呂釜の設置にあたっては、 （１）上部および下部循環パイプの径を細くしたり、そ
の長さを延長したりすることが不可能である。

現在実用に供されている風呂釜の多くにおいては、循環
パイプの内径が４５１１Ｉｍであり、長さ５０ａｍ程度
が延長の限界である。従って一風呂釜は浴槽に隣接して
設置しなけれがならない。

（２′）風呂使用時には、浴槽の中の水面が上部循環パ
イプより必ず高くなるような高さ関係に風呂釜および浴
槽を設置し、かつ上部循環パイプは風呂釜から浴槽への
上り勾配に、下部循環パイプは浴槽から風呂釜への上り
勾配にすることが必要であり、浴槽との高さ関係を無視
して風呂釜を任意の場所に設置することはできない。

さらに自然対流循環式風呂釜を使用して浴槽の水を加熱
する際には、 （１’５浴槽水のうちの上部循環パイプより上の部分が
主として加熱され、浴槽内の水温分布が不均一・のまま
温度上昇してゆく。人為的に、時々強制的に撹拌してや
らないと適温に達したかどうかの判断を行えない。

（２）浴槽水の温度が外気温度より高くなっている状態
で加熱源の燃焼を停止すると、風呂釜の熱交換器が冷却
器として作動する。浴槽水が上部循環パイプから熱交換
器に入り、そこで冷却された後下部循環パイプから浴槽
に戻るという加熱時とは逆の水流が発生し、せっかく加
熱した浴槽水が冷却されてしまうことになる。

これらの風呂釜設置上の制約および使用における不便、
不都合は、自然対流循環式風呂釜の構造と作動原理から
当然起因するものであり、絶対に避けることはできない
。

これらの自然循環式風呂釜の問題を解決する方策として
浴槽水を電動ポンプによって強制的に風呂釜の熱交換器
内へ循環させる方法が提案されているが、この場合には
、循環ポンプという高価な部品を内蔵することから製品
価格が高まるだけでなく、ポンプ動力が必要であり、ま
た回転部分の寿命に限界があり、定期的に補修、部品交
換を行わなければならないという煩わしさが伴っている
。

・発明の目的 本発明は、浴槽との高さ関係を無視して設置することが
でき、かつ循環パイプを延長することができて設置場所
に何ら制約がなく、使用時には浴槽水が十分に撹拌され
て自動的に均一な温度分布で湯温が上昇してゆくところ
の浴槽水加熱装置を電動ポンプを用いることなく実現し
、従来技術における風呂釜の有する設置上の制約をなく
し、さらに使用上の不便、不都合を解消することを目的
としている。

・本発明の構成 本発明は上記目的を達成するために、加熱源、水量セン
サを備えた加熱缶および耐圧力を有する給水毎から構成
し、給水毎の底部と加熱缶とを給水毎から加熱缶への向
きにのみ流通可能な逆止弁を介して連結し、給水毎の上
部と加熱缶の上部とを水量センサからの信号によって加
熱缶の中の水量が下限値まで減少した時に開弁し、上限
値まで回復した時に閉弁するところの自動弁を介して連
結し、加熱缶と浴槽とを速熱管によって連結し、給水毎
と浴槽とを還水管によって連結して成る浴槽水加熱装置
を提案するものである。、このような構成にした浴槽水
加熱装置においては、加熱缶の中の水が加熱源によって
熱せられて水蒸気または熱水となり、その水蒸気または
熱水が加熱缶内に発生した水蒸気の圧力によって速熱管
を通して浴槽へ送られ、浴槽水の加熱に供せられる。加
熱缶の中の水量が下限値にまで減少するとそれを水量セ
ンサが検知して給水毎と加熱缶とを結んでいる通気管の
途中に設けた自動弁を開弁する。給水管の中の水は逆止
弁を通って加熱缶へ落下する。加熱缶の中の水量が上限
値に達するとそれを水量センサが検知して、通気管の自
動弁を閉弁する。給水毎の中へは加熱缶へ供給した水と
置換して、その水量に対応する容積の水蒸気が入ってく
るが、この水蒸気はやがて凝縮し、それに伴い浴槽水が
還水管を通して給水毎の中へ吸い込まれる。このように
して浴槽水を給水毎へ還流させるために、給水毎は耐圧
力を有する剛体構造であることが必要である。加熱缶の
中で水量が減少してゆく速度に比べ、浴槽水が給水毎へ
還流する速度の方がはるかに早いので、加熱缶の中の水
量が下限値に達するときには必ず給水毎の中は満水で、
加熱缶への給水に備えた状態になっている。本発明によ
る浴槽水加熱装置は、上記の構成および動作によって、
加熱缶から浴槽への水蒸気または熱水の供給と浴槽から
給水毎への浴槽′水の還流とによって浴槽水の加熱を行
うものである。

加熱缶から浴槽への水蒸気または熱水の供給は、加熱缶
内に発生する水蒸気の圧力によって推進される。その圧
力は加熱缶および給水毎の耐圧力性能によって決ってく
るが、通常の家庭用機器では１　ｋｇ／ｃｍ’ｇ以下、
０．５　ｋｇ／ｃｒｎ’ｇ前後にされる。

それでも速熱管の口径としては、速熱能力１０，０００
ｋｃａｌ／ｈ、速熱管最大長さ１０ｍまで許容するとし
ても内径１０１１ＩＩＩで十分である。しかも、加熱缶
と浴槽との高低関係には何ら制約を設ける必要はない。

浴槽から給水毎への浴槽水の還流は、給水毎の中での水
蒸気の凝縮に伴う減圧によって遂行され、その減圧は通
常−０，５ｋｇ／ｃｒｎ’ｇ程度である。

従って、還水管としては速熱管と同じ口径の管で十分で
ある。給水毎よりも高い位置に浴槽がある場合にはその
高低差に何ら制限はないが、給水毎よりも浴槽の方が低
い場合には、その高低差は最大１０ｍ、実用上は５ｍに
制限される。しかし、この制限が実用上問題となること
は一般家庭用ではまずありえない。

かくして、本発明においては、浴槽水加熱装置の設置場
所に何ら制約がない。浴槽から離れた場所に、しかも浴
槽との高さ関係を無視して設置することができる。浴槽
と浴槽水加熱装置との間は内径１０ｍ＋ｓ程度の管を２
本配管するだけである。配管の長さも実用的にはほとん
ど制限がない。

速熱管および還水管の浴槽への接続位置についても何ら
制約がない、浴槽の底面に接続してもよく、また速熱管
と還水管とを離れた位置に別個に接続してもよい。現在
広く実用に供されている風８釜では、強制的に撹拌しな
い限り、上部循環パイプより上方の浴槽水のみが加熱さ
れ、上部循環パイプより下方の浴槽水はほとんど加熱さ
れない。本発明においては、過熱管を浴槽の底面に接続
し、浴槽水全体をはじめから加熱することができ、また
還木管を過熱管から離れた位置に接続したり、過熱管か
ら水蒸気または熱水を噴出させたりすることによって浴
槽水を強制的に循環させることが可能であるので、浴槽
水全体を均一な温度分布のまま昇温させることができる
。

本発明の浴槽水加熱装置を構成する加熱缶はその中の水
を加熱源の燃焼ガスによって加熱し、水蒸気または熱水
にするためのものである。燃焼ガスからの熱伝達を促進
するために缶の外表面に伝熱フィンを取付けたり、また
は缶体と別個に伝熱部を置く等の方策が実施される。こ
の場合、風呂釜の熱交換器において必須であるところの
水流路の傾斜を必要としないので、もっばら伝熱を容易
にするということに重点をおいて缶体を設計、製作する
ことができる。

加熱缶からの過熱管の取り出しの仕方によって過熱管の
中を流れる熱搬送媒体を水蒸気または熱水にすることが
できる。過熱管を加熱缶の頂部から取り出し、未蒸発の
水は加熱缶の中に残し、水蒸気のみが過熱管を通して浴
槽に送る場合は水蒸気が熱搬送媒体となり、浴槽水は水
蒸気の凝縮水によって加熱される。一方、過熱管を加熱
缶の底面または底部近くに接続した場合には、熱水が熱
搬送媒体となる。加熱缶の中の水は加熱源によって加熱
され、温度上昇する。１００℃に達するまでは温度上昇
に伴う体積膨張分だけのわずかの量の水（温水）が過熱
管を経て浴槽へ流れるだけであるが、加熱缶の中の水の
温度が１００　”Ｃに達すると、缶体内には１気圧の蒸
気圧が発生するので、その圧力に押され加熱缶の中の１
００　’Ｃ！の熱水がそのまま浴槽へ送り出される。浴
槽水は、この１００℃の熱水の保有する顕熱によって加
熱されることになる。

加熱缶には水量センサを装備する。加熱缶の中の水は水
蒸気または熱水の形で過熱管を通して浴槽へ送られ、そ
の量が減少する。あらかじめ規定しておいた下限量にま
で加熱缶の中の水量が減少するとそれを水量センサが検
知し、加熱缶と給水缶の上部を連絡している通気管の途
中に挿入されている自動弁を開弁する。加熱缶と給水缶
は同一圧力に連通されるので、加熱缶の中の水が給水管
を通って加熱缶の中へ落下する。

給水管の途中には逆止弁を挿入し、給水管を通って加熱
缶から給水缶へ加熱缶で発生した水蒸気は流れ込まない
ようにしておく、この逆止弁を電磁弁や電動弁などの自
動弁に代え、この自動弁を通気管の途中に挿入した開閉
弁と連動して開閉させることによっても本発明は成立す
る。

加熱管の中の水量があらかじめ規定しておいた上限量に
戻るとそれを水量センサが検知し、加熱缶と給水缶との
間の通気管途中の自動弁を閉弁する。給水缶から加熱缶
への給水は停止する。

加熱缶においては水蒸気または熱水の浴槽への送出が行
われ、その間に給水缶においては加熱缶から通気管を通
して流れ込んだ水蒸気が凝縮し、その凝縮に伴う減圧に
よって浴槽水が還木管を通して浴槽から給水缶へ補充さ
れる。

浴槽水の減圧吸引を行うものであるので給水缶は耐圧力
を有する剛体構造であることが必要である。このように
、給水缶を備え、加熱缶が水蒸気または熱水の送出を行
っている間に浴槽水を給水缶に還流させておくのが本発
明の浴槽水加熱装置を特徴づける要点の１つである。

給水缶から加熱缶へ水を補給するために、水量センサか
らの信号によって給水缶と加熱缶とを結ぶ通気管の自動
弁を開弁すると同時に加熱源の燃焼を停止すると加熱缶
の中の圧力が大気圧近くにまでただちに低下するので給
水缶から加熱缶への給水をすみやかに行うことができる
。

・実施例 以下に本発明の一実施例について説明する。

第１図において、■が本発明にかかる浴槽水加熱装置で
ある。加熱源であるガスバーナ４へは燃料ガス供給管２
およびガス開閉弁３を経て燃料ガスが供給される。加熱
缶９と給水缶１ｏとは給水管１１および通気管１２によ
って連結されている。

給水管１１の途中には逆止弁１３が挿入されている。通
気管１２の途中には自動弁１４が挿入されており、この
自動弁１４は、加熱缶９に装着された水量センサ１５か
らの信号によって開閉する。

加熱缶９からは過熱管１９が取り出され、給水毎へは還
水管２０が接続されている。過熱管１９および還水管２
０の別の端は浴槽２０に連結されている。

浴槽２１に水を満たし、浴槽水加熱装置ｌの運転を開始
する訳であるが、加熱缶９および給水毎１０には装置設
置時にあらかじめ水が満たされていたものとする。過熱
管１９および還水管２０は通常使用される状態における
浴槽水面よりも十分低い位置で浴槽２１に接続されてい
るものとする。

ガス開閉弁３を開き、ガスバーナ４に燃料ガスを供給し
、燃焼させる。加熱缶９の中の水１６は加熱され、やが
て水蒸気の発生が開始される０発生した水蒸気１７は自
分の圧力によって過熱管１９を通って浴槽２１へ流れ、
そこで凝縮して浴槽水２２を加熱する。水蒸気の発生が
進み、加熱缶９の中の水量が下限値に達すると水量セン
サ１５がそれを検知して、その信号を自動弁１４に送る
。自動弁１４が開弁し、加熱缶９と給水毎ｌＯとが通気
管１２を介して連通されるので給水毎ｌＯの中の還流水
１８が給水管１１および逆止弁１３を通って加熱缶９の
中へ落下する。加熱缶９の中の水量が上限値に戻ると水
量センサ１５がそれを検知して、自動弁１４が閉弁する
ので、給水毎１０から加熱缶９への給水は停止する。そ
して間もなく加熱缶９における水蒸気の発生が再開され
る。給水毎ｌＯから加熱缶９への還流水１８の落下をす
みやかに行わせるために、自動弁１４を開弁する間には
同時にガス開閉弁３を閉弁し、ガスバーナ４における燃
焼を停止してもよい。

給水毎１０から加熱缶９へ給水している間には、加熱缶
９の中の水温が低下し、水蒸気の発生がこの間停止する
が、どの給水時間は短時間であり、また加熱缶９の内容
積をガスバーナ４の燃焼能力に対し、過大にしないなら
ば給水終了後間をおかず水蒸気の発生が行われるように
なるので、給水毎ｌＯから加熱缶９への給水に伴う加熱
缶９における水蒸気の発生の停止は実用上は何ら不都合
とはならない。

加熱缶と給水毎とを結ぶ給水管１１には逆止弁１３が挿
入されているので、通気管１２の途中に挿入された自動
弁１４が閉弁している限り、加熱缶９で発生した水蒸気
１７が給水毎１０の中へ流れ込むことはなく、発生した
水蒸気の全量が過熱管１９を通って浴槽水２２の中へ送
られる。この逆止弁１３を自動弁１４と同時に開閉する
自動弁で代替することができるのは当然である。

給水毎１０から加熱缶９へ還流水１８の供給が完了し、
自動弁１４が閉弁した直後には給水毎ｌＯの上部空間は
水蒸気で占められているが、その水蒸気は程なく凝縮し
、それに伴い、浴槽水２２が還水管２０を通して給水毎
１０に吸引される。

このようにして、加熱缶９において水蒸気の発生が行わ
れている間に、給水毎においては、浴槽水の吸引を完了
し、次の加熱缶への給水に備えるのである。

従って、給水毎から加熱缶への給水に伴うところの短時
間の水蒸気発生の停止はあるものの、任意の時間にわた
って、浴槽水の加熱を継続することができる。

第２図は、本発明の別の一実施例である０本実施例にお
いては、過熱管１９が加熱缶９の底面近くから取り出さ
れているので、加熱缶９の中の水１６の温度が１００℃
に達すると、その缶内水１６自身の蒸気圧によって１０
０℃の缶内水１６が熱水のまま過熱管１９を通して浴槽
２１へ送られる。

浴槽水２２は、この熱水の顕熱によって加熱される。従
って本実施例においては、熱水が熱搬送媒体となってい
る。

・発明の効果 本発明は上記のような構成および動作であり、以下の効
果が得られるものである。

（１）浴槽水加熱装置と浴槽とを連結しているのは送熱
管と還水管との２本の管だけで、しかも延長できるので
、浴槽水加熱装置を浴槽から離れた場所に設置すること
ができる。家庭用として一般に使用する場合では、内径
１０ｍｍ　　程度の管で１０ｍ以上延長可能であるので
、実用的には、浴槽水加熱装置の設置場所を浴槽の場所
とは独立に選定することができる。

（２）浴槽水加熱装置と浴槽との高さ関係も任意にとる
ことができる。実用上は垂直方向に５ｍ以内ならば、浴
槽より高いところにも浴槽水加熱装置を設置することが
できる。

（３）内径１０ｔ＋ｓ程度の管２木を被覆付軟質鋼管や
全網入ゴム管を配管材料として配管するだけであり、し
かも風呂釜の循環パイプとは異って配管途中の傾斜、勾
配に何らの配慮も必要がないので、設置施工工事が非常
に容易である。

（４）通熱管を浴槽の底面近くに接続し、浴槽水のでき
るだけ下部へ熱を送入したり、還水管を通熱管から離れ
た位置に接続したり、通熱管から水蒸気または熱水を噴
出させたりすることによって、浴槽水全体を均一な温度
分布のまま昇温させることができる。

（５）浴槽水加熱装置の燃焼を停止しても、浴槽水加熱
装置と浴槽との間を浴槽水が自然対渣循環して、浴槽水
の熱が浴槽水加熱装置を介して外気へ放冷されることが
ない。従って風呂釜と異り、浴槽水が冷めない。

（６）風呂釜のように熱交換器内の水流路に傾斜や勾配
等の特別の配慮が不要であるので、伝熱部の製作、設計
に自由度が大きい。

（７）電動ポンプを用いていないので、補助動力が不要
であり、定期的な補修、部品交換も不要で耐久性にすぐ
れたものが製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る浴槽水加熱装置の一実施例の説明
図、第２図は本発明に係る浴槽水加熱装置の別の一実施
例の説明図、第３図は従来技術による風呂釜の説明図で
ある。 ｌ・・・・・・浴槽水加熱装置または風呂釜２・・・・
・・燃料ガス供給管　　３・・・・・・ガス開閉弁４・
・・・・・ガスバーナ　　　　５・・・・・・排気煙道
６・・・・・・熱交換器　　　　　７・・・・・・下部
循環パイプ８・・・・・・上部循環パイプ　　９・・・
・・・加熱缶１０・・・・・・給木缶　　　　　１１・
・・・・・給水管１２・・・・・・通気管　　　　　１
３・・・・・・逆止弁１４・・・・・・自動弁　　　　
　１５・・・・・・水量センサ１６・・・・・・缶内（
熱）水　　１７・・・・・・水蒸気１８・・・・・・還
流水　　　　　１９・・・・・・通熱管２０・・・・・
・還水管　　　　　２１・・・・・・浴槽２２・・・・
・・浴槽水

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱源、水量センサを備えた加熱缶および給水缶
   から構成し、加熱缶と給水缶との間をその途中に逆止弁
   を有する給水管および水量センサからの信号によって開
   閉する自動弁をその途中に有する通気管によって夫々連
   絡し、加熱缶で発生させた水蒸気を熱搬送媒体として送
   熱管を通して浴槽へ送り、水蒸気を発生して加熱缶の中
   の水量が規定量に減少するごとに通気管の途中の自動弁
   を開弁して給水缶から加熱缶へ給水し、給水した後の給
   水缶へは還水管を通して浴槽の水を吸引還流するところ
   の浴槽水加熱装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の浴槽水加熱装置に
   おいて、加熱缶内に発生した水蒸気の圧力によって未蒸
   発の熱水を熱搬送媒体として送熱管を通して浴槽へ送る
   ところの浴槽水加熱装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の浴槽水加熱装置に
   おいて、給水缶と加熱缶との間の通気管の途中に設けた
   自動弁と連動させて、この自動弁を開弁している間は加
   熱源を停止して、加熱缶の加熱を行なわないようにする
   ところの浴槽水加熱装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の浴槽水加熱装置に
   おいて、給水管の途中に設けた逆止弁に代えて、水量セ
   ンサからの信号によって開閉する自動弁を設け、通気管
   の途中に設けた自動弁が開弁する際に同時に開弁するよ
   うに構成したところの浴槽水加熱装置。