(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧された缶体内に缶水を永久的に収容して缶水貯留部と気層部に分離し、
前記缶水貯留部に深夜電力を利用して缶水を加熱する電気ヒータを挿入するとともに、前記気層部に給湯用熱交換チューブを挿入して、
前記熱交換チューブの内側に水道水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を得る一方、
前記缶体に、その気層部に存在するガスを抽出する抽気ポンプを電磁弁を介して接続し、缶水の温度が沸点近傍の所定温度に達した時点で前記抽気ポンプを間欠的に駆動する一方、前記抽気ポンプの起動時に遅延して前記電磁弁を開放するとともに、前記抽気ポンプの停止時に同期して前記電磁弁を閉鎖するようにしたことを特徴とする電気温水器。
【請求項２】
前記気層部に循環用熱交換チューブを挿入して、前記循環用熱交換チューブの内側に温水貯留場所の温水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を保温するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気温水器。
【請求項３】
前記給湯用熱交換チューブに接続された水道水入口管と温水出口管との間にバイパス管を接続して、該バイパス管に温度制御弁を設け、前記温度出口管内の温水の温度に基づいて前記温度制御弁を調節して供給する温水の温度を制御するとともに、給湯開始時から前記温度制御弁を所定時間、全開するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気温水器。
【請求項４】
前記缶体の外側に断熱材を設けるとともに、該断熱材の外側に空気層を介して金属製のケーシングを設けて缶体を密封する一方、缶体の脚部と据付面との間にゴムシートを介在させたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気温水器。
【請求項５】
前記電気ヒータが、保護管内に収容された状態で缶水貯留部に挿入され、当該保護管が鉄製であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電気ヒータ。
【請求項６】
前記バイパス管が、缶体の近傍にて水道水入口管と温水出口管との間に接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電気温水器。
【請求項７】
前記熱交換チューブが、缶体に対して取外し可能に挿入されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電気温水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電気温水器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、深夜電力を利用する家庭用の電気温水器が広く使用されている。この種の電気温水器は、図６に示すように、電気ヒータ２１を有する缶体２２の内部に水道水Ｓを供給し、該水道水Ｓを電気ヒータ２１で加熱して上部より温水を流出させるようになっている。水道水供給ライン２３には、水道圧が直接缶体１に作用しないように０．７５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇまで減圧する減圧弁２４及び逆止弁２５が設けられている。温水出口ライン２６には空気抜弁２７が設けられている。これは、水道水中に存在する溶存空気が加熱されて多量に気化し、使用場所の蛇口より湯とともに飛び散るのを防止するためである。さらに、缶体２２には、湯の膨張による圧力上昇を防止するための圧力逃がし弁２８と、水あか等を排出するための排水弁２９が設けられている。
【０００３】
一方、この従来の電気温水器からの温水の温度調節は、使用場所におけるカラン近傍において行われている。すなわち、図６に示すように、電気温水器の温水出口ライン２６より導設された温水供給ライン３０のそれぞれの末端に設けられた第１温度制御弁３１と、水道ラインの末端に設けられた第２温度制御弁３２とを調節することにより、第１温度制御弁３１からの高温水と第２温度制御弁３２からの水道水Ｓを混合して適度の温水を得る。また、温水供給ライン３０からの高温水と水道水Ｓを三方温度制御弁３３を介して調節することにより、適度の温水を得ることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気温水器では、減圧弁２４により温水の供給圧力が減圧されているため、家庭において２階への給湯が不可能であったり、シャワーヘッドが不足して快適にシャワーを使用できなかった。
また、電気温水器からの高温水を使用場所まで供給してそこで２個の温度制御弁や三方温度制御弁を介して水道水と混合して温度調節するので、耐久性に欠けるうえ制御が困難であり、温度制御弁に耐熱性を考慮しなければならないので高価なものについていた。
さらに、従来の電気温水器は、構造上、温水を一方的に供給して加熱するだけであるため、風呂等のように湯を溜めて使用する場所においては、別途追い焚き装置を設けて冷めた湯を加熱する必要があった。
【０００５】
さらに、従来の電気温水器では、一度に給湯を開始すると水道からの補給水が間に合わないために缶体２２に外圧が作用する。一方、減圧弁２４を設けたとしても、水道水の衝撃圧力として１７．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの内圧が作用すると想定しなければならない。このため、缶体２２には以上のような内外圧に対して耐え得るように、肉厚を厚くしたり、補強を設ける必要があった。
【０００６】
加えて、従来の電気温水器の缶体２２には水が入れ替わるために、底部に水あかが堆積することから、使用する温水は決して衛生的とは言えなかった。また、缶体２２の内面や電気ヒータ２１に水あかや酸化スケールが付着するので、缶体溶接部にすきま腐食が発生したり、オーバーヒートが生じる虞れがあった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、供給ヘッドが高くて耐圧性がよく、すきま腐食が発生する虞れのないうえ、供給した温水を保温する機能を有し、温度制御が安価でかつ容易に行える電気温水器及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の電気温水器は、減圧された缶体内に缶水を永久的に収容して缶水貯留部と気層部に分離し、前記缶水貯留部に深夜電力を利用して缶水を加熱する電気ヒータを挿入するとともに、前記気層部に給湯用熱交換チューブを挿入して、前記熱交換チューブの内側に水道水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を得る一方、前記缶体に、その気層部に存在するガスを抽出する抽気ポンプを電磁弁を介して接続し、缶水の温度が沸点近傍の所定温度に達した時点で前記抽気ポンプを間欠的に駆動する一方、前記抽気ポンプの起動時に遅延して前記電磁弁を開放するとともに、前記抽気ポンプの停止時に同期して前記電磁弁を閉鎖するようにしたものである（請求項１）。
【０００９】
前記気層部に循環用熱交換チューブを挿入して、前記循環用熱交換チューブの内側に温水貯留場所の温水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を保温する（請求項２）。
ここで、前記給湯用熱交換チューブに接続された水道水入口管と温水出口管との間にバイパス管を接続して、該バイパス管に温度制御弁を設け、前記温度出口管内の温水の温度に基づいて前記温度制御弁を調節して供給する温水の温度を制御するとともに、給湯開始時から前記温度制御弁を所定時間、全開するようにしてもよい（請求項３）。
【００１０】
また、前記缶体の外側に断熱材を設けるとともに、該断熱材の外側に空気層を介して金属製のケーシングを設けて缶体を密封する一方、缶体の脚部と据付面との間にゴムシートを介在させるのが好ましい（請求項４）。
【００１１】
さらに、前記電気温水器において、前記電気ヒータが保護管内に収容された状態で缶水貯留部に挿入されている場合には、当該保護管を鉄製とすることができる（請求項５）。また、前記バイパス管は、缶体の近傍にて水道水入口管と温水出口管との間に接続されているのが好ましいし（請求項６）、前記熱交換チューブは、缶体に対して取外し可能に挿入されているのが好ましい（請求項７）。
【００１３】
【作用】
前記電気温水器において、電気ヒータにより缶水を加熱すると、蒸気が気層部に充満する。この状態で、給湯用熱交換チューブに水道水を供給すると、水道水は当該熱交換チューブ内を流動する間に外側の蒸気と熱交換し、温水となって流出する。一方、循環用熱交換チューブに、風呂場等で使用中の低温の温水を供給すると、温水は当該熱交換チューブ内を流動する間に外側の蒸気と熱交換し、高温の温水となって流出する。
【００１４】
また、温水供給開始時に熱交換チューブが過熱状態になっていても、出口温度が設定温度になるまでの過渡状態において設定温度を大きく越えることがなく、安定して設定温度に移行する。
さらに、抽気ポンプが間欠的に駆動すると、初期の残留空気や、缶体内部に侵入した空気、缶水から蒸発した溶存酸素等のガスが抽気される。また、電磁弁は抽気ポンプに遅延して開くので、缶体内の圧力が抽気ポンプに急激に作用することはなく、負荷が軽減される。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
図１は本発明にかかる電気温水器を示す。缶体１は、断面が図２に示すような長円形の直立した容器であり、鉄、ステンレス鋼等の金属からなっている。缶体１の内部は、減圧状態で脱気された缶水Ｗが永久的に封入されて、缶水貯留部２と気層部３に分離されている。缶水貯留部２には鉄製（ＪＩＳ；ＳＳ４１相当）の保護管４ａに収容されたセラミックヒータ、シーズヒータ等の電気ヒータ４が缶水Ｗに浸るように挿入されている。また、気層部３にはステンレス鋼からなる給湯用の熱交換チューブ５と、循環用の熱交換チューブ６がそれぞれ水平に取外し可能に挿入されている。
【００１６】
前記給湯用熱交換チューブ５の両端には、入口管７と出口管８がそれぞれ取り付けられるとともに、入口管７と出口管８の間にはバイパス管９が取り付けられている。そして、このバイパス管９には、供給ライン８ａに設けた温度センサ１０に基づいて開閉する温度制御弁１１が設けられている。入口管７には水道水Ｓが直接供給され、供給ライン８ａは使用場所に適宜接続されている。一方、循環用熱交換チューブ６の入口管１２及び出口管１３は、風呂等の温水貯留場所１４に適宜接続されている。
【００１７】
缶体１の外表面は、図２に示すように、例えばグラスウール、ウレタン等からなる高密度断熱材１５で被覆され、さらにその外側は空気層１６を介して金属製の矩形箱形のケーシング１７で覆われている。ケーシング１７の外形寸法は、家庭のキッチンの流し台の奥行き寸法に合致していて、流し台に連続して設置することができるようになっている。また、缶体１の底には、図３に示すように、脚部１８が設けられ、該脚部１８はゴムシート１９を介して床に設置されるようになっている。
【００１８】
前記バイパス管９や温度制御弁１１は缶体１の近傍に設けられ、これらにより温度制御された温水が使用場所に供給されるようになっている。
また、缶体１の頂部には、缶体内のガスを外部に抽出するための抽気ポンプ２０が三方電磁弁２０ａを介して設けられている。
【００１９】
次に、前記構成からなる電気温水器の動作を説明する。
深夜電力を利用して電気ヒータ４に通電することにより内部の缶水Ｗを加熱すると、気層部３は缶水Ｗの表面及び内部より自己蒸発した高温の水蒸気で満たされ、飽和蒸気圧に維持される。この状態で、給湯用熱交換チューブ５の入口管７に水道水Ｓを供給すると、水道水Ｓは熱交換チューブ５の内側を流れる間に、外側の水蒸気との熱交換により加熱される。一方、水道水と熱交換した水蒸気は、すぐさまドレンとなって温度低下し、缶水表面に滴下する。そしてさらに、缶水表面及び内部より自己蒸発が起こり、同様に、活発な循環サイクルが形成される。したがって、従来の貯湯式電気温水器のような自然対流型加熱方式に比べて、非常に高い貫流率を得ることができ、瞬間式加熱が可能となる。
このようにして水蒸気との熱交換により加熱された水道水は、出口管８より流出する。ここで、温度センサ１０が所定の設定温度以上を検出すると、温度制御弁１１が開き、水道水Ｓの一部がバイパス管９を通って出口管８に流入して温水と混合するので、温水は設定温度に維持される。そして、この温水は風呂場等の温水使用場所に導かれる。
【００２０】
このように、缶体側で温度制御された温水が使用場所に導かれるので、従来のように、高温水を使用場所まで供給する必要がない。また、使用場所までの配管やカラン等に、耐熱性を考慮する必要がないので、耐久性がよい。
一方、風呂場等の温水貯留場所１４の温水は、ポンプ１２ａによって循環用熱交換チューブ６に供給され、ここで加熱されて温水貯留場所１４に戻され、循環する。これにより、温水貯留場所１４の温水は一定温度に維持されるので、追い焚き装置等の加熱装置を設ける必要がない。
【００２１】
前記電気温水器では、熱交換チューブ５に水道水を供給して連続的に使用場所に送給することができる。また、熱交換チューブ５に水道水Ｓが直接供給されるので、水道水圧とほぼ同じ供給ヘッドが得られ、家屋の２階にも十分給湯することができるうえ、シャワーヘッドも十分確保することができる。
【００２２】
缶体１の内部の缶水Ｗは永久的に封入されていて入れ替わることがないので、電気ヒータ４や缶体１の内表面に水あかや酸化スケールが付着することはない。この結果、電気ヒータ４のオーバーヒートや缶体溶接部のすきま腐食の発生の虞れがない。また、供給される水道水Ｓは缶体１の内部に溜まらず、熱交換チューブ５の内部に溜まるだけであるので衛生的である。さらに、熱交換チューブ５は缶水Ｗとは接触せず、缶水Ｗの水蒸気にのみ接触するので、チューブ５の汚れがなく、熱交換性能が高く維持される。
【００２３】
一般に、電気温水器では、水道水と直接接触する部分は流速によるエロージョン、溶存酸素や水質によるコロージョンが生じやすい。従来の電気温水器は缶体に水道水が流れるので、エロージョンやコロージョンが生じた場合に缶体全体を取り替える必要があったが、本発明の電気温水器は、熱交換チューブを取り外して交換するだけでよいので、エロージョンやコロージョンに対して簡単かつ安価に対応することができ、ユーザに安心感を与えることができる。
また、電気ヒータ４を収容する保護管４ａは、鉄製であるが、脱気された缶水Ｗが永久的に封入されているので、腐食は生じない。また、保護管４ａはステンレス鋼と比べて熱伝導が良いため、熱応力による割れが生じにくい。
【００２４】
前記実施例の電気温水器では、缶体１の減圧による魔法瓶効果と、缶体１の外表面の断熱材１５、空気層１６及びケーシング１７による断熱効果と、脚部１８のゴムシート１９による伝熱防止効果とによって徹底した省エネが図られているうえ、従来の空気抜き弁から排出されるドレンによる熱損失がないことにより、従来よりも熱効率が向上している。
【００２５】
次に、前記電気温水器の制御動作、特に給湯開始から温水温度が安定するまでの過渡期における温度制御と、缶体内部空気の抽気制御について説明する。
まず、過渡期における温度制御について説明する。定常時には、前述のように、出口管８に設けた温度センサ１０による検出温度に基づいて温度制御弁１１の開度を比例制御する。しかし、これと同様の動作を、給湯開始から安定するまでの過渡期においても行うと、図４（Ａ）に示すように、温水出口の実際温度が設定温度を大きく越えてオーバーシュートし、温水温度が不安定になる。これは、給湯開始時には熱交換チューブ５の温度が過熱状態になっていることと、温度差ΔＴが大きいことに起因する。そこで、図４（Ｂ）に示すように、給湯開始時点から所定時間ｔの間、温度制御弁１１を全開にする。これにより、水道水Ｓが出口管８より流出する温水と混合するので、オーバーシュートがなくなり、温度が安定する。
【００２６】
抽気制御について説明する。
缶水封入時に内部を減圧して脱気したとしても、缶体１内には残留空気が存在する。また、長期間使用されている間に、外部から空気が侵入したり、缶水から溶存酸素等の気体が発生する。このようガスが存在すると、熱交換効率が低下するため、定期的に缶体内部空気を抽気する必要がある。
そこで、前記電気温水器では、缶水の温度が８５℃になった時点から、抽気ポンプ２０を間欠的に駆動する。すなわち、図５に示すように、５〜２０分間起動した後、５〜１０分間停止して、これを１サイクルとして２〜６サイクル繰り返す。一方、三方電磁弁２０ａは、前記抽気ポンプ２０の起動時より数秒間遅延して開き、抽気ポンプ２０の停止時に同期して閉じる。このように、三方電磁弁２０ａを抽気ポンプ２０に遅延させるので、缶体１内の圧力が抽気ポンプ２０の起動の瞬間に作用することはなく、抽気ポンプは円滑に駆動する。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜７の発明による電気温水器によれば、水道水圧とほぼ同じ供給ヘッドが得られ、家屋の２階にも十分給湯することができるうえ、シャワーヘッドも十分確保することができ、快適にシャワーを使用することができる。
【００２８】
加えて、水道水を直接熱交換チューブに供給するので減圧弁が不要であるうえ、貯湯量が熱交換チューブ内だけであって気化する溶存空気量が少ないので、空気抜き弁を設ける必要がない。したがって、これらの弁を取り付けるための付帯工事が不要となり、コストダウンが図れる。
また、水道水や温水の圧力が作用するのは内径の極めて小さい熱交換チューブだけであるので、これらの圧力に対して十分に耐え得る。
【００２９】
さらに、缶体内部の缶水は入れ替わることがないので、電気ヒータや缶体溶接部に水あかや酸化スケールの付着がなく、オーバーヒートやすきま腐食の発生の虞れがない。また、供給される水道水は缶体内に溜まらず、熱交換チューブ内に溜まるだけであるので衛生的である。さらに、熱交換チューブは缶水とは接触せず、缶水の蒸気にのみ接触するので、チューブの汚れがなく、熱交換性能が高く維持される。
【００３０】
特に、請求項１の発明によれば、缶体に抽気ポンプを電磁弁を介して接続し、缶水の温度が沸点近傍の所定温度に達した時点で抽気ポンプを間欠的に駆動する一方、抽気ポンプの起動時に遅延して電磁弁を開放するとともに、抽気ポンプの停止時に同期して電磁弁を閉鎖するので、缶体内のガスを効率よく排出することができ、熱交換性能が向上する。
請求項２の発明によれば、風呂等で使用中の温水を循環用熱交換チューブに供給して循環させると、その温水を保温することができる。
請求項３の発明によれば、給湯用熱交換チューブに接続された水道水入口管と温水出口管との間にバイパス管を接続して、該バイパス管に温度制御弁を設け、温度出口管内の温水の温度に基づいて温度制御弁を調節して供給する温水の温度を制御するとともに、給湯開始時から温度制御弁を所定時間、全開するので、給湯開始時からの過渡期において温度変動のない安定した温水を供給することができる。
【００３１】
請求項４の発明によれば、缶体が断熱材及び空気層によって断熱されるとともに、脚部に設けたゴムシートによって下方への熱の逃げが防止されるので、保温性が高い。
請求項５の発明によれば、電気ヒータの保護管を鉄製としたので、安価であり、腐食や熱応力による割れの虞れがない。
請求項６の発明によれば、缶体側で温度制御された適度の温水を使用場所に供給することができるので、配管やカランに耐熱性を考慮する必要がなく、安価であり、耐久性が向上する。
請求項７の発明によれば、熱交換チューブにエロージョンやコロージョンが生じても、その熱交換チューブのみを交換すれば足り、安価であり、入れ替え工期が短縮され、ユーザに安心感を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電気温水器の概略図である。
【図２】  本発明の電気温水器の水平断面図である。
【図３】  本発明の電気温水器の底部垂直断面図である。
【図４】  （Ａ）は従来の温度制御による過渡期の出口温度の変化を示す図、（Ｂ）は本発明の温度制御による過渡期の出口温度の変化を示す図である。
【図５】  缶体の抽気制御における抽気ポンプの駆動と三方電磁弁の開閉のタイムチャートである。
【図６】  従来の電気温水器の概略図である。
【符号の説明】
１…缶体、２…缶水貯留部、３…気層部、４…電気ヒータ、４ａ…保護管、５…給湯用熱交換チューブ、６…循環用熱交換チューブ、７…入口管、８…出口管、９…バイパス管、１０…温度センサ、１１…温度制御弁、１５…断熱材、１６…空気層、１７…ケーシング、１８…脚部、１９…ゴムシート、２０…抽気ポンプ、２０ａ…三方電磁弁、Ｗ…缶水、Ｓ…水道水。
【図１】
0003647916.tif 000002
【図２】
0003647916.tif 000003
【図３】
0003647916.tif 000004
【図４】
0003647916.tif 000005
【図５】
0003647916.tif 000006
【図６】
0003647916.tif 000007