(57)【要約】【課題】  電気発熱体からタンクの側面へ熱量の損失がなく、有機潜熱蓄熱材で吸熱管を直接加熱する熱量が得られるので、タンクが小型となり電気温水器の体積が小型にできる。【解決手段】円筒状のタンク１０と、有機潜熱蓄熱材２と、吸熱管４と冷水が流れ込む入口部４ｂと、タンク１０の下方に設け前記蓄熱材と熱交換によって加温された水が流れ出る吸熱管４の他端部と接続された出口部４ｄと、吸熱管４の螺旋形状の内側に設け前記蓄熱材を加熱するためにタンク１０の下方に端部３ａを固定するようにＵ字状に成形した電気発熱体３と、タンク１０の上面に固定し前記蓄熱材の温度を検知する温度センサー５と、温度センサー５の出力により電気発熱体３の出力を制御する電子制御装置６と、タンク１０の入口部４ｂ側に設けた分流装置７と、タンク１０の出口部４ｄ側に設け吸熱管４からの温水と分流装置７からの冷水を混合して適温を得る混合装置８とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のタンクと、
該タンクに貯蔵する蓄熱材となる有機潜熱蓄熱材と、
前記タンクの内部に設け該タンクの円筒の中心部と略同じ位置に中心部がある螺旋状に成形した吸熱管と、
前記タンクの上方に設け冷水が流れ込む前記吸熱管の一端部と接続された入口部と、
前記タンクの下方に設け前記蓄熱材と熱交換によって加温された水が流れ出る前記吸熱管の他端部と接続された出口部と、
前記吸熱管の螺旋形状の内側に設け前記蓄熱材を加熱するために前記タンクの下方に端部を固定するようにＵ字状に成形した電気発熱体と、
前記タンクの上面に固定し前記蓄熱材の温度を検知する温度センサーと、
該温度センサーの出力により前記電気発熱体の出力を制御する電子制御装置と、
前記タンクの前記入口部側に設けた分流装置と、
前記タンクの前記出口部側に設け前記吸熱管からの温水と前記分流装置からの冷水を混合して適温を得る混合装置とを備えたことを特徴とする電気温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気温水器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気温水器として、タンクに溜めた水を電力で加熱して９５℃前後の高温の温水として貯湯するものがある。温水の使用量を多くするには大きなタンクが必要となるが、小さなスペースで多くの温水を貯湯したいという要望が多い。特許文献１には、温水の代わりに水より比熱の大きい蓄熱材を高温貯蔵することで体積を小さくした蓄熱式電気温水器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２８５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すものは、タンク（蓄熱槽）の内部に有機潜熱蓄熱材（蓄熱）を備え、タンク（蓄熱槽）の略中央に吸熱管（熱交換器）を配置し、その吸熱管（熱交換器）の外側に電気発熱体（発熱体）を配置しており、電気発熱体の外側は有機潜熱蓄熱材を介してタンクの側面に熱が流れ、電気発熱体の内側は有機潜熱蓄熱材を介して吸熱管に直接熱が流れてしまう。
【０００５】
このため、電気発熱体の外側はタンクの側面へ熱量の損失があり、電気発熱体から吸熱管を直接加熱する熱量が少ないので、タンクが大型となり電気温水器の体積が大形となる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、円筒状のタンクと、該タンクに貯蔵する蓄熱材となる有機潜熱蓄熱材と、前記タンクの内部に設け該タンクの円筒の中心部と略同じ位置に中心部がある螺旋状に成形した吸熱管と、前記タンクの上方に設け冷水が流れ込む前記吸熱管の一端部と接続された入口部と、前記タンクの下方に設け前記蓄熱材と熱交換によって加温された水が流れ出る前記吸熱管の他端部と接続された出口部と、前記吸熱管の螺旋形状の内側に設け前記蓄熱材を加熱するために前記タンクの下方に端部を固定するようにＵ字状に成形した電気発熱体と、前記タンクの上面に固定し前記蓄熱材の温度を検知する温度センサーと、該温度センサーの出力により前記電気発熱体の出力を制御する電子制御装置と、前記タンクの前記入口部側に設けた分流装置と、前記タンクの前記出口部側に設け前記吸熱管からの温水と前記分流装置からの冷水を混合して適温を得る混合装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気発熱体からタンクの側面へ熱量の損失がなく、有機潜熱蓄熱材で吸熱管を直接加熱する熱量が得られるので、タンクが小型となり電気温水器の体積が小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例の電気温水器の透視図である。
【図２】同電気温水器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施例の電気温水器について図面を用いて詳細に説明する
図１は本実施例の電気温水器の透視図で、図２は電気温水器のブロック図である。
【００１０】
図１おいて、１０はステンレスからなる円筒状の密閉タンクである。上面１０ａと下面１０ｂは略平面の円盤で、側面１０ｃにより上下に繋がっている。タンク１０は、外側をグラスウール等の断熱材（図示せず）で囲い、電気温水器１に固定されている。
【００１１】
タンク１０内には蓄熱材として有機潜熱蓄熱材２が充満されている。有機潜熱蓄熱材２は例えばポリエチレングリコールである。ポリエチレングリコールは、比重：１．１９（ｇ／ｃｍ3）、比熱：２．３０（Ｊ／ｇ・℃）、融解熱：１９３（Ｊ／ｇ）である。
【００１２】
タンク１０の内部には、水道から供給され水圧を有する冷水を有機潜熱蓄熱材２で熱交換する吸熱管４を設けている。この吸熱管４は銅管からなり、銅管を螺旋状に成形してタンク１０の略中心に垂直に設けている。吸熱管４の上方には入口部４ｂと下方に出口部４ｄを設けている。入口部４ｂはタンク１０の上面１０ａに、出口部４ｃはタンク１０の下面１０ｂに貫通してロウ付けにより気密接合して固定している。
【００１３】
また、タンク１０の内部には、有機潜熱蓄熱材２を加熱する電気発熱体３を設けている。この電気発熱体３はＵ字状に成形されており、タンク１０の略中心に垂直に設けることで、吸熱管４の螺旋の内側に設けている。そして、タンク１０の下面１０ｂにＵ字状の２つの端部３ａを固定して設ける。タンク１０の下面１０ｂと電気発熱体３の接合部はロウ付けで気密接合してある。
【００１４】
この構成において、タンク１０に構成された部品構成を中心から順に示すと、中心部に有機潜熱蓄熱材２、その外にＵ字状の電気発熱体３、その外に有機潜熱蓄熱材２、その外に吸熱管４、その外に有機潜熱蓄熱材２、そしてタンク１０の側面１０ｃとなる。
【００１５】
５はサーミスタ等をケースに封止した温度センサーで、タンク１０の上面１０ａに固定し、タンク１０内に満たした有機潜熱蓄熱材２の温度を検知する。温度センサー５は、後述の電子制御装置６に電気的に接続されている。６は電子制御装置で、電源を外部の商用電源１１から入力され、温度センサー５の出力を入力されて電気発熱体２の出力を制御する。また、電子制御装置６は水路１２に設けて、水路１３に水を流すまたは止めるように開閉弁９を動作する。
【００１６】
次に、水の経路について説明する。水路１３は開閉弁９を経て分流装置７へ流れる。分流装置７の一方は送水部４ａに接続し、送水部４ａから入口部４ｂに接続し、入口部４ｂから吸熱管４に接続し、吸熱管４から出口部４ｂに接続し、出口部４ｂから吐出部４ｅに接続し、吐出部４ｅは混合装置８に接続している。
【００１７】
また、分流装置７の他方は混合管１２に接続し、混合管１２から混合装置８に接続する。混合装置８に給湯口１１を接続する。混合装置８は、タンク１０の温水出力側に設けて吸熱管４からの温水と分流装置７から混合管１２を経て送る冷水を混合して適温を得るものである。
【００１８】
以上のように構成する電気温水器１の動作を説明する。
【００１９】
電気温水器１に商用電源１１に接続し、主スイッチ（図示せず）を入れ運転中となると電子制御装置６の制御により電気発熱体３に通電する。電気発熱体３の発熱により有機潜熱蓄熱材２を加熱する。タンク上面１０ａに設けた温度センサー５で有機潜熱蓄熱材２の温度を検知し、電子制御装置６に出力される。電子制御装置６は温度センサー５の入力によって有機潜熱蓄熱材２の温度が約８５−９５℃を維持するように電気発熱体３の通電を制御する。そのため電気温水器１の運転中は、タンク１０内の有機潜熱蓄熱材２は約８５−９５℃で保温される。
【００２０】
そして、給湯が必要な場合に給湯ボタン（図示せず）等の操作により電子制御装置６は
開閉弁９を動作させる。開閉弁９が開状態となり、分流装置、送水部４ａ、入口部４ｂ、を経てタンク１０内の吸熱管４に冷水が供給される。吸熱管４内を流れる冷水は、加温された有機潜熱蓄熱材２から吸熱管４を介して熱を受取ることで温度上昇する。そして出口部４ｄ、吐出部４ｅを経て混合装置８に流入する。そして、分流装置７から分岐して混合管１２を経て供給される冷水と混合され目的の適温となって給湯口１１に供給される。混合装置８は吐出部４ｅの湯と、混合管１２の冷水の流れる量の割合を調整することで使用者の目的の温度の給湯を得るものである。
【００２１】
１回の給湯動作によって、タンク１０内の有機潜熱蓄熱材２の熱量が冷水を流した吸熱管４によって奪われて、有機潜熱蓄熱材２の温度が下がる。そのため、温度センサー５の出力によって電子制御装置６が電気発熱体３に通電して有機潜熱蓄熱材２の温度約８５−９５℃を保持する。そのため、１回の給湯動作の後にも、有機潜熱蓄熱材２が規定温度に達し保温状態になることで次回の給湯に備える。
【００２２】
ここで、タンク１０、吸熱管４、電気発熱体３、有機潜熱蓄熱材２の位置関係と熱の流れについて説明する。タンク１０を透過した図１に示すように、電気発熱体３はタンク１０の略中心に配置している。そのため、電気発熱体３のタンク１０中心側はタング１０の中心側に存在する有機潜熱蓄熱材２を加熱する。また電気発熱体３のタンク１０側面１０ｃ側は、電気発熱体３と吸熱体４の間に存在する有機潜熱蓄熱材２を加熱する。タンク１０中心側の有機潜熱蓄熱材２は放熱部がない。また、電気発熱体３と吸熱体４の間に存在する有機潜熱蓄熱材２は吸熱体４へと放熱する。
【００２３】
さらに、吸熱体４の外側でタンク１０の側面１０ｃとの間に存在する有機潜熱蓄熱材２は、吸熱体４とタンク１０の側面１０ｃへと放熱する。タンク１０の側面１０ｃへの放熱を抑えるためにタンク１０には断熱材が設けられている。
【００２４】
そのため、電気発熱体３の熱は、タンク１０の側面１０ｃに直接放熱して損失することなく、タンク１０の中心側の有機潜熱蓄熱材２と、吸熱体４の内側の有機潜熱蓄熱材２とに直接加熱する。よって、電気発熱体３を吸熱体の略中心に設けて熱量の損失を抑えることができる。
【００２５】
また、本実施例ではタンク１０内で直接有機潜熱蓄熱材２を電気発熱体３で加熱して、有機潜熱蓄熱材２から吸熱管４を加熱して、熱した湯を溜める貯湯槽を不要とする構成にした。ここで、水１０Ｌ（Ｖ１＝１００００（ｃｍ3））を９５℃で保温した状態から３５℃に低下するまでの熱量Ｑ１を計算する。水の比重：１．０（ｇ／  ｃｍ3）、比熱：４．１８（Ｊ／ｇ・℃）として計算すると  Ｑ１＝（９５℃−３５℃）×１００００（ｃｍ3）×１．０（ｇ／  ｃｍ3）×４．１８（Ｊ／ｇ・℃）＝２５０８（ｋＪ）となる。この計算から、熱した湯を溜める貯湯槽を備える構成の電気温水器では、水１０Ｌは２５０８（ｋＪ）の熱量Ｑ１を保持することが分かる。
【００２６】
一方、本実施例の電気発熱体３で加熱して有機潜熱蓄熱材２から吸熱管４を加熱する構造で、有機潜熱蓄熱材２にポリエチレングリコールを用いた例で、前記と同じ水１０Ｌ（Ｖ１＝１００００（ｃｍ3））を９５℃で保温した状態から３５℃に低下する熱量を保持するタンク１０の容量Ｖ２を計算する。ポリエチレングリコールの比重：１．１９（ｇ／ｃｍ3）、比熱：２．３０（Ｊ／ｇ・℃）、融解熱：１９３（Ｊ／ｇ）、熱量Ｑ１＝２５０８（ｋＪ）とすると、Ｑ１（Ｊ）＝２５０８（ｋＪ）＝Ｖ２（ｃｍ3）×（９５℃−３５℃）×１．１９（ｇ／ｃｍ3）×２．３（Ｊ／ｇ・℃）＋Ｖ２（ｃｍ3）×１．１９（ｇ／ｃｍ3）×１９３（Ｊ／ｇ）が成立する。
【００２７】
これより、Ｖ２＝２５０８×１０3／（（９５−３５）×１．１９×２．３＋１．１９×１９３））＝６３６７（ｃｍ3）となり、水１０Ｌの容積Ｖ１＝１００００（ｃｍ3）とタンク１０の容積Ｖ２＝６３６７（ｃｍ3）の比は  Ｖ１：Ｖ２＝１００００：６３６７  となる。すなわち、タンク１０は、熱した湯を溜める貯湯槽を備える構成に比べて６４％の体積に小型化が可能となる。
【００２８】
上記の本実施例によれば、蓄熱材は有機潜熱蓄熱材２で、吸熱管４は螺旋状に成形しタンク１０の略中心に垂直に設け、吸熱管４の上方に入口部４ｂと下方に出口部４ｄを設け、入口部４ｂはタンク１０の上面１０ａに出口部４ｄはタンク１０の下面１０ｂに固定し、電気発熱体３はＵ字状に成形し吸熱管４の螺旋の略中心に垂直に設け、タンク１０の下面１０ｂに端部３ａを固定するので電気発熱体３の内側は有機潜熱蓄熱材２を介してタンク１０の内部に熱が流れ、電気発熱体３の外側は有機潜熱蓄熱材２を介して吸熱管４に直接熱が流れるものである。
【００２９】
よって、電気発熱体３からタンク１０の側面１０ｃへ熱量の損失がなく、電気発熱体３から有機潜熱蓄熱材２で吸熱管４を直接加熱する熱量が得られるので、タンク１０が小型となり電気温水器１の体積が小型にできる。
【００３０】
有機潜熱蓄熱材２を使用することで貯湯槽が不要なため湯を貯湯する電気温水器に比べタンク１０その体積を約６４％に減らすことが可能となり電気温水器１の体積が小型にできる。
【符号の説明】
【００３１】
１    タンク
２    有機潜熱蓄熱材
３    電気発熱体
３ａ    端部
４    吸熱管
４ｂ    入口部
４ｄ    出口部
５    温度センサー
６    電子制御装置
７    分流装置
８    混合装置
９    開閉弁
１０    タンク
１０ａ    上面
１０ｂ    下面
【図１】
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【図２】
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