(57)【要約】【課題】  液体に温度変化を生じさせる際のエネルギー効率を向上することができる可変容量型液体収容装置を提供する。【解決手段】  液体１を収容するための空間である液体収容部２１を画成する液体収容部材２０と、液体収容部材２０に接続されて液体収容部２１に収容される液体１に温度変化を生じさせる温度変化付与手段４０とを具備し、液体収容部材２１には、液体収容部２１の容量を調節する容量調節手段３０が設けられた可変容量型液体収容装置１０とする。【選択図】      図１
2006132906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するための空間である液体収容部を画成する液体収容部材と、前記液体収容部材に接続されて前記液体収容部に収容される液体に温度変化を生じさせる温度変化付与手段とを具備し、前記液体収容部材には、前記液体収容部の容量を調節する容量調節手段が設けられていることを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項２】
請求項１において、前記温度変化付与手段は、前記液体収容部に設置されて電気エネルギーの利用により液体を加熱する発熱体を有することを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項３】
請求項２において、前記液体収容部材の鉛直方向下端部には、前記液体収容部に液体を導入する導入管が接続され、その上端部には、前記液体収容部から外部に液体を供給する供給管が接続されていることを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記液体収容部材は、分割された第１容器と第２容器とからなり、前記第１容器及び前記第２容器の開口部同士を互いに嵌合して内部空間を共有することで前記液体収容部を画成し、前記容量調節手段は、前記第１容器又は前記第２容器の少なくとも何れか一方を嵌合方向に移動させて前記液体収容部の容量を調節するものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記液体収容部には、外部から導入される空気の量に応じて容積が増減される空気収容部がさらに設けられ、前記容量調節手段は、前記空気収容部に導入する空気の量を調節することで前記液体収容部の容量を調節するものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記容量調節手段は、前記液体収容部に着脱自在に設けられて当該液体収容部の容量を調節する容量調節部材を有することを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記容量調節手段は、前記液体収容部の容量を減少させるものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を収容するための空間である液体収容部の容量を液体の使用環境に応じて変化させることができる可変容量型液体収容装置に関し、特に、電気温水器、蓄冷熱装置等として好適に用いることができる可変容量型液体収容装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般住宅では、電気温水器を屋外等に設置し、配管を介して台所や風呂場等に温水を供給できるように設計されている。また、電気温水器は、使用期間が平均約２０年と長期に亘っており、その間の給湯は、ほぼ１台で賄っているのが実情である。
【０００３】
ここで、温水の使用量は、冬季と夏季とでは相違しており、特に冬季では、温水を使用することが多くなるため、夏季と比べて温水の使用量が増大する傾向にある。電気温水器は、一般的に、冬季での使用量を目安として設計されており、夏季では、冬季と比べて温水の使用量が少ないにも拘らず、タンクの全容量を使用するため、加熱・保温等に余分な電力を使用し、エネルギー効率が悪いという問題がある。
【０００４】
また、家族構成が多い時を基準とした容量の電気温水器を設置している場合には、家族構成が変化、例えば、家族人数が減ると、それに伴って温水の使用量も減少してしまうため、この場合においても、エネルギー効率が悪くなってしまう。特に、過大な容量の電気温水器を設置していると、家族構成の変化によってエネルギー効率が悪くなり、これによって給湯の電気料金が高くなってしまう。このため、電気温水器の容量の決定には、細心の注意を払う必要があった。
【０００５】
なお、電気温水器の設置後に、タンクを別途追加して電気温水器の全容量を増加させるものが提案されているが、これでは、温水の使用量が増大する場合に対応することはできても、温水の使用量が減少する場合に対応することはできず、上述した問題を解決することは到底できない（例えば、特許文献１参照）。また、電気温水器の容量を決定する際には、将来、温水の使用量が増大する場合を想定し、別途追加するタンクの設置場所を検討する必要があり、非常に面倒となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑み、液体に温度変化を生じさせる際のエネルギー効率を向上することができる可変容量型液体収容装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を収容するための空間である液体収容部を画成する液体収容部材と、前記液体収容部材に接続されて前記液体収容部に収容される液体に温度変化を生じさせる温度変化付与手段とを具備し、前記液体収容部材には、前記液体収容部の容量を調節する容量調節手段が設けられていることを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【０００９】
かかる第１の態様では、液体の使用量（使用環境）が変化する場合に、容量調節手段によって液体収容部の容量（全容量）を適宜調節することで、液体収容部に収容される液体に温度変化を生じさせる際のエネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記温度変化付与手段は、前記液体収容部に設置されて電気エネルギーの利用により液体を加熱する発熱体を有することを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００１１】
かかる第２の態様では、温水の使用量が変化する場合に、容量調節手段によって液体収容部の容量を適宜調節することができる可変容量型の電気温水器が実現される。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記液体収容部材の鉛直方向下端部には、前記液体収容部に液体を導入する導入管が接続され、その上端部には、前記液体収容部から外部に液体を供給する供給管が接続されていることを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００１３】
かかる第３の態様では、液体収容部に導入管を介して冷水を導入し、液体収容部で所定温度に加熱された液体を供給管から外部に効率よく導出させることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記液体収容部材は、分割された第１容器と第２容器とからなり、前記第１容器及び前記第２容器の開口部同士を互いに嵌合して内部空間を共有することで前記液体収容部を画成し、前記容量調節手段は、前記第１容器又は前記第２容器の少なくとも何れか一方を嵌合方向に移動させて前記液体収容部の容量を調節するものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００１５】
かかる第４の態様では、容量調節手段によって第１容器と第２容器とを嵌合方向に向かって相対的に移動させることで、液体収容部の容積を比較的容易に調節することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記液体収容部には、外部から導入される空気の量に応じて容積が増減される空気収容部がさらに設けられ、前記容量調節手段は、前記空気収容部に導入する空気の量を調節することで前記液体収容部の容量を調節するものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００１７】
かかる第５の態様では、容量調節手段によって空気収容部の容積を大きくして液体収容部の容積を小さくできるようにし、空気収容部に導入する空気の量を調節することで、液体収容部の容積を比較的容易に調節することができる。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記容量調節手段は、前記液体収容部に着脱自在に設けられて当該液体収容部の容量を調節する容量調節部材を有することを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００１９】
かかる第６の態様では、容量調節部材の大きさを適宜調節して液体収容部に対して着脱することによって液体収容部の容積を比較的容易に調節することができる。
【００２０】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記容量調節手段は、前記液体収容部の容量を減少させるものであることを特徴とする可変容量型液体収容装置にある。
【００２１】
かかる第７の態様では、液体の使用量が減少する場合に、容量調節手段によって液体収容部の容量を小さく調節することで、液体収容部に収容される液体に温度変化を生じさせる際のエネルギー効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る可変容量型液体収容装置によれば、液体の使用量が変化する場合に、容量調節手段によって液体収容部の容量を適宜調節することで、液体収容部に収容される液体に温度変化を生じさせる際のエネルギー効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２は、本発明の実施形態１に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。図示するように、本実施形態の可変容量型液体収容装置１０は、液体として水１を収容するための空間である液体収容部２１を画成する液体収容部材２０と、液体収容部２１内の容量を調節する容量調節手段３０と、液体収容部２１に収容された水１に温度変化を生じさせる温度変化付与手段４０とを少なくとも具備する可変容量型の電気温水器（電気給湯器）である。
【００２４】
液体収容部材２０は、例えば、ステンレス等の金属材料からなり、その内部に水１を収容する液体収容部２１が設けられた中空構造となっている。本実施形態では、この液体収容部材２０は、鉛直方向（図中上下方向）の略中央部から上部側を構成する第１容器２２と、その下部側を構成する第２容器２３とに２分割され、これら第１容器２２と第２容器２３とが各内部空間を共有し、液体収容部２１が画成された構造となっている。
【００２５】
すなわち、液体収容部材２０は、第１容器２２及び第２容器２３の各開口部２２ａ、２３ａ同士を相対向させて相互に嵌合させたものであり、これによって、その内部には、第１容器２２及び第２容器２３に亘って連通する１つの空間である液体収容部２１が画成されている。
【００２６】
なお、第１容器２２と第２容器２３とは、液体収容部２１から水１が漏洩しないように相互に接続されている。ここで、液体収容部材２０の外周面は、図示しないが、例えば、グラスウール等からなる断熱材によって覆われている。これにより、液体の保温性が確保される。
【００２７】
また、この液体収容部２１の下部領域、すなわち、第２容器２３の底部近傍の領域には、温度変化付与手段４０として、本実施形態では、発熱体（ヒータ）４１が設置されている。また、この発熱体４１には、液体１の加熱温度を制御するマイコン等からなる加熱制御部４２が接続されている。この加熱制御部４２では、夜間に発熱体４１への通電を行うことで、液体収容部２１に導入される冷水を加熱し、所定温度の温水を形成するように予め設定できるようになっている。これにより、昼間に比べて割安な深夜電力を利用して、冷水から温水を効率よく沸かすことができ、コストを低減することができる。なお、図示しないが、液体収容部２１には、水１の温度を検出する温度センサ（湯温センサ）が設置されている。そして、加熱制御部４２では、この温度センサによって検出した水１の温度に応じて、発熱体４１を制御し、水１を所定温度に調整（保温）するようになっている。
【００２８】
また、このような液体収容部材２０を構成する第２容器２３の鉛直方向下端部には、液体収容部２１に水１を導入するための導入管２４が連結され、第１容器２２の鉛直方向上端部には、液体収容部２１からその外部、例えば、洗面台や風呂場等に液体を供給する供給管２５が連結されている。
【００２９】
すなわち、液体収容部２１には、導入管２４によって第２容器２３の底部からその上方の第１容器２２側に向かって水１が満たされ、液体収容部２１の発熱体４１によって温められた水１（温水）は、第１容器２２の上端部から供給管２５を介して外部に導出されるようになっている。
【００３０】
そして、本発明では、液体収容部２１は、液体収容部材２０に接続された容量調節手段３０によってその容量が調節されるようになっている。例えば、本実施形態の容量調節手段３０は、第１容器２２を第２容器２３との嵌合方向、具体的には鉛直方向上下に移動させる駆動手段３１と、この駆動手段３１に接続されて第１容器２２の移動量を制御する駆動制御部３２とを有する。
【００３１】
このような構成の容量調節手段３０では、駆動手段３１による第１容器２２の移動量を駆動制御部３２によって自動的に制御して液体収容部２１の容積を調節するようになっている。ここでは、第２容器２３を固定した状態で、駆動手段３１によって第１容器２２だけを移動させることで、液体収容部２１の容積を調節するようにした。
【００３２】
このように、本実施形態では、第１容器２２だけを移動させるようにしたが、勿論これに限定されず、第２容器２３だけを移動させてもよいし、第１容器２２及び第２容器２３の両方を相互に移動させるようにしてもよい。また、第１容器２２又は第２容器２３の少なくとも何れか一方を手動によって移動させるようにしてもよい。
【００３３】
ここで、液体収容部２１において加熱される水１の循環について説明する。液体収容部２１に導入管２４を介して水１を導入し、液体収容部２１を水１で満たした後、発熱体４１への通電によって発熱体４１の周囲の冷水を温めると、その温水は、冷水と比べて比重が小さくなるため、液体収容部２１の鉛直方向上側の領域（上部領域２１ａ）に移動する。一方、液体収容部２１の上部領域２１ａに存在する冷水は、温水と入れ替わって、液体収容部２１の鉛直方向下側の領域（下部領域２１ｂ）に移動する。なお、液体収容部２１の水温は、このような温水と冷水との循環によって、略均一に上昇することになる。
【００３４】
このように、温水は、液体収容部２１の上部領域２１ａに冷水と入れ替わって移動するため、温水の排出口となる供給管２５は、液体収容部２１の上部領域２１ａに設置するのが望ましい。また、液体収容部２１の上部領域２１ａに設置された配管２５から温水を外部に流出させるためには、温水と冷水との比重の関係から、液体収容部２１を水１で満たした状態で、液体収容部２１の水１を加熱するのが望ましい。これらのことから、電気温水器においては、温水の使用量に関係なく、常に液体収容部２１の全容量を使用する構造となっている。
【００３５】
そして、本実施形態では、容量調節手段３０によって液体収容部２１の容量（全容量）を予め調節しておき、その後に液体収容部２１を水１で満たした状態で水１を加熱することで、温水の使用量が変化する場合でも、液体収容部２１に収容される水１を加熱する際のエネルギー効率を向上させることができる。
【００３６】
詳細には、夏季や冬季等の時期的な温水の使用量の変化、あるいは家族構成の変化等に応じ、容量調節手段３０によって液体収容部２１の容量を適宜調節することで、例えば、加熱や保温等に要する電力を必要最小限に抑えることができ、これによってエネルギー効率を向上させることができる。したがって、給湯の電気料金を低減することができる。また、液体収容部２１の容量を決定するのに要する時間を短縮することもできる。
【００３７】
さらに、湯沸し時の水の膨張に伴うオーバー・フローは、従来では捨てており非常に効率が悪かったが、本実施形態では、このオーバー・フローの量を考慮して、容量調節手段３０によって液体収容部２１内の容量を増大させて、水１の膨張分を逃がすようにすれば、無駄に水を捨てることがなくなり、エネルギー効率を更に向上することができる。
【００３８】
また、本実施形態の可変容量型液体収容装置１０によれば、液体収容部２１内の温水を全て使用し、いわゆる湯切れ状態となった場合でも、容量調節手段３０によって液体収容部２１の容積を必要量に調節することで、必要量のお湯を比較的短時間で沸かすことができる。
【００３９】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態１の図１及び図２と図３との同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図３に示すように、本実施形態の可変容量型液体収容装置１０Ａは、容量調節手段として、液体収容部２１に２つの空気収容部５０を設け、これら各空気収容部５０の容積を増減させて、液体収容部２１の全容量を調節するようにしたものである。
【００４０】
具体的には、２つの空気収容部５０は、液体収容部２１の鉛直方向上側の領域に相対向して設置されている。そして、各空気収容部５０のそれぞれは、弾性変形する材料からなる隔膜５１によって一部が囲まれ、この隔膜５１は、液体収容部材２０Ａの壁面２０ａに接合されている。すなわち、空気収容部５０は、本実施形態では、隔膜５１と液体収容部材２０Ａの壁面２０ａとで画成されている。
【００４１】
また、液体収容部材２０Ａの隔膜５１と共に空気収容部５０を構成する壁部のそれぞれには、貫通孔５２が設けられている。そして、液体収容部材２０Ａの各貫通孔５２に対応する部分には、空気導入手段５３が接続されている。すなわち、空気収容部５０は、空気導入手段５３から貫通孔５２を介して導入される空気の量に応じて、隔膜５１が弾性変形し、その容積が増減するようになっている。これに対し、液体収容部２１の容積は、空気収容部５０の容積増加に伴って減少することになる。
【００４２】
このように、本実施形態の可変容量型液体収容装置１０Ａでは、空気収容部５０の容積を大きくして液体収容部２１の容積を小さくできるようにし、空気収容部５０に導入する空気の量を調節することで、液体収容部２１の容積を比較的容易に調節することができる。これにより、上述した実施形態１と同様に、温水の使用量が変化する場合でも、液体収容部２１に収容される水１を加熱する際のエネルギー効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、液体収容部２１に２つの空気収容部５０を設けるようにしたが、勿論これに限定されず、空気収容部の数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、空気収容部の設置場所についても特に限定されず、例えば、液体収容部の鉛直方向下側の領域に設けてもよいし、液体収容部の内面の全面に連続的に設けてもよい。
【００４４】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態１の図１及び図２と図４との同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態の可変容量型液体収容装置１０Ｂは、液体収容部材２０Ｂの外周部の外形が蛇腹形状に形成され、且つその液体収容部材２０Ｂの外周部が弾性変形する材料によって形成されている。
【００４５】
また、このような液体収容部材２０Ｂの鉛直方向上端及び下端部には、それぞれ押圧板６１が接合されている。そして、これら各押圧板６１のそれぞれには、各押圧板を接近又は退避するように移動させて液体収容部材２０Ｂを鉛直方向に向かって伸縮（弾性変形）させる押圧手段６２が接続されている。
【００４６】
このような構成では、押圧手段６２によって押圧板６１を相対的に移動させて液体収容部材２０Ｂを伸縮させるようにしたので、液体収容部２１の容積を比較的容易に調節することができる。
【００４７】
（他の実施形態）
以上、本発明を各実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は、これら各実施形態に限定されるものではない。液体収容部２１の容積を調節する手段として、上述した実施形態１では、液体収容部材２０を構成する分割された２つの第１容器と第２容器のうち第１容器を移動させるようにし、上述した実施形態２では、液体収容部２１に空気収容部５０を設けて、この空気収容部５０に導入する空気の量を調節するようにしたが、勿論これに限定されず、液体収容部に対してステンレス等からなる容量調節部材を装着又は取り外しできるように設け、この液体収容部材を着脱して液体収容部の容量を調節するようにしてもよい。これにより、容量調節部材の大きさを適宜調節して液体収容部に対して着脱することによって液体収容部の容積を比較的容易に調節することができる。また、容量調節部材の形状や大きさ等を適宜調節し、その容量調節部材を液体収容部に投入するようにしてもよい。この場合でも、液体収容部の容量を比較的容易に調節することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、上述した電気温水器に限定されるものではなく、例えば、常温より高温又は低温レベルの熱エネルギーを蓄積しておき、必要な時にその熱エネルギーを取り出して、冷房用や暖房用あるいは加熱用の熱源等に利用するための蓄冷熱装置として適用することで、エネルギー効率に優れた蓄冷熱装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る可変容量型液体収容装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  水
１０  可変容量型液体収容装置
２０  液体収容部材
２１  液体収容部
３０  温度変化付与手段
４０  容量調節手段
【図１】
2006132906.tif 000003
【図２】
2006132906.tif 000004
【図３】
2006132906.tif 000005
【図４】
2006132906.tif 000006