(57)【要約】 【課題】  従来の電気温水器の水位センサでは、ヒーターよりも上の位置にある電極と貯水タンクとの間に直流電圧を印加していたため、電極と貯水タンクとの間に不純物が付くなどすると誤判断する場合があった。【解決手段】  貯水タンク１と、電力を熱に変換する発熱部６Ａと発熱部６Ａとは電気的に絶縁されて発熱部６Ａを覆う導電性の保護部６Ｂとを有する、貯水タンク１とは電気的に絶縁されて貯水タンク１の内部に取り付けられた電熱体６と、電気的に絶縁されて貯水タンク１の内部の電熱体６よりも上の位置に取り付けられた電極１０と、電極１０と保護部６Ｂとの間に保護部６Ｂの電位が低くなるように直流の電圧を印加する直流電源１１Ａを有し、電極１０と保護部６Ｂとの間の電気抵抗の変化により電極１０の位置まで水が存在することを検知する水検知手段１１とを備える。【選択図】        図１
2005331127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水タンクと、電力を熱に変換する発熱部と該発熱部とは電気的に絶縁されて前記発熱部を覆う導電性の保護部とを有する、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部に取り付けられた電熱体と、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部の前記電熱体よりも上の位置に取り付けられた電極と、該電極と前記保護部との間に前記保護部の電位が低くなるように直流電圧を印加する直流電源を有し、前記電極と前記保護部との間の電気抵抗の変化により前記電極の位置まで水が存在することを検知する水検知手段とを備えたことを特徴とする電気温水器。
【請求項２】
前記水検知手段が水の存在を検知することを条件に前記電熱体へ通電する制御回路を備え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】
前記電熱体の通電中に所定の周期で、前記水検知手段により前記電極の位置まで水が存在するかどうかをチェックすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気温水器。
【請求項４】
前記電極の水と接する表面から所定の厚さの部分を、水素よりもイオン化傾向が小さい金属製とすることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一に記載の電気温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を熱に変換して湯を沸かす電気温水器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気温水器は、風呂、洗面所、台所などで湯を利用できるように、深夜の安い電力を利用して湯を沸かし、沸かした湯を貯水タンクに貯めておくものである。電気温水器の貯水タンクには常時は水が満たされているが、貯水タンクの点検後や電気温水器を設置した直後などは、貯水タンクの中には水が無い。水が無い状態で電気温水器のヒーターを通電すると、いわゆる空焚きとなる。空焚きをすると電気温水器のヒーターなどを損傷する可能性があり、空焚きはしてはならない。空焚きをしないように、ヒーターの位置まで貯水タンクに水が有ることを検知する水検知センサを電気温水器は有しており、水が有る場合だけヒーターに通電するようにしている、
【０００３】
水検知センサは、水の電気抵抗が空気と比較して非常に小さいことを利用して、水の存在を検出するものである。水検知センサでは、ヒーターよりも上の位置に貯水タンクの内部に電極を取り付け、この電極と貯水タンクの間に、電極の電位の方が貯水タンクよりも高くなるように抵抗を介して直流の電圧を印加する。この抵抗の大きさは、水の抵抗よりも明確な差が出る程度以上に大きくしておく。電極と貯水タンクの間に水が無ければ、電極と貯水タンクの間に電流が流れずに、電極と貯水タンクの間の電圧はほぼ印加電圧になる。水が存在する場合は、電極と貯水タンクの間に電流が流れ、電極と貯水タンクの間の電圧はゼロに近くなる。つまり、水検知センサは、電極と貯水タンクの間の電圧が所定値よりも小さい場合に、水が存在すると判断する。（例えば、特許文献１〜４を参照。）
【０００４】
【特許文献１】特許００２５５２９６２号公報。
【特許文献２】特開平０５−００１８５４号公報。
【特許文献３】特許００２５５２９６２号公報。
【特許文献４】特開平０６−００３４２００号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電気温水器の水検知センサは以上のように構成しているので、電極と貯水タンクの間に不純物が付着して不純物が水を含む場合は、電極が水に浸かっていないのに、電極の位置に水があると誤判断することになる。誤判断する可能性を低減する対策が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電気温水器は、貯水タンクと、電力を熱に変換する発熱部と該発熱部とは電気的に絶縁されて前記発熱部を覆う導電性の保護部とを有する、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部に取り付けられた電熱体と、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部の前記電熱体よりも上の位置に取り付けられた電極と、該電極と前記保護部との間に前記保護部の電位が低くなるように直流電圧を印加する直流電源を有し、前記電極と前記保護部との間の電気抵抗の変化により前記電極の位置まで水が存在することを検知する水検知手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電気温水器は、貯水タンクと、電力を熱に変換する発熱部と該発熱部とは電気的に絶縁されて前記発熱部を覆う導電性の保護部とを有する、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部に取り付けられた電熱体と、前記貯水タンクとは電気的に絶縁されて前記貯水タンクの内部の前記電熱体よりも上の位置に取り付けられた電極と、該電極と前記保護部との間に前記保護部の電位が低くなるように直流電圧を印加する直流電源を有し、前記電極と前記保護部との間の電気抵抗の変化により前記電極の位置まで水が存在することを検知する水検知手段とを設けるものとしたので、電極に不純物が付くことにより誤判断する可能性を低減できるという効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この実施の形態１での電気温水器の構成を説明する概念図を、図１に示す。水の流れに関係する電気温水器の構成要素に関して、まず説明する。電気温水器は、ステンレスなどの耐腐食性に優れた金属製の貯水タンク１と、貯水タンク１の下部に接続される給水配管２と、給水配管２と水道配管との間に有る減圧弁３と、貯水タンク１の上部に接続される給湯配管４と、給湯配管４の途中にある逃し弁５とから構成される。
なお、図１に示すのは、加圧型の貯水タンク１を使用する電気温水器である。加圧型の貯水タンク１では、貯水タンク１を密閉して内部に水圧を加え、この水圧により給湯する。これに対して、貯水タンク１を密閉しない開放型の貯水タンク１を使用する電気温水器も有る。開放型の貯水タンク１を使用する電気温水器では、台所、風呂、洗面所などの給湯箇所よりも高い位置に貯水タンク１を配置し、水頭差により給湯する。この明細書では、加圧型の貯水タンク１を使用する電気温水器で説明するが、開放型の貯水タンク１を使用する場合にも適用できる。
【０００９】
貯水タンク１は、沸かした湯を溜めるタンクである。貯水タンク１の容量は、１日に使用する湯量に必要十分な大きさとする。そのため、大家族向け、標準家族向け、小家族向け、単身者用など想定する電気温水器の使用条件で、貯水タンク１の容量は異なる。２００４年に市販されているものでは、最大で５５０リットル程度である。溜めている湯が冷めないように貯水タンク１の外側をグラスウールなどの断熱材で覆い、断熱材の外側は適切な表面部材で覆う。
水は温度が高くなると比重が小さくなるので、貯水タンク１の内部では湯が上側にあり、水が下側に有る。そのため、給水配管２は貯水タンク１の下部に接続し、給湯配管４は貯水タンク１の上部に接続する。なお、図において、湯を薄い梨子地状で表現し、水を濃い梨子地状で表現することにする。
【００１０】
給湯配管４の先には、図示していないが給湯箇所の蛇口がある。給湯箇所の蛇口を開くと、貯水タンク１内が加圧されているので、湯が出てくる。貯水タンク１から給湯配管４に湯が出ると、同じ量の水が給水配管２により貯水タンク１に注入される。
給湯箇所の蛇口は、給湯配管４からの湯をそのまま出すものも有れば、湯と水道水を混合して出すものも有る。
【００１１】
減圧弁３は、水道の水圧を減圧して貯水タンク１の内部の水圧を適切な値にするための弁である。水道の水圧は場所により異なるが、１５０キロパスカル（≒１．４８気圧）以上であることが厚生労働省令で定められており、普通の場所では２気圧程度は有る。これに対して、貯水タンク１の内部の水圧は、高圧力型で１５０キロパスカル程度であり、標準圧力型で８５キロパスカル程度である。貯水タンク１の内部の水圧が高いほうが早く大量の湯を使用できる。しかし、水圧を高くするためには貯水タンク１のステンレス材をより厚くすることなどが必要であり、コストの増加をもたらし、電気温水器の価格が高くなる。使いやすさとコストのトレードオフで、貯水タンク１の内部の水圧は決められる。
逃し弁５は、貯水タンク１の内部の圧力が所定値よりも高くなった場合に、沸き上げにより体積膨張した水と水蒸気、水温の上昇により気体となった溶存空気などを、貯水タンク１と給湯配管４から逃すための弁である。逃し弁５により、貯水タンク１の内部の圧力を所定の範囲に保つことができる。
【００１２】
次に、電気温水器の他の構成要素に関して説明する。貯水タンク１の内部には、異なる高さで２個のヒーター６が金属フランジ７により取り付けられる。金属フランジ７と貯水タンク１との間には絶縁体製のパッキン８を挟む。上側の金属フランジ７よりも上の位置に、ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＥＳなどの耐熱性を有する樹脂製の筐体９を、貯水タンク１に取り付ける。筐体９には、チタン、金、白金などの耐腐食性に優れた金属製の電極１０が挿入されており、貯水タンク１の内部に電極１０が取り付けられることになる。電極１０は、直径約１ｍｍで貯水タンク１の内部に出る長さが約２０ｍｍである。さらに、電気温水器は、電極１０の位置まで水が存在することを検出する水検知手段である水検知センサ１１と、水検知センサ１１の出力により、ヒーター６の通電を制御する制御回路１２も有する。
【００１３】
下側のヒーター６が通常使用するヒーターであり、上側のヒーター６が沸き増し時に使用するヒーターである。沸き増しとは、例えば、貯水タンク１の湯の残量が所定量（例えば７５リットル）以下になる場合に、深夜電力時間帯でなくても上側のヒーター６を通電して、上側のヒーター６よりも上部の貯水タンク１の容量（例えば１５０リットル）の湯を沸かすことである。深夜電力時間帯でだけ電気を使用する契約の場合は、沸き増しはできない。また、沸き増しをしないように設定することもできる。貯水タンク１の容量を大幅に越える大量の湯を使用する日に対応するために、貯水タンク１全体が所定の温度の湯で満たされるように沸き増しできるような機種も有る。
上側のヒーター６の位置は、沸き増しする湯の量が適切な量になる位置とする。沸き増しは通常の電気料金の時間帯に行われるので、沸き増しする湯の量が適切な量よりも多いと、使用しない湯を沸かすことになり給湯コストが高くなる。沸き増しする湯の量が適切な量よりも少ないと、湯の使用量に沸き増しが追いつかずに湯切れになる可能性が高くなる。
【００１４】
ヒーター６は、交流２００Ｖが印加される発熱部であるニクロム線６Ａを保護部である銅製のＵ字管６Ｂで覆ったものである。ヒーター６への通電を表現するスイッチ６Ｃが、交流電源６Ｄとニクロム線６Ａとの間に有る。ニクロム線６Ａと銅製のＵ字管６Ｂの間には、絶縁体として酸化マグネシウムなどを充填する。銅製のＵ字管６Ｂは、錆を防止するためにニッケルなどをメッキする。ヒーター６は上から見るとＵ字型の形状であり、横から見ると２本の水平な線を斜めの線で結んだように見える。金属フランジ７から水平に延びたヒーター６は、貯水タンク１の内部で斜め下に所定の長さだけ下がり、再び所定の長さだけ水平に延びる。ヒーター６を途中で斜めにする理由は、貯水タンク１の直径よりもヒーター６の長さを長くするためである。ヒーター６を長くすると、ヒーター６の水と接触する表面積が増えて、水を効率よく沸かすことができる。
【００１５】
ヒーター６の出力は、電気温水器を使用する場所での冬季の平均水温から所定の温度（例えば、約９０℃）まで貯水タンク１の容量の水を２３時から７時までの８時間で加熱するのに必要十分な大きさとする。実際には使い残しの湯があるので、所定の温度まで加熱できた時点でヒーターの通電を終了する。沸き上げの湯温は、所定の範囲（例えば、約９０℃〜約７０℃）の間で設定することができる。これは、湯の使用量が少ない家庭などで沸き上げの湯温を低く設定することにより、ムダに湯を沸かさずに省エネを実現するためである。
金属フランジ７にろう付けなどによりヒーター６を固定する。異種の金属を接合すると腐食しやすいので、腐食を防止するために金属フランジ７はニッケルメッキなどを施した銅製とする。
【００１６】
水検知手段である水検知センサ１１は、電極１０の位置まで水が存在することを検出するものである。高圧力型の電気温水器は水検知センサ１１の装着が法令で義務付けられているが、標準圧力型の電気温水器では法令で義務づけられていない。水検知センサ１１が装着されていない標準圧力型の電気温水器では、貯水タンク１が満水かどうかを使用者が判断して、電気温水器の電源を入れる。
水検知センサ１１では、所定の大きさＥ０（例えば５ボルト）の直流電源１１Ａと、スイッチ１１Ｂと、大きさＲ１（例えば２００ｋΩ〜３００ｋΩ程度）の抵抗１１Ｃと、大きさＲ２（この実施の形態１では、Ｒ１と同じ）の抵抗１１Ｄとを直列につなげ、抵抗１１Ｄの片側の電位が高い方の端子を電極１０に接続し、電位が低い方の端子を金属フランジ７に接続している。なお、金属フランジ７の電位を低くする理由は、詳細は後で説明するが、金属フランジ７及びヒーター６を保護するためである。
ここで、スイッチ１１Ｂは、水検知センサ１１による水の有無のチェックを実行するかどうかを表現するスイッチである。常時はスイッチ１１Ｂが切であり、水位チェックを実行する場合に入りとなる。
【００１７】
水検知センサ１１は、電極１０と金属フランジ７の間の電圧ＶＣを所定の閾値Ｖｔと比較する比較器１１Ｅを有し、比較器１１Ｅの出力が水検知センサ１１の出力になる。ＶＣがＶｔよりも小さい場合を水が有るとし、そうでない場合を水が無いとする。
制御回路１２は、ヒーター６の通電開始時と通電中の所定の周期（例えば３分または５分）で、水検知センサ１１により電極１０の位置まで水が存在するかどうかをチェックし、水が存在する場合だけ、ヒーター６を通電するものである。通電中も水の有無をチェックする理由は、貯水タンク１や配管が破損などして貯水タンク１の内部の水が急激に減少した場合に、ヒーター６への通電を停止するためである。
【００１８】
次に、動作について説明する。電気温水器を設置後に最初に使用する場合か、長期間使用しない後で再び使用する場合には、以下の手順を行う。
まず、貯水タンク１の内部には水が無いので、給水配管２により貯水タンク１の内部に水を入れる。逃し弁５または給湯箇所の蛇口のどちらかが開いていれば、貯水タンク１の内部にあった空気は供給される水により貯水タンク１の外へ排出され、貯水タンク１の水位はしだいに上昇する。標準の手順は機種により異なるが、例えば、以下のようにする。逃し弁５を閉じて、給湯箇所の中で１個の蛇口だけを開けておく。貯水タンク１が満水になり、給湯配管４と給湯箇所までの配管内の空気が抜けると、給湯箇所の中で開けておいた蛇口から水が出るようになるので、蛇口を閉じる。
【００１９】
次に、電気温水器の電源を入れて、電気温水器の時計の時刻を合わせる。沸き上げ湯温など必要な設定が有れば、設定する。使用者がここまでしておくと、以降は電気温水器が自動で動作する。通常は電気温水器設置後、動作を確認するため、試験運転が実施される。試験運転内容は以下のとおりである。制御回路１２が水検知センサ１１により水の有無をチェックし、水検知センサ１１が電極１０の位置まで水が有ることを検出すると、現在のタンク上部の水温と設定水温とを比較参照し、設定水温に対して所定の温度差がある場合に、上側のヒーター６に通電が開始され、上側のヒーター６よりも上部の水を設定温度にまで加熱し、沸き上げが完了すると、通電を停止する。このように、設置後の動作確認を兼ねてタンク上部の水を沸き上げ、設置当日から温水器を使用することができる。深夜時間電力帯になると、タンク全体の水を設定温度に沸き上げるため、下側のヒーター６に通電が開始され、深夜時間電力帯内で沸き上げを完了する。
【００２０】
何らかの要因で貯水タンク１の内部から空気を排出できずに、電極１０の位置には水が無い場合は、電極１０の位置まで水が有ることを水検知センサ１１が検出しないので、制御回路１２はエラーが発生したとして、処理を中断し、台所や浴室に設置されたリモコンの表示により、給水が完了していないことを使用者に知らせる。このエラーは給水が完了するまで表示されるので、空気を逃す処置を実施して給水を完了させてはじめて試験運転を完了できる。貯水タンク１の内部から空気を排出できない場合としては、すべての蛇口及び逃し弁５を閉じたまま給水を開始する場合などが考えられる。
【００２１】
電極１０の位置まで水が有ることを水検知センサ１１が検出する方法について説明する。その原理は、電極１０の位置まで水が有る場合の電極１０と金属フランジ７の間の等価抵抗値が、水が無い場合よりも格段に小さくなるようにして、この等価抵抗の値が小さくなったことを検出するものである。この実施の形態１では、この等価抵抗の値が小さくなったことは、電極１０と金属フランジ７の間の電圧ＶＣを所定の閾値Ｖｔと比較することにより検出する。
【００２２】
水検知センサ１１の電気的な等価回路を図２に示す。この等価回路の元となる、貯水タンク１の内部で電流が流れる経路を説明する図を、図３に示す。この等価回路は、ステンレス製の貯水タンク１と水を所定の大きさの抵抗に置換え、貯水タンク１の内部の水位を複数のスイッチで表現するものである。ヒーター６の表面と金属フランジ７はともに導電率が非常に高い銅製なので、その電気抵抗は無視し、ヒーター６の表面と金属フランジ７とは同じ電位とする。
図３では、貯水タンク１の上部を拡大して表示する。直流電源１１Ａにより電極１０と金属フランジ７の間に電圧が印加されており、貯水タンク１の内部が水で満たされている場合の、電流が流れる経路を太いグレーの線で示す。図３に示すＸが、貯水タンク１を通る経路である。この経路上の貯水タンク１の部分を、濃いグレーにしている。図３に示すＹが、水だけを通る経路である。
【００２３】
図２の等価回路での端子の意味を説明する。端子１１Ｆは、電極１０に対応する。端子１１Ｇは、ヒーター６の表面及び金属フランジ７に対応する。貯水タンク１は、電極１０に至近の部分が端子１１Ｈになり、金属フランジ７に至近の部分が端子１１Ｊになる。
端子１１Ｈと端子１１Ｊの間には、主にステンレス製の貯水タンク１に対応する大きさＲＳ（数Ω〜数十Ω程度）の抵抗１１Ｋが有る。端子１１Ｆと端子１１Ｈの間には、水に対応する大きさＲＷ１（数百Ω〜数ｋΩ程度）の抵抗１１Ｌと、スイッチ１１Ｍとが有る。スイッチ１１Ｍは、電極１０の位置まで貯水タンク１内に水が有る場合に入りになり、そうでない場合は切である。端子１１Ｇと端子１１Ｊの間には、水に対応する大きさＲＷ２（数百Ω〜数ｋΩ程度）の抵抗１１Ｎと、スイッチ１１Ｐとが有る。スイッチ１１Ｐは、上側のヒーター６の位置まで貯水タンク１内に水が有る場合に入りになり、そうでない場合は切である。
【００２４】
電極１０とヒーター６の表面及び金属フランジ７との間が水で満たされた場合に、図３に示すように、電極１０とヒーター６との間では貯水タンク１を通る経路Ｘと、水だけの経路Ｙとが並列に形成される。図３の経路Ｘが貯水タンク１を間に挟んで両側に水の部分があることから分かるように、図２の等価回路では、抵抗１１Ｋと抵抗１１Ｌと抵抗１１Ｎが直列になる。抵抗１１Ｋの大きさＲＳは、並列に経路Ｙがあることも考慮しての値とする。なお、ステンレスの方が水よりも格段に電気を流しやすいので、ＲＳはステンレス製の貯水タンク１の抵抗値にほぼ等しくなる。
【００２５】
貯水タンク１内に電極１０の位置まで水が有る場合は、スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐはともに入りになる。つまり、端子１１Ｆと端子１１Ｇの間には、直列に接続された大きさＲＳの抵抗１１ＫとＲＷ１の抵抗１１Ｌと大きさＲＷ２の抵抗１１Ｎと、大きさＲ２の抵抗１１Ｄとが並列に接続される。端子１１Ｆと端子１１Ｇとの間の等価抵抗の大きさをＲＴとすると、ＲＴは以下となる。
ＲＴ＝(Ｒ２×(ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２))／(Ｒ２＋ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２)  （式１）
この状態でスイッチ１１Ｂを入りにすると、大きさＲ１の抵抗１１Ｃに流れる電流Ｉは、以下の式で計算できる。
Ｉ＝Ｅ０／（Ｒ１＋ＲＴ）                                          （式２）
オームの法則から、電圧ＶＣは以下の式で計算できる。
ＶＣ＝ＲＴ×Ｉ＝Ｅ０×(ＲＴ／(Ｒ１＋ＲＴ))                        （式３）
【００２６】
貯水タンク１内に電極１０の位置までは水が無い場合は、少なくともスイッチ１１Ｍは切である。また、Ｒ２＝Ｒ１であり、Ｅ０＝５ボルトであるとする。よって、ＩとＶＣは以下で計算できる。
Ｉ＝Ｅ０／（Ｒ１＋Ｒ２）                                          （式４）
ＶＣ＝Ｒ２×Ｉ＝Ｅ０×(Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２))＝２．５ボルト          （式５）
ここで、ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２の大きさに関して、(ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２) ／Ｒ２＝０．０１であるとすると、（式１）からＲＴは以下となる。
ＲＴ＝(０．０１／１．０１)×Ｒ２＝０．００９９×Ｒ２              （式６）
（式６）とＲ２＝Ｒ１を（式３）に代入すると、以下となる。
ＶＣ＝Ｅ０×(０．００９９／１．００９９)＝０．００４５ボルト      （式７）
【００２７】
貯水タンク１内に電極１０の位置までは水が無い場合の（式５）と比較して、ＶＣが約５５分の１になることが分かる。水の電気抵抗がより大きく、(ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２) ／Ｒ２＝０．１の場合には、同様にして、ＲＴとＶＣは以下となる。なお、この場合には、Ｒ１＝２００ｋΩとすると、ＲＷ１≒ＲＷ２≒１０ｋΩとなる。これは、通常の水道水よりもかなり抵抗が大きいことを意味する。通常の水道水であれば、(ＲＳ＋ＲＷ１＋ＲＷ２) ／Ｒ２＜０．１と考えてよい。
ＲＴ＝(０．１／１．１)×Ｒ２＝０．０９０９×Ｒ２                  （式８）
ＶＣ＝Ｅ０×(０．０９０９／１．０９０９)＝０．４１７ボルト        （式９）
【００２８】
（式７）と（式９）から、Ｖｔを２．５ボルトよりも十分な余裕を持って小さい値、例えば１．５ボルトなどにしておくと、ＶＣをＶｔと比較すると、貯水タンク１内に電極１０の位置までは水が有るかどうかを判断できる。これは、Ｅ０は５ボルトから４ボルトに低下したとしても水が無い場合のＶＣは２ボルトであり、１．５ボルトであるＶｔよりも大きく、水が無いことを正しく判断できる。水が有る場合のＶＣは、水の抵抗がかなり大きい（式９）でも約０．４ボルトと、１．５ボルトよりも明らかに小さくなる。
【００２９】
このように、Ｅ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｖｔを適切に設定しておけば、ＶＣとＶｔを比較することにより、電極１０まで水が有るかどうかを正しく水検知センサ１１が判断できる。なお、電極１０の位置まで水が存在して金属フランジ７及び銅製のＵ字管６Ｂとの間の電気抵抗が変化したことを検出できるものならば、図１以外の回路構成でもよい。
【００３０】
さて、この発明に係る電気温水器の水検知センサ１１が、不純物が付着して誤判断する可能性を低減できることについて説明する。ここで、不純物が付着するなどして、図２の等価回路上のスイッチが常時入りになることを不良導通と呼ぶこととする。
図２の等価回路において、水が存在することを表現するスイッチは、スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐと２個有る。ここで、スイッチ１１Ｍが不良導通することは、電極１０に不純物が付着して貯水タンク１の間が不良導通することである。また、スイッチ１１Ｐが不良導通することは、金属フランジ７と貯水タンク１の間の境界部に不純物が付着して不良導通することである。これに対して、貯水タンク１と電極１０の間の電圧を閾値と比較する従来の水検知センサ１１では、スイッチ１１Ｍに相当するものが１個だけで有る。
【００３１】
スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐが不良導通した場合の動作を説明する。スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐが不良導通した場合の動作を説明する図を、図４〜図６に示す。スイッチ１１Ｍだけが不良導通した場合が図４で、スイッチ１１Ｐだけが不良導通した場合が図５で、スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐが不良導通した場合が図６である。
図４では、上側の金属フランジ７及び銅製のＵ字管６Ｂの中で最も低い位置にある銅製のＵ字管６Ｂの最下部まで水が来た場合を示す。この状態で、水検知センサ１１は電極１０の位置まで水が有ると誤判断する。なお、図に示すＡが電極１０に付着した不純物である。この場合には、下側の夜間に使用するヒーター６は完全に水中に没しているので、下側のヒーター６を空焚きすることにはならない。
仮に、上側のヒーター６に通電された場合でも、上側のヒーター６の一部が水に接する状態であり、従来の水検知センサで発生するようなヒーター６が水に接していない状態ではないので、発生した熱量が水へと移動するため、過度な温度上昇には至らない。また、図４の状態で上側のヒーター６を通電する可能性として、満水状態の貯水タンク１が破損して、貯水タンク１の内部の水が漏れて水位が低下した場合が挙げられる。その場合には、エラーを出して電気温水器の動作を停止させるように構成すればよく、これによりヒーター６の空焚きを防止できる。
【００３２】
図５(a)に電極１０の位置まで水が来た場合を、図５(b)に水位が電極１０よりも低い場合を、それぞれ示す。なお、図に示すＢが金属フランジ７に付着した不純物である。スイッチ１１Ｐが不良導通していても、図５(a)では水検知センサ１１は正常に電極１０の位置まで水が有ることを判断し、図５(b)では正常に電極１０の位置には水が無いことを判断する。
図６では貯水タンク１の内部に水が全く無い場合でも、水検知センサ１１が電極１０の位置まで水が有ると誤判断する。
以上のように、この発明に係る電気温水器の水検知センサ１１は、スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐの両方が不良導通した場合だけ、ヒーター６の空焚きにつながる誤判断をする可能性が有る。しかしながら、スイッチ１１Ｍとスイッチ１１Ｐの両方が不良導通する可能性は、従来の水検知センサ１１でスイッチ１１Ｍが不良導通する場合よりも格段に小さくなる。即ち、この発明に係る電気温水器の水検知センサ１１が誤判断する可能性は、従来のものに比し非常に小さいものになる。
【００３３】
水に電気を流すと水が電気分解されることになり、陽極では酸素が発生し、陰極では水素が発生する。水素と酸素が余り発生しないように、抵抗１１Ｃの大きさＲ１は十分大きくする。Ｒ１が２００ｋΩ以上であれば、仮に貯水タンク１から気体が排出されない状況にあり、３０年以上にわたって連続使用されても、貯水タンク１の電極１０よりも上部の容量の半分未満しか水素と酸素が蓄積されない。スイッチ１１Ｂを設けて、必要な時だけ通電するようにするのも、水の電気分解量を抑えることになる。
陽極の材料が水素よりもイオン化傾向が大きい場合には、陽極で酸素が発生する換わりに、陽極が溶融する。陽極が溶融しないようにするために、陽極の材料は水素よりもイオン化傾向が小さくかつ耐腐食性が高いチタン、金、白金などとする。これらの金属は高価なので、表面から所定の厚さだけをこれらの金属でメッキするようにしてもよい。
【００３４】
上側のヒーター６を陰極として使用するので、電極１０を１個だけ使用するだけでよいという効果が有る。また、陰極は溶融することがないので、ヒーター６を陰極として使用することにより、ヒーター６が貯水タンク１または電極１０に対して陽極となり、ヒーター６が溶融して損壊する可能性が少なくなる。ここでは、上側のヒーター６だけを陰極としたが、２個のヒーター６を両方とも陰極とすれば、ヒーター６を溶融から保護することができる。ヒーター６が１個だけの場合も、ヒーター６を溶融から保護できる。
ヒーター６が貯水タンク１に対して陽極になるのは、静電気がヒーター６に蓄積された場合などに発生する。標準的な寿命よりも極端に寿命が短いヒーター６が存在しており、ヒーター６が貯水タンク１または電極１０に対して陽極になり溶融することは、確証は無いが、ヒーター６の寿命を縮める要因の一つと考えられる。
【００３５】
抵抗１１Ｄの大きさは、水が無い場合の電圧ＶＣが十分大きくなるように、Ｒ１以上か、Ｒ１より小さくてもＲ１の数１０％以上はあるようにする。Ｒ２をＲ１よりも十分大きくした方が、水が無い場合の電圧ＶＣが直流電源の電圧Ｅ０に近くなり、閾値Ｖｔをより広い範囲で取れるという効果が有る。Ｒ２は無限大でもよい。ただし、Ｒ２を有限の値とした方が、スイッチ１１Ｂを入りにした時に電流が流れ、断線などが発生したことを検出できるという効果が有る。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
【００３６】
実施の形態２．
この実施の形態２は、２個の金属フランジ７の両方を水検知センサ１１の陰極とするように実施の形態１を変更した場合である。この実施の形態２での電気温水器の構成を説明する概念図を、図７に示す。実施の形態１の場合である図１と相違する点は、下側のヒーター６の金属フランジ７も大きさＲ２の抵抗１１Ｄの電位が低い方の端子に接続されている点である。図２の等価回路も図１の場合と同じで、スイッチ１１Ｐが入りになる条件が、下側のＵ字管６Ｂの最下部が水と接するようになることである点だけが相違する。
【００３７】
この実施の形態２によれば、２個のヒーター６が両方とも貯水タンク１または電極１０に対して陽極になることがないので、両方のヒーター６を溶融から保護することができるという効果が有る。
ヒーター６が３個以上の場合も、すべてのヒーター６を水検知センサ１１の陰極として使用すれば、すべてのヒーター６を溶融から保護できる。
【００３８】
実施の形態３．
この実施の形態３は、筐体９を上側の金属フランジ７に取り付けるように、実施の形態２を変更した場合である。この実施の形態３での電気温水器の構成を説明する概念図を、図８に示す。実施の形態２の場合である図７と相違する点は、筐体９を貯水タンク１ではなく上側の金属フランジ７に取り付けている点である。電極１０は、実施の形態２の場合と同様に、上側のヒーター６よりも上の位置である。
【００３９】
この実施の形態３でも、２個のヒーター６が両方とも貯水タンク１または電極１０に対して陽極になることがないので、両方のヒーター６を溶融から保護することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１での電気温水器の構成を説明する概念図である。
【図２】この発明の実施の形態１での水検知センサの等価回路を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１での貯水タンクの内部で電流が流れる経路を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１での電極と貯水タンクとの間だけが不良導通した場合の動作を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１での金属フランジと貯水タンクとの間だけが不良導通した場合の動作を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１での電極と貯水タンクとの間と金属フランジと貯水タンクとの間がともに不良導通した場合の動作を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態２での電気温水器の構成を説明する概念図である。
【図８】この発明の実施の形態３での電気温水器の構成を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ：貯水タンク
２  ：給水配管
３  ：減圧弁
４  ：給湯配管
５  ：逃し弁
６  ：ヒーター（電熱体）
６Ａ：ニクロム線（発熱部）
６Ｂ：Ｕ字管（保護部）
６Ｃ：スイッチ
６Ｄ：交流電源
７  ：金属フランジ
８  ：パッキン
９  ：筐体
１０  ：電極
１１  ：水検知センサ（水検知手段）
１１Ａ：直流電源
１１Ｂ：スイッチ
１１Ｃ：抵抗
１１Ｄ：抵抗
１１Ｅ：比較器
１１Ｆ：端子
１１Ｇ：端子
１１Ｈ：端子
１１Ｊ：端子
１１Ｋ：抵抗
１１Ｌ：抵抗
１１Ｍ：スイッチ
１１Ｎ：抵抗
１１Ｐ：スイッチ
１２  ：制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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