(57)【要約】【課題】  簡単構造、低コスト、低消費電力で、安全な省エネ型電気給湯設備を提供することを目的とする。【解決手段】  省エネ型電気給湯設備１０、５０において、貯湯タンク１２にそれぞれ膨張水生成部２０、予熱水生成部２６及び予混合温水生成部２８を設け、膨張水生成部で発生させた膨張水を予混合温水生成部に供給して予熱水と膨張水とを混合して予熱混合温水を生成し、この予熱混合温水を膨張水生成部に循環することで、効率的に給湯可能とする。【選択図】  図１
2005114332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第１領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第２領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第３領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記膨張水を前記予混合温水生成部に供給する膨張水供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える省エネ型電気給湯設備。
【請求項２】
請求項１において、前記膨張水生成部の外壁が赤外線輻射体から構成され、前記膨張水生成部に内蔵された遠赤外線ヒータを備える省エネ型電気給湯設備。
【請求項３】
給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第１領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する液層及び膨張水の生成時に蒸気により圧力が上昇する空気層とからなる膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第２領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第３領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記蒸気を前記予混合温水生成部に供給する蒸気供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える省エネ型電気給湯設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は電気給湯器に関し、とくに、省エネ型電気給湯設備に関する。
【背景技術】
【０００２】  米国特許第５４４２１５７号には貯湯タンクの中間部において、上下領域にそれぞれ電気ヒータを配置し、給水管を水面近くに開口させ、給湯管を貯湯タンクの下方に開口するように配置された電気給湯設備が開示されている。【０００３】  特開平０９−２８０６５５号には貯湯タンクの下部に分離板を配置して貯湯タンクの下方に下部加熱部を形成し、該加熱部内にヒータを収納し、該分離板から貯湯タンクの上方にかけて延びる導湯管を配置し、該導湯管の下端部に開閉弁を設置し、前記下部加熱部の給水が高温の湯になると、開閉弁を開放して湯を前記導湯管を介して前記貯湯タンクの上部にガイドするような構成を備えた即熱式電気温水器が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  米国特許第５４４２１５７号の電気給湯設備では、給水管から供給された冷水が貯湯タンク上部の高温の湯と直接混合されると共に、上部電気ヒータ近辺に導入されるため、電気ヒータの加熱エネルギーは直接冷水に吸収されて冷水の温度がなかなか上昇しない。また、上部電気ヒータで充分に加熱され得なかった給水は低温のままで貯湯タンクの下方に移動する。そのため、低温の給水は下方の電気ヒータの下部領域に達してその領域の温水の温度を低下させる。従って、アウトレットから給湯するまでには長時間がかかっていた。この問題を解決しようとすると、電力消費が大きくなり、低コストで湯を生成することは困難であった。さらに、この電気給湯設備を屋内設置型給湯器として利用した場合、貯湯タンクの膨張水や蒸気が圧力逃がし弁から外部に吹き出して床面に落下してしまう。膨張水は高温のため、利用者にとって極めて危険であり、取り扱いに不便が生じていた。【０００５】  特開平０９−２８０６５５号の即熱式電気温水器では、給水管から供給された新鮮な冷水が下部加熱部内に直接流入して内部の湯の温度を低下させる構造となっている。下部加熱部内では高温の湯が生成されたときに、開閉弁を開放して、該湯を貯湯タンク上部へ供給しているが、下部加熱部内で冷水が加熱ヒータと接触しているため、開閉弁が開放されるまでの加熱時間が長くなって、給湯管がある貯湯タンク上部には湯が比較的長い時間供給されない。したがって、貯湯タンクの上部から給湯を介しするまでの加熱時間が極めて長くなり、一度湯を使い切った後に、湯を沸かして取り出すまでの待機時間が１時間近くに達して、極めて長いという問題があった。従って、一度湯を使い切った後に、湯を沸かして取り出すまでに電気ヒータに連続的に大電流を流すために、大量の電力を消費することになり、地球温暖化対策の観点から、早急な省エネ対策が望まれていた。さらに、前記電気温水器は構造が複雑で部品点数が多く、製造コストも必然的に高いという欠点があった。また、貯湯タンクで生じる膨張水の安全対策が施されていないため、不具合があった。【０００６】  本発明は上記問題点を解消して、構造が簡単で、低コストであり、しかも、極めて低消費電力で安全に給湯することが可能な省エネ型電気給湯設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  請求項１記載の本発明は、省エネ型電気給湯設備が給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第１領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第２領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第３領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記膨張水を前記予混合温水生成部に供給する膨張水供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える。【０００８】  請求項２記載の発明は、請求項１において、前記膨張水生成部の外壁が赤外線輻射体から構成され、前記膨張水生成部に内蔵された遠赤外線ヒータを備える。【０００９】  請求項３記載の発明は、省エネ型電気給湯設備が給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第１領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する液層及び膨張水の生成時に蒸気により圧力が上昇する空気層とからなる膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第２領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第３領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記蒸気を前記予混合温水生成部に供給する蒸気供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の省エネ型電気給湯設備によれば、貯湯タンクに設けた膨張水生成部で膨張水を発生させるとともに、予熱水生成部で膨張水生成部の外壁で給水から予熱水を生成し、この膨張水を予混合温水生成部に供給して予熱水と混合して予混合温水を生成し、予混合温水と膨張水との比重差を利用して、予混合温水を予混合温水循環路を介して膨張水生成部に循環可能としたため、膨張水生成部には常に予混合温水が供給されて遠赤外線ヒータにより加熱されることとなり、急速に熱湯を生成することができる。なお、予混合温水生成部が予熱水生成部に配置されているため、貯湯タンク上部の給水は予混合温水生成部の外壁によっても加熱されることとなって、効率的に予熱水が生成される。従って、簡単な構造にて、少ない消費電力で、給湯することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、本発明の省エネ型電気給湯設備の各実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】  図１は本発明の第１実施形態の省エネ型電気給湯設備を示す。図１において、省エネ型電気給湯設備１０は第１領域１２Ａ、第２領域１２Ｂ及び第３領域１２Ｃを有する貯湯タンク１２を備える。給水管１４は第３領域１２Ｃの下部に開口し、給湯管１６は第１領域１２Ａの上部に開口する。貯湯タンク１２の第１領域１２Ａには赤外線輻射体からなる隔壁板（外壁）１８によって密閉された膨張水生成部２０が形成される。膨張水生成部２０は高温部２０Ａ及び低温部２０Ｂを有する。膨張水生成部２０は貯湯タンク１２の側壁部及び隔壁板１８によって囲まれたものとして示されているが、隔壁板１８を箱形に形成してその中に密閉するように膨張水生成部２０を形成しても良い。貯湯タンク１２の隔壁板１８は赤外線輻射体としても機能し、後述の遠赤外線により加熱されて赤外線輻射エネルギーを放射して膨張水生成部２０に接触している給水を加熱する。膨張水生成部２０内には遠赤外線ヒータ２２が収納され、コントローラ２４によって電力の供給が制御される。遠赤外線ヒータ２２はカーボンワイヤ発熱体と該カーボンワイヤ発熱体に被覆された石英ガラス被覆層等の絶縁体からなり、カーボンワイヤ発熱体の通電時に表面温度が５００〜１２００℃まで瞬時に上昇して、予混合温水から瞬時に膨張水を生成する。また、貯湯タンク１２の第３領域１２Ｃには予熱水生成部２６が形成される。【００１３】  貯湯タンク１２の第２領域１２Ｂには予混合温水生成部２８が配置され、予混合温水生成部２８の外壁部は予熱水生成部２６に露出していて予熱水を加温する。予混合温水生成部２８は両端が閉塞された円筒状又は矩形状の予混合温水生成室３０からなり、予混合温水生成室３０は空気層３０Ａと液層３０Ｂに分離される。予混合温水生成室３０は予熱水導入管路３２を備え、予熱水導入管路３２の上端部及び下端部はそれぞれ、空気層３０Ａ並びに予熱水生成部２６の上部に連通し、予熱水生成部２６の予熱水を予混合温水生成室３０内に導入する。さらに、予混合温水生成室３０の空気層３０Ａには膨張水供給管路３４の上端部が開放され、その下端部は膨張水生成部２０の隔壁板１８を介して高温部２０Ａに開口し、高温部２０Ａの膨張水を予混合温水生成室３０に供給する。また、予混合温水生成室３０の予混合温水を膨張水生成部２０へ循環させるために、一端が予混合温水生成室３０に開口し、他端が膨張水生成部２０の低温部２０Ｂに開口した予混合温水循環路３６が配置される。なお、符号３８は貯湯タンク１２の水位が所定値以上に高くなるのを防止するために、上端が水位センサ４０より若干高くなるように第２領域１２Ｂに配置された溢水管である。【００１４】  貯湯タンク１２の第１領域１２Ａの底部には温度センサ４２が配置されていて膨張水生成部２０の低温部２０Ｂの膨張水の温度を検出する。さらに、貯湯タンク１２の第３領域１２Ｃの下部に温度センサ４４が配置されていて予熱水の温度を検出する。これら温度センサ４２，４４の温度検出信号はコントローラ２４に供給される。コントローラ２４は、温度センサ４２，４４に対応した温度制御マップが収納されていて、例えば、設定温度が例えば、９５℃に設定されていて、第２領域１２Ｂ下部の予熱水の温度が設定温度（例えば、９５℃）にまで上昇した時に遠赤外線ヒータ２２への電力の供給を停止する。【００１５】  次に、上記構成の省エネ型電気給湯設備の湯沸かし動作につき、説明する。先ず、給湯管１６を開放した状態で、貯湯タンク１２に給水管１４から給水を開始する。このとき、予混合温水生成室３０の上部近辺まで水位が上昇すると、給水の一部は予熱水導入管路３２を経て予混合温水生成室３０に流入し、予混合温水循環路３６を介して膨張水生成部２０に流入し、給湯管１６から給水が出始めた段階で、給湯管１６を閉塞する。次に、給水は水位センサ４０の水位検出レベルまで上昇し、水位検出信号がコントローラ２４に送出される。このとき、コントローラ２４により、遠赤外線ヒータ２２が通電して膨張水生成部２０を加熱して膨張水を生成する。遠赤外線ヒータ２２は５００℃〜１０００℃まで上昇するため、急速に一部蒸気が混入された高温の膨張水が生成される。この膨張水は膨張水供給管路３４を介して、予混合温水生成部２８に吹き出して液層３０Ｂの予熱水と混合して予混合温水を生成する。この予混合温水の比重は膨張水の比重よりも重いため、予混合温水循環路３６を介して、膨張水生成部２０に循環され、再度、加熱されて膨張水として膨張水供給管路３４を介して、予混合温水生成部２８に供給される。これら一連の工程が繰り返されて予混合温水生成部２８の予混合温水の温度が上昇する。この間に、予熱水生成部２６の低域に存在する給水は膨張水生成部２０の隔壁板１８によっても赤外線で加熱され、また、予熱水生成部２６の高域に存在する給水は予混合温水生成部２８の外壁によっても加熱されて急速に予熱水が生成される。予熱水生成部２６の低域の予熱水が設定温度（略９５℃）の近傍（略９４℃）まで上昇すると、コントローラ２４によって遠赤外線ヒータ２２の通電を停止する。温度センサ４２は空焚き防止用のセンサとして機能し、膨張水生成部２０の温度が異常に上昇したときに、コントローラ２４を介して遠赤外線ヒータ２２の通電を停止するものである。【００１６】  次に、給湯動作につき説明する。蛇口を開けると、給湯管１６から給湯され、水位センサ４０から水位レベルの低下を示す検出信号がコントローラ２４に出力され、給水管１４の給水弁（図示せず）が開放されて貯湯タンク１２内に給水される。この給水によって、予熱水生成部２６の低域の予熱水が設定温度（略９５℃）の近傍（略９４℃）まで低下すると、コントローラ２４によって給水を停止して、遠赤外線ヒータ２２を通電する。このように、水位を徐々に上昇させながら、コントローラ２４によって遠赤外線ヒータ２２を通電しながら予熱水を所定温度範囲に保温する。給湯管１６から給湯されるときに、予熱水生成部２６の予熱水は予熱水導入管路３２から予混合温水生成室３０に導入され、そこで、高温の膨張水と混合されて予混合温水が生成される。この予混合温水は予混合温水循環路３６を介して膨張水生成部２０で再度、遠赤外線ヒータ２２によって加温された後、給湯管１６から外部へ給湯される。
【実施例２】
【００１７】  図２は第２実施形態による省エネ型電気給湯設備５０を示すもので、図１と同一部材には同一符号を付して、冗長な説明を省略する。第２実施形態の省エネ型電気給湯設備５０では、膨張水生成部２０には空気層２０Ｃが形成される。この実施例では、空気層２０Ｃの圧力が蒸気圧で上昇すると、蒸気が蒸気供給管路５２を介して空気層２０Ｃから予混合温水生成部２８に供給されることにより、予混合温水が予混合温水生成部２８から膨張水生成部２０に循環される構造となっている。その他の構成は第１実施例と同一のため、詳細な説明は省略する。【００１８】  上記実施形態において、膨張水生成部は貯湯タンクの側壁と隔壁板とにより構成されるものとして示したが、膨張水生成部は貯湯タンクから独立した構造として形成して予混合温水生成部と連結し、この独立ユニットを貯湯タンクに挿入配置しても良い。
【産業上の利用の可能性】
【００１９】  以上の説明から明らかなように、本発明の省エネ型電気給湯設備によれば、貯湯タンクに設けた膨張水生成部の遠赤外線ヒータ５００℃〜１０００℃の高温で膨張水を発生させて、この膨張水を予混合温水生成部で予熱水と混合して予混合温水を生成し、この予混合温水を膨張水生成部に循環して再度、加熱したため、効率的に給水から熱湯を生成することできる。とくに、給湯時には予熱水生成部の予熱水を再度、予混合温水生成部で高温の膨張水と混合しながら予熱水よりも高温の予混合温水を生成し、この予混合温水を膨張水生成部に還流させるようにしたため、長時間にわたって給湯を継続することができる。従って、遠赤外線ヒータの電力容量を大幅に増加させることなく、簡単な構造にて、少ない電力消費で給湯することができる。従って、家庭や業務用給湯設備或いは殺菌用又は調理用熱水供給手段として、広範な適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の省エネ型電気給湯設備の第１実施形態の概略断面図である。
【図２】本発明の省エネ型電気給湯設備の第２実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２１】１２  貯湯タンク
１４  給水管
１６  給湯管
２０  膨張水生成部
２２  遠赤外線ヒータ
２４  コントローラ
２６  予熱水生成部
２８  予混合温水生成部
３２  予熱水導入管路
３４  膨張水供給管路
３６  予混合温水循環路
４０  水位センサ
４２，４４  温度センサ
５２  蒸気供給管路
【図１】
2005114332.tif 000003
【図２】
2005114332.tif 000004