(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒーターの消費電力を抑えて省エネルギー化を図ることを目的とした凍結予防ヒーター装置を提供すること。【解決手段】パイプ１０の外周面に取り付けているヒーター本体１を断面を略コ字型とした金属カバー３０にて隙間３１を介して覆設する。ヒーター本体１からの周囲に放熱する熱が、空気層の隙間３１にて断熱されると共に、金属カバー３０にて熱が反射、遮熱され、金属カバー３０内の隙間３１の温度が金属カバー３０が存在していない場合よりも高くなり、かかる熱がパイプ１０の外周面を加熱することで、パイプ１０内の水温を温めることができる。実験結果では、ワット数が１６Ｗの標準品と比べて、金属カバー３０を設けた場合では、１２Ｗのヒーター本体１を用いている場合では、槽内温度が−２０℃でパイプ１０の水温を高くすることができた。そのため、消費電力を２５％も抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。【選択図】図３
2013012365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ（１０）内に流通する水の凍結予防用の熱源としてのヒーター本体（１）と、
前記ヒーター本体（１）の略全体を隙間（３１）を介して覆う金属製のカバー（３０）とを
備えていることを特徴とする凍結予防ヒーター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機内に配管されている給排水用のパイプの水の凍結予防に用いられる凍結予防ヒーター装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯機内の給排水用のパイプの凍結予防の目的に使用されているこの種のヒーターは、直方体状のケースに発熱体を収容し、該ケース内に絶縁性の充填剤を充填したものである。図１０はこの種の既存のヒーター本体１を示し、図１０（ａ）はヒーター本体１の平面図を、図１０（ｂ）はヒーター本体１の正面図をそれぞれ示している。
このヒーター本体１は、セラミック製で一面を開口した直方体状のケース２と、このケース２内に納装されて該ケース２の両端よりリード線４を側方へそれぞれ導出させている発熱体３と、この発熱体３を保護する形でケース２内に絶縁性でセメント剤からなる充填剤５とで構成されている。
【０００３】
また、ケース２の両側には溝（図示せず）が凹設されており、この溝を介して前記発熱体３のリード線４が外側方へそれぞれ導出されている。そして、このリード線４の基部側の溝の部分をシリコン樹脂にて封止しており、この封止している部分を封止部６としている。
【０００４】
このヒーター本体１は、給湯機内に配管されているパイプに取り付けられるために、ヒーター本体１の他面側の形状は、図１１に示すように、断面を略半円状とした凹部７が形成されている。また、図１２に示すように、凹部７を断面を略三角形状としたものも提供されている。
そして、図１３及び図１４に示すように、ヒーター本体１の凹部７側をパイプ１０の外面に接触させて銅製のパイプ１０の長手方向と該ヒーター本体１の長手方向とを合わせるようにして配設し、その上から取付金具（図示せず）にて該ヒーター本体１をパイプ１０の表面に装着するようにしている。
【０００５】
なお、給湯機内では、複数のヒーター本体１がパイプ１０の要所に配置されていて、各ヒーター本体１は直列あるいは並列に接続されている。そして、給湯機内の温度が予め設定した所定の温度に低下すれば、図外の制御部によりヒーター本体１の発熱体３に電源が通電され、該ヒーター本体１の熱がパイプ１０へ熱伝達してパイプ１０内の水が凍結しないように予防している。
また、所定の温度まで上昇した場合には、パイプ１０内の水は凍結しないものとしてヒーター本体１の発熱体３への通電が遮断されるようになっている。
【０００６】
この種のヒーターとして、例えば下記に示す特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この特許文献１では、上記ヒーター本体１と同種類のヒーターが用いられており、また、ヒーターを発熱させたとき、表面温度を低く抑えて、周囲の低耐熱部品が接触しても、損傷させないようにするために、ヒーターを覆うヒータカバーを設けている。
このヒータカバーは、発熱体であるヒーターに周囲の低耐熱部品が直接接触しないようにしたものであり、ヒータカバーには周囲の低耐熱部品が直接接触しても部品の損傷を防ぐようにしたものである。
【０００９】
特に、この特許文献１では、周囲の低耐熱部品がヒータカバーに接触しても損傷を防ぐようにしたものであって、そのため、ヒータカバーに熱伝導率の悪いマイカ製を用いている。また、後述するように本発明では、この特許文献１のヒータカバーと同様にヒーター本体１を覆う部材を用いているものの、本発明の部材と特許文献１のヒータカバーとでは、目的及び作用効果を全く異にするものであり、根本的に技術思想が異なるものである。
【００１０】
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、ヒーターの消費電力を抑えて省エネルギー化を図ることを目的とした凍結予防ヒーター装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明の請求項１に記載の凍結予防ヒーター装置では、パイプ１０内に流通する水の凍結予防用の熱源としてのヒーター本体１と、前記ヒーター本体１の略全体を隙間３１を介して覆う金属製のカバー３０とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の凍結予防ヒーター装置によれば、パイプ１０内に流通する水の凍結予防用の熱源としてのヒーター本体１と、前記ヒーター本体１の略全体を隙間３１を介して覆う金属製のカバー３０とを備えていることで、ヒーター本体１からの周囲に放熱する熱が、空気層の隙間３１にて断熱されると共に、金属カバー３０にて熱が反射、遮熱され、金属カバー３０内の隙間３１の温度が金属カバー３０が存在していない場合よりも高くなり、かかる熱がパイプ１０の外周面を加熱することで、パイプ１０内の水温を温めることができる。
実験結果では、ワット数が１６Ｗの標準品と比べて、金属カバー３０を設けた場合では、１２Ｗのヒーター本体１を用いている場合では、槽内温度が−２０℃でパイプ１０の水温を高くすることができた。そのため、ヒーター本体１の消費電力が１２Ｗであり、従来の１６Ｗに対して消費電力を２５％も抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。
ここで、上記ヒーター本体１を給湯機内で用いている場合には、上記特許文献１と比較して以下の利点を有している。上記特許文献では、マイカ製のヒータカバーにてヒーター本体１からの放熱を遮断する構成であり、ヒータカバーから放熱する熱量が少なくなり、以下に示す問題を呈することになる。
すなわち、ヒーター本体１をヒータカバーにて覆ってヒーター本体１にてパイプ１０だけを加熱する特許文献１のような構成であると、給湯機内全体への放熱量が少なくなり、給湯機内の温度が上昇しにくく、氷点下等の低温時に、給湯機を制御しているＩＣ等の電子部品が故障するという問題がある。
この特許文献１の技術思想に対して本発明は、ヒーター本体１を覆うカバーを金属製のカバー（金属カバー３０）を用いており、これは、金属製故にカバー自体に良好な熱伝導性を持たせることで、ヒーター本体１からの熱を金属カバー３０で単に遮断するだけでなく、空気層（隙間３１）を介して金属カバー３０に熱伝導した熱を該金属カバー３０の表面より給湯機内に放熱させる点で、特許文献１の技術思想とは異なるものである。
金属カバー３０の表面から放熱させることで、給湯機内の温度をある程度上昇させることができ、そのため、雰囲気温度が氷点下になっても給湯機内のＩＣ等の電子部品の損傷を防ぐことができる。つまり、この金属カバー３０には給湯機内の電子部品の損傷を防ぐという一石二鳥の機能ないし効果を持たせているものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における凍結予防ヒーター装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における凍結予防ヒーター装置をパイプに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における凍結予防ヒーター装置をパイプに取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における金属カバーを用いない場合の各部の温度を測定するための図である。
【図５】本発明の実施の形態における金属カバーを用いた場合の各部の温度を測定するための図である。
【図６】本発明の実施の形態における各部の温度の測定結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における金属カバーの他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における金属カバーの更に他の例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態における図８に示す金属カバーを用いた場合の図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は既存のヒーターの平面図及び正面図である。
【図１１】凹部の断面を略半円状としたヒーターの側面図である。
【図１２】凹部の断面を略三角形状としたヒーターの側面図である。
【図１３】パイプにヒーターを取り付けた状態を示す図である。
【図１４】パイプにヒーターを取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本発明は、ヒーター本体１からパイプ１０へは、従来と同様に既存のヒーター本体１の熱を伝達して、パイプ１０内の水が凍結するのを予防するものである。
【００１５】
図１は凍結予防ヒーター装置の分解斜視図を示し、この凍結予防ヒーター装置は、パイプ１０に装着されるヒーター本体１と、このヒーター本体１の略全体を覆う断面を略コ字型とした金属カバー３０とで構成されている。図２は、ヒーター本体１を金属カバー３０で覆設している状態の斜視図を、図３はその断面図をそれぞれ示している。
図２及び図３に示すように、金属カバー３０をヒーター本体１に対して隙間３１をあけて該ヒーター本体１の上面と前後面を覆う形で配置している。
【００１６】
なお、パイプ１０へのヒーター本体１の取り付け用の金具や、金属カバー３０のパイプ１０への取り付け用の金具は示していないが、取り付け金具が本発明の要旨ではないので、説明は省略する。
【００１７】
ヒーター本体１が通電されると、ヒーター本体１は発熱し、その発熱した熱は、パイプ１０へ伝導していき、パイプ１０内に水が加熱されることになる。また、ヒーター本体１とパイプ１０との接触は、線接触や点接触であり、本発明の金属カバー３０が無い場合には、従来と同様の構成であるため、ヒーター本体１からのパイプ１０への熱伝導はそれほど効率は良くない。
しかしながら、本発明では、ヒーター本体１を金属カバー３０で覆っていることで、従来のヒーター本体１のワット数（消費電力）より小さなワット数でよく、省エネルギー化を図ることができた。
【００１８】
以下に図３の構成で実験した結果について説明する。図４は雰囲気温度を３℃からマイナス２０℃まで変化させたときのヒーター本体１、パイプ１０、パイプ１０内の水の温度を測定する場合の実験装置を示しており、図４の場合は上記金属カバー３０を用いずに、従来の１６Ｗのヒーター本体１を用いた場合を示している。
実験用の槽５１内の底面には台座５２を置き、この台座５２の上に略コ字型に折曲ないし曲成したパイプ１０を配置し、このパイプ１０の略中央部分にヒーター本体１を配置している。
【００１９】
図４において、ポイントＰ１は、ヒーター本体１の温度を測定するポイントであり、ポイントＰ２、Ｐ３は、パイプ１０の表面温度を測定するポイントであり、ヒーター本体１の中央部分から約１００ｍｍ離れた箇所としている。また、ポイントＰ４は、パイプ１０内に位置し、パイプ１０内の水の温度を測定するポイントであり、パイプ１０は、直径１５ｍｍで４０ｃｃの水を入れている。ポイントＰ５は槽５１の内部の温度を測定するポイントである。
【００２０】
各ポイントＰ１〜５での温度測定は周知の温度センサを用いており、槽５１の内部の温度を３℃から−２０℃まで変化させたときの各部の温度を測定する。図４で用いたヒーター本体１は、消費電力が１６Ｗの標準品であり、この標準品を用いた場合と、標準品より消費電力が少ない１２Ｗのヒーター本体１で上記金属カバー３０を用いた場合の各部の温度の測定結果を比較することで、省エネルギー化を実証しようとするものである。
図５は、図４の場合と同様の構成であるが、ヒーター本体１を金属カバー３０で覆った場合の構成である。
【００２１】
図６のＡは、ヒーター本体１の入力ワット数（消費電力）が１６Ｗの標準品（現在、給湯機内で実際に使用されているヒーター）で、図４の状態で各部の温度を測定した結果を示し、図６のＢは、ヒーター本体１の入力ワット数（消費電力）を１２Ｗとして、金属カバー３０でヒーター本体１を覆設せずに測定した結果を示している。また、図６のＣは、ワット数を１２Ｗとしたヒーター本体１を金属カバー３０にて覆った場合の測定結果を示している。
【００２２】
図６において、槽内設定温度は、１２時間かけて徐々に３℃から−２０℃まで降下させ、槽内温度が−２０℃になってから２時間、−２０℃を保持している。「ヒーター本体温度」で、「ｍａｘ温度」は、通電してからのヒーター本体１の最高に上昇した温度を示し、槽内温度の０℃、−１０℃、−２０℃、−２０℃飽和時点での温度をそれぞれ左側に記載している。槽内温度が低下するにしたがいヒーター本体１の温度も徐々に低下している。
【００２３】
「左、右パイプ温度」は、図４及び図５に示すように、本来は左右の温度であるが、左右の温度がほぼ同一だったので、各左側に各槽内温度に対応した温度を記載している。「ｍａｘ温度」は、通電してから最高温度を示している。パイプ１０の温度も槽内温度が低下するにしたがい徐々に低下している。
「水温」は、パイプ１０内の水の温度を示し、「ｍａｘ温度」は上記と同様に通電してからの最高の温度を示している。槽内温度が低下するにしたがい水温も低下し、実際に使用されている１６Ｗの標準品で、槽内温度が０℃の時に、パイプ１０内の水温が２５．３℃、槽内温度が−１０℃の時に水温が１５．６℃、槽内温度が−２０℃の時に水温が４．２℃、槽内温度が−２０℃の飽和時に水温が４．２℃という測定結果を得た。
【００２４】
ヒーター本体１に１６Ｗの標準品を用いていることで、ヒーター本体１からの熱がパイプ１０に伝達されて、この熱伝達により槽内温度（雰囲気温度）が−２０℃になった場合や、−２０℃を２時間保持させた場合でも、パイプ１０内の水温は共に４．２℃であり、パイプ１０内の水が凍結するのを予防している。
【００２５】
図６のＢでは、ヒーター本体１のワット数をＡの１６Ｗから、単純に１２Ｗとした場合であり、その測定結果は、槽内温度が０℃の時に水温が１９．７℃、槽内温度が−１０℃の時に水温が１０．１℃、槽内温度が−２０℃の時に水温が０．６℃、槽内温度が−２０℃の飽和時に水温が０．３℃という測定結果を得た。
したがって、ヒーター本体１の消費電力（ワット数）を単に１２Ｗとした場合は、槽内温度が−２０℃では、パイプ１０内の水温が氷点下近くになり、１６Ｗの標準品と比べても大きく低下し、実使用上難しいという結果を得た。
【００２６】
一方、ヒーター本体１のワット数をＢと同じ１２Ｗとして、ヒーター本体１に金属カバー３０を覆設した場合の測定結果を、図６のＣに示す。すなわち、槽内温度が−１０℃の時に、水温が１７．３℃、槽内温度が−２０℃の時に、水温が５．６℃、槽内温度が−２０℃を２時間保持させた飽和状態で、水温が５．６℃であり、１６Ｗの標準品の場合よりも水温が高いという結果を得た。
しかも、ヒーター本体１の消費電力は、１２Ｗであり、１６Ｗに対して消費電力を２５％も抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
ここで、金属カバー３０でヒーター本体１を覆うことで、１６Ｗの標準品より消費電力が少ない１２Ｗのヒーター本体１でも良いのは、以下のことが考えられる。すなわち、ヒーター本体１からの周囲に放熱する熱が、空気層の隙間３１にて断熱されると共に、金属カバー３０にて熱が反射、遮熱され、金属カバー３０内の隙間３１の温度が金属カバー３０が存在していない場合よりも高くなり、かかる熱がパイプ１０の外周面を加熱することで、パイプ１０内の水温を温めているものと考えられる。
【００２８】
なお、金属カバー３０の材料としては、ステンレス、鉄、アルミ、銅、真鍮のいずれかを用いても良い。また、図１に示すような断面を略コ字型とした金属カバー３０に対して、図７に示すような断面を逆Ｕ字状にした金属カバー３０を用いた場合でも、同様の効果を得た。
【００２９】
図８及び図９は金属カバー３０の更に他の例を示し、図１で示すような両側の面が開口したタイプの金属カバー３０ではなく、両側の面を閉塞したタイプの金属カバー３０を用いた場合である。この金属カバー３０の両側の側片３３には、ヒーター本体１のリード線４を挿通させる溝３４が切り欠き形成され、さらに、この溝３４の下部と連通しパイプ１０の表面の形状に合わせて湾曲した切欠部３５が形成されている。
かかる場合でも図３に示す場合と同様の結果を得た。
【００３０】
ここで、上記特許文献１のように、マイカ製のヒータカバーにてヒーター本体１からの放熱を遮断する構成であると、ヒータカバーから放熱する熱量が少なくなり、以下に示す問題を呈することになる。
すなわち、ヒーター本体１をヒータカバーにて覆ってヒーター本体１にてパイプ１０だけを加熱する特許文献１のような構成であると、給湯機内全体への放熱量が少なくなり、給湯機内の温度が上昇しにくく、氷点下等の低温時に、給湯機を制御しているＩＣ等の電子部品が故障するという問題がある。
【００３１】
この特許文献１の技術思想に対して本発明は、ヒーター本体１を覆うカバーを金属製のカバー（金属カバー３０）を用いており、これは、金属製故にカバー自体に良好な熱伝導性を持たせることで、ヒーター本体１からの熱を金属カバー３０で単に遮断するだけでなく、空気層（隙間３１）を介して金属カバー３０に熱伝導した熱を該金属カバー３０の表面より給湯機内に放熱させる点で、特許文献１の技術思想とは異なるものである。
金属カバー３０の表面から放熱させることで、給湯機内の温度をある程度上昇させることができ、そのため、雰囲気温度が氷点下になっても給湯機内のＩＣ等の電子部品の損傷を防ぐことができる。つまり、この金属カバー３０には給湯機内の電子部品の損傷を防ぐという一石二鳥の機能ないし効果を持たせているものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  ヒーター本体
１０  パイプ
３０  金属カバー
３１  隙間
【図１】
2013012365.tif 000003
【図２】
2013012365.tif 000004
【図３】
2013012365.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013012365.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013012365.tif 000012
【図１１】
2013012365.tif 000013
【図１２】
2013012365.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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