(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁部に給水口が設けられ上壁部に給湯口が設けられた貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの内部に配置された電気ヒータと、
前記貯湯タンクの内部に配置されて前記給水口と所定の間隔を開けて対向する整流板を備えたバッフル構造体とを具備し、
前記バッフル構造体が、前記電気ヒータにより加熱された湯によって構成される高温領域と前記給水口から供給される水によって構成される低温領域との間に前記湯と前記水とが混合して形成される境界層の厚みの増加を抑制するように構成されている貯湯式電気温水器であって、
前記バッフル構造体は、前記給水口から流入する水の動圧によって前記整流板の位置が変位するように前記整流板を変位可能に支持する整流板支持構造を有し、
前記整流板支持構造は、前記整流板を前記給水口側に付勢する付勢機構を有しており、
前記整流板の重量、前記給水口から流入する水との対向面積及び前記付勢機構の付勢力は、前記動圧とのバランスによって定まる前記整流板の位置が、前記境界層の厚みの増加を抑制できる位置になるように定められていることを特徴とする貯湯式電気温水器。
【請求項２】
底壁部に給水口が設けられ上壁部に給湯口が設けられた貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの内部に配置された電気ヒータと、
前記貯湯タンクの内部に配置されて前記給水口と所定の間隔を開けて対向する整流板を備えたバッフル構造体とを具備し、
前記バッフル構造体が、前記電気ヒータにより加熱された湯によって構成される高温領域と前記給水口から供給される水によって構成される低温領域との間に前記湯と前記水とが混合して形成される境界層の厚みの増加を抑制するように構成されている貯湯式電気温水器であって、
前記バッフル構造体は、前記給水口から流入する水の動圧によって前記整流板の位置が変位するように前記整流板を変位可能に支持する整流板支持構造を有し、
前記整流板支持構造は、前記底壁部の内壁に前記給水口を囲むように固定された複数の支持ロッドと、前記整流板に形成されて前記複数の支持ロッドに移動自在にそれぞれ嵌合される嵌合孔と、前記整流板が前記複数の支持ロッドに沿って移動する移動範囲を限定する整流板移動位置限定手段とから構成されていることを特徴とする貯湯式電気温水器。
【請求項３】
給水口を有する底壁部が構造物により支持される平板状の壁部からなり、前記底壁部の最小差渡し寸法より高さ寸法が短い薄形の貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの内部に配置された電気ヒータと、
前記貯湯タンクの内部に配置されて前記給水口と所定の間隔を開けて対向する整流板を備えたバッフル構造体とを具備し、
前記バッフル構造体が、前記電気ヒータにより加熱された湯によって構成される高温領域と前記給水口から供給される水によって構成される低温領域との間に前記湯と前記水とが混合して形成される境界層の厚みの増加を抑制するように構成されている貯湯式電気温水器であって、
前記バッフル構造体は、前記給水口から流入する水の動圧によって前記整流板の位置が変位するように前記整流板を変位可能に支持する整流板支持構造を有し、
前記整流板支持構造は、前記動圧が大きくなると前記給水口から離れる方向に前記整流板が動き、前記動圧が小さくなると前記給水口に近付く方向に前記整流板が動くように、前記整流板を変位可能に支持していることを特徴とする貯湯式電気温水器。
【請求項４】
前記整流板の重量及び前記給水口から流入する水との対向面積は、前記動圧とのバランスによって定まる前記整流板の位置が、前記境界層の厚みの増加を抑制できる位置になるように定められている請求項３に記載の貯湯式電気温水器。
【請求項５】
前記整流板支持構造は、前記整流板を前記給水口側に付勢する付勢機構を有しており、
前記整流板の重量、前記給水口から流入する水との対向面積及び前記付勢機構の付勢力は、前記動圧とのバランスによって定まる前記整流板の位置が、前記境界層の厚みの増加を抑制できる位置になるように定められている請求項３に記載の貯湯式電気温水器。
【請求項６】
前記整流板支持構造は、前記底壁部の内壁に前記給水口を囲むように固定された複数の支持ロッドと、前記整流板に形成されて前記複数の支持ロッドに移動自在にそれぞれ嵌合される嵌合孔と、前記整流板が前記複数の支持ロッドに沿って移動する移動範囲を限定する整流板移動位置限定手段とから構成されている請求項３に記載の貯湯式電気温水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式電気温水器に関し、特にその給水口に対応して設けられたバッフル構造体の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、貯湯式電気温水器の貯湯タンクとして、種々の形状の貯湯タンクが提案されている。例えば、図６に示す従来提案された貯湯タンク１´は、半球状のタンク本体１´ａとこのタンク本体１ａの下部開口部を閉塞する底壁部１´ｂとを備えている。そして底壁部１ｂに給水口２´が設けられタンク本体１´ａの上部に給湯口３´が設けられている。この貯湯タンク１´の内部には、電気ヒータ４´が配置され、また給水口２´と所定の間隔を開けて対向する整流板５´を備えたバッフル構造体６´が配置されている。なお、４´ａはタンク本体１´ａの外面に設けられている電気ヒータ４´の端子部である。
【０００３】
貯湯タンク１´は、本例では底壁部１´ｂの寸法に対して高さ寸法が小さい薄型構造のものを示しているが、底壁部１´ｂの寸法より高さ寸法が大きい縦型構造のものも勿論ある。本例のような薄型の貯湯タンク１´は、通常建物の床下のコンクリートスラブの如き構造物即ち支持体７´上に図示しない断熱材を介して設置されている。平板状をなす底壁部１´ｂの機械的強度が弱いので、この底壁部１ｂを建物の床下のコンクリートスラブの如き支持体７´の上に設置することにより、この支持体７´で底壁部１´ｂを補強している。
【０００４】
バッフル構造体６´は、電気ヒータ４´により加熱された湯によって構成される高温領域８´ａと給水口２´から供給される水によって構成される低温領域８´ｂとの間に湯と水とが混合して形成される境界層８´ｃの厚みの増加を抑制するように構成されている。即ち、給水口２´から供給される水が直接真上に上昇すると、高温領域８´ａがこの供給水によってかき乱され、境界層８´ｃの厚みが増加してしまうので、給水口２´から供給される水の向きを整流板５´によって横向きに方向転換させて整流し、供給水の動圧を低下させた後、この供給水を低速度で上昇させることにより境界層８´ｃをかき乱さず、境界層８´ｃの厚みの増加を抑制するようになっている。
【０００５】
このような機能をもつ従来のバッフル構造体６´は、図６及び図７に示すように、給水口２´に対して所定間隔で対向する整流板５´と、この整流板５´を貯湯タンク１´の底壁部１´ｂに支持させるためこの整流板５´の外周に等間隔で下向きに突設されて先端が横向きになっている３本の固定脚９´からなる整流板支持構造１０´とで構成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の貯湯式電気温水器におけるバッフル構造体６´の整流板５´は、貯湯タンク１´の底壁部１´ｂに対して所定間隔を維持するように３本の固定脚９´で固定されていたので、給水口２´からの供給水の流量変化に伴って整流効果にバラツキが生じていた。そのため、給水口２´からの給水流量が増大すると、横向きの流速が上がって、低温領域８´ｂ内の水流が乱れることにより、その上部にある境界層８´ｃが乱れてその厚さが厚くなって、有効貯湯量が減少する問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、貯湯タンクへの給水流量が変化しても、高温領域と低温領域との間に形成される境界層の厚みが増加するのを抑制できる貯湯式電気温水器を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、平板状の底壁部が構造物によって支持される薄形の貯湯タンク内において、貯湯タンクへの給水流量が変化しても、高温領域と低温領域との間に形成される境界層の厚みが増加するのを抑制できる貯湯式電気温水器を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、貯湯タンクへの給水流量の変化に基づく動圧の変化を利用して給水口と整流板との間の距離を自動的に変化させることにより境界層の厚みが増加するのを抑制する貯湯式電気温水器を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、動圧の変化を利用して給水口と整流板との間の距離を自動的に変化させる場合の変化量の調整が容易な貯湯式電気温水器を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、簡単な構造で給水口と整流板との間の距離を自動的に変化させることができるバッフル構造体を備えた貯湯式電気温水器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする貯湯式電気温水器は、底壁部に給水口が設けられ上壁部に給湯口が設けられた貯湯タンクと、貯湯タンクの内部に配置された電気ヒータと、貯湯タンクの内部に配置されて給水口と所定の間隔を開けて対向する整流板を備えたバッフル構造体とを具備する。貯湯タンクの構造は任意であるが、本発明は、給水口を有する底壁部が構造物により支持される平板状の壁部からなり、底壁部の最小差渡し寸法より高さ寸法が短い薄形の貯湯タンクに用いるのに最適である。本発明で底壁部の最小差渡し寸法とは、底壁部の中心を通る各方向の線分の寸法のうち、最小の寸法をいう。バッフル構造体は、電気ヒータにより加熱された湯によって構成される高温領域と給水口から供給される水によって構成される低温領域との間に湯と水とが混合して形成される境界層の厚みの増加を抑制するように構成されている。
【００１３】
本発明においては、バッフル構造体が、給水口から流入する水の動圧によって整流板の位置が変位するように整流板を変位可能に支持する整流板支持構造を有している。この整流板支持構造は、動圧が大きくなると給水口から離れる方向に整流板が動き、動圧が小さくなると給水口に近付く方向に整流板が動くように、整流板を変位可能に支持する。また別の見方をすると、動圧が大きくなると給水口と整流板との間の距離が大きくなり、動圧が小さくなると給水口と整流板との間の距離が小さくなるように、整流板支持構造は整流板を変位可能に支持する。
【００１４】
バッフル構造体の整流板は、給水口から流入した水を整流板に沿って横方向に向きを変えることにより、給水口から境界層に水が直接向かわないようにしている。従来のように、整流板を固定した場合には、給水口から供給される水の流量が増大すると、横向きの流速が上がって、低温領域の水流が乱れ、境界層の厚みが増加する。また、流量が予想量よりも減少すると、横向きの流速は低下するにもかかわらず、低温領域に波打ち現象が発生して境界層が増加する。いずれにしても流量の変化は、低温領域の上にある境界層の厚みを増加させる。
【００１５】
これに対して、本発明のように流量の変化に伴う水の動圧の変化により整流板の位置が変位するように、整流板支持構造を構成すると、流量が増加したときには、整流板が給水口から離れる方向に移動し、水の動圧とバランスする位置で整流板は停止する。また、流量が減少した場合には、整流板が給水口に近付く方向に移動して、水の動圧とバランスする位置で整流板は停止する。
【００１６】
本発明によれば、流量が増加したときには、整流板が給水口から離れる方向に移動することにより整流板に沿って流れる横向きの流速が減少する。また流量が減少したしたときには、整流板が給水口に近付く方向に移動して、整流板に沿って流れる横向きの流速を増加させる。その結果、横向きの流速の変化幅が小さくなって、低温領域内での水流の乱れまたは波打ち現象の発生を抑制して、境界層の厚みが増大するのを抑制する。特に、貯湯タンクの高さ寸法が短くなるほど、境界層の厚みの増大の抑制は、有効貯湯量の減少を抑制することになって、効果を発揮する。
【００１７】
本発明においては、整流板の重量及び給水口から流入する水との対向面積は、水の動圧と整流板の重量とのバランスによって定まる整流板の位置が、境界層の厚みの増加を抑制できる位置になるように定める。これは整流板の重量が重くなり過ぎたり、整流板の対向面積が極端に小さくなったりまたは極端に大きくなると、動圧の変化に応じて整流板が変位しても、横向きの流速が、境界層の増加を抑制できる範囲に入らなくなるからである。したがって見方を変えると、整流板の重量及び給水口から流入する水との対向面積は、水の動圧と整流板とのバランスによって定まる整流板の位置に基づく横向きの流速が、境界層の厚みの増加を抑制できる範囲内に入るように定めることになる。
【００１８】
整流板支持構造を、底壁部の内壁に給水口を囲むように固定された複数の支持ロッドと、整流板に形成されて複数の支持ロッドに移動自在にそれぞれ嵌合される嵌合孔と、整流板が複数の支持ロッドに沿って移動する移動範囲を限定する整流板移動位置限定手段とから構成すると、簡単な構成でバッフル構造体を構成できる。
【００１９】
なお整流板を給水口側に付勢する付勢機構を整流板支持構造に設けると、付勢機構の付勢力を変えるだけで、整流板と水の動圧とのバランス調整ができるため、整流板支持構造の汎用性が増す。このような付勢機構の構造は任意であるが、例えば付勢機構を、複数の支持ロッドに嵌合され且つ複数の支持ロッドの非固定側端部と整流板との間に配置されて、整流板を給水口に向かって付勢するコイルスプリングを含んで構成すると、簡単な構成で付勢機構を備えた整流板支持構造を構成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）（Ｂ）及び図２（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る貯湯式電気温水器における実施の形態の第１例を示したものである。この貯湯式電気温水器は、底壁部１ｂに給水口２が設けられ、タンク本体１ａの上壁部１ｃに給湯口３が設けられた貯湯タンク１と、貯湯タンク１の内部に配置された電気ヒータ４と、貯湯タンク１の内部に配置されて給水口２と所定の間隔を開けて対向する整流板５を備えたバッフル構造体６とを具備している。タンク本体１ａは、湾曲した上壁部１ｃと筒状の周壁部１ｄとから構成される。
【００２１】
本例の貯湯式電気温水器においては、バッフル構造体６の構造に特徴がある。このバッフル構造体６は、給水口２から流入する水の動圧によって整流板５の位置が変位するように整流板５を変位可能に支持する整流板支持構造１０（図２）を有している。この整流板支持構造１０は、給水口２から流入する水の動圧が大きくなると給水口２から離れる方向に整流板５が動き、動圧が小さくなると給水口２に近付く方向に整流板５が動くように、整流板５を変位可能に支持している。本例の整流板支持構造１０は、底壁部１ｂの内壁に給水口２を囲むように周方向に等間隔で固定された３本の支持ロッド１１と、整流板５に形成されて３本の支持ロッド１１に移動自在にそれぞれ嵌合される嵌合孔１２と、整流板５が３本の支持ロッド１１に沿って移動する移動範囲を限定するストッパーとしての整流板移動位置限定手段１３ａ，１３ｂとから構成されている。整流板移動位置限定手段１３ａは、支持ロッド１１より大径で底壁部１ｂに立設された円柱状部材により構成されている。この整流板移動位置限定手段１３ａの上面に支持ロッド１１が立設されている。整流板移動位置限定手段１３ｂは、支持ロッド１１より大径で支持ロッド１１の上端に連設された円板状部材により形成されており、支持ロッド１１に整流板５を嵌合させた後に、支持ロッド１１の先端に固定される。このような支持ロッド１１と整流板移動位置限定手段１３ａ，１３ｂは、切削加工，成形，鋳造等で形成することができる。
【００２２】
このような構造の貯湯式電気温水器においては、給水口２から水を貯湯タンク１内に供給すると、この水は整流板５に当たって横向きに向きを変えて流れ、この横向きの流速が低下若しくは失速したところで徐々に上昇する。
【００２３】
このとき、給水口２から供給される水の動圧に応じてバッフル構造体６の整流板５が支持ロッド１１をガイドとして昇降する。即ち、動圧が大きくなると給水口２から離れる方向に整流板５が動き、動圧が小さくなると給水口２に近付く方向に整流板５が動く。別な見方をすると、動圧が大きくなると給水口２と整流板５との間の距離が大きくなり、動圧が小さくなると給水口２と整流板５との間の距離が小さくなる。給水口２から供給される水の動圧により上記のように動いた整流板５は、水の動圧とバランスする位置で停止する。
【００２４】
このようにして整流板５を昇降させると、給水口２から供給される水の流量が増加したときには、整流板５が給水口２から離れる方向に移動することにより整流板５に沿って流れる横向きの流速が減少する。また、給水口２から供給された流量が減少したしたときには、整流板５が給水口２に近付く方向に移動して、整流板５に沿って流れる横向きの流速を増加させる。その結果、横向きの流速の変化幅が小さくなって、低温領域内での水流の乱れまたは波打ち現象の発生を抑制して、境界層の厚みが増大するのを抑制する。特に、貯湯タンク１の高さ寸法ｈが短くなるほど、境界層の厚みの増大の抑制は、有効貯湯量の減少を抑制することになって、効果を発揮する。
【００２５】
このような昇降式のバッフル構造体６においては、整流板５の重量及び整流板５の給水口２から流入する水との対向面積は、水の動圧と整流板５の重量とのバランスによって定まる整流板５の位置が、境界層の厚みの増加を抑制できる位置になるように定めている。これは整流板５の重量が重くなり過ぎたり、整流板５の対向面積が極端に小さくなったりまたは極端に大きくなると、水の動圧の変化に応じて整流板５が変位しても、横向きの流速が、境界層の増加を抑制できる範囲に入らなくなるからである。したがって見方を変えると、整流板５の重量及び整流板５の給水口２から流入する水との対向面積は、水の動圧と整流板５とのバランスによって定まる整流板５の位置に基づく横向きの流速が、境界層の厚みの増加を抑制できる範囲内に入るように定めている。
【００２６】
整流板５の昇降方向の極端な位置の変化は、整流板移動位置限定手段１３ａ，１３ｂに整流板５が当たることにより阻止される。本例では、整流板移動位置限定手段１３ａにより整流板５の最小高さが確保されるようになっている。
【００２７】
ちなみに貯湯タンク１の底壁部１ｂの直径が１２５cmで、底壁部１ｂと上壁部１ｃの頂点との間の距離（貯湯タンクの高さ寸法）が５０cmであり、給水口２の口径が２８mmで、給水口２から供給される水の流量が１０〜２０ l/minの範囲で変化するとした場合に、直径が２００mmで重さが５ｇの整流板５を用いたとすると、整流板５と給水口２との間の距離が１０mm〜２０mmの範囲で変化すれば、境界層の増加を効果的に抑制できる。なおこの整流板５の重量及び大きさ、整流板５の昇降範囲は、水の動圧、貯湯タンクの高さ寸法等により定まるものであり、上記の数値に本発明が限定されるものではない。
【００２８】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る貯湯式電気温水器における実施の形態の第２例の要部であるバッフル構造体６を示したものである。なお、図２（Ａ）（Ｂ）に示したバッフル構造体６と対応する部分には、同一符号を付けて示している。
【００２９】
このバッフル構造体６においては、整流板５を給水口２側に付勢する付勢機構１４が整流板支持構造１０に設けられている。本例の付勢機構１４は、整流板５の周方向に等間隔で設けられている３本の支持ロッド１１に嵌合され且つこれら支持ロッド１１の非固定側端部である整流板移動位置限定手段１３ｂと整流板５との間に配置されて、整流板５を給水口２に向かって付勢する３個のコイルスプリング１５を含んで構成されている。整流板５の各嵌合孔１２の箇所には、下向きにガイド筒部１６が突設され、整流板５の昇降時に傾かないで昇降できるようになっている。本例の貯湯式電気温水器におけるその他の構成は、前述した第１例と同様になっている。
【００３０】
このように付勢機構１４を設けると、この付勢機構１４の付勢力を変えるだけで、整流板５と水の動圧とのバランス調整ができる。また、付勢機構１４の構造は任意でよいが、本例のようなコイルスプリング１５を用いて付勢機構１４を構成すると、簡単な構成で付勢機構１４を備えた整流板支持構造１０を構成することができる。
【００３１】
図２（Ａ）（Ｂ）及び図３（Ａ）（Ｂ）に示す構造のバッフル構造体６は、図１（Ａ）（Ｂ）に示す半球状や図４に示す円筒状等をなして底壁部の最小差渡し寸法より高さ寸法が短い薄形の貯湯タンク１で用いて好適なものであるが、これに限定されるものではなく、例えば図５に示すような底壁部１ｂの最小差渡し寸法より高さ寸法の方が大きい貯湯タンク１で用いても同様な効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る貯湯式電気温水器においては、バッフル構造体が、給水口から流入する水の動圧によって整流板の位置が変位するように整流板を変位可能に支持する整流板支持構造を有しているので、水の流量が増加したときには整流板が給水口から離れる方向に移動することにより整流板に沿って流れる横向きの流速が減少し、流量が減少したときには整流板が給水口に近付く方向に移動して整流板に沿って流れる横向きの流速を増加し、その結果、横向きの流速の変化幅が小さくなって、低温領域内での水流の乱れまたは波打ち現象の発生を抑制して、境界層の厚みが増大するのを抑制することができる。
【００３３】
特に請求項２及び６の発明によれば、簡単な構成でバッフル構造体を構成できる。
【００３４】
また請求項１及び５の発明によれば、整流板と水の動圧とのバランス調整ができるため、整流板支持構造の汎用性が増す利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）（Ｂ）は本発明に係る貯湯式電気温水器における実施の形態の第１例の平面図及び縦断面図である。
【図２】  （Ａ）（Ｂ）は第１例の貯湯式電気温水器で用いているバッフル構造体の縦断面図及び平面図である。
【図３】  （Ａ）（Ｂ）は本発明に係る貯湯式電気温水器における実施の形態の第２例の貯湯式電気温水器で用いているバッフル構造体の縦断面図及び平面図である。
【図４】  本発明に係る貯湯式電気温水器で用いる貯湯タンクの他の例の斜視図である。
【図５】  本発明に係る貯湯式電気温水器で用いる貯湯タンクの他の例の斜視図である。
【図６】  従来の貯湯式電気温水器の縦断面図である。
【図７】  図６で用いているバッフル構造体の斜視図である。
【符号の説明】
１  貯湯タンク
１ａ  タンク本体
１ｂ  底壁部
１ｃ  上壁部
１ｄ  周壁部
２  給水口
３  給湯口
４  電気ヒータ
４ａ  端子部
５  整流板
６  バッフル構造体
７  支持体
８ａ  高温領域
８ｂ  低温領域
８ｃ  境界層
９  固定脚
１０  整流板支持構造
１１  支持ロッド
１２  嵌合孔
１３ａ，１３ｂ  整流板移動位置限定手段
１４  付勢機構
１５  コイルスプリング
１６  ガイド筒部
【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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