JP2002323260A - 水の瞬間加熱装置 - Google Patents

水の瞬間加熱装置

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JP2002323260A
JP2002323260A JP2001127687A JP2001127687A JP2002323260A JP 2002323260 A JP2002323260 A JP 2002323260A JP 2001127687 A JP2001127687 A JP 2001127687A JP 2001127687 A JP2001127687 A JP 2001127687A JP 2002323260 A JP2002323260 A JP 2002323260A
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JP
Japan
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water
metal tube
coil
supply port
metal pipe
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JP2001127687A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Nomura
年弘 野村
Tetsuo Matsunaga
哲夫 松永
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属管に電流を流して発熱させ、この金属管の
一端の給水口から供給した水を瞬間的に加熱して他端の
湯口から取り出す装置において、金属管に投入する電力
の電力密度を給水口から湯口に向って段階的に変えられ
るようにする。 【解決手段】金属管3の通電経路を給水口1から湯口2
に向って順次長さが大きくなる複数の区間〜に分
け、各区間〜に共通の電源端子u,vから並列に通
電する。電力密度は通電区間の長さの2乗に逆比例する
ので、電力密度は水温の低い給水口側で大きく、水温が
次第に上昇する湯口側に向って順次低下する。電源の変
成器に中間タップを設け、各通電区間に印加する電圧を
変えるよりも構成が簡単になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、水を瞬間的に電
気加熱して、湯又は蒸気を連続的発生させる水の瞬間加
熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記した水の瞬間加熱装置に関し、発明
者らは種々の方式の研究開発を行ない、その成果につい
て先に特許出願した(特開2000-241022号公報参照)。
図6及び図7は、この公開特許公報に掲載された装置の
一部を改めて示すものである。まず、図6は、一端に給
水口1を設け他端に湯口2を設けた断面均一の金属管3
に、給水口1から水を供給しながら通電し、この通電に
よる金属管3の発熱により水を加熱して、湯口2から湯
又は蒸気を連続的に取り出すようにしたものである。図
6(A)に示すように、高周波電源4から変成器5を介
して2次側端子u,v間に得られた低電圧、大電流は、
らせん状に巻かれた金属管3に直に通電されている。図
6(B)は金属管3を蛇状に形成した場合を示してい
る。
【0003】これに対して、図7は、一端に給水口1を
設け他端に湯口2を設けた断面均一の金属管3をらせん
状に巻いて金属管コイルを形成し、この金属管コイルの
巻き始め端部と巻き終わり端部とを短絡導体6で電気的
に短絡するとともに、金属管コイルの外側に電磁コイル
7を配設したものである。図7(A)において、給水口
1から水を供給しながら電磁コイル7に高周波電源4か
ら高周波電流を流し、金属管3及び短絡導体6を流れる
誘導電流による金属管3の発熱により水を加熱して、湯
口2から湯又は蒸気を連続的に取り出す。図7(B)
は、図7(A)の等価回路図である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さて、図6において、
電源端子u,vは金属管3の両端に接続され、金属管3
には全長に渡って同一の電力密度で電流が流れる。ま
た、図7においても、短絡導体6は金属管コイルの両端
間を短絡しており、金属管3には全長に渡って同一の電
力密度で電流が流れる。一方、金属管3内を流れる水の
温度は、給水口側は低く、湯口側に進むにつれて次第に
上昇する。従って、金属管3に投入する加熱電力は、給
水口側から湯口側に向って次第に減少させるのがよい
が、図6及び図7の装置においては、電力密度が金属管
3の全長に渡って一様であり、金属管3内の水温の変化
に応じた電力投入がなされていない。そのため、給水口
側で十分な電力を投入しようとすると、湯口側で過熱・
突沸する危険があり、また過熱・突沸を避けるために電
力密度を下げると、給水口側の水温上昇の立ち上がりが
悪く、結果として所望の流量・温度の熱湯あるいは蒸気
を得るための金属管3の全長が長くなり、それだけ装置
が大型化する。
【0005】一方、金属管に供給する電力密度を給水口
から湯口に向って徐々に低下させる手段として、先に出
願した特開平2000-241022号の発明においては、金属管
に中間タップを有する変成器を介して電流を流すことを
提案している。しかしながら、中間タップを有する変成
器は構造が複雑となりコストアップを招くので、より簡
便な手段が望まれる。また、巻き始め端部と巻き終わり
端部との間を短絡した金属管コイルに誘導電流を流して
加熱する装置の電力密度を変化させる手段については、
上記出願においても示されていない。
【0006】そこで、この発明の課題は、断面均一な金
属管に投入する加熱電力の電力密度を簡便な手段で任意
に変えられるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、一端に給水口を設け他端に湯口を設け
た断面均一の金属管に、前記給水口から水を供給しなが
ら通電し、この通電による前記金属管の発熱により水を
加熱して前記湯口から湯又は蒸気を連続的に取り出すよ
うにした水の瞬間加熱装置において、前記金属管をらせ
ん状、渦巻状又は蛇状に形成するとともに、前記金属管
の通電経路を2以上の区間に分け、これら各区間に共通
の電源端子から並列に通電するようにするものである
(請求項1)。この請求項1によれば、金属管通電経路
の各区間には共通の電源端子から並列に通電されるか
ら、変成器を介して通電する場合においても中間タップ
は不要である。
【0008】請求項1において、前記金属管は、らせん
状に形成するとともに、隣接する前記各区間に通電する
電流の向きを互いに逆にするのがよい(請求項2)。ら
せん状に巻かれた金属管はコイルを形成し、各区間の電
流の極性が同じであると、コイルの1巻きごとの起磁力
が互いに助け合って大きな磁束を形成し、インダクタン
スが大きくなって高周波電流が流れにくくなるが、請求
項2によれば各区間を流れる電流の起磁力は互いに打ち
消し合うので、インダクタンスの増大が抑えられ、また
外部への高周波磁束の漏れが減少する。
【0009】また、この発明は、一端に給水口を設け他
端に湯口を設けた断面均一の金属管をらせん状又は渦巻
状に巻いて金属管コイルを形成し、この金属管コイルの
巻き始め端部と巻き終わり端部とを短絡導体で電気的に
短絡するとともに、前記金属管コイルの外側又は内側に
電磁コイルを配設し、前記金属管コイルに前記給水口か
ら水を供給しながら前記電磁コイルに高周波電流を流
し、前記金属管及び短絡導体を流れる誘導電流による前
記金属管の発熱により水を加熱して、前記湯口から湯又
は蒸気を連続的に取り出すようにした水の瞬間加熱装置
において、前記短絡導体両端の前記金属管コイルとの接
続点の間に、1又は2以上の中間接続点を設け、この中
間接続点を前記金属管コイルの前記巻き始め端部と巻き
終わり端部との間に接続するものとする(請求項3)。
この請求項3によれば、誘導加熱式の装置においても、
金属管コイルの電力密度を短絡導体との接続点間で容易
に変えることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、請求項1に係るこの発明
の実施の形態を示す結線図である。図1において、断面
均一な金属管3は、例えば内径5mm,外径6mmのステンレ
ス管からなり、図示の場合は6巻きのらせん状に巻かれ
ている(なお、金属管3は両端を除いて、単線で描いて
ある。)。金属管3の両端には給水口1及び湯口2がそ
れぞれ設けられ、図示しない電磁弁を介して給水口1か
ら水が矢印で示すように供給され、湯口2から湯又は蒸
気が取り出されるようになっている。電源となる変成器
5は、例えば27kHzの高周波電源4から給電され、2次
側端子u,v間に低電圧、大電流、例えば5v,500Aの加
熱電源を形成する。
【0011】ここで、金属管3の給水口側から湯口側に
至る通電経路は、図示の場合、5つの区間〜に分け
られ、これら各区間〜に共通の電源端子u,vから
並列に通電されるように結線されている。図2はこれを
分りやすく示した等価回路図で、金属管3は太い1本の
直線で示してある。金属管3の各区間〜の長さは次
第に長く、例えば図1及び図2に数字で示すように、長
さの比が、例えば0.7:0.9:1.2:1.5:1.7に定められ
ている。また、図2から分るように、各区間〜は、
隣接する区間ごとに互いに逆極性で電源端子u,vに結
線され、各区間〜を流れる電流の向きは、図1及び
図2に矢印で示したように、隣接する各区間〜の間
で互いに逆になっている。
【0012】このような図1の装置において、電源端子
u,v間の電圧をeとすると、金属管3の給水口1に近
い短い区間にはe/0.7に相当する大きな電流が流
れ、この電流は湯口2に向って次第に減少し、湯口2に
近い長い区間にはe/1.7に相当する小さな電流が流
れる。その結果、金属管3の肉厚や径を均一なものとす
れば、金属管内面の電力密度(W/cm2)は、区間長さの
2乗に反比例して、区間/区間の電力密度比は、2.
89/0.49≒6となる。図3は各区間〜の電力密度の
変化を比例的に示した棒グラフで、横軸は電力密度、縦
軸は区間別を示し、数字0.7〜1.7は上記した金属管3の
長さの比を示している。図示の通り、金属管3の給水口
側から湯口側に向って段階的に電力密度を変えることが
できるが、その場合、通電経路の各区間〜には共通
の電源端子u,vから並列に通電されるので、変成器5
に中間タップを設ける必要がない。
【0013】金属管3の隣接する各区間〜に流れる
電流の向きは、図2に示すように互いに逆なるように結
線されている。そのため、各区間〜で発生する起磁
力は互いに打ち消し合い、金属管3をらせん状に形成す
ることによるインダクタンスの増大が抑えられている。
また、外部に高周波磁束が漏れないので、周囲の金属部
品を無用に加熱したり、ノイズを放射したりすることが
ない。なお、図示実施の形態では金属管3をらせん状に
巻いた例を示したが、金属管3は渦巻状あるいは蛇状に
形成することも可能である。
【0014】図4は、この発明の請求項3に係る実施の
形態を示す結線図、図5はその等価回路図である。図4
において、両端に給水口1及び湯口2がそれぞれ設けら
れた断面均一の金属管3はらせん状に巻かれて4巻きの
金属管コイルが形成され、その巻き始め端部のC1点と
巻き終わり端部のC5点とは短絡導体6で電気的に短絡
されている。この金属管コイルの外側には、高周波電源
4に接続された電磁コイル7が配設されている。ここ
で、図4において、短絡導体両端の金属管コイル3との
接続点C1,C5の間には、3つの中間接続点C2、C3
びC4が設けられ、これらの中間接続点C2,C3,C4は金
属管コイル3の巻き始め端部と巻き終わり端部との間に
それぞれ接続されていて、短絡導体6は各接続点間で6
a、6b、6c及び6dの4つの短絡片に区分され、同
時に金属管3も各短絡片6a〜6dに対応する4つの区
間〜に分けられている。図5はこの接続状態を分り
やすく示した等価回路図で、金属管3は太線で示してあ
る。
【0015】このような図4の装置において、金属管コ
イルに給水口1から水を供給しながら電磁コイル7に高
周波電源4から高周波電流を通流すると、2次コイルを
形成する金属管3及び短絡導体6に低電圧、大電流の誘
導電流が流れ、金属管3が発熱して水が加熱されるが、
その場合、金属管3の各区間〜及びその各々の両端
を短絡する各短絡片6a〜6dは、それぞれ1巻きのコ
イルを形成し、誘導電流は図5に矢印で示すように、こ
の1巻きコイルごと別々に流れる。そこで、金属管3の
各区間、、及びの長さの比を図5に示すよう
に、例えば0.7:0.9:1.1:1.5に定めれば、上記した各
1巻きコイルの起電力eは同じなので、給水口1に近い
区間にはe/0.7に相当する大きな電流が流れ、湯口
2に近い長い区間にはe/1.5に相当する小さな電流
が流れる。その結果、金属管3の肉厚や径を均一なもの
とすれば、金属管内面の電力密度(W/cm2)は、区間長
さの2乗に反比例して、区間/区間の電力密度比
は、2.25/0.49≒5となる。
【0016】
【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、金属管
に投入する電力密度を簡単な手段で自由に変え、水温の
低い給水口側の電力密度を上げることができる。その結
果、金属管の長さを節約して、小型かつ高性能の水の瞬
間加熱装置を製作することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す水の瞬間加熱装置
の結線図である。
【図2】図1の等価回路図である。
【図3】図1における金属管の各区間に投入される電力
密度を示す線図である。
【図4】この発明の異なる実施の形態を示す水の瞬間加
熱装置の結線図である。
【図5】図4の等価回路図である。
【図6】従来例を示すもので、(A)は結線図、(B)
は蛇状に形成した金属管を示す図である。
【図7】異なる従来例を示すもので、(A)は縦断面
図、(B)はその等価回路図である。
【符号の説明】
1 給水口 2 湯口 3 金属管 4 高周波電源 5 変成器 6 短絡導体 7 電磁コイル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端に給水口を設け他端に湯口を設けた断
    面均一の金属管に、前記給水口から水を供給しながら通
    電し、この通電による前記金属管の発熱により水を加熱
    して前記湯口から湯又は蒸気を連続的に取り出すように
    した水の瞬間加熱装置において、 前記金属管をらせん状、渦巻状又は蛇状に形成するとと
    もに、前記金属管の通電経路を2以上の区間に分け、こ
    れら各区間に共通の電源端子から並列に通電するように
    したことを特徴とする水の瞬間加熱装置。
  2. 【請求項2】前記金属管をらせん状に形成するととも
    に、隣接する前記各区間に流れる電流の向きを互いに逆
    にしたことを特徴とする請求項1記載の水の瞬間加熱装
    置。
  3. 【請求項3】一端に給水口を設け他端に湯口を設けた断
    面均一の金属管をらせん状又は渦巻状に巻いて金属管コ
    イルを形成し、この金属管コイルの巻き始め端部と巻き
    終わり端部とを短絡導体で電気的に短絡するとともに、
    前記金属管コイルの外側又は内側に電磁コイルを配設
    し、前記金属管コイルに前記給水口から水を供給しなが
    ら前記電磁コイルに高周波電流を流し、前記金属管及び
    短絡導体を流れる誘導電流による前記金属管の発熱によ
    り水を加熱して、前記湯口から湯又は蒸気を連続的に取
    り出すようにした水の瞬間加熱装置において、 前記短絡導体両端の前記金属管コイルとの接続点の間
    に、1又は2以上の中間接続点を設け、この中間接続点
    を前記金属管コイルの前記巻き始め端部と巻き終わり端
    部との間に接続したことを特徴とする水の瞬間加熱装
    置。
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