JP2009144977A - 電磁誘導加熱式給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】結露で発生した水滴が、加熱コイルやインバータ基板の電子部品に付着しない電磁誘導加熱式給湯器を提供する。
【解決手段】給水口１７に接続される供給水管Ｄ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、供給水管ＤＤ１５ａ、１５ｂ、１５ｃに順次接続される第２の加熱手段及び第１の加熱手段と、第１の加熱手段で加熱された湯を出湯する出湯口１８と、第１の加熱手段に電力を供給するインバータ基板を備え、第１の加熱手段は、電磁誘導加熱器と、電磁誘導加熱器を覆うコイルケースとで構成され、第２の加熱手段は、フィン７ｂからなる排熱回収熱交換器と、該排熱回収熱交換器を収納する送風ダクト１２とで構成され、インバータ基板は、基板ケース内に収納され、送風ダクト１２，コイルケースと、基板ケースを夫々接続して閉回路となる風路を形成し、さらに、送風ダクト１２の排出口側に送風ファン５を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に浴室や厨房等の水場で用いられる電磁誘導加熱式給湯器に関するものである。

水道等の水を電磁誘導によって加熱し、所望の温度の湯を供給する給湯器として、例えば特許文献１に記載されているものがある。

この特許文献１に記載されている給湯器は、液体を加熱する時の加熱効率を高めるために、液管に供給された液体を加熱コイルにより発生する熱と電力供給手段の発熱素子により発生する熱とで加熱する方式である。

その詳細は、液体が流れる液管内に磁性体を設け、液管の外周に加熱コイルを巻回し、該加熱コイルにより発生する高周波磁界で液管内の磁性体を加熱することで液管内を流れる液体を加熱し、さらに、電力供給手段の発熱素子に取り付けた放熱フィンと液管に液体を送る液供給管とを接触させ、前記発熱素子で発熱した熱を熱伝導によって放熱フィンから液供給管を流れる液体に供給して加熱するものである。

特開平９−２８９０７６号公報

上記した従来技術において、水が流れている液管に加熱コイルを直接巻いているため、液管で結露によって発生する水滴が加熱コイルに付着し絶縁不良を発生する懸念がある。

また、発熱素子で発生した熱を、液供給管を流れる液体に熱伝導によって伝えるために、液供給管と放熱フィンを接触しているため、液供給管で結露によって発生する水滴が放熱フィンに伝わり、放熱フィンから放熱フィンに付けている電子部品や隣接している電子部品や電子部品を取り付けている基板に水が付着し、電子部品や基板で絶縁不良を起こす懸念がある。

本発明の目的は前記課題を解決し、加熱コイルやインバータ基板の絶縁不良の発生を抑制することのできる電磁誘導加熱式給湯器を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明は、
給水口に接続される供給水管Ｄと、該供給水管Ｄに順次接続される第２の加熱手段及び第１の加熱手段と、前記供給水管Ｄに接続され前記第１の加熱手段で加熱された湯を出湯する出湯口と、前記第１の加熱手段に電力を供給するインバータ基板を備え、前記第１の加熱手段は、磁性体よりなる供給水管Ａと、該供給水管Ａの外側に略同心円状に配置された非磁性円筒と、該非磁性円筒の外周面に巻かれた加熱コイルよりなる電磁誘導加熱器と、該電磁誘導加熱器を収納するコイルケースとで構成され、前記第２の加熱手段は、供給水管Ｂの外周に熱的に接触するように配置したフィンよりなる排熱回収熱交換器と、該排熱回収熱交換器を収納する送風ダクトとで構成され、前記インバータ基板は、基板ケース内に収納され、前記送風ダクトの上部に開口した排出口と下部に開口した吸気口に、前記コイルケースと基板ケースの夫々に上部に開口させた入気口と下部に開口させた出口を夫々接続して閉回路となる風路を形成し、前記送風ダクトの排出口側に送風ファンを配置したものである。

本発明によれば、排熱回収熱交換器のフィンや供給水管に結露が発生しても、加熱コイルやインバータ基板の電子部品には送風ファンからの風のみが送風されるので、前記した結露による水滴が加熱コイルやインバータ基板の電子部品に付着することがなくなり、これによって加熱コイルやインバータ基板の電子部品を悪環境で長年使用しても絶縁不良を起こす危険を防止することができる。

また、送風ファンによって送風される風がコイルケース，基板ケース，送風ダクトの閉回路内を循環するため、加熱コイルとインバータ基板内の電子部品は過加熱されて耐熱性を超えることがなくなり、周囲部品への熱による悪影響を防止することができる。

また、電磁誘導加熱器の加熱コイルとインバータ基板内の電子部品を冷却して温まった風は、排熱回収熱交換機のフィンで水道管より供給水管に供給される水を加熱するため、排熱を有効に利用して予備加熱することができ、熱交換効率が向上するとともに、消費電力を少なくすることができる。

さらに、加熱コイルとインバータ基板を冷却する冷却空気を本体の外から取り入れることなく、コイルケース，基板ケース，送風ダクトの閉回路内で循環させるため、本体の設置場所の制約が少なくなるとともに、水蒸気の多い浴室や、オイルミストや水蒸気の多い厨房等にも問題なく取り付けることができる。

以下本発明の一実施例について、図面を参照して説明する。

図１は本体内部の説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面説明図である。

図１及び図２において、１は電磁誘導加熱式給湯装置の本体で、主に浴室や厨房等で使用するもので、水道管３や水道等の蛇口に供給水管Ｃ１４を接続し、内部で水を加熱してシャワーや食器を洗う時に使える程度に水温を上昇させるものである。

以下、その詳細について説明すると、８は本体１の外郭ケース、１７は本体１に水を供給する給水口、１８は本体１内の加熱手段によって加熱した湯を出湯する出湯口である。給水口１７と出湯口１８は外郭ケース８の下部に取り付けられている。１６は出湯口１８に接続した湯を出すための出口パイプである。

２０はバルブで、湯の出し止めや湯量を調節するもので、給水口１７と水道管３との間に接続されている。但し、このバルブ２０は、本体１の出口パイプ１６側に設けることも可能である。

１４は供給水管Ｃで、水道管３から本体１の給水口１７まで水を供給するためのものであり、図では水道管３にバルブ２０を取り付け、バルブ２０から給水口１７までの間を接続している。

１５は供給水管Ｄで、給水口１７から供給された水を後述する各加熱手段で加熱して出湯口１８まで送水するもので、給水口１７から後述する第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７まで配管する供給水管Ｄ１５ａ、排熱回収熱交換機７で加熱された水を更に加熱する後述する第１の加熱手段である電磁誘導加熱器２まで配管する供給水管Ｄ１５ｂ、電磁誘導加熱器２で加熱された湯を出湯する出湯口１８までを配管する供給水管Ｄ１５ｃとで構成されている。

６は水流検知器で、使用者がバルブ２０を開いた時に供給水管Ｄ１５内の水の流れを検出するものであり、給水口１７から出湯口１８の間の供給水管Ｄ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの何れか（図では、供給水管Ｄ１５ａ）に取り付けられている。そして、水流検知器６で水の流れを検出すると、後記する制御回路９により第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７および第１の加熱手段である電磁誘導加熱器２を動作させて水を加熱し、バルブ２０が閉められて供給水管Ｄ１５内の水の流れが止まると、水の流れが止まったことを検出して制御回路９により水の加熱を停止する。制御回路９は、本体１内の熱的影響の少ない空間部（図では上部）に配置されている。

２は水を加熱するための第１の加熱手段を構成する電磁誘導加熱器で、以下のように構成されている。

２ａは供給水管Ａで、防錆性のある磁性体ステンレスで構成され、上下垂直に配置してその下端を水が流入する供給水管Ｄ１５ｂ、上端を加熱された湯が流出する供給水管Ｄ１５ｃに夫々接続し、本体１の給水口１７から出湯口１８へと流れる流水路の一部を形成している。

２ｂは非磁性円筒で、セラミック等で構成されており、供給水管Ａ２ａの外側にパイプ支持部２ｄを介して略同心円状になるように配置されている。

２ｃは加熱コイルで、非磁性円筒２ｂの外周面に巻かれ、後述するインバータ基板１０に搭載されているインバータ回路から電力の供給を受けて磁界を発生し、磁性体の供給水管Ａ２ａに渦電流を発生させ、ジュール熱で供給水管Ａ２ａを加熱し、その中を流れる水を加熱する。

以上のように構成することで、水の流れる供給水管Ａ２ａで結露によって水が発生しても加熱コイル２ｃ表面には結露の発生も無く、また、供給水管Ａ２ａで発生した結露の影響も受けなくなる。

また、電磁誘導加熱器２の供給水管Ａ２ａの取り付け方向を、水の流れる方向が上方になるようにすることで、水が加熱されると発生する気泡の発生も少なくなり、気泡による水の流れの障害も発生しない。

以下、図３から図５を参照しながら各部の細部について詳細に説明する。

図３は、電磁誘導加熱器とコイルケースとで構成するダクトの風路を説明する説明図、図４は基板ケースで構成するダクトの風路を説明する説明図、図５は送風ダクトで構成するダクトの風路を説明する説明図である。

図３において、４はコイルケースで、電磁誘導加熱器２とともに第１の加熱手段を構成するものであり、電磁誘導加熱器２の非磁性円筒２ｂの外周面に巻いた加熱コイル２ｃを覆うように非磁性円筒２ｂの外周に適度の空間を保持して取り付けられており、加熱コイル２ｃに対向する上部側面に入気口４ｂ，下部側面に出口４ｃを開口させており、内部に入気口４ｂから出口４ｃに通じる風路Ａ４ａとなるダクトを構成している。

図４において、１０はインバータ基板で、加熱コイル２ｃへ電力を供給するためのインバータ回路が搭載されている。該インバータ基板１０は、加熱コイル２ｃに供給水管Ａ２ａを加熱できるように大電流を供給するものであり、基板上に組み込まれるＩＧＢＴ等の電子部品は、スイッチング損失等によって大きな自己発熱が生じるために冷却を必要とする。そのため、インバータ基板１０の自己発熱の大きい電子部品に放熱フィン（図示せず）を取り付け、下記の基板ケース１１の中に収納して電子部品を冷却する。

１１は略箱形の基板ケースで、中にインバータ基板１０を収納しており、上部側面に入気口１１ｂ，下部側面に出口１１ｃを開口させており、内部に入気口１１ｂから出口１１ｃに通じる風路Ｂ１１ａとなるダクトを構成している。

図５において、７は水を加熱する第２の加熱手段を構成する排熱回収熱交換機で、上下方向で複数回折り返して縦長の略コイル状に形成した供給水管Ｂ７ａと、該供給水管Ｂ７ａの外周に熱的に接触するように配置したアルミ製よりなる複数枚のフィン７ｂとで構成され、送風ダクト１２の中に収納されている。

送風ダクト１２は、排熱回収熱交換機７とともに第２の加熱手段を構成するものであり、外形が略Ｕ状に形成されており、前記したコイルケース４の出口４ｃおよび基板ケース１１の出口１１ｃと対向する下部に吸気口１２ｃを開口させて該吸気口１２ｃに出口４ｃおよび出口１１ｃをほぼ気密を保つように接続し、上部には前記したコイルケース４の入気口４ｂおよび基板ケース１１の入気口１１ｂと対向するように排出口１２ｂを開口させてコイルケース４の入気口４ｂおよび基板ケース１１の入気口１１ｂをほぼ気密を保つように横向きに並べて接続している。

すなわち、風路Ａ４ａを構成するコイルケース４と、風路Ｂ１１ａを構成する基板ケース１１とは並列のダクトを構成し、風路Ａ４ａを構成するコイルケース４と風路Ｃ１２ａを構成する送風ダクト１２および風路Ｂ１１ａを構成する基板ケース１１と風路Ｃ１２ａを構成する送風ダクト１２とは直列のダクトを構成し、また、これらダクトは閉回路となっている。

５は送風ファンで、送風ダクト１２内で排熱回収熱交換機７と排出口１２ｂとの間に取り付けられている。そして、この送風ファン５は、回転することによって風を起こし、その風の多くがコイルケース４の入気口４ｂからコイルケース４内に流入してその中の風路Ａ４ａを流れる間に電磁誘導加熱器２の加熱コイル２ｃを冷却し、該加熱コイル２ｃから熱を奪って出口４ｃから送風ダクト１２の吸気口１２ｃに流入するとともに、その他の風が基板ケース１１の入気口１１ｂから基板ケース１１内に流入して風路Ｂ１１ａを流れる間にインバータ基板１０を冷却し、該インバータ基板１０から熱を奪って出口１１ｃから送風ダクト１２の吸気口１２ｃに流出する。以後、このサイクルを繰り返し、これによって、コイルケース４の出口４ｃおよび基板ケース１１の出口１１ｃから、送風ダクト１２内に流出する風は温められて送風ダクト１２の風路Ｃ１２ａを流れて、第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７のフィン７ｂによって熱を吸収し、供給水管Ｂ７ａ内を流れる水を温め、その温度を上昇させる。

次に動作について説明する。

水道管３に接続されているバルブ２０を開くと、供給水管Ｃ１４，供給水管Ｄ１５ａ，第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７のフィン７ｂに熱的に接触している供給水管Ｂ７ａ，供給水管Ｄ１５ｂ，第１の加熱手段である電磁誘導加熱器２の供給水管Ａ２ａ及び供給水管Ｄ１５ｃを通って出湯口１８に至り、出口パイプ１６から水が出てくる。

そのため、供給水管Ｄ１５ａに取り付けられている水流検知器６がその水の流れを検出し、制御回路９にその信号を入力する。

これによって、制御回路９が駆動し、第１の加熱手段である電磁誘導加熱器２の加熱コイル２ｃへの通電を開始するようにインバータ基板１０内のインバータ回路に信号を送り、湯温が設定された温度になるようにインバータ基板１０内のインバータ回路から加熱コイル２ｃへ供給される電力を制御する。

また、同時に送風ダクト１２内の送風ファン５も通電を開始し、加熱コイル２ｃとインバータ基板１０の冷却を開始する。

加熱初期は、加熱コイル２ｃとインバータ基板１０内の電子部品の温度は低く、使用時間が経過するに従って各電子部品の温度は次第に上昇し、高くなる。しかし、送風ファン５から電磁誘導加熱器２の加熱コイル２ｃを覆っているコイルケース４の入気口４ｂからコイルケース４内に送風される風によって、風路Ａ４ａを構成するダクト内の加熱コイル２ｃが冷却されるとともに、インバータ基板１０を収納している基板ケース１１の入気口１１ｂから風路Ｂ１１ａを構成する基板ケース１１内に送風される風によってインバータ基板１０内の電子部品は冷やされる。

そして、各部を冷やした後の風は温度が高くなり、コイルケース４の出口４ｃ及び基板ケース１１の出口１１ｃから送風ダクト１２内に流入し、風路Ｃ１２ａを通る間に送風ダクト１２内に取り付けられた第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７のフィン７ｂに接触し、供給水管Ｂ７ａ内を流れる水と熱交換し、その水の温度を上昇させると共に、逆にその水によって冷やされ、再び送風ファン５によってコイルケース４及び基板ケース１１内に送風され、前記したように風路Ａ４ａ，風路Ｂ１１ａ内を循環する。そして、第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７を通った水は、その後、第１の加熱手段によって最終温度まで加熱され、本体１の出湯口１８から出口パイプ１６を通して放出される。

以上のように、本実施例においては、排熱回収熱交換器７のフィン７ｂや供給水管Ｂ７ａに結露が発生しても、コイルケース４内に配置されている加熱コイル２ｃや基板ケース１１内に配置されているインバータ基板１０の電子部品には送風ファン５からの風のみが送風されるので、前記した結露が加熱コイル２ｃやインバータ基板１０の電子部品に付着することがなくなり、これによって加熱コイル２ｃやインバータ基板１０の電子部品を悪環境で長年使用しても絶縁不良を起こすことがなくなる。

また、送風ファン５によって送風される風がコイルケース４，基板ケース１１，送風ダクト１２の閉回路内を循環するため、加熱コイル２ｃとインバータ基板１０内の電子部品は過加熱されて耐熱性を超えることがなくなり、周囲部品への熱による悪影響を防止することができる。

また、加熱コイル２ｃとインバータ基板１０内の電子部品を冷却して温まった風は第２の加熱手段である排熱回収熱交換機７のフィン７ｂで水道管３より供給水管Ｄ１５ａを通して供給水管Ｂ７ａに供給される水を加熱するため、排熱を有効に利用して予備加熱することができ、熱交換効率が向上するとともに、消費電力を少なくすることができる。

さらに、加熱コイル２ｃとインバータ基板１０を冷却する冷却空気を本体１の外から取り入れることなく、コイルケース４，基板ケース１１，送風ダクト１２の閉回路内で循環させるため、本体１の設置場所の制約が少なくなるとともに、水蒸気の多い浴室や、オイルミストや水蒸気の多い厨房等にも問題なく取り付けることができる。

本発明の一実施例を示す電磁誘導加熱式給湯器の本体側面から見た内部説明図である。 図１のＡ−Ａ断面の説明図である。 本発明の一実施例を示す電磁誘導加熱器とコイルケースとで構成するダクトの風路を説明する説明図である。 本発明の一実施例を示す基板ケースで構成するダクトの風路を説明する説明図である。 本発明の一実施例を示す送風ダクトで構成するダクトの風路を説明する説明図である。

符号の説明

１ 本体
２ 電磁誘導加熱器
２ｂ 非磁性円筒
２ｃ 加熱コイル
４ コイルケース
５ 送風ファン
７ 排熱回収熱交換機
１０ インバータ基板
１１ 基板ケース
１２ 送風ダクト
２２ 第１の加熱手段
２３ 第２の加熱手段

Claims (1)

1. 給水口に接続される供給水管Ｄと、該供給水管Ｄに順次接続される第２の加熱手段及び第１の加熱手段と、前記供給水管Ｄに接続され前記第１の加熱手段で加熱された湯を出湯する出湯口と、前記第１の加熱手段に電力を供給するインバータ基板を備え、
   前記第１の加熱手段は、磁性体よりなる供給水管Ａと、該供給水管Ａの外側に略同心円状に配置された非磁性円筒と、該非磁性円筒の外周面に巻かれた加熱コイルよりなる電磁誘導加熱器と、該電磁誘導加熱器を収納するコイルケースとで構成され、
   前記第２の加熱手段は、供給水管Ｂの外周に熱的に接触するように配置したフィンよりなる排熱回収熱交換器と、該排熱回収熱交換器を収納する送風ダクトとで構成され、
   前記インバータ基板は、基板ケース内に収納され、
   前記送風ダクトの上部に開口した排出口と下部に開口した吸気口に、前記コイルケースと前記基板ケースの夫々に上部に開口させた入気口と下部に開口させた出口を夫々接続して閉回路となる風路を形成し、
   前記送風ダクトの排出口側に送風ファンを配置したことを特徴とする電磁誘導加熱式給湯器。

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