JP2010255865A

JP2010255865A - 加熱装置及び給湯装置

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Publication number: JP2010255865A
Application number: JP2009103134A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takano; 吉則高野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】簡単な構成で熱効率が高く、運転費用が安価で保守管理も容易な実用的な加熱装置及びそれを用いた給湯装置を提供する。
【解決手段】貯液容体１内に設けられ、この貯液容体１内の液体２を加熱する加熱装置であって、周面に電線３を巻き回してなる筒状の第一発熱体５を有し、この第一発熱体４は被覆体５で被覆され、前記電線３が露出しない状態に構成され、前記第一発熱体４の前記内孔６には、電磁誘導で発熱する第二発熱体７が設けられ、前記電線３に交番電力を印加することで、前記第一発熱体４及び前記第二発熱体７を発熱せしめ、前記貯液容体１内の液体２を加熱するように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、水を加熱して温水にする加熱装置及び給湯装置に関する。

従来、浴場やプールなどへ温水を供給する給湯装置に具備せしめられる加熱装置として、例えば重油等の燃料を燃焼した熱で水を加熱する加熱装置（ボイラ）が一般的に用いられてきたが、最近、例えば、特開２００１−２６３８１０号に開示されているように、電磁誘導作用により生じた熱で水を加熱するように構成された加熱装置（以下、従来例という。）が提案されている。

この従来例は、水が流通するパイプの一部分にしてパイプの内側に電磁誘導により発熱する鉄板からなる昇温器を配設し、このパイプの外側にコイルを巻いて外部電源から電流を流すことによって、パイプ内に設けた昇温器を電磁誘導により発熱させてパイプ内を通過する水を加熱するように構成されたものであり、前述した燃料を用いた加熱装置に比し、温度設定などの制御面に秀れるのは勿論、コスト面や環境面においても秀れたものとされている。

特開２００１−２６３８１０号公報

しかしながら、この従来例は、前述のように水が流通するパイプの内側に電磁誘導により発熱する鉄板からなる昇温器を設け、一方、パイプの外側に電線を巻き回してワークコイル（ソレノイドコイル）を形成するものであるため、発熱したワークコイルで発生した熱が直接外気に逃げたり、或いはパイプに伝わって外気中に逃げてしまう為、熱損失が大きく熱効率が悪いものであった。

本発明は、簡単な構成で熱効率が良く、運転費用が安価で保守管理が容易で実用的な加熱装置及びそれを用いた給湯装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

貯液容体１内に設けられ、この貯液容体１内の液体２を加熱する加熱装置であって、周面に電線３を巻き回してなる筒状の第一発熱体４を有し、この第一発熱体４は被覆体５で被覆され前記電線３が露出しない状態に構成され、前記第一発熱体４の内孔６には、電磁誘導で発熱する第二発熱体７が設けられ、前記電線３に交番電力を印加することで、前記第一発熱体４及び前記第二発熱体７を発熱せしめ、前記貯液容体１内の液体２を加熱するように構成されていることを特徴とする加熱装置に係るものである。

また、請求項１の加熱装置において、前記第二発熱体７は、前記第一発熱体４の前記内孔６との間に空間８が構成される外径であることを特徴とする加熱装置に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第二発熱体７は、磁性体で構成されていることを特徴とする加熱装置に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第一発熱体４の前記被覆体５は、非磁性金属で構成されていることを特徴とする加熱装置に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第二発熱体７は非磁性金属系の被覆体９で被覆されていることを特徴とする加熱装置に係るものである。

また、貯液容体１内に設けた加熱装置で液体２を加熱して給湯を行なう給湯装置であって、前記加熱装置は、請求項１〜５いずれか１項に記載の加熱装置であることを特徴とする給湯装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、第一発熱体からの熱、及び電磁誘導作用により第二発熱体で発せられる熱の双方を利用することができ、従って、極めて効率的な液体の加熱が達成できる。

また、請求項２に記載の発明においては、第一発熱体と第二発熱体との間に液体を確実に通過させて加熱することができ、簡単な構造で一層効率良く液体を加熱できることになる。

また、請求項３に記載の発明においては、簡単な構成で第二発熱体を効率的に発熱することができて、磁性体として、例えば磁性金属である鉄材を用いると更に安価となる。

また、請求項４，５に記載の発明においては、電磁誘導による発熱を効率的に行うと共に、被覆体によって電線の断線や腐食、錆などを低減できて一層信頼性に秀れたものとなる。

本実施例による加熱装置を浴槽への給湯に適用した給湯装置の例である。本実施例による給湯装置の斜視図である。本実施例による給湯装置の蓋を外した状態の上面図である。本実施例による加熱装置の断面図である。本実施例による加熱装置の分解斜視図である。本実施例による棒状発熱体を保持した状態の加熱装置の上面図である。本実施例に係る要部を説明する部分断面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

電線３に交番電力を印加すると、電線３が自己発熱して第一発熱体４からも発熱すると共に、電磁誘導により第二発熱体７が発熱する。即ち、第一発熱体４に巻かれた電線３によって、内孔６を貫通する向きに交番磁界が発生し、この交番磁界が発生する前記内孔６の中に設けられた第二発熱体７は、電磁誘導により磁化され若しくは電流が誘起され、所謂、ヒステリシス損若しくは電流損が生じて発熱する。

本発明の加熱装置は、液体２の入った貯液容体１に浸漬されており、従来例のような無駄な熱の散逸は殆どなく、前記第一発熱体４の発生した熱、及び電磁誘導により第二発熱体７に発生した熱の双方を無駄なく利用して液体２を加熱することになる。

また、本発明の加熱装置は、交番電力が印加される電線３は被覆体５で被覆されているから、電線３が液体２に曝されるのが防止されることになり、よって、例えば、電線３が破損（腐食し断線する等）することを低減でき、信頼性が増すことになる。

以上のように、第一発熱体４の自己発熱および第二発熱体７の電磁誘導発熱の双方による熱が殆ど液体２の加熱に使われ、極めて熱効率が高く、しかも電線３の破損を可及的に防止でき極めて信頼性に秀れた加熱装置となる。

また、例えば、第一発熱体４の内孔６に、この内孔６と第二発熱体７との間に生ずる空間８が生ずるようにして第二発熱体７を設けることで、空間８の中を液体２が流通でき、この液体２は前記第一発熱体４及び前記第二発熱体７の両方からの熱によって加熱され、一層効率よく液体２を加熱できることになる。

また、例えば、前記第二発熱体７に、磁性体を用いると、この磁性体が磁化されることで生ずるヒシテリシス損が生じ、このヒシテリシス損による発熱により液体２を効率的に加熱できることになる。また、前記磁性体に磁性金属を用いると、内部に更に誘導電流が生ずることによる電流損が生じて、前記ヒシテリシス損と電流損の双方による発熱により液体を更に効率的に加熱できることになる。

また、例えば、前記第一発熱体４の前記被覆体５を非磁性金属で形成し、また、磁性体で構成した前記第二発熱体７を非磁性金属系の被覆体９で被覆すると、電線３や磁性体を保護することができることになり信頼性を一層向上できることになる。

また、請求項１〜５のいずれかの発明による加熱装置を用いた給湯装置は、前述した加熱装置の設置数を変更して加熱能力を簡単に変更できる構成を安価に製造できることとなり、しかも極めて熱効率が高く、また運転経費も殆どかからず、更に、ボイラと違って清浄で静穏であり、信頼性にも秀れた極めて実用的なものになる。

本発明の具体的な実施例について図１〜７に基づいて説明する。

本実施例は、貯液容体１内に設けられ、この貯液容体１内の液体２を加熱する加熱装置10である。尚、本実施例では、貯液容体１を具備する装置として、浴槽11に温水を供給する給湯装置12を採用しているが、これに限られるものではない。

詳細には、前記給湯装置12は、図１に示すように、貯液容体１に往路管21と復路管22とを接続して前記浴槽11との間に液体循環路を形成する貯液容体１を有する構造であり、この液体循環路には図示省略のポンプ装置が設けられ、このポンプ装置の動作により該液体循環路内を液体２が循環するように構成されている。

この貯液容体１は、図１〜３に示すように断熱構造を有する円筒状体であり、この貯液容体１の底面に脚部15を設けて自立できるように構成されている。

また、貯液容体１は、円筒状側面20の下部に前記浴槽11からの液体２を受水する往路管21が接続されると共に、円筒状側面20の上部に復路管22が接続されている。

更に、この貯水容体１内における往路管21の接続部には仕切板23が設けられて、この仕切板23は往路管21から貯水容体１内に流入する液体２の流れを分散し、この貯水容体１内で液体２が流れる速度を抑制するように構成されている。

また更に、この貯液容体１は、該貯液容体１の上部開口部に蓋18を被せてボルト19で止着して、閉塞される構成であり、また、この蓋18には空気抜きを行なうための小径の空気抜孔が設けられた構成である。

また、前記貯水容体１内には、該貯液容体１の円形断面と同心となる円周上に等角に８個の加熱装置10が配設されている。

この加熱装置10夫々は、貯液容体１の内面の底部に立設されるステンレス製の４本の取付脚部16を介して貯液容体１の底部に立設するように構成されている。

また、この４本の取付脚部16の少なくとも１本を円筒状に構成しており、この円筒状の筒孔内に後述する第一発熱体４に巻き回した電線３の両端を引き出す引出線17を密閉収容する構成であり、この引出線17を貯液容体１の外部に設けられる電力設備13の電力給電線14に接続し、該電力設備13から交番電力が供給される。

また、加熱装置10は、図４，５に示すように、筒状の第一発熱体４とこの第一発熱体４の内孔６に収容される棒状の第二発熱体７とで構成され、図２に示すように第一発熱体４の内孔６に第二発熱体７を挿通した状態で給湯装置12の貯液容体１内に立設されるように構成されている。

また、加熱装置10は、図２，７に示すように、第一発熱体４の下端側となる内孔６の内壁に凸設した係止部31を設けて、第二発熱体７を第一発熱体４の上端側となる内孔６から挿通した際に第二発熱体７が第一発熱体４の内孔６内に間隔を介して保持されるように構成している。

更に詳細には、第一発熱体４は、非磁性系ステンレス製の筒体24の周面に熱伝導を阻害せず、且つ耐熱性に秀れた電気的絶縁体25を巻いて、この絶縁体25の上から電線３としてのエナメル線を螺旋状に巻き回してソレノイド体26を形成し、このソレノイド体26の両端部から前記電線３を引き出した状態でこのソレノイド体26を中空筒状の被覆体５で覆った構成である。

この被覆体５は非磁性系ステンレス製の内筒24と、該内筒24と間隔を介して周囲に配される外筒27とからなる二重筒構造体の両端部を非磁性系ステンレス製のドーナツ状円板30で封止することで構成されており、前記ソレノイド体26の電線３を密閉して保護し得る構成である。

第二発熱体７は、第一発熱体４の内孔６の径より小さい外径を有し、前記内孔６との間に空間８が形成され、この空間８を液体２が流通できるように構成されている。また、この第二発熱体７は、強磁性である鉄で構成された鉄製円柱棒28を非磁性金属系の被覆体９としてのステンレス薄板で被覆した構成である。

尚、上記した非磁性とは、強磁性を含まず、反磁性若しくは常磁性を意味している。

また、本実施例では、第一発熱体４を被覆する被覆体５（内筒24，外筒27及びドーナツ状円板30）、及び前記第二発熱体７を被覆する被覆体９としてのステンレス薄板は非磁性系ステンレスを採用することで、電磁誘導発熱性能を劣化させずに錆を防止し得るようにしたが、例えば、銅などの反磁性金属、若しくはアルミなどの常磁性金属も採用できるものである。

また、第二発熱体７は、第一発熱体４の内孔６より径が小さい外径を有する形状とすることで、第一発熱体４の内孔６との間に空間８が設けられる構成であり、更に前記第一発熱体４の長さと略同一長さの強磁性金属である鉄で構成した鉄製円柱棒28に非磁性金属系の被覆体９としてステンレス薄板を被覆した構成である。

尚、前記第二発熱体７に磁性体を用いると、この磁性体が磁化されることで生ずるヒシテリシス損が生じ、この磁性体として磁性金属を用いると更に内部に誘導電流が生ずることによる電流損が生ずることになる。本実施例では鉄を用いることでこのヒシテリシス損と電流損の両方の発熱を利用できる鉄材を用いているが、高温で磁性特性を維持できるものであれば他の材料でもよい。

尚、ここで磁性体とは、例えばフェライトなどの磁性物質や磁性金属を含み、磁性金属とは、強磁性金属、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどを表す用語として用いている。

また、第二発熱体７は、図５及び６に示すように、該第二発熱体７の両端部に非磁性の鍔状の保持体32が設けられた構成であり、この保持体32は第二発熱体７が被覆体５の内面（内筒24）に接触するのを阻止する機能を有する。具体的には、この保持体32は前記第二発熱体７の長手方向の軸に直交するように設けられ、この保持体32の辺縁に前記内孔６に当接し得るように凸状に形成された当接部33と、液体２が流通し得るように凹状に形成された通水部34とが交互に夫々３箇所設けた形状に形成されて、前記当接部33によって前記第二発熱体７が前記第一発熱体４の筒体24が形成する内孔６の略中心に保持固定されると共に、前記通水部34を通って液体２が第一発熱体４の内孔６と第二発熱体７とで挟まれた空間８15を流通しながら加熱され得る構成である。

尚、本実施例では、前記保持体32を鍔状の板で形成したが、前記内孔６に嵌合し得る形状であれば他の形状でも良い。また、本実施例では保持体32の辺縁を凹凸形状を設けて液体２が流通し得るようにしたが、この保持体32を前記内孔６に嵌合し得る形状として、この保持体32に前記内孔６方向に貫通する通水部34を設けることでも良い。

また、第二発熱体７は、下端部に螺旋羽根、若しくは螺旋溝を設けて、前記空間８を通過する液体２の流れに螺旋回転を生じさせ、液体２がこの空間８を通過に要する滞留時間を長くすることで加熱効率を一層高めた構成でも良く、更にまた、この第二発熱体28を筒状体として、この筒孔に水が流通し得るようにして加熱効率を一層高めることもできる。

以上の構成からなる加熱装置10を具備した給湯装置12の動作について説明する。

浴槽11から貯液容体１に往路管21を介して液体２を流入させると、液体２は仕切板23に衝突、飛散し、流入速度が低減されて次第に貯液容体１に液体２が満たされる。この貯液容体１に液体２が満たされた状態になった際、電力設備13から電力給電線14及び引出線17を介して貯液容体１内の８本の加熱装置10に交番電力を供給すると、第一発熱体４のソレノイ体５に交番電流が流れて、このソレノイド体26の電線３が有する電気抵抗によってソレノイド体26自身も発熱し、この熱は筒体24及び被覆体５を熱伝導してこの第一発熱体４が浸漬している液体２を加熱することになると共に、前記ソレノイド体26はこのソレノイド体26の軸方向に向きが交番する交番磁界を発生させ、このソレノイド体26を被覆する非磁性系ステンレス系の被覆体５に交番電流が誘導させることになる。

次いで被覆体５（内筒24）に発生した交番電流は、電磁誘導作用によって、前記第二発熱体７を被覆する非磁性金属系の被覆体９としてのステンレス薄板の表面に交番電流を誘導することになり、更にこの被覆体９としてのステンレス薄板に生じた交番電流が電磁誘導作用により、このステンレス薄板の直下に設けられた強磁性金属である鉄製円柱棒28の中に誘導電流を発生することで渦電流損を生じ、若しくは強磁性体である鉄棒が周期的に磁化されることによるヒステリシス損を生ずることで、この鉄製円柱棒28が電磁誘導発熱することになる。

即ち、非磁性系ステンレスで被覆された前記第一発熱体４の形成する内孔６の中に非磁性系ステンレスで被覆された第二発熱体７を配設すると、電磁誘導作用によって前記第二発熱体７中に電流が誘起され、前記第二発熱体７が発熱することになる。

従って、第一発熱体４に第二発熱体７を挿入した加熱装置10を貯液容体１に設け、液体２に浸漬させて交番電力を印加すると、ソレノイド体26自体の電気抵抗による自己発熱と、第二発熱体７による電磁誘導発熱の双方の熱を利用できることになり、従って発生した熱を殆ど無駄なく利用して極めて効率よく水を温めて温水にできることになる。

また、ソレノイド体26はステンレス製の被覆体５で被覆して密閉することで第一発熱体４を構成したから、交番電力が印加されるソレノイド体26若しくは電線３は防水保護され、貯液容体１内の水などの作用によって電線３が腐食して断線するなどが可及的に低減でき、第一発熱体４の信頼性を増すことができることになる。

また、このソレノイド発熱体11の内孔６に挿通する前記棒状発熱体12も被覆体９としてのステンレス薄板で被覆されるから錆びを防止できることになり、簡単な構成で極めて熱効率がよく、信頼性を増すことができることになる。

実際に本実施例の加熱装置10を８個設けた構成の給湯装置12を図１の給湯システムに適用して加熱試験を行なった。

尚、本実施例の電力設備13は、周波数５０Ｈｚ単相電圧２００Ｖｏｌｔの商用電力から周波数５０Ｈｚ若しくは１２０Ｈｚの交番電力に変換後、安全装置を介して給湯装置12に交番電力を分配する構成である。

加熱試験の結果、供給する交番電力として、交番電力の周波数が５０Ｈｚの場合と１２０Ｈｚの場合を比較したところ、約４．５トンの水を１８℃から４１℃に加温するのにいずれも約４時間かかり、消費電力は夫々、１２．７ｋＷ／時、５ｋＷ／時となり、電力周波数を５０Ｈｚから１２０Ｈｚに周波数変換することで給湯装置12の消費電力を著しく低減できることが判明した。

以上、本実施例によって、簡単な構成で安価に製造でき、極めて熱効率が高く、断線や腐食を低減できて信頼性に秀れて保守管理が容易な極めて実用的な加熱装置10になり、この加熱装置10を用いることで、簡単な構成で極めて熱効率が高く、運転費用が極めて安価であるうえに、信頼性が高く保守管理が容易で、更に価格の高い重油などの化石燃料を用いることもないから廃棄物の発生のない極めて清浄でしかも静穏な環境で設備の運用ができて周囲環境にも配慮され、運用に手間が過からない経済的で実用的な給湯装置12になる。

尚、本実施例では、前記第二発熱体７に被覆体９としてのステンレス薄板を被覆したが、ステンレス薄板に換えて、亜鉛メッキ若しくはロジウムメッキなどのメッキ処理を施すことでもよい。

また、前記第二発熱体７は金属粒子と固形材（ガラス、セラミック、セメントなど）との混練物を固化したもの、若しくは金属製の線材や金属廃材を裁断して固形材（ガラス、セラミック、セメントなど）で固化したものでもよい。

また、本実施例では、周波数５０Ｈｚ単相電圧２００Ｖｏｌｔの商用電力を周波数１２０Ｈｚの交番電力に変換したが、用いる商用電力の周波数は６０Ｈｚでもよいし、電圧も１００Ｖｏｌｔでもよいし、他の電圧、周波数でもよい。また、電力設備13で発生させる電力もほかの電圧、周波数でもよい。

更に、前記加熱装置10への電力供給を水温監視しながら制御することで消費電力を一層低減することも可能である。

また更にこの温水装置22に、水位検出や水温検出を行なって安全性を一層高めたり、送水口６の開閉制御を行なって加熱効率を一層高めたり、更に他の加熱手段と併用することも可能である。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

本発明は、例えば、浴場やプールなどへの給湯を行なう温水装置に用いることができ、また家庭や小規模店舗などで用いる給湯器や湯沸し器にも適用可能である。

１貯液容体
２液体
３電線
４第一発熱体
５被覆体
６内孔
７第二発熱体
８空間
９被覆体

Claims

貯液容体内に設けられ、この貯液容体内の液体を加熱する加熱装置であって、周面に電線を巻き回してなる筒状の第一発熱体を有し、この第一発熱体は被覆体で被覆され前記電線が露出しない状態に構成され、前記第一発熱体の内孔には、電磁誘導で発熱する第二発熱体が設けられ、前記電線に交番電力を印加することで、前記第一発熱体及び前記第二発熱体を発熱せしめ、前記貯液容体内の液体を加熱するように構成されていることを特徴とする加熱装置。
請求項１の加熱装置において、前記第二発熱体は、前記第一発熱体の前記内孔との間に空間が構成される外径であることを特徴とする加熱装置。
請求項１，２いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第二発熱体は、磁性体で構成されていることを特徴とする加熱装置。
請求項１〜３いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第一発熱体の前記被覆体は、非磁性金属で構成されていることを特徴とする加熱装置。
請求項１〜４いずれか１項に記載の加熱装置において、前記第二発熱体は非磁性金属系の被覆体で被覆されていることを特徴とする加熱装置。
貯液容体１内に設けた加熱装置で液体を加熱して給湯を行なう給湯装置であって、前記加熱装置は、請求項１〜５いずれか１項に記載の加熱装置であることを特徴とする給湯装置。