JP4293057B2 - 流体加熱装置およびそれを備えた衛生洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を所定温度に加熱する流体加熱装置およびそれを備えた衛生洗浄装置に関するものである。

従来、この種の流体加熱装置は流体加熱容器である温水タンク１に蓄えられた液体と常時接触する板金で形成した放熱板２を設け、その放熱板２に液面センサ３を取付けると共に、前記放熱板２に半導体スイッチング素子であるトライアック４を密着固定することにより、放熱板２を小さくでき、液面センサ３の交換も容易にできる構成としている（例えば特許文献１）。

図３は、特許文献１に記載された従来の流体加熱装置を示すものである。図３に示すように、流体加熱容器（温水タンク）１と、加熱器（シーズヒータ）５と、液面センサ３と、放熱板２と、半導体スイッチング素子（トライアック）４と、温度センサ（サーミスタ）６などから構成されている。
特開２００２−３２２７１３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、液面センサ３を取付ける放熱板２は温水タンク１の上部に設けることになり、温水タンク１内に空気が混入するなどして空気溜りができた場合、放熱板２が確実に液体と接触できず、放熱板２の水冷効果が低下して放熱板２に取付けた半導体スイッチング素子（トライアック）４が損傷する不安があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、確実に流体と放熱板が接触する構成にすることにより、水冷効果を確保でき放熱板に取付けた発熱電子部品の損傷を防止できる流体加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体加熱装置は、流体の流入口および流出口を有する流体加熱容器と、前記流体加熱容器を貫通するように設けた加熱器と、前記加熱器の保持と流体の外部封止とを行う保持部材と、前記貫通部で流体に接触した熱伝達部材と、前記加熱器への供給電力を制御する発熱電子部品とを備え、前記熱伝達部材は、前記発熱電子部品を熱的に接触させるとともに、前記保持部材を固定する構成としたものである。

本発明の流体加熱装置は、流体加熱容器の貫通部で流体に接触した熱伝達部材に熱的に接触させた発熱電子部品を備えたことにより、発熱電子部品の水冷効果を確保でき、熱伝達部材に取付けた発熱電子部品の損傷を防止できる。また、流体の漏洩防止と発熱電子部品の放熱とを兼用できる。

第１の発明は、流体の流入口および流出口を有する流体加熱容器と、前記流体加熱容器を貫通するように設けた加熱器と、前記加熱器の保持と流体の外部封止とを行う保持部材と、前記貫通部で流体に接触した熱伝達部材と、前記加熱器への供給電力を制御する発熱電子部品とを備え、前記熱伝達部材は、前記発熱電子部品を熱的に接触させるとともに、前記保持部材を固定する構成としたことにより、発熱電子部品の熱が熱伝達部材を介して流体に放熱され、発熱電子部品の水冷効果を確保でき、熱伝達部材に取付けた発熱電子部品の損傷を防止でき、かつ、流体の漏洩防止と発熱電子部品の放熱とを兼用できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の流体加熱装置において、熱伝達部材を流体加熱容器の少なくとも流入口側に設けたことにより、流体が加熱器で加熱される前の低い温度の流体が前記熱伝達部材と接触するため、発熱電子部品の熱が熱伝達部材を介して流体により放熱されやすく、発熱電子部品をより効果的に冷却することができる。

請求項３に記載の発明は、特に、第１の発明の流体加熱装置において、異常高温を検出して加熱器への通電を遮断する温度過昇防止手段を備え、熱伝達部材を流体加熱容器の流入口側と流出口側の両方に設け、流入口側に発熱電子部品を取付け、流出口側に温度過上昇防止手段を取付ける構成としたことにより、発熱電子部品の熱が熱伝達部材を介して流体に放熱されやすく、発熱電子部品の損傷を防止できるとともに、加熱器で加熱された流体温度が高温過熱状態になるなど異常時に、流出口側の熱伝達部材を介して温度ヒューズに高い温度が伝達され加熱器への通電を遮断することができる。

請求項４に記載の発明は、特に、請求項１から４のいずれか１項に記載の流体加熱装置の熱伝達部材を金属としたことにより、発熱電子部品の放熱に必要な熱伝導性および流体の漏洩防止に必要な機械的強度を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、特に、請求項５に記載の流体加熱装置の熱伝達部材を銅板としたことにより、水流体に触れて長期使用可能な耐食性と優れた熱伝導性による発熱電子部品の放熱性能を確保することができる。

請求項６に記載の発明は、特に、請求項１から６のいずれか１項に記載の流体加熱装置の熱伝達部材を略Ｌ字型に形成したことにより、大きな出っ張りがなくコンパクトで狭いスペースでも設置できる流体加熱装置にすることができる。

請求項７に記載の発明は、特に、請求項１から７のいずれか１項に記載の流体加熱装置の加熱器は、断面が円形の棒状ヒータとしたことにより、流体の外部漏洩防止を行うシール部材の形状を単純な円環状にすることができ、簡単で確実なシール構成にできる。

請求項８に記載の発明は、特に、請求項１から８のいずれか１項に記載の流体加熱装置の加熱器をシーズヒータとしたとしたことにより、機械的強度が強く割れる心配なく水中で使用でき、シーズヒータの非発熱部に流体の外部漏洩防止を行うゴム製のシール部材を当接して使用することができ、安価で確実なシール構成にできる。

請求項９に記載の発明は、特に、請求項１から９のいずれか１項に記載の流体加熱装置の加熱器をセラミックヒータとしたとしたことにより、セラミックヒータ自身の熱容量が小さく素早く流体を加熱でき、セラミックヒータの非発熱部に流体の外部漏洩防止を行うゴム製のシール部材を当接して使用することができ、安価で確実なシール構成にできる。

請求項１０に記載の発明は、給水源から供給される洗浄水を人体の被洗浄部に噴出する衛生洗浄装置であって、特に、前記給水源から供給される洗浄水を流動させつつ加熱する前記請求項１から１０のいずれか１項に記載の流体加熱装置と、前記流体加熱装置により加熱された洗浄水を前記人体に噴出する噴出手段とを備えた衛生洗浄装置により、大きい容積の放熱板を使用することなく、発熱電子部品の熱が容積の小さい熱伝達部材を介して流体に放熱され、発熱電子部品の水冷効果を確保できるので、発熱電子部品の熱的損傷の心配がなく小型コンパクトな衛生洗浄装置とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における流体加熱装置の構成図を示すものである。

図１において、１１は、流体の流入口１２と流出口１３を有する略円筒状の流体加熱容器であり、流体加熱容器１１内には、流体を所定温度まで加熱するための加熱器であるシーズヒータ１４が、加熱器容器１１を貫通する形で取り付けられている。図１のシーズヒータ１４は断面が円形の棒状である。本実施例では、熱伝導性のよい銅管のシースを用いているが、流体の種類によっては耐食性の高いステンレスなどのシースを用いてもよい。

シーズヒータ１４は、シース内部にニッケルクロムなどのヒータ線を有する発熱部１５と、シース端部の非発熱部１６（網掛け部）に分けられる。この非発熱部１６（網掛け部）は内部に電極端子があり、電極端子は電気抵抗が小さいため通電しても発熱しない。電極端子間のヒータ線周囲は絶縁物である酸化マグネシウム粉末が高密度に充填されており、ヒータ線の発熱はこの酸化マグネシウムを介してシースに伝達され、シース表面を流れる流体が加熱される構成である。

そして、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、流体加熱容器１１内を流れる流体が外部へ漏れることを防ぐための保持部材としてのＯリングである。まず、流入口１２側は保持部材であるＯリング１９ａ、１９ｂが、流体加熱容器１１と熱伝達部材である押さえ板２０と蓋２１ａによって固定されることで、流体加熱容器１１外に流体が漏れるのを防いでいる。そして、流出口１３側は、保持部材であるＯリング１９ｃ、１９ｄが、流体加熱容器１１と熱伝達部材である押さえ板１７と蓋２１ｂによって固定されることで、流体加熱容器１１外に流体が漏れるのを防いでいる。

なおＯリング１９ｂ、１９ｄは、流体加熱容器１１外に流体が漏れるのを防ぐ流体の外部封止の役目と、加熱器であるシーズヒータ１４を保持する役目とを兼ねている。つまり、Ｏリング１９ｂは押さえ板２０と蓋２１ａによって挟み込まれてシーズヒータ１４の一方の端部の非発熱部１６の外周に当接し、Ｏリング１９ｄは押さえ板１７と蓋２１ｂによって挟み込まれてシーズヒータ１４の他方の端部の非発熱部１６の外周に当接した構成である。

また、流入口１２側の熱伝達部材である押さえ板２０には、前記シーズヒータ１４の電力制御素子で発熱電子部品であるトライアック２３を熱的に十分接触するようにビスで締結固定してある。そして、流出口１３側の熱伝達部材である押さえ板１７には、異常温度過熱時にシーズヒータ１４への通電を遮断する温度過昇防止手段である温度ヒューズ１８を熱的に十分接触するように固定してある。

また、流体加熱容器１１の流出口１３には、流体の温度を検知する温度検知手段であるサーミスタ２４が取付けられている。その温度検知手段であるサーミスタ２４の信号は制御手段である制御器２２と導線接続されている。そのサーミスタ２４や制御手段２２などの電気的故障が生じた場合においても、流体の加熱温度が危険な温度になることを防止できるように、所定温度で電気接点が機械的にオンオフする温度スイッチであるサーモスタット２５が装着してある。

以上のように構成された流体加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、流入口１２から流体が流入すると、制御手段２２はシーズヒータ１４への通電を開始する。すると、シーズヒータ１４と流体加熱容器１１との間を流れる流体と、シーズヒータ１４との間で熱交換が起こり、所定温度まで加熱された流体が流出口１３から流出される。この際、流出口１３から流出される流体の温度は、温度検知手段であるサーミスタ２４から制御手段２２に信号が送られ、制御手段２２はサーミスタ２４からの温度信号に応じてトライアック２３を介してシーズヒータ１４への供給電力をコントロールしながら、流出口１３から流出される流体の温度が所定温度になるように制御される。

このように、トライアック２３によってシーズヒータ１４の電力を加減する際、電力制御素子で発熱電子部品であるトライアック２３も発熱するため、その熱の冷却をしなければトライアック２３が熱で破損することになるわけであるが、本実施例のように流体の流入口１２および流出口１３を有する流体加熱容器１１を貫通するように設けた加熱器１４と、その貫通部で流体に接触した熱伝達部材である押さえ板２０に熱的に接触させて発熱電子部品であるトライアック２３を取付けた構成により、トライアック２３の熱は熱伝達部材である押さえ板２０を伝わって流体に放熱される。したがって、発熱電子部品であるトライアック２３の水冷効果を確保でき、熱伝達部材である押さえ板２０に取付けた発熱電子部品の損傷を防止できる。また、熱伝達部材である押さえ板２０は流体の漏洩防止と発熱電子部品２０の放熱とを兼用できる。

しかも、トライアック２３を取付けた熱伝達部材である押さえ板２０を流体加熱容器１１の流入口側１２に設けたことにより、流体が加熱器であるシーズヒータ１４で加熱される前の低い温度の流体すなわち水が前記熱伝達部材である押さえ板２０と接触し、トライアック２３と水との温度差がより大きいため、発熱電子部品であるトライアック２３の熱が押さえ板２０からより流体である水に放熱されやすく、トライアック２３２３をより効果的に冷却することができる。

先に説明したように、制御手段２２が、サーミスタ１８で検知した温度信号に基づいてシーズヒータ１４の加熱量を制御することにより、流体加熱容器１１内を流れる流量が変わっても、所定の温度の流体を流出口１３より得ることができる。このような必要な流量だけ流体を短時間で所定の温度まで上昇させる制御を行う瞬間式の流体加熱装置は、流体を滞留させて加熱、保温を行う貯湯式の流体加熱装置と比較して保温時の放熱ロスを削減できるため省エネ性が高い。

また、流体加熱容器１１の流出口１３付近に所定温度で電気接点が機械的にオンオフする温度スイッチであるサーモスタット２５が装着してあるので、たとえ何かの異常でサーミスタ２４や制御手段２２などの電気的故障が生じた場合においても、流体の加熱温度が所定温度以上になるとサーモスタット２５の電気接点が機械的に開放状態になり、加熱器であるシーズヒータ１４への通電が遮断されるので、危険な温度になることを防止できる。

さらにまた、流体加熱容器１１の流出口１３側の押さえ板１７に温度過昇防止手段である温度ヒューズ１８が取付けてあるので、まず起こり得ないであろう前記サーミスタ２４や制御手段２２が故障し、さらにはサーモスタット２５までも全て不安全側の故障が生じたと仮定した場合においても、流体の温度が所定温度以上になると温度ヒューズ１８が電気的導通を遮断する。

以上のように、熱伝達部材１７、２０を流体加熱容器１１の流入口１２側と流出口１３側の両方に設け、流入口１２側に発熱電子部品２３を取付け、流出口１３側に温度過昇防止手段である温度ヒューズ１８を取付ける構成としたことにより、発熱電子部品２３の熱が熱伝達部材２０を介して流体に放熱されやすく、発熱電子部品２０の損傷を確実に防止できるとともに、加熱器１４で加熱された流体温度が高温過熱状態になるなど異常時に、流出口１３側の熱伝達部材１７を介して温度過昇防止手段である温度ヒューズ１８に高い温度が伝達され加熱器１４への通電を遮断し、安全を確保することができる。

また、流体加熱装置の熱伝達部材２０を、加熱器１１の保持と流体の外部封止とを行う保持部材１９ａ、１９ｂを固定する押さえ板２０を兼ねる構成としたことにより、熱伝達部材２０は流体の漏洩防止および発熱電子部品２３の放熱の複数機能を兼ねることができるので、部品点数を少なくすることができる。

また、流体加熱装置の熱伝達部材２０を金属としたことにより、発熱電子部品２３の放熱に必要な熱伝導性および流体の漏洩防止に必要な機械的強度を確保することができる。

また、流体加熱装置の熱伝達部材２０を銅板としたことにより、水流体に触れて長期使用可能な耐食性と特に優れた熱伝導性による発熱電子部品２３の放熱性能を確保することができる。

また、流体加熱装置の熱伝達部材２０を略Ｌ字型に形成したことにより、大きな出っ張りがなくコンパクトで狭いスペースでも設置できる流体加熱装置にすることができる。

また、流体加熱装置の加熱器１４は、断面が円形の棒状ヒータとしたことにより、流体の外部漏洩防止を行うシール部材１９ｂの形状を単純な円環状にすることができ、Ｏリング等による簡単で確実なシール構成にでき、組立ても簡単で安価にできる。

また、流体加熱装置の加熱器１４をシーズヒータとしたとしたことにより、機械的強度が強く割れる心配なく水中で使用でき、シーズヒータの非発熱部１６に流体の外部漏洩防止を行うゴム製のシール部材１９ｂ、１９ｄを当接して使用することができ、安価で確実なシール構成にできる。

なお、上記の実施例では、加熱器１４をシーズヒータとした例で説明したがシーズヒータに限られるものではなく、たとえば流体加熱装置の加熱器１４をセラミックヒータとした場合にも同様の効果を得ることができる。流体加熱装置の加熱器１４をセラミックヒータとしたことにより、セラミックヒータ自身の熱容量が小さく素早く流体を加熱でき、セラミックヒータの非発熱部に流体の外部漏洩防止を行うゴム製のシール部材を当接して使用することができ、安価で確実なシール構成にできる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態の衛生洗浄装置を示す断面図である。そして、実施の形態１の流体加熱装置を用いた衛生洗浄装置の構成であり、便器５１の上に暖房便座５２と衛生洗浄装置本体５３を設置している。そして、衛生洗浄装置本体５３の中に、流体加熱装置５４を備え、加熱された温水が洗浄ノズル５５から噴出して人体５６の局部を洗浄するものである。そして、衛生洗浄装置本体５３の中には遮断弁５７や流量制御装置５８を備えている。その他、制御基板などの部品は、省略する。

このような衛生洗浄装置においては、衛生洗浄装置本体５３がコンパクトで低い高さ寸法に構成できれば、スッキリしたきれいな外観デザインを実現できることになり、狭いトイレにおいても、圧迫感がなく心地よい快適な空間をユーザーに提供できることになる。そこで、実施の形態１の流体加熱装置を衛生洗浄装置５３に用いることにより、大きい容積の放熱板を使用することなく、発熱電子部品２３の熱が容積の小さい熱伝達部材１７を介して流体に放熱され、発熱電子部品２３の水冷効果を確保できるので、発熱電子部品２３の熱的損傷の心配がなく小型コンパクトな衛生洗浄装置とすることができる。

上記のように、給水源５０から供給される洗浄水を人体の被洗浄部に噴出する衛生洗浄装置５３であって、特に、前記給水源５０から供給される洗浄水を流動させつつ加熱する実施の形態１の流体加熱装置５４と、前記流体加熱装置５４により加熱された洗浄水を前記人体に噴出する噴出手段５５とを備えた衛生洗浄装置により、大きい容積の放熱板を使用することなく、発熱電子部品２３の熱が容積の小さい熱伝達部材１７を介して流体に放熱され、発熱電子部品２３の水冷効果を確保できるので、発熱電子部品２３の熱的損傷の心配がなく小型コンパクトな衛生洗浄装置とすることができる。

上記は、本発明の流体加熱装置を衛生洗浄装置に用いた説明をしたが、例えば電気洗濯機や食器洗浄機に用いても同様の効果が得られる。すなわち、いずれも水道などの給水源からの水を加熱して温水にして、衣服や食器を洗浄する機器であり、給水源５０から供給される洗浄水を流動させつつ加熱する実施の形態１の流体加熱装置５４を用いることにより、大きい容積の放熱板を使用することなく、発熱電子部品２３の熱が容積の小さい熱伝達部材１７を介して流体に放熱され、発熱電子部品２３の水冷効果を確保できるので、発熱電子部品２３の熱的損傷の心配がなく小型コンパクトに流体加熱装置を実装することができる。またタンクなどで湯を沸かして貯めておいて、その湯を使ういわゆる貯湯式のように放熱ロスによるエネルギーの無駄を少なくでき省エネルギーの電気洗濯機や食器洗浄器を実現できる。また、貯湯式のようにタンクの湯が使っている間に無くなると、水しか得られなくなるいわゆる湯切れの心配がなく、必要なとき必要な量だけいつでも温水が得られるので、洗浄量の多少に対しての不具合を解消できる機器を提供できる。

なお温水を用いることによる効果は、温水洗浄便座の場合は人体の局部を温水で心地よく洗浄できるとともに、汚れ落ちも水洗浄よりも高めることができる。電気洗濯機や食器洗浄機の場合は、被洗浄物が人体ではなく衣服や食器であり、心地よさは関係ないが、汚れ落ちのよい洗浄性能を高める効果は同様である。

以上のように、本発明にかかる流体加熱装置は、発熱電子部品の水冷効果を確保でき、熱伝達部材に取付けた発熱電子部品の損傷を防止できるので、温水洗浄便座のほか電気洗濯機や食器洗浄機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における流体加熱装置の構成図 本発明の実施の形態２における衛生洗浄装置の断面図 従来の流体加熱装置の構成図

１１ 流体加熱容器
１２ 流入口
１３ 流出口
１４ シーズヒータ（加熱器）
１６ 非発熱部
１７ 熱伝達部材（押さえ板）
１８ 温度過昇防止手段（温度ヒューズ）
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 保持部材
２０ 熱伝達部材（押さえ板）
２２ 制御手段
２３ 発熱電子部品（トライアック）

Claims (10)

1. 流体の流入口および流出口を有する流体加熱容器と、
   前記流体加熱容器を貫通するように設けた加熱器と、
   前記加熱器の保持と流体の外部封止とを行う保持部材と、
   前記貫通部で流体に接触した熱伝達部材と、
   前記加熱器への供給電力を制御する発熱電子部品とを備え、
   前記熱伝達部材は、前記発熱電子部品を熱的に接触させるとともに、前記保持部材を固定する構成とした流体加熱装置。
2. 前記熱伝達部材は、前記流体加熱容器の少なくとも流入口側に設けた請求項１に記載の流体加熱装置。
3. 異常高温を検出して前記加熱器への通電を遮断する温度過昇防止手段を備え、
   前記熱伝達部材は、前記流体加熱容器の流入口側と流出口側の両方に設け、流入口側に前記発熱電子部品を取付け、流出口側に前記温度過上昇防止手段を取付ける構成とした請求項１に記載の流体加熱装置。
4. 前記熱伝達部材は、金属とした請求項１〜３のいずれかに記載の流体加熱装置。
5. 前記熱伝達部材は、銅板とした請求項４に記載の流体加熱装置。
6. 前記熱伝達部材は、略Ｌ字型に形成した請求項１〜５のいずれかに記載の流体加熱装置。
7. 前記加熱器は、断面が円形の棒状ヒータとした請求項１〜６のいずれかに記載の流体加熱装置。
8. 前記加熱器は、シーズヒータとした請求項１〜７のいずれかに記載の流体加熱装置。
9. 加熱器は、セラミックヒータとした請求項１〜７のいずれかに記載の流体加熱装置。
10. 給水源から供給される洗浄水を人体の被洗浄部に噴出する衛生洗浄装置であって、前記給水源から供給される洗浄水を流動させつつ加熱する前記請求項１〜９のいずれかに記載の流体加熱装置と、前記流体加熱装置により加熱された洗浄水を前記人体に噴出する噴出手段とを備えた衛生洗浄装置。

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