JP4303263B2 - 洗浄機用瞬間式温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄機用瞬間式温水装置に関し、特に、流路を通過する流体を瞬間的に加熱し、その加熱された流体が層流となっていることを防止する洗浄機用瞬間式温水装置（ＷＡＲＭ ＷＡＴＥＲ ＤＥＶＩＣＥ ＴＨＥ ＭＯＭＥＮＴ ＦＯＲ ＩＲＲＩＧＡＴＯＲ）に関するものである。

一般に温水装置は、流体を所定温度に加熱させるものとして、主に水を流体として用いられる。このような温水装置は、温水を生成する温水器をはじめとして、室内を暖房するボイラー、温水洗浄機、自動販売機などに設置されている。

ところで、温水洗浄機には瞬間的に所定温度に加熱し、温水を直ちに使える瞬間式温水装置が主に用いられ、このような温水装置として、特許文献１に「人体局部洗浄装置」が開示されている。そして、瞬間式温水装置は、主に、入水口と出水口とが具備され、入水口から供給された流体を所定の温度に加熱することができるようにヒーターが用いられている。

しかしながら、上記の温水装置では、ヒーターが蛇行状の単一の経路上に設けられることによって、熱交換効率は向上できるものの、流れる流体を瞬間的に加熱するため、ヒーターに接する部分（温水層）とヒーターから離れた部分（冷水層）との温度が相違する層流が生じる。

そして、層流状態の流体が出水口を介して供給される。すなわち、層流状態で供給された流体により温水洗浄をする場合、温水と冷水が同時に流れるので、その温度差により使用者に不快感を与える。

また、温水装置は、層流の状態で出水口の温度センサーが冷水層の温度を感知することになると、その冷水層の温度に基づいて熱交換するようにヒーターを発熱させる。そうすると、温水層の流体はさらに高温に熱交換して供給されるので、使用者はやけどをしたりする。

一方、温水層の温度を感知すると、その温水層の温度に基づいて加熱することになり、冷水層の温度はさらに低温となって供給されるので、冷たい水により驚くことになる。
そこで、このような短所を改善させたものとして、特許文献２に「ビデ用瞬間式温水供給装置」が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載された発明においては、層流を防止するために流出口を形成する板状の部材を熱交換部として用いられているが、これは流体が流出口の直前まで加熱手段と接している状態であり、層流のまま流出口を介して温水洗浄機に供給されることになって、該層流が解消できないという問題がある。
韓国特許第４８４３４４号 韓国特許第４２００８１号

したがって、本発明は上述のような問題を解決するために案出されたもので、洗浄機内の流体供給路に板状のヒーターを設けて流体の瞬間的な加熱を可能とし、これにより熱効率が極大化できる洗浄機用瞬間式温水装置を提供することにある。

また、本発明は、熱交換して供給された流体が温水層と冷水層との層流となって供給されることを防止する洗浄機用瞬間式温水装置を提供することにある。

前記目的を果たすための本発明の洗浄機用瞬間式温水装置は、入水口及び出水口が具備され、前記入水口と前記出水口との間に流路が形成されたハウジングと、前記入水口に供給された流体が流路内に流入する際に熱交換させる熱交換部と、前記熱交換部に設けられ、入水口から流入した流体を瞬間に熱交換させる加熱部であるヒーターと、前記熱交換部で熱交換して層流となっている流体を均一に混合する混合部とを有する。

ここで、前記熱交換部はハウジングに設けられていて、前記流路は蛇行状に形成されるように、一側が近接する前記ハウジングの内壁面から距離をおいて終端する隔壁を設けるのが好ましい。

そして、前記混合部は、熱交換された流体の水位を感知する水位センサーと、混合された流体の温度を感知する出水センサーが設けられて、前記出水センサーは出水口に隣接して設けられるのが好ましい。

また、前記混合部には、前記加熱部から熱交換された流体が流入する流入口を形成し、前記流入口の直径は、混合部で逆負荷を発生して熱交換された流体を混合できるように、前記出水口の直径よりも大きく形成されるのが好ましい。

また、前記流入口は、前記混合部での混合効率を高めるように前記出水口の反対側に設けられ、前記出水口とは互いにずれ合うように配置するのが好ましい。

また、前記ヒーターには、異常な過熱を防止するためにヒューズが設けられて、前記ヒューズは前記ヒーターの発熱体に設置するのが好ましい。

また、前記ヒーターには熱交換された流体の温度を一定に制御するバイメタルが設けられて、前記バイメタルは前記熱交換部の出水口に設置されるのが好ましい。

ここで、安全装置の前記ヒューズと前記バイメタルとの取付位置について、別途の部材を用いてビスで締結することもできるが、さらに簡単で、信頼性があるように取付けるためには、熱伝導性にすぐれる高温用シリコン系列の接着剤を利用して絶縁性能、熱伝導性能、及び付着性を確保するのが好ましい。

また、前記ハウジングには、入水口を介して流入される流体の温度を感知してヒーターの発熱量を調節できるように入水センサーが設けられていて、前記入水センサーは入水口に設置されるのが好ましい。

また、前記ハウジングは、入水センサーから感知された温度を演算して補正値を求めており、前記補正値によって発熱量を補正できるように出水センサーがさらに設けられている。そして、前記出水センサーは混合部に設置するのが好ましい。

また、前記加熱部であるヒーターは、板状のヒーターであり、これは電流の供給により発熱するルテニウム（Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）系列の発熱体が所定の間隔を置いて、複数個が熱伝達部材の一面に取付けられ、それぞれの発熱体は電流が供給され得るようにリードワイヤと接続されるように設置され、それぞれの発熱体に前記リードワイヤから電流が同時に供給できるように、それぞれの発熱体の両端を連結するコンダクタが設けられる構造になっていることが好ましい。

以上に説明したように、本発明は、洗浄機用瞬間式温水装置の熱交換部を蛇行状で加熱経路を形成し、その加熱経路に板状のプレートからなるヒーターを設けることで、流体が流れながら瞬間的に加熱されるという効果がある。

また、本発明は洗浄機用瞬間式温水装置の熱交換部で熱交換され、温水層及び冷水層を有する層流となって供給される流体を均一に混合させることによって、一定温度の流体を供給することができるという効果がある。

以下に添付した図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。

本発明を説明するにあたって、定義される用語は本発明での機能を鑑みて定義なされたものであって本発明の技術的構成要素を限定するものではない。

図１は本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の分解斜視図であり、図２は本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の平面図であり、図３は本発明の実施形態に係る図２のＡ−Ａ線の断面図であり、図４は本発明の実施形態に係る図２のＢ−Ｂ線の断面図である。

図５は本発明の実施形態に係る図２のＣ−Ｃ線の断面図であり、図６は本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の平断面図であり、図７は本発明の実施形態に係るヒーターの構造図であり、図８は本発明の実施形態において装着板によってヒーターを熱交換部に間接的に結合させた状態図を示したものである。

図１を参照すると、本発明に係る洗浄機用瞬間式温水装置は、ハウジング１００と加熱部であるヒーター２００とで構成される。ヒーター２００は板状に具備されてハウジング１００と結合して強固に固定されている。そして、その間には図示されてないパッキングまたはガスキットなどによって内部が密閉されるようにされている。

図１ないし図４を参照すると、前記ハウジング１００は、入水口１０及び出水口２０が具備され、入水口１０と出水口２０との間は前記ヒーター２００と熱交換できるように所定の空間からなる熱交換部３０が設けられている。

図３及び図７を参照すると、前記ヒーター２００は板状のヒーターとして発熱体２１０、熱伝達部材２０１、リードワイヤ２０２及びコンダクタ２０３の結合構造で構成される。

前記発熱体２１０は、リードワイヤ２０２によって電流が供給されたとき、発熱するルテニウム（Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）系列であって、これは所定の間隔を置いて複数個が前記熱伝達部材２０１の一面にプリントされた構造で構成される。

前記熱伝達部材２０１は、熱交換部３０の外側面に直接取り付けられるか、または図８に示すように、プレート形状の装着板２０４の一面にプリントされた後に熱交換部３０の外側面に間接的に取付けられる方式の結合構造で構成されることもでき、好ましくは熱交換部３０の外側面に直接取付けられた方が良い。

続いて、前記熱伝達部材２０１は、ハウジング１００内の流路３１に配置されることもできるが、この場合は流体から発熱体２１０及びリードワイヤ２０２を保護できるように、前記熱伝達部材２０１の表面には絶縁材（図示せず）の塗布による絶縁層を形成するようにする。

この際、前記熱伝達部材２０１は、酸化アルミニウムまたはステンレス鋼からなる板状のプレートであるが、これらに限定されず熱伝導率が高いセラミックスや銅などの材質とすることもできる。

続いて、前記ヒーター２００には、前記発熱体２１０が流体との熱交換効率を高めるために熱交換用放熱板（図示せず）を設けることもできる。

前記リードワイヤ２０２は、前記発熱体２１０に電流が供給できるように、前記発熱体２１０に接続され、前記コンダクタ２０３は前記それぞれの発熱体２１０に前記リードワイヤ２０２から電流が同時に供給できるように前記それぞれの発熱体２１０の両端に接続されるように構成される。

図３を参照すると、前記熱交換部３０が流入した流体が瞬間的に熱交換され得るように、ハウジング１００は一定厚みの空間が形成されるように形成され、その下部には平らな形状のヒーター２００が取付けられ結合される。

そして、熱交換部３０は、図６に示したように、流入した流体の熱交換の接触面積を増やし、十分に熱交換できるように、蛇行状の流路３１が形成される。この際、蛇行状の流路３１は、前記熱交換部３０の隔壁３２を一側が近接するハウジング１００の内壁面から距離をおいて終端するように設けることによって形成することができる。

前記ハウジング１００には、図３に示したように、熱交換部３０で熱交換された冷水層と温水層とに仕分けされる層流状態の流体を均一に混合できるように、所定の空間を有する混合部４０が具備される。そして、混合部４０には、熱交換部３０内で加熱された流体が流入するように流入口４１が設けられる。

ここで、流入口４１の直径は出水口２０の直径よりも大きく形成する。その理由は、流入口４１から流入した流体は、出水口２０を介して洗浄機（図示せず）へ供給される流体よりも流量が多くなり、混合部４０の内部に所定の圧力が形成されることになる。そして、所定の圧力が形成されることと共に、流体の流れが積層されて流速を鈍化させ、混合部４０の内部における流体の混合効率を高めることができる。

そして、混合部４０では、熱交換された流体が適切に混合されることができるように流入口４１を一方の側に形成して渦流が発生するようにした方がよい。すなわち、流入口４１と出水口２０との中心線がずれるようにする。

また、混合部４０は所定の空間を形成することによって、内部には熱交換された一定量の流体が収容できる。そして、混合部４０の面積は熱交換部３０の面積よりも小さく形成する。よって、混合部４０から適切に混合されて温度が均一となった流体は出水口２０によって温水洗浄機（図示せず）に供給される。

本発明の洗浄機用瞬間式温水装置は、複数の感知部５０が具備される。感知部５０は、感知位置がそれぞれ異なるので、図３ないし図５を参照して説明する。

入水口１０には、図４に示すように、流入した流体の温度を測定し、洗浄機に供給される設定温度まで昇温するために必要なヒーター２００の発熱量を調節できるようにする、入水センサー５１が具備される。すなわち、入水センサー５１によって温度を測定して、温度が低すぎるとヒーター２００の発熱量を高め、入水センサー５１の温度が高ければヒーター２００の発熱を低める。

この際、入水センサー５１は、入水口１０と隣接するように配置され、入水口１０に流入する流体の温度を感知できるように具備される。そして、入水口１０は熱交換された流体が逆流して入水センサー５１に影響を与えることを防止するために熱交換部３０までの所定の距離を有するように形成する。

また、ヒーター２００には、図４に示すように、異常過熱を遮断できるようにヒューズ５２が電気的に接続されて構成される。

すなわち、前記ヒューズ５２は、リードワイヤ２０２に接続され、前記発熱体２１０が急激な異常発熱をおこすことによる異常過熱を感知すると、前記発熱体２１０への電流の供給を遮断する。

そして、ヒーター２００には、図４に示すように、バイメタル５３が電気的に接続される。

すなわち、前記バイメタル５３は、熱交換部３０の出水口２０が位置する所に設けられると共に、前記発熱体２０１に直接的に接続される。

それで、熱交換部３０で十分熱交換された流体が混合部４０に流入される前の温度を感知してバイメタル５３の動作温度以上であれば、前記発熱体２１０への電流の供給を遮断し、動作温度以下であれば電流を供給することになる。

よって、バイメタル５３により一定温度を維持することができ、ヒューズ５２により異常過熱を防止する。

ここで、前記安全装置であるヒューズ５２及びバイメタル５３は、その取付方法において、別途の部材を用いてビスなどで締結することもできるが、さらに簡単で信頼性の高い取付方法としては、熱伝導性がすぐれる高温用シリコン系列の接着剤（図示せず）を用いて絶縁性能、熱伝導性能、及び付着性を確保することができる。

前記混合部４０には、図３に示すように内部に収容された流体の水位を測定することができるように水位センサー５４が具備される。そして、前記水位センサー５４とともに混合部４０の出水口２０には均一に混合された流体の温度を感知できるように出水センサー５５が具備される。すなわち、出水口２０を介して供給される流体が均一に混合された状態で温度が感知されることによって温度の正確性を期待することができる。

ここで、出水センサー５５で温度を感知し、入水センサー５１で温度を感知することによって補正値を算出することができる。そして、補正値によってヒーターの発熱量を補正することができる。

すなわち、入水センサー５１の温度測定によりヒーター２００の発熱量を調節しながら流体を加熱する際、前記加熱された流体の温度は出水センサー５５によって感知されるので、前記出水センサー５５は加熱状態の流体温度と目標温度との補正値を算出することができ、もしも前記目標温度より出水センサー５５が感知した温度を高い場合は、補正値だけヒーター２００の発熱量を低め、目標温度より低い場合は補正値だけヒーター２００の発熱量を高める。

すなわち、前記入水センサー５１と出水センサー５５から感知された情報に基づいて、前記出水センサー５５が出水された流体が適正温度であるかどうかを判断した後、その結果に基づいて補正値を算出し前記ヒーター２００の発熱量を調節することによって、前記発熱量を調節するためのプログラムが搭載される。

以下のように本発明に係る洗浄機用瞬間式温水装置の作用を、添付した図１ないし図８を参照して説明する。

本発明は洗浄機のマイクロコンピュータ（図示せず）の制御を受ける。したがって、使用者が洗浄機の洗浄ボタンを押した場合、入水装置（例；加圧ポンプ、減圧弁、逆流防止バルブ、指数装置など）が作動して入水口１０から流体が流入する。

次に、入水口１０に流入した流体の温度を入水センサー５１で感知した後、ヒーター２００内の発熱体２１０にリードワイヤ２０２によって電気を供給する。この際、入水センサー５１の感知温度に従ってマイコン（図示せず）は前記発熱体２０１の発熱量を調節する。

次に、流体は図６に示した熱交換部３０の蛇行状の流路３１を経由しながらヒーター２００の発熱体２１０と十分に熱交換される。そして、熱交換された流体は図３に示すようにヒーター２００と接している部分の温水層と離れている冷水層が層流となった状態で混合部４０に流入する。

次に、前記混合部４０に流入した流体は、所定の空間内部で渦流を発生し、層流状態の流体から十分に混合されて均一な温度の流体となる。

そして、前記均一な温度として混合された流体が出水口を介して洗浄機（図示せず）に供給される。そして、均一な温度で混合された流体は出水口２０で出水センサー５５によって温度を感知される。

この際、十分に混合された状態なので、感知位置に関係なしに流体の温度は一定である。そして、正確な温度感知が可能となる。

次に、前記出水センサー５５で感知された温度を目標する温度と演算し補正値を算出した後、前記算出された補正値によってヒーター２００内の発熱体２１０に対する発熱量を補正するプログラムが実行され、このように実行されたプログラムによって前記出水口２０では目標とする温度で流体の出水が可能となる。

この際、バイメタル５３では、前記発熱体２１０が規定温度以上に上昇した場合、リードワイヤ２０２を介して前記発熱体２１０に供給される電流を遮断することになり、電流を遮断することにより規定温度の以下に下がれば、また前記発熱体２１０に電流を供給する。

そして、前記ヒーター２００の発熱体２１０で異常過熱が発生すると、ヒューズ５２が、リードワイヤ２０２を介して発熱体２１０に供給される電流を遮断することによって安全に関わる事故に備えることができる。

本発明の洗浄機用瞬間式温水装置は、温水洗浄機（図示せず）に設置されて瞬間的に温水を供給するものとして説明したが、これに限定せず、温水が供給される浄水器及びコーヒ自動販売機などに多様に実施することができる。

以上で本発明の洗浄機用瞬間式温水装置に対する技術思想を添付図面とともに記載したが、これは本発明の最も好適な実施形態を例示的に説明したものであって本発明を限定するものではない。

したがって、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び技術的範囲から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更することができる。

本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る図２のＡ−Ａ線の断面図である。 本発明の実施形態に係る図２のＢ−Ｂ線の断面図である。 本発明の実施形態に係る図２のＣ−Ｃ線の断面図である。 本発明の実施形態に係る洗浄機用瞬間式温水装置の平断面図である。 本発明の実施形態に係るヒーターの構造図である。 本発明の実施形態として装着板を介してヒーターを熱交換部に間接的に結合させた状態図である。

符号の説明

１０ 入水口 ２０ 出水口
３０ 熱交換部 ３１ 流路
３２ 隔壁 ４０ 混合部
４１ 流入口 ５０ 感知部
１００ ハウジング ２００ ヒーター
２０１ 熱伝達部材 ２０２ リードワイヤ
２０４ コンダクタ ２１０ 発熱体

Claims (22)

1. 入水口と出水口が具備され、前記入水口と出水口との間に流路が形成されるハウジングと、
   前記入水口から流入された流体を熱交換して出水口に流れるように案内する加熱部を含む熱交換部と、
   前記熱交換部で熱交換され、流体が出水口に流れる際に層流となっている流体を均一に混合する混合部と、
   を含んで構成され、
   前記混合部には、前記熱交換部で熱交換された流体の流入する流入口と、前記流入口から流入する熱交換された流体の水位を感知する水位センサーとが形成され、
   前記流入口の直径は、混合部で逆負荷を発生させて熱交換された流体が十分に混合されるように前記出水口の直径よりも大きく形成されることを特徴とする洗浄機用瞬間式温水装置。
2. 前記流路は、一側が近接するハウジングの内壁面から距離をおいて終端する隔壁によって蛇行状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
3. 前記加熱部は、入水口から流入した流体を瞬間的に熱交換できるように流路に配置された板状のヒーターであることを特徴とする請求項１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
4. 前記板状のヒーターは、
   電流の供給により発熱するようにルテニウム系列で構成される複数の発熱体と、
   前記発熱体が形成される熱伝達部材と、
   前記発熱体に電流を供給するためのリードワイヤと、
   前記リードワイヤによって電流の供給が同時に行われるように前記複数の発熱体の両端を接続するコンダクタの結合構造と、
   からなることを特徴とする請求項３に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
5. 前記発熱体は、熱伝達部材の一面にプリントによって複数個が取付けられることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
6. 前記熱伝達部材は、セラミックス部材からなることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
7. 前記熱伝達部材は、ステンレス鋼部材からなることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
8. 前記熱伝達部材は、流路の内部面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
9. 前記熱伝達部材は、一面にプリント方式で複数の発熱体を取付けられ、前記発熱体はリードワイヤと接続され、前記発熱体とリードワイヤが形成された熱伝達部材とは絶縁材によって絶縁処理されるように構成されることを特徴とする請求項８に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
10. 前記熱伝達部材は、流路の外部面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
11. 前記熱伝達部材は、プレート形状の装着板の一方の面にプリントによって取付けられ、前記装着板の他方の面は熱交換部の流路の外側面に取付けられることを特徴とする請求項４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
12. 前記板状のヒーターは、異常な過熱を防止するためのヒューズが電気的に連結されて構成されることを特徴とする請求項３に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
13. 前記板状のヒーターは発熱体とリードワイヤとを含み、前記ヒューズは発熱体に電流を供給するリードワイヤに電気的に接続されて構成されることを特徴とする請求項１２に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
14. 前記板状のヒーターは、熱交換された流体の温度を一定に制御するバイメタルが電気的に接続されて構成されることを特徴とする請求項３に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
15. 前記バイメタルは、熱交換部の出水口に設けられることを特徴とする請求項１４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
16. 前記板状のヒーターは発熱体を含み、前記バイメタルは前記発熱体に接続されて構成されることを特徴とする請求項１４に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
17. 前記混合部には、混合された流体の温度を感知する出水センサーが設けられることを特徴とする請求項１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
18. 前記出水センサーは、出水口に隣接するように設けられることを特徴とする請求項１７に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
19. 前記出水センサーは、該センサーで感知した混合された流体の温度と、入水センサーで感知した温度とを演算して流体温度の補正値を求め、該補正値によってヒーターの発熱量を補正できるように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
20. 前記流入口は、混合部において混合効率を高めるために、出水口の反対側に設けられ、前記出水口との中心線が一致しないように配置されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
21. 前記ハウジングは、入水口から入水した流体の温度を感知し、ヒーターの発熱量を調節する入水センサーを備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。
22. 前記入水センサーは、入水口に設けられたことを特徴とする請求項２１に記載の洗浄機用瞬間式温水装置。

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