JP4979461B2 - 貯湯式温水器 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンク内の水の有無または水位の低下を検出できる貯水検出装置を備えた貯湯式温水器に関するものである。

特許第２６０２７１８号公報（特許文献１）には、ヒータ表面とタンク間に短時間に限定して電気を流し、ヒータとタンク間の電気抵抗が一定以上の場合には、貯湯タンク内に水が無いまたは水位がヒータの位置よりも低下していると判断して、ヒータへの通電を停止する空焚き防止機能を備えた貯湯式電気温水器が開示されている。

また、特開２００１−１４１３０４号公報（特許文献２）に記載の貯湯式電気温水器では、貯湯タンクの主要部分を絶縁樹脂材料で形成し、タンクの頂部部分を金属で形成し、タンク内の水とタンクの金属部分との間のインピーダンスの変化に基づいて、貯湯タンク内の水位の低下を検出する。そしてタンク内の水位が貯湯タンク内に配置したヒータの位置よりも高いうちにヒータへの通電を停止する技術が開示されている。
特許第２６０２７１８号公報［特許請求の範囲］ 特開２００１−１４１３０４号公報［特許請求の範囲］

特許文献１に示された技術のように、ヒータ表面とタンク間に短時間に限定して電気を流し、ヒータとタンク間の電気抵抗を測定する場合には、水位が低下したとしても、ヒータとタンク内壁との間に水滴または水分が残っている限り、大きな電気抵抗の変化を検出できない。そのため、特許文献１に記載の技術では、水位がヒータの設置位置よりも下がっているにもかかわらず、空焚き状態を直ちに検出することができない問題がある。

これに対して特許文献２に示された技術では、ヒータが水に浸かっている状態で、タンク内の水位の低下を検出することができるので、貯湯タンク内の水位の低下を空焚き状態が発生する前に早期に検出することができる。しかしながらこの技術では、貯湯タンクを絶縁樹脂製部分と金属製（導電性）部分とを有する特殊な構造にしなければならず、既存の安価な金属製貯湯タンクを使用することができない問題がある。

本発明の目的は、既存の金属製の貯湯タンクをそのまま用いることができる貯水検出装置を備えた貯湯式温水器を提供することにある。

本発明の他の目的は、既存の金属製の貯湯タンクをそのまま用いて、しかも貯湯タンク内の水位がヒータ設置位置よりも高い場合でも、貯湯タンク内の水位の低下を検出して、空焚きが発生する可能性があると判断することができる貯水検出装置を備えた貯湯式電気温水器を提供することにある。

本発明が改良の対象とする貯湯式温水器は、底部に給水口を有し且つ頂部に給湯口を有する金属製の貯湯タンクと、貯湯タンク内に必要な水が有るか否かを検出する貯水検出装置とを備えている。貯湯式温水器は、貯湯タンク内にヒータが配置された貯湯式電気温水器であってもよく、また貯湯タンク内にはヒータが配置されず、ヒートポンプによって加熱された湯が貯湯タンク内に貯湯されるヒートポンプ式の貯湯式温水器のいずれであってもよい。なお貯湯式温水器が、貯湯式電気温水器の場合には、貯水検出装置は、貯湯タンク内に必要な水が無いかまたは水位が低下して、ヒータの周囲に水が無い状態でヒータへの通電が行われて空焚き状態になる前にヒータへの通電を停止する空焚き防止機能を備えている。

本発明で用いる貯水検出装置は、貯湯タンクに電気的に接続された第１の接続回路と、給湯口と蛇口との間に形成される水路中の水のみと通電可能に接触する電極部を備えた第２の接続回路とを備えている。また空焚き防止装置では、貯湯タンク内及び水路中に満たされた水と、第１の接続回路及び第２の接続回路を通して電流を流す通電回路を備えている。さらに空焚き防止装置は、通電回路に電流が流れるか否かにより、貯湯タンク内の水位の低下を推定する推定回路とを備えている。

本発明によれば、給湯口と蛇口との間に形成される水路が湯を含む水（以下水と言う）で満たされている場合には、水路中の水と貯湯タンク内の水とを介して第１の接続回路及び第２の接続回路が電気的に接続されて通電回路には電流が流れる。何等かの理由で貯湯タンク内の水位が下がっている場合（貯湯タンク内に水が入っていない場合）には、基本的には給湯口と蛇口との間の水路中には水が入っていない状態となる。本発明を製品として具体化した構造では、給湯口と蛇口との間にあって、貯湯式温水器の外装ケース内にある配水管内の水路中に水が入っていない状態となる。そのため第２の接続回路中の電極部は水路中の水とは触れていない状態になる。その結果、通電回路を通して電流が流れることが無くなり、推定回路は貯湯タンク内が水で満たされていない状態、すなわち貯湯タンク内の水位が低下している状態が発生していることを推定する。したがって本発明によれば、既存の金属性の貯湯タンクを利用して、貯湯タンクに特別な加工を施すことなく、貯湯タンク内の水位が低下している状態または貯湯タンク内が水で満たされていない状態を検出することができる。ヒートポンプ式の貯湯式温水器では、推定回路の推定により、給水バルブの開き忘れや貯湯タンクからの水漏れなどを判定することができる。また貯湯式電気温水器では、ヒータの発熱による空焚きの発生を確実に防止することができる。なお第１の接続回路は、貯湯タンクの外壁部に電気的に接続されていればよく、この接続は半田付けでもよい。また貯湯タンクの下部に接続した水道管に第１の接続回路を接続してもよい。

給湯口と前記蛇口との間に形成される水路中の水（具体例では前述の配水管内の水）とのみ通電可能に電極部を接触させるためには、例えば、給湯口と前記蛇口との間に形成される配管路に、貯湯タンクと電気的に絶縁された絶縁管路部分を設ける。そして電極部を、この絶縁管路部分に設ければよい。

なお水路の途中には、給湯口から供給される湯が通る給湯管と、水道水から供給される水が通る給水管と、湯と水とを混合して得た混合水が流れる配水管とが接続される弁本体と、混合水の温度を測定するために弁本体と電気的に絶縁された状態で混合水と接触する温度センサとを備えた温度センサ付き混合弁装置が配置される場合がある。このような混合弁装置が用いられる場合には、温度センサが水路中の水と接触することになる。したがって温度センサの構成部材のうち水路中の水と接触する導電性材料からなる構成部材を電極部として利用すれば、特別に電極部を用意することなく、第２の接続回路の電極部を水路中に配置することができる。温度センサは、水に接触する外側ケースは熱伝達が良好な金属材料によって形成されている。したがってこの外側ケースを電極部として利用することができる。

温度センサと弁本体との電気的な絶縁は、弁本体が絶縁材料で形成されていれば、特別な絶縁構造を必要としない。すでに既存の混合弁装置には、弁本体が絶縁材料で形成されているものが存在しており、しかも温度センサが配置されているものもある。したがってこのような混合弁装置を用いれば、温度センサの外側ケースに第２の接続回路の線路を電気的に接続するだけで、既存の部品を最大限利用して、本発明を実施できる。

以上、本発明の貯湯式温水器によれば、金属製の貯湯タンクに加工を必要とすることなく、しかも貯湯タンク内の水の有無または水位の低下を検出することができる。また貯湯式温水器が貯湯タンク内にヒータを備えている貯湯式電気温水器である場合には、水位がヒータ設置位置よりも高く、ヒータが水に浸かっている場合でも、空焚き状態になる可能性があると判断して空焚きの発生を未然に阻止することができる。

以下、図面を参照して、本発明の貯湯式温水器の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明を貯湯式電気温水器に適用した実施の形態の構成を概略的に示す図であり、図２は本実施の形態を適用した実際の貯湯式電気温水器の配管路の主要部の構成を示す図である。なお図２には、貯湯式電気水器温水器の図示しない外装ケース内に配置された台所への給湯用の配管路Ｄ１の他に浴槽への給湯のための配管路Ｄ２が一緒に示してある。なお以下の説明では、図１及び図２を併せて説明する。

図１に示すように、本実施の形態の貯湯式電気温水器は、金属製の貯湯タンク１の底部に給水口３を有し且つ頂部に給湯口５を有している。また貯湯タンク１内には、ヒータ７が設置されている。ヒータ７への電力の供給制御は、ヒータ制御回路８により実行される。正常な状態であれば、貯湯タンク１内は、給水口３から供給した水で満たされており、給水口３から供給される水によって、給湯口５から押し出される。したがって正常な運転状況であれば、貯湯タンク１内及び給湯口５につながる配管路９中の水路は、常に水で満たされている。配管路９の途中には、温度センサ付きの混合弁装置１１が配置されている。この混合弁装置１１は、ポリフェニレンサルファイド等の絶縁性合成樹脂材料により成形された弁本体１３を有している。弁本体１３は、給湯口５から供給される湯が通る給湯管１５が接続される第１の接続口１７と、水道水から供給される水が通る給水管１９が接続される第２の接続口２１と、弁本体１３内で湯と水とを混合して得た混合水が流れる配水管２６が接続される第３の接続口２５とを備えている。本実施の形態で使用する混合弁装置１１は、第３の接続口２５の近傍に、混合水の温度を測定するために温度センサ２７を備えている。弁本体１３が絶縁材料により形成されているため、温度センサ２７は、弁本体１３とは電気的に絶縁された状態になる。温度センサは、例えば、株式会社芝浦電子がＥ３Ｍ−４２Ｄ形の製品番号で製造販売する防水構造を有する温度センサである。この温度センサ２７は、水に接触する外側ケースが、熱伝達率の高い金属材料によって形成されている。そして本実施の形態では、温度センサ２７の外側ケースを水路中の水と接触する電極部として利用している。具体的には、弁本体１３の外部に露出する温度センサ２７の外側ケースに対して第２の接続回路２９の接続線３１が接続されている。第２の接続回路２９の接続線３１は、図３を用いて後に詳しく説明する貯水検出装置３３内に設けられた通電回路４３の一方の出力部に接続されている。また貯湯タンク１の外壁には第１の接続回路３５を構成する接続線３７の一端が接続されている。この接続線３７の他端は図３に示した通電回路４３の他方の出力部に接続されている。図３においては、通電回路４３の出力部に検出回路４５が接続されている。この検出回路４５は、通電回路４３を用いて第１及び第２の接続回路３５及び２９並びに貯湯タンク１内に満たされた水、給湯口５と混合弁装置１１との間に形成される水路中の水または貯湯タンク１の一部及び給湯管１５を通して電流が流れているか否かを検出するものである。したがってこの検出回路４５は電流検出器のようなセンサと考えることができるものである。したがって電気的に見れば、第１及び第２の接続回路３５及び２９は、通電回路４３に電気的に接続されていることになる。通電回路４３は、スイッチング回路を含んで構成されて、通電制御回路４１の制御の下で、第１及び第２の接続回路３５及び２９に直流電源３９から供給される直流電圧を印加して、第１及び第２の接続回路３５及び２９を通して測定用電流を流す機能を有する回路である。通電回路４３が流す電流は、人体に影響しない微弱なものである。検出回路４５は、第１及び第２の接続回路３５及び２９に電流が流れているか否かを検出するものである。検出回路４５は、電流検出器を含んで構成されて電流の有無を直接検出するものでもよいが、通電回路４３から通電される電流が流れる回路のインピーダンスの変化を測定することにより電流の有無を間接的に検出するものでもよい。いずれにして検出回路４５が、検出する検出結果は、推定回路４７に入力される。推定回路４７は、通電回路４３及び検出回路４５を通して第１及び第２の接続回路３５及び２９に電流が流れるか否かにより、貯湯タンク１内の水位の低下を推定する機能を有する。推定回路４７は、通電回路４３及び検出回路４５を通して所定の電流が流れていないと判断した場合には、空焚き状態になると判断して警報信号をヒータ７への通電を制御するヒータ制御回路８に出力する。ヒータ制御回路８は、推定回路４７から警報信号を受信すると、ヒータ７に電流を流す通電制御を停止する。

例えば、貯湯式電気温水器の据付当初または貯湯タンク１内の清掃のために、貯湯タンク１内の水を完全に排出した後において、貯湯タンク１内に水がまだ入れられていない場合には、混合弁装置１１内にも水は存在しない。したがってこのような状態では、電極部２８（温度センサ２７の外側ケース）が配置される水路１４内には水がなく、第１及び第２の接続回路３５及び２９に通電回路４３から直流電圧を印加しても、電流は流れない。よってこの場合には、貯湯タンク１内の水位が空焚き状態になる状況にある（または貯湯タンク内には水が無い）と、推定回路４７が判断して、推定回路４７からは警報信号が出力される。また貯湯タンク１内に水が途中まで入れられている状態で、断水や給水バルブの誤操作により給水が停止されてしまった場合でも、同様に電極部２８が位置する水路中には水がないため、第１及び第２の接続回路３５及び２９に通電回路４３から直流電圧を印加しても、電流は流れない。よってこの場合にも、貯湯タンク１内の水位がヒータ７の設置位置より上にあっても、空焚き状態になる状況にあると推定回路４７が判断して、推定回路４７からは警報信号が出力される。なお貯湯タンク１から水漏れが発生したり、貯湯タンク１の底部に設けた図示しない排水管のバルブが悪戯または誤操作により開かれている状況で、配管路９の途中に設けた逃がし弁１６が誤操作また故障により、開放状態になってしまった場合には、貯湯タンク１内の水位が低下する場合もある。このような状態で図示しない蛇口が開かれると、電極部２８が配置されている水路中の水も排出されて、電極部２８が配置されている混合弁装置１１の弁本体１３内に水が存在しなくなる場合がある。このような状態では、貯湯タンク１内の水位がヒータ７の設置位置より高い位置にあっても、通電回路４３を通して電流が流れることがないため、推定回路４７は空焚き状態になる可能性があると推定して警報信号を出力する。よってこの場合にもヒータ７への通電が阻止されて、空焚きが防止できる。

なお通電制御回路４１は、通電回路４３を介して常時電流を流しているのではなく、ヒータ７への通電開始前に通電回路４３を介して電流を流すように通電を制御する。したがって通常であれば、深夜電力を利用してヒータ７に通電を開始する時刻の前に測定のために、短い時間（例えば５秒程度）通電回路４３を介して通電を行う。

検出回路４５が電流を直接測定する場合には、検出回路４５で検出された電流値が推定回路４７に入力される。推定回路４７では、測定された測定値を推定回路４７内部で保有している基準値と比較し、基準値よりも高い場合は、第２の接続回路２９の電極が水に浸かっていると判断する。

なお図２に示した配管路Ｄ２にも混合弁装置５１が配置されている。そして混合弁装置５１の出力側には、電磁弁５３が配置されている。この電磁弁は、浴槽に給湯する場合に開かれる。

上記実施の形態では、混合弁装置１１内に配置されている温度センサ２７の外側ケースを電極部２８として利用したが、配管路９の途中に絶縁管を介在させて、この絶縁管の内部に測定専用の電極部を配置することにより、配管路９中に水があるか否かの検出を行うようにしてもよいのは勿論である。また逃がし弁１６として、その本体が絶縁材料で形成されているものを用いる場合には、逃がし弁の位置に測定専用の電極部を配置してもよいのは勿論である。

上記の実施の形態では、本発明を貯湯タンクの内部にヒータを配置した貯湯式電気温水器に適用したものであるが、本発明を、貯湯タンクの内部にヒータを配置しないヒートポンプ方式の貯湯式温水器の貯湯タンク内の水の有無または水位の検出にも適用できるのは勿論である。

本発明を貯湯式電気温水器に適用した実施の形態の構成の一例を概略的に示す図である。 本実施の形態を適用した実際の貯湯式電気温水器の配管路の主要部の構成を示す図である。 貯水検出装置の構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
３ 給水口
５ 給湯口
９ 配管路
１１ 混合弁装置
１３ 弁本体
１５ 給湯管
１７ 第１の接続口
１９ 給水管
２１ 第２の接続口
２５ 第３の接続口
２７ 温度センサ
２８ 電極部
２９ 第２の接続回路
３３ 貯水検出装置
３５ 第１の接続回路
３７ 接続線
４１ 通電制御回路
４３ 通電回路
４５ 検出回路

Claims (5)

1. 底部に給水口を有し且つ頂部に給湯口を有する金属製の貯湯タンクと
   前記貯湯タンク内に必要な水が有るか否かを検出する貯水検出装置とを備えている貯湯式温水器において、
   前記貯水検出装置は、
   前記貯湯タンクに電気的に接続された第１の接続回路と、
   前記給湯口と蛇口との間に形成される水路中の水のみと通電可能に接触する電極部を備えた第２の接続回路と、
   前記貯湯タンク内及び前記水路中に満たされた水と、前記第１の接続回路及び前記第２の接続回路を通して電流を流す通電回路と、
   前記通電回路に電流が流れるか否かにより、前記貯湯タンク内の水の有無または水位の低下を推定する推定回路とを備えていることを特徴とする貯湯式温水器。
2. 底部に給水口を有し且つ頂部に給湯口を有する金属製の貯湯タンクと
   前記貯湯タンク内に配置されたヒータと、
   前記貯湯タンク内に水が無いかまたは水位が低下して、前記ヒータの周囲に水が無い状態で前記ヒータへの通電が行われて空焚き状態になる前に前記ヒータへの通電を停止することにより空焚きを防止する空焚き防止機能を備えた貯水検出装置とを備えている貯湯式電気温水器において、
   前記貯水検出装置は、
   前記貯湯タンクに電気的に接続された第１の接続回路と、
   前記給湯口と蛇口との間に形成される水路中の水のみと通電可能に接触する電極部を備えた第２の接続回路と、
   前記貯湯タンク内及び前記水路中に満たされた水と、前記第１の接続回路及び前記第２の接続回路を通して電流を流す通電回路と、
   前記通電回路に電流が流れるか否かにより、前記貯湯タンク内の水の有無または水位の低下を推定する推定回路とを備えていることを特徴とする貯湯式温水器。
3. 前記給湯口と前記蛇口との間に形成される配管路には、前記貯湯タンクと電気的に絶縁された絶縁管路部分が設けられており、
   前記電極部は前記絶縁管路部分に設けられている請求項１または２に記載の貯湯式温水器。
4. 前記水路の途中には、前記給湯口から供給される湯が通る給湯管と、水道水から供給される水が通る給水管と、前記湯と前記水とを混合して得た混合水が流れる配水管とが接続される弁本体と、前記混合水の温度を測定するために前記弁本体と電気的に絶縁された状態で前記混合水と接触する温度センサとを備えた温度センサ付き混合弁装置が配置されており、
   前記電極部として前記温度センサに設けられて前記混合水と接触する電極を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式温水器。
5. 前記弁本体は、前記絶縁材料により形成されている請求項３に記載の貯湯式温水器。

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