JP7174911B2

JP7174911B2 - 電気加熱装置

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Publication number: JP7174911B2
Application number: JP2021111467A
Authority: JP
Inventors: 祐真林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2041-07-05
Also published as: EP4040068A1; US20220252302A1; TWI767557B; TW202232036A; US11686503B2; JP2022121358A

Description

本発明は、スマート電気加熱装置に関する。

給湯器のような電気加熱装置は通常、蓄熱式給湯器及び瞬間湯沸かし器の２種類に大別される。蓄熱式給湯器として、例えば、特許文献１の「貯蔵型電気温水器の構造改善」に記載されたものが知られている。瞬間湯沸かし器として、例えば、特許文献２の「電気加熱装置」に記載されたものが知られている。

台湾登録実用新案第２８１１４７号明細書台湾特許出願第４７１５１０号明細書

一般的な蓄熱式給湯器及び瞬間湯沸かし器においてどちらを選択して装設したとしても、従来の技術では、夏季は蓄熱式給湯器が長期間余計なエネルギーを消費してしまい、冬季には瞬間湯沸かし器のパワーが建築物の配線による制限を受けて加熱可能な水温に限界がある。特に寒冷地では瞬間湯沸かし器のみで加熱するのでは、１回の入浴に必要な量の確保も難しい。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。

本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電気加熱装置は、水を貯蔵するための貯蔵ユニットと、前記貯蔵ユニット中に設置されている第一加熱ユニットと、前記貯蔵ユニットに隣接し、前記貯蔵ユニットに連通している入口、及び前記入口に対する出口を有している液体通路と、前記貯蔵ユニットに隣接していると共に前記液体通路に対応し、前記液体通路中の水を加熱する際に最大上昇温度を有する第二加熱ユニットと、前記第一加熱ユニット及び前記第二加熱ユニットに信号が接続している制御ユニットと、前記制御ユニットに信号が接続し、前記貯蔵ユニットの外部に設置され、前記貯蔵ユニットの外部の環境温度を取得するための第一温度検知ユニットと、を備えている。
前記第一温度検知ユニットにより前記環境温度を取得し、前記制御ユニットが前記環境温度、前記最大上昇温度、及び設定温度を比較する。
前記設定温度と前記環境温度との差値が前記最大上昇温度より大きい場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを起動して前記貯蔵ユニット中の水を加熱するように制御し、且つ前記第二加熱ユニットを起動して前記液体通路中の水を加熱するように選択的に制御し、前記出口から排水される排水温度を前記設定温度にする。
前記設定温度と前記環境温度との差値が前記最大上昇温度より大きくない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを起動しないように制御し、且つ前記第二加熱ユニットを起動して前記液体通路中の水を加熱するように選択的に制御し、前記出口から排水される前記排水温度を前記設定温度にする。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記入口に隣接すると共に前記液体通路に対応するフローセンサーユニットを有し、前記フローセンサーユニットは前記制御ユニットに信号が接続している。前記貯蔵ユニット中の水が前記入口を経て前記液体通路に進入し、前記フローセンサーユニットが取得した前記液体通路の水の流量変化が０ではない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを停止し、前記第二加熱ユニットを起動するように制御する。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記入口と前記出口との間は複数の加熱段に分けられ、前記第二加熱ユニットは複数の電気加熱棒であると共に各加熱段にそれぞれ収容され、前記制御ユニットは各電気加熱棒にそれぞれ電気的に接続されている複数の制御部材を備えている。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記入口に隣接していると共に前記液体通路に対応している第二温度検知ユニット及びフローセンサーユニットを有し、前記第二温度検知ユニット及び前記フローセンサーユニットは共に前記制御ユニットに信号が接続している。前記貯蔵ユニット中の水が前記入口を経て前記液体通路に進入すると、前記第二温度検知ユニットは水が前記液体通路に進入する給水温度を取得し、前記フローセンサーユニットが前記液体通路の水の流量変化を取得し、前記制御ユニットが前記設定温度と前記給水温度との差値、及び前記流量変化に基づいて、前記制御部材により各前記電気加熱棒の加熱パワーをそれぞれ制御する。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記制御部材はサイリスタである。前記制御ユニットが前記制御部材により各前記電気加熱棒の加熱パワーをそれぞれ制御すると、各前記電気加熱棒の加熱パワーが全て最大加熱パワーの０％から１００％の間の範囲となり、且つ全ての前記電気加熱棒の加熱パワーが前記最大加熱パワーの１００％となると、前記最大上昇温度に対応する。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記貯蔵ユニット中に設置されていると共に前記貯蔵ユニットの貯水温度を取得するための第三温度検知ユニットを有し、前記第三温度検知ユニットは前記制御ユニットに信号が接続している。前記設定温度と前記貯水温度との差値が前記最大上昇温度より大きくない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを停止するように制御する。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記貯蔵ユニット中に設置されている水位検出ユニット、及び前記貯蔵ユニットに連通している補水ユニットをさらに有し、前記水位検出ユニット及び前記補水ユニットは共に前記制御ユニットに信号が接続している。前記水位検出ユニットは前記貯蔵ユニット中の水位が閾値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）より低いことを検出すると、前記制御ユニットが前記補水ユニットを前記貯蔵ユニットに対して補水を行うように制御する。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記液体通路は前記貯蔵ユニットの下方に設置され、且つ前記入口が前記貯蔵ユニットより低い。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記環境温度及び前記設定温度の和は定値である。

また、本発明に係る電気加熱装置において、前記第一加熱ユニットは電気加熱棒であり、前記電気加熱棒に電気的に接続されている前記制御ユニットはリレーを備えている。

このように、本発明により、次のような効果がある。
１．制御ユニットは環境温度、設定温度、及び最大上昇温度の関係に基づいて、第一加熱ユニット及び第二加熱ユニットを起動するかどうか制御し、異なる季節、または異なる地域の使用者が十分な温度のお湯を使用可能にする。
２．液体通路内の水が流動した後、制御ユニットが第一加熱ユニットを停止すると共に第二加熱ユニットが起動するように制御することで、第一加熱ユニット及び第二加熱ユニットが同時に起動して電流が建築物の配線の許容範囲を超えてブレーカーが落ちないようにする。
３．水位が閾値より低くなった場合、制御ユニットが補水ユニットを貯蔵ユニットに対し補水するように制御する。
４．入口が貯蔵ユニットより低いため、別途ポンプを使用して水を液体通路に入れる必要がなく、エネルギーを節約する。
５．第三温度検知ユニットにより、使用者が水を使用していない場合、制御ユニットが第一加熱ユニットを停止するように適切に制御し、第一加熱ユニットの起動時間を不要に長くしない。

本発明の一実施形態に係る電気加熱装置を示す外観斜視図である。本発明の制御ケースの一部を示す分解図である。本発明の一実施形態に係る電気加熱装置を示すシステムブロック図である。本発明の一実施形態に係る電気加熱装置を示す第一電気加熱棒を制御するフローチャート（一）である。本発明に係る電気加熱装置の実施を示す貯蔵ユニットは水道水を貯蔵する概略図（一）である。本発明に係る電気加熱装置の実施を示す水道水が流れている概略図（二）である。本発明の一実施形態に係る電気加熱装置を示す第二電気加熱棒を制御するフローチャート（二）である。本発明の一実施形態に係る電気加熱装置を示す水道水を補充するフローチャート（三）である。本発明に係る電気加熱装置の実施を示す満水を示す概略図（三）である。本発明に係る電気加熱装置の実施を示す水道水を補充する概略図（四）である。

以下、本発明の実施形態による電気加熱装置を、図面に基づいて説明する。

まず、図１から図３を参照しながら、本発明に係る電気加熱装置を詳しく説明する。

本発明に係る電気加熱装置は、制御ユニット１と、貯蔵ユニット２と、第一加熱ユニットと、第一温度検知ユニット４と、水位検出ユニット５と、補水ユニット６と、を備え、且つ貯蔵ユニット２の下方に設置されている制御ケース７を有している。制御ケース７は液体通路７１と、第二加熱ユニットと、フローセンサーユニット７３と、第二温度検知ユニット７４とを有し、制御ケース７には外部電源（図示省略）に接続されている電源端子７５が設置され、且つ制御ケース７に異常が生じた際に切電するために、電源端子７５に電気的に接続されている保護ユニット７６を有している。

貯蔵ユニット２は水道水Ａを貯蔵し（水道水Ａは図５参照）、例えば、一般的な給湯器のタンクである。貯蔵ユニット２には貯蔵ユニット２中の水道水Ａの貯水温度を取得するための第三温度検知ユニット８をさらに有している。

液体通路７１は貯蔵ユニット２に連通している入口７１１、及び入口７１１に対する出口７１２を有している。入口７１１は貯蔵ユニット２より低く、出口７１２は蛇口等の使用者の水道設備に連通している。入口７１１と出口７１２との間は複数の加熱段７１３に分けられ、加熱段７１３は互いに平行している。

第一加熱ユニットは第一電気加熱棒３であり、貯蔵ユニット２中に設置されている。

第二加熱ユニットは複数の第二電気加熱棒７２であり、貯蔵ユニット２の下方に設置され、且つ各第二電気加熱棒７２は加熱段７１３にそれぞれ収容されている。

制御ユニット１は第一電気加熱棒３、第二電気加熱棒７２、フローセンサーユニット７３、第一温度検知ユニット４、第二温度検知ユニット７４、水位検出ユニット５、補水ユニット６、及び第三温度検知ユニット８に信号が接続している。制御ユニット１は第一電気加熱棒３に電気的に接続されているリレー１１、及び第二電気加熱棒７２にそれぞれ電気的に接続されている複数のサイリスタ１２を備えている。

第二電気加熱棒７２は液体通路７１中にある水道水Ａを加熱するために用いられ、各第二電気加熱棒７２の加熱パワーが全て最大加熱パワーの０％から１００％の間の範囲であり、且つ全ての第二電気加熱棒７２の加熱パワーが最大加熱パワーの１００％である場合、水道水Ａの最大上昇温度に対応し、例えば摂氏２０度である。

第一温度検知ユニット４は貯蔵ユニット２の外部の下方に設置され、フローセンサーユニット７３及び第二温度検知ユニット７４は入口７１１と加熱段７１３との間に設置されていると共に液体通路７１に対応している。フローセンサーユニット７３は第二温度検知ユニット７４よりも入口７１１に近接している。

水位検出ユニット５は貯蔵ユニット２中に設置され、補水ユニット６は水用電磁弁のような貯蔵ユニット２に連通している。

また、図３から図５に示すように、使用を開始すると、第一温度検知ユニット４により貯蔵ユニット２の外部の環境温度を取得すると共に制御ユニット１に送信する。制御ユニット１は環境温度、最大上昇温度、及び設定温度を比較し、設定温度と環境温度との差値が最大上昇温度より大きい場合、制御ユニット１が第一電気加熱棒３を起動するように制御する。設定温度及び環境温度の和は定値でもよく、制御ユニット１が季節の違いに合わせて設定温度を自動的に調整する。

設定温度及び環境温度の和が摂氏６５度であり、環境温度が摂氏１０度である場合、設定温度が摂氏５５度となる。設定温度と環境温度との差値が摂氏４５度であり、摂氏２０度の最大上昇温度より大きいため、制御ユニット１は第一電気加熱棒３を起動するように制御し、貯蔵ユニット２中にある水道水Ａを加熱する。

第一電気加熱棒３が起動して水道水Ａを加熱した後、第三温度検知ユニット８が続けて貯水温度を取得する。設定温度と貯水温度との差値が最大上昇温度より大きくない場合、制御ユニット１が第一電気加熱棒３を停止するように制御する。使用者が水道設備を起動していない場合、制御ユニット１が第一電気加熱棒３を停止するようにさらに適切に制御する。貯蔵ユニット２の水道水Ａの貯水温度が再度降温すると、制御ユニット１が第一電気加熱棒３を起動するように再度制御し、図中ではこの状況を省略している。

設定温度及び環境温度の和が摂氏６５度であり、環境温度が摂氏２５度である場合、設定温度は摂氏４０度である。設定温度と環境温度との差値が摂氏１５度であり、摂氏２０度である最大上昇温度よりも大きくないため、制御ユニット１は第一電気加熱棒３を起動するように制御しない。

また、図５から図７を参照し、図３をも併せて参照すると、使用者が水道設備を起動した後、貯蔵ユニット２の水道水Ａが入口７１１を経て液体通路７１に進入する。

フローセンサーユニット７３が取得した液体通路７１の水の流量変化が０ではない場合、制御ユニット１は第一電気加熱棒３を停止するように制御または維持する。

水道水Ａが継続して流動し第二温度検知ユニット７４を経ると、第二温度検知ユニット７４が水道水Ａの給水温度を取得すると共に制御ユニット１に送信する。制御ユニット１は設定温度と給水温度との差値、及び流量変化に基づいて、サイリスタ１２により各第二電気加熱棒７２の起動及び加熱パワーをそれぞれ制御し、不要なエネルギーの消耗を減らし、水道水Ａを設定温度まで精確に加熱する。

設定温度が給水温度と等しい場合、さらには給水温度が設定温度より高い場合、第二電気加熱棒７２は起動しない。次いで、水道水Ａが出口７１２に継続して流動する排水温度は設定温度に達する。

また、図８から図１０を参照し、図３をも併せて参照すると、水道水Ａが出口７１２から水道設備に流されて使用された後、貯蔵ユニット２中の水位が徐々に低下し、水位検出ユニット５が検出した貯蔵ユニット２中の水位が閾値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）より低い場合、例えば、水位が満水位置の９０％に達した場合、制御ユニット１が補水ユニット６を貯蔵ユニット２に対し水道水Ａを補充するように制御する。

図１から図３に示すように、環境温度が加熱効率に影響を与えるため、水温を検知して対応する加熱パワーを提供しても必要な温度まで加熱できない可能性がある。このため、本発明に係る電気加熱装置は安定的な環境温度に基づいて貯蔵ユニット２中の水道水Ａを予熱するかどうか事前に決定し、且つ第二電気加熱棒７２の加熱パワーを調整し、排水温度が設定温度に達するようにする。これにより、異なる季節、または異なる地域の使用者が十分な温度のお湯を使用可能になる。

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１制御ユニット
１１リレー
１２サイリスタ
２貯蔵ユニット
３第一電気加熱棒
４第一温度検知ユニット
５水位検出ユニット
６補水ユニット
７制御ケース
７１液体通路
７１１入口
７１２出口
７１３加熱段
７２第二電気加熱棒
７３フローセンサーユニット
７４第二温度検知ユニット
７５電源端子
７６保護ユニット
８第三温度検知ユニット
Ａ水道水

Claims

水を貯蔵するための貯蔵ユニットと、
前記貯蔵ユニット中に設置されている第一加熱ユニットと、
前記貯蔵ユニットに隣接し、前記貯蔵ユニットに連通している入口、及び前記入口に対する出口を有している液体通路と、
前記貯蔵ユニットに隣接していると共に前記液体通路に対応し、前記液体通路中の水を加熱する際に最大上昇温度を有する第二加熱ユニットと、
前記第一加熱ユニット及び前記第二加熱ユニットに信号が接続している制御ユニットと、
前記制御ユニットに信号が接続し、前記貯蔵ユニットの外部に設置され、前記貯蔵ユニットの外部の環境温度を取得するための第一温度検知ユニットと、を備え、
前記第一温度検知ユニットにより前記環境温度を取得し、前記制御ユニットが前記環境温度、前記最大上昇温度、及び設定温度を比較し、
前記設定温度と前記環境温度との差値が前記最大上昇温度より大きい場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを起動して前記貯蔵ユニット中の水を加熱するように制御し、且つ前記第二加熱ユニットを起動して前記液体通路中の水を加熱するように選択的に制御し、前記出口から排水される排水温度を前記設定温度にし、
前記設定温度と前記環境温度との差値が前記最大上昇温度より大きくない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを起動しないように制御し、且つ前記第二加熱ユニットを起動して前記液体通路中の水を加熱するように選択的に制御し、前記出口から排水される前記排水温度を前記設定温度にすることを特徴とする電気加熱装置。
前記入口に隣接すると共に前記液体通路に対応するフローセンサーユニットをさらに有し、前記フローセンサーユニットは前記制御ユニットに信号が接続し、前記貯蔵ユニット中の水が前記入口を経て前記液体通路に進入し、前記フローセンサーユニットが取得した前記液体通路の水の流量変化が０ではない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを停止し、前記第二加熱ユニットを起動するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記入口と前記出口との間は複数の加熱段に分けられ、前記第二加熱ユニットは複数の電気加熱棒であると共に各加熱段にそれぞれ収容され、前記制御ユニットは各電気加熱棒にそれぞれ電気的に接続されている複数の制御部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記入口に隣接していると共に前記液体通路に対応している第二温度検知ユニット及びフローセンサーユニットをさらに有し、前記第二温度検知ユニット及び前記フローセンサーユニットは共に前記制御ユニットに信号が接続し、前記貯蔵ユニット中の水が前記入口を経て前記液体通路に進入すると、前記第二温度検知ユニットは水が前記液体通路に進入する給水温度を取得し、前記フローセンサーユニットが前記液体通路の水の流量変化を取得し、前記制御ユニットが前記設定温度と前記給水温度との差値、及び前記流量変化に基づいて、前記制御部材により各前記電気加熱棒の加熱パワーをそれぞれ制御することを特徴とする請求項３に記載の電気加熱装置。
前記制御部材はサイリスタであり、前記制御ユニットが前記制御部材により各前記電気加熱棒の加熱パワーをそれぞれ制御すると、各前記電気加熱棒の加熱パワーが全て最大加熱パワーの０％から１００％の間の範囲となり、且つ全ての前記電気加熱棒の加熱パワーが前記最大加熱パワーの１００％となると、前記最大上昇温度に対応することを特徴とする請求項４に記載の電気加熱装置。
前記貯蔵ユニット中に設置されていると共に前記貯蔵ユニットの貯水温度を取得するための第三温度検知ユニットをさらに有し、前記第三温度検知ユニットは前記制御ユニットに信号が接続し、前記設定温度と前記貯水温度との差値が前記最大上昇温度より大きくない場合、前記制御ユニットが前記第一加熱ユニットを停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記貯蔵ユニット中に設置されている水位検出ユニット、及び前記貯蔵ユニットに連通している補水ユニットをさらに有し、前記水位検出ユニット及び前記補水ユニットは共に前記制御ユニットに信号が接続し、前記水位検出ユニットは前記貯蔵ユニット中の水位が閾値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）より低いことを検出すると、前記制御ユニットが前記補水ユニットを前記貯蔵ユニットに対して補水を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記液体通路は前記貯蔵ユニットの下方に設置され、且つ前記入口が前記貯蔵ユニットより低いことを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記環境温度及び前記設定温度の和は定値であることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。
前記第一加熱ユニットは電気加熱棒であり、前記電気加熱棒に電気的に接続されている前記制御ユニットはリレーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置。