JP7276685B2

JP7276685B2 - 電気温水器

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Publication number: JP7276685B2
Application number: JP2019143786A
Authority: JP
Inventors: 慶祐高木
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2039-08-05
Also published as: JP2021025698A

Description

本発明は、瞬間式の熱交換器を備えた電気温水器に関する。

従来から、瞬間式の熱交換器を備えた電気温水器は、幅広い用途に利用されている。そのような電気温水器は、基本的構成として、給水源に接続される給水流路と、給水流路内を流れる水を加熱する瞬間式の熱交換器と、を備えている。

そして、例えば給水流路内を流れる水の温度を検出した上で、当該温度と予め設定される目標温度との差分に基づいて、熱交換器の通電量を制御することが行われている。当該制御により、給水源から給水される水の温度に拘わらず、常に一定の温度の湯を提供することができる。

更に、給水流路内を流れる水の流量を検出することで当該給水流路内に水が存在していることを確認してから、熱交換器の通電を開始することが行われている。これにより、水が存在していない状態での「空焚き」の発生を効果的に防止することができる。特許文献１には、そのような制御を採用した電気温水器が開示されている。

特開２０１６－２０５７８０号公報

しかしながら、湯の吐水が開始される際、給水流路内を流れる水の流量を検出して当該流量が閾値以上であることを確認してから熱交換器の通電を開始する場合には、給水流路内を流れる水の流量の検出処理、及び、検出された流量と閾値とを比較する処理、に要する時間だけ、出湯温度の立ち上がりが遅くなる。このため、湯の吐水の開始直後では、所望される目標温度よりも低い温度の湯が吐水されてしまって、使用者に不快感を与えてしまう可能性がある。

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものである。本発明の目的は、「空焚き」の発生を効果的に防止できると共に、出湯温度の立ち上がりの遅れをも効果的に抑制できる電気温水器を提供することである。

本発明は、給水源に接続される給水流路と、前記給水源から前記給水流路への給水を制御する電磁弁と、前記給水流路内を流れる水を加熱する瞬間式の熱交換器と、前記熱交換器よりも上流側の前記給水流路内を流れる水の流量が閾値以下であるか否かを判定する流量判定部と、前記熱交換器の通電量を制御する熱交換制御部と、を備えた電気温水器であって、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、所定の第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっている一方、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっていることを特徴とする電気温水器である。

本発明によれば、流量判定部による判定結果を得る前に先行して熱交換器への通電が実施されるため、出湯温度の立ち上がりの遅れを効果的に防止することができる。一方で、所定の第１時間の経過時においても給水流路内を流れる水の流量が閾値以下である場合、熱交換器への通電をそのまま継続することによって「空焚き」が発生することを防止するべく、熱交換器への通電量が制限される。これにより、「空焚き」の発生を効果的に防止することができる。この場合、所定の第１時間に亘っての加熱のエネルギは無駄になるが、少量であるので有意には影響しない。

例えば、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始されるのと同時に、前記熱交換器への通電を開始するようになっていてよい。これによれば、出湯温度の立ち上がりの遅れをより一層効果的に防止することができる。

あるいは、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始されてから所定の第２時間の経過後に、前記熱交換器への通電を開始するようになっていてよい。これによれば、出湯温度の立ち上がりの遅れの防止と「空焚き」の発生の防止のために、所定の第１時間と所定の第２時間との２つのパラメータを調整対象として利用することができ、バランスの良い制御を実現するための調整の自由度が向上する。

また、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間の経過時に、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電を停止するようになっていることが好ましい。これによれば、「空焚き」の発生をより一層効果的に防止することができる。

また、前記流量判定部は、前記熱交換器よりも上流側の前記給水流路内を流れる水の流量が設定流量の半分以下であるか否かを判定するようになっていることが好ましい。これによれば、「空焚き」の発生をより一層安全サイドで防止することができる。

また、前記電磁弁によって前記給水が開始されてから前記第１時間の経過時に、前記流量判定部による判定結果が閾値以下であって、前記熱交換制御部が前記熱交換器への通電量を制限した後は、前記熱交換制御部は、所定条件を満たした場合にのみ、前記熱交換器への通電量の制限を解除することが好ましい。これによれば、「空焚き」の発生をより一層安全サイドで防止することができる。

所定条件を満たした場合とは、例えば手動操作によって制限解除入力がなされた場合、あるいは、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以上となった場合、である。後者の場合、更に、前記流量判定部による判定結果が閾値以上となって前記熱交換器への通電量の制限が解除されてから前記電磁弁による前記給水が終了した後においては、前記熱交換制御部は、再び、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっている一方、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっていることが好ましい。これによれば、前記熱交換器への通電量の制限が解除されてから前記電磁弁による前記給水が終了した後の制御モードについて、利用者が何らかの指令を与える必要なく、元の制御モードに復帰することができる。

また、前記給水流路が給水貯留部を有している場合、前記給水貯留部に当該給水貯留部の水位を検知するフロートスイッチが設けられていることが好ましい。これによれば、比較的迅速な水位判定を実施することができる。

また、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっており、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっている一方、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以上である場合には前記熱交換器への通電量を増大させるようになっていることが好ましい。これによれば、所定の第１時間の経過後について、出湯温度の立ち上がりを更に改善することができる。

また、前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時0間に亘って、前記熱交換器への通電量を徐々に増大させるようになっていることが好ましい。これによれば、いきなり過度に熱い湯が出ることが防止され、また、「空焚き」が発生する時でも熱交換器損傷の程度を弱めることができる。

本発明によれば、流量判定部による判定結果を得る前に先行して熱交換器への通電が実施されるため、出湯温度の立ち上がり遅れを効果的に防止することができる。一方で、所定の第１時間の経過時において、給水流路内を流れる水の流量が閾値以下である場合、熱交換器への通電をそのまま継続することによって「空焚き」が発生することを防止するべく、熱交換器への通電量が制限される。これにより、「空焚き」の発生を効果的に防止することができる。この場合、所定の第１時間に亘っての加熱のエネルギは無駄になるが、少量であるので有意には影響しない。

本発明の一実施形態による電気温水器の概略構成図である。本発明の一実施形態による電気温水器の熱交換制御の一例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態による電気温水器の第２制御モードの一例を示すフローチャートである。所定の第１時間の経過後に通電量を増大する制御モードの一例を示すグラフである。所定の第１時間の経過後に通電量を増大する制御モードの他の例を示すグラフである。

次に、添付図面を参照して、本発明の一実施形態による電気温水器について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による電気温水器の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態による電気温水器１は、給水源に接続される給水流路１０と、給水流路１０内を流れる水を加熱する瞬間式の熱交換器１３と、を備えている。

また、熱交換器１３よりも給水源側の給水流路１０内を流れる水の温度を検出する給水温度検知部１２が設けられており、制御部１５内の熱交換制御部１５ａが、給水温度検知部１２によって検出される温度と予め設定される目標温度（加熱後の水の目標温度）とに基づいて、熱交換器１３の通電量を制御するようになっている。

また、熱交換器１３よりも上流側の給水流路１０内を流れる水の流量を検出する流量検知部１４が設けられている。流量検知部１４は、例えばフローセンサによって構成され得る。制御部１５内の熱交換制御部１５ａは、流量判定部としても機能して、流量検知部１４によって検知される流量を所定の閾値と比較するようになっている。そして、熱交換制御部１５ａは、水の流量が閾値以下であると判定した場合、熱交換器１３への通電量を制限するようになっている。本実施形態の熱交換制御部１５ａは、水の流量が閾値以下であると判定した場合、熱交換器１３への通電を停止するようになっている。

また、熱交換器１３よりも下流側の給水流路１０は、一部流路が太くなっていて給水貯留部を形成しており、当該給水貯留部内に貯留される水の水位を検出する水位検知部１７が設けられている。水位検知部１７は、例えばフロートスイッチによって構成され得る。水位検知部１７によって給水流路１０内の水の有無を検知することにより、流量検知部１４が空気等の水以外の流体を誤検知することによる誤判定を抑制することができる。

その他、本実施形態の電気温水器１は、給水源から給水流路１０への給水を制御する電磁弁１１を備えており、制御部１５内の給水制御部１５ｂが、利用者の操作入力等に基づいて、電磁弁１１の開閉を制御するようになっている。

次に、本実施形態の電気温水器１の動作の一例について説明する。図２は、本実施形態の電気温水器１の熱交換制御の一例を示すフローチャートであり、図３は、本実施形態の電気温水器１の第２制御モードの一例を示すフローチャートである。

図２に示す例では、吐水を求める操作として、利用者の手が所定の人感センサ（不図示）に翳された状態が検知される（ＳＴＥＰ１）。これにより、本実施形態では、電磁弁１１によって給水が開始され、同時に、熱交換器１３への通電が開始される（ＳＴＥＰ２）（ここでは、ＳＴＥＰ３１：Ｎｏ（第３モードについては後述する））。

電磁弁１１によって給水が開始された後、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）に亘っては、熱交換器１３への通電がそのまま継続される（ＳＴＥＰ３：Ｎｏ）。

電磁弁１１によって給水が開始された後、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）が経過した時（ＳＴＥＰ３：Ｙｅｓ）、熱交換制御部１５ａが流量判定部としても機能して、流量検知部１４によって検知される流量を所定の閾値と比較する（ＳＴＥＰ４）。所定の閾値は、例えば、設定流量の半分である。

熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以上であると判定された場合（ＳＴＥＰ４：Ｙｅｓ）、給水流路１０への給水及び熱交換器１３への通電はそのまま継続される。そして、利用者の手が所定の人感センサ（不図示）から遠ざかると（ＳＴＥＰ５）、電磁弁１１が閉弁され、同時に、熱交換器１３への通電が停止される（ＳＴＥＰ６）。以上の制御モードは、第１制御モードと呼ばれる。

熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以下であると判定された場合（ＳＴＥＰ４：Ｎｏ）、第２制御モードが実施される。この場合、図３に示すように、電磁弁１１が閉弁され、同時に、熱交換器１３への通電が停止される（ＳＴＥＰ２０）。

その後、利用者が吐水を求める操作として、改めて自らの手を所定の人感センサ（不図示）に翳す時（ＳＴＥＰ２１）、電磁弁１１によって給水は開始されるが、熱交換器１３への通電は開始されない（ＳＴＥＰ２２）。

そして、電磁弁１１によって給水が開始された後、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）が経過した時（ＳＴＥＰ２３：Ｙｅｓ）、熱交換制御部１５ａが流量判定部としても機能して、流量検知部１４によって検知される流量を所定の閾値と比較する（ＳＴＥＰ２４）。

依然として、熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以下であると判定された場合（ＳＴＥＰ２４：Ｎｏ）、第２制御モードが継続される。すなわち、図３に示すように、ＳＴＥＰ２０に戻る（電磁弁１１が閉弁され、同時に、熱交換器１３への通電が停止される）。

一方、熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以上であると判定された場合（ＳＴＥＰ２４：Ｙｅｓ）、給水流路１０への給水が継続されると共に熱交換器１３への通電が開始される（ＳＴＥＰ２５）。その後、利用者の手が所定の人感センサ（不図示）から遠ざかると（ＳＴＥＰ２６）、電磁弁１１が閉弁され、同時に、熱交換器１３への通電が停止される（ＳＴＥＰ２７）。

その後は、前述の第１制御モードに戻る。すなわち、その後、利用者が吐水を求める操作として、改めて自らの手を所定の人感センサ（不図示）に翳した状態は、ＳＴＥＰ１において検知される。

以上に説明したように、本実施形態の電気温水器１によれば、水の流量に基づく判定結果を利用する前に先行して熱交換器１３への通電が実施される。これにより、出湯温度の立ち上がりの遅れを効果的に防止することができる。

一方、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）の経過時においても給水流路１０内を流れる水の流量が閾値以下である場合、熱交換器１３への通電が停止される。これにより、「空焚き」の発生を効果的に防止することができる。この場合、所定の第１時間に亘っての加熱のエネルギは無駄になるが、少量であるので有意には影響しない。

また、本実施形態の電気温水器１によれば、電磁弁１１によって給水が開始されるのと同時に、熱交換器１３への通電が開始される。これにより、出湯温度の立ち上がりの遅れをより一層効果的に防止することができる。

また、本実施形態の電気温水器１によれば、電磁弁１１によって給水が開始されてから第１時間の経過時の判定結果が閾値以下であって、熱交換制御部１５ａが熱交換器１３への通電量を停止した後は、第２制御モード（セーフティモード）が実施され、判定結果が閾値以上に変わった場合にのみ熱交換器１３への通電量の制限を解除する（通電を再開する）ようになっている。これにより、「空焚き」の発生をより一層安全サイドで防止することができる。

更に、本実施形態の電気温水器１によれば、判定結果が閾値以上となって熱交換器１３への通電量の制限が解除されてから（通電が再開されてから）電磁弁１１による給水が終了した後においては、熱交換制御部１５ａは、再び、電磁弁１１によって給水が開始された後、第１時間に亘っては、水の流量の判定結果に拘わらず熱交換器１３への通電を実施する一方、第１時間の経過時には、水の流量の判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には熱交換器１３への通電を停止する。これにより、熱交換器１３への通電量の制限が解除されてから電磁弁１１による給水が終了した後の制御モードについて、利用者が何らかの指令を与える必要なく、元の第１制御モードに自動的に復帰することができる。

なお、以上に説明した本実施形態においては、所定の閾値は設定流量の半分とされているが、これに限定されない。例えば、所定の閾値は、設定流量の３分の１とされてもよいし、設定流量の４分の１とされてもよい。なお、所定の閾値は、流量検知部１４によって検出可能な最低検出流量より多いことが好ましい。

また、所定の第１時間は、１ｓｅｃとされているが、これに限定されない。例えば、所定の第１時間は、１．５ｓｅｃ等でもよい。

また、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）の経過時に給水流路１０内を流れる水の流量が閾値以下である場合について、熱交換器１３への通電を停止する代わりに、熱交換器１３への通電量を低減させてもよい。例えば、熱交換器１３への通電量を、半分にしたり、３分の１にする、という制限が採用されてもよい。

また、本実施形態においては、電磁弁１１によって給水が開始され、同時に、熱交換器１３への通電が開始されるが、熱交換制御部１５ａは、電磁弁１１によって給水が開始されてから所定の第２時間（例えば０．５ｓｅｃ）の経過後に、熱交換器１３への通電を開始するようになっていてよい。これによれば、出湯温度の立ち上がりの遅れの防止と「空焚き」の発生の防止のために、所定の第１時間と所定の第２時間との２つのパラメータを調整対象として利用することができるため、バランスの良い制御を実現するための調整の自由度が向上する。

また、本実施形態の電気温水器１によれば、水位検知部１７による給水流路１０内の水位検知を利用した第３制御モードが実行され得る。

具体的には、例えば図１に示すように、吐水を求める操作として、利用者の手が所定の人感センサ（不図示）に翳された状態が検知された時において（ＳＴＥＰ１）、第３制御モードが選択されている場合（ＳＴＥＰ３１：Ｙｅｓ）、水位検知部１７によって、熱交換器１３よりも下流側の給水流路１０内の水の有無が確認される（水位が閾値以上であるか否かが判別される）（ＳＴＥＰ３２）。水位検知部１７によって、熱交換器１３よりも下流側の給水流路１０内に水があることが確認されると（ＳＴＥＰ３２：Ｙｅｓ）、電磁弁１１によって給水が開始されるが、熱交換器１３への通電は開始されない（ＳＴＥＰ３３）。

そして、電磁弁１１によって給水が開始された後、再度、水位検知部１７によって、熱交換器１３よりも下流側の給水流路１０内の水の有無が確認される（ＳＴＥＰ３４）。水位検知部１７によって熱交換器１３よりも下流側の給水流路１０内に水があることが依然として確認されると（ＳＴＥＰ３４：Ｙｅｓ）、熱交換器１３への通電が開始される（ＳＴＥＰ３５）。

更に、電磁弁１１によって給水が開始された後、所定の第１時間（本例では１ｓｅｃ）が経過した時（ＳＴＥＰ３６：Ｙｅｓ）、第１制御モードのＳＴＥＰ４に合流する。すなわち、熱交換制御部１５ａが流量判定部としても機能して、流量検知部１４によって検知される流量を所定の閾値と比較する（ＳＴＥＰ４）。

熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以上であると判定された場合（ＳＴＥＰ４：Ｙｅｓ）、給水流路１０への給水及び熱交換器１３への通電はそのまま継続される。そして、利用者の手が所定の人感センサ（不図示）から遠ざかると（ＳＴＥＰ５）、電磁弁１１が閉弁され、同時に、熱交換器１３への通電が停止される（ＳＴＥＰ６）。

熱交換制御部１５ａ（流量判定部）によって水の流量が閾値以下であると判定された場合（ＳＴＥＰ４：Ｎｏ）、第２制御モードが実施される。

流量検知部１４に基づく制御のみでは、流体の流れしか検知することができないため、空気等の水以外の流体を誤検知してしまう可能性がある。本実施形態のように、以上に説明した第３制御モードを実行し、水位検知部１７による水位検知を利用して給水流路１０内に水があることを確認してから電磁弁１１を開弁し、更に、電磁弁１１の開弁の後に再び水位検知部１７による水位検知を利用して給水流路１０内に依然として水があることを確認してから熱交換器１３への通電を開始することができる。

つまり、水位検知部１７によって給水流路１０内の水の有無を検知することにより、流量検知部１４が空気等の水以外の流体を誤検知することによる誤判定を抑制することができる。

更に、以上に説明した本実施形態において、所定の第１時間の経過時の水の流量の判定結果が閾値以上である場合に、熱交換器１３への通電量を増大させるようになっていてもよい。これによれば、所定の第１時間の経過後について、出湯温度の立ち上がりを更に改善することができる。このような制御の一例を、図４に示す。

また、熱交換制御部１５ａは、電磁弁１１によって給水が開始された後、第１時間に亘って、熱交換器１３への通電量を徐々に増大させるようになっていることが好ましい。これによれば、いきなり過度に熱い湯が出ることが防止され、また、「空焚き」が発生する時でも熱交換器損傷の程度を弱めることができる。このような制御の一例を、図５に示す。

１電気温水器
１０給水流路
１１電磁弁
１２給水温度検知部
１３熱交換器
１４流量検知部
１５制御部
１５ａ熱交換制御部
１５ｂ給水制御部
１７水位検知部

Claims

給水源に接続される給水流路と、
前記給水源から前記給水流路への給水を制御する電磁弁と、
前記給水流路内を流れる水を加熱する瞬間式の熱交換器と、
前記熱交換器よりも上流側の前記給水流路内を流れる水の流量が閾値以下であるか否かを判定する流量判定部と、
前記熱交換器の通電量を制御する熱交換制御部と、
を備えた電気温水器であって、
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、所定の第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっている一方、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっている
ことを特徴とする電気温水器。
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始されるのと同時に、前記熱交換器への通電を開始するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気温水器。
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始されてから所定の第２時間の経過後に、前記熱交換器への通電を開始するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気温水器。
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間の経過時に、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電を停止するようになっている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気温水器。
前記流量判定部は、前記熱交換器よりも上流側の前記給水流路内を流れる水の流量が設定流量の半分以下であるか否かを判定するようになっている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電気温水器。
前記電磁弁によって前記給水が開始されてから前記第１時間の経過時に、前記流量判定部による判定結果が閾値以下であって、前記熱交換制御部が前記熱交換器への通電量を制限した後は、前記熱交換制御部は、所定条件を満たした場合にのみ前記熱交換器への通電量の制限を解除する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電気温水器。
前記電磁弁によって前記給水が開始されてから前記第１時間の経過時に、前記流量判定部による判定結果が閾値以下であって、前記熱交換制御部が前記熱交換器への通電量を制限した後は、前記熱交換制御部は、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以上となった場合にのみ前記熱交換器への通電量の制限を解除する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気温水器。
前記流量判定部による判定結果が閾値以上となって前記熱交換器への通電量の制限が解除されてから前記電磁弁による前記給水が終了した後においては、前記熱交換制御部は、再び、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっている一方、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっている
ことを特徴とする請求項７に記載の電気温水器。
前記給水流路は、給水貯留部を有しており、
前記給水貯留部に、当該給水貯留部の水位を検知するフロートスイッチが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電気温水器。
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間に亘っては、前記流量判定部による判定結果に拘わらず前記熱交換器への通電を実施するようになっており、前記第１時間の経過時には、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以下である場合には前記熱交換器への通電量を制限するようになっている一方、前記流量判定部による判定結果に基づいて当該判定結果が閾値以上である場合には前記熱交換器への通電量を増大させるようになっている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電気温水器。
前記熱交換制御部は、前記電磁弁によって前記給水が開始された後、前記第１時間に亘って、前記熱交換器への通電量を徐々に増大させるようになっている
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気温水器。