JPH0275852A

JPH0275852A - 温水発生器

Info

Publication number: JPH0275852A
Application number: JP63228172A
Authority: JP
Inventors: Kozo Suzuki; 皓三鈴木; Muneo Okada; 岡田　宗男
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Kyocera Corp; Fujikura Ltd; Inax Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Kyocera Corp; Fujikura Ltd; Inax Corp; Aisin Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1990-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0726756B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、家庭の水道の水等を温水とする温水発生器に
関し、特に、ヒートパイプを用いた温水発生器の加熱手
段を改良したものに関するものである。

（従来の技術）従来のこの種の温水発生器としては一般に、火や電気ヒ
ータにより、直接、水を加熱して温水とする温水発生器
や応答性を考慮して上記した温水発生器に温水貯留タン
クを設けた温水発生器が知られている。

しかし、このような従来の温水発生器では、温水が必要
な時に直接水を加熱して温水を得る構造となっているた
め、単位時間且つ単位面積当たりの熱授受量を大きくし
なければならず、電気ヒータの熱容量が大きくなる。こ
の結果、電気ヒータを通電してから所要温度となるまで
に時間がかかり、温水を得るまでの応答性が悪いという
欠点があった。

また、温水貯留タンクを設けると、あらかじめ温水を蓄
えておくことができるため温水が必要な時に瞬時に温水
を得ることができ応答性は良いか、装置全体が大型化す
るという欠点があった。

このような問題に対して、例えば、特公昭６１−３１３
９０号公報には、ヒートパイプを用いた温水発生器が提
案されており、この温水発生器によれば、ヒートパイプ
内に封入されている作動流体の熱伝達率および応答性が
良好なので、上記欠点が解消されることが期待できるが
、この公報に開示されている温水発生器には、以下に説
明する技術的課題があった。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、上記公報に示されている温水発生器では、単
管式のヒートパイプを用い、その一端の凝縮部を貯水タ
ンク内に挿入し、他端の蒸発部を加熱手段で加熱する構
成を採用しているが、加熱手段としてガスバーナを用い
ているので、ガスを燃焼させるために空気の取入および
排気ガスの排出が必要となるだけでなく、火災や地震、
さらには物理的な衝撃等に対する配慮も必要になって、
取付は場所に大きな制約があった。

この場合、加熱手段として電気ヒータを採用することも
考えられるが、電気ヒータでは、空気の取入および排気
ガスの排出は不要になるので、設置場所の自由度はある
程度緩和されるが、十分な自由度が得られない。

また、単管式のヒートパイプでは、ヒートパイプの内部
で気体と液体とが異った方向に移動するので、封入され
た作動流体を制御して、温水の温度を調整することがで
きず、温水の温度調整に別の手段を設けなければならな
いという問題もあった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的とすることろは、形状および取
付場所に極めて大きな自由度を有するとともに、温水の
温度調整が簡単に行える温水器を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、この発明は、蒸発および凝
縮可能な作動流体が封入された密閉循環管路を有するヒ
ートパイプと、前記密閉循環管路中に介装された制御手
段と加熱手段および凝縮手段とを備え、前記凝縮手段で
前記作動流体と外部の流水とを熱交換させて、この流水
を温水となす温水発生器であって、前記加熱手段は断熱
材で囲繞された固体蓄熱器からなることを特徴とする。

（作用・効果）上記構成の温水発生器によれば、ヒートパイプの加熱手
段が断熱材で囲繞された固体蓄熱器で構成されているの
で、蓄熱器の形状が任意に選択できるとともに、火災、
地震、物理的な衝撃に対して強く、設置場所に制約を受
けず、極めて幅広い自由度を備えている。

また、ヒートパイプは、作動流体が封入された密閉循環
管路を有しているので、蒸発した気体と凝縮した液体と
が管路内を同一方向に移動することになり、管路中に制
御手段、例えば、制御弁を設けて作動流体の流れをコン
トロールすれば、凝縮手段で行なわれる作動流体と外部
の流水との熱交換量を簡単に調整できる。

（実　施　例）以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図及び第２図は本考案に係る温水発生器の一実施例
を示している。

同図に示の温水発生器は、蒸発および凝縮可能な作動流
体Ａ１例えば水が封入され、内部をほぼ真空状態にした
密閉循環管路からなるヒートパイプ１を有している。

上記ヒートパイプ１には、蒸発部２と凝縮部３および岐
溜め部４が設けられている。

上記蒸発部２および凝縮部３は、蒸発側の本体バイブ１
ａと凝縮側の本体パイプ１ｂとの間にそれぞれ介装され
、蒸発部２は、３本の分岐バイブ１ｄ〜１ｅから構成さ
れ、各分岐バイブＩＣ〜１ｅを両端で連結し、合流され
た各連結部が本体パイプｌａ、ｌｂにそれぞれ気密状態
で接続されている。

また、凝縮部３は、波形に折曲された湾曲バイブ１ｆか
ら構成され、その両端が本体パイプｌａ。

１ｂにそれぞれ気密状態で接続されている。

さらに、液溜め部４は、凝縮側の本体パイプ１ｂの途中
に設けられていて、バイブ１ｂの直径よりも大径な拡径
部で構成され、拡径部はほぼ鉛直方向に位置しており、
凝縮部３で凝縮された液状の作動流体Ａがその下部に貯
留される。

液溜めの部３と蒸発部２との間には、後述する制御装置
でコントロールされる制御弁５が介装されている。

一方、上記蒸発部２の外周には、各分岐バイブ１０〜１
ｅを覆うようにしてヒートパイプ１の加熱手段である蓄
熱器５が設けられている。

蓄熱器５は、分岐パイプ１０〜１ｅの外周に一体的に設
けられた固体蓄熱体６と、各分岐パイプＩＣ〜１ｅと直
交するように蓄熱体６内に密接状態で埋設されたヒータ
７とから構成されている。

ここで用いられる固体蓄熱体６は、比熱および熱伝導率
の比較的大きな炭化珪素や窒化珪素などのセラミックス
が採用され、分岐パイプ１０〜１ｅと蓄熱体６とは、第
２図に示すように、熱膨張差による応力を緩和するため
に銅などの緩衝材８と、蓄熱体６の温度を検出するセン
サ９とを介在させて活性金属法により一体的に接合され
ている。

この活性金属法とはメタライズ法の一種で、Ｔｉ、Ｚｒ
等のセラミックスと反応を生ずるような活性金属をＡｇ
、Ｎｉ、Ｃｕ等の比較的低温度で共融する金属で被覆し
たセラミックスと封着金属（この場合分岐バイブＩＣ〜
ｌｅ）との間に挿入し、真空中または不活性ガス中で加
熱処理することによってこれらを封着する方法であって
、この方法によれば分岐パイプ１Ｃ〜１ｅと蓄熱体６と
の間の熱応答性が良好になり、また、熱損失が少なくな
る。

なお、第２図に示した例では、蓄熱体６を複数のブロッ
クに分割し、ブロック間に分岐パイプＩＣ〜１ｅを挾み
込むようにして一体的に接合する方法を示したが、蓄熱
体６をブロックに分割しないで、挿入孔を穿設して、こ
の挿入孔内にバイブＩＣ〜１ｅを挿入して接合するよう
にしてもよい。

他方、凝縮部２の湾曲バイブ１ｆの外周には、バイブ１
ｆを覆うように給水管１０が配設されている。この給水
管１０の流入側は、流量調整バルブ１１及び止水弁１２
を介して水道水源１３に連結されており、流出側は、蛇
口１４に連結されていて、湾曲パイプｌｆ内を移動する
作動流体Ａと給水管１０内を流通する流水Ｗとの間で熱
交換をさせる凝縮手段を構成している。

また、給水管１０と止水弁１２との間には、水量センサ
１５および流水温度センサ１６が設けられるとともに、
蛇口１３の上流には出湯温度センサ１７が設けられてい
る。

さらに、給水管１０の外周は、断熱空間１８を設けて断
熱材１９により覆われている。

なお、断熱材１９は、ヒートパイプ１の蒸発側の本体バ
イブ１ａ外周および蓄熱体６の外周をそれぞれ囲繞する
ように設けられている。

上記した構成の温水発生器では、ヒートパイプ１内に封
入された作動流体Ａは、ヒータ７により加熱され蓄熱体
６に蓄えられた熱により蒸発部２で瞬時に加熱され高温
の蒸発気体となって本体バイブ１ａ内を流れ、凝縮部３
にて作動流体Ａの熱が給水管１０内を流れる水Ｗに伝達
され熱交換が行われる。

これにより、給水管１０内を流れる水Ｗが温水となって
蛇口１４より放水されると共に作動流体Ａが凝縮され液
体となって本体バイブ１ｂ内を流下して液溜め部４に溜
められる。

この結果、ヒートパイプ１の高速応答性を有効に活用し
て温水を得ることができる。

この場合、蓄熱体６に蓄えられる熱エネルギーは、例え
ば、深夜電力や疫熱回収エネルギーを利用して経済性の
向上を図ることができるとともに、固体蓄熱体６は、任
意の形状に成形できると同時に、地震や物理的な衝撃に
強く、また、火災の惧れもないので、断熱材１つで囲繞
すれば、例えば、建物の壁内などのデッドスペースに設
置でき、場所に制約を受けない幅広い自由度を備えてい
る。

また、固体蓄熱体６は、従来の貯湯式のものに比べて、
単位体積当りの蓄熱エネルギーが大きいので、全体の小
型化も可能となる。

本発明者らの試案によると、例えば、比重が３゜２で比
熱が０．　２　（ｃａρ／　ｇｋ）の炭化珪素若しくは
窒化珪素の固体蓄熱体６は、使用可能な温度がそれぞれ
４００℃、５００℃であって、１リットル当りそれぞれ
１９２ＫｃａΩ、２８２Ｋｃ　ａｊ７の熱エネルギーを
蓄えられるので、８５℃の温水を１リツトル貯湯する場
合に対して、大きさがそれぞれ１／２．３　（８５／１
９２）、１／３．３（８５／２８２）で済むことが確認
されている。

さらに、上記構成の温水発生器では、密閉循環管路を有
するヒートパイプ１を採用しているので、作動流体Ａの
移動は、蒸発部２から凝縮部３および液止め部４と移動
する一方向となるので、制御弁５の調整により、蛇口１
４から放出される温水の温度を簡単にコントロールでき
る。

第３図および第４図は、温水の温度を調整する制御装置
の一例を示している。

同図に示す制御装置は、いわゆるマイクロコンピュータ
を用いたものであって、マイクロコンピュータ（以下、
ＣＰＵと称する）のポートＰ１には、温水の出湯温度を
設定する設定スイッチ２０が接続され、ポートＰ２には
、水量センサ１５が接続されている。また、ポートＰ３
には、蓄熱体６の蓄熱温度を検出するセンサ９が接続さ
れるとともに、ポートＰ４には、凝縮出湯温度を検出す
る出湯温度センサ１７が接続されている。さらに、ポー
トＰ５には、電圧制御回路２１を介して蒸発部２の流入
側と液溜め部４との間に配設され作動流体５の流量を制
御する制御弁４が接続されている。・第４図は、ＣＰＵによる温水の温度を調整する手順を示
している。

まず、フローがスタートすると、ステップ８１〜Ｓ３に
おいて、制御弁４の現在の弁開度りを読み取り、その弁
開度を「０」に初期設定する。

ステップ８４〜Ｓ５において水量センサ】５により温水
とする水の水量Ｆを読み取り、水が流れているかを判別
する。

ステップＳ６において、設定スイッチ２０にで設定され
た設定出湯温度Ｔ　ｓｅｔと、出湯温度センサ１７によ
り検出された現在の出湯温度Ｔ２とを読み取る。ステッ
プＳ７において設定出湯温度Ｔｓｅｔと出湯温度Ｔ２と
を比較し、出湯温度Ｔ２が設定出湯温度Ｔ　ｓｅｔより
小さい場合においてステップ８８〜３１３において出湯
温度Ｔ２を調整する。ステップＳ８において設定スイッ
チ２０．出湯温度センサ１７．蓄熱体６の温度センサ９
及び水量センサー５により設定出湯温度Ｔｓｅｔ、出湯
温度Ｔ　、蓄熱体６の温度Ｔ、水ｆｆ１Ｆが読み込まれ
る。ステップＳ９では蓄熱体６の容積、材質、作動流体
Ａの封入量、制御弁４の応答速度、蓄熱体６と凝縮器３
の伝熱面積比などにより制御函数Ｋを求める。ステップ
Ｓの１０では、温水を設定温度に含料させるための制御
弁４の開度、６Ｄが、１３　Ｄ　”　Ｋ　・（Ｔ　ｓｅ
ｔ　　　Ｔ　２　）から算出される。ステップＳ１１に
おいて現在の弁開度りに必要な弁開度ＪＤを加え、弁開
度りを補正する。ステップＳ１２において水が流れてい
るかを再度判別し、ステップＳ１３において補正された
弁開度りを出力し、制御弁４を補正された開度に設定す
る。この後、ステップＳ８に戻る。

上記した手順の如く、制御弁４の開度を制御して作動流
体Ａの流量を調整することにより、出湯温度Ｔ２を自由
に設定できると共に、設定した出湯温度Ｔ　ｓｅｔに対
応した正確な出湯温度Ｔ２を得ることかできる。これに
より、使用者は出湯温度を自由に設定でき且つ所望の出
湯温度に対して正確な温度の温水を得ることができる。

なお、第４図に示した手順では、ステップＳ７で設定出
湯温度Ｔ　ｓｅｔが出湯温度Ｔ２よりも小さい場合には
、ステップＳ１に戻るようにしているが、この時に上記
ステップＳ８〜Ｓ１３で示した制御弁４の弁開度りを大
きく補正する手順とは逆に、弁開度りを徐々に小さくす
るような手順にしてもよい。

また、制御弁４の制御手段はＣＰＵだけでなく他の制御
手段であってもよく、さらに、流量調整バルブ１１を開
弁してその直後に出湯する際には、制御弁４をこれに応
じて直ちに開弁ぜず所定のタイムラグを設けて開弁させ
たり、あるいはこれとは逆に出湯を停止する際には、流
ｉ調整バルブ１１が完全に閉弁される前に制御弁４を閉
弁させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る温水発生器を表す平面図、第２
図は蓄熱体の部分拡大断面図、第３図は制御弁の制御装
置のブロック図、第４図は第３図に示した制御装置のフ
ローチャート図である。１・・・・・・ヒートパイプ　　　２・・・・・・蒸発
部３・・・・・・凝縮部　　　　　　４・・・・・・制
御弁６・・・・・・蓄熱体（蓄熱手段）７・・・・・・
ヒータＡ・・・・・作動流体　　　　　Ｗ・・・・・・
流　水特許出願人　　　　　東京電力株式会社同　　　
　　　　藤倉電線株式会社同　　　　　　　　　アイシン精機株式会社同　　　　
　　京セラ株式会社同　　　　　　　　株式会社イナックス代　理　人　　
　　　　　弁理士　−色　健　輔同　　　　　　　　　
弁理士　松　本　雅　利第３図

Claims

【特許請求の範囲】

蒸発および凝縮可能な作動流体が封入された密閉循環管
路を有するヒートパイプと、前記密閉循環管路中に介装
された制御手段と加熱手段および凝縮手段とを備え、前
記凝縮手段で前記作動流体と外部の流水とを熱交換させ
て、この流水を温水となす温水発生器であって、前記加
熱手段は断熱材で囲繞された固体蓄熱器からなることを
特徴とする温水発生器。