JPH0427461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電気ヒータを熱源とする貯湯形の給
湯装置に関する。

（従来の技術） 電気ヒータを熱源として用いた給湯装置は、瞬
間形と貯湯形とに分類される。瞬間形は、大容量
の電気ヒータを用いて水を瞬時に一定温度まで加
熱して供給する構成となつている。また貯湯形
は、予め貯湯槽内に一定温度の湯を蓄えておき、
この湯を必要時に供給する構成となつている。瞬
間形では、通常、５〜20kwと言つた大容量の電
気ヒータを使用しない限り充分な出湯量が得られ
ない。このため、一般住宅では専ら貯湯形が用い
られている。

ところで、貯湯形の給湯装置は、通常、外面が
断熱材で覆われた貯湯槽を備えている。この貯湯
槽内の下部は給水管に接続されており、また上部
は給湯管を介して蛇口に接続されている。貯湯槽
内の下部にはシース形の電気ヒータが配置されて
いる。そして、電気ヒータに給電して貯湯槽内の
水全体を、たとえば80℃に加熱しておき、この湯
を必要時に給湯管を介して取出す使い方がなされ
ている。電気ヒータに給電する方式としては、任
意の時刻から電気ヒータに給電を開始して貯湯槽
内の水全体が一定温度に達した時点で電気ヒータ
への給電を停止する随時給電方式と、電力料金の
安い深夜に電気ヒータに給電を開始して貯湯槽内
の水全体が一定温度に達した時点で電気ヒータへ
の給電を停止する深夜給電方式とがある。一般に
は、経済性の面から深夜給電方式が広く採用され
ている。

しかしながら、このような給湯装置にあつて
は、次のような問題があつた。すなわち、随時給
電方式を採用した給湯装置を例にとると、電気ヒ
ータに給電すると、貯湯槽内の水が自然対流によ
つて徐々に加熱される。このときの、貯湯槽内の
水の温度上昇速度は電気ヒータの容量と貯湯槽の
容積とによつて決まる。前述の如く、大容量の電
気ヒータを一般家庭用機器に組み込むことは困難
である。また、貯湯形としての機能を充分発揮さ
せるためには、少なくとも数100の容積を有し
た貯湯槽を用いる必要がある。したがつて、貯湯
槽内の水の温度上昇速度はそれほど速くはない。
そして、貯湯槽内の水全体が、たとえば80℃まで
加熱された時点で電気ヒータへの給電が停止され
る。このことから判るように、随時給電方式を採
用した給湯装置では、貯湯槽内の水を使用に適し
た80℃まで温度上昇させるのに長時間を必要と
し、速応性に欠ける問題があつた。また、上述し
た説明から判かるように、実際に必要な湯量とは
無関係に貯湯槽内の水の全部が設定された湯度、
つまり80℃に加熱される。このため、たとえば実
際に必要とする温量が100であつたとし、貯湯
槽の容積が300であつたとすると、200分を80
℃に加熱するのに要したエネルギが無駄に消費さ
れることになる。このことは深夜給電方式を採用
したものについても同様に言える。深夜給電方式
の給湯装置では、給電時間帯が決められているた
め、日中に万一にも湯が不足するような事態を回
避するために容積の大きい貯湯槽を用いる傾向に
ある。したがつて、設置スペースを広く必要とす
るばかりか、電力を無駄に消費する割合いが大き
くなることもある。また、深夜給電方式を採用し
た従来の給湯装置では、深夜に貯湯槽内に80℃の
湯を蓄えるので、日中湯を使用するときには待ち
時間なしで80℃の湯を使用できる反面、昼間、貯
湯槽内の湯がなくなると使用できない不便さがあ
る。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の給湯装置では、本質的に経
済的な運転や即応性に富んだ運転ができないばか
りか、装置全体の小型化を図ることが困難であつ
た。

そこで本発明は、上述した木具合を解消できる
と同時に使い勝手の向上を図れる給湯装置を提供
することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る給湯
装置では、貯湯槽と、この貯湯槽内に上記貯湯槽
の下部より給水する給水管と、前記貯湯槽内の上
部を蛇口に接続する給湯管と、前記貯湯槽の近傍
に配置され上記貯湯槽内の下部と上部との間に上
記貯湯槽とで閉ループを構成する関係に接続され
た接続管と、この接続管の途中に設けられ、加熱
源として電気ヒータを用いるとともに流れ方向の
両端部に前記貯湯槽の下部側から上記貯湯槽の上
部側へ向かう流れのみを許容する逆止弁をそれぞ
れ有した気泡ポンプ方式で間欠吐出方式の加熱器
と、前記貯湯槽の壁面に深さ方向に向けて所定間
隔に配置されて壁面温度が一定以上のときに信号
を送出する複数の温度センサと、これら温度セン
サの位置に対応した位置関係にそれぞれ配置され
て対応する温度センサの出力で表示動作を行う複
数の表示素子と、前記温度センサのうちの任意の
温度センサを指定することによつて前記貯湯槽の
壁面の深さ方向の位置を指定する位置指定器と、
前記電気ヒータを付勢する付勢手段と、前記位置
指定器で指定された温度センサから信号が送出さ
れた時点で前記付勢手段の付勢動作を停止させる
手段とを備えている。

（作用） 位置指定器によつて、たとえば上から５番目に
位置する温度センサを指定する。この状態で付勢
手段を動作させると、貯湯槽内の下部に位置して
いる水が加熱器内に案内され、たとえば80℃に加
熱されて貯湯槽内の上部へと間欠的に送り込まれ
る。したがつて、貯湯槽内には、この貯湯槽内の
上部から80℃の湯が層状に徐々に溜り、下方へと
拡大していく。今、貯湯槽の内面に80℃の湯が接
触したとき貯湯槽の外面が70℃になつたとし、各
温度センサとして60℃で出力信号を送出するもの
が使用されているとすると、80℃の湯の層が下方
へ拡大していく過程で、１番目に位置する温度セ
ンサが出力を送出し、この結果、１番目の温度セ
ンサに対応した表示素子が点灯する。同様に、80
℃の湯の層が下方へ拡大するにしたがつて、２番
目の温度センサに対応した表示素子、３番目の温
度センサに対応した表示素子が次々に点灯する。
各表示素子は各温度センサの設けられている位置
に対応した位置関係に配置されているので、各表
示素子の点灯状態から80℃の湯の層がどの位置ま
で拡大したか判かることになる。そして、80℃の
湯の層が５番目の温度センサの設けられている位
置まで拡大すると、この５番目の温度センサの出
力で対応する表示素子が点灯するとともに付勢手
段の付勢動作が停止して加熱器が停止状態とな
る。つまり、目標とする湯量が蓄えられたことに
なる。一方、蛇口を開けて貯湯槽内の湯を使用す
ると、80℃の湯の層は薄くなる。このため、その
湯層の厚み部分に位置している温度センサだけが
出力の送出状態を継続し、これら温度センサに対
応した表示素子だけが点灯状態を維持する。した
がつて、各表示素子の表示状態から現在、貯湯槽
内に80℃の湯がどの程度の量残つているかを直ち
に知ることが可能となる。

（実施例） 第１図には本発明の一実施例に係る給湯装置が
示されている。

同図において、１１は縦長の貯湯槽を示し、１
２は貯湯槽１１を覆うように設けられた断熱機構
を示している。

貯湯槽１１の下壁部分には、この貯湯槽１１内
に給水するための給水口１３が形成されており、
この給水口１３は給水管１４に接続されている。
なお、給水管１４の途中には貯湯槽１１内に流入
する水の水圧を１Kg／cm²以下の値まで減圧する減
圧弁１５が直列に接続されている。貯湯槽１１の
上壁部分には、この貯湯槽１１内の湯を外部へ導
くための出湯口１６が形成されており、この出湯
口１６は給湯管１７を介して厨房や浴室等に配置
された蛇口１８に接続されている。

断熱機構１２内には、流水式の加熱器を構成す
る気泡ポンプ２０が埋め込まれている。この気泡
ポンプ２０は、下端開口部が貯湯槽１１の下壁部
分に形成された吸込み口２１に接続され、上端開
口部が貯湯槽１１の上壁部分に形成された吐出口
２２に接続され、貯湯槽１１とで閉ループを形成
する接続管２３と、この接続管２３内の特定区間
に位置する水、この例では中間部に位置する水を
加熱するための電気ヒータ２４ａ，２４ｂと、接
続管２３内で上述した中間部の両側位置にそれぞ
れ設けられ接続管２３内を通つて吸込み口２１か
ら吐出口２２に向かう方向の水の流れだけを許す
逆止弁２５，２６とで構成されている。

接続管２３は、第２図にも示すように、軸心線
を上下方向に向けて配置された、たとえば厚み
1.5mm、内径34mm、長さ70cmで両端開口が閉じら
れた銅あるいはアルミニウム製の中間接続管２７
と、一端部が中間接続管２７の下部閉塞壁２８に
設けられたた孔２９に液密に通じるとともに他端
部が吸込み口２１に通じた下部接続管３０と、一
端部が中間接続管２７の上部閉塞壁３１に設けら
れた孔３２に液密に通じるとともに他端部が吐出
口２２に通じた上部接続管３３とで構成されてい
る。中間接続管２７内の下部には仕切り板３４が
設けてあり、この仕切り板３４の中央部には孔３
５が形成されている。そして、孔３５の内側には
第１の案内管３６の下端部が液密に接続されてい
る。この第１の案内管３６は、たとえば外径が14
mmのステンレス鋼管で形成されており、その上端
側は中間接続管２７の軸心線に沿つて上方まで延
びている。中間接続管２７内の上方位置にも仕切
り板３７が設けてあり、この仕切り板３７の中央
部には孔３８が形成されている。そして、仕切り
板３７の下面には中間接続管２７より小径で、第
１の案内管３６より大径の第２の案内管３９の上
端部が孔３８に通じる関係に接続されている。こ
の第２の案内管３９も、たとえばステンレス鋼管
で形成されており、その下端側は第１の案内管３
６の上部を覆う位置まで延びている。第２の案内
管３９内で第１の案内管３６の上端部に近接した
位置には仕切り板４０が設けられている。また、
仕切り板４０と仕切り板３７との間に位置する部
分の周壁には孔４１が複数形成されている。

電気ヒータ２４ａ，２４ｂは、たとえば2kwと
4kwのシース形のもので、中間接続管２７の周壁
外面で仕切り板３４と第２の案内管３９の下端部
との間に位置する部分に巻回され、ろう付けされ
ている。

逆止弁２５は、中間接続管２７の下部閉塞壁２
８によつて形成された弁座と、この弁座の上に載
置された耐熱プラスチツク材製のボール４２とで
構成されており、下部接続管３０から中間接続管
２７へ向かう方向の流れだけを許容する。逆止弁
２６は、仕切り板３７によつて形成された弁座
と、この弁座の上に載置された耐熱プラスチツク
材製のボール４３とで構成されており、中間接続
管２７から上部接続管３３へ向かう方向の流れだ
けを許容する。

前記貯湯槽１１の外面には、この外面がたとえ
ば60℃以上になつたときオン作動する温度セン
サ、たとえばサーマルリードスイツチ４４ａ，４
４ｂ，…４４ｊが深さ方向に所定の間隔で固定さ
れている。

断熱機構１２の外側面には端子ボツクス４５が
設けてあり、この端子ボツクス４５を介して電気
ヒータ２４ａ，２４ｂ、サーマルリードスイツチ
４４ａ，４４ｂ，…４４ｊが第３図に示す給電制
御装置４６，４７に接続されている。給電制御装
置４６は、商用電源で電気ヒータ２４ａを選択的
に付勢するためのもので、具体的には第４図に示
すように構成されている。すなわち、電源ライン
に手動操作式のスイツチ４８、、フユーズ４９、
押釦スイツチ５０を介して電気ヒータ２４ａを接
続している。そして、電気ヒータ２４ａの両端間
にリレー５１の常閉接点５２とリレー５３のコイ
ル５４とを直列に接続し、このリレー５３の常開
接点５５を押釦スイツチ５０と並列に接続してい
る。一方、１つの可動接点５６と10個の固定接点
５７ａ，５７ｂ，…５７ｊを有した位置指定器と
してのロータリスイツチ５８が設けてあり、この
ロータリスイツチ５８の可動軸を中心とした同一
円周上で各固定接点の後方位置には10個の表示素
子５９ａ，５９ｂ，…５９ｊが配置されている。
そして、ロータリスイツチ５８の可動接点５６は
リレー５１のコイル６０を介して直流電源６１の
負極に接続されている。直流電源６１の正極は前
述したサーマルリードスイツチ４４ａ，４４ｂ，
…４４ｊの一方の端子に共通に接続されている。
各サーマルリードスイツチ４４ａ，４４ｂ，…４
４ｊの他方の端子は、これらサーマルリードスイ
ツチが設けられている位置関係が保たれる関係に
前述した表示素子５９ａ，５９ｂ，…５９ｊの一
方の端子とロータリスイツチ５８の固定接点５７
ａ，５７ｂ，…５７ｊとに接続されている。そし
て、表示素子５９ａ，５９ｂ，…５９ｊの他方の
端子は共通に直流電源６１の負極に接続されてい
る。なお、実際には、第３図に示すようにスイツ
チ４８の操作部、押釦スイツチ５０の操作部、ロ
ータリスイツチ５８の回転操作つまみ６２、各表
示素子５９ａ，５９ｂ，…５９ｊの発光部だけが
パネルボツクスから露出するように配置されてい
る。一方、給電制御装置４７は、電力料金の安い
深夜給電方式を実現するためのものである。すな
わち、この給電制御装置４７は、タイマとスイツ
チ類との組み合わせによつて構成されており、毎
日、決まつた時刻、たとえば夜の11時が到来する
と、電気ヒータ２４ｂに給電を開始する。そし
て、たとえば最下部に配設されたサーマルリード
スイツチ４４ｊから出力S₁が送出された時点で電
気ヒータ２４ｂへの給電を停止するように構成さ
れている。なお、第１図中６３は流量調整弁を示
し、６４は公知の浮き子式ガス抜き弁を示してい
る。

次に、上記のように構成された給湯装置の作用
および使用例を説明する。

まず、貯湯槽１１内は低温の水で満たされてお
り、また蛇口１８は閉じられているものとする。
この状態では水の流れが全くないので逆止弁２
５，２６は共に閉じられており、また気泡ポンプ
２２０の接続管２３内は低温の水で満たされてい
る。

この状態でロータリスイツチ５８のつまみ６２
を操作して可動接点５６を所望とする固定接点位
置、たとえば固定接点５７ｊに合わせる。次に、
スイツチ４８を投入した後、押釦スイツチ５０を
押圧操作する。この操作によつて、電気ヒータ２
４ａへの給電が開始される。まリレー５３のコイ
ル５４が付勢され、この結果、常開接点５５が投
入状態に保持される。電気ヒータ２４ａへ給電が
開始されると、中間接続管２７の内面で電気ヒー
タ２４ａの内側に位置する部分に接触している水
が急速に加熱される。そして、中間接続管２７内
の水の一部が沸騰点に達すると、第５図ａに示す
ように蒸気泡６５が発生して急速に水の体積が増
加し、中間接続管２７内の圧力が上昇する。この
結果、逆止弁２６が開いて第５図ａ中実線矢印６
６で示すように熱い湯が中間接続管２７から上部
接続管３３へと送り出される。そして、蒸気泡６
５が浮力で上昇して第２の案内管３９の下端部位
置まで達すると、この蒸気泡６５は上記近傍に存
在する比較的冷たい水によつて冷やされて凝縮す
る。この結果、中間接続管２７内の圧力が低下す
る。中間接続管２７内の圧力が低下すると、第５
図ｂに示すように逆止弁２６が閉じ、代りに逆止
弁２５が開いて図中実線矢印６７で示す如く下部
接続管３０を介して貯湯槽１１内の下部に存在し
ている冷たい水が中間接続管２７内へと流れ込
む。この流入によつて中間接続管２７内の温度が
さらに低下し、蒸気泡６５が急速に消滅する。蒸
気泡６５が消滅すると下部接続管３０を介しての
水の流入が止まる。この結果、中間接続管２７内
の温度が再び上昇に転じ、再び蒸気泡６５が発生
する。以下、上述した動作が繰返される。したが
つて、中間接続管２７から間欠的に、たとえば80
℃の熱い湯が送り出される。

この送り出された80℃の湯は、上部接続管３３
を通つて吐出口２２から貯湯槽１１内の上部へと
送り込まれる。このため、貯湯槽１１内には80℃
の湯６８が上から層状、つまり温度層状性を保つ
た状態で溜る。このとき吐出口２２から吐出され
た80℃の湯は、一旦吐出された後、中間接続管２
７内の圧力低下が起こつたときに、逆止弁２６が
閉じるまでの間、一部が上部接続管３３内へ引き
戻される。この引き戻し作用によつて湯層と水層
との界面が常にほぼ水平に保たれ、正確に温度層
状性が保たれる。この湯層の厚みは徐々に下方へ
と拡大する。そして、80℃の湯の層が上から１番
目のサーマルリードスイツチ４４ａの設けられて
いる位置まで拡大すると、この部分の貯湯槽壁の
外面が70℃まで温度上昇する。このため、サーマ
ルリードスイツチ４４ａがオン作動する。このオ
ン作動によつて表示素子５９ａが点灯する。80℃
の湯の層がさらに下方へ拡大してサーマルリード
スイツチ４４ｂの設けられている位置まで拡大す
ると、サーマルリードスイツチ４４ｂがオン作動
し、表示素子５９ｂが点灯する。以下、同様に80
℃の湯の層の拡大に対応して表示素子５９ｃ，５
９ｄの順に順次点灯する。したがつて、表示素子
の点灯状態から80℃の湯の層が順次下方へ拡大し
ていく状態を確認できる。そして、80℃の湯の層
がサーマルリードスイツチ４４ｊの設けられてい
る位置まで拡大して、このサーマルリードスイツ
チ４４ｊがオン作動すると、表示素子５９ｊが点
灯するとともにロータリスイツチ５８の可動接点
５６を介してリレー５１のコイル６０が付勢され
る。この結果、同リレー５１の常閉接点５２が開
き、リレー５３のコイル５４の付勢が解除され、
常開接点５５が開いて電気ヒータ２４ａの給電が
停止される。したがつて、予めつまみ６２によつ
て設定した位置、換言すると設定した湯量まで80
℃の湯が蓄えられることになり、この蓄え状態が
表示素子５９ａ，５９ｂ，…５９ｊによつて表示
されることになる。上述した説明は、給電制御装
置４６を使用して随時貯湯する場合の例である
が、この実施例の場合には深夜給電方式を実現す
る給電制御装置４７が設けられているので、夜の
11時が到来すると、自動的に電気ヒータ２４ｂに
給電され、同様な動作を行なつて貯湯槽１１内に
80℃の湯が蓄えられる。

一方、蛇口１８を開けて貯湯槽１１内の湯を使
用すると、貯湯槽１１内の80℃の湯の層は徐々に
薄くなる。この場合、貯湯槽１１の下部は給水管
１４に通じているので80℃の湯の層は、その下限
線が上方に向けて移動する形で薄くなる。このた
め、湯の使用にともなつて表示素子４４ａ，４４
ｂ，…４４ｊは、表示素子４４ｊ側から順次消灯
する。したがつて、この表示素子４４ａ，４４
ｂ，…４４ｊの点灯状態から、貯湯槽１１内に残
つている80℃の湯の量を知ることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。すなわち、実施例では、独立した電
気ヒータ２４ａ，２４ｂを設け、一方を随時給電
方式用とし、他方を深夜給電方式用としている
が、１つの電気ヒータだけを設け、随時給電方式
だけで運転するようにしてもよい。また、深夜給
電方式においても湯量を設定するためのロータリ
スイツチを設け、このスイツチの操作で位置指
定、つまり湯量を自由に設定できるようにしても
よい。また、ロータリスイツチに限らず、他のス
イツチ、たとえば押し釦式スイツチやスライドス
イツチで位置指定を行なうようにしてもよい。ま
た、温度センサの出力を使つて貯湯槽内の湯量が
一定レベル以下まで低下したことを検出し、この
検出時点から特定の温度センサが出力を送出する
時点まで電気ヒータに自動給電する給電制御装置
を設けてもよい。また、温度センサとしてはサー
マルリードスイツチに限らず、温度に感応する素
子と、この素子の出力が一定値を越えたとき信号
を送出する回路とを組合わせたものを使用しても
よい。

［発明の効果］ 貯湯槽に並列に加熱器を設けており、この加熱
器が加熱源として電気ヒータを用いるとともに流
れの方向の両端部に貯湯槽の下部側から貯湯槽の
上部側へ向かう流れのみを許容する逆止弁をそれ
ぞれ有した気泡ポンプ式で間欠吐出式に構成され
ているので、電気ヒータとして低容量のものを用
いた場合でも、通電開始後、短時間に十分高温の
湯層を貯湯槽内に正確に温度層状性を持たせて発
生させることができる。そして、この湯層の厚
み、つまり発生湯量の設定および湯量の確認を、
複数の温度センサ、複数の表示素子、位置指定
器、電気ヒータ付勢手段および付勢停止手段から
なる表示機能を有した、いわゆる制御系で行なえ
るようにしているので、必要時に、必要な量の湯
を間接的に目視できる形態に貯湯槽内に発生させ
ることができる。したがつて、気泡ポンプ式で間
欠吐出式の加熱器が有している高い経済性を十分
に発揮させることができるとともに使い勝手の向
上を図れ、しかも即応性に富むので全体の小型化
を図れる給湯装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る給湯装置の要
部縦断面図、第２図は同給湯装置に組み込まれた
気泡ポンプの要部縦断面図、第３図は同給湯装置
に組み込まれた給電制御装置の概略構成図、第４
図は一方の給電制御装置の回路構成図、第５図は
同給湯装置に組み込まれた気泡ポンプの動作を説
明するための図である。 １１…貯湯槽、１４…給水管、１７…給湯管、
２０…気泡ポンプ、２３…中間接続管、２４ａ，
２４ｂ…電気ヒータ、２５，２６…逆止弁、３０
…下部接続管、３３…上部接続管、４４ａ，４４
ｂ，…４４ｊ…サーマルリードスイツチ、４６，
４７…給電制御装置、５１，５３…リレー、５８
…ロータリスイツチ、５９ａ，５９ｂ，…５９ｊ
…表示素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 貯湯槽と、この貯湯槽内に上記貯湯槽の下部
   より給水する給水管と、前記貯湯槽内の上部を蛇
   口に接続する給湯管と、前記貯湯槽の近傍に配置
   されて上記貯湯槽内の下部と上部との間に上記貯
   湯槽とで閉ループを構成する関係に接続された接
   続管と、この接続管の途中に設けられ、加熱源と
   して電気ヒータを用いるとともに流れ方向の両端
   部に前記貯湯槽の下部側から上記貯湯槽の上部側
   へ向かう流れのみを許容する逆止弁をそれぞれ有
   した気泡ポンプ方式で間欠吐出式の加熱器と、前
   記貯湯槽の壁面に深さ方向に向けて所定間隔に配
   置されて壁面温度が一定以上のときに信号を送出
   する複数の温度センサと、これら温度センサの位
   置に対応した位置関係にそれぞれ配置されて対応
   する温度センサの出力で表示動作を行う複数の表
   示素子と、前記温度センサのうちの任意の温度セ
   ンサを指定することによつて前記貯湯槽の壁面の
   深さ方向の位置を指定する位置指定器と、前記電
   気ヒータを付勢する付勢手段と、前記位置指定器
   で指定された温度センサから信号が送出された時
   点で前記付勢手段の付勢動作を停止させる手段と
   を具備してなることを特徴とする給湯装置。 ２ 前記電気ヒータは第１の電気ヒータと第２の
   電気ヒータとで構成されており、前記付勢手段は
   予め決められた通りに前記第１の電気ヒータに給
   電を開始する自動動作式の給電制御装置および前
   記第２の電気ヒータに選択的に給電する第２の給
   電制御装置を含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の給湯装置。