JPH0517440U

JPH0517440U - 電気瞬間湯沸装置

Info

Publication number: JPH0517440U
Application number: JP6840991U
Authority: JP
Inventors: 毅宮地; 正敏冨安; 正明新美; 浩二青山
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1993-03-05
Anticipated expiration: 2006-07-31
Also published as: JP2574051Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミックヒータを使用した電気瞬間湯沸装
置の改良に関する。【構成】給水管１０と出湯管１１との間に、セラミッ
クヒータＨ₁〜Ｈ₆を内蔵した通水管１３を傾斜させた
状態で多段状に配設するとともに、前記給水管１０の配
管途中にサイリスタＳ₁〜Ｓ₃を付設した金属板２２を
取付け、又、前記セラミックヒータＨ₁〜Ｈ₆は２本を
１組となして逆並列に接続するとともに、その配線途中
に変流器ＣＴを介挿してサイリスタＳ₁〜Ｓ₃の負荷側
に接続し、通水管１３内に生ずる気泡の逃出を良好にす
るとともに、サイリスタで発生した熱の有効利用をはか
り、かつ、ヒータの断線検出を簡易に行えるようにして
電気瞬間湯沸装置を構成したことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、湯温の立ち上りが速く、しかも、制御性能に優れた簡素な構成の電気瞬間湯沸装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、使いたいときに、所望の温度で、必要量の温水を瞬間的に生成する湯沸装置として、電気式、ガス式、石油式等種々のものが開発され、かつ、商品化されている。そして、水道水等の冷水を所要温度に瞬間的に加熱する湯沸装置として、例えば、電気式においては、一般に前記湯沸装置内の通水管にシーズヒータを挿入し、通水管に流入した冷水をシーズヒータの通電により瞬間的に加熱して所定温度の温水を出湯するように構成されているが、前記シーズヒータはその構成上熱容量が大きく、しかも、熱伝導性が悪いため、所定温度の温水を出湯させるには時間がかかるという難点があった。又、ガス式あるいは石油式においては、ガス等を燃焼させて通水管を直接加熱し、通水管内を流通する冷水を瞬間的に所要温度に加熱して出湯させるように構成されているが、この場合、ガス等の点火後比較的短時間のあいだに所要温度の温水が得られるものの、温水の温度を所要温度に維持する過程において、湯温がオーバシュートすることが多く、温水の使用開始直後あるいは、所要温度で使用中に給水量が急激したとき等に所要温度以上の温水が不意に出湯して使用者に不快感を与えることがあった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前記各種の瞬間湯沸装置においては、それぞれ使用に際して一長一短があり、使用者にとって必ずしも使い勝手がよいものであるとは云えなかった。このため、最近では、大容量で、しかも、電力密度が高く、その上温度立上り特性の優れたセラミックヒータが冷水の加熱源として種々利用されるようになってきた。しかし、このセラミックヒータはヒータをプリントしたセラミックの基体がもともと磁器で形成されているので、水中にセラミックヒータが完全に浸漬されておれば問題はないが、通水中に気泡が生じたり、乱流によってセラミックヒータの周辺に一時的に空洞が生じたりすると、前記セラミックヒータに空焚現象が生じ、セラミックヒータ自体がヒートショックによって破損したり、亀裂が生じヒータ機能を持続することが困難となる。即ち、セラミックヒータの破損個所から漏水が生じたり、セラミックの基体にプリントしたヒータが断線し、この結果、ヒータ容量の減少に伴い出湯温度が低下したり、断線によって漏電事故を誘発するおそれがあった。

【０００４】本考案は前記のセラミックヒータを使用することによって生ずる種々の問題を解決し、湯温の立ち上りが早く、しかも、制御性能に優れ、そのヒータの断線検出が良好に行い得る簡素な構成で安全性に優れた電気瞬間湯沸装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【考案が解決するための手段】

本考案は、水道等の給水源に給水管を介して連続的に接続される複数の通水管からなる熱交換器を、通水中に発生した気泡が逃げやすいように傾斜して配置し、この熱交換器にはこれを構成するそれぞれの通水管の両端側から、発熱体をプントしたセラミックヒータを、互いに先端同志が接衝しないよう必要な間隔を保って水密に装着し、前記複数のセラミックヒータは、それぞれ前記ヒータへの通電量を制御するサイリスタの負荷側に接続し、前記セラミックヒータの通電回路には、前記サイリスタとセラミックヒータとを接続する接続線を貫通させて変流器を挿入し、更に、前記熱交換器の出湯側には出湯温度検出用の温度センサを具備させ、この温度センサからの検出信号と、あらかじめ出湯温度を設定するための、例えば、可変抵抗等からなるダイヤル式の温度設定装置から出力する基準値信号とを比較する比較手段と、この比較手段からの信号を、Ｐ動作（比例動作）、Ｉ動作（積分動作）、Ｄ動作（微分動作）による制御を行って、出湯量及び温度に応じた信号を出力する、所謂、周知のＰＩＤ制御手段とからなる制御装置を備え、この制御装置から出力されるゲート信号により、サイリスタの位相角を制御して、ヒータの通電制御を行うことにより、任意の流量及び事前に設定した温度での出湯が維持でき、又、前記給水管をサイリスタの取付板と接触をさせることにより、サイリスタへの通電中、給水管を流れる冷水によって、前記サイリスを冷却するように構成したことを特徴とする。

【０００６】

【作用】

本考案は、前記のように熱交換器が、水の流出方向側を順次高くなるように通水管を、その先端が基端より高くして取付けることにより、通水中、あるいは、水の加熱中に生じた気泡を、比較的早く出湯側に移動することが可能となって、セラミックヒータがヒートショックにより破損したり、クラックが生ずるのを未然回避させることが可能となる。又、複数のヒータをサイリスタの負荷側に接続する接続線には、ヒータの断線を検出する変流器が具備させてあるので、セラミックヒータが万一ヒートショック等によりクラックが生じてヒータが断線したとき、前記変流器の２次側に電流が流れ、これによりリレーが動作し、電源に付設した漏電ブレーカを遮断して前記断線事故に伴う電気的な弊害を解消することができる。更に、サイリスタはヒータへの通電中に流れる電流によって過熱するのを防ぐうえから、給水管をサイリスタの取付板と直接接触させて取付けてあるので、前記サイリスタはその通電中、常に給水管を流れる冷水により良好に冷却されることとなる結果、通電に伴う過熱からサイリスタを確実に保護することができるとともに、発生した熱を冷水に伝え、これを有効に利用することができる。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１ないし図７によって説明する。図１、図２において、１は本考案の電気瞬間湯沸装置の筐体、２は前記筐体１内に収容設置した瞬間湯沸装置の本体を示し、瞬間湯沸装置の本体２は大別すると、熱交換器３と、出湯する湯温の制御装置４と、サイリスタ装置５と、熱交換器３に取付けたセラミックヒータＨ₁〜Ｈ₆と、該ヒータＨ₁〜Ｈ₆の断線を検出する断線検出装置７とによって構成されている。次に、前記各装置の構造について説明する。

【０００８】最初に、熱交換器３は、図示しない給水源と接続した給水管１０と、先端に図示しない蛇口等を備えて給水管１０側にフロースイッチ１２を介して配管接続した出湯管１１と、前記給水管１０と出湯管１１との間に挿入接続した通水管１３と、この通水管１３に挿通したセラミックヒータＨ₁〜Ｈ₆とによって構成されている。そして、前記通水管１３は、図１に示すように、筐体１内の上部に複数本（本例では３本）が、それぞれ温水の流出側と入水側とを互いに近接（図１に温水の流通方向を示す矢印の位置）させた状態で、一定の角度傾斜させて横設されており、各通水管１３は縦方向に配管した連結管１４を介して相互に連通可能に連接されている。そして、図１において、最下段の通水管１３は給水管１０に、最上段の通水管１３は出湯管１１とそれぞれ連結する。又、前記各通水管１３にはその軸方向の両端部から、１本の通水管１３に２本のセラミックヒータ₁〜Ｈ₆が、互いに、先端同志が接触しない空間を保って挿設されている。そして、前記セラミックヒータ（以下、単にヒータという）Ｈ₁〜Ｈ₆は、図４で示す有底筒状のセラミック基体Ｈ_1aの外周に、図５で示すように抵抗体ｈを表面にプリントしたセラミック系のシートＨ_1bを巻回し、両者を同時に高温で一体焼結して形成されており、通水管１３への取付けに際しては、図４でその代表例を示すように、ヒータＨ₁の端部の基端側外周に通水管１３とほぼ同径の金属鍔部Ｈ_1cを溶着（各ヒータＨ₁〜Ｈ₆には金属鍔部Ｈ_1cの取付位置に金属膜が事前に蒸着されている）し、この金属鍔部Ｈ_1cの一方を通水管１３の開口端縁に溶着したフランジ１３ａにＯリング１５を介して水密に当接し、他方は前記フランジ１３ａから鍔部Ｈ_1cにまたがって固定板１６を押し当て、この固定板１６とフランジ１３ａとを締付ねじ１７にて一体的に固定することにより、ヒータＨ₁は図４で示すように、金属鍔部Ｈ_1cが狭持された状態で、底部（閉鎖部）を通水管１３内に位置させて該通水管１３に強固に取付けることができる。

【０００９】次に出湯管１１から出湯する温水の湯温を制御する制御装置４は、図３で示すように、出湯管１１内に挿入した温水の出湯温度を検出する温度センサ１８と、出湯温度を設定するための可変抵抗等からなる、例えば、ダイヤル式の基準温度設定装置１９と、前記温度センサ１８からの検出信号と基準温度設定装置１９か出力される基準値信号とを比較し、両信号の差を増幅して出力する比較手段２０と、前記比較手段２０からの出力信号を、Ｐ動作（偏差に比例した信号を出す比例動作）とＩ動作（残留偏差を除くための信号を出す積分動作）及びＤ動作（応答を速みやかにするための微分動作）にて処理する周知のＰＩＤ制御手段２１と備えて構成されており、前記ＰＩＤ制御手段２１からは、次に説明するサイリスタ装置５を駆動制御するゲート信号が出力される。

【００１０】つづいて、前記したサイリスタ装置５は、例えば、図１及び図６で示すように、熱伝導性に優れた銅板２２に３相分のサイリスタＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃を取付けて構成され、このサイリスタ装置５はサイリスタＳ₁〜Ｓ₃が通電により過熱するのを防ぐために、図６で示すように、銅板２２部分に給水管１０を溶着し、給水管１０内を流れる冷水によって銅板２２を冷却してサイリスタＳ₁〜Ｓ₃を過熱から保護するように設けられている。

【００１１】そして、前記各サイリスタＳ₁〜Ｓ₃のゲートはＰＩＤ制御手段２１の出力端と個々に接続され、前記ＰＩＤ制御手段２１にて制御されたゲート信号にてサイリスタＳ₁〜Ｓ₃の位相角を任意に制御するものである。前記各サイリスタＳ₁ 〜Ｓ₃は図７で示すように、三相電源のＲ、Ｓ、Ｔの各相に漏電ブレーカ２３を介して直列に接続されており、又、サイリスタＳ₁〜Ｓ₃の負荷側は、変流器ＣＴを貫通させてヒータＨ₁〜Ｈ₆を接続するため接続線Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃が接続されている。そして、前記接続線Ｌ₁〜Ｌ₃において、三相の配電線のうち、Ｒ相とＳ相に挿入接続したサイリスタＳ₁、Ｓ₂と接続する接続線Ｌ₁、Ｌ₂には、ヒータＨ₁とヒータＨ₂とが逆並列に接続されており、同様にＳ相とＴ相に挿入接続したサイリスタＳ₂、Ｓ₃と接続する接続線Ｌ₂、Ｌ₃には、ヒータＨ₃ 、Ｈ₄が互いに逆並列に接続され、更に、Ｒ相とＴ相に挿入接続したサイリスタＳ₁、Ｓ₃と接続する接続線Ｌ₁、Ｌ₃には、ヒータＨ₅とＨ₆とが互いに逆並列に接続されている。即ち、ヒータＨ₁〜Ｈ₂、Ｈ₃〜Ｈ₄、Ｈ₅〜Ｈ₆はサイリスタＳ₁〜Ｓ₃の負荷側の各相間に２本を１組として、それぞれ逆並列に接続されている。従って、変流器ＣＴには接続線Ｌ₁〜Ｌ₃を挿通してサイリスタＳ ₁ 〜Ｓ₃の負荷側に接続することにより、一個の変流器ＣＴによって本例では６本のヒータＨ₁〜Ｈ₆に通電された電流を検出することが可能となる。そして、前記変流器ＣＴと該変流器ＣＴに流れる電流によって作動する断線検出リレー２４とによって断線検出装置７を構成するものである。

【００１２】なお、第３図において、断線検出リレー２４は漏電ブレーカ２３と接続されており、又、フロースイッチ１２はＰＩＤ制御手段２１と接続されている。更に、熱交換器３に装着した過昇防止器２５は漏電ブレーカ２３と接続されている。図２に示す２６は漏電ブレーカ２３の手動スイッチである。

【００１３】次に、本考案の電気瞬間湯沸装置の動作について説明する。使用に際しては、最初に基準温度設定装置１９を操作して所望の温水温度を設定する。このあと、出湯管１１の先端に取付けた図示しない蛇口を開放する。蛇口の開放に伴い給水管１０には水道水等の冷水が流れフロースイッチ１２を投入する。フロースイッチ１２が投入されると、その投入信号は湯温制御装置４のＰＩＤ制御手段２１に入力されてこれを作動させる。この結果、基準温度設定装置１９と温度センサ１８から入力される信号を比較手段２０にて比較し、両信号の差を前記ＰＩＤ制御手段２１に出力すると、ＰＩＤ制御手段２１は前記出力信号が入力されるに伴い、その入力信号にもとづいてＰＩＤ制御を行いその出力端からサイリスタ装置５の各サイリスタＳ₁〜Ｓ₃の位相角を制御するゲート信号が出力され、各サイリスタＳ₁〜Ｓ₃を最適状態に位相制御する。

【００１４】このため、ヒータＨ₁〜Ｈ₆には、基準値設定温度に適した通電量に制御された電流によって通電が行われ、通水管１３内を流れる水を基準値設定温度で設定した温度に加熱する。前記ヒータＨ₁〜Ｈ₆にて加熱された温水は、熱交換器３を構成する複数の通水管１３内を蛇行しながら出湯管１１に到り、図示しない蛇口から吐出される。前記吐出される温水は常時温度センサ１８により検出されて比較手段２０に出力される。比較手段２０は前記したように、温度センサ１８からの信号と、基準温度設定装置１９からの信号とを比較し、その差に相当する信号をＰＩＤ制御手段２１にて制御し、その出力端からサイリスタＳ₁〜Ｓ₃を最適状態に制御する信号をサイリスタＳ₁〜Ｓ₃のゲートに出力してこれを位相制御させ、ヒータＨ₁〜Ｈ₆の通電制御を行う。従って、ヒータＨ₁〜Ｈ₆は、温度センサ１８により検出された湯温が、基準温度設定装置１９にて設定した温度より相当低い場合、サイリスタＳ₁〜Ｓ₃の位相制御によってフル通電に近い状態で通電が制御され、逆に、出湯する湯温が設定温度付近、あるいは、設定温度に達すれば、設定温度に適した通電量が維持できるので、常に、出湯管１１から設定温度に設定された温水をその流量、電源電圧等が変化しても出湯させることができる。しかも、サイリスタへの通電中に発生した熱は冷水に伝えられてその加熱に利用することができる。

【００１５】次に、前記ヒータＨ₁〜Ｈ₆への通電中、サイリスタＳ₁〜Ｓ₃には、前記ヒータＨ₁〜Ｈ₆に通電される電力量が多くなるため、相当な電流が流れることとなり、この結果、サイリスタＳ₁〜Ｓ₃の通電ロスが該サイリスタを過熱させるおそれがある。しかし、本考案は、前記サイリスタＳ₁〜Ｓ₃を取付けた金属板が、熱伝導性に優れた銅板２２を使用しており、しかも、銅板２２自体が給水管１０に取付けられているので、ヒータＨ₁〜Ｈ₆への通電中、前記銅板２２は給水管１０を流れる冷水によって冷却することができるため、サイリスタＳ₁〜Ｓ ₃ はヒータＨ₁〜Ｈ₆への通電量が増大しても、過熱することなく、円滑・良好に冷却することができる。このため、サイリスタＳ₁〜Ｓ₃は長期間にわたり、安定した状態での使用が可能となり、ヒータＨ₁〜Ｈ₆への通電制御を設定温度に応じて迅速・確実に行うことができる。

【００１６】つづいて、ヒータＨ₁〜Ｈ₆への通電中、該ヒータＨ₁〜Ｈ₆の一部が断線した場合について説明する。このヒータＨ₁〜Ｈ₆の断線の原因は、その大部分がヒータＨ₁〜Ｈ₆の空焚き現象によって発生することが多い。前記空焚きは、通水管１３への通水中、水の中にエアポケットが生じたり、気泡が発生した場合に生じることが多い。このため、本考案は通水中に気泡が生じた場合、この気泡をできるだけ早く出湯管１１に移動させるべく、通水管１３はそれぞれ温水の流出方向側を、その反対側に比べて高く、即ち、傾斜させて配設することにより、気泡を逃しやすく構成してあるため、気泡の滞溜によってヒータＨ₁〜Ｈ₆がヒートショックを起して破損することはほとんど生じない。しかし、ヒータＨ₁〜Ｈ ₆ がヒートショックにより破損した場合、その個所から温水が外部に漏水するので、ヒータＨ₁〜Ｈ₆が破損したときは、直ちに通電を停止させるとともに、通水を止める必要がある。ヒータＨ₁〜Ｈ₆の破損は通常断線を伴うことが多いため、前記断線を検出することによってヒータＨ₁〜Ｈ₆の破損を知ることができる。

【００１７】本考案は、図７で示すように、ヒータＨ₁〜Ｈ₆が２本１組となして、各相サイリスタＳ₁〜Ｓ₃の負荷側に、互いに逆並列に接続してあるので、今、ヒータ ₁ 〜Ｈ₆の容量がすべて同じであれば、ヒータＨ₁に流れる電流ｉ₁とヒータＨ ₂ に流れる電流ｉ₂は、変流器ＣＴの１次側においては、互いに打ち消し合って０となるため、その２次側に電流は流れない。即ち、ヒータＨ₁、Ｈ₂に流れる電流は、ヒータＨ₁、Ｈ₂が断線しない限り、変流器ＣＴに検出されることはない。この点はヒータＨ₃とＨ₄、ヒータＨ₅とＨ₆においても同様である。従って、ヒータＨ₁〜Ｈ₆の一部が断線した場合、例えば、ヒータＨ₁、Ｈ₂において、ヒータＨ₂が断線すると、ヒータＨ₁とヒータＨ₂に流れる電流値がアンバランスとなる結果、変流器ＣＴの２次側にはヒータＨ₁に流れる電流が検出されることとなる。前記変流器ＣＴがヒータＨ₁に流れる電流を検出すると、その電流により断線検出リレー２４が作動し、漏電ブレーカ２３を開放してヒータＨ₁ 〜Ｈ₆への通電を停止させる。この際、漏電ブレーカ２３が動作した時点で警報を発するようにすれば、温水の利用者は警報により湯沸装置に何らかの異常があったことを知ることができるため、この警報により、直ちに蛇口を止めて無駄な吐水を防ぐことができる。

【００１８】

【考案の効果】

本考案は以上説明したように構成されているので、次に示すような効果を有する。（１）、本考案はセラミックヒータを内蔵した複数の通水管を、温水の吐水方向側が高くなるように傾斜させて多段状に配設して熱交換器が構成されているので、通水中に熱交換器内で気泡が万一発生したとしても、通水管自体が気泡を早く出湯管側に逃がすことができるよう傾斜させてあるため、気泡の存在によってセラミックヒータが破損するのを著しく抑制することができる。（２）、又、サイリスタは、給水管の配管途中に取付けた熱伝導性に優れた金属板を取付けてあるので、通電中に発熱した場合、給水管を流れる冷水によって、金属板を介してサイリスタの熱を吸収することが可能となり、サイリスタを長期間にわたって過熱から保護し安定して使用することができるとともに、発生した熱を冷水の加熱に利用することができる。（３）、更に、本考案は複数のセラミックヒータを２本１組となしてこれを互い逆並列に接続して各相サイリスタの負荷側に接続するとともに、各セラミックヒータと各相のサイリスタとを接続する接続線を１個の変流器に貫通させ、複数のセラミックヒータの一部が断線した場合、前記変流器に流れる電流を検出することによってセラミックヒータの断線を容易に検出することが可能となる。従って、セラミックヒータの断線検出を簡素な結線構造で迅速・確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の電気瞬間湯沸装置の内部構造を示す概
略構成図である。

【図２】本考案電気瞬間湯沸装置の斜視図である。

【図３】本考案装置の概略を示すブロック図である。

【図４】セラミックヒータの取付状態を示す縦断面図で
ある。

【図５】第４図のＡ−Ａ線における断面図である。

【図６】サイリスタの取付状態を示す縦断面図である。

【図７】セラミックヒータの取付状態を示す電気結線図
である。

【符号の説明】

３熱交換器４湯温制御装置５サイリスタ装置１０給水管１３通水管１８温度センサ１９基準温度設定装置２１ＰＩＤ制御手段２２銅板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者新美正明愛知県春日井市愛知町１番地愛知電機株式会社内 (72)考案者青山浩二愛知県春日井市愛知町１番地愛知電機株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】フロースイッチを配管途中に設けた給水
管と出湯管との間に、セラミックヒータを内蔵して相互
に連通可能に、かつ、温水が流出する方向側の端部をそ
の反対側に比べてやや高くなるように傾斜させて多段状
に配設した通水管と、前記出湯管から出湯する温水の温
度を所定の設定温度に制御するＰＩＤ制御手段を備えた
湯温制御装置と、更に、前記制御装置からの出力信号に
より位相角を制御してセラミックヒータへの通電電流を
制御するサイリスタとによって構成したことを特徴とす
る電気瞬間湯沸装置。
【請求項２】前記給水管の給水側において、セラミッ
クヒータへの通電量を制御するサイリスタを取付けた熱
伝導性に優れた金属板を前記給水管に取付けるようにし
たことを特徴とする請求項１記載の電気瞬間湯沸装置。
【請求項３】前記通水管に内蔵されたセラミックヒー
タは前記各相のサイリスタの負荷側から引出した接続線
に２本を１組として互いに逆並列に接続し、前記セラミ
ックヒータを接続した各相の接続線を変流器に貫通さ
せ、セラミックヒータの断線時において、各相の接続線
に流れるアンバランスな電流を前記変流器にて検出する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の電気瞬間湯
沸装置。