JPH06323626A - セラミックヒーターを使用した真空式電気温水器とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 法規制が免除される温水装置の製造と、深夜
電力料金の適用を受得る温水装置または温水器を製造し
得る真空式電気温水器を提供する。 【構成】 セラミックヒーター１を取り付けた熱媒液溜
槽９と、ヒートパイプ１７又はウィック１６構造のヒー
トパイプ１７、あるいは対流用貫通パイプ１８の付設し
てあるヒートパイプ１７とで構成された放熱部７とを、
接続フランジ１２又は溶接で接合した熱サイホン加熱器
２をアルミまたはアルミ合金で造り硬質アルマイト加工
処理かつ／または遠赤外放射加工処理する。この熱サイ
ホン加熱器２を貯湯給湯温水槽２７のマンホール２１か
ら入れ、底部に設けてある接続フランジホール２０にセ
ットし取り付け、過熱防止安全装置２４と温度センサー
２５及びコントローラ２６で構成し保温材２８で温水器
全体を被覆して成るセラミックヒーター１を使用した真
空式電気温水器の構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は温水器に関する。更に詳
しくは貯湯給湯に供する電気温水器に関する。又さらに
は深夜電力料金規定の適用に適う、省スペースで簡易に
設置でき、温水の必要な所で業種、場所を問わず採用で
き、加圧式ボイラーのような労働安全衛生法の認定許可
を受けることを必要としない真空式電気温水器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の貯湯給湯温水設備には、ガスや石
油を燃料とするバーナー加熱のものと電熱加熱の方式が
ある。これらの温水設備は、図１０、図１１に示すよう
にボイラー又は、真空式ボイラーと温水槽が直接循環パ
イプを介して連結された構造になっており給湯温度も６
０℃〜６５℃程度に制御されているものと、図１２に示
すような構造で、温水槽に直に電熱シーズヒーターが組
込まれていて給湯温度も８５℃〜９０℃と高温の圧力式
温水器がある。又、真空式温水器には例えば図１３に示
すガスや石油バーナーを熱源とした株式会社タクマ製の
バコティンヒーター等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の温水設備のうち
ボイラーと温水槽の組み合わせたものでは装置が大きく
設置場所に制約があり、ガスや石油を燃料にするものは
大気汚染防止法や消防法、建築基準法に係る煙突高さ等
々の規制や制約が有り、さらに圧力式温水設備は労働安
全衛生法によるボイラー等としての規制を受け、製造時
の検査、及び年１回程度の性能検査（開放検査）を受け
なければならない。又圧力式電気温水器でも上記の大気
汚染防止法や消防法、建築基準法に係る煙突高さ等々の
規制は回避できるものの、電熱シーズヒーターが直接温
水に入るため、温水槽の水頭圧が１０ｍを越えるもの
で、ヒーターの電気容量が１６０ｋＷを越えるものは労
働安全衛生法のボイラー等としての適用があり製造時の
検査や年１回程度の性能検査を受けなければならなく使
用時の有資格者による取り扱い法規定等があり製造販売
施工業者共に煩わしさは避けられないという課題があ
る。更に又従来の電気温水器にあっては加熱エレメント
にシーズヒーターが使用されるので、大電力のものはガ
スや石油を使う装置のものよりも大きくなってしまうと
いう欠点があった。

【０００４】本発明は前記課題の、種々の法規制や制約
を受ける事なく、省スペースで設置でき、安全で公害の
心配が無く、且つ経済的な深夜電力料金規定の適用を受
けることの出来る真空式電気温水器の提供を目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は電気温水器の熱
源である加熱エレメントにセラミックヒーター１を使用
することによって装置の小型化を図り、更に温水加熱の
熱交換器にヒートパイプ１７を使用した熱サイホン加熱
器２を採用することにより貯湯給湯温水槽２７と熱サイ
ホン加熱器２とを一体化することが出来て加熱効率の向
上と小型化が実現出来、施工場所の省スペース化が図れ
る。

【０００６】又、ヒーターエレメントが直接貯湯給湯温
水槽２７に埋設されない構造であり、熱サイホン加熱器
２の内部に充填されている熱媒液１０の温度を１００℃
未満に制御し、更に過熱防止安全装置２４を組み込むこ
とにより、労働安全衛生法のボイラーとしての適用を受
けなくてすみ製造時の検査、年１回程度のの性能検査や
有資格者による取り扱いが免除される。又ガスや石油燃
料を使用しないので大気汚染防止法や消防法、建築基準
法に係る煙突高さ等々の規制もなく更に深夜電力料金の
適用を受けることが出来る真空式電気温水器を提供する
ことが出来る。

【０００７】本発明の構造と製造方法を図を用いて説明
する。図１、図２、図３は本発明の基本構成の図であ
り、図１において、熱サイホン加熱器２と貯湯給湯温水
槽２７とを接続フランジ１２で接続して一体化し、セラ
ミックヒーター１を矢印しの方向から熱サイホン加熱器
２のヒーター取付フランジ６のヒーター取付孔３より挿
入しヒーターパッキン４とヒーター取付ナット５とで密
封固定装着し、過熱防止安全装置２４をヒーター取付け
フランジ６に装着する。

【０００８】熱サイホン加熱器２のヒーター取付フラン
ジ６に設けた真空引兼熱媒充填バルブ８を使って、熱サ
イホン加熱器２を真空引きで減圧し、熱媒液１０を適量
充填封口する。貯湯給湯温水槽２７は底部に給水口２２
と上部中央に給湯口２３を設け、かつ下部側面に水温制
御用温度センサー２５を取り付け、ヒーター配線、過熱
防止安全装置２４の配線と共にコントローラー２６に結
線する。

【０００９】前記の構成構造において、熱サイホン加熱
器２の材質はアルミニウムかアルミニウム合金で造り、
表面を硬質アルマイト加工処理１５を施すか遠赤外線放
射加工処理１５を施して構成するか、又は硬質アルマイ
ト加工処理１５を施し且つその上に遠赤外線放射加工処
理１５を施して構成する。又、図２の一部破断側面図、
図３の横断面図に示す上記基本構造の熱サイホン加熱器
２の放熱部７のヒートパイプ１７の内面を、ウイック１
６構造を有するアルミニウムかアルミニウム合金製の外
径１〜数センチメートルの複数本のヒートパイプ１７で
構成し設け、更に表面を硬質アルマイト加工処理１５か
つ／または遠赤外線放射加工処理１５を施して構成する
ことも出来る。又、更には図４の様に上記基本構造のセ
ラミックヒーター１を保護する為に、アルミニウムかア
ルミニウム合金製の保護管１９をヒーター取付フランジ
６に一体に構成し、硬質アルマイト加工処理１５かつ／
または遠赤外線放射加工処理１５を施した構造にするこ
とも出来る。上記の構造において、放熱部７のヒートパ
イプ１７は数センチメートル外径の複数の円筒状のもの
だけでなく、外表面積を大きくする突起や襞またはフィ
ンを設け熱交換効率を高める構造にするとなおよい。

【００１０】更に図６に示すように放熱部７を大きな円
筒状ヒートパイプの構造にして、図７の上面図に示す放
熱部７の対流用貫通パイプ１８を複数本放射状に配置付
設し水が鉛直方向に貫流できる構造にすると、放熱面積
も大きく取れ、且つ水の対流による熱交換効率がより一
層よくなることは自明である。ヒートパイプ１７や対流
用貫通パイプ１８の径や長さ及び個数は給湯量、温水温
度や電熱容量に応じて設計付設すればよい。熱サイホン
加熱器２に充填する熱媒液１０の種類や量、そして充填
真空圧は給湯量や貯湯量及び温水温度により設計すれば
よい。

【００１１】次に熱サイホン加熱器２の製造方法を示す
と、図８の様に熱サイホン加熱器２を上部のヒートパイ
プ１７で構成された熱交換器の放熱部７の部分と下部の
セラミックヒーター１を取り付ける為のヒーター取付フ
ランジ６及び真空引兼熱媒液充填バルブ８で構成された
熱媒液溜槽９の部分に分けて、それぞれに接続フランジ
１２を設け製作し、それぞれの部分を硬質アルマイト加
工処理１５を施すか又は遠赤外線放射加工処理１５を施
した後に接続フランジ１２で合わせて一体化して熱サイ
ホン加熱器２を製造する。このとき接続フランジ１２は
貯湯給湯温水槽２７に熱サイホン加熱器２を取り付ける
ための兼用接続フランジ１２にするとよい。又図９の様
に熱媒液溜槽９に接続フランジ１２を設け放熱部７の開
口部の周囲を接続フランジ１２に溶接一体化し熱サイホ
ン加熱器２を製造することも出来る。更に前記の熱サイ
ホン加熱器２の放熱部７と熱媒液溜槽９を型鋳込やダイ
キャスト等で製造し硬質アルマイト加工処理１５かつ／
または遠赤外線放射加工処理１５を施して製造すること
も出来る。

【００１２】 このようにして出来た熱サイホン加熱器
２にセラミックヒーター１を取り付け、真空引で減圧し
て熱媒液１０を充填したものを一台のユニットとして製
造しておけば、温水器の容量や電力容量の大小に応じて
ユニットの台数を増減して貯湯給湯温水槽２７に取り付
けることが出来、規模に応じた真空式電気温水器を製造
することが出来る。

【００１３】熱サイホン加熱器２と貯湯給湯温水槽２７
との取り付けは、図１に示す様に貯湯給湯温水槽２７の
側面に設けられているマンホール２１より熱サイホン加
熱器２のユニットを内部に入れて貯湯給湯温水槽２７の
底部に設けてある熱サイホン加熱器２の接続フランジホ
ール２０に熱媒液溜槽９を下にして挿入し接続フランジ
１２と接続パッキン１３で貯湯給湯温水槽２７に取付ボ
ルト１４で取り付ける。

【００１４】又、貯湯給湯温水槽２７はステンレス等の
耐食性の金属や耐熱強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作
し遠赤外線塗料を塗布するか、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金で製作して、内面を硬質アルマイト加工１５
かつ／または遠赤外線放射加工処理１５を施すとよい。
前記それぞれの硬質アルマイト加工処理１５は陽極酸化
皮膜法等で遠赤外線放射効率のよいγアルミナのセラミ
ック皮膜層を３０〜５０μｍの厚みに形成するとよい。
更に熱サイホン加熱器２や貯湯給湯温水槽２７の材質が
アルミニウムやアルミニウム合金でない場合でも、例え
ば鉄や銅あるいはそれらの合金等であっても、電気メッ
キや無電解メッキ法でアルミニウム層を形成して前記当
該方法で硬質アルマイト加工処理１５が出来る。

【００１５】又、前記それぞれの遠赤外線放射加工処理
１５は熱サイホン加熱器２や貯湯給湯温水槽２７の材質
に合わせて耐熱性の遠赤外線放射塗料、例えば株式会社
テルモ工業製の５００℃耐熱の高効率遠赤外線放射塗料
ＴＪ−Ｐ５００等を塗布するか、遠赤外線放射セラミッ
クを溶射コーティングするか、ＣＶＤやＰＶＤ等で、例
えば遠赤外線放射効率のよい窒化珪素や炭化珪素、ある
いは窒化チタン等の皮膜を形成するとよい。この様にし
て組み立てた真空式電気温水器の外周を保温材２８で被
覆し保温処理して完成する。

【００１６】

【作用】上記の様に構成された真空式電気温水器におい
て、貯湯給湯温水槽２７に給水口２２より給水し満水に
して、コントローラー２６の電源スイチをいれるとセラ
ミックヒーター１が熱媒液１０を加熱し熱媒蒸気１１が
発生して熱サイホン加熱器２に拡散充満する。このとき
熱媒蒸気１１は熱サイホン加熱器２の内圧が減圧されて
いるので低温度でも速やかに熱サイホン加熱器２に拡散
充満する。この充満した熱媒蒸気１１はヒートパイプ１
７の放熱部７で貯湯給湯温水槽２７の水に放熱し熱交換
され水に熱を与えると同時に冷却されてヒートパイプ１
７の内壁又はウイック１６面に凝縮し液滴となり凝集し
てヒートパイプ１７の内壁又はウイック１６をつたって
鉛直下の熱媒液溜槽９の熱媒液１０に還元され、またセ
ラミックヒーター１で加熱され熱媒蒸気１１となる。こ
の加熱冷却のサイクルが熱サイホン加熱の原理であり、
このサイクル動作により貯湯給湯温水槽２７の水は加熱
され温水となり、温度センサー２５とコントローラー２
６により昇温又は保温制御され貯湯又は給湯される。

【００１７】昇温又は保温された温水は貯湯給湯温水槽
２７の下部に設けてある給水口２２より加圧給水される
圧力を利用して、貯湯給湯温水槽２７の上部に設けてあ
る給湯口２３より給湯される。このとき給水された冷水
と温水は撹拌されることなく、冷水は貯湯給湯温水槽２
７の底部に温水はその上部に、比重の差により分離して
給水されるので、給湯温度を下げる事なく一定量の給湯
が可能となる。

【００１８】熱サイホン加熱器２や貯湯給湯温水槽２７
を硬質アルマイト加工処理１５か遠赤外線放射加工処理
１５を施すことにより機械強度が増し、耐食性を強化す
ることができル。更に熱伝導効率を高めて熱交換効率を
高め、又遠赤外線の放射を受けることによって温水の活
性作用も出現する。

【００１９】構造的にはセラミックヒーター１の最大規
格寸法が直径１０ｍｍ、長さ１４５ｍｍの円柱状で、負
荷電力密度が２１ｗ／ｃｍ^２とシーズヒーターの３〜５
倍の電熱容量が取れるため、取付スペースも小さくコン
パクトに設計することが出来る。又図４の様にセラミッ
クヒーター１の保護管１９を設けることによって、機械
的衝撃や温度差衝撃（ヒートショック）によるセラミッ
クヒーター１の破損や破壊をさけることが出来、更にセ
ラミツクヒーター１の着脱もヒーター取付パッキン４な
しで直に取り付けが可能となり、熱媒液１０を漏らす事
なく作業が行える利点がある。更に当該方法で貯湯給湯
温水槽２７に熱サイホン加熱器２を取り付けると、熱サ
イホン加熱器２の自重と水圧が接続パッキン１３に加圧
作用して密封性がよくなり、水漏れ防止効果が高くなる
と同時に取付ボルト１４も小さなトルクのものが使用出
来、組み立て作業も容易になる。又更には、熱サイホン
加熱器２の内圧が真空減圧で低く、熱媒液１０の温度を
１００℃未満に制御すれば、ボイラーとしての法規制を
受ける事が無い利点がある。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の実施態様を示す一部破断側面
図で、貯湯容量１８００ｌ、セラミックヒーター容量１
５ｋＷの真空式電気温水器である。貯湯給湯温水槽２７
はステンレス製で直径１０００ｍｍ、高さ約２９２０ｍ
ｍのものを造り、熱サイホン加熱器２の全ての構成部を
アルミニウムで製作し、熱交換器のヒートパイプ１７は
外径２０ｍｍ、内径１６ｍｍ、長さ７００ｍｍのものを
図５の上面図の様に直径３６０ｍｍの接続フランジ１２
の中央から等間隔で放射状に８４本配列し、外径２２０
ｍｍのヒーター取付フランジ６に外径１３ｍｍ、内径１
１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの寸法の保護管１９を１５本設
けて陽極酸化皮膜法で硬質アルマイト加工処理１５しγ
アルミナの皮膜を４０μ形成させて、接続フランジ１２
で該接続方法で一体にした熱サイホン加熱器２を製作し
て、セラミックヒーター１を該方法で取り付け、真空引
兼熱媒液充填バルブ８を真空ポンプに接続して５０トル
の真空圧で蒸留水６００ｍｌを充填し密封し、更に該方
法で貯湯給湯温水槽２７に取り付け、セラミックヒータ
ー１をスター結線してコントローラー２６に接続した。
更に保温材２８で温水器全体を被覆して給水口２２を水
道栓に繋ぎ満水にして、電源スイチを入れると、深夜電
力料金適用時間帯内の約９時間で８５℃の温水１８００
ｌが貯湯出来た。セラミックヒーター１と熱サイホン加
熱器２が正常に動作していることが確認出来た。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、セラミックヒーター１と熱サ
イホン加熱器２を採用することにより、同じ貯湯給湯容
量の従来のどの温水器よりもはるかに小型で効率のよい
電気温水器を造ることが出来、狭い居住空間でも省スペ
ース設置が可能となり、又労働安全衛生法のボイラーと
しての規制対象外の扱いとなり、更に消防法や建築法の
規制も受けず設置場所の詮索に悩む事なく、誰でも、何
処でも、何時でも販売施工設置出来ることは明白であ
る。又、硬質アルマイト加工処理１５や遠赤外線放射処
理１５を施すことにより、熱効率を高め、又機械強度や
耐食性の改善も図れ装置の耐久性を高め、効率よい遠赤
外線の放射で温水は活性化される等々の利点がある。更
には熱サイホン加熱器２をユニットとして製造出来るの
で、数種類の電気容量のユニットをストックしておけ
ば、その組み合わせによって必要な規模の深夜電力料金
適用に適う真空式電気温水器を容易に製造出来る。又更
には、本発明は家庭用の壁掛けタイプの小型、中型の瞬
間湯沸し器にも適用出来、又温水循環床暖房にも適用出
来ることは自明であり、化学工業界に於いての例えば石
油の分溜用の熱源として該ユニットを適用することも出
来る。この様に産業界に多大な貢献をすることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本構成一部破断側面図で
ある。

【図２】ウィック構造のヒートパイプの一実施例の一部
破断側面図である。

【図３】ウィック構造のヒートパイプの一実施例の横断
面図である。

【図４】ヒーター保護管とセラミックヒーターの取り付
け説明一部破断側面図である。

【図５】放熱部ヒートパイプの配列を示す一実施例の上
面図である。

【図６】放熱部のヒートパイプに対流用貫通パイプが付
設された熱サイホン加熱器を取り付けた本発明の一実施
例の一部破断側面図である。

【図７】対流用貫通パイプが付設されたヒートパイプの
上面図である。

【図８】放熱部と熱媒液溜槽をフランジで接続した縦断
面図である。

【図９】放熱部と熱媒液溜槽を溶接で接続した縦断面図
である。

【図１０】従来のガス、石油ボイラー温水器の一例の概
念略図である。

【図１１】従来のガス、石油真空式ボイラー温水器の一
例の概念略図である。

【図１２】従来のシーズヒーターを使用した電気温水器
の一例の概念略図である。

【図１３】従来の石油やガスを使用した真空式温水器の
一例の概念略図である。

【符号の説明】

１ セラミックヒーター ２ 熱サイホン加熱器 ３ ヒーター取付孔 ４ ヒーター取付パッキン ５ ヒーター取付ナット ６ ヒーター取付フランジ ７ 放熱部 ８ 真空引兼熱媒液充填バルブ ９ 熱媒液溜槽 １０ 熱媒液 １１ 熱媒蒸気 １２ 接続フランジ １３ 接続パッキン １４ 取付ボルト １５ 硬質アルマイト加工処理かつ／または遠赤外線
放射加工処理 １６ ウイック １７ ヒートパイプ １８ 対流用貫通パイプ １９ 保護管 ２０ 接続フランジホール ２１ マンホール ２２ 給水口 ２３ 給湯口 ２４ 過熱防止安全装置 ２５ 温度センサー ２６ コントローラー ２７ 貯湯給湯温水槽 ２８ 保温材 ２９ ガス抜き用パイプ ３０ ガス溜まり

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱エレメントにセラミックヒーター
   （１）を使用したことを特徴とする真空式電気温水器。
2. 【請求項２】 複数のヒートパイプ（１７）を熱交換器
   とする熱サイホン加熱器（１）を設けて成ることを特徴
   とする請求項１記載の真空式電気温水器。
3. 【請求項３】 複数の対流用貫通パイプ（１８）を鉛直
   方向に付設たヒートパイプ（１７）を熱交換器とする熱
   サイホン加熱器（２）を設けて成ることを特徴とする請
   求項１記載の真空式電気温水器。
4. 【請求項４】 熱サイホン加熱器（２）の熱交換器の放
   熱部（７）及び熱媒液溜槽（９）を硬質アルマイト加工
   処理（１５）かつ／または遠赤外線放射加工処理（１
   ５）して一体構成しことを特徴とする請求項１記載の真
   空式電気温水器。
5. 【請求項５】 セラミックヒーター（１）が熱サイホン
   加熱器（２）の熱媒液溜槽（９）にヒーター保護管（１
   ９）無しで装着されていることを特徴とする請求項１、
   ２、３及び４記載の真空式電気温水器。
6. 【請求項６】 セラミックヒーター（１）が熱サイホン
   加熱器（２）の熱媒液溜槽（９）に、硬質アルマイト加
   工処理（１５）かつ／または遠赤外線放射加工処理（１
   ５）して成る保護管（１９）で保護され装着されている
   ことを特徴とする請求項１、２、３及び４記載の真空式
   電気温水器。
7. 【請求項７】 熱サイホン加熱器（２）の複数のヒート
   パイプ（１７）又は複数の対流用貫通パイプ（１８）が
   付設されて成るヒートパイプ（１７）から成る熱交換器
   の放熱部（７）とヒーター取付フランジ（６）及び真空
   引兼熱媒液充填バルブ（８）とで構成された熱媒液溜槽
   （９）を別々に製作して、接続フランジ（１２）でボル
   ト締め又は溶接で接続して一体に組み立て、セラミック
   ヒーター（１）を取り付け、真空引兼熱媒液充填バルブ
   （８）で真空減圧し熱媒液（１０）を充填密封して熱サ
   イホン加熱器（２）を造り、これを一ユニットとして貯
   湯給湯温水槽（２７）のマンホール（２１）から内部に
   入れて該接続フランジ（１２）に取付ボルト（１４）で
   締め、取り付けて成る請求項１、２、３、４、５及び６
   記載の真空式電気温水器の製造方法。