JPH0672725B2 - 電気温水器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体蓄熱体を用いた電気温水器に関する。

［従来の技術］ 従来、家庭などにおいてシャワーや手洗い等に給湯を行
なうために使用される電気温水器には、一般に貯湯式の
ものが用いられている。この貯湯式の電気温水器は、湯
を溜めるタンクの内部に電気ヒータ（シーズヒータ）を
挿入して設け、タンク内部に供給した水を電気ヒータで
直接加熱して湯にしてタンクに貯溜し、給湯時に湯をタ
ンクか外部へ排出するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかして、電気温水器に対しては給湯時に湯を立上り良
く連続して供給できることが要求される。しかるに、従
来使用されている貯湯式の電気温水器において前記の要
求に対処するためには、タンク内に貯溜する湯による蓄
熱に依存することになる。しかしながら、水は比熱およ
び比重が共に１であり、最高100℃までしか加熱するこ
とができない。そこで貯湯式電気温水器において大きな
容量の蓄熱を行なうためには、大量の湯を貯溜すること
になり大容量の貯湯用タンクが必要となる。このため、
温水器全体が大型化して大きな設置スペースを必要と
し、場所によっては電気温水器の設置が困難になるとい
う問題がある。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、小形で大
きな容量の蓄熱を行なうことができ、さらに給湯能力を
一定に保持することができる蓄熱式の電気温水器を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段と作用］ 本発明の電気温水器は、固体蓄熱体と、この固体蓄熱体
を加熱して蓄熱させる電気ヒータと、前記固体蓄熱体に
向けて空気を送る送風機と、この送風機により送られて
前記固体蓄熱体で加熱された空気と水との間で熱交換を
行い前記水を温水とする熱交換器と、この熱交換器で得
られた湯を流す通路に設けられ前記湯の温度を測定する
温度センサーとを備え、前記蓄熱体の温度に応じて前記
送風器の上限回転数を規定し、前記固体蓄熱体の温度が
最低の時に、前記送風機の上限回転数を最大の値に設定
して空気の送風流量を最大とし、前記固体蓄熱体の温度
が上昇する毎に、各段階の温度に応じて前記送風機の上
限回転数の値を順次低下させて空気の送風流量を低下さ
せ、前記固体蓄熱体の温度が最高の時に、前記送風機の
上限回転数の値を最小にして空気の送風流量を最小に
し、且つ前記温度センサーが検出した前記湯の温度に基
づいて、前記固体蓄熱体の温度で規定される上限回転数
以下の回転数領域で前記送風器を回転することを特徴と
する。

すなわち、水を加熱する熱を蓄える蓄熱体として固体蓄
熱体を用いて装置の小形化を図り、さらに固体蓄熱体の
温度低下に応じて固体蓄熱体へ送る空気の流量を増大
し、固体蓄熱体の温度低下に関係なく給湯能力を一定に
保持できるようにしたものである。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図は本発明の電気温水器の一実施例を
示している。

図中１は箱形をなすケースで、このケース１は断熱材パ
ネル２を組合せて側壁1a,1b,1c,1dおよび天井壁1eを構
成している。底壁1bは金属板で形成されている。

ケース１の内部の上半部にはケース１内部の空気を加熱
するための蓄熱体ユニット３が設けてあり、この蓄熱体
ユニット３はマグネシアなどの蓄熱材料で形成された直
方体をなす多数の固体蓄熱体４を積重ねて構成したもの
である。すなわち、ケース１における対向する側壁1a,1
bの中央部間には上下方向中間位置に断熱材パネル５が
架設してあり、この断熱材パネル５上には多数の固体蓄
熱体４を横置きにして上下に複数段積重ね且つ縦および
横方向平行に並べて組合せた状態で載置してある。各固
体蓄熱体４の長手方向に沿う両方の側縁部上下側縁部に
は、断面半円形をなす複数の溝６が厚さ方向（長手方向
に対して直角方向）に沿い両方の側面間を貫通して形成
してある。そして、蓄熱体ユニット３において上下およ
び両側に隣接して積重なった各固体蓄熱体４に形成され
た溝６が組合さり、蓄熱体ユニット３全体として各積重
段の境界部毎にケース１の側壁1a,1bと平行に並んでユ
ニットを貫通する複数の円形孔をなす空気孔７が形成さ
れる。また、蓄熱体ユニット３の各積重段において互い
に隣接する各固体蓄熱体４の対向側面間には、固体蓄熱
体４を蓄熱させるための多数のシーズヒータすなわち電
気ヒータ８がケース１の側壁1a,1b間に並ぶ固体蓄熱体
４全体にわたり長さ方向に沿って設けてあり、この電気
ヒータ８は各固体蓄熱体４の側面に形成した溝９に嵌合
して側面に密着して挟持されている。すなわち、各電気
ヒータ８はケース１の側壁1a,1bの間を１往復して側壁1
a,1b間に並ぶ各固体蓄熱体４の側面と接触するように設
けられ、且つ各電気ヒータ８の両端部はケース１の側壁
1aに挿着されて、側壁1aの外部に装着した制御盤10に設
けた制御回路に接続されている。

ケース１の内部においては、蓄熱体ユニット３の下方の
下部空間11すなわち断熱材パネル５とケース１の底壁1b
との間の空間と、蓄熱体ユニット３の側方の側部空間1
2,13すなわち蓄熱体ユニット３とケース１の側壁1c,1d
との間の空間と、蓄熱体ユニット３の上方の上部空間14
すなわち蓄熱体ユニット３とケース１の天井壁1eとの間
の空間とが相互に連通して存在しており、また前記蓄熱
体ユニット３の空気孔７と前記側部空間12,13とが相互
に連通している。そして、前記各空間11〜14と蓄熱体ユ
ニット３の空気孔７とによりケース１内部の空気を循環
させる空気通路15が形成されている。

ケース１の内部の下部空間11において、一方の側部空間
12の下方に位置する箇所すなわち下部空間11と側部空間
が交差する角部には、空気通路15内の空気を送風循環さ
せるための送風機16が設置してある。この送風機16は例
えば多翼の回転翼18を備えたシロッコファンで、この送
風機16のケース17の吸引口17aは下部空間11に、吐出口1
7bは側部空間12に夫々向けて設けられている。送風機16
を回転駆動するモータ19はケース１の側壁1cの外部に設
置してあり、このモータ19の駆動軸と送風機16の回転翼
軸とは側壁1cを介して連結されている。なお、モータ19
は前記制御盤10に設けた制御回路に接続されているもの
である。

また、ケース１の内部における下部空間11の中央部には
温水を得るための熱交換器20が設置してある。この熱交
換器20は、水を流すための水流管21と、ケース１の空気
通路15を流れる空気と接触する多数の伝熱フイン22とで
構成されている。水流管21はケース１の側壁1a,1bの間
に蛇行して配設され、両端部が前記一方の側壁1aを貫通
して外部へ導出され、且つ伝熱フイン22は水流管21に取
付けられて側壁1a,1b間に並べて配設してある。ケース
１の側壁1aの外部には給水管23と給湯管24が配設してあ
る。給水管23の一端部はケース１の側壁1aを介して外方
に導出した前記水流管21の一端部に接続し、給水管23の
他端部は図示しない給水源すなわち水道管に接続してあ
る。給湯管24の一端部はケース１の側壁1aから導出した
水流管21の他端部と接続しており、給湯管24の他端部に
は弁25を介して蛇口26が接続してある。なお、27はケー
ス１の外部に設けたポンプで、このポンプ27は給水管23
に接続されている。

次にこの蓄熱式電気温水器における制御について説明す
る。

固体蓄熱体４は、電気ヒータ８により一定時間加熱して
所定最高温度となるように蓄熱する。固体蓄熱体４の温
度は温度センサー28で検出する。

送風機16は、給湯時すなわち熱交換器20の水流管21に水
が流れている時にのみ回転駆動され、給湯を行なわない
時すなわち前記水流管21に水が流れていない時には、空
炊きを防止するために駆動を停止する。水流管21におけ
る水の流れは給水管23に設けたフロースイッチ29で行な
う。給湯管24から排出する湯の流量すなわち前記水流管
21を流れる水の流量は弁25により調節し、この水の流量
に応じて湯の温度が設定される。湯の温度は給湯管24に
設けた温度センサー30で検出する。

そして、送風機16は給湯能力を一定に保持するために、
固体蓄熱体４の温度に応じて上限回転数を変化させ、且
つ得ようとする湯の温度に応じて前記上限回転数以下で
回転数を変化させる。

ここで、送風機16の運転条件と給湯能力との関連につい
て説明を加える。給湯能力は、水と湯との温度差が最大
の時における給湯量を示し、さらに最高湯温度および最
大流量の時における給湯時間を示している。例えば入口
20℃の水を70℃まで昇温して15l/分で80分間給湯できる
ものとする。また、給湯能力との関係で固体蓄熱体４の
温度範囲を決める。例えば150℃〜650℃とする。さて、
固体蓄熱体４により加熱される空気側の熱量は、固体蓄
熱体４の温度と空気の流量により規定される。また、熱
交換器20での空気と水との熱交換により得られる湯側の
熱量は、給水部と給湯部との間の温度差と水の流量とに
より規定される。そして、前記空気側の熱量の大きさに
より給湯能力が規定される。しかるに、固体蓄熱体４は
電気ヒータ８の加熱による蓄熱が終了した時点での温度
が最高であり、それ以後時間の経過に伴い放熱によって
温度が徐々に低下していく。このため、空気を送る流量
を一定とした場合には固体蓄熱体４の温度変化（温度低
下）に応じて空気側の熱量の大きさが変化（低下）し、
これに伴い給湯能力が影響を受けてその大きさが変化
（低下）する。そこで、本発明では固体蓄熱体４の温度
変化に応じて空気の流量を変化させることにより、空気
側の熱量を固体蓄熱体４の温度変化にかかわらず一定と
し、これによって給湯能力を一定の大きさに維持する。
すなわち、具体的には固体蓄熱体４の温度が最低の時
に、送風機16の回転数を最大に設定して空気の上限流量
を最大とし、且つ固体蓄熱体４の温度が上昇する毎に送
風機16上限回転数を前記最大回転数から順次低下させて
空気の上限流量を低下させ、固体蓄熱体４の温度が最高
の時に、送風機16の上限回転数を最も小さくして空気の
上限流量を最小とする。なお、固体蓄熱体４の温度に応
じた各上限回転数は、所定の給湯能力を一定に維持でき
る大きさとする。第４図は固体蓄熱体の温度と送風機の
上限回転数との関係の一例を示す線図である。そして、
固体蓄熱体４の各温度段階毎にその温度に応じて設定し
た上限回転数より以下の回転数領域において、得ようと
する湯の温度に応じた空気の流量（風量）を得るように
送風機16の回転数を調節する。なお、送風機16の回転数
の制御は前記制御回路により行なうものである。

このように構成した電気温水器の作用について説明す
る。

まず、電気ヒータ８に通電してその発熱により蓄熱体ユ
ニット３の各固体蓄熱体４を加熱し、各固体蓄熱体４を
所定温度まで温度上昇させて蓄熱を行なわせる。この蓄
熱は例えば夜間の８時間深夜電力を利用して電気ヒータ
８に通電して行なう。ここで、蓄熱体ユニット３は多数
の固体蓄熱体４を積重ねて各固体蓄熱体４の間に多数の
電気ヒータ８を配置してあるので、固体蓄熱体４全体を
効率良く且つ充分に加熱して蓄熱をさせることができ
る。

次に給湯を行なう場合には、給湯管23に接続した弁25を
開き、水道管から供給された水を給水管23を通してケー
ス１内部の熱交換器20の水流管21に流入させる。弁25の
開度に応じて水の流量すなわち湯の流量が規定され、且
つ湯の温度が規定される。給水管23に水が流れるとフロ
ースイッチ29がこれを検出し、フロースイッチ29の検出
信号に基づいてモータ19が起動して送風機16の回転翼18
を回転駆動させる。この場合、送風機16の回転翼18の上
限回転数は、固体蓄熱体４の温度に応じて規定される。
送風機16の駆動によりケース１の空気通路15にある空気
が蓄熱体ユニット３に向けて送られる。すなわち、空気
はケース１内部の下部空間11、側部空間12,13、上部空
間14および蓄熱体ユニット３の各固体蓄熱体４の間に形
成した多数の空気孔７を結ぶ空気通路15を図示矢印方向
に循環して流れる。この場合、空気は送風機16の駆動に
よりケース１の下部空間11から側部空間12へと送られて
上昇して流れ、蓄熱体ユニット３の多数の空気孔７を通
る。空気は空気孔７を通る時に各固体蓄熱体４の表面に
広い面積で接触し、各固体蓄熱体４から放出される熱に
より効率良く加熱されて温度上昇する。蓄熱体ユニット
３の空気孔７を通過した空気は側部空間13を下降して下
部空間11に入り、熱交換器20に設けた多数の伝熱フイン
22の間を通過する。この時、空気が伝熱フイン22に接触
して、空気の熱が伝熱フイン22および水流管21を介して
水流管21内を流れる水に伝達する。これに空気と水との
間で熱交換が行なわれ、空気は温度低下するとともに、
水は加熱されて温度上昇し湯になる。その後、空気は下
部空間11から送風機16により送風される。湯は熱交換器
20の水流管21から給湯管24を通り蛇口26から排出され
る。

一方、湯が給湯管24を通ると湯温度調節用センサー30が
湯の温度を検出し、このセンサー30からの検出信号に基
づいてモータ19の回転が制御されて送風機16の回転数が
制御される。すなわち、空気通路15の空気が湯の温度に
応じた流量で流れるように送風機16の回転翼18の回転数
を制御する。このため、得ようとする湯の温度を一定に
保持できる。このように空気通路15の空気の流量を連続
的に変化させることにより、湯の温度を連続的に変化さ
せることができるので、所望の任意の温度を立上り良く
連続して容易に得ることができる。

また、固体蓄熱体４の温度に応じて送風機16の上限回転
数を規定し、固体蓄熱体４の温度が最低の時に、送風機
16の上限回転数を最大に設定して空気通路15を流れる空
気の流量を最大とし、固体蓄熱体４の温度が上昇する毎
に、送風機16の上限回転数を順次低下させて空気の流量
を低下させ、固体蓄熱体４の温度が最高の時に、送風機
16の上限回転数を最も小さくして空気の流量を最小にす
るように制御を行う。

このため、電気ヒータ８の加熱による固体蓄熱体４への
蓄熱を終了した時点を固体蓄熱体４の最高温度とし、そ
れ以降時間の経過に伴い放熱により固体蓄熱体４の温度
が徐々に低下して行くことに対応して、送風機16の回転
数を最小回転数から順次増大して空気通路15を流れる空
気の流量を増大させて行くことにより、固体蓄熱体４の
温度低下にもかかわらず空気側の熱量を一定に保持して
給湯能力を一定レベルに保持し安定した給湯を行うこと
ができる。もし、このような制御を行わなわない場合に
は、例えば固体蓄熱体４の温度が高い時に送風機16の回
転数も大きく給湯能力が高すぎるという事態が生じ、こ
の事態に合せて送風機16の上限回転数を抑制すると、固
体蓄熱体４の温度が低下した時に、送風機16の回転数が
小さすぎて給湯能力が不足することになり、給湯能力を
一定に維持することができない。

そして、弁25を閉じると熱交換器20における水の流通が
停止する。この場合、フロースイッチ29が給水管23にお
ける水の流通の停止を検出し、このフロースイッチ29か
らの信号により送風機16が駆動を停止して空気通路15で
の空気の循環も停止する。

しかして、この実施例において説明した電気温水器は、
水を加熱して湯を得る熱を蓄えるために固体蓄熱体４を
用いているので、従来の貯湯式の電気温水器に比較して
小型化を図ることができる。例えば固体蓄熱体４として
用いたマグネシアは、比熱が0.3、比重が３であり、そ
の蓄熱温度を500℃以上にすることができる。従って、
貯湯式電気温水器に比して小型でありながら大きな蓄熱
容量を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の電気温水器によれば、湯を
得るための熱を蓄える蓄熱体として固体蓄熱体を用いた
ので、小形でありながら大容量の蓄熱を行なえ、湯を立
上り良く連続して供給することができる。しかも、固体
蓄熱体の温度に応じて送風器の上限回転数を規定し、固
体蓄熱体の温度が最低の時に、送風機の上限回転数を最
大の値に設定して空気の送風流量を最大とし、固体蓄熱
体の温度が上昇する毎に、各段階の温度に応じて送風機
の上限回転数の値を順次低下させて空気の送風流量を低
下させ、固体蓄熱体の温度が最高の時に、送風機の上限
回転数の値を最小にして空気の送風流量を最小にし、固
体蓄熱体の温度低下に応じて固体蓄熱体へ送る空気の流
量を増大するように制御するので、固体蓄熱体の温度低
下に関係なく給湯能力を一定に保持して、固体蓄熱体の
温度低下にもかかわらず給湯能力を一定に保持して安定
した給湯を行うことができる。さらに、温度センサーが
検出した湯の温度に基づいて、固体蓄熱体の温度で規定
される上限回転数以下の回転数領域で送風機を回転し、
湯の温度に応じた空気の送風流量を得るように送風機の
回転数を制御するので、得ようとする湯の温度を一定に
保持することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の電気温水器の一実施例を示すもので、第
１図（ａ）は縦断正面図、第１図（ｂ）は給水管および
給湯管の配設部を示す正面図、第２図は縦断平面図、第
３図は横断面図、第４図は固体蓄熱体の温度と送風機の
回転数との関係を示す線図である。 １……ケース、３……蓄熱体ユニット、４……固体蓄熱
体、７……空気孔、８……電気ヒータ、15……空気通
路、16……送風機、20……熱交換器、23……給水管、24
……給湯管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 房次 東京都千代田区平河町１の11 東京電機工 業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体蓄熱体と、この固体蓄熱体を加熱して
   蓄熱させる電気ヒータと、前記固体蓄熱体に向けて空気
   を送る送風機と、この送風機により送られて前記固体蓄
   熱体で加熱された空気と水との間で熱交換を行い前記水
   を湯とする熱交換器と、この熱交換器で得られた湯を流
   す通路に設けられ前記湯の温度を測定する温度センサー
   とを備え、 前記蓄熱体の温度に応じて前記送風器の上限回転数を規
   定し、前記固体蓄熱体の温度が最低の時に、前記送風機
   の上限回転数を最大の値に設定して空気の送風流量を最
   大とし、前記固体蓄熱体の温度が上昇する毎に、各段階
   の温度に応じて前記送風機の上限回転数の値を順次低下
   させて空気の送風流量を低下させ、前記固体蓄熱体の温
   度が最高の時に、前記送風機の上限回転数の値を最小に
   して空気の送風流量を最小にし、且つ前記温度センサー
   が検出した前記湯の温度に基づいて、前記固体蓄熱体の
   温度で規定される上限回転数以下の回転数領域で前記送
   風器を回転することを特徴とする電気温水器。