JPH08200813A - 電気温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供給ヘッドを高くし、耐圧性を向上するとと
もに、すきま腐食の発生を防止する。また温度制御を容
易にし、供給した温水の保温循環機能を設ける。 【構成】 減圧された缶体１内に缶水Ｗを永久的に収容
して缶水貯留部２と気層部３に分離し、前記缶水貯留部
２に缶水Ｗを加熱する電気ヒータ４を挿入するととも
に、前記気層部３に給湯用熱交換チューブ５と循環用熱
交換チューブ６を挿入して、前記熱交換チューブ５の内
側に水道水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を
得る一方、前記循環用熱交換チューブ６の内側に温水を
供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を保温するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気温水器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、深夜電力を利用する家庭用の電気
温水器が広く使用されている。この種の電気温水器は、
図６に示すように、電気ヒータ２１を有する缶体２２の
内部に水道水Ｓを供給し、該水道水Ｓを電気ヒータ２１
で加熱して上部より温水を流出させるようになってい
る。水道水供給ライン２３には、水道圧が直接缶体１に
作用しないように０．７５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇまで減圧す
る減圧弁２４及び逆止弁２５が設けられている。温水出
口ライン２６には空気抜弁２７が設けられている。これ
は、水道水中に存在する溶存空気が加熱されて多量に気
化し、使用場所の蛇口より湯とともに飛び散るのを防止
するためである。さらに、缶体２２には、湯の膨張によ
る圧力上昇を防止するための圧力逃がし弁２８と、水あ
か等を排出するための排水弁２９が設けられている。

【０００３】一方、この従来の電気温水器からの温水の
温度調節は、使用場所におけるカラン近傍において行わ
れている。すなわち、図６に示すように、電気温水器の
温水出口ライン２６より導設された温水供給ライン３０
のそれぞれの末端に設けられた第１温度制御弁３１と、
水道ラインの末端に設けられた第２温度制御弁３２とを
調節することにより、第１温度制御弁３１からの高温水
と第２温度制御弁３２からの水道水Ｓを混合して適度の
温水を得る。また、温水供給ライン３０からの高温水と
水道水Ｓを三方温度制御弁３３を介して調節することに
より、適度の温水を得ることもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電気温水器では、減圧弁２４により温水の供給圧力が減
圧されているため、家庭において２階への給湯が不可能
であったり、シャワーヘッドが不足して快適にシャワー
を使用できなかった。また、電気温水器からの高温水を
使用場所まで供給してそこで２個の温度制御弁や三方温
度制御弁を介して水道水と混合して温度調節するので、
耐久性に欠けるうえ制御が困難であり、温度制御弁に耐
熱性を考慮しなければならないので高価なものについて
いた。さらに、従来の電気温水器は、構造上、温水を一
方的に供給して加熱するだけであるため、風呂等のよう
に湯を溜めて使用する場所においては、別途追い焚き装
置を設けて冷めた湯を加熱する必要があった。

【０００５】さらに、従来の電気温水器では、一度に給
湯を開始すると水道からの補給水が間に合わないために
缶体２２に外圧が作用する。一方、減圧弁２４を設けた
としても、水道水の衝撃圧力として１７．５ｋｇｆ／ｃ
ｍ²Ｇの内圧が作用すると想定しなければならない。こ
のため、缶体２２には以上のような内外圧に対して耐え
得るように、肉厚を厚くしたり、補強を設ける必要があ
った。

【０００６】加えて、従来の電気温水器の缶体２２には
水が入れ替わるために、底部に水あかが堆積することか
ら、使用する温水は決して衛生的とは言えなかった。ま
た、缶体２２の内面や電気ヒータ２１に水あかや酸化ス
ケールが付着するので、缶体溶接部にすきま腐食が発生
したり、オーバーヒートが生じる虞れがあった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、供給ヘッドが高くて耐圧性がよく、すきま腐食が
発生する虞れのないうえ、供給した温水を保温する機能
を有し、温度制御が安価でかつ容易に行える電気温水器
及びその制御方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の発明の電気温水器は、減圧された缶体内に缶
水を永久的に収容して缶水貯留部と気層部に分離し、前
記缶水貯留部に缶水を加熱する電気ヒータを挿入すると
ともに、前記気層部に給湯用熱交換チューブを挿入し
て、前記熱交換チューブの内側に水道水を供給して外側
の蒸気と熱交換させて温水を得る一方、前記給湯用熱交
換チューブに接続された水道水入口管と温水出口管との
間にバイパス管を接続して、該バイパス管に温度制御弁
を設け、温水出口管内の温水の温度に基づいて前記温度
制御弁を調節して供給する温水の温度を制御するように
したものである（請求項１）。

【０００９】また、第２の発明の電気温水器は、減圧さ
れた缶体内に缶水を永久的に収容して缶水貯留部と気層
部に分離し、前記缶水貯留部に缶水を加熱する電気ヒー
タを挿入するとともに、前記気層部に給湯用熱交換チュ
ーブと循環用熱交換チューブを挿入して、前記熱交換チ
ューブの内側に水道水を供給して外側の蒸気と熱交換さ
せて温水を得る一方、前記循環用熱交換チューブの内側
に温水を供給して外側の蒸気と熱交換させて温水を保温
するようにしたものである（請求項２）。ここで、前記
給湯用熱交換チューブに接続された水道水入口管と温水
出口管との間にバイパス管を接続して、該バイパス管に
温度制御弁を設け、温水出口管内の温水の温度に基づい
て前記温度制御弁を調節して供給する温水の温度を制御
するようにしてもよい（請求項３）。

【００１０】前記第１及び第２の発明の電気温水器にお
いて、前記缶体に、その気層部に存在するガスを抽出す
る抽気ポンプを電磁弁を介して接続するようにしてもよ
い（請求項４）。また、前記缶体の外側に断熱材を設け
るとともに、該断熱材の外側に空気層を介して金属製の
ケーシングを設けて缶体を密封する一方、缶体の脚部と
据付面との間にゴムシートを介在させるのが好ましい
（請求項５）。

【００１１】さらに、前記電気温水器において、前記電
気ヒータが保護管内に収容された状態で缶水貯留部に挿
入されている場合には、当該保護管を鉄製とすることが
できる（請求項６）。また、前記バイパス管は、缶体の
近傍にて水道水入口管と温水出口管との間に接続されて
いるのが好ましいし（請求項７）、前記熱交換チューブ
は、缶体に対して取外し可能に挿入されているのが好ま
しい（請求項８）。

【００１２】第３の発明の制御方法は、前記第１又は第
２の発明の電気温水器において、給湯開始時から温度制
御弁を所定時間、開くようにしたものである（請求項
９）。第４の発明の制御方法は、前記第１又は第２の発
明の電気温水器において、缶水の温度が沸点近傍の所定
温度に達した時点で抽気ポンプを間欠的に駆動する一
方、抽気ポンプの起動時に遅延して電磁弁を開放すると
ともに、抽気ポンプの停止時に同期して電磁弁を閉鎖す
るようにしたものである（請求項１０）。

【００１３】

【作用】前記第１及び第２の発明の電気温水器におい
て、電気ヒータにより缶水を加熱すると、蒸気が気層部
に充満する。この状態で、給湯用熱交換チューブに水道
水を供給すると、水道水は当該熱交換チューブ内を流動
する間に外側の蒸気と熱交換し、温水となって流出す
る。一方、循環用熱交換チューブに、風呂場等で使用中
の低温の温水を供給すると、温水は当該熱交換チューブ
内を流動する間に外側の蒸気と熱交換し、高温の温水と
なって流出する。

【００１４】前記第３の発明の制御方法において、温水
供給開始時に熱交換チューブが過熱状態になっていて
も、出口温度が設定温度になるまでの過渡状態において
設定温度を大きく越えることがなく、安定して設定温度
に移行する。前記第４の発明の制御方法において、抽気
ポンプが間欠的に駆動すると、初期の残留空気や、缶体
内部に侵入した空気、缶水から蒸発した溶存酸素等のガ
スが抽気される。また、電磁弁は抽気ポンプに遅延して
開くので、缶体内の圧力が抽気ポンプに急激に作用する
ことはなく、負荷が軽減される。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。図１は本発明にかかる電気温水器を示す。缶体
１は、断面が図２に示すような長円形の直立した容器で
あり、鉄、ステンレス鋼等の金属からなっている。缶体
１の内部は、減圧状態で脱気された缶水Ｗが永久的に封
入されて、缶水貯留部２と気層部３に分離されている。
缶水貯留部２には鉄製（ＪＩＳ；ＳＳ４１相当）の保護
管４ａに収容されたセラミックヒータ、シーズヒータ等
の電気ヒータ４が缶水Ｗに浸るように挿入されている。
また、気層部３にはステンレス鋼からなる給湯用の熱交
換チューブ５と、循環用の熱交換チューブ６がそれぞれ
水平に取外し可能に挿入されている。

【００１６】前記給湯用熱交換チューブ５の両端には、
入口管７と出口管８がそれぞれ取り付けられるととも
に、入口管７と出口管８の間にはバイパス管９が取り付
けられている。そして、このバイパス管９には、供給ラ
イン８ａに設けた温度センサ１０に基づいて開閉する温
度制御弁１１が設けられている。入口管７には水道水Ｓ
が直接供給され、供給ライン８ａは使用場所に適宜接続
されている。一方、循環用熱交換チューブ６の入口管１
２及び出口管１３は、風呂等の温水貯留場所１４に適宜
接続されている。

【００１７】缶体１の外表面は、図２に示すように、例
えばグラスウール、ウレタン等からなる高密度断熱材１
５で被覆され、さらにその外側は空気層１６を介して金
属製の矩形箱形のケーシング１７で覆われている。ケー
シング１７の外形寸法は、家庭のキッチンの流し台の奥
行き寸法に合致していて、流し台に連続して設置するこ
とができるようになっている。また、缶体１の底には、
図３に示すように、脚部１８が設けられ、該脚部１８は
ゴムシート１９を介して床に設置されるようになってい
る。

【００１８】前記バイパス管９や温度制御弁１１は缶体
１の近傍に設けられ、これらにより温度制御された温水
が使用場所に供給されるようになっている。また、缶体
１の頂部には、缶体内のガスを外部に抽出するための抽
気ポンプ２０が三方電磁弁２０ａを介して設けられてい
る。

【００１９】次に、前記構成からなる電気温水器の動作
を説明する。深夜電力を利用して電気ヒータ４に通電す
ることにより内部の缶水Ｗを加熱すると、気層部３は缶
水Ｗの表面及び内部より自己蒸発した高温の水蒸気で満
たされ、飽和蒸気圧に維持される。この状態で、給湯用
熱交換チューブ５の入口管７に水道水Ｓを供給すると、
水道水Ｓは熱交換チューブ５の内側を流れる間に、外側
の水蒸気との熱交換により加熱される。一方、水道水と
熱交換した水蒸気は、すぐさまドレンとなって温度低下
し、缶水表面に滴下する。そしてさらに、缶水表面及び
内部より自己蒸発が起こり、同様に、活発な循環サイク
ルが形成される。したがって、従来の貯湯式電気温水器
のような自然対流型加熱方式に比べて、非常に高い貫流
率を得ることができ、瞬間式加熱が可能となる。このよ
うにして水蒸気との熱交換により加熱された水道水は、
出口管８より流出する。ここで、温度センサ１０が所定
の設定温度以上を検出すると、温度制御弁１１が開き、
水道水Ｓの一部がバイパス管９を通って出口管８に流入
して温水と混合するので、温水は設定温度に維持され
る。そして、この温水は風呂場等の温水使用場所に導か
れる。

【００２０】このように、缶体側で温度制御された温水
が使用場所に導かれるので、従来のように、高温水を使
用場所まで供給する必要がない。また、使用場所までの
配管やカラン等に、耐熱性を考慮する必要がないので、
耐久性がよい。一方、風呂場等の温水貯留場所１４の温
水は、ポンプ１２ａによって循環用熱交換チューブ６に
供給され、ここで加熱されて温水貯留場所１４に戻さ
れ、循環する。これにより、温水貯留場所１４の温水は
一定温度に維持されるので、追い焚き装置等の加熱装置
を設ける必要がない。

【００２１】前記電気温水器では、熱交換チューブ５に
水道水を供給して連続的に使用場所に送給することがで
きる。また、熱交換チューブ５に水道水Ｓが直接供給さ
れるので、水道水圧とほぼ同じ供給ヘッドが得られ、家
屋の２階にも十分給湯することができるうえ、シャワー
ヘッドも十分確保することができる。

【００２２】缶体１の内部の缶水Ｗは永久的に封入され
ていて入れ替わることがないので、電気ヒータ４や缶体
１の内表面に水あかや酸化スケールが付着することはな
い。この結果、電気ヒータ４のオーバーヒートや缶体溶
接部のすきま腐食の発生の虞れがない。また、供給され
る水道水Ｓは缶体１の内部に溜まらず、熱交換チューブ
５の内部に溜まるだけであるので衛生的である。さら
に、熱交換チューブ５は缶水Ｗとは接触せず、缶水Ｗの
水蒸気にのみ接触するので、チューブ５の汚れがなく、
熱交換性能が高く維持される。

【００２３】一般に、電気温水器では、水道水と直接接
触する部分は流速によるエロージョン、溶存酸素や水質
によるコロージョンが生じやすい。従来の電気温水器は
缶体に水道水が流れるので、エロージョンやコロージョ
ンが生じた場合に缶体全体を取り替える必要があった
が、本発明の電気温水器は、熱交換チューブを取り外し
て交換するだけでよいので、エロージョンやコロージョ
ンに対して簡単かつ安価に対応することができ、ユーザ
に安心感を与えることができる。また、電気ヒータ４を
収容する保護管４ａは、鉄製であるが、脱気された缶水
Ｗが永久的に封入されているので、腐食は生じない。ま
た、保護管４ａはステンレス鋼と比べて熱伝導が良いた
め、熱応力による割れが生じにくい。

【００２４】前記実施例の電気温水器では、缶体１の減
圧による魔法瓶効果と、缶体１の外表面の断熱材１５、
空気層１６及びケーシング１７による断熱効果と、脚部
１８のゴムシート１９による伝熱防止効果とによって徹
底した省エネが図られているうえ、従来の空気抜き弁か
ら排出されるドレンによる熱損失がないことにより、従
来よりも熱効率が向上している。

【００２５】次に、前記電気温水器の制御動作、特に給
湯開始から温水温度が安定するまでの過渡期における温
度制御と、缶体内部空気の抽気制御について説明する。
まず、過渡期における温度制御について説明する。定常
時には、前述のように、出口管８に設けた温度センサ１
０による検出温度に基づいて温度制御弁１１の開度を比
例制御する。しかし、これと同様の動作を、給湯開始か
ら安定するまでの過渡期においても行うと、図４（Ａ）
に示すように、温水出口の実際温度が設定温度を大きく
越えてオーバーシュートし、温水温度が不安定になる。
これは、給湯開始時には熱交換チューブ５の温度が過熱
状態になっていることと、温度差ΔＴが大きいことに起
因する。そこで、図４（Ｂ）に示すように、給湯開始時
点から所定時間ｔの間、温度制御弁１１を全開にする。
これにより、水道水Ｓが出口管８より流出する温水と混
合するので、オーバーシュートがなくなり、温度が安定
する。

【００２６】抽気制御について説明する。缶水封入時に
内部を減圧して脱気したとしても、缶体１内には残留空
気が存在する。また、長期間使用されている間に、外部
から空気が侵入したり、缶水から溶存酸素等の気体が発
生する。このようガスが存在すると、熱交換効率が低下
するため、定期的に缶体内部空気を抽気する必要があ
る。そこで、前記電気温水器では、缶水の温度が８５℃
になった時点から、抽気ポンプ２０を間欠的に駆動す
る。すなわち、図５に示すように、５〜２０分間起動し
た後、５〜１０分間停止して、これを１サイクルとして
２〜６サイクル繰り返す。一方、三方電磁弁２０ａは、
前記抽気ポンプ２０の起動時より数秒間遅延して開き、
抽気ポンプ２０の停止時に同期して閉じる。このよう
に、三方電磁弁２０ａを抽気ポンプ２０に遅延させるの
で、缶体１内の圧力が抽気ポンプ２０の起動の瞬間に作
用することはなく、抽気ポンプは円滑に駆動する。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜８の発明による電気温水器によれば、水道水圧とほ
ぼ同じ供給ヘッドが得られ、家屋の２階にも十分給湯す
ることができるうえ、シャワーヘッドも十分確保するこ
とができ、快適にシャワーを使用することができる。

【００２８】加えて、水道水を直接熱交換チューブに供
給するので減圧弁が不要であるうえ、貯湯量が熱交換チ
ューブ内だけであって気化する溶存空気量が少ないの
で、空気抜き弁を設ける必要がない。したがって、これ
らの弁を取り付けるための付帯工事が不要となり、コス
トダウンが図れる。また、水道水や温水の圧力が作用す
るのは内径の極めて小さい熱交換チューブだけであるの
で、これらの圧力に対して十分に耐え得る。

【００２９】さらに、缶体内部の缶水は入れ替わること
がないので、電気ヒータや缶体溶接部に水あかや酸化ス
ケールの付着がなく、オーバーヒートやすきま腐食の発
生の虞れがない。また、供給される水道水は缶体内に溜
まらず、熱交換チューブ内に溜まるだけであるので衛生
的である。さらに、熱交換チューブは缶水とは接触せ
ず、缶水の蒸気にのみ接触するので、チューブの汚れが
なく、熱交換性能が高く維持される。

【００３０】特に、請求項１，請求項３の発明によれ
ば、入口管と出口管の間のバイパス管に温度制御弁を設
けたので、温水の出口温度が正確に調整される。請求項
２の発明によれば、風呂等で使用中の温水を循環用熱交
換チューブに供給して循環させると、その温水を保温す
ることができる。請求項４の発明によれば、缶体に電磁
弁を介して抽気ポンプを設けたので、内部のガスを抽出
することができ、熱交換性能が向上する。

【００３１】請求項５の発明によれば、缶体が断熱材及
び空気層によって断熱されるとともに、脚部に設けたゴ
ムシートによって下方への熱の逃げが防止されるので、
保温性が高い。請求項６の発明によれば、電気ヒータの
保護管を鉄製としたので、安価であり、腐食や熱応力に
よる割れの虞れがない。請求項７の発明によれば、缶体
側で温度制御された適度の温水を使用場所に供給するこ
とができるので、配管やカランに耐熱性を考慮する必要
がなく、安価であり、耐久性が向上する。請求項８の発
明によれば、熱交換チューブにエロージョンやコロージ
ョンが生じても、その熱交換チューブのみを交換すれば
足り、安価であり、入れ替え工期が短縮され、ユーザに
安心感を与える。

【００３２】一方、請求項９の発明による制御方法によ
れば、給湯開始時からの過渡期において温度変動のない
安定した温水を供給することができる。請求項１０の発
明による制御方法によれば、缶体内のガスを効率よく排
出することができ、熱交換性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電気温水器の概略図である。

【図２】 本発明の電気温水器の水平断面図である。

【図３】 本発明の電気温水器の底部垂直断面図であ
る。

【図４】 （Ａ）は従来の温度制御による過渡期の出口
温度の変化を示す図、（Ｂ）は本発明の温度制御による
過渡期の出口温度の変化を示す図である。

【図５】 缶体の抽気制御における抽気ポンプの駆動と
三方電磁弁の開閉のタイムチャートである。

【図６】 従来の電気温水器の概略図である。

【符号の説明】

１…缶体、２…缶水貯留部、３…気層部、４…電気ヒー
タ、４ａ…保護管、５…給湯用熱交換チューブ、６…循
環用熱交換チューブ、７…入口管、８…出口管、９…バ
イパス管、１０…温度センサ、１１…温度制御弁、１５
…断熱材、１６…空気層、１７…ケーシング、１８…脚
部、１９…ゴムシート、２０…抽気ポンプ、２０ａ…三
方電磁弁、Ｗ…缶水、Ｓ…水道水。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧された缶体内に缶水を永久的に収容
   して缶水貯留部と気層部に分離し、前記缶水貯留部に缶
   水を加熱する電気ヒータを挿入するとともに、前記気層
   部に給湯用熱交換チューブを挿入して、前記熱交換チュ
   ーブの内側に水道水を供給して外側の蒸気と熱交換させ
   て温水を得る一方、前記給湯用熱交換チューブに接続さ
   れた水道水入口管と温水出口管との間にバイパス管を接
   続して、該バイパス管に温度制御弁を設け、温水出口管
   内の温水の温度に基づいて前記温度制御弁を調節して供
   給する温水の温度を制御するようにしたことを特徴とす
   る電気温水器。
2. 【請求項２】 減圧された缶体内に缶水を永久的に収容
   して缶水貯留部と気層部に分離し、前記缶水貯留部に缶
   水を加熱する電気ヒータを挿入するとともに、前記気層
   部に給湯用熱交換チューブと循環用熱交換チューブを挿
   入して、前記熱交換チューブの内側に水道水を供給して
   外側の蒸気と熱交換させて温水を得る一方、前記循環用
   熱交換チューブの内側に温水を供給して外側の蒸気と熱
   交換させて温水を保温するようにしたことを特徴とする
   電気温水器。
3. 【請求項３】 前記給湯用熱交換チューブに接続された
   水道水入口管と温水出口管との間にバイパス管を接続し
   て、該バイパス管に温度制御弁を設け、温水出口管内の
   温水の温度に基づいて前記温度制御弁を調節して供給す
   る温水の温度を制御するようにしたことを特徴とする請
   求項２に記載の電気温水器。
4. 【請求項４】 前記缶体に、その気層部に存在するガス
   を抽出する抽気ポンプを電磁弁を介して接続したことを
   特徴とする請求項１から３に記載の電気温水器。
5. 【請求項５】 前記缶体の外側に断熱材を設けるととも
   に、該断熱材の外側に空気層を介して金属製のケーシン
   グを設けて缶体を密封する一方、缶体の脚部と据付面と
   の間にゴムシートを介在させたことを特徴とする請求項
   １から４のいずれかに記載の電気温水器。
6. 【請求項６】 前記電気ヒータが、保護管内に収容され
   た状態で缶水貯留部に挿入され、当該保護管が鉄製であ
   ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の
   電気ヒータ。
7. 【請求項７】 前記バイパス管が、缶体の近傍にて水道
   水入口管と温水出口管との間に接続されていることを特
   徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電気温水
   器。
8. 【請求項８】 前記熱交換チューブが、缶体に対して取
   外し可能に挿入されていることを特徴とする請求項１か
   ら７のいずれかに記載の電気温水器。
9. 【請求項９】 請求項１又は３のいずれかに記載の電気
   温水器において、給湯開始時から温度制御弁を所定時
   間、開くことを特徴とする電気温水器の制御方法。
10. 【請求項１０】 請求項４に記載の電気温水器におい
    て、缶水の温度が沸点近傍の所定温度に達した時点で抽
    気ポンプを間欠的に駆動する一方、抽気ポンプの起動時
    に遅延して電磁弁を開放するとともに、抽気ポンプの停
    止時に同期して電磁弁を閉鎖することを特徴とする電気
    温水器の制御方法。