JPS60211258A - 区画化電気液体ヒ−タ及び液体加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は新規且つ改良型の電気液体ヒータに関し、特に
大「１１なエネルギー節約をもたらす新規且つ改良型の
区画化電気水ヒータに関する。

（従来の技術、発明が解決しようとする問題点）従来の
家庭用水加熱タンクでは、多量の水が連続的に加熱され
、全タンク容量の水を供給温度っまり１４０°〜１６０
°Ｆ（６０°〜７１’Ｃ）に維持する。温水が使われて
ないときでも、待期時に大気中へ失われるエネルギーを
追加し全タンク容量の水を供給温度に維持するために、
エネルギーを使わねばならない。このような従来の温水
タンクから温水を使うとき、冷水が加熱水へ直接加えら
れるため、冷温水が自由に混合し、水の供給温度を低め
てしまう。温水が使われる時点に関わりなくしかも特定
の時点に必要な温水の量と無関係に多量の温水を供給温
度に維持するというこうした加熱方式は非常に非効率的
で、水の供給温度より低い周囲温度の外囲大気中へ失わ
れるかなりのエネルギーを無駄にしている。当該分野の
現状態では、大気中へ失われるエネルギー損を減じるた
め様々な程度の熱絶縁を講じているが、入ってくる冷水
と滞溜温水との制御されない自然の混合を防いだり、水
が供給点に近づいたときに水をその供給温度に加熱でき
るような温水を提供するものではない。

一方、石油やガスヒータに代えて浸漬型の電気ヒータエ
レメントを用い、充分な容量を保もなから温水ヒータの
サイズを減少するため種々試みが成されてきた。浸漬型
の加熱エレメントは、そのエレメントが流水の経路中に
直接浸漬されるため、化石燃料の加熱より速い水の加熱
を与える。電気浸漬水ヒータの例は、Ｐａｓ　ｔｏｒｅ
の米国特許歯３．５８６，８２２　、Ｓｗｊ＋ｙｅｒの
同特許Ｎ１２．９Ｅ１７．６０４に開示されている。電
気浸漬温水ヒータの別の例は、Ｆｌａｎｄｅｒｓの同特
許Ｎｏ、３．９５２．１８１に開示されている。

Ｆｌａｎｄｅｒｓの特許によれば、１つ以上の電気加熱
エレメントが所定時定における水需要に従って消勢可能
である。しかしこれらの特許のいずれも、それらに記載
された目的通りエネルギーを節約し得ない。

ＳｗｏｙｅｒやＦｌａｎｄｅｒｓの特許に開示されたよ
うな電気浸漬温水ヒータは、Ｆｌａｎｄｅｒｓの特許に
開示されたごとく加熱エレメントの消勢を制御しても、
それほどの商業的成功を収めてこなかった。代表的な温
水ヒータの基本的欠陥の一つは、流入冷水と流出温水の
間で充分な隔離を与えるための比較的長い水流及び／又
は熱伝導路を含まないことが確かめられた。この相対的
な隔離と長い経路がないため、加熱水が流入冷水と自由
に混合し、タンク内に滞溜する加熱水の急速な温度劣化
を引き起す。

この自由な水の混合により、区画のないタンクを有する
従来のヒータは全タンク容量の一部の温水しか供給し得
ない。本発明は、この種ヒータが全タンク容量を設計供
給温度で供給できるようにする。

本発明の目的は、水等の液体を主に家庭用のため加熱す
る新規且つ改良型装置を提供することにある。この装置
は主に、使用後温水が放出ドレンされるような任意の開
エンドシステムつまり水システムに適している。

本発明の別の目的は、犬１１１なエネルギー節約をもた
らす新規且つ改良型の経済的、実用的に実施可能な区画
化、電気水ヒータを提供するごとにある。

本発明の別の目的は、水が最終区画へ達したときに最も
暖まり、設計供給温度へ最も近づくように水を連続的な
区画に通ずことによって漸次の温度上昇を可能とする新
規且つ改良型の水ヒータを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、比較的短い期間にタンク全容
量の一部を設計供給温度へ加熱できるように、小量の水
の回収時間を削減可能とする新規且つ改良型のヒータを
提供することにある。

本発明の更なる目的は、複数の垂直及び／又は水平列に
積層され相互に接続された複数の区画を含み、その全て
又はほとんどが電気浸漬加熱エレメントを備えた新規且
つ改良形の区画化電気水ヒータを提供することにある。

本発明の別の目的は、複数の相互に接続された区画を含
み、水ヒータの入口と出口に近い加熱エレメントが他の
加熱エレメントと独立的に制御される新規且つ改良型の
区画化電気水ヒータを提供することにある。

本発明の更なる目的は、水ヒータの入口から出口へ向か
うジグザグ状経路を限定する構造を持ち、乱流を生じて
加熱エレメントと流水間の熱伝達を高めるため経路中に
複数のシャープな曲りを備えた新規且つ改良型の区画化
電気水ヒータを提供することにある。

本発明の更なる目的は、水ヒータの入口から出口へ向か
うジグザグ状Ｕ字形又はラセン形の経路を限定する構造
を持ち、乱流を生じて加熱エレメントと流水間の熱伝達
を高めるため経路中に複数のシャープな曲りを備えた新
規且つ改良型の区画化電気水ヒータを提供することにあ
る。

本発明の別の目的は、流入出水間の混合を実質上妨げる
のに充分な長い流路を流入出水間に有する新規且つ改良
型のヒータを提供することにある。

本発明の別の目的は、ヒータへのエネルギー人力が温水
の需要に比例するように独立に制御可能な複数の加熱エ
レメントを有する新規且つ改良形のヒータを提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は、タンク容量に刻し比較的大き
な加熱エレメントの表面積を有する新規且つ改良形のヒ
ータを提供することにある。

本発明の別の目的は、水容量を流体連通した複数の区画
へ分割する熱絶縁隔壁、例えば中空隔壁を有する新規且
つ改良型の電気水ヒータを提供することにある。

本発明の更なる目的は、早急な熱伝達のため、加熱ニレ
メン１−の表面に対し水流を確実に与えられる新規且つ
改良型のヒータを提供することにある。

本発明の別の目的は、加熱エレメントの直近で水の沸騰
のために生ずる無機質の沈澱を減じることにある。この
目的は加熱エレメントの表面ワ・ノド密度を減少するこ
とによって達成され、更にこの点はヒータ容量の立方フ
ィート当りに対し比較的大きい加熱エレメントの表面積
を与えることで達成され、これにより加熱エレメントの
動作温度を減じる。現在の工業規格によると、ワット密
度は高品質型の７５ワット／平方インチから節約型の１
８０ワット／平方インチまで変化する。本発明の好まし
い実施例によると、これらの値がそれぞれ約２５及び６
０ワット／平方インチになる。

本発明の別の目的は加熱エレメント被覆の腐食を減じる
ことにあり、この点は加熱エレメントの動作温度を減少
することによって達成される。腐食過程は高温において
促進される。

本発明の別の目的は、ヒータタンク全体を１つの圧力容
器と見なせ、個々の小区画を別々の独立した圧力室と見
なす必要がないように、圧力の力に対して比較的構造上
弱い。つまり外側のタンク殻より弱い内部隔壁を提供す
ることにある。

本発明の更に別の目的は、所望の流量（ガロン／分）で
水がヒータから取出されているとき、最小の熱量が隔壁
を通じて伝達し、付勢された加熱エレメントにより各後
続区画内でより高い温度を生しる程度に熱伝達を妨げる
一方、ある時間例えば最小２時間ヒータから水が取出さ
れないときは、全区画内の温度が設計供給温度又はその
近くになるように隔壁を通じた熱伝達を可能とする隔壁
を有した新規且つ改良型の区画化ヒータを提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段、作用）一実施例におい
て、隔壁は外側ハウジングと非一体部に構成され、ヒー
タ内部の保守のため隔壁が単一ユニットとして取外しで
きる。

要約すれば、本発明は相互に接続された複数の小区画を
限定する内部隅壁を備えた絶縁ハウジングを含む新規且
つ改良型の水ヒータを意図するものである。ハウジング
は入口と出口を有し、入１］は第１の小区画と流体連通
し、出口は第２の小区画と流体連通している。入口から
出口まで、ジグザグ状の経路がハウジングの内部を通っ
て延びている。この経路は複数のシャープな曲りを有し
、各小区画内に取イ」けられた加熱エレメント間での熱
伝達を高める水の乱流を発生させ、加熱エレメントに対
し水を流動させる。ジグザグ状経路はハウジングという
制約内で実施できる最長経路で、水の加熱エレメントに
対する露出を増大にさせる。

一つの重要な実施例によれば、第１及び第２のサーモス
タットがハウジング内に含まれる。第１サーモスタツト
は第１小区画内に取付けられ、第１及び第２小区画内の
加熱エレメントへ電気的に接続される。第２サーモスタ
ツトはハウジング内に取付けられ、残りの小区画内の加
熱エレメントへ電気的に接続される。この加熱エレメン
トとサーモスタットの組合せが、ハウジング内に３種別
別の水の温度層を与える。出口に最も近い温度層が最高
温度である一方、他の区画内の温度はそれより低く、こ
れによってエネルギーを節約する。

ハウジングの区画化は水の異った眉間におけるエネルギ
ー伝達も妨げ、この点でもエネルギー節約を行う。隔壁
を熱絶縁し、エネルギー伝達を更る妨げてもよい。熱絶
縁は、隔壁を中空にしたり又は熱絶縁材を用いることに
よって行える。隔室を限定する構造は複数のパネルで構
成でき、隣接パネルがハウジングの対向端に取イ」けら
れ、熱絶縁されたハウジング内部に相互に接続された円
筒状路つまりラセン状傾斜路が形成される。区隔間ての
流体＆通を維持する開口のザイズ及び形状は可変である
。但し、水への有効な熱伝達を維持するため、１つの区
画から次に続く区画への流れの反転が重要である。水が
入口を通り第１区画内へ流入すると、水温の減少が第１
サーモスタットを作動し、一実施例においてはこれが第
１及び第２区画内の加熱エレメントをイ］勢する。水流
力く一旦停止しても、第１区画内の水温が所定レベルへ
高められるまで、第１及び第２区画中の加熱エレメント
は付勢され続ける。所定レヘルに達すると、サーモスタ
ットが加熱エレメントを消勢する。

一実施例において、第１及び第２区画内の水温は第１サ
ーモスタツトによって制御されるので、第１及び第２区
画中の加熱エレメントは同じ時間長の間オン又はオフ状
態に留まる。第２区画内の水は第１区画室内に入る水よ
り高い温度で、第２区画内の水は設計供給温度に近いよ
り高い温度に留まる。

多量の水がヒータから取出されると、第２サーモスタツ
トが第１及び第２小区画以外の小区画中の１つ以上の加
熱エレメントを付勢する。これと同時に、第１サーモス
タツトが作動され、第１及び第２区画中の加熱エレメン
トを付勢する。全ての加熱エレメントが付勢されるため
、水ヒータの全容量が設計供給温度又はそれに近い温度
となる。

この点は、流入水が温水の後方からタンク内に入り、制
御されない自然発生の混合を妨げるように制約され、タ
ンク全体を通じた水温の低下を防ぐことで可能になる。

本発明の上記及びその他の目的と利点並びに新規な特徴
は、添付の図面に示した発明の好ましい実施例に関する
以下の詳細な説明から明らかになろう。

（実施例） 図面中まず第１〜５図を参照すると、全体を参照番号１
０で表わした区画化電気水ヒータが示しである。図示の
水ヒータ１０ば矩形だが、本発明の原理に従えば任意の
外側形状が可能である。水ヒータ１０は、人口１４と出
口１６を備え全体を参照番号１２で示したハウジングを
有する。入口１４は水源に接続され、出口１６は家屋や
商業施設の温水配管系等加熱水を必要とする導管に接続
される。水ヒータ１０は入口１４に流入する水の温度を
徐々に高め、出口１６から供給する前に水を所望の温度
レベルへ加熱する。

ハウジング１２ば全体を参照番号１８で示したヒータの
内部容積を限定し、この内部容積がパネルによって複数
の区画に分割される。但し、パネル以外の構造エレメン
トを用いてもよい。第１の垂直パネル２０がハウジング
１２の頂壁１９と底壁２０の間に延び、内部区画１８を
半分に分割する。４枚の追加パネル２２．２４．２６及
び２８が内部区画１８内に水平に位置し、それぞれ垂直
パネル２０からハウジング１２の側壁３０．３２へと延
びている。腐食や穴あけを抑制するため、マグネシウム
棒（図示せず）又はその他の防食装置をハウジング内に
設けてもよい。

水平パネル２２はハウジング１２の前壁３４がら後壁３
６へ延びて、第１の小区画３８を限定する。小区画３８
は入口１４と連通している。第１パネル２０は前壁３４
から後壁３６へ延びているが、後壁から離間してギャッ
プ４０（第３図）を形成する。小区画３８に入った水は
パネル２０の自由端を回り、パネル２４の下に形成され
た第２の小区画４２内に流入し、このパネル２４は、後
壁３６から前方へ延びているか前壁３４から離間してギ
ャップ４４（第４図）を形成している。更に別の垂直パ
ネル（図示せず）を設けて内部区画を３つの垂直列に分
け、もっと長い水流路を与えてもよい。

次いで、水はギヤツブ４４を上向きに流れ、第３の小区
画４６内に入る。小区画４６は、水平パネル２４．２８
、垂直パネル２０及び側壁３ｏの間に形成されている。

第３小区画４６内の水は後壁３６へ向かい、ギャップ４
ｏを通って第４の小区画４８内に流入する。小区画４８
は、パネル２２．２６、側壁３２及びパネル２ｏの間に
形成されている。従って、ヒータは、垂直２列、水平３
列の小区画列を有する。

次いで、水は、第４小区画４８を通って前壁、　３４へ
開力中、前壁３４とパネル２Ｇの前端の間に形成された
ギヤツブ５０（第５図）を上方へ流れて第５の小区画５
２に入る。第５小区画５２内の水はギャップ４ｏを通っ
て後壁３６へ向がい、パネル２８、ハウジング１２の頂
壁１９、パネル２０及び外側壁３ｏの間に形成された第
６の小区画５４　（第５図）内へ流入する。第６小区画
５４内の水は出口１６を通り、最終用途のために使われ
る。

各パネル２０．２２．２４．２６及び２８は小区画３８
．４２．４６．４８．５２及び５４を形成するだけでな
く、入口１４がら出口１６へ向がうジグザグ状路を限定
し、各小区画間に熱障壁を与えて小区画間に温度の層状
構造を与える。小区画３８．４２．４６．４８．５２及
び５４内に、電気加熱エレメント５８．６０１’６２．
６４．６６及び６８がそれぞれに配置されている。

第１〜５図に示した本発明の実施例の利点を充分達成す
るため、水ヒータ１ｏば流体連通した少（とも６個の小
区画３８．４２．４６．４８．５２及び５４を有し、各
々少くとも３個の小区画を持つ隣接した垂直２列を含む
。水はまず第１小区画３８を通って水平に流れ、Ｕ字状
導管を経て第２の水平鱗接小区ｉｉ！ｊ４２を通る水流
を反転させ、次に垂直Ｕ字状の導管を上方に通って第３
の水平小区画４６内へ流入する。水は再び流れが反転し
て、２個の隣接する中間水平小区画４６．４８を対向す
る流れとして通過した後、別の垂直Ｕ字状導管を上方に
流れ、最後の２個の水平隣接小区画５２．５４を通過す
る。第１〜５図に示した本発明の実施例の利点を充分に
達成する上で、第１及び最後の小区画が複数の小区画又
は細長い水流チャネルによって水平方向及び垂直方向に
分離されて配設されるように構成されたとき、少くとも
６個の小区画が充分な温度の層状構造を与えることが見
い出されている。

入口小区画つまりチャネル３８と出口小区画っまりチャ
ネル３８間の４つ中間流れナヤ不ル４２．４Ｇ、４８及
び５２が、入口区画と出口区画の間に充分な温度隔離を
与え、出口水を所望の品温例えばｌ　４’０　’Ｉ”　
（Ｇ　ＯｏＣ）に保つ一方、滞溜温水を減少させる。こ
のように、家庭に設置されている一最的な水ヒータと比
べたエネルギー消費量は約半分に減じられる。

水は、加熱エレメント５８〜６８を通過しながら小区画
３８〜５４を通って流れるにつれ、ヒータ１０内で加熱
される。小区画３８．４２．４６．４８．５２及び５４
によって形成されたジグザグ状経路のシャープなＵター
ンが流れの反転と流路内での乱流を生じ、加熱エレメン
ト５８．６ｏ、６２．６４．６６及び６８から水への熱
伝達率を高める。水平及び垂直両方向における流れの反
転（１！Ａ接した水平小区画内における対向流並びに隣
接した垂直小区画内における対向流）が必要な乱流をも
たらし、加熱エレメントからの熱を各小区画内の水全体
へ早急に配分する。更に、流入冷水・は温水の後方から
タンク内に入る。ハウジング内の直列に接続された小区
画が、冷水と滞留温水との自由で、自然発生的且つ非制
御下の混合を妨げる。従ってこの結果、小区画の存在し
ない場合に生ずる温度の低下が阻止される。このように
木本ヒータは、家庭及び商業用の充分な水を所望温度で
与えながら、タンクの全容量が大巾に小さくなるように
製造できる。

小区画３８．４２．４６．５２及び５４で形成された流
路は入口と出口の間に充分長い流路を与え、小区画３８
内の入口冷水と小区画５４内の出口温水との間で充分な
分離を維持しながら素速い水の加熱を可能にすると共に
、入口と出口間での温度平衡化を妨げる。小区画３８と
５４間における水平及び垂直両方向の分離は、小区画５
４内で供給温度に加熱される比較的少量の水（全タンク
容量の最大１／６）が小区画３８．４２．４６．４８及
び５２内の比較的冷い水と早急に混合しないようにする
のに極めて重要である。この概念は、周知の温水ヒータ
と完全に異る。何故なら、周知のヒータは一定の多量な
水を供給温度に維持しなければならず、従って温水が使
われてないときがなりの熱を浪費するからである。

第７図に示すように、加熱エレメント５８と６８はサー
モスタット７０へ電気的に接続されている。第２図に示
すように、サーモスタット７゜は入口１４に隣接して小
区画３８内に位置する。

残りの加熱エレメント６０．６２．６４及び６６は、小
区画４２（第２図）内に取イ］けられた列のサーモスタ
ット７２（第７図）によって制御される。水がヒータｌ
Ｏから取出されると、冷水が人口１４を通って小区画３
８内に入る。これが生じると、サーモスタット７０が閉
じて、電気加熱エレメント５８．６８を付勢する。水の
流れが終了しても、小区画３８内の水がサーモスタット
７゜によって設定された所定温度に加熱されるまで、加
熱ニレメンＩ〜５８．６８はイ１勢状態に留まる。

一実施例において、加熱エレメント５８．６８は同じ時
間長の間付勢又は消勢される。小区画５４に入る水は小
区画３８に入る水より高い温度にあるので、小区画５４
内の水は加熱ニレメン）６”８の消勢前に供給温度に加
熱される。

多量の水が水ヒータ１０から取出されると、別のサーモ
スタット７２が閉じて、残りの加熱エレメント６０．６
２．６４及び６６を付勢する。水が入口１４から出口１
６へ流れるにつれ、それぞれ付勢された各加熱エレメン
ト５８〜６８を通過することによって、水の温度を早急
に上昇させる。

そして出口１６で、水は供給温度レベルになる。

水がヒータ１０から取出されていないときは、下方小区
画内のより冷たい水が上方小区画内のより熱い水から分
離され、冷水と温水との自然発生的な非制御下の混合を
妨げる。

加熱エレメントの付勢と消勢を制御するのに使われる制
御装置と特定回路の配置は、小区画３８．４２．４６．
４８．５２及び５４の任意の１つ以上又は全てで制御さ
れた加熱を行うように変更してもよい。

第７図を参照すると、高温圧力安全スイッチ７６が安全
目的のため、電気加熱エレメントの配線に接続されてい
る。スイッチ７６は、水ビー′°りＩＯ内が望ましくな
い高温に達すると開き、加熱エレメント６０〜６８を全
て消勢する。代りに及び／又は追加として、安全のため
ハウジング内に圧力逃し弁（図示せず）を含めることも
できる。

次に第８〜１１図を参照すると、全体を参照番号１１０
で表わした別の区画化電気水ヒータが示しである。水ヒ
ータ１１０ば、水入ＩＴＩ　１１４と水出口１１６を備
えたハウジング１１２を有する。

ハウジング１１２ば、底壁１１７、前壁１１８、側壁１
２０．１２２、後壁１２４及び頂壁１２６によって形成
されている。

電気水ヒータ１１０は、第８〜１１図に最も解り易くし
た複数の小区画を有する。各小区画は、頂壁１２６と底
壁１１７間に延びた垂直壁１２８によって形成されてい
る。垂直壁１２８は前壁１１８から距離Ｄ（第１０図）
だけ離間し、後壁１２４から距離ｄだけ離間している。

一対の水平パネル１３４と１３６が前壁１１８から後壁
１２４へ延びている。３つの傾いた面つまり傾斜面１３
８．１４０及び１４２が、ハウジング１１２内のＩった
レヘルに経路を形成する。

第１の小区画１４４は、入口１１４に近い傾斜面１３８
の下方に形成されている。入口１１４から流入した水は
小区画１４４へ入り、直角の流路１３２を経て垂直壁１
２８を回り第２の小区画１４６内へ流入する。水は第２
小区画１４６から直角流路１３９を回って傾斜面１３８
を上り、第３の小区画１４８へ流入する。次いで、水は
、第３小区画１４８からスペース１３２を通り、垂直壁
１２８を回って第４の小区画１５０内へ流入する。水は
第４小区画１５０から直角流路１４１を回って傾斜面１
４０を上り、第５の小区画１５２内へ流入する。水は直
角流路１３２を通って流れ続け、第６の小区画１５４内
へ入る。次いで、水は、直角流路１４３を通り、傾斜面
１４２に沿って形成された小区画１５６内へ流入し、出
口１１６を経てヒータ１１０から出る。

ハウジング１１２内には、人口１１４と出口１１６の間
にラセン形のジグザグ状路が形成される。ヒータ１０の
加熱エレメント５８〜６８と同様な加熱エレメント１６
０．１６２．１６４．１６５．１６６及び１６８が、各
小区画内にそれぞれ配置されている。小区画１４４．１
４６内の加熱エレメント１６０．１６８は一つのサーモ
スタット１７０で、一方、残りの加熱エレメント１６２
〜１６６は別のサーモスタット１７２で、ヒータ１１０
を通って流れる水が水ヒータ１０と同じようにそれぞれ
制御される。

異った小区画における水の温度絶縁は、パネル及び壁を
熱絶縁することによって得られる。壁及びパネル（例え
ば１４２）は、絶縁物としてトラップエアを用いた中空
としたり（第１４図）あるいはポリウレタン発泡絶縁体
７４を使って絶縁できる（第１３図）。

次に第１５図を参照すると、全体を参照番号１０Ａで示
したヒータが、ヒータ１０の小区画３８．４２．４６．
４８及び５２（第２図参照）には＼対応した複数の垂直
小区画３８Ａ、４２Ａ、４６Ａ、４８Ａ、５２Ａ及び５
４Ａを有する。但し、ヒータＩＯＡの小区画は全て単一
の垂直列に配置されている。各小区画は隔壁１７０．１
７２．１７４．１７６及び１７８とメタル板製の矩形ハ
ウジング１９Ａによって形成されている。

入口１８０と出口１８２の間で更に長い水流路を得るた
め、各隔壁は例えば第１５Ａ図に示すように、絶縁ネッ
ク１７９、Ｔ字状ネック１８１又はＬ字状ネック１８３
等のネック形状を備えている。水は小区画３８Ａ内の冷
水入口１８０を通ってヒータＩＯＡに入り、小区画３８
Ａの長さを移動した後、隔壁１７０の自由端を上方に回
って小区画４２Ａ内に流入する。小区画４２Ａに入った
水は、隣接した下方の小区画３８Ａ内における移動方向
と反対の方向に小区画４２Ａの全長を移動し、隔壁１７
２の自由端を上方に回って小区画４６Ａ内へ進み、隣接
した下方の小区画４２Ａ内の移動方向と反対の方向に移
動する。これと同じ上向きの流れが、１段づつ高い小区
画へ向う毎に方向を反転しながら、残りの小区画４８Ａ
、５２Ａ及び５４Ａを通って流れ続け、加熱された水が
温水出口１８２を通って最後の小区画５４Ａから外へ出
る。

本発明の他の実施例に基く、参照番号１０Ｂで表わした
別の新規且つ改良型ヒータを、次に第１６図を参照して
説明する。ヒータＩＯＢの各区画はそれぞれの小区画３
８Ｂ、４２Ｂ、４６Ｂ。

４８Ｂ、５２Ｂ及び５４Ｂを形成する別々の、独立した
主水加熱導管つまり流通路によって形成され、これらの
小区画は、生水加熱導管の断面積より著しく小さい断面
積の導管１９０．１９２．１９４．１９６及び１９８で
相互に接続されている。生水加熱流通路つまり小区画３
８Ｂ、４２Ｂ、４６Ｂ、４８Ｂ、５２Ｂ及び５４Ｂはシ
リンダー状つまり筒状に示しであるが、例えば矩形、３
角状、環状等任意な別の形状としてもよく、加熱時の乱
流を高めるため例えばラセン又は曲りシリンダ等の各種
湾曲部を含めてもよい。主流通路３８Ｂ、４２Ｂ、４６
Ｂ、４８Ｂ、５２Ｂ及び５４Ｂと相互接続導管１９０．
１９２．１９４．１９６及び１９８は、メタル板製ハウ
ジング１９Ｂ内に閉じ込められている。本発明のこの実
施例の重要な特徴によれば、ハウジングは、全ての主加
熱通路及び導管を取巻く例えばポリウレタン発泡体２０
０等の適切な断熱材で満たされる。この周囲の断熱物２
００、小断面の導管１９０．１９２．１９４．１９６．
１９８及びハウジングＩＯＢが、１つの主流通路から隣
接する主流通路及び大気への熱伝達を実質上阻止する。

水は第１小区画３８Ｂ内の冷水入口２０２を通ってヒー
タＩＯＢに入り、小区画３８Ｂの長さを移動した後、小
径の導管１９０を水平に通って小区画４２Ｂ内へ流入す
る。小区画４２Ｂに入った水はその全長を小区画３８Ｂ
内における移動方向と反対の方向に移動した後、小径の
管１９２を経て小区画４６Ｂ内へ流入する。小区画４６
Ｂに入った水はその全長を小区画４２Ｂ内における移動
方向と反対方向に移動し、小径の導管１９４を経て小区
画４８Ｂ内へ進む。上記と同じだが反転した流れが小区
画５２Ｂ、５４Ｂを通って続けて流れ、温水出口２０４
へ至る。

次に第２０図を参照すると、全体を参照番号１０Ｃで表
わしたヒータは、ヒータ１ｏの小区画３８．４２．４６
．４８及び５２（第２図参照）とは＼対応した複数の垂
直小区ｉ！１ｉ３８ｃ、４２Ｃ１４６Ｃ１５２Ｃ及び５
４Ｇを有する。但し、ヒータＩＯｃの小区画は全て円筒
状で、単一の垂直列に配置されている。各小区画は、環
状隔壁２１０．２１２．２１６及び２１８とメタル板製
円筒状ハウジング１９ｃによって形成されている。隔壁
は例えば第２１図に示すように、設計条件に合わせて任
意の形態、形状又はサイズの中空部を異った■設けるこ
とによって、様々な程度に断熱できる。

又、無機質沈澱の平常な発生は隔壁上に沈澱層を残す点
に留意すべきである。この層によって得られる熱ｖＡ緑
はそれ自体適切なものである。第２１図に示した実施例
によれば、隔壁２１９が複数の縦及び下方両方向に延び
たＶ字状の乱流発生パンフル２２１を有する。

水は小区画３８Ｃ内の冷水人口２２０を通ってヒータＩ
Ｏｃに入り、小区画３８Ｃの垂直及び水平両方向の寸法
を経て移動した後、入口２２．０と反対側に配置された
隔壁２１０のは＼′円形開口２２２を上方に通って小区
画４２Ｃ内に流入する。

小区画４２Ｃに入った水はその垂直及び水平両方向の全
寸法を経、隣接した下方の小区画３８Ｃ内における移動
方向と反対の方向に移動し、隔壁２１２のはり円形の開
口つまり流通路２２４を上方に回って小区画４６Ｃへ進
み、隣接した下方の小区画４２Ｃ内における移動方向と
反対の方向に移動する。これと同じ上向きの流れが、そ
れより高い各小区画毎に方向を反転しながら、残りの小
区！１ｉ４８Ｃ，５２ｃ、５４Ｃ及び流れ開口２２６．
２２８．２３０を通って進み、加熱水が温水出口２３２
を経て最後の小区画５４Ｇから外へ出る。

流れ開口２２４．２２６．２２８．２３０等は先行隔壁
の開口から９０〜１８０度の間に位置させ、入口と出口
間の水に渦巻動を与えるようにしてもよい。

本発明による区画化ヒータの新たな未知の効率を確かめ
るため、第１４図に示すように中空で、矩形の２インチ
（１，２７ＣＩｌ）厚の隔壁５枚を用いてヒータを製造
し、隣接する隔壁はその各反対端において、各隔壁の端
部とヒータの内壁との間に３インチ（７，６２ｃｍ）の
矩形水通路を残すようにした。ヒータの全体寸法は次の
通り；高さ３フイート　（９０ｃｍ）、長さ１７％イン
チ（４４，５ｃｍ）、中６インチ（１５，２ｃｍ）。ヒ
ータは約１５ガロンの容量と、１３．２平方フイート（
１，１９ｍ）の外表面積を有する。第１４図に示すよう
に、各小区画に１個づつ、合計６個の加熱エレメントが
設りられた。各隔壁は、長さ１４％インチ（３６，８ｃ
＋ｎ）、ｒｉ１６インチ（１５，２ｃｍ）、厚さ２イン
チ（１，２７ａｍ）の寸法を有する。各小区画は約６イ
ンチ＜１５．２ｃｍ）の高さである。第２及び第３加熱
エレメントのはヌ゛中央で、ヒータの一方の側壁近くに
、調整用サーモスタットを１つだり設りた。ヒータは外
壁において、３インチ（１，２７ｃｎ＋）のファイバー
ガラス絶縁物により絶縁された。

比較目的のため、本発明に従って製造された上記のヒー
タを、従来の非区画化ヒータである５ｅａｒｓ社製３０
ガロン容量のＰＯＷＥＲ−ＭＩＳＥＲと比較した。

瓜二Ｊ四」１Ｐ恒久１皿 各試験を始める前に、試験ヒータと５ｅａｒｓ製ヒータ
は共に、ヒータを付勢せずに水を各ヒータに流すことに
よって、１時間連続的に洗浄された。

各ヒータについての試験手順は次の通り：水の流れを遮
断し、ヒータを付勢して、ボルトとアンペア、人口水温
及び時間を記録した。ヒータの動作は、内部（一体）の
サーモスタットによってオフされるまで続けられた。こ
のオフ時の時間も記録した。その後間もなく、調整弁が
所望の“開”設定にセットされ、出口弁を回すことによ
って水の流れが開始された。温度が１００°Ｆ（３７，
８℃）へ低下するまで、排水温度を５秒の間隔で記録し
た。１００°Ｆ（３７，８℃）へ低下した時点に、出口
弁を素早く閉じた。採集体中に集めた水の高さが記録さ
れ、ガロンに変換された。

更に、上記期間中に（水温の低下のため）ヒータサーモ
スタットによりヒータがオンされた時間も記録された。

試験は調整弁の様々な設定につき繰返された。

以下に示すデータが採集された。

表１〜表１３を参照されたい。

次に、第１４図に示したのと同様な前述のごとき本発明
の試験ヒータに対し、水の層状化試験を行った。６個の
熱電対をヒータに固定し、それぞれ各小区画につき、絶
縁物の下側で各加熱エレメントに対向したメタル側のヒ
ータ壁に固定された。

又６個の熱電対が５ｅａｒｓ社の３０ガロンヒータの絶
縁物下側に、同じ相対的位置、高さで設置された。各熱
電対は、出口位置を阻１、入口位置を隘６として１〜６
まで番号を付けた。その結果、以下のデータが採集され
た。

表１４を参照されたい。

そして、データの要約については、表１５、表１６を参
照されたい。

（発明の効果） 本発明に従って製造されたし−タを比較用の５ｅａｒｓ
製ヒータと同じ程度に絶縁すれば、劇的な効果の得られ
ることを上記の結果は示している。

Ｓ　ｅａｒｓ製タンクは、１％インチ（３，８１ｃｍ）
厚の市販されよく使われている発泡体絶縁を用いていた
。一方サンプルの区画化ヒータは、Ａインチ（１，２７
ｃｍ）のファイバーガラス板絶縁を用いた。

又、第１５図に示すような円筒状ヒータは、表面積／容
積の比が小さいため、大気中へ失われる熱損が少いと考
えられる。しかしいずれにせよ、本発明のヒータがキロ
ワット（ＫＷ）当りの人力に対しより多い度τガロンを
与えること、更に小区画の存在が新しい予期されなかっ
た温度の層状構造を与えることは明らかである。特に、
１平方フイートの外表面積に対するＫＷ当りの度−ガロ
ンについて、予期し得ない結果が得られた。

以上の開示は好ましい実施例としてだけ成されたもので
あり、又構造、組合せ及び部品の配置の詳細については
、特許請求の範囲に示す発明の主旨と範囲を逸脱せずに
多くの変形が可能である。

データの要約を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って構成された区画化電気水
ヒータの斜視図、 第２図は第１図２−２線に沿ったヒータの垂直断面図、 第３図は第２図３−３線に沿った断面図、第４図は第２
図４−４線に沿った断面図、第５図は第２図５−５線に
沿った断面図、第６図は第１図のヒータの部分破断斜視
図、第７図は本発明の電気水ヒータ用電気回路の概略図
、 第８図は本発明による水ヒータの別の実施例の斜視図、 第９図は第８図９−９線に沿ったピークの垂直断面図、 第１０図は第９図１０−１０線に沿った断面図、第１１
図は第９図１１−１１線に沿った断面図、第１２図は第
８図のヒータの部分破断斜視図、第１３．１４図は本発
明のヒータ構造で使われるヒータ壁の２つの代替実施例
の各断面図、第１５図は本発明によるヒータの代替実施
例の部分破断斜視図、 第１５Ａ図は本発明に従って構成されたヒータ隔壁の３
つの代替実施例の部分破断断面図、第１６図は本発明に
よるヒータの別の代替実施例の他の斜視図、 第１７図は第１６図のヒータの各区画を示した部分斜視
図で、水流路を破線で示した図、第１８図は第１６図１
８−１８線に沿った断面図、 第１９図は第１８図１９−１９線に沿った断面図、 第２０図は本発明によるヒータの別の実施例の部分破断
斜視図、 第２１図は第２０図に示したヒータの隔壁の別の実施例
を示す破断断面図である。 ｌ０１１・１０．ＩＯＡ、ＩＯＢ・・・区画化電気ヒー
タ、１２．１１２．１９Ａ：１９Ｃ・・・ハウジング、
１４．１１４．１８０．２２０・・・流体入口、１６．
１１６．１８２．２３２・・・流体出口、２０．１２８
・・・垂直パネル、２２．２４．２６．２８、１３４、
１３６、１７０〜１７８．２１０〜２１８・・・水平パ
ネル（隔壁）、　３８．１４４．３８Ａ、３８１３．３
８Ｃ・・・第１区画、　４０．１３２．１３９．１４１
．１４３・・・水平（Ｌ）字状）通路、　４４．５０．
２２２．２２４．２２６．２２８．２３０・・・垂直（
Ｕ字状）通路、　４２．４２Ａ−Ｃ１４６，４６Ａ−Ｃ
１４８，４８Ａ〜Ｃ１５２，５２Ａ−Ｃ１１４６〜１５
４・・・中間区画、５４．５４Ａ−Ｃ１１５６・・・最
終区画、５８〜〔；８．１（ｉ０〜１６８・・・加熱丁
一段（エレメント）、７０．１７０・・・第１加熱手段
制御要素（温度側？１１１１装置）、７２．１７２・・
・第２加熱手段制御要素（温度制御装置）、　１３日、
１４０．１４２・・・ラセン状傾斜面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）短い回収時間を持つ、液体を加熱するための区画
   化電気ヒータであって、 ハウジングと、 上記ハウジング中に位置した第１区画内の流体入口と、 上記ハウジング中に位置した最終区画内の流体出口と、 上記第１区画と最終区画の間に位置した複数の中間区画
   と、を含み、 該中間区画が、上記第１区Ｐｉｉおよび最終区画とを流
   体連通ずると共に、第１区画を最終区画がら熱絶縁する
   ように配設されており、 上記ハウジング中にあって、相互に接続された区画の少
   くとも一部内の流体を加熱する手段を含むことを特徴と
   するヒータ。 （２）　前記第１区画及び最終区画内に配設された加熱
   手段を制御する第１の制御要素、及び前記中間区画の少
   くとも１つ内に配設された加熱手段を制御する第２の制
   御要素、を備えた特許請求の範囲第１項の区画化電気水
   ヒータ。 （３）前記区画がハウジング内にあって各区画毎の単一
   人口と単一出口を形成するための１つの垂直パネルと複
   数の離間した水平パネルを備え、各隣接する水平区画が
   、ハウジングの全長にわたって延びていない垂直パネル
   部分で形成された水平のＵ字状流路を介して流体連通ず
   るように配設され、垂直方向に隣接した各区画がハウジ
   ングの全長にわたって延びていない水平パネルで形成さ
   れた垂直のＵ字状流路を介して流体連通するように配設
   された時特許請求の範囲第１項の区画化電気水ヒータ。 （４）流体連通した前記区画が入口から出口へ向かって
   延びたラセン状の傾斜面を備えた特許請求の範囲第１項
   の区画化電気水ヒータ。 （５）前記パネルが熱絶縁され、区画間に温度の層扶措
   造を与える特許請求の範囲第３項の区画化電気水ヒータ
   。 （６）前記区画が直列に相互に接続され、１つの区画か
   ら次に続く区画へ向かう反転した水流を与えるように配
   設された特許請求の範囲第１項の区画化電気水ヒータ。 （７）前記ハウジングが矩形である特許請求の範囲第１
   項の区画化電気水ヒータ。 （８）　ハウジングと、 上記ハウジングの下部中に位置した第１区画内の流体入
   口と、 上記ハウジングの上部中に位置した最終区画内の流体出
   口と、 上記ハウジング内の流体入口と流体出口間にジグザグ状
   の流体流路を形成する手段と、上記第１区画と最終区画
   の間に位置した複数の中間区画と、を含み、 該中間区画が、上記第１区画及び最終区画と流体連通ず
   ると共に、第１区画を見終区画から垂直及び水平両方向
   で熱絶縁するように配設されており、 前記第１、最終及び中間区画のそれぞれ内の加熱エレメ
   ントと、 前記第１及び最終区画内の加熱エレメントへ電気的に接
   続された第１温度制御装置と、前記中間区画内の加熱エ
   レメントへ電気的に接続された第２温度制御装置と、を
   含むことを特徴とする区画化電気水ヒータ。 （９）前記区画がハウジングの外部を各区画へ分割する
   複数のパネルによって形成された特許請求の範囲第８項
   の区画化電気水ヒータ。 θ０）相互に接続された前記区画がラセン状の傾斜面を
   備えた特許請求の範囲第８項の区画化電気水ヒータ。 （１１）　ｌ！Ｊ接する前記区画が相互に熱的に絶縁さ
   れた特許請求の範囲第８項の区画化電気水ヒータ。 （１２）各隣接する水平区画が、ハウジングの全長にわ
   たって延びていない水平パネルで形成された垂直のＵ字
   状流路を介して流体連通するように配設された特許請求
   の範囲第８項の区画化電気水ヒータ。 （１３）　需要に応じて液体を加熱する方法であって、
   複数の区画を介し入口区画から出口区画へ、２つの相連
   続した区画内を水が実質上逆方向に流れ、［つ、水が実
   質」二同一平面内において水平１）字形の脚部を成す上
   記区画のうち２個間のぼ一水平なＵ字状路を経て流れ、
   更に水が実質上同一平面内において垂直Ｕ字形の脚部を
   成す上記区画のうち上下に重ねられた別の２個間のはり
   垂直なＵ字状路を経て流れるように水を流すこと、 上記水を複数の区画内に保持された複数の加熱ニレメン
   １〜と接触させること、及び 温水の需要に応じ１つ以上の上記加熱エレメントを付勢
   すること、 を含むことを特徴とする方法。 （１４）前記は一画面のＵ字状路が、Ｕ字形の上方脚が
   上方脚に向かって上方に傾斜したラセン状路から成る特
   許請求の範囲第１３項の方法。 （１５）　比較的な大きな温水需要に応じ複数の加熱エ
   レメントをイ１勢すること、及び小さい温水需要に応じ
   上記より少い数の加熱エレメントを付勢することを含む
   特許請求の範囲第１３項の方法。 （１６）　比較的小さい温水需要に応じ、人口及び出口
   区画内だけの加熱エレメントが付勢される特許請求の範
   囲第１５項の方法。 （１７）比較的大きい温水需要に応じ、全区画内の加熱
   エレメントが付勢される特許請求の範囲第１５項の方法
   。 （１８）　最初の区画を最後の区画から水平及び垂直両
   方向に絶縁するように配置された少（とも６個の区画を
   通じて水を流すことを含む特許請求の範囲第１３項の方
   法。 （１９）　前記入口区画から出口区画へ延びたラセン状
   傾斜面を通じて水を流すことを含む特許請求の範囲第１
   ３項の方法。 （２０）　ヒータ容量の最大１／６を供給温度に加熱す
   ることを含む特許請求の範囲第１３項の方法。 （２１）液体を７Ｊｕ熱するための区画化電気ヒータで
   あって ハウジングと、 上記ハウジング中に位置した第１区画内の流体入口と、 上記ハウジング中に位置した最終区画内の流体比１」と
   、 上記第１区画と最終区画が少くとも１個の中間区画によ
   って分離され、各区画を通る液体流が１つの区画から次
   に続く区画へ実質上逆方向に流れるように、上記中間区
   画が第１及び最終区画と流体連通して配設されており、 上記区画を分離且つ形成する手段、及び、上記区画を収
   納する手段を含むことを特徴とする区画化電気ヒータ。