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発明の名称 流体加熱装置およびそれを用いた給湯装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−10255(P2007−10255A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193363(P2005−193363)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 白井 滋 / 國本 啓次郎 / 中村 一繁
要約 課題
熱的安全性と合理的加工性とを両立する流体加熱装置を提供する。

解決手段
本発明の流体加熱装置は、発熱体7を囲うケース8,11,13と、発熱体7の外周の流路9に水を取り込む流入口10と、流路9の湯を取り出す流出口12と、ケース8,11,13は複数の材料の構造体を備えたことで、熱的安全性と生産しやすい合理的加工性の両方を確保することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
発熱体と、前記発熱体を囲うケースと、前記発熱体の外周の流路と、前記流路に低温流体を取り込む流入口と、前記流路の高温流体を取り出す流出口と、前記ケースは複数の異なる材料からなる構造体を備えた流体加熱装置。
【請求項2】
ケースは、少なくとも一つの構造体を耐熱材料で構成した請求項1記載の流体加熱装置。
【請求項3】
ケースは、発熱体の発熱部に対向する部分を耐熱材料で構成した請求項1記載の流体加熱装置。
【請求項4】
ケースは、金属の構造体と樹脂の構造体とで構成した請求項1〜3のいずれか1項記載の流体加熱装置。
【請求項5】
金属の構造体と樹脂の構造体の間は耐熱シール材を用いたシール構成とした請求項4記載の流体加熱装置。
【請求項6】
金属の構造体と樹脂の構造体の間は断熱シール材を用いたシール構成とした請求項5記載の流体加熱装置。
【請求項7】
樹脂の構造体に流入口および流出口を設ける構成とした請求項4記載の流体加熱装置。
【請求項8】
請求項1から7記載の構成を備えた瞬間式の流体加熱装置。
【請求項9】
請求項1から8記載の流体加熱装置を用いた給湯装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体を加熱するヒータを備えた流体加熱装置と、それを用いた給湯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の流体加熱装置は、図9に示すように、流入口101と出水口102を設けたパイプ状ケース103の中に、片側にフランジ104を設けたシーズヒータ105をビス106で固定し、パッキン107でシールした構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記構成において、洗浄水は、流入口101からパイプ状ケース103に流れ込み、シーズヒータ105の表面の流路108を流れながら加熱され、出水口102から温水が吐出されるものである。
【特許文献1】特開2001−336203号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前記従来の構成のような洗浄水を使用するとき瞬間的に加熱する瞬間式の流体加熱装置は、貯湯式の加熱装置に用いられるヒータに比べて一般的に瞬間消費電力が高く、洗浄水加熱時のヒータ表面温度は貯湯式のものに比べて高温になる。しかも流路108となるパイプ状ケース103とシーズヒータ105の表面との距離が近いため、何らかの異常たとえばシーズヒータ105の通電を制御する制御器や水の有無や流れを検知するセンサなどが故障して、パイプ状ケース103内に水が無いにもかかわらずシーズヒータ105に連続通電されるようなことが発生すると、パイプ状ケース103が樹脂で形成されている場合は発煙などの可能性も考えられる。一方、パイプ状ケース103を金属で形成すると、上記のような熱負荷による事故に対して安全性は高いが、流入口101や出水口102などを形成するために、たとえばロー付けや複雑なパイプ加工技術を要し、量産に適さない、などの課題を有していた。
【0005】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱的安全性と合理的加工性とを両立する流体加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流体加熱装置は、発熱体と、前記発熱体を囲うケースと、前記発熱体の外周の流路と、前記流路に水を取り込む流入口と、前記流路の湯を取り出す流出口と、前記ケースは複数の材料の構造体を備えたものである。
【0007】
これによって、たとえば熱負荷の高い部分には耐熱性の高い材料で、負荷の相対的に低い部分は成形性の優れた材料で構成することで、熱負荷の高い部分の熱的安全性と生産しやすい合理的加工性の両方を確保する構成となる。
【発明の効果】
【0008】
本発明の流体加熱装置は、熱負荷に応じて材料を配置することができて、熱的安全性が高く、かつ構成しやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
第1の発明は、ケースを複数の異なる材料からなる構造体で構成することにより、熱負
荷の高くなる部分は耐熱性の高い材料で、熱負荷の低い部分は制作しやすい材料というように熱負荷に応じて材料を配置することができて、熱的安全性が高く、かつ構成しやすくすることができる。
【0010】
第2の発明は、特に第1の発明のケースは、少なくとも一つの構造体を耐熱材料で構成したことにより、高温になる箇所の構造体の耐熱温度を高くでき、熱的安全性を高くすることができる。
【0011】
第3の発明は、特に第1の発明のケースは、発熱体の発熱部に対向する部分を耐熱材料で構成したことにより、空焚き時などに最も高温になる発熱部と対向する部分の耐熱温度が高くなり、熱的安全性を高くすることができる。
【0012】
第4の発明は、特に、第1の発明から第3の発明のケースは、金属の構造体と樹脂の構造体とで構成したことにより、高温部を金属の構造体である金属ケースで耐熱安全性を確保し低温部を樹脂の構造体である樹脂ケースで製作簡単となり、熱的安全性が高く、かつ構成しやすくすることができる。
【0013】
第5の発明は、特に、第4の発明の金属の構造体と樹脂の構造体の間のシール材は、耐熱シール材を用いたシール構成にしたことにより、金属の構造体である金属ケースが高温になった場合においてもシールを確実にすることができ、流体の外部漏れを防止することができる。
【0014】
第6の発明は、特に、第5の発明の金属の構造体と樹脂の構造体の間のシール材は、断熱シール材を用いたシール構成にしたことにより、金属の構造体である金属ケースが高温になった場合においても樹脂の構造体である樹脂ケースへの熱伝導を抑制でき、樹脂ケースが高温で損傷することを防止することができる。
【0015】
第7の発明は、特に、第4の発明の樹脂の構造体に流入口および流出口を設ける構成にしたことにより、たとえば低圧力損失構成や流体攪拌機能を付加するために多少複雑形状になっても樹脂成形で簡単に加工できるので、金属の構造体との組み合わせにより熱的安全性と生産しやすい合理的加工性の両方を確保できる。
【0016】
第8の発明は、特に、第1の発明から第7の発明の構成を備えた瞬間式の流体加熱装置は、必要なときに必要な量の流体をエネルギーロス少なく瞬間的に加熱でき熱的安全性と合理的加工性を兼ね備えた流体加熱装置にすることができる。
【0017】
第9の発明は、特に、第1の発明から第8の発明の流体加熱装置を用いた給湯装置は、必要なときに必要な量の水を瞬間的に加熱でき熱的安全性と合理的加工性を兼ね備えた流体加熱装置で、貯湯式に比べエネルギーロス少なく、かつ湯切れしない安全でコンパクトな給湯装置にすることができる。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0019】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における流体加熱装置の断面図を示すものである。
【0020】
図1において、流体加熱装置は、流体としての水を加熱する発熱体としてのシーズヒータ7と、その発熱体であるシーズヒータ7を囲う金属ケース8と、前記シーズヒータ7の外周の流路9と、前記流路9に水を取り込む流入口10を備えた樹脂の構造体である樹脂
ケース11と、前記流路9の湯を取り出す流出口12を備えた樹脂ケース13と、前記ケース8,11,13は金属の構造体である金属ケースおよび樹脂ケースといったふうに複数の材料の構造体で構成され、また、金属ケース8と樹脂ケース11および金属ケース8と樹脂ケース13との間には、それぞれ流体シールのためのOリング14、15を備えている。また、シーズヒータ7と樹脂ケース11,13との間にも、それぞれ流体シールのためのOリング16、17を備えている。そして、シーズヒータ7の外周を囲って流路9を構成する前記金属ケース8と、前記流路9を螺旋状に構成するために螺旋コイル18を備えている。この螺旋コイル18は、樹脂ケース11に設けた螺旋コイル固定溝40に端末部をはめ込み、ケース11にケース8を挿入組付するだけで、螺旋コイル18を保持できるようになっている。この係止の構造により、螺旋コイル18は、流路内からの抜け止め、流路内での回り止めが確実に行う。また、流体加熱装置の位置を取付固定するため、樹脂ケース11には本体取付部41、樹脂ケース13には本体取付部42を備えている。
【0021】
図1のシーズヒータ7は、断面が円形の棒状である。本実施例では、熱伝導性のよい銅管のシース19を用いているが、流体の種類によっては耐食性の高いステンレスなどのシースを用いてもよい。シーズヒータ7は、シース内部にニッケルクロムなどのヒータ線を有する発熱部20と、シース端部の非発熱部27、28(網掛け部)に分けられる。この非発熱部27(網掛け部)は内部に通電端子21、22があり,通電端子21、22は電気抵抗が小さいため通電してもほとんど発熱しない。通電端子21、22間のヒータ線20の周囲は絶縁物である酸化マグネシウム粉末が高密度に充填されており,ヒータ線20の発熱はこの酸化マグネシウムを介してシース19に伝達され,シース表面を流れる流体が加熱される構成である。
【0022】
そして、Oリング14、15、16、17は、ケース11、8、13内を流れる流体が外部へ漏れることを防ぐための保持部材としてのシール材である。まず、流入口10側はシール材であるOリング14が、鍔出し加工した銅管にてなる金属ケース11と樹脂ケース11との間に嵌め込まれた状態で押さえ板23を樹脂ケース11にビスによって固定することで、ケース11の外に流体が漏れないように封止している。またOリング16は、シース19と樹脂ケース11との間をシールし押さえ板24を樹脂ケース11にビスによって固定することで、ケース11の外に流体が漏れないように封止している。そして、流出口12側は、シール材であるOリング15が、鍔出し加工した銅管にてなる金属ケース11と樹脂ケース13との間に嵌め込まれた状態で押さえ板25を樹脂ケース13にビスによって固定することで、ケース13の外に流体が漏れないように封止している。またOリング17は、シース19と樹脂ケース13との間をシールし押さえ板26を樹脂ケース13にビスによって固定することで、ケース13の外に流体が漏れないように封止している。
【0023】
なおOリング16、17は、上記したケース11、8,13の外に流体が漏れるのを防ぐ流体の外部封止の役目のほかに,発熱体であるシーズヒータ7を保持する役目を兼ねている。つまり,Oリング16は押さえ板23とケース11によって挟み込まれてシーズヒータ7の一方の端部の非発熱部27の外周に当接し,Oリング17は押さえ板26とケース13によって挟み込まれてシーズヒータ7の他方の端部の非発熱部28の外周に当接し、シーズヒータ7の外周を保持する構成である。
【0024】
また,金属ケース8の外周の円弧に一部密着して沿うように銅板を曲げ加工した熱伝達板29をビスで締結固定し、前記シーズヒータ7の電力制御素子で発熱電子部品であるトライアック30を熱的に十分接触するようにビスで締結固定してある。さらに前記熱伝達板29と金属ケース8の外周との間には、異常温度過熱時にシーズヒータ7への通電を遮断する温度過昇防止手段である温度ヒューズ31を熱的に十分接触するように固定してある。
【0025】
また,樹脂ケース13の流出口12には,流体の温度を検知するサーミスタ32が取付けられている。その通電遮断手段であるサーミスタ32の信号は制御手段である制御器33と導線接続されている。そのサーミスタ32や制御手段33などの電気的故障が生じた場合においても,流体の加熱温度が危険な温度になることを防止できるように,所定温度で電気接点が機械的にオンオフする温度スイッチであるサーモスタット34が装着してある。
【0026】
以上のように構成された流体加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
【0027】
まず、流入口10から流体が流入すると、制御手段33はシーズヒータ7への通電を開始する。すると、シーズヒータ7とケース8との間を流れる流体と、シーズヒータ7との間で熱交換され、所定温度まで加熱された流体が流出口12から流出される。この際、流出口12から流出される流体の温度は、温度検知手段であるサーミスタ32から制御手段33に信号が送られ,制御手段33はサーミスタ32からの温度信号に応じてトライアック30を介してシーズヒータ7への供給電力をコントロールしながら,流出口12から流出される流体の温度が所定温度になるように制御される。
【0028】
このように,トライアック30によってシーズヒータ7の電力を加減する際,電力制御素子で発熱電子部品であるトライアック30も発熱するため,その熱の冷却をしなければトライアック30が熱で破損することになるわけであるが,本実施例のように銅管の金属ケース8の外周の円弧に一部密着して沿うように銅板をプレス曲げ加工した熱伝達板29をビスで締結固定し、前記シーズヒータ7の電力制御素子で発熱電子部品であるトライアック30を熱的に十分接触するようにビスで締結固定した構成により,トライアック30の熱は熱伝達板29を伝わって流体に放熱される。
【0029】
また,樹脂ケース13の流出口12付近に所定温度で電気接点が機械的に電流遮断する温度スイッチであるサーモスタット34が装着してあるので,たとえ何かの異常でサーミスタ32や制御手段33などの電気的故障が生じた場合においても,流体の加熱温度が所定温度以上になるとサーモスタット34の電気接点が機械的に開放状態になり,シーズヒータ7への通電が遮断されるので,危険な温度になることを防止できる。
【0030】
さらにまた,金属ケース8と熱伝達板29との間に温度過昇防止手段である温度ヒューズ18を挟み込んで取付けてあるので,まず起こり得ないであろう前記サーミスタ32や制御器33が故障し,さらにサーモスタット34までも全て不安全側の故障が生じたと仮定した場合においても,流体の温度が所定温度以上になると温度ヒューズ18が電気的導通を遮断する。
【0031】
以上は、ケース11、8、13内に水がある場合の動作、作用であるが、もしも何かの異常でケース11、8、13内に水がない空焚き状態の場合、シーズヒータ7の中のヒータ線20に通電され、ヒータ線20およびシース19の温度が上昇する。この場合、シーズヒータ7の表面から熱を奪う水がないため、中のヒータ線20およびシース19の温度は通常のケース11、8、13内に水がある場合と比較して急速に上昇する。さらにそのままヒータ線20にフル通電されれば、シース19の温度は急上昇するだけでなく水の沸騰温度の100℃をはるかに超え赤熱状態にもなり得る。
【0032】
ところが、本実施例のように発熱体であるシーズヒータ7の発熱部であるヒータ線20に対向する部分を耐熱材料である金属ケース8で構成したことにより、上記のような空焚き時に最も高温になるヒータ線20およびシーズヒータ7からの輻射熱が対向する金属ケース8の内面を加熱し、その熱が金属ケース8の外側に密着した温度ヒューズ31および
熱伝達板29に伝達され、不安全に事態を引き起こす温度より低い温度で温度ヒューズ31が溶断してシーズヒータ7への通電が遮断されるように作用する。この金属ケース8を仮に樹脂ケースで構成した場合、空焚きするとシーズヒータ7の高温輻射熱により樹脂ケースから発煙する可能性もあり、さらに樹脂の熱伝導率が小さいため温度ヒューズ31はまだ溶断せずに、シーズヒータ7はさらに通電加熱され続けて樹脂ケースが溶けて孔が開く可能性も考えられる。そこで、本実施例のようにケース11、8、13を金属ケース8と樹脂ケース11、13というように複数の材料で構成することにより、特に異常時に熱負荷が高くなる可能性のある部分は耐熱性の高い金属材料で、熱負荷の低い部分は制作しやすい樹脂材料で構成するというように熱負荷に応じて材料を配置することができ、本実施例の流体加熱装置は、熱的安全性が高く、かつケース11を貫通するシーズヒータ7の軸心に対して偏心させた流入口10を有するケース11も樹脂の射出成形で簡単に生産できるなどや構成しやすい特徴を合わせ持つことができる。
【0033】
なお、樹脂ケース11、13と対向するシーズヒータ7のシース端部は非発熱部27、28(網掛け部)であるため、発熱部20の外周のシースと比較すると温度は低い。したがって、シーズヒータ7のシース端部は非発熱部27、28(網掛け部)と対向する樹脂11、13は樹脂の耐熱温度で実用可能である。また、金属ケース8と樹脂ケース11、13の間のシール材14、15は、フッ素ゴムのOリングで耐熱温度は約200℃である。
【0034】
ニトリルゴムやエチレンプロピレンゴムのOリングの場合、耐熱温度は約100℃前後に比較すると約2倍の耐熱性の耐熱シール材である。つまり、金属ケース8と樹脂ケース11、13の間のシール材は、耐熱シール材を用いたシール構成にしたことにより、金属ケース8が高温になった場合においてもシールを確実にすることができ、流体の外部漏れを防止することができる。
【0035】
また、シーズヒータ7のシース19と樹脂ケース11、13の間のシール材16、17も、耐熱シール材であるフッ素ゴムのOリングでシールしているため、空焚き異常が発生して温度ヒューズ31が通電遮断するまでに、シース19が高温になってOリング16、17に伝熱した場合でも、耐熱シールであるため流体の外部漏れを防止することができる。
【0036】
さらにまた、上記したシール部材14、15、16,17はゴムのOリングで、金属に比べて桁違いに熱伝導率が小さく優れた断熱シール材であり、金属ケース8やシース19が高温になった場合でも、樹脂ケース11、13への熱伝導を抑制でき、樹脂ケース11、13が高温で軟化や焦げなどの損傷で、シール性を損なって流体がケースの外部に漏れる外部漏れを防止することができる。さらに外部漏れ防止の効果だけでなく、本実施例は棒状のシーズヒータ7両端の外周部と樹脂ケース11、13内側との間をゴムのOリング16,17でシールした構成により、温度変化によってシーズヒータ7が軸方向および径方向に膨張収縮しても、ゴムのOリング16,17がゴム弾性によってシール性を確保したまま径方向や軸方向に撓むことができ、軸方向の膨張収縮が大きい場合もシーズヒータ7がOリング16,17によってシールされながら軸方向摺動自在に支持されるので、シーズヒータ7および樹脂ケース11、13に無理な引っ張りや圧縮の応力が作用しないため、熱による膨張収縮の繰返しに対し、優れた耐久信頼性を確保できるという特有の効果を有する。
【0037】
なお、シーズヒータ7がOリング16,17によって軸方向に摺動自在に支持した構成で、シーズヒータ7が膨張収縮を繰り返すことによって次第に軸方向にずれて外れることを防止するため、押さえ板23、26の一部をU字型に曲げてストッパー35,36が形成してある。シーズヒータ7が軸方向の左右いずれにずれたとしても、ストッパー35,
36によって当接すると、それ以上ずれることはなく、シーズヒータ7および樹脂ケース11、13にも無理な機械的応力も作用しない。たとえば仮に、シーズヒータ7の両端にフランジをロー付けしてケースに固定したような固定支持だとしたら、シーズヒータの膨張収縮による寸法変化を弾力的に吸収することができずロー付け部等に機械的応力が繰り返し作用して亀裂破損の発生する恐れがあるが、本実施例のようなシーズヒータ7がOリング16,17によって軸方向に摺動自在に支持した構成であれば、膨張収縮による亀裂破損の防止効果と樹脂ケース11、13への熱伝導を抑制効果がある。
【0038】
またケース11、13は樹脂にすることで、多少複雑な形状も射出成形など樹脂成形加工法で簡単に形成できるため、流入口10および流出口12を設けるだけでなく、サーミスタ32やサーモスタット34を一体的に小型コンパクトに装着できる形を簡単に実現することができる。たとえば流入口10および流出口12をスムースに流路断面積が変化するような低圧力損失の流路形状や、流入口10および流出口12をシーズヒータ7や金属ケース8の軸心より偏心させて、流体がシーズヒータ7の表面を旋回しながら流しスケール付着防止効果を高める流路形状にするために、ケース11、13が多少複雑な形状になっても樹脂成形で簡単に加工できる。さらに、図2に示す螺旋コイル固定溝40や、本体取付部41,42のような細かな構成も加工しやすい。特に螺旋コイル固や本体取付部41,42などは、取付状況に合わせて形状を変更する可能性もあり、緻密な形状についての加工容易性は要求される。このように、金属ケース8との組み合わせにより熱的安全性と生産しやすい合理的加工性の両方を満足させることができる。
【0039】
また、本実施例の流体加熱装置について水は、図2の側面断面図(図1のA−A断面)に示すように、樹脂ケース11の中心から偏芯した側面位置に設けた流入口10から入水し、シーズヒータ7のシース19の外周に流れ込み、さらに、シース19の外周に沿って螺旋状に配置した螺旋コイル18によって、シース19の外周を螺旋状に旋回して流れ、再び側面に設けた吐出口12より吐出されることになる。ここで、螺旋状に配置する螺旋コイル18は、螺旋コイル18のピッチ間に形成される流路断面積が、ケース8とシース19との間に構成された略ドーナツ状の流路の断面積より狭くなるようなピッチで旋回させるようにした。この結果、螺旋コイル18に沿って螺旋状に流れる旋回流の流速は、螺旋コイル18がない場合に比べて速くなり、流速が加速されることになる。
【0040】
また、ケース8とシース19で囲まれた円筒状の流路空間はアスペクト比の大きな流路断面となり、もし螺旋コイル18がない場合は、ケース8の中心から偏芯した側面位置に設けた流入口10から入った水は、当初はシース19の外周に沿って螺旋状に流れるが、下流になるにしたがって旋回流が失われ、徐々に円筒状の軸方向の流れ成分が主体となり、下流においては実質上、水の流速が遅くなる。しかし、本実施例では、流路9を螺旋状に構成するための流速変換手段としての螺旋コイル18を、発熱体であるシーズヒータ7の外周に備えた構成なので、流れは旋回流で速い流速状態が継続し、シーズヒータ7のシース19と流体である水の境界層の領域が非常に薄くなる。その様子を示す流速分布図を、図3と図4に模式的に示す。このように、図3に示す流速の遅い部分37が、図4に示す流速流速分布の境界層38のように少なくなり、シーズヒータ7のシース19に付着するスケールなどが蓄積することを防止することができる。
【0041】
また、析出したスケール分は、速い流れによって下流側に流されてしまう効果があるとともに、流速の旋回流によってスケールが小さく砕かれて下流側に流れていくので、下流側で詰まることがない。そして、流体加熱装置内にスケールが付着しにくくなることによって、流体加熱装置としての寿命を延ばすことができる。また、螺旋状のスムーズな流れとすることで、速い流速でありながら、流路の圧損を少なく実現できるとともに、速い流速とすることで熱交換効率を向上することができ、小型化を実現することができる。
【0042】
このように、発熱体7の外周に設けたケース8によって流路9を構成し、その流路9の一部に流速を加速させる流速変換手段である螺旋コイル18を備えた構成とすることにより、流路の流速が加速され、発熱体7表面に発生するスケールなどの付着を軽減することができる。そして、発熱体7の外周に流速旋回する流路9を構成することで、小型で高効率を実現し、かつスケールが付着しなくて長寿命とすることができる。そして、発熱体7の外周に流路9を設けることで、発熱体7の熱は流路の水に奪われるため、熱絶縁が流路によって行われることになり、ケース8の外側に断熱層を設ける必要がなく小型にすることができる。また、発熱体7を流路で囲うことで外部へ熱を逃がさない構成とすることができ、熱交換効率を高めることができる。また、流速を速くすることで、気泡の発生を低減し、スケールの発生を抑制すると共に、シーズヒータ7のシース19の表面温度を低く抑えることができるので、沸騰音の発生を低減することができる。ちなみに、流路9に設けた流速変換手段である螺旋コイル18は、シーズヒータ7のシース19や金属ケース8と同種の金属(本実施例の場合は銅)にしたことで電食作用による腐食を防止することができる。
【0043】
つまり、発熱体7の外周に設けた流路9と、前記流路9を構成するケース8と、少なくとも前記流路9の一部に流速を変化させる流速変換手段である螺旋コイル18を備えた構成とすることにより、流路9の流速により、発熱体7表面に発生するスケールなどの付着物を剥離することができるので付着を軽減することができ、小型で高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。
【0044】
以上の実施の形態1の流体加熱装置についてまとめると、ケース11、8、13を複数の材料で構成することにより、熱負荷の高い部分は耐熱性の高い金属材料で、熱負荷の低い部分は制作しやすい樹脂材料で、といったように熱負荷に応じて異種の材料を配置することによって、生産しやすく、かつ熱的安全性が高い流体加熱装置を提供することができる。
【0045】
また、複数のケース11、8、13のうち少なくとも一つを金属のような耐熱材料で構成したことにより、高温になる箇所の構造体の耐熱温度を高くでき、熱破損などの心配がない、熱的に安全な流体加熱装置が得られる。
【0046】
またケースは、発熱体7の発熱部20に対向する部分を耐熱材料で構成したことにより、空焚きなどの異常時にも安全を確保することができる。
【0047】
また金属ケース8と樹脂ケース11、13の間のシール材は、耐熱シール材を用いたシール構成にしたことにより、金属ケース8が高温になった場合においてもシールを確実にすることができ、流体の外部漏れを防止することができる。
【0048】
また金属ケース8と樹脂ケース11、13の間のシール材は、断熱シール材を用いたシール構成にしたことにより、金属ケース8が高温になった場合においても樹脂ケース11、13への熱伝導を抑制でき、樹脂ケース11、13が高温で損傷することを防止することができる。
【0049】
また樹脂ケース11、13に流入口10および流出口12を設ける構成にしたことにより、たとえば低圧力損失構成や流体攪拌機能を付加するために多少複雑形状になっても樹脂成形で簡単に加工できるので、金属ケース8との組み合わせにより熱的安全性と生産しやすい合理的加工性の両方を確保できる。
【0050】
(実施の形態2)
図5は本発明の第2の実施の形態の給湯装置を示す断面図である。この給湯装置は一般
的には温水洗浄便座と称されるもので、実施の形態1の流体加熱装置を用いて水道水を瞬間的に加熱して、適温の温水を洗浄ノズル55から噴出して人体局部を洗浄するものである。構成は、便器51の上に暖房便座52と給湯装置本体53が設置してある。そして、給湯装置本体53の中に、実施の形態1の流体加熱装置54を備え、適温に加熱された温水が洗浄ノズル55から噴出して人体56の局部を洗浄する。なお、給湯装置本体53の中には主用部品として開閉弁57と流量制御弁58を備えている。その他、制御基板などの部品は省略する。
【0051】
このような温水洗浄便座と称される給湯装置において、暖房便座52に着座すると開閉弁57が開き水道水が実施の形態1の流体加熱装置54に導入される状態になる。そして、リモコン(図示せず)の洗浄ボタン(図示せず)を押すと、流体加熱装置54によって水道水が好みの適温に加熱され、設定した好みの流量になるように流量制御弁58によって制御されて、洗浄ノズル55から噴出して人体局部を洗浄する。つまり流体加熱装置54は、温水洗浄したいときに水道水を瞬間的に加熱できる瞬間式の流体加熱装置として作用するものである。
【0052】
従来の温水洗浄便座は、このような瞬間式の流体加熱装置ではなく約1リットル程度の温水タンクを備え、常時約40℃程度にヒータ保温しておいて前記温水タンクの湯を洗浄に使用する貯湯式のものが一般的であった。しかし、貯湯式の温水洗浄便座の場合、温水タンクの湯を常時約40℃程度にヒータ保温しているため、温水タンクからの放熱ロスがあり、瞬間式の約2倍の電気代になり省エネルギー的に好ましくないという不都合があった。しかも、温水タンクの貯湯量が1リットルの場合、約1分間お湯を使用すると、温水タンク内の湯がなくなり冷たい水で洗浄することになる。このように貯湯式の場合いわゆるお湯切れの不都合もあった。また温水タンクの容積が大きいため、機器のコンパクト性を損なうという不都合もあった。
【0053】
貯湯式とは対象的に瞬間式の場合、洗浄ノズル55から噴出する洗浄流量の水を流体加熱装置54のシーズヒータ7によって瞬間的に適温加熱するため、お湯切れの課題を解消でき、連続して好みの時間洗浄でき、かつ放熱ロスもほとんどなくすることができ省ネルギーである。しかも、流体加熱装置54は貯湯式のような大きい温水タンクが不要でコンパクトにできる。ただし瞬間式の場合、瞬間的に湯に加熱するために、シーズヒータ7の定格電力(ワット数)は貯湯式のヒータの定格電力(ワット数)に較べて大きくせざるを得ない。シーズヒータ7の定格電力が大きいだけに、何かの異常故障でシーズヒータ7に定格電力が入りっ放しになったり、空焚きになったりした場合の安全性を十分確保する必要があるわけである。前にも説明したとおり、本実施例は熱的安全性を十分確保した流体加熱装置54を用いた給湯装置であり、必要な量の水を瞬間的に加熱でき熱的安全性と合理的加工性を兼ね備えた流体加熱装置で、貯湯式に比べエネルギーロス少なく、かつ湯切れしない安全でコンパクトな給湯装置にすることができる。
【0054】
なお、本実施例の給湯装置は、人体局部を洗浄する温水洗浄便座で説明したが、洗面・台所・風呂などで手洗いやシャワー用などに使用される電気給湯器の場合でも、実施の形態1の流体加熱装置54を用いて温水洗浄便座の場合と同様に、エネルギーロス少なく、かつ湯切れしない安全でコンパクトな給湯装置にすることができる。しかも、大きい貯湯タンクを無くすことができるので、軽量・薄型にもでき、外観デザイン面、設置性でも有利である。
【0055】
(実施の形態3)
図6は本発明の第3の実施の形態の給湯装置を示す断面図である。この給湯装置は一般的には洗濯洗浄装置と称されるもので、図6において、水を供給する給水口61と、給水口61から洗濯槽62に至る給水経路を主水路63とバイパス経路64に分岐する切換弁
65とを備え、バイパス経路64の途中に実施の形態1の流体加熱装置66を備えた構成である。ここで、洗剤溶解槽67、水路の切換えや流量や温度の調整、および洗濯に関する制御を行う制御回路68、排水口69である。また、図6でのB-B断面である図7に示すように、流体加熱装置66は円筒状に構成し、洗濯洗浄装置のコーナー部70に縦方向に設置して省スペースを図っている。
【0056】
以上のように構成された洗濯洗浄装置について、以下その動作、作用を説明する。まず、水は給水口61から供給され、流量制御もできる切換弁65によって、バイパス経路64に供給される。供給された水は、瞬間式の流体加熱装置66によって適温に加熱されるものである。ここで、流体加熱装置66の適温制御機能は、流路の下流側に設けたサーミスタ24によって検出される水温が、洗剤の溶解に適した温度となるように加熱用のシーズヒータ7の通電制御を行うものである。給水する水を瞬時に加熱して適温の水を洗剤溶解槽67に供給することで、冬季などの水温が低過ぎて洗剤が溶解しにくいときも、洗剤溶解槽67でよく解ける。
【0057】
すなわち、この洗剤溶解槽67の洗剤が、流体加熱装置66を経て加熱された適温水によってよく解けて、濃度の高い洗剤溶液となった状態で洗濯槽62の中の衣類に注がれる。そのよく解けた濃度の高い洗剤溶液は洗濯槽62の中の衣類によく染み込む。これは、たとえば、頑固な汚れのワイシャツの襟などに、あらかじめ液体洗剤を染み込ませてから洗濯洗浄装置に入れて洗うとよく汚れが落ちるのと同様の効果が得られることになる。このように洗濯洗浄装置に瞬間式の流体加熱装置66で適温の水に加熱し、洗剤溶解槽67であらかじめ洗剤を溶解して洗濯槽62に供給することで、時期を問わず汚れが落ちやすい給湯装置(洗濯洗浄装置)を提供できる。また、瞬間式の流体加熱装置66にすることにより、使用時のみに加熱するので電力の無駄を少なくすることができるとともに、流体加熱装置66の取付け姿勢の高い自由度とコンパクト性により小型コンパクトな給湯装置(洗濯洗浄装置)とすることができる。しかも、流体の供給異常などにより空焼きなどが発生した場合でも、熱的安全性を十分確保した実施の形態1の流体加熱装置66を使用することで安全性の高い給湯装置(洗濯洗浄装置)を提供できる。
【0058】
以上のように、本実施の形態においては、請求項1〜8のいずれかに記載の流体加熱装置と、その流体加熱装置により加熱された洗浄水を注ぐ洗濯槽を備えたことにより、生産性と安全性を両立した流体加熱装置により、汚れ落ち性能が高く安全でコンパクトな給湯装置(洗濯洗浄装置)とすることができる。なお、上記実施の形態では縦型の洗濯洗浄装置の例で説明したが、本発明はこれに限られることなく、たとえば横型あるいは斜め型などのドラム式であっても同様の効果が得られる。
【0059】
(実施の形態4)
図8は本発明の第4の実施の形態の給湯装置を示す断面図である。この給湯装置は一般的には食器洗浄装置と称されるもので、図8において、洗浄槽81、扉82により開閉自在とした開口部83、洗浄槽81の下方に設け洗浄水を噴出する噴出手段84および洗浄水を循環させるポンプ85、洗浄水を溜める水受け86、食器などの被洗浄物87を収納する洗浄かご88、洗浄かご88を移動可能に支持するレール89、送風ファン90、洗浄槽81の下方に設けた実施の形態1の流体加熱装置91、流体加熱装置91に給水する給水管65である。
【0060】
以上のように構成された給湯装置(食器洗浄装置)において、洗浄槽81内の洗浄水は流体加熱装置91によって温水化され、ポンプ85の運転により噴出手段84に圧送されて噴出手段84から勢いよく噴射される。この噴出手段84から噴射される洗浄水により洗浄かご88に収容された食器などの被洗浄物87を洗浄し、洗浄完了後は洗浄水を排水弁(図示せず)を開いて排水し送風ファン89の運転による換気で食器などの被洗浄物8
7を乾燥させるものである。実施の形態1の瞬間式の流体加熱装置91を用いることにより洗浄水の温度を被洗浄物87に適した温度に短時間で変更でき、洗浄効果を高めることができるとともに、無駄な高温化を避けて省エネルギー化を促進できる。また、安全性を高めかつコンパクトな流体加熱装置91により洗浄装置の利便性を高めることができる。このように、安全性を高めた瞬間式の流体加熱装置により洗浄水の温度を短時間で変更できるので最適な洗浄温度を任意に設定でき、小型コンパクトな給湯装置(食器洗浄装置)とすることができる。
【0061】
以上のように、本実施の形態においては、請求項1〜8のいずれかに記載の流体加熱装置と、食器などの被洗浄物を収納する洗浄槽と、前記流体加熱装置により加熱された洗浄水を被洗浄物に噴出させる噴出手段を備え、安全性の高い瞬間式の流体加熱装置により洗浄水の温度を短時間で変更できるので最適な洗浄温度を任意に設定でき、安全な給湯装置(食器洗浄装置)を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【0062】
以上のように、本発明にかかる流体加熱装置は、発熱体の外周に設けた流路に流速変換手段を設置することで、流路の流体流速が加速され、発熱体表面に発生するスケールなどの付着物を軽減することができ、小型で高効率を実現しかつ長寿命とすることができる。そして、それを用いた衛生洗浄装置は、省エネルギーでかつ小型化が実現でき、長寿命の装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の実施の形態1における流体加熱装置の断面図
【図2】同流体加熱装置の側面断面図
【図3】流体加熱装置内の流れ分布説明図
【図4】流体加熱装置内の流れ分布説明図
【図5】本発明の実施の形態2における給湯装置の断面図
【図6】本発明の実施の形態3における給湯装置の断面図
【図7】同給湯装置の平面断面図
【図8】本発明の実施の形態4における給湯装置の断面図
【図9】従来の流体加熱装置の断面図
【符号の説明】
【0064】
7 発熱体(シーズヒータ)
8 ケース
9 流路
10 流入口
11 ケース(樹脂ケース)
12 流出口
13 ケース(樹脂ケース)
14 シール材(Oリング)
15 シール材(Oリング)
16 シール材(Oリング)
17 シール材(Oリング)
18 螺旋コイル
20 発熱部
23 押さえ板
24 押さえ板
25 押さえ板
26 押さえ板
27 非発熱部
28 非発熱部
29 熱伝達板
30 トライアック
31 温度ヒューズ
32 サーミスタ
33 制御器
58 流体加熱装置
66 流体加熱装置
91 流体加熱装置




 

 


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