JP2000241022A

JP2000241022A - 水の瞬間加熱装置

Info

Publication number: JP2000241022A
Application number: JP4502399A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nomura; 年弘野村; Tetsuo Matsunaga; 哲夫松永
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】必要量の熱湯を使用の都度、瞬時に生じさせる
ようにする。【解決手段】【請求項１】上部に給水口３を有し、下部に湯口５を有
する金属容器１内に中子６を同心に配置して、環状の隙
間７を形成し、その外側に電磁コイル１０を巻き、給水
口３に水を供給しながら電磁コイル１０に高周波電流を
流して金属容器１を誘導加熱し、環状隙間７を通過する
水を加熱して湯口５から熱湯を連続的に取り出す。必要
量の水をまとめて加熱するのではなく、ごく少ない流量
で湯口５から流出させながら環状隙間７流動する水を集
中的に加熱するので、高温の熱湯を瞬時に得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水を効率的に電
気加熱する装置に関し、詳しくは水を瞬間的に電気加熱
して熱湯あるいは蒸気を連続的に発生させる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水を電気加熱して湯を得る装置として、
従来はニクロム線などの高抵抗材に通電して発熱させ、
この熱を容器内に貯留した水に伝達して湯を沸かした
後、これをそのまま保存するものが一般に用いられてい
る。ところが、このような溜め置き式の装置は、容器内
の水全体を加熱するために水温を所定温度まで上昇させ
るのに時間がかかる上に、熱湯を長時間保存しておくと
放熱による電力損失が大きいという問題があった。ま
た、貯湯中に容器の成分が溶け出したり、風味が損なわ
れたりする懸念があり、この点では特に飲用として問題
であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近時、水を満た
した容器内に金属物体を置き、容器の外側に配置した電
磁コイルに高周波電流を流して金属物体を誘導加熱し、
これと接触する水を加熱するものが提案されている。し
かし、このものも容器内の水全体を加熱するために昇温
に時間を要し、短時間で熱湯が得られるとはいい難い。
そこで、この発明の課題は、必要な量の熱湯、更には水
蒸気を瞬時に得られるようにすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】容器内に貯留した水の全
体を加熱すると、所定の温度に達するまで時間がかか
り、また保温電力も必要となる。そこで、この発明は、
一回に消費される必要量の水だけをその都度加熱するも
のとし、かつその場合、その水量をまとめて加熱するの
ではなく、ごく少ない流量で流動させながら、被加熱部
を通過する水を集中的に加熱し、瞬時に高温の熱湯とし
て湯口から連続的に取り出せるようにするものである。

【０００５】この考え方によれば、例えば数kWの電力で
10ccの常温の水を１秒以下で90℃以上に加熱することが
できる。従って、10〜20cc/ 秒の流量でコップ一杯(200
cc)程度の熱湯が10秒前後の時間で得られ、飲料自動販
売機などでは、販売の都度、水を加熱して飲料を調製す
ることが可能になる。

【０００６】水の加熱機構としては、電流を流して発熱
させた金属を水に直に接触させる構造を採用し、上記金
属には電磁コイルを介して誘導電流を誘起するか、直に
電圧を印加して電流を流すものとする。水の急速加熱を
実現するためには、上記金属の被加熱部はできるだけ薄
肉として電気抵抗を増やし、かつ熱容量を小さくするの
がよく、また水との接触面積を大きくして熱伝達の促進
を図る必要がある。

【０００７】上記した観点から、誘導電流方式のこの発
明は、一端に給水口を設け、他端に湯口を設けた中空円
筒状の金属容器内に円柱状の中子を同心に配置して、こ
の中子と前記金属容器との間に環状の隙間を形成すると
ともに、この隙間の外側に電磁コイルを配設し、前記給
水口に水を供給しながら前記電磁コイルに高周波電流を
流して前記金属容器を誘導加熱し、前記環状隙間を通過
する水を加熱して前記湯口から熱湯を連続的に取り出す
ようにするものとする（請求項１）。

【０００８】この請求項１においては、金属容器の電磁
コイルで囲んだ部分の水を中子で排除し、環状隙間を通
過する水のみを金属容器の発熱で加熱して、水を瞬時に
熱湯にする。金属容器は電気抵抗が大きいほうがよい
し、薄肉で高強度を要するので、銅やアルミ系よりもニ
クロム鋼やステンレス鋼が適している。

【０００９】前記環状隙間には、リブによりらせん状の
通水路を形成するのがよい。このリブは環状隙間の精度
を安定させるとともに、水をらせん状に流して金属容器
との接触面積を増やし、また湯口付近の水温を渦流の効
果で均一にする作用がある（請求項２）。

【００１０】前記中子は樹脂でもよいが、金属の中空円
柱体とすることにより、この中子も誘導加熱されて加熱
面積が倍増するので装置を小型化することができ、また
外部容器を樹脂などの絶縁物で構成することも可能にな
り、その場合には軽量化や電磁コイルの絶縁の容易化が
図れる（請求項３）。

【００１１】円筒容器内に中子を配置して環状隙間を形
成する請求項１に代えて、一端に給水口を設け、他端に
湯口を設けた二重金属円筒の外側又は内側に電磁コイル
を配設し、前記給水口に水を供給しながら前記電磁コイ
ルに高周波電流を流して前記二重金属円筒を誘導加熱
し、この二重金属円筒の内外壁間の環状空間を通過する
水を加熱して前記湯口から熱湯を連続的に取り出すよう
にすることもできる（請求項４）。この請求項４におい
ては、水を滞留させる部分が不要であり、小型軽量化が
図れるとともに、滞留する水の水質の変化の心配がな
い。

【００１２】前記環状空間には請求項１と同様に、リブ
によりらせん状の通水路を形成するのがよい（請求項
５）。また、前記二重金属円筒の内側に電磁鉄心を設け
れば、磁束漏れが減少して加熱効率が高まる（請求項
６）。

【００１３】請求項４を発展させた構成として、一端に
給水口を設け、他端に湯口を設けた金属管をらせん状又
は渦巻き状に巻いて加熱コイルを形成し、この加熱コイ
ルの巻き始め端と巻き終わり端とを電気的に短絡すると
ともに、その外側又は内側に電磁コイルを配設し、前記
給水口に水を供給しながら前記電磁コイルに高周波電流
を流して加熱コイルを誘導加熱し、この加熱コイルの前
記金属管を通過する水を加熱して前記湯口から熱湯を連
続的に取り出すようにすることができる（請求項７）。

【００１４】この請求項７においては、被加熱円筒をら
せん状又は渦巻き状としたことにより、二次電流（誘導
電流）の流れが明確となり、給水口から湯口までの加熱
分布が均等化され、水の淀みや局部加熱が生じにくくな
る。また、金属管を巻くので寸法精度の確保が容易であ
り、またろう付けや溶接部分が少なくなって水漏れが生
じにくくなる。らせん状に巻いた前記加熱コイルの内側
に電磁鉄心を設ければ、磁束漏れが減少する効果がある
（請求項８）。

【００１５】請求項７を更に発展させた構成として、一
端に給水口を設け、他端に湯口を設けた金属管をらせん
状に巻いて変成器の二次コイルを形成するとともに、こ
の二次コイルの巻き始め端と巻き終わり端とを電気的に
短絡し、前記給水口に水を供給しながら前記変成器の一
次コイルに高周波電流を流して前記二次コイルを誘導加
熱し、この二次コイルの前記金属管を通過する水を加熱
して前記湯口から熱湯を連続的に取り出すようにするこ
とができる（請求項９）。この請求項９は、一次巻線と
二次巻線とを有する通常の変成器の二次巻線として金属
管を巻き、かつ短絡したものに相当する。

【００１６】一方、金属の被加熱部に直に電圧を印加し
て電流を流す方式としては、一端に給水口を設け、他端
に湯口を設けた金属管に前記給水口に水を供給しながら
電流を流し、この通電による前記金属管の発熱により、
この金属管を通過する水を加熱して前記湯口から熱湯を
連続的に取り出すようにすることができる（請求項１
０）。前記金属管は直管でもよいが、らせん状又は蛇状
に屈曲させれば、容易に電熱面積を増やすことができる
（請求項１１）。

【００１７】前記金属管には、変成器又は電力変換器に
より電流増幅した電流を流すのがよく（請求項１２）、
その場合、前記変成器又は電力変換器の発熱を前記金属
管にその被加熱部の手前で放熱するようにすれば、変成
器又は電力変換器が水冷されて小型軽量になるばかりで
なく、放熱分のエネルギが水の予熱に利用できるので熱
効率が高まる（請求項１３）。また、大電流が得にくい
場合には、複数本の前記金属管を電気的に直列に接続し
て設け、これらの金属管に水を並列に流すようにするこ
とができる。これにより、電気抵抗を大きくして高電圧
・小電流にも対応でき、前記変成器や電力変換器を省略
することも可能になる（請求項１４）。

【００１８】水の流量を小さくしながら投入電力を高め
ることで瞬時に熱湯が得られるが、加熱電力が流量に対
して大き過ぎると過熱、突沸により爆発などの危険が生
じる。従って、加熱電力と水の流量との関係は十分に管
理する必要があるが、水温が低い方が突沸が生じにく
く、給水口に近い方が電力密度を高く設定できるので、
水温が次第に高くなる湯口に向かって電力密度を徐々に
低下させるようにするのがよい（請求項１５）。

【００１９】そのためには、前記金属管の肉厚を前記給
水口から湯口に向かって徐々に厚くしたり（請求項１
６）、前記金属管の直径を前記給水口から湯口に向かっ
て徐々拡大したり（請求項１７）して対応することがで
きる。この請求項１７において、前記金属管を前記給水
口から湯口に向かって徐々に偏平にして、水の流路断面
積をほぼ一定にすれば、被加熱部の体積を縮小して小型
化を図ることができる（請求項１８）。

【００２０】電力密度を徐々に低下させる別の手段とし
て、前記金属管に中間タップを有する変成器を介して電
流を流し、前記金属管の各部分毎の電流を変えるように
することができる（請求項１９）。

【００２１】上述した各装置は、熱湯を得るためのもの
であるが、加熱温度を高めれば蒸気を発生させることが
できる。この蒸気は、例えば殺菌などに利用されるもの
である。そこで、請求項２０のこの発明は、一端に給水
口を設け、他端に蒸気口を設けた金属管に前記給水口に
水を供給しながら電流を流し、この通電による前記金属
管の発熱により、この金属管を通過する水を加熱して前
記蒸気口から蒸気を連続的に取り出すものとする。その
場合、前記金属管の通電部を前後２段に分けて設け、前
段の通電部で水を蒸気に変換し、次いで後段の通電部で
この蒸気を加熱するようにすれば、乾き蒸気が確実に得
られるようになる（請求項２１）。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１１に基づいて、
この発明の実施の形態を説明する。まず、図１は請求項
１に係る実施の形態を示す装置の縦断面図である。図１
において、比較的電気抵抗の大きい金属、例えばニクロ
ム鋼やステンレス鋼から中空円筒状の容器１が形成さ
れ、その上部には電磁弁２を有する給水口３が設けら
れ、底部には電磁弁４を有する湯口５が設けられてい
る。給水口３は給水源、例えば水道管に接続されてい
る。

【００２３】金属容器１は、図示しないレベルセンサか
らの信号による電磁弁２の開閉により、水が所定のレベ
ルまで貯留されるが、下半部にはその部分の水を排除す
る円柱状の中子６が金属容器１の周壁との間に環状の隙
間７を介して、また底壁との間に隙間８を介して同心に
配置されている。中子６は金属容器１と同質の金属で中
空密閉状に形成され、その外側には環状隙間７内に水路
を形成するらせん状のリブ９がプレスによる一体形成あ
るいは別部材の巻き付けなどにより設けられている。そ
して、環状隙間７の外側に電磁コイル１０が配設され、
この電磁コイル１０は高周波電源１１に接続されてい
る。金属容器１には、その周壁の湯口近傍の温度を計測
する、例えばサーミスタからなる温度センサ１２が埋め
込まれ、その温度信号は高周波電源１１に入力されてい
る。

【００２４】図示装置において、電磁コイル１０に給電
し、同時に電磁弁４を開くと、電磁コイル１０を流れる
高周波電流に応じて金属容器１及び中子６に誘導電流が
円周方向に流れ、主として周壁部分がジュール熱により
加熱される一方、金属容器内の水は自重により隙間７，
８を介して湯口５から流出する。隙間７，８をらせん状
の水路に沿って通過する水は、金属容器１及び中子６か
らの熱伝達によって加熱され、またその場合、金属容器
１及び中子６の被加熱部に接する流路は中子６により狭
められており、少ない水量が集中的に加熱されるため、
流量と電力密度との関係を適切に設定すれば水は瞬時に
高温まで加熱され、例えば95℃程度の熱湯が連続的に生
じる。このような装置は、例えばカップ式飲料自動販売
機において、販売の都度、カップ一杯分のコーヒーを速
やかに調製するのに有用である。

【００２５】ここで、熱湯温度を95℃にするためには、
金属円筒１の湯口近傍の温度を100〜105 ℃程度に管理
する必要があり、この温度がそれ以上になると突沸が発
生して金属表面が気泡で覆われ、水と金属との接触が維
持できなくなるバーンアウトが生じて金属が異常過熱す
る。そこで、温度センサ１２からの温度信号に基づいて
高周波電源１１から電磁コイル１０へ注入する電力を制
御し、上記バーンアウトを防止するとともに、熱湯温度
を適正に保持するものとする。

【００２６】上記装置について、各部の寸法や電力など
の数値を参考までに例示すると、常温（15℃) の水から
95℃の熱湯を10〜20cc/ 秒得るものとして、次のような
ものが考えられる。すなわち、金属容器１の内径は50〜
100mm,高さは 200〜500mm,肉厚は 0.3〜0.5 mm, 隙間
７，８は１〜２mm, 中子６の高さは50〜150mm,電磁コイ
ル１０への供給電力は３〜数kW(30kHz,200V) ,電流は15
〜30A 、水との接触面の電力密度は10〜30W/cm²程度と
なる。金属容器１あるいは中子６のいずれか一方は樹脂
やセラミックスなどの絶縁物とすることも可能である。

【００２７】図２は、請求項４に係る実施の形態を示す
装置の縦断面図である。この実施の形態では、外筒１３
ａと内筒１３ｂとからなる二重金属円筒１３の内外壁間
に閉じた環状空間１４が形成され、その上下端に環状空
間１４に通じるように、電磁弁２を有する給水口３及び
電磁弁４を有する湯口５がそれぞれ接続されている。そ
して、二重金属円筒の外側には高周波電源１１に接続さ
れた電磁コイル１０が配設され、また内側にはフェライ
トコア１５が配置されている。

【００２８】環状空間１４内には、給水口３から湯口５
に至るらせん状の水路を形成するリブ９が内外円筒のい
ずれかとの一体形成あるいは別部材のろう付けなどによ
り設けられている。外筒１３ａには、その周壁の湯口近
傍の温度を計測する温度センサ１２が埋め込まれ、その
温度信号は高周波電源１１に入力されている。二重金属
円筒１３の直径や高さ、環状空間１４の隙間などは、図
１における環状隙間部分と同程度に設定される。

【００２９】図２の装置は加熱原理は図１のものと同じ
であるが、二重金属円筒１３は加熱する水だけを通過さ
せ、余分な水を滞留させるないので、装置の小型軽量化
が可能であり、滞留による水の水質変化も生じないとい
う利点がある。強磁性体であるフェライトコア１５は磁
束漏れを減少させ、加熱効率を向上させる。電磁コイル
１０は二重金属円筒１３の内側に配設することも可能で
あり、それにより装置の一層の小型化が図れるととも
に、磁束漏れやノイズの減少が期待できる。

【００３０】図３は請求項７に係る実施の形態を示すも
ので、図３（Ａ）は装置の縦断面図、（Ｂ）はその電気
的な等価回路図である。図３（Ａ）の装置は、図２にお
ける二重金属円筒１３がらせん状に巻かれた金属管１６
により置き換えられ、その上下端に給水口３及び湯口５
がそれぞれ設けられるとともに、金属管１６の巻き始め
端及び巻き終わり端は銅板などからなる短絡片１７を介
して短絡されている。この実施の形態は、水の加熱原理
は図２の装置と同じであるが、電気的には図３（Ｂ）に
示すように、電磁コイル１０を一次巻線とする変成器の
二次巻線（金属管１６）を短絡したものと等価となる。

【００３１】このような図３の装置は、誘導加熱部（金
属管１６）がコイル状となったため、二次電流（誘導電
流）の流れが明確となり、給水口３から湯口５までの加
熱分布が均等化され、水の淀みや局部加熱が生じにくく
なる。また、金属管１６を巻くので、寸法精度の確保が
容易であり、更にろう付けや溶接部分が少なくなって水
漏れが生じにくくなる。金属管１６を図示の通り偏平に
加工すれば、伝熱面積を縮小することなく断面積を縮小
して、少量の水を集中的に加熱する上で有利であるが、
金属管１６は円管でもよく、また渦巻き状に巻くことも
可能である。

【００３２】図３の装置を更に発展させた構成として、
共通の鉄心に一次巻線と二次巻線とを巻いた通常の変成
器の二次巻線を金属管とし、かつその両端を短絡したも
のとすることも可能である。

【００３３】以上は誘導加熱方式による実施の形態を示
したものであるが、図４は金属の被加熱部に直に電圧を
印加して電流を流す方式としての実施の形態を示す結線
図である。図４（Ａ）において、らせん状に巻かれた金
属管１８の一端に電磁弁２を有する給水口３が設けら
れ、他端に電磁弁４を有する湯口５が設けられており、
この金属管１８の巻き始め端と巻き終わり端とに、変成
器１９の二次側が接続されている。図示装置において、
給水口３から水を供給しながら金属管１８に電流i₂を流
すと、ジュール熱により金属管１８が発熱し、金属管１
８を通過する水は金属管１８からの熱伝達により加熱さ
れて湯口５から熱湯として連続的に取り出される。金属
管１８は図４（Ｂ）に示すように、蛇状に屈曲させても
よい。

【００３４】図４の装置において、金属管１８の水との
接触面の電力密度を10〜30W/cm²として、95℃の熱湯を
10〜20cc/ 秒得ようとする場合、例えば内/ 外径が5 /6
mm,長さ１〜3mのステンレス鋼管を用い、1m/ 秒程度の
流速でで水を流しながら、i₂として 200〜500Aの電流を
流すことが考えられる。変成器１９の一次側電源１１は
高周波の方が小型軽量にできるが、必ずしも高周波であ
る必要はなく商用電源でもよい。

【００３５】図５は図４と同旨の装置であるが、図４の
変成器１９に代えて電力変換器２０を介して金属管１８
に電流を流すようにした実施の形態を示すもので、図４
（Ａ）は結線図、図４（Ｂ）は電流増幅の様子を説明す
るタイムチャートである。図４において、直流電源２１
の電流i₁はトランジスタチョッパからなる電力変換器２
０によりi₁' に裁断され、金属管１８に加熱電流i₂とし
て供給される。金属管１８をコイル状にしてフェライト
コア２２を入れ、インダクタンスを持たせれば、外部の
平滑リアクトルを省略して電流i₂を平滑にすることがで
きる。例えば200Vの直流電源２１を用い、i₁を10A とし
て、 200〜500Aのi₂を流すものが考えられる。

【００３６】図６は、図４あるいは図５における変成器
１９又は電力変換器２０の発熱（図示は電力変換器２
０）を金属管１８に、破線矢印で示すように、その被加
熱部の手前で放熱するようにした実施の形態を示すもの
である。この実施の形態によれば、変成器１９又は電力
変換器２０が水冷されて小型軽量になるばかりでなく、
放熱分のエネルギが水の予熱に利用できるので熱効率が
高まる。

【００３７】一方、図７の（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも
金属管１８に直に電圧を印加して電流を流す方式におい
て、大電流が得にくい場合に、複数本（図示は２本）の
金属管１８を電気的に直列に接続して設け、これらの金
属管１８に水を並列に流すようにした実施の形態を示す
ものである。この実施の形態によれば、金属管１８の電
気抵抗を大きくして高電圧・小電流に適したものとし、
変成器１９（図４）や電力変換器２０（図５）を省略す
ることも可能になる。２本の金属管１８の給水口及び湯
口では、ホースなどを用いて流れを分岐又は合流させる
ことができる。

【００３８】図８及び図９は、給水口から湯口に向かっ
て電力密度を徐々に低下させるようにした実施の形態を
示すものである。金属管の水との接触面における電力密
度が水の流量に対して大きすぎると過熱、突沸する危険
があるが、給水口は水温が低いから電力密度を高くする
ことができる一方、水温は給水口から湯口に向かって次
第に上昇して行くから、それに連れて電力密度も下げて
ゆくのがよい。そのようにすることにより、後述するよ
うに金属管の長さが短縮され、装置の小型化が図れる。

【００３９】まず、図８は金属管の直径を給水口から湯
口に向かって徐々に大きくして電力密度を変化させたも
ので、図８（Ａ）は比較例として均一管を用いたもの、
図８（Ｂ）は金属管の直径を徐々に変えたもの、図８
（Ｃ）はその金属管を偏平にしたものをそれぞれ示して
いる。なお、水を瞬間加熱する場合、常温（例えば15
℃）から熱湯（例えば95℃）とすることももちろん可能
であるが、水を従来のヒータ方式のタンク内に50℃位ま
で予熱して貯留しておき、この温水を用いてこの発明に
係る装置により瞬間加熱して熱湯を得ることも可能であ
り、そのようにすれば瞬間加熱装置の小容量化が図れる
という利点がある。そこで、図８では50℃の上記温水を
用いた例を示している。

【００４０】図８において、図８（Ａ）では例えば外径
４mm（肉厚 0.3〜0.5mm ）で長さL₀が1.5m程度の均一管
（ステンレス管）１８に電力密度10W/cm² になるよう
に、例えば変流器（図４参照）の二次電流i₀を流し、給
水口３から50℃の温水を供給し、湯口５で95℃の熱湯を
得るものとしている。これに対して、図８（Ｂ）では、
給水口３から湯口５に向かって、外径を例えば４，５，
６，７mmに拡大し、i₀の２倍の電流ｉ（ｉ＝2i₀)を流
す。これにより、給水口３の近傍では電力密度を40/cm²
とし、50℃の温水を沸騰の生じない60℃まで加熱した
後、直径を変えて電力密度を25,15,10W/cm²と次第に下
げて行く。このようにして、水温を75,85 ℃と次第に上
昇させ、湯口５では95℃とする。給水口３と湯口５の管
径は図８（Ａ）のものと同じである。試算によれば、こ
れにより、金属管１８の長さL をL₀の約三分の一(L≒L₀
/3) の例えば数十cmに短縮することができる。体積V は
図８（Ｂ）の場合の体積V₀とほぼ同じ(V≒V₀) である。

【００４１】図８（Ｃ）は図８（Ｂ）における金属管１
８の各部を図示の通り偏平に加工し、断面積を図８
（Ａ）と同じのほぼ一定にすることで流速の均一化を図
ったもので、体積V は図８（Ｂ）の場合の約１/3(V≒V₀
/3) となる。これにより加熱される水量を図８（Ｂ）の
１/3として湯温の立ち上がりをより瞬間的にすることが
できる。上記のように金属管１８の長さを短縮し、更に
は体積を縮小することにより装置が小型化する。

【００４２】図９は給水口３から湯口５に向かって電力
密度を徐々に低下させるために、金属管１８に中間タッ
プを有する変成器１９を介して電流を流すようにした実
施の形態を示すもので、金属管１８には均一管を用いて
いる。図９（Ａ）は比較例として、中間タップのない変
成器１９から金属管１８の全長に渡って同一の電流ｉを
電力密度10W/cm² で流し、55℃の温水を95℃の熱湯にす
るものである。これに対し、図９（Ｂ）では中間タップ
により変成器１９の出力電圧を４分割して各電圧を金属
管１８の各部に与えるようにしたものである。

【００４３】その際、金属管各部の長さ（抵抗）を変え
て電流を図示の通り、2i,1.6i,1.26i,i のように等比級
数的に調整し、電力密度を給水口近傍の 40W/cm²から湯
口近傍の図９（Ａ）と同じ10W/cm² まで低下させなが
ら、36℃の温水を95℃の熱湯まで加熱するものとしてい
る。この場合、図９（Ｂ）における金属管１８の長さL
及び体積V は図 9（Ａ）の長さL₀及び体積V₀の約４分の
３（L ≒0.73L₀,V≒0.73V₀) に縮小できる一方、注入電
力P は図９（Ａ）の注入電力P₀の約1.5 倍(P≒1.46P₀)
となり、単位体積当たりの注入電力効率 P/Vは２倍とな
る。図９（Ｃ）は変成器１９の一端を金属管１８の両端
に接続し、中間タップ数を節約して図９（Ｂ）と同じ効
果を得るようにしたものである。

【００４４】図１０は上述したところにより、金属管に
直に電流を流して水を瞬間加熱する湯沸かし器とした場
合のシステム構成図である。図示装置は断面が長径5mm
×短径2mm 程度、肉厚が 0.3〜0.5mm 、長さ１〜1.5mの
偏平ステンレス鋼管を用い、これを図示の通りコイル状
に巻いて加熱管１８とし、その一端の給水口３から電磁
弁２を介して供給される常温（15℃) の水を数kWの電力
で瞬間加熱し、約95℃の熱湯を10cc/ 秒程度の流量で取
り出すものである。商用電源の200Vの交流は、ノイズフ
ィルタ２３を介してインバータ２０により可変電圧の高
周波に変換され、更に変成器１９により低電圧，大電流
（5V,200A)に変換されて金属管１８に加えられる。変成
器１９は中間タップを有し、図９（Ｃ）に示した結線方
式で金属管１８に接続されている。

【００４５】金属管１９の被加熱部分（電流通流部分）
の手前（給水口側）の部分１８ａは変成器１９及びイン
バータ２０の発熱部と近接して配置され、その放熱によ
り給水が予熱されるようになっている。金属管１８には
湯口近傍の壁面温度を検出する温度センサ（サーミス
タ）１２が取り付けられ、その信号はセンサ回路２４を
介して電力調節器２５に入力されている。電力調節器２
５は温度センサ１２の出力信号と予め設定された加熱温
度指令とを比較し、発振器２６のパルス幅を制御してイ
ンバータ２０のトランジスタ（Q₁〜Q₄）のＯＮ時間を調
整し、金属管壁面温度が 100〜105 ℃になるように注入
電力を加減する。これにより、加熱不足や過熱による突
沸が防止される。

【００４６】上に示した各実施の形態の装置は95℃程度
の熱湯を得るものであるが、加熱温度を高めれば熱湯は
蒸気に変換できるから、この発明に係る瞬間加熱装置は
常温の水から蒸気を発生させる装置としても構成するこ
とができる。図１１の瞬間蒸気発生器の実施の形態を示
す概略斜視図である。図１１において、蒸気発生器の構
成は図１０の湯沸かし器と実質的に同じであるが、金属
管１８のコイル状の被加熱部は前段の蒸気発生部１８’
と後段の加熱部１８”の２段に分けられ、給水口３から
電磁弁２を介して供給された水は、蒸気発生部１８’で
例えば 120℃程度まで加熱されて蒸発し、次いで後段の
加熱部１８”でこの蒸気が 500℃程度まで加熱され、乾
き蒸気として蒸気口２７から取り出されるようになって
いる。蒸気発生部１８’，１８”は耐熱保温容器２８内
に収容されている。

【００４７】温度センサ１２’及び１２" は前後の被加
熱部１８’及び１８”の出口ごとに設けられ、金属管１
８の壁面温度は前段は例えば 120〜150 ℃に、また後段
は例えば 500〜550 ℃に制御される。このように前後２
段に被加熱部１８’，１８”を設けることにより、装置
の運転開始時に金属管１８の入口側に水が残留していて
も、この残留水は先ず蒸気発生部１８’で蒸発させら
れ、次いで加熱部１８”で更に加熱されるので残留水が
水分のまま排出されることがなく、蒸気口２８からは常
に乾き度100 ％の蒸気が得られる。このような蒸気発生
器は給水がないときは空のまま待機し、給水の開始と同
時に数kWの電力で、例えば１〜２g/秒の加熱蒸気が連続
的に得られる。この加熱蒸気は産業廃棄物の分解や器具
類の殺菌などに用いられる。なお、この発明は熱湯や加
熱水蒸気の生成にきわめて有用であるが、水以外の液体
や気体の加熱にも適用可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、高温の
湯を保温状態で常時貯留しておく必要がなく、必要な時
に必要な量の熱湯や加熱蒸気を瞬時に得ることができる
ので、大幅な省エネルギが図れるとともに、タンクから
の不純物の溶け込みや風味の低下がないので、飲料自動
販売機や一般家庭の湯沸かし器などににきわめて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す装置の縦断面図で
ある。

【図２】この発明の異なる実施の形態を示す装置の縦断
面図である。

【図３】この発明の更に異なる実施の形態を示し、
（Ａ）は装置の縦断面図、（Ｂ）はその結線図である。

【図４】この発明の更に異なる実施の形態を示す装置の
結線図である。

【図５】この発明の更に異なる実施の形態を示し、
（Ａ）は装置の結線図、（Ｂ）はその電流のタイムチャ
ートである。

【図６】この発明の更に異なる実施の形態を示す装置の
結線図である。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれこの発明の更に異
なる実施の形態を示す装置の結線図である。

【図８】この発明の更に異なる実施の形態を示し、
（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも金属管の縦断面図、（Ｃ）
は（Ｂ）の金属管の横断面図である。

【図９】（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）はいずれもこの発明
の更に異なる実施の形態を示す結線図である。

【図10】この発明の実施の形態を示す湯沸かし器のシス
テム構成図である。

【図11】この発明の実施の形態を示す蒸気発生器の斜視
図である。

【符号の説明】

１金属容器２電磁弁３給水口４電磁弁５湯口６中子７環状隙間９リブ１０電磁コイル１１高周波電源１２温度センサ１３二重金属円筒１４環状空間１５フェライトコア１６金属管１７短絡片１８金属管１８’ 蒸気発生部１８” 加熱部１９変成器２０電力変換器２１直流電源２２フェライトコア２３ノイズフィルタ２４センサ回路２５電力調節器２６発振器２７蒸気口２８耐熱保温容器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０７Ｆ 13/00 １０１Ｇ０７Ｆ 13/00 １０１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３１１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３１１Ｆターム(参考） 3E044 AA01 DB16 FB11 3E047 BA01 DC01 DC08 FA01 3K059 AA08 AA14 AA16 AB00 AB23 AB28 AD03 AD05 AD32 3L025 AA33 3L034 BA13 BA14 BA15 BA17 BA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に給水口を設け、他端に湯口を設けた
中空円筒状の金属容器内に円柱状の中子を同心に配置し
て、この中子と前記金属容器の周壁との間に環状の隙間
を形成するとともに、この隙間の外側に電磁コイルを配
設し、前記給水口に水を供給しながら前記電磁コイルに
高周波電流を流して前記金属容器を誘導加熱し、前記環
状隙間を通過する水を加熱して前記湯口から熱湯を連続
的に取り出すことを特徴とする水の瞬間加熱装置。
【請求項２】前記環状隙間にリブによりらせん状の通水
路を形成したことを特徴とする請求項１記載の水の瞬間
加熱装置。
【請求項３】前記中子を金属の中空円柱体としたことを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水の瞬間加熱
装置。
【請求項４】一端に給水口を設け、他端に湯口を設けた
二重金属円筒の外側又は内側に電磁コイルを配設し、前
記給水口に水を供給しながら前記電磁コイルに高周波電
流を流して前記二重金属円筒を誘導加熱し、この二重金
属円筒の内外壁間の環状空間を通過する水を加熱して前
記湯口から熱湯を連続的に取り出すことを特徴とする水
の瞬間加熱装置。
【請求項５】前記環状空間にリブによりらせん状の通水
路を形成したことを特徴とする請求項４記載の水の瞬間
加熱装置。
【請求項６】前記二重金属円筒の内側に電磁鉄心を設け
たことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の水の
瞬間加熱装置。
【請求項７】一端に給水口を設け、他端に湯口を設けた
金属管をらせん状又は渦巻き状に巻いて加熱コイルを形
成し、この加熱コイルの巻き始め端と巻き終わり端とを
電気的に短絡するとともに、その外側又は内側に電磁コ
イルを配設し、前記給水口に水を供給しながら前記電磁
コイルに高周波電流を流して加熱コイルを誘導加熱し、
この加熱コイルの前記金属管を通過する水を加熱して前
記湯口から熱湯を連続的に取り出すことを特徴とする水
の瞬間加熱装置。
【請求項８】らせん状に巻いた前記加熱コイルの内側に
電磁鉄心を設けたことを特徴とする請求項７記載の水の
瞬間加熱装置。
【請求項９】一端に給水口を設け、他端に湯口を設けた
金属管をらせん状に巻いて変成器の二次コイルを形成す
るとともに、この二次コイルの巻き始め端と巻き終わり
端とを電気的に短絡し、前記給水口に水を供給しながら
前記変成器の一次コイルに高周波電流を流して前記二次
コイルを誘導加熱し、この二次コイルの前記金属管を通
過する水を加熱して前記湯口から熱湯を連続的に取り出
すことを特徴とする水の瞬間加熱装置。
【請求項１０】一端に給水口を設け、他端に湯口を設け
た金属管に前記給水口に水を供給しながら電流を流し、
この通電による前記金属管の発熱により、この金属管を
通過する水を加熱して前記湯口から熱湯を連続的に取り
出すことを特徴とする水の瞬間加熱装置。
【請求項１１】前記金属管をらせん状又は蛇状に屈曲さ
せたことを特徴とする請求項１０記載の水の瞬間加熱装
置。
【請求項１２】前記金属管に変成器又は電力変換器によ
り電流増幅した電流を流すことを特徴とする請求項１０
又は請求項１１に記載の水の瞬間加熱装置。
【請求項１３】前記変成器又は電力変換器の発熱を前記
金属管にその被加熱部の手前で放熱することを特徴とす
る請求項１２記載の水の瞬間加熱装置。
【請求項１４】複数本の前記金属管を電気的に直列に接
続して設け、これらの金属管に水を並列に流すことを特
徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の水
の瞬間加熱装置。
【請求項１５】前記金属管に供給する電力密度を前記給
水口から湯口に向かって徐々に低下させるようにしたこ
とを特徴とする請求項１０〜請求項１４のいずれかに記
載の水の瞬間加熱装置。
【請求項１６】前記金属管の肉厚を前記給水口から湯口
に向かって徐々に厚くしたことを特徴とする請求項１５
記載の水の瞬間加熱装置。
【請求項１７】前記金属管の直径を前記給水口から湯口
に向かって徐々に拡大したことを特徴とする請求項１５
記載の水の瞬間加熱装置。
【請求項１８】前記金属管を前記給水口から湯口に向か
って徐々に偏平にして、水の流路断面積をほぼ一定にし
たことを特徴とする請求項１７記載の水の瞬間加熱装
置。
【請求項１９】前記金属管に中間タップを有する変成器
を介して電流を流すことを特徴とする請求項１５記載の
水の瞬間加熱装置。
【請求項２０】一端に給水口を設け、他端に蒸気口を設
けた金属管に前記給水口に水を供給しながら電流を流
し、この通電による前記金属管の発熱により、この金属
管を通過する水を加熱して前記蒸気口から蒸気を連続的
に取り出すことを特徴とする水の瞬間加熱装置。
【請求項２１】前記金属管の通電部を前後２段に分けて
設け、前段の通電部で水を蒸気に変換し、次いで後段の
通電部でこの蒸気を加熱することを特徴とする請求項２
０記載の水の瞬間加熱装置。