JP3131815B2

JP3131815B2 - セラミックヒーターを使用した真空式電気温水器とその製造法

Info

Publication number: JP3131815B2
Application number: JP14822393A
Authority: JP
Inventors: 審也渡部; 幸雄浅田; 博司若松; 俊男若松
Original assignee: 株式会社亀山鉄工所; 株式会社テルモ工業
Priority date: 1993-05-15
Filing date: 1993-05-15
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH06323626A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は温水器に関する。更に詳
しくは貯湯給湯に供する電気温水器に関する。又さらに
は深夜電力料金規定の適用に適う、省スペースで簡易に
設置でき、温水の必要な所で業種、場所を問わず採用で
き、加圧式ボイラーのような労働安全衛生法の認定許可
を受けることを必要としない真空式電気温水器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の貯湯給湯温水設備には、ガスや石
油を燃料とするバーナー加熱のものと電熱加熱の方式が
ある。これらの温水設備は、図１０、図１１に示すよう
にボイラー又は、真空式ボイラーと温水槽が直接循環パ
イプを介して連結された構造になっており給湯温度も６
０℃〜６５℃程度に制御されているものと、図１２に示
すような構造で、温水槽に直に電熱シーズヒーターが組
込まれていて給湯温度も８５℃〜９０℃と高温の圧力式
温水器がある。又、真空式温水器には例えば図１３に示
すガスや石油バーナーを熱源とした株式会社タクマ製の
バコティンヒーター等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の温水設備のうち
ボイラーと温水槽の組み合わせたものでは装置が大きく
設置場所に制約があり、ガスや石油を燃料にするものは
大気汚染防止法や消防法、建築基準法に係る煙突高さ等
々の規制や制約が有り、さらに圧力式温水設備は労働安
全衛生法によるボイラー等としての規制を受け、製造時
の検査、及び年１回程度の性能検査（開放検査）を受け
なければならない。又圧力式電気温水器でも上記の大気
汚染防止法や消防法、建築基準法に係る煙突高さ等々の
規制は回避できるものの、電熱シーズヒーターが直接温
水に入るため、温水槽の水頭圧が１０ｍを越えるもの
で、ヒーターの電気容量が１６０kWを越えるものは労働
安全衛生法のボイラー等としての適用があり製造時の検
査や年１回程度の性能検査を受けなければならなく使用
時の有資格者による取り扱い法規定等があり製造販売施
工業者共に煩わしさは避けられないという課題がある。
更に又従来の電気温水器にあっては加熱エレメントにシ
ーズヒーターが使用されるので、大電力のものはガスや
石油を使う装置のものよりも大きくなってしまうという
欠点があった。

【０００４】本発明は前記課題の、種々の法規制や制約
を受ける事なく、省スペースで設置でき、安全で公害の
心配が無く、且つ経済的な深夜電力料金規定の適用を受
けることの出来る真空式電気温水器の提供を目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は電気温水器の熱
源である加熱エレメントにセラミックヒーター１を使用
することによって装置の小型化を図り、更に温水加熱の
熱交換器にヒートパイプ17を使用した熱サイホン加熱器
２を採用することにより貯湯給湯温水槽27と熱サイホン
加熱器２とを一体化することが出来て加熱効率の向上と
小型化が実現出来、施工場所の省スペース化が図れる。
更に、熱サイホン加熱器２の放熱部７や貯湯給湯温水槽
27を硬質アルマイト加工処理15か遠赤外線放射加工処理
15を施すことにより機械強度が増し、耐食性を強化する
ことができる。

【０００６】又、ヒーターエレメントが直接貯湯給湯温
水槽27に埋設されない構造であり、熱サイホン加熱器２
の内部に充填されている熱媒液10の温度を１００℃未満
に制御し、更に過熱防止安全装置24を組み込むことによ
り、労働安全衛生法のボイラーとしての適用を受けなく
てすみ製造時の検査、年１回程度の性能検査や有資格者
による取り扱いが免除される。又ガスや石油燃料を使用
しないので大気汚染防止法や消防法、建築基準法に係る
煙突高さ等々の規制もなく更に深夜電力料金の適用を受
けることが出来る真空式電気温水器を提供することが出
来る。

【０００７】本発明の構造と製造方法を図を用いて説明
する。図１、図２、図３は本発明の基本構成の図であ
り、図１において、熱サイホン加熱器２と貯湯給湯温水
槽27とを接続フランジ12で接続して一体化し、セラミッ
クヒーター１を矢印の方向から熱サイホン加熱器２のヒ
ーター取付フランジ６のヒーター取付孔３より挿入しヒ
ーターパッキン４とヒーター取付ナット５とで密封固定
装着し、過熱防止安全装置24をヒーター取付けフランジ
６に装着する。

【０００８】熱サイホン加熱器２のヒーター取付フラン
ジ６に設けた真空引兼熱媒充填バルブ８を使って、熱サ
イホン加熱器２を真空引きで減圧し、熱媒液10を適量充
填封口する。貯湯給湯温水槽27は底部に給水口22と上部
中央に給湯口23を設け、かつ下部側面に水温制御用温度
センサー25を取り付け、ヒーター配線、過熱防止安全装
置24の配線と共にコントローラー26に結線する。

【０００９】前記の構成構造において、熱サイホン加熱
器２の材質はアルミニウムかアルミニウム合金で造り、
表面を硬質アルマイト加工処理15を施すか遠赤外線放射
加工処理15を施して構成するか、又は硬質アルマイト加
工処理15を施し且つその上に遠赤外線放射加工処理15を
施して構成する。又、図２の一部破断側面図、図３の横
断面図に示す上記基本構造の熱サイホン加熱器２の放熱
部７のヒートパイプ17の内面を、ウイック16構造を有す
るアルミニウムかアルミニウム合金製の外径１〜数セン
チメートルの複数本のヒートパイプ17で構成し設け、更
に表面を硬質アルマイト加工処理15かつ／または遠赤外
線放射加工処理15を施して構成することも出来る。又、
更には図４の様に上記基本構造のセラミックヒーター１
を保護する為に、アルミニウムかアルミニウム合金製の
保護管19をヒーター取付フランジ６に一体に構成し、硬
質アルマイト加工処理15かつ／または遠赤外線放射加工
処理15を施した構造にすることも出来る。上記の構造に
おいて、放熱部７のヒートパイプ17は数センチメートル
外径の複数の円筒状のものだけでなく、外表面積を大き
くする突起や壁またはフィンを設け熱交換効率を高める
構造にするとなおよい。

【００１０】更に図６に示すように放熱部７を大きな円
筒状ヒートパイプの構造にして、図７の上面図に示す放
熱部７の対流用貫通パイプ18を複数本放射状に配置付設
し水が鉛直方向に貫流できる構造にすると、放熱面積も
大きく取れ、且つ水の対流による熱交換効率がより一層
よくなることは自明である。ヒートパイプ17や対流用貫
通パイプ18の径や長さ及び個数は給湯量、温水温度や電
熱容量に応じて設計付設すればよい。熱サイホン加熱器
２に充填する熱媒液10の種類や量、そして充填真空圧は
給湯量や貯湯量及び温水温度により設計すればよい。

【００１１】次に熱サイホン加熱器２の製造方法を示す
と、図８の様に熱サイホン加熱器２を上部のヒートパイ
プ17で構成された熱交換器の放熱部７の部分と下部のセ
ラミックヒーター１を取り付ける為のヒーター取付フラ
ンジ６及び真空引兼熱媒液充填バルブ８で構成された熱
媒液溜槽９の部分に分けて、それぞれに接続フランジ12
を設け製作し、それぞれの部分を硬質アルマイト加工処
理15を施すか又は遠赤外線放射加工処理15を施した後に
接続フランジ12で合わせて一体化して熱サイホン加熱器
２を製造する。このとき接続フランジ12は貯湯給湯温水
槽27に熱サイホン加熱器２を取り付けるための兼用接続
フランジ12にするとよい。又図９の様に熱媒液溜槽９に
接続フランジ12を設け放熱部７の開口部の周囲を接続フ
ランジ12に溶接一体化し熱サイホン加熱器２を製造する
ことも出来る。更に前記の熱サイホン加熱器２の放熱部
７と熱媒液溜槽9を型鋳込やダイキャスト等で製造し硬
質アルマイト加工処理15かつ／または遠赤外線放射加工
処理15を施して製造することも出来る。

【００１２】このようにして出来た熱サイホン加熱器２
にセラミックヒーター１を取り付け、真空引で減圧して
熱媒液10を充填したものを一台のユニットとして製造し
ておけば、温水器の容量や電力容量の大小に応じてユニ
ットの台数を増減して貯湯給湯温水槽27に取り付けるこ
とが出来、規模に応じた真空式電気温水器を製造するこ
とが出来る。

【００１３】熱サイホン加熱器２と貯湯給湯温水槽27と
の取り付けは、図１に示す様に貯湯給湯温水槽27の側面
に設けられているマンホール21より熱サイホン加熱器２
のユニットを内部に入れて貯湯給湯温水槽27の底部に設
けてある熱サイホン加熱器２の接続フランジホール20に
熱媒液溜槽９を下にして挿入し接続フランジ12と接続パ
ッキン13で貯湯給湯温水槽27に取付ボルト14で取り付け
る。

【００１４】又、貯湯給湯温水槽27はステンレス等の耐
食性の金属や耐熱強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作し
遠赤外線塗料を塗布するか、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金で製作して、内面を硬質アルマイト加工処理15
かつ／または遠赤外線放射加工処理15を施すとよい。前
記それぞれの硬質アルマイト加工処理15は陽極酸化皮膜
法等で遠赤外線放射効率のよいγアルミナのセラミック
皮膜層を30〜50μｍの厚みに形成するとよい。更に熱サ
イホン加熱器２や貯湯給湯温水槽27の材質がアルミニウ
ムやアルミニウム合金でない場合でも、例えば鉄や銅あ
るいはそれらの合金等であっても、電気メッキや無電解
メッキ法でアルミニウム層を形成して前記当該方法で硬
質アルマイト加工処理15が出来る。

【００１５】又、前記それぞれの遠赤外線放射加工処理
15は熱サイホン加熱器２や貯湯給湯温水槽27の材質に合
わせて耐熱性の遠赤外線放射塗料、例えば株式会社テル
モ工業製の５００℃耐熱の高効率遠赤外線放射塗料ＴＪ
―Ｐ５００等を塗布するか、遠赤外線放射セラミックを
溶射コーティングするか、ＣＶＤやＰＶＤ等で、例えば
遠赤外線放射効率のよい窒化珪素や炭化珪素、あるいは
窒化チタン等の皮膜を形成するとよい。この様にして組
み立てた真空式電気温水器の外周を保温材28で被覆し保
温処理して完成する。

【００１６】

【作用】上記の様に構成された真空式電気温水器におい
て、貯湯給湯温水槽27に給水口22より給水し満水にし
て、コントローラー26の電源スイッチをいれるとセラミ
ックヒーター１が熱媒液10を加熱し熱媒蒸気11が発生し
て熱サイホン加熱器２に拡散充満する。このとき熱媒蒸
気11は熱サイホン加熱器２の内圧が減圧されているので
低温度でも速やかに熱サイホン加熱器２に拡散充満す
る。この充満した熱媒蒸気11はヒートパイプ17の放熱部
７で貯湯給湯温水槽27の水に放熱し熱交換され水に熱を
与えると同時に冷却されてヒートパイプ17の内壁又はウ
イック16面に凝縮し液滴となり凝集してヒートパイプ17
の内壁又はウイック16をつたって鉛直下の熱媒液溜槽９
の熱媒液10に還元され、またセラミックヒーター１で加
熱され熱媒蒸気11となる。この加熱冷却のサイクルが熱
サイホン加熱の原理であり、このサイクル動作により貯
湯給湯温水槽27の水は加熱され温水となり、温度センサ
ー25とコントローラー26により昇温又は保温制御され貯
湯又は給湯される。

【００１７】昇温又は保温された温水は貯湯給湯温水槽
27の下部に設けてある給水口22より加圧給水される圧力
を利用して、貯湯給湯温水槽27の上部に設けてある給湯
口23より給湯される。このとき給水された冷水と温水は
撹拌されることなく、冷水は貯湯給湯温水槽27の底部に
温水はその上部に、比重の差により分離して給水される
ので、給湯温度を下げる事なく一定量の給湯が可能とな
る。

【００１８】熱サイホン加熱器２や貯湯給湯温水槽27を
硬質アルマイト加工処理15か遠赤外線放射加工処理15を
施すことにより機械強度が増し、耐食性を強化すること
ができる。更に熱伝導効率を高めて熱交換効率を高め、
又遠赤外線の放射を受けることによって温水の活性作用
も出現する。

【００１９】構造的にはセラミックヒーター１の最大規
格寸法が直径10mm、長さ145mm円柱状で、負荷電力密度
が21ｗ／平方センチメートルとシーズヒーターの３〜５
倍の電熱容量が取れるため、取付スペースも小さくコン
パクトに設計することが出来る。又図４の様にセラミッ
クヒーター１の保護管19を設けることによって、機械的
衝撃や温度差衝撃（ヒートショック）によるセラミック
ヒーター１の破損や破壊をさけることが出来、更にセラ
ミックヒーター１の着脱もヒーター取付パッキン４なし
で直に取り付けが可能となり、熱媒液10を漏らす事なく
作業が行える利点がある。更に当該方法で貯湯給湯温水
槽27に熱サイホン加熱器２を取り付けると、熱サイホン
加熱器２の自重と水圧が接続パッキン13に加圧作用して
密封性がよくなり、水漏れ防止効果が高くなると同時に
取付ボルト14も小さなトルクのものが使用出来、組み立
て作業も容易になる。又更には、熱サイホン加熱器２の
内圧が真空減圧で低く、熱媒液10の温度を１００℃未満
に制御すれば、ボイラーとしての法規制を受ける事が無
い利点がある

【００２０】

【実施例】図１は本発明の実施態様を示す一部破断側面
図で、貯湯容量１８００リットル、セラミックヒーター
容量15kWの真空式電気温水器である。貯湯給湯温水槽27
はステンレス製で直径１０００mm、高さ約２９２０mmの
ものを造り、熱サイホン加熱器２の全ての構成部をアル
ミニウムで製作し、熱交換器のヒートパイプ17は外径２
０mm、内径１６mm、長さ７００mmのものを図５の上面図
の様に直径３６０mmの接続フランジ12の中央から等間隔
で放射状に８４本配列し、外径２２０mmのヒーター取付
フランジ６に外径１３mm、内径１１mm、長さ１５０mmの
寸法の保護管19を１５本設けて陽極酸化皮膜法で硬質ア
ルマイト加工処理15しγアルミナの皮膜を４０μ形成さ
せて、接続フランジ12で該接続方法で一体にした熱サイ
ホン加熱器２を製作して、セラミックヒーター１を該方
法で取り付け、真空引兼熱媒液充填バルブ８を真空ポン
プに接続して５０トルの真空圧で蒸留水６００ミリリッ
トルを充填し密封し、更に該方法で貯湯給湯温水槽27に
取り付け、セラミックヒーター１をスター結線してコン
トローラー26に接続した。更に保温材28で温水器全体を
被覆して給水口22を水道栓に繋ぎ満水にして、電源スイ
ッチを入れると、深夜電力料金適用時間帯内の約９時間
で８５℃の温水１８００リットルが貯湯出来た。セラミ
ックヒーター１と熱サイホン加熱器２が正常に動作して
いることが確認出来た。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、セラミックヒーター１と熱サ
イホン加熱器２を採用することにより、同じ貯湯給湯容
量の従来のどの温水器よりもはるかに小型で効率のよい
電気温水器を造ることが出来、狭い居住空間でも省スペ
ース設置が可能となり、又労働安全衛生法のボイラーと
しての規制対象外の扱いとなり、更に消防法や建築法の
規制も受けず設置場所の詮索に悩む事なく、誰でも、何
処でも、何時でも販売施工設置出来ることは明白であ
る。又、硬質アルマイト加工処理15や遠赤外線放射処理
15を施すことにより、熱効率を高め、又機械強度や耐食
性の改善も図れ装置の耐久性を高め、効率よい遠赤外線
の放射で温水は活性化される等々の利点がある。更には
熱サイホン加熱器２をユニットとして製造出来るので、
数種類の電気容量のユニットをストックしておけば、そ
の組み合わせによって必要な規模の深夜電力料金適用に
適う真空式電気温水器を容易に製造出来る。又更には、
本発明は家庭用の壁掛けタイプの小型、中型の瞬間湯沸
し器にも適用出来、又温水循環床暖房にも適用出来るこ
とは自明であり、化学工業界に於いての例えば石油の分
溜用の熱源として該ユニットを適用することも出来る。
この様に産業界に多大な貢献をすることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本構成一部破断側面図で
ある、

【図２】ウイック構造のヒートパイプの一実施例の一部
破断側面図である。

【図３】ウイック構造のヒートパイプの一実施例の横断
面図である。

【図４】ヒーター保護管とセラミックヒーターの取り付
け説明一部破断側面図である。

【図５】放熱部ヒートパイプの配列を示す一実施例の上
面図である。

【図６】放熱部のヒートパイプに対流用貫通パイプが付
設された熱サイホン加熱器を取り付けた本発明の一実施
例の一部破断側面図である。

【図７】対流用貫通パイプが付設されたヒートパイプの
上面図である。

【図８】放熱部と熱媒液溜槽をフランジで接続した縦断
面図である。

【図９】放熱部と熱媒液溜槽を溶接で接続した縦断面図
である。

【図１０】従来のガス、石油ボイラー温水器の一例の概
念略図である。

【図１１】従来のガス、石油真空式ボイラー温水器の一
例の概念略図である。

【図１２】従来のシーズヒーターを使用した電気温水器
の一例の概念略図である。

【図１３】従来の石油やガスを使用した真空式温水器の
一例の概念略図である。

【符号の説明】１セラミックヒーター２熱サイホン加熱器３ヒーター取付孔４ヒーター取付パッキン５ヒーター取付ナット６ヒーター取付フランジ７放熱部８真空引兼熱媒液充填バルブ９熱媒液溜槽 10 熱媒液 11 熱媒蒸気 12 接続フランジ 13 接続パッキン 14 取付ボルト 15 硬質アルマイト加工処理かつ／または遠赤外線放射
加工処理 16 ウイック 17 ヒートパイプ 18 対流用貫通パイプ 19 保護管 20 接続フランジホール 21 マンホール 22 給水口 23 給湯口 24 過熱防止安全装置 25 温度センサー 26 コントローラー 27 貯湯給湯温水槽 28 保温材 29 ガス抜き用パイフ 30 ガス溜まり

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若松俊男大阪府八尾市高美町１丁目２番９号 (56)参考文献実開昭63−55050（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/18 F28D 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱エレメントにセラミックヒーター
(1)を使用し、熱サイホン加熱器(2)の熱交換器の放熱部
(7)及び熱媒液溜槽(9)を硬質アルマイト加工処理(15)か
つ/または遠赤外線放射加工処理(15)して一体構成した
ことを特徴とする真空式電気温水器。
【請求項２】セラミックヒーター(1)が熱サイホン加
熱器(2)の熱媒液溜槽(9)にヒーター保護管(19)無しで装
着されていることを特徴とする請求項１記載の真空式電
気温水器。
【請求項３】セラミックヒーター(1)が熱サイホン加
熱器(2)の熱媒液溜槽(9)に、硬質アルマイト加工処理(1
5)かつ/または遠赤外線放射加工処理(15)して成る保護
管(19)で保護され装着されていることを特徴とする請求
項１記載の真空式電気温水器。
【請求項４】熱サイホン加熱器(2)の複数のヒートパ
イプ(17)又は複数の対流用貫通パイプ(18)が付設されて
成るヒートパイプ(17)から成る熱交換器の放熱部(7)と
ヒーター取付フランジ(6)及び真空引兼熱媒液充填バル
ブ(8)とで構成された熱媒液溜槽(9)を別々に製作して、
接続フランジ(12)でボルト締め又は溶接で接続して一体
に組み立て、セラミックヒーター(1)を取り付け、真空
引兼熱媒液充填パルプ(8)で真空減圧し熱媒液(10)を充
填密封して熱サイホン加熱器(2)を造り、これを一ユニ
ットとして貯湯給湯温水槽(27)のマンホール(21)から内
部に入れて該接続フランジ(12)に取付ボルト(14)で締
め、取り付けて成る請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の真空式電気温水器の製造法。