JPS5856512Y2 - 電気温水器等の発熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、正特性サーミスタを熱源とした電気温水器
等の発熱装置、より詳しくは、熱源たる正特性サーミス
タの放熱面を、水平な液面に対し垂直にまたは傾斜して
設置することにより、正特性サーミスタの熱利用を高め
た発熱装置に関する。

この種の発熱装置が不可欠なものの一つに、車両用温水
器がある。

まず、従来の車両用温水器の問題点を第１図を参照しな
がら明らかにする。

第１図において、温水器１は、罐胴２と温水器本体３と
の間に断熱材４が詰められ、内部の保温が保たれている
。

そして、罐胴２の底面には排水口５が、上面には入水口
６と出湯ロアがそれぞれ固着されている。

また、罐胴２の鏡板２ａには、温度調節用の上限センサ
８ｈと下限センサ８１、および空炊防止センサ９、並び
にシーズ線発熱体１０がそれぞれ固着されている。

このような温水器１を用いる場合には、まず入水口６よ
り水を入れ、罐胴２内を水で満たす。

ついで、罐胴２が満水になったことを確認して、シーズ
線発熱体１０に電源を投入する。

たとえば、国鉄の場合、４８０ｍにわたる車両用の全温
水器を、車掌が歩きながら順次確認して電源を投入して
いる。

空炊防止センサ９の寿命を考慮した場合、空炊きを極力
避けることが必要であり、満水か否かを確認することは
不可欠である。

このため、温水器の使用に多くの労力を必要としていた
。

この点に、従来の第１の問題があった。

電源が投入され、罐胴２内の湯が上限センサ８ｈの設定
温度に達すると、上限センサ８ｈが働き、シーズ線発熱
体１０への通電を断つ。

その後、湯温を下限センサ８１の設定温度まで下がると
、下限センサ８１が働き、シーズ線発熱体１０への通電
が再び行なわれる。

このようなことをくり返して、罐胴２内の湯の保温が保
たれる。

この場合、保温にセンサを２個使っているのは、使用年
数が長い（１０年間、８００００時間）ために、１個で
は寿命上問題があるためである。

しかし、この温水器１に用いるセンサ８ｈ、８１，９は
、製作にかなりの熟練を要するものであるため、３個も
用いることは大きなコス１〜アップとなり、また信頼性
をも低下するものであった。

この点に、従来の第２の問題があった。また、従来の温
水器１では、空炊きをすることができないため、寒冷地
においては、排水後の凍結を防止するため、それ用のヒ
ータが必要であった。

この点に、第３の問題があった。

さらに、車両の電源は電圧変動が大きく、シーズ線発熱
体１０は電圧変動によりその発熱量を大きく変化するが
、この点に、従来の第４の問題があつた。

以上述べたような各種の問題を解決するには、シーズ線
発熱体１０に代えて、熱源として正特性サーミスタを用
いた発熱装置を利用することが有効である。

この種の発熱装置は、正特性サーミスタの基板上面に膜
状の電極が設けられ、さらにその上面に電気絶縁物を介
して放熱板が設けられて構成されている。

したがって、正特性サーミスタで発生した熱は、電気絶
縁物を伝わり上方の放熱板から放熱されて、加熱あるい
は保温などに利用される。

ところで、このような発熱装置の出力Ｐは、正特性サー
ミスタのキューり点（温度）をＴＰ、全熱抵抗をＲ１放
熱板の温度をＴ１とすると、簡易的に次式％式％ この■式から理解できるように、放熱板の温度Ｔ１がキ
ューり点Ｔｐに近ずくにつれて、発熱装置の出力Ｐは零
へと近ずく。

一方、正特性サーミスタのキューり点Ｔｐは、通常１５
０〜２００℃程度である。

このことは、正特性サーミスタ自体が空炊き防止センサ
の役目をもすること、正確には空炊きをしても何ら問題
がないことを意味する。

これにより、正特性サーミスタを熱源とした発熱装置を
利用する場合には、次のような利点がある。

■ 熱源の外に空炊防止センサを設ける必要がなくなる
ため、センサの寿命を考慮する必要がなく、また、満水
状態の確認をせずに電源を投入することが可能となり、
大きな省力化となる。

■ 空炊きが可能となるため、寒冷地では、排水後も常
時通電しておけば凍結防止となり、別に凍結防止用のヒ
ータがいらない。

■ 正特性サーミスタは電圧変動吸収能力があるため、
電源電圧の変動が大きくても、発熱量の変化はきわめて
小さい。

このため、電圧変動が大きい車両でも安定した性能を示
す。

たとえば、電源電圧が９０〜１１０ Ｖに変動した場合
の発熱量変化は、正特性サーミスタが７．６％、シーズ
線が４９．３％である。

一方、湯温の安定性については、ｎ個ある正特性サーミ
スタの一部に常時通電しておくことにより、大幅に向上
することができる。

したがって、センサについても、加熱時と保温時の入力
切換え用のセンサ１個だけでよく、コストを低減できる
とともに、信頼性をも向上できる。

ところで、正特性サーミスタを熱源とした発熱装置を、
温水器等に利用する場合には、必然的にそれを保温ある
いは加熱すべき液体中に浸さなければならない。

この場合、正特性サーミスタの放熱面を水平且つ下向き
になるようにすると、加熱時に下向きの放熱面に気泡が
形成され、放熱面からの放熱効果（つまりは、正特性サ
ーミスタによる加熱効果）が著しく害されることが判明
した。

この考案は、このような発見に基づいてなされたもので
あり、その目的は、正特性サーミスタを熱源とした発熱
装置を車両用温水器等に利用する場合に、放熱面に生ず
る気泡の影響をなくシ、サーミスタの熱を有効に利用で
きるようにすることにある。

次に、この考案の好適な実施例を図面を参照しながら説
明する。

第２図はこの考案の発熱装置を車両用温水器に利用した
場合を示す。

ここに示す温水器１１も、発熱装置１２と温度センサ１
３とを除けば、前記した従来の温水器１と同様の構成で
ある。

そこで、両者に共通する部分には同一符号を付し、その
説明を省略あるいは簡略化する。

ここでは、従来の２個の温度センサ８ｈ、８１に代えて
１個の温度センサ１３が、また従来のシーズ線発熱体１
０に代えて正特性サーミスタ１４を熱源とした発熱装置
１２がそれぞれ用いられている。

温度センサ１３および発熱装置１２はともに鏡板２ａを
貫いて設けられているが、その取付けには、センサ取付
は台１５および発熱装置取付は台１６とがそれぞれ用い
られている。

これら取付は台１５．１６は、鏡板２ａの外側の仕切り
板１７に取付けられる。

仕切り板１７は、罐胴１の横に端子台収容室１８を形成
するものであり、端子台収容室１８内には２つの端子台
１９ ａ 、１９ ｂが収容されている。

したがって、端子台収容室１８内への漏水を防ぐため、
発熱装置１２の取付けにはパツキン２０が用いられてい
る。

端子台１９ ａ 、１９ ｂには、温度センサ１５およ
び発熱装置１２へ延びるリード線の一端が取付けられ、
またそのような端子台１９ ａ 、１９ ｂからは別の
リード線が延び、ゴムブッシング２１内を貫いて外部の
電源へと接続されている。

発熱装置１２自体は、第３図に示すように、水密に形成
されたパイプケース２２内に複数の正特性サーミスタ１
４を組込んで構成される。

各正特性サーミスタ１４は、ホルダ２３内に保持され、
２つのホルダ２３．２３が背中合わせとされ、両者は板
バネ等の弾性体２４によりパイプケース２２の内面に圧
接されている。

このパイプケース２２への当接面１４ａが、正特性サー
ミスタの放熱面となるのである。

したがって、互いに向かう合う正特性サーミスタ１４の
放熱面１４ ａは、平行であるが、これら平行な放熱面
１４ａが罐胴２内の液面に対し垂直に設定されているこ
とに注意されたい。

そうすることにより、加熱時に放熱面１４ ａの外側に
気泡が形成されたとしても、その気泡は自ずとその部分
から離れて行く。

これにより、放熱面１４ａから放熱が有効に行なわれる
。

また、各正特性サーミスタ１４は、第４図に示すように
、電源２５に対して互いに並列に接続されている。

しかし、この系には電磁リレー２６が設けられ、１つの
サーミスタ１４には常時通電が行なわれるに対し、残り
のサーミスタ１４．１４・・・・・・には電磁リレー２
６が閉じた時にのみ通電が行なわれるようになされてい
る。

この電磁リレー２６の開閉には、もちろん前記した温度
センサ１３が利用されるが、この温度センサ１３は、整
流装置２７を介して電源２５に対し電磁リレー２６と直
列に接続されている。

ここで、この考案の発熱装置１２による加熱あるいは保
温について説明する。

電源２５を投入した当初においては、電磁リレー２６が
閉じ、したがって全ての正特性サーミスタ１４に通電が
行なわれる。

しかし、これらの正特性サーミスタ１４の発熱により、
罐胴２内の湯か温度センサ１３の設定温度に達すると、
電磁リレー２６が開き、１個の正特性サーミスタ１４を
除き、残りの複数の正特性サーミスタ１４．１４・・・
・・・への通電が断たれる。

ところが、１個のサーミスタ１４には常時通電が行なわ
れているため、罐胴２内の湯温は非常に安定する。

第５図はこの考案による場合と従来のものの場合との温
度特性図を示すが、曲線Ｂで示すこの考案による場合の
方が、曲線Ａで示す従来のものの場合に比して、きわめ
て湯温か安定している。

このため、温度センサは１個でも在来の使用年数には十
分耐えられる。

なお、上記実施例では、正特性サーミスタ１４の放熱面
を液体に対し垂直になるように取付けているが、傾斜さ
せて取付けてもよい。

すなわち、気泡が放熱面から離れるような構成とすれば
よい。

また、保温時の湯温を安定させるには、罐胴２内の湯か
らの自然放熱に相当するだけの熱を、常時通電の正特性
サーミスタ１４によって補ってやればよい。

この熱は、罐胴２の容量は、断熱材４の種類などにより
異なるが、正特性サーミスタ１４による加熱量を制御す
る方法としては、正特性サーミスタ１４のキューり点を
変えたり、あるいはサーミスタの熱抵抗を変えたりする
方法が利用できる。

たとえば、後者の方法の一つとして、第６図に示すよう
に、正特性サーミスタ１４とパイプケース２２との間に
、適当な熱伝導材２８を介在させることができる。

また、常時通電の正特性サーミスタ１４の数を変えるこ
とも一方法である。

さらに、電気回路としては、第７図に示すように、電磁
リレー２６により、１個の正特性サーミスタ１４への通
電と、複数の正特性サーミスタ１４゜１４・・・・・・
への通電を切換えるような構成としてもよい。

以上要するに、この考案によれば、熱源たる正特性サー
ミスタの放熱面を、液面に対し垂直にまたは傾斜させて
設置するようにしているため、加熱時に生ずる気泡を速
やかに放熱面から除去でき、正特性サーミスタの熱を有
効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温水器の構造を示す図で、Ａは正断面図
、Ｂは側断面図、第２図はこの考案の発熱装置が利用さ
れた温水器の構造を示す図で、Ａは正断面図、Ｂは側断
面図、第３図はこの考案の発熱装置の一実施例を示す横
断面図、第４図はこの考案の電気回路図、第５図はこの
考案と従来品との温度特性比較図、第６図および第７図
はそれぞれこの考案の変形例を示す図である。 図中、１２はこの考案の発熱装置、１４は正特性サーミ
スタ、１４ａは放熱面である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 正特性サーミスタを熱源とし、容器内の液体中に浸され
   、その液体を加熱する電気温水器等の発熱装置において
   、上記正特性サーミスタの放熱面が水平な液面に対し、
   垂直にまたは傾斜して設置されていることを特徴とする
   電気温水器等の発熱装置。