(54)【考案の名称】流体加熱装置

(73)【実用新案権者】【実用新案権者】

(73)【実用新案権者】法月株式会社

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、液体を加熱する液体加熱装置に関するものである。

【従来の技術】

【0002】
液体としての常温水を加熱して高温水を生成する手段としては主に燃焼ガスを用いる方法が用いられている。ただし、エネルギー効率や安全性の観点等から、電気式の液体加熱装置が用いられるようになっている。この種の液体加熱装置としては例えば特許文献1に開示されている技術がある。この技術では、容器の底部にヒータを装着して、このヒータの熱により水を加熱している。
【0003】
また、電磁誘導によって磁性体を発熱させて水を加熱する手法が特許文献2に開示されている。電磁誘導による液体加熱は、磁性管の内部流路に液体を流して、誘導コイルに交流電源を流すことにより行う。誘導コイルに交流電流が流れると、磁界強度が変化して、磁性管に渦電流が発生する。この渦電流が磁性管を流れることによりジュール熱が発生し、磁性管が発熱をする。これにより、内部を流れる液体を加熱している。
【0004】

【効果】

【0015】
本考案は、筒体に供給される液体に発熱体を浸漬して、流出管により加熱された液体を流出させていることで、高い熱効率で液体の加熱を行うことができる。これにより、短時間で大量の液体を所望の温度にまで加熱することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】液体加熱装置の全体構成の断面図である。
【図2】発熱体の内部構造を示す断面図である。
【図3】底板および流出管を示す斜視図である。
【図4】筒体を示す斜視図である。
【図5】蓋体および発熱体を示す斜視図である。
【図6】図1のA−A断面図である。
【図7】交流電源に接続される回路構成図である。
【図8】液体加熱装置の全体構成の他の例を示す断面図である。

【0017】
以下、図面を参照して本考案の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態に限定されることはなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲で任意の構造を採用することができる。図1は液体加熱装置1の全体構成を示している。この液体加熱装置1は筒体2と底板3と蓋体4と加熱部5と流出管6とを備えて構成している。
【0018】
液体加熱装置1は液体を加熱する装置であり、ここでは液体を水として説明するが、水以外の液体を適用してもよい。液体加熱装置1は図示しない水を送液する送液源と接続されており、送液源から圧送される常温(20℃程度)の水を高温に加熱して温水(40℃〜50℃程度)を生成する。
【0019】
筒体2は液体加熱装置1の主要構成要素であり、円筒形状をした筒である。その素材としてはプラスティックやステンレス(SUS)、金属等を適用でき、耐熱性に優れた素材を使用する。液体加熱装置1として使用するときには、筒体2は垂直方向に立てられた状態で設けられる。この筒体2の両端(重力方向の上端および下端)の外周面にはネジ溝7、8が形成されている。当該ネジ溝7、8に底板3および蓋体4を螺合して装着するようにしている。これにより、筒体2は有底有蓋になり、筒体2の内部空間は密閉される。
【0020】
底板3は筒体2の下端を閉塞するために設けた板であり、ネジ溝7に取り付けるための取付部9が形成されている。底板3の素材としては、筒体2と同様にプラスティック等を適用でき、耐熱性および電気絶縁性に優れた素材を使用する。取付部9をネジ溝7に螺合して締め付けることにより、筒体2に底板3が装着される。筒体2の下端の端面と底板3との間にはリング状の可撓性を有するシール部材10を介在させる。そして、このシール部材10を挟んだ状態で底板3を強固に締め付けることにより、シール部材10がシール効果を発揮する。
【0021】
蓋体4は筒体2の底板3の反対側に取り付けられる。蓋体4も筒体2および底板3と同様にプラスティック等を適用でき、耐熱性および電気絶縁性に優れた素材を使用する。蓋体4を筒体2に取り付けることで筒体2の上端を閉塞する。蓋体4はネジ溝8に取り付けるための取付部11が形成されている。この取付部11をネジ溝8に螺合して取り付けることにより、筒体2に底板3が装着される。筒体2の上端の端面と蓋体4との間にはリング状の可撓性を有するシール部材12を介在させる。そして、このシール部材12を挟んだ状態で蓋体4を強固に締め付けることにより、シール部材12がシール効果を発揮する。
【0022】
蓋体4には中心部分から偏在した位置に円柱状の貫通孔が形成されており、この貫通孔に密着するように円筒状のゴムパッキン13が装着されている。また、ゴムパッキン13の内側には金属パイプ14が挿通されている。そして、ゴムパッキン13を挟んで金属パイプ14の両端にナット15、16が取り付けられている。これらナット15、16を強固に締め付けることにより、金属パイプ14の高さ方向の位置が規制される。
【0023】
金属パイプ14は液体加熱装置1の内側と外側とを連通させており、この金属パイプ14の外側から3本のケーブル17が挿通される。各ケーブル17は電流を流すために挿通しており、各ケーブル17の間は絶縁がされている。3本のケーブル17は纏められて金属パイプ14の内側に挿通される。
【0024】
加熱部5は細長の鞘状の発熱体18を螺旋状に巻回して形成している。図2は発熱体18の内部構造を示している。発熱体18は内部に3本の熱線19を有しており、さらに絶縁体粉末20を隙間なく充填している。熱線19は電流を流すことにより発熱をする金属線であり、金属パイプ14の内側でケーブル17と電気的に接続されている。
【0025】
絶縁体粉末20は熱線19が発熱したときの熱を発熱体18に伝達させるために充填している。この絶縁体粉末20としては熱伝導性が高く耐熱性に優れた素材を使用し、例えば酸化マグネシウムを使用することができる。絶縁体粉末20を密に充填することで熱線19の熱を発熱体18に伝熱させると共に、3本の熱線19が相互に接触しないように位置を規制することができる。
【0026】
発熱体18の素材としては、SUS(ステンレス鋼)を適用することができる。発熱体18としては、耐腐食性、耐水性、耐熱性および熱伝導性に優れ、曲げ等の加工性にも優れた素材を使用する。また、人体に悪影響を及ぼさない素材を使用する。勿論、SUS以外にも任意の素材を適用できる。この発熱体18を螺旋状に巻回するときに、発熱体18が相互に接触しないようにする。換言すれば、発熱体18の上下に微小な隙間を形成するようにして巻回する。
【0027】
流出管6は底板3の中心部分を貫通するように取り付けられた金属管になる。流出管6の内部は加熱後の温水が流れる流路となる。流出管6の一端は液体加熱装置1の内側に臨んでおり、他端は液体加熱装置1の外側に延在される。このため、流出管6を流れる温水は外部に流出される。
【0028】
この流出管6は細長の円筒形状をしており、液体加熱装置1の内側に臨む先端部分の複数箇所に切り欠き部21を形成している。この切り欠き部21により流出管6の先端にエッジが形成される。このエッジの先端は筒体2の端面と同じ位置或いは僅かに突出させるようにしている。これにより、蓋体4を筒体2に締め付けて固定したときに、蓋体4の面に流出管6のエッジ先端が圧接される。
【0029】
蓋体4は僅かに可撓性を有しており、筒体2に蓋体4を強く締め付けて固定したときに、流出管6のエッジ先端が蓋体4に強固に圧接されるようになる。これにより、蓋体4の取り付け強度をより強くすることができ、筒体2に底板3および蓋体4を螺合にて取り付けたときの緩みが防止される。よって、液体加熱装置1を構成したときの全体の固定強度が強くなる。
【0030】
筒体2の側面の上下方向の2箇所を貫通して、給液管22と圧力検出管23とを設けている。給液管22は一端が筒体2の内側に開口しており、他端が送液管24に接続されている。この送液管24は常温水を送液する図示しない水道管等の送液源に接続されている。この送液源から所定の圧力で常温水が所定の流量で送液される。この送液される常温水は送液管24を流れて、給液管22から液体加熱装置1の内部に流入する。
【0031】
給液管22は底板3に近い位置に設けられている。そして、この給液管22よりも蓋体4に近い位置に加熱部5の先端が位置するように配置する。発熱体18は螺旋状に巻回して構成しているが、その先端はフリーになっている。その先端部分が給液管22よりも蓋体4に近くなるような位置に給液管22を設ける。
【0032】
圧力検出管23も給液管22と同様に筒体2を貫通しており、ここでは重力方向の上下位置に圧力検出管23と給液管22とを配置している。圧力検出管23には図示しない水圧センサを設けており、管の内部の圧力を検出することで、水の供給の有無を検出する。この水圧センサは後述する交流電源30に接続しており、交流電源30の電源をオンとオフとに切り替える制御をしている。
【0033】
蓋体4には温度測定器としてのサーミスタ25を挿通している。サーミスタ25は液体加熱装置1の内部の温度を測定している。このサーミスタ25には温度設定がされており、測定している温度が設定温度にまで到達したか否かを検出する。サーミスタ25には3本のケーブル17のうち1本のケーブルの途中に接続されており、液体の温度が設定温度にまで到達したときにケーブル17の導通を遮断するようにオフにし、それ以外の場合にはケーブル17の導通を接続するようにオンにする。
【0034】
図3〜5は筒体2と底板3と蓋体4とを分解した図になる。図3は底板3を取り外した状態を示しており、この底板3の中央部分に流出管6が挿通されている。そして、流出管6の先端には切り欠き部21が形成されている。底板3を筒体2から着脱可能にしていることで、底板3の筒体2に臨む面に堆積した不純物を簡単に洗浄することができる。
【0035】
図4は筒体2を示しており、筒体2の両端に底板3および蓋体4を締め付けるようにして装着している。図5は蓋体4を示しており、この蓋体4に金属パイプ14から延在している発熱体18が一体的に取り付けられている。以上の筒体2のネジ溝7に底板3を螺合して締め付けることにより固定し、且つ蓋体4をネジ溝8に螺合して締め付けて固定する。これにより、筒体2の内部は密閉された空間になる。
【0036】
筒体2に蓋体4を装着するときには、螺旋状に巻回された発熱体18の内側に流出管6が挿通するように装着する。これにより、流出管6の外側を加熱部5が巻回されたような構成となる。このとき、流出管6と発熱体18とが接触しないように挿通する。図6は図1のA−A断面図である。この図に示すように、螺旋状の加熱部5の内側に流出管6が位置するような関係になっている。
【0037】
次に、図7を用いて回路構成について説明する。発熱体18の内部には3本の熱線19が相互に非接触で延在されており、各熱線19はケーブル17に接続される。同図に示すように、ケーブル17は交流電源30に接続される。交流電源30は三相3線式の交流電源であり、各ケーブル17に電流を出力する。この電流がケーブル17および熱線19に流れる。
【0038】
熱線19は所定の抵抗を有しており、電流を流すことにより発熱をする。熱線19は先端で結線されており、この結線形式は所謂スター結線となる。交流電源30は所定の電圧を発生しているが、スター結線とすることで、三相3線の各相の相間電圧は交流電源30の電圧の√3(3の平方根)倍になる。よって、熱線19の発熱量も√3倍になり、交流電源30の電力よりも高い発熱量を得ることができる。
【0039】
3本のケーブル17のうち1本のケーブル17の途中にはサーミスタ25が接続される。サーミスタ25が測定する温度が設定温度よりも低い場合にはケーブル17の導通をオンにする。一方、設定温度よりも高くなった場合にはケーブル17の導通をオフにする。ケーブル17の導通をオフにすることで、全てのケーブル17に交流電源30から電流が流れなくなる。つまり、サーミスタ25は熱線19を発熱させるか否かのスイッチング制御を行っている。
【0040】
以上が構成である。次に、動作について説明する。筒体2のネジ溝7に底板3を取り付け、ネジ溝8に蓋体4を取り付けることで、筒体2は有底有蓋の内部が密閉された空間になる。これにより、液体加熱装置1が構成される。この状態で、図示しない送液源から所定の液圧で常温水を圧送する。この常温水は送液管24を流れ、給液管22を介して筒体2の内部に流入する。
【0041】
底板3は重力方向の下方に位置し、蓋体4は上方に位置している。給液管22は底板に近い高さ位置に設けられており、この給液管22から液体を供給することにより、水位が上昇する。送液源から連続的に常温水を圧送することで、筒体2の内部の圧力が上昇する。この圧力上昇は圧力検出間23にも作用することになり、圧力検出間23に設けた図示しない圧力センサにより圧力上昇が検出される。
【0042】
圧力センサは交流電源30に接続されており、水圧を検出したときに交流電源30をオンにし、検出していないときはオフにしている。よって、圧力検出管23の位置にまで水位が到達することで、圧力センサが水圧を検出して、交流電源30をオンにする。これにより、三相3線式の交流電源30から各ケーブル17に電流が流れる。3本のケーブル17は金属パイプ14の中を挿通して、加熱部5の各熱線19に接続される。
【0043】
各熱線19は螺旋状に巻回される発熱体18の中に延在されており、熱線19の周囲には伝熱機能を持つ絶縁体粉末20が密に充填されている。よって、熱線19の熱は発熱体18の全周に伝達される。熱線19は電流を流すことにより高温に発熱する。これに伴い、加熱部5も高温に発熱をする。
【0044】
送液源からは連続的に常温水が圧送されている。よって、水位は上昇して蓋体4に到達する。これにより、発熱体18は筒体2の内部に充填された水に浸漬された状態になる。そして、熱線19により加熱部5は発熱をする。このときの熱は損失することなく水に伝達される。つまり、螺旋状の発熱体18は相互に所定の間隔を設けるように形成しているため、その周囲は全て水と接した状態になっており、この熱が伝わって水は加熱される。
【0045】
つまり、加熱部5の熱は損失することなく発熱体18の周囲の水に伝達され、高い熱伝達効率を得ることが得きる。液体加熱装置1の下方側(給液管22に近い側)の温度は低くなっているが、加熱部5の発熱体18の加熱により上方側の水温は高くなる。最も高温となっているのは、蓋体4の近傍の部位である。この部位に流出管6の切り欠き部21を形成している。この切り欠き部21は開口部となっており、切り欠き部21から流出管6の内側に加熱された温水が流入する。送液源からは所定の圧力で常温水を圧送しているため、流出管6の内側に流入する温水も高温になる。そして、流出管6の内側を圧送される温水が外部に流出される。
【0046】
以上により、送液源から供給される常温水を加熱して温水を生成することができる。加熱部5の発熱体18は送液源から供給される水に浸漬しており、発熱体18の熱は損失することなく水に伝熱される。これにより、高い熱効率で常温水から温水に加熱をすることができる。交流電源30が出力する電流を25アンペア、電圧を200ボルトとし、送液源から20℃の常温水を毎分7リットル送液する場合に、おおよそ15秒で40℃の温水が生成され、30秒で50℃の温水が生成される。
【0047】
また、加熱部5の発熱体18を螺旋状に巻回していることで、水との接触面積を増やしている。これにより、水を加熱する領域が増え、大量の常温水を短時間で加熱して所望の温度の温水を生成できる。このため、筒体2の上下方向の長さをコンパクトにすることができる。つまり、加熱部5の領域を狭小にしても十分な加熱を行うことができる。このため、液体加熱装置1の全体のサイズをコンパクトにすることができる。
【0048】
また、三相3線式の交流電源から電源を供給して3本の熱線19を発熱体18の先端で結線するスター結線方式を採用している。これにより、交流電源30の電力よりも高い電力を得ることができ、これを熱線19の発熱に利用することで、高い熱効率で常温水を加熱することができる。換言すれば、使用する電力量を少なくしつつ(省エネ化)、大量の常温水を短時間で所望の温度にまで加熱した温水を生成できる。
【0049】
発熱体18は相互に隙間を設けるようにして螺旋状に巻回している。発熱体18の外周面は全て水に接していることから、発熱体18自身が過剰に高温になることはない。これにより、発熱体18に熱ストレスがそれほどかからないことから、耐久性が向上する。
【0050】
また、流出管6に切り欠き部21を設けて、この切り欠き部21のエッジ先端に蓋体4を圧接するようにして装着することで、筒体2に蓋体4を取り付けたときの固定強度が強くなる。この点、切り欠き部21ではなく流出管6の先端の適宜の位置に開口部を設けるようにして、加熱された温水を流出管6の内部に流入させるようにしてもよい。また、切り欠き部21や開口部の位置にフィルタを形成することにより、不純物を除去した温水を生成することができる。
【0051】
また、加熱部5の発熱体18の先端は給液管22よりも蓋体4に近い位置に設けている。給液管22の位置より底板3の側の部位の水は温水の生成に寄与しない。つまり、給液管22よりも蓋体4に近い部位に供給される水が温水の生成に寄与する。よって、給液管22はできるだけ底板3に近い位置に設けるようにする。これにより、液体加熱装置1のうち加熱部5に広い領域を確保することができ、装置全体のサイズのコンパクト化を図ることもできる。
【0052】
また、サーミスタ25は蓋体4の近傍の水の温度を測定している。つまり、加熱された水温を測定している。そして、測定した水温に基づいてケーブル17の接続をオンとオフとに切り替えている。これにより、液体加熱装置1の内部の水温が過剰に高くなったときにはケーブル17がオフになることにより、発熱体18は発熱をしなくなる。これにより、自動的に水温が過剰に上昇することを回避し、無駄に電力が消費されないようにしている。
【0053】
また、圧力検出管23に水圧センサを設けて、この水圧センサが水の圧力を検出する。そして、検出結果に基づいて交流電源30のオンとオフとを制御していることで、液体加熱装置1の内部に水が充填されていないときに無駄に加熱することを回避している。これにより、省電力化を実現できると共に、水のない状態で発熱体18が加熱されることがなくなる。よって、発熱体18に過剰な熱ストレスかがかかることを回避することができる。
【0054】
また、図8に示すように、筒体2の内側の領域にセラミック小片40を充填することもできる。セラミック小片40は円筒形状をした小型のセラミックであり、供給される水の不純物を除去等するための触媒として設けている。また、セラミック小片40を筒体2の内側に充填することで、加熱された水の保温機能を持たせることもできる。
【0055】
1 液体加熱装置
2 筒体
3 底板
4 蓋体
5 加熱部
6 流出管
17 ケーブル
18 発熱体
19 熱線
21 切り欠き部
22 給液管
23 圧力検出管
25 サーミスタ
30 交流電源

(57)【要約】

【課題】高い熱の利用効率で液体を加熱する液体加熱装置を提供する。【解決手段】液体加熱装置1は、液体を供給する給液口を設けた有底有蓋の筒体2と、交流電源から電源を供給することにより発熱する熱線を内包し、筒体2の内部に充填された液体に浸漬される相互に隙間を介在させるようにして螺旋状に巻回された発熱体18と、螺旋状の発熱体18の内側に設けられ、発熱体18により加熱された液体を筒体2の外部に流出させる流出管6と、を備えている。これにより、発熱体18の発熱は損失することなく高い熱効率で液体に伝達されて加熱される。このため、短時間で大量の液体を所望の温度にまで加熱することができる。


【パテントレビュー】

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【インターネット特許番号リンク】

インターネット上にあるこの特許番号にリンクします(発見しだい自動作成):