JP5337964B2 - 電気式液体加熱供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯液槽に液体を供給し該液体を電気ヒータで加熱し、加熱した液体を外部へ取り出す電気式液体加熱供給装置及び方法に関する。

従来、大量の湯を沸かすなどの液体を加熱するための大規模な装置は、燃料のほとんどを重油や灯油、ガスに頼っている。しかし、それらの燃料は価格の変動によってコストの変動が非常に大きいほか、二酸化炭素の排出も多く環境汚染の原因になるという問題がある。そのため、重油や灯油、ガスに替わる燃料として、電気を使用した液体の加熱装置が望まれている。しかし、電気エネルギーは、一般に重油や灯油、ガスといった燃料に比べてコストが高くつく。

そこで、貯液槽に電気ヒータを設け、該電気ヒータで貯液槽に供給する液体を加熱し、その後に外部へ取り出す構成とし、余剰の深夜電力を利用する深夜電力の通電制御手段を設け、エネルギーコストの問題を解消または軽減しようとする電気式液体加熱供給装置がいくつか提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、蓄熱装置と、第１の貯湯槽と第２の貯湯槽が示されている。蓄熱装置は、深夜電力を利用する電気ヒータにより密閉空気を加熱循環しこの加熱空気の熱で第１の貯湯槽と熱交換器を循環通流する水を加熱する。第２の貯湯槽は、常用電力を利用する電気ヒータを備え、第２の貯湯槽から給湯されるボールタップを備え、第２の貯湯槽から給湯される温水をさらに電気ヒータで所望温度に加熱貯湯し給湯栓から給湯する構成である。

特許文献２には、深夜電力を利用するヒートポンプシステムと、深夜電力を利用する電気ヒータを備えた貯湯タンクが示され、深夜電力を利用する前に貯湯タンク内を水で満杯にする。深夜時間帯の前半では外部設置の熱交換器でヒートポンプシステムの冷媒の発熱を貯湯タンクを循環する水に伝熱し、加熱した水を貯湯タンクの下部に流入させてタンク内上方へ対流により上昇させて貯湯タンク内の水を上部より徐々に温度上昇させ、深夜時間帯の後半では貯湯タンク内に貯留された温水をさらに電気ヒータで加熱し貯湯タンク内を所望温度に加熱貯湯する構成である。

特許文献３には、昼間電力と深夜電力を切り替え利用するとともに給水温度と出湯温度との温度差に応じて電気出力を制御される電気ヒータを備えた貯湯タンクが示されている。深夜電力で加熱した貯湯した温水がなくなると、昼間電力を利用して追い焚きする構成である。

特開平８−２８９６４号公報 特開平１０−８９７６６号公報 特開平５−１５７３５２号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載されたものは、貯湯槽に備えられる電気ヒータの熱効率が低いので、熱効率を高めることが要望されている。詳述すると、貯湯槽内の水または湯は、電気ヒータに接触して水は加熱された湯となり体積を膨張し比重を小さくして上昇する。加熱された湯が上昇し電気ヒータから離れると、側方の水が上方へ電気ヒータに接触して加熱され湯になる。このように、電気ヒータの周囲の水又は湯の移動は速度が遅く量が小さいから、電気ヒータは周囲の水だけを温めることができ、離れた位置の水を少しも加熱することができない。電気ヒータで加熱された湯は、水面に到達し水平に広がり、後から水面に到達する湯が水平に広がるとその下層に位置するので、貯湯槽の水は上層が最高温度になり下層が大きな温度勾配を有し低く温度に分布する。

このような電気式液体加熱供給装置によれば、（１）貯湯槽内の湯全量を均一に加熱できるものではないため、上層から高温に加熱された湯の外部へ取り出し温度が要望する温度よりも高すぎる。（２）貯湯槽内の湯全量を均一に加熱できるものではなく、追い焚きを行う電気ヒータの水への熱伝達効率が悪いため、湯の外部へ取り出しを一定時間経過すると、要望する温度よりも低い温度の湯の供給を余儀なくされる。
従って、従来の電気式液体加熱供給装置は、湯の供給を均一な温度で大量に長時間にわたり必要とするシステムとしては適用できなかった。

本発明は、上述した点に鑑み案出されたもので、その目的とするところは、電気ヒータの液体への熱伝達効率を高く得られ、貯液槽内の液体全量を均一に加熱できて原液を供給しながらでも温度を下げずに一定温度に加熱された液体を外部へ大量かつ長時間にわたり取り出すことができる電気式液体加熱供給装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の電気式液体加熱供給装置は、貯液槽と、前記貯液槽に液体を供給する原液供給口と、発熱部が該貯液槽内に設けられ該貯液槽に貯留される前記液体を加熱する電気ヒータと、前記貯液槽内で前記電気ヒータにより加熱された加熱液体を外部へ取り出す加熱液体取出口とを備えた電気式液体加熱供給装置において、前記貯液槽から液体を取り出して循環液体とし、該循環液体を他の位置より該貯液槽内に帰還させる循環路及び該循環路に介設された循環ポンプを備え、前記循環路は、前記循環液体を前記貯液槽内に帰還させる管路部分が、該貯液槽の槽壁を貫通し該貯液槽内に延びて内端を開いた状態に設けられ循環液体導入管とされ、前記電気ヒータは、発熱部が前記循環液体導入管の内部に備えられ該循環液体導入管内を通流する前記循環液体を加熱する、ことを特徴とする。

また、本発明の電気式液体加熱供給方法は、貯液槽に液体を供給し該液体を電気ヒータにより加熱し、加熱された液体を加熱液体外部取出口より外部へ取り出し適宜の目的に利用する電気式液体加熱供給方法において、前記貯液槽の槽壁を貫通して備えられ該貯液槽内に延びて内端が開口した循環液体導入管に前記電気ヒータの発熱部を挿入し、前記貯液槽に貯留される液体を該貯液槽の一の個所より取り出し前記循環液体導入管の外端部より管内に帰還させ循環を行わせると共に、該循環液体導入管内で前記電気ヒータの発熱部に接触通流させて加熱して前記貯液槽内に帰還する、ことを特徴とする。

本発明によれば、貯液槽に原液供給口から供給された液体の原液は、電気ヒータによって加熱され循環されて何度も温められてから、加熱液体取出口から外部に取り出される。液体を加熱する仕組みは、循環液体導入管と電気ヒータと循環ポンプを備えた循環路とで構成される。すなわち、槽内の温度の低い液体を循環ポンプによって循環路に取り出し循環液体導入管に導いて循環液体導入管を通し貯液槽の奥深い内方に帰還させ、これを繰り返す循環を行わせると共に、循環液体導入管を通流し貯液槽へ帰還しようとする液体を循環液体導入管の内部に備えられた電気ヒータに乱流状態に接触させて何度も加熱させ混流（混練流）させるところにある。電気ヒータ発熱量を同一とした条件での電気ヒータの液体への伝熱量は、接触する液体の温度が低ければ低いほど熱移動が大きくなり熱伝達量が大きくなり、また電気ヒータに接触する液体が留まっているよりも流れている液体の方が熱移動が大きく熱伝達量が大きくなり、電気ヒータに接触している液体の温度が電気ヒータ温度に近いときには、熱移動が小さく熱伝達量が小さい。本発明では、循環液体導入管を貯液槽に備えて該循環液体導入管内に電気ヒータを設置すると共に、循環液体導入管内に循環液体を通流させるので、電気ヒータから水への伝熱量が大きく保たれる。すなわち、循環液体を循環液体導入管の内部に備えられた電気ヒータによって加熱させるので、循環液体導入管内を流通する循環液体は、乱流となり電気ヒータの発熱部に何度も接触し加熱されて流れ混流し接触する液体の温度が局部的に加熱されず流れ方向に垂直な断面での温度分布が絶えず平均化され、流れ方向の下流に行くにつれて電気ヒータの発熱部への加熱される接触回数が比例的に多くなり温度上昇する。電気ヒータの発熱部は、循環液体を加熱するので、循環液体への熱伝達効率が高く得られ、貯液槽の液体は全体的に次第に温度上昇していく。循環液体導入管内を流通する過程で水温の平均化を生じて貯液槽内に流れる液体は、貯液槽内においてさらに混流し循環流となり槽内全体のどの位置でも液温を平均化する。貯液槽がボンベ型形状である場合では、貯液槽の下部に備えて電気ヒータを設置すれば、循環液体導入管内を流通し加熱される液体は、槽内に流入すると槽内の液体を全体的に混流させて槽内全体の液体温度を平均化する。貯液槽が直方体形状である場合では、槽内に隔壁を備えて蛇行通路を形成し蛇行通路の両端に連通した循環路に液体を循環させると、循環液体導入管内を流通し加熱される液体は、槽内に流入すると蛇行通路を流れ何度も循環するので、混流して槽内全体の液体温度を平均化する。こうして、貯液槽内の液体全量を均一に加熱できて原液を供給しながらでも温度を下げずに一定温度に加熱された液体を外部へ大量かつ長時間にわたり取り出すことができる。

さらに、上記課題を解決するために、本発明は、貯液槽とは分離された循環液体導入管と、該循環液体導入管に発熱部を挿入した状態に組付けた電気ヒータとを備えたヒータアセンブリを含んでいる。該ヒータアセンブリにおいて、循環液体導入管は、貯液槽の槽壁に嵌入され嵌入部を全周溶接される構成でも良いし、槽壁側と管側に一対のフランジを備えていて、フランジ間に液封パッキンを介在させて連結固定する構成でも良い。また、該ヒータアセンブリは、循環液体導入管の側と電気ヒータの側に一対のフランジを備えていて、フランジ間に液封パッキンを介在させて連結固定される構成でも良い。

本発明によれば、貯液槽の槽壁を貫通する循環液体導入管に電気ヒータを収めると共に、貯液槽内の液体を循環液体導入管に帰還させたので、貯液槽内の液体が電気ヒータの発熱部に乱流状態に接触し、電気ヒータの液体への熱伝達効率が従来の取付構造の電気ヒータに比べて頗る高く得られ、貯液槽内に循環させることができ、貯液槽内の液体全量を均一に加熱できて原液を供給しながらでも温度を下げずに一定温度に加熱された液体を外部へ大量かつ長時間にわたり取り出すことができる電気式液体加熱供給装置を提供することができる。

第１の実施形態の電気式液体加熱供給装置に係り、（ａ）は、全体縦断正面図である。（ｂ）は、装置の作用を説明するための要部断面概略図である。 第２の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す正面図である。 図２の電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す平面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ矢視図である。 図２の電気式液体加熱供給装置の電気ヒータを引き抜いた状態を示す図である。 第３の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す正面図である。 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。 図６の電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す平面図である。 図８の状態から電気ヒータを引き抜いた状態を示す図である。 第４の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す正面図である。 第５の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置の一部を断面して示す側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置及び方法について図面を参照して説明する。

〔基本的構成〕
以下に説明する複数の実施形態の電気式液体加熱供給装置及び方法に共通する基本的構成について図１を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、電気式液体加熱供給装置１０は、貯液槽１１を備え、該貯液槽１１に、原液供給口１２と、電気ヒータ１３と、加熱液体取出口１４と、循環路１５と、循環ポンプ１６と、循環液体導入管１７とが付設されている。なお、本願では、貯液槽１１と分離された電気ヒータ１３と循環液体導入管１７との組み合わせた機能部品組立体をヒータアセンブリという。

貯液槽１１は、ボンベ形状であるときは貯留する液体の循環通路となる蛇行通路を備える必要はなく、貯液槽１１が直方体形状であり蛇行通路が形成されるときは必要に応じて蛇行通路が形成されるものとする。

原液供給口１２は、貯液槽１１に貯留される原液Ｌ１を供給する入り口である。原液供給口１２にボールタップ１２ａを設けて原液Ｌ１の供給を行うのが好ましいが、液面管理を他の手段で行っても良い。加熱液体取出口１４は、貯液槽１１内で電気ヒータ１３により加熱された加熱液体Ｌ２を外部へ取り出して利用するための出口である。原液供給口１２と加熱液体取出口１４は、図１（ａ）では貯液槽１１に直接備えているが、例えば、循環路１５に対して備えても良い。

電気ヒータ１３は、発熱部１３ａが循環液体導入管１７に備えられ貯液槽１１に貯留される循環液体を加熱する手段である。

循環路１５は、循環液体を取り込む循環液体取出口１５ｄを循環液体導入管１７の内端開口から離れた位置で貯液槽１１に連通され、他端開口を循環液体導入管１７の外端部に連通されている。循環ポンプ１６は、貯液槽１１内の液体ｗを循環液体取出口１５ｄより取り出し循環路１５内を通流させ、循環液体導入管１７の外端部より管内に流入させ、貯液槽１１内を循環させる役目をはたす。循環液体取出口１５ｄは、図１に示すようにボンベ形状の貯液槽１１であるときは、蛇行通路を形成する必要が無く、貯液槽１１の液体温度が低い適宜位置に設ければ足り、また図２に示すように直方体形状の貯液槽１１Ａであるときは蛇行通路を形成する必要があり仕切り板２２を備えて蛇行通路が形成され、このときは、蛇行通路の末端付近に設けられるのが好ましい。循環路１５には、循環量調整用仕切弁１５ｂが設けられ、弁の開度調整によって流量を調節できるようになっている。

循環液体導入管１７は、電気ヒータ１３の発熱部１３ａを収容し循環液体を発熱部１３ａに接触させて発熱部１３ａに沿って流れさせる流路形成体である。電気ヒータ１３は、発熱部１３ａが循環液体導入管１７の内部に備えられ循環液体導入管１７内を通流する循環液体を加熱する（図１（ｂ）参照）。循環液体導入管１７は、槽壁を貫通し槽内に深く延びて内端を開いた状態に設けられ内端筒部１７ｂの管径が先に行くに連れて小径になっていて、循環液体の流速を大きくして貯液槽１１に混流状態を起こして流入させるようになっているのが好ましい。循環液体導入管１７は、貯液槽１１に開口を設けて該開口より挿入され槽壁に溶接されているが、フランジを備えて槽壁に備えるフランジにボルト締めにより固定される構成でも良い。

電気式液体加熱供給装置１０が取り扱うことができる液体ｗは水道水に限定されない。電気式液体加熱供給装置１０は、飲料用や入浴用の給湯装置としての利用だけでなく、あるいは水道水を利用した家庭用風呂用の給湯装置、温泉水・鉱泉水を利用した大規模浴場用の給湯装置として用いることができるものである。また、ハウス栽培や乗用車における中水を利用した温水暖房システム用の給湯装置に用いることができるが、この場合には、中水の熱を利用した後は、給水源に帰還させるようにする。さらに、油などの他の液体を循環加熱し利用するシステムに用いることができる。

循環ポンプ１６及び電気ヒータ１３に供給する電力はコストが安い深夜電力を利用するのが好ましい。図１（ａ）に示す深夜電力利用手段は、電力源３０と電力切替手段３１とバッテリ３２とを備えてなる。電力切替手段３１は、電力コストが割安な深夜時間帯に電力源３０から深夜電力を入力し、電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂとバッテリ３２に対して出力する。電気式液体加熱供給装置１０は、電気ヒータ１３と循環ポンプ１６に割安な深夜電力が供給され深夜時間帯に貯液槽１１内の液体が設定温度に加熱される。貯液槽１１内の液体が設定温度に加熱されると、これを検知する温度検知装置１１ｄの検知信号に基づいて電力切替手段３１が電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂへの給電を停止するようになっている。もしも、深夜営業の温泉センターのように、深夜時間帯に加熱液体取出口１４から加熱液体Ｌ２が取り出され、ボールタップ１２ａから原液Ｌ１が供給されるときは、電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂへの給電は停止しない。他方、電力切替手段３１は、深夜時間帯に、電気ヒータ１３と循環ポンプ１６への給電とは別にバッテリ３２に蓄電するようになっている。電力切替手段３１は、電力コストが割安な深夜時間帯が過ぎると、バッテリ３２への給電を停止し、バッテリ３２の蓄電力を電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂへ給電するように回路接続を切り替えるようになっている。さらに、電力切替手段３１は、バッテリ３２の蓄電力がなくなった時には、常用電力を電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂへ給電するように回路接続を切り替えるようになっている。なお、原液Ｌ１の供給が停止されかつ加熱液体Ｌ２の取り出しが行われず、貯液槽１１の液体が設定温度まで温度上昇したときは、電力切替手段３１から電気ヒータ１３と循環ポンプ１６と加熱液体取出ポンプ１４ｂへの給電が行われない。

〔作用・効果〕
初めに、原液供給口１２から原液Ｌ１を貯液槽１１に流入し液面管理レベルまで貯留する。次いで、循環ポンプ１６及び電気ヒータ１３に深夜電力を通電し、貯液槽１１内の原液Ｌ１を設定温度まで加熱する。循環ポンプ１６が稼働すると、槽内の液体ｗは、循環液体取出口１５ｄより循環路１５、循環液体導入管１７を通流し貯液槽１１の奥深い内方に帰還する。循環液体導入管１７を通流する液体は、電気ヒータ１３に乱流状態に接触させて何度も加熱され混流（混練流）となり、電気ヒータ１３から液体へ高い熱伝達効率での伝熱が行われ、加熱される。こうして、循環液体導入管１７を通流する液体は、乱流となり電気ヒータ１３に接触を繰り返し加熱され混流し流れ方向に垂直な断面での温度分布が絶えず平均化され、流れ方向の下流に行くにつれて電気ヒータ１３の発熱部１３ａへの接触回数・時間が比例的に多くなり温度上昇する。貯液槽１１の液体は、再び循環流となり電気ヒータ１３により加熱を繰り返す。これにより、槽内全体のどの位置でも液温を平均化する貯液槽１１の液体は全体的に次第に設定温度まで温度上昇していく。貯液槽１１の液体が設定温度まで温度上昇してからは、加熱液体取出口１４より加熱液体Ｌ２を取り出して使用でき、該加熱液体Ｌ２の取り出しが長時間連続しても、原液供給口１２から供給される原液Ｌ１が加熱液体Ｌ２として補充され、加熱液体Ｌ２が温度変化なく生成され設定温度に保たれる。

この構成によれば、貯液槽１１に原液が満杯に貯留され電気ヒータ１３により設定温度に加熱されてから加熱液体取出弁１４ｃを開放し加熱液体取出ポンプ１４ｂを稼働し、加熱液体Ｌ２を取り出す。加熱液体Ｌ２の取り出しを長時間行っても、設定温度、例えば４３℃に加熱された加熱液体Ｌ２の取り出しを行うことができ、風呂用、温泉用に利用できる。なお、電気ヒータ１３の出力を調整することで、設定温度が１００℃となるように調整することもできる。さらに、貯液槽１１内の液体全量を均一に加熱できて原液を供給しながらでも温度を下げずに一定温度に加熱された液体を外部へ大量かつ長時間にわたり取り出すことができる。

この構成によれば、貯液槽内の液体全量を均一に加熱できて液体を外部へ均一な所望温度に保って大量かつ長時間にわたり取り出すことができ、電気ヒータから液体への熱伝達効率が高いので、電気ヒータ１３の液体への伝熱効率が高く得られるので、コストが安い深夜電力を用いると、石油やガスに比べても熱量あたりのコストを同等に下げることができ、石油やガスのコストが高騰したときには、本発明の方が安くなる。また上記構成によれば、直管状の循環液体導入管１７と棒状の電気ヒータ１３を有することで、貯液槽１１内の液体に循環流と混流とを与えて液体の全量を均一な温度とすることができると共に、高い熱伝達効率が得られるから、貯液槽１１内の液体の加熱速度が速くでき、しかも、電気ヒータ１３の出力と循環ポンプ１６の出力とを調整することで、貯液槽１１内の液体の設定加熱温度を調節することが極めて容易である。さらに本構成によれば、装置の構造が難しくなく、電気ヒータ１３の発熱部１３ａへのスケールの堆積が長期間にわたり少なく保たれ、電気ヒータ１３を採用するのでメンテナンスもやり易い。

〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置１０を示す。電気式液体加熱供給装置１０は、貯液槽１１が、円筒胴部の上下に鏡板を溶接してなり、架台１９上に設置されている。なお、貯液槽１１の外面に断熱被覆体を被覆するのが良い。貯液槽１１には、１本の循環液体導入管１７が、貯液槽１１の側壁の低い位置に開けられた孔より内方へ水平に深く延びて挿入され側壁貫通部を溶接されている。循環液体導入管１７は、電気ヒータ１３の電極部１３ｂを収容する直管部１７ａと、斜め上向きに曲がりかつ先端に向かって小径となるテーパ筒状の内端筒部１７ｂと、直管部１７ａの外端に備えられたフランジ（ヒータ支持部）１７ｃと、直管部１７ａの外端部に備えられた循環液体導入口１７ｄとを備えてなる。循環液体導入管１７の内端筒部１７ｂは、閉塞手段１８を設置しやすいように、また液体ｗ１を上方へ流すように折れ曲がっている。なお、循環液体導入管１７は、貯液槽１１の側壁に溶接ではなくボルト締めで取り付けられる構成でも良い。

貯液槽１１の側壁の循環液体導入管１７の内端筒部１７ｂに対向する部分に閉塞手段１８を備えている。閉塞手段１８は、円錐面を有する弁体１８ａと、弁体１８ａを支持し雄ねじを有するシャフト１８ｂと、シャフト１８ｂの外端に固定された手回しハンドル１８ｃと、シャフト１８ｂを嵌挿状態に収容しかつシャフト１８ｂの雄ねじに螺合する雌ねじを有し液漏れ防止の軸封手段を備えた支持筒部１８ｄとを有してなる。閉塞手段１８は、電気ヒータ１３の引き抜き時には、手回しハンドル１８ｃを回し、弁体１８ａを循環液体導入管１７の内端筒部１７ｂに着座させ閉弁状態とし、また循環量調整用仕切弁１５ｂを閉弁することで、電気ヒータ１３の引き抜きを行っても、貯液槽１１の液体が循環液体導入管１７を通して外部へ流出することを防止できる。すなわち、貯液槽１１の液体の全量を抜かなくても、電気ヒータ１３を引き抜いて発熱部１３ａに付着したスケールを拭い取ることができ、高い熱伝達効率を保つことができる。このため、温泉水の加熱の場合には、循環液体導入管１７内の掃除と、電気ヒータ１３の発熱部１３ａに付着したスケールの拭い取りを短時間に行える利便性がある。なお、本発明では、電気ヒータ１３の発熱部１３ａに乱流の液体が接触して流れるので、従来の取付構造に比して頗る、発熱部１３ａにスケールが付着しにくいものとなっている。

電気ヒータ１３は、棒状の発熱部１３ａと、フランジ（電気ヒータ取付部）１３ｃと、電極部１３ｂとを備えてなる。電気ヒータ１３は、発熱部１３ａが循環液体導入管１７の外端開口より挿入され、フランジ１３ｃがフランジ１７ｃにボルト締めされて発熱部１３ａの中心が直管部１７ａに中心を一致された状態に収容され、電極部１３ｂに深夜電力利用手段である電力源３０と電力切替手段３１とバッテリ３２とが電気的に接続されている。循環液体導入管１７と電気ヒータ１３は液体が漏れないように備えられる。

この実施形態では、循環液体取出口１５ｄは貯液槽１１の下面中央に備えられ貯液槽１１内の最も温度が低い液体を取り出せるようになっている。

貯液槽１１には、液体の温度を検知して電気ヒータ１３を停止させ異常を防止するための温度検知装置１１ｄ、配管の各所から液体を抜くためのドレンパイプ２０ａ〜２０ｃと開閉装置であるドレンバルブ２１ａ、２１ｂ、事故、その他何らかの原因で液面レベルが上がり過ぎた場合に起こりうる貯液槽１１の圧力の上昇を防ぐための溢流口２０を備えている。ドレンパイプ２０ａ〜２０ｃを流れる液体は、排水枡２１ｃに流れ込むようになっている。なお、液体が油等である場合には流せないので、回収タンク（不図示）に回収されるようにする。

この構成では、電気ヒータ１３を引き抜いてメンテナンスや交換を行うことができる。すなわち、閉塞手段１８で循環液体導入管１７の内端筒部１７ｂを閉塞し、ドレンバルブ２１ａ、２１ｂを開放して循環液体導入管１７、循環路１５、ドレンパイプ２０ｂ、２０ｃ内の液体を排水枡２１ｃに流し、引き抜き可能な電気ヒータ１３を取り外すことができる。なお、この実施形態でも、電気ヒータ１３に後述する放熱フィンを備えても良い。

原液供給口１２には、ボールタップ１２ａが備えられている。ボールタップ１２ａは液面が原液供給口１２と同じか上になった際は原液供給口１２を閉塞し、液面が下になった際には原液供給口１２を開けることで、原液自動給液機能を持つ。また、液面が原液供給口１２より下になった際は、その液面の下降、すなわちボールタップ１２ａの傾きに応じて原液の供給流量が増えるので、液体が足りない場合は多く原液Ｌ１を供給する、液面レベル管理機能ももつ。ボールタップ１２ａによる原液Ｌ１の最大供給量は、後述する加熱液体取出ポンプ１４ｂによる最大の送液の量より多目になるように設定されており、液体が減りすぎることによる空焚きを防ぐようになっている。

加熱液体取出口１４は、貯液槽１１の上部近くに設置されている。加熱液体取出口１４に加熱液体取出管１４ａが接続され、加熱液体取出管１４ａに加熱液体取出ポンプ１４ｂと加熱液体取出弁１４ｃが配置される。

貯液槽１１に原液が満杯に貯留され電気ヒータ１３により設定温度に加熱されてから加熱液体取出弁１４ｃを開放し加熱液体取出ポンプ１４ｂを稼働し、加熱液体Ｌ２を取り出すものとする。加熱液体Ｌ２の取り出しを長時間行っても、設定温度、例えば４３℃〜４５℃に加熱された加熱液体（水）Ｌ２を取り出してお風呂又は温泉湯として利用できる。貯液槽１１内の下層部には温度が低い液体が集まり、循環液体取出口１５ｄより循環路１５に取り込まれ循環流となり、循環液体導入管１７内へ導かれる。循環液体導入管１７内を通流する液体は、電気ヒータ１３により加熱され、循環液体導入管１７の内端筒部１７ｂより貯液槽１１内に流入し上昇流ｆ１となる。
こうして、貯液槽１１内の液体の全量が循環して上下方向の温度分布が大きく変わらない設定温度に加熱される。

この実施形態によれば、電気ヒータ１３を水平方向に引き抜き可能であるため電気ヒータ１３に付着する湯垢の除去や電気ヒータ１３の交換等のメンテナンスが可能である。電気ヒータ１３の引き抜き時に内端筒部１７ｂの開口を閉塞することで、電気ヒータ１３を引き抜くために循環液体導入管１７の外端部を開口しても液体が漏れることなく、液量にかかわらず電気ヒータ１３の引き抜きによるメンテナンスが可能となる。貯液槽１１の側方から電気ヒータ１３の引き抜きが可能なため、貯液槽１１の上方にメンテナンスのためのスペースを必要とせず、より狭いスペースに設置できる。

〔第２の実施形態〕
図２〜図５は本発明の第２の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置１０Ａを示す。なお、基本構成の説明を省略し、また第１の実施形態と同一の構成部分は同符号を付して説明を省略する。

貯液槽１１Ａは、鋼板あるいはステンレス鋼板等を用いて直方体形状に溶接組立してなる貯液槽本体１１ａと、該貯液槽本体１１ａの外側を被覆する断熱被覆体１１ｂとからなる。貯液槽本体１１ａ内は、垂直に立てられた複数の仕切り板２２により平面視において蛇行する蛇行経路が形成され、循環液体導入管１７Ａから貯液槽本体１１ａ内に流入する循環液体が蛇行流ｆ２になる。

循環液体取出口１５ｄは、蛇行経路の末端付近の槽壁部分の下部に設けられている。この位置に循環液体取出口１５ｄを備えると、貯液槽本体１１ａ内の液体が万遍なく循環する蛇行流を形成し易くなると共に、温度の低い液体を循環路１５に取り込むことができる。この実施形態では、循環量調整用仕切弁１５ｂと循環ポンプ１６の間には、ゴミや湯垢などを除去するフィルタ１５ｃを備えている。循環路１５は、横ヘッダ管１５ａに連通接続され、横ヘッダ管１５ａに備える４つの枝管が循環液体導入管１７Ａの循環液体導入口１７ｄに連通接続されている（図３参照）。

特にこの実施形態では、循環液体導入管１７Ａは、貯液槽１１Ａの天井壁１１ｃを貫通し管内端が槽内の深い位置となるように垂設され（図２、図４参照）、電気ヒータ１３Ａは、貯液槽１１Ａの上方に引き抜き可能となるように循環液体導入管１７Ａのフランジ１７ｃに取外し可能に固定されている（図５参照）。この実施形態では、複数組（図示例は４組）の循環液体導入管１７Ａと電気ヒータ１３Ａを備え、大きな流量の加熱液体を生成できる。循環液体導入管１７Ａが天井壁１１ｃより垂設されているので、電気ヒータ１３Ａを垂直方向に引き抜くことが可能である（図５参照）。循環液体導入管１７Ａを貯液槽１１Ａの天井壁１１ｃより垂設し、電気ヒータ１３Ａを垂直方向に引き抜く構成であるので、貯液槽１１Ａ内の加熱液体の全量を抜かないで電気ヒータ１３Ａを引き抜いても循環液体導入管１７Ａから貯液槽１１Ａ内の加熱液体が少しもこぼれ出ないので、メンテナンスを短時間で行える。特に、加熱液が廃棄できない油等の液体であるときに利便性が高い。さらに、この実施形態では、電気ヒータ１３Ａを循環液体導入管１７Ａの外端開口より挿入できるので、電気ヒータ１３Ａの発熱部１３ａに放熱フィン１３ｄを備え、熱伝達効率を高めた構成とされている。なお、放熱フィン１３ｄは備えてなくても良い。

循環液体導入管１７Ａの内端筒部１７ｂは、槽内隅面の近傍に位置しかつ該槽内隅面に備えた乱流板２３に対抗して備えられている。該乱流板２３は、循環液体導入管１７Ａ内を通流し内端筒部１７ｂから槽内に流入する液体を多方向に向きを変更させてかき混ぜる役目を果たす（図２参照）。

〔第３の実施形態〕
図６〜図９は第３の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置１０Ｂを示す。なお、基本構成の説明を省略し、また第１及び第２の実施形態と同一の構成部分は同符号を付して説明を省略する。

特にこの実施形態では、循環液体導入管１７Ｂは、貯液槽１１Ｂの側壁１１ｅを貫通し水平に延びて管内端が槽壁対向面に近い位置となるように設けられ（図６、図７参照）、電気ヒータ１３Ｂは、発熱部１３ａを循環液体導入管１７Ｂの外端開口より収容され、フランジ１３ｃを循環液体導入管１７Ｂの外端部のフランジ１７ｃに取外し可能に固定されている（図７参照）。この実施形態においても、第２の実施形態と同様に、複数組（図示例は４組）の循環液体導入管１７Ｂと電気ヒータ１３Ｂを備え、大きな流量の加熱液体を生成できる構成とされている。循環路１５は、縦ヘッダ管１５ｅに連通接続され、縦ヘッダ管１５ｅに備える４つの枝管が循環液体導入管１７Ｂの循環液体導入口１７ｄに連通接続されている（図６、図８参照）。そして、この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、貯液槽１１Ｂの側壁１１ｆには循環液体導入管１７Ｂの内端筒部１７ｂに対向する位置に閉塞手段１８を備えている。循環液体導入管１７Ｂが側壁１１ｅを貫通し水平に設けられているので、フランジ１３ｃとフランジ１７ｃの連結を解いて、電気ヒータ１３Ｂを貯液槽１１Ｂの側方へ水平に引き抜く構成である（図９参照）。第１の実施形態と同様に、側壁１１ｆに備えた閉塞手段１８で循環液体導入管１７Ｂの内端筒部１７ｂを閉塞し、循環量調整用仕切弁１５ｂを閉弁し、ドレンバルブ２１ａ、２１ｂを開放して循環液体導入管１７Ｂ内の液体を流せば電気ヒータ１３Ｂを取り外すことができる。

このように、循環液体導入管１７Ｂを水平に設ける場合も、貯液槽１１Ｂ内の加熱液体の全量を抜かないで電気ヒータ１３Ｂを引き抜いても循環液体導入管１７Ｂから貯液槽１１Ｂ内の加熱液体がこぼれ出ないので、メンテナンスを短時間で行える。
なお、この実施形態は、循環液体導入管１７Ｂを平面視したときに上下に重なるように水平に複数段に備えたが、平面視したときに並列するように備えても良い。

〔第４の実施形態〕
図１０は本発明の第４の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置１０Ｃを示す。なお、基本構成の説明を省略する。この実施形態では、以下の点を除き、貯液槽１１Ｃが第３の実施形態の貯液槽１１Ｂと略同一に構成されている。

加熱液体取出口１４に加熱液体取出管１４ａが接続され、加熱液体取出管１４ａの中途に加熱液体取出弁１４ｃと加熱液体取出フィルタ１４ｄと加熱液体取出ポンプ１４ｂとが順に配設されている。そして、加熱液体取出管１４ａの加熱液体取出弁１４ｃよりも上流側の中途に循環路１５の循環液体取出口１５ｄが分岐接続されている。すなわち、加熱液体取出管１４ａが循環液体取出口１５ｄを兼ねている。この実施形態では、加熱液体取出弁１４ｃと循環量調整用仕切弁１５ｂとの相対的な開度調整を行って、循環流の流量と加熱流体の取り出し量を決める。

〔第５の実施形態〕
図１１は第５の実施形態に係る電気式液体加熱供給装置１０Ｄを示す。なお、基本構成の説明を省略し、また第１ないし第４の実施形態と同一の構成部分は同符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、ボンベ形の貯液槽１１Ｄに循環液体導入管１７Ｄが水平に備えられ、該循環液体導入管１７Ｄの内部に電気ヒータ１３Ｄを取外し不能に備えたものである。

〔その他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態が技術的範囲に含まれるものである。

例えば、貯液槽の形状は、四角、長方形などの角型または円柱、楕円などの円形、円錐、三角形、台形などであっても良い。

また、貯液槽への原液は、ボールタップによる供給でなく、電磁弁を介して循環路１５の中途に給液してもよい。この場合は、フロートスイッチを設置して、上限スイッチＯＮのときは電磁弁を閉弁し、下限スイッチＯＮのときは電磁弁を開弁するように設ける。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 電気式液体加熱供給装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 貯液槽
１１ａ 貯液槽本体
１１ｂ 断熱被覆体
１１ｃ 天井壁
１１ｄ 温度検知装置
１１ｅ、１１ｆ 側壁
１２ 原液供給口
Ｌ１ 原液
Ｌ２ 加熱液体
１２ａ ボールタップ
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｄ 電気ヒータ
１３ａ 発熱部
１３ｂ 電極部
１３ｃ フランジ（ヒータ取付部）
１３ｄ 放熱フィン
１４ 加熱液体取出口
１４ａ 加熱液体取出管
１４ｂ 加熱液体取出ポンプ
１４ｃ 加熱液体取出弁
１４ｄ 加熱液体取出フィルタ
１５ 循環路
１５ａ 縦ヘッダ管
１５ｂ 仕切弁
１５ｃ フィルタ
１５ｄ 循環液体取出口
１５ｅ 横ヘッダ管
１６ 循環ポンプ
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ 循環液体導入管
１７ａ 直管部
１７ｂ 内端筒部
１７ｃ フランジ（ヒータ支持部）
１７ｄ 循環液体導入口
１８ 閉塞手段
１８ａ 弁体
１８ｂ シャフト
１８ｃ 手回しハンドル
１８ｄ 支持筒部
１９ 架台
２０ 溢流口
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ ドレンパイプ
２１ａ、２１ｂ ドレンバルブ
２１ｃ 排水枡
２２ 仕切り板
２２ａ 液流ストッパ
２３ 乱流板
３０ 電力源
３１ 電力切替手段
３２ バッテリ
ｗ、ｗ１ 液体
ｆ１ 上昇流
ｆ２ 蛇行流

Claims (9)

1. 貯液槽と、前記貯液槽に備えられた電気ヒータとを有し、前記貯液槽に供給され貯留される液体を前記電気ヒータで加熱し外部に取り出し適宜の目的に利用する電気式液体加熱供給装置において、
   前記貯液槽の槽壁を貫通して設けられ内方に延びかつ内端を開いた循環液体導入管と、
   前記貯液槽の槽壁の前記循環液体導入管の内端から十分に離れた位置で前記液体を取り出し前記循環液体導入管の外端部より管内に帰還させる循環路及び該循環路に介設された循環ポンプとを備え、
   前記電気ヒータの発熱部が前記循環液体導入管内に挿入され該管内に帰還する前記液体を加熱する構成であり、
   前記電気ヒータの発熱部が棒状であり直管状に設けられた前記循環液体導入管の外端開口部より管内に挿入され該外端開口部に取外し可能に固定され、
   前記循環液体導入管と、該循環液体導入管内に加熱部が収容される前記電気ヒータとが、単数組又は複数組備えられ、
   前記循環液体導入管から前記電気ヒータを引き抜いて取外す時に前記貯液槽内の液体が前記循環液体導入管内を通流し該循環液体導入管の外端開口部から外部への流出が不可であるように、前記循環液体導入管及び前記電気ヒータが備えられていることを特徴とする電気式液体加熱供給装置。
2. 前記循環液体導入管が前記貯液槽の天井壁を貫通して垂設されると共に、前記電気ヒータが前記貯液槽の上方に引き抜き可能となるように前記循環水導入管の外端部に取外し可能に固定されていることにより、前記貯液槽内の液体の外部への流出が不可である構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の電気式液体加熱供給装置。
3. 前記循環液体導入管が前記貯液槽の側壁を貫通して内方へ延びて設けられると共に、前記電気ヒータの引き抜き時に内端を閉塞する適宜の閉塞手段を有し、かつ前記電気ヒータが前記貯液槽の側方に引き抜き可能となるように前記循環液体導入管の外端部に取外し可能に固定されていることにより、前記貯液槽内の液体の外部への流出が不可である構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の電気式液体加熱供給装置。
4. 前記貯液槽が概略直方体に形成され、かつ内部に備えられる複数の仕切り板壁により平面視において蛇行する蛇行流路を備えており、該蛇行流路の一端に前記電気ヒータが備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気式液体加熱供給装置。
5. 前記貯液槽の槽壁の蛇行流路の他端ないし他端寄りの適宜位置に前記循環路の液体取出口が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気式液体加熱供給装置。
6. 前記貯液槽の槽壁の蛇行流路の他端ないし他端寄りの適宜位置に加熱液体外部取出口が備えられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気式液体加熱供給装置。
7. 前記貯液槽への液体の供給及び液面レベルの管理がボールタップ又は他の液面管理手段により行われる構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電気式液体加熱供給装置。
8. 電力が割安な深夜電力を蓄電し電力が割安な深夜時間帯が過ぎた時に前記電気ヒータ及び前記循環ポンプに電力供給するバッテリを備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式液体加熱供給装置。
9. 前記電気ヒータ及び前記循環ポンプに電力が割安な深夜時間帯に深夜電力の供給に切り替え、深夜時間帯が過ぎた時は前記バッテリからの電力に切り替える電力切替手段を備えていることを特徴とする請求項８に記載の電気式液体加熱供給装置。

Images