[go: up one dir, main page]

JP2000028199A - 水ヒ―タ―及びヒ―ティングエレメント - Google Patents

水ヒ―タ―及びヒ―ティングエレメント

Info

Publication number
JP2000028199A
JP2000028199A JP14290299A JP14290299A JP2000028199A JP 2000028199 A JP2000028199 A JP 2000028199A JP 14290299 A JP14290299 A JP 14290299A JP 14290299 A JP14290299 A JP 14290299A JP 2000028199 A JP2000028199 A JP 2000028199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base member
heating element
thermistor
water heater
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14290299A
Other languages
English (en)
Inventor
Crell Anthony
クレル アンソニー
Timothy J Shellenberger
ジェイ．シェレンバーガー ティモシー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
American Water Heater Co
Original Assignee
American Water Heater Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by American Water Heater Co filed Critical American Water Heater Co
Publication of JP2000028199A publication Critical patent/JP2000028199A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
    • F24H9/2021—Storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/128—Preventing overheating
    • F24H15/132—Preventing the operation of water heaters with low water levels, e.g. dry-firing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/156—Reducing the quantity of energy consumed; Increasing efficiency
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/172—Scheduling based on user demand, e.g. determining starting point of heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/223—Temperature of the water in the water storage tank
    • F24H15/225—Temperature of the water in the water storage tank at different heights of the tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/281—Input from user
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/37—Control of heat-generating means in heaters of electric heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作コスト及び保証費を低減し、エネルギー
効率を改善したヒーティングエレメントと電子制御シス
テムを有する電気水ヒーターを提供すること。 【解決手段】 従来用いられていた比較的大きな電気機
械式サーモスタットの代わりに、サーミスターを用いる
ことにより、製作に必要な構成部品数の減少による製作
コストの低減、保温可能部分の拡大によるエネルギー効
率改善が図れる。又、サーミスターの使用及び抵抗ヒー
ターに接続するコールドピンを長くすることによって、
より迅速かつ正確な水温の把握が可能となり、的確なヒ
ーティングエレメントの制御が行えるため、エネルギー
効率の改善、空焚きの防止による保証費の低減が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気水ヒーターに関
し、特に、製作コストと保証費とを低減すると共に、エ
ネルギー効率を大幅に改善するヒーティングエレメント
と電子制御システムを有する電気水ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電気水ヒーターは、そのサイズや
用途により水タンクの中の水を加熱する１本又は２本の
電気式のヒーティングエレメントを有する構成とされて
いる。各々のエレメントは、エレメントのねじ込みキャ
ップが水タンクの側面に接続されているところに取付け
られた電気機械式のサーモスタットを利用している。こ
のような構造にはいくつかの問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在の電気機械式サー
モスタットは、ヒーティングエレメントをオンオフする
接点の作動用に、バイメタル技術を用いている。このよ
うなバイメタル技術を用いた方法は、正確さに欠け、水
タンク内の温度変化に対する応答も比較的遅く、水ヒー
ターの効率低下の原因となっている。
【０００４】現在の構造のもう一つの大きな問題は、空
焚きの防止が難しいことである。空焚きは、ヒーティン
グエレメントの周囲に水が無い状態で、ヒーティングエ
レメントが通電された場合に起こる。空焚きはヒーティ
ングエレメントを急激に損傷するため、エレメントの寿
命を著しく低下させる。殆どの場合、空焚きは、直ちに
エレメントの故障を引き起こす可能性がある。
【０００５】現在の電気機械式サーモスタットは又、比
較的大きなサーモスタットブラケットを有し、表面の比
較的大きな部分が水タンクの側面に接触している。この
事は、この部分にタンクの他の部分に施されたポリウレ
タンフォーム保温を施すことができないため、エネルギ
ー効率を低下させる。この事は、上記ポリウレタンフォ
ームを形成する化学製品が、組立と現場運転時に電気機
械式サーモスタット制御装置と干渉するためである。上
記干渉を防止するために現在用いられている方法は、フ
ォーミングエプロン(foaming aprons)、ファイバーグラ
スバット(fiberglass batts)、ＥＰＳフォームダム(EPS
foam dams) 等があるが、何れも熱効率（K-factors ）
は、タンクの別の部分を覆っているポリウレタンフォー
ムより低い。
【０００６】上述したような構造は、部品点数や製造工
程が多くなり、最終的な製品コストが上昇する。
【０００７】本発明の一つの目的はエネルギー効率を改
善した水ヒーターを提供することである。
【０００８】又、本発明の他の目的は、比較的大きな電
気機械式サーモスタットを無くすと共に、水ヒーターの
製作に必要な構成部品数を低減することが可能な水ヒー
ターを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様で
は、水ヒータータンクの側壁を通過して延設されると共
に該タンク側壁と気密に係合するベース部材を有するヒ
ーティングエレメントが設けられている。前記ベース部
材はサーミスターを取り付ける凹所を有する。伝導性の
部材がサーミスターに接続されると共に、前記ベース部
材から外部に延設されて温度情報を制御装置に伝達す
る。抵抗ヒーターのシースは、前記ベース部材へ気密に
接続されると共に該ベース部材から外方へ延設され、内
部にはヒーティングコイルが配置される。コールドピン
は、ヒーティングコイルによって発生した熱が前記サー
ミスターによって実質上検出されない程度の十分な長さ
を有し、前記ヒーティングコイルの端部とベース部材に
接続される。伝導性の部材はコールドピンに接続される
と共にベース部材から外部に延設されて電力をヒーティ
ングコイルに伝達する。
【００１０】本発明の他の態様では、水容器と前記水容
器内の水を加熱するために設置されたヒーティングエレ
メントとを有する水ヒーターが提供される。該ヒーティ
ングエレメントは、水ヒータータンクの壁を通過して延
設されると共に該タンク壁と気密に係合する、凹部を有
するベース部材を含んでいる。サーミスターは、前記凹
部に配置され、前記ベース部材の外部に延設されて温度
情報を伝達する伝導性の部材を有している。抵抗ヒータ
ーのシースは、前記ベース部材へ気密に接続されると共
に該ベース部材から外方に延設される。ヒーティングコ
イルは、前記シース内に配置され、前記ヒーティングコ
イルの端部と前記ベース部材に接続されたコールドピン
を有している。前記コールドピンは、前記ヒーティング
コイルにより発生した熱が前記サーミスターによって実
質上検出されない程度の十分な長さを有している。伝導
性の部材が前記コールドピンに接続されると共に、前記
ベース部材から外部に延設されて前記ヒーティングコイ
ルに電力を伝達する。制御装置は、前記ヒーティングエ
レメントに接続されており、前記サーミスターからの温
度情報と設定温度を比較し、前記比較に基づいて前記ヒ
ーティングエレメントに通電することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１、２において、１０は本発明
の電気水ヒーターを示す。水ヒーター１０は、フォーム
保温材１４を覆う外部ジャケット１２を有している。フ
ォーム保温材１４は水タンク１６を覆っている。トップ
パン１８は、ジャケット１２の上端でふたをし、ボトム
パン２０は、ジャケット１２の下端でふたをしている。
タンクの上部にある入口部２２は、タンク１６に冷水を
入れるためのものである。同様に、出口部２４は、タン
ク１６の上部から温水を取り出すためのものである。
【００１２】一対のヒーティングエレメント２６は、タ
ンク１６の側面に取り付けられている。エレメント２６
はトップパン１８の凹部３０に取り付けられた電子制御
装置２８に電気的に接続されている。エレメント２６は
タンク１６の側壁に取り付けられ、ジャケット１２の開
口部にぴったりはまるプラスチックキャップ３２でカバ
ーされている。上部フォームダム(foam dam)３４が上部
エレメント２６を包囲し、タンク１６とジャケット１２
の間に延設されている。同様に下部フォームダム３６が
下部エレメント２６とスピゴット(spigot)３８を包囲
し、ジャケット１２とタンク１６の間に延設されてい
る。
【００１３】図３から図６に示したようにそれぞれのヒ
ーティングエレメント２６は、ベース２７、抵抗ヒータ
ー２９、サーミスターセンサー４４、一対のサーミスタ
ーコネクター４５を有している。サーミスター４４はベ
ース２７の中で２本の抵抗ヒーター２９の足の間に位置
している。
【００１４】抵抗ヒーター２９は、ベース２７へ気密に
接続される一対の足６２、６４を具備するＵ字型の外部
シース６０を有する。抵抗ヒーター２９の内部には、ヒ
ーティングコイル６６がある。ヒーティングコイル６６
はその両端が、コールドピン６８に接続されている。コ
ールドピン６８は導電性ではあるが、エレメント２６に
電流が流れた時に発熱しない。一般的にはコールドピン
の長さは約２０ｍｍ（０．８inches）とされるのに対し
て、各々のコールドピン６８は、長さ約３３７ｍｍ（１
３．２５inches）の抵抗ヒーターを持つエレメントに対
しては、約６４ｍｍ（２．５inches）とされる。コール
ドピン６８はワイヤー４０に接続されるねじ７０に接続
される。
【００１５】ベース２７は、半径方向外側へ拡がるフラ
ンジ７２を有しており、フランジ７２のタンク側の表面
７４は、ベース２７が取り付けられるスパッド(spud)８
４の外側の端部に接触している。スパッド８４は水タン
ク１６へ溶接８８によって取り付けられる。ヒーティン
グエレメントのねじ部７６は、スパッド８４の対応する
ねじ部８６と気密に係合し、ベース２７を水タンク１６
の側面へ気密に接続する。
【００１６】ベース２７には又、サーミスターセンサー
４４を設置する凹部７８が設けられている。サーミスタ
ーセンサー４４は、該サーミスターセンサー４４を凹部
７８に密閉するヒートシンクコンパウンド(heat sink c
ompound)８０に埋められる。サーミスターセンサー４４
は、ベース２７と凹部７８を通って延びる中心軸にほぼ
沿って設置されている。
【００１７】図１、２に示したように、電子制御装置２
８はエレメント２６にワイヤー４０によって接続され、
該ワイヤー４０は、ジャケット１２とタンク１６の間の
スペースを通っている。このスペースは、ケーブルが通
っている部分以外は、保温材１４で埋められる。保温材
のフォーミングプロセスの間にワイヤー４０の周りに直
接、フォーム形成液がフォームを形成するようにワイヤ
ー４０の位置を定めることが可能である。又、例えばチ
ューブやパイプ等でフォーム保温材の中に通路を作り、
その中にワイヤー４０を通しても良い。電子制御装置２
８は、ユーザーインターフェイスであって、水温調節ダ
イヤルを有しており、該ダイヤルにより、タンク１６内
の水温を設定できる。
【００１８】電子制御装置２８とヒーティングエレメン
ト２６の具体的な接続方法及び運転については、図７、
８に示されている。サーミスター４４は、従来の一般的
な方法でサーミスターコネクター４５を介して電子制御
装置２８に接続される。抵抗ヒーター２９は又、同様の
方法でヒーター制御盤４７上にあるリレー５０によって
ヒーター制御盤４７に接続されている。電力は電源（po
wer supply）４８からシステムへ供給される。そしてこ
の電源は、電流の急上昇時に前記システムへの通電を停
止するためのフューズ４９、４９′を有している。
【００１９】ヒーター制御盤４７には、以下で詳細に説
明するように、好ましくは水ヒーターの運転を制御する
ために電子制御回路を組み込む。上記制御回路は、当業
者であれば既知の電子部品、例えば半導体トランジスタ
ー(solid state transistors) とそれに付随するバイア
スコンポーネント(biasing components)、又は一つ以上
の同等のプログラム可能論理チップ(programmable logi
c chips)等を組み込んでいても良い。又、前記電子制御
回路は、ＰＲＯＭ、ＲＡＭ、マイクロプロセッサーが組
み込まれていても良い。
【００２０】これらのコンポーネントの構成やプログラ
ムは、水ヒーターの運転を行うための以下に記載するよ
うな当業者にとって公知の種々の方式とされても良い。
例えば、以下に説明するプログラム等は、Therm-O-Disc
社やUnited Technologies Electronic Controls 社等か
ら入手可能である。
【００２１】温水が必要な場合、温水は出口部２４から
取り出され、冷水が入口部２２から入れられる。サーミ
スターセンサー４４は、水タンクの側壁に取り付けられ
たベース２７に埋められており、タンク１６の中の水温
を検出する。ベース２７の温度はタンク１６の中の水温
を反映している。そしてサーミスター４４は、温度情報
を一般に電気信号の形で制御装置２８へ送る。制御装置
２８には、該制御装置２８がエレメント２６に通電する
温度である設定温度がプログラムされている。該設定温
度は、様々に変えることが可能である。タンク１６内の
水温が上記設定温度まで下がると、制御装置２８がサー
ミスターセンサー４４からの温度情報を受け、エレメン
ト２６に通電する。エレメント２６は、センサー４４か
ら受ける温度情報が水温が第２の設定温度に達したこと
を示すまで通電され、水を加熱する。
【００２２】第２の設定温度は、調節ダイヤルで設定
し、変更が可能である。制御装置２８が第２の設定温度
に達したことを検知すると、制御装置２８はエレメント
２６の通電を停止する。このエレメント２６の通電を停
止する第２の設定温度は、一般に、５つの可変設定値か
ら選択可能である。上記選択可能な設定値は好ましく
は、３２℃から８３℃（９０°Ｆから１８０°Ｆ）の間
である。エレメントに通電を開始する設定温度との差は
用途に応じて可変である。
【００２３】制御装置２８は又、ロックアウト温度を設
定できる。この温度は約９８．９℃（約２１０°Ｆ）未
満が望ましい。ロックアウト制御は、水温が設定した異
常温度に達した場合に、エレメント２６に通電すること
を防ぐもので、電源を一旦切り、その後にもう一度電源
を入れることにより制御装置２８をリセットするまで、
制御装置２８がエレメント２６に通電しないようにす
る。これは、制御装置２８によって自動的に行われるた
め、機械式リセット制御(mechanical reset control)の
必要性を減らすこと、あるいは機械式リセット制御を無
くすことができる。上記リセットは、制御装置２８のリ
セットユーザーインターフェースによって行うことがで
きる。センサーの検知性能は、従来の構造の場合、タン
クから約０．０１１ｍ3 （３．０gallons ）の水を取り
出すと制御を開始する程度であるが、センサー４４の検
知性能は、タンク１６からわずか約０．００５７ｍ
3 （１．５gallons ）の水を取り出すと、エレメント２
６をオンオフするようになっている。
【００２４】本水ヒーターの一つの具体的な運転方法に
ついて以下で述べる。初めに水ヒーター制御システムが
起動すると、ヒーター制御盤４７の電子制御回路は下部
エレメント２６の初期温度を記録する。それから、下部
エレメント２６のスイッチを１０秒間入れ、その後２分
間電源を切る。次いで、ヒーター制御盤４７はサーミス
ター４４によって検出した下部エレメント２６の一連の
温度を記録し、最終温度と初期温度の差を計算する。
【００２５】これらの温度の差が２．８℃（５°Ｆ）よ
り大きい場合、ヒーター制御盤４７は両方のエレメント
２６のスイッチをリレー５０によって切る。次いで、ヒ
ーター制御盤４７はシステムの電源が切られているか、
又は電源４８側でリセットされているかについて調べ
る。一度システムがリセットされるとヒーター制御盤４
７は、上記工程を最初から始める。
【００２６】しかし、温度差が２．８℃（５°Ｆ）未満
であれば、ヒーター制御盤４７は、タンク１６内の水温
が温度調節ダイヤルで設定した温度になるまで下部エレ
メント２６に通電し、水を加熱する。
【００２７】温度調節ダイヤルの温度が４３．３℃（１
１０°Ｆ）未満の場合には、上部エレメント２６はオフ
のままである。それ以外の場合でも、ヒーター制御盤４
７が、上部エレメント２６のサーミスター４４での温度
を調べ、この検出温度が、前記ダイヤルの温度から低温
側２．８℃（５°Ｆ）以内であれば、検出温度がターン
オン温度（通常、温度調節ダイヤルの設定温度より２．
８℃（５°Ｆ）ほど低い温度）より、２．８℃（５°
Ｆ）低い温度より低くなるまで上部エレメント２６に通
電しない。上部エレメント２６のサーミスター４４での
温度が、ターンオン温度より、２．８℃（５°Ｆ）低い
温度より低くなると、ヒーター制御盤４７は上部エレメ
ント２６に通電する。
【００２８】タンク１６内の水への加熱は、従来通り、
温度調節ダイヤルのターンオフ温度に達するまで続けら
れる。
【００２９】上述した方法で上部及び下部のエレメント
２６に通電することにより、本発明の大きな利点が得ら
れる。例えば、エレメントに短時間（例えば約５秒から
１０秒）通電し、サーミスターで温度を検出することに
より、ヒーター制御盤４７は、エレメント２６に空焚き
の状態で長い間通電するのを防止することができる。こ
の事は、エレメントの本質的な劣化を防ぎ、エレメント
の寿命を大きく延ばすこととなる。ここで、「本質的劣
化がない」とは、５〜１０秒のエレメントの通電では殆
どあるいは全くエレメントの劣化は起きないということ
である。約１０秒以上エレメントに通電することは、い
かなる加熱条件(fire conditions) においても本質的劣
化を招く可能性がある。
【００３０】サーミスター４４の使用は、例えばバイメ
タル片のような従来の温度感知技術を使用した場合に比
べ、ずっと正確で、応答の速い温度感知を可能にする。
この事は、空焚き状態で短時間に起きる大きな温度変化
も、ほんの短時間（例えば１０秒）だけヒーティングエ
レメント２６に通電するだけで検知することを可能にす
る。このような方法で、空焚き状態はすぐに検知され、
エレメントの寿命を著しく低下させるエレメントの過熱
を防ぐことができる。
【００３１】サーミスター４４が凹部７８の中でヒート
シンクコンパウンド(heat sink compound)に埋められて
いる場合、上述したように極めて正確に温度を検出する
ことが可能である。又、従来使われていたコールドピン
は短過ぎ、ヒーティングコイル６６から発生した熱がバ
イメタル片での検出温度に影響を与える。つまり、ヒー
ティングコイル６６からの部分的な熱放射が、ベース２
７の温度を上昇させるため、検出結果が不正確になる。
そこで、ヒーティングコイル６６からの部分的な熱放射
の影響を殆ど無くすため、コールドピン６８の長さを標
準の２０ｍｍ（０．８inches）から少なくとも約５１ｍ
ｍ（２inches）、好ましくは約６４ｍｍ（２．５inche
s）に伸ばしている。即ち、コールドピン６８は、従来
のコールドピンの長さの２から３倍程度の長さとする。
コールドピン６８は好ましくはニッケルコーティングし
た冷間圧延鋼から製作される。
【００３２】最も好ましい実施形態としては、ヒーティ
ングエレメント２６は、約１１０から４８０ボルトの電
圧レンジ及び１０００から６０００ワットの電力レンジ
を有している。又、サーミスター４４はTherm-o-Disc社
製、ヒートシンクコンパウンド８０はLocktite社製、特
にLocktite383 とするのが好ましい。同様に、シース６
０は、適宜な材料を使用しても良いが、銅製とすること
が好ましい。ベース２７は耐腐食性で熱伝導性の良い材
料であれば、他の材料でも良いが、耐腐食鋼製とするの
が好ましい。
【００３３】又、サーミスター４４を使用することによ
り、従来の電気機械式サーモスタットと、それに関連す
るフォーミングエプロンやファイバーグラスバット等を
使用する必要が無い。小さなＥＰＳフォームダム３４が
ベース２７を包囲しており、これが小さいため、タンク
の表面の殆どはフォーム保温材で覆われている。一例と
して、ヒーティングエレメント一個当り水タンクの側壁
がフォーム保温材で覆われていない表面積は、一般に
０．１８６ｍ2 (289 square inches) である。本発明で
は、この面積は０．０５４ｍ2(84 square inches) 以下
に減らすことが可能である。これは約７０％の減少であ
る。このフォームダムは、ベース２７に緊密に合致した
サイズと形状のドーナツ型にすることが好ましい。
【００３４】上述した改善点により、高エネルギー効率
の水ヒーターとなる。その結果、タンク１６とジャケッ
ト１２の間のフォーム保温材の厚さは、５０％減らすこ
とが可能である。言い換えれば、約５０ｍｍ( ２inche
s) の厚さのフォーミングキャビティ(2″foaming cavit
y) を約２５ｍｍ( １inches) の厚さのフォーミングキ
ャビティ(1″foaming cavity) に変える事ができ、その
場合でも従来型と同じエネルギー入力と待機時損失を維
持することが可能であるということである。
【００３５】本発明の特定の形態を例にとって述べてき
たが、本発明の精神と範囲とを逸脱することなく、他の
様々な同等品がここに具体的に述べられたエレメントの
代わりに用いられる可能性があることを理解されたい。
例えば、水タンク１６は様々なサイズや形のものを作っ
ても良いし、金属やプラスチックなどの様々な材料で作
っても良い。同様にフォーム保温材１４は、公知の高エ
ネルギー効率フォーム保温材で作っても良い。
【００３６】タンク１６の底部は図に示したように低所
フランジがあるものや平坦なもの等、様々な形の物が可
能である。タンク１６の底とボトムパン２０の間にフォ
ーム保温材を使うなど、他の改造がなされていても良
い。外部ジャケット１２は、圧延金属、望ましくは鋼、
又は押出し成形したビニール材など、様々な材料で作ら
れても良い。又、トップパン１８及びボトムパン２０は
金属、プラスチックその他の適当な材料により、深絞り
や打ち抜き加工で作られていても良い。
【００３７】本発明に基づいて他の運転ステップを行う
ことも可能である。この別の運転ステップでは、水ヒー
ターの制御装置の電源が入っている間、ヒーター制御盤
４７は、サーミスター４４での温度を検出し、検出した
温度と温度調節ダイヤルとの温度を比較して下部エレメ
ント２６で水を加熱する必要があるかどうかを確認す
る。その必要があれば、ヒーター制御盤４７は下部エレ
メント２６に通電し、継続的に加熱の必要性が満足され
たかどうかを確認する。下部エレメントでの水温が設定
温度に到達すると、ヒーター制御盤４７はこの工程を上
部エレメント２６に対して繰り返す。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の水ヒーターの略示正面図であ
る。点線は、水ヒーターの内部を示す。
【図２】図２は、図１の水ヒーターの一部を断面図とし
た略示側面図である。点線は、水ヒーターの内部を示
す。
【図３】図３は、本発明で使用するヒーティングエレメ
ントの正面図である。
【図４】図４は、図３に示されたヒーティングエレメン
トの側面図である。点線はヒーティングエレメントのベ
ースの内部を示す。
【図５】図５は、図３に示したヒーティングエレメント
の端面図である。
【図６】図６は、図３に示したヒーティングエレメント
が水タンクのスパッド（spud）に取り付けられた状態を
示す部分断面図である。点線はヒーティングエレメント
のベースの内部を示す。
【図７】図７は、本発明の水ヒーターの制御システムの
回路図である。
【図８】図８は、本発明の水ヒーターの制御システムの
ラダー図（ladder diagram）である。
【符号の説明】
１０…水ヒーター １６…水タンク ２６…ヒーティングエレメント ２７…ベース ２８…電子制御装置 ４０…ワイヤー ４４…サーミスターセンサー ６０…シース ６６…ヒーティングコイル ６８…コールドピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー ジェイ．シェレンバーガー アメリカ合衆国，テネシー 37601，ジョ ンソン シティ，メドー グリーン コー ト ナンバー３

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水ヒーターヒーティングエレメントにお
    いて、 水ヒータータンクの壁を通過して延設されると共に、該
    タンク壁と気密に係合する、凹部を有する熱伝導性のベ
    ース部材と、 前記凹部に配置されたサーミスターと、 前記サーミスターに接続されると共に前記ベース部材の
    外部に延設されて温度情報を伝達する部材と、 前記ベース部材へ気密に接続されると共に、前記べース
    部材から外方に向かい、前記水ヒータータンク内へ延設
    されているシースと、 前記シース内に配置されたヒーティングコイルと、 前記ヒーティングコイルにより発生した熱が前記サーミ
    スターによって実質上検出されない程度の十分な長さを
    有し、前記ヒーティングコイルの端部と前記ベース部材
    に接続されたコールドピンと、 前記コールドピンに接続されると共に、前記ベース部材
    の外部に延設されて前記ヒーティングコイルに電力を伝
    達する部材とを有する水ヒーターヒーティングエレメン
    ト。
  2. 【請求項２】 前記壁に設けられたねじ部に気密に係合
    するねじ部を前記ベース部材に有する請求項１に記載の
    ヒーティングエレメント。
  3. 【請求項３】 前記壁に設けられたねじ部が前記壁に気
    密に取り付けられたスパッド(spud)に設けられている請
    求項２に記載のヒーティングエレメント。
  4. 【請求項４】 前記ベース部材が前記壁の外表面に係合
    するようにされた、半径方向外側に拡がるフランジを有
    している請求項１に記載のヒーティングエレメント。
  5. 【請求項５】 前記コールドピンの長さが少なくとも約
    ５１ｍｍ（約２inches）である請求項１に記載のヒーテ
    ィングエレメント。
  6. 【請求項６】 前記コールドピンの長さが約６４ｍｍ
    （約２．５inches）である請求項１に記載のヒーティン
    グエレメント。
  7. 【請求項７】 前記コールドピンが、ニッケルコーティ
    ングした冷間圧延鋼で作られている請求項１に記載のヒ
    ーティングエレメント。
  8. 【請求項８】 前記サーミスターを覆うヒートシンクコ
    ンパウンド(heat sink compound)を有する請求項１に記
    載のヒーティングエレメント。
  9. 【請求項９】 前記ヒートシンクコンパウンドが前記凹
    部に前記サーミスターを密封している請求項８に記載の
    ヒーティングエレメント。
  10. 【請求項１０】 前記サーミスターが前記サーミスター
    に接続されている前記部材にはんだ付されている請求項
    １に記載のヒーティングエレメント。
  11. 【請求項１１】 前記ベース部材が略円形であって、該
    ベース部材の略中心軸の位置に前記サーミスターが位置
    している請求項１に記載のヒーティングエレメント。
  12. 【請求項１２】 電気水ヒーターであって、 １）水容器と、 ２）前記水容器内の水を加熱するために設置されたヒー
    ティングエレメントであって、 水ヒータータンクの壁を通過して延設されると共に、該
    タンク壁と気密に係合する、凹部を有する熱伝導性のベ
    ース部材と、 前記凹部に配置されたサーミスターと、 前記サーミスターに接続されると共に前記ベース部材の
    外部に延設されて温度情報を伝達する部材と、 前記ベース部材へ気密に接続されると共に、前記べース
    部材から外方に向かい、前記水容器内へ延設されている
    シースと、 前記シース内に配置されたヒーティングコイルと、 前記ヒーティングコイルにより発生した熱が前記サーミ
    スターによって実質上検出されない程度の十分な長さを
    有し、前記ヒーティングコイルの端部と前記ベース部材
    に接続されたコールドピンと、 前記コールドピンに接続されると共に、前記ベース部材
    の外部に延設されて前記ヒーティングコイルに電力を伝
    達する部材とを有する水ヒーターヒーティングエレメン
    トと、 ３）前記ヒーティングエレメントに接続されており、前
    記サーミスターからの温度情報と設定温度を比較し、前
    記比較に基づいて前記ヒーティングエレメントに通電す
    ることが可能な制御装置とを有する電気水ヒーター。
  13. 【請求項１３】 前記ヒーティングエレメントの上方に
    位置し、前記水を熱する第２のヒーティングエレメント
    であって、 水ヒータータンクの壁を通過して延設されると共に、該
    タンク壁と気密に係合する、凹部を有する熱伝導性のベ
    ース部材と、 前記凹部に配置されたサーミスターと、 前記サーミスターに接続されると共に前記ベース部材の
    外部に延設されて温度情報を伝達する部材と、 前記ベース部材へ気密に接続されると共に、前記べース
    部材から外方に向かい、前記水容器内へ延設されている
    シースと、 前記シース内に配置されたヒーティングコイルと、 前記ヒーティングコイルにより発生した熱が前記サーミ
    スターによって実質上検出されない程度の十分な長さを
    有し、前記ヒーティングコイルの端部と前記ベース部材
    に接続されたコールドピンと、 前記コールドピンに接続されると共に、前記ベース部材
    の外部に延設されて前記ヒーティングコイルに電力を伝
    達する部材とを具備する前記第２のヒーティングエレメ
    ントを有し、前記第２のヒーティングエレメントが前記
    制御装置に接続されている請求項１２に記載の水ヒータ
    ー。
  14. 【請求項１４】 前記設定温度が可変である請求項１２
    に記載の水ヒーター。
  15. 【請求項１５】 前記制御装置が、前記サーミスターか
    らの温度情報と第２の設定温度とを比較し、前記比較の
    結果に基づいて前記エレメントの通電を停止することが
    可能な請求項１２に記載の水ヒーター。
  16. 【請求項１６】 前記第２の設定温度が可変である請求
    項１５に記載の水ヒーター。
  17. 【請求項１７】 前記制御装置が、前記センサーからの
    温度情報と第３の設定温度とを比較し、前記比較の結果
    に基づいて、制御装置ロックアウトを作動可能な請求項
    １２に記載の水ヒーター。
  18. 【請求項１８】 前記制御装置ロックアウトが前記制御
    装置への電力を中断(interrupting)し、次いで電力を回
    復することにより解除される請求項１７に記載の水ヒー
    ター。
  19. 【請求項１９】 前記水容器を覆うジャケットと前記ジ
    ャケットと前記水容器の間にフォーム保温材(foam insu
    lation) を有する請求項１２に記載の水ヒーター。
  20. 【請求項２０】 前記ベース部材を包囲し、前記ジャケ
    ットと前記水容器の間に位置するフォームダム(foam da
    m)を有する請求項１９に記載の水ヒーター。
  21. 【請求項２１】 前記フォームダムが前記ベース部材近
    傍に合致したサイズと形状の内面を有する請求項２０に
    記載の水ヒーター。
  22. 【請求項２２】 電気水ヒーターであって、 １）水タンクと、 ２）前記水タンク内の水を加熱するために設置されたヒ
    ーティングエレメントであって、 水ヒータータンクの壁を通過して延設されると共に、該
    タンク壁と気密に係合する、凹部を有する熱伝導性のベ
    ース部材と、 前記凹部に配置されたサーミスターと、 前記サーミスターに接続されると共に前記ベース部材の
    外部に延設されて温度情報を伝達する部材と、 前記ベース部材へ気密に接続されると共に、前記べース
    部材から外方に向かい、前記水タンク内へ延設されてい
    るシースと、 前記シース内に配置されたヒーティングコイルと、 前記ヒーティングコイルにより発生した熱が前記サーミ
    スターによって実質上検出されない程度の十分な長さを
    有し、前記ヒーティングコイルの端部と前記ベース部材
    に接続されたコールドピンと、 前記コールドピンに接続されると共に、前記ベース部材
    の外部に延設されて前記ヒーティングコイルに電力を伝
    達する部材とを有する水ヒーターヒーティングエレメン
    トと、 ３）前記ヒーティングエレメントに接続されている制御
    装置であって、前記サーミスターからの温度情報と設定
    温度を比較し、検出された温度が前記設定温度より低い
    場合には前記ヒーティングエレメントに通電することが
    可能であると共に、複数の検出温度を比較し、設定時間
    内に検出した複数の検出温度の差が、設定した温度差よ
    り大きい場合には前記ヒーティングエレメントの通電を
    停止することが可能な制御装置とを有する電気水ヒータ
    ー。
  23. 【請求項２３】 前記ヒーティングエレメントの上方に
    位置し、前記水を熱する第２のヒーティングエレメント
    であって、 水ヒータータンクの壁を通過して延設されると共に、該
    タンク壁と気密に係合する、凹部を有する熱伝導性のベ
    ース部材と、 前記凹部に配置されたサーミスターと、 前記サーミスターに接続されると共に前記ベース部材の
    外部に延設されて温度情報を伝達する部材と、 前記ベース部材へ気密に接続されると共に、前記べース
    部材から外方に向かい、前記水タンク内へ延設されてい
    るシースと、 前記シース内に配置されたヒーティングコイルと、 前記ヒーティングコイルにより発生した熱が前記サーミ
    スターによって実質上検出されない程度の十分な長さを
    有し、前記ヒーティングコイルの端部と前記ベース部材
    に接続されたコールドピンと、 前記コールドピンに接続されると共に、前記ベース部材
    の外部に延設されて前記ヒーティングコイルに電力を伝
    達する部材とを具備する前記第２のヒーティングエレメ
    ントを有し、前記第２のヒーティングエレメントが前記
    制御装置に接続されている請求項２２に記載の水ヒータ
    ー。
JP14290299A 1998-06-04 1999-05-24 水ヒ―タ―及びヒ―ティングエレメント Pending JP2000028199A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/090,513 US6137955A (en) 1998-06-04 1998-06-04 Electric water heater with improved heating element
US09/090513 1998-06-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000028199A true JP2000028199A (ja) 2000-01-25

Family

ID=22223110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14290299A Pending JP2000028199A (ja) 1998-06-04 1999-05-24 水ヒ―タ―及びヒ―ティングエレメント

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6137955A (ja)
JP (1) JP2000028199A (ja)
CN (1) CN1239861A (ja)
AU (1) AU1002499A (ja)
CA (1) CA2272981A1 (ja)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2314190A1 (en) * 1999-08-13 2001-02-13 Therm-O-Disc, Incorporated Control and method for electric water heater operation
US6271505B1 (en) * 2000-02-16 2001-08-07 Rheem Manufacturing Company Field conversion electric water heater
US6282372B1 (en) * 2000-04-11 2001-08-28 Rheem Manufacturing Company Multi-position point of use electric water heater
US6485323B2 (en) 2001-01-03 2002-11-26 Chromalox, Inc. Adapter assembly for heaters and the like
US6633727B2 (en) 2001-01-03 2003-10-14 Chromalox, Inc. Integrated heater and controller assembly
US7117825B2 (en) * 2004-06-30 2006-10-10 Synapse, Inc. System and method for preventing overheating of water within a water heater tank
US7099572B2 (en) * 2004-06-30 2006-08-29 Synapse, Inc. Water heating system and method for detecting a dry fire condition for a heating element
US7162150B1 (en) * 2005-11-23 2007-01-09 Therm-O-Disc, Incorporated Thermistor sensor probe with bimetal high limit control for electric water heater control
US7221862B1 (en) * 2005-12-08 2007-05-22 Therm-O-Disc, Incorporated Control and method for operating an electric water heater
US8126320B2 (en) * 2008-03-05 2012-02-28 Robertshaw Controls Company Methods for preventing a dry fire condition and a water heater incorporating same
US8867906B2 (en) * 2008-11-07 2014-10-21 General Electric Company Dry fire protection system
US9435565B2 (en) 2008-12-18 2016-09-06 Aos Holding Company Water heater and method of operating the same
US8218955B2 (en) * 2008-12-30 2012-07-10 Hatco Corporation Method and system for reducing response time in booster water heating applications
IL220042A (en) * 2012-05-29 2013-03-24 Roni Ginossar System for horizontal tanks comprising heating means mounted at two inclines
US9405304B2 (en) 2013-03-15 2016-08-02 A. O. Smith Corporation Water heater and method of operating a water heater
AU2018200745B2 (en) * 2018-01-31 2024-11-21 Rheem Australia Pty Limited Improved water heater control arrangement and assembly
US11662266B2 (en) * 2019-12-18 2023-05-30 Rheem Manufacturing Company Water heater with an integrated leak detection system

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3781839A (en) * 1972-01-07 1973-12-25 Texas Instruments Inc Fluid flow sensing device
US3909588A (en) * 1973-08-03 1975-09-30 Datametrics Corp Temperature control system for electric fluid heater
US3952182A (en) * 1974-01-25 1976-04-20 Flanders Robert D Instantaneous electric fluid heater
US4401261A (en) * 1980-10-23 1983-08-30 Brown Leeroy W Flue gas heat recovery apparatus
US4426993A (en) * 1981-01-15 1984-01-24 Hoyme Clifford L Valve for appliance combustion air inlet
US4906178A (en) * 1983-07-25 1990-03-06 Quantum Group, Inc. Self-powered gas appliance
US4535931A (en) * 1983-09-14 1985-08-20 Kenneth W. Scott Energy conserving water heater control system
GB2148467B (en) * 1983-10-18 1988-04-13 Gainsborough Electrical Water heaters
US4672919A (en) * 1985-06-07 1987-06-16 Bradford-White Corporation Direct power vented water heater
US4848616A (en) * 1987-02-05 1989-07-18 Rheem Manufacturing Company Electric immersion heating unit with readily removable and replaceable galvanic current control resistor
US4757802A (en) * 1987-09-18 1988-07-19 The Field Controls Company Power venter
US4981262A (en) * 1989-08-14 1991-01-01 Jackson Bert W Unit for supplying combustion air to a furnace
US5012793A (en) * 1989-10-05 1991-05-07 The Field Controls Company Power vented direct vent system
US5255665A (en) * 1991-07-19 1993-10-26 Aos Holding Company Power vent blower assembly for gas water heater
US5163119A (en) * 1991-07-23 1992-11-10 Aos Holding Company Water heater foam dam for protecting electrical components
GB9205159D0 (en) * 1992-03-10 1992-04-22 Otter Controls Ltd Improvements relating to electrically powered immersion heating elements and controls thereof
AUPM448394A0 (en) * 1994-03-15 1994-04-14 Zip Heaters (Australia) Pty Limited Protection and control of continuous boiling water units
US5504306A (en) * 1994-07-25 1996-04-02 Chronomite Laboratories, Inc. Microprocessor controlled tankless water heater system
US5586214A (en) * 1994-12-29 1996-12-17 Energy Convertors, Inc. Immersion heating element with electric resistance heating material and polymeric layer disposed thereon
CA2151881A1 (en) * 1995-06-15 1996-12-16 Nazir Dosani Programmable thermostat to reduce bacterial proliferation to prevent legionellosis
US5774627A (en) * 1996-01-31 1998-06-30 Water Heater Innovation, Inc. Scale reducing heating element for water heaters
US5949960A (en) * 1997-07-21 1999-09-07 Rheem Manufacturing Company Electric water heater with dry fire protection system incorporated therein

Also Published As

Publication number Publication date
AU1002499A (en) 1999-12-16
CA2272981A1 (en) 1999-12-04
CN1239861A (zh) 1999-12-29
US6137955A (en) 2000-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2272955C (en) Improved electric water heater with electronic control
JP2000028199A (ja) 水ヒ―タ―及びヒ―ティングエレメント
US6649881B2 (en) Electric water heater with pulsed electronic control and detection
US6265699B1 (en) Water heater with electronic control
JP2975243B2 (ja) 湯沸器、及び湯沸器用の温度監視装置、並びに湯沸器を制御するための動作パラメータ値を決定する方法
US6350967B1 (en) Energy saving water heater control
US7256372B2 (en) Fluid-heating apparatus, circuit for heating a fluid, and method of operating the same
US8867906B2 (en) Dry fire protection system
US7209651B1 (en) Fluid-heating apparatus, circuit for heating a fluid, and method of operating the same
US20190335540A1 (en) Method for Controlling a Heating System Component for a Simple and Safe Operation and a Heating System Component Therefore
EP3869118A1 (en) Electric water heater
US6976636B2 (en) Heater having over temperature shut off control
MX2007014349A (es) Diseño de inserto de orificio lateral para calentador de agua.
CA2551959C (en) Water heater with electronic control
CN223179032U (zh) 一种即热式开水器
CA2409010C (en) Electric water heater with pulsed electronic control and detection
JP2001123509A (ja) 人体局部洗浄装置
US20050141888A1 (en) Heating device and heating method for a fluid in a basin
CN220287393U (zh) 蒸汽发生器以及清洁设备
KR200253116Y1 (ko) 디지털방식 전기온수기
MXPA99002491A (en) Electric water heater with better heating element
JPS6143621B2 (ja)
JPH07198204A (ja) 電気温水器
MXPA01005135A (en) Energy saving water heater control
JP2876827B2 (ja) 電気温水器