JP2000074484A

JP2000074484A - 温水装置

Info

Publication number: JP2000074484A
Application number: JP10257518A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hamada; 靖夫濱田; Kazuyuki Enomoto; 和幸榎本; Takashi Kinoshita; 崇木下; Makoto Hatakeyama; 真畠山; Koichi Toyoda; 弘一豊田; Michinori Yanase; 理典柳瀬
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】温水装置の単位体積あたりの伝熱面積を大き
くする事により、加熱部をコンパクトにする共に、面状
発熱体全体を均一に加熱する事により、沸騰が起こりに
くく熱効率の高い温水器を提供すること。【解決手段】温水装置１は、略中央に配された渦巻状
に形成した面状発熱体２と、これを固定する固定具３
と、それら全体を収納する容器４と、その端部に内部と
連通する入水口５と出湯口６と、容器４に設けられた面
状発熱体２の給電線８を取出す給電線取出口７と、によ
り構成されている。渦巻状に巻かれた面状発熱体２は、
各面の間隔を固定具３によって２ｍｍ程度の狭い間隔で
保ちながら巻かれており、渦巻の最外周部から給電線８
が取出されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水などの液体を電
力により所定の温度に加熱する瞬間加熱式の温水装置に
係り、特に温度制御性がよくコンパクト化を向上させた
温水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度制御性がよくコンパクト化を
向上させた温水装置には、シーズヒータやセラミックヒ
ータが用いられてきた。例えば、セラミックヒータの例
として特開平１０−１６０２４９号に記載の温水装置を
図８に示す。本図において、温水装置８１は、略中央に
配された平板状加熱手段であるセラミックヒータ８２
と、そのセラミックヒータ８２の両面に一体に設けられ
た、発熱手段を持たない複数の突起部８３とそれら全体
を包み込むように収納するタンク８４とが設けられてい
る。このタンク８４は、タンク８４の内面とセラミック
ヒータ８２との間に突起部８３を隔壁とした蛇行水路８
９を構成している。

【０００３】セラミックヒータ８２の内部には発熱体が
配設され給電線８７と接続されており、その両側には一
対のセラミック板が発熱体を包み込むように一体成形さ
れセラミックヒータ８２をなしている。さらに、そのセ
ラミックヒータ８２と突起部８３は焼結前に成形され同
時に焼結されることにより、一体となっている。

【０００４】上記構成のように、発熱手段を持たない複
数の突起部８３が形成する蛇行水路８９により、流速を
増大して熱伝達率を上げるという効果と、突起部８３が
放熱フィンとなり伝熱面積を広げるという組合わせの効
果により、低水量においても十分な熱伝達率を確保する
事が可能となり、高い熱効率、高負荷化、コンパクト化
が図れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のような瞬間式の温水装置で、更なるコンパクト化を
図る必要が生じた際、温水装置の単位容積あたりの伝熱
面積を大きくするには、セラミックヒータに接続された
突起部を長くしたり、突起間のピッチを小さくしていか
なければならない。

【０００６】前記の従来例の構成では、セラミックヒー
タと突起部との接合に置いて強度上・製造上極めて困難
となる。そればかりか、流体へ熱交換を行う際に、突起
部の先端と根元に大きな温度差ができ、熱効率が悪化す
る。つまり、先端と根元に温度差があるため、流体と突
起部との温度差を大きくしようとしてセラミックヒータ
の温度をＵＰしていくと、温度の高い突起部の根元やセ
ラミックヒータ表面において沸騰する個所が発生する。
この沸騰で生じた蒸気の層によって、熱伝達率がきわめ
て悪くなり、不純物の析出も大きくなる。また、この温
度差により、突起部とセラミックヒータとの接合面に内
部応力が生じ、割れの原因ともなる。

【０００７】またセラミックヒータは、耐熱性および絶
縁性に優れているものの、製造上および強度上を考慮す
ると、現状では、２．５ｍｍ程度の板厚が必要となる。
この事は、従来のシーズヒータに比べては応答性がよく
なったものの、未だセラミックス自体の熱容量が大きい
ため、加熱立ち上りに時間がかかり、温度制御応答性が
悪かった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、本発明の第一の目的は、温水装置の単位体
積あたりの伝熱面積を大きくする事により、加熱部をコ
ンパクトにする共に、面状発熱体全体を均一に加熱する
事により、沸騰が起こりにくく熱効率の高い温水器を提
供することにある。また、第二の目的は、ヒータの熱容
量を小さくする事により、立ち上りの早い応答性の良い
温水器を提供することにある。また、第三の目的は、製
造しやすく安全な温水器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記の
目的を達成するためになされた本発明の温水装置は、液
体を加熱する発熱部と、これを収納する容器と、この容
器に設けられた給水口および出湯口とからなる加熱装置
において、前記発熱部は、表面を絶縁層で被覆した面状
発熱体を用い、この面状発熱体の発熱面を所定の間隔を
隔てて、密に配置した事を特徴としている。本発明の構
成によれば、単位体積あたりの熱交換面積を広くする事
ができるため、小さい体積の熱交換器で大きな熱量を伝
熱することが可能となる。また、面状発熱体全体を均一
に加熱を行う事ができることで、沸騰させることなく、
沸点に近い温度まで昇温する事ができ、熱交換効率の高
い加熱装置を提供する事ができる。さらに、絶縁体の熱
容量を小さくできるため、立ち上りが早く応答性の良い
加熱装置を実現できる。

【００１０】また、請求項第２項の発明は、面状発熱体
を渦巻状に形成する事によって前記発熱部を構成したこ
とを特徴とする。本構成によれば、電気接点が少なくな
るので、安全性及び信頼性が増し、確実な電気供給が可
能となる。また、面状の発熱体で構成しているため、発
熱体自体の形成や被覆層の形成が一面できるため製造が
容易で、大量生産に適している。

【００１１】さらに、面状の発熱部を折り曲げずに容易
に加工できるため折り曲げ部での断線や抵抗値増加等が
なく信頼性の高い発熱部が構成可能である。

【００１２】また、請求項第３項の発明は、面状発熱体
を多層またはラビリンス状に形成する事によって前記発
熱部を構成したことを特徴とする。本構成によれば、流
体の通路に合わせて、非常に薄い発熱体を自由に配置で
きる。また、流体の流速が速い場合にも、発熱体自体に
強度を持たせる事ができるため、発熱体の振動が生じる
ことなく安全で信頼性の高い熱交換器が構成できる。ま
た、前項と同様に、発熱体自体の形成や被覆層の形成が
一面できるため製造が容易で、大量生産に適している。

【００１３】また、請求項第４項の発明は、金属箔のエ
ッチングまたはスクリーン印刷により形成した電気抵抗
体により前記発熱部を構成した事を特徴とする。本構成
によれば、非常に薄い発熱体を構成する事ができる。ま
た、製作時に金属箔のパターンを調整する事により、流
体への熱伝達量の大小に従って、発熱量が大きい部分と
小さい部分を容易に作る事ができるため、各部の温度を
均一に保つ事ができる。

【００１４】また、請求項第５項の発明は、前記発熱部
は、正温度係数サーミスタからなる面状発熱体を用いた
事を特徴としている。本構成によれば、自己温度制御が
可能なため、ＯＮ−ＯＦＦ制御が不要となり、信頼性の
高い制御が可能となる。また、昇温時には抵抗値が小さ
いため、大きな電流を流す事ができ昇温時間が早くな
る。

【００１５】また、請求項第６項の発明は、面状発熱体
の付近を通過する流体に乱れを生じさせ伝熱効率を向上
させるために、面状発熱体に貫通穴もしくは突起を有し
た事を特徴としている。

【００１６】本構成によれば、面状発熱体の表面に流体
の乱れが生じ、境界層が薄くなったり剥離したりする事
によって、熱伝達係数が向上し、熱交換効率を大幅に向
上させる事ができ、熱交換器をさらに小さくできる。

【００１７】また、請求項第７項の発明は、面状発熱体
の表面の被覆層として、絶縁および耐熱性能を有する第
一の被覆層と、耐環境性能および／または強度保持機能
を有する第二の被覆層を設けた事を特徴としている。本
構成によれば、第一の被覆層として耐環境性能や強度保
持機能を考慮する事無しに、耐熱性を持つ最適な絶縁材
料を選定する事ができ、第二の被覆層としては、絶縁を
考慮する事無しに、耐環境性能および／または強度保持
機能に優れた最適な材料を選定する事ができる。このこ
とにより、絶縁性能・耐環境性能・強度保持機能に優れ
た発熱部を構成する事ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面にも
とづいて説明する。図１は本発明の実施例１の温水装置
の一部切り欠き斜視図である。図１において温水装置１
は、略中央に配された渦巻状に形成した面状発熱体２
と、これを固定する固定具３と、それら全体を収納する
容器４と、その端部に内部と連通する入水口５と出湯口
６と、容器４に設けられた面状発熱体２の給電線８を取
出す給電線取出口７と、により構成されている。渦巻状
に巻かれた面状発熱体２は、各面の間隔を固定具３によ
って２ｍｍ程度の狭い間隔で保ちながら巻かれており、
渦巻の最外周部から給電線８が取出されている。

【００１９】図２は渦巻状の面状発熱体２を展開した際
の平面図、図３はその側面展開図である。この面状発熱
体２は、エッチングにより形成されたタングステンを主
成分とした電気抵抗体９と、電気抵抗体９の表面に被覆
された絶縁および耐熱性能を有する第一の被覆層１０ａ
と、耐環境性能および強度保持機能を有する第二の被覆
層１０ｂとにより構成されている。

【００２０】第一・第二の被覆層１０はそれぞれ２０μ
ｍから６０μｍ程度の薄い樹脂で形成されており、タン
グステンを主成分とした電気抵抗体９の２０μｍ程度を
合わせて、面状発熱体２の全体の厚みは３００μｍ程度
となっている。電気抵抗体９の端部は前記給電線取出口
７と一体に成形されており容器４の外部で給電線８７と
接続されている。さらに、タングステンを主成分とした
電気抵抗体９は、面状発熱体２から流体への電熱量の大
小によって、発熱量の大きいところと、発熱量の小さい
ところをエッチング加工によりパターン形成している。

【００２１】例えば、本実施例では流れの速い渦巻状の
面状発熱体２の中央部は、パターンを密にして発熱量を
増し流れの遅い外周部や容器４付近や給電線取出口７は
抵抗値を下げ発熱量を抑えている。

【００２２】以下、本実施例の動作に付いて説明する。
上記構成により、入水口５から容器４内に流入した水は
図２の渦巻状に形成された面状発熱体２の狭い隙間を通
り出湯口６より流出する。面状発熱体２の隙間は非常に
狭いため、水を止めた時に温水器の中に残る水の量は非
常に少ない。給電線８から面状発熱体２に電力を供給し
た場合、電気抵抗体９により発生した熱により面状発熱
体２の全体が均一に加熱され、通水路を流れる水に熱が
伝達され、水は温水装置１を流れる短時間の間に加熱さ
れ出湯口６より連続して流出する。

【００２３】本実施例に示すように、３００μｍ程度の
非常に薄い発熱体を２ｍｍ程度の狭い間隔で多層に配置
しているため、温水器の単位体積あたりの熱交換面積を
非常に大きくする事ができる。本実施例では１ｃｍ３あ
たりの伝熱面積は１０ｃｍ２にもなる。（単位体積あた
りの熱交換面積Ａはおよそ、Ａ＝２／（発熱体の間隔：
ｃｍ）で表わされる。）このように、小さい体積の熱交
換器で大きな伝熱面積を得る事ができるため、大きな熱
量を伝熱することが可能となる。また、面状発熱体２の
全体から発熱する事ができ、温度分布が均一で熱交換効
率の高い加熱装置を提供する事ができる。また、絶縁体
を非常に薄い樹脂で形成しているため熱容量を小さくで
きると共に、水を止めた時に温水器の中に残る水の量は
非常にわずかなので、使用開始から適温の温水が出湯さ
れるまでの昇温速度も速く、使用者が出湯温度を変更し
たい場合などの応答も良くなる。

【００２４】本実施例では発熱体を渦巻状に形成してい
るが、これは、一枚の発熱体を用いて渦巻状の加工し、
両端を固定具３で固定したものである。このように一枚
の発熱体を用いて多層にできるため、各層間の電気接点
が必要ない。このことで、安全性及び信頼性が増し、確
実な電気供給が可能となる。また、面状の発熱部を折り
曲げずに加工できるため、折り曲げ部での断線や抵抗値
の増加等がなく信頼性の高い発熱部が構成可能である。

【００２５】面状発熱体２は、金属箔のエッチングによ
り形成した電気抵抗体９により構成した事を特徴として
いる。このような構成によれば、非常に薄い発熱体を構
成する事ができる。また、製作時に金属箔のパターンを
調整する事により、流体への熱伝達量の大小に従って、
発熱量が大きい部分と小さい部分を容易に作る事ができ
るため、各部を均一な温度に保つ事ができる。

【００２６】図３に示すように面状発熱体２は、表面の
第一の被覆層１０ａとして、絶縁および耐熱性能を有す
る被覆層で構成し、表面の第二の被覆層１０ｂとして、
耐環境性能および強度保持機能を有する被覆層を設けて
いる。このような構成のため、第一の被覆層１０ａとし
ては、耐環境性能や強度保持機能を考慮する事無しに、
耐熱性を持つ最適な絶縁材料を選定する事ができ、第二
の被覆層１０ｂとしては、絶縁を考慮する事無しに、耐
環境性能および／または強度保持機能に優れた最適な材
料を選定する事ができる。このことにより、絶縁性能・
耐環境性能・強度保持機能に優れた発熱部を構成する事
が可能となった。

【００２７】図２に示すタングステンを主成分とした電
気抵抗体９は、面状発熱体２から流体への電熱量の大小
によって、発熱量の大きいところと、発熱量の小さいと
ころをエッチング加工によりパターン形成している。例
えば、本実施例では流れの速い渦巻状の面状発熱体２の
中央部は、パターンを密にして発熱量を増し流れの遅い
外周部や容器４付近や給電線取出し口７は抵抗値を下げ
発熱量を抑えている。このように、部分的に伝熱量が小
さいところでは、発熱量を小さくする事もできるので、
面状発熱体２の表面を一定の温度にする事ができるた
め、沸騰させることなく、沸点に近い温度まで昇温する
事ができる。

【００２８】なお、本実施例においては、面状発熱体２
の電気抵抗体９の主成分としてエッチングにより形成さ
れたタングステンを用いたが、ステンレスや白金線等の
金属箔でもよくまた、エッチングの代りにスクリーン印
刷を用いてもよい。

【００２９】また、前記の金属箔のエッチングの代り
に、正温度係数サーミスタからなる電気抵抗体（例えば
炭素や黒鉛または半導体セラミックスを用いた自己温度
制御性を有する抵抗体）で面状発熱体２を形成してもよ
い。正温度係数サーミスタを用いると、温度制御回路を
設けなくても、面状発熱体２の発熱温度を一定にする事
ができる。また、流量の変化により面状発熱体２の各部
の伝熱量に違いが生じても、正温度係数サーミスタが面
状発熱体２の各部分の温度差を小さくする方向に働くた
め、安全で効率のよい発熱部を構成する事ができる。

【００３０】図４は本発明の実施例２の温水装置の一部
切り欠き斜視図である。図４において、発熱部は多数の
面状発熱体２を多層に形成する事によって構成してい
る。各発熱体は容器４の側面に確実に固定されているた
め、流体の流速が速い場合にも、発熱体の振動が生じる
ことなく安全で信頼性の高い熱交換器が構成できる。ま
た、流体の通路形状に合わせて、発熱体を自由に配置で
きる。

【００３１】また、図４の面状発熱体２には、図５に示
すように付近を通過する流体に乱れを生じさせ伝熱効率
を向上させるための、面状発熱体２に貫通穴２０もしく
は突起２１を有している。この構成によって、面状発熱
体２の表面に流体の乱れが生じ、境界層が薄くなったり
剥離したりする事によって、熱伝達係数が向上し、熱交
換効率を大幅に向上させる事ができ、熱交換器をさらに
小さくできる。

【００３２】図６は本発明の別の実施例の温水装置の一
部切り欠き斜視図である。図６において、発熱部は多数
の面状発熱体２をラビリンス状に形成する事によって構
成している。各発熱体は容器４の側面に確実に固定され
ていると共に、発熱体の曲げ加工により剛性が上がり、
流体の流速が速い場合にも、発熱体の振動が生じること
なく信頼性の高い熱交換器が構成できる。また、単に層
状に面状発熱体を並べるのに比べ、単位体積あたりの表
面積をさらに大きくする事ができる。

【００３３】図７は本発明の別の実施例の温水装置の一
部切り欠き斜視図である。本構成では、さらに熱伝達率
をアップする方法として、狭い空間で広い伝熱面積を保
ったまま流体の流速を上げる方法を示している。図にお
いて、発熱部は多数の面状発熱体２を層状に形成すると
共に面状発熱体２の長さを変えてＵターン部３０を設け
る事により、戻り流路３１を形成している。このような
構成では、各面状発熱体２を容器４側面で確実に固定し
ているため、高流速でも発熱体の振動が生じることなく
安全で信頼性の高い熱交換器が構成できる。

【００３４】本発明は、水を電力により所定の温度に加
熱する瞬間加熱式の温水装置に関するものであるが、水
に限らず、水に添加物を加えたものや、水を酸・アルカ
リ・軟水化等の創水処理したものにも適用できる。温水
装置の用途としては、局部洗浄用・人体洗浄用・給湯用
・暖房用等に用いる事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す温水装置の全体斜
視図である。

【図２】本発明に係る面状発熱体の側面展開図である。

【図３】本発明に係る面状発熱体の側面展開図である。

【図４】本発明の第二の実施例を示す温水装置の全体斜
視図である。

【図５】本発明に係る面状発熱体の側面図である。

【図６】本発明の第三の実施例を示す温水装置の全体斜
視図である。

【図７】本発明の第四の実施例を示す温水装置の全体斜
視図である。

【図８】従来の温水装置の構成図である。

【符号の説明】

１…温水装置２…面状発熱体３…固定具４…容器５…入水口６…出湯口７…給電線取出口８…給電線９…電気抵抗体１０…被覆層１０ａ…第一の被覆層１０ｂ…第二の被覆層２０…貫通穴２１…突起３０…Ｕターン部３１…戻り流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畠山真福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者豊田弘一福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者柳瀬理典福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内Ｆターム(参考） 2D038 JB04 JH01 3L034 BA13 BA14 BA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を加熱する発熱部と、これを収納す
る容器と、この容器に設けられた給水口および出湯口と
からなる加熱装置において、前記発熱部は、表面を絶縁
層で被覆した面状発熱体を用い、この面状発熱体の発熱
面を所定の間隔を隔てて、密に配置した事を特徴とする
温水装置。
【請求項２】前記発熱部は、面状発熱体を渦巻状に形
成したことを特徴とする請求項１の温水装置。
【請求項３】前記発熱部は、面状発熱体を多層または
ラビリンス状に形成したことを特徴とする請求項１の温
水装置。
【請求項４】前記面状発熱体は金属箔のエッチングま
たはスクリーン印刷により形成した電気抵抗体により構
成した事を特徴とする請求項１乃至請求項３何れか記載
の温水装置。
【請求項５】前記面状発熱体は、正温度係数サーミス
タからなる電気抵抗体を用いた事を特徴とする請求項１
乃至請求項３何れか記載の温水装置。
【請求項６】前記面状発熱体の表面付近を通過する流
体に、乱れを生じさせる乱れ発生手段を有した事を特徴
とする請求項１乃至請求項５何れか記載の温水装置。
【請求項７】前記面状発熱体の表面の被覆層として、
絶縁および耐熱性能を有する第一の被覆層と、耐環境性
能および／または強度保持機能を有する第二の被覆層を
設けた事を特徴とする請求項１乃至請求項６何れか記載
の温水装置。