JP2001263814A - 筒状パイプ熱交換器及びそれを用いた局部洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱容量を小さくした熱交換器において、配線
を容易にし、安全性を確保すること。 【解決手段】 筒状のパイプ１と、パイプの表面に形成
され、電圧が印加されることにより発熱する抵抗体４
と、線材を接続するための３つ以上の端子であって、抵
抗体に電圧を印加するための複数の端子を含む３つ以上
の端子とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒状パイプ熱交換
器に関し、特に、パイプ内部に水を通過させると共にパ
イプ表面に形成した抵抗体に通電することにより、水を
加熱して温水を得るための筒状パイプ熱交換器に関す
る。さらに、本発明は、そのような筒状パイプ熱交換器
を用いて局部洗浄用水を得る局部洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、局部洗浄装置に用いる熱交換
器としては、タンクに溜まった水を事前に暖めておいて
使用時にそれを使う貯湯タイプと、温水を使用する時に
水をその都度暖めて使う瞬間タイプとが存在する。貯湯
タイプは、一度にたくさんの湯を使えるが、タンクのサ
イズが大きく、湯を溜めている際の放熱があり、連続し
て長く使えない（例えば、１分以上使用すると冷たくな
る）等の欠点を有している。

【０００３】一方、瞬間タイプは、一度に大きな電力が
必要であり、一般家庭用では一箇所における消費電力の
上限値（例えば、１２００Ｗ）により、使用できる水量
が制限されるものの（例えば、４５０ｃｃ／ｍｉｎ以
下）、最近では、少ない水量でも十分に洗浄でき洗浄感
も満足できる吐水技術が開発されており、省エネルギー
や小型化のニーズもあって、瞬間タイプの熱交換器が注
目されている。瞬間タイプの熱交換器として、従来は、
筒状のセラミックの内部に抵抗体を埋め込み、セラミッ
クの内側及び外側に通水するセラミックヒータが広く使
用されていた。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】瞬間タイプの熱交換器は、使用時には瞬時
に水を適正な温度まで昇温する必要があり、使用後には
瞬時に加熱を停止しなければならない。また、水道水の
供給圧力が変動したり、他の個所で同時に水道を使用し
て水圧が急に低下した等によって水量が変化した場合
や、水温が急激に変化した場合に、瞬時にヒータ温度を
変更しなければならない。使用者が設定流量や設定温度
を変更した場合も同様である。さらに、温水を直接人体
に使用するため、漏電防止や火傷防止等の安全性を考慮
すると共に、不快な冷水吐出や温度のハンチング等につ
いても考慮しなければならない。

【０００５】しかしながら、内部に抵抗体を埋め込んだ
従来のセラミックヒータにおいては、強度を持たせるた
めにセラミックの肉厚が厚くなるので、熱容量が大きく
なってしまい、瞬時に水温を制御できなかった。また、
セラミックの内側及び外側に通水するので、貯湯水の量
が多くなって熱容量がさらに増大すると共に、配線も面
倒であった。

【０００６】そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の
目的は、熱容量を小さくした熱交換器において、配線を
容易にすることである。また、本発明の第２の目的は、
熱容量を小さくした熱交換器において、安全性を確保す
ることである。さらに、本発明の第３の目的は、そのよ
うな熱交換器を用いた局部洗浄装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明の第１の観点による筒状パイプ熱交換器は、
筒状のパイプと、パイプの表面に形成され、電圧が印加
されることにより発熱する抵抗体と、線材を接続するた
めの３つ以上の端子であって、抵抗体に電圧を印加する
ための複数の端子を含む３つ以上の端子とを具備する。
上記構成によれば、抵抗体に電圧を印加する線材等を、
容易に筒状パイプ熱交換器に接続することができる。

【０００８】また、上記構成において、パイプの内部に
水を通過させると共に抵抗体に通電することにより、水
を加熱して温水を得ることができる。ここで、パイプが
金属材料で作製され、抵抗体及び端子がパイプ上に絶縁
層を介して形成されても良い。あるいは、パイプがセラ
ミックで作製されても良い。これにより、小型でコンパ
クトな温水用熱交換器が得られる。

【０００９】パイプが金属材料で作製される場合には、
３つ以上の端子の内の１つが、アース端子としてパイプ
の基材に電気的に接続されることが望ましい。この場合
には、漏電したとしても、パイプ内部の水をアース電位
に保つことができる。また、３つ以上の端子が、端子の
使用目的に応じて異なる形状を有するようにすれば、線
材の誤接続を防止することができる。

【００１０】さらに、筒状パイプ熱交換器が、パイプの
一方の開放端近傍部に第１組の複数の端子を具備し、パ
イプの他方の開放端近傍部に第２組の複数の端子を具備
するようにしても、線材の誤接続を防止することができ
る。ここで、各組に含まれる複数の端子を、長手方向の
位置をずらして配置することにより、線材を容易に接続
できる。また、各組に含まれる複数の端子を、パイプの
外周面上において、パイプの中心軸から見て１８０°以
内に配置することにより、局部洗浄装置等に組み込んだ
場合に、結露水の付着を防止できる。

【００１１】以上において、パイプの開放端部から端子
までの最短距離を１．５９ｍｍ以上とすれば、端子に高
電圧が印加された場合でも絶縁破壊を防止できる。ま
た、抵抗体の発熱部分に端子を設けないことにより、端
子が高温にならず、安全性を確保できる。

【００１２】さらに、抵抗体に３つ以上の端子を電気的
に接続することにより、異なる抵抗値を利用して発熱量
を切り換えることができる。また、複数の端子の内の少
なくとも１つと抵抗体との接点を移動可能とすることに
より、抵抗値を微調整して任意の発熱量が得られる。

【００１３】本発明の第２の観点による筒状パイプ熱交
換器は、筒状のパイプと、パイプの表面に形成され、電
圧が印加されることにより発熱する抵抗体と、抵抗体に
電気的に接続された複数の端子であって、少なくとも１
つの端子が形状記憶合金を含む複数の端子とを具備す
る。上記構成によれば、抵抗体が発熱して異常高温にな
った場合に、端子と接点との電気的接続を切り離して抵
抗体への通電を止めるので、安全を確保できる。

【００１４】以上において、筒状パイプ熱交換器が、パ
イプの表面に形成されパイプの温度を検出するための抵
抗体をさらに具備しても良い。この場合には、温度検出
用抵抗体の抵抗値を検出して発熱用抵抗体に印加する電
圧を制御することにより、発熱用抵抗体の温度制御を容
易に行うことができる。

【００１５】また、本発明に係る局部洗浄装置は、以上
のような筒状パイプ熱交換器を用いて局部洗浄用水を得
るものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同
一の参照番号を付して、説明を省略する。図１は、本発
明の第１の実施形態に係る筒状パイプ熱交換器を示す図
であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。本実
施形態においては金属（例えばステンレス）製の筒状の
パイプ１を用いており、パイプ１の上には絶縁ガラス等
の絶縁膜２が形成されている。絶縁膜２上の複数の領域
には、導体膜３が形成されている。導体膜３は、例え
ば、銀又は銀パラジウムにガラスを混合してペースト状
にしたものを、転写印刷又はスクリーン印刷して焼成す
ることにより形成する。さらに、２つの領域に形成した
導体膜３の間に、発熱用の抵抗体となる抵抗膜４が形成
されている。抵抗膜４は、例えば、銀パラジウムにガラ
スを混合してペースト状にしたものを、転写印刷又はス
クリーン印刷して焼成することにより形成する。この場
合、前記銀又は銀パラジウムと前記ガラスとの混合比を
調節することにより、導体膜３のシート抵抗値を小さく
して抵抗膜４のシート抵抗値を大きくすることで、非発
熱部分と発熱部分とに分離することが好ましい。

【００１７】ここで、導体膜に線材を直接配線するよう
にして、導体膜自体を端子として用いることもできる
が、本実施形態及び以下の実施形態においては、半田ペ
ーストを用いたリフロー半田付け等により、導体膜上に
端子金具を取り付けている。即ち、本実施形態において
は、導体膜３と端子金具５とが抵抗体の端子を形成して
いる。これらの端子金具は、高温にならないように、発
熱用抵抗体の発熱部を避けて設けるのが望ましい。ま
た、高電圧印加時の絶縁破壊防止のため、パイプ１の開
放端部から端子までの最短距離を１．５９ｍｍ以上とす
ることが望ましい。これにより、米国のＵＬ規格を満た
すこともできる。

【００１８】図１に示す筒状パイプ熱交換器において、
パイプ１の内部に水を通過させ、発熱用抵抗体に通電す
ることにより、パイプ内部の水を加熱して温水を得るこ
とができる。本実施形態においては、パイプ１の基材と
して金属材料（ステンレス）を使用したので、パイプを
薄型化して熱伝導効率を高めることができる。また、金
属材料は熱衝撃に対して強いので、発熱用抵抗体の電力
密度を高めることができる。このように熱交換能力が向
上したことにより、パイプの内部のみに水を通過させて
も、流速を早めることによって十分な流量を確保でき
る。これにより、筒状パイプ熱交換器の内部に保有する
水の体積も減少し、水温の制御における応答性が向上す
る。

【００１９】ところで、この筒状パイプ熱交換器を局部
洗浄装置に適用する場合には、温水が人体に直接触れる
ので、安全面についても考慮しなければならない。例え
ば、金属製パイプ１の電位をアース電位に固定して、感
電事故を防ぐことが考えられる。このため、アース端子
として、パイプ１と電気的に接続されるように端子金具
６を取り付けている。なお、本実施形態においては、パ
イプ１の基材として金属材料（ステンレス）を使用した
が、本実施形態および以下の実施形態においてパイプ１
の基材としてセラミックを用いることも可能である。

【００２０】次に、本発明の第２の実施形態に係る筒状
パイプ熱交換器について、図２を参照しながら説明す
る。図２は、本実施形態に係る筒状パイプ熱交換器を示
す断面図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、
（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図である。本実施形
態においては、発熱用の抵抗体となる抵抗膜２２の他
に、温度検出用の抵抗体となる抵抗膜２５を設けてい
る。

【００２１】図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶
縁膜２上の複数の領域に、導体膜２１を形成する。次
に、２つの領域に形成した導体膜２１の間に、発熱用の
抵抗体となる抵抗膜２２を形成する。その上に、絶縁膜
２３を形成する。次に、絶縁膜２及び２３上の２つの領
域に、導体膜２４を形成する。さらに、２つの領域に形
成した導体膜２４の間に、温度検出用の抵抗体となる抵
抗膜２５を形成する。

【００２２】その後、導体膜２１上に端子金具２６を取
り付け、導体膜２４上に端子金具２７を取り付ける。即
ち、導体膜２１と端子金具２６とが、発熱用抵抗体の端
子を形成し、導体膜２４と端子金具２７とが、温度検出
用抵抗体の端子を形成している。さらに、アース端子と
して、端子金具６を取り付ける。これらの端子金具は、
高温にならないように、発熱用抵抗体の発熱部を避けて
設ける。

【００２３】発熱用抵抗体の端子と、温度検出用抵抗体
の端子とは、誤配線を防ぐために反対側の開放端近傍部
に設け、さらに、これらの端子金具を別形状とすること
が望ましい。例えば、発熱用抵抗体に接続される端子金
具２６を図３の（ａ）に示すように幅の狭い形状とし、
温度検出用抵抗体に接続される端子金具２７を図３の
（ｂ）に示すように幅の広い形状とする。これにより、
発熱用抵抗体に接続すべき配線を誤って温度検出用抵抗
体に接続するという事故を防ぐことができる。さらに、
発熱用抵抗体に接続される端子金具２６を図３の（ａ）
に示すように厚さの厚い形状とし、温度検出用抵抗体に
接続される端子金具２７を図３の（ｂ）に示すように厚
さの薄い形状とすれば、前記事故の防止に万全を期する
こともできる。また、このような幅の変更と厚みの変更
とは、両方を同時に行っても、いずれか一方を独立して
行っても、前記事故の防止に資することができる。

【００２４】図２の（ｃ）に示すように、温度検出用抵
抗体に接続される２つの端子金具２７は、パイプ１の中
心軸から見て所定の角度αをなすように取り付けられて
いる。また、図２の（ｄ）に示すように、発熱用抵抗体
に接続される２つの端子金具２６は、パイプ１の中心軸
から見て所定の角度βをなすように取り付けられてい
る。ここで、角度α及び角度βを１８０°以下として、
これらの端子金具が上向きになるように局部洗浄装置等
に取り付けることにより、これらの端子金具に結露水が
付着するのを防止できる。

【００２５】次に、本発明の第３の実施形態に係る筒状
パイプ熱交換器について、図４を参照しながら説明す
る。図４は、本実施形態に係る筒状パイプ熱交換器を示
す断面図である。本実施形態においては、発熱用の抵抗
体のために３つ以上（図４においては３つ）の端子を設
けている。また、温度検出用の抵抗体についても、３つ
以上（図４においては３つ）の端子を設けている。な
お、説明を簡単にするために、パイプ１の上側に発熱用
の抵抗体を示し、パイプ１の下側に温度検出用の抵抗体
を示す。

【００２６】図４に示すように、絶縁膜２上に、導体膜
３１〜３３、及び、導体膜４１〜４３を形成する。さら
に、導体膜３１と３２との間に、発熱用の抵抗体の一部
となる抵抗膜３４を形成し、導体膜３２と３３との間
に、発熱用の抵抗体の一部となる抵抗膜３５を形成す
る。同時に、導体膜４１と４２との間に、温度検出用の
抵抗体の一部となる抵抗膜４４を形成し、導体膜４２と
４３との間に、温度検出用の抵抗体の一部となる抵抗膜
４５を形成する。

【００２７】その後、導体膜３１〜３３上に端子金具３
６〜３８をそれぞれ取り付け、導体膜４１〜４３上に端
子金具４６〜４８をそれぞれ取り付ける。さらに、アー
ス端子として、端子金具６を取り付ける。

【００２８】このように、発熱用の抵抗体のために３つ
以上の端子を設けることにより、抵抗値の違いを利用し
て発熱量を選択できる。また、これに対応して、温度検
出用の抵抗体の抵抗値を選択することもできる。その結
果、仕様の異なる局部洗浄装置等において同一の筒状パ
イプ熱交換器を使用することにより、筒状パイプ熱交換
器の汎用性を高めることができる。

【００２９】また、図４において、例えば端子金具３６
と３８を用いる場合に、端子金具３６が形状記憶合金を
含むようにしても良い。その場合には、端子金具３６に
対して接点３９を設けて、発熱用の抵抗体が異常高温に
なったときに端子金具３６と接点３９との電気的接続を
切り離すようにする。一方、端子金具３８に対しては、
通常の接続コネクタ４０を用いる。

【００３０】次に、本発明の第４の実施形態に係る筒状
パイプ熱交換器について、図５を参照しながら説明す
る。図５は、本実施形態に係る筒状パイプ熱交換器の一
部を示す概念図である。本実施形態においては、発熱用
の抵抗体５１に接続される一方の端子５２を移動可能と
し、他方の端子５３を固定にしたものである。これによ
り、任意の発熱量が得られるようになり、筒状パイプ熱
交換器の汎用性を高めることができる。

【００３１】次に、本発明の一実施形態に係る局部洗浄
装置について、図６を参照しながら説明する。図６は、
本実施形態に係る局部洗浄装置を示す概略図である。こ
の局部洗浄装置は、以上で説明したような筒状パイプ熱
交換器６１を含む。筒状パイプ熱交換器６１には給水管
６２が接続されており、水道水等の水が供給される。供
給された水は、筒状パイプ熱交換器６１において加熱さ
れて局部洗浄用の温水となり、便器に付設されたノズル
６３から噴射される。局部洗浄用水の水温や水量を制御
するため、コントロールパネル６４や図示しない回路が
設けられている。

【００３２】図７は、図６の局部洗浄装置の回路構成を
示すブロック図である。コントロールパネル６４におい
て設定された水温や水量の情報は、制御部６５に入力さ
れる。制御部６５の制御の下で、ヒータ駆動回路６６
は、筒状パイプ熱交換器６１に含まれる発熱用抵抗体
（ヒータ）６１ａに端子６７を介して通電する。なお、
安全のため、筒状パイプ熱交換器６１は、アース端子７
０を介して接地されている。

【００３３】一方、筒状パイプ熱交換器６１に含まれる
温度検出用抵抗体６１ｂは、端子６８を介して温度検出
回路６９に接続されている。温度検出用抵抗体６１ｂ
は、パイプの温度に従って抵抗値を変化させるので、温
度検出回路６９は、その抵抗値に基づいてパイプの温度
を検出することができる。温度検出回路６９が検出した
温度の情報は、制御部６５に入力される。

【００３４】制御部６５は、コントロールパネル６４か
らの入力情報と温度検出回路からの入力情報とに基づい
て、局部洗浄用水の水温や水量を制御する。本発明に係
る筒状パイプ熱交換器を局部洗浄装置に適用すれば、熱
交換器及びその内部に保有する水の熱容量が小さいの
で、局部洗浄用水の水温制御を迅速かつ強力に行うこと
ができ、さらに、筒状パイプ熱交換器への配線を容易に
行うことが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、熱容
量を小さくした熱交換器において、配線を容易にし、安
全性を確保することができる。さらに、そのような熱交
換器を用いた局部洗浄装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る筒状パイプ熱交
換器を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図
である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る筒状パイプ熱交
換器を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面
図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図である。

【図３】端子金具の形状を示す図であり、（ａ）は発熱
用抵抗体に接続される端子金具の形状を示し、（ｂ）は
温度検出用抵抗体に接続される端子金具の形状を示す。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る筒状パイプ熱交
換器を示す断面図である。

【図５】本発明の第４の実施形態に係る筒状パイプ熱交
換器の一部を示す概念図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る局部洗浄装置を示す
概略図である。

【図７】本発明の一実施形態に係る局部洗浄装置の回路
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ パイプ ２、２３ 絶縁膜 ３、２１、２４、３１〜３３、４１〜４３ 導体膜 ４、２２、２５、３４、３５、４４、４５ 抵抗膜 ５、６、２６、２７、３６〜３８、４６〜４８ 端子金
具 ３９ 接点 ４０ 接続コネクタ ５１ 発熱用抵抗体 ５２、５３、６７、６８ 端子 ６１ 筒状パイプ熱交換器 ６１ａ 発熱用抵抗体 ６１ｂ 温度検出用抵抗体 ６２ 給水管 ６３ ノズル ６４ コントロールパネル ６５ 制御部 ６６ ヒータ駆動回路 ６９ 検出回路 ７０ アース端子

───────────────────────────────────────────────────── 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 峯 浩二 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 濱田 靖夫 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

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のパイプと、 前記パイプの表面に形成され、電圧が印加されることに
   より発熱する抵抗体と、 線材を接続するための３つ以上の端子であって、前記抵
   抗体に電圧を印加するための複数の端子を含む前記３つ
   以上の端子と、を具備することを特徴とする筒状パイプ
   熱交換器。
2. 【請求項２】 前記パイプの内部に水を通過させると共
   に前記抵抗体に通電することにより、水を加熱して温水
   を得ることを特徴とする請求項１記載の筒状パイプ熱交
   換器。
3. 【請求項３】 前記パイプが金属材料で作製され、前記
   抵抗体及び前記端子が前記パイプ上に絶縁層を介して形
   成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の筒
   状パイプ熱交換器。
4. 【請求項４】 前記パイプがセラミックで作製されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の筒状パイプ熱
   交換器。
5. 【請求項５】 前記３つ以上の端子の内の１つが、アー
   ス端子として前記パイプの基材に電気的に接続されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の筒状パイプ熱交換
   器。
6. 【請求項６】 前記３つ以上の端子が、端子の使用目的
   に応じて異なる形状を有していることを特徴とする請求
   項１〜５のいずれか１項記載の筒状パイプ熱交換器。
7. 【請求項７】 前記パイプの一方の開放端近傍部に第１
   組の複数の端子を具備し、前記パイプの他方の開放端近
   傍部に第２組の複数の端子を具備することを特徴とする
   請求項１〜６のいずれか１項記載の筒状パイプ熱交換
   器。
8. 【請求項８】 各組に含まれる複数の端子が、長手方向
   の位置をずらして配置されていることを特徴とする請求
   項７記載の筒状パイプ熱交換器。
9. 【請求項９】 各組に含まれる複数の端子が、前記パイ
   プの外周面上において、前記パイプの中心軸から見て１
   ８０°以内に配置されていることを特徴とする請求項７
   記載の筒状パイプ熱交換器。
10. 【請求項１０】 前記パイプの開放端部から前記端子ま
    での最短距離が１．５９ｍｍ以上であることを特徴とす
    る請求項１〜９のいずれか１項記載の筒状パイプ熱交換
    器。
11. 【請求項１１】 前記抵抗体の発熱部分に前記端子を設
    けていないことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
    １項記載の筒状パイプ熱交換器。
12. 【請求項１２】 前記抵抗体に３つ以上の端子が電気的
    に接続されていることを特徴とする請求項１〜１１のい
    ずれか１項記載の筒状パイプ熱交換器。
13. 【請求項１３】 前記複数の端子の内の少なくとも１つ
    と前記抵抗体との接点が移動可能であることを特徴とす
    る請求項１〜１２のいずれか１項記載の筒状パイプ熱交
    換器。
14. 【請求項１４】 筒状のパイプと、 前記パイプの表面に形成され、電圧が印加されることに
    より発熱する抵抗体と、 前記抵抗体に電気的に接続された複数の端子であって、
    少なくとも１つの端子が形状記憶合金を含む前記複数の
    端子と、を具備することを特徴とする筒状パイプ熱交換
    器。
15. 【請求項１５】 前記パイプの表面に形成され、前記パ
    イプの温度を検出するための抵抗体をさらに具備するこ
    とを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載の筒
    状パイプ熱交換器。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれか１項記載の
    筒状パイプ熱交換器を用いて局部洗浄用水を得ることを
    特徴とする局部洗浄装置。