JP2002083672A - パイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置 - Google Patents
パイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置Info
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Abstract
きるパイプヒータを提供する。 【解決手段】 パイプ材と、該パイプ材の外周表面に積
層される絶縁ガラス層と、該絶縁ガラス層に積層される
発熱部の銀−遷移金属の抵抗体層と、該抵抗体層の端部
に導電層を介して接続される端子と、前記銀−遷移金属
の抵抗体層上に設けられた保護用ガラス層とを備えてい
る。
Description
パイプヒータを用いる流体加熱装置に関する。さらに詳
しくは、パイプ材内を流通する水を効率よく加熱し、短
時間で温水を提供するために使用するパイプヒータおよ
び水などの流体に直接浸漬しても耐水性や耐腐食性に長
期間優れており、パイプ材内外を流通する水などの流体
を加熱し、短時間で温水を提供するために使用する流体
加熱装置に関する。
温水器や温水器付便座などのように、短時間で適度な温
度の温水を提供する装置や器具がある。これらの装置の
うち、パイプ内に被加熱媒体である水を流すタイプのも
のでは、水道水を直ちに、可能なら連続的に所望の温度
まで上げるため、通常、あらかじめ温水を貯めておくタ
ンクを設け、そのタンク内の水を連続的に加熱しておく
必要があるものや、パイプの周囲にシーズヒータを巻き
付けるタイプのものがある。
を保温するためのエネルギーが必要であったり、パイプ
を外部から間接的に加熱するため、熱交換効率に劣り、
加熱するのに時間がかかるだけでなく、熱エネルギーの
有効利用が図れていなかった。
れ、短時間で温水を得ることができるパイプヒータおよ
びパイプヒータを用いる流体加熱装置を提供することを
目的とする。
は、パイプ材と、該パイプ材の外周表面に積層される絶
縁ガラス層と、該絶縁ガラス層に積層される発熱部の銀
−遷移金属の抵抗体層と、該抵抗体層の端部に導電層を
介して接続される端子と、前記銀−遷移金属の抵抗体層
上に設けられた保護用ガラス層とを備えてなることを特
徴とする。
あり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流
通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面に積
層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および
前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプヒー
タと、前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を
確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うととも
に、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体と
からなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層から
なることを特徴とする。
口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍
に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面
に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、お
よび前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプ
ヒータと、前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通
路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うと
ともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装
体とからなり、該外装体内に前記パイプヒータが少なく
とも2本配置されるとともに、該外装体が多連に配置さ
れ、かつ隣接する外装体のパイプヒータのあいだで流体
を流入または流出させる第1循環路と、最終列の外装体
内のパイプヒータのあいだにおいて、流体を循環させる
第2循環路を備えており、前記発熱部が、銀−遷移金属
の抵抗体層からなることを特徴とする。
入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近
傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材に流体の
流通路を確保して外挿され、両端が閉塞されるととも
に、前記流通路に連結する流通孔が形成される大径パイ
プ材、各パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと
発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接
続される端子からなる多重パイプヒータと、前記大径パ
イプ材の発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確
保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うととも
に、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体と
からなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層から
なることを特徴とする。
のパイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装
置を説明する。図1は本発明のパイプヒータの一実施の
形態を示す側面図、図2は図1におけるA−A線断面
図、図3は図1におけるパイプヒータの展開図、図4は
パイプヒータの使用例を示す説明図、図5は本発明の流
体加熱装置の一実施の形態を示す斜視図、図6は図5に
おける流体加熱装置の断面図、図7は図5におけるA−
A線断面図、図8は図5におけるパイプヒータの展開
図、図9は本発明の流体加熱装置の他の実施の形態を示
す斜視図、図10は図9における外装体を示す部分切欠
図、図11は本発明の流体加熱装置のさらに他の実施の
形態を示す斜視図、図12は図11における流体加熱装
置の断面図である。ただし、説明を容易にするために、
断面図以外の図においてハッチングを施したり、各層の
寸法を拡大または縮小して記載してある。
施の形態にかかわるパイプヒータ1は、パイプ材2に積
層される発熱部と保護部11および該発熱部に接続され
る端子7からなる。すなわち、パイプ材2と、該パイプ
材2の外周表面に積層される絶縁ガラス層3と、該絶縁
ガラス層3に積層される発熱部の銀−遷移金属、たとえ
ば銀−パラジウム系、銀−ルテニウム系、銀−ロジウム
系の抵抗体層4と、該抵抗体層4の端部5に導電層6を
介して接続される端子7と、前記銀−遷移金属の抵抗体
層4上に保護用ガラス層8と、エポキシ樹脂層9および
フッ素樹脂層10がこの順に積層されてなる保護部11
とから構成されている。なお、12は端子7のロウ付部
である。また前記保護部11は、パイプ材2の外周表面
だけに限定されるものではなく、パイプ材2の内壁にも
施すことができる。
示されるように、温水器の蛇口21に配管されるパイプ
材22に、発熱部と保護部からなる積層部23と該発熱
部に接続される端子とを設けるパイプヒータ24として
使用することができる。
用できるが、たとえばステンレス鋼、銅、アルミニウ
ム、鉄などがあげられ、とくにステンレス鋼が安価で、
かつ耐食性がよいことから好ましい。断面形状は円形、
楕円形、矩形、多角形でもよく、異形であってもよい。
円形の場合、外径が8〜300mm程度で、長さが10
〜1000mm程度のパイプ材の外表面に抵抗体層印刷
面(図1の符号13)として長さ8〜990mm程度を
もつようなものが適当である。このパイプヒータを単独
で、または複数個連結して使用することができる。
6〜0.1mm程度であり、ガラスの種類としては、B
aO/SiO2/CaO/SrO(たとえば、重量比:
30〜50/15〜30/10〜20/1〜5)のガラ
ス、とくにこの組成の結晶化ガラスなどを使用すること
ができる。
抗体層4がパターン化されており、抵抗体層4は端部5
で銀を主体とする端子7用の導電層6と電気的に接続さ
れている。抵抗体層4の厚さは、8〜15μm程度であ
る。
る。保護部11は、保護用ガラス層8の上に積層される
エポキシ樹脂層9とフッ素樹脂層10から構成されてお
り、この保護部11を設けることにより、ヒータの電気
絶縁性や耐水性を向上させることができる。したがっ
て、湿度の高い場所や水にさらされる惧れのある場所で
本発明のパイプヒータを使用するときは、かかる保護部
11を設けておくのが好ましい。
ガラス層8は、抵抗体層4を物理的、電気的に保護する
という働きをもつ。この保護用ガラス層8に用いるガラ
スの種類は、たとえばPbO−B2O3−SiO2、Ba
O−SiO2−SrO−CaOなどがあげられるが、耐
水性に優れる点からとくにそれらの結晶化ガラスが好ま
しい。保護用ガラス層8の厚さは、通常0.02〜0.
07mmである。この保護用ガラス層8は、少なくとも
抵抗体層4を完全に覆っていることが必要である。
シ樹脂層9は、保護用ガラス層8だけでは不充分な電気
絶縁性を確保するという働きをもつ。一般に樹脂類は、
熱伝導性がわるいが、そのなかでもエポキシ樹脂は比較
的熱伝導性がよいものである。本発明においては、さら
に熱伝導性を向上させるために、Al2O3などの良熱伝
導性のアルミニウム系のセラミックス粉などの耐食性と
電気絶縁性に優れた添加材を配合してもよい。配合量は
エポキシ樹脂100重量部に対し、10〜200重量
部、好ましくは180〜200重量部である。エポキシ
樹脂としては、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性が良好
であればとくに限定されるものではない。また、電気絶
縁性や熱伝導性を損なわない限り、シリコーン樹脂など
の他の樹脂を併用することもできる。なお、たとえば変
性脂肪族ポリアミンなどの硬化触媒や硬化促進剤などを
適宜添加してもよい。エポキシ樹脂層6の厚さは、0.
05〜2.0mm、好ましくは1.0〜1.5mmであ
る。これより薄くなりすぎると必要な電気絶縁性が得ら
れず、厚くなりすぎるとヒータの熱効率が低下するから
である。
層10を設ける。これはエポキシ樹脂層単独では長期に
わたる耐水性、耐食性が充分ではないからである。フッ
素樹脂層10に用いるフッ素樹脂としては、熱硬化させ
たときにエポキシ樹脂層9や発熱部に悪影響を与えない
ために、硬化温度が200℃以下であるフッ素樹脂組成
物を使用する。そのようなフッ素樹脂組成物としては、
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やテトラフル
オロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(F
EP)などのフッ素樹脂とエポキシ樹脂(とくにビスフ
ェノール系エポキシ樹脂)との混合物などが好ましい。
とくに、エポキシ樹脂層9との接着性が良好な点、耐水
性に優れる点および硬化温度が低い点から、PTFEと
エポキシ樹脂との混合物が好ましい。フッ素樹脂とエポ
キシ樹脂との混合割合は、フッ素樹脂/エポキシ樹脂
(重量比)が7/3〜8/2であるのが好ましい。フッ
素樹脂層10の厚さは、通常0.02〜0.04mm、
好ましくは0.03〜0.04mmである。
面加工をパイプ材2の表面に施したのち、パイプ材2を
アルコールなどの有機溶剤や洗剤で脱脂洗浄(たとえば
超音波洗浄など)する。このパイプ材2に絶縁ガラスを
コーティング(刷毛塗り法、ロールコート法、ディスペ
ンサー法、スクリーン印刷法など)し、乾燥後焼成して
絶縁ガラス層3を形成する。ついで絶縁ガラス部3の一
端部に銀ペーストを印刷(スクリーン印刷法、ディスペ
ンサー法など)し、乾燥、焼成して端子7を形成したの
ち、その上に一部重なるように、銀−遷移金属(たとえ
ば、銀−パラジウムなど)のペーストを印刷(スクリー
ン印刷法、ディスペンサー法など)し、乾燥、焼成して
抵抗体層4を形成する。そののち、保護用ガラス組成物
をコーティング、乾燥、焼成して保護用ガラス層8を形
成する。
(ディッピング法、刷毛塗り法、ロールコート法、ディ
スペンサー法、スクリーン印刷法など)し、乾燥後、2
00℃まで(たとえば150℃)の乾燥炉で約15〜2
0分間加熱硬化させて、エポキシ樹脂層9を形成する。
成する。フッ素樹脂組成物をコーティング(スプレー
法、ディッピング法、刷毛塗り法、ロールコート法、デ
ィスペンサー法、スクリーン印刷法など。スプレー法が
一般的である)し、ピンホールなどの発生を避けるため
に、まず100℃程度で10分間一次硬化させたのち、
200℃程度の温度で二次硬化させる。
施の形態にかかわる流体加熱装置51は、パイプヒータ
52と該ヒータ52を覆う外装体53からなる。すなわ
ち、一端が流入口54であり、他端が栓55により閉塞
されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔56が形成さ
れるパイプ材57、該パイプ材57の外周表面に積層さ
れる絶縁ガラス層63と発熱部である銀−遷移金属の抵
抗体層64と保護部59、および前記発熱部の抵抗体層
64の端部58に接続される端子60からなるパイプヒ
ータ52と、前記発熱部の抵抗体層64および流通孔5
6の外周に流体の流通路61を確保して該発熱部の抵抗
体層64および流通孔56の外周辺部を覆うとともに、
前記流体を外方へ導く供給口62が形成される外装体5
3とから構成されている。なお、前記保護部59は、パ
イプ材57の外周表面だけに限定されるものではなく、
パイプ材57の内壁にも施すことができる。
ガラス層63に積層される銀−遷移金属の抵抗体層64
のパターンからなり、また、前記保護部59も前記保護
部11と同様に、保護用ガラス層65に積層されるエポ
キシ樹脂層66およびフッ素樹脂層67からなってい
る。
22と同様の種々の金属が使用できる。また外装体53
としては、耐熱性の合金または合成樹脂から作製される
矩形の中空本体53aと蓋53bを嵌め込んで組み立た
ものを用いているが、流通路61を確保して覆うことが
できる形状であれば、前記パイプ材57と同様円形とす
ることができる。なお、本実施の形態では、流通路を確
保するために、外装体は中空体にされているが、本発明
においては、これに限定されるものではなく、予め内部
に螺旋形状の流通路を成形したものとすることもでき
る。
抵抗体層64がパターン化されており、抵抗体層64は
端部64aで銀を主体とする端子用の導電層69と電気
的に接続されている。
用ガラス層65の上に積層されるエポキシ樹脂層66と
フッ素樹脂層67から構成されており、この保護部59
を設けることにより、ヒータの電気絶縁性や耐水性を向
上させることができるが、本発明においては、保護用ガ
ラス層65だけとすることもできる。
ガラス層65、保護用ガラス65の上に積層されるエポ
キシ樹脂層66およびエポキシ樹脂66の上にさらに積
層されるフッ素樹脂層67は、それぞれ前記保護用ガラ
ス層8、エポキシ樹脂層9およびフッ素樹脂層10と同
様のものを用いることができる。
入口54から注入された水またはオイルなどの流体が、
パイプ材57内を流通するあいだに発熱部の抵抗体層6
4により加熱されるとともに、流通孔56から流通路6
1を流通するあいだにも発熱部の抵抗体層64により加
熱される。これにより、供給口62から流れ出る流体は
高温にされる。
明する。
してさらに高温の流体を発生させるようにしている。す
なわち本実施の形態の流体加熱装置は、図9〜10に示
されるように、外装体71内にパイプヒータ52を2本
配置するとともに、該外装体71を4列組み合せるよう
に配置している。各パイプヒータ52の外周には、合成
樹脂製の外装体71の内部に予め螺旋形状に成形された
流通路72が形成されている。73は螺旋形状の治具な
どにより、流通路72およびパイプヒータ52の挿入孔
を成形したのち、前記治具を抜き取ったときに残る、外
装体71の端部に開口する流通路72を塞ぐ補助蓋であ
る。なお、本実施の形態では、樹脂の螺旋形状の流通路
にされているが、本発明においては、これに代えて、流
通路を螺旋形状のパイプにより形成することもできる。
いに嵌合したのち、流通路72とパイプヒータ52の流
通孔56(図6参照)との位置合わせを行ない、ついで
流体が外表面に漏れないように補助蓋73とともに溶着
などにより固着されている。流入口54から流入される
流体は、パイプ材57内および流通孔56から流通路7
2を通過したのち、供給口62aから第1循環路74a
を経由して隣接する外装体71aのパイプヒータの流入
口54aへ流入される。同様に隣接する外装体71b、
71cのパイプヒータへは、第1循環路74b、74c
を経由して流入される。そして最終列の外装体71c内
の上部パイプヒータ52から下部パイプヒータ52のあ
いだだけに第2循環路75を経由して流体を循環させて
いる。ついで、今度は最終列の外装体71cの下部パイ
プヒータ52から順次第1循環路76c、76b、76
aを経由して隣接する外装体71b、71aおよび71
の下部パイプヒータ52へ流体が循環される。これによ
り、流入口54に流入される流体は、各外装体71〜7
1cのパイプヒータ52により加熱されて供給口62か
ら流出される。たとえば各外装体71〜71c内の各パ
イプヒータ52の出力が370Wとすると、供給口62
から流出される流体には、2960W(370W×8
本)の熱エネルギーを得ることができる。
明する。本実施の形態では、図11〜12に示されるよ
うに、多重パイプヒータにより、流体を高温に加熱する
ようにしている。すなわち、本実施の形態の流体加熱装
置は、パイプヒータ52のパイプ材57に流体の流通路
61を確保して順次外挿される大径パイプ材81、82
を有するパイプヒータ83、84が配置されている。各
大径パイプ材81、82には、パイプヒータ52と同様
に発熱部と保護部とからなる積層部85が形成されてい
るとともに、前記発熱部の端部に端子60が接続されて
いる。本実施の形態では、パイプ材57のパイプヒータ
52および大径パイプ材81、82のパイプヒータ8
3、84の両端は、外装体86の蓋材87に支持されて
いる。したがって、流入口54から流入される流体は、
パイプ材57内から流通路56を通過したのち、大径パ
イプ材81、82の流通孔88、89および流通路9
0、91を通過して供給口92から流出される。
熱効率に優れ、短時間で温水を得ることができる。
面図である。
視図である。
斜視図である。
切欠図である。
態を示す斜視図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 パイプ材と、該パイプ材の外周表面に積
層される絶縁ガラス層と、該絶縁ガラス層に積層される
発熱部の銀−遷移金属の抵抗体層と、該抵抗体層の端部
に導電層を介して接続される端子と、前記銀−遷移金属
の抵抗体層上に設けられた保護用ガラス層とを備えてな
るパイプヒータ。 - 【請求項2】 一端が流入口であり、他端が閉塞される
とともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ
材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発
熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続
される端子からなるパイプヒータと、前記発熱部および
流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および
流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導
く供給口が形成される外装体とからなり、前記発熱部
が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置。 - 【請求項3】 前記外装体が中空体にされてなる請求項
2記載の流体加熱装置。 - 【請求項4】 一端が流入口であり、他端が閉塞される
とともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ
材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発
熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続
される端子からなるパイプヒータと、前記発熱部および
流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および
流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導
く供給口が形成される外装体とからなり、該外装体内に
前記パイプヒータが少なくとも2本配置されるととも
に、該外装体が多連に配置され、かつ隣接する外装体の
パイプヒータのあいだで流体を流入または流出させる第
1循環路と、最終列の外装体内のパイプヒータのあいだ
において、流体を循環させる第2循環路を備えており、
前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加
熱装置。 - 【請求項5】 前記流通路が螺旋形状を呈してなる請求
項2、3または4記載の流体加熱装置。 - 【請求項6】 一端が流入口であり、他端が閉塞される
とともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ
材、該パイプ材に流体の流通路を確保して外挿され、両
端が閉塞されるとともに、前記流通路に連結する流通孔
が形成される大径パイプ材、各パイプ材の外周表面に積
層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および
前記発熱部の端部に接続される端子からなる多重パイプ
ヒータと、前記大径パイプ材の発熱部および流通孔の外
周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外
周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が
形成される外装体とからなり、前記発熱部が、銀−遷移
金属の抵抗体層からなる流体加熱装置。 - 【請求項7】 前記保護用ガラス層にエポキシ樹脂層お
よびフッ素樹脂層がさらに積層されてなる請求項2、
3、4、5または6記載の流体加熱装置。
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