JP2008202844A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命で、優れた発熱効率が得られる流体加熱装置を提供する。
【解決手段】水（流体）を貯留するための貯留タンク１と、当該貯留タンク１の内部に配設され、水を加熱するための発熱部材２と、を備えた流体加熱装置１０において、発熱部材２を、帯状又は紐状の木綿繊維を炭化させてなる炭素質発熱体２１と、当該炭素質発熱体２１の両端に取り付けた接続端子２２と、当該接続端子２２の一部２２Ａを外部に導出させた状態で、炭素質発熱体２１を封入させたガラス管（石英管）２３と、から構成し、ガラス管２３の両端部２３Ａを貯留タンク１の外部に配設した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貯留タンクに貯留された流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。

従来、この種の流体加熱装置の一例である温水装置としては、貯留タンクの内部に、タングステン等の金属コイルからなる発熱部材が、黄銅からなる取り付け板で配設されたものが公知となっている。

ところで、このような温水装置においては、黄銅製の取り付け板を発熱部材に取り付ける際の条件により、取り付け板の金属組織が変質し、発熱部材の寿命が短くなるという問題があった。
この問題を解決するために、特許文献１では、取り付け板の金属組織を変質し難くし、発熱部材の寿命を長くするために、錫を含有し、残部が銅及び不可避不純物の銅合金からなる取り付け板を用いることが提案されている。
特開２００２−１３８１７号公報

しかしながら、上述した従来の温水装置においては、発熱部材がタングステン等の金属コイルからなるため、発熱量や通電時間の増加に伴って、水に溶解しているカルシウム等の析出物が発熱部材表面に付着する場合があった。このため、発熱部材が腐食し易く、装置の長寿命化を図ることが難しいという不具合があった。

また、上述した従来の温水装置においては、発熱部材として、熱容量の大きな金属コイルを用いているため、発熱するまでに時間がかかり、特に、水の流出入量が多い場合には、貯留タンク内部の水温を常に均一に維持することが難しいという不具合があった。

さらに、上述した従来の温水装置においては、発熱部材として、電気抵抗値が温度上昇に伴って増大する金属コイルを用いているため、電圧印加時に比較的大きな突入電流が流れる。このため、装置に電磁的障害が生じ易く、装置の長寿命化を図ることが難しいという不具合があった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長寿命で、優れた発熱効率が得られる流体加熱装置を提供することを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明に係る流体加熱装置は、流体を貯留するための貯留タンクと、当該貯留タンクの内部に配設され、前記流体を加熱するための発熱部材と、を備えた流体加熱装置において、前記発熱部材は、帯状又は紐状の炭素質発熱体と、当該炭素質発熱体の両端に取り付けた接続端子と、当該接続端子の一部を外部に導出させた状態で前記炭素質発熱体を封入させた石英管と、からなり、前記石英管の両端部を前記貯留タンクの外部に配設した構成としている。

本発明に係る流体加熱装置によれば、発熱部材として、石英管に封入させた炭素質発熱体を用いて、その石英管の両端部を貯留タンクの外部に配設したことにより、流体と発熱部材との接触面が全て石英管となる。よって、従来技術で示したように金属コイルからなる発熱部材を用いた場合と比べて、経時変化に伴って、発熱部材の表面にカルシウム等の析出物が付着することなく、長寿命化を図ることができる。

また、本発明に係る流体加熱装置によれば、発熱部材として、石英管に封入させた炭素質発熱体を用いたことにより、従来技術で示したように金属コイルからなる発熱部材を用いた場合と比べて、発熱部材の熱容量が小さく、温度上昇に伴って電気抵抗値が小さくなる。よって、本発明に係る流体加熱装置によれば、長寿命で、優れた発熱効率を得ることができる。

さらに、本発明に係る流体加熱装置によれば、発熱部材として、石英管に封入させた炭素質発熱体を用いたことにより、遠赤外線領域での放射率が約７０〜８０％と大きいため、貯留タンク内部に貯留した流体を殺菌処理しつつ加熱することができる。

本発明に係る流体加熱装置において、前記貯留タンクは、その内面に鏡面処理が施された構成としてもよい。この構成によれば、発熱部材からの放射熱が貯留タンク内面に設けられた鏡面で反射するため、より優れた発熱効率を得ることができる。

なお、本発明に係る流体加熱装置において、炭素質発熱体としては、例えば、ポリアクリロニトリル等の合成繊維や、木綿等の植物繊維を炭化することで、発熱体として好適に利用可能な電気抵抗値を備えたものを用いることができる。特に、環境問題を考慮して、炭素質発熱体として、植物繊維を炭化したものを用いることが好ましい。

また、本発明に係る流体加熱装置を用いて加熱する流体としては、特に限定されず、例えば、水や石油等の液体や、空気やガス等の気体が挙げられ、このような流体加熱装置としては、温水装置、暖房装置、蒸気発電装置、ガス燃焼装置等が挙げられる。

本発明に係る流体加熱装置によれば、発熱部材として、石英管に封入させた炭素質発熱体を用いたことにより、長寿命で、優れた発熱効率を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る流体加熱装置の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視図、（ｃ）は図１（ａ）の軸方向に沿った断面図である。本実施形態では、流体加熱装置を温水装置として利用する場合について説明する。

この流体加熱装置１０は、図１に示すように、水（流体）を貯留するための円筒状の貯留タンク１と、当該貯留タンク１の内部に、その軸方向と平行に複数本配設された円筒状の発熱部材２と、から構成されている。ここで、本実施形態では、３本の発熱部材２を、図１（ａ），（ｂ）に示すように、軸方向一端から見た時に略三角形状となるように貯留タンク１の内部に配設している。

貯留タンク１は、鋼製で円筒状のドラム管１Ａと、その両端にボルトにより固定される鋼製で円板状の蓋部１Ｂと、からなり、ドラム管１Ａの内周面１ａには鏡面処理が施されている。ここで、ドラム管１Ａと蓋部１Ｂとの接合部は、シール部材５Ａにより密封されている。
また、貯留タンク１をなすドラム管１Ａの周面には、貯留タンク１の内部に配管１２Ａを介して水を流入させるための流入口１２と、貯留タンク１の内部から配管１３Ａを介して水を流出させるための流出口１３がそれぞれ設けられている。

発熱部材２は、帯状又は紐状の炭素質発熱体２１と、当該炭素質発熱体２１の両端に取り付けられた接続端子２２と、接続端子２２の一部２２Ａを外部に導出させた状態で、炭素質発熱体２１を封入させたガラス管（石英管）２３と、から構成されている。
ここで、炭素質発熱体２１は、木綿繊維を炭化することで、電気抵抗値を大きくしたものを用いることができる。炭素質発熱体２１は、太さや長さを変えることにより、発熱温度範囲を調整可能となっている。

ガラス管２３は、帯状又は紐状の炭素質発熱体２１を、真空又は不活性ガス雰囲気下で封入するための筒状の密閉容器であり、透明であってもよいし不透明であってもよい。ここで、炭素質発熱体２１はガラス管２３に封入されているので、発熱した炭素質発熱体２１が直接酸素に曝されず、酸化することがないため、発熱部材２として長時間使用できる。

また、ガラス管２３の両端部２３Ａは、貯留タンク１の蓋部１Ｂに設けられた貫通孔１１を介して、貯留タンク１の外部に突出した状態で、固定部材４により固定されている。ここで、ガラス管２３の両端部２３Ａと貫通孔１１との接合部は、シール部材５Ｂにより密封されている。さらに、ガラス管２３の両端部２３Ａには、ガラス管２３の外部に導出させた接続端子２２の一部２２Ａに通電するための電源結線部３が取り付けられている。

接続端子２２は、炭素質発熱体２１の両端に設けられ、ガラス管２３の外部に導出された一部の接続端子２２Ａを介して、電源結線部３と接続可能となっている。

なお、ガラス管２３の内部に炭素質発熱体２１を封入する方法としては、両端に接続端子２２を取り付けた炭素質発熱体２１をガラス管２３に入れ、接続端子２２の一部２２Ａをガラス管２３の外部に突出させた状態で、炭素質発熱体２１が空気中に曝されないように、ガラス管２３の一端部２３Ａを加熱圧着により封入する。次いで、ガラス管２３の他端部２３Ａから脱気し、真空にしながら上記と同様にして、ガラス管２３の他端部２３Ａを加熱圧着により封入する。ここで、炭素質発熱体２１を不活性ガス雰囲気下でガラス管２３の内部に封入する場合には、ガラス管２３の一端部２３Ａを封入した後、他端部２３Ａから窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガス、キセノンガス等の不活性ガスで置換するようにする。

この流体加熱装置１０は、まず、流入口１２を介して所定量の水を貯留タンク１の内部に貯留した後、電源結線部３に電圧を印加すると、接続端子２２，２２Ａを介して、発熱部材２をなす炭素質発熱体２１に通電が行われる。これにより、炭素質発熱体２１は発熱し、貯留タンク１の内部の水を所定温度まで加熱する構成となっている。そして、所定温度まで加熱させた温水は、必要に応じて、流出口１３を介して貯留タンク１の外部に放出されるようになっている。

すなわち、本実施形態における流体加熱装置１０によれば、発熱部材２として、ガラス管２３に封入させた炭素質発熱体２１を用いて、そのガラス管２３の両端部２３Ａを貯留タンク１の外部に配設したことにより、水と発熱部材２との接触面が全てガラス管２３となる。よって、従来技術で示したように金属コイルからなる発熱部材を用いた場合と比べて、経時変化に伴って、発熱部材２の表面にカルシウム等の析出物が付着することなく、長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態における流体加熱装置１０によれば、発熱部材２として、ガラス管２３に封入させた炭素質発熱体２１を用いたことにより、従来技術で示したように金属コイルからなる発熱部材を用いた場合と比べて、発熱部材２の熱容量が小さくなるため、設定温度までの加熱時間を短くすることができる。特に、水の流出入量が多く、水と加熱後の温水とが貯留タンク１内部で共存している場合であっても、貯留タンク１内部の水温をより均一に維持することが可能となる。

さらに、本実施形態における流体加熱装置１０によれば、発熱部材２として、ガラス管２３に封入させた炭素質発熱体２１を用いたことにより、従来技術で示したように金属コイルからなる発熱部材を用いた場合と異なり、温度上昇に伴って電気抵抗値が小さくなるため、装置の寿命を長くできる。

さらに、本実施形態における流体加熱装置１０によれば、発熱部材２として、ガラス管２３に封入させた炭素質発熱体２１を用いることで、遠赤外線も放射され、貯留タンク１内部に貯留した水の殺菌処理も可能である。

さらに、本実施形態における流体加熱装置１０によれば、貯留タンク１をなすドラム管１Ａの内周面１ａに鏡面処理を施したことにより、発熱部材２からの放射熱が貯留タンク１の内周面１ａに設けられた鏡面で反射するため、より優れた発熱効率を得ることができる。

なお、本実施形態では、貯留タンク１の内部に三本の発熱部材２を配設した場合について説明したが、発熱部材１は少なくとも一本配設すればこれに限らず、流体加熱装置１０の用途や寸法に応じて適宜選択することができる。但し、発熱部材２による発熱効率を向上させるためには、出来る限り多くの発熱部材２を配設することが好ましい。

また、本実施形態では、炭素質発熱体２１を封入させたガラス管２３を、貯留タンク１の内部にその軸方向に沿って平行に設けた場合について説明したが、ガラス管２３の設置状態はこれに限らず、例えば、円筒状の貯留タンク１の内部に、その直径方向に沿って平行に設けた構成としてもよい。

さらに、本実施形態では、一つの貯留タンク１を備えた流体加熱装置１０について説明したが、貯留タンク１の設置数はこれに限らず、それぞれが連結された複数の貯留タンク１を備えた流体加熱装置１０を構成してもよい。図２は、複数の貯留タンク１を連結させてなる流体加熱装置１０の一例を示す。この流体加熱装置１０は、上述した図1に示した貯留タンク１を、連結配管１４Ａを介して、4個連結させた構成となっている。

この構成によれば、水を複数段階にわたって加熱することができるため、より優れた発熱効率が得られる。すなわち、設定温度までの加熱時間をより短縮することができるとともに、加熱温度の上限値をより高く設定することが可能となる。また、各貯留タンク１の設定温度を用途に応じて変えることで、異なる温度の温水を複数の貯留タンク１の各流出口１３Ａから同時に提供することも可能となる。

本発明に係る流体加熱装置の一例を示し（ａ）は斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視図、（ｃ）は図１（ａ）の軸方向に沿った断面図である。 本発明に係る流体加熱装置の他の例を示す側面図である。

符号の説明

１ 貯留タンク
２ 発熱部材
３ 電源結線部
１０ 流体加熱装置
１２ 流入口
１３ 流出口
２１ 炭素質発熱体
２２ 接続端子
２２Ａ 接続端子の一部
２３ ガラス管（石英管）
２３Ａ 端部

Claims (2)

1. 流体を貯留するための貯留タンクと、当該貯留タンクの内部に配設され、前記流体を加熱するための発熱部材と、を備えた流体加熱装置において、
   前記発熱部材は、帯状又は紐状の炭素質発熱体と、当該炭素質発熱体の両端に取り付けた接続端子と、当該接続端子の一部を外部に導出させた状態で、前記炭素質発熱体を封入させた石英管と、からなり、前記石英管の両端部を、前記貯留タンクの外側に配設したことを特徴とする流体加熱装置。
2. 前記貯留タンクは、その内面に鏡面処理が施された構成としたことを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。

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