JP2008304090A - 液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換管に対して電熱線の直巻きした状態で直接熱交換管を加熱し、高い熱交換率を実現せしめるとともに、小型筐体を実現した液体加熱装置を提供する。
【解決手段】 一端部を液体流入口１３２とし他端部を液体流出口１３４とした長尺の熱交換管１３０の中を液体が流動する。熱交換管１３０は金属管であり螺旋状に形成されている。熱交換管１３０の表面は非導電性塗料１４０により被膜されている。熱交換管１３０の表面にニクロム線などの電熱線１２０をコイル状に直に巻回せしめている。
【選択図】 図２

Description

この発明は一端部を液体流入口とし他端部を液体流出口とした長尺の熱交換管の中を流動する液体を加熱手段によって加熱する液体加熱装置に関する。

一端部を液体流入口とし他端部を液体流出口とした長尺の熱交換管の中を流動する液体を加熱手段によって加熱する液体加熱装置は、一般にラインヒーターと通称されている。

図６は、第１の従来のラインヒーターを示す概略説明図である。ラインヒーターは、上部マニホールド２２と、下部マニホールド２４と、上下のマニホールドを接続する複数の熱交換チューブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、当該熱交換チューブの外周面に直に巻き付けられたニクロム線等の加熱体２８ａ，２８ｂ，２８ｃとを有している。

下部マニホールド２４には液体流入口３０が設けられ、上部マニホールド２２には液体流出口３２が設けられている。液体流入口３０から導入される液体は熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃ内を流動する間にニクロム線２８ａ〜２８ｃによって熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃの外面側から加熱され、この加熱された液体は液体流出口３２より排出される。

ここで、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃの素材について述べておく。熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃはニクロム線２８ａ〜２８ｃを直巻きするため非導電性素材で作成する必要がある。もし熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃを導電性素材で製作した場合、ニクロム線２８ａ〜２８ｃから熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃに電流がショートしてしまいニクロム線が機能しない。もともとニクロム線は抵抗値が大きく通電すると発熱する仕組みとなっているところ、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃが導電性素材で出来ておれば熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃ側に電流がショートしてしまう。
そのため、従来の熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃは、非導電性素材、例えば、ポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）などが採用されている。
また、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃはニクロム線が接しても発火しない耐火性も必要である。耐火性の観点からは金属が良いが上記したショートの問題があるため、例えば石綿などが考えられるが石綿は近年人体への影響が指摘されている。

他の液体加熱装置として、加熱手段に電熱線による加熱以外の手段を用いているものも知られている。
第２の従来のラインヒーターとして、特開２０００−３０４３５３号公報の技術が知られている。特開２０００−３０４３５３号公報のラインヒーターは、熱交換チューブを赤外線透過素材で構成し、螺旋状に形成した熱交換チューブの中空部分に赤外線ヒーターを入れて赤外線を照射することにより内部を流動する液体を加熱するものがある。
また、第３の従来のラインヒーターとして、特開２００３−１２０９９９号公報の技術が知られている。特開２００３−１２０９９９号公報の技術は長尺の熱交換管を螺旋状に巻き、その中心に発熱体を入れて発熱させ、熱交換を行うものである。
図７に示すように、特開２００３−１２０９９９号公報の液体加熱装置は、熱交換部８を螺旋状に構成し、電気ヒーター２を有する蒸気発生部から蒸気を発生せしめて熱交換部８の中空に蒸気を通し、熱交換部８内の水を加熱する構造となっている。

特開２０００−３０４３５３号公報 特開２００３−１２０９９９号公報

上記第１の従来のラインヒーターの技術では、熱伝導性に問題と加工の問題がある。
上記したように第１の従来のラインヒーターでは、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃにニクロム線２８ａ〜２８ｃを直巻きするため、ショートを防ぐ必要があり、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃを非導電性素材で作成する必要があった。しかし、一般に非導電性素材は熱伝導性が低い。そのため熱交換率が悪くなってしまう。また、ニクロム線が接しても発火しない耐火性も必要であるところ、石綿を使うということも考えられるが、石綿では熱伝導性が低くかつ人体への悪影響があるために採用することは不適切である。

特開２０００−３０４３５３号公報には、第１の従来のラインヒーターにおける熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃの素材としてポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）を採用することを開示しているが、ポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）は自由曲線に対する加工が難しいという問題がある。特開２０００−３０４３５３号公報の熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃは単なる真っ直ぐな円柱であり比較的加工が簡単な形状をしているのでポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）加工は可能であるが、自由曲線に対する管の表面に対してポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）加工を行うことは容易ではない。ラインヒーターの管形状として単なる真っ直ぐな円柱を採用すると液体の通過時間が短くなってしまい加熱時間が十分確保しにくい。そこで、熱交換チューブを螺旋状などに加工することが工夫されることがあるが、このような自由曲線に対する管の表面に対してポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン）加工を行うことは容易ではない。

また、熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃに直接ニクロム線２８ａ〜２８ｃを巻き付けているために、空炊き又は過昇温が発生した際にニクロム線２８ａ〜２８ｃが熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃを溶かして、内容液の洩れを発生させるとともに熱交換チューブ２６ａ〜２６ｃ内部にニクロム線２８ａ〜２８ｃ等の加熱体の材料が入り込んで内容液を金属汚染してしまう事故が多発してしまうことも指摘されている。

次に、第２の従来のラインヒーターによれば、熱交換チューブを赤外線ヒーターにより加熱するが、ニクロム線などを直に巻く方法に比べてやはり熱量が十分ではなく、液体加熱装置としての加熱量が足りず、用途が限られる。特開２０００−３０４３５３号公報では熱交換チューブの表面温度が３００度程度までとされており、流動する内部の液体が十分には加熱できない。

次に、第３の従来のラインヒーターによれば、熱交換チューブを水蒸気により加熱するが、水蒸気による加熱を行うためには水蒸気発生装置が必要となり、また、噴出した水蒸気を回収することまで考えると装置が大型化してしまうという問題が発生する。

上記問題点に鑑み、本発明は、熱交換管に対して電熱線の直巻きした状態で直接熱交換管を加熱し、高い熱交換率を実現せしめるとともに、小型筐体を実現した液体加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる液体加熱装置は、
一端部を液体流入口とし他端部を液体流出口とした長尺の熱交換管の中を流動する液体を加熱手段によって加熱する液体加熱装置であって、
前記熱交換管を金属製の管とし、前記熱交換管の表面を非導電性塗料により被膜し、前記熱交換管の表面に電熱線をコイル状に直に巻回せしめたことを特徴とする。
上記構成により、熱伝導性の高い金属管を熱交換管として採用しつつ高温に発熱する電熱線を直巻きしているので、電熱線の発熱が直に熱交換管に伝導し、熱交換率が高くなる。また、熱交換管の表面を非導電性塗料により被膜しているので電熱線の電流と金属性熱交換管がショートすることがなく正常に動作し得る。

次に、上記構成において、前記熱交換管を螺旋状に形成せしめ、前記電熱線を前記螺旋状に形成した熱交換管の表面に対してコイル状に巻回せしめたことが好ましい。
上記構成により熱交換管を流れ落ちる液体の流速を制御することができ、熱交換を行う時間を長く確保せしめることができる。

次に、上記構成において、前記電熱線が収まる溝を前記熱交換管の表面にコイル状に設けておき、前記電熱線を前記溝に収めて前記熱交換管の表面にコイル状に巻回せしめることが好ましい。
上記構成において、電熱線と熱交換管との間の熱交換において両者の接触面積を増大せしめることができ、熱交換率を高めることができる。

次に、本発明の第２の液体加熱装置は、上面にお湯を蓄積しておく液体収納部を備えたプレート状の液体加熱装置であって、
前記プレート全体が金属製のプレートとし、前記プレートの裏面を非導電性塗料により被膜し、前記プレートの裏面に電熱線を直に沿わせて形成せしめたことを特徴とする。
上記構成によりプレートを効率よく加熱することができる。

次に、上記構成において、前記非導電性塗料が、アルコキシド化合物からなるバインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒からなる非導電性塗料であることが好ましい。特に、前記アルコキシド化合物が、アルコキシド縮合脱水物であり、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランと、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランとを５対２以下の割合（重量）で含むものが好ましい。
また、上記構成において、前記非導電性塗料が、耐熱無機バインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒とからなる非導電性塗料であることが好ましい。
上記構成により、薄い膜厚でありながら高い絶縁性を持つ被膜により熱交換管をコーティングすることができ、電熱線と金属製の熱交換管の間の高い絶縁性を確保せしめることができる。

本発明の液体加熱装置は、熱伝導性の高い金属管を熱交換管として採用しつつ高温に発熱する電熱線を直巻きしているので高い熱交換率を確保せしつつ熱交換管の表面を非導電性塗料により被膜しているので電熱線の電流と金属性熱交換管がショートすることがなく正常に動作し得る。
また、本発明の液体加熱装置は、電熱線が収まる溝を熱交換管の表面にコイル状に設けておき、電熱線を溝に収めて熱交換管の表面にコイル状に巻回せしめるという工夫により電熱線と熱交換管との間の熱交換において両者の接触面積を増大せしめることができ、熱交換率を高めることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の液体加熱装置の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。

実施例１にかかる本発明の液体加熱装置の例を示す。
ここでは、一例として、加熱対象の液体として、お茶を挙げ、液体流入口から常温程度のお茶を入れ、熱交換管を通過するお茶を加熱して液体流出口から熱いお茶として流出させる例を挙げて説明する。

図１は実施例１にかかる本発明の液体加熱装置１００の外観を示す図である。図２は実施例１にかかる本発明の液体加熱装置１００の内部に収められている内部構造を分かりやすく示した図である。
図１に示すように、実施例１にかかる本発明の液体加熱装置１００は、筐体１１０を備え、上部筐体１１１と下部筐体１１２を備えている。上部筐体１１１の上面には液体流入口１３２、上部筐体１１１の下面には液体流出口１３４が見えている。上部筐体１１１と下部筐体１１２との間には容器載せ置き空間１５０がある。例えばこの容器載せ置き空間１５０にコップなどの容器を載せ置いて液体流出口１３４から出てくる液体を受けるようになっている。

また、図２に示すように、実施例１にかかる本発明の液体加熱装置１００の内部には、熱交換管１３０が内蔵されている。熱交換管１３０は、内部に液体が流動する管となっており、一端部が液体流入口１３２、他端部が液体流出口１３４となっている。液体流入口１３２から加熱する液体を注ぎいれ、液体流出口１３４から液体が注ぎ出る構成となっている。

熱交換管１３０は金属製である。金属で製作されているので熱伝導性が高く、また、耐熱性も高く、後述するように電熱線が高熱で発熱しても十分に耐えることができる。
次に、熱交換管１３０の形状は全体が螺旋状となっている。全体が螺旋状になっているため内部を流動する液体の移動が円を描きながら斜め下にゆっくりと落ちることとなり流速が遅くなるとともに、螺旋状であるので全体の距離が長くなり、トータルとして液体流入口１３２から注ぎ入れられた液体が液体流出口１３４から注ぎ出るまでの時間が長くなり十分な加熱時間を確保することができる。

熱交換管１３０は、その表面が非導電性塗料１４０により被膜され、その上から電熱線１２０がコイル状に直に巻かれている。例えばニクロム線などの電熱線１２０が直にコイル状に巻かれている。このように熱交換管１３０は非導電性塗料１４０が表面に被膜されているものの極薄く塗布されているので非導電性塗料１４０の被膜の影響による熱伝導性の低下はほとんどない。そのため電熱線１２０に電流が流されて発熱した場合にはその発熱が直接熱交換管１３０に伝わるので極めて高い熱交換率が得られる。

ここで、非導電性塗料１４０に求められる重要な性質をまとめておく。

第１には高い耐熱性と絶縁性である。非導電性塗料１４０は薄く被膜するのみで高い絶縁性を得ることができる素材でなければならない。電熱線１２０に通電すると発熱するため非導電性塗料１４０はその高温状態において絶縁性が十分ではないと金属性の熱交換管１３０にショートしてしまい不具合が発生する。そのため本発明では非導電性塗料１４０が高い耐熱性とともに高い絶縁性を併せ持つことが重要である。例えば、１０００℃の耐熱性と２５０Ｖ電圧に対して２×１０の９乗Ω以上維持できるものが好ましい。

第２には薄い膜厚での皮膜形成と強い付着性能である。膜厚が厚いと熱伝導率が下がるので薄膜である方が有利である一方、薄くても脆く剥がれ易いものであれば局部的に金属がむき出しになるとショートを起こす不具合が発生してしまうからである。例えば、膜厚が１０μから２００μの被膜であることが好ましく、基板などに塗布された膜の付着強度は碁盤目テストで１００／１００であることが好ましい。

例えば以下の３タイプの非導電性塗料のいずれかを用いることができる。
第１の非導電性塗料１４０は、アルコキシド化合物からなるバインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒からなるものである。たとえば、当該アルコキシド化合物として、アルコキシド縮合脱水物であり、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランと、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランとを５対２以下の割合（重量）で含むものとする。

第２の非導電性塗料１４０は、耐熱無機バインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒とからなるものである。

第３の非導電性塗料１４０は、アルコキシド化合物からなるバインダーと、カーボンと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒からなるものである。

これらの非導電性塗料１４０によれば、金属性の管の表面に薄くコーティングするのみで上記した性能が得られることが分かっている。

［強固な付着性を有するバインダー］
非導電性塗料１４０におけるバインダーは、Ｓｉ−Ｏの結合力を利用している。Ｓｉ−Ｏは、接着剤に代表される有機系のＣ−Ｏよりも強固な結合エネルギーを有し、且つ熱にも強い。このような結合力を有するバインダーは、シリコンレジン、中でもアルコキシド化合物を加水分解して得られるＳｉ−ＯＨを一定の分子量まで成長して得ることが出来る。このようにして出来たシラノール基を脱水縮合させることにより、分子レベルまで微細で強固なＳｉ−Ｏのネットワークが得られる。しかも、基材上のＯＨ基とも反応して強固な付着力が得られる。
このようにして得られたバインダーは、熱交換管１３０塗布後に焼き付けをすることにより脱水縮合を促がすことが出来る。この場合溶媒が揮発した後に、微細な気孔が残留するため、膜自体に靭性が付与される。

また、十分な脱水縮合を行うことにより、膨大なＳｉ−Ｏのネットワークが出来、また、一定サイズの顔料を所定割合で配合することで十分な膜厚が確保される。こうして、例えば１，０００℃で焼成しても十分なフレキシビリティーを持ち、かつ、硬度の高い堅牢な膜を得ることが出来る。

［基材に併せた熱膨張率を有する膜］
シート形状の基材や発熱体と、そこに付着した膜との間に大きな熱膨張差があると、膜にクラックが生じて、絶縁低抗や導電性が失われやすい。所定の熱膨張率を有する顔料を入れることにより、ある程度、熱膨張率の差があっても、それによって生じる膜のクラックを高温域においても防ぐことが出来る。

［アルコキシドと反応条件］
アルコキシド化合物としては、ジメチルメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が望ましい。これらを単独または複数組み合わせて用いる。単独の物で好ましいのはトリメチルメトキシシランまたはトリメチルエトキシシランである。組み合わせで好ましいのはジメチルメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン及びテトラメトキシシランの組合せ、またはジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びテトラエトキシシランの組合せである。
テトラメトキシシランまたはテトラエトキシシランを配合することにより、Ｓｉ−Ｏのネットワークが綴密になり、膜自体の堅牢さがます。これらを４０重量％を超えて入れると、膜白体が脆くなりやすい。ジメチルメトキシシラン、またはジメチルエトキシシランを数％いれると、膜にクラックが入りにくくなるが、アルコキシド化合物中のこれらの含有量が１５重量％を超えると膜の堅牢さが失われる。

反応条件について言えば、加水分解に必要とする水の量は、使用するアルコキシド化合物１モルに対して水０．８〜１．４モルを使用するのが好ましい。また触媒としての酸の量は有機酸、無機酸何れの場合も、加水分解を起こすのに十分な量を用いる。水が０．８モル以下ではＳｉ−ＯＨ基の発生が十分でなく膜の硬度が上がらない。１．４モル以上ではＳｉ−ＯＨ基が多くなり、シラノールの分子結合が大きくなり、ゲル化が進展し、クラックが生じやすくなる。

［顔料の種類］
酸化チタン、アルミナ、ジルコニアは、絶縁性を有する上、熱膨張率が５×１０−６〜１０．５×１０−６であり、比較的大きいので、一定量の顔料を配合すると、熱拡散性の高い金属類と一体化したシートにしても、金属の挙動と同様な挙動を膜もする。それゆえ、膜中に引っ張り応力が発生せず、高温域でも安定した絶縁性が得られる。しかも、放熱性及び金属による高い熱拡散性が得られる。またカーボンを一定量以上入れることにより容易に導電性が得られる。特に４５０℃までの大気中、または高温真空炉、或いは不活性ガス等の雰囲気炉中で従来不可能とされていたカーボンの面状発熱体が使用可能となる。

［顔料の粒度］
膜の平滑性や綴密性、強度を考慮して、顔料の粒度は溶媒分散後で平均粒度で０．３μ以下が望ましい。

［アルコキシドと顔料の割合］
膜中のアルコキシド化合物の脱水縮合物の含有割合は、１０〜４５体積％が妥当である。１０％以下では膜の靭性が低下し堅牢さが失われる。４５％を超えると、脱水縮合による乾燥収縮量が多く、高温下でクラックが発生しやすく、所望の絶縁性が得がたい。

［膜の厚み］
基材や発熱体と膜が強固に付着し、且つ、両者の熱膨張差が非常に近い場合でも、膜が厚くなりすぎると、クラックが発生する。それは、Ｓｉ−ＯＨが脱水縮合するときに起こる収縮現象が原因である。
膜厚は、バインダーの含有量にもよるが、２００μ以下が望ましい。特にアルコキシド化合物の脱水縮合物の全固形物（即ちＳｉ−ＯＨから生じるＳｉＯ２と混合したときの無機顔料成分の合計）にしめる割合が４５体積％の場合、８００℃でクラックの発生を防ぐ為には１０μ前後が好ましい。膜厚が３０μを超えると、膜が脆くなり、粉落ちして、長時間の使用に耐えられなくなる。そのため、アルコキシド化合物の脱水縮合物の割合は３０体積％以下が望ましい。
高温下（とくに５００℃以上）での２５０Ｖ以上での加圧時の絶縁抵抗を確保するためには５０μ以上の膜厚が好ましい。

［絶縁抵抗値］
モリブデン、チタン、ＳＵＳ４３０は、熱膨張係数がそれぞれ５．１×１０−６と８．９×１０−６，１０．５×１０−６であるため、ジルコニアを全固形物の１０体積％を入れると、一番熱膨張の大きいＳＵＳ３０４で、８００℃時２５０Ｖ加圧時２×１０９Ω以上の絶縁が確保される。但し、この場合、膜厚はおよそ５０μ以上であつた。

［放熱性］
基本的にバインダーがシリカであり、且つ顔料としてカオリン等の粘土鉱物、コージライト系の鉱物等を入れることにより４μ〜２４μの波長域での放射率は８５％以上の放射率を有する。

以下に、形成した非導電性塗料１４０の被膜に関して検証実験を行った。

アルコキシド化合物配合テスト

注１：その他のアルコキシドとしてエトキシ基、フェニル基もあるが、エトキシ基はメトキシ基と反応スピードの違いなので省略し、フェニルは硬度が劣るので省略し、メチル基のみでテストを実施した。
注２：反応はアルコキシド総量に対して１．３モル、酸の量を十分入れ、顔料比率７０％とし、膜厚を２５μ±３μにして実施（水の量は既に０．５〜１．７モルまでテストを実施して代表的な量として１．３モルを用いた）。
注３：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注４：分散は０．７ｍｍのガラスビーズを使用した。分散後粒度はＤ５０で０．３５ミクロン。
注５：脱水縮合条件は１８０℃で３０分。基板はサンドペーパー処理したアルミ板を使用した。試験片はアルミ性サンドペーパー処理済の７．５ｍｍｗ×１５．０ｍｍｌ×１．０ｍｍｔを各３枚。（評価は全数クリアー）
注６：塗布方法はスプレーコート。
注７：膜厚は１５μ〜２０μ、測定方法はマイクロメーター。
注８：○は７Ｈ以上の硬度が出て、２０Ｒの曲げ可能、碁盤目テスト間題なし、△は硬度７Ｈ，２０曲げ可、×はクラック発生。

ジメチルメトキシシランの配合

注１：トリメチルメトキシシランとテトラメトキシシランの割合は代表例として７０対３０とした。
注２：各反応条件、及び分散条件は前記テストに準じる。基材は前記テストに準じる。
注３：塗布条件は前記テストに準じる。
注４：膜厚は前記テストに準じる。
注５：○は硬度８Ｈ以上、２０Ｒ以上の曲げ可、碁盤目テスト間題なし、△は硬度８Ｈ，２０Ｒまでの曲げ可、碁盤目テスト間題なし、×は７Ｈの硬度以上の確保が困難。

顔料とバインダーの割合

注１：アルコキシド化合物は代表例としてトリメチルメトキシシラン６６．７重量％、テトラメトキシシラン３３．５重量％、ジメチルメトキシシラン４，８重量％でテスト。
注２：各反応条件、分散条件、縮合脱水条件、膜厚、基材は前記テストに準じる。
注３：使用顔料は平均１次粒子径０．１５μの酸化チタン、平均１次粒子径０．４５μのカオリン、１０〜２０ｎのシリカをそれぞれ３０体積％、６５体積％、５体積％配合したものを使用した。
注４：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注５：分散は０．７ミリ径のガラスビーズを用いたビーズミルで１時間実施した。その時の平均粒皮は０．３５μであった。
注６：○は硬度７Ｈ以上、曲げ２０Ｒ可、碁盤目テスト問題なし、△は硬度７Ｈまで、碁盤目テスト間題なし、Ｘは、膜が脆くクラック発生。

耐熱テスト

注１：使用酸化チタンの熱膨脹率８×１０−６
注２：使用ジルコニアの熱膨脹率１０．０×ｌ０−６
注３：使用基材はＳＵＳ３０４で、熱膨脹率は１７．３×１０−６、７．５ｍｍｗ×１５．０ｍｍｌ×０．６ｍｍｔを各３枚
注４：反応条件は前記テストに準じる。
注５：塗布方法は前記テストに準じる。
注６：膜厚は前記テストに準じる。
注７：○クラックの発生なし、△１００ｎ以下のマイクロクラックあり、×剥離発生。測定せず。
注８：膜厚はａＶ２１μ±３μ（測定はマイクロメーターでの６点測定値）

高温絶縁テスト

注１：使用した基材はＳＵＳ３０４（１／２Ｈ）で、熱膨張係数は１７．３×１０−６であつた。
注２：∞印は２，０００ＭΩ以上を表す。
注３：×印は導通して絶縁抵抗０を表す。
注４：膜厚測定はマイクロメーターによる６点測定の平均値。
注５：絶縁抵抗測定器としてＹＯＫＯＧＡＷＡ（株）製２４０６Ｅ型を使用して、ＡＣカレントで測定した。
注６：ジルコニア２０％（体積％）を含む塗料を使用した。

急冷急加熱繰り返しテスト

注１：急加熱、急冷による膜の材料疲労の判断基準として絶縁抵抗値で表した。
注２：膜厚はマイクロメーターにより６点測定の平均値。
注３：絶縁抵抗測定器としてＹＯＫＯＧＡＷＡ（株）製２４０６Ｅを使用し、ＡＣカレントで測定した。
注４：加熱温度は８００℃であった注５：急加熱は８００℃に設定の電気炉に常温状態の試験片をそのまま入れ、１０分間放置の後に絶縁抵抗を測定し、その後、電気炉より直ぐ取り出す。この操作を１０回繰り返した。
注６：ジルコニア２０％（体積％）を含む塗料を使用した。

本発明の液体加熱装置１００の使用例は図３に示すとおりである。
例えば、急須などの液体注入手段により上方から液体を液体流入口１３２により注ぎ入れる。注ぎ込まれた液体は液体流入口１３２から熱交換管１３０内を通り液体流出口１３４から注ぎ出す。熱交換管１３０の流動途中においてニクロム線などの電熱線の発熱により発生した熱を受け取り温められている。液体流出口１３４からコップなどの容器に受け取られる。

（実験）
内径４ミリ、長さ１ｍの銅製熱交換管１３０を用い、螺旋状に数回巻き、その表面に非導電性素材１４０を０．１ミリ程度の厚さに塗布した。ニクロム線３．７ｍを適当にコイル状に巻きつけた。ニクロム線は０．３ミリのものを用いた。ここを断熱材で巻き、ニクロム線に電流を２アンペア程度流して発熱させた。常温（摂氏２５度）程度のお茶を液体入口１３２から注ぎ入れると１０秒程度で液体流出口１３４から５０度に温められて注ぎ出た。
この実験により、本発明の液体加熱装置によれば、高い絶縁性のもとニクロム線などの電熱線を金属製の熱交換管に直巻きを可能とし、高い熱交換率を実現した液体加熱装置を得ることができる。

実施例２にかかる本発明の液体加熱装置は、実施例１に示した液体加熱装置１００の構成例に加えて、電熱線が収まる溝を熱交換管の表面にコイル状に設けておき、電熱線を溝に収めて熱交換管の表面にコイル状に巻回せしめた構成例のものである。

図４は、実施例２にかかる本発明の液体加熱装置の内部構造を分かりやすく示した図である。実施例２の構成例では、熱交換管１３０表面の拡大図に示すように、熱交換管１３０の表面に電熱線１２０が収まる溝１３６が設けられている。この溝１３６は熱交換管１３０の表面に対してコイル状に周回するように設けられており、この溝１３６にニクロム線などの電熱線１２０を収めながらコイル状に巻きつけてゆく。
このように、実施例２にかかる本発明の液体加熱装置は、実施例１の構成のようにニクロム線などの電熱線１２０を単に熱交換管１３０の表面にコイル状に巻きつけるだけでなく、熱交換管１３０の表面に設けられた溝に収めながらコイル状に巻きつけてゆくことができる。このようにニクロム線などの電熱線１２０を溝に収めた構成とすることによってニクロム線と熱交換管１３０の間の接触面積が増え、より一層熱交換率を向上することができる。

実施例３にかかる本発明の液体加熱装置は、熱交換管をプレートの裏面に沿わせて形成せしめ、電熱線を熱交換管の表面に対してコイル状に巻回せしめた構成例である。
例えば、熱燗を造る用途やコーヒーカップを温める用途などプレート皿内のお湯を温めるという温熱器に適用する。

図５は実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００の構成例を示す図である。
図５に示すように、実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００は、プレート状の皿の液体収納部２１０となっており、液体収納部２１０にお湯などの液体を注ぎ入れておく。
実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００は、裏面に非導電性塗料２４０により薄い被膜が形成されている。このように裏面に非導電性塗料２４０の被膜を設けておくことにより裏面に直に電熱線１２０を沿わせて熱交換を行ってもショートすることなく電熱線１２０を正常に発熱させることができる。裏面に沿わせた電熱線１２０を発熱させることによりその熱がプレート底面を伝わって液体収納部２１０内のお湯に伝導され、お湯が温められる。
なお、裏面に電熱線１２０を沿わせた構成であるので、実施例２にかかる本発明の液体加熱装置２００の下には不燃性素材から作られた敷物を敷いておくことが好ましい。

実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００においても、実施例２に示した液体加熱装置１００の構成例と同様、電熱線が収まる溝２１６をプレート裏面に設けておき、電熱線１２０を溝２１６に収めてプレートの裏面に沿わせた構成とすることも可能である。
このように、実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００においても、電熱線２２０を単にプレート２００の裏面に沿わせるだけでなく、プレート２００の裏面に設けた溝２１６に収めながら沿わせることができる。このようにニクロム線などの電熱線２２０を溝２１６に収めた構成とすることによってニクロム線とプレート２００の間の接触面積が増え、より一層熱交換率を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明は、液体を温める液体加熱装置に広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。従って本発明の技術的範囲は添付された特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。

実施例１にかかる本発明の液体加熱装置１００の外観を示す図 本発明の液体加熱装置１００の内部に収められている内部構造を分かりやすく示した図 本発明の液体加熱装置１００の使用方法の一例を示す図 実施例２にかかる本発明の液体加熱装置２００の内部構造を分かりやすく示した図 実施例３にかかる本発明の液体加熱装置２００の構成例を示す図 第１の従来のラインヒーターの構造例を示す図 第３の従来のラインヒーターの構造例を示す図

符号の説明

１００ 液体加熱装置
１１０ 筐体
１２０ 電熱線
１３０ 熱交換管
１３２ 液体流入口
１３４ 液体流出口
１３６ 溝
１５０ 容器載せ置き空間

Claims (7)

1. 一端部を液体流入口とし他端部を液体流出口とした長尺の熱交換管の中を流動する液体を加熱手段によって加熱する液体加熱装置であって、
   前記熱交換管を金属製の管とし、前記熱交換管の表面を非導電性塗料により被膜し、前記熱交換管の表面に電熱線をコイル状に直に巻回せしめたことを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記熱交換管を螺旋状に形成せしめ、前記電熱線を前記螺旋状に形成した熱交換管の表面に対してコイル状に巻回せしめたことを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
3. 前記電熱線が収まる溝を前記熱交換管の表面にコイル状に設けておき、前記電熱線を前記溝に収めて前記熱交換管の表面にコイル状に巻回せしめたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体加熱装置。
4. 上面にお湯を蓄積しておく液体収納部を備えたプレート状の液体加熱装置であって、
   前記プレート全体が金属製のプレートとし、前記プレートの裏面を非導電性塗料により被膜し、前記プレートの裏面に電熱線を直に沿わせて形成せしめたことを特徴とする液体加熱装置。
5. 前記非導電性塗料が、アルコキシド化合物からなるバインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒からなる非導電性塗料であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体加熱装置。
6. 前記アルコキシド化合物が、アルコキシド縮合脱水物であり、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランと、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランとを５対２以下の割合（重量）で含むことを特徴とする請求項５に記載の液体加熱装置。
7. 前記非導電性塗料が、耐熱無機バインダーと、酸化チタン、アルミナ及びジルコニアの少なくとも一つを含む顔料と、溶媒とからなる非導電性塗料であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体加熱装置。

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