JP2009264646A - 液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気ヒーター及び液体（被加熱体）を収容する筒内に流入する空気（気泡）を簡単な構造で効果的に排出することができる加熱装置を提供する。
【解決手段】 横型の筒体１の内部に電気ヒーター４を配置し、且つ筒体の周壁に液体流入口２及び加熱、昇温された液体の排出口３を備えた液体加熱装置において、前記筒体１に形成する排出口３の位置を、電気ヒーター４の先端側で、且つ最上位の電気ヒーターより上方に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体加熱装置に係り、詳しくは電気ヒーター及び液体（被加熱体）を収容する筒体が横型である流水の加熱装置に関する。

従来における水加熱装置は、図５に示すように、筒体の軸芯を水平線と略平行に配置した筒１５の内部にシーズヒーター（電気ヒーター）１６を内蔵し、筒の周壁には液体流入口１７及び加熱昇温されたお湯の排出口１８が形成され、ポンプ等によって水を前記流入口から筒内に送り込み、送り込まれた流水をシーズヒーターによって加熱し、昇温された流水（お湯）を前記排出口より排出、または該排出口に接続した配管によって所定の場所に給湯するように構成されている。

そして、前記排出口１８は筒１５の頂部側（シーズヒーターを支持する底部と反対側）を閉鎖する側板１９の略中心に形成されている。その為、筒内への給水時、一緒に流入した空気（気泡）は液体がシーズヒーターによって加熱されるに伴い液体から分離して前記排出口１８より上方の筒内の上部に滞留し、加熱、昇温された液体は前記排出口１８から排出される。一方、前記加熱された空気は排出口より上方の筒内の上部に集まる。

筒内の上部に滞留する加熱された空気は、筒壁との接触により筒を部分的に酸化腐食させ、或いは筒内に収容されたシーズヒーターを焼損させるなどの虞れを有している。
筒内に空気が残留するのを防止する為に図５に示すように筒の長手方向の略中間位置における上部に空気抜き用孔（空気抜弁）２０が設けられている。しかし、前記空気抜き用孔２０が筒の長手方向の中程に位置するため、筒内に滞留する空気を効果的に排出することができないという問題を有する。又、長期の使用により前記空気抜き用孔の孔縁にカルキ等が付着堆積して孔径が小さくなり、空気抜きの機能が低下した場合、或いは前記空気抜弁が故障した場合、前記滞留空気の排出はさらに低下し、空気が前記排出口の位置近くまで溜まり、前記シーズヒーターが焼損することになる。
尚、図示の従来構造が記載された文献の存在については不知である。

本発明は上記した従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電気ヒーター及び液体（被加熱体）を収容する筒内に流入する空気（気泡）を簡単な構造で効果的に排出することができる加熱装置を提供する。

上記目的を達成する為に本発明の液体加熱装置は、横型の筒体の内部に電気ヒーターを配置し、且つ筒体の周壁に液体流入口及び加熱、昇温された液体の排出口を備えた液体加熱装置において、前記筒体に形成する排出口の位置を、電気ヒーターの先端側で、且つ最上位の電気ヒーターより上方に形成した構成を特徴とする（請求項１）。
上記横型の筒体とは、電気ヒーター及び液体（被加熱体）を収容する筒体の軸芯が水平線と略平行となるように配置した横置き型の形態を意味する。
又、上記電気ヒーターとしては、例えば、シーズヒーターが好適で、その形状は直線棒状、Ｕ字状、あるいは該シーズヒーターを埋設した平板等、何れでもよい。

上記手段によれば、加熱昇温された液体の排出口が、横型の筒体の最上部に形成されている為、筒体内に液体（被加熱体）と一緒に流入した空気（気泡）は、電気ヒーターの加熱により液体と分離して前記排出口部分に集まる。それにより、該排出口部分に集まった空気（気泡）は、加熱昇温された液体（被加熱体）と一緒に筒体外に排出され、筒体内に空気溜まりが生じることはなく、電気ヒーターの焼損や、筒体の酸化腐食を防止できる。

上記加熱装置を構成する筒体は一重壁構造に限らず、多重壁構造でもよい。多重壁構造
の具体例としては、例えば筒体内に筒状の仕切り板を同心円状に配置し、該仕切り板は軸方向の一端部を前記筒体の底部又は頂部と離間配置して九十九折り状の液体通路を区画形成し、最内層の仕切り板内に前記電気ヒーターを収容し、さらに、前記排出口は前記電気ヒーターを収容する最内層の空間を区画する仕切り板と該仕切り板の側面を閉鎖する側板とが交差する上側の角部に形成する（請求項２）。尚、仕切り板の枚数は１枚でも、２枚以上でも良く、加熱装置（筒体）の大きさに応じて適宜決定する。

上記手段によれば、筒体の最外層に設けた液体流入口から流入した液体（被加熱体）は、筒状の仕切り板で区画形成された九十九折り状の液体通路を流れて電気ヒーターが配置された最内層に入り、電気ヒーターによって加熱昇温され、最内層の空間と連通形成された排出口から排出される。そして、最内層の空間部の外側に同心円状に区画された液体通路を流れる液体（被加熱体）は、夫々内側の仕切る板からの輻射熱で加温（予備加熱）される。
従って、多重壁構造の筒体とした場合は一重壁構造の筒体に比べて、最外層の内外の温度差は少なく、それにより筒体の外表面から放出される熱エネルギー量を少なくでき、電気ヒーターを効率よく活用できる。

又、前記電気ヒーターを収容する最内層の空間への液体の流入口は、該電気ヒーターの支持部側に形成する（請求項３）。
それにより、電気ヒーターが収容された最内層の空間に流入した液体（被加熱体）は、電気ヒーターの支持部側から先端に至る発熱部分の全面の熱を受けながら該電気ヒーターの先端側に形成された排出口に向かって流れる。従って、電気ヒーターの熱エネルギーを効果的に活用することができる。更に、電気ヒーターがシーズヒーターの場合は、該シーズヒーターの支持部である端子部分を冷却でき、蓄熱による端子部分の損傷を防止することができる。

本発明の液体加熱装置は請求項１記載の構成により、液体（被加熱体）を筒体内へ供給する時一緒に該筒体内へ入る空気（気泡）を、加熱昇温された被加熱体の排出口から一緒に筒体外に排出することができる。それにより、筒体内に空気溜まりが生じて電気ヒーターを焼損する、或いは筒体を酸化腐食させる等の問題を解決することができる。
又、請求項２記載の構成により、筒体の外表面から放出される熱エネルギーの量を少なくでき、電気ヒーターの熱エネルギーを効果的に活用することができる。
更に、請求項３記載の構成により、電気ヒーターの熱エネルギーを効果的に活用できる。そして、電気ヒーターの支持部側に液体（被加熱体）が供給されることで、該電気ヒーターの支持部を冷却でき、それにより電気ヒーターの支持部が蓄熱によって損傷するのを防止できる。

以下、本発明に係る液体加熱装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は液体加熱装置の概略を示す断面図で、１は多重壁構造をなした横型の筒体で、その筒体１の周壁に液体流入口２と、加熱昇温された液体の排出口３が形成され、筒体１の最内層の空間部に電気ヒーターのシーズヒーター４が収容配置されて構成されている。

筒体１は、筒状をなした胴部１ａの軸方向両側の開口部に側板１ｂ，１ｃを接合固着し、更に前記胴部１ａの内部に、該胴部１ａの筒形状と略相似形の筒状に形成した仕切り板１ｄが同心円状に配置されて構成されている。そして、前記仕切り板１ｄは前記胴部１ａの内周面との間に液体通路５を確保するよう所定の間隔をおいて配置され、該仕切り板１ｄの側板１ｂと対向する端部は該側板１ｂから所定幅（例えば、前記液体通路の間隔と略同じ間隔）離間させて液体の流入口１４が形成され、仕切り板１ｄの側板１ｃと対向する端部側は該側板１ｃに形成した排出口３に接続する連絡出口６を残して閉鎖されている。

前記筒体１を構成する側板１ｃには液体流入口２と、加熱昇温された液体の排出口３が形成されている。尚、排出口３の位置については後段で詳細に説明する。
又、反対側の側板１ｂにはシーズヒーター４の端子部４ａが直角に交差させて水平に支持固定され、発熱部４’が前記筒体１内に向けて水平に突出されている。

仕切り板１ｄは、シーズヒーター４を収容配置する空間７を区画すると共に、外側の胴部１ａ及び側板１ｃとの間に前記液体流入口２から流入する液体ａを前記空間７に案内する液体通路５を区画する。
又、前記仕切り板１ｄにおける側板１ｃと対向する面は閉鎖され、内部の空間７に収容配置される複数本のシーズヒーター４の最上位に位置するシーズヒーターより上方の位置に排出口３に接続する連絡出口６が形成されている。即ち、連絡出口６は仕切り板１ｄの径方向の外周面から径方向外側に向けて張り出して形成され、それにより、仕切り板１ｄで区画される空間７において該連絡出口６部分が最上位となるように構成されている。

前記連絡出口６が接続される排出口３は、連絡出口６の軸芯線上に形成され、仕切り板１ｄ内で加熱昇温された液体（被加熱体）と一緒に液体から分離された空気（気泡）を排出し得るようになっている。

前記シーズヒーター４は、端子部４ａに接続したニクロム線４ｂを外被パイプ４ｃで覆った今日周知の電気ヒーターで、外被パイプ４ｃ部分が内蔵のニクロム線４ｂによって加熱されて発熱する。尚、シーズヒーター４の形状としては、図示の直線棒状に限らず、伝熱面積を大きくするためにＵ字状、或いは波形状のシーズヒーター、またはシーズヒーターを埋設したプレート発熱板等を用いてもよい。
又、仕切り板１ｄの空間７内に収容するシーズヒーター４の本数は液体加熱装置の容量、及び液体の使用目的（温度）に応じて適宜決定される。

シーズヒーター４を側板１ｂに対して固定する構造は、図３に示すように側板１ｂにスリーブ８を貫通させて溶接固定し、そのスリーブ８にシーズヒーター４の基部側を挿入し、シーズヒーター４の外被パイプ４ｃを前記スリーブ８に銀ロー付けし、端子部４ａは絶縁板を介してナットで固定されている。これにより、シーズヒーター４と側板１ｂとの接合部は二重構造となり、該端子部分が蓄熱によって破壊されることにより発生している漏電事故を防止することができる。

前記シーズヒーター４は筒体１の側板１ｂ外側に設置した制御装置９と電気的に接続し、その制御装置９に、前記排出口３に取り付けた温度センサ１０、シーズヒーター４の過熱を防止する過熱防止器（センサ）１１が接続され、シーズヒーター４の発熱と液体（被加熱体）の温度がコントロールされるようになっている。
又、前記筒体１の外側には断熱材（図示省略）が取り付けられて、熱の放射を最小限に抑えるようになっている。
図中、１２は筒体１の胴部１ａにおける上側周面に形成した空気抜き用ソケット、１３は圧力調整弁用ソケットである。

図４は液体加熱装置に於ける多重壁構造の筒体の他の実施例を示し、筒体１内に収容配置する筒状の仕切り板を２枚配置した三重筒の例である。この場合は、前示実施例における胴部１ａと仕切り板１ｄとの間に仕切り板１ｅを同心円状に配置して液体通路５を内外二通路に区分し、且つ該仕切り板１ｅにおける側板１ｂと対向する端部は該側板１ｂに接合固着し、側板１ｃと対向する端部は離間配置し、内外の液体通路を側板１ｃ側で連通させ、液体通路が九十九折り状に構成されている。そして、この場合、液体流入口２’は側板１ｂ寄りの胴部１ａ周面に形成し、液体流入口２’から流入される液体が九十九折りの液体通路を通って最内層の空間部に流入するまでの過程で、最内層から径方向外側に向かって順次放射される熱エネルギーを効率よく吸収（回収）することができる。

以上の如く構成した液体加熱装置は、ポンプ等によって液体（例えば水）を液体流入口２から送り込むと、液体はシーズヒーター４を収容する仕切り板１ｄの外側に区画形成された液体通路５を通って仕切り板1ｄ端部と側板1ｂとの間の開口から該仕切り板１ｄ内の空間７内に流入し、シーズヒーター４の発熱部４’の加熱により液体は加熱昇温され、その加熱昇温された液体は仕切り板１ｄにおける鉛直方向最上位の連絡出口６を通り排出口３から排出（給湯）される。
そして、液体流入口２から送り込まれた液体が液体通路５を通る時、該液体は仕切り板１ｄの外表面から放射される輻射熱（図１の仕切り板と直交する矢印参照）を吸収して予備加熱され、仕切り板１ｄの内側に流入する。従って、筒体１の胴部１ａから放射される熱エネルギーは従来構造に比べて大幅に減少し、シーズヒーター４の熱エネルギーを効率よく活用することができる。尚、筒体１の外側には断熱材が取り付けられ、熱の放射を最小限に抑えるようになっている。

仕切り板１ｄの内側に流入した液体はシーズヒーター４の発熱部分によって加熱昇温され、排出口より排出されるが、該液体と一緒に仕切り板１ｄ内に流入した空気（気泡）は、加熱によって液体から分離し仕切り板１ｄ内の最上位部に集まる。その仕切り板内の最上位部に排出口３と連通する連絡出口６が形成されていることで、該部分に集まった空気（気泡）は加熱昇温された液体と一緒に筒体１の外部に排出される。従って、シーズヒーターを内蔵する仕切り板内に空気溜まりが生じることはなく、よってシーズヒーターが空焼き状態となって焼損するのを防止することができる。

又、前記仕切り板１ｄの内側に流入する液体は液体通路５から該仕切り板１ｄの端部と側板１ｂとの間に形成されタ環状の流入口１４を通って該仕切り板１ｄの内部に配置されているシーズヒーター４の支持部、即ちシーズヒーター４の非発熱部分４”に流れ出る。それにより、シーズヒーター４の支持部を加熱昇温前の液体（予備加熱された低温水）で冷却でき、端子部分が蓄熱で破壊されるのを防止することができる。
そして、シーズヒーター４の発熱部分を、前記加熱昇温前の液体が仕切り板１ｄ内へ流入する入口より離れた中央部に位置させたことで、該シーズヒーター４の熱エネルギーのロスを最小限に抑えることができる。

本発明に係る液体加熱装置は図示した実施例に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で変更可能である。
（１）実施例では最内側に配置する仕切り板の側板１ｃ側の端部は排出口を残して閉鎖し、該側板１ｃとの間に液体通路を確保しているが、側板１ｃ側の液体通路を無くして環状の液体通路のみとしてもよい。
（２）筒体の断面形状は円筒形に限定されず、角形筒（四角形、五角形等）でもよい。

本発明に係る液体加熱装置の実施の一例を示す縦断正面図。 図１の（２）−（２）線に沿える縦断側面図。 シーズヒーターの支持構造を示す部分拡大図。 多重壁構造の他の実施例を示す説明図。 従来構造を示す縦断正面図。

符号の説明

１…筒体 １ｄ，１ｅ…筒状の仕切り板
２，２’…液体流入口 ３…排出口
４…シーズヒーター（電気ヒーター） ５…液体通路
６…連絡出口（排出口） １４…流入口

Claims (3)

1. 横型の筒体の内部に電気ヒーターを配置し、且つ筒体の周壁に液体流入口及び加熱、昇温された液体の排出口を備えた液体加熱装置において、
   前記筒体に形成する排出口の位置を、電気ヒーターの先端側で、且つ最上位の電気ヒーターより上方に形成したことを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記筒体が、筒状の仕切り板を同心円状に配置した多重壁構造で、該仕切り板は軸方向の一端部を前記筒体の底部又は頂部と離間配置して九十九折り状の液体通路を区画形成し、最内層の仕切り板内に前記電気ヒーターを収容し、さらに、前記排出口は前記電気ヒーターを収容する最内層の空間を区画する仕切り板と該仕切り板の側面を閉鎖する側板とが交差する上側の角部に形成したことを特徴とする請求項１記載の液体加熱装置。
3. 前記電気ヒーターを収容する最内層の空間への液体の流入口が、該電気ヒーターの支持部側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体加熱装置。

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