JP2011510260A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

本発明は供給されたり循環されるために流動する流体を即時に加熱させることができる流体加熱装置に関し、電源印加のための端子リード線を備える平板状セラミックスヒーターと；上記セラミックスヒーターの上、下側では、加熱しようとする流体がセラミックスヒーターの方向に移動し、セラミックスヒーターによって加熱された流体が排出されるように水平移動流体経路を有して結合される間隔板と；上記水平移動流体経路上の流体が次の層の流体経路に垂直に移動することができるように、流体通路を有して結合される流路形成板と；最上側の間隔板の外側面に加熱するための流体を供給するための流入孔を有して結合される上蓋と；最下側の間隔板の外側面に加熱された流体を排出するための流出孔を有して結合される下蓋で構成されることを特徴とする流体加熱装置。

Description

本発明は流体加熱装置に関し、さらに詳しくは、加熱効率がよく、供給されたり循環されるために流動する流体を即時に加熱させることができる小型の流体加熱装置を提供する。

公知の流体加熱装置１として、図１に示したように、タンク２の中に定量保存した水をヒーター３によっていつも所定の設定温度（例えば、約４０℃）に加熱及び保温する貯湯式温水装置がある。

このような貯湯式温水装置では、貯蔵量が限定されるため、貯蔵量だけ排出する間には設定温度の温水が供給されるが、貯蔵量を超えて長期間使用すれば、温水の温度が徐徐に低下し始め、設定温度よりも低い温度の温水が排出される現象が発生するため温水装置として限界がある。

即ち、このような装置を使用する場合には、使用時間を制限する必要があり、所定の温度を維持するためには、間歇的に使用してこそ、適切な温度の温水が使用できるという制約がある。

また所定の貯蔵量を確保するためには貯蔵容器の大きさによって、装置の大きさを大きくする必要があり、いつでも使用できるようにするためには一定の放熱損失が発生する貯蔵容器の温度を一定に維持するように、電力が持続的に供給されなければならない。そのため、不必要な電力損失を考慮する必要があり、細菌、カビ等が増殖し易い温度を持続的に維持していて、衛生上の問題点を有している。

このような貯湯式温水装置の問題点を克服するために、図２に示すように、円筒状セラミックスヒーターを利用した瞬間加熱式流体加熱装置５を考案して使用したりする。

上記流体加熱装置５では、円筒状セラミックスヒーター６の内径面を通過して加熱タンク７に水（または流体）が流入される過程で、セラミックスヒーター６の電気発熱によって瞬間的に設定温度まで加熱することができるので、長時間に亘って一定の温度の温水を排出することができるという利点がある。

しかし、ここで用いられる円筒状セラミックスヒーターの直径を小さくすれば、精緻に製造することが困難となり、発熱面積が縮小されすぎるため、一定の大きさ以上である必要がある。一方、広い発熱面積を有するようにすれば、流路の断面積が大きく、流速が小さくなって、熱伝逹の効率が悪くなるため、温水装置の熱効率も悪くなるという問題点が発生する。

また、円筒状セラミックスヒーターの寸法によって装置を小型化するには限界があり、また一定の貯蔵容量が自然に発生するため、制御の応答性が遅くなって、瞬間設定温度を可変することが困難である問題点を有している。

特に、瞬間加熱式の特性によって、水の中に溶存する酸素の瞬間的な溶解度が低下されながら、非常に小さい気泡が多量発生するようになるが、このような気泡は流速が早い場合、水の流れによって排出孔で排出されることができるが、流速が遅い場合、セラミックス発熱体の表面に捕集されて停滞され、大きい気泡に成長しやすくなる。

その気泡がセラミックス発熱体の表面に捕集されて、気泡の大きさがさらに成長すると、セラミックス発熱体の局部的に熱不均衡及び熱衝撃を受けて破損に至る。

このような問題点を防止するために、親水性酸化物をセラミックスヒーターの表面に塗布して表面での気泡の成長を妨害しようとしたが、持続的に使用する場合、表面に多様な沈積物が積もるため、根本的な解決策になることはできない。

円形セラミックス発熱体の形状の問題によって、流速を高めようとする場合、発熱面積が顕著に減少され、発熱面積を増加させようとする場合、セラミックスの表面の流速が遅くなる上記円筒型セラミックスヒーターを使用する方式は根本的な問題点を有している。

また、図３は他の形態の流体加熱装置１０として、平板状装置の本体１１の間にセラミックス平板状ヒーター１２を介在し、上記装置の本体１１には流路１３を形成して熱交換部を形成させた形態で考案されたりした。

上記のような流体加熱装置１０は所定の加熱面積に形成された流路を通じて熱交換が行われるようにして小型化させるのに適切であるが、ヒーター１２の発熱面に流路１３を形成させるために形成される隔壁１４が連接されて加熱面積が減少されるため、加熱させようとする流体に伝達される直接加熱面積をさらに縮小させる。

単一セラミックス発熱平面に水の流入孔と排出口が同時に存在する、動的熱交換の平衡状態がセラミックス板状ヒーターの温度の偏差を深化させることができるため、大容量化させることが難しく、その面積を縮小させると、流路を形成させながら発生した熱交換面積の減少效果によって、所定の流量を通過させるための耐圧が増加し、単位面積当たりに要求される出力密度はさらに増加される必要がある。

上記の方式と類似しているが、一つの平板状セラミックスヒーターを中心として、一側面には並列に形成された複数の流路を通って、反対側の発熱面へ迂回して出、また並列に形成された複数の流路を通って熱交換が発生するようにする形態がある。

板状セラミックスヒーターの一側面に入り、複数の流路に分けて、発熱面を経由して反対面に流入され、銅板で複数に分けられた流路で、反対側の発熱面を経由して温水補助タンクに流入される構造を有し、温水補助タンクに流入される最後の発熱面を通過する水路と温水補助タンクが銅板を媒介に熱交換できるようになっている構造である。

上記のような従来技術で、貯湯式温水装置は、装置の大きさを小型化することが困難であり、即時に使用できる容量が制限されており、使用しない間には、持続的な電力損失が発生し、貯蔵容器が非衛生的な状態に持続的に露出されることができるという問題点を有している。

貯湯式温水装置の問題点を改善するために、発熱出力の高いセラミックスヒーターを使用する瞬間加熱式温水装置は小型化及び応答性問題を多少改善することができるが限界があり、熱衝撃に弱いセラミックスヒーターの特性上、熱の不均衡を改善できる構造が必要であるにもかかわらず、円筒状セラミックスヒーターの場合、制限的な加熱応答性、気泡成長現象による熱衝撃の破損等の問題点を有していて発熱出力の向上に限界がある。

瞬間加熱式のまた他の形態である平板状セラミックスヒーターの場合には、発熱面積の損失、相対的に一つの発熱板で発生する温度の差の増加、発生された気泡が除去されにくい構造等によって熱の不均衡を促進して、セラミックスヒーターの耐久性及び安全性に問題が発生することができる諸問題点を抱えている。

また、平板状セラミックスヒーターの改善構造は、発熱面に流路を形成させる壁が当接されなくて発熱面の縮小を防止したが、一つのヒーターで温水補助タンクまで加熱させなければならない構造であるため、応答性が非常に低下される。

また、熱交換及び流量分散用銅板によって局部で流速減少区間が形成されやすく、銅板と発熱面との間の隙間に、瞬間加熱による溶存酸素の析出で発生される気泡が捕集されて成長するのが非常に容易になる構造を避けることができないため、セラミックス発熱体が熱衝撃の破損に露出されやすくなる脆弱な構造を有している。

そこで、本発明は上記のような問題点を解決するために発明されたもので、発熱体と流体との間の熱交換表面を小さな体積に最大化することができるように構成して、瞬間加熱によって流体を早い応答速度で所定の温度に逹するようにして、加熱効率を増進させることができる方法を提供することにある。

本発明では、所定の抵抗を有する発熱電極がセラミックス絶縁物に内在されている単一または複数のセラミックスヒーターを備え、このようなヒーターの加熱面に流体が熱交換されることができる加熱流路が形成され、この加熱流路は流体の単位体積当りの加熱面に接する面積を充分に広げることができて、熱交換の効率を増進させることができるようにすることを特長とする。

上記セラミックスヒーターはその発熱抵抗体がセラミックス絶縁物に内在されていて、水のような流体から絶縁されているとともに、高い出力密度の熱エネルギーを交換できる二つの発熱面を有し、一つの発熱表面に水平に移動した流体がその反対側の発熱表面を経由する流体の流れは、比較的早い流速を維持することができるが、流路の単位体積当りの発熱面の接触面積が広くて、流体が発熱面に最大限に長い期間止まって十分な熱交換が発生することができるように形成することを特徴とする。

このような本発明は高出力の迅速な応答性を有しながらも小型化が可能で、長時間連続して使用することが可能であり、発熱面積を維持しながら流速を所定レベル以上に維持することができるようにして、セラミックスヒーターが熱衝撃に露出されることを防止し、流体を加熱する動的正常状態で、セラミックスヒーター及び装置に温度均衡を維持することができるようにし、セラミックスヒーターの表面と流体が効率的に熱交換できるように最適化させて、装置の安定性及び耐久性を付与することが最終の目的である。

本発明は流体の単位体積当りの加熱面の面積割合を高めて小さな熱容量を有しながらも、効率的な熱交換構造の流体加熱装置に関し、必要な瞬間に設定温度に迅速に流体を加熱することができるので、簡単に流体の温度を変化させる装置等の使用に非常に有用である。

また高効率、高出力セラミックスヒーターを使用しながらも、潜在的な熱衝撃性能を向上させることができる熱交換の構造であるため、高い信頼性で持続的に使用することができるという長所がある。

従って、温水貯蔵タンクが必要なく、小型化が可能であり、これによる不必要な電力損失を防止することができるため、消費電力を低減することができるという諸利点がある。

従来技術が適用された流体加熱装置の第１実施形態を示す断面構成図。 従来技術が適用された流体加熱装置の第２実施形態を示す断面構成図。 従来技術が適用された流体加熱装置の第３実施形態を示す断面構成図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置の第１実施形態を示す斜視図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置を示す分解斜視図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置の第２実施形態を示す断面斜視図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置の第３実施形態を示す断面斜視図。 本発明の技術が適用された流体加熱装置の第４実施形態を示す断面図。 図１０に示した流体加熱装置のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

本発明の技術が適用される流体加熱装置１００は中央に電源を印加するための端子リード線１０１が外部に露出されたた状態の平板状セラミックスヒーター１０２が中央に位置し、上記セラミックスヒーター１０２の上、下側では加熱しようとする流体がセラミックスヒーター１０２に移動し、セラミックスヒーター１０２を経由した流体が排出されることができる流体経路を形成するための間隔板１０５と流路形成板１０６を結合する。

上記間隔板１０５には、流体が水平方向に移動する流体経路１０７を形成できるように、経路孔１０８を形成し、上記セラミックスヒーター１０２のリード線１０１の相対側と流路形成板１０６には次の層の流体経路１０７に流体が垂直方向に移動できるように流体通路１０９を形成する。

上記流体通路１０９は流体がジグザグタイプで流れることを考慮して、同じ方向に形成しないで、図面上、左、右側に交互に形成することが好ましく、上記間隔板１０５と流路形成板１０６の数は形成しようとする流体経路によって多段に積層される数を加減できることは当然である。

上記上、下側に最終積層される間隔板１０５の外側面には、加熱するための流体を供給するための流入孔１１０を有する上蓋１１１と、加熱された流体を排出するための流出孔１１２を有する下蓋１１３とで構成されることを特徴とする。

上記流体加熱装置１００は耐久性等を考慮してセラミックス材質で構成することができるが、生産性の向上やコスト低減等を考慮してセラミックスヒーター１０２を除いた間隔板１０５と流路形成板１０６、上蓋１１１及び下蓋１１３は金属や非鉄金属または熱に強い特性を有するプラスチック材質で構成しても良い。

また、本発明では間隔板１０５と流路形成板１０６、上蓋１１１及び下蓋１１３をそれぞれ独立された形態で構成しているが、セラミックスヒーター１０２を除いた全体を一体型に構成したり、間隔板１０５と流路形成板１０６を一体化する形態または間隔板１０５、流路形成板１０６及び上蓋１１１を一体化、間隔板１０５、流路形成板１０６及び下蓋１１３を一体化する形態等、多様に実施することができる。

上記セラミックスヒーター１０２と隣接する間隔板１０５と流路形成板１０６とによって形成される流体経路を、セラミックスヒーター１０２によって直接流体が加熱される加熱流路１１５といい、上記加熱流路１１５で流体は所定の熱交換を通じて加熱過程を行う。

本発明の流体加熱装置１００の最大の特徴は、間隔板１０５の高さｈと平板状セラミックスヒーター１０２の加熱面の幅ｗ、即ち加熱流路１１５の高さｈと幅ｗによって断面積が形成されるが、上記加熱流路１１５の縦横比ｒ（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）は次のように定義されることができる。
ｒ＝ｗ／ｈ

上記加熱流路１１５の断面積に対する縦横比は加熱面（セラミックスヒーター）で流体に加えられるエネルギーが単位体積の流体に效果的に伝達されるようにするのに重要である。矩形または円形のように縦横比を小さくする場合には、単位体積当り流路の断面積の割合が高くて、低い圧力で高い流量を通過させることができるという長所がある。

しかし、加熱面から加熱流路の中心に熱が伝達される速度が低くて、流路断面の温度の分布で流体の温度の差が大きくなるため、熱交換の効率性が低くなる。
また、流体加熱装置１００で、加熱面の表面で気泡がたくさん発生されるが、縦横比の低い加熱流路の断面積では流体の温度の差が大きく、流体が相対的に低い流速で加熱面を通過するので、加熱面に捕集された気泡が成長して大きくなる確率が高くなる。

上記加熱流路１１５で発生される気泡は、通常、水の中に溶存する酸素等の気体が流体の温度が上昇するにつれてその溶解度が低くなって湧出されることと知られている。即ち、流速が高い場合、発熱面に捕集される機会が少なくなり、流速が低い場合、セラミックス加熱面に捕集されてその大きさが大きくなる。

加熱面に捕集された気体の体積が大きくなると、加熱面は熱容量の大きい液体と熱容量の小さい気体に同時に接して、不特定の位置に気体のみ接している加熱表面の温度が急激に高くなり、同じ加熱面は急激に温度の差が発生して熱衝撃に露出される。

一方、上記加熱流路の断面積の縦横比が大きい場合（好ましくは、ｗ／ｈ＞３）、単位体積当りの加熱面の面積が増加し、単位流量に対する流速が早くなるが、これは結果的に加熱流路の断面積内の温度分布で流体の温度差を低下させ、効率的な熱交換が行われるように誘導するとともに、加熱面の気泡吸着及び気泡成長の機会を除去するために、セラミックスヒーターの破壊を防止して、非常に安定的な熱交換構造を備えることができる。

例えば、長さｌが１４０ｍｍ（７０ｍｍ×両面）で、加熱面の幅が２０ｍｍ、加熱面の高さが１ｍｍである加熱流路を有する流体加熱装置を仮定すれば、加熱流路の縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）は２０で、加熱流路の総体積は２，８００ｍｍ^３で、加熱面積は２，８００ｍｍ^２である。一方、内径６．５ｍｍ、外径１０ｍｍ、加熱流路の長さ１４０ｍｍ（７０×（内径＋外径））である円形チューブのセラミックスヒーターが内径１４ｍｍのケースに挿入された流体加熱装置は、加熱流路の総体積が７，５９６ｍｍ^３、加熱面積は３，６２７ｍｍ^２である。

高い縦横比を有する流体加熱装置は面積／体積の割合が１ｍｍ^−１で、円形チューブのセラミックスヒーターによる流体加熱装置は０．４８ｍｍ^−１であるので、縦横比を高めるほど、体積当りの加熱面積をさらに広げることができる。また、加熱面と流路の中心と間の距離が縦横比２０である流体加熱装置は０．５ｍｍであるが、円形チューブのセラミックスヒーターによる流体加熱装置は、内径面は３．２５ｍｍ、外径面は２ｍｍである。

これは熱伝逹率が伝導に比べて低い流体内部の対流に依存する距離が大きくなるため、熱交換の効率が非常に低くなることができ、円形チューブセラミックスヒーターの加熱面の気泡発生率が高くなり、熱衝撃に露出される確率が高くなる。

一方、本発明が提供する構造は、加熱面と流路の中心との間の距離を小さくして熱効率を高め、加熱面の熱衝撃に露出される確率を低下させて高い信頼性を有するようにすることができる。

セラミックスヒーターはその自体が絶縁体であるセラミックスの材料の中に金属成分の抵抗体による発熱面を内在させて製造されるため、高い発熱量を伝導によって熱伝逹することができて、高速の加熱手段として非常に優れた特性を有する。

一方、このような能力は、その構造がセラミックスで形成されている点によって熱衝撃に脆弱である可能性がある。従って、さらに高い加熱容量を必要とする場合、単位面積当たりの発熱出力を適切に制限しなければならないため、より広い面積のセラミックスヒーターを使用しなければならない。

しかし、単一セラミックス基板の面積が広い場合、単位面積当たりの発熱出力の限界が低くなるため、複数のセラミックスヒーターを使用することがより効率的な設計となる。

この場合には、複数のセラミックスヒーター１０２を挟んで流路形成板１０６を交互に配置し、これらの間に間隔板１０５を順に挿入して積層することによって、その発熱面積を效果的に増加させることが可能である。また、流路形成板１３０の代わりにセラミックスヒーター１０２を使用すれば、同じ流路体積にさらに高い発熱面を配置することができるので、発熱出力は效果的に増加させることができる。

複数のセラミックスヒーター１０２を使用した例を挙げれば、長さｌが４２０ｍｍ（７０ｍｍ×両面×３ ＨＥＡＴＥＲ）で、加熱面の幅が２０ｍｍ、加熱面の高さが１ｍｍである加熱流路を有する流体加熱装置を仮定すれば、加熱流路の縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）は２０で、加熱流路の総体積は５，６００（４×１，４００）ｍｍ^３で、加熱面積は８，４００（６×１，４００）ｍｍ^２である。このような構成の流体加熱装置は面積／体積の割合が１．５ｍｍ^−１で、前述した円形チューブのセラミックスヒーターによる流体加熱装置の面積／体積の割合が０．４８ｍｍ^−１であるのに比べて、その割合が約３．１倍増加し、その加熱効率が效果的に増大されることができることが分かる。

流体加熱装置１００で最も重要な部品はセラミックスヒーター１０２であり、セラミックスヒーター１０２は一般の熱伝逹方法である輻射、対流、伝導の中で最も早い「伝導」による加熱性能が非常に優れたヒーターである。

電気を利用した電熱機構の中で導電性を有する発熱抵抗体を最も直接絶縁していて、被加熱物を直接接触によって加熱するので非常に熱伝逹効率が良い特性を有している。

本発明に適用ことができるセラミックスヒーター１０２の製造方法は非常に多様で、特に限定しないが、代表的な一つの方法は、同時焼成によるセラミックスヒーターを製造することである。

一つのセラミックスグリーンシートに発熱抵抗体を塗布し、他の一つのセラミックスグリーンシートをラミネーションしてセラミックスシートと塗布して内在された発熱抵抗体を同時に焼成するのである。

ここで用いられるセラミックス成分は一般に９６％のＡｌ_２Ｏ_３にＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ等が少量ずつ添加された組成を使用し、発熱抵抗体として使用される金属成分はＷ、Ｍｏ等の高融点の金属が一般的である。

円形チューブのセラミックスヒーターも一般にグリーンシートを利用した同時焼成法によって製造されるが、準焼結されたセラミックスチューブの外郭に発熱抵抗体が塗布されたグリーンシートを巻いて同時焼成によって製造することができる。

これと類似しているが、また他の一つの方法は、既に焼結された一つのセラミックス焼結基板に金属ペーストを発熱抵抗体として塗布、乾燥、焼結し、もう一つの焼結されたセラミックス基板に接合剤を塗布、乾燥、脱脂して接合し焼結することによって、同時焼成法によるセラミックスヒーターと類似するセラミックスヒーターを製造することができる。

二つの焼結されたセラミックス基板の間に金属抵抗体を内在させ、ガラス−セラミックス焼結接合剤、またはガラス接合剤で接合し焼結して製造する場合、高融点金属としては、Ｗ、Ｍｏ等の金属を主成分とする金属ペースト、低融点金属で、低い温度抵抗率係数を有するＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属ペーストを発熱抵抗体として使用することができる。

一般に広範に使用され、安価のセラミックス焼結基板は、主にＡｌ_２Ｏ_３を主成分にしており、熱衝撃に強い素材としては、ＡｌＮ焼結基板、ＳｉＣ焼結基板、Ｓｉ_３Ｎ_４焼結基板等多様な種類のセラミックス基板を使用することができる。

本発明の技術が適用される流体加熱装置１００の構成品をセラミックスで製造する場合には、セラミックスヒーター１０２と流路形成板１０６は、間隔板１０５と接する面にガラス接合剤で塗布して脱脂し、間隔板１０５も両面にガラス接合剤で塗布して脱脂する。

そして、それぞれの構成品を積層し、ガラス接合剤が溶融接合されることができる温度で焼成または焼結して、全体的に焼結接合された流体加熱装置１００を得ることができる。

流体加熱装置１００で流体が装置の内部に流入または排出される流入孔１１０と流出孔１１２に対する形状は特に限定しないが、各種材質のナットまたはチューブを孔にモールディングすることもでき、チューブが附着されたケースの中に本発明による流体加熱装置１００をハウジングする形態で構成することもできる。

本発明の流体加熱装置１００の特徴は、板状セラミックスヒーターのみに限定されるのではなく、円筒状セラミックスヒーター１６０の場合にも大きい縦横比を有することができるように適用させることができる。

流体の流入及び排出のための流入孔１１０と流出孔１１２とを有するケース１６１に結合される円筒状セラミックスヒーター１６０の内部に流路形成チューブ１６２を挿入して流路形成チューブ１６２の内径面の内側に流体が流入され、流路形成チューブ１６２の外径面と円筒状セラミックスヒーター１６０の内径面を通過して排出され、また円筒状セラミックスヒーター１６０の外径面を経由して外部に排出されるように構成する。

この場合にも、高い縦横比を有するようにすることができ、流体の流れ方向は反対にしても構わない。

本発明の技術が適用される円筒状セラミックスヒーター１６０を有する流体加熱装置１００の場合、加熱面（円筒状セラミックスヒーター）に接する流路の幅ｗはπ×（ｒ_２＋ｒ_１）であり、流路を通過して排出される時の縦横比はπ×（ｒ_２＋ｒ_１）÷（ｒ_２−ｒ_１ ）である。

例えば、ｒ_２は１０で、ｒ_１が６である時、縦横比は１２．６であり、流路の断面積は２０１である。

円筒状セラミックスヒーターの外径面に形成された流路の断面積を同一にする場合（流速が同一になるように）、ｒ_２＝１４．５、ｒ_１＝１２、縦横比は３３．３である。

通常、円筒状セラミックスヒーターの外径面の近くに発熱面が形成されており、これに接する面に非常に小さい流路間隔が形成されているので、単位体積に対する加熱面積が極大化されることができ、高い熱効率を期待することができる。

（第１実施形態）
加熱面積を７．５ｃｍ^２［＝５０ｍｍ×１５ｍｍ］で、発熱抵抗が３５Ωの二つの板状セラミックスヒーターを並列に連結して使用し、水平及び垂直の流路の断面積を０．３２ｃｍ^２［＝２ｍｍ（ｈ）×１６ｍｍ（ｗ、加熱面）、ｗ／ｈ＝８］で流体加熱装置を構成した。

この装置に２２０Ｖの電源を印加し、毎分１〜１．２Ｌの水の流量を連続に流す時、初期温度２５℃の水が５０〜５５℃に連続して加熱されており、電力は２．２ｋＷ消耗された。このように、約５０００時間（２１０日×２４ｈｒ）連続に加熱試験をしたが、内部セラミックスヒーターの破損は発生しなかった。

（第２実施形態）
発熱抵抗が２０Ωで、内径６．５ｍｍ、外径１０ｍｍ、発熱長さ８０ｍｍである円筒状セラミックスヒーターを使用し、流路形成チューブ（外径５ｍｍ、内径４ｍｍ）を内径面に挿入して流体加熱装置を構成した。

この装置の内径面の流路の縦横比は２４であり、外径面の縦横比は３４．５になるように、ケースの内径を１２ｍｍにした。２２０Ｖの電源を印加し、毎分１〜１．２Ｌの水流量を連続に流した。

初期温度２５℃の水が４５〜５０℃に連続して加熱されており、電力は２．０ｋＷが消耗され、約３０００時間（１２５日×２４ｈｒ）連続に加熱試験をしたが、内部セラミックスヒーターの破損は発生しなかった。

（第３実施形態）
加熱面積が７．５ｃｍ^２［＝５０ｍｍ×１５ｍｍ］で、発熱抵抗が４０Ωの四つの板状セラミックスヒーターを直列に連結して使用し、水平及び垂直の流路の断面積を０．０８ｃｍ^２［＝０．５ｍｍ（ｈ）×１６ｍｍ（ｗ，加熱面）、ｗ／ｈ＝３２］で流体加熱装置を構成した。

この加熱装置の流入孔にミスト（ｍｉｓｔ、約水１ｇ／Ｌ、超音波振動で製造された微細な水滴が含まれた空気）を１０ＬＰＭで注入し、セラミックスヒーターを直列に連結した端子に２２０Ｖの電源を印加すれば、１５０〜２５０Ｗの電力で流出孔で１２０〜２００℃の水蒸気を発生させることができた。

（対比例）
発熱抵抗が２０Ωで、内径６．５ｍｍ、外径１０ｍｍ、発熱長さ８０ｍｍの従来技術のチューブ型セラミックスヒーターを使用した流体加熱装置を構成して２２０Ｖの電源を印加し、毎分１〜１．２Ｌの水流量を連続的に流した。

初期温度２５℃の水が４４〜４６℃に連続して加熱されており、電力は１．８ｋＷ消耗され、約４８０時間（２０日×２４ｈｒ）でセラミックスヒーターが破損された。
（産業上の利用の可能性）

上記のような本発明は、人体部分洗浄装置、家庭用瞬間温水装置、暖房用ラジエーター、暖房用循環水加熱装置に広く利用できることと期待される。

また、本発明によって液体相を瞬間加熱するとともに、加熱によって蒸気への瞬間変換まで可能で、容易に蒸気を生成させることができて、蒸気を利用した調理器または殺菌器、気化器等に幅広い応用效果が期待される。

Claims (7)

1. 電源を印加するための端子リード線（１０１）を備える平板状セラミックスヒーター（１０２）と；
   上記セラミックスヒーター（１０２）の上、下側では、加熱しようとする流体がセラミックスヒーター（１０２）の方向に移動し、セラミックスヒーター（１０２）によって加熱された流体が排出されるように水平移動流体経路を有して結合される間隔板（１０５）と；
   上記水平移動流体経路上の流体が次の層の流体経路に垂直に移動できるように、流体通路を有して結合される流路形成板（１０６）と；
   最上側の間隔板（１０５）の外側面に加熱するための流体を供給するための流入孔（１１０）を有して結合される上蓋（１１１）と；
   最下側の間隔板（１０５）の外側面に加熱された流体を排出するための流出孔（１１２）を有して結合される下蓋（１１３）で構成されることを特徴とする流体加熱装置。
2. 流体の流入及び排出のための流入孔（１１０）と流出孔（１１２）を有するケース（１６１）に結合される円筒状セラミックスヒーター（１６０）を含み、
   上記円筒状セラミックスヒーター（１６０）の内部に円筒状セラミックスヒーター（１６０）の内径面に加熱流路を形成する流路形成チューブ（１６２）を挿入して構成されることを特徴とする流体加熱装置。
3. 上記セラミックスヒーターと隣接する加熱流路の断面積の縦横比は加熱流路の高さ（ｈ）に対して幅（ｗ）が３倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体加熱装置。
4. 上記セラミックスヒーター（１０２）は加熱容量を増大させることができるように交互に積層されることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。
5. 上記流路形成板（１０６）の代わりにセラミックスヒーター（１０２）を介在して加熱容量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。
6. 上記間隔板（１０５）、流路形成板（１０６）、上蓋（１１１）、下蓋（１１３）、ケース（１６０）または流路形成チューブ（１６２）は密封可能なセラミックス、プラスチック、金属、非鉄金属の中の何れか一つ以上の材質で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の流体加熱装置。
7. 上記間隔板（１０５）と流路形成板（１０６）、上蓋（１１１）、下蓋（１１３）または、上記間隔板（１０５）と流路形成板（１０６）または，上記間隔板（１０５）と上蓋（１１１）または，上記間隔板（１０５）と下蓋（１１３）は一体に形成される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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