JP2023157123A - 液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個のセラミックヒータに対して安全装置を設ける際、小型化を実現すると共に、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える液体加熱装置を提供する。【解決手段】内部空間１００ｉを有する容器１００と、先後方向Ｌに延び、自身の先端部が内部空間内に位置する複数個のセラミックヒータ１７１～１７２と、容器の温度が設定値を超えた場合にセラミックヒータへの通電を遮断する安全装置１５０と、を備える液体加熱装置２００であって、セラミックヒータは、互いに先後方向に沿って並び、安全装置は、セラミックヒータの個数より少ない個数で容器の外側に配置されるか、又は容器に埋設され、先後方向に交差する断面を見たとき、少なくとも１組の隣接する２個のセラミックヒータのそれぞれの重心Ｇ１～Ｇ２を通り、かつ、それぞれの重心を結ぶ線分Ｍ１に垂直な２つの直線Ｓ１～Ｓ２で囲まれた領域Ｒ１の内部に安全装置が１個配置される。【選択図】図５

Description

本発明は、水等の液体を加熱するのに好適な液体加熱装置に関する。

温水洗浄便座、燃料電池システム、給湯器、２４時間風呂、車両のウォッシャー液の加熱、車載エアコン用等には温水が必要となる。そこで、内蔵するヒータにて水を加熱する液体加熱装置が用いられている。
特に、温水洗浄便座用の温水などの急速加熱を目的とする場合、細長いセラミック基体の外周に巻き付けたセラミックシートに発熱部を埋設した棒状のセラミックヒータが使用される。
ところで、液体加熱装置内の水が減って空焚き状態でヒータが通電されると異常昇温し、ヒータを収容した液体加熱装置が過熱する。そこで、ヒータが異常昇温して装置が高温になったときにヒータへの通電を遮断する安全装置（温度ヒューズ等）を設けた技術が開発されている（特許文献１）。

特開２０１３－１０４６４９号公報

しかしながら、液体加熱装置に複数個のセラミックヒータを設ける場合、ヒータ毎に安全装置を配置すると、液体加熱装置が大型になってしまう。一方で、ヒータの個数より少ない個数で安全装置を配置すると、安全装置の位置によってはいずれかのヒータの異常昇温を十分に検知できないおそれがある。
従って、本発明は、複数個のセラミックヒータに対して安全装置を設ける際、小型化を実現すると共に、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える液体加熱装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液体加熱装置は、内部空間と、前記内部空間に連通する導入口及び排出口と、を有する容器と、先後方向に延び、自身の先端部が前記内部空間内に位置し、前記先端部に発熱部を有する複数個のセラミックヒータと、前記容器の温度が設定値を超えた場合に前記セラミックヒータへの通電を遮断する安全装置と、を備え、液体が前記導入口から導入され、前記内部空間を通って、前記排出口まで流れる過程において、前記セラミックヒータによって前記液体を加熱する液体加熱装置であって、前記セラミックヒータは、互いに前記先後方向に沿って並び、前記安全装置は、前記セラミックヒータの個数より少ない個数で前記容器の外側に配置されるか、又は前記容器に埋設され、前記先後方向に交差する断面を見たとき、少なくとも１組の隣接する２個の前記セラミックヒータのそれぞれの重心を通り、かつ、前記それぞれの重心を結ぶ線分に垂直な２つの直線で囲まれた領域の内部に前記安全装置が１個配置されることを特徴とする。

この液体加熱装置によれば、セラミックヒータの個数より少ない個数で安全装置が配置されるので、セラミックヒータと同一個数の安全装置を設ける場合に比べ、液体加熱装置の小型化を実現できる。
又、少なくとも１組の隣接する２個のセラミックヒータに対し、領域の内部に安全装置が１個配置されるので、安全装置が１組の隣接する２個のセラミックヒータの両方に近接する。これにより、各セラミックヒータの異常昇温を十分に検知でき、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える。

本発明の液体加熱装置において、前記安全装置は前記容器の外側に配置され、さらに、前記安全装置と前記容器との間には、自身の熱伝導率が前記容器の熱伝導率よりも高い伝熱媒体が配置され、前記領域における前記容器の外面のうち、前記伝熱媒体と接する部位に凹部が設けられていてもよい。
この液体加熱装置によれば、セラミックヒータの熱を安全装置に伝える伝熱媒体が凹部に介在するので、伝熱媒体がセラミックヒータにさらに近接し、セラミックヒータの異常昇温をさらに確実に検知できる。

本発明の液体加熱装置において、前記安全装置の少なくとも一部が前記凹部の内側に位置してもよい。
この液体加熱装置によれば、安全装置の一部が凹部に介在するので、安全装置がセラミックヒータにさらに近接し、セラミックヒータの異常昇温をさらに確実に検知できる。

この発明によれば、複数個のセラミックヒータに対して安全装置を設ける際、小型化を実現すると共に、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える液体加熱装置が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る液体加熱装置の外観を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う透視図である。 図１のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 図３のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。 図３のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。 図３のＥ－Ｅ線に沿う断面図である。 セラミックヒータと安全装置との接続回路を示す模式図である。 セラミックヒータの外観を示す斜視図である。 セラミックヒータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る液体加熱装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液体加熱装置の外観を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る液体加熱装置を示す断面図である。 第３の実施形態に係る液体加熱装置のセラミックヒータと安全装置との接続回路を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る液体加熱装置を示す断面図である。 ４つのセラミックヒータを有する液体加熱装置の、セラミックヒータと安全装置との接続回路を示す模式図である。 第３の実施形態に係る液体加熱装置の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体加熱装置２００の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ線に沿う透視図、図３は図１のＢ－Ｂ線に沿う断面図、図４は図３のＣ－Ｃ線に沿う断面図、図５は図３のＤ－Ｄ線に沿う断面図、図６は図３のＥ－Ｅ線に沿う断面図、図７はセラミックヒータ１７１，１７２と安全装置１５０との接続回路を示す模式図、図８はセラミックヒータ１７１の外観を示す斜視図、図９はセラミックヒータ１７１の分解斜視図、である。

この第１の実施形態において、液体加熱装置２００は、温水洗浄便座に設置され、内蔵された２つのセラミックヒータ１７１、１７２により常温の水を加熱して温水を供給するようになっている。

液体加熱装置２００は、全体として軸線Ｌ方向に延びる略長円筒状（断面が角丸長方形の筒状）をなし、容器１００と、２つのセラミックヒータ１７１、１７２と、１つの安全装置１５０とを有する。
容器１００は、液体Ｗ（水）を収容する内部空間１００ｉを有する長円筒状の胴部１０１と、胴部１０１の軸方向の両端開口をそれぞれ閉塞する先端蓋１０７及び後端蓋１０９と、胴部１０１に一体に設けられた液体Ｗの導入口１０３及び排出口１０５と、を有する。
そして、胴部１０１の軸方向の両端はフランジ状に径方向に突出し、胴部１０１の両端と、先端蓋１０７及び後端蓋１０９とは、Ｏリング１９０（図３）により気密にシールされている。

セラミックヒータ１７１、１７２はそれぞれ先後方向ＡＸに延びる棒状をなし、それぞれ先後ＡＸ方向に沿って同一方向に（平行に）並んでいる。また、セラミックヒータ１７１、１７２はそれぞれ基端部１７Ｒが容器１００の後端蓋１０９の開口部に封止部１８０によって片持ち式に保持されることで、容器１００に取り付けられている。
そして、セラミックヒータ１７１、１７２の先端部１７Ｔが内部空間１００ｉ内に位置している。なお、封止部１８０による保持部は、後述するセラミックヒータの発熱部１７ａよりも基端側であるのはいうまでもない。
又、セラミックヒータ１７１、１７２の基端部１７Ｒ側には、外部から電力を供給するための後述するリード線１５，１６が接続されている。

なお、本例では、胴部１０１の軸方向が軸線Ｌ方向に平行になっていると共に、各セラミックヒータ１７１、１７２の並ぶ方向（先後方向ＡＸ）が軸線Ｌ方向に沿うようにして各セラミックヒータ１７１、１７２が胴部１０１の内部空間１００ｉに収容されている。
また、図示しないが、本例では、液体加熱装置２００は、軸線Ｌ方向が略水平方向で排出口１０５側が若干上方に位置するように温水洗浄便座に設置され、各セラミックヒータ１７１、１７２は横置きされている。

導入口１０３及び排出口１０５は、内部空間１００ｉに連通するとともに軸線Ｌ方向に離間して配置されており、外部から導入口１０３を通って導入された液体Ｗは、軸線Ｌ方向に沿って内部空間１００ｉを通って排出口１０５から排出される。
また、容器１００の内壁とセラミックヒータ１７１、１７２との間には隙間が形成されており、導入口１０３を通って内部空間１００ｉに導入された液体Ｗは、セラミックヒータ１７１、１７２の外面に軸線Ｌ方向に沿って接触しつつ加熱された後、排出口１０５まで流れる。

そして、図２に示すように、導入口１０３及び排出口１０５がセラミックヒータ１７１，１７２の先後方向ＡＸ（＝軸線Ｌ方向）に配置されているので、導入口１０３から導入された水は、排出口１０５へ向かってセラミックヒータ１７１，１７２の外面に接触しながら先端部１７Ｔ側へ流れる。
なお、図２は軸線Ｌ方向、および導入口１０３の軸線と直交する方向より透視した図である。

ここで、安全装置１５０は、セラミックヒータ１７１，１７２の個数（本例では２つ）より少ない個数（本例では１つ）で容器１００の外側に配置されている。
具体的には、導入口１０３及び排出口１０５の間における容器１００の外面には、箱型のグリースケース１４０が一体に形成され、このグリースケース１４０の内部に伝熱グリース（伝熱媒体）１６０が充填されている。そして、伝熱グリース１６０の中に安全装置１５０が埋設されている。

なお、図１に示すように、グリースケース１４０は、上面が開口する箱型の収容部１４１と、収容部１４１の上面を覆うカバー１４２とを備え、収容部１４１が容器１００と一体である。
そして、上面が開口する収容部１４１に伝熱グリース１６０及び安全装置１５０を配置した後、カバー１４２を取付けるようになっている。

安全装置１５０は、容器１００の温度が設定値を超えた場合にセラミックヒータ１７１，１７２への通電を遮断するものであればよい。
本例では、安全装置１５０は公知のペレット型温度ヒューズであり、その両端からそれぞれ第１リード線１５０ａ及び第２リード線１５０ｂが延びている。そして、収容部１４１のうち、それぞれ導入口１０３及び排出口１０５に向く壁面の一部が切り欠かれ、各切り欠き部からそれぞれ第１リード線１５０ａ及び第２リード線１５０ｂが外側に露出している。

なお、図７に示すように、安全装置１５０は、セラミックヒータ１７１，１７２への電源ＰＷ側に第１リード線１５０ａが接続され、第２リード線１５０ｂに２つのセラミックヒータ１７１，１７２が並列に接続される。第１リード線１５０ａがアース側に接続され、第２リード線１５０ｂが電源ＰＷ側に接続されてもよい。

伝熱グリース等の伝熱媒体１６０の伝導率は、容器１００の熱伝導率よりも高くなっている。又、伝熱媒体としては、伝熱グリースに限らず、例えば樹脂と金属粉からなる伝熱媒体でもよい。又、伝熱グリース等の伝熱媒体が硬化型であってもよく、硬化型の場合はグリースケース１４０を不要として容器１００の外面に硬化型の伝熱媒体を介して安全装置１５０が保持される構造でもよい。
硬化型の伝熱媒体としては、硬化型シリコーン放熱グリースが挙げられる。

次に、図３に示すように、導入口１０３と排出口１０５との間における内部空間１００ｉには、複数の各セラミックヒータ１７１，１７２を１個ずつ分離する隔壁１００ｓが設けられ、導入口１０３から導入された水は、隔壁１００ｓ内を個々のセラミックヒータ１７１，１７２毎に流れるようになっている。
一方、図６に示すように、排出口１０５近傍における内部空間１００ｉには、隔壁１００ｓが設けられず、単一の内部空間１００ｉとなっている。これにより、排出口１０５近傍で内部空間１００ｉの容積が大きくなるので、導入口１０３側で生じた沸騰気泡が排出口１０５から外部へ抜けやすくなる。又、別個の隔壁１００ｓ内を加熱されてきた水が合流し、均一な温度の温水が得られる。
なお、図３は液体加熱装置２００の短軸の中心を通り、軸線Ｌ方向に切断した断面図であり、図４，図６は図３の軸線Ｌ方向に垂直な断面図である。

次に、図５を参照し、セラミックヒータ１７１、１７２と安全装置１５０との位置関係について説明する。
図５に示すように、先後方向ＡＸ（本例では軸線Ｌ方向に等しい）に交差する断面を見たとき、１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２のそれぞれの重心Ｇ１、Ｇ２を結ぶ線分Ｍ１を引く。次に、それぞれの重心Ｇ１、Ｇ２を通り、かつ、線分Ｍ１に垂直な２つの直線Ｓ１，Ｓ２を引く。
そして、直線Ｓ１，Ｓ２で囲まれた領域Ｒ１の内部に安全装置１５０が１個配置されるようにする。

このように、セラミックヒータ１７１、１７２の個数より少ない個数で安全装置１５０が配置されるので、セラミックヒータと同一個数の安全装置を設ける場合に比べ、液体加熱装置２００の小型化を実現できる。
又、少なくとも１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２に対し、領域Ｒ１の内部に安全装置１５０が１個配置されるので、安全装置１５０が１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２の両方に近接する。これにより、各セラミックヒータ１７１、１７２の異常昇温を十分に検知でき、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える。

又、図５に示すように、本例では、領域Ｒ１における容器１０１の外面のうち、伝熱媒体１６０と接する部位に凹部１０１ｒが設けられている。
これにより、セラミックヒータ１７１、１７２の熱を安全装置１５０に伝える伝熱媒体１６０が凹部１０１ｒに介在するので、伝熱媒体１６０がセラミックヒータ１７１、１７２にさらに近接し、セラミックヒータ１７１、１７２の異常昇温をさらに確実に検知できる。

本例では、凹部１０１ｒは、セラミックヒータ１７１、１７２をそれぞれ囲む円の交わり部分を最深部とする略楔状をなしている。又、凹部１０１ｒは収容部１４１の内側に設けられている。
なお、凹部か否かの区別は、容器１０１の先後方向ＡＸに交差する断面を見たとき、伝熱媒体１６０が介在しない部分の容器１０１の輪郭を通る近似曲線Ｐよりも容器１０１の内側（セラミックヒータ１７１、１７２に近い側）に、伝熱媒体１６０が介在する部分の少なくとも一部の輪郭が存在すれば、凹部であるとみなす。

又、図５に示すように、本例では、安全装置１５０の少なくとも一部（図５では底面側）が凹部１０１ｒの内側に位置する。
これにより、安全装置１５０の一部が凹部１０１ｒに介在するので、安全装置１５０がセラミックヒータ１７１、１７２にさらに近接し、セラミックヒータ１７１、１７２の異常昇温をさらに確実に検知できる。

次に、図８、図９を参照してセラミックヒータの構成について説明する。なお、セラミックヒータ１７１、１７２は同一形状であるので、セラミックヒータ１７１について説明する。
図８に示すように、セラミックヒータ１７１は、リード線１５，１６を介して外部からの通電により発熱する発熱体１７ｈを有する。発熱体１７ｈは、導体を先後方向ＡＸに蛇行させて発熱パターンとして形成してなる発熱部１７ａを先端側に有すると共に、発熱部１７ａの両端から後端側に引き出される一対のリード部１７ｂを有している。
なお、発熱部１７ａは先後方向ＡＸにＬｈの長さを有する。

より具体的には、図９に示すように、発熱体１７ｈは、発熱部１７ａと、両リード部１７ｂと、両リード部１７ｂの後端に形成された電極パターン１７ｃとを有し、この発熱体１７ｈは二枚のセラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２の間に挟持される。なお、このセラミックグリーンシートとしては、アルミナが用いられる。また、発熱部１７ａ、リード部１７ｂはタングステンやレニウム等が用いられる。セラミックグリーンシート１７ｓ２の表面にはリード端子１８（図８参照）がロウ付けされる２つの電極パッド１７ｐが形成され、電極パターン１７ｃを電極パッド１７ｐにスルーホールにて接続してセラミックグリーンシートの積層体を形成する。

更に、この積層体を、セラミックグリーンシート１７ｓ２を表側にして、アルミナ等を主成分とする棒状のセラミック基体１７ｇに巻き付けて焼成することにより、各セラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２がセラミックシート１７ｓとなってセラミック基体１７ｇの外周に巻き付けられて一体化したセラミックヒータ１７１を製造することができる。
セラミック基体１７ｇは貫通孔を有する筒状であってもよく、無孔の柱状であってもよい。但し、筒状の場合は貫通孔から水が漏れないように樹脂等で封止することが望ましい。
なお、リード線１５，１６はリード端子１８，１８にカシメられて電気的に接続されている（図８参照）。

ここで、上記積層体をセラミック基体１７ｇに巻き付ける際、積層体の先後方向ＡＸに沿う両端同士を、間隔を空けて巻き付ける。このため、セラミックヒータ１７１の外面の巻合わせ部には、先後方向ＡＸに沿って凹溝となるスリット１７ｖが非発熱部として形成されている。
従って、セラミックヒータ１７１の径方向の断面を見ると、発熱部１７ａは有端環状をなしてセラミックヒータ１７１に埋設されると共に、発熱部１７ａの２つの環端１７ｅの間に非発熱部となるスリット１７ｖが形成されることになる。

次に、図１０を参照し、本発明の第２の実施形態に係る液体加熱装置について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る液体加熱装置の断面図であり、図５に相当する断面図である。
なお、本発明の第２の実施形態に係る液体加熱装置は、安全装置１５０の配置位置、ひいては容器１１０の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る液体加熱装置２００と同様であるので、液体加熱装置２００と同一の構成部分を同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、第２の実施形態に係る液体加熱装置においては、１個の安全装置１５０が容器１１０に埋設されている。具体的には、各セラミックヒータ１７１，１７２の間隔を広げ、図３に示した第１の実施形態における容器１００の隔壁１００ｓよりも幅広の隔壁１００ｓ２とし、この隔壁１００ｓ２に安全装置１５０を埋設させている。

第２の実施形態においても、セラミックヒータ１７１、１７２の個数より少ない個数で安全装置１５０が配置されるので、セラミックヒータと同一個数の安全装置を設ける場合に比べ、液体加熱装置の小型化を実現できる。
又、領域Ｒ１の内部に安全装置１５０が１個配置されるので、安全装置１５０が１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２の両方に近接する。これにより、各セラミックヒータ１７１、１７２の異常昇温を十分に検知でき、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える。

次に、図１１，図１２を参照し、本発明の第３の実施形態に係る液体加熱装置２００Ｂについて説明する。
図１１は、液体加熱装置２００Ｂの外観を示す斜視図、図１２は液体加熱装置２００Ｂの断面図である。図１２は、第１の実施形態の図５に相当する断面図である。
なお、液体加熱装置２００Ｂは、３個のセラミックヒータ１７１，１７２、１７３と、２個の安全装置１５１，１５２とを有し、容器１００Ｂの構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る液体加熱装置２００と同様であるので、液体加熱装置２００と同一の構成部分を同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、液体加熱装置２００Ｂは、全体として略三角筒状（断面が三角形の筒状）をなす容器１００Ｂと、３つのセラミックヒータ１７１～１７３と、を有する。
容器１００Ｂは、液体（水）を収容する内部空間１００ｉを有する長円筒状の胴部１０１Ｂと、胴部１０１Ｂの軸線Ｌ方向の両端の開口をそれぞれ閉塞する前端蓋１０７Ｂ及び後端蓋１０８と、液体Ｗの導入口１０３Ｂ及び排出口１０５Ｂと、を有する。
又、導入口１０３Ｂ及び排出口１０５Ｂは、それぞれ前端蓋１０７Ｂ及び胴部１０１Ｂに一体に設けられている。そして、胴部１０１の軸線Ｌ方向の前端（セラミックヒータ１７１～１７３が露出する側の端部）に前端蓋１０７Ｂを嵌合するようになっている。
一方、胴部１０１の軸方向の後端には、たとえばパッキンのようなゴムシールを介して後端蓋１０８が液密にシールされている。

３つのセラミックヒータ１７１～１７３はそれぞれ先後方向ＡＸに延びる棒状をなし、それぞれ同一方向に（平行に）延びている。また、セラミックヒータ１７１～１７３はそれぞれ基端部１７Ｒが前端蓋１０７Ｂの３つの開口部１０７ｍ１～１０７ｍ３を貫通している。そして、エポキシ樹脂による固定部材１８５によってセラミックヒータ１７１～１７３と開口部１０７ｍ１～１０７ｍ３の隙間が封止されることで、セラミックヒータ１７１～１７３が片持ち式に容器１００に固定されている。
なお、本例では、各セラミックヒータ１７１～１７３の並ぶ方向である先後方向ＡＸが胴部１０１の軸線Ｌ方向に沿うようにして各セラミックヒータ１７１～１７３が胴部１０１の内部空間１００ｉに収容されている。

導入口１０３Ｂ及び排出口１０５Ｂは、内部空間１００Ｂｉ（図１２）に連通するとともに軸線L方向に離間して配置されており、外部から導入口１０３Ｂを通って導入された液体は、軸線L方向に沿って内部空間１００Ｂｉを通って排出口１０５Ｂから排出される。
また、容器１００の内壁とセラミックヒータ１７１～１７３との間には隙間が形成されており、導入口１０３を通って内部空間１００Ｂｉに導入された液体は、セラミックヒータ１７１～１７３の外面に軸線L方向に沿って接触しつつ加熱された後、排出口１０５まで流れる。

ここで、図１２に示すように、安全装置１５１，１５２は、セラミックヒータ１７１～１７３の個数（本例では３つ）より少ない個数（本例では２つ）で容器１００Ｂの外側に配置されている。
具体的には、図１１に示すように、導入口１０３Ｂ及び排出口１０５Ｂの間における容器１００Ｂの３つの外面のうち、２つの面にはそれぞれ箱型のグリースケース１４０Ｂ１，１４０Ｂ２が一体に形成されている。グリースケース１４０Ｂ１，１４０Ｂ２は第１の実施形態のグリースケース１４０と同一構成である。
そして、第１の実施形態と同様、各グリースケース１４０Ｂ１，１４０Ｂ２の内部に伝熱グリース（伝熱媒体）１６０が充填されている。そして、伝熱グリース１６０の中に各安全装置１５１，１５２が埋設されている。

次に、図１２を参照し、セラミックヒータ１７１～１７３と安全装置１５１，１５２との位置関係について説明する。
図１２に示すように、先後方向ＡＸ（本例では軸線Ｌ方向に等しい）に交差する断面を見たとき、１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２のそれぞれの重心Ｇ１、Ｇ２を結ぶ線分Ｍ１、及び２つの直線Ｓ１，Ｓ２を引くと、直線Ｓ１，Ｓ２で囲まれた領域Ｒ１の内部に１個の安全装置１５１が配置されるようにする。
同様に、別の１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７３についても、それぞれの重心Ｇ１、Ｇ３を通り、かつ、線分Ｍ２に垂直な２つの直線Ｓ３，Ｓ４を引く。そして、直線Ｓ３，Ｓ４で囲まれた領域Ｒ２の内部に別の１個の安全装置１５２が配置されるようにする。

このように、セラミックヒータ１７１～１７３の個数より少ない個数で安全装置１５１，１５２が配置されるので、セラミックヒータと同一個数の安全装置を設ける場合に比べ、液体加熱装置２００Ｂの小型化を実現できる。
又、１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２に対し、領域Ｒ１の内部に安全装置１５１が１個配置され、別の１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７３に対し、領域Ｒ２の内部に安全装置１５２が１個配置される。これにより、安全装置１５１が１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７２の両方に近接し、同様に安全装置１５２が別の１組の隣接する２個のセラミックヒータ１７１、１７３の両方に近接する。これにより、セラミックヒータ１７１～１７３の異常昇温を十分に検知でき、異常時のヒータの通電遮断を確実に行える。

又、図１２に示すように、本例でも、領域Ｒ１における容器１０１Ｂの外面のうち、伝熱媒体１６０と接する部位に凹部１０１Ｂｒ１が設けられている。同様に、領域Ｒ２における容器１０１Ｂの外面のうち、伝熱媒体１６０と接する部位に凹部１０１Ｂｒ２が設けられている。
これにより、セラミックヒータ１７１、１７２の熱を安全装置１５１に伝える伝熱媒体１６０が凹部１０１Ｂｒ１に介在する。同様に、セラミックヒータ１７１、１７３の熱を安全装置１５２に伝える伝熱媒体１６０が凹部１０１Ｂｒ２に介在する。従って、伝熱媒体１６０がセラミックヒータ１７１～１７３にさらに近接し、セラミックヒータ１７１～１７３の異常昇温をさらに確実に検知できる。

なお、本例でも、凹部１０１Ｂｒ１、１０１Ｂｒ２は、それぞれセラミックヒータ１７１、１７２をそれぞれ囲む円の交わり部分、及びセラミックヒータ１７１、１７３をそれぞれ囲む円の交わり部分を最深部とする略楔状をなしている。又、凹部１０１Ｂｒ１、１０１Ｂｒ２は、それぞれグリースケース１４０Ｂ１，１４０Ｂ２の収容部の内側に設けられている。

又、図１２に示すように、本例でも、安全装置１５１，１５２の少なくとも一部（図５では底面側）が、それぞれ凹部１０１Ｂｒ１、１０１Ｂｒ２の内側に位置する。
これにより、安全装置１５１，１５２の一部が凹部１０１Ｂｒ１、１０１Ｂｒ２に介在するので、安全装置１５１，１５２がセラミックヒータ１７１～１７３にさらに近接し、セラミックヒータ１７１～１７３の異常昇温をさらに確実に検知できる。

なお、図１３に示すように、安全装置１５１は、セラミックヒータ１７１～１７３への電源ＰＷ側に第１リード線１５１ａが接続され、第２リード線１５１ｂに３つのセラミックヒータ１７１～１７３が並列に接続される。又、安全装置１５２は、第１リード線１５２ａが３つのセラミックヒータ１７１～１７３が並列に接続され、第２リード線１５２ｂがアース側に接続される。
セラミックヒータ１７３を安全装置１５１を介さずに電源ＰＷ側に直接接続し、セラミックヒータ１７２を安全装置１５２を介さずにアース側に直接接続してもよい。

次に、図１４を参照し、本発明の第４の実施形態に係る液体加熱装置について説明する。
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る液体加熱装置の断面図であり、図５に相当する断面図である。
なお、本発明の第４の実施形態に係る液体加熱装置は、安全装置１５０の配置位置、ひいては容器１２０の構成が異なること以外は、第３の実施形態に係る液体加熱装置２００Ｂと同様であるので、液体加熱装置２００Ｂと同一の構成部分を同一の符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、第４の実施形態に係る液体加熱装置においては、１個の安全装置１５０が容器１２０に埋設されている。具体的には、各セラミックヒータ１７１～１７３の間隔を広げ、各セラミックヒータ１７１～１７３で囲まれた容器１００の隔壁１２０ｓを幅広とし、この隔壁１２０ｓに安全装置１５０を埋設させている。

第４の実施形態においても、セラミックヒータ１７１～１７３の個数より少ない個数で安全装置１５０が配置されるので、セラミックヒータと同一個数の安全装置を設ける場合に比べ、液体加熱装置の小型化を実現できる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、第３の実施形態において、安全装置１５２を省略し、１個の安全装置１５１を３つのセラミックヒータ１７１～１７３に対して配置してもよい。

また、図１５に示すように、例えば４つのセラミックヒータ１７１～１７４に対し、２つの安全装置１５３，１５４を配置してもよい。
そして、図１２と同様に、１組のセラミックヒータ１７３，１７４における領域Ｒ２の内部に安全装置１５４を１個配置してもよい。
この場合、セラミックヒータ１７１～１７４と安全装置１５３，１５４との接続回路を例示すると、安全装置１５３は、セラミックヒータ１７１、１７２への電源ＰＷ側に第１リード線１５３ａが接続され、第２リード線１５３ｂに２つのセラミックヒータ１７１、１７２が並列に接続される。又、安全装置１５４は、セラミックヒータ１７３，１７４への電源ＰＷ側に第１リード線１５４ａが接続され、第２リード線１５４ｂに２つのセラミックヒータ１７３，１７４が並列に接続される。

図１６に示すように、第３の実施形態に係る液体加熱装置の変形例として、凹部１３０Ｂｒを１つとし、かつ各セラミックヒータ１７１～１７３で囲まれる容器１３０の中心まで凹部１３０Ｂｒを深く伸ばしてもよい。
そして、本例では、凹部１３０Ｂｒの最深部に１つの安全装置１５０が配置され、凹部１３０Ｂｒと安全装置１５０の間に伝熱媒体１６０が介在している。

図１に示す液体加熱装置２００を製造した。
まず、セラミックヒータの原料セラミックとして、アルミナ粉および焼結助材となるガラス成分粉をミルで水と粉砕混合し、バインダを混ぜて粘土状の混合体を得た。これを押出機にて中子を設置した口金にて押出し、筒状のセラミック基体を形成して所定長さに切断し、仮焼した。セラミック基体の外径および長さは焼成収縮率を考慮し対応した。
一方でアルミナグリーンシート上にタングステン、モリブデンペーストでヒータパターンおよびこれに繋がってシート反対面に繋がる端子部を印刷、形成した。ヒータ印刷エリアのサイズはセラミック焼成時の収縮率を加味して寸法を規定した。ヒータパターンは高温時の抵抗値、温度上昇分の抵抗変動量（抵抗温度係数×温度差×初期抵抗値）から室温時の抵抗値を算出し、形成した。また、シートサイズも同様に焼成収縮率を考慮し準備、切断した。

既定のサイズに切断した印刷済みセラミックグリーンシートを仮焼済みのセラミック基体に巻付け、一体焼成し、完成時のヒータ全長ＬＭ＝６０mm、最大外径Ｄ＝２．８mmとし、セラミックヒータの室温抵抗値を９Ωとした。なお、セラミックヒータの抵抗値は、発熱部の長さ（折り返し数）や厚みを変えることで調整した。ヒータ焼成体の露出端子部にＮｉメッキを施し、Ｎｉ製リード部をＡｇロウにてロウ付け接合した。さらに、リード部にリード線をカシメてセラミックヒータとした。

次に、樹脂製の容器に２本のセラミックヒータを取り付けた。具体的には、後端蓋の２つの貫通孔に各セラミックヒータを貫通させ、封止部としてエポキシ接着剤を用いて各セラミックヒータを固定した。そして、Ｏリングを介して、後端蓋、胴部、先端蓋を気密に接続し、液体加熱装置２００を製造した。
さらに、図１，図５に示すようにして、グリースケース１４０の内部に伝熱グリース１６０及び１個の安全装置１５０を配置した。安全装置１５０は、図５の直線Ｓ１，Ｓ２で囲まれた領域Ｒ１の内部に配置されるようにした。

得られた液体加熱装置２００に、流量４５０cc/min、水温５℃の水を導入し、出湯温度が３５℃となるようにセラミックヒータ１本当たりの印加電圧を制御した。
その後、電圧印加した状態で流水を停止した。その結果、ヒータ温度は上昇したが、樹脂製の容器に異常が発生（熱変形）しない温度設定値を超えたときにヒューズである安全装置１５０が断線し、ヒータへの通電が停止した。これにより、それ以上温度が上昇せず、容器の異常を抑制できた。

一方、安全装置１５０を図５の直線Ｓ１，Ｓ２で囲まれた領域Ｒ１の外側に配置し、片方のセラミックヒータ１７１に偏って近接させて設置したところ、安全装置１５０から遠い側のセラミックヒータ１７２が過熱して温度設定値を超えたにも関わらず安全装置１５０が検知せず、セラミックヒータ１７２がさらに高温になって容器の一部が熱変形した後に安全装置１５０が検知及び断線し、ヒータ通電が停止した。
その結果、容器が変形したとともに、容器の樹脂が一部焼損した。

１７ａ 発熱部
１００、１００Ｂ、１１０、１２０、１３０ 容器
１００ｉ、１００Ｂｉ 内部空間
１０１ｒ、１０１Ｂｒ１、１０１Ｂｒ２、１３０Ｂｒ 凹部
１０３、１０３Ｂ 導入口
１０５、１０５Ｂ 排出口
１５０～１５４ 安全装置
１６０ 伝熱媒体
１７１～１７３ セラミックヒータ
２００、２００Ｂ 液体加熱装置
Ｌ 先後方向
Ｗ 液体
Ｇ１～Ｇ３ セラミックヒータの重心
Ｍ１、Ｍ２ 重心を結ぶ線分
Ｓ１～Ｓ４ ２つの直線
Ｒ１、Ｒ２ 領域

Claims (3)

1. 内部空間と、前記内部空間に連通する導入口及び排出口と、を有する容器と、
   先後方向に延び、自身の先端部が前記内部空間内に位置し、前記先端部に発熱部を有する複数個のセラミックヒータと、
   前記容器の温度が設定値を超えた場合に前記セラミックヒータへの通電を遮断する安全装置と、
   を備え、
   液体が前記導入口から導入され、前記内部空間を通って、前記排出口まで流れる過程において、前記セラミックヒータによって前記液体を加熱する液体加熱装置であって、
   前記セラミックヒータは、互いに前記先後方向に沿って並び、
   前記安全装置は、前記セラミックヒータの個数より少ない個数で前記容器の外側に配置されるか、又は前記容器に埋設され、
   前記先後方向に交差する断面を見たとき、少なくとも１組の隣接する２個の前記セラミックヒータのそれぞれの重心を通り、かつ、前記それぞれの重心を結ぶ線分に垂直な２つの直線で囲まれた領域の内部に前記安全装置が１個配置されることを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記安全装置は前記容器の外側に配置され、
   さらに、前記安全装置と前記容器との間には、自身の熱伝導率が前記容器の熱伝導率よりも高い伝熱媒体が配置され、
   前記領域における前記容器の外面のうち、前記伝熱媒体と接する部位に凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
3. 前記安全装置の少なくとも一部が前記凹部の内側に位置することを特徴とする請求項２に記載の液体加熱装置。

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