JP5460937B1 - 熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置 - Google Patents

Abstract

熱交換器(28)は平板状ヒータ(34)とケーシング(38)とを備え、ヒータ収容空間(48)は流路スペース(74)を含み、ケーシングは流入口(70)、流出口(72)、流入路(50)、連通路(52)、第１リブ(76)および第２リブ(53)を有し、第１リブは、流路スペースにおいて主面(48a)から伝熱面(36)に向かって突出し、両側面(48b)の間に亘って延設され、第２リブは、連通路において平板状ヒータの下端の延在方向に直交する方向に延設されている。

Description

本発明は、熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置に関し、特に、給水源に接続されるべき上流端を有しかつ下流端がノズルに接続された給水路に設けられる熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置に関する。

従来、トイレに設置される衛生洗浄装置などの限られた狭い空間に設置され、その流量が非常に少ない熱交換器として、たとえば、特許文献１に示す熱交換器が知られている。この熱交換器では、平板状ヒータの伝熱面とケーシングとの間の流路スペースと、流路スペースと入水口との間のヘッダ部とが備えられ、ヘッダ部内に案内リブが設けられている。この入水口からヘッダ部へ流入した洗浄水は、ヘッダ部内の案内リブにより案内されて、流路スペースに流入する。そして、流路スペースに流入した洗浄水は平板状ヒータの伝熱面に沿って自然対流により層流で流れる。

特開２０１２−２３３６７７号公報

しかしながら、特許文献１に示す熱交換器では自然対流による層流の洗浄水は、その流速が遅く、伝熱面に沿って直線状に流れる。このため、伝熱面の近くを流れる洗浄水と伝熱面から遠い位置を流れる洗浄水との入れ替わりが生じにくい。よって、伝熱面の近くを流れる洗浄水には伝熱面から常に熱が与えられることにより、伝熱面の近傍の洗浄水が非常に高温になる。よって、特に、スケールの原因となる多量のカルシウムイオンなどを含む硬水が伝熱面の近傍で沸騰すると、伝熱面にスケールが付着し易くなる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、スケールの発生を低減することができるコンパクトな熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置を提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る、熱交換器は、上下方向に延びる伝熱面を有する平板状ヒータと、前記平板状ヒータの伝熱面に対向する主面、前記平板状ヒータの下方に位置する下面、前記平板状ヒータの上方に位置する上面、及び前記平板状ヒータを間に挟む両側面、により画定されたヒータ収容空間を有するケーシングと、を備え、前記ヒータ収容空間は、前記伝熱面とこれに対向する前記主面との間隙に形成された流路スペースを含み、前記ケーシングは、前記下面において開口して前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設され、前記ヒータ収容空間に連通する流入口と、前記流入口より上方に設けられて前記ヒータ収容空間に連通する流出口と、前記ヒータ収容空間の下方において前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設された流入路と、前記流入路に接続され、かつ、前記流入口を介して前記ヒータ収容空間に接続された連通路と、前記流路スペースにおいて前記主面から前記伝熱面に向かって突出し、前記両側面の間に亘って延設された複数の第１リブと、前記連通路において前記平板状ヒータの下端の延在方向に直交する方向に延設された第２リブと、を有し、前記流路スペースは、前記流入口に連通する第１流路と、前記第１流路より前記流出口側に設けられ、かつ、前記第１流路の間隙寸法より大きい間隙寸法を有する第２流路と、を含み、前記第１リブが前記第２流路に配置されており、前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離が前記第１流路の間隙寸法より大きく形成されている。

本発明は、以上に説明した構成を有し、スケールの発生を低減することができるコンパクトな熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施形態１に係る衛生洗浄装置を示す斜視図である。 図１に示す衛生洗浄装置における洗浄ユニットの構成を概略的に示す図である。 図２の熱交換器をその正面側から見た外観図である。 図２の熱交換器をその側面側から見た外観図である。 図４に示すＢ―Ｂ線に沿って切断した熱交換器を示す断面図である。 図５に示すＣ―Ｃ線に沿って切断した熱交換器を示す断面図である。 図６Ａの範囲Ｄの拡大図である。 図６Ａの範囲Ｅの拡大図である。 図３の熱交換器に用いられる第一流路形成部材をその内面側から見た外観図である。 図９の第一流路形成部材を示す斜視図である。 図３の熱交換器に用いられる第二流路形成部材をその内面側から見た外観図である。 図１０の第二流路形成部材を示す斜視図である。 図３の熱交換器に用いられる平板状ヒータを模式的に示す外観図である。 図３の熱交換器に用いられる平板状ヒータを模式的に示す外観図である。 図６Ａのヒータ収容空間における流れを模式的に示した図である。 バッファリブのないヒータ収容空間における流れを模式的に示した図である。 図６Ａの流路スペースにおける流れの速度分布を示す図である。 図１３Ａの流路スペースにおける高さと、最大速度の流れおよび最小速度の流れの伝熱面からの距離との関係を示すグラフである。

第１の本発明に係る熱交換器は、上下方向に延びる伝熱面を有する平板状ヒータと、前記平板状ヒータの伝熱面に対向する主面、前記平板状ヒータの下方に位置する下面、前記平板状ヒータの上方に位置する上面、及び前記平板状ヒータを間に挟む両側面、により画定されたヒータ収容空間を有するケーシングと、を備え、前記ヒータ収容空間は、前記伝熱面とこれに対向する前記主面との間隙に形成された流路スペースを含み、前記ケーシングは、前記下面において開口して前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設され、前記ヒータ収容空間に連通する流入口と、前記流入口より上方に設けられて前記ヒータ収容空間に連通する流出口と、前記ヒータ収容空間の下方において前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設された流入路と、前記流入路に接続され、かつ、前記流入口を介して前記ヒータ収容空間に接続された連通路と、前記流路スペースにおいて前記主面から前記伝熱面に向かって突出し、前記両側面の間に亘って延設された複数の第１リブと、前記連通路において前記平板状ヒータの下端の延在方向に直交する方向に延設された第２リブと、を有する。

第２の本発明に係る熱交換器は、第１の発明において、前記第１リブは、前記主面からの突出寸法が前記流入口側に比べて前記流出口側で高くなる断面形状を有していてもよい。

第３の本発明に係る熱交換器は、第１または第２の発明において、前記流路スペースは、前記流入口に連通する第１流路と、前記第１流路より前記流出口側に設けられ、かつ、前記第１流路の間隙寸法より大きい間隙寸法を有する第２流路と、を含み、前記第１リブが前記第２流路に配置されていてもよい。

第４の本発明に係る熱交換器は、第３の発明において、前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離が前記第１流路の間隙寸法より大きく形成されていてもよい。

第５の本発明に係る熱交換器は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離が、当該第１リブより前記流入口側に配された前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離より大きくなるように、複数の前記第１リブが形成されていてもよい。

第６の本発明に係る熱交換器は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記流入路は、前記平板状ヒータの下端の延在方向に対して垂直に開口する入水口を含んでいてもよい。

第７の本発明に係る衛生洗浄装置は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の熱交換器と、前記熱交換器が設けられ、給水源に接続されるべき上流端を有する給水路と、前記給水路の下流端に接続されたノズルと、を備えている。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
（衛生洗浄装置の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る衛生洗浄装置を示す斜視図である。衛生洗浄装置１０は、図１に示すように、トイレ内の便器１２の上に配設され、本体１６、便座１８、便蓋２０および操作部２２を備えている。本体１６は、便座１８の後側、つまり着座した使用者から見て背後側に配設されている。本体１６は、横長の筐体であって、この内部に略直方体形状の熱交換器２８が洗浄ユニットとして設けられている。

図２は、図１に示す衛生洗浄装置における洗浄ユニットの構成を概略的に示す図である。この図２に示すように、洗浄ユニットは、給水路２４、熱交換器２８およびノズル３２を有し、タンク２６および電磁弁２７をさらに有していてもよい。この洗浄ユニットにおける各構成は制御部２９により制御されている。給水路２４は、給水源３０に接続されるべき上流端と、ノズル３２に接続されている下流端とを含んでいる。この給水路２４に熱交換器２８、タンク２６および電磁弁２７が下流側に向かって順に設けられている。このため、給水源３０からの水道水（流体、液体、洗浄水）は給水路２４により熱交換器２８およびタンク２６を介してノズル３２に導入される。そして、使用者による操作部２２（図１）の操作で電磁弁２７が開けられると、熱交換器２８で温められタンク２６で温度調整された温水がノズル３２からシャワー状に便器１２（図１）の開口に向かって吐出する。

（熱交換器の構成）
図３は、熱交換器２８をその正面側から見た構成を示す外観図である。図３に示すように、熱交換器２８は直方体形状のケーシング３８を備え、ケーシング３８の一方の側面に入水口８０および出水口８２が設けられている。ケーシング３８は、正面視すると略長方形状であって、その左右方向の長さ寸法が上下方向の高さ寸法より大きく形成されている。出水口８２は入水口８０の上方に設けられ、入水口８０および出水口８２はケーシング３８の側面から突き出している。なお、以下の説明では、熱交換器２８の「長さ方向」を「Ｘ方向」あるいは「左右方向」とも称し、「高さ方向」を「Ｚ方向」あるいは「上下方向」とも称する。

図４は、熱交換器２８を図３の矢視方向（側面側）から見た構成を示す外観図である。図４に示すように、熱交換器２８のケーシング３８の側面は縦長の略長方形状であって、その厚さ寸法が高さ寸法より小さく形成されている。なお、以下の説明では、熱交換器２８の「厚さ方向」を「Ｙ方向」あるいは「前後方向」とも称する。

図５は、図４に示すＢ―Ｂ線に沿って切断した熱交換器２８の構成を示す断面図である。また、図６Ａは、図５に示すＣ―Ｃ線に沿って切断した熱交換器２８の構成を示す断面図である。これら図５及び図６Ａに示すように、ケーシング３８内には平板状ヒータ３４が備えられている。

平板状ヒータ３４は、洗浄水を加熱する部材であって、ケーシング３８のヒータ収容空間４８に収容されている。平板状ヒータ３４は、矩形の平板形状であって、その両面（ヒータ収容空間４８に収容された状態で、正面側及び背面側を向く２つの面）が第一伝熱面３６ａおよび第二伝熱面３６ｂを含む伝熱面３６で構成されている。なお、これら第一および第二伝熱面３６ａ、３６ｂは、局部的に所定温度より高くならないように制御されている。この所定温度は、水の沸点である１００℃以下、好ましくは８０℃以下に設定される。ただし、所定温度は、水に含まれているカルシウムやマグネシウムなどのイオン濃度や、ヒータの所要耐久時間などにより、適宜決められてもよい。

ケーシング３８は、その内部空間（ヒータ収容空間４８）に平板状ヒータ３４を収容するための筐体である。ケーシング３８は、その内部にヒータ収容空間４８に加えて流入路５０および連通路５２を有し、側部には、流入路５０に接続された入水口８０、およびヒータ収容空間４８の上部に接続された出水口８２を有する。ケーシング３８は、たとえば、ＸＺ平面で分割された第一流路形成部材４０および第二流路形成部材４２を組み合わせることにより構成されている。

ヒータ収容空間４８は略板形状であって、ケーシング３８の内面、すなわち、前後２つの主面４８ａ、左右２つの側面４８ｂ、上面４８ｃおよび下面４８ｄで画定されている。前後２つの主面４８ａは、平板状ヒータ３４の第一および第二伝熱面３６ａ、３６ｂにそれぞれ対向して、かつ、各伝熱面３６ａ、３６ｂに対して平行に広がっている。左右２つの側面４８ｂは、その間に平板状ヒータ３４を挟むように、各伝熱面３６ａ、３６ｂに対して垂直に広がっている。上面４８ｃは、平板状ヒータ３４の上方に位置し、平板状ヒータ３４の上端の延在方向（即ち、Ｘ方向（左右方向））に延びている。下面４８ｄは、平板状ヒータ３４の下方に位置し、平板状ヒータ３４の下端に対向しその延在方向（即ち、Ｘ方向（左右方向））に延びている。

ヒータ収容空間４８には、流入口７０、流出口７２および流路スペース７４が設けられている。流入口７０は、図６Ａに示すように、ヒータ収容空間４８の下部を画定する下面４８ｄにおいて開口し、平板状ヒータ３４の下端の延在方向（即ち、Ｘ方向（左右方向））に延びる。流出口７２は、図５に示すように、流入口７０の上方に配置され、たとえば、ヒータ収容空間４８の一方の側部を画定する側面４８ｂに開口して、ケーシング３８の出水口８２と通ずる。また、ヒータ収容空間４８の下部は流入口７０と通じ、上部は流出口７２と通ずる。

流路スペース７４は、ヒータ収容空間４８を画定する主面４８ａと平板状ヒータ３４の伝熱面３６との間の間隙に形成されている。すなわち、流路スペース７４は、一方（正面側，前側）の主面４８ａと第一伝熱面３６ａとの間の間隙の第一流路スペース７４ａと、他方（背面側，後側）の主面４８ａと第二伝熱面３６ｂとの間の間隙の第二流路スペース７４ｂとを有している。

流路スペース７４は、主面４８ａと伝熱面３６との間隙の幅（厚さ）寸法の違いに応じて、上下方向に複数（この実施の形態では、３つ）に区分けされている。すなわち、流路スペース７４は、下部流路７４ｆ、中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔにより構成されている。これらの３つの流路７４ｆ、７４ｓ、７４ｔは、その左右方向（Ｘ方向）の寸法はそれぞれ等しいが、その幅寸法（前後方向の寸法）は上方の流路ほど大きくなっている。このため、流路スペース７４における幅寸法およびＸＹ面での断面積は、下部流路７４ｆ、中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔの順で段階的に大きくなっていく。具体的には、下部流路７４ｆの幅寸法ｗ１は、流入口７０の幅寸法や後述する最大速度の流れの伝熱面３６からの距離の何れよりも大きく、たとえば、０．５〜１．０ｍｍに設定される。中部流路７４ｓの幅寸法ｗ２は、幅寸法ｗ１や気泡が抜ける幅寸法の何れよりも大きく、たとえば、１．５〜３．０ｍｍに設定される。上部流路７４ｔの幅寸法ｗ３は、幅寸法ｗ２や気泡が抜ける幅寸法の何れよりも大きく設定される。

バッファリブ７６は、幅が広い中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔに設けられ、これらの流路７４ｓ、７４ｔ内の流れを混ぜるための第１リブを成す。この実施形態では、中部流路７４ｓを形成する各主面４８ａにおいて６つのバッファリブ７６が配置され、上部流路７４ｔを形成する各主面４８ａにおいて２つのバッファリブ７６が配置されている。これら複数のバッファリブ７６は、たとえば、左右方向（Ｘ方向）へ延設されており、かつ、上下方向（Ｚ方向）に等間隔となるように互いに平行に設けられている。各バッファリブ７６は、ヒータ収容空間４８を形成する主面４８ａから各伝熱面３６に向かって突出し、ヒータ収容空間４８の両側面４８ｂの間の全長に亘って延びている。バッファリブ７６と各伝熱面３６との間の距離が、下部流路７４ｆの幅寸法ｗ１より大きく、かつ、中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔの幅ｗ２、ｗ３の半分より小さくなるように、主面４８ａからのバッファリブ７６の高さが設定される。また、バッファリブ７６と各伝熱面３６との間に後述する最大速度の流れが位置するように、主面４８ａからのバッファリブ７６の高さ（突出寸法）が設定される。このバッファリブ７６の高さ寸法が大きすぎると、気泡がバッファリブ７６と伝熱面３６と間を通過することができなくなる。一方、バッファリブ７６の高さ寸法が小さすぎると、流路７４ｓ、７４ｔ内の流れを十分に混ぜたり、流路７４ｓ、７４ｔ内の流れを速めたりすることができなくなる。

図５に示すように、流入路５０は、平板状ヒータ３４の下端の延在方向（左右方向）に延び、その一端が入水口８０に接続される。図６Ａに示すように、流入路５０の上部に開口部７８が設けられている。開口部７８は、流入路５０の全長に亘って設けられ、平板状ヒータ３４の下端の延在方向に延びる。開口部７８の幅寸法（前後方向寸法）は、流路スペース７４の下部流路７４ｆの幅寸法より狭く、具体的には入水口８０から流入する洗浄水の単位時間当たりの流量に基づいて定められる。開口部７８の幅が狭すぎると、開口部７８を通過する洗浄水の圧力損失が大きくなる。一方、開口部７８の幅が広すぎると、入水口８０からの流入する洗浄水の前後方向の速度を流入路５０において十分に落とした上で、洗浄水を上方へ開口部７８を通過させることが難しくなる。

連通路５２は、ヒータ収容空間４８の流入口７０と流入路５０の開口部７８とを繋ぎ、開口部７８から流入口７０に向かって上方へ流れる洗浄水の速度を高めるための流路である。連通路５２は、平板状ヒータ３４の下端の延在方向に延び、また、開口部７８から流入口７０に向かって前後方向に屈曲しながら上方に延びる。より具体的に説明すると、連通路５２は、開口部７８から上方へ延び、途中で略直角に屈曲して前後方向へ延び、更に途中で略直角に屈曲して上方へと延びて、流入口７０へと至る（後述の図７も参照）。連通路５２の幅寸法およびＸＹ面の断面積は、流入路５０の幅寸法およびＸＹ面の断面積、ならびに流路スペース７４の下部流路７４ｆの幅寸法およびＸＹ面の断面積より小さい。

図６Ｂは、図６Ａの範囲Ｄの拡大図である。図６Ｂに示すように、バッファリブ７６は、ＹＺ面における断面は略直角三角形状または台形状であって、主面４８ａからの高さ寸法が流入口７０（図６Ａ）側に比べて流出口７２（図５）側で大きい。このバッファリブ７６は、斜面７６ａ、頂部７６ｂおよび垂直面７６ｃを有する。斜面７６ａは、斜め上方に向かって主面４８ａから頂部７６ｂへ鈍角で滑らかに立ち上がる。すなわち、斜面７６ａは、伝熱面３６に近づきつつ上方へ向かい、頂部７６ｂに至る面である。頂部７６ｂは、バッファリブ７６の中では主面４８ａから最も離れており、換言すれば、伝熱面３６に最も近い位置にある。垂直面７６ｃは、頂部７６ｂから、伝熱面３６や主面４８ａに対して垂直に延びる面である。なお、バッファリブ７６のＹＺ平面での断面形状は図６Ｂに示す直角三角形状または台形状に限定されない。但し、洗浄水の流れにおける上流側の面（上記「斜面７６ａ」）と主面４８ａとの成す角度が、下流側の面（上記「垂直面７６ｃ」）と主面４８ａとの成す角度よりも、大きくなるように構成されていることが好ましい。また、主面４８ａから伝熱面３６に向かって突出するバッファリブ７６は、伝熱面３６に対して垂直なＹＺ平面において主面４８ａからの高さ寸法が平板状ヒータ３４の上端に向かって高くなる、傾斜面を少なくとも有している。この傾斜面は、流入口７０側から流出口７２に向けて洗浄水の流れを案内するように傾斜していることが好ましい。

図７は、図６Ａの範囲Ｅの拡大図である。図７に示すように、案内リブ５３は、連通路５２を流れる洗浄水を上方へ整流しつつ導く第２リブであって、第一案内リブ部分６０および第二案内リブ部分６８により構成されている。Ｌ字状の第一案内リブ部分６０は、流入路５０の開口部７８から上方に延び、連通路５２に沿って前後方向に屈曲する。第二案内リブ部分６８は、第一案内リブ部分６０の近傍からヒータ収容空間４８の流入口７０に向かって上方に延びる。これらの案内リブ５３は、図５に示すように、左右方向において間隔を開けて複数配置されている。この複数の案内リブ５３の配置間隔は、流入路５０から連通路５２へ流入する洗浄水の流量に応じて設定される。たとえば、左右方向においてほぼ均一な流量で洗浄水が流入する場合、複数の案内リブ５３の配置間隔は等しく設定される。左右方向において入水口８０側で多くの流量の洗浄水が流入する場合、入水口８０に近いほど複数の案内リブ５３の配置間隔が狭く設定される。

図８は、第一流路形成部材４０を内面側（後方）から見たときの構成を示す外観図である。図９は、第一流路形成部材４０の斜視図である。これら図８及び図９に示すように、第一流路形成部材４０は、ＸＺ面に平行な内面および外面を含む。この内面は、第一流路形成部材４０の両面のうち、ヒータ収容空間４８を画定する主面４８ａを含む一方の面を言う。一方、外面は、第一流路形成部材４０の両面のうち他方の面を言う。第一流路形成部材４０は、耐熱性、耐衝撃性や加工性に優れた樹脂、たとえば、それぞれＡＢＳ樹脂にガラス繊維をコンパウンドした強化ＡＢＳ樹脂で形成されている。

第一流路形成部材４０は、主にケーシング３８の内部空間（ヒータ収容空間４８、流入路５０、及び連通路５２）を形成する第一板状部５４と、第一板状部５４の周囲を囲むように設けられた第一フランジ５６とを有する。なお、以下での第一流路形成部材４０の説明では、各部位のうち後方へ向く面を適宜「天面」あるいは「底面」と称する。

第一板状部５４の上部であって第一フランジ５６の下方には、第一突条部５５が設けられている。この第一突条部５５は、第一板状部５４の一方の面から後方へ向けて突出しており、かつ、左右方向へ延びている。更に、左右方向の一方（出水口８２に近い方）にて下方へ湾曲し、その結果、全体的には略Ｌ字状を成している。第一突条部５５の下方には、第一突条部５５に沿うようにして略Ｌ字状に形成された第一窪み部５７が設けられている。第一窪み部５７は、第一突条部５５の天面に対して前方へ窪んだ底面を有している。

第一窪み部５７の下方には、第一壁上部５９が設けられている。この第一壁上部５９は、その天面が略長方形状を成し、該天面が後述するように主面４８ａを成している。従って、この第一壁上部５９の天面（主面４８ａ）には、既に説明したように、複数のバッファリブ７６が左右方向の全域に亘って延設されている。第一壁上部５９の下方には、左右方向へ延びる第一横突部５８が設けられている。第一横突部５８は、第一壁上部５９の天面から更に後方へ突出しており、図７に示すようにＹＺ面での断面が矩形状を成している。

第一横突部５８の下方には、第一壁下部６１が設けられている。第一壁下部６１は、第一横突部５８の天面に対して前方へ窪んだ底面を有しており、この底面は、第一横突部５８に沿って左右方向へ延設されている。これら第一横突部５８と第一壁下部６１とにおいて、第一縦突部６０が設けられている。より詳しくは、この第一縦突部６０は、第一横突部５８の下面から下方へ突出する部分と、第一壁下部６１の底面から後方へ突出する部分とで構成され、側面視で略Ｌ字状を成している（図７参照）。

図１０は、第二流路形成部材４２を内面側（前方）から見たときの構成を示す外観図である。図１１は、第二流路形成部材４２の斜視図である。これら図１０及び図１１に示すように、第二流路形成部材４２は、ＸＺ面に平行な内面および外面を含む。この内面は、第二流路形成部材４２の両面のうち、ヒータ収容空間４８を画定する主面４８ａを含む一方の面を言う。一方、外面は、第二流路形成部材４２の両面のうち他方の面を言う。第二流路形成部材４２は、第一流路形成部材４０と同様に、耐熱性、耐衝撃性や加工性に優れた樹脂で形成されている。

第二流路形成部材４２は、主にケーシング３８の内部空間（ヒータ収容空間４８、流入路５０、及び連通路５２）を形成する第二板状部６２と、第二板状部６２の周囲を囲むように設けられた第二フランジ６４とを有する。この第二フランジ６４は、第二板状部６２に対して前方へ突出して形成されている。なお、以下での第二流路形成部材４２の説明では、各部位のうち前方へ向く面を適宜「天面」あるいは「底面」と称する。

第二板状部６２は、第二フランジ６４に囲まれた領域の大部分を占める第二壁部６５を有する。この第二壁部６５は、その天面が略長方形状を成し、該天面が後述するように主面４８ａを成している。従って、この第二壁部６５の天面（主面４８ａ）には、既に説明したように、複数のバッファリブ７６が左右方向の全域に亘って延びている。第二壁部６５の下方には、左右方向へ延びる第二横突部６６が設けられている。第二横突部６６は段状に形成されており、前方への突出寸法が小さい低部６６ａと、その下側にあって、前方への突出寸法が大きい高部６６ｂとを有している。

第二横突部６６には、複数の第二縦突部６８が設けられている。この第二縦突部６８は、第二横突部６６のうち低部６６ａの天面に設けられており、この天面から前方へ突出し、かつ、上下方向へ延びている。第二横突部６６の下方には、左右方向へ延びる第二窪み部６７が設けられている。この第二窪み部６７は、第二横突部６６の天面に対して後方へ窪んだ底面を有している。

図６Ａに示すように、第一流路形成部材４０の第一突条部５５および第一壁下部６１のそれぞれが、第二流路形成部材４２の第二フランジ６４の内側に入るようにして、第一流路形成部材４０の第一フランジ５６と第二流路形成部材４２の第二フランジ６４とを超音波溶着により水密的に接合する。これにより、ケーシング３８が形成される。このケーシング３８において、第一流路形成部材４０の第一突条部５５の天面および下面、第一窪み部５７の底面、第一壁上部５９の上面および天面、ならびに第一横突部５８の上面が、ヒータ収容空間４８の一部を画定している。また、第二流路形成部材４２の第二フランジ６４の下面、第二壁部６５の天面、第二横突部６６の低部６６ａの上面が、ヒータ収容空間４８の別の一部を画定している。また、第一壁上部５９の天面が、平板状ヒータ３４の第一伝熱面３６ａと対向する主面４８ａを成し、第二壁部６５の天面が、平板状ヒータ３４の第二伝熱面３６ｂと対向する主面４８ａを成している。さらに、第一横突部５８の上面および第二横突部６６の低部６６ａの上面が、平板状ヒータ３４の下端と対向する下面４８ｄを成している。第一横突部５８の天面と第二横突部６６の低部６６ａの天面との間隔、第一横突部５８の下面と第二横突部６６の高部６６ｂの上面との間隔、及び、第一壁下部６１の底面と第二横突部６６の高部６６ｂの天面との間隔によって、連通路５２が画定されている。第一壁下部６１の天面の下部が、第二窪み部６７の開口を覆い、流入路５０を画定している。また、第一縦突部６０は案内リブ５３の第一案内リブ部分６０を成し、第二縦突部６８は案内リブ５３の第二案内リブ部分６８を成している。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、平板状ヒータを模式的に示す外観図である。平板状ヒータ３４は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、セラミック基体４４、電熱線４６および電極（図示せず）により構成されている。電熱線４６は、セラミック基体４４上に印刷された抵抗体パターンであって、その両端は電極に接続されている。電熱線４６に電極から電流が通されると、電熱線４６が発熱し、熱伝導が優れるセラミック基体４４がその熱を伝え、各伝熱面３６が高温になる。この伝熱面３６における単位面積当たりの発熱量は下方ほど高くなるように、電熱線４６がセラミック基体４４上に設けられている。たとえば、図１２Ａに示すように、電熱線４６の断面積が下方ほど細くなる場合、電熱線４６の抵抗値が下方ほど大きくなり、伝熱面３６における単位面積当たりの発熱量が下方ほど高くなる。また、他の例として、図１２Ｂに示すように、蛇行して配置される電熱線４６の間隔が下方ほど小さい場合、伝熱面３６における単位面積当たりの発熱量が下方ほど高くなる。

（熱交換器における洗浄水の流れ）
熱交換器２８では、図５および図６Ａに示すように、水道に接続された入水口８０から流入路５０へ洗浄水が流入する。このとき、水道の給水圧力により洗浄水は長さ方向に流入路５０内を流れる。ここで、流入路５０のＸＹ面における断面積に比べて開口部７８のＸＹ面における断面積が小さい。このため、洗浄水は、流入路５０内において、その左右方向（Ｘ方向）の速度が低減されて、開口部７８から連通路５２に流入する。

この連通路５２におけるＸＹ面における断面積は小さいままであるため、洗浄水は、上方への速度が高められて、速い速度で連通路５２を通過する。これにより、洗浄水に含まれている気泡は、洗浄水の速い流れに沿って留まることなく連通路５２を通り抜ける。ここで、連通路５２において洗浄水は案内リブ５３の間を通る。このとき、上下方向に延びる案内リブ５３は、左右方向に対して垂直な上方へ洗浄水を導き、連通路５２からヒータ収容空間４８へ流入する洗浄水の流量は左右方向においてほぼ均一になる。

流入口７０からヒータ収容空間４８に流入した洗浄水は、第一流路スペース７４ａおよび第二流路スペース７４ｂへ均等に分かれて流れる。この時の各流路スペース７４では下部流路７４ｆ、中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔにおける流体（洗浄水）のレイノルズ数が約２００以下となるように各部の形状が設計されている。即ち、各流路スペース７４を流れる洗浄水は、レイノルズ数が臨界レイノルズ数：２３００より非常に小さいため、層流状態で流れる。

そして、下部流路７４ｆではＸＹ面における断面積が比較的小さいため、洗浄水の流れは速く、強制対流が生じる。よって、洗浄水の流れは伝熱面３６に対して幅方向（前後方向）に速度が大きく、伝熱面３６から洗浄水への熱伝達率が高くなり、洗浄水は効率的に加熱される。また、伝熱面３６は、洗浄水に熱を与え、その温度が低下することにより、伝熱面３６の過熱が防止される。また、下部流路７４ｆでは流れが速く、洗浄水に含まれている気泡が流れに伴い速やかに上方に運ばれる。さらに、下部流路７４ｆにおける伝熱面３６の単位面積当たりの発熱量が高く設定されていても、流入口７０から下部流路７４ｆへ流入した洗浄水は低温状態であり、かつその洗浄水の速い流速で熱伝達率が高い。このため、洗浄水が滞留したり、局所的に加熱されたりすることが抑制されるので、洗浄水が沸騰して気泡が発生することもない。

図１３Ａは、ヒータ収容空間４８における洗浄水の流れを模式的に示す図面である。図１３Ｂは、バッファリブのないヒータ収容空間における洗浄水の流れを模式的に示す図面である。この図１３Ａに示すように、ヒータ収容空間４８の下部流路７４ｆから中部流路７４ｓへと洗浄水が流入する。このように、下部流路７４ｆから中部流路７４ｓに向かう境界部分では、ケーシング３８の主面４８ａが伝熱面３６から離れる方向へと、流路スペース７４の幅が急に広くなっている。ここで、流れの剥離が生じ、主面４８ａに沿っていた流れが伝熱面３６側に離れる。このため、この剥離した流れが伝熱面３６に沿った自然対流の流れと合流し、伝熱面３６側の流れが速くなる。これにより、熱伝達率が高くなり、洗浄水が速やかに加熱される。また、主面４８ａから剥離した流れは伝熱面３６に沿った流れより低温であるため、これらが混ざることにより、伝熱面３６に沿った流れが高温になって沸騰することが抑えられる。

中部流路７４ｓでは幅が広くＸＹ面における断面積が大きいため、洗浄水は自然対流により層流で流れる。このため、図１３Ｂに示すように、バッファリブ７６がない流路スペース７４では伝熱面３６に沿って平行に洗浄水が流れる。この自然対流による流れの速度は非常に小さいため、特に、伝熱面３６近傍の洗浄水は、その温度が非常に高くなり、沸騰し易くなる。

これに対して、図１３Ａに示すように、バッファリブ７６が設けられた中部流路７４ｓでは、伝熱面３６から遠く主面４８ａに沿った流れは、層流のまま、バッファリブ７６の斜面７６ａに従ってスムーズに流れ、伝熱面３６側に寄せられる。これにより、伝熱面３６から遠い流れが伝熱面３６近傍の流れと合流し、伝熱面３６から遠い低温の洗浄水によって伝熱面３６近傍の洗浄水の過度の昇温が低減される。このため、伝熱面３６の近傍で洗浄水が沸騰することが防止される。

また、中部流路７４ｓを流れる洗浄水は、図１４に示す速度分布で流れている。図１４の曲線Ｆは、ヒータ収容空間の幅方向に沿って仮設した直線Ｓ上の各位置における洗浄水の速度を概略的に表している。この直線Ｓと曲線Ｆとの間の長さ寸法が大きいほど、その直線Ｓ上の位置を流れる洗浄水の速度が大きくなる。具体的には、伝熱面３６および主面４８ａに近いほど洗浄水の速度が小さく、幅方向の中央より伝熱面３６に近い位置で洗浄水の速度が最大になる。この最大速度の流れを示す、直線Ｓと曲線Ｆとの間に示される矢印の長さは、その矢印の基端位置Ｓｍにおける洗浄水の速度を模式的に表している。

図１５は、図１３Ａの流路スペースにおける上下方向の位置（横軸）と、最大速度の流れ及び最小速度の流れの伝熱面からの距離（縦軸）との関係を示すグラフである。なお、図１５のグラフにおいて、０〜１５ｍｍの範囲が下部流路７４ｆに相当し、１５〜４０ｍｍの範囲が中部流路７４ｓに相当し、４０〜５０ｍｍの範囲が上部流路７４ｔに相当する。また、このグラフにおいて、ｍａｘで示す線が最大速度の流れの位置を示す。この図１５に示すように、洗浄水の速度が最も大きい最大速度の流れは、伝熱面３６から約０．５ｍｍの距離に位置している。

「ｍａｘ」で示す線によれば、最大速度の流れは、その伝熱面３６からの距離が約０．５ｍｍであって、伝熱面３６の近傍に位置している。ただし、最大速度の流れの伝熱面３６からの距離は、流路スペース７４での上下方向の位置が上方へ向かうなるほどわずかに大きくなっている。このように、流路スペース７４ではその幅が上方に向かって段階的に広くなることにより、最大速度の流れは伝熱面３６から離れる。これに対して、最大速度の流れがバッファリブ７６と伝熱面３６との間に位置するようにバッファリブ７６の高さが設定されているため、最大速度の流れはバッファリブ７６により遮られない。よって、伝熱面３６の近傍の最大速度の流れは、その速度を高い状態で維持することができる。

このように、伝熱面３６近傍の速度の流れの速度が大きい上、図１３Ａを用いて上述したように、伝熱面３６近傍の速度の流れに主面４８ａ側の流れが混合する。このため、流路の断面積が小さいバッファリブ７６の頂部７６ｂにおいて洗浄水の流速が速まり、伝熱面３６に近い位置の最大速度の流れがさらに速まる。よって、伝熱面３６から洗浄水への熱伝達率が増し、洗浄水が効率的に加熱される。また、バッファリブ７６の高さは泡が抜ける大きさに設定されているため、この速い流れによって泡が押し上げられて、中部流路７４ｓに留まることなく上昇する。

そして、洗浄水がバッファリブ７６の頂部７６ｂを通ると、垂直面７６ｃによって中部流路７４ｓの幅は急に広がる。このため、流れの剥離が生じ、主面４８ａ側の流れが伝熱面３６側へ離れる。これにより、流れが再び混合されて、伝熱面３６側の洗浄水の温度が低下し、洗浄水の温度が流路の幅方向において均等になる。

このように、中部流路７４ｓを流れた洗浄水は、上部流路７４ｔに流入し、中部流路７４ｓの場合と同様に伝熱面３６により加熱されたり、流れが混合されたりしながら、図５に示すように、流路スペース７４を流出口７２へ向かう。このように、ほぼ均一に加熱された洗浄水は、流出口７２を介して出水口８２から流出する。

（効果）
連通路５２および案内リブ５３により高さ方向の洗浄水の速い流れが形成され、バッファリブ７６によりその流速が流路スペース７４内において保持される。これにより、泡が留まることなく速やかに上方に排出され、また、伝熱面３６からの熱伝達率が向上し、さらに、伝熱面３６の過熱が防止される。この結果、熱交換器２８のコンパクト化が図られ、かつ、スケールの発生が防止される。さらに、段階的に拡大する流路スペース７４によりこれらの効果が促進される。

すなわち、連通路５２の案内リブ５３により長さ方向に流入する洗浄水は、高さ方向に案内される。そして、洗浄水は、長さ方向において均一に流路スペース７４に流入し、流路スペース７４を高さ方向に層流で速やかに流れる。このため、流路スペース７４において高さ方向において一様に洗浄水が伝熱面３６と効率的に熱交換し、伝熱面３６の温度分布が一様になる。よって、板状ヒータの温度差による熱応力で平板状ヒータ３４に亀裂や割れなどが生じることが防がれる。

また、流路スペース７４を洗浄水が上方へ層流で流れることにより、泡がこの層流にスムーズに上方に運ばれる。よって、泡が伝熱面３６に付着して、スケールが伝熱面３６に発生したり、伝熱面３６が局部的に高温になったりすることが防がれる。

さらに、入水口８０からの給水圧力が高い場合、洗浄水の長さ方向の速度を低減するためには、流入路５０のサイズを大きくしたり、連通路５２の幅を非常に細くしたりする必要がある。流入路５０のサイズを大きくすると、熱交換器２８が大型化してしまう。また、連通路５２の幅を非常に細くすると、圧力損失が大きくなってしまう。これに対し、案内リブ５３により洗浄水の長さ方向の速度が低減されるため、流入路５０の小型化および圧力損失の低下を実現することができる。

下部流路７４ｆ、中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔと段階的に流路スペース７４の幅が広がることにより、主面４８ａからの流れの剥離が生じ、伝熱面３６近傍の高温の流れに主面４８ａ側の低温の流れが合流する。このため、伝熱面３６近傍の洗浄水および伝熱面３６の温度が低減し、沸騰による泡の発生およびスケールの生成が低減される。

また、伝熱面３６近傍の最大速度の流れに主面４８ａ側の流れが合流することにより、伝熱面３６近傍の流れが速くなる。このため、伝熱面３６から洗浄水に対する熱伝達率が向上し、洗浄水が伝熱面３６から効率的に加熱される。さらに、速い流れによって泡が速やかに上方に運ばれるため、泡の付着による伝熱面３６におけるスケールの生成が防止される。

自然対流が生じる中部流路７４ｓおよび上部流路７４ｔにバッファリブ７６が設けられ、このバッファリブ７６により主面４８ａ側の流れが伝熱面３６近傍の流れに合流している。よって、伝熱面３６近傍の高温の洗浄水の温度が主面４８ａ側の低温の洗浄水により低減され、洗浄水の沸騰、泡の発生およびスケールの生成が防止される。

また、バッファリブ７６が最大速度の流れを阻害しない位置に配されている。このため、伝熱面３６近傍の最大速度の流れに主面４８ａ側の流れが合流し、最大速度の流れの速度が増加する。これにより、伝熱面３６近傍における伝熱面３６から洗浄水への熱伝達率が向上し、洗浄水が効率的に加熱される。さらに、伝熱面３６に沿った速い流れにより泡が速やかに上方に運ばれ、伝熱面３６における泡の付着およびスケールの生成が防止される。

さらに、バッファリブ７６が略直角三角形状を有することにより、流れの混合、流れの加速および泡の移動がスムーズに行われる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では、ヒータ収容空間４８の主面４８ａからのバッファリブ７６の高さは全て等しかった。これに対して、流出口７２側に向かってバッファリブ７６の高さが低くなるように設定してもよい。これにより、バッファリブ７６と伝熱面３６との間の距離が流出口７２側に向かって広がる。このため、泡が加熱され、流出口７２側に向かって泡が大きくなっても、泡はバッファリブ７６と伝熱面３６との間をスムーズに通過することができる。よって、伝熱面３６における泡の付着およびスケールの発生をさらに抑制することができる。

（その他の変形例）
上記実施の形態では、入水口８０は流入路５０の長さ方向の一端に設けられていたが、この位置に限定されない。たとえば、入水口８０は、流入路５０の側部または下部に設けられていてもよい。

上記実施の形態では、流入路５０からヒータ収容空間４８まで連通路５２の幅が一定に設定されていた。これに対して、流入路５０からヒータ収容空間４８に向かって幅が狭くなるように、連通路５２が形成されていてもよい。この場合、幅が狭くなるに伴い、洗浄水の速度が速くなる。このため、泡が連通路５２に留まることなく、速やかに上方に排出される。

上記実施の形態では、第一案内リブ部分６０および第二案内リブ部分６８により案内リブ５３が構成されていた。これに対して、第一案内リブ部分６０および第二案内リブ部分６８のいずれか一方により案内リブが構成されていてもよい。また、第一案内リブ部分６０および第二案内リブ部分６８が連結して案内リブが形成されてもよい。さらに、第一案内リブ部分６０がＬ字状であって、第二案内リブ部分６８が直線状であったが、これらの形状はこれに限らない。

上記実施の形態では、バッファリブ７６のＹＺ面における断面が略直角三角形状に形成されていたが、これに限定されない。たとえば、断面形状が正三角形状など他の三角形状、四角形状などの多角形状、または曲線で囲まれた形状など形成される。

上記実施の形態では、流出口７２は、ヒータ収容空間４８の側面４８ｂに開口したが、この位置に限らない。流出口７２は、ヒータ収容空間４８の上面４８ｃなど、流入口７０の上方に配置されていればよい。

また、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置は、スケールの発生を低減することができるコンパクトな熱交換器およびそれを備える衛生洗浄装置等として有用である。

１０ 衛生洗浄装置
２４ 給水路
２８ 熱交換器
３０ 給水源
３２ ノズル
３４ 平板状ヒータ
３６ 伝熱面
３８ ケーシング
４８ ヒータ収容空間（収容空間）
４８ａ 主面
４８ｂ 側面
４８ｄ 下面
５０ 流入路
５２ 連通路
５３ 案内リブ（第２リブ）
７０ 流入口
７２ 流出口
７４ 流路スペース
７４ｆ 下部流路（第１流路）
７４ｓ 中部流路（第２流路）
７４ｔ 上部流路（第２流路）
７６ バッファリブ（第１リブ）
７８ 開口部
８０ 入水口

Claims (5)

1. 上下方向に延びる伝熱面を有する平板状ヒータと、
   前記平板状ヒータの伝熱面に対向する主面、前記平板状ヒータの下方に位置する下面、前記平板状ヒータの上方に位置する上面、及び前記平板状ヒータを間に挟む両側面、により画定されたヒータ収容空間を有するケーシングと、を備え、
   前記ヒータ収容空間は、前記伝熱面とこれに対向する前記主面との間隙に形成された流路スペースを含み、
   前記ケーシングは、
   前記下面において開口して前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設され、前記ヒータ収容空間に連通する流入口と、
   前記流入口より上方に設けられて前記ヒータ収容空間に連通する流出口と、
   前記ヒータ収容空間の下方において前記平板状ヒータの下端の延在方向に延設された流入路と、
   前記流入路に接続され、かつ、前記流入口を介して前記ヒータ収容空間に接続された連通路と、
   前記流路スペースにおいて前記主面から前記伝熱面に向かって突出し、前記両側面の間に亘って延設された複数の第１リブと、
   前記連通路において前記平板状ヒータの下端の延在方向に直交する方向に延設された第２リブと、を有し、
   前記流路スペースは、前記流入口に連通する第１流路と、前記第１流路より前記流出口側に設けられ、かつ、前記第１流路の間隙寸法より大きい間隙寸法を有する第２流路と、を含み、
   前記第１リブが前記第２流路に配置されており、
   前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離が前記第１流路の間隙寸法より大きく形成されている、熱交換器。
2. 前記第１リブは、前記主面からの突出寸法が前記流入口側に比べて前記流出口側で高くなる断面形状を有している、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離が、当該第１リブより前記流入口側に配された前記第１リブと前記平板状ヒータの伝熱面との間の距離より大きくなるように、複数の前記第１リブが形成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記流入路は、前記平板状ヒータの下端の延在方向に対して垂直に開口する入水口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱交換器と、
   前記熱交換器が設けられ、給水源に接続されるべき上流端を有する給水路と、
   前記給水路の下流端に接続されたノズルと、を備えている、衛生洗浄装置。

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