JP7525569B2 - Heat exchange unit and cleaning device equipped with same - Google Patents

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Description

本開示は、流体加熱装置、粉体加熱装置、気体加熱装置、酸素センサ、はんだごて等に用いられる熱交換ユニットおよびこれを備えた洗浄装置に関する。 This disclosure relates to a heat exchange unit used in a fluid heating device, a powder heating device, a gas heating device, an oxygen sensor, a soldering iron, etc., and a cleaning device equipped with the same.

流体加熱装置に用いられる熱交換ユニットとして、特許文献1は、筒状のセラミックヒータを、流体流路を内部に有し、流体流路と外部とを連通させる流出口が設けられているケースに挿着してなり、流体をセラミックヒータの内部および外部にて加熱し、ケースの流出口から外部に流出させる熱交換ユニットを開示している。 As a heat exchange unit used in a fluid heating device, Patent Document 1 discloses a heat exchange unit in which a cylindrical ceramic heater is inserted into a case having an internal fluid flow path and an outlet that connects the fluid flow path to the outside, heating the fluid inside and outside the ceramic heater and discharging it to the outside from the outlet of the case.

被加熱物を効果的に加熱可能な熱交換ユニットを提供することが求められている。特許文献1は、セラミックヒータに含まれる発熱抵抗体の具体的な構成を開示していない。そのため、特許文献1に記載された熱交換ユニットでは、流体を効果的に加熱できないことがある。 There is a demand for a heat exchange unit that can effectively heat an object to be heated. Patent Document 1 does not disclose the specific configuration of the heating resistor contained in the ceramic heater. Therefore, the heat exchange unit described in Patent Document 1 may not be able to effectively heat a fluid.

特開2014-228252号公報JP 2014-228252 A

本開示の一つの態様の熱交換ユニットは、長手方向に延びる、両端が開放された筒状のセラミック体と、前記セラミック体に埋設され、前記セラミック体の長手方向一方端部から他方端部に向かって延びており、複数の直線状部分と複数の折り返し部分とを含み、ミアンダ状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続され、前記セラミック体の前記他方端部に向かって延びて単位長さ当たりの抵抗値が前記発熱抵抗体よりも低い引出導体と、前記セラミック体が挿通される孔を有し、接合材を介して前記セラミック体の前記他方端部寄りの外周面に接合されているフランジと、を含むヒータと、一端部が閉塞され、他端部が開放されている筒状のケースであって、開放された前記他端部の開口に前記ヒータが挿着され、少なくとも、前記セラミック体の一方端部寄りの部分を収容しているケースと、を備え、前記セラミック体の内周面によって規定される第1空間と前記セラミック体の外周面および前記ケースの内周面によって規定される第2空間とが連通し、前記第1空間および前記第2空間が流体の流路を形成し、前記ケースは、前記第2空間と外部とを連通させる流出口を有し、前記ヒータは、前記フランジが前記ケースの開口を塞ぐように前記ケースに挿着され、
前記発熱抵抗体における複数の前記折り返し部分が、前記接合材と重なる部分に位置していることを特徴とする。
A heat exchange unit according to one aspect of the present disclosure includes a heater including: a cylindrical ceramic body extending in a longitudinal direction and having both ends open; a meandering heating resistor embedded in the ceramic body, extending from one longitudinal end of the ceramic body toward the other longitudinal end of the ceramic body, and including a plurality of straight portions and a plurality of folded portions; a lead conductor connected to the heating resistor, extending toward the other longitudinal end of the ceramic body, and having a resistance value per unit length lower than that of the heating resistor ; and a flange having a hole through which the ceramic body is inserted and joined to an outer circumferential surface of the ceramic body near the other longitudinal end via a joining material. and a cylindrical case having one end closed and the other end open, the heater being inserted into the opening of the other end that is open, and housing at least a portion of the ceramic body near one end, wherein a first space defined by an inner circumferential surface of the ceramic body communicates with a second space defined by an outer circumferential surface of the ceramic body and an inner circumferential surface of the case, the first space and the second space form a flow path for a fluid, the case has an outlet that communicates the second space with the outside, the heater is inserted into the case such that the flange closes the opening of the case,
The heating resistor is characterized in that the plurality of folded-back portions are located in portions overlapping with the bonding material.

また、本開示の一つの態様の熱交換ユニットは、長手方向に延びる、両端が開放された筒状のセラミック体と、前記セラミック体に埋設され、前記セラミック体の長手方向一方端部から他方端部に向かって延びており、複数の直線状部分と複数の折り返し部分とを含むミアンダ状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続され、前記セラミック体の前記他方端部に向かって延びて単位長さ当たりの抵抗値が前記発熱抵抗体よりも低い引出導体と、前記セラミック体が挿通される孔を有し、接合材を介して前記セラミック体の前記他方端部寄りの外周面に接合されているフランジと、を含むヒータと、一端部が閉塞され、他端部が開放されている筒状のケースであって、開放された前記他端部の開口に前記ヒータが挿着され、少なくとも、前記セラミック体の一方端部寄りの部分を収容しているケースと、を備え、前記セラミック体の内周面によって規定される第1空間と前記セラミック体の外周面および前記ケースの内周面によって規定される第2空間とが連通し、前記第1空間および前記第2空間が流体の流路を形成し、前記ケースは、前記第2空間と外部とを連通させる流出口を有し、前記ヒータは、前記フランジが前記ケースの開口を塞ぐように前記ケースに挿着され、前記発熱抵抗体と前記引出導体との境界が、前記接合材と重なる部分に位置していることを特徴とする。 Also, a heat exchange unit according to one aspect of the present disclosure includes a heater including: a cylindrical ceramic body extending in the longitudinal direction and having both ends open; a meandering heating resistor embedded in the ceramic body and extending from one longitudinal end of the ceramic body toward the other longitudinal end and including a plurality of straight portions and a plurality of folded portions; a lead conductor connected to the heating resistor, extending toward the other longitudinal end of the ceramic body and having a resistance value per unit length lower than that of the heating resistor ; and a flange having a hole through which the ceramic body is inserted and joined to an outer peripheral surface of the ceramic body near the other longitudinal end via a joining material; and a heater having one end closed and the other end open. The present invention is characterized in that the heater is inserted into the case so that the flange closes the opening of the case, the heater being inserted into the opening of the other end, and the case housing at least a portion of the ceramic body near one end, a first space defined by the inner surface of the ceramic body is connected to a second space defined by the outer surface of the ceramic body and the inner surface of the case, the first space and the second space form a flow path for a fluid, the case has an outlet connecting the second space to the outside, the heater is inserted into the case so that the flange closes the opening of the case, and the boundary between the heating resistor and the lead conductor is located in the portion overlapping with the bonding material.

本開示の一つの態様の洗浄装置は、上記の熱交換ユニットを備え、前記流路を流過する、前記ヒータによって加熱された流体を、前記流出口を介して外部に流出させることを特徴とする。 A cleaning device according to one aspect of the present disclosure is characterized in that it includes the above-mentioned heat exchange unit, and the fluid that flows through the flow path and is heated by the heater is discharged to the outside via the outlet.

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す斜視図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す、図1Aとは異なる視点の斜視図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す断面図である。 図2Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。 図3Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。 図4Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。 本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。
The objects, features and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a heat exchange unit of the present disclosure. FIG. 1B is a perspective view showing an example of an embodiment of a heat exchange unit of the present disclosure, viewed from a different perspective than FIG. 1A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a heat exchange unit of the present disclosure. FIG. 2B is an exploded view of a ceramic body in the heat exchange unit shown in FIG. 2A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a heat exchange unit according to the present disclosure. FIG. 3B is an exploded view of a ceramic body in the heat exchange unit shown in FIG. 3A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a heat exchange unit according to the present disclosure. FIG. 4B is an exploded view of a ceramic body in the heat exchange unit shown in FIG. 4A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a heat exchange unit according to the present disclosure. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a heat exchange unit according to the present disclosure. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a heat exchange unit according to the present disclosure.

以下、本開示の熱交換ユニットの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure with reference to the drawings.

図1Aは、本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す斜視図であり、図1Bは、本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す、図1Aとは異なる視点の斜視図であり、図2Aは、本開示の熱交換ユニットの実施形態の一例を示す断面図であり、図2Bは、図2Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。なお、図1A,1Bでは、ケースを省略して図示している。なお、図2Aは、貫通導体および電極パッドを模式的に示しており、図2Aおける貫通導体および電極パッドの位置は、正確に図示されたものではない。図1B,2Bでは、発熱抵抗体および引出導体にハッチングを付して示している。図2Bでは、セラミック体の表層部の、芯材に臨む面を展開して示している。 1A is a perspective view showing an example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure, FIG. 1B is a perspective view showing an example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure from a different viewpoint than FIG. 1A, FIG. 2A is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure, and FIG. 2B is an expanded view of the ceramic body in the heat exchange unit shown in FIG. 2A. Note that in FIGS. 1A and 1B, the case is omitted. Note that FIG. 2A shows the through conductors and electrode pads in a schematic manner, and the positions of the through conductors and electrode pads in FIG. 2A are not shown accurately. In FIGS. 1B and 2B, the heating resistor and the lead conductor are shown with hatching. In FIG. 2B, the surface of the surface layer of the ceramic body facing the core material is shown expanded.

熱交換ユニット1は、ヒータ3とケース4とを備える。ヒータ3は、セラミック体5と発熱抵抗体6とを含んでいる。 The heat exchange unit 1 includes a heater 3 and a case 4. The heater 3 includes a ceramic body 5 and a heating resistor 6.

セラミック体5は、長手方向(図2Aにおける左右方向)に延びる筒状の部材である。セラミック体5の、長手方向における一方端部(先端)5dおよび他方端部(後端)5eは開放されている。セラミック体5は、三角筒状、四角筒状、円筒状、楕円筒状等であってもよく、その他の形状であってもよい。本実施形態では、例えば図1A,1Bに示すように、セラミック体5は円筒状とされている。 The ceramic body 5 is a cylindrical member extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2A). One end (front end) 5d and the other end (rear end) 5e in the longitudinal direction of the ceramic body 5 are open. The ceramic body 5 may be in the shape of a triangular tube, a square tube, a cylinder, an elliptical tube, or other shape. In this embodiment, the ceramic body 5 is cylindrical, for example, as shown in FIGS. 1A and 1B.

セラミック体5は、絶縁性のセラミック材料からなる。セラミック体5で用いられる絶縁性のセラミック材料としては、例えば、アルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウムが挙げられる。耐酸化性を有し、製造しやすいという観点からは、アルミナを用いることができる。高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性に優れるという観点からは、窒化珪素を用いることができる。熱伝導に優れるという観点からは、窒化アルミニウムを用いることができる。セラミック体5は、発熱抵抗体6に含まれる金属元素の化合物を含有していてもよい。例えば、発熱抵抗体6にタングステンまたはモリブデンが含まれている場合には、セラミック体5は、WSiまたはMoSiを含有していてもよい。 The ceramic body 5 is made of an insulating ceramic material. Examples of the insulating ceramic material used in the ceramic body 5 include alumina, silicon nitride, and aluminum nitride. Alumina can be used from the viewpoint of oxidation resistance and ease of manufacture. Silicon nitride can be used from the viewpoint of high strength, high toughness, high insulation, and excellent heat resistance. Aluminum nitride can be used from the viewpoint of excellent thermal conductivity. The ceramic body 5 may contain a compound of the metal element contained in the heating resistor 6. For example, when the heating resistor 6 contains tungsten or molybdenum, the ceramic body 5 may contain WSi2 or MoSi2 .

セラミック体5の内周面5fおよび外周面5gの少なくとも一方は、金属材料から成る被覆層によって被覆されていてもよい。被覆層に用いられる金属材料としては、例えば、銀、金、銅、ニッケル等を含む金属材料が挙げられる。被覆層の外表面には、酸化膜が形成されていてもよい。セラミック体5の内周面5fおよび外周面5gの少なくとも一方を被覆層で被覆することにより、セラミック体5の耐蝕性を向上させることができ、ひいては、熱交換ユニット1の耐久性を高めることができる。 At least one of the inner peripheral surface 5f and the outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5 may be coated with a coating layer made of a metal material. Examples of the metal material used for the coating layer include metal materials containing silver, gold, copper, nickel, etc. An oxide film may be formed on the outer surface of the coating layer. By coating at least one of the inner peripheral surface 5f and the outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5 with a coating layer, the corrosion resistance of the ceramic body 5 can be improved, and the durability of the heat exchange unit 1 can be increased.

本実施形態では、例えば図1A,1B,2Aに示すように、セラミック体5は、芯材5aと表層部5bとを有している。芯材5aは、セラミック体5の長手方向に延びる円筒状の部材であり、両端部が開放されている。表層部5bは、芯材5aの外周面に配設されている。表層部5bは、芯材5aの外周面の全てを覆っていてもよく、芯材5aの外周面の一部のみを覆っていてもよい。本実施形態では、芯材5aの両端部が、表層部5bによって覆われておらず、表層部5bから露出している。芯材5aは、例えば、セラミック体5の長手方向における全長が30mm~150mmであり、外径が10mm~20mmであり、内径が8mm~18mmである。表層部5bは、例えば、セラミック体5の長手方向における全長が28mm~148mmであり、厚みが0.2mm~1mmである。 In this embodiment, as shown in, for example, Figures 1A, 1B, and 2A, the ceramic body 5 has a core material 5a and a surface layer portion 5b. The core material 5a is a cylindrical member extending in the longitudinal direction of the ceramic body 5, and both ends are open. The surface layer portion 5b is disposed on the outer peripheral surface of the core material 5a. The surface layer portion 5b may cover the entire outer peripheral surface of the core material 5a, or may cover only a part of the outer peripheral surface of the core material 5a. In this embodiment, both ends of the core material 5a are not covered by the surface layer portion 5b, and are exposed from the surface layer portion 5b. For example, the core material 5a has a total length in the longitudinal direction of the ceramic body 5 of 30 mm to 150 mm, an outer diameter of 10 mm to 20 mm, and an inner diameter of 8 mm to 18 mm. For example, the surface layer portion 5b has a total length in the longitudinal direction of the ceramic body 5 of 28 mm to 148 mm, and a thickness of 0.2 mm to 1 mm.

セラミック体5は、外周面5gに長手方向に延びる凹部5cを有している。凹部5cは、例えば図1A,1Bに示すように、表層部5bが芯材5aの外周面の全てを覆っておらず、芯材5aの外周面の一部が露出することによって形成されている。凹部5cは、表層部5bの、セラミック体5の長手方向における全長にわたって設けられていてもよく、表層部5bの、セラミック体5の長手方向における一部のみに設けられていてもよい。 The ceramic body 5 has a recess 5c extending in the longitudinal direction on the outer peripheral surface 5g. The recess 5c is formed by exposing a part of the outer peripheral surface of the core material 5a, rather than covering the entire outer peripheral surface of the core material 5a, as shown in, for example, FIGS. 1A and 1B. The recess 5c may be provided over the entire length of the surface layer 5b in the longitudinal direction of the ceramic body 5, or may be provided only in a part of the surface layer 5b in the longitudinal direction of the ceramic body 5.

発熱抵抗体6は、導電性を有する、線状または帯状の部材である。発熱抵抗体6は、電流が流れることによって発熱し、セラミック体5を介して、被加熱物を加熱する。発熱抵抗体6は、セラミック体5に埋設され、セラミック体5の一方端部5dから他方端部5eに向かって延びている。本実施形態では、例えば図1Bに示すように、発熱抵抗体6は、芯材5aと表層部5bとの間に配設されており、芯材5aの露出した外周面には配設されていない。 The heating resistor 6 is a linear or strip-shaped member having electrical conductivity. The heating resistor 6 generates heat when a current flows through it, and heats the object to be heated via the ceramic body 5. The heating resistor 6 is embedded in the ceramic body 5 and extends from one end 5d of the ceramic body 5 to the other end 5e. In this embodiment, as shown in FIG. 1B, for example, the heating resistor 6 is disposed between the core material 5a and the surface layer 5b, and is not disposed on the exposed outer peripheral surface of the core material 5a.

発熱抵抗体6は、高融点の金属を主成分とする導電性材料から成る。発熱抵抗体6で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。発熱抵抗体6は、セラミック体5の形成材料を含んでいてもよい。また、発熱抵抗体6の寸法は、例えば、幅を0.3mm~2mm、厚みを0.01mm~0.1mm、全長を500mm~5000mmと設定することができる。発熱抵抗体6の寸法は、発熱抵抗体6の発熱温度および発熱抵抗体6に印加する電圧等に応じて適宜設定される。 The heating resistor 6 is made of a conductive material mainly composed of a high melting point metal. Examples of conductive materials used in the heating resistor 6 include conductive materials mainly composed of tungsten, molybdenum, or rhenium. The heating resistor 6 may also contain the material from which the ceramic body 5 is formed. The dimensions of the heating resistor 6 can be set to, for example, a width of 0.3 mm to 2 mm, a thickness of 0.01 mm to 0.1 mm, and a total length of 500 mm to 5000 mm. The dimensions of the heating resistor 6 are set appropriately depending on the heating temperature of the heating resistor 6 and the voltage applied to the heating resistor 6.

発熱抵抗体6は、セラミック体5の周方向に沿って一方端部5dと他方端部5eとの間で繰り返して折り返して往復した形状の導体パターンを有している。換言すると、発熱抵抗体6は、複数の直線状部分6aと複数の折り返し部分6bとを含むミアンダ状の導体パターンを有している。複数の直線状部分6aは、セラミック体5の長手方向に沿って延び、それぞれが間隙を介して並設されている。複数の折り返し部分6bは、セラミック体5の長手方向に垂直な断面で見たときに、セラミック体5の周方向に沿って延び、隣り合う直線状部分6aの端部同士を接続している。折り返し部分6bは、図1B,2Bに示すような直線形状であってもよく、曲線形状であってもよい。発熱抵抗体6の横断面は、円形状、楕円形状、矩形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。 The heating resistor 6 has a conductor pattern that is repeatedly folded back and forth between one end 5d and the other end 5e along the circumferential direction of the ceramic body 5. In other words, the heating resistor 6 has a meandering conductor pattern including a plurality of straight portions 6a and a plurality of folded portions 6b. The plurality of straight portions 6a extend along the longitudinal direction of the ceramic body 5 and are arranged side by side with gaps between them. The plurality of folded portions 6b extend along the circumferential direction of the ceramic body 5 when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 5, and connect the ends of adjacent straight portions 6a. The folded portions 6b may be linear as shown in Figures 1B and 2B, or may be curved. The cross section of the heating resistor 6 may be circular, elliptical, rectangular, or other shapes.

セラミック体5は、一対の引出導体7と、貫通導体8と、電極パッド9とをさらに有している。 The ceramic body 5 further includes a pair of lead conductors 7, a through conductor 8, and an electrode pad 9.

引出導体7は、セラミック体5の長手方向に延びる、線状または帯状の部材である。引出導体7は、例えば図2Aに示すように、芯材5aと表層部5bとの間に配設されている。各引出導体7の一方の端部は、発熱抵抗体6に接続されている。また、各引出導体7の他方の端部は、発熱抵抗体6に接続された一方の端部よりも、セラミック体5の他方端部5e側に位置している。 The lead conductors 7 are linear or strip-shaped members extending in the longitudinal direction of the ceramic body 5. The lead conductors 7 are disposed between the core material 5a and the surface layer 5b, as shown in FIG. 2A, for example. One end of each lead conductor 7 is connected to the heating resistor 6. The other end of each lead conductor 7 is located closer to the other end 5e of the ceramic body 5 than the one end connected to the heating resistor 6.

引出導体7は、高融点の金属を主成分とする導電性材料から成る。引出導体7で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。引出導体7は、セラミック体5の形成材料を含んでいてもよい。 The lead-out conductor 7 is made of a conductive material mainly composed of a high melting point metal. Examples of conductive materials used in the lead-out conductor 7 include conductive materials mainly composed of tungsten, molybdenum, or rhenium. The lead-out conductor 7 may also contain the material from which the ceramic body 5 is formed.

引出導体7は、発熱抵抗体6よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。引出導体7は、セラミック体5の形成材料の含有量を発熱抵抗体6よりも少なくすることによって、発熱抵抗体6よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。あるいは、引出導体7は、引出導体7の横断面の面積を発熱抵抗体6の横断面の面積よりも大きくすることによって、発熱抵抗体6よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。 The lead conductor 7 may have a lower resistance per unit length than the heating resistor 6. The lead conductor 7 may have a lower resistance per unit length than the heating resistor 6 by making the content of the material forming the ceramic body 5 less than that of the heating resistor 6. Alternatively, the lead conductor 7 may have a lower resistance per unit length than the heating resistor 6 by making the cross-sectional area of the lead conductor 7 larger than that of the heating resistor 6.

貫通導体8は、セラミック体5の内部に配設され、セラミック体5の径方向に延びている。本実施形態では、貫通導体8は、セラミック体の表層部5bを径方向に貫通している。貫通導体8の一方の端面は、引出導体7の、発熱抵抗体6に接続されていない他方の端部に接続され、貫通導体8の他方の端面は、セラミック体5の外周面5gに露出している。 The through conductor 8 is disposed inside the ceramic body 5 and extends radially through the ceramic body 5. In this embodiment, the through conductor 8 penetrates the surface layer 5b of the ceramic body in the radial direction. One end face of the through conductor 8 is connected to the other end of the lead-out conductor 7 that is not connected to the heating resistor 6, and the other end face of the through conductor 8 is exposed to the outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5.

貫通導体8は、高融点の金属を主成分とする導電性材料から成る。貫通導体8で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。貫通導体8は、セラミック体5の形成材料を含んでいてもよい。 The through conductor 8 is made of a conductive material mainly composed of a high melting point metal. Examples of conductive materials used in the through conductor 8 include conductive materials mainly composed of tungsten, molybdenum, or rhenium. The through conductor 8 may also contain the material from which the ceramic body 5 is formed.

電極パッド9は、セラミック体5の外周面に配設されている。電極パッド9は、貫通導体8の、セラミック体5の外周面5gに露出している端面を覆っている。電極パッド9は、リード端子が接合され、リード端子を介して、外部回路(外部電源)と電気的に接続される。電極パッド9は、導電性材料から成り、電極パッド9で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等からなる導電性材料が挙げられる。また、電極パッド9の外表面には、例えば、ニッケル-ボロン、金等からなるめっき層が設けられていてもよい。電極パッド9は、例えば、厚みが10μm~300μmであり、長さおよび幅が1mm~10mmである。 The electrode pad 9 is disposed on the outer peripheral surface of the ceramic body 5. The electrode pad 9 covers the end surface of the through conductor 8 that is exposed on the outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5. A lead terminal is joined to the electrode pad 9, and the electrode pad 9 is electrically connected to an external circuit (external power source) via the lead terminal. The electrode pad 9 is made of a conductive material, and examples of the conductive material used in the electrode pad 9 include conductive materials made of tungsten, molybdenum, etc. In addition, the outer surface of the electrode pad 9 may be provided with a plating layer made of, for example, nickel-boron, gold, etc. The electrode pad 9 has a thickness of, for example, 10 μm to 300 μm, and a length and width of 1 mm to 10 mm.

ヒータ3は、図2Aに示すように、金属層11とフランジ12とをさらに有している。 The heater 3 further includes a metal layer 11 and a flange 12, as shown in FIG. 2A.

金属層11は、セラミック体5の外周面5gに配設されている。金属層11は、例えば図2Aに示すように、電極パッド9よりも、セラミック体5の一方端部5d側に位置している。金属層11は、例えば、タングステン、モリブデン等の金属材料から成る。 The metal layer 11 is disposed on the outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5. As shown in FIG. 2A, for example, the metal layer 11 is located closer to one end 5d of the ceramic body 5 than the electrode pad 9. The metal layer 11 is made of a metal material such as tungsten or molybdenum.

金属層11の外表面には、接合材13を介して、フランジ12が接合される。金属層11の外表面には、ニッケル、錫、金等から成るめっき層が形成されていてもよい。これにより、金属層11と接合材13との濡れ性を向上させることができ、ひいては、セラミック体5とフランジ12との接合強度を高めることができる。 The flange 12 is bonded to the outer surface of the metal layer 11 via a bonding material 13. A plating layer made of nickel, tin, gold, or the like may be formed on the outer surface of the metal layer 11. This can improve the wettability between the metal layer 11 and the bonding material 13, and can therefore increase the bonding strength between the ceramic body 5 and the flange 12.

フランジ12は、例えば金属材料から成る、環状の部材である。フランジ12は、ヒータ3を外部機器に取り付けやすくするための部材であり、ヒータ3のセラミック体5が挿通される孔12dを有している。フランジ12に用いられる金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、鉄-ニッケル-コバルト合金等が挙げられる。耐蝕性の観点からは、ステンレス鋼を用いることができる。また、フランジ12の表面は、ニッケル、錫、金等の金属を主成分とするめっき層で被覆されていてもよく、これにより、フランジ12の耐蝕性を向上させることができる。 The flange 12 is an annular member made of, for example, a metal material. The flange 12 is a member for making it easier to attach the heater 3 to an external device, and has a hole 12d through which the ceramic body 5 of the heater 3 is inserted. Examples of metal materials used for the flange 12 include stainless steel and iron-nickel-cobalt alloys. From the viewpoint of corrosion resistance, stainless steel can be used. In addition, the surface of the flange 12 may be covered with a plating layer mainly composed of metals such as nickel, tin, and gold, thereby improving the corrosion resistance of the flange 12.

フランジ12は、第1部分12a、第2部分12bおよび第3部分12cを有している。第1部分12aは、金属層11から外周側に垂直に立ち上がっている。第2部分12bは、第1部分12aの外周側の端部から、セラミック体5の他方端部5e側に向かって延びている。第3部分12cは、第2部分12bの他方端部5e側の端部から外周側に延びている。換言すると、フランジ12は、例えば図2Aに示すように、セラミック体5の長手方向を含む断面で見たときに、内周から外周に至る途中に2つの屈曲部を有している。 The flange 12 has a first portion 12a, a second portion 12b, and a third portion 12c. The first portion 12a rises vertically from the metal layer 11 toward the outer periphery. The second portion 12b extends from the outer periphery end of the first portion 12a toward the other end 5e of the ceramic body 5. The third portion 12c extends from the other end 5e of the second portion 12b toward the outer periphery. In other words, the flange 12 has two bends on the way from the inner periphery to the outer periphery when viewed in a cross section including the longitudinal direction of the ceramic body 5, as shown in FIG. 2A, for example.

フランジ12の第1部分12aは、接合材13を介して、金属層11に接合されている。接合材13としては、金属層11とフランジ12を接合するための材料を適宜用いることができる。本実施形態では、接合材13として、銀ろう、銀-銅ろう等のろう材を用いている。 The first portion 12a of the flange 12 is joined to the metal layer 11 via a joining material 13. As the joining material 13, any material for joining the metal layer 11 and the flange 12 can be used as appropriate. In this embodiment, a brazing material such as silver brazing or silver-copper brazing is used as the joining material 13.

金属層11およびフランジ12は、セラミック体5の長手方向における金属層11の長さが、セラミック体5の長手方向における第1部分12aの長さよりも大きくされていてもよい。これにより、接合材13は、金属層11からフランジ12の第1部分12aにかけて広がるメニスカス部を有するので、セラミック体5とフランジ12との接合強度を高めることができ、ひいては、熱交換ユニット1の耐久性を向上させることができる。 The metal layer 11 and the flange 12 may be such that the length of the metal layer 11 in the longitudinal direction of the ceramic body 5 is greater than the length of the first portion 12a in the longitudinal direction of the ceramic body 5. This allows the bonding material 13 to have a meniscus portion that extends from the metal layer 11 to the first portion 12a of the flange 12, thereby increasing the bonding strength between the ceramic body 5 and the flange 12 and thereby improving the durability of the heat exchange unit 1.

熱交換ユニット1のケース4は、一端部(先端部)が閉塞され、他端部(後端部)が開放された筒状の部材である。ケース4は、三角筒状、四角筒状、円筒状、楕円筒状等であってもよく、その他の形状であってもよい。本実施形態では、ケース4は円筒状とされている。セラミック体5およびケース4は、セラミック体5の軸線とケース4の軸線とが一致するように配置されていてもよい。ケース4は、耐熱性に優れた樹脂材料から成る。ケース4に用いられる樹脂材料としては、例えば、フッ素樹脂が挙げられる。また、ケース4の寸法は、例えば、セラミック体5の長手方向における全長が40mm~160mmであり、内径が10mm~25mmである。 The case 4 of the heat exchange unit 1 is a cylindrical member with one end (front end) closed and the other end (rear end) open. The case 4 may be a triangular tube, a square tube, a cylinder, an elliptical tube, or other shape. In this embodiment, the case 4 is cylindrical. The ceramic body 5 and the case 4 may be arranged so that the axis of the ceramic body 5 and the axis of the case 4 coincide with each other. The case 4 is made of a resin material with excellent heat resistance. An example of the resin material used for the case 4 is fluororesin. The dimensions of the case 4 are, for example, a total length of 40 mm to 160 mm in the longitudinal direction of the ceramic body 5 and an inner diameter of 10 mm to 25 mm.

ケース4の、開放された他端部の開口4aには、ヒータ3が挿着されている。ケース4は、セラミック体5の一方端部5d寄りの部分を収容している。ヒータ3は、例えば図2Aに示すように、フランジ12の第2部分12bの一部が開口4aに圧入固定されることによって、ケース4に挿着されている。第2部分12bは、Oリングを介して、ケース4の開口4aに圧入固定されていてもよい。 The heater 3 is inserted into the opening 4a at the other open end of the case 4. The case 4 houses a portion of the ceramic body 5 near one end 5d. The heater 3 is inserted into the case 4 by pressing a part of the second portion 12b of the flange 12 into the opening 4a, as shown in FIG. 2A, for example. The second portion 12b may be pressed into the opening 4a of the case 4 via an O-ring.

熱交換ユニット1では、セラミック体5の内周面5fによって規定される第1空間10aと、セラミック体5の外周面5gおよびケース4の内周面4cによって規定される第2空間10bとが連通し、被加熱物である流体が流過する流路10を形成している。また、ケース4は、第2空間10bと外部とを連通させる流出口4bを有している。流出口4bは、ヒータ3によって加熱された流体を外部に流出させるための開口である。流出口4bは、例えば図2Aに示すように、ケース4の側壁のうち、セラミック体5の他方端部5e寄りの箇所に設けられている。流出口4bは、例えば、内径が1mm~5mmである。 In the heat exchange unit 1, a first space 10a defined by the inner circumferential surface 5f of the ceramic body 5 communicates with a second space 10b defined by the outer circumferential surface 5g of the ceramic body 5 and the inner circumferential surface 4c of the case 4, forming a flow path 10 through which the fluid to be heated flows. The case 4 also has an outlet 4b that communicates the second space 10b with the outside. The outlet 4b is an opening for discharging the fluid heated by the heater 3 to the outside. The outlet 4b is provided in a portion of the side wall of the case 4 near the other end 5e of the ceramic body 5, as shown in FIG. 2A, for example. The outlet 4b has an inner diameter of, for example, 1 mm to 5 mm.

本実施形態の熱交換ユニット1では、発熱抵抗体6は、セラミック体5の一方端部5dから他方端部5eに向かって、セラミック体5の、流出口4bに対向する部位まで延びている。これにより、流路10を流れる流体は、流出口4bから外部に流出する直前まで発熱抵抗体6によって加熱される。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1によれば、被加熱物である流体を効果的に加熱することができる。 In the heat exchange unit 1 of this embodiment, the heating resistor 6 extends from one end 5d of the ceramic body 5 toward the other end 5e to a portion of the ceramic body 5 facing the outlet 4b. As a result, the fluid flowing through the flow path 10 is heated by the heating resistor 6 until it is about to flow out from the outlet 4b to the outside. Therefore, according to the heat exchange unit 1 of this embodiment, the fluid to be heated can be effectively heated.

次に、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例について説明する。 Next, we will explain other examples of embodiments of the heat exchange unit of the present disclosure.

図3Aは、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図であり、図3Bは、図3Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。図3Aに示す断面図は、図2Aに示した断面図に対応し、図3Bに示す展開図は、図2Bに示した展開図に対応する。なお、図3Aは、貫通導体および電極パッドを模式的に示しており、図3Aおける貫通導体および電極パッドの位置は、正確に図示されたものではない。また、図3Bでは、発熱抵抗体および引出導体にハッチングを付して示している。本実施形態の熱交換ユニット1Aは、上記の熱交換ユニット1に対して、発熱抵抗体6の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には熱交換ユニット1と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。 3A is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure, and FIG. 3B is an expanded view of the ceramic body in the heat exchange unit shown in FIG. 3A. The cross-sectional view shown in FIG. 3A corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. 2A, and the expanded view shown in FIG. 3B corresponds to the expanded view shown in FIG. 2B. Note that FIG. 3A shows the through conductors and electrode pads in a schematic manner, and the positions of the through conductors and electrode pads in FIG. 3A are not shown precisely. Also, in FIG. 3B, the heating resistors and the lead conductors are shown hatched. The heat exchange unit 1A of this embodiment is different from the heat exchange unit 1 described above in the configuration of the heating resistor 6, and the rest of the configuration is the same, so the same reference symbols as those of the heat exchange unit 1 are used for the similar configurations and detailed descriptions are omitted.

本実施形態の熱交換ユニット1Aは、発熱抵抗体6が、セラミック体5の、流出口4bに対向する部位よりも、セラミック体5の他方端部側に延びる構成とされている。このような構成によれば、流出口4b近傍の全領域において、流体を発熱抵抗体6によって加熱することできる。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1Aによれば、流体を効果的に加熱することができる。 The heat exchange unit 1A of this embodiment is configured such that the heating resistor 6 extends beyond the portion of the ceramic body 5 that faces the outlet 4b toward the other end of the ceramic body 5. With this configuration, the fluid can be heated by the heating resistor 6 in the entire area near the outlet 4b. Therefore, the heat exchange unit 1A of this embodiment can effectively heat the fluid.

図4Aは、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図であり、図4Bは、図4Aに示す熱交換ユニットにおけるセラミック体の展開図である。図4Aに示す断面図は、図2A,3Aに示した断面図に対応し、図4Bに示す展開図は、図2B,3Bに示した展開図に対応する。なお、図4Aは、貫通導体および電極パッドを模式的に示しており、図4Aおける貫通導体および電極パッドの位置は、正確に図示されたものではない。また、図4Bでは、発熱抵抗体および引出導体にハッチングを付して示している。本実施形態の熱交換ユニット1Bは、上記の熱交換ユニット1,1Aに対して、発熱抵抗体6の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には熱交換ユニット1,1Aと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。 Figure 4A is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure, and Figure 4B is an expanded view of the ceramic body in the heat exchange unit shown in Figure 4A. The cross-sectional view shown in Figure 4A corresponds to the cross-sectional views shown in Figures 2A and 3A, and the expanded view shown in Figure 4B corresponds to the expanded views shown in Figures 2B and 3B. Note that Figure 4A shows the through conductors and electrode pads in a schematic manner, and the positions of the through conductors and electrode pads in Figure 4A are not shown accurately. Also, in Figure 4B, the heating resistor and the lead conductor are shown with hatching. The heat exchange unit 1B of this embodiment is different from the above heat exchange units 1 and 1A in the configuration of the heating resistor 6, and the other configurations are similar, so the same reference symbols as those of the heat exchange units 1 and 1A are used for similar configurations and detailed descriptions are omitted.

本実施形態の熱交換ユニット1Bでは、発熱抵抗体6が、セラミック体5の、フランジ12に近接する部位まで延びるように構成されている。このような構成によれば、第1空間10aおよび第2空間10bの全領域において、流体を発熱抵抗体6によって加熱することできる。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1Bによれば、流体を効果的に加熱することができるとともに、流出口4bから流出される流体の温度を安定させることができる。 In the heat exchange unit 1B of this embodiment, the heating resistor 6 is configured to extend to a portion of the ceramic body 5 close to the flange 12. With this configuration, the fluid can be heated by the heating resistor 6 in the entire area of the first space 10a and the second space 10b. Therefore, with the heat exchange unit 1B of this embodiment, the fluid can be effectively heated and the temperature of the fluid flowing out from the outlet 4b can be stabilized.

発熱抵抗体6は、セラミック体5の、ケース4の開口4aに近接する部位までさらに延びていてもよい。これにより、第1空間10aおよび第2空間10bの全領域において、流体を発熱抵抗体6によって加熱することできる。さらに、フランジ12およびフランジ12に接する流体を発熱抵抗体6によって加熱することができるため、流体の熱がフランジ12を介して外部に逃げることを抑制することができる。このように、発熱抵抗体6が開口4aに近接する部位まで延びることにより、流体を効果的に加熱することができるとともに、流出口4bから流出される流体の温度を安定させることができる。 The heating resistor 6 may extend further to a portion of the ceramic body 5 close to the opening 4a of the case 4. This allows the fluid to be heated by the heating resistor 6 in the entire area of the first space 10a and the second space 10b. Furthermore, since the flange 12 and the fluid in contact with the flange 12 can be heated by the heating resistor 6, it is possible to prevent the heat of the fluid from escaping to the outside via the flange 12. In this way, by extending the heating resistor 6 to a portion close to the opening 4a, the fluid can be effectively heated and the temperature of the fluid flowing out from the outlet 4b can be stabilized.

図5は、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。図5に示す断面図は、図2Aに示す切断面線A-A、図3Aに示す切断面線B-Bおよび図4Aに示す切断面線C-Cで切断したときの、熱交換ユニットの横断面図に対応する。本実施形態の熱交換ユニット1Cは、上記の熱交換ユニット1,1A,1Bに対して、フランジ12の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には熱交換ユニット1,1A,1Bと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。 Figure 5 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure. The cross-sectional view shown in Figure 5 corresponds to a transverse cross-sectional view of the heat exchange unit when cut along the cutting line A-A shown in Figure 2A, the cutting line B-B shown in Figure 3A, and the cutting line C-C shown in Figure 4A. The heat exchange unit 1C of this embodiment is different from the heat exchange units 1, 1A, and 1B described above in terms of the configuration of the flange 12, but otherwise has a similar configuration. Therefore, similar configurations are given the same reference symbols as the heat exchange units 1, 1A, and 1B, and detailed descriptions are omitted.

本実施形態の熱交換ユニット1Cでは、フランジ12の第3部分12cの外周部に、径方向に突出する突出部12eが設けられている。これにより、熱交換ユニットを外部機器に取り付ける際に、熱交換ユニットと外部機器との位置合わせが容易になる。 In the heat exchange unit 1C of this embodiment, a protrusion 12e that protrudes in the radial direction is provided on the outer periphery of the third portion 12c of the flange 12. This makes it easier to align the heat exchange unit with the external device when attaching the heat exchange unit to the external device.

突出部12eは、図5に示すように、セラミック体5の長手方向に垂直な断面で見たときに、セラミック体5の図心C1に対して、流出口4bの反対側に位置していてもよい。本実施形態では、外部に熱を逃がしやすい突出部12eが流出口4bの反対側に位置しているため、流出口4b近傍を流れる流体の温度低下を抑制することができる。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1Cによれば、流体を効果的に加熱することができる。なお、例えば図5に示すように、セラミック体5の長手方向に垂直な断面において、セラミック体5の図心C1と流出口4bの図心C2とを結ぶ仮想線をL1とし、セラミック体5の図心C1と突出部12eの図心C3とを結ぶ仮想線をL2とする場合、L1とL2とがなす角度αが0°~90°の範囲にあればよい。 As shown in FIG. 5, the protrusion 12e may be located on the opposite side of the outlet 4b with respect to the centroid C1 of the ceramic body 5 when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 5. In this embodiment, the protrusion 12e, which is likely to release heat to the outside, is located on the opposite side of the outlet 4b, so that the temperature drop of the fluid flowing near the outlet 4b can be suppressed. Therefore, according to the heat exchange unit 1C of this embodiment, the fluid can be effectively heated. For example, as shown in FIG. 5, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 5, if an imaginary line connecting the centroid C1 of the ceramic body 5 and the centroid C2 of the outlet 4b is L1, and an imaginary line connecting the centroid C1 of the ceramic body 5 and the centroid C3 of the protrusion 12e is L2, the angle α between L1 and L2 may be in the range of 0° to 90°.

図6は、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。図6に示す断面図は、図2Aに示す切断面線A-A、図3Aに示す切断面線B-Bおよび図4Aに示す切断面線C-Cで切断したときの、熱交換ユニットの横断面図に対応する。本実施形態の熱交換ユニット1Dは、上記の熱交換ユニット1,1A,1Bに対して、流出口4bと凹部5cとの相対位置が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には熱交換ユニット1,1A,1Bと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。 Figure 6 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure. The cross-sectional view shown in Figure 6 corresponds to a transverse cross-sectional view of the heat exchange unit when cut along the cut line A-A shown in Figure 2A, the cut line B-B shown in Figure 3A, and the cut line C-C shown in Figure 4A. The heat exchange unit 1D of this embodiment differs from the heat exchange units 1, 1A, and 1B described above in the relative positions of the outlet 4b and the recess 5c, but otherwise has the same configuration. Therefore, the same reference symbols as those of the heat exchange units 1, 1A, and 1B are used for similar configurations, and detailed explanations are omitted.

本実施形態の熱交換ユニット1Dでは、セラミック体5の長手方向に垂直な断面で見たときに、凹部5cが、セラミック体5の、流出口4bに対向する部位とは反対側に位置している。前述したように、凹部5cの底面を成す、芯材5aの露出した外周面には、発熱抵抗体6が設けられていない。そのため、ヒータ3は、凹部5c近傍の領域の発熱量が、その他の領域の発熱量に比べて少なくなることがある。本実施形態では、凹部5cが、セラミック体5における流出口4bに対向する部位とは反対側に位置しているため、流出口4b近傍を流れる流体の温度低下を抑制することができる。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1Dによれば、流体を効果的に加熱することができる。例えば図6に示すように、セラミック体5の長手方向に垂直な断面において、セラミック体5の図心C1と流出口4bの図心C2とを結ぶ仮想線をL1とし、セラミック体5の図心C1と凹部領域5hの図心C4とを結ぶ仮想線をL3とする場合、L1とL3とがなす角度βが0°~90°の範囲にあればよい。ここで、凹部領域5hとは、セラミック体5の外周面5gをセラミック体5の周方向に仮想的に延長した場合に、この仮想的な外周面と凹部5cの内面とで規定される領域を指す。 In the heat exchange unit 1D of this embodiment, when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 5, the recess 5c is located on the opposite side of the ceramic body 5 from the part facing the outlet 4b. As described above, the heating resistor 6 is not provided on the exposed outer peripheral surface of the core material 5a that forms the bottom surface of the recess 5c. Therefore, the amount of heat generated in the area near the recess 5c of the heater 3 may be less than the amount of heat generated in other areas. In this embodiment, since the recess 5c is located on the opposite side of the ceramic body 5 from the part facing the outlet 4b, the temperature drop of the fluid flowing near the outlet 4b can be suppressed. Therefore, according to the heat exchange unit 1D of this embodiment, the fluid can be effectively heated. For example, as shown in Figure 6, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 5, if an imaginary line connecting the centroid C1 of the ceramic body 5 and the centroid C2 of the outlet 4b is L1, and an imaginary line connecting the centroid C1 of the ceramic body 5 and the centroid C4 of the recessed region 5h is L3, the angle β between L1 and L3 may be in the range of 0° to 90°. Here, the recessed region 5h refers to the region defined by the imaginary outer peripheral surface 5g of the ceramic body 5 when the outer peripheral surface 5g is virtually extended in the circumferential direction of the ceramic body 5 and the inner surface of the recess 5c.

図7は、本開示の熱交換ユニットの実施形態の他の例を示す断面図である。図7に示す断面図は、図2A,3A,4Aに示した断面図に対応する。なお、図7は、貫通導体および電極パッドを模式的に示しており、図7における貫通導体および電極パッドの位置は、正確に図示されたものではない。また、本実施形態の熱交換ユニット1Eは、上記の熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1Dに対して、流出口4bの構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1Dと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。 Figure 7 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of the heat exchange unit of the present disclosure. The cross-sectional view shown in Figure 7 corresponds to the cross-sectional views shown in Figures 2A, 3A, and 4A. Note that Figure 7 shows the through conductors and electrode pads in a schematic manner, and the positions of the through conductors and electrode pads in Figure 7 are not precisely illustrated. Also, the heat exchange unit 1E of this embodiment is different from the above heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, and 1D in the configuration of the outlet 4b, but otherwise has the same configuration. Therefore, the same reference symbols as those of the heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, and 1D are used for the similar configuration, and detailed description is omitted.

本実施形態の熱交換ユニット1Eは、図7に示すように、流出口4bが開口4aに近接するように構成されている。このような構成によれば、流体が第2空間10bにおける流出口4bとフランジ12との間の領域に滞留することを抑制することができるため、滞留した流体が流出口4b近傍に移動し、流出口4bから流出される流体の温度を不所望に変化させることを抑制することができるため、流出口4bから流出される流体の温度を安定させることができる。したがって、本実施形態の熱交換ユニット1Eによれば、流体を効果的に加熱することができる。 As shown in FIG. 7, the heat exchange unit 1E of this embodiment is configured so that the outlet 4b is close to the opening 4a. This configuration can prevent the fluid from accumulating in the area between the outlet 4b and the flange 12 in the second space 10b, and therefore prevents the accumulating fluid from moving to the vicinity of the outlet 4b and causing undesirable changes in the temperature of the fluid flowing out from the outlet 4b, thereby stabilizing the temperature of the fluid flowing out from the outlet 4b. Therefore, the heat exchange unit 1E of this embodiment can effectively heat the fluid.

次に、熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1D,1Eの製造方法の一例について説明する。本例では、セラミック体5がアルミナ質セラミックスから成る場合の例について説明する。 Next, an example of a manufacturing method for the heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E will be described. In this example, an example in which the ceramic body 5 is made of alumina ceramics will be described.

まず、Alを主成分とし、SiO,CaO,MgO,ZrOが合計で10質量%以内になるように調整した、セラミック体5の表層部5bとなるアルミナ質セラミックグリーンシートを作製する。このアルミナ質セラミックグリーンシートの表面に、発熱抵抗体6および引出導体7となる所定のパターンを形成する。この所定のパターンの形成方法としては、スクリーン印刷法、転写法、抵抗体埋設法、その他の方法として金属箔をエッチング法などにより形成する方法や、ニクロム線をコイル状に形成し埋設する方法などがある。品質面での安定性および製造コストの抑制の観点からは、スクリーン印刷法が用いられやすい。なお、発熱抵抗体6および引出導体7は、それぞれを別々な形成方法で形成しても良い。 First, an alumina ceramic green sheet is prepared as the surface layer 5b of the ceramic body 5, with Al2O3 as the main component and SiO2 , CaO, MgO, and ZrO2 adjusted to be within 10 mass% in total. A predetermined pattern is formed on the surface of this alumina ceramic green sheet as the heating resistor 6 and the lead conductor 7. Methods for forming this predetermined pattern include screen printing, transfer, resistor embedding, and other methods such as forming a metal foil by etching, or forming a nichrome wire into a coil and embedding it. From the viewpoint of quality stability and suppression of manufacturing costs, the screen printing method is likely to be used. The heating resistor 6 and the lead conductor 7 may be formed by different forming methods.

次に、セラミックグリーンシートの、発熱抵抗体6および引出導体7を形成する面とは反対側の面に、発熱抵抗体6および引出導体7の形成と同様に、電極パッド9および金属層11となるパターンを所定のパターン形状で形成する。また、セラミックグリーンシートには、引出導体7と電極パッド9とを電気的に接続する貫通導体8を形成するための孔加工、および貫通導体8となる導体ペーストの充填がなされる。発熱抵抗体6、引出導体7、貫通導体8および電極パッド9は、例えばタングステン、モリブデン、レニウムなどの高融点金属を主成分とする導電性ペーストを用いることができる。 Next, on the surface of the ceramic green sheet opposite to the surface on which the heating resistor 6 and the lead conductor 7 are formed, a pattern that will become the electrode pad 9 and metal layer 11 is formed in a predetermined pattern shape, in the same manner as the formation of the heating resistor 6 and the lead conductor 7. In addition, the ceramic green sheet is drilled to form the through conductor 8 that electrically connects the lead conductor 7 and the electrode pad 9, and is filled with a conductive paste that will become the through conductor 8. The heating resistor 6, lead conductor 7, through conductor 8, and electrode pad 9 can be made of a conductive paste mainly composed of a high melting point metal such as tungsten, molybdenum, or rhenium.

一方、押し出し成型にて、セラミック体5の芯材5aとなる、円筒状のアルミナ質セラミック成型体を成型する。この円筒状のアルミナ質セラミック成型体に前述のアルミナ質セラミックグリーンシートを巻きつけ、同一の組成のアルミナ質セラミックスを分散させた密着液を塗布して密着させることで、セラミック体5となるアルミナ質一体成型体を得ることができる。なお、アルミナ質セラミック成型体にアルミナ質セラミックグリーンシートを巻きつける際に、アルミナ質セラミック成型体の外周面のうち所定の領域がアルミナ質セラミックグリーンシートによって覆われないようにすることで、凹部5cとなる溝を有するアルミナ質一体成型体を得ることができる。得られたアルミナ質一体成型体を1500~1600の還元雰囲気中(窒素雰囲気)で焼成することで、アルミナ質一体成型体が収縮し、アルミナ質一体焼結体(セラミック体5)を作製することができる。 On the other hand, a cylindrical alumina ceramic molded body is molded by extrusion molding to become the core material 5a of the ceramic body 5. The above-mentioned alumina ceramic green sheet is wrapped around this cylindrical alumina ceramic molded body, and an adhesion liquid in which alumina ceramics of the same composition is dispersed is applied and adhered to obtain an alumina-based integral molded body that becomes the ceramic body 5. When the alumina ceramic green sheet is wrapped around the alumina ceramic molded body, a predetermined area of the outer periphery of the alumina ceramic molded body is not covered by the alumina ceramic green sheet, so that an alumina-based integral molded body having a groove that becomes the recess 5c can be obtained. The obtained alumina-based integral molded body is fired in a reducing atmosphere (nitrogen atmosphere) at 1500 to 1600, whereby the alumina-based integral molded body shrinks, and an alumina-based integral sintered body (ceramic body 5) can be produced.

次に、セラミック体5に形成された電極パッド9および金属層11上にめっきを施す。めっきは、ニッケルめっき、金めっき、錫めっき等が汎用的である。めっきの施術方法は、無電解めっき、電解めっき、バレルめっきなどの施術方法を目的に応じて選択することができる。 Next, plating is applied to the electrode pads 9 and metal layer 11 formed on the ceramic body 5. Nickel plating, gold plating, tin plating, etc. are commonly used for plating. The plating method can be selected according to the purpose from electroless plating, electrolytic plating, barrel plating, etc.

フランジ12は、ステンレス鋼の板に切削加工、打ち抜き加工、プレス加工等を施して、第1部分12a、第2部分12bおよび第3部分12cを有するとともに、セラミック体5が挿通される孔12dを有する形状にすることで作製することができる。 The flange 12 can be produced by subjecting a stainless steel plate to cutting, punching, pressing, etc. to form a shape having a first portion 12a, a second portion 12b, and a third portion 12c, as well as a hole 12d through which the ceramic body 5 is inserted.

次に、治具にセラミック体5をセットし、フランジ12の孔12dがセラミック体5の金属層11と重なるように位置合わせし、接合材13を用いて、還元雰囲気の炉にて約1000の温度でろう付けする。 Next, the ceramic body 5 is set in the jig and aligned so that the hole 12d of the flange 12 overlaps with the metal layer 11 of the ceramic body 5, and then brazed using the joining material 13 at a temperature of about 1000 in a furnace with a reducing atmosphere.

次に、フランジ12の第2部分12bの外周面に、ゴム等から成るOリングを取り付ける。樹脂製のケース4を準備し、Oリングを取り付けたヒータ3をケース4に挿着することによって、熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1D,1Eを製造することができる。 Next, an O-ring made of rubber or the like is attached to the outer peripheral surface of the second portion 12b of the flange 12. A resin case 4 is prepared, and the heater 3 with the O-ring attached is inserted into the case 4, thereby manufacturing the heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E.

次に、本開示の洗浄装置の実施形態の一例について説明する。 Next, an example of an embodiment of the cleaning device of the present disclosure will be described.

本実施形態の洗浄装置は、上記の熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1D,1Eを備える。洗浄装置は、流路10を流過する、ヒータ3によって加熱された流体を、流出口4bを介して外部に流出させるように構成されている。流体は、例えば、公共水道等の水源から供給される水である。流体は、セラミック体5の、他方端部5e側の開口から第1空間10aに流入した後、第2空間10bに流入し、流出口4bから外部へ放出される。流体は、流路10を通過する間にヒータ3によって所定の温度まで加熱される。加熱された流体は、例えば、人体局部の洗浄用に使用される。本実施形態の洗浄装置は、熱交換ユニット1,1A,1B,1C,1D,1Eを備えることにより、流体を効果的に加熱することができる。 The cleaning device of this embodiment includes the above-mentioned heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E. The cleaning device is configured to discharge the fluid heated by the heater 3 that flows through the flow path 10 to the outside through the outlet 4b. The fluid is, for example, water supplied from a water source such as a public water supply. The fluid flows into the first space 10a from the opening on the other end 5e side of the ceramic body 5, then flows into the second space 10b, and is discharged to the outside through the outlet 4b. The fluid is heated to a predetermined temperature by the heater 3 while passing through the flow path 10. The heated fluid is used, for example, for washing a local part of the human body. The cleaning device of this embodiment includes the heat exchange units 1, 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E, so that the fluid can be effectively heated.

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications, improvements, etc. are possible within the scope of the gist of the present disclosure. It goes without saying that all or part of the components of each of the above-mentioned embodiments can be combined appropriately and to the extent that there are no contradictions.

1,1A,1B,1C,1D,1E 熱交換ユニット
3 ヒータ
4 ケース
4a 開口
4b 流出口
4c 内周面
5 セラミック体
5a 芯材
5b 表層部
5c 凹部
5d,5e 端部
5f 内周面
5g 外周面
5h 凹部領域
6 発熱抵抗体
6a 直線状部分
6b 折り返し部分
7 引出導体
8 貫通導体
9 電極パッド
10 流路
10a 第1空間
10b 第2空間
11 金属層
12 フランジ
12a 第1部分
12b 第2部分
12c 第3部分
12d 孔
12e 突出部
13 接合材
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Heat exchange unit 3 Heater 4 Case 4a Opening 4b Outlet 4c Inner circumferential surface 5 Ceramic body 5a Core material 5b Surface layer 5c Recess 5d, 5e End 5f Inner circumferential surface 5g Outer circumferential surface 5h Recess area 6 Heating resistor 6a Straight portion 6b Folded portion 7 Lead conductor 8 Penetrating conductor 9 Electrode pad 10 Flow path 10a First space 10b Second space 11 Metal layer 12 Flange 12a First portion 12b Second portion 12c Third portion 12d Hole 12e Protrusion 13 Bonding material

Claims (11)

長手方向に延びる、両端が開放された筒状のセラミック体と、
前記セラミック体に埋設され、前記セラミック体の長手方向一方端部から他方端部に向かって延びており、複数の直線状部分と複数の折り返し部分とを含み、ミアンダ状の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体に接続され、前記セラミック体の前記他方端部に向かって延びて単位長さ当たりの抵抗値が前記発熱抵抗体よりも低い引出導体と、
前記セラミック体が挿通される孔を有し、接合材を介して前記セラミック体の前記他方端部寄りの外周面に接合されているフランジと、を含むヒータと、
一端部が閉塞され、他端部が開放されている筒状のケースであって、開放された前記他端部の開口に前記ヒータが挿着され、少なくとも、前記セラミック体の一方端部寄りの部分を収容しているケースと、を備え、
前記セラミック体の内周面によって規定される第1空間と前記セラミック体の外周面および前記ケースの内周面によって規定される第2空間とが連通し、前記第1空間および前記第2空間が流体の流路を形成し、
前記ケースは、前記第2空間と外部とを連通させる流出口を有し、
前記ヒータは、前記フランジが前記ケースの開口を塞ぐように前記ケースに挿着されており、
前記発熱抵抗体における複数の前記折り返し部分が、前記接合材と重なる部分に位置していることを特徴とする熱交換ユニット。
a cylindrical ceramic body extending in a longitudinal direction and open at both ends;
a meandering heating resistor that is embedded in the ceramic body, extends from one end of the ceramic body to the other end in a longitudinal direction of the ceramic body, and includes a plurality of linear portions and a plurality of folded portions;
a lead conductor connected to the heating resistor, extending toward the other end of the ceramic body and having a resistance per unit length lower than that of the heating resistor ;
a flange having a hole through which the ceramic body is inserted and joined to an outer peripheral surface of the ceramic body near the other end via a joining material;
a cylindrical case having one end closed and the other end open, the heater being inserted into the opening of the other end and housing at least a portion of the ceramic body near one end,
a first space defined by an inner peripheral surface of the ceramic body communicates with a second space defined by an outer peripheral surface of the ceramic body and an inner peripheral surface of the case, the first space and the second space forming a flow path for a fluid;
The case has an outlet port that communicates the second space with the outside,
The heater is inserted into the case so that the flange closes the opening of the case,
A heat exchange unit, characterized in that the plurality of folded portions of the heating resistor are positioned in portions overlapping with the bonding material.
前記引出導体における前記セラミック体の形成材料の含有量は、前記発熱抵抗体よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載の熱交換ユニット。 2. The heat exchange unit according to claim 1, wherein the content of the material forming the ceramic body in the lead conductor is less than that in the heating resistor . 長手方向に延びる、両端が開放された筒状のセラミック体と、
前記セラミック体に埋設され、前記セラミック体の長手方向一方端部から他方端部に向かって延びており、複数の直線状部分と複数の折り返し部分とを含むミアンダ状の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体に接続され、前記セラミック体の前記他方端部に向かって延びて単位長さ当たりの抵抗値が前記発熱抵抗体よりも低い引出導体と、
前記セラミック体が挿通される孔を有し、接合材を介して前記セラミック体の前記他方端部寄りの外周面に接合されているフランジと、を含むヒータと、
一端部が閉塞され、他端部が開放されている筒状のケースであって、開放された前記他端部の開口に前記ヒータが挿着され、少なくとも、前記セラミック体の一方端部寄りの部分を収容しているケースと、を備え、
前記セラミック体の内周面によって規定される第1空間と前記セラミック体の外周面および前記ケースの内周面によって規定される第2空間とが連通し、前記第1空間および前記第2空間が流体の流路を形成し、
前記ケースは、前記第2空間と外部とを連通させる流出口を有し、
前記ヒータは、前記フランジが前記ケースの開口を塞ぐように前記ケースに挿着されており、
前記発熱抵抗体と前記引出導体との境界が、前記接合材と重なる部分に位置していることを特徴とする熱交換ユニット。
a cylindrical ceramic body extending in a longitudinal direction and open at both ends;
a meandering heating resistor embedded in the ceramic body, extending from one end of the ceramic body to the other end in a longitudinal direction thereof, the meandering heating resistor including a plurality of linear portions and a plurality of folded portions;
a lead conductor connected to the heating resistor, extending toward the other end of the ceramic body and having a resistance per unit length lower than that of the heating resistor ;
a flange having a hole through which the ceramic body is inserted and joined to an outer peripheral surface of the ceramic body near the other end via a joining material;
a cylindrical case having one end closed and the other end open, the heater being inserted into the opening of the other end and housing at least a portion of the ceramic body near one end,
a first space defined by an inner peripheral surface of the ceramic body communicates with a second space defined by an outer peripheral surface of the ceramic body and an inner peripheral surface of the case, the first space and the second space forming a flow path for a fluid;
The case has an outlet port that communicates the second space with the outside,
The heater is inserted into the case so that the flange closes the opening of the case,
A heat exchange unit, characterized in that a boundary between the heating resistor and the lead conductor is located in a portion overlapping the bonding material.
前記流出口と前記フランジが隣接していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の熱交換ユニット。 4. The heat exchange unit according to claim 1, wherein the outlet and the flange are adjacent to each other. 前記フランジが金属部材であり、
前記接合材がろう材であり、
前記セラミック体の外周面には金属層が配設されており、前記フランジが前記金属層を介して、前記セラミック体と接合されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の熱交換ユニット。
The flange is a metal member,
The joining material is a brazing material,
5. A heat exchange unit according to claim 1, wherein a metal layer is disposed on the outer peripheral surface of the ceramic body, and the flange is joined to the ceramic body via the metal layer.
前記接合材は、前記金属層から前記フランジにかけて広がるメニスカス部を有しており、前記メニスカス部は、前記セラミック体の前記一方端部側および前記他方端部に位置する、請求項に記載の熱交換ユニット。 The heat exchange unit according to claim 5 , wherein the bonding material has a meniscus portion extending from the metal layer to the flange, the meniscus portion being located on the one end side and the other end side of the ceramic body. 前記発熱抵抗体は、前記セラミック体の、前記流出口に対向する部位よりも、前記セラミック体の他方端部側に延びていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の熱交換ユニット。 7. The heat exchange unit according to claim 1, wherein the heating resistor extends toward the other end of the ceramic body beyond a portion of the ceramic body facing the outlet port. 前記フランジは、外周部に、径方向に突出する凸部を有し、前記長手方向に垂直な断面で見たときに、前記凸部は、前記セラミック体の図心に対して、前記流出口の反対側に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の熱交換ユニット。 A heat exchange unit as described in any one of claims 1 to 7, characterized in that the flange has a radially protruding convex portion on its outer periphery , and when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, the convex portion is located on the opposite side of the outlet port with respect to the centroid of the ceramic body. 前記セラミック体は、前記外周面に前記長手方向に延びる凹部を有し、
前記長手方向に垂直な断面で見たときに、前記凹部は、前記セラミック体の、前記流出口に対向する部位とは反対側に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の熱交換ユニット。
the ceramic body has a recess on the outer circumferential surface extending in the longitudinal direction,
A heat exchange unit as described in any one of claims 1 to 8, characterized in that when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, the recess is located on the opposite side of the ceramic body to the part facing the outlet.
前記ケースの流出口は、前記ケースの開口に近接していることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の熱交換ユニット。 10. The heat exchange unit according to claim 1, wherein the outlet of the case is adjacent to an opening of the case. 請求項1~10のいずれか1つに記載の熱交換ユニットを備え、前記流路を流過する、前記ヒータによって加熱された流体を、前記流出口を介して外部に流出させることを特徴とする洗浄装置。 A cleaning device comprising the heat exchange unit according to any one of claims 1 to 10 , wherein the fluid heated by the heater and flowing through the flow path is discharged to the outside via the outlet.
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