JPH0132905B2 - - Google Patents
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- JPH0132905B2 JPH0132905B2 JP57022311A JP2231182A JPH0132905B2 JP H0132905 B2 JPH0132905 B2 JP H0132905B2 JP 57022311 A JP57022311 A JP 57022311A JP 2231182 A JP2231182 A JP 2231182A JP H0132905 B2 JPH0132905 B2 JP H0132905B2
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 20
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
- F24H1/102—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply with resistance
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、セラミツクを基材とした発熱素子
の伝熱機構および流体への熱伝達機構の改良に関
するもので、特に伝熱面上のスケール生成を防止
する上で効果を示し、長期間の使用でもスケール
を生ずることなく、コンパクトで即熱性の優れた
温水加熱装置を提供するものである。
の伝熱機構および流体への熱伝達機構の改良に関
するもので、特に伝熱面上のスケール生成を防止
する上で効果を示し、長期間の使用でもスケール
を生ずることなく、コンパクトで即熱性の優れた
温水加熱装置を提供するものである。
セラミツクを基材とした発熱素子は、一般のシ
ーズヒータ等とは異なり、発熱部と伝熱面とを薄
いセラミツクシートを介して接近して設けること
ができるため、伝熱面の温度の立ち上がりが非常
に速く、即熱性を有し、また発熱部の温度上昇も
小さいため発熱素子の入力（ワツト密度）を高く
設定できるという特徴がある。
ーズヒータ等とは異なり、発熱部と伝熱面とを薄
いセラミツクシートを介して接近して設けること
ができるため、伝熱面の温度の立ち上がりが非常
に速く、即熱性を有し、また発熱部の温度上昇も
小さいため発熱素子の入力（ワツト密度）を高く
設定できるという特徴がある。
しかしながらワツト密度の高い伝熱面と水とが
熱交換する際に、良く知られているようにスケー
ルの伝熱面への付着という問題が生ずる。これ
は、ワツト密度の高い伝熱面においては、一般に
伝熱面温度が高くなり水中に含まれる炭酸カルシ
ウム等スケール成分の溶解度が低下して伝熱面に
付着するためである。
熱交換する際に、良く知られているようにスケー
ルの伝熱面への付着という問題が生ずる。これ
は、ワツト密度の高い伝熱面においては、一般に
伝熱面温度が高くなり水中に含まれる炭酸カルシ
ウム等スケール成分の溶解度が低下して伝熱面に
付着するためである。
伝熱面に付着したスケールの熱伝導率は、アル
ミナ等を原料としたセラミツク材よりも格段に低
いため、伝熱面への熱伝導が極端に悪くなり発熱
素子の発熱部の温度が異常に上昇する。
ミナ等を原料としたセラミツク材よりも格段に低
いため、伝熱面への熱伝導が極端に悪くなり発熱
素子の発熱部の温度が異常に上昇する。
特に即熱性を重視し、伝熱抵抗を低く設定し
た、セラミツクを基材とする発熱素子にあつて
は、このスケールの付着の影響に敏感であり、わ
ずかなスケール付着でも発熱部温度の大幅な上昇
をまねき、ついには発熱素子が熱応力により破壊
へと至つていた。
た、セラミツクを基材とする発熱素子にあつて
は、このスケールの付着の影響に敏感であり、わ
ずかなスケール付着でも発熱部温度の大幅な上昇
をまねき、ついには発熱素子が熱応力により破壊
へと至つていた。
したがつて、セラミツクを基材とする発熱素子
の特徴を生かした温水加熱装置を構成するために
は、スケールの付着を防止することが最大の課題
であつた。
の特徴を生かした温水加熱装置を構成するために
は、スケールの付着を防止することが最大の課題
であつた。
スケールの付着現象は先に述べたように温度依
存性が高く、伝熱面温度をできるだけ下げること
がポイントとなる。伝熱面温度は一般に、熱伝達
率と伝熱面積により決まり、伝熱面積が広ければ
広いほど、熱伝達率が高ければ高いほど伝熱面温
度は低下する。
存性が高く、伝熱面温度をできるだけ下げること
がポイントとなる。伝熱面温度は一般に、熱伝達
率と伝熱面積により決まり、伝熱面積が広ければ
広いほど、熱伝達率が高ければ高いほど伝熱面温
度は低下する。
伝熱面積を広くする方法としては、伝熱面形状
を大きくすることや、セラミツク材の吹き付けに
より表面を粗面化することや、あるいは伝熱面上
にフインを設けることなどが行なわれている。
を大きくすることや、セラミツク材の吹き付けに
より表面を粗面化することや、あるいは伝熱面上
にフインを設けることなどが行なわれている。
この従来の考え方による発熱素子を用いた温水
加熱装置を第１図〜第３図に示す。第１図および
第２図において、従来の温水加熱装置は筒状のセ
ラミツク基材１０とこの基材１０の外側面に発熱
抵抗体１１を保持したセラミツクシート１２を一
体に成形し、さらにこのセラミツクシート１２の
表面を粒状のセラミツク材１３を吹きつけて粗面
化した発熱素子１４と、この発熱素子１４の両側
面に非加熱流体を加熱する流通路１５と流体流入
口１６、流体流出口１７を有するものであつた。
加熱装置を第１図〜第３図に示す。第１図および
第２図において、従来の温水加熱装置は筒状のセ
ラミツク基材１０とこの基材１０の外側面に発熱
抵抗体１１を保持したセラミツクシート１２を一
体に成形し、さらにこのセラミツクシート１２の
表面を粒状のセラミツク材１３を吹きつけて粗面
化した発熱素子１４と、この発熱素子１４の両側
面に非加熱流体を加熱する流通路１５と流体流入
口１６、流体流出口１７を有するものであつた。
セラミツクシート１２の表面はセラミツク材１
３により粗面化されているために伝熱面積が拡大
され、また流れが乱流化されるために熱伝達率も
ある程度は向上し、伝熱面温度を低下させる上で
効果はあるが、伝熱面の拡大率および流れの乱流
化による熱伝達率の上昇度は十分なものとはいえ
なかつた。
３により粗面化されているために伝熱面積が拡大
され、また流れが乱流化されるために熱伝達率も
ある程度は向上し、伝熱面温度を低下させる上で
効果はあるが、伝熱面の拡大率および流れの乱流
化による熱伝達率の上昇度は十分なものとはいえ
なかつた。
このような欠点を解消するために考えられたの
が、第３図に示したようなセラミツクシート１２
上にセラミツク材よりなるフイン１８を同時に成
形する方法である。この方法によればフイン１８
により伝熱面積を大幅に拡大することができ、伝
熱面温度をさらに下げることも可能となつたが、
つぎに述べるような欠点があつた。
が、第３図に示したようなセラミツクシート１２
上にセラミツク材よりなるフイン１８を同時に成
形する方法である。この方法によればフイン１８
により伝熱面積を大幅に拡大することができ、伝
熱面温度をさらに下げることも可能となつたが、
つぎに述べるような欠点があつた。
フイン１８で伝熱面積を拡大する際の効率は、
フイン形状、熱伝導率および熱伝達率で決定され
るフイン効率で示すことができ、特にフインを構
成する材料の熱伝導率が大きなフアクターとな
る。アルミナを主原料としたセラミツク材は比較
的熱伝導率の高いものであるが、放熱フインとし
て良く用いられている銅やアルミニウムと比較す
ると、その値が一桁ほど低いため第４図に示した
ようにこの従来例によるフイン１８の温度分布
は、フイン１８の先端と根本とで大きな温度差が
生じ、したがつてフイン効率が低くなることは避
けられず、またスケールの生成は伝熱面の温度に
より大きく支配されるため、この従来例ではフイ
ン１８の根本にスケールが付着する可能性があつ
た。さらにこの従来例においては、フイン１８を
経て非加熱流体に伝熱されるため、加熱の立上り
時間が遅くなるという欠点を有していた。
フイン形状、熱伝導率および熱伝達率で決定され
るフイン効率で示すことができ、特にフインを構
成する材料の熱伝導率が大きなフアクターとな
る。アルミナを主原料としたセラミツク材は比較
的熱伝導率の高いものであるが、放熱フインとし
て良く用いられている銅やアルミニウムと比較す
ると、その値が一桁ほど低いため第４図に示した
ようにこの従来例によるフイン１８の温度分布
は、フイン１８の先端と根本とで大きな温度差が
生じ、したがつてフイン効率が低くなることは避
けられず、またスケールの生成は伝熱面の温度に
より大きく支配されるため、この従来例ではフイ
ン１８の根本にスケールが付着する可能性があつ
た。さらにこの従来例においては、フイン１８を
経て非加熱流体に伝熱されるため、加熱の立上り
時間が遅くなるという欠点を有していた。
この発明は上記従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、屈曲部を両側面に有する筒
状のセラミツク基材の少くとも一方の側面に発熱
抵抗体を保持したセラミツクシートを一体に成形
して伝熱特性の優れた発熱素子と加熱流路に施回
流を生ずる手段を設けて、優れた性能を有する温
水加熱装置を提供するものである。
めになされたもので、屈曲部を両側面に有する筒
状のセラミツク基材の少くとも一方の側面に発熱
抵抗体を保持したセラミツクシートを一体に成形
して伝熱特性の優れた発熱素子と加熱流路に施回
流を生ずる手段を設けて、優れた性能を有する温
水加熱装置を提供するものである。
第５図、第６図は、本発明の一実施例を示すも
ので、屈曲部１を両側面に有する筒状のセラミツ
ク基材２とこの基材２の一方の側面を発熱抵抗体
３を保持したセラミツクシート４を一体に成形し
た発熱素子５と、この発熱素子５の両側面に被加
熱流体を加熱する流通路６ａ，６ｂと流体流入口
７、流体流出口８を設けると共に、流通路６ａ，
６ｂに施回流を生ずる手段としてラセン状線体９
ａ，９ｂを挿入したものである。
ので、屈曲部１を両側面に有する筒状のセラミツ
ク基材２とこの基材２の一方の側面を発熱抵抗体
３を保持したセラミツクシート４を一体に成形し
た発熱素子５と、この発熱素子５の両側面に被加
熱流体を加熱する流通路６ａ，６ｂと流体流入口
７、流体流出口８を設けると共に、流通路６ａ，
６ｂに施回流を生ずる手段としてラセン状線体９
ａ，９ｂを挿入したものである。
つぎに本実施例での伝熱、熱伝達上での作用効
果について述べる。
果について述べる。
まず本実施例においては、屈曲部を設けた筒状
のセラミツク基材２の側面に発熱抵抗体３を保持
したセラミツクシート４を一体に成形した発熱素
子５であるため、屈曲面による伝熱面積の大幅増
加による効果と発熱抵抗体３により形成される発
熱部とセラミツクシート４の表面により形成され
る伝熱面とが、セラミツクシート４の比較的薄い
厚さ（例えば0.4mm）で熱的に等距離に結合され
ているために、伝熱面温度均一になるという均一
化効果が生じ、したがつて伝熱面を効果的に拡大
して伝熱面温度を低下させることができる。さら
に本構成では、発熱部と伝熱面を近接して設ける
ことができるため即熱性も同時に確保することが
できる。
のセラミツク基材２の側面に発熱抵抗体３を保持
したセラミツクシート４を一体に成形した発熱素
子５であるため、屈曲面による伝熱面積の大幅増
加による効果と発熱抵抗体３により形成される発
熱部とセラミツクシート４の表面により形成され
る伝熱面とが、セラミツクシート４の比較的薄い
厚さ（例えば0.4mm）で熱的に等距離に結合され
ているために、伝熱面温度均一になるという均一
化効果が生じ、したがつて伝熱面を効果的に拡大
して伝熱面温度を低下させることができる。さら
に本構成では、発熱部と伝熱面を近接して設ける
ことができるため即熱性も同時に確保することが
できる。
つぎに、本実施例において旋回流を得るために
設けたラセン状線体９ａ，９ｂの効果について述
べる。伝熱面温度を低下させるためには、先に述
べたように、伝熱面積を広くする方法と、熱伝達
率を高くする方法があるが、本発明において達成
しようとしているコンパクトで即熱性を有する温
水加熱装置を得るためには、この両者の組み合せ
が必要である。本発明において対象としている流
体への熱伝達機構の改善とは、強制対流域におけ
る熱伝達機構の改善であり、一般には乱流化によ
る熱伝達率の向上という手段がとられている。本
発明者らは並行流と施回流を有する水流機構が本
発明の温水加熱装置の熱伝達率の向上に顕著な効
果があることを見いだした。これは旋回流による
伝熱面相対流速の向上による効果のほかに、施回
流と並行流が併存することによる乱れ生成への相
乗効果があるものと考えられる。したがつて本実
施例においてはラセン状線体９ａ，９ｂにより誘
起される施回流とラセン状線体９ａ，９ｂと流通
路６ａ，６ｂのすきまを通過する並行流とが前述
した効果により高い熱伝達率を実現するものであ
る。
設けたラセン状線体９ａ，９ｂの効果について述
べる。伝熱面温度を低下させるためには、先に述
べたように、伝熱面積を広くする方法と、熱伝達
率を高くする方法があるが、本発明において達成
しようとしているコンパクトで即熱性を有する温
水加熱装置を得るためには、この両者の組み合せ
が必要である。本発明において対象としている流
体への熱伝達機構の改善とは、強制対流域におけ
る熱伝達機構の改善であり、一般には乱流化によ
る熱伝達率の向上という手段がとられている。本
発明者らは並行流と施回流を有する水流機構が本
発明の温水加熱装置の熱伝達率の向上に顕著な効
果があることを見いだした。これは旋回流による
伝熱面相対流速の向上による効果のほかに、施回
流と並行流が併存することによる乱れ生成への相
乗効果があるものと考えられる。したがつて本実
施例においてはラセン状線体９ａ，９ｂにより誘
起される施回流とラセン状線体９ａ，９ｂと流通
路６ａ，６ｂのすきまを通過する並行流とが前述
した効果により高い熱伝達率を実現するものであ
る。
第７図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。前述した実施例においては、発熱抵抗体３は
発熱素子５の屈曲部に沿つてほぼ均一に分布させ
ているが、このような形状では凸部が熱伝達率が
高く、凹部の熱伝達率は低くなるため、表面温度
均一化の観点からは凸部で発熱密度が高く、凹部
で発熱密度が低いことが望ましい。この実施例に
おいては、凸部の発熱抵抗体３ａの発熱密度を凹
部よりも高くして表面温度をさらに均一化した発
熱素子５ａとしたものである。
る。前述した実施例においては、発熱抵抗体３は
発熱素子５の屈曲部に沿つてほぼ均一に分布させ
ているが、このような形状では凸部が熱伝達率が
高く、凹部の熱伝達率は低くなるため、表面温度
均一化の観点からは凸部で発熱密度が高く、凹部
で発熱密度が低いことが望ましい。この実施例に
おいては、凸部の発熱抵抗体３ａの発熱密度を凹
部よりも高くして表面温度をさらに均一化した発
熱素子５ａとしたものである。
以上述べたように、本発明による温水加熱装置
は、屈曲面状に形成された伝熱面から一定の深さ
に保持された発熱抵抗体を設けることにより、伝
熱面の温度分布を均一化させ、伝熱面を効果的に
拡大した発熱素子と、熱伝達の高い熱伝達機構に
より、従来のものとくらべて、非常にコンパクト
でしかも即熱性の優れた温水加熱装置を提供する
ものである。
は、屈曲面状に形成された伝熱面から一定の深さ
に保持された発熱抵抗体を設けることにより、伝
熱面の温度分布を均一化させ、伝熱面を効果的に
拡大した発熱素子と、熱伝達の高い熱伝達機構に
より、従来のものとくらべて、非常にコンパクト
でしかも即熱性の優れた温水加熱装置を提供する
ものである。
さらに、屈曲部に沿う直進流と施回流により、
伝熱面に均一な乱流を生成し、効率のよい熱交換
ができる。さらに伝熱面に近接して発熱部を設け
ることができるため、伝熱面の局所熱伝達率に応
じて発熱密度が設定できる。
伝熱面に均一な乱流を生成し、効率のよい熱交換
ができる。さらに伝熱面に近接して発熱部を設け
ることができるため、伝熱面の局所熱伝達率に応
じて発熱密度が設定できる。
第１図は従来の温水加熱装置の概略断面図、第
２図は同装置のＢ−Ｂ断面図、第３図は従来の発
熱素子の他の例を示す概略断面図、第４図は同素
子の外表面の温度分布T0を示す説明図、第５図
は本発明の一実施例を示す概略断面図、第６図は
同Ａ−Ａ断面図、第７図は本発明の他の実施例を
示す発熱素子の概略断面図である。 １……屈曲部、２……セラミツク基材、３……
発熱抵抗体、４……セラミツクシート、５……発
熱素子、６ａ，６ｂ……流通路、７……流体流入
口、８……流体流出口、９ａ，９ｂ……ラセン状
線体。
２図は同装置のＢ−Ｂ断面図、第３図は従来の発
熱素子の他の例を示す概略断面図、第４図は同素
子の外表面の温度分布T0を示す説明図、第５図
は本発明の一実施例を示す概略断面図、第６図は
同Ａ−Ａ断面図、第７図は本発明の他の実施例を
示す発熱素子の概略断面図である。 １……屈曲部、２……セラミツク基材、３……
発熱抵抗体、４……セラミツクシート、５……発
熱素子、６ａ，６ｂ……流通路、７……流体流入
口、８……流体流出口、９ａ，９ｂ……ラセン状
線体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 屈曲部を両側面に有する筒状のセラミツク基
材に、前記セラミツク基材の少なくとも一方の側
面に設けられ前記屈曲部の形状に合わせて前記屈
曲部の表面より一定深さに発熱抵抗体を保持した
セラミツクシートを一体成形した発熱素子と、前
記発熱素子の少くとも一方の側面に設けられた施
回流を生ずるラセン状線体と前記発熱素子の両側
面に設けられた流体の流通路と、前記流通路と連
通して設けられた流体流入口および流体流出口と
を備えた温水加熱装置。 ２ 発熱抵抗体は発熱密度を屈曲部の凸部では高
く、凹部では低く設定した特許請求の範囲第１項
記載の温水加熱装置。 ３ 発熱抵抗体は発熱密度を屈曲部の凸部では高
く、凹部では低く設定した特許請求の範囲第２項
記載の温水加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231182A JPS58140550A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 温水加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231182A JPS58140550A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 温水加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58140550A JPS58140550A (ja) | 1983-08-20 |
| JPH0132905B2 true JPH0132905B2 (ja) | 1989-07-11 |
Family
ID=12079188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2231182A Granted JPS58140550A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 温水加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58140550A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011030530A1 (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-17 | パナソニック株式会社 | 筒型熱交換器 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6471109B2 (ja) * | 2015-06-30 | 2019-02-13 | カルソニックカンセイ株式会社 | 流体加熱装置 |
| JP6471080B2 (ja) * | 2015-11-04 | 2019-02-13 | カルソニックカンセイ株式会社 | 流体加熱装置 |
| JP6471086B2 (ja) * | 2015-12-03 | 2019-02-13 | カルソニックカンセイ株式会社 | 流体加熱装置 |
| CN110793191B (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-25 | 绍兴林玖机械科技有限公司 | 一种自除垢型稳压电热水器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5114133U (ja) * | 1974-07-16 | 1976-02-02 | ||
| JPS5340768U (ja) * | 1976-09-10 | 1978-04-08 | ||
| JPS5646751U (ja) * | 1979-09-14 | 1981-04-25 |
-
1982
- 1982-02-15 JP JP2231182A patent/JPS58140550A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5114133U (ja) * | 1974-07-16 | 1976-02-02 | ||
| JPS5340768U (ja) * | 1976-09-10 | 1978-04-08 | ||
| JPS5646751U (ja) * | 1979-09-14 | 1981-04-25 |
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| WO2011030530A1 (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-17 | パナソニック株式会社 | 筒型熱交換器 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58140550A (ja) | 1983-08-20 |
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