JPH0135256B2 - - Google Patents
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- JPH0135256B2 JPH0135256B2 JP57001996A JP199682A JPH0135256B2 JP H0135256 B2 JPH0135256 B2 JP H0135256B2 JP 57001996 A JP57001996 A JP 57001996A JP 199682 A JP199682 A JP 199682A JP H0135256 B2 JPH0135256 B2 JP H0135256B2
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- heating
- heating element
- heat
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- hot water
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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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- F24H9/00—Details
- F24H9/0005—Details for water heaters
- F24H9/001—Guiding means
- F24H9/0015—Guiding means in water channels
-
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- F24H9/00—Details
- F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
- F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
- F24H9/1818—Arrangement or mounting of electric heating means
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- 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】
本発明は給湯用、暖房用等に使用される温水加
熱装置に関するもので、特に即熱性にすぐれ、コ
ンパクトな温水加熱装置を提供するものである。
熱装置に関するもので、特に即熱性にすぐれ、コ
ンパクトな温水加熱装置を提供するものである。
従来の温水加熱装置について、第６図〜第９図
に基づき説明すると、温水加熱装置は一端を冷水
路へ接続する流入口１８とした筒状面発熱体１９
と、円筒状面発熱体１９の外周とで加熱流路２０
を形成する外ケース２１とで構成されている。外
ケース２１の流入口１８側には流出路２２が設け
てある。円筒状面発熱体１９はセラミツク材から
なる円筒状基材Ａ２３、シート状の基材Ｂ２４と
で発熱抵抗体２５を挾持している。基材Ａ２３は
成形時の歪みを小さくし、機械的強度を保持する
ために所定の厚みt1を必要とする。基材Ｂ２４は
基材Ａ２３外周にローリング焼成する。この焼成
時に生ずる収縮で接合面が剥離するのを防止する
ため、基材Ｂ２４の厚みt2は基材Ａ２３の厚みt1
に比べ非常に小さな値である。
に基づき説明すると、温水加熱装置は一端を冷水
路へ接続する流入口１８とした筒状面発熱体１９
と、円筒状面発熱体１９の外周とで加熱流路２０
を形成する外ケース２１とで構成されている。外
ケース２１の流入口１８側には流出路２２が設け
てある。円筒状面発熱体１９はセラミツク材から
なる円筒状基材Ａ２３、シート状の基材Ｂ２４と
で発熱抵抗体２５を挾持している。基材Ａ２３は
成形時の歪みを小さくし、機械的強度を保持する
ために所定の厚みt1を必要とする。基材Ｂ２４は
基材Ａ２３外周にローリング焼成する。この焼成
時に生ずる収縮で接合面が剥離するのを防止する
ため、基材Ｂ２４の厚みt2は基材Ａ２３の厚みt1
に比べ非常に小さな値である。
上記構成において、流入口１８から流入した冷
水は円筒状面発熱体１９内管路で加熱されながら
左端開放部に達し、外周加熱流路２０に流入し加
熱され流体路２２より温水となつて流出する。
水は円筒状面発熱体１９内管路で加熱されながら
左端開放部に達し、外周加熱流路２０に流入し加
熱され流体路２２より温水となつて流出する。
上記加熱工程において、円筒状面発熱体１９の
表面温度は基材Ａ２３、基材Ｂ２４の厚みt1，t2
と円筒状面発熱体１９表面上における水への熱伝
達率との関係によつて決まる。
表面温度は基材Ａ２３、基材Ｂ２４の厚みt1，t2
と円筒状面発熱体１９表面上における水への熱伝
達率との関係によつて決まる。
本従来例においては、円簡状面発熱体１９は内
管路の流速は、外周側加熱流路２０の流速に比べ
速い。従つて、円筒状面発熱体１９内周面の熱伝
達率は外周面の熱伝達率より大きくなる。それに
対し、発熱抵抗体２５から表面への伝達抵抗は、
基材Ａ２３の厚みt1が基材Ｂ２４の厚みt2に比べ
大きいため、内周面側への伝熱抵抗の方が外周面
側への伝熱抵抗より高い値となる。従つて、円筒
状面発熱体１９の内周面は水への熱伝達率は大き
いのに発熱抵抗体２５からの伝熱抵抗が大きいた
め表面温度が低くなる（第８図Tsiで示す）。他
方外周面は水への熱伝達率は小さいのに発熱抵抗
体２５からの伝熱抵抗が小さいため表面温度が高
くなる（第８図Tsoで示す）。
管路の流速は、外周側加熱流路２０の流速に比べ
速い。従つて、円筒状面発熱体１９内周面の熱伝
達率は外周面の熱伝達率より大きくなる。それに
対し、発熱抵抗体２５から表面への伝達抵抗は、
基材Ａ２３の厚みt1が基材Ｂ２４の厚みt2に比べ
大きいため、内周面側への伝熱抵抗の方が外周面
側への伝熱抵抗より高い値となる。従つて、円筒
状面発熱体１９の内周面は水への熱伝達率は大き
いのに発熱抵抗体２５からの伝熱抵抗が大きいた
め表面温度が低くなる（第８図Tsiで示す）。他
方外周面は水への熱伝達率は小さいのに発熱抵抗
体２５からの伝熱抵抗が小さいため表面温度が高
くなる（第８図Tsoで示す）。
以上の如く、円筒状面発熱体１９の内周面、外
周面上の表面温度差が大きく、熱交換状態がアン
バランスとなつて、発熱体の全表面が熱交換に対
し有効に生かされていなかつた。特に、熱交換効
率（発熱体単位面積当りの熱交換能力）を高めよ
うとすると外周面温度が高くなり、局部核沸騰を
起こす。それにより発熱体表面温度はスケールの
主成分である重炭酸カルシウム、重炭酸マグネシ
ウム飽和溶解度（第９図に重炭酸カルシウムの
PH、温度、溶解度の関係を示す）を示す温度以上
となつて、スケールが発熱体表面に析出、付着す
る。付着したスケールは発熱抵抗体２５から発熱
体表面への熱伝達を悪化させ熱交換効率を低下さ
せるとともに、発熱抵抗体２５の温度を異常に高
め抵抗体を破断してしまう。
周面上の表面温度差が大きく、熱交換状態がアン
バランスとなつて、発熱体の全表面が熱交換に対
し有効に生かされていなかつた。特に、熱交換効
率（発熱体単位面積当りの熱交換能力）を高めよ
うとすると外周面温度が高くなり、局部核沸騰を
起こす。それにより発熱体表面温度はスケールの
主成分である重炭酸カルシウム、重炭酸マグネシ
ウム飽和溶解度（第９図に重炭酸カルシウムの
PH、温度、溶解度の関係を示す）を示す温度以上
となつて、スケールが発熱体表面に析出、付着す
る。付着したスケールは発熱抵抗体２５から発熱
体表面への熱伝達を悪化させ熱交換効率を低下さ
せるとともに、発熱抵抗体２５の温度を異常に高
め抵抗体を破断してしまう。
上記説明で明らかなように、従来の温水加熱装
置は円筒状面発熱体１９の基材Ａ２３、基材Ｂ２
４の熱伝導条件と、各基材表面における水への熱
伝達率とのマツチングが悪かつたため、熱交換効
率の低下、スケールの付着、発熱抵抗体の破断等
の欠点を有していた。
置は円筒状面発熱体１９の基材Ａ２３、基材Ｂ２
４の熱伝導条件と、各基材表面における水への熱
伝達率とのマツチングが悪かつたため、熱交換効
率の低下、スケールの付着、発熱抵抗体の破断等
の欠点を有していた。
本発明は複数のセラミツク基材にて発熱抵抗体
を挾持して積層した発熱素子と、前記素子側面に
流体加熱流路を構成する外ケースよりなる温水加
熱装置において、発熱素子の表面に放熱部材を設
けるとともに、放熱部材と外ケース内壁間に凹凸
を有したシート状の如き乱流発生手段を挿入する
ことにより、熱交換効率（発熱体単位面積当りの
熱交換能力）を向上させるとともに、発熱素子の
表面温度を略等しくし、スケール生成温度以下に
制御、保持することを容易にし従来の欠点を解消
した温水加熱装置の提供を目的とする。
を挾持して積層した発熱素子と、前記素子側面に
流体加熱流路を構成する外ケースよりなる温水加
熱装置において、発熱素子の表面に放熱部材を設
けるとともに、放熱部材と外ケース内壁間に凹凸
を有したシート状の如き乱流発生手段を挿入する
ことにより、熱交換効率（発熱体単位面積当りの
熱交換能力）を向上させるとともに、発熱素子の
表面温度を略等しくし、スケール生成温度以下に
制御、保持することを容易にし従来の欠点を解消
した温水加熱装置の提供を目的とする。
以下本発明の実施例について第１図〜第５図に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
第１図、第２図において、１は円筒状発熱素子
でセラミツク基体Ａ２、セラミツク基体Ｂ３とで
発熱抵抗体４を挾持している。基材Ａ２の厚みtA
は焼成時の歪みを小さくし、発熱素子１の機械的
強度を保持するため比較的大きな値を必要とす
る。基材Ｂ３の厚みtBは焼成時に生ずる収縮で基
材Ａ２、基材Ｂ３間の接合面がはく離するのを防
止するため基材Ａ２の厚みtAに比べ非常に小さな
値である。発熱素子１の外周面は金属層５が形成
され、その上に溶接された螺旋状の銅線からなる
放熱部材６が設けられている。銅線を溶接する代
りに、セラミツク基材Ｂ３の表面に螺旋状の凹凸
を設け放熱部材６としても同様な作用を果す。円
筒状発熱素子１は内管側が加熱内管路７、右端が
温水配管路への接続ネジ８を取付けた温水流出口
９となつている。外ケース１０は発熱素子１の外
周間で加熱流路１１を形成するとともに、右方上
端に冷水流入口１２が取付けてある。放熱部材６
と外ケース間には放熱部材６側を凹凸面１３と
し、シート材１４が挿入してある。１５は電源コ
ード、１６は制御部、１７は温度センサーであ
る。
でセラミツク基体Ａ２、セラミツク基体Ｂ３とで
発熱抵抗体４を挾持している。基材Ａ２の厚みtA
は焼成時の歪みを小さくし、発熱素子１の機械的
強度を保持するため比較的大きな値を必要とす
る。基材Ｂ３の厚みtBは焼成時に生ずる収縮で基
材Ａ２、基材Ｂ３間の接合面がはく離するのを防
止するため基材Ａ２の厚みtAに比べ非常に小さな
値である。発熱素子１の外周面は金属層５が形成
され、その上に溶接された螺旋状の銅線からなる
放熱部材６が設けられている。銅線を溶接する代
りに、セラミツク基材Ｂ３の表面に螺旋状の凹凸
を設け放熱部材６としても同様な作用を果す。円
筒状発熱素子１は内管側が加熱内管路７、右端が
温水配管路への接続ネジ８を取付けた温水流出口
９となつている。外ケース１０は発熱素子１の外
周間で加熱流路１１を形成するとともに、右方上
端に冷水流入口１２が取付けてある。放熱部材６
と外ケース間には放熱部材６側を凹凸面１３と
し、シート材１４が挿入してある。１５は電源コ
ード、１６は制御部、１７は温度センサーであ
る。
第３図、第４図において、F1は外周加熱流路
１１を流れる旋回流を示し、F2は加熱内管路７
を流れる旋回流を示す。Ｖはシート材１４の凹凸
面１３に発生する微少な乱流渦である。
１１を流れる旋回流を示し、F2は加熱内管路７
を流れる旋回流を示す。Ｖはシート材１４の凹凸
面１３に発生する微少な乱流渦である。
第５図は発熱素子１の表面温度分を展開したグ
ラフである。図中、TAは加熱内管路７側の表面
温度、TBは外周加熱流路１１側の表面温度を示
す。
ラフである。図中、TAは加熱内管路７側の表面
温度、TBは外周加熱流路１１側の表面温度を示
す。
上記構成において、電源コード１５を外部電源
に接続、発熱抵抗体４に通電して冷水を流入口１
２から供給する（第３図Fi）。外周加熱流路１１
に流入した流れは螺旋状に溶接された放熱部材６
により旋回流となる（第３図F1）。旋回流F1は加
熱流路１１内に挿入されたシート材１４の凹凸面
１３に接しながら流れる。この時、流れF1は凹
凸面１３部で微少な乱流渦Ｖを発生する。微少な
乱流渦Ｖをともなつた旋回流F1は加熱されなが
ら発熱素子１の左端に達し、向きを変え加熱内管
路７を旋回流F2となつて加熱され、温水となつ
て流出口９から流出する。上記加熱工程においい
て、熱は発熱素子１の内外表面と放熱部材６表面
と広い面積から伝達される。又、外周加熱流路１
１においては、旋回加速により熱境層が非常に薄
くされるとともに、微少乱流渦Ｖの作用により熱
拡散が促進され、発熱素子１表面上における高温
水がなくなつて熱伝達率が非常に向上する。この
結果、発熱素子１から水への熱伝達効率が向上す
るとともに、発熱素子１外周面の熱伝達率が内周
面の熱伝達率に比べ著しく大きくなるため、基材
Ａ２、基材Ｂ３の伝熱量にほぼ等しい熱伝達率と
なり、第５図に示すように、発熱素子１の加熱内
管路７側表面温度TAと外周加熱流路１１側表面
温度がほぼ等しくなる。
に接続、発熱抵抗体４に通電して冷水を流入口１
２から供給する（第３図Fi）。外周加熱流路１１
に流入した流れは螺旋状に溶接された放熱部材６
により旋回流となる（第３図F1）。旋回流F1は加
熱流路１１内に挿入されたシート材１４の凹凸面
１３に接しながら流れる。この時、流れF1は凹
凸面１３部で微少な乱流渦Ｖを発生する。微少な
乱流渦Ｖをともなつた旋回流F1は加熱されなが
ら発熱素子１の左端に達し、向きを変え加熱内管
路７を旋回流F2となつて加熱され、温水となつ
て流出口９から流出する。上記加熱工程においい
て、熱は発熱素子１の内外表面と放熱部材６表面
と広い面積から伝達される。又、外周加熱流路１
１においては、旋回加速により熱境層が非常に薄
くされるとともに、微少乱流渦Ｖの作用により熱
拡散が促進され、発熱素子１表面上における高温
水がなくなつて熱伝達率が非常に向上する。この
結果、発熱素子１から水への熱伝達効率が向上す
るとともに、発熱素子１外周面の熱伝達率が内周
面の熱伝達率に比べ著しく大きくなるため、基材
Ａ２、基材Ｂ３の伝熱量にほぼ等しい熱伝達率と
なり、第５図に示すように、発熱素子１の加熱内
管路７側表面温度TAと外周加熱流路１１側表面
温度がほぼ等しくなる。
又、発熱素子１表面の螺旋状放熱部材６と加熱
流路内に起る旋回流とによつて、発熱素子１表面
上の温度分布が均一化されて局部加熱がなくな
り、局部沸騰、発熱素子の破壊等が防止できる。
又、乱流発生手段であるシート材１４はヒータと
外ケースとの間に非接触層を作るため、シート材
自身の断熱性に更に非接触層に滞溜する水の断熱
性がプラスされ、外ケースから外部へ漏れる熱が
少く、熱交換率が向上する。
流路内に起る旋回流とによつて、発熱素子１表面
上の温度分布が均一化されて局部加熱がなくな
り、局部沸騰、発熱素子の破壊等が防止できる。
又、乱流発生手段であるシート材１４はヒータと
外ケースとの間に非接触層を作るため、シート材
自身の断熱性に更に非接触層に滞溜する水の断熱
性がプラスされ、外ケースから外部へ漏れる熱が
少く、熱交換率が向上する。
以上のごとく、発熱素子の内外表面温度がほぼ
等しくなり、表面温度をスケール生成条件以下に
制御、保持することが容易となる。又、発熱素子
の表面平均温度がほぼ等しいことから、素子全表
面を最適な熱交換条件に保つことができ、素子表
面の使用効率が向上する。又、シート材の挿入に
より外ケースからの放熱を減少させ熱交換効率を
向上させることができ、更に外ケース内壁面に直
接凹凸を作る必要がなく、凹凸の作成、特に複雑
な凹凸形状も容易にできる等の効果を有してい
る。
等しくなり、表面温度をスケール生成条件以下に
制御、保持することが容易となる。又、発熱素子
の表面平均温度がほぼ等しいことから、素子全表
面を最適な熱交換条件に保つことができ、素子表
面の使用効率が向上する。又、シート材の挿入に
より外ケースからの放熱を減少させ熱交換効率を
向上させることができ、更に外ケース内壁面に直
接凹凸を作る必要がなく、凹凸の作成、特に複雑
な凹凸形状も容易にできる等の効果を有してい
る。
第１図は本発明の温水加熱装置の一実施例を示
す一部破断面とした側面図、第２図は第１図のＡ
―A′線断面図、第３図、第４図は流れ方向を示
す断面図、第５図は発熱素子表面温度の展開特性
図、第６図は従来の温水加熱装置の一部破断面と
した側面図、第７図は第６図のＢ―B′線断面図、
第８図は従来の円筒状発熱体の表面温度を示す展
開特性図、第９図は重炭酸カルシウム溶解度と
PH、温度との関係を示す図である。 １……発熱素子、２……基材Ａ、３……基材
Ｂ、４……発熱抵抗体、６……放熱部材、７……
加熱内管路、１０……外ケース、１１……加熱流
路、１４……シート材（乱流発生手段）。
す一部破断面とした側面図、第２図は第１図のＡ
―A′線断面図、第３図、第４図は流れ方向を示
す断面図、第５図は発熱素子表面温度の展開特性
図、第６図は従来の温水加熱装置の一部破断面と
した側面図、第７図は第６図のＢ―B′線断面図、
第８図は従来の円筒状発熱体の表面温度を示す展
開特性図、第９図は重炭酸カルシウム溶解度と
PH、温度との関係を示す図である。 １……発熱素子、２……基材Ａ、３……基材
Ｂ、４……発熱抵抗体、６……放熱部材、７……
加熱内管路、１０……外ケース、１１……加熱流
路、１４……シート材（乱流発生手段）。
Claims (1)
- １ 複数のセラミツク基体にて発熱抵抗体を挾持
して積層した少くとも１つの発熱素子と、前記発
熱素子の一方の側面に被加熱流体を加熱する一方
の流路を構成するとともに流体入口または流体出
口を有する外ケースと、前記発熱素子の他方の側
面に前記流路へ連通した他方の流路に通じる流体
出口または流体入口とを有し、前記一方の流路に
面した前記発熱素子の放熱面に放熱部材を設ける
とともに、前記放熱部材と外ケース間に凹凸を有
するシート材を挿入した温水加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57001996A JPS58120039A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | 温水加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57001996A JPS58120039A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | 温水加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58120039A JPS58120039A (ja) | 1983-07-16 |
| JPH0135256B2 true JPH0135256B2 (ja) | 1989-07-24 |
Family
ID=11517057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57001996A Granted JPS58120039A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | 温水加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58120039A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1982
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