JPH027519B2 - - Google Patents
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- JPH027519B2 JPH027519B2 JP56204331A JP20433181A JPH027519B2 JP H027519 B2 JPH027519 B2 JP H027519B2 JP 56204331 A JP56204331 A JP 56204331A JP 20433181 A JP20433181 A JP 20433181A JP H027519 B2 JPH027519 B2 JP H027519B2
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- Resistance Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は給湯用，暖房用などに用いられる温水
加熱装置に関するものである。
加熱装置に関するものである。
従来の温水加熱装置は第９図および第１０図に
示すように、一端を冷水路と接続する流入口３１
とした円筒状の面発熱体３２と、この円筒状の面
発熱体３２の外周との間に加熱流路３３を形成す
る外ケース３４とにより構成されている。前記外
ケース３４には、面発熱体３２の流入口３１側に
位置して流出路３５を設けている。また前記円筒
状の面発熱体３２は円筒状のセラミツク材からな
る基体Ａ３６と、シート状セラミツク材かなる基
体Ｂ３７とで発熱抵抗体３８を挾持して構成して
いる。そして前記基体３６は、成形時の歪みを小
さく押さえ、かつ円筒状の面発熱体３２の機械的
強度を保持するために、所定の厚みt1を必要と
し、また基体Ｂ３７は基体Ａ３６の外周にローリ
ングするため、その作業が良好に行えるように、
基体Ａ３６の厚みt1に比べ、非常に小さな厚みt2
で構成されている。
示すように、一端を冷水路と接続する流入口３１
とした円筒状の面発熱体３２と、この円筒状の面
発熱体３２の外周との間に加熱流路３３を形成す
る外ケース３４とにより構成されている。前記外
ケース３４には、面発熱体３２の流入口３１側に
位置して流出路３５を設けている。また前記円筒
状の面発熱体３２は円筒状のセラミツク材からな
る基体Ａ３６と、シート状セラミツク材かなる基
体Ｂ３７とで発熱抵抗体３８を挾持して構成して
いる。そして前記基体３６は、成形時の歪みを小
さく押さえ、かつ円筒状の面発熱体３２の機械的
強度を保持するために、所定の厚みt1を必要と
し、また基体Ｂ３７は基体Ａ３６の外周にローリ
ングするため、その作業が良好に行えるように、
基体Ａ３６の厚みt1に比べ、非常に小さな厚みt2
で構成されている。
上記従来の構成において、流入口３１から流入
した冷水は、円筒状の面発熱体３２の内管路３
２′で加熱されながら左端開放部に達し、その後、
加熱流路３３に流入してさらに加熱され、流出路
３５より温水となつて流出する。
した冷水は、円筒状の面発熱体３２の内管路３
２′で加熱されながら左端開放部に達し、その後、
加熱流路３３に流入してさらに加熱され、流出路
３５より温水となつて流出する。
上記加熱工程において、円筒状の面発熱体３２
の表面温度は、セラミツク基体Ａ３６，Ｂ３７の
厚みt1，t2と前記円筒状の面発熱体３２の表面に
おける水への熱伝達率との関係により決まる。
の表面温度は、セラミツク基体Ａ３６，Ｂ３７の
厚みt1，t2と前記円筒状の面発熱体３２の表面に
おける水への熱伝達率との関係により決まる。
上記従来例においては、円筒状に面発熱体３２
における内管路３２′の流速は、加熱流路３３の
流速に比べて速いため、円筒状の面発熱体３２の
内周面の水への熱伝達率は外周面の熱伝達率より
大きくなる。一方、円筒状の面発熱体３２の内周
面側基体Ａ３６の厚みt1は外周面側基体Ｂ３７の
厚みt2に比べて大きい。従つて、発熱抵抗体３８
から円筒状の面熱体３２の内周面への伝熱抵抗は
外周面への伝熱抵抗より大きい。その結果、円筒
状の面発熱体３２の内周面は、水への熱伝達率が
大きいのに対し、発熱抵抗体３８からの天熱抵抗
が大きいため、その表面温度は第１１図のTS1で
示すように低下する。また円筒状の面発熱体３２
の外周面は、水への熱伝達率が小さいのに対し、
発熱抵抗体３８からの伝熱抵抗が小さいため、そ
の表面温度は第１１図のTS0で示すように、高く
なる。
における内管路３２′の流速は、加熱流路３３の
流速に比べて速いため、円筒状の面発熱体３２の
内周面の水への熱伝達率は外周面の熱伝達率より
大きくなる。一方、円筒状の面発熱体３２の内周
面側基体Ａ３６の厚みt1は外周面側基体Ｂ３７の
厚みt2に比べて大きい。従つて、発熱抵抗体３８
から円筒状の面熱体３２の内周面への伝熱抵抗は
外周面への伝熱抵抗より大きい。その結果、円筒
状の面発熱体３２の内周面は、水への熱伝達率が
大きいのに対し、発熱抵抗体３８からの天熱抵抗
が大きいため、その表面温度は第１１図のTS1で
示すように低下する。また円筒状の面発熱体３２
の外周面は、水への熱伝達率が小さいのに対し、
発熱抵抗体３８からの伝熱抵抗が小さいため、そ
の表面温度は第１１図のTS0で示すように、高く
なる。
以上のように従来の温水加熱装置においては、
円筒状の面発熱体３２の内周面，外周面上での表
面温度差が非常に大きいため、熱交換状態にアン
バランスを生じ、その結果、発熱体の全表面が熱
交換に対し有効に生かされず、熱交換効率が低下
する。
円筒状の面発熱体３２の内周面，外周面上での表
面温度差が非常に大きいため、熱交換状態にアン
バランスを生じ、その結果、発熱体の全表面が熱
交換に対し有効に生かされず、熱交換効率が低下
する。
また前記面発熱体３２の外周面は高温になり、
局部的な核沸騰を起こし、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の飽和
溶解度を示す温度以上となり、スケールが面発熱
体３２の表面に析出する。第１２図は重炭酸カル
シウムのPHと温度と溶解度の関係を示したもの
である。そしてこのスケールは面発熱体３２の表
面で徐々に厚みを増し、発熱抵抗体３８から面発
熱体３２の表面への熱伝達を悪化させ、熱交換効
率を下げるとともに、発熱抵抗体３８の温度を異
常に高めてしまうため、発熱抵抗体３８を断線さ
せてしまうという欠点を有していた。
局部的な核沸騰を起こし、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の飽和
溶解度を示す温度以上となり、スケールが面発熱
体３２の表面に析出する。第１２図は重炭酸カル
シウムのPHと温度と溶解度の関係を示したもの
である。そしてこのスケールは面発熱体３２の表
面で徐々に厚みを増し、発熱抵抗体３８から面発
熱体３２の表面への熱伝達を悪化させ、熱交換効
率を下げるとともに、発熱抵抗体３８の温度を異
常に高めてしまうため、発熱抵抗体３８を断線さ
せてしまうという欠点を有していた。
２つのセラミツク基体で発熱抵抗体を挾持して
構成した発熱素子と、この発熱素子の両側面に設
けられ、一方は流体流入口と連通し、かつ他方は
流体流出口と連通する流通路とを備え、前記流体
流入口より供給される使用最低流量または設定流
量において、発熱抵抗体から２つのセラミツク基
体への熱伝達量を、前記発熱素子の両側面表面平
均温度が略等しくし、前記発熱素子の一方の側面
表面平均温度をスケール生成温度以下にする加熱
流体加速用手段を、前記流通路の内側または外側
に設けたもので、前記発熱素子の表面平均温度を
スケール生成温度以下に制御または保持すること
を容易にするとともに、熱交換効率を高めること
ができる温水加熱装置を提供しようとするもので
ある。
構成した発熱素子と、この発熱素子の両側面に設
けられ、一方は流体流入口と連通し、かつ他方は
流体流出口と連通する流通路とを備え、前記流体
流入口より供給される使用最低流量または設定流
量において、発熱抵抗体から２つのセラミツク基
体への熱伝達量を、前記発熱素子の両側面表面平
均温度が略等しくし、前記発熱素子の一方の側面
表面平均温度をスケール生成温度以下にする加熱
流体加速用手段を、前記流通路の内側または外側
に設けたもので、前記発熱素子の表面平均温度を
スケール生成温度以下に制御または保持すること
を容易にするとともに、熱交換効率を高めること
ができる温水加熱装置を提供しようとするもので
ある。
以下、本発明の一実施例について、第１図〜第
４図にもとづいて説明する。第１図，第２図にお
いて、１は円筒状に構成された発熱素子で、この
発熱素子１はセラミツク基体Ａ２とセラミツク基
体Ｂ３とで発熱抵抗体４を挾持することにより構
成している。そして前記セラミツク基体Ａ２は、
成形時の歪みを極力小さく押さえ、かつ発熱素子
１の機械的強度を保持するため所定の厚みtAを必
要とし、またセラミツク基体Ｂ３はセラミツク基
体Ａ２の外周にローリングするため、セラミツク
基体Ａ２の厚みtAに比べ非常に小さな厚みtBで構
成されている。また円筒状に構成された発熱素子
１は内管路５を有するとともに、一端には、冷水
供給管への接続ねじ６を取付けた流体流入口７を
内管路５と連通するように設けている。８は外ケ
ースで、この外ケース８は発熱素子１の外周との
間に加熱流路９を形成し、かつ前記発熱素子１の
内管路５の他端側を閉塞し、さらに前記流体流入
口７側に位置して流体流出口１０を設けている。
前記加熱流路９内には、被加熱流体に旋回流を与
えて加熱流路９内における加熱流体の流速を高め
るため、螺旋状のインナーフイン１１を挿入して
いる。１２ａは発熱抵抗体４への通電用リード
線、１２ｂは制御部、１２ｃはセンサーである。
また第１図におけるＬは加熱流路９の流路長さで
あり、第２図におけるＤは加熱流路９の中心直径
である。
４図にもとづいて説明する。第１図，第２図にお
いて、１は円筒状に構成された発熱素子で、この
発熱素子１はセラミツク基体Ａ２とセラミツク基
体Ｂ３とで発熱抵抗体４を挾持することにより構
成している。そして前記セラミツク基体Ａ２は、
成形時の歪みを極力小さく押さえ、かつ発熱素子
１の機械的強度を保持するため所定の厚みtAを必
要とし、またセラミツク基体Ｂ３はセラミツク基
体Ａ２の外周にローリングするため、セラミツク
基体Ａ２の厚みtAに比べ非常に小さな厚みtBで構
成されている。また円筒状に構成された発熱素子
１は内管路５を有するとともに、一端には、冷水
供給管への接続ねじ６を取付けた流体流入口７を
内管路５と連通するように設けている。８は外ケ
ースで、この外ケース８は発熱素子１の外周との
間に加熱流路９を形成し、かつ前記発熱素子１の
内管路５の他端側を閉塞し、さらに前記流体流入
口７側に位置して流体流出口１０を設けている。
前記加熱流路９内には、被加熱流体に旋回流を与
えて加熱流路９内における加熱流体の流速を高め
るため、螺旋状のインナーフイン１１を挿入して
いる。１２ａは発熱抵抗体４への通電用リード
線、１２ｂは制御部、１２ｃはセンサーである。
また第１図におけるＬは加熱流路９の流路長さで
あり、第２図におけるＤは加熱流路９の中心直径
である。
第３図ａ，ｂは上記一実施例における温水加熱
装置の要部断面斜視図と流れのベクトル図を示し
たもので、υが流速ベクトル、Ｎはインナーフイ
ン１１の巻き数である。
装置の要部断面斜視図と流れのベクトル図を示し
たもので、υが流速ベクトル、Ｎはインナーフイ
ン１１の巻き数である。
第４図は、発熱素子１の表面温度を展開グラフ
として示したもので、この第４図中TAは発熱素
子１における内管路５側の表面温度、TBは加熱
流路９側の表面温度を示す。
として示したもので、この第４図中TAは発熱素
子１における内管路５側の表面温度、TBは加熱
流路９側の表面温度を示す。
上記構成において、通電用リード線１２ａを外
部電源に接続して発熱抵抗体４に通電し、流量が
温水加熱装置の使用量低水量または設定量値であ
る冷水を流体流入口７より第１図の矢印で示すよ
うに供給する。この場合、前記最低水量または設
定水量は、温水加熱装置の使用水量範囲において
最もスケール付着が厳しい条件である。従つて、
前記最低水量または設定水量値において、スケー
ル付着温度下に制御または保持することによつ
て、スケール付着は解消できる。流入した冷水は
内管路５で加熱されながら左端開放部に達し、そ
の後、発熱素子１の外周に位置する加熱流路９に
流入し、そしてインナーフイン１１により形成さ
れた螺旋状の加熱流路９内を旋回しながら加熱さ
れ、流体流出口１０より温水となつて流出する。
この加熱工程において、水への熱伝達率、各基体
Ａ２、Ｂ３の厚みtA，tBおよび熱伝達率との関係
を用いると、発熱素子１の表面温度算出式は次の
ようになる。
部電源に接続して発熱抵抗体４に通電し、流量が
温水加熱装置の使用量低水量または設定量値であ
る冷水を流体流入口７より第１図の矢印で示すよ
うに供給する。この場合、前記最低水量または設
定水量は、温水加熱装置の使用水量範囲において
最もスケール付着が厳しい条件である。従つて、
前記最低水量または設定水量値において、スケー
ル付着温度下に制御または保持することによつ
て、スケール付着は解消できる。流入した冷水は
内管路５で加熱されながら左端開放部に達し、そ
の後、発熱素子１の外周に位置する加熱流路９に
流入し、そしてインナーフイン１１により形成さ
れた螺旋状の加熱流路９内を旋回しながら加熱さ
れ、流体流出口１０より温水となつて流出する。
この加熱工程において、水への熱伝達率、各基体
Ａ２、Ｂ３の厚みtA，tBおよび熱伝達率との関係
を用いると、発熱素子１の表面温度算出式は次の
ようになる。
式は、各基体Ａ２，Ｂ３から水への熱伝達率を
各々αA，αB、セラミツク基体Ａ２，Ｂ３の熱伝
導率をλ、各基体Ａ２，Ｂ３の厚みをtA，tB、水
と接する発熱素子１の表面積をSA，SBとし、ま
た発熱素子１の発熱抵抗体４の温度をTH、発熱
素子１の各基体Ａ２，Ｂ３の表面温度を各々TA，
TB、内管路５内の水温をTWA、加熱流路９内の
水温をTWBとすると、発熱抵抗体４から各基体Ａ
２，Ｂ３表面への伝熱量QA1，QB0は、 QA＝λ・（TH―TA）・SA・１／tA QB＝λ・（TH―TB）・SB・１／tB となる。また、発熱素子１の基体Ａ２，Ｂ３の表
面から水への熱伝達量を各々qA，qBとすると、 qA＝αA・（TA―TWA）・SA qB＝αB・（TB―TWB）・SB となる。また熱バランスの関係からQA＝qA，QB
＝qBとなる。よつて QA／QB＝qA／qB∴λ・（TH―TA）・SA・１／tA／λ・
（TH―TB）・SB・１／tB ＝αA・（TA―TWA）・SA／αB・（TB―TWB）・SB となる。従つて、これから TH―TA／TH―TB＝αA・tA・（TA―TWA）／αB―tB・
（TB―TWB） の式が成立つ。上式において、Ｒ＝TH―TA／TH―TBを１ にするとTA＝TBとなり、発熱素子１の表面温度
は等しくなる。
各々αA，αB、セラミツク基体Ａ２，Ｂ３の熱伝
導率をλ、各基体Ａ２，Ｂ３の厚みをtA，tB、水
と接する発熱素子１の表面積をSA，SBとし、ま
た発熱素子１の発熱抵抗体４の温度をTH、発熱
素子１の各基体Ａ２，Ｂ３の表面温度を各々TA，
TB、内管路５内の水温をTWA、加熱流路９内の
水温をTWBとすると、発熱抵抗体４から各基体Ａ
２，Ｂ３表面への伝熱量QA1，QB0は、 QA＝λ・（TH―TA）・SA・１／tA QB＝λ・（TH―TB）・SB・１／tB となる。また、発熱素子１の基体Ａ２，Ｂ３の表
面から水への熱伝達量を各々qA，qBとすると、 qA＝αA・（TA―TWA）・SA qB＝αB・（TB―TWB）・SB となる。また熱バランスの関係からQA＝qA，QB
＝qBとなる。よつて QA／QB＝qA／qB∴λ・（TH―TA）・SA・１／tA／λ・
（TH―TB）・SB・１／tB ＝αA・（TA―TWA）・SA／αB・（TB―TWB）・SB となる。従つて、これから TH―TA／TH―TB＝αA・tA・（TA―TWA）／αB―tB・
（TB―TWB） の式が成立つ。上式において、Ｒ＝TH―TA／TH―TBを１ にするとTA＝TBとなり、発熱素子１の表面温度
は等しくなる。
上記一実施例で示すように、外ケース８の内径
が発熱素子１の外径に比べて大きい場合、加熱流
路９内にインナーフイン１１を挿入しないと、加
熱流路９における流速は発熱素子１における内管
路５の流速より小さいため、基体Ａ２，Ｂ３の表
面から水への熱伝達率はαA＞αBとなり、また基
体Ａ２，Ｂ３の厚みtA，tBはtA＞tBであるため、
Ｒは１を越え非常に大きな値となる。そしてまた
第４図の点線で示すように、基体Ｂ３の表面温度
TB1′は、基体Ａ２の表面温度TA1′に比べて高く
る。
が発熱素子１の外径に比べて大きい場合、加熱流
路９内にインナーフイン１１を挿入しないと、加
熱流路９における流速は発熱素子１における内管
路５の流速より小さいため、基体Ａ２，Ｂ３の表
面から水への熱伝達率はαA＞αBとなり、また基
体Ａ２，Ｂ３の厚みtA，tBはtA＞tBであるため、
Ｒは１を越え非常に大きな値となる。そしてまた
第４図の点線で示すように、基体Ｂ３の表面温度
TB1′は、基体Ａ２の表面温度TA1′に比べて高く
る。
次に、加熱流路９内にインナーフイン１１を挿
入すると、流体の流れは旋回流となる。この時の
旋回流路長さL0は第３図より、 L0＝Ｎ・Ｌ／Ｎ／sinθ＝Ｌ／sinθ、 但しθ＝tan-1Ｌ／Ｎ／πD０ となり、旋回流の流路長さL0は平行流の流路長
さＬの１／sinθ倍長くなり、かつ流速も１／sinθ
倍となる。従つて、θの値を選定することによ
り、αA＜αBを満たすようにαBを増大させること
ができる。この結果、TH―TA1／TH―TB1を１に近づけら れる。すなわち、第４図の実線で示すように
TA1，TB1をほぼ等しい値に近づけることができ
る。また制御部１２ｂで入力を制御することによ
り、発熱素子１の表面温度をスケール付着温度以
下に保つことができる。
入すると、流体の流れは旋回流となる。この時の
旋回流路長さL0は第３図より、 L0＝Ｎ・Ｌ／Ｎ／sinθ＝Ｌ／sinθ、 但しθ＝tan-1Ｌ／Ｎ／πD０ となり、旋回流の流路長さL0は平行流の流路長
さＬの１／sinθ倍長くなり、かつ流速も１／sinθ
倍となる。従つて、θの値を選定することによ
り、αA＜αBを満たすようにαBを増大させること
ができる。この結果、TH―TA1／TH―TB1を１に近づけら れる。すなわち、第４図の実線で示すように
TA1，TB1をほぼ等しい値に近づけることができ
る。また制御部１２ｂで入力を制御することによ
り、発熱素子１の表面温度をスケール付着温度以
下に保つことができる。
上記説明からも明らかなように、流速の遅い加
熱路９内にインナーフイン１１を挿入して加熱流
路９内に旋回流を発生させることにより、加熱流
路９内の流速は速くなり、その結果、熱伝達率が
大きくなつて、発熱素子１の表面平均温度はほぼ
等しい値となる。また上記一実施例のように、イ
ンナーフイン１１を挿入することにより、加熱流
路９に発生する旋回流に比べ、発熱素子１の外周
全面を均一な流速で流れる。そのため、発熱素子
１の表面上で局部的に高温となる部分はなくな
り、その結果、局部沸騰や、異常高温による発熱
素子１の破壊等を防ぐことができる。
熱路９内にインナーフイン１１を挿入して加熱流
路９内に旋回流を発生させることにより、加熱流
路９内の流速は速くなり、その結果、熱伝達率が
大きくなつて、発熱素子１の表面平均温度はほぼ
等しい値となる。また上記一実施例のように、イ
ンナーフイン１１を挿入することにより、加熱流
路９に発生する旋回流に比べ、発熱素子１の外周
全面を均一な流速で流れる。そのため、発熱素子
１の表面上で局部的に高温となる部分はなくな
り、その結果、局部沸騰や、異常高温による発熱
素子１の破壊等を防ぐことができる。
次に本発明の他の実施例について、第５図〜第
６図にもとづいて説明する。この実施例は、発熱
素子の電気入力を大きくするために、基本の径を
大きくし、かつ外ケースの内径を小さくして、加
熱流路幅を比較的狭くした場合の実施例を示した
ものである。この第５図，第６図において、１３
は円筒状に構成された発熱素子で、この発熱素子
１３はセラミツク基体Ａ１４とセラミツク基体Ｂ
１５とで発熱抵抗体１６を挾持することにより構
成している。そして前記基体Ａ１４は、成形時の
歪みを極力押さえ、かつ発熱素子１３の機械的強
度を保持するため所定の厚みtAを必要とし、また
基体Ｂ１５は基体Ａ１４の外周にローリングする
ため、基体Ａ１４の厚みtAに比べ非常に小さな厚
みtBで構成されている。また円筒状に構成された
発熱素子１３は内管路１７を有するとともに、一
端には、冷供給管への接続ねじ１８を取付けた流
体流入口１９を内管路１７連通するように設けて
いる。２０は外ケースで、この外ケース２０は発
熱素子１３の外周との間に加熱流路２１を形成
し、かつ前記発熱素子１３の内管路１７の他端側
を閉塞し、さらに前記流体流入口１９側に位置し
て流体流出口２２を設けている。また前記発熱素
子１３の内管路１７内には被加熱流体の流速を高
めるため、中子２３を挿入している。そしてこの
中子２３は左端で前記外ケース２０に袋ナツト２
４により固定され、かつ右方において、支持材２
５により、発熱素子１３の中央部に位置するよう
に支持されている。２６ａは発熱抵抗体１６への
通電用リード線、２６ｂは制御部、２６ｃはセン
サーである。
６図にもとづいて説明する。この実施例は、発熱
素子の電気入力を大きくするために、基本の径を
大きくし、かつ外ケースの内径を小さくして、加
熱流路幅を比較的狭くした場合の実施例を示した
ものである。この第５図，第６図において、１３
は円筒状に構成された発熱素子で、この発熱素子
１３はセラミツク基体Ａ１４とセラミツク基体Ｂ
１５とで発熱抵抗体１６を挾持することにより構
成している。そして前記基体Ａ１４は、成形時の
歪みを極力押さえ、かつ発熱素子１３の機械的強
度を保持するため所定の厚みtAを必要とし、また
基体Ｂ１５は基体Ａ１４の外周にローリングする
ため、基体Ａ１４の厚みtAに比べ非常に小さな厚
みtBで構成されている。また円筒状に構成された
発熱素子１３は内管路１７を有するとともに、一
端には、冷供給管への接続ねじ１８を取付けた流
体流入口１９を内管路１７連通するように設けて
いる。２０は外ケースで、この外ケース２０は発
熱素子１３の外周との間に加熱流路２１を形成
し、かつ前記発熱素子１３の内管路１７の他端側
を閉塞し、さらに前記流体流入口１９側に位置し
て流体流出口２２を設けている。また前記発熱素
子１３の内管路１７内には被加熱流体の流速を高
めるため、中子２３を挿入している。そしてこの
中子２３は左端で前記外ケース２０に袋ナツト２
４により固定され、かつ右方において、支持材２
５により、発熱素子１３の中央部に位置するよう
に支持されている。２６ａは発熱抵抗体１６への
通電用リード線、２６ｂは制御部、２６ｃはセン
サーである。
第７図ａ，ｂは各流水路の断面積を示したもの
で、S1は発熱素子１３の内管路１７の断面積、S2
は加熱流路２１の断面積、S3は中子２３の断面
積、S4は内管路１７の断面積S1より中子２３の断
面積S3を差し引いた断面積である。
で、S1は発熱素子１３の内管路１７の断面積、S2
は加熱流路２１の断面積、S3は中子２３の断面
積、S4は内管路１７の断面積S1より中子２３の断
面積S3を差し引いた断面積である。
第８図は発熱素子１３の表面温度を示したもの
で、実線TA2は内管路１７側の表面温度、実線
TB2は加熱流路２１側の表面温度を示す。また点
線TA2′，TB2′は中子２３を挿入する前の内管路１
７側および加熱流路２１側の各表面温度を示す。
で、実線TA2は内管路１７側の表面温度、実線
TB2は加熱流路２１側の表面温度を示す。また点
線TA2′，TB2′は中子２３を挿入する前の内管路１
７側および加熱流路２１側の各表面温度を示す。
上記構成において、通電用リード線２６を外部
電源に接続して発熱抵抗体１６に通電し、冷水を
流体流入口１９より第５図の矢印で示すように供
給する。そして流入した冷水は内管路１７で加熱
されながら左端開放部に達し、その後、発熱素子
１３の外周に位置する加熱流路２１に流入し、こ
こでさらに加熱され、流体流出口２２より温水と
なつて流出する。この加熱工程において、中子２
３が挿入されていない場合の発熱素子１３の表面
温度算出式は前述した一実施例の説明時に求めた
次式になる。
電源に接続して発熱抵抗体１６に通電し、冷水を
流体流入口１９より第５図の矢印で示すように供
給する。そして流入した冷水は内管路１７で加熱
されながら左端開放部に達し、その後、発熱素子
１３の外周に位置する加熱流路２１に流入し、こ
こでさらに加熱され、流体流出口２２より温水と
なつて流出する。この加熱工程において、中子２
３が挿入されていない場合の発熱素子１３の表面
温度算出式は前述した一実施例の説明時に求めた
次式になる。
TH―TA／TH―TB＝αA・tA・（TA−TWA）／αB・tB・
（TB―TWB） 上記第５図〜第６図で示す他の実施例のよう
に、発熱素子１３の内径が大きく、かつ加熱流路
２１の幅が狭い場合は、内管路１７内に中子２３
を挿入しないと、内管路１７内の流速は加熱流路
２１の流速に比べて小さくなる。そのため、基体
Ａ１４，Ｂ１５の表面から水への熱伝達率はαA
≪αBとなつて、αA・tA／αB・tB＜１となるため、Ｒ
は１ に対し非常に小さな値となる。その結果、第８図
に示すように、基体Ａ１４の表面温度TA2′は基体
Ｂ１５の表面温度TB2′に比べて高くなる。
（TB―TWB） 上記第５図〜第６図で示す他の実施例のよう
に、発熱素子１３の内径が大きく、かつ加熱流路
２１の幅が狭い場合は、内管路１７内に中子２３
を挿入しないと、内管路１７内の流速は加熱流路
２１の流速に比べて小さくなる。そのため、基体
Ａ１４，Ｂ１５の表面から水への熱伝達率はαA
≪αBとなつて、αA・tA／αB・tB＜１となるため、Ｒ
は１ に対し非常に小さな値となる。その結果、第８図
に示すように、基体Ａ１４の表面温度TA2′は基体
Ｂ１５の表面温度TB2′に比べて高くなる。
次に内管路１７内に中子２３を挿入すると、内
管路１７の断面積S4はS4＝S1A―S3となつて断面
積が減少する。したがつて内管路１７内の流速は
断面積の減少の割合S4／S1に逆比例して増加する
ため、中子２３の径を選定することにより、熱伝
達率を変えαA・tA・（TA2―TWA）／αB・tB・（TB2―T
WB）を１近づけるこ とができる。この結果、Ｒ＝TH―TA2／TH―TB2の値が１ に近づき、第８図の実線で示すように、TA2，
TB2をほぼ等しい値に近づけることができる。ま
た制御部２６ｂで入力制御することにより、発熱
素子１３の表面温度をスケール付着温度以下に保
つことができる。
管路１７の断面積S4はS4＝S1A―S3となつて断面
積が減少する。したがつて内管路１７内の流速は
断面積の減少の割合S4／S1に逆比例して増加する
ため、中子２３の径を選定することにより、熱伝
達率を変えαA・tA・（TA2―TWA）／αB・tB・（TB2―T
WB）を１近づけるこ とができる。この結果、Ｒ＝TH―TA2／TH―TB2の値が１ に近づき、第８図の実線で示すように、TA2，
TB2をほぼ等しい値に近づけることができる。ま
た制御部２６ｂで入力制御することにより、発熱
素子１３の表面温度をスケール付着温度以下に保
つことができる。
上記説明からも明らかなように、流速の遅い発
熱素子１３の内管路１７内に中子２３を挿入して
内管路１７内流速を速め、内管路１７側の熱伝達
率を高めることによつて、発熱素子１３の表面平
均温度はほぼ等しい値とる。また中子２３により
流れのコア部が破壊されて乱れが増加し、熱伝達
率が増大する。さらに中子２３が発熱素子１３の
支持部材となるため、発熱素子１３を外ケース２
０の中心位置に支持できる等の特徴を有する。
熱素子１３の内管路１７内に中子２３を挿入して
内管路１７内流速を速め、内管路１７側の熱伝達
率を高めることによつて、発熱素子１３の表面平
均温度はほぼ等しい値とる。また中子２３により
流れのコア部が破壊されて乱れが増加し、熱伝達
率が増大する。さらに中子２３が発熱素子１３の
支持部材となるため、発熱素子１３を外ケース２
０の中心位置に支持できる等の特徴を有する。
なお、上記実施例においては、円筒状に構成さ
れた発熱素子を用いたものについて説明したが、
板状の発熱素子で、その両側面に流通路を形成し
たものでも上記実施例と同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。
れた発熱素子を用いたものについて説明したが、
板状の発熱素子で、その両側面に流通路を形成し
たものでも上記実施例と同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。
以上のように本発明の温水加熱装置は、流体の
流速を変え、流体への熱伝達率を変えることによ
つて、発熱素子の発熱抵抗体からセラミツク基体
への熱伝達量を発熱素子の両側面の表面平均温度
が略等しくなるようにしているため、前記発熱素
子の表面平均温度をスケール生成温度以下に制御
または保持することが容易となり、また発熱素子
の表面平均温度がほん等しいことからなり、発熱
素子の全表面を最適な熱交換条件に保つことがで
き、その結果、発熱素子表面の熱交換効率を高め
ることができる等のすぐれた効果を奏するもので
ある。
流速を変え、流体への熱伝達率を変えることによ
つて、発熱素子の発熱抵抗体からセラミツク基体
への熱伝達量を発熱素子の両側面の表面平均温度
が略等しくなるようにしているため、前記発熱素
子の表面平均温度をスケール生成温度以下に制御
または保持することが容易となり、また発熱素子
の表面平均温度がほん等しいことからなり、発熱
素子の全表面を最適な熱交換条件に保つことがで
き、その結果、発熱素子表面の熱交換効率を高め
ることができる等のすぐれた効果を奏するもので
ある。
第１図は本発明の一実施例を示す温水加熱装置
の一部破断側面図、第２図は第１図のＡ―A′線
断面図、第３図ａ，ｂは第１図の要部拡大断面斜
視図および流れのベクトル図、第４図は同温水加
熱装置における発熱素子の表面温度の展開グラ
フ、第５図は本発明の他の実施例を示す温水加熱
装置の一部破断側面図、第６図は第５図のＢ―
B′線断面図、第７図ａ，ｂは第５図の各流路の
流路断面積を示す断面図、第８図は第５図の実施
例における発熱素子の表面温度の展開グラフ、第
９図は従来の温水加熱装置の一部破断側面図、第
１０図は第９図のＣ―C′線断面図、第１１図は従
来の円筒状面発熱体の表面温度を示す展開グラ
フ、第１２図は重炭酸カルシウムのPHと温度と溶
解度との関係を示すグラフである。 １，１３……発熱素子、２，１４……基体Ａ、
３，１５……基体Ｂ、４，１６……発熱抵抗体、
５，１７……内管路、９，２１……加熱流路、
７，１９……流体流入口、８，２０……外ケー
ス、１０，２２……流体流出口。
の一部破断側面図、第２図は第１図のＡ―A′線
断面図、第３図ａ，ｂは第１図の要部拡大断面斜
視図および流れのベクトル図、第４図は同温水加
熱装置における発熱素子の表面温度の展開グラ
フ、第５図は本発明の他の実施例を示す温水加熱
装置の一部破断側面図、第６図は第５図のＢ―
B′線断面図、第７図ａ，ｂは第５図の各流路の
流路断面積を示す断面図、第８図は第５図の実施
例における発熱素子の表面温度の展開グラフ、第
９図は従来の温水加熱装置の一部破断側面図、第
１０図は第９図のＣ―C′線断面図、第１１図は従
来の円筒状面発熱体の表面温度を示す展開グラ
フ、第１２図は重炭酸カルシウムのPHと温度と溶
解度との関係を示すグラフである。 １，１３……発熱素子、２，１４……基体Ａ、
３，１５……基体Ｂ、４，１６……発熱抵抗体、
５，１７……内管路、９，２１……加熱流路、
７，１９……流体流入口、８，２０……外ケー
ス、１０，２２……流体流出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２つのセラミツク基体で発熱抵抗体を挾持し
て構成した発熱素子と、この発熱素子の両側面に
設けられ、一方は流体流入口と連通し、かつ他方
は流体流出口と連通する流通路とを備え、前記流
体流入口より供給される使用最低流量または設定
流量において、発熱抵抗体から２つのセラミツク
基体への熱伝達量を、前記発熱素子の両側面表面
平均温度が略等しくし、前記発熱素子の一方の側
面表面平均温度をスケール生成温度以下にする加
熱流体加速用手段を、前記流通路の内側または外
側に設けた温水加熱装置。 ２ 加熱流体加速用手段としてインナーフインを
流通路の外側に設けた特許請求の範囲第１項記載
の温水加熱装置。 ３ 加熱流体加速用手段として中子を流通路の内
側に設けた特許請求の範囲第１項記載の温水加熱
装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20433181A JPS58103795A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 温水加熱装置 |
| US06/455,244 US4563571A (en) | 1981-12-16 | 1982-12-10 | Electric water heating device with decreased mineral scale deposition |
| CA000417730A CA1205841A (en) | 1981-12-16 | 1982-12-15 | Water heating device |
| EP82306725A EP0082025B1 (en) | 1981-12-16 | 1982-12-16 | Water heating device |
| DE8282306725T DE3271699D1 (en) | 1981-12-16 | 1982-12-16 | Water heating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20433181A JPS58103795A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 温水加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103795A JPS58103795A (ja) | 1983-06-20 |
| JPH027519B2 true JPH027519B2 (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=16488719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20433181A Granted JPS58103795A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 温水加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103795A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6249109A (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-03 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 流体加熱用ヒ−タ−装置 |
| DE20210957U1 (de) * | 2002-07-19 | 2002-10-02 | Elite Plus Int L Inc | Energieaustausch-Vorrichtung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5646751Y2 (ja) * | 1978-11-30 | 1981-11-02 |
-
1981
- 1981-12-16 JP JP20433181A patent/JPS58103795A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58103795A (ja) | 1983-06-20 |
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