WO2002090836A1 - Electric water heater, liquid heater, steam generator - Google Patents

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Atsunobu Sakamoto
Kazuko Sakamoto
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Atsunobu Sakamoto
Kazuko Sakamoto
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    • H05B3/42Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/46Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base

Definitions

  • It relates to electric water heaters, liquid heaters, and steam generators.
  • aluminum nitride is used as a partition plate to heat water or liquid.
  • Seed heaters have good waterproof properties and are often used around water.
  • the prior application was 5.2 KW
  • the silicon carbide plate had a diameter of 30 cm, so that the 2 KW of the present invention was five times larger than the 54 square cm. Therefore, this was not a technology to start heating in a few seconds, even if silicon carbide aluminum nitride was used.
  • a line of heater that heats the heating wall of a fluid container containing water or liquid inside is formed of a thin metal plate with high electrical resistance as long as the shape can be maintained independently, and electricity is sandwiched between the heating wall and the heating wall.
  • the insulator is made of aluminum nitride, etc., which has a thermal conductivity three times higher than that of heater wires.
  • the heating wall was made of copper, silver or the like having a heat conductivity higher than that of the heater wire by 10 times or more, and they were heat-conductively adhered to each other.
  • FIG. 1 is a perspective view of a water heater according to an example of the present invention, from which a heat insulating coating holder 1 is removed.
  • 2A to 2E are new front views of experimental examples and the like showing the relationship between heater wires, insulating plates, and heating walls for understanding the principle of the present invention, and
  • FIG. 3 shows heating walls and aluminum nitride plates having different shapes.
  • FIGS. 4 and 5 are side views of a fluid container of another application example. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a perspective view of a short tubular water heater 1 according to an example of the present invention, in which a holder for heat insulation is removed for easy understanding.
  • the fluid container 2 is a short tube made of copper with a thickness of 1 mm, and both ends are formed into a flare, and a flare nut 3 is fitted so that it can be connected to the front and rear pipes.
  • a part between them is formed as a heating wall 4 so as to form a regular hexagonal prism with a side of 10 mm, a 0.6 mm aluminum nitride thin plate 5 is superimposed on the plane, and a heater line 6 is superimposed. .
  • Heater wire 6 can be made by quenching an iron-chromium alloy metal plate appropriately, tempering it and strengthening it, reducing the thickness to 0.1 mm, for example, 2 mm as shown in Fig. 1. Even in a zigzag shape in which the gap is 0.5 mm and the gap is 0.5 mm and the gap reciprocates in a 10 mm width, the shape can be maintained autonomously.
  • Mitsui ⁇ f is not Ru function in thermal barrier coating holder of all, for example, covered with a heat insulating material of the glass fibers, compressing by winding a tape of silicone rubber, it may be waterproof in co one king material.
  • the heater line 6 When the current is sent at 8 A, the heater line 6 generates heat, but ⁇ : the heat is absorbed by the closely packed aluminum nitride plate 5 whose thermal conductivity is about 8 times higher, and the heat is further reduced to about 2. It is absorbed by 5 times the copper heating wall 4. One second after the current starts to flow, heat is transmitted to the inner wall, and after 3 to 5 seconds, the heated water starts to flow.
  • the temperature sensors 10 are provided downstream and upstream away from the heating wall, but a mechanical hot and cold water mixer may be provided.
  • the area of the hexagonal prism of the heating wall 4 was set to 50 square cm.
  • the power density is 40 W per square cm of the aluminum nitride plate.
  • it is 5 times more durable than this and its price is high, so it is more convenient to make it smaller.
  • the current density of the heater wire 6 is much lower. In consideration of this, safety is enhanced.
  • A is A 0.1 mm thick, 2 mm wide iron chrome heater line 11 was stacked on a 4 mm wide, 0.6 mm thick aluminum nitride thin plate 12, and an lmm thick copper plate 13 was further stacked.
  • B is obtained by removing the copper plate 13 from A. In these cases, the gap between the heaters was set to about 0.1 mm.
  • C is iron chrome of 0.5 mm in diameter with the same cross-sectional area as heater wire 1 1
  • Round wire 14 is obtained by laminating aluminum nitride thin plate 12 and copper plate 13 having the same dimensions as above B, and D is obtained by removing copper plate 13 from C. Actually, they were brought into close contact with each other using a 2-mm-thick insulating material made of magnesium oxide and silicic acid as a pressing material from both sides, and a current of 8 A was passed for 1 second.
  • the measurement value is not accurate because it is too short, but the copper heater line in Figure 2A
  • the surface on the opposite side was about 40 to 50 ° C one second later, and the same surface of copper in C was raised by 1 to 2 "C. Although it is extremely low at 50 to 60 ° C, the C wire 14 is about 100 ° C at the part in contact with the insulation, and the part floating even a little is over 200 ° C. The current flowed for 3 seconds, and one second later, the value was approximately three times the above value.
  • the heat generated from 1 is transmitted to the copper plate 13 tens of times faster than from the round wire 14, and the heat is absorbed by the heater 1 1, and the temperature decreases. Furthermore, if there is no copper plate 13, the aluminum plate 1 2 will be heated further and become hot, but the heat of the heat will be small and the heater line 11 will also be hot.
  • the heater line must be made thick, for example, about 0.5 mm.
  • the thermal conductivity of water is extremely poor, the efficiency of heat conduction from the aluminum nitride plate is higher by boiling, as in a boiler.
  • the impact of boiling is also applied, and since it is a liquid, there is a water hammer, and if it becomes a sticky ceramic, it must be made structurally quite strong, and material costs originally Cost is considerably higher.
  • the copper plate receives structural strength, the price is 1/50 and the heat conductivity is twice that of aluminum nitride, so the size of aluminum nitride and heater wire is the minimum required If the copper heating wall is widened one by one, that is, if the heat transfer area is widened, the heat conduction to water and liquid will be greatly increased, and the heat will be stored in the wide heating wall. Also. Also, the temperature of the heater line becomes lower, and insulation and waterproofing become easier. In order to increase the heat transfer area, not only the size but also the protrusion ⁇ fin 18 may be submerged or a groove may be cut inside as shown in the heating wall 17 in FIG.
  • the aluminum nitride plate 19 has a surface conforming to the quadric surface. Applying an adhesive or grease with high thermal conductivity, which is a mixture of silicon and aluminum nitride fine powder, in the gaps not only enhances the thermal conductivity, but also allows the adhesive to adhere instead of the heat insulation coating holder. Can also be held. The low temperature of the heater wire is also useful here.
  • the heating may be performed from the outside, or may be a short tubular heating wall 24 inserted from below as shown by a dotted line in the center of FIG.
  • One end of the heating wall 24 is closed, an aluminum nitride plate and a heater are closely attached to the inner wall surface, and insulating and heat insulating materials such as glass cloth and magnesium oxide powder are packed, and the other end is a lead wire 2. 5 is put out, closed, and attached to the floating container 20 through the flange 26.
  • This short tubular heating wall 22 is independent of the fluid container with the built-in heater 1 as a single heater. You can also. However, since it is thrown into or put into a floating container, such a shape is also included in the claims of the present application.
  • the fluid container may be of various shapes as well as a short tube.
  • a rectangular box-like shape 27 as shown in FIG. 5 may be provided with an entrance 28 and a zigzag flowing water path 295 shown by a dotted line inside.
  • the facing flat surface is used as a heating wall, and an aluminum nitride plate and a heater may be adhered to it.
  • the present invention rapidly heats in a very short time, distortion and fatigue occur, and if the strain accumulates, slippage or breakage occurs and the life is shortened, so that the fluid container expands as uniformly as possible. Shape is desirable.
  • the heater line is made zigzag to absorb linear expansion caused by heat.
  • the heater line 6 is self-supporting even if it is as thin as 0.1 mm, that is, it can withstand thermal expansion during handling and use even without support such as mica. The shape can be maintained.
  • the heater line of the present invention since electric water heaters leak due to water leakage, etc., waterproof specifications are also included in the insulation cover holder.
  • the heater line of the present invention since the heater line of the present invention has a low temperature, there are many materials suitable for use, and the most suitable material can be selected. For example, it may be wound with glass cloth and then with silicone rubber, and the gap may be waterproofed with caulking material, or it may be wound with urethane rubber using a new ceramic material.
  • a material that can insulate heat while electrically insulating the heater wire from the heating wire and expressing heat as the thermal conductivity shows that it changes with temperature, but rough aluminum nitride at room temperature (10 0 to 20 OW / mK), diamond (200), cBN (130), carbonized £ 1; (270), beryllium oxide (250), etc. is there.
  • beryllium oxide is poor in properties, and diamond, cBN and silicon carbide are hard and difficult to process. However, it cannot be used for the present application anyway in the future.
  • alumina (20) is the highest in practical ceramics except aluminum nitride, which is about the same as iron chromium, that is, it is one time, so that the effect of the present invention cannot be expected so much.
  • aluminum oxide having a thermal conductivity 4 to 5 times that of an iron chromium heater is sufficient to function, and there is no practical ceramic between the two.
  • the heating wall may be made of not only copper (370) but also silver (400) having a larger heat capacity if the cost is appropriate. Also, the same effect can be obtained with a ceramic alloy containing these components as a main component, and is therefore included in the scope of the present invention.
  • the heating method of the present invention is not only fast but also has a great advantage in that it is simple and low temperature.C Therefore, it can be used not only for instantaneous heating but also for hot water storage instead of the conventional heater, and various liquids It can also be used for heating and warming appliances.
  • the use of quick heating can reduce the useless cold water of the instantaneous electric water heater.
  • a switch that works by sensing the reduced water pressure by twisting the faucet to discharge water, but separately from it, for example, pressing the switch on the h section of the wash basin by hand, for example, only for 5 seconds
  • an extra heating circuit is provided, then
  • the time to be set is preferably short enough to wait until the faucet is twisted, and the sensor may be operated not only by pushing the switch by hand but also by standing in front of the sink. If the switch is overheated by pressing the switch more than once, the temperature sensor should detect it and prevent it from heating further.
  • the water heater, the liquid heater, and the steam generator of the present invention heat up very quickly, and are energy saving. Water heaters have less waste of cold water and less wasted water when used. Further, the structure for pushing the switch of the present invention a few seconds ago further reduces waste of energy and water. Further, waste of time is reduced.
  • the heater line and heating are low temperature and small, it can be kept warm and waterproof, and the equipment Because it is always small, it is also convenient for transportation, for example, it can be used as a water heater for nursing care. It is easy to maintain and has a long service life.

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Description

明細書
電気式温水器 ·液体加熱器 ·蒸気発生器
技術分野
電気式温水器、 液休加熱器、 蒸気発生器に関するもので、 特に数秒で加熱の効
5果の出始めるものを提供する。 背景技術 . 従来電気温水器や液体加熱器はニク口ム合金等のヒータ一線を雲母等の絶縁板 に巻き付け、 形を作り、 さらに雲母で絶縁させて、 冷水の通るパイプを加熱して 1 0いた。 雲母は優秀な絶縁体であるが、 同時に優れた断熱材でもあるので、 その温 水器や加熱器から充分な温度の温水や液体が出て来るのは、 ヒータ一線が溶ける ような高温に近くなつた 2 ~ 3分後といった遅いものであった。
瞬間温水器は電気式が遅いので、 通常使われる殆どがガス式であった。 ガス式 は燃焼するので換気が必要で、 さらに装置が高温になるので、 多くの家庭や事務 i s所ではその建物の外部に設置した。 その為温水器から蛇口迄の配管が長くなり、 蛇口をひねつて温水が出て来るまで 0. 5〜1分といつた時問待たなければなら なかったし、 その間冷水を大量に出さなければならなかった。 又使用後はその長 い配管の中の温水は無駄に冷えるだけであった。
特開平 4— 2 7 8 1 4 2号のように、 水や液体を加熱する仕切板に窒化アルミ
2。や炭化珪素等を用いて、 熱交換率を向上させようという熱交換器もあったが、 ヒ 一ターはその図 1では直径 2センチの丸い断面で、 ニクロム線からなる熱交換手 段とだけしか言明されていない。 しかしそこに目新しい技術は出てこないので、 従来型のシ一ズヒーターかニクロム丸線であろうと思われる。
シーズヒータ一は防水性が良く、 水周りに多用されるものであるが、 図 2 Eの
2 5断 に Ϊかれたようにニクロム線 1 4を^いステンレスパイプ 1 5でカバ一し て、 酸化マグネシウム等の粉末 1 6を充填して絶縁するもので、 熱伝導率の悪い 物質で取り巻かれているため、 熱伝導率の良い仕切板 1 2に熱が達するまで非常 に遅いものであった。 明細書に 1 0分後の平衡状態での熱交換率は良いと書いて あるのは、 平衡点に達する迄に 1 0分は掛かるということを意味する。
· ' '.一- · "·¾. ' - むしろ図 2 Dのニクロム丸線 1 4のように、 防水の問題は別にして、 何も無い ほうが窒化アルミ板 1 2に直接接触するので熱伝導は早くなる。 しかし見て分か るように、 共に接触するのは点が連なった線としてであるので、 残りの熱は空気 を通すか輻射熱によるので、 図 2 A及び Bの薄いニクロム線 1 1の発熱が窒化ァ ノレミ板 1 2に直接伝えられるものに比べると、 非常に遅いものであった。
さらにこの先願は 5. 2 KWで、 炭化珪素板が直径 3 0 c mなので、 本発明の 2 KWで 5 4平方 c mに比べて 5倍も大型であった。 従ってこれは炭化珪素ゃ窒 化アルミを利用しても、 数秒で加熱を始める技術では無かった。
窒化アルミ板に電導体を焼き付ける考えもあり、 色々試行錯誤されているが、 アルミナ板に比べて焼結温度が 1, 5倍高く、 熱による膨張率は 2 / 3以下で、 酸化膜でもないので適当なバインダ一が無い、 電導体が金属化合物では充 な電 流を流すことが出来ない等で、 現在は可能なものが出ていない。 今後出てきても 本発明のようなニクロムや鉄クロムの薄板を重ねるだけの簡単で低コス卜のもの はそれなりの価値を持ち続けよう。
5
発明の開示
内部に水や液体を入れた流体容器の加熱壁を加熱するヒータ一線を、 形を自立 的に維持できる範囲で薄い電気的抵抗の高い金属板で形成し、 加熱壁との間に挟 む電気絶縁体を窒化アルミ等の、 ヒーター線よりも 3倍以上高い熱伝導率を持つ 。ものとし、 さらに前記加熱壁を銅や銀等の、 ヒーター線よりも 1 0倍以上高い熱 伝導率を持つものとし、 それらを熱伝導的に互いに密着させた。
これによりヒーター線の発熱が直ちに加熱壁に移動し、 水や液体は数秒で加熱 されて出始めるが、 この早さを利用して数秒先に入れるスィッチを別に設けるこ とにより、 冷水を殆ど出さない省エネルギーの電源回路も出来た。
5
図面の簡単な説明
図 1は本発明の一例を示す温水器で、 断熱被覆ホルダ一を取り外した斜視図で ある。 図 2 A〜Eは本発明の原理を理解する為のヒーター線と絶縁板と加熱壁と の関係を示す実験例等の新面図で、 図 3は形状の異なる加熱壁及び窒化アルミ板 の断面図である。 図 4、 図 5は他の応用例の流体容器の側面図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は本発明の一例の短管状の温水器 1の斜視図で、 分かり易いように断熱被 凝ホルダーを取り除いてある。 流体容器 2は肉厚 1 mmの銅製の短管で、 その両 端はフレャ一に成形し、 フレャ一ナツ ト 3をはめ込んで前後の配管に接続出来る ようにしてある。 そしてその間の一部を加熱壁 4として、 一辺 1 0 mmの正六角 柱になるように成形し、 その平面に 0. 6 mmの窒化アルミ薄板 5を重ね、 さら にヒータ一線 6を重ねてある。
ヒーター線 6は、 鉄クロム合金の金属板を適当な焼き入れ、 焼き戻しの調質を して腰を強くすると、 厚さを 0. 1 m mに薄く して、 例えば図 1のように 2 m m 幅の線幅で隙間を 0. 5 mmで 1 0 mm幅を往復するジグザグ形にしても自立的 にその形状を保てるので、 そのまま窒化アルミ板 5に ねるのである。 密ィ ¥fさせ る機能は断熱被覆ホルダ一で、 例えばそのガラス繊維の断熱材を被せ、 シリコン ゴムのテープを巻いて圧迫し、 コ一キング材で防水をすればよい。
次いでそのヒーター線のリ一ド部 7から?!!流を 8 A送り込むと、 ヒータ一線 6 は発熱するが、 Γ :ちに密^している熱伝導率が約 8倍の窒化アルミ板 5に吸収さ れ、 その熱もさらに約 2. 5倍の銅の加熱壁 4に吸収される。 電流を流し始めて 1秒後には内壁に熱が伝わり出すので、 3〜5秒後にはその熱を受けた温水が出 始める。 温度管理としては加熱壁から離れて下流及び上流に温度センサ一 1 0を 設けたが、 機械式の湯水混合器を併設しても良い。
図 1の構造で 2 KWの入力電力量として、 加熱壁 4の六角柱の面積は 5 0平方 c mにした。 つまり窒化アルミ板の 1平方 c m当たり 4 0 Wといった電力密度に なる。 窒化アルミ板のデータからはこの 5倍の耐久性があるそうで、 その価格も 髙いので、 より小さい方が好都合である。 しかし実験ではこの 2 . 5倍の 1平方 c m当たり 1 0 0 Wの密度で、 ヒータ一線 6の一部が窒化アルミ板 5から少し浮 いていたら、 少しの期間で焼け切れてしまった。 つまりヒーター線 6の電流密度 の方がだいぶ低いのである。 それを考慮して安全性を高めたものである。
この爾流密度で伝熱速度の実験を図 2 A〜Dの断而図のように行なった。 Aは 0. 1 mm厚で 2 m m幅の鉄クロムのヒータ一線 1 1を 4 mm幅、 0. 6 mm厚 の窒化アルミ薄板 1 2に重ね、 さらに l m m厚の銅板 1 3を重ねた。 Bは Aから 銅板 1 3を取り除いたものである。 これらの場合ヒータ一線同志の隙間を 0. 1 mm程度にした。 Cはヒーター線 1 1と同じ断面積の直径 0. 5 mmの鉄クロム
5丸線 1 4を先程の Bと同じ寸法の窒化アルミ薄板 1 2及び銅板 1 3に重ねたもの で、 Dは Cから銅板 1 3を取り除いた。 実際にはこれらを両側から 2 mm厚の酸 化マグネシウムと珪酸からなる断熱材のステアタイ トを押圧材として用いて互い に密着させ、 8 Aの電流を 1秒間流した。
あまりに短時間なので測定値は正確さが欠けるが、 図 2 Aの銅のヒータ一線の
1 0反対側の表面はその 1秒後には大体 4 0〜 5 0 °Cになり、 Cの銅の同表面は 1〜 2 "C上昇した程度であつた。 そして Aのヒータ一線 1 1は 5 0〜 6 0 °Cで非常に 低いのに、 Cの丸線 1 4は断熱材に接している部分は 1 0 0 °c位で、 少しでも浮 いている部分は 2 0 0 °c以上にもなるようであった。 3秒間電流を流し、 その 1 秒後には上記の数値の大体 3倍になった。
i s Bでは窒化アルミ薄板 1 2のヒータ一線の反対側表面は 1秒後には 1 5 0 °C前 後になり、 Dでは 1 0数' Cであった。 Eは実験したものではなかったが、 外径 4 mmのシ一ズヒ一ターを窒化アルミ薄板 1 2に重ねたものの新面図を描いてみた もので、 Dと大体同じ傾向で、 鉄クロム線かニクロム線かは不明であるが、 さら に断熱材で囲まれているので熱伝導はもつと遅いと言える。
2 0 これらから分かることは、 数秒間という短時間では薄く幅の広いヒータ一線 1
1からの発熱が、 丸線 1 4からよりも何十倍も早く銅板 1 3に伝わるし、 ヒータ 一線 1 1 ΙΊ休も熱を吸収され、 温度が低くなる。 さらに銅板 1 3が無ければ'^?化 アルミ ^板 1 2はさらに く熱せられ ¾温になるが、 熱の^ が少なく、 ヒータ 一線 1 1も高温になるということである。
2 5 以上から早く加熱するには Αか Βであるが、 Bでは長時間加熱していけ ヒ一 タ一線 1 1の温度が高くなり、 焼きが戾つて腰が弱くなるので、 形を自立的に維 持するにはヒータ一線を厚く例えば 0. 5 mm程度にしなければならなくなる。 さらに水の熱伝導率が極端に悪いので、 窒化アルミ板からの熱伝導はボイラーの ように沸騰による方が効率は高くなるが、 そうなると窒化アルミ板には水とヒー タ一線の温度差が掛かる上に、 沸騰の衝撃も掛かるし、 液体なのでウォーターハ ンマ一もあるし、 粘りのないセラミ ックとなれば構造的にかなり丈夫にしなけれ ばならず、 元々材料費が高いのでコストもかなり高くなる。
それに比べて Aの場合は銅板が構造的に強度を受けるし、 窒化アルミに比べて 価格は 5 0分の 1、 熱の伝導率は 2倍なので、 窒化アルミとヒーター線の大きさ は必要最小限のままにして、 銅の加熱壁をずつと広くすれば、 つまり伝熱面積を 広くすれば、 水や液体への熱伝導は大きく髙まるし、 その広い加熱壁に熱を貯め ることにもなる。 又ヒータ一線の温度も低くなり、 断熱や防水が簡単になる。 伝熱面積を広くするには大きさだけでなく、 図 3の加熱壁 1 7のように内部に 突起ゃフイ ン 1 8を,没けたり、 溝を刻んだりするのでもよい。 この場合加熱 1 7は円筒状なので、 窒化アルミ板 1 9はその二次曲面に合わせた面になる。 その 隙間にシリコンに窒化アルミ微粉末を混ぜた熱伝導の高い接着剤やグリースを塗 布することはこれらの熱伝導性を高めるだけでなく、 接着剤は断熱被覆ホルダ一 に代わって密着させる機能も持たせることが出来る。 ヒーター線が低温なのがこ こでも役立つ。
これらとは逆に電流密度を上げ、 加熱面積を小さく して、 ボイラーのように沸 騰させることも可能である。 この場合でもヒーター線は Bのようには高くはなら ない。 しかしそうなるとその内壁に、 水中のミネラルが析出してスケールが付着 し、 仏-熱効^を低ドさせる ^合もあるので、 ^いたり、 クェン酸 の薬 Mで除ム- する必要がある。 その為図 1のように配管から脱着すれば点検出来る形でも良い が、 図 4の側面図のように流体容器 2 0を円筒として、 前後の配管への接続部分 2 1が 端の丁: ι¾で横に分岐していて、 ffi^を外さなくても容器 2 0の端末のフ ランジ 2 2を開ける、 又は点検口 2 3から点検するでもよい。
この場合加熱は外部からでもよいが、 図 4の中心部に点線で示したよう ^下側 から挿入された短管状の加熱壁 2 4でもよい。 この加熱壁 2 4は一端を塞ぎ、 そ の内部の壁面に窒化アルミ板、 ヒータ一線を密着させ、 ガラスクロスや酸化マグ ネシゥム粉末のような絶縁 ·断熱材を詰めて、 他端はリード線 2 5を出して塞ぎ、 フランジ 2 6を通して流休容器 2 0に取り付けるのである。 この短管状の加熱壁 2 2はヒータ一を内蔵したまま、 流体容器から独立させて、 単独のヒーターとす ることも出来る。 しかし使い方としては流休容器に投げ込む又は揷入するという 形になるので、 このような形も本願の請求の範囲に含まれる。
流体容器は短管状ばかりでなく様々な形が考えられる。 図 5のように長方形の 箱のような形 2 7で、 出入口 2 8と内部に点線で示したジグザグの流水経路 2 9 5を設けたものでもよい。 向き合った平面を加熱壁として、 そこに窒化アルミ板、 ヒータ一線を密着させればよい。 ただ本発明は非常に短時間に急激に加熱するの で、 歪みや疲労が発生し、 それが蓄積されると、 ずれや破損が生じ寿命が くな るので、 流体容器がなるべく均一に膨張する形が望ましい。
さらにヒータ一線はジグザグ形状にすることで、 熱による線膨張を吸収する形
1 0がよく、 より短い距離で折り返すのが望ましい。 又その材質は鉄クロムだけでな く、 ニクロムやタングステンといった耐熱性の高い金属を使うことができる。 し かしヒータ一線は窒化アルミに密着しなければニクロム程度では忽ち高温になつ て焼け切れてしまうので、 図 1のように加熱容器の稜線や角 8やヒータ一線のリ -ド部 7ではヒータ一線を 2〜5倍に幅広 9にして、 発熱自体を押さえなければ i sならない。 但し細い幅を急に広くするとその直前の細い部分に応力が集中し、 折 れやすくなるので、 1 1 1のように徐々に幅広く、 又は細く していくのがよい。 こ れらの工夫と焼き入れによりヒータ一線 6は 0. 1 mm程度に薄くても自立的に、 即ち雲母等の支えが無くても加工中の扱いや使用中の熱膨張に耐えて、 その形状 を維持出来る。
2 0 電気温水器は漏水などで漏電するので、 防水仕様も断熱被覆ホルダ一に含まれ る。 しかし本発明のヒータ一線は低温なので使用に適した材料が多く、 最適の材 料を選択することが出来る。 例えばガラスクロスで巻いて、 さらにシリコンゴム で巻いて、 そのすき間をコーキング材で防水にするとか、 セラミック新熱材を使 つてウレタンゴムで巻いても良い。
2 5 ヒーター線と加熱遊とを^気的に絶縁しながら、 熱を非'おに く^える材料を 熱伝導率で示すと、 温度により変化するが常温での大まかな窒化アルミ ( 1 0 0 〜2 0 O W/m · K ) に対し、 ダイヤモンド ( 2 0 0 0 )、 c B N ( 1 3 0 0 ) や炭化 £1; ( 2 7 0 ) や酸化ベリ リウム ( 2 5 0 ) 等がある。 しかし酸化ベリ リ ゥムは ¾性が髙く、 ダイヤモンド、 c B Nや炭化珪素は堅く加工が難しい等の欠 点があり、 将来はともかく現在は本発明の用途には使えない。
現在は窒化アルミを除くと実用的なセラミックスではアルミナ ( 2 0 ) が最高 で鉄クロムと同程度で、 つまり 1倍であり、 これでは本発明の効果があまり期待 出来ない。 しかし鉄クロムヒータ一線の 4〜 5倍の熱伝導率の^化アルミで充分 に機能し、 しかもこの 2者の間の実用的なセラミックは無いので、 3倍程度まで 請求の範囲に含める。 又加熱壁は銅 ( 3 7 0 ) だけでなく、 コス卜が合えば熱容 量のより大きな銀 (4 0 0 ) でもよい。 又これらの成分を主とするセラミ ックゃ 合金でも同じ効果が出るので、 本発明の範囲に含める。 ' 本発明の加熱方法は早いだけでなく、 簡単で低温である点も大きな長所である C 従って従来のヒーターに替わって瞬間式だけでなく、 貯湯式でも用いることが出 来、 又色々な液体の加熱、 保温器具に用いることも出来る。
さらに本発明では素早い加熱を利用して、 瞬間式電気温水器の無駄な冷水を少 なくすることが出来る。 通常は蛇口をひねって水を出すことにより減圧した水圧 を感知して機能するスィツチを設けてあるが、 それとは別に例えば洗面台の h部 に設けたスィツチを手で押すと、 例えば 5秒間のみ加熱する回路を余分に設ける と、 その | 後蛇 Uをひねった時に冷水がその分少なくなる。 この回路は通常の電 気温水器に用いても例えば 1分が 5秒早くなるだけであるが、 本発明ならば 5〜 7秒が 5秒短縮されるので格段に効果が出る。
この場合設定する時間は、 蛇口をひねる迄に待てる程度の短時間がよく、 又ス ィツチを手で押すだけでなく、 洗面台の前に立つという動作によるセンサ一の働 きでもよい。 さらに重ねてスィッチを押して過熱状態になるような場合は、 温度 センサーで感知させ、 それ以上加熱しないようにして防げばよい。 産業上の利用可能性
本発明の温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器は非常に早く加熱し出すので、 省ェ ネルギ一である。 温水器では冷水の無駄も少ないし、 使い終えた時に無駄になる 配管内の温水も少ない。 さらに数秒前に本発明のスィ ッチを押す構造により、 さ らにエネルギーや水の無駄が少なくなる。 さらに時間の無駄も少なくなる。
ヒータ一線や加熱^が低温で小型なので、 保温や防水が简 こ出来、 装 ί も非 常に小型になるので、 移動用としても便利で、 例えば介護用温水装置にもなる。 又保守することも容易で、 部品の寿命も長い。
さらに高機能にも係わらず非常に経済的で、 高価な窒化アルミ板が最少で製造 コストも低いし、 小型なので洗面台の下などに設置する費用も小さい。
上記の利点から瞬間式だけでなく、 貯湯式乃至は常時加熱式の温水器、 液体加 熱器にも広く用いることが出来る。

Claims

請求の範囲
1 . 少なくとも流体容器、 電気絶縁体、 ヒータ一線、 電源制御回路からなり、 流 体容器の一部を構成する加熱壁に電気絶縁体を挟んで配置されたヒータ一線に電 源制御回路から電力を供給して加熱する電気温水器等において、 ヒーター線は電 気的抵抗の高い金属の薄板で形成し、 前記電気絶縁体はそのヒータ一線よりも 3 倍以上髙い熱伝導率を持つ熱伝導休からなり、 さらに前記加熱壁はヒータ一線よ りも 1 0倍以上高い熱伝導率を持つ金属とし、 それらを熱伝導的に互いに密着さ せた構造であることを特徴とする電気温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器。
2. 上記' 絶縁体は窒化アルミ又は炭化珪素又はそれらを主成分とするセラミ ックの薄板である請求項 1の電気温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器。
3. 上記加熱壁は銅又はそれを主成分とする合金である請求項 1の電気温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器。
4. 上記ヒータ一線は鉄ク口ム合金又はニクロムである請求項 1の電気温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器。
5. ヒーター線は発熱部分が一定の細い幅の、 望ましくはより短い距離で折り返 しジグザグとなった形状であると共に、 稜線や角で電気絶縁体に密着しない部分 は大幅に幅広にした構造であることを特徴とする請求頊 1の電気温水器、 液体加 熱器、 蒸 発生器。
6. 電源制御回路が、 蛇口をひねり水を出すことで機能する通常のスィッチの他 に、 手で押すなど所定の動作により入れられるスィッチを設け、 それを予め入れ ることにより水を出さなく とも、 設^された数秒問、 ヒーター線に ¾力を供給し て加熱するようにした構造であることを特徴とする請求項 1の電気温水器。
7. 少なく とも流体容器、 ヒータ一線、 断熱被覆ホルダ一、 電源制御回路からな り、 前後の配管や出入口への接続部を持ち、 内部は水又は目的の液体が流れる又 は滞留する流体容器の、 一部を構成する加熱壁に接して配置されたヒータ一線に 電源制御回路から電流を流して加熱する電気温水器等において、 流体容器の加熱 は銅や銀又はそれらを主成分とする合金により、 水に接する ιίιι'の反対側の而を 平面や緩い二次曲面の密着し易い面として形成し、 ヒータ一線は鉄クロム合金等 の抵抗板を焼人れ ;の^ fiにより腰を強く して、 形を I 'い':的に維持できる範 Wで く、 その分幅広に形成したものを重ね、 その間に窒化アルミ、 ^化迚^又はそ れらを主成分とするセラミ ックの薄板を電気絶縁体として挿入し、 それらを断熱 被^ホルダ一で押圧し、 互いに緊密に密着させた構造であることを特徴とする !ί 気温水器、 液体加熱器、 蒸気発生器。 '
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