(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
函体状とした水路形成手段の内部に平板状加熱手段を設けた瞬間加熱温水装置であって、
前記水路形成手段は、入水口と出湯口を有する水路形成半体と、この水路形成半体に溶着する水路形成半体とで構成し、
各水路形成半体の内面には、先端を前記平板状加熱手段に向けるとともに、熱交換用水路内の流水方向に平行としたフィンを複数設け、前記水路形成手段の内部に前記フィンで分割された複数の熱交用水路を形成した瞬間加熱温水装置。
【請求項２】
前記熱交換用水路は、流水方向に対し垂直に切った断面積を入水口の断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の瞬間加熱温水装置。
【請求項３】
前記フィンの先端を鋭角としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の瞬間加熱温水装置。
【請求項４】
前記フィンは各水路形成半体に一体的にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の瞬間加熱温水装置。
【請求項５】
前記平板状加熱手段は、給電端子を有するとともに前記水路形成手段に固定するための固定部を有するセラミックヒータであって、前記給電端子及び前記固定部以外の全域にヒータパターンを形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の瞬間加熱温水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に給水源から供給される水を所定温度の適温水に短時間で加熱して人体局部の洗浄用瞬間加熱式の温水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の温水装置には、図６に示したようなものが一般的であった。（例えば特開平１０−２２０８７６号に記載）同公報に見られるものを詳述すると、以下の通りである。温水装置１０１は、略中央に配された平板状加熱手段であるセラミックヒータ１０２と、そのセラミックヒータ１０２の全周に一体に設けられたフランジ１０３と、セラミックヒータ１０２を包み込むように収納するタンク１０４とが設けられ、タンク１０４の開口端部に設けられた鍔部１０５とフランジ１０３をねじ１０６で締結することにより、函体を構成している。
【０００３】
つづいて、このタンク１０４は、もう一方の端部に内部と連通する入水口１０７と出湯口１０８とを有し、その内面にリブ１０９を設けセラミックヒータ１０２との間にリブ１０９を隔壁とした蛇行水路１１０を構成している。また、タンク１０４の鍔部１０５のフランジ１０３側には図示しないＯリングが配設され、前記ねじ１０６の締結により水シールができる構成になっている。そして、給電端子１１４には給電線１１５が電気接続され、セラミックヒータ１０２をなしている。
【０００４】
さらに、セラミックヒータ１０２と給電端子１１４の間にアルミナ等のセラミックからなるフランジ１０３が発熱面であるセラミック板と垂直に設けられ、セラミック板と同時に焼成されることにより、一体となっている。
【０００５】
図７には、従来のセラミックヒータ１０２のヒータパターンを示す。セラミックヒータ１０２の中央部１１６にのみヒータパターンを形成し、両端部１１７にはセラミックヒータ１０２をタンク１０４へ固定するための固定孔１１８を４隅に設け、いずれか一端には給電端子１１４を形成する。上記構成により、入水口１０７からタンク１０４内に流入した水は蛇行水路    １１０を通過し、出湯口１０８より流出する。セラミックヒータ１０２の給電線１１５から電力を供給した場合、セラミックヒータ１０２より、蛇行水路１１０を流れる水に伝達され、水は温水装置１０１を流れる短時間の間に加熱され出湯口１０８より連続して流出する。これにより、低吐水量においても乱流域になるよう流速を確保し、十分な熱伝達率を確保することが可能となり、長時間の連続出湯が図れる。
【０００６】
ところで、従来使用されている温水装置において、温水装置に入ってくる水流は伝熱面に至るまでに入水口の位置、向きおよび形状等により伝熱面近傍の水流の速度分布が不均一となり、温水装置内部の水流の温度分布が不均一になっていた。その結果、出湯口近傍の出湯温度を検出する検出手段付近を通過する水流の湯温が不均一で、出湯温度を検出する検出手段にて検出した湯温のハンチング幅が大きくなる構造になっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のような従来の瞬間式温水装置では、蛇行水路を形成し水路の断面積を小さくすることを特徴の一つとしているが、高温に発熱するセラミック製リブが樹脂製のタンク内壁を溶かすので、リブとタンクの内壁を密着させることはできない。そのため、タンク内壁とリブの間には隙間を設けざるを得ず、タンク内における流れの一部は蛇行水路を通らずにその隙間を通る。よって、蛇行水路によって乱流域になるよう流速を確保するという目的が達成されず、タンク内には流れのよどみ場や空気泡の溜まり場ができてしまうという課題があった。
【０００８】
また、仮にタンク内壁とリブの間に隙間を生じさせないような方策（例えば、タンク内壁を金属製とする等）をとったとしても、水路を蛇行させるため圧力損失が大きくなり、必要吐水量を得るための必要給水圧が極めて高くなり、一般家庭等給水圧が比較的低いところでは使用できないという課題があった。
【０００９】
更に、セラミックヒータに温度勾配が生じてしまいヒートショックによりセラミックヒータが割れるといった課題があった。
【００１０】
そこで本発明は、タンク内を乱れや空気泡のない流れとする水路構成、給電端子の取り付け方法と、ヒータパターン形状を工夫することにより、所定温度の温水を得るためのヒータパターンを持つ必要最小限の伝熱面積を確保したまま、高負荷化、コンパクト化、良組立性が図れる瞬間加熱式温水装置を提供することにある。
【００１１】
また、上記構成のような従来の温水装置では、出湯口近傍の出湯温度を検出する温度検出手段で検出する温度は伝熱面近傍における水流の速度分布が不均一で、伝熱面近傍の温度分布が不均一であるため、水流が加熱手段の熱を十分供給されない低温部領域と供給過多な高温部領域に分かれ混合されないまま流れていく結果、出湯温度のハンチング幅が大きくなり、正確かつ素速く湯温を検出できないため正確かつ応答性の良い出湯温度の制御が困難であるという課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用及び効果】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、函体状とした水路形成手段の内部に平板状加熱手段を設けた瞬間加熱温水装置であって、前記水路形成手段は、入水口と出湯口を有する水路形成半体と、この水路形成半体に溶着する水路形成半体とで構成し、各水路形成半体の内面には、先端を前記平板状加熱手段に向けるとともに、熱交換用水路内の流水方向に平行としたフィンを複数設け、前記水路形成手段の内部に前記フィンで分割された複数の熱交用水路を形成した。
【００１３】
したがって、熱交換器中の流水を乱れや空気泡のない状態とすることができ、沸騰音、温度制御不良、ヒータ割れなどの不具合の原因となる局所加熱を発生させないようにすることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、熱交換用水路は、流水方向に対し垂直に切った断面積を入水口の断面積よりも大きくした。
【００１５】
したがって、入水口から熱交換用水路内へ流入する流入速度よりも熱交換用水路を流れる流速を減速させて熱交換用水路への滞留時間を確保することができ、比較的小ワットの熱交換器でも十分な沸かし上げ能力を得ることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明において、フィンの先端を鋭角とした。
【００１７】
したがって、水路形成手段に入水した水と平板状加熱手段と接触面積を大きくできる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、フィンは各水路形成半体に一体的にそれぞれ設けた。
【００１９】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、平板状加熱手段は、給電端子を有するとともに水路形成手段に固定するための固定部を有するセラミックヒータであって、給電端子及び固定部以外の全域にヒータパターンを形成した。
【００２０】
したがって、必要最小限の伝熱面積を確保したまま、高負荷化、コンパクト化が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の温水装置における一部切り欠き斜視図であり、図２は同分解斜視図、図３は同縦断面図、図４は図３のＡ−Ａ’断面図である。図１〜図４において温水装置１は、略中央に配された平板状加熱手段であるセラミックヒータ２と、そのセラミックヒータ２との間の両側面部全域にスリット状の熱交換用水路９を形成する水路形成手段４と、熱交換用水路９へ給水するための入水口５と、前記熱交換用水路９から温水を出湯するための出湯口６とから構成される。また、入水口５付近上流には入水口５から供給される水をスリット状の熱交換用水路９の全域に亘って供給するための拡散部１７を、出湯口６付近下流には熱交換用水路９により温水とされた水を圧力損失なく徐々に出湯口６に送り込むための集水部１４を各々設ける。なお、図３に示すＬ間の熱交換用水路９の流水方向に対し垂直に切った断面はいずれも図４に示される断面であり、それにより熱交換用水路９内の水の流れに乱れや空気泡を発生させないようにしている。また、入水口５及び出湯口６の断面積よりも大きくすることで、流速を減速し熱交換用水路９内に滞留する時間を長くすることにより熱交換のために十分な時間を確保する。
【００２８】
この水路形成手段４は、拡散手段４ｃ、セラミックヒータ２を固定するための固定ボス４ｅを有する水路形成半体４ａ、入水口５、出湯口６、給電線７を挿通するための挿通口４ｄ、挿通口４ｄから内側に突出して形成された筒状の接合部８（拡散手段を兼用）を有する水路形成半体４ｂとからなり、セラミックヒータ２に設けた固定孔１２内に固定ボス４ｅを挿入し、固定ボス４ｅの頭部を加熱し押し潰すことで、水路形成半体４ａに挟着固定し、その後、セラミックヒータ２の給電線７を挿通口４ｄに挿通した後、水路形成半体４ａ、４ｂの開口部に嵌装した発熱ワイヤ１３に直接電圧を印可して加熱し、水路形成半体４ａ、４ｂを溶着一体化し、またセラミックヒータ２表面と接合部８との間を面パッキン１８でシールすることで函体を構成する。更に、挿通口４ｄから接合部８内へシリコンなどを充填することで確実にシールする。なお、水路形成手段４の内面に一体にフィン３を形成しており、熱交換用水路９はフィン３を隔壁とした複数の水路に分割されている。また、フィン３の先端は鋭角となっており、入水した水とセラミックヒータの接触面積を大きくする。
【００２９】
図４、図５に示すように、セラミックヒータ２の内部にはタングステンを主成分とした発熱体１１が配設され、その両側には一対のセラミック板１０が発熱体１１を包み込むように一体構成されている。
【００３０】
その発熱体１１の発熱部と給電端子７は、セラミック板１０の端部に寄せてあり、伝熱面を広くすることによりワット密度を低減したセラミックヒータ２をなしている。また、給電端子７間にはセラミックヒータ２の表面温度を検出するための温度センサ１５を配置する。この温度センサ１５で検出される温度は信号線１６を介して制御装置（図示無し）に送られ、セラミックヒータが割れる可能性のある温度となった時にセラミックヒータ２への通電を停止する。
【００３１】
上記構成より、施工後、入水口５から温水装置１内に流入した水は、入水後すぐに両面に分かれ拡散手段４ｃ、８（接合部）により拡開して、乱れのない流れで図２の矢印のように熱交換用水路９内を徐々に満水状態として、温水装置１内の空気を出湯口６から排出する。この際フィン３は熱交換用水路９内が波立って空気排出が難しくなることを防止している。施工が完了し、使用する時は、温水装置１内が水で満たされた状態なので、入水口５から温水装置１内に流入した水は、入水後すぐに両面に分かれ拡散手段４ｃ、８（接合部）により拡開して、乱れのない流れで図２の矢印のように、熱交換用水路９内に流れ込み、熱交換が行われ適温に加熱された湯となり、集水部１４によって圧力損失なく出湯口６へ導かれることで湯を供給することができる。この際、フィン３は熱交換用水路９を小通路として区画し、それぞれの小通路を流れる水の流速が均一となるよう機能する。また、局所加熱により発生する空気溜りを流水により出湯口６へ排出するよう機能する。本実施例において、フィン３は一定間隔に設けられ、入水口５から離れた箇所のフィン３を長くすることで、小通路の流路抵抗を等しくし、各々の小通路に流れる流速を等しくしている。これに変えて、フィン３の長さを均等にして、入水口５から遠いほど間隔を広げるようにしても良い。このように均一な流速とすることで、セラミックヒータの表面温度を略一様にすることができ、ヒートショックによるセラミックヒータの割れを防止することができる。
【００３２】
セラミックヒータ２の給電線７から電力を供給した場合、発熱体１１により発生した熱がセラミック板１０を経て、熱交換用水路９内を流れる水に効率よく、短時間に伝達され、水は熱交換用水路９内を流れるわずかな時間の間に加熱され出湯口６より連続出湯する。
【００３３】
また、貯水部がなく熱交換用水路９内の水の熱容量を低減できるので、使用開始から適温の温水が出湯されるまでの昇温速度も速く、使用者が出湯温度を変更したい場合などの応答も良くなる。
【００３４】
さらに、セラミック板１０が防水性及び電気絶縁性を有しているので、セラミックヒータ２の発熱部１１を水没させる構成が可能となり、熱効率をさらに高める効果がある。
【００３５】
このようにタンクの両内面に熱交換用水路９を形成する方式は、加熱流量が少ない場合などに極めて有効である。
【００３６】
また、本実施例に示すように本発明の温水装置では、給電端子７がセラミックヒータ２に垂直に設けられているので、セラミックヒータ２の発熱部１０をタンク４に収納後、給電端子のリード線を平面シールとして容易にかつ確実に水シールすることができる。
【００３７】
なお、本実施例においては、平板状加熱手段として平板状のセラミックヒータを用いたが、シーズヒータやマイカヒータ等、様々な応用が考えられる。
【００３８】
図８に別実施例を示す。基本構成としては、セラミックヒータ等の加熱手段と入水するための入水口５と加熱手段２により加熱された湯を出湯する出湯口６と前記入水口５と前記出湯口６との中間あるいは近傍の水路に設けられたプール部４ｇまたは突起部４ｆを備えた温水装置である。そして、入水口５と出湯口６との中間にあるいは近傍の水路にプール部４ｇがあるため、温水装置に入ってくる水流はそこで一旦流速の分布および方向を均一に整流化されてから６個の通孔４ｈを通って伝熱面に進入することができる。水流の流速分布が均一になることにより、水流は伝熱面から熱的エネルギーを一様に供給を受けられるため、水流の低温部領域と高温部領域との温度差が小さくなり、そして出湯口付近における水流の温度分布が均一になり出湯温を検出する検出手段にて検出される出湯温度のハンチング幅を極力小さくすることができる。出湯口近傍に設けられた温度検出手段（図示無）にて正確な出湯温度を検出することができるため、出湯温度制御の正確性と応答性を向上させることができ、その結果人体局部洗浄装置の温水装置おいては洗浄水温度が突発的な給水圧変動あるいは給水温度変動等による外乱因子に対しても素速くかつ正確に追従でき人体局部への高温度による洗浄水の吐水あるいは低温度による洗浄水の吐水を防止することができる。また、伝熱面にて熱的エネルギーを一様に供給された水流は温度分布が均一であり、加熱手段に対して熱的応力を軽減でき加熱手段への熱的負荷が軽減されるため、加熱手段の寿命を延長させ信頼性を向上させることができる。伝熱面近傍における水流の速度分布は均一で整流化されているため、加熱時に伝熱面近傍より発生した蒸気あるいは水流に溶存していた気体が乱流状態で発生する渦等に引き込まれて滞留するようなことがなく速やかに出湯口へ押し流すことができる。加熱手段にて水流を加熱した際に、伝熱面には蒸気や水流に溶存していた気体が分離して気泡が発生するが、水流の速度分布が均一でなければその気泡が伝熱面近傍に滞留し伝熱面の熱伝達率を低下させ、その部分において局部発熱が起こり、加熱手段へ熱的応力を加えることになり加熱手段の信頼性を低下させることになるが、水流の速度分布が均一であれば、加熱時に発生した蒸気や水流に溶存していた気体が気泡として発生しても滞留させることなく速やかに出頭口へ押し流すことができ局所的な熱伝達効率低下による局部発熱で加熱手段へ熱的負荷がかからないため加熱手段の信頼瀬を向上させることができる。上記整流化手段により出湯温度は出湯温度検出手段近傍において、ハンチング幅が低減されるため、出湯温度の制御を素速くかつ正確に行うことが可能になるが、さらなる制御の応答性および正確性を追求するならば、出湯温度の温度検出手段上流側に水流の低温部領域と高温部領域を攪拌させる突起部４ｆを設けても良い。これらの効果は実験を実施することにより確認されている。そして、入水口と出湯口との間の水路に水流を整流化するプール部４ｇまたは突起部４ｆを備えることにより、入水口の形状および向きを変化させても伝熱面への水流の流速および方向の乱れを起こすことがないため、入水口の形状および向きを温水装置の回りに配置している他ユニットに干渉しないように決定できる等、入水口の位置決めおよび形状等の設計自由度が上がり、ひいては温水洗浄装置等製品全体としてのコンパクト設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の温水装置における一部切り欠き斜視図
【図２】  同温水装置の分解斜視図
【図３】  同温水装置の側面図
【図４】  同セラミックヒータ部の断面図
【図５】  同セラミックヒータのパターン形成図
【図６】  従来の温水装置の一部切り欠き斜視図
【図７】  同セラミックヒータのパターン形成図
【図８】  同温水装置の別実施例に係る水路形成半体４ａの平面斜視図
【符号の説明】
１…温水装置
２…セラミックヒータ（平板状加熱手段）
３…突起部
４…タンク
５…入水口
６…出湯口
７…給電端子
８…シール材
９…直行水路
１０…発熱体
１１…セラミック板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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