(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、から流入した水が、発熱抵抗体を内蔵するヒータ２０の表面を伝熱面として熱交換され、出水口に流れるように案内する熱交換流路２５を、発熱抵抗体を内蔵するヒータ２０の表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブ３１の先端部４５がケーシングの内壁面に当接する流路形成部材で構成したことにより、強制対流熱交換が阻害されるような仕切リブ３１の先端部４５からの漏れ流を防止することができ、ヒータ２０表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ２０表面の温度を低下させることができ、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器および長寿命の衛生洗浄装置を提供することができる。【選択図】図４
2014020606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入水口と出水口を具備したケーシングと、
発熱抵抗体を内蔵するヒータと、
前記入水口から流入した流体が前記ヒータの表面を伝熱面として熱交換され前記出水口に流れるように案内する熱交換流路と、
を備え、
前記熱交換流路は前記ヒータの表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブの先端部が前記ケーシングの内壁面に当接した流路形成部材により構成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ヒータは平板状ヒータで、前記熱交換流路は、前記平板状ヒータの表裏の前記伝熱面に密着した流路形成部材の仕切リブの夫々に沿って下部の前記入水口から上部の前記出水口まで延設された２つの蛇行流路に形成されている
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記流路形成部材は、ステンレス板の複数個所を曲げ加工して形成された
請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記平板状ヒータは、前記出水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度が前記入水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さく形成されている
請求項２または３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、印刷パターンのヒータ線幅は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が太く形成されている
請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、前記印刷パターンの線間の隙間は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が広く形成されている
請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた衛生洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用便後に人体局部を温水により洗浄することのできる衛生洗浄装置に用いる瞬間加熱式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛生洗浄装置には、用便後の人体局部を水で洗浄する際に洗浄水を適温にするための熱交換器が備えられている。この熱交換器には様々のタイプがあり、そのうちの１つとして特許文献１に開示されているような平板状のものがある。これは、厚み寸法の小さい直方体形状のケーシング内に平板状のヒータを縦置きに収納し、該平板状ヒータの両伝熱面の夫々に沿って水平方向に蛇行させつつ上方へ向かう２つの流路が形成された構成となっている。そして、平板状ヒータを駆動している間に各流路に沿って洗浄水を通流させることにより、この洗浄水を適温にまで昇温させている。このような特許文献１に開示された熱交換器の場合、流路断面積が小さいため、洗浄水の流速を高速化且つ均一化できて熱伝達率を高めることができ、またコンパクト化を図ることができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２０８７６号公報（特に、図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、衛生洗浄装置の洗浄用の水を加熱する瞬間湯沸用の熱交換器は、最大流量が０．５Ｌ／ｍｉｎ程度で、５℃入水で４０℃出湯まで加熱するため、ヒータ入力としては１２００Ｗ程度必要であり、ヒータのワット密度としては２０Ｗ／ｃｍ２〜５０Ｗ／ｃｍ２程度のワット密度が比較的大きなヒータが使用されている。
そして、前記従来のような熱交換器では、熱交換器を通過する最大流量が０．５Ｌ／ｍｉｎ程度と少ないため、熱交換器内の動作の安定性や、さらに硬水地域で使用した場合のヒータ表面へのスケールの付着などの課題があった。
【０００５】
また、熱交換条件を安定化させるためには、沸騰熱伝達を伴わない強制対流熱伝達にて熱交換を行う必要がある。このためには熱交換器内のヒータ表面上の流速を確保する方法として、平板状のヒータを用い、熱交換器の壁に仕切リブをこの平板状のヒータと近接して設け、仕切リブで仕切られて形成される蛇行した流路によって、流れる水の流速を増大することで、流水と平板状のヒータ表面との間で強制対流熱交換による熱伝達の促進を図る方法があった。
【０００６】
この平板状ヒータを用いた前記従来の熱交換器は、ヒータ表面に強制対流を誘起し、流速を確保しつつ、ヒータ表面上に均一に流すことにより、ヒータ表面での熱伝達の促進を図る目的で構成されたものであるが、仕切リブとヒータ表面で構成される蛇行した熱交換流路である主流路と、隣接する蛇行流路に漏れるようにヒータ表面と仕切リブ先端との隙間部を流れる漏れ流によって、強制対流熱交換が阻害されるという課題があった。
【０００７】
上記課題の具体例として前記従来のような熱交換器は、セラミックヒータの平板状ヒータと近接してなる仕切リブは、熱交換器のケーシングと一体に樹脂射出成型により形成されており、成型時の熱収縮や成型そりなどを含む寸法精度により、仕切リブの先端と平板状ヒータ表面との間のスキマは均一ではなく、熱交換時において平板状ヒータの表面に温度ムラが発生する。その結果、平板状ヒータの表面の局所的に熱い部分にスケールが発生
および付着しやすくなり、特に硬度の高い水質地域において、平板状ヒータの表面のスケール付着が多くなると、セラミックヒータ表面の温度差が大きくなり、セラミックヒータの割れを生じる恐れがある。
【０００８】
また、前記した強制対流熱交換の阻害要因であるヒータ表面と仕切リブ先端との隙間部を流れる漏れ流を減少するために、仕切リブの先端をヒータ表面に密着させるような仕切リブ寸法にした場合、樹脂製の仕切リブの先端が密着した部分は、セラミックヒータ表面の熱が断熱されて局所高温となりやすく、セラミックヒータの割れがより助長される結果となる。しかもこの場合、高温に弱い樹脂製の仕切リブの先端は熱で損傷しかねない恐れもあることから課題解決にはならない。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒータの表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることにより、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、
入水口と出水口を具備したケーシングと、
発熱抵抗体を内蔵するヒータと、
前記入水口から流入した流体が前記ヒータの表面を伝熱面として熱交換され前記出水口に流れるように案内する、熱交換流路と
を備え、
前記熱交換流路は前記ヒータの表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブの先端部が前記ケーシングの内壁面に当接した流路形成部材により構成されたことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
これによって、ケーシングの入水口から流入した水がヒータの表面を伝熱面として熱交換流路を流れながら加熱され、出水口に近付くにしたがって流体である洗浄水の温度が次第に上昇する。そして、熱交換流路はヒータの表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブの先端部がケーシングの内壁面に当接した流路形成部材により構成されていることにより、強制対流熱交換が阻害されるような仕切リブの先端部からの漏れ流を防止することができて、ヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることができ、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換が可能となる。
【００１２】
この場合、流路形成部材は金属板なのでバネ性を有する仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と密着していることにより、熱伝導率が高くヒータの熱が金属の仕切リブに伝達され、金属の流路形成部材の仕切リブが水への伝熱面積を増大させるヒータの放熱フィンとして作用し水に熱伝達される。したがって、樹脂の仕切リブのようにヒータ表面の熱が断熱されて局所高温となるような不具合がないだけでなく、熱伝達効率が高められる。
【００１３】
また、流路形成部材は金属板でバネ性を有する仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と密着する構成なので、ヒータやケーシングの寸法に多少ばらつきがあっても、バネ性による撓みによって仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と確実に密着することができるとともに、バネ性によって仕切リブが撓むことによってヒータへの過大な荷重応力を防止できる。
【００１４】
また、前記ヒータは平板状ヒータで、前記熱交換流路は、前記平板状ヒータの表裏の前記伝熱面に密着した流路形成部材の仕切リブの夫々に沿って下部の前記入水口から上部の前記出水口まで延設された２つの蛇行流路に形成されていてもよい（請求項２）。
【００１５】
これによって、平板状ヒータの熱が表裏の両面に密着している金属の流路形成部材の平板部から仕切リブ部に熱伝導されるとともに、平板状ヒータの表裏の蛇行流路を流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、平板状ヒータの表裏両面とも伝熱面積として活用できるので小型コンパクトにでき、蛇行流路によって流路長を長くできるとともに流速が速められるので、ヒータ表面および流路形成部材と洗浄水との境界層の厚みが、より薄くなるように作用して、熱伝達効率が向上するとともにヒータ表面の温度もより低下するので、さらに局所的な沸騰現象が抑制でき、スケールの生成付着を防止する効果をより高めることができる。
【００１６】
また、前記流路形成部材は、ステンレス板の複数個所を曲げ加工して形成されてもよい（請求項３）。
【００１７】
ステンレス製の薄板はバネ性があるとともに耐食性に優れ、長寿命で長期間に亘り清潔な湯を供給できる。
【００１８】
また、本発明に係る熱交換器において、前記平板状ヒータは、前記出水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度が前記入水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さく形成されていてもよい（請求項４）。
【００１９】
この場合、ケーシングの入水口から流入した流体は、平板状ヒータの表面を蛇行して流れる熱交換流路を流れながら、平板状ヒータ表面の伝熱面により加熱され、出水口に近づくに従って流体の温度が次第に上昇する。
【００２０】
そして、入水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの高い発熱密度によって高温になろうとするが、まだ加熱されていない低い温度の流体に熱を多く奪われる（すなわちサブクールの値が大きい）ためと、流路厚みが薄く流速が速いことから、熱伝達率が高く局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【００２１】
一方、出水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの表面に接触する流体が既に加熱されているため、入水口に近い側に比べて高い温度になりやすい。
【００２２】
しかしながら、平板状ヒータの表面から流体に奪われる熱は少なくなりサブクールの値は小さくなるが、平板状ヒータは出水口に近い側の発熱密度が入水口に近い側の発熱密度より小さくなるように形成されているので、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【００２３】
このように、平板状ヒータは出水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度が入水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さく形成されていることによって、流体の温度が高くなる出水口に近い側の平板状ヒータと水との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるような高温になることが抑制されて、スケールの生成付着を防止でき、長寿命の熱交換器を提供することができる。
【００２４】
一方、流体（水）の温度が相対的に低く、また出水口に近い側の熱交換流路に比べて流速が速い入水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの発熱密度を大きくしているため、該入水口に近い側の熱交換流路近傍での熱交換効率の向上が図れる。
【００２５】
なお、通常の平板状ヒータで発熱密度の局所的な分布が伝熱面の全面にわたって均一な場合にあっては、平板状ヒータの出水口に近い側が最高温度となり、この部分にまずスケ
ールが生成される。
【００２６】
しかしながら、平板状ヒータの発熱密度分布は、出水口に近い側の熱交換流路付近が、入水口に近い側の熱交換流路付近よりも小さくなるように設定されており、その結果、熱交換器の熱流束は、ヒータの発熱密度の大きい箇所では高く、発熱密度が小さい箇所では低くなるため、伝熱面温度の均一化が図られ、局所的に温度が上昇してそこにスケールが付着することを抑制できる。
【００２７】
このような構成とすることにより、平板状ヒータに接触して流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、小型コンパクトにでき、かつスケールが付着することを抑制できる。
【００２８】
また、本発明に係る熱交換器において、前記平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、印刷パターンのヒータ線幅は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が太く形成されていてもよい（請求項５）。
【００２９】
このような構成とすることにより、発熱抵抗体である印刷パターンの線幅が太いほど、電流を流したときの電気抵抗が小さく発熱量が小さくなる。従って、印刷パターンの線幅が細い入水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線幅が太い出水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。
【００３０】
そのため、流体の温度が高くなる出水口に近い側の熱交換流路に面した部分のセラミックヒータと流体との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温になることが抑制され、スケールの生成及び付着を防止できる。その結果、高い熱交換効率を維持できるとともに、金属と比較して熱容量は小さい特長を有するが割れやすいとされるセラミックを用いたヒータにおいて、割れを防止できて長寿命の熱交換器を実現することができる。
【００３１】
また、本発明に係る熱交換器において、前記平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、前記印刷パターンの線間の隙間は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が広く形成されていてもよい（請求項６）。
【００３２】
このような構成とすることにより、印刷パターンの線間の隙間が狭い入水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線間の隙間が広い出水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。そのため、上述したのと同様の理由から、スケールの生成及び付着を防止できると共に、セラミックヒータの割れを防止できて、長寿命の熱交換器を実現することができる。
【００３３】
また、請求項１から請求項６のいずれか１つの発明の熱交換器を備えた衛生洗浄装置は、熱交換器を小型で安定した熱交換性能と耐スケール性に優れ、長寿命化することで、衛生洗浄装置本体の小型化が実現でき、狭いトイレ空間にも容易に設置することができるとともに、熱交換器内のスケールの生成及び付着を防止することで、硬水地域で使用できる衛生洗浄装置を実現でき、洗浄ノズルにスケール破片が詰まることを防止でき、長寿命の衛生洗浄装置とすることができる（請求項７）。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることにより、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器を備える衛生洗浄装置を示す外観斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の外観構成を示す正面図
【図３】図２に示す熱交換器の右側面図
【図４】図２に示す熱交換器のＡ−Ａ線矢視の断面図
【図５】図２に示す熱交換器の分解斜視図
【図６】図２に示す熱交換器のＣ−Ｃ線矢視の断面図
【図７】図２に示す熱交換器のＢ−Ｂ線矢視の断面図
【図８】図２に示す熱交換器のＤ−Ｄ線矢視の断面図
【図９】図４に示す熱交換器の平板状ヒータに形成された抵抗体のパターン例を示す平面図
【図１０】図４に示す熱交換器の平板状ヒータに形成された抵抗体の別のパターン例を示す平面図
【図１１】図４に示す熱交換器の流路形成部材が平板状ヒータに密着した状態を示す斜視図
【図１２】図４に示す熱交換器の仕切リブの先端部が第二ケーシング部材の内壁面に当接した状態を示す斜視図
【図１３】本発明の実施の形態に係る熱交換器の仕切リブ形状を例示する斜視図
【図１４】仕切リブの先端クリアランスの影響をシミュレーションした結果のグラフ
【図１５】仕切リブの先端クリアランスの影響をシミュレーションした結果のグラフ
【図１６】仕切リブの先端クリアランスの影響をシミュレーションした結果のグラフ
【図１７】仕切リブの先端クリアランスの影響をシミュレーションした結果のグラフ
【図１８】仕切リブの先端クリアランスの影響を実験した結果のグラフ
【図１９】図１３の実験結果を模式的に示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３６】
第１の発明は、入水口と出水口を具備したケーシングと、発熱抵抗体を内蔵するヒータと、前記入水口から流入した流体が前記ヒータの表面を伝熱面として熱交換され前記出水口に流れるように案内する、熱交換流路とを備え、前記熱交換流路は前記ヒータの表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブの先端部が前記ケーシングの内壁面に当接した流路形成部材により構成することにより、ケーシングの入水口から流入した水がヒータの表面を伝熱面として熱交換流路を流れながら加熱され、出水口に近付くにしたがって流体である洗浄水の温度が次第に上昇する。そして、熱交換流路はヒータの表面に密着する金属板の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブの先端部がケーシングの内壁面に当接した流路形成部材により構成されていることにより、強制対流熱交換が阻害されるような仕切リブの先端部からの漏れ流を防止することができて、ヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることができ、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換が可能となる。
【００３７】
この場合、流路形成部材は金属板なのでバネ性を有する仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と密着していることにより、熱伝導率が高くヒータの熱が金属の仕切リブに伝達され、金属の流路形成部材の仕切リブが水への伝熱面積を増大させるヒータの放熱フィンとして作用し水に熱伝達される。したがって、樹脂の仕切リブのようにヒータ表面の熱が断熱されて局所高温となるような不具合がないだけでなく、熱伝達効率が高められる。
【００３８】
また、流路形成部材は金属板でバネ性を有する仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と密着する構成なので、ヒータやケーシングの寸法に多少ばらつきがあっても、バネ性による撓みによって仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と確実に密着することができるとともに、バネ性によって仕切リブが撓むことによってヒータへの過大な荷重応力を防止できる。
【００３９】
第２の発明は、特に第１の発明のヒータは平板状ヒータで、前記熱交換流路は、前記平板状ヒータの表裏の前記伝熱面に密着した流路形成部材の仕切リブの夫々に沿って下部の前記入水口から上部の前記出水口まで延設された２つの蛇行流路に形成されたことにより、平板状ヒータの熱が表裏の両面に密着している金属の流路形成部材の平板部から仕切リブ部に熱伝導されるとともに、平板状ヒータの表裏の蛇行流路を流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、平板状ヒータの表裏両面とも伝熱面積として活用できるので小型コンパクトにでき、蛇行流路によって流路長を長くできるとともに流速が速められるので、ヒータ表面および流路形成部材と洗浄水との境界層の厚みが、より薄くなるように作用して、熱伝達効率が向上するとともにヒータ表面の温度もより低下するので、さらに局所的な沸騰現象が抑制でき、スケールの生成付着を防止する効果をより高めることができる。
【００４０】
第３の発明は、特に第１の発明または第２の発明の流路形成部材は、ステンレス板の複数個所を曲げ加工して形成されたことにより、耐食性に優れ、長寿命で長期間に亘り清潔な湯を供給できる。
【００４１】
第４の発明は、特に第２の発明または第３の発明の平板状ヒータは、前記出水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度が前記入水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さい構成としたものである。
【００４２】
この場合、ケーシングの入水口から流入した流体は、平板状ヒータの表面を蛇行して流れる熱交換流路を流れながら、平板状ヒータ表面の伝熱面および金属の流路形成部材によって加熱され、出水口に近づくに従って流体の温度が次第に上昇する。
【００４３】
そして、入水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの高い発熱密度によって高温になろうとするが、まだ加熱されていない低い温度の流体に熱を多く奪われる（すなわちサブクールの値が大きい）ためと、流路厚みが薄く流速が速いことから、熱伝達率が高く局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【００４４】
一方、出水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの表面に接触する流体が既に加熱されているため、入水口に近い側に比べて高い温度になりやすい。
【００４５】
しかしながら、平板状ヒータの表面から流体に奪われる熱は少なくなりサブクールの値は小さくなるが、平板状ヒータは出水口に近い側の発熱密度が入水口に近い側の発熱密度より小さくなるように形成されているので、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【００４６】
このように、平板状ヒータは出水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度が入水口に近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さく形成されていることによって、流体の温度が高くなる出水口に近い側の平板状ヒータと水との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるような高温になることが抑制されて、スケールの生成付着を防止でき、長寿命の熱交換器を提供することができる。
【００４７】
一方、流体の温度が相対的に低く、また出水口に近い側の熱交換流路に比べて流速が速い入水口に近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの発熱密度を大きくしているため、該入水口に近い側の熱交換流路近傍での熱交換効率の向上が図れる。
【００４８】
なお、通常の平板状ヒータで発熱密度の局所的な分布が伝熱面の全面にわたって均一な場合にあっては、平板状ヒータの出水口に近い側が最高温度となり、この部分にまずスケールが生成される。
【００４９】
しかしながら、平板状ヒータの発熱密度分布は、出水口に近い側の熱交換流路付近が、入水口に近い側の熱交換流路付近よりも小さくなるように設定されており、その結果、熱交換器の熱流束は、ヒータの発熱密度の大きい箇所では高く、発熱密度が小さい箇所では低くなるため、伝熱面温度の均一化が図られ、局所的に温度が上昇してそこにスケールが付着することを抑制できる。
【００５０】
このような構成とすることにより、平板状ヒータに接触して流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、小型コンパクトにでき、かつスケールが付着することを抑制できる。
【００５１】
第５の発明は、特に第４の発明の平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、印刷パターンのヒータ線幅は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が太く形成されたものである。
【００５２】
このような構成とすることにより、発熱抵抗体である印刷パターンの線幅が太いほど、電流を流したときの電気抵抗が小さく発熱量が小さくなる。従って、印刷パターンの線幅が細い入水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線幅が太い出水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。
【００５３】
そのため、流体の温度が高くなる出水口に近い側の熱交換流路に面した部分のセラミックヒータと流体との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温になることが抑制され、スケールの生成及び付着を防止できる。その結果、高い熱交換効率を維持できるとともに、金属と比較して熱容量は小さい特長を有するが割れやすいとされるセラミックを用いたヒータにおいて、割れを防止できて長寿命の熱交換器を実現することができる。
【００５４】
第６の発明は、特に第４の発明の平板状ヒータは、セラミック基体と、該セラミック基体上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、前記印刷パターンの線間の隙間は、前記入水口に近い側の熱交換流路に面した部分より前記出水口に近い側の熱交換流路に面した部分の方が広く形成されたものである。
【００５５】
このような構成とすることにより、印刷パターンの線間の隙間が狭い入水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線間の隙間が広い出水口に近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。そのため、上述したのと同様の理由から、スケールの生成及び付着を防止できると共に、セラミックヒータの割れを防止できて、長寿命の熱交換器を実現することができる。
【００５６】
第６の発明は、特に、第１の発明から第６の発明の熱交換器を備えた衛生洗浄装置は、熱交換器を小型で安定した熱交換性能と耐スケール性に優れ、長寿命化することで、衛生洗浄装置本体の小型化が実現でき、狭いトイレ空間にも容易に設置することができるとともに、熱交換器内のスケールの生成及び付着を防止することで、硬水地域で使用できる衛生洗浄装置を実現でき、洗浄ノズルにスケール破片が詰まることを防止でき、長寿命の衛生洗浄装置とすることができる。
【００５７】
以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器について、衛生洗浄装置に適用したものを例にとり、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００５８】
（実施の形態１）
［衛生洗浄装置］
図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を備える衛生洗浄装置を示す外観斜視図である。図１に示すように、衛生洗浄装置１は便器２の上面に配設されており、本体部３、便座部４、便蓋部５、および操作部６などを備えている。このうち本体部３は、便座部４の後側（着座した使用者から見て背後側）に配設されており、横長で中空の筐体３ａ内に、図示しない洗浄ユニット、乾燥ユニット、およびこれらの動作を制御する制御ユニットの他、本実施の形態に係る熱交換器１０（破線で図示）などが収納されている。この熱交換器１０には、便器２の設置建物に付随の水道設備から水道水（流体，液体，洗浄水）が導入され、内部で適温にまで暖められる。そして、使用者が操作部６を操作して所定の入力を行うと、洗浄ユニットが駆動して、該洗浄ユニットが有するノズルからシャワー状に人体局部に対して洗浄水が噴射されるようになっている。
【００５９】
［熱交換器］
図２〜図５は、熱交換器１０（１０）の構成を示す図面であり、図２は外観構成を示す正面図、図３は図２の右側面図、図４は図２のＡ−Ａ線での断面図を夫々示している。図２〜図４に示すように、熱交換器１０は厚み寸法が小さく正面視で略長方形状を成す平板状の外観形状に構成されており、図に示すように、矩形平板状を成す平板状ヒータ２０と、その一方の面（第一伝熱面）２０ａに対向配置された第一ケーシング部材２１と、他方の面（第二伝熱面）２０ｂに対向配置された第二ケーシング部材２２と、これらを収容して入水口２３ａおよび出水口２３ｂを有するケーシング２３とを備えている。このうち平板状ヒータ２０はセラミック製であり、第一ケーシング部材２１および第二ケーシング部材２２は、ＡＢＳ樹脂にガラス繊維をコンパウンドした強化ＡＢＳ樹脂製としている。
【００６０】
なお、以下の説明では特に言及する場合を除き、このような熱交換器１０を平板状ヒータ２０の伝熱面が鉛直方向に平行になるように縦置きした状態について説明することとする。また、図２に示すように鉛直方向をＺ方向とし、これに直交して平板状ヒータ２０の伝熱面に平行な方向をＸ方向、そしてこれら２方向の何れにも直交する方向（第一伝熱面２０ａに垂直な方向）をＹ方向とする。
【００６１】
図３，４，５に示すように、熱交換流路２５は、平板状ヒータ２０の表面に密着する金属板４４の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブ３１の先端部４５がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）に当接した流路形成部材４１によって形成されている。
【００６２】
そして、これら複数の仕切リブ３１によって、入口側流路２５ａから出口側流路２５ｂに蛇行して流れる熱交換流路２５が形成されている。
【００６３】
また、第一ケーシング部材２１のベース部３０の周縁部には壁状のフランジ部３２が周
設されており、該フランジ部３２は、第二ケーシング部材２２に近接する方向へ向かって所定寸法だけ延設されている。このフランジ部３２の先端部には、該フランジ部３２に沿って周回する係合溝３３が形成されている。
【００６４】
一方、第二ケーシング部材２２のベース部４０の周縁部にも壁状のフランジ部４２が周設されており、該フランジ部４２は、第一ケーシング部材２１から離隔する方向へ向かって所定寸法だけ延設されている。このフランジ部４２の先端部は第一ケーシング部材２１側へ折り返されており、その端部には、該フランジ部４２に沿って周回する係合突起４３が形成されている。
【００６５】
このような第一ケーシング部材２１は、その内壁面３０ａが第二ケーシング部材２２の内壁面４０ａに対向するようにして第二ケーシング部材２２に外嵌装着される。より詳しく説明すると、第一ケーシング部材２１のフランジ部３２が、第二ケーシング部材２２のフランジ部４２に外嵌され、さらに、第一ケーシング部材２１の係合溝３３に第二ケーシング部材２２の係合突起４３が嵌入される（例えば、係合突起４３は超音波溶着により係合溝３３に固定される）。これにより、第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２とは液密的に接合され、内部の平板状ヒータ２０と流路形成部材４１によって熱交換流路２５が形成される。
【００６６】
図５は、平板状ヒータ２０，流路形成部材４１および、第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２とが超音波溶着される前の部品の状態を示した分解斜視図である。第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２とを超音波溶着するときの手順は、図５の分解斜視図で示した一番下側に示された部品である第一ケーシング部材２１から順次上側の部品を積層した後に、第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２とが超音波溶着される。これら部材を積層して第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２とが超音波溶着されると、前述したように平板状ヒータ２０の裏表両面にそれぞれ流路形成部材４１の金属板４４の平板部が密着し、金属板４４の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブ３１の先端部４５がケーシングである第一ケーシング部材２１と第二ケーシング部材２２の内壁面３０ａ，４０ａに当接した状態となる。
【００６７】
なお、図６は図２のＣ−Ｃ断面矢視、図７は図２のＢ−Ｂ断面矢視、図８は図２のＤ−Ｄ断面矢視をそれぞれ示した図である。
【００６８】
また、図６のように、流路形成部材４１に形成されている複数の仕切リブ３１の端部が、一つ置きに第一ケーシング部材２１のサイドリブ２１ｓの位置と合致して矢印で示したような熱交換流路２５となる蛇行流路が形成される。
【００６９】
また、図８のように、流路形成部材４１に形成されている複数の仕切リブ３１の端部が、一つ置きに第二ケーシング部材２２のサイドリブ２２ｓの位置と合致して矢印で示したような熱交換流路２５となる蛇行流路が形成される。
【００７０】
なお、図１１には、図４において流路形成部材４１が平板状ヒータ２０に密着した状態を示す斜視図である。また図１２は、図４において流路形成部材４１である仕切リブ３１の先端部４５が第二ケーシング部材２２の内壁面に当接した状態を示す斜視図である。
【００７１】
また、図２，図３に示すように、ケーシング２３のＸ方向の一端下部には入水口２３ａが設けられ、一端上部には出水口２３ｂが設けられている。そして、入水口２３ａから流入した液体は、図４および図６，図８，図１１で示した蛇行して流れる熱交換流路２５を通過する間に、平板状ヒータ２０で加熱されて出水口２３ｂから流出する構成である。
【００７２】
図９は、図４に示す熱交換器の平板状ヒータ２０に形成された抵抗体のパターン例を示す平面図である。図９に示すように、平板状ヒータ２０は、セラミック基体２０ｋに抵抗体（ヒータ線）パターン２０ｐが印刷された構成となっている。この抵抗体のパターン２０ｐは、平板状ヒータ２０の入水口２３ａに近い側の部分ではヒータ線幅２０ｓが細く、出水口２３ｂに近い側の部分ではヒータ線幅２０ｓが太くなるように構成してある。
【００７３】
要するに、この抵抗体のパターン２０ｐによれば、平板状ヒータ２０の入水口２３ａに近い下部ほどヒータ線幅２０ｓが細くなって抵抗値が高くなり、出水口２３ｂに近い上部ほどヒータ線幅２０ｓが太くなって抵抗値が低くなる。換言すれば、平板状ヒータ２０は出水口２３ｂに近い側の出口側流路に面する部分の発熱密度が、入水口２３ａに近い側の入口側流路に面する部分の発熱密度より低くなるように形成されている。
【００７４】
図１０は、図４に示す熱交換器の平板状ヒータ２０に形成された抵抗体の別のパターン例を示す平面図である。図１０に示す抵抗体（ヒータ線）のパターン２０ｐも図９に示したものと同様に、平板状ヒータ２０は、セラミック基体２０ｋに抵抗体（ヒータ線）のパターン２０ｐが印刷された構成となっている。
【００７５】
一方、図１０に示す抵抗体のパターン２０ｐの場合は、平板状ヒータ２０の入水口２３ａに近い側の部分では隣接するヒータ線間隔２０ｈが狭く、出水口２３ｂに近い側の部分では該ヒータ線間隔２０ｈが広くなるように構成してある。つまり、平板状ヒータ２０は、入水口２３ａに近い下部ほどヒータ線間隔２０ｈが狭くなって発熱密度が高くなり、出水口２３ｂに近い上部ほどヒータ線間隔２０ｈが広くなって発熱密度が低くなるように形成されている。
【００７６】
次に、上述した熱交換器１０内で蛇行して流れる熱交換流路２５とこの蛇行流路の隣接する流路間を横断するように仕切リブ３１´（図示せず）を従来のように第一ケーシング部材２１および第二ケーシング部材２２の内壁面に樹脂で一体形成した構成において、仕切リブ３１´の先端と平板状ヒータ２０との間のスキマを漏れて流れる漏れ量の流量の関係を解析した結果について説明する。まず図１１のように蛇行する熱交換流路２５を形成する仕切リブ３１´のリブピッチをＰ、仕切リブ３１´のリブ高さＨ１を４種類変えた場合の前記漏れ流量（Ｑｌｅａｋ）と熱交換流路２５の流量（Ｑｍａｉｎ）の仕切リブ３１´の先端クリアランスの影響をシミュレーションした結果を図１４，図１５，図１６，図１７に示す。
【００７７】
ここで、通常使用する流量範囲となる熱交換流路２５の流速を０．１６ｍｍ／ｓｅｃから１．２５ｍｍ／ｓｅｃの設定として、シミュレーションを行った。熱交換流路２５の断面積が小さくなり、流速が速くなるにつれて前記漏れ流量（Ｑｌｅａｋ）の影響が大きくなる傾向にあり、漏れ流量を全流量５００ｃｃ／ｍｉｎの１０％である５０ｃｃ／ｍｉｎ以下とするためには、先端クリアランスが少なくとも０．１５ｍｍ以下の設定が必要となる結果となった。
【００７８】
次に、実際の熱交換器で、この先端クリアランスの影響を把握するため、仕切リブ３１´のリブピッチＰ＝７ｍｍ、仕切リブ３１´のリブ高さＨ１＝１．９ｍｍでの熱交換器で流量５００ｃｃ／ｍｉｎ、入水温度５℃でのヒータ線温度を測定し、かつ熱交換器を透明の材料で構成し熱交の状態を可視化して観察した。
【００７９】
この実験結果を図１８に示す。実験結果から、隙間が０．２ｍｍ程度から隙間０．０５ｍｍまで小さくすると、ヒータ線温度が急激に低下する領域があり、漏れ流量がこの領域で大幅に低下していることを示している。
【００８０】
図１９は、ヒータ線温度から評価した熱交換器としての平均熱伝達率を示し、またそのなかで強制対流熱伝達と沸騰熱伝達の割合を模式的に示したものである。隙間が０．０５ｍｍ付近では、熱交換器内の局部的な沸騰は認められず、ほぼ全域で強制対流熱伝達と想定され安定した出湯動作となる。
【００８１】
そして、隙間が０．１５ｍｍ付近では、熱交換器内で一部、局所的な沸騰は認められるが、強制対流熱伝達のほかに沸騰熱伝達が発生しているが、出湯動作は安定しており安定した出湯が可能である。
【００８２】
しかし、隙間が０．３ｍｍ付近では熱交換器内で沸騰が発生し、沸騰熱伝達の影響が大きくなり流れも不安定となる。
【００８３】
したがって、仕切リブ３１´先端の隙間の変化により、熱伝達の状態が変化し、少なくとも仕切リブ３１´の先端と平板状ヒータ２０との隙間（先端クリアランス）を０．１５ｍｍ以下に抑えることにより、安定した出湯が可能であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に隙間（先端クリアランス）を抑えることにより、硬水地域での耐スケール性を高めることができる。
【００８４】
前記したように、仕切リブ３１´の先端と平板状ヒータ２０との隙間（先端クリアランス）を０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度にすることによって、平板状のヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることにより、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器を提供することができるわけであるが、熱交換器の外郭を構成するケーシング２３を構成する樹脂成型品である第一ケーシング部材２１、第二ケーシング部材２２の成型ソリや、超音波溶着による溶着寸法ばらつき等により、仕切リブ３１´を従来のように第一ケーシング部材２１、第二ケーシング部材２２と一体樹脂成型で形成した場合は、仕切リブ３１の先端と平板状ヒータ２０との隙間（先端クリアランス）を０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍに確保することは難しい。
【００８５】
そこで、平板状ヒータ２０の表面に密着する金属板４４の複数箇所を曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブ３１の先端部４５がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）に当接した流路形成部材４１によって熱交換流路２５が形成される本願実施の形態の構成の検討を実施した。
【００８６】
第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２と平板状ヒータ２０との各々の間に、金属板４４をプレス加工によって切り起こし曲げ加工し、バネ性を有する複数の仕切リブ３１を形成した流路形成部材４１を挟む構成にすることにより、第一ケーシング部材２１、第二ケーシング部材２２や平板状ヒータ２０の寸法に多少ばらつきがあっても、バネ性による撓みによって仕切リブ３１の先端部４５がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）と確実に当接することができるとともに、バネ性によって流路形成部材４１の金属板４４の平板部が平板状ヒータ２０に押し付けられ、金属板４４の平板部が平板状ヒータ２０と密着した状態になる。したがって、第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２と平板状ヒータ２０との各々の間に、金属板４４をプレス加工によって切り起こし曲げ加工し、バネ性を有する複数の仕切リブ３１を形成した流路形成部材４１を挟む構成によって、流路形成部材４１と平板状ヒータ２０との隙間（先端クリアランス）をほとんど無くすることができる。
【００８７】
つまり、熱交換器は、仕切リブ（流路形成部材）と平板状ヒータ２０の表面との間のクリアランス（隙間寸法）は、目標とする０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍは十分に達成でき、０．０５ｍｍ以下も可能となる。
【００８８】
したがって、強制対流熱交換が阻害されるような仕切リブの先端部からの漏れ流を防止することができて、平板状のヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることができ、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器が可能となる。
【００８９】
さらに、流路形成部材４１は金属板なのでバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と密着していることにより、熱伝導率が高くヒータの熱が金属の仕切リブ３１に伝達され、金属の流路形成部材４１の仕切リブ３１が水への伝熱面積を増大させるヒータの放熱フィンとして作用し水に熱伝達される。したがって、従来の樹脂の仕切リブのようにヒータ表面の熱が断熱されて局所高温となるような不具合がなく、局所高温によるスケール付着およびスケール付着によるヒータ破損を防止でき、ヒータ表面の断熱部がなく水への熱伝達効率が高く優れた熱交換効率を実現して長期間維持することができる。
【００９０】
また、流路形成部材４１は金属板でバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と面接触で密着する構成なので、ヒータ２０に多少のソリや変形があっても、金属板のバネ性による撓みによってヒータのソリや変形に馴染むため、仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と確実に密着することができる。また、バネ性によって仕切リブ先端がケーシングの内壁面に押し付けられるように当接し、流路形成部材４１の平板部が平板状ヒータ２０に押し付けられるように密着しても、流路形成部材４１は金属板でバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と面接触で密着する構成なので、ヒータへの過大な荷重応力を防止できる。したがって、過大な応力によるヒータ破損を防止できるとともに、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器が可能となる。
【００９１】
また、望ましい仕切リブ３１の形状の一例としては、図１２の斜視図で示したように、金属板４４をプレス加工によって切り起こし曲げ加工された仕切リブ３１の先端部４５に円弧を有する断面形状としてもよい。この円弧の撓みによるバネ性で、円弧の一部がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）の表面に寸法バラツキを吸収しつつ当接して、仕切リブ３１の先端とケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）との隙間をなくすることができる。なお、金属板４４の平板部から前記した円弧に繋がる切り起こし部は垂直に至らない角度、たとえば４５度〜７０度程度にすることによって、バネ性は円弧の撓みだけでなく斜め切り起こし部もバネ性撓み部として作用することができ、ケーシング部材や平板状ヒータに大きい寸法バラツキがあっても対応することが可能になる。
【００９２】
また、仕切リブ３１の形状の他の一例として、図１３の部分斜視図で示したように、略く字形の断面形状としてもよい。この場合、断面形状を略く字形とすることで屈曲部が撓みやすいバネ性を有することができ、先端部４５がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）の表面に寸法バラツキを吸収しつつ当接して、仕切リブ３１の先端とケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）との隙間をなくすることができる。なお、略く字形は斜めの２辺が存在する断面形状であるが、斜め１辺だけの略ノ字形状でも、バネ性による撓みによって仕切リブの先端部がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）と確実に当接することができる。
【００９３】
以上のように、本実施の形態の熱交換器１０は、入水口２３ａと出水口２３ｂを具備したケーシング２３と、発熱抵抗体を内蔵するヒータ２０と、入水口２３ａから流入した流体がヒータ表面を伝熱面として熱交換され出水口２３ｂに流れるように案内する熱交換流路２５とを備え、熱交換流路２５はヒータ２０の表面に密着する金属板４４の複数箇所を
曲げ加工して形成されたバネ性を有する仕切リブ３１の先端部４５がケーシング２３（第一ケーシング部材２１，第二ケーシング部材２２）の内壁面（３０ａ，４０ａ）に当接した流路形成部材４１により構成されたことにより、強制対流熱交換が阻害されるような仕切リブの先端部からの漏れ流を防止することができて、ヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることができ、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器を提供することができる。
【００９４】
さらに、流路形成部材４１は金属板なのでバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と密着していることにより、熱伝導率が高くヒータの熱が金属の仕切リブ３１に伝達され、金属の流路形成部材４１の仕切リブ３１が水への伝熱面積を増大させるヒータの放熱フィンとして作用し水に熱伝達される。したがって、従来の樹脂の仕切リブのようにヒータ表面の熱が断熱されて局所高温となるような不具合がなく、局所高温によるスケール付着およびスケール付着によるヒータ破損を防止でき、ヒータ表面の断熱部がなく水への熱伝達効率が高く優れた熱交換効率を実現して長期間維持することができる。
【００９５】
また、流路形成部材４１は金属板でバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と面接触で密着する構成なので、ヒータ２０に多少のソリや変形があっても、金属板のバネ性による撓みによってヒータのソリや変形に馴染むため、仕切リブの平板部がヒータ表面の伝熱面と確実に密着することができる。また、バネ性によって仕切リブ先端がケーシングの内壁面に押し付けられるように当接し、流路形成部材４１の平板部が平板状ヒータ２０に押し付けられるように密着しても、流路形成部材４１は金属板でバネ性を有する仕切リブ３１の平板部がヒータ表面の伝熱面と面接触で密着する構成なので、ヒータへの過大な荷重応力を防止できる。したがって、過大な応力によるヒータ破損を防止できるとともに、安定した熱交換性能と耐スケール性の優れた熱交換器が可能となる。
【００９６】
また、ヒータ２０は平板状ヒータで、熱交換流路２５は、平板状ヒータ２０の表裏の伝熱面に密着した流路形成部材４１の仕切リブ３１の夫々に沿って下部の入水口２３ａから上部の出水口２３ｂまで延設された２つの蛇行流路に形成されたことにより、平板状ヒータ２０の熱が表裏の両面に密着している金属の流路形成部材４１の平板部から仕切リブ３１部に熱伝導されるとともに、平板状ヒータ２０の表裏の蛇行した熱交換流路２５を流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、平板状ヒータの表裏両面とも伝熱面積として活用できるので小型コンパクトにでき、蛇行流路によって流路長を長くできるとともに流速が速められるので、ヒータ表面および流路形成部材と洗浄水との境界層の厚みが、より薄くなるように作用して、熱伝達効率が向上するとともにヒータ表面の温度もより低下するので、さらに局所的な沸騰現象が抑制でき、スケールの生成付着を防止する効果をより高めることができる。
【００９７】
また、流路形成部材４１は、ステンレス板の複数個所を曲げ加工して形成されたことにより、耐食性に優れ、長寿命で長期間に亘り清潔な湯を供給できる。なお、流路形成部材４１を形成する金属板４４は、ステンレス板に限らず、リン青銅やベリリウム銅などのバネ性と熱伝導性の優れた薄板で構成してもよい。
【００９８】
また、平板状ヒータ２０は、出水口２３ｂに近い側の熱交換流路２５に面した発熱密度が入水口２３ａに近い側の熱交換流路２５に面した発熱密度より小さい構成としたことにより、ケーシング２３の入水口２３ａから流入した流体は、平板状ヒータ２０の表面を蛇行して流れる熱交換流路２５を流れながら、平板状ヒータ２０の表面の伝熱面および金属の流路形成部材４１によって加熱され、出水口２３ｂに近づくに従って流体の温度が次第に上昇する。そして、入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの高い発熱密度によって高温になろうとするが、まだ加熱されていない低い温度の流体に熱を多く奪われる（すなわちサブクールの値が大きい）ためと、流路
厚みが薄く流速が速いことから、熱伝達率が高く局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【００９９】
一方、出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの表面に接触する流体が既に加熱されているため、入水口２３ａに近い側に比べて高い温度になりやすい。しかしながら、平板状ヒータの表面から流体に奪われる熱は少なくなりサブクールの値は小さくなるが、平板状ヒータは出水口２３ｂに近い側の発熱密度が入水口２３ａに近い側の発熱密度より小さくなるように形成されているので、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温にはならない。
【０１００】
このように、平板状ヒータは出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した発熱密度が入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した発熱密度より小さく形成されていることによって、流体の温度が高くなる出水口２３ｂに近い側の平板状ヒータと水との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるような高温になることが抑制されて、スケールの生成付着を防止でき、長寿命の熱交換器を提供することができる。一方、流体の温度が相対的に低く、また出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に比べて流速が速い入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した平板状ヒータの発熱密度を大きくしているため、該入水口２３ａに近い側の熱交換流路近傍での熱交換効率の向上が図れる。
【０１０１】
なお、通常の平板状ヒータで発熱密度の局所的な分布が伝熱面の全面にわたって均一な場合にあっては、平板状ヒータの出水口２３ｂに近い側が最高温度となり、この部分にまずスケールが生成される。しかしながら、平板状ヒータ２０の発熱密度分布は、出水口２３ｂに近い側の熱交換流路付近が、入水口２３ａに近い側の熱交換流路付近よりも小さくなるように設定されており、その結果、熱交換器の熱流束は、ヒータの発熱密度の大きい箇所では高く、発熱密度が小さい箇所では低くなるため、伝熱面温度の均一化が図られ、局所的に温度が上昇してそこにスケールが付着することを抑制できる。このような構成とすることにより、平板状ヒータに接触して流れる洗浄水に伝熱され、放熱ロスの無駄がほとんどない熱効率の高い熱交換ができ、小型コンパクトにでき、かつスケールが付着することを抑制できる。
【０１０２】
また、平板状ヒータ２０は、セラミック基体２０ｋと、該セラミック基体２０ｋ上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、前記印刷パターンのヒータ線幅２０ｓは、入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した部分より出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した部分の方が太く形成された構成とすることにより、発熱抵抗体である印刷パターンの線幅２０ｓが太いほど、電流を流したときの電気抵抗が小さく発熱量が小さくなる。従って、印刷パターンの線幅２０ｓが細い入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線幅が太い出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。
【０１０３】
そのため、流体の温度が高くなる出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した部分のセラミックヒータと流体との境界面においても、局所的な沸騰現象が生じるほどの高温になることが抑制され、スケールの生成及び付着を防止できる。その結果、高い熱交換効率を維持できるとともに、金属と比較して熱容量は小さい特長を有するが割れやすいとされるセラミックを用いたヒータにおいて、割れを防止できて長寿命の熱交換器を実現することができる。
【０１０４】
また、平板状ヒータ２０は、セラミック基体２０ｋと、該セラミック基体２０ｋ上に抵抗体をパターン印刷して形成された発熱抵抗体と、電極とから成るセラミックヒータであり、前記印刷パターンの線間の隙間２０ｈは、入水口に近い側の熱交換流路に面した部分
より出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した部分の方が広く形成された構成とすることにより、印刷パターンの線間の隙間２０ｈが狭い入水口２３ａに近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンの線間の隙間２０ｈが広い出水口２３ｂに近い側の熱交換流路に面した部分は発熱量が小さい（即ち、発熱密度が小さい）セラミックヒータとなる。そのため、上述したのと同様の理由から、スケールの生成及び付着を防止できると共に、セラミックヒータの割れを防止できて、長寿命の熱交換器を実現することができる。
【０１０５】
また、図１のような衛生洗浄装置において、洗浄用の水を加熱する熱交換器を小型で安定した熱交換性能と耐スケール性に優れ、長寿命化することで、衛生洗浄装置本体の小型化が実現でき、狭いトイレ空間にも容易に設置することができるとともに、熱交換器内のスケールの生成及び付着を防止することで、硬水地域で使用できる衛生洗浄装置を実現でき、洗浄ノズルにスケール破片が詰まることを防止でき、長寿命の衛生洗浄装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、ヒータ表面で局部沸騰が発生せず、またヒータ表面の温度を低下させることにより、安定した熱交換性能と耐スケール性に優れ、平板型のヒータを有する熱交換器に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  衛生洗浄装置
１０  熱交換器
２０  ヒータ（平板状ヒータ）
２０ａ  第一伝熱面
２０ｂ  第二伝熱面
２０ｈ  ヒータ線間隔（線間の隙間）
２０ｋ  セラミック基体
２０ｐ  パターン
２０ｓ  ヒータ線幅（線幅）
２１  第一ケーシング部材
２２  第二ケーシング部材
２３  ケーシング
２３ａ  入水口
２３ｂ  出水口
２５  熱交換流路
２５ａ  入口側流路
２５ｂ  出口側流路
３０  ベース部
３０ａ  内壁面
３１  仕切リブ
３２  フランジ部
３３  係合溝
４０  ベース部
４０ａ  内壁面
４１  流路形成部材
４２  フランジ部
４３  係合突起
４４  金属板
４５  先端部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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