(57)【要約】【課題】  昇降温が繰り返されるような条件下で使用してもクラック等の破損が生じにくく、再現性に優れた信頼性の高い流体加熱装置を提供する。【解決手段】  内部に被加熱流体の流路Ｃを備えた略直方体形状の流路形成体１と、該流路形成体１の少なくとも一面に当接するヒータユニット２とを有する流体加熱装置であって、ヒータユニット２と流路形成体１の少なくとも一面とが互いに接着されていないことを特徴としている。該ヒータユニット２は、発熱体２１とこれを両側から挟み込む２層の電気絶縁層２２ａ、２２ｂとからなるのが好ましく、該ヒータユニット２を流路形成体１に向けて押さえ付ける押さえ板３が更に設けられているのが好ましい。【選択図】    図１
2015152218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被加熱流体の流路を備えた略直方体形状の流路形成体と、前記流路形成体の少なくとも一面に当接するヒータユニットとを有する流体加熱装置であって、前記ヒータユニットと前記流路形成体の少なくとも一面とが互いに接着されていない流体加熱装置。
【請求項２】
前記ヒータユニットが、発熱体とこれを両側から挟み込む２層の電気絶縁層とを有する、請求項１に記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記ヒータユニットを前記流路形成体に向けて押さえ付ける押さえ板が更に設けられており、前記押さえ板と前記流路形成体とが締結されている、請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項４】
前記２層の電気絶縁層のうち、前記流路形成体に当接する側の電気絶縁層の熱伝導率がもう一方の電気絶縁層の熱伝導率に比べて大きい、請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記ヒータユニットが前記流路形成体において互いに反対側に位置する２つの面に１つずつ配置されており、これらヒータユニットは各々が有する発熱体から前記流路までの最短距離が略同等である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体を用いて流体を加熱する流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス流体や洗浄液などの流体を所定の温度まで加熱する工程は、化学プラントや食品工場等の工業用途に留まらず、商業施設等に設置されたハンドドライヤーや一般家庭に於ける温水洗浄便座に至る様々な分野で広く行われている。かかる流体の加熱工程では、熱交換のための高温の流体が利用できない場合は被加熱流体を所望の温度まで比較的すばやく加熱することが可能な抵抗発熱体による加熱方式を採用することがある。
【０００３】
例えば特許文献１には、層状の発熱体とこれを覆う絶縁層とをセラミックス基板の一方の面上に焼成した後、もう一方の面にジグザグ状の流路を形成することで、この流路を流れる液体を効率よく加熱することを可能にしたセラミックヒータが開示されている。また、特許文献２には、パイプ状のセラミック製部材の外周面に発熱体を有するセラミック製のシートを接着層を介して巻きつけた後、焼成により一体化させたセラミックヒータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２-１５１２３６公報
【特許文献２】特開２００５-１８３３７１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今の環境保全や省電力に対する関心の高まりから、上記したような発熱体を用いた流体加熱装置には消費電力が小さく効率よく流体を加熱できるものが求められており、加えて高い安全性や信頼性が求められていることはいうまでもない。しかしながら、上記した特許文献１や２に示すようにセラミックス基体の表面に発熱体や絶縁層を焼成したり接着したりする構造では、これらセラミックス基体と発熱体や絶縁層との僅かな熱膨張係数差により熱応力が生じ、昇降温を繰り返しているうちに界面にクラックが生じて信頼性を損なうことがあった。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、昇降温が繰り返されるような条件下で使用してもクラック等の破損が生じにくく、再現性に優れた信頼性の高い流体加熱装置を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明が提供する流体加熱装置は、内部に被加熱流体の流路を備えた略直方体形状の流路形成体と、前記流路形成体の少なくとも一面に当接するヒータユニットとを有する流体加熱装置であって、前記ヒータユニットと前記流路形成体とが接着されていないことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、昇降温が繰り返される条件下で使用しても破損しにくく、再現性に優れた信頼性の高い流体加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の流体加熱装置の一具体例を示す分解斜視図である。
【図２】図１の流体加熱装置の流路の出入口に短管を取り付けた状態を示す平面図である。
【図３】本発明の流体加熱装置の流体形成体に設けられた流路の他の具体例を示す平面図である。
【図４】本発明の流体加熱装置のヒータユニットが有する発熱体の回路パターンの具体例を示す平面図である。
【図５】本発明の流体加熱装置の結合方法の具体例を示す正面図である。
【図６】本発明の流体加熱装置の他の具体例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明の実施形態の流体加熱装置は、内部に被加熱流体の流路を備えた略直方体形状の流路形成体と、前記流路形成体の少なくとも一面に当接するヒータユニットとを有する流体加熱装置であって、前記ヒータユニットと前記流路形成体が互いに接着されていないことを特徴としている。かかる構成により昇降温が繰り返される条件下で使用しても破損しにくく、再現性に優れた信頼性の高い加熱装置を提供することができる。
【００１１】
上記本発明の実施形態の流体加熱装置においては、ヒータユニットが発熱体とこれを両側から挟み込む２層の電気絶縁層とを有するのが好ましい。これにより、流路形成体や後述する押さえ板に導電性材料を使用することが可能になる。また、上記本発明の実施形態の流体加熱装置においては、前記ヒータユニットを前記流路形成体に向けて押さえ付ける押さえ板が更に設けられており、前記押さえ板と前記流路形成体とが締結されているのが好ましい。これにより、より一層高い伝熱効率を達成することができる。
【００１２】
また、上記本発明の実施形態の流体加熱装置においては、前記２層の電気絶縁層のうち、前記流路形成体に当接する側の電気絶縁層の熱伝導率がもう一方の電気絶縁層の熱伝導率に比べて大きいのが好ましい。これにより、発熱体で発生させた熱量の損失を抑えることが可能になる。また、上記本発明の実施形態の流体加熱装置においては、前記ヒータユニットが前記流路形成体において互いに反対側に位置する２つの面に１つずつ配置されており、これらヒータユニットは各々が有する発熱体から前記流路までの最短距離が略同等であるのが好ましい。これにより、極めてすばやく被加熱流体を加熱することが可能になる。
【００１３】
次に、図１を参照しながら本発明の流体加熱装置の一具体例について具体的に説明する。この図１に示す流体加熱装置は、内部に被加熱流体の流路Ｃを備えた矩形板状の流路形成体１と、該流路形成体１と略同じ平面視形状を有し、該流路形成体１の被加熱面１ａにほぼ全面に亘って当接する矩形板状のヒータユニット２と、これら流路形成体１及びヒータユニット２と略同じ平面視形状を有し、ヒータユニット２を流路形成体１に向けて押さえつける矩形板状の押さえ板３とを有している。
【００１４】
ヒータユニット２は、所定の回路パターンに形成された層状の抵抗発熱体２１と、該抵抗発熱体２１を両面から挟み込んで電気的な絶縁を確保する第１絶縁層２２ａ及び第２絶縁層２２ｂとで構成される。これら流路形成体１、ヒータユニット２、及び押さえ板３からなる流体加熱装置は、後述するボルトなどの結合手段で結合された状態のまま使用することができるが、設置環境に応じ、容器等の保護手段内に収納した状態で使用することが出来る。
【００１５】
以下、上記した加熱装置の各構成要素について具体的に説明する。流路形成体１の材質は、流路内で主に流れる流体の種類や温度・圧力などの運転条件、流体加熱装置の設置環境等を考慮して適宜選定されるが、一般的には伝熱効率の観点から熱伝導率が高い材料を使用するのが好ましい。このような、熱伝導率が高い材料としては、例えば銅やアルミニウムなどの金属、炭化珪素や窒化アルミニウムなどのセラミックス、又はこれらの少なくとも１種類を含む例えばＳｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣなどのセラミックス複合体を挙げることができる。
【００１６】
これらのうち、金属は汎用的で作製が容易である上、セラミックスに比べて高い熱伝導率を有しているのでコストパフォーマンスに長けている。しかし、金属はセラミックスに比べてヤング率が低いので、使用温度によってはヒータユニットが配される側の面の平坦性を維持するため分厚くするか、あるいは金属製の流路形成体１が熱により反りを生じてもヒータユニット２との良好な密着性を維持すべく後述するように流路形成体１とヒータユニット２との間に柔軟性を有する電気的絶縁シートを介在させるのが好ましい。
【００１７】
一方、セラミックスは機械加工精度に優れる上、剛性(ヤング率)に優れるので、ヒータユニット２が当接する側の面の平坦性を良好に保つことが出来る。また、板厚を薄くしても変形しないので流路形成体１を小型化でき、これにより装置自体の熱容量を小さくできるので運転停止状態にある流体加熱装置を立ち上げる時や、設定温度を変更する時にすばやく定常状態に移行させることができる。
【００１８】
特に、熱伝導率の高いセラミックス材を選定することで、上記したようにヒータユニット２が当接する側の面の平坦性や小さな熱容量を維持しながら、被加熱流体への伝熱性能を向上させることができ、急激な温度変化による熱衝撃が生じても割れ、クラック、変形などの問題が生じにくくなる。なお、セラミックスの場合は、熱衝撃に対する耐性を考慮して熱膨張係数の低い材料を選定することがより好ましい。
【００１９】
流路形成体１のサイズ及びその内部に設けられる流路Ｃの本数や形状は、該流路Ｃ内を流れる被加熱流体の物性、流量、入口及び出口温度等の運転条件に応じて適宜定められる。図１には矩形板状の流路形成体１の厚み方向の中央部に、長手方向に延在する２本の同じ内径の流路Ｃが２本貫通している例が示されている。図２に示すように、各流路Ｃの両開口部には例えばテフロン製の短管４などの継手類を溶着等により接続することにより出入口（タップとも称する）を形成するのが好ましく、これにより被加熱流体の供給源からの配管や、被加熱流体のユースポイントまでの配管を簡易に流路Ｃに接続することができる。
【００２０】
流路形成体１の流路は図１に示す直線状に限定されるものではなく、例えば図３に示すように、流路形成体１１の内部にその被加熱面に平行な面上で蛇行する１本の流路Ｃを形成してもよい。このような蛇行する流路Ｃは、例えば２枚の略同形状で且つ同材質の板状部材を用意し、それらの一方の片面に蛇行する断面矩形の溝を形成し、この溝形成面を覆うようにもう一方の板状部材を重ね合わせて接合すればよい。その後、上記した流路形成体１と同様に流路の両開口部に各々短管や継手類を取り付けることで流路Ｃの出入口を形成することができる。このように、蛇行する流路Ｃを設けることにより、図１に比べて流路の長さを長くできるので、より高い温度まで被加熱流体を昇温することができる。なお、流路の壁面の加工粗度を粗くすることで流路内を被加熱流体が乱流状態で流れるようにすることが可能になり、熱効率をより一層高めることが可能になる。
【００２１】
再度図１に戻ると、抵抗発熱体２１で発生した熱は速やかに流路形成体１の流路Ｃに伝熱するのが望ましいので、流路形成体１の被加熱面１ａに当接する第１絶縁層２２ａには、高い熱伝導率を有する材料を用いるのが好ましい。具体的には、第１絶縁層２２ａの熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのが好ましく、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのがより好ましい。なお、熱伝導率の高い窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどのフィラーを含有させることにより熱伝導率をより一層高めることが可能になる。第１絶縁層２２ａに使用する材料は、更に柔軟性を有しているのが好ましい。熱膨張や熱収縮により流路形成体１に反りが生じても、柔軟性を有する第１絶縁層２２ａが自在に変形することで流路形成体１とヒータユニット２との間の空隙の形成を防止することができるからである。
【００２２】
抵抗発熱体２１は両端の電極部を介して供給される電気を導電線に流すことによりジュール熱を発生させるものであり、ステンレスやニッケル−クロム箔をエッチング加工等によりパターニングすることで作製することができる。図１には一対の電極の間で一様に蛇行する回路パターンを有する抵抗発熱体２１が示されているが、抵抗発熱体は図１に示すような回路パターンに限定されるものではなく、図４（ａ）に示すような不規則に蛇行する回路パターンでもよい。
【００２３】
また、図４（ｂ）に示すように、左右非対称な回路パターンにして面内での発熱密度を被加熱流体の出口側よりも入口側が高くなるようにしてもよい。これにより、出口側よりも低温の被加熱流体が流れる入口側において抵抗発熱体２１からの発熱量をより多くすることができるので、効率よく加熱することができる。このような局所的に異なる発熱密度の設計は、上記したように１つの発熱体回路内で導電線のピッチを変えたり導電線の断面積を変えたりすることで行ってもよいし、例えば入口側領域と出口側領域のように、面内を複数の領域に分けて各領域ごとに発熱量の異なる発熱体回路を設けてもよい。このように複数の領域に分ける場合は、分割した領域毎に後述する温度センサーを設けて個別に温度制御を行うのが好ましい。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、一点鎖線で示す温度センサーの設置場所を避けるように形成された回路パターンが示されている。
【００２４】
抵抗発熱体は単層ではなく複数層設けてもよい。例えば制御機器の電気仕様の制約や装置のサイズが小さい等のスペース上の制約がある場合は、２つの層状の抵抗発熱体を電気的絶縁シートを挟んで重ね合わせ、それらの一端部同士を接続すると共に他端部を電力供給端子にすることで１つの直列回路を形成することができる。この様にすれば、例えば１ｍｍ未満の厚みの中に複数の発熱体層を配置でき、制御機器の電気仕様とのマッチングも可能となる。
【００２５】
上記した２枚の発熱体層の間に介在させる電気的絶縁シートは、前述した第１絶縁層２２ａと同様に加熱時や冷却時に速やかに熱が伝わるように、互いに当接する層同士の間に空隙が生じないように配置することが重要である。上記した層間に空隙が存在していると、発熱体層の加熱時にこの空隙内の空気が膨張し、発熱体層の剥離や絶縁破壊の原因になったり、被加熱流体が流れていない状態と同様の状態となり異常発熱の原因になったりする。
【００２６】
上記した抵抗発熱体２１の発熱量は、流路形成体１に設けた温度センサー（図示せず）に基づいて温度制御するのが好ましい。温度センサーには測温抵抗体を用いることが好ましい。測温抵抗体は、例えば絶縁セラミック基体の平面上に白金抵抗体を蒸着等により形成し、得られた白金抵抗体を所定の抵抗値に調整した後、その電極パッド部にボンディング等の手段でリード線を接続し、白金抵抗体及びパッド部を絶縁膜で覆うことにより作製することができる。かかる構造により測温素子を小型化できるので素子の熱容量を小さくでき、温度応答性を高めることができる。
【００２７】
温度センサーは接着剤を用いて接着してもよい。このような接着剤には、シリコーンやエポキシ等の有機系樹脂を主成分としたものや、セラミック粒等の無機材料とバインダ成分とを組み合わせたものを利用することが出来る。特にシリコーン樹脂を主成分とした接着剤は、流体加熱に必要な温度帯に耐える耐熱性を有し且つ弾力性を有することから、測温素子と周辺部材の僅かな熱膨張量差を吸収し得るため好適である。
【００２８】
温度センサーを設置する際、その測温素子の平面部分が全面に亘って流路形成体の平面部に当接するように設置することが望ましく、これにより、より広い接触面積が確保できるので良好な温度応答性が得られる。なお、コスト上の観点から流路形成体には加工を施さず、その被加熱面に配置するヒータユニットや押さえ板側に測温素子に合わせた形状、サイズでくり抜きを設けるのが好ましい。
【００２９】
測温抵抗体に接続したリード線を伝って僅かに逃げる熱量が問題になる場合は、リード線の一部を流路形成体または押さえ板の表面に接着剤等を用いて接触または近接させるのが好ましい。これによりリード線からの熱逃げの量を減らすことができるので、検知温度と実際温度との乖離が熱容量の小さな測温素子部の測定値に悪影響を及ぼすのを抑えることができる。なお、上記接触または近接に際しては、可能な限りその接触または近接させる距離を長くとることが好ましい。
【００３０】
抵抗発熱体２１で発生した熱量はできるだけ損失を少なくして被加熱流体に供給するのが望ましいため、第２絶縁層２２ｂは第１絶縁層２２ａよりも熱伝導率が低い材質、すなわち熱抵抗となる材質を選定することが好ましい。具体的には、第１絶縁層２２ａに前述したように１Ｗ／（ｍ・Ｋ）又はそれより高い熱伝導率を有する伝熱性に優れた電気的絶縁シートを選定する場合は、第２絶縁層２２ｂには熱伝導率１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の断熱性を有する電気的絶縁シートを選定する。
【００３１】
その様な断熱性を有する電気的絶縁シートとしては、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、マイカ等を挙げることができる。シリコーン樹脂は柔軟性があるので前述したように空隙による異常発熱を回避することができる。また、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、及びマイカは上記した流路側とは反対側の押さえ板側への伝熱に対して断熱材として作用しながら、２００℃を超える温度域であっても特に問題なく用いることができる。更にフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、又はマイカで形成したシートの場合は熱伝導率が低いことに加えて、表面が離型性に優れた特性を備えるので、後述する熱膨張係数差による面方向の相対的な移動の際に摺動させることが可能になる。
【００３２】
押さえ板３の材質は、汎用的で安価な金属が好ましい。この場合、流路形成体１と同じ材質であれば熱膨張係数が合致するので好適である。上記した第１絶縁層２２ａ、抵抗発熱体２１、及び第２絶縁層２２ｂを有するヒータユニット２は、流路形成体１と押さえ板３とをボルトナットやネジ留めなどの結合手段で結合することで一体化させる。具体的には、流路形成体１及び押さえ板３の両方に厚み方向に貫通する貫通孔を設け、各貫通孔にボルト５を挿通してその先端部をナット６で締め付けることにより締結することができる。なお、ヒータユニット２の平面視形状が流路形成体１及び押さえ板３と略同等の場合は、ヒータユニット２にも対応する位置に貫通孔を設けることが必要になる。
【００３３】
あるいは、図５に示すように、押さえ板３及び流路形成体１のうちの何れか一方に厚み方向に貫通する貫通孔を設けると共に、もう一方に該貫通孔に対応する雌ネジを設け、各貫通孔に雄ネジ７を挿通して雌ネジに螺合することで締結してもよい。このように、ネジやボルトナットなどの結合手段で結合する場合は、流路形成体１と押さえ板３の熱膨張係数差や立ち上げ時での厚み方向での温度勾配等により当接面方向に相対的に移動することがあるので、上記した貫通孔の内径は、この相対的な移動分を考慮して余裕を持った大きさにするのが好ましい。これにより、変形や割れ等の問題を防ぐことができる。
【００３４】
本発明の一具体例の流体加熱装置では、上記した流路を備えた流路形成体１と、その表面に当接するヒータユニット２と、ヒータユニット２に当接する押さえ板３とは、互いの当接面において接着されていないことを特徴としている。ここで接着されていないとは、接着剤などの接着層を介して接合させる場合のみならず、溶着、融着、焼成による固着などの化学的に接合させる手段が含まれる。すなわち、接着によりヒータユニット２及び流路形成体１や、ヒータユニット２及び押さえ板３を一体化させると、互いの熱膨張係数差や厚み方向の温度勾配により昇降温を繰り返しているうちに界面で剥離や割れ等の不具合を生じ、流体を加熱する能力が低下するおそれがある。
【００３５】
これに対して、流路形成体１とヒータユニット２との間や、押さえ板３とヒータユニット２との間を互いに接着することなく単に重ね合わせる構造であれば、互いの熱膨張差により当接面方向に相対的に移動する力が働いても当接する部材によって当該移動が拘束されることなく、自在に摺動させることが可能になる。その結果、昇降温が繰り返されても熱応力によりクラック等の破損が生ずることなくなり、再現性に優れた信頼性の高い流体加熱装置を提供することが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の流体加熱装置について具体例を挙げて説明したが、本発明は係る具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能である。例えば図６に示すように、第１絶縁層２２ａ、抵抗発熱体２１、及び第２絶縁層２２ｂからなるヒータユニット２を流路形成体１の両面に配置してもよい。
【００３７】
図１に示すようにヒータユニット２を片面だけに配置した場合は、流体加熱装置の設置環境等によっては外気や周辺部材への熱放散による熱効率の悪化が懸念されるが、両面にヒータユニット２を配置した場合は、流路形成体１の両側から加熱するため極めて効率よく被加熱流体を加熱することができる。この場合は、流路形成体１の表裏面に同じ構成のヒータユニット２をシンメトリに配置することで、構成部品の種類を増やすことなく安価に熱効率の高い加熱装置を製造することが出来る。
【００３８】
また、回路パターンの隣接する導電線間には空隙が生じやすく、この空隙が熱抵抗の原因になり得るため、この空隙及び必要に応じて絶縁シートと抵抗発熱体との間を接着成分で充填してもよい。この空隙は上述した柔軟な絶縁シートで充填することが出来れば良いが、パターンのライン＆スペースが密になればなるほど、その実現は困難となるからである。
【００３９】
上記接着成分には、熱可塑あるいは熱硬化性ポリイミド樹脂を含有したフィルム、ワニスなどが有効である。これらを絶縁シートとパターン間に配置して最適な温度、圧力条件で熱圧着することで、良好な熱接触を維持したヒータ層を製造することが出来る。この場合、同材質の絶縁フィルムに覆われたヒータ層となり、僅かに表面に発熱パターン経路に沿った凹凸が生じるため、流路形成体との間には柔軟な熱伝導性シートを、押さえ板との間には断熱となる様なシートを配置することが好ましい。
【００４０】
また、面状の抵抗発熱体を例えば金属箔をエッチング加工することで作製する場合、隣接する導電線間の金属箔を完全に除去するのではなく、当該発熱体の回路とは電気的に絶縁した状態で残しておいてもよい。これにより、抵抗発熱体の回路と同素材及び同厚みの材質を用いて上記空隙を充填することができるので好ましい。また、流路形成体と押さえ板とをネジ留め等で機械的に結合する際、当該ネジ留め用の貫通孔の周辺に上記したような回路とは電気的に絶縁した金属箔層を設けておくことで、抵抗発熱体層の厚みをほぼ全面に亘って均一にできるので、ネジ留めの際の軸方向の締め付け力による流路形成体や押さえ板の変形を防止することができる。
【実施例】
【００４１】
[実施例１]
図１に示すような流体加熱装置を作製して被加熱流体としての水を加熱する試験を行った。具体的には、先ず流路形成体用の材料として、銅（Ｃｕ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び炭化珪素（ＳｉＣ）でそれぞれ形成された縦３０ｍｍ×横９０ｍｍ×厚み８ｍｍの板状部材を３枚用意し、各々の厚み方向中央部に長手方向に延在する内径３ｍｍの流路を２本貫通して流路を形成した。各流路の両開口部にそれぞれ短管を取り付けて流体の出入口を設けた。
【００４２】
このようにして得た３種類の流路形成体の各々の片面に当接させるヒータユニットとして、第１絶縁層には流路形成体と縦及び横の長さが同じで厚み０.５ｍｍのフィラー入りシリコーンシートを使用し、抵抗発熱体には厚さ２０μｍのステンレス箔に面内で粗密差のない回路パターンとなるようにエッチング加工した均一な発熱密度有する発熱体層を使用し、第２絶縁層には厚み５０μｍのポリイミドを使用した。また、押さえ板として、流路形成体と縦及び横の長さが同じで厚み１ｍｍのステンレス板を使用した。そして、これらを図１に示す順序で重ね合わせてボルトナットで締結した。
【００４３】
次に、流路形成体の表面に温度センサーを接着剤を用いて固定し、抵抗発熱体の両端部に給電ケーブルを取り付けた。このようにして、試料１〜３の流体加熱装置を作製した。また、比較のため、第１絶縁層にフィラーを含まないシリコーンシートを使用し、第２絶縁層にシリコーンシートを使用し、流路形成体とヒータユニットとの間を接着した以外は試料１と同じように作製した試料４の流体加熱装置と、第１絶縁層を使用せず、第２絶縁層にガラスを使用し、流路形成体とヒータユニットとの間を接着した以外は試料２と同じように作製した試料５の流体加熱装置とを作製した。これら試料１〜５の流体加熱装置の主な機器仕様を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
2015152218.tif 000003
【００４５】
これら試料１〜５の流体加熱装置の流路形成体の流路に被加熱流体として２０℃に温度管理された水を０.５Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら、温度センサーでの温度が室温から１００℃まで昇温するように抵抗発熱体に給電した後、給電を停止してそのまま２０℃の水による熱交換で温度降下させた。このヒートサイクルを１サイクルとして１０００サイクル繰り返した。そして、１０００サイクル繰り返した後、１サイクル目と同じ条件で水を加熱した。このヒートサイクル試験の際、流体加熱装置の出入口の水温、及び１０００サイクル後の装置の外観を致命的な欠陥の有無の観点から確認した。その結果を下記表２に示す。
【００４６】
【表２】
2015152218.tif 000004
【００４７】
上記表２からわかるように、比較例である試料４及び５では、板状の流路形成体の熱伝導率は試料４の方が高いものの、熱容量が試料５の方が小さく、温度上昇は試料５の方が早い結果となった。また、出口側の水温も試料５の方が高い結果となった。また、ヒートサイクル経過後の外観を詳細に確認すると、何れも板状の流路形成体の変形や、流路形成体と絶縁シート（コート）の接着界面の剥離、クラックが確認された。その状態で再度同様の昇温試験を行った結果、何れもヒートサイクル前に確認した昇温時の性能結果に劣る結果となった。
【００４８】
これは、当接する部材同士が接着されているため、例え同材質であっても設置環境による温度差から生じる僅かな熱膨張量差の影響により、接着界面が剥離したりクラックが生じたりし、その結果、抵抗発熱体が発した熱量を流路形成体の被加熱流体に良好に伝えることができなかったためと考えられる。
【００４９】
一方、試料１〜３では何れも１０００回のヒートサイクルを経過しても外観異状は認められず、性能も初期と同等の数値を示し、信頼性の高い流体加熱装置であることが実証された。また、第１絶縁層と第２絶縁層の熱伝導率の関係から、発熱体が発した熱量が押さえ板側でなく、流路形成体側に熱伝達されたことにより、例えば試料１と試料４の初期性能差に認められる様に、熱ロスの少ない省エネ流体加熱装置であることも実証された。
【００５０】
[実施例２]
上記した実施例１の試料１〜３の流体加熱装置に対して、各々ヒータユニットを流路形成体の片面に代えて両面に当接させてボルトナットで締結した以外は実施例１と同様にして試料１ａ〜３ａの流体加熱装置をそれぞれ作製した。そして、これら試料１ａ〜３ａの流体加熱装置に対して実施例１と同様のヒートサイクル試験を行った。この結果を下記表３に示す。
【００５１】
【表３】
2015152218.tif 000005
【００５２】
上記表３からわかるように、実施例１に比べて実施例２では初期性能が向上し、また１０００回のヒートサイクルが経過しても初期と同等の性能が得られることが分かった。先述の通り、片側からだけの加熱では抵抗発熱体で発生させた熱量が一部外気に熱放散する熱ロスがあることが予測されるが、両面からの加熱にし、またその構成をシンメトリにすることで発生した熱量を効率的に流路側に熱伝達出来たためであると考えられる。
【００５３】
[実施例３]
上記した実施例２の試料１ａ〜３ａの流体加熱装置に対して、抵抗発熱体の回路パターンを中心から流体入口側の発熱密度分布を、中心から流体出口側の発熱密度分布に比較して凡そ１.５倍となるように回路パターンを作製して組み込んだ以外は実施例２と同様にして試料１ｂ〜３ｂの流体加熱装置をそれぞれ作製した。そして、これら試料１ｂ〜３ｂの流体加熱装置に対して実施例１と同様のヒートサイクル試験を行った。この結果を下記表４に示す。
【００５４】
【表４】
2015152218.tif 000006
【００５５】
実施例２に比べて実施例３では更に初期性能が向上し、また１０００回のヒートサイクル経過後も初期と同等の性能が得られることが分かった。温度の低い流体入口側の発熱密度を、受熱により温度が高くなる流体出口側の発熱密度に比較して高く設計することで、流体入口側の流体温度とヒータ温度の差を大きくしたことにより熱効率が向上したものと考えられる。
【符号の説明】
【００５６】
１、１１      流路形成体
１ａ    被加熱面
２      ヒータユニット
３      押さえ板
４      短管
５      ボルト
６      ナット
７      雄ネジ
２１    抵抗発熱体
２２ａ  第１絶縁層
２２ｂ  第２絶縁層
Ｃ      流路
【図１】
2015152218.tif 000007
【図２】
2015152218.tif 000008
【図３】
2015152218.tif 000009
【図４】
2015152218.tif 000010
【図５】
2015152218.tif 000011
【図６】
2015152218.tif 000012