(57)【要約】【課題】小型でありながら熱効率も高く、製造コストも安い液体加熱装置を実現する。【解決手段】本発明の液体加熱装置は、液体を加熱するらせん状のヒーター（４２）と、ヒーター（４２）のらせんにおける隣り合う２つの段（４２ａ）の間に、各段（４１ａ）が配置されたらせん状の加熱菅（４１）と、ヒーター（４２）と加熱菅（４１）との隙間を埋め込む，熱伝達材料で構成された材料部（４３）と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させる液体加熱装置であって、
液体を加熱するらせん状のヒーターと、
上記ヒーターのらせんにおける隣り合う２つの段の間に、各段が配置されたらせん状の加熱管と、
上記ヒーターと上記加熱管との隙間を埋め込む熱伝達部と、を備えたことを特徴とする液体加熱装置。
【請求項２】
上記ヒーターにおけるらせんの直径は、上記加熱管におけるらせんの直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
【請求項３】
上記ヒーターの直径は、上記加熱管の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の液体加熱装置。
【請求項４】
上記ヒーターは、らせんにおける一方の端から他方の端へ向かう方向に沿った、発熱密度の勾配を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体加熱装置。
【請求項５】
上記ヒーターのらせんにおける上記加熱管の入口側の端から上記加熱管の出口側の端へ向かう方向を第１の方向としたとき、
上記ヒーターにおける発熱密度は、上記第１の方向へ向かうに従い小さい、もしくは大きくなっていることを特徴とする請求項４に記載の液体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させる液体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの液体を加熱することは、料理、または風呂もしくはシャワー等の日常生活の様々な場面で必要不可欠であり、そのための様々な液体加熱装置が存在する。例えば料理などにおいて、ガスによってお湯を沸かすことは一般的である。最近では、液体加熱装置として、電気ケトルなどといった、電気の熱でコップ数杯分の少量のお湯を沸かす製品が増えている。
【０００３】
上記液体加熱装置の問題は、お湯が沸くまでに数分間の時間が必要であるという点がある。また、昨今の核家族化、及び単身世帯の増加により、一人分の必要な量だけ、短時間で加熱したいという要望がある。さらに、やかんによる加熱などといった従来の加熱方法では、沸騰温度の液体しか得ることができない。しかし、加熱される液体において必要とされる温度は、例えば人肌の温度(４０℃ぐらい)、水よりも少し熱めの温度など、人または用途によって様々である。
【０００４】
上記のような要望を鑑みて、オンデマンドで必要な量だけ必要な温度で液体を加熱する方法が提案されている。例えば特許文献１に開示された液体加熱装置は、アルミニウムからなる円柱形状の本体における側面にらせん状の溝が形成されており、円柱形状の本体の側面の外側を板材で構成された付加的構成要素によって覆う構成になっている。付加的構成要素における本体と反対側の面には、スクリーン印刷によってシートヒーターが形成されている。らせん状の溝は、付加的構成要素ととともに、液体の流通のための、らせん状の液体通路を形成している。特許文献１の液体加熱装置では、水などの液体が、らせん状の液体通路を流れながらヒートヒーターによって加熱されるようになっている。
【０００５】
また、水は、加熱し続けると水蒸気になる。このような水蒸気を発生する蒸気発生装置は、スチームクリーナー、スチーム調理器などといった、多種多様な家電製品への展開がなされている。１００℃もしくはそれ以上の高温に加熱された水蒸気は、対象物を効率よく加熱する、あるいは油脂性の汚れを洗い流すのに優れた特性を有している。このため、蒸気発生装置は、環境負荷の無いクリーンな手段としても注目される。
【０００６】
ここで、水蒸気の発生方法には、主にボイラー式及び非ボイラー式の２種類の方式がある。ボイラー式は、加熱タンク内の水をヒーターで加熱し蒸気を発生させ、蒸気の圧力によって水蒸気を噴出させることを原理としている。ボイラー式は、その原理上、水蒸気が出るまでに数分間の予備加熱時間が必要であることが欠点となっている。
【０００７】
一方、非ボイラー式は、ポンプ式とも呼ばれ、ポンプによってその都度ヒーターまで水を送り、ヒーターによって水を加熱して水蒸気を発生させることを原理としている。この非ボイラー式は、予備加熱が不要であり、また、ボイラー式のような大きなタンクも不要であるため、家庭で使用される携帯型スチーマー等に対して有効な方式である。
【０００８】
蒸気発生装置を小型化及び高効率化する手段として、水または蒸気を加熱するための加熱菅及びヒーターをらせん構造とすることが一般的に行われている。例えば特許文献２に開示された高効率暖房機に備えられた過熱水蒸気発生ユニットでは、ヒーターの形状をらせんにして小型化し、さらに蒸気の流路の形状もらせん形状にすることによって、小型化及び高効率化を実現している。また、特許文献３の技術では、ＩＨ加熱ユニットの蒸気発生容器内にて水から蒸気を発生させ、発生した蒸気を、蒸気発生容器の外周に設けられたらせん状流路に沿って移動させている。そして、らせん状流路を加熱することによって、蒸気をさらに加熱し、過熱蒸気化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００７−５０１５０６号公報（２００７年  １月２５日公表）
【特許文献２】特開２０１２−１５９２７９号公報（２０１２年  ８月２３日公開）
【特許文献３】特開２００２−０２２１０７号公報（２００２年  １月２３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３の技術には、以下の問題がある。
【００１１】
まず、特許文献１の技術では、装置の小型化は実現できるものの、液体流路の外壁に相当する付加的構成要素からのみ液体が加熱されるため、熱効率が悪い。また、液体流路が形成するらせんにおける隣り合う段を仕切る壁は、狭くなっている、それゆえ、この壁からの液体の加熱は期待できない。また、液体流路の外側は、板材である付加的構成要素によって仕切られているだけであるので、液体のリークが発生し、均一な液体の加熱が困難である。
【００１２】
特許文献２の技術では、水の供給源としてタンクが想定されている。そして、水の加熱は、らせん軸方向の一方の側からなされていないため、蒸気発生効率が良くない。また、特許文献３の技術では、蒸気発生装置の加熱ユニットを小型化することは可能である。しかし、特許文献３の蒸気発生装置の構成は、別途、ＩＨ用インバータ等の周辺ユニットが付属されるため、装置全体の小型化にはつながらない。さらには、熱効率も抵抗加熱式の装置よりも低くなる。
【００１３】
また、特許文献２及び３の何れの技術においても、共通する課題として、水を加熱する部分と過熱水蒸気を形成する部分とが別構造であり、両部分をつなぐ構成が複雑にならざるを得ないので、結果として製造コストが上昇する点が挙げられる。さらに、水を加熱する部分と過熱水蒸気を形成する部分とが別構造であることによって、水蒸気を発生させることが可能であっても、例えば湯の状態で液体を取り出す等といった、多様な加熱状態に対応した利用ができない。
【００１４】
また、液体加熱装置として、らせん状の加熱管に液体（例えば水）を通過させながら、加熱管が形成するらせんの内側の空間に抵抗加熱ヒーターを組み込むことによって、加熱管を通過する液体を加熱し蒸気を発生させる構成が考えられる。しかし、この構成では、加熱管を通過する液体は、蒸発しながららせん運動をするに際し、遠心力によって、加熱管が形成するらせんの外周部分に沿って流れる。らせんの内部の空間に配された抵抗加熱ヒーターによって加熱した場合、せん形状の外周部分へは、ヒーターからの熱が最も伝わりにくくなる。その結果、熱効率が低下するという問題が招来する。また、加熱管が形成するらせんの外側にヒーターが配置された構成では、逆に、らせんにおける内側の空間へ熱が伝わりにくくなり、外部への放熱量が増加する。
【００１５】
また、らせん状の加熱管を加熱する装置の欠点として、らせんにおける隣り合う２つの段の間から加熱管を加熱するという効果が期待できない点にある。隣り合う２つの段によって挟まれた空間は、２つの段の間の距離が狭く、ヒーターからの熱が伝わりにくい。その上、上記空間は、２つの段の両方を流れる液体によって冷却されるため、高い加熱効果を期待できない。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、小型でありながら熱効率も高く、製造コストも安い液体加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る液体加熱装置は、液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させる液体加熱装置であって、液体を加熱するらせん状のヒーターと、上記ヒーターのらせんにおける隣り合う２つの段の間に、各段が配置されたらせん状の加熱菅と、上記ヒーターと上記加熱菅との隙間を埋め込む熱伝達部と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、小型でありながら熱効率も高く、製造コストも安いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係る液体加熱装置の系統図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示された加熱ユニットにおける、加熱管の段及びヒーターの段の構成を示す、拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニットにおけるヒーターの概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る液体加熱装置１０の系統図である。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態に係る液体加熱装置１０は、イオン交換樹脂ユニット２０と、ソレノイドポンプ３０と、加熱ユニット４０と、ノズル５０と、制御／電源系統６０と、を備えている。
【００２２】
液体供給源からの液体は、イオン交換樹脂ユニット２０を通過して、ソレノイドポンプ３０によって加熱ユニット４０に送られ、加熱ユニット４０にて加熱されてノズル５０によって外部へ放出される。制御／電源系統６０は、ソレノイドポンプ３０を制御することによって、加熱ユニット４０への液体供給量のほか、一定の電力量下における液体温度または蒸気温度を調節することが可能である。また、液体温度または蒸気温度については、加熱ユニット４０へ投入する電力量を調節することによって、液体の加熱を制御することも可能である。
【００２３】
液体供給源としては、液体加熱装置１０に付属するタンクであってもよく、水道水であってもよい。液体供給源が水道水である場合、液体加熱装置１０に備えられた送液管を水道の蛇口に直結して水道水を液体加熱装置１０へ供給することができる。
【００２４】
イオン交換樹脂ユニット２０は、液体加熱装置１０へ供給される水にカリウムイオン及びマグネシウムイオン等を除去するためのものである。加熱される、あるいは蒸発させる水は、通常、カリウムイオン及びマグネシウムイオン等の陽イオンを含んでおり、そのまま加熱・蒸発させると、陽イオンの濃度、ＰＨ、温度条件によってスケールと呼ばれる析出物が生じる。スケールは、後述する加熱ユニット４０の加熱管４１への熱伝導を妨げ熱効率の低下を招くとともに、配管の詰まり等に繋がる。このため、液体加熱装置１０においては、ソレノイドポンプ３０及び加熱ユニット４０の前にイオン交換樹脂ユニット２０が配置されている。イオン交換樹脂ユニット２０によって、水中のカリウムイオン及びマグネシウムイオン等といったスケールの原因物質は、ナトリウムイオン等の解離性が高いイオンに置換される。
【００２５】
ソレノイドポンプ３０は、加熱ユニット４０へ水を送液するものである。ソレノイドポンプ３０は、定容量型ポンプの一種であり、単位ストローク当りの吐き出し量は一定である。このため、ソレノイドポンプ３０は、負荷（背圧）の変動に対しても安定であり、また小型であり、送液量の調節も容易である。
【００２６】
図２は、液体加熱装置１０に備えられた加熱ユニット４０の一構成例である加熱ユニット４０Ａの概略構成を示す斜視図である。図２に示されるように、加熱ユニット４０Ａは、加熱管４１、ヒーター４２、及び熱伝導材料からなる材料部４３（熱伝達部）を備えている。
【００２７】
加熱管４１は、加熱される液体を流すための管であり、らせん状に折れ曲がった構造になっている。ソレノイドポンプ３０からの液体は、入口４１ｘから流入し、らせん状の通路に沿って加熱管４１を通過し、出口４１ｙから流出する。
【００２８】
加熱管４１の材料は、熱伝導性が良好であり、曲げ加工性がよい材料が好ましく、例えば、銅合金、アルミニウム合金等が挙げられるが、耐食性の観点からステンレス材料を加熱管４１の材料として用いることが好ましい。
【００２９】
ヒーター４２は、加熱管４１を通過する液体を加熱するものであり、その形状は、らせん形状になっている。ヒーター４２は、その形状をらせん形状とすることが可能なヒーターであればよく、シーズヒーターが一般的に用いられる。シーズヒーターは、ニクロム線を金属パイプによって覆い、マグネシア等の絶縁粉末を充填した構造になっている。シーズヒーターは、金属パイプを加工することによって、任意の形状に作製することが可能になる。また、シーズヒーターは、液体や固体中に直接投入して対象物を加熱することが可能であり、汎用性が高いヒーターである。
【００３０】
熱伝導材料からなる材料部４３は、加熱管４１とヒーター４２と隙間を埋め込むように設けられている。加熱管４１とヒーター４２と隙間を熱伝導材料によって埋め込む方法としては、金属による鋳込み加工が多用されている。鋳込み加工は、鋳込み型によって加工品を大量生産することができるので、製品コストを抑えることが可能である。また、熱伝導材料の加熱管４１及びヒーター４２との密着性が良好である。さらには、熱伝導材料の加熱管４１及びヒーター４２への熱伝導性も良好である。このような理由から、本実施形態において、鋳込み加工は、加熱管４１とヒーター４２と隙間を熱伝導材料によって埋め込む方法として、優れた製造法である。このような鋳込み加工にて使用される熱伝導材料は、従来公知の材料であればよいが、例えば、鉄、アルミニウム合金、銅、真鍮等である。特に熱伝導性や取扱いの容易性から、熱伝導材料は、アルミニウム合金、真鍮であることが好ましい。
【００３１】
なお、ヒーター４２によって加熱管４１を通過する液体を加熱する構成では、自然対流による放熱が発生する。ヒーター４２によって加熱管４１を通過する液体を加熱し水蒸気を発生させる場合、材料部４３の表面の温度は、百数十度程度であり、自然対流による放熱は、ヒーター４２からの熱に対し１％以下である。このため、材料部４３の表面に特段の段熱処理を施す必要がない。また、ヒーター４２によって加熱管４１を通過する水蒸気をさらに加熱し過熱水蒸気を発生させる場合、または放熱による熱ロスを考慮する場合、材料部４３表面は、断熱材によって被覆される、あるいは断熱コーティング処理が施されていてもよい。
【００３２】
加熱管４１の出口４１ｙの径は、加熱した液体（例えば湯）が加熱ユニット４０から排出される場合、加熱管４１の径に対し変更する必要がない。一方、加熱管４１を通過する液体または蒸気が加熱され、液体の蒸気（例えば水蒸気）として加熱ユニット４０から排出される場合、蒸気の吹き出し流速を得るために、加熱管４１の出口４１ｙの径は、加熱管４１の径よりも小さくなる。このため、加熱管４１の出口４１ｙには、加熱した液体または蒸気が排出されるように、口径可変式のノズル５０が取り付けられる、あるいは、用途に応じてノズル５０を付け替えるためのアタッチメントが取り付けられている。
【００３３】
ここで、本実施形態における加熱ユニット４０Ａにおいては、加熱管４１が形成するらせんの各段４１ａは、ヒーター４２が形成するらせんにおける隣り合う２つの段４２ａ・４２ａの間に配置されている。また、加熱管４１におけるらせん軸は、ヒーター４２におけるらせん軸と完全に一致している、あるいは、実質的に一致している。なお、ここでいう「段」とは、らせんにおける１回転に相当する部分を意味する。
【００３４】
入口４２ｘから流入する液体（例えば水）は、加熱管４１が構成するらせんの管内で加熱され、加熱された液体（例えば湯）または蒸気（例えば水蒸気）として出口４２ｙから流出するようになっている。図３は、加熱ユニット４０Ａにおける、加熱管４１の段４１ａ及びヒーター４２の段４２ａの構成を示す、拡大断面図である。
【００３５】
図３に示されるように、加熱管４１における各段４１ａは、らせん軸方向の両側にヒーター４２の段４２ａが配置されることになる。それゆえ、加熱管４１の段４１ａを通過する液体は、ヒーター４２からの熱を、らせん軸方向の両側から受けることになる。よって、本実施形態に係る液体加熱装置１０によれば、加熱管４１を通過する液体を効率的に加熱することが可能になる。また、これによって、ヒーター４２から材料部４３の表面へ到達する熱は減少するため、材料部４３表面からの放熱を低く抑えることが可能である。
【００３６】
また、ヒーター４２からの熱は、加熱管４１の段４１ａへ向かって直接伝達すると同時に、材料部４３の表面から回り込んで加熱管４１の段４１ａの外周部へ向かって伝達する。これによって、加熱管４１が構成するらせんの管内を通過する液体について、遠心力によって段４１ａの外周部に沿って流れる液体に対しても効率的に加熱することが可能になる。
【００３７】
例えば、図２に示された加熱ユニット４０Ａに対して、温度２０℃の水を入口４１ｘから加熱管４１へ流入し、ヒーター４２への投入電力を１３００Ｗとした場合、最大で約０．５ｇ／秒の水を水蒸気にすることができた。このとき、加熱ユニット４０Ａにおける材料部４３の表面からの放熱量は、１０Ｗ以下であった。また、熱交換効率は９９％以上であった。これらの結果から、本実施形態に係る液体加熱装置１０の構成によって、ヒーター４２からの熱が非常に高効率で水の加熱及び蒸発に利用されていることが確認された。
【００３８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図４は、本実施形態に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニット４０Ｂの概略構成を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３９】
図４に示されるように、本実施形態に係る液体加熱装置１０における加熱ユニット４０Ｂでは、ヒーター４２が形成するらせんの直径４２Ｒは、加熱管４１が形成するらせんの直径４１Ｒよりも大きくなっている。これによって、ヒーター４２から加熱管４１のらせん外周部へ向かって伝達する熱の量が増加する。
【００４０】
らせん状の加熱管４１内における液体から蒸気（気体）へ遷移する領域では、液体は、加熱管４１の内部を全て充填することはなく、遠心力によって加熱管４１が形成するらせんの外周部を回りながら進む。このため、加熱管４１のらせん外周部へ向かって伝達する熱の量が増加することによって、液体から蒸気への相変化が効果的に進む。
【００４１】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図５は、本実施形態に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニット４０Ｃの概略構成を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４２】
図５に示されるように、本実施形態に係る液体加熱装置１０における加熱ユニット４０Ｃでは、ヒーター４２の直径４２ｒは、加熱管４１の内径４１ｒよりも大きくなっている。このため、ヒーター４２からの熱のうち、加熱管４１のらせんにおける内周方向及び外周方向から伝達する熱の比率が相対的に大きくなり、加熱管４１の壁面を均一に加熱することができる。
【００４３】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図６は、本実施形態に係る液体加熱装置に備えられた加熱ユニットにおけるヒーター４２の概略構成を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４４】
図６に示されるヒーター４２は、シーズヒーターである。このシーズヒーターは、シーズ（金属で構成された鞘）内部にニクロム線がらせん状に巻かれた状態で収容された構造になっている。ニクロム線の巻き線密度をシーズが伸びる方向で変化させることによって、ヒーター４２に対し、シーズが伸びる方向に沿った発熱密度の勾配を持たせることができる。図６においては、このように発熱密度が変化する方向（発熱密度変化方向）を矢印によって示し、この発熱密度変化方向（第１の方向）は、ヒーター４２のらせんにおける加熱管の入口４１ｘ側の端から加熱管の出口４１ｙ側の端へ向かう方向としている。
【００４５】
ヒーター４２における発熱密度は、図６に示す発熱密度変化方向へ向かうに従い小さくなっていてもよい（構成Ａ）。このような構成Ａでは、入口４１ｘ側のヒーター４２の部分ではニクロム線の巻き線密度が密になっており、発熱密度が高くなっている。一方、出口４１ｙ側のヒーター４２の部分ではニクロム線の巻き線密度が疎になっており、発熱密度が低くなっている。この場合、入口４１ｘ側では、加熱管を通過する液体とヒーター４２との温度差が大きくなるので、ヒーター４２から液体への伝熱量が増加する。一方、出口４１ｙ側では、加熱管を通過する液体とヒーター４２との温度差が小さくなるので、ヒーター４２から液体への伝熱量が減少する。ここで、ヒーター４２における出口４１ｙ側の端部近傍での表面温度は低く抑えられるため、結果として自然対流や輻射による外部への放熱は抑制される。それゆえ、加熱ユニット全体としては、外部への放熱を抑えることができ、熱効率を向上させることができる。
【００４６】
また、ヒーター４２における発熱密度は、図６に示す発熱密度変化方向へ向かうに従い大きくなっていてもよい（構成Ｂ）。このような構成Ｂでは、入口４１ｘ側のヒーター４２の部分ではニクロム線の巻き線密度が疎になっており、発熱密度が低くなっている。一方、出口４１ｙ側のヒーター４２の部分ではニクロム線の巻き線密度が密になっており、発熱密度が高くなっている。この場合、ヒーター４２における入口４１ｘ側の端部から出口４１ｙ側の端部までの全域で、加熱管を通過する液体とヒーター４２との温度差をほぼ一定にすることができる。このため、ヒーター４２の全域にわたって、コンスタントに、加熱管を通過する液体に対し熱を加え続けることが可能になる。それゆえ、構成Ｂは、加熱管の長さに制限があり、多少外部への放熱が増加してでもヒーター４２から液体への伝熱量を増加させる場合に有効である。
【００４７】
以上より、本発明の要点を纏めると、加熱ユニットは、液体を加熱するためのらせん状の加熱管と、該加熱管の隣り合う段の間に配置された、らせん状ヒーターと、該加熱管と該ヒーターをつつみこむ熱伝達材料と、を備えている。これによって、小型で高効率であり、かつ液体加熱から蒸気発生までの幅広い用途に利用可能な液体加熱装置を提供できる。
【００４８】
なお、上述した本発明の実施形態はいずれも本発明を具体化した形態であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００４９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る液体加熱装置１０は、液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させる液体加熱装置１０であって、液体を加熱するらせん状のヒーター４２と、上記ヒーター４２のらせんにおける隣り合う２つの段４２ａの間に、各段４１ａが配置されたらせん状の加熱管４１と、上記ヒーター４２と上記加熱管４１との隙間を埋め込む熱伝達部（材料部４３）と、を備えている。
【００５０】
上記の構成によれば、上記ヒーター４２のらせんにおける隣り合う２つの段４２ａの間のスペースが、らせん状の加熱管４１の各段４１ａを配置するために有効利用されているので、加熱装置を小型化することができる。
【００５１】
また、上記の構成によれば、加熱管４１における各段４１ａは、らせん軸方向の両側にヒーター４２の段４２ａが配置されている。それゆえ、加熱管４１の段４１ａを通過する液体は、ヒーター４２からの熱を、らせん軸方向の両側から受けることになる。よって、上記の構成によれば、加熱管４１を通過する液体を効率的に加熱することが可能になる。また、これによって、ヒーター４２から熱伝達材料の表面へ到達する熱は減少するため、熱伝達材料表面からの放熱を低く抑えることが可能である。
【００５２】
また、上記の構成によれば、ヒーター４２からの熱は、加熱管４１の段４１ａへ向かって直接伝達すると同時に、材料部４３の表面から回り込んで加熱管４１の段４１ａの外周部へ向かって伝達する。これによって、加熱管４１が構成するらせんの管内を通過する液体について、遠心力によって段４１ａの外周部に沿って流れる液体に対しても効率的に加熱することが可能になる。
【００５３】
また、上記の構成によれば、上記ヒーター４２への投入電力を調整することによって、液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させることが可能である。すなわち、上記の構成によれば、液体を加熱する部分と液体を加熱し蒸気を発生させる部分とが別構造になっておらず、一つのユニット（加熱ユニット４０）によって、液体加熱、または蒸気発生を実現している。それゆえ、上記の構成によれば、製造コストも安くなる。
【００５４】
以上のことから、上記の構成によれば、小型でありながら熱効率も高く、製造コストも安い液体加熱装置を実現できる。
【００５５】
本発明の態様２に係る液体加熱装置１０は、上記態様１において、上記ヒーター４２におけるらせんの直径４２Ｒは、上記加熱管４１におけるらせんの直径４１Ｒよりも大きい構成である。
【００５６】
上記の構成によれば、らせん状の加熱管４１内における液体から気体へ遷移する領域では、液体は、加熱管４１の内部を全て充填することはなく、遠心力によって加熱管４１が形成するらせんの外周部を回りながら進む。ここで、上記の構成によれば、上記ヒーター４２におけるらせんの直径４２Ｒは、上記加熱管４１におけるらせんの直径４１Ｒよりも大きいので、ヒーター４２から加熱管４１のらせん外周部へ向かって伝達する熱の量が増加する。したがって、加熱管４１のらせん外周部へ向かって伝達する熱の量が増加することによって、液体から蒸気への相変化が効果的に進む。
【００５７】
本発明の態様３に係る液体加熱装置１０は、上記態様１または２において、上記ヒーター４２の直径４２ｒは、上記加熱管４１の内径４１ｒよりも大きい構成である。
【００５８】
上記の構成によれば、ヒーター４２からの熱のうち、加熱管４１のらせんにおける内周方向及び外周方向から伝達する熱の比率が相対的に大きくなり、加熱管４１の壁面を均一に加熱することができる。
【００５９】
本発明の態様４に係る液体加熱装置１０は、上記態様１から３において、上記ヒーター４２は、らせんにおける一方の端（入口４１ｘ側の端）から他方の端（出口４１ｙ側の端）へ向かう方向に沿った、発熱密度の勾配を有する構成であってもよい。これによって、加熱管４１の部分毎で、ヒーター４２からの熱量を調節することができる。
【００６０】
本発明の態様５に係る液体加熱装置１０は、上記態様４において、上記ヒーター４２のらせんにおける上記加熱管４１の入口４１ｘ側の端から上記加熱管４１の出口４１ｙ側の端へ向かう方向を第１の方向（発熱密度変化方向）としたとき、上記ヒーター４２における発熱密度は、上記第１の方向へ向かうに従い小さくなっている構成であってもよい。
【００６１】
上記の構成によれば、入口４１ｘ側のヒーター４２の部分では発熱密度が高くなっている一方、出口４１ｙ側のヒーター４２の部分では発熱密度が低くなっている。それゆえ、入口４１ｘ側では、加熱管４１を通過する液体とヒーター４２との温度差が大きくなるので、ヒーター４２から液体への伝熱量が増加する。一方、出口４１ｙ側では、加熱管を通過する液体とヒーター４２との温度差が小さくなるので、ヒーター４２から液体への伝熱量が減少する。ここで、ヒーター４２における出口４１ｙ側の端部近傍での表面温度は低く抑えられるため、結果として自然対流や輻射による外部への放熱は抑制されるので、加熱ユニット全体としては、外部への放熱を抑えることができ、熱効率を向上させることができる。
【００６２】
本発明の態様６に係る液体加熱装置１０は、上記態様４において、上記ヒーター４２のらせんにおける上記加熱管４１の入口４１ｘ側の端から上記加熱管４１の出口４１ｙ側の端へ向かう方向を第１の方向（発熱密度変化方向）としたとき、上記ヒーター４２における発熱密度は、上記第１の方向へ向かうに従い大きくなっている構成であってもよい。
【００６３】
上記の構成によれば、入口４１ｘ側のヒーター４２の部分では発熱密度が低くなっている一方、出口４１ｙ側のヒーター４２の部分では発熱密度が高くなっている。それゆえ、ヒーター４２における入口４１ｘ側の端部から出口４１ｙ側の端部までの全域で、加熱管を通過する液体とヒーター４２との温度差をほぼ一定にすることができる。このため、ヒーター４２の全域にわたって、コンスタントに、加熱管を通過する液体に対し熱を加え続けることが可能になる。
【００６４】
また、本発明の態様７に係る液体加熱装置１０は、上記態様１から６において、上記ヒーター４２は、ニクロム線を金属パイプによって覆い絶縁粉末を充填した構造になったシーズヒーターである構成であってもよい。
【００６５】
また、本発明の態様８に係る液体加熱装置１０は、上記態様４から６において、上記ヒーター４２は、シーズ（金属で構成された鞘）内部にニクロム線がらせん状に巻かれた状態で収容された構造のシーズヒーターであり、ニクロム線の巻き線密度が、らせんにおける一方の端（入口４１ｘ側の端）から他方の端（出口４１ｙ側の端）へ向かうに従って変化している構成であってもよい。
【００６６】
また、本発明の態様９に係る液体加熱装置１０は、上記態様５において、上記ヒーター４２は、シーズ（金属で構成された鞘）内部にニクロム線がらせん状に巻かれた状態で収容された構造のシーズヒーターであり、ニクロム線の巻き線密度が、上記第１の方向へ向かうに従い小さくなっている構成であってもよい。
【００６７】
また、本発明の態様１０に係る液体加熱装置１０は、上記態様６において、上記ヒーター４２は、シーズ（金属で構成された鞘）内部にニクロム線がらせん状に巻かれた状態で収容された構造のシーズヒーターであり、ニクロム線の巻き線密度が、上記第１の方向へ向かうに従い大きくなっている構成であってもよい。
【００６８】
また、本発明の態様１１に係る液体加熱装置１０は、上記態様１から９において、加熱管４１の出口４１ｙには、加熱した液体または蒸気が排出されるように、口径可変式のノズル５０が取り付けられる、あるいは、ノズル５０を付け替えるためのアタッチメントが取り付けられている構成であってもよい。
【００６９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、液体を加熱する、あるいは液体を加熱して蒸気を発生させる液体加熱装置全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０                            液体加熱装置
２０                            イオン交換樹脂ユニット
３０                            ソレノイドポンプ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ    加熱ユニット
４１                            加熱管
４１ａ                          段
４１Ｒ                          直径（加熱管におけるらせんの直径）
４１ｒ                          内径（加熱管の内径）
４１ｘ                          入口
４１ｙ                          出口
４２                            ヒーター
４２ａ                          段
４２Ｒ                          直径（ヒーターにおけるらせんの直径）
４２ｒ                          直径（ヒーターの直径）
４３                            材料部（熱伝達部）
５０                            ノズル
６０                            制御／電源系
【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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