(57)【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、
発熱抵抗体を内蔵し鉛直方向に対して略平行に配置されていて互いに対向する２つの主面を伝熱面として有する平板状ヒータと、
前記平板状ヒータの前記２つの伝熱面の夫々に沿って前記平板状ヒータの下端から上端まで液体を導く流路スペースと
を備え、
前記流路スペースは流路厚みが薄い領域である入口側流路と、流路厚みが厚い領域である出口側流路と、を有し、
前記入口側流路の前記平板状ヒータの下端部の流路厚みが最も薄く、前記出口側流路の前記平板状ヒータの上端部の流路厚みが最も厚く構成された熱交換器。
【請求項２】
前記平板状ヒータは、前記出水口に近い側の出口側流路に面した発熱密度が前記入水口に近い側の入口側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１に記載の熱交換器。
【請求項３】
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、前記入水口に近い入口側流路に面した部分より前記出水口に近い出口側流路に面した部分の方が太く形成されている
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
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、前記入水口に近い入口側流路に面した部分より前記出水口に近い出口側流路に面した部分の方が広く形成されている
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記入水口と前記入口側流路の間にヘッダ部が設けられ、前記ヘッダ部は、流路断面積が広いヘッダ部主流路から流路断面積が徐々に狭められて前記入口側流路に開口されたヘッダ部絞り流路が形成されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【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型のものがある。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、前記従来のような熱交換器では、ケーシングの入水口から流入した水が、該入水口から出水口に到る流路において平板状ヒータの表面で加熱されるが、流路中の水は出水口に近づくにしたがって温度が上昇し、出水口に近い平板状ヒータの表面において局所的な沸騰現象が生じる可能性がある。このように平板状ヒータと水との境界面において局所的な高温部が生じると、流路中の洗浄水に含まれるカルシウム成分等によって、いわゆるスケールが生成され平板状ヒータの表面にスケールが付着する可能性がある。このように熱交換器の平板状ヒータの表面においてスケールが付着した部分は、スケールによって水への熱伝達が阻害される。そのため、平板状ヒータの表面温度の局所的な高温化を招き、スケール付着が助長されることで、堆積したスケールで流路抵抗が高くなり、必要な洗浄水の流量が確保できなくなる可能性がある。また、平板状ヒータがセラミックヒータのような場合には、スケールによって生じる部分的な温度差による熱応力によって平板状ヒータの亀裂や割れなどを招く可能性もある。
【０００５】
また、平板状ヒータの両伝熱面に沿って流路を形成した上記従来の平板型の熱交換器においては、一般に、平板状ヒータの一方の伝熱面側と他方の伝熱面側とで洗浄水への伝熱量がほぼ同じであることを前提として設計する。そのため、仮に両側の伝熱量に大きな相違が生じると、何れか一方側の流路中の洗浄水に局所的な沸騰現象が発生して気泡が生じる可能性がある。このような気泡が生じると、流路中の洗浄水の通流抵抗が高くなり、平板状ヒータの両側での流量バランスが更に崩れて伝熱量の差がより大きくなってしまう。また、熱交換器の出水口近傍に、流出水の温度によって作動するサーミスタが設けられている場合には、大きく成長した気泡によってこのサーミスタの感知する温度が変動し適切に作動しにくくなる可能性もある。
【０００６】
さらに、上記のような気泡が平板状ヒータの伝熱面に付着し、これが大きく成長すると、平板状ヒータの伝熱面と洗浄水との間に気泡が介在して両者を解離させてしまう。この場合、平板状ヒータの熱を洗浄水へ伝達することが困難になり、平板状ヒータの伝熱面の
温度が大きく上昇してしまう。このようにして平板状ヒータの一方の伝熱面だけが大きく温度上昇し、両伝熱面での温度差が大きくなってしまうと、熱応力に起因して平板状ヒータに変形等が生じてしまう可能性がある。
【０００７】
このようなスケールの伝熱面への付着現象は、伝熱面温度が最も支配的な発生要因であり、一般的には伝熱面温度を沸騰が発生する１００℃以下、好ましくは８０℃以下にするなど、水道水のスケール濃度や、ヒータの所要耐久時間などにより、適宜所要伝熱面温度を決めている。伝熱面温度の一部でも所要温度を超えると、その部分にスケールが付着して伝熱障害要因となるため、これを回避しなくてはならない。これを回避するためには、単純に伝熱面の面積を増やせば良いが、これは熱交換器のコスト増となるため、好ましくない。そこで、熱交換器の伝熱面積を最小にしつつ所要伝熱面温度を満足させるためには、伝熱面の局所温度分布が伝熱面の全面においてほぼ均一になるように、平板状ヒータのワット密度の局所分布、あるいは、熱交換器の局所熱伝達率の分布を設定するように熱交換器を構成する必要がある。
【０００８】
一方、洗浄水の通流速度を更に大きくすることによって、熱伝達率を向上させて気泡の発生を抑制したり、発生した気泡を速やかに出水口から外部へ排出し、更には熱伝達率を向上させることにより伝熱面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、一般に温水洗浄便座に使用される熱交換器では、洗浄水の１回当たりの使用水量が少ないため、熱交換器内の流速を高めるためには、流路厚みを非常に薄く設定して流速を確保する必要がある。通常、この流量の最大値は５００ｃｃ／ｍｉｎ程度に設定され、この流量値に対して、熱交換器の流速をさらに高めるためには、平板状ヒータの伝熱面との間に形成する流路厚みを０．５ｍｍ以内に設定する必要がある。しかし、このようにすると流路厚みが非常に薄くなるため、局所的な流速の不均一性が生じやすい構成となる。上記の流路厚みが０．５ｍｍに対して、流路中に形成される速度境界層の厚さは数ｍｍのオーダであり、流路の厚みは速度境界層の厚さよりも小さくなる。速度境界層により流路全域が覆われることになるため、流路厚みにより速度勾配が変化することになるため、流路厚みの不均一による流速の不均一を生じやすい。
【０００９】
また、速度境界層は伝熱面上で流れが付着し、伝熱面上で速度ゼロから所定の流速までの速度勾配を持った流体層であり、伝熱面上に発生した泡を伝熱面上から排出させる力が弱くなる。また流路厚みが薄くなると、流路中に生じた泡の大きさが流路高さよりも大きくなる可能性が高くなり、この場合泡は流路高さに対応して変形し、泡の表面張力で流路中で押し上げ力を発生するため、泡は動きにくくなり発生した泡による流速の不均一も生じやすい構成となる。
【００１０】
このように、局所的な流速の不均一が生じた場合、ヒータのワット密度が３０Ｗ／ｃｍ２以上となるような高ワット密度の熱交換器においては、局所的に大幅な伝熱面の温度上昇が生じ、局所的に高温となった箇所は沸騰による泡が発生するためさらに流れの不均一が助長されて伝熱面がバーンアウトする可能性も発生する。
【００１１】
そして、熱交換器内の洗浄水の流速を高めることは、熱交換器の圧力損失を高めることとなるため、流速の大幅な増大は熱交換器の構成上困難であり、また先に述べたように、さらに流路厚みを薄くすることは、速度の不均一をさらに発生させるため実現不可能であった。また、特許文献１のように水平方向に蛇行させた流路の場合には、入水口から出水口までの距離が長いため、内部で生じた気泡を出水口まで移動させるのに長時間を要する他、流路断面積が小さいために、発生した気泡により洗浄水の流れが滞りやすいという事情もある。
【００１２】
熱交換器の流路で泡が発生しやすい場所は、熱交換器の出口に近い領域すなわち、流体
温度が熱交換により加熱され、流体温度の上昇と伴って伝熱面温度が上昇し沸騰温度までの温度差すなわちサブクールの値が小さな領域であり、特に、この領域で熱交換器の流路に泡が滞らない構成の必要があった。また、平板型の発熱体を有する液体を加熱する熱交換器で、熱伝達率を高め、より大きなワット密度を可能としてコンパクトな熱交換器の大出力化を実現する上で、伝熱面での熱交換状態が沸騰熱伝達に移行した時の泡への対応が課題であった。
【００１３】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、平板状ヒータで熱交流路が垂直方向に設定され、熱交流路の下側より流入させる熱交換器において、熱交流路の上側である下流側のヒータ伝熱面上で泡が発生しやすいことによる熱交換の悪化、伝熱面の損傷を回避し、さらに熱交流路の下側である上流側ではサブクールの値が大きく、泡の発生に対して余裕があるため、流路厚みの薄い熱交換領域を形成し、熱伝達率の向上による伝熱面温度の低下を実現することにより、スケールの付着の防止および熱交換の安定化をはかることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、
発熱抵抗体を内蔵し鉛直方向に対して略平行に配置されていて互いに対向する２つの主面を伝熱面として有する平板状ヒータと、
前記平板状ヒータの前記２つの伝熱面の夫々に沿って前記平板状ヒータの下端から上端まで液体を導く流路スペースと
を備え、
前記流路スペースは流路厚みが薄い領域である入口側流路と、流路厚みが厚い領域である出口側流路と、を有し、
前記入口側流路の前記平板状ヒータの下端部の流路厚みが最も薄く、前記出口側流路の前記平板状ヒータの上端部の流路厚みが最も厚く構成されている（請求項１）。
【００１５】
これによって、ケーシングの入水口から流入した流体（例えば、洗浄水）は、熱交換器下部の入水口に近い側である流路厚みが薄い領域の流路スペースの入口側流路においては、流速が速く、平板状ヒータ表面の伝熱面と流体との境界層の速度勾配が大きくなり熱伝達率を向上させ、伝熱面温度を低くできスケール付着の防止ができる。さらに、上部の出水口に近い側である流路厚みが厚い領域の流路スペースの出口側流路においては、流速が速い入口側流路から噴出した流れが、平板状ヒータ表面に噴流として作用し、熱伝達率を向上させるとともに流路厚みが厚いことから、伝熱面上に発生する気泡が抜けやすく、熱交換が阻害されずに、安定した熱交換が可能となる。
【００１６】
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出口側流路に面した発熱密度が前記入水口に近い側の入口側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２）。
【００１７】
この場合、ケーシングの入水口から流入した流体は、流路スペースを流れながら、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。そして、入水口に近い側の入口側流路に面した平板状ヒータの表面温度は、平板状ヒータの発熱密度が高いためによって高温になろうとするが、まだ加熱されていない流体の温度が低く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。一方、出水口に近い側の出口側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。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。
【００１８】
このように、平板状ヒータは出水口に近い側の出口側流路に面した発熱密度が入水口に近い側の入口側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。一方、流体の温度が相対的に低く、また出水口に近い側の出口側流路に比べて流速が速い入水口に近い側の入口側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、該入口側流路近傍での熱交換効率の向上が図れる。
【００１９】
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伝熱面温度が１００℃を超えて核沸騰熱伝達状態となった場合、この部分にスケールが生成される可能性がある。しかしながら、下部の入口側流路（上流側）から上部の出口側流路（下流側）には、流速の速い水が噴流状態で流入するため、上部の出口側流路（下流側）においても熱伝達率の向上が図れるとともに、伝熱面温度を１００℃以下に制御できる可能性がある。さらに、熱交流路の上側（下流側）である出口側流路の流路厚みが厚く設定されていることにより、伝熱面上に発生する気泡が抜けやすく、平板状ヒータの伝熱面上で泡が発生しやすいことによる熱交換の悪化、伝熱面の損傷を回避することができる。
【００２０】
このような構成とすることにより、平板状ヒータの熱が表裏の両面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、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る。
【００２１】
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、前記入水口に近い入口側流路に面した部分より前記出水口に近い出口側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３）。
【００２２】
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入口側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出口側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、流体の温度が高くなる出水口に近い出口側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。
【００２３】
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、前記入水口に近い入口側流路に面した部分より前記出水口に近い出口側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４）。
【００２４】
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入口側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出口側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。
【００２５】
また、本発明に係る熱交換器において、前記入水口と前記入口側流路の間にヘッダ部が設けられ、前記ヘッダ部は、流路断面積が広いヘッダ部主流路から流路断面積が徐々に狭められて前記入口側流路に開口されたヘッダ部絞り流路が形成されていてもよい（請求項５）。
【００２６】
このような構成とすることにより、入水口から流入する液体（たとえば水道水）中に空気が混入していても空気は溜まる場所がなくさらに流れが加速されていくため、流れの前の方に運ばれていき、ヘッダ部より入口側流路に流れ込むと、熱交流路は垂直方向に構成されているため、空気の泡は浮力により上方に運ばれ、熱交流路出口より排出される。
【００２７】
つまり、ヘッダ部絞り流路で通路断面積が徐々に狭くなるように構成されており、ヘッダ部絞り流路での流速が先に行くほど次第に速くなるように構成されているため、気泡が途中に取り残されることはなく、平板状ヒータの両側面の流路スペースが上下流で構成された熱交内部に流入するため、気泡は熱交上部へスムーズに流出される。
【００２８】
したがって、平板状ヒータで熱交流路が垂直方向に設定され、熱交流路の下側より流入させる熱交換器において、熱交流路の入り口に設けた一様流構成のためのヘッダ部に、水道水等に混入した空気などの泡が溜まり、この泡により流れが偏流して、伝熱面の一様な熱交換が阻害されることを防止できる。このように伝熱面上に発生する気泡だけでなく入水口から流入する気泡による課題の両方を解消でき、より安定した熱交換が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、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、熱伝達率の向上を図りつつ、内部で生じる気泡の発生を抑制し、スケールの生成及び付着を防止でき、長寿命の熱交換器を提供することができる。また、流路内で生じる気泡の発生を抑制し、発生した気泡は速やかに出水口へ誘導できる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】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線での断面図
【図５】図３に示す熱交換器のＢ−Ｂ線での断面図
【図６】図４の部分Ｃの拡大図
【図７】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８】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
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
［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。
【００３３】
（実施の形態１）
［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、図５は図３のＢ−Ｂ線での断面図を夫々示している。図２〜図５に示すように、熱交換器１０は厚み寸法が小さく正面視で長方形状を成す平板状の外観形状に構成されており、図４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流路形成部材２１と、他方の面（第二伝熱面）２０ｂに対向配置された第二流路形成部材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、第一流路形成部材２１および第二流路形成部材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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３，４，５に示すように、第一流路形成部材２１は、第一伝熱面２０ａに対向する矩形平板状のベース部３０と、該ベース部３０において第一伝熱面２０ａに対向する面（ベース面）３０ａより壁面を第一伝熱面２０ａに接近させた棚段部３１が形成してある。同様に、第二流路形成部材２２は、第二伝熱面２０ｂに対向する矩形平板状のベース部４０と、該ベース部４０において第二伝熱面２０ｂに対向する面（ベース面）４０ａより壁面を第二伝熱面２０ｂに接近させた棚段部４１が形成してある。
【００３６】
また、第一流路形成部材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、第二流路形成部材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。一方、第二流路形成部材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、第一流路形成部材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の先端部は第一流路形成部材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。
【００３７】
このような第一流路形成部材２１は、そのベース面３０ａが第二流路形成部材２２のベース面４０ａに対向するようにして第二流路形成部材２２に外嵌装着される。より詳しく説明すると、第一流路形成部材２１のフランジ部３２が、第二流路形成部材２２のフランジ部４２に外嵌され、さらに、第一流路形成部材２１の係合溝３３に第二流路形成部材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、第一流路形成部材２１と第二流路形成部材２２とは液密的に
接合され、内部に流路スペース２５が形成される。
【００３８】
この流路スペース２５は、平板状ヒータ２０の第一伝熱面２０ａと第二伝熱面２０ｂの両面に対称的に形成されるとともに、棚段部３１，棚段部４１のある下部の入水口２３ａに近い側は、流路厚みが薄い領域である入口側流路２５ａが形成され、上部の出水口２３ｂに近い側は、流路厚みが厚い領域である出口側流路２５ｂが形成される。
【００３９】
また、図５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、ヘッダ部４５を経て、上記した入口側流路２５ａおよび出口側流路２５ｂ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。
【００４０】
このヘッダ部４５は、図４の断面図のＣ部を拡大して図６に示したように、流路断面積が広いヘッダ部主流路４５ａから流路断面積が徐々に狭められて入口側流路２５ａに開口されたヘッダ部絞り流路４５ｂが形成されている。
【００４１】
図７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７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）のパターン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。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。
【００４２】
図８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８に示す抵抗体（ヒータ線）のパターン２０ｐも図７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）パターン２０ｐが印刷された構成となっている。一方、図８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。
【００４３】
次に、上述した熱交換器１０内での洗浄水の流れについて説明する。図４，図５においてに、熱交換器１０の流路スペース２５の入口側流路２５ａへは入水口２３ａから洗浄水が導入され、この洗浄水はヘッダ部４５のヘッダ部主流路４５ａに浸入する。さらにヘッダ部主流路４５ａに流入した洗浄水は、図６の部分拡大した断面図に示すようにクランク形に形成されたヘッダ部絞り流路４５ｂを経て、流路スペース２５の入口側流路２５ａに流入する。
【００４４】
そして洗浄水は、平板状ヒータ２０で加熱されながら、流路スペース２５下部の入口側流路２５ａから流路スペース２５上部の出口側流路２５ｂへと流れ、加熱されて出水口２３ｂから流出する。
【００４５】
この場合、ケーシング２３の入水口２３ａから流入した洗浄水は、熱交換器１０下部の入水口２３ａに近い側である流路厚みが薄い領域の流路スペース２５の入口側流路２５ａ
においては、流速が速く、平板状ヒータ２０表面の伝熱面と流体との境界層の速度勾配が大きくなり熱伝達率を向上できるとともに、伝熱面温度を低くできるのでスケールの付着を防止することができる。さらに、熱交換器１０上部の出水口２３ｂに近い側である流路厚みが厚い領域の流路スペース２５の出口側流路２５ｂにおいては、流速が速い入口側流路２５ａから噴出した流れが、平板状ヒータ２０表面に噴流として作用し、熱伝達率を向上させるとともに流路厚みが厚いことから、伝熱面上に発生する気泡が抜けやすく、熱交換が阻害されずに、安定した熱交換が可能となる。
【００４６】
さらに、平板状ヒータ２０は、出水口２３ｂに近い側の出口側流路２５ｂに面した発熱密度が、入水口２３ａに近い側の入口側流路２５ａに面した発熱密度より小さく形成されており、ケーシング２３の入水口２３ａから流入した流体は、流路スペース２５を流れながら、平板状ヒータ２０表面の伝熱面により加熱され、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に近い側の入口側流路２５ａに面した平板状ヒータ２０の表面温度は、平板状ヒータ２０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、すなわちサブクール（水の沸騰温度に対しての冷却度）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。
【００４７】
一方、出水口２３ｂに近い側の出口側流路２５ｂに面した平板状ヒータ２０の表面温度は、平板状ヒータ２０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２０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２０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。
【００４８】
このように、平板状ヒータ２０は出水口２３ｂに近い側の出口側流路２５ｂに面した発熱密度が、入水口２３ａに近い側の入口側流路２５ａ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２０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に近い側の出口側流路２５ｂに比べて流速が速い入水口２３ａに近い側の入口側流路２５ａに面した平板状ヒータ２０の発熱密度を大きくしているため、該入口側流路２５ａ近傍での熱交換効率の向上が図れる。
【００４９】
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、伝熱面温度が１００℃を超えて核沸騰熱伝達状態となった場合、この部分にスケールが生成される可能性がある。しかしながら、下部の入口側流路２５ａ（上流側）から上部の出口側流路２５ｂ（下流側）には、流速の速い水が噴流状態で流入するため、上部の出口側流路２５ｂ（下流側）においても熱伝達率の向上が図れるとともに、伝熱面温度を１００℃以下に制御できる可能性がある。さらに、熱交流路の上側（下流側）である出口側流路２５ｂの流路厚みが厚く設定されていることにより、伝熱面上に発生する気泡が抜けやすく、平板状ヒータの伝熱面上で泡が発生しやすいことによる熱交換の悪化、伝熱面の損傷を回避することができる。
【００５０】
この平板状ヒータ２０は、出水口２３ｂに近い側の出口側流路２５ｂに面した発熱密度が、入水口２３ａに近い側の入口側流路２５ａに面した発熱密度より小さく形成された構成とすることにより、平板状ヒータ２０の熱が表裏の両面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、平板状ヒータ２０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る。
【００５１】
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、印刷パターンのヒータ線幅２０ｓは、入水口２３ａに近い入口側流路２５ａに面した部分より出水口２３ｂに近い出口側流路２５ｂに面した部分の方が太く形成された構成の場合、発熱抵抗体である印刷パターンのヒータ線幅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、印刷パターンのヒータ線幅２０ｓが細い入水口２３ａに近い入口側流路２５ａに面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンのヒータ線幅２０ｓが太い出水口２３ｂに近い出口側流路２５ｂ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。
【００５２】
そのため、流体の温度が高くなる出水口２３ｂに近い出口側流路２５ｂ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。
【００５３】
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、印刷パターンのヒータ線間隔２０ｈの隙間は、入水口２３ａに近い入口側流路２５ａに面した部分より出水口２３ｂに近い出口側流路２５ｂに面した部分の方が広く形成された構成の場合、印刷パターンのヒータ線間隔２０ｈの隙間が狭い入水口２３ａに近い入口側流路２５ａに面した部分は発熱量が大きく（即ち、発熱密度が大きく）、印刷パターンのヒータ線間隔２０ｈの隙間が広い出水口２３ｂに近い出口側流路２５ｂ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。
【００５４】
また、入水口２３ａと入口側流路２５ａの間にヘッダ部４５が設けられ、ヘッダ部４５は、洗浄水が一様に満たされるヘッダ部主流路４５ａから流路断面積が徐々に狭くなるヘッダ部絞り流路４５ｂが形成された構成とすることにより、入水口２３ａから流入する洗浄水中に空気が混入していても空気は溜まる場所がなくさらに流れが加速されていくため、流れの前の方に運ばれていき、ヘッダ部４５より入口側流路２５ａに流れ込むと、熱交流路である流路スペース２５は垂直方向に構成されているため、空気の泡は浮力により上方に運ばれ、熱交流路出口である出水口２３ｂより排出される。
【００５５】
つまり、図４の断面図のＣ部を拡大して図６に断面図で示したように、クランク形に形成されたヘッダ部絞り流路４５ｂは通路断面積が徐々に狭くなるように構成されており、ヘッダ部絞り流路４５ｂでの流速が先に行くほど次第に速くなるように構成されているため、気泡が途中に取り残されることはなく、平板状ヒータ２０の両側面の流路スペース２５が上下流で構成された熱交換器１０内部に流入するため、気泡は熱交換器１０上部へスムーズに流出される。
【００５６】
したがって、平板状ヒータ２０で熱交流路である流路スペース２５が垂直方向に設定され、流路スペース２５の下側より流入させる熱交換器１０において、熱交流路の入り口に設けた一様流構成のためのヘッダ部４５に、水道水等に混入した空気などの泡が溜まり、この泡により流れが偏流して、伝熱面の一様な熱交換が阻害されることを防止できる。このように平板状ヒータ２０の伝熱面上に発生する気泡だけでなく入水口２３ａから流入する気泡による課題の両方を解消でき、より安定した熱交換が可能となる。
【００５７】
図６の断面図で、再度詳しく説明すると、入水口２３ａから流入した洗浄水は、流路断面積が広く洗浄水が一様に満たされるヘッダ部主流路４５ａから、まずクランク形に形成されたヘッダ部絞り流路４５ｂの垂直部４５ｂｂ、次に少し狭められた水平部４５ｂｃ、さらに狭められた垂直部４５ｂｄを経て、平板状ヒータ２０の下面から両側表面である入口側流路２５ａおよび出口側流路２５ｂへと流れ、出水口２３ｂより排出される。
【００５８】
すなわち洗浄水は、段階的に流路断面積が狭められている構成により、流速は平板状ヒータ２０に近づくにしたがって速められるため、気泡が混入していても気泡がこの速い流速によってヘッダ部絞り流路４５ｂの途中に取り残されることなく、熱交換器１０上部へスムーズに流出されるわけである。もし、ヘッダ部絞り流路４５ｂの図５で示したＸ方向のどこかに気泡が取り残されるようなことがあると、取り残された気泡が洗浄水の流れを阻害し、平板状ヒータ２０の表面の伝熱面の洗浄水の流れが不均一となり、平板状ヒータ２０の表面の伝熱面が局所的に過熱状態になって、スケール付着やヒータ割れを招くなどの不都合を生じるわけであるが、流路断面積が徐々に狭くなる本実施の形態のヘッダ部絞り流路４５ｂの構成により、ヘッダ部絞り流路４５ｂの途中に取り残されることなくスムーズに流出されるため、滞留した気泡により洗浄水の流れが偏流して、伝熱面の一様な熱交換が阻害されることを防止できるわけである。
【００５９】
なお、本実施の形態において、流路断面積が徐々に狭められた本実施の形態のヘッダ部絞り流路４５ｂについて、流路断面積が段階的に狭められた断面が略クランク形状に形成された構成で説明したが、まず断面形状が略クランク形に限定されるものではない。たとえば、図６で垂直部４５ｂｂ−水平部４５ｂｃ−垂直部４５ｂｄと説明した垂直部４５ｂｂ−水平部４５ｂｃの２辺のかぎ型を１辺の傾斜部として、傾斜部−垂直部の略「く」の字形状に形成された構成であってもよい。また、流路断面積も段階的に狭められるものに限定されるものではない。たとえば、上記した傾斜部がテーパ状に連続的に次第狭められるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、熱伝達率の向上を図りつつ、スケールの生成及び付着を抑制でき、発生した気泡を速やかに出水口へ誘導することができる長寿命の平板型の熱交換器に適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  衛生洗浄装置
１０  熱交換器
２０  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
２０ｋ  セラミック基体
２０ｐ  パターン
２０ｓ  ヒータ線幅
２１  第一流路形成部材
２２  第二流路形成部材
２３  ケーシング
２３ａ  入水口
２３ｂ  出水口
２５  流路スペース
２５ａ  入口側流路
２５ｂ  出口側流路
３０  ベース部
３０ａ  ベース面
３１  棚段部
３２  フランジ部
３３  係合溝
４０  ベース部
４０ａ  ベース面
４１  棚段部
４２  フランジ部
４３  係合突起
４５  ヘッダ部
４５ａ  ヘッダ部主流路
４５ｂ  ヘッダ部絞り流路
【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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