(57)【要約】【課題】  スリーブの横断面をスリーブと被加熱部材、例えば熱交換器とパイプ又はスリーブと被加熱部材、例えば配水管との伝熱効率が高くなるような形状にする。【解決手段】  スリーブ１７の横断面の形状を三角形又は四角形にすることにより、スリーブ１７と熱交換器２１との接触面積が広がって伝熱面積が広がると共に、スリーブ１７と熱交換器２１とパイプ２１ａ又はスリーブ１７と配水管とで仕切られる空間が狭くなってスリーブ１７の周囲の加熱された空気が滞留し易くなることにより、伝熱効率が高くなる。【選択図】図８
2007012351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータ素子と、該ヒータ素子を挿入する耐熱性無機物の横断面が三角形のスリーブと、前記ヒータ素子を挿入した前記スリーブの中に充填して、前記ヒータ素子を前記スリーブの中に埋める充填材とを具備することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記スリーブは石英管からなることを特徴とする請求項１記載のヒータ。
【請求項３】
前記スリーブの横断面は四角形であることを特徴とする請求項１記載のヒータ。
【請求項４】
ヒータ素子と、該ヒータ素子を挿入する耐熱性無機物の横断面が三角形又は四角形のスリーブと、前記ヒータ素子を挿入した前記スリーブの中に充填して、前記ヒータ素子を前記スリーブの中に埋める充填材とを具備するヒータを被加熱部材に取り付けるヒータの取付金具において、
前記スリーブを保持する保持部が、前記スリーブの前記被加熱部材との接触面以外の他の２面又は３面に接触していることを特徴とするヒータの取付金具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材を加熱するヒータ、例えば、給湯器の熱交換器のパイプや配水管に滞留している水が冬場の低温時に凍結して、熱交換器のパイプや配水管が破損するのを防止するためのヒータ及びこのヒータの取付金具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来のシーズヒータの縦断面図、図１２は図１１のシーズヒータの斜視図で、１はスパイラル状に巻かれたヒータエレメント、２はヒータエレメント１に通電するコード、３はヒータエレメント１とコード２の芯線２ａとを接続する接続金具、４はヒータエレメント１を収納する横断面が円形の金属製パイプからなるスリーブ（図１２参照）、５はヒータエレメント１を収納したスリーブ４の中に充填する粉体のマグネシア、６はマグネシア５をスリーブ４の中に封止すると共に、スリーブ４の中から引き出したコード２を所定の位置に固定するゴムパッキンやシリコン接着剤からなる封止材である。
【０００３】
このような構成の従来のシーズヒータは、コード２の芯線２ａに接続金具３によって接続されたヒータエレメント１をスリーブ４の中に挿入して、マグネシア５を充填した上、ヒータエレメント１が金属のスリーブ４に接触しないようにマグネシア５を十分固めて、スリーブ４の両端開口部を封止材６で塞ぐことにより、形成される。
【０００４】
図１３は従来のセラミックヒータの縦断面図、図１４は図１３のセラミックヒータの斜視図で、７はアルミナセラミック板８の表面に印刷して焼成することにより形設したヒータエレメント、９はヒータエレメント７に接続する端子、１０はヒータエレメント７を形設したアルミナセラミック板８の外周を覆って焼結させたセラミックである。
【０００５】
このような構成の従来のセラミックヒータは、ヒータエレメント７を印刷したアルミナセラミック板８を焼成した上、このヒータエレメント７に端子９を接続して、アルミナセラミック板８の外周をセラミック９で覆って焼結することにより、形成したものである。
【特許文献１】特開平１１−２７３８４５号
【特許文献２】特開２００３−１００４２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のシーズヒータは、ヒータエレメント１への通電時の加熱と、ヒータエレメント１への通電の遮断時の放熱による冷却とを繰り返すと、粉体のマグネシア５に隙間を生じて、ヒータエレメント１が移動し、ヒータエレメント１と金属製のスリーブ４との接触事故を発生する。
【０００７】
そこで、ヒータエレメント１とスリーブ４との接触事故を防止するため、ヒータエレメント１及びマグネシア５が封入されたスリーブ４を絞り加工して、スリーブ４の外径を小さくすることにより、スリーブ４の中のマグネシア５の密度を高めて、ヒータエレメント１を固定するようにしているが、スリーブ４を絞り加工するには、スリーブ４の横断面は円形でなければならない。
【０００８】
しかしながら、保持部１１ａが半円状の取付金具１１（図１５参照）によってスリーブ４を被加熱部材、例えば熱交換器１２の平面部分に図１６に示すように取り付けたときには、スリーブ４は熱交換器１２と線接触しかしない上、スリーブ４は取付金具１１の保持部１１ａと半周しか面接触しないため、スリーブ４と熱交換器１２との伝熱面積及びスリーブ４と取付金具１１の保持部１１ａとの伝熱面積が狭くて、伝熱効率が低かった。
【０００９】
又、ヒータエレメント１とスリーブ４との接触事故を防止するため、金属製のスリーブ４の代わりに横断面が円形のセラミック製のスリーブ（図示しない）を用いたものもあるが、前述と同様に、このセラミック製のスリーブも、熱交換器１２と線接触しかしない上、取付金具１１の保持部１１ａと半周しか接触しないため、熱交換器１２との伝熱面積及び取付金具１１の保持部１１ａとの伝熱面積が狭くて、熱交換器１２への伝熱効率が低かった。
【００１０】
更に、横断面が円形のスリーブ４を図１７に示すように取付金具によって被加熱部材、例えば配水管１３に取り付けたときには、スリーブ４と配水管１３とは線接触しかできない上、スリーブ４と配水管１３とによって仕切られる空間は両者の接点から離れると共に急激に広がった空間を形成するため、スリーブ４の周囲の加熱された空気が拡散して、配水管１３への伝熱効率が低くなってしまった。
【００１１】
図１８は、横断面が円形のスリーブ４を熱交換器１２の平面部分とこの平面部分に設けたパイプ１２ａとに接触させて熱交換器に取り付けたもので、スリーブ４とパイプ１２ａとは線接触である上、スリーブ４と熱交換器１２とも線接触であり、しかも、スリーブ４と熱交換器１２との接触位置が熱交換器１２とパイプ１２ａとの取付位置から遠退き、スリーブ４と熱交換器１２とパイプ１２ａとで仕切られる空間が大きくてスリーブ４の周囲の加熱された空気が拡散し易いので、スリーブ４から熱交換器１２のパイプ１２ａへの伝熱効率が低くなる。
【００１２】
更に、従来のセラミックヒータは、外形を図１４に示すように平面とすることにより、セラミックヒータと熱交換器１２との伝熱面積を広くして、伝熱効率を向上させたものもあるが、高品質で、高価格なため、使い切れなかった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、スリーブと熱交換器との伝熱面積を広げたり、スリーブと熱交換器とパイプ又はスリーブと配水管とで仕切られる空間を狭くして、伝熱効率を高めたヒータ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】
【００１４】
本発明のヒータは、ヒータ素子と、このヒータ素子を挿入する耐熱性無機物の横断面が三角形又は四角形のスリーブと、ヒータ素子を挿入したスリーブの中に充填して、ヒータ素子をスリーブの中に埋める充填材とを具備するものである。
【００１５】
又、ヒータを被加熱部材に取り付けるヒータの取付金具において、スリーブを保持する保持部を、スリーブの被加熱部材との接触面以外の他の２面又は３面に接触させたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のヒータによれば、スリーブの横断面の形状を三角形又は四角形にすることにより、スリーブと熱交換器との接触面積が広がって伝熱面積が広がると共に、スリーブと熱交換器とパイプ又はスリーブと配水管とで仕切られる空間が狭くなってスリーブの周囲の加熱された空気が滞留し易くなることにより、伝熱効率が高くなる。
【００１７】
又、本発明のヒータの取付金具によれば、スリーブと被加熱部材との接触面以外のスリーブの各面に接触する保持部によって保持されて、被加熱部材に取り付けられることにより、伝熱効率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態）
図１は本発明のヒータの縦断面図、図２は図１のヒータの斜視図で、１４はスパイラル状に巻かれたヒータエレメント（有芯でも、空芯でもよい）、１５はヒータエレメント１４に通電するコード、１６はヒータエレメント１４とコード１５の芯線１５ａとを接続する接続金具、１７はヒータエレメント１４を収納する横断面が三角形で耐熱性無機物、例えば石英管からなるスリーブ（図２参照）、１８はヒータエレメント１４を挿入したスリーブ１７の中に充填する粉末状の充填材、１９はスリーブ１７の中に充填材１８を封止すると共に、スリーブ１７の中から引き出したコード１５を所定の位置に固定するゴムパッキンやシリコン接着剤からなる封止材である。
【００２０】
このように構成された本発明のヒータは、コード１５の芯線１５ａに接続金具１６によって接続されたヒータエレメント１４をスリーブ１７に挿入して、充填材１８を充填することにより、ヒータエレメント１４をスリーブ１７の中に固定した上、スリーブ１７の両端開口部を封止材１９で塞ぐことにより、形成される。
【００２１】
ところで、本発明のヒータのスリーブ１７を保持部２０ａが二つ折りの取付金具２０（図３参照）によって被加熱部材、例えば熱交換器２１の平面部分に図４に示すように取り付けたときには、スリーブ１７は３平面のうちの１平面が熱交換器２１と面接触する上、残りの他の２面も取付金具２０の保持部２０ａと面接触するため、スリーブ１７と熱交換器２１との伝熱面積及びスリーブ１７と取付金具２０の保持部２０ａとの伝熱面積が広がって、熱交換器２１への伝熱効率が高くなる。
【００２２】
又、スリーブ１７を図５に示すように取付金具によって被加熱部材、例えば横断面が円形の配水管２２に取り付けたときには、スリーブ１７と配水管２２とは線接触しかできないが、スリーブ１７と配水管２２とによって仕切られる空間が両者の接点から離れても従来例に比較して徐々にしか広がらず、狭いため、スリーブ１７の周囲の加熱された空気が滞留し易くなって、スリーブ１７から配水管２２への伝熱効率が高くなる。
【００２３】
図６は、横断面が円形のセラミック製のスリーブのヒータ（従来例）と横断面が三角形のスリーブ１７のヒータ（実施例）とを、それぞれ、満水状態の長さ４００ｍｍの銅製のパイプの底面から１００ｍｍの位置に取り付けて、ヒータエレメント１とヒータエレメント１４とを５０ｗの電力で発熱させたときのパイプの底面から３００ｍｍの位置でのパイプの表面温度の変化を時間との関係で示したもので、具体的な数値は（表１）の通りで、この温度特性からも本発明の実施例の方が従来例よりも伝熱効率が高くなることは明らかである。
【００２４】
【表１】
2007012351.tif 000003
図７は、横断面が円形のセラミック製のスリーブのヒータをアルミニウム製の平面板に取り付けたとき（従来例）及び横断面が三角形のスリーブ１７のヒータをアルミニウム製の平面板に取り付けたとき（実施例）のそれぞれスリーブの中心から１５ｍｍ離れた位置での温度の変化を電力との関係で示したもので、具体的な数値は（表２）の通りで、本発明の実施例の方が従来例よりも伝熱効率が高くなることは明らかである。
【００２５】
【表２】
2007012351.tif 000004
図８は、横断面が三角形のスリーブ１７を熱交換器２１の平面部分とこの平面部分に設けたパイプ２１ａとに接触させて熱交換器に取り付けたもので、スリーブ１７とパイプ２１ａとは線接触であるが、スリーブ１７と熱交換器２１とは面接触である上、スリーブ１７の稜の部分が熱交換器２１とパイプ２１ａとの空間に入り込んで、スリーブ１７と熱交換器２１との接触位置が熱交換器２１とパイプ２１ａとの取付位置に図１８に示す従来例よりも近づき、スリーブ１７と熱交換器２１とパイプ２１ａとで仕切られる空間が従来例よりも狭く閉じてスリーブ１７の周囲の加熱された空気が滞留するので、スリーブ１７から熱交換器２１のパイプ２１ａへの伝熱効率が高くなる。
【００２６】
なお、本発明のヒータにおいて、スリーブの横断面の形状は、図９に示すように四角形のスリーブ２３であっても三角形のものとほぼ同様の効果が得られる。
【００２７】
例えば、図１０に示すように、横断面が四角形のスリーブ２３を熱交換器２１の平面部分とこの平面部分に設けたパイプ２１ａとに接触させて熱交換器に取り付けると、スリーブ２３とパイプ２１ａとは線接触であるが、スリーブ２３と熱交換器２１とは面接触である上、スリーブ２３と熱交換器２１との接触位置が熱交換器２１とパイプ２１ａとの取付位置に図１８に示す従来例よりも近づき、スリーブ２３と熱交換器２１とパイプ２１ａとで仕切られる空間が従来例よりも狭く閉じてスリーブ２３の周囲の加熱された空気が滞留し易くなっているので、スリーブ１７から熱交換器２１のパイプ２１ａへの伝熱効率が従来例よりも高くなる。
【００２８】
以上のように、本発明のヒータにおいて、スリーブの横断面の形状を三角形又は四角形にすることにより、スリーブと熱交換器との接触面積が広がって伝熱面積が広がると共に、スリーブと熱交換器とパイプ又はスリーブと配水管とで仕切られる空間が従来例よりも狭くなってスリーブの周囲の加熱された空気が滞留し易くなることにより、伝熱効率が高くなる。
【００２９】
又、ヒータを被加熱部材に取り付けるヒータの取付金具において、スリーブを保持する保持部を、スリーブの被加熱部材との接触面以外の他の２面又は３面に接触させることにより、保持部とスリーブとの接触面積が従来例よりも広がって、被加熱部材への伝熱効率が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のヒータ及びヒータの取付金具は、横断面が円形の部材が多用される被加熱部材、例えば熱交換器或いは配管への伝熱効率の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のヒータの断面図
【図２】図１の本発明のヒータの斜視図
【図３】本発明のヒータを被加熱部材に取り付ける本発明の取付金具の斜視図
【図４】本発明のヒータを被加熱部材に図３の本発明の取付金具で取り付けた状態を示す図
【図５】本発明のヒータを他の被加熱部材に本発明の取付金具で取り付けた状態を示す図
【図６】従来のヒータと本発明のヒータとの伝熱効率の相違を時間と温度との関係で示した図
【図７】従来のヒータと本発明のヒータとの伝熱効率の相違を電力と温度との関係で示した図
【図８】本発明のヒータの被加熱部材への取付状態を示す図
【図９】本発明の他の実施の形態を示す図
【図１０】本発明の他の実施の形態を被加熱部材に取り付けた状態を示す図
【図１１】従来のヒータの断面図
【図１２】図１１の従来のヒータの斜視図
【図１３】従来の他のヒータの断面図
【図１４】図１３の従来のヒータの斜視図
【図１５】ヒータを被加熱部材に取り付ける従来の取付金具の斜視図
【図１６】ヒータを被加熱部材に図１５の従来の取付金具で取り付けた状態を示す図
【図１７】従来のヒータを他の被加熱部材に取付金具で取り付けた状態を示す図
【図１８】従来のヒータの被加熱部材への取付状態を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１４    ヒータエレメント
１５    コード
１５ａ  芯線
１６    接続金具
１７，２３    スリーブ
１８    充填材
１９    封止材
２０    取付金具
２０ａ  保持部
２１    熱交換器
２１ａ  パイプ
２２    配水管
【図１】
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【図２】
2007012351.tif 000006
【図３】
2007012351.tif 000007
【図４】
2007012351.tif 000008
【図５】
2007012351.tif 000009
【図６】
2007012351.tif 000010
【図７】
2007012351.tif 000011
【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】
2007012351.tif 000016
【図１３】
2007012351.tif 000017
【図１４】
2007012351.tif 000018
【図１５】
2007012351.tif 000019
【図１６】
2007012351.tif 000020
【図１７】
2007012351.tif 000021
【図１８】
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