(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプヒータと、
前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体
とからなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置であって、前記保護用ガラス層にエポキシ樹脂層およびフッ素樹脂層がさらに積層されてなる流体加熱装置。
【請求項２】
前記外装体が中空体にされてなる請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項３】
一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプヒータと、
前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体
とからなり、該外装体内に前記パイプヒータが少なくとも２本配置されるとともに、該外装体が多連に配置され、かつ隣接する外装体のパイプヒータのあいだで流体を流入または流出させる第１循環路と、最終列の外装体内のパイプヒータのあいだにおいて、流体を循環させる第２循環路を備えており、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置。
【請求項４】
前記流通路が螺旋形状を呈してなる請求項１、２または３記載の流体加熱装置。
【請求項５】
一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材に流体の流通路を確保して外挿され、両端が閉塞されるとともに、前記流通路に連結する流通孔が形成される大径パイプ材、各パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなる多重パイプヒータと、
前記大径パイプ材の発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体
とからなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置であって、前記保護用ガラス層にエポキシ樹脂層およびフッ素樹脂層がさらに積層されてなる流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置に関する。さらに詳しくは、パイプ材内を流通する水を効率よく加熱し、短時間で温水を提供するために使用するパイプヒータおよび水などの流体に直接浸漬しても耐水性や耐腐食性に長期間優れており、パイプ材内外を流通する水などの流体を加熱し、短時間で温水を提供するために使用する流体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
電気温水器や温水器付便座などのように、短時間で適度な温度の温水を提供する装置や器具がある。これらの装置のうち、パイプ内に被加熱媒体である水を流すタイプのものでは、水道水を直ちに、可能なら連続的に所望の温度まで上げるため、通常、あらかじめ温水を貯めておくタンクを設け、そのタンク内の水を連続的に加熱しておく必要があるものや、パイプの周囲にシーズヒータを巻き付けるタイプのものがある。
【０００３】
しかし、これらのタイプのヒータでは、水を保温するためのエネルギーが必要であったり、パイプを外部から間接的に加熱するため、熱交換効率に劣り、加熱するのに時間がかかるだけでなく、熱エネルギーの有効利用が図れていなかった。
【０００４】
本発明は、叙上の事情に鑑み、熱効率に優れ、短時間で温水を得ることができるパイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体加熱装置は、一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプヒータと、
前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体
とからなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置であって、前記保護用ガラス層にエポキシ樹脂層およびフッ素樹脂層がさらに積層されてなることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の流体加熱装置は、一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなるパイプヒータと、
前記発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体とからなり、該外装体内に前記パイプヒータが少なくとも２本配置されるとともに、該外装体が多連に配置され、かつ隣接する外装体のパイプヒータのあいだで流体を流入または流出させる第１循環路と、最終列の外装体内のパイプヒータのあいだにおいて、流体を循環させる第２循環路を備えており、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなることを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明の流体加熱装置は、一端が流入口であり、他端が閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔が形成されるパイプ材、該パイプ材に流体の流通路を確保して外挿され、両端が閉塞されるとともに、前記流通路に連結する流通孔が形成される大径パイプ材、各パイプ材の外周表面に積層される絶縁ガラスと発熱部と保護用ガラス層、および前記発熱部の端部に接続される端子からなる多重パイプヒータと、
前記大径パイプ材の発熱部および流通孔の外周に流体の流通路を確保して該発熱部および流通孔の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口が形成される外装体
とからなり、前記発熱部が、銀−遷移金属の抵抗体層からなる流体加熱装置であって、前記保護用ガラス層にエポキシ樹脂層およびフッ素樹脂層がさらに積層されてなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のパイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置を説明する。図１は本発明のパイプヒータの一実施の形態を示す側面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は図１におけるパイプヒータの展開図、図４はパイプヒータの使用例を示す説明図、図５は本発明の流体加熱装置の一実施の形態を示す斜視図、図６は図５における流体加熱装置の断面図、図７は図５におけるＡ−Ａ線断面図、図８は図５におけるパイプヒータの展開図、図９は本発明の流体加熱装置の他の実施の形態を示す斜視図、図１０は図９における外装体を示す部分切欠図、図１１は本発明の流体加熱装置のさらに他の実施の形態を示す斜視図、図１２は図１１における流体加熱装置の断面図である。ただし、説明を容易にするために、断面図以外の図においてハッチングを施したり、各層の寸法を拡大または縮小して記載してある。
【００１０】
図１〜３に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわるパイプヒータ１は、パイプ材２に積層される発熱部と保護部１１および該発熱部に接続される端子７からなる。すなわち、パイプ材２と、該パイプ材２の外周表面に積層される絶縁ガラス層３と、該絶縁ガラス層３に積層される発熱部の銀−遷移金属、たとえば銀−パラジウム系、銀−ルテニウム系、銀−ロジウム系の抵抗体層４と、該抵抗体層４の端部５に導電層６を介して接続される端子７と、前記銀−遷移金属の抵抗体層４上に保護用ガラス層８と、エポキシ樹脂層９およびフッ素樹脂層１０がこの順に積層されてなる保護部１１とから構成されている。なお、１２は端子７のロウ付部である。また前記保護部１１は、パイプ材２の外周表面だけに限定されるものではなく、パイプ材２の内壁にも施すことができる。
【００１１】
本発明のパイプヒータは、たとえば図４に示されるように、温水器の蛇口２１に配管されるパイプ材２２に、発熱部と保護部からなる積層部２３と該発熱部に接続される端子とを設けるパイプヒータ２４として使用することができる。
【００１２】
前記パイプ材２としては、種々の金属が使用できるが、たとえばステンレス鋼、銅、アルミニウム、鉄などがあげられ、とくにステンレス鋼が安価で、かつ耐食性がよいことから好ましい。断面形状は円形、楕円形、矩形、多角形でもよく、異形であってもよい。
【００１３】
パイプヒータの寸法としては、断面形状が円形の場合、外径が８〜３００ｍｍ程度で、長さが１０〜１０００ｍｍ程度のパイプ材の外表面に抵抗体層印刷面（図１の符号１３）として長さ８〜９９０ｍｍ程度をもつようなものが適当である。このパイプヒータを単独で、または複数個連結して使用することができる。
【００１４】
前記絶縁ガラス層３は、通常厚さが０．０６〜０．１ｍｍ程度であり、ガラスの種類としては、ＢａＯ／ＳｉＯ2／ＣａＯ／ＳｒＯ（たとえば、重量比：３０〜５０／１５〜３０／１０〜２０／１〜５）のガラス、とくにこの組成の結晶化ガラスなどを使用することができる。
【００１５】
絶縁ガラス層３上には、銀−遷移金属の抵抗体層４がパターン化されており、抵抗体層４は端部５で銀を主体とする端子７用の導電層６と電気的に接続されている。抵抗体層４の厚さは、８〜１５μｍ程度である。
【００１６】
つぎに本実施の形態の保護部１１を説明する。保護部１１は、保護用ガラス層８の上に積層されるエポキシ樹脂層９とフッ素樹脂層１０から構成されており、この保護部１１を設けることにより、ヒータの電気絶縁性や耐水性を向上させることができる。したがって、湿度の高い場所や水にさらされる惧れのある場所で本発明のパイプヒータを使用するときは、かかる保護部１１を設けておくのが好ましい。
【００１７】
まず、抵抗体層４の上に設けられる保護用ガラス層８は、抵抗体層４を物理的、電気的に保護するという働きをもつ。この保護用ガラス層８に用いるガラスの種類は、たとえばＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＢａＯ−ＳｉＯ２−ＳｒＯ−ＣａＯなどがあげられるが、耐水性に優れる点からとくにそれらの結晶化ガラスが好ましい。保護用ガラス層８の厚さは、通常０．０２〜０．０７ｍｍである。この保護用ガラス層８は、少なくとも抵抗体層４を完全に覆っていることが必要である。
【００１８】
保護用ガラス層８の上に積層されるエポキシ樹脂層９は、保護用ガラス層８だけでは不充分な電気絶縁性を確保するという働きをもつ。一般に樹脂類は、熱伝導性がわるいが、そのなかでもエポキシ樹脂は比較的熱伝導性がよいものである。本発明においては、さらに熱伝導性を向上させるために、Ａｌ2Ｏ3などの良熱伝導性のアルミニウム系のセラミックス粉などの耐食性と電気絶縁性に優れた添加材を配合してもよい。配合量はエポキシ樹脂１００重量部に対し、１０〜２００重量部、好ましくは１８０〜２００重量部である。エポキシ樹脂としては、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性が良好であればとくに限定されるものではない。また、電気絶縁性や熱伝導性を損なわない限り、シリコーン樹脂などの他の樹脂を併用することもできる。なお、たとえば変性脂肪族ポリアミンなどの硬化触媒や硬化促進剤などを適宜添加してもよい。エポキシ樹脂層６の厚さは、０．０５〜２．０ｍｍ、好ましくは１．０〜１．５ｍｍである。これより薄くなりすぎると必要な電気絶縁性が得られず、厚くなりすぎるとヒータの熱効率が低下するからである。
【００１９】
エポキシ樹脂層９の上にさらにフッ素樹脂層１０を設ける。これはエポキシ樹脂層単独では長期にわたる耐水性、耐食性が充分ではないからである。フッ素樹脂層１０に用いるフッ素樹脂としては、熱硬化させたときにエポキシ樹脂層９や発熱部に悪影響を与えないために、硬化温度が２００℃以下であるフッ素樹脂組成物を使用する。そのようなフッ素樹脂組成物としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂とエポキシ樹脂（とくにビスフェノール系エポキシ樹脂）との混合物などが好ましい。とくに、エポキシ樹脂層９との接着性が良好な点、耐水性に優れる点および硬化温度が低い点から、ＰＴＦＥとエポキシ樹脂との混合物が好ましい。フッ素樹脂とエポキシ樹脂との混合割合は、フッ素樹脂／エポキシ樹脂（重量比）が７／３〜８／２であるのが好ましい。フッ素樹脂層１０の厚さは、通常０．０２〜０．０４ｍｍ、好ましくは０．０３〜０．０４ｍｍである。
【００２０】
つぎに製造方法について簡単に説明する。
【００２１】
まず、要すれば、サンドブラストなどの粗面加工をパイプ材２の表面に施したのち、パイプ材２をアルコールなどの有機溶剤や洗剤で脱脂洗浄（たとえば超音波洗浄など）する。このパイプ材２に絶縁ガラスをコーティング（刷毛塗り法、ロールコート法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法など）し、乾燥後焼成して絶縁ガラス層３を形成する。ついで絶縁ガラス部３の一端部に銀ペーストを印刷（スクリーン印刷法、ディスペンサー法など）し、乾燥、焼成して端子７を形成したのち、その上に一部重なるように、銀−遷移金属（たとえば、銀−パラジウムなど）のペーストを印刷（スクリーン印刷法、ディスペンサー法など）し、乾燥、焼成して抵抗体層４を形成する。そののち、保護用ガラス組成物をコーティング、乾燥、焼成して保護用ガラス層８を形成する。
【００２２】
つぎにエポキシ樹脂組成物をコーティング（ディッピング法、刷毛塗り法、ロールコート法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法など）し、乾燥後、２００℃まで（たとえば１５０℃）の乾燥炉で約１５〜２０分間加熱硬化させて、エポキシ樹脂層９を形成する。
【００２３】
最後に最外層であるフッ素樹脂層１０を形成する。フッ素樹脂組成物をコーティング（スプレー法、ディッピング法、刷毛塗り法、ロールコート法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法など。スプレー法が一般的である）し、ピンホールなどの発生を避けるために、まず１００℃程度で１０分間一次硬化させたのち、２００℃程度の温度で二次硬化させる。
【００２４】
つぎに本発明の流体加熱装置を説明する。
【００２５】
図５〜８に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる流体加熱装置５１は、パイプヒータ５２と該ヒータ５２を覆う外装体５３からなる。すなわち、一端が流入口５４であり、他端が栓５５により閉塞されるとともに、該閉塞側の近傍に流通孔５６が形成されるパイプ材５７、該パイプ材５７の外周表面に積層される絶縁ガラス層６３と発熱部である銀−遷移金属の抵抗体層６４と保護部５９、および前記発熱部の抵抗体層６４の端部５８に接続される端子６０からなるパイプヒータ５２と、前記発熱部の抵抗体層６４および流通孔５６の外周に流体の流通路６１を確保して該発熱部の抵抗体層６４および流通孔５６の外周辺部を覆うとともに、前記流体を外方へ導く供給口６２が形成される外装体５３とから構成されている。なお、前記保護部５９は、パイプ材５７の外周表面だけに限定されるものではなく、パイプ材５７の内壁にも施すことができる。
【００２６】
前記発熱部は、前記発熱部と同様に、絶縁ガラス層６３に積層される銀−遷移金属の抵抗体層６４のパターンからなり、また、前記保護部５９も前記保護部１１と同様に、保護用ガラス層６５に積層されるエポキシ樹脂層６６およびフッ素樹脂層６７からなっている。
【００２７】
前記パイプ材５７としては、前記パイプ材２２と同様の種々の金属が使用できる。また外装体５３としては、耐熱性の合金または合成樹脂から作製される矩形の中空本体５３ａと蓋５３ｂを嵌め込んで組み立たものを用いているが、流通路６１を確保して覆うことができる形状であれば、前記パイプ材５７と同様円形とすることができる。なお、本実施の形態では、流通路を確保するために、外装体は中空体にされているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、予め内部に螺旋形状の流通路を成形したものとすることもできる。
【００２８】
絶縁ガラス層６３上には、銀−遷移金属の抵抗体層６４がパターン化されており、抵抗体層６４は端部６４ａで銀を主体とする端子用の導電層６９と電気的に接続されている。
【００２９】
つぎに本実施の形態の保護部５９は、保護用ガラス層６５の上に積層されるエポキシ樹脂層６６とフッ素樹脂層６７から構成されており、この保護部５９を設けることにより、ヒータの電気絶縁性や耐水性を向上させることができるが、本発明においては、保護用ガラス層６５だけとすることもできる。
【００３０】
前記抵抗体層６４の上に設けられる保護用ガラス層６５、保護用ガラス６５の上に積層されるエポキシ樹脂層６６およびエポキシ樹脂６６の上にさらに積層されるフッ素樹脂層６７は、それぞれ前記保護用ガラス層８、エポキシ樹脂層９およびフッ素樹脂層１０と同様のものを用いることができる。
【００３１】
本実施の形態では、パイプヒータ５２の流入口５４から注入された水またはオイルなどの流体が、パイプ材５７内を流通するあいだに発熱部の抵抗体層６４により加熱されるとともに、流通孔５６から流通路６１を流通するあいだにも発熱部の抵抗体層６４により加熱される。これにより、供給口６２から流れ出る流体は高温にされる。
【００３２】
つぎに流体加熱装置の他の実施の形態を説明する。
【００３３】
本実施の形態では、流体の加熱経過を長くしてさらに高温の流体を発生させるようにしている。すなわち本実施の形態の流体加熱装置は、図９〜１０に示されるように、外装体７１内にパイプヒータ５２を２本配置するとともに、該外装体７１を４列組み合せるように配置している。各パイプヒータ５２の外周には、合成樹脂製の外装体７１の内部に予め螺旋形状に成形された流通路７２が形成されている。７３は螺旋形状の治具などにより、流通路７２およびパイプヒータ５２の挿入孔を成形したのち、前記治具を抜き取ったときに残る、外装体７１の端部に開口する流通路７２を塞ぐ補助蓋である。なお、本実施の形態では、樹脂の螺旋形状の流通路にされているが、本発明においては、これに代えて、流通路を螺旋形状のパイプにより形成することもできる。
【００３４】
各パイプヒータ５２と外装体７１とは、互いに嵌合したのち、流通路７２とパイプヒータ５２の流通孔５６（図６参照）との位置合わせを行ない、ついで流体が外表面に漏れないように補助蓋７３とともに溶着などにより固着されている。流入口５４から流入される流体は、パイプ材５７内および流通孔５６から流通路７２を通過したのち、供給口６２ａから第１循環路７４ａを経由して隣接する外装体７１ａのパイプヒータの流入口５４ａへ流入される。同様に隣接する外装体７１ｂ、７１ｃのパイプヒータへは、第１循環路７４ｂ、７４ｃを経由して流入される。そして最終列の外装体７１ｃ内の上部パイプヒータ５２から下部パイプヒータ５２のあいだだけに第２循環路７５を経由して流体を循環させている。ついで、今度は最終列の外装体７１ｃの下部パイプヒータ５２から順次第１循環路７６ｃ、７６ｂ、７６ａを経由して隣接する外装体７１ｂ、７１ａおよび７１の下部パイプヒータ５２へ流体が循環される。これにより、流入口５４に流入される流体は、各外装体７１〜７１ｃのパイプヒータ５２により加熱されて供給口６２から流出される。たとえば各外装体７１〜７１ｃ内の各パイプヒータ５２の出力が３７０Ｗとすると、供給口６２から流出される流体には、２９６０Ｗ（３７０Ｗ×８本）の熱エネルギーを得ることができる。
【００３５】
つぎに本発明のさらに他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図１１〜１２に示されるように、多重パイプヒータにより、流体を高温に加熱するようにしている。すなわち、本実施の形態の流体加熱装置は、パイプヒータ５２のパイプ材５７に流体の流通路６１を確保して順次外挿される大径パイプ材８１、８２を有するパイプヒータ８３、８４が配置されている。各大径パイプ材８１、８２には、パイプヒータ５２と同様に発熱部と保護部とからなる積層部８５が形成されているとともに、前記発熱部の端部に端子６０が接続されている。本実施の形態では、パイプ材５７のパイプヒータ５２および大径パイプ材８１、８２のパイプヒータ８３、８４の両端は、外装体８６の蓋材８７に支持されている。したがって、流入口５４から流入される流体は、パイプ材５７内から流通路５６を通過したのち、大径パイプ材８１、８２の流通孔８８、８９および流通路９０、９１を通過して供給口９２から流出される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、熱効率に優れ、短時間で温水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパイプヒータの一実施の形態を示す側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１におけるパイプヒータの展開図である。
【図４】パイプヒータの使用例を示す説明図である。
【図５】本発明の流体加熱装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【図６】図５における流体加熱装置の断面図である。
【図７】図５におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図５におけるパイプヒータの展開図である。
【図９】本発明の流体加熱装置の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】図９における流体加熱装置の一部を示す部分切欠図である。
【図１１】本発明の流体加熱装置のさらに他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１における流体加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１、５２    パイプヒータ
２、５７    パイプ材
３、６３    絶縁ガラス層
４、６４    発熱部（抵抗体層）
５、５８、６４ａ  端部
６、６９    導電層
７、６０    端子
８、６５    保護用ガラス層
９、６６    エポキシ樹脂層
１０、６７    フッ素樹脂層
１１、５９    保護部
１２    ロウ付部
５１    流体加熱装置
５３    外装体
５４    流入口
５５    栓
５６    流通孔
６１    流通路
６２    供給口
６８    印刷面
【図１】
0004043179.tif 000002
【図２】
0004043179.tif 000003
【図３】
0004043179.tif 000004
【図４】
0004043179.tif 000005
【図５】
0004043179.tif 000006
【図６】
0004043179.tif 000007
【図７】
0004043179.tif 000008
【図８】
0004043179.tif 000009
【図９】
0004043179.tif 000010
【図１０】
0004043179.tif 000011
【図１１】
0004043179.tif 000012
【図１２】
0004043179.tif 000013