JPH11135241A - 流体加熱用のセラミックヒータ - Google Patents
流体加熱用のセラミックヒータInfo
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- JPH11135241A JPH11135241A JP9297576A JP29757697A JPH11135241A JP H11135241 A JPH11135241 A JP H11135241A JP 9297576 A JP9297576 A JP 9297576A JP 29757697 A JP29757697 A JP 29757697A JP H11135241 A JPH11135241 A JP H11135241A
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- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
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- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Abstract
量で効果的に流体を加熱してもクラックが入り難い、流
体加熱用のヒータを提供する。 【解決手段】発熱抵抗体を内蔵する板状の発熱領域3を
蛇行状の内部流路4を備えた加熱ケース2内に設置し、
該加熱ケース2内の流体を加熱するためのセラミックヒ
ータ1において、上記発熱領域を0.5mm〜7mmの
厚みとするとともにその発熱密度を45w/cm2 以下
とする。
Description
タ、特に直接液体加熱用として用いるセラミックヒータ
に関するものである。
性、対外部絶縁性を備えたセラミックスを用いたセラミ
ックヒータが用いられている。
ミックのグリーンシートに高融点金属を主成分とした発
熱抵抗体をスクリーン印刷して後、成形し、該発熱抵抗
体よりも抵抗値の小さな導通リード部を同じく印刷によ
って重ねる。そのようにして製作したヒータ付グリーン
シートをセラミックロッドに巻き付ける事により丸棒型
にしたものが用いられてきた。
クヒータは、前記特性の他に、肉厚が大きい形状である
ので、大きな耐熱衝撃性を備えていたが、他方、次のよ
うな問題点が内在していた。
に、狭い隙間に入らないのでスペース的に不利であり、
水槽内に設置して用いるという使用法しか可能でなかっ
た。
水を常時温めておく必要があり、電力的に無駄使いで、
かつ加熱面積を大きくするために非常に大型のものであ
った。
状とすることを検討したところ、そのような板状体では
機械的強度および耐熱衝撃性の点で物性が安定せず、実
用的なものとするためには、これらの点を解決する必要
があることが判った。
意研究を重ね、セラミックヒータを0.5mm〜7mm
の肉薄の板状体とする場合に、発熱部分における表裏面
における面積当たりの電力突入量(発熱密度と呼ぶ)が
45w/cm2 以下となるように発熱抵抗体の抵抗値を
調整することにより、例えば、厚さ一定のまま発熱領域
における表裏面積を大きくして強度的に通常であれば不
利と見られる形状としても耐熱衝撃性を維持しつつ、十
分な加熱性を有するものとすることができることを見い
だした。
る板状の発熱領域を蛇行状の内部流路を備えた加熱ケー
ス内に設置し、該加熱ケース内の流体を加熱するための
セラミックヒータであって、上記発熱領域は0.5mm
〜7mmの厚みを有するとともにその発熱密度が45w
/cm2 以下であることを特徴とする流体加熱用のセラ
ミックヒータを提供せんとするものである。
時の電力(突入W数)を発熱部分における表裏面積で割
った値を言う。
調整する。すなわち、抵抗値を上げると発熱密度が大き
くなり、反対に下げると発熱密度が小さくなる。
さが7mmを超えると、熱伝達性、熱衝撃性の面からも
性能が低下してしまう恐れがあり、他方、0.5mm未
満では、加工が困難になるためである。
ックスとして、例えば、Al2O3, Si3N4, AlN 等を用いる
ことができる。
ータの製造方法としては、Al2O3, Si3N4, AlN 等の粉末
を原料とするセラミック生シート上に所要の発熱量とす
る抵抗値が設定できるような櫛歯状、渦巻状等の任意の
形状で、所定の幅、厚み、長さに、タングステン、モリ
ブデン−マンガン等のペーストを用い、スクリーンプリ
ントなどの厚膜手法によって発熱抵抗体となる抵抗体パ
ターンを印刷し、さらに、このセラミック生シートの上
に生シートを重ね、導電性材料のペーストをスクリーン
プリントなどの厚膜手法によってセラミック生シートに
プリントした後、焼成雰囲気中でホットプレス焼成し、
焼結一体化させるという方法を用いることができる。
〜7mmの板状体をなすのでコンパクトで、例えば、蛇
行状の内部流路を設けた加熱ケース内の中央に設置さ
れ、内部流路を流れてこのヒータと接する水を加温す
る。この場合、水槽内の水でなく、流水を加温するの
で、水を流す時のみに作動させるだけでよく、電力の無
駄がない。また、上記セラミックヒータは発熱抵抗体が
密に埋設された発熱密度が45w/cm2 以下の発熱領
域を備えてなり、発熱領域における表裏面積を大きくし
たものでも耐熱衝撃性を維持しつつ、十分な加熱性を有
するものとすることができ、厚さを小さくしたまま大型
化して大きな熱容量で効果的に流体を加熱してもクラッ
クが入り難い。
る。
タ1を用いた水加熱用の加熱ケース2を示し、これらの
図に示すように、薄板状をなすセラミックヒータ1は内
蓋に蛇行状の内部流路4を凹状に形成した一対のケース
蓋5、5の間に嵌挿されて、このケースの入水口7から
出水口8に流れる水と接して、水を加熱するとともに、
電極部6がケースの外側に位置し、外部電源と接続する
ようになっている。また、加熱ケースが大型化しないよ
うに、上記セラミックヒータ1の厚さは7mm以下とす
ることが好ましく、また、製造技術上、0.5mm未満
のものは作製が困難であるので、厚みは0.5mm〜7
mmとした。また、上記セラミックヒータ1は、不図示
の発熱抵抗体が密に埋設された上記発熱領域3の発熱密
度が45w/cm2 以下であることを特徴とし、これに
より発熱領域における表裏面積を大きくしたものでも耐
熱衝撃性を維持しつつ、十分な加熱性を有するものとす
ることができ、厚さを小さくしたまま大型化して大きな
熱容量で効果的に流体を加熱してもクラックが入り難
い。
は、例えば、ABS樹脂、ポリプロピレン、フェノール
樹脂等を用いることができる。なお、ヒータ温度は10
0℃近くまで上昇するよう設定するが、作動中は、ヒー
タ1とケース2が接するのではなく、水を介してヒータ
1が浮いているような状態としてもよい。
おいて、表1に示すように発熱領域の大きさ、発熱密度
で作製したセラミックヒータ1を試料として用い、通
水、通電を繰り返し、出湯温度およびクラック発生率を
測定するすサイクル実験を行った。
し、その厚みはすべて5mmとし、入水温度はいずれも
5℃とした。また、サイクルは5分間通水、通電をon
とし、5分間offとした。
m、発熱部長さ65mmとし、ケース2は幅5mmの内
部流路4が8列並んだものを使用し、このケース2に5
℃の水を流量450cc/分で流しテストを行った。
領域の表裏面積(裏面と表面の面積合計)26cm2 、
試料番号7〜12は39cm2 、試料番号13〜19は
65cm2 である。同表に示すように、それぞれの表裏
面積において、発熱密度が45w/cm2 以下の場合、
表裏面積、すなわちセラミックヒータ1のサイズを大き
くしていってもクラックの発生がないのに対して、発熱
密度が45w/cm2を越えると、大きなサイズ(試料
番号18、19:65cm2 ではクラックの発生率が高
くなっている。また、試料番号1、7を除いてほぼ出湯
温度30℃以上が達成されており、流水を加温する能力
についても満足いく結果であった。特に、発熱密度が4
0〜50w/cm2 の試料番号10、11、16、17
は出湯温度40℃以上が達成されており、加熱性が高か
った。他方、上記表裏面積が30cm2 未満の試料番号
1〜5では出湯温度40℃以上が達成することができ
ず、加熱性の点では若干物足りなかった。以上の実験結
果から、本発明のセラミックヒータの有効性が確認され
るとともに、セラミックヒータとして、表裏面積が30
cm2 以上であること、ならびに、発熱密度は10〜4
5w/cm2 で特に40〜45w/cm2 の範囲が好適
であることが判った。
抗体を内蔵する板状の発熱領域を蛇行状の内部流路を備
えた加熱ケース内に設置し、該加熱ケース内の流体を加
熱するためのセラミックヒータにおいて、上記発熱領域
を0.5mm〜7mmの厚みとするとともにその発熱密
度を45w/cm2 以下としたことにより、発熱領域に
おける表裏面積を大きくしたものでも耐熱衝撃性を維持
しつつ、十分な加熱性を有するものとすることができ、
厚さを小さくしたまま大型化して大きな熱容量で効果的
に流体を加熱してもクラックが入り難くすることがで
き、肉薄の省スペース型の流体加熱型のヒータユニット
が実現する。
加熱ケースの外観と内部構造を示すため要部破断した加
熱ケースの斜視図である。
Claims (1)
- 【請求項1】発熱抵抗体を内蔵する板状の発熱領域を蛇
行状の内部流路を備えた加熱ケース内に設置し、該加熱
ケース内の流体を加熱するためのセラミックヒータであ
って、上記発熱領域は0.5mm〜7mmの厚みを有す
るとともにその発熱密度が45w/cm2 以下であるこ
とを特徴とする流体加熱用のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=17848351
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