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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- Japan
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Resistance Heating (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】厚さを小さくしたまま大型化でき、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、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。
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
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒー
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】従来より、直接液体加熱用として、耐蝕
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。
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。
【０００３】このようなセラミックヒータとして、セラ
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】上記棒状のセラミッ
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。
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。
【０００５】すなわち、従来のヒータは棒状であるため
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。
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。
【０００６】このような使用法の場合、水槽内の大量の
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。
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。
【０００７】本発明者は、セラミックヒータを肉薄の板
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。
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。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】そこで本発明者は、鋭
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。
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。
【０００９】したがって本発明は、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
ミックヒータを提供せんとするものである。
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。
【００１０】本発明において、発熱密度とは、電源入力
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。
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。
【００１１】また、発熱密度を調整するには、抵抗値を
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。
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。
【００１２】厚さを０．５ｍｍ〜７ｍｍとするのは、厚
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。
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。
【００１３】本発明のセラミックヒータに用いるセラミ
ックスとして、例えば、Al2O3, Si3N4, AlN 等を用いる
ことができる。
ックスとして、例えば、Al2O3, Si3N4, AlN 等を用いる
ことができる。
【００１４】なお、上記のような本発明のセラミックヒ
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。
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。
【００１５】
【作用】本発明のセラミックヒータは、厚さ０．５ｍｍ
〜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。
〜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。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づき説明す
る。
る。
【００１７】図１および図２に本発明のセラミックヒー
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。
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。
【００１８】なお、上記ケース蓋を構成する材料として
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。
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。
【００１９】このように構成される上記加熱ケース２の
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。
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。
【００２０】
【表１】
【００２１】なお、セラミックヒータ１はAl2O3 で作製
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。
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。
【００２２】また、ヒータ１は幅５０ｍｍ、長さ８３ｍ
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。
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。
【００２３】表１に示すように、試料番号１〜６は発熱
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。
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。
【００２４】
【発明の効果】叙上のように、本発明によれば、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。
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。
【図１】本発明のセラミックヒータを用いた水加熱用の
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。
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。
【図２】図１の加熱ケースのＡ−Ａ線断面図である。
１ セラミックヒータ ２ 加熱ケース ３ 発熱領域 ４ 内部流路 ５ ケース蓋 ６ 電極部 ７ 入水口 ８ 出水口
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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29757697A JP3393798B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 流体加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29757697A JP3393798B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 流体加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135241A true JPH11135241A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3393798B2 JP3393798B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=17848351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29757697A Expired - Lifetime JP3393798B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 流体加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3393798B2 (ja) |
Cited By (11)
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| KR100420081B1 (ko) * | 2002-01-22 | 2004-02-25 | 대림통상 주식회사 | 비데용 순간식 온수공급장치 |
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| KR101008700B1 (ko) | 2008-09-05 | 2011-01-17 | 주식회사 썬하이테크 | 순간 가열식 전기보일러용 히팅장치 |
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| KR200466314Y1 (ko) | 2011-10-05 | 2013-04-08 | 계양전기 주식회사 | 스팀 해빙기용 스팀발생기 |
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| WO2020138330A1 (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
Families Citing this family (1)
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| JPH07324806A (ja) * | 1994-05-31 | 1995-12-12 | Kyocera Corp | 流体加熱装置及び循環温水器 |
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-
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- 1997-10-29 JP JP29757697A patent/JP3393798B2/ja not_active Expired - Lifetime
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