WO2022244623A1 - 液体加熱装置 - Google Patents

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WO2022244623A1
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ceramic
discharge port
container
heater
liquid heating
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友亮 牧野
侑也 東出
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日本特殊陶業株式会社
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82—Fixedly-mounted immersion heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the present invention relates to a liquid heating device that heats a liquid such as water with a ceramic heater.
  • Hot water is required for hot water washing toilet seats, fuel cell systems, hot water heaters, 24-hour baths, heating washer fluid in vehicles, air conditioners in vehicles, and the like. Therefore, a liquid heating device that heats water with a built-in heater is used (Patent Document 1).
  • a rod-shaped ceramic heater is used in which a heat-generating part is embedded in a ceramic sheet wound around the outer circumference of a long and narrow ceramic substrate. (Patent Document 2).
  • JP 2008-96057 A Japanese Patent No. 5923295
  • Patent Document 1 uses an infrared lamp as a heater, and there is a problem that it is difficult to miniaturize the heater and thus the liquid heating device. Infrared lamps also lead to increased costs.
  • the rod-shaped ceramic heater has a heat-generating portion on the distal end side, the proximal end portion of the heater is held in a cantilever manner while being sealed to the container of the liquid heating device with a sealing portion. Ceramic heaters are excellent in rapid heating, but boiling bubbles are likely to be generated during hot water production. If this overheating occurs in a portion near the sealing portion made of resin or the like, the sealing portion may soften and the sealing performance may deteriorate.
  • the ceramic heater As the ceramic heater is miniaturized and has a smaller heat generating area, it becomes necessary to increase the heater temperature in order to generate the same amount of heat as in the conventional heater, and more boiling bubbles are generated during hot water production. In addition, if boiling bubbles adhere to the ceramic heater, the part will be in an empty state and the heater will receive a thermal shock, shortening the life of the heater.
  • Patent Document 2 has the sealing portion facing downward and the ceramic heaters are placed vertically.
  • the liquid heating apparatus of the present invention includes a container having an internal space, and a liquid inlet and a liquid discharge port communicating with the internal space, and a tip portion of the container located within the internal space.
  • the liquid heating device heats the liquid by the ceramic heater in the process in which the liquid is introduced from the inlet, passes through the internal space, and flows to the outlet, wherein the outlet is , a first axial direction in the vicinity of the opening end of the discharge port facing the internal space, which is spaced apart from the introduction port in the axial direction, intersects the axial direction; is located closer to the proximal side than the discharge port.
  • this liquid heating device in a structure in which the inlet and the outlet are arranged in the axial direction of the ceramic heater, water introduced from the inlet flows toward the outlet toward the tip of the ceramic heater. , it is difficult to reach the sealing portion of the holding portion of the container located on the base end side of the ceramic heater. As a result, it is possible to prevent boiling bubbles from remaining in the heater near the sealing portion.
  • the discharge port is arranged in a direction in which the direction of the first axis intersects the direction of the axial line, even when the ceramic heater is placed horizontally (the direction of the axial line is horizontal), the outlet of the discharge port can be Water heated in the container facing upward, and thus boiling bubbles can be easily discharged to the outside, and boiling bubbles can be further suppressed from remaining in the heater near the sealing portion.
  • the tip of the heat-generating part is positioned closer to the base end than the discharge port, the accumulation of boiling bubbles in the vicinity of the discharge port is suppressed, and the discharge of boiling bubbles to the outside of the container is further promoted. can be done. As described above, it is possible to easily discharge boiling bubbles generated from the ceramic heater to the outside of the container, thereby suppressing deterioration of the sealing performance and shortening of the life of the ceramic heater.
  • the ceramic heater may have a watt density of 100 W/cm 2 or more. According to this liquid heating device, since the ceramic heater has a high output, the size of the ceramic heater and the liquid heating device as a whole can be reduced. Further, as the size of the ceramic heater is reduced, the heater temperature needs to be increased and the number of boiling bubbles increases, so the present invention becomes more effective.
  • a plurality of ceramic heaters are arranged in the container, each ceramic heater extends in the same direction, and the tip of the heat generating portion of all the ceramic heaters is closer to the base end than the discharge port. may be located in According to this liquid heating device, the present invention can be applied to a case where there are a plurality of ceramic heaters.
  • the heat generating portion may be embedded in the ceramic sheet. According to this liquid heating device, the manufacture of the ceramic heater becomes easier.
  • boiling bubbles generated from the ceramic heater can be easily discharged to the outside of the container, and deterioration of the sealing performance and reduction of the life of the ceramic heater can be suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a liquid heating device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a perspective view which shows the external appearance of a ceramic heater.
  • 1 is an exploded perspective view showing the structure of a ceramic heater
  • FIG. 2 is a perspective view along line AA of FIG. 1
  • It is a perspective view which shows the 1st opening surface of an inlet.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of water when the tip of the heat generating portion faces the discharge port;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 7;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 7;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 7;
  • FIG. 1 is a perspective view of a liquid heating device 200 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a ceramic heater 171
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the ceramic heater 171
  • FIG. 4 is line AA of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the first opening surface S of the discharge port 105, and FIG.
  • the liquid heating device 200 is installed in a warm-water washing toilet seat, and heats room-temperature water with two built-in ceramic heaters 171 and 172 to supply hot water.
  • the liquid heating device 200 has a generally long cylindrical shape (a cylindrical shape with a rounded rectangular cross section) as a whole, and has a container 100 and two ceramic heaters 171 and 172 .
  • the container 100 includes an elongated cylindrical body portion 101 having an internal space 100i for containing the liquid W (water), a front end lid 107 and a rear end lid 109 closing both axial end openings of the body portion 101, and a body It has an inlet 103 and an outlet 105 for the liquid W which are provided integrally with the portion 101 .
  • Both ends of the body portion 101 in the axial direction protrude in the radial direction in a flange shape, and the both ends of the body portion 101 and the front end lid 107 and the rear end lid 109 are airtightly sealed by an O-ring 190 (FIG. 7).
  • the ceramic heaters 171 and 172 each have a rod shape extending in the direction of the axis L and are arranged in the same direction (in parallel).
  • the ceramic heaters 171 and 172 are attached to the container 100 by cantilevering the base ends 17R of the ceramic heaters 171 and 172 in the opening of the rear end lid 109 of the container 100 with the sealing portion 180 .
  • the tip portions 17T of the ceramic heaters 171 and 172 are positioned within the internal space 100i. Needless to say, the holding portion by the sealing portion 180 is closer to the base end than the heat generating portion 17a of the ceramic heater, which will be described later.
  • the ceramic heaters 171 and 172 arranged in the same direction (in parallel) means that the maximum angle formed by the axes of all the ceramic heaters 171 and 172 is 10 degrees or less in consideration of errors during installation. It means that there is (including 0 degrees).
  • Lead wires 15 and 16, which will be described later, are connected to the base ends 17R of the ceramic heaters 171 and 172 for supplying electric power from the outside.
  • the axial direction of the body portion 101 is parallel to the direction of the axis L, and the direction in which the ceramic heaters 171 and 172 are arranged is aligned with the long axis of the cross section of the body portion 101 . 171 and 172 are accommodated in the internal space 100i of the trunk portion 101 .
  • the axial direction of the trunk portion 101 may form a small predetermined angle with the axis L direction.
  • the liquid heating device 200 is installed on the warm water washing toilet seat so that the direction of the axis L is substantially horizontal and the discharge port 105 side is positioned slightly upward. placed.
  • the introduction port 103 and the discharge port 105 communicate with the internal space 100i and are spaced apart in the direction of the axis L (also the axial direction of the body portion 101). W is discharged from the discharge port 105 along the flow direction F through the internal space 100i. A gap is formed between the inner wall of the container 100 and the ceramic heaters 171 and 172 , and the liquid W introduced into the internal space 100 i through the inlet 103 flows along the outer surfaces of the ceramic heaters 171 and 172 . After being heated while contacting along the L direction, it flows to the discharge port 105 .
  • the ceramic heater 171 has a heating element 17h that generates heat when energized from the outside through lead wires 15 and 16.
  • the heat generating element 17h has a heat generating portion 17a formed as a heat generating pattern by meandering a conductor in the direction of the axis L on the front end side, and has a pair of lead portions 17b drawn out from both ends of the heat generating portion 17a to the rear end side. is doing.
  • the heat generating portion 17a has a length of Lh in the direction of the axis L. As shown in FIG.
  • the heating element 17h has a heating portion 17a, both lead portions 17b, and electrode patterns 17c formed at the rear ends of both lead portions 17b.
  • the body 17h is sandwiched between two ceramic green sheets 17s1 and 17s2.
  • Alumina is used as the ceramic green sheet.
  • Tungsten, rhenium, or the like is used for the heat generating portion 17a and the lead portion 17b.
  • Two electrode pads 17p to which lead terminals 18 (see FIG. 2) are brazed are formed on the surface of the ceramic green sheet 17s2. form the body.
  • this laminate is wrapped around a rod-shaped ceramic base 17g containing alumina or the like as a main component, with the ceramic green sheet 17s2 on the front side, and fired, whereby the ceramic green sheets 17s1 and 17s2 become the ceramic sheet 17s.
  • the lead wires 15 and 16 are crimped and electrically connected to the lead terminals 18 and 18 (see FIG. 2).
  • the ceramic substrate 17g is solid in this example, it may be cylindrical. However, in the case of a tubular shape, it is desirable to seal the through hole with resin or the like so that water does not leak.
  • both ends of the laminate along the direction of the axis L are wound with a space therebetween.
  • slits 17v which are concave grooves along the direction of the axis L, are formed in the winding portion of the outer surface of the ceramic heater 171 as non-heat generating portions. Therefore, looking at the cross section in the radial direction of the ceramic heater 171, the heat generating portion 17a is embedded in the ceramic heater 171 in an annular shape with ends, and becomes a non-heat generating portion between the two ring ends 17e of the heat generating portion 17a.
  • a slit 17v is formed.
  • the ceramic green sheet 17s1 may be omitted, the heating element 17h may be formed on the back side of the ceramic green sheet 17s2 by printing or the like, and the ceramic green sheet 17s2 may be wound with the heating element 17h facing the ceramic substrate 17g.
  • the heating element 17h (heating portion 17a) is arranged between the ceramic substrate 17g and the ceramic green sheet 17s2.
  • the heat generating element 17h (heat generating portion 17a) is sandwiched between the ceramic sheets (ceramic green sheets 17s1 and 17s2), that is, "embedded".
  • the case where the heat generating portion 17a is embedded in the ceramic sheets (the ceramic green sheets 17s1 and 17s2) and the case where the heat generating portion 17a is arranged between the ceramic substrate 17g and the ceramic green sheet 17s2 are collectively referred to as the "ceramic The sheet is provided with a heat-generating portion.”
  • FIG. 4 the direction of the first axis n1 of the outlet 105 intersects the direction of the axis L of the ceramic heaters 171 and 172 (perpendicular to the direction of the axis L in this example). 4 is a see-through view from the direction of the axis L and from the direction perpendicular to the axis of the discharge port 105.
  • the “axis L direction” to be compared with the first normal n1 is the average direction of the axis L directions of the ceramic heaters 171 and 172 .
  • the first axis n1 is the axis in the vicinity 105R of the open end 105e facing the internal space 100i of the discharge port 105, and the open end 105e is the inner peripheral surface 100w of the container 100. , and the boundary with the discharge port 105 .
  • This boundary portion is a portion near the discharge port 105 where the curvature abruptly changes from the inner peripheral surface 100w.
  • the "near 105R of the open end 105e” refers to the inner wall of the discharge port 105 including the open end 105e and downstream of the open end 105e.
  • FIG. 5 is a view when viewed from the inner space 100i side of the container 100 toward the discharge port 105. As shown in FIG. Also, in this example, the open end 105e is circular.
  • the reason why the "first axis n1 in the vicinity 105R" is specified is that the direction of the liquid W flowing from the internal space 100i toward the open end 105e of the discharge port 105 is important in the present invention. .
  • the flow of the liquid W directed to the outside from the open end 105e is regulated by the direction of the inner wall of the discharge port 105 in the vicinity 105R, and the direction of "the first axis n1 in the vicinity 105R" is important.
  • the tip of the heat generating portion 17a is located closer to the base end portion 17R than the discharge port 105 is.
  • the base end portion 17R side of the discharge port 105 means that the first opening region S of the discharge port 105 is closer to the base end portion 17R than the edge portion 105f closest to the base end 17R side.
  • the "first opening region S" is a region obtained by projecting the opening end 105e in the direction of the first axis n1.
  • the water introduced from the inlet 103 flows along the flow direction F to the outlet 105. Since it flows toward the tip end portion 17T side of the ceramic heaters 171 and 172, it is difficult to flow toward the sealing portion 180 located on the base end portion 17R side of the ceramic heaters 171 and 172. As a result, it is possible to prevent boiling bubbles from remaining in the heater near the sealing portion 180 .
  • the discharge port 105 is arranged in a direction in which the direction of the first axis n1 intersects the direction of the axis L, even when the ceramic heaters 171 and 172 are horizontally placed (the direction of the axis L is horizontal), Also, the water heated in the container 100 and thus the boiling bubbles can be easily discharged to the outside with the exit of the discharge port 105 facing upward, and the staying of the boiling bubbles in the heater near the sealing portion 180 can be further suppressed.
  • the tip of the heat generating portion 17a is located closer to the base end portion 17R than the discharge port 105, boiling bubbles are prevented from accumulating in the vicinity of the discharge port 105 when the liquid W flows along the flow direction F. , and the discharge of boiling bubbles to the outside of the container 100 can be further promoted.
  • the tip of the heat generating portion 17a faces (the first opening surface S of) the discharge port 105, there is a problem that the discharge of boiling bubbles to the outside of the container 100 is delayed.
  • boiling bubbles generated from the ceramic heater can be easily discharged to the outside of the container, and deterioration of the sealing performance and the life of the ceramic heater can be suppressed.
  • the ceramic heaters 171 and 172 have a watt density of 100 W/cm 2 or more because the ceramic heaters and the liquid heating apparatus 200 as a whole can be miniaturized. Further, as the size of the ceramic heater is reduced, the heater temperature needs to be increased and the number of boiling bubbles increases, so the present invention becomes more effective.
  • FIG. 8 the slits 17v of the ceramic heaters 171 and 172 face the outside of the container 100 in the long axis direction, which is the far side from the introduction port 103.
  • the introduction port 103 and the discharge port 105 are arranged in the direction of the axis L of the ceramic heaters 171 and 172, the liquid that first hits the outer surfaces of the ceramic heaters 171 and 172 from the introduction port 103 at a high flow velocity is Since the slit 17v does not exist (oppose), the liquid first introduced into the internal space 100i is effectively heated by the heating portion 17a. As a result, the entire water is evenly heated and the heating efficiency is improved.
  • partition walls 100s are provided in an internal space 100i between the introduction port 103 and the discharge port 105 to separate the plurality of ceramic heaters 171 and 172 one by one.
  • the introduced water flows through each of the ceramic heaters 171 and 172 inside the partition wall 100s.
  • water flows through narrow gaps in the partition wall 100s and is heated by the individual ceramic heaters 171 and 172, thereby further improving the heating efficiency.
  • the internal space 100i in the vicinity of the discharge port 105 is not provided with the partition wall 100s and forms a single internal space 100i.
  • the volume of the internal space 100i increases in the vicinity of the discharge port 105, so that boiling bubbles generated on the side of the introduction port 103 can easily escape from the discharge port 105 to the outside.
  • the water that has been heated in the separate partition walls 100s joins together to obtain hot water with a uniform temperature.
  • 7 is a cross-sectional view cut in the direction of the axis L through the center of the short axis of the liquid heating device 200
  • FIGS. 8, 9, and 10 are cross-sectional views perpendicular to the direction of the axis L in FIG. .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, but extends to various modifications and equivalents within the spirit and scope of the present invention.
  • the shapes of the liquid heating device and the ceramic heater are not limited.
  • the number of ceramic heaters provided in the liquid heating device may be one, or may be three or more.
  • a liquid heating apparatus 200 shown in FIG. 1 was manufactured.
  • alumina powder and glass component powder serving as a sintering aid were pulverized and mixed with water in a mill as raw material ceramics for the ceramic heater, and a binder was added to obtain a clay-like mixture. This was extruded by an extruder through a die fitted with a core to form a cylindrical ceramic substrate, cut into a predetermined length, and calcined. The outer diameter and length of the ceramic substrate were determined in consideration of the firing shrinkage rate.
  • a heater pattern and a terminal connected to the opposite surface of the sheet were formed by printing on the alumina green sheet with tungsten and molybdenum paste.
  • the size of the heater print area was determined taking into consideration the shrinkage rate during firing of the ceramic.
  • the heater pattern was formed by calculating the resistance value at room temperature from the resistance value at high temperature and the amount of resistance variation due to temperature rise (temperature coefficient of resistance x temperature difference x initial resistance value). Also, the sheet size was prepared and cut in consideration of the firing shrinkage rate.
  • a printed ceramic green sheet cut to a predetermined size is wrapped around a calcined ceramic base and integrally fired to produce a ceramic with a total heater length of 60 mm, a heater area length of 30 mm, an outer diameter of 2.8 mm, and a room temperature resistance of 9 ⁇ .
  • Got a heater The exposed terminal portion of the heater sintered body was plated with Ni, and the lead portion made of Ni was brazed and joined with Ag brazing. Further, a lead wire was crimped to the lead portion to form a ceramic heater.
  • each ceramic heater was passed through two through-holes of the rear end cover, and each ceramic heater was fixed using an epoxy adhesive as a sealing portion.
  • the liquid heating device 200 was manufactured by airtightly connecting the rear end lid, the trunk portion, and the front end lid via an O-ring. Water having a flow rate of 450 cc/min and a water temperature of 5°C was introduced into the obtained liquid heating device 200, and the voltage applied to each ceramic heater was controlled so that the outlet water temperature was 35°C.
  • the sealing portion was always immersed in water, and the generated boiling bubbles did not remain in the vicinity of the sealing portion.

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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

【課題】セラミックヒータから発生する沸騰気泡を外部に排出し易くし、シール性やセラミックヒータの寿命の低下を抑制した液体加熱装置を提供する。 【解決手段】内部空間１００ｉと、導入口１０３及び排出口１０５と、を有する容器１００と、基端部１７Ｒが容器に保持されるセラミックヒータ１７１，１７２であって、セラミック基体１７ｇの外周に巻き付けられると共に発熱部１７ａを備えるセラミックシート１７ｓと、を有し、セラミックシートの巻合わせ部に軸線Ｌ方向に延びるスリット１７ｖが非発熱部として形成されているセラミックヒータと、を備え、セラミックヒータによって液体を加熱する液体加熱装置２００であって、排出口は、導入口と軸線方向に離間して配置されると共に、排出口の内部空間に向く開口端１０５ｅの近傍１０５Ｒにおける第１軸心ｎ１方向は、軸線方向に交差し、発熱部の先端は、排出口よりも基端側に位置する。

Description

液体加熱装置
　本発明は、セラミックヒータにより水等の液体を加熱する液体加熱装置に関する。
　温水洗浄便座、燃料電池システム、給湯器、２４時間風呂、車両のウォッシャー液の加熱、車載エアコン用等には温水が必要となる。そこで、内蔵するヒータにて水を加熱する液体加熱装置が用いられている（特許文献１）。
　特に、温水洗浄便座用の温水などの急速加熱や、液体加熱装置の小型化を図る目的においては、細長いセラミック基体の外周に巻き付けたセラミックシートに発熱部を埋設した棒状のセラミックヒータが使用される（特許文献２）。
特開２００８－９６０５７号公報 特許第５９２３２９５号公報
　しかしながら、特許文献１記載の技術はヒータとして赤外線ランプを用いており、ヒータ、ひいては液体加熱装置を小型化するのが難しいという問題がある。又、赤外線ランプはコストアップにも繋がる。
　一方、棒状のセラミックヒータは先端側に発熱部を有するため、ヒータの基端部を液体加熱装置の容器に封止部でシールしつつ片持ち式に保持させている。セラミックヒータは急速加熱性に優れるが、温水製造時に沸騰気泡が発生し易く、この沸騰気泡がヒータの周囲に溜まるとその部位のヒータが露出して容器内で局所的な過熱が起こりやすい。そして、この過熱が樹脂等からなる封止部に近い部位で生じると、封止部が軟化してシール性が低下する恐れがある。
　そして、セラミックヒータが小型化して発熱面積が小さくなると、従来と同じ熱量を発生させるためにヒータ温度をより高温にする必要が生じ、温水製造時に発生する沸騰気泡が多くなる。又、セラミックヒータに沸騰気泡が付着すると、その部位は空焚き状態となってヒータが熱衝撃を受け、ヒータ寿命も低下する。
　この点で、特許文献２記載の技術は、封止部を下側にし、セラミックヒータを上下に立てた配置となっているので、封止部付近のヒータに沸騰気泡が生じても気泡が上方に離脱するものの、セラミックヒータを横置きした場合には適用できないという問題がある。
　このようなことから、セラミックヒータを横置きした場合であっても、封止部付近のヒータに沸騰気泡が滞留することを抑制することが要求される。
　従って、本発明は、セラミックヒータから発生する沸騰気泡を容器の外部に排出し易くし、シール性低下やセラミックヒータの寿命低下を抑制した液体加熱装置の提供を目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の液体加熱装置は、内部空間と、前記内部空間に連通する液体の導入口及び排出口と、を有する容器と、自身の先端部が前記内部空間内に位置し、自身の基端部が前記容器に保持されることで前記容器に取り付けられるセラミックヒータであって、軸線方向に延びるセラミック基体と、該セラミック基体の外周に巻き付けられると共に発熱部を備えるセラミックシートと、を有し、前記セラミックシートの巻合わせ部に前記軸線方向に延びるスリットが非発熱部として形成されているセラミックヒータと、を備え、前記容器と前記セラミックヒータとの間には隙間が形成されており、前記液体が、前記導入口から導入され、前記内部空間を通って、前記排出口まで流れる過程において、前記セラミックヒータによって前記液体を加熱する液体加熱装置であって、前記排出口は、前記導入口と前記軸線方向に離間して配置されると共に、前記排出口の前記内部空間に向く開口端の近傍における第１軸心方向は、前記軸線方向に交差し、前記発熱部の先端は、前記排出口よりも前記基端側に位置することを特徴とする。
　この液体加熱装置によれば、導入口及び排出口がセラミックヒータの軸線方向に配置されている構造において、導入口から導入された水は、排出口へ向かってセラミックヒータの先端部側へ流れるので、セラミックヒータの基端部側に位置する容器との保持部位の封止部へ向かい難い。これにより、封止部付近のヒータに沸騰気泡が滞留することを抑制できる。
　また、第１軸心方向が軸線方向に対して交差する向きに排出口が配置されているので、セラミックヒータを横置き（軸線方向が水平方向）した場合であっても、排出口の出口を上向きにして容器で加熱された水、ひいては沸騰気泡を外部に排出し易く、封止部付近のヒータへの沸騰気泡の接滞留をさらに抑制できる。
　さらに加えて、発熱部の先端が排出口よりも基端部側に位置するので、沸騰気泡が排出口の近傍に溜まることを抑制し、沸騰気泡の容器の外部への排出をさらに促進することができる。
　以上により、セラミックヒータから発生する沸騰気泡を容器の外部に排出し易くし、シール性低下やセラミックヒータの寿命低下を抑制することができる。
　本発明の液体加熱装置において、前記セラミックヒータが、１００Ｗ/ｃｍ２以上のワット密度を有してもよい。
　この液体加熱装置によれば、セラミックヒータが高出力になるので、セラミックヒータひいては液体加熱装置全体を小型化できる。また、セラミックヒータを小型化するほど、ヒータ温度をより高温にする必要が生じて沸騰気泡が多くなるので、本発明がさらに有効となる。
　本発明の液体加熱装置において、前記セラミックヒータが前記容器内に複数配置され、各セラミックヒータが同一方向に延び、全ての前記セラミックヒータにおいて前記発熱部の先端が前記排出口よりも前記基端側に位置してもよい。
　この液体加熱装置によれば、セラミックヒータが複数の場合に本発明を適用できる。
　本発明の液体加熱装置において、前記発熱部が、前記セラミックシートに埋設されていてもよい。
　この液体加熱装置によれば、セラミックヒータの製造がより簡便になる。
　この発明によれば、セラミックヒータから発生する沸騰気泡を容器の外部に排出し易くし、シール性低下やセラミックヒータの寿命低下を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る液体加熱装置の外観を示す斜視図である。 セラミックヒータの外観を示す斜視図である。 セラミックヒータの構成を示す分解斜視図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う透視図である。 導入口の第１開口面を示す斜視図である。 発熱部の先端が排出口に臨む場合の水の流れを示す断面図である。 図１のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 図７のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。 図７のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。 図７のＥ－Ｅ線に沿う断面図である。
　以下、本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る液体加熱装置２００の斜視図、図２はセラミックヒータ１７１の斜視図、図３はセラミックヒータ１７１の分解斜視図、図４は図１のＡ－Ａ線に沿う透視図、図５は排出口１０５の第１開口面Ｓを示す斜視図、図６は発熱部１７ａの先端が排出口１０５に臨む場合の水の流れを示す断面図である。
　この実施形態において、液体加熱装置２００は、温水洗浄便座に設置され、内蔵された２つのセラミックヒータ１７１、１７２により常温の水を加熱して温水を供給するようになっている。
　液体加熱装置２００は、全体として略長円筒状（断面が角丸長方形の筒状）をなし、容器１００と、２つのセラミックヒータ１７１、１７２と、を有する。
　容器１００は、液体Ｗ（水）を収容する内部空間１００ｉを有する長円筒状の胴部１０１と、胴部１０１の軸方向の両端開口をそれぞれ閉塞する先端蓋１０７及び後端蓋１０９と、胴部１０１に一体に設けられた液体Ｗの導入口１０３及び排出口１０５と、を有する。
　そして、胴部１０１の軸方向の両端はフランジ状に径方向に突出し、胴部１０１の両端と、先端蓋１０７及び後端蓋１０９とは、Ｏリング１９０（図７）により気密にシールされている。
　セラミックヒータ１７１、１７２はそれぞれ軸線Ｌ方向に延びる棒状をなし、それぞれ同一方向に（平行に）並んでいる。また、セラミックヒータ１７１、１７２はそれぞれ基端部１７Ｒが容器１００の後端蓋１０９の開口部に封止部１８０によって片持ち式に保持されることで、容器１００に取り付けられている。そして、セラミックヒータ１７１、１７２の先端部１７Ｔが内部空間１００ｉ内に位置している。なお、封止部１８０による保持部は、後述するセラミックヒータの発熱部１７ａよりも基端側であるのはいうまでもない。
　ここで、セラミックヒータ１７１、１７２が同一方向に（平行に）並ぶ、とは、設置時の誤差等を考慮し、すべてのセラミックヒータ１７１、１７２の軸線のなす角の最大値が１０度以下である（０度も含む）ことをいう。
　又、セラミックヒータ１７１、１７２の基端部１７Ｒ側には、外部から電力を供給するための後述するリード線１５，１６が接続されている。
　なお、本例では、胴部１０１の軸方向が軸線Ｌ方向に平行になっていると共に、各セラミックヒータ１７１、１７２の並ぶ方向が胴部１０１の断面の長軸に沿うようにして各セラミックヒータ１７１、１７２が胴部１０１の内部空間１００ｉに収容されている。ただし、胴部１０１の軸方向が軸線Ｌ方向と小さな所定の角度をなしていてもよい。
　また、図示しないが、本例では、液体加熱装置２００は、軸線Ｌ方向が略水平方向で排出口１０５側が若干上方に位置するように温水洗浄便座に設置され、各セラミックヒータ１７１、１７２は横置きされている。
　導入口１０３及び排出口１０５は、内部空間１００ｉに連通するとともに軸線Ｌ方向（胴部１０１の軸方向でもある）に離間して配置されており、外部から導入口１０３を通って導入された液体Ｗは、流れ方向Ｆに沿って内部空間１００ｉを通って排出口１０５から排出される。
　また、容器１００の内壁とセラミックヒータ１７１、１７２との間には隙間が形成されており、導入口１０３を通って内部空間１００ｉに導入された液体Ｗは、セラミックヒータ１７１、１７２の外面に軸線Ｌ方向に沿って接触しつつ加熱された後、排出口１０５まで流れる。
　次に、図２、図３を参照してセラミックヒータの構成について説明する。なお、セラミックヒータ１７１、１７２は同一形状であるので、セラミックヒータ１７１について説明する。
　図２に示すように、セラミックヒータ１７１は、リード線１５，１６を介して外部からの通電により発熱する発熱体１７ｈを有する。発熱体１７ｈは、導体を軸線Ｌ方向に蛇行させて発熱パターンとして形成してなる発熱部１７ａを先端側に有すると共に、発熱部１７ａの両端から後端側に引き出される一対のリード部１７ｂを有している。
　なお、発熱部１７ａは軸線Ｌ方向にＬｈの長さを有する。
　より具体的には、図３に示すように、発熱体１７ｈは、発熱部１７ａと、両リード部１７ｂと、両リード部１７ｂの後端に形成された電極パターン１７ｃとを有し、この発熱体１７ｈは二枚のセラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２の間に挟持される。なお、このセラミックグリーンシートとしては、アルミナが用いられる。また、発熱部１７ａ、リード部１７ｂはタングステンやレニウム等が用いられる。セラミックグリーンシート１７ｓ２の表面にはリード端子１８（図２参照）がロウ付けされる２つの電極パッド１７ｐが形成され、電極パターン１７ｃを電極パッド１７ｐにスルーホールにて接続してセラミックグリーンシートの積層体を形成する。
　更に、この積層体を、セラミックグリーンシート１７ｓ２を表側にして、アルミナ等を主成分とする棒状のセラミック基体１７ｇに巻き付けて焼成することにより、各セラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２がセラミックシート１７ｓとなってセラミック基体１７ｇの外周に巻き付けられて一体化したセラミックヒータ１７１を製造することができる。
　なお、リード線１５，１６はリード端子１８，１８にカシメられて電気的に接続されている（図２参照）。
　又、本例ではセラミック基体１７ｇは中実であるが、筒状であってもよい。但し、筒状の場合は貫通孔から水が漏れないように樹脂等で封止することが望ましい。
　ここで、上記積層体をセラミック基体１７ｇに巻き付ける際、積層体の軸線Ｌ方向に沿う両端同士を、間隔を空けて巻き付ける。このため、セラミックヒータ１７１の外面の巻合わせ部には、軸線Ｌ方向に沿って凹溝となるスリット１７ｖが非発熱部として形成されている。
　従って、セラミックヒータ１７１の径方向の断面を見ると、発熱部１７ａは有端環状をなしてセラミックヒータ１７１に埋設されると共に、発熱部１７ａの２つの環端１７ｅの間に非発熱部となるスリット１７ｖが形成されることになる。
　なお、セラミックグリーンシート１７ｓ１を省略し、セラミックグリーンシート１７ｓ２の裏面側に発熱体１７ｈを印刷等で形成し、発熱体１７ｈ側をセラミック基体１７ｇに向けてセラミックグリーンシート１７ｓ２を巻き付けてもよい。この場合、発熱体１７ｈ（発熱部１７ａ）は、セラミック基体１７ｇとセラミックグリーンシート１７ｓ２の間に配置されることになる。
　これに対し、図３の態様では、発熱体１７ｈ（発熱部１７ａ）は、セラミックシート（セラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２）の間に挟持される、つまり「埋設」されていることになる。
　以上のように、発熱部１７ａがセラミックシート（セラミックグリーンシート１７ｓ１、１７ｓ２）に埋設されている場合と、セラミック基体１７ｇとセラミックグリーンシート１７ｓ２の間に配置されている場合とを合わせて、「セラミックシートが発熱部を備える」と称する。
　次に、図４～図６を参照し、液体加熱装置２００のさらに詳細な構成について説明する。
　図４に示すように、排出口１０５の第１軸線ｎ１方向が、セラミックヒータ１７１、１７２の軸線Ｌ方向に対して交差（本例では軸線Ｌ方向に対して垂直）している。なお、図４は軸線Ｌ方向、および排出口１０５の軸線と直交する方向より透視した図である。又、第１法線ｎ１と比較する「軸線Ｌ方向」とは、セラミックヒータ１７１、１７２の各軸線Ｌ方向を平均した方向である。
　ここで、図５に示すように、第１軸心ｎ１は、排出口１０５の内部空間１００ｉに向く開口端１０５ｅの近傍１０５Ｒにおける軸心であり、開口端１０５ｅは、容器１００の内周面１００ｗと、排出口１０５との境界部である。この境界部は、排出口１０５付近で内周面１００ｗから曲率が急激に変化した部位である。
　又、「開口端１０５ｅの近傍１０５Ｒ」とは、開口端１０５ｅを含み、開口端１０５ｅよりも下流側の排出口１０５の内壁をいう。「第１軸心ｎ１」とは、この内壁で形成される柱状体における軸心であり、柱状体の断面の重心を通る。
　なお、図５は容器１００の内部空間１００ｉ側から排出口１０５へ向かって見たときの図である。また、本例では開口端１０５ｅは円形である。
　ここで、「近傍１０５Ｒにおける第１軸心ｎ１」を規定した理由は、本発明においては、内部空間１００ｉから排出口１０５の開口端１０５ｅへ向けて流れる液体Ｗの方向が重要であるからである。つまり、開口端１０５ｅから外部へ向かう液体Ｗは、近傍１０５Ｒにおける排出口１０５の内壁の向きで流れを規制され、「近傍１０５Ｒにおける第１軸心ｎ１」の方向が重要であるからである。
　さらに、図４に示すように、発熱部１７ａの先端は、排出口１０５よりも基端部１７Ｒ側に位置する。
　ここで、「排出口１０５よりも基端部１７Ｒ側」とは、排出口１０５の第１開口領域Ｓの最も基端１７Ｒ側の縁部１０５ｆよりも基端部１７Ｒ側であることをいう。
　なお、「第１開口領域Ｓ」とは、第１軸心ｎ１方向に開口端１０５ｅを投影した領域である。
　このようにすると、導入口１０３及び排出口１０５がセラミックヒータ１７１，１７２の軸線Ｌ方向に配置されている構造において、導入口１０３から導入された水は、流れ方向Ｆに沿って排出口１０５へ向かってセラミックヒータ１７１，１７２の先端部１７Ｔ側へ流れるので、セラミックヒータ１７１，１７２の基端部１７Ｒ側に位置する封止部１８０へ向かい難い。これにより、封止部１８０付近のヒータに沸騰気泡が滞留することを抑制できる。
　また、第１軸心ｎ１方向が軸線Ｌ方向に対して交差する向きに排出口１０５が配置されているので、セラミックヒータ１７１，１７２を横置き（軸線Ｌ方向が水平方向）した場合であっても、排出口１０５の出口を上向きにして容器１００で加熱された水、ひいては沸騰気泡を外部に排出し易く、封止部１８０付近のヒータへの沸騰気泡の滞留をさらに抑制できる。
　さらに加えて、発熱部１７ａの先端が排出口１０５よりも基端部１７Ｒ側に位置するので、流れ方向Ｆに沿って液体Ｗが流れる際、沸騰気泡が排出口１０５の近傍に溜まることを抑制し、沸騰気泡の容器１００の外部への排出をさらに促進することができる。
　一方、図６に示すように、仮に発熱部１７ａの先端が排出口１０５（の第１開口面Ｓ）に臨む場合、沸騰気泡の容器１００の外部への排出が滞るという不具合がある。
　以上を総合して、本実施形態によれば、セラミックヒータから発生する沸騰気泡を容器の外部に排出し易くし、シール性低下やセラミックヒータの寿命低下を抑制することができる。
　なお、セラミックヒータ１７１，１７２が、１００Ｗ/ｃｍ２以上のワット密度を有すると、セラミックヒータひいては液体加熱装置２００全体を小型化できるので好ましい。
　また、セラミックヒータを小型化するほど、ヒータ温度をより高温にする必要が生じて沸騰気泡が多くなるので、本発明がさらに有効となる。
　図７～図１０を参照し、液体加熱装置２００のその余の構成について説明する。
　図８に示すように、セラミックヒータ１７１，１７２のスリット１７ｖが導入口１０３から遠い側である容器１００の長軸方向の外側に向いている。
　このようにすると、導入口１０３及び排出口１０５がセラミックヒータ１７１，１７２の軸線Ｌ方向に配置されている構造において、導入口１０３からセラミックヒータ１７１，１７２の外面に最初に高い流速で当たる液体に、スリット１７ｖが存在（対向）しないので、最初に内部空間１００ｉに導入された液体は発熱部１７ａで有効に加熱される。その結果、水全体を均等に加熱して加熱効率が向上する。
　また、図９に示すように、導入口１０３と排出口１０５との間における内部空間１００ｉには、複数の各セラミックヒータ１７１，１７２を１個ずつ分離する隔壁１００ｓが設けられ、導入口１０３から導入された水は、隔壁１００ｓ内を個々のセラミックヒータ１７１，１７２毎に流れるようになっている。
　これにより、隔壁１００ｓ内の狭い隙間を水が流れて個々のセラミックヒータ１７１，１７２により加熱されるので、加熱効率がさらに向上する。
　なお、図１０に示すように、排出口１０５近傍における内部空間１００ｉには、隔壁１００ｓが設けられず、単一の内部空間１００ｉとなっている。
　これにより、排出口１０５近傍で内部空間１００ｉの容積が大きくなるので、導入口１０３側で生じた沸騰気泡が排出口１０５から外部へ抜けやすくなる。又、別個の隔壁１００ｓ内を加熱されてきた水が合流し、均一な温度の温水が得られる。
　なお、図７は液体加熱装置２００の短軸の中心を通り、軸線Ｌ方向に切断した断面図であり、図８，図９，図１０は図７の軸線Ｌ方向に垂直な断面図である。
　本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
　例えば、液体加熱装置やセラミックヒータの形状は限定されない。液体加熱装置が備えるセラミックヒータは１つであってもよく、３本以上であってもよい。
　図１に示す液体加熱装置２００を製造した。
　まず、セラミックヒータの原料セラミックとして、アルミナ粉および焼結助材となるガラス成分粉をミルで水と粉砕混合し、バインダを混ぜて粘土状の混合体を得た。これを押出機にて中子を設置した口金にて押出し、筒状のセラミック基体を形成して所定長さに切断し、仮焼した。セラミック基体の外径および長さは焼成収縮率を考慮し対応した。
　一方でアルミナグリーンシート上にタングステン、モリブデンペーストでヒータパターンおよびこれに繋がってシート反対面に繋がる端子部を印刷、形成した。ヒータ印刷エリアのサイズはセラミック焼成時の収縮率を加味して寸法を規定した。ヒータパターンは高温時の抵抗値、温度上昇分の抵抗変動量（抵抗温度係数×温度差×初期抵抗値）から室温時の抵抗値を算出し、形成した。また、シートサイズも同様に焼成収縮率を考慮し準備、切断した。
　既定のサイズに切断した印刷済みセラミックグリーンシートを仮焼済みのセラミック基体に巻付け、一体焼成し、完成時のヒータ全長６０mm、ヒータエリア長３０mm、外径２．８mm、室温抵抗値９Ωのセラミックヒータを得た。ヒータ焼成体の露出端子部にＮｉメッキを施し、Ｎｉ製リード部をＡｇロウにてロウ付け接合した。さらに、リード部にリード線をカシメてセラミックヒータとした。
　次に、樹脂製の容器に２本のセラミックヒータを取り付けた。具体的には、後端蓋の２つの貫通孔に各セラミックヒータを貫通させ、封止部としてエポキシ接着剤を用いて各セラミックヒータを固定した。そして、Ｏリングを介して、後端蓋、胴部、先端蓋を気密に接続し、液体加熱装置２００を製造した。
　得られた液体加熱装置２００に、流量４５０cc/min、水温５℃の水を導入し、出湯温度が３５℃となるようにセラミックヒータ１本当たりの印加電圧を制御した。
　その結果、封止部は常に水中に浸漬され、発生した沸騰気泡が封止部近傍に滞留することがなかった。又、液体加熱装置２００に連続して上記流量の水を流し、１５秒印加、１５秒印加停止のサイクルを１０サイクル連続しても温水が正常に得られた。その際、ヒータごとの抵抗値変化は同等であったので、それぞれのヒータ温度は同等であると考えられる。
　１７ａ　　発熱部
　１７ｇ　　セラミック基体
　１７ｓ　　セラミックシート
　１７Ｔ　　セラミックヒータの先端部
　１７Ｒ　　セラミックヒータの基端部
　１７ｖ　　スリット
　１００　　容器
　１００ｉ　　内部空間
　１００ｗ　　容器の内周面
　１０３　　導入口
　１０５　　排出口
　１０５ｅ　　排出口の開口端
　１０５Ｒ　　開口端の近傍
　１７１、１７２　　セラミックヒータ
　２００　　液体加熱装置
　Ｌ　　軸線
　Ｓ　　第１開口領域
　ｎ１　　第１軸心
　Ｗ　　液体

Claims (4)

  1. 　内部空間と、前記内部空間に連通する液体の導入口及び排出口と、を有する容器と、
    　自身の先端部が前記内部空間内に位置し、自身の基端部が前記容器に保持されることで前記容器に取り付けられるセラミックヒータであって、軸線方向に延びるセラミック基体と、該セラミック基体の外周に巻き付けられると共に発熱部を備えるセラミックシートと、を有し、前記セラミックシートの巻合わせ部に前記軸線方向に延びるスリットが非発熱部として形成されているセラミックヒータと、
    を備え、
    　前記容器と前記セラミックヒータとの間には隙間が形成されており、前記液体が、前記導入口から導入され、前記内部空間を通って、前記排出口まで流れる過程において、前記セラミックヒータによって前記液体を加熱する液体加熱装置であって、
    　前記排出口は、前記導入口と前記軸線方向に離間して配置されると共に、前記排出口の前記内部空間に向く開口端の近傍における第１軸心方向は、前記軸線方向に交差し、
    　前記発熱部の先端は、前記排出口よりも前記基端側に位置することを特徴とする液体加熱装置。
  2. 　前記セラミックヒータが、１００Ｗ/ｃｍ２以上のワット密度を有することを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
  3. 　前記セラミックヒータが前記容器内に複数配置され、各セラミックヒータが同一方向に延び、
    　全ての前記セラミックヒータにおいて前記発熱部の先端が前記排出口よりも前記基端側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体加熱装置。
  4. 　前記発熱部が、前記セラミックシートに埋設されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の液体加熱装置。
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