JPS58103796A - 発熱素子 - Google Patents
発熱素子Info
- Publication number
- JPS58103796A JPS58103796A JP56204332A JP20433281A JPS58103796A JP S58103796 A JPS58103796 A JP S58103796A JP 56204332 A JP56204332 A JP 56204332A JP 20433281 A JP20433281 A JP 20433281A JP S58103796 A JPS58103796 A JP S58103796A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating element
- base material
- heating
- ceramic base
- thermal conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は給湯用、暖房用などに用いられる温水加熱装置
に使用すると好適な発熱素子に関するものである。
に使用すると好適な発熱素子に関するものである。
従来の発熱素子を使用した温水加熱装置は第6図および
第6図に示すように、一端を冷水路と接続する流入口2
1とした円筒状の面発熱体22と、この円筒状の面発熱
体22の外周との間に加熱流路23を形成する外ケース
24とにより構成されている。前記外ケース24には、
面発熱体22の流入口21側に位置して流出路25を設
けている。
第6図に示すように、一端を冷水路と接続する流入口2
1とした円筒状の面発熱体22と、この円筒状の面発熱
体22の外周との間に加熱流路23を形成する外ケース
24とにより構成されている。前記外ケース24には、
面発熱体22の流入口21側に位置して流出路25を設
けている。
また前記円筒状の面発熱体22は円筒状のセラミック材
からなる基材A26と、基板B27とで線状のヒータパ
ターンよりなる発熱抵抗体28を挾持して構成している
。そして前記基材A26は、成形時の歪みを極力小さく
するとともに、円筒状の面発熱体22の機械的強度を保
持するために、所定の厚みtlを必要とし、また基材B
27は基材A26の外周にローリングするため、その作
業が良好に行なえるように、基材A26の厚みtlに比
べ、非常に小さな厚みt2 で構成されている。
からなる基材A26と、基板B27とで線状のヒータパ
ターンよりなる発熱抵抗体28を挾持して構成している
。そして前記基材A26は、成形時の歪みを極力小さく
するとともに、円筒状の面発熱体22の機械的強度を保
持するために、所定の厚みtlを必要とし、また基材B
27は基材A26の外周にローリングするため、その作
業が良好に行なえるように、基材A26の厚みtlに比
べ、非常に小さな厚みt2 で構成されている。
上記従来の構成において、流入口21から流入した冷水
は、円筒状の面発熱体22の内管路22′で加熱てれな
がら左端開放部に達し、その後、加熱流路23に流入し
、さらに加熱され、流出路25より温水となって流出す
る。
は、円筒状の面発熱体22の内管路22′で加熱てれな
がら左端開放部に達し、その後、加熱流路23に流入し
、さらに加熱され、流出路25より温水となって流出す
る。
上記加熱工程において、円筒状の面発熱体22の表面温
度は、セラミック基材A26 、B27の厚みtl 、
t2 と前記円筒状の面発熱体22の表面における水
への熱伝達率との関係により決まる。
度は、セラミック基材A26 、B27の厚みtl 、
t2 と前記円筒状の面発熱体22の表面における水
への熱伝達率との関係により決まる。
上記従来例においては、円筒状の面発熱体22における
内管路22′の流速は、加熱流路23の流速に比べて速
いため、円筒状の面発熱体22の内周面の水への熱伝達
率は外周面の熱伝達率より大きくなる。一方、円筒状の
面発熱体22の内周面側基材A26の厚みtlは外周面
側基材B27の厚みt2 に比べて大きい。従って、
発熱抵抗体28から円筒状の面発熱体22の内周面への
伝熱抵抗は外周面への伝熱抵抗工9大きい。その結果、
円筒状の面発熱体22の内周面は、水への熱伝達率が大
きいのに対し、発熱抵抗体28からの伝熱抵抗が大きい
ため、その表面温度は第7図のTaiで示すように低下
する。また円筒状の面発熱体22の外周面は、水への熱
伝達率が小さいのに対し、発熱抵抗体28からの伝熱抵
抗が小さいため、その表面温度は第7図のTaOで示す
ように、高くなる。
内管路22′の流速は、加熱流路23の流速に比べて速
いため、円筒状の面発熱体22の内周面の水への熱伝達
率は外周面の熱伝達率より大きくなる。一方、円筒状の
面発熱体22の内周面側基材A26の厚みtlは外周面
側基材B27の厚みt2 に比べて大きい。従って、
発熱抵抗体28から円筒状の面発熱体22の内周面への
伝熱抵抗は外周面への伝熱抵抗工9大きい。その結果、
円筒状の面発熱体22の内周面は、水への熱伝達率が大
きいのに対し、発熱抵抗体28からの伝熱抵抗が大きい
ため、その表面温度は第7図のTaiで示すように低下
する。また円筒状の面発熱体22の外周面は、水への熱
伝達率が小さいのに対し、発熱抵抗体28からの伝熱抵
抗が小さいため、その表面温度は第7図のTaOで示す
ように、高くなる。
以上のように従来の発熱菓子を用いた温水加熱装置にお
いては、円筒状の面発熱体22の内周面、外周面上での
表面温度差が非常に大きいため、熱交換状態にアンバラ
ンスを生じ、その結果1発熱体の全表面が熱交換に対し
有効に生がざnず、熱交換効率が低下する。
いては、円筒状の面発熱体22の内周面、外周面上での
表面温度差が非常に大きいため、熱交換状態にアンバラ
ンスを生じ、その結果1発熱体の全表面が熱交換に対し
有効に生がざnず、熱交換効率が低下する。
また前記面発熱体22の外周面は高温になり、局部的な
核沸騰を起こし、スケールの主成分である重炭酸カルシ
ウム、重炭酸マグネシウムの飽和溶解度を示す温度以上
となり、スケールが面発熱体22の表面に析出する。第
8図は重炭酸カルシウムのPKと温度と溶解度の関係を
示したものである。そしてこのスケールは円筒状の面発
熱体22の表面で徐々に厚みを増し、発熱抵抗体28か
ら面発熱体22の表面への熱伝達を悪化させ、熱交換効
率を下げるとともに、発熱抵抗体28の温度を異常に高
めてしまうため、発熱抵抗体28を断線δせてしまう。
核沸騰を起こし、スケールの主成分である重炭酸カルシ
ウム、重炭酸マグネシウムの飽和溶解度を示す温度以上
となり、スケールが面発熱体22の表面に析出する。第
8図は重炭酸カルシウムのPKと温度と溶解度の関係を
示したものである。そしてこのスケールは円筒状の面発
熱体22の表面で徐々に厚みを増し、発熱抵抗体28か
ら面発熱体22の表面への熱伝達を悪化させ、熱交換効
率を下げるとともに、発熱抵抗体28の温度を異常に高
めてしまうため、発熱抵抗体28を断線δせてしまう。
ざらに従来の発熱素子においては、円筒状の面発熱体2
2の外周面の表面温度を低くするために、表面積を増大
させる。すなわち面発熱体22の外径D2 を増大さ
せる手段を施すことにより、スケールの付着や、発熱抵
抗体28の異常高温による断線を防止するようにしてい
たが、これにおいては発熱素子自体が非常に大きくなる
という欠点を有するものであった。
2の外周面の表面温度を低くするために、表面積を増大
させる。すなわち面発熱体22の外径D2 を増大さ
せる手段を施すことにより、スケールの付着や、発熱抵
抗体28の異常高温による断線を防止するようにしてい
たが、これにおいては発熱素子自体が非常に大きくなる
という欠点を有するものであった。
本発明は、上記従来の欠点に鑑み、厚みの異なる2つの
セラミック基材の間に発熱抵抗体を挾持して構成すると
ともに、前記2つのセラミック基材は、厚みの薄い側を
熱伝導率の小さい材料で構成し、かつ厚みの厚い側を熱
伝4率の大きい材料で構成することにより、発熱抵抗体
から2つのセラミック基材への熱伝達量が変わるように
して、発熱菓子の両側面の表面平均1温度が略等しくな
るようにしたもので、これにより、発熱菓子の表面平均
温度をスケール生成温度以下に容易に保持することがで
きるようにするとともに、発熱素子のコンパクト化がは
かnるようにしたものである。
セラミック基材の間に発熱抵抗体を挾持して構成すると
ともに、前記2つのセラミック基材は、厚みの薄い側を
熱伝導率の小さい材料で構成し、かつ厚みの厚い側を熱
伝4率の大きい材料で構成することにより、発熱抵抗体
から2つのセラミック基材への熱伝達量が変わるように
して、発熱菓子の両側面の表面平均1温度が略等しくな
るようにしたもので、これにより、発熱菓子の表面平均
温度をスケール生成温度以下に容易に保持することがで
きるようにするとともに、発熱素子のコンパクト化がは
かnるようにしたものである。
以下、本発明の一実施例について、第1図〜第4図にも
とづいて説明する。第1図、第2図において、1は円筒
状に構成された発熱素子で、この発熱菓子1はセラミッ
ク基材A2とセラミック基材B3とで線状のヒータパタ
ーンよりなる発熱抵抗体4を挾持することによ多構成し
ている。″また前記発熱素子1は内管路5を有するとと
もに、一端には、冷水供給管への接続ねじ6f:取付け
た流体流入ロアを内管路5と連通するように設けている
。8は外ケースで、この外ケース8は発熱素子1の外周
との間に加熱流路9を形成し、かつ前記発熱素子1の内
管路6の他端(illを閉塞し、ざらに前記流体流入ロ
ア側に位置して流体流出口1oを設けている〇 次に上記実施例におけるセラミック基材A2とセラミッ
ク基材B3の熱伝導率の最適化について述べる。セラミ
ック基材A2とセラミック基材B3の厚みtA、tBは
材料費あるいは熱容量の面から当然薄い方が良いが、セ
ラミック基材A2の厚みtAについては、成形時の歪み
を極力小さく押さえ、かつ発熱素子1の機械的強度を保
持するために所定の厚みを必要とし、またセラミック基
材B3の厚みtB については、電気絶縁性を作っため
にある一定の厚みが要求8nるが、セラミック基材A2
の外周に0 1Jングするため、その作業が良好に行な
えるように、セラミック基材ム2の厚みtAVC比べ非
常に小さな厚みとしている。
とづいて説明する。第1図、第2図において、1は円筒
状に構成された発熱素子で、この発熱菓子1はセラミッ
ク基材A2とセラミック基材B3とで線状のヒータパタ
ーンよりなる発熱抵抗体4を挾持することによ多構成し
ている。″また前記発熱素子1は内管路5を有するとと
もに、一端には、冷水供給管への接続ねじ6f:取付け
た流体流入ロアを内管路5と連通するように設けている
。8は外ケースで、この外ケース8は発熱素子1の外周
との間に加熱流路9を形成し、かつ前記発熱素子1の内
管路6の他端(illを閉塞し、ざらに前記流体流入ロ
ア側に位置して流体流出口1oを設けている〇 次に上記実施例におけるセラミック基材A2とセラミッ
ク基材B3の熱伝導率の最適化について述べる。セラミ
ック基材A2とセラミック基材B3の厚みtA、tBは
材料費あるいは熱容量の面から当然薄い方が良いが、セ
ラミック基材A2の厚みtAについては、成形時の歪み
を極力小さく押さえ、かつ発熱素子1の機械的強度を保
持するために所定の厚みを必要とし、またセラミック基
材B3の厚みtB については、電気絶縁性を作っため
にある一定の厚みが要求8nるが、セラミック基材A2
の外周に0 1Jングするため、その作業が良好に行な
えるように、セラミック基材ム2の厚みtAVC比べ非
常に小さな厚みとしている。
以上述へたような条件を満たす厚みtA、tBを有する
発熱素子1において、セラミック基材A2およびセラミ
ック基材B3の各々の熱伝導率λ□。
発熱素子1において、セラミック基材A2およびセラミ
ック基材B3の各々の熱伝導率λ□。
A8による熱伝導条件の変化を示すと、第3図のように
なる。この第3図において、発熱素子1の外周側110
表面表面温度TSO,発熱素子1の内周側120表面表
面温1iTB1の最高値は、熱伝導率比(λA/λB)
が変化することにより、P11P2→P3 のように
変化し、そして両者が交わる22点、すなわち ’l’B□=’、l’31 ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(1)となる点において、同一発熱
量に対して表面平均温度は最小となるため、スケール生
成温度Tsp以下に制御することができるとともに、両
者の熱交換効率のアンバランスもなくなるものである。
なる。この第3図において、発熱素子1の外周側110
表面表面温度TSO,発熱素子1の内周側120表面表
面温1iTB1の最高値は、熱伝導率比(λA/λB)
が変化することにより、P11P2→P3 のように
変化し、そして両者が交わる22点、すなわち ’l’B□=’、l’31 ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(1)となる点において、同一発熱
量に対して表面平均温度は最小となるため、スケール生
成温度Tsp以下に制御することができるとともに、両
者の熱交換効率のアンバランスもなくなるものである。
また、第4図は発熱素子1の表面平均温度をスケール生
成温度以下に保持する場合に必要な発熱素子1の外径D
1と、各セラミック基材A2.B3Ω熱伝導率比(λB
/λB)との関係を示したもので、値は、(λA/λB
)が最適熱伝導率比(λAA3B。
成温度以下に保持する場合に必要な発熱素子1の外径D
1と、各セラミック基材A2.B3Ω熱伝導率比(λB
/λB)との関係を示したもので、値は、(λA/λB
)が最適熱伝導率比(λAA3B。
に等しくなった時であり、これは前述した(λA/A”
B)の最適条件と一致するものである。
B)の最適条件と一致するものである。
したがって、上記(1)式を満足する発熱素子1は、同
−発熱量に対して、最も小型で省資源となる発熱素子1
を構成することができる。
−発熱量に対して、最も小型で省資源となる発熱素子1
を構成することができる。
なお、第3図および第4図に示した関係は、発熱素子1
と、内管路5および加熱流路9を流れる流体との熱伝導
率1発熱抵抗体4の発熱量等を入力して、数値計算を行
なうことにより得らnる。
と、内管路5および加熱流路9を流れる流体との熱伝導
率1発熱抵抗体4の発熱量等を入力して、数値計算を行
なうことにより得らnる。
また前記セラミック基材A2の厚みtA とセラミック
基材B3の厚みtBは、前述したようにそれぞn異なら
せていて、tA>tBの関係にしているため、円筒状の
発熱素子1の内側と外側の表面平均温度を略等しくする
ためには、セラミック基材A2の熱伝導率λ□と、セラ
ミック基材B3の熱伝導率λ8はλえ〉A8の関係にす
る必要があり、したがって本発明の一実施例においては
、厚みの厚いセラミック基材A2を熱伝導率の大きいア
ルミナ系セラミック材料で構成し、かつ厚みの薄いセラ
ミック基材B3を熱伝導率の小姑いステアタイト系セラ
ミック材料で構成したものである。このような構成とす
ることにより、発熱素子1の外径′D1 を大きくす
ることなく、前述した最適伝熱条件(1)式を満足させ
ることができる。
基材B3の厚みtBは、前述したようにそれぞn異なら
せていて、tA>tBの関係にしているため、円筒状の
発熱素子1の内側と外側の表面平均温度を略等しくする
ためには、セラミック基材A2の熱伝導率λ□と、セラ
ミック基材B3の熱伝導率λ8はλえ〉A8の関係にす
る必要があり、したがって本発明の一実施例においては
、厚みの厚いセラミック基材A2を熱伝導率の大きいア
ルミナ系セラミック材料で構成し、かつ厚みの薄いセラ
ミック基材B3を熱伝導率の小姑いステアタイト系セラ
ミック材料で構成したものである。このような構成とす
ることにより、発熱素子1の外径′D1 を大きくす
ることなく、前述した最適伝熱条件(1)式を満足させ
ることができる。
以」二のように本発明によれは、厚みの異なる2つのセ
ラミック基材の間に発熱抵抗体を挟持して構成するとと
もに、前記2つのセラミック基材は、厚みの薄い側を熱
伝導率の小さい材料で構成し、かつ厚みの厚い側を熱伝
導率の大きい材料で構成しているため、発熱抵抗体から
2つのセラミック基材への熱伝達量は変化することにな
り、その結果、厚みの厚い側の表面平均温度と厚みの薄
い側の表面平均温度を略等しくすることができるため、
発熱素子の表面平均温度をスケール生成温度以下に容易
に保持することができ、かつ発熱素子の表面積を増太嘔
せて表面温度を下げるために発熱素子の外径を大きくす
るという必要もないため、コンパクトな発熱素子を提供
することができるもの0 である。
ラミック基材の間に発熱抵抗体を挟持して構成するとと
もに、前記2つのセラミック基材は、厚みの薄い側を熱
伝導率の小さい材料で構成し、かつ厚みの厚い側を熱伝
導率の大きい材料で構成しているため、発熱抵抗体から
2つのセラミック基材への熱伝達量は変化することにな
り、その結果、厚みの厚い側の表面平均温度と厚みの薄
い側の表面平均温度を略等しくすることができるため、
発熱素子の表面平均温度をスケール生成温度以下に容易
に保持することができ、かつ発熱素子の表面積を増太嘔
せて表面温度を下げるために発熱素子の外径を大きくす
るという必要もないため、コンパクトな発熱素子を提供
することができるもの0 である。
第1図は本発明の一実施例を示す発熱素子を採用した温
水力p熱装置の一部破断側面図、第2図は第1図のA
−A’ 線断面図、第3図は発熱素子の表面温度と熱伝
導率比の関係を示す特性図、第4図は同発熱素子の外径
と熱伝導率比の関係を示す特性図、第5図は従来の発熱
素子を採用した温水加熱装置の一部破断側面図、第6図
は第5図のB−B’線断面図、第7図は従来の円筒状面
発熱体の表面温腿を示す展開グラフ、第8図は重炭酸力
ルンウムのPHと温度と溶解度との関係を示すグラフで
ある。 1・・・・・・発熱素子、2・・・・・・セラミック基
材A、3・・・・・・セラミック基材B、4・・・・・
・発熱抵抗体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 第3図 第4図 第5図 2.5 16図
水力p熱装置の一部破断側面図、第2図は第1図のA
−A’ 線断面図、第3図は発熱素子の表面温度と熱伝
導率比の関係を示す特性図、第4図は同発熱素子の外径
と熱伝導率比の関係を示す特性図、第5図は従来の発熱
素子を採用した温水加熱装置の一部破断側面図、第6図
は第5図のB−B’線断面図、第7図は従来の円筒状面
発熱体の表面温腿を示す展開グラフ、第8図は重炭酸力
ルンウムのPHと温度と溶解度との関係を示すグラフで
ある。 1・・・・・・発熱素子、2・・・・・・セラミック基
材A、3・・・・・・セラミック基材B、4・・・・・
・発熱抵抗体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 第3図 第4図 第5図 2.5 16図
Claims (1)
- 厚みの異なる2つのセラミック基材の間に発熱抵抗体を
挾持して構成するとともに、前記2つのセラミック基材
は、厚みの薄い側を熱伝導率の小さい材料で構成し、か
つ厚みの厚い側を熱伝導率の大きい材料で構成した発熱
素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56204332A JPS58103796A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 発熱素子 |
| US06/455,244 US4563571A (en) | 1981-12-16 | 1982-12-10 | Electric water heating device with decreased mineral scale deposition |
| CA000417730A CA1205841A (en) | 1981-12-16 | 1982-12-15 | Water heating device |
| EP82306725A EP0082025B1 (en) | 1981-12-16 | 1982-12-16 | Water heating device |
| DE8282306725T DE3271699D1 (en) | 1981-12-16 | 1982-12-16 | Water heating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56204332A JPS58103796A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 発熱素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103796A true JPS58103796A (ja) | 1983-06-20 |
Family
ID=16488737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56204332A Pending JPS58103796A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | 発熱素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103796A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441646A (en) * | 1977-09-09 | 1979-04-03 | Casio Comput Co Ltd | Undefined line number display system |
| JPS5543751A (en) * | 1978-09-21 | 1980-03-27 | Tokyo Shibaura Electric Co | Plane heating element |
-
1981
- 1981-12-16 JP JP56204332A patent/JPS58103796A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441646A (en) * | 1977-09-09 | 1979-04-03 | Casio Comput Co Ltd | Undefined line number display system |
| JPS5543751A (en) * | 1978-09-21 | 1980-03-27 | Tokyo Shibaura Electric Co | Plane heating element |
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