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WO2023119978A1 - 液体加熱装置 - Google Patents

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WO2023119978A1
WO2023119978A1 PCT/JP2022/042819 JP2022042819W WO2023119978A1 WO 2023119978 A1 WO2023119978 A1 WO 2023119978A1 JP 2022042819 W JP2022042819 W JP 2022042819W WO 2023119978 A1 WO2023119978 A1 WO 2023119978A1
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WO
WIPO (PCT)
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ceramic heater
inner hole
liquid
ceramic
internal space
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/042819
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
友亮 牧野
侑也 東出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
Niterra Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Niterra Co Ltd filed Critical Niterra Co Ltd
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Priority to CN202280068470.4A priority patent/CN118176826A/zh
Priority to JP2023519663A priority patent/JPWO2023119978A1/ja
Priority to US18/703,807 priority patent/US20240422866A1/en
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    • 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
    • H05B3/78—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
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • 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
    • H05B3/46—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base

Definitions

  • the present invention relates to a liquid heating device that produces hot water or the like 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.
  • 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.
  • a rod-shaped ceramic heater generally has a through hole in the center.
  • the liquid heating unit described in Patent Document 1 has a structure in which the base end of the ceramic heater is held on the side surface of the case that stores the liquid, and the tip side of the ceramic sheet is brought into contact with the liquid in the case. there is At this time, the tip of the through-hole is sealed with a ceramic plate so that the liquid does not leak from the through-hole of the ceramic heater to the outside of the case.
  • downsizing of liquid heating apparatuses is demanded, and ceramic heaters tend to be downsized as well.
  • the ceramic heater is made smaller (reduced in diameter), it is necessary to increase the heating temperature of the heater itself when producing hot water at the required temperature, which may cause cracks, breakage, etc. in the heater. . Moreover, overheating of the heater may damage the fixing portion (sealing portion) between the heater and the liquid heating device, resulting in leakage of the liquid.
  • an object of the present invention is to provide a liquid heating apparatus that suppresses leakage of liquid from the inner hole of the ceramic heater to the outside, and suppresses breakage due to overheating of the ceramic heater.
  • the liquid heating apparatus of the present invention includes a container having an internal space, an inlet port and a discharge port communicating with the internal space, and a container extending in the front-rear direction and having a distal end portion of the container having the internal space. and a ceramic heater having a heat-generating part at the tip, wherein the liquid is introduced from the introduction port, passes through the internal space, and flows to the discharge port by the ceramic heater.
  • the ceramic heater has an inner hole extending in the front-rear direction and having an opening formed at a distal end thereof and communicating with the inner space, and the inner hole extends at the base end side It is characterized by being blocked by a blocking part.
  • the ceramic heater has an inner hole, and the inner hole communicates with the inner space of the container. Leakage to the outside from the hole can be suppressed. Furthermore, since the tip side of the inner hole is open as an opening, the air in the inner hole expands and contracts as the heater is heated and stopped, and the liquid can be easily introduced into the inner hole when the air is contracted. As a result, the ceramic heater can be cooled through the inner hole, and damage or the like due to overheating of the ceramic heater can be suppressed.
  • the closing portion may be positioned closer to the proximal end than the heat generating portion. According to this liquid heating device, the volume of the inner hole can be increased compared to the case where the closing portion is located on the distal end side of the heat generating portion. The amount of liquid introduced to the can be increased.
  • the closing portion is a separate member from the ceramic heater, and is connected to the proximal end of the ceramic heater to form a second internal space inside itself as part of the inner hole. may be arranged in a separate member on which is formed.
  • the inner hole of the ceramic heater communicates with the second inner space of the separate member, the volume of the inner hole of the ceramic heater is substantially increased by the second inner space of the separate member. . Then, the expansion and contraction of the air in the inner hole becomes greater than when the separate member is not used. Cooling of the ceramic heater through the holes can be further promoted.
  • the watt density may be 100 W/cm 2 when an AC voltage of 100 V is applied to the ceramic heater.
  • the heating temperature of the heater itself tends to be higher, so the present invention can be effectively applied.
  • the maximum width of the inner wall surface forming the inner hole may be 0.5 to 5.0 mm in a cross section obtained by cutting the ceramic heater in a radial direction orthogonal to the front-rear direction. .
  • the maximum width of the inner wall surface forming the inner hole is 0.5 to 5.0 mm, the liquid hardly penetrates into the inner hole, so the present invention can be effectively applied.
  • 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
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the effect of closing the inner hole of the ceramic heater on the base end side and opening it on the tip side.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of the closing portion
  • FIG. 4 is a diagram showing a method of measuring the maximum width of the inner wall surface forming the inner hole of the ceramic heater;
  • 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. 1 is a perspective view along .
  • 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 warm 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 (not shown). .
  • the ceramic heaters 171 and 172 each have a rod shape extending in the front-rear direction L and extend 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.
  • 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.
  • one end 50a of a cylindrical rubber hose 50 is connected to base ends of the ceramic heaters 171 and 172.
  • the rubber hose 50 itself is wound in the horizontal direction, and the inner hole of the other end 50b projecting upward from the center of the wound portion is sealed with a resin 60.
  • the resin 60 corresponds to the "blocking part" in the claims.
  • the axial direction of the body portion 101 is parallel to the front-rear direction 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 liquid heating device 200 is installed on a warm water washing toilet seat so that the front-rear direction 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 front-rear direction 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. Further, 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 100i through the inlet 103 flows forward and backward on the outer surfaces of the ceramic heaters 171 and 172. After being heated while contacting along the direction L, 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 front-rear direction 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. are doing.
  • the heat generating portion 17a is formed over a region Lh in the front-rear direction 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 cylindrical ceramic substrate 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 ceramic heater 171 which is wrapped around and integrated with the outer periphery of the ceramic base 17g.
  • the ceramic substrate 17g is cylindrical and has an inner hole 17i forming a through hole in the center.
  • the lead wires 15 and 16 are crimped and electrically connected to the lead terminals 18 and 18 (see FIG. 2).
  • a slit 17v which is a concave groove along the front-rear direction L, is formed in the winding portion of the outer surface of the ceramic heater 171 as a non-heat-generating portion. 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 inner hole 17i of the ceramic heater 171 has an opening at the tip and communicates with the inner space 100i of the container 100.
  • one end 50a of a rubber hose 50 is connected to the base end side of the ceramic heater 171 so as to fit onto the ceramic substrate 17g.
  • a second internal space 50i that communicates with the internal hole 17i and becomes a part of the internal hole 17i is formed as an internal hole.
  • the inner hole of the other end 50b of the rubber hose 50 is sealed with a resin 60. As shown in FIG.
  • the base end side of the inner hole 17i is also closed.
  • the inner hole 17i is closed at the base end side, so that the liquid in the container 100 is W can be suppressed from leaking to the outside from the inner hole 17i.
  • the air inside the inner hole 17i cools and contracts, and the liquid W in the container 100 enters the inner hole 17i as the intruding water Wi from the opening m, and enters the inner hole 17i from the inner hole 17i side.
  • the ceramic heater 171 is cooled (FIG. 5(c)). In this way, damage or the like due to overheating of the ceramic heater 171 is suppressed. In particular, if the ceramic heater is made smaller (reduced in diameter), it becomes difficult to introduce the liquid W into the inner hole 17i. W can be easily introduced for cooling.
  • the base end side of the inner hole 17i of the ceramic heater 171 may be directly closed with a closing portion 62 such as a sealing material.
  • Closing with (rubber hose 50) has the following effects. That is, when the rubber hose 50 shown in FIG. 4 is used, the inner hole 17i of the ceramic heater 171 and the second inner space 50i of the rubber hose 50 communicate with each other. increase substantially. As a result, the expansion and contraction of the air in the inner hole 17i shown in FIG. 5 become greater than when the separate member (rubber hose 50) is not used.
  • the amount of liquid W introduced into the inner hole 17i can be increased due to the expansion and contraction of the air in the inner hole 17i, and the cooling of the ceramic heater 171 through the inner hole 17i can be further promoted.
  • the internal volume V2 of the second internal space 50i of the rubber hose 50 is twice or more the internal volume V1 of the internal hole 17i of the ceramic heater 171
  • the apparent volume of the internal hole 17i is three times or more. , which is preferable because cooling can be reliably promoted.
  • the closing portions 60 and 62 are positioned closer to the base end side than the heat generating portion 17a. By doing so, the volume of the inner hole 17i can be increased compared to the case where the closing portions 60 and 62 are located on the distal end side of the heat generating portion 17a. The amount of liquid W introduced into the inner hole 17i can be increased.
  • the watt density is 100 W/cm 2 when an AC voltage of 100 V is applied to the ceramic heater 171, the heating temperature of the heater itself tends to be higher, so the present invention can be effectively applied.
  • the maximum width of the inner wall surface forming the inner hole 17i is 0.5 to 5.0 mm in a cross section obtained by cutting the ceramic heater 171 in a radial direction orthogonal to the front-rear direction L, the liquid W does not enter the inner hole 17i. Since it is difficult, the present invention can be effectively applied.
  • the maximum width of the inner wall surface refers to the maximum distance between the inner wall surfaces forming the inner hole in the cross section. Specifically, in consideration of the case where the shape of the inner hole is not circular, as shown in FIG. Let the diameter be D.
  • the above cross sections are three cross sections S1, S2, and S3 at positions dividing the ceramic heater 171 into four equal parts in the longitudinal direction L when there is no blocking portion (resin 60 or the like) in the ceramic heater 171 as shown in FIG. , and the average value of the diameter D for each cross section S1, S2, S3 is adopted as the "maximum width of the inner wall surface".
  • the clogging portion is located inside the ceramic heater 171, the area of the ceramic heater 171 on the tip side of the clogging portion is divided into four equal parts in the front-rear direction L.
  • the average value of the diameter D for is adopted as the "maximum width of the inner wall surface".
  • the shapes of the liquid heating device and the ceramic heater are not limited.
  • the closing portion is not limited to a member (sealing material or sealing material) separate from the ceramic heater. may be integrated with the ceramic heater.
  • the closing portion can be made of a sealing material (sealing material) such as epoxy resin or glass.
  • the separate member connected to the proximal end of the ceramic heater is not limited to the one provided with a closing portion such as a sealing material at the end of the separate member, and the inner hole of the separate member itself is open only at one end. , the other end may be manufactured so as to be closed integrally with another member.
  • Alumina powder and glass component powder as a sintering aid were pulverized and mixed with water in a mill, and mixed with a binder to obtain a clay-like mixture. Using an extruder, this mixture was extruded through a die fitted with a core to produce a cylindrical ceramic substrate, which was cut into a predetermined length and calcined. On the other hand, a pattern of a heating element was formed on an alumina green sheet with a tungsten and molybdenum paste, and a terminal portion connected to the pattern and connected to the opposite surface of the sheet was formed by printing.
  • This printed ceramic green sheet was wrapped around a calcined ceramic substrate and integrally fired. After firing, the exposed terminal portions of the ceramic heater were plated with Ni, and Ni lead members were joined by brazing with Ag brazing to obtain a ceramic heater with leads. Further, an annular resin flange was passed through the base end side of the ceramic heater, and both were joined with an epoxy adhesive. This ceramic heater was inserted into the opening of the side wall of the resin container from the tip side, and airtightly sealed by sandwiching a rubber material between the flange and the side wall. Further, an epoxy adhesive was applied as a closing portion to the base end side of the ceramic heater for sealing.
  • a liquid heating apparatus was manufactured by installing a ceramic heater with a total length of 60 mm, a heat generation length of 30 mm, an inner diameter of an inner hole of 0.7 mm, and room temperature resistance values of 6 ⁇ and 9 ⁇ . .
  • Comparative Example 1 in the same ceramic heater as in each example, the opening at the tip of the ceramic heater (ceramic substrate) was sealed with an alumina heat-resistant adhesive and attached to a container to manufacture a liquid heating apparatus.
  • Comparative Example 2 the same ceramic heater as in each example was manufactured except that the ceramic substrate was non-porous (solid), and attached to a container to manufacture a liquid heating apparatus.

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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

【課題】セラミックヒータの内孔から外部への液体の漏れを抑制し、かつセラミックヒータの過熱による破損等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、内部空間に連通する導入口１０３及び排出口１０５と、を有する容器１００と、先後方向Ｌに延び、自身の先端部１７Ｔが内部空間内に位置し、先端部に発熱部１７ａを有するセラミックヒータ１７１～１７２と、を備え、液体Ｗが導入口から導入され、内部空間を通って、排出口まで流れる過程において、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、セラミックヒータは、先後方向に延び、先端部に開口ｍが形成されて内部空間と連通する内孔１７ｉを有し、内孔は基端部側で閉塞部６０により閉塞される。

Description

液体加熱装置
　本発明は、セラミックヒータにより温水等を製造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１）。
特開平９－２８９０７３号公報
　ところで、棒状のセラミックヒータは一般に中心に貫通孔を有している。そして、特許文献１に記載された液体加熱ユニットでは、液体を貯留するケースの側面にセラミックヒータの基端部を保持し、セラミックシートの先端側をケース内の液体に接触させた構造となっている。
　この際、セラミックヒータの貫通孔から液体がケース外に漏れないよう、貫通孔の先端部をセラミック板により封止している。
　一方、液体加熱装置の小型化が要求されており、セラミックヒータも小型化される傾向にある。しかしながら、セラミックヒータを小型化（小径化）すると、要求される温度の温水を製造する際に、ヒータ自体の加熱温度をより高温にする必要があり、ヒータのクラック、割れ等が生じるおそれがある。
　又、ヒータの過熱により、ヒータと液体加熱装置との固定部（封止部）が損傷し、液体が漏れる可能性もある。
　従って、本発明は、セラミックヒータの内孔から外部への液体の漏れを抑制し、かつセラミックヒータの過熱による破損等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導入口及び排出口と、を有する容器と、先後方向に延び、自身の先端部が前記内部空間内に位置し、前記先端部に発熱部を有するセラミックヒータと、を備え、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、前記セラミックヒータは、前記先後方向に延び、先端部に開口が形成されて前記内部空間と連通する内孔を有し、前記内孔は基端部側で閉塞部により閉塞されることを特徴とする。
　この液体加熱装置によれば、セラミックヒータが内孔を有し、この内孔が容器の内部空間と連通する構造において、内孔が基端部側で閉塞されるので、容器内の液体が内孔から外部に漏れることを抑制できる。
　さらに、内孔の先端側は開口として開放されているので、ヒータの加熱及び加熱停止に伴って、内孔の空気が膨張及び収縮し、収縮した時に内孔に液体を容易に導入できる。これにより、内孔を介してセラミックヒータを冷却し、セラミックヒータの過熱による破損等を抑制できる。
　本発明の液体加熱装置において、前記閉塞部が前記発熱部よりも基端側に位置してもよい。
　この液体加熱装置によれば、閉塞部が前記発熱部よりも先端側に位置する場合に比べ、内孔の容積を多くすることができ、上述した内孔の空気の膨張及び収縮による、内孔への液体の導入量を増大させることができる。
　本発明の液体加熱装置において、前記閉塞部は、前記セラミックヒータと別部材であって、前記セラミックヒータの基端に接続されることで前記内孔の一部として自身の内部に第２内部空間が形成される別部材に配置されてもよい。
　この液体加熱装置によれば、セラミックヒータの内孔と、別部材の第２内部空間が連通するため、セラミックヒータの内孔の容積が別部材の第２内部空間の分だけ実質的に増大する。
　すると、内孔の空気の膨張及び収縮が別部材を用いない場合に比べて大きくなるので、内孔の空気の膨張及び収縮による、内孔への液体の導入量を増大させることができ、内孔を介したセラミックヒータの冷却をさらに促進できる。
　本発明の液体加熱装置において、前記セラミックヒータに１００Ｖの交流電圧を印加したときにワット密度が１００Ｗ/ｃｍ２としてもよい。
　ワット密度が１００Ｗ/ｃｍ２であると、ヒータ自体の加熱温度がより高温になり易いので、本発明を有効に適用できる。
　本発明の液体加熱装置において、前記セラミックヒータを前記先後方向に直交する径方向に切断した断面において、前記内孔を形成する内壁面の最大幅が０．５～５．０ｍｍであってもよい。
　内孔を形成する内壁面の最大幅が０．５～５．０ｍｍであると、内孔に液体が浸入し難いので、本発明を有効に適用できる。
　この発明によれば、セラミックヒータの内孔から外部への液体の漏れを抑制し、かつセラミックヒータの過熱による破損等を抑制した液体加熱装置が得られる。
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。 セラミックヒータの内孔を基端部側で閉塞し、先端側を開口として開放することによる効果を説明する模式図である。 閉塞部の別の例を示す断面図である。 セラミックヒータの内孔を形成する内壁面の最大幅の測定方法を示す図である。
　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（図示しない）により気密にシールされている。
　セラミックヒータ１７１、１７２はそれぞれ先後方向Ｌに延びる棒状をなし、それぞれ同一方向に（平行に）延びている。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。
　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。
　さらに、本例では、詳しくは後述する筒状のゴムホース５０の一端５０ａがセラミックヒータ１７１、１７２の基端に接続されている。又、ゴムホース５０自体は水平方向に沿って巻合されており、巻合部の中央から上方に突出した他端５０ｂの内孔が樹脂６０で封止されている。
　樹脂６０が特許請求の範囲の「閉塞部」に相当する。
　なお、本例では、胴部１０１の軸方向が先後方向Ｌ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。
　また、図示しないが、本例では、液体加熱装置２００は、先後方向Ｌ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先後方向Ｌ（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の外面に先後方向Ｌ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、導体を先後方向Ｌ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は先後方向Ｌに領域Ｌｈにわたって形成されている。
　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筒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。
　セラミック基体１７ｇは筒状であり、中心に貫通孔をなす内孔１７ｉを有している。
　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）。
　ここで、上記積層体をセラミック基体１７ｇに巻き付ける際、積層体の先後方向Ｌ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、先後方向Ｌ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。
　次に、図４を参照し、液体加熱装置２００の特徴部分について説明する。
　図４に示すように、セラミックヒータ１７１の内孔１７ｉは、先端部に開口が形成されて容器１００の内部空間１００ｉと連通している。
　一方、セラミックヒータ１７１の基端側には、セラミック基体１７ｇに外嵌するようにゴムホース５０の一端５０ａが接続されている。そして、ゴムホース５０の内部には、内孔１７ｉに連通して内孔１７ｉの一部となる第２内部空間５０ｉが内孔として形成されている。
　又、ゴムホース５０の他端５０ｂの内孔が樹脂６０で封止されている。
　このように、内孔１７ｉに連通したゴムホース５０の他端５０ｂを樹脂６０で閉塞することにより、内孔１７ｉの基端部側も閉塞されることになる。
　これにより、セラミックヒータ１７１が内孔１７ｉを有し、この内孔１７ｉが容器１００の内部空間１００ｉと連通する構造において、内孔１７ｉが基端部側で閉塞されるので、容器１００内の液体Ｗが内孔１７ｉから外部に漏れることを抑制できる。
　さらに、内孔１７ｉの先端側のみが開口として開放されているので、セラミックヒータ１７１の過熱による破損等を抑制できる。この効果について図５を参照して説明する。
　まず、容器１００に最初に液体Ｗを導入した際、内孔１７ｉの先端側の開口ｍから液体Ｗが内孔１７ｉの一部（先端側）に侵入するか、又は内孔１７ｉが小径の場合には内孔１７ｉに液体Ｗが侵入せずに内孔１７ｉの内部に空気が滞留する（図５（ａ））。
　次に、セラミックヒータ１７１を加熱すると、内孔１７ｉに存在する空気又は液体Ｗが膨張又は沸騰し、気泡ｂｂとなるが、内孔１７ｉの基端側は閉塞されているので、気泡ｂｂは開口ｍから容器１００へ流出し、内孔１７ｉに加熱された空気が滞留する（図５（ｂ））。
　その後、セラミックヒータ１７１の加熱を停止すると、内孔１７ｉの内部の空気が冷えて収縮し、容器１００内の液体Ｗが開口ｍから侵入水Ｗｉとして内孔１７ｉへ侵入し、内孔１７ｉ側からセラミックヒータ１７１を冷却する（図５（ｃ））。
　このようにして、セラミックヒータ１７１の過熱による破損等を抑制する。
　特に、セラミックヒータを小型化（小径化）すると、内孔１７ｉに液体Ｗを導入し難くなるが、上述のように内孔１７ｉの空気の膨張及び収縮を利用することで、内孔１７ｉに液体Ｗを容易に導入して冷却を行える。
　なお、例えば図６に示すように、セラミックヒータ１７１（セラミック基体１７ｇ）の内孔１７ｉの基端部側をシール材等の閉塞部６２で直接閉塞してもよいが、セラミックヒータ１７１と別部材（ゴムホース５０）を用いて閉塞すると以下のような効果を奏する。
　つまり、図４に示すゴムホース５０を用いると、セラミックヒータ１７１の内孔１７ｉとゴムホース５０の第２内部空間５０ｉが連通するため、内孔１７ｉの容積がゴムホース５０の第２内部空間５０ｉの分だけ実質的に増大する。
　すると、図５に示した内孔１７ｉの空気の膨張及び収縮が別部材（ゴムホース５０）を用いない場合に比べて大きくなる。これにより、上述した内孔１７ｉの空気の膨張及び収縮による、内孔１７ｉへの液体Ｗの導入量を増大させることができ、内孔１７ｉを介したセラミックヒータ１７１の冷却をさらに促進できる。
　このような観点からは、ゴムホース５０の第２内部空間５０ｉの内容積Ｖ２が、セラミックヒータ１７１の内孔１７ｉの内容積Ｖ１の２倍以上であると、内孔１７ｉの見かけ容積が３倍以上になり、冷却を確実に促進できるので好ましい。
　又、図４，図６に示すように、本例では、閉塞部６０，６２が発熱部１７ａよりも基端側に位置する。
　このようにすると、閉塞部６０，６２が発熱部１７ａよりも先端側に位置する場合に比べ、内孔１７ｉの容積を多くすることができ、上述した内孔１７ｉの空気の膨張及び収縮による、内孔１７ｉへの液体Ｗの導入量を増大させることができる。
　セラミックヒータ１７１に１００Ｖの交流電圧を印加したときにワット密度が１００Ｗ/ｃｍ２であると、ヒータ自体の加熱温度がより高温になり易いので、本発明を有効に適用できる。
　セラミックヒータ１７１を先後方向Ｌに直交する径方向に切断した断面において、内孔１７ｉを形成する内壁面の最大幅が０．５～５．０ｍｍであると、内孔１７ｉに液体Ｗが浸入し難いので、本発明を有効に適用できる。
　ここで、内壁面の最大幅とは、上記断面において内孔を形成する内壁面間の最大距離を指す。
　具体的には、内孔の形状が円形でない場合も考慮し、図７に示すように、断面における内孔１７ｉの外周のすべてを自身の内部に収容する円のうち最も直径の小さい円Ｃの直径Ｄとする。
　また、上記断面は、図４のように閉塞部（樹脂６０等）がセラミックヒータ１７１内に無い場合は、セラミックヒータ１７１を先後方向Ｌに４等分する位置の３つの断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とし、各断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３についての直径Ｄの平均値を「内壁面の最大幅」として採用する。
　一方、閉塞部がセラミックヒータ１７１内にある場合は、セラミックヒータ１７１のうち閉塞部よりも先端側の領域を先後方向Ｌに４等分する位置の３つの断面として、上記と同様に３つの断面についての直径Ｄの平均値を「内壁面の最大幅」として採用する。
　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。
　又、閉塞部はセラミックヒータと別個の部材（シール材や封止材）であるものに限らず、例えばセラミック基体１７ｇの製造時に内孔１７ｉが基端側で閉塞するように形成し、閉塞部がセラミックヒータと一体になるようにしてもよい。
　なお、閉塞部は、例えばエポキシ樹脂やガラス等のシール材（封止材）とすることができる。
　同様に、セラミックヒータの基端に接続される別部材についても、この別部材の端部に封止材等の閉塞部を設けるものに限定されず、別部材の内孔自体が一端のみ開口し、他端で別部材と一体に閉塞するように製造されたものでもよい。
　アルミナ粉及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。押出機を用い、中子を設置した口金からこの混合体を押出し、筒状のセラミック基体を製造し、所定長さに切断して仮焼した。
　一方、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発熱体のパターンを形成し、さらにこのパターン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。
　この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、一体焼成した。焼成後のセラミックヒータの露出端子部にＮiメッキを施し、Ｎｉ製リード部材をＡｇロウにてロウ付け接合し、リード付セラミックヒータを得た。
　さらにセラミックヒータの基端側に環状の樹脂フランジを貫通させ、エポキシ接着剤で両者を接合した。
　このセラミックヒータを先端側から樹脂製の容器の側壁の開口に差込み、フランジと側壁との間にゴム材を挟んで気密封止した。また、セラミックヒータの基端側にエポキシ接着剤を閉塞部として塗布し、封止した。
　以上のように、セラミックヒータの全長６０ｍｍ、発熱部長３０ｍｍ、内孔の内径０．７ｍｍ、室温抵抗値を６Ω及び９Ωとしたものを設置した液体加熱装置を製造し、実施例１，２とした。
　比較例１として、各実施例と同一のセラミックヒータにおいて、セラミックヒータ（セラミック基体）の先端の開口をアルミナ耐熱接着剤で封止し、容器に取り付け、液体加熱装置を製造した。
　比較例２として、セラミック基体を無孔（中実）としたこと以外は各実施例と同一のセラミックヒータを製造し、容器に取り付け、液体加熱装置を製造した。
　各実施例及び比較例の液体加熱装置の導入口に、流量４５０cc/min、水温５℃の水を流し、排出口からの出湯温度が３５℃となるようにヒータ１本当たりの印加電圧を制御し、ヒータ印加１５秒、停止１５秒のサイクルを３０回繰り返す連続通水試験を実施した。
　実施例１，２の場合、連続通水試験中も問題なく温水を製造し、試験後にセラミックヒータの異常は見られなかった。
　比較例１、２の場合、それぞれ５サイクル以下、４サイクル以下でセラミックヒータが割れ、温水製造を中断した。
　以上のことから、セラミックヒータの内孔の先端側を開口し、基端側を閉塞した各実施例の場合、ヒータの加熱及び加熱停止に伴って、内孔の空気が膨張及び収縮し、収縮した時に内孔に液体を容易に導入でき、内孔を介してセラミックヒータを冷却できることがわかった。
　１７ａ　　発熱部
　１７ｉ　　内孔
　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
　５０　　別部材
　５０ｉ　　第２内部空間
　６０，６２　　閉塞部
　１００　　容器
　１００ｉ　　内部空間
　１０３　　導入口
　１０５　　排出口
　１７１～１７２　　セラミックヒータ
　２００　　液体加熱装置
　Ｌ　　先後方向
　ｍ　　開口
　Ｗ　　液体（水）

Claims (5)

  1. 　内部空間と、前記内部空間に連通する導入口及び排出口と、を有する容器と、
    　先後方向に延び、自身の先端部が前記内部空間内に位置し、前記先端部に発熱部を有するセラミックヒータと、
    を備え、
    　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、
    　前記セラミックヒータは、前記先後方向に延び、先端部に開口が形成されて前記内部空間と連通する内孔を有し、
    　前記内孔は基端部側で閉塞部により閉塞されることを特徴とする液体加熱装置。
  2. 　前記閉塞部が前記発熱部よりも基端側に位置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. 　前記閉塞部は、前記セラミックヒータと別部材であって、前記セラミックヒータの基端に接続されることで前記内孔の一部として自身の内部に第２内部空間が形成される別部材に配置され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. 　前記セラミックヒータに１００Ｖの交流電圧を印加したときにワット密度が１００Ｗ/ｃｍ２とな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。
  5. 　前記セラミックヒータを前記先後方向に直交する径方向に切断した断面において、
    　前記内孔を形成する内壁面の最大幅が０．５～５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の液体加熱装置。
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