流体加熱装置
【課題】電磁誘導によって流体を加熱するときに、簡単且つコンパクトな構成で所定の温度まで加熱させることを目的とする。
【解決手段】本発明の流体加熱装置１は、電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成する直線状の流体通路管１０を並列に複数配置した被加熱部２と、誘導加熱によって各流体通路管１０を発熱させる誘導コイル４２と、流体通路管１０のうち１つと連通する開口部３２および１つの流体通路管１０と他の流体通路管１０との流路を連結する連結溝３３を１または複数形成した蓋部４と、を備えている。蓋部４に連絡溝３３を形成することにより、簡単且つコンパクトな構成で流体通路管１０を通過する流体は被加熱部２を複数回通過させることができ、所望の温度まで短時間で流体加熱を行うことができる。
【解決手段】本発明の流体加熱装置１は、電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成する直線状の流体通路管１０を並列に複数配置した被加熱部２と、誘導加熱によって各流体通路管１０を発熱させる誘導コイル４２と、流体通路管１０のうち１つと連通する開口部３２および１つの流体通路管１０と他の流体通路管１０との流路を連結する連結溝３３を１または複数形成した蓋部４と、を備えている。蓋部４に連絡溝３３を形成することにより、簡単且つコンパクトな構成で流体通路管１０を通過する流体は被加熱部２を複数回通過させることができ、所望の温度まで短時間で流体加熱を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して流体の加熱を行う流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温水を加熱して高温水を生成する手段としては主に燃焼ガスを用いる方法が用いられている。ただし、エネルギー効率や安全性の観点等から、近年では電磁誘導によって磁性体を発熱させて低温水を加熱する手法が用いられるようになっている。電磁誘導によって低温の流体を加熱する技術が特許文献１に開示されている。電磁誘導による流体加熱は磁性管の内部流路に流体を流して、所定間隔離間させた位置に設けた誘導コイルに交流電流（誘導電流）を流すことにより行う。誘導コイルに交流電流が流れると、磁界強度が変化して、磁性管に渦電流が発生する。この渦電流が磁性管を流れることによりジュール熱が発生し、磁性管が発熱をする。これにより、内部を流れる流体を加熱している。
【０００３】
そして、特許文献１の技術では、流体の流路となる管に湾曲部を設けて、誘導コイルの内側において管を複数回通過させるようにしている。これにより、誘導コイルの内側の領域を流体が往復するように流れ、１本の長い管および誘導コイルを使用した場合と同等の発熱量を管および誘導コイルを短くして得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図３には、直線状の磁性管を固定支持する管支えに凹部を設けて、この凹部の中に２つの磁性管を連通させる筒状に構成した接続部を設けた構造が開示されている。これにより、２つの磁性管が連通して誘導コイルの内側を流体が往復するようにしている。特許文献１にも記載のあるように、筒状の接続部は外部空間に流体を漏らさないようにするために設けたものであり、つまり接続部には確実なシール効果を持たせている。
【０００６】
一方、装置全体のコンパクト化を図る場合には、磁性管の長さを短く構成する。ただし、磁性管の長さを短く構成すると、流体の流速が極端に低速であるならばともかく、所定の流速を必要とする場合には、加熱時間が短くなり、所望の温度まで流体を加熱することはできない。特許文献１では誘導コイルの内側の領域を流体が往復するようにしているものの、１回程度の往復では、やはり所望の流体加熱効果を得ることができなくなる。往復回数を増加させるためには、確実なシール効果を持たせた専用の接続部を凹部の複数箇所に形成しなければならず、部品点数の増加並びに構成の複雑化を招来することになる。
【０００７】
そこで、本発明は、部品点数の増加や構成の複雑化を招来することなく、流体を電磁誘導により所望の温度にまで加熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の流体加熱装置は、電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成した直線状の流体通路管を並列に複数配置した被加熱部と、前記誘導加熱によって各流体通路管を発熱させる誘導加熱部と、前記流体通路管のうち１つと連通する厚み方向に貫通した開口部および１つの流体通路管と他の流体通路管との流路を連通させる複数の連通溝を有する蓋部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この流体加熱装置によれば、蓋部に連通溝を形成するだけで２つの流体通路管を連通させることができるようになる。単に蓋部に溝を掘るだけで流体を往復させることができるようになり、部品点数を増加させることなく、簡単且つコンパクトな構成で流体を複数回往復させることができるようになる。これにより、流体通路管の長さがそれほど長くない場合でも、十分に流体加熱を行うことができるようになる。
【００１０】
本発明の第2の流体加熱装置は、第1の流体加熱装置であって、前記流体通路管の両端を固定して支持する固定部と、前記蓋部と前記固定部との間に形成される嵌合部に挿嵌され、この嵌合部の深さよりも厚みを大きく構成した前記固定部および前記蓋部よりも剛性が低く且つ熱膨張率の大きいシール部と、前記嵌合部に前記シール部を挿嵌した前記蓋部と前記固定部とを固着する固着手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この流体加熱装置によれば、固定部と蓋部との間にシール部を介在させていることから、シール効果により流体が外部に漏れることがなくなる。シール部を剛性が低く且つ熱膨張率が高い部材で構成することにより、確実なシール効果が得られるようになる。
【００１２】
本発明の第３の流体加熱装置は、第２の流体加熱装置であって、前記流体通路管の一端側に設けた蓋部と他端側に設けた蓋部とは、同じ箇所に前記開口部および前記連通溝を形成しており、且つ相互に角度を回転させていることを特徴とする。
【００１３】
この流体加熱装置によれば、流体通路管の両端側に設けられる２つの蓋部は、単に取り付け角度を回転させているだけで同一物を用いることができる。これにより、部品の共通化を図ることができ、別個の構成の蓋部を用意する必要がなくなる。
【００１４】
本発明の第４の流体加熱装置は、第３の流体加熱装置であって、外周側に前記誘導加熱部が設けられ、内周側は前記被加熱部を内包して密閉した断熱性のカバー部材と、前記カバー部材の内部空間に充填される伝熱性の充填伝熱部材と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
この流体加熱装置によれば、カバー部材の内部に充填伝熱部材を充填させている。カバー部材の断熱効果により内部空間を極めて高い温度状態に維持することができる。隣接する流体通路管の間には空気層が介在していることから空気の断熱効果があるが、充填伝熱部材を充填させることにより、各流体通路管の加熱温度を均一化して偏りのない流体加熱を実現している。
【００１６】
本発明の第５の流体加熱装置は、第４の流体加熱装置であって、前記カバー部材の外周側にらせん状に巻き付けられ、前記開口部に連通させて流体を前記被加熱部に供給し、電磁誘導によって誘導加熱される流体供給配管と、らせん状に巻きつけられた前記流体供給配管が相互に接触しないように、前記流体加熱配管に取り付けた絶縁部材と、を特徴とする。
【００１７】
この流体加熱装置によれば、カバー部材の外周に誘導加熱される流体供給配管を巻き付けていることで、流体が加熱される。流体を予め加熱しておくことで、流体をより高温で加熱することができるようになる。また、流体供給配管に絶縁部材を取り付けていることで、流体供給配管同士の接触による放電を防止することができるようになる。
【００１８】
本発明の第６の流体加熱装置は、第５の流体加熱装置であって、前記流体供給配管の発熱効率よりも前記流体通路管の発熱効率が高くなるように前記カバー部材と前記流体通路管との間隔を設定し、且つこの間隔よりも前記カバー部材と前記流体供給配管との間隔を短く設定したことを特徴とする。
【００１９】
この流体加熱装置によれば、流体通路管の加熱効率を高くすることができ、且つ流体供給配管による予備的な加熱効率をそれよりも低くしている。被加熱部で行う本加熱は加熱効率を高くし、予備加熱はそれよりは低い加熱効率に抑制しつつ、且つ全体のコンパクト化を図るようにしている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、複数の流体通路管を並列に配置して、被加熱部の内部で流体を複数回往復させて加熱させているため、所望の温度にまで流体を加熱することができる。蓋部に複数の溝（連通溝）を形成するだけで、流体通路管を連通させることができ、部品点数を増加させることなく、簡単且つコンパクトな構成で流体加熱を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】流体加熱装置の基本構成の断面図である。
【図２】固定部の上面図である。
【図３】蓋部の上面図である。
【図４】シール部材の断面図である。
【図５】流体通路管と蓋部との関係を示す図である。
【図６】流体加熱装置の断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】流体通路管と蓋部との関係を示す他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の構造を採用することができる。図１は本発明の流体加熱装置１の基本構造の断面図を示しており、流体加熱装置１の基本構造は被加熱部２と固定部３と蓋部４とを備えて概略構成している。
【００２３】
被加熱部２は複数の流体通路管１０を並列に配置して構成している。各流体通路管１０は等長（例えば、３００ｍｍ程度）であり、その両端が開口している。流体通路管１０は１方向に延在させた管であり、その素材は導電性の磁性体（磁性管）になっている。流体通路管１０の内部には流体の流路が形成されており、内部の流路を１方向に向けて流体が流れる。流体通路管１０の内径および厚みは任意に設定することができる。例えば、内径を７ｍｍ程度、厚みを０．５ｍｍ程度（つまり、外径が８ｍｍ程度）の円筒状の管構造とすることができる。勿論、円筒状以外の形状、つまり細長の四角柱や三角柱等の形状としてもよい。
【００２４】
被加熱部２に配置される流体通路管１０の本数は任意に設定してもよい。ただし、偶数本ではなく奇数本に設定することが望ましい。ここでは、７本の流体通路管１０（１０−１〜１０−７）として設定する。配置の態様としては、流体通路管１０−４を中心として、円周状に６本の流体通路管１０を配置している。円周状に配置した各流体通路管１０は隣接する流体通路管１０と等間隔に配置しているが、等間隔でなくてもよい。
【００２５】
固定部３は７本の流体通路管１０の両端を固定支持している。固定部３は所定厚みを有する剛性の高い円盤状の金属部材で構成している（素材としては例えばステンレス等を用いることができる）。図２は固定部３の上面図である。図２に示すように、固定部３には複数の管挿入部２１と複数のネジ孔２２とを形成している。管挿入部２１は固定部３の厚み方向に貫通させた円筒状の貫通孔であり、流体通路管１０が管挿入部２１に挿入される。固定部３には流体通路管１０−１〜１０−７に対応して、７つの管挿入部２１（２１−１〜２１−７）を形成している。管挿入部２１の内径は流体通路管１０の外径と一致させており、これにより流体通路管１０と管挿入部２１との間が隙間なく密着するようにしている。なお、図示はしていないが、管挿入部２１に挿入後の流体通路管１０を固定部３から脱落しないように、流体通路管１０を固定部３に固定する別途の脱落防止手段を設けることが望ましい。
【００２６】
固定部３には蓋部４が固着される。図３は蓋部４の上面図を示している。蓋部４は所定厚みを有する剛性の高い円盤状の金属部材である（素材としては例えばステンレス等を用いることができる）。蓋部４と固定部３とは共に円板状に構成しているが、その外径は蓋部４の方を小さくしている。蓋部４は各流体通路管１０の両端からの流体を閉塞するように設けており、ここでは固定部３に蓋部４を固着している。蓋部４は嵌合部３１と開口部３２と複数の連通溝３３と複数のネジ孔３４とを有して構成している。
【００２７】
連通溝３３の個数は流体通路管１０の個数から１を減じた値を２で除算した個数になる。従って、ここでは３個（＝（７−１）／２個）になる。蓋部４の中心領域には所定深さの断面が円形となる凹部を形成しており、これを嵌合部３１としている。つまり、蓋部４の一面に円形の嵌合部３１が窪んでいる状態になっている。この嵌合部３１に開口部３２および３つの連通溝３３（３３−１〜３３−３）を形成している。開口部３２は蓋部４を厚み方向に貫通した円筒状の孔であり、１つの管挿入部２１が開口部３２に位置に臨むように設けている。開口部３２の内径は流体通路管１０の外径とほぼ同じに構成しており、開口部３２には配管接続部３５が接続される。
【００２８】
３つの連通溝３３はそれぞれ２つの管挿入部２１が臨む位置に設けている。連通溝３３は蓋部４の厚み方向に溝を掘って構成しており、当該連通溝３３を介して２つの管挿入部２１が連通される。なお、連通溝３３は各管挿入部２１のうち最も近接した２つの管挿入部２１を連通するようにしている。管挿入部２１は流体通路管１０に連通しており、従って流体通路管１０を流れる流体が連通溝３３に流れる。連通溝３３は２つの管挿入部２１を連通させているため、１つの流体通路管１０の流体がもう１つの流体通路管１０に向けて流れるようになる。
【００２９】
従って、連通溝３３は２つの流体通路管１０を連通させるために設けた溝になっており、過剰な流体圧とならないように、溝の断面積は管挿入部２１の断面積とほぼ同程度かそれ以上に形成することが望ましい。
【００３０】
ネジ孔３４はネジ孔２２と同数を設けており、ここでは６つを設けるようにしているが、勿論任意の数を設けるようにしてもよい。ネジ孔３４およびネジ孔２２には固着手段としてのネジ３６が螺挿されてネジ締めがされる。これにより、蓋部４が固定部３に強力に固着されるようになる。ネジ孔３４、ネジ孔２２およびネジ３６は円盤状の蓋部４と固定部３との間に均等な固着力を作用させるために、円周状に等間隔で配置するようにすることが望ましい。
【００３１】
蓋部４の嵌合部３１には図４に示すシール部材３７が挿嵌される。シール部材３７は所定の厚みを有する円柱状の金属部材である。ただし、固定部３や蓋部４よりは剛性が低く且つ熱膨張率の大きい金属部材になっており、例えばアルミニウムをその素材として適用できる。従って、シール部材３７は押圧力を作用させるとある程度は変形することが可能になっており、且つ高温状態になると大きく熱膨張をしようとする。シール部材３７の外径は嵌合部３１の内径と一致させている。これにより、シール部材３７を嵌合部３１に挿嵌すると、シール部材３７と嵌合部３１との間に隙間がなくなる。
【００３２】
シール部材３７の蓋部４に当接する側の面（当接面）と蓋部４に設けた連通溝３３とによりトンネル状の通路が形成される。このトンネル状の通路を介して２つの流体通路管１０が連通される。そして、シール部材３７の厚みは嵌合部３１の深さよりも大きくしている。これにより、嵌合部３１にシール部材３７を挿嵌したときに、蓋部４の面よりもシール部材３７が突出した状態になる。
【００３３】
シール部材３７には貫通孔３８を７箇所に形成している。これは、管挿入部２１に対応して形成したものになる。よって、管挿入部２１と貫通孔３８とは連通する。そして、管挿入部２１に対応する位置に開口部３２および連通溝３３が設けられているため、流体通路管１０と管挿入部２１と貫通孔３８と開口部３２または連通溝３３とが連通するようになる。これにより、流体通路管１０の流体を連通する流体通路管１０に向けて流すようにすることができる。
【００３４】
前述したように、蓋部４は固定部３にネジ３６によりネジ締めされて強力に固着される。このとき、嵌合部３１にシール部材３７を嵌合させて蓋部４と固定部３とをネジ締めして固着すると、ネジ締め力によりシール部材３７には強力な押圧力が作用する。シール部材３７は剛性の低い金属部材であり変形が可能になっているため、蓋部４と固定部３との間は隙間なく密着させることができるようになる。また、シール部材３７は熱膨張率の大きな金属素材になっており、高温状態で大きく熱膨張をしようとする。後述する誘導加熱によりシール部材３７は高温状態になるため、嵌合部３１の中でシール部材３７は大きく熱膨張をしようとする。これにより、管挿入部２１と開口部３２または連通溝３３との間は極めて密閉性を高くすることができ、流体に漏れを生じなくすることができる。つまり、シール部材３７が高いシール効果を奏するようになる。
【００３５】
固定部３および蓋部４は流体通路管１０の両端側に設けられているが、両端側の固定部３および蓋部４は異なる構成のものを用いるのではなく、同一物を用いて部品の共通化を図っている。ただし、相互に所定角度を回転して設けるようにしている。ここでは、固定部３Ａと３Ｂとの間、および蓋部４Ａと４Ｂとの間は相対的に角度を１８０度回転させるようにしている。従って、相対角度関係が１８０度回転した状態で取り付けられるように、ネジ孔２２、ネジ孔３４およびネジ３６を設けるようにする。
【００３６】
図５（ａ）は流体通路管１０と一端側の蓋部４Ａとの関係について、同図（ｂ）は流体通路管１０と他端側の蓋部４Ｂとの関係について示している。同図において、番号１〜７を付しているのが流体通路管１０−１〜１０−７であり、各流体通路管１０に開口部３２または連通溝３３が臨んでいる。蓋部４Ａと４Ｂとは同一構造であり、開口部３２および連通溝３３は同様の構成になっている。蓋部４Ａ、４Ｂのそれぞれについて開口部３２Ａおよび連通溝３３Ａ、開口部３２Ｂおよび連通溝３３Ｂとして説明する。
【００３７】
開口部３２Ａ、３２Ｂにはそれぞれ配管接続部３５が設けられている。配管接続部３５は流体の供給または流体の排出を行うために設けているものであり、ここでは開口部３２Ａが流体の供給、３１Ｂが流体の排出を行うものとする。従って、開口部３２Ａから所定の流体圧で流体が供給される。開口部３２Ａは流体通路管１０−１と連通しており、蓋部４Ｂに向けて流体が流れる。
【００３８】
蓋部４Ｂでは流体通路管１０−１に連通溝３３Ｂが設けられており、流体通路管１０−２と連通している。従って、流体通路管１０−１を流れた流体は次に流体通路管１０−２を蓋部４Ａに向けて流れる。そして、蓋部４Ａの連通溝３３Ａにより次の流体通路管１０−３に向けて流体が流れるようになっている。つまり、連通溝３３Ａ、３３Ｂを形成して、各流体通路管１０を連通させることにより、流体通路管１０−１から順番に１０−７まで流体が流れるようになる。
【００３９】
そして、流体通路管１０−７は開口部３２Ｂに臨んでおり、開口部３２Ｂに設けた配管接続部３５から外部に排出される。従って、開口部３２Ａから供給された流体は７本の流体通路管１０を通過して、最終的に外部に排出される。流体通路管１０は被加熱部２を構成しており、従って被加熱部２を流体が７回通過して往復するような構成となっている。以上が流体加熱装置１の内部の基本構造となっている。次に、被加熱部２の外周側の構成について説明する。
【００４０】
図６は被加熱部２の外周側を構成する各種機構を示しており、図７は図６のＡ−Ａ断面図を示している。被加熱部２の各流体通路管１０の外周側には断熱性のカバー部材４１を設けている。その素材としては断熱性に優れた珪酸カルシウム等を用いることができる。勿論、断熱性の素材であれば任意の素材を用いてもよい。カバー部材４１は円筒形状をしており、固定部３Ａと３Ｂとの間に設けられる。カバー部材４１の長さを固定部３Ａと３Ｂとの間隔と一致させることで、固定部３Ａと３Ｂとの間にカバー部材４１を隙間なく設けることができる。これにより、カバー部材４１の内部空間（各流体通路管１０を内包している空間）を密閉空間とすることができ、且つカバー部材４１の断熱効果により外気温の影響を排除できる。
【００４１】
カバー部材４１の外周側にはらせん状に誘導加熱部としての誘導コイル４２が巻き付けられている。誘導コイル４２は両端が交流電源４３と接続されている。交流電源４３は所定の交流電流を発生させる電源装置（例えば、２００ボルトの電圧を発生）であり、これにより誘導コイル４２に交流電流が流れる。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより、強度の変化する磁界を発生させることができる。また、交流電源の電圧（または電流）を適宜変化させることで、流体通路管１０の発熱温度を変化させることができ、流体の加熱温度を適宜に調整することができる。
【００４２】
カバー部材４１の内部空間には７本の流体通路管１０が配置されており、カバー部材４１の外周側に誘導コイル４２をらせん状に巻き付けている。流体通路管１０は導電性の磁性管で構成しており、誘導コイル４２に交流電流を流すことによる磁界強度の変化により、各流体通路管１０に渦電流が流れる。これにより、流体通路管１０にはジュール熱が発生して発熱する。
【００４３】
従って、流体通路管１０が発熱して、流体通路管１０の内部を流れる流体が加熱される。そして、カバー部材４１が外気温から遮熱しており、流体通路管１０の温度が外部に放熱されることを回避している。ただし、各流体通路管１０は相互に所定の間隔をおいて配置されていることから、流体通路管１０と流体通路管１０との間には所定の空気層が介在する。この空気層の断熱効果により熱伝達効率が低下し、各流体通路管１０によって熱分布が偏在化する。
【００４４】
そこで、流体通路管１０の内部に充填伝熱部材としてスチールウール４５を充填する。スチールウール４５は熱伝導性に優れている素材であり、これをカバー部材４１の内部空間に充填することにより、空気層の断熱効果を生じないようにする。これにより、カバー部材４１の内部空間の熱分布を均一化し、各流体通路管１０に温度差を生じなくすることができる。これにより、流体に対して偏りのない高温加熱を行うことができるようになる。
【００４５】
カバー部材４１の外周側には保護部材４６を設けている。カバー部材４１は断熱性に優れた素材であるが、負荷に対する耐性はそれほど高くない。カバー部材４１の外周側には流体供給配管４７を巻き付けており、この巻き付け力によりカバー部材４１に大きな負荷が与えられる。そこで、カバー部材４１を保護するための保護部材４６をカバー部材４１の外周側に巻き付けている。保護部材４６は簾構造になっており、複数の棒状部材を相互に概略平行に配置して、各棒状部材を編み重ねて構成している。棒状部材としては竹や木等で構成し、各棒状部材は糸や紐等のようなもので編み重ねるようにする。ここでは、棒状部材としては曲げ方向の外力が作用しても弾性復元性を持つ竹を用い、その形状を細長の三角柱として、各三角柱の竹を糸により編み重ねるようにしている。
【００４６】
保護部材４６の外周側には流体供給配管４７をらせん状に巻き付けており、この流体供給配管４７の周囲には絶縁部材４８を取り付けている。流体供給配管４７は図示しない流体を供給する流体源と蓋部４Ａの開口部３２Ａとを接続しており、流体源の流体を供給する経路となっている。流体供給配管４７は導電性の磁性管で構成しており、従って渦電流により配管自体が発熱するようになっている。
【００４７】
カバー部材４１に巻きつけられた誘導コイル４２に交流電流を流すと、誘導コイル４２を中心にして磁力線が変化する。つまり、流体通路管１０だけではなく流体供給配管４７にも渦電流が流れてジュール熱が発生する。これにより、流体供給配管４７が加熱され、内部流路の流体も加熱がされる。流体供給配管４７は配管接続部３５と接続されており、流体源からの流体を被加熱部２の流体通路管１０に導くようにしている。
【００４８】
流体供給配管４７は磁性管で構成しており、しかも保護部材４６にらせん状に巻き付けられていることから、流体供給配管４７同士が接触するおそれがある。特に、流体供給配管４７が加熱される領域を長くして加熱を行うために、らせん状に巻き付けた流体供給配管４７同士の間隔はできる限り近接させるようにしている。これにより、接触の可能性が高くなる。磁性管同士が接触すると放電の危険性を生じる。そこで、誘導コイル４２には絶縁部材４８を取り付けている。
【００４９】
絶縁部材４８は流体供給配管４７に満遍なく取り付けるようにする。このため、流体供給配管４７にスパイラル状に取り付けるポリプロピレン素材のスパイラルカバー、或いはプラスチック製の収縮チューブ等を絶縁部材４８として適用する。これにより、流体供給配管４７の接触による放電は生じなくなる。
【００５０】
以上が流体加熱装置１の全体の概略構成になっている。次に、この流体加熱装置１を用いた流体加熱について説明する。ここでは、低温水（１５℃近傍）の流体を高温水（４５℃近傍）になるまで短時間で加熱を行うようにしているが、勿論任意の温度から任意の温度に上昇させるものであってよい。図示しない流体源は所定圧で低温水を圧送するようにしている。圧送された低温の流体の流速は高速になっており、これにより短時間で流体を排出するようにしている。
【００５１】
流体源から圧送された流体は流体供給配管４７により供給される。流体供給配管４７は保護部材４６にらせん状に巻きつけられており、保護部材４６の内周側には誘導コイル４２が巻き付けられている。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより磁界強度に変化を生じ、流体供給配管４７に対しても誘導加熱が作用する。これにより、内部の流体がある程度加熱される。
【００５２】
ここで、流体供給配管４７による加熱はあくまでも予備的な加熱（予備加熱）であり、流体の加熱（本加熱）は被加熱部２を構成する流体通路管１０により行う。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより磁性管が発熱をするが、磁性管に発生するジュール熱は誘導コイル４２と磁性体との距離（間隔）によって変化する。従って、磁性管と誘導コイル４２との間隔が過剰に近接している場合および過剰に離間している場合には、発熱効果が低くなる。換言すれば、最適な間隔に設定することにより、高い発熱効果を得ることができる。
【００５３】
そこで、誘導コイル４２と流体通路管１０との間隔を最も高い発熱効率が得られるような間隔に設定し、この間隔よりも短い間隔に流体供給配管４７と誘導コイル４２との間隔を設定している。このために、カバー部材４１の外周側に巻き付けた誘導コイル４２と内部空間に設けた流体通路管１０との間隔が最も高い発熱効率が得られるような間隔となるようにカバー部材４１の厚みを構成する。つまり、カバー部材４１は外気温との断熱を図る機能の他に、流体通路管１０と誘導コイル４２との間の間隔を最適に設定するスペーサとしての機能も果たしている。
【００５４】
これにより、流体通路管１０では極めて高い発熱効果が得られるが、流体供給配管４７の発熱効果はそれよりも低くなる。ただし、流体供給配管４７による加熱はあくまでも予備加熱であり、本加熱を補完する程度の加熱でよいため、格別な問題とはならない。逆に、誘導コイル４２との間隔を短くすることで、流体加熱装置１の全体のサイズ（円周方向のサイズ）のコンパクト化を図っている。
【００５５】
一方、被加熱部２における流体の加熱温度は高温になり、カバー部材４１により密閉した空間となっていることから、内部空間の温度は極めて高温状態になっている。カバー部材４１は断熱性に優れているものの、内部空間の熱を完全に断熱できない場合にはカバー部材４１の最外層の温度が高温になる。そこで、流体供給配管４７をらせん状に巻きつけ、且つ取り付けた絶縁部材４８と絶縁部材４８との間に隙間が生じないようにすることで、流体加熱装置１の最外層の温度は流体供給配管４７の温度（常温を予備加熱した程度の温度）にすることができ、安全性を確保することができる。
【００５６】
流体供給配管４７から配管接続部３５を介して蓋部４Ａの開口部３２Ａから流体通路管１０−１に予備加熱がされた流体が流れる。流体通路管１０−１は誘導コイル４２による誘導加熱により発熱する。しかも、誘導コイル４２と流体通路管１０−１との間の間隔は最も高い発熱効果が得られるように設定しているため、流体通路管１０−１は高温で発熱する。そして、カバー部材４１により内部空間にはスチールウール４５を充填していることから空気層の断熱効果がないことから均等な高温加熱がされ、流体通路管１０−１の熱により内部流路を流れる流体に対して大きな熱量が与えられる。
【００５７】
前述したように、短時間で高温水を生成するために、流体の流速は高速になっている。よって、流体通路管１０−１の長さを過剰に長くしなければ、内部流路を流れる流体の加熱時間は短くなる。このため、低温水の流体を所望の温度（４５℃近傍）まで加熱することができない。本発明では、流体通路管１０−１を流れた流体は蓋部４Ｂの連通溝３３を介して流体通路管１０−２に流すようにしている。これにより、被加熱部２の領域（つまり誘導コイル４２により加熱される領域）に流体を往復させることができ、２回分の加熱を行うことができる。
【００５８】
ただし、流体加熱装置１のサイズのコンパクト化を図るため、流体通路管１０の長さは短く構成している。このため、低温水の流体に被加熱部２の領域を１回往復させた程度では加熱時間としては不足し、所望の温度になるまで加熱させることができない。そこで、複数回往復させるようにする。流体通路管１０−１から１０−７まで順番に通過させることで、合計３．５回の往復をさせることができるようになる。これにより、流体通路管１０の長さをそれほど長くすることなく、高速に流れる流体を長時間にわたって加熱させることができる。これにより、開口部３２Ｂおよび配管接続部２５Ｂから排出される流体は、所望の高温水として排出させることができるようになる。しかも、流速を高速にすることができることから、短時間で高温水を生成できるようになる。
【００５９】
従って、流体通路管１０を短く構成することができるため、コンパクトな構成で所望温度まで流体を加熱することができるようになる。そして、蓋部４Ａ、４Ｂに単に溝（連通溝３３）を掘っただけの構成で実現できるため、極めて簡単な構成で流体加熱を行うことができるようになる。
【００６０】
ここで、各流体通路管１０は被加熱部２の内部で非接触に配置されており、相互に所定の間隔で配置されている。このとき、誘導コイル４２による誘導加熱に支障のない程度に各流体通路管１０をそれぞれ集中配置するようにすることが望ましい。各流体通路管１０を近接させて集中的に配置することで、流体加熱装置１（の円周方向）のサイズがコンパクト化する。しかも、蓋部４に形成する連通溝３３は２つの流体通路管１０を連通させるために設けており、流体通路管１０同士を近接させることで、連通溝３３も短い間隔で形成することができる。これにより、蓋部４に僅かな溝を掘るだけで流体を連通させることができることから、その構成を極めて簡単なものにすることができる。
【００６１】
また、各流体通路管１０の配置を集中させることで、各流体通路管１０の温度に偏りがなくなる。各流体通路管１０の発熱温度の偏在化をなくすためにスチールウール４５をカバー部材４１の内部空間に充填しているが、各流体通路管１０を集中的に配置することで、発熱温度の均一化の相乗効果を得ることができる。ただし、連通溝３３同士が連通しない程度に集中配置を行う。
【００６２】
前述した流体通路管１０を固定部３から脱落することを防止する脱落防止手段から取り外すことにより、またネジ３６のネジ締め力を解除することにより、各部品に分解することができる。これにより、流体通路管１０を単体の状態にすることができる。各流体通路管１０は直線状の管になっており、内部流路のメンテナンスは極めて簡単に行うことができ、良好なメンテナンス性を得ることができる。また、蓋部４やカバー部材４１等の他の部品についても取り外すことができるため、良好なメンテナンス性が得られる。
【００６３】
カバー部材４１の内部空間にはスチールウール４５を充填しているが、内部空間を充填できれば任意のものを適用してもよい。例えば、カバー部材４１の内径と同じ外径を有する円柱状の金属部材を用いることができる。この金属部材には流体通路管１０の外径と同じ内径を有する貫通孔を７箇所に設けるようにして、各貫通孔に流体通路管１０を挿入する。これにより、スチールウール４５を充填した場合と同じ効果を得ることができる。ただし、充填伝熱部材としての金属部材は誘導加熱がされないように、非磁性体で構成する。
【００６４】
また、嵌合部３１は蓋部４に設けてシール部材３７を挿嵌するようにしているが、嵌合部３１は固定部３に設けるようにしてもよいし、蓋部４と固定部３との両者に設けるようにしてもよい。要は、固定部３と蓋部４との間に所定の嵌合部３１の領域が形成され、この嵌合部３１にシール部材３７を挿嵌してネジ締めをするものであればよい。ただし、形成した嵌合部３１の深さはシール部材３７の厚みよりも小さく構成する。
【００６５】
図１〜図７の例は、流体通路管１０が７本の場合を説明した。流体通路管１０の長さを十分確保できないような場合には、被加熱部２を７回通過させたとしても所望の温度にまで加熱することができない場合がある。そこで、図８（ａ）および（ｂ）のように、流体通路管１０を９本配置するようにしてもよい。この場合には、流体の往復回数４．５回とすることができ、流体通路管１０の長さを十分確保できないような場合でも、長時間の加熱を行うことができ、所望温度にまで加熱することができる。勿論、その本数は１１本、或いはそれ以上であってもよい。
【００６６】
前述したように、流体通路管１０の本数は奇数本が望ましい。偶数本の場合でも、被加熱部２に流体を往復させることができるが、この場合には同じ側の固定部３（３Ａまたは３Ｂ）に配管接続部３５を設けるようにしなければならなくなる。この場合には、固定部３の構成の配置態様に余裕がなくなる。一方、奇数本にすることにより、異なる側の固定部３にそれぞれ配管接続部３５が設けられるため、余裕をもった配置態様とすることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 流体加熱装置
２ 被加熱部
３ 固定部
４ 蓋部
１０ 流体通路管
２１ 管挿入部
２２ ネジ孔
２５ スチールウール
３１ 嵌合部
３２ 開口部
３３ 連通溝
３４ ネジ孔
３５ 配管接続部
３６ ネジ
３７ シール部材
３８ 貫通孔
４１ カバー部材
４２ 誘導コイル
４３ 交流電源
４５ スチールウール
４６ 保護部材
４７ 流体供給配管
４８ 絶縁部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して流体の加熱を行う流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温水を加熱して高温水を生成する手段としては主に燃焼ガスを用いる方法が用いられている。ただし、エネルギー効率や安全性の観点等から、近年では電磁誘導によって磁性体を発熱させて低温水を加熱する手法が用いられるようになっている。電磁誘導によって低温の流体を加熱する技術が特許文献１に開示されている。電磁誘導による流体加熱は磁性管の内部流路に流体を流して、所定間隔離間させた位置に設けた誘導コイルに交流電流（誘導電流）を流すことにより行う。誘導コイルに交流電流が流れると、磁界強度が変化して、磁性管に渦電流が発生する。この渦電流が磁性管を流れることによりジュール熱が発生し、磁性管が発熱をする。これにより、内部を流れる流体を加熱している。
【０００３】
そして、特許文献１の技術では、流体の流路となる管に湾曲部を設けて、誘導コイルの内側において管を複数回通過させるようにしている。これにより、誘導コイルの内側の領域を流体が往復するように流れ、１本の長い管および誘導コイルを使用した場合と同等の発熱量を管および誘導コイルを短くして得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図３には、直線状の磁性管を固定支持する管支えに凹部を設けて、この凹部の中に２つの磁性管を連通させる筒状に構成した接続部を設けた構造が開示されている。これにより、２つの磁性管が連通して誘導コイルの内側を流体が往復するようにしている。特許文献１にも記載のあるように、筒状の接続部は外部空間に流体を漏らさないようにするために設けたものであり、つまり接続部には確実なシール効果を持たせている。
【０００６】
一方、装置全体のコンパクト化を図る場合には、磁性管の長さを短く構成する。ただし、磁性管の長さを短く構成すると、流体の流速が極端に低速であるならばともかく、所定の流速を必要とする場合には、加熱時間が短くなり、所望の温度まで流体を加熱することはできない。特許文献１では誘導コイルの内側の領域を流体が往復するようにしているものの、１回程度の往復では、やはり所望の流体加熱効果を得ることができなくなる。往復回数を増加させるためには、確実なシール効果を持たせた専用の接続部を凹部の複数箇所に形成しなければならず、部品点数の増加並びに構成の複雑化を招来することになる。
【０００７】
そこで、本発明は、部品点数の増加や構成の複雑化を招来することなく、流体を電磁誘導により所望の温度にまで加熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の流体加熱装置は、電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成した直線状の流体通路管を並列に複数配置した被加熱部と、前記誘導加熱によって各流体通路管を発熱させる誘導加熱部と、前記流体通路管のうち１つと連通する厚み方向に貫通した開口部および１つの流体通路管と他の流体通路管との流路を連通させる複数の連通溝を有する蓋部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この流体加熱装置によれば、蓋部に連通溝を形成するだけで２つの流体通路管を連通させることができるようになる。単に蓋部に溝を掘るだけで流体を往復させることができるようになり、部品点数を増加させることなく、簡単且つコンパクトな構成で流体を複数回往復させることができるようになる。これにより、流体通路管の長さがそれほど長くない場合でも、十分に流体加熱を行うことができるようになる。
【００１０】
本発明の第2の流体加熱装置は、第1の流体加熱装置であって、前記流体通路管の両端を固定して支持する固定部と、前記蓋部と前記固定部との間に形成される嵌合部に挿嵌され、この嵌合部の深さよりも厚みを大きく構成した前記固定部および前記蓋部よりも剛性が低く且つ熱膨張率の大きいシール部と、前記嵌合部に前記シール部を挿嵌した前記蓋部と前記固定部とを固着する固着手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この流体加熱装置によれば、固定部と蓋部との間にシール部を介在させていることから、シール効果により流体が外部に漏れることがなくなる。シール部を剛性が低く且つ熱膨張率が高い部材で構成することにより、確実なシール効果が得られるようになる。
【００１２】
本発明の第３の流体加熱装置は、第２の流体加熱装置であって、前記流体通路管の一端側に設けた蓋部と他端側に設けた蓋部とは、同じ箇所に前記開口部および前記連通溝を形成しており、且つ相互に角度を回転させていることを特徴とする。
【００１３】
この流体加熱装置によれば、流体通路管の両端側に設けられる２つの蓋部は、単に取り付け角度を回転させているだけで同一物を用いることができる。これにより、部品の共通化を図ることができ、別個の構成の蓋部を用意する必要がなくなる。
【００１４】
本発明の第４の流体加熱装置は、第３の流体加熱装置であって、外周側に前記誘導加熱部が設けられ、内周側は前記被加熱部を内包して密閉した断熱性のカバー部材と、前記カバー部材の内部空間に充填される伝熱性の充填伝熱部材と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
この流体加熱装置によれば、カバー部材の内部に充填伝熱部材を充填させている。カバー部材の断熱効果により内部空間を極めて高い温度状態に維持することができる。隣接する流体通路管の間には空気層が介在していることから空気の断熱効果があるが、充填伝熱部材を充填させることにより、各流体通路管の加熱温度を均一化して偏りのない流体加熱を実現している。
【００１６】
本発明の第５の流体加熱装置は、第４の流体加熱装置であって、前記カバー部材の外周側にらせん状に巻き付けられ、前記開口部に連通させて流体を前記被加熱部に供給し、電磁誘導によって誘導加熱される流体供給配管と、らせん状に巻きつけられた前記流体供給配管が相互に接触しないように、前記流体加熱配管に取り付けた絶縁部材と、を特徴とする。
【００１７】
この流体加熱装置によれば、カバー部材の外周に誘導加熱される流体供給配管を巻き付けていることで、流体が加熱される。流体を予め加熱しておくことで、流体をより高温で加熱することができるようになる。また、流体供給配管に絶縁部材を取り付けていることで、流体供給配管同士の接触による放電を防止することができるようになる。
【００１８】
本発明の第６の流体加熱装置は、第５の流体加熱装置であって、前記流体供給配管の発熱効率よりも前記流体通路管の発熱効率が高くなるように前記カバー部材と前記流体通路管との間隔を設定し、且つこの間隔よりも前記カバー部材と前記流体供給配管との間隔を短く設定したことを特徴とする。
【００１９】
この流体加熱装置によれば、流体通路管の加熱効率を高くすることができ、且つ流体供給配管による予備的な加熱効率をそれよりも低くしている。被加熱部で行う本加熱は加熱効率を高くし、予備加熱はそれよりは低い加熱効率に抑制しつつ、且つ全体のコンパクト化を図るようにしている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、複数の流体通路管を並列に配置して、被加熱部の内部で流体を複数回往復させて加熱させているため、所望の温度にまで流体を加熱することができる。蓋部に複数の溝（連通溝）を形成するだけで、流体通路管を連通させることができ、部品点数を増加させることなく、簡単且つコンパクトな構成で流体加熱を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】流体加熱装置の基本構成の断面図である。
【図２】固定部の上面図である。
【図３】蓋部の上面図である。
【図４】シール部材の断面図である。
【図５】流体通路管と蓋部との関係を示す図である。
【図６】流体加熱装置の断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】流体通路管と蓋部との関係を示す他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の構造を採用することができる。図１は本発明の流体加熱装置１の基本構造の断面図を示しており、流体加熱装置１の基本構造は被加熱部２と固定部３と蓋部４とを備えて概略構成している。
【００２３】
被加熱部２は複数の流体通路管１０を並列に配置して構成している。各流体通路管１０は等長（例えば、３００ｍｍ程度）であり、その両端が開口している。流体通路管１０は１方向に延在させた管であり、その素材は導電性の磁性体（磁性管）になっている。流体通路管１０の内部には流体の流路が形成されており、内部の流路を１方向に向けて流体が流れる。流体通路管１０の内径および厚みは任意に設定することができる。例えば、内径を７ｍｍ程度、厚みを０．５ｍｍ程度（つまり、外径が８ｍｍ程度）の円筒状の管構造とすることができる。勿論、円筒状以外の形状、つまり細長の四角柱や三角柱等の形状としてもよい。
【００２４】
被加熱部２に配置される流体通路管１０の本数は任意に設定してもよい。ただし、偶数本ではなく奇数本に設定することが望ましい。ここでは、７本の流体通路管１０（１０−１〜１０−７）として設定する。配置の態様としては、流体通路管１０−４を中心として、円周状に６本の流体通路管１０を配置している。円周状に配置した各流体通路管１０は隣接する流体通路管１０と等間隔に配置しているが、等間隔でなくてもよい。
【００２５】
固定部３は７本の流体通路管１０の両端を固定支持している。固定部３は所定厚みを有する剛性の高い円盤状の金属部材で構成している（素材としては例えばステンレス等を用いることができる）。図２は固定部３の上面図である。図２に示すように、固定部３には複数の管挿入部２１と複数のネジ孔２２とを形成している。管挿入部２１は固定部３の厚み方向に貫通させた円筒状の貫通孔であり、流体通路管１０が管挿入部２１に挿入される。固定部３には流体通路管１０−１〜１０−７に対応して、７つの管挿入部２１（２１−１〜２１−７）を形成している。管挿入部２１の内径は流体通路管１０の外径と一致させており、これにより流体通路管１０と管挿入部２１との間が隙間なく密着するようにしている。なお、図示はしていないが、管挿入部２１に挿入後の流体通路管１０を固定部３から脱落しないように、流体通路管１０を固定部３に固定する別途の脱落防止手段を設けることが望ましい。
【００２６】
固定部３には蓋部４が固着される。図３は蓋部４の上面図を示している。蓋部４は所定厚みを有する剛性の高い円盤状の金属部材である（素材としては例えばステンレス等を用いることができる）。蓋部４と固定部３とは共に円板状に構成しているが、その外径は蓋部４の方を小さくしている。蓋部４は各流体通路管１０の両端からの流体を閉塞するように設けており、ここでは固定部３に蓋部４を固着している。蓋部４は嵌合部３１と開口部３２と複数の連通溝３３と複数のネジ孔３４とを有して構成している。
【００２７】
連通溝３３の個数は流体通路管１０の個数から１を減じた値を２で除算した個数になる。従って、ここでは３個（＝（７−１）／２個）になる。蓋部４の中心領域には所定深さの断面が円形となる凹部を形成しており、これを嵌合部３１としている。つまり、蓋部４の一面に円形の嵌合部３１が窪んでいる状態になっている。この嵌合部３１に開口部３２および３つの連通溝３３（３３−１〜３３−３）を形成している。開口部３２は蓋部４を厚み方向に貫通した円筒状の孔であり、１つの管挿入部２１が開口部３２に位置に臨むように設けている。開口部３２の内径は流体通路管１０の外径とほぼ同じに構成しており、開口部３２には配管接続部３５が接続される。
【００２８】
３つの連通溝３３はそれぞれ２つの管挿入部２１が臨む位置に設けている。連通溝３３は蓋部４の厚み方向に溝を掘って構成しており、当該連通溝３３を介して２つの管挿入部２１が連通される。なお、連通溝３３は各管挿入部２１のうち最も近接した２つの管挿入部２１を連通するようにしている。管挿入部２１は流体通路管１０に連通しており、従って流体通路管１０を流れる流体が連通溝３３に流れる。連通溝３３は２つの管挿入部２１を連通させているため、１つの流体通路管１０の流体がもう１つの流体通路管１０に向けて流れるようになる。
【００２９】
従って、連通溝３３は２つの流体通路管１０を連通させるために設けた溝になっており、過剰な流体圧とならないように、溝の断面積は管挿入部２１の断面積とほぼ同程度かそれ以上に形成することが望ましい。
【００３０】
ネジ孔３４はネジ孔２２と同数を設けており、ここでは６つを設けるようにしているが、勿論任意の数を設けるようにしてもよい。ネジ孔３４およびネジ孔２２には固着手段としてのネジ３６が螺挿されてネジ締めがされる。これにより、蓋部４が固定部３に強力に固着されるようになる。ネジ孔３４、ネジ孔２２およびネジ３６は円盤状の蓋部４と固定部３との間に均等な固着力を作用させるために、円周状に等間隔で配置するようにすることが望ましい。
【００３１】
蓋部４の嵌合部３１には図４に示すシール部材３７が挿嵌される。シール部材３７は所定の厚みを有する円柱状の金属部材である。ただし、固定部３や蓋部４よりは剛性が低く且つ熱膨張率の大きい金属部材になっており、例えばアルミニウムをその素材として適用できる。従って、シール部材３７は押圧力を作用させるとある程度は変形することが可能になっており、且つ高温状態になると大きく熱膨張をしようとする。シール部材３７の外径は嵌合部３１の内径と一致させている。これにより、シール部材３７を嵌合部３１に挿嵌すると、シール部材３７と嵌合部３１との間に隙間がなくなる。
【００３２】
シール部材３７の蓋部４に当接する側の面（当接面）と蓋部４に設けた連通溝３３とによりトンネル状の通路が形成される。このトンネル状の通路を介して２つの流体通路管１０が連通される。そして、シール部材３７の厚みは嵌合部３１の深さよりも大きくしている。これにより、嵌合部３１にシール部材３７を挿嵌したときに、蓋部４の面よりもシール部材３７が突出した状態になる。
【００３３】
シール部材３７には貫通孔３８を７箇所に形成している。これは、管挿入部２１に対応して形成したものになる。よって、管挿入部２１と貫通孔３８とは連通する。そして、管挿入部２１に対応する位置に開口部３２および連通溝３３が設けられているため、流体通路管１０と管挿入部２１と貫通孔３８と開口部３２または連通溝３３とが連通するようになる。これにより、流体通路管１０の流体を連通する流体通路管１０に向けて流すようにすることができる。
【００３４】
前述したように、蓋部４は固定部３にネジ３６によりネジ締めされて強力に固着される。このとき、嵌合部３１にシール部材３７を嵌合させて蓋部４と固定部３とをネジ締めして固着すると、ネジ締め力によりシール部材３７には強力な押圧力が作用する。シール部材３７は剛性の低い金属部材であり変形が可能になっているため、蓋部４と固定部３との間は隙間なく密着させることができるようになる。また、シール部材３７は熱膨張率の大きな金属素材になっており、高温状態で大きく熱膨張をしようとする。後述する誘導加熱によりシール部材３７は高温状態になるため、嵌合部３１の中でシール部材３７は大きく熱膨張をしようとする。これにより、管挿入部２１と開口部３２または連通溝３３との間は極めて密閉性を高くすることができ、流体に漏れを生じなくすることができる。つまり、シール部材３７が高いシール効果を奏するようになる。
【００３５】
固定部３および蓋部４は流体通路管１０の両端側に設けられているが、両端側の固定部３および蓋部４は異なる構成のものを用いるのではなく、同一物を用いて部品の共通化を図っている。ただし、相互に所定角度を回転して設けるようにしている。ここでは、固定部３Ａと３Ｂとの間、および蓋部４Ａと４Ｂとの間は相対的に角度を１８０度回転させるようにしている。従って、相対角度関係が１８０度回転した状態で取り付けられるように、ネジ孔２２、ネジ孔３４およびネジ３６を設けるようにする。
【００３６】
図５（ａ）は流体通路管１０と一端側の蓋部４Ａとの関係について、同図（ｂ）は流体通路管１０と他端側の蓋部４Ｂとの関係について示している。同図において、番号１〜７を付しているのが流体通路管１０−１〜１０−７であり、各流体通路管１０に開口部３２または連通溝３３が臨んでいる。蓋部４Ａと４Ｂとは同一構造であり、開口部３２および連通溝３３は同様の構成になっている。蓋部４Ａ、４Ｂのそれぞれについて開口部３２Ａおよび連通溝３３Ａ、開口部３２Ｂおよび連通溝３３Ｂとして説明する。
【００３７】
開口部３２Ａ、３２Ｂにはそれぞれ配管接続部３５が設けられている。配管接続部３５は流体の供給または流体の排出を行うために設けているものであり、ここでは開口部３２Ａが流体の供給、３１Ｂが流体の排出を行うものとする。従って、開口部３２Ａから所定の流体圧で流体が供給される。開口部３２Ａは流体通路管１０−１と連通しており、蓋部４Ｂに向けて流体が流れる。
【００３８】
蓋部４Ｂでは流体通路管１０−１に連通溝３３Ｂが設けられており、流体通路管１０−２と連通している。従って、流体通路管１０−１を流れた流体は次に流体通路管１０−２を蓋部４Ａに向けて流れる。そして、蓋部４Ａの連通溝３３Ａにより次の流体通路管１０−３に向けて流体が流れるようになっている。つまり、連通溝３３Ａ、３３Ｂを形成して、各流体通路管１０を連通させることにより、流体通路管１０−１から順番に１０−７まで流体が流れるようになる。
【００３９】
そして、流体通路管１０−７は開口部３２Ｂに臨んでおり、開口部３２Ｂに設けた配管接続部３５から外部に排出される。従って、開口部３２Ａから供給された流体は７本の流体通路管１０を通過して、最終的に外部に排出される。流体通路管１０は被加熱部２を構成しており、従って被加熱部２を流体が７回通過して往復するような構成となっている。以上が流体加熱装置１の内部の基本構造となっている。次に、被加熱部２の外周側の構成について説明する。
【００４０】
図６は被加熱部２の外周側を構成する各種機構を示しており、図７は図６のＡ−Ａ断面図を示している。被加熱部２の各流体通路管１０の外周側には断熱性のカバー部材４１を設けている。その素材としては断熱性に優れた珪酸カルシウム等を用いることができる。勿論、断熱性の素材であれば任意の素材を用いてもよい。カバー部材４１は円筒形状をしており、固定部３Ａと３Ｂとの間に設けられる。カバー部材４１の長さを固定部３Ａと３Ｂとの間隔と一致させることで、固定部３Ａと３Ｂとの間にカバー部材４１を隙間なく設けることができる。これにより、カバー部材４１の内部空間（各流体通路管１０を内包している空間）を密閉空間とすることができ、且つカバー部材４１の断熱効果により外気温の影響を排除できる。
【００４１】
カバー部材４１の外周側にはらせん状に誘導加熱部としての誘導コイル４２が巻き付けられている。誘導コイル４２は両端が交流電源４３と接続されている。交流電源４３は所定の交流電流を発生させる電源装置（例えば、２００ボルトの電圧を発生）であり、これにより誘導コイル４２に交流電流が流れる。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより、強度の変化する磁界を発生させることができる。また、交流電源の電圧（または電流）を適宜変化させることで、流体通路管１０の発熱温度を変化させることができ、流体の加熱温度を適宜に調整することができる。
【００４２】
カバー部材４１の内部空間には７本の流体通路管１０が配置されており、カバー部材４１の外周側に誘導コイル４２をらせん状に巻き付けている。流体通路管１０は導電性の磁性管で構成しており、誘導コイル４２に交流電流を流すことによる磁界強度の変化により、各流体通路管１０に渦電流が流れる。これにより、流体通路管１０にはジュール熱が発生して発熱する。
【００４３】
従って、流体通路管１０が発熱して、流体通路管１０の内部を流れる流体が加熱される。そして、カバー部材４１が外気温から遮熱しており、流体通路管１０の温度が外部に放熱されることを回避している。ただし、各流体通路管１０は相互に所定の間隔をおいて配置されていることから、流体通路管１０と流体通路管１０との間には所定の空気層が介在する。この空気層の断熱効果により熱伝達効率が低下し、各流体通路管１０によって熱分布が偏在化する。
【００４４】
そこで、流体通路管１０の内部に充填伝熱部材としてスチールウール４５を充填する。スチールウール４５は熱伝導性に優れている素材であり、これをカバー部材４１の内部空間に充填することにより、空気層の断熱効果を生じないようにする。これにより、カバー部材４１の内部空間の熱分布を均一化し、各流体通路管１０に温度差を生じなくすることができる。これにより、流体に対して偏りのない高温加熱を行うことができるようになる。
【００４５】
カバー部材４１の外周側には保護部材４６を設けている。カバー部材４１は断熱性に優れた素材であるが、負荷に対する耐性はそれほど高くない。カバー部材４１の外周側には流体供給配管４７を巻き付けており、この巻き付け力によりカバー部材４１に大きな負荷が与えられる。そこで、カバー部材４１を保護するための保護部材４６をカバー部材４１の外周側に巻き付けている。保護部材４６は簾構造になっており、複数の棒状部材を相互に概略平行に配置して、各棒状部材を編み重ねて構成している。棒状部材としては竹や木等で構成し、各棒状部材は糸や紐等のようなもので編み重ねるようにする。ここでは、棒状部材としては曲げ方向の外力が作用しても弾性復元性を持つ竹を用い、その形状を細長の三角柱として、各三角柱の竹を糸により編み重ねるようにしている。
【００４６】
保護部材４６の外周側には流体供給配管４７をらせん状に巻き付けており、この流体供給配管４７の周囲には絶縁部材４８を取り付けている。流体供給配管４７は図示しない流体を供給する流体源と蓋部４Ａの開口部３２Ａとを接続しており、流体源の流体を供給する経路となっている。流体供給配管４７は導電性の磁性管で構成しており、従って渦電流により配管自体が発熱するようになっている。
【００４７】
カバー部材４１に巻きつけられた誘導コイル４２に交流電流を流すと、誘導コイル４２を中心にして磁力線が変化する。つまり、流体通路管１０だけではなく流体供給配管４７にも渦電流が流れてジュール熱が発生する。これにより、流体供給配管４７が加熱され、内部流路の流体も加熱がされる。流体供給配管４７は配管接続部３５と接続されており、流体源からの流体を被加熱部２の流体通路管１０に導くようにしている。
【００４８】
流体供給配管４７は磁性管で構成しており、しかも保護部材４６にらせん状に巻き付けられていることから、流体供給配管４７同士が接触するおそれがある。特に、流体供給配管４７が加熱される領域を長くして加熱を行うために、らせん状に巻き付けた流体供給配管４７同士の間隔はできる限り近接させるようにしている。これにより、接触の可能性が高くなる。磁性管同士が接触すると放電の危険性を生じる。そこで、誘導コイル４２には絶縁部材４８を取り付けている。
【００４９】
絶縁部材４８は流体供給配管４７に満遍なく取り付けるようにする。このため、流体供給配管４７にスパイラル状に取り付けるポリプロピレン素材のスパイラルカバー、或いはプラスチック製の収縮チューブ等を絶縁部材４８として適用する。これにより、流体供給配管４７の接触による放電は生じなくなる。
【００５０】
以上が流体加熱装置１の全体の概略構成になっている。次に、この流体加熱装置１を用いた流体加熱について説明する。ここでは、低温水（１５℃近傍）の流体を高温水（４５℃近傍）になるまで短時間で加熱を行うようにしているが、勿論任意の温度から任意の温度に上昇させるものであってよい。図示しない流体源は所定圧で低温水を圧送するようにしている。圧送された低温の流体の流速は高速になっており、これにより短時間で流体を排出するようにしている。
【００５１】
流体源から圧送された流体は流体供給配管４７により供給される。流体供給配管４７は保護部材４６にらせん状に巻きつけられており、保護部材４６の内周側には誘導コイル４２が巻き付けられている。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより磁界強度に変化を生じ、流体供給配管４７に対しても誘導加熱が作用する。これにより、内部の流体がある程度加熱される。
【００５２】
ここで、流体供給配管４７による加熱はあくまでも予備的な加熱（予備加熱）であり、流体の加熱（本加熱）は被加熱部２を構成する流体通路管１０により行う。誘導コイル４２に交流電流を流すことにより磁性管が発熱をするが、磁性管に発生するジュール熱は誘導コイル４２と磁性体との距離（間隔）によって変化する。従って、磁性管と誘導コイル４２との間隔が過剰に近接している場合および過剰に離間している場合には、発熱効果が低くなる。換言すれば、最適な間隔に設定することにより、高い発熱効果を得ることができる。
【００５３】
そこで、誘導コイル４２と流体通路管１０との間隔を最も高い発熱効率が得られるような間隔に設定し、この間隔よりも短い間隔に流体供給配管４７と誘導コイル４２との間隔を設定している。このために、カバー部材４１の外周側に巻き付けた誘導コイル４２と内部空間に設けた流体通路管１０との間隔が最も高い発熱効率が得られるような間隔となるようにカバー部材４１の厚みを構成する。つまり、カバー部材４１は外気温との断熱を図る機能の他に、流体通路管１０と誘導コイル４２との間の間隔を最適に設定するスペーサとしての機能も果たしている。
【００５４】
これにより、流体通路管１０では極めて高い発熱効果が得られるが、流体供給配管４７の発熱効果はそれよりも低くなる。ただし、流体供給配管４７による加熱はあくまでも予備加熱であり、本加熱を補完する程度の加熱でよいため、格別な問題とはならない。逆に、誘導コイル４２との間隔を短くすることで、流体加熱装置１の全体のサイズ（円周方向のサイズ）のコンパクト化を図っている。
【００５５】
一方、被加熱部２における流体の加熱温度は高温になり、カバー部材４１により密閉した空間となっていることから、内部空間の温度は極めて高温状態になっている。カバー部材４１は断熱性に優れているものの、内部空間の熱を完全に断熱できない場合にはカバー部材４１の最外層の温度が高温になる。そこで、流体供給配管４７をらせん状に巻きつけ、且つ取り付けた絶縁部材４８と絶縁部材４８との間に隙間が生じないようにすることで、流体加熱装置１の最外層の温度は流体供給配管４７の温度（常温を予備加熱した程度の温度）にすることができ、安全性を確保することができる。
【００５６】
流体供給配管４７から配管接続部３５を介して蓋部４Ａの開口部３２Ａから流体通路管１０−１に予備加熱がされた流体が流れる。流体通路管１０−１は誘導コイル４２による誘導加熱により発熱する。しかも、誘導コイル４２と流体通路管１０−１との間の間隔は最も高い発熱効果が得られるように設定しているため、流体通路管１０−１は高温で発熱する。そして、カバー部材４１により内部空間にはスチールウール４５を充填していることから空気層の断熱効果がないことから均等な高温加熱がされ、流体通路管１０−１の熱により内部流路を流れる流体に対して大きな熱量が与えられる。
【００５７】
前述したように、短時間で高温水を生成するために、流体の流速は高速になっている。よって、流体通路管１０−１の長さを過剰に長くしなければ、内部流路を流れる流体の加熱時間は短くなる。このため、低温水の流体を所望の温度（４５℃近傍）まで加熱することができない。本発明では、流体通路管１０−１を流れた流体は蓋部４Ｂの連通溝３３を介して流体通路管１０−２に流すようにしている。これにより、被加熱部２の領域（つまり誘導コイル４２により加熱される領域）に流体を往復させることができ、２回分の加熱を行うことができる。
【００５８】
ただし、流体加熱装置１のサイズのコンパクト化を図るため、流体通路管１０の長さは短く構成している。このため、低温水の流体に被加熱部２の領域を１回往復させた程度では加熱時間としては不足し、所望の温度になるまで加熱させることができない。そこで、複数回往復させるようにする。流体通路管１０−１から１０−７まで順番に通過させることで、合計３．５回の往復をさせることができるようになる。これにより、流体通路管１０の長さをそれほど長くすることなく、高速に流れる流体を長時間にわたって加熱させることができる。これにより、開口部３２Ｂおよび配管接続部２５Ｂから排出される流体は、所望の高温水として排出させることができるようになる。しかも、流速を高速にすることができることから、短時間で高温水を生成できるようになる。
【００５９】
従って、流体通路管１０を短く構成することができるため、コンパクトな構成で所望温度まで流体を加熱することができるようになる。そして、蓋部４Ａ、４Ｂに単に溝（連通溝３３）を掘っただけの構成で実現できるため、極めて簡単な構成で流体加熱を行うことができるようになる。
【００６０】
ここで、各流体通路管１０は被加熱部２の内部で非接触に配置されており、相互に所定の間隔で配置されている。このとき、誘導コイル４２による誘導加熱に支障のない程度に各流体通路管１０をそれぞれ集中配置するようにすることが望ましい。各流体通路管１０を近接させて集中的に配置することで、流体加熱装置１（の円周方向）のサイズがコンパクト化する。しかも、蓋部４に形成する連通溝３３は２つの流体通路管１０を連通させるために設けており、流体通路管１０同士を近接させることで、連通溝３３も短い間隔で形成することができる。これにより、蓋部４に僅かな溝を掘るだけで流体を連通させることができることから、その構成を極めて簡単なものにすることができる。
【００６１】
また、各流体通路管１０の配置を集中させることで、各流体通路管１０の温度に偏りがなくなる。各流体通路管１０の発熱温度の偏在化をなくすためにスチールウール４５をカバー部材４１の内部空間に充填しているが、各流体通路管１０を集中的に配置することで、発熱温度の均一化の相乗効果を得ることができる。ただし、連通溝３３同士が連通しない程度に集中配置を行う。
【００６２】
前述した流体通路管１０を固定部３から脱落することを防止する脱落防止手段から取り外すことにより、またネジ３６のネジ締め力を解除することにより、各部品に分解することができる。これにより、流体通路管１０を単体の状態にすることができる。各流体通路管１０は直線状の管になっており、内部流路のメンテナンスは極めて簡単に行うことができ、良好なメンテナンス性を得ることができる。また、蓋部４やカバー部材４１等の他の部品についても取り外すことができるため、良好なメンテナンス性が得られる。
【００６３】
カバー部材４１の内部空間にはスチールウール４５を充填しているが、内部空間を充填できれば任意のものを適用してもよい。例えば、カバー部材４１の内径と同じ外径を有する円柱状の金属部材を用いることができる。この金属部材には流体通路管１０の外径と同じ内径を有する貫通孔を７箇所に設けるようにして、各貫通孔に流体通路管１０を挿入する。これにより、スチールウール４５を充填した場合と同じ効果を得ることができる。ただし、充填伝熱部材としての金属部材は誘導加熱がされないように、非磁性体で構成する。
【００６４】
また、嵌合部３１は蓋部４に設けてシール部材３７を挿嵌するようにしているが、嵌合部３１は固定部３に設けるようにしてもよいし、蓋部４と固定部３との両者に設けるようにしてもよい。要は、固定部３と蓋部４との間に所定の嵌合部３１の領域が形成され、この嵌合部３１にシール部材３７を挿嵌してネジ締めをするものであればよい。ただし、形成した嵌合部３１の深さはシール部材３７の厚みよりも小さく構成する。
【００６５】
図１〜図７の例は、流体通路管１０が７本の場合を説明した。流体通路管１０の長さを十分確保できないような場合には、被加熱部２を７回通過させたとしても所望の温度にまで加熱することができない場合がある。そこで、図８（ａ）および（ｂ）のように、流体通路管１０を９本配置するようにしてもよい。この場合には、流体の往復回数４．５回とすることができ、流体通路管１０の長さを十分確保できないような場合でも、長時間の加熱を行うことができ、所望温度にまで加熱することができる。勿論、その本数は１１本、或いはそれ以上であってもよい。
【００６６】
前述したように、流体通路管１０の本数は奇数本が望ましい。偶数本の場合でも、被加熱部２に流体を往復させることができるが、この場合には同じ側の固定部３（３Ａまたは３Ｂ）に配管接続部３５を設けるようにしなければならなくなる。この場合には、固定部３の構成の配置態様に余裕がなくなる。一方、奇数本にすることにより、異なる側の固定部３にそれぞれ配管接続部３５が設けられるため、余裕をもった配置態様とすることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 流体加熱装置
２ 被加熱部
３ 固定部
４ 蓋部
１０ 流体通路管
２１ 管挿入部
２２ ネジ孔
２５ スチールウール
３１ 嵌合部
３２ 開口部
３３ 連通溝
３４ ネジ孔
３５ 配管接続部
３６ ネジ
３７ シール部材
３８ 貫通孔
４１ カバー部材
４２ 誘導コイル
４３ 交流電源
４５ スチールウール
４６ 保護部材
４７ 流体供給配管
４８ 絶縁部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成した直線状の流体通路管を並列に複数配置した被加熱部と、
前記誘導加熱によって各流体通路管を発熱させる誘導加熱部と、
前記流体通路管のうち１つと連通する厚み方向に貫通した開口部および１つの流体通路管と他の流体通路管との流路を連通させる複数の連通溝を有する蓋部と、
を備えたことを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
前記流体通路管の両端を固定して支持する固定部と、
前記蓋部と前記固定部との間に形成される嵌合部に挿嵌され、この嵌合部の深さよりも厚みを大きく構成した前記固定部および前記蓋部よりも剛性が低く且つ熱膨張率の大きいシール部と、
前記嵌合部に前記シール部を挿嵌した前記蓋部と前記固定部とを固着する固着手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記流体通路管の一端側に設けた蓋部と他端側に設けた蓋部とは、同じ箇所に前記開口部および前記連通溝を形成しており、且つ相互に角度を回転させていること
を特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
【請求項４】
外周側に前記誘導加熱部が設けられ、内周側は前記被加熱部を内包して密閉した断熱性のカバー部材と、
前記カバー部材の内部空間に充填される伝熱性の充填伝熱部材と、
を備えていることを特徴とする請求項３記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記カバー部材の外周側にらせん状に巻き付けられ、前記開口部に連通させて流体を前記被加熱部に供給し、電磁誘導によって誘導加熱される流体供給配管と、
らせん状に巻きつけられた前記流体供給配管が相互に接触しないように、前記流体加熱配管に取り付けた絶縁部材と、
を特徴とする請求項４記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記流体供給配管の発熱効率よりも前記流体通路管の発熱効率が高くなるように前記カバー部材と前記流体通路管との間隔を設定し、且つこの間隔よりも前記カバー部材と前記流体供給配管との間隔を短く設定したこと
を特徴とする請求項５記載の流体加熱装置。
【請求項１】
電磁誘導の誘導加熱によって加熱され、流体の流路を内部に形成した直線状の流体通路管を並列に複数配置した被加熱部と、
前記誘導加熱によって各流体通路管を発熱させる誘導加熱部と、
前記流体通路管のうち１つと連通する厚み方向に貫通した開口部および１つの流体通路管と他の流体通路管との流路を連通させる複数の連通溝を有する蓋部と、
を備えたことを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
前記流体通路管の両端を固定して支持する固定部と、
前記蓋部と前記固定部との間に形成される嵌合部に挿嵌され、この嵌合部の深さよりも厚みを大きく構成した前記固定部および前記蓋部よりも剛性が低く且つ熱膨張率の大きいシール部と、
前記嵌合部に前記シール部を挿嵌した前記蓋部と前記固定部とを固着する固着手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記流体通路管の一端側に設けた蓋部と他端側に設けた蓋部とは、同じ箇所に前記開口部および前記連通溝を形成しており、且つ相互に角度を回転させていること
を特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
【請求項４】
外周側に前記誘導加熱部が設けられ、内周側は前記被加熱部を内包して密閉した断熱性のカバー部材と、
前記カバー部材の内部空間に充填される伝熱性の充填伝熱部材と、
を備えていることを特徴とする請求項３記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記カバー部材の外周側にらせん状に巻き付けられ、前記開口部に連通させて流体を前記被加熱部に供給し、電磁誘導によって誘導加熱される流体供給配管と、
らせん状に巻きつけられた前記流体供給配管が相互に接触しないように、前記流体加熱配管に取り付けた絶縁部材と、
を特徴とする請求項４記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記流体供給配管の発熱効率よりも前記流体通路管の発熱効率が高くなるように前記カバー部材と前記流体通路管との間隔を設定し、且つこの間隔よりも前記カバー部材と前記流体供給配管との間隔を短く設定したこと
を特徴とする請求項５記載の流体加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５２７０７（Ｐ２０１２−５２７０７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９３７９３（Ｐ２０１０−１９３７９３）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５９４１０９９３４）
【出願人】（３９１０２１６２８）法月株式会社 (8)
【出願人】（５１０２３５０４０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５９４１０９９３４）
【出願人】（３９１０２１６２８）法月株式会社 (8)
【出願人】（５１０２３５０４０）
【Ｆターム（参考）】
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