JP2005098553A - Heat exchanger - Google Patents

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Shinichiro Ito
晋一郎 伊藤
Masahiko Horie
雅彦 堀江
Yasutsugu Ito
泰嗣 伊藤
Ryozo Imanishi
良造 今西
Masahiko Nomura
昌彦 野村
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Kubota Corp
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Noritake Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger and a heat exchanging (heating) method capable of evenly heating the whole and improved in heat transmittance to a fluid by eliminating local heating of a fluid, especially a high viscous or uneven heating (heat exchanging) fluid such as a starch suspension, or restricting local heating at an extremely high ratio by supplying the only electromagnetism without using a heat medium such as steam. <P>SOLUTION: The heat exchanger is provided with a magnetic flux generating work coil connectable to a high frequency current generating means, a tubular housing having a flow passage for passing the fluid therethrough and formed from a material possible to be heated by electromagnetic induction of the work coil to exchange the heat between the fluid flowing in the flow passage, and an agitating element arranged inside the tubular housing to agitate the fluid passing through the flow passage. A heating method of eliminating local heating in the fluid or restricting it at an extremely high ratio to evenly heat the whole can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電磁誘導加熱を利用した、流体、特に高粘性流体(例えば、澱粉懸濁液等)と熱交換をしてこれを加熱するための熱交換器(IH式熱交換器)等に関する。   The present invention relates to a heat exchanger (IH type heat exchanger) for heat exchange by heat exchange with a fluid, particularly a highly viscous fluid (for example, a starch suspension) using electromagnetic induction heating. .

本発明により、流体への熱伝導性が高められた熱交換器を提供することができる。特に、熱交換(加熱)すべき流体として、温度に敏感で加熱により局部増粘を生じて高粘性流体となるもの、即ち、難均一加熱性の流体、例えば、澱粉懸濁液を選択した場合であっても、電磁気のみの供給により、容易に加熱することができ、しかもこのような流体が局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体を均一に加熱することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a heat exchanger with improved thermal conductivity to a fluid. In particular, when fluid that should be heat exchanged (heated) is selected, a fluid that is sensitive to temperature and locally thickens by heating to become a highly viscous fluid, that is, a fluid that is difficult to heat uniformly, such as a starch suspension. Even so, it can be easily heated by supplying only electromagnetism, and the whole fluid can be heated uniformly by eliminating or suppressing with high probability that such fluid is not locally heated. Can do.

流体を加熱するための熱交換の代表的な方式として、熱媒としてスチームを使用するボイラー方式がある。しかしながら、ボイラー方式の場合には熱媒や燃料の循環設備等の設置を必要とするために装置の設置面積が大きくなる、負荷変動に対する追随性が悪い、ドレンの滞留やスチーム圧の変動により原料温度が安定しない、スチームを使用するため熱交換器が圧力容器になり易い等の問題があった。   As a typical method of heat exchange for heating a fluid, there is a boiler method using steam as a heat medium. However, in the case of the boiler system, the installation area of the apparatus becomes large because the installation of a heat medium, fuel circulation equipment, etc. is required, the followability to load fluctuation is poor, the raw material due to the retention of drain and fluctuation of steam pressure There was a problem that the temperature was not stable and the heat exchanger was likely to become a pressure vessel because steam was used.

一方、これまでにスチーム等の熱媒を使用せずに電磁気等の供給のみで流体を加熱する熱交換器について、多くの提案がされている(例えば、特許文献1、2及び3等参照。)。   On the other hand, many proposals have heretofore been made regarding heat exchangers that heat a fluid only by supplying electromagnetic or the like without using a heating medium such as steam (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3). ).

特開平9-75948号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-75948 特開平8-94176号公報JP-A-8-94176 特開平5-129070号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-129070

例えば、流体を殺菌温度まで加熱する電磁誘導加熱装置を提供できるという報告がある(特許文献1参照。)。しかしながら、報告されている電磁誘導加熱装置においては、スチーム等の熱媒を使用して流体を加熱する熱交換器において認められる問題点である、燃料等の循環設備等の設置を必要とするために装置の設置面積が大きくなる、負荷変動に対する追随性が悪い、ドレンの滞留やスチーム圧の変動により温度が安定しない、スチームを使用するため熱交換器が圧力容器になり易い等は改善されているものの、流体、特に高粘性流体(特に、澱粉懸濁液)への熱伝達性(熱伝導性)は不十分である。このため、流体の温度の上昇において、その立ち上がりが悪く、また、その温度は不均一になり易いという問題があった。また、このように熱伝達性が不十分である場合には、電磁誘導で加熱されるハウジングの温度は必要以上に高くなり、流体において局部加熱による焦げが発生する等の問題もあった。更に、熱交換器の内部に撹拌用のエレメントを設けて流体への熱伝導性を高めると共に、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体において局部的に加熱(局部加熱)されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することに好適な熱交換器についての記載は無い。   For example, there is a report that an electromagnetic induction heating device that heats a fluid to a sterilization temperature can be provided (see Patent Document 1). However, in the reported electromagnetic induction heating apparatus, it is necessary to install a circulation facility such as fuel, which is a problem recognized in a heat exchanger that heats a fluid using a heating medium such as steam. In addition, the installation area of the device is increased, the followability to load fluctuation is poor, the temperature is not stable due to drain retention and fluctuation of steam pressure, etc. However, the heat transfer (heat conductivity) to fluids, particularly highly viscous fluids (especially starch suspensions), is insufficient. For this reason, when the temperature of the fluid rises, there is a problem that the rise is bad and the temperature is likely to be non-uniform. In addition, when the heat transferability is insufficient, the temperature of the housing heated by electromagnetic induction becomes higher than necessary, and there is a problem that the fluid is burnt due to local heating. Further, an agitating element is provided inside the heat exchanger to increase the thermal conductivity to the fluid, and a fluid, particularly a highly viscous or hardly uniform heatable fluid such as a starch suspension, is locally localized in the fluid. There is no description of a heat exchanger suitable for heating uniformly (overall heating) by eliminating or suppressing with extremely high probability that it is not heated (local heating).

そこで、本発明が解決しようとする課題は、スチーム等の熱媒を使用せずに電磁気の供給のみで流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱(熱交換)性の流体を、当該流体において局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することができ、流体への熱伝導性が高められた熱交換器及び熱交換(加熱)方法等を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a fluid, particularly a highly viscous or difficultly heated (heat exchange) fluid such as a starch suspension, by simply supplying electromagnetic power without using a heating medium such as steam. The heat exchanger and the heat exchange (heating which can be heated uniformly in the whole, eliminating local heating in the fluid or suppressing it with a very high probability, and heating the fluid uniformly. ) To provide a method and the like.

本発明によれば、特定の構成の熱交換器を用いることにより、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体の均一加熱が達成される。この熱交換器は、高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、流体を通すための流路を有し、前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱可能な材料からなり、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングとを備える。更に、前記管状ハウジング内(詳しくはその流路)に、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントを備える(配設する)。即ち、ワークコイルに高周波電流発生手段により高周波電流を供給すると、前記管状ハウジングは、前記ワークコイルによる電磁誘導により加熱され、即ち前記ワークコイルから発生した磁束を受けて発熱し、これと前記管状ハウジング内に配設された撹拌用エレメントとの相互作用により、特に電磁誘導により加熱された管状ハウジングの温度が下がるため、流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される(減少する)、即ち流体の均一加熱が達成される。また、前記ワークコイルを前記管状ハウジングに、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように前記スペーサ等の支持部材を介して配したときには、前記ワークコイルが、電磁誘導により加熱された管状ハウジングからの伝熱により耐熱温度以上になることを、断熱材を取り付けることなしで、抑止することができる。前記撹拌用エレメントとして、前記管状ハウジングの内部の軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板とからなる撹拌用エレメントを選択した場合には、加熱すべき流体が十分に混合されるため適当な温度で均一に加熱することが容易となる。尚、印加する高周波電流を制御すると共に、前記流体の流量を制御することにより、前記管状ハウジングの温度を一定に保ちつつ、加熱すべき流体の所定の(適当な)温度までの均一加熱が達成される。また、流体として澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を選択した場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。   According to the present invention, by using a heat exchanger having a specific configuration, uniform heating of a fluid, particularly a highly viscous or hardly uniform heating fluid such as a starch suspension can be achieved. This heat exchanger has a work coil for generating magnetic flux that can be connected to a high-frequency current generating means, and a flow path for passing a fluid, and is made of a material that can be heated by electromagnetic induction by the work coil. And a tubular housing for exchanging heat with the fluid passing therethrough. Furthermore, a stirring element for stirring the fluid passing through the flow path is provided (arranged) in the tubular housing (specifically, the flow path). That is, when a high frequency current is supplied to the work coil by the high frequency current generating means, the tubular housing is heated by electromagnetic induction by the work coil, that is, receives heat generated from the work coil and generates heat, and this tubular housing Due to the interaction with the stirrer element arranged inside, the temperature of the tubular housing heated, in particular by electromagnetic induction, decreases, so that there is no local heating in the fluid or is suppressed (reduced) with a very high probability, That is, uniform heating of the fluid is achieved. In addition, when the work coil is disposed on the tubular housing via a support member such as the spacer so that the inner surface of the tubular coil is spaced apart from the outer surface of the tubular housing, the work coil is heated by electromagnetic induction. It can suppress that it becomes more than heat-resistant temperature by the heat transfer from the made tubular housing, without attaching a heat insulating material. A plurality of baffle plates that are sequentially arranged in the axial direction inside the tubular housing as the agitating element and are twisted at a predetermined angle around the tube axis, the axial end portions of which are adjacent to each other. If a stirring element consisting of a baffle plate arranged crossing each other is selected, the fluid to be heated is sufficiently mixed, so that it can be easily heated uniformly at an appropriate temperature. Become. By controlling the high-frequency current to be applied and the flow rate of the fluid, uniform heating up to a predetermined (appropriate) temperature of the fluid to be heated is achieved while keeping the temperature of the tubular housing constant. Is done. Moreover, even when a highly viscous or difficult to heat uniform fluid such as a starch suspension is selected as the fluid, local heating in the fluid is eliminated or suppressed with a very high probability, and this is efficiently performed. Exchanges can be made.

即ち、本発明の第一の視点において、高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、
流体を通すための流路を有し、前記ワークコイルによる電磁誘導加熱可能な材料からなり、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングと、
前記管状ハウジング内に配設され、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントと
を備えることに特徴を有する熱交換器(以下、「本発明の熱交換器」とも称する。)を提供することができる。
That is, in the first aspect of the present invention, a work coil for generating magnetic flux that can be connected to high-frequency current generating means,
A tubular housing having a flow path for passing a fluid, made of a material capable of electromagnetic induction heating by the work coil, and exchanging heat with the fluid passing through the flow path;
Provided is a heat exchanger (hereinafter also referred to as “heat exchanger of the present invention”) provided with an agitating element that is disposed in the tubular housing and agitates a fluid passing through the flow path. be able to.

また、本発明の熱交換器では、前記撹拌用エレメントを、前記管状ハウジングの軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなるものにすることができる。   Further, in the heat exchanger according to the present invention, the stirring element is a plurality of baffle plates that are sequentially arranged in the axial direction of the tubular housing and are twisted at a predetermined angle around the tube axis. It can be made of a baffle plate whose direction end portion is arranged to intersect with the end portion of the adjacent baffle plate.

更に、本発明の熱交換器では、更に、前記管状ハウジングの外面に対し前記ワークコイルを所定間隔に保持するように配された支持部材を備えさせることができる。   Furthermore, in the heat exchanger according to the present invention, a support member arranged to hold the work coil at a predetermined interval with respect to the outer surface of the tubular housing can be provided.

本発明の熱交換器では、前記ワークコイルを、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように、配することができる。尚、前記所定の間隔は、管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であるが、好ましくは長くとも2mmである。   In the heat exchanger of the present invention, the work coil can be arranged such that the inner surface thereof and the outer surface of the tubular housing have a predetermined distance. The predetermined interval is an optimum interval for giving efficient induction heating to the tubular housing at a predetermined temperature, but it is preferably 2 mm at the longest.

本発明の熱交換器では、更に、印加する高周波電流を制御することができる手段と、前記流体の流量を制御する手段とを備えさせて、前記流体を所定の温度に均一加熱するよう制御することができる。このことにより、前記管状ハウジング内の管壁(壁面)を所定の温度に保ちつつ、加熱すべき流体を所定の温度まで加熱することができるので、流体を過剰に加熱することがなく、また、流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される。その結果、流体を適当な温度に均一に加熱することができる。   The heat exchanger according to the present invention further includes means for controlling the applied high-frequency current and means for controlling the flow rate of the fluid, and controls the fluid to be uniformly heated to a predetermined temperature. be able to. This allows the fluid to be heated to be heated to a predetermined temperature while maintaining the tube wall (wall surface) in the tubular housing at a predetermined temperature, so that the fluid is not excessively heated. There is no or very high probability of local heating in the fluid. As a result, the fluid can be uniformly heated to an appropriate temperature.

本発明の熱交換器は、高粘性流体(例えば、澱粉懸濁液等)用の熱交換器として好適であり、このような流体が選択される場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。   The heat exchanger of the present invention is suitable as a heat exchanger for highly viscous fluids (for example, starch suspensions), and even when such a fluid is selected, local heating in the fluid is performed. It can be eliminated or suppressed with a very high probability, and heat exchange with this can be performed efficiently.

本発明の第二の視点において、管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、前記流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱すること
を含むことに特徴を有する流体の加熱方法(以下、「本発明の加熱方法」とも称する。)を提供することができる。
In the second aspect of the present invention, the tubular housing is subjected to electromagnetic induction by a work coil for generating magnetic flux disposed through a support member so that the inner surface and the outer surface of the tubular housing are spaced apart from each other. From the tubular housing heated by heating and electromagnetic induction by the work coil, the temperature of the tubular housing is lowered and localized heating in the fluid is eliminated or suppressed with a very high probability in the tubular housing. A fluid heating method (hereinafter, also referred to as “heating method of the present invention”) including heating the fluid uniformly by causing the fluid to stir and flow with a stirring element provided to exchange heat. ) Can be provided.

また、本発明の加熱方法では、前記所定の間隔を、長くとも2mmとすることができる。   In the heating method of the present invention, the predetermined interval can be at most 2 mm.

更に、本発明の加熱方法では、前記流体が、高粘性流体(例えば、澱粉懸濁液等)である場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。   Furthermore, in the heating method of the present invention, even when the fluid is a highly viscous fluid (for example, a starch suspension), local heating in the fluid is eliminated or suppressed with a very high probability, Heat exchange can be performed efficiently with this.

尚、本発明の加熱方法によれば、印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁(壁面)の温度を制御しつつ、前記管状ハウジング内に供給される前記流体の流量を制御して、前記管状ハウジングの温度を一定に保ちつつ、流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御することができるので、加熱すべき流体を焦がす等の悪い影響を与えることが無い。   According to the heating method of the present invention, the flow rate of the fluid supplied into the tubular housing is controlled while controlling the temperature of the tube wall (wall surface) in the tubular housing by controlling the high frequency current to be applied. It is possible to control and maintain the temperature of the tubular housing constant, while controlling the fluid to be uniformly heated to a predetermined temperature by eliminating local heating or suppressing it with a very high probability. There is no adverse effect such as scorching the fluid to be burned.

本発明により、流体への熱伝導性が高められた熱交換器を提供する。この熱交換器(本発明の熱交換器)は、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することができる。尚、この熱交換器では、電気の供給のみで加熱すべき流体を加熱することができ、スチーム等の供給設備が不要である。また、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱する流体の加熱方法を提供することができる。   The present invention provides a heat exchanger with enhanced thermal conductivity to a fluid. This heat exchanger (the heat exchanger of the present invention) suppresses fluids, particularly highly viscous or difficultly heatable fluids such as starch suspensions, by eliminating local heating in the fluid or with extremely high probability. , It can be heated uniformly throughout. In this heat exchanger, the fluid to be heated can be heated only by supplying electricity, and supply equipment such as steam is unnecessary. Also, a fluid heating method for heating a fluid, particularly a highly viscous or hardly uniformly heatable fluid such as a starch suspension, in which the local heating in the fluid is eliminated or suppressed with a very high probability, and the fluid is uniformly heated as a whole. Can be provided.

更に、前記熱交換器を使用して、全体を均一に加熱された流体、例えば、全体を均一にα化された澱粉懸濁液を、連続的に、容易かつ簡便に製造することができる。従って、本発明は、特に食品分野等において、工業的に極めて有用である。   Furthermore, using the heat exchanger, a fluid that is uniformly heated, for example, a starch suspension that is uniformly pregelatinized can be produced continuously and easily. Therefore, the present invention is extremely useful industrially, particularly in the food field.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
本発明には、管状ハウジングの内部の流路を通る流体、好ましくは澱粉懸濁液等の高粘性流体を加熱するための熱交換器、及び当該流体(好ましくは澱粉懸濁液等の高粘性流体)を加熱する方法等が含まれる。尚、本発明の熱交換器を中心に図1〜図5を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
The present invention includes a heat exchanger for heating a fluid passing through a flow path inside a tubular housing, preferably a highly viscous fluid such as a starch suspension, and the fluid (preferably a highly viscous fluid such as a starch suspension). A method of heating the fluid). In addition, although it demonstrates in detail using FIGS. 1-5 centering on the heat exchanger of this invention, this invention is not limited to this.

(本発明の熱交換器)
本発明の熱交換器では、流体(加熱すべき流体)を、必要以上の温度で(過剰に)加熱する、焦がす等の悪い影響を与えることなく、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、適当な温度でしかも均一に加熱することができる。特に、澱粉懸濁液等の高粘性流体を所定の温度になるまで均一に加熱することができる。即ち澱粉懸濁液等の高粘性流体加熱用の熱交換器として極めて優れている。
(Heat exchanger of the present invention)
In the heat exchanger of the present invention, the fluid (fluid to be heated) is heated at an excessive temperature (excessively), without causing adverse effects such as scorching, or local heating in the fluid is eliminated or extremely high. Suppressing with probability, it can be heated at an appropriate temperature and uniformly. In particular, a highly viscous fluid such as a starch suspension can be heated uniformly until a predetermined temperature is reached. That is, it is extremely excellent as a heat exchanger for heating a highly viscous fluid such as starch suspension.

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図1及び図2を参照すると、管状ハウジング2及び7の内部には、撹拌用エレメント1及び6が配設されている。また、前記管状ハウジング2及び7の外面に対し磁束発生用のワークコイル4及び10を所定間隔に保持するように支持部材3及び8が配されている。更に、前記ワークコイル4及び10は、前記管状ハウジング2及び7と同形状(円筒形状)をなし、前記ワークコイル4及び10の内面(内周面)と、前記管状ハウジング2及び7の外面(外周面)とが所定の間隔をとるように、即ち断熱空気層9を構成するように、前記管状ハウジング2及び7に、支持部材3及び8を介して巻回されて配されている。尚、前記管状ハウジング2の端部には、この端部と嵌合するようにフランジ5が配設されている。また、図1及び図2においては図示されていないが、前記ワークコイル4及び10は高周波電流発生手段と接続されている。   As a heat exchanger according to one embodiment of the present invention, for example, referring to FIGS. 1 and 2, stirring elements 1 and 6 are disposed inside tubular housings 2 and 7. Support members 3 and 8 are arranged on the outer surfaces of the tubular housings 2 and 7 so as to hold the work coils 4 and 10 for generating magnetic flux at a predetermined interval. Further, the work coils 4 and 10 have the same shape (cylindrical shape) as the tubular housings 2 and 7, and the inner surfaces (inner peripheral surfaces) of the work coils 4 and 10 and the outer surfaces of the tubular housings 2 and 7 ( The outer circumferential surface) is wound around the tubular housings 2 and 7 via the support members 3 and 8 so as to form a heat-insulating air layer 9. A flange 5 is disposed at the end of the tubular housing 2 so as to be fitted to the end. Although not shown in FIGS. 1 and 2, the work coils 4 and 10 are connected to high-frequency current generating means.

ここで、撹拌用エレメントとは、管状ハウジングの内部(詳しくはその流路)に配設されるミキシングエレメント(混合素子)であり、管状ハウジング内において流体を撹拌流動させる、詳しくは流体の流れを分割し、それぞれを異なる方向に誘導することにより管断面における流体の相対的な位置関係を変えて、即ち管状ハウジングの管壁及びエレメントとの流体の接触流れの増大による旋回流によって、混合を促進させる構造を有するものをいう。   Here, the agitating element is a mixing element (mixing element) disposed inside the tubular housing (specifically, its flow path), and causes the fluid to stir and flow in the tubular housing. Mixing is promoted by changing the relative positional relationship of the fluid in the tube cross-section by dividing and guiding each in different directions, i.e. swirl flow by increasing the fluid contact flow with the tube wall and elements of the tubular housing It has a structure to be made.

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図3を参照すると、高周波電流発生手段15により印加される高周波電流を受けてワークコイル12から磁束(磁界)17が発生し、この磁束17に直交するように被加熱物である管状ハウジングにおいて渦電流が発生する。更に、この渦電流と管状ハウジング11(詳しくはその材質)の電気抵抗によりジュール熱が発生する。このとき、この渦電流は前記管状ハウジング11の表面に近いほど大きく、その内部にゆくにつれて指数関数的に小さくなる(表皮効果)ので、実質的に前記管状ハウジング11の表面のみが加熱される(発熱する)こととなる。   As a heat exchanger according to one embodiment of the present invention, for example, referring to FIG. 3, a magnetic flux (magnetic field) 17 is generated from the work coil 12 in response to a high-frequency current applied by the high-frequency current generating means 15. Eddy currents are generated in the tubular housing that is the object to be heated so as to be orthogonal to the magnetic flux 17. Furthermore, Joule heat is generated by the eddy current and the electrical resistance of the tubular housing 11 (specifically, the material). At this time, the eddy current is larger as it is closer to the surface of the tubular housing 11 and exponentially decreases as it goes into the inside (skin effect), so that substantially only the surface of the tubular housing 11 is heated ( Fever).

本発明において使用する管状ハウジングについて、その形状及び大きさは、加熱(熱交換)すべき流体の種類や量、熱交換器としての規模に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。   The shape and size of the tubular housing used in the present invention may be appropriately selected according to the type and amount of fluid to be heated (heat exchange) and the scale as a heat exchanger, and are not particularly limited.

前記管状ハウジングの材質については、電磁誘導で加熱可能な材料、即ち高周波電流の印加等の電磁気的な方法で発熱させた場合に、電磁気の印加時に発熱する発熱体として使用される材料であればよく、特に制限は無い。具体的には、例えば、SUS430等の磁性を示すステンレス鋼等を使用することができる。尚、SUS304、SUS316等の、溶体加熱処理状態では非磁性であるが、冷間加工によってマルテンサイト組織になると磁性を示すようになるステンレス鋼のように、通常は非磁性であっても加工することにより磁性を示す材料を使用することもできる。   The material of the tubular housing is a material that can be heated by electromagnetic induction, that is, a material that is used as a heating element that generates heat when an electromagnetic method is applied when heated by an electromagnetic method such as application of a high-frequency current. Well, there are no particular restrictions. Specifically, for example, stainless steel exhibiting magnetism such as SUS430 can be used. In addition, SUS304, SUS316, etc. are non-magnetic in the solution heat treatment state, but they are usually processed even if they are non-magnetic, such as stainless steel that becomes magnetic when it becomes a martensitic structure by cold working. Therefore, a material exhibiting magnetism can also be used.

前記流路の形状及び大きさについては、特に制限は無く、加熱(熱交換)すべき流体の種類や量、熱交換器としての規模等に応じて適宜選択される。   There is no restriction | limiting in particular about the shape and magnitude | size of the said flow path, According to the kind and quantity of the fluid which should be heated (heat exchange), the scale as a heat exchanger, etc., it selects suitably.

本発明において、前記フランジを、前記管状ハウジングの両端部、又は前記管状ハウジングの一方の端部のみに、この端部と嵌合するように配設することができる。即ち、前記フランジについては、前記管状ハウジングの両端部、又は前記管状ハウジングの一方の端部のみに、この端部と嵌合するように配設することができるものであればよく、特に制限は無い。   In this invention, the said flange can be arrange | positioned so that it may fit with this edge part only in the both ends of the said tubular housing, or one edge part of the said tubular housing. That is, the flange is not limited as long as it can be disposed so as to be fitted to both ends of the tubular housing or only one end of the tubular housing. No.

従って、前記フランジの形状及び大きさについても特に制限は無く、配設される管状ハウジングの形状及び大きさに応じて適宜選択すればよい。   Accordingly, the shape and size of the flange are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the shape and size of the tubular housing to be disposed.

また、前記フランジには、前記管状ハウジングの一方又は両方の端部と嵌合するように開口部が設けられている。前記開口部の形状及び大きさについては、前記管状ハウジングの形状及び大きさに応じて適宜選択される。   The flange is provided with an opening so as to be fitted to one or both ends of the tubular housing. The shape and size of the opening are appropriately selected according to the shape and size of the tubular housing.

本発明において使用する撹拌用エレメントについては、前記記載の如く、流体の流れを分割し、それぞれを異なる方向に誘導することによって、管断面における流体の相対的な位置関係を変えて、混合を促進させる構造を有するものであればよく、例えば、静止型の管路撹拌装置(スタテイックミキサー)の管内に装置される可動部分のないミキシングエレメントを使用することができる。具体的には、例えば、板状体をその長手方向の中心軸を中心として捩じって得られる捩じり羽根を有する螺旋状のエレメント、板状体を所定角度捩じった形の部材(バッフル板)を、一又は複数連結した構造を有するエレメント等を使用することができる。特に、本発明においては、特公平1−31928号公報において記載されているエレメントが好適に使用される。本発明の一つの実施形態に係る熱交換器において使用する撹拌用エレメントとして、例えば、図4を参照すると、管状ハウジング20の内部において、当該管状ハウジング20の内部の軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなっているもの(特公平1−31928号公報において記載されているミキシングエレメント)が配設されている。   As for the stirring element used in the present invention, as described above, the fluid flow is divided and each is guided in a different direction, thereby changing the relative positional relationship of the fluid in the pipe cross section and promoting mixing. For example, a mixing element having no movable part installed in a pipe of a static type pipe stirrer (static mixer) can be used. Specifically, for example, a spiral element having a torsional blade obtained by twisting a plate-like body around the central axis in the longitudinal direction, or a member having a plate-like body twisted by a predetermined angle An element having a structure in which one or a plurality of (baffle plates) are connected can be used. In particular, in the present invention, elements described in Japanese Patent Publication No. 1-31928 are preferably used. As an agitation element used in a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, for example, referring to FIG. 4, the elements are sequentially arranged in the axial direction inside the tubular housing 20 in the tubular housing 20. A plurality of baffle plates twisted at a predetermined angle around the tube axis, the end portions in the axial direction being made of baffle plates arranged to intersect with the end portions of the adjacent baffle plates ( The mixing element described in Japanese Patent Publication No. 1-31928 is provided.

前記撹拌用エレメントは前記記載の如く電磁誘導で加熱される必要が無い。従って、その材質については特に制限は無く、電磁誘導で加熱可能な材料であっても、そうでなくてもよい。例えば、SUS304、SUS316、SUS430等の材料や、セラミック、樹脂等の非磁性材料を選択することができる。   The stirring element does not need to be heated by electromagnetic induction as described above. Therefore, the material is not particularly limited, and may or may not be a material that can be heated by electromagnetic induction. For example, a material such as SUS304, SUS316, or SUS430, or a nonmagnetic material such as ceramic or resin can be selected.

本発明において、前記支持部材の形態については特に制限は無く、例えば、スペーサ、ピン等が選択される。   In the present invention, the form of the support member is not particularly limited, and for example, a spacer, a pin, and the like are selected.

また、前記支持部材の材質として、前記管状ハウジングの熱がワークコイルに伝達しないよう、熱伝導率の低い材料、例えば、セラミック、耐熱樹脂等を選択することができる。   Further, as the material of the support member, a material having a low thermal conductivity, for example, ceramic, heat resistant resin, or the like can be selected so that heat of the tubular housing is not transmitted to the work coil.

更に、前記支持部材の形状及び大きさについては、後記の如く前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとることができるように、即ち前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周との間に断熱空気層が構成されるように選択される。尚、前記所定の間隔については前記管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であればよいが、好ましくは長くとも2mmが選択される。このように所定の距離をとることにより前記ワークコイルが、電磁誘導により加熱された管状ハウジングの伝熱により耐熱温度以上になることを抑止することができる。また、前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周との間には、断熱空気層を設ける(構成する)、即ち従来のセラミック繊維等の断熱材を設けずに、空気層を断熱材として設けるので、選択される断熱材に応じてワークコイルの巻き方や巻数を選択して配しなければならない、ワークコイルの巻き方や巻数の違いにより装置に性能差が生ずる等の問題を解消することができる。   Further, as to the shape and size of the support member, as will be described later, the inner surface of the work coil and the outer periphery of the tubular housing can have a predetermined interval, that is, the inner surface of the work coil, A heat insulating air layer is selected between the outer periphery of the tubular housing. The predetermined interval may be an optimal interval to provide efficient induction heating at a predetermined temperature for the tubular housing, but preferably 2 mm at the longest. Thus, by taking a predetermined distance, it can suppress that the said work coil becomes more than heat-resistant temperature by the heat transfer of the tubular housing heated by the electromagnetic induction. Further, a heat insulating air layer is provided (configured) between the inner surface of the work coil and the outer periphery of the tubular housing, that is, without providing a heat insulating material such as a conventional ceramic fiber, the air layer is used as a heat insulating material. Because it is provided, it is necessary to select and arrange the work coil winding method and the number of turns according to the selected heat insulating material, and solve problems such as a difference in performance due to differences in the work coil winding method and the number of windings. be able to.

尚、前記支持部材については、その形態に応じて適当な位置に、複数配設される。例えば、前記支持部材としてピンを選択する場合には、前記管状ハウジングの軸方向に向かって、外周上の適当な位置に複数配設される。   In addition, about the said supporting member, two or more are arrange | positioned in a suitable position according to the form. For example, when a pin is selected as the support member, a plurality of pins are arranged at appropriate positions on the outer periphery in the axial direction of the tubular housing.

前記支持部材の固定方法については特に制限は無く、一般的な固定方法が選択される。例えば、溶接等により固定する方法や、前記ワークコイルにおいてその端子部以外を樹脂に埋め込み(樹脂モールドとして)、この樹脂に嵌め込むことにより固定する方法等によって固定することができる。   There is no restriction | limiting in particular about the fixing method of the said supporting member, A general fixing method is selected. For example, it can be fixed by a method of fixing by welding or the like, or a method of fixing the work coil by embedding other than its terminal portion in a resin (as a resin mold) and fitting it in this resin.

前記撹拌用エレメントの固定方法については特に制限は無い。例えば、前記管状ハウジングに前記撹拌用エレメントを溶接等により固定する方法、前記管状ハウジングの外周上の適当な位置に設けた係止部と前記撹拌用エレメントの適当な位置に設けた係止部とを所定のリングにより抱持して固定する方法等の一般的な固定方法が選択される。   There is no restriction | limiting in particular about the fixing method of the said element for stirring. For example, a method of fixing the stirring element to the tubular housing by welding or the like, a locking part provided at an appropriate position on the outer periphery of the tubular housing, and a locking part provided at an appropriate position of the stirring element; A general fixing method such as a method of holding and fixing a ring by a predetermined ring is selected.

前記断熱空気層においては、空気の流れを作り出すことが好ましい。この方法としては、冷却ファン等を使用して空気の流れを作り出す方法等が選択される。   In the adiabatic air layer, it is preferable to create an air flow. As this method, a method of creating a flow of air using a cooling fan or the like is selected.

本発明において、前記ワークコイルの材質については、高周波電流を受けて磁束(磁界)を発生する、銅やその合金等の導体として使用可能な材料であれば特に制限無く使用することができる。   In the present invention, any material that can be used as a conductor such as copper or an alloy thereof that generates a magnetic flux (magnetic field) by receiving a high-frequency current can be used without particular limitation.

前記ワークコイルの太さについては、特に制限は無い。また、その長さについても特に制限は無く、前記管状ハウジングの形状や大きさ等に応じて適宜選択される。   There is no restriction | limiting in particular about the thickness of the said work coil. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the length, According to the shape of the said tubular housing, a magnitude | size, etc., it selects suitably.

本発明において、前記ワークコイルについては、前記管状ハウジングに、その内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとるように配する。このとき、前記ワークコイルは、前記管状ハウジングの形状に合わせて、巻回して配することができるが、前記ワークコイルが磁束を発生したときに、この磁束に直交して渦電流が前記管状ハウジング(詳しくはその表面)において発生するように、前記ワ−クコイルを適当な形状に形成して配していればよい。例えば、前記管状ハウジングの形状に合わせて、これと同形状をなすように、例えば、管状ハウジングが円筒形状である場合には円筒形状(ソレノイド状)をなすように巻回して配することができ、また、予め適当な形状に形成した一又は複数のワークコイルを前記管状ハウジングの形状に対応させて配することもできる。尚、前記記載の如く、前記支持部材を介して、当該ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとるように配される。前記所定の間隔については前記管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であればよいが、好ましくは長くとも2mmが選択される。   In the present invention, the work coil is disposed on the tubular housing such that an inner surface thereof and an outer periphery of the tubular housing have a predetermined interval. At this time, the work coil can be wound and arranged in accordance with the shape of the tubular housing. When the work coil generates a magnetic flux, an eddy current is perpendicular to the magnetic flux and the tubular housing. The work coil may be formed and arranged in an appropriate shape so as to occur on the surface (specifically, its surface). For example, according to the shape of the tubular housing, for example, when the tubular housing is cylindrical, it can be wound and arranged to form a cylindrical shape (solenoid). In addition, one or a plurality of work coils formed in an appropriate shape in advance can be arranged corresponding to the shape of the tubular housing. As described above, the inner surface of the work coil and the outer periphery of the tubular housing are arranged at a predetermined interval via the support member. The predetermined interval may be an optimal interval to provide efficient induction heating at a predetermined temperature for the tubular housing, but preferably 2 mm at the longest.

前記ワークコイルとしては、この端子部以外を樹脂に埋め込んだもの(樹脂モールド)を使用することができる。このようにすることで前記ワークコイルの巻数を一定にすることができる。尚、前記樹脂としては、熱硬化性樹脂に無機充填材を加えたもの等の絶縁樹脂が選択される。   As the work coil, a coil (resin mold) in which a portion other than the terminal portion is embedded in a resin can be used. By doing so, the number of turns of the work coil can be made constant. As the resin, an insulating resin such as a thermosetting resin added with an inorganic filler is selected.

本発明の熱交換器には、前記管状ハウジングの温度を一定に保ち、前記流体が局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止するために、更に、印加する高周波電流を制御する手段や、前記流体の流量を制御する手段、例えば、流体を定量移送するための手段(流体移送手段)等を備えさせることにより、流体を過剰に加熱することなく適当な温度に均一に加熱することができる。   The heat exchanger according to the present invention further comprises means for controlling the applied high-frequency current in order to keep the temperature of the tubular housing constant and to prevent the fluid from being locally heated or to suppress it with a very high probability. In addition, by providing means for controlling the flow rate of the fluid, for example, means for fluidly transferring the fluid (fluid transfer means), the fluid is uniformly heated to an appropriate temperature without excessive heating. Can do.

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図5を参照すると、管状ハウジング24には、ワークコイル26が、前記管状ハウジング24と同形状(円筒形状)をなし、前記ワークコイル26の内面(内周面)と、前記管状ハウジング24の外面(外周面)とが所定の間隔をとるように、即ち断熱空気層を構成するように、支持部材(図示せず)を介して巻回されている。また、前記ワークコイル26は、配線27により高周波電流発生手段28と接続されている。この高周波電流発生手段28から発生する高周波電流が、前記ワークコイル26に作用して(印加されて)磁束を発生させる。この磁束を受けて、前記管状ハウジング24は発熱することとなる。即ち前記ワークコイル26による電磁誘導で加熱される。更に、前記管状ハウジング24の内部の流路には、撹拌用エレメント29が配設されている。一方、流体の貯留槽(流体を貯えたタンク)(図示せず)から流体が導出されるべく前記流体の貯留槽と前記管状ハウジング24とが配管を介して接続され、前記管状ハウジング24の内部の流路と配管とは連通している。また、前記流体の貯留槽と前記管状ハウジング24とを接続する配管には、前記管状ハウジング24の内部に前記流体を定量移送するための手段(流体移送手段)30が配設されている。この流体移送手段30により流体が所定の流量で、前記管状ハウジング24の内部に移送され、前記管状ハウジング24の内部の流路を通過する。このとき、前記流体は、前記ワークコイル26から発せられる磁束により発熱している前記管状ハウジング24の内壁(壁面)に接触することで、前記流体がこれらと熱交換する、即ち加熱されるが、同時に、前記撹拌用エレメント29の有する特定の構造(形状)により前記流体は撹拌されるので、その結果、前記流体の全体が均一に加熱されることとなる。また、このときの撹拌により伝熱係数は上昇し、その結果、前記管状ハウジング24の温度は下がり、当該流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される。   As a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, for example, referring to FIG. 5, a work coil 26 is formed in the tubular housing 24 in the same shape (cylindrical shape) as the tubular housing 24. 26 through a support member (not shown) so that the inner surface (inner peripheral surface) of 26 and the outer surface (outer peripheral surface) of the tubular housing 24 have a predetermined distance, that is, form a heat insulating air layer. It is wound. The work coil 26 is connected to a high-frequency current generating means 28 by a wiring 27. The high frequency current generated from the high frequency current generating means 28 acts on (applies to) the work coil 26 to generate a magnetic flux. In response to this magnetic flux, the tubular housing 24 generates heat. That is, the workpiece coil 26 is heated by electromagnetic induction. Furthermore, a stirring element 29 is disposed in the flow path inside the tubular housing 24. On the other hand, the fluid storage tank and the tubular housing 24 are connected via a pipe so that the fluid is led out from a fluid storage tank (tank storing the fluid) (not shown). The flow path and the piping are in communication. The pipe connecting the fluid reservoir and the tubular housing 24 is provided with means (fluid transfer means) 30 for quantitatively transferring the fluid into the tubular housing 24. The fluid is transferred to the inside of the tubular housing 24 at a predetermined flow rate by the fluid transfer means 30 and passes through the flow path inside the tubular housing 24. At this time, the fluid contacts the inner wall (wall surface) of the tubular housing 24 that generates heat by the magnetic flux generated from the work coil 26, so that the fluid exchanges heat with them, that is, is heated. At the same time, the fluid is stirred by the specific structure (shape) of the stirring element 29. As a result, the whole fluid is uniformly heated. In addition, the heat transfer coefficient increases due to the stirring at this time, and as a result, the temperature of the tubular housing 24 decreases, and there is no local heating in the fluid or it is suppressed with a very high probability.

本発明において使用する流体については、特に制限は無く、目的に応じて選択される。例えば、ソース、ドレッシング、油、高粘性流体等が選択される。尚、本発明において適用可能な「高粘性」流体は、例えば、常法での粘度で高くとも50000cP(50000cP以下)、特に、1〜10000cP程度の流体である。このような流体として、具体的には、澱粉懸濁液等が挙げられる。本発明では、後記の如く印加する高周波電流を制御することにより温度の調節が容易に行われると共に、加熱すべき流体の流量を調節することができるので、このような高粘性又は難均一加熱性の流体を加熱する場合においても適用可能である。   There is no restriction | limiting in particular about the fluid used in this invention, According to the objective, it selects. For example, a source, dressing, oil, highly viscous fluid, etc. are selected. The “highly viscous” fluid applicable in the present invention is, for example, a fluid having a viscosity of at most 50000 cP (50000 cP or less), in particular, about 1 to 10000 cP. Specific examples of such fluids include starch suspensions. In the present invention, the temperature can be easily adjusted by controlling the high-frequency current applied as described later, and the flow rate of the fluid to be heated can be adjusted. This method can also be applied to the case of heating the fluid.

本発明おいて、前記高周波電流発生手段については特に制限は無く、例えば、インバータ等の公知の高周波電流発生器等を使用することができる。尚、一般には、高周波電流発生手段は、印加する(発生させる)高周波電流の大きさを制御する機能を有している。   In the present invention, the high-frequency current generating means is not particularly limited, and for example, a known high-frequency current generator such as an inverter can be used. In general, the high frequency current generating means has a function of controlling the magnitude of the high frequency current to be applied (generated).

本発明においては、前記高周波電流発生手段によって印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁の温度の調節(制御)が容易に行われる。尚、このときの条件については、熱交換される流体(加熱すべき流体)の種類やその流量等に応じて選択すればよい。例えば、加熱すべき流体として、20℃の澱粉懸濁液を選択し、前記管状ハウジングの内部の流路に50kg/Hで供給する場合には、前記高周波電流発生手段により5〜6kwの電源を変換して発生した高周波電流によって、110〜128℃程度にすることができる。   In the present invention, the temperature of the tube wall in the tubular housing can be easily adjusted (controlled) by controlling the high-frequency current applied by the high-frequency current generating means. The conditions at this time may be selected according to the type of fluid to be heat exchanged (fluid to be heated), the flow rate thereof, and the like. For example, when a starch suspension at 20 ° C. is selected as the fluid to be heated and supplied to the flow path inside the tubular housing at 50 kg / H, a power source of 5 to 6 kw is supplied by the high-frequency current generating means. The high frequency current generated by the conversion can be about 110 to 128 ° C.

本発明において、前記流体の流量を制御する手段として、例えば、前記記載のように流体移送手段を設けることができる。前記流体移送手段については、特に制限は無く、公知の又は将来開発され得る液体移送用の定量ポンプ等を使用することができる。   In the present invention, as means for controlling the flow rate of the fluid, for example, fluid transfer means can be provided as described above. The fluid transfer means is not particularly limited, and a known liquid transfer metering pump or the like that can be developed in the future can be used.

前記流体移送手段の配設位置については、選択する流体移送手段に応じて定められる。例えば、前記流体移送手段として吸引式の液体移送用の定量ポンプを選択した場合には、前記管状ハウジングより下流側に配設することができ、一方、押出式の液体移送用の定量ポンプを選択した場合には、前記管状ハウジングより上流側に配設することができる。   The arrangement position of the fluid transfer means is determined according to the fluid transfer means to be selected. For example, when a suction type liquid transfer metering pump is selected as the fluid transfer means, it can be arranged downstream of the tubular housing, while an extrusion type liquid transfer metering pump is selected. In this case, it can be disposed upstream of the tubular housing.

本発明の熱交換器については、一又は複数を直列的に又は並列的に繋げて使用することができる。このようにすることで、多量の流体や、高粘性の流体を加熱する場合等、熱量をより多く必要とする場合においても適用することができる。   About the heat exchanger of this invention, one or more can be connected in series or in parallel and used. By doing so, the present invention can be applied even when a large amount of heat is required, such as when heating a large amount of fluid or a highly viscous fluid.

本発明の熱交換器においては、例えば、配管等を洗浄するための洗浄手段や、温度計測手段(熱電対等)、流体の流量等を調節するためのバルブ等、他の手段を備えさせることができ、このような熱交換器も本発明の熱交換器に含めることができる。   In the heat exchanger of the present invention, other means such as a cleaning means for cleaning pipes, a temperature measuring means (thermocouple, etc.), a valve for adjusting the flow rate of fluid, etc. may be provided. Such a heat exchanger can also be included in the heat exchanger of the present invention.

(本発明の加熱方法)
本発明の加熱方法は、管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱することを含む。従って、例えば、流体が通過する配管等を洗浄するための洗浄工程等、他の工程を付加することができ、このような加熱方法も本発明の加熱方法に含めることができる。
(Heating method of the present invention)
According to the heating method of the present invention, the tubular housing is heated by electromagnetic induction by a work coil for generating magnetic flux disposed through a support member so that the inner surface of the tubular housing and the outer surface of the tubular housing have a predetermined distance. In addition, the tubular housing heated by electromagnetic induction by the work coil is disposed in the tubular housing to lower the temperature of the tubular housing and to eliminate or suppress the local heating in the fluid with a very high probability. It includes heating the fluid uniformly by causing the fluid to stir and flow with the stirring element to exchange heat. Therefore, for example, other steps such as a washing step for washing a pipe or the like through which the fluid passes can be added, and such a heating method can be included in the heating method of the present invention.

尚、本発明の加熱方法は、前記本発明の熱交換器における記載内容を参考にして容易に実施することができる。また、本発明の加熱方法によれば、流体を、必要以上の温度で加熱する、焦がす等の悪い影響を与えることなく、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度で均一に加熱することができる。特に、澱粉懸濁液等の高粘性流体を所定の温度になるまで均一に加熱することができる。   The heating method of the present invention can be easily carried out with reference to the description in the heat exchanger of the present invention. In addition, according to the heating method of the present invention, the fluid is heated at an unnecessarily high temperature, without adverse effects such as scorching, and local heating in the fluid is eliminated or suppressed with a very high probability. It can be heated uniformly at a temperature of. In particular, a highly viscous fluid such as a starch suspension can be heated uniformly until a predetermined temperature is reached.

以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、この実施例及び比較例により本発明は何等制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention in detail, this invention is not restrict | limited at all by this Example and a comparative example.

[実施例1]流体の加熱−1
図6は、本発明の一実施例に係る熱交換器(本発明品)を模式的に示した断面図である。管状ハウジング(口径(内径)47.8mm、長さ1350mm)35の両端部には、これに対応するフランジ36がこの端部と嵌合するように配設され、当該管状ハウジング35の内部の流路には、撹拌用エレメント40が配設されている。また、当該管状ハウジング35には、ワークコイル37が、当該管状ハウジング35と同形状(円筒形状)をなし、当該ワークコイル37の内面(内周面)と、当該管状ハウジング35の外面(外周面)とが2mm程度となるように、スペーサ(図示せず)を介して巻回されている。更に、当該ワークコイル37は、配線38により高周波電流発生手段であるインバータ39と接続されている。更に、前記管状ハウジング35は澱粉懸濁液の貯留槽(図示せず)と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液(20℃)を、下記方法により加熱(α化)し、目的とする温度(110℃)の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ41を使用した。
[Example 1] Heating of fluid-1
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger (product of the present invention) according to an embodiment of the present invention. At both ends of the tubular housing (bore diameter (inner diameter) 47.8 mm, length 1350 mm) 35, flanges 36 corresponding thereto are disposed so as to be fitted to the ends, and the flow inside the tubular housing 35 is determined. An agitating element 40 is disposed in the path. Further, the work coil 37 has the same shape (cylindrical shape) as the tubular housing 35 in the tubular housing 35, and the inner surface (inner peripheral surface) of the work coil 37 and the outer surface (outer peripheral surface) of the tubular housing 35. ) Is wound through a spacer (not shown) so as to be about 2 mm. Further, the work coil 37 is connected to an inverter 39 which is a high-frequency current generating means by a wiring 38. Further, the tubular housing 35 is connected to a starch suspension storage tank (not shown) via a pipe, and fluid transfer means is disposed in the pipe. Using this heat exchanger, the starch suspension (20 ° C.), which is a fluid, was heated (α-ized) by the following method to produce a starch suspension at the target temperature (110 ° C.). In addition, the MONO pump 41 was used as a fluid transfer means.

(流体の加熱)
(1)貯留槽(図示せず)に流体として、20℃の澱粉懸濁液を導入した。
(2)5kwの電源をインバータ39により、高周波電流に変換して、ワークコイル37に印加した。この結果、管状ハウジング35の内部(内壁)の金属表面温度は、平均値で150℃となった。
(3)20℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ41により貯留槽から管状ハウジング35の内部へ流量50kg/Hで移送、供給した。
(4)(3)において管状ハウジング35の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング35の内部の流路を通過させ、管状ハウジング35の内壁に接触させつつ、これを撹拌することにより加熱(α化)した。
(5)(4)において得られた加熱(α化)された澱粉懸濁液を、貯留槽(図示せず)へ、モーノポンプ41により移送、供給した。
(Fluid heating)
(1) A starch suspension at 20 ° C. was introduced as a fluid into a storage tank (not shown).
(2) A 5 kw power source was converted into a high-frequency current by the inverter 39 and applied to the work coil 37. As a result, the metal surface temperature inside (inner wall) of the tubular housing 35 was 150 ° C. on average.
(3) The starch suspension at 20 ° C. was transferred and supplied from the storage tank to the inside of the tubular housing 35 by the Morno pump 41 at a flow rate of 50 kg / H.
(4) The starch suspension transferred and supplied to the inside of the tubular housing 35 in (3) is allowed to pass through the flow path inside the tubular housing 35 and is agitated while contacting the inner wall of the tubular housing 35. Was heated (alpha).
(5) The heated (pregelatinized) starch suspension obtained in (4) was transferred and supplied to a storage tank (not shown) by the MONO pump 41.

[比較例1]流体の加熱−2
図7は、比較例に係る熱交換器(IH加熱式エンプティパイプ:比較品1)を模式的に示した断面図である。管状ハウジング(口径(内径)47.8mm、長さ1350mm)49の両端部には、これに対応するフランジ46がこの端部と嵌合するように配設されている。また、当該管状ハウジング49には、ワークコイル47が、当該管状ハウジング49と同形状(円筒形状)をなし、当該ワークコイル47の内面(内周面)と、当該管状ハウジング49の外面(外周面)とが2mm程度となるように、スペーサ(図示せず)を介して巻回されている。更に、当該ワークコイル47は、配線50により高周波電流発生手段であるインバータ48と接続されている。更に、前記管状ハウジング49は澱粉懸濁液の貯留槽(図示せず)と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液(20℃)を、下記方法により加熱(α化)し、目的とする温度(110℃)の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ51を使用した。
[Comparative Example 1] Heating fluid-2
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger (IH heating type empty pipe: comparative product 1) according to a comparative example. At both ends of the tubular housing (caliber (inner diameter) 47.8 mm, length 1350 mm) 49, flanges 46 corresponding thereto are arranged so as to be fitted to the ends. Further, the work coil 47 has the same shape (cylindrical shape) as the tubular housing 49, and the inner surface (inner peripheral surface) of the work coil 47 and the outer surface (outer peripheral surface) of the tubular housing 49. ) Is wound through a spacer (not shown) so as to be about 2 mm. Further, the work coil 47 is connected by a wiring 50 to an inverter 48 that is a high-frequency current generating means. Further, the tubular housing 49 is connected to a starch suspension storage tank (not shown) via a pipe, and fluid transfer means is disposed in the pipe. Using this heat exchanger, the starch suspension (20 ° C.), which is a fluid, was heated (α-ized) by the following method to produce a starch suspension at the target temperature (110 ° C.). In addition, the MONO pump 51 was used as a fluid transfer means.

(流体の加熱)
(1)貯留槽(図示せず)に流体として、20℃の澱粉懸濁液を導入した。
(2)5kwの電源をインバータ48により、高周波電流に変換して、ワークコイル47に印加した。この結果、管状ハウジング49の内部(内壁)の金属表面温度は、平均値で300℃となった。
(3)20℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ51により貯留槽から管状ハウジング57の内部へ流量50kg/Hで移送、供給した。
(4)(3)において管状ハウジング49の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング49の内部の流路を通過させ、管状ハウジング49の内壁に接触させることにより加熱(α化)した。
(5)(4)において得られた加熱(α化)された澱粉懸濁液を、貯留槽(図示せず)へ、モーノポンプ51により移送、供給した。
(Fluid heating)
(1) A starch suspension at 20 ° C. was introduced as a fluid into a storage tank (not shown).
(2) A 5 kw power source was converted into a high-frequency current by the inverter 48 and applied to the work coil 47. As a result, the metal surface temperature inside (inner wall) of the tubular housing 49 was 300 ° C. on average.
(3) The starch suspension at 20 ° C. was transferred and supplied from the storage tank to the inside of the tubular housing 57 by the Morno pump 51 at a flow rate of 50 kg / H.
(4) The starch suspension transferred and supplied to the inside of the tubular housing 49 in (3) passes through the flow path inside the tubular housing 49 and is brought into contact with the inner wall of the tubular housing 49 (heating). did.
(5) The heated (pregelatinized) starch suspension obtained in (4) was transferred and supplied to a storage tank (not shown) by the MONO pump 51.

[比較例2]流体の加熱−3
図8は、比較例に係る熱交換器(ボイラー方式の熱交換器:比較品2)を模式的に示した断面図である。管状ハウジング(口径(内径)47.8mm、長さ2000mm)56の両端部には、これに対応するフランジ57がこの端部と嵌合するように配設され、当該管状ハウジング56の内部の流路には、撹拌用エレメント60が配設されている。また、当該管状ハウジング56は、これと同形状(円筒形状)の保持管58に内設されている。更に、熱媒であるスチームが流れるべく、当該保持管58の内面(内周面)と、当該管状ハウジング56の外面(外周面)との間においてスチームの通過路59が構成されている。スチームは熱媒供給口(図示せず)から保持管58内に供給され、熱媒排出口(図示せず)から排出される。前記管状ハウジング56は澱粉懸濁液の貯留槽(図示せず)と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液(20℃)を、下記方法により加熱(α化)し、目的とする温度(110℃)の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ61を使用した。
Comparative Example 2 Fluid Heating-3
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger according to a comparative example (boiler heat exchanger: comparative product 2). At both ends of the tubular housing (caliber (inner diameter) 47.8 mm, length 2000 mm) 56, flanges 57 corresponding thereto are disposed so as to be fitted to the ends, and the flow inside the tubular housing 56 is determined. An agitating element 60 is disposed in the path. The tubular housing 56 is provided in a holding tube 58 having the same shape (cylindrical shape). Further, a steam passage 59 is formed between the inner surface (inner peripheral surface) of the holding tube 58 and the outer surface (outer peripheral surface) of the tubular housing 56 so that steam as a heat medium flows. Steam is supplied into the holding pipe 58 from a heat medium supply port (not shown) and discharged from a heat medium discharge port (not shown). The tubular housing 56 is connected to a starch suspension storage tank (not shown) via a pipe, and fluid transfer means is disposed in the pipe. Using this heat exchanger, the starch suspension (20 ° C.), which is a fluid, was heated (α-ized) by the following method to produce a starch suspension at the target temperature (110 ° C.). In addition, the MONO pump 61 was used as a fluid transfer means.

(流体の加熱)
(1)貯留槽(図示せず)に流体として、20℃の澱粉懸濁液を導入した。
(2)保持管58の内面(内周面)と、当該管状ハウジング56の外面(外周面)との間の通過路59に、熱媒として3kg/cmGのスチームを、熱媒供給口(図示せず)から保持管58内に8kg/Hで供給し、熱媒排出口(図示せず)から排出した。この結果、管状ハウジング56の内部(内壁)の金属表面温度は、143℃となった。
(3)20℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ61により貯留槽から管状ハウジング56の内部へ流量50kg/Hで移送、供給した。
(4)(3)において管状ハウジング56の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング56の内部の流路を通過させ、管状ハウジング56の内壁及び撹拌用エレメント60に接触させつつ、これを撹拌することにより加熱(α化)した。
(5)(4)において得られた加熱(α化)された澱粉懸濁液を、貯留槽(図示せず)へ、モーノポンプ61により移送、供給した。
(Fluid heating)
(1) A starch suspension at 20 ° C. was introduced as a fluid into a storage tank (not shown).
(2) Steam of 3 kg / cm 2 G is used as a heat medium in the passage 59 between the inner surface (inner peripheral surface) of the holding tube 58 and the outer surface (outer peripheral surface) of the tubular housing 56. (Not shown) was supplied into the holding tube 58 at 8 kg / H and discharged from a heat medium outlet (not shown). As a result, the metal surface temperature inside (inner wall) of the tubular housing 56 was 143 ° C.
(3) The starch suspension at 20 ° C. was transferred and supplied from the storage tank to the inside of the tubular housing 56 by the Mono pump 61 at a flow rate of 50 kg / H.
(4) The starch suspension transferred and supplied to the inside of the tubular housing 56 in (3) is allowed to pass through the flow path inside the tubular housing 56 and contact the inner wall of the tubular housing 56 and the stirring element 60. This was heated (alpha-ized) by stirring.
(5) The heated (pregelatinized) starch suspension obtained in (4) was transferred and supplied to a storage tank (not shown) by the MONO pump 61.

[実施例2]各種熱交換器の評価
実施例1並びに、比較例1及び2の熱交換器について評価、即ち、澱粉懸濁液をα化したときの評価を行った。
(評価結果)
実施例1、及び比較例1の熱交換器について比較すると、比較例1の熱交換器において加熱された澱粉懸濁液は、実施例1の熱交換器における管状ハウジングの内壁(壁面)の温度に比べ比較例2の熱交換器における管状ハウジングの内壁の温度(金属表面温度)が高いので、この内壁で澱粉懸濁液が焦げるおそれがあった。一方、実施例1、及び比較例2の熱交換器について比較すると、実施例1、及び比較例2の熱交換器において加熱された澱粉懸濁液は、何れも良好なものであった。しかしながら、実施例1の熱交換器に比べ、比較例2の熱交換器は規模が大きくなった。
[Example 2] Evaluation of various heat exchangers The heat exchangers of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated, i.e., when the starch suspension was gelatinized.
(Evaluation results)
When comparing the heat exchangers of Example 1 and Comparative Example 1, the starch suspension heated in the heat exchanger of Comparative Example 1 is the temperature of the inner wall (wall surface) of the tubular housing in the heat exchanger of Example 1. Compared to the above, since the temperature (metal surface temperature) of the inner wall of the tubular housing in the heat exchanger of Comparative Example 2 was higher, the starch suspension could be burned on the inner wall. On the other hand, when the heat exchangers of Example 1 and Comparative Example 2 were compared, the starch suspensions heated in the heat exchangers of Example 1 and Comparative Example 2 were all good. However, compared with the heat exchanger of Example 1, the scale of the heat exchanger of Comparative Example 2 was increased.

以上から、本発明の熱交換器において、流体への熱伝導性が高められ、当該流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止され、流体全体が均一に加熱されることが分かる。このことから、このような熱交換器は、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性流体を、その全体において均一に加熱することに優れていることが明らかである。従って、本発明によれば流体、特に高粘性流体を均一に加熱する熱交換器を提供することができる。   From the above, it can be seen that in the heat exchanger of the present invention, the thermal conductivity to the fluid is enhanced, and there is no local heating in the fluid or is suppressed with a very high probability, and the entire fluid is heated uniformly. From this, it is clear that such a heat exchanger is excellent in uniformly heating a fluid, in particular, a highly viscous fluid such as a starch suspension. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a heat exchanger that uniformly heats a fluid, particularly a highly viscous fluid.

図1は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器を模式的に示した斜視図である。撹拌用エレメント1が管状ハウジング2の内部の流路に配設されている。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a heat exchanger according to one embodiment of the present invention. An agitation element 1 is disposed in a flow path inside the tubular housing 2. 図2は、図1におけるA-A'方向の断面を見たときの図を模式的に示したものである。ワークコイル10と、管状ハウジング7との間に、断熱空気層9が構成されている。FIG. 2 schematically shows a view when the cross section in the AA ′ direction in FIG. 1 is viewed. An insulating air layer 9 is formed between the work coil 10 and the tubular housing 7. 図3は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器における誘導加熱方法を模式的に示した斜視図である。高周波電流を受けてワークコイル12から磁束(磁界)17が発生し、この磁束17に直交するように渦電流が発生している。FIG. 3 is a perspective view schematically showing an induction heating method in the heat exchanger according to one embodiment of the present invention. In response to the high frequency current, a magnetic flux (magnetic field) 17 is generated from the work coil 12, and an eddy current is generated so as to be orthogonal to the magnetic flux 17. 図4は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器において使用する撹拌用エレメントを模式的に示した断面図である。撹拌用エレメントが、左捩じりバッフル板21と右捩じりバッフル板22から構成されている。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a stirring element used in a heat exchanger according to one embodiment of the present invention. The stirring element includes a left twist baffle plate 21 and a right twist baffle plate 22. 図5は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器を模式的に示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger according to one embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施例に係る熱交換器を模式的に示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention. 図7は、比較例に係る熱交換器(比較品1)を模式的に示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger (comparative product 1) according to a comparative example. 図8は、比較例に係る熱交換器(比較品2)を模式的に示した断面図である。管状ハウジング56は、これと同形状(円筒形状)の保持管58に内設されており、当該保持管58と当該管状ハウジング56との間隙を通過路59としてスチームが流れている。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a heat exchanger (comparative product 2) according to a comparative example. The tubular housing 56 is provided in a holding tube 58 having the same shape (cylindrical shape) as this, and steam flows through a gap 59 between the holding tube 58 and the tubular housing 56.

符号の説明Explanation of symbols

1、6、13、29、40、60.撹拌用エレメント
2、7、11、20、24、35、49、56.管状ハウジング
3、8、14.支持部材
4、10、12、26、37、47.ワークコイル
5、25、36、46、57.フランジ
9.断熱空気層
21.左捩じりバッフル板
22.右捩じりバッフル板
23、34.熱交換器
15、28、39、48.高周波電流発生手段
16、27、38、50.配線
17.磁束
18.渦電流の流れる方向
19.高周波電流の流れる方向
31、42、52、62.流体導入方向
33、44、54、64.流体導出方向
30、41、51、61.流体移送手段
32、43、53、63.配管
45.熱交換器(比較品1)
55.熱交換器(比較品2)
58.保持管
59.スチームの通過路
1, 6, 13, 29, 40, 60. Stirring element 2, 7, 11, 20, 24, 35, 49, 56. Tubular housing 3, 8, 14. Support member 4, 10, 12, 26, 37, 47. Work coil 5, 25, 36, 46, 57. Flange 9. Insulated air layer 21. 21. Left twist baffle plate Right-twisted baffle plate 23, 34. Heat exchanger 15, 28, 39, 48. High-frequency current generating means 16, 27, 38, 50. Wiring 17. Magnetic flux 18. 18. Direction of eddy current flow Direction in which high-frequency current flows 31, 42, 52, 62. Fluid introduction direction 33, 44, 54, 64. Fluid outlet direction 30, 41, 51, 61. Fluid transfer means 32, 43, 53, 63. Piping 45. Heat exchanger (Comparative product 1)
55. Heat exchanger (Comparative product 2)
58. Retaining tube 59. Steam passage

Claims (7)

高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、
流体を通すための流路を有し、前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱可能な材料からなり、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングと、
前記管状ハウジング内に配設され、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントと
を備えることを特徴とする熱交換器。
A work coil for generating magnetic flux that can be connected to high-frequency current generating means;
A tubular housing having a flow path for passing a fluid, made of a material that can be heated by electromagnetic induction by the work coil, and exchanging heat with the fluid passing through the flow path;
A heat exchanger comprising: an agitating element disposed in the tubular housing and agitating a fluid passing through the flow path.
前記撹拌用エレメントは、前記管状ハウジングの軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなる請求項1に記載の熱交換器。   The stirrer element is a plurality of baffle plates that are sequentially arranged in the axial direction of the tubular housing and twisted by a predetermined angle around the tube axis, the ends of which are adjacent to each other in the axial direction. The heat exchanger according to claim 1, comprising a baffle plate arranged so as to cross each other. 更に、前記管状ハウジングの外面に対し前記ワークコイルを所定間隔に保持するように配された支持部材を備える請求項1又は2に記載の熱交換器。   Furthermore, the heat exchanger of Claim 1 or 2 provided with the supporting member distribute | arranged so that the said work coil may be hold | maintained at predetermined spacing with respect to the outer surface of the said tubular housing. 前記ワークコイルは、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように配され、当該所定の間隔は、管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔である請求項1〜3の何れか一項に記載の熱交換器。   The work coil is arranged such that an inner surface thereof and an outer surface of the tubular housing have a predetermined interval, and the predetermined interval is an optimum interval to provide efficient induction heating at a predetermined temperature with respect to the tubular housing. The heat exchanger as described in any one of Claims 1-3. 更に、印加する高周波電流を制御することができる手段と、前記流体の流量を制御する手段とを備え、前記流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御する請求項1〜4の何れか一項に記載の熱交換器。   Furthermore, it comprises means capable of controlling the high-frequency current to be applied and means for controlling the flow rate of the fluid, and the fluid is prevented from being heated locally or suppressed with a very high probability, so as to have a predetermined temperature. The heat exchanger as described in any one of Claims 1-4 controlled so that it may heat uniformly. 管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、前記流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱すること
を含むことを特徴とする流体の加熱方法。
Heating the tubular housing by electromagnetic induction by a work coil for generating magnetic flux disposed through a support member so that the inner surface and the outer surface of the tubular housing are spaced apart from each other by the tubular housing, and by the work coil From the tubular housing heated by electromagnetic induction, the temperature of the tubular housing is lowered and the fluid is agitated by an agitating element disposed in the tubular housing so as to eliminate or extremely highly suppress local heating in the fluid. A fluid heating method comprising heating the fluid uniformly by flowing and exchanging heat.
更に、印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁の温度を制御しつつ、前記管状ハウジング内に供給される前記流体の流量を制御して、前記流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御することを含む請求項6に記載の流体の加熱方法。   Furthermore, the fluid is locally heated by controlling the flow rate of the fluid supplied into the tubular housing while controlling the temperature of the tube wall in the tubular housing by controlling the high frequency current to be applied. The method of heating a fluid according to claim 6, further comprising: controlling the uniform heating to a predetermined temperature by eliminating or suppressing with a very high probability.
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