JP2006147432A - 流体加熱装置及び暖房システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 特に圧損を低減することにより加熱効率が高く、安全で簡便な構造を有する流体加熱装置、及び該加熱装置を備えることにより従来のシステムの一部を取り込むことも可能な暖房システムを提供する。
【解決手段】 軸心X方向に、順に第一端部110、中間部120、及び第二端部130を備えるとともに少なくとも中間部が絶縁体により形成された外筒150と、中間部の外周に捲線された高周波電流加熱コイル160と、外筒の内部に配置され軸心方向に関して中間部に対応する位置から両端方向の少なくとも一方に延設されるとともに高周波電流加熱コイルによって発熱する柱形状の金属発熱体170と、外筒の内周面と金属発熱体の外周面との間に一定の間隔を設けて形成された流体流路180と、第一端部の筒状部に取り付けられた流体入り口管50を具備し、流体入り口管の軸心が金属発熱体の軸心からオフセットされている。
【選択図】 図1
【解決手段】 軸心X方向に、順に第一端部110、中間部120、及び第二端部130を備えるとともに少なくとも中間部が絶縁体により形成された外筒150と、中間部の外周に捲線された高周波電流加熱コイル160と、外筒の内部に配置され軸心方向に関して中間部に対応する位置から両端方向の少なくとも一方に延設されるとともに高周波電流加熱コイルによって発熱する柱形状の金属発熱体170と、外筒の内周面と金属発熱体の外周面との間に一定の間隔を設けて形成された流体流路180と、第一端部の筒状部に取り付けられた流体入り口管50を具備し、流体入り口管の軸心が金属発熱体の軸心からオフセットされている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電磁誘導加熱(以下において「IH」という。)を利用して流体を加熱する装置、及びその装置を熱源とする暖房システムに関する。
我が国における高齢化社会の進行に伴い、寒さの厳しい冬季にあっても快適な住環境を提供する床暖房システムが注目されている。床暖房システムは、室内に温風を循環させて室内を暖める暖房システムとは異なり、暖まった床面からの輻射と熱伝導により室内を暖房するため、室内の居住者に不快な風を感じさせないという利点がある。
これまで、温水式床暖房システムはその熱源としてガス、灯油等の燃料を燃焼させる方法、あるいはニクロム線をコア材としたシーズヒータを使用する方法が一般的であった。また、その一方で、床暖房以外の分野においては、多くの流体加熱用IHの提案がなされている。
例えば、特許文献1には、高周波焼き入れの技術を考慮してIHで加熱される金属の円筒の内部に流体を通すことで流体加熱を達成するものが開示されている。また特許文献2には、IHで加熱されない円筒にIHで加熱される金属体を挿入して、その周りに流体を通すようにして流体加熱を達成する装置が開示されている。また、上記特許文献1と特許文献2との技術を組み合わせて構成した、非常に効率の高い流体加熱用IH部品、装置が特許文献3、及び特許文献4に開示されている。
一方、特許文献5には、少なくとも表面板と加熱板とを床材として備え、加熱板は電磁誘導加熱装置により加熱されることを特徴とする床暖房装置が開示されている。
実公平4−1678号公報
実開平4−66089号公報
特開平9−92448号公報
特開2001−203069号公報
特開平7−145952号公報
しかし特許文献1に開示されている方法によっては、IHで金属を高周波加熱した場合、最も熱を発生するのはもっぱら金属体円筒の外周部分で、円筒内部の流体への伝熱は円筒金属の肉厚を通して行うことになる。従って、金属外周部が熱く熱せられても、内部に流通する流体に熱を十分に伝えられることができず、空気など外部に熱が逃げてしまうという問題があった。また、特許文献2に開示されている装置によれば、金属から流体への伝熱しか考えられず、高効率が得られるが、今度はコイル内部に占める金属外周部の面積が少ないために十分な結合係数を得ることができない。これは渦電流の発生は主として金属外周部に集中して起きるが、この渦電流の感じることのできる磁束はその内部を貫通する磁束だからである(ヘンリーの法則)。従って、結合係数の下がった分、必要なリアクタンスを得るためにコイルの巻き数を多くしなければならないが、高出力IHの場合20A以上の電流を電線に流すことが多く、このコイル部分の電力損失が無視できない。結局のところ上記特許文献1又は2に開示されている装置等によっては、与えた電力の80%を越える熱量を流体に与えることは困難である。
また、特許文献3に開示されている加熱器や、特許文献4に開示されている加熱装置においては、流す流体の量を減らして高温度の流体を得ようとすると、流体全体としての温度は80℃前後であるのに関わらず、内部にて突沸現象が確認されている。特に、特許文献3に開示されているような単純な形状のものは、温度の高い温水を得ることが難しかった。これは内部に設けられた孔の部分の流速が遅いため流れが層流になり、伝熱壁面の近傍では極端に伝熱が悪くなっているためであると考えられる。また、特許文献3に開示されている加熱器では、温度が安定しない問題があった。更に、この加熱器では金属体がどのように保持されているのかが不明である。また、特許文献4に開示されている加熱装置は伝熱面積を増やすために小さな貫通孔をあけたり、溝を形成したりすることが必要であり、その製造コストが非常に高価なものになってしまうという問題があった。また、内部の孔の部分にほとんどの流体が集中してしまい、外枠に行く流体が少なくなってしまうと発熱して外側のチューブを溶かしてしまう危険があるという問題もあった。
さらに特許文献5に開示されている床暖房装置は、IHを床暖房の熱源としてはいるものの、熱媒体液を使用せず、直接床下面に設置した加熱板を誘導加熱により昇温させるものであり、例えばすでに作りつけとなっている放熱器等室内側の装置が設置されている場合、これを有効に利用することができないという問題があった。
そこで本発明は、特に圧損を低減することにより加熱効率が高く、安全で簡便な構造を有する流体加熱装置、及び該加熱装置を備えることにより従来のシステムの一部を取り込むことも可能な暖房システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するにあたり、本願発明者は、先に特願2003−296345号において、絶縁体よりなる外筒と、外筒の外周部に捲線された高周波電流加熱コイルと、外筒の内部に配置されるとともに高周波電流加熱コイルによって発熱する断面形状が回転対称形である柱形状の金属発熱体とを備え、金属発熱体は柱形状の軸心に関して略回転対称の位置に複数の貫通口を備え、外筒の内周面と金属発熱体の外周面との間に一定の間隔を設けて流体流路を形成したことを特徴とする流体加熱装置を提案した。
この提案にかかる流体加熱装置によれば、効率の良い流体加熱装置、該流体加熱装置を熱源とする床暖房システムを得ることができる。本願発明者は、該加熱装置の加熱効率、及び安全性を高める方法について、より一層の研究を重ね、金属発熱体と、流体入り口管の配設位置を吟味検討することにより、さらに流体加熱装置の圧損を低下して加熱効率を高めることができるとの知見を得ることができた。本願発明はかかる知見に基づいて完成されたものである。
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
かくして、請求項1に記載の発明は、軸心(X)方向に、順に第一端部(110)、中間部(120)、及び第二端部(130)を備えるとともに、少なくとも中間部が絶縁体により形成された外筒(150)と、中間部の外周に捲線された高周波電流加熱コイル(160)と、外筒の内部に配置され軸心方向に関して中間部に対応する位置から両端方向の少なくとも一方に延設されるとともに高周波電流加熱コイルによって発熱する柱形状の金属発熱体(170)と、外筒の内周面と金属発熱体の外周面との間に一定の間隔を設けて形成された流体流路(180)と、第一端部の筒状部に取り付けられた流体入り口管(50)とを具備し、流体入り口管の軸心が金属発熱体の軸心からオフセットされていることを特徴とする流体加熱装置(100)である。
この発明によれば、流体入り口管の軸心が金属発熱体の軸心からオフセットして配置されているので、流体入り口管から外筒内に流れ込む流体は、金属発熱体の外周側に正面から衝突することがなく、いずれかの側にずれて流体の粘性によって外周面に沿って金属発熱体の周りに流れ込む。そして、流体入り口管から流れ込んだ流体は螺旋状に渦を巻きつつ、外筒内を流れ出口へと向かう。外筒内にかかる流体の渦の流れを形成することにより、圧損が低減される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の流体加熱装置(100)において、金属発熱体(170)の軸心(Y)に直交する方向の断面形状の半径をd、流体入り口管の内径をRとするとき、オフセット量は、d>Rのときは流体入り口管(50)内周面の延長面が金属発熱体軸心と交差せず、d≦Rのときは流体入り口管内周面の延長面が金属発熱体外周面の一方側からのみはみ出る範囲である、ことを特徴とする。
この発明によれば、オフセット量を所定の範囲確保することによって、確実に外筒内で流体に螺旋状に渦を巻かせつつ、流通させることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の流体加熱装置(100)において、オフセット量は流体入り口管(50)内周面の延長面が金属発熱体軸心(Y)と交差しない範囲であることを特徴とする。
この発明によれば、外筒内に流れ込むすべての流体を、(正面視として)金属発熱体の軸心を境にしてそのいずれか一方側に流すことができるので、軸心の両側に流れ分かれて裏側において衝突を起こし圧損増加の要因となるような状況が生じ得ない。従って、より一層圧損が少ない流体加熱装置を構成することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体加熱装置(100)を熱源とするとともに、床面、壁面、又は天井面に流体を循環させてなる暖房システムである。
この発明によれば、上記請求項1〜3に記載の流体加熱装置の特徴を備えた暖房システムを構成することができる。
本発明によれば、圧損を低く抑えた流体加熱装置、及び該加熱装置を備えた暖房システムを提供することが可能である。
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は、本発明の流体加熱装置の一例を示す断面図である。図1に示すごとく、流体加熱装置100は、外筒150を備え、外筒150は軸心X(図1に、水平方向に仮想線(一点鎖線)にて表されている。)方向に、図の左から順に第一端部110、中間部120、及び第二端部130よりなる。また、図2は、図1に示した流体加熱装置100の正面図である。図3は、外筒150の第一端部110の部位を示し、(A)は一部を破断した正面図、(B)は側面図である。また、図4は、外筒150の中間部120を示し、(A)は正面方向からみた断面図、(B)は側面図、(C)は(A)のA−A視断面図である。さらに、図5は、外筒150の第二端部130の部位を示し、(A)は長手方向中央付近で切断して、その部分から端部方向に見た図、(B)は一部を破断した正面図、(C)は側面図である。
以下にこれら図1〜図5を参照しつつ、本発明にかかる流体加熱装置について説明する。図1において、流体加熱装置100は、上記のごとく軸心X方向に、順に第一端部110、中間部120、及び第二端部130を備えた外筒150と、外筒中間部120の外周に捲線された高周波電流加熱コイル160と、外筒150の内部に配置されるとともに、高周波電流加熱コイル160によって発熱する柱形状の金属発熱体170と、外筒150の内周面150Aと前記金属発熱体170の外周面170Aとの間に一定の間隔を設けて形成された流体流路180とを備えている。
図3にも示されているように、第一端部110は、断面形状が円形の筒状部112と、筒状部112の一端側の開口を閉鎖している端部底板113とを備え、端部底板113とは反対側の開口部115の外周縁には、さらに外周方向にフランジ111が延設されている。フランジ111には、角度等間隔(120度毎)に3つの孔114A、114B、114Cが設けられている。これらの孔114A〜Cを利用して、第一端部110と中間部120との連結がはかられる。
筒状部112には、流体入り口管50が取り付けられ、その管内に流通する流体が流体加熱装置100の流体流路180に流入するように流体入り口51が開口されている。端部底板113には軸心X方向に4枚の係止フィン116A〜Dが立設されている。各係止フィン116A〜Dは、階段形状に形成されており、その段差の部分で、金属発熱体170の左端部171Aを支えている。従って、金属発熱体170の左端部171Aの端面172は、第一端部110の端部底板113とは係止フィン116A〜Dによって所定距離だけ離隔して固定配置されている。
本発明において、流体入り口管50の軸心は、金属発熱体170の軸心Yから、オフセットされてかつ略直交する方向に筒状部112に取り付けられている。以下に図10を参照しつつ、このオフセット、特にその量(程度)について説明する。図10に示される各(A)〜(F)の図は、水平に配置した金属発熱体170上に、流体入り口配管50の内周面を投影したものである。本願発明者の知見によれば、金属発熱体170の軸心Y(Yは外筒150の軸心Xに一致して配置されている。)に直交する方向の断面形状の半径(すなわち金属発熱体170の円柱形状の半径)をd、流体入り口管の内径をRとするとき、オフセット量を、d>Rのとき、すなわち図10(A)〜(C)のときは流体入り口管50内周面の延長面が金属発熱体軸心Yと交差せず(図10の(A)、及び(B)のみ該当、図10(C)はこの条件を満たしていない。)、d≦Rのとき、すなわち図10(D)〜(F)のときは流体入り口管50内周面の延長面が金属発熱体外周面の一方側からのみはみ出る(図10(D)、及び(E)のみ該当、図10(F)はこの条件を満たしていない。)範囲とすることによって、外筒150内の流体が螺旋状に渦を巻いて流れることが可能となる。このような流体の流れをつくることにより、後述するように圧損を大きく減少させることができるのである。
さらに圧損を減少させるには、オフセット量を、流体入り口管50内周面の延長面が金属発熱体軸心Yと交差しない範囲(図10の(A)、(B)、及び(D)のみ該当)とすればよい。このようにすれば、外筒150内に流れ込むすべての流体を、金属発熱体170の軸心Yを中心としてその一方側のみに流すことができるので、軸心の両側に流れ分かれて裏側において衝突を起こし圧損増加の要因となるような状況が生じ難い。従って、より一層圧損を少なくすることができる。
図6は、圧損性能を比較して示す図である。実線は本発明の流体加熱装置100の圧損、鎖線は従来のオフセットが設定されていない流体加熱装置の圧損を表している。この図では、流量4L/分における従来の流体加熱装置に発生する圧損を100として、他の圧損はこの数値に対する指数で表示している。
このように、流体入り口50を外筒150の筒状部に所定量オフセットして設けることにより、圧損を低下させることができる。この理由は以下のように考えられる。すなわち、流体出入り口を外筒の両端面部に設けた場合、流入する流体は金属発熱体170の端面に正面から衝突することになり、過大な乱流が発生してしまう。これに対して、流体出入り口を外筒150の筒状の部分に設けると、流入する流体は、金属発熱体170の外周面(曲面)に衝突するので、反対方向に円滑に回り込み、乱流の発生が抑制されて、圧損が低下する。さらに、流体入り口管50の軸心を金属発熱体170の軸心Yから所定量オフセットすることにより、一方向への渦流の生成が促進されて、さらに圧損の低下を享受することが可能となる。
図4(A)にその正面方向からの断面が示されている中間部120は、両端面が開口された筒状部125を備え、筒状部125には図面左の左端側に、第一端部取り付けフランジ121A、フェライト取り付けフランジ122Aが、図面右の右端側に、フェライト取り付けフランジ122B、共用取り付けフランジ121Bがそれぞれ、筒状部125の外周面からさらに外方向に延設されている。第一端部取り付けフランジ121Aには筒状部125の外周部に沿って、さらにその外周側に6つの孔129A〜Fが等角度間隔(60度毎)に形成されている(図4には2つの孔129A、129Dのみが表されている。)。これら孔129A〜Fを利用して、中間部120と第一端部110との固定がはかられる。
図4(B)は、図4(A)に表された中間部120を右方向から見た側面図であり、共用取り付けフランジ121Bが明確に表されている。共用取り付けフランジ121Bの上部、及び下部には、装置取り付け孔127A、127Bが設けられている。これら孔127A、127Bを利用して、流体加熱装置100は、後に説明する熱源機あるいは、暖房システムに固定される。
共用取り付けフランジ121Bにはまた、筒状部125の外周部に沿って、さらにその外周側に6つの孔128A〜Fが等角度間隔(60度毎)に形成されている。これら孔128A〜Fを利用して、中間部120と第二端部130とが連結される。
図5に示されているように、第二端部130は、断面形状が円形の筒状部132と、筒状部132の一端側の開口を閉鎖している端部底板133とを備え、端部底板133とは反対側の開口部135の外周縁には、さらに外周方向にフランジ131が延設されている。フランジ131には、角度等間隔(120度毎)に3つの孔134A、134B、134Cが設けられている。これら孔134A〜Cを利用して、第二端部130と中間部120とが連結される。
筒状部132には、軸心Xに直交し且つオフセットされた方向に流体出口管60が取り付けられ、その管内と流体加熱装置100の流体流路180とが通じるように流体出口61が開口されている。流体出口管60を金属発熱体170の軸心Yからオフセットして配置することは、外筒150内に流体を渦を巻かせて流通させるという目的に対して、流体入り口管50を金属発熱体170の軸心Yから所定量オフセットするほどの効果はないものと考えられる。しかし、流体の出入り口管50、60を同じ形状に形成することにより、共通部品として生産、使用できるという利点がある。
端部底板133には軸心X方向に4枚の係止フィン136A〜Dが略等角度間隔(90度毎)に延設配置されている。各係止フィン136A〜Dは、矩形に形成されており、各フィンの一辺の部分が、端部底板133に固定され、それと直交する一辺が金属発熱体170の右端部171Bの外周部に当接されている。従って、金属発熱体170の右端部171Bの端面173は、第二端部130の端部底板133と当接して配置されている。
再び図1を参照して、第二端部130の端部底板133中央近傍には、温度センサ140が取り付けられている。図示のように温度センサ140は、金属発熱体170の右端部171Bに近接して配置されている。熱伝導性の良い金属で形成されている金属発熱体端部171A、171Bは、金属発熱体170そのものの温度を代表しており、そこから流体に伝えられた熱が冷暖房システムを循環することから、安全保守上、その部位に温度検知器を設けておくのが望ましい。そこで、外部からの監視、保守の利便性を考えて、金属発熱体端部にもっとも近い第二端部130の端部底板133に温度センサ140を配置したものである。
図1及び図2に明確に示されているように、中間部120の外周部には、二つのフェライト取り付けフランジ122A、122Bの間に、高周波電流加熱コイル160が捲線されている。また、二つのフェライト取り付けフランジ122A、122Bそれぞれに設けられた6個の角孔126A〜F、126G〜L(角孔126G〜Lは不図示である。)には、軸心X方向に6本の磁束誘導フェライト166A〜Fが架け渡されている(図4(C)も参照されたい。)。
再び図1に戻り説明を続ける。中間部の筒状部125の外周径と、第一端部110、及び第二端部130それぞれの筒状部112、132の内周径とはほぼ同一寸法に形成されている。しかして、第一端部110の開口部115に、中間部の筒状部125の左端側を差し入れて、フランジ111と第二端部取り付けフランジ121Aとを当接させて配置する。そして、これら各フランジの孔114A〜C、129A〜Fに適宜締結ネジ191A〜C(締結ネジ191B、及び191Cは図面に現れていない。)を差し入れて三箇所で固定することにより、第一端部110と中間部120とが連結される。なお、第一端部110の内周面と、中間部120の外周面との間には、リング状のシール部材71A、71Bが配設されて、連結部のシールがはかられている。
次に、金属発熱体170を中間部120に差し入れて、その左端172を第一端部110内のフィン116A〜Dの所定位置に合わせる。しかる後に、第二端部130の開口部135に、中間部の筒状部125の右端側を差し入れて、フランジ131と共用取り付けフランジ121Bとを当接させて配置する。これら各フランジの孔134A〜C、128A〜Fに適宜締結ネジ192A〜C(締結ネジ192B、及び192Cは図面に現れていない。)を差し入れて三箇所で固定することにより、第二端部130と中間部120とが連結される。なお、第二端部130の内周面と、中間部120の外周面との間には、リング状のシール部材72A、72Bが配設されて、連結部のシールがはかられている。かくして、第一端部110、中間部120、及び第二端部130が一体に連結されて外筒150を構成している。
なお、図1、及び図2においては、流体入り口管50と流体出口管60とが同方向に向けて取り付けられているが、各フランジに設けられた孔は、60度あるいは120度ごとに等角度間隔に設けられているので、流体入り口管50と流体出口管60とが径方向になす角度を、60度おきに変化させることができる。これにより、流体加熱装置100全体の設計の自由度が増し、装置のコンパクト化、圧損の低減を図ることもできる。さらに、フランジ111、131に設けられている孔114A〜C、134A〜Cを円周方向の長孔として形成すれば、流体入り口管50と流体出口管60とが径方向になす角度を、任意の角度に連続的に変化させることもできる。
次に各部材を構成する材料について簡単に説明する。中間部120を構成する材料は、絶縁体で構成することが必要であり、例えば合成樹脂、あるいはセラミック材料等にて形成する。これに対して、第一端部110、及び第二端部130は材料としての限定はないが、生産工程における加工性等の観点から、所定の耐熱性を備えた樹脂成形品であることが好ましい。また、中間部120と同様にセラミックで構成しても良い。金属発熱体170は、たとえばSUS430等のステンレス鋼を材料として使用することができる。温度センサ140は、サーミスタにより構成されている。温度センサ140を、温度により変化する抵抗値を電流に変換するサーミスタにより構成することにより、熱電対を使用した場合に受けるノイズの影響を避けることができる。
以上のように構成された流体加熱装置100は、軸心方向Xに関して、高周波電流加熱コイル160より、金属発熱体170が両端方向に長く形成されているので、高周波電流加熱コイル160により、発熱を促された金属発熱体170の高周波電流加熱コイル160の軸心方向長さに対応する部分から、両端方向に温度勾配を形成して、流体の急激な加熱を防止することが容易なものとなる。また、金属発熱体170の端部近傍に温度センサ140が配置されているので、金属発熱体170の温度を直接的に検知することが可能であり、装置の過熱を防止することが容易となる。さらに、流体入り口管50が外筒150に対して横方向から取り付けられ、流体入り口管50の軸心が金属発熱体170の軸心Yからオフセットされている。そして、流体加熱装置内に流入する流体は、金属発熱体170の外周面に向かって流れ込むため、外筒150内部に形成された流体流路180を流通する流体は螺旋状に渦を作って流れ、過大な乱流も発生しにくい。よって、大幅に圧損を低減することができる。
さらに、流体入り口管50と、流体出口管60とがなす角度を自由に選定することができるので、当該流体加熱装置100を組み込む熱源機や暖房システムの設計の自由度を高め、装置をコンパクトにまとめることが容易となる。これは圧損を低減すると言う利点も有する。
図7は、流体加熱装置100を備えた暖房システムの一例を示す図である。図示の床暖房システム70は、高周波誘導加熱により流体を加熱する流体加熱装置100と、流体加熱装置100に高周波電力を供給する高周波誘導加熱回路72と、システムの温度制御を司る温度制御装置73と、流体加熱装置100により発生した熱を室内に供給する放熱器74と、流体加熱装置100と放熱器74とを連結する配管にあって流路の開閉を司る熱動弁75と、システム内に流体を循環させる循環ポンプ76とを備えている。システム内には適宜温度センサ73A〜Cが配置され、その情報は温度制御装置73へと伝えられている。
上述した通り、流体加熱装置100は、外筒150の一部をなし絶縁体よりなる中間部120と、中間部120の外周に捲線された高周波電流加熱コイル160と、外筒150の内部に高周波電流加熱コイル160により誘導加熱される金属発熱体170とを備えており、この金属発熱体170が高周波誘導電流により内部に渦電流損を発生し、その損失エネルギーにより発熱する(図1及び2も参照)。
磁束誘導フェライト166は、高周波電流による発生磁束をフェライト内に誘導して、磁束がIHセル外部に漏洩するのを抑止する。磁束が外部に漏洩すると、周辺金属に誘導加熱を引き起こして好ましくないからである。また、電波ノイズが周辺の電子機器に悪影響を及ぼすことを防止する目的もある。
磁束誘導フェライト166は、高周波電流による発生磁束をフェライト内に誘導して、磁束がIHセル外部に漏洩するのを抑止する。磁束が外部に漏洩すると、周辺金属に誘導加熱を引き起こして好ましくないからである。また、電波ノイズが周辺の電子機器に悪影響を及ぼすことを防止する目的もある。
発熱した金属発熱体170を内部に有する外筒150に流体を通すと熱交換が行われ、流体の温度が上昇することになる。即ち、加熱流体となる。本発明に使用される流体としては特に限定されるものではないが、例えば水、エチレングリコールのような不凍液、鉱油、ポリエステル等の合成油などを使用することができる。
温水式床暖房システムの場合、流体は一般的に循環閉回路を流れ、その流れは循環ポンプ76で作り出される。循環ポンプ76は、循環閉回路の流路損失に対して適正な流量が確保できる性能のものを選択することが好ましい。また、熱動弁75は、流路の開閉を行うバルブで放熱器74への通液制御を行うものである。放熱器74が1個の場合あまり意味を持たないが、複数個に並列接続されている場合は個別暖房制御の方法として有効に作用する。
循環ポンプ76によって、循環閉回路に送り込まれた加温された流体は、放熱器74内を流れることで室内に放熱し、結果として液温が下がる。この冷やされた流体は、循環ポンプ76により再び流体加熱装置100内を流れることで再加熱される。このようにして、床暖房システム70が室内を暖房する装置として機能している。この床暖房システム70でも明らかなように、本発明の流体加熱装置100を使用した場合に、システム内にシスターンタンクを設ける必要がないという利点がある。
一方図8は、シスターンタンクと流体加熱装置とを備えた熱源機の一例を示す図である。この例のように、本発明の流体加熱装置100は、通常の燃焼型加熱装置のように、シスターンタンクとともに熱源機を構成することもできる。
図8は、熱源機80の内部構造を示す正面図である。シスターンタンク81の上部には注水口88が設けられている。注水口88から入れられた水はシスターンタンク81内に貯水される。シスターンタンク81は、配管を介して循環ポンプ82へと通じている。熱源機80は商用電源から交流電圧の給電を受けて動作する。漏電ブレーカ83は、商用電源の基幹配線に設けられており、熱源機80の内部で漏電が発生するとオフ状態となって、熱源機80を商用電源から電気的に分離する。
温水は不図示の(戻りヘッダー)→(循環ポンプ82)→(流体加熱装置100)→(往きヘッダー)→(放熱器)→(戻りヘッダー)の経路で循環される。
図9は、図8に示す熱源機80を備えた暖房システムの一例を示す図である。この床暖房システム200は、熱源機80にて加熱した約60℃の温水を床下に敷設した温水マット220に循環させ、床からの輻射熱で部屋A全体を均一に暖房する。この床暖房システム200では、熱源機80に循環ポンプ82が内蔵されている。この熱源機80の流体加熱装置100により、水を所定温度(60℃)に加熱して、循環ポンプ82により温水配管211に送り出している。
床暖房システム200の制御信号が流れる信号線213を含む温水配管211、212は、熱源機80から温水マット220に向かう温水が流れる往き管211と、温水マット220内を循環した水が熱源機80に戻るための戻り管212とを有しており、それらはペアチューブ215として一本にまとめられている。ペアチューブ215の周囲は不図示の断熱材で囲まれている。
温水マット220から熱源機80への戻りは、戻り管212で結ばれている。これらと同様な温水を供給する配管は他のB及びCの部屋にも導かれている。温水マット220が設けられた部屋Aの壁221には、部屋Aの室温を計測して室内の温度調節を行う床暖房コントローラ222が取り付けられている。床暖房コントローラ222には部屋Aの居住者が希望する所定の室温を設定することができる。また床暖房コントローラ222には、部屋A室内の所定個所に設けられた温度センサ(不図示)からの情報が常時入力されている。
部屋Aの室温を所望の温度付近に保つように、上記のように構成された床暖房コントローラ222から信号線223を介し、さらにペアチューブ215の信号線213を介して熱源機80(循環ポンプ82、及び開閉弁(不図示))に対して指令が送出されるように構成されている。熱源機80(循環ポンプ82、及び開閉弁)は、床暖房コントローラ222からの指令に基づいて温水マット220に供給する60℃の温水の供給を制御して、温水マット220からの床を介した輻射熱により部屋Aを所定の室温に維持している。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う流体加熱装置、暖房システムもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
X、Y 軸心
50 流体入り口管
51 流体入り口
60 流体出口管
61 流体出口
70 床暖房システム
71A、71B シール部材
72A、72B シール部材
72 高周波誘導加熱回路
73 温度制御装置
73A〜C 温度センサ
74 放熱器
75 熱動弁
76 循環ポンプ
80 熱源機
81 シスターンタンク
82 循環ポンプ
83 漏電ブレーカ
88 注水口
100 流体加熱装置
110 第一端部
111 フランジ
112 筒状部
113 端部底板
114A〜C 孔
115 開口部
116A〜D 係止フィン
120 中間部
121A 第一端部取り付けフランジ
121B 共用取り付けフランジ
122A、122B フェライト取り付けフランジ
125 筒状部
126A〜F 角孔
127A、127B 装置取り付け孔
128A〜F 孔
129A〜F 孔
130 第二端部
131 フランジ
132 筒状部
133 端部底板
134A〜C 孔
135 開口部
136A〜D 係止フィン
140 温度センサ
150 外筒
150A 内周面
160 高周波電流加熱コイル
166A〜F 磁束誘導フェライト
170 金属発熱体
170A 外周面
171A 左端部
171B 右端部
172 端面
173 端面
180 流体流路
191A〜C 締結ネジ
192A〜C 締結ネジ
200 床暖房システム
211 温水配管(往き管)
212 温水配管(戻り管)
213 信号線
215 ペアチューブ
216 温水コンセント
217、218 配管
219 開閉弁
220 温水マット
221 壁
222 床暖房コントローラ
223 信号線
50 流体入り口管
51 流体入り口
60 流体出口管
61 流体出口
70 床暖房システム
71A、71B シール部材
72A、72B シール部材
72 高周波誘導加熱回路
73 温度制御装置
73A〜C 温度センサ
74 放熱器
75 熱動弁
76 循環ポンプ
80 熱源機
81 シスターンタンク
82 循環ポンプ
83 漏電ブレーカ
88 注水口
100 流体加熱装置
110 第一端部
111 フランジ
112 筒状部
113 端部底板
114A〜C 孔
115 開口部
116A〜D 係止フィン
120 中間部
121A 第一端部取り付けフランジ
121B 共用取り付けフランジ
122A、122B フェライト取り付けフランジ
125 筒状部
126A〜F 角孔
127A、127B 装置取り付け孔
128A〜F 孔
129A〜F 孔
130 第二端部
131 フランジ
132 筒状部
133 端部底板
134A〜C 孔
135 開口部
136A〜D 係止フィン
140 温度センサ
150 外筒
150A 内周面
160 高周波電流加熱コイル
166A〜F 磁束誘導フェライト
170 金属発熱体
170A 外周面
171A 左端部
171B 右端部
172 端面
173 端面
180 流体流路
191A〜C 締結ネジ
192A〜C 締結ネジ
200 床暖房システム
211 温水配管(往き管)
212 温水配管(戻り管)
213 信号線
215 ペアチューブ
216 温水コンセント
217、218 配管
219 開閉弁
220 温水マット
221 壁
222 床暖房コントローラ
223 信号線
Claims (4)
- 軸心方向に、順に第一端部、中間部、及び第二端部を備えるとともに、少なくとも前記中間部が絶縁体により形成された外筒と、
前記中間部の外周に捲線された高周波電流加熱コイルと、
前記外筒の内部に配置され、前記軸心方向に関して、前記中間部に対応する位置から両端方向の少なくとも一方に延設されるとともに、前記高周波電流加熱コイルによって発熱する柱形状の金属発熱体と、
前記外筒の内周面と前記金属発熱体の外周面との間に一定の間隔を設けて形成された流体流路と、
前記第一端部の筒状部に取り付けられた流体入り口管と、を具備し、
前記流体入り口管の軸心が、前記金属発熱体の軸心からオフセットされていることを特徴とする、流体加熱装置。 - 前記金属発熱体の軸心に直交する方向の断面形状の半径をd、流体入り口管の内径をRとするとき、
前記オフセット量は
d>Rのときは、前記流体入り口管内周面の延長面が前記金属発熱体軸心と交差せず、
d≦Rのときは、前記流体入り口管内周面の延長面が前記金属発熱体外周面の一方側からのみ、はみ出る範囲である、
ことを特徴とする請求項1に記載の流体加熱装置。 - 前記オフセット量は、前記流体入り口管内周面の延長面が前記金属発熱体軸心と交差しない範囲であることを特徴とする請求項1に記載の流体加熱装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体加熱装置を熱源とするとともに、床面、壁面、又は天井面に流体を循環させてなる暖房システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004337979A JP2006147432A (ja) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | 流体加熱装置及び暖房システム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004337979A JP2006147432A (ja) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | 流体加熱装置及び暖房システム |
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Publication Number | Publication Date |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2004
- 2004-11-22 JP JP2004337979A patent/JP2006147432A/ja active Pending
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