JP2006147432A - 流体加熱装置及び暖房システム - Google Patents

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

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。

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。

本発明の流体加熱装置の一例を示す断面図である。 図１に示した流体加熱装置の正面図である。 外筒の第一端部の部位を示す、（Ａ）は一部を破断した正面図、（Ｂ）は側面図である。 外筒の中間部を示す、（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。 外筒の第二端部の部位を示す、（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。 圧損性能を比較して示す図である。 流体加熱装置を備えた暖房システムの一例を示す図である。 流体加熱装置を備えた熱源機の一例を示す図である。 図８に示す熱源機を備えた暖房システムの一例を示す図である。 金属発熱体上に、流体入り口管内径を投影して示す図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
   

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