JP2006228438A - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体を効率よく加熱するのに適した電磁誘導加熱装置を得る。
【解決手段】 内部を流体通路２とした非磁性体からなる筒体３の周囲に電磁誘導用コイル４を巻装し、筒体３内には前記電磁誘導用コイル４により発生する磁束の透過により発熱する発熱体７を、前記流体を通過させる空間Ｅを空けて配置し、筒体３内に流体を送り込み、この流体と電磁誘導用コイル４に発生した磁束の透過により発生するジュール熱で発熱した発熱体７とを熱交換させて前記流体を加熱するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流体を効率よく加熱するのに適した電磁誘導加熱装置に関する。

従来から、巻線に交流電流を流し、発生する磁束が近傍に配置した発熱体を透過することにより、発熱体に渦電流が流れて発生したジュール熱を熱源として利用する電磁誘導加熱装置が多方面で使用されている。

例えば、円筒体の周囲に電磁誘導用コイルを巻装し、円筒体内に鋼鈑と未加硫ゴム層の積層体を収容して、前記巻線に交流電流を流し、発生する磁束が前記鋼鈑を透過することにより鋼鈑に渦電流が流れて発熱し、鋼鈑に発生した熱により未加硫ゴム層を加熱するようにした電磁誘導加熱装置が開示されている（特許文献１参照。）。
特開平１１−１７０２７２号公報

従来の電磁誘導加熱装置で、発熱体により流体を直接加熱する電磁誘導加熱装置は知られておらず、流体の加熱、例えば、温水、熱風、過熱蒸気等の生成には、石油、ガス等の燃焼による加熱手段を内容とする加熱装置が多く使用されていた。しかし、電磁誘導加熱装置は前記のような石油、ガス等の燃焼を加熱手段とする加熱装置に比べ、小型化が図れ、安全性が高く、また取り扱いが容易であり、温度制御に優れていることから、流体の加熱手段として利用することが望まれる。
本発明者等はかかる点に鑑み、流体を効率よく加熱できる電磁誘導加熱装置について研究を重ね本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の目的とするところは、流体を効率よく加熱するのに適した電磁誘導加熱装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の構成を説明すると、下記の通りである。
請求項１に記載の発明は、内部を流体通路とした非磁性体からなる筒体の周囲に電磁誘導用コイルが巻装され、筒体内には前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束の透過により発熱する発熱体が、前記流体を通過させる空間を空けて配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記発熱体の前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束に交差する交差面の面積が、前記筒体の内径断面積の、少なくとも３０％以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の、前記発熱体は、前記筒体内に僅かに隙間を空けて挿入可能な形状に形成された板体であって、板厚方向に貫通し流体を通過させる空間となる孔が多数形成された複数の有孔発熱板で構成され、該有孔発熱板は前記筒体内に、板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで筒体の長手方向に配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の、前記発熱体は帯状発熱板からなり、該帯状発熱板には長手方向に交差するようにジグザグに折曲されて複数の折曲板部が形成され、前記帯状発熱板は前記筒体内に、折曲板部の板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の、前記発熱体はメッシュ材を巻回して束ねたメッシュ状発熱体からなり、該メッシュ状発熱体は前記筒体内に、その端面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、下記のような効果を得ることができる。
請求項１に記載の電磁誘導加熱装置によれば、内部を流体通路とした非磁性体からなる筒体の周囲に電磁誘導用コイルが巻装され、筒体内には前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束の透過により発熱する発熱体が配置されているので、電磁誘導用コイルに発生した磁束が筒体内に配置されている発熱体を透過することにより発熱体に渦電流が流れて発生するジュール熱で発熱体が発熱し、また、前記発熱体は筒体内における流体を通過させる空間を空けて配置されているので、筒体内に流体を送り込むことにより、この流体は筒体内における空間を通過し、この空間を通過する流体を、前記発熱した発熱体により加熱することができ、しかも、前記流体は、直接発熱した発熱体と接触して熱交換し加熱されるので、効率よく加熱することができる。
更には、流体を加熱する加熱装置として、他の加熱手段を用いた加熱装置に比べ、小型化が図れ、安全性が高く、また取り扱いが容易であり、温度制御に優れている。

請求項２に記載の電磁誘導加熱装置によれば、請求項１に記載した電磁誘導加熱装置の、前記発熱体の前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束に交差する交差面の面積が、前記筒体の内径断面積の、少なくとも３０％以上であるので、電磁誘導用コイルに発生した磁束の多くが発熱体を透過することになり、発熱体に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、発熱体に発熱が得られ、流体を加熱することができる。そして、前記発熱体の交差面の面積を筒体の内径断面積に近づけることにより、発熱体の耐熱温度までの昇温を可能とすることができ、流体をより一層の高温で加熱することができるものとなる。

請求項３に記載の電磁誘導加熱装置によれば、請求項２に記載した電磁誘導加熱装置の、前記発熱体は、前記筒体内に僅かに隙間を空けて挿入可能な形状に形成された板体であって、板厚方向に貫通し流体を通過させる空間となる孔が多数形成された複数の有孔発熱板で構成され、該有孔発熱板は前記筒体内に、板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで筒体の長手方向に配置されているので、電磁誘導用コイルに発生した磁束の多くが各有孔発熱板を透過することになり、各有孔発熱板に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、各有孔発熱板の耐熱温度までの昇温を可能とすることができる。

そして、前記各有孔発熱板には板厚方向に貫通し流体を透過する孔が多数形成されているので、筒体内に送り込まれた流体は、前記各有孔発熱板に形成されている孔、各有孔発熱板の間及び各有孔発熱板と筒体との隙間等で形成される空間を通過し、この空間を通過する流体を前記発熱し高温となっている各有孔発熱板で加熱することができ、そして前記複数の有孔発熱板の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体を一層効率良く加熱することができるものとなる。

請求項４に記載の電磁誘導加熱装置によれば、請求項２に記載した電磁誘導加熱装置の、前記発熱体は帯状発熱板からなり、該帯状発熱板には長手方向に交差するようにジグザグに折曲されて複数の折曲板部が形成され、前記帯状発熱板は前記筒体内に、折曲板部の板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されているので、電磁誘導用コイルに発生した磁束の多くが帯状発熱板に形成されている複数の折曲板部を透過することになり、各折曲板部に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、帯状発熱板の耐熱温度までの昇温を可能とすることができる。

そして、前記筒体内に送り込まれた流体は、帯状発熱板に形成されている各折曲板部の間及び帯状発熱板と筒体との隙間等で形成される空間を通過し、この空間を通過する流体を前記発熱し高温となっている帯状発熱板で加熱することができ、そして前記帯状発熱板の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体を一層効率良く加熱することができるものとなる。

請求項５に記載の電磁誘導加熱装置によれば、請求項２に記載した電磁誘導加熱装置の、前記発熱体はメッシュ材を巻回して束ねたメッシュ状発熱体からなり、該メッシュ状発熱体は前記筒体内に、その端面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されているので、電磁誘導用コイルに発生した磁束の多くがメッシュ状発熱体の端面を透過することになり、メッシュ状発熱体に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、メッシュ状発熱体の耐熱温度までの昇温を可能とすることができる。

そして、前記メッシュ状発熱体は全体に隙間を有しているので、筒体内に送り込まれた流体はメッシュ状発熱体の隙間及びメッシュ状発熱体と筒体との隙間等で形成される空間を通過し、この空間を通過する流体は前記発熱し高温となっているメッシュ状発熱体で加熱することができ、そして前記メッシュ状発熱体の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体を一層効率よく加熱することができるものとなる。

以下、本発明に係る電磁誘導加熱装置を実施するための最良の形態の一例を図面により詳細に説明する。

図１乃至図３は、本発明に係る電磁誘導加熱装置の実施の形態の第１例を示すものであり、図１は本例の電磁誘導加熱装置を示す説明図、図２は図１に示す電磁誘導加熱装置の要部縦断面図、図３は発熱体を構成する有孔発熱板を示す斜視図である。

本例の電磁誘導加熱装置１は、内部を流体通路２とした非磁性体からなる筒体３の周囲に電磁誘導用コイル４が巻装されており、電磁誘導用コイル４には、電源５で給電された電流が発振回路６の発振出力に従って流されるようになっている。前記非磁性体からなる筒体３は、本例ではセラミック製となっているが、これに限定されるものではない。また、前記筒体３の一方の開口部は、流体の流体供給管（図示せず）に接続し、他方の開口部は加熱流体取出管（図示せず）に接続されている。

この筒体３内には前記電磁誘導用コイル４により発生する磁束Ｍの透過により発熱する発熱体７が、前記筒体３に送り込まれた流体を通過させる空間Ｅを空けて配置されている。発熱体７にあっては、磁性金属体、非磁性金属体のいずれでもよく、特に限定されない。

この発熱体７は、前記電磁誘導用コイル４により発生する磁束Ｍに交差する交差面Ｓの面積が、前記筒体３の内径断面積の、少なくとも３０％以上であることが好ましい。発熱体７の磁束Ｍに交差する交差面Ｓの面積が、前記筒体３の内径断面積の３０％以上であると、電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍの多くが発熱体７を透過することになり、発熱体７に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、発熱体７に高温発熱が得られるからである。そして、前記発熱体７の交差面Ｓの面積を筒体３の内径断面積に近づけることにより、発熱体７の耐熱温度までの昇温を可能とすることができるものとなる。

また、発熱体７の磁束Ｍに交差する交差面Ｓは、電磁誘導用コイル４により発生する磁束Ｍに直交していることが好ましい。このようにすると、電磁誘導用コイル４により発生する磁束Ｍが透過する発熱体７に、より効果的に渦電流が流れるものとなる。

本例では、前記発熱体７は、前記筒体３内に僅かに隙間を空けて挿入可能な形状に形成された板体であって、板厚方向に貫通し流体を通過させる空間Ｅとなる孔８が多数形成された複数の有孔発熱板９で構成されている。有孔発熱板９の板面の面積は、前記筒体３の内径断面積の７７％となっている。この複数の有孔発熱板９は、相互間に所定の間隔をあけて連結部材１０で相互に連結されている。隣接する有孔発熱板９の間隔を保持するためにスペーサ１１を介在させて連結することが好ましい。

このように構成された発熱体７となる複数の有孔発熱板９は、前記筒体３内に、板面が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交する向きで筒体３の長手方向に配置されている。

このように構成した本例の電磁誘導加熱装置１では、電源５から発振回路６の発振出力に従った電流を電磁誘導用コイル４に流すと、電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍが筒体３内に流れ、筒体３内に配置されている発熱体７を透過することにより発熱体７に渦電流が流れて発生するジュール熱で発熱体７が発熱する。

このとき、前記発熱体７は、前記筒体３内に僅かに隙間を空けて挿入可能な形状に形成された板体であって、板厚方向に貫通し流体を通過させる空間Ｅとなる孔８が多数形成された複数の有孔発熱板９で構成され、該有孔発熱板９は前記筒体３内に、板面が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交する向きで筒体３の長手方向に配置されているので、前記電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍの多くが各有孔発熱板９を透過することになり、各有孔発熱板９に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となり、各有孔発熱板９の耐熱温度までの昇温が可能となる。

そして、前記各有孔発熱板９には板厚方向に貫通し流体を透過する孔８が多数形成されているので、流体供給管から筒体３内に送り込まれた流体は、前記各有孔発熱板９に形成されている孔８、各有孔発熱板９の間及び各有孔発熱板９と筒体３との隙間等で形成される空間Ｅを通過し、前記発熱し高温となっている各有孔発熱板９で加熱される。このとき、前記複数の有孔発熱板９の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体は一層効率良く加熱され、加熱流体取出管から取り出される。

例えば、本例の電磁誘導加熱装置を、飽和蒸気を加熱して高温の過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置として使用する場合、前記発熱体７を耐熱温度１０００℃の金属を使用することで、１０００℃の過熱蒸気を発生させることができる。

図４、図５は本発明に係る電磁誘導加熱装置の実施の形態の第２例を示すものであり、図４は本例の電磁誘導加熱装置の要部縦断面図、図５は本例の発熱体を構成する帯状発熱板を示す斜視図である
本例の電磁誘導加熱装置１は、発熱体７の構成以外は前記第１例と同様の構成となっている。本例の発熱体７は帯状発熱板１２からなり、該帯状発熱板１２には長手方向に交差するようにジグザグに折曲されて複数の折曲板部１３が形成されている。この折曲板部１３の板面の面積は、前記筒体３の内径断面積の６２％となっている。

前記帯状発熱板１２は前記筒体３内に、前記各折曲板部１３の板面が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交する向きで、且つ前記筒体３に送り込まれた流体を通過させる空間Ｅを空けて配置されている。

このように構成した本例の電磁誘導加熱装置１では、電源５から発振回路６の発振出力に従った電流を電磁誘導用コイル４に流すと、電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍが筒体３内に流れ、筒体３内に配置されている発熱体７を透過することにより発熱体７に渦電流が流れて発生するジュール熱で発熱体７が発熱する。

このとき、前記発熱体７は、長手方向に直交するようにジグザグに折曲されて複数の折曲板部１３が形成された帯状発熱板１２で構成され、帯状発熱板１２は前記筒体３内に、前記各折曲板部１３の板面が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交する向きで配置されているので、電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍの多くが帯状発熱板１２に形成されている複数の折曲板部１３を透過することになり、各折曲板部１３に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、帯状発熱板１２の耐熱温度までの昇温を可能とすることができる。

そして、前記帯状発熱板１２は筒体３内に、流体を通過させる空間Ｅを空けて配置されているので、流体供給管から前記筒体３内に送り込まれた流体は、帯状発熱板１２に形成されている各折曲板部１３の間及び帯状発熱板１２と筒体３との隙間等で形成される空間Ｅを通過し、前記発熱し高温となっている帯状発熱板１２で加熱される。このとき、前記帯状発熱板１２の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体は一層効率良く加熱され、加熱流体取出管から取り出される。

図６、図７は本発明に係る電磁誘導加熱装置の実施の形態の第３例を示すものであり、図６は本例の電磁誘導加熱装置の要部縦断面図、図７は本例の発熱体を構成するメッシュ状発熱体を示す斜視図である。

本例の電磁誘導加熱装置１は、発熱体７の構成以外は前記第１例と同様の構成となっている。本例の発熱体７はメッシュ材を巻回して束ねたメッシュ状発熱体１４で構成されている。このメッシュ状発熱体１４の端面１５の面積は、前記筒体３の内径断面積の３０％となっている。

前記メッシュ状発熱体１４は前記筒体３内に、その端面１５が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交し、且つ前記筒体３に送り込まれた流体を通過させる空間Ｅを空けて配置されている。

このように構成した本例の電磁誘導加熱装置１では、電源５から発振回路６の発振出力に従った電流を電磁誘導用コイル４に流すと、電磁誘導用コイル４により発生した磁束Ｍが筒体３内に流れ、筒体３内に配置されている発熱体７を透過することにより発熱体７に渦電流が流れて発生するジュール熱で発熱体７が発熱する。

このとき、前記発熱体７は、メッシュ材を巻回して束ねたメッシュ状発熱体１４で構成され、メッシュ状発熱体１４は前記筒体３内に、その端面１５が前記磁束Ｍに直交する交差面Ｓとなるように磁束Ｍに直交する向きで配置されているので、電磁誘導用コイル４に発生した磁束Ｍの多くがメッシュ状発熱体１４の端面１５を透過することになり、メッシュ状発熱体１４に大量の渦電流が流れ、発生するジュール熱も高温となる結果、メッシュ状発熱体１４の耐熱温度までの昇温を可能とすることができる。

そして、前記メッシュ状発熱体１４は筒体３内に、流体を通過させる空間Ｅを空けて配置されているので、流体供給管から前記筒体３内に送り込まれた流体は、メッシュ状発熱体１４の隙間及びメッシュ状発熱体１４と筒体３との隙間等で形成される空間Ｅを通過し、前記発熱し高温となっているメッシュ状発熱体１４で加熱される。このとき、前記メッシュ状発熱体１４の表面積が大きく、流体との接触面積が大きいので、流体は一層効率良く加熱され、加熱流体取出管から取り出される。

以上のように、本発明に係る電磁誘導加熱装置は、流体の加熱装置として優れた効果を有するものであり、例えば、本例の電磁誘導加熱装置を、飽和蒸気を加熱して高温の過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置として使用する場合、前記発熱体７を耐熱温度１０００℃の金属を使用することで、１０００℃の過熱蒸気を発生させることができる。

本発明に係る電磁誘導加熱装置の最良の形態の第１例を示す説明図。 図１に示す電磁誘導加熱装置の要部縦断面図。 図１に示す電磁誘導加熱装置における発熱体を構成する有孔発熱板を示す斜視図。 本発明に係る電磁誘導加熱装置の最良の形態の第２例を示す要部縦断面図。 図４に示す電磁誘導加熱装置における発熱体を構成する帯状発熱板を示す斜視図。 本発明に係る電磁誘導加熱装置の最良の形態の第３例を示す要部縦断面図。 図５に示す電磁誘導加熱装置における発熱体を構成するメッシュ状発熱体を示す斜視図。

符号の説明

１ 電磁誘導加熱装置
２ 流体通路
３ 筒体
４ 電磁誘導用コイル
５ 電源
６ 発振回路
７ 発熱体
８ 孔
９ 有孔発熱板
１０ 連結部材
１１ スペーサ
１２ 帯状発熱板
１３ 折曲板部
１４ メッシュ状発熱体
１５ 端面
Ｍ 磁束
Ｅ 流体を通過させる空間
Ｓ 磁束に交差する交差面

Claims (5)

1. 内部を流体通路とした非磁性体からなる筒体の周囲に電磁誘導用コイルが巻装され、筒体内には前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束の透過により発熱する発熱体が、前記流体を通過させる空間を空けて配置されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
2. 前記発熱体の前記電磁誘導用コイルにより発生する磁束に交差する交差面の面積が、前記筒体の内径断面積の、少なくとも３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。
3. 前記発熱体は、前記筒体内に僅かに隙間を空けて挿入可能な形状に形成された板体であって、板厚方向に貫通し流体を通過させる空間となる孔が多数形成された複数の有孔発熱板で構成され、該有孔発熱板は前記筒体内に、板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで筒体の長手方向に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導加熱装置。
4. 前記発熱体は帯状発熱板からなり、該帯状発熱板には長手方向に交差するようにジグザグに折曲されて複数の折曲板部が形成され、前記帯状発熱板は前記筒体内に、折曲板部の板面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導加熱装置。
5. 前記発熱体はメッシュ材を巻回して束ねたメッシュ状発熱体からなり、該メッシュ状発熱体は前記筒体内に、その端面が前記磁束に交差する交差面となるように磁束に交差する向きで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁誘導加熱装置。

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