JP2024097118A - 流体の電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の加熱効率の高効率化と加熱装置の小型化とを可能にする、流体の電気加熱装置を提供する。
【解決手段】導電性の加熱管が並行した複数本で多管構造の加熱部をなし、通電加熱により昇温した加熱管の管壁から内部を流れる被加熱流体を加熱する、流体の電気加熱装置であって、（ａ）加熱管の各々に被加熱流体を分配する流体供給ヘッダーと、（ｂ）加熱管の各々から被加熱流体を回収する流体排出ヘッダーと、（ｃ）流体供給ヘッダー及び流体排出ヘッダーの各々の加熱部側の壁部と一体的に構成され、複数の加熱管の両端部を片側ずつ電気的に短絡させる管端部短絡電極と、（ｄ）流体供給ヘッダー及び流体排出ヘッダーの各々の本体部と管端部短絡電極との間で、互いを電気的に絶縁する絶縁体と、（ｅ）加熱管の一端又は両端と、流体供給ヘッダー及び流体排出ヘッダーの一方又は双方との間で、加熱管の熱変形を吸収する導電性の伸縮器と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の電気加熱装置に関し、詳しくは高い加熱効率を有して小型化可能な流体の電気加熱装置に関するものである。

近年、地球温暖化対策のために、エネルギー効率の高効率化や二酸化炭素排出量の少ない燃料への転換が進められている。大規模で大容量の流体の加熱装置の分野では、従来より、種々なものが使用されており、数百℃というような高温加熱が必要な場合には、通常、燃焼ガスを利用したボイラ等の加熱装置が使用されている。しかし、燃焼ガスを使用するボイラ等の加熱装置は、加熱効率が高効率のものでも３５％程度と効率の限界がある。また、流体を効率的に高温まで加熱するためには燃焼ガスの高温化とそれに伴う耐火断熱構造が必要であり、設備の大型化と高コスト化とが避けられないという問題がある。

このような流体の加熱設備の小型化および加熱効率の効率化のいずれの問題に対しても、大電力を限られた空間に投入できる電気加熱手段が有利であるといえる。例えば、特許文献１には、図４の（ａ）縦断面図（ただし、発熱体６２は、横断面図での記載より単純化して２本のみを記載）と（ｂ）横断面図とで示すような、誘導加熱による流体の電気加熱装置６０が開示されている。具体的には、発熱体６２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管６２ａおよび例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体としての磁性管６２ｂによって構成される。非磁性管６２ａの両端は、管支え板６４、６６で固定支持される。また、発熱体６２の外側周囲には、図示しない交流電源に接続された誘導加熱コイル７２が配設される。この誘導加熱コイル７２は、円筒形状の内側断熱材６８と外側断熱材７０との間に介在し、内側断熱材６８の両端が、管支え板６４、６６に固定支持されることにより、位置決めされる。管支え板６４、６６には、それぞれ流体入口ヘッダー７４、流体出口ヘッダー７６が設けられ、気体または液体の被加熱流体Ａは、流体入口ヘッダー７４から非磁性管６２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダー７６へと導かれる。

特許文献１に記載の発明では、磁性管６２ｂは、被加熱流体Ａが流れる非磁性管６２ａの外周面に接触しており、誘導加熱により磁性管６２ｂにおいて生じた熱は磁性管６２ｂから非磁性管６２ａに、非磁性管６２ａから被加熱流体に熱伝導している。そのため、非磁性管６２ａに比べ耐食性に劣る磁性管６２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上するとする。また、複数の発熱体６２を、互いに平行に、且つ、誘導加熱コイル７２内で互いに略均等間隔をもって分布して配置することで、流体の電気加熱装置６０の大型化を抑えながら、有効に被加熱流体を加熱することもできるとする。

また、特許文献２には、図５に示すような通電加熱による流体の電気加熱装置８０が開示されている。その基本的な構成は、図５（ａ）に示すように、加熱管体８２と、非加熱管体８４と、管体継ぎ手８６と、交流電源８８とから「一加熱管体一電源」の構成である。加熱管体８２は、通電により発熱する金属で形成される。この加熱管体８２には、その一方の端部から他方の端部に電流を流す交流電源８８が接続される。非加熱管体８４は、加熱管体８２の両端部に接続され、加熱管体８２と同じ径寸法を有して、被加熱流体の流路をなす。管体継ぎ手８６は、加熱管体８２と非加熱管体８４、８４とを機械的に接続して流路を形成すると共に加熱管体８２と非加熱管体８４、８４とを電気的に絶縁する。なお、加熱管体８２を保持する支持台を必要とする場合には、図５（ａ）に示すように、支持台９０と加熱管体８２との間に電気絶縁体９２を介在させる。

特許文献２には、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数本の加熱管体８２同士を接続する場合の実施形態も開示されている。図５（ｂ）は、電気的絶縁性を有する管体継ぎ手８６を使って加熱管体８２同士を連結し、ジャンパー９４によって加熱管体８２同士を電気的に接続する場合の一例である。また、別法として、機械的に連結し且つ電気的にも接続するフランジを使って、加熱管体８２同士を接続してもよいとする。あるいは、図５（ｃ）に示すように、各加熱管体８２を管体継ぎ手８６で電気的に絶縁して、各加熱管体８２毎に交流電源８８を設けてもよいとする。

このように、特許文献２に記載の流体の電気加熱装置８０によれば、加熱管体８２で被加熱流体の流路の少なくとも一部を構成するとともに、流体の流路自体を発熱手段として流体を直接電気加熱することにより、高いエネルギー効率で流体を加熱昇温することができるとする。具体的なエネルギー効率についての実験例としては、内径７ｍｍ、外形１０．５ｍｍ、長さ８ｍのステンレス鋼管製の加熱管体に、６０Ｖ、１８０Ａの交流を流しながら、汚泥スラリーを流量８０リットル／時間で流した例が示されている。この実験では、２０℃から２００℃まで約１８０℃昇温させることができ、加熱管体に与えた電気エネルギーの８０～９０％が汚泥スラリーの加熱に利用できたとしている。

特開２００８－１３４０４１号公報 特開２０００－２１３８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなソレノイドコイル状の誘導加熱コイル７２の内側の発熱体６２（磁性管６２ｂ）を加熱する場合には、次のような理由により、その加熱効率を向上させるには、限界があった。これは、誘導加熱コイル７２により生じる磁束を、誘導加熱コイル内の発熱体（導体）に全て通すことは難しいからである。このような効率低下の要因を、図４（ｂ）を参照しながら具体的に説明すると次のとおりである。
（ア）誘導加熱コイル７２で発生した磁束は、誘導加熱コイル７２の内側では、誘導加熱コイル７２に近接した発熱体６２の表層を貫通して誘導電流を起こすが、磁束の性質上、加熱に寄与する発熱体６２の部位は誘導加熱コイル７２側の半周程度に限られる。
（イ）一方、誘導加熱コイル７２の内側の発熱体６２の内、外側の発熱体６２では、誘導加熱コイル７２と反対の面側が、発熱体６２自体の誘導加熱コイル７２側の陰に隠れて、有効な磁束の貫通量が少なくなる。また中心側の発熱体６２では、全体的に誘導加熱コイル７２から離れており、加えて外側の発熱体６２の陰に隠れる配置により、有効な磁束の貫通量が少ない。
（ウ）さらに、誘導加熱コイル７２の外側の磁束は自由に放射されるため、発熱体６２以外の周囲の金属に入る磁束も相当程度多い。
以上のとおり、ソレノイドコイル状の誘導加熱コイルにより生じる磁束の全てを、被加熱材に集中させることは困難であり、そのためにソレノイドコイル状の誘導加熱コイルでの加熱効率向上には限界があるという問題がある。

また、特許文献２に記載のような流体の電気加熱装置８０では、加熱管体８２から被加熱流体への伝熱は、加熱管体８２の内面からとなる。そのため、このような加熱装置で数百℃というような高温加熱を効率よく加熱する場合には、加熱管体を延長して伝熱面積を大きく確保する必要がある。しかし、加熱管体の延長は加熱装置の大型化に結びつきやすいことから、特許文献２に記載の発明による加熱装置の小型化には限界があるという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、流体の電気加熱による加熱の高効率化および大容量流体を処理する加熱装置の小型化を可能にする、流体の電気加熱装置および流体の電気加熱方法を提供することを目的とする。

［１］導電性の加熱管が並行した複数本で多管構造の加熱部をなし、通電加熱により昇温した前記加熱管の管壁から内部を流れる被加熱流体を加熱する、流体の電気加熱装置であって、
前記流体の電気加熱装置は、
（ａ）前記加熱管の各々に前記被加熱流体を分配する流体供給ヘッダーと、
（ｂ）前記加熱管の各々から前記被加熱流体を回収する流体排出ヘッダーと、
（ｃ）前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの各々の前記加熱部側の壁部と一体的に構成され、複数の前記加熱管の両端部を片側ずつそれぞれ電気的に短絡させる管端部短絡電極と、
（ｄ）前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの各々の本体部と、前記管端部短絡電極との間で、互いを電気的に絶縁する絶縁体と、
（ｅ）前記加熱管の一端または両端と、前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの一方または双方との間で、前記加熱管の熱変形を吸収する導電性の伸縮器と、
を備える、流体の電気加熱装置。

［２］前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーに配設される前記管端部短絡電極のいずれか一方を、前記流体供給ヘッダーまたは前記流体排出ヘッダーから独立させ、可撓性導体と組み合わせて前記加熱管の端部を電気的に短絡させる分離型の管端部短絡電極とする、［１］に記載の流体の電気加熱装置。

［３］前記流体供給ヘッダーから前記加熱部を経て前記流体排出ヘッダーまでの各構成要素部が不活性ガスを充満させるシールボックス内に配設される、［１］または［２］に記載の流体の電気加熱装置。

本発明によれば、加熱管を多管構造とすることで大きな伝熱面積を確保するとともに、被加熱流体を供給または排出するヘッダーの加熱管側の壁と加熱管に並列給電する管端部短絡電極とを一体的に構成することで加熱装置の小型化を同時に達成することができる。また、通電加熱を採用することで、誘導加熱とは異なり、磁束漏れによる効率低下が少なく、高い加熱効率を確保することができる。また、加熱管自体が高温となり熱膨張しても、その熱膨張は伸縮器で吸収され、電極も熱膨張に追従するため、加熱管の変形やヘッダーとの接続部の変形や損傷が回避でき、通電電極および導体に無理な力が加わることも避けられ、安定した通電を可能とする。
以上のように、本発明によれば、伝熱面積を拡大しつつ加熱装置の小型化および安定化が図られるとともに、電気的な高効率化と通電の安定化とが相まった、小型化可能な大容量流体の電気加熱装置を提供することができる。

実施の形態１に係る流体の電気加熱装置１の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。 実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。 実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。 従来技術に係る誘導加熱による流体の電気加熱装置を、（ａ）縦断面図と（ｂ）横断面図とで模式的に示す図である。 従来技術に係る通電加熱による流体の電気加熱装置を、（ａ）一加熱管体一電源の基本構成例、（ｂ）加熱管体を複数直列配置した構成例、および（ｃ）基本構成を複数直列に配した構成例で、それぞれ模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る流体の電気加熱装置１の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。図１を参照して、実施の形態１に係る流体の電気加熱装置について説明する。

図１に示すように、実施の形態１に係る流体の電気加熱装置１では、導電性の加熱管１２が並行した複数本で多管構造の加熱部（以下、単に加熱部ともいう。）１０をなし、加熱管１２の各々で、通電加熱により昇温した管壁から内部を流れる被加熱流体Ａを加熱する。図１では、多管構造の加熱部１０として加熱管１２が横一列に配設された単純化した構造が例示されているが、これに限らず、奥行き方向にも加熱管１２が配設されるようにしてもよい。

本実施形態に係る多管構造の加熱部１０は、例えば図５に示すような従来技術に係る単管構造の加熱管からなる流体の電気加熱装置８０と比較して、同等の加熱部容積の条件では、広い伝熱面（発熱面、加熱面ともいう。）の確保の点で有利である。すなわち、本実施形態では、短い加熱部１０長さの範囲で流路の横方向に複数の加熱管１２を設けることができることから、加熱部１０の占める容積内に、複数の加熱管１２の内周面の合計である伝熱面積を広く確保することができる。

また、本実施形態に係る多管構造の加熱部１０では、加熱管１２同士を短絡しない範囲で束ねるように集合させて配置することで、周囲への熱放散による熱損失を低く抑えることができる。この場合、束ねられた加熱管のうちで内側に位置する加熱管では、その表面を他の加熱管で囲まれることから熱損失を殆ど生じることがなく、熱損失の主体は、最外周に位置する加熱管の外側の周面からの熱放散となるからである。さらに、加熱管１２から周囲への熱放散による熱損失を低く抑えるために、各加熱管１２毎に、または、束ねるように集合させた加熱管１２全体を、公知の断熱材で覆われるようにしてもよい。ここでの公知の断熱材としては、低熱伝導のセラミックスファイバーなどの断熱材を用いることができる。あるいは加熱部１０全体を断熱したケース内に配置するようにしてもよい。

また、本実施形態では、多管を並列に配置することにより、被加熱流体Ａは、狭い空間を通らざるを得なくなり、乱流となりやすくなることから、伝熱能力が向上する。乱流による伝熱促進を高めるために、加熱管１２の管壁の表面粗度を粗くしたり、凹凸、フィン状等の流体が乱れやすい形状を管壁に付与することで、更に伝熱効率を向上させることができる。なお、加熱管１２の内側の被加熱流体Ａの流路の典型的な寸法を例示すると、内径は数ｍｍ～数十ｍｍ程度が望ましく、処理量、加熱温度および圧力損失等を考慮して決めればよい。

以上のとおり、本実施形態に係る流体の電気加熱装置１においては、装置を大型化させることなく加熱能力を大幅に増大させることができる。また逆に、本実施形態に係る流体の電気加熱装置１によれば、図５に示すような単管構造の加熱管からなる流体の電気加熱装置の代替として、加熱能力を損なうことなく小型化した加熱装置にすることもできる。

加熱管１２の断面形状は、円形または多角形であることが好ましい。円形の場合は、加熱管１２の製造および偏流の回避等が他の形状と比較して有利だからである。また、多角形の場合も円形の場合に準じて、加熱管１２の製造および偏流の回避等が比較的有利となる。さらに多角形のなかでも四角形の場合は、電気加熱装置の設置スペースが限られている場合に、周囲の設備等との干渉を避けながら加熱部１０のスペースを最大化することが比較的容易であり、好ましい。

本実施形態に係る多管構造の加熱部１０をなす加熱管１２は、導電性を有し、被加熱流体の加熱温度に耐える耐熱性および耐食性を有し、管体に成形できるものである等の要件を満たすものであれば特にその材質は限定されない。このような要件を満たす好ましい材質として、例えば、公知のＣｒ合金鋼（炭素鋼に１質量％前後のＣｒが添加された合金鋼から、さらに高合金のＣｒ系ステンレス鋼も含む。）がある。また他の合金鋼として、Ｃｒ－Ｎｉ合金鋼（炭素鋼に０．２～１．０質量％程度のＣｒ、および、１．０～３．５質量％程度のＮｉが添加された合金鋼から、さらに高合金のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼も含む。）が例示できる。さらに、特に１０００℃超での使用に耐える、炭素材料、または導電性セラミックスが例示できる。これらの材質は、比較的固有抵抗が大きいので、発熱管として好ましい材質である。導電性セラミックスとしては、公知のＳｉＣ等の導電性セラミックスを採用すればよい。その他、被加熱流体や設置場所等によっては、必要に応じて公知のタングステン、モリブデン等の高融点金属またはこれらの合金を用いてもよい。

また、加熱管１２の内周面に電気的な絶縁層を有するようにしてもよい。このような電気的な絶縁層を設けることで、電気導電性を有する被加熱流体も、通電加熱による加熱が可能になるからである。なお、この電気的な絶縁層の素材については、電気的な絶縁性の他、被加熱流体の加熱温度に耐える耐熱性および耐食性を有するものである等の要件を満たすものであれば特にその素材は限定されない。例えば、Ｃｒ含有鋼からなる素管を高温酸化させて形成する酸化クロム皮膜や、溶融アルミニウムを被覆した後に高温酸化させて形成するアルミナ等の絶縁性酸化物セラミックス等の公知の素材および被覆方法を用いればよい。
また、外面については断熱効果も持たせた絶縁・断熱被覆を持たせればよい。

本実施形態に係る流体の電気加熱装置１では、加熱部１０の流路方向両端部に、加熱管１２の各々に被加熱流体Ａを分配する流体供給ヘッダー２０と、加熱管１２の各々から被加熱流体Ａを回収する流体排出ヘッダー２２と、が配設される。流体供給ヘッダー２０および流体排出ヘッダー２２（両者を合わせて流体ヘッダーともいう。）の加熱部１０側の壁部は、複数の加熱管１２の両端部を片側ずつそれぞれ電気的に短絡させて各加熱管１２に並列給電する管端部短絡電極３０と一体的に構成される。このような管端部短絡電極３０と、管端部短絡電極３０を除くヘッダー本体部２４とは、公知の絶縁体２６を介して密閉構造となるように接続することで、公知の流体ヘッダーと同様のヘッダー機能を発揮させつつ、加熱部１０と流体ヘッダー以遠とを絶縁する。なお、本実施形態に係るヘッダー本体部２４は、当該ヘッダー本体部２４に対応する公知の流体ヘッダーの構造および素材で構成されるものでよく、その詳細な説明は省略する。
以上のとおり、壁部を兼ねる一枚の板状の管端部短絡電極３０は、従来技術に係る各加熱管１２毎に配設される個別電極、各個別電極を短絡させる導体、およびヘッダー壁の各々の機能を兼ね備えることができ、加熱装置の著しい小型化に貢献することができる。

本実施形態では、加熱管１２の一端または両端と、流体供給ヘッダー２０および流体排出ヘッダー２２の一方または双方との間に配設される伸縮器２８により、加熱条件に応じて加熱管１２が熱膨張または熱収縮しても、その影響を有利に回避することができる。具体的には、この伸縮器２８により、加熱管１２の破断、給電回路の寸断、管端部短絡電極３０を含む流体ヘッダーの変形等を回避可能であり、これを通じて、さらに設備のメンテナンス性および耐久性、等をも高めることができる。ここでの好適な伸縮器２８としては、配設位置が通電回路の一部であることから導電性を有することを要し、公知の金属製ベローズ等を例示することができる。また、伸縮器２８の内部は、被加熱流体Ａの流体流路でもあることから、被加熱流体を漏洩させない密閉性を有するものでなければならない。同様に、伸縮器２８の両側の加熱管１２および管端部短絡電極３０との間には、導電性を有するメタルパッキンを使用して密閉性を担保するのが好ましい。伸縮器２８を加熱管１２の一端のみに配設する場合は、その配設位置を被加熱流体Ａの温度が低い流体供給ヘッダー２０側の加熱管１２の端部とするのが、伸縮器２８の耐熱性の要件を緩和できることから好ましい。

本実施形態に係る外部の電源４０は、直流電源でも交流電源でもよい。加熱管１２の電流分布の均一性が必要であれば、表皮効果の影響がない直流電源が望ましい。電源容量、種類、使いやすさおよび設備費等の観点を重視するのであれば、交流電源とするのが好ましい。交流電源の場合の加熱周波数帯域は、特に定めるものではないが、商用周波数から数ｋＨｚ程度まででよく、表皮効果を抑える場合には、できるだけ低い周波数とするのが好ましい。

本実施形態では、図１に示すように、加熱管１２と電源４０とを、管端部短絡電極３０および電線等を介して並列に結ぶ、並列給電回路を採用する。この給電回路を構成するには、多管構造の加熱部１０の一方の端部および他方の端部で、管端部短絡電極３０により加熱管１２の管端部が相互に電気的に短絡されるようにすればよい。本実施形態に係る流体の電気加熱装置１は、電流、電圧、および電力等を制御する公知技術に基づいて、加熱制御することができる。また、電気加熱装置の加熱能力については、各加熱管１２の抵抗、発熱量、および被加熱流体の昇温量等を勘案して設計すればよい。

さらに、本実施形態では、被加熱流体Ａの少なくとも温度および流量を含む物理量、ならびに加熱管１２の少なくとも管壁単位面積当たりの単位発熱量を含む設備能力に基づいて、加熱管１２への投入電力を制御する制御装置（図示せず。）を設ける。この制御装置により、電源４０から加熱管１２へ投入する電力を制御しながら、加熱管１２を通電加熱し管内を流通する流体を加熱する。また、この制御装置では、加熱管の監視箇所での測温データに基づいて加熱管の過加熱等の異常時ないし緊急時に、警報の発信および／または電力遮断等を行う機能を有するようにするのが好ましい。なお、ここでの制御装置は、演算装置、記憶装置、入出力装置等を含む公知の制御装置でよく、その詳細な説明は省略する。

加熱制御に用いる、被加熱流体Ａの温度および流量を含む、所定の物理量は、多管構造の加熱部１０の被加熱流体Ａの入口および／または出口の近傍で測定するのが好ましい。入口近傍および／または出口近傍での被加熱流体Ａの物理量の測定結果は、投入電力、電流、および電圧等の電源へのフィードフォワード制御および／またはフィードバック制御による被加熱流体温度制御の高精度化に寄与できるからである。なお、電気加熱では制御の応答性が高いため、多管構造の加熱部１０の被加熱流体入口近傍のみで、被加熱流体Ａの物理量を測定し、フィードフォワード制御のみを行うようにしてもよい。加熱管１２の少なくとも管壁単位面積当たりの単位発熱量を含む設備能力は、上記のフィードバック制御およびフィードフォワード制御のいずれにおいても、加熱管１２への投入電力、電流、および電圧等の電源の制御をするための基礎データとして用いられる。ここでの被加熱流体Ａの温度測定手段としては、公知の熱電対による温度測定等が例示できる。また、被加熱流体Ａの流量測定手段としては、公知の電磁流量計、羽根車式流量計、超音波流量計、および差圧式流量計（オリフィス流量計）等が例示できる。

次に図１に基づいて、本実施形態に係る流体の電気加熱装置１を用いた流体の電気加熱方法について説明する。本実施形態では、図１に示すように、被加熱流体Ａは、流体供給ヘッダー２０を経て４本の加熱管１２内の流体流路のそれぞれに供給される。被加熱流体Ａは、その後、多管構造の加熱部１０内の４つ加熱管１２で形成される流体流路を通過中に、通電加熱されて発熱面となりそのまま加熱面として働く加熱管１２の管壁から、加熱されることになる。加熱された被加熱流体Ａは、４つの加熱管１２からそれぞれ排出され、流体排出ヘッダー２２で回収されて、流体の電気加熱装置１の系外に排出される。なお、図１に示す例では、加熱管１２が４本のみ記載されているが、さらに多くの加熱管１２が配設されてもよい。

被加熱流体Ａの加熱制御では、不図示の制御装置により、加熱目標温度および加熱流量等の物理量、ならびに加熱管１２の単位発熱量等の設備能力に基づいた加熱部１０への投入電力制御がなされる。これに加えて、加熱後の被加熱流体Ａの温度および流量に基づくフィードバック制御等が行われるのが好ましい。

具体的な被加熱流体Ａの加熱用途の例としては、燃焼装置へ送られる燃料および燃焼用空気の予熱、または重油アトマイズのための重油およびアトマイズ蒸気の加熱、等を例示できるが、これに限定されない。
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。図２を参照して、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２について説明する。

図２に示すように、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２は、実施の形態１に係る流体の電気加熱装置１と比較した場合に、主に、流体供給ヘッダー２０側の管端部短絡電極３０、３２の構成で相違する。すなわち、実施の形態２では、流体供給ヘッダー２０から管端部短絡電極３０を独立させ、個別管端電極３４、可撓性導体３６、および主接続導体３８を組み合わせた、分離型の管端部短絡電極３２とする点において、実施の形態１と相違する。なお、主接続導体３８は、加熱管１２と離間して設置される銅板、銅管またはケーブル等からなる固定導体で、これに可撓性導体を接続する。可撓性導体とは、導体そのものが外力を受けても柔軟に折り曲がる等して熱膨張または熱収縮を吸収できる、いわゆる編組線、または水冷ケーブル、ばね式の導体等である。
このような主な構成の相違に付随して、実施の形態２では、流体供給ヘッダー２０は、加熱部１０側の壁部と一体的に構成される管端部短絡電極３０を伴わない従来型となる。また、伸縮器２８の加熱管１２と管端部短絡電極３０、３２との位置関係が、実施の形態１と２とで前後する、等の従属的な相違がある。しかし、これらは前述の管端部短絡電極３０、３２についての主たる構造変更に伴うものであり、実施の形態１と２との相違点として重要なものではない。実施の形態２のその他の構成については、実施の形態１とほぼ同様である。

以上のように構成される場合であっても、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２は、実施の形態１に係る流体の電気加熱装置１とほぼ同様の効果が得られる。

加えて、管端部短絡電極３２を分離型とするため、加熱管１２の熱変形を管端部短絡電極３２としては受けなくなることから、これを通して、通電の安定性、設備のメンテナンス性および耐久性、等をさらに高めることが可能になる。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３の流路方向に沿った全体的な構成を模式的に示す図である。図３を参照して、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３について説明する。

図３に示すように、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３は、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置２と比較した場合に、次のような相違点を有する。すなわち、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３は、流体供給ヘッダー２０から加熱部１０を経て流体排出ヘッダー２２までの各構成要素部が窒素ガス等の不活性ガスＢを充満させるシールボックス５０内に配設される点において実施の形態２と相違する。その他の構成については、実施の形態２とほぼ同様である。

以上のように構成される場合であっても、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３は、実施の形態２に係る流体の電気加熱装置とほぼ同様の効果が得られる。

加えて、実施の形態３に係る流体の電気加熱装置３は、主要構成要素部が全て窒素ガス等の不活性ガスＢを充満させるシールボックス５０内に配設されるため、引火や爆発等の危険性のある可燃性の被加熱流体Ａであっても、安全に加熱することが可能になる。
なお、このシールボックスの中または排出口に、引火性ガスの検知器を設置し、電源の制御装置と連動させれば、可燃性ガスの漏洩の初期段階で電源の緊急停止等の安全対策が構築できる。
また、シールボックス５０は断熱構造とすることでさらに加熱効率を向上させることが可能である。

以上、本発明に係る種々の実施の形態の流体の電気加熱装置１、２、および３について説明してきたが、これらを同一の実施の形態同士でまたは異なる実施の形態同士で、流路方向に直列にまたは並列に連結して配設してもよい。これにより、限られた加熱装置の配設スペースのなかで、上流側と下流側とで流体の電気加熱装置の加熱能力の最適化を行う等、設備設計の自由度を高めることができる。

１、２、３ 流体の電気加熱装置
１０ 多管構造の加熱部
１２ 加熱管
２０ 流体供給ヘッダー
２２ 流体排出ヘッダー
２４ ヘッダー本体部
２６ 絶縁体
２８ 伸縮器
３０ 管端部短絡電極（一体型）
３２ 管端部短絡電極（分離型）
３４ 個別管端電極
３６ 可撓性導体
３８ 主接続導体
４０ 電源
５０ シールボックス
６０ 流体の電気加熱装置
６２ 発熱体
６２ａ 非磁性管
６２ｂ 磁性管
６４、６６ 管支え板
６８ 内側断熱材
７０ 外側断熱材
７２ 誘導加熱コイル
７４ 流体入口ヘッダー
７６ 流体出口ヘッダー
８０ 流体の電気加熱装置
８２ 加熱管体
８４ 非加熱管体
８６ 管体継ぎ手
８８ 交流電源
９０ 支持台
９２ 電気絶縁体
９４ ジャンパー
Ａ 被加熱流体
Ｂ 不活性ガス

Claims (3)

1. 導電性の加熱管が並行した複数本で多管構造の加熱部をなし、通電加熱により昇温した前記加熱管の管壁から内部を流れる被加熱流体を加熱する、流体の電気加熱装置であって、
   前記流体の電気加熱装置は、
   （ａ）前記加熱管の各々に前記被加熱流体を分配する流体供給ヘッダーと、
   （ｂ）前記加熱管の各々から前記被加熱流体を回収する流体排出ヘッダーと、
   （ｃ）前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの各々の前記加熱部側の壁部と一体的に構成され、複数の前記加熱管の両端部を片側ずつそれぞれ電気的に短絡させる管端部短絡電極と、
   （ｄ）前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの各々の本体部と、前記管端部短絡電極との間で、互いを電気的に絶縁する絶縁体と、
   （ｅ）前記加熱管の一端または両端と、前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーの一方または双方との間で、前記加熱管の熱変形を吸収する導電性の伸縮器と、
   を備える、流体の電気加熱装置。
2. 前記流体供給ヘッダーおよび前記流体排出ヘッダーに配設される前記管端部短絡電極のいずれか一方を、前記流体供給ヘッダーまたは前記流体排出ヘッダーから独立させ、可撓性導体と組み合わせて前記加熱管の端部を電気的に短絡させる分離型の管端部短絡電極とする、請求項１に記載の流体の電気加熱装置。
3. 前記流体供給ヘッダーから前記加熱部を経て前記流体排出ヘッダーまでの各構成要素部が不活性ガスを充満させるシールボックス内に配設される、請求項１または請求項２に記載の流体の電気加熱装置。

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