JP4958679B2

JP4958679B2 - 流体加熱装置

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Publication number: JP4958679B2
Application number: JP2007204760A
Authority: JP
Inventors: 起也中村; 達男武; 満藤田; 泰往松永
Original assignee: 富士電機サーモシステムズ株式会社
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-08-06
Also published as: JP2008134041A

Description

本発明は、誘導加熱を利用した流体加熱装置に関する。

従来、流体を加熱する装置として、燃焼ガスの燃焼エネルギーを利用したボイラ等の加熱装置が利用されている。しかしながら、燃焼ガスを利用する装置では、燃料の供給システム等の補機や燃焼ガスの排気ガスの適正な処理設備が必要になるなど設備が大型化する。このため、燃焼ガスを利用する装置は、多量の流体の加熱には適しているが、少量の流体加熱には適していない。

また、上記の燃焼ガスを利用する装置は、環境の面から排ガス設備の設置にも問題がある。更には、流体の温度が厳しく制限される装置では、その温度の均一性、及び制御の応答性が悪い。そこで、特に少量の流体加熱に適し、急速加熱ができ温度コントロール性の良い誘導加熱を利用した流体加熱装置が利用されている。

誘導加熱を利用した流体加熱装置として、熱交換器自体を誘導加熱する装置が提案されているが、ケーシングや管体自体を加熱する方式では、流体におけるケーシング等との接触面積の割合をあまり大きくできず、このため流体への入熱が小さく急速加熱できないという問題があった。

これを解決するために、複数本の非磁性の管を互いに非接触に平行配置してこれら管内に流体を流すと共にその管群体の回りに誘導加熱コイルを配置することにより、管それぞれを誘導加熱させ、管内の流体との接触面積を増加させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、磁性管及び非磁性管の２種類のパイプを用いて、流体を加熱する流体加熱装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３６４２４１５号公報特開２００５−１９１９８号公報

ところで、管の材質としてＳＵＳ３０４等の非磁性材料は耐食性が良いが、ＳＵＳ４３０等の磁性材料は耐食性に劣るため、流体と接触する管の材質には通常、非磁性材が用いられている。しかし、非磁性材料では、磁性材料に比べて管の発熱量が少ない。

そのため、特許文献１記載の非磁性管では、発熱量を大きくするために、磁性体を発熱されるのに比べてより高周波にしなければならないこと、管を厚くしなければならないこと等に起因してコスト高になるという問題がある。

また、特許文献２記載のように、磁性管及び非磁性管の２種類のパイプを用いると、磁性管は非磁性管に比べて耐食性に劣るため、磁性管の交換作業等により手間やコストがかかるという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる、誘導加熱を利用した流体加熱装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の流体加熱装置は、被加熱流体が流れる非磁性管と、この非磁性管の外周面の少なくとも一部に接触する磁性体と、上記非磁性管及び上記磁性体を発熱体として誘導加熱する誘導加熱手段とを備え、上記磁性体により発熱した熱が上記非磁性管を介して上記被加熱流体に熱伝導される構成とする。

また、上記非磁性管は、上記磁性体の内部に配置されている構成とするとよい。
上記課題を解決するために、本発明の流体加熱装置は、磁性体と、この磁性体の内部に配置され被加熱流体が流れる非磁性管と、上記非磁性管及び上記磁性体を発熱体として誘導加熱する誘導加熱手段とを備え、上記磁性体により発熱した熱が上記非磁性管を介して上記被加熱流体に熱伝達される構成としてもよい。

また、上記非磁性管は、上記磁性体の内部に嵌合している構成、更には、上記発熱体を複数備え、この複数の発熱体は、互いに平行に、且つ、上記被加熱流体の流れ方向と直交する断面において分布して配置されている構成とするとよい。

また、上記発熱体は、単一の上記磁性体の内周面に接触する複数の上記非磁性管を有する構成とするとよい。
また、上記発熱体は、単一の上記磁性体の外周面に接触する複数の上記非磁性管を有する構成としてもよい。

また、上記非磁性管と上記磁性体とは、互いに面接触する構成とするとよい。
また、上記非磁性管と上記磁性体とは、互いに平面で面接触する構成とするとよい。
また、上記非磁性管は、上記被加熱流体の流れ方向と直交する断面において多角形状である構成とするとよい。

以上の構成では、流体に接する管には耐食性に優れるSUS304等の非磁性管、及び、発熱に優れるSUS430等の磁性体を用いている。そのため、流体に接触する非磁性管は、耐食性に優れるため、長期間の使用に耐えられる。そして、磁性体は非磁性管に対し耐食性で劣るが、流体に接触しないため長期間の使用が可能である。

また、以上の構成では、誘導加熱（電磁誘導加熱）を利用しているため、管の発熱量は管に流れるうず電流で決まる。うず電流は、表皮効果を示すことが知られている。このうず電流の流れる表皮部の深さδ［mm］は、「δ=50.3×（ρ／（μ×ｆ））^１／２」で表することができる。ここで、「ρ」は導体の抵抗率、「μ」は比透磁率、「ｆ」は電源の周波数である。

表皮部の深さδは、比透磁率μ及び周波数ｆに反比例することがわかる。うず電流が同じであれば、表皮深さが小さいので非磁性管よりも磁性体の方が大きな発熱量が得られる。そのため、上記の構成では、流体が接触する非磁性管の厚みを厚くしなくとも、磁性体を用いることで、発熱量を大きくすることができる。

本発明の流体加熱装置では、磁性体は、被加熱流体が流れる非磁性管の外周面に接触しており、誘導加熱により磁性体において生じた熱は磁性体から非磁性管に、非磁性管から被加熱流体に熱伝導している。また、本発明の他の流体加熱装置では、非磁性管が磁性体の内部に配置されており、誘導加熱により磁性体において生じた熱は磁性体から非磁性管に、非磁性管から被加熱流体に熱伝達している。

そのため、非磁性管に比べ耐食性に劣る磁性体に被加熱流体が接触することがなく、耐
食性が向上する。また、非磁性管に比べ発熱性に優れる磁性体をも用いているため、非磁性管のみを用いる場合のように高周波を要することも、管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本発明によれば、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１Ａは本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図であり、図１Ｂは上記流体加熱装置の要部縦断面図である。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて、流体加熱装置１は、発熱体２、管支え板３，４、内側断熱材５、外側断熱材６、誘導加熱コイル７、流体入口ヘッダ８、流体出口ヘッダ９等を備えている。

発熱体２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管２ａ及び例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体としての磁性管２ｂによって構成されている。非磁性管２ａは、その外径が磁性管２ｂの内径と略同一であり、磁性管２ｂの内部に密着して嵌合している。また、非磁性管２ａは、その両端が磁性管２ｂから突出している。この非磁性管２ａの両端は、管支え板３，４に形成された孔に挿入された状態で固定支持されている。

流体加熱装置１には、図１Ｂに示すように、８本の発熱体２が配設されている。これら発熱体２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手段としての誘導加熱コイル７が配設されている。この誘導加熱コイル７は、共に円筒形状の内側断熱材５と外側断熱材６との間に介在している。

内側断熱材５の両端は、非磁性管２ａと同様に上記の管支え板３，４に固定支持されており、これにより、誘導加熱コイル７及び外側断熱材６も位置決めされている。
管支え板３，４にはそれぞれ流体入口ヘッダ８、流体出口ヘッダ９が設けられ、気体又は液体の被加熱流体（矢印Ａ）は、流体入口ヘッダ８から非磁性管２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダ９へと導かれている。

以上説明した本実施形態では、磁性管２ｂは、被加熱流体（矢印Ａ）が流れる非磁性管２ａの外周面に接触しており、誘導加熱により磁性管２ｂにおいて生じた熱は磁性管２ｂから非磁性管２ａに、非磁性管２ａから被加熱流体に熱伝導している。そのため、非磁性管２ａに比べ耐食性に劣る磁性管２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。また、非磁性管２ａに比べ発熱性に優れる磁性管２ｂから非磁性管２ａに熱伝導させているため、非磁性管２ａのみを用いる場合のように高周波を要することも管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本実施形態によれば、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

また、非磁性管２ａは、磁性管２ｂの内部に配置されているため、磁性管２ｂから非磁性管２ａへ効率良く熱伝導させることができ、したがって、有効に被加熱流体を加熱することができる。

更には、非磁性管２ａは、磁性管２ｂの内部に嵌合しているため、磁性管２ｂから非磁性管２ａへ、一層効率良く熱伝導させることができ、より有効に被加熱流体を加熱することができる。

なお、図２（第１実施形態の第１変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図）に示すよ
うに、複数の発熱体２´を、互いに平行に、且つ、被加熱流体の流れ方向と直交する断面（即ち図２に示す断面）において分布して（誘導加熱コイル７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、流体加熱装置１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。

この場合、外側の発熱体２´よりも内側の発熱体２´の発熱量が少なくなりやすい。そこで、内側の発熱体２´の磁性管２ｂ´の厚みを外側の発熱体２´の磁性管２ｂ´よりも厚く構成することで、外側の発熱体２´と内側の発熱体２´とを均等に発熱させることもできる。

また、図３Ａ及び図３Ｂ（第１実施形態の第２変形例に係る流体加熱装置を示す横断面図及び要部縦断面図）に示すように、非磁性管２ａ´と磁性管２ｂ´とが接触していない構成、即ち非磁性管２ａ´と磁性管２ｂ´との間に所定の間隔Ｗがある構成とすることも考えられる。この場合の磁性管２ｂ´は、図３Ａに示すように、管支え板３，４に固定支持されるようにするとよい。

本変形例においても、非磁性管２ａ´が磁性管２ｂ´の内部に配置されており、誘導加熱により磁性管２ｂ´において生じた熱は磁性管２ｂ´から非磁性管２ａ´に、非磁性管２ａ´から被加熱流体に熱伝達する。そのため、非磁性管２ａ´に比べ耐食性に劣る磁性管２ｂ´に被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。また、非磁性管２ａ´に比べ発熱性に優れる磁性管２ｂ´をも用いているため、非磁性管２ａ´のみを用いる場合のように高周波を要することも、管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本変形例によっても、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

また、図４Ａ〜図４Ｄ（第１実施形態の第３〜第６変形例に係る発熱体の縦断面図）に示すように、発熱体２´の形状としては、磁性管２ｂ´の外周面及び内周面が断面正方形の筒（図４Ａ）、磁性管２ｂ´の外周面及び内周面が断面楕円形の筒（図４Ｂ）、磁性管２ｂ´の外周面が断面正方形で内周面が断面星形の筒（図４Ｃ）、磁性管２ｂ´の外周面がギザギザ形状（鋸の刃形状）で磁性管２ｂ´の内径が非磁性管２ａ´の外形と同一の筒（図４Ｄ）等も考えられる。これら第３〜第６変形例によっても、同様に、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

更には、図示はしないが、非磁性管２ａ´が円形の管でなくとも、同様に、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。
＜第２実施形態＞
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図及び縦断面図である。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて、流体加熱装置１１は、発熱体１２、管支え板１３，１４、内側断熱材１５、外側断熱材１６、誘導加熱コイル１７、流体入口ヘッダ１８、流体出口ヘッダ１９等を備えている。

発熱体１２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管１２ａ、及び、例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体としての磁性管１２ｂによって構成され、本実施形態では図５Ｂに示すように、単一の磁性管１２ｂの外周面に接触するように複数の非磁性管１２ａが配設されている。各非磁性管１２ａは、それぞれ両端が磁性管１２ｂよりも突出し、管支え板１３，１４に形成された孔に挿入された状態で固定支持されている。

発熱体１２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手段としての誘導加熱コイル１７が配設されている。この誘導加熱コイル１７は、共に円筒形状の内側断
熱材１５と外側断熱材１６との間に介在している。

内側断熱材１５の両端は、非磁性管１２ａと同様に上記の管支え板１３，１４に固定支持されており、これにより、誘導加熱コイル１７及び外側断熱材１６も位置決めされている。

管支え板１３，１４にはそれぞれ流体入口ヘッダ１８、流体出口ヘッダ１９が設けられ、気体又は液体の被加熱流体（矢印Ａ）は、流体入口ヘッダ１８から非磁性管１２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダ１９へと導かれている。

以上説明した本実施形態では、磁性管１２ｂは、被加熱流体（矢印Ａ）が流れる非磁性管１２ａの外周面に接触しており、誘導加熱により磁性管１２ｂにおいて生じた熱は磁性管１２ｂから非磁性管１２ａに、非磁性管１２ａから被加熱流体に熱伝導している。そのため、非磁性管１２ａに比べ耐食性に劣る磁性管１２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。また、非磁性管１２ａに比べ発熱性に優れる磁性管１２ｂから非磁性管１２ａに熱伝導させているため、非磁性管１２ａのみを用いる場合のように高周波を要することも管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本実施形態によれば、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

また、発熱体１２は、単一の磁性管１２ｂの外周面に接触する複数の非磁性管１２ａを有しているため、単一の磁性管１２ｂから複数の非磁性管１２ａに熱伝導させることができる。したがって、構造が簡素になり、有効にコスト削減を図ることができる。

＜第３実施形態＞
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第３実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図及び縦断面図である。

図６Ａ及び図６Ｂにおいて、流体加熱装置２１は、発熱体２２、管支え板２３，２４、内側断熱材２５、外側断熱材２６、誘導加熱コイル２７、流体入口ヘッダ２８、流体出口ヘッダ２９等を備えている。

発熱体２２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管２２ａ及び例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体としての磁性管２２ｂによって構成され、本実施形態では図６Ｂに示すように、単一の磁性管２２ｂの内周面に接触する複数の非磁性管２２ａが配設されている。各非磁性管２２ａは、それぞれ両端が磁性管２２ｂよりも突出し、管支え板２３，２４に形成された孔に挿入された状態で固定支持されている。

発熱体２２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２７が配設されている。この誘導加熱コイル２７は、共に円筒形状の内側断熱材２５と外側断熱材２６との間に介在している。

内側断熱材２５の両端は、非磁性管２２ａと同様に上記の管支え板２３，２４に固定支持されており、これにより、誘導加熱コイル２７及び外側断熱材２６も位置決めされている。

管支え板２３，２４にはそれぞれ流体入口ヘッダ２８、流体出口ヘッダ２９が設けられ、気体又は液体の被加熱流体（矢印Ａ）は、流体入口ヘッダ２８から非磁性管２２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダ２９へと導かれている。

以上説明した本実施形態では、磁性管２２ｂは、被加熱流体（矢印Ａ）が流れる非磁性
管２２ａの外周面に接触しており、誘導加熱により磁性管２２ｂにおいて生じた熱は磁性管２ｂから非磁性管２２ａに、非磁性管２２ａから被加熱流体に熱伝導している。そのため、非磁性管２２ａに比べ耐食性に劣る磁性管２２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。また、非磁性管２２ａに比べ発熱性に優れる磁性管２２ｂから非磁性管２２ａに熱伝導させているため、非磁性管２２ａのみを用いる場合のように高周波を要することも管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本実施形態によれば、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

また、非磁性管２２ａは、磁性管２２ｂの内部に配置されているため、磁性管２２ｂから非磁性管２２ａへ効率良く熱伝導させることができ、したがって、有効に被加熱流体を加熱することができる。

更には、単一の磁性管２２ｂの内周面に複数の非磁性管２２ａが接触しているため、磁性管２２ｂから非磁性管２２ａへ、より効率良く熱伝導させることができると共に構造が簡素に、したがって、より有効に被加熱流体を加熱することができる。

＜第４実施形態＞
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の第４実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図及び縦断面図である。

図７Ａ及び図７Ｂにおいて、流体加熱装置３１は、発熱体３２、管支え板３３，３４、内側断熱材３５、外側断熱材３６、誘導加熱コイル３７、流体入口ヘッダ３８、流体出口ヘッダ３９等を備えている。

発熱体３２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管３２ａ、及び、例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体３２ｂによって構成されている。非磁性管３２ａの両端は、管支え板３３，３４に形成された孔に挿入された状態で固定支持されている。また、磁性体３２ｂは、球状を呈し、非磁性管３２ａの外周面に複数配設されている。

流体加熱装置３１には、図７Ｂに示すように、８本の発熱体３２が配設されている。これら発熱体３２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手段としての誘導加熱コイル３７が配設されている。この誘導加熱コイル３７は、共に円筒形状の内側断熱材３５と外側断熱材３６との間に介在している。

内側断熱材３５の両端は、非磁性管３２ａと同様に上記の管支え板３３，３４に固定支持されており、これにより、誘導加熱コイル３７及び外側断熱材３６も位置決めされている。

管支え板３３，３４にはそれぞれ流体入口ヘッダ３８、流体出口ヘッダ３９が設けられ、気体又は液体の被加熱流体（矢印Ａ）は、流体入口ヘッダ３８から非磁性管３２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダ３９へと導かれている。

以上説明した本実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、磁性体３２ｂが磁性管即ち筒状ではないが、被加熱流体（矢印Ａ）が流れる非磁性管３２ａの外周面に接触しており、誘導加熱により磁性体３２ｂにおいて生じた熱は磁性体３２ｂから非磁性管３２ａに、非磁性管３２ａから被加熱流体に熱伝導している。そのため、非磁性管３２ａに比べ耐食性に劣る磁性体３２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。また、非磁性管３２ａに比べ発熱性に優れる磁性体３２ｂから非磁性管３２ａに熱伝導させているため、非磁性管３２ａのみを用いる場合のように高周波を要することも管を厚くすることもなく、コストを削減できる。よって、本実施形態によれば、耐食性向上及びコス
ト削減を図ることができる。

なお、磁性体３２ｂ´が筒状でない形状としては、図８（第４実施形態の変形例に係る発熱体の縦断面図）に示すように板状も考えられる。同図に示す例では、２つの板状の磁性体３２ｂ´を非磁性管３２ａ´と平行に配置している。本変形例によっても、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

＜第５実施形態＞
本実施形態では、非磁性管４２ａと磁性管４２ｂとが互いに面接触する例について説明する。ここで、面接触とは、点で接触する点接触や、例えば円柱の曲面と平面とが互いに接触する場合のような線接触ではなく、平面と平面とが、或いは、曲面と曲面とが、互いにある程度の面積をもって接触する接触形態をいうものとする。

なお、面接触については、上述した第１実施形態に係る図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図４Ｄにおいて、非磁性管２ａ，２ａ´と磁性管２ｂ，２ｂ´とが互いに曲面で面接触する例について説明しているため、本実施形態では、互いに平面で面接触する例について説明する。

図９Ａは本発明の第５実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図であり、図９Ｂは上記流体加熱装置の要部縦断面図である。
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、流体加熱装置４１は、発熱体４２、管支え板４３，４４、内側断熱材４５、外側断熱材４６、誘導加熱コイル４７、流体入口ヘッダ４８、流体出口ヘッダ４９等を備えている。

発熱体４２は、例えばＳＵＳ３０４からなる非磁性管４２ａ、及び、例えばＳＵＳ４３０からなる磁性体としての磁性管４２ｂによって構成され、本実施形態では図９Ｂに示すように、単一の磁性管４２ｂの外周面に接触するように３本（複数）の非磁性管４２ａが配設されている。

各非磁性管４２ａは、それぞれ両端が磁性管４２ｂよりも突出し、管支え板４３，４４に形成された孔に挿入された状態で固定支持されている。
磁性管４２ｂは、被加熱流体の流れ方向（矢印Ａ）と直交する断面（即ち、図９Ｂに示す断面）において六角形状を呈している。また、各非磁性管４２ａは、上記断面において四角形状を呈しており、それらの各１面が磁性管４２ｂの６面において互いに隣接することなく（即ち等間隔に）、接触している。これにより、磁性管４２ｂと３本の非磁性管４２ａとは互いに平面で面接触している。

なお、非磁性管４２ａと３本の磁性管４２ｂとの間には、接触面全体に熱伝導性の良好なオイルやハンダ等を介在させるとよい。
発熱体４２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手段としての誘導加熱コイル４７が配設されている。この誘導加熱コイル４７は、共に円筒形状の内側断熱材４５と外側断熱材４６との間に介在している。

内側断熱材４５の両端は、非磁性管４２ａと同様に上記の管支え板４３，４４に固定支持されており、これにより、誘導加熱コイル４７及び外側断熱材４６も位置決めされている。

管支え板４３，４４にはそれぞれ流体入口ヘッダ４８、流体出口ヘッダ４９が設けられ、気体又は液体の被加熱流体（矢印Ａ）は、流体入口ヘッダ４８から非磁性管４２ａを通って加熱されて流体出口ヘッダ４９へと導かれている。

ところで、磁性管４２ｂから非磁性管４２ａへの熱伝導による熱の移動量は次式で表される。

Ｑ＝ｋ・Ｓ／Ｌ×ΔＴ

ここで、Q[W]は熱移動量を、ｋ[W/(m・℃)]は物体の熱伝導率を、Ｓ[m²]は磁性管４２ｂと非磁性管４２ａとの接触面積を、Ｌ[m]は伝熱距離を、ΔＴ[℃]は磁性管４２ｂと非磁性管４２ａとの温度差を、それぞれ示している。

上記式から、Q、K及びLが一定の際には、磁性管４２ｂと非磁性管４２ａとの接触面積（Ｓ[m²]）が大きいほど熱移動量が増えることがわかる。
この点、本実施形態では、非磁性管４２ａは、磁性管４２ｂと面接触しているため、接触面積（Ｓ[m²]）が面接触しない場合（即ち、点接触や線接触）に比較して大きくなる。これにより、磁性管４２ｂから非磁性管４２ａへと有効に熱伝導させることができるため、誘導加熱コイル４７を長く或いは高周波にする必要や、磁性管４２ｂを厚くする必要がなくなり、コストを削減できる。また、上述した第１〜第４実施形態と同様に、非磁性管４２ａに比べ耐食性に劣る磁性体４２ｂに被加熱流体が接触することがなく、耐食性が向上する。よって、本実施形態によれば、耐食性向上及びコスト削減を図ることができる。

また、本実施形態では、被加熱流体の流れ方向（矢印Ａ）と直交する断面において四角形状（多角形状）の非磁性管４２ａと六角形状の磁性管４２ｂとが互いに平面で面接触している。これにより、曲面と曲面との面接触よりも、非磁性管４２ａと磁性管４２ｂとを容易且つ確実に面接触させることができるため、より有効に被加熱流体を加熱することができる。したがって、より一層コスト削減を図ることができる。

また、本実施形態では、単一の磁性管４２ｂの外周面に複数の非磁性管４２ａが接触している。これにより、例えば溶接等により非磁性管４２ａと磁性管４２ｂとを固定することで、非磁性管４２ａと磁性管４２ｂとをより容易且つ確実に面接触させることができる。更には、非磁性管４２ａ毎に磁性管４２ｂを配置しないため、部品点数を減らすことができる。したがって、より一層コスト削減を図ることができる。

図１０Ａ〜図１０Ｈは、第５実施形態の第１〜第８変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。
図１０Ａに示すように、磁性管４２ｂ´を、３つの非磁性管４２ａ´が各側面に面接触する断面三角形状とすることも考えられる。この場合、磁性管４２ａ´の形状を断面六角形状とした場合よりも磁性管４２ｂ´を小型かつ軽量にすることができ、したがって、より一層コスト削減を図ることができる。

図１０Ｂに示すように、磁性管４２ｂ´のみならず、非磁性管４２ａ´をも断面三角形状とすることも考えられる。この場合、非磁性管４２ａ´を流れる流量に対して、非磁性管４２ａ´と磁性管４２ｂ´との接触面積を増やすことができる。

図１０Ｃに示すように３本の非磁性管４２ａ´及び単一の磁性管４２ｂ´を全て断面六角形状として非磁性管４２ａ´と磁性管４２ｂ´とを面接触させることや、図１０Ｄに示すように３本の断面六角形状の非磁性管４２ａ´及び４本の断面六角形状の磁性管４２ｂ´をハニカム形状に配設して非磁性管４２ａ´と磁性管４２ｂ´とを面接触させることも考えられる。

図１０Ｅに示すように、非磁性管４２ａ´の外径を磁性管４２ｂ´の内径と同一とし、
非磁性管４２ａ´を磁性管４２ｂ´の内部に密着して嵌合させることで面接触させることも考えられる。

また、図１０Ｆに示すように、３本の非磁性管４２ａ´を単一の磁性管４２ｂ´の内部に密着して嵌合させることで面接触させることも考えられる。
図１０Ｇに示すように、磁性管４２ｂではなく板状の磁性体４２ｂ´（ここでは複数）を、非磁性管４２ａ´（ここでは六角形状）の外周面に面接触させることも考えられる。この場合には、磁性体４２ｂ´を簡素な構造とすることができる点から、有効にコストダウンを図ることができる。

図１０Ｈに示すように、単一の六角形状の非磁性管４２ａ´及びこの非磁性管４２ａ´の外周面に面接触する３本の磁性管４２ｂ´からなる複数の発熱体４２´を、互いに平行に、複数配設することも考えられる。

なお、以上説明した本実施の形態では、非磁性管４２ａ，４２ａ´と磁性管４２ｂ，４２ｂ´とが互いに平面で面接触する例について説明したが、図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図４Ｄに示す２重管構造にする場合や、磁性管４２ｂ，４２ｂ´を断面円形にすると共に、非磁性管４２ａ，４２ａ´における磁性管４２ｂ，４２ｂ´との接触面を磁性管４２ｂの円周面に対応した凹状の曲面にする場合などの曲面間の面接触によっても、有効に耐食性向上及びコスト削減を図ることが可能である。

本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第１実施形態に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第１実施形態の変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第１実施形態の第２変形例に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第１実施形態の第２変形例に係る流体加熱装置を示す要部縦断面図である。上記第１実施形態の第３変形例に係る発熱体の縦断面図である。上記第１実施形態の第４変形例に係る発熱体の縦断面図である。上記第１実施形態の第５変形例に係る発熱体の縦断面図である。上記第１実施形態の第６変形例に係る発熱体の縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第２実施形態に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第３実施形態に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第４実施形態に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第４実施形態の変形例に係る発熱体の縦断面図である。本発明の第５実施形態に係る流体加熱装置を示す横断面図である。上記第５実施形態に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第１変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第２変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第３変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第４変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第５変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第６変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第７変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。上記第５実施形態の第８変形例に係る流体加熱装置の要部縦断面図である。

符号の説明

１流体加熱装置
２発熱体
２ａ非磁性管
２ｂ磁性管
３，４管支え板
５内側断熱材
６外側断熱材
７誘導加熱コイル
８流体入口ヘッダ
９流体出口ヘッダ
１１流体加熱装置
１２発熱体
１２ａ非磁性管
１２ｂ磁性管
１３，１４管支え板
１５内側断熱材
１６外側断熱材
１７誘導加熱コイル
１８流体入口ヘッダ
１９流体出口ヘッダ
２１流体加熱装置
２２発熱体
２２ａ非磁性管
２２ｂ磁性管
２３，２４管支え板
２５内側断熱材
２６外側断熱材
２７誘導加熱コイル
２８流体入口ヘッダ
２９流体出口ヘッダ
３１流体加熱装置
３２発熱体
３２ａ非磁性管
３２ｂ磁性体
３３，３４管支え板
３５内側断熱材
３６外側断熱材
３７誘導加熱コイル
３８流体入口ヘッダ
３９流体出口ヘッダ
４１流体加熱装置
４２発熱体
４２ａ非磁性管
４２ｂ磁性管
４３，４４管支え板
４５内側断熱材
４６外側断熱材
４７誘導加熱コイル
４８流体入口ヘッダ
４９流体出口ヘッダ

Claims

被加熱流体が流れる非磁性管と、
該非磁性管の外周面の少なくとも一部に接触する磁性体と、
前記非磁性管及び前記磁性体を発熱体として誘導加熱する誘導加熱手段とを備え、
前記磁性体により発熱した熱が前記非磁性管を介して前記被加熱流体に熱伝導により熱伝達され、
前記非磁性管は、前記磁性体の内部に嵌合して配置され、
前記発熱体を複数備え、
該複数の発熱体は、互いに平行に、且つ、前記被加熱流体の流れ方向と直交する断面において分布して配置され、
前記分布して配置された複数の発熱体のうち内側に配置された発熱体の磁性体の厚みは、外側に配置された発熱体の磁性体の厚みよりも厚い、
ことを特徴とする流体加熱装置。
前記非磁性管と前記磁性体とは、互いに面接触することを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
前記非磁性管と前記磁性体とは、互いに平面で面接触することを特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
前記非磁性管は、前記被加熱流体の流れ方向と直交する断面において多角形状であることを特徴とする請求項３記載の流体加熱装置。