JP5230746B2 - 流水式誘導加熱器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱に基づく、特に水を加熱するための流水式ヒーターに関する。

誘導加熱は、電磁流束が金属内で渦電流を生成し、抵抗が金属の加熱を導いて、電磁誘導により金属物体を加熱するプロセスである。加熱された金属は、例えば、流水式誘導加熱器内で、物質を加熱するための加熱素子として使用できる。流水式誘導加熱器において、水が、水供給管路の強磁性区域を囲む誘導コイルにより加熱される。コイル内の高周波磁束は、強磁性区域内に熱を生成し、水を加熱する。熱が強磁性材料内で生成されるので、熱障壁のためエネルギー損失がない。伝熱のコンタクトなしの態様は、薄い壁の使用及び速い暖房を可能にする。誘導加熱器は、非常に効果的且つ直接的に制御できる。上水道デバイス内の誘導加熱器は、例えば日本公開特許公報ＪＰ０９−０７５２１９に開示されている。

安全性の理由で、斯様な誘導コイルは、通常、フェライトのような強磁性材料でできている電磁界シールドで保護されなければならない。斯様なシールドは、電磁流束の影響から環境を保護する以外の機能を実行しない。斯様な構成において、磁束の一部だけが、水を加熱するための熱を生成するために用いられる。

本発明の目的は、改良された加熱効率を持つ流水式誘導加熱器構成を提供することである。

本発明の目的は、加熱されるべき液体をガイドし、強磁性壁の少なくとも壁部分を加熱するための誘導コイルをおおっている強磁性壁を有するチャネルであって、前記壁部分に沿って延在する当該チャネルを具備する流水式ヒーターで達成される。

このように、誘導コイルは強磁性チャネル壁により保護され、別個の電磁シールドが必要ではない。熱は電磁シールドを介して失われることがなく、液体に対する非常に効果的な伝熱は達成される。これまで誘導コイルがコイルの内側に置かれる物体を加熱するため渦電流を誘発するために通常用いられる一方、コイルの外側に沿った強磁性ヒーター壁がまた驚くほど効率的な態様で暖められ得ることがここで分かった。

特定の実施例において、誘導コイルが強磁性壁と内壁との間に配置されるような態様で、強磁性壁は、誘導コイルの内側に配置された内壁を持つ二重壁のケース、例えば、二重壁のシリンダの外壁である。オプション的には、チャネルはまた、内壁の内面の少なくとも一部に沿って延在し、その結果、加熱されるべき水は、外壁に沿ってだけでなく更に加熱効率を最適化するために二重壁のケースの内壁に沿っても同様に流れる。

あるいは、強磁性壁は、少なくとも一つの閉じた端部を持ち、誘導コイルを覆う、第２の壁により囲まれているケース、例えば、シリンダにより形成され、チャネルが強磁性壁と第２の壁との間を走り、前記チャネルが供給ライン及び排出ラインに動作的に接続されている。前記ケースは、例えば円形の端壁により閉じられ得る。周囲の第２の壁は、例えば同軸の円筒壁である。このように、ヒーターは、強磁性壁に沿って水流をガイドするように構成される一方、コイルにより囲まれた空間が流路からブロックされる。これは、ヒーターのより単純且つより安価な構成を可能にする。

伝熱を更に最適化するために、誘導コイルを囲む壁は、例えば渦巻き又は螺旋形の流路を定めることにより、強磁性壁に沿って流路を定めるための一つ以上のパーティションを例えば具備する。強磁性壁が長手軸を持つボディであるか、又は斯様な長手方向ボディの一部を形成する場合、パーティションは長手軸に関して放射状に延在する。パーティションは、例えば、円筒状強磁性壁上を放射状に延在するパーティションである。

誘導コイルは、通常３ｍｍ―５ｍｍの直径銅管でできている。直径、形状及びターンの数は、所望の効率及び電界パターンに影響するように選択できる。

誘導コイルを保護しているケースの外面の強磁性材料は、水供給管路の分野で一般に使用される適切な鋼鉄タイプである。

高周波電力供給手段は、誘導コイルに高周波交流電力を供給するために使用できる。交流電流の周波数は、例えば、５０―４００ＫＨｚ、例えば１００―３００ＫＨｚである。

オプション的には、供給された高周波電力は、例えばサーモスタットを使用して、予め設定された温度に従って調整できる。

本発明によるヒーターは、商業的、家庭的及び工業的環境での使用に適している。

図１Ａは、本発明によるヒーターの断面図である。 図１Ｂは、斜視断面の図１Ａのヒーターである。 図２は、斜視断面の本発明によるヒーターの第２の実施例である。 図３は、斜視断面の本発明によるヒーターの第３の実施例である。 図４は、本発明によるヒーターの第４の実施例である。

図１Ａは、断面の流水式ヒーター１を示す。この断面は、図１Ｂでは斜視図で示される。流水式ヒーター１は、加熱されるべき液体、特に水をガイドするためのチャネル２を有する。二重壁のシリンダ３は、誘導コイル４をおおう。二重壁のシリンダ３は、誘導コイル４を囲む強磁性金属の外側シリンダ５と、誘導コイル４により囲まれる内側パイプライン６とを有する。内側パイプライン６は、開いた接続部があって、排出ライン７と同一線上にある。２つの環状端壁８、９は、外壁５と内壁６との間のスペース１０を閉鎖する。誘導コイル４を囲むシリンダ外壁５は、流路チャネル２の環状区域１１の内壁を形成する。環状チャンネル区域１１の外壁は、円形の端壁１４によりおおわれる円筒形壁１３を有するケース１２により形成される。円筒形壁１３は、誘導コイル４をおおう二重壁のシリンダ３を囲い、一方の端の円形の端壁１４と他方の二重壁のシリンダ３の環状端壁９との間のスペース１５を生じる。他方で、環状端壁１６は、二重壁のシリンダ３と円筒形ケーシング壁１３との間の環状スペース１７を閉鎖する。環状端壁１６の近くで、供給ライン１８は、二重壁のシリンダ３と円筒形ケーシング壁１３との間の環状スペース１７とオープン接続を形成するために、円筒形ケーシング壁に取り付けられる。

加熱されるべき水の流路は、矢印で図面に示される。水は、二重壁のシリンダ３と円筒形ケーシング壁１３との間の環状スペース１７により形成される環状チャンネルを介して、更に円形の端壁１４と二重壁のシリンダ３の環状端壁９との間のスペース１５を介して、供給ライン１８から、二重壁のシリンダ３の内側パイプライン６へ、また更に排出ライン７へ流れる。

誘導コイル４の内側で、生成された磁束が内側パイプライン６を暖め、よって、通る水を加熱する。コイル４の外側で、前記磁束は壁５によりシールドされる。熱は、流路を通る水により吸収される壁５内で生成される。

図２は、本発明によるヒーター１の第２の実施例の斜視の断面図を示す。ヒーター１は、図１Ａ及び図１Ｂに示されるヒーターと同様の構成を持つ。両方の実施例に共通の部分は、同じ参照符号により示される。図２の実施例は、二重壁のシリンダ３の外面５が放射状に延在している螺旋パーティション１９を具備するという点で、図１Ａ及び図１Ｂの実施例と異なる。螺旋パーティション１９は、螺旋流路を定め、シールド５から通過する水への伝熱を最大にするのに役立つ。

図３は、本発明によるヒーター１の他の実施例を示す。また、両方の実施例に共通の部分は、同じ参照符号により示される。図１Ａ及び図１Ｂの実施例並びに図２の実施例とは対照的に、二重壁のシリンダ３は、内側パイプライン６を閉鎖する円形の端壁２０でおおわれる。排出導管２１は、供給ライン１８の反対側の円筒形ケーシング壁１３に連結される。水は、二重壁のシリンダ３と円筒形ケーシング壁１３の内面との間の環状スペース１７を介して、供給ライン１８から排出ライン２１へと流れる。

図４は、本発明によるヒーター１の他の実施例を示す。ヒーター１は、チャネル２を持つ。加熱されるべき流体は、供給ライン１８を介してチャネルに入り、排出ライン２１を介してチャネルを出る。前記流体は、誘導コイル４の周りのコイルをおおう壁５５と第２の壁１３とによりガイドされる。排出ライン２１を通って流れる前に、前記流体は、内側パイプライン６を通ってガイドされる。内側パイプライン６は、誘導コイル４により囲まれる。第２の壁１３は、強磁性壁５を持つ。コイルをおおう壁５５は強磁性材料を有してもよいが、これ以降後述するように必要ではない。強磁性壁５は、環境を電磁流束の影響から保護するシールドとして役に立つ。同時に、誘導コイル４により発生される磁束の一部が、強磁性材料を有する強磁性壁５の部分で渦電流を生じる。本実施例において、強磁性壁５は、電磁シールド機能をヒーター１のチャネル２を通って流れる流体を加熱する可能性と組み合わせる。

本発明が、図面及び前述の説明で例示され詳述された一方、斯様な図例及び説明は、図例的又は例示的であって、限定するものではなく、本発明は、開示された実施例に制限されない。

開示された実施例に対する他の変形例は、図面、明細書及び添付の請求の範囲を参照して、クレームされた本発明を実施する際、当業者により理解され、遂行できる。デバイス、素子及び部品自体は、当業者は良く知っているので詳述されていない。請求項において、用語「を有する」は、他の要素又はステップを除外しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。単一のメカニズム又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかの項目の機能を成し遂げてもよい。特定の手段が相互に異なる従属クレームに引用されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使用できないことを示さない。請求項の何れの参照符号も、範囲を制限するものとして解釈されてはならない。

Claims (4)

1. 加熱されるべき液体をガイドし、強磁性壁の少なくとも壁部分を加熱するための誘導コイルをおおっている強磁性壁を有するチャネルを具備する流水式ヒーターであって、前記強磁性壁は強磁性材料の内壁を持つ二重壁のケースの外壁であり、前記誘導コイルは前記強磁性壁と前記内壁との間に配置され、前記チャネルが、前記強磁性壁の前記壁部分に沿って、且つ前記内壁の内面の少なくとも一部に沿って延在する、流水式ヒーター。
2. 前記強磁性壁が円筒壁である、請求項１に記載の流水式ヒーター。
3. 前記強磁性壁が流路を規定する一つ以上のパーティションを具備する、請求項１又は２に記載の流水式ヒーター。
4. 前記パーティションが螺旋流路を規定する、請求項３に記載の流水式ヒーター。

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