JP7246063B2

JP7246063B2 - 流体加熱装置

Info

Publication number: JP7246063B2
Application number: JP2018192816A
Authority: JP
Inventors: 清川井
Original assignee: 株式会社幸和電熱計器
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2023-03-27
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: JP2020060343A

Description

本発明は、流体加熱装置の技術に関し、より詳細には、中空円筒形のセラミックヒータを発熱させて、前記セラミックヒータの中空部を流れる被加熱流体を加熱する流体加熱装置に関する。

従来、セラミックヒータは、シーズヒータに比べて小型で長寿命であるという特徴を有しており、特に、中空円筒形のセラミックヒータは中空部に被加熱流体を給送させることができることから、セラミックヒータを発熱させて、セラミックヒータの中空部を流れる被加熱流体を加熱する流体加熱装置とした場合に、装置の小型化が容易であり、これまでにも小型温水器等に用いられる流体加熱装置のヒータ装置として採用されているところである。

この種の従来の流体加熱装置としては、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されるように、流体容器内に中空円筒形のセラミックヒータが挿設され、被加熱流体がセラミックヒータの一端から中空部を流れて流体容器内に流通し、流体容器内にてセラミックヒータの外周面と流体容器の内壁面の間に形成された空間を流れた後に、流体容器に設けられた排出口より機外に排出される流体加熱装置の構成が公知である。かかる構成によれば、セラミックヒータが発熱されることで、セラミックヒータの中空部を流れる被加熱流体だけでなく、セラミックヒータより流出して流体容器内の空間を流れる被加熱流体も同時に加熱することができる。

ところで、上述した従来の流体加熱装置に用いられるセラミックヒータは、外部からの物理的な衝撃に弱く、また、セラミックヒータを直接流体中で使用した際には、気泡や液体中の異物が表面（セラミック層）に付着することで当該部分の温度が高まり、熱応力や熱衝撃によって表面にヒビが入り、場合によってはセラミックヒータ自体が割れてしまうという問題があった。

この点、上述した特許文献１には、中空円筒形のセラミックヒータの内周面と外周面を覆うように形成された二重の有底筒状のケース部材にセラミックヒータを嵌挿して覆い、ケース部材とセラミックヒータとの間に金属粉末等からなる絶縁粉体を充填してなる流体加熱装置の構成が開示されている。しかしながら、かかる流体加熱装置ではケース部材とセラミックヒータとの間に金属粉末を充填させる構成であったため、充填時の粉体の挙動や、ケース部材への充填量を一定にコントロールすることが難しく、その結果、ケース部材の表面にて温度ムラや温度勾配が生じて均一な温度分布を得ることができず、被加熱流体の加熱効率に劣るという問題があった。

特開平１０－２４７５８４号公報特開２０１３－１０４６４９号公報

そこで、本発明では、流体加熱装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、セラミックヒータの損傷を防止しつつ、被加熱流体の加熱効率を向上させた流体加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、中空円筒形のセラミックヒータを発熱させて、前記セラミックヒータの中空部を流れる被加熱流体を加熱する流体加熱装置において、前記セラミックヒータの中空部に同一軸心上に挿設され、内部空間内に被加熱流体が給送される直状流路体と、前記セラミックヒータの外側位置に配設される筒状のケース部材と、前記ケース部材の外側位置にコイル状に巻設され、流路上流側にて前記直状流路体と内部連通状に接続されて内部空間内に被加熱流体が給送される螺旋流路体と、を具備してなり、前記直状流路体と前記セラミックヒータとの間に形成される伝熱セメントを硬化させてなる内側セメント硬化体にて、前記セラミックヒータの内周面が被覆されるとともに、前記セラミックヒータ及び前記直状流路体が固定され、前記ケース部材と前記セラミックヒータとの間に形成される伝熱セメントを硬化させてなる外側セメント硬化体にて、前記セラミックヒータの外周面が被覆されるとともに、前記セラミックヒータ及び前記ケース部材が固定され、前記ケース部材の外側位置に形成される伝熱セメントを硬化させてなる最外側セメント硬化体にて、前記ケース部材の外周面が被覆されるとともに、前記ケース部材及び前記螺旋流路体が互いに接触しない状態で埋設されて固定されるものである。

請求項２においては、前記螺旋流路体は、前記セラミックヒータに近い位置に巻設される内螺旋流路体と、前記内螺旋流路体の外側位置に巻設される外螺旋流路体とが連続して設けられるものである。

請求項３においては、直列又は並列に複数連結されてなるものである。

本発明の効果として、セラミックヒータの損傷を防止しつつ、被加熱流体の加熱効率を向上できる。

本実施例の流体加熱装置の全体的な構成を示した正面図である。図１の流体加熱装置の縦断面図である。図１の流体加熱装置の水平断面図である。別実施例の流体加熱装置の全体的な構成を示した正面図である。図４の流体加熱装置の縦断面図である。別実施例の流体加熱装置の全体的な構成を示した正面図である。図４の流体加熱装置の縦断面図である。複数の流体加熱装置を接続した状態を示した図である。

次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の実施例では、矢印Ｘ方向を流体加熱装置の上下方向とする。

図１乃至図３に示す実施例の流体加熱装置１は、大気圧下で１００℃の蒸気（飽和蒸気）をさらに加熱して過熱蒸気を得ることができる加熱装置として構成されている。具体的には、中空円筒形のセラミックヒータ２と、セラミックヒータ２の中空部２ａに同一軸心上に挿設され、内部空間内に被加熱流体が給送される直状流路体３と、セラミックヒータ２の外側位置に配設される筒状のケース部材４等とを具備してなり、セラミックヒータ２を発熱させて、セラミックヒータ２の中空部２ａに配置される直状流路体３を流れる被加熱流体（蒸気）が加熱されるように構成されている。

セラミックヒータ２は、断面円形の筒状に形成されたセラミックス製のヒータとして構成されており、軸心に沿って中空部２ａが形成され、外周面の上縁側にフランジ部２０が形成されている。セラミックヒータ２は、図示せぬタングステン等の高融点金属からなる電熱線（発熱体）が埋設されており、電熱線の両端部にリード２１がロウ付けにより接続されている。リード２１は、図示せぬ電源装置と接続されており、電源装置と通電されることで上述した熱電線が発熱する。

セラミックヒータ２の材質としては、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が挙げられる。本実施例の流体加熱装置１では、９００℃～１２００℃での高温使用が可能な高温用セラミックヒータが好ましく用いられる。

直状流路体３は、両端が開口された断面円形の筒状の直状管体として構成され、内部空間に被加熱流体が流通する流路が形成されている。直状流路体３は、両端に流体給入口３０及び流体排出口３１が設けられており、この流体給入口３０を介して図示せぬ蒸気生成装置にて生成された飽和蒸気が直状流路体３の内部空間内に給送されるとともに、流体排出口３１を介して過熱蒸気が排出される。

直状流路体３は、外径がセラミックヒータ２の中空部２ａの内径よりも小さくなるように形成されており、セラミックヒータ２の中空部２ａに嵌挿されて同一軸心上に位置決めして配設され、セラミックヒータ２の両端より上下方向に突出されている。セラミックヒータ２及び直状流路体３の隙間のクリアランスは、所定の離間を保持して直状流路体３をセラミックヒータ２に嵌挿でき、かつその隙間に後述する内側セメント硬化体５を有効に形成できる大きさであればよい。

直状流路体３の材質としては、セラミックヒータ２の熱容量や後述する内側セメント硬化体５の耐熱温度等によって適宜選択することができ、例えば、ステンレス鋼等の鋼系、純銅・青銅・真鍮・洋銀等の銅系、又はこれらの合金等、熱伝導率の高い金属材料やセラミックスを用いることができる。本実施例の流体加熱装置１では、耐熱性及び耐蝕性の点でステンレス鋼が好ましく用いられる他、耐薬品性の点ではセラミックスが好ましく用いられる。

ケース部材４は、両端が開口された断面円形の筒状の金属又はセラミックス製の部材として構成されている。ケース部材４は、内径がセラミックヒータ２の外径よりも大きくなるように形成されており、セラミックヒータ２がケース部材４に嵌挿されて同一軸心上に位置決めされてセラミックヒータ２の外側位置に配設され、上端がセラミックヒータ２のフランジ部２０に当接され、下端がセラミックヒータ２の下端と同一平面上に位置される。

本実施例の流体加熱装置１は、セラミックヒータ２（の中空部２ａ）の内周面及び直状流路体３の外周面のとの間に形成された隙間に内側セメント硬化体５が配設成され、セラミックヒータ２の外周面及びケース部材４の内周面との間に形成された隙間に外側セメント硬化体６が配設され、セラミックヒータ２の上端及び下端を覆うようにして配設される縁端セメント硬化体７・８が配設されている。

内側セメント硬化体５は、セラミックヒータ２と直状流路体３との間に充填された伝熱セメントＭを硬化させることによって形成される。本実施例の流体加熱装置１では、内側セメント硬化体５は、セラミックヒータ２の内周面を被覆するようにして形成され、内側セメント硬化体５がセラミックヒータ２の内周面及び直状流路体３の外周面に密着されることでセラミックヒータ２及び直状流路体３が固定される。

外側セメント硬化体６は、セラミックヒータ２とケース部材４との間に充填された伝熱セメントＭを硬化させることによって形成される。本実施例の流体加熱装置１では、外側セメント硬化体６は、セラミックヒータ２の外周面を被覆するようにして形成され、外側セメント硬化体６がセラミックヒータ２の外周面及びケース部材４の内周面に密着されることでセラミックヒータ２及びケース部材４が固定される。

縁端セメント硬化体７・８は、セラミックヒータ２の上端又は下端に配設された伝熱セメントＭを硬化させることによって形成される。本実施例の流体加熱装置１では、縁端セメント硬化体７は、セラミックヒータ２の上端面を被覆して直状流路体３の流体給入口３０に向けて徐々に縮径する断面山型に形成され、縁端セメント硬化体８は、セラミックヒータ２及びケース部材４の下端面を被覆して直状流路体３の流体排出口３１に向けて徐々に縮径する断面山型に形成されている。このように縁端セメント硬化体７・８が配設されることで、セラミックヒータ２の両端での直状流路体３への熱伝達効率を高めて被加熱物の加熱効率を効果的に向上できる

伝熱セメントＭは、自由な形状に容易に固化させることが可能なペースト状のものが好ましく用いられる。ペースト状の伝熱セメントＭを用いることで、流体加熱装置１を製造する際に、例えば、セラミックヒータ２と直状流路体３又はケース部材４の間に伝熱セメントＭを高い密度でくまなく充填させることが容易となる。

伝熱セメントＭは、耐熱セメントやサーモセメント等と呼ばれる熱伝導率が高く、施工後の硬化によってコンクリートと同等の強度を有するとともに、高い接着力を発揮する公知のセメント複合材料が好適に用いられる。この種のセメント複合材料としては、高純度のグラファイトを主体としたものが知られており、例えば、グラファイト：５５～８０％、硅酸ソーダ：２０～４０％、コロイド状シリカ：１．５～２．５％、酸化抑制剤０．１～０．５％の組成を有するもの等が挙げられる。

伝熱セメントＭは、７～１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃の高い熱伝導率を発揮するセメント複合材料が好ましく用いられる。熱伝導率が７～１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃のセメント複合材料を用いることで、直状流路体３及びケース部材４をステンレス鋼（熱伝導率が１４ｋｃａｌ／ｍｈ℃）にて形成した場合に、セラミックヒータ２の加熱により内側セメント硬化体５及び外側セメント硬化体６を直状流路体３及びケース部材４とほぼ同速度で素早く昇温させることができ、しかも内側セメント硬化体５及び外側セメント硬化体６の熱伝導率が高いので温度ムラや温度勾配を生じ難く、均一な温度分布を得ることができる。他方、伝熱セメントＭの熱伝導率が７ｋｃａｌ／ｍｈ℃より低いと、直状流路体３に温度ムラや温度勾配を生じて、被加熱流体の均一な加熱が困難となる。

伝熱セメントＭには、内側セメント硬化体５及び外側セメント硬化体６の熱伝導率を高めるために、セラミックヒータ２の通電時に溶融しないものであり、かつ直状流路体３及びケース部材４の材質より低融点の副材（充填材）が含まれてもよい。これらの副材（充填材）としては、具体的には、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム等の高熱伝導率の無機粉や、アルミニウム、銅、黒鉛等の金属粉を用いることができ、熱伝導率が高く、また寸法変化も比較的小さく安価であることから、銅粉及び鉄粉から選ばれる少なくとも一種の金属粉が含まれるのが好ましい。

内側セメント硬化体５及び外側セメント硬化体６の厚さは、熱伝導率の観点から装置寸法に合せて適宜好ましく設定される。すなわち、流体加熱装置１の熱伝導率を高めるためには薄いほど好ましいが、薄すぎるとセラミックヒータ２と直状流路体３及びケース部材４との隙間に伝熱セメントＭを均一に充填させることが困難となる。伝熱セメントＭの充填が不十分であると、内側セメント硬化体５及び外側セメント硬化体６の強度や密度が不均一となって、セラミックヒータ２の通電時に不均一箇所で熱伝達効率が低下して、流体加熱装置１の性能が低下するとともに、局所的な熱応力や熱衝撃の発生によりセラミックヒータ２に割れが発生する要因となる。

このように本実施例の流体加熱装置１では、従来の流体加熱装置のように容器内にセラミックヒータを挿入して被加熱流体を加熱するのではなく、セラミックヒータ２の中空部２ａに挿設された直状流路体３を流れる被加熱流体を昇温させて状態変化を可能とするものであり、セラミックヒータ２を発熱させることで、セラミックヒータ２にて発生した熱が内側セメント硬化体５を介して直状流路体３に伝わり、流体給入口３０より直状流路体３の内部空間内に送給された被加熱流体としての飽和蒸気が加熱され、やがて過熱蒸気として流体排出口３１より排出される。例えば、流体加熱装置１による流体加熱にて、大気圧下で１００℃の蒸気（飽和蒸気）を加熱して、４００℃～５００℃の過熱蒸気を連続して得ることができる。

以上のように、本実施例の流体加熱装置１は、中空円筒形のセラミックヒータ２を発熱させて、セラミックヒータ２の中空部２ａを流れる被加熱流体を加熱する流体加熱装置１において、セラミックヒータ２の中空部２ａに同一軸心上に挿設され、内部空間内に被加熱流体が給送される直状流路体３を具備してなり、直状流路体３とセラミックヒータ２との間に形成される伝熱セメントＭを硬化させてなる内側セメント硬化体５にて、セラミックヒータ２の内周面が被覆されるとともに、セラミックヒータ２及び直状流路体３が固定されるため、セラミックヒータ２の損傷を防止しつつ、被加熱流体の加熱効率を向上できるのである。

すなわち、本実施例の流体加熱装置１は、セラミックヒータ２の発熱により、セラミックヒータ２の中空部２ａに挿設された直状流路体３を流れる被加熱流体を加熱するものであるため、熱応力や熱衝撃によるセラミックヒータ２の損傷を防止することができるとともに、伝熱セメントＭを硬化させてなる内側セメント硬化体５にてセラミックヒータ２の内周面が被覆されるため、内側セメント硬化体５の伝熱効果及び蓄熱効果にて、直状流路体３における温度ムラや温度勾配が生じるのを防いで均一な温度分布を得ることができ、セラミックヒータ２から直状流路体３への熱伝達効率を高めて被加熱物の加熱効率を向上できる。

特に、本実施例の流体加熱装置１は、セラミックヒータ２の外側位置に配設される筒状のケース部材４を具備してなり、ケース部材４とセラミックヒータ２との間に形成される伝熱セメントＭを硬化させてなる外側セメント硬化体６にて、セラミックヒータ２の外周面が被覆されるとともに、セラミックヒータ２及びケース部材４が固定されるため、外部からの物理的な衝撃をケース部材４にて防ぎつつ、外側セメント硬化体６を介してセラミックヒータ２にて発生した熱を外側セメント硬化体６の伝熱効果及び蓄熱効果にて平均化して、熱応力や熱衝撃によるセラミックヒータ２の損傷を効果的に防止することができる。

次に、図４及び図５に示す別実施例の流体加熱装置１０１は、上述した実施例の流体加熱装置１とは異なり、被加熱流体としての水を加熱して過熱蒸気を得ることができる小型の電気ボイラとして構成されている。具体的には、中空円筒形のセラミックヒータ１０２と、セラミックヒータ１０２の中空部１０２ａに同一軸心上に挿設され、内部空間内に被加熱流体が給送される直状流路体１０３と、セラミックヒータ１０２の外側位置に配設される筒状のケース部材１０４と、セラミックヒータ１０２（ケース部材１０４）の外側位置にコイル状に巻設され、内部空間内に被加熱流体が給送され、直状流路体１０３と内部連通状に接続される螺旋流路体１０９等とを具備してなり、セラミックヒータ１０２を発熱させて、直状流路体１０３及び螺旋流路体１０９を流れる被加熱流体が加熱されるように構成されている。

なお、本流体加熱装置１０１においては、特に言及する場合を除き、セラミックヒータ１０２や直状流路体１０３等の構成部材は上述した実施例の流体加熱装置１（図２等参照）のものと同様に構成されているものとする。

螺旋流路体１０９は、両端が開口された断面円形の筒状の螺旋管体として構成され、内部空間に被加熱流体が流通する流路が形成されている。螺旋流路体１０９は、両端に流体給入口１９０及び流体排出口１９１が設けられており、この流体給入口１９０を介して図示せぬ給水装置より供給された水が螺旋流路体１０９の内部空間内に給送されるとともに、流体排出口１９１を介して飽和蒸気が排出される。本実施例では、螺旋流路体１０９は、流体排出口１９１が接続管体１１０を介して直状流路体１０３の流体給入口１３０と内部連通状に接続されており、流体排出口１９１より排出された飽和蒸気が接続管体１１０を介して直状流路体１０３の流体給入口１３０に給送される。

螺旋流路体１０９は、セラミックヒータ１０２（ケース部材１０４）の外側位置にケース部材１０４及び螺旋流路体１０９が互いに接触しない状態でコイル状に巻設され、セラミックヒータ１０２の側方に向けて流体給入口１９０及び流体排出口１９１が突出されている。セラミックヒータ１０２（ケース部材１０４）との隙間や螺旋流路体１０９同士の隙間のクリアランスは、その隙間に後述する最外側セメント硬化体１１１を有効に形成できる大きさであればよい。

螺旋流路体１０９の材質としては、セラミックヒータ１０２の熱容量や後述する最外側セメント硬化体１１１の耐熱温度等によって適宜選択することができ、例えば、ステンレス鋼等の鋼系、純銅・青銅・真鍮・洋銀等の銅系、又はこれらの合金等、熱伝導率の高い金属材料やセラミックスを用いることができる。本実施例の流体加熱装置１０１では、耐熱性及び耐蝕性の点でステンレス鋼が好ましく用いられる他、耐薬品性の点ではセラミックスが好ましく用いられる。

最外側セメント硬化体１１１は、ケース部材１０４の外周面に塗布された伝熱セメントＭが硬化されることによって形成される。本実施例の流体加熱装置１０１では、最外側セメント硬化体１１１は、螺旋流路体１０９が埋設された状態でケース部材１０４の外周面を被覆するようにして形成され、最外側セメント硬化体１１１がケース部材１０４の外周面に密着されることで螺旋流路体１０９が固定される。

なお、本実施例の縁端セメント硬化体１０８は、セラミックヒータ１０２の下端に配設された伝熱セメントＭを硬化させることによって形成され、セラミックヒータ１０２、ケース部材１０４及び最外側セメント硬化体１１１の下端面を被覆して直状流路体１０３の流体排出口１３１に向けて徐々に縮径する断面山型に形成されている。

このように本実施例の流体加熱装置１０１では、セラミックヒータ１０２の中空部１０２ａに挿設された直状流路体１０３及びセラミックヒータ２の外側位置に巻設された螺旋流路体１０９を流れる被加熱流体を昇温させて状態変化を可能とするものであり、セラミックヒータ１０２を発熱させることで、セラミックヒータ１０２にて発生した熱が外側セメント硬化体１０６及び最外側セメント硬化体１１１を介して螺旋流路体１０９に伝わり、流体給入口１９０より螺旋流路体１０９の内部空間内に送給された被加熱流体としての水が加熱され、やがて飽和蒸気として流体排出口１９０より排出される。同時に、セラミックヒータ１０２にて発生した熱が直状流路体１０３に伝わるため、接続管体１１０を介して流体給入口１３０より直状流路体１０３の内部空間内に送給された飽和蒸気が加熱され、過熱蒸気として流体排出口１３１より排出される。例えば、流体加熱装置１０１による流体加熱にて、大気圧下で常温の水を加熱して、４００℃～５００℃の過熱蒸気を連続して得ることができる。

以上のように、本実施例の流体加熱装置１０１は、上述した実施例（図２等参照）の流体加熱装置１の構成とは異なり、更に、セラミックヒータ２の外側位置にコイル状に巻設され、内部空間内に被加熱流体が給送され、直状流路体１０３と内部連通状に接続される螺旋流路体１０９を具備してなり、セラミックヒータ２の外側位置に形成される伝熱セメントＭを硬化させてなる最外側セメント硬化体１１１にて、セラミックヒータ１０２の外周面が被覆されるとともに、螺旋流路体１０９が互いに接触しない状態で埋設されて固定されるため、最外側セメント硬化体１１１を介してセラミックヒータ１０２にて発生した熱を最外側セメント硬化体１１１の伝熱効果及び蓄熱効果にて平均化して、螺旋流路体１０９における温度ムラや温度勾配が生じるのを防いで均一な温度分布を得ることができ、直状流路体１０３及び螺旋流路体１０９への熱伝達効率が高く、被加熱物の加熱効率を向上した小型の電気ボイラとして目的温度の流体を効率よく生成できる。

特に、本実施例の流体加熱装置１０１では、螺旋流路体１０９が直状流路体１０３よりも流路上流側に配設されるため、例えば、被加熱流体としての水を加熱して過熱蒸気を生成する場合には、液体（水）を加熱して飽和蒸気を得るために必要なエネルギに比べて、飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を得るために必要なエネルギの方が小さいことから、より流路が長い螺旋流路体１０９にて被加熱流体を被加熱流体としての水を沸騰させて飽和蒸気を生成させる温度まで加熱し、流路が短い直状流路体１０３にて飽和蒸気から目的温度の過熱蒸気を生成させる温度まで加熱するように構成することで、短時間で被加熱流体を目的温度まで容易に昇温させることができる。

本実施例の流体加熱装置１０１は、直状流路体１０３及び螺旋流路体１０９を被加熱流体が移動通過する時間によって被加熱流体の状態を容易に変化させて任意の加熱流体（温水、飽和蒸気、過熱蒸気）を得ることができ、例えば、被加熱流体として常温の水を加熱する際に、（１）短時間とすることで瞬間湯沸器として水温制御された温水を取り出すことができる装置や、（２）中程度の時間とすることで飽和蒸気を取り出すことができる装置や、（３）長時間とすることで過熱蒸気を取り出すことができる装置等、として構成することができる。

なお、流体加熱装置の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

すなわち、上述した実施例（図４等）の流体加熱装置１０１では、螺旋流路体１０９がセラミックヒータの外側位置にコイル状に一重で巻設される構成について説明したが、螺旋流路体１０９の構成はこれに限定されず、複数重なるようにして巻設されてもよい。例えば、図６及び図７に示す流体加熱装置２０１のように、螺旋流路体２０９がセラミックヒータ２０３に近い位置に巻設される内螺旋流路体２０９ａと、内螺旋流路体２０９ａの外側位置に巻設される外螺旋流路体２０９ｂとが連続して設けられて、二重に巻設されるように構成されてもよい。

具体的には、螺旋流路体２０９は、両端に流体給入口２９０及び流体排出口２９１が設けられており、流体排出口２９１が接続管体２１０を介して直状流路体２０３の流体給入口２３０と内部連通状に接続されている。螺旋流路体２０９は、セラミックヒータ２０２（ケース部材２０４）の外側位置にケース部材２０４及び螺旋流路体２０９（内螺旋流路体２０９ａ及び外螺旋流路体２０９ｂ）が互いに接触しない状態でコイル状に巻設されている。内螺旋流路体２０９ａ及び外螺旋流路体２０９ｂは、それぞれセラミックヒータ２０３の外側位置に巻設されるとともに、外螺旋流路体２０９ｂが内螺旋流路体２０９ａよりも外側に位置される。

このように構成することで、流体給入口２９０より図示せぬ給水装置より供給された被加熱流体をまず外螺旋流路体２０９ｂの内部空間内に給送して加熱し、さらに内螺旋流路体２０９ａの内部空間内に連続して給送して加熱することで、セラミックヒータ２０３に近づくにつれて徐々に昇温させることができるため、螺旋流路体２０９にて被加熱流体の流路を長くして、より短時間で被加熱流体を目的温度まで容易に昇温させることができる。

また、上述した実施例（図１、図４及び図６等）の流体加熱装置は、装置単体で構成されるだけでなく、それぞれ直列又は並列に複数連結されて構成されてもよい。一例として、図８には、一組の流体加熱装置２０６を直列又は並列に連結させた構成を示している。一組の流体加熱装置２０６・２０６を直列に連結させる場合には、一方の流体加熱装置２０６の直状流路体２０３の流体排出口２３１と他方の流体加熱装置２０６の螺旋流路体２０９（外螺旋流路体２０９ｂ）の流体給入口２９０とが接続管体２１２にて連結されて構成される（図８（ａ））。他方、一組の流体加熱装置２０６・２０６を並列に連結させる場合には、それぞれの螺旋流路体２０９（外螺旋流路体２０９ｂ）の流体給入口２９０が分岐管体２１３にて連結されて構成される（図８（ａ））。

このように複数の流体加熱装置を用いてその連結構成を適宜変更することで、被加熱流体の加熱量をコントロールして、得られる加熱流体（温水、飽和蒸気、過熱蒸気）の量・温度・圧力等の調整がより容易となる。

また、上述した実施例（図１、図４及び図６等）の流体加熱装置では、セラミックヒータは外周面にフランジ部が形成される構成について説明したが、セラミックヒータの形状はこれに限定されず、例えば、フランジ部の代わりにねじ山やねじ溝が設けられてもよく、また、ケース部材の開口縁部にフランジ部が形成されてもよい。

また、上述した実施例（図４及び図６等）の流体加熱装置では、セラミックヒータの外側位置に最外側セメント硬化体が形成される構成について説明したが、例えば、流体加熱装置をケース部材に収容したり断熱部材にて覆うようにしたりして、最外側セメント硬化体が外部に露出しないように構成してもよい。

また、上述した実施例（図４及び図６等）の流体加熱装置では、直状流路体及び螺旋流路体が接続管体１１０・２１０にて連結される構成について説明したが、例えば、螺旋流路体にて高温の流体（過熱蒸気）が得られる場合には、接続管体が分岐されて直状流路体を介さずに螺旋流路体から流体を直接取り出すことができるように構成されてもよい。

１流体加熱装置
２セラミックヒータ
２ａ中空部
３直状流路体
４ケース部材
５内側セメント硬化体
６外側セメント硬化体
７縁端セメント硬化体
８縁端セメント硬化体
２０フランジ部
３０流体給入口
３１流体排出口

Claims

中空円筒形のセラミックヒータを発熱させて、前記セラミックヒータの中空部を流れる被加熱流体を加熱する流体加熱装置において、
前記セラミックヒータの中空部に同一軸心上に挿設され、内部空間内に被加熱流体が給送される直状流路体と、
前記セラミックヒータの外側位置に配設される筒状のケース部材と、
前記ケース部材の外側位置にコイル状に巻設され、流路上流側にて前記直状流路体と内部連通状に接続されて内部空間内に被加熱流体が給送される螺旋流路体と、
を具備してなり、
前記直状流路体と前記セラミックヒータとの間に形成される伝熱セメントを硬化させてなる内側セメント硬化体にて、前記セラミックヒータの内周面が被覆されるとともに、前記セラミックヒータ及び前記直状流路体が固定され、
前記ケース部材と前記セラミックヒータとの間に形成される伝熱セメントを硬化させてなる外側セメント硬化体にて、前記セラミックヒータの外周面が被覆されるとともに、前記セラミックヒータ及び前記ケース部材が固定され、
前記ケース部材の外側位置に形成される伝熱セメントを硬化させてなる最外側セメント硬化体にて、前記ケース部材の外周面が被覆されるとともに、前記ケース部材及び前記螺旋流路体が互いに接触しない状態で埋設されて固定される、
ことを特徴とする流体加熱装置。
前記螺旋流路体は、前記セラミックヒータに近い位置に巻設される内螺旋流路体と、前記内螺旋流路体の外側位置に巻設される外螺旋流路体とが連続して設けられる請求項１に記載の流体加熱装置。
直列又は並列に複数連結されてなる請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。