JPH09167679A - 液体の電磁誘導加熱装置及びその電磁誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導で全体が略均一に発熱し、更に通過
する液体を拡散させて均一加熱を可能にする液体の電磁
誘導加熱装置を提供する。 【解決手段】 絶縁体カラム（１）と、この絶縁体カラ
ム（１）に巻線された通電可能なコイル（２）と、前記
絶縁体カラム（１）内に組み込まれ、前記コイル（２）
による電磁誘導で渦電流を生じて発熱する多層構造体
（３）と、この多層構造体を形成する基材（４）と、前
記多層構造体によって形成された規則的な多数の液体通
路（15）と、前記多層構造体（３）に至る液体の分配器
（10）とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電磁誘導により
基材に渦電流を発生させて発熱させ、液体をこの基材に
接触させて加熱する電磁誘導加熱装置及びその電磁誘導
加熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体の加熱装置としては、工業用
には各種熱交換器、各種乾燥機などがあり、家庭用には
石油ファンヒーター、石油ストーブ、ガスストーブ、セ
ントラルヒーティング用ボイラーなどがあるが、これら
の熱源は石油又はガスを使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の加熱装置
は、石油またはガスを熱源としているため、石油または
ガスを供給および貯蔵するための配管、貯槽などの付帯
機器が必要となる。また燃焼させる際に生じる酸素欠
乏、漏洩による引火などを防止するための設備を必要と
し、経済性および安全性において諸問題をかかえている
ものである。

【０００４】そこで、熱源としての石油またはガスに代
わり、電気を熱源とする電磁誘導加熱で気体または液体
の流体を加熱するものが提案されている。例えば、筒状
の加熱コイル内に配設した金属製丸棒の外周肉厚部に軸
方向多数の流体通路を設け、前記コイルの電磁誘導作用
で丸棒を誘導加熱して前記流体通路内の液体を加熱する
ようにしたものがある。（特開昭６２−５８５９０号公
報参照） また、絶縁性パイプ内に誘導体を組み込んだ熱交換器を
設け、パイプの周囲に高周波誘導加熱装置の加熱コイル
を配置して誘導体を加熱するものであり、この誘導体と
して断面が星形となったものを用いるものもある。（特
開昭５９−１７０６４１号公報参照）

【０００５】特開昭６２−５８５９０号公報記載のよう
に、金属製丸棒の外周肉厚部に軸方向の流体通路を設け
たものは、電磁誘導の表皮効果で集中的に加熱される丸
棒外周肉厚部で流体と熱交換を行わせるものであるが、
軸方向の流体通路以外の部分も電磁誘導で加熱されてい
るため、丸棒からの熱放散による熱ロスが大きい。ま
た、外周肉厚部に配設される軸方向流体の通路による伝
熱面積は小さく、流体の温度制御が難しい。特開昭５９
−１７０６４１号公報記載のように、断面星形の誘導体
を配設すると、電磁誘導の表皮効果で集中的に加熱され
る表面部分が増えるものの、流体通路の表面積に対して
数倍程度の増加が限度である。すなわち、電磁誘導加熱
で流体を加熱する場合、流体に接しつつ誘導加熱される
ものの形状が金属ブロックであるため、伝熱面積が大き
くとれず熱効率が悪くなる。

【０００６】そこで、電磁誘導加熱されるものを鉄くず
などのようにランダム形状にして伝熱面積を大きくする
ことも考えられなくもないが、電磁誘導加熱されやすい
部分とされにくい部分が生じ、加えて流体通路に流れの
偏在が生じるため、均一加熱が難しくなる。

【０００７】本発明は、電磁誘導加熱で液体を加熱する
場合の上述した問題点を解決するためになされたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
る請求項１の発明は、絶縁体カラム（１）と、この絶縁
体カラム（１）に巻線された通電可能なコイル（２）
と、前記絶縁体カラム（１）内に組み込まれ、前記コイ
ル（２）による電磁誘導で渦電流を生じて発熱する多層
構造体（３）と、この多層構造体を形成する基材（４）
と、前記多層構造体によって形成された規則的な多数の
液体通路（15）と、前記多層構造体（３）に至る液体の
分配器（10）とを備えてなるものである。請求項２の発
明は、請求項１において、前記多層構造体（３）を互い
に溶着された多数の基材（４）で形成したものである。
請求項３の発明は、請求項１において、前記多層構造体
を多数の前記基材（４）の積層体（３）に形成し、前記
液体通路（15）を前記基材（４）間の多数の区切りによ
って形成したものである。請求項４の発明は、請求項３
において、前記液体通路を前記絶縁体カラム（１）の縦
軸（６）に平行に形成したものである。請求項５の発明
は、請求項３において、前記基材（４）をその断面形状
が三角形、四角形または丸形などの波形となった板材と
し、前記液体通路を前記波形で区切ったものである。請
求項６の発明は、請求項５において、隣接する前記基材
（４）の波形（４−４）が交点を有するように交叉し、
この交点で前記基材（４）同志を溶着したものである。
請求項７の発明は、請求項５において、前記基材（３）
の波形（４−４）を前記絶縁体カラム（１）の縦軸
（６）に対して傾斜角度（７）を有するように配設した
ものである。請求項８の発明は、請求項３において、前
記基材（４）に多数の孔を開けたものである。請求項９
の発明は、請求項３において、前記基材（４）の表裏面
に、エンボス加工、梨地加工、凹凸加工の少なくとも一
つを施したものである。請求項１０の発明は、請求項３
において、前記絶縁体カラム（１）の縦軸（６）の方向
に、各々の積層方向が異なるように前記積層体（３）を
複数段積み重ねたものである。請求項１１の発明は、液
体を絶縁体カラム（１）の内面に液体を分散させる段階
と、絶縁体カラム（１）内に、導電性材料の基材（４）
により形成された多層構造体（３）を配設し、前記多層
構造体（３）によって形成された多数の規則的な液体通
路（15）を通過させることによって液体に拡散を生じさ
せる段階と、前記絶縁体カラム（１）に設けられたコイ
ル（２）に通電することによって、前記多層構造体
（３）を形成する基材（４）を発熱させ、多層構造体
（３）内を拡散しながら通過する液体を加熱する段階と
を備えてなる液体の電磁誘導加熱方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１は、この発明の液体の電磁
誘導加熱装置の部分断面図であり、図２は、この発明の
液体の電磁誘導加熱装置の他の実施形態の部分断面図で
あり、図３は、電磁誘導加熱装置が配管途中に組み込ま
れた縦部分断面図であり、図４は、積層充填材の構造を
示す斜視図である。

【００１０】図１において、絶縁体カラム（１）は、天
板（１−４）と外壁部と底板（１−５）とからなってお
り、天板（１−４）に液体入口が開口し、底板（１−
５）に流体出口が開口している。図示例では液体は絶縁
体カラム（１）の上から下へと流下する。絶縁体カラム
（１）の上側には液体入口に接続された分配器（10）が
配設され、分配器（10）の下に積層充填体（３）が組み
込まれている。また、絶縁体カラム（１）と積層充填体
（３）との間にはショートパス防止の壁流防止板（11）
が取り付けられている。また、円筒状の絶縁体カラム
（１）の外壁部に、コイル（２）を巻線し、内部には積
層充填体（３）を組み込み、コイル（２）に電流を流
し、積層充填体（３）を発熱させ、分配器（10）で絶縁
体カラム（１）の内面の全面に分配された液体を積層充
填体（３）の中に通過させて加熱する構成になってい
る。

【００１１】つぎに、図２によりこの発明の液体の電磁
誘導加熱装置の他の実施の形態を説明する。図１のもの
と異なる点は、絶縁体カラム（１）の下から上へと液体
が流れるために、絶縁体カラム（１）の下側に液体入口
に接続された分配器（10）を配設し、分配器（10）の上
に積層充填体（３）を組み込んだ点である。その他の点
は図１で説明したものと同様である。

【００１２】図３は、電磁誘導加熱装置が、液体の移送
用配管の途中に接続されたものであり、円筒状の絶縁体
カラム（１）の両端に継手（12）が取り付けられてあ
り、両端の継手（12）を管（13）と接続し、液体を矢印
の方向に通過させて加熱する。

【００１３】つぎに、図４により、発熱体であり且つ多
層構造体でもある積層充填体（３）を詳細に説明する。
積層充填体（３）は、縦軸（６）に対して傾斜角度
（７）を有する波形（４−４）に成形された基材（４）
を、隣接する基材（４）の波形（４−４）が互いに交叉
するように複数に重ね合わせて、多数の交点（８）で溶
着して形成されてあり、電磁誘導による発熱、および液
体の加熱において優れた機能を有している。

【００１４】基材（４）は、一枚の板から加工されてい
る。すなわち、一枚の板を波形に成形し、適宜大きさの
矩形に切断し、積み重ねて全体として筒状に形成する。
この基材（４）の材質は、金属板、金網、セラミックな
どである。基材（４）の波形は、その断面形状が三角
形、四角形、丸形などである。基材（４）の波形（４−
４）は、縦軸（６）に対して傾斜角度（７）を有するよ
うに配設することのみならず、基材（４）の波形（４−
４）を傾斜角度（７）に対して平行に配設することもで
きる。

【００１５】図５は絶縁体カラム（１）の形状を示す横
断面図である。同図（ａ）では、絶縁体カラム（１）の
断面形状が円形（１−１）であり、同図（ｂ）では、絶
縁体カラム（１）の断面形状が楕円形（１−２）であ
り、同図（ｃ）では、絶縁体カラム（１）の断面形状が
四角形（１−３）となっている。

【００１６】図６は絶縁体カラム（１）へのコイル
（２）の巻線状態を示す部分縦断面図である。コイル
（２）が、巻線された状態で絶縁体カラム（１）に埋設
されている。

【００１７】図７は絶縁体カラム（１）への電磁波漏洩
防止板を示す部分縦断面図である。同図（ａ）では、コ
イル（２）は絶縁体カラム（１）の外周部に巻線されて
おり、外周部から飛び出たコイル（２）を覆うような電
磁波漏洩防止板（５）が取り付けられている。同図
（ｂ）では、コイル（２）は絶縁体カラム（１）の外壁
部に埋設されて巻線されており、コイル（２）がある外
周部に沿って電磁波漏洩防止板（５）が取り付けられて
いる。

【００１８】図８は積層充填体の隣接する基材に孔が加
工された状態を示す斜視図である。基材（４）の裏表面
に梨地加工およびエンボス加工が施され、又は基材
（４）に複数に孔（４−１）が開けられている。

【００１９】図９は積層充填体（３）の基材（４）の平
面図である。基材（４）に対して、複数の凹部（４−
２）及び凸部（４−３）を格子状に且つ交互に配設して
いる。

【００２０】図１０は積層充填体（３）が積み重ねられ
た状態を示す断面図である。積層充填体（３）が、その
積層方向を異ならせて、縦軸（６）の方向に複数に積み
重ねられている。

【００２１】つぎに、上述した液体の電磁誘導加熱装置
による電磁誘導加熱方法を説明する。図１において、ま
ず、液体が分配器（10）に流れ込み、絶縁体カラム
（１）の内面の全面に液体が分散されて、絶縁体カラム
（１）内に組み込まれた積層充填材（３）に均一に流れ
込む。これを液体の分散段階という。

【００２２】すると、積層充填材（３）の基材（４）の
波形（４−４）で区切られた液体通路（15）の各々に液
体が流れ込む。積層充填材（３）内を通過する液体は、
液体通路（15）によって縦軸（６）と斜めの方向にジグ
ザグに進行する。更に基材（４）に孔がある場合には、
液体通路（15）間でも液体が流れる。これにより、絶縁
体カラム（１）の中を通過する液体に分散、拡散、乱流
が均一に生じる。この段階を液体の分散、拡散、乱流段
階という。

【００２３】この液体の分散、拡散、乱流段階と同時
に、コイル（３）に電流を流して交番磁界を発生させ
る。交番磁界は絶縁体カラムを通過して積層充填材
（３）に作用する。図４の如く、積層充填材（３）は基
材（４）の多数を積層しており、しかも基材（４）の波
形（４−４）の交点（８）で溶着されているため、多数
の基材（４）は互いに電気的に導通している。そのた
め、積層充填材（３）の全体にわたって渦電流が発生
し、積層充填材（３）の全体が均一に加熱される。通
常、表皮効果と言われるように外周部分に多くの渦電流
が発生するものと対照的である。この段階を液体の均一
加熱段階という。

【００２４】このように、図１の積層充填材（３）の基
材（４）に沿って液体を通過する間に、液体の分散、拡
散、乱流が生じる。加えて、積層充填材（３）の基材
（４）が均一に加熱される。すると、液体の分散、拡
散、乱流と基板（４）の均一加熱の相乗効果によって、
液体を効果的に加熱することができる。また、多層構造
体でもある積層充填材（３）の特性として、多層又は積
層を緻密にすることで、液体の単位体積当たりの伝熱面
積の比表面積を極めて大きくすることができ、応答性に
優れ、液体の変質も少なくした加熱が可能になる。多層
構造体でもある積層充填材（３）の他の特性として、空
間率を極めて高くすることができ、通過する液体の圧力
差を極めて小さくすることができる。このように、従来
の加熱装置又は加熱方法では達成することができなかっ
た効率的な加熱が可能になる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によると、基材（４）に
よる多層構造体（３）であるため、伝熱面積を増やして
電磁誘導で全体的に加熱でき、熱効率が飛躍的に向上す
るとともに、多数の規則的な液体通路（15）を形成する
ことで、液体の加熱も均一にすることができる。また、
多層構造体（３）に対して液体が均一に流れ込むので、
多層構造体（３）での加熱が均一になる。さらに、液体
通路（15）を液体の混合、拡散が生じるように形成する
と、一層の均一加熱が可能になる。したがって本発明の
電磁誘導加熱装置によると、効率的な加熱が可能になり
多層構造体（３）の部分では１００％に近い熱効率が得
られる。更に多層構造体（３）内の規則的な液体通路
（15）を複雑に交差させることなどによって、加熱ムラ
が少なく、低温加熱から高温加熱までの広範囲の液体加
熱が可能になる。さらに、多層構造体（３）の伝熱面積
が大きいことから、加熱の立ち上がり、停止、応答が早
くなると共に、液体の焦げつきや変質による品質劣化の
恐れも少なくなる。請求項２の発明によると、請求項１
の基材（４）を互いに溶着して多層構造体（３）を形成
するので、多層構造体（３）を構成する基材（４）の全
体が電気的に接続され、電磁誘導で多層構造体（３）の
全体を均一に加熱することができる。請求項３の発明に
よると、請求項１において、多数の基材（４）で積層体
として同時に基材（４）間の多数の区切りで液体通路
（15）を形成するため、積層体の間隔を狭めて、伝熱面
積を増大させることができるとともに、規則的な液体通
路（15）による均一流を形成することができる。請求項
４の発明によると、請求項３の液体通路が絶縁体カラム
（１）の縦軸（６）に平行であるため、縦軸（６）に平
行な規則正しい液体通路になって、通過抵抗が少ない状
態で液体を流すことができる。請求項５の発明による
と、請求項３の基材（４）を波形としているため、波形
（４−４）で区切った規則的な液体通路を簡単に形成で
きる。請求項６の発明によると、請求項５における隣接
する基材の波形（４−４）が交叉しているため、液体通
路も交叉して液体の混合、拡散が生じる。さらに、交点
で溶着しているため、基材（４）の全体の電気的導通も
要所要所で確保される。請求項７の発明によると、縦軸
（６）に対して傾斜する請求項５の波形（４−４）によ
って、液体の縦軸（６）に対して傾斜する方向への液体
の混合、拡散を生じさせることができる。請求項８の発
明によると、請求項３の波形の基材に多数の孔が開いて
いるため、波形に沿った液体通路（15）同士を連絡する
液体通路が形成され、一層の液体の混合、拡散が生じ
る。請求項９の発明によると、請求項３の波形の基材の
表裏面に対する種々の加工によって、伝熱面積の増大
と、ミクロ的な液体の混合、拡散を生じさせることがで
きる。請求項１０の発明によると、請求項３の積層体の
複数を積層方向を変えて軸方向に積み重ねるので、積層
体から積層体への流入時に液体の混合が生じる。請求項
１１の発明によると、多層構造における液体の拡散と同
時の加熱によって、伝熱面積の増大による熱効率の向上
と均一加熱を同時に達成できる。したがって本発明の電
磁誘導加熱方法によると、効率的な加熱が可能になり多
層構造体の部分では１００％に近いの熱効率が得られ
る。更に多層構造体内の規則的な液体通路を複雑にする
ことなどによって、加熱ムラが少なく、低温加熱から高
温加熱までの広範囲の液体加熱が可能になる。さらに、
伝熱面積が大きいことから、加熱の立ち上がり、停止、
応答が早くなると共に、液体の焦げつきや変質による品
質劣化の恐れも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の液体の電磁誘導加熱装置の部分断面
図である。

【図２】この発明の液体の電磁誘導加熱装置の他の実施
の形態の部分断面図である。

【図３】加熱装置本体が配管に組み込まれた状態を示す
部分断面図である。

【図４】積層充填体（多層構造体）を示す部分断面斜視
図である。

【図５】絶縁体カラムの断面形状を示す横断面図であ
る。

【図６】絶縁体カラムへのコイルの埋設状態を示す部分
縦断面図である。

【図７】絶縁体カラムの電磁波漏洩防止板を示す部分縦
断面図である。

【図８】積層充填体の隣接する基材に孔が加工された状
態を示す斜視図である。

【図９】積層充填体の基材の平面図である。

【図１０】積層充填体が積み重ねられた状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

（１） ─ 絶縁体カラム （１−１） ─ 絶縁体カラム（断面形状が円形） （１−２） ─ 絶縁体カラム（断面形状が楕円形） （１−３） ─ 絶縁体カラム（断面形状が四角形） （１−４） ─ 絶縁体カラムの天板 （１−５） ─ 絶縁体カラムの底板 （２） ─ コイル （３） ─ 積層充填体 （４） ─ 基材 （４−１） ─ 基材の孔 （４−２） ─ 基材の凹部 （４−３） ─ 基材の凸部 （４−４） ─ 基材の波形 （５） ─ 電磁波漏洩防止板 （６） ─ 基材の縦軸 （７） ─ 波形の傾斜角度 （８） ─ 交点 （10） ─ 分配器 （11） ─ 壁流防止板 （12） ─ 継手 （13） ─ 管 （15） ─ 液体通路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁体カラム（１）と、この絶縁体カラ
   ム（１）に巻線された通電可能なコイル（２）と、前記
   絶縁体カラム（１）内に組み込まれ、前記コイル（２）
   による電磁誘導で渦電流を生じて発熱する多層構造体
   （３）と、この多層構造体を形成する基材（４）と、前
   記多層構造体によって形成された規則的な多数の液体通
   路（15）と、前記多層構造体（３）に至る液体の分配器
   （10）とを備えてなる液体の電磁誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記多層構造体
   （３）を互いに溶着された多数の基材（４）で形成した
   液体の電磁誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記多層構造体を多
   数の前記基材（４）の積層体（３）に形成し、前記液体
   通路（15）を前記基材（４）間の多数の区切りによって
   形成した液体の電磁誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記液体通路を前記
   絶縁体カラム（１）の縦軸（６）に平行に形成した液体
   の電磁誘導加熱装置。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記基材（４）をそ
   の断面形状が三角形、四角形または丸形などの波形とな
   った板材とし、前記液体通路を前記波形で区切った液体
   の電磁誘導加熱装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、隣接する前記基材
   （４）の波形（４−４）が交点を有するように交叉し、
   この交点で前記基材（４）同志を溶着した液体の電磁誘
   導加熱装置。
7. 【請求項７】 請求項５において、前記基材（３）の波
   形（４−４）を前記絶縁体カラム（１）の縦軸（６）に
   対して傾斜角度（７）を有するように配設した液体の電
   磁誘導加熱装置。
8. 【請求項８】 請求項３において、前記基材（４）に多
   数の孔を開けた液体の電磁誘導加熱装置。
9. 【請求項９】 請求項３において、前記基材（４）の表
   裏面に、エンボス加工、梨地加工、凹凸加工の少なくと
   も一つを施した液体の電磁誘導加熱装置。
10. 【請求項１０】 請求項３において、前記絶縁体カラム
    （１）の縦軸（６）の方向に、各々の積層方向が異なる
    ように前記積層体（３）を複数段積み重ねた液体の電磁
    誘導加熱装置。
11. 【請求項１１】 液体を絶縁体カラム（１）の内面に分
    散させる段階と、 絶縁体カラム（１）内に、導電性材料の基材（４）によ
    り形成された多層構造体（３）を配設し、前記多層構造
    体（３）によって形成された多数の規則的な液体通路
    （15）を通過させることによって液体に拡散を生じさせ
    る段階と、 前記絶縁体カラム（１）に設けられたコイル（２）に通
    電することによって、前記多層構造体（３）を形成する
    基材（４）を発熱させ、多層構造体（３）内を拡散しな
    がら通過する液体を加熱する段階とを備えてなる液体の
    電磁誘導加熱方法。