JPH11144852A - 管内容物の加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 被加熱物を金属管などに収容して、ある
いは流送しながら、管体を誘導加熱して管内容物を加熱
する方法において、管内容物が迅速に加熱されるような
手段を提供すること。 【解決手段】 加熱されるべき管体を複数本の小径管体
を分け、これらをまとめて誘導加熱するように構成して
管内の伝熱に要する時間を短縮した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体，液体，気
体，あるいはこれらの混合物を導電性の管体内に収容し
て、ないしは流送しながら誘導加熱する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記物質を管内で加熱する手段として、
電熱ヒーター（管内，管外），環状炉，誘導加熱
を例示できる。は軽便であるが、入熱速度を大きくと
れず、急速・高温加熱には適さない。又、は急速加熱
にも高温加熱にも対応できるが、加熱速度・温度に応じ
て加熱ゾーンが膨大化し、又、作業環境が苛酷になる。
この点の誘導加熱は、管体自体を内部加熱するので急
速・高温加熱に関して本質的な仕様上の限界がなく、
又、狭い区間に大入熱を集中できるので加熱ゾーンが小
さくて済み、更には、発熱体である管体を系外から断熱
することにより、放熱ロスを極小化し且つ加熱ゾーン回
りを常温に保つことができる。即ち、誘導加熱は急速・
高温加熱性の極めて優れた簡潔な加熱手段である。

【０００３】誘導加熱は、金属等の導電体に誘導コイル
を係合させて該コイルに交流を通電するこよにより、導
電体内に誘導電流（渦電流）を生じさせてジュール発熱
させる加熱手段である。よって、管内容物の加熱に利用
する場合、管内容物が十分大きな導電性を有していない
限り、これに効率よく直接入熱することができないの
で、金属管などの導電性管体を用いて該管体を発熱させ
るようにする。この際、管内容物にもその導電性に応じ
て誘導電流が生じるがその比率は小さく、発熱への寄与
は少ない。即ち、管内容物は概ね管体からの伝熱によっ
て加熱されることになるので、管の中心部が所期の下限
温度に達するのに時間がかかる。又、短時間で加熱しよ
うとして入熱速度を上げると、管体に接する側の温度が
所期の上限温度を超えてしまう。このように、管内容物
の加熱に誘導加熱を利用しても、前記急速加熱性が十分
に生かされず、生産性の向上につながりにくいという問
題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであって、導電性管体内の収容物
ないしは流送物を、管体を誘導加熱して加熱する際に、
管内容物も十分迅速に加熱されるような加熱方法の提供
を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明の要旨は、導電性管体内の収容物ないしは
流送物を、管体を誘導加熱して加熱する方法であって、
加熱されるべき管体を、相互間の接触によって閉回路状
に導通しないように並列配置した複数本の小径管体より
成る並列管体群を以て構成し、該並列管体群に誘導コイ
ルを包括的に係合させて誘導加熱を行うことを特徴とす
る管内容物の加熱方法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は上記本発明の構成を概念的
に示した図であって、小径管体１の群に１つの誘導コイ
ル２を係合させて誘導加熱することにより、各管体１を
周回する誘導電流が生じて各管体が全周に亘ってジュー
ル発熱するものである。ここで管体１が相互間の接触に
よって閉回路状に導通しないようにするのは、閉回路状
に導通すると図４に示すように接触点Ｐよりも外側にあ
る部分に流れる電流ｉ₁と、内側にある部分に流れる電
流ｉ₂に差異が生じ、発熱が円周方向に均等でなくなる
からである。

【０００７】上記本発明加熱方法によれば、加熱される
べき管体を、図１に示したように内径が２ｒの複数本の
小径管体１に分けて誘導加熱するようにしたことによ
り、たとえば図６に例示する内径が２Ｒの大径の管体
１′と同等の容積となるようにｒ＝Ｒ／√ｎのｎ本の小
径管体に分けた場合には、管体内の伝熱距離の最大値Ｌ
がＲからｒに、即ち、１／√ｎに減少する。しかして、
過渡的な伝熱における熱の拡散挙動に基づき、均熱に至
る迄の管の中心部の温度Ｔの推移が、下記(1)式 Ｔ＝Ｔ₁+｛Ｔ₂−Ｔ₁｝｛１−ｅｘｐ（−ｋａｔ／Ｌ²）｝．．．．(1) （但し、Ｔ₁は初期温度，Ｔ₂は均熱時の温度，ｋは定
数，ａは熱の拡散係数，ｔは時間）により近似的に表せ
るものとして、Ｔが所期の下限温度Ｔ₁＋θ（Ｔ₂−
Ｔ₁）（但し、Ｏ＜θ＜１）に達する迄の時間ｔθは、
(1)式より ｔθ＝（−Ｌ²／ｋａ）ｌｎ（１−θ） ・・・・(2) で表わすことができる。即ち、上記Ｌが１／√ｎとなる
ことによりｔθは１／ｎとなって、伝熱が、ひいては管
内容物の加熱が、処理容積を維持した形でｎ倍に迅速化
され、前記本発明の課題が解決されることが判る。

【０００８】本発明加熱方法は、管体内に収容ないしは
流送可能なすべての物質を加熱対象とすることができ
る。たとえば、穀物粉，活性炭，砂利などの粉粒体、
水，油、あるいはこれらを媒質とする溶液，エマルジョ
ン，液媒ゾルなどの液状物，空気，各種ガス，気−液２
相流体，気媒ゾルなどの気体ないしは気体と同様に挙動
する物質を挙げることができる。

【０００９】又、本発明加熱方法は、誘導加熱によるこ
とから、導電性管体の耐熱限度内の任意の温度への加熱
に利用できる。云いかえれば、導電性を有し且つ所期の
加熱温度に耐える管体を用いるものであり、管内容物に
よる侵食あるいはこれに伴う管内容物の汚染なども考慮
に入れて、管材を選定する。

【００１０】オーステナイト系などのステンレス鋼管、
Ｎｉ，Ｃo系，Ａｌ系などの合金管，セラミックや樹脂
をコーテイングした鋼管などが夫々の耐食性，耐熱性に
応じて有用である。1000℃以上の高温加熱には、Ｍｏ
系，Ｗ系の金属管，ＳｉＣなどの導電性セラミック管も
有用となる。

【００１１】次に、本発明加熱方法の作用と、小径管体
及び誘導コイルの配置態様などとの関係について説明す
る。

【００１２】たとえば、図１に示したｎ＝４の例では、
図６に示すｎ＝１の例、即ち、複数の小径管体に分けな
い従来の１本構成に比べて、伝熱距離が１／２となって
おり、伝熱は４倍に迅速化されるが、同時に管体1と誘
導コイル２の係合長さも１／２となって管体に対する誘
導加熱の効率は低減する。

【００１３】しかして、上記係合長さの問題は、図２の
ような形状のコイル２を配することによって解決され
る。更には、図３のように管体１を角形にすると、管体
同士が隣接する部分の管体インダクタンスが管体相互間
の誘導作用により殆ど消去されて、誘導コイル２から見
たインダクタンスが1本構成の大径管体と同等になり、
しかも同一管体容積当たりのコイル係合長さが２／√π
倍（角形管と丸形管の周長比）近くまで増加するので、
１本構成の丸形管を上回る誘導加熱効率が得られる。

【００１４】なお、図１の例では、小径管体１を相互間
に離間させることによって管体相互間で導通しないよう
にしているが、小径管体１を絶縁材料を介して密に配置
する形としてもよい。又、小径管体を点対称状に配置し
ているが、各管体１に流れる誘導電流の均等性が損なわ
れない範囲であれば他の配置態様によってもよい、更に
は、誘導コイル２の形についても、図示の例のような環
状に限定されるものではなく、誘導電流の均等性が得ら
れるような分割形式の誘導コイルを充ててもよい。更に
又、必要に応じて、コイル２を小径管体群の内側にある
いは内外に配してもよい。

【００１５】本発明方法による加熱の迅速化は、管体の
本数がｎ＝２，ｎ＝３でも奏効し、伝熱は夫々２倍，３
倍に迅速化されるが、誘導加熱における入熱と管内伝熱
の速さの比率が著しく大であるため効果として物足りな
い。一方、ｎ≧５といった構成は、伝熱が５倍以上とな
る点は良いが、図５にｎ＝６の例を示したように誘導コ
イルの造作が、ひいては管体との取合いが複雑化する。

【００１６】それよりも、ｎ＝４として且つ管径を１／
√n＝1／２ではなく、その半分の１／４とし、その代り
に管体長さを４倍にして容積が同一の細長い加熱部とす
れば、伝熱が従来の16倍に迅速化されることになり効果
が大きい。即ち、設備を複雑化せずに伝熱の迅速化が図
れるという点で、ｎ＝４の構成が総じて有利である。

【００１７】本発明方法においては、上述のように管内
の伝熱が迅速化される。誘導加熱を利用して管内容物を
加熱する場合、加熱所要時間には、管体の誘導加熱に要
する時間と管内の伝熱に要する時間の両者が直列的に関
係する。しかして、通常は後者が圧倒的に長いことか
ら、伝熱所要時間が加熱所要時間を支配していた。よっ
て、本発明による伝熱の迅速化が、そのまま加熱所要時
間の短縮につながる。上記時間短縮は当然ながら入熱パ
ワーをｎ倍前後に上げるなどして行うことになる。因に
云えば、管体に接する側の管内容物の温度が所期の上限
温度を超える事態を招くことなく入熱パワーを増強でき
るのが本発明方法の特長である。

【００１８】なお、本発明方法は、上記時間短縮目的に
限らず、被処理物の品質向上などのために管内の温度む
らを小さくする目的に利用してもよい。即ち、前記(1)
式から明らかなように、伝熱距離の最大値Ｌを小さくし
た本発明方法によれば管の中心部の昇温が早くなり、同
じ入熱条件で比べた管内の温度むらが顕著に改善され
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、上述のように、導電性管体内
の内容物を、管体を誘導加熱して加熱するに際して、加
熱される管体を複数本に分け、しかも全体をまとめて誘
導加熱する構成により、１／４〜１／16といった加熱時
間の大巾短縮を、設備を複雑化させずに実現したもので
ある。

【００２０】この結果、管体内にてバッチ的に行う加熱
処理、管路に流送しながら行なう加熱処理のいずれにお
いても、時間当たりの処理量の増大あるいは設備の小型
化が可能となった。即ち、誘導加熱の大きな特長である
急速加熱性が、管内容物の加熱という場面でようやく生
産性の向上につながったことになる。加熱処理は各種の
業界にて広く行なわれるものであり、コスト要因として
重要な位置を占めることが多いので、産業界における本
発明方法の役割は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法による加熱態様を概念的に示した正
断面図。

【図２】図１の加熱態様において誘導コイルの形態を変
更した正断面図。

【図３】角形断面の小径管体を使用した本発明方法を概
念的に示した正断面図。

【図４】小径管体が閉回路を形成するようにして加熱し
た場合の正断面図。

【図５】小径管体を６本使用した本発明加熱方法を示す
正断面図。

【図６】１本の大径管体を誘導コイルで加熱する例の正
断面図。

【符号の説明】

１ 小径管体 ２ 誘導コイル

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】上記本発明加熱方法によれば、加熱される
べき管体を、図１に示したように内径が２ｒの複数本の
小径管体１に分けて誘導加熱するようにしたことによ
り、たとえば図６に例示する内径が２Ｒの大径の管体
１′と同等の容積となるようにｒ＝Ｒ／√ｎのｎ本の小
径管体に分けた場合には、管体内の伝熱距離の最大値Ｌ
がＲからｒに、即ち、１／√ｎに減少する。しかして、
過渡的な伝熱における熱の拡散挙動に基づき、均熱に至
る迄の管の中心部の温度Ｔの推移が、下記（１）式 Ｔ＝Ｔ_１＋｛Ｔ_２−Ｔ_１｝ ｛１−ｅｘｐ（−ｋａｔ／Ｌ^２）｝ ．．．．（１） （但し、Ｔ_１は初期温度，Ｔ_２は均熱時の温度，ｋは定
数，ａは熱の拡散係数，ｔは時間）により近似的に表せ
るものとして、Ｔが所期の下限温度Ｔ_１＋θ（Ｔ_２−Ｔ
_１）（但し、０＜θ＜１）に達する迄の時間ｔ（θ）
は、（１）式より ｔ（θ）＝（−Ｌ^２／ｋａ） ｌｎ（１−θ） ・・・・（２） で表わすことができる。即ち、上記Ｌが１／√ｎとなる
ことによりｔ（θ）は１／ｎとなって、伝熱が、ひいて
は管内容物の加熱が、処理容積を維持した形でｎ倍に迅
速化され、前記本発明の課題が解決されることが判る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性管体内の収容物ないしは流送物
   を、管体を誘導加熱して加熱する方法であって、加熱さ
   れるべき管体を、相互間の接触によって閉回路状に導通
   しないように並列配置した複数本の小径管体より成る並
   列管体群を以て構成し、該並列管体群に誘導コイルを包
   括的に係合させて誘導加熱を行うことを特徴とする管内
   容物の加熱方法。
2. 【請求項２】 前記並列管体群を４本の小径管体により
   構成した請求項１に記載の管内容物の加熱方法。