JP2002305074A

JP2002305074A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2002305074A
Application number: JP2001104812A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nishikawa; 進西川; Yoshihiro Ishida; 良廣石田; Shigeki Yamamoto; 重樹山本; Kazuhiko Yazaki; 和彦矢崎
Original assignee: Kogi Corp
Current assignee: Kogi Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】長い孔の加工が困難な材料であっても、発熱
体の製造費を低減でき、流体を効率よく加熱できるもの
とする。【解決手段】流体が通るように非誘導加熱体で形成さ
れた筒状の通路１２と、通路中に設置された発熱体１
３、１４、１５、と、通路の外側に巻かれ発熱体を誘導
加熱する高周波加熱コイル１６とを備えてなる誘導加熱
装置において、発熱体は、流体が通過するように複数の
貫通孔１３a、１３ｂ、…、１４ａ、１４ｂ…等を設け
てあると共に、通路の方向に所定の間隔を隔てて２以上
が設置されており、コイルは、発熱体及び間隔部１８に
連続した磁束が生じるように巻かれている。所定の間隔
は、２以上設置された発熱体の通路方向全長の10％以下
である。２以上の発熱体が、所定の間隔に対応する寸法
で前記発熱体に突設されたスペーサ２１により所定の間
隔となる。貫通孔の位置を通路に直角な方向に異ならせ
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱により発
熱させた発熱体に、流体を接触させて高温流体とする誘
導加熱装置である。

【０００２】

【従来の技術】流体を昇温する一つの技術として、誘導
加熱装置が知られている。この誘導加熱装置は、流体が
通る通路部材の中に発熱体を設置し、通路部材の外周に
巻かれたコイルに電流を通して発熱体を発熱させること
で流体を昇温する装置である。この誘導加熱装置は、燃
料の燃焼エネルギーを直接利用する物と比べて流体の温
度制御が容易であり、急速加熱が可能であり、電力使用
であるからクリーンである点で好ましい。

【０００３】図４に示すように、誘導加熱装置１は、コ
イル２に高周波電源３から電力が供給されると、電磁誘
導により発熱体４に渦電流が発生し、発熱体４が発熱す
る。ボビン５内に一端から加熱する流体を適当な流速で
供給すると、流体は、発熱体４の孔４ａ、４ｂ、４ｃ、
…を通り抜ける間に加熱され、他端より昇温されて出て
いく。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような誘導加熱装
置１は、大きな熱量が必要とされる場合、従来は発熱体
４を長くしていたが、キュリー点が高く高温耐熱性に優
れた材質の発熱体は製造費が高くなる問題がある。特
に、長い孔の加工は困難で加工費が高くなるだけでな
く、加工不可能な場合もある問題があった。本発明は、
長い孔の加工が困難な材料であっても、発熱体の製造費
を低減でき、流体を効率よく加熱できる誘導加熱装置を
提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、流体が
通るように非誘導加熱体で形成された筒状の通路と、前
記通路中に設置された発熱体と、前記通路の外側に巻か
れ前記発熱体を誘導加熱する高周波加熱コイルとを備え
てなる誘導加熱装置において、前記発熱体は、流体が通
過するように複数の貫通孔を設けてあると共に前記通路
の方向に所定の間隔を隔てて２以上が設置されており、
前記コイルは、前記発熱体及び前記間隔に連続した磁束
が生じるように巻かれていることを特徴とする(請求項
１)。

【０００６】この手段では、コイルに電力を供給して発
熱体に発熱させ、通路の一端から流体を供給すると、通
路の他端から流体が加熱されて出てくる。発熱体を２以
上に設けたことは、流体の所望の加熱に必要な熱量を与
えるために、加工困難な材質でも必要な比較的長い発熱
体長さとするためであり、そして発熱体を所定の間隔を
隔てて設置したことは、流体の加熱効率を向上させるた
めである。すなわち、全く間隔を有しない比較的長い発
熱体を製造する場合、例えば、材質が発熱体に適した耐
熱磁性セラミック・金属複合材の場合、全長が50ｍｍ,1
00ｍｍぐらいならば流体の通る貫通孔の径が5ｍｍ位ま
でのものは加工可能である。しかし、全長がそれ以上長
くなれば、貫通孔の加工が困難となり、加工費が高騰す
る上に、加工不可能の場合もあり得る。発熱体の製造費
用から考えた場合、分割する方が、当然優位である。一
般的には発熱体を複数個並べた方が熱効率は悪いと考え
られるが、実際には逆に複数個並べた方が、熱効率は一
体の発熱体よりも僅か良いということが下記の実験から
得られた。その結果を表１に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】実験は、発熱体の一体型、分割型の２種類
とし、コイルを発熱体の全長に跨る同じ物とし、流体を
蒸気とし、同じ温度の蒸気を供給し、出口温度を同一と
し、通過蒸気量を比較した。表１から分かるように、分
割型の方が一体型のものよりも通過蒸気量が多く、熱効
率がよいことが分かる。つまり、所定の間隔を設け、そ
の間隔にも連続した磁束を発生させることにより、熱効
率を上げることが出来、発熱体の製造費用も一体型にく
らべて安価になる利点を有していることが判明した。こ
の熱効率がよくなる理由としては、流体が発熱体の貫通
孔を層流の状態で通過した後、発熱体の間隔部分を通過
する際に乱流となて、その部分で流体温度が均一化され
る過程が入るために、効率よく昇温することになると考
えられる。つまり、流体が層流の状態で貫通孔を通過し
てしまう場合には中心部が加熱されにくいが、途中で乱
流状態になることで攪拌されると中心部の低温も均等化
されてより適切に加熱されることになるからである。

【０００９】前記手段において、前記所定の間隔は、前
記２以上設置された発熱体の前記通路方向全長の１０％
以下である構成とするのがよい（請求項２）。この構成
では、所定の間隔を１０％以下にすことにより効率良く
昇温できる。少なすぎると、乱流が起こりにくく、効率
が悪くなる。

【００１０】前記手段において、前記２以上の発熱体
が、前記所定の間隔に対応する寸法で前記発熱体に突設
されたスペーサにより前記所定の間隔となるように位置
決めされている構成とするのがよい（請求項３）。この
構成では、スペーサを発熱体に設けることにより、所定
の間隔を維持でき、流体の乱流による攪拌状態を得るこ
とができる。好ましくは、スペーサの位置は、流体通路
断面の中心に位置するように設けるのが良く、これによ
り、渦電流は発熱体の表皮部分に集中することがしられ
ていることから、発熱効率の低下が殆どないのである。
さらに、スペーサと発熱体を一体的に設けるのが良く、
これにより、流体通路を横向きに設置する場合に、スペ
ーサの位置ずれがなくなる。そして、発熱体とスペーサ
の製作も別々よりは容易になる。

【００１１】前記手段において、前記間隔を隔てて隣合
う発熱体が、前記貫通孔の位置を前記通路に直角な方向
に異ならせて設置されている構成とするのがよい（請求
項４）。この構成では、隣合う発熱体間で貫通孔が同軸
上に一致しない構成であり、流体の前記乱流状態を確保
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１(ａ)及
び図２(ｂ)に基づいて説明する。この誘導加熱装置１１
は、通路１２、発熱体１３、１４、１５、コイル１６等
で構成されている。通路１２は、加熱する流体が通る流
体通路であり、非磁性体で耐熱性に優れたセラミックス
製のパイプ１７で形成され、そのパイプ１７の内孔であ
る。この通路１２は、例えば、窒化珪素で形成されてい
る。

【００１３】発熱体１３、１４、１５は、所定の長さＬ
に形成された円柱状のもので、通路１２の軸方向に所定
の間隔寸法ｈの間隔部１８を形成するようにそれぞれ挿
入されている。図示のものは３個の発熱体を示してある
が、少なくとも２個以上を、夫々の間に間隔を隔てて設
けるものとする。各発熱体１３、１４、１５は軸方向に
沿った多数の貫通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、…、１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ、…、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…を
穿設してあり、流体が発熱体１３，１４，１５を通過す
る流路としてある。前記間隔寸法ｈは、貫通孔１３ａ、
１３ｂ、１３ｃ、…、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、…、１
５ａ、１５ｂ、１５ｃ…等（以下貫通孔１３ａ等と記
す）を通過した流体を間隔部１８で乱流を起こさせるよ
うになっているもので、発熱体１３、１４、１５の、軸
方向の全長Lの１０％以下であることが適切な乱流を起
こさせるために望ましい。また、前記各発熱体１３、１
４、１５の貫通孔１３ａ等は、前後に隣合う発熱体間で
通路１２に直角な方向の位置が異なるように、例えば、
同じ形状寸法の発熱体を３個用い順次軸線回りに回転変
位させて貫通孔１３ａ等の位置が前後で一致しないよう
に各発熱体１３、１４、１５を設置してある。つまり、
各貫通孔の位相がずれるように各発熱体が通路１２内に
設置されている。これにより、より一層乱流が生じやす
くなる。発熱体１３、１４、１５は、電磁誘導加熱によ
り発熱して高温になる物質、例えば、耐熱磁性合金、又
は耐熱磁性セラミックス・金属複合材料で形成されてい
る。

【００１４】コイル１６は、発熱体１３、１４、１５を
誘導加熱する高周波加熱コイルであり、発熱体１３、１
４、１５及び所定の間隔ｈに連続した磁束が生じるよう
に、通路１２を形成しているパイプ１７の外側に設けら
れた断熱材１９の上から巻かれている。コイル１６は高
周波電源２０、すなわち、高周波インバーターから電力
の供給を受けるようになっている。

【００１５】この誘導加熱装置１１は、コイル１６に高
周波電源２０から電力が供給されると、電磁誘導により
発熱体１３、１４、１５に渦電流が発生し、発熱体１
３、１４、１５が発熱する。例えば、この発熱体１３、
１４、１５は、比抵抗が大きいため発熱して１２００°
C程度にまで昇温可能である。通路の一端から流体を適
当な流速で供給すると、流体は、発熱体１３、１４、１
５の貫通孔１３ａ等を通り抜ける間に加熱される。ま
た、流体は、発熱体１３の貫通孔を通り抜けると、所定
の間隔寸法ｈの間隔部１８で乱流を生じ、そして次の発
熱体１４の貫通孔に入り、更に次の間隔部１８で乱流を
生じ、更に次の発熱体１５の貫通孔に入り、出口側の通
路１２に出る。この乱流が生じることにより攪拌されて
流体は均一に昇温され、発熱体5を通過した流体は、１
０００°Ｃまで昇温される。

【００１６】第２の実施の形態を、図２を用いて説明す
る。この実施形態は、第１の実施形態における間隔部１
８の間隔寸法ｈを決定するようにスペーサ２１、２２を
設けてあり、発熱体１４とスペーサ２１、発熱体１５と
スペーサ２２が一体的に形成されている。このスペーサ
２１、２２は、流体の乱流が起こることを妨げないよう
に、発熱体５の中心に設けられ、突起状に形成されてい
る。この他の構成は、第１の実施形態におけるものと同
様であり、同一図面符号で示して説明を省略する。

【００１７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、発熱体の製作費
用を低減出来る。また、流体が発熱体の貫通孔を通過し
た後、発熱体の所定の間隔を通過する際に乱流が起こる
ことにより、流体を均一に熱効率よく昇温出来る効果を
有する。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の
効果に加えて、所定の間隔を２以上設置された発熱体の
軸方向全長の１０％以下にすることにより、より効果的
に昇温出来る効果を有する。請求項３記載の発明は、請
求項１又は請求項２記載の発明の効果に加えて、流体の
乱流が起こることを妨げることなく、また発熱体の製作
が容易になるという効果を併せ有する。請求項４記載の
発明は、請求項１，請求項２及び請求項３のいずれかに
記載の効果に加えて、流体に一層乱流を生じさせること
が出来るため、流体をより均一に昇温させることが出来
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための部分
縦断概略斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を説明するための部分
縦断斜視図である。

【図３】第２の実施形態の、発熱体の形態を示す斜視図
である。

【図４】従来の誘導加熱装置の部分縦断概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１誘導加熱装置１２通路１３、１４、１５発熱体１６コイル１７パイプ１８間隔部１９断熱材２０高周波電源２１スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本重樹兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地虹技株式会社姫路東工場内 (72)発明者矢崎和彦兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地虹技株式会社姫路東工場内Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB04 AD03 AD40 CD79

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が通るように非誘導加熱体で形成さ
れた筒状の通路と、前記通路中に設置された発熱体と、
前記通路の外側に巻かれ前記発熱体を誘導加熱する高周
波加熱コイルとを備えてなる誘導加熱装置において、前
記発熱体は、流体が通過するように複数の貫通孔を設け
てあると共に、前記通路の方向に所定の間隔を隔てて２
以上が設置されており、前記コイルは、前記発熱体及び
前記間隔に連続した磁束が生じるように巻かれているこ
とを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】前記所定の間隔は、前記２以上設置され
た発熱体の前記通路方向全長の１０％以下であることを
特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】前記２以上の発熱体が、前記所定の間隔
に対応する寸法で前記発熱体に突設されたスペーサによ
り前記所定の間隔となるように位置決めされていること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の誘導加熱装
置。
【請求項４】前記間隔を隔てて隣合う発熱体が、前記
貫通孔の位置を前記通路に直角な方向に異ならせて設置
されていることを特徴とする請求項１，請求項２および
請求項３のいずれかに記載の誘導加熱装置。