JP3240384B2 - 流体加熱装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
- H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は流体（即ち、液体、又はガス）を加熱するた
めの装置であって、露出した加熱手段や直接炎を用いる
こと無く高い効率で連続的に流れる流体を加熱すること
が出来る装置に関する。
めの装置であって、露出した加熱手段や直接炎を用いる
こと無く高い効率で連続的に流れる流体を加熱すること
が出来る装置に関する。
本発明の装置は営業用あるいは産業用の温水加熱に特
に有用である。
に有用である。
又、この装置は以下の説明に示される用途に限定され
るものでなく、広範囲の流体を加熱するために使用され
ることが可能である。
るものでなく、広範囲の流体を加熱するために使用され
ることが可能である。
現在、営業用及び産業用温水加熱は通常一括処理であ
る。即ち、貯蔵タンク内に蓄えられた水が電気的加熱手
段又はガスバーナーにより加熱され、そして必要とされ
る時迄その貯蔵タンク内で蓄えられる。この処理法は幾
つかの欠点を有する。即ち、貯蔵タンクは大きく、且つ
配管内での熱損失を回避されなければならないので使用
場所に近接して配備されなければならない。もし温水の
使用頻度が少なければ、不必要にもかかわらず、大量の
エネルギーが大量の水を高温に保持する為に消費され
る。又、温水の使用頻度が多ければ、貯蔵タンクからの
温水の供給が不十分となるかも知れない。これらの欠点
を克服するために、貫流式の温水器が市販されている
が、現在までそのような温水器の全ては比較的低流速で
温水しか供給出来ず、又、設置するのが高価であった。
故に、本発明の目的は、製造及び設置するのに比較的に
安価であり、しかも比較的高流速で効率的に動作可能な
貫流式の流体の加熱装置を提供することにある。ほとん
どの商業用及び家庭用の建物内においては主電力が利用
できる。そして主電力（即ち、50Hzから60Hzの範囲の周
波数の交流電源）が供給電源の種類あるいはその周波数
を変更すること無く利用可能であるならば、流体の加熱
装置の設置や操作費用を大いに低減することが出来る。
故に、主電力で操作できる流体についての加熱装置を提
供することが本発明の更なる目的である。
る。即ち、貯蔵タンク内に蓄えられた水が電気的加熱手
段又はガスバーナーにより加熱され、そして必要とされ
る時迄その貯蔵タンク内で蓄えられる。この処理法は幾
つかの欠点を有する。即ち、貯蔵タンクは大きく、且つ
配管内での熱損失を回避されなければならないので使用
場所に近接して配備されなければならない。もし温水の
使用頻度が少なければ、不必要にもかかわらず、大量の
エネルギーが大量の水を高温に保持する為に消費され
る。又、温水の使用頻度が多ければ、貯蔵タンクからの
温水の供給が不十分となるかも知れない。これらの欠点
を克服するために、貫流式の温水器が市販されている
が、現在までそのような温水器の全ては比較的低流速で
温水しか供給出来ず、又、設置するのが高価であった。
故に、本発明の目的は、製造及び設置するのに比較的に
安価であり、しかも比較的高流速で効率的に動作可能な
貫流式の流体の加熱装置を提供することにある。ほとん
どの商業用及び家庭用の建物内においては主電力が利用
できる。そして主電力（即ち、50Hzから60Hzの範囲の周
波数の交流電源）が供給電源の種類あるいはその周波数
を変更すること無く利用可能であるならば、流体の加熱
装置の設置や操作費用を大いに低減することが出来る。
故に、主電力で操作できる流体についての加熱装置を提
供することが本発明の更なる目的である。
背景技術 流体、特に水を加熱するために電気的変圧器を採用す
るという多くの先行技術が存在する。
るという多くの先行技術が存在する。
例えば、米国特許第1458634号（Alvin Waage氏の特
許、1923年）は一次と二次コイルがその上に巻かれてい
る共通のコアーから成る装置を開示する。その二次コイ
ルは短絡され、それで二次側に引き起こされる電圧は二
次コイル内に電流を流れさせて、それを加熱する。二次
コイルは管状で、そして加熱される水はその中を貫流す
るようになっている。一次側のコイルも又管状であって
も良い。
許、1923年）は一次と二次コイルがその上に巻かれてい
る共通のコアーから成る装置を開示する。その二次コイ
ルは短絡され、それで二次側に引き起こされる電圧は二
次コイル内に電流を流れさせて、それを加熱する。二次
コイルは管状で、そして加熱される水はその中を貫流す
るようになっている。一次側のコイルも又管状であって
も良い。
この一般的に加熱装置は又、米国特許第4602140号と
同第4791262号で開示される。
同第4791262号で開示される。
この設計の変形例が米国特許第1656518号で開示さ
れ、加熱される流体がタンクを通じて流れ、それは短絡
された二次側として機能する。
れ、加熱される流体がタンクを通じて流れ、それは短絡
された二次側として機能する。
他の変形例が米国特許第2181274号で開示されてい
る。当該技術は加熱される流体が変圧器のコア内を貫流
し、一次と二次コイルがそのコア回りで同心であり、そ
の二次コイルが効率的な単一短絡巻きである。一次と二
次コイル、そして共通コアの全てが空洞で、そして加熱
される流体がそのコア内を、そして又（任意に）一次と
二次コイル内を循環する他の変形例が米英国特許第1671
839号で開示されている。その二次コイルは短絡されて
いる。
る。当該技術は加熱される流体が変圧器のコア内を貫流
し、一次と二次コイルがそのコア回りで同心であり、そ
の二次コイルが効率的な単一短絡巻きである。一次と二
次コイル、そして共通コアの全てが空洞で、そして加熱
される流体がそのコア内を、そして又（任意に）一次と
二次コイル内を循環する他の変形例が米英国特許第1671
839号で開示されている。その二次コイルは短絡されて
いる。
但し、上記装置の全てにおいて、その変圧器はコアを
有している。50Hzから60Hzの範囲の周波数の交流電源を
用いる装置に対して、変圧器コアが採用されさえすれば
効率的な磁束鎖交が達成されることは電気工学実験にお
いて確立された原理である。コアレス変圧器が知られ、
そして永年使用されているが、高周波数用途即ち高周波
数の交流電源を用いた場合においては、効率的磁束鎖交
がコア無しで達成できるので、それは高周波数（一般的
に、50KHz、即ち主周波数よりも千倍も高い）用途に対
してのみ有効であった。但し、本発明の設計は、本発明
の装置がコアレスといえども、50Hzから60Hzの範囲の周
波数の交流電源を用いて非常に高い効率で動作するた
め、優れた利点を有しているのである。コアレス変圧器
はコア変圧器よりも数多く利点を有する。第一に、その
コアの製造あるいは取り付けの必要がないので、かなり
のコスト節減が出来る。次に、コアレス変圧器は、コア
変圧器による平坦磁化曲線に対して、線形的磁化曲線を
典型的に表す。線形的磁化曲線は、その変圧器が遥かに
広い電圧範囲で効率的に動作でき、更に制御が容易とな
る。即ち、曲線平坦部により影響を受けることが無くな
り、より広範囲に電圧を変化させることが可能となるこ
とを意味する。更なる利点は、コアレス変圧器は、冷却
流体にとって障害となるコアが無いので、より冷却し易
く、従って変圧器の効率が改善される。
有している。50Hzから60Hzの範囲の周波数の交流電源を
用いる装置に対して、変圧器コアが採用されさえすれば
効率的な磁束鎖交が達成されることは電気工学実験にお
いて確立された原理である。コアレス変圧器が知られ、
そして永年使用されているが、高周波数用途即ち高周波
数の交流電源を用いた場合においては、効率的磁束鎖交
がコア無しで達成できるので、それは高周波数（一般的
に、50KHz、即ち主周波数よりも千倍も高い）用途に対
してのみ有効であった。但し、本発明の設計は、本発明
の装置がコアレスといえども、50Hzから60Hzの範囲の周
波数の交流電源を用いて非常に高い効率で動作するた
め、優れた利点を有しているのである。コアレス変圧器
はコア変圧器よりも数多く利点を有する。第一に、その
コアの製造あるいは取り付けの必要がないので、かなり
のコスト節減が出来る。次に、コアレス変圧器は、コア
変圧器による平坦磁化曲線に対して、線形的磁化曲線を
典型的に表す。線形的磁化曲線は、その変圧器が遥かに
広い電圧範囲で効率的に動作でき、更に制御が容易とな
る。即ち、曲線平坦部により影響を受けることが無くな
り、より広範囲に電圧を変化させることが可能となるこ
とを意味する。更なる利点は、コアレス変圧器は、冷却
流体にとって障害となるコアが無いので、より冷却し易
く、従って変圧器の効率が改善される。
上記装置の全てに関する更なる特徴は、本質的に流体
が唯一単一の方法で、短絡された二次側からの伝導によ
って加熱されることである。通常二次側コイルは低抵抗
材料で製作される。これは効率的な電力伝達が要求され
るからである。但し、低抵抗材料は抵抗加熱要素にとっ
ては理想的ではなく、むしろ高抵抗材料が望ましい。
が唯一単一の方法で、短絡された二次側からの伝導によ
って加熱されることである。通常二次側コイルは低抵抗
材料で製作される。これは効率的な電力伝達が要求され
るからである。但し、低抵抗材料は抵抗加熱要素にとっ
ては理想的ではなく、むしろ高抵抗材料が望ましい。
米国特許第4471191号はコアレス変圧器を採用する流
対加熱装置を開示する。それは一次コイルが容器を取り
巻き、その内部は加熱される流体が流れる通路を形成す
る金属シリンダーにより小分割されている。
対加熱装置を開示する。それは一次コイルが容器を取り
巻き、その内部は加熱される流体が流れる通路を形成す
る金属シリンダーにより小分割されている。
そして金属リングあるいは螺旋状の二次コイルは容器
内にシリンダーから一定の距離をとって配置される。
内にシリンダーから一定の距離をとって配置される。
動作時、一次コイルは、熱が誘導電流によりその中に
発生されるように短絡された二次コイル内に電圧を誘導
する。金属シリンダーは又誘導的に加熱され、そして二
次コイルとシリンダーからの熱はその容器内のを貫流す
る流体が加熱する。
発生されるように短絡された二次コイル内に電圧を誘導
する。金属シリンダーは又誘導的に加熱され、そして二
次コイルとシリンダーからの熱はその容器内のを貫流す
る流体が加熱する。
但し、この設計においては、エネルギー浪費されると
いう欠点がある。第一に、一次側が容器の外部に在るた
めそれは流体の加熱に何も寄与しない。第二に、二次コ
イルと金属シリンダーとの同心配置は、一次側と二次側
のコイル間の磁束の鎖交が理想的でなく、そして漏洩磁
束が発生して、装置の効率が低減することを意味する。
第三に、二次側コイルは、二次側の電圧により加熱され
る抵抗である負荷に接続されているというよりもむしろ
短絡されているために前述の欠点を有する。
いう欠点がある。第一に、一次側が容器の外部に在るた
めそれは流体の加熱に何も寄与しない。第二に、二次コ
イルと金属シリンダーとの同心配置は、一次側と二次側
のコイル間の磁束の鎖交が理想的でなく、そして漏洩磁
束が発生して、装置の効率が低減することを意味する。
第三に、二次側コイルは、二次側の電圧により加熱され
る抵抗である負荷に接続されているというよりもむしろ
短絡されているために前述の欠点を有する。
故に、本発明の他の目的は、少なくとも上記欠点を解
消し、そして50Hzから60Hzの範囲の周波数の交流電源を
用いて高効率で動作できる流体の加熱装置を提供するこ
とである。
消し、そして50Hzから60Hzの範囲の周波数の交流電源を
用いて高効率で動作できる流体の加熱装置を提供するこ
とである。
発明の開示 本発明は、コアレス変圧器と、作動時に加熱される流
体が貫流する導電性ジャケットとを有する50Hzから60Hz
の範囲の周波数の交流電源を用いる前記流体の加熱装置
を提供する。
体が貫流する導電性ジャケットとを有する50Hzから60Hz
の範囲の周波数の交流電源を用いる前記流体の加熱装置
を提供する。
本願コアレス変圧器は以下のように構成される。少な
くとも部分的に前記ジャケットを取り巻くように配置し
たものであって、前記導電性ジャケットからは電気的に
絶縁した導電性材料の一次巻線と、一次巻線に関連して
配設した二次巻線であって、作動時に前記一次巻線を流
れる交流電流によって発生した磁束が前記二次巻線と鎖
交し、二次巻線内に電圧を誘導することができるように
配設した導電性材料の二次巻線とを有し、前記二次巻線
から電気的に絶縁しているが、前記二次巻線は前記導電
性ジャケットと電気的に接続しており、作動時に前記二
次巻線に誘導された前記電圧により前記導電性ジャケッ
トを流れる電流を生じさせ、その電流の抵抗加熱により
前記導電性ジャケットを加熱し、併せて一次巻線により
導電性ジャケットに誘導された渦電流によっても加熱す
るという構成からなる。
くとも部分的に前記ジャケットを取り巻くように配置し
たものであって、前記導電性ジャケットからは電気的に
絶縁した導電性材料の一次巻線と、一次巻線に関連して
配設した二次巻線であって、作動時に前記一次巻線を流
れる交流電流によって発生した磁束が前記二次巻線と鎖
交し、二次巻線内に電圧を誘導することができるように
配設した導電性材料の二次巻線とを有し、前記二次巻線
から電気的に絶縁しているが、前記二次巻線は前記導電
性ジャケットと電気的に接続しており、作動時に前記二
次巻線に誘導された前記電圧により前記導電性ジャケッ
トを流れる電流を生じさせ、その電流の抵抗加熱により
前記導電性ジャケットを加熱し、併せて一次巻線により
導電性ジャケットに誘導された渦電流によっても加熱す
るという構成からなる。
前記ジャケット、一次巻線、そして二次巻線の全て
は、ジャケットの次に一次巻線、そしてその一次巻線の
外周に二次巻線が来るように同心であることが望まし
い。但し、一次巻線が二次巻線の外周に来る配置も又可
能である。
は、ジャケットの次に一次巻線、そしてその一次巻線の
外周に二次巻線が来るように同心であることが望まし
い。但し、一次巻線が二次巻線の外周に来る配置も又可
能である。
あるいは全ての巻線が直列、或は並列にジャケットに
電気的に接続される複数の二次巻線が採用されても良
い。
電気的に接続される複数の二次巻線が採用されても良
い。
二次巻線は管状（例えば、螺旋、又は二重壁ジャケッ
ト）であっても良く、加熱される流体がジャケット内を
流れる前か後の何れかに二次巻線内を貫流できるように
二次巻線がジャケットに連結されていればよい。流体の
流れのこのパターンはその流体を加熱するだけでなく二
次側の冷却用としても作用する。
ト）であっても良く、加熱される流体がジャケット内を
流れる前か後の何れかに二次巻線内を貫流できるように
二次巻線がジャケットに連結されていればよい。流体の
流れのこのパターンはその流体を加熱するだけでなく二
次側の冷却用としても作用する。
図面の簡単な説明 本発明の好適実施例を添付の図を参考にして詳細に説
明する。
明する。
図１は本発明に係る装置の部分縦断面図である。
発明を実施するための最良の形態 図１において、装置２は、その周辺が一次巻線４で巻
かれた二重壁ジャケット３及びその一次巻線４の上に巻
かれた二次巻線５とから構成される。
かれた二重壁ジャケット３及びその一次巻線４の上に巻
かれた二次巻線５とから構成される。
そのジャケット３は、比較的高い電気抵抗を有する金
属から製造される。
属から製造される。
ジャケットは変圧器コアとして機能しないので、ジャ
ケットは強磁性金属で製造する必要がない。但し、もし
そのジャケットが強磁性金属で製造されるならばより好
都合である。なぜならば、これは装置の磁化を向上させ
ることにより装置の力率を向上させるからである。ジャ
ケットに適切な材料の一つは上記基準の全てを満たす錬
鉄である。
ケットは強磁性金属で製造する必要がない。但し、もし
そのジャケットが強磁性金属で製造されるならばより好
都合である。なぜならば、これは装置の磁化を向上させ
ることにより装置の力率を向上させるからである。ジャ
ケットに適切な材料の一つは上記基準の全てを満たす錬
鉄である。
ジャケットは外壁６と内壁７、そしてその装置の作動
時に流体がその中を貫流するその両壁間に設けられた円
筒状通路８とを提供する。通路８の一端は流体機密接続
部材９により二次巻線５を形成するコイル状チューブの
内部に連結され、そして通路８の他端は出口パイプ10に
連結されている。
時に流体がその中を貫流するその両壁間に設けられた円
筒状通路８とを提供する。通路８の一端は流体機密接続
部材９により二次巻線５を形成するコイル状チューブの
内部に連結され、そして通路８の他端は出口パイプ10に
連結されている。
内壁７内の空間12は空気で満たされている。この空間
は金属コアを収納しても良い。
は金属コアを収納しても良い。
一方、本願装置により加熱される流体が良好な熱の伝
導体あるいは比較的高い加熱速度をもつ物質であればジ
ャケットは一枚壁構造であっても良い。ジャケット内の
流体は加熱された壁からの熱伝導により加熱され、そし
てこれらの壁と接触する流体層のみが直接的に加熱され
る。残りの流体は熱伝導と流体内の対流とにより加熱さ
れる。よって、通路８の長さと巾は加熱される流体の種
類、流体内の所望の温度上昇、そして所望の流速とに関
連して選択すれば良い。
導体あるいは比較的高い加熱速度をもつ物質であればジ
ャケットは一枚壁構造であっても良い。ジャケット内の
流体は加熱された壁からの熱伝導により加熱され、そし
てこれらの壁と接触する流体層のみが直接的に加熱され
る。残りの流体は熱伝導と流体内の対流とにより加熱さ
れる。よって、通路８の長さと巾は加熱される流体の種
類、流体内の所望の温度上昇、そして所望の流速とに関
連して選択すれば良い。
一次巻線４はジャケット３の外部上に直接的に巻き付
けられた絶縁ワイヤーの巻線から成り、そのワイヤーは
巻線の長さに適応するように、適宜間隔を設けた層で配
置されている。ワイヤーは良好な導電性（例えば、銅、
アルミニューム、超電導体）である材料のものである。
一次巻線の端部11は交流主電源（230ボルト、50Hz）に
接続可能である。
けられた絶縁ワイヤーの巻線から成り、そのワイヤーは
巻線の長さに適応するように、適宜間隔を設けた層で配
置されている。ワイヤーは良好な導電性（例えば、銅、
アルミニューム、超電導体）である材料のものである。
一次巻線の端部11は交流主電源（230ボルト、50Hz）に
接続可能である。
二次巻線５は熱的及び電気的の両方に良好な伝導体
（例えば、銅、アルミニューム）である材料から製造さ
れる螺旋状チューブにより構成される。
（例えば、銅、アルミニューム）である材料から製造さ
れる螺旋状チューブにより構成される。
二次巻線はオイル流調節装置16の回りに巻かれてい
る。装置全体は熱的に絶縁されたタンク17内に密閉され
ている。一次巻線４はポンプ（図示されない）によりタ
ンク回りに送られたオイルにより冷却される。冷却オイ
ルは一次巻線の間隔を持った層間に、次いで二次巻線の
外部表面回りに強制的に送られ、一次巻線側から二次巻
線側に熱を伝達する。更に二次巻線内を貫流する流体に
当該熱が伝達される。
る。装置全体は熱的に絶縁されたタンク17内に密閉され
ている。一次巻線４はポンプ（図示されない）によりタ
ンク回りに送られたオイルにより冷却される。冷却オイ
ルは一次巻線の間隔を持った層間に、次いで二次巻線の
外部表面回りに強制的に送られ、一次巻線側から二次巻
線側に熱を伝達する。更に二次巻線内を貫流する流体に
当該熱が伝達される。
但し、より単純な流体加熱装置が要求されたり、より
低熱の出力（即ち、装置が低温度で動作されても良い）
が許容されるならば、タンク17と冷却オイルは省略され
ても良い。その場合、一次巻線側が熱伝導により冷却出
来るように、一次巻線上にしっかりと二次巻線を巻き付
けることにより冷却される。
低熱の出力（即ち、装置が低温度で動作されても良い）
が許容されるならば、タンク17と冷却オイルは省略され
ても良い。その場合、一次巻線側が熱伝導により冷却出
来るように、一次巻線上にしっかりと二次巻線を巻き付
けることにより冷却される。
上記のように、二次巻線の一端はジャケット３の通路
８に接続部材９で連結されており、二次巻線の他端は流
体入口14に連結されている。二次巻線の両端は、何等か
の適当な手段、例えば接続部材９（流体の結合だけでな
く電気的な接続である）や、金属プラグ15（電気的接続
のみである）などでジャケット３に電気的に接続されて
いる。
８に接続部材９で連結されており、二次巻線の他端は流
体入口14に連結されている。二次巻線の両端は、何等か
の適当な手段、例えば接続部材９（流体の結合だけでな
く電気的な接続である）や、金属プラグ15（電気的接続
のみである）などでジャケット３に電気的に接続されて
いる。
上記装置は以下のごとく使用される。
加熱される流体（例えば、水）は管状二次巻線内にそ
の入口14を通じて送り込まれる。流体は二次巻線長に沿
って移動し、そして他端において、ジャケット３の通路
８内にその接続部材９を通じて送り込まれる。それか
ら、その流体はジャケット３の長さに沿って移動し、そ
して出口パイプ10から放出される。但し、流体の逆の流
れ（即ち、最初通路８と通じて、それから二次巻線を通
じて）であっても良い。
の入口14を通じて送り込まれる。流体は二次巻線長に沿
って移動し、そして他端において、ジャケット３の通路
８内にその接続部材９を通じて送り込まれる。それか
ら、その流体はジャケット３の長さに沿って移動し、そ
して出口パイプ10から放出される。但し、流体の逆の流
れ（即ち、最初通路８と通じて、それから二次巻線を通
じて）であっても良い。
一次巻線４は交流電流（単相、又多相）で供給され
る。この電流は、二次巻線に電圧を誘導する磁束を生成
する。この誘導された電圧は、電気的接続部材9,15を介
してジャケット３を貫流し、それで抵抗加熱によりジャ
ケットを加熱させる電流を生じさせる。換言すれば、ジ
ャケットは変圧器回路の負荷を形成する。比較的高抵抗
を有する金属ジャケットを使用すると、抵抗加熱を最大
にし、そして装置の力率を向上させるので、そのような
ジャケットを使用することは好都合であることが理解さ
れる。
る。この電流は、二次巻線に電圧を誘導する磁束を生成
する。この誘導された電圧は、電気的接続部材9,15を介
してジャケット３を貫流し、それで抵抗加熱によりジャ
ケットを加熱させる電流を生じさせる。換言すれば、ジ
ャケットは変圧器回路の負荷を形成する。比較的高抵抗
を有する金属ジャケットを使用すると、抵抗加熱を最大
にし、そして装置の力率を向上させるので、そのような
ジャケットを使用することは好都合であることが理解さ
れる。
もしそのジャケットが金属であるならば、それは又一
次巻線の変動磁界により生成された渦電流により加熱さ
れる。この効果は図１に示された配置で顕著である。こ
こでは一次巻線はジャケットと二次巻線間にあるが、二
次巻線が一次巻線とジャケット間にあっても同効果があ
る程度発生する。ジャケットの更なる加熱はヒステリシ
ス損失からのヒステリシス加熱により発生する。
次巻線の変動磁界により生成された渦電流により加熱さ
れる。この効果は図１に示された配置で顕著である。こ
こでは一次巻線はジャケットと二次巻線間にあるが、二
次巻線が一次巻線とジャケット間にあっても同効果があ
る程度発生する。ジャケットの更なる加熱はヒステリシ
ス損失からのヒステリシス加熱により発生する。
一次及び二次巻線は作動時に加熱する傾向がある。こ
の加熱は巻線の金属の抵抗のため、その巻線を貫流する
電流によって発生する。確立された変圧器の実験例によ
れば、一次及び二次巻線に良好な導電性の金属を使用す
るとこの抵抗加熱は最小となる。使用される装置や冷却
システム（前述の）の設計は、一次巻線を適切な動作温
度範囲内に保つことが出来るように選択されなければな
らない。
の加熱は巻線の金属の抵抗のため、その巻線を貫流する
電流によって発生する。確立された変圧器の実験例によ
れば、一次及び二次巻線に良好な導電性の金属を使用す
るとこの抵抗加熱は最小となる。使用される装置や冷却
システム（前述の）の設計は、一次巻線を適切な動作温
度範囲内に保つことが出来るように選択されなければな
らない。
一方、二次巻線の場合は、その中を貫流し加熱される
流体は二次巻線を冷却する一方、二次巻線内で発生され
た熱が流体を加熱するのに有効に利用されるので、二次
巻線には比較的高抵抗金属（例えば、スチール）を選択
することが有利である。
流体は二次巻線を冷却する一方、二次巻線内で発生され
た熱が流体を加熱するのに有効に利用されるので、二次
巻線には比較的高抵抗金属（例えば、スチール）を選択
することが有利である。
その流体がジャケット内に入ると、それはジャケット
からの熱伝導により更に加熱される。ジャケット内の流
体の加熱は熱伝導によるので、その通路８は流体とジャ
ケット間で最大の接触を得るために比較的狭いことが望
ましい。
からの熱伝導により更に加熱される。ジャケット内の流
体の加熱は熱伝導によるので、その通路８は流体とジャ
ケット間で最大の接触を得るために比較的狭いことが望
ましい。
上記形態において、この装置が多数の独立した立法で
流体に熱を供給することが理解できる。
流体に熱を供給することが理解できる。
1.ジャケットの抵抗加熱による。
2.ジャケットの渦電流とヒステリシス加熱による。
3.一次巻線冷却システムにより二次巻線に伝達された一
次巻線の抵抗加熱による。
次巻線の抵抗加熱による。
4.二次巻線の抵抗加熱による。
上記設計に代るものでは、ジャケット３を加熱される
水がその中を貫流する螺旋状チューブにしたものが考え
られる。
水がその中を貫流する螺旋状チューブにしたものが考え
られる。
試験を図１で説明されるように構成された装置に対し
て実行した。そのジャケット３は錬鉄製で、そして長さ
265mm、拡張部の直径60mm、そして通路８は直径約3mmで
あった。
て実行した。そのジャケット３は錬鉄製で、そして長さ
265mm、拡張部の直径60mm、そして通路８は直径約3mmで
あった。
一次巻線は直径3.75mmの銅線を327回巻きしたもので
ある。二次巻線は直径11.5mmの銅製チューブを13回巻き
したものである。
ある。二次巻線は直径11.5mmの銅製チューブを13回巻き
したものである。
一次巻線は主電源に接続される： 電圧 230V 一次巻線温度:105℃〜93℃ 周波数 50Hz 電流 147.5A 効率 96％ 消費電力 29.7Kw 力率 0.874 装置は電気的安定状態で作動し、そして温度的にも安
定であった。15℃の入口温度で水は、二次側、そしてジ
ャケットを経て、そして38℃で出口を通過し、約17.9
/minの速度で装置を通過した。
定であった。15℃の入口温度で水は、二次側、そしてジ
ャケットを経て、そして38℃で出口を通過し、約17.9
/minの速度で装置を通過した。
装置により発生された全熱が水に変換されると（導
電、伝導及びタンク放射損失が小さいとして）、その装
置の効率は95パーセントより高くなる。
電、伝導及びタンク放射損失が小さいとして）、その装
置の効率は95パーセントより高くなる。
産業上の利用可能性 商業用又は産業用に、上記装置は流体が流れ始める時
に電力を装置に投入し、そして流体の流れが停止した
り、又は安全最小値以下に流速が降下するとそれを停止
する圧力センサー、又は流速検出器と共に流体出力温度
を所望の所定値に又は変更できる制御装置とで設計され
る。
に電力を装置に投入し、そして流体の流れが停止した
り、又は安全最小値以下に流速が降下するとそれを停止
する圧力センサー、又は流速検出器と共に流体出力温度
を所望の所定値に又は変更できる制御装置とで設計され
る。
この装置は高圧で作動するように設計されており、そ
してそれは例えば、スチームボイラーの代りに蒸気を生
成するために使用することもできる。
してそれは例えば、スチームボイラーの代りに蒸気を生
成するために使用することもできる。
装置は6KWから40KWの範囲の消費電力と230Vと400Vの
供給電圧で動作するように設計されているが、これらの
範囲外で動作するように設計することも容易である。
供給電圧で動作するように設計されているが、これらの
範囲外で動作するように設計することも容易である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォルカー ロス ジョセフ ハロルド ニュー・ジーランド国 クリストチャー チ バーリントン ストリート 102 (56)参考文献 特開 昭58−66283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−138200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108151（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24H 1/10 J H05B 6/10 311
Claims (11)
- 【請求項１】コアレス変圧器と、作動時に加熱される流
体が貫流する導電性ジャケットとを有する50Hzから60Hz
の範囲の周波数の交流電源を用いた前記流体の加熱装置
において、 前記コアレス変圧器は少なくとも部分的に前記導電性ジ
ャケットを取り巻くように配置したものであって、 該コアレス変圧器は、前記導電性ジャケットからは電気
的に絶縁した導電性材料の一次巻線と、一次巻線に関連
して配設した二次巻線であって、作動時に前記一次巻線
を流れる交流電流によって発生した磁束が前記二次巻線
と鎖交し、二次巻線に電圧を誘導することができるよう
に配設した導電性材料の二次巻線とを有し、 前記二次巻線は前記一次巻線から電気的に絶縁している
が、前記二次巻線は前記導電性ジャケット電気的に接続
しており、作動時に前記二次巻線に誘導された前記電圧
により前記導電性ジャケットを流れる電流を生じさせ、
その電流の抵抗加熱により前記導電性ジャケットを加熱
し、 併せて一次巻線により導電性ジャケットに誘導された渦
電流によっても加熱することを特徴とする加熱装置。 - 【請求項２】二つ又はそれ以上の二次巻線を有し、各々
が導電性ジャケットと電気的に接続していることを特徴
とする請求項１記載の加熱装置。 - 【請求項３】二次巻線は管状で、導電性ジャケットに連
結されており、加熱される流体が導電性ジャケット内を
貫流する前後のいずれかで二次巻線内を貫流し、前記コ
アレス変圧器の加熱により前記流体を加熱することを特
徴とする請求項１記載の加熱装置。 - 【請求項４】前記導電性ジャケット、一次巻線、二次巻
線の全てが同心であることを特徴とする請求項１記載の
加熱装置。 - 【請求項５】前記導電性ジャケット、一次巻線、二次巻
線の全てが同心であることを特徴とする請求項３記載の
加熱装置。 - 【請求項６】導電性ジャケットは一次巻線により少なく
とも部分的に覆われており、 一次巻線は二次巻線により少なくとも部分的に覆われて
いることを特徴とする請求項４又は５に記載の加熱装
置。 - 【請求項７】コアレス変圧器と、作動時に加熱される流
体が貫流する高抵抗導電材料のジャケットとを有する50
Hzから60Hzの範囲の周波数の交流電源を用いた前記流体
の加熱装置において、 前記コアレス変圧器は、ジャケット長の大部分に巻き付
けているがジャケットとは電気的に絶縁している低抵抗
導電材料の一次巻線と、一次巻線周辺に巻き付けた低抵
抗導電材料の管状の二次巻線とを有し、 前記二次巻線は、一次巻線とは電気的に絶縁しているが
ジャケットとは電気的に接続しており、作動時に一次巻
線を流れる電流により二次巻線に誘導電圧を生じさせ、
この誘導電圧により二次巻線と電気的に接続している前
記ジャケットに電流を生じさせて、抵抗加熱により前記
ジャケットを加熱すると共に、 併せて前記ジャケットは一次巻線によりジャケットに誘
導された渦電流によっても加熱するものであって、 該加熱される流体は前記ジャケット内を貫流する前後の
いずれかで前記管状の二次巻線内を貫流するように配置
していることを特徴とする加熱装置。 - 【請求項８】ジャケットは二重壁構造であり、加熱され
る流体は前記壁間を流れることを特徴とする請求項７に
記載の加熱装置。 - 【請求項９】一次巻線は作動時に強制的オイル循環によ
り冷却し、前記オイルは前記一次巻線から前記二次巻線
に熱を伝達するために前記二次巻線上に循環することを
特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の加熱装
置。 - 【請求項１０】二次巻線は一次巻線の外層と物理的に接
触しているが、両者は電気的に絶縁しており、作動時に
二次巻線への熱伝達により一次巻線を冷却することを特
徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の加熱装置。 - 【請求項１１】一次巻線及び二次巻線は銅製であり、ジ
ャケットは錬鉄製であることを特徴とする請求項７に記
載の加熱装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NZ233841A NZ233841A (en) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Continuous flow transformer water heater |
| NZ233841 | 1990-05-29 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| EP (1) | EP0530288B1 (ja) |
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