(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性管体内の収容物ないしは流送物を、管体を誘導加熱し管体からの伝熱によって加熱する方法であって、内径が２ｒの複数本の小径管体を用意し、これらの小径管体を、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て内径が２Ｒ＝２ｒ√ｎ（ｎは配置本数）の大径管体と同等の収容容積ないしは流送容積を確保した並列管体群からなる複数本に分けられた収容管体ないしは流送管路を構成し、これら各管体に内容物を振分けて収容ないしは流送させる形態の下で、前記並列管体群に誘導コイルを包括的に係合させて管体の誘導加熱を行うことにより、管内の伝熱距離を１/√ｎに短縮する加熱方法において、前記誘導コイルを前記小径管に該小径管の略半周長に亘って係合させて前記管体の誘導加熱の効率を確保することを特徴とする、管内容物の加熱方法。
【請求項２】
前記複数の小径管を点対称状に配置することにより、各管体に流れる誘導電流を均等にすることを特徴とする、請求項１に記載の管内容物の加熱方法。
【請求項３】
前記小径管として角形のものを４本配置することにより、管体インダクタンスを１本構成の大径管体と同等にする、請求項１又は２の記載の管内容物の加熱方法。
【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、(1)電熱ヒーター（管内，管外），(2)環状炉，(3)誘導加熱を例示できる。
(1)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、(2)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(3)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、管体を誘導加熱し管体からの伝熱によって加熱する方法であって、内径が２ｒの複数本の小径管体を用意し、これらの小径管体を、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て内径が２Ｒ＝２ｒ√ｎ（ｎは配置本数）の大径管体と同等の収容容積ないしは流送容積を確保した並列管体群からなる複数本に分けられた収容管体ないしは流送管路を構成し、これら各管体に内容物を振分けて収容ないしは流送させる形態の下で、前記並列管体群に誘導コイルを包括的に係合させて管体の誘導加熱を行うことにより、管内の伝熱距離を１/√ｎに短縮する加熱方法において、前記誘導コイルを前記小径管に該小径管の略半周長に亘って係合させて前記管体の誘導加熱の効率を確保する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リ、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）
によリ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、0＜θ＜１）に達する迄の時間ｔ(θ)は、(1)式よリ
ｔ(θ)＝（−Ｌ2／ｋａ）１ｎ（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。
【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
【図１】
0003668603.tif 000002
【図２】
0003668603.tif 000003
【図３】
0003668603.tif 000004
【図４】
0003668603.tif 000005
【図５】
0003668603.tif 000006
【図６】
0003668603.tif 000007