(57)【要約】      （修正有）【課題】流体の加熱温度制御を行い易い流体加熱装置を提供する。【解決手段】２巻き以上の螺旋状に形成された管体２と、管体２を発熱させて当該管体内を流れる流体を加熱する誘導コイル３とを備えた流体加熱装置１である。誘導コイル３は、管体２の螺旋状部の内外面の一部乃至全部を覆うように管体と交差する向きで巻かれた絶縁被覆導線３１によって形成されている。誘導コイル３は、螺旋状部を周方向上で分けるか又は螺旋ピッチ上で分けた分割領域毎に巻き付けたコイル部を有するようにしてもよい。コイル部は、１本の絶縁被覆導線３１で形成されているか、コイル部毎に個別の絶縁被覆導線３１で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２巻き以上の螺旋状に形成された管体と、前記管体を発熱させて当該管体内を流れる流体を加熱する誘導コイルとを備えた流体加熱装置であって、
前記誘導コイルは、前記管体の螺旋状部の内外面の一部乃至全部を覆うように前記管体と交差する向きで巻かれた絶縁被覆導線によって形成されていることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
前記誘導コイルは、前記螺旋状部を周方向上で分けるか又は螺旋ピッチ上で分けた分割領域毎に巻き付けたコイル部を有する請求項１に記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記コイル部は、１本の絶縁被覆導線で形成されているか又はコイル部毎に個別の絶縁被覆導線で形成されている請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項４】
前記管体は、前記螺旋状部から外方に直線状に延びた流体入口部と流体出口部とを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記流体入口部と前記流体出口部は、前記螺旋状部の周方向の同じ位置から互いに平行に延びている請求項４に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱により加熱される管体内を流れる流体を高速かつ高効率で加熱する流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体を加熱する装置として、高速かつ高温加熱が可能な誘導加熱を利用した流体加熱装置が知られている。この流体加熱装置としては、２巻き以上の螺旋状に形成された管体と、管体を発熱させて当該管体内を流れる流体を加熱する誘導コイルとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。誘導コイルは、管体の螺旋状部の外周にその周方向に沿って螺旋状に巻かれた導線によって形成されている。この誘導コイルへの高周波通電によって螺旋状部が発熱して当該管体を流れる流体が加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述の流体加熱装置では、誘導コイルが管体の螺旋状部の外周のみしか配置されていないために、誘導コイルによって管体が加熱される箇所が螺旋状部の外周になる箇所のみであるので、螺旋状部の外周部と内周部の温度差が大きくなる（例えば、外周部：１２０℃、内周部：８０℃）。その結果、流体の加熱温度制御が難しく、例えば、液体を沸騰しない温度であってできる限り高い温度（沸点ぎりぎりの温度）になるように加熱する際に、液体が沸点を超えて加熱されることがあった。
本発明が解決しようとする課題は、流体の加熱温度制御をし易くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明に係る流体加熱装置は、２巻き以上の螺旋状に形成された管体と、前記管体を発熱させて当該管体内を流れる流体を加熱する誘導コイルとを備えた流体加熱装置であって、前記誘導コイルは、前記管体の螺旋状部の内外面の一部乃至全部を覆うように前記管体と交差する向きで巻かれた絶縁被覆導線によって形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このように、誘導コイルは、管体の螺旋状部の内外面の一部乃至全部を覆うように前記管体と交差する向きで巻かれた絶縁被覆導線によって形成されていることで、螺旋状部の外周部と内周部の温度差をなくすことが可能となる。また、誘導コイルは、螺旋状部の内外面の少なくとも一部を覆うように絶縁被覆導線を巻き付けているので、螺旋状部の外周のみしか配置されていない場合に比して、螺旋状部の管体の長さを短くすることができる。以上により、流体の加熱温度制御を行い易くなる。
【０００７】
この場合において、誘導コイルを、螺旋状部を周方向上で分けるか又は螺旋ピッチ上で分けた分割領域毎に巻き付けたコイル部を有する構成にでき、コイル部を、１本の絶縁被覆導線で形成するか又はコイル部毎に個別の絶縁被覆導線で形成することができる。また、螺旋状部から外方に直線状に延びた流体入口部と流体出口部とを有することができ、流体入口部と前記流体出口部を、螺旋状部の周方向の同じ位置から螺旋状部の径方向に沿って互いに平行に延びるようにすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流体の加熱温度制御を行い易い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る流体加熱装置の一実施形態の要部の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の流体加熱装置に用いられる管体の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の流体加熱装置の流体加熱ユニットの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る流体加熱装置の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の一例の流体加熱装置１は、２巻き以上の螺旋状に形成された管体２と、管体２を発熱させて当該管体２内を流れる流体を加熱する誘導コイル３とを備えたものである。加熱対象の流体としては、水、アルコール、有機溶剤等の液体、水蒸気、不活性ガス等の気体等特に限定されない。
【００１１】
管体２は、自身が誘導加熱されて内部を流れる流体を加熱する発熱体であり、流体加熱装置１の管体２として用いられるものが用いられ、誘導加熱可能なように導電性及び耐熱性を備えた材料で形成されている。管体２の材料としては、誘導加熱されて発熱して管体２内を流れる流体を加熱することができれば特に限定されず、流体加熱装置１の管体２として用いられる周知の材料、例えば、非磁性導電性耐熱材や磁性導電性耐熱材等を用いることができる。非磁性導電性耐熱材としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、炭素セラミックス複合材料、炭素，グラファイト，白金，ニッケル，ニモニック鋼、インコネル（登録商標），ハステロイ（登録商標）、等が挙げられる。磁性導電性耐熱材としては、例えば、マルテンサイト系ステンレス、炭素鋼、カンタル（登録商標）その他のクロム・アルミニウム鋼(Fe-Cr-Al)、等が挙げられる。
【００１２】
管体２は、２巻き以上の螺旋状に形成された螺旋状部２１を有している。螺旋状部２１の形は、螺旋の軸方向に沿って螺旋状部２１を見たとき、円形、楕円形、多角形等特に限定されず、例えば、円形に形成されている。螺旋状部２１の巻数は、２巻き以上であれば特に限定されず、例えば、設置個所や加熱流体に応じて任意に設定される。また、螺旋状部２１の巻き径は、特に限定されず、例えば、設置個所や加熱流体に応じて任意に設定される。
【００１３】
また、管体２は、流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとを有している。流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂは、どのように形成してもよいが、螺旋状部２１の両端が螺旋状部２１から外方に直線状に延びて形成されていることが好ましく、特に螺旋状部２１の周方向の同じ位置から互いに平行に延びていることが好ましく、さらに螺旋状部２１の径方向に沿って延びていることが最も好ましい。すなわち、流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂは、螺旋状部２１を螺旋の軸方向から見たとき螺旋状部２１の径方向外方に直線状に延びるとともに互いに重なり合うように形成されていることが最も好ましい。このように流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとが形成されていることで、流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとの短絡を容易に行えるようになっている。
【００１４】
誘導コイル３は、管体２の螺旋状部２１の内外面の一部乃至全部例えば全部を覆うように管体２と交差する向きで巻かれた絶縁被覆導線３１によって形成されているが、螺旋状部２１と誘導コイル３との間、すなわち、螺旋状部２１の内外面の表面に、断熱材５が巻きつけられていることが好ましい。断熱材５は、誘導加熱された管体２からの放熱で誘導コイル３が異常に昇温するのを防止する役割をも果たすものであり、誘導コイル３を支持すると共に内側の管体２から絶縁する機能を持たせるものである。断熱材５としては、特に限定されず、流体加熱装置１として用いられる周知のもの、例えば、適度な強度と絶縁性を持つものであるアルミナ繊維などの無機繊維の不織布等を用いることができる。また、断熱材５は、必要な断熱性能を発揮するように厚さが任意に設定される。
【００１５】
また、誘導コイル３の外側に断熱材を設けて、放熱を防止して熱効率を高めるようにしてもよい。この断熱材としては、螺旋状部２１と誘導コイル３との間に設けた断熱材５と同じものを用いてもよいし異なるものを用いてもよく、また、必要な断熱性能を発揮するように厚さが任意に設定される。
【００１６】
誘導コイル３は、螺旋状部２１を誘導加熱するためのものであり、絶縁被覆導線３１によって形成されている。絶縁被覆導線３１は、例えば、可撓性を持ち絶縁被覆された銅管やリッツ線等の導線を多数（例えばリッツ線を３０芯）撚り合わせた導線群により構成される。
【００１７】
この絶縁被覆導線３１を例えば螺旋状部２１の内外面全体を覆うように螺旋状部２１の周方向に沿って螺旋状に巻き付けることで、誘導コイル３が形成されている。すなわち、螺旋状部２１の巻数が５の場合、管体２と交差する向き（螺旋状部２１の軸方向に沿った向き）で螺旋状部２１の外周の１巻目から５巻目に至ってから内周の５巻目から１巻目に至るように絶縁被覆導線３１を巻き付けることを螺旋状部２１の周方向に順次行うことで、螺旋状部２１の内外面全体が絶縁被覆導線３１によって巻き付けられて誘導コイル３が形成されている。螺旋状部２１に巻き付けた絶縁被覆導線３１は、重なり合わなければどのように巻き付けてもよく、また、隣接する絶縁被覆導線３１の間隔は、特に限定されないが、隣り合う絶縁被覆導線３１との間隔が略同じであることが好ましい。
【００１８】
誘導コイル３は、高周波電源に接続されており、高周波電源からの誘導コイル３への高周波通電によって管体２の螺旋状部２１が発熱されて当該螺旋状部２１を流れる流体が加熱されるようになっている。高周波電源は、例えば、制御器からの制御信号に基づいて誘導コイル３に出力する高周波電流が制御されるようになっている。制御器は、例えば、流体出口部２２ｂに設けられた熱電対等の温度測定器によって測定された温度すなわち螺旋状部２１で加熱後の流体の温度に基づいて流体の温度が所望の温度になるように制御信号を高周波電源に出力する機能を有している。
【００１９】
さて、この流体加熱装置１を用いて流体を加熱するには、加熱対象の流体を流体入口部２２ａに供給し、かつ、高周波電源から高周波電流を誘導コイル３に出力する。これにより、螺旋状部２１が誘導加熱されて流体入口部２２ａから螺旋状部２１に流れた流体が加熱される。加熱された流体が流体出口部２２ｂから流出される。この加熱後の流体の温度が測定され、この測定値に基づいて制御器が所望の温度に加熱されるように高周波電源から誘導コイル３へ出力される高周波電流が制御される。
【００２０】
誘導コイル３は、螺旋状部２１の内外面全部を覆うように巻かれた絶縁被覆導線３１によって形成されていることで、螺旋状部２１の外周部と内周部の温度差をなくすことができる（例えば、外周部：１００℃、内周部：１００℃）。また、誘導コイル３は、螺旋状部２１の外面及び内面、さらに螺旋の軸方向の両端に配置されているために、螺旋状部２１の外周のみしか配置されていない場合に比して、螺旋状部２１の管体２の長さを短くできる。その結果、流体の加熱温度制御が行い易く、所望の温度に流体を加熱することができる。例えば、加熱対象の流体が液体であって、この液体を沸騰しない温度であってできる限り高い温度になるように加熱する際に、液体が沸点を超えて加熱されることが抑制される。
【００２１】
したがって、本実施形態の流体加熱装置１は、誘導コイル３が、螺旋状部２１の内外面全部を覆うように巻かれた絶縁被覆導線３１によって形成されているので、螺旋状部２１の外周部と内周部の温度差をなくすことができ、また、螺旋状部２１の管体２の長さを短くすることができるので、流体の加熱温度制御を行い易くなり、流体を所望の温度に高速かつ高効率で加熱することが可能となる。また、管体２が加熱されて高温になって管体２が膨張したとき、螺旋状部２１のスプリング効果でその膨張を吸収するので、管体２や管体２を支持する箇所が破損することがない。
【００２２】
流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとが螺旋状部２１から螺旋の径方向の外方に延びる直線状にそれぞれ形成されていることで、螺旋状部２１の管体２を加熱する誘導コイル３の影響、すなわち、誘導コイル３による加熱の影響を受けないので、流体の加熱温度制御を確実に行える。このとき、流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとが、螺旋状部２１を螺旋の軸方向から見たとき互いに重なり合うように形成されていることで、流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとの短絡を容易に行える。
【００２３】
このように誘導コイル３を有する螺旋状部２１を、図３に示すように、ボックス１２に入れてユニット化し、流体加熱ユニット１１を構成するようにしてもよい。この場合、ボックス１２から管体２の流体入口部２２ａと流体出口部２２ｂとを外部機器等に接続可能に突出させるとともに、ボックス１２の外部に、誘導コイル３の両端にそれぞれ接続された２つの端子１３と加熱後の流体の温度を測定する測定器である熱電対やボックス１２内に設けられているその他の機器に接続されている制御板１４とを設けるようにする。螺旋状部２１は、螺旋の軸が高さ方向と略平行で、かつ、流体入口部２２ａが下方に位置されるとともに流体出口部２２ｂが上方に位置されるように配設することが好ましい。このようにすれば、液体を加熱して液体の一部が蒸発して気体になる際に、螺旋状部２１内すなわち管体２内で気泡溜りが形成することもない。また、流体加熱ユニット１１を構成することで、持ち運びや設置を容易に行える。また、流体加熱ユニット１１の２つの端子１３に、高周波ケーブル１６を介して高周波電源装置１５を接続するとともに、高周波電源装置１５からの信号線１７と電源線１８を制御板１４に接続することで、流体の加熱を行うことが可能となる。なお、図３中、符号１９は高周波電源装置１５の電源ケーブルを示す。
【００２４】
なお、本実施形態では、絶縁被覆導線３１を螺旋状部２１の内外面全部に巻いて誘導コイル３を形成したが、絶縁被覆導線３１を螺旋状部２１の内外面の一部に巻いて誘導コイル３を形成するようにしてもよい。例えば、螺旋状部２１の巻数が５の場合、螺旋状部２１の１巻目から５巻目すべての螺旋状部２１を構成する５本の管体全部を絶縁被覆導線３１で巻いて誘導コイル３を構成してもよいし、螺旋状部２１を構成する２本、３本又は４本の管体を絶縁被覆導線３１で巻いて誘導コイル３を構成してもよい。このとき、螺旋状部２１を周方向上で分けて２つ以上の分割領域を形成し、この分割領域毎のコイルをコイル部とし、これらコイル部を、１本の絶縁被覆導線３１で形成してもよいし、コイル部毎に個別の絶縁被覆導線３１で形成してコイル部毎に高周波電流の制御を個別に行うようにしてもよい。
【００２５】
また、コイル部は、螺旋状部２１の周方向上で分けて形成したが、これに限定されず、例えば、螺旋ピッチ上（螺旋状部２１を軸方向上）で分けて形成してもよい。例えば、螺旋状部２１の巻数が８の場合、流体入口部２２ａ側から１巻目〜３巻目の管体２の周方向全体を絶縁被覆導線３１で巻き付けて１つ目のコイル部を形成し、４巻目〜８巻目（又は５巻目〜８巻目）の管体２の周方向全体を絶縁被覆導線３１で巻き付けて２つ目のコイル部を形成する。これら２つのコイル部は、１本の絶縁被覆導線３１で形成してもよいし、コイル部毎に個別の絶縁被覆導線３１で形成してコイル部毎に高周波電流の制御を個別に行うようにしてもよい。また、コイル部間に、絶縁被覆導線３１を巻きつけない管体２が１本以上例えば１本あってもよいし、無くてもよいが、コイル部毎に個別の絶縁被覆導線３１で形成する場合、絶縁被覆導線３１を巻きつけない管体２が例えば１本あるほうがよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  流体加熱装置
２  管体
３  誘導コイル
２１  螺旋状部
２２ａ  流体入口部
２２ｂ  流体出口部
３１  絶縁被覆導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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