(57)【要約】【課題】被加熱物の加熱温度および蒸気発生量によって供給量および流出温度が変化・変動せず、かつ発熱体にスケールが付着する機会を減少させる。【解決手段】本発明の加熱装置（１）では、発熱体（４）における加熱コイル（３）の巻回軸方向に対して垂直な断面において、流出側（６）の流通路（１０）が占める総断面積は、流入側（５）の流通路（１０）が占める総断面積と比べて大きくなっている。【選択図】図１
2014191932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外周に加熱コイルが巻回された加熱コイル筐体と、
上記加熱コイル筐体内に配置された発熱体と、を備え、
上記発熱体には、上記加熱コイルの巻回軸方向の一方の側から他方の側へ被加熱物が通過する複数の流通路が設けられており、液体状の被加熱物を流通路の一方の側から流入し他方の側から流出して加熱する加熱装置において、
上記発熱体における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、流出側の第１の流通路が占める総断面積は、流入側の第２の流通路が占める総断面積と比べて大きいことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、上記第１の流通路それぞれが占める平均断面積は、上記第２の流通路それぞれが占める平均断面積と比べて大きいことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
上記発熱体は上記加熱コイルの巻回長よりも長くなっており、
発熱体における上記第１の流通路は、上記流出側の端部に形成され、複数の第２の流通路に対して連通する開口部として設けられており、
上記開口部は、その少なくとも一部が上記加熱コイルの巻回エリア内に収まるように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
上記発熱体における上記流入側の端部は、上記液体状の被加熱物に浸かっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
上記発熱体における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、上記流通路が占める総断面積は、外周側から中央側へ向かうに従って大きくなっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に関し、より具体的には、水をはじめとする液体状の被加熱物を、電磁誘導加熱方式によって加熱する加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導加熱方式の加熱装置は、加熱用コイルと金属製等の発熱体を備えている。このような加熱装置において、加熱用コイルに交流電流を流し、これにより発生する磁束を発熱体に通して、電磁誘導作用によって発生すると、発熱体自体の電気抵抗とによってジュール熱を発生させる。更に、発熱体が磁性体の場合には、ヒステリシス損によって発熱する。それらの熱を被加熱物に伝達する。
【０００３】
電磁誘導加熱方式の加熱装置において、液体状の被加熱物から蒸気を発生させる構成としては、例えば特許文献１に記載された蒸気発生装置が挙げられる。特許文献１の蒸気発生装置における蒸気発生手段では、多孔質状の発熱体の端面および側面が吸水材によって覆われており、電磁誘導加熱により加熱された発熱体の孔に水を流して加熱し蒸気を発生させている。吸水材は、発熱体に対して断続的に水を供給する目的で使用されている。なお、水は、ポンプによって吸収材または発熱体に対して供給される。そして、供給された水は、吸収材または発熱体に塗布される、あるいは吸収材または発熱体を浸す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３９４０１号公報（１９９８年１２月２２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体が蒸気すなわち気体に相転移すると体積が膨張する。例えば水（液体）から水蒸気（気体）へ相転移する場合、体積は１０００倍以上に膨張することが知られている。特許文献１の蒸気発生装置における蒸気発生手段の内部は、加熱によって存在する空気の膨張とともに水の蒸発による体積膨張によって気圧が高い状態になる。特許文献１の蒸気発生装置は、この気圧を利用して水蒸気を外部に流出させるものと推測される。しかし、蒸気発生手段内部の気圧は、水蒸気を流出する流出側ばかりでなく、水を供給する供給側にも掛かる。それゆえ、蒸気発生前と蒸気発生中とにおいて水の供給量を比較すると、蒸気発生中における水の供給量が少なくなってしまう。
【０００６】
したがって、特許文献１の蒸気発生装置には、蒸気発生開始時と蒸気発生開始から時間経過後とにおいて、蒸気の発生量が異なってしまうという問題がある。
【０００７】
更に、体積膨張によって蒸気発生手段に供給される水の供給量が減少すると、蒸気発生量が減って気圧が低下する。そして、気圧が低下するにつれて、水供給量は回復傾向になる。そして、水供給量の回復によって再び蒸気発生量が増加し、気圧が上昇する。このように、特許文献１の蒸気発生装置では、蒸気発生手段内部の気圧について、低下及び上昇のループを繰り返すことになり、結果的に蒸気発生量にムラが生じてしまうという問題がある。さらに、蒸気発生手段に供給される水の供給量が変動することによって、蒸気発生手段から流出する蒸気温度も変動してしまう。
【０００８】
また一方で、蒸気発生装置の長期間使用により、多孔質状の発熱体の微細な孔に、水に含まれている不純物成分から生成されるスケールと言われる固形物が堆積する。このスケールは、炭酸カルシウムやシリカによって構成されている。そして、このスケールのよって、発熱体の孔に目詰まりを起こし、蒸気発生量が減少してしまうという問題がある。特に、発熱体全体が微小孔を有する多孔質体から成る特許文献１の蒸気発生装置では、この目詰まりが発生する確率が増えてしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、被加熱物の加熱温度および蒸気発生量によって供給量および流出温度が変化・変動せず、かつ発熱体にスケールが付着する機会を減少できる加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る加熱装置は、その外周に加熱コイルが巻回された加熱コイル筐体と、上記加熱コイル筐体内に配置された発熱体と、を備え、上記発熱体には、上記加熱コイルの巻回軸方向の一方の側から他方の側へ被加熱物が通過する複数の流通路が設けられており、液体状の被加熱物を流通路の一方の側から流入し他方の側から流出して加熱する加熱装置において、上記発熱体における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、流出側の第１の流通路が占める総断面積は、流入側の第２の流通路が占める総断面積と比べて大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、被加熱物の加熱温度および蒸気発生量によって水供給量および流出温度が変化・変動せず、かつ発熱体にスケールが付着する機会を減少できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る加熱装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の加熱装置に備えられた発熱体の構成の一例を示し、図１に示すＡーＡ’断面、及びＢ−Ｂ’断面を模式的に示した断面図である。
【図３】図１の加熱装置に備えられた発熱体の構成の他の例を示し、図１に示すＡーＡ’断面、及びＢ−Ｂ’断面を模式的に示した断面図である。
【図４】図１の加熱装置に備えられた発熱体の構成のさらに他の例を示し、図１に示すＡーＡ’断面、及びＢ−Ｂ’断面を模式的に示した断面図である。
【図５】図１の加熱装置に備えられた発熱体の構成のさらに他の例を示し、流入側から流出側へ向かう方向に沿った断面形状を示す断面図である。
【図６】図１の加熱装置に備えられた発熱体の構成のさらに他の例を示し、流入側から流出側へ向かう方向に沿った断面形状を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る加熱装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る加熱装置に備えられた発熱体の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る加熱装置に備えられた発熱体の他の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る加熱装置に備えられた発熱体のさらに他の構成を示し、流入側から流出側へ向かう方向に対し垂直な面で切断したときの断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る加熱装置に備えられた発熱体のさらに他の構成を示し、流入側から流出側へ向かう方向に対し垂直な面で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。当然ながら、本発明はこれのみに限定されるものではなく、この実施形態に記載されている構成等は、特に限定的な記載がない限り、この発明の範囲をこれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１４】
また、本発明の各実施形態において、同じ構成を有するものに対しては、同じ名称かつ同じ符号を付して説明する。
【００１５】
〔実施形態１〕：加熱装置の構成例
図１は、本実施形態に係る加熱装置１の概略構成を示す断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る加熱装置１は、加熱コイル筐体２と、加熱コイル３と、発熱体４と、ポンプ７と、液体タンク８とを備えている。
【００１６】
加熱コイル筐体２は、円筒状であり、その内部に発熱体４を収容するようになっている。加熱コイル筐体２の材料は、非磁性体であり誘電率が低く、電磁誘導により加熱されない材料であることが好ましい。加熱コイル筐体２の材料としては、例えば、テフロン（登録商標）材、シリコン材等の耐熱特性を持った樹脂が挙げられる。また、加熱コイル３は、電気抵抗が小さい銅線からなり、加熱コイル筐体２の外周に巻回されている。
【００１７】
発熱体４は、円柱形状であり、加熱コイル筐体２の内部に挿入された状態で設置されている。発熱体４の材料は、電磁誘導による加熱に適した透磁率および電気抵抗を有する材料であることが好ましく、例えば、鉄、ステンレス、炭素含有セラミックスが挙げられる。また、発熱体４の材料は、アルミニウム合金等といった、交流電流の周波数を高くすることによって電磁誘導による加熱が可能となり、熱伝導性が良好な材料であってもよい。
【００１８】
ポンプ７は、発熱体４へ被加熱物９である液体を供給する非加熱部物供給手段である。また、液体タンク８は、被加熱物９を貯留するためのタンクである。なお、被加熱物９は、液状であればよく、代表的な物質として水が挙げられる。また、被加熱物９は、水である場合、イオン化水等の機能水も包含する。なお、以下の説明では、被加熱物９として、水を主眼として述べていく。
【００１９】
加熱装置１において、液体タンク８に貯留された被加熱物９は、ポンプ７によって、発熱体４に供給される。そして、発熱体４内部を通過する間に加熱され、液体状、気体状、または気液状になって、発熱体４から流出される。ここで、発熱体４における被加熱物９が流入する側を流入側５とし、被加熱物９が流出する側を流出側６とする。なお、発熱体４には、流入側５から流出側６に向けて被加熱物９の流通が可能なように、複数の流通路１０が設けられている。この流通路１０に関しては後述する。
【００２０】
ここで、発熱体４内部における被加熱物９の加熱について、説明する。発熱体４内部において、被加熱物９は、電磁誘導によって加熱される。加熱装置１には、加熱コイル３に対し交流電流を流す手段が設けられている（不図示）。この手段によって、加熱コイル３に数十ｋＨｚ程度の交流電流を流すことによって、交番磁界が発生する。これによって、発熱体４に磁束が通過し、電磁誘導作用によって発熱体４に渦電流が発生する。そして、この渦電流と発熱体４自体の電気抵抗とによるジュール熱によって、発熱体４が加熱される（発熱体４が発熱する）。なお、発熱体４が磁性体の場合には、ヒステリシス損によっても発熱する。このような電磁誘導による加熱は、発熱体４のみが加熱されること、発熱体４と加熱コイル３等の部材とを接触させる必要がないことから、急速加熱、及び熱の逃げが少ない高効率加熱が可能であることが特長である。
【００２１】
被加熱物９は、このように電磁誘導によって加熱された発熱体４の流通路１０に対し、流入側５から流入する。このとき、加熱された発熱体４から流通路１０内の被加熱物９へ熱が伝達され、被加熱物９が加熱する。そして、この加熱によって、被加熱物９は、一部または全部が蒸気となって、流出側６から流出する。
【００２２】
ここで、被加熱物９は、液体から気体へ相変移すると、体積が膨張することが知られている。被加熱物９が水である場合、体積は、１０００倍以上に膨張する。したがって、発熱体４内部で蒸気になった被加熱物９は、流入側５から流入したときよりも体積が大きくなって流出側６から流出される。被加熱物９の加熱による体積膨張は、流出側６への被加熱物９の流出を付勢するだけでなく、流入側５における被加熱物９の流入に対しても影響を及ぼす。その結果、ポンプ７によって液送される被加熱物９の発熱体４への供給量が減少してしまう。
【００２３】
本実施形態に係る加熱装置１は、このような被加熱物９の体積膨張に起因する、被加熱物９の発熱体４への供給量の低下を低減する構成になっている。具体的には、発熱体４における流入側５から流出側６へ向かう方向に対して垂直な断面において、流出側６における流通路１０が占める面積が、流入側５と比べて大きくなった構成である。これによって、発熱体４内部において、被加熱物９は、加熱されて体積が膨張したとき、空間容積が大きく膨張しやすい流出側６の空間へ流出する一方、流入側５への逆流が軽減される。したがって、蒸気発生による被加熱物９の発熱体４への供給量の低下は、軽減される。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る加熱装置１の特徴的構成である流通路１０の具体的構成について、図２〜図６を用いて説明する。図２〜図４はそれぞれ、発熱体４の構成の一例を示し、図１に示すＡーＡ’断面（流入側５）、及びＢ−Ｂ’断面（流出側６）を模式的に示した断面図である。
【００２５】
図２に示されるように、発熱体４は、流通路１０の数が、流入側５（ＡーＡ’断面）に比べて流出側６（ＢーＢ’断面）の方が多い構成であってもよい。図２に示される発熱体４は、例えば、流入側５における１つの流通路１０を複数の流通路１０に分岐するように加工する、あるいは成型することによって、製作可能である。
【００２６】
また、図３に示されるように、発熱体４は、個々の流通路１０の穴径が、流入側５（ＡーＡ’断面）に比べて流出側６（ＢーＢ’断面）の方が大きい構成であってもよい。図３に示される発熱体４は、例えば、流通路１０として、流入側５から流出側６へ向かうに従い穴径が大きくなるようにテーパー穴を加工する、あるいは成型することによって、製作可能である。
【００２７】
図４に示されるように、発熱体４は、多孔質金属で構成されていてもよい。この場合、流入側５（ＡーＡ’断面）の気孔率が小さく、流出側６（ＢーＢ’断面）の気孔率が大きくなっている。図４に示される発熱体４は、例えば、発熱体４を構成する多孔質金属を製作するに際し、気孔材料の配合を、流入側５において少なく、流出側６において多くすることによって、製作可能である。また、発熱体４を構成する多孔質金属を製作するに際し、気孔材料の粒径を、流入側５において小さく、流出側６において大きくすることによっても製作可能である。さらに、多孔質金属の材料として金属繊維を使用し、金属繊維を押し固めるに際し、流入側５の金属繊維量を多くし、流出側６の金属繊維量を少なくすることによっても製作可能である。
【００２８】
なお、図２〜図４に示される発熱体４は、流入側５から流出側６へ向けて流通路１０が占める面積比率が異なる複数の発熱部材（パーツ：要素）が積み重ねられた構成であってもよい。すなわち、流入側５には流通路１０が占める割合が小さい第１の発熱部材が設けられ、流出側６には流通路１０が占める割合が大きい第２の発熱部材が設けられ、これら第１及び第２の部材が外周部にて溶接されること等によって連結されることにより、１つの発熱体４が構成されていてもよい。
【００２９】
これら図２〜図４に示された発熱体４を使用することによって、発熱体４内部にて体積膨張した被加熱物９は、自由空間が比較的大きい流出側６へ選択的に膨張して流出するとともに、流入側５への膨張は抑えられる。したがって、ポンプ７による被加熱物９の供給量を低下させることなく、安定して被加熱物９を発熱体４へ供給する加熱装置１を実現できる。
【００３０】
図５及び図６は、発熱体４の他の構成例を示し、流入側５から流出側６へ向かう方向に沿った断面形状を示す断面図である。
【００３１】
図５に示された構成では、発熱体４は、流出側６に開口部１１が設けられた円柱形状になっている。そして、発熱体４の流入側５には、開口部１１に連通する複数の流通路１０が設けられている。また、開口部１１の内底面１２は、加熱コイル３の巻回エリア１３内に配置されている。
【００３２】
これによって、発熱体４内部において、流出される、被加熱物９の蒸気を含む気体（空気）は、流出側６へ向けて非常に体積膨張しやすくなる。その結果、上記と同様に、この体積膨張によって、被加熱物９の蒸気が被加熱物９の発熱体４への供給に及ぼす影響を大幅に軽減することができる。また、この開口部１１が、その内部に障壁を有していない構成であるので、発熱体４内部で加熱された被加熱物９の気体は、流出側６へ向けて非常に抜けやすくなる。加熱された被加熱物９の蒸気を含む気体は、体積膨張によって流出側６から抜ける。その結果、発熱体４における流出側６の空間は、流出側６よりも外部の空間と比較して、気体密度が低く、気圧が低い状態になっている。そして、発熱体４の流出側６の開口部１１には、上昇気流が発生する。それゆえ、開口部１１内部の気体（空気）の密度が下がる。これによって、発熱体４の流入側５からの被加熱物９の供給が促進され、多少影響を受ける体積膨張による被加熱物９の供給量低下を補うことができる。
【００３３】
図６に示された発熱体４は、図５の構成と同様に、流出側６に開口部１１が設けられている。そして、発熱体４における流入側５から流出側６へ向かう方向に対して垂直な断面において、流出側６における流通路１０が占める面積が、流入側５と比べて大きくなっている。このような流通路１０の構成は、例えば、図２〜４に示された構成が挙げられる。図６に示された発熱体４の構成においても、上記と同様の効果を奏することは、いうまでもない。
【００３４】
〔実施形態２〕：加熱装置の他の構成例
本発明の他の実施形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図７は、本実施形態に係る加熱装置１の概略構成を示す断面図である。
【００３５】
本実施形態に係る加熱装置１は、実施形態１に係る加熱装置１と異なり、被加熱物９を発熱体４へ供給するためのポンプ７を備えない構成になっている。図７に示される加熱装置１において、発熱体４、加熱コイル筐体２、及び加熱コイル３は、流入側５が下方に、流出側６が上方になるように配置されている。また、発熱体４の流入側５の端部は、加熱コイル３よりも下方に突き出して配置されており、一部が液体タンク８内に貯留した被加熱物９に浸されている。なお、発熱体４の流入側５の端部（下端）から効率的に被加熱物９を流入するために、発熱体４の流入側５の端部と液体タンク８の底面との間に、被加熱物９が発熱体４の流入側５の端部に入り込むためのスペースが設けられていることが望ましい。このようなスペースは、例えば、発熱体４の流入側５の端部と液体タンク８の底面との間にスペーサ部材を挿入すること、発熱体４の流入側５の端部または液体タンク８の底面に突起部を設け突起形状とすること等によって、設けられる。
【００３６】
また、発熱体４の流通路１０は、上記実施形態１と同様に、流入側５から流出側６へ向かう方向に対して垂直な断面において、流出側６における流通路１０が占める面積が、流入側５と比べて大きくなっている。
【００３７】
本実施形態に係る加熱装置１において、被加熱物９は、発熱体４の流入側５から、複数の流通路１０を介した毛細管現象を利用して、発熱体４内部へ供給される。
【００３８】
ここで、毛細管現象による液体の吸い上げ高さについて、被加熱物９を水とした場合を例にして説明する。発熱体４に対する水（被加熱物９）の接触角を４５度とし、発熱体４の流入側５における流通路１０の穴半径を０．５ｍｍとすると、水は、流通路１０を通って２１０ｍｍの高さまで上昇し得る。したがって、発熱体４の（流入側５から流出側６までの）高さが２００ｍｍ程度であれば、被加熱物９としての水は、発熱体４の流入側５から流出側６まで上昇すると言える。
【００３９】
このように、本実施形態に係る加熱装置１によれば、流入側５における流通路１０の穴半径を適切に設定することによって、ポンプ７を使用せずに、被加熱物９を発熱体４内部へ供給することが可能になる。
【００４０】
本実施形態に係る加熱装置１において、流入側５における流通路１０の穴半径を小さくすれば、発熱体４内部への被加熱物９の吸い上げ高さが上昇し、被加熱物９の供給量が増加する。その一方で、単位時間当たりに供給できる被加熱物９の量は、流入側５における流通路１０の穴半径が小さいほど、小さくなる。それゆえ、加熱装置１の使用用途に応じて、発熱体４の直径を大きくする等によって流通路１０の数を増やすように設計することが望ましい。
【００４１】
本実施形態に係る加熱装置１において、被加熱物９が発熱体４内部に吸い上げられ、少なくとも加熱コイル３における流入側５の端部（下端）以上のレベルに達すれば、吸い上げられた被加熱物９は電磁誘導加熱によって加熱され、一部または全部が蒸気となって流出側６かへ向けて放出されていく。このとき、上述したように、流出側６の流通路１０は、断面積、穴径、または穴数が流入側５の流通路１０よりも大きくなっている。すなわち、発熱体４の流通路１０は、上記実施形態１と同様に、流入側５から流出側６へ向かう方向に対して垂直な断面において、流出側６における流通路１０が占める面積が、流入側５と比べて大きくなっている。このため、加熱によって発熱体４内部で体積膨張した被加熱物９の蒸気は、上部である流出側６へ流出しやすくなる。その結果、本実施形態に係る加熱装置１によれば、体積膨張に起因する毛細管現象による被加熱物９の上昇の妨げを低減させることができる。また、本実施形態に係る加熱装置１では、実施形態１と同様に、発熱体４における流出側６の空間は、流出側６よりも外部の空間と比較して、気体密度が低く、気圧が低い状態になっている。そして、発熱体４の流出側６の開口部１１には、上昇気流が発生する。それゆえ、体積膨張による被加熱物９の供給量の低減量を軽減できる、あるいは毛細管現象による被加熱物９の吸い上げを助長することができる。
【００４２】
なお、毛細管現象による被加熱物９の吸い上げ高さは、発熱体４と被加熱物９との接触角にも関係する。このため、毛細管現象による吸い上げ高さを高くするために、発熱体４に親水化処理を施すこと等によって、接触角を制御することも有効である。
【００４３】
〔実施形態３〕：発熱体の他の構成例
本発明のさらに他の実施形態について図８及び図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図８は、本実施形態に係る加熱装置１に備えられた発熱体４の概略構成を示す断面図である。
【００４４】
本実施形態に係る加熱装置１は、発熱体４が外周部材１４と内部材１５とで構成されている点で上記実施形態１及び２と異なる。外周部材１４は、円筒形状の内部材１５の側面を取り囲むように設けられている。外周部材１４は、被加熱物９を流通させるための流通路１０を備えていない。すなわち、外周部材１４は積極的に被加熱物９を流通させる構成になっていない。一方、内部材１５は、流入側５から流出側６へ向けて被加熱物９を流入・流出することが可能な流通路１０が設けられている。
【００４５】
また、内部材１５は、流入側５の端部が、外周部材１４における流入側５の端部と同じ位置になるように設けられている。また、内部材１５における流出側６の端部は、外周部材１４における流出側６の端部よりも流入側５にある。このため、発熱体４においては、外周部材１４の内周面と、内部材１５の流出側６の端面とによって開口部１１が形成されている。
【００４６】
ところで、電磁誘導による加熱は、加熱コイル３に交流電流を流し発熱体４に持続的な磁束を通し、それに伴って流れる渦電流や、発熱体４が磁性体の場合にはヒステリシス損を利用した加熱である。一般的な交流電流の周波数は、発熱体４の材質や、必要な加熱温度等の出力に応じて決定され、数十ｋＨｚ以上である。このような高周波の渦電流は、導体の表面付近のみにしか電流が流れない表皮効果の影響を受ける。よって、発熱体４に対しても、外周部に集中的に渦電流が流れることによって、この外周部が集中的に加熱されるおそれがある。
【００４７】
そこで、本実施形態に係る加熱装置１によれば、発熱体４の外周に、流通路１０を備えていない外周部材１４が設けられているため、透磁率が高くなり、電磁誘導される磁束が外周部材１４に集中的に通りやすくなり、また大きな渦電流が流れる。その結果、電磁誘導加熱を効率的に行うことができる加熱装置１を実現することができる。
【００４８】
内部材１５は、例えば円筒形状の外周部材１４内に、圧入等によって密接して固定されていることが好ましい。これによって、外周部材１４からの発熱を内部材１５へ伝達しやすくなる。
【００４９】
さらに、上述したように、発熱体４の流出側６においては、外周部材１４の内周面と、内部材１５の流出側６の端面とによって開口部１１が形成されている。このため、実施形態１にて説明した通り、被加熱物９の蒸気を含む気体が体積膨張によって流出側６へ流出しやすい構造となっている。
【００５０】
また、内部材１５は、金属繊維で構成されていることが好ましい。この場合、図８に示される発熱体４は、例えば円筒形状の外周部材１４内に、金属繊維を圧縮して構成した内部材１５を挿入することによって製造され得る。図８に示される構成において、発熱体４の外径は、外周部材１４によって決定される。このため、金属繊維からなる内部材１５を精度よく圧縮成型する必要がない。それゆえ、発熱体４の加工・組立ては、簡単になり、安価にできる。
【００５１】
図９は、本実施形態に係る加熱装置１に備えられた発熱体４の他の構成を示す断面図である。図９に示された発熱体４では、内部材１５は、第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８で構成された３層構造である。また、第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８のうち、第１内部材１６が最も流通路１０が占める割合（すなわち、体積または（寸法が一定の場合）数）が小さく、第３内部材１８が最も流通路１０が占める割合（すなわち、体積または（寸法が一定の場合）数）が大きくなっている。
【００５２】
また、図９に示された構成では、発熱体４の外周に、流通路１０を備えていない外周部材１４が設けられているため、透磁率が高くなり、電磁誘導される磁束が外周部材１４に集中的に通りやすくなり、また大きな渦電流が流れる。その結果、電磁誘導加熱を効率的に行うことができる加熱装置１を実現することができる。
【００５３】
また、各内部材に形成される流通路１０は、第１内部材１６、第２内部材１７、第３内部材１８の順に、その占める割合が大きくなっている。このため、実施形態１にて説明した通り、被加熱物９の蒸気を含む気体が体積膨張によって流出側６へ逃げやすい構造となっている。
【００５４】
さらに、発熱体４の流出側６においては、外周部材１４の内周面と、内部材１５の流出側６の端面とによって開口部１１が形成されている。このため、実施形態１にて説明した通り、被加熱物９の蒸気を含む気体が体積膨張によって流出側６へ流出しやすい構造となっている。
【００５５】
また、第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８は、例えば円筒形状の外周部材１４内に、圧入等によって密接して固定されていることが好ましい。これによって、外周部材１４からの発熱を第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８へ伝達しやすくなる。
【００５６】
また、第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８は、金属繊維で構成されていてもよい。この場合、図９に示される発熱体４は、次の手順で製造することがきる。すなわち、まず、例えば円筒形状の外周部材１４内に、流入側５から、金属繊維を圧縮して構成した第３内部材１８を挿入する。次いで、流入側５から、第３内部材１８よりも金属繊維の圧縮度を高めて構成した第２内部材１７を挿入する。最後に、流入側５から、第２内部材１７よりも金属繊維の圧縮度を高めて構成した第１内部材１６を挿入する。このような手順で製造された発熱体４では、第３内部材１８、第２内部材１７、第１内部材１６の順に、金属繊維の圧縮度が小さくなっている。また、図９に示される構成において、発熱体４の外径は、外周部材１４によって決定される。このため、金属繊維からなる第１内部材１６、第２内部材１７、及び第３内部材１８を精度よく圧縮成型する必要がない。それゆえ、発熱体４の加工・組立ては、簡単になり、安価にできる。
【００５７】
図１０は、本実施形態に係る加熱装置１に備えられた発熱体４のさらに他の構成例を示し、流入側５から流出側６へ向かう方向に対し垂直な面で切断したときの断面図である。図１１は、図１０に示される発熱体のさらに他の構成例を示し、流入側５から流出側６へ向かう方向に対し垂直な面で切断したときの断面図である。
【００５８】
図１０に示される発熱体４において、複数の流通路１０はそれぞれ穴径がほぼ同じになっている。そして、流通路１０は、発熱体４の中央部に集中している。すなわち、発熱体４の半径方向において、流通路１０は、外周から中央へ向かうに従い数が多くなっている。この構成によれば、上記電磁誘導によって、発熱体４の外周を効率よく加熱し、流通路１０を通る被加熱物に対してその熱を伝達することができる。
【００５９】
また、図１１に示される発熱体４においては、複数の流通路１０は穴径が異なっている。そして、発熱体４の外周に形成された流通路１０の穴径が小さく、発熱体４の中央部に形成された流通路１０の穴径が大きくなっている。すなわち、発熱体４の半径方向において、流通路１０は、外周から中央へ向かうに従い穴径が大きくなっている。この構成によれば、図１０の構成と同様に、上記電磁誘導によって、発熱体４の外周を効率よく加熱し、流通路１０を通る被加熱物に対してその熱を伝達することができる。特に、発熱体４の材料として鉄またはステンレス合金といった熱伝導のよい材料を使用することによって、被加熱物９が通過する内部の流通路１０に対しても瞬時に熱が伝わり、被加熱物９の加熱が効果的に行われる。
【００６０】
このように、本発明によれば、液体状の被加熱物９を加熱し、蒸気を発生する加熱装置１において、発熱体４内部で被加熱物９の一部または全部が蒸気化して体積膨張しても、その体積膨張による被加熱物９の供給量低下の影響を低減することができる。さらに、上昇気流および毛細管現象による効果を有効に享受できる。また、被加熱物９に含まれるスケール等の不純物が発熱体４の流通路１０への付着確率を下げることができる。したがって被加熱物９の供給が安定的に信頼性良く効率的に行える加熱装置１を提供できる。
【００６１】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る加熱装置１は、その外周に加熱コイル３が巻回された加熱コイル筐体２と、上記加熱コイル筐体２内に配置された発熱体４と、を備え、上記発熱体４には、上記加熱コイル３の巻回軸方向の一方の側（流入側５）から他方の側（流出側６）へ被加熱物９が通過する複数の流通路１０が設けられており、液体状の被加熱物９を流通路１０の一方の側（流入側５）から流入し他方の側（流出側６）から流出して加熱する加熱装置１において、上記発熱体４における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、流出側６の第１の流通路１０が占める総断面積は、流入側５の第２の流通路１０が占める総断面積と比べて大きい構成である。
【００６２】
上記の構成によれば、発熱体４の断面積に占める流通路１０の総断面積の割合は、流入側５が小さく、流出側６が大きくなっている。したがって、被加熱物９が発熱体４に流入後に加熱されて一部または全部が蒸気になり体積が膨張しても、上記の構成によれば、流出側６の第１の流通路１０が占める総断面積は、流入側５の第２の流通路１０が占める総断面積と比べて大きいので、被加熱物９が流出側６へ膨張しやすくなる。その結果、上記の構成によれば、流入側５への気圧上昇の影響が軽減され、被加熱物９の発熱体４への供給量が低下してしまうという不具合を抑制することができる。
【００６３】
また、上記の構成によれば、加熱装置１における液体状の被加熱物９の供給量の変動とともに、流出する液体状または気体状の被加熱物９の温度の変動を小さくすることができる。それゆえ、加熱装置１の安定性、信頼性を高めることができる。
【００６４】
また、流出側６の第１の流通路１０が占める総断面積は、流入側５の第２の流通路１０が占める総断面積と比べて大きいため、液体状の被加熱物９に含まれるスケールなどの不純物が発熱体４内部にトラップされてしまい流通路１０の目詰まりを起こす機会を減らすことができる。
【００６５】
以上のことから、上記の構成によれば、被加熱物９の加熱温度および蒸気発生量によって供給量および流出温度が変化・変動せず、かつ発熱体にスケールが付着する機会を減少できる加熱装置１を提供することができる。
【００６６】
本発明の態様２に係る加熱装置１は、上記態様１において、上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、上記第１の流通路１０それぞれが占める平均断面積は、上記第２の流通路１０それぞれが占める平均断面積と比べて大きい構成である。
【００６７】
ここでいう「平均断面積」とは、発熱体４における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、流通路１０が占める総断面積を流通路１０の数で割った面積を意味する。
【００６８】
上記の構成によれば、個々の流通路１０において、平均断面積は、流入側５が小さく、流出側６が大きくなるように設定されている。このような構成であっても、被加熱物９が発熱体４に流入後に加熱されて一部または全部が蒸気になり体積が膨張したとき、被加熱物９が流出側６へ膨張しやすくなる。その結果、上記の構成によれば、流入側５への気圧上昇の影響が軽減され、被加熱物９の発熱体４への供給量が低下してしまうという不具合を抑制することができる。さらには、液体状の被加熱物９に含まれるスケールなどの不純物が発熱体４内部にトラップされてしまい流通路１０の目詰まりを起こす機会を減らすことができる。
【００６９】
また、上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、個々の流通路１０の断面積が流入側５と流出側６とにおいて異なる場合、本発明の態様２に係る加熱装置１における発熱体４の流通路１０として、例えば、流入側５から流出側６へ向かうに従い穴径が大きくなるように形成されたテーパー穴が挙げられる。流通路１０がテーパー穴である構成では、発熱体４の流入側５にて、流通路１０の毛細管現象によって液体状の被加熱物９を吸い上げる効果が大きくなる。このため、被加熱物９の発熱体４内部への供給能力が向上するという効果を奏する。
【００７０】
また、本発明の態様３に係る加熱装置１は、上記態様１または２において、上記発熱体４の上記巻回軸方向に対して垂直な断面における流通路１０が占める総断面積は、流入側５から流出側６へ向かうに従い大きくなる構成である。
【００７１】
上記の構成によれば、被加熱物９の加熱温度および蒸気発生量によって供給量および流出温度が変化・変動せず、かつ発熱体にスケールが付着する機会を減少できる。
【００７２】
本発明の態様４に係る加熱装置１は、上記態様１〜３の何れか１つの態様において、上記発熱体４は上記加熱コイル３の巻回長よりも長くなっており、発熱体４における上記第１の流通路１０は、上記流出側６の端部に形成され、複数の第２の流通路１０に対して連通する開口部１１として設けられており、上記開口部１１は、その少なくとも一部が上記加熱コイル３の巻回エリア１３内に収まるように設けられている構成である。
【００７３】
上記の構成によれば、発熱体４における流出側６に、流入側５の複数の流通路１０に対して連通する開口部１１が形成されているため、被加熱物９は、発熱体４に流入後に加熱されて一部または全部が蒸気になり体積が膨張して、開口部１１から流出する。ここで、開口部１１内の空間には、気体となった被加熱物９の流通を遮る障壁が存在しないため、被加熱物９は、蒸気発生による体積膨張によって流出側６へ逃げやすくなり、流入側から流出側へ向かう気流が発生する。そして、この気流によって、蒸気を含む被加熱物９の流出が促進される。よって、上記の構成によれば、被加熱物９が発熱体４に流入後に加熱されて一部または全部が蒸気になり体積が膨張しても、被加熱物９の発熱体４への供給量が低下してしまうという不具合を抑制することができる。
【００７４】
本発明の態様５に係る加熱装置１は、上記態様１〜４の何れか１つの態様において、上記発熱体４における上記流入側５の端部は、上記液体状の被加熱物９に浸かっている構成である。
【００７５】
上記の構成によれば、上記発熱体４における上記流入側５の端部は、上記液体状の被加熱物９に浸かっているので、ポンプなどの被加熱物９の供給手段を用いることなく、被加熱物９を発熱体４内部へ流入させることができる。したがって、上記の構成によれば、ポンプなどの被加熱物９の供給手段を備えない安価な構成の加熱装置１を提供することができる。
【００７６】
本発明の態様６に係る加熱装置１は、上記態様１〜５の何れか１つの態様において、上記発熱体４における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、上記流通路１０が占める総断面積は、外周側から中央側へ向かうに従って大きくなっている構成である。
【００７７】
電磁誘導加熱においては、高周波電流を加熱コイル３に流すことによって電磁誘導される。このような高周波の電流は、導体の表面付近のみにしか電流が流れない表皮効果の影響を受ける。よって、発熱体４に対しても、外周部に集中的に渦電流が流れることによって、この外周部が集中的に加熱されるおそれがある。
【００７８】
そこで、上記の構成によれば、上記発熱体４における上記巻回軸方向に対して垂直な断面において、上記流通路１０が占める総断面積は、外周側から中央側へ向かうに従って大きくなっている。すなわち、発熱体４の材料が占める総断面積は、中央側から外周側へ向かうに従って大きくなっている。このように、外周における発熱体４の材料密度を上げることによって、電磁誘導作用によってより多くの渦電流を発熱体４内に流すことができ、発熱性を高めることができる。
【００７９】
本発明の態様７に係る加熱装置１は、上記態様１〜６の何れか１つの態様において、上記発熱体４は、上記流通路１０が形成されていない外筒部材（外周部材１４）と、該外筒部材（外周部材１４）に挿入され、上記流通路１０が形成された内部材１５と、によって構成されている構成である。
【００８０】
上記の構成によれば、発熱体４の外周部の部材として材料密度が高い外筒部材（外周部材１４）を使用し、発熱体４の内部の部材として被加熱物９の流通が可能な内部材１５を使用することによって、流通路１０が占める総断面積が外周側から中央側へ向かうに従って大きくなった発熱体４を容易に製造することができる。したがって、上記の構成によれば、加熱装置１のコストダウンを実現できる。
【００８１】
また、本発明の態様８に係る加熱装置１は、上記態様１〜７の何れか１つの態様において、上記発熱体４は、上記流通路１０の数が、流入側５に比べて流出側６の方が多い構成であってもよい。また、本発明の態様９に係る加熱装置１は、上記態様１〜７の何れか１つの態様において、上記発熱体４は、個々の流通路１０の穴径が、流入側５に比べて流出側６の方が大きい構成であってもよい。
【００８２】
また、本発明の態様１０に係る加熱装置１は、上記態様１〜７の何れか１つの態様において、上記発熱体４は、多孔質金属（例えば金属繊維）によって構成されており、流出側６の多孔質金属の気孔率が流入側５の多孔質金属の気孔率よりも大きくなっている構成であってもよい。
【００８３】
また、本発明の態様１１に係る加熱装置１は、上記態様１〜１０において、上記発熱体４は、複数の要素が上記巻回軸方向に積層して構成された層構造である構成であってもよい。
【００８４】
さらに、本発明の態様１２に係る加熱装置１は、上記態様７において、上記内部材１５は、金属繊維が圧縮されて構成されており、上記内部材１５は、複数の内部材要素（第１内部材１６、第２内部材１７、第３内部材１８）が上記巻回軸方向に積層して構成された層構造であり、上記内部材要素は、上記流入側５から上記流出側６へ向かうに従い、金属繊維の圧縮度が高くなるように設けられた構成であってもよい。
【００８５】
（補足）
なお、本発明に係る加熱装置は、以下のように表現することもできる。
【００８６】
（１）加熱コイルと、外周に加熱コイルが巻回された加熱コイル筐体と、加熱コイル筐体内に配置した発熱体を備え、発熱体の加熱コイル巻回軸方向に被加熱物の通過が可能な複数の流通路を設け、液体状の被加熱物を流通路の一方から流入し他方から流出して加熱する加熱装置において、加熱コイル巻回軸直交方向断面における発熱体の流通路の総断面積を、流入側に比べ流出側が大きくなるようにしたことを特徴とする加熱装置。
【００８７】
（２）加熱コイル巻回軸直交方向断面における流入側の個別の流通路の平均断面積に比べ、流出側の個別の流通路の平均断面積が大きいことを特徴とする（１）に記載の加熱装置。
【００８８】
（３）発熱体は加熱コイル巻回長より長く、発熱体の被加熱物の流出側が開口形状となっており、少なくとも開口部の一部は加熱コイル巻回部に掛かっていることを特徴とする（１）または（２）に記載の加熱装置。
【００８９】
（４）発熱部の被加熱物流入側の一部が液体状の被加熱物に浸かっていることを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の加熱装置。
【００９０】
（５）発熱体の半径方向外周部は内部に比べて流通路の総面積が小さいことを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の加熱装置。
【００９１】
（６）発熱体は、円筒形状で流通路が設けられていない発熱体外筒と、外筒の内部に挿入した液体通過可能な複数の流通路が設けられた発熱体吸液体で構成されていることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の加熱装置。
【００９２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【実施例】
【００９３】
加熱装置１として、図７に示された構成を採用し、発熱体４として図８に示された構成を採用して、効果を確認した。
【００９４】
被加熱物９として水を使用した。また、用いた発熱体４は、円筒形状であり、内径が４０ｍｍである。また、内部材１５として、スチール繊維を使用し、気孔率を約５０％とした。また、加熱コイル３へ投入される電力を５００Ｗとし、加熱周波数を２０ｋＨｚとした。
【００９５】
また、実施例として、内部材１５が外周部材１４の下端から１／２の高さまで挿入され、それより上側の残りの１／２部分が開口部１１となった構成を採用した。実施例の構成において、開口部１１が流出側６の流通路１０に相当する。また、比較例として、内部材１５が外周部材１４の内部全体に挿入された構成を採用した。比較例の構成は、発熱体４の流入側５及び流出側６の断面において、流通路１０が占める面積に変化がない構成となっている。上記実施例の構成と上記比較例の構成とにおいて、効果を確認した。その結果、上記実施例の構成では、発生する蒸気が毎時約２５０ｃｃであったのに対し、上記比較例の構成では、発生する蒸気が毎時約１９０ｃｃであった。
【００９６】
この結果から、上記比較例の構成に対し、上記実施例の構成では、約３０％蒸気発生量が増加していることがわかり、被加熱物９の発熱体４への供給量の低下が抑えられていることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
液体を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、液体の供給量の変動や低下を抑え、安定に液体供給したい要求がある加熱装置に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１  加熱装置
２  加熱コイル筐体
３  加熱コイル
４  発熱体
５  流入側
６  流出側
７  ポンプ
８  液体タンク
９  被加熱物
１０  流通路
１１  開口部
１２  内底面
１３  巻回エリア
１４  外周部材
１５  内部材
【図２】
2014191932.tif 000003
【図３】
2014191932.tif 000004
【図４】
2014191932.tif 000005
【図５】
2014191932.tif 000006
【図８】
2014191932.tif 000007
【図１０】
2014191932.tif 000008
【図１１】
2014191932.tif 000009
【図１】
2014191932.tif 000010
【図６】
2014191932.tif 000011
【図７】
2014191932.tif 000012
【図９】
2014191932.tif 000013