(57)【要約】【課題】１次コイルが発生する熱も流体の加熱に利用し、この種の流体加熱装置における加熱効率を高めること。【解決手段】閉磁路鉄心の脚鉄心１１に、長さの一部を絶縁処理した一本の導体管の絶縁処理した部分を巻回して巻回導体管１２ａを形成し、非絶縁処理した部分を、前記巻回導体管１２ａの外周に巻回して巻回導体管１２ｂを形成し、巻回導体管１２ｂの巻間のすべて、または、複数巻ごとの巻間を電気的に接続固定し、前記絶縁処理した巻回導体管１２ａの両端に交流電圧を印加するとともに、流体を巻回導体管１２ａおよび巻回導体管１２ｂの内部を順に通流するように構成する。これにより、流体の漏れを防ぎ、かつ、従来１次コイルの通電で発生していた熱も流体の加熱に利用することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉磁路鉄心の脚鉄心に、長さの一部を絶縁処理した一本の導体管を、絶縁処理した部分と非絶縁処理した部分とに分けて複数層に巻回し、非絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の巻間を機械的電気的に接続固定して一体化し、絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の両端に交流電圧を印加するとともに、前記一本の導体管の内部に流体を通流してなることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
閉磁路鉄心の脚鉄心に、長さの一部を絶縁処理した一本の導体管を、絶縁処理した部分と非絶縁処理した部分とに分けて複数層に巻回し、非絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の巻間の巻数を複数に分け、分けた巻数の巻間ごとに、その巻間を機械的電気的に接続固定して各複数の巻きごと一体化し、絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の両端に交流電圧を印加するとともに、前記一本の導体管の内部に流体を通流してなることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項３】
閉磁路鉄心の脚鉄心に、長さの一部を絶縁処理した一本の導体管の絶縁処理した部分を巻回し、非絶縁処理した部分を、前記絶縁処理した巻回導体管の外周に巻回してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項４】
閉磁路鉄心の脚鉄心に、絶縁処理した巻回導体管、非絶縁処理した巻回導体管、絶縁処理した巻回導体管の順、または非絶縁処理した巻回導体管、絶縁処理した巻回導体管、非絶縁処理した巻回導体管の順に３層重ね巻きした請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項５】
流体を巻回導体管の最内層巻回導体管または最外層巻回導体管から流入し、中層導体管から排出する方向に通流することを特徴とする請求項４に記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記脚鉄心がインボリュート曲線状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した鉄心であることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の流体加熱装置。
【請求項７】
無溶剤系絶縁接着剤を塗着した絶縁薄片を巻回して導体管および脚鉄心を絶縁処理したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の流体加熱装置。
【請求項８】
絶縁薄片がポリイミド系フイルムであることを特徴とする請求項７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、流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体加熱装置として、閉磁路鉄心の脚鉄心に、該鉄心に沿って一次コイルを巻回し、その一次コイルの外周囲に導体管からなる二次コイルを巻回し、二次コイルを構成する導体管の内部を通流する流体を、その導体管の発熱により加熱するようにしたものがある。図７は、このような従来の流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はコイル部の断面図である。  
【０００３】
図７において、１は鉄心、２は１次コイル、３は２次コイル、４は循環する流体を通流する母管である。鉄心１はヨーク鉄心の両端に脚鉄心を備えた閉磁路をなし、１次コイル２は鉄心１の両端の脚鉄心の夫々に巻回されている。２次コイル３は、貫通孔が形成された管状のＳＵＳ（ステンレススチール）などの導電体からなり、各１次コイル２の外周に沿ってそれぞれ巻回され、各２次コイル３は、図７（ｃ）に示すように２つのコイル３−１、３−２が並列に巻回され、各２次コイル３の両側の端部は図示しない短絡用の導体によって電気的に短絡されている。
【０００４】
このように構成した流体加熱装置は、流体循環路に配置するとき各２次コイル３の端部に設けたフランジ３ａ、３ｂと母管４のフランジ４ａと合わせて連結する。この連結により循環する流体は各２次コイル３の貫通孔を経由して循環する。図７に示す例では各１次コイル２は並列に接続されており、各１次コイル２に単相（Ｕ−Ｖ）の交流電圧を印加すると、短絡用の導体を経て２次コイル３に短絡電流が流れ、その電流で２次コイル３は抵抗発熱し、この熱は貫通孔を通過する流体に伝達され、その流体は貫通孔を通過する間加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２８７５１号公報
【特許文献２】特開２００７−１５２６５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６８２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来例の流体加熱装置では、短絡によって発熱する２次コイルの熱を２次コイルの貫通孔を流れる流体に伝達するので、流体と接触する発熱面積を大きくすることができ、２次コイルの発熱温度とその２次コイルで加熱される流体の温度との差を小さくしても、所定の熱量を流体に伝達することができ、また、閉磁路鉄心を備えた変圧器構成であるため、力率は高く小さい電源で効率よく流体を加熱することができる。しかし、１次コイルは通常の絶縁電線が使用されており、そのために１次コイルの発熱に対して冷却することを考慮しなければならず、その冷却分損失するといった問題があった。
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、１次コイルが発生する熱も流体の加熱に利用し、この種の流体加熱装置における加熱効率を高める点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、閉磁路鉄心の脚鉄心に、長さの一部を絶縁処理した一本の導体管を、絶縁処理した部分と非絶縁処理した部分とに分けて複数層に巻回し、非絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の巻間を機械的電気的に接続固定して一体化し、絶縁処理した部分を巻回した巻回導体管の両端に交流電圧を印加するとともに、前記一本の導体管の内部に流体を通流するように構成している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、絶縁処理した巻回導体管に交流電流を流し、その交流電流により絶縁処理した巻回導体管は抵抗発熱し、また、絶縁処理した巻回導体管に流した交流電流により発生する交番磁束により、非絶縁処理した巻回導体管に誘導電流が流れ、非絶縁処理した巻回導体管は抵抗発熱する。したがって、絶縁処理した巻回導体管および非絶縁処理した巻回導体管の管内に流れる流体は、その両者の発熱により加熱され、巻回導体管に発生する熱は、流体の加熱に利用するので、加熱効率を高め、すなわち従来の一次コイルで発生した熱を有効に流体の加熱に利用することができる。また、絶縁処理した巻回導体管および非絶縁処理した巻回導体管は、１本の導体管で構成しているので、導体管に切れ目（継ぎ目）による漏れがなく、加熱流体として可燃性油や強酸・強アルカリの流体を安全に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係る流体加熱装置の巻回導体管部の半断面模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は結線図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る流体加熱装置の巻回導体管部の半断面模式図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は結線図である。
【図５】脚鉄心の斜視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る流体加熱装置の巻回導体管部の半断面模式図である。
【図７】従来の流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はコイル部の半断面図である。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例に係る単相電源に適用する流体加熱装置について、図１および図２を参照して説明する。図１において、１１は外周面を絶縁処理した脚鉄心、１２aは絶縁処理した巻回導体管、１２bは非絶縁処理した巻回導体管、１２ｃは流体入り口フランジ、１２ｄは流体出口フランジ、１４は絶縁薄片（本例では無溶剤系絶縁接着剤を表裏全面に塗着したポリイミド系フイルム）である。
【００１２】
絶縁処理（本例では、無溶剤系絶縁接着剤を塗着したポリイミド系フイルムを巻回して絶縁処理）した巻回導体管１２aと絶縁処理しない（以下、非絶縁処理という。）巻回導体管１２ｂは、長さの一部を絶縁処理した一本（溶接など接続して一本化したものも含む）の導体管で形成され、一本の導体管のうち絶縁処理した導体管部分を、外周面を絶縁処理（本例では無溶剤系絶縁接着剤を塗着したポリイミド系フイルムを巻回して絶縁処理））した脚鉄心１１に絶縁薄片１４を介して巻回し（巻回導体管１２a）、折り返して非絶縁処理した導体管部分を巻回した絶縁処理した導体管（巻回導体管１２a）の外周に巻回する（巻回導体管１２ｂ）。そして、巻回導体管１２ｂの巻回間は導体板などの溶接により機械的電気的に接続固定させている。なお、巻回導体管１２aと巻回導体管１２ｂを作成し、これを脚鉄心１１に嵌め込むようにしてもよい。
【００１３】
流体入り口フランジ１２ｃは一本の導体管のうち絶縁処理した導体管部分の開口に形成され、流体出口フランジ１２ｄは非絶縁処理した導体管部分の開口に形成されている。したがって、この場合、流体入り口フランジ１２ｃ部の流体入り口から導入した流体は、最内層の巻回導体管１２ａ、最外層の巻回導体管１２ｂを順に経由して流体出口フランジ１２ｄ部の出口から導出される。すなわち、流体は最内層の巻回導体管１２ａで加熱され、最外層の巻回導体管１２ｂで更に加熱されることとなる。この場合、最内層の巻回導体管１２ａに最も低い温度の流体を流すことになるので、脚鉄心１１の冷却効果を高めることもできる。
【００１４】
なお、図１の図示例では、巻回導体管１２ｂのすべての巻回間は機械的電気的に接続固定しているが、図６に示すように巻回導体管１２ｂの巻回を複数（図示例は３個）に分け、分けた複数の巻（図示例では４巻き）ごとの巻間を機械的電気的に接続固定するようにしてもよい。このように複数の巻回ごとに、巻間を機械的電気的に接続固定すれば、巻回導体管１２ａの巻幅と巻回導体管１２ｂの巻幅を同程度に調整することができる。また、巻回導体管１２ｂの機械的電気的に接続固定する巻数を調整することにより、巻回導体管１２ｂの発熱容量も調整することができる。つまり、図１の図示例では、巻回導体管１２ｂは１回巻きと等価となるが、図６の図示例では、３回巻きと等価となり、３回巻きとした分巻回導体管１２ｂで消費する電力は低下する。
【００１５】
脚鉄心１１としては、図５に示すように、インボリュート曲線状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板１１aを放射状に積層して円筒状に形成し、これをＡＢＣと径方向に三段積層（積層段数は必要とする脚鉄心の直径で決める。）した鉄心（以下、この鉄心をインボリュート脚鉄心という）を用いるとよい。また、脚鉄心の絶縁処理として、無溶剤系絶縁接着剤を塗着したポリイミド系フイルムを用いるとよい。このように、無溶剤系絶縁接着剤を塗着したポリイミド系フイルムを巻回したインボリュート脚鉄心は、ほぼ完全な円形となり、また、絶縁処理部は断熱効果が低く（乾燥などで気泡が発生しない。）、熱伝導性が高いので、これに無溶剤系絶縁接着剤を表裏全面に塗着したポリイミド系フイルムを介して導体管を巻回したものでは鉄損発熱が導体管に効率よく伝わり、鉄損発熱も流体加熱として有効に利用できる。言い換えると、脚鉄心は導体管を流れる流体により冷却され、脚鉄心の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
巻回導体管１２aと巻回導体管１２ｂを装着した脚鉄心１１は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、上下のヨーク鉄心１３の両端部の間に配置されて締付固定される。つまり上下のヨーク鉄心１３と脚鉄心１１とによりロ字型の閉磁路が形成される。そして、図２（ｃ）に示すように片側の脚鉄心１１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２aの一端は、単相電源の入力Ｕ端子に接続され、他端は単相電源の入力Ｖ端子に接続され、その導体管の折り返し部は単相電源の入力Ｕ端子に接続される。また、他の片側の脚鉄心１１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２aの一端は、単相電源の入力Ｕ端子に接続され、他端は単相電源の入力Ｖ端子に接続され、その導体管の折り返し部は単相電源の入力Ｖ端子に接続される。
【００１７】
単相電源の入力Ｕ、Ｖ端子に交流電源が接続されると、両側の脚鉄心１１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２aに交流電圧が印加されて、交流電流が流れ、閉磁路鉄心に交番磁束が発生し、この交番磁束と鎖交する巻回導体管１２ｂに誘導電流が流れる。これらの電流により巻回導体管１２aおよび巻回導体管１２ｂが発熱する。この熱は、巻回導体管１２aおよび巻回導体管１２ｂの内部を通流する流体に伝達され、その流体は巻回導体管１２aおよび巻回導体管１２ｂを通流する間に順次加熱される。
【００１８】
図３および図４は本発明の他の実施例に係る三相電源に適用する流体加熱装置を示すもので、図３において、２１は外周面を絶縁処理した脚鉄心、２２aは絶縁処理した巻回導体管、２２bは非絶縁処理した巻回導体管、２２ｃは絶縁処理した巻回導体管、２２ｄは流体入り口フランジ、２２ｅは流体出口フランジ、１４は無溶剤系絶縁接着剤を全面に塗着したポリイミド系フイルムからなる絶縁薄片である。
【００１９】
なお、脚鉄心２１は本例では、図５に示すインボリュート曲線状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板１１aを積層して円筒状に形成し、これをＡＢＣと径方向に三段積層（積層段数は必要とする脚鉄心の直径で決める。）したインボリュート鉄心で構成され、脚鉄心２１の絶縁処理および導体管の絶縁処理は、図１に示す例と同様に無溶剤系絶縁接着剤を塗着したポリイミド系フイルムを巻回して処理されている。
【００２０】
絶縁処理した巻回導体管２２aと非絶縁処理した巻回導体管２２ｂおよび絶縁処理した巻回導体管２２ｃは、長さの一部を絶縁処理した一本（溶接など接続して一本化したものも含む）の導体管で形成され、一本の導体管のうち絶縁処理した導体管部分を巻回し（巻回導体管２２ｃ）、折り返して絶縁処理した導体管部分を巻回し（巻回導体管２２ａ）、さらに折り返して非絶縁処理した導体管部分を巻回し（巻回導体管２２ｂ）、巻回導体管２２ｂの巻回間は機械的電気的に接続固定し、このように形成した巻回導体管を、外周面を絶縁処理した脚鉄心２１に絶縁薄片１４を介して嵌め込んでいる。すなわち、絶縁薄片１４で覆った脚鉄心２１に、絶縁処理した巻回導体管２２ａ、非絶縁処理した巻回導体管２２ｂ、絶縁処理した巻回導体管２２ｃの順に３層重ね巻きされている。このように３層巻きにすると磁気結合が２面（２層巻きでは１面）となり、磁気漏れ量が理論上半減する。すなわち流体加熱装置のインピーダンスが低下して力率および効率がよくなる。
【００２１】
なお、図３の図示例では、非絶縁処理した導体管２２ｂのすべての巻回間を電気的に短絡固定しているが、巻回数を複数に分け、分けた複数の巻ごとの巻間を機械的電気的に接続固定するようにしてもよい。このように複数の巻回ごとに、巻間を電気的に短絡固定すれば、巻回導体管１２ａの巻幅と巻回導体管１２ｂの巻幅を同程度に調整することができ、また、巻回導体管２２ｂの機械的電気的に接続固定する巻数を調整することにより、巻回導体管２２ｂの発熱容量も調整することができる。
【００２２】
流体入り口フランジ２２ｄは一本の導体管のうち絶縁処理した導体管部分の開口に形成され、流体出口フランジ２２ｅは非絶縁処理した導体管部分の開口に形成されている。したがって、流体入り口フランジ２２ｄ部の流体入り口から導入した流体は、最外層の巻回導体管２２ｃ、最内層の巻回導体管２２ａ、中間層の巻回導体管２２ｂを順に経由して流体出口フランジ２２ｅ部の出口から導出される。
【００２３】
巻回導体管２２a、巻回導体管２２ｂおよび巻回導体管２２ｃを装着した脚鉄心２１は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、上下のヨーク鉄心２３の両端部と中央部の間に配置し、上下のヨーク鉄心２３に締付固定される。つまり上下のヨーク鉄心２３と脚鉄心２１とにより日字型の閉磁路が形成される。そして、図４（ｃ）に示すように脚鉄心２１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２ａと１２ｃは電気的に直列に接続され、巻回導体管１２ａの端部は、それぞれの脚鉄心２１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２ａの端部と接続され、巻回導体管１２ｃの端部は、それぞれ三相電源の入力Ｕ端子、入力Ｖ端子、入力Ｗ端子に接続される。すなわち、巻回導体管１２ａと１２ｃを電気的に直列に接続した巻回導体管はＹ結線されている。また、巻回導体管２２ｂの一端は、それぞれ三相電源の入力Ｕ端子、入力Ｖ端子、入力Ｗ端子に接続される。
【００２４】
三相電源の入力Ｕ、Ｖ、Ｗ端子に三相の交流電源が接続されると、それぞれの脚鉄心２１に巻回した絶縁処理した巻回導体管１２ｃと１２aに交流電圧が印加されて、交流電流が流れ、閉磁路鉄心に交番磁束が発生し、この交番磁束と鎖交するそれぞれの巻回導体管２２ｂに電流が流れる。これらの電流により巻回導体管２２a、２２ｃおよび巻回導体管２２ｂが発熱する。この熱は、巻回導体管２２ｃ、巻回導体管２２ａ、および巻回導体管２２ｂの内部を通流する流体に伝達され、その流体は巻回導体管２２ｃ、２２ａおよび巻回導体管２２ｂを通流する間に順次加熱される。
【００２５】
このように、流体を最外層の巻回導体管２２ｃ、最内層の巻回導体管２２ａ、中間層の巻回導体管２２ｂと通流するので、中間層の巻回導体管２２ｂから導出される流体が最高温度となり、中間層の巻回導体管２２ｂは、最外層の巻回導体管２２ｃ若しくは最内層の巻回導体管２２ａに比べ高くなる。したがって、温度の高い中間層の巻回導体管２２ｂが中心部に位置し、比較的温度が低い最外層の巻回導体管２２ｃおよび最内層の巻回導体管２２ａが両外側に位置することになるので、外部との温度差が小さくなり、放熱量を抑えることができる。
【００２６】
なお、重ね巻順は、非絶縁処理した巻回導体管、絶縁処理した巻回導体管、非絶縁処理した巻回導体管の順であってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１１、２１は脚鉄心
１２a、２２ａ、２２ｃ  絶縁処理した巻回導体管
１２b、２２ｂ  非絶縁処理した巻回導体管
１２ｃ、２２ｄ  流体入り口フランジ
１２ｄ，２２ｅ  流体出口フランジである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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