(57)【要約】      （修正有）【課題】流体からの漏電を防止して熱効率の向上と熱量が増大した流体ヒーターを提供する。【解決手段】絶縁体で形成された中空ハウジング２と、中空ハウジング２の内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて中空ハウジング２の底部に配設されたディフューザー流入部３と、中空ハウジング２の内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて中空ハウジング２の頂部に配設されたディフューザー流出部４と、中空ハウジング２の内部には、長手方向に配置されて固定された１辺が内側へ湾曲した多角形底面を有する多角柱状の芯柱５と、芯柱５に螺旋状に巻き付けられた裸電熱線６とを備える。【選択図】図１
0003202235.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
略縦置きに配置されてその内部の底部から頂部へ向けて流通させた流体を通電により加熱し利用する流体ヒーターであって、
絶縁体で形成された中空ハウジングと、
前記中空ハウジングの内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて前記中空ハウジングの底部に配設されたディフューザー流入部と、
前記中空ハウジングの内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて前記中空ハウジングの頂部に配設されたディフューザー流出部と、
前記中空ハウジングの内部には、前記中空ハウジングの長手方向に配置されて固定された、絶縁体で形成されて少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状とする多角柱状の芯柱と、
前記芯柱に螺旋状に巻き付けられた裸電熱線と
を備えることを特徴とする前記流体ヒーター。
【請求項２】
絶縁体が、０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐える絶縁体である、請求項１に記載の流体ヒーター。
【請求項３】
前記裸電熱線に対してパルス電流を印加するためのパルス電流印加部を備える、請求項１または請求項２に記載の流体ヒーター。
【請求項４】
前記中空ハウジングのディフューザー流入部およびディフューザー流出部がアースされている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体ヒーター。
【請求項５】
前記中空ハウジングの内部の内圧が１〜１６気圧に維持されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流体ヒーター。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は流体ヒーターに関し、より詳細には、略縦置きに配置されてその内部の底部から頂部へ向けて流通させた流体を通電により加熱し利用する流体ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を中空ハウジング内の一方向にのみ通過させて、発熱した電熱線に直接流体を接触させてその流体を加熱させるタイプの流体ヒーターは、従来の手法では熱効率が悪いうえに流体の漏洩による感電の虞があるとして敬遠されていた。そこで従来、発熱部である誘導コイルを覆う強磁性壁を有するチャネルを用いて加熱の対象である流体をガイドした流体ヒーター（特許文献１）や、シーズヒーターを用いた流体ヒーターが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５０１０９４号公報
【特許文献２】特開平７−２４９４７７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、流体ヒーターの分野において、加熱の対象である流体に発熱体から直接加熱する手法は、流体からの漏電を防止することができれば、簡便であるうえに熱効率と熱量の向上を見込むことができるため、好ましい手段といえる。
【０００５】
そこで本考案は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、流体からの漏電を防止して熱効率の向上と熱量が増大した流体ヒーターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案者らは、鋭意研究の結果、絶縁された流体ヒーターの略縦置きに設置した場合の下部（底部）および上部（頂部）に、それぞれ、絶縁体から形成されて当該流体ヒーターの内径（当該流体ヒーターの中空ハウジングの内径）よりも小さい口径となるように形成された流入口（ディフューザー流入部）および流出口（ディフューザー流出部）を配設することにより、当該流入口（ディフューザー流入部）から流体を流入させて当該流出口（ディフューザー流出部）から流体を流出させることにより乱流化させることができ、さらに、当該流体ヒーターの内部（当該中空ハウジングの内部）には、絶縁体で形成されて少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状とする多角柱状の芯柱を当該流体ヒーター（当該中空ハウジング）の長手方向に配置して固定するとともに、この芯柱に裸電熱線を螺旋状に巻き付けてパルス電流を印加することにより、流体ヒーターにおいて、流体からの漏電を防止でき、熱効率が向上するとともに熱量が増大することを見出し、下記の各考案を完成した。
【０００７】
（１）略縦置きに配置されてその内部の底部から頂部へ向けて流通させた流体を通電により加熱し利用する流体ヒーターであって、絶縁体で形成された中空ハウジングと、前記中空ハウジングの内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて前記中空ハウジングの底部に配設されたディフューザー流入部と、前記中空ハウジングの内径よりも小さい口径を有する、絶縁体で形成されて前記中空ハウジングの頂部に配設されたディフューザー流出部と、前記中空ハウジングの内部には、前記中空ハウジングの長手方向に配置されて固定された、絶縁体で形成されて少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状（断面形状）とする多角柱状の芯柱と、前記芯柱に螺旋状に巻き付けられた裸電熱線とを備えることを特徴とする前記流体ヒーター。
【０００８】
（２）絶縁体が、０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐える絶縁体である、（１）に記載の流体ヒーター。
【０００９】
（３）前記裸電熱線に対してパルス電流を印加するためのパルス電流印加部を備える、（１）または（２）に記載の流体ヒーター。
【００１０】
（４）前記中空ハウジングのディフューザー流入部およびディフューザー流出部がアースされている、（１）から（３）のいずれか一項に記載の流体ヒーター。
【００１１】
（５）前記中空ハウジングの内部の内圧（流体の圧力）が１〜１６気圧に維持されている、（１）から（４）のいずれか一項に記載の流体ヒーター。
【考案の効果】
【００１２】
本考案に係る流体ヒーターによれば、流体からの漏電を防止でき、熱効率を向上させるとともに熱量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案に係る流体ヒーターの第一実施形態を表す図である。
【図２】本考案に係る流体ヒーターの第一実施形態における芯柱の横断面を表す図である。
【図３】本考案に係る流体ヒーターの第二実施形態（Ａ）、第三実施形態（Ｂ）、第四実施形態（Ｃ）、第五実施形態（Ｄ）および第六実施形態（Ｅ）における芯柱の横断面を表す図である。
【図４】本考案に係る流体ヒーターの第一実施形態において、流体が中空ハウジング内を乱流化して流通する様子を表す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
以下、本考案に係る流体ヒーターの第一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
本第一実施形態の流体ヒーター１は、図１に示すように、中空ハウジング２と、ディフューザー流入部３と、ディフューザー流出部４と、芯柱５と、裸電熱線６とを備え、さらにはパルス電流印加部７を、よりさらにはアース部８を備えている。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１６】
本第１実施形態の流体ヒーター１における中空ハウジング２は、図１に示すように、いわゆるシリンダー状の形状を有しており、０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐えることができる絶縁体で形成されているのが好ましい。
【００１７】
中空ハウジング２の底部（下部）と頂部（上部）には、図１に示すように、それぞれ、中空ハウジング２の内径よりも小さい口径となるように形成されたディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４が設けられている。ディフューザー流入部３の流入開口部３１から流体ヒーター１の内部（中空ハウジング２の内部）に流入してディフューザー流出部４の流出開口部４１から流出する流体は、流体ヒーター１の内部（中空ハウジング２の内部）において乱流化する。ディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４は中空ハウジング２と同様に、０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐えることができる絶縁体で形成されているのが好ましい。
【００１８】
また、中空ハウジング２の内部には、図１に示すように、少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状（断面形状）とする多角柱状の芯柱５が中空ハウジング２の長手方向に配置され、芯柱５の底部がディフューザー流入部３に、芯柱５の頂部がディフューザー流出部４に、それぞれ芯柱固定具５１を介して固定されている。そして、芯柱５には、図１に示すように、発熱体である裸電熱線６が螺旋状に巻き付けられている。芯柱５もまた、中空ハウジング２、ディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４と同様に、０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐えることができる絶縁体で形成されているのが好ましい。
【００１９】
ここで、「０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐えることができる絶縁体（不導体）」としては、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択することができる絶縁体（不導体）や絶縁体（不導体）を用いた材料であれば特に限定はされないが、そのような絶縁体（不導体）としては、例えば、耐熱性プラスチック、磁器、雲母、ガラス繊維など、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００２０】
本第一実施形態の流体ヒーター１において用いられる裸電熱線６もまた、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択することができる、コーティングがされていない電熱線であれば、特に限定はされないが、そのような裸電熱線６としては、例えば、コーティングがされていないニッケルクロム系の電熱線、コーティングがされていない鉄クロム系の電熱線、コーティングがされていないカンタル系の電熱線など、電気抵抗の大きい合金からなり、かつコーティングがされていない電熱線およびそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００２１】
なお、本第一実施形態の流体ヒーター１において用いられる裸電熱線６の長さ、その断面の直径の大きさ、芯柱５に螺旋状に巻き付けられているその螺旋のピッチ（螺旋の幅）などは、中空ハウジング２の大きさや全長、流体の種類や流量、芯柱５の太さや底面形状（断面形状）などの変化に応じて、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択される。
【００２２】
次に、本第一実施形態の流体ヒーター１における「流体」もまた、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択されるが、そのような流体としては水を挙げることができる他、例えば、水にエチレングリコール、プロピレングリコールあるいはエタノールなどを混合した混合液や溶液を挙げることができる。
【００２３】
本第一実施形態の流体ヒーター１における芯柱５もまた、少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状（断面形状）とする多角柱状のものであれば、その形状は、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択されるが、「少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状（断面形状）とする多角柱」における「少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形」とは、例えば、図２に示すように、本第一実施形態の流体ヒーター１における芯柱５の底面形状（断面形状）である略十字形を挙げることができる他、図３に示す第二実施形態（Ａ）、第三実施形態（Ｂ）、第四実施形態（Ｃ）、第五実施形態（Ｄ）および第六実施形態（Ｅ）のように、略Ｃ形・略略鼓形・略三芒形・略星芒形（略アステロイド）などのテーパーを有する多角形、略星形五角形・略星形六角形などの略星形多角形などの多角形を挙げることができる。
【００２４】
次に、パルス電流印加部７は、電源（図示しない）を備えて裸電熱線６にパルス電流を印加する。本第一実施形態の流体ヒーター１におけるパルス電流印加部７もまた、その構成は、本考案の特徴を損なわない範囲において当業者によって適宜選択され、図１に示すように、芯柱５に対し螺旋状に巻き付けられている裸電熱線６の、本第１実施形態の流体ヒーター１の頂部側または底部側に設置されればよく、必要に応じて、各種トランジスタや各種サイリスタ（図示しない）を備えてもよい。
【００２５】
次に、アース部８は、ディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４のいずれにも配設されてアースする。これらアース部８により、裸電熱線６から流体へ電流が流れた場合でも、流体ヒーター１の頂部側または底部側の二方向から挟むようにして電流を除去することができ、電気的安全性が担保されている。すなわち、これらアース部８を備えることにより、本第１実施形態の流体ヒーター１は、頂部側と底部側とで、電気的に閉じた状態となっている。
【００２６】
以上のような構成を有する本第一実施形態の流体ヒーター１は、必要とする加熱出力に合わせて、その複数を直列に接続することができ、全体としてボイラーとして用いることができる。
【００２７】
以下、本第一実施形態における流体ヒーター１の作用について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
先ず、流体ヒーター１を略縦置きに設置した後に、流体ヒーター１の内部に流体を流通させる。流体が中空ハウジング２の底部に配設されたディフューザー流入部３の流入開口部３１から流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）へ流入すると、流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）をディフューザー流出部４方向へ流通し、ディフューザー流出部４の流出開口部４１から流体ヒーター１外（中空ハウジング２外）へ流出する。この時、ディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４の口径、すなわち流入開口部３１および流出開口部４１の口径が中空ハウジング２の内径よりも小さいため、図４に示すように、流入開口部３１から流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）へ流入した流体は乱流化し、流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）を乱流化した流体ＤＳが満ちつつ流通する。
【００２９】
次に、パルス電流印加部７の電源を入れることにより、芯柱５に螺旋状に巻き付けられた裸電熱線６に通電し、裸電熱線６にパルス電流が印加される。発熱体である裸電熱線６はパルス電流が印加されることにより発熱し、流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）を流通する乱流化した流体ＤＳを加熱する。すなわち、裸電熱線６と乱流化した流体ＤＳとの間で熱交換が行われる。
【００３０】
この時、芯柱５が、少なくとも一辺が内側へ湾曲した多角形を底面形状（断面形状）とする多角柱状であるため、芯柱５に螺旋状に巻き付けられた裸電熱線６と芯柱５との間に必ず隙間が生じている。この隙間に乱流化した流体ＤＳが流通し、乱流化した流体ＤＳへ裸電熱線６の発する熱が効率よく伝えられる。
【００３１】
流体は、ポンプを用いて流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）へ送り込まれるが、裸電熱線６と乱流化した流体ＤＳとの熱交換の効率をより向上させるため、中空ハウジング２の内部（流体ヒーター１の内部）の内圧（流体の圧力）が１〜１６気圧になるよう、乱流化した流体ＤＳを高速で流体ヒーター１内（中空ハウジング２内）に流通させる。また、この時、芯柱５、裸電熱線６、乱流化した流体ＤＳを含む流体ヒーター１の内部（中空ハウジング２の内部）の温度は、０〜１５０℃の範囲にある。
【００３２】
なお、乱流化した流体ＤＳの渦の速度が大きければ大きいほど、裸電熱線６と乱流化した流体ＤＳとの熱交換の効率は向上し、その熱量が増大することが、本考案者らにより明らかにされている。
【００３３】
さらに、裸電熱線６から流体へ電流が流れた場合でも、流体ヒーター１、すなわち中空ハウジング２、ディフューザー流入部３、ディフューザー流出部４および芯柱５が０〜１５０℃の温度および１〜１６気圧の内圧（流体の圧力）に耐えることができる絶縁体で形成されていることにより、流体ヒーター１の内部からの漏電を防止することができる。さらに、ディフューザー流入部３およびディフューザー流出部４のいずれにも、パッシブなアース部８がそれぞれ配設されており、流体ヒーター１の頂部側または底部側の二方向から挟むようにして、電流を帯びた流体の電流を除去することができる。
【００３４】
このようにして、流体ヒーター１の内部を乱流化した流体ＤＳが流通することにより、電気エネルギーの熱エネルギーへの変換係数Ｋは１よりも大きい、概ね１．３〜１．８の値を取るようになり、最大で２．７という値を記録している。
【００３５】
以上のような本第一実施形態における流体ヒーター１によれば、以下のような効果を奏する。
１．流体からの漏電を防止でき、熱効率を向上させるとともに熱量を増大させた流体ヒーターを実現することができる。
２．流体ヒーターにおいて流体を加熱する時間を短縮することができる。
３．流体ヒーターにおいて電力消費量の削減をすることができる。
４．発熱量が大きいにもかかわらず極めてエコロジカルとなる流体ヒーターやボイラーを作製・実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  流体ヒーター
２  中空ハウジング
３  ディフューザー流入部
４  ディフューザー流出部
５  芯柱
６  裸電熱線
７  パルス電流印加部
８  アース部
３１  流入開口部
４１  流出開口部
５１  芯柱固定具
ＤＳ  乱流化した流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003202235.tif 000006