(57)【要約】【課題】  流体を５００℃を超える高温域で加熱する装置において、伝熱手段のエレメントの形状を非溶接構造として溶接部の破壊を解消し、さらに伝熱の効率を高めた構造として小型化した流体の加熱装置を提供する。【解決手段】  非磁性体パイプ２の中にその軸方向に平行な複数の電磁誘導可能な発熱体からなる放熱板５を互いに離間して形成した積層体からなるエレメント４を装着し、非磁性体パイプ２の一端を低温流体１３の流入口１１とし、非磁性体パイプ２の他端を高温流体１４の流出口１２とし、非磁性体パイプ２の外周に誘導コイル９を配設した電磁誘導による流体加熱装置１。【選択図】      図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体パイプ２中に非磁性体パイプ２の軸方向に平行に長手方向を延ばす電磁誘導可能な複数の発熱体からなる放熱板５を互いに離間して形成の積層体からなるエレメント４を装着し、非磁性体パイプ２の一端を低温流体１３の流入口１１とし、非磁性体パイプ２の他端を高温流体１４の流出口１２とし、非磁性体パイプ２の外周に誘導コイル９を配設したことを特徴とする電磁誘導による流体加熱装置１。
【請求項２】
積層体からなるエレメント４は、非磁性体パイプ２の軸方向に直列に配置の複数個のエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃからなり、かつ、これらのエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃのそれぞれの放熱板５の平面の向きはこれらのエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃ間で互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導による流体加熱装置１。
【請求項３】
積層体からなるエレメント４は、離間して積層した複数の放熱板５の各板間にスペーサー７を介在させて放熱板５の平面と垂直に挿通の連結バー６により一体的に組み立てられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁誘導による流体加熱装置１。
【請求項４】
各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁誘導による流体加熱装置１。
【請求項５】
各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部及び放熱板５の各端部にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁誘導による流体加熱装置１。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、液体あるいは気体などの流体を加熱する流体加熱装置、特に電磁誘導により加熱する流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体や気体などの流体の加熱装置において、発熱体から流体への伝熱量を増やすには、伝熱面積を大きくした発熱体によるか、あるいは、加熱する流体に比して高温度とした発熱体を使用する方法がとられている。ところで、従来の発熱体のエレメントの構造は、円柱型の材料に軸方向に多数の穴を開けた、いわゆる蓮根型あるいは円周表面を歯車型にしたエレメントからなっている。しかし、これらの形状の従来のエレメントでは、その体積に比較して表面積を大きく取れずかつ流体への伝熱面積が小さいため、装置が大型化していた。
【０００３】
一方、発熱体を薄い金属板を溶接により組み合わせた構造の流体の加熱装置があるが、このものは表面積を大きく取れて伝熱面積が大きくなるので、装置を小型化することができる。しかも、このものは溶接構造であるため、形状化する自由度が高いので、流体の流通精度を上げるために旋回羽根を組み込むなどの工夫ができた。しかし、金属板からなるエレメントの自身の温度を高温にすると、材料の高温腐蝕が原因となって、エレメントの寿命が短くなり、あるいは、金属板などの溶接部分が高温で破壊してエレメントが分解してしまうことが考えられるので、加熱温度が４００℃〜５００℃を超えるような高温域での使用には限界があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、出願人は、耐熱性金属を使用する発熱体を開発している（例えば、特許文献２参照。）。しかし、このものは加工が困難で平板化しにくく、かつ、素材の価格が高価であり、市販性が小さいものであった。
【０００５】
さらに、流体を５００℃以上に加熱するものでは、従来のエレメントの上記の形状では温度を８００℃以上に上げる必要がある。このために使用するエレメント材料は高温腐蝕に強い高合金やセラミックを使用する必要があり、カーボンとセラミックの複合体からなるものが開発されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、このものは、材料が非常に高価であり、かつ二度の焼結工程を経て製作するので非常に手間が掛かっていた。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２６４２７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２６７２８号公報
【特許文献３】特開平１１−２３３２４５号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
この考案が解決しようとする課題は、液体や気体などの流体を５００℃を超えるような高温域で伝熱により加熱する流体装置において、伝熱手段のエレメントの形状を溶接を必要としない構造として溶接部の破壊の問題を解消し、さらに伝熱の効率を高めた構造とすることで小型化し、かつ、コストのかからない、基体や液体などの流体を加熱するための流体加熱装置を提供することである。
【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の本考案の手段は、請求項１の考案では、非磁性体パイプ２中に非磁性体パイプ２の軸方向に平行な電磁誘導可能な複数の発熱体からなる放熱板５を互いに離間して形成の積層体からなるエレメント４を装着し、非磁性体パイプ２の一端を低温流体１３の流入口１１とし、非磁性体パイプ２の他端を高温流体１４の流出口１２とし、非磁性体パイプ２の外周に誘導コイル９を配設したことを特徴とする電磁誘導による流体加熱装置１である。
【０００９】
請求項２の考案では、積層体からなるエレメント４は、非磁性体パイプ２の軸方向に直列に配置の複数個のエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃからなり、かつ、これらのエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃのそれぞれの放熱板５の平面の向きはこれらのエレメント４ａ、エレメント４ｂ、エレメント４ｃ間で互いに異なることを特徴とする請求項１の手段の電磁誘導による流体加熱装置１である。
【００１０】
請求項３の考案では、積層体からなるエレメント４は、離間して積層した複数の放熱板５の各板間にスペーサー７を介在させて放熱板５の平面と垂直に挿通の連結バー６により一体的に組み立てられていることを特徴とする請求項１又は２の手段の電磁誘導による流体加熱装置１である。
【００１１】
請求項４の考案では、各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の手段の電磁誘導による流体加熱装置１である。
【００１２】
請求項５の考案では、各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部及び放熱板５の各端部にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の手段の電磁誘導による流体加熱装置１である。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の各構成とすることにより、伝熱面積を大きくすることが可能となって放熱板に接触する流体に十分に大量の熱を与えることができ、この結果、エレメント自身の温度が下がってエレメントを構成する放熱板の金属材料の高温による腐蝕を防止できる。特に、流体が水蒸気の場合、その効果は大きい。さらに、放熱板を溶接構造とせずにスペーサーを介して組み立てた構造としたことで、高温雰囲気において起こる溶接部の腐蝕により、溶接部が外れてエレメントが分解することを防止でき、また、構造がシンプルとなって加工しやすく、しかも、特殊な溶接設備を必要としないので、コストダウンを図ることができる。また、スペーサーを積層された放熱板の中心部のみでなく板端に配設することで、電磁誘導加熱による渦電流がより発生し易くなり、放熱板の加熱効率が上がる。
【００１４】
さらに、放熱板の板厚を比較的厚くすることができ、放熱板である金属材料の高温による腐蝕が進行しても材料が厚い分だけ寿命が長く保てる。また、放熱板の板厚を厚くすることにより、流路の断面積が小さくなるので、非磁性体パイプ内の流体の流速が上がり放熱板との相対速度が大きくなって、熱交換が促進される。一例として、総括伝熱係数ｕ（Ｗ／ｍ2・Ｋ）の値は流速が２ｍ／ｓｅｃのとき２７であるのに対し、流速が７ｍ／ｓｅｃのとき５８にもなるので、その分だけ放熱板から流体に伝わる伝熱量が大きくなる利点を有し、さらに、直列に配設の複数のエレメントのそれぞれの放熱板の平面の向きはこの複数のエレメント間で互いに異なるので、板間の隙間を流れる流体の流れがエレメントを移る毎に変動するので熱交換の効率がより向上するなど、本考案は従来に無い優れた効果を奏するものである。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
本考案について図面を参照して説明する。図１は本考案の流体加熱装置の側面から見た模式的断面図である。図２はエレメントの正面から見た模式図である。図３はエレメントの側面から見た模式図である。図４は、他の実施の形態のエレメントをその正面から見た模式図である。
【００１６】
図１に示すように、本考案の流体加熱装置１は、電磁誘導により加熱する流体加熱装置１であり、円筒状の非磁性体パイプ２を有し、その両端部は金属製のフランジ３を有する。これらのフランジ３は外周部でボルト１０ａナット１０ｂからなる固定金具１０で緊締されている。これらのフランジ３には流入口１１あるいは流出口１２が開口されている。すなわち、一方のフランジ３の開口の流入口１２には、加熱する流体を外部から流通する配管を接続して非磁性体パイプ２内に被加熱体である低温流体１３を矢印で示すように導入する。さらに、放熱板５である発熱体と接触させることにより、伝熱により加熱された高温流体１４を矢印で示すように他方のフランジ３の開口の流出口１２より外部に流通する配管を接続する。この非磁性体パイプ２の中には、電磁誘導可能な、例えばＳＵＳ３１０ステンレス鋼あるいはＮｉ基合金のインコネルなどの素材からなる複数枚の発熱体である放熱板５を積層体に形成したエレメント４が配置されている。このエレメント４は円筒の非磁性体パイプ２に挿入されているので、非磁性体パイプ２の断面の図２に示すように、上下の放熱板５の横幅は狭く、中央部の放熱板の横幅は広く形成されており、これらの放熱板５からなるエレメント４の横幅は非磁性体パイプ２のパイプ内径内に収納できる横幅からなっている。
【００１７】
さらに、円筒状の非磁性体パイプ２の周囲はセラミックウールなどの断熱材８で被覆されている。この断熱材８の外周に電磁誘導加熱用の誘導コイル９が巻き付けて配設されている。この誘導コイル９に高周波電流を流すことによって、エレメント４を構成する放熱板５である発熱体を電磁誘導して加熱する。この加熱された放熱板５である発熱体と接触させて伝熱により加熱される流体は、液体、気体を問わず、発熱体である放熱板５に腐蝕などの損傷を与えないものであれば、どのような流体でも加熱可能である。本考案は、このように電磁誘導によりエレメント４を加熱する手段とし、さらにこのエレメント４の間を通過させることによりエレメント４との熱交換により流体を加熱する流体加熱装置１である。
【００１８】
ところで、加熱する流体の量と加熱温度により、非磁性体パイプ２の長さ及びその中に配設するエレメント４の長さが定められる。ところで、この考案ではエレメント４は一定の長さからなるものとしているので、そこで、請求項２の考案では、一定長さのエレメント４を、非磁性体パイプ２の長さに合わせて複数個のエレメント４、例えば、図１に見られるように、３個のエレメント４ａ、４ｂ、４ｃが直列に配設している。この場合、それぞれのエレメント４ａ、４ｂ、４ｃは、互いにその積層の放熱板５の平面の向きが異なる向きに配置し、各エレメント４ａ、４ｂ、４ｃ間で互いに平行にならないようにするものとしている。このように平面の向きを各エレメントで異なるものとすることで、流体がエレメント４を移動する毎に、その板間の流通路が変わることとなって他の板間の流通路の流体と混合されることとなり、放熱板５から流体への伝熱均一になり、かつ効率が向上することとなる。
【００１９】
非磁性体パイプ２に配置されている発熱体である放熱板５はスペーサー７を挟み込んで一定の間隔に保たれて熱交換する流体を通す間隙とされ、積層体からなるエレメント４となっている。これらの放熱板５とスペーサー７をエレメント４の形状に組み立てるためには、溶接を必要とせず、離間して積層した複数の放熱板５の各板間にスペーサー７を介在させて放熱板５の平面と垂直に挿通の連結バー６により一体的に組み立てられている。
【００２０】
さらに、請求項４の考案では、放熱板５の各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部に配設されている。これらの積層体からなるエレメント４を構成する各放熱板６の板厚は、エレメント４の体積に占める放熱に必要な伝熱面積である表面積を確保し、かつ、流体を通す間隙を確保しながら可能な限り厚くしている。このように放熱板６の板厚を厚くすることにより、各放熱板６の熱容量を大きくできる。しかし、厚くしすぎると放熱に必要な間隙と表面積を確保することができなくなるので、その兼ね合いを図ったものとする。このように、本考案ではエレメント４の伝熱面積を大きくし、接触する流体に大量の熱を与えた結果、エレメント４自身の熱が下がり、その金属材料の高温による腐蝕が防止できる。特に流体が高温の過熱水蒸気の場合は、その効果は大きい。
【００２１】
さらに、請求項５の考案では、放熱板５の各板間に介在のスペーサー７は、連結バー６の挿通部の各放熱板５間に配設すると共に、図４に示すように、放熱板５の端部の各放熱板５間にそれぞれ配設されている。このように、スペーサー７を積層された放熱板の連結バー６の周囲のみでなく放熱板５の板端に配設することで、電磁誘導加熱による渦電流がこの部分にも発生することができ、放熱板の加熱効率が一層に向上する。
【００２２】
従来は、このような高温の素材には、高温腐蝕に強い高合金やセラミックを被覆して使用するなどしていたので、非常に高価についていた。しかし、この考案の実施の形態では、ＪＩＳ  ＳＵＳ３１０のステンレス鋼あるいはＮｉ基合金であるインコネルなどの汎用性の高い金属をエレメント４の素材とすることができるので、上記の本考案のエレメント４の構造とすることで、高温強度、耐酸化性の点でも十分に対応可能となっており、また、板体とされるので安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の流体加熱装置の側面から見た模式的断面図である。
【図２】エレメントの正面から見た模式図である。
【図３】エレメントの側面から見た模式図である。
【図４】他の実施の形態のエレメントの正面から見た模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  流体加熱装置
２  非磁性体パイプ
３  フランジ
４  エレメント
４ａ  エレメント
４ｂ  エレメント
４ｃ  エレメント
５  放熱板
６  連結バー
７  スペーサー
８  断熱材
９  誘導コイル
１０  固定金具
１０ａ  ボルト
１０ｂ  ナット
１１  流入口
１２  流出口
１３  低温流体
１４  高温流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003115854.tif 000005
【図４】
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