(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束が透過できるハウジングと、その外側に配した誘導コイルとを備えると共に、前記ハウジングの内側には、非磁性導電材製の誘導加熱発熱体の群を、該発熱体の群の合間に被加熱物の配置または通過のためのスペースが確保される配置密度で分散配置しており、前記誘導加熱発熱体の群が、前記ハウジングの軸線に平行方向に並べられた多数のチェーンで構成されていることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】
前記誘導加熱発熱体の配置密度を、体積割合で前記ハウジング内の誘導加熱発熱体の配置空間の５０〜１０％としたことを特徴とする請求項１記載の加熱処理装置。
【請求項３】
前記ハウジングが円筒状のものであり、前記多数のチェーンが、前記ハウジング内に同心状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体、液体、粉体、又はこれらの混合物（分散物）を加熱するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、気体、液体、粉体、又はこれらの混合物を種々な目的（例えば、殺菌、熱分解、化学反応等）のために加熱処理することが広く行われており、その方法には通常、パイプ状或いは面状ヒータや熱交換器から被加熱物に熱を伝える伝熱加熱方式が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パイプ状或いは面状ヒータや熱交換器を用いた伝熱加熱方式では、単位体積当たりの加熱面積をあまり大きくすることができず、このため加熱効率が悪いという問題があった。また、伝熱量を大きくするには加熱面の温度を高くすればよいが、その場合には加熱面に接触している被加熱物と離れた位置にある被加熱物との間に大きい温度差が生じ、加熱が不均一となる。これを避けるには加熱面間の距離を小さくすることが有効であるが、加熱面間の距離を小さくすると、粉体等を含んだ流体では詰まりを生じてしまうという問題を生じる。
【０００４】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、単位体積当たりの伝熱面積を大きくして、気体、液体、粉体、又はこれらの混合物からなる被加熱物を高能率に且つ均一に加熱することを可能とする加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単位体積当たりの加熱面積を増大させて加熱効率を高めるため、被加熱物を収容或いは通過させるハウジングを磁束が透過できる材料製とすると共にそのハウジング内に、非磁性導電材製の誘導加熱発熱体の群を、該発熱体の群の合間に被加熱物の配置または通過のためのスペースが確保される配置密度で分散配置し、その発熱体をハウジングの外側に配した誘導コイルで誘導加熱する構成としたものである。この構成により、ハウジング外の誘導コイルで、ハウジング内に分散配置した発熱体群を誘導加熱して昇温させることができ、ハウジング内に収容された或いはハウジング内を通過する被加熱物を発熱体群によって高効率で均一に加熱することができる。更に、本発明は、前記誘導加熱発熱体の群を、前記ハウジングの軸線に平行方向に並べられた多数のチェーンで構成することも特徴としており、この構成によって、ハウジング内に容易にチェーンを所望の密度で、また一定の密度で配置できると共にハウジング外に配置した誘導コイルで各チェーンを均一に加熱でき、被加熱物の加熱を一層均一とでき、しかもチェーンは広い表面積を持っているので被加熱物に対する加熱面積が大きく、加熱効率を高めることができ、また、被加熱物がハウジング内を軸線方向に移動する際にチェーンがあまり抵抗を与えず、このためハウジング内での被加熱物の移動を容易に行うことができる。
【０００６】
ここで、一体状の導電体を誘導加熱すると、通常は、誘導電流が主として該導電体の表層部に流れる、いわゆる表皮効果が現れ、中心部を誘導加熱することは困難である。しかしながら、本発明では、ハウジング内に、一体状の導電体ではなく、多数の誘導加熱発熱体からなる発熱体群を配置しているので、たとえ、発熱体の配置密度を高くして各発熱体が互いに接触する形態であっても、各発熱体間の接触電気抵抗が各発熱体内の電気抵抗に比べてはるかに大きいことから、発熱体群は一体状の導電体と同じ挙動は示さず、各発熱体が独立しているような挙動を示す。このため、ハウジング内に配置した発熱体群全体の外周部分をマクロに循環するような誘導電流はほとんど発生せず、各発熱体内にローカルな誘導電流が生じることとなり、誘導コイルで発生した交番磁界は発熱体群の中心部まで進入可能である。しかも、この発熱体を非磁性導電材製としたことにより、交番磁界の減衰は発熱体が強磁性の場合に比べてはるかに小さく、交番磁界は発熱体群の中心にまで進入する。かくして、発熱体群は外周部分のみならず、中心部までほぼ均一に発熱し、ハウジング内に収容された、或いは通過する被加熱物を均一に且つ高効率で加熱することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る加熱処理装置は、磁束が透過できるハウジングと、その外側に配した誘導コイルとを備えると共に、前記ハウジングの内側には、非磁性導電材製の誘導加熱発熱体の群を、該発熱体の群の合間に被加熱物の配置または通過のためのスペースが確保される配置密度で分散配置したものであり、この構成により、ハウジング外の誘導コイルで、ハウジング内の発熱体群を誘導加熱して昇温させ、その発熱体群によってハウジング内に収容した或いはハウジング内を通過する気体、液体、粉体、又はこれらの混合物からなる被加熱体を高効率で均一に加熱することができる。
【０００８】
ここで、発熱体群は多数の発熱体からなるものである。その発熱体は、非磁性（比透磁率≒１）の導電性材料で構成され、誘導加熱によって加熱され、ハウジング内に収容された或いはハウジング内を通過する気体、液体、粉体、又はこれらの混合物からなる被加熱物を加熱しうるものであれば、その形状、構造等は任意であるが、比表面積の大きいものが好ましい。発熱体群のハウジング内での配置密度は、大きくするほど一定体積当たりの伝熱面積を大きくでき、伝熱効率の面からは好ましいが、被加熱物の占める空間が小さくなることから、被加熱物の投入や排出、或いは通過に時間がかかり、また、バッチ式で加熱処理する場合には１回の収容量を大きくできないという欠点が生じる。従って、発熱体群の配置密度は、これらの得失を考慮して、被加熱物に応じて適宜設定すればよく、一般には、体積割合で前記ハウジング内の発熱体の配置空間の５０〜１０％程度とすることが好ましい。ちなみに、同一直径の球体を多数、ぎっしりと詰め合わせた形（六方最密充填状態）での球体の占積率（球体が空間中で占めている体積割合）は約７４％であるので、本発明の好適な配置密度は、上記最密充填状態に比べてかなり空間が大きくなっている。
【０００９】
ハウジング内に配置する多数の発熱体は、それぞれが独立した形で配置してもよいが、複数の発熱体を連結したチェーンの形態としておくことが、ハウジング内に所望の密度で容易に配置することができるので、好ましく、本発明ではチェーンの形態を採用する。そのチェーンは、複数の発熱体をつなぎ合わせたものであれば、その構造は任意であるが、広く使用されている長円状の線材（発熱体）を連結した構造のものを用いることが、安価に入手可能であるので好ましい。また、この種のチェーンは、広い表面積を持っているので被加熱物に対する加熱面積が大きく、加熱効率を高めることができる利点も有している。更に具体的には、好ましい発熱体群として、非磁性ステンレス製の市販のチェーンを挙げることができる。
【００１０】
発熱体群として用いる多数のチェーンは、前記ハウジングの軸線に平行方向に並べて配置する。この構成とすると、ハウジング内に容易にチェーンを一定の密度で配置できると共にハウジング外に配置した誘導コイルで各チェーンを均一に加熱でき、被加熱物の加熱を一層均一とできる利点が得られる。また、被加熱物がハウジング内を軸線方向に移動する際にチェーンがあまり抵抗を与えず、このためハウジング内での被加熱物の移動を容易に行うことができる。
【００１１】
前記ハウジングとして円筒状のものを用い、その中に発熱体群として多数のチェーンをハウジングの軸線に平行に配列する場合には、そのチェーンを前記ハウジング内に同心状に配置する構成とすることが好ましい。この構成とすると、多数のチェーンをハウジングの円周方向に均一に配置することができ、チェーン群の発熱を均一として、被加熱物を一層均一に加熱することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面に示す本発明の実施例を説明する。図１は本発明の好適な実施例に係る加熱処理装置の概略垂直断面図、図２はその概略水平断面図である。全体を参照符号１で示す加熱処理装置は、粉体をバッチ式で加熱処理するためのものであり、粉体を収容するハウジング２と、その外側に配した誘導コイル３と、ハウジング２の内側に配置した誘導加熱発熱体の群（発熱体群）４等を備えている。ハウジング２は垂直に配置された円筒状のものであり、少なくとも発熱体群４を収容した領域は磁束が通過できる材料で構成されている。具体的には、ハウジング２の胴部は、例えば、ガラス、セラミック材料（ムライト、ＳｉＣ等）等の磁束が通過できる材料で構成されている。ハウジング２の上端には、フランジ６が取り付けられており、下端には、軸７を中心として開閉可能な下部蓋８が設けられている。これらのフランジ６、下部蓋８等の材質は、特に制限されず、炭素鋼、ステンレス鋼等を使用しうる。
【００１３】
誘導コイル３は、ハウジング２の内側に配置された発熱体群４を誘導加熱するためのものであり、発熱体群４の外側の全域に配置されている。
【００１４】
発熱体群４は、多数の非磁性導電材製の発熱体１０で構成されるものであり、この実施例では、複数の非磁性ステンレス製のチェーン１１で構成されている。換言すれば、チェーン１１を構成する多数の細長いリング状の線材１０が発熱体を構成している。多数のチェーン１１は、支持円板１４に一端を取り付けられ、吊り下げられている。かくして、ハウジング２内に支持円板１４によって配置された多数のチェーン１１はハウジング２の軸線に平行状態となる。また、支持円板１４に対する多数のチェーン１１の取り付け形態は、図２から良く分かるように、同心状としている。これによって多数のチェーン１１はハウジング２に対して円周方向に均一に配置されることとなる。チェーン１１の使用個数は、ハウジング２内に配置される多数の発熱体１０が所望の配置密度となるように選定されている。なお、ハウジング２内に配置した多数のチェーン１１は相互に接触した状態であっても、被接触な状態であってもよい。
【００１５】
支持円板１４には、被加熱物を通過させることができるよう、多数の貫通穴１５が形成されている。更に、支持円板１４はその中央部を支持柱１７に固定して設けられている。支持柱１７は上部蓋１８に回転自在に保持されており、その上部蓋１８はハウジング２の上端のフランジ６に装着可能である。更に、上部蓋１８には被加熱物投入管１９が設けられている。
【００１６】
次に、上記構成の装置による被加熱物の加熱操作を説明する。図１に示す状態において、誘導コイル３に通電する。この通電により、ハウジング２内に交番磁界が発生し、ハウジング２内のチェーン１１の各発熱体１０に誘導電流を生じさせ、発熱させる。この際、上記したように発熱体１０が非磁性であること、並びに発熱体群４全体の外周部分を円周方向に循環する誘導電流はほとんど生じないことから、発熱体群４の中心部にまで交番磁界が進入し、各発熱体１０がほぼ均一に発熱し、昇温する（厳密には、中心部では外部への放熱がないため、外周部よりも若干高温となる）。そして、発熱体群４が所定の温度まで上昇すると、上部の被加熱物投入管１９から、粉体の被加熱物を、発熱体群４が埋まる程度に投入する。その後も誘導コイル３への通電を継続することで、発熱体群４は発熱を続け、それに接触する被加熱物を加熱、昇温させる。この際、発熱体群４は被加熱物に対して広い面積で接触するため、効率良く且つ均一に被加熱物を加熱、昇温させることができる。
【００１７】
被加熱部の投入後、適当な時間加熱を続け、被加熱物が所定温度に昇温した後、下部蓋８を開き、被加熱物を排出する。この際、支持柱１７を回転させることで、チェーン１１が回転し、そのチェーン１１に付着している被加熱物を払い落として、良好に排出することができる。
【００１８】
被加熱物を排出し終わった後は、再度、下部蓋８を閉じ、上部の被加熱物投入管１９から、粉体の被加熱物を、発熱体群４が埋まる程度に投入する。この間も誘導コイル３への通電は継続している。そして、新たに投入した被加熱物を加熱、昇温させた後、下部蓋８を開き、被加熱物を排出する。以下、同様の動作を繰り返すことで、被加熱物をバッチ式で効率良く加熱処理することができる。
【００１９】
なお、上記実施例では、ハウジング２内に被加熱物である粉体を単に投入して加熱する場合を示したが、必要に応じ、下部の下部蓋８を多孔構造とし、そこから空気等を吹き込むことによって粉体を浮遊状態として加熱処理を行う構成としてもよい。この構成とすると、発熱体群４に対する粉体の接触機会が増加し、一層効率良く且つ均一に加熱処理することができる。また、上記実施例ではバッチ式で被加熱物の加熱処理する場合を説明したが、本発明の装置はこれに限らず、被加熱物を連続的に加熱処理するために使用することも可能である。その場合には、図１に示す装置において、下部の下部蓋８を無くした形態とし、ハウジング２内に被加熱物を連続的に流せばよく、被加熱物はそのハウジング２内を通過する間に、誘導加熱されたチェーン１１によって効率良く、均一に加熱処理される。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、被加熱物を収容或いは通過させるハウジングを磁束が透過できる材料製とすると共にそのハウジング内に、非磁性導電材製の誘導加熱発熱体の群を、該発熱体の群の合間に被加熱物の配置または通過のためのスペースが確保される配置密度で分散配置し、その発熱体をハウジングの外側に配した誘導コイルで誘導加熱する構成としたことにより、ハウジング外の誘導コイルで、ハウジング内に分散配置した発熱体群を誘導加熱して昇温させることができ、ハウジング内に収容された或いはハウジング内を通過する被加熱物を発熱体群によって高効率で均一に加熱することができるという効果を有している。更に、本発明は、誘導加熱発熱体の群を、ハウジングの軸線に平行方向に並べられた多数のチェーンで構成したことにより、ハウジング内に容易にチェーンを所望の密度で、また一定の密度で配置できると共にハウジング外に配置した誘導コイルで各チェーンを均一に加熱でき、被加熱物の加熱を一層均一とでき、しかもチェーンは広い表面積を持っているので被加熱物に対する加熱面積が大きく、加熱効率を高めることができ、また、被加熱物がハウジング内を軸線方向に移動する際にチェーンがあまり抵抗を与えず、このためハウジング内での被加熱物の移動を容易に行うことができるという効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による加熱処理装置の概略垂直断面図
【図２】図１に示す加熱処理装置の概略水平断面図
【符号の説明】
１  加熱処理装置
２  ハウジング
３  誘導コイル
４  発熱体群
８  下部蓋
１０  発熱体
１１  チェーン
１４  支持円板
１５  貫通穴
１７  支持柱
１８  上部蓋
１９  被加熱物投入管
【図１】
0004737821.tif 000002
【図２】
0004737821.tif 000003