(57)【要約】【課題】  熱交換効率のよい誘導加熱式液体加熱器と、それを用いた液体加熱システムを提供する。【解決手段】  本発明の誘導加熱式液体加熱器は、誘導コイルと金属製の発熱基体とケースを備え、誘導コイルをケース外周に巻回し、発熱基体をケース内に収容し、発熱基体に液体通路を設けて、その液体通路に金属製発熱コイルを配置し、ケースはケース内に液体を供給する供給口と液体をケース外に排出する排出口を備え、誘導コイルに高周波電流が供給されると磁界が発生して発熱基体と金属製発熱コイルが発熱し、この熱により液体が加熱されるようにした。フィンは帯状の金属板を心材の外周に螺旋状に巻いたものでもよい。誘導加熱式液体加熱器に液体を供給するポンプを設けて液体加熱システムとしてもよい。液体加熱システムには、液体を液体槽に戻す循環路を設けてもよい。液体加熱システムには、供給制御手段を設けてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波発振器に接続される誘導コイルと、当該誘導コイルに高周波電流を流すと誘導加熱によって発熱する金属製の発熱基体と、当該発熱基体を収容可能なケースを備え、前記誘導コイルは前記ケースの外周に巻回され、前記発熱基体はケース内に収容され、前記発熱基体は金属製の螺旋状のフィンの間に螺旋状の液体通路が成形され、螺旋状の金属製発熱コイルが前記液体通路の螺旋に沿って配置され、前記ケースはケース内に液体を供給可能な供給口とケース内で加熱された液体がケース外に排出される排出口を備え、前記誘導コイルに前記高周波発振器から高周波電流が供給されると磁界が発生し、発熱基体及び前記金属製発熱コイルは前記磁界の発生に伴ってそれらに発生する渦電流により発熱し、この熱により前記ケース内及び前記液体通路内を通過するか又はそれらの内部に滞留する液体が加熱されるようにしたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱式液体加熱器において、フィンは帯状の金属板がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて螺旋状に形成され、液体通路は前記螺旋状のフィン間に形成されたものであることを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の誘導加熱式液体加熱器において、金属製発熱コイルが液体通路の外周縁側に配置されたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項４】
液体槽内の液体を供給するポンプと、供給された液体を加熱する誘導加熱式液体加熱器を備え、当該誘導加熱式液体加熱器を請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の誘導加熱式液体加熱器とし、前記ポンプから送られる液体を前記誘導加熱式液体加熱器のケース内に供給して、前記ケース内及び当該ケース内の液体通路を流れる液体を加熱することを特徴とする液体加熱システム。
【請求項５】
請求項４記載の液体加熱システムにおいて、誘導加熱式液体加熱器で加熱された液体を液体槽に戻す循環路を設け、当該液体槽に戻された液体を再加熱可能な循環式としたことを特徴とする液体加熱システム。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載の液体加熱システムにおいて、液体を誘導加熱式液体加熱器のケース内に連続供給する連続モードと間欠供給する間欠モードとに切換え可能な供給制御手段が設けられたことを特徴とする液体加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波誘導加熱を利用して液体を加熱する誘導加熱式液体加熱器と、その誘導加熱式液体加熱器を用いた液体加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の加熱（加温）には各種加熱器が使用されており、その一つとして高周波誘導加熱を利用するもの（特許文献１、２）が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、水用の配管とガス用の配管を必要としたガス温水器の施工上の面倒を改善するものであり、誘導加熱による加熱効率の向上を目的とするものではない（段落番号：０００３、０００４）。
【０００４】
特許文献２の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、従来は抑制の対象とされていたコイル外側の磁束を熱交換の対象として利用するものである（段落番号：００４０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０２７５５号公報
【特許文献２】特開平８−９４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決課題は、誘導加熱式液体加熱器とこれを用いた液体加熱システムの加熱効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は、高周波発振器に接続される誘導コイルと、当該誘導コイルに高周波電流を流すと誘導加熱によって発熱する金属製の発熱基体と、当該発熱基体を収容可能なケースを備え、前記誘導コイルは前記ケースの外周に巻回され、前記発熱基体はケース内に収容され、前記発熱基体は金属製の螺旋状のフィンの間に螺旋状の液体通路が成形され、螺旋状の金属製発熱コイル（以下「発熱コイル」という）が前記液体通路の螺旋に沿って配置され、前記ケースはケース内に液体を供給可能な供給口とケース内で加熱された液体がケース外に排出される排出口を備え、前記誘導コイルに前記高周波発振器から高周波電流が供給されると磁界が発生し、発熱基体及び前記発熱コイルは前記磁界の発生に伴ってそれらに発生する渦電流により発熱し、この熱により前記ケース内及び前記液体通路内を通過するか又はそれらの内部に滞留する液体が加熱されるようにしたものである。
【０００８】
前記誘導加熱式液体加熱器において、フィンは帯状の金属板がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて螺旋状に形成され、液体通路は前記螺旋状のフィン間に形成されたものである。誘導加熱式液体加熱器の発熱コイルは液体通路の外周縁側に配置するのが発熱効率の面から望ましい。
【０００９】
本発明の液体加熱システムは、液体槽内の液体を供給するポンプと、供給された液体を加熱する誘導加熱式液体加熱器を備え、当該誘導加熱式液体加熱器を前記誘導加熱式液体加熱器とし、前記ポンプから送られる液体を前記誘導加熱式液体加熱器のケース内に供給して、前記ケース内及び当該ケース内の液体通路を流れる液体を加熱するようにしたものである。
【００１０】
前記液体加熱システムは、前記誘導加熱式液体加熱器で加熱された液体を前記液体槽に戻す循環路を設け、液体槽に戻された液体を再加熱可能な循環式とすることもできる。
【００１１】
前記液体加熱システムは、液体を誘導加熱式液体加熱器のケース内に連続供給する連続モードと間欠供給する間欠モードとに切換え可能な供給制御手段を設けることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は次のような効果がある。
（１）発熱基体に螺旋状のフィンを設けるだけでなく、フィン間の螺旋状の液体通路に沿って発熱コイルを螺旋状に配置したので、液体通路内及びケース内の液体がフィンと発熱コイルの双方に接触して接触面積が広くなり、液体通路内及びケース内の液体が、誘導加熱により発熱するフィンと発熱コイルの双方からの熱で加熱されるので加熱効率が向上する。
（２）発熱コイルが発熱基体のフィン間の液体通路に沿って配置されているので、発熱コイルの配置が安定し型崩れすることがない。
（３）発熱コイルも発熱基体のフィンも螺旋状であるため、小型でも発熱面積を広くとることができる。
【００１３】
本発明の液体加熱システムは次のような効果がある。
（１）前記特徴を備える誘導加熱式液体加熱器を使用したので、誘導加熱式液体加熱器と同様の効果がある。
（２）誘導加熱式液体加熱器で加熱された液体を液体槽に戻す循環路を設けて、液体槽に戻された液体を再加熱可能な循環式としたので、液体を必要温度まで昇温させることができる。
（３）連続供給モードと間欠供給モードとに切換えるための（供給手段を切り替えるための）供給手段を設けた場合、用途に合わせてモード切替え可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の液体加熱システムの一例を示す概略図。
【図２】本発明の誘導加熱式液体加熱器の一例を示す断面図。
【図３】（ａ）は本発明の誘導加熱式液体加熱器に用いる発熱基体の斜視図、（ｂ）はその平面図。
【図４】本発明の誘導加熱式液体加熱器の一例を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態）
本発明の誘導加熱式液体加熱器と液体加熱システムの実施形態の一例を以下に説明する。一例として図１に示す液体加熱システムは、液体槽Ｔと、その液体槽Ｔ内の液体をポンプＰで誘導加熱式液体加熱器１０に供給し、その誘導加熱式液体加熱器１０で加熱するようにしてある。更に、図１では循環路Ｒ３を設けて、誘導加熱式液体加熱器１０で加熱された液体を液体槽Ｔ内に戻し、それをポンプＰで誘導加熱式液体加熱器１０に供給して再加熱できる循環方式としてある。
【００１６】
［誘導加熱式液体加熱器］
図１に示す誘導加熱式液体加熱器１０には、図４に示す誘導加熱式液体加熱器１０を使用することができる。図２に示す誘導加熱式液体加熱器１０は、金属製の発熱基体１と、金属製の発熱コイル２と、発熱基体１を収容可能なケース１１と、ケース１１（本体９）の外周に巻いた誘導コイル１７を備えたものである。
【００１７】
前記発熱基体１はパイプ状の心材３の外周に、帯状の金属板材を螺旋状に巻き付けて固定して発熱フィン５とし、発熱フィン５の間に溝状の液体通路６を設けてある。
【００１８】
前記発熱基体１には、例えば、勝川熱工株式会社製のAEROFIN TUBE（エロフィンチューブ）を用いることができる。このAEROFIN TUBEは、金属製パイプ（心材３）の外周に発熱フィン５を螺旋状に密着して巻いたものである。発熱基体１は各種サイズのものを使用することができる。また、心材３の外周に発熱フィン５を備えたものであれば、他社の物でも、新たに製作したものでも使用可能である。心材３の径、長さ、発熱フィン５の幅及び螺旋ピッチ等は用途に合わせて設計することができる。心材３、発熱フィン５にはステンレス、鉄、銅といった各種金属を使用することができる。
【００１９】
前記発熱コイル２は螺旋状（コイル状）に巻かれた細長であり、前記液体通路６内にその螺旋に沿って配置してある。発熱コイル２は少なくとも両端部を発熱フィン５に固定して不用意に液体通路６から外れないようにしてある。
【００２０】
前記発熱コイル２には、市販の螺旋状のニクロム線を使用することができるが、螺旋状に巻いた電熱線であれば他のコイルでも使用でき、独自に製作することもできる。その線径、巻き径等は用途に合わせて設計することができる。ステンレス、金、銀、銅、アルミニウムといった熱伝導率の高い他の材質製とすることもできる。
【００２１】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、その外周に誘導コイル１７を配置し、この誘導コイル１７に高周波電流を流すことにより、発熱基体１及び発熱コイル２に磁界が生じ、それらに渦電流が流れて発熱する。この場合、渦電流は表皮効果で表面に近いほど多く流れて発熱量も多くなる。従って、本発明の発熱基体１の場合は、発熱フィン５の外周部（先端側）ほど多く流れるため、発熱コイル２を発熱フィン５の外周縁側（図３（ｂ）の箇所）に配置して発熱量が多くなるようにするのがよい。
【００２２】
［ケース］
前記ケース１１は図２に示すように発熱基体１を収容可能な両端開口の本体９と、本体９の上端を閉塞する上蓋２１と、下端を閉塞する下蓋１２を備えたものである。本体９は縦長筒状であり、その内部空間内に発熱基体１を収容できるようにしてある。本体９の内径は、その内部空間内に収容した発熱基体１の内周面と発熱フィン５の外周縁とが密接するようにしてある。この実施形態では、本体９をＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製としてあるが、これ以外の絶縁材製とすることもできる。本体９と上蓋２１の間には上スペーサ２０が、本体９と下蓋１２の間には下スペーサ１５が設けられているが、両スペーサ２０、１５は設けなくてもよい。
【００２３】
前記上蓋２１及び下蓋１２は本体９を閉塞可能な円板状であり、下蓋１２にはポンプＰから送り込まれた液体をケース１１（液体通路溝６）内へ送り込むための供給パイプ２４が、上蓋２１にはケース１１内を通過して加温された液体をケース１１外へ排出する排出パイプ２６が夫々突設されている。下蓋１２の上面には供給パイプ２４に連通する供給口２３が開口され、液体をケース１１内に供給できるようにしてある。上蓋２１の下面には排出パイプ２６に連通する排出口２５が開口され、ケース１１内で加熱された液体が排出パイプ２６を通して外部に排出されるようにしてある。上蓋２１と下蓋１２は共にＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製であるがこれ以外の絶縁材製とすることもできる。
【００２４】
［誘導コイル］
前記誘導コイル１７には高周波特性のよいリッツ線を使用することができ、その両端に高周波発振器３０を接続するための電極端子２９が設けられている。高周波発振器３０には例えば富士電機株式会社製のＨＦＲ５．０Ｃ１１Ｋ−１（５ｋＷ、３０ｋＨｚ）を用いることができる。図２、図３（ａ）に示す例では誘導コイル１７を密巻きにしてあるが、これよりも粗巻きにすることもできる。
【００２５】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は例えば図４のように構成される。
（１）下蓋１２、下閉塞蓋１３の上方に突出している軸棒１４に下スペーサ１５を被せて、下蓋１２の外周に下スペーサ１５を嵌合してある。
（２）前記軸棒１４の外周に樹脂製の円筒状の本体９を被せて本体９の下端９ａを下スペーサ１５の上周縁１５ａに被せてある。本体９の外周には誘導コイル１７が巻かれている。
（３）本体９内にその上方から発熱基体１を入れて、心材３の下端部３ａを前記下閉塞蓋１３の外周に被せてある。このとき、誘導加熱式液体加熱器１０の発熱フィン５の外周面を本体９の内周面に接触させてある。
（４）心材３の上方開口部には、上閉塞蓋１８を被せてある。このとき、軸棒１４は上閉塞蓋１８の貫通孔１９を通して上方に突出させておく。
（５）本体９の上開口部に上スペーサ２０をのせ、その上スペーサ２０の上から、本体９の上開口部に上蓋２１を被せてある。このとき、軸棒１４は上蓋２１の中心孔２１ａを通して上方に突出させ、軸棒１４にナット２２を螺合して上蓋２１を本体９に固定してある。
【００２６】
［液体槽］
図１に示す液体槽Ｔは加熱したい液体や、誘導加熱式液体加熱器１０で加熱した液体を収容可能なものである。この実施形態では、縦４００ｍｍ×横６００ｍｍ×高さ４００ｍｍのものを使用しているが液体槽Ｔのサイズは用途に応じて設計できる。
【００２７】
［ポンプ］
図１に示すポンプＰは液体槽Ｔに貯留された液体を誘導加熱式液体加熱器１０内に供給するためのものである。この実施形態では毎分６５リットルの供給能力を有する株式会社荏原製作所製の２５ＳＣＤ６．２５を使用しているが、ポンプＰは用途に応じて最適なものを選択することができる。
【００２８】
［流量調節コック］
図１に示す流量調節コック１６は誘導加熱式液体加熱器１０内に送り込む液体の流量を調節するためのものであり、既存のものを用いることができる。液体の流量は電磁的に調節できるようにしてもよい。
【００２９】
［循環路］
本実施形態では、ポンプＰで吸い上げた液体をポンプＰ内に導入する導入通路Ｒ１と、ポンプＰ内に導入された液体を誘導加熱式液体加熱器１０に送り込む送出通路Ｒ２と、誘導加熱式液体加熱器１０内で加熱された液体を誘導加熱式液体加熱器１０から液体層Ｔに戻す循環路Ｒ３を備えている。これら通路は既存のホースやパイプを用いることができる。
【００３０】
［温度センサ］
図１に示す温度センサ２７は、誘導加熱式液体加熱器１０を通過する前後の液体の温度を測定するためのセンサであり、例えば、富士電機株式会社製の熱電対温度計（ＰＸＲ９ＴＥＹ１−０Ｙ０００）を使用することができる。
【００３１】
［流量センサ］
図１に示す流量センサ２８は、誘導加熱式液体加熱器１０内に供給される液体の流量を測定するための電磁式のセンサであり、例えば、株式会社キーエンス製のＦＤ−ＭＨ５０Ａなどを使用することができる。
【００３２】
［供給方法制御装置］
図示していないが、本発明の液体加熱システムには、液体を誘導加熱式液体加熱器１０のケース１１内に連続供給する連続供給モードと、間欠供給する間欠供給モードとを切換えるための供給方法制御装置を設けることもできる。
【００３３】
（使用例）
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０とその誘導加熱式液体加熱器を用いた液体加熱システムの使用例について図１を参照して説明する。この使用例は、本発明の誘導加熱式液体加熱器１０を液体加熱システムに用いて液体（水）を加熱する場合の例である。
【００３４】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、例えば次のように使用する。
（１）筒状の本体９の外周に巻かれた誘導コイル１７に高周波電流を供給して本体９内の発熱基体１に渦電流を発生させ加熱する。このとき発熱コイル２も渦電流が発生して加熱される。
（２）液体槽Ｔ内の液体をポンプＰで誘導加熱式液体加熱器１０のケース１１内に送り込む。液体を誘導加熱式液体加熱器１０内に送り込む際には、送り込む液体の流量を流量調節コック１６で調整することができる。
（３）誘導加熱式液体加熱器１０内に送り込まれた液体は、ケース１１内に収容された発熱基体１の液体通路６内を螺旋状に通過して排出口２５側に流れ、その間に発熱基体１及び発熱コイル２の熱によって加熱される。
（４）ケース１１内を通過した液体は排出口２５から排出パイプ２６へ送り出され、液体槽Ｔに戻される。加熱された液体は外部に排出したり、床下に配設された床暖房用のパイプ内に供給されるようにすることもできる。
【００３５】
前記使用例は本発明の使用形態の一例であり、これ以外の方法によって使用することもできる。例えば、液体を任意の時間ケース内に滞留させた状態で加熱することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０及び液体加熱システムは、温泉施設の追い焚き用の誘導加熱式液体加熱器や床暖房器具用の誘導加熱式液体加熱器、その他各種工業製品の誘導加熱式液体加熱器としても使用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１      発熱基体
２      発熱コイル
３      心材
３ａ    （心材の）下端部
５      発熱フィン
６      液体通路
９      本体
９ａ    （本体の）下端
１０    誘導加熱式液体加熱器
１１    ケース
１２    下蓋
１３    下閉塞蓋
１４    軸棒
１５    下スペーサ
１５ａ  上周縁
１６    流量調節コック
１７    誘導コイル
１８    上閉塞蓋
１９    貫通孔
２０    上スペーサ
２１    上蓋
２１ａ  中心孔
２２    ナット
２３    供給口
２４    供給パイプ
２５    排出口
２６    排出パイプ
２７    温度センサ
２８    流量センサ
２９    電極端子
３０    高周波発振器
Ｐ      ポンプ
Ｒ１    導入通路
Ｒ２    送出通路
Ｒ３    循環路
Ｔ      液体槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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