(57)【要約】【課題】流体の温度分布を非一様に設定することができる流体加熱装置を提供する。【解決手段】流体が流通する風洞本体３の延在方向（Ｚ方向）に交差するＹ方向に亘って配置され、それぞれ個別に通電されることで発熱する電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを設け、Ｚ方向、及びＹ方向に交差するＸ方向に隣接するように、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを順次配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路に交差する第１方向に亘って配置され、それぞれ個別に通電されることで発熱する電熱線ユニットを複数設け、
前記流路、及び前記第１方向に交差する第２方向に隣接するように、複数の前記電熱線ユニットを順次配置したことを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
隣接する前記電熱線ユニット同士を、絶縁性のワイヤで連結したことを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記電熱線ユニットは、前記流体が流通する方向からみて略長方形状に形成されており、
各電熱線ユニットを、これら電熱線ユニットの短手方向、又は長手方向に沿うように並べて配置した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】
前記電熱線ユニットは、前記流体が流通する方向からみて弧状に形成されており、
各電熱線ユニットを同心円状に並べて配置した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５】
さらに、前記電熱線ユニットを、前記流体の流通方向に沿って複数配置したことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、風洞試験等に用いられ、風洞内等を通る流体を加熱するための流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、対象物の風洞試験を行う際の風洞内を流通する流体を加熱するための技術として、さまざまな技術が開示されている。
例えば、メッシュ材料から成り、このメッシュを貫通して流通する流体を加熱すべく電流が供給される加熱エレメントを有するものがある。メッシュは、加熱すべき流体が貫通して流通する開孔を画成する、交差する金属ワイヤにより構成されている。このようなメッシュの対向する２辺に、電流を供給する端子が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、液体が流通する複数の流路と、この流路に隣接して配置され、通電されることによって発熱する加熱素子を備えた複数の加熱モジュールとを有し、中間出力時に、複数の流路の内、液体の流量が相対的に大きい流路に隣接して設けられた加熱モジュールの加熱素子が通電されるように構成した技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９８６５５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、極めて高い温度の流体が流通する装置では、装置構造部を積極的に冷却するので、流体の温度分布が非一様になる。しかしながら、上述の従来技術にあっては、例えば、風洞内を流通する流体を一様に加熱するので、風洞内の流体に対し、非一様な温度分布を設定することが困難であるという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、流体の温度分布を非一様に設定することができる流体加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る流体加熱装置は、流体が流通する流路に交差する第１方向に亘って配置され、それぞれ個別に通電されることで発熱する電熱線ユニットを複数設け、前記流路、及び前記第１方向に交差する第２方向に隣接するように、複数の前記電熱線ユニットを順次配置したことを特徴とする。
このように構成することで、複数の電熱線ユニットに選択的に通電することにより、流体加熱装置全体としては非一様な温度分布とすることができる。このため、流体加熱装置を通過する流体の温度分布を非一様にすることができる。また、高精度に流体の温度分布を制御することが可能になる。
【０００８】
本発明に係る流体加熱装置は、隣接する前記電熱線ユニット同士を、絶縁性のワイヤで連結したことを特徴とする。
このように構成することで、流体加熱装置全体をユニット化することができ、取り扱いや装置の取り付け性を向上させることができる。
【０００９】
本発明に係る流体加熱装置は、前記電熱線ユニットは、前記流体が流通する方向からみて略長方形状に形成されており、各電熱線ユニットを、これら電熱線ユニットの短手方向、又は長手方向に沿うように並べて配置したことを特徴とする。
このように構成することで、一直線方向の流体の温度分布を変化させることができる。
【００１０】
本発明に係る流体加熱装置は、前記電熱線ユニットは、前記流体が流通する方向からみて弧状に形成されており、各電熱線ユニットを同心円状に並べて配置したことを特徴とする。
このように構成することで、同心円状に流体の温度分布を変化させることができる。
【００１１】
本発明に係る流体加熱装置は、さらに、前記電熱線ユニットを、前記流体の流通方向に沿って複数配置したことを特徴とする。
このように構成することで、さらに、高精度に流体の温度分布を制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の電熱線ユニットに選択的に通電することにより、流体加熱装置全体としては非一様な温度分布とすることができる。このため、流体加熱装置を通過する流体の温度分布を非一様にすることができる。また、高精度に流体の温度分布を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における流体加熱装置の平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における流体の温度分布を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態における流体の温度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態における流体の温度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例における流体加熱装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態における流体加熱装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
（流体加熱装置）
次に、この発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は、流体加熱装置１の平面図である。
同図に示すように、流体加熱装置１は、風洞試験装置２の風洞本体３内に配置され、不図示の送風機によって風洞本体３内に流された流体（例えば、空気）を加熱するものである。
【００１５】
ここで、風洞本体３は、紙面の法線方向（以下、この方向をＺ方向という）に沿って延在しているものとし、この風洞本体３内の流体は、紙面の手前から奥に向かって、又は紙面の奥から手前に向かって流れているものとする。
また、図１において、風洞本体３は、正方形状の閉断面を形成しているが、風洞本体３は、正方形状の閉断面を形成しているものに限られるものではなく、閉断面を構成していればよい。すなわち、風洞本体３を、円形状の閉断面構造としてもよい。
【００１６】
流体加熱装置１は、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを有している。これら３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃは、同一構造になっているので、以下の説明においては、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃのうち、１つの電熱線ユニット４ａのみについて説明し、他の２つの電熱線ユニット４ｂ，４ｃについての説明は省略する。
【００１７】
電熱線ユニット４ａは、風洞本体３の一辺に沿って配索された導電性の複数の金属ワイヤ５の両端をそれぞれ端子バー６ａ，６ａによって接続し、束状にされたものであって、風洞本体３の一辺に沿って（図１における上下方向に沿って、以下、この方向をＹ方向という）長くなるように略長方形状に形成されている。そして、電熱線ユニット４ａの短手方向の幅Ｗ１は、風洞本体３の一辺に直交する他辺の約１／３程度に設定されている。
【００１８】
さらに、複数の金属ワイヤ５は、絶縁性を有する複数の絶縁ワイヤ７によって連結されている。すなわち、電熱線ユニット４ａは、長手方向に沿って金属ワイヤ５が配索されると共に、短手方向に沿って絶縁ワイヤ７が配索された格子状になっている。そして、これら金属ワイヤ５と絶縁ワイヤ７との間に形成された複数の開孔８を流体が流通するようになっている。
【００１９】
このように構成された３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃは、これら電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの短手方向に沿って、つまり、風洞本体３の他辺に沿って（図１における左右方向に沿って、以下、この方向をＸ方向という）並んで配置されている。これにより、風洞本体３の閉断面が３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃによって覆われた状態になる。また、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの風洞本体３内に対応する部位には、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを跨るように絶縁ワイヤ７が配索されている。これにより、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃが連結された状態になっている。
【００２０】
尚、風洞本体３の内周面に沿うように、額縁状の枠１２を用意し、絶縁ワイヤ７に加えて枠１２を用いて３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを連結してもよい。このように構成することで、確実に３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを一体化することが可能になる。
【００２１】
さらに、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの端子バー６ａ，６ｂ，６ｃは、それぞれ制御部９を介して電源１０に接続されている。制御部９には、操作部１１が接続されており、この操作部１１の操作に基づいて、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに電源１０からの電流を選択的に供給するようになっている。
【００２２】
（流体加熱装置の動作）
次に、図１〜図４に基づいて、流体加熱装置１の動作について説明する。
図２〜図４は、縦軸を流体（空気）の温度Ｔとし、横軸を風洞本体３内の左右方向（図１におけるＸ方向）の距離Ｘとした場合の流体の温度Ｔの変化、即ち、Ｘ方向における温度分布を示すグラフである。
まず、風洞試験装置２を動作させて不図示の送風機により風洞本体３内に流体を流通させる。すると、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの開孔８を介して流体が流体加熱装置１を通過する。このとき、操作部１１の操作に基づいて３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの何れか、又は全てに電源１０からの電流が供給される。すると、その電流が供給された電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの金属ワイヤ５が加熱され、ここを流通する流体が加熱される。
【００２３】
より具体的には、図１、図２に示すように、例えば、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃのうち、図１における左側の電熱線ユニット４ａのみが通電され、この電熱線ユニット４ａが加熱されると、風洞本体３内を流通する流体は、電熱線ユニット４ａ側（図１における左側）の温度Ｔは上昇するが、電熱線ユニット４ｃ側（図１における右側）の温度Ｔは上昇しない。このため、風洞本体３内に流通される流体全体の温度Ｔは一様にならない。
【００２４】
また、図１、図３に示すように、風洞本体３内に流通される流体全体のうち、風洞本体３のＸ方向中央部を加熱させたい場合、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃのうち、中央に位置する電熱線ユニット４ｂに通電すればよい。
さらに、図１、図４に示すように、風洞本体３内に流通される流体全体を一様に加熱したい場合、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ全てに電流を供給すればよい。
【００２５】
（効果）
したがって、上述の第１実施形態によれば、風洞本体３において、流体の流通方向であるＺ方向に直交するＹ方向に長い３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを、Ｚ方向、及びＹ方向に直交するＸ方向左右方向に並んで配置させることにより、これら電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに選択的に通電して流体加熱装置１全体として非一様な温度分布とすることができる。このため、流体加熱装置１を通過する流体の温度分布を非一様にすることができる。
【００２６】
また、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに選択的に通電することにより、風洞本体３内の任意の箇所を流通している流体だけ加熱することが可能である。このように、流体の温度分布制御を高精度に行うことができる。
さらに、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを、絶縁ワイヤ７で連結しているので、流体加熱装置１全体をユニット化することができ、取り扱いや流体加熱装置１の風洞試験装置２への取り付け性を向上させることができる。
【００２７】
尚、上述の第１実施形態では、流体加熱装置１を、風洞本体３において、流体の流通方向であるＺ方向に直交するＹ方向に長い３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを、Ｚ方向、及びＹ方向に直交するＸ方向左右方向に並んで配置させた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、直交までいかないまでも、流体の流通方向であるＺ方向に交差する方向、つまり、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを、風洞本体３の延在方向に対して斜めに延在するように形成してもよい。また、Ｚ方向、及びＹ方向に直交しないまでも、これらＺ方向、及びＹ方向に交差する方向に３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを並べて配置してもよい。さらに、風洞本体３の形状に応じて各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃをＹ方向に沿うように、つまり、長手方向に沿うように並べて配置してもよい。
【００２８】
また、上述の第１実施形態では、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを並べて構成された流体加熱装置１を風洞本体３内に１つ配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、以下のように電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを配置してもよい。
【００２９】
（第１実施形態の変形例）
図５は、第１実施形態の変形例における流体加熱装置１の概略構成図である。
すなわち、同図に示すように、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃで構成された流体加熱装置１を流体の流通方向であるＺ方向に沿って複数配置してもよい。これにより、電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃは、Ｘ方向のみならず、Ｚ方向にも並んで配置された状態になる。この場合、図５に示すように、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＺ方向で直交するように互い違いに配置してもよい。
【００３０】
つまり、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＹ方向に沿うように流体加熱装置１を配置した後、次にＺ方向に並んで配置する流体加熱装置１は、これを構成する各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＸ方向に沿うように配置する。そして、これを繰り返しながらＺ方向に沿って流体加熱装置１を配置する。
このように、構成することで、風洞本体３内に流通される流体の温度分布を、より詳細に制御することができる。
【００３１】
尚、上述の変形例では、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＺ方向で直交するように互い違いに配置する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、Ｚ方向に並べる複数の流体加熱装置１の配列方向は、任意でよい。つまり、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＺ方向で全て同一であってもよいし、また、例えば、２つ置きに存在する流体加熱装置１を、これを構成する電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向が同一となるように配置してもよい。
さらに、３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの延在方向がＺ方向で直交までいかないまでも、交差する程度に配置されていてもよい。
【００３２】
（第２実施形態）
（流体加熱装置）
次に、この発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。尚、第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
図６は、第２実施形態における流体加熱装置２１の概略構成図である。
同図に示すように、この第２実施形態において、流体加熱装置２１は、風洞試験装置２の風洞本体３内に配置され、不図示の送風機によって風洞本体３内に流された流体（例えば、空気）を加熱するものである点、流体加熱装置２１は、３つの電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃを有している点、各電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃの端子バー６ａ，６ｂ，６ｃが制御部９を介して電源１０に接続されている点、各電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、操作部１１の操作に基づいて選択的に通電される点等の基本的構成は、前述の第１実施形態と同様である。
【００３３】
ここで、第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第１実施形態の流体加熱装置１を構成する３つの電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃは、Ｙ方向に長くなるように略長方形状に形成されているのに対し、第２実施形態の流体加熱装置２１を構成する３つの電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、略円弧状に形成されている点にある。
【００３４】
すなわち、３つの電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの電熱線ユニット２４ａは、風洞本体３の内周面に沿うように略円弧状に配索された導電性の複数の金属ワイヤ２５の両端を、それぞれ端子バー６ａ，６ａによって接続して束状になっている。そして、電熱線ユニット２４ａの径方向の幅Ｗ２は、風洞本体３の内接円（不図示）の半径の約１／３程度に設定されている。
【００３５】
さらに、複数の金属ワイヤ２５は、絶縁性を有する複数の絶縁ワイヤ２７によって連結されている。すなわち、電熱線ユニット２４ａは、周方向に沿って金属ワイヤ２５が配索されると共に、径方向に沿って絶縁ワイヤ２７が配索された格子状になっている。そして、これら金属ワイヤ２５と絶縁ワイヤ２７との間に形成された複数の開孔２８を流体が流通するようになっている。
【００３６】
また、３つの電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの電熱線ユニット２４ｂは、電熱線ユニット２４ａよりも径方向内側に配置され、略円弧状に形成されている。ここで、電熱線ユニット２４ｂを構成する金属ワイヤ２５、及び絶縁ワイヤ２７の構成は、電熱線ユニット２４ａと同一であるので、説明を省略する（以下、電熱線ユニット２４ｃについても同様）。
【００３７】
さらに、３つの電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの電熱線ユニット２４ｃは、電熱線ユニット２４ｂよりも径方向内側に配置され、略円弧状に形成されている。このように、各電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、それぞれ略円弧状に形成されており、同心円状に配置されている。
したがって、上述の第２実施形態によれば、風洞本体３内を流通する流体全体の温度分布を同心円状に変化させることができる。とりわけ、図６に示すような円形状の閉断面を形成している風洞本体３等に用いる場合に好適である。
【００３８】
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、流体加熱装置１，２１は、風洞試験装置２の風洞本体３内に配置され、不図示の送風機によって風洞本体３内に流された流体（例えば、空気）を加熱するものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな流体を加熱する装置として流体加熱装置１，２１の構成を適用することが可能である。
【００３９】
また、上述の実施形態では、複数の金属ワイヤ５，２５を、複数の絶縁ワイヤ７，２７により連結した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、絶縁ワイヤ７，２７に代わって導電性のワイヤにより、金属ワイヤ５，２５を連結してもよい。このように構成した場合であっても、電流を供給する端子バー６ａ，６ｂ，６ｃによって、流体加熱装置１，２１全体の温度分布を非一様にすることができる。
【００４０】
さらに、上述の第１実施形態では、各電熱線ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを略長方形状に形成すると共に、これらの短手方向の幅Ｗ１を風洞本体３の他辺の約１／３程度に設定し、風洞本体３内にＸ方向に３つ並べて配置した場合について説明した。また、上述の第２実施形態では、各電熱線ユニット２４ａ，２４ｂ，２４ｃを略円弧状に形成すると共に、これらの短手方向を風洞本体３の内接円（不図示）の半径の約１／３程度に設定し、風洞本体３内に同心円状に３つ並べて配置した場合について説明した。
しかしながら、これに限られるものではなく、流体加熱装置１，２１を、電熱線ユニット４ａ〜２４ｃを２つ又は４つ以上同一方向に並べて配置して構成してもよい。この場合、各電熱線ユニット４ａ〜２４ｃの幅Ｗ１，Ｗ２は、並べて配置する、電熱線ユニット４ａ〜２４ｃの個数に応じて設定すればよい。その際に、幅Ｗ１，Ｗ２を必ずしもそれぞれ等しくする必要はなく、適宜異ならせてもよい。例えば、細かな温度変化を設定したい領域での幅は小さく、それ以外の領域での幅は大きくしても構わない。また、各電熱線ユニット４ａ〜２４ｃに供給する電流（電圧）をＯＮ／ＯＦＦのみではなく、細かな強弱を付けて適宜異ならせてもよい。また、各電熱線ユニット４ａ〜２４ｃ内の金属ワイヤ５，２５の間隔（密度）やワイヤ径、抵抗値などをそれぞれ等しくしてもよいし異ならせてもよい。このように構成することで、より高精度に風洞本体３内に流通される流体の温度制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１、２１  流体加熱装置
３  風洞本体（流路）
４ａ，４ｂ，４ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  電熱線ユニット
５，２５  金属ワイヤ
７，２７  絶縁ワイヤ（絶縁性のワイヤ）
Ｘ方向  第２方向
Ｙ方向  第１方向
【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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