(57)【要約】【課題】電力加熱で高温化した気体を液体の加熱源として、電力利用効率９０％以上の液体加熱手法を提供する。【解決手段】熱容量を大とする管状構造体の円筒壁内周面の長さの一区間を螺旋状回路を形成する壁面とし、その回路で直進流入する気体を、螺旋状回転流に変化させ電力熱源で加熱膨張させて高温回転増速移動させることによって、前記回路を形成する壁内周面に摺接させ、その壁内周面の熱伝達を妨げる接触熱抵抗を減少させると共に、その壁内周面を含む近傍を最も高温を呈する気体状態として、その気体の保有するエネルギーの熱量を前記接触熱抵抗を減少した壁内周面から効率よく前記構造体に伝達させて、前記構造体を高温化し液体の加熱媒体とする。そして、加熱媒体とする前記構造体の壁外表面上に定着する受熱器内の液体を加熱する手法による。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体加熱装置（８）を構成する管状の内壁断面を円形とする部位として、管形状の直管形とする領域の全長あるいは一区間の壁厚（１Ｃ）を増すことで熱容量を増加させた構造体（１）の壁内周面（１Ａ）の一区間を中空円筒形の円筒外径側の壁内周面とし、前記構造体（１）の壁内周面（１Ａ）と同芯として組合わせた直状円管の壁外周面を円筒内径側の壁内周面として、両壁内面で囲まれた空間に、中空円筒形の連続した各フィンの形状を等しくする螺旋状フィン（３Ａ）を密着した態様で形成する中空円筒状の螺旋状回路（３Ｂ）と、前記直状円管の内部空間を循環気体の電力加熱源とする電気ヒーター（３Ｅ）を挿着したヒーター外套管（３Ｄ）とで構成する加熱機構（３）を具備する構造体（１）において、
循環ファン（２Ａ）によって直進移動する気体を前記螺旋状回路（３Ｂ）流入させて螺旋状に回転移動する気体に変化させ、その回転移動する気体を前記電気ヒーター（３Ｅ）で加熱膨張させることによって螺旋状回転を増速しながら高温上昇を呈する気体として、増速による気体の質量に作用する遠心力によって、
その高温上昇を呈する気体を前記構造体（１）の壁内周面（１Ａ）に摺接させて前記壁内周面（１Ａ）の接触熱抵抗を減少させると共に前記壁内周面（１Ａ）に向かって気体の分布密度を高めた状態にすることによって、前記壁内周面（１Ａ）を含む近傍で最も高温を呈する状態の気体とし、その気体の保有するエネルギーの中から高温熱エネルギーを前記接触熱抵抗の減少した壁内周面（１Ａ）を介して前記構造体（１）へ移動させて、前記構造体（１）を高温を呈する液体の加熱媒体として、
前記構造体（１）の直管とする領域の壁外表面（１Ｂ）に液体加熱用の受熱器（７）を定着する前記受熱器（７）の内部液体を加熱する液体加熱手法。
【請求項２】
更に、構造体（１）の壁厚（１Ｃ）の構造を、積層壁（１Ｄ）とする請求項１に記載の液体加熱手法。
【請求項３】
更に、螺旋状回路（３Ｂ）を流れる気体の流速を促進させるための手法として、
構造体（１）に具備する加熱機構（３）を、螺旋状回路（３Ｂ）の内径側の壁面として用いた直状円管の壁内周面と、同芯として組合わせた前記直状円管よりも小径の直状円管の壁外周面とで囲まれた空間を加熱源収納体（３Ｃ）とし、前記加熱減収納体（３Ｃ）の空間にヒーター外套管（３Ｄ）を定着し、前記ヒーター外套管（３Ｄ）の内部に電力加熱源とする電気ヒーター（３Ｅ）を挿着し、前記小径の直状円管の内部空間を、気洞（６）で構成する加熱機構とする請求項１又は２の何れか一項に記載の液体加熱手法。
【請求項４】
更に、螺旋状回路（３Ｂ）を流れる気体の流速を促進させる作用を強める手法として、項３における気洞（６）を、加熱源収納体（３Ｃ）の内径側の壁面として用いた直状円管の壁内周面と、同芯として組合わせた前記直状円管よりも小径の直状円管の壁外周面とで囲まれた空間に、流量調整機能と加熱機能を兼ねた螺旋状のフィン（６Ｃ）を密着した態様で定着し、前記直状円管の内部空間を流れる気体の電力加熱源とする電気ヒーター（６Ｅ）を挿着する態様の気洞（６）とする請求項１又は２の何れか一項に記載の液体加熱手法。
【請求項５】
液体加熱装置（８）の加熱媒体に適用する気体は、常温で大気圧下露点マイナス１５℃以下とする空気または窒素とする請求項１から４の何れか一項に記載の液体加熱手法。
【請求項６】
更に、項５で、液体加熱装置（８）の構成部位である循環回路構成管（４）の一部を、別の液体加熱装置（９）に組替えた複式液体加熱装置に用いる請求項１から４の何れか一項に記載の液体加熱手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、加熱側は電気エネルギーを加熱源とする気体で、受熱側の液体を加熱する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】  昨今、燃焼ガスの熱エネルギーまたは電力エネルギーを加熱源とする液体加熱装置は、家庭用瞬間湯沸し器から、温水を大量に使う施設（例えば給食センター、学校、病院等）、製造工場で加温液体を必要とする装置機器、或いは火力発電などに，規模の大小を問わず広く利用されている。しかし、加熱源とする燃焼ガスはＣＯ２の削減が、電力は気体を介して液体を加熱する方式は電気利用効率の向上が要求されている。【０００３】  特許文献１によれば、排気ガスを渦巻き状に流す仕組みで、排気熱を水に回収する装置を開示している。【０００４】  特許文献２によれば、円筒状容器内の中心部に具備した電気を利用した加熱源で、その容器内の空間を介して円筒状容器外表面に具備する同心円状の受熱容器内の液体を加熱する手法を開示している。【０００５】  特許文献３によれば、同心円筒状の螺旋形状フィンで形成する回路を通過する気体を棒状電気ヒーターの熱エネルギーで効率高く加熱する手法と、その手法により高温化した気流体を利用する実施例を開示している。しかしながら、この開示は高温を呈する気体の保有するエネルギーから熱エネルギーを取出し液体を加熱する技術手法には触れていない。
【先行技術文献】
【０００６】
【特許文献１】実願平１０−３７６８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９９５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−７５１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、電力で気体を加熱して高温を呈する気体の保有するエネルギーで、電力利用効率９０％以上とする液体の加熱手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。【０００９】  本発明は、液体加熱装置８を構成する部位である熱容量を大とする内壁断面を円形とする構造体１の断熱継手５との接続に要する構造形状部分と直状管の接続部分とを除く直管状の前記構造体１において、壁内周面１Ａの長さ方向の一区間を中空円筒形の円筒外径側の壁面として、一方前記構造体１の直管状の一区間において、前記構造体１と同芯とする直状円管の外周表面を中空円筒形の円筒内径側の内壁面として、両壁面に囲まれた断面一定の空間に、中空円筒形の連続した各フィンの形状を等しくする螺旋状フィン３Ａを密着した態様で定着した中空円筒状の螺旋状回路３Ｂで、循環ファン２Ａによって直進しながら流入してきた気体を螺旋状回転気体に変え、その回転移動する気体を、前記中空円筒形を呈する中空の位置に挿着した電力加熱源で加熱膨張させることによって、前記螺旋状回路３Ｂの出口方向に高温上昇と螺旋状に進行速度を増しながら移動する高温を呈する回転気体に変化させ、その変化した螺旋状に回転する気体を、その気体の質量に作用する遠心力によって、前記構造体１の壁内周面１Ａに向かって分布密度を高めた気体の状態とすることによって、前記状態を示す気体は前記遠心力の作用で前記構造体１の壁内周面１Ａに摺接し、前記壁内周面１Ａにおける熱伝達を妨げる接触熱抵抗を減少させると共に、前記壁内周面１Ａを含む近傍で最も高温を呈する気体の状態として保有するエネルギーの中から熱エネルギー（熱量）を、前記接触熱抵抗を減少させた壁内周面１Ａを介して効率よく前記構造体１に移動させ前記構造体１を高温化し液体の高温加熱媒体とする。そして、高温加熱源として前記構造体１の直管状の領域とする壁外表面１Ｂに定着する受熱器７の内部を循環する液体を加熱する手法である。【００１０】  本発明の手法は、高温状のエネルギーを保有する気流体を管形状の構造体１の円形壁内周面１Ａに摺接させると共に、前記壁内周面１Ａに向かって気体の分布密度を高める状態にして、前記内周面１Ａを含む近傍に最も高温状態とした気体の保有するエネルギーの中から熱エネルギーを前記構造体１に熱伝達するまでの第１の加熱工程と、前記構造体１の壁厚１Ｃの寸法を増すことによって受熱容量を大とした前記構造体１の保有する高温熱量で、前記構造体１の壁外表面１Ｂ上の一定の区間に定着した受熱器７の内部液体を加熱する第２の加熱工程とから成ることに特徴がある。【００１１】  液体加熱装置８は、熱伝導性に富む物質からなる管状の構造体１と、加熱媒体とする気体を循環させる循環ファン２Ａ及びファン回転機構２Ｂを内蔵するファン収納体２と、そして電力加熱源とする電気ヒーター３Ｅを内臓する加熱源収納体３Ｃと、気体の循環に必要な複数の循環回路構成管４と、前記構造体１の両端部と連結する部位との間に結続する断熱継手５とで、構成している。（図１参���）【００１２】  そして、第１の加熱工程に係わる前記構造体１の内部には、気体を加熱しながら螺旋状に回転させて流す螺旋状回路３Ｂと、その回路を移動する気体加熱用の電気ヒーター３Ｅを挿着するヒーター外套管３Ｄと、前記ヒーター外套管３Ｄを保持する加熱源収納体３Ｃとから成る加熱機構３が前記構造体１の壁内周面１Ａに密着した態様にて定着していることに特徴がある。【００１３】そして、加熱機構３は、前記螺旋状回路３Ｂへの気体の流入量を調整し、前記螺旋状回路３Ｂの出口から出てくる気体を吸引し前記螺旋状回路３Ｂを移動中の気体を増速させるための気洞６を具備することが好ましく、更に、前記気洞６の形状を中空円筒形として、円筒の壁の内部を空洞空間として、その空間に流量調整機能と加熱機能を兼ねた中空円筒形螺旋状のフィン６Ｃを定着した気洞６とし、中空円筒の中空の空間を気体加熱用の電気ヒーター６Ｅを挿着する外套管６Ｄとする態様の増速デバイス６Ａを具備することによって、螺旋状回転する気体を増速させる手法に特徴がある。
（註、加熱機構３は特許文献３の特開２０１１−７５１４５号公報の記載図に酷似する。）【００１４】  第２の加熱工程は、構造体１の壁厚１Ｃの寸法を構造設計で定めた寸法よりも増厚することによって熱容量を増やした構造体１（以下、熱媒体構造体１という）として、前記熱媒体構造体１の直管状とする領域内の外表面１Ｂに液体を加熱する受熱器７を定着する手法に特徴がある。【００１５】  第１の加熱工程において、電力加熱源の利用効率９０％以上とする熱エネルギーは、
循環ファン２Ａによって、螺旋状回路３Ｂに向かって直進する気体は、前記螺旋状回路３Ｂに流入ると、螺旋状回転を始めると同時に電気ヒーター３Ｅの加熱によって受熱し保有する熱エネルギーを高めながら、断面積を一定とする螺旋状回路内で進行方向に膨張し、その膨張作用によって螺旋状回転速度を増加する。この増速しながら螺旋状に回転移動する気体は、その気体の質量に対して生じる遠心力によって熱媒体構造体１の壁内周面１Ａに圧しつけられ摺接度合いを高めて、前記壁内周面１Ａの接触熱抵抗を減少させると共に、そして前記壁内周面１Ａに向かって気体の分布密度を高め、前記壁内周面１Ａを含む近傍を最も高温を呈する気体の状態とし、前記壁内周面１Ａを含む近傍に最も高温を呈する気体の保有するエネルギー密度を高める手法によって得られるのである。【００１６】  最も高温を呈する気体の保有するエネルギーの中から熱エネルギーは、接触熱抵抗を減少した壁内周面１Ａを介して熱媒体構造体１へ移動する。移動した熱エネルギーによって前記熱媒体構造体１全体は、固有の熱伝導の作用によって均熱化しながら高温加熱媒体となる。この高温加熱媒体である前記熱媒体構造体１の保有する熱量は、第２の加熱工程として前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂに定着した受熱器７の内部を流れる液体へ所要熱量を与える。そして液体に授熱後の高温状態にある前記熱媒体構造体１が保有する残蓄熱量は、残蓄熱量が呈する温度よりも低温である液体の加熱に用いられるので、気体の加熱源である電力は前記熱媒体１が所要設定温度に達した以降は断続的消費状態になるので節減される。【００１７】  第２の加熱工程によって、壁厚１Ｃの寸法を増すことによって熱容量を大とした熱媒体構造体１は、高温を呈する液体の加熱媒体として、前記熱媒体構造体１が呈する温度より低温状態にある液体へ受熱器７を介して熱エネルギーを供給することによって、受熱器７の位置する領域を含む近傍周辺において、その壁外表面１Ｂから壁内周面１Ａに向かって局部的な温度低下現象が生ずるが、液体よりも優れた熱伝導特性を有する固体である前記熱媒体構造体１は、低温化する領域に対して、高温加熱媒体である全域からの熱量補給速度が速いため、壁内周面１Ａにまで到る局部的温度低下現象は阻止される。このため螺旋状回転して流れる気体は、前記壁内周面１Ａで冷却されることはなく電気ヒーター３Ｅから加熱エネルギーを受けて、前記壁内周面１Ａを介して前記熱媒体構造体１に熱エネルギーを供給することができる。それ故、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂへの定着を可能とした受熱器７は高温加熱媒体とする前記熱媒体構造体から効率よく熱量を液体側へ供給する役割を果たすことが出来る。また、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂに前記受熱器７を定着することによって、液体加熱装置８は循環回路に受熱器７を配置するスペースは不要となり、コンパクト化が出来るので、製作コストの削減が期待できる。
【発明の効果】
【００１８】  本発明は、電気エネルギーで気体を加熱媒体として固体を加熱し、その固体を高温熱媒体とする液体加熱手法で電力利用効率９０％以上とすると共に、液体加熱装置の運転コストの削減、並びにコンパクト化による製造コストの削減に寄与する手法である。この手法を適用する電力式液体加熱装置はＣＯ２削減対策を無用とするコンパクトで、製作コストおよび運転コストを低廉とする極めて利便性が高い装置として広く社会に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の手法を適用した液体加熱装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の手法の適用対象とする複式液体加熱装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の手法による熱媒体構造体の円筒形積層壁の例を示す。
【図４】図４は、本発明の手法による熱媒体構造体の異形積層壁の例を示す。
【図５】図５は、本発明の実施１の形態の手法検証評価用データ（表１）を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施２の形態の手法検証評価用データ（表２）を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】    本発明の形態を図を参照として詳しく説明する。図１は、本発明の手法を用いた液体加熱装置８の構成を示す説明図である。液体加熱装置８は、熱媒体構造体１と、ファン収納構造体２と、複数の循環回路構成管４と、前記熱媒体構造体１の両端部と連結する部位との間に結続する断熱継手５とで構成している。そして、前記熱媒体構造体１の一区間において直管状とする領域の壁外表面１Ｂに液体加熱用の受熱器７が定着している。【００２１】  図２は、第１の液体加熱装置８に、更に別の第２の液体加熱装置９を連結した複式液体加熱装置の構成図である。液体加熱装置８，９を連結する形態は、第１の液体加熱装置８の熱媒体構造体１から出て循環回路構成管４を移動する高温を呈す気体の保有エネルギーを第２の液体加熱装置９の熱媒体構造体１０の加熱エネルギーとして再利用出来るので、第２で必要とする加熱電力はさらに削減できる。そして第１の液体加熱装置８の循環回路構成管４の一部を第２の液体加熱装置９に置換えるため循環回路の短縮が出来るので、単式の二基よりも、二連式一基とする液体加熱装置は、一層コンパクトになり、製造コスト削減や所要面積の削減効果を高める好ましい形態となる。【００２２】  本発明は、熱媒体構造体１の内部に定着する加熱機構３Ａを形成する一定の断面とする螺旋状回路３Ｂを螺旋状に回転しながら流れる気体を、電気ヒーター３Ｅで加熱し高温膨張させることによって、高温上昇化する螺旋状の増速回転気体とする。そして増速回転に伴い気体の質量に作用する遠心力により、前記高温上昇化する螺旋状の増速回転気体を熱媒体構造体１の壁内周面１Ａに摺接させて、前記壁内周面１Ａの接触熱抵抗を減少させると共に壁内周面１Ａに向かって気体の分布密度を高めて壁内周面１Ａ含む近傍に位置する気体を最も高温を呈する状態にして、その最も高温を呈する気体が保有するエネルギーの中から高温熱エネルギーを、摺接作用によって接触熱抵抗を減少した前記内周面１Ａで受熱し高温化する前記熱媒体構造体１を液体の高温加熱媒体として、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂに定着した受熱器７の内部を循環する前記熱媒体構造体１よりも低い温度を呈する液体に、熱を伝達してその液体を加熱することに特徴を有する手法である。【００２３】  熱媒体構造体１の壁内周面１Ａは直円筒形で，前記熱媒体構造体１を形成する壁材は熱伝導性に富み、且つ熱媒体とする気体に適する性状を有する気密固体物質、例えば金属である。【００２４】  そして、図３と図４の例で示すが、熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂの断面形状は、熱容量を増大させるための手法として円筒形に限定せず、また、一つ以上の物質から成る積層壁１Ｄの構造とすることができる。【００２５】  つまり熱媒体構造体１の熱容量（質量）は、前記熱媒体構造体１の直状形状の領域において、全長の或いは一区間の壁厚１Ｃ断面積の増大設計によって定める。そして前記壁厚１Ｃは壁外表面１Ｂに定着する受熱器７の構造に合致する例えば同芯円筒を重ね合わせた形状や、半円形と方形とを組合わせた形状など、強度設計から求めた壁厚１Ｅでは液体の所要熱量を満たせない不足熱量分を補うための熱容量（質量）をもつ壁厚１Ｆとで積層壁１Ｄとすることが出来る。���た、強度面で定める壁材と、不足熱容量（質量）を補うための壁材とは、同一材質でなくても問題はない。同一の材質か、或いは異種材質かの選択は、前記熱媒体構造体１を含む液体加熱装置８の製造コストや、軽量化等の外的ニーズによって対応することが好ましい。【００２６】  熱媒体構造体１の両端部には、前記熱媒体構造体１に蓄積した熱エネルギーが両端部から接続する部位への流失を阻止するための断熱継手５が結続してある。そして、前記断熱継手５を介して一方ではファン収納構造体２が、他方では複数の循環回路構成管４が結続している。【００２７】  ファン収納構造体２は、その内部に回転シャフト２Ｄに固着した循環ファン２Ａと、ファン軸受機構２Ｂとが具備されている。前記回転シャフト２Ｄは、前記ファン軸受機構２Ｂを介して、前記ファン収納構造体２の内部の前記循環ファン２Ａと前記ファン収納構造体２の外部に具備する回転速度可変式電動機２Ｃ（以下、ファン用電動機２Ｃという）とを、直接的に、或いはプーリー機構によって間接的に連結している。【００２８】  気体を加熱する加熱機構３は、壁内形状を円形とする熱媒体構造体１の直管形状の領域において、長さ方向の一区間の壁内周面１Ａを中空円筒形の円筒外径側の壁内周面の壁面として、一方前記熱媒体構造体１よりも小径とする直状円管の壁外周面を前記中空円筒形の内径側の壁外周面とする壁面として、同芯とする両壁面にて囲まれた断面一定の空間に、中空円筒形の連続した各フィンの形状を等しくする螺旋状フィン３Ａ（以下、螺旋状フィン３Ａという）を密着した態様で定着する中空円筒状の螺旋状回路３Ｂと、
前記螺旋状回路３Ｂの内径側の壁面として用いた前記直状円管の内周面を、中空円筒管の外径側の壁内周面とする壁面として、一方前記直状円管よりも小径とする直状円管の壁外周面を前記中空円筒形の内径側の壁外周面とする壁面として、同芯とする両壁面に囲まれた空間を中空円筒状の加熱源収納体３Ｃとして、前記加熱源収納体３Ｃの内部に気体加熱用直棒形電気ヒーター３Ｅ（以下、電気ヒーター３Ｅと称す）を挿着したヒーター外套管３Ｄを定着する態様で形成する加熱デバイス３Ｆと、
前記加熱源収納体３Ｃの内径側の壁面として用いた前記直状円管の内周面を中空円筒管の外径側の壁内周面とする壁面として、一方前記直状円管よりも小径の直状円管の壁外周面を前記中空円筒形の内径側の壁外周面とする壁面として、同芯とする両壁面に囲まれた空間に気体の流量調整機能と加熱機能を兼ねた螺旋状のフィン６Ｃが密着した態様にて定着する中空円筒形の気洞６が、前記中空円筒形の中空の空間を、前記気洞６の内部を流れる気体の加熱用直棒形電気ヒーター６Ｅ（以下、電気ヒーター６Ｅという）を挿着したヒーター外套管６Ｄとする増速デバイス６Ａとで形成する。（図は省略する）【００２９】  外径先端の高さ寸法は熱媒体構造体１の内径と等しく、内径先端の高さ寸法は加熱源収納体３Ｃの外径と等しい螺旋形状フィン３Ａは、前記熱媒体構造体１の壁内周面１Ａと加熱源収納体３Ｃの外表面との組合せによって螺旋状回路３Ｂを形成している。【００３０】  螺旋状回路３Ｂを形成する螺旋形状フィン３Ａの外径の先端部からの、或いは／そして内径の先端部からの、前記螺旋状フィン３Ａで隔てられた隣接する回路への気体の漏れは、前記隣接する回路を移動する気体の流れを乱しその流速を妨げことによって気体の回転力を弱める作用があるので好ましくない。このため、前記螺旋形状フィン３Ａの外径先端と前記熱媒体構造体１の壁内周面１Ａとの接触部と、前記螺旋形状フィン３Ａの内径先端と前記加熱源収納体３Ｃの外表面との接触部で、間隙が出来ない組付け方が重要である。【００３１】  このため、螺旋状回路３Ｂの組付け作業は、螺旋形状フィン３Ａの外径先端と熱媒体構造体１の壁内周面１Ａとは、作業の難易度より嵌着することが好ましい。そして、前記螺旋フィン３Ａの内径先端と加熱源収納体３Ｃの外表面とは、前記加熱源収納体３Ｃの外表面に前記螺旋形状フィン３Ａの内径先端の螺旋軌跡に合致した凹溝を付け前記螺旋フィン３Ａの内径先端を前記凹溝へ巻着する手法、あるいは凹溝加工をせず、溶接手法で固着することも出来る。【００３２】  気洞６は、螺旋状回路３Ｂを流れる気体の螺旋状回転速度を増速させる目的で、加熱機構３に具備し、前記気洞６内部を流れる気体を加熱する。加熱手法は、前記気洞６を中空円筒形とした中空とする位置に定着する円筒状のヒーター外套管６Ｃ内に挿着する直棒形状電気ヒーター６Ｅ（以下、電気ヒーター６Ｅという）で行う。尚、加熱機構３の構造設計において、前記螺旋状回路３Ｂで使用する電気ヒーター３Ｅからの熱を付加利用する設計は前記気洞６内の気体を加熱する熱量を増加させることになるので好ましい。【００３３】  そして、気洞６は、加熱機構３の入口で螺旋状回路３Ｂと前記気洞６との気体の流入量を調整する目的で、前記気洞６の内部に気体の流れを抑制する流量調整体６Ｂを具備する。前記気洞６内を流れる気体は流れ抵抗が少なすぎるとその流量は増大する反面、前記螺旋状回路３Ｂへの流量を減少させる現象がおきる。前記流量調整体６Ｂは、この現象を抑制し、前記螺旋状回路３Ｂへの気体の流量を調整する。【００３４】  流量調整体６Ｂの形状は、一般に管状空間を流れる物体（気体、液体）の熱交換効率を高める手法として螺旋状のフィンをその管状空間に挿入する工法が多用されている例に倣って、螺旋状のフィン６Ｃの適用は、前記気洞６内を流れる気体の温度上昇速度を高めるため、螺旋状回路３Ｂを流れる気体の増速を助ける。それ故に、前記気洞６の流量調整体６Ｂとして螺旋状のフィン６Ｃの適用は好ましい。また、前記流量調整体６Ｂとしての前記螺旋状のフィン６Ｃは、前記気洞６の中空円筒形の円筒内部に定着する。定着の手法は、前述（００３１）の螺旋状回路３Ｂにおける組付け方と同じ手法にて行う。【００３５】  気体の加熱源としての電気ヒーター３Ｅは、ヒーター外套管３Ｄの内部に挿着し、前記ヒーター外套管３Ｄは、中空円筒形を呈する加熱源収納体３Ｃの円筒内部に定着するが、前記電気ヒーター３Ｅの必要な本数は、気体が所要する加熱量に対する前記ヒーター３Ｅの一本当りの熱供給能力から決める。その所要本数分の前記ヒーター外套管３Ｄは熱源収納体３Ｃの内部に均等配分した位置に定着する。【００３６】  受熱器７の熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂに定着する領域は、断熱継手５との連結に要する範囲を除いた前記熱媒体構造体１の直管状の領域の長さ全域とし、前記受熱器７を定着する位置は、前記受熱器７の要求仕様諸元（受熱量、受熱表面積、容積など）に対応する熱媒体構造体１の設計段階で予め定められるが、最適な位置を定めるには、前記受熱器７は前記壁外表面１Ｂ上で可動出来る構造が望ましい。しかし、設計段階で前記壁外表面１Ｂを熱伝達表面部位として利用した受熱器７は溶接等にて壁外表面１Ｂに固着した態様となるが、設計精度が高ければ最適な定着位置を定める必要はなく固着でも問題はない。【００３７】  以下に本発明の手法について纏める。本発明によれば、熱の受授作用をする熱媒体構造体１の直管状の領域における全長、或いは長さの一区間において、壁厚１Ｃ（壁断面積）を増し、その構造体１の質量を増やす手法により熱容量を増やした熱媒体構造体１は液体の加熱媒体として、その壁外表面１Ｂに定着する受熱器７が所要する熱量を瞬時においても不足することもなく供給することが出来る。【００３８】  熱媒体構造体１の熱容量（質量）を増すために、前記熱媒体熱構造体１の長さ方向でなく、壁厚１Ｃ（壁断面積）を増すことによって質量を増やす手法を用いるのは、液体加熱装置８のコンパクト化が出来るので好ましい。そして前記熱媒体構造体１の熱容量を増大させる目的は、液体の所要熱量の変化に対応できる熱量の蓄熱である。液体の所要熱量は、液体の要求仕様（加熱前の温度、使用温度、時間当たり使用量等）によって当然に可変する。可変する所要の液量を所要の温度まで所要時間内で加熱供給出来るようにするためである。【００３９】  液体を加熱する気体の熱エネルギーは、熱媒体構造体１の加熱機構３を介して前記熱媒体構造体１を加熱し、受熱器７の定着表面を含む近傍の壁外表面１Ｂから液体に移るのであるが、液体の所要熱量が変動増加する場合など、その増加した熱量を供給することによって、前記構造体１の保有する熱量が減少し、壁内周面１Ａに到るまで温度が低下する現象がおきる。この現象によって、加熱を必要とする気体は前記壁内周面１Ａから冷却作用を受けることになる。この温度低下現象は、加熱媒体の質量が小さいほど大きい（熱媒体構造体１の熱容量��小さいほど、温度低下現象は大きい）。【００４０】  しかし、壁厚１Ｃを増すことによって熱容量（質量）を大とした熱媒体構造体１は、固体であり、受熱側の液体よりも優れた熱伝導特性を有するので、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂの一つの定めた領域から液体の所要熱量を供給する速さよりも、前記熱媒体構造体１の全体で保有する熱量が液体に所要熱量を供給することによって減少した熱量を補給する速度の方が速い。前記壁外表面１Ｂから壁内周面に向かって壁厚１Ｃの断面の温度が示す挙動として、液体に熱を供給する受熱器７が定着している表面を含む近傍の領域では，液体供給熱量に見合う温度低下現象が壁外表面１Ｂから壁内周面１Ａに向かって生じるが、壁内周面１Ａに到る温度低下現象は阻止できる。【００４１】  しかして、液体の要求する熱量に十分対応できる熱容量（質量）を備えた熱媒体構造体１とすることによって、前記熱媒体構造体１は液体の高温加熱媒体として受熱器７の所要熱量を絶えることなく供給することができる。そして、液体側における一時的な変動、例えば液体使用量増加に伴う加熱すべき液体補給量の増加によって起きる所要熱量の変化増量分を気体からの定常の受熱量だけでは補えない場合や、或いは気体側において加熱エネルギーの一時的な供給不全、例えば、電力系に異状が起きた状態に陥った場合でも、前記熱媒体構造体１は受熱器７へ応急的ではあるが不足熱量を補うことを可能とする。【００４２】  加熱媒体としての気体は循環ファン２Ａの作用で加熱機構３へ向かって直進する。この気体は前記加熱機構３に定着する螺旋状回路３Ｂに流入すると、螺旋形状フィン３Ａの作用で、螺旋状に回転する流れに変化する。この螺旋状回転しながら流れる気体は熱源収納体３Ｃの内部に定着するヒーター外套管３Ｄに挿着されている電気ヒーター３Ｅから受熱して高温上昇を呈する気体となり前記螺旋状回路３Ｂの一定とする断面空間内で回路の出口方向に向かって膨張することによって螺旋状の回転移動速度を増加する。【００４３】  さらに螺旋状回路３Ｂを流れる気体の螺旋状回転速度を一層高める手法として、熱媒体構造体１の内部の中心部に中空円筒形状の気洞６を設けて、前記気洞６の円筒内部を流れる気体を加熱する手法を用いる。そして前記気洞６の円筒内部を流れる気体の体積単位当りの加熱量を、前記螺旋状回路３Ｂを流れる気体の体積単位当りの加熱量よりも大きくすることによって、前記気洞６を流れる気体は前記螺旋状回路３Ｂの気体よりも体積膨張速度を上げるため、前記気洞６を流れる気体の方がより速くなり、前記気洞６の出口から流出する気体は前記螺旋状回路３Ｂの出口から出てくる気体を吸引する。その吸引作用によって、前記螺旋状回路３Ｂを流れる気体を増速させる。【００４４】  そして電気ヒーター３Ｅで加熱膨張し気洞６の増速作用を受けながら螺旋状回路３Ｂを螺旋状に回転しながら流れる気体は、高温上昇する螺旋状の増速回転気体となり、増速回転に伴う気体の質量に作用する遠心力で、前記高温上昇化する螺旋状の増速回転気体を熱媒体構造体１の壁内周面１Ａに摺接することによって前記壁内周面１Ａの接触熱抵抗を減少させると共に壁内周面１Ａに向かって分布密度が高くなる気体の状態となり、壁���周面１Ａ含む近傍に位置する気体が最も高温を呈する状態となる。その最も高温を呈する状態の気体が保有するエネルギーの中の高温熱エネルギーは、摺接作用によって接触熱抵抗を減少した前記内周面１Ａを介して前記熱媒体構造体１に移動し前記熱媒体構造体を液体の高温加熱媒体として、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂに定着した受熱器７の内部を循環する前記熱媒体構造体１よりも低い温度を呈する液体に、熱を伝達してその液体を加熱する。
【発明を実施するための形態】
【実施１の形態】
【００４５】  実施１の形態は、本発明の手法の効果を検証するために、図１に示す液体加熱装置８で行った。その主な装置諸元および実施要件は、液体加熱装置８の構成重量：４１０ｋｇ、材質：熱媒体構造体１とファン収納体２はステンレス鋼材とし、複数の循環回路構成管４は鉄鋼材とした。
加熱機構３の螺旋状回路３Ｂと気洞６との開口面積比：１０対１とし、熱媒体構造体１と循環回路構成体４との内部開口面積比は４対１とした。
熱媒体構造体１の形状は円筒で熱容量を増やすため、壁厚１Ｃは構造設計値の２倍とした。使用電力は、螺旋状回路３Ｂ用電気ヒーター３Ｅ：５ｋＷｈ（１ｋＷｈ×５本）、
気洞６用電気ヒーター６Ｅ：１ｋＷｈ（１ｋＷｈ×１本）、ファン用電動機２Ｃ：０．５ｋＷｈで、液体循環ポンプ動力：０．５ｋＷｈとして、合計７ｋＷｈとした。
受熱器７は、中空円筒形並流式として、
循環液量：１０８リッター、循環速度：２．５リッター毎分とし、
熱媒体構造体１の壁内周面１Ａに嵌着した螺旋状回路３Ｂの入口の真上にあたる壁外表面１Ｂの位置に受熱器の液体入口側の壁面が位置するように定着した。
実施条件は、気体は大気圧下露点マイナス１７℃の乾燥空気で、
気体の加熱開始時のゲージ圧力：０．１０ＭＰａとし、加熱設定最高温度：３６０℃とし、循環ファン２Ａの回転数：３１８０ｒｐｍ、受熱器７内を循環する液体は水道水とした。そして、本発明の手法の検証評価用データとして、受熱器７の液体温度が定常状態に到達するまでの熱媒体構造体１の内部の気体、壁外表面１Ｂ、及び、受熱器外壁面の温度を計測した。その手法検証評価用データ（表１）を図として図５で示す。
【００４６】  図５から電力の利用効率を以下に試算する。受熱器７の出口液温（水温）は運転開始直前で２９．０℃で運転経過時間１９０分に定常状態になり恒温８８．６℃を示している。この時点での液体加熱装置８の平均表面温度は２７５．２℃（熱媒体構造体１の出口と入口の温度の平均値）、また運転開始直前での平均表面温度は２４．０℃である。
これらの数値から、液体加熱装置８の受熱量は１１，３２９ｋｃａｌ（１３．１７ｋＷ）、
液体の受熱量は６，４３７ｋｃａｌ（７．４８ｋＷ）が演算される。
よって、この１９０分間における合計受熱量は１７，７６６ｋｃａｌ（２０．６６ｋＷ）となる。一方、消費電力量は合計７ｋＷｈ（螺旋状回路３Ｂ加熱５ｋＷｈ、気洞６加熱１ｋＷｈ、ファン２Ａ動力０．５ｋＷｈ、液体循環動力０．５ｋＷｈ）の１９０分間で１９，０６４ｋｃａｌ（２２．１７ｋＷ）となり、試算電力利用効率は、９３．２％を示す。
【００４７】  図５で、経過時間５０分に注目する。熱媒体構造体１の出口の気体温度１６９．９℃よりも壁外表面１Ｂの気体温度１７０．１℃の方が高くなる逆転現象が始まるのが判る。
経過時間７０分に、入口でも同様に１６８．５℃に対し、１７２．７℃と逆転現象を呈する。熱は高温から低温へ流れる法則から、この逆転現象は、受熱する壁内周面１Ａを含む近傍の温度が壁外表面１Ｂの温度よりも高いことを示唆する。
【００４８】つまり、気体が、ある速度以上で回転しなが壁内周面１Ａに摺接することによって、その螺旋状に回転する気体は壁内周面１Ａの近傍に最も高温を呈する気体の保有するエネルギー密度を高めることによって、その壁内周面１Ａの近傍の気体の温度を最も高めると共に、接触熱抵抗を減少させることによって、効率よくその気体の保有する高温熱量を構造体１へ移動させていることが判る。この温度逆転現象は気体の設定温度が２７０℃を超え３００℃までに始まると推定する。
尚、定常状態における加熱機構出口側近傍の気体の流速は、略５．５ｍ／秒であった。
【００４９】  定常状態に到達した以降の気体の保有する熱エネルギーの所要熱量は、液体加熱装置８を定常状態までに必要とした熱量は不要となり、前記液体加熱装置８を構成する各部位からの外気への熱放散による熱損失を補う熱量と、受熱器７を介して液体の加熱に要する熱量だけとなるので、入力とする電力の大幅な削減ができることになる。経過時間１７０分で循環する気体の設定温度３６０℃に達した後は、加熱用電力消費量ｋｗｈは４０％から５０％（６ｋｗｈ×０．４〜０．５＝２．４〜３．ｋｗ）ほど減少することを観察した。
【００５０】  熱容量を大にした熱媒体構造体１が正常に熱媒体の機能を発揮していることが（表１）から読み取れる。壁外表面１Ｂの出口温度２８３．０℃に対し入口温度２６７．４℃である。一方前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂの領域に定着している受熱器７の出口近傍の表面温度２０６．７℃、入口近傍の表面温度２２０．８℃で、いずれも前記熱媒体構造体１の表面温度と比べて前記受熱器７の位置する近傍の表面温度は低い。これは前記受熱器７に近い前記熱媒体構造体１の表面近傍から前記受熱器７内部の液体への熱移動による。しかし、前記熱媒体構造体１の外表面温度は出口温度２８３．０℃、入口温度２６７．４℃であり、出口側が１５．６℃高く、前記熱媒体構造体１内の気流体温度は出口で２４４．０℃、入口で２３１．０℃を示すので出口側が１３℃高い。
【００５１】もしも、気流体の示す温度が入口側と出口側で逆転状態を呈する場合、加熱機構３はヒータ−３Ｅの加熱効果もなく、気体はその螺旋回転しても、壁内周面１Ａに摺接できず、逆に前記壁内周面１Ａからの冷却作用を受けて、気体は温度が低下する挙動を示すはずである。本発明の熱容量を大にする手法によって、この現象は起きていない。
【実施２の形態】
【００５２】  実施２の形態は、実施１の形態で用いた同一の装置８で、実施要件は、
加熱の用気体を純度９９．５％程度の窒素ガスとた以外は実施１と同一とした。
そして、本発明の手法の検証評価用データとして、受熱器７の液体温度が定常状態に到達するまでの熱媒体構造体１の内部の気体、壁外表面１Ｂ、及び、受熱器外壁面の温度を計測した。その手法検証評価用データ（表２）を図として図６で示す。
【００５３】  図６から電力の利用効率を試算する。受熱器７の出口液温は運転開始直前で３５．５℃で運転経過時間１７０分に定常状態になり恒温８３．５℃を示している。
この時点での液体加熱装置８の平均表面温度は２７０．０℃、運転開始直前平均表面温度は３０．１℃である。よって、液体加熱装置８の受熱量は１０，８１９ｋｃａｌ（１２．５８ｋＷ）、そして、液体の受熱量は５，１８４ｋｃａｌ（６．０３ｋＷ）で、
この１７０分間における合計受熱量は１６，００３ｋｃａｌ（１８．６１ｋＷ）となる。
一方、消費電力量は合計７ｋＷｈで１７０分消費したので
１７，０５７ｋｃａｌ（１９．８３ｋＷ）であるから、電力利用効率は、９３．８％となる。
【００５４】  熱媒体構造体１の出口側で経過時間５０分に加熱気体温度１６８．７℃よりも壁外表面１Ｂの温度１７３．０℃の方が高くなる温度逆転現象が始まるのが判る。経過時間６０分に、入口側でも同様に１６０．６℃に対し、１６２．７℃と逆転現象が始まっているのが判る。熱は高温から低温へ流れる法則から、（実施１）と同様に壁内周面１Ａを含む近傍の気体温度が壁外表面１Ｂの温度よりも高いことを示唆している。この温度逆転現象は、気体の加熱設定部で示す温度２７５℃から３００℃の温度上昇域で始まったことが判る。
【００５５】  螺旋状に回転しながら流れる高温上昇をしながら熱エネルギーを蓄える気体が膨張することによって螺旋状回転速度を増し、前記２７５℃から３００℃を示す温度領域に達すると、その回転にて生じる遠心力で気体それ自体が前記熱媒体構造体１の壁内周面１Ａと気体の間に存在する接触熱抵抗を減少させる一方で、前記壁内周面１Ａを含む近傍に気体の分布密度を最も高めた状態とし、前記熱媒体構造体１の内部の気体が呈する温度の中で前記壁内周面１Ａを含む近傍の気体を最も高い温度を呈する気体とし、その気体が保有するエネルギーの中から熱エネルギーを接触熱抵抗を減じた前記壁内周面１Ａを介して低温側の前記熱媒体構造体１へ熱エネルギーを供給する働きが出来る状態になるのだと推断する。
【００５６】  熱容量を大にした熱媒体構造体１が正常に熱媒体の機能を発揮していることが図６から読み取れる。経過時間１７０分に、前記熱媒体構造体１の壁外表面１Ｂの出口温度２７８．９℃に対し入口温度２６１．１℃である。一方前記熱媒体構造体１の表面上の領域に定着している受熱器７の出口近傍の表面温度２０３．５℃、入口近傍の表面温度２１６．４℃で、いずれも前記熱媒体構造体１の表面温度と比べて前記受熱器７の位置する近傍の表面温度は低い。これは前記受熱器７に近い前記熱媒体構造体１の表面近傍から前記受熱器７内部の液体への熱移動による。しかし、前記熱媒体構造体１の外表面温度は、出口側が１７．８℃高く、構造体１内の気流体温度は出口で２４１．９℃、入口で２２５．６℃で出口側が１６．３℃高い。
【００５７】  （実施１）及び（実施２）において、定常状態に到達した後の気体の加熱に要する熱量は、熱媒体構造体１において、加熱媒体として定める温度までの加熱所要熱量は不要で、前記加熱媒体として定める温度維持のための熱量としての液体加熱に消費した熱量の補給に要する熱量と、液体加熱装置８からの放散熱量との合計する熱量だけとなるため、消費電力は減少する。
【符号の説明】
【００５８】１．．．熱媒体構造体（構造体）
１Ａ．．．壁内周面
１Ｂ．．．壁外表面
１Ｃ．．．壁厚
１Ｄ．．．積層壁
１Ｅ．．．強度設計による熱媒体構造体１の壁厚
１Ｆ．．．熱容量（質量）の不足分を補う熱媒体構造体１の壁厚
２．．．ファン収納体
２Ａ．．．循環ファン
２Ｂ．．．ファン軸受機構
２Ｃ．．．回転速度可変式電動機（ファン用電動機）
２Ｄ．．．回転シャフト
３．．．加熱機構
３Ａ．．．中空円筒状の連続したフィン高さと形状を同一とする螺旋形状フィン
（螺旋形状フィン）
３Ｂ．．．螺旋状回路
３Ｃ．．．加熱源収納体
３Ｄ．．．ヒーター外套管
３Ｅ．．．気体加熱用直棒形電気ヒーター（電気ヒーター）
３Ｆ．．．加熱デバイス
４．．．循環回路構成管
５．．．断熱継手
６．．．気洞
６Ａ．．．増速デバイス
６Ｂ．．．流量調整体
６Ｃ．．．螺旋状のフィン
６Ｄ．．．ヒーター外套管
６Ｅ．．．気体加熱用直棒形電気ヒーター（電気ヒーター）
７．．．受熱器
８．．．液体加熱装置
９．．．液体加熱装置
１０．．．熱媒体構造体
【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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