JP6341614B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱用金属体を誘導加熱することによって当該加熱用金属体内に通流した流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。

従来、この種の流体加熱装置において、特許文献１に示すように、二次コイルを形成する螺旋状に巻廻した導体管の複数重を、螺旋の軸方向に延びる電気接続部材で溶接等により電気接続し、短絡回路を構成して電気的リアクタンスを低減させて力率を改善し、加熱効率を向上させたものが知られている。

ところで、螺旋導体管を誘導加熱すると、外周側に比べ長さが短く電気抵抗値が低い導体管の内周側に、外周側に比べて大きな電流が流れることとなるため、内周側は外周側より高温になる。このことから導体管の内周側は外周側に比べて熱膨張が大きくなって、ねじれ等の熱変形が生じる。

しかしながら、従来のように、電気接続部材が導体管の所要箇所間に固定されていると、前述した導体管が変形しようとした際に大きな応力が発生し、導体管や電気接続部材、あるいは導体管と電気接続部材との固定箇所等に疲労が蓄積したりや破損したりするおそれが生じる。

特開２０１０−７１６２４号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、誘導加熱により熱変形が生じても、破損等の可能性が小さい流体加熱装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る流体加熱装置は、流体が流れる内部流路が形成された加熱用金属体を誘導加熱することによって前記内部流路を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、前記加熱用金属体が、幅方向一端面及び幅方向他端面に開口する流路形成孔が形成された金属板を変形し、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合して形成されたものであり、前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がることにより前記内部流路が形成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、流路形成孔が形成された金属板を変形して内部流路を有する加熱用金属体を形成しているので、加熱用金属体全体の剛性を高めることができ、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい流体加熱装置を提供することができる。

前記金属板には、幅方向一端面から幅方向他端面まで直線状に延び、前記金属板の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔が形成されており、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合することで互いに異なる前記流路形成孔の開口が繋がり、螺旋状の前記内部流路が形成されていることが望ましい。
このように内部流路を螺旋状にすることで、誘導加熱された加熱用金属体との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。

前記流路形成孔を容易に形成するためには、前記流路形成孔が、前記金属板の厚み方向一端面に溝を形成し、当該溝を蓋体で覆うことによって形成されたものであることが望ましい。

過熱水蒸気は２００℃から２０００℃にもなる高温なので、前記加熱用金属体をその温度以上に加熱されることになる。このため、加熱用金属体が飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生するものの場合、流体加熱装置のなかでも、温度上昇が大きく、加熱用金属体の変形も大きくなるため、本発明の効果が特に顕著となる。

前記加熱用金属体を２つ有し、前記加熱用金属体の一方が、水を加熱して飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部となり、前記加熱用金属体の他方が、前記飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部となることが望ましい。前記飽和水蒸気生成部の加熱用金属体は、前記過熱水蒸気生成部の加熱用金属体ほどではないが、常温の水を１００℃から１５０℃の高温に加熱する必要があり、本発明の構造にすることで破損防止の効果を奏する。

このように構成した本発明によれば、流路形成孔が形成された金属板を変形して内部流路を有する加熱用金属体を形成しているので、誘導加熱により熱変形が生じても、破損し難くすることができる。

本実施形態における加熱用金属体の平面図及び正面図。 同実施形態の加熱用金属体のＡ−Ａ’線断面図。 同実施形態の加熱用金属体を構成する金属板の展開図。 変形実施形態の加熱用金属体を構成する金属板の展開図。 変形実施形態の加熱用金属体を構成する金属板の展開図。

以下に本発明に係る流体加熱装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の流体加熱装置は、図１及び図２に示すように、流体が流れる内部流路Ｒが形成された加熱用金属体１を誘導加熱することによって前記内部流路Ｒを流れる流体を加熱するものである。

なお、この流体加熱装置は、流体として外部で生成された飽和水蒸気を加熱するものであり、当該飽和水蒸気を加熱用金属体１で加熱して、１００℃超（２００℃〜２０００℃）の過熱水蒸気を発生する過熱水蒸気発生装置として用いられるが、加熱温度や加熱対象流体がこれに限られるものでない。例えば、水を加熱用金属体１で加熱して、飽和水蒸気を発生するものであっても良い。

また、前記加熱用金属体１を誘導加熱する機構は、図示しないが、鉄心と、当該鉄心に沿って巻回された一次コイルとからなる。この誘導加熱機構の一次コイルの外周又は内周又は一次コイル間に、当該一次コイルに沿って前記加熱用金属体１が設けられる。

しかして、前記加熱用金属体１は、図３に示すように、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂに開口する流路形成孔１０ｘが形成された金属板１０を円筒状に変形し、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを接合して形成されたものである（図１参照）。そして、幅方向一端面１０ａの開口及び幅方向他端面１０ｂの開口が繋がることにより前記内部流路Ｒが形成されている。この加熱用金属体１には、前記内部流路Ｒに流体を供給するための外部配管が接続される導入ポートＰ１が形成されるとともに、加熱された流体を外部に導出するための外部配管が接続される導出ポートＰ２が形成されている。

具体的に金属板１０は、図３に示す金属板１０を円筒状に変形して形成されている。この金属板１０は、矩形平板状をなす例えばステンレス鋼などの導電性金属板である。なお、内部に流路形成孔１０ｘが形成可能な程度であり、且つ円筒状に変形可能な程度の板厚を有している。そして、この金属板１０には、幅方向一端面１０ａから幅方向他端面１０ｂまで直線状に延び、前記金属板１０の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔１０ｘが形成されている。この複数の流路形成孔１０ｘは、互いに平行となるように同一ピッチで形成されている。

ここで、流路形成孔１０ｘの形成方法としては、図３の部分拡大図に示すように、金属板１０の厚み方向一端面１０ｃに直線状の溝１０Ｍを形成し、溝１０Ｍを蓋体１０Ｔで覆い溶接することによって形成することが考えられる。これにより、流路形成孔１０ｘを容易に形成することができる。また、この方法により、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂの間で曲がった流路形成孔１０ｘも形成することができる。

そして、金属板１０の幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを溶接することで互いに異なる流路形成孔１０ｘの開口が繋がり、螺旋状の内部流路Ｒが形成される。より詳細には、金属板１０の幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを接合することで、互いに隣接する流路形成孔１０ｘの開口が繋がる。つまり、互いに隣接する流路形成孔１０ｘにおいて、一方の流路形成孔１０ｘの幅方向一端面１０ａの開口と、他方の流路形成孔１０ｘの幅方向他端面１０ｂの開口とが繋がる。このようにして、加熱用金属体１の内部に１本の螺旋状の内部流路Ｒが形成される。この内部流路Ｒの一端部には、前記導入ポートＰ１が連通しており、内部流路Ｒの他端部には、前記導出ポートＰ２が連通している。これらポートは、展開状態の金属板１０又は円筒状に変形された後に溶接される。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した流体加熱装置によれば、流路形成孔１０ｘが形成された金属板１０を変形して内部流路Ｒを有する加熱用金属体１を形成しているので、加熱用金属体１全体の剛性を高めることができ、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい流体加熱装置を提供することができる。

加熱用金属体１が円筒状であるので、変圧器の脚鉄心を加熱用金属体１の内側に配置する構成によって、加熱用金属体１を誘導加熱することができる。このとき、加熱用金属体１が単一円筒部材から形成されているので、熱変形に強い構造とすることができる。

また、内部流路Ｒが螺旋状をなすものであり、誘導加熱された加熱用金属体１との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、加熱用金属体の内部流路が１本の螺旋状流路であった、流路形成孔のピッチ又は傾斜角度を変更することで、２本以上の螺旋状流路を有する構成としても良い。また、加熱用金属体の内部流路が途中で分岐するように構成しても良い。

また、加熱用金属体の内部流路は螺旋状に限られず、図４に示すような流路形成孔が形成された金属板を用いても良い。

さらに、前記実施形態では、金属板の溝を形成して、当該溝を蓋体で閉塞することによって例えば断面矩形状の流路形成孔を形成するものであったが、図５に示すように、金属板１０の幅方向一端面１０ａ又は他端面１０ｂの少なくとも一方から、例えばドリル等の切削工具を用いて断面円形状の流路形成孔（貫通孔）１０ｘを形成するものであっても良い。

さらに、流体加熱装置として、２つ以上の加熱用金属体を有するものであっても良い。この場合、１つ目の加熱用金属体により、水を加熱して飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部を構成し、２つ目の加熱用金属体により、前記飽和水蒸気生成部から飽和水蒸気を受け取り、当該飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部を構成することが考えられる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１・・・加熱用金属体
Ｒ・・・内部流路
１０・・・金属板
１０ａ・・・幅方向一端面
１０ｂ・・・幅方向他端面
１０ｃ・・・厚み方向一端面
１０ｘ・・・流路形成孔
１０Ｍ・・・溝
１０Ｔ・・・蓋体

Claims (5)

1. 流体が流れる内部流路が形成された加熱用金属体を誘導加熱することによって前記内部流路を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、
   前記加熱用金属体が、幅方向一端面及び幅方向他端面に開口する流路形成孔が形成された金属板を変形し、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合して形成されたものであり、
   前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面が接合されることにより前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がって前記内部流路が形成される流体加熱装置。
2. 前記金属板には、幅方向一端面から幅方向他端面まで直線状に延び、前記金属板の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔が形成されており、
   前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合することで互いに異なる前記流路形成孔の開口が繋がり、螺旋状の前記内部流路が形成されている請求項１記載の流体加熱装置。
3. 前記流路形成孔が、前記金属板の厚み方向一端面に溝を形成し、当該溝を蓋体で覆うことによって形成されたものである請求項１又は２記載の流体加熱装置。
4. 前記加熱用金属体により飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生するものである請求項１乃至３の何れか一項に記載の流体加熱装置。
5. 前記加熱用金属体を２つ有し、
   前記加熱用金属体の一方が、水を加熱して飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部となり、
   前記加熱用金属体の他方が、前記飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部となる請求項１乃至４の何れか一項に記載の流体加熱装置。