JPH113770A

JPH113770A - 加熱装置

Info

Publication number: JPH113770A
Application number: JP9153351A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sadahira; 匡史貞平; Hirotsugu Kamiya; 洋次上谷; Shinji Kondo; 信二近藤; Hidekazu Yamashita; 秀和山下; Hideki Omori; 英樹大森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】瞬間湯沸器やガスを利用した気化器等の従来
の加熱装置は、局部的な沸騰の発生を避けるために加熱
部の温度を下げる必要があって熱交換効率が低くなる、
また沸点近くの高温まで昇温することが難しい、また温
度分布が均一ではない。【解決手段】容器１０１内に、金属板を渦巻き状に形
成し、巻き始めと巻き終わりを電気的に接続した発熱単
位体を積層して構成した発熱体を収容し、容器の外側に
巻き回した加熱コイル１０２によって、この発熱体を誘
導加熱して、内部を流れる液体または気体を昇温する構
成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水や石油等の液体
を加熱する加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水を昇温する場合には瞬間湯沸か
し器を使用している。また石油暖房器には、燃料である
石油を気化する気化器として、ガスの燃焼を利用したも
のを使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、瞬間湯沸器や
ガスを利用した気化器等の従来の加熱装置は、局部的な
沸騰の発生を避けるために加熱部の温度を下げる必要が
あって熱交換効率が低くなる、また沸点近くの高温まで
昇温することが難しい、或いは温度分布が均一ではない
等の課題を有している。

【０００４】すなわち従来の加熱装置は、特に加熱対象
が石油のような粘度の高いものの場合には、局部的な沸
騰が発生したりして、過熱部が焦げたりするものであ
る。従って、加熱部の温度を下げる必要が生じ、熱交換
効率が低くなるものである。また、沸点近くの高温まで
昇温することが難しいものである。また、ガスによる炎
燃焼は、外部に逃げる熱量が多く、熱効率は低いもので
ある。また、ガスによる加熱はパイプの外側から行われ
るため、どうしてもパイプの外側を流れる液体の温度が
高くなるものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属板を渦巻
き状に形成し巻き始めと巻き終わりを電気的に接続した
発熱単位体を軸方向に積層して構成した発熱体を、容器
の外側に巻き回した加熱コイルによって誘導加熱して、
発熱体内部を流れる液体または気体を加熱するようにし
て熱交換効率の高く、温度の設定が自由で、温度分布が
均一な加熱装置としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、容器
内に、金属板を渦巻き状に形成し、巻き始めと巻き終わ
りを電気的に接続した発熱単位体を積層して構成した発
熱体を収容し、容器の外側に巻き回した加熱コイルによ
って、この発熱体を誘導加熱して、内部を流れる液体ま
たは気体を昇温する加熱装置を実現している。

【０００７】請求項２に記載した発明は、熱交換素子
は、波状に加工した金属板を使用することによって、液
体との接触面積を大きくでき、特に熱交換効率を高めた
加熱装置を実現している。

【０００８】請求項３に記載した発明は、熱交換素子は
同心円状に配置した複数の金属環とし、一番内側の金属
環を磁性金属によって構成して、中心部を流れる液体の
温度を高めた発熱分布として、結果的に温度分布が均一
となる加熱装置を実現している。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は、本実施例の構成を示すブロック図である。１０１
は、上部・下部に液体が流通するパイプを接続している
円筒状の容器で、内部には図２に示している熱交換素子
２０３を収容している。また、容器１０１の外側には、
高周波磁界を発生する加熱コイル１０２を巻き回してい
る。加熱コイル１０２は、高周波電力を供給するインバ
ータ回路等によって構成した高周波電力供給手段１０３
によって、高周波電力の供給を受けている。また１０４
は、容器１０１と容器１０１の上部・下部に接続したパ
イプによって構成している液体移送経路中に配置してい
る液体移送手段である。液体移送手段１０４は、ポンプ
によって構成している。

【００１０】図２は、熱交換素子２０３を構成する発熱
単位体２０１の構成を示している。発熱単位体２０１
は、図２（ａ）に示しているように、ステンレス板を渦
巻状に巻いて、巻始めと巻終わりリード線２０２によっ
て電気的に接続して構成している。またこの発熱単位体
２０１を、図２（ｂ）に示しているように、容器１０１
の軸方向に積層して、熱交換素子２０３を構成している
ものである。熱交換素子２０３の中心部は中空となって
おり、容器１０１内に収容した状態では、この中心部に
は液体が流通する。なお本実施例の熱交換素子２０３に
は、磁性ステンレスも非磁性ステンレスも使用でき、ま
たステンレス以外の金属板も使用できるものである。

【００１１】以下本実施例の動作について説明する。図
示していないスイッチをオンすると、高周波電力供給手
段１０３・液体移送手段１０４が動作を開始して、液体
が容器１０１中を通過する。同時に、高周波電力供給手
段１０３から高周波電力の供給を受けて、加熱コイル１
０２が高周波磁界を発生する。この高周波磁界は、容器
１０１内に収容している熱交換素子２０３と鎖交して、
熱交換素子２０３を誘導加熱する。つまり、熱交換素子
２０３は高周波磁界が鎖交することによって、渦電流が
流れ、ジュール熱が発生するものである。この誘導加熱
による発熱は、熱交換素子２０３の全面から均等に発生
する。熱交換素子２０３内を流通する液体は、この発熱
を受けて、容器１０１を通過した時点では所定の温度に
昇温されているものである。このように本実施例では、
熱交換素子２０３が直接液体と熱交換を行う構成として
いるため、また、加熱コイル１０２が発生する高周波磁
界による誘導加熱を利用しているため、加熱効率は非常
に高いものである。

【００１２】このとき本実施例では、熱交換素子２０３
を、ステンレス板を渦巻状に巻いた発熱単位体２０１の
巻始めと巻終わりとをリード線２０２によって接続した
ものを、容器１０１の軸方向に積層して構成している。
このため、個々の発熱単位体２０１は、幅ａと、渦巻の
間隔ｂを自由に設定できるものである。幅ａの設定が自
由であるため、制作に都合の良いような寸法を自由に選
択することが出来る。また、渦巻の間隔ｂの設定が自由
であるため、渦巻きの間隔ｂを狭めることによって、単
位体積あたりの熱交換量の大きい均一熱源とすることが
できる。また巻始めと巻終わりとを接続しているため、
発熱単位体２０１の全面から均等に発熱が行われるもの
である。

【００１３】ここで、熱交換素子２０３による発熱量
と、液体の昇温温度との関係について説明する。熱交換
素子２０３の総熱交換面積をＡ、加熱コイル１０２から
与えられる電力の熱量をＱ、液体の移送経路の構成から
決まる定数である熱伝達率をｈ、熱交換素子２０３の温
度と熱交換後の流体の温度との温度差をΔＴとすると、
これらの関係は、ΔＴ＝Ｑ／（Ａ・ｈ）で表せる。よっ
て、与える熱量Ｑが決まれば、渦巻き構造の間隔ｂを小
さくして渦巻の巻数を多くし、熱交換面積を大きくする
ことで、ΔＴを小さくすることができる。つまり、従来
例で説明したような局部沸騰は、このΔＴの設定を小さ
くすることによって避けることが出来るものである。

【００１４】このとき、熱交換素子を図３に示すような
構成とすれば、一層熱交換効率を高めることが出来る。
すなわち、図３に示す構成のものは、熱交換素子３０１
として、波状に加工した金属板を使用しているものであ
る。３０２はリード線、３０３は層間に挿入した絶縁シ
ートである。

【００１５】熱交換素子３０１として波状に加工した金
属板を使用しているため、平板を渦巻き状にしたものよ
りも液体との接触面積を大きくでき、単位体積あたりの
熱交換面積をより広くとることができるものである。こ
のため、一層熱交換効率を高めることが出来る。また、
波状に加工した金属板を使用する場合には、絶縁シート
３０３を挿入するだけで渦巻の間隔ｂを適切に保つこと
が出来、前記図２で説明した平板を使用した熱交換素子
２０１とした場合に必要な渦巻の間隔ｂを適切に保つた
めの工夫を必要としない。

【００１６】また熱交換素子を図４に示している構成と
した場合には、中心部を流れる液体の温度を高めた発熱
分布とでき、結果的に温度分布が均一となる加熱装置を
実現出来るものである。つまり図４に示している構成の
熱交換素子４０１は、同心円状に配置した複数の金属環
４０１ａ〜４０１ｃによって構成している。また、一番
内側の金属環４０１ａを磁性ステンレスによって、４０
１ｂ・４０１ｃは非磁性ステンレスによって構成してい
る。

【００１７】以上の構成とすることによって、図５に示
しているように、容器１０１の中心部を通る磁束が最も
多くなるものである。すなわち、容器１０１を通過する
液体の温度が最も高くなるものである。つまり、加熱コ
イル１０２によって発生する高周波磁界によって熱交換
素子４０１に流れる渦電流は、磁束の変化を妨げる方向
に発生する。よって、磁束が多く通る部分の方が大きな
渦電流が発生するものである。磁束の通り易さを示す透
磁率は、磁性ステンレスは非磁性ステンレスの約１００
倍となっている。このため本実施例のように、非磁性ス
テンレス環４０１ｂ・４０１ｃ内に磁性ステンレス環４
０１ａが囲まれている場合、加熱コイル１０２で発生し
た磁束は最内周の磁性ステンレス環４０１ａを通ろうと
する。加熱コイル１０２の長さが容器１０１の直径に対
して充分に長くない場合、加熱コイル１０２が発生する
磁束は容器１０１の軸方向に平行にはならないものであ
る。つまり模式的に、図４（ｂ）に示しているように、
長円形あるいは放物線状となる。このため、加熱コイル
１０２が発生する磁束は磁性ステンレス環４０１ａ・非
磁性ステンレス環４０１ｂ・４０１ｃの全てに鎖交す
る。このため、磁性ステンレス環４０１ａ・非磁性ステ
ンレス環４０１ｂ・４０１ｃの全ては発熱し、磁束が最
も通りやすい磁性ステンレス環４０１ａの発熱量が最も
多くなる。以上のように、本実施例によれば、容器１
０１の中心部の温度を高くすることが出来るため、特に
加熱対象が石油のような粘度の高いものの場合に有効と
なるものである。つまり、液体の通過速度が中心部の方
が速いことと併せて考えた場合に、中心部の温度を高く
できることによって、全体の温度分布を均一とすること
が出来るものである。

【００１８】なお、本実施例では金属環を３重に構成し
ているが、特に３重に限定する必要はないものである。
また、金属環に使用する材質についても特にステンレス
に限定する必要はなく、相対的に最も内側に使用してい
る金属環の透磁率が外側に使用している金属環の透磁率
よりも大きければ、目的を達成することが出来る。

【００１９】なお、前記各実施例では加熱対象を水・石
油等の液体としているが、加熱対象が気体であっても適
用できるものである。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、液体と熱交
換を行う熱交換素子と、この熱交換素子を収容する容器
と、容器の外側に巻き回した高周波磁界を発生する加熱
コイルと、加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電
力供給手段を備え、前記熱交換素子は、金属板を渦巻き
状に形成し巻き始めと巻き終わりを電気的に接続した発
熱単位体を前記容器の軸方向に積層した構成として、熱
交換効率が高く、温度の設定が自由で、温度分布が均一
な加熱装置を実現するものである。

【００２１】請求項２に記載した発明は、熱交換素子
に、波状に加工した金属板を使用する構成として、液体
との接触面積を大きくでき、特に熱交換効率を高めた加
熱装置を実現するものである。

【００２２】請求項３に記載した発明は、熱交換素子は
同心円状に配置した複数の金属環とし、一番内側の金属
環を磁性金属によって構成することによって、中心部を
流れる液体の温度を高めた発熱分布として、結果的に温
度分布が均一となる加熱装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である加熱装置の構成を示すブ
ロック図

【図２】（ａ）同、熱交換素子の発熱単位体の構成を示
す斜視図（ｂ）同、熱交換素子の構成を示す断面図

【図３】同、熱交換素子の別の構成を説明する斜視図

【図４】（ａ）同、熱交換素子の別の構成を示す平面図（ｂ）同、熱交換素子の別の構成を示す平面図

【図５】同、図４に示した熱交換素子の動作を説明する
説明図

【符号の説明】

１０１容器１０２加熱コイル１０３高周波電力供給手段１０４流体移送手段２０１発熱単位体２０３熱交換素子３０１熱交換素子４０１熱交換素子４０１ａ金属環４０１ｂ金属環４０１ｃ金属環

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下秀和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者大森英樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体と熱交換を行う熱交換素子と、この
熱交換素子を収容する容器と、容器の外側に巻き回した
高周波磁界を発生する加熱コイルと、加熱コイルに高周
波電力を供給する高周波電力供給手段を備え、前記熱交
換素子は、金属板を渦巻き状に形成し巻き始めと巻き終
わりを電気的に接続した発熱単位体を前記容器の軸方向
に積層して構成した加熱装置。
【請求項２】熱交換素子は、波状に加工した金属板を
使用する請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】熱交換素子は同心円状に配置した複数の
金属環とし、一番内側の金属環を磁性金属によって構成
した請求項１記載の加熱装置。