JP5145975B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気温風機や空気調和機、乾燥機などの空気を暖める機器に適した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は、シーズヒータなどからなる電気ヒータの熱をプレートフィンに伝導伝達し、送風機などで送られた周囲の空気に対流熱伝達するのが一般的であった（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

そして、熱伝導性をよくするため、電気ヒータの外郭およびプレートフィンはアルミニユムで形成するのが通例であった。
実開昭６２−４２４６９号公報 特開平６−２３１８７３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、負荷となる流体、例えば空気の流動量が変動したとき、具体的には、温度調整のため空気流動量を、所謂ＯＮ−ＯＦＦ制御などする場合に、電気ヒータの外郭およびプレートフィンの耐熱性との関係で作動温度を高くできない。

すなわち、空気流動量が減少、若しくは流動停止した、所謂負荷小のとき、電気ヒータの外郭およびプレートフィンが異常な高温となり、溶解してしまうものであった。

したがって、従来では高温型の電気ヒータの採用ができず、流体加熱装置として低出力に限定され、熱効率も十分なものではなかった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、耐熱性に優れ、高効率、高出力の流体加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体加熱装置は、表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した並設される多数枚のプレートフィンと、前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した伝熱パイプと、前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータと
を備え、前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けたものである。
また、本発明の流体加熱装置は、放射率を低くする表面処理を施した並設される多数枚のプレートフィンと、前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された放射率を低くする表面処理を施した伝熱パイプと、前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータとを備え、前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けるとともに、プレートフィンおよび伝熱パイプの放射率を電気ヒータの外郭材料よりも低く設定したものである。

前記間隙の空気層は熱緩衝作用を発揮し、したがって、加熱すべき流体、すなわち負荷が変動しても、伝熱パイプおよびプレートフィンの急激なる温度変動を抑制できるものである。この場合、特にプレートフィンおよび伝熱パイプは放射率を低くする処理がされていることにより、輻射熱として発散される無駄な熱を極力少なくでき、有効に流体に熱伝達できる。

本発明の流体加熱装置によれば、間隙の空気層が熱緩衝作用を発揮して加熱すべき負荷が変動しても、伝熱パイプおよびプレートフィンの急激なる温度変動を防止できるものである。

したがって、熱伝導性に優れたアルミニウムなどを伝熱パイプおよびプレートフィンに使用でき、その結果として、装置の高出力化、高効率化が可能となる。

本発明の流体加熱装置は、表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した並設される多数枚のプレートフィンと、前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した伝熱パイプと、前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータとを備え、前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けたものである。

したがって、前記間隙の空気層が熱緩衝作用を発揮し、加熱すべき流体などの負荷が変動しても、伝熱パイプおよびプレートフィンの急激なる温度変動を抑制できるものである。この場合、特にプレートフィンおよび伝熱パイプは表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成され、放射率が低いことにより、輻射熱として発散される無駄な熱を極力少なくでき、有効に流体に熱伝達できる。

また、放射率を低くする表面処理を施した並設される多数枚のプレートフィンと、前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された放射率を低くする表面処理を施した伝熱パイプと、前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータとを備え、前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けるとともに、プレ
ートフィンおよび伝熱パイプの放射率を電気ヒータの外郭材料よりも低く設定した。

この構成によれば、伝熱パイプおよびプレートフィンの急激なる温度変動を抑制できることは勿論、プレートフィンおよび伝熱パイプの放射率が低いため、輻射熱として発散される無駄な熱を極力少なくでき、有効に流体に熱伝達できることとなる。

電気ヒータとしては、シーズヒータを採用することが考えられる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態が本発明を限定するものでない。

（実施の形態１）
図において、多数枚のプレートフィン１を並設して一つのフィンブロック２を構成し、このフィンブロック２にシーズヒータからなる電気ヒータ３が蛇行状に挿通してある。

前記フィンブロック２は、例えば、温風暖房機の通風路に臨ませて配置してあり、この通風路を流れる空気がプレートフィン１の間の隙間を通過する際、対流などの作用で加熱され、温風化されるものである。

前記フィンブロック２に対する電気ヒータ３の挿通構成の詳細は図２に示す通りで、実際は、前記電気ヒータ３は空気層となる間隙ｔをおいて伝熱パイプ４に内設してあり、フィンブロック２の外側において、電気ヒータ３がU字状に連結され、これをもって蛇行状に設定してある。

前記電気ヒータ３は、鉄系のヒータパイプ５の中心部に発熱線６を通すとともに、両者間の間隙に熱良導性の電気絶縁材７を充填させた、所謂シーズヒータ構成である。

また、伝熱パイプ４とプレートフィン１は、例えばアルミニウムなどの熱良導材で形成されている。

以上の構成において、通電により、先ず、発熱線６が発熱し、その熱は電気絶縁材７を介してヒータパイプ５に伝わり、輻射エネルギーとして放射され、間隙ｔを通して伝熱パイプ４に至る。

これによって、伝熱パイプ４は吸収した輻射エネルギーにて加熱され、次いで伝導によりプレートフィン１に伝達される。

したがって、先にも述べたように、フィンブロック２が温風暖房機の通風路に臨ませて配置してあれば、この通風路を流れる空気がプレートフィン１の間の隙間を通過する際、対流などの作用で加熱され、温風化されるものである。

ここで、前記電気ヒータ３を空気層となる間隙ｔをおいて伝熱パイプ４に内設した意義について説明する。

例えば、温風暖房機において、その通風路に常に一定量の空気が流動することはない。つまり、電気ヒータ３にかかる負荷は刻々と変化するものである。すなわち、暖房の設定温度などに関連して負荷はリニアーに、或いは断続的ＯＮ−ＯＦＦ的に変動し、それに伴って、電気ヒータ３の出力も制御する必要がある。

しかしながら、空気量の変動と電気ヒータ３の出力制御を完全に同期させることは理論的に困難で、特に、負荷が急激に小方向に変動したときには電気ヒータ３の温度が異常値に近い値まで上昇してしまう。

一般的にプレートフィンは熱良導材であるアルミニウムなどが使用されているところから、その耐熱性を考慮すると、電気ヒータ３として高出力のもを使用できないことが理解できるであろう。

しかるに、本実施の形態のように、電気ヒータ３の外側に間隙ｔをおいて伝熱パイプ４を設けておくと、その間隙ｔの空気層が熱緩衝作用を発揮し、電気ヒータ３の温度変化を吸収することとなる。

その結果、伝熱パイプ４およびプレートフィン１にアルミニウムなどの熱良導材を使用しても、それらが異常高温に達することがなく、耐熱性の障害とならないものである。

以上から、流体加熱装置としての効率が向上し、加えて高出力化が図れるものであり、高い耐久性がえられることとなる。

（実施の形態２）
実施の形態２において、構成的には実施の形態１と基本的に同じである。

相違するところは、プレートフィン１および伝熱パイプ４の放射率を小さくしたものである。つまり、輻射熱の発生を可及的に抑制したものである。

例えば、温風暖房機にあって、負荷である空気の加熱はプレートフィン１の熱に起因する対流が殆んどで、輻射熱は空気加熱に寄与しないものである。

表１は金属材料別の放射率を示している。

表１から材料としてはアルミニウム、銅、銀などが適しているが、コスト面を考慮すれば、アルミニウム、銅の採用が適切であろう。

加えて、同じ材料でも表面を研磨すればするほど放射率が低下するため、アルミニウム、銅の表面を研磨する表面処理を施した方が有利である。

表面処理で放射率が低いアルミニウムまたは銅を採用することにより、放射率が０．１程度となるので電気ヒータ３が発生する熱エネルギーＱの多くが対流伝熱エネルギーＱｃとなり、電気ヒータ３の熱エネルギーを効率よく周囲の空気を暖めるために利用することができる。

ここで熱エネルギーＱを簡易的な理論式で表すと、輻射エネルギーＱｒ＝Ａ×ε×（Ｔｗ４−Ｔｏ４）と対流伝熱エネルギーＱｃ＝Ａ×ｈ×（Ｔｗ−Ｔｏ）との和Ｑ＝Ｑｒ＋Ｑｃとなる。

ここでＡは熱源の表面積、εは放射率、Ｔｗは電気ヒータ表面温度、Ｔｏは周囲温度、ｈは空気の熱伝達率である。この式からわかるように放射率εが大きくなると温度の４乗で計算される輻射エネルギーの影響が大きくなる。

なお、前記の実施の形態では負荷として空気の場合を述べたが、流体としては液体でも同じことがいえる。

本発明にかかる流体加熱装置は、間隙の空気層が熱緩衝作用を発揮して加熱すべき負荷が変動しても、伝熱パイプおよびプレートフィンの急激なる温度変動を防止でき、熱伝導性に優れたアルミニウムなどを伝熱パイプおよびプレートフィンに使用でき、その結果として、装置の高出力化、高効率化が可能となるもので、温風を熱源とする暖房機や乾燥機などへの利用が可能となる。

本発明の実施の形態１における流体加熱装置の概略斜視図 同部分断面図 同要部拡大断面図

符号の説明

１ プレートフィン
３ 電気ヒータ
４ 伝熱パイプ
ｔ 間隙

Claims (3)

1. 表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した並設される多数枚のプレートフィンと、
   前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された表面研磨処理されたアルミニウムまたは銅で形成した伝熱パイプと、
   前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータと
   を備え、
   前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けた流体加熱装置。
2. 放射率を低くする表面処理を施した並設される多数枚のプレートフィンと、
   前記プレートフィンに設けられた貫通孔に貫通されて密着保持された放射率を低くする表面処理を施した伝熱パイプと、
   前記伝熱パイプ内に挿入された丸棒形状をした電気ヒータと
   を備え、
   前記伝熱パイプと電気ヒータとの間には空気層となる間隙を設けるとともに、プレートフィンおよび伝熱パイプの放射率を電気ヒータの外郭材料よりも低く設定した流体加熱装置。
3. 電気ヒータをシーズヒータとした請求項１または２記載の流体加熱装置。