JPS63108151A - 電気流体加熱器 - Google Patents

電気流体加熱器

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JPS63108151A
JPS63108151A JP61159150A JP15915086A JPS63108151A JP S63108151 A JPS63108151 A JP S63108151A JP 61159150 A JP61159150 A JP 61159150A JP 15915086 A JP15915086 A JP 15915086A JP S63108151 A JPS63108151 A JP S63108151A
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南里　威
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水道水、液状化学物質、あるいはガス等の流体
を加熱昇温するために利用されるが、特に数百度、数十
気圧以上の流体の加熱に有効である電気流体加熱器に関
する。
〔従来の技術〕
変圧器の１次高圧側から給電し・２次巻線導体を発熱体
とし、これに流体を通して加熱昇温させるには、例えば
実公昭４０−３３５３号公報がある。第４図は上記公報
に開示された流体加熱器を示したものである。以下これ
を公知新案と呼ぶこととする。
〔発明が解決しようとしている問題点〕公知新案ではそ
の公報明細書に記載されている如く、変圧器１次巻！％
１（線輪）と同じく、２次巻線である発熱導水管の全長
、全表面積にわたり絶縁されている。すなわち複数回の
２次巻線は相互に絶縁され、巻線相互の短絡を防止して
いる。そして導水管の両端すなわち水の流出入口を電気
的に接続して、導水管外部への漏電を防止している。
しかしこのような考案では、温水器程度の加熱即ち常圧
、１００℃程度の加熱ではともｐ−＜、高温、高電圧、
高圧力、大容量の加熱器では絶縁物の材質、機械的構造
Ｃ二各種の困難が発生すると同時；二液圧器の能率も低
下する。
本発明はこのような公知新案の問題点を解決して更に高
温、高圧の流体加熱を高信頼度、高能率で可能Ｃニスる
ことを目的とする。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明では前記した問題を解決するために発熱体となる
２次巻線導体な′電気的には１回巻きであるが、被加熱
流体の流路としては、流体と発熱体表面の許容温度差、
流体の許容圧力損失等から決定される流路断面積と長さ
に応するために２回巻き以上複数巻とする。
このために２次の複数巻線相互の絶縁が省略でき、変圧
器の窓占有率（変圧器鉄心の窓面積中に占める１次、２
次巻線導体部分断面積の割合）を大きくシ、必要資材を
少くできることは勿論、能率を高くすることができる。
さらに発熱体である２次巻線導体の温度の不平均を平均
化して、発熱体の伝熱面積を少くする、すなわち必要資
材を少くすることができる。
第１図は本発明の１例を単相外鉄型を例にとって説明す
るための概略断面図で、１は１次巻線、２は発熱体とな
る２次巻線導体で、鉄心３を１．２で共有し、電源４よ
り給電される。
ＸＹは鉄心軸である。
被加熱流体は金属管５より流入し、２回以上複数巻の連
続した流路７を通過加熱昇温され金属管６より流出する
。図では流路７は鉄心３の周囲に４回巻かれている。流
出入５．６の関係は図と逆でもよい。
〔作用〕
第２図（ａ）は２次巻線導体部分のみを啓示したもので
、２次巻線導体２内に発生する電界ｅは１次巻線を巻か
れた鉄心軸ＸＹに、図示したように垂直に発生する。
したがってＸＹに平行した線上では２次巻線導体上何れ
の点も同電位であるから流体の流入流出金属管５，６を
この線上又はその極めて近傍に設ければ５％６を金属的
に接触しても電弧の発生を見ることはなく、全く安全で
あり、両管を共に接地１０しても接地電流はなく、感電
の危険もない。
もつとも１次巻線は勿論加熱器の温度に対応した電気的
、熱的絶縁層をもっており、発熱体である２次巻線導体
は１回巻きであるから・公知新案第４図に示Ｔ電気接続
１４・および巻線相互間の絶縁層は不必要である。但し
１２次巻線表面上の鉄心３に対する電気的熱的絶縁層は
必要である。しかし公知新案に比べて１回巻分の低電圧
の電気絶縁でよいから、前記したように変圧器鉄心窓の
占有率を高くできる。
第２図（ｂ）は（ａ）と相違して流体を通す導管２′の
複数巻（図では４回巻）を電気的には１回巻きとなるよ
うに相互に溶接待９を導管２′の全長又は数個所１：部
分的に施工したもので、溶接の代りに第１図に類似して
導管２′を電導性物質と１体となるよう鋳込んでも良い
。
第２図（ｂ）の場合も（−）と同様導管２内に発生する
電界ｅは鉄心軸ｘｙにはぼ垂直であるから、ＸＹに平行
した線上では何れの点も同電位であるので流体の流入、
流出金属管５．６をこの線上又は極めて近傍「二股けれ
ば５．６を金属的に接触しても（ａ）と同様の効果を得
られる。
第２図（ａ）、（ｂ）　ｌ”ｌ一ついての以上の説明は
２次巻線導体内の交流電流の表皮作用が実用上無視でき
る場合についてのべたので、第２図（ａ）ｉｂ）の金属
管５．６を２次巻線導体上の同電位点ａ。
ｂに設けた場合を示している。
これに反して、もし２次巻線導体２又は導管２′内にお
ける表皮作用の著しい場合で、第１図において１次、２
次巻線導体１．２を同心円筒としたとき、２の半径方向
の流路壁の厚みｔ　（ｍ）と交流電流の表皮の深さＳ　
（ｃｒｎ）との間にｔ＞２８　　　　（１） なる関係があるときは、２次交流は、第１図（−おいて
、１次巻線に面接する２次巻線の表面の近傍８のみに集
中して流れるようになる。
したがって１次巻線薯二面接しない他の部分では第２図
に示した電界Ｃは発生しないので金属管５．６をこの電
界のない部分に設ければ５．６の２管が金属的接触して
も電弧の発生もなく、入１の感電の危険もなくなる。
従ってまた２次巻線導体に流れる交流電流が１次巻線に
面接する部分にのみ集中するようＬ：２次巻線導体の一
部すなわち１次巻線に面接する部分にのみ他の２次巻線
導体部分とは異なった材料を使用することもできる。
（１）式で示した表皮の深さ８　（ｗ）は良く知られて
いるように２次導体の抵抗率をρ（オーム・ｃＦｎ）、
比透磁率なμ、電源周波数をｆ（Ｈｚ）としたとき で表わされる。
以上説明した表皮作用は２次巻線導体２の長さを／　（
ｍ）　、内半径をｄ　（ｃｒｎ）としたとき、Ｅがｄに
比較して大きいほど著しくなる。
さらに１次、２次巻線導体が正確（；円筒形巻線でなく
、楕円、矩形巻線でもほぼ同じである。
Ｓの大きさは商用周波数では導体が鋼材のときは１翼冨
程度、銅のときは１ｃ１ｎ程度であるから２次巻線導体
材質が鋼であるときは、殆んどの場合表皮作用が著しい
場合と考えてよいし・銅やさらには非磁性鋼材のときは
２次巻線導体の表皮作用は無視して管５．６の位置を上
記のように決定しなければならない。
２次巻線導体を公知新案第４図と異り、電気的に１回巻
きとしたことのもう１つの利点は、２次巻線導体である
加熱管の温度を、流路７：：沿って均一化方向（二でき
ることがある。それは第１図で管５より流入した流体は
流路７に沿って次第に高くなって行くが、発熱体である
２次巻線は１回巻で、熱的には１体であるから流体の流
入口である管５に近い部分は低温で、流出口である管６
に近い部分が高温になる傾向にあるが、なお熱は管６よ
り管５の方向に導体１＃′ｒ面中を流れ、５に近い部分
の温度を高め、６に近い部分の温度を低くする。その模
様は第３図（ａ）の如く、流れの方向の２次巻線導体の
温度に余り変化はないが、流体の温度は次第（二高くな
って行く。
一方公知新案では第４図の導水管１２はその全表面を電
気的に絶縁されねばならず、電気絶１べ体は同時に熱絶
縁体であるから、流体の流れの方向の導水管断面内での
熱移動は多くを期待できないので第３図（ｂ）のように
発熱体である導水管１２の温度は、流体の温度とはほぼ
一定の温度差で直線的上昇して行く。そして流体の出口
側で流体温度θｆ１発熱体温度θｈは共！−最高となる
。そしてθｆは勿論、θｈも許容最高温度θｆｍ　’θ
ｈｍがあるから、もし発熱体表面と流体の間の伝熱係数
が両者で等しい場合には本発明第１図２次巻線溝体２又
は流路７の方が伝熱面積が少くて良いことは容易に想像
できる。詳細は安藤政夫著「工業電熱設計」（日刊工業
新聞社発行）第７５〜８４頁にのべられている。
本発明によって伝熱面積が少くて丁むことは単に発熱体
部分のみならず、鉄心を含めて加熱器全体の必要資材を
少くする。
以上は本発明の変圧器としては単相外鉄型の場合につい
て示したが、内鉄型、３相変圧器の場合も金属管５．６
間に電位差はないので、内法型については２本の鉄心脚
ζ：ついて、３相の場合ζ：は３本の鉄心脚（二ついて
、それぞれの５、６Ｃ二相当する部分を直列又は並列に
接続して実現できる。これらの例を第５．６図に示す。
第５図は単相内鉄型の、第６図は３相内鉄型の電気流体
加熱器の正面図である。これらの図（−おいて２．２′
、２″は流体の流路を含む２次巻線導体、３は鉄心、５
．６は流体の流入、流出管、５′、６′は２次巻線導体
内の流路をつなぐ流体導管である。２次巻線導体２．２
′、２′の内側（−は１次巻線が存在する。尚、第５．
６図において電源及びそれから１次巻線への配線は省略
しである。
第１．２図では流路７を単層４回巻きとして例示したが
、２層以上複数巻きとすることも可能であり、第７図に
２層巻きの１例を示す。第７図において、１．２．ＸＹ
１５．６．７は第１図の場合と同じ意味を表わす。第５
．６図の場合においても２屑以上複数巻きとじうること
は勿論である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明方法（；よれば公知のものに
比較して、構造、構成は簡単Ｃ二なり、所要資材を節約
でき、さらに加熱能率、信頼間を高めうるのみならず、
従来困難であった高温、高圧の流体加熱器を実現させる
ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電気流体加熱器を説明するだめの縦断
面略図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明加熱器の２次巻
線導体の２種類の正面図、第３図（ａ）、（ｂ）は発熱
体と流体の温度の関係を本発明（ａ）、公知新案（ｂ）
の場合について示す図、第４図は公知新案の電気流体加
熱器の正面図、第５図は本発明の単相内鉄型の゛な気流
体加熱器の、第６図は本発明にかかる３相内鉄型の電気
流体加熱の正面図、第７図は第１．２図において、流路
７を２層巻きとしたものの縦断面略図である。 これらの図（二おいて１は１次巻線、２．２’、２“で
はそれぞれ形状を異Ｃする２次巻線導体（発熱体）、３
は鉄心、４は交流電源、５．６は流体を流入、流出させ
る金属管、７は流体の流路、８は電流集中部、９は溶接
部、１０は接地、１１は公知新案の１次線輪、１２は公
知新案の２次線輪（４水管）、１３は公知新案の鉄心、
１４は公知新案の管端１５．１６の接続である。 以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）変圧器の１次巻線に給電し、２次巻線に流体を通
    す加熱器において、２次巻線は電気的には１回巻きであ
    るが、流路としては複数巻きの発熱体であることを特徴
    とする電気流体加熱器。
  2. （２）２次巻線に流れる交流電流の表皮作用が実用上無
    視できる程小さい場合、すなわち２次巻線に電流がほぼ
    均一に流れる場合であり、さらに発熱体である２次巻線
    への流体の流入、流出２管が金属であり、２管が相互に
    金属的接触をしても電弧を発生しない、等電位である２
    点に前記流入、流出金属管を設けることを特徴とする特
    許請求の範囲第（１）項記載の電気流体加熱器。
  3. （３）２次巻線導体に流れる交流電流の表皮作用が著し
    く、この電流が２次巻線導体の１次巻線に面接する部分
    のみに集中する場合であり、さらに発熱体である２次巻
    線導体への流体の流入、流出２管が金属であり、２管が
    相互に金属的接触をしても電弧を発生しないようにした
    ことを特徴とする特許請求範囲第（１）項記載の電気流
    体加熱器。
  4. （４）２次巻線導体に流れる交流電流が１次巻線に面接
    する部分のみに集中するように、２次巻線導体の一部す
    なわち１次巻線の面接部分にのみ他の２次巻線導体部分
    とは異つた材料を使用することを特徴とする特許請求範
    囲第（１）項記載の電気流体加熱器。
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