JP2001110558A

JP2001110558A - 発熱体および加熱装置および加熱方法

Info

Publication number: JP2001110558A
Application number: JP28281099A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Kawamura; 正信川村; Chikae Riyuu; 新栄竜
Original assignee: Micron Corp
Current assignee: Micron Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱において、温度センサを用いるこ
と無く、最高発熱温度を所望の温度に維持できるように
する。【解決手段】電磁誘導加熱による発熱体２０を、所望の
最高発熱温度をキューリー温度として設定された強磁性
体もしくはフェリ磁性体により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発熱体および加
熱装置および加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】「電磁誘導加熱」は、コイルに高周波電
流を通じて発生させた高周波磁界を、高い透磁率を持つ
強磁性体内に取り込み、強磁性体内に渦電流を発生さ
せ、渦電流に伴うジュール熱により加熱を行う加熱方式
である。このような電磁誘導加熱は、従来から調理の分
野において、ＩＨ炊飯器やＩＨ電磁調理器として利用さ
れている。水を容れたポットをガスコンロに掛けたまま
忘れ、内部の水がなくなって、ポットを「空炊き」する
ようなことは日常良く経験するところである。このよう
な場合、空炊きされたポットが数百度の高温度になるこ
とがあり、危険である。空炊きの危険性は電磁誘導加熱
方式の加熱でも生じ得るものであり、従来のＩＨ炊飯器
やＩＨ電磁調理器は、このような危険を回避するため、
炊飯器や調理器の温度を温度センサで検出し、検出温度
が所定の設定温度を超えたとき高周波磁界の発生を停止
せしめ、あるいは加熱が予め定めた加熱時間を超えた場
合に高周波磁界の発生を停止せしめるようにした「安全
機構」を設けている。このような安全機構の必要性は、
ＩＨ炊飯器やＩＨ電磁調理器の低コスト化を阻む一因と
なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、電磁誘導
加熱において、温度センサを用いること無く、最高発熱
温度を所望の温度に維持できるようにすることを課題と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の発熱体は、電
磁誘導加熱による発熱体であって「強磁性体もしくはフ
ェリ磁性体」により構成され、「所望の最高発熱温度を
キューリー温度として設定された」ことを特徴とする。
即ち、例えば、最高発熱温度を摂氏１００度に設定する
のであれば、キューリー温度が摂氏１００度となるよう
に調製された強磁性体もしくはフェリ磁性体を材料とし
て発熱体を構成するのである。請求項１記載の発熱体
は、具体的な形状としては、ブロック状、棒状、チュー
ブ状もしくは板状に形成することが出来る（請求項
２）。勿論、これらの形状に限らず、他の形状とするこ
ともできる。請求項１，２記載の発熱体は非常に広範な
使用形態が可能である。例えば、板状に形成された発熱
体は、最高発熱温度を例えば摂氏４０度〜５０度程度に
設定することにより、パネルヒータや炬燵のような暖房
用の発熱体として使用することができるし、浴槽の底面
等に設置することにより、風呂沸かし用の加熱源として
用いることもできる。この場合、最高発熱温度を４０度
に設定すれば、風呂温度を４０度まで上昇させた後は、
この温度を維持することができる。あるいは、最高発熱
温度を２５度前後に設定した適宜の形状の発熱体は「熱
帯魚用水槽の保温用熱源」として用いることが可能であ
る。また、最高発熱温度を摂氏２００度以上に設定した
発熱体は、医療用等の滅菌・殺菌用の熱源やアイロンの
熱板として使用可能である。また、チューブ状の発熱体
は、内部に流体を流通させつつ、流体の加熱を行うこと
ができる。また、この発明の発熱体は、所望の最高発熱
温度を適宜に設定することにより、各種の恒温槽用の熱
源や、孵化装置の熱源として使用できる。

【０００５】請求項１記載の発熱体は勿論、鍋、薬缶、
ポット、釜、フライパン、中華鍋、ホットプレート等を
はじめ、各種の「調理用加熱具」として構成できる（請
求項３）。この場合において、最高発熱温度を「調理に
必要な最高温度」に設定することが出来る。例えば、最
高発熱温度を摂氏３００度に設定された「天ぷら用な
べ」や、最高発熱温度を摂氏７０度に設定された「温泉
たまご調理用ポット」等を例として挙げることができる
（請求項４）。特に、最高発熱温度を略摂氏８０度〜略
１２０度の範囲内の温度に設定されたものは「煮炊き
用」の調理具、例えば、薬缶、ポットやシチュウ鍋、炊
飯釜等として実施できる（請求項５）。この場合、最高
温度を１００度より低く、例えば、摂氏９５度程度に設
定しておくと、味噌汁やスープを調理する場合に「煮立
たせてしまう」虞れがない。上記請求項１〜５の任意の
１に記載の発熱体は、表面の少なくとも一部を「設定さ
れた最高発熱温度において相的に安定した物質」、例え
ば、プラスチックやフッ素樹脂等によりコーティングす
ることが出来る（請求項６）。請求項１記載の発熱体は
また「容器状に形成され、少なくとも外周面を熱的に遮
蔽された状態で保温器として使用される」ことができる
（請求項７）。少なくとも外周面を熱的に遮蔽するに
は、容器状の発熱体の外周面部を断熱材で被覆しても良
いし、保温器としての使用時に、断熱性の容器内に、容
器状の発熱体を容れて使用するようにしてもよい。この
ような保温器は、実施の形態として後述する如きものの
ほか、魔法瓶等の保温ポットとして実施することもでき
る。

【０００６】この発明の加熱装置は、電磁誘導加熱方式
の加熱装置において、高周波磁界発生手段と、発熱体と
を有する（請求項８）。「高周波磁界発生手段」は、高
周波磁界を発生する手段であり、従来からＩＨ炊飯器や
ＩＨ電磁調理器において知られたものを適宜利用するこ
とができる。磁界の周波数としては数ＫＨｚ〜数１００
ＫＨｚ程度が適当である。「発熱体」は、高周波磁界発
生手段で発生する高周波磁界により内部に生じる渦電流
のジュール熱により発熱する発熱体であり、上記請求項
１〜７の任意の１に記載の発熱体が用いられる。この発
明の加熱方法は、高周波磁界発生手段により発生する高
周波磁界により、強磁性体もしくはフェリ磁性体による
発熱体の内部に渦電流を生ぜしめ、渦電流のジュール熱
により発熱体を発熱させる加熱方法において、発熱体を
なす強磁性体の「所望の最高発熱温度をキューリー温度
として設定」することにより、発熱体の最高発熱温度を
上記所望の温度に制限して過熱を行うことを特徴とする
（請求項９）。

【０００７】図１において、符号１０はコイル、符号１
２は高周波電圧電源、符号２０は強磁性体もしくはフェ
リ磁性体による発熱体を、それぞれ模式的に示してい
る。図１（ｃ）は、コイル１０に高周波電圧電源１２に
より高周波電流を通じたときの「ある瞬間」における磁
界の状態を示している。このように発生した磁界は時間
的に消長し、高周波で変化する。図１（ａ）は、コイル
１０の近傍に発熱体２０を置いた状態を示している。発
熱体２０は強磁性体もしくはフェリ磁性体で構成されて
いるため「透磁率」が高く（即ち、磁気抵抗が低く）、
このため多数の磁力線を引き込むことになる。発熱体２
０内における磁束密度を時間：ｔを変数としてＢ(ｔ)と
すると、周知の如く、磁束密度：Ｂ(ｔ)の時間変化は、
電界ベクトル：Ｅのローテーションとして、マクスウエ
ルの方程式「−∂Ｂ(ｔ)／∂ｔ＝ｒｏｔＥ」を満足す
る。即ち、磁束密度：Ｂ(ｔ)が変化すると、発熱体２０
内に電界：Ｅが生じ、電界：Ｅによる渦電流が発熱体２
０内を流れる。渦電流は発熱体２０の電気抵抗によりジ
ュール熱を発生する。このジュール熱が発熱体２０を発
熱させ、昇温させる。

【０００８】発熱体２０の温度は上昇し、やがては「キ
ューリー温度」に達する。発熱体２０の温度がキューリ
ー温度に達すると、発熱体２０は、それまでの「強磁性
体もしくはフェリ磁性体」状態から「常磁性体」状態へ
と変化する。常磁性体状態では、透磁率は強磁性体状態
（もしくはフェリ磁性体状態）の１／１０００以下に小
さく、磁気抵抗が大きくなるため、磁界の状態は、図１
（ｂ）に示すように、発熱体２０が無い状態（図１
（ｃ）に示された状態）と略同様になる。即ち、常磁性
体状態の発熱体内部では、磁束密度が強磁性体状態の時
の１／１０００以下になるため、これが高周波で変化し
ても、発熱体２０内部に生じる渦電流は微弱になり、発
生するジュール熱も微弱であるため、発熱体２０の発熱
は実質的に停止する。このため、発熱体２０の温度は電
磁誘導加熱では、キューリー温度より高くはならない。

【０００９】上記の如くして発熱体２０の発熱が停止す
ると、発熱体２０は自然放熱により温度が下がるが、温
度がキューリー温度より低くなると直ちに「強磁性体も
しくはフェリ磁性体」状態が再現され、発熱が再開され
る。したがって、コイル１０に高周波電流が通じている
限り、発熱体２０の温度は「実質的にキューリー温度に
保たれる」ことになる。この発明では、発熱体における
キューリー温度を「所望の最高発熱温度をキューリー温
度として設定」したので、発熱体自体が「所望の最高発
熱温度を検出するセンサ」として作用すると同時に、発
熱体の温度を「所望の最高発熱温度に保つ」ように機能
する。発熱体の「所望の最高発熱温度」は、発熱体の使
用目的（調理用、暖房用等）に応じて定まるが、このよ
うに定まる「所望の最高発熱温度」をキューリー温度と
して設定するには、既に知られている強磁性体やフェリ
磁性体のうちから、キューリー温度が、実質的に所望の
最高発熱温度に合致するものを選択してもよいし、所望
の最高発熱温度をキューリー温度として持つ強磁性体や
フェリ磁性体を調製してもよい。キューリー温度は、強
磁性やフェリ磁性体を構成する材料（鉄・ニッケル・コ
バルト等）の成分の選択や、成分比の調整により変化さ
せることができるので、材料の組み合わせや成分比の調
整により、所望のキューリー温度を持った発熱体を実現
することは容易に可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図２〜図５に実施の形態を数例示
す。これらの図において、号１００は「高周波磁界発生
手段」を示し、符号２００は支持板を示している。高周
波磁界発生手段１００は、コイルと、このコイルに高周
波電流を通ずるための高周波電圧電源、電源オン・オフ
用スイッチ等を有する。高周波磁界発生手段１００とし
ては、従来から電磁誘導加熱に関連して知られた適宜の
ものを用いることができる。また、支持板２００は発熱
体や、発熱体を供えた各種の器具等を支持する板状部材
であり、目的に応じた強度を有すること、強磁性体やフ
ェリ磁性体でないこと等の条件が満たされる材料（プラ
スチック、ガラス、常磁性体金属等）により、適宜の形
状に形成される。図２（ａ）に示す実施の形態では、発
熱体は、湯沸し用ポット３０として構成されている。図
２（ｂ）に示す実施の形態では、発熱体は、フライパン
４０として構成されている。図２（ｃ）に示す実施の形
態では、発熱体は、煮炊き用鍋５０として構成されてい
る。図２（ａ）の湯沸し用ポット３０や、（ｃ）の煮炊
き用鍋５０では、使用温度は摂氏１００度で、湯沸しや
煮炊きの目的を達成できるのであるから、この場合の所
望の最高発熱温度は、摂氏１００度の近傍に設定すれば
よい。また、図２（ｂ）のフライパン４０の最高発熱温
度は、摂氏２００度前後に設定するのがよい。

【００１１】図３に示す実施の形態では、発熱体６０は
板状であって、樹脂製のバスタブ６１の底部に敷設さ
れ、バスタブ６１内に張られた水を入浴に適した温度に
加熱する。この場合の最高発熱温度は、摂氏４２〜４５
度程度に設定するのがよい。図４に示す実施の形態で
は、発熱体７１はブロック状であり、熱帯魚用水槽７２
内の水７３の温度を熱帯魚飼育に適した温度に保つ。こ
の場合の最高発熱温度は摂氏２５度前後が良い。図５に
示す実施の形態は、保温器であり、発熱体は、容器本体
８０と蓋部８１とにより「容器状」に形成されている。
そして容器本体８０は、ガラスウールや発泡スチロール
のような断熱材の外壁９０に囲まれており、また蓋部８
１の上部から断熱材の蓋９１で外壁９０の上部開口を塞
ぐようになっている。容器本体８０内に保温するべき被
保温体９５を容れて電磁誘導加熱を行う。従来の保温器
では、被保温体９５が大きいような場合に、被保温体９
５に温度分布が生じ、均一な温度での保温が困難であっ
たが、この実施の形態のようにすると、容器本体８０と
蓋部８１とが均一に発熱するので保温機内が均一に加熱
保温され、被保温体９５を均一な温度で保温することが
できる。保温器としてはまた、魔法瓶等の保温用ポット
として実施できる。このような場合、発熱体の外周面を
熱的に遮断するために、容器状の発熱体と外部容器との
間が真空状態となっていても、外部容器の材料を非磁性
体とし、外部からの高周波磁界により、容器状の発熱体
内部を一定に保つことができる。

【００１２】上に、図２〜図５に即して説明した実施の
形態において、各発熱体は、電磁誘導加熱による発熱体
であって、強磁性体もしくはフェリ磁性体により構成さ
れ、所望の最高発熱温度を、キューリー温度として設定
されている（請求項１）。また、図４の実施の形態にお
ける発熱体７１はブロック状であり、図３の実施の形態
における発熱体６０は板状である（請求項２）。また、
図２に示す発熱体３０，４０，５０は何れも「調理用加
熱具として形成された」ものであり（請求項３）、最高
発熱温度を調理に必要な最高温度に設定されている（請
求項４）。発熱体３０（湯沸し用ポット）、発熱体５０
（煮炊き用鍋）は、最高発熱温度を摂氏１００度近傍の
温度に設定され、煮炊き用に用いられる（請求項５）。
発熱体４０（フライパン）や発熱体５０は、内面部を、
テフロン（登録商標デュポン社）等の「設定された最高
発熱温度において相的に安定した物質」によりコーティ
ングすることができる（請求項６）。さらに、図５の保
温器は、発熱体８０、８１が容器状に形成され、少なく
とも外周面を熱的に遮蔽された状態で保温器として使用
される（請求項７）。

【００１３】また、図２〜図５に示した実施の形態は、
加熱装置としては「電磁誘導加熱方式の加熱装置」であ
って、高周波磁界発生手段１００と、この高周波磁界発
生手段で発生する高周波磁界により内部に生じる渦電流
のジュール熱により発熱する発熱体３０，４０，５０，
６０，７１，８０，８１とを有し、上記発熱体として、
前述の請求項１〜７の任意の１に記載の発熱体を用いた
ものであり（請求項８）、高周波磁界発生手段１００に
より発生する高周波磁界により、強磁性体による発熱体
３０等の内部に渦電流を生ぜしめ、渦電流のジュール熱
により発熱体を発熱させる加熱方法で、発熱体３０等を
なす強磁性体もしくはフェリ磁性体の所望の最高発熱温
度をキューリー温度として設定することにより、発熱体
の最高発熱温度を所望の温度に制限して過熱を行う加熱
方法（請求項９）が実施される。

【００１４】以下に、発明の実施の好適に利用できる強
磁性体の具体例を数例挙げる。鉄基強磁性結晶質合金と
して知られるもののなかで、エリンバー（主成分；鉄：
５２ｗｔ％，ニッケル：３６ｗｔ％，クロム：１２ｗｔ
％）は、キューリー温度がケルビン温度で３７３度以下
の温度に設定可能である。したがって、キューリー温度
を摂氏１００度以下に設定できる。例えば、キューリー
温度を摂氏１００度としたものは、上述の実施例におけ
る発熱体３０（湯沸し用ポット）や発熱体５０（煮炊き
用鍋）等の材料として好適である。また、キューリー温
度を１００度よりも低い温度に設定することにより、上
述の発熱体６０（バスタブ用発熱体）や発熱体７１（熱
帯魚用水槽の保温用発熱体）に使用できる。また、同じ
く鉄基強磁性結晶質合金のうちで「ＥＬ−３」と呼ばれ
るものは、鉄のほかに、４２．５ｗｔ％のニッケル、
５．５ｗｔ％のクロム、２．４ｗｔ％のチタンを含む合
金で、キューリー温度が摂氏１９０度であるから、上記
発熱体４０（フライパン）の材料として適している。ま
た、ＥｌｃｏｌｏｙＩＶと呼ばれる合金（鉄のほか
に、３５ｗｔのコバルト、１６ｗｔ％のニッケル、５ｗ
ｔ％のクロム、４ｗｔ％のモリブデン、４ｗｔ％のタン
グステンを主成分とする）では、キューリー温度を摂氏
１６０度から１８０度の範囲で設定できるので、この範
囲に所望の最高発熱温度を設定した発熱体の材料とする
ことができる。

【００１５】また、強磁性非晶質合金と呼ばれるものの
なかで、Ｆｅ−Ｂ合金（ホウ素：１６ａｔ％）はキュー
リー温度が摂氏３２０度であり、ＦＥ−Ｃｒ−Ｂ合金
（クロム：６ａｔ％、ホウ素：１５ａｔ％）は摂氏１５
０度のキューリー温度を有しているので、これらの温度
を最高発熱温度を設定した発熱体の材料とすることがで
きる。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、電磁誘導加熱における新規な発熱体および加熱装置
および加熱方法を実現できる。この発明の発熱体は、所
望の最高発熱温度をキューリー温度として設定されてい
るので、発熱体自体が所望の最高発熱温度を検出するセ
ンサ機能を持ち、したがって、このような発熱体を用い
た電磁誘導加熱を行うことにより、発熱体の温度が最高
発熱温度を超えて上昇することがない。したがって、こ
のような発熱体を調理用器具として用いると、たとえ空
炊き状態となっても調理用器具の温度が際限無く高くな
って火災を引き起こしたりする恐れが少ない。また、い
ったん最高発熱温度に達した後は、定常的に最高発熱温
度を保つことができるので、保温処理用の熱源として極
めて好適である。

【００１７】この発明の加熱装置・加熱方法は、上記発
熱体を用いることにより、発熱体の利点を生かした加熱
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の発熱体を説明するための図である。

【図２】この発明の実施の形態を説明するための図であ
る。

【図３】この発明の、実施の他の形態を説明するための
図である。

【図４】この発明の、実施の他の形態を説明するための
図である。

【図５】この発明の、実施のさらに他の形態を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１０コイル１２高周波電圧電源２０、３０，４０，５０，６０，７１，８０，８１
発熱体１００高周波磁界発生手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K051 AB04 AB05 AC10 AC34 AD10 AD15 AD18 AD26 BD02 CD02 CD42 CD43 CD44 3K059 AB04 AB23 AB24 AB25 AB28 AC34 AD10 AD18 AD26 BD02 CD02 CD44 CD63 4B055 AA09 AA16 AA24 AA32 AA33 BA02 BA12 BA23 BA24 BA64 BA66 CA05 CB01 CB02 DA02 DB14 FA02 FA03 FA04 FB03 FB04 FC06 FC07 FC08 FC20 GA04 GB08 GB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁誘導加熱による発熱体であって、強磁性体もしくはフェリ磁性体により構成され、所望の最高発熱温度を、キューリー温度として設定され
たことを特徴とする発熱体。
【請求項２】請求項１記載の発熱体において、ブロック状、棒状、チューブ状もしくは板状に形成され
たことを特徴とする発熱体。
【請求項３】請求項１記載の発熱体において、調理用加熱具として形成されたことを特徴とする発熱
体。
【請求項４】請求項３記載の発熱体において、最高発熱温度を調理に必要な最高温度に設定されたこと
を特徴とする発熱体。
【請求項５】請求項４記載の発熱体において、最高発熱温度を摂氏略８０度〜略１２０度の範囲内の温
度に設定され、煮炊き用に用いられることを特徴とする
発熱体。
【請求項６】請求項１〜５の任意の１に記載の発熱体に
おいて、表面の少なくとも一部を、設定された最高発熱温度にお
いて相的に安定した物質によりコーティングされたこと
を特徴とする発熱体。
【請求項７】請求項１記載の発熱体において、容器状に形成され、少なくとも外周面を熱的に遮蔽され
た状態で保温器として使用されることを特徴とする発熱
体。
【請求項８】電磁誘導加熱方式の加熱装置において、高周波磁界発生手段と、この高周波磁界発生手段で発生する高周波磁界により内
部に生じる渦電流のジュール熱により発熱する発熱体と
を有し、上記発熱体として、請求項１〜７の任意の１に記載の発
熱体を用いたことを特徴とする加熱装置。
【請求項９】高周波磁界発生手段により発生する高周波
磁界により、強磁性体による発熱体の内部に渦電流を生
ぜしめ、上記渦電流のジュール熱により上記発熱体を発
熱させる加熱方法において、上記発熱体をなす強磁性体もしくはフェリ磁性体の所望
の最高発熱温度をキューリー温度として設定することに
より、発熱体の最高発熱温度を上記所望の温度に制限し
て加熱を行うことを特徴とする加熱方法。