JP2001174055A

JP2001174055A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2001174055A
Application number: JP35459999A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshimi; 敦史吉見; Tomohiro Yabu; 知宏薮
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱効率が高く、安価で信頼性の高い誘導加
熱装置を提供する。【解決手段】アルミニウムまたは銅からなる管(10)の
外面に、鉄等の強磁性材料からなるコーティング層(11)
を設ける。コーティング層(11)を覆うように、管(10)の
外側に誘導コイル(12)を設ける。誘導コイル(12)には、
高周波電源(13)が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特公昭６２−２９６９
６号公報、特開平９−１４５１５６号公報、特開平１０
−６９９６６号公報に開示されているように、誘導コイ
ルによって高周波磁界を生成して磁性体内部に誘導電流
を発生させ、この誘導電流によって生じる熱で加熱対象
物を加熱する誘導加熱装置が知られている。このような
誘導加熱装置は、電熱ヒーターで加熱対象物を加熱する
ヒーター式の加熱装置に比べて加熱効率が高く、急速加
熱が可能である等の利点を有しており、近年、特に注目
されている。

【０００３】上記特公昭６２−２９６９６号公報に開示
された加熱装置は、磁性材料であるステンレス管の外周
に誘導コイルを巻き付け、この誘導コイルで生成した高
周波磁界によってステンレス管自体を発熱させ、ステン
レス管の熱によって管内の水を加熱するようにしたもの
である。一方、上記特開平９−１４５１５６号公報、特
開平１０−６９９６６号公報に開示された加熱装置は、
磁性材料からなる発熱素子を配管内に別途設け、電磁誘
導作用によって当該発熱素子を発熱させ、この発熱素子
の熱によって管内の水を加熱するようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、管や容器を磁
性材料で形成し、管自体や容器自体を誘導加熱する装置
では、管全体または容器全体が発熱してしまうことか
ら、必要な箇所のみを集中的に加熱することができなか
った。そのため、構造上の理由から、加熱効率の向上に
一定の限界があった。

【０００５】一方、配管や容器の内部に発熱素子を別途
設けた装置では、発熱素子の設置スペースが必要である
ことから、配管や容器の内容積が小さくなり、装置全体
が大型化する傾向があった。また、構成が複雑であるこ
とから、装置のコストが高く、信頼性が低かった。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、加熱効率が高く、安
価で信頼性の高い誘導加熱装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、管または容器に磁性材料からなるコーテ
ィング層を設けることとした。

【０００８】具体的には、本発明に係る誘導加熱装置
は、鉄よりも熱伝導率の高い非磁性材料からなり且つ管
内に加熱対象流体を流通させる管(10)と、該管(10)の外
面にコーティングされた磁性材料からなるコーティング
層(11)と、該コーティング層(11)を誘導加熱するための
誘導コイル(12)とを備えていることとしたものである。

【０００９】このことにより、誘導コイル(12)によって
高周波磁界が形成されると、管(10)の外面にコーティン
グされたコーティング層(11)に誘導電流が流れ、当該コ
ーティング層(11)は発熱する。そして、コーティング層
(11)の熱は管(10)の外部から内部に伝導され、管内を流
れる流体に伝達される。これにより、流体の加熱が行わ
れる。この際、誘導加熱される部分は、管(10)の外面に
コーティングされたコーティング層(11)のみであるの
で、加熱の無駄は少ない。従って、加熱効率は向上す
る。また、管(10)は熱伝導率の高い材料で形成されてい
るので、コーティング層(11)の熱は管内の流体に良好に
伝えられ、この点においても加熱効率は向上する。ま
た、管内に発熱素子を設ける必要がないので、構成が簡
単であり、コストが安価となり、信頼性が向上する。

【００１０】上記管(10)は、アルミニウムによって形成
されていてもよい。また、上記管(10)は、銅によって形
成されていてもよい。

【００１１】このことにより、熱伝導性に優れた非磁性
材料からなる管(10)を、安価に実現することができる。

【００１２】本発明に係る他の誘導加熱装置は、非磁性
材料からなり且つ管内に加熱対象流体を流通させる管(1
4)と、該管(14)の内面にコーティングされた磁性材料か
らなるコーティング層(11)と、該コーティング層(11)を
誘導加熱するための誘導コイル(12)とを備えていること
としたものである。

【００１３】このことにより、誘導コイル(12)によって
高周波磁界が形成されると、管(14)の内面にコーティン
グされたコーティング層(11)に誘導電流が流れ、当該コ
ーティング層(11)は発熱する。そして、このコーティン
グ層(11)の熱は管内を流れる流体に伝達され、流体の加
熱が行われる。この際、誘導加熱される部分は、管(10)
の内面にコーティングされたコーティング層(11)のみで
あるので、加熱効率は向上する。また、流体は高温のコ
ーティング層(11)に直接接触するので、管(14)の材料の
如何にかかわらず高効率の加熱が実現される。また、管
内に発熱素子を設置する必要がないので、コストが安価
となり、信頼性が向上する。

【００１４】なお、上記管(14)は、鉄よりも熱伝導率の
低い材料により形成されていてもよい。

【００１５】このことにより、管(14)の内部から外部に
向かって熱が漏れにくくなり、管(14)の断熱性が高ま
る。従って、管(14)の保温性が向上するので、加熱効率
が向上する。

【００１６】本発明に係る他の誘導加熱装置は、非磁性
材料からなり且つ加熱対象物を収容する容器(15)と、該
容器(15)の内面にコーティングされた磁性材料からなる
コーティング層(11)と、該コーティング層(11)を誘導加
熱するための誘導コイル(12)とを備えていることとした
ものである。

【００１７】このことにより、誘導コイル(12)によって
高周波磁界が形成されると、容器(15)の内面にコーティ
ングされたコーティング層(11)に誘導電流が流れ、当該
コーティング層(11)は発熱する。そして、このコーティ
ング層(11)の熱は、容器(15)に収容された加熱対象物に
伝達され、加熱対象物の加熱が行われる。この際、誘導
加熱される部分は容器(15)の内面にコーティングされた
コーティング層(11)のみであるので、加熱効率は高くな
る。また、加熱対象物は高温のコーティング層に直接接
触して加熱されるので、加熱効率は更に向上する。ま
た、容器の内部に発熱素子を別途設ける必要がないの
で、コストが安価となり、信頼性が向上する。

【００１８】なお、上記容器(15)は、鉄よりも熱伝導率
の低い材料により形成されていてもよい。

【００１９】このことにより、容器(15)の内部から外部
に向かって熱が漏れにくくなり、容器(15)の断熱性が高
まる。従って、容器(15)の保温性が向上するので、加熱
効率が向上する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱伝導
率が高い非磁性材料からなる管の外面に磁性材料からな
るコーティング層を設けて当該コーティング層を誘導加
熱し、このコーティング層の熱を管内に伝導させて流体
を加熱するようにしたので、管の全体を誘導加熱する必
要がなく、加熱効率を向上させることができる。また、
管内に発熱素子を別途設ける必要がないので、構成を簡
易化することができ、コストを安価にすることができ
る。また、装置の信頼性を向上させることができる。

【００２１】また、他の発明によれば、非磁性材料から
なる管の内面に磁性材料からなるコーティング層を設
け、このコーティング層を誘導加熱することにより、管
内の流体を当該コーティング層によって直接加熱するこ
ととしたので、加熱効率を向上させることができる。ま
た、管内に発熱素子を別途設ける必要がないので、構成
を簡易化することができ、装置の低コスト化及び信頼性
の向上を図ることができる。

【００２２】また、他の発明によれば、非磁性材料から
なる容器の内面に磁性材料からなるコーティング層を設
け、このコーティング層を誘導加熱することにより、容
器内の加熱対象物を当該コーティング層によって直接加
熱することとしたので、加熱効率を向上させることがで
きる。また、容器内に発熱素子を別途設ける必要がない
ので、構成を簡易化することができ、装置の低コスト化
及び信頼性の向上を図ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】＜実施形態１＞図１に示すように、実施形
態１に係る誘導加熱装置(1)は、管内を流れる流体を加
熱する装置である。

【００２５】誘導加熱装置(1)は、非磁性材料からなる
管(10)と、管(10)の外面にコーティングされた磁性材料
からなるコーティング層(11)と、このコーティング層(1
1)を覆うように管(10)の外側に巻回された誘導コイル(1
2)と、誘導コイル(12)に高周波電流を供給する高周波電
源(13)とを備えている。

【００２６】管(10)は熱伝導率の高い材料で形成されて
いることが好ましい。本実施形態では、管(10)は、鉄よ
りも熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムまたは銅
により形成されている。コーティング層(11)は、比透磁
率の大きな強磁性材料で形成されていることが好まし
く、鉄、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金等を好
適に用いることができる。コーティング層(11)は、薄す
ぎると加熱量が不十分となる一方、厚すぎると加熱の無
駄が多くなることから、その厚みは２００μｍ〜４００
μｍ程度が好ましい。

【００２７】本誘導加熱装置(1)の運転時には、高周波
電源(13)から誘導コイル(12)に高周波電流が供給され、
高周波磁界が発生する。そして、この高周波磁界によ
り、コーティング層(11)には誘導電流が流れ、コーティ
ング層(11)は発熱する。コーティング層(11)の熱は管(1
0)の内側に伝導され、管(10)の内部を流れる流体に伝達
される。これにより、管内の流体の加熱が行われる。

【００２８】このように、本実施形態によれば、管(10)
を熱伝導性に優れた非磁性材料で形成し、その外面に強
磁性材料からなるコーティング層(11)を設けることとし
たので、誘導コイル(12)による誘導加熱部分をコーティ
ング層(11)のみに集中することができる。また、本実施
形態に係る管(10)は、従来の鉄管やステンレス管に比べ
て熱伝導率が高いので、管の外側の熱を管内の流体に効
率的に伝達することができる。従って、加熱効率が向上
する。

【００２９】加えて、本実施形態によれば、管(10)の内
部に鉄心などの発熱素子を設ける必要がないので、装置
の構成を簡易化することができる。その結果、装置のコ
ストが安価になり、また、信頼性が向上する。

【００３０】なお、本誘導加熱装置(1)では、急速加熱
が可能である。図２は、電熱ヒーターを用いたヒーター
式の加熱装置と本誘導加熱装置(1)とを、加熱開始時か
らの加熱量について比較した性能比較図である。図２か
ら明らかなように、本誘導加熱装置(1)によれば、加熱
開始時から短時間の間に所定の加熱量を出力することが
でき、迅速な加熱が可能である。従って、本誘導加熱装
置(1)によれば、比較的高速で流れる流体も十分に加熱
することができる。

【００３１】＜実施形態２＞図３に示すように、実施形
態２に係る誘導加熱装置(2)は、非磁性材料からなる管
(14)と、管(14)の内面にコーティングされた強磁性材料
からなるコーティング層(11)と、管(14)を介してコーテ
ィング層(11)を覆うように管(14)の外側に設けられた誘
導コイル(12)と、高周波電源(13)とを備えている。

【００３２】本実施形態では、コーティング層(11)は管
内を流れる流体に接触し、流体はコーティング層(11)に
よって直接加熱されるので、流体加熱に際して、管(14)
の熱伝導特性は特に問題とはならない。そのため、管(1
4)は熱伝導性の高い材料で形成されていてもよいし、逆
に、熱伝導性の低い材料や断熱性の高い材料で形成され
ていてもよい。例えば、管(14)は、鉄、銅、アルミニウ
ム等で形成されていてもよいし、ステンレスで形成され
ていてもよい。鉄よりも熱伝導率の低い材料で形成され
ていてもよい。

【００３３】本誘導加熱装置(2)においても、運転時に
は高周波電源(13)から誘導コイル(12)に高周波電流が供
給され、高周波磁界が発生する。そして、この高周波磁
界によりコーティング層(11)に誘導電流が流れ、コーテ
ィング層(11)は発熱する。しかし、本実施形態では実施
形態１と異なり、管内を流れる流体は高温になったコー
ティング層(11)と接触し、このコーティング層(11)によ
って直接的に加熱される。

【００３４】従って、本実施形態では、コーティング層
(11)が管(14)の内面にコーティングされているので、実
施形態１よりもコーティング層(11)の熱が流体に伝達さ
れやすい。従って、加熱効率は更に向上する。なお、コ
ーティング層(11)は、管(14)の寸法に比べて非常に薄い
ので、このコーティング層(11)の存在によって流体の流
通が妨げられることはない。

【００３５】＜実施形態３＞図４に示すように、実施形
態３に係る誘導加熱装置(3)は、容器(15)に収容した加
熱対象物を誘導加熱を利用して加熱するものである。

【００３６】本誘導加熱装置(3)は、加熱対象物として
の水を収容する非磁性材料からなる容器(15)と、この容
器(15)の内面にコーティングされた強磁性材料からなる
コーティング層(11)と、容器(15)を介してコーティング
層(11)を覆うように容器(15)の外側に設けられた誘導コ
イル(12)と、図示しない高周波電源とを備えている。

【００３７】本誘導加熱装置(3)においても、運転時に
は上記高周波電源から誘導コイル(12)に高周波電流が供
給され、高周波磁界が発生する。そして、この高周波磁
界によりコーティング層(11)に誘導電流が流れ、コーテ
ィング層(11)は発熱する。その結果、容器(15)内の水
は、コーティング層(11)によって加熱される。

【００３８】従って、本実施形態においても、実施形態
２と同様、高効率の加熱が実現される。また、容器(15)
の内部に別部材の発熱素子を設ける必要がないので、装
置の構成が簡単である。そのため、コストが安価にな
り、信頼性が向上する。また、容器(15)の内容積を大き
く確保することができる。

【００３９】容器(15)における熱の溜まりやすい部分で
はコーティング層(11)の厚みを薄くし、逆に、熱の溜ま
りにくい部分ではコーティング層(11)の厚みを厚くする
ようにしてもよい。例えば、容器(15)の中央部ではコー
ティング層(11)の厚みを薄くし、容器(15)の端部ではコ
ーティング層(11)の厚みを厚くしてもよい。このように
コーティング層(11)の厚みに変化を持たせることとすれ
ば、容器(15)の全体を均一に加熱することができ、特に
好適である。

【００４０】本実施形態においても、コーティング層(1
1)は加熱対象物に接触し、加熱対象物はコーティング層
(11)によって直接加熱されるので、容器(15)の熱伝導特
性は特に問題とはならない。そのため、容器(15)は熱伝
導性の高い材料で形成されていてもよいし、逆に、熱伝
導性の低い材料や断熱性の高い材料で形成されていても
よい。例えば、容器(15)は、鉄、銅、アルミニウム等で
形成されていてもよいし、ステンレスで形成されていて
もよい。鉄よりも熱伝導率の低い材料で形成されていて
もよい。

【００４１】なお、容器(15)に収容する加熱対象物は、
水に限らず、他の液体であってもよい。また、液体に限
らず、固体または気体であってもよい。

【００４２】

【実施例】次に、上記実施形態１〜３の誘導加熱装置
(1,2,3)を応用した実施例について説明する。

【００４３】＜実施例１＞図５に示すように、本実施例
は、実施形態１の誘導加熱装置(1)を冷媒の加熱装置と
して使用するものである。冷媒回路(20)は、圧縮機(2
1)、四路切換弁(22)、室外熱交換器(23)、膨張弁(24)、
及び室内熱交換器(25)が接続されてなる閉回路であり、
暖房運転及び冷房運転が可能なように、四路切換弁(22)
を切り替えることによって冷媒の循環方向が切り替わる
ように構成されている。誘導加熱装置(1)は、室外熱交
換器(23)と膨張弁(24)との間に設けられている。

【００４４】本冷媒回路(20)は、暖房運転の冷媒循環を
維持したまま室外熱交換器(23)のデフロストを行ういわ
ゆる正サイクルデフロスト運転を実行する冷媒回路であ
って、誘導加熱装置(1)は、デフロスト運転の際の冷媒
の加熱手段として利用されている。すなわち、本誘導加
熱装置(1)は、冷媒回路(20)のデフロスト運転の際に、
膨張弁(24)から室外熱交換器(23)に向かって流れる冷媒
を加熱する。

【００４５】デフロスト運転の際には、圧縮機(21)から
吐出された冷媒は、室内熱交換器(25)で凝縮して室内の
暖房を行い、膨張弁(24)で膨張した後、誘導加熱装置
(1)によって加熱されてホットガスとなり、室外熱交換
器(23)に供給される。そして、このホットガスは室外熱
交換器(23)に生じた霜を融解した後、圧縮機(21)に吸入
される。

【００４６】このように、冷媒回路(20)に高効率の誘導
加熱装置(1)を設けることにより、高効率のデフロスト
運転が可能となり、冷凍装置の省エネルギー化を促進す
ることができる。

【００４７】なお、上記誘導加熱装置(1)に代わって実
施形態２の誘導加熱装置(2)を用いることとすれば、外
部への熱の漏洩が少ないので、冷媒回路(20)の他の部分
を加熱してしまうことがなく、冷凍装置の信頼性が向上
する。

【００４８】上記実施例は誘導加熱装置(1)をデフロス
ト用の加熱手段として利用した形態であったが、実施形
態１または２の誘導加熱装置(1または2)を、インジェク
ション回路を備えた冷媒回路の暖房補助ヒーターとして
利用してもよい。つまり、図６に示すように、ガスイン
ジェクション回路(27)を備えた冷媒回路(20a)におい
て、高圧膨張弁(24a)と気液分離器(26)との間に、実施
形態１または２の誘導加熱装置(1または2)を設けるよう
にしてもよい。なお、図６において、(24b)は低圧膨張
弁である。

【００４９】＜実施例２＞図７に示すように、実施形態
１または２の誘導加熱装置(1または2)を、水道管(31)、
貯湯タンク(30)、蛇口の先端(32)等に取り付けるように
してもよい。本実施例によれば、加熱効率が向上するの
で省エネルギー化が促進されるとともに、水を急速に加
熱することができるので、所望の温度の温水を瞬時に得
ることが可能となる。

【００５０】＜実施例３＞図８に示すように、実施形態
１または２の誘導加熱装置(1または2)を、温水便器(33)
の温水供給管(34)に設けるようにしてもよい。本実施例
によれば、加熱効率が向上するので省エネルギー化が促
進されるとともに、水の急速加熱が可能であるので、所
望の温度の温水を瞬時に得ることができる。そのため、
温水を貯留しておくための貯湯タンクを省略することが
可能となる。従って、温水便器の構成を簡易化すること
ができる。また、貯湯タンクを省略することにより、供
給する温水をより衛生的にすることができる。

【００５１】＜実施例４＞図９に示すように、実施形態
１または２の誘導加熱装置(1または2)を、食器洗浄機(3
5)の温水供給管(36)に設けるようにしてもよい。本実施
例によれば、食器洗浄機(35)の省エネルギー化を促進す
ることができるとともに、食器洗浄機(35)の運転開始直
後から、高温の温水を供給することが可能となる。

【００５２】＜実施例５＞図１０に示すように、実施形
態１または２の誘導加熱装置(1または2)を、コーヒーメ
ーカー(37)の温水供給管(38)に設けるようにしてもよ
い。また、実施形態３の誘導加熱装置(3)を、コーヒー
メーカー(37)のポット(15a)に応用してもよい。つま
り、ポット(15a)を非磁性材料によって形成し、その内
面に強磁性材料からなるコーティング層を設けてもよ
い。誘導コイル(12)は、実施形態３のように、容器とし
てのポット(15a)の底部及び側部を覆うように配置して
もよく、また、図１０に示すようにポット(15a)の底部
のみを覆うように配置してもよい。

【００５３】このように、本実施例によれば、コーヒー
メーカー(37)の省エネルギー化が図られる。

【００５４】＜実施例６＞図１１に示すように、実施形
態１または２の誘導加熱装置(1または2)を、ポット(39)
の温水供給管(40)に設けるようにしてもよい。また、実
施形態３の誘導加熱装置(3)の容器(15)を温水タンク(15
b)に応用し、誘導加熱を利用して当該タンク(15b)の水
の加熱及び保温を行うようにしてもよい。

【００５５】本実施例によれば、水をいったん温水タン
ク(15b)で加熱し、さらに温水供給管(40)を流通する際
に再加熱することができるので、温水タンク(15b)に貯
めておく温水の温度を比較的低く抑えることができる。
従って、温水タンク(15b)には温度の低い温水を貯めて
おけば足りるので、温水タンク(15b)の内外の温度差が
小さくなり、外部への放熱ロスは少なくなる。そのた
め、本実施例によれば、加熱効率の向上に加え、保温効
果が向上するので、一層の省エネルギー化を達成するこ
とができる。

【００５６】また、誘導加熱装置(1または2)は加熱量の
調節が容易であるので、温水タンク(15b)の温水の温度
を比較的低く設定しておき、温水タンク(15b)から温水
を取り出す際に誘導加熱装置(1または2)の加熱量を適宜
調節することとすれば、ポット(39)から供給される温水
の温度を自由に変更することができる。そのため、本実
施例によれば、使用目的に応じた温度の温水を自由に取
り出すことができるので、利便性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る誘導加熱装置の構成図であ
る。

【図２】ヒーター式加熱装置と誘導加熱装置との性能比
較図である。

【図３】実施形態２に係る誘導加熱装置の構成図であ
る。

【図４】実施形態３に係る誘導加熱装置の構成図であ
る。

【図５】実施例１に係る冷媒回路図である。

【図６】インジェクション回路を備えた冷媒回路の回路
図である。

【図７】実施例２に係る給湯器の構成図である。

【図８】実施例３に係る温水便器の構成図である。

【図９】実施例４に係る食器洗浄機の構成図である。

【図１０】実施例５に係るコーヒーメーカーの構成図で
ある。

【図１１】実施例６に係るポットの構成図である。

【符号の説明】

(10),(14) 管 (11) コーティング層 (12) 誘導コイル (13) 高周波電源 (15) 容器 (20) 冷媒回路 (21) 圧縮機 (22) 四路切換弁 (23) 室外熱交換器 (24) 膨張弁 (25) 室内熱交換器 (26) 気液分離器 (27) インジェクション回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K059 AA08 AB00 AB04 AB23 AB27 AC33 AC54 AD03 AD05 AD28 AD35 AD37 CD44 CD63 CD74

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄よりも熱伝導率の高い非磁性材料から
なり且つ管内に加熱対象流体を流通させる管(10)と、該管(10)の外面にコーティングされた磁性材料からなる
コーティング層(11)と、該コーティング層(11)を誘導加熱するための誘導コイル
(12)とを備えている誘導加熱装置。
【請求項２】請求項１に記載の誘導加熱装置におい
て、管(10)は、アルミニウムによって形成されている誘導加
熱装置。
【請求項３】請求項１に記載の誘導加熱装置におい
て、管(10)は、銅によって形成されている誘導加熱装置。
【請求項４】非磁性材料からなり且つ管内に加熱対象
流体を流通させる管(14)と、該管(14)の内面にコーティングされた磁性材料からなる
コーティング層(11)と、該コーティング層(11)を誘導加熱するための誘導コイル
(12)とを備えている誘導加熱装置。
【請求項５】請求項４に記載の誘導加熱装置におい
て、管(14)は、鉄よりも熱伝導率の低い材料により形成され
ている誘導加熱装置。
【請求項６】非磁性材料からなり且つ加熱対象物を収
容する容器(15)と、該容器(15)の内面にコーティングされた磁性材料からな
るコーティング層(11)と、該コーティング層(11)を誘導加熱するための誘導コイル
(12)とを備えている誘導加熱装置。
【請求項７】請求項６に記載の誘導加熱装置におい
て、容器(15)は、鉄よりも熱伝導率の低い材料により形成さ
れている誘導加熱装置。