JP2007294207A

JP2007294207A - 高周波誘導加熱装置および方法

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Publication number: JP2007294207A
Application number: JP2006120003A
Authority: JP
Inventors: Toshio Wakamatsu; 俊男若松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】電気的な加熱効率に極めて優れるとともに、広い領域を均一に加熱することができる高周波誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】それぞれ長尺状の導電円管３がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１コイル１および第２コイル２を備え、上記第１コイル１と第２コイル２は所定間隔を隔てて略平行に配置され、上記第１コイル１と第２コイル１は、それぞれ高周波電流が略同時に同方向の電流が流れるよう巻回されるとともに電気的な接続がなされることにより、上記第１コイル１と第２コイル１に挟まれた領域を加熱対象物の誘導加熱領域に形成したことにより、電気的な加熱効率に極めて優れるとともに、広い領域を均一に加熱することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率のよい加熱が実現する高周波誘導加熱装置および方法に関するものである。

従来から、らせん状に巻回したコイルの近傍に金属材料を存在させて誘導加熱する高周波誘導加熱方法が知られている。

下記の特許文献１記載の誘導加熱装置は、中央部に被加熱材を挿入するための開孔部を有する１対の導電性円板と、１対の導電性円板の二つの外面部に設けた渦巻状導電性円管の通電加熱コイルとから構成され、１対の導電性円板は対称かつ平行で対向させた高周波誘導加熱装置である。この高周波誘導加熱装置は、被加熱材の加熱範囲の限定、温度の均一性、直接温度測定による温度制御の正確性を達成するようにしたものである。

また、下記の特許文献２記載の誘導加熱装置は、金属製の扁平オーバル管を円筒状に密着巻回して管路を形成し、上記管路が並列配置されて形成された管路列の内周面と外周面に、それぞれの曲面に沿わせながら渦巻状に巻回して形成された一対の加熱コイルを取り付けるようにしたものである。この誘導加熱装置は、管路の内外周面が隣りとの接触部を除いてほぼ一様な平滑面に形成されることから、加熱コイルとの当接部における交番磁束の貫通量が増し加熱の効率を向上させようとしたものである。
特開平７−２８２９６８特開平８−２４７５４６

しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、渦巻状導電性円管の中心部に磁場を発生させ、当該渦巻状導電性円管の中心部に被加熱材を存在させて誘導加熱するものである。そして、導電性円板間の距離を変えて被加熱材の加熱範囲を調整するのであるが、当該渦巻状導電性円管の中心部が加熱領域であるため、広い領域を均一に加熱できるものではない。また、この装置では、１対の渦巻状導電性円管が対称に対向させているため、２つの渦巻状導電性円管に高周波電流を通電したとき、それぞれの渦巻状導電性円管に同時に流れる電流は、お互いに渦巻きの反対方向に向かって流れることになる。このため、２つの渦巻状導電性円管で同時に発生する磁界の向きがお互いに打ち消しあう方向となるため、全体として磁界が弱くなり、当該磁界によって発生する誘導電流も小さくなるため、結果的に消費電力に対する加熱効率が極めて小さくなってしまうという問題がある。一方、上記特許文献２には、２つのコイルの間に被加熱物を存在させて誘導加熱する方法が開示されているが、この文献には、２つのコイルに通電する電流の向きを制御することは記載されていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、電気的な加熱効率に極めて優れるとともに、広い領域を均一に加熱することができる高周波誘導加熱装置および方法の提供をその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の高周波誘導加熱装置は、それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルを備え、上記第１のコイルと第２のコイルは所定間隔を隔てて略平行に配置され、上記第１のコイルと第２のコイルは、それぞれ高周波電流が略同時に同方向の電流が流れるよう巻回されるとともに電気的な接続がなされることにより、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されていることを要旨とする。

また、本発明の高周波誘導加熱方法は、それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置するよう渦巻き状に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルを準備し、上記第１のコイルと第２のコイルは所定間隔を隔てて略平行に配置し、上記第１のコイルと第２のコイルに対してそれぞれ略同時に同方向の電流が流れるよう高周波電流を通電することにより、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域で加熱対象物を誘導加熱することを要旨とする。

本発明の高周波誘導加熱装置は、それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１のコイルと第２のコイルが所定間隔を隔てて略平行に配置され、上記第１のコイルと第２のコイルは、それぞれ高周波電流が略同時に同方向の電流が流れるよう巻回されるとともに電気的な接続がなされていることから、第１および第２のコイルに高周波電流を通電したときに第１および第２のコイルに同時に同方向の電流が流れるため、第１および第２のコイルを形成する導電部材の周囲には、同時に同方向の磁界が発生し、２つの渦巻状のコイルの間に同時に一方向の強力な磁束が形成される。そして、この状態で、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域に加熱対象物を存在させて高周波電流を通電することにより、強力な磁束が交互に切り替わることにより、加熱対象物は強力な誘導電流が発生して加熱される。このように、消費電力に対する加熱効率に極めて優れた誘導加熱を行うことができるようになる。また、長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されていることから、広い領域を均一に加熱することができるようになる。

また、本発明の高周波誘導加熱方法は、それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置するよう渦巻き状に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルを所定間隔を隔てて略平行に配置し、上記第１のコイルと第２のコイルに対してそれぞれ略同時に同方向の電流が流れるよう高周波電流を通電することから、第１および第２のコイルに高周波電流を通電したときに第１および第２のコイルに同時に同方向の電流が流れるため、第１および第２のコイルを形成する導電部材の周囲には、同時に同方向の磁界が発生し、２つの渦巻状のコイルの間に同時に一方向の強力な磁束が形成される。そして、この状態で、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域に加熱対象物を存在させて高周波電流を通電することにより、強力な磁束が交互に切り替わることにより、加熱対象物は強力な誘導電流が発生して加熱される。このように、消費電力に対する加熱効率に極めて優れた誘導加熱を行うことができるようになる。また、長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されていることから、広い領域を均一に加熱することができるようになる。

本発明において、上記誘導加熱領域は非磁性材料から形成されたプレートに挟まれた領域として形成され、上記第１のコイルおよび第２のコイルはそれぞれ上記プレートに沿って設けられている場合には、第１および第２コイルを構成する導電部材が正確に仮想平面上に配置されて平行な渦巻状を形成し、第１コイルと第２コイルの間に生じる磁束の乱れが少なくなって、より効率的で均一な加熱が可能となる。また、上記プレートは非磁性材料から形成されるため、プレート自体が誘導電流で加熱されることがなく、加熱効率を低下させることがない。

本発明において、上記第１のコイルおよび第２のコイルは、上記非磁性材料から形成されたプレートの外側に設けられている場合には、誘導加熱領域に存在して加熱される加熱対象物と第１および第２コイルとの間が誘導加熱されないプレートで遮られることから、加熱対象物の熱が第１および第２コイルに輻射するのを防止し、第１および第２コイルが熱から保護される。また、加熱対象物が第１および第２コイルに接触するのが防止されて第１および第２コイルが保護される。

本発明において、第１のコイルおよび第２のコイルを、それぞれ等間隔のピッチの渦巻状に巻回した場合には、誘導加熱領域に発生する磁界が均一になり、より均一な加熱を実現することができる。さらに、本発明において、第１のコイルの渦巻きのピッチと第２のコイルの渦巻きのピッチを等しいピッチにした場合には、誘導加熱領域に発生する磁界がより均一になって、さらに均一な加熱を実現することができる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の高周波誘導加熱装置を示す図である。

この高周波誘導加熱装置は、長尺状の導電部材である導電円管３が渦巻状に巻回された第１コイル１と第２コイル２とを備えている。上記第１コイル１および第２コイル２は、それぞれ、耐熱性の非磁性材料から形成されたプレート４に沿って設けられ、導電円管３が仮想平面上に配置されるように巻回されている。上記２枚のプレート４は所定間隔を隔てて平行に配置され、第１コイル１と第２コイル２も所定間隔を隔てて平行に配置されている。上記プレート４の材質としては、例えばセラミックスや耐熱ガラス等を用いることができる。

上記第１コイル１および第２コイル２は、上記非磁性材料から形成されたプレート４の外側に設けられており、上記第１コイル１と第２コイル２に挟まれた領域、すなわち２枚のプレート４に挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されている。

上記第１コイル１と第２コイル２は、それぞれ高周波電流が略同時に同方向の電流が流れるよう巻回されるとともに電気的な接続がなされている。

すなわち、この例では、上記第１コイル１は、プレート４の外側から見て、中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状に巻回されている。一方、上記第２コイル２は、プレート４の外側から見て、中心部から外側に向かって左巻きの渦巻状に巻回され、プレート４の内側から見た場合に、上記第１コイル１と同様の中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状に巻回されている。

そして、第１コイル１の最も外側の渦巻きを形成する導電円管３ａと、第２コイル２の最も内側の渦巻きを形成する導電円管３ｂとが電気的に接続され、第１コイル１の最も内側の渦巻きを形成する導電円管３ｃと、第２コイル２の最も外側の渦巻きを形成する導電円管３ｄとが電気的に接続されている。

そして、上記第１コイル１と第２コイル２との間に高周波電源５が接続されて、上記第１コイル１と第２コイル２に対してそれぞれ略同時に同方向の電流が流れるよう高周波電流を通電するようになっている。

すなわち、上記高周波電源５から高周波の電流が印加されたとき、交互に極性が変わる電流が流れるが、一方の極性の電流が流れたときには、上記第１コイル１と第２コイル２にそれぞれ同方向の電流が流れ、他方の極性の電流が流れたときにも、方向は逆になるが、上記第１コイル１と第２コイル２にそれぞれ同方向の電流が流れるのである。

具体的に説明すると、一方の極性では、例えば、図１に示すように、上記第１コイル１には、プレートの外側から見て、中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状の電流が流れ、上記第２コイル２には、プレート４の外側から見て、中心部から外側に向かって左巻きの渦巻状で、プレート４の内側から見た場合に、上記第１コイル１と同様の中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状の電流が流れるのである。

そして、極性が切り換わったときには、図４に示すように、上記第１コイル１には、プレートの外側から見て、外側から中心に向かって左巻きの渦巻状の電流が流れ、上記第２コイル２には、プレート４の外側から見て、外側から中心部に向かって右巻きの渦巻状で、プレート４の内側から見た場合に、上記第１コイル１と同様の外側から中心部に向かって左巻きの渦巻状の電流が流れるのである。

このように、一方向（プレート４の外側）から見たときに、第１コイル１と第２コイル２とに同時に同じ方向の電流が流れるのである。

上記高周波誘導加熱装置により、例えば、つぎのようにして高周波誘導加熱が行われる。

すなわち、図１に示す極性のときは、図２に示すように、上記第１コイル１には、プレートの外側から見て、中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状の電流が流れ、上記第２コイル２には、プレート４の外側から見て、中心部から外側に向かって左巻きの渦巻状で、プレート４の内側から見た場合に、上記第１コイル１と同様の中心部から外側に向かって右巻きの渦巻状の電流が流れている。

このとき、第１コイル１を形成する導電円管３の周囲には、右ねじの法則に従って磁界が発生する。この磁界は、図３に示すように、第１コイル１の外側から中心に向かい、かつプレート４の外側から内側に向かう磁束となる。一方、第２コイル２を形成する導電円管３の周囲にも、右ねじの法則に従って磁界が発生し、第２コイル２の中心から外側に向かい、かつプレート４の内側から外側に向かう磁束となる。

そして、それぞれ長尺状の導電円管３がおおむね仮想平面上に配置するよう渦巻き状に巻回された第１コイル１および第２コイル２を所定間隔を隔てて略平行に配置していることから、第１コイル１と第２コイル２の間には、第１コイル１と第２コイル２の中心を軸とし、第１コイル１の内側から第２コイル２の内側に向かって進み、第２コイル２を通過したのち第２コイル２の外側から第１コイル１の外側に戻る磁力線の磁界が発生する。

このように、第１コイル１と第２コイル２に対して同時に同方向の電流が流れるため、第１コイル１と第２コイル２を形成する導電円管３の周囲に、同時に同方向の磁界が発生し、第１コイル１と第２コイル２の間に同時に一方向の強力な磁束が形成されるのである。

そして、極性が切り換わって図４に示す極性になったときは、図５に示すように、上記第１コイル１には、プレートの外側から見て、外側から中心に向かって左巻きの渦巻状の電流が流れ、上記第２コイル２には、プレート４の外側から見て、外側から中心部に向かって右巻きの渦巻状で、プレート４の内側から見た場合に、上記第１コイル１と同様の外側から中心部に向かって左巻きの渦巻状の電流が流れる。

このとき、第１コイル１を形成する導電円管３の周囲には、右ねじの法則に従って磁界が発生する。この磁界は、図６に示すように、第１コイル１の中心側から外側に向かい、かつプレート４の内側から外側に向かう磁束となる。一方、第２コイル２を形成する導電円管３の周囲にも、右ねじの法則に従って磁界が発生し、第２コイル２の外側から中心に向かい、かつプレート４の外側から内側に向かう磁束となる。

そして、それぞれ長尺状の導電円管３がおおむね仮想平面上に配置するよう渦巻き状に巻回された第１コイル１および第２コイル２を所定間隔を隔てて略平行に配置していることから、第１コイル１と第２コイル２の間には、第１コイル１と第２コイル２の中心を軸とし、第２コイル２の内側から第１コイル１の内側に向かって進み、第１コイル１を通過したのち第１コイル１の外側から第２コイル２の外側に戻る磁力線の磁界が発生する。

このように、逆極性のときも、第１コイル１と第２コイル２に対して同時に同方向の電流が流れるため、第１コイル１と第２コイル２を形成する導電円管３の周囲に、同時に同方向の磁界が発生し、第１コイル１と第２コイル２の間に同時に一方向（図１〜３の状態と反対方向である）の強力な磁束が形成されるのである。

そして、上記第１コイル１と第２コイル２に挟まれた誘導加熱領域に導電体や半導体の加熱対象物を存在させて高周波電流を通電することにより、図１〜図３に示す極性の状態と、それと逆極性の図４〜図６に示す極性の状態とが交互に切り換わり、強力な磁束が交互に切り替わって、加熱対象物は強力な誘導電流が発生して加熱される。これにより、消費電力に対する加熱効率に極めて優れた誘導加熱を行うことが実現するのである。

また、上記誘導加熱領域は非磁性材料から形成されたプレート４に挟まれた領域として形成され、上記第１コイル１および第２コイル２はそれぞれ上記プレート４に沿って設けられているため、第１および第２コイルを構成する導電円管３が正確に仮想平面上に配置されて平行な渦巻状を形成し、第１コイル１と第２コイル２の間に生じる磁束の乱れが少なくなって、より効率的で均一な加熱が可能となる。また、上記プレート４は非磁性材料から形成されるため、プレート４自体が誘導電流で加熱されることがなく、加熱効率を低下させることがない。

さらに、上記第１コイル１および第２コイル２は、上記非磁性材料から形成されたプレート４の外側に設けられているため、誘導加熱領域に存在して加熱される加熱対象物と第１コイル１および第２コイル２との間が誘導加熱されないプレート４で遮られることから、加熱対象物の熱が第１コイル１および第２コイル２に輻射するのを防止し、第１コイル１および第２コイル２が熱から保護される。また、加熱対象物が第１コイル１および第２コイル２に接触するのが防止されて第１コイル１および第２コイル２が保護される。

また、長尺状の導電円管３がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１コイル１と第２コイル２に挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されていることから、広い領域を均一に加熱することができるようになる。特に、第１コイル１および第２コイル２を、それぞれ等間隔のピッチの渦巻状に巻回することにより、誘導加熱領域に発生する磁界が均一になり、より均一な加熱を実現することができる。このとき、第１コイル１の渦巻きのピッチと第２コイル２の渦巻きのピッチを等しいピッチにすることにより、誘導加熱領域に発生する磁界がより均一になって、さらに均一な加熱を実現することができる。

本発明は、誘導加熱を利用して加熱しうるものであれば、各種の加熱対象物に適用することができる。例えば、第１コイルと第２コイルの間に、食用油を満たした金属ケースを配置し、金属ケースを介して食用油を加熱して食品のフライ加工を行うこともできる。また、第１コイルと第２コイルの間に金属製の配管を配置して誘導加熱し、上記配管内に水やスチーム等の液体や気体の流体を流すことにより、上記流体を加熱することができる。また、さらに、上記第１コイルと第２コイルの間に、鋼製の部品を通過させて加熱し、水中や油中に投入して急冷して焼入れを行うこともできる。このように、誘導加熱を利用しうる分野であれば、各種の分野において適用可能である。

本発明の高周波誘導加熱装置を示す構成図である。一方の極性の電流が流れたときの作用を説明する図である。図２の状態のＡ−Ａ’断面図である。他方の極性の電流が流れたときの状態を説明する図である。上記他方の極性の電流が流れたときの作用を説明する図である。図５の状態のＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１第１コイル
２第２コイル
３導電円管
３ａ導電円管
３ｂ導電円管
３ｃ導電円管
３ｄ導電円管
４プレート
５高周波電源

Claims

それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置されるよう渦巻き状に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルを備え、上記第１のコイルと第２のコイルは所定間隔を隔てて略平行に配置され、上記第１のコイルと第２のコイルは、それぞれ高周波電流が略同時に同方向の電流が流れるよう巻回されるとともに電気的な接続がなされることにより、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域が加熱対象物の誘導加熱領域に形成されていることを特徴とする高周波誘導加熱装置。
それぞれ長尺状の導電部材がおおむね仮想平面上に配置するよう渦巻き状に巻回された第１のコイルおよび第２のコイルを準備し、上記第１のコイルと第２のコイルは所定間隔を隔てて略平行に配置し、上記第１のコイルと第２のコイルに対してそれぞれ略同時に同方向の電流が流れるよう高周波電流を通電することにより、上記第１のコイルと第２のコイルに挟まれた領域で加熱対象物を誘導加熱することを特徴とする高周波誘導加熱方法。