JP2008270123A

JP2008270123A - 流体昇温装置

Info

Publication number: JP2008270123A
Application number: JP2007115232A
Authority: JP
Inventors: Seiji Takami; 星司高見
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】電磁誘導加熱の加熱効率を向上できる流体昇温装置を提供する。
【解決手段】筒状の導体から成るとともに内部を流体が流通する外筒６と、外筒６の外側に巻回されるコイル８と、外筒６に近接して外筒６内に配された磁性導体から成る内部部材１１とを備え、コイル８に高周波電圧を印加することにより外筒６及び内部部材１１が電磁誘導加熱により発熱して外筒６内を流通する流体を昇温する流体昇温装置１において、内部部材１１は径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部と、隣接する放射状部の外周側を連結するとともに外筒６に沿って周方向に延びる先端部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導加熱によって外筒内を流通する流体を昇温する流体昇温装置に関する。特に、加熱調理器等の高温を利用する電気機器の蒸気を加熱する用途に用いることができる。

従来の流体昇温装置は特許文献１に開示されている。この流体昇温装置はコイルが巻設された円柱状に形成される金属製の発熱体を有し、発熱体の外周部に流体が流通する複数の貫通孔が設けられる。コイルに高周波電圧を印加すると電磁誘導によって発熱体が加熱される。これにより、貫通孔内を流通する流体が昇温される。従って、流体昇温装置を湯沸器、ボイラー、調理器等に搭載し、加熱された水、空気、蒸気等の流体によって湯沸かし、暖房、調理等を行うことができる。

特開昭６２−５８５９０号公報（第１頁〜第２頁、第１図）

しかしながら、上記従来の流体昇温装置によると、円柱状の発熱体の周部に貫通孔が形成されるため流体の流路面積が小さくなる。従って、流量が少なく熱交換による加熱効率が悪い問題があった。また、流量を確保すると流体昇温装置が大型になる問題がある。

本発明は、小型で加熱効率を向上できる流体昇温装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、筒状の導体から成るとともに内部を流体が流通する外筒と、前記外筒の外側に巻回されるコイルと、前記外筒に近接して前記外筒内に配される磁性導体から成る内部部材とを備え、前記コイルに高周波電圧を印加することにより前記外筒及び前記内部部材が電磁誘導加熱により発熱して前記外筒内を流通する流体を昇温する流体昇温装置において、前記内部部材は径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部と、隣接する前記放射状部の外周側を連結するとともに前記外筒に沿って周方向に延びる先端部とを有することを特徴としている。

この構成によると、コイルに高周波電圧を印加すると内部部材を磁束が通るとともに、外筒が磁性体の場合は外筒を磁束が通る。電磁誘導によって導体から成る外筒及び内部部材は誘導電流が流れて加熱される。外筒の内側に流入する流体は外筒及び内部部材と熱交換して流出する。

また本発明は、上記構成の流体昇温装置において、前記外筒が非磁性体から成ることを特徴としている。この構成によると、コイルの内側を通る磁束は外筒の内側に配された内部部材に集中する。

また本発明は、上記構成の流体昇温装置において、前記内部部材が前記外筒に接することを特徴としている。この構成によると、外筒の発熱が内部部材に伝熱される。

また本発明は、上記構成の流体昇温装置において、隣接する前記放射状部の内周側を連結したことを特徴としている。

また本発明は、流体が流通する非磁性導体から成る外筒と、前記外筒の外側に巻回されるコイルと、前記外筒に近接して前記外筒内に配される磁性導体から成る内部部材とを備え、前記コイルに高周波電圧を印加することにより前記外筒及び前記内部部材が電磁誘導加熱により発熱して前記外筒内を流通する流体を昇温することを特徴としている。

この構成によると、コイルに高周波電圧を印加すると内部部材を磁束が通り、電磁誘導によって導体から成る外筒及び内部部材は誘導電流が流れて加熱される。外筒の内側に流入する流体は外筒及び内部部材と熱交換して流出する。

また本発明は、上記構成の流体昇温装置において、前記内部部材は前記外筒に沿って周方向に延びる面を有することを特徴としている。

本発明によると、内部部材が径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部を有し、隣接する放射状部の外周側が周方向に延びる先端部により連結されるので、薄板から成る放射状部によって流路面積及び熱交換面積を広く確保することができる。また、コイルの磁束による誘導電流は周方向に流れるため、周方向に延びる先端部に誘導電流による渦電流が多く発生する。これにより、内部部材の発熱量を増加させることができる。従って、流体昇温装置の加熱効率を向上することができる。

また本発明によると、外筒が非磁性体から成るので、外筒内の内部部材まで磁束が到達しやすくなるため、外筒とともに内部部材の発熱も効率よく行うことができる。従って、発熱を均一に行うことができる。

また本発明によると、内部部材が外筒に接するので、内部部材が外筒の発熱を伝熱してより加熱される。従って、発熱量をより増加させることができる。

また本発明によると、隣接する放射状部の内周側を連結したので、波板状の磁性導体を丸めて内部部材を容易に形成することができる。

また本発明によると、外筒が非磁性導体から成り、内部部材が外筒に近接する磁性導体から成るので、外筒内の内部部材まで磁束が到達しやすくなるため、外筒とともに内部部材の発熱も効率よく行うことができる。従って、発熱を均一に行うことができる。

また本発明によると、コイルの磁束による誘導電流は周方向に流れるため、内部部材が外筒に沿って周方向に延びる面を有するので、この面に大きな誘導電流が流れる。従って、内部部材の発熱量を増加させることができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の流体昇温装置を示す側面断面図である。流体昇温装置１は過熱蒸気により調理を行う調理器に搭載される。流体昇温装置１はハウジング２の一端に流入管３が設けられ、他端に流出管４が設けられる。流入管３から水が流入して昇温し、流出管４から過熱蒸気を流出できるようになっている。流入管３の側方には弁５が設けられ、流体昇温装置１内に溜まる水を廃棄できるようになっている。

ハウジング２内にはオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、タングステン、錫等の非磁性導体から成る筒状の外筒６が設けられる。外筒６は軸方向の両端面に形成される開口６ａ、６ｂを介して流体が流入及び流出する。

外筒６の外側には石英管１２が配される。石英管１２には制御部７により通電制御されるコイル８が巻回される。外筒６から離れた石英管１２によってコイル８近傍が加熱されないためコイル８の絶縁被覆の熱による破壊を防止することができる。従って、コイル８の短絡による発火を防止して安全性の向上を図ることができる。外筒６と石英管１２との間に断熱材を設けてもよい。また、コイル８とハウジング２との間にはフェライト等の強磁性体９が配される。

外筒６内には外筒６との間に数ｍｍの隙間を有した内部部材１１が設けられる。図２は外筒６及び内部部材１１の平面図を示している。内部部材１１はフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０等）、ＮＣＡ１（日新製鋼社製）等の磁性導体の薄板から成り、放射状部１１ａと先端部１１ｂとを有している。放射状部１１ａは外筒６の中央部から径方向に放射状に延びて形成され、隣接する放射状部１１ａの内周側が連結される。先端部１１ｂは隣接する放射状部１１ａの外周側を外筒６に沿って連結する曲面から成る。

これにより、外筒６内を流通する流体は内部部材１１及び外筒６との接触面積が大きく、熱交換面積を増加させることができる。内部部材１１は波板状の磁性導体を丸めて容易に形成することができる。また、ハウジング２の上部には内部部材１１による異常過熱を検知してコイル８の通電を遮断する温度ヒューズ１０が設けられる。

制御部７によってコイル８に高周波電圧が印加されると磁界が発生し、コイル８の内側と外側で逆向きの磁束が通る。コイル８の外側を通る磁束は強磁性体９を通り、磁界の漏れが防止される。コイル８の内側を通る磁束は磁性体から成る内部部材１１を通る。これにより、導体から成る外筒６及び内部部材１１に誘導電流が流れる。

外筒６の内側と外側に同じ方向の磁束が通ると外筒６の誘導電流が打ち消される。しかしながら、内部部材１１によって外筒６とコイル８との間を通る磁束が少なくなるため、外筒６の誘導電流の減少を防止することができる。

外筒６及び内部部材１１は誘電電流によって内部に渦電流が発生し、ジュール熱によって発熱する。また、内部部材１１は磁性体から成るためヒステリシス損によっても加熱される。即ち、外筒６及び内部部材１１により発熱体が構成される。これにより、流入管３から外筒６内に流入する水は外筒６及び内部部材１１から成る発熱体と熱交換して気化し、飽和蒸気が得られる。更に飽和蒸気が外筒６及び内部部材１１と熱交換して過熱し、過熱蒸気が流出管４から流出する。流出管４から流出する過熱蒸気によって食品の調理を行うことができる。

外筒６及び内部部材１１から成る発熱体は、コイル９に接続したＬＣＲメータによって測定した制御部７から見た抵抗値が大きいほど発熱量が大きい。本実施形態の外筒６を厚さ０．３ｍｍ、直径１．６ｃｍ、軸方向の長さ５ｃｍのＳＵＳ３０４により形成し、内部部材１１を厚さ０．３ｍｍ、直径１．４ｃｍのＮＣＡ１により形成して発熱体の抵抗値を測定した。その結果、発熱体の抵抗値は外筒６のみ（図３参照）の場合に対して２．９倍となり、内部部材１１のみ（図４参照）の場合に対して４．２倍となった。従って、外筒６内に内部部材１１を配置すると同じコイル８によって測定された抵抗値が大きくなり、大きな発熱量が得られる。

本実施形態によると、内部部材１１が径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部１１ａを有し、隣接する放射状部１１ａの外周側が周方向に延びる先端部１１ｂにより連結されるので、薄板から成る放射状部１１ａ及び先端部１１ｂによって流路面積及び熱交換面積を広く確保することができる。また、コイル９の磁束による誘導電流は周方向に流れるため、周方向に延びる先端部１１ｂに誘導電流による渦電流が多く発生する。これにより、内部部材１１の発熱量を増加させることができる。従って、流体昇温装置１の加熱効率を向上することができる。

尚、外筒６を磁性体により形成してもよい。この場合も上記と同様に、薄板から成る放射状部１１ａ及び先端部１１ｂによって流路面積及び熱交換面積を広く確保することができる。

しかしながら、外筒６が磁性体で形成されると、磁束が外筒６内の内部部材１１まで到達しにくくなる。これにより、内部部材１１の発熱量が少なくなり、外筒６のみが発熱する不均一な構成となる。このため、本実施形態のように外筒６を非磁性体により形成するとより望ましい。即ち、外筒６が非磁性体であると外筒６内の内部部材１１まで磁束が到達しやすくなるため、外筒６とともに内部部材１１の発熱も効率よく行うことができる。従って、外筒６を非磁性体にすると、発熱を均一に行うことができる。

また、内部部材１１を外筒６に接してもよい。これにより、内部部材１１が外筒６の発熱を伝熱してより加熱される。従って、発熱体の発熱量をより増加させることができる。

次に、図５は第２実施形態の流体昇温装置の発熱体を示す平面図である。説明の便宜上、前述の図１に示す第１実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。本実施形態の流体昇温装置１の発熱体は内部部材１１が断面略星形になっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。

内部部材１１は外筒６の中央部から径方向に放射状に延びる放射状部１１ａを有している。隣接する放射状部１１ａは外周側の端部で接して形成される。これにより、内部部材１１が断面星形に形成される。

外筒６を厚さ０．３ｍｍ、直径１．６ｃｍ、軸方向の長さ５ｃｍのＳＵＳ３０４により形成し、内部部材１１を厚さ０．３ｍｍ、直径１．４ｃｍのＮＣＡ１により形成して前述の測定方法で発熱体の抵抗値を測定した。その結果、発熱体の抵抗値は外筒６のみの場合（図３参照）の２．６倍となり、抵抗値が高くて大きな発熱量が得られる。

本実施形態によると第１実施形態と同様に、内部部材１１が径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部１１ａを有するので、流路面積及び熱交換面積を広く確保することができる。また、外筒６が非磁性体のため外筒６内の内部部材１１まで磁束が到達しやすくなるため、外筒６とともに内部部材１１の発熱も効率よく行うことができる。従って、発熱を均一に行うことができる。尚、外筒６を磁性体により形成してもよい。

第１、第２実施形態において、内部部材１１を他の形状に形成してもよい。即ち、非磁性導体から成る外筒６に近接して磁性導体から成る内部部材１１を設けることにより、外筒６内の内部部材１１まで磁束が到達しやすくなるため、外筒６とともに内部部材１１の発熱も効率よく行うことができる。この時、内部部材１１が外筒６に沿って周方向に延びる面を有することにより、外筒６及び内部部材１１の発熱量をより増加させることができる。

また、流路面積が著しく狭くならない程度に外筒６の中央部を塞ぐ部材を設けてもよい。これにより、発熱量の大きい外周側と流体とを熱交換させて加熱効率を向上することができる。

また、調理器に搭載される流体昇温装置１によって水を昇温して過熱蒸気を生成しているが、流入管３から流入する飽和蒸気を昇温して過熱蒸気を流出してもよい。また、流体昇温装置１によって他の流体を昇温してもよい。例えば、流体昇温装置１を湯沸器に搭載し、水を昇温して湯沸かしを行ってもよい。また、流体昇温装置１をボイラーに搭載し、水等の媒体を昇温して暖房してもよい。

電磁誘導加熱によって外筒内を流通する流体を昇温する流体昇温装置を用いた調理器、湯沸器、ボイラー等に利用することができる。

本発明の第１実施形態の流体昇温装置を示す側面断面図本発明の第１実施形態の流体昇温装置の発熱体を示す平面図本発明の第１実施形態の流体昇温装置の外筒を示す斜視図本発明の第１実施形態の流体昇温装置の内部部材を示す平面図本発明の第２実施形態の流体昇温装置の発熱体を示す平面図

符号の説明

１流体昇温装置
２ハウジング
３流入管
４流出管
５弁
６外筒
８コイル
９強磁性体
１１内部部材
１１ａ放射状部
１１ｂ先端部
１２石英管

Claims

筒状の導体から成るとともに内部を流体が流通する外筒と、前記外筒の外側に巻回されるコイルと、前記外筒に近接して前記外筒内に配された磁性導体から成る内部部材とを備え、前記コイルに高周波電圧を印加することにより前記外筒及び前記内部部材が電磁誘導加熱により発熱して前記外筒内を流通する流体を昇温する流体昇温装置において、前記内部部材は径方向に放射状に延びた薄板から成る放射状部と、隣接する前記放射状部の外周側を連結するとともに前記外筒に沿って周方向に延びる先端部とを有することを特徴とする流体昇温装置。
前記外筒が非磁性体から成ることを特徴とする請求項１に記載の流体昇温装置。
前記内部部材が前記外筒に接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体昇温装置。
隣接する前記放射状部の内周側を連結したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体昇温装置。
筒状の非磁性導体から成るとともに内部を流体が流通する外筒と、前記外筒の外側に巻回されるコイルと、前記外筒に近接して前記外筒内に配される磁性導体から成る内部部材とを備え、前記コイルに高周波電圧を印加することにより前記外筒及び前記内部部材が電磁誘導加熱により発熱して前記外筒内を流通する流体を昇温することを特徴とする流体昇温装置。
前記内部部材は前記外筒に沿って周方向に延びる面を有することを特徴とする請求項５に記載の流体昇温装置。