JP2013019155A - 誘導加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加熱部材に配置された絶縁電線に交流電流を通電する誘導加熱装置であって、絶縁電線が挿通される管体に防錆処理を施す必要がなく、管体を溶接によって被加熱部材に取り付けることができ、管体と被加熱部材との間に伝熱セメントが不要な誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】交流電流が通電される絶縁電線4と、絶縁電線4が挿通される管体3と、管体3が装着される被加熱部材2とを備え、被加熱部材2が、誘導電流が生じる材質(磁性体)を有し、管体3の材質が、被加熱部材2の材質よりも誘導電流が生じ難い材質(非磁性体)からなる。この構成によれば、管体3ではなく被加熱部材2に誘導電流が生起され、被加熱部材2が直接加熱されるため、伝熱セメント5が不要となり、また、管体3の材質に誘導電流が生じ難いステンレスを用いることができ、メッキや塗装等の防錆処理が不要となり、管体3を溶接により被加熱部材2に取り付けられる。
【選択図】図2

Description

本発明は、被加熱部材に絶縁電線を配置し、その絶縁電線に交流電流を通電するようにした誘導加熱装置に関する。
誘導加熱(Induction Hearting)を利用した加熱装置として、加熱が要求される被加熱部材に磁性体から成る鋼管を装着し、その鋼管に絶縁電線を挿通し、その絶縁電線に交流電流を通電することで、鋼管を発熱させるようにした鋼管発熱式ヒーターが知られている(特許文献1〜3参照)。
この鋼管発熱式ヒーターは、絶縁電線を流れる交流電流の交番磁束によって鋼管の内表面に誘導電流として渦電流(表皮電流)を生起させ、その表皮電流が流れる鋼管内表面の電気抵抗に応じたジュール熱によって鋼管を発熱させ、鋼管の熱を被加熱部材に伝え、被加熱部材を加熱するものである。
かかる鋼管発熱式ヒーターは、例えば、水門設備の扉体の凍結防止装置として用いられる。この凍結防止装置は、上述のジュール熱により発熱した鋼管の熱を、水門設備の扉体が突き当てられる戸当たり金物に伝熱することで、扉体が戸当たり金物に氷着して開閉不能となることを防止する(特許文献1の図12参照)。
特開2009−243190号公報 特開2009−256942号公報 特開2009−287389号公報
ところで、鋼管発熱式ヒーターにおいては、誘導電流によって発熱した鋼管の熱を被加熱部材に伝熱させているので、鋼管に発熱の原因となる誘導電流を生起させる必要があり、このため鋼管の材質に磁性体を用いている。一般に鋼管には磁性体としてSS材(一般構造用圧延鋼材)やSM材(溶接構造用圧延鋼材)等の炭素鋼が用いられる。これらの材質はステンレス(非磁性体)と比べると錆び易い。よって、鋼管発熱式ヒーターを上述した凍結防止装置等の自然環境下で使用する場合、鋼管にメッキや塗装等の防錆処理を施す必要があった。かかる防錆処理はコストアップに繋がる。
また、鋼管はその熱を伝える被加熱部材(例えば戸当たり金物)に取り付けられる。鋼管の表面に上述した防錆処理(メッキ、塗装等)が施されていると、その表面のメッキや塗装等が鋼管を溶接により被加熱部材に取り付ける際の障害となる。さらに、鋼管が装着される被加熱部材の長さに応じて鋼管同士を連結する必要があるが、表面にメッキや塗装等が施された鋼管同士を溶接によって連結することは困難である。よって、鋼管発熱式ヒーターは、被加熱部材に装着する際の施工性がよいとは言えなかった。
加えて、鋼管発熱式ヒーターにおいては、通常、断面円形の鋼管を平板状の被加熱部材に装着するが、その場合、鋼管が被加熱部材に線接触するに過ぎず、鋼管から被加熱部材への伝熱面積が余りに小さい。よって、断面円形の鋼管を平板状の被加熱部材に線接触させた状態で、その接触部の付け根に鋼管と被加熱部材とを繋ぐように伝熱セメントを打設(塗布)し、鋼管の熱が伝熱セメントを介して被加熱部材に伝わるようにしている(特許文献1の図6参照)。しかし、伝熱セメントは高価であり、コストアップに繋がる。
以上の事情を考慮して創案された本発明の第1の目的は、伝熱セメントが不要であり、コストダウンを推進できる誘導加熱装置を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、絶縁電線が挿通される管体に防錆処理を施すことを要さず、管体を溶接等によって容易に被加熱部材に取り付けることができ、また、管体同士を溶接等によって容易に連結できる誘導加熱装置を提供することにある。
上記目的を達成するために創案された本発明に係る誘導加熱装置は、被加熱部材に絶縁電線を配置し、絶縁電線に交流電流を通電するようにした誘導加熱装置であって、被加熱部材が、絶縁電線に交流電流を通電したとき誘導電流が生じる材質を有することを特徴とする。
前記絶縁電線が、管体に挿通され、管体が、被加熱部材に配置され、管体の材質が、絶縁電線に交流電流を通電したとき、被加熱部材の材質よりも誘導電流が生じ難い材質からなっていてもよい。
前記被加熱部材の材質が磁性体であり、前記管体の材質が非磁性体であってもよい。
前記管体の材質が、ステンレス又は樹脂であってもよい。
前記被加熱部材は、加熱が要求される本体部と、本体部に取り付けられた補強部とを有し、補強部に管体が配置され、本体部及び補強部の内、少なくとも補強部の材質が磁性体であってもよい。
前記本体部の材質が、ステンレスであってもよい。
本発明に係る誘導加熱装置によれば、被加熱部材が誘導電流の生じる材質を有するように構成されているので、その被加熱部材に絶縁電線を配置し、絶縁電線に交流電流を通電することで、被加熱部材に直接誘導電流が生起され、被加熱部材が直接加熱される。このため、従来の鋼管発熱式ヒーターにおいては、鋼管を発熱させてその鋼管の熱を被加熱部材に伝熱するために必要であった伝熱セメントが不要となり、コストダウンを推進できる。
また、被加熱部材に直接誘導電流を生起させているため、絶縁電線が挿通される管体には誘導電流を生じさせる必要がなく、その管体の材質に、誘導電流の生起を要する材質を用いなくて済み、例えばステンレスや樹脂等を用いることができる。このため、管体にメッキや塗装等の防錆処理を施す必要がなくなり、管体を溶接や接着等によって容易に被加熱部材に取り付けることができ、管体同士を溶接や接着等によって容易に連結できる。従って、施工性が高まる。
本発明の第1実施形態に係る誘導加熱装置が組み込まれた水門設備の側断面図である。 (a)は本発明の第1実施形態に係る誘導加熱装置の断面図、(b)は対比のための従来例に係る鋼管発熱式ヒーターの断面図である。 (a)は図2(a)に示す誘導加熱装置の絶縁電線を直列式とした場合の平面図であり、(b)は同絶縁電線を並列式とした場合の平面図である。 本発明の第2実施形態に係る誘導加熱装置を水門設備に組み込んだものを示す平断面図である。 本発明の第3実施形態に係る誘導加熱装置を示す断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
(第1実施形態:誘導加熱装置)
本発明の第1実施形態に係る誘導加熱装置1を説明する。図1に本発明の第1実施形態に係る誘導加熱装置1が組み込まれた水門設備を示し、図2(a)に第1実施形態に係る誘導加熱装置1を示し、図2(b)に従来例に係る鋼管発熱式ヒーター1xを示す。
本実施形態に係る誘導加熱装置1は、水門設備の扉体6の底部に設けられた止水シール61が押し付けられる戸当たり水密板(後述する被加熱部材2の本体部21)を加熱することで、その戸当たり水密板21に止水シール61が氷着して扉体6が開閉不能となることを防止するものである。なお、図1の62は、扉体6を吊り上げるワイヤであり、図2(a)及び図2(b)は、図1の要部を上下逆に表示している。
図2(a)に示すように、第1実施形態に係る誘導加熱装置1は、被加熱部材2に装着された管体3と、管体3に挿通された絶縁電線4とを備えており、被加熱部材2が、絶縁電線4に交流電流を通電したとき誘導電流が生じる材質(例えばSS材、SM材等の磁性体)を有し、管体3の材質が、被加熱部材2の材質(例えばSS材やSM材等の磁性体)よりも誘導電流が生じ難い材質(例えばSUS材(オーステナイト系のステンレス材)、樹脂等の非磁性体)から成っている。
かかる構成によれば、絶縁電線4に交流電流を通電すると、管体3ではなく被加熱部材2の表面に誘導電流(渦電流)が生起されるため、被加熱部材2が直接発熱することになる。よって、従来の鋼管発熱式ヒーター1xにおいて、鋼管3xを発熱させてその鋼管3xの熱を被加熱部材2に伝熱するために必要であった伝熱セメント5が不要となる。この結果、伝熱セメント5が不要となる分、材料費を削除できるのみならず、伝熱セメント5を塗布する工程も不要となるので、大幅なコストダウンを推進できる。
また、被加熱部材2に直接誘導電流を生起させているため、絶縁電線4が挿通される管体3には誘導電流を生じさせる必要がなく、その管体3の材質に、誘導電流が生じ難い材質を用いている。管体3の材質に、例えばSUS材や樹脂等を用いると、これらの材質には誘導電流が生じない上、これらの材質は錆び難い。よって、管体3にメッキや塗装等の防錆処理を施す必要がなく、管体3を溶接や接着等によって容易に被加熱部材2に取り付けることができ、また、管体3同士を溶接や接着等によって容易に連結できる。よって、施工性が高まる。以下、第1実施形態に係る誘導加熱装置1を構成要素毎に説明する。
(被加熱部材)
被加熱部材2は、絶縁電線4に交流電流を通電したとき誘導電流が生じる材質を有するように構成されている。詳しくは、被加熱部材2は、加熱が要求される本体部21と、本体部21に取り付けられた補強部22とを備えており、補強部22の材質には誘導電流が生じ易い材質(磁性体)が用いられ、本体部21の材質には補強部22よりも誘導電流が生じ難い材質(非磁性体)が用いられている。
本体部21は例えば板厚10〜20mm程度の板状の部材からなり、補強部22は本体部21と略同等の板厚のH型鋼からなる。なお、補強部22の板厚は、本体部21の板厚よりも厚くても薄くても構わない。補強部22を成すH型鋼は、鉛直なウェブ22aとその上下端に水平に設けられたフランジ22bとを有している。図2(a)において下方のフランジ22bの下面には、本体部21が溶接等によって取り付けられ、そのフランジ22bの上面には、管体3が装着されている。
本体部21の材質には、防錆・コスト等を考慮して、誘導電流が生じ難い材質として非磁性体のステンレス(オーステナイト系のステンレス)が用いられている。このため、絶縁電線4に交流電流を通電しても、本体部21での発熱は期待できない。本体部21を加熱するには、補強部22に誘導電流を生じさせて補強部22を発熱させ、その熱で本体部21を加熱する必要がある。このため、補強部22の材質には、誘導電流が生じやすい材質として磁性体である、SS材、SM材、SN材(建築構造用圧延鋼材)等の炭素鋼の他、コバルト、ニッケル等が用いられている。なお、本体部21に防錆要求がなければ、本体部21にも誘導電流が生じ易い磁性体(SS材等)を用いてもよい。
補強部22は本体部21を補強するものである。従って、本体部21のみで十分な強度を発揮できる場合、補強部22を省略してもよい。補強部22を省略した場合、本体部21の材質に誘導電流が生じやすい材質(SS材等の磁性体)を用い、本体部21に直接管体3を装着することになる。また、本体部21に直接管体3を装着することが施工上困難なケースもあるため、その場合も、補強部22に管体3を装着したものを本体部21に取り付けるようにする。
本体部21には、例えば、水門設備の扉体6に設けられた止水シール61やダストシール等が摺接、押付又は離反される。ここで、扉体6の止水シール61等が摺接等される本体部21が戸当り水密板に相当し、それを補強する補強部22が戸当り補強材に相当する。補強部22は、SS材等が用いられているため、ステンレスからなる本体部21よりも錆び易い。よって、補強部22での錆びの発生を防止するため、補強部22をコンクリート8(図1参照)や図示しない樹脂等で覆うようにしてもよい。
(管体)
管体3は、内部に絶縁電線を収容する円形管(例えば10A管)からなり、被加熱部材2の補強部22のフランジ22bに装着されている。管体3には、絶縁電線4が引き抜き可能に収容されている。絶縁電線4は、数年〜十数年毎のメンテナンス時に、管体3から引き抜かれることがある。また、管体3は、内部に収容された絶縁電線4を外部の水分や突起物等から防護し、絶縁電線4が水分によって劣化することや絶縁電線4が突起物と接触して損傷することを防止している。
管体3の材質は、絶縁電線4に交流電流を通電したとき、被加熱部材2の補強部22の材質(上述したSS材、SM材等の磁性体)よりも、誘導電流が生じ難い材質(例えばオーステナイト系のステンレス、樹脂等の非磁性体)が用いられている。よって、絶縁電線4に交流電流を通電すると、誘導電流は、管体3ではなく被加熱部材2の補強部22(詳しくはフランジ22bの表面)に生起されることになる。
管体3はステンレス等の錆び難い材質からなっているため、管体3にはメッキや塗装等の防錆処理を施す必要はない。防錆処理が施されていないステンレス製の管体3は、溶接により被加熱部材2の補強部22に容易に取り付けられる。これに対し、仮に、管体3を従来のようにSS材等の炭素鋼製とした場合、錆び易いためメッキや塗装を施す必要があり、溶接による取り付けが困難となってしまう。
また、管体3が取り付けられる被加熱部材2の長さ(図2の紙面裏表方向の長さ)に応じて、管体3同士が連結されるが、メッキや塗装等の防錆処理が施されていないステンレス製の管体3同士は、溶接によって容易に連結することができる。これに対し、管体3を従来のようにSS材等の炭素鋼製とし、防錆のためメッキや塗装を施した場合には、溶接による連結が困難であった。
管体3の材質には、ステンレスの他、塩化ビニル等の樹脂を用いることも考えられる。樹脂には誘導電流が生起されないからである。管体3を樹脂製とした場合にも、錆びることは考えられないため、管体3にメッキや塗装等の防錆処理を施す必要はない。このようにメッキや塗装等の防錆処理が施されていない樹脂製の管体3は、接着により複数連結され、また接着により被加熱部材2の補強部22に取り付けられる。
(絶縁電線)
管体3の内部には、絶縁電線4が引出可能に挿通されている。絶縁電線4には、交流電源9(図3参照)が接続されており、交流電流が通電されるようになっている。交流電源9には、50Hz又は60Hzの商用周波数の交流電源を用いてもよいが、これに限られるものではない。
絶縁電線4には、耐熱絶縁電線(耐熱絶縁ケーブル)が用いられる。絶縁電線4に交流電流を通電した際、発熱した被加熱部材2の熱が管体3を介して絶縁電線4に伝熱するため、絶縁電線4が熱損傷することを回避する必要があるからである。また、絶縁電線4は、絶縁性を有しているため、交流電流を通電した際、その交流電流が絶縁電線4から管体3や被加熱部材2に漏電することを防止できることは勿論である。
絶縁電線4は、図3(a)に示すように、直列に接続してもよく、図3(b)に示すように、並列に接続してもよい。前者の直列式の場合、複数の管体3を直線状に接続したものを並列に配置し、それらの内部に1本の絶縁電線4を管体3の端部で折り返すように挿通し、その1本の絶縁電線4の両端部に交流電源9を接続する。後者の並列式の場合、前者同様、複数の管体3を直線状に接続したものを並列に配置し、複数の絶縁電線4をそれぞれ挿通し、それら絶縁電線4の両端部を纏めて交流電源9に接続する。なお、管体3の並列本数は4本に限られないことは勿論である。
(被加熱部材の加熱)
以上説明したように、図2(a)に示す本実施形態に係る誘導加熱装置1においては、交流電流が通電される絶縁電線4と、絶縁電線4が挿通される管体3と、管体3が装着される被加熱部材2とを備え、被加熱部材2が、誘導電流が生じる材質(SS材、SM材等の磁性体)を有し、管体3の材質が、被加熱部材2の材質よりも誘導電流が生じ難い材質(ステンレス、樹脂等の非磁性体)からなっている。
よって、絶縁電線4に交流電流を通電すると、管体3ではなく被加熱部材2に誘導電流(渦電流)が生起され、被加熱部材2が直接加熱される。詳しくは、誘導電流は、被加熱部材2の補強部22の表面部分(図2(a)のドットで表した部分)に生起され、補強部22には表面部分における電気抵抗に応じたジュール熱が発生し、その熱が補強部22に装着された本体部21に伝熱し、図2(a)に矢印で表すように本体部21が加熱される。このため、図2(b)に示す従来の鋼管発熱式ヒーター1xにおいて、発熱した鋼管3xの熱を被加熱部材2に伝熱するために必要であった伝熱セメント5が不要となり、コストダウンを推進できる。
すなわち、従来の鋼管発熱式ヒーター1xは、伝熱セメント5が必要であったが、本実施形態に係る誘導加熱装置1は、管体3ではなく被加熱部材2に誘導電流を生起させ、被加熱部材2を直接加熱するようにしているので、伝熱セメント5が不要となる。伝熱セメント5は、粉末状の炭素、セラミック、珪酸ソーダ、カルシウムシリケイト等から構成されており、高価なため、不要となることで材料費の大幅なコストダウンとなる。加えて、伝熱セメント5の打設作業も不要となるので、施工コストも削減できる。
また、本実施形態に係る誘導加熱装置1によれば、上述したように被加熱部材2に直接誘導電流を生起させているため、絶縁電線4が挿通される管体3には誘導電流を生じさせる必要がなく、その管体3の材質に、誘導電流が生じ難い材質である非磁性体を用いることを前提に、防錆処理が不要なステンレスや樹脂等を用いることができる。これらの材質は錆び難いため、管体3の表面にメッキや塗装等の防錆処理を施す必要がない。このため、防錆処理が不要となる分、低コストとなることは勿論、管体3をステンレス製とした場合には溶接によって被加熱部材2に、管体3を樹脂製とした場合には接着によって被加熱部材2に、それぞれ容易に取り付けることができる。同様に、管体3同士を溶接や接着によって容易に連結できる。この結果、本実施形態に係る誘導加熱装置1は、従来の鋼管発熱式ヒーター1xと比べて、被加熱部材2に取り付ける際の施工性が大幅に向上する。
(第2実施形態)
図4に、本発明の第2実施形態に係る誘導加熱装置11が組み込まれた水門設備の平断面図を示す。第2実施形態の誘導加熱装置11も、水を堰き止める扉体6が凍結によって開閉不能となることを防止するものである。
本実施形態の誘導加熱装置11は、図1に示す扉体6の両側部に設けた止水シール61が、扉体6の両側方に配設された戸当たり水密板(被加熱部材2の本体部21)に氷着することを防止するものである。この誘導加熱装置11は、図2(a)を用いて説明した第1実施形態の誘導加熱装置1と基本的な構成要素は同一であるため、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図4においては、図2(a)と異なり、管体3を被加熱部材2の補強部22のフランジ22bに、ウェブ22aを挟んでその両脇に取り付けた点を明示している。
本実施形態の被加熱部材2は、第1実施形態のものと同様に、加熱が要求される板状の本体部(戸当たり水密板)21と、本体部21に取り付けられたH型鋼からなる補強部(戸当たり補強材)22とを有し、本体部21には、水門設備の扉体6に設けられた止水シール61やダストシール等が、扉体6の開閉動作に伴って摺接、押付又は離反されるようになっている。図4にて、止水シール61の左方には、止水シール61及び扉体6によって水7が堰き止められている。
本実施形態によれば、絶縁電線4に交流電流を通電すると、第1実施形態で述べたように、被加熱部材2に誘導電流が生起されて被加熱部材2が直接加熱されるため、止水シール61の近傍の水7の温度が凍結温度以上に保たれる。よって、止水シール61の近傍の水7が凍結することによる扉体6の開閉不能を防止できる。なお、図4において、8は水門の駆体としてのコンクリートであり、被加熱部材2や管体3は、コンクリート8で覆われていてもよいが、覆われていなくても構わない。本実施形態の基本的な作用効果は第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
図5に本発明の第3実施形態に係る誘導加熱装置12を示す。第3実施形態の誘導加熱装置12は、図2(a)に示す第1実施形態に係る誘導加熱装置1の管体3を省略し、絶縁電線4を被加熱部材2に装着したものである。絶縁電線4は、U字状金具41やベルト等によって被加熱部材2の補強部22のフランジ22bに装着されている。U字状金具41等は、絶縁電線4の長手方向に間隔を隔てて複数配置され、ボルトナット等によって補強部22のフランジ22bに取り付けられている。U字状金具41等と絶縁電線4との間には隙間が設けられており、絶縁電線4のメンテナンス時に絶縁電線4を引き抜くことができるようになっている。なお、U字状金具41等のボルトナットを緩める或いは取り外すことで、メンテナンス時に絶縁電線4を引き抜く或いは取り外すようにしてもよい。
本実施形態によれば、絶縁電線4に交流電流を通電することで、被加熱部材2の補強部22の表面に誘導電流が生起され、被加熱部材2が直接加熱される。ここで、本実施形態においては、管体3が存在しないので、絶縁電線4と被加熱部材2との距離が図2(a)に示す第1実施形態よりも近くなり、補強部22の表面に生起される誘導電流が第1実施形態よりも大きくなり、それに応じてジュール熱が高まって被加熱部材2での発熱量も大きくなる。よって、図2(a)の第1実施形態と比べると、同じ消費電力で被加熱部材2をより高温に加熱でき、換言すれば、被加熱部材2を同じ温度に加熱する際に必要となる電力を低減できる。
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
本発明は、被加熱部材に絶縁電線を配置し、その絶縁電線に交流電流を通電するようにした誘導加熱装置に利用できる。
1 誘導加熱装置
11 誘導加熱装置
12 誘導加熱装置
2 被加熱部材
21 本体部(ステンレス)
22 補強部(磁性体)
3 管体(非磁性体)
4 絶縁電線
5 伝熱セメント
9 交流電源

Claims (6)

  1. 被加熱部材に絶縁電線を配置し、該絶縁電線に交流電流を通電するようにした誘導加熱装置であって、
    前記被加熱部材が、前記絶縁電線に交流電流を通電したとき誘導電流が生じる材質を有することを特徴とする誘導加熱装置。
  2. 前記絶縁電線が、管体に挿通され、
    該管体が、前記被加熱部材に配置され、
    前記管体の材質が、前記絶縁電線に交流電流を通電したとき、前記被加熱部材の前記材質よりも誘導電流が生じ難い材質からなる請求項1に記載の誘導加熱装置。
  3. 前記被加熱部材の前記材質が磁性体であり、前記管体の前記材質が非磁性体である請求項2に記載の誘導加熱装置。
  4. 前記管体の前記材質が、ステンレス又は樹脂である請求項2又は3に記載の誘導加熱装置。
  5. 前記被加熱部材は、加熱が要求される本体部と、該本体部に取り付けられた補強部とを有し、
    該補強部に前記管体が配置され、
    前記本体部及び前記補強部の内、少なくとも前記補強部の材質が磁性体である請求項2から4の何れか1項に記載の誘導加熱装置。
  6. 前記本体部の材質が、ステンレスである請求項5に記載の誘導加熱装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08117947A (ja) * 1994-10-25 1996-05-14 Ube Ind Ltd 半溶融金属の加熱・搬送方法
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