JP2017010669A - 温風発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱コイルが発熱して誘導加熱部による加熱効率が低下する不具合が生じにくく、排出される温風の温度低下が生じにくい、温風発生装置を提供する。【解決手段】誘導加熱部４によって電磁誘導加熱される発熱体５が、流路２Ａ〜２Ｃにおいて誘導加熱部４に対して下流側に設置されるとともに、流路２Ａ、２Ｃを形成する壁部を介して誘導加熱部４に対向するように設置されて、その位置に発熱体５から生じた熱を放熱するヒートシンク６が設置されて、誘導加熱部４は、流路２Ａにおいて空気が流動する通気方向（Ｘ方向）の長さＤが、通気方向に直交する直交方向（Ｚ方向）の長さに比べて、長くなるように形成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、吸気口から装置内に取り込んだ空気を流路に沿って流動させて温風として排気口から排出する温風発生装置に関するものである。

従来から、温風発生装置において、効率的かつ応答性よく温風を発生させることを目的として、電磁誘導加熱方式のものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

詳しくは、電磁誘導加熱方式の温風発生装置は、誘導加熱コイルが設置された誘導加熱部、誘導加熱部によって電磁誘導加熱される発熱体（被加熱体）、発熱体から生じた熱を放熱するヒートシンク（放熱板）、などで構成されている。
そして、吸気口から温風発生装置内に取り込んだ空気が流路に沿って流動しながら、誘導加熱部によって電磁誘導加熱された発熱体の熱がヒートシンクによって放熱されて、流路を通過する空気が温風となって排気口から排出されることになる。

従来の温風発生装置は、長時間稼働されるときなどに、高周波電流が長時間流れることによって誘導加熱コイル自体が発熱してしまったり、発熱体からの熱を受けて誘導加熱コイルが発熱してしまったりして、誘導加熱コイルの電気抵抗値が上昇してしまい、誘導加熱部による加熱効率が低下してしまっていた。そのため、温風発生装置から排出される温風の温度も低下してしまっていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、誘導加熱コイルが発熱して誘導加熱部による加熱効率が低下する不具合が生じにくく、排出される温風の温度低下が生じにくい、温風発生装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる温風発生装置は、吸気口から装置内に取り込んだ空気を流路に沿って流動させて温風として排気口から排出する温風発生装置であって、前記流路の上流側に設置されて、誘導加熱コイルを具備した誘導加熱部と、前記流路において前記誘導加熱部に対して下流側に設置されるとともに、前記流路を形成する壁部を介して前記誘導加熱部に対向するように設置されて、前記誘導加熱部によって電磁誘導加熱される発熱体と、前記発熱体が設置された前記流路の位置に設置されて、当該位置を通過する空気に対して前記発熱体から生じた熱を放熱するヒートシンクと、を備え、前記誘導加熱部は、前記流路において空気が流動する通気方向の長さが、前記通気方向に直交する直交方向の長さに比べて、長くなるように形成されたものである。

本発明によれば、誘導加熱コイルが発熱して誘導加熱部による加熱効率が低下する不具合が生じにくく、排出される温風の温度低下が生じにくい、温風発生装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における温風発生装置を示す全体構成図である。 誘導加熱部を示す構成図である。 ヒートシンクを示す上面図である。 ヒートシンクのフィン部を示す斜視図である。 比較例としての、ヒートシンクを示す上面図である。 誘導加熱部が壁部に設置された状態を示す断面図である。 変形例１としての、（Ａ）ヒートシンクを示す斜視図と、（Ｂ）フィン部を示す斜視図と、である。 変形例２としての、（Ａ）ヒートシンクを示す斜視図と、（Ｂ）フィン部を示す斜視図と、である。 変形例３としての、フィン部を示す斜視図である。 １枚の板金から複数のフィン部を形成するために外形抜き加工した状態を示す図である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、温風発生装置１における全体の構成・動作について説明する。
温風発生装置１は、吸気口Ｍから装置１内に取り込んだ空気を流路２Ａ〜２Ｃに沿って流動させて温風として排気口Ｎから排出するものである。
図１において、２Ａ〜２Ｃは温風発生装置１において空気を流動させるための流路（ダクト）、３は吸気口Ｍから装置内に空気を吸引するための吸気ファン、４は第１流路２Ａに設置された誘導加熱部、５は第３流路２Ｃに設置されて誘導加熱部４によって電磁誘導加熱される発熱体、６は第３流路２Ｃに設置されて発熱体５に対して熱的に接続されたヒートシンク（放熱板）、を示す。

流路２Ａ〜２Ｃは、最上流側に吸気口Ｍが形成されていて、最下流側に排気口Ｎが形成されていて、その間には略密閉された空間が形成されている。第１流路２Ａは、その断面が略矩形状の略直線状の流路であって、その内部には第３流路２Ｃの側であって吸気口Ｍの近傍に誘導加熱部４が設置されている。第２流路２Ｂは、その断面が略矩形状の略曲線状の流路であって、第１流路２Ａにおける＋Ｘ方向の通気方向を略９０度変換して−Ｘ方向の通気方向として第３流路２Ｃに向けて中継するように形成されている。第３流路２Ｃは、その断面が略矩形状の略直線状の流路であって、第２流路２Ｂの断面積に比べて断面積が大きくなるように形成され、排気口Ｎの近傍ではその断面積が排気口Ｎに向けて漸減するように形成されている。また、第３流路２Ｃの内部には、第１流路２Ａの側に発熱体５が設置されて、その発熱体５に面接触するようにヒートシンク６が設置されている。
これらの流路２Ａ〜２Ｃは、磁束を透過可能な樹脂材料などからなるダクトとして形成されている。

吸気ファン３は、第１流路２Ａの吸気口Ｍに設置されていて、装置１外から装置１内に向けて空気を取り込むためのものであって、公知のファン（送風機）を用いることができる。吸気ファン３を用いることで、装置１内への外気の取り込みや、排気口Ｎからの温風の排気が容易になる。

誘導加熱部４は、流路２Ａ〜２Ｃの上流側（第１流路２Ａである。）に設置されていて、図２に示すように、誘導加熱コイル４ａ（励磁コイル）やコア４ｂなどで構成されている。
誘導加熱コイル４ａは、図２に示すように、通気方向（Ｘ方向）とそれに直交する直交方向（Ｚ方向）とにそれぞれ伸長されるように、略環状に形成されている。誘導加熱コイル４ａは、電源部７に接続されていて、電源部７から周波数が２０〜２００ｋＨｚの高周波交流電流が供給されることで、発熱体５に向けて磁束が生成されることになる。

さらに詳しくは、誘導加熱コイル４ａは、絶縁被覆を施した直径０．０５〜０．５ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１００回巻き回したものである。リッツ線の表面には融着層が形成されていて、通電加熱などによって融着層が固化して巻き回したコイル形状が保持されることになる。なお、融着層が形成されていないリッツ線を用いる場合には、プレス成型によってそのコイル形状を保持することも可能である。また、リッツ線は、耐熱性を向上させるために、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの耐圧性の高い絶縁性材料にて被覆されている。巻き回したコイルは、耐熱性の高いＰＥＴ、液晶ポリマなどからなるケースにシリコーン接着剤などを用いて接着する。

コア４ｂは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトなどのフェライト材料で形成されていて、図２に示すように、環状の誘導加熱コイル４ａを周方向の複数箇所（本実施の形態では、１４箇所である。）で跨ぐようにアーチ状に形成されている。このような強磁性体からなるコア４ｂを設置することで、発熱体５に向けて効率のよい磁束が形成されることになる。

発熱体５は、流路２Ａ〜２Ｃにおいて誘導加熱部４に対して下流側（第３流路２Ｃである。）に設置されるとともに、流路を形成する壁部（第１流路２Ａの壁部と、第３流路３Ａの壁部と、である。）を介して誘導加熱部４に対向するように設置されていて、誘導加熱部４によって電磁誘導加熱されるものである。発熱体５は、厚さが０．２〜２ｍｍ程度のステンレス鋼の表面に、厚さが３〜２０μｍ程度の銅層が形成された板状部材である。なお、銅層の防錆のため、銅層の表面にさらにＮｉ層を形成することもできる。また、上述したステンレス鋼の代わりに、キューリー点が１６０〜２２０℃程度の整磁合金をもちいることもできる。
なお、誘導加熱部４によって発熱体５が電磁誘導加熱されるメカニズムは、公知のものと同様である。すなわち、誘導加熱コイル４ａに高周波の交流電流が流れることで、誘導加熱コイル４ａの周囲に交番磁界が形成されて、その磁界によって発熱体５の表面近傍に渦電流が生じて、発熱体５自身の電気抵抗によってジュール熱が生じる（加熱される）というものである。

ヒートシンク６（放熱板）は、発熱体５が設置された第３流路２Ｃの位置に設置されていて、その位置を通過する空気に対して発熱体５から生じた熱を放熱して温風を生成するためのものである。ヒートシンク６は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成されていて、図３及び図４に示すように、発熱体５に面接触する基板６０上に複数のフィン部６２が形成されたものである。ヒートシンク６は、その基板６０が発熱体５の面部に面接触するように、ネジ止めやスポット溶接などによって発熱体５に固定されている。ここで、発熱体５からヒートシンク６への熱伝導性を高めるために、発熱体５とヒートシンク６とが面接触する部分の互いに接触面の表面粗さを、１０μｍ以下としたり、平面度を長さ１００ｍｍに対して０．２ｍｍ以下としたりして、双方の密着性を高めることが好ましい。また、発熱体５からヒートシンク６への熱伝導性を高めるために、発熱体５とヒートシンク６とが面接触する部分に、熱伝導グリスを介在させることもできる。
また、ヒートシンク６は、第３流路２Ｃに流入された空気のすべてが、フィン部６２からの放熱を受けて昇温した後に排気口Ｎから排出されるように、第３流路２Ｃの空間の全域にわたって万遍なくフィン部６２が配列されるように設置されている。
なお、このヒートシンク６については、後で図３、図４等を用いてさらに詳しく説明する。

図１を参照して、温風発生装置１における、稼働時の動作について簡単に説明する。
まず、吸気ファン３によって吸気口Ｍから空気（外気）が装置内に吸い込まれて、その空気が第１流路２Ａを＋Ｘ方向に流動することになる。このとき、第１流路２Ａを通過する空気によって、誘導加熱部４が空冷されることになる。
そして、第１流路２Ａを通過した空気は、第２流路２Ｂでその通気方向を−Ｘ方向に反転させて、第３流路２Ｃに流入される。
そして、第３流路２Ｃに流入された空気は、ヒートシンク６のフィン部６２に触れるように流動して、ヒートシンク６からの放熱によって暖められて、その後に温風として排気口Ｎから排気されることになる。

以下、本実施の形態における温風発生装置１において、特徴的な構成・動作ついて詳述する。
図１及び図２を参照して、本実施の形態における温風発生装置１において、誘導加熱部４は、流路２Ａにおいて空気が流動する通気方向の長さＤが、通気方向に直交する直交方向の長さＨに比べて、長くなるように形成されている（Ｄ＞Ｈである）。
詳しくは、誘導加熱コイル４ａは、通気方向（Ｘ方向）と直交方向（Ｚ方向）とにそれぞれ伸長されるように略環状に形成されていて、通気方向の長さＤが直交方向Ｈの長さに比べて長くなるように形成されている。すなわち、誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）は、長手方向が通気方向になるように配設されている。

このように誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）を長手方向が通気方向になるように配設することで、短手方向が通気方向になるように配設する場合に比べて、誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）が流路２Ａを流れる空気に触れる時間を長くすることができる。そのため、誘導加熱部４（温風発生装置１）が長時間稼働されるときなどであっても、誘導加熱コイル４ａが充分かつ効率的に空冷されることになるため、高周波電流が長時間流れることによって誘導加熱コイル４ａ自体が発熱してしまったり、発熱体５からの熱を受けて誘導加熱コイル４ａが発熱してしまったりして、誘導加熱コイル４ａの電気抵抗値が上昇してしまう不具合が軽減される。そのため、誘導加熱部４による加熱効率が低下してしまい温風発生装置１から排出される温風の温度も低下してしまう不具合が軽減されることになる。
特に、本実施の形態では、先に説明したように、誘導加熱部４が吸気ファン３の近傍に設置されているため、吸気ファン３から吸引されて間もない比較的温度の低い外気が誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）に供給されて空冷効果が高くなり、上述した効果がさらに確実に発揮されることになる。

ここで、図３及び図４を参照して、本実施の形態において、ヒートシンク６には、発熱体５の面部に対して直接的又は間接的に面接触するように設置された基板６０と、基板６０に面接合される底部６２ａから略直交する方向に起立する起立部６２ｂが曲げ加工によって形成された複数のフィン部６２と、が設けられている。詳しくは、フィン部６２は、アルミニウム等の熱伝導性の高い板金に曲げ加工を施して略Ｌ字状に形成したものであって、その底部６２ａには平板状の基板６０にネジ止めやスポット溶接などで接合するための穴部６２ａ１が形成されている。そして、図３に示すように、基板６０上に複数のフィン部６２（本実施の形態では、１８個のフィン部６２である。）が接合されている。
このようなフィン部６２は、１枚の平板から外形抜き加工、穴抜き加工、曲げ加工を施して形成されるものであって、そのように形成されたフィン部６２を基板６０上に接合してなるヒートシンク６は、非常に安価なコストで製造することができる。

また、図３に示すように、本実施の形態におけるヒートシンク６は、通紙方向（−Ｘ方向）に対する傾斜角度の異なる２つのフィン群６１Ａ、６１Ｂが、通紙方向に直交する直交方向に並設されている。
第１フィン群６１Ａは、基板６０において直交方向（Ｚ方向）の中央部から一端側（図３の左方である。）の範囲に、通気方向（−Ｘ方向）に対して一端側から中央部に向けて傾斜するように複数のフィン部６２（本実施の形態では、９個のフィン部６２である。）が並設されている。第１フィン群６１Ａにおいて、複数のフィン部６２はすべて同じ傾斜角度となるように平行に配列されている。
第２フィン群６１Ｂは、基板６０において直交方向（Ｚ方向）の中央部から他端側（図３の右方である。）の範囲に、通気方向（−Ｘ方向）に対して他端側から中央部に向けて傾斜するように複数の前記フィン部６２（本実施の形態では、９個のフィン部６２である。）が並設されている。第２フィン群６１Ｂにおいて、複数のフィン部６２はすべて同じ傾斜角度となるように平行に配列されている。
換言すると、２つのフィン群６１Ａ、６１Ｂが、通紙方向の上流側から下流側に向かうにつれて互いの間隔が小さくなるように、略Ｖ字状に配列されている。

このように２つのフィン群６１Ａ、６１Ｂを略Ｖ字状に配列することで、複数のフィン部を通気方向に沿うようにすべて平行に配列する場合に比べて、通気方向に流動する空気がフィン部６２に接触する面積を大きくすることができる。そのため、ヒートシンク６の放熱によって空気を暖めやすくなって、温風発生装置１による温風の発生効率を向上させることができる。
なお、通気方向に流動する空気がフィン部６２に接触する面積を大きくするために、図５に示すように、複数のフィン部６２を交互に傾斜角度を変えて略Ｗ字状に配列する方策も考えられる。しかし、その場合には、本実施の形態のものに比べて、配列できるフィン部６２の数が少なくなってしまうため、全体としての温風の発生効率はそれほど向上しないことになる。

ここで、本実施の形態において、図６に示すように、誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）が保持された壁部２Ａ１の内壁面に、通気方向（Ｘ方向）に伸長された溝部２Ａ１０を形成することもできる。
具体的に、図６（Ａ）のものは、誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）と壁部２Ａ１の内壁面との間を、通気方向上流側から通気方向下流側を通過するように、１つの溝部２Ａ１０が形成されている。
また、図６（Ｂ）のものは、誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）と壁部２Ａ１の内壁面との間を、通気方向上流側から通気方向下流側を通過するように、２つの溝部２Ａ１０が形成されている。
このように誘導加熱コイル４ａと壁部２Ａ１との間に溝部２Ａ１０を形成することで、流路２Ａにおいてその溝部２Ａ１０を流れる空気によって誘導加熱コイル４ａ（誘導加熱部４）がさらに空冷されることになるため、誘導加熱コイル４ａの温度上昇をさらに確実に軽減することができる。

なお、本実施の形態において、図７に示す変形例１のように、ヒートシンク６におけるフィン部６２を、起立部６２ｂが、底部６２ａから離れた位置に切欠き６２ｂ１を有するように略Ｕ字状に形成されたものとすることもできる。具体的に、フィン部６２の起立部６２ｂは、その両端の幅がそれぞれＷ１、Ｗ１´（Ｗ１＝Ｗ１´である。）で、切欠きの幅がＷ２となるように、略Ｕ字状に形成されている。
このような構成により、隣接するフィン部６２とフィン部６２との間に入り込んだ空気は、切欠き６２ｂ１の位置で、その隣のフィン部６２とフィン部６２との間に移動したり、反対側の隣のフィン部６２とフィン部６２との間に移動したり、隣に移動することなくそのまま流動したりすることになる。そのため、ヒートシンク６によって暖められた空気が、２つのフィン群６１Ａ、６１Ｂの傾斜に沿って中央部に集まってしまうことなく、Ｚ方向にバランスよく拡散されることになって、ヒートシンク６の全域にわたって均一に温風を発生させることができる。

また、本実施の形態において、図８に示す変形例２のように、ヒートシンク６におけるフィン部６２を、２つの起立部６２ｂが対向するように形成することもできる。詳しくは、図８の例では、フィン部６２に箱曲げ加工が施されて、フィン部６２が、底部６２ａの一辺から起立部６２ｂが曲げ加工されて略Ｌ字状に形成されているのではなくて、底部６２ａの対向する二辺から起立部６２ｂがそれぞれ曲げ加工されて略Ｕ字状に形成されている。
このようにフィン部６２を略Ｕ字状に形成することで、フィン部６２を略Ｌ字状に形成する場合に比べて、同じ基板６０上に配列する起立部６２ｂ（実際に放熱板のフィンとして機能する部分である。）の数を増やすことができる。具体的に、図８の例では、図７の例の１８個の起立部６２ｂに対して、２４個の起立部６２ｂを配列することができる。そのため、ヒートシンク６による温風の発生効率をさらに高めることができる。

また、本実施の形態において、図９に示す変形例３のように、フィン部６２の起立部６２ｂを、切欠き６２ｂ１が形成された部分の幅方向の長さＷ２が、切欠き６２ｂ１が形成されていない両側の部分のうち少なくとも片側の部分の幅方向の長さ（Ｗ１、Ｗ１´のいずれかである。）に比べて、長くなるように形成することもできる（Ｗ２＞Ｗ１、又は／及び、Ｗ２＞Ｗ１´である）。
このように構成することで、１枚の板金から複数のフィン部６２を形成するために外形抜き加工する場合に、図１０（Ａ）に示すように複数のフィン部６２（曲げ加工が施される前の、展開された状態のものである。）を同じ向きで並列するのではなくて、図１０（Ｂ）に示すように複数のフィン部６２を異なる向きで重ね合わせるように交互に並列することができる。そのため、原材料となる１枚の板金において、外形抜き加工時にフィン部６２とならずに無駄になる部分が少なくなって、フィン部６２の部品費が安くなる。

以上説明したように、本実施の形態においては、誘導加熱部４によって電磁誘導加熱される発熱体５が、流路２Ａ〜２Ｃにおいて誘導加熱部４に対して下流側に設置されるとともに、流路２Ａ、２Ｃを形成する壁部を介して誘導加熱部４に対向するように設置されて、その位置に発熱体５から生じた熱を放熱するヒートシンク６が設置されて、誘導加熱部４は、流路２Ａにおいて空気が流動する通気方向（Ｘ方向）の長さＤが、通気方向に直交する直交方向（Ｚ方向）の長さに比べて、長くなるように形成されている。
これにより、誘導加熱コイル４ａが発熱して誘導加熱部４による加熱効率が低下する不具合が生じにくく、排出される温風の温度低下を生じにくくすることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 温風発生装置、
２Ａ〜２Ｃ 流路、
２Ａ１ 壁部、 ２Ａ１０ 溝部、
３ 吸気ファン、
４ 誘導加熱部、
４ａ 誘導加熱コイル（励磁コイル）、 ４ｂ コア、
５ 発熱体、
６ ヒートシンク（放熱板）、
６０ 基板、
６１Ａ、６１Ｂ フィン部群、
６２ フィン部、
６２ａ 底部、 ６２ａ１ 穴部、
６２ｂ 起立部、
６２ｂ１ 切欠き、
Ｍ 吸気口、 Ｎ 排気口。

特許第４９９５８９８号公報 特開２０１０−１７２１０４号公報

Claims (8)

1. 吸気口から装置内に取り込んだ空気を流路に沿って流動させて温風として排気口から排出する温風発生装置であって、
   前記流路の上流側に設置されて、誘導加熱コイルを具備した誘導加熱部と、
   前記流路において前記誘導加熱部に対して下流側に設置されるとともに、前記流路を形成する壁部を介して前記誘導加熱部に対向するように設置されて、前記誘導加熱部によって電磁誘導加熱される発熱体と、
   前記発熱体が設置された前記流路の位置に設置されて、当該位置を通過する空気に対して前記発熱体から生じた熱を放熱するヒートシンクと、
   を備え、
   前記誘導加熱部は、前記流路において空気が流動する通気方向の長さが、前記通気方向に直交する直交方向の長さに比べて、長くなるように形成されたことを特徴とする温風発生装置。
2. 前記誘導加熱コイルは、前記通気方向と前記直交方向とにそれぞれ伸長されるように略環状に形成されるとともに、前記通気方向の長さが前記直交方向の長さに比べて長くなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の温風発生装置。
3. 前記誘導加熱コイルが保持された前記壁部の内壁面に、前記通気方向に伸長された溝部が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温風発生装置。
4. 前記吸気口に吸気ファンが設置され、
   前記誘導加熱部は、前記吸気ファンの近傍に設置され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温風発生装置。
5. 前記ヒートシンクは、
   前記発熱体の面部に対して直接的又は間接的に面接触するように設置された基板と、
   前記基板に面接合される底部から略直交する方向に起立する起立部が曲げ加工によって形成されたフィン部と、
   を具備し、
   前記基板において前記直交方向の中央部から一端側の範囲には、前記通気方向に対して前記一端側から前記中央部に向けて傾斜するように複数の前記フィン部が並設されて、
   前記基板において前記直交方向の中央部から他端側の範囲には、前記通気方向に対して前記他端側から前記中央部に向けて傾斜するように複数の前記フィン部が並設されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の温風発生装置。
6. 前記フィン部は、２つの前記起立部が対向するように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の温風発生装置。
7. 前記フィン部は、前記起立部が、前記底部から離れた位置に切欠きを有するように略Ｕ字状に形成されたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の温風発生装置。
8. 前記フィン部の前記起立部は、前記切欠きが形成された部分の幅方向の長さが、前記切欠きが形成されていない両側の部分のうち少なくとも片側の部分の幅方向の長さに比べて、長くなるように形成されたことを特徴とする請求項７に記載の温風発生装置。

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