JP2018116933A - Induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導加熱装置に関するものである。 The present invention relates to an induction heating apparatus.
従来、略円筒状の被加熱容器の大部分を密に上下方向に沿って巻回する態様で該被加熱容器から離隔して設置された誘導加熱コイルを備え、該誘導加熱コイルが通電状態となる場合に被加熱容器を誘導加熱により加熱して該被加熱容器の内部の流体を加熱する誘導加熱装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an induction heating coil is provided that is spaced apart from the heated container in such a manner that most of the substantially cylindrical heated container is densely wound in the vertical direction, and the induction heating coil is in an energized state. There is known an induction heating device that heats a heated container by induction heating to heat a fluid inside the heated container (for example, see Patent Document 1).
ところで、被加熱容器に生ずる誘導電流の大きさは、被加熱容器の表面における該被加熱容器の外壁に沿う磁界の成分に比例することが知られている。 By the way, it is known that the magnitude of the induced current generated in the heated container is proportional to the magnetic field component along the outer wall of the heated container on the surface of the heated container.
そのため、上述したように誘導加熱コイルが被加熱容器の大部分を密に巻回する態様で該被加熱容器から離隔して設置されている誘導加熱装置においては、誘導加熱コイルの中央部分に対向する個所において、被加熱容器の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう。その結果、被加熱容器が熱膨張により歪んだり、被加熱容器の内部の流体が局所的に膨張したりする不具合があった。 Therefore, as described above, in the induction heating apparatus in which the induction heating coil is installed away from the heated container in a mode in which the majority of the heated container is wound closely, it faces the central portion of the induction heating coil. In the place where the heat is applied, the magnetic field along the outer wall of the container to be heated becomes large, and the heat generation in the place becomes locally larger than the others. As a result, there is a problem that the heated container is distorted due to thermal expansion, or the fluid inside the heated container is locally expanded.
かかる不具合を解消すべく、中央部を疎にして両端部が密となる態様で被加熱容器に誘導加熱コイルを巻回することが考えられるが、巻回数の調整や支持方式が複雑なものとなってしまう虞れがあった。 In order to eliminate such problems, it is conceivable to wind the induction heating coil around the heated container in a manner in which the central part is sparse and the both ends are dense, but the adjustment of the number of turns and the support method are complicated. There was a fear of becoming.
本発明は、上記実情に鑑みて、簡単な構成で被加熱容器を局所的に加熱してしまうことを防止することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an induction heating apparatus capable of preventing a heated container from being locally heated with a simple configuration.
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導加熱装置は、上面及び下面が蓋体により閉塞された円筒状の被加熱容器の周囲に該被加熱容器から離隔して設置され、かつ通電状態となる場合に前記被加熱容器を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備え、前記被加熱容器の内部の流体を加熱する誘導加熱装置において、前記誘導加熱手段は、前記被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と前記被加熱容器との離間距離の1〜3倍であることを特徴とする。ここで「誘導加熱コイルの電流中心」とは、誘導加熱コイルを構成する線材が絶縁処理した細線を束ねたものである場合には、その縦断面の中心部分を示し、線材が絶縁処理をしない細線を束ねたものや管や棒である場合には、その縦断面の内端部分を示す。 In order to achieve the above object, an induction heating device according to the present invention is installed around a cylindrical heated container whose upper and lower surfaces are closed by a lid, and is energized. In the induction heating apparatus for heating the fluid inside the heated container, the induction heating means has a number of windings with respect to the heated container. A plurality of induction heating coils that are the same and have the same separation distance from the heated container, and the separation distance between the current centers of the induction heating coils adjacent to each other is the same as the current center of the induction heating coil. It is characterized by being 1 to 3 times the separation distance from the heating container. Here, “the current center of the induction heating coil” indicates the center portion of the longitudinal section when the wire constituting the induction heating coil is a bundle of thin wires that are insulated, and the wire is not insulated. In the case of a bundle of thin wires, a tube or a rod, the inner end portion of the longitudinal section is shown.
また本発明は、上記誘導加熱装置において、前記被加熱容器は、内部の流体が該被加熱容器の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて突出するリブが設けられたことを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described induction heating device, wherein the heated container is a rib that protrudes inward from the inner wall surface so that an internal fluid passes in a meandering manner along the central axis direction of the heated container. Is provided.
本発明によれば、誘導加熱手段は、被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と被加熱容器との離間距離の1〜3倍であるので、被加熱容器を局所的に加熱してしまうことがない。しかも、各誘導加熱コイルの巻回数等は共通であるので、巻回数の調整が不要であり、各誘導加熱コイル毎に所定の離間距離を保持して設置すればよいので支持も容易である。従って、簡単な構成で被加熱容器を局所的に加熱してしまうことを防止することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the induction heating means is composed of a plurality of induction heating coils having the same number of turns to the heated container and the same distance from the heated container. Since the separation distance of the current center is 1 to 3 times the separation distance between the current center of the induction heating coil and the heated container, the heated container is not locally heated. In addition, since the number of turns of each induction heating coil is the same, it is not necessary to adjust the number of turns, and the induction heating coil can be easily supported because it can be installed with a predetermined separation distance. Therefore, it is possible to prevent the heated container from being locally heated with a simple configuration.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る誘導加熱装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。 Exemplary embodiments of an induction heating apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態である誘導加熱装置の要部を模式的に示す模式図である。尚、誘導加熱装置の要部は、中心線Lを基準として左右対称であるので、右半分だけを示している。ここで例示する誘導加熱装置1は、被加熱容器10、誘導加熱手段20及びシールド部材30を備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a main part of an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention. In addition, since the principal part of the induction heating apparatus is symmetrical with respect to the center line L, only the right half is shown. The induction heating apparatus 1 exemplified here includes a heated
被加熱容器10は、上面及び下面が蓋体11,12により閉塞された円筒状の形態を成しており、例えば磁性を有するSUS等の高抵抗金属で構成されている。この被加熱容器10においては、下側の蓋体11に導入口11aが形成されており、上側の蓋体12に吐出口12aが形成されている。導入口11aは、図示せぬ供給ラインを通じて供給される蒸気(気体(流体))を導入するための開口である。吐出口12aは、内部を通過した蒸気を外部に吐出するための開口である。
The heated
誘導加熱手段20は、図示せぬ支持部材に支持されており、被加熱容器10の周囲に該被加熱容器10から離隔して設置されている。この誘導加熱手段20は、複数の誘導加熱コイル21を備えて構成されている。かかる誘導加熱コイル21は、それぞれ被加熱容器10に対する巻回数が同一であって、被加熱容器10からの離間距離が同一となる円筒状のものである。
The induction heating means 20 is supported by a support member (not shown), and is installed around the heated
これら誘導加熱コイル21は、同一方向に巻かれて図示せぬ電力変換装置(図示せず)に直列となる態様で電気的に接続されており、該電力変換装置から特定の周波数の電圧が印加される場合に、通電状態となって、被加熱容器10を誘導加熱により加熱するものである。尚、電力変換装置は、いわゆるインバータ回路を内蔵するものであり、商用電源から与えられる交流電流を特定の周波数の交流電流として各誘導加熱コイル21に与えるものである。
These
シールド部材30は、図示せぬ保持部材に保持されており、例えばフェライトにより構成されるもので、誘導加熱手段20の上方域、下方域及び外方域を囲繞する態様で設置されている。このシールド部材30は、各誘導加熱コイル21から漏洩する磁束を遮蔽するためのものである。
The
上記誘導加熱手段20においては、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル21同士の電流中心の離間距離Bが、誘導加熱コイル21の電流中心と被加熱容器10との離間距離Aの1〜3倍となるように配置されている。
In the induction heating means 20, the separation distance B between the current centers of the
ここで誘導加熱コイル21の電流中心とは、誘導加熱コイル21を構成する線材が絶縁処理した細線を束ねたものである場合には、その縦断面の中心部分を示し、線材が絶縁処理をしない細線を束ねたものや管や棒である場合には、その縦断面の内端部分を示す。
Here, the current center of the
以上のような構成を有する誘導加熱装置1においては、電力変換装置より誘導加熱手段20を構成する各誘導加熱コイル21に特定の周波数の電圧が印加されて該誘導加熱コイル21が通電状態となることにより、被加熱容器10が誘導加熱により加熱される。
In the induction heating apparatus 1 having the above-described configuration, a voltage having a specific frequency is applied to each
これにより、被加熱容器10の内部に導入口11aを通じて導入されるとともに、その内部を上方に向けて通過する蒸気が加熱されて過熱蒸気が生成し、生成した過熱蒸気が吐出口12aより外部に吐出される。
Thereby, while being introduced into the inside of the heated
そして、誘導加熱手段20においては、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル21同士の電流中心の離間距離Bが、誘導加熱コイル21の電流中心と被加熱容器10との離間距離Aの1〜3倍となるように配置されていることにより、各誘導加熱コイル21が通電状態となる場合に、図2に示すように、被加熱容器10の表面における発生電力密度を上下方向に沿って略均一なものとすることができる。これにより、被加熱容器10を略均一に加熱することができ、被加熱容器10を局所的に加熱してしまうことがない。
In the induction heating means 20, the separation distance B between the current centers of the
ところで、離間距離Bが離間距離Aの1倍未満となってしまうと、誘導加熱コイル21同士が近接し過ぎてしまい、これにより、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル21同士の電流中心の離間距離Bの約半分となる部分に対向する被加熱容器10の個所において、該被加熱容器10の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう。その結果、被加熱容器10が熱膨張により歪んだり、被加熱容器10の内部の流体が局所的に膨張したりする不具合があった。その一方、離間距離Bが離間距離Aの3倍を超えてしまうと、誘導加熱コイル21同士が離れ過ぎてしまい、これにより、各誘導加熱コイル21の中央部分に対向する被加熱容器10の個所において、被加熱容器10の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう不具合があった。
By the way, if the separation distance B is less than 1 time of the separation distance A, the
ここで、上記離間距離Bが上記離間距離Aの1〜3倍であれば、被加熱容器10を略均一に加熱することができる理由について誘導加熱コイル21を線電流とした例で説明する。
Here, if the separation distance B is 1 to 3 times the separation distance A, the reason why the
互いに上下に隣接する誘導加熱コイル21のうち、下側の誘導加熱コイル21の電流中心と同一の高さレベルにおける被加熱容器10の個所において、その外壁に沿う磁界の成分(H1)は、線電流をIとして、下記式(1)で示される。
Among the
式(1)
H1=I/(2π)×A×(1/A2+1/(A2+B2))
Formula (1)
H 1 = I / (2π) × A × (1 / A 2 + 1 / (A 2 + B 2 ))
一方、下側の誘導加熱コイル21の電流中心よりB/2だけ上方の高さレベルにおける被加熱容器10の個所において、その外壁に沿う磁界の成分(H2)は、線電流をIとして、下記式(2)で示される。
On the other hand, the magnetic field component (H 2 ) along the outer wall of the heated
式(2)
H2=I/(2π)×A×(2/(A2+B2/4))
Formula (2)
H 2 = I / (2π) × A × (2 / (A 2 + B 2/4))
そして、各成分が等しいものとしてH1=H2とすると、上記式(1)及び(2)より、B=√2Aが導かれる。 Then, assuming that each component is equal and H 1 = H 2 , B = √2A is derived from the above equations (1) and (2).
以上説明したように、本実施の形態である誘導加熱装置1によれば、誘導加熱手段20が、被加熱容器10に対する巻回数が同一で該被加熱容器10からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイル21から構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル21同士の電流中心の離間距離Bが、該誘導加熱コイル21の電流中心と被加熱容器10との離間距離Aの√2倍であるので、被加熱容器10を局所的に加熱してしまうことがない。しかも、各誘導加熱コイル21の巻回数等は共通であるので、巻回数の調整が不要であり、各誘導加熱コイル21毎に所定の離間距離を保持して設置すればよいので支持も容易である。従って、簡単な構成で被加熱容器10を局所的に加熱してしまうことを防止することができる。
As described above, according to the induction heating apparatus 1 according to the present embodiment, the induction heating means 20 includes a plurality of windings with the same number of turns around the
誘導加熱コイル21を線電流とした例で説明したが、誘導加熱コイル21の幅、誘導加熱コイル21の厚さ、シールド部材30との距離を調整することにより被加熱容器10の外壁に沿うように磁束線が形成されればよいため、互いに隣接する誘導加熱コイル21同士の電流中心の離間距離Bが、該誘導加熱コイル21の電流中心と被加熱容器10との離間距離Aの1〜3倍の範囲で調整することにより、被加熱容器10を局所的に加熱してしまうことを防止することができる。
Although the
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made.
本実施の形態では、被加熱容器10が円筒状の形態を成していたが、本発明においては、被加熱容器が角筒状の形態を成していてもよい。具体的には、横断面が矩形状を成すような四角筒状であってもよい。
In the present embodiment, the
また本実施の形態では、シールド部材30で外に漏れる磁場を遮蔽したが、本発明においては、電気的に短絡とした金属リングのシールドコイルを用いてもよい。
In the present embodiment, the magnetic field leaking outside is shielded by the
本発明においては、図3に示すように、被加熱容器10′の内部に、導入口11aより導入された蒸気が該被加熱容器10′の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて突出する複数のリブ13が形成されていてもよい。
In the present invention, as shown in FIG. 3, the steam introduced from the
このような構成によれば、通過する蒸気を内壁面に近接させることができ、誘導加熱により加熱された被加熱容器10′の熱を蒸気に有効に与えることができ、加熱効率を向上させることができる。また、通過する蒸気の一部は、渦流となることで被加熱容器10′の内部での滞留時間が増加し、被加熱容器10′から蒸気に対する熱移動を増加させることができる。
According to such a configuration, the passing steam can be brought close to the inner wall surface, the heat of the
また本発明においては、図4に示すように、被加熱容器10”の内部に、導入口11aより導入された蒸気が該被加熱容器10”の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて漸次上方に傾斜する態様で突出する複数のリブ13′が形成されていてもよい。
In the present invention, as shown in FIG. 4, the steam introduced from the
このような構成によれば、傾斜するリブ13′により被加熱容器10”の内部を通過する蒸気が加熱による膨張により、上方への流れを促進させることができる。
According to such a configuration, it is possible to promote upward flow of steam passing through the inside of the
1 誘導加熱装置
10 被加熱容器
11 蓋体
11a 導入口
12 蓋体
12a 吐出口
13 リブ
20 誘導加熱手段
21 誘導加熱コイル
30 シールド部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記誘導加熱手段は、前記被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と前記被加熱容器との離間距離の1〜3倍であることを特徴とする誘導加熱装置。 Induction heating means for heating the heated container by induction heating when it is placed around the cylindrical heated container whose upper and lower surfaces are closed by a lid and is energized. In an induction heating apparatus for heating a fluid inside the heated container,
The induction heating means is composed of a plurality of induction heating coils having the same number of turns to the heated container and the same distance from the heated container, and the current center between the induction heating coils adjacent to each other. An induction heating apparatus characterized in that a separation distance is 1 to 3 times a separation distance between a current center of the induction heating coil and the container to be heated.
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---|---|---|---|
JP2017005014 | 2017-01-16 | ||
JP2017005014 | 2017-01-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018116933A true JP2018116933A (en) | 2018-07-26 |
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---|---|---|---|
JP2017251627A Pending JP2018116933A (en) | 2017-01-16 | 2017-12-27 | Induction heating apparatus |
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Country | Link |
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2017
- 2017-12-27 JP JP2017251627A patent/JP2018116933A/en active Pending
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