JP2889607B2 - 電磁誘導加熱装置および電磁誘導加熱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、電磁誘導により基材に渦電流を発生させ
て発熱させ、気体または液体をこの基材に接触させて加
熱する電磁誘導加熱装置および電磁誘導加熱方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来の加熱装置としては、工業用にはボイラー、各種
熱交換器、各種乾燥機などがあり、家庭用には石油ファ
ンヒーター、石油ストーブ、ガスストーブ、瞬間湯沸
器、風呂湯沸器、セントラルヒーティング用ボイラーな
どがあるが、これらの熱源は石油又はガスを使用してい
た。

（発明が解決しようとする問題点） これら従来の加熱装置は、石油またはガスを熱源とし
ているため、石油またはガスを供給および貯蔵するため
の配管、貯槽などの付帯機器が必要となる。また燃焼さ
せる際に生じる酸素欠乏、漏洩による引火などを防止す
るための設備を必要とし、経済性および安全性において
諸問題をかかえているものである。

そこで、熱源としての石油またはガスに代わり、電気
を熱源とする電磁誘導加熱で気体または液体の如き流体
を加熱するものが提案されている。

例えば、筒状の加熱コイル内に配設した金属製丸棒の
外周肉厚部に軸方向多数の流体通路を設け、前記コイル
の電磁誘導作用で丸棒を誘導加熱して前記流体通路内の
液体を加熱するようにしたものがある。（特開昭62−58
590号公報参照） また、絶縁性パイプ内に誘導体を組み込んだ熱交換器
を設け、パイプの周囲に高周波誘導加熱装置の加熱コイ
ルを配置して誘導体を加熱するものであり、この誘導体
として断面が星形となったものを用いるものもある。
（特開昭59−170641号公報参照） 特開昭62−58590号公報記載のように、金属製丸棒の
外周肉厚部に軸方向の流体通路を設けたものは、電磁誘
導の表皮効果で集中的に加熱される丸棒外周肉厚部で流
体と熱交換を行わせるものであるが、軸方向の流体通路
以外の部分も電磁誘導で加熱されているため、丸棒から
の熱放散による熱ロスが大きい。また、外周肉厚部に配
設される軸方向流体の通路による伝熱面積は小さく、流
体の温度制御が難しい。

特開昭59−170641号公報記載のように、断面星形の誘
導体を配設すると、電磁誘導の表皮効果で集中的に加熱
される表面部分が増えるものの、流体通路の表面積に対
して数倍程度の増加が限度である。すなわち、電磁誘導
加熱で流体を加熱する場合、流体に接しつつ誘導加熱さ
れるものの形状が金属ブロックであるため、伝熱面積が
大きくとれず熱効率が悪くなる。

そこで、電磁誘導加熱されるものを鉄くずなどのよう
にランダム形状にして伝熱面積を大きくすることも考え
られなくもないが、電磁誘導加熱されやすい部分とされ
にくい部分が生じ、加えて流体通路に流れの偏在が生じ
るため、均一加熱が難しくなる。

本発明は、電磁誘導加熱で流体を加熱する場合の上述
した問題点を解決するためになされたものである。

（問題点を解決するための手段） 上述した問題点を解決する請求項１の発明は、絶縁体
カラム（１）と、この絶縁体カラム（１）に巻線された
通電可能なコイル（２）と、前記絶縁体カラム（１）内
に組み込まれ、前記コイル（２）による電磁誘導で渦電
流を生じて発熱する発熱体とを備えてなり、前記発熱体
を、多層構造を形成する基材（４）と、前記多層構造に
よって形成された規則的な多数の流体通路（15）とを有
する多層構造体（３）としたものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記多層構造
体（３）を互いに溶着された多数の基材（４）で形成し
たものである。

請求項３の発明は、請求項１において、前記多層構造
体を多数の前記基材（４）の積層体（３）に形成し、前
記流体通路（15）を前記基材（４）間の多数の区切りに
よって形成したものである。

請求項４の発明は、請求項３において、前記流体通路
を前記絶縁体カラム（１）の縦軸（６）に平行に形成し
たものである。

請求項５の発明は、請求項３において、前記基材
（４）をその断面形状が三角形、四角形または丸形など
の波形となった板材とし、前記流体通路を前記波形で区
切ったものである。

請求項６の発明は、請求項５において、隣接する前記
基材（４）の波形（４−４）が交点を有するように交叉
し、この交点で前記基材（４）同志を溶着したものであ
る。

請求項７の発明は、請求項５において、前記基材
（３）の波形（４−４）を前記絶縁体カラム（１）の縦
軸（６）に対して傾斜角度（７）を有するように配設し
たものである。

請求項８の発明は、請求項３において、前記基材
（４）に多数の孔を開けたものである。

請求項９の発明は、請求項３において、前記基材
（４）の表裏面に、エンボス加工、梨地加工、凹凸加工
の少なくとも一つを施したものである。

請求項10の発明は、請求項３において、前記絶縁体カ
ラム（１）の縦軸（６）の方向に、各々の積層方向が異
なるように前記積層体（３）を複数段積み重ねたもので
ある。

請求項11の発明は、絶縁体カラム（１）内に、導電性
材料の基材（４）により形成された多層構造体（３）を
配設し、前記多層構造体（３）によって形成された多数
の規則的な流体通路（15）を通過させることによって流
体に拡散を生じさせる段階と、 前記絶縁体カラム（１）に設けられたコイル（２）に
通電することによって、前記多層構造体（３）を形成す
る基材（４）を発熱させ、多層構造体（３）内を拡散し
ながら通過する流体を加熱する段階とを備えてなる電磁
誘導加熱方法である。

（実施例） この発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の第１実施例にかかる電磁誘導加
熱装置の部分断面図であり、第２図は、第１図の積層充
填体（発熱体又は多層構造体）を示す斜視図である。

第１図において、円筒状の絶縁体カラム（１）の外壁
部に、コイル（２）を巻線し、内部には積層充填体
（３）を組み込み、コイル（２）に電流を流し、積層充
填体（３）を発熱させ、液体を矢印の方向に通過させて
加熱する構成になっている。

第２図により、発熱体であり且つ多層構造体でもある
積層充填体（３）を詳細に説明する。

積層充填体（３）は、縦軸（６）に対して傾斜角度
（７）を有する波形（４−４）に成形された基材（４）
を、隣接する基材（４）の波形（４−４）が互いに交叉
するように複数に重ね合わせて、多数の交点（８）で溶
着して形成されてあり、電磁誘導による発熱、および気
体または液体の加熱において優れた機能を有している。

基材（４）は、一枚の板から加工されている。すなわ
ち、一枚の板を波形に成形し、適宜大きさの矩形に切断
し、積み重ねて全体として筒状に形成する。この基材
（４）の材質は、金属板、金網、セラミックなどであ
る。基材（４）の波形は、その断面形状が三角形、四角
形、丸形などである。基材（４）の波形（４−４）は、
縦軸（６）に対して傾斜角度（７）を有するように配設
することのみならず、基材（４）の波形（４−４）を傾
斜角度（７）に対して平行に配設することもできる。

第３図は絶縁体カラム（１）の形状を示す横断面図で
あ。同図（ａ）では、絶縁体カラム（１）の断面形状が
円形（１−１）であり、同図（ｂ）では、絶縁体カラム
（１）の断面形状が楕円形（１−２）であり、同図
（ｃ）では、絶縁体カラム（１）の断面形状が四角形
（１−３）となっている。

第４図は絶縁体カラム（１）の全体の形状を示す部分
縦断面図である。絶縁体カラム（１）が、天板（１−
４）、底板（１−５）を有する容器に形成されている。

第５図は絶縁体カラム（１）へのコイル（２）の巻線
状態を示す部分縦断面図である。コイル（２）が、巻線
された状態で絶縁体カラム（１）に埋設されている。

第６図は絶縁体カラム（１）への電磁波漏洩防止板を
示す部分縦断面図である。同図（ａ）では、コイル
（２）は絶縁体カラム（１）の外周部に巻線されてお
り、外周部から飛び出たコイル（２）を覆うような電磁
波漏洩防止板（５）が取り付けられている。同図（ｂ）
では、コイル（２）は絶縁体カラム（１）の外壁部に埋
設されて巻線されており、コイル（２）がある外周部に
沿って電磁波漏洩防止板（５）が取り付けられている。

第７図は積層充填体の隣接する基材に孔が加工された
状態を示す斜視図である。基材（４）の裏表面に梨地加
工およびエンボス加工が施され、又は基材（４）に複数
に孔（４−１）が開けられている。

第８図は積層充填体（３）の基材（４）の平面図であ
る。基材（４）に対して、複数の凹部（４−２）及び凸
部（４−３）を格子状に且つ交互に配設している。

第９図は積層充填体（３）が積み重ねられた状態を示
す断面図である。積層充填体（３）が、その積層方向を
異ならせて、縦軸（６）の方向に複数に積み重ねられて
いる。

つぎに、上述した電磁誘導加熱装置による電磁誘導加
熱方法を説明する。第１図において、矢印のように絶縁
体カラム（１）の中に流体を流す。すると、積層充填材
（３）の基材（４）の波形（４−４）で区切られた流体
通路（15）の各々に流体が流れ込む。積層充填材（３）
内を通過する流体は、流体通路（15）によって縦軸
（６）と斜めの方向にジグザグに進行する。更に基材
（４）に孔がある場合には、流体通路（15）間でも流体
が流れる。これにより、絶縁体カラム（１）の中を通過
する流体に分散、拡散、乱流が均一に生じる。この段階
を流体の分散、拡散、乱流段階という。

この流体の分散、拡散、乱流段階と同時に、コイル
（２）に電流を流して交番磁界を発生させる。交番磁界
は絶縁体カラム（１）を通過して積層充填材（３）に作
用する。第２図の如く、積層充填材（３）は基材（４）
の多数を積層しており、しかも基材（４）の波形（４−
４）の交点（８）で溶着されているため、多数の基材
（４）は互いに電気的に導通している。そのため、積層
充填材（３）の全体にわたって渦電流が発生し、積層充
填材（３）の全体が均一に加熱される。通常、表皮効果
と言われるように外周部分に多くの渦電流が発生するも
のと対照的である。この段階を流体の均一加熱段階とい
う。

このように、第１図の積層充填材（３）の基材（４）
に沿ってを流体が通過する間に、流体の分散、拡散、乱
流が生じる。加えて、積層充填材（３）の基材（４）が
均一に加熱される。すると、流体の分散、拡散、乱流と
基板（４）の均一加熱の相乗効果によって、流体を効果
的に加熱することができる。また、多層構造体でもある
積層充填材（３）の特性として、多層又は積層を緻密に
することで、流体の単位体積当たりの伝熱面積の比表面
積を極めて大きくすることができ、応答性に優れ、流体
の変質も少なくした加熱が可能になる。多層構造体でも
ある積層充填材（３）の他の特性として、空間率を極め
て高くすることができ、通過する流体の圧力差を極めて
小さくすることができる。このように、従来の加熱装置
又は加熱方法では達成することができなかった効率的な
加熱が可能になる。

つぎに、第10図は、この発明の第２実施例にかかる電
磁誘導加熱装置を示す部分断面正面図である。第１実施
例と異なる点は、円筒状の絶縁体カラム（１）の上部
に、送風機（９）を設置し、気体を矢印の方向に強制的
に通過させて加熱するようにした点である。その他の構
成は第１実施例で説明したものと同じである。

第11図は、この発明の第３実施例にかかる電磁誘導加
熱装置を示す部分断面正面図である。第１実施例と異な
る点は、円筒状の絶縁体カラム（１）の上部に天板（１
−４）、下部に底板（１−５）が取り付けられて容器に
なっており、また液体を予め均一に分配するための分配
器（10）が円筒状の絶縁体カラム（１）内の上部に取り
付けられており、また壁流防止板（11）が絶縁体カラム
（１）と積層充填材（３）との間に設けられている点で
ある。液体を矢印のように分配器（10）から分散させて
上から下へと積層充填材（３）に流体を流している。こ
のとき、壁流防止板（11）が絶縁体カラム（１）と積層
充填材（３）との間のショートパスを防止する。なお、
その他の構成は第１実施例と同じである。

第12図は、この発明の第４実施例にかかる電磁誘導加
熱装置を示す部分断面正面図である。この第４実施例で
は、気体を予め均一に分配するための分配器（10）が円
筒状の絶縁体カラム（１）内の下部に取り付けられてあ
り、気体を矢印の方向に通過させて加熱する。その他の
構成は第３実施例と同じである。

第13図は、この発明の第５実施例にかかる電磁誘導加
熱装置を示す部分断面正面図である。この第５実施例で
は、気体又は液体の移送用配管の途中に接続されたもの
であり、円筒状の絶縁体カラム（１）の両端に継手（1
2）が取り付けられてあり、両端の継手（12）を管（1
3）と接続し、気体または液体を矢印の方向に通過させ
て加熱する。その他の構成は第１実施例と同じである。

（作用および発明の効果） 請求項１の発明によると、基材（４）による多層構造
体（３）であるため、伝熱面積を増やして電磁誘導で全
体的に加熱でき、熱効率が飛躍的に向上するとともに、
多数の規則的な流体通路（15）を形成することで、流体
の加熱も均一にすることができる。さらに、流体通路
（15）を流体の混合、拡散が生じるように形成すると、
一層の均一加熱が可能になる。したがって本発明の電磁
誘導加熱装置によると、効率的な加熱が可能になり多層
構造体（３）の部分では100％に近い熱効率が得られ
る。更に多層構造体（３）内の規則的な流体通路（15）
を複雑に交差させることなどによって、加熱ムラが少な
く、低温加熱から高温加熱までの広範囲の流体加熱が可
能になる。さらに、多層構造体（３）の伝熱面積が大き
いことから、加熱の立ち上がり、停止、応答が早くなる
と共に、流体の焦げつきや変質による品質劣化の恐れも
少なくなる。

請求項２の発明によると、請求項１の基材（４）を互
いに溶着して多層構造体（３）を形成するので、多層構
造体（３）を構成する基材（４）の全体が電気的に接続
され、電磁誘導で多層構造体（３）の全体を均一に加熱
することができる。

請求項３の発明によると、請求項１において、多数の
基材（４）で積層体として同時に基材（４）間の多数の
区切りで流体通路（15）を形成するため、積層体の間隔
を狭めて、伝熱面積を増大させることができるととも
に、規則的な流体通路（15）による均一流を形成するこ
とができる。

請求項４の発明によると、請求項３の流体通路が絶縁
体カラム（１）の縦軸（６）に平行であるため、縦軸
（６）に平行な規則正しい流体通路になって、通過抵抗
が少ない状態で流体を流すことができる。

請求項５の発明によると、請求項３の基材（４）を波
形としているため、波形（４−４）で区切った規則的な
流体通路を簡単に形成できる。

請求項６の発明によると、請求項５における隣接する
基材の波形（４−４）が交叉しているため、流体通路も
交叉して流体の混合、拡散が生じる。さらに、交点で溶
着しているため、基材（４）の全体の電気的導通も要所
要所で確保される。

請求項７の発明によると、縦軸（６）に対して傾斜す
る請求項５の波形（４−４）によって、流体の縦軸
（６）に対して傾斜する方向への流体の混合、拡散を生
じさせることができる。

請求項８の発明によると、請求項３の波形の基材に多
数の孔が開いているため、波形に沿った流体通路（15）
同士を連絡する流体通路が形成され、一層の流体の混
合、拡散が生じる。

請求項９の発明によると、請求項３の波形の基材の表
裏面に対する種々の加工によって、伝熱面積の増大と、
ミクロ的な流体の混合、拡散を生じさせることができ
る。

請求項10の発明によると、請求項３の積層体の複数を
積層方向を変えて軸方向に積み重ねるので、積層体から
積層体への流入時に流体の混合が生じる。

請求項11の発明によると、多層構造における流体の拡
散と同時に加熱によって、伝熱面積の増大による熱効率
の向上と均一加熱を同時に達成できる。したがって本発
明の電磁誘導加熱方法によると、効率的な加熱が可能に
なり多層構造体の部分では100％に近い熱効率が得られ
る。更に多層構造体内の規則的な流体通路を複雑にする
ことなどによって、加熱ムラが少なく、低温加熱から高
温加熱までの広範囲の流体加熱が可能になる。さらに、
伝熱面積が大きいことから、加熱の立ち上がり、停止、
応答が早くなると共に、流体の焦げつきや変質による品
質劣化の恐れも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例にかかる電磁誘導加熱
装置の部分断面図である。 第２図は、第１図の積層充填体（発熱体又は多層構造
体）を示す斜視図である。 第３図は、絶縁体カラムの形状を示す横断面図である。 第４図は、絶縁体カラムの全体の形状を示す部分縦断面
図である。 第５図は、絶縁体カラムへのコイルの巻線状態を示す部
分縦断面図である。 第６図は、絶縁体カラムの電磁波漏洩防止板を示す部分
縦断面図である。 第７図は、積層充填体の隣接する基材に孔が加工された
状態を示す斜視図である。 第８図は、積層充填体の基材の平面図である。 第９図は、積層充填体が積み重ねられた状態を示す断面
図である。 第10図は、この発明の第２実施例にかかる電磁誘導加熱
装置を示す部分縦断面図である。 第11図は、この発明の第３実施例にかかる電磁誘導加熱
装置を示す部分縦断面図である。 第12図は、この発明の第４実施例にかかる電磁誘導加熱
装置を示す部分縦断面図である。 第13図は、この発明の第５実施例にかかる電磁誘導加熱
装置を示す部分縦断面図である。 （１）…絶縁体カラム （１−１）…絶縁体カラム（断面形状が円形） （１−２）…絶縁体カラム（断面形状が楕円形） （１−３）…絶縁体カラム（断面形状が四角形） （１−４）…絶縁体カラムの天板 （１−５）…絶縁体カラムの底板 （２）…コイル （３）…積層充填体（発熱体、多層構造体） （４）…基材 （４−１）…基材の孔 （４−２）…基材の凹部 （４−３）…基材の凸部 （４−４）…基材の波形 （５）…電磁波漏洩防止板 （６）…基材の縦軸 （７）…波形の傾斜角度 （８）…交点 （９）…送風機 （10）…分配器 （11）…壁流防止板 （12）…継手 （13）…管 （15）…流体通路

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁体カラム（１）と、この絶縁体カラム
   （１）に巻線された通電可能なコイル（２）と、前記絶
   縁体カラム（１）内に組み込まれ、前記コイル（２）に
   よる電磁誘導で渦電流を生じて発熱する発熱体とを備え
   てなり、前記発熱体を、多層構造を形成する基材（４）
   と、前記多層構造によって形成された規則的な多数の流
   体通路（15）とを有する多層構造体（３）とした電磁誘
   導加熱装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記多層構造体（３）
   を互いに溶着された多数の基材（４）で形成した電磁誘
   導加熱装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記多層構造体を多数
   の前記基材（４）の積層体（３）に形成し、前記流体通
   路（15）を前記基材（４）間の多数の区切りによって形
   成した電磁誘導加熱装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記流体通路を前記絶
   縁体カラム（１）の縦軸（６）に平行に形成した電磁誘
   導加熱装置。
5. 【請求項５】請求項３において、前記基材（４）をその
   断面形状が三角形、四角形または丸形などの波形となっ
   た板材とし、前記流体通路を前記波形で区切った電磁誘
   導加熱装置。
6. 【請求項６】請求項５において、隣接する前記基材
   （４）の波形（４−４）が交点を有するように交叉し、
   この交点で前記基材（４）同志を溶着した電磁誘導加熱
   装置。
7. 【請求項７】請求項５において、前記基材（３）の波形
   （４−４）を前記絶縁体カラム（１）の縦軸（６）に対
   して傾斜角度（７）を有するように配設した電磁誘導加
   熱装置。
8. 【請求項８】請求項３において、前記基材（４）に多数
   の孔を開けた電磁誘導加熱装置。
9. 【請求項９】請求項３において、前記基材（４）の表裏
   面に、エンボス加工、梨地加工、凹凸加工の少なくとも
   一つを施した電磁誘導加熱装置。
10. 【請求項１０】請求項３において、前記絶縁体カラム
    （１）の縦軸（６）の方向に、各々の積層方向が異なる
    ように前記積層体（３）を複数段積み重ねた電磁誘導加
    熱装置。
11. 【請求項１１】絶縁体カラム（１）内に、導電性材料の
    基材（４）により形成された多層構造体（３）を配設
    し、前記多層構造体（３）によって形成された多数の規
    則的な流体通路（15）を通過させることによって流体に
    拡散を生じさせる段階と、 前記絶縁体カラム（１）に設けられたコイル（２）に通
    電することによって、前記多層構造体（３）を形成する
    基材（４）を発熱させ、多層構造体（３）内を拡散しな
    がら通過する流体を加熱する段階とを備えてなる電磁誘
    導加熱方法。