JP3174227U - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導磁性中空管への導線の挿通作業を簡略化することができるとともに、発熱量の制御を、電圧調整によらず、負荷側の交流抵抗成分を調整することにより行うことができ、構造を簡素化しうるようにした電磁誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】伝熱板１と、伝熱板１に熱伝達可能として固着した複数の導磁性中空管４と、それぞれに異なる線番号を付した複数の導電性の絶縁電線を束ねたものよりなる。さらに、複数の導磁性中空管４内に挿通させた束線５と、束線５の一端より引き出した各絶縁電線の端末と、束線５の他端より引き出した各絶縁電線の端末とを、線番号をずらして接続する端子台１３と、線番号の下位の絶縁電線と線番号の上位の絶縁電線とに接続され、その接続した絶縁電線間に交流電流を流す交流電源とを備えて上記の電磁誘導加熱装置とする。
【選択図】図１

Description

本考案は、電磁誘導加熱装置に関する。

寒冷地において、水道のバルブや水門の開閉弁等の凍結防止用として使用される大型の電磁誘導加熱装置、屋根や路面の凍結を防止する中型の平面型電磁誘導加熱装置、家屋の玄関や商店入口のフロアー等の凍結を防止する小型のマット型電磁誘導加熱装置等として、導磁性中空管に、交番電流が流れる電線を挿通して、導磁性中空管を電磁誘導加熱するようにした低周波の加熱誘導装置が知られている(例えば特許文献１または２参照)。

特開昭４８−７４６３８号公報 特開昭６１−２８５６９２号公報

上記特許文献１および２には、複数本の導磁性中空管内に、１本の絶縁電線が、各導磁性中空管を直列に複数回通過するようにして巻装され、その電線の両端に、交流電源を接続した電磁誘導発熱装置が記載されている。

また、上記特許文献１には、民生用のパネルヒータ、暖房マット等に使用される小型のものが、特許文献２には、家屋の屋根等に使用される中型のものが、それぞれ記載されている。

上記特許文献１および２に記載されているものにおいては、いずれも、複数の導磁性中空管内へ電線を何度も挿通させなければならず、その挿通作業が煩雑である。

民生用機器、または一般家屋で使用される交流電源は、１００ボルトまたは２００ボルトの商用交流電源として供給されている。
一般に商用交流電源の電圧の変更には、出力電圧を予め定めたトランスが使用され、出力電圧を自在に変化させる場合には、スライダック等が使用されているが、いずれも、出力電圧を変化させるには、電圧変換器を用いなければならない。

寒冷地で使用される凍結防止用の加熱装置においては、加熱される部分が、屋外の自然環境中にある場合が多く、加熱部位の面積や寸法の大きさ、周囲温度の変動範囲、１日の平均温度、加熱部位の熱容量等のパラメータが多いため、発熱量などの設定は、設置環境に応じて、現場合わせで行う必要がある。

しかし、電流の大きな電力の調整用に、トランスなどの電圧調整手段を設けると、費用が高くなるとともに、重量の大きなトランスを設置する設置場所や設置後の保守に課題が残る。

さらに、誘導加熱に使用される導磁性中空管は、電線配線用の鉄パイプやガス配管用の鉄製パイプを、本来の目的以外で使用するため、電磁特性を均一に保つことが困難であり、作成される個々の電磁誘導加熱装置の電磁特性が不揃いとなる。また、パイプの直径や肉厚等も、製作時の状況に応じて異なり、作成する加熱装置の形状寸法が同一であっても、電源側から見たリアクタンスやインピーダンスが、不均一となることが多い。
従来は、電源電圧を調節することによって、これらの不均一を調整し、一定の発熱量が得られるようにしているが、そのためには、上述したように、高価で大型、かつ大重量のトランスなどの電圧調整手段が必要となる。

本考案は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、導磁性中空管への導線の挿通作業を著しく簡略化することができるとともに、発熱量の制御を、電圧調整によらず、負荷側の交流抵抗成分を調整することにより行うことができ、もって、トランスや変圧器等を用いることなく、構造を簡素化することができ、さらに漏れ磁束を少なくしうるようにした電磁誘導加熱装置を提供することを目的としている。

本考案によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）伝熱板と、前記伝熱板に熱伝達可能として固着した複数の導磁性中空管と、
それぞれに異なる線番号を付した複数の絶縁電線を束ねたものよりなり、前記複数の導磁性中空管内に挿通させた束線と、前記束線の一端より引き出した各絶縁電線の端末と、前記束線の他端より引き出した各絶縁電線の端末とを、線番号をずらして接続する絶縁電線接続手段と、前記線番号の下位の絶縁電線と線番号の上位の絶縁電線とに、電源接続手段をもって選択的に接続され、かつ前記電源接続手段に接続された絶縁電線間に交流電流を送る交流電源とを備えるものとする。

このような構成とすると、束線を、複数の導磁性中空管内に１度通すだけで、後は、導磁性中空管外において、束線の複数の絶縁電線の端末同士を、線番号をずらして互いに接続するだけで、複数の導磁性中空管内を複数回循環するループ回線を簡単に形成することができ、従来のように、複数の導磁性中空管内へ電線を何度も挿通させる必要がなく、導磁性中空管への導線の挿通作業を著しく簡略化することができる。
また、電源接続手段をもって交流電源に接続する絶縁電線を選択することにより、導磁性中空管内を循環する、電流が流れる部分の絶縁電線のループ数を選択することができ、それによって、必要とする発熱量に応じて、インピーダンスを調整することができる。
さらに、導磁性中空管内に単線の導線を挿通させた場合は、導線が蛇行して、漏れ磁束が多くなり、効率が低下するが、複数の絶縁電線を束ねて、導磁性中空管内に挿通させると、磁界が平均化して、円に近づくので、漏れ磁束が少なくなり、効率がよくなる。

（２）上記(１)項において、導磁性中空管の径を、束線が挿通可能な範囲で、束線の外径に近づける。

このような構成とすると、導磁性中空管内において、束線が蛇行するのが防止され、磁界がより平均化して、円に近づくので、漏れ磁束がより少なくなり、効率がよくなる。

本考案によると、導磁性中空管への導線の挿通作業を、著しく簡略化することができるとともに、発熱量の制御を、電圧調整によらず、負荷側の交流抵抗成分を調整することにより行うことができ、もって、トランスや変圧器等を用いることなく、構造を簡素化しうるようにした電磁誘導加熱装置を提供することができる。

本考案の電磁誘導加熱装置の一実施形態の底面図である。 図１のII−II線における中間部を省略して示す拡大断面図である。 図１における端子台の平面図を拡大して示すとともに、複数の絶縁電線の束線の両端を接続する端子台の接続状態を示す電気接続図である。 図３のIV−IV線における縦断面図である。

以下、本考案の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本考案を、寒冷地において、冬季に、屋根や歩廊等の融雪や凍結防止に使用される平面型の電磁誘導加熱装置に適用した一実施形態の底面図で、図２は、図１のII−II線における中間部を省略して示す拡大断面図ある。

この電磁誘導加熱装置は、図１に示すように、平面視長方形をなす鋼板製の伝熱板１を備えている。
伝熱板１における前後および左右の縁部の下面には、平面視長方形をなす縁枠２が固着され、また、伝熱板１の下面における複数箇所には、縁枠２と同じ上下寸法とした複数の支持板３が固着され、伝熱板１は、縁枠２と支持板３とをもって、平滑面とした設置面(図示略)上に、設置面から適宜の間隔を保って、ほぼ平行に載置されるようになっている。

伝熱板１の下面には、鉄パイプ等からなる前後方向を向く複数の導磁性中空管４が、適宜の左右間隔をもって、また均一に熱伝達しうるように、電気溶接等により固着されている。

複数の導磁性中空管４には、被覆導線とした複数の絶縁電線１０の適所を、結束バンド１１をもって束ねたものよりなる１本の束線５が、１または複数の導磁性中空管４を跨いで、蛇行したり、逆戻りしたりするようにして順次挿通され、最初と最後の導磁性中空管４より出た束線５の両端部５ａ、５ｂは、端子函６内に、防水型のブッシング７を介して挿入されている。

端子函６は、伝熱板１の後部(図１における図面上の下部)下面に固着したブラケット８に、取付片６ａを固定ねじ９をもって固着することにより、伝熱板１の下面に着脱可能として取り付けられている。この端子函６は、密閉蓋６ｂ付きの水密型のものとしてある。

束線５における各絶縁電線１０には、それぞれに異なる線番号が付されている。
束線５における絶縁電線１０の数は、２０〜４０とするのが好ましく、図示の例では、３０としてある。
束線５は、複数の絶縁電線１０の適所を結束バンド１１をもって束ねる代わりに、被覆導線とした複数の絶縁電線１０を束ねたものの外周を外装チューブ(図示略)により覆った多芯ケーブルとしてもよい。

端子函６の中には、束線５の絶縁電線数より多めの数の接続端子１２を備える、絶縁電線接続手段をなす端子台１３が設けられている。

束線５は、絶縁電線１０の数が多くなるほど曲げ難くなるので、複数の導磁性中空管４内に挿通させる際に、互いに隣接する導磁性中空管４、４毎に連続して蛇行状に挿通させるのではなく、上述したように、１個または複数個の導磁性中空管４を跨いで、蛇行させたり、逆戻りさせたりして、順次挿通させることによって、前後のＵ字状の折り返し部の曲率半径を大とするのが好ましい。

また、複数の導磁性中空管４のすべてを挿通する束線５の最初の導磁性中空管４への入り口部分と、最後の導磁性中空管４の出口部分とは、端子函６がある後部を向くように、導磁性中空管４の数を偶数とするのが好ましい。

伝熱板１の下面における中央部には、伝熱板１の温度が、予め定めた設定温度に達することにより、温度制御回路１４(図３参照)を開成するようにしたサーモスタット１５が設けられている。
このサーモスタット１５に接続された被覆電線１６は、束線５の両端部５ａ、５ｂの引き込み部におけるのと同様の防水型のブッシング７を介して、端子函６内に引き込まれている。

商用交流電源とした交流電源１７に接続された電源線１８は、電線保護ブッシング１９を介して、外部から縁枠２内へ引き込まれ、さらに、束線５の両端部５ａ、５ｂの引き込み部におけるのと同様の防水型のブッシング７を介して、端子函６内に引き込まれている。

図３は、電磁誘導加熱装置の電気配線状態を示す、端子台１３の結線図である。
端子台１３は、束線５の絶縁電線１０の数３０本よりも多い接続端子１２を備える４０Ｐ型(端子数)のものを使用している。

各接続端子１２は、図４に示すように、両端部に接続部２０ａ、２０ａを設けた橋絡導体２０よりなり、各接続部２０ａに螺合した固定ねじ２１をもって、絶縁電線１０、被覆電線１６、電源線１８等の端末に止着した圧着端子２２を、接続部２０ａ、２０ａに止着しうるようになっている。

端子台１３の中央に付した番号は、橋絡導体２０がその直下を通る接続端子１２の端子番号(１)〜(40)を示している。

交流電源１７へ繋がる１対の電源線１８は、端子番号(１)と(２)の接続端子１２における図３上の下部(以下の説明において、接続端子１２についての上下は、図３におけるものとする)に接続されている。

全導磁性中空管４を挿通した束線５の一方の端部５ａより延出する線番号(１)〜(30)(その番号を、図３における端子台１３の上方に記載してある)の絶縁電線１０は、端子番号(６)〜(37)の接続端子１２の上部に接続され、束線５の他方の端部５ｂより延出する線番号(１)〜(30)(その番号を、図３における端子台１３の下方に記載してある)の絶縁電線１０は、上方のものよりそれぞれ１番ずつ左方にずらして、端子番号(５)〜(36)の接続端子１２の下部に接続されている。

温度制御回路１４を構成する被覆電線１６の一方の端末１６ａは、電源線１８の一方の端末に導通されている端子番号(１)の接続端子１２の上部に接続され、被覆電線１６の他方の端末１６ｂは、束線５の他方の端部５ｂより延出する線番号(１)の絶縁電線１０に導通している端子番号(５)の接続端子１２の上部に接続されている。

電源接続手段の一部であるタップ切換え導線２３の一方の端末２３ａは、電源線１８の他方の端末に導通している端子番号(２)の接続端子１２の上部に接続され、タップ切換え導線２３の他方の端末２３ｂは、束線５の一方の端部５ａより延出する線番号(28)の絶縁電線１０の端末とともに、共通の固定ねじ２１をもって、端子番号(35)の接続端子１２の上部に接続されている。

図３に示す結線状態では、交流電源１７−一方の電源線１８−端子番号(１)の接続端子１２−被覆電線１６−サーモスタット１５−被覆電線１６−端子番号(５)の接続端子１２−線番号(１)〜(28)の絶縁電線１０−タップ切換え導線２３−端子番号(２)の接続端子１２−他方の電源線１８−交流電源１７の閉ループ回路が形成され、全導磁性中空管４内を２８回周回する絶縁電線１０に交流電流が流され、そのときに各導磁性中空管４に発生する渦電流により、各導磁性中空管４が発熱し、その熱が伝熱板１に伝達されて、伝熱板１が加熱され、融雪や暖房等の所期の目的が達成できる。

タップ切換え導線２３は、その端末２３ａ、２３ｂを、束線５の両端部５ａ、５ｂの絶縁電線１０が接続されている端子台１３の端子番号(１)〜(40)のいずれの接続端子１２にも簡単に接続することができるので、電磁誘導加熱の発熱状態、または所要の実効負荷電力量等に応じて、端末２３ｂの接続先を、絶縁電線１０が接続されている端子台１３の端子番号(５)〜(37)の接続端子１２に選択的に接続し直すことにより、交流電流が流される絶縁電線１０の数を増減することができ、それによって、インピーダンスを変更させることができる。

例えば、交流電源１７の電源線１８に適宜設けたクリップタイプの電力計(図示略)や、サーモスタット１５のオンオフ切換えインターバルを見ながら、端末２３ｂの接続先を変更し、実効負荷電力を適切な値に設定することができる。また、それとともに、サーモスタット１５の作動温度の設定も調整するのがよい。

なお、タップ切換え導線２３の一端を、束線５の一端部５ａから延出する最後の線番号(30)が接続された端子番号(37)の接続端子１２の下部(上部でもよい)に接続しておき、温度制御回路１４の被覆電線１６の他方の端末１６ｂを、タップ切換え端子として、端子番号(５)〜(36)の接続端子１２の上部または下部に選択的に接続するようにしてもよい。

また、束線５の絶縁電線１０の数や長さ、端子台１３の接続端子１２の数等は、使用状況に応じて適宜変更することができる。

この電磁誘導加熱装置の電流値は、絶縁電線１０の太さ（直流抵抗値）と交流電源１７に対する導磁性中空管４の磁気特性による交流抵抗分で決まるもので、使用環境に応じて、所望の電磁誘導加熱の発熱量に応じた電流値を、大まかに絶縁電線１０の数の１０〜２０％減巻数で得られるように、予め実験的に求めておき、ここで求められた絶縁電線１０の数に応じて、束線５の絶縁電線数を設定するのがよい。

そして、電磁誘導加熱装置を実際の使用環境に設置して、予め予想した発熱量より過不足があれば、タップ切換え導線２３の接続位置を、導磁性中空管４を通る電流を増減するように切り替えて、発熱量の調整を行う。
なお、電流値は、導磁性中空管４を通る電流が流れている絶縁電線１０の数に依存するので、図３のタップ切換え導線２３においては、端子番号の上位に移動すれば、電流が流れている絶縁電線１０の数(巻数)が増し、電流が増して、発熱量は増大する。

このタップ切換え作業は、必ずしも現場において行う必要はなく、使用環境が類似するもの同士が、予め定まる巻数となるように、束線５の絶縁電線の両端５ａ、５ｂ同士を接続しておくことができる。

この場合に、必ずしも端子台１３を介在させることなく、突き合わせ接続用の圧着端子で接続しておき、その接続部周囲を適宜絶縁処理を施すこともできる。

端子台１３、および上述の突き合わせ接続部は，水密に密閉された端子函６に収納して、完全防水すると安全である。

また、突き合わせ接続端部は、絶縁性発泡樹脂剤で周囲を包囲して、水密に密閉することもできる。

本考案は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲を逸脱することなく、幾多の変形した態様での実施が可能である。
例えば、束線５を、互いに平行に並べた複数の導磁性中空管４を、一側端のものから近い順に、蛇行するようにして挿通させてもよい。
また、温度制御手段として、サーモスタット１５に代えて、伝熱板１の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出値が予め設定しておいた設定値を超えたとき、交流電源１７から絶縁電線１０への給電を停止させるコントローラとを備えるものとしてもよい。

１ 伝熱板
２ 縁枠
３ 支持板
４ 導磁性中空管
５ 束線
５ａ、５ｂ 端部
６ 端子函
６ａ取付片
６ｂ密閉蓋
７ ブッシング
８ ブラケット
９ 固定ねじ
１０ 絶縁電線
１１ 結束バンド
１２ 接続端子
１３ 端子台(絶縁電線接続手段)
１４ 温度制御回路(温度制御手段)
１５ サーモスタット
１６ 被覆電線
１６ａ、１６ｂ 端末
１７ 交流電源
１８ 電源線
１９ 電線保護ブッシング
２０ 橋絡導体
２０ａ接続部
２１ 固定ねじ
２２ 圧着端子
２３ タップ切換え導線(電源接続手段)
２３ａ、２３ｂ 端末

Claims (2)

1. 伝熱板と、
   前記伝熱板に熱伝達可能として固着した複数の導磁性中空管と、
   それぞれに異なる線番号を付した複数の絶縁電線を束ねたものよりなり、前記複数の導磁性中空管内に挿通させた束線と、
   前記束線の一端より引き出した各絶縁電線の端末と、前記束線の他端より引き出した各絶縁電線の端末とを、線番号をずらして接続する絶縁電線接続手段と、
   前記線番号の下位の絶縁電線と線番号の上位の絶縁電線とに、電源接続手段をもって選択的に接続され、かつ前記電源接続手段に接続された絶縁電線間に交流電流を送る交流電源とを備えることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
2. 導磁性中空管の径を、束線が挿通可能な範囲で、束線の外径に近づけたことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。

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