JP3756260B2

JP3756260B2 - 低周波電磁誘導加熱器

Info

Publication number: JP3756260B2
Application number: JP23966996A
Authority: JP
Inventors: 幸三岡本
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JPH1055878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低周波電磁誘導加熱器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低周波電磁誘導加熱器、例えば図７に示すように油等を充填して加熱する調理容器３１に導電性筒体３２を取付け、この導電性筒体３２の内部に円柱状の鉄心３３に巻回した誘導コイル３４を挿入し、この誘導コイル３４に低周波交流（商用周波数）電圧を印加して導電性筒体３２に誘導電流を発生させて加熱し、この加熱を調理容器３１内の油等の被加熱物に伝達して加熱して調理物を加熱調理する調理器具が知られている。
【０００３】
このような低周波電磁誘導加熱器では、誘導コイル３４や鉄心等で発生した熱が導電性筒体３２内に篭もり、導電性筒体３２内の誘導コイル３４の寿命を縮めるという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば、鉄心に誘導コイルを巻き付け、その周囲に金属性のパイプを配置し、その隙間に空気よりも熱伝導性の良い樹脂を充填して誘導コイルに発生した熱を導電性筒体に伝導し、鉄心や誘導コイルの加熱を抑制することを試みるもの（詳しくは、例えば特公平６−６８９９３号公報参照）、あるいは、導電性筒体をステンレス鋼の単一材料で形成してインピーダンス（２次側インピーダンスとなる。）を高くし、鉄心として透磁率の高い板材をコイル状に積層された巻鉄心にして、誘導コイルの巻層の数を１又は２層に減らして熱抵抗を減じて、誘導コイルの蓄熱を減らすことを試みるもの（詳しくは、例えば特公平６−６８９９３号公報参照）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の樹脂を充填するものにあっは、通常、導電性筒体は引き抜き法、押し出し法等の手段で製造された無継目管か、板材をロール状に巻き込みシーム（継目）を溶接、ロー付け等の手段で接続された有継目管のいずれかで製作されるため導電性筒体の内径には正負０．２〜０．３ｍｍの公差が生じ、また、導電性筒体内部に挿入される誘導コイルは交換が容易で互換性を与える必要性から、誘導コイルの外径は導電性筒体の内径よりも僅かに小さく設定しなければならず、誘導コイルの表面と導電性筒体の内周表面に空隙を生じ、効率的に誘導コイルの温度を下げることはできない。
【０００６】
また、後者の誘導コイルの巻層の数を減らすものにあっては、導電性筒体のインピーダンスを高くすると、力率が低下して無効電流が増し、より大きな電源設備を必要とするだけでなく、誘導コイル自体の発熱量も増加する。実験によれば力率は５０〜７０パーセントしか得られず、１００Ｖ、１ＫＷの発熱量を得るために１５〜２０Ａの電流が必要となり、導電性筒体を摂氏２００度に維持するときの誘導コイルの最高温度摂氏２９０度となり、この場合においても効率的に誘導コイルの温度を下げることはできない、という問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、誘導コイルの高温化を抑制して誘導コイルの寿命の長い低周波電磁誘導加熱器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、導電性筒体と、誘導コイルと、湾曲部を有する磁性鋼板を周方向に積層した円筒状鉄心と、内部に気液２相の熱媒体を減圧封入し、少なくとも一端に熱交換部を設けた金属性パイプとを有し、前記円筒状鉄心に前記誘導コイルが巻回されて前記導電性筒体内に挿入されるとともに、前記金属性パイプを前記円筒状鉄心の中空内に前記熱交換部を導出して装着してなることを特徴とする低周波電磁誘導加熱器とすることによって達成される。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、本発明に係る上記の低周波電磁誘導加熱器において、円筒状鉄心と金属性パイプとをモールド樹脂により一体化してなる低周波電磁誘導加熱器とすることによって達成される。
【００１０】
さらに、本発明の上記目的は、本発明に係る前記の低周波電磁誘導加熱器において、円筒状鉄心と金属性パイプと誘導コイルとをモールド樹脂により一体化してなる低周波電磁誘導加熱器とすることによって達成される。
【００１１】
本発明の特徴によれば、円筒状鉄心の内周面に気液２相の熱媒体を減圧封入した金属性パイプを装着し、かつ金属性パイプの少なくとも一端に熱交換部を設けているので、熱交換部に水や空気を対流させて気液２層の熱媒体の蒸発と凝縮のサイクルによる潜熱移動が効果的に行われ、これによって円筒状鉄心が効果的に冷却される。また、円筒状鉄心は湾曲部を有する磁性鋼板を周方向に積層して形成されているので、鉄損熱が少なく、また、半径方向に積層面がなく鉄心の外周面から内周面への熱抵抗が低く金属性パイプによる冷却効果を鉄心の外周面にまで及ぼすことができ、誘導コイルの冷却を効果的に行なうことができ、誘導コイルの寿命を長くすることができる。
【００１２】
この場合、円筒状鉄心と金属性パイプとをモールド樹脂により一体化すると、両者間に存在する空隙をモールド樹脂によって無くなり、鉄心外周に対する金属性パイプによる冷却効果をさらに高めることができる。
【００１３】
さらに、円筒状鉄心と金属性パイプと誘導コイルとをモールド樹脂により一体化すると、これらの間に存在する空隙をモールド樹脂によって無くなり、誘導コイルに対する金属性パイプによる冷却効果をさらに高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る低周波電磁誘導加熱器の形態について、図１ないし図６を参照して説明する。図１は、本発明に係る一例の低周波電磁誘導加熱器の縦断面図、図２は横断面図、図３は図１の一部を拡大した断面図、図４は鉄心構成部材の拡大断面図、図５は本発明に係る他の例の鉄心部分の横断面図、図６は本発明に係る更に他の例の誘導コイル部分の一部の縦断面図である。
【００１５】
図１ないし図３において、１は円筒状鉄心、２は誘導コイル、３は導電性筒体、６は金属性パイプで、円筒状鉄心１に、円筒状の内部を貫通する金属性パイプ６を装着し、外周に誘導コイル２を巻回して導電性筒体３の内部に挿入配置されている。
【００１６】
鉄心１は、透磁率の高い磁性鋼板を、図４に示すように、半径方向にインボリュート曲線状に湾曲された湾曲部１２と、この湾曲部１２に連続して屈曲角度θ、例えば３０度で形成された屈曲部１３とによって形成し、屈曲部１３の端縁を円筒状内周に、また、湾曲部１２の端縁を円筒状外周に沿うように放射状に並べ、すなわち周方向に順次積層して円筒状にされている。
【００１７】
導電性筒体３は、この例では、導電性筒体３のインピーダンスを低くして力率を高め、小さい電源設備で運転することができるように、外側をステンレス鋼４とし内側を銅又は真鍮などの低電気抵抗値の良導体５の２層構造とされている。
【００１８】
金属性パイプ６は、両端部が閉塞され内部にアンモニヤや水等の気液２相の熱媒体７を減圧封入していわゆるヒートパイプに構成され、一方の端部にフィン等の熱交換部９が設けられている。そして、誘導コイル２は４層にして円筒状鉄心１に巻回されている。
【００１９】
このように構成された低周波電磁誘導加熱器は、誘導コイル２に電源リード線１０を介して、図示しない商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の電源から電力が供給されると、誘導コイル２の軸方向に交番磁界が発生し、円筒状鉄心１によって磁気回路が形成され、誘導コイル２の周囲に配置された２層構造の導電性筒体３の円周方向に交番誘導電流が流れ、導電性筒体３がジュール発熱する。
【００２０】
誘導コイル２に電力が供給されると、その電力の大部分は導電性筒体３のジュール発熱に変換されるが、一部の僅かな電力は円筒状鉄心１のヒステリシス損、渦電流損や誘導コイル２の電気抵抗値による銅損等の発熱に消費されるため、円筒状鉄心１や誘導コイル２の温度が上昇する。
【００２１】
しかし、円筒状鉄心１の熱は、金属性パイプ６に伝達され、金属性パイプ６に減圧封入されてある気液２相の熱媒体７を加熱し、この加熱によって気液２相の熱媒体７は気化、蒸発し、これによって発生した蒸気は、金属性パイプ６内を適宜に移動し低温状態にある端部の内壁に触れ、潜熱を放出して凝縮し、凝縮した熱媒体７は再び液相に戻り、以下これを繰り返し、これにより円筒状鉄心１は冷却される。このとき金属性パイプ６の一端に設けた熱交換部９を図示しない空気や水によって冷却すると、潜熱の放出が速やかに行われ円筒状鉄心１の冷却効果が増す。なお、金属性パイプ６の両端に熱交換部９を設けるとより冷却効果が増す。
【００２２】
ところで、円筒状鉄心１は磁性鋼板が周方向に積層されていて半径方向に積層面を有しないため、円筒状鉄心１の内周面から外周面への熱抵抗が低く、金属性パイプ６の冷却効果を円筒状鉄心１の外周面に及ぼすことができ、円筒状鉄心１の外周面に巻回されている誘導コイル２の冷却も効果的に行なわれる。
【００２３】
このように構成された低周波電磁誘導加熱器の試験によれば、力率９４パーセントが得られ、１００Ｖ、１ＫＷの発熱量を得るために１１Ａの電流ですみ、さらに金属性パイプ６の両端を水で冷却した場合、導電性筒体を摂氏２００度に維持するときの誘導コイルの最高温度は摂氏１８８度までしか上昇しない効果が得られた。
【００２４】
以上のように構成された低周波電磁誘導加熱器で、図５に示すように、円筒状鉄心１と金属性パイプ６の構造体にモールド樹脂１１を充填して、円筒状鉄心１と金属性パイプ６とを一体化すると、その構造体の実質的な空隙が無くなり、円筒状鉄心１と金属性パイプ６との間の熱抵抗が減り、金属性パイプ６による冷却効果がより高められる。この場合の前記と同様の条件での試験によれば、誘導コイルの最高温度は摂氏１８０度とすることができた。
【００２５】
また、図６に示すように、円筒状鉄心１と金属性パイプ６と誘導コイル２の構造体にモールド樹脂１１を充填して、円筒状鉄心１と金属性パイプ６と誘導コイル２とを一体化すると、その構造体の実質的な空隙が無くなり、金属性パイプ６と円筒状鉄心１と金属性パイプ６と誘導コイル２との間の熱抵抗が減り、金属性パイプ６による冷却効果が更に高められる。この場合の前記と同様の条件での試験によれば、誘導コイルの最高温度は摂氏１６７度とすることができた。
【００２６】
なお、上記の例では、導電性筒体は、ステンレス鋼と銅又は真鍮などの低電気抵抗値の良導体の２層構造とされているが、ステンレス鋼の単一材料で形成されても良い。また、誘導コイルは４層にしているが、４層に限らず任意の層数であって良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、導電性筒体の材料を限定する必要もなく、高力率が得られるように低インピーダンス化し、誘導コイルの巻き層数が３層以上になっても、誘導コイルの高温化が抑制され、したがって、絶縁物の耐熱階級を下げて製造コストの低減が図れ、同時に誘導コイルの寿命も長く信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一例の低周波電磁誘導加熱器の縦断面図である。
【図２】図１における低周波電磁誘導加熱器の横断面図である。
【図３】図１の一部を拡大した断面図である。
【図４】本発明に係る低周波電磁誘導加熱器の鉄心構成部材の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る他の例の鉄心部分の横断面図である。
【図６】本発明に係る更に他の例の誘導コイル部分の一部の縦断面図である。
【図７】低周波電磁誘導加熱器の一例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１円筒状鉄心
２誘導コイル
３導電性筒体
４ステンレス層
５良導体層
６金属性パイプ
７熱媒体
９熱交換部
１１モールド樹脂
１２湾曲部
１３屈曲部

Claims

導電性筒体と、誘導コイルと、湾曲部を有する磁性鋼板を周方向に積層した円筒状鉄心と、内部に気液２相の熱媒体を減圧封入し、少なくとも一端に熱交換部を設けた金属性パイプとを有し、前記円筒状鉄心に前記誘導コイルが巻回されて前記導電性筒体内に挿入されるとともに、前記金属性パイプを前記円筒状鉄心の中空内に前記熱交換部を導出して装着してなることを特徴とする低周波電磁誘導加熱器。
円筒状鉄心と金属性パイプとをモールド樹脂により一体化してなる請求項１に記載の低周波電磁誘導加熱器。
円筒状鉄心と金属性パイプと誘導コイルとをモールド樹脂により一体化してなる請求項１に記載の低周波電磁誘導加熱器。