JP4073601B2

JP4073601B2 - 電磁誘導加熱用発熱体

Info

Publication number: JP4073601B2
Application number: JP2000083261A
Authority: JP
Inventors: 徹太郎大串; 健久小西; 和雄山田; 敏美日置; 泰三川村
Original assignee: Seta Giken KK
Current assignee: Seta Giken KK
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001267051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦電流を交番させて発熱させた発熱体に流体を接触させて加熱する電磁誘導加熱用発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁誘導加熱用発熱体によって流体を加熱するときには、発熱体と流体との接面、あるいは熱伝導によって熱が流体に有効に移行するために必要な厚さの発熱体のみを加熱すれば十分であり、こうした範囲は流体通路を円形とすれば、一般には円筒状となる。このことから、流体の加熱を最も熱容量の小さい誘導加熱発熱体で効率よく達成するためには、外径及び板厚を特定した複数本のステンレス鋼管を束ねた電磁誘導加熱発熱体で構成することが適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁誘導加熱用発熱体は、発熱効率が悪いという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発熱効率が良い電磁誘導加熱用発熱体を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意検討の結果、従来の電磁誘導加熱用発熱体の発熱効率が悪くなる原因を突き止めた。ステンレス鋼管の表面には、不動態皮膜が生成されているため、一般にステンレス鋼管の接触抵抗は、研磨直後などの場合を除いて、金、銀、銅などよりもはるかに大きい。この特性を有するステンレス鋼管を束ねると、強く接触したところは電気的に接触するが、弱く接触したところは電気的に接触する状態には至らない。このように、弱く接触したところは、電気的に接触状態に至らないため、単にステンレス鋼管を束ねただけの発熱体は、電気的負荷が不安定になる。また、不動態皮膜は、温度、湿度などの環境によって厚さが変化し、それにともなって、接触抵抗も変化する。このように、電気的接触状態が環境の影響を受けて、時々刻々変化するため、ステンレス鋼管を束ねた発熱体は、電気的負荷が不安定になる。尚、電気的負荷とは、ステンレス鋼管束にコイルを巻き付けたときに測定されるインダクタンスあるいは等価抵抗である。
【０００６】
以上の理由から電気的負荷が不安定であると、電磁誘導加熱用発熱体に高周波を供給する電源の周波数、振動電圧幅、電圧波形などの各種特性値を、個々の電磁誘導加熱用発熱体の電気的負荷に適合させるようにその都度調整する必要が生じたり、また、日々の環境変化による電磁誘導加熱用発熱体の電気的負荷の変動に対応させて高周波電源等の各種特性値をその都度調整することが必要となる。しかしながら、各種特性値を調整しても、電磁誘導加熱用発熱体の電気的負荷が変化すると、電気的負荷と各種特性値とのマッチングが悪化するため、発熱効率が低下したり、渦電流によって高周波電源が破損したりするという知見を得た。
【０００７】
上記知見に基づいて完成された請求項１記載の発明は、電磁誘導による加熱により自体が発熱する発熱体であって、複数の導電性パイプと、前記導電性パイプを互いに所定間隔を隔てて各導電性パイプの外周面で囲まれ、軸方向に延在する隙間を少なくとも前記導電性パイプの軸方向両端で埋める導電性材料の部材で固定する固定手段とを備え、前記導電性パイプは互いに安定した接続状態に形成される電磁誘導加熱用発熱体。
【０００８】
このように、固定手段で各導電性パイプを互いに固定することにより、各導電性パイプに流体を流しても、各導電性パイプが振動したり振れたりしないため、電磁誘導加熱用発熱体の電気的負荷が安定する。このため、電気的負荷と、電源の周波数、振動電圧幅、電圧波形などの各種特性値とのマッチングを最良かつ安定にでき、マッチングが悪化することも無いため、最大限に発熱効率を良くすると共に、高周波電源の破損も防止できる。また、本発明に係る電磁誘導加熱用発熱体は、複数の導電性パイプで形成されているため、単数の導電性パイプで形成された電磁誘導加熱用発熱体に比べて発熱効率が良い。尚、電気的負荷とは、本発明の電磁誘導加熱用発熱体にコイルを巻き付けたときに測定されるインダクタンスあるいは等価抵抗である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記複数の導電性パイプが、放射状に配置され、前記導電性パイプの厚みは、中心近くに配置されている導電性パイプほど厚く形成されている電磁誘導加熱用発熱体である。このように、中心近くに配置されている導電性パイプほど厚く形成することによって、被加熱流体を均一に加熱できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記固定手段は、前記各導電性パイプの外周面で囲まれ、軸方向に延在する隙間を少なくも前記導電性パイプの軸方向両端で埋める部材で形成されている電磁誘導加熱用発熱体である。束ねられた導電性パイプの外周に沿って直接断熱材及びコイルを巻く場合には、各導電性パイプの外周面で囲まれる隙間を導電性パイプの軸方向両端で埋めることによって、流動性食品を流しても、隙間内に流動性食品が入り込まないため、従来のように、流動性食品が隙間にトラップされることがない。このため、流動性食品が加熱硬化して洗浄しても除去できないという状態を防止でき、その部分に細菌が繁殖する危険性も解消される。尚、流動性食品と同様に、流動性加熱物、すなわち医薬品や樹脂などの化成品等でも発熱体表面に重合物や堆積物が付着したときに洗い流せる効果は同様である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、電磁誘導加熱用発熱体４１は、７本の導電性パイプ４２〜４８と、固定部材（固定手段）４９、５０とを有しており、束ねられた導電性パイプ４２〜４８が固定部材４９、５０によって一体的に固定されて形成されている。
【００１２】
導電性パイプ４２〜４８は、にステンレス製であり、導電性パイプ４２〜４８に磁束が生じると渦電流が流れ、発熱するようになっている。また、中心に配置された導電性パイプ４２の厚みは、回りに配置された導電性パイプ４３〜４８の厚みより厚く形成されている。また、導電性パイプ４２〜４８の厚みや軸方向の長さは、所定の厚さや長さに形成されている。
【００１３】
固定部材４９、５０は、束ねられた導電性パイプ４２〜４８の軸方向両端を所定長さＬだけ覆うように円筒状に形成されていると共に、導電性パイプ４２〜４８の外周面で形成される三角形状の各隙間を所定長さＬだけ埋めるように形成されている。また、この固定部材４９、５０は、ロウ等の導電性材料で形成されている。このように、固定部材４９、５０は、導電性パイプ４２〜４８の外周面で形成される三角形状の各隙間を埋めることによって、各導電性パイプ４２〜４８を互いに電気的に接続していると共に、束ねられた導電性パイプ４２〜４８の隙間に被加熱流体が流れ込まないように隙間を塞いでいる。
【００１４】
尚、導電性パイプ４２〜４８は、渦電流の発生により発熱するものであるため、導電性材料で形成されていればよく、ステンレス製のものに限られない。固定部材４９、５０は、ロウに限るものではなく、例えばアルミニウムはんだや焼結合金等の導電性材料でもよい。また、固定部材４９、５０は、各導電性パイプ４２〜４８の外周面で形成される隙間を溶接によって塞いでもよい。
【００１５】
本実施形態に係る電磁誘導加熱用発熱体４１は、全ての導電性パイプ４２〜４８が電気的に接続状態となるため、電気的負荷が安定になる。また、電磁誘導加熱用発熱体４１は、図２に示すように、固定部材４９、５０の外周に沿って直接断熱材５３が巻かれるため、導電性パイプ４２〜４８に流動性食品を流しても、固定部材４９、５０で覆われていない部分や固定部材４９、５０で埋められていない部分に流動性食品が入り込むことがない。このため、電磁誘導加熱用発熱体４１の洗浄が容易となる。
【００１６】
尚、本実施形態に係る電磁誘導加熱用発熱体４１、６１の各導電性パイプの形状は、円筒形であるが、これに限定するものではなく、角状パイプや一方端が他方端より広がったラッパ状の導電性パイプでもよい。また、円筒形の各導電性パイプにねじりを加えた形状の導電性パイプでもよい。この場合、導電性パイプ内のねじれた部分によって流体が乱流するため、熱伝達率がよくなる。
【００１７】
次に、本実施形態に係る電磁誘導加熱用発熱体４１を用いて発熱状態の試験を行った。試験の条件は、以下の通りである。
【００１８】
＜電磁誘導加熱用発熱体の構成＞
図１に示すように、導電性パイプの本数を７本とした。導電性パイプの材質をＳＵＳ４４４（フェライト系ステンレス鋼）、１９Ｃｒ−２Ｍｏとした。中心に配置された１本の導電性パイプの寸法は、外径１０mm、内径４mm、長さ２５０mmとした。また、回りに配置された６本の導電性パイプの寸法は、外径１０mm、内径８mm、長さ２５０mmとした。固定部材は、ロウで形成し、導電性パイプの両端からの長さＬを４mmとした。ただし、固定部材は、図１に示すように各導電性パイプを円筒状に覆う形状ではなく、図４に示すように導電性パイプの外周に沿って覆うように形成した。
【００１９】
図３は、電磁誘導加熱用発熱体４１の両端にフランジ５１、５２を装着した状態の側断面図である。図４は、電磁誘導加熱用発熱体４１の両端を示す図である。図３及び図４に示すように、実施例の電磁誘導加熱用発熱体４１の両端にフランジ５１、５２を装着し、接触部を完全にロウ付けした。また、電磁誘導加熱用発熱体４１の周囲に酸化アルミニウム及び二酸化珪素を主成分とする断熱材５３を巻き、断熱材５３の外側に耐熱性コイル５４を巻き付けた。さらに、耐熱性コイル５４の外側に耐熱材５５を巻いた。
【００２０】
＜実機テスト＞
この電磁誘導加熱用発熱体４１に高周波電源から２５ｋHz、２００Ｖの正弦波を印加すると、インダクタンスは、３１．７μＨ、等価抵抗は、２．１Ω、ピーク電流は、２８．８Ａとなり、電気的負荷が安定し、効率良く発熱した。この状態で空気を一方の端から導電性パイプ内に流入させて通過させると、急速加熱が達成され、温風ないし熱風が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２記載の発明は、固定手段で各導電性パイプを互いに固定することにより、各導電性パイプに流体を流しても、各導電性パイプが振動したり振れたりしないため、電磁誘導加熱用発熱体の電気的負荷が安定する。このため、電気的負荷と、電源の周波数、振動電圧幅、電圧波形などの各種特性値とのマッチングを最良かつ安定にでき、マッチングが悪化することも無いため、最大限に発熱効率を良くすると共に、高周波電源の破損も防止できるという効果を奏する。また、本発明に係る電磁誘導加熱用発熱体は、複数の導電性パイプで形成されているため、単数の導電性パイプで形成された電磁誘導加熱用発熱体に比べて発熱効率が良い。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、中心近くに配置されている導電性パイプほど厚く形成することによって、被加熱流体を均一に加熱できる。
【００２３】
請求項1記載の発明は、束ねられた導電性パイプの外周に沿って直接断熱材及びコイルを巻く場合には、各導電性パイプの外周面で囲まれる隙間を導電性パイプの軸方向両端で埋めることによって、流動性食品を流しても、隙間内に流動性食品が入り込まないため、従来のように、流動性食品が隙間にトラップされることがない。このため、流動性食品が加熱硬化して洗浄しても除去できないという状態を防止でき、その部分に細菌が繁殖する危険性も解消されるという効果を奏する。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る電磁誘導加熱用発熱体を説明する図である。
【図２】図１に示す電磁誘導加熱用発熱体に断熱材を巻いたときの断面図である。
【図３】図１に示す電磁誘導加熱用発熱体の両端にフランジを装着したものを説明する図である。
【図４】図５を両端視した図である。
【符号の説明】
４１、６１電磁誘導加熱用発熱体
４２〜４８導電性パイプ
４９、５０固定部材
５１、５２フランジ

Claims

電磁誘導による加熱により自体が発熱する発熱体であって、複数の導電性パイプと、前記導電性パイプを互いに所定間隔を隔てて各導電性パイプの外周面で囲まれ、軸方向に延在する隙間を少なくとも前記導電性パイプの軸方向両端で埋める導電性材料の部材で固定する固定手段とを備え、前記導電性パイプは互いに安定した接続状態に形成される電磁誘導加熱用発熱体。
前記複数の導電性パイプは、放射状に配置され、前記導電性パイプの厚みは、中心近くに配置されている導電性パイプほど厚く形成されている請求項１に記載の電磁誘導加熱用発熱体。