JP4995898B2 - Hot air generator and hand dryer using the same - Google Patents
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Description
本発明は、温風発生装置およびこれを用いた手乾燥装置に関し、とりわけ電磁誘導による加熱方式を採用した温風発生装置およびこれを用いた手乾燥装置に関する。 The present invention relates to a hot air generator and a hand dryer using the same, and more particularly to a hot air generator employing a heating method using electromagnetic induction and a hand dryer using the same.
手乾燥装置は、洗浄後の手を衛生的に乾燥させる装置として、公共施設やオフィスなど多数の人が利用する洗面所に広く普及している。手乾燥装置には風速が低い温風を広い吐出口から吹き出して、洗浄後の手に付着した水滴を蒸発させて乾燥する温風タイプと、小さなノズルから風速の高い空気流(ジェット気流)を噴出して手に付着した水滴を吹き飛ばすジェットタイプがある。さらにジェットタイプの手乾燥装置の中には、手を乾燥する時間を短縮するとともに、冷たいジェット気流に曝されることによる使用者の不快感を取り除くために、ヒータを用いて噴出される気流を予め加熱するものが市販されている。このように温風タイプおよびジェットタイプの両方の手乾燥装置において、空気を加熱するためのヒータが広く使用されている。 Hand dryers are widely used in toilets used by many people such as public facilities and offices as a device for hygienically drying hands after washing. The hand dryer uses a warm air type that blows warm air with a low wind speed from a wide outlet and evaporates water droplets attached to the hand after washing, and a high air flow (jet stream) from a small nozzle. There is a jet type that blows off water droplets that erupt and adhere to the hand. Furthermore, some jet-type hand dryers reduce the time to dry the hands and remove the air squirting using a heater in order to eliminate the user's discomfort caused by exposure to a cold jet stream. Those that are preheated are commercially available. Thus, a heater for heating air is widely used in both hot air type and jet type hand dryers.
例えば特許文献1に開示された従来式の手乾燥装置は、概略、吸気口および送気口を有する加熱装置と、加熱装置の送気口に接続された吸込口を有し、その上方に配設された手乾燥装置本体とからなり、手乾燥装置本体内に配設された高圧空気流発生装置により、空気が加熱装置の吸気口から吸気され、加熱装置で加熱され、そして手乾燥装置本体内に吸い込まれる(特に図1参照)。
For example, a conventional hand dryer disclosed in
特許文献1の手乾燥装置において、加熱装置は、シーズヒータおよびこれに間隙なく密着した比熱の大きいアルミニウム金属などからなる蓄熱放熱フィンを備える。シーズヒータは、ユーザが手乾燥装置を使用していない間、すなわち高圧空気流発生装置が作動していない待機中において電力が供給されて発熱する。シーズヒータからの熱は、蓄熱放熱フィンに蓄熱され、蓄熱放熱フィンを介して加熱された空気が加熱装置内に蓄えられる。そしてユーザが手乾燥装置を使用するとき、シーズヒータへの電力供給が停止され、高圧空気流発生装置が作動することにより、加熱装置内に蓄えられた加熱された空気が手乾燥装置本体内に吸い込まれるとともに、加熱装置の吸気口から吸気された空気が順次蓄熱放熱フィンを介して加熱され、同様に手乾燥装置本体内に供給される。
In the hand-drying device of
また特許文献2に記載の手乾燥装置では、別の加熱機構を有するPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータが、送風手段としての高速ブロワと噴出ノズルの間に設けられている。手乾燥装置の処理空間内に使用者の手が挿入されたことがセンサで検出されると、高速ブロワおよびPTCヒータが電力供給され、手乾燥装置の吸込口から吸い込まれた空気が高速ブロワおよびPTCヒータを経由して加熱され、温風が噴出ノズルより送風される。そして使用者が処理空間から手を引っ込めると、高速ブロワおよびPTCヒータは停止する。
Moreover, in the hand dryer of
さらに特許文献3に記載の手乾燥装置は、空気取入口付近に配設された平板状ヒータを備えており、この平板状ヒータは、熱伝導率が50W/m・K以上のセラミックスまたは金属などの材料で構成された平板状の基体と、その上に設けられた厚みが5mm以下の抵抗発熱体とからなる。手乾燥装置の手挿入部に使用者の手が挿入されたことをセンサで検知すると、平板状ヒータおよび高圧空気流発生装置であるブロワが作動して、空気取入口から流入した空気流が平板状ヒータにより加熱される。
Furthermore, the hand drying device described in
また特許文献4によれば、温かい洗浄用ミストをダクトから噴出して手を洗浄した後、高速空気流を供給して手を乾燥させる手洗浄乾燥装置が開示されている。この手洗浄乾燥装置において、洗浄用ミストを加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱器、電気ヒータ、セラミックヒータまたはガスヒータが採用され得ることが教示されている。また高速空気流を例えば50〜80℃の所定温度に加熱する手段としても、別の高周波誘導加熱器、電気ヒータ、セラミックヒータまたはガスヒータを用いることができると記載されている。ただし特許文献4は、これらの加熱手段の具体的な構成について何ら記載も示唆もするものではない。
Further, according to
特許文献1に記載された手乾燥装置は、上述のとおり、高圧空気流発生装置が作動していない待機中に電力供給されたシーズヒータからの熱は、蓄熱放熱フィンに蓄熱され、蓄熱放熱フィンを介して加熱された空気が加熱装置内に蓄えられる。すなわち、高圧空気流発生装置が作動しているときはシーズヒータへの電力供給が停止される。したがって、高圧空気流発生装置を駆動するために要する電力と、シーズヒータを加熱するために要する電力とが同時に供給されることはないので、手乾燥装置の電源容量を大きくする必要はないが、待機時でも常に加熱装置のシーズヒータに電力を供給し続けなければならないので、待機時の消費電力を抑制できないという問題点があった。
In the hand dryer described in
また、手乾燥装置が使用される前において、加熱された空気が加熱装置内にすでに蓄えられているので、手乾燥装置が使用されると直ちに温かい空気が噴出され、これは使用者にとって極めて快適である。しかしながら、この手乾燥装置が極めて頻繁に使用される場合、手乾燥装置の待機状態よりも作動状態の時間が長くなって、待機状態に十分な熱量を蓄積できなくなり、ジェット気流の温度が低下するといった課題があった。 In addition, since the heated air is already stored in the heating device before the hand drying device is used, warm air is blown out as soon as the hand drying device is used, which is extremely comfortable for the user. It is. However, when this hand dryer is used very frequently, the time of the operation state becomes longer than the standby state of the hand dryer, it becomes impossible to accumulate a sufficient amount of heat in the standby state, and the temperature of the jet airflow decreases. There was a problem.
さらに、シーズヒータは、一般に、絶縁体で被膜された発熱導体を有し、空気は発熱導体により加熱された絶縁体を介して加熱されるので、発熱導体から空気に至るまでの熱抵抗が大きく、すなわち熱伝導性に劣る。したがって、シーズヒータを用いた手乾燥装置は、大容量の加熱された空気または蓄熱放熱フィンに十分な熱を蓄積し、また高温となる加熱装置から手乾燥装置本体の構成部品を保護する必要があるために、手乾燥装置本体とは別体の加熱装置を設けなければならず、これは手乾燥装置の小型化を阻害する一因でもあった。 Furthermore, a sheathed heater generally has a heat generating conductor coated with an insulator, and since air is heated through an insulator heated by the heat generating conductor, the thermal resistance from the heat generating conductor to the air is large. That is, it is inferior to thermal conductivity. Therefore, it is necessary for a hand dryer using a sheathed heater to accumulate sufficient heat in a large volume of heated air or heat storage and radiation fins, and to protect the components of the hand dryer main body from a high temperature heating device. For this reason, it is necessary to provide a heating device that is separate from the main body of the hand dryer, which is a factor that hinders downsizing of the hand dryer.
特許文献2に開示された手乾燥装置によれば、使用者が手乾燥装置の処理空間内に手を挿入すると、高圧空気流発生装置およびPTCヒータの両方に電力が供給され、待機時にはPTCヒータに電力は供給されないので、待機時にPTCヒータで消費される電力を削減できるといった利点が得られる。しかしながら、PTCヒータはその温度により抵抗値が変化するため、とりわけ高速ブロワの風に曝されたときPTCヒータの抵抗値が増大して、PTCヒータに十分な電力が供給されず、継続して使用するにつれ、温風の温度が低下する傾向があった。
According to the hand dryer disclosed in
さらに特許文献3に記載された手乾燥装置は、上述のように、熱伝導率の高いセラミックスや金属の基体上に設けられた抵抗発熱体を有し、PTCヒータのように空気流の温度が変化することなく、高圧空気流発生装置であるブロワの作動と同時にヒータに電力を供給しても、1〜2秒でヒータが昇温され、2〜3秒以内で70℃の温風を安定供給することができる。ただし、そのためには平板状ヒータの表面積を十分に大きくする必要があるが、平板状ヒータの構造が複雑であるため、その生産コストが高いという課題があった。
Further, as described above, the hand dryer described in
なお特許文献4は、洗浄用ミストまたは高速空気流を加熱する手段として、高周波誘導加熱器、電気ヒータ、セラミックヒータまたはガスヒータを用いた手洗浄乾燥装置を示唆しているが、上述のとおり、各加熱手段の具体的な構造および使用方法を一切記載も示唆もしていない。
本発明の1つの態様に係る温風発生装置は、導電材料からなる誘導コイル、および前記誘導コイルに隣接して配設された少なくとも1つの被加熱体により構成されたヒータと、前記被加熱体を加熱するために、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源と、前記被加熱体との間に少なくとも1つの流路を形成する外枠と、前記流路内に気流を形成する送風機とを備え、前記流路内の空気が前記被加熱体により加熱されることを特徴とする。 A hot air generator according to one aspect of the present invention includes an induction coil made of a conductive material, a heater configured by at least one heated body disposed adjacent to the induction coil , and the heated body. A power source that supplies a high-frequency current to the induction coil, an outer frame that forms at least one flow path between the object to be heated, and a blower that forms an air flow in the flow path. And the air in the flow path is heated by the heated body.
本発明の1つの態様に係る温風発生装置によれば、高周波電流を供給することにより、誘導コイルに隣接して配設された被加熱体を加熱し、被加熱体が流路を流れる空気と直接的に接しているので、空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。 According to the hot air generator according to one aspect of the present invention, by supplying a high-frequency current, a heated body disposed adjacent to the induction coil is heated, and the heated body flows through the flow path. Since it is in direct contact with the air, it is possible to heat the air very efficiently and responsively.
以下、添付図面を参照して本発明に係る手乾燥装置の実施形態を説明する。以下の実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば、「X方向」、「Y方向」、「Z方向」、「上方」または「下方」など)を適宜用いるが、これらは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。また、各添付図面において、同様の構成部品は同様の参照符号を用いて図示されている。 Hereinafter, an embodiment of a hand dryer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the embodiments below, terms representing directions (for example, “X direction”, “Y direction”, “Z direction”, “upward”, “downward”, etc.) are used as appropriate for easy understanding. These are for illustration purposes only, and these terms do not limit the invention. Moreover, in each accompanying drawing, the same component is illustrated using the same referential mark.
実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1による手乾燥装置1を示す側面図である。実施の形態1の手乾燥装置1は、概略、ハウジング2と、高圧空気を発生する高圧空気発生装置であるブロワ3と、空気を加熱するための誘導加熱装置(Induction Heating Apparatus)である誘導加熱ヒータ(以下、単に「IHヒータ」という。)4と、ブロワ3およびIHヒータ4などを制御するための制御回路5とを備える。
FIG. 1 is a side view showing a
またハウジング2は、周辺空気を取り込むための吸気口6と、IHヒータ4で加熱された空気を外部に噴出する複数の噴出口(噴出ノズル)7と、吸気口6と噴出口7の間を流体連通するダクト8(図1の破線)とを備えている。IHヒータ4およびブロワ3はダクト8内に配置され、ダクト8は、後述するIHヒータ4の流路と連通している。ハウジング2は、手挿入空間9を形成し、ここで使用者の手を噴出口7から噴出されるジェット気流によりを乾燥することができ、さらに使用者の手が手挿入空間9に挿入されたか否かを検出するハンドセンサ(図示せず)が設けられている。ハンドセンサは、例えば赤外線LEDとホトダイオードなどの当業者にとって明らかな任意の適当なセンサであってもよく、制御回路5と通信するように構成されている。
The
このように構成された手乾燥装置1において、ハンドセンサは、使用者の手が手挿入空間9に挿入されたことを検出すると、制御回路5に検出信号を送信し、制御回路5はブロワ3およびIHヒータ4を作動させる。ブロワ3およびIHヒータ4が作動すると、周辺空気は、図1の矢印で示すように、吸気口6からダクト8内に吸い込まれ、ダクト8と連通する流路内の空気がIHヒータ4により加熱され、加熱された空気が分岐されたダクト8を介してジェット気流となって噴出口7から噴出される。同様に、ハンドセンサが使用者の手を検出しなくなると、制御回路5は、IHヒータ4およびブロワ3を停止するように制御する。
In the
噴出ノズル7から噴出されるジェット気流は、50〜120m/sの風速を有し、使用者の手に付着した水滴を吹き飛ばす。また、ジェット気流はIHヒータ4により加熱されているので、周辺空気の温度が低いときでも、使用者に不快感を与えることがなく、手に付着した水滴の蒸発を促進し、乾燥時間を短縮することができる。なお図示しない温度センサを用いて周辺空気の温度を検出し、制御回路5は、使用者が快適と感じるジェット気流の所定温度に達するようにIHヒータ4の出力を制御するように構成してもよい。
The jet stream ejected from the
図2は、実施の形態1に係るIHヒータ4の具体的な構造を示す斜視図であり、図3は、図2の破線で示した一部を拡大した斜視図である。IHヒータ4は、図2に示すように、Z方向に貫通する開口部12を有する外枠10と、Y−Z平面に実質的に平行に配置された複数(図1では15個の)のヒータセル14とを有する。各ヒータセル14は、図3に示すように、加熱コイル(誘導コイル)20と、これを挟持する一対の金属板(被加熱体)30とからなる。図3は、最も右側に示したヒータセル14の右側の金属板30を省略して図示している。このとき、隣接するヒータセル14の金属板30と外枠10(図3では図示せず)との間に、Z方向に延びる複数の流路40が形成され、流路40はダクト8を介してハウジング2の吸気口6および噴出口7に連通している。
2 is a perspective view showing a specific structure of the
加熱コイル20は、制御回路5を介して高周波電流が供給されると、交流電流を受けて高周波磁界を形成し、金属板30は、高周波磁界により内部で生じた渦電流により発熱する。発熱した金属板30は、流路40内に流れる空気と直接的に接しているので、空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。
When a high frequency current is supplied via the
上述のとおり、ブロワ3が作動すると、ヒータセル14の間の流路40に高速の気流が形成され、加熱コイル20に高周波電流が供給されると、金属板30が発熱して、金属板30に面した流路40内の空気が加熱される。なお、各流路40の幅(隣接するヒータセル14の間隔)は、圧損が増大して気流の風速が低下しないように設計する必要があり、この実施形態のIHヒータ4では、約1mm〜5mm、好適には約3mmとなるように構成されている。
As described above, when the
加熱コイル20は、任意の導電性材料で構成されるが、金属板30とは電気的に絶縁されている。隣接する3つのヒータセル14の加熱コイル20は並列に接続されており、図3の一方の端子22aは、図2に示す外枠10上に取り付けられた配線板16の上方にある配線端子17aに接続され、他方の端子22bは、配線板16の下方にある配線端子17bに接続されている。また、配線板16の複数の配線端子17a,17bは直列に接続されており、IHヒータ4は、図4の回路図ように並列に接続された3つの加熱コイル20からなる組を、5組直列にして配線され、外部端子18a,18bを介して制御回路5に電気的に接続されている。
The
実施の形態1による加熱コイル20は、より具体的には、図5(a)〜(c)に示すように、ガラスエポキシ樹脂からなる基板23と、その上に銅などの金属からなる渦巻状にパターン形成された薄膜(導電層)24とを有する。また加熱コイル20は、金属板30から電気的に絶縁し、熱的に保護するために、金属薄膜24上にポリプロピレン樹脂膜25およびガラスエポキシ樹脂膜26を有する(図5(c))。なお、金属薄膜24、ポリプロピレン樹脂膜25およびガラスエポキシ樹脂膜26は、基板23の両面上に形成され、加熱コイル20を挟持する一対の金属板30を効率的に加熱することが好ましい(ポリプロピレン樹脂膜25は図面を理解しやすくするためにハッチングを省略した。)。このとき図5(c)において、基板23の両面に設けられた金属薄膜24が互いに電気的に接続されるように、基板23および金属薄膜24の中心付近において、金属めっき加工された貫通孔27が設けられている。こうして電流は、基板23の表面側に設けた端子28aから金属薄膜24、貫通孔27、裏面側の金属薄膜24および端子28bを流れる。なお、基板23の両面に設けられた金属薄膜24は、形成される磁界の方向を一致させるために、その渦巻方向が互いに逆方向(時計方向および反時計方向)となるようにパターン形成されている。
More specifically, as shown in FIGS. 5A to 5C, the
なお、これに限定するものではないが、金属板30の寸法は60mm×60mm×0.6mmであってもよく、加熱コイル20の基板23、金属薄膜24、ポリプロピレン樹脂膜25およびガラスエポキシ樹脂膜26の厚みは、それぞれ400μm、105μm、100μmおよび100μmであってもよい。
Although not limited to this, the size of the
また金属板30を構成する材料は、加熱コイル20により加熱されるものであれば任意の材料であってもよいが、ステンレス板であることが好ましく、中でもJIS(Japanese Industrial Standard)規格で規定されたステンレス鋼板SUS430は、腐食しにくく、透磁率が高く、しかも安価であるので特に好ましい。金属板30は、他にも鉄板や珪素鋼板、ニッケル板、パーマロイ板などであってもよく、鉄板や珪素鋼板は安価で透磁率が高いため有用であるが、腐食しやすいので、適宜、熱伝導率が大きく非腐食性の金属をめっき処理するか、あるいは塗装処理するなどして表面処理することが好ましい。
The material constituting the
表面処理を行った場合、電磁誘導加熱によって発熱する鉄板などの金属板30は、流路40を通る流体に直接的に接しないことになるが、金属めっきまたは塗装の膜厚が十分薄ければ、熱伝導性に悪影響を与えることはない。同様に、熱伝導の小さい樹脂を鉄板などの金属板30に被膜してもよい。また金属板30は、非磁性のステンレス板や銅板、アルミニウム板など非磁性の金属でもよく、非磁性材料の場合であっても周波数を高くするなど駆動条件を適宜調整することにより加熱することができる。
When the surface treatment is performed, the
図6は、加熱コイル20に高周波電流を供給するための駆動回路図である。加熱コイル20は、直列に接続されたインダクタンスLsおよび抵抗Rsの等価回路で表され、図6の破線で囲んだ部分に相当する。なお、上述のように、IHヒータ4は複数の加熱コイル20を用いて構成してもよく、上記インダクタンスLsおよび抵抗Rsは、IHヒータ4の複数の加熱コイル20の全体のインダクタンスおよび抵抗を表すものとする。そして加熱コイル20は、これに並列に接続されたキャパシタC1とともにLC共振回路を構成し、互いに逆方向に並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子31およびFWD(Free Wheel Diode)素子32と直列に接続されている。通常の家庭用電源34(交流電圧:100Vまたは200V)からの電流がダイオードブリッジなどの整流回路(AC/DCコンバータ)36で直流電流に整流され、直流電流がキャパシタC2により平滑化される。加熱コイル20に供給される直流電流は必ずしも平滑化される必要はなく、図示しない全波整流または半波整流された電源あるいは直流電源から直接、加熱コイル20に電源供給してもよい。
FIG. 6 is a drive circuit diagram for supplying a high-frequency current to the
IGBT素子31は、制御回路5からの矩形波のゲート制御信号33によりON−OFFスイッチングする。IGBT素子31がON状態のとき、整流回路36およびキャパシタC2からの直流電流は、加熱コイル20に供給され、すなわちインダクタンスLs、抵抗RsおよびIGBT素子31を流れる。IGBT素子31がOFF状態になったとき、インダクタンスLsは電流を流し続けようとするので、キャパシタC1を含む閉ループに電流が流れ、キャパシタC1を充電する。そしてキャパシタC1の電圧が上昇し、インダクタンスLsを流れる電流が減少し、やがてキャパシタC1からの放電電流がインダクタンスLsおよび抵抗Rsに逆方向に流れる。その後再び、IGBT素子31がON状態に切り換わると、順方向の電流がインダクタンスLsおよび抵抗Rsに流れる。こうしたIGBT素子31のスイッチング動作を反復させることにより、図7に示すような鋸歯状の交流電流を加熱コイル20に流すことができる。上述のとおり、加熱コイル20は、交流電流を受けて高周波磁界を形成し、金属板30は、高周波磁界により内部で生じた渦電流により発熱する。発熱した金属板30は、加熱すべき流路40内の空気に直に接しているので、極めて有効に、かつ応答性よく空気を加熱することができる。
The
IGBT素子31に入力される駆動信号は、使用される加熱コイル20のインダクタンスLsおよび抵抗Rsや、キャパシタC1の静電容量、発振周波数、電源電圧、期待されるIHヒータ4の出力熱量および回路構成などに基づいて適宜調整することができる。換言すると、期待されるIHヒータ4の出力熱量に応じて、IGBT素子31の駆動条件を調整することができる。例えば、図4に示すように隣接する3つの加熱コイル20を並列接続した組を5組直列に接続して構成されたIHヒータ4において、各加熱コイル20のインダクタンスLsが33μH、抵抗Rsが3mΩ、キャパシタC1の静電容量が0.3μF、発振周波数が20kHz(周期50μs)、IGBT素子31に入力される駆動信号のON時間が37μsで、OFF時間が13μsであるとき、電源電圧100Vを用いて、約1kWの消費電力(出力熱量)を得ることができる。IHヒータ4で消費される電力は、整流回路36から出力される直流電圧を制御することにより調整することができるが、好適にはIGBT素子31のOFF時間を固定して、ON時間を調整することにより容易に制御することができる。
The drive signal input to the
なお、IHヒータ4の駆動回路は、これに限定されるものではなく、ハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路を用いたものでもよく、各種誘導加熱装置で用いられている駆動回路を用いることができる。
Note that the drive circuit of the
実施の形態2.
図8〜図11を参照しながら、本発明に係る手乾燥装置の実施の形態2について説明する。実施の形態2の手乾燥装置1は、IHヒータ4の構造以外は実施の形態1と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。
A second embodiment of the hand dryer according to the present invention will be described with reference to FIGS. Since the
図8は、実施の形態2のIHヒータ4のX−Y平面で切断された断面図であり、図9は、各ヒータセル14の分解図である。図8に示すIHヒータ4は、実施の形態1と同様、Z方向に貫通する開口部12を有する外枠10と、Y−Z平面に実質的に平行に配置された4つのヒータセル14とを有する。各ヒータセル14は、加熱コイル(誘導コイル)20と、これを挟持する一対の金属板(被加熱体)30とからなる。各加熱コイル20は、直列に接続されて、制御回路5により駆動される。なお、ヒータセル14の個数は4つに限定されるものではなく、任意の数のヒータセル14を直列に接続してもよい。また、実施の形態1のように、複数のヒータセル14を並列に接続した組を、複数組(例えば5組)直列に接続してもよい。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
実施の形態2の流路40は、実施の形態1と同様、隣接するヒータセル14および枠体10の間に形成され、隣接するヒータセル14の間隔は約1mm〜5mm、好適には約3mmとなるように構成され、加熱コイル20は、Y−Z平面に実質的に平行に形成されている。
The
しかし実施の形態2の各加熱コイル20は、実施の形態1とは異なり、図8および図9に示すように、一対の金属板30の間において、絶縁膜で被膜された導電線42をヒータセル14の中心部まで延伸させた後、その周囲を捲回することにより形成される。絶縁膜で被膜された導電線42は、任意のものを利用することができるが、エナメル線やホルマル線であってもよい。
However, each
また加熱コイル20と金属板30とを確実に絶縁するために、図示しない絶縁シートまたは空間を設けてもよい。さらに金属板30は、実施の形態1と同様、ステンレスの他、鉄、銅またはアルミニウム等の金属材料を用いて形成してもよい。
Moreover, in order to insulate the
一般に、本発明に係るIHヒータ4(ヒータセル14)で消費される電力は、加熱コイル20自体から生じるジュール熱(Hc)と、金属板30で生じるジュール熱(Hm)に変換される。ここで、全ジュール熱(Hc+Hm)に対する金属板30で生じるジュール熱(Hm)の割合{Hm/(Hc+Hm)}をIH電力比率と定義すると、IH電力比率は、加熱コイル20の抵抗値(Rc)と金属板30の抵抗値(Rm)で表される抵抗比率{Rm/(Rc+Rm)}に比例する。すなわち、加熱コイル20自体から生じるジュール熱(Hc)を極力抑え、金属板30で生じるジュール熱(Hm)を最大化して、流路40内の流体を効率よく加熱するためには、IH電力比率または抵抗比率{Rm/(Rc+Rm)}が極力大きくなるように、加熱コイル20および金属板30を適宜設計する必要がある。
In general, electric power consumed by the IH heater 4 (heater cell 14) according to the present invention is converted into Joule heat (Hc) generated from the
上記のように、加熱コイル20を絶縁膜で被膜された導電線42を捲回することにより形成した場合、導電線42の断面積を容易に大きくして、加熱コイル20の抵抗値を小さくすることができる。これに対し、実施の形態1による加熱コイル20の抵抗値を小さくするためには金属薄膜24を厚く形成する必要があるが、こうした金属薄膜24は加工しにくい。したがって、実施の形態2による加熱コイル20は、実施の形態1より簡便な構成を用いて、IH電力比率を大きくして、より効率的に流路40内の空気を加熱することができる。例えば、直径約1mmの銅線を25ターン捲回して加熱コイル20を作製したとき、加熱コイル20のIH電力比率は、実施の形態1では71.9%であったものが、実施の形態2では98%まで改善することができる。
As described above, when the
なお、実施の形態2による加熱コイル20は、Y−Z平面において円形などの任意の平面形状を有していてもよいが、金属板30の面全体が発熱して、金属板30と空気の接触面積を最大化するために、金属板30と同様の平面形状を有することが好ましい。
The
さらに、実施の形態2による加熱コイル20は、図8および図9では導電線42を1重に捲回したが、図10および図11に示すように2重に捲回してもよい。
Further, in the
実施の形態3.
図12〜図14を参照しながら、本発明に係る手乾燥装置の実施の形態3について説明する。実施の形態3の手乾燥装置1は、各ヒータセル14の構成以外は実施の形態2と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。
A third embodiment of the hand dryer according to the present invention will be described with reference to FIGS. Since the
図12は、実施の形態3のIHヒータ4の断面図であり、図13は、各ヒータセル14の分解図であって、それぞれ図8および図9と同様の図である。実施の形態3のヒータセル14は、実施の形態2とは異なり、一対の金属板30の間に支柱44を設け、その周囲に絶縁膜で被膜された導電線42を捲回することにより構成される。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
実施の形態3のヒータセル14で採用された支柱44は、同一材料を用いて一対の金属板30と一体に成形してもよく、金属板30とは別の材料を用いて形成した後、一対の金属板30に、溶接、ねじ止めまたは接着剤などの任意の接続手段を用いて接続してもよい。このように、実施の形態3のヒータセル14は、裁縫ミシンで用いられるボビンのような形態を有する。
The
なお、支柱44が磁性金属からなる場合、加熱コイル20の交流磁場を受けて支柱44自体が発熱するが、流路40を流れる空気に直接的に接していないので、支柱44の熱の伝達効率は金属板30より劣る。そこで、加熱コイル20の交流磁場を受けて、金属板30がより優先的に発熱するためには、支柱44は、銅やアルミニウム、樹脂、セラミックなどの非磁性材料で構成されることが好ましい。
When the
また実施の形態3の加熱コイル20は、実施の形態2と同様、Y−Z平面において円形などの任意の平面形状を有していてもよいが、金属板30の面全体が発熱して、金属板30と空気の接触面積を最大化するために、金属板30と同様の平面形状を有するように形成されることが好ましい。そこで、支柱44に捲回される導電線42の平面形状が金属板30と同様(相似形)の平面形状を有するように、支柱44も金属板30と同様の平面形状を有するように成形される。
In addition, the
ところで上記実施の形態において、外枠10は、任意の材料を用いて形成することができ、また金属板30の側端部37(Y方向の両端部、図12参照)との間に空間やスペーサを設けてもよいが、外枠10が非磁性体材料で形成された場合や、金属板30から実質的に離間している場合、加熱コイル20で生じた磁束(磁界)は、非磁性体の外枠10内または空間を通ることができず、漏れ磁束が生じる。このとき、加熱コイル20が生じる交流磁界により金属板30が発熱する効率が、漏れ磁束により低減する。そこでヒータセル14は、一対の金属板30に代わり、図14に示すように、磁性材料からなり、加熱コイル20を包囲するように筒状に一体成形された金属管(被加熱体)38を有していてもよい。これにより、X−Y平面における漏れ磁束を抑制して、被加熱体38のより効率的な発熱を支援することができる。なお、上述の一体成形された中空直方体状の被加熱体38の代わりに、一対の金属板30の側端部37を接続する別体の側壁部(図示せず)を設けて、漏れ磁束を抑制してもよい。
By the way, in the said embodiment, the
実施の形態4.
図15〜図17を参照しながら、本発明に係る手乾燥装置の実施の形態4について説明する。実施の形態4の手乾燥装置1は、IHヒータ4の構成以外は実施の形態1と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。
図15は、実施の形態4のIHヒータ4のX−Y平面で切断された断面図であり、図16は、IHヒータ4の一部を示す分解図である。図15および図16に示すIHヒータ4は、概略、Z方向に貫通して延びる流路40を有する複数(図15では5つ)の中空の金属管(被加熱体)50と、Y−Z平面に実質的に平行に配置された複数(図15では4つ)の加熱コイル20とを有する。各加熱コイル20は、直列に電気的に接続されて、制御回路5により駆動される。なお、加熱コイル20の個数は4つに限定されるものではなく、任意の数の加熱コイル20を直列に接続してもよい。また実施の形態1および2で示したように、複数の加熱コイル20を並列に接続したり、並列接続した複数の加熱コイル20の組を直列に接続したり、あるいは並列接続および直列接続を任意に組み合わせて接続してもよい。このとき、複数の加熱コイル20により発生する磁場の向きは同一であることが好ましい。また各金属管50は、Y−Z平面に実質的に平行な平坦面52を有し、隣接する金属管50の平坦面52は、その間に設けられた実施の形態3と同様の支柱44により連結されている。すなわち、実施の形態4の加熱コイル20は、実施の形態3と同様、支柱44の周りに絶縁被膜された導電線42を捲回することにより形成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the XY plane of the
実施の形態4のIHヒータ4は、実施の形態1とは異なり、金属管50の中空空間に流路40が形成されており、外枠10を必ずしも必要とせず、省略できるので、IHヒータ4をより簡便な構成で安価に製造することができる。また、実施の形態1〜3のIHヒータ4が、それぞれ個別に作製された複数のヒータセル14を外枠10内に組み込むことにより製造されるのに対し、実施の形態4のIHヒータ4は、連結された複数の金属管50の支柱44の周りに絶縁被膜された導電線42を捲回することにより製造されるので、製造が容易で製造コストをよりいっそう削減することができる。
Unlike the first embodiment, the
こうして構成されたIHヒータ4において、加熱コイル20に高周波電流が供給されると、磁力線を生じ、金属管50は、これにより誘起された渦電流が形成されて、発熱する。発熱した金属管50は、流路40に流れる空気と直接的に接しているので、空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。
In the
また実施の形態4のIHヒータ4は、図17に示すように、X方向に延び、複数の金属管50および支柱44を貫通する貫通固定具54を有していてもよい。貫通固定具54は、一般的なねじなどの固定手段(ボルト、ナット)55を用いて構成され、一連の金属管50に固定される。こうして、IHヒータ4を機械的に補強するとともに、製造時の組み立て作業性を改善することができる。
Further, the
さらに、実施の形態4のIHヒータ4の被加熱体は金属管50であるとして説明したが、図18に示すように、実施の形態1〜3と同様の一対の金属板30を用いてもよい。このとき、空気が流れる流路40内にあって貫通固定具54の周囲にスペーサ56を別途設けてもよい。必要ならば、スペーサ56を非磁性材料で形成し、加熱コイル20の交流磁場により、貫通固定具54より金属板30を優先的に発熱させることができる。
Furthermore, although the heated object of the
実施の形態5.
図19〜図23を参照しながら、本発明に係る手乾燥装置の実施の形態5について説明する。実施の形態5の手乾燥装置1は、IHヒータ4の構成以外は実施の形態4と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。
図19は、実施の形態5のIHヒータ4の斜視図である。図19のIHヒータ4は、複数(図19では3つ)のヒータセル14を有し、各ヒータセル14は、Z方向に貫通して延びる流路40を有する中空の金属管(被加熱体)50と、その外側表面58の周りに絶縁被膜された導電線42が捲回された加熱コイル20とを有する。各ヒータセル14の導電線42は、直列に接続されて、電流供給回路(図19では図示せず)により駆動される。なお、ヒータセル14の個数は3つに限定されるものではなく、任意の数のヒータセル14を直列に接続してもよい。また複数のヒータセル14を並列に接続したり、並列接続および直列接続を任意に組み合わせて接続してもよい。なお各金属管50は、図19では直方体形状を有するが、円筒形状等の任意の中空形状を有していてもよい。実施の形態5の電気熱変換器1は、実施の形態4と同様、金属管50の中空空間に流路40が形成されており、外枠10を必ずしも必要とせず、省略することもできる。
FIG. 19 is a perspective view of the
こうして構成された実施の形態5のIHヒータ4によれば、これまでの実施の形態と同様、加熱コイル20に高周波電流が供給されると、磁力線を生じ、金属管50は、これにより誘起された渦電流が形成されて、発熱する。発熱した金属管50は、流路40に流れる空気と直接的に接しているので、流路40内の空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。
According to the
なお、図19に示すIHヒータ4の加熱コイル20は、上から見て、導電線42を時計方向に捲回することにより形成されているので、図中の矢印で示した方向に電流が流れているとき、各ヒータセル14は、下がN極で上がS極の磁性極を有する。しかし、隣接するヒータセル14の磁束が互いに干渉することを回避するために、隣接するヒータセル14の磁性極が互いに異ならせることが好ましい。これを実現するために、図20に示すように、3つの連続するヒータセル14のうち、中央のヒータセル14の導電線42は、金属管50の外側表面58に沿って反時計方向に捲回される。すなわち、中央に配置されたヒータセル14はN極が上方に、他の隣接するヒータセル14はS極が上方に形成されるように構成されている。こうして、隣接するヒータセル14の磁束は互いに干渉することなく、電磁場エネルギを熱エネルギにより効率的に変換可能なIHヒータ4を提供することができる。
Since the
また、実施の形態5の加熱コイル20は、その内側に配設された金属管50を加熱するものであるが、加熱コイル20により生じる交流磁場は、当然に加熱コイル20の外側にも形成される。そこで、図21および図22に示すように、加熱コイル20の外側に別の金属管(中空の導体)60を配設して、加熱コイル20の外側に形成される交流磁場エネルギを効率的に熱エネルギに変換することが好ましい。また外側金属管、すなわち中空の導体60は、好適には、加熱コイル20の内側に設けた金属管50と同様の金属材料で構成される。このとき、内側金属管50の内側に形成された内側流路40と、中空の導体60の外側にあって、図21の枠体10の内側に形成された外側流路41とが形成される。内側流路40および外側流路41に流れる空気は、合流して手乾燥装置1のダクト8内に案内される。こうして、加熱コイル20で生じる交流磁場を極めて効率的に熱エネルギに変換できるIHヒータ4を実現することができる。
Moreover, although the
なお、これまで説明した実施の形態において、流路40を形成する面(一対の金属板30の平坦な表面、金属管50の内側表面、および中空の導体60の外側表面)は、気流の圧損を低減するために、流路40と実質的に平行に延びているが、さらに放熱効果を改善するために、表面積を拡大するような形態を有することが好ましい。すなわち、流路40を形成する面は、図23(a)および(b)に示すように、流路40に対して実質的に垂直な方向の断面(すなわちY−Z平面)において、凹凸を有するように構成されることが好ましい。
In the embodiment described so far, the surfaces (the flat surfaces of the pair of
実施の形態6.
図24〜図25を参照しながら、本発明に係る手乾燥装置の実施の形態6について説明する。実施の形態6の手乾燥装置1は、IHヒータ4がブロワ3と噴射ノズル7の間のダクト8内の2箇所に配設されている点を除き、実施の形態1と同様の構成を有しているので、重複する内容については説明を省略する。
上述のとおり、実施の形態6のIHヒータ4は、図24に示すように、ブロワ3と噴射ノズル7の間のダクト8内の2箇所に配設されており、より好適には、噴射ノズル7に隣接して配置されている。ただし、IHヒータ4がブロワ3と噴射ノズル7の間に配設されている場合、ただ1つ設けた場合であっても実施の形態6による本発明の効果を得ることができる。
As described above, the
図1に示す実施の形態1の手乾燥装置1によれば、IHヒータ4は、吸気口6とブロワ3の間に配設されているため、IHヒータ4で温められた空気は、ダクト8内を通過する間に、ダクト8に熱を奪われ、噴出ノズル7から噴出されるときには十分に高い温度が保持されない場合がある。そのため、噴出ノズル7から噴出されるジェット気流の温度を確保するために、手乾燥装置1の待機時において、金属板30の温度を実質的に高い温度(例えば120℃)で保持し、ダクト8および流路40内の空気を予熱する必要があった。
According to the
これまで説明した実施の形態1〜5のIHヒータ4によれば、金属板30および金属管50などの被加熱体が流路40に流れる空気と直接的に接しているので、空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。したがって、流路40内の空気を予熱する必要はなく、直ちに使用できる温度まで瞬時に空気を温めることができる。そして、IHヒータ4をブロワ3に隣接して配置することにより、ダクト8に熱を奪われることを防止することができる。このように、待機時に空気を予熱する必要がないので、待機時の消費電力を極力抑えることができる。
According to the
たとえ待機時に空気を予熱しなければならない場合であっても、予熱時間を短縮することにより、待機時の消費電力を実質的に削減することができる。実施の形態1では、手乾燥装置1に取り付けられたハンドセンサを用いて、使用者の手が手挿入空間9に挿入されたか否かを検出し、これに応じて手乾燥装置1は作動するように制御されている。実施の形態6の手乾燥装置1では、このハンドセンサに加え、手乾燥装置1が設置された洗面所などに部屋に設置された人感センサ(図示せず)などを用いて、使用者が洗面所に入ったことを検出し、これに応じて流路40内の空気を予熱し始めるよう制御してもよい。さらに、人感センサの他、洗面所の照明が点灯したことを検出するフォトセンサや、照明の点灯スイッチと連動するセンサ、洗面所で水が使用されたことを検出するセンサからの信号に呼応して、流路40内の空気を予熱し始めるように手乾燥装置1を構成してもよい。
Even if the air must be preheated during standby, the power consumption during standby can be substantially reduced by reducing the preheating time. In
図25は、手乾燥装置1の噴出ノズル7を含むハウジング2の一部の領域を拡大した図である。また図25の破線楕円で示した領域62は、図19または図20のZ方向から見たIHヒータ4に相当する。図19において、IHヒータ4の各ヒータセル14の流路40から直接的に空気を噴出するように、すなわち各ヒータセル14の各開口部が噴出ノズル7として機能するように構成される。このように構成された手乾燥装置1によれば、IHヒータ4で加熱された空気からダクト8に熱を奪われることを防止することができる。
FIG. 25 is an enlarged view of a part of the
なお、IHヒータ4を噴出ノズル7に隣接して発生する場合や各ヒータセル14の開口部を噴出ノズル7として機能させる場合、加熱コイル20からの交流磁場が、使用者が着用している腕時計等に悪影響を与えないようにするために、図25に示すように、フェライトなどの磁性材料を用いた磁性シールド板64をIHヒータ4の周囲に配置して、加熱コイル20からの交流磁場をシールドすることが好ましい。
When the
本発明のIHヒータを用いた手乾燥装置1、およびシーズヒータを用いた従来式の手乾燥装置の性能を比較する実験を行った。
An experiment was conducted to compare the performance of the
ここで用いたIHヒータ4は、図2で示したものと同様のものであるが、5個並列に接続されたヒータセル14の組を4組直列に接続したものであり、各ヒータセル14の加熱コイル20は、基板23の両面上に渦巻状にパターン形成された銅薄膜24を有する(図5参照)。加熱コイル20のそれぞれは、巻き数を25ターン、銅薄膜24の厚みを35μmとした。このとき加熱コイル20の抵抗値は、インピーダンスアナライザを用いて周波数20kHzで測定したところ、1.19Ωであった。また金属板30は、磁性ステンレスであるSUS430(JIS規格)と非磁性ステンレスであるSUS304(JIS規格)の2種類のステンレスを用いて、60mm×60mm×1mmの寸法に成形した(図3参照)。加熱コイル20を一対のSUS430ステンレス板、およびSUS304ステンレス板で挟持したヒータセル14の抵抗値は、同様に周波数20kHzで測定したところ、それぞれ4.24Ωおよび2.20Ωであった。これらの抵抗値は、加熱コイル20の抵抗値と金属板(ステンレス板)30の抵抗値の合計値であるので、抵抗値の合計値から加熱コイル20の抵抗値を差し引くと、SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板の抵抗値は、それぞれ3.05Ωおよび1.01Ωとなる(なお、SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板の電気比抵抗は、それぞれ60μΩcmおよび72μΩcmである。)。
The
一般に、加熱コイルに供給された電力(電気エネルギ)は、加熱コイル20および各ステンレス板30で消費されて熱エネルギに変換されるが、加熱コイル20から生じるジュール熱(Hc)と、ステンレス板30で生じるジュール熱(Hm)により、IH電力比率{Hm/(Hc+Hm)}が定義される。このとき、IH電力比率は、加熱コイルの抵抗値とステンレス板の抵抗値の合計値に対するステンレス板の抵抗値の比に等しいと考えてよい。供給された電力全体(Wt)に対するSUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板で変換される熱エネルギ(W430,W304)の割合、すなわちIH電力比率は、加熱コイルの抵抗値とステンレス板の抵抗値の合計値に対するステンレス板の抵抗値の比から、それぞれ71.9%(W430/Wt)および45.9%(W304/Wt)となる。したがって、IH電力比率が大きいほど、電気−熱のエネルギ変換効率を増大させることができるので、金属板30は、非磁性ステンレスSUS304より磁性ステンレスSUS430を用いて形成することが好ましい。換言すると、加熱コイル20の抵抗値をステンレス板の抵抗値に比して極力抑えることにより、各ヒータセル14の電気−熱のエネルギ変換効率を格段に改善することができる。
In general, electric power (electric energy) supplied to the heating coil is consumed by the
例えば上記特許文献1に記載された従来式のシーズヒータを採用した手乾燥装置において、待機中のシーズヒータは、隣接して配置される蓄熱放熱フィンの温度が200℃に維持されるように1100Wの電源が断続的に供給されている。連続的に電源供給してシーズヒータの温度を200℃に維持するためには、120Wの電力が必要であった。
For example, in the hand dryer that employs the conventional sheathed heater described in
そしてシーズヒータの温度を200℃で安定させた(予熱処理した)後、10秒間の作動および10秒間の待機を反復させる動作試験を行った。作動中、シーズヒータに370Wの電力を供給し、ブロワに730Wの電力を供給して、ジェット気流を形成した。また待機中、ブロワ3を停止し、シーズヒータに1100Wの電力を供給した。このとき、シーズヒータを用いた従来式の手乾燥装置において、シーズヒータの温度、噴出されるジェット気流の温度(噴出温度)および吸い込まれる外気の温度(吸気温度)の経時的変化を測定し、図26のグラフを得た。同様に、この従来式の手乾燥装置において、シーズヒータの温度を200℃で安定させた後、1回目、5回目、60回目の作動時に、作動中の10秒間において変動する吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)を測定し、図27のグラフを得た。
Then, after the temperature of the sheathed heater was stabilized at 200 ° C. (pre-heat treatment), an operation test was repeated in which the operation for 10 seconds and the standby for 10 seconds were repeated. During operation, 370 W of power was supplied to the sheathed heater and 730 W of power was supplied to the blower to form a jet stream. During standby, the
一方、本発明のIHヒータを用いた手乾燥装置1において、待機中のIHヒータは、予熱処理のため、ステンレス板30の温度が120℃に維持されるように高周波電流が供給され、SUS430ステンレス板を用いたIHヒータでは48W、SUS304ステンレス板を用いたIHヒータでは60Wの電力を要した。なお、高周波電流を供給する回路による電力損失は、これらに含まれていない。また比較例として、SUS430ステンレス板を用いたIHヒータに直流電流を供給して、ステンレス板の温度を120℃に維持したとき、82Wの電力が必要であった。
On the other hand, in the
これらの手乾燥装置1に対し、従来式のシーズヒータを採用した手乾燥装置について説明したのと同様の10秒間の作動および10秒間の待機を反復させる動作試験を行った。すなわち、作動中および待機中のIHヒータには、電流供給回路による電力損失を差し引いて、それぞれ304Wおよび945Wの高周波電力を供給した。
These
こうして、SUS430ステンレス板30を用いたIHヒータ4に高周波電流を供給したとき、IHヒータ4の中央に(一端から10個目に)配置されたヒータセル14の温度(IHヒータ温度(中央))、IHヒータ4の端に(一端から1個目に)配置されたヒータセル14の温度(IHヒータ温度(端))、噴出されるジェット気流の温度(噴出温度)および吸い込まれる外気の温度(吸気温度)の経時的変化を示す図28のグラフを得た。また、SUS430ステンレス板30を用いたIHヒータ4に高周波電流を供給した手乾燥装置において、図27と同様、予熱処理後、1回目、5回目、60回目の作動時に、吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)が作動中の10秒間で変化する様子を示す図29を得た。
Thus, when a high frequency current is supplied to the
また、SUS304ステンレス板30を用いたIHヒータ4に高周波電流を供給した手乾燥装置に関し、図28および図29と同様のグラフである図30および図31を得た。さらに、SUS430ステンレス板30を用いたIHヒータ4に直流電流を供給した場合(比較例)において、図32および図33のグラフを得た。
Moreover, regarding the hand dryer which supplied the high frequency current to the
図26〜図33を参照して、従来式のシーズヒータを採用した手乾燥装置、SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板を用いた高周波電源が供給された本発明に係るIHヒータ4を採用した手乾燥装置1、ならびにSUS430ステンレス板30を用いた直流電源が供給されたIHヒータ4を採用した手乾燥装置について比較検討する。
Referring to FIGS. 26 to 33, a hand dryer using a conventional sheath heater, a hand dryer using an
予熱処理後1回目の作動時において、吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)は、従来式の手乾燥装置が最も小さく、作動して3秒後に15Kに、10秒後に19Kに達した(図27)。一方、本発明に係るIHヒータ4を採用した手乾燥装置1によれば、吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)は、作動して1〜2秒後に30Kに達し、その後やや下降し10秒後には27〜28Kとなった。このように、予熱処理後1回目の作動時における従来式の手乾燥装置による温度上昇は、本発明に係る手乾燥装置1より小さい。これは、シーズヒータから蓄熱放熱フィンを介して空気へ熱が伝達する効率が十分でなく、待機時のシーズヒータの温度を非常に高く(200℃)維持しておく必要があるところ、従来式の手乾燥装置が手乾燥機装置本体とシーズヒータを含む別体の加熱装置とからなり、待機中、手乾燥機装置本体と加熱装置の間に設けられた蓋が閉じて、シーズヒータの熱から手乾燥機装置本体を保護するため、手乾燥機装置本体内の空気が暖められていないためである。これに対し、本発明に係るIHヒータ4を採用した手乾燥装置1によれば、渦電流により加熱されたステンレス板30は、流路40に流れる空気と直接的に接しているので、空気を極めて効率的に、かつ応答性よく加熱することができる。これにより、本発明に係るIHヒータ4は、予熱温度を従来式の手乾燥装置より低く(例えば120℃に)設定して、エネルギ消費を実質的に削減することができる。
During the first operation after the pre-heat treatment, the difference between the intake air temperature and the ejection temperature (temperature increase) was the smallest in the conventional hand dryer, reaching 15 K after 3 seconds of operation and 19 K after 10 seconds ( FIG. 27). On the other hand, according to the
次に、予熱処理後5回目および60回目の作動時における吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)を比較する。5回目の作動時における温度上昇は、シーズヒータを用いた従来の手乾燥装置では約22〜24K、SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板を用いた、高周波電流が供給された手乾燥装置1ではそれぞれ約27〜28Kおよび約26〜27K、SUS430ステンレス板を用いた直流電源が供給された手乾燥装置では約24Kであった。
Next, the difference (temperature rise) between the intake air temperature and the ejection temperature at the fifth and 60th operation after the preheat treatment is compared. The temperature rise at the time of the fifth operation is about 22 to 24 K in the conventional hand dryer using the sheathed heater, and about each in the
同様に、予熱処理後60回目の作動時における温度上昇は、シーズヒータを用いた従来の手乾燥装置では約23K、SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板を用いた、高周波電源が供給された手乾燥装置1ではそれぞれ約24Kおよび約22K、US430ステンレス板を用いた直流電源が供給された手乾燥装置では約17〜18Kであった。 Similarly, the temperature rise during the 60th operation after the pre-heat treatment is about 23K in the conventional hand drying device using the sheathed heater, and the hand drying device using the SUS430 stainless steel plate and the SUS304 stainless steel plate supplied with high frequency power. 1 was about 24K and about 22K, respectively, and about 17-18K in the hand dryer supplied with DC power using a US430 stainless steel plate.
このように、本発明のIHヒータ4、とりわけSUS430を用いたIHヒータ4は、従来式のシーズヒータに供給される電力より小さい電力を供給したにも拘わらず、シーズヒータと同等またはそれ以上の温度上昇が得られた。すなわち、本発明に係るIHヒータ4を採用した手乾燥装置は、従来品に比してより高い熱変換効率を有する。ただし、IHヒータ4にSUS430を用いて直流電流を供給した場合は、予熱処理後60回目の作動時における温度上昇は約17〜18Kであり、従来式の手乾燥装置より劣っていた。
As described above, the
上記説明したように、全ジュール熱(Hc+Hm)に対するステンレス板30で生じるジュール熱(Hm)の比をIH電力比率{Hm/(Hc+Hm)}と定義して、IH電力比率と吸気温度と噴出温度の差(温度上昇)との関係を示す図34のグラフを得た。具体的には、IH電力比率は、加熱コイル20の抵抗値(Rc)とステンレス板30の抵抗値(Rm)で表される抵抗比率{Rm/(Rc+Rm)}に比例するので、上記SUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板を用いた場合(それぞれ71.9%および45.9%)、および直流電源を供給した場合(0%)に対応する点において、予熱処理後1回目、5回目および60回目の作動時の温度上昇をプロットした。図34から分かるように、予熱処理後1回目、5回目および60回目の作動時の温度上昇、すなわちジェット気流の温度は、IH電力比率に比例して高くなる。
As described above, the ratio of the Joule heat (Hm) generated in the
予熱により手乾燥装置1内の空気が暖められているため、予熱処理後1回目の作動時の温度上昇は、IH電力比率が大きくなっても著しく増大することはない。しかし、作動回数が増えるにつれて予熱による影響が希釈され、温度上昇はIH電力比率により大きく依存する。すなわち、IHヒータ4の供給される電力はIH電力比率によらず一定であるので、IHヒータ4全体が発熱する熱量は全て同じであるが、図34から明らかなように、IH電力比率が大きくなるほど、噴出されるジェット気流の温度(温度上昇)は高くなる。したがって、本発明に係るIHヒータ4は、より効率的に加熱するという文脈においてIH電力比率が大きいほど好ましい。
Since the air in the
また図35は、予熱処理後、作動(10秒間)および停止(10秒間)を60回反復したときのIHヒータ4のステンレス板30の表面の平均温度をプロットしたグラフである。図35から分かるように、高周波電流が供給されたIH電力比率が大きい(71.9%)SUS430ステンレス板の平均温度が最も高い状態で推移し、次いで高周波電流が供給されたSUS304ステンレス板(45.9%)の平均温度が高く、直流電源が供給されたSUS430ステンレス板(0%)の平均温度は低かった。この結果より、本発明に係るIHヒータ4は、ステンレス板30の表面温度を高く維持するという観点からもIH電力比率が大きいほど好ましい。
FIG. 35 is a graph plotting the average temperature of the surface of the
なお、IH電力比率を大きくするためには、加熱コイル20の抵抗をより小さくすればよく、そのためには金属薄膜24の膜厚を大きくして断面積を大きくし、加熱コイル20の巻き数を少なくして、全体の配線長さを短くし、あるいは金属薄膜23を比抵抗の小さい材料を用いて形成してもよい。また、透磁率がより高い、または体積抵抗率がより大きい金属材料を用いて、ステンレス板30を形成することにより、IH電力比率を大きくすることができる。
In order to increase the IH power ratio, the resistance of the
上述のSUS430ステンレス板およびSUS304ステンレス板を用いたIHヒータ4において、これらのステンレス板30を予備加熱時に120℃に維持するために必要な予備電力は、それぞれ48Wおよび60Wであり、直流電源が供給されるSUS430ステンレス板を用いたIHヒータ4の予備電力は、82Wであった。図36は、これらのIH電力比率と予備電力との関係を示すグラフである。図36から明らかなように、IHヒータ4の予備電力はIH電力比率に対して直線的に小さくなる。すなわち、本発明に係るIHヒータ4は、ステンレス板30を所定温度に予備加熱するために必要な予備電力を小さくして、消費エネルギを削減するという点においてもIH電力比率が大きいほど好ましい。
In the
なお、上記説明において、上述のIHヒータ4のステンレス板30は、0.6mmまたは1mmの厚みを有し、待機時において加熱コイル20により加熱されて蓄熱するように構成されているが、より厚く形成すると蓄熱作用が大きくなり、作動時に加熱コイル20に供給される電力を小さくすることができる。他方、手乾燥装置の電源容量に制限がなく、作動時に加熱コイル20に供給できる電力を十分に大きくすることができる場合、ステンレス板30の厚みをより薄くして、予備加熱を行わず、ステンレス板30の表面温度をより迅速に上昇させることができる。ただし、ステンレス板30に誘起される渦電流は、表面近くの「浸透の深さ(δ=5030×√(ρ/μf);ρは抵抗率,μは比透磁率,fは電流周波数)」と呼ばれる領域に集中して分布し、ステンレス板30が浸透の深さより薄くすると漏れ磁束が生じて発熱効率が低下する。したがって、予備加熱を行わず、作動時に加熱コイル20に供給できる電力を十分に大きくすることができる場合であっても、ステンレス板30は浸透の深さより厚くすることが好ましい。なお上式に基づき、浸透の深さ(δ)は、高周波電流の周波数が高いほど、ステンレス板30の抵抗率が小さいほど、あるいはステンレス板30の比透磁率が大きいほど小さくなる。よって、周波数の高い高周波電源を用いるか、抵抗率が大きく、または比透磁率が小さいステンレス板30を用いることにより、浸透の深さを浅くすると共に、ステンレス板30を薄くして、予備加熱を行わず、ステンレス板30の表面温度をより迅速に上昇させることができる。
In the above description, the
以上の実施の形態および実施例において、本発明に係るIHヒータを備えた手乾燥装置についてこれまで説明してきたが、このIHヒータは、暖房装置や乾燥装置などのその他の温風発生装置としても同様に用いることができる。また本発明は、実施の形態および実施例に限定して解釈されるべきではなく、添付されたクレームにより定義されるものであり、当業者にとって明らかな変形および変更は、本発明の精神と範疇から逸脱することなく、本発明に含まれるものと理解すべきである。 In the above embodiments and examples, the manual drying device provided with the IH heater according to the present invention has been described so far, but this IH heater can also be used as other hot air generating devices such as a heating device and a drying device. It can be used similarly. The present invention should not be construed as being limited to the embodiments and examples, but is defined by the appended claims, and variations and modifications apparent to those skilled in the art can be made within the spirit and scope of the present invention. It should be understood that it is included in the present invention without departing from the invention.
1:手乾燥装置,2:ハウジング,3:高圧空気発生装置(ブロワ),4:誘導加熱ヒータ(IHヒータ),5:制御回路,6:吸気口,7:噴出口(噴出ノズル),8:ダクト,9:手挿入空間,10:外枠,12:開口部,14:ヒータセル,16:配線板,17:配線端子,18:外部端子,20:加熱コイル(誘導コイル),22:端子,23:基板,24:金属薄膜(導電層),25:ポリプロピレン樹脂膜,26:ガラスエポキシ樹脂膜,27:貫通孔,28:端子,30:金属板(被加熱体),31:IGBT素子,32:FWD素子,33:ゲート制御信号,34:電源,36:整流回路,38:金属管(被加熱体),40:流路,42:絶縁被膜導電線,44:支柱,50:中空の金属管(被加熱体),52:平坦面,54:貫通固定具,55:固定手段,56:スペーサ,60:金属管(中空の導体),64:磁性シールド板 1: hand dryer, 2: housing, 3: high-pressure air generator (blower), 4: induction heater (IH heater), 5: control circuit, 6: air inlet, 7: outlet (spout nozzle), 8 : Duct, 9: manual insertion space, 10: outer frame, 12: opening, 14: heater cell, 16: wiring board, 17: wiring terminal, 18: external terminal, 20: heating coil (induction coil), 22: terminal , 23: substrate, 24: metal thin film (conductive layer), 25: polypropylene resin film, 26: glass epoxy resin film, 27: through-hole, 28: terminal, 30: metal plate (object to be heated), 31: IGBT element 32: FWD element, 33: gate control signal, 34: power supply, 36: rectifier circuit, 38: metal tube (heated body), 40: flow path, 42: insulating coating conductive wire, 44: support, 50: hollow Metal tube (object to be heated), 52: flat surface, 5 : Through fixture 55: fixing means, 56: spacer, 60: metal tube (hollow conductor), 64: magnetic shield plate
Claims (23)
前記被加熱体を加熱するために、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源と、
前記被加熱体との間に少なくとも1つの流路を形成する外枠と、
前記流路内に気流を形成する送風機とを備え、
前記送風機を作動させて前記流路内の空気を送風する期間と前記送風機を停止させて前記流路内の空気の送風を停止する期間とのうち前記送風を停止する期間に、前記誘電コイルに高周波電流を供給することにより前記被加熱体が誘導加熱し、前記ヒータが予熱され、前記送風する期間に、前記流路内の空気が前記被加熱体により加熱され、
前記誘導コイルに高周波電流を供給するための最大電力は、前記送風を停止する期間の方が、前記送風機を作動させる期間より大きいことを特徴とする温風発生装置。An induction coil made of a conductive material, and a heater composed of at least one object to be heated disposed adjacent to the induction coil;
A power source for supplying a high-frequency current to the induction coil to heat the object to be heated;
An outer frame forming at least one flow path between the heated body;
A blower for forming an air flow in the flow path,
In the period in which the blowing is stopped among the period in which the blower is operated and the air in the flow path is blown and the period in which the blower is stopped and the blowing of air in the flow path is stopped. The heated object is induction-heated by supplying a high-frequency current, the heater is preheated, and the air in the flow path is heated by the heated object during the blowing period ,
The hot air generator according to claim 1, wherein the maximum power for supplying a high-frequency current to the induction coil is longer than a period during which the blower is operated during a period when the blowing is stopped .
前記外枠は、複数の前記ヒータを収容し、前記外枠とこれに隣接する前記ヒータの前記被加熱体との間、および互いに隣接する前記ヒータの前記被加熱体の間において複数の流路を形成することを特徴とする請求項1に記載の温風発生装置。The heater is composed of the induction coil and a pair of heated objects disposed adjacent to the induction coil,
The outer frame accommodates a plurality of heaters, and a plurality of flow paths between the outer frame and the heated object of the heater adjacent to the outer frame and between the heated objects of the heaters adjacent to each other. The hot air generator according to claim 1, wherein:
前記被加熱体を加熱するために、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源と、
前記被加熱体との間に少なくとも1つの流路を形成する外枠と、
前記流路内に気流を形成する送風機とを備え、
前記流路内の空気が前記被加熱体により加熱される温風発生装置であって、
隣接する一対の前記被加熱体が支柱を介して接続され、
前記誘導コイルは、前記支柱の周りに捲回された絶縁被膜導電線を有することを特徴とする温風発生装置。An induction coil made of a conductive material, and a heater composed of at least one object to be heated disposed adjacent to the induction coil;
A power source for supplying a high-frequency current to the induction coil to heat the object to be heated;
An outer frame forming at least one flow path between the heated body;
A blower for forming an air flow in the flow path,
A hot air generator in which air in the flow path is heated by the heated body,
A pair of adjacent to-be-heated bodies are connected via struts,
The induction coil has an insulating coating conductive wire wound around the support column.
前記被加熱体を加熱するために、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源と、
前記流路内に気流を形成する送風機とを備え、
前記送風機を作動させて前記流路内の空気を送風する期間と前記送風機を停止させて前記流路内の空気の送風を停止する期間とのうち前記送風を停止する期間に、前記誘電コイルに高周波電流を供給することにより前記被加熱体が誘導加熱し、前記ヒータが予熱され、前記送風する期間に、前記流路内の空気が前記被加熱体により加熱されることを特徴とする温風発生装置。An induction coil made of a conductive material, and a heater that is disposed adjacent to the induction coil and that is configured by at least one hollow heated body having a flow path therein;
A power source for supplying a high-frequency current to the induction coil to heat the object to be heated;
A blower for forming an air flow in the flow path,
In the period in which the blowing is stopped among the period in which the blower is operated and the air in the flow path is blown and the period in which the blower is stopped and the blowing of air in the flow path is stopped. The heated body is induction-heated by supplying a high-frequency current, the heater is preheated, and the air in the flow path is heated by the heated body during the blowing period. Generator.
前記被加熱体を加熱するために、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源と、
前記被加熱体との間に少なくとも1つの流路を形成する外枠と、
前記流路内に気流を形成する送風機とを備え、
前記流路内の空気が前記被加熱体により加熱される温風発生装置であって、
前記被加熱体は、前記誘導コイルを包囲するように筒状に成形され、流路に沿って実質的に平行に延びる少なくとも1つの平坦な外側表面を有し、
前記誘導コイルは、前記被加熱体の前記外側表面に実質的に垂直に延びる支柱と、これに捲回された絶縁被膜導電線とを有することを特徴とする温風発生装置。An induction coil made of a conductive material, and a heater composed of at least one object to be heated disposed adjacent to the induction coil;
A power source for supplying a high-frequency current to the induction coil to heat the object to be heated;
An outer frame forming at least one flow path between the heated body;
A blower for forming an air flow in the flow path,
A hot air generator in which air in the flow path is heated by the heated body,
The heated body is cylindrically shaped to surround the induction coil and has at least one flat outer surface extending substantially parallel along the flow path;
The induction coil includes a hot air generator, comprising: a support column extending substantially perpendicularly to the outer surface of the object to be heated; and an insulating film conductive wire wound around the support column.
前記誘導コイルは、前記被加熱体の前記外側表面の周りを捲回するように形成されたことを特徴とする請求項9に記載の温風発生装置。The heated body has an outer surface extending substantially parallel along the flow path;
The hot air generator according to claim 9, wherein the induction coil is formed so as to wind around the outer surface of the body to be heated.
前記被加熱体の外側表面の周りに捲回された前記誘導コイルの捲回方向が互いに異なることを特徴とする請求項13に記載の温風発生装置。Having at least two sets of the heated object and the induction coil adjacent to each other;
The warm air generator according to claim 13, wherein winding directions of the induction coil wound around the outer surface of the heated body are different from each other.
外気を取り込む吸気口と、前記温風発生装置で加熱された気流を外部に噴出する噴出口とを有するハウジングとを備え、
前記吸気口および前記噴出口は、前記流路を介して連通することを特徴とする手乾燥装置。The hot air generator according to claim 1, 2, or 9,
A housing having an intake port for taking in outside air and a jet port for jetting the airflow heated by the warm air generator to the outside;
The air dryer and the jet port communicate with each other through the flow path.
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