JP5106628B2

JP5106628B2 - 誘導加熱装置、これを用いた温風発生装置および手乾燥装置

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Publication number: JP5106628B2
Application number: JP2010508991A
Authority: JP
Inventors: 貞行松本; 史和松浦; 喜久夫泉; 一成中尾; 郁朗菅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: WO2009130761A1; JPWO2009130761A1

Description

本願発明は、誘導加熱を利用して気体や液体などの流体を加熱する誘導加熱装置に関するものである。

誘導加熱により金属を加熱し、加熱された金属に接する気体や液体などの流体を加熱する誘導加熱装置がいくつか提案されている。このような誘導加熱装置においては、流体と接する金属表面が伝熱面となるので、流体への効率的な熱伝達を実現するために、伝熱面の面積を極力大きくするように構成されていた。

例えば特許文献１に記載の誘導加熱装置では、セラミックなどの非磁性体材料からなる筒状ケースの外周にリッツ線などの導線を巻回してコイルを形成し、筒状ケースの内側に発熱体を収納し、コイルに高周波電流を流すことによって発熱体を誘導加熱し、発熱体を収納したケース内側に流体を通すことによって流体を加熱している（特許文献１，図１）。発熱体は、磁性を有するフェライト系ステンレス鋼のＪＩＳ（Japanese Industrial Standard）規格で規定されたＳＵＳ４４７Ｊ１からなる平板状の第１シートと波形状の第２シートを交互に積層して形成されることで伝熱面の面積を大きくするよう構成されている（図２）。第１シートおよび第２シートはスポット溶接で溶着されて電気的に導通されている。また第２シートの表面には流体の乱流を生じさせるための孔が設けられている。このように構成された誘導加熱装置において、コイルに高周波電流を流すと、シート材が空間を有するように且つ電気的に導通可能に積層され、周辺部に沿った電流より前記周辺部を横切る電流の方が流れやすい形状に形成されているので、伝熱面積を確保でき、ケース内側の中央部の発熱体が周辺部よりも多く発熱する。ケース内を通過する流体は周辺部より中央部で流れやすいため、中央部で発熱する発熱体により均一に加熱される。

一方、流体を加熱するための誘導加熱装置ではないが、例えば特許文献２において、調理を目的として金属製の鍋を誘導加熱によって加熱する誘導加熱装置が開示されている。このような調理目的の誘導加熱装置にあっては、鍋底面の温度を均一にするため、あるいはアルミニウムや銅など電気伝導度の大きい材質からなる鍋を誘導加熱によって加熱するときに生じる浮力を低減するために誘導加熱用のコイルと鍋の間にアルミニウムや銅からなる電気伝導体を設けることが知られている。

特許文献２に記載の誘導加熱装置では、誘導加熱用のコイルと被加熱物であるＳＵＳ系の磁性容器の間に、中心孔部から周縁部方向に６つのスリット部を放射状に形成した導電板を用いている。スリット部の一つは導電板の外周縁と結ばれている。このような構成において誘導加熱用のコイルに高周波電流を流すと、導電板を周回する方向に誘導電流が流れるが、誘導電流は外周縁と中心孔を結ぶスリット部で遮断されて、誘導加熱用コイルに流れる高周波電流と同方向に向きを変え、中心孔および外周縁と結ばれていないスリットに沿って流れる。この結果、導電板の中心付近の誘導電流は誘導加熱用のコイルに流れる高周波電流と同方向に流れるため、導電板の中心付近の磁界を強め、被加熱物の底面各部における温度差を小さくする。

また、例えば特許文献３には、調理を目的としてアルミニウムや銅あるいはこれらと同等以上の電気伝導率を有する低透磁率材料からなる被加熱物を誘導加熱する誘導加熱装置が開示されている。この誘導加熱装置は、誘導加熱用の加熱コイルと被加熱物の間にアルミニウムなどの電気導体が設けられている。このような誘導加熱装置では加熱コイルから発生する磁界は、電気導体と被加熱物に鎖交するため、両者に誘導電流が発生し、電気導体に誘導された誘導電流の発生する磁界と被加熱物に誘導された電流の発生する磁界の重畳磁界が加熱コイルの発生する磁界の変化を妨げるように電気導体および被加熱物に誘導電流が流れる。つまり、被加熱物に誘導される電流の分布が、電気導体に誘導電流が発生することにより変わることになるので、この電流分布の変化で加熱コイルの等価直列抵抗が大きくなり、同一出力を得る場合の加熱コイルに流す電流値を小さくすることができ、被加熱物に作用する浮力が低減するとともに、電気導体が被加熱物に働く浮力の一部を分担することで被加熱物に作用する浮力を低減している。また電気導体は加熱コイル電流の流れる方向と平行に周回して流れる誘導電流の分布を制限するために、電気導体の一部に切り欠き、開口、スリットが設けられており、電気導体の発熱量を抑制し、被加熱物を加熱している。但し、鉄系の被加熱物の場合には電気導体を挿入することにより、加熱コイルの等価直列抵抗を大きくするという作用はほとんど得られない。

特開平８−２６４２７２号公報特開平７−２１１４４４号公報特開２００３−２６４０５４号公報

このような特許文献１に示された誘導加熱装置にあっては、筒状ケースの内側に平板状および波形状の磁性を有するフェライト系ステンレス鋼のシートを積層して収納しているため、これらのステンレス鋼シートを加熱することで伝熱面積を大きくすることができるが、誘導電流がステンレス鋼シートを流れるようにするため、平板状シートと波形状シートをスポット溶接などで溶着して電気的に導通させる必要があり、その結果、多数のステンレス鋼シートをスポット溶接するための製造コストが増大し、スポット溶接部を確実に導通させなければならず、信頼性維持に要するコストも増大するという問題点があった。

一方、特許文献２あるいは３に示された誘導加熱装置にあっては、そもそも気体や液体などの流体を加熱するために設計された構造ではないため、流体を効率よく加熱することはできない。また、仮に流体加熱に用いたとしても誘導加熱用のコイルと被加熱物の間に設けられた電気導体の発熱量をできるだけ小さく抑制し、被加熱物の温度分布を均一化したり、効率よく加熱するために電気導体にスリットを設けたものであるため、流体加熱のための伝熱面積という点では主とした伝熱面は鍋底などの被加熱物であり、電気導体は伝熱面としてほとんど寄与するものではない。

本願発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造で伝熱面積を増大させ、気体や液体などの流体を効率よく加熱することができる誘導加熱装置を実現することを目的としている。

本願発明に係る実施の形態による誘導加熱装置は、導線を捲回して形成したコイルと、非磁性導電体からなり、前記コイルとの間に流路を形成する少なくとも１つの第１の加熱板と、導電体からなり、前記第１の加熱板との間に流路を形成する第２の加熱板と、前記コイルに高周波電流を供給する高周波電源とを有し、前記第１の加熱板は前記コイルの捲回された前記導線と直交する方向に延びるスリットを有し、前記コイルは、前記高周波電源により高周波電流が供給されたとき磁束を形成し、前記第１の加熱板に設けた前記スリットを透過した磁束により、前記第２の加熱板が加熱されることを特徴とするものである。

本願発明によれば、第１の加熱板のスリットを透過した磁束が、その外側に配置された第２の加熱板にも届くので、全ての加熱板が誘導加熱され、伝熱面積を大きくして流体を加熱することができるといった従来にない顕著な効果を奏するものである。

本願発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置の斜視図である。図１に示す誘導加熱装置の分解斜視図である。（ａ）および（ｂ）は図１に示すコイルの平面図および断面図であって、コイルから生じる磁束の方向を示すものである。（ａ）は図１に示す第１の加熱板の斜視図、（ｂ）〜（ｃ）は図１に示す誘導加熱装置の断面図であって、磁束の様子を示す。図１に示す誘導加熱装置を用いた温風発生装置の側面断面図である。第１の加熱板の比較例として用いた穿孔加熱板の斜視図である。第１の加熱板（ＳＵＳ３０４）の開口率と誘導加熱装置各部の温度上昇との関係を示すグラフである。第１の加熱板（アルミニウム）の開口率と誘導加熱装置各部の温度上昇との関係を示すグラフである。本願発明の実施の形態２による誘導加熱装置の斜視図である。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図９に示す内側に配置された第１の加熱板および外側に配置された第１の加熱板の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は図９に示す誘導加熱装置の断面図であって、磁束の様子を示す。実施の形態２の変形例による誘導加熱装置の斜視図である。実施の形態２の別の変形例による誘導加熱装置の斜視図である。本願発明に係る実施の形態３による誘導加熱装置の斜視図である。図１４に示す誘導加熱装置の分解斜視図である。本願発明に係る実施の形態４による誘導加熱装置の斜視図である。本願発明に係る実施の形態５による手乾燥装置の側面断面図である。図１７に示す手乾燥装置に用いられる電源装置の回路構成を示すブロック図である。前面側および背面側共振回路のインピーダンスの周波数依存性を示すグラフである。本願発明に係る実施の形態６による誘導加熱装置の斜視図である。図２０に示す誘導加熱装置の分解斜視図である。図２０に示す誘導加熱装置を用いた温風発生装置の側面断面図である。図２０に示す誘導加熱装置の側面断面図である。実施の形態６の変形例による誘導加熱装置の斜視図である。図２４に示す誘導加熱装置の断面図である。本願発明に係る実施の形態７による誘導加熱装置の分解斜視図である。図２６に示す誘導加熱装置の部分的な分解斜視図である。図２６に示す誘導加熱装置の断面図である。実施の形態７の変形例による誘導加熱装置の断面図である。本願発明に係る実施の形態８によるコイルの分解斜視図である。図３０に示すコイルの断面図である。

符号の説明

１：誘導加熱装置、１０：平板状コイル、１１：支持板、１２：絶縁ケース、１４：コイルケース（金属ケース）、１８：筒状コイル、２０：第１の加熱板、２１：スリット、２２：外側端（コイル）、２３：外周部（第１の加熱板）、２６：仕切板、３０：第２の加熱板、３２：筒型ケース、４０：スペーサ、５０：電源装置、１００：温風発生装置、１０１：吸気口、１０２：噴出口、１０３：ダクト、１０４：ブロワ、２００：手乾燥装置、２０２：ハウジング、２０３：ダクト、２０４：ブロワ、２０６：手挿入部、２０８：吸気口、噴出口（噴出ノズル）、２１０：電気配線、２１２：噴出口（噴出ノズル）、２５０：電源装置、２５２：スイッチング素子、２５４：ハーフブリッジ回路、２５６：直流電源、２５８：ハーフブリッジドライバ、２６０：制御部、３００：手乾燥装置、３０３：ダクト、Ｐ：流路、Ｆ：流体フロー、Ｂ：磁束。

以下、添付図面を参照して本願発明に係る誘導加熱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「上下方向」または「左右方向」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、これらの用語は本願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。

実施の形態１

図１は本願発明の実施の形態１による誘導加熱装置１を示す斜視図であり、図２は図１の誘導加熱装置１の分解斜視図である。実施の形態１に係る誘導加熱装置１は、概略、エナメル線などの導線を渦巻状に捲回して任意の平面形状（図２では円形状）に形成された平板状コイル１０と、その両側にスペーサ４０により所定の空間を隔てて配置された一対の第１の加熱板２０と、コイル１０から遠ざかる方向にスペーサ４０により所定の空間を隔てて配置された一対の第２の加熱板３０とを備える。図２では、平板状コイル１０は、板状の支持板１１に固定されているように図示されているが、樹脂やセラミックスなどの絶縁物からなる絶縁ケース１２の内部に配設してもよいし（図５参照）、捲回された導線を互いに絶縁して接続するなどして、支持板１１を用いることなく導線だけで自立可能な平板状コイル１０に構成してもよい。

好適には、一対の第１の加熱板２０は非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなり、一対の第２の加熱板３０は磁性フェライト系ステンレス鋼からなる。ただし、これらに限定されるものではなく、第１の加熱板２０の構成材料は、強磁性体でない導電体材料であればよく、好適には体積抵抗率が大きい材料からなり、より好適には大量生産され安価で流通しているものとしてオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４であってもよい。また、第２の加熱板３０の構成材料は、第１の加熱板２０の構成材料と同様のものであってもよいし、非磁性材料でもよいが（非磁性オーステナイト系ステンレス鋼）、好適にはフェライト系ステンレス鋼やマルサント系ステンレス鋼などの強磁性体の金属であり、安価であるという観点から磁性フェライト系ステンレス鋼のＳＵＳ４３０が最も適している。

また、実施の形態１の第１の加熱板２０は、図２および図４から明らかなように、中心から放射状に延びる複数のスリット２１を有する。各スリット２１は、図示したように中心で交わる必要はなく、互いに独立していてもよいが、その内側端はコイル１０の内周より半径方向の内側にあり、その外側端２２は第１の加熱板２０の外周部２３に達しないように構成されている。すなわち、第１の加熱板２０の外周部２３は、スリット２１により分断されることなく周方向に連続し、後述のように、第１の加熱板２０に生じる周方向の高周波電流がスリット２１により遮断されることなく第１の加熱板２０全体に一様に流れ、第１の加熱板２０を十分かつ均一に加熱することができる。

さらに、コイル１０を含む絶縁ケース１２、一対の第１の加熱板２０、一対の第２の加熱板３０、およびスペーサ４０は、それぞれ対応する位置に複数のねじ孔を有し、複数のねじ（図示せず）を用いてこれらの構成部品を一体に固定される。このとき、絶縁ケース１２と第１の加熱板２０との間、ならびに第１の加熱板２０と第２の加熱板３０との間には、スペーサ４０の厚みに相当する所定の間隔が設けられ、これらの加熱板２０，３０で加熱された気体や液体など流体が流れる流路Ｐを構成する。また、コイル１０を収容する絶縁ケース１２の上端および下端を開放して（図示せず）、絶縁ケース１２の内部においても流体が流れる流路を構成することにより、絶縁ケース１２内のコイル１０も同様に流体により冷却することが好ましいが、流体に曝されることによるコイル１０の劣化を防ぐために、絶縁ケース１２の内部に流路を構成しなくてもよい。またコイル１０の両端は、電源装置５０に電気的に接続され、これにより高周波電流が供給される。

次に動作について説明する。高周波電流が電源装置５０からコイル１０に供給されると、コイル１０の周囲に高周波磁場が発生する。高周波電流の周波数は、これに限定されないが、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度が望ましい。図３（ａ）および図３（ｂ）はコイル１０に高周波電流を流したときに形成される高周波磁場の磁束の様子を観念的に示したものである。磁束Ｂは、図３（ａ）に示すようにコイル１０の表面側ではコイル１０の内周側から外周側に放射状に（半径方向に）発生し、図３（ｂ）に示すようにコイル１０の外周端で折り返し、コイル１０の裏面側ではコイル１０の外周側から内周側に向かって中心に戻るように発生する。すなわち、磁束Ｂは右ねじの法則に従い、コイル１０の導線と直交する方向に発生する。そしてコイル１０に高周波電流が供給されるとき、高周波電流の極性に依存して磁束の向きも逆転する。なお、図３（ｂ）では磁束に始点と終点があるように示したが、これは説明のためであって、マクスウェル方程式から明らかなように磁束は連続しており、始点や終点は存在しない。

図４（ａ）はスリット２１を有する第１の加熱板２０の斜視図であり、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のｂ−ｂ線およびｃ−ｃ線から見たときの誘導加熱装置１の断面図であって、コイル１０に高周波電流を流したときの磁束の様子を示したものである。これらの図面において、磁束の向きを一方向で示したが、図３（ａ）および図３（ｂ）と同様、高周波電流の極性が変わると磁束の向きも反転する。

図４（ｂ）の断面図では第１の加熱板２０のスリット２１は形成されず、コイル１０で発生した磁束は、第１の加熱板２０に達し、第１の加熱板２０に誘導電流として渦電流が流れ、第１の加熱板２０を誘導加熱する。このとき、第１の加熱板２０の構成材料、厚み、および高周波磁場の渦電流の流れ方にも依存するが、第１の加熱板２０に達した磁束の大半は、これを透過することができず、第２の加熱板３０には到達し得ない（一部の磁束は第１の加熱板２０を透過する場合がある。）。一方、図４（ｃ）の断面図においては第１の加熱板２０にスリット２１が形成されており、コイル１０で発生した磁束は第２の加熱板３０に達し、第２の加熱板３０に誘導電流として渦電流が流れ、第２の加熱板３０を誘導加熱する。

以上のようにコイル１０に高周波電流を流すと、一対の第１の加熱板２０と、一対の第２の加熱板３０の合計４枚の加熱板２０，３０が誘導加熱により発熱し、流路Ｐに気体や液体などの流体を流すと、各加熱板２０，３０の表面と裏面が伝熱面となるので合計８面の伝熱面から流体に伝熱され、流体が加熱される。またコイル１０も自身の抵抗によるジュール熱（いわゆる銅損）により発熱するが、絶縁ケース１２の内部（すなわちコイル１０の表面と裏面）も同様に流路として構成されているため、コイル１０の発熱も流体に効率よく伝熱するとともに、流体によりコイル１０を充分に冷却することができる。またコイル１０を絶縁ケース１２で完全に覆っている場合であっても絶縁ケース１２の外側が流路となっているので、絶縁ケース１２を通してコイル１０の発熱を流体に伝熱することができる。

ところで、本願発明に係るスリット２１を有する第１の加熱板２０は非磁性金属板からなるものであったが、磁性金属板からなる第１の加熱板２０を用いて誘導加熱装置を作製して、第２の加熱板３０の温度上昇に対する影響を確認する実験を行った。すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼板ＳＵＳ３０４の代わりに、フェライト系ステンレス鋼板ＳＵＳ４３０に同様にスリット２１を設けた第１の加熱板２０を組み込んだ誘導加熱装置１を同一条件で作動させたところ、第１の加熱板２０は誘導加熱されたものの、第２の加熱板３０は誘導加熱されなかった。この理由は、たとえ第１の加熱板２０にスリット２１が設けてあっても、コイル１０が生じる磁束は強磁性体の第１の加熱板２０があることで屈折し、第１の加熱板２０の方向に集中するため、磁束がスリット２１を透過しないためである。ただし、第１の加熱板２０に設けたスリット２１の幅を十分大きくすればスリット２１を透過する磁束が現れるものと考えられるが、スリット２１の幅を大きくすることは第１の加熱板２０の伝熱面積を犠牲にする（低減する）ことになる。これは、本願発明の趣旨である伝熱面積を大きくするといった効果を滅却するものであるから、第１の加熱板２０は、磁性金属板より非磁性金属板で構成することが好ましい。

なお、特許文献１に記載の発熱体は、磁性を有するフェライト系ステンレス鋼のＳＵＳ４４７Ｊ１からなるシートを積層したものをスポット溶接により全体が通電可能となるように構成されているため、コイルから離れたシートにも誘導電流が流れて発熱するが、各シートが通電可能になっていない場合はコイルに近いシートのみが誘導加熱により発熱し、コイルから離れたシートは誘導加熱されないため伝熱面積を大きくすることはできない。換言すると、コイルから離れたシートを発熱させるためには、各シートをスポット溶接して全体的に通電可能に作製しなければならない。

一方、本願発明の誘導加熱装置１においては、コイル１０に近い第１の加熱板２０はスリット２１を設けた非磁性金属板として構成されているので、スリット２１を透過した磁束は、コイル１０から離れた第２の加熱板３０にも達し、第１および第２の加熱板２０，３０が電気的に接続されていなくても、第１の加熱板２０のみならず第２の加熱板３０を誘導加熱することができる。すなわち、本願発明に係る誘導加熱装置１によれば、スポット溶接といった特別な製造工程を用いることなく、単に複数の加熱板２０，３０を所定の位置に配置するだけでよいので、製造コストを極めて低く抑えることができる。

次に、本願発明に係る誘導加熱装置１を用いた温風発生装置１００の一例について以下説明する。図５は温風発生装置の概略的構成を示す断面図である。なお、図５の温風発生装置は手乾燥装置であってもよい。図５に示す温風発生装置１００は、吸気口１０１および噴出口１０２の間を流体連通するダクト１０３と、ダクト１０３の内部に配設された上述の誘導加熱装置１（図１）と、ダクト１０３内に流体フローＦを形成するブロワ１０４と、高周波電源５０とを備える。また温風発生装置１００は、高周波電源５０の駆動条件を制御するための制御回路（図示せず）を有する。

この誘導加熱装置１のコイル１０は、直径０．７５ｍｍのエナメル線を渦巻状に巻いて、直径１４０ｍｍの円板状とした後、その表面および裏面に耐熱紙であるノーメックス紙（デュポン社、登録商標）で挟んでラミネート成形してなり、１６０ｍｍ×１５０ｍｍの平面寸法を有する矩形ケース１２内に配設されている。

第１の加熱板２０は、１６０ｍｍ×１５０ｍｍの平面寸法を有する厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４の非磁性ステンレス板に、図４に示すように中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの複数（８本）のスリットが互いに４５°の角度で離間するように形成したものである。第２の加熱板３０は、１６０ｍｍ×１５０ｍｍの平面寸法を有する厚さ２ｍｍのＳＵＳ４３０の磁性ステンレス板である。スペーサ４０は、１５０ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍのＳＵＳ３０４の非磁性ステンレス部材であって、矩形ケース１２および第１の加熱板２０の間、ならびに第１および第２の加熱板３０の間に３ｍｍの空間が形成されるように介在させて、ねじなどの任意の適当な固定手段を用いて、矩形ケース１２、第１および第２の加熱板２０，３０とともに一体に固定される。こうして、実施の形態１に係る誘導加熱装置１が構成される。なお、誘導加熱装置１およびダクト１０３は、第２の加熱板３０およびダクト１０３の内壁の間の間隔が同様に３ｍｍとなるように設計されている。また、コイル１０に高周波電流を供給する高周波電源５０は、後述するが、一般に誘導加熱装置で使用される任意の形態を有するものであってもよく、例えば共振コンデンサと２個のスイッチング素子により構成されるハーフブリッジ型のインバータであってもよい。

こうして構成された温風発生装置１００において、誘導加熱装置１に高周波電源５０から高周波電流が供給され、ブロワ１０４が駆動されると、ブロワ１０４の吸気口１０１から吸引された空気は、誘導加熱装置１により加熱されて、温風として噴出口１０２から排出される。

このような温風発生装置１００にあっては、誘導加熱装置１に入力した電気エネルギは誘導加熱装置１によって熱エネルギに変換され、この熱エネルギは空気を温めるとともに、ダクト１０３またはブロワ１０４などの周辺部品に対流、伝導、輻射によって伝熱される。したがって、誘導加熱装置１に入力された電気エネルギの大部分は最終的には空気に伝熱されるため、温風発生装置１００から排出される空気の温度を測定して、誘導加熱装置１の第１および第２の加熱板２０，３０に対する伝熱性能を評価することは困難である。第１および第２の加熱板２０，３０またはダクト１０３の一部が過剰に加熱されると、これらに隣接するケース１２やダクト１０３を耐熱性または難燃性を有する構成材料を用いて形成する必要がある。一部の構成部品が異常に高温とならないように温風発生装置１００を設計することは、その製造コストの増大を抑制する観点から極めて好ましい。したがって、誘導加熱装置１から生じる熱が第１および第２の加熱板２０，３０に対して、より均一に伝熱されることが好ましい。

上記説明した温風発生装置１００において、コイル１０に２０ｋＨｚの周波数を有する高周波電流を４００Ｗの電力で供給し、ブロワ１０４の噴出口１０２が１．１ｍ３／分の空気を排出するように制御したところ、吸気温度に対するコイル１０（導線の表面）の上昇温度Ｔ_Ｃ、第１の加熱板２０（２枚の平均）の上昇温度Ｔ_１、第２の加熱板３０（２枚の平均）の上昇温度Ｔ_２、およびダクト１０３の内側表面の上昇温度Ｔ_Ｄに関し、それぞれ以下のように結果が得られた。なお測定位置は、第１の加熱板２０の場合、第１の加熱板２０中心から３ｃｍ外側の位置であり、コイル１０、第２の加熱板３０、およびダクト１０３の測定位置も第１の加熱板２０の測定位置に対応する位置である。

このように第１および第２の加熱板２０，３０は、その上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２がほぼ同程度であり、コイル１０に流れる高周波電流によりほぼ均一に誘導加熱されていることが確認された。

次に、スリット２１の代わりに、図６のように円形孔２４を格子状に配置したもの（以下、「穿孔加熱板２５」という。）を第１の加熱板２０として用いた温風発生装置１００において、上記と同様の測定を行った。具体的には、図６に示すように、板厚１ｍｍの非磁性ステンレスＳＵＳ３０４に、直径が８ｍｍおよび６ｍｍの円形孔２４を格子状に配置したものを用意して、温風発生装置１００に組み込み、流体フローＦの吸気温度に対するコイル１０（導線の表面）の上昇温度Ｔ_Ｃ、穿孔加熱板である第１の加熱板（２枚の平均）の上昇温度Ｔ_１、第２の加熱板（２枚の平均）の上昇温度Ｔ_２、およびダクト表面の上昇温度Ｔ_Ｄを測定した。このとき、穿孔加熱板に対する円形孔２４の開口率（穿孔加熱板２５の表面積に対する円形孔２４全体が占める面積の比）は、それぞれ約５８％および約４０％であった。これに対し、図４に示す第１の加熱板２０に中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの８本のスリット２１を設けた場合のスリット２１による開口率は、約２．２％である。

表２の結果によれば、穿孔加熱板２５である第１の加熱板２０は、１００Ｋ以上の温度上昇が確認されたものの、第２の加熱板３０は、開口率によらずあまり昇温していない。すなわち、コイル１０からの磁束Ｂは、第１の加熱板２０に数多くの円形孔２４を設けても、これを透過せず、第２の加熱板３０まで達しないことを示唆するものである。一方、表１の結果によれば、第１の加熱板２０にスリット２１を設けた場合のスリット２１による開口率が約２．２％と比較的に小さくとも、第２の加熱板３０は第１の加熱板２０と同程度に加熱されていることから、磁束の方向と同じ方向に延びるスリット２１は、円形孔２４に比して、磁束Ｂを透過させる効果に与える影響は極めて大きく、本願発明に係る伝熱面積を増大させる効果に顕著に作用することが認められる。

また上記と同様、板厚１ｍｍの非磁性ステンレスＳＵＳ３０４に直径が８ｍｍ、６ｍｍ、および３ｍｍの円形孔２４を格子状に配置したもの穿孔加熱板２５に、さらに加えて、中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの８本のスリット２１を設けたものを作製し、これを第１の加熱板２０として用いた温風発生装置１００において、上記と同様の測定を行った。すなわち、本願発明によるスリット２１を有するとともに、円形孔２４による開口率が約５８％、約４０％、および約３３％（孔径３ｍｍの円形孔を有する穿孔加熱板２５）の異なる開口率を有する３種類の穿孔加熱板２５について、流体フローＦの吸気温度に対するコイルの上昇温度Ｔ_Ｃ、第１の加熱板の上昇温度Ｔ_１、第２の加熱板の上昇温度Ｔ_２、およびダクト表面の上昇温度Ｔ_Ｄを測定した。なお、上記開口率はスリット２１による開口率を含まないものとし、円形孔２４を有さず、同様のスリット２１のみを有する第１の加熱板２０については開口率が０％の穿孔加熱板２５として同様の測定を行った（表３）。そして各開口率におけるそれぞれの上昇温度をプロットして図７のグラフを得た。

表２および表３を比較すると、第１の加熱板に円形孔２４を設けた場合であっても、第１の加熱板２０がスリット２１を有するとき（表３）の第１の加熱板２０の上昇温度Ｔ_１は、スリット２１を有さない場合（表２）よりも低く、第２の加熱板３０の上昇温度Ｔ_２はより高いことが明らかである。このように、穿孔加熱板２５においても同様に、スリット２１を設けることにより、第２の加熱板３０により高い磁束エネルギを与えて誘導加熱させ、伝熱面積を大きくすることができる。

さらに図７のグラフから理解されるように、開口率が大きくなるにつれ、第１の加熱板２０の上昇温度Ｔ_１はより低く、第２の加熱板３０の上昇温度Ｔ_２はより高くなる。したがって、第１の加熱板２０に設けた円形孔２４による開口率を制御することにより、第１および第２の加熱板２０，３０の上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２を制御することができる。択一的には、第１の加熱板２０に設けたスリット２１の数および幅によっても第１および第２の加熱板２０，３０の上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２を制御することができるが、第１の加熱板２０に設けた円形孔２４による開口率を制御することにより、第１および第２の加熱板２０，３０の上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２を制御できるので、熱設計を行う上でも設計の自由度が増えるといった利点がある。

次に、非磁性ステンレス板の代わりに、アルミニウム板に（１６０ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）に、中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの４本のスリット２１が互いに９０°の角度で離間するように形成し、さらに直径が８ｍｍ、６ｍｍ、および３ｍｍの円形孔２４を格子状に配置したものを作製した（円形孔２４による開口率はそれぞれ約５８％、約４０％、および約３３％である。）。そして、これらのアルミニウム製の穿孔加熱板２５を第１の加熱板２０として用いた温風発生装置１００において、上記と同様の測定を行った。図８は、各開口率において、流体フローＦの吸気温度に対するコイルの上昇温度Ｔ_Ｃ、第１の加熱板２０の上昇温度Ｔ_１、第２の加熱板３０の上昇温度Ｔ_２、およびダクト１０３の表面の上昇温度Ｔ_Ｄのそれぞれの測定結果をプロットしたグラフである。

図８から明らかなように、第１および第２の加熱板２０，３０の上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２は同程度であり、両方の加熱板２０，３０は同等に誘導加熱しているものの、コイル１０の上昇温度Ｔ_Ｃが第１および第２の加熱板２０，３０の上昇温度Ｔ_１，Ｔ_２より大きくなっている。一般に、コイル１０が非常に高い温度に達する場合、これを収容するケース１２等の周辺部品はより高い耐熱温度を有する材料を用いて形成する必要があり、製造コストをより安価にするためには、コイル１０の上昇温度Ｔ_Ｃを低く抑えることが好ましい。したがって、上述のように、コイル１０を含むケース１２の上端および下端を開放して、ケース１２の内部においても流体が流れる流路を構成して、コイル１０を流体により冷却するとともに、アルミニウム板よりむしろ非磁性ステンレス板を用いて第１の加熱板２０を構成することがより好ましい。

なお、アルミニウム板を用いて第１の加熱板２０を構成したとき、コイル１０がより高温となる理由は、アルミニウム板の抵抗がＳＵＳ３０４ステンレス板の抵抗より小さいために、誘導加熱装置１のコイル１０に高周波電流を流したときの第１の加熱板２０に誘起される抵抗成分が小さく、コイル１０が消費する電力の割合が大きくなるためである。誘導加熱装置１のインピーダンス測定から推定すると、第１の加熱板２０がＳＵＳ３０４ステンレス板の場合、入力した電力のうち約６〜７％の電力をコイル１０で消費するが、アルミニウム板の場合には約２０％の電力をコイル１０で消費する。コイル１０の消費電力を小さく抑えるためには、第１の加熱板２０の抵抗を大きくすればよく、そのためには体積抵抗率が大きい材料を使用するか、板厚を薄くすればよい。常温でのＳＵＳ３０４ステンレス板の体積抵抗率は７１×１０^−８Ωｍであり、アルミニウム板の体積抵抗率は２．７５×１０^−８Ωｍである。非磁性金属で体積抵抗率が大きい材料としては、ニクロム（１１０×１０^−８Ωｍ）、クロメル（７０〜１００×１０^−８Ωｍ）、コンスタンタン（４７〜５１×１０^−８Ωｍ）などがあり、これらを用いてもよいが、板材が安価で入手できるものとしてはオーステナイト系ステンレス鋼が最適である。オーステナイト系ステンレス鋼は常温での体積抵抗率が７１〜９４×１０^−８Ωｍである。一方、板厚を薄くすればアルミニウムなどの体積抵抗率が小さい材料でも、アルミニウム板の抵抗を大きくすることができる。アルミニウム板であっても板厚を０．１ｍｍ以下とすれば、アルミニウム板の抵抗が十分大きくなりコイル１０で消費する電力を十分低減できるが、板厚を薄くすると誘導加熱による発熱で変形しやすくなる。そのためアルミニウム板の変形を見込んだ設計が必要になる。しかし、ステンレス鋼より安価なアルミニウムを用いることは低コスト化の点で利点があり、板厚を０．１ｍｍ以上として、コイル１０で消費する電力を多少大きくしてもコイル１０の周囲が流路となっており冷却されるため実施可能である。

さらに、第１の加熱板２０のスリット２１の幅を１ｍｍではなく５ｍｍとした場合について、上述と同様の測定を行った。すなわち、この第１の加熱板２０は、１６０ｍｍ×１５０ｍｍの平面寸法を有する厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４の非磁性ステンレス板に、図４に示すように、中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの複数（８本）のスリットが互いに４５°の角度で離間するように形成したものであって、円形孔２４は設けられていない。測定結果は表４の通りである。

スリット幅が１ｍｍである場合の表１と、スリット幅が５ｍｍである場合の表４とを比較すると、スリット幅が５ｍｍであるときの第１の加熱板２０の上昇温度Ｔ_１はより小さく、第２の加熱板３０の上昇温度Ｔ_２はより大きい。これはスリット幅を大きくしたことによりスリット２１を透過する磁束の量が増加し、第１の加熱板２０を誘導加熱する磁束が減少し、第２の加熱板３０を誘導加熱する磁束が増大したためである。しかし、スリット幅が５倍になっているにも関わらず、温度上昇の程度はさほど大きくはない。

なお、本実施の形態においては具体的な幾何学的数値を上げて説明したが、各加熱板２０，３０、コイル１０、スペーサ４０の寸法などはこれに限るものではない。また同様の構造を実現すればスペーサ４０を用いず、加熱板２０，３０の端部を折り曲げるなどしてスペーサ４０を用いることなく流路Ｐとなる空間を形成してもよい。またコイル１０の両面に第１の加熱板２０と第２の加熱板３０をそれぞれ２枚ずつ設けたが、コイル１０の一方の面に第１の加熱板２０と第２の加熱板３０を設けてもよい。

実施の形態２

図９〜図１３を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態２について説明する。実施の形態２の誘導加熱装置２は、複数の第１の加熱板２０をコイル１０の両側のそれぞれに設けた点を除き、実施の形態１と同様の構成を有するので、重複する内容については説明を省略する。

図９は本願発明の実施の形態２の誘導加熱装置２を示す斜視図である。実施の形態２の誘導加熱装置２は、コイル１０を収容するケース１２の両面に配置された非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる第１の加熱板２０ａと（図１０（ａ））、その外側に配置された同等の非磁性材料の材質からなる別の第１の加熱板２０ｂと（図１０（ｂ））、さらにその外側に配置された第２の加熱板３０とを有する。すなわち第１の加熱板は、コイル１０と第２の加熱板３０との間に配設された複数の第１の加熱板２０ａ，２０ｂを有し、それぞれの間に流路Ｐが形成されている。

コイル１０により近い第１の加熱板２０ａは、図１０（ａ）に示すように中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの１２本のスリットが互いに３０°の角度で離間するように形成したものであって、コイル１０からより離れて配置された第１の加熱板２０ｂは、図１０（ｂ）に示すように中心から放射状に延びる長さ６５ｍｍ×幅１ｍｍの６本のスリットが互いに６０°の角度で離間するように形成したものである。外側配置の第１の加熱板２０ｂのスリット２１ｂは、内側配置の第１の加熱板２０ａのスリット２１ａに対し第１の加熱板２０ａに垂直な方向から見て重なり合う（重畳する）ように形成されている。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のａ−ａ線、ｂ−ｂ線、およびｃ−ｃ線から見た誘導加熱装置２の断面図である。内側に配置された第１の加熱板２０ａは、図１１（ａ）に示すようにスリットのないところでは磁束Ｂを透過することができず、コイル１０からの磁束により誘導加熱される。外側に配置された第１の加熱板２０ｂは、図１１（ｂ）に示すようにスリット２１ｂのないところでは磁束Ｂを透過することができず、内側配置の第１の加熱板２０ａのスリット２１ａを透過した磁束Ｂにより誘導加熱される。さらに第２の加熱板３０は、両方の第１の加熱板２０ａ，２０ｂのスリット２１ａ，２１ｂを透過した磁束により誘導加熱される。

このように構成された誘導加熱装置２において、第１の加熱板２０ａ，２０ｂにスリット２１ａ，２１ｂを設けることにより、全ての加熱板２０ａ，２０ｂ，３０を誘導加熱することができ、伝熱面積をさらに増加させることができる。また、外側配置の第１の加熱板２０ｂに設けるスリット２１ｂの幅よりも、内側配置の第１の加熱板２０ａのスリット２１ａの幅を広くすることによって確実に第２の加熱板３０に磁束が届くようにしてもよい。内側配置の第１の加熱板２０ａおよび外側配置の第１の加熱板２０ｂに同数のスリット２１を互いに重畳するように設けるとともに、前者のスリット２１ａの幅を後者のスリット２１ｂより幅広に形成し、第１の加熱板２０ａのスリット２１ａを透過した磁束Ｂの一部が第１の加熱板２０ｂを誘導加熱し、残りの磁束Ｂが第１の加熱板２０ｂを透過して第２の加熱板３０を誘導加熱するようにしてもよい。
なお、本実施の形態ではコイル１０と第２の加熱板３０の間に内側配置および外側配置の２つの第１の加熱板２０ａ，２０ｂを有する誘導加熱装置２について説明したが、磁束Ｂはコイル１０から数センチメートルまでは届くので、より数多くの第１の加熱板２０を設けてもよい。

図１２は、コイル１０の両側にそれぞれ４個の第１の加熱板２０と、その外側に第２の加熱板３０とを有する誘導加熱装置２を示す斜視図である。このように、さらに数多くの第１の加熱板２０を配設して、より大きな伝熱面積を実現することができる。なお、第１の加熱板２０の数が多くなると、より外側に配置された第１の加熱板２０はコイル１０からの距離が遠くなるので、コイル１０からの磁束が弱くなり誘導加熱されにくくなる。そこで、図１３に示すように、複数のコイル１０を用いて複数の第１の加熱板２０を誘導加熱してもよい。このとき、第１の加熱板２０のそれぞれは、均等に加熱されるように、スリット２１の幅を調整することが好ましいが、スリット幅が異なる（形状の異なる）ように複数の第１の加熱板２０を形成することはコスト高を招くので、安価に作製するためには、できるだけ同一形状を有する第１の加熱板２０を用いて誘導加熱装置２を用いることが好ましい。同一形状を有する第１の加熱板２０を用いた場合、コイル１０からそれぞれの第１の加熱板２０までの距離により上昇温度（Ｔ_１）が異なるが、加熱された流体は上述の温風発生装置１００などの本体装置（図示せず）の内部で攪拌され、本体装置から噴出される流体は一様な温度となり、実際の使用に際しては問題のならない場合が多い。また図１２および図１３に示す誘導加熱装置２は、第２の加熱板３０が最も外側に配置されているが、部品点数を減らして低コスト化を図るために、第１の加熱板２０で置換してもよい。

実施の形態３

図１４および図１５を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態３について説明する。実施の形態３の誘導加熱装置３は、内側配置の第１の加熱板２０ａおよび第２の加熱板３０に起伏（凹凸）を与え、伝熱面積を増大させた点を除き、実施の形態２と同様の構成を有するので、重複する内容については説明を省略する。

上述のように、図１４および図１５に示す誘導加熱装置３は、コイル１０を収容するケース１２と、非磁性金属板（例えばＳＵＳ３０４からなる金属板）を波形に折り曲げた（凹凸を与えた）放射状のスリット２１ａを有する第１の加熱板２０ａと、その外側に平板の非磁性金属板にスリット２１ｂを放射状に設けた第１の加熱板２０ｂと、さらにその外側に磁性金属板（例えばＳＵＳ４３０からなる金属板）を波形に折り曲げて連続的な起伏を設けた第２の加熱板３０とを有する。

このように構成された誘導加熱装置３において、コイル１０に高周波電流を供給すると、上記実施の形態１および２と同様、第１の加熱板２０ａ，２０ｂおよび第２の加熱板３０が誘導加熱される。ただし、本実施の形態では内側配置の第１の加熱板２０ａおよび第２の加熱板３０は、連続した波形形状に成形されており、平板の金属板に比較し、流体との接触面積（伝熱面積）を増大させることができるため、伝熱効果を改善することができる。

また、内側配置の波形形状を有する第１の加熱板２０ａおよび同様に波形形状を有する第２の加熱板３０（以下、これらをまとめて「波形金属板」ともいう。）は、コイル１０を固定する平坦な支持板１１（またはコイル１０を収容するケース１２）および外側配置の平坦な第１の加熱板２０ｂとの間において、山と山の間（あるいは谷と谷の間）に流路を形成する。したがって、実施の形態３に係る誘導加熱装置３は、流路を形成するために、別部材としてのスペーサを必要としない。実施の形態１および２で示したようにスペーサ４０を用いて波形金属板と平板金属板（外側配置の平面状の第１の加熱板２０）を固定することにより流路を形成したとき、誘導加熱により波形金属板の温度が上昇して、平板金属板がその平行な面において波形金属板より大きく熱膨張して反り返り、流路を安定した形状に維持しにくくなることがある。したがって、コイル１０を固定する平坦な支持板１１、第１の加熱板２０ａ，２０ｂ、および第２の加熱板３０は、スペーサ４０を介して固定することなく、図１４および図１５で示すように単に積層するように構成することが望ましい。より好適には、熱膨張しにくい絶縁物を用いて平板の第１の加熱板２０ｂを形成して、波形金属板の第１の加熱板２０ａおよび第２の加熱板３０が反らないようにしてもよい。ただし、平板の第１の加熱板２０ｂは、絶縁物より非磁性の金属材料を用いて形成した方が、伝熱面積は増大させることができるので好ましい。

実施の形態４

図１６を参照しながら、本願発明に係る誘導加熱装置の実施の形態４について説明する。図１６は本願発明の実施の形態４による誘導加熱装置４を示す透視斜視図である。実施の形態４に係る誘導加熱装置４は、概略、セラミックスなどの絶縁体からなる筒型ケース３２と、その外側に巻回された筒状コイル１８と、筒型ケース３２の内部に所定の間隔で配置された非磁性金属板（例えばＳＵＳ３０４からなる金属板）からなる複数の加熱板２０とを有する。図示しない高周波電源から筒状コイル１８に高周波電流が供給されると、筒型ケース３２の長手方向（図１６の上下方向）に高周波磁場が発生する。そして複数の加熱板２０のそれぞれには、筒状コイル１８が形成する高周波磁場の磁束Ｂの方向（筒型ケース３２の長手方向）と同じ方向に延びる複数のスリット２１が設けられている。このとき、筒状コイル１８からの高周波磁場の磁束Ｂの一部は筒状コイル１８に最も隣接した加熱板２０を誘導加熱するが、一部はその加熱板２０に設けられたスリット２１を透過し、より内側にある加熱板２０に達して、これを誘導加熱する。なお、加熱板２０は実施の形態１で説明した第１の加熱板２０と同様のオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４が最も好ましい。

なお、本実施の形態では加熱板２０は平板としたが、実施の形態３に示したように波形に折り曲げた加熱板２０にスリット２１を設けたものであってもよい。また筒型ケース３２は円筒断面に限るものではなく、矩形断面を有する中空体であってもよい。

実施の形態５

実施の形態１〜３による誘導加熱装置１〜３は、平板状のコイル１０と複数の平板状の加熱板２０，３０との組み合わせにより構成されているため、薄型で伝熱面積が大きい流体加熱用の誘導加熱装置をえることができる。こうした誘導加熱装置は、さまざまな装置の熱源として利用することができるが、一例として実施の形態１による誘導加熱装置１を組み込んだ手乾燥装置２００について以下説明する。シースヒータを用いた典型的な手乾燥装置については、例えば特開平１０−７５９１５号公報に記載され、その開示内容は参考のためにここに一体のものとして統合される。

図１７は、実施の形態５に係る手乾燥装置２００を示す側面断面図である。この手乾燥装置２００は、概略、ハウジング２０２と、高圧空気を発生する高圧空気発生装置であるブロワ２０４と、電源装置２５０とを備える。ハウジング２０２は、手挿入部２０６と、周辺空気を取り込むための吸気口２０８と、誘導加熱装置１で加熱された空気を外部に噴出する噴出口（噴出ノズル）２１２ａ，２１２ｂと、吸気口２０８と噴出口２１０ａ，２１０ｂとの間を流体連通し、手挿入部２０６の前面側に設けられた前面側ダクト２０３ａと、背面側に設けられた背面側ダクト２０３ｂとを有する。前面側ダクト２０３ａおよび背面側ダクト２０３ｂの内部にはそれぞれ、実施の形態１の誘導加熱装置１と同様の前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂが配設されている。誘導加熱装置１ａ、１ｂは電気配線２１０ａ，２１０ｂによって電源装置２５０に電気的に接続され、電源装置２５０から誘導加熱装置１ａ、１ｂに高周波電流が供給される。また電源装置２５０はブロワ２０４および誘導加熱装置１ａ、１ｂを制御するための制御回路（図示せず）を有する。

こうして構成された手乾燥装置２００において、ブロワ２０４が作動すると吸気口２０８から空気を吸い込み、前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂが空気を加熱した後、加熱された高圧で高速の空気噴流Ｆが前面側ノズル２１２ａおよび背面側ノズル２１２ｂから噴出される。このとき、手乾燥装置２００の使用者が手挿入部２０６に濡れた手を挿入して引き出すと、前面側ノズル２１２ａおよび背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気噴流（温風）Ｆにより、手に付いた水滴を吹き飛ばし、手を速やかに乾燥させることができる。

このような手乾燥装置２００の手挿入部２０６は、図１７の紙面の垂直方向（奥行き方向）に両手を挿入できる幅を有し、上下方向に手首まで挿入できる深さを有することが好ましい。また手挿入部２０６は、図１７の紙面で左右方向に使用者に圧迫感を与えない程度に広い間隔を有することが好ましい。ただし、手乾燥装置２００の設置スペース（占有面積）をできるだけ小さくするためには、手挿入部２０６の左右方向の間隔は小さい方が望ましい。したがって図１７の左右方向において、手乾燥装置２００の手挿入部２０６の間隔を広くするとともに、手乾燥装置２００全体の奥行きを小さくするためには、前面側ダクト２０３ａおよび背面側ダクト２０３ｂの内部に配設された誘導加熱装置１ａ、１ｂを極力薄く設計することが必要であり、本願発明の誘導加熱装置は極めて好適である。

例えば実施の形態１に係る誘導加熱装置１において、コイル１０の厚みが２ｍｍ、コイル１０と第１の加熱板２０との間の空間（流路）が３ｍｍ、第１の加熱板２０の厚みが１ｍｍ、第１および第２の加熱板３０の間の空間（流路）が３ｍｍ、第２の加熱板の厚みが２ｍｍであるので、誘導加熱装置１全体の厚みは２０ｍｍである。さらに誘導加熱装置１とダクト２０３との間に３ｍｍの空間（流路）を設けたとき、ダクト２０３の奥行きは２６ｍｍとなる。また、気流が通る空間（流路）を２ｍｍとすれば、ダクト２０３の奥行きは２０ｍｍとなる。本願発明の誘導加熱装置１は薄型であるが、伝熱面積が大きいので、誘導加熱装置１の温度が過剰に高くなることなく、空気を十分に加熱することができる。

なお、前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂを個別に制御して、前面側ノズル２１２ａおよび背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気の温度が互いに異なるようにしてもよい。使用者は通常、手の平が前面側ノズル２１２ａに対向するようにして手を手挿入部２０６に挿入するので、前面側ノズル２１２ａから噴出された温風は手の平に当たり、背面側ノズル２１２ｂから噴出された温風は手の甲に当たる。一般に、手を洗ったとき水滴は手の甲より手の平に多く付着する。また、前面側ノズル２１２ａおよび背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気の温度が同じであるとき、手の甲は手の平より熱く感じ、使用者に不快感を与える場合がある。したがって、短時間で手を乾燥させるためには、前面側ノズル２１２ａから噴出される空気の温度を背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気の温度より高くすることが好ましい。これを実現するために、前面側誘導加熱装置１ａに供給される電力が背面側誘導加熱装置１ｂに供給される電力より大きくなるように、それぞれに高周波電流を供給する独立した２つの電源装置２５０を設けて、個別に制御するようにしてもよい。このとき、手乾燥装置２００は、前面側ノズル２１２ａおよび背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気の温度を使用者が調整できるように構成してもよい。

ただし、前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂのための２つの電源装置２５０を設けて、個別に制御することは、手乾燥装置２００の製造コストを引き上げることになる。そこで択一的には、並列に接続された前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂに単一の電源装置２５０で高周波電流を供給するとき、前者のコイル１０の巻数を後者のものより多くするか、あるいは両者を直列に接続した場合には、前者のコイル１０の巻数を後者のものより少なくことにより、前面側ノズル２１２ａから噴出される空気の温度を背面側ノズル２１２ｂから噴出される空気の温度より高くするように手乾燥装置２００を構成してもよい。

さらに択一的には、コイル１０の巻数等、同様に構成された２つの誘導加熱装置１ａ、１ｂが異なる電力を消費するように、単一の電源装置２５０を構成することができる。図１８は、前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂにそれぞれ異なる電力を供給する電源装置２５０の回路構成を示すブロック図である。この電源装置２５０は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子２５２ａ，２５２ｂが直列に接続されたハーフブリッジ回路２５４を有する。ハーフブリッジ回路２５４には直流電源２５６から直流電圧が供給され、ハーフブリッジ回路２５４のスイッチング素子２５２ａ，２５２ｂによりスイッチングされ所定の矩形波電圧がハーフブリッジ回路２５４の出力段に出力される。ハーフブリッジ回路のスイッチング素子２５２ａ，２５２ｂはハーフブリッジドライバ２５８により駆動され、ハーフブリッジドライバ２５８は制御部２６０により制御される。直流電源２５６とハーフブリッジ回路２５４との間にはコンデンサ２６２が接続され、必要に応じて電流を平滑化してハーフブリッジ回路２５４に供給する。ハーフブリッジ回路２５４の出力端には、共振コンデンサＣ１が直列に接続された前面側誘導加熱装置１ａと、共振コンデンサＣ２が直列に接続された背面側誘導加熱装置１ｂとが並列に接続されている。

次に動作を説明する。前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂのインダクタンスは異なっていてもよいが、同じであるとして以下説明する。図１８に示す電源装置２５０は、２つの共振回路、すなわち直列接続された前面側誘導加熱装置１ａおよび共振コンデンサＣ１による前面側共振回路ＲＣ１と、直列接続された背面側誘導加熱装置１ｂおよび共振コンデンサＣ２による背面側共振回路ＲＣ２とを有する。共振コンデンサＣ１とＣ２の静電容量は互いに異なり、図１９は、前面側共振回路ＲＣ１および背面側共振回路ＲＣ２のインピーダンスの周波数依存性を示すグラフである。それぞれのインピーダンスの極小値が、各共振回路の共振周波数である。前面側共振回路ＲＣ１の共振周波数より高い周波数ｆ１の矩形波電圧がハーフブリッジ回路から出力され、前面側誘導加熱装置１ａおよび背面側誘導加熱装置１ｂに供給されると、前面側共振回路ＲＣ１のインピーダンスが背面側共振回路ＲＣ２のインピーダンスより小さいので、前面側誘導加熱装置１ａは背面側誘導加熱装置１ｂより大きい電流が供給され、より大きい電力を消費する（より発熱量は大きい）。そして、ハーフブリッジ回路２５４から出力される矩形波電圧の周波数をｆ１からｆ２に上げたとき、同様に前面側共振回路ＲＣ１のインピーダンスは背面側共振回路ＲＣ２のインピーダンスより小さいが、両者のインピーダンスの差異は、矩形波電圧の周波数がｆ１の場合より小さくなる。すなわち、ハーフブリッジ回路２５４から出力される矩形波電圧の周波数を調整するとともに、そのデューティ比を制御することにより、一方の誘導加熱装置の消費電力を一定に保ったまま、他方の誘導加熱装置の消費電力を制御することができる。

実施の形態６

上記実施の形態ではコイルの両側にそれぞれ複数の加熱板を設けた誘導加熱装置について述べたが、本実施の形態ではコイルの両側にそれぞれ単一の加熱体が配置されたより簡便な構成を有する誘導加熱装置について以下説明する。

図２０は本願発明に係る実施の形態６による誘導加熱装置６を示す斜視図であり、図２１は図２０に示す誘導加熱装置６の分解斜視図である。実施の形態６の誘導加熱装置６は、実施の形態１と同様のコイル１０と、スペーサ４０を介して所定の間隔で離間して配置された加熱板２０とを有し、コイル１０と加熱板２０との間に流路Ｐを形成している。加熱板２０は、フェライト系ステンレス鋼のＳＵＳ４３０などの磁性金属が望ましいが、オーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４などの非磁性金属であってもよい。実施の形態１と同様、コイル１０に高周波電流を供給すると加熱板２０は誘導加熱される。そして、コイル１０と加熱板２０との間の流路Ｐに空気などの流体を流すことにより、加熱板２０から空気に熱が伝達される（空気が加熱される）。このように、各加熱板２０の表面および裏面が伝熱面として空気に伝熱するので、コイル１０と加熱板２０の間に流路Ｐを設けない場合と比較して伝熱面積を２倍に増大することができる。熱の伝達効率を改善するために、コイル１０で生じた熱も空気に直接的に伝達させて、コイル１０も同様に空気フローに曝される（空気により冷却する）ことが好ましい。このとき、コイル１０が空気流に曝されると、コイル１０の絶縁被覆が空気中の粉塵によって破損しやすくなる。したがってコイル１０は、樹脂やガラス、セラミックスなどの絶縁物で被覆されることが望ましい。

図２２は図２０の誘導加熱装置６を組み込んだ手乾燥装置３００を示す側面断面図である。図２２に示す手乾燥装置３００は、実施の形態５の図１７で示す手乾燥装置２００とほぼ同様のものである。また図２３は、図２２の太い破線Ａで囲った部分を示す拡大断面図であって、図２０の誘導加熱装置６とほぼ同様のものを示す。図２３に示す誘導加熱装置６は、加熱板２０とダクト３０３との間にも所定の間隔を設けて、両者間に流路Ｐを形成しており、合計４個の流路Ｐを形成している。すなわち実施の形態６に係る誘導加熱装置６は、１個のコイル１０で２個の加熱板２０を誘導加熱し、２個の加熱板２０の表裏両面がそれぞれ伝熱面（合計４面）として機能するように構成されている。したがって、限定的な数のコイル１０と加熱板２０を用いて、より数多くの伝熱面を実現することができるので、伝熱効率がより高く小型の誘導加熱装置６を安価に製造することができる。

図２４は、図２０に示した誘導加熱装置６を複数個、スペーサ４１を介して並列に配置したものの斜視図であり、図２５は、これを水平面（流路Ｐと直交する面）に平行な面で切断したときの断面図である。このように構成された誘導加熱装置（図２４および図２５）によれば、図２０に示した誘導加熱装置６と同様の作用・効果を実現でき、多数の伝熱面を有するので、より効率的に空気に伝熱して温風を得ることができる。

なお、図２０に示した複数の誘導加熱装置６は、スペーサ４１を用いて互いに離間するように配置されているが、これに限定されるものではなく、所定の間隔で設けた溝部を有する外枠（図示せず）に複数の誘導加熱装置６のそれぞれを当該溝部に嵌合するように配設して離間させてもよい。

実施の形態７

図２６は本願発明に係る実施の形態７による誘導加熱装置７を示す分解斜視図であり、図２７は図２６の誘導加熱装置７の部分的な分解斜視図である。誘導加熱装置７のコイル１０は実施の形態６とほぼ同一のものであるが、誘導加熱装置７の加熱板２０は平板状ではなく、波形に折り曲げて形成されているため、誘導加熱装置７のコイル１０と加熱板２０との間にはスペーサを設けることなく、山と山の間（隣接するピーク間）に流路Ｐが形成されている。図２８は、図２６および図２７に示した誘導加熱装置７を水平面（流路Ｐと直交する面）に平行な面で切断したときの断面図である。図２８の左側半分の一部領域Ｌにおいては、それぞれの加熱板２０の山と山が一致する（向き合う）ように配置され、図２８の右側半分の一部領域Ｒにおいては、それぞれの加熱板２０の山と谷が一致する（向き合う）ように配置されているが、流路Ｐの方向が一定であれば、複数の加熱板２０を任意の位置に配置してもよい。

しかしながら、複数のコイル１０それぞれの捲回方向は同一であることが好ましい。これは、コイル１０と加熱板２０の間に流路Ｐとなる空間を有することに起因して発生する漏れ磁束が互いのコイルの磁束を弱め合うためである。例えば、複数のコイル１０のうちの１つのコイル１０の捲回方向を他のものと逆方向にすると、同方向にした場合に比べて、同じ電力を入力したときコイル１０自身の温度上昇が大きくなり、すなわちコイル１０からのジュール熱が増大した。本実施の形態においても、コイル１０と加熱板２０との間の流路Ｐに空気を流して、コイル１０からの熱も空気に伝熱されるものの、コイル１０の表面は絶縁物で被覆されているので、より効率的に熱を空気に伝熱するためには、投入電力に対するコイル１０からのジュール熱より加熱板２０からの誘導加熱の割合を大きくすることが好ましい。

このように、実施の形態７によれば、平板を波形に折り曲げて加熱板２０を構成することにより、平板に比較して伝熱面積を増大させ、空気への伝熱効率を改善することができる。

図２９は、図２８に示す誘導加熱装置７の変形例を示す同様の断面図である。図２８の誘導加熱装置７においては、隣接するコイル１０の間には単一の加熱板２０が配設されているのに対し、図２９に示す誘導加熱装置７では、隣接するコイル１０の間には、２つの加熱板２０および仕切板２６が設けられている。仕切板２６は、２つの波形加熱板２０により挟持され、これらの間隔を保持するものであり、金属板からなることが好ましいが、ガラス、セラミックス、または樹脂などの絶縁材料からなる板であってもよい。仕切板２６が金属板であっても誘導加熱により生じる熱は小さいが、むしろ誘導加熱された波形の加熱板２０から伝熱されやすい。このとき仕切板２６は、流路Ｐの一部を構成するので、空気への伝熱面として機能する。したがって図２９に示す誘導加熱装置は、図２８に示すものに比して、より数少ないコイル２０でより数多くの加熱板２０を誘導加熱する（伝熱面をより増大させる）ことができるので、安価に伝達効率の高い誘導加熱装置を実現することができる。

実施の形態８

上記実施の形態では、コイル１０は樹脂やセラミックスなどの絶縁材料からなる絶縁ケース１２に収納されるものとして説明したが、本実施の形態によるコイル１０は金属材料からなるコイルケース１４に収容される点を除き、上記実施の形態と同様の構成を有するので、上記実施の形態の誘導加熱装置に用いられる任意のコイルと置換することができる。すなわち、実施の形態８のコイルは実施の形態６，７のみならず、実施の形態１〜７に係るコイルすべてに適用することができる。

図３０および図３１を参照して、実施の形態８のコイル１０について以下説明する。図３０は実施の形態８によるコイル１０を示す分解斜視図であり、図３１は図３０のコイルを水平面に平行な面で切断したときの断面図である。実施の形態８のコイル１０は、エナメル線などの導線を渦巻状に捲回して形成され、一対の金属材料からなるコイルケース１４ａ，１４ｂに挟持され（図３０）、一体に固定される（図３１）。コイルケース１４ａ，１４ｂは、好適には、アルミニウムなどの非磁性金属からなり、図３０に示すように、コイル１０の中心付近から放射状に延びる複数のスリット２１を有し、上記実施の形態と同様、コイル１０で生じた磁束がコイルケース１４ａ，１４ｂを透過し、コイル１０から離れて配置された加熱板を誘導加熱することができる。またコイル１０からの磁束により、コイルケース１４ａ，１４ｂも同様に誘導加熱されるが、スリット２１の本数を多くし、あるいはその幅を大きくすることにより、コイルケース１４ａ，１４ｂで生じる熱を抑制することができる。なお上記実施の形態おいて、コイル１０は流路Ｐに面するように構成されているので、この実施の形態によるコイルケース１４ａ，１４ｂを、流体を加熱するための伝熱面として有効に利用することもできる。また詳細図示しないが、コイル１０とコイルケース１４ａ，１４ｂとの間には、樹脂などの絶縁材料からなる絶縁シート（図示せず）を配置してもよい。またスリット２１は、絶縁物で塞いだとしても磁束に対してはスリットが存在することと同じなのでよい。

以上のように、実施の形態８によれば、コイル１０を金属製のコイルケース１４ａ，１４ｂ内に配置することにより、流体中に含まれる粉塵からコイル１０の実質的な全体表面を保護することができ、粉塵による摩耗などに起因するコイル１０の劣化を防止して、より長寿命で信頼性のより高いコイル１０を実現することができる。

Claims

導線を捲回して形成したコイルと、
非磁性導電体からなり、前記コイルとの間に流路を形成する少なくとも１つの第１の加熱板と、
導電体からなり、前記第１の加熱板との間に流路を形成する第２の加熱板と、
前記コイルに高周波電流を供給する高周波電源とを有し
前記第１の加熱板は、前記コイルの捲回された前記導線と直交する方向に延びるスリットを有し、
前記コイルは、前記高周波電源により高周波電流が供給されたとき磁束を形成し、
前記第１の加熱板に設けた前記スリットを透過した磁束により、前記第２の加熱板が誘導加熱されることを特徴とする誘導加熱装置。
第１の加熱板に設けた前記スリットを透過しない磁束により、前記第１の加熱板が誘導加熱され、前記第１および第２の加熱板の上昇温度が同程度となるように構成されることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
第１の加熱板はオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
コイルは、導電性部材を渦巻状に捲回して形成された平板状コイルであり、該平板状コイルを挟むように第１の加熱板が配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の誘導加熱装置。
第１の加熱板の外周部はスリットに分断されることなく周方向に連続することを特徴とする請求項４記載の誘導加熱装置。
第１の加熱板は、平板状コイルと第２の加熱板との間に配設された複数の第１の加熱板であって、互いの間に流路を形成するものからなり、
前記平板状コイルにより近接した前記第１の加熱板のスリットは、該平板状コイルからより離れた前記第１の加熱板のスリットより多く、これに実質的に重畳して配置され、
前記複数の第１の加熱板のそれぞれに設けた前記スリットを透過した磁束により、前記第２の加熱板が加熱されることを特徴とする請求項１または５記載の誘導加熱装置。
第１の加熱板は、平板状コイルと第２の加熱板との間に配設された、互いの間に流路を形成する複数の加熱板からなり、
前記平板状コイルにより近接した前記第１の加熱板のスリットは、該平板状コイルからより離れた前記第１の加熱板のスリットに比して同等または幅広の幅を有し、これに実質的に重畳して配置され、
前記複数の第１の加熱板のそれぞれに設けた前記スリットを透過した磁束により、前記第２の加熱板が加熱されることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱装置。
コイルは導電性部材を螺旋状に捲回して形成された筒状コイルであり、該筒状コイルの内部に第１の加熱板が配置されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
第１の加熱板の少なくとも一部が波形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
コイルが絶縁材料からなる絶縁ケースに収容されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
平板状コイルが金属材料からなる金属ケースに収容され、
前記金属ケースが前記平板状コイルの導線と直交する方向に延びるスリットを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を用いた温風発生装置。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を用いた手乾燥装置。
手挿入部と、該手挿入部の前面側および背面側に設けた前面側ダクトおよび背面側ダクトとを備え、該前面側および背面側ダクトから空気流を噴出させて手に付いた水滴を除去する手乾燥装置において、
前記前面側および背面側ダクトのそれぞれに請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を設けたことを特徴とする手乾燥装置。
前面側ダクトに設けた誘導加熱装置は、背面側ダクトに設けた誘導加熱装置より大きい電力を供給することを特徴とする請求項１３に記載の手乾燥装置。