JP6831958B2

JP6831958B2 - 温風暖房装置

Info

Publication number: JP6831958B2
Application number: JP2017010620A
Authority: JP
Inventors: 則夫丹羽
Original assignee: 株式会社巧
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: JP2018119724A

Description

本発明は、流入する空気をマイクロ波吸収発熱材によるマイクロ波吸収に伴う発熱により空気を加熱して温風を生成する温風暖房装置に関する。

例えば特許文献１に示す温風暖房装置にあっては、空気取入口と温風吹出口を設けている筐体本体内に設けられた温風流通路内に空気を送り込む送風ファンを配置すると共に温風流通路内にセラミックスヒーターを配置し、送風ファンにより送り込まれた空気をセラミックスヒーターにより加熱して送出することにより室内等の空間を暖房している。

また、特許文献２に示す温風装置は、セラミックス製のハニカム体の両端面及び多数の孔内に電気的に接続された各導電性塗膜を設けると共にハニカム体の孔に向かって送風する送風手段を設け、通電されて発熱する導電性塗膜により加熱されたハニカム体の孔内を通過する空気を加熱して温風を生成することにより暖房している。

いずれの装置にあっても、セラミックスヒーターやセラミックス製ハニカム体に塗布された導電性塗膜に通電して発熱させることにより空気を加熱する構造であるため、消費電力が増大する問題を有している。特に短時間で空気を加熱するには、立ち上がり時にセラミックスヒーターや導電性塗膜に大電力を印加する必要があり、消費電力が増大する問題を有している。

特開２００９−１１５４４５号公報特開２００７−１５５１５２号公報

解決しようとする問題点は、温風を生成するのに時間が掛かると共にセラミックスヒーターに印加される電力の消費量が増大して暖房コストが高コスト化する点にある。

本発明は、空気流方向上手側に設けられ、筐体内に空気を流入させると共に集塵する集塵フィルター及び電動ファンと、筐体内の空気流方向下手側に設けられ、坦持材にマイクロ波吸収材が含有され、空気流方向に軸線を有した多数の貫通孔が形成されたマイクロ波吸収発熱体と、マイクロ波吸収発熱体の空気流方向上手側に応じた筐体内を区画するように取付けられ、一部に開口を有した取付け板と、該取付け板の空気流方向上手側に設けられ、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部材及び取付け板の空気流方向下手側に設けられ、マイクロ波発振部材に接続されてマイクロ波をマイクロ波吸収発熱体へ出力するマイクロ波出力部を備えたマイクロ波発振器と、集塵フィルター又は電動ファンとマイクロ波発振器の間に応じた筐体内に取り付けられ、金属材にマイクロ波波長の１／４より小さい内径で空気の通過が可能な多数の孔が形成された第１シールド体と、マイクロ波吸収発熱体の空気流方向下手側に応じた筐体内に取り付けられ、金属材にマイクロ波波長の１／４より小さい内径で空気の通過が可能な多数の孔が形成された第２シールド体と、第１シールド体を通過した空気を該第１シールド体及び取付け板間の筐体内にて取付け板の開口と反対側へ流入させた後にマイクロ波発振部材周りを通過して開口からマイクロ波吸収発熱体側へ流出するように案内する空気流路と、を備え、空気流路により第１シールド体及び取付け板間における開口と反対側の筐体内に流入した空気を、マイクロ波発振部材周りを通過させることにより予熱して開口からマイクロ波吸収発熱体側の筐体内へ流出させた後に、予熱された空気をマイクロ波発振器から出力されるマイクロ波により発熱させるマイクロ波吸収発熱体の貫通孔内を通過させることにより加熱することを最も主要な特徴とする。

本発明は、流入される空気を加熱するのに必要な消費電力を低減し、短時間に空気を高温化して効率的に暖房することができる。

本発明に係る温風暖房装置の概略を示す略体縦断面である。温風暖房装置の略体横断面図である。マイクロ波による空気の加熱状態を示す説明図である。冷却フィンによる空気の予熱状態を示す説明図である。マイクロ波発振器ＯＦＦ時におけるマイクロ波吸収発熱体の温度変化を示す説明図である。

空気流路により第１シールド体及び取付け板間における開口と反対側の筐体内に流入した空気を、マイクロ波発振部材周りを通過させることにより予熱して開口からマイクロ波吸収発熱体側の筐体内へ流出させた後に、予熱された空気をマイクロ波発振器から出力されるマイクロ波により発熱させるマイクロ波吸収発熱体の貫通孔内を通過させることにより加熱することを最良の形態とする。

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１及び図２において、温風暖房装置１の筐体３は、後述するマイクロ波発振器7から出力されるマイクロ波を反射して外部への漏洩を規制可能なステンレス板、アルミニウム板若しくスチール板等の金属板を長方体形状に折曲し、該筐体３内の空気流方向中間部には取付け板５が内部を区画するように取り付けられる。該取付け板５には後述するマイクロ波発振器７のマイクロ波出力部７ａを挿通して空気流方向下手側に突出させる透孔５ａが形成される。また、取付け板５の図示する後方側端側には空気を流通させる開口５ｂが形成される。

なお、マイクロ波出力部７ａから出力されるマイクロ波が開口５ｂを介して後述する電動ファン１１側へ伝播して筐体３外へ漏洩するのを防止するため、開口５ｂに後述する第１及び第２シールド体１３，２３と同様に多数の孔が設けられた金属製のシールドを設ける構成としてもよい。

上記取付け板５の空気流方向上手側にはマグネトロン管型またはソリッドステート型で、２．４５ＧＨｚ以上のＩＳＭ周波数のマイクロ波を発振出力するマイクロ波発振器７が、そのマイクロ波出力部（アンテナ）７ａが透孔５ａを挿通して図示左側へ突出するように取り付けられる。

図は従来公知のマグネトロン管型のマイクロ波発振器７を示し、該マイクロ波発振器７はマグネトロン管７ｅの陰極が接続されるボックス状のフィルターケース７ｂと、マグネトロン管７ｅの陰極及び陽極側にそれぞれ設けられた磁石の磁気回路を形成し、両側面が開口した枠形状のヨーク７ｃと、該ヨーク７ｃ内におけるマグネトロン管７ｅの陽極外周面に軸線直交方向へ延出し、相互間に間隙を設けて積層される多数の冷却フィン７ｄ等とから構成される。該マイクロ波発振器７は従来公知であり、その詳細な説明を省略する。

筐体３の空気流上手側には集塵フィルター９が筐体３の図示右端の開口を覆い、着脱可能に設けられ、該集塵フィルター９の図示左側に応じた筐体３内には電動ファン１１が設けられる。該電動ファン９の図示左側に応じた筐体３内には第１シールド体１３が、各端縁が筐体３の内面に密着して隙間のない状態で取り付けられる。

該第１シールド体１３はマイクロ波を反射可能なステンレス、アルミニウム、スチール等の金属板、金属シートにマイクロ波発振器７から出力されるマイクロ波の１／４波長より小さい内径の孔が多数形成され、電動ファン１１の駆動に伴って筐体３内に流入された空気を通過させると共にマイクロ波発振器７から出力されるマイクロ波が筐体３外へ漏洩するのを規制する。

上記第１シールド体１３の空気流方向下手側にはマイクロ波発振器７の少なくとも冷却フィン７ｄを通過して上記開口５ｂへ延びる空気流路１５が設けられる。該空気流路１５は第１シールド体１３の孔を通過した空気をヨーク７ｃ内の冷却フィン７ｄに通過させた後に開口５ｂから後述するマイクロ波吸収発熱体２１側へ流出させるように案内する。そして空気は冷却フィン７ｄを通過する際に放熱されるマグネトロン管７ｅの熱により予熱される。なお、空気流路１５は上記冷却フィン７ｄの他にフィルターケース７ｂを含めて空気を案内する構成であってもよい。

上記取付け板５の空気流方向下手側に応じた筐体３の内面には発泡ウレタン樹脂等の断熱材１９が適宜の厚さで取り付けられる。そして上記取付け板５の図示左側に応じた筐体３内にはマイクロ波吸収発熱体２１が空間全体に亘って取り付けられる。該マイクロ波吸収発熱体２１は担持材をセラミックス材とし、これに酸化スラグ、フェライト、パーマロイ等の電磁波吸収材が混合され、多数の貫通孔２１ａを設けて焼成することにより形成される。

マイクロ波吸収発熱体２１における電磁波吸収材の含有量としては２０〜９０ｗｔ／％の範囲で適宜に設定すればよく、例えば含有量を２０ｗｔ／％として場合には約１００〜１１０度前後、４０ｗｔ／％として場合には約１３０〜１６０度前後、６０ｗｔ／％とした場合には２１０〜２７０度前後、８０ｗｔ／％とした場合には２８０〜３４０度前後、９０ｗｔ／％とした場合には３００〜４３０度前後に発熱する。

該マイクロ波吸収発熱体２１はマイクロ波発振器７のマイクロ波出力部７ａから出力されるマイクロ波を、混合された電磁波吸収材により吸収する際に熱エネルギーへ変換し、その熱エネルギーにより坦持体としてのセラミックスを加熱して貫通孔２１ａ内を通過する空気を加熱することにより温風化する。

筐体３の空気流方向下手側には第２シールド体２３が、各端縁が筐体３の内面に密着して図示左端開口を覆うように取り付けられる。第２シールド体２３は第１シールド体１３と同様にマイクロ波を反射可能なステンレス、アルミニウム、スチール等の金属板、金属シートにマイクロ波発振器７から出力されるマイクロ波の１／４波長より小さい内径の孔が多数形成され、マイクロ波吸収発熱体２１の貫通孔２１ａを通過して加熱された温風を筐体３外へ放出可能にさせると共にマイクロ波吸収発熱体２１を透過したマイクロ波が筐体３外へ漏洩するのを規制する。

また、上記集塵フィルター９の近傍にはサーミスタ、熱電対、ＩＣ温度センサ等の温度センサ２５が取り付けられ、該温度センサ２５は温風暖房装置１に流入される空気の温度を検知し、該温度センサ２５からの検知信号に基づいてマイクロ波発振器７をＯＮーＯＦＦ制御することにより室内を所望の温度に保たせる。

なお、筐体３の外面には操作盤が設けられ、該操作盤には制御手段が内蔵されると共に電源スイッチ、温度設定ボタン、設定温度表示部、温度表示部（いずれも図示せず）等が設けられる。制御手段は電源スイッチがＯＮ操作された状態で温度設定ボタンにより所望の温度が設定されると、上記温度センサ２５からの検知信号に基づいてマイクロ波発振器７をＯＮ−ＯＦＦ制御して室内の温度を一定に保つ。

また、筐体３の空気流方向下手側の端部（温風吹き出し口）には角度調整可能なルーバ−２７が設けられ、送出される温風の吹き出し角度が可変される。

上記のように構成された温風暖房装置１の作用を説明する。
電源スイッチがＯＮ操作されると、電動ファン１１を駆動して集塵フィルター９を介して空気を筐体３内に流入させた後に第シールド体１３の孔を通過させる。そして空気は空気流路１５により冷却フィン７ｄ間を通過した後に開口５ａを介してマイクロ波吸収発熱体２１側の筐体３内へ案内される。

そしてマイクロ波吸収発熱体２１側の筐体３内へ送出された空気は該マイクロ波吸収発熱体２１の貫通孔２１ａ内を通過した後に第２シールド体２３の孔を通過して筐体外へ送出される。

上記のように筐体３内に流入された空気がマイクロ波吸収発熱体２１の貫通孔２１ａを通過する際に、マイクロ波発振器７のマイクロ波出力部７ａからマイクロ波がマイクロ波吸収発熱体２１側へ出力されると、マイクロ波はマイクロ波吸収発熱体２１に対して直接、または筐体３の内面に反射しながら到達し、そのマイクロ波材に吸収されて変換される熱エネルギーにマイクロ波吸収発熱体２１が加熱されることにより空気が加熱されて温風に生成される。（図３参照）

また、マイクロ波発振器７のマグネトロン管７ｅはマイクロ波の発振出力時に高温化し、その熱が冷却フィン７ｄを介して放熱される。このため、筐体３内に流入された空気が冷却フィン７ｄ間を通過する際に、冷却フィン７ｄから放熱されるマグネトロン管７ｅの熱により予熱され、マイクロ波吸収発熱体２１に導入される空気を短時間で、かつ少ない消費電力で昇温し、温風を効率的に生成させる。（図４参照）

なお、冷却フィン７ｄ間に対して空気を通過させることによりマグネトロン管７ｅを効率的に冷却し、マイクロ波出力を安定化させると共にマグネトロン管７ｅの寿命を長くすることができる。

そして温風暖房装置１による暖房により室内温度、従って筐体３内に流入される空気温度が予め設定された温度に達して温度センサ２５から検知信号が出力されると、制御手段は温度センサ２５からの検知信号に基づいてマイクロ波発振器７をＯＦＦ制御してマイクロ波の発振出力を停止し、マイクロ波吸収発熱体２１による空気の加熱を中断させる。

このとき、マイクロ波吸収発熱体２１における電磁波吸収材の担持材がセラミックスであるため、その蓄熱作用による余熱により貫通孔２１ａを通過する空気の加熱を持続させることができ、急激な温度低下を回避し、次に電源がＯＮされるまでの間隔を長くすると共に設定温度までに回復する際の消費電力を低減することができる。（図５参照）

なお、図５に示す例は温風の吐出口における温度変化を示し、その際の設定条件は以下の通りである。
吐出口初期温度：１７．７℃
マグネトロン出力：６７０Ｗ
消費電力：９３８Ｗ
消費電力（送風機電力３２Ｗを含む）：２６７Ｗ／ｈ
吐出風量：約８ｍ／ｓ

本実施例は、筐体３内に流入した空気をマイクロ波発振器７の冷却フィン７ｄ間を通過させて予熱することによりマイクロ波吸収発熱体２１の貫通孔２１ａ内を通過する空気を短時間で、かつ少ない消費電力で効率的に昇温させて暖房することができる。

また、マイクロ波吸収発熱体２１における電磁波吸収材の坦持体をセラミックス材とすることによりマイクロ波発振器７の発振停止時にマイクロ波吸収発熱体２１が急激に温度低下するのを防止して加熱状態を持続することができ、貫通孔２１ａ内を通過する空気を有効に昇温させると共にマイクロ波発振器７の発振間隔を長くして電力の消費を低減することができる。

上記説明は、マグネトロン管型のマイクロ波発振器７により説明したが、マイクロ波発振器７をソリッドステート型とした場合であっても、マイクロ波の発振出力により半導体素子が高温化するため、半導体素子を収容する金属製シールドボックスの外面に多数の冷却フィンを設け、冷却フィン間に対して流入された空気を通過させることにより予熱し、マイクロ波吸収発熱体２１の貫通孔２１ａ内を通過する空気を効率的に昇温させる構成としてもよい。

上記説明は、空気流路１５内に少なくとも冷却フィン７ｄが位置するようにマイクロ波発振器７を取り付けて流入される空気の一部を予熱する構成としたが、流入される空気の全体が冷却フィン７ｄを通過するように空気流路１５を構成してもよい。

上記説明は、筐体３においてマイクロ波発振器７、集塵フィルター９、電動ファン１１、マイクロ波吸収発熱体２１等を直列状（同一軸線状）に配置して温風暖房装置１を構成したが、本発明においてはこれらを同一軸線上に配置する必要はなく、例えば集塵フィルター９、電動ファン１１を下部に配置すると共にマイクロ波発振器７、マイクロ波吸収発熱体２１を上部に配置した構成であってもよい。

１温風暖房装置
３筐体
５取付け板
５ａ透孔
５ｂ開口
７マイクロ波発振器
７ａマイクロ波出力部
７ｂフィルターケース
７ｃヨーク
７ｄ冷却フィン
７ｅマグネトロン管
９集塵フィルター
１１電動ファン
１３第１シールド体
１５空気流路
１９断熱材
２１マイクロ波吸収発熱体
２１ａ貫通孔
２３第２シールド体
２５温度センサ

Claims

空気流方向上手側に設けられ、筐体内に空気を流入させると共に集塵する集塵フィルター及び電動ファンと、
筐体内の空気流方向下手側に設けられ、坦持材にマイクロ波吸収材が含有され、空気流方向に軸線を有した多数の貫通孔が形成されたマイクロ波吸収発熱体と、
マイクロ波吸収発熱体の空気流方向上手側に応じた筐体内を区画するように取付けられ、一部に開口を有した取付け板と、
該取付け板の空気流方向上手側に設けられ、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部材及び取付け板の空気流方向下手側に設けられ、マイクロ波発振部材に接続されてマイクロ波をマイクロ波吸収発熱体へ出力するマイクロ波出力部を備えたマイクロ波発振器と、
集塵フィルター又は電動ファンとマイクロ波発振器の間に応じた筐体内に取り付けられた金属材にマイクロ波波長の１／４より小さい内径で空気の通過が可能な多数の孔が形成された第１シールド体と、
マイクロ波吸収発熱体の空気流方向下手側に応じた筐体内に取り付けられた金属材にマイクロ波波長の１／４より小さい内径で空気の通過が可能な多数の孔が形成された第２シールド体と、
第１シールド体を通過した空気を、該第１シールド体及び取付け板間における取付け板の開口と反対側の筐体内に流入させた後に、マイクロ波発振部材周りを通過させて開口からマイクロ波吸収発熱体側へ流出するように案内する空気流路と、
を備え、
空気流路により第１シールド体及び取付け板間における開口と反対側の筐体内に流入した空気を、マイクロ波発振部材周りを通過させることにより予熱して開口からマイクロ波吸収発熱体側の筐体内へ流出させた後に、予熱された空気をマイクロ波発振器から出力されるマイクロ波により発熱されるマイクロ波吸収発熱体の貫通孔内を通過させることにより加熱する温風暖房装置。
請求項１において、
マイクロ波発振器にはマイクロ波発振部材の熱を放熱する複数枚の冷却フィンを設けると共に空気流路は第１シールド体を通過した空気を、少なくともマイクロ波発振器の冷却フィンを通過させてマイクロ波吸収発熱体側へ案内し、
少なくともマイクロ波発振器の冷却フィンを通過する空気を放熱されるマイクロ波発振部材の熱により予熱可能とした温風暖房装置。
請求項１において、
マイクロ波吸収発熱体の担持材をセラミックスとし、該セラミックスの余熱により貫通孔を通過する空気を加熱可能とした温風暖房装置。
請求項１において、
筐体の空気流上手側には、筐体内に流入される空気温度を検知する温度センサを設け、
該温度センサからの検知信号に基づいてマイクロ波発振器をＯＮ−ＯＦＦ制御可能にする温風暖房装置。