JPH06154623A - 螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 螺旋状巻回体を効率良く高周波誘導加熱する
ことができると共に、螺旋状巻回体の外周部分から中央
部分に亘って温度差なく均一加熱することができるよう
な螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置を提供する。 【構成】 金属板Ｍを螺旋状に巻回して成る螺旋状巻回
体（触媒コンバータ１）の一端部１ａの周囲を、単巻き
或いは数重巻きの第１コイル部分５と、第１コイル部分
５よりも多い巻回数で多重巻きされた第２コイル部分６
とを有する高周波誘導加熱コイル３にて取り囲み、前記
一端部１ａにおいて前記金属板に垂直の磁束を作用させ
るべく第２コイル部分６を前記一端部１ａに対応配置す
ると共に、前記一端部１ａの中央部分１ｄの加熱を促進
すべく第１コイル部分５を前記一端部１ａ付近に対応配
置し、この状態の下で、高周波誘導加熱コイル３に高周
波電流を供給することにより螺旋状巻回体を高周波誘導
加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板を螺旋状に巻回
して成る螺旋状巻回体の一端部を加熱するための高周波
誘導加熱装置に関し、特に、自動車エンジンの排気ガス
を浄化するために使用される触媒コンバータの加熱に適
用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車等の触媒コンバータとして
は、表面に白金等の触媒層を形成した薄い鋼板を螺旋状
に巻回してなるものが用いられており、この触媒コンバ
ータに排気ガスを通すことによって、排気ガス中に含ま
れる有害物（例えば、ＣＯ、ＣＯ₂ ，ＮＯ_x 等）を無公
害化するようにしている。この場合、自動車の発進時に
は、排気ガスは低温であるため触媒コンバータの温度が
低く、従って触媒の作用が活発に行われない傾向があ
る。そのため、自動車の発進時等には、触媒コンバータ
を加熱して触媒作用の活発化を図る必要がある。

【０００３】図５は、螺旋状巻回体から成る触媒コンバ
ータ１０の一端部（排気ガス入口側部分）１０ａを高周
波誘導加熱するのに従来より用いられている高周波誘導
加熱方法を示すものであって、従来では通常、図示のよ
うに触媒コンバータ１０の一端面にパンケーキ型の高周
波誘導加熱コイル１１を対向配置して高周波誘導加熱す
るようにしていた。しかし、このような高周波誘導加熱
装置では、加熱すべき触媒コンバータ１０に排気ガス等
の流体を通過させる場合、高周波誘導加熱コイル１１が
その排気ガス等の流れを阻害し、排気ガス等の円滑な等
速流れを得ることができないといった問題点があった。

【０００４】そこで、このような問題点を解消するため
には、図６或いは図７に示すように、触媒コンバータ１
０の一端部１０ａの外周面に対応して高周波誘導加熱コ
イル１２叉は１３を配置し、排気ガス等の流体の流れを
阻害することなく高周波誘導加熱することが考えられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すように触媒コンバータ１０の軸線方向に沿って螺旋
状に単巻きされた高周波誘導加熱コイル１２を用いて高
周波誘導加熱するようにした場合には、触媒コンバータ
１０の一端部１０ａのうち、高周波誘導加熱コイル１２
に近い部分（すなわち外周部分１０ｂ）に高周波電流が
集中して流れるため、触媒コンバータ１０の一端部１０
ａの外周部分１０ｂとその中央部分１０ｃとにおける温
度の差が大きくなる。そのため、自動車に搭載されてい
る小型のバッテリーを電源として短時間加熱するような
場合には、触媒コンバータ１０の中央部分１０ｃを充分
な温度に高周波誘導加熱することができない不具合があ
る。

【０００６】また、図７に示すように一平面内で螺旋状
に単巻きして成る高周波誘導加熱コイル１３を用いて高
周波誘導加熱するようにした場合には、触媒コンバータ
１０の外周部分１０ｂと中央部分１０ｃとの温度差は小
さくなるものの、その中央部分１０ｃにまで充分な加熱
温度となるような加熱パターンを得ることができず、従
って、良好な触媒作用を行わしめることができないとい
う問題点がある。

【０００７】本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、触媒コンバータのような
螺旋状巻回体を効率良く、しかも、その外周部分から中
央部分の広範囲に亘ってほぼ均一でかつ充分な触媒作用
が発揮される温度に高周波誘導加熱し得るような螺旋状
巻回体の高周波誘導加熱装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、金属板を螺旋状に巻回して成る螺旋
状巻回体の一端部の周囲を、単巻き或いは数重巻きの第
１コイル部分と、前記第１コイル部分よりも多い巻回数
で多重巻きされた第２コイル部分とを有する高周波誘導
加熱コイルにて取り囲み、前記螺旋状巻回体の一端部に
おいて前記金属板に垂直の磁束を作用させるべく前記高
周波誘導加熱コイルの第２コイル部分を前記螺旋状巻回
体の一端部に対応配置すると共に、前記螺旋状巻回体の
一端部の中央部分の加熱を促進すべく前記高周波誘導加
熱コイルの第１コイル部分を前記螺旋状巻回体の一端部
付近に対応配置し、この状態の下で、前記高周波誘導加
熱コイルに高周波電流を供給することにより前記螺旋状
巻回体の一端部を高周波誘導加熱するようにしている。

【０００９】

【作用】高周波誘導加熱コイルの第２コイル部分（多い
巻回数の部分）の周囲に生じる磁束は偏平なほぼ楕円形
状となるため、この磁束は被加熱体である螺旋状巻回体
の一端部の金属板に対する交差角がほぼ垂直になり、螺
旋状巻回体が効率良く高周波誘導加熱される。さらに、
高周波誘導加熱コイルの第１コイル部分（少ない巻回数
の部分）の存在により、この第１コイル部分の周囲に生
じる磁束が螺旋状巻回体の中央部分にまで効果的に作用
し、高周波誘導加熱コイルの外周部分から中央部分にま
で及ぶ比較的に広範囲の領域をほぼ均一にしかも充分な
温度に短時間で高周波誘導加熱することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図４を
参照して説明する。

【００１１】図１は、自動車のエンジンから排出される
排気ガスを浄化（無公害化）するために自動車に搭載さ
れる触媒コンバータ１を示すものであり、図２は、この
触媒コンバータ１の一端部１ａを高周波誘導加熱するた
めに自動車に装備される高周波誘導加熱装置２を示すも
のである。

【００１２】上述の高周波誘導加熱装置２は、触媒コン
バータ１の一端部１ａの外周に対応して配置される高周
波誘導加熱コイル３と、この高周波誘導加熱コイル３に
所定の周波数の高周波電流を供給する高周波電源４とに
より構成されている。なお、高周波電源４としては、自
動車に搭載されるバッテリー（１００Ｖ，５０Ａ）が用
いられている。

【００１３】また、上述の触媒コンバータ１は、表面に
触媒層が形成されたステンレス製等の金属板Ｍを螺旋状
に巻き丸めて成るものであって、全体の外形は円筒形状
に成形されている。一方、上述の高周波誘導加熱コイル
３は、図２に示すように、一本の導線を所定の経路に沿
って巻回して成るものであって、単巻きの第１コイル部
分５と、多重巻きの第２コイル部分６とを有している。
単巻きの第１コイル部分５は、触媒コンバータ１の外径
よりも僅かに大きな直径を有し、触媒コンバータ１の軸
線に一致する中心軸の周りに沿って一重に巻回されてい
る。また、この単巻きの第１コイル部分５に連続して第
２コイル部分６が配設され、この第２コイル部分６は、
触媒コンバータ１の軸線に直交する一平面上において螺
旋状に数重巻きに巻回されている。

【００１４】しかして、高周波誘導加熱コイル３は、次
のような配置構成にて触媒コンバータ１の一端部１ａに
対応配置されている。すなわち、高周波誘導加熱コイル
３の多重巻きの第２コイル部分６は、触媒コンバータ１
の一端部１ａ側においてその一端から少し離れた外周面
部分７ａに対して僅かな隙間を持って同軸状に対応配置
され、高周波誘導加熱コイル３の単巻きの第１コイル部
分５は、触媒コンバータ１の一端部１ａ側においてその
外周面部分７ｂに対して僅かな隙間を持って同軸状に対
応配置されている。そして、前記単巻きの第１コイル部
分５のうち、前記多重巻きの第２コイル部分６とは反対
側の端部部分５ａは、触媒コンバータ１の一端部１ａか
ら少し外方に外れた位置に配置されている。

【００１５】また、高周波誘導加熱コイル２には、リー
ド線８ａ，８ｂを介して高周波電源４から所定の周波数
の高周波電流が供給されるように構成されている。な
お、本例においては、前記高周波電流の周波数は１〜２
０ＫＨ_z に設定されている。

【００１６】次に、触媒コンバータ１を高周波誘導加熱
装置２にて高周波誘導加熱する際の作用について述べ
る。

【００１７】まず、自動車の発進時（例えば、エンジン
の始動開始の直前期間）、高周波誘導加熱コイル３に所
定周波数（１〜２０ＫＨ_z ）の高周波電流が供給され、
これに伴い、触媒コンバータ１の一端部１ａが、例えば
３５０℃以上に高周波誘導加熱される。この際、触媒コ
ンバータ１に送り込まれる排気ガスの温度が低温であっ
ても、触媒の活性化が促されて排気ガスの浄化がなされ
る。なお、エンジンの始動開始後には、排気ガスが高温
になって触媒コンバータ１が高温になるため、高周波誘
導加熱コイル３による加熱を行わなくても排気ガスの浄
化が促進される。

【００１８】このような触媒コンバータ１の高周波誘導
加熱装置２にあっては、高周波誘導加熱コイル３の多重
巻きの第２コイル部分６に生じる磁束は、単卷きの場合
よりも可成り偏平な楕円形となるため、その磁束の方向
は触媒コンバータ１を構成する金属板Ｍに対してほぼ垂
直になる。そのため、前記金属板Ｍに交差する磁束はこ
の金属板Ｍを貫くように作用し、従って、触媒コンバー
タ１の一端部１ａのうち特にその外周部分１ｃが効率的
に高周波誘導加熱されることとなる。しかも、高周波誘
導加熱コイル３の単巻きの第１コイル部分５から生じる
磁束は、触媒コンバータ１の外周部分１ｃのみならず中
央部分１ｄにも作用するため、その中央部分１ｄの高周
波誘導加熱に寄与することになる。そのため、本例の高
周波誘導加熱装置２によれば、触媒コンバータ１の一端
部１ａを外周部分１ｃから中央部分１ｄの側の広範囲に
亘って充分な温度に短時間のうちに均一加熱することが
できる。

【００１９】以下に、本発明を適用した具体例について
述べる。 具体例 （１） 螺旋状巻回体 材質 ： ステンレス（ＳＵＳ３０４） 板厚 ： ０．１ｍｍ 形状 ： ハニカム形状 寸法 ： 外径 ； １００ｍｍ 長さ ； ７０ｍｍ 高周波誘導加熱コイルによる加熱領域 ； 端部から１
０ｍｍ （２） 高周波誘導加熱コイル 内径 ： １０４ｍｍ 第１コイル部分の巻回数 ： １（単巻き） 第２コイル部分の巻回数 ： ４（多重巻き） （３） 高周波誘導加熱条件 周波数 ： ６ＫＨ_z 出力 ： ４ＫＷ 加熱時間 ： １５秒 （４） 結果 ３５０℃以上の部分が８０％

【００２０】なお、本例において、高周波誘導加熱コイ
ル２に供給する高周波電流の周波数を１〜２０ＫＨ_z の
範囲内に限定したのは、つぎのような理由による。すな
わち、自動車のバッテリーを電源として高周波誘導加熱
を行うには、低電力で短時間のうちに螺旋状巻回体の断
面の広範囲に亘って所定温度以上に加熱しなければなら
ないという事情がある。そこで、出力を４ＫＷ，高周波
電流を３３０Ａとし、高周波電流の周波数を数種に変え
て螺旋状巻回体の端部を加熱したところ、図４に示すよ
うな実験結果を得た。この実験結果から、螺旋状巻回体
の端部の断面において温度が３５０℃以上の領域が７５
％以上（充分な触媒作用が発揮される条件）となる周波
数を選んだところ、その周波数は図４から明かなよう
に、１〜２０ＫＨ_z の範囲であることが判明したことに
基づくものである。

【００２１】以上、本発明の一実施例につき述べたが、
本発明は既述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基いて各種の変形及び変更が可能であ
る。

【００２２】例えば、被加熱体としては、図１に示す触
媒コンバータ１でなく、図３に示す如く螺旋状の金属板
Ｍの径方向の間隙部分に波状の金属板ｍを介在させて成
るハニカム構造の触媒コンバータ９（ハニカム構造体）
であってもよい。また、被加熱体としては、触媒コンバ
ータに限ることなく、その他の各種の螺旋状卷回体であ
ってもよい。

【００２３】また、高周波誘導加熱コイル３に供給する
高周波電流の周波数は、１〜２０ＫＨ_z の範囲内であれ
ば任意に設定可能である。

【００２４】また、既述の実施例では、高周波誘導加熱
コイル３の第１コイル部分５を単巻き（一重卷き）に
し、高周波誘導加熱コイル３の第２コイル部分６を多重
巻きにしたが、これに限らず、第１コイル部分５を数重
巻きにし、第２コイル部分６を多重巻き（但し、第１コ
イル部分５よりも多い巻回数）にしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の如く、本発明は、単巻き或いは数
重巻きの第１コイル部分と、この第１コイル部分よりも
多い巻回数で多重巻きされた第２コイル部分とを有する
高周波誘導加熱コイルにて螺旋状卷回体（被加熱体）の
一端部を取り囲んで高周波誘導加熱するようにしたもの
であるから、効率的加熱、及び、螺旋状卷回体の外周部
分から中央部分までの間において大きな温度差を生じる
ことなく短時間のうちに均一加熱することができる。す
なわち、高周波誘導加熱コイルの第２コイル部分は多重
巻きに構成されているため、その周囲に生じる磁束の強
さが増強されると共に、磁束の方向が螺旋状卷回体の一
端部においてその螺旋状卷回体を構成する金属板に対し
てほぼ垂直に交差するため、螺旋状卷回体の一端部の外
周部分及びその近傍部分を効率的に高周波誘導加熱する
ことができる。さらに、高周波誘導加熱コイルの第１コ
イル部分から生じる磁束が螺旋状卷回体の一端部の中央
部分に作用するため、この中央部分の加熱が促進され
る。その結果、螺旋状卷回体の一端部の外周部分から中
央部分に亘って温度差を生じることなく均一加熱するこ
とができる。

【００２６】また、特に、高周波誘導加熱コイルに供給
される高周波電流を１〜２０ＫＨ_zの範囲に設定するこ
とにより、比較的に低パワーのバッテリー等を電源とし
た場合でも、極めて効率良く螺旋状卷回体の均一加熱を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被加熱体である触媒コンバータ（螺旋状巻回
体）の斜視図である。

【図２】本発明に係る螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装
置の断面図である。

【図３】ハニカム構造体から成る触媒コンバータの平面
図である。

【図４】高周波誘導加熱コイルに供給される高周波電流
の周波数と、螺旋状巻回体の一端部の断面における３５
０℃以上の温度領域の割合との関係を示すグラフであ
る。

【図５】従来の螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置の断
面図である。

【図６】螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置の考察例を
示す断面図である。

【図７】螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置の別の考察
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，９ 触媒コンバータ １ａ 一端部 １ｂ 一端面 １ｃ 外周部分 １ｄ 中央部分 ２ 高周波誘導加熱装置 ３ 高周波誘導加熱コイル ４ 高周波電源 ５ 単卷きの第１コイル部分 ６ 多重卷きの第２コイル部分 Ｍ 金属板

フロントページの続き (72)発明者 松井 富士夫 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板を螺旋状に巻回して成る螺旋状巻
   回体の一端部の周囲を、単巻き或いは数重巻きの第１コ
   イル部分と、前記第１コイル部分よりも多い巻回数で多
   重巻きされた第２コイル部分とを有する高周波誘導加熱
   コイルにて取り囲み、前記螺旋状巻回体の一端部におい
   て前記金属板に垂直の磁束を作用させるべく前記高周波
   誘導加熱コイルの第２コイル部分を前記螺旋状巻回体の
   一端部に対応配置すると共に、前記螺旋状巻回体の一端
   部の中央部分の加熱を促進すべく前記高周波誘導加熱コ
   イルの第１コイル部分を前記螺旋状巻回体の一端部付近
   に対応配置し、この状態の下で、前記高周波誘導加熱コ
   イルに高周波電流を供給することにより前記螺旋状巻回
   体の一端部を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴
   とする螺旋状巻回体の高周波誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 前記高周波誘導加熱コイルに供給される
   高周波電流の周波数が１〜２０ＫＨ_z の範囲に設定され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の螺旋状巻回体
   の高周波誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 前記螺旋状巻回体が、その径方向の間隙
   部分に波状の金属板を介在させて成るハニカム構造体で
   あることを特徴とする請求項１叉は請求項２に記載の螺
   旋状巻回体の高周波誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 前記螺旋状巻回体を構成する金属板の表
   面に触媒層を有し、前記螺旋状巻回体が触媒コンバータ
   として構成されていることを特徴とする請求項１〜請求
   項３の何れか一項に記載の螺旋状巻回体の高周波誘導加
   熱装置。