JPH0666151B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高周波加熱装置、特にガスタービンエンジンを
用いて発電された高周波電力により高周波加熱を行う高
周波加熱装置に関する。

［従来の技術］ 加熱コイルに高周波電流を通してコイル内に置かれた材
料を加熱する高周波加熱が鉄等の焼き入れなどに用いら
れており、電磁誘導において生じる過電流あるいは誘電
損失によって生じる加熱作用を利用して材料の均一な加
熱が行われている。

この様な高周波加熱を行う装置は、例えば三相交流電源
を整流器にて直流に変換し、この直流電力をインバータ
にて単相の高周波電力に変換するようにしている。そし
て、この単相の高周波電力を加熱コイルに供給すること
により所定周波数による高周波加熱が行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前述した従来の高周波加熱装置では、次
の２つの問題点がある。

（１）高周波加熱用電源として三相交流電源などき商用
電源を用いており、商用電源が近くに無い場所では高周
波加熱を行うことができない。また、緊急時などにて商
用電源が得られない場合には各種の補助用発電装置が用
いられるが、従来の発電装置は、大型であると共に重量
もあるため設置が困難であるなどの問題を有している。

（２）被加熱体の温度変化に伴なって被加熱体の比透磁
率及び抵抗率が変化し、最適な状態での高周波加熱を行
うことができないという問題がある。

すなわち、前記比透磁率をμ、抵抗率をρとすると、被
加熱体が挿入された加熱コイルのインダクタンスＬは、
Ｌ＝（ρ，μ）で表され、また共振周波数_０はイン
ダクタンスＬによって変化するので、_０＝Ｇ（ρ，
μ）で表される。従って、比透磁率μ及び抵抗率ρが変
わると、インダクタンスＬの値と同様に共振周波数ｆ_０
が変わることとなる。この結果、後述する第２図に示さ
れるように、被加熱体温度が上昇するに従って共振周波
数_０が徐々に上昇する特性を有することとなり、加熱
状態が変化して効率の良い高周波加熱を行うことができ
ないという問題があった。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み成されたもので、その
目的は、商用電源のない場所・状況においても高周波加
熱を容易に行い、かつ被加熱体の加熱段階に応じて効率
の良い高周波加熱ができる高周波加熱装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンエ
ンジンに直結された高周波発電機を用いて高周波加熱を
行う高周波加熱装置とし、更に、前記高周波発電機には
加熱コイルを直結し、被加熱体をこの加熱コイルの巻線
内あるいは近傍に置くことによって所望の高周波加熱が
行われる。そして、前記加熱コイルの共振周波数は被加
熱体と協働して予め定められた一定条件における被加熱
体の共振特性に応じて高周波発電機の出力周波数と一致
するよう設定されている。

本発明においては、このような装置の場合、被加熱体の
温度が上昇するに従いその共振特性が変化し前述のごと
く設定された共振周波数にずれが生じることを防止する
ものであり、このために、前記被加熱体の共振特性が検
出器によって検出され、また加熱コイルに接離可能に設
けられた少なくとも１個の補助コンデンサが前記温度に
対する共振特性の変化に応じて加熱コイルに選択的に接
離切替制御される。

［作用］ 以上のような構成によれば、ガスタービンエンジンは、
１万〜10数万ｒｐｍで回転するので、このガスタービン
エンジンに直結された高周波発電機からは高周波電力が
容易に取り出されることになる。

そして、高周波発電機に直結された加熱コイルはその共
振周波数が被加熱体の特定の共振特性条件において前記
高周波発電機の出力周波数と一致するように定められて
おり、効率の良い高周波加熱が行われる。

そして、加熱コイルの温度上昇時に前記共振特性が変化
すると、検出器がこの特性変化を検出し、制御器を介し
て補助コンデンサの接離を制御する構成からなり、この
結果、被加熱体の温度上昇によって共振特性が変った場
合においても、補助コンデンサの接続により加熱コイル
の共振周波数を常に高周波発電機の出力周波数に適合さ
せることが可能となる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には高周波加熱装置の概略構成が示されており、
ガスタービンエンジン１０は高周波発電機１２に接続さ
れ、また高周波発電機１２は更に端子１４ａ，１４ｂを
介して加熱コイル１６に直結接続されている。

本発明において特徴的なことは、ガスタービンエンジン
を高周波発電機に直結することにより高周波電力を容易
に発生させ、かつ加熱段階に応じて最適な加熱条件を設
定して効率の良い高周波加熱を行うようにしたことであ
り、まずガスタービンエンジン１０の主軸は高周波発電
機１２の主軸に直結され、ガスタービンエンジン１０の
回転数にて高周波発電機１２を駆動させている。

このような構成によれば、例えば８万６千ｒｐｍで高周
波発電機が運転され、数千ｒｐｍ程度で回転する従来の
発電機に比較すれば、高周波電力を得るための中間装置
が不要なため高周波発電機１０を小型軽量な装置として
製作することが可能であり、実施例においてはその容量
及び重量は従来型に比して１／２０程度に軽減されてい
る。

従って、このようなガスタービンエンジン１０と高周波
発電機１２の組合わせにて小型で容易に移動可能な高周
波加熱装置を得ることができ、商用電源の無い場所にお
ける高周波加熱が可能となる。また、電源が供給できな
い非常時でも対応できる装置として有用となる。

前記加熱コイル１６の巻線内には被加熱体１００が挿入
され、実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体１
００が焼入れのために用いられている。

前記加熱コイル１６には固定コンデンサ１８が接続され
ており、被加熱体１００が加熱コイル１６の巻線内に挿
入された状態でこの被加熱体１００の共振特性と協働し
た状態での加熱コイル１６の共振周波数は高周波発電機
１２の出力周波数と一致するように前記固定コンデンサ
１８の容量値が設定されている。

前述したごとく、高周波発電機１２の出力周波数が８万
６千ｒｐｍの場合、加熱前の被加熱体１００の共振特性
と協働して加熱コイル１６の共振周波数は1,433ＫＨｚ
に設定されている。

本発明において、前記加熱コイル１６には少なくとも１
個の補助コンデンサ、実施例においては補助コンデンサ
２０，２２がスイッチ２４，２６よって接離可能に設け
られている。

また、本発明において特徴的なことは、前記各補助コン
デンサ２０，２２を加熱コイル１６に接離制御するため
に、被加熱体１００の温度による共振特性が検出器２８
によって検出されていることであり、その検出信号は制
御器３０にて電気的に予め定められたプログラムに従っ
て演算され、所望の補助コンデンサ２０，２２あるいは
これらの組合わせが加熱コイル１６に対して選択的に切
替接続される。

前記検出器２８はサーミスタ等の温度センサとして被加
熱体１００の温度を直接検出するものでもよく、あるい
は加熱コイル１６に流れる電流電圧の位相差を求めて被
加熱体１００の共振特性を検出するものでもよい。

前述した検出器２８の出力は制御器３０に供給され、制
御器３０は、前記共振特性の変化を所定の基準値と比較
して温度によって共振特性が規定値以上変化したときに
前述した補助コンデンサ２０，２２を単独であるいは組
合わせて選択的に加熱コイル１６に接続するために、ス
イッチ２４，２６の開閉制御を行う。

従って、被加熱体１００が高周波誘導加熱によって順次
温度上昇した場合、その加熱対１００の共振特性自体が
前述したごとくその比透磁率あるいは抵抗率を変化さ
せ、加熱コイル１６の共振周波数が高周波発電機１２の
出力周波数からずれを生じ加熱効率が低下する。このよ
うな場合、本発明によれば、検出器２８からの信号によ
って補助コンデンサ２０，２２を加熱コイル１６に順次
切替接続し、これによって加熱コイル１６の共振周波数
を前述した被加熱体１００の共振特性の変化にもかかわ
らず高周波発電機１２の出力周波数に一致適合させるこ
とができる。

以上のように、本発明によれば、被加熱体１００の温度
上昇に伴い補助コンデンサを接続することによって加熱
コイル１６の共振周波数をほぼ高周波発電機１２の出力
周波数に一致させることができ、被加熱体１００の共振
特性に変化が生じても加熱コイル自体の共振周波数を常
に所定値に修正することができ、効率の良い高周波加熱
作用が得られる。

実施例においては、第１図に示したごとく、加熱コイル
１６は固定コンデンサ１８と共振する第１段階（初
期）、補助コンデンサ２０が接続された第２段階（中
期）、そして補助コンデンサ２２が接続された第３段階
（後期）に分けられ、温度上昇に伴い２段階の共振周波
数修正作用が行われる。

前述したごとく、実施例においては、常温の被加熱体１
００が加熱コイル１６内に挿入された状態で、加熱コイ
ル１６は被加熱体１００と協働及び固定コンデンサ１８
の容量値によってその共振周波数を1,433ＫＨｚに調整
されており、高周波発電機１２の８万６千ｒｐｍの回転
駆動時における出力周波数と適合している。

そして、前記第１段階は被加熱体１００の温度が600℃
程度に達するまで保たれ、実施例における検出器２８は
サーミスタからなり、被加熱体１００の温度が600℃を
超えたことを電気的に検出し、この検出信号によって制
御器３０は補助コンデンサ２０を加熱コイル１６に接続
させる。従って、被加熱体１００の温度が600℃程度に
上昇した時に、加熱コイル１６の共振周波数は1,433Ｋ
Ｈｚから無視できない量ずれを生じているが、この補助
コンデンサ２０の接続によって再び加熱コイル１６の共
振周波数は1,433ＫＨｚ近傍に修正される。

被加熱体１００の温度が更に上昇し700〜800℃程度に達
すると、検出器２８はこのキューリ点温度を検出し制御
器３０はスイッチ２６を綴じることによって補助コンデ
ンサ２２が更に加熱コイル１６に接続される。従って、
キューリ点での被加熱体１００の共振特性の変化に対し
ても、補助コンデンサ２２は確実に加熱コイル１６の共
振周波数偏位を修正することができ、通常の場合1,200
℃程度まで上昇する被加熱体１００の温度に対しても加
熱コイル１６と高周波発電機１２との周波数マッチング
を確実に行うことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ガスタービンエ
ンジンを高周波発電機に直結することにより高周波電力
を容易に発生させるようにしたので、商用電源のない場
所でも高周波加熱を行うことができ、また装置が極めて
小型軽量化され装置の移動、設置が容易となる。そし
て、同時に各加熱段階に応じて加熱コイルに接続される
容量値を変化するようにしたので、被加熱体の温度変化
によっても常に加熱コイルの共振周波数を高周波発電機
の出力周波数に適合させることができ、最適な条件で効
率の良い高周波加熱が行えるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高周波加熱装置の好適な実施例を
示す回路構成図、 第２図は被加熱体の温度と共振周波数の関係を示すグラ
フ図を示す説明図である。 １０…ガスタービンエンジン １２…高周波発電機 １６…加熱コイル ２０，２２…補助コンデンサ ２８…加熱コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンエンジンに直結された高周波
   発電機を有しこの高周波発電機から得られた電力により
   高周波加熱を行う高周波加熱装置において、高周波発電
   機に直結され被加熱体と協働して高周波発電機の出力周
   波数で共振する加熱コイルと、前記加熱コイルに接離可
   能に設けられた少なくとも１個の補助コンデンサと、被
   加熱体の近傍に設けられ被加熱体の共振特性の温度変化
   を検出する検出器と、前記検出器の出力信号によって前
   記補助コンデンサの接離を切替える制御器と、を含み、
   被加熱体の温度変化によってその共振特性が変化した場
   合においても補助コンデンサの接離によって加熱コイル
   の共振周波数を高周波発電機の出力周波数に適合させた
   ことを特徴とする高周波加熱装置。