JPH0668993B2 - Low frequency electromagnetic induction heater - Google Patents

Low frequency electromagnetic induction heater

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JPH0668993B2
JPH0668993B2 JP3557390A JP3557390A JPH0668993B2 JP H0668993 B2 JPH0668993 B2 JP H0668993B2 JP 3557390 A JP3557390 A JP 3557390A JP 3557390 A JP3557390 A JP 3557390A JP H0668993 B2 JPH0668993 B2 JP H0668993B2
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JP
Japan
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metal pipe
low frequency
pipe
electromagnetic induction
frequency electromagnetic
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JP3557390A
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Inventor
熱 井口
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ハイデック株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は低周波電磁誘導加熱器に関する。さらに詳しく
は、加熱器と被加熱体との温度差がきわめて低い低周波
電磁誘導加熱器に関する。
The present invention relates to a low frequency electromagnetic induction heater. More specifically, it relates to a low-frequency electromagnetic induction heater in which the temperature difference between the heater and the object to be heated is extremely low.

【従来の技術】[Prior art]

発電所や工場などでは、蒸気や温水の熱源としては、石
油、石炭、天然ガスなどを用い、これを燃焼させること
が一般的に行なわれている。 これに対し小型小容量のものは、簡便さから電気抵抗ヒ
ーターを熱源に使用しているものもあり、また小型ボイ
ラー等は、石油や天然ガスが用いられている。 さらに別の加熱方式としては、低周波電磁誘導加熱器が
知られている(実開昭56−86789号公報、特公昭58−395
25号公報など)。
In a power plant, a factory, etc., oil, coal, natural gas, etc. are generally used as a heat source of steam or hot water and burned. On the other hand, some small-sized and small-capacity ones use an electric resistance heater as a heat source because of their simplicity, and small-sized boilers and the like use oil or natural gas. As another heating method, a low-frequency electromagnetic induction heater is known (Japanese Utility Model Publication No. 56-86789, Japanese Patent Publication No. 58-395).
No. 25 bulletin).

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、石油、石炭、天然ガスなどを燃焼させて
ボイラーなどに用いると、加熱部分と被加熱体の水との
温度差が余りに大きいため、いわゆるスケールが付着
し、伝熱係数が低下し、ついには管が割れてしまうとい
う問題がある。このためボイラーに供給する水は化学薬
剤を用いて脱泡(脱酸素)処理したり、アルカリ性を保
つなどしてあらかじスケール防止処理をすることが必要
である。また石油、石炭、天然ガスなどを燃焼させて蒸
気をつくり、これを建物全体に循環させて暖房源などに
するシステムはホテルなどでは広く行なわれているが、
エネルギーロスが多く必ずしも効率のよいシステムとは
いえない。 また、水中に電気抵抗ヒーターを入れると、熱源の近く
では水の沸騰点の100℃よりはるかに高い温度で加熱さ
れるので、十分な境界面伝熱表面積を持たないヒーター
を使用すると様々な障害が発生する。すなわち、下記の
ような課題があった。 1cm2当り2W以下の電力にしないと水への伝熱が低下
し、中に入っているヒーターエレメントが切れてしま
う。 ヒーターにかかる電圧が200V〜400Vあるので、十分
な絶縁をしないければならない。この電気絶縁物が、逆
に温度の断熱材となるので、水への伝熱が阻害されてい
た。 水の伝熱が悪くなると、ヒーターの表面温度が上がり、
水の分子がヒーターの表面に触れたとき、水蒸気爆発を
起こし、いわゆる「騰屈」(突沸)現象になる。このよ
うな「騰屈」現象は危険であるばかりでなく、熱効率は
極端に低下するという基本的な課題が発生する。 そのうえ電気抵抗ヒーターはガスの燃焼などと同じく、
加熱源と水との温度差があまりに大きいため、水の中に
含まれている無機や有機の成分がヒーターの表面に吸着
堆積し、これが断熱材の働きをするので、伝熱性が低下
し、水の沸き方が悪くなる。同時にヒーターの放熱も悪
くなるので、遂にはヒーターが断線してしまう事故につ
ながる。この事故を避けるため水用のヒーターは表面積
を多く取らせ、水槽に一杯入れてあり、ヒーター交換の
繁雑さと、信頼性の点で従来から課題になっていた。ま
た水垢などが付着することによる洗浄の手間が大きいと
いう課題も有していた。 さらに基本的に改良できない課題は、湯の正確な温度コ
ントロールを行なうには大きなバッハタンクが必要で小
型化できなかった。 さらに実開昭56−86789号公報、特公昭58−39525号公報
に提案されている低周波電磁誘導加熱器は、未だ設計が
適正化されておらず加熱源と被加熱体との温度差が高
く、熱効率は良好とはいえなかった。 上記従来技術の課題を解決するため、本発明は、低電圧
−大電流の短絡変圧器を応用した電気誘導加熱方式を利
用し、誘導コイルから金属製パイプまでの間の空隙を無
くし、熱伝導性を挙げるためのモールド樹脂を充填する
ことにより、加熱部と被加熱体との温度差を小さくし、
信頼性、耐久性がよく、長期安定した加熱ができる装置
を提供することを目的とする。
However, when petroleum, coal, natural gas, etc. are burned and used for boilers, etc., the temperature difference between the heating part and the water of the heated object is too large, so-called scale adheres, the heat transfer coefficient decreases, and finally Has the problem that the pipe will break. For this reason, the water supplied to the boiler needs to be defoamed (deoxygenated) by using a chemical agent, or must be subjected to a scale preventive treatment by maintaining alkalinity. Also, the system that burns oil, coal, natural gas, etc. to make steam, and circulates this steam throughout the building to make it a heating source etc. is widely practiced in hotels and the like.
It is not always an efficient system because it has a lot of energy loss. Also, when an electric resistance heater is placed in water, it is heated near the heat source at a temperature much higher than 100 ° C, which is the boiling point of water, so using a heater that does not have a sufficient interface heat transfer surface area causes various obstacles. Occurs. That is, there were the following problems. Unless the electric power is less than 2 W per 1 cm 2 , the heat transfer to water will decrease and the heater element inside will break. Since the voltage applied to the heater is 200V to 400V, sufficient insulation must be provided. On the contrary, since this electric insulator serves as a heat insulating material for temperature, heat transfer to water is hindered. When the heat transfer of water deteriorates, the surface temperature of the heater rises,
When water molecules come into contact with the surface of the heater, a steam explosion occurs, resulting in the so-called "bending" (bumping) phenomenon. Not only is such a "bounce" phenomenon dangerous, there is the fundamental problem of extremely low thermal efficiency. Moreover, electric resistance heaters, like gas combustion,
Since the temperature difference between the heating source and water is too large, the inorganic and organic components contained in the water are adsorbed and deposited on the surface of the heater, and this acts as a heat insulating material, reducing the heat transfer, How water boiled worse. At the same time, the heat radiation of the heater also deteriorates, which eventually leads to the accident of the heater breaking. In order to avoid this accident, the water heater has a large surface area and is filled in the water tank, which has been a problem from the point of view of the complexity of heater replacement and reliability. In addition, there is a problem in that it takes a lot of time and effort for cleaning due to adhesion of water stains. Furthermore, the problem that could not be basically improved was that a large Bach tank was required to accurately control the temperature of the hot water, and the size could not be reduced. Furthermore, the low-frequency electromagnetic induction heaters proposed in Japanese Utility Model Publication No. 56-86789 and Japanese Patent Publication No. 58-39525 have not been optimized in design yet and the temperature difference between the heating source and the object to be heated is It was high and the thermal efficiency was not good. In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention uses an electric induction heating method applying a low voltage-high current short-circuit transformer, eliminates a gap between an induction coil and a metal pipe, and conducts heat. By filling the mold resin for improving the property, the temperature difference between the heating part and the object to be heated is reduced,
It is an object of the present invention to provide a device that is reliable and durable and that can perform stable heating for a long period of time.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するため、本発明の低周波電磁誘導加熱
器は、鉄心に誘導コイルを巻き付け、その周囲に金属製
パイプを設けた低周波電磁誘導加熱器において、誘導コ
イルとその周囲の金属製パイプとの間には樹脂モールド
が施され、かつ前記金属製パイプの横断面方向から見
て、誘導コイルの表面から金属製パイプの表面までの間
に実質的な空隙を設けないことを特徴とする。 前記構成においては、低周波電源が商用周波数の電源で
あることが好ましい。 また前記構成においては、金属製パイプが少なくとも2
層の金属パイプを一体化したパイプからなることが好ま
しい。 また前記構成においては、樹脂モールドが耐熱性樹脂か
らなることが好ましい。 さらに前記構成においては、供給電力が金属製パイプの
表面積1cm2当たり3W以上であることが好ましい。
In order to achieve the above object, the low-frequency electromagnetic induction heater of the present invention is a low-frequency electromagnetic induction heater in which an induction coil is wound around an iron core, and a metal pipe is provided around the iron coil. A resin mold is provided between the pipe and the metal pipe, and when viewed from the cross-sectional direction of the metal pipe, no substantial gap is provided between the surface of the induction coil and the surface of the metal pipe. To do. In the above configuration, it is preferable that the low frequency power source is a commercial frequency power source. Further, in the above structure, at least two metal pipes are used.
It is preferable that the metal pipes of the layers are integrated. Further, in the above structure, the resin mold is preferably made of a heat resistant resin. Further, in the above structure, it is preferable that the supplied power is 3 W or more per 1 cm 2 of surface area of the metal pipe.

【作用】[Action]

前記した本発明の構成によれば、低電圧−大電流の短絡
変圧器を応用した電気誘導加熱方式を利用し、誘導コイ
ルから金属製パイプまでの間の空隙を無くすことによ
り、加熱部と被加熱体との温度差を小さくし、熱効率が
良く、信頼性、耐久性が高く、長期安定した加熱ができ
る装置とすることができる。また、加熱面積を大きくで
き、しかも供給電力を大きくかけられる。さらに樹脂モ
ールドしたので、熱伝導性に優れ、パイプ内またはコイ
ル内の温度が異常に高温になる現象を防止できる。 また前記、低周波電源が商用周波数の電源であるという
本発明の好ましい構成によれば、商用周波数の電力を直
接ジュール熱に変換できるので、使用上便宜の良いもの
となる。 また前記、金属製パイプが少なくとも2層の金属パイプ
を一体化したパイプからなるという本発明の好ましい構
成によれば、ジュール熱を発生しやすい金属とたえば耐
環境性(例えば錆が発生しない金属)とを一体化するこ
とにより、全体として長期間安定して使用することがで
きる。 また前記、樹脂モールドが耐熱性樹脂からなるという本
発明の好ましい構成によれば、パイプの内部がある程度
高温になっても安定して加熱を続けることができる。 さらに、前記、供給電力が金属製パイプの表面積1cm2
たり3W以上であるという本発明の好ましい構成によれ
ば、加熱面積を広くとれるので、大きな加熱エネルギー
を発生させることができる。
According to the above-described configuration of the present invention, by using an electric induction heating method applying a low voltage-high current short-circuit transformer, by eliminating a gap between the induction coil and the metal pipe, the heating unit and The temperature difference between the heating element and the heating element can be reduced, the thermal efficiency is good, the reliability and durability are high, and the apparatus can perform stable heating for a long period of time. In addition, the heating area can be increased and the supplied power can be increased. Furthermore, since it is resin-molded, it has excellent thermal conductivity and can prevent the phenomenon that the temperature inside the pipe or coil becomes abnormally high. Further, according to the preferable configuration of the present invention in which the low frequency power source is a commercial frequency power source, the commercial frequency power can be directly converted into Joule heat, which is convenient for use. Further, according to the preferable configuration of the present invention in which the metal pipe is a pipe in which at least two layers of metal pipes are integrated, a metal that easily generates Joule heat is an environmental resistance (for example, a metal that does not cause rust). ) And (3) are integrated, it can be stably used as a whole for a long period of time. Further, according to the preferable configuration of the present invention in which the resin mold is made of a heat resistant resin, it is possible to continue heating stably even if the inside of the pipe reaches a certain temperature. Furthermore, according to the preferable configuration of the present invention in which the supplied power is 3 W or more per 1 cm 2 of surface area of the metal pipe, a large heating area can be obtained, so that large heating energy can be generated.

【実施例】【Example】

以下、図面を用いて本発明の一実施例について説明す
る。 第1図(A)(B)は本発明の一実施態様を示す断面図
である。第1図(A)はパイプが一層の例、第1図
(B)はパイプが2層の例である。第1図(A)(B)
において、鉄心1に誘導コイル2を巻き付け、その周囲
に金属製パイプ3、又は金属製パイプ4を設けた低周波
電磁誘導加熱器6において、誘導コイル2とその周囲の
金属製パイプ3との間には樹脂モールド5が施され、か
つ前記金属製パイプ3,4の横断面方向から見て、誘導コ
イル2の表面から金属製パイプ4の表面までの間に実質
的な空隙が存在しない低周波電磁誘導加熱器6である。 本発明において特徴的な要件の第1番目は、誘導コイル
2とその周囲金属製パイプ3との間には樹脂モールド5
が施されている点である。このようにすると加熱効率が
顕著によくなり、たとえば水を沸騰させることを例にと
ると、樹脂モールドがないと誘導コイルの内部は約500
℃まで上昇してしまうのに対して、樹脂モールドを施し
た場合は、約130℃までしか上昇しないようにすること
ができる。したがってこのことが加熱源と被加熱体との
温度差を低くする重要な意義を有する。 次に本発明において特徴的な要件の第2番目は、誘導コ
イル2の表面から金属製パイプ4の表面までの間に実質
的な空隙を設けないことである。たとえば加熱パイプを
2種類使う場合でもパイプ3と4と間には空隙を設けな
い。これにより伝熱性を向上させ、熱効率を上げること
ができる。 前記において樹脂モールドとして使う樹脂は、モールド
用であればいかなるものも使用できる。たとえばエポキ
シ系、アクリル系、ビニル系、フェノール樹脂系、シリ
コーン樹脂系、ポリエステル系、その他の耐熱樹脂など
である。このうち好ましいのは耐熱性が100℃以上の熱
硬化樹脂である。また樹脂モールドとしては、真空注
型、圧縮注型、流し込み注型など公知のいかなる手段も
採用できる。 また前記モールド樹脂は、伝熱性、絶縁性、耐熱性があ
ればいかなるものでも使用できる。一つの使用方法とし
ては、たとえば前記樹脂にアルミニウム微粒子やシリカ
微粒子を添加してコンパウンドで使用することもでき
る。この様にすると熱伝導性が向上するので好ましい。 なお第1図(A)(B)において、誘導コイル2内にも
モールドされた樹脂が存在していることがとくに好まし
い。誘導コイル2内に樹脂が存在していると、コイル内
に発生する熱が有効に除去されるからである。 前記において、鉄心、コイル、パイプからなる加熱器6
は縦型でも、横型でも用いることができる。 次に本発明の発熱原理を第2図を用いて説明する。第2
図Aは変圧器の原理を示す図である。すなわちコイルを
100回巻いた1次側に100V、10Aの交流(50Hzまたは60H
z)の電流を流すと、コイルを100回巻いた2次側には理
論的には、100V、10Aの交流(50Hzまたは60Hz)の電流
が逆向きに付加電流として流れる。次に第2図Bのよう
に2次側のコイルを1回巻きにして同様に1次側に交流
電流を流すと、2次側には1V、1000Aの誘導電流が逆向
きに流れる。すなわち低電圧大電流の短絡変圧器が達成
できる。 本発明は1次側に誘導コイルを、2次側に金属製パイプ
を配置し、前記した低電圧大電流の短絡変圧器の原理を
応用したものである。本発明の2次側金属製パイプは、
導電性を有する金属であればいかなるものであってもよ
い。たとえば銅製、鋼製などである。第2図Bに示すと
おり、金属製パイプ(たとえば銅パイプ)に流れる電流
は大きいので、加熱するには極めて有効である。すなわ
ち大電流の交流電流が流れることにより、短絡電流によ
るジュール熱が発生し、これが発熱に有効であると考え
られているからである。この意味から加熱にとって電圧
は有効ではない。 したがって本発明においては、電力のうち真に加熱に有
効な大電流を取りり出したことに意義がある。また2次
側の銅パイプには極めて低い電圧が流れるが、これは人
体が接触しても感電しない程度であるので、安全性も極
めて高い。加えて本発明の原理によれば、加熱面積は必
然的に大きくなる。コイルの外側に金属製パイプを配置
させるからである。しかも単位面積当たりの消費電力を
大きくできる。したがって、本加熱器においては金属製
パイプの表面積1cm2当り3W以上、あるいは1cm2当り4W以
上でも良好に動作させることができる。加熱面積を大き
いので、加熱部と被加熱体との温度差△Tを小さくでき
る。 すなわち、加熱面積を大きくでき、しかも供給電力を大
きくかけられるという相乗効果を発揮することができ
る。 第3図は、本発明の加熱部のモデルを示したものであ
る。鉄心1に誘導コイル2を巻き、その周囲に金属製パ
イプ(加熱パイプ)3を配置させたものである。誘導コ
イル2に商用周波数の電流を流し、金属製パイプ3は加
熱されるので、このパイプの外側にたとえば水などの被
加熱体を存在させれば金属製パイプから熱を奪い加熱さ
れる。 前記第1図の説明では金属製パイプ3,4は2つのものを
貼り合わせ一体化したパイプを示したが、金属製パイプ
は1種類の単体からなっていてもよく(たとえばステン
レス鋼単体のパイプとか、銅の単体のパイプ)、あるい
は空隙がないように2つ以上の数のパイプを一体化して
用いてもよい。この例としては、伝熱性を向上させるた
めに内面のパイプ3は銅を用い、外面のパイプ4は耐久
性、耐腐蝕性の向上からステンレス鋼を用いることもで
きる。すなわち目的に応じて使い分けすることができ
る。またこれら複数の金属製パイプを一体化(クラッド
化)させるには、爆着法、内側管の拡開法など公知のい
かなる方法も採用できる。本発明の別の態様としては、
金属製パイプの表面は樹脂ライニングすることもでき
る。たとえば金属製パイプとして銅の単体パイプを用
い、その表面にフッ素樹脂(たとえばデュポン社製“テ
フロン”など)をライニングしたものを用いることもで
きる。 次に本発明においては、使用する電力は低周波の商用周
波数の交流電源である。実用的に最も使いやすく、経済
的でもあるからである。 次に本発明のより好ましい態様を説明する。第4図は、
入力100V〜440V、50/60Hz、加熱コイル(パイプ)1〜
6本とした場合の金属製パイプの数と入力電源と組み合
わせの具体例である。第4図(A)は単相で金属製パイ
プ1本の結線例、同図(B)は単相で金属製パイプ2本
の例、同図(C)〜(E)は3相の結線例である。その
他の結線も自由に選択できる。 次に本発明においては、金属製パイプの好ましい直径は
70〜200mm程度である。余りに細くては磁束が外に出て
しまいロスが大きくなって好ましくない。また電力容量
の好ましい1例としては1〜50KW程度であるが、これに
は限定されない。次に金属製パイプの長さは10cm〜1m程
度であるが、これには限定されない。 次に温度分布の大きい加熱器に応用する具体例を第5図
に挙げる。第5図(A)はコイルの巻き密度を変え、中
央部を粗に、両端部を密に巻いたものである。このよう
にすれば、放熱が大きいものや、回りから被加熱体が供
給され、周囲の温度が下がりやすい加熱器には有効であ
る。この逆に中央部の温度が下がりやすい加熱器におい
ては、中央部のコイルを密に巻くこともできる。第5図
(B)は、金属製パイプの種類を長さ方向で変えること
により、前記の温度の分布むらを改善する手段である。
加熱器の周囲をより多く加熱するには、両端を銅、中央
部に真鍮を使う。 第6図は本発明の別の1実施態様を示す図である。第6
図A、Bは単相の例、第6図C、Dは3相を用いた例で
ある。加熱器6は第1図に示すとおりである。7は加熱
域、8は流体(たとえば水)の入口、9は同出口、10は
ポンプである。第6図では加熱器6は縦型としたが、横
型であってもよい。 第7図はジャケット部の流体の入口側に下部センサー1
1、出口側に上部センサー12を設けた例である。これら
の各々の温度信号と、導入流体の流量検出信号を第8
図、第9図に示すように電力制御器に導き、入口と出口
の温度差と流体の流量の積により供給電力を制御する。
すなわち設定温度に対してどのくらいのKcalが不足かを
演算させ、不足分の電力を電圧で制御するのである。以
上のような制御系において、演算回路でKcal=Kwを瞬時
に求めて1次側の電圧を制御することにより、精度の高
い温度の流体が得られる。ここで流量検出信号は、たと
えばポンプを用いた場合はポンプの回転数などの流量検
出信号であり、流量計を用いた場合はこの流量検出信号
などである。本発明においては、KwとKcalが直線関係に
あるので、制御がきわめて容易である。 本発明の加熱器の金属製パイプに流れる電圧は1Vないし
0.3V程度であるので、乾電池の電圧(1.5V)よりはるか
に低く、人体にとっては安全である。また湿度が高くて
も問題なく使用できる。さらに誘導コイルは、銅線、ア
ルミ線等を用いることができるが、樹脂モールドを用い
て真空充填すれば耐久性が向上するという利点もある。
また伝熱面積が広いので、加熱部は120〜130℃で良く、
水分中のカルシウムやそのほかの塩やスケールなどが付
着することも防げる。 本発明の加熱器の用途としては、食品加熱用の油脂の加
熱器(フライヤー)、食品加熱用の水の加熱器(蒸気発
生器)、例えば80℃程度の温水が必要な食器洗浄器、同
100℃以下の調理器(とくに煮物などの長時間調理
器)、有機溶剤の洗浄用加熱器、風呂の加熱器(とくに
追い炊き用)、ガスまたは重油などの加熱器、ボイラー
用加熱器(とくにローカル用ボイラー)など、汎用的な
加熱器として使用することができる。そして安全で熱効
率の良いところからその用途は前記したものに限られな
い。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (A) and (B) are sectional views showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) shows an example in which the pipe has one layer, and FIG. 1 (B) shows an example in which the pipe has two layers. Figure 1 (A) (B)
In the low frequency electromagnetic induction heater 6 in which the induction coil 2 is wound around the iron core 1 and the metal pipe 3 or the metal pipe 4 is provided around the induction coil 2, between the induction coil 2 and the metal pipe 3 around the induction coil 2. A resin mold 5 is applied to the low-frequency region where there is substantially no gap between the surface of the induction coil 2 and the surface of the metal pipe 4 when viewed from the cross-sectional direction of the metal pipes 3 and 4. The electromagnetic induction heater 6. The first characteristic requirement in the present invention is that the resin mold 5 is provided between the induction coil 2 and the metal pipe 3 surrounding the induction coil 2.
Is the point. By doing so, the heating efficiency is significantly improved. For example, when boiling water is taken as an example, the inside of the induction coil is about 500 without a resin mold.
On the other hand, when the resin mold is applied, the temperature can be increased only up to about 130 ° C. Therefore, this has an important meaning to reduce the temperature difference between the heating source and the object to be heated. Next, the second characteristic requirement of the present invention is that no substantial gap is provided between the surface of the induction coil 2 and the surface of the metal pipe 4. For example, no gap is provided between the pipes 3 and 4 even when two types of heating pipes are used. As a result, the heat transfer property can be improved and the thermal efficiency can be increased. As the resin used as the resin mold in the above, any resin can be used as long as it is for molding. For example, epoxy-based, acrylic-based, vinyl-based, phenol-based, silicone-based, polyester-based, and other heat-resistant resins. Of these, thermosetting resins having a heat resistance of 100 ° C. or higher are preferable. Further, as the resin mold, any known means such as vacuum casting, compression casting, and pouring casting can be adopted. Any mold resin may be used as long as it has heat conductivity, insulation and heat resistance. As one usage method, for example, aluminum fine particles or silica fine particles may be added to the resin and used as a compound. This is preferable because the thermal conductivity is improved. In addition, in FIGS. 1A and 1B, it is particularly preferable that the molded resin also exists in the induction coil 2. This is because the presence of resin in the induction coil 2 effectively removes the heat generated in the coil. In the above, the heater 6 comprising an iron core, a coil, and a pipe
Can be used either vertically or horizontally. Next, the heat generation principle of the present invention will be described with reference to FIG. Second
FIG. A is a diagram showing the principle of a transformer. Ie coil
100V, 10A AC (50Hz or 60H) on the primary side wound 100 times
When a current of z) is passed, theoretically a 100V, 10A AC (50Hz or 60Hz) current flows in the opposite direction as an additional current on the secondary side where the coil is wound 100 times. Next, as shown in FIG. 2B, when the coil on the secondary side is wound once and an alternating current is similarly applied to the primary side, an induced current of 1 V and 1000 A flows in the opposite direction on the secondary side. That is, a low-voltage, large-current short-circuit transformer can be achieved. The present invention is an application of the above-described principle of a short-circuit transformer of low voltage and large current, in which an induction coil is arranged on the primary side and a metal pipe is arranged on the secondary side. The secondary metal pipe of the present invention is
Any conductive metal may be used. For example, it is made of copper or steel. As shown in FIG. 2B, a large current flows through a metal pipe (for example, a copper pipe), so that it is extremely effective for heating. That is, it is considered that Joule heat due to a short-circuit current is generated by the flow of a large alternating current, and this is effective for heat generation. In this sense, the voltage is not effective for heating. Therefore, in the present invention, it is significant that a large current that is truly effective for heating is taken out of the electric power. In addition, an extremely low voltage flows through the copper pipe on the secondary side, but this is so safe that it does not cause an electric shock even if the human body touches it. In addition, according to the principles of the present invention, the heated area is necessarily large. This is because the metal pipe is arranged outside the coil. Moreover, the power consumption per unit area can be increased. Accordingly, in the present heater metal pipe surface area 1 cm 2 per 3W or more, or can be operated satisfactorily even 1 cm 2 per 4W or more. Since the heating area is large, the temperature difference ΔT between the heating portion and the object to be heated can be reduced. That is, it is possible to exert a synergistic effect that the heating area can be increased and the supplied power can be increased. FIG. 3 shows a model of the heating unit of the present invention. An induction coil 2 is wound around an iron core 1, and a metal pipe (heating pipe) 3 is arranged around the induction coil 2. Since a current having a commercial frequency is applied to the induction coil 2 and the metal pipe 3 is heated, if an object to be heated such as water is present outside the pipe, heat is taken from the metal pipe to remove heat. In the description of FIG. 1, the metal pipes 3 and 4 are shown as pipes in which two pipes are bonded and integrated, but the metal pipe may be made of one type of simple substance (for example, a pipe made of stainless steel alone). Or a single pipe of copper), or two or more pipes may be integrated and used so that there are no voids. In this example, the inner pipe 3 may be made of copper in order to improve the heat transfer property, and the outer pipe 4 may be made of stainless steel in order to improve durability and corrosion resistance. That is, it can be used properly according to the purpose. Further, in order to integrate (clad) the plurality of metal pipes, any publicly known method such as a bombardment method or an inner tube expanding method can be adopted. In another aspect of the present invention,
The surface of the metal pipe may be resin-lined. For example, a single pipe made of copper may be used as the metal pipe, and the surface thereof may be lined with a fluororesin (for example, "Teflon" manufactured by DuPont). Next, in the present invention, the electric power used is an AC power source of a low commercial frequency. This is because it is practically the easiest to use and economical. Next, a more preferable aspect of the present invention will be described. Figure 4 shows
Input 100V-440V, 50 / 60Hz, heating coil (pipe) 1-
It is a specific example of the combination of the number of metal pipes and the input power source when the number is six. FIG. 4 (A) is an example of single-phase metal pipe connection, FIG. 4 (B) is an example of single-phase metal pipe two, and FIGS. 4 (C) to (E) are three-phase connection lines. Here is an example. Other connections can be freely selected. Next, in the present invention, the preferable diameter of the metal pipe is
It is about 70 to 200 mm. If it is too thin, the magnetic flux will go out and the loss will be large, which is not preferable. A preferable example of the power capacity is about 1 to 50 KW, but the power capacity is not limited to this. Next, the length of the metal pipe is about 10 cm to 1 m, but is not limited thereto. Next, a specific example applied to a heater having a large temperature distribution is shown in FIG. In FIG. 5 (A), the winding density of the coil is changed, and the central portion is coarsely wound and both end portions are densely wound. By doing so, it is effective for a device that radiates a large amount of heat and a heater that is supplied with a body to be heated from the surroundings and whose ambient temperature easily lowers. On the contrary, in the heater in which the temperature of the central portion is likely to decrease, the central coil can be wound densely. FIG. 5B shows a means for improving the uneven temperature distribution by changing the type of the metal pipe in the length direction.
To heat more around the heater, use copper at both ends and brass in the middle. FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. Sixth
FIGS. A and B are examples of a single phase, and FIGS. 6C and D are examples of using three phases. The heater 6 is as shown in FIG. Reference numeral 7 is a heating zone, 8 is an inlet for a fluid (for example, water), 9 is an outlet thereof, and 10 is a pump. Although the heater 6 is vertical in FIG. 6, it may be horizontal. Fig. 7 shows the lower sensor 1 on the fluid inlet side of the jacket.
1, an example in which an upper sensor 12 is provided on the outlet side. The temperature signal of each of these and the flow rate detection signal of the introduced fluid are
As shown in FIG. 9 and FIG. 9, the power is supplied to the power controller, and the power supplied is controlled by the product of the temperature difference between the inlet and the outlet and the flow rate of the fluid.
That is, how much Kcal is insufficient with respect to the set temperature is calculated, and the insufficient power is controlled by the voltage. In the control system as described above, a highly accurate temperature fluid can be obtained by instantaneously obtaining Kcal = Kw in the arithmetic circuit and controlling the voltage on the primary side. Here, the flow rate detection signal is, for example, a flow rate detection signal such as the number of revolutions of the pump when a pump is used, or the flow rate detection signal when a flow meter is used. In the present invention, since Kw and Kcal are in a linear relationship, control is extremely easy. The voltage flowing through the metal pipe of the heater of the present invention is from 1V to
Since it is about 0.3V, it is much lower than the voltage of the dry cell (1.5V), which is safe for the human body. It can be used without problems even if the humidity is high. Further, as the induction coil, a copper wire, an aluminum wire, or the like can be used, but there is an advantage that durability is improved if vacuum filling is performed using a resin mold.
Also, since the heat transfer area is wide, the heating part can be 120-130 ℃,
It is also possible to prevent calcium in the water and other salts and scales from adhering. The heating device of the present invention is used as a heating device for fats and oils for heating food (fryer), a heating device for water for heating food (steam generator), for example, a dishwasher requiring hot water of about 80 ° C.,
Cookers below 100 ° C (especially cooked dishes for long hours), heaters for cleaning organic solvents, bath heaters (especially for additional cooking), heaters for gas or heavy oil, heaters for boilers (especially It can be used as a general-purpose heater such as a local boiler). The application is not limited to the above because it is safe and has high thermal efficiency.

【実施例】【Example】

以下実施例を挙げてより具体的に説明する。 実施例1 断面が第1図(B)に示す通りの加熱器を製作した。鉄
心はケイ素鋼板を多数枚張り合わせたものを用い、誘導
コイルは銅線を用い、金属製パイプとしては内側が銅製
パイプ、外側がステンレス製のパイプを一体化したもの
を用いた。そして誘導コイルと金属製パイプとの間に
は、耐熱性エポキシ樹脂を真空充填によりモールドし、
空間をなくした。この加熱器を用いて、1,1,1−トリク
ロロエタン溶剤を用いICなどの洗浄を行うに際し、従来
電気抵抗ヒーターではスタート時20KW、定常処理時10〜
12KW必要であったものが、本発明の加熱器では、スター
ト時10KW、定常処理時4KWで操作できた。しかも本発明
の加熱器は従来法のものに比べて低温度なので、スケー
ルも付きにくく、上から落ちてくる洗浄ガスやゴミがパ
イプの表面に付着しにくく、ヒーター寿命も大幅に延長
できた。 実施例2 第6図(C)(D)、第7図に示すように構成し、第1
図(A)の加熱器を内部に配置した。銅パイプ3の太さ
は直径9mm、長さ26mmのものを槽内に3本配置した。そ
して誘導コイルと金属製パイプとの間には、耐熱性エポ
キシ樹脂を真空充填によりモールドし、空間をなくし
た。供給電力は、1cm2当たり約4.5W、すなわち4.5W/cm
2とした。そして毎分15リットルの水を流しつつ、コイ
ルに200V、25A、60Hzの3相交流電力を通電したころ、8
0℃±1℃の温水を連続的に流出させることができた。
なお前記において銅パイプには約10000A、0.5Vの電力が
流れていた。 実施例3 第1図(A)、第8図、第9図に示すように、実施例2
と同様にセンサーと制御系を配置した加熱装置を作っ
た。 すなわち、銅パイプ3の太さは直径90mm、長さ260mmの
ものを槽内に3本配置した。そして誘導コイルと金属製
パイプとの間には、耐熱性エポキシ樹脂を真空充填によ
りモールドし、空間をなくした。 供給電力は、1cm2当たり約3.0W、すなわち3.0W/cm2
した。そして毎分20リットルの水を流しつつ、コイルに
200V、20A、60Hzの3相交流電力を通電し、流出水の温
度を65±1℃に設定した。この結果、導入水の温度が変
動したり、定量パイプの水量や水温が変動しても、設定
温度の温水が長期化安定して得られた。さらに加熱槽内
の洗浄も容易であった。 なお前記において銅パイプには約8000A、0.5Vの電力が
流れていた。
A more specific description will be given below with reference to examples. Example 1 A heater having a cross section as shown in FIG. 1 (B) was manufactured. An iron core was made by laminating a large number of silicon steel plates, an induction coil was made of copper wire, and a metal pipe was made by integrating a copper pipe inside and a stainless pipe outside. And between the induction coil and the metal pipe, heat-resistant epoxy resin is molded by vacuum filling,
I lost space. When using this heater to wash ICs, etc. using 1,1,1-trichloroethane solvent, conventional electric resistance heaters start at 20 kW and steady-state treatment starts at 10 kW.
What required 12 kW, the heater of the present invention could be operated at 10 kW at the start and 4 kW at the steady process. In addition, since the heater of the present invention has a lower temperature than that of the conventional method, scales are not easily attached, cleaning gas and dust falling from the top hardly adhere to the surface of the pipe, and the life of the heater can be greatly extended. Example 2 The first embodiment is constructed as shown in FIGS. 6 (C), (D) and FIG.
The heater of Fig. (A) was placed inside. Three copper pipes 3 each having a diameter of 9 mm and a length of 26 mm were arranged in the tank. Then, between the induction coil and the metal pipe, a heat-resistant epoxy resin was vacuum-molded to eliminate a space. Supply power, approximately per 1 cm 2 4.5 W, i.e. 4.5 W / cm
2 Then, while flowing 15 liters of water per minute and applying three-phase AC power of 200V, 25A, 60Hz to the coil,
Hot water at 0 ° C ± 1 ° C could be continuously discharged.
In the above, about 10000A, 0.5V of electric power was flowing through the copper pipe. Example 3 As shown in FIG. 1 (A), FIG. 8 and FIG.
I made a heating device with a sensor and a control system. That is, three copper pipes having a diameter of 90 mm and a length of 260 mm were arranged in the tank. Then, between the induction coil and the metal pipe, a heat-resistant epoxy resin was vacuum-molded to eliminate a space. Power supply was 1 cm 2 per about 3.0 W, that is, 3.0 W / cm 2. And while flowing 20 liters of water every minute, in the coil
Three-phase AC power of 200V, 20A, 60Hz was applied, and the temperature of the outflow water was set to 65 ± 1 ℃. As a result, even if the temperature of the introduced water fluctuates or the amount of water or the water temperature of the fixed quantity pipe fluctuates, hot water at the set temperature was obtained stably for a long period of time. Furthermore, cleaning inside the heating tank was easy. In the above, about 8000 A, 0.5 V of electricity was flowing through the copper pipe.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明は、低電圧−大電流の短絡変圧器を応用した電磁
誘導加熱方式を利用し、誘導コイルから金属製パイプま
での間の空隙を無くすことにより、加熱部と被加熱体と
の温度差を小さくし、熱効率が良く、信頼性、耐久性が
高く、長期安定した加熱ができる装置とすることができ
る。また、加熱面積を大きくでき、しかも供給電力を大
きくかけられるという優れた相乗効果を発揮することが
できる。
The present invention utilizes an electromagnetic induction heating method that applies a low voltage-high current short-circuit transformer, and eliminates a gap between an induction coil and a metal pipe, thereby providing a temperature difference between a heating unit and a heated object. Can be made small, the thermal efficiency is good, the reliability and durability are high, and stable heating can be performed for a long period of time. In addition, it is possible to exert an excellent synergistic effect that the heating area can be increased and the supplied power can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)、第1図(B)は本発明の一実施態様を示
す断面図である。第2図、第3図は本発明の原理を説明
する図である。第4図は本発明の一例の結線図である。
第5図は本発明の一実施態様を示す図である。第6図〜
第9図は本発明の他の実施態様を示す図である。 1:鉄心、2:誘導コイル 3、4:金属製パイプ、5:樹脂モールド
1 (A) and 1 (B) are sectional views showing an embodiment of the present invention. 2 and 3 are diagrams for explaining the principle of the present invention. FIG. 4 is a connection diagram of an example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention. Fig. 6 ~
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 1: Iron core, 2: Induction coil 3, 4: Metal pipe, 5: Resin mold

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】鉄心に誘導コイルを巻き付け、その周囲に
金属製パイプを設けた低周波電磁誘導加熱器において、
誘導コイルとその周囲の金属製パイプとの間には熱伝導
性を向上させるための樹脂モールドが充填され、かつ前
記金属製パイプの横断面方向から見て、誘導コイルの表
面から金属製パイプの表面までの間に実質的な空隙が存
在しないことを特徴とする低周波電磁誘導加熱器。
1. A low frequency electromagnetic induction heater in which an induction coil is wound around an iron core and a metal pipe is provided around the induction coil,
A resin mold for improving thermal conductivity is filled between the induction coil and the metal pipe around the induction coil, and when viewed from the cross-sectional direction of the metal pipe, the metal pipe is exposed from the surface of the induction coil. A low frequency electromagnetic induction heater characterized in that there is substantially no air gap up to the surface.
【請求項2】低周波電源が、商用周波数の電源である請
求項1記載の低周波電磁誘導加熱器。
2. The low frequency electromagnetic induction heater according to claim 1, wherein the low frequency power source is a commercial frequency power source.
【請求項3】金属製パイプが、1層の金属からなるパイ
プである請求項1記載の低周波電磁誘導加熱器。
3. The low frequency electromagnetic induction heater according to claim 1, wherein the metal pipe is a pipe made of one layer of metal.
【請求項4】金属製パイプが、少なくとも2層の金属パ
イプを一体化したパイプからなる請求項1記載の低周波
電磁誘導加熱器。
4. The low frequency electromagnetic induction heater according to claim 1, wherein the metal pipe is a pipe in which at least two layers of metal pipes are integrated.
【請求項5】樹脂モールドが耐熱性樹脂からなる請求項
1記載の低周波電磁誘導加熱器。
5. The low frequency electromagnetic induction heater according to claim 1, wherein the resin mold is made of a heat resistant resin.
【請求項6】供給電力が金属製パイプの表面積1cm2当た
り3W以上である請求項1記載の低周波電磁誘導加熱器。
6. The low frequency electromagnetic induction heater according to claim 1, wherein the supplied power is 3 W or more per 1 cm 2 of surface area of the metal pipe.
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