JP2000323269A - 加熱方法および加熱装置 - Google Patents
加熱方法および加熱装置Info
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- JP2000323269A JP2000323269A JP11131187A JP13118799A JP2000323269A JP 2000323269 A JP2000323269 A JP 2000323269A JP 11131187 A JP11131187 A JP 11131187A JP 13118799 A JP13118799 A JP 13118799A JP 2000323269 A JP2000323269 A JP 2000323269A
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Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造の複雑化や装置の大型化を招来すること
なく、誘導加熱を利用した加熱を行うこと。 【解決手段】 本発明では、交流電源Ｅと交流モータＭ
との間の導線ｒ，ｓ，ｔを貯水パイプ１４に巻回し、該
導線ｒ，ｓ，ｔに流れる電流によって鉄製の外管１４ｂ
に誘導加熱を生じさせるようにしている。
なく、誘導加熱を利用した加熱を行うこと。 【解決手段】 本発明では、交流電源Ｅと交流モータＭ
との間の導線ｒ，ｓ，ｔを貯水パイプ１４に巻回し、該
導線ｒ，ｓ，ｔに流れる電流によって鉄製の外管１４ｂ
に誘導加熱を生じさせるようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加熱方法および加
熱装置に関する。
熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、水を加熱して温水を得る方法と
しては、燃料の燃焼によって発生する熱エネルギを利用
するものがある。しかしながら、上述した方法にあって
は、正確な温度コントロールが難しい、燃料を貯留して
おくためのスペースが必要となる、燃料の燃焼に伴って
酸化物が発生する、等々の問題がある。
しては、燃料の燃焼によって発生する熱エネルギを利用
するものがある。しかしながら、上述した方法にあって
は、正確な温度コントロールが難しい、燃料を貯留して
おくためのスペースが必要となる、燃料の燃焼に伴って
酸化物が発生する、等々の問題がある。
【０００３】こうした問題を解決するための方法とし
て、昨今においては、誘導加熱を利用した加熱方法が普
及している。すなわち、コイル状に巻回した導線に交流
電流を通電することによって交番磁界を生じさせ、該交
番磁界によって磁性体に誘導されるうず電流のジュール
熱で当該磁性体を加熱するようにしたものである。
て、昨今においては、誘導加熱を利用した加熱方法が普
及している。すなわち、コイル状に巻回した導線に交流
電流を通電することによって交番磁界を生じさせ、該交
番磁界によって磁性体に誘導されるうず電流のジュール
熱で当該磁性体を加熱するようにしたものである。
【０００４】この誘導加熱法によれば、以下に列挙する
ような作用効果を奏することができる。通電量や導線の
巻回数に応じて発熱量が変化するため、正確な温度制御
が可能となる。燃料を貯留しておくスペースが不要とな
る。酸化物が発生しないため、環境にもやさしい。
ような作用効果を奏することができる。通電量や導線の
巻回数に応じて発熱量が変化するため、正確な温度制御
が可能となる。燃料を貯留しておくスペースが不要とな
る。酸化物が発生しないため、環境にもやさしい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、交流電
源からの電流を直接誘導加熱に利用する場合には、コイ
ル状に巻回した導線の部分において十分に電圧を降下さ
せなければならないため、磁性体に対して非常に多くの
導線、具体的には数百回もの導線を巻回させる必要があ
る。
源からの電流を直接誘導加熱に利用する場合には、コイ
ル状に巻回した導線の部分において十分に電圧を降下さ
せなければならないため、磁性体に対して非常に多くの
導線、具体的には数百回もの導線を巻回させる必要があ
る。
【０００６】この結果、誘導加熱を利用した加熱装置に
あっては、構造が著しく複雑になる、装置が大型化す
る、等々の問題を招来する。特に、スペースに余裕のな
い一般家庭やビル等の居住空間にあっては、その適用が
ほとんど不可能となる。
あっては、構造が著しく複雑になる、装置が大型化す
る、等々の問題を招来する。特に、スペースに余裕のな
い一般家庭やビル等の居住空間にあっては、その適用が
ほとんど不可能となる。
【０００７】本発明は、上記実情に鑑みて、構造の複雑
化や装置の大型化を招来することなく、誘導加熱を利用
した加熱を行うことのできる方法および装置を提供する
ことを解決課題とする。
化や装置の大型化を招来することなく、誘導加熱を利用
した加熱を行うことのできる方法および装置を提供する
ことを解決課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、交流電源から負荷に供給される電流を利用して磁性
体に誘導加熱を生じさせるようにしている。
は、交流電源から負荷に供給される電流を利用して磁性
体に誘導加熱を生じさせるようにしている。
【０００９】請求項２に記載の発明では、交流電源から
負荷に至る導線の経路中に磁性体を配置するとともに、
この磁性体に誘導加熱を生じさせるべく前記導線を巻回
させている。
負荷に至る導線の経路中に磁性体を配置するとともに、
この磁性体に誘導加熱を生じさせるべく前記導線を巻回
させている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、一実施の形態を示す図面に
基づいて本発明を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発
明に係る加熱装置の第一実施形態を概念的に示したもの
である。ここで例示する加熱装置は、三相交流モータＭ
に対する電源供給回路を利用して温水を得るためのもの
で、交流電源Ｅから交流モータＭに至る各相Ｒ、Ｓ、Ｔ
の導線ｒ，ｓ，ｔ中にそれぞれ加熱ユニット１０を備え
ている。
基づいて本発明を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発
明に係る加熱装置の第一実施形態を概念的に示したもの
である。ここで例示する加熱装置は、三相交流モータＭ
に対する電源供給回路を利用して温水を得るためのもの
で、交流電源Ｅから交流モータＭに至る各相Ｒ、Ｓ、Ｔ
の導線ｒ，ｓ，ｔ中にそれぞれ加熱ユニット１０を備え
ている。
【００１１】加熱ユニット１０は、加熱対象である水を
加熱する部分であり、例えば図１（ｂ）に示すように、
加熱部１１と温度制御部１２とを備えて構成したものを
適用することができる。
加熱する部分であり、例えば図１（ｂ）に示すように、
加熱部１１と温度制御部１２とを備えて構成したものを
適用することができる。
【００１２】加熱部１１は、外周部が断熱保温材１３に
よって覆われた貯水パイプ１４と、この貯水パイプ１４
の外周部に螺旋状に巻回させたコイル線１５と、交流電
源Ｅに対して上記コイル線１５と並列に接続された短絡
線１６とを備えている。貯水パイプ１４としては、例え
ばステンレス製の内管１４ａの周囲を磁性体、つまり電
気抵抗の比較的大きな導体である鉄製の外管１４ｂによ
って外装したものを適用している。コイル線１５として
は、横断面が矩形状を成す銅製のバーコイル線を適用し
ている。短絡線１６は、上記コイル線１５の両端部間を
短絡するためのもので、それぞれスイッチ手段１７，１
８を介してコイル線１５の各端部に接続されている。
よって覆われた貯水パイプ１４と、この貯水パイプ１４
の外周部に螺旋状に巻回させたコイル線１５と、交流電
源Ｅに対して上記コイル線１５と並列に接続された短絡
線１６とを備えている。貯水パイプ１４としては、例え
ばステンレス製の内管１４ａの周囲を磁性体、つまり電
気抵抗の比較的大きな導体である鉄製の外管１４ｂによ
って外装したものを適用している。コイル線１５として
は、横断面が矩形状を成す銅製のバーコイル線を適用し
ている。短絡線１６は、上記コイル線１５の両端部間を
短絡するためのもので、それぞれスイッチ手段１７，１
８を介してコイル線１５の各端部に接続されている。
【００１３】温度制御部１２は、貯水パイプ１４に貯留
された水の温度を検出する水温センサ１９と、この水温
センサ１９の検出結果に基づいて上述したスイッチ手段
１７，１８を切換作動させるコントローラ２０とを備え
たものである。
された水の温度を検出する水温センサ１９と、この水温
センサ１９の検出結果に基づいて上述したスイッチ手段
１７，１８を切換作動させるコントローラ２０とを備え
たものである。
【００１４】上記のように構成した加熱装置では、ま
ず、水温センサ１９の検出した水温が予設定した値を下
回っている場合、上記コントローラ２０によってスイッ
チ手段１７，１８が切換作動され、図１（ｂ）中の実線
で示すように、加熱ユニット１０のコイル線１５が交流
電源Ｅに接続されることになる。
ず、水温センサ１９の検出した水温が予設定した値を下
回っている場合、上記コントローラ２０によってスイッ
チ手段１７，１８が切換作動され、図１（ｂ）中の実線
で示すように、加熱ユニット１０のコイル線１５が交流
電源Ｅに接続されることになる。
【００１５】この状態から交流モータＭの運転を開始す
ると、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの導線ｒ，ｓ，ｔを通過する電流
が加熱ユニット１０においてコイル線１５を流れること
になる。この結果、磁性体である外管１４ｂにうず電流
が誘導され、そのジュール熱によって当該外管１４ｂが
発熱するようになり、内部に貯留された水の加熱を行う
ことが可能となる。
ると、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの導線ｒ，ｓ，ｔを通過する電流
が加熱ユニット１０においてコイル線１５を流れること
になる。この結果、磁性体である外管１４ｂにうず電流
が誘導され、そのジュール熱によって当該外管１４ｂが
発熱するようになり、内部に貯留された水の加熱を行う
ことが可能となる。
【００１６】ここで、上記加熱装置にあっては、本来交
流モータＭに対して供給される電流をコイル線１５に通
電するようにしたものである。したがって、当該コイル
線１５においては、十分に電圧を降下させる必要がな
い。つまり、ごく少数だけ巻回したコイル線１５を交流
電源Ｅに接続することが可能となる。この結果、上記加
熱装置によれば、構造を簡略化することができるばかり
か、その小型化を図ることができるようになり、例えば
スペースに余裕のない一般家庭やビル等の居住空間への
適用も十分に可能となる。
流モータＭに対して供給される電流をコイル線１５に通
電するようにしたものである。したがって、当該コイル
線１５においては、十分に電圧を降下させる必要がな
い。つまり、ごく少数だけ巻回したコイル線１５を交流
電源Ｅに接続することが可能となる。この結果、上記加
熱装置によれば、構造を簡略化することができるばかり
か、その小型化を図ることができるようになり、例えば
スペースに余裕のない一般家庭やビル等の居住空間への
適用も十分に可能となる。
【００１７】しかも、本件発明者によれば、図２に示す
ように、外管１４ｂに対して１０回巻回したコイル線１
５を適用した場合はもちろん、わずか５回巻回したコイ
ル線１５を適用した場合であっても、１０分間の通電に
よって当該外管１４ｂをほぼ１００℃まで加熱すること
ができるという実験結果を得ている。つまり、上記加熱
装置によれば、構造の簡略化および装置の小型化を図り
つつ、貯水パイプ１４内の水を十分、かつ迅速に沸騰さ
せるだけの発熱量を得ることが可能である。
ように、外管１４ｂに対して１０回巻回したコイル線１
５を適用した場合はもちろん、わずか５回巻回したコイ
ル線１５を適用した場合であっても、１０分間の通電に
よって当該外管１４ｂをほぼ１００℃まで加熱すること
ができるという実験結果を得ている。つまり、上記加熱
装置によれば、構造の簡略化および装置の小型化を図り
つつ、貯水パイプ１４内の水を十分、かつ迅速に沸騰さ
せるだけの発熱量を得ることが可能である。
【００１８】さらに、交流モータＭ等の負荷にあって
は、通常、定格の出力を得る場合に必要となる電圧に上
下１０Ｖ程度の幅がある。上述したように、本件発明者
の実験結果によれば、コイル線１５での電圧降下は最大
でもわずか４Ｖである。したがって、上記加熱装置によ
れば、交流モータＭの出力に対してほとんど影響を与え
ることなく、しかも従前とほぼ変わりない消費電力で温
水を得ることができるようになり、エネルギの有効利用
から省エネルギに寄与することが可能になる。
は、通常、定格の出力を得る場合に必要となる電圧に上
下１０Ｖ程度の幅がある。上述したように、本件発明者
の実験結果によれば、コイル線１５での電圧降下は最大
でもわずか４Ｖである。したがって、上記加熱装置によ
れば、交流モータＭの出力に対してほとんど影響を与え
ることなく、しかも従前とほぼ変わりない消費電力で温
水を得ることができるようになり、エネルギの有効利用
から省エネルギに寄与することが可能になる。
【００１９】一方、コイル線１５へ通電した状態におい
て水温センサ１９の検出した水温が予設定した値を上回
った場合には、コントローラ２０によってスイッチ手段
１７，１８が切換動作され、図１（ｂ）中の破線で示す
ように、コイル線１５が交流電源Ｅから切り離されると
ともに、短絡線１６が交流電源Ｅに接続されることにな
る。この結果、外管１４ｂの発熱が停止し、貯水パイプ
１４内の水の温度が順次低下するようになる。
て水温センサ１９の検出した水温が予設定した値を上回
った場合には、コントローラ２０によってスイッチ手段
１７，１８が切換動作され、図１（ｂ）中の破線で示す
ように、コイル線１５が交流電源Ｅから切り離されると
ともに、短絡線１６が交流電源Ｅに接続されることにな
る。この結果、外管１４ｂの発熱が停止し、貯水パイプ
１４内の水の温度が順次低下するようになる。
【００２０】以下、上述した動作が繰り返し行われ、貯
水パイプ１４内の水温に応じてコイル線１５への通電が
適宜ＯＮ／ＯＦＦされ、当該貯水パイプ１４内の水が所
定の温度範囲に保持されることになる。
水パイプ１４内の水温に応じてコイル線１５への通電が
適宜ＯＮ／ＯＦＦされ、当該貯水パイプ１４内の水が所
定の温度範囲に保持されることになる。
【００２１】このように、上記加熱装置によれば、本来
交流モータＭに対して供給される電流を利用して磁性体
である外管１４ｂに誘導加熱を生じさせ、これによって
内管１４ａ内の水を加熱するようにしているため、コイ
ル線１５において十分に電圧を降下させる必要がない。
したがって、外管１４ｂに対するコイル線１５の巻回数
を著しく低減することができるようになり、構造の簡略
化および装置の小型化を図ることが可能となる。しか
も、この加熱装置によれば、水を沸騰させるに十分な発
熱量を得ることができるにも関わらず、本来の交流モー
タＭの出力に対してほとんど影響を与えることがない。
交流モータＭに対して供給される電流を利用して磁性体
である外管１４ｂに誘導加熱を生じさせ、これによって
内管１４ａ内の水を加熱するようにしているため、コイ
ル線１５において十分に電圧を降下させる必要がない。
したがって、外管１４ｂに対するコイル線１５の巻回数
を著しく低減することができるようになり、構造の簡略
化および装置の小型化を図ることが可能となる。しか
も、この加熱装置によれば、水を沸騰させるに十分な発
熱量を得ることができるにも関わらず、本来の交流モー
タＭの出力に対してほとんど影響を与えることがない。
【００２２】なお、上述した実施の形態では、三相交流
モータＭに対する電源供給回路を利用して温水を得るた
めの加熱装置を例示しているが、本発明は、これらに限
定されない。例えば、交流モータＭ以外の負荷に対する
電源供給回路を適用してももちろん構わない。この場
合、必ずしも三相である必要はなく、単相の電源であっ
てもよい。また、加熱対象としては、水以外にも媒体油
等のその他の液体、あるいはエア等の気体を加熱するよ
うに構成しても構わない。
モータＭに対する電源供給回路を利用して温水を得るた
めの加熱装置を例示しているが、本発明は、これらに限
定されない。例えば、交流モータＭ以外の負荷に対する
電源供給回路を適用してももちろん構わない。この場
合、必ずしも三相である必要はなく、単相の電源であっ
てもよい。また、加熱対象としては、水以外にも媒体油
等のその他の液体、あるいはエア等の気体を加熱するよ
うに構成しても構わない。
【００２３】また、上述した実施の形態では、複数の導
線のそれぞれに加熱ユニットを設けるようにしている
が、唯一の導線に加熱ユニットを設ければ充分である。
なお、複数の導線のそれぞれに加熱ユニットを設ける場
合には、それぞれの発熱温度を互いに異なる値に設定
し、一方の加熱ユニットで加熱したものを、他方の加熱
ユニットで保温するように構成することも可能である。
この場合、保温を行う加熱ユニットにあっては、さらに
コイル線の巻回数を低減することが可能であり、一層の
簡略化を可能とする。
線のそれぞれに加熱ユニットを設けるようにしている
が、唯一の導線に加熱ユニットを設ければ充分である。
なお、複数の導線のそれぞれに加熱ユニットを設ける場
合には、それぞれの発熱温度を互いに異なる値に設定
し、一方の加熱ユニットで加熱したものを、他方の加熱
ユニットで保温するように構成することも可能である。
この場合、保温を行う加熱ユニットにあっては、さらに
コイル線の巻回数を低減することが可能であり、一層の
簡略化を可能とする。
【００２４】さらに、上述した実施の形態では、貯水パ
イプ１４の外周部にコイル線１５を螺旋状に巻回させる
ようにしているが、必ずしもこれに限定されず、例え
ば、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す加熱ユニット３０，
４０を適用しても、先と同様に、磁性体に誘導加熱を生
じさせることができる。すなわち、図３（ａ）に示す加
熱ユニット３０は、磁性体である鉄製内管３１の周囲に
ステンレス製の中空外管３２を外装することによって貯
水パイプ３３を構成し、この貯水パイプ３３の内管３１
を貫通した導線ｕを再び内管３１内に通過させるように
したものである。また、図３（ｂ）に示す加熱ユニット
４０は、図３（ａ）の加熱ユニット３０と同一の貯水パ
イプ３３を適用し、巻回したコイル線４１を貯水パイプ
３３の内管３１に貫通させるようにしたものである。な
お、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した加熱ユニット
３０，４０において実施形態の加熱ユニット１０と同様
の構成要素に関しては、同一の符号を付してある。
イプ１４の外周部にコイル線１５を螺旋状に巻回させる
ようにしているが、必ずしもこれに限定されず、例え
ば、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す加熱ユニット３０，
４０を適用しても、先と同様に、磁性体に誘導加熱を生
じさせることができる。すなわち、図３（ａ）に示す加
熱ユニット３０は、磁性体である鉄製内管３１の周囲に
ステンレス製の中空外管３２を外装することによって貯
水パイプ３３を構成し、この貯水パイプ３３の内管３１
を貫通した導線ｕを再び内管３１内に通過させるように
したものである。また、図３（ｂ）に示す加熱ユニット
４０は、図３（ａ）の加熱ユニット３０と同一の貯水パ
イプ３３を適用し、巻回したコイル線４１を貯水パイプ
３３の内管３１に貫通させるようにしたものである。な
お、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した加熱ユニット
３０，４０において実施形態の加熱ユニット１０と同様
の構成要素に関しては、同一の符号を付してある。
【００２５】これらの加熱ユニット３０，４０において
も、例えば図４に示すように、導線ｕをわずか１〜２回
程度巻回させることにより、貯水パイプ３３の内管３１
を加熱することができるようになる。なお、これらの加
熱ユニット３０，４０および実施形態に示した加熱ユニ
ット１０は、同一の電源供給回路に混在させることが可
能である。
も、例えば図４に示すように、導線ｕをわずか１〜２回
程度巻回させることにより、貯水パイプ３３の内管３１
を加熱することができるようになる。なお、これらの加
熱ユニット３０，４０および実施形態に示した加熱ユニ
ット１０は、同一の電源供給回路に混在させることが可
能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本来負荷に対して供給される電流を利用して磁性体に誘
導加熱を生じさせるようにしているため、導線を巻回さ
せた部分において十分に電圧を降下させる必要がなく、
磁性体に対するラインの巻回数を著しく低減することが
できるようになり、構造の簡略化や装置の小型化を図る
ことができるようになる。したがって、工場等の大規模
設備への適用はもちろんのこと、一般家庭やビル等のご
く小規模なスペースへの適用も十分に可能である。特
に、既存の給湯設備との置き換えを図れば、消費電力を
著しく低減することが可能であり、省エネルギに寄与す
ることが可能となる。
本来負荷に対して供給される電流を利用して磁性体に誘
導加熱を生じさせるようにしているため、導線を巻回さ
せた部分において十分に電圧を降下させる必要がなく、
磁性体に対するラインの巻回数を著しく低減することが
できるようになり、構造の簡略化や装置の小型化を図る
ことができるようになる。したがって、工場等の大規模
設備への適用はもちろんのこと、一般家庭やビル等のご
く小規模なスペースへの適用も十分に可能である。特
に、既存の給湯設備との置き換えを図れば、消費電力を
著しく低減することが可能であり、省エネルギに寄与す
ることが可能となる。
【図１】本発明に係る加熱装置の一実施形態を示したも
ので、（ａ）は概略を示す回路図、（ｂ）は（ａ）で適
用する加熱ユニットの詳細図である。
ので、（ａ）は概略を示す回路図、（ｂ）は（ａ）で適
用する加熱ユニットの詳細図である。
【図２】図１（ｂ）に示した加熱ユニットによる加熱実
験の結果を示す図表である。
験の結果を示す図表である。
【図３】加熱ユニットの変形例を示す図である。
【図４】図３（ａ）に示した加熱ユニットによる加熱実
験の結果を示す図表である。
験の結果を示す図表である。
１０ 加熱ユニット １１ 加熱部 １２ 温度制御部 １３ 断熱保温材 １４ 貯水パイプ １４ａ 内管 １４ｂ 外管 １５ コイル線 １６ 短絡線 １７ スイッチ手段 １８ スイッチ手段 １９ 水温センサ ２０ コントローラ ３０ 加熱ユニット ３１ 内管 ３２ 中空外管 ３３ 貯水パイプ ４０ 加熱ユニット ４１ コイル線 Ｅ 交流電源 Ｍ 交流モータ ｒ，ｓ，ｔ，ｕ 導線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599064649 株式会社ニチドウ電機工事 東京都大田区仲池上１丁目12番５号 (72)発明者 佐久間 博視 東京都品川区東大井３−２−２ Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB00 AB04 AB08 AB23 AB28 AC07 AC10 AC33 AC37 AC74 AD03 AD32 AD37 CD44 CD73 CD77
Claims (2)
- 【請求項１】 交流電源から負荷に供給される電流を利
用して磁性体に誘導加熱を生じさせることを特徴とする
加熱方法。 - 【請求項２】 交流電源から負荷に至る導線の経路中に
磁性体を配置するとともに、この磁性体に誘導加熱を生
じさせるべく前記導線を巻回させたことを特徴とする加
熱装置。
Priority Applications (1)
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