JPS62190683A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の
回転数の制御により加熱コイルへの供給電力周波数の調
整を行う高周波加熱装置に関するものである。

し従来の技術］ 加熱コイルに高周波電流を通してコイル内に置かれた＋
４利を加熱する高周波加熱は鉄等の焼き入れ等に用いら
れており、電磁誘導において生じる渦電流あるいは誘電
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等の商用電
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、緊急時等にて商用電
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、大型でおると共に重量もあ
るため設置が困難である等の問題を有している。

（２）実験によれば１１０熱コイルへの高周波電ツノの
供給は加熱コイルの共振周波数ｆ。と等しい周波数で行
ったとぎに加熱コイルへ印加される電圧が最高値となり
、加熱コイルには最も大ぎな電ツノが供給され被加熱体
の加熱が最も効率良く行われる。

しかしながら、前述した従来の高周波加熱装置では、常
に一定の周波数の高周波電力を加熱コイルへ印加するの
で、被加熱体の温度変化により生じる被ＪＪＩｌ熱体の
比透磁率及び抵抗率の変化及びこれに伴う共振周波数の
変化に応じた最適な状態での高周波加熱を行うことかで
きない。

すなわら、前記比透磁率をμ、抵抗率をρとりると、被
加熱体が挿入されたひ加熱コイルのインダクタンスしは
、Ｌ＝「（ρ、μ）で表わされ、また共振周波数ｆ。は
インダクタンスＬによって変化Ｊるので、ｆｏ−Ｇ（ρ
、μ）で表わされる。

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ｆｏが変わることとな
る。共振周波数「。の変化は第４図に示されるように被
加熱体温度が上背するに従って徐々に上昇する特性を有
しているので、一定の周波数の高周波電力の供給では常
に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。

第５図では、加熱コイルへの印加電圧周波数を一定とし
た従来の装置によって高周波加熱を行った場合の被加熱
体の湿度曲線を、横軸に加熱時間、縦軸に被加熱体の温
度をとって示している。

従来、印加電圧周波数は、被加熱体の温度か高い状態で
の共振周波数に設定しているため、被加熱体の表面温度
と中心部の温度に大ぎな差が生じ最大で教百度の差とな
っていた。これ故、加熱停止後中心部の温度が目標温度
と１０％前後の外の温度となるための均温化時間ｔ１ｏ
が必要であり、またこの均温化時間があまり長くなると
再加熱の必要も生じていた。

ざらに、加熱時間の短縮のため印加電圧周波数を必要以
上に高くしたり、大電力で加熱していたため、被７Ｊ１
１熱体の表面温度か高くなりすぎ、変質してしまうとい
う問題も生じていた。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その
目的は、被加熱体の加熱段階に応じて効率の良い８周波
加熱かできる高周波加熱装置を提供することにおる。

（問題点を解決するための手段コ 上記目的を達成覆るために、本発明は、ガスタービンエ
ンジンに直結された＾周波発電）幾を用いて高周波加熱
を行う１−！１周波加熱装置とし、ざらに加熱コイルに
印加される電圧値を検出する電圧検出器と、この電圧検
出器から得られた電圧検出信号に塁づき周期的に加熱コ
イルｌ＼の印加電圧の変化率をｎ−［し訓惇結果に応じ
てガスタービンエンジンの回転数の増減を行うエンジン
コンＩ・ローラと、を設けたことを特徴としている。

［作用１ 以上の４１４成によれば、ガスタービンエンジンにより
容易に高周波電力を得ることができ、さらに被加熱体の
温度変化によって、共振周波数の増減が生じ加熱コイル
への印加電圧の電圧ピーク領域が変化した場合でも、エ
ンジンコントローラが電圧検出器から得られる電圧検出
信号を塁に加熱コイルへの印加電圧の変化率を語偉し、
計算結果に応じてガスタービンエンジンの回転数を制御
しこれにより高周波発電（幾の出力周波数の調整を行う
ので、共振周波数の変化に対応して１〕１１熱コイルへ
の供給電）Ｊ周波数を常に電圧ピーク領域の周波数に設
定Ｊ゛ることが可能である。

［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図には本発明に係る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の出ノＪ軸には
高周波発電機１２が直結され、ガスタービンエンジン１
０の駆動によって発電が行われる。従って、高周波発電
機１２の周波数は、ガスタービンエンジン１０の回転数
に比例する。

高周波発電機１２の出力端１４ａ、１４ｂは、力率改善
用コンデンサ１６を介して加熱コイル１８に接続されて
おり、高周波出力電圧が加熱コイル１８に印加される。

加熱コイル１８の巻線内には被加熱体２０が挿入される
。本実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体を用
いている。この被加熱体２０は誘導加熱、すなわち加熱
コイル１８の交番磁界により被加熱体２０に発生する渦
電流損により加熱される。

高周波発電機１２の出力端１４ａ、１４ｂと加熱コイル
１８との間には電圧検出器２２が接続されており、加熱
コイル１８／＼印加される電圧ｖａＣを検出し、電圧検
出信号をエンジンコン（ヘローラ２４へ送る。

エンジンコン１−ローラ２４は、電圧検出器２２から得
た電圧検出信号を基にガスターどンエンジン１０の回転
数を制御し、これに直結された高周波発電機１２の出力
電圧周波数が常に電圧ピーク領域の周波数を出力するＪ
：うに、Ｊ！Ｉ整している。

第２図は、このエンジンコントローラ２４におけるガス
タービンエンジン１０の回転数制御のフローチＶ−トを
示しており、まず被加熱体２０の加熱開始時（ステップ
１００）におけるガスタービンエンジン１０の回転数Ｎ
の初期値を６８．００Ｏｒｐｍにする（ステップ１０２
）。

次に、エンジン回転数Ｎを所定値例えば６００〜６００
０ｒｐｍ増加しくステップ１０４）、加熱コイル１８の
印加電圧Ｖａｃを測定する（ステップ１０６）。この印
加電°圧ｖａＣの測定は、電圧検出器２２からの電圧検
出信号によって常時性われている。

次に、ステップ１０８で印加電圧ＶａＣを発振器１０７
の周波数、例えば５０Ｈ２でサンプリングし、所定時間
毎の印加電圧ｖａＣの変化率を求めるためにｄＶａｃ／
ｄｔを計算する（ステップ１１０）。

被／ＪＬＩ熱体がおる一定温度のとき、印加電圧■ａＣ
とガスタービンエンジン１０の回転数Ｎと比例して変化
する高周波発電機の出力周波数ｆとの関係は、第３図に
示すように、共振周波数「。に達するまでは出力周波数
ｆが高くなるにつれて印加電圧Ｖａｃ”ｂ上昇するが、
共振周波数ｆ。を越えると印加電圧ａＣは降下するとい
う特性を有している。

従って、ステップ１１２ではｄＶａｃ／ｄｔが予め定め
た値Δ■１よりも大きいとき、（ｄＶａｃ／ｄｔ≧△ｖ
１のとき）Ｖなわち高周波発電機の周波数ｆか第３図に
おいてて示した電圧ピーク領域に達する前の電圧上昇領
域にあり、周波数ｆの増加に対する印加電圧Ｖａｃの上
昇率が所定１直以上であるときにはＹＥＳの判断を行い
、逆にＣ１ＶａＣ／ｄｔ≧Δｖ１を満足しないとぎ、す
なわち出ツノ周波数ｒが電圧ピーク領域の周波数に達し
てあり、周波数ｆの増加に対する印加電圧Ｖａｃの上昇
率が所定値以下となったとき、換言すれば第３図に示す
曲線の勾配が緩かになったときはＮｏの判断を行う（ス
テップ１１２）。

Ｎｏの判断が行われた場合には、電圧ピーク領域の出ノ
Ｊ周波数ｆにて効率の良い加熱が行われているので、回
転１を増加する必要はなく、ステップ１０６へ戻りステ
ップ１１０までの処理がくり返される。

ＹＥＳの判断がなされた場合は、エンジン回転数Ｎを増
加さけ、出力周波数ｆがピーク領域の周波数に達しステ
ップ１１２にてＮｏの判断がなされるまで増加を続ける
（ステップ１１４）。但し本実施例ではエンジン回転数
Ｎの上限は　８６．００Ｏｒｐｍとされているので、ス
テップ１１６において、この上限値に達したか否かの判
断を行い、達していない場合（ｆ≧ａｅ、　０００ｐｐ
ｍを満足しない場合）には、ステップ１０６に戻り、そ
れ以降の処理がくり返される。すなわち、エンジン回転
数Ｎの増加が続けられる。

また、ステップ１２０においては、ステップ１１０にて
求めた印加電圧Ｖａｃの変化率か所定値−ΔＶ２よりも
大キ゛イとぎ（ｄＶａｃ／ｄｔ≦−ΔＶ２のとき）、す
なわち高周波発電機の出力周波数ｆが共振周波数ｆ。よ
りも高くなり電圧ピーク領域の周波数を越えたとき、換
言すれば周波数ｆを増加するにつれ印加電圧が所定値以
上の降下率で降下していく第３図に示す電圧降下領域の
周波数となったとぎにはＹＥＳの判断を行い、逆にｄＶ
ａｃ／ｄｔ≦−Δｖ２を満足しないとき、すなわち高周
波発電機の出力周波数Ｃが電圧ピーク領域内にあるとき
にはＮＯの判断を行う。

Ｎｏと判断した場合には、ステップ１１４と同様にステ
ップ１０６へ戻りステップ１１０までの処理をくり返す
。

ＹＥＳと判断した場合には、ステップ１２２でエンジン
回転数Ｎを減少させ、出力周波数ｆが電圧ピーク領域の
周波数となりステップ１２０でＮＯの判断がなされるま
で減少を続ける。但し、周波数の下限を６８．００Ｏｒ
ｐｍとしているので、ステップ１２４においてこの下限
値に達したか否かの判断を行い、下限値に達していない
場合（ｆ≦６８、ＯＯＯｒｐｍを満足しない場合）には
、ステップ１０６以降の処理がくり返される。すなわら
、エンジン回転数Ｎの減少が続けられる。

ステップ１１６及びステップ１２４にＪ５いてエンジン
回転数Ｎが上限値あるいは下限値に達したと判断された
場合には、エンジン回転数Ｎは上限値、下限値のそれぞ
れＮ５ｅｔに固定される（スフツブ１２６）。

ステップ１１８においては、さらに加熱の必要性のある
場合にはＹＥＳの判断を行いステップ１０６に処理が戻
され、加熱の必要がない場合にはＮｏの判断を行い高周
波加熱が終了する。

従って、被加熱体２０の７Ｗａ上昇に伴って共振周波数
゛「ｏが変化しても、エンジンコン１〜ローラ２４によ
って、ガスラダービンエンジン１０の回転数Ｎを制御し
、高周波発電機１２の出力周波ｉｆを共振周波数「０の
変化に追従させて増減させることができるので、出力周
波数ｆを常に共振周波数ｆ。とばば等しい値とすること
が可能である。

［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、また被加熱体の各
温度変化段階における加熱コイルの共振特性に対応して
ガスタービンエンジンの回Φへ数を制御゛することによ
り／Ｊｕｌ熱コイルに印加される高周波発電機の出力電
圧周波数をｉｌｌ整することができ、加熱コイルへの電
力供給を常に最も効率の良い状態で行うことができる。

これにより、常に共振状態にて高周波加熱を行うことが
可能となり、加熱後の均温時間の短縮並びに過剰な電力
による加熱によって生じる被り口熱体の表面の変質の防
止を達成覆゛ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例の全体構成図、第２図は
エンジンコントローラにおける処理を示すフローチ【ノ
ート図、 第３図は被加熱体が一定温度の場合の高周波発電機の出
力周波数と被加熱体への印加電圧との関係を示１図、 第４図は被加熱体の温度と共振周波数との関係を示す図
、 第５図は従来装置により加熱を行った局舎の被加熱体の
）届度変化を示す図である。 １０　・・・　ガスタービンエンジン １２　・・・　高周波発電機 １８　・・・　加熱コイル ２０　・・・　被加熱体 ２２　・・・　電圧検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を加熱コイルに供給
   することにより高周波加熱を行う高周波加熱装置におい
   て、 前記加熱コイルに印加される電圧値を検出する電圧検出
   器と、 該電圧検出器から得られる電圧検出信号に基づき周期的
   に前記電圧値の変化率を検出し、検出結果に応じて前記
   ガスタービンエンジンの回転数の増減を行うエンジンコ
   ントローラと、 を設け、被加熱体の温度変化による加熱コイルの共振周
   波数の変化に対してガスタービンエンジンの回転数を増
   減させることによって前記高周波発電機の出力周波数を
   常に前記変化率が所定値以下となる電圧ピーク領域の周
   波数となるようにしたことを特徴とする高周波加熱装置
   。