(57)【要約】【課題】簡単な構成で被加熱容器を局所的に加熱してしまうことを防止すること。【解決手段】上面及び下面が蓋体１１，１２により閉塞された円筒状の被加熱容器１０の周囲に該被加熱容器１０から離隔して設置され、かつ通電状態となる場合に被加熱容器１０を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段２０を備え、被加熱容器１０の内部の蒸気を加熱する誘導加熱装置１において、誘導加熱手段２０は、被加熱容器１０に対する巻回数が同一で該被加熱容器１０からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイル２１から構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂが、誘導加熱コイル２１の電流中心と被加熱容器１０との離間距離Ａの１〜３倍である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び下面が蓋体により閉塞された円筒状の被加熱容器の周囲に該被加熱容器から離隔して設置され、かつ通電状態となる場合に前記被加熱容器を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備え、前記被加熱容器の内部の流体を加熱する誘導加熱装置において、
前記誘導加熱手段は、前記被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と前記被加熱容器との離間距離の１〜３倍であることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱容器は、内部の流体が該被加熱容器の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて突出するリブが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、略円筒状の被加熱容器の大部分を密に上下方向に沿って巻回する態様で該被加熱容器から離隔して設置された誘導加熱コイルを備え、該誘導加熱コイルが通電状態となる場合に被加熱容器を誘導加熱により加熱して該被加熱容器の内部の流体を加熱する誘導加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０１５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、被加熱容器に生ずる誘導電流の大きさは、被加熱容器の表面における該被加熱容器の外壁に沿う磁界の成分に比例することが知られている。
【０００５】
そのため、上述したように誘導加熱コイルが被加熱容器の大部分を密に巻回する態様で該被加熱容器から離隔して設置されている誘導加熱装置においては、誘導加熱コイルの中央部分に対向する個所において、被加熱容器の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう。その結果、被加熱容器が熱膨張により歪んだり、被加熱容器の内部の流体が局所的に膨張したりする不具合があった。
【０００６】
かかる不具合を解消すべく、中央部を疎にして両端部が密となる態様で被加熱容器に誘導加熱コイルを巻回することが考えられるが、巻回数の調整や支持方式が複雑なものとなってしまう虞れがあった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、簡単な構成で被加熱容器を局所的に加熱してしまうことを防止することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導加熱装置は、上面及び下面が蓋体により閉塞された円筒状の被加熱容器の周囲に該被加熱容器から離隔して設置され、かつ通電状態となる場合に前記被加熱容器を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備え、前記被加熱容器の内部の流体を加熱する誘導加熱装置において、前記誘導加熱手段は、前記被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と前記被加熱容器との離間距離の１〜３倍であることを特徴とする。ここで「誘導加熱コイルの電流中心」とは、誘導加熱コイルを構成する線材が絶縁処理した細線を束ねたものである場合には、その縦断面の中心部分を示し、線材が絶縁処理をしない細線を束ねたものや管や棒である場合には、その縦断面の内端部分を示す。
【０００９】
また本発明は、上記誘導加熱装置において、前記被加熱容器は、内部の流体が該被加熱容器の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて突出するリブが設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誘導加熱手段は、被加熱容器に対する巻回数が同一で該被加熱容器からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイルから構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル同士の電流中心の離間距離が、該誘導加熱コイルの電流中心と被加熱容器との離間距離の１〜３倍であるので、被加熱容器を局所的に加熱してしまうことがない。しかも、各誘導加熱コイルの巻回数等は共通であるので、巻回数の調整が不要であり、各誘導加熱コイル毎に所定の離間距離を保持して設置すればよいので支持も容易である。従って、簡単な構成で被加熱容器を局所的に加熱してしまうことを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である誘導加熱装置の要部を模式的に示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した被加熱容器の表面における発生電力密度を示す説明図である。
【図３】図３は、図１に示した被加熱容器の変形例を示すもので、被加熱容器の内部のリブと流体の流れとを示す説明図である。
【図４】図４は、図１に示した被加熱容器の他の変形例を示すもので、被加熱容器の内部のリブと流体の流れとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る誘導加熱装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態である誘導加熱装置の要部を模式的に示す模式図である。尚、誘導加熱装置の要部は、中心線Ｌを基準として左右対称であるので、右半分だけを示している。ここで例示する誘導加熱装置１は、被加熱容器１０、誘導加熱手段２０及びシールド部材３０を備えて構成されている。
【００１４】
被加熱容器１０は、上面及び下面が蓋体１１，１２により閉塞された円筒状の形態を成しており、例えば磁性を有するＳＵＳ等の高抵抗金属で構成されている。この被加熱容器１０においては、下側の蓋体１１に導入口１１ａが形成されており、上側の蓋体１２に吐出口１２ａが形成されている。導入口１１ａは、図示せぬ供給ラインを通じて供給される蒸気（気体（流体））を導入するための開口である。吐出口１２ａは、内部を通過した蒸気を外部に吐出するための開口である。
【００１５】
誘導加熱手段２０は、図示せぬ支持部材に支持されており、被加熱容器１０の周囲に該被加熱容器１０から離隔して設置されている。この誘導加熱手段２０は、複数の誘導加熱コイル２１を備えて構成されている。かかる誘導加熱コイル２１は、それぞれ被加熱容器１０に対する巻回数が同一であって、被加熱容器１０からの離間距離が同一となる円筒状のものである。
【００１６】
これら誘導加熱コイル２１は、同一方向に巻かれて図示せぬ電力変換装置（図示せず）に直列となる態様で電気的に接続されており、該電力変換装置から特定の周波数の電圧が印加される場合に、通電状態となって、被加熱容器１０を誘導加熱により加熱するものである。尚、電力変換装置は、いわゆるインバータ回路を内蔵するものであり、商用電源から与えられる交流電流を特定の周波数の交流電流として各誘導加熱コイル２１に与えるものである。
【００１７】
シールド部材３０は、図示せぬ保持部材に保持されており、例えばフェライトにより構成されるもので、誘導加熱手段２０の上方域、下方域及び外方域を囲繞する態様で設置されている。このシールド部材３０は、各誘導加熱コイル２１から漏洩する磁束を遮蔽するためのものである。
【００１８】
上記誘導加熱手段２０においては、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂが、誘導加熱コイル２１の電流中心と被加熱容器１０との離間距離Ａの１〜３倍となるように配置されている。
【００１９】
ここで誘導加熱コイル２１の電流中心とは、誘導加熱コイル２１を構成する線材が絶縁処理した細線を束ねたものである場合には、その縦断面の中心部分を示し、線材が絶縁処理をしない細線を束ねたものや管や棒である場合には、その縦断面の内端部分を示す。
【００２０】
以上のような構成を有する誘導加熱装置１においては、電力変換装置より誘導加熱手段２０を構成する各誘導加熱コイル２１に特定の周波数の電圧が印加されて該誘導加熱コイル２１が通電状態となることにより、被加熱容器１０が誘導加熱により加熱される。
【００２１】
これにより、被加熱容器１０の内部に導入口１１ａを通じて導入されるとともに、その内部を上方に向けて通過する蒸気が加熱されて過熱蒸気が生成し、生成した過熱蒸気が吐出口１２ａより外部に吐出される。
【００２２】
そして、誘導加熱手段２０においては、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂが、誘導加熱コイル２１の電流中心と被加熱容器１０との離間距離Ａの１〜３倍となるように配置されていることにより、各誘導加熱コイル２１が通電状態となる場合に、図２に示すように、被加熱容器１０の表面における発生電力密度を上下方向に沿って略均一なものとすることができる。これにより、被加熱容器１０を略均一に加熱することができ、被加熱容器１０を局所的に加熱してしまうことがない。
【００２３】
ところで、離間距離Ｂが離間距離Ａの１倍未満となってしまうと、誘導加熱コイル２１同士が近接し過ぎてしまい、これにより、互いに上下に隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂの約半分となる部分に対向する被加熱容器１０の個所において、該被加熱容器１０の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう。その結果、被加熱容器１０が熱膨張により歪んだり、被加熱容器１０の内部の流体が局所的に膨張したりする不具合があった。その一方、離間距離Ｂが離間距離Ａの３倍を超えてしまうと、誘導加熱コイル２１同士が離れ過ぎてしまい、これにより、各誘導加熱コイル２１の中央部分に対向する被加熱容器１０の個所において、被加熱容器１０の外壁に沿う磁界が大きくなり、かかる個所での発熱が他に比べて局所的に大きくなってしまう不具合があった。
【００２４】
ここで、上記離間距離Ｂが上記離間距離Ａの１〜３倍であれば、被加熱容器１０を略均一に加熱することができる理由について誘導加熱コイル２１を線電流とした例で説明する。
【００２５】
互いに上下に隣接する誘導加熱コイル２１のうち、下側の誘導加熱コイル２１の電流中心と同一の高さレベルにおける被加熱容器１０の個所において、その外壁に沿う磁界の成分（Ｈ１）は、線電流をＩとして、下記式（１）で示される。
【００２６】
式（１）
Ｈ１＝Ｉ／（２π）×Ａ×（１／Ａ２＋１／（Ａ２＋Ｂ２））
【００２７】
一方、下側の誘導加熱コイル２１の電流中心よりＢ／２だけ上方の高さレベルにおける被加熱容器１０の個所において、その外壁に沿う磁界の成分（Ｈ２）は、線電流をＩとして、下記式（２）で示される。
【００２８】
式（２）
Ｈ２＝Ｉ／（２π）×Ａ×（２／（Ａ２＋Ｂ２／４））
【００２９】
そして、各成分が等しいものとしてＨ１＝Ｈ２とすると、上記式（１）及び（２）より、Ｂ＝√２Ａが導かれる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態である誘導加熱装置１によれば、誘導加熱手段２０が、被加熱容器１０に対する巻回数が同一で該被加熱容器１０からの離間距離が同一となる複数の誘導加熱コイル２１から構成されており、互いに隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂが、該誘導加熱コイル２１の電流中心と被加熱容器１０との離間距離Ａの√２倍であるので、被加熱容器１０を局所的に加熱してしまうことがない。しかも、各誘導加熱コイル２１の巻回数等は共通であるので、巻回数の調整が不要であり、各誘導加熱コイル２１毎に所定の離間距離を保持して設置すればよいので支持も容易である。従って、簡単な構成で被加熱容器１０を局所的に加熱してしまうことを防止することができる。
【００３１】
誘導加熱コイル２１を線電流とした例で説明したが、誘導加熱コイル２１の幅、誘導加熱コイル２１の厚さ、シールド部材３０との距離を調整することにより被加熱容器１０の外壁に沿うように磁束線が形成されればよいため、互いに隣接する誘導加熱コイル２１同士の電流中心の離間距離Ｂが、該誘導加熱コイル２１の電流中心と被加熱容器１０との離間距離Ａの１〜３倍の範囲で調整することにより、被加熱容器１０を局所的に加熱してしまうことを防止することができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
【００３３】
本実施の形態では、被加熱容器１０が円筒状の形態を成していたが、本発明においては、被加熱容器が角筒状の形態を成していてもよい。具体的には、横断面が矩形状を成すような四角筒状であってもよい。
【００３４】
また本実施の形態では、シールド部材３０で外に漏れる磁場を遮蔽したが、本発明においては、電気的に短絡とした金属リングのシールドコイルを用いてもよい。
【００３５】
本発明においては、図３に示すように、被加熱容器１０′の内部に、導入口１１ａより導入された蒸気が該被加熱容器１０′の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて突出する複数のリブ１３が形成されていてもよい。
【００３６】
このような構成によれば、通過する蒸気を内壁面に近接させることができ、誘導加熱により加熱された被加熱容器１０′の熱を蒸気に有効に与えることができ、加熱効率を向上させることができる。また、通過する蒸気の一部は、渦流となることで被加熱容器１０′の内部での滞留時間が増加し、被加熱容器１０′から蒸気に対する熱移動を増加させることができる。
【００３７】
また本発明においては、図４に示すように、被加熱容器１０”の内部に、導入口１１ａより導入された蒸気が該被加熱容器１０”の中心軸方向に沿って蛇行する態様で通過するよう内壁面から内方に向けて漸次上方に傾斜する態様で突出する複数のリブ１３′が形成されていてもよい。
【００３８】
このような構成によれば、傾斜するリブ１３′により被加熱容器１０”の内部を通過する蒸気が加熱による膨張により、上方への流れを促進させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  誘導加熱装置
１０  被加熱容器
１１  蓋体
１１ａ  導入口
１２  蓋体
１２ａ  吐出口
１３  リブ
２０  誘導加熱手段
２１  誘導加熱コイル
３０  シールド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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