(57)【要約】【課題】送風に関わる圧力損失を低減し、かつ、冷却効率を向上することで、ファンの送風量を低減させ、メンテナンスが容易な加熱装置を提供する。【解決手段】被加熱体１が配置されるプレート２と、プレート２の下側に設けられた筐体３と、筐体３内に設けられ絶縁体で被覆された加熱体４と、筐体３の側面に設けられた開口５およびファン６と、加熱体４およびファン６を制御する制御部８とを備えた加熱装置であって、開口５からファン６へ向かう流路が直線状であり、直線状の流路を挟んでプレート２と加熱体４が配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体が配置されるプレートと、
前記プレートの下側に設けられた筐体と、
前記筐体内に設けられ絶縁体で被覆された加熱体と、
前記筐体の側面に設けられた開口およびファンと、
前記加熱体および前記ファンを制御する制御部とを備えた加熱装置であって、
前記開口から前記ファンへ向かう流路が直線状であり、前記直線状の流路を挟んで前記プレートと前記加熱体が配置されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置において、
前記加熱体のジュール熱が４０Ｗ以上５７０Ｗ以下であり、
前記プレートと前記加熱体との間の距離が５ｍｍ以上であり、
ファンの流量が０．５ｍ３／ｍiｎ以上１２．６ｍ３／ｍiｎ以下であり、
前記開口の面積が５０ｃｍ２以上１００ｃｍ２以下であること
を特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加熱装置において、
前記プレートと前記加熱体との間の距離が６ｍｍ以上であること
を特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱体の下方と前記筐体との間に整流板を備えること
を特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記加熱体と前記整流板との間の距離が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であること
を特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の加熱装置において、
前記整流板は、前記ファンへ向けて延在するスロープを備え、
前記スロープは水平面に対して４５度以上６０度以下の角度で配置されていること
を特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記加熱体が、誘導コイルであることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
請求項７に記載の加熱装置において、
前記プレート上には、被加熱体を覆うようにアルミニウム製のカバーを備え、
前記カバーと前記筐体は直接接触していること
を特徴とする加熱装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の加熱装置において、
前記筐体の材質はアルミニウムまたは銅であること
を特徴とする加熱装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記プレートの材質は、電磁波を透過し非磁性の耐熱性の素材であることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁体で被覆された加熱体を空気で冷却する加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱コイルを空気で冷却する誘導加熱装置に関する文献として、次の構造が知られている。
例えば、特許文献１には、本体の上面に設けたトッププレートと、該トッププレートの下方に設けた誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルが載置されるコイルベースと、前記誘導加熱コイルに対して放射状に前記コイルベース内に搭載され、前記誘導加熱コイルから発生した磁力線が下方に向う流れを止める複数本の棒状のフェライトと、から構成されるコイルユニットと、前記本体の内部に設けたファン装置と、該ファン装置から送風される空気を前記コイルユニットに誘導するダクトとを備えた誘導加熱調理器において、前記コイルユニットの下方に位置するダクトの上面に複数の開口を設け、前記複数の開口から吹き出る冷却空気をコイルユニットの下面に衝突させて多孔衝突噴流の流れにより誘導加熱コイルの裏面を冷却するとともに、前記複数の開口から吹き出る冷却空気をフェライトに衝突させて前記誘導加熱コイルからフェライトに熱伝導により伝わった熱を冷却する誘導加熱調理器が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、被加熱物を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下側に設けた誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルを載置するコイルベースと、前記誘導加熱コイルを冷却するための空気を送風するファンと、前記コイルベースの下側に配置され、前記ファンからの空気を前記誘導加熱コイルに向けて噴き出させる複数の吐出穴を風路の壁面に形成したダクトとを有し、前記ダクトの風路断面の面積を前記ファンから送風される空気の進行方向に向かって徐々に減少させたことを特徴とする誘導加熱調理器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６６００９号公報
【特許文献２】特開２００７−２００８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の送風経路は、いずれも誘導加熱コイルの下方から送風され、コイルの下方から９０度屈曲して外周方向へ送風される。この構造は、薄型化には適した構造であるが、送風経路が屈曲しているために圧力損失が増加し送風能力の高いファンを用いる必要があるという問題点があった。
【０００６】
上記の課題を解決するべく、本発明は、送風に関わる圧力損失を低減し、かつ、冷却効率を向上することで、ファンの送風量を低減させ、メンテナンスが容易な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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、被加熱体が配置されるプレートと、前記プレートの下側に設けられた筐体と、前記筐体内に設けられ絶縁体で被覆された加熱体と、前記筐体の側面に設けられた開口およびファンと、前記加熱体および前記ファンを制御する制御部とを備えた加熱装置であって、前記開口から前記ファンへ向かう流路が直線状であり、前記直線状の流路を挟んで前記プレートと前記加熱体が配置されていることを特徴とする。加熱体は、非接触で被加熱体を加熱できるものであれば、特に限定されない。加熱体として、例えば、誘導コイルや発光素子などのように、電磁波を被加熱体に照射するものが利用できる。また、加熱体は、平板状であることがより望ましい。加熱体を被覆している絶縁体としては、電磁波を透過できる樹脂などの絶縁体を使用する。
【０００８】
このような構成によれば、筐体の側面に開口とファンが配置されているためメンテナンスが容易であり、空気の流路が直線状であるので圧損が少なく熱だまりができ難いため、冷却性能を高くできる。
【０００９】
また、上記の加熱装置において、前記加熱体のジュール熱が４０Ｗ以上５７０Ｗ以下であり、前記プレートと前記加熱体との間の距離が５ｍｍ以上であり、ファンの流量が０．５ｍ３／min以上１２．６ｍ３／min以下であり、前記開口の面積が５０ｃｍ２以上１００ｃｍ２以下であることを特徴とする。
【００１０】
プレートと前記加熱体との間の距離が５ｍｍより狭いと圧力損失が大きくなり、加熱体を冷却する性能が低下する。ファンの流量が０．５ｍ３／minより少ないと加熱体が過熱してしまう場合があり、１２．６ｍ３／minより大きいとファンの消費電力が大きくなる。開口の面積は、５０ｃｍ２以上１００ｃｍ２以下が望ましく、発熱量に対して適切な流量の空気を取り入れられるように開口の面積が調整されているため、効率よく加熱体を冷却できる。開口の面積が５０ｃｍ２より少ないと吸気のための圧力損失が増加して加熱体を冷却する能力が低下する。開口の面積が１００ｃｍ２より大きいと加熱体の下側に流れる空気の流量が増し、プレートと加熱体との間に流れる空気の流量が低下するため、加熱体の上側の放熱量が減少し、加熱体が過熱するため望ましくない。
【００１１】
また、上記に記載のいずれかの加熱装置において、前記プレートと前記加熱体との間の距離が６ｍｍ以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、前記プレートと前記加熱体との間の距離を６ｍｍ以上にすると、効果的に加熱体を冷却できる。ただし、プレートと加熱体との距離が離れすぎると、被加熱体と加熱体との距離も離れるため、６ｍｍが望ましい。６ｍｍより離れるほど加熱の効率が低下する。プレートと加熱体との距離を６ｍｍ未満にすると作動時の加熱体の温度が高くなり、加熱体の絶縁許容温度に近づくため、絶縁性能が低下することが懸念される。
【００１２】
また、上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記加熱体の下方と前記筐体との間に整流板を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前記加熱体の下方と前記筐体との間に整流板を備えると、加熱体の下方の暖められた空気を速やかに筐体外へ排出でき、効果的に加熱体を冷却できる。
【００１３】
また、上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記加熱体と前記整流板との間の距離が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。加熱体と整流板との間の距離を２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下にすると、効果的に加熱体を冷却できる。加熱体と整流板との間の距離を５０ｍｍ以上にすると冷却能力が低下する。
【００１４】
また、上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記整流板は、前記ファンへ向けて延在するスロープを備え、前記スロープは水平面に対して４５度以上６０度以下の角度で配置されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、スロープを備えることで、送風量に対するファンの回転数を抑えることができる大口径のファンを用いることができ、消費電力を低減できる。また、スロープは水平方向であるファンの気流の進行方向に対して４５度以上６０度以下の角度で配置されていることで、気流の流れの圧損が低減され、効果的に加熱体を冷却できる。
【００１６】
また、上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記加熱体が、誘導コイルであることを特徴とする。
このような構成によれば、誘導コイルが発する電磁波によって被加熱体を自己発熱させることで直接加熱することができる。そのため、効率的に被加熱体を加熱できる。
【００１７】
また、上記の誘導コイルを備えた加熱装置において、前記プレート上には、被加熱体を覆うようにアルミニウム製のカバーを備え、前記カバーと前記筐体は直接接触していることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、被加熱体を覆うことで、被加熱体をより効果的に加熱できる。また、カバーがアルミニウム製であるので、カバーが電磁波によって加熱されることを抑制できる。
【００１９】
また、誘導コイルを備えた上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記筐体の材質はアルミニウムまたは銅であることを特徴とする。
このような構成によれば、筐体の材質が非磁性であるアルミニウムまたは銅であるので、筐体が電磁波によって加熱されることを抑制できる。
【００２０】
また、誘導コイルを備えた上記のいずれか一つに記載の加熱装置において、前記プレートの材質は、電磁波を透過し非磁性の耐熱性の素材であることを特徴とする。
このような構成によれば、プレートの材質が電磁波を透過し非磁性の耐熱性の素材であるので、電磁波によってプレートが加熱され難く、プレートによる電磁波のロスが少なく、被加熱体を効率よく加熱できる。具体的な素材としては、耐熱性樹脂や耐熱性ガラスを挙げられる。また、これらを組み合わせた複合材であってもよい。耐熱性樹脂を使用した場合、耐熱性ガラスで作ったプレートよりも軽量化できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、送風に関わる圧力損失を低減し、かつ、冷却効率を向上することで、ファンの送風量を低減させ、消費電力を低減できる。また、メンテナンスが容易な誘導加熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の態様に係る加熱装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の態様に係る加熱装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態において、開口の縦幅と温度の関係を表した図ある。
【図４】本発明の第１の実施形態において、開口の縦幅に対して、筐体内のファン近傍の圧力（ゲージ圧）と空気の流量の関係を表した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態において、加熱体からプレートまでの間の距離に対する加熱体の温度の関係を表した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、ファンの流量と加熱体の温度の関係を表した図である。
【図７】本発明の第１の実施形態において、ファンの各風量条件下で、加熱体の発熱量と加熱体の温度の関係を表した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態において、整流板からプレートまでの間の距離に対する加熱体の温度の関係を表した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態において、スロープの曲げ角度に対する加熱体の温度の関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明に係る加熱装置の実施形態を説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
（実施例１）
本発明に係る第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の態様に係る加熱装置の断面図である。誘導加熱装置２０は、プレート２、筐体３、加熱体４、開口５、ファン６、カバー７、制御部８、配線９、１０、フィルタ１１を供えている。筐体３の上面にプレート２が載せられており、プレート２の上に被加熱体１が載せられる。
【００２４】
プレート２の材質は、非磁性で耐熱性があれば特に限定されない。プレート２の適した材質として、例えば、アルミニウム、銅、非磁性で耐熱性の樹脂、耐熱ガラスなどが挙げられる。筐体３とプレート２は、一体であってもよいし、分離可能にしておいてもよい。プレート２を筐体１から着脱可能にした構造にすれば、コイルのメンテナンスが容易に行なえるため、より望ましい。また、プレート２は被加熱物１に直接触れるため、プレート２が汚れた場合に容易に交換できるメリットがある。被加熱体１が配置される場所のプレート２の下には、所定の間隔をあけて加熱体が備えられている。加熱体としては、具体的には、電磁誘導コイルを用いる。
筐体３の側面の壁には、外気を取り入れる開口を備えている。筐体３の材質は、アルミニウムまたは銅である。
【００２５】
ファン６は、筐体３の側面の壁に配置される。開口５と加熱体４とファン６とが直線上に並ぶように配置されている。
制御部８は、ファン６と加熱体４とに配線９、１０でそれぞれ接続されている。制御部８は、加熱体４の発熱量を制御している。制御部８は、加熱体４の温度が所定の温度を超えないように、ファンが予め決められた回転数で運転されるように制御している。
フィルタ１１は、無くても支障はないが、筐体３内にゴミが入らないように開口５を覆うように配置することが望ましい。
カバー７は、被加熱体を覆うように筐体３の上に配置される。
なお、図１のプレート２の近傍に記載した矢印は、空気の流れる方向を示したものである。
【００２６】
図３から図９までの各検討において、外気温が２０℃の環境下で行なった。
図３は、本発明の第１の実施形態において、開口の縦幅と温度の関係を表した図ある。
開口の縦幅を５ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍに変更して加熱体４の温度を測定した。ここで使用した加熱体４は、外径φ２５０ｍｍのリッツ線タイプの誘導加熱コイルである。誘導加熱コイルの耐熱温度は、絶縁材料によって決定される。例えば、ＪＩＳ  Ｃ  ４００３：電気機器絶縁の種類の分類で、Ｈ種のものは、許容最高温度は１８０℃である。この温度を上回ると絶縁被覆は溶融して事故や故障の原因となる。筐体３の素材は、アルミニウムである。
開口５は、加熱体４の外径と同じ幅にした。図３の結果によれば、冷却効果が最も得られ易い条件は、開口の縦幅が３０ｍｍ〜５０ｍｍ、開口の面積が２５ｃｍ２〜１２５ｃｍ２の範囲であった。開口の縦幅が３０ｍｍ、開口の面積が７５ｃｍ２の時に冷却効果が最も高かった。
【００２７】
図４は、本発明の第１の実施形態において、開口の縦幅に対して、筐体内のファン近傍の圧力（ゲージ圧）と空気の流量の関係を表した図である。開口の縦幅を１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍに変更してゲージ圧力と空気の流量を求めた。開口の縦幅が５０ｍｍ以下では、開口の縦幅が大きくなる程圧力が大気圧に近づき、流量も増加している。開口の縦幅が５０ｍｍより大きいと、圧力も空気の流量もほとんど変化しなくなる。
【００２８】
図３と図４を総合して考慮すると、開口の縦幅が１０ｍｍ以下になると、圧力損失が大きいため空気の流量が減少すると考えられた。また、開口の縦幅が５０ｍｍより大きくなると、加熱体４の下に空気が流れて加熱体４を冷却する効果が低下すると考えられた。
図５は、本発明の第１の実施形態において、加熱体４からプレート２までの間の距離に対する加熱体の温度の関係を表した図である。開口５の縦幅を３０ｍｍにし、開口５の横幅を２５０ｍｍにした。ファンの流量を５．４ｍ３／minにした。加熱体４として、誘導加熱コイルを用い、発熱量が１４３Ｗ（コイル電流１６０Ａｒｍｓ）時の結果である。加熱体４からプレート２までの間の距離を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍに変更して加熱体４の温度を求めた。この間隔が６ｍｍ未満では、加熱体４の温度は間隔が短くなる程上昇した。一方、この間隔が６ｍｍ以上になると加熱体４の温度は８６℃程度で安定していた。例えば、前記のＨ種許容最高温度である１８０℃以下にするには、この間隔を５ｍｍ以上にする必要があり、実運用上のマージンを考慮した温度を１５０℃と仮定すると６ｍｍ以上の間隔が必要であることが判る。
【００２９】
図６は、本発明の第１の実施形態において、ファンの流量と加熱体の温度の関係を表した図である。開口５の縦幅を３０ｍｍにし、開口５の横幅を２５０ｍｍにした。加熱体４からプレート２までの間隔を６ｍｍにした。加熱体４として、誘導加熱コイルを用い、発熱量が１４３Ｗ（コイル電流１６０Ａｒｍｓ）時の結果である。ファン流量を１ｍ３／min、１．６ｍ３／min、２．６ｍ３／min、３．９ｍ３／min、４．７ｍ３／min、７．８ｍ３／min、１２．６ｍ３／minに変更して加熱体４の温度を求めた。３．９ｍ３／min未満では、加熱体４の温度はファンの流量が少なくなる程上昇した。一方、ファンの流量が３．９ｍ３／min以上になると加熱体４の温度は一定の割合で加熱体の温度が低下していた。例えば、前記のＨ種許容最高温度である１８０℃以下にするには、このファンの流量を０．６ｍ３／min以上にする必要があり、実運用上のマージンを考慮した温度を１５０℃と仮定すると１．２ｍ３／min以上の流量が必要であることが判る。
【００３０】
図７は、本発明の第１の実施形態において、ファンの各風量条件下で、加熱体の発熱量と加熱体の温度の関係を表した図である。加熱体の発熱量を７２Ｗ、１４４Ｗ、２７３Ｗ、４９６Ｗに変更して加熱体４の温度を求めた。さらに、ファンの流量条件を０．５ｍ３／min、５．４ｍ３／min、１２．６ｍ３／minに変更して加熱体４の温度を求めた。図７の結果を総合して考慮すると、加熱体の発熱量を４０Ｗから５７０Ｗとして、この際にコイル電流を８０Ａｒｍｓから３２０Ａｒｍｓにした時、Ｈ種の許容最高温度以下となるファンの流量は、１２．６ｍ３／min以上必要である。実運用上のマージンを考慮した温度を１５０℃と仮定すると加熱体の最高発熱量を約５００Ｗ以下にしなければいけないことが判る。例えば、加熱体の最高発熱量を約５００Ｗ以下にし、一般的に市販されている１２０ｍｍ角のファンの最大流量６．３ｍ３／minのファンを２つ用いればよい。
【００３１】
（実施例２）
本発明に係る第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の態様に係る加熱装置の断面図である。誘導加熱装置２１は、プレート２、筐体３、加熱体４、開口５、ファン６、カバー７、制御部８、配線９、１０、フィルタ１１、整流板１２を供えている。筐体３の上面にプレート２が載せられており、プレート２の上に被加熱体１が載せられる。図２は、図１と比較すると、整流板１２を備えている点のみ相違する。なお、図２のプレート２の近傍に記載した矢印は、空気の流れる方向を示したものである。
【００３２】
整流板１２は、加熱体４の下側に所定の間隔をあけて配置されている。整流板１２の端のファン６に近傍の部分には、スロープ１３を設けることが望ましい。図２に示したように、水平面に対してスロープのなす角をスロープの曲げ角度ａとした。スロープの角度ａは、４５度以上６０度以下の範囲内で任意の角度で設置されている。
図８は、本発明の第２の実施形態において、整流板からプレートまでの間の距離に対する加熱体の温度の関係を表した図である。整流板からプレートまでの間の距離を２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍ、１５０ｍｍに変更して加熱体４の温度を求めた。整流板からプレートまでの間の距離を５０ｍｍ未満にすると加熱体の温度を下げられることが判る。この距離が２０ｍｍ以上５０ｍｍ未満の間では、この距離が短いほど加熱体の温度をさげる効果が大きいことが判る。特にこの距離を２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の間にすることがより望ましい。
【００３３】
図９は、本発明の第２の実施形態において、スロープの曲げ角度に対する加熱体の温度の関係を表した図である。スロープの曲げ角度ａを１５度、３０度、４５度、６０度、７５度に変更して加熱体４の温度を求めた。スロープの曲げ角度ａが１５度から４５度までは、角度が増すほど加熱体の温度が低下していた。スロープの曲げ角度ａが６０度を越えると加熱体の温度が増加していた。従って、スロープの曲げ角度ａは、４５度から６０度の範囲が望ましい。
図８と図９を考慮すると、整流板１２からプレート２までの間の距離を２０ｍｍにして、スロープの曲げ角度ａを４５度から６０度の範囲に設定すると、実施例１に比べて、加熱体４の温度を下げる効果があると判明した。
【００３４】
（実施例３）
実施例１または２の加熱装置の加熱体を発光素子にした。それ以外は、実施例１または２の加熱装置と同様の構造にし、加熱体を被覆する絶縁体およびプレート２の材質を、発光素子が発する電磁波を透過するように透明にした。実施例１または２の加熱装置と構造が同じなので図は省略する。実施例３における加熱とは、発光素子を利用して被加熱体に電磁波を照射することで、被加熱体が電磁波を吸収すれば、加熱されたと解釈される。従って、実質的に被加熱体の温度上昇が計測困難なほど微少であっても、加熱処理された範疇に入る。発光素子が発する電磁波の波長は特に限定はされない。例えば、発光素子は、紫外線、可視光、赤外線、遠赤外線を照射する。
以上のように、本発明の実施例によれば、加熱体を効率良く冷却することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  被加熱体
２  プレート
３  筐体
４  加熱体
５  開口
６  ファン
７  カバー
８  制御部
９、１０  配線  
１１  フィルタ
１２  整流板
１３  整流板のスロープ部分
２０、２１  誘導加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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