誘導加熱式液体加熱器
【課題】 本発明の解決課題は、発熱体の表面積を大きくして加熱効率を高めた誘導加熱式液体加熱器を提供することにある。
【解決手段】 本発明の誘導加熱式液体加熱器は、誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにしたものであり、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体及び発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルが前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたものである。前記誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものとすることができる。前記誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルはフィンの外周部に設けることができる。
【解決手段】 本発明の誘導加熱式液体加熱器は、誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにしたものであり、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体及び発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルが前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたものである。前記誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものとすることができる。前記誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルはフィンの外周部に設けることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波誘導加熱を利用して液体を加熱する誘導加熱式液体加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の加熱（加温）には各種加熱器が使用されており、その一つとして高周波誘導加熱を利用するもの（特許文献１、２）が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、水用の配管とガス用の配管を必要としたガス温水器の施工上の面倒を改善するものであり、誘導加熱による加熱効率の向上を目的とするものではない（段落番号：０００３、０００４）。
【０００４】
特許文献２の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、従来は抑制の対象とされていたコイル外側の磁束を熱交換の対象として利用するものである（段落番号：００４０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０２７５５号公報
【特許文献２】特開平８−９４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決課題は、発熱体の表面積を大きくして加熱効率を高めた誘導加熱式液体加熱器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は、誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにしたものであり、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体及び発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルが前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたものである。前記誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものとすることができる。前記誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルはフィンの外周部に設けることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は次のような効果がある。
（１）発熱基体に螺旋状のフィンを設けるだけでなく、フィン間の螺旋状のガイド溝に発熱コイルを配置したので、加熱コイルにより誘導加熱されるフィンと発熱コイルの双方からの熱が放熱されるので、誘導加熱式液体加熱器を液体が貯留又は通過する容器内に入れれば、液体との接触面積が広くなり、容器内の液体が加熱され易くなる。
（２）発熱コイルが発熱基体のガイド溝に沿って配置されているので、発熱コイルの配置が安定し型崩れすることがない。
（３）発熱コイルも発熱基体のフィンも螺旋状であるため、小型でも発熱面積を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の誘導加熱式液体加熱器の斜視図、（ｂ）はその平面図。
【図２】本発明の誘導加熱式液体加熱器の使用の一例を示す断面図。
【図３】本発明の誘導加熱式液体加熱器をケース付きの誘導加熱式液体加熱器とする場合の組み立て説明図。
【図４】ケース付きの誘導加熱式液体加熱器の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態）
本発明の誘導加熱式液体加熱器の実施形態の一例を、図１〜図４を参照して説明する。図１〜図４に示す誘導加熱式液体加熱器１０は発熱基体１と発熱コイル２を備え、発熱基体１はパイプ状の心材３の外周に帯状の金属板材を螺旋状に巻き付け固定して発熱フィン５とし、発熱フィン５の外周部間にガイド溝６を設けてある。発熱コイル２は螺旋状の細長であり、前記ガイド溝６内に配置してある。発熱コイル２は少なくとも両端部を発熱フィン５に固定して不用意にガイド溝６から外れないようにしてある。
【００１１】
前記発熱基体１には、例えば、勝川熱工株式会社製のAEROFIN TUBE（エロフィンチューブ）を用いることができる。このAEROFIN TUBEは、金属製パイプ（心材３）の外周に発熱フィン５を螺旋状に密着して巻いたものである。発熱基体１は各種サイズのものを使用することができる。また、心材３の外周に発熱フィン５を備えたものであれば、他社の物でも、新たに製作したものでも使用可能である。心材３の径、長さ、発熱フィン５の幅及び螺旋ピッチ等は用途に合わせて設計することができる。心材３、発熱フィン５にはステンレス、鉄、銅といった各種金属を使用することができる。
【００１２】
前記発熱コイル２には、市販の螺旋状のニクロム線を使用することができるが、螺旋状に巻いた電熱線であれば他のコイルも使用でき、独自に製作することもできる。その線径、巻き径等は用途に合わせて設計することができる。ステンレス、金、銀、銅、アルミといった熱伝導率の高い他の材質製とすることもできる。
【００１３】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、その外周に誘導コイルを配置し、この誘導コイルに高周波電流を流すことにより、発熱基体１及び発熱コイル２に磁界が生じ、それらに渦電流が流れて発熱する。この場合、渦電流は表皮効果で表面に近いほど多く流れて発熱量も多くなる。従って、本発明の発熱基体１の場合は、発熱フィン５の外周部（先端側）ほど多く流れるため、発熱コイル２を発熱フィン５の外周部側（図１（ｂ）の箇所）に配置して発熱量が多くなるようにするのがよい。
【００１４】
（使用例１）
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、図２に示すように水槽（容器）３０内に入れ、誘導加熱式液体加熱器１０の外周に誘導コイル３１を配置して使用することができる。誘導コイル３１は密巻きでも粗巻きでもよい。図２に示す使用例では、水槽３０の上周縁に、誘導加熱式液体加熱器１０を取り付けた支持体７を載せ、誘導加熱式液体加熱器１０を水槽３０に支持してある。誘導コイル３１はマッチングトランスＭＴに接続され、そのマッチングトランスＭＴに高周波発振器ＲＦが接続されている。この場合、高周波発振器ＲＦから誘導コイル３１に高周波電流を流すと、誘導加熱式液体加熱器１０の発熱基体１及び発熱コイル２に磁界が生じ、それらに渦電流が流れて発熱し、その熱で水槽３０内の液体が加熱されて温水になる。この場合、水槽３０内の液体を循環させることも、水槽３０内を通過させることもできる。高周波発振器ＲＦには、各種のものを使用可能であるが、例えば、富士電機株式会社製のＨＦＲ５.０Ｃ１１Ｋ−１（５ｋＷ、３０ｋＨｚ）を用いることができる。マッチングトランスＭＴは場合によっては不要である。
【００１５】
（使用例２）
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、図３のようにケース１１内に収容し、そのケース１１内に液体を流して、ケース１１内を通過する液体を加熱してする温水化することもできる。図３に示すケース入りの誘導加熱式液体加熱器１０は次のように構成されている。
【００１６】
（１）下蓋１２、下閉塞蓋１３の上方に突出している軸棒１４に下スペーサ１５を被せて、下閉塞蓋１３の外周に下スペーサ１５を嵌合してある（図３）。
（２）前記軸棒１４の外周に樹脂製の円筒状のケース１１を被せてケース１１の下端１１ａを下スペーサ１５の上周縁１５ａに被せてある。ケース１１の外周には誘導コイル１７が巻かれている。誘導コイル１７には高周波特性のよいリッツ線を使用することができる。図３、４に示す例では誘導コイル１７を密巻きにしてある。誘導コイル１７の両端には電極端子２９（図３）を取付けてある。
（３）ケース１１内にその上方から誘導加熱式液体加熱器１０を入れて、心材３の下端部３ａを前記下閉塞蓋１３の外周に被せてある。この場合、誘導加熱式液体加熱器１０の発熱コイル２の外周面をケース１１の内周面に接触させてある。
（４）前記誘導加熱式液体加熱器１０の心材３の上端に上閉塞蓋１８を被せてある。この場合、心材３内を貫通する軸棒１４の上端部を上閉塞蓋１８の貫通孔１９に差し込んで上方まで突出させてある。
（５）ケース１１の上開口部内に上スペーサ２０を入れて上閉塞蓋１８に被せてある。このとき、軸棒１４の上端部を上スペーサ２０の上に突出させ、上スペーサ２０の上から、ケース１１の上方開口部に上蓋２１を被せ、その中心孔２１ａに軸棒１４を通して上方に突出させ、軸棒１４にナット２２を螺合して上蓋２１をケース１１に固定してある。上蓋２１には排出口２５（図４）に連通する排出パイプ２６が、下蓋１２には供給口２３に連通する供給パイプ２４が取付けられている。
【００１７】
図３のように、ケース１１内に誘導加熱式液体加熱器１０を組み込んだケース付きの誘導加熱式液体加熱器１０を使用するには、図示しない高周波発振器から誘導コイル１７に高周波電流を供給して、発熱基体１を加熱させる。このとき、下蓋１２の供給口２３に連通された供給パイプ２４からケース１１内に液体を送り込み、その液体を発熱フィン５に沿って流して排出口２５に連通する排出パイプ２６側に向けて進行させると、液体がケース１１内を通過する間に発熱フィン５、発熱コイル２に接触して加熱される。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、床暖房器具や各種工業製品における熱交換器の部品としても使用することができる。また、高周波誘導加熱の原理を利用した熱交換器に限らず、他の熱交換器の部品としても利用することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 発熱基体
２ 発熱コイル
３ 心材
３ａ （心材の）下端部
５ 発熱フィン
６ ガイド溝
７ 支持体
１０ 誘導加熱式液体加熱器
１１ ケース
１１ａ （ケースの）下端
１２ 下蓋
１３ 下閉塞蓋
１４ 軸棒
１５ 下スペーサ
１５ａ 上周縁
１７ 誘導コイル
１８ 上閉塞蓋
１９ 貫通孔
２０ 上スペーサ
２１ 上蓋
２１ａ 中心孔
２２ ナット
２３ 供給口
２４ 供給パイプ
２５ 排出口
２６ 排出パイプ
２９ 電極端子
３０ 水槽
３１ 誘導コイル
ＭＴ マッチングトランス
ＲＦ 高周波発振器
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波誘導加熱を利用して液体を加熱する誘導加熱式液体加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の加熱（加温）には各種加熱器が使用されており、その一つとして高周波誘導加熱を利用するもの（特許文献１、２）が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、水用の配管とガス用の配管を必要としたガス温水器の施工上の面倒を改善するものであり、誘導加熱による加熱効率の向上を目的とするものではない（段落番号：０００３、０００４）。
【０００４】
特許文献２の誘導加熱温水器は、誘導加熱を利用するものではあるが、従来は抑制の対象とされていたコイル外側の磁束を熱交換の対象として利用するものである（段落番号：００４０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０２７５５号公報
【特許文献２】特開平８−９４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決課題は、発熱体の表面積を大きくして加熱効率を高めた誘導加熱式液体加熱器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は、誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにしたものであり、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体及び発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルが前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたものである。前記誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものとすることができる。前記誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルはフィンの外周部に設けることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の誘導加熱式液体加熱器は次のような効果がある。
（１）発熱基体に螺旋状のフィンを設けるだけでなく、フィン間の螺旋状のガイド溝に発熱コイルを配置したので、加熱コイルにより誘導加熱されるフィンと発熱コイルの双方からの熱が放熱されるので、誘導加熱式液体加熱器を液体が貯留又は通過する容器内に入れれば、液体との接触面積が広くなり、容器内の液体が加熱され易くなる。
（２）発熱コイルが発熱基体のガイド溝に沿って配置されているので、発熱コイルの配置が安定し型崩れすることがない。
（３）発熱コイルも発熱基体のフィンも螺旋状であるため、小型でも発熱面積を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の誘導加熱式液体加熱器の斜視図、（ｂ）はその平面図。
【図２】本発明の誘導加熱式液体加熱器の使用の一例を示す断面図。
【図３】本発明の誘導加熱式液体加熱器をケース付きの誘導加熱式液体加熱器とする場合の組み立て説明図。
【図４】ケース付きの誘導加熱式液体加熱器の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態）
本発明の誘導加熱式液体加熱器の実施形態の一例を、図１〜図４を参照して説明する。図１〜図４に示す誘導加熱式液体加熱器１０は発熱基体１と発熱コイル２を備え、発熱基体１はパイプ状の心材３の外周に帯状の金属板材を螺旋状に巻き付け固定して発熱フィン５とし、発熱フィン５の外周部間にガイド溝６を設けてある。発熱コイル２は螺旋状の細長であり、前記ガイド溝６内に配置してある。発熱コイル２は少なくとも両端部を発熱フィン５に固定して不用意にガイド溝６から外れないようにしてある。
【００１１】
前記発熱基体１には、例えば、勝川熱工株式会社製のAEROFIN TUBE（エロフィンチューブ）を用いることができる。このAEROFIN TUBEは、金属製パイプ（心材３）の外周に発熱フィン５を螺旋状に密着して巻いたものである。発熱基体１は各種サイズのものを使用することができる。また、心材３の外周に発熱フィン５を備えたものであれば、他社の物でも、新たに製作したものでも使用可能である。心材３の径、長さ、発熱フィン５の幅及び螺旋ピッチ等は用途に合わせて設計することができる。心材３、発熱フィン５にはステンレス、鉄、銅といった各種金属を使用することができる。
【００１２】
前記発熱コイル２には、市販の螺旋状のニクロム線を使用することができるが、螺旋状に巻いた電熱線であれば他のコイルも使用でき、独自に製作することもできる。その線径、巻き径等は用途に合わせて設計することができる。ステンレス、金、銀、銅、アルミといった熱伝導率の高い他の材質製とすることもできる。
【００１３】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、その外周に誘導コイルを配置し、この誘導コイルに高周波電流を流すことにより、発熱基体１及び発熱コイル２に磁界が生じ、それらに渦電流が流れて発熱する。この場合、渦電流は表皮効果で表面に近いほど多く流れて発熱量も多くなる。従って、本発明の発熱基体１の場合は、発熱フィン５の外周部（先端側）ほど多く流れるため、発熱コイル２を発熱フィン５の外周部側（図１（ｂ）の箇所）に配置して発熱量が多くなるようにするのがよい。
【００１４】
（使用例１）
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、図２に示すように水槽（容器）３０内に入れ、誘導加熱式液体加熱器１０の外周に誘導コイル３１を配置して使用することができる。誘導コイル３１は密巻きでも粗巻きでもよい。図２に示す使用例では、水槽３０の上周縁に、誘導加熱式液体加熱器１０を取り付けた支持体７を載せ、誘導加熱式液体加熱器１０を水槽３０に支持してある。誘導コイル３１はマッチングトランスＭＴに接続され、そのマッチングトランスＭＴに高周波発振器ＲＦが接続されている。この場合、高周波発振器ＲＦから誘導コイル３１に高周波電流を流すと、誘導加熱式液体加熱器１０の発熱基体１及び発熱コイル２に磁界が生じ、それらに渦電流が流れて発熱し、その熱で水槽３０内の液体が加熱されて温水になる。この場合、水槽３０内の液体を循環させることも、水槽３０内を通過させることもできる。高周波発振器ＲＦには、各種のものを使用可能であるが、例えば、富士電機株式会社製のＨＦＲ５.０Ｃ１１Ｋ−１（５ｋＷ、３０ｋＨｚ）を用いることができる。マッチングトランスＭＴは場合によっては不要である。
【００１５】
（使用例２）
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、図３のようにケース１１内に収容し、そのケース１１内に液体を流して、ケース１１内を通過する液体を加熱してする温水化することもできる。図３に示すケース入りの誘導加熱式液体加熱器１０は次のように構成されている。
【００１６】
（１）下蓋１２、下閉塞蓋１３の上方に突出している軸棒１４に下スペーサ１５を被せて、下閉塞蓋１３の外周に下スペーサ１５を嵌合してある（図３）。
（２）前記軸棒１４の外周に樹脂製の円筒状のケース１１を被せてケース１１の下端１１ａを下スペーサ１５の上周縁１５ａに被せてある。ケース１１の外周には誘導コイル１７が巻かれている。誘導コイル１７には高周波特性のよいリッツ線を使用することができる。図３、４に示す例では誘導コイル１７を密巻きにしてある。誘導コイル１７の両端には電極端子２９（図３）を取付けてある。
（３）ケース１１内にその上方から誘導加熱式液体加熱器１０を入れて、心材３の下端部３ａを前記下閉塞蓋１３の外周に被せてある。この場合、誘導加熱式液体加熱器１０の発熱コイル２の外周面をケース１１の内周面に接触させてある。
（４）前記誘導加熱式液体加熱器１０の心材３の上端に上閉塞蓋１８を被せてある。この場合、心材３内を貫通する軸棒１４の上端部を上閉塞蓋１８の貫通孔１９に差し込んで上方まで突出させてある。
（５）ケース１１の上開口部内に上スペーサ２０を入れて上閉塞蓋１８に被せてある。このとき、軸棒１４の上端部を上スペーサ２０の上に突出させ、上スペーサ２０の上から、ケース１１の上方開口部に上蓋２１を被せ、その中心孔２１ａに軸棒１４を通して上方に突出させ、軸棒１４にナット２２を螺合して上蓋２１をケース１１に固定してある。上蓋２１には排出口２５（図４）に連通する排出パイプ２６が、下蓋１２には供給口２３に連通する供給パイプ２４が取付けられている。
【００１７】
図３のように、ケース１１内に誘導加熱式液体加熱器１０を組み込んだケース付きの誘導加熱式液体加熱器１０を使用するには、図示しない高周波発振器から誘導コイル１７に高周波電流を供給して、発熱基体１を加熱させる。このとき、下蓋１２の供給口２３に連通された供給パイプ２４からケース１１内に液体を送り込み、その液体を発熱フィン５に沿って流して排出口２５に連通する排出パイプ２６側に向けて進行させると、液体がケース１１内を通過する間に発熱フィン５、発熱コイル２に接触して加熱される。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の誘導加熱式液体加熱器１０は、床暖房器具や各種工業製品における熱交換器の部品としても使用することができる。また、高周波誘導加熱の原理を利用した熱交換器に限らず、他の熱交換器の部品としても利用することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 発熱基体
２ 発熱コイル
３ 心材
３ａ （心材の）下端部
５ 発熱フィン
６ ガイド溝
７ 支持体
１０ 誘導加熱式液体加熱器
１１ ケース
１１ａ （ケースの）下端
１２ 下蓋
１３ 下閉塞蓋
１４ 軸棒
１５ 下スペーサ
１５ａ 上周縁
１７ 誘導コイル
１８ 上閉塞蓋
１９ 貫通孔
２０ 上スペーサ
２１ 上蓋
２１ａ 中心孔
２２ ナット
２３ 供給口
２４ 供給パイプ
２５ 排出口
２６ 排出パイプ
２９ 電極端子
３０ 水槽
３１ 誘導コイル
ＭＴ マッチングトランス
ＲＦ 高周波発振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにした誘導加熱式液体加熱器において、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体と発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルは前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものであることを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルがフィンの外周部に巻かれたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項１】
誘導コイルに高周波電流を流すと発熱して液体を加熱できるようにした誘導加熱式液体加熱器において、高周波電流を流す誘導コイルの内側に配置される熱伝導性の発熱基体と発熱コイルを備え、発熱基体は板材を螺旋状に成形したフィンと、フィン間に設けた螺旋状のガイド溝を備え、前記発熱コイルは前記ガイド溝に沿って螺旋状に配置されたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱式液体加熱器において、フィンは、帯状の板材がパイプ状の心材の外周に螺旋状に巻かれて心材に固定されたものであることを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の誘導加熱式液体加熱器において、発熱コイルがフィンの外周部に巻かれたことを特徴とする誘導加熱式液体加熱器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５８３２９（Ｐ２０１３−５８３２９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４８８７（Ｐ２０１１−１９４８８７）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０５００９４１６）日本スーパー工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０５００９４１６）日本スーパー工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]