JP3385955B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体や固体
を加熱する装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、瞬間湯沸かし器などのように、高
速に気体または液体の昇温を行う場合、ガスによる加熱
方式が用いられていた。また、固体を加熱する場合には
シーズヒータ等が用いられていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で水を高速加熱する場合、熱量密度が高いため熱伝達
面の温度は沸点を越えてしまい局部的な沸騰が発生し安
全面で問題がある。 【０００４】また、局部的な沸騰が発生しないようにす
るには、熱交換面積を大きくする必要があるが、燃焼部
の構造上、非常に大きな装置になってしまうという課題
があった。 【０００５】また、ガス燃焼による加熱はパイプの外側
から行うため、熱効率が低いという課題もあった。 【０００６】電気ヒータを用いる場合も、電力密度が高
いため、局部的な異常温度上昇が発生し、沸騰による不
安全やヒータ断線などの問題があるため、沸点に近い高
温の湯を沸かすのには不適当であった。 【０００７】また、シーズヒータ等を用いて熱伝達の良
くない固体物質を加熱する場合、熱源に面している部分
の温度が高くなり過ぎるという問題点があった。 【０００８】また、局部的な沸騰が発生しないように、
熱交換面積を大きくすると、装置の肥大化はもとよりヒ
ータ自身の熱容量が大きくなるため、温度応答性が悪く
なるという課題があった。 【０００９】また、活性炭、ゼオライトなどの吸着材を
加熱再生するための加熱装置においても、熱交換面積を
大きくし、前記吸着材との接触面積を大きくする必要が
あるが、従来の電気ヒータを用いた場合は、装置が大型
になるという課題や、温度むらがあるため再生効率が悪
いといった課題があった。 【００１０】また、水を加熱して蒸気を発生する加熱装
置では、従来は貯水タンクの水を加熱する構成のため、
立ち上がりが遅い、エネルギー効率が悪いといった課題
があった。また、瞬間的に蒸気を発生する構成にする
と、前記同様、熱交換面積を大きくする必要があり、装
置が大型になるといった課題があった。 【００１１】また、触媒を用いて空気浄化を行う加熱装
置では、従来の電気ヒータを用いた場合は、担持体の熱
伝導に限界があるため、有効反応面積が大きくできず、
浄化能力が悪いという課題があった。 【００１２】また、従来の加熱装置では、温度過昇防止
のために、サーモスタットや温度ヒューズを熱源近傍に
設置する必要があり、装置が複雑になるといった課題が
あった。 【００１３】また、従来の電気ヒータを用いた加熱装置
で温水を作る場合、ヒータ表面にスケールが堆積して異
常発熱による断線が発生するといった課題があった。 【００１４】本発明は、前記課題を解決するための加熱
装置を提供するものであり、熱交換に供する単位体積当
たりの熱交換面積が大きく、かつ均一に加熱を行うこと
ができる発熱体を用いて流体を加熱することで、液体を
加熱する場合に、沸騰することなく沸点に近い温度まで
昇温することができ、温度制御性が良く、熱効率も高い
小型加熱装置を提供することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、少なくとも一部が電気的に閉回路となる
ように金属等の導体を用いて形成され前記閉回路に沿っ
て渦電流が流れる構造とした発熱体と、この発熱体を収
納する容器と、前記発熱体を誘導加熱するための誘導加
熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電力を供給す
る高周波電力供給手段とを備え、誘導加熱コイルにより
発生する交流磁界で発熱体を誘導加熱する加熱する加熱
装置としたものであり、熱交換に供する単位体積当たり
の熱交換面積が広く、均一に加熱を行うことができる発
熱体を用いて流体を加熱することで、液体を加熱する場
合に、小さい体積の発熱体で沸点に近い温度まで昇温す
ることができ、熱交換効率も高い加熱装置を提供するこ
とができる。 【００１６】 【発明の実施の形態】請求項１の発明は、板状の導体を
渦巻き状構造に形成した発熱体と、前記発熱体が電気的
に閉回路となるよう前記渦巻き状に構成した導体の巻き
始めと巻き終わりのみを電気的に接続し前記閉回路に沿
って前記発熱体の円周方向に均一な渦電流が流れるよう
にする接続構造と、この発熱体を収納する容器と、前記
発熱体を誘導加熱するための誘導加熱コイルと、前記誘
導加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給手
段とを備え、前記発熱体は、前記閉回路をなす導体部の
渦巻き構造に対する半径方向での厚みの総和が、誘導加
熱を行う際に発生する磁束の表皮厚さより薄くなるよう
に構成し、前記誘導加熱コイルにより発生する交流磁界
で発熱体を誘導加熱する加熱装置としたものである。 【００１７】これにより、高周波電力供給手段から高周
波電力を誘導加熱コイルに与え、誘導加熱の原理により
発熱体自体を加熱する。この時の発熱体を、電気的に接
続された渦巻き状にすることで、熱交換に供する単位体
積当たりの熱交換面積を広くし、かつ均一に加熱を行う
ことができ、液体を加熱する場合に、小さい体積の発熱
体で沸点に近い温度まで昇温することができ、熱交換効
率も高くすることができる。 【００１８】請求項２に記載した発明は、量産が容易な
軸方向の短い発熱体を積層することで、発熱体の長さを
安価に可変でき、入力電力や電力密度を自在に設定でき
る加熱装置を実現している。 【００１９】請求項３に記載した発明は、発熱体は、波
状に加工した金属等の導体を使用し絶縁シートを層間に
挿入して渦巻き状にしたことによって、液体との接触面
積を大きくでき、特に熱交換効率を高めた加熱装置を実
現している。 【００２０】 【実施例】（実施例１） 以下、実施例１について添付図面を基に説明する。図１
において、１０１は少なくとも一部が電気的に閉回路と
なるように金属等の導体を用いて形成され前記閉回路に
沿って渦電流が流れる構造とした発熱体、１０２は発熱
体１０１を誘導加熱するための誘導加熱コイル、１０３
は前記誘導加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電
力供給手段、１０４は前記発熱体に気体または液体を移
送する流体移送手段、１０５は発熱体を収納する容器で
ある。 【００２１】例えば、発熱体１０１の導体にはステンレ
ス板、高周波電力供給手段１０３にはインバータ回路、
流体移送手段１０４にはポンプやファンを用いることで
この構成を容易に実現できる。 【００２２】使用者の指示で加熱が開始されると、流体
移送手段１０４が発熱体１０１に気体または液体を供給
する。同時に高周波電力供給手段１０３は、誘導加熱コ
イル１０２により発熱体１０１に電力を供給する。この
時、発熱体１０１のステンレス板内部には、誘導加熱コ
イルに流れる高周波電流により生じた高周波磁界により
渦電流が発生する。この渦電流とステンレス板の電気抵
抗により発熱体１０１にはジュール熱が生じる。この熱
が気体または液体に伝わる際、発熱体は気体または液体
に埋没しているため、定常時の熱効率は１００[％]と高
効率である。 【００２３】図２に発熱体１０１の渦巻き状構造を示
す。ここで実線で示されている２０１はステンレス板に
よる渦巻き構造で、接続構造２０２により電気的に接続
されている。接続構造２０２によりステンレス板２０１
は電気的な閉ループを形成するため、図２に（ｂ）に示
すようにステンレス板２０１には発熱体１０１の円周方
向に均一な渦電流が流れる。よって、ステンレス板２０
１は均一に発熱する。また、渦巻き構造の巻き間隔を狭
めることにより、単位体積あたりの熱交換面積が大きい
均一熱源を実現できる。 【００２４】次に導体の厚みについて説明を行う。誘導
加熱を行う際に発生する磁束は、表皮効果と呼ばれる現
象により渦電流の流れる導体の表面に集中して通る。発
生する磁束の内、（１−１／ｅ）[ｅは自然対数]までが
導体を通る厚さを示す表皮厚さδは、体積抵抗率をρ，
角周波数をω，透磁率をμとすると、δ＝（２ρ／(ω・
μ)）∧（1/2）で表される。 【００２５】磁束が導体を通らなければ、誘導加熱を行
うための渦電流を発生させる起電力が生じないため、こ
の表皮厚さは誘導加熱を行うための目安となる。 【００２６】よって、発熱体１０１に用いる導体を、渦
巻き構造の半径方向における導体厚の総和が表皮厚さよ
り薄くなるように構成すれば、磁束を効率よく利用する
ことができ、渦巻きの各周で渦電流が発生させることが
できる。 【００２７】例えば、厚さ０.３[mm]の非磁性ステンレ
スを用いる場合、２０[kHz]付近での表皮厚さが約３[m
m]であるので、渦巻きの巻き数は１０巻きまでが適当で
ある。 【００２８】このようにステンレス板２０１に適切な厚
みをとり、接続構造２０２を用いて電気的な閉ループ渦
巻き構造を作ることで、一般的に入手容易な非磁性ステ
ンレスでも大きな均一渦電流を流せるようになる。 【００２９】次に、本発明の参考として螺旋状構造につ
いて説明を行う。図３に発熱体１０１の螺旋状構造を示
す。ここで３０１はステンレス板による螺旋構造で、接
続構造３０２により電気的な閉ループを形成する。誘導
加熱コイル１０２として円筒形の有限長ソレノイドを用
いる場合、軸方向の磁束密度はソレノイドの開口部付近
で粗になり、中心付近で密になる。図３のように螺旋状
の導体を巻き始めと巻き終わりを電気的に結線した構成
とした発熱体を用いているため、発熱体のどの部分でも
同じ量の電流が流れるため、発熱量は均一となる。 【００３０】以上で述べたような動作により、熱交換に
供する単位体積当たりの熱交換面積が広く、均一に加熱
を行うことができる発熱体１０１を用いて流体を加熱す
ることで、液体を加熱する場合に、小さい体積の発熱体
で沸点に近い温度まで昇温することができ、熱交換効率
も高い加熱装置を提供できる。 【００３１】なお、本実施例では発熱体１０１の金属等
の導体としてステンレスを用いたが、渦電流が発生する
導体であれば何でもよいことはいうまでもない。また、
図面では円形の渦巻きを示したが、楕円や多角形等の渦
巻き構造でもよい（図４）。また、図面では発熱体の外
側に誘導加熱コイルを配置しているが、誘導加熱コイル
を配置は発熱体の内側や発熱体の上下に配置（図５）し
てもよいことは言うまでもない。 【００３２】（参考例１） 以下、本発明に関連する参考例１について添付図面を基
に説明する。図６は、実施例２の発熱体６０１を示す図
である。この図において実線で示されている発熱体６０
１は非磁性ステンレス板で構成されており、敢えて述べ
る部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よって全
体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。 【００３３】実施例１での説明と同様の理由により、円
筒の半径方向の総厚みが、表皮厚さδより十分小さけれ
ば発熱分布は均一になる。よって、図６のように発熱体
６０１を構成し、同心円の数を増やすことで熱交換面積
を広くとることができる。 【００３４】（参考例２） 以下、参考例２について添付図面を基に説明する。図７
は実施例３の発熱体５０１を示す図である。この図にお
いて実線で示されている発熱体７０１はステンレス板で
構成されており、敢えて述べる部分以外は実施例１と同
様の機能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様
であるので説明を省略する。 【００３５】発熱体を図７に示している構成とした場合
には、中心部を流れる液体の温度を高めた発熱分布とで
き、結果的に温度分布が均一となる加熱装置を実現出来
るものである。つまり図７に示している構成の発熱体７
０１は、同心円状に配置した複数の金属環７０１ａ〜７
０１ｃによって構成している。また、一番内側の金属環
７０１ａを磁性ステンレスによって、７０１ｂ・７０１
ｃは非磁性ステンレスによって構成している。 【００３６】以上の構成とすることによって、図８に示
しているように、発熱体の中心部を通る磁束が最も多く
なるものである。すなわち、発熱体を通過する液体の温
度が最も高くなるものである。つまり、誘導加熱コイル
１０２によって発生する高周波磁界によって発熱体７０
１に流れる渦電流は、磁束の変化を妨げる方向に発生す
る。よって、磁束が多く通る部分の方が大きな渦電流が
発生するものである。磁束の通り易さを示す透磁率は、
磁性ステンレスは非磁性ステンレスの約１００倍となっ
ている。このため本実施例のように、非磁性ステンレス
環７０１ｂ・７０１ｃ内に磁性ステンレス環７０１ａが
囲まれている場合、誘導加熱コイル１０２で発生した磁
束は最内周の磁性ステンレス環７０１ａを通ろうとす
る。誘導加熱コイル１０２の長さが容器１０１の直径に
対して充分に長くない場合、誘導加熱コイル１０２が発
生する磁束は容器１０１の軸方向に平行にはならないも
のである。つまり模式的に、図８に示しているように、
長円形あるいは放物線状となる。このため、誘導加熱コ
イル１０２が発生する磁束は磁性ステンレス環７０１ａ
・非磁性ステンレス環７０１ｂ・７０１ｃの全てに鎖交
する。このため、磁性ステンレス環７０１ａ・非磁性ス
テンレス環７０１ｂ・７０１ｃの全ては発熱し、磁束が
最も通りやすい磁性ステンレス環７０１ａの発熱量が最
も多くなる。 【００３７】なお、前記各実施例では加熱対象を水・石
油等の液体としているが、加熱対象が気体であっても適
用できるものである。 【００３８】（実施例２） 以下、実施例２について添付図面を基に説明する。図９
は、実施例１の発熱体２０１を示す図である。なお、敢
えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。
よって全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省
略する。 【００３９】図９において９０１ａ〜ｅのような軸方向
の短い発熱体を軸方向に積層する構成とし、積層数で熱
交換面積や単位面積当たりの発熱量を自在に設定でき
る。 【００４０】例えば、お風呂やシャワーあるいは手洗い
等の人体に触れる５０[℃]程度までのお湯を沸かすため
の加熱装置では、発熱体の積層数を少なくして、流路体
積を小さくして、温度制御性をよくすることで、使い勝
手の良い加熱装置を実現できる。 【００４１】また、沸点に近い高温のお湯を沸かす熱装
置では、発熱体の積層数を多くして熱交換面積を大きく
することで、沸騰することなく安全に目的を達成するこ
とが出来る。また、入力電力の大きな大流量の加熱装置
の場合は、発熱体の積層数を更に多くすればよい。 【００４２】以上のように、本実施例によれば、量産が
容易な軸方向の短い発熱体を積層することで発熱体の長
さを安価に可変できる加熱装置を提供することができ
る。 【００４３】なお、本実施例では発熱体を５層に積層し
たが、必要に応じて増減しても構わないことはいうまで
もない。また、積層する発熱体については、どのような
形状でも構わない。 【００４４】（実施例３） 以下、実施例３について添付図面を基に説明する。図１
０は、実施例１の発熱体１０１を示す図である。なお、
敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果た
す。よって全体構成は、実施例１と同様であるので説明
を省略する。 【００４５】このとき、発熱体を図１０に示すような構
成とすれば、一層熱交換効率を高めることが出来る。す
なわち、図１０に示す構成のものは、発熱体１００１と
して、波状に加工した金属等の導体を使用しているもの
である。１００２は接続構造、１００３は層間に挿入し
た絶縁シートである。 【００４６】発熱体８０１として波状に加工した導体を
使用しているため、平板を渦巻き状にしたものよりも、
単位体積あたりの熱交換面積をより広くとることができ
るものである。このため、一層熱交換効率を高めること
が出来る。また、波状に加工した導体を使用する場合に
は、絶縁シート１００３を挿入するだけで渦巻の間隔を
適切に保つことが出来るため、渦巻の間隔を適切に保つ
ための工夫を必要としない。 【００４７】以上で述べたような動作により、金属等の
導体に波加工を施すことで、熱交換に供する面積を簡単
に大きくした加熱装置を実現できる。 【００４８】なお、本実施例では実施例１の渦巻型発熱
体を例として説明を行ったが、他の形状の発熱体であっ
ても構わないことはいうまでもない。 【００４９】（実施例４） 以下、実施例４について添付図面を基に説明する。図１
１において、２０１はステンレス板による渦巻き構造
で、接続構造２０２により電気的に接続されている。１
１０１は発熱体の隙間に詰められた活性炭で、トリハロ
メタンを吸着する。なお、敢えて述べる部分以外は実施
例１と同様の機能を果たす。よって全体構成は、実施例
１と同様であるので説明を省略する。 【００５０】前記構成の発熱体に通水すると、活性炭１
１０１がトリハロメタンを吸着する。しかしながら、活
性炭１１０１のトリハロメタン吸着力は通水量に応じて
急激に低下する。吸着力を回復するためには、活性炭１
１０１を加熱して蒸気と共にトリハロメタンを放出すれ
ばよい（この作用を加熱再生と呼ぶ）。 【００５１】活性炭を加熱再生する場合に課題となるの
は、活性炭の異常温度上昇による発火である。例えば図
１２に示すように、活性炭の塊を外周部に設けたヒータ
で加熱した場合、活性炭の塊内部まで温度を上げようと
すると、活性炭の熱源と垂直方向に大きな温度勾配が発
生する。よって、ヒータの入力電力を大きくして短時間
で加熱再生を行おうとする場合、ヒータと活性炭との接
触面の温度が、活性炭の発火点温度まで上昇する恐れが
ある。 【００５２】本実施例では、発熱体１０１と活性炭１１
０１の接触面積が広いために、活性炭全体をほぼ均一に
加熱することができる。よって、活性炭１１０１が発火
温度まで温度上昇することなく、全体を効率よく加熱再
生することができる。 【００５３】本実施例の加熱装置を用いれば、持続して
トリハロメタンが除去できる浄水器が実現できる。 【００５４】以上で述べたような動作により、活性炭加
熱に供する単位体積当たりの発熱面積が広く、均一に加
熱を行うことができる発熱体を用いて活性炭を加熱する
ことで、活性炭１１０１を均一かつ高速に加熱すること
ができる加熱装置を提供できる。 【００５５】また、本実施例では発熱体を除去能力回復
のために用いたが、加熱により殺菌を行うこともでき
る。 【００５６】（実施例５） 以下、実施例５について添付図面を基に説明する。図１
３は、実施例５の発熱体を示す図である。図１３におい
て、２０１はステンレス板による渦巻き構造で、接続構
造２０２により電気的に接続されている。１３０１は発
熱体の隙間に詰められたゼオライトで、水分を吸着す
る。なお、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機
能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様である
ので説明を省略する。 【００５７】湿った空気が流体移送手段１０４により送
られると、ゼオライト１３０１は湿った空気の水分を吸
着し、乾いた空気を排出する。しかしながら、ゼオライ
ト１３０１の水分吸着量には限界がある。ここで、水分
吸着能力を回復するには、ゼオライトを一定温度以上に
加熱して吸着した水分を蒸気として放出させればよい
（これを加熱再生と呼ぶ）。 【００５８】ゼオライトの加熱再生を従来のシーズヒー
タ等で行う際の課題は、従来例６での説明と同様、ヒー
タの入力電力を大きくして短時間で加熱再生を行おうと
すると、ヒータとゼオライトの接触面の温度が非常に高
くなってしまうことである。 【００５９】本実施例では、発熱体１０１とゼオライト
１３０１の接触面積が広いために、ゼオライト全体をほ
ぼ均一に加熱することが出来る。よって、ゼオライトの
発熱体との接触面温度を抑えたまま、全体を効率よく加
熱再生することができる。 【００６０】以上で述べたような動作により、水分吸着
物質加熱に供する単位体積当たりの発熱面積が広く、均
一に加熱を行うことができる発熱体を用いてゼオライト
を加熱することで、ゼオライト１３０１を均一かつ高速
に加熱することができる加熱装置を提供できる。 【００６１】（実施例６） 以下、実施例６について添付図面を基に説明する。図１
４は、実施例６の発熱体を示す図である。図１４におい
て、２０１はステンレス板による渦巻き構造で、接続構
造２０２により電気的に接続されている。１４０１は発
熱体の隙間に詰められた保水性の高いスポンジである。
なお、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を
果たす。よって全体構成は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。 【００６２】実施例１と同様に発熱体が加熱され、流体
移送手段１０４が極少量の水を発熱体に送ると、スポン
ジ１４０１が水を吸い、発熱体の方向に無関係にステン
レス板２０１に水分を送る。この水分が発熱しているス
テンレス板に触れることで気化され蒸気を発生させるこ
とができる。この時、水を吸収する材料をステンレス板
２０１の間に入れていることで、ステンレス板２０１と
水の接触面で水が玉状になって接触面積が小さくなるの
を防いでいる。本実施例の加熱装置をハンディ蒸気発生
器に適用すれば、水が垂れずに任意の方向へ蒸気を発生
させることができる。 【００６３】以上で述べたような動作により、発熱体の
隙間に保水性の高い物質を詰めた構造とし、水を含ませ
ながら発熱体を誘導加熱コイルにより加熱することで、
発熱体を任意の方向に向けて蒸気を発生することができ
る。 【００６４】なお、さらに気化された水蒸気を加熱する
ことで過熱蒸気を発生させることができる。 【００６５】（実施例７） 以下、実施例７について添付図面を基に説明する。図１
５は実施例７の発熱体を示す図である。図１５におい
て、１５０１は白金の触媒を担持したステンレス板によ
る渦巻き構造で、接続構造２０２により電気的に接続さ
れている。 【００６６】実施例１と同様に発熱体１０１を誘導加熱
すると、触媒が活性化温度まで加熱される。ここで移送
手段１０４で空気を送り込むと、触媒の作用により空気
中のアンモニアなどの臭気成分が酸化分解される。触媒
の加熱を従来のシーズヒータなどで行う際の課題は、従
来例６での説明と同様、ヒータの入力電力を大きくして
短時間で触媒作用を得ようとすると、触媒とヒータ面の
接触面温度が非常に高くなってしまうことである。 【００６７】本実施例では、空気との接触面積が大きく
かつ発熱分布を均一にすることができるので、効率の良
い脱臭作用が得られると共に、局部的な異常温度上昇に
よる触媒の性能劣化を防ぐことができ、高い脱臭能力を
持続することが可能である。 【００６８】以上で述べたような動作により、触媒を担
持した発熱体を用いることで、触媒を効率良く加熱する
ことができる加熱装置を実現できる。 【００６９】（実施例８） 以下、実施例８について添付図面を基に説明する。簡易
的には単純に穴を開けることで乱流を起こすことができ
るが、ここでは、より大きな乱流を発生させるため、実
施例１〜５で説明した発熱体の金属等の導体として、図
１６（ａ）に示すような翼部を有する穴が開いた金属板
を使用する場合について説明を行う。これにより、図１
６（ｂ）に示すように、流体の流れが複雑になり熱交換
表面への接触が増すため熱交換効率を向上させることが
できる。また、乱流により流体がよく混合され流体全体
の温度も均一化される。 【００７０】以上で述べたような動作により、発熱体に
用いる金属等の導体に、乱流を発生させ熱交換効率を向
上させるように穴を開けた金属板を使用することで、熱
交換効率をより向上させた加熱装置を提供できる。 【００７１】なお、乱流を発生させるための穴の形状
は、どんな構造であっても構わない。 【００７２】（参考例３） 以下、参考例３について添付図面を基に説明する。図１
７は、発熱体１７０１を示す図である。ここで１７０１
には発泡金属を用いることにより簡単にこの構成を実現
できる。なお、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様
の機能を果たす。よって全体構成は、実施例１と同様で
あるので説明を省略する。 【００７３】発泡金属は図１７に示すように多孔質の金
属体であり、流体と熱交換を行う場合の熱交換面積を大
きくとることができる。また、多くの孔が開いているた
め、乱流による熱交換効率も向上する。ここで、リング
状になった半径方向の総金属量が前述した表皮厚さ程度
になるように半径方向の厚みａをとることで、渦電流を
均一に流すことができる。このような金属を用いれば、
切断のみで発熱体の加工を行うことができる。本実施例
の加熱装置を蒸気発生装置に適用すれば、水との接触面
で水が玉状になって接触面積が小さくなるのを防ぐこと
ができる。 【００７４】以上で述べたように、多孔質な金属導体で
発熱体を構成することで、加工が容易な発熱体を持つ加
熱装置を実現できる。 【００７５】（実施例９） 以下、実施例９について添付図面を基に説明する。な
お、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果
たす。よって全体構成は、実施例１と同様であるので説
明を省略する。図１８（ａ）において、１８０５は渦巻
き構造の中心のようにステンレスがなく熱交換に供しな
い部分に流体を通さないように構成した容器、１８０６
は浄水器、１８０７は強磁性体である。なお、浄水器１
８０６には中空糸膜や活性炭を詰めた容器、強磁性体１
８０７にはフェライトを用いることでこの構成を容易に
実現できる。 【００７６】図１８に示すように、容器１８０５を用い
て発熱体の金属等の導体がない部分に水を通さないよう
にすることで、発熱体に触れない流体をなくすことがで
きる。これにより熱交換効率を向上させることができ
る。また、この中空部分を利用し図１８（ａ）のように
浄水器１８０６を入れることで流体として水を用い給湯
器として利用する際に、飲用に適した湯を出湯すること
ができる。また、図１５（ｂ）のようにフェライト等の
強磁性体１８０７を中空部分に入れることで、磁束密度
が向上し誘導起電力が増加する。これにより、誘導加熱
コイル１０２の電流を減らす、あるいは巻き数を減らす
ことができる。誘導加熱コイルでの電流を減らすことが
できれば高周波電力供給手段での回路損失を小さくする
ことができる。また、誘導加熱コイルの巻数を減らすこ
とができれば、誘導加熱コイルの抵抗低減により、誘導
加熱コイル自体のジュール熱による損失を小さくするこ
ともできる。 【００７７】以上で述べたような動作により、熱交換に
供しない部分に流体を通さないように構成した容器を用
い、熱交換効率を向上させると共に、空いたスペースを
利用して浄水を行ったり、熱効率を向上させることがで
きる加熱装置を提供できる。 【００７８】（実施例１０） 以下、実施例１０について添付図面を基に説明する。な
お、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果
たす。よって、全体構成は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。図１９において、２０１はステンレス
板、１９０１は温度ヒューズによる接続構造である。 【００７９】誘導加熱による熱交換が行われる際、例え
ば熱交換の対象となる水が送られて来ない場合、発熱体
１０１の温度は非常に高くなる。この時、発熱体１０１
の温度が、容器の耐熱温度より高くならないように、容
器の耐熱温度より低い温度で溶断する温度ヒューズで接
続構造を構成することで、空だきなどによる異常温度上
昇時に温度ヒューズが溶断して、導体の巻き方向に沿っ
た電気回路が切断され電流が流れなくなる。渦電流が流
れなければ発熱体１０１は発熱不能になるため、復帰不
能な安全装置として接続構造を利用することができる。 【００８０】以上で述べたような動作により、温度が高
くなり過ぎた時に発熱体の構成部品が復帰不能な安全装
置として働く機能を有する加熱装置を提供できる。 【００８１】なお、温度ヒューズによる接続構造の代わ
りに、高温になった時で回路を遮断するバイメタルを用
いれば、復帰可能な安全装置とすることもできる。 【００８２】（実施例１１） 以下、実施例１１について添付図面を基に説明する。な
お、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果
たす。よって、全体構成は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。図２０において、２００１は温度上昇
に対し正の抵抗変化を示す正特性抵抗値変化金属板（図
２１）、２０２は接続構造である。 【００８３】誘導加熱による熱交換が行われる際、図２
１のように抵抗変化が急激に起こるキュリー点温度を所
望の温度（例えば９５[℃]）となるような金属板２００
１を用いると、発熱体１０１の温度が９５[℃]より高く
なった場合、金属板２００１の抵抗値が非常に大きくな
るため渦電流が流れにくくすることができる。渦電流が
減少すれば、発熱体の発熱量も減少するため金属板２０
０１の温度が下がる。金属板２００１の温度が下がれ
ば、元の抵抗値に戻るため再び加熱が行われることにな
る。 【００８４】以上で述べたような動作により、自動的に
温度調節を行う機能を有する加熱装置を提供できる。 【００８５】（実施例１２） 以下、実施例１２について添付図面を基に説明する。な
お、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果
たす。よって、全体構成は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。図２２において、２２０１は形状記憶
合金板、２２０２はフレキシブル接続構造である。 【００８６】本実施例では、温度が所定値（例えば９５
[℃]）を越えると図２３（ａ）から図２３（ｂ）のよう
に形状を変化させるように形状記憶合金板２２０１によ
り発熱体１０１を構成する。図２３（ａ）の状態では通
常の加熱が行われ温度が上昇していくが、所定値（ここ
では９５[℃]）を越えると図２３（ｂ）のような状態に
なる。この時、発熱体１０１を構成する形状記憶合金板
２２０１は誘導加熱コイル１０２からの物理的な距離が
遠くなるため、磁気的な結合が悪くなり渦電流が流れな
くなり発熱が停止する。しばらくして温度が所定値より
下がると、形状記憶合金板２２０１は再び図２３（ａ）
の状態に戻り加熱が開始されるため、自動的に温度調節
を行うことができる。 【００８７】また、水道水等に含まれる炭酸カルシウム
は温度が高くなるほど溶解度が下がる性質を持つため、
この炭酸カルシウムが析出し熱交換器の金属板に付着す
る。この付着した炭酸カルシウムは一般に水垢（スケー
ル）と呼ばれ、熱交換器の金属表面を覆うため熱交換を
阻害する。 【００８８】しかしながら、本実施例の発熱体を用いれ
ば、加熱時に形状記憶合金板２２０１は図２３（ａ）と
図２３（ｂ）の状態を繰り返すため、この金属板の形状
変化による機械力により、析出付着する炭酸カルシウム
を剥がすことが可能となる。 【００８９】以上で述べたような動作により、発熱体に
用いる導体として温度により記憶された形状を復元する
導体を使用することで、自動的に温度調節を行い、さら
に導体表面についた水垢等を自動的にとることができる
加熱装置を提供できる。 【００９０】（参考例４） 以下、参考例４について添付図面を基に説明する。な
お、敢えて述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果
たす。よって、全体構成は、実施例１と同様であるので
説明を省略する。図２４において、２４０１は形状記憶
合金板、２４０２はフレキシブル接続構造、２４０３は
バネである。 【００９１】誘導加熱による熱交換が行われる際、通常
加熱時は図２４（ａ）の形状をとりバネ２４０３に力を
加えることがないよう形状記憶されている。発熱体１０
１の温度が所定値（例えば９５[℃]）より高くなった場
合、形状記憶合金板２４０１は螺旋構造の全長を伸ばす
ように形状記憶されており、図２４（ｂ）のようにバネ
２４０３のバネ定数とのバランス点で安定し、形状記憶
合金板２４０１の一部が誘導加熱コイル１０２からはみ
だす。誘導加熱は誘導加熱コイルが発生する磁束との結
合により発生する渦電流で加熱が行われるため、このよ
うに発熱体の一部からコイルからはみだすと、はみだし
た部分に起電力が発生しなくなるなるため、螺旋構造を
流れる電流が減少し、発熱体１０１全体が誘導加熱コイ
ル１０２の中にある場合よりも発熱体の発熱量が小さく
なる。発熱量が下がり温度が下がると再び図２４（ａ）
の状態に戻り発熱量も元に戻る。これを繰り返すことで
所定値での温度調節が可能になる。 【００９２】（実施例１３） 以下、実施例１３について添付図面を基に説明する。図
２５は、実施例１３の加熱装置を示す図である。ここで
２５０１ａ〜ｃは誘導加熱コイルである。なお、敢えて
述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よっ
て全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略す
る。 【００９３】導加熱コイル１０２として円筒形の有限長
ソレノイドを用いる場合、軸方向の磁束密度はソレノイ
ドの開口部付近で粗になり、中心付近で密になる。しか
しながら、図２５に示す２５０１ａと２５０１ｃの誘導
加熱コイルの巻数を２５０１ｂの誘導加熱コイルの巻数
より多く取ることで、磁束密度分布を軸方向に均一化さ
せることができる。 【００９４】以上で述べたような動作により、有限長ソ
レノイドでも、誘導加熱コイルの巻き方を、開口部近傍
の単位長あたりの巻数が中央部の巻数より多くすること
で、磁束密度を均一化し軸方向の均一加熱を行う加熱装
置を実現できる。 【００９５】（実施例１４） 以下、実施例１４について添付図面を基に説明する。図
２６は、実施例１４の加熱装置を示す図である。ここで
２６０１ａ〜ｃは誘導加熱コイルである。なお、敢えて
述べる部分以外は実施例１と同様の機能を果たす。よっ
て全体構成は、実施例１と同様であるので説明を省略す
る。 【００９６】炭酸カルシウム等の水垢は、温度が高くな
るほど溶解度が下がる性質をもつため、温度が高いほど
水垢は発生しやすくなる。更に、熱交換を行う流体温度
と発熱体温度の差が大きいほど、溶解度の差が大きくな
るため、発熱体面に多くの水垢が発生する。 【００９７】また、流体が発熱体と熱交換を行う場合、
熱交換面積と流体の量が同じであれば、熱交換面の電力
密度が小さい方が、熱交換面での発熱体と流体との温度
差は小さくなる。よって、流体温度が高い所での発熱体
の電力密度を小さくすれば、水垢の発生を抑えることが
できる。 【００９８】ここで、誘導加熱コイル１０２を図２６に
示すように、誘導加熱コイル２５０１ａより２５０１ｂ
の巻数を多くし、２５０１ｂより２５０１ｃの巻数を多
くすると、磁界の強さは誘導加熱コイルの巻数と電流量
によって定まるので、磁束密度分布もコイルの巻数に比
例し、２５０１ａ近傍の発熱体の発熱量は少なくなる。 【００９９】このように誘導加熱コイルを構成すること
で、流体温度が低く水垢が発生しにくい２６０１ａ近傍
では発熱体と流体の温度差を大きくして温度を上げ、流
体の温度が上がっていくに従い発熱体の電力密度を下げ
発熱体と流体の温度差を小さくすることができる。これ
により、同じ温度の湯を得る場合、均一に誘導加熱コイ
ルを巻いた場合よりも、水垢の発生を抑えることができ
る。 【０１００】以上で述べたような動作により、誘導加熱
コイルの巻き方を、単位長あたりの巻数が片端から他端
に向かって少なくなるようにすることで、発熱体が高温
の湯と触れる面の電力密度を下げ、水垢の析出を防止す
る加熱装置を実現できる。 【０１０１】 【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、高周波電力供給手段から高周波電力を誘導加熱コ
イルに与え、誘導加熱の原理により発熱体自体を加熱す
る。この時の発熱体を、電気的に接続された渦巻き状ま
たは螺旋状にすることで、熱交換に供する単位体積当た
りの熱交換面積を広くし、かつ均一に加熱を行うことが
でき、液体を加熱する場合に、小さい体積の発熱体で沸
点に近い温度まで昇温することができ、熱交換効率も高
くすることができる。 【０１０２】請求項２に記載した発明は、量産が容易な
軸方向の短い発熱体を積層することで、発熱体の長さを
安価に可変でき、入力電力や電力密度を自在に設定でき
る加熱装置を実現している。 【０１０３】請求項３に記載した発明は、発熱体は、波
状に加工した金属等の導体を使用することによって、液
体との接触面積を大きくでき、特に熱交換効率を高めた
加熱装置を実現している。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例１の加熱装置の構成図 【図２】同加熱装置の渦巻き状発熱体の構成図 【図３】同加熱装置の螺旋状発熱体の構成図 【図４】同加熱装置の発熱体の例を示す図 【図５】同加熱装置の構成例を示す図 【図６】本発明の参考例１の加熱装置の発熱体の構成図 【図７】本発明の参考例２の加熱装置の発熱体の構成図 【図８】同加熱装置の磁束密度分布の説明図 【図９】本発明の実施例２の加熱装置の発熱体の構成図 【図１０】本発明の実施例３の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１１】本発明の実施例４の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１２】一般的な加熱装置の問題点を説明する図 【図１３】本発明の実施例５の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１４】本発明の実施例６の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１５】本発明の実施例７の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１６】本発明の実施例８の加熱装置の構成および動
作の説明図 【図１７】本発明の参考例３の加熱装置の発熱体の構成
図 【図１８】本発明の実施例９の加熱装置の構成図 【図１９】本発明の実施例１０の加熱装置の発熱体の構
成図 【図２０】本発明の実施例１１の加熱装置の発熱体の構
成図 【図２１】同加熱装置の発熱体を構成する金属板の特性
の説明図 【図２２】本発明の実施例１２の加熱装置の発熱体の構
成図 【図２３】同加熱装置の発熱体の動作を示す図 【図２４】本発明の参考例４の加熱装置の発熱体構造お
よび動作の説明図 【図２５】本発明の実施例１３の加熱装置の構成図 【図２６】本発明の実施例１４の加熱装置の構成図 【符号の説明】 １０１ 発熱体 １０２ 誘導加熱コイル １０３ 高周波電力供給手段 １０４ 流体移送手段 １０５ 容器 ２０１ ステンレス板による渦巻き構造 ２０２ 接続構造 ３０１ ステンレス板による螺旋構造 ３０２ 接続構造 ６０１ ステンレス板による環状構造体 ７０１ 発熱体 ７０１ａ 磁性金属環 ７０１ｂ 非磁性金属環 ７０１ｃ 非磁性金属環 ７０１ｄ 非磁性金属環 ９０１ａ 発熱体 ９０１ｂ 発熱体 ９０１ｃ 発熱体 ９０１ｄ 発熱体 ９０１ｅ 発熱体 １００１ 発熱体 １００２ 接続構造 １００３ 絶縁シート １１０１ 活性炭 １２０１ ヒータ １２０２ 活性炭 １３０１ ゼオライト １４０１ スポンジ １５０１ 触媒担持ステンレス板 １７０１ 発泡金属 １８０５ 容器 １８０６ 浄水器 １８０７ 強磁性体 １９０１ 温度ヒューズ接続構造 ２００１ 温度正特性抵抗値変化金属板 ２２０１ 形状記憶合金 ２２０２ フレキシブル接続構造 ２４０１ 形状記憶合金 ２４０２ フレキシブル接続構造 ２４０３ バネ ２５０１ａ 誘導加熱コイル ２５０１ｂ 誘導加熱コイル ２５０１ｃ 誘導加熱コイル ２６０１ａ 誘導加熱コイル ２６０１ｂ 誘導加熱コイル ２６０１ｃ 誘導加熱コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 秀和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 大森 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小畑 哲生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 浦田 隆行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−240038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−101229（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−63686（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−308985（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−269101（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−201281（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−92448（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−171982（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65938（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−154623（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−98286（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−90796（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 6/10 F24H 1/10 F24H 1/18 A47J 27/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 板状の導体を渦巻き状構造に形成した発
   熱体と、前記発熱体が電気的に閉回路となるよう前記渦
   巻き状に構成した導体の巻き始めと巻き終わりのみを電
   気的に接続し前記閉回路に沿って前記発熱体の円周方向
   に均一な渦電流が流れるようにする接続構造と、この発
   熱体を収納する容器と、前記発熱体を誘導加熱するため
   の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電力
   を供給する高周波電力供給手段とを備え、前記発熱体
   は、前記閉回路をなす導体部の渦巻き構造に対する半径
   方向での厚みの総和が、誘導加熱を行う際に発生する磁
   束の表皮厚さより薄くなるように構成し、前記誘導加熱
   コイルにより発生する交流磁界で発熱体を誘導加熱する
   加熱装置。