JP3979756B2

JP3979756B2 - 電磁加熱方法とその装置

Info

Publication number: JP3979756B2
Application number: JP29460099A
Authority: JP
Inventors: 英夫岡
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP2001118669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、電磁加熱方法とその装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、暖房家具、暖房建具、保温食器、保温装飾品等として有用な電磁加熱方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、木材は、天然木材あるいは加工木質材として、加工が容易であるばかりでなく、感触、臭いなどが独特であり、人間の生活に非常に密着し、椅子、机、タンスなどの家具、床、壁、天井のなどの建具、皿、器などの食器、おきものなどの装飾品の材料として、古くから用いられてきている。
【０００３】
このように木材の生活密着性の強さゆえに、人間の生活の上で欠かすことのできないあらゆる用途の部材として利用されることが多く、その中には、例えば暖房器具の部材等としての加熱部材として利用されることも多い。
【０００４】
しかしながら、木材を、長時間にわたり一定の温度に保つ必要性のある加熱部材として利用することは、それほど容易なことではない。一般的に、木材を暖房器具や加熱器具の一部に用いる場合には、木材の外部に熱源を設けてこの熱源により木材を外部から暖めることが必要であることから、その結果、温度分布のムラが生じたり、非効率的な温度上昇を余儀なくされていた。
【０００５】
したがって、木材を直接的に加熱する加熱部材に用いることは、あまり一般的ではなく、床暖房などのごく限られた分野にしか応用されていない。
このような現状をふまえて、木材を直接的に加熱する方法とその装置の検討がなされてきてはいるものの、これまでのところ、木材を直接的に効率よく加熱する方法とそのための装置は実現されていないと言ってよい。
【０００６】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、木材を直接的に効率よく加熱することのできる、新しい木材の加熱方法とその装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、前記の課題を解決するものとして、第１には、磁性物質が木材の一方の面に塗布されそれぞれ一体化された一対の磁性木材の間に、励磁コイルまたは励磁導電路を配置し、磁性物質が塗布されている面同士を接着して一体となっている一体型発熱ボードを形成し、励磁コイルまたは励磁導電路に励磁電流を流し、電磁加熱することを特徴とする電磁加熱方法を提供する。
【０００８】
また、この出願の発明においては、第２には、励磁コイルまたは励磁導電路は、その巻き方もしくは導電路の配設が、ソレノイド状、または、スパイラル状である前記の電磁加熱方法を提供し、第３には、励磁電流の周波数を１０ｋＨｚ以上とする前記の電磁加熱方法を提供する。
【０００９】
そして、この出願の発明は、第４には、電磁加熱装置であって、加熱部と交流電源部とを有し、加熱部は、磁性物質が一方の面に塗布されそれぞれ一体化された一対の磁性木材の間に、励磁コイルまたは励磁導電路を配置し、磁性物質が塗布されている面同士を接着して一体となっている一体型発熱ボードにより形成され、励磁コイルまたは励磁導電路に交流電源部より励磁電流が送られることで加熱部が発熱することを特徴とする電熱加熱装置を提供する。また、第５には、磁性物質は、その全部または一部として磁性粒子を含むものであって、磁性粒子の大きさは７５μｍ以下である電熱加熱装置を、第６には、磁性物質は、フェライト系、金属系、またはアモルファス系の磁性体である電熱加熱装置を、第７には、励磁コイルまたは励磁導電路は、その巻き方もしくは導電路の配設が、ソレノイド状、またはスパイラル状で配置されている電熱加熱装置を、第８には、励磁電流の周波数は１０ｋＨｚ以上である電熱加熱装置を提供する。
【００１０】
さらにこの出願の発明は、第１１には、前記の電熱加熱装置であって、暖房家具、暖房建具、調理器具、保温食器、保温装飾品、または医療・健康器具である電熱加熱装置を提供する。
【００１１】
また第１２には、２０分後の上昇温度が２５℃以上である電熱加熱装置も提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１３】
なによりも、この出願の発明は、磁性物質と励磁コイルまたは励磁導電路とを木材に配置させ、励磁コイルまたは励磁導電路により電磁加熱して木材を昇温させることに大きな特徴がある。
【００１４】
例えば図１の試験装置に例示したように、この発明の電磁加熱方法は、磁性物質を含む磁性木材（１）に、励磁コイル（２）、または平面部や溝部に導電性塗料を塗布ないしは埋設して、あるいは導電性フィルム条の配置により励磁導電路を形成したボード（３）を当接配置し、励磁コイル（２）または励磁導電路に励磁電流（４）を流して電磁加熱する。
【００１５】
このとき、木材への磁性物質の一体化方法としては、木材内部に磁性物質を注入してもよいし、木材表面にパウダー状の磁性物質を圧着してもよいし、木材表面に液体状の磁性物質を塗布してもよい。そしてこれらの手段は組合わされてもよい。木材内部に磁性物質を注入する場合、および木材表面にパウダー状の磁性物質を圧着する場合の方が、木材表面に液体状の磁性物質を塗布するよりも、温度上昇の点では効率がよい。ただ、作業上の観点からすると、木材表面に液体状の磁性物質を塗布する方が容易である。
【００１６】
また、励磁コイルまたは励磁導電路の配置方法としては、図１のように、磁性物質を一体化した磁性木材（１）と当接するように励磁コイルまたは励磁導電路のボード（２）を配置してもよいし、あるいは磁性木材（１）の内部に励磁コイルまたは励磁導電路を埋設するようにしてもよい。いずれの場合であっても、コイルの巻き方あるいは導電路の配置が、スパイラル状であっても、または、ソレノイド状であってもよい。スパイラル状とは、回転半径が異なる状態を示し、回転半径が減少しても、または、回転半径が増加してもよい。ソレノイド状とは、回転半径が、同じ状態を示している。
【００１７】
発熱ボードとしての高い発熱効率と磁界の外部への漏洩を抑えるためには、磁性木材と励磁コイル（励磁コイル）または励磁導電路固定ボードとを密着させて両者の間の空隙をなくした一体型発熱ボードがより好ましい形態として例示される。
【００１８】
さらに、この発明においては、磁性物質は、磁性粒子をその全部または一部として含むものであってもよい。磁性粒子の場合にはその粒子サイズが７５μｍ以下であって、その材質が、フェライト、たとえばＭｎ−Ｚｎフェライト、センダスト、鉄、等々のフェライト系、金属系、あるいはアモルファス系の各種の磁性体、もしくはそれらの磁性流体であると、さらに効率よく温度上昇を生じることができる。
【００１９】
励磁コイルまたは励磁導電路に流す励磁電流の周波数は、励磁電流が生じる程度のものであれば、特に限定するものではないが、１０ｋＨｚ以上であると、さらに効率よく温度上昇を生じることができる。
【００２０】
そして、この発明においては、木材を効率的な加熱部材として用いることができ、例えば、従来から存在する暖房床だけでなく、暖房や保温が可能な椅子、机、タンスなどの暖房保温家具、床、壁、天井などの暖房保温建具、皿、器などの暖房保温食器、おきものなどの暖房保温装飾品等の実現をも可能とする。
【００２１】
以下実施例を示し、さらにこの説明について詳しく説明する。
【００２２】
【実施例】
実施例１
木材への磁性物質の配置方法の異なる３種類の磁性木材を用いて、表面温度の時間変化を測定した。その３種類の磁性木材としては、ア）水ベース磁性流体Ｗ−３５を内部に注入した注入型磁性木材、イ）２５００ＢのＭｎ−Ｚｎフェライトのパウダーを圧着により表面に押しつけたパウダー型磁性木材、ウ）２５００ＢのＭｎ−Ｚｎフェライト液体を表面に塗布したコーティング型磁性木材の３種類を用いた。
【００２３】
この磁性木材の大きさは、縦９ｃｍ、横９ｃｍ、厚さ３ｃｍの板状のものであり、その内部には励磁コイルとして、エナメルコートした直径０．３５ｍｍの銅線を、高さ１０ｍｍのピッチで３周巻き付け、その励磁コイルの銅線の巻き方としては、ソレノイド状とした。
【００２４】
実験室の温度は、２５．５±０．５℃、温度４５〜５５％であり、励磁電流は、周波数が１ＭＨｚで電流を２Ａの交流電流とした。
この発明の木材の加熱方法と比較検討するために、磁性物質が混入されていない比較板材として、大きさが同じのファイバーボード、パーティクルボードおよび杉板をも用いた。
【００２５】
そして、各板材の中心上方５０ｃｍの位置には、サーモグラフを配置させ、板材表面の温度を測定した。
その結果は、図２に例示した通りである。図中の黒四角印の注入型磁性木材と黒丸印のコーティング型磁性木材は、実験開始後８０分後には、上昇温度がともに４５℃となり、また黒三角印のパウダー型磁性木材も、実験開始後５０分後には、上昇温度が３０℃となった。
【００２６】
一方、磁性物質が混入されていない板材として、□印の杉板は、実験開始後８０分が経過しても、上昇温度は２５℃であり、○印のファイバーボードと△印のパーティクルボードに関しては、非常に温度上昇が低く、実験開始後８０分が経過しても、高々１８℃しか温度上昇が得られなかった。
実施例２
次に、実施例１で用いたコーティング型磁性木材について、その励磁コイルの巻き方の違いに対する温度上昇について検討を行った。
【００２７】
励磁コイルの巻き方について、比較検討するために、その巻き方として、ソレノイド状、中間状、および、スパイラル状の３種類の異なるものを用いた。ここで、中間状とは、木材の上部に向かって、その銅線の回転半径が、スパイラル状と、ソレノイド状の中間的なものをさす。この実施例では、スパイラル状として、木材の上部に向かって、その銅線の回転半径が減少するものを用いた。
【００２８】
比較のために、磁性物質が混入されていないファイバーボードについても、前記のソレノイド状、中間状、および、スパイラル状の３種類のものを用いて、同様に温度の時間変化を測定した。
【００２９】
ソレノイド状、中間状、および、スパイラル状のコーティング型磁性部材における、各種実験条件は実施例１と同様の条件である。
その結果は、図３に例示した通りであり、黒丸印のソレノイド状磁性木材は、実験開始５０分後には、温度上昇が４３℃となり黒三角印のスパイラル状磁性木材は、実験開始５０分後には、温度上昇が４０℃となり、黒四角印の中間状は、実験開始５０分後には、２８℃となった。
【００３０】
一方、磁性物質が混入されていないファイバーボードについては、○印のソレノイド状ファイバーボードは、実験開始５０分後でも、温度上昇が１６℃しかなく、△印のスパイラル状ファイバーボード、および、□印の中間状ファイバーボードでは、実験開始５０分後でも、温度上昇が１０℃でしかなかった。
実施例３
次に、磁性物質の異なる３種類の磁性木材を用いて、実施例１と同様の実験条件で、温度上昇と時間との関係を検討した。
【００３１】
その磁性物質には、粒子サイズがすべて７５μｍ以下である、Ｍｎ−Ｚｎフェライト２５００Ｂ、センダスト、および、鉄ＫＩＰ３００Ａパウダーからなる。これらの各種磁性物質の性質は、表１に示した通りである。この表１において、各種磁性物質は内径１０ｍｍ、外径２０ｍｍのリング状のものに加工して、その周囲を銅線により２０回巻いた励磁コイルによりテストを行った。このときの最大磁場は、５００Ａ／ｍであり、励磁電流の周波数は１ＭＨｚであった。
【００３２】
【表１】

【００３３】
この磁性物質の異なる３種類の磁性木材における、温度と時間との関係は、図４の通りであり、黒丸印のセンダストは実験開始６０分後には、温度上昇が５０℃となり、黒三角印のＭｎ−Ｚｎフェライト２５００Ｂは、実験開始６０分後には、温度上昇が４３℃となり、黒四角印の鉄ＫＩＰ３００Ａパウダーは、実験開始６０分後に黒四角印は、温度上昇が３３℃にも達した。
実施例４
次に、実施例１と同様の実験条件で、励磁電流の周波数を変えて、その周波数と温度との関係を検討した。実施例１で用いた、注入型磁性木材とコーティング型磁性木材に対して、コイルの巻き方をソレノイド状とし、５種類の励磁電流の周波数を用いて、実験開始後９０分後の温度上昇を調べた。
【００３４】
その結果は、図５に示した通りであり、励磁電流の周波数が高いほど、温度上昇も大きかった。例えば、励磁電流の周波数が１０⁶Ｈｚの場合には、黒四角印の塗布型磁性木材では、上昇温度が５０℃をこえ、黒丸印の含浸型磁性木材でも、温度上昇が４５℃にも及んだ。
実施例５
図６、図７および図８には、磁性木材と発熱ボードの作製例をその手順とともに示した。
【００３５】
図９には、得られた磁性木材の磁気特性を複素透磁率の周波数特性として示した。
また、測定条件が次の表２
【００３６】
【表２】

【００３７】
における発熱ボードの発熱性能を測定し、図１０と表３の結果を得た。
【００３８】
【表３】

【００３９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この出願の発明により、木材を直接的に効率よく加熱する、木材の加熱方法とその装置を提供することを可能とし、例えば、従来から存在する暖房床だけでなく、暖房や保温が可能な椅子、机、タンスなどの暖房保温家具、床、壁、天井のなどの暖房保温建具、皿、器などの暖房保温食器、おきものなどの暖房保温装飾品等の実現をも可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）はこの発明の試験装置を例示した上面図と正面図である。
【図２】この発明の実施例であって、磁性物質の配置方法が異なる磁性木材をパラメータとして、時間と木材表面温度上昇との関係を示した関係図である。
【図３】この発明の実施例であって、異なる励磁コイル巻き方をパラメータとして、時間と木材表面温度上昇との関係を示した関係図である。
【図４】この発明の実施例であって、異なる磁性材料をパラメータとして、時間と木材表面温度上昇との関係を示した関係図である。
【図５】この発明の実施例であって、励磁電流の周波数と木材表面温度上昇との関係を示した関係図である。
【図６】含浸型磁性木材とその発熱ボードの作製例を示した工程図である。
【図７】粉体型磁性木材とその発熱ボードの作製例を示した工程図である。
【図８】塗布型磁性木材とその発熱ボードの作製例を示した工程図である。
【図９】磁性木材の磁気特性を例示した図である。
【図１０】発熱ボードの発熱特性を例示した図である。
【符合の説明】
１磁性木材
２励磁コイル
３励磁コイルボード
４励磁電流

Claims

磁性物質が木材の一方の面に塗布されそれぞれ一体化された一対の磁性木材の間に、励磁コイルまたは励磁導電路を配置し、磁性物質が塗布されている面同士を接着して一体となっている一体型発熱ボードを形成し、励磁コイルまたは励磁導電路に励磁電流を流し、電磁加熱することを特徴とする電磁加熱方法。
励磁コイルまたは励磁導電路は、その巻き方もしくは導電路の配設が、ソレノイド状、または、スパイラル状である請求項１の電磁加熱方法。
励磁電流の周波数を１０ｋＨｚ以上とする請求項１または２の電磁加熱方法。
電磁加熱装置であって、加熱部と交流電源部とを有し、加熱部は、磁性物質が一方の面に塗布されそれぞれ一体化された一対の磁性木材の間に、励磁コイルまたは励磁導電路を配置し、磁性物質が塗布されている面同士を接着して一体となっている一体型発熱ボードにより形成され、励磁コイルまたは励磁導電路に交流電源部より励磁電流が送られることで加熱部が発熱することを特徴とする電熱加熱装置。
磁性物質は、その全部または一部として磁性粒子を含むものであって、磁性粒子の大きさは７５μｍ以下である請求項４の木材電熱加熱装置。
磁性物質は、フェライト系、金属系、またはアモルファス系の磁性体である請求項４または５の電熱加熱装置。
励磁コイルまたは励磁導電路は、その巻き方もしくは導電路の配設が、ソレノイド状、またはスパイラル状で配置されている請求項４ないし６のいずれかの電熱加熱装置。
励磁電流の周波数は１０ｋＨｚ以上である請求項４ないし７のいずれかの電熱加熱装置。
請求項４ないし８のいずれかの電熱加熱装置であって、暖房家具、暖房建具、調理器具、保温食器、保温装飾品、または医療・健康器具である電熱加熱装置。
２０分後の上昇温度が２５℃以上である請求項４ないし９のいずれかの電熱加熱装置。