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2.4 IH調理器具での加熱


 オール電化住宅の台所の切り札が,IH(Inductionインダクション Heatingヒーティング :電磁誘導加熱)レンジです。
 IHレンジはIHクッキングヒータCocking Heaterとも呼ばれていて,電力は鍋を温めるためにだけ使われるので,ガスによる加熱のように周りの空気に逃げる熱量が少なく,効率は意外とよいです。 普通の調理はガスレンジでも,ご飯はIH 電気炊飯器(電気釜)という家庭は多いでしょう。


2.4節の内容

2.3節 電気ヒータを使わないで直接加熱 2.5節 電子レンジでの加熱

Q2.12 IH レンジのりくつ   Q2.13 鍋だけを加熱できるIHレンジ
Q2.14 誘導電流   Q2.15 コイル



Q 2.12 IH レンジのりくつ
 IHレンジ(電磁調理器)が加熱できるりくつは,電子レンジと同じですか。

[A]
 どちらも同じようなものだと勘違いする人がいるかもしれませんが,まったく違います。図 2.11のように加熱するりくつがまったく違います。
 IHレンジは“電磁”調理器という名前からも推測できるように,電磁石の仲間を利用しています。 一方電子レンジは,名前に“電子”が付いているように,加熱のりくつには電子がからんでいて,電波で加熱します。

図 2.11
IHレンジと電子レンジ
  (a)IHレンジでの加熱     (b)電子レンジでの加熱

Q 2.13 鍋だけを加熱できるIHレンジ
 IHレンジはなぜレンジ本体は熱くならないで,鍋だけが熱くなるのですか。

[A]
 IHレンジの天板は図 2.12(a)のように,耐熱ガラスなど電気を通さない材質でできています。

図 2.12
IHレンジ
  (a)IHレンジの上面   (b)IH用の鍋の底

 IHレンジに金属でできた鍋をかけてスィッチを入れると,レンジに接している鍋の底だけに電磁石が作用します。
 すると図 2.12(b)のように鍋の底にうず状に電流が流れます。 電流が流れると第2.2節で説明したように損失が出て発熱します。 レンジ本体には電流は流れないので,ほとんど発熱しません。 こうして鍋の底だけが加熱されます。

*   *   *
★ IHレンジ用の鍋

 IHレンジは電磁石の構造を使っているので,通常のIHレンジに使う鍋は基本的に磁石にくっつくものが最良です。
 はがねや黒い鉄の鋳物,表面にガラス質を焼き付けた琺瑯ほうろう加工の鋼,磁石にくっつくクロムステンレス(材質名SUS430)および内側に鋼をはさみ込んだアルミや銅などの材質の,鍋・湯沸かしやフライパンが適しています。
 IHレンジにはアルミや銅あるいは18-8ステンレス(材質名SUS304)など,磁石にくっつかない素材でできた鍋でも加熱できるようになっているものもあります。 これは,鍋に加える20kHz程度だった高周波磁場の周波数を,鍋の種類によって3倍にする機能を積んで,これらの材質でも表皮効果による損失が出るように改良してあるからです。 しかし,どうしても効率が低くなるので,たとえばIHレンジのメーカーではアルミや銅の鍋については次のような注意を掲げています。

(1) すべての種類の金属鍋に対応していますが,底が反っている鍋や底が小さい鍋など,鍋の形や大きさによっては使えないものがあります。
(2) 鉄・ステンレス鍋に比べ火力7の場合約10%,火力8の場合約15%火力が弱くなります。 加熱時間を長めにし,様子を見ながら調理してください。
(3) ご使用時の最大火力は8(2.5kW)です。9(3kW)へは上がりません。
(4) 加熱するときは,トッププレートの表面温度が高くなります。
パナソニック(株)HPより

 なお最近のIHレンジは,水分がなくなって空焚からだきになって鍋底の温度が上がったときや,鍋を外したときには自動的に切れるようになっています。 ガスレンジよりも安全ですが,この機能を過信してIHレンジから離れっぱなしにならない方がよいでしょう。

Q 2.14 誘導電流
 電磁石に交流を流すとどうして鍋の底に電流が流れるのですか。

[A]
 IH レンジでは,図2.11(a)のようにIHレンジの上面から強力な高周波の磁場を鍋に加えます。
 直流の場合でも図1.41のように,電流が流れると電流の周りに丸い磁場ができます。 この電流を電池などから得られる直流ではなく交流にすると,図 2.13(a)のように電線の周りには向きが常時変わる交番磁場が発生します。

図 2.13
電磁誘導
   (a)交番磁場               (b)誘導電流

 磁場を検知するために置いた小さな磁石は,クルクルと常時向きを変えなくてはならなくなります。 小さな磁石自身の磁場は,交番電流による磁場の変化をつねに打ち消します。
 小さな磁石の代わりに図 2.13(b)のように電線を置いても,新しい電線の周りの磁場の向きが常時変わり続けています。
 すると図2.13(a)の電線に交番電流が流れることによってできる磁場によって,小さな磁石が回る代りを,磁石の位置に置いた電線がします。
 すなわち図2.13(b)の電線に電流が上下交互に流れ,それによって発生した磁場が,小さな磁石がくるくる回る代わりに,図2.13(a)の電線の電流による磁場を打ち消すように働きます。 このような交番磁場から惹き起こされる現象を,電磁誘導といいます。

図 2.14
鍋底の誘導電流

 図図 2.14のように鍋の底も,輪になった電線をたくさん平らに並べたと考えれば,同じように電磁誘導によって誘導電流が流れます。 この電流は鍋の底を通り抜ける磁力線の変化がき起こしたもので,渦状に電流が流れるので,そのままうず電流(Eddy currentエディ カレント)と呼んでいます。

Q 2.15 コイル
 電線1本ではそんなに強い磁石にならないと思いますが,ぐるぐる巻くとどうして強い磁石になるのですか。

[A]
 磁場を効率良く発生させるには,図 2.15のように電線をぐるぐると巻いてコイルCoil状にしてやります。

図 2.15
コイル

 すると巻いた各電線が作る磁場は,電線が隣合わせになる部分では向きが逆になり,互いに打ち消しますが,全体では向きが同じになるので,各巻き線の磁場が足し合わされることになり,より強力な磁場を作ることができます。
 このコイルに交流を流すと,直線状の電線より強力な電磁誘導を起こせます。

★ 高周波誘導加熱

 IH方式を鍋ではなく産業用に応用したものに,高周波誘導加熱があります。 図 2.16(a)のように,金属を空芯のコイルの内部に置いて,コイルに数十k〜数MHzの高周波電流を流すと,IHレンジと同じように,コイルの内部に置いた金属を加熱できます。

図 2.16
高周波加熱
   (a)空芯コイルで加熱       (b)表皮効果

 IH方式の加熱のりくつは渦電流ですが,高周波加熱も図2.16(b)のように,金属の表面から加熱(表皮効果)されます。 他の加熱方式に比べて装置の値段が高いことを除けば,温度上昇する部位が限られるなど操作性がよいので,細かい加熱作業に向いています。
 IH方式は調理器具に使われる前から,刃物の焼き入れ,焼嵌やきばめ,半導体材料の精製など,産業用として多くの分野での加熱に使われています。




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