CN102457999A - 加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可对形成有长孔的金属部件从该长孔内有效率并均匀地进行加热的加热装置。插入作为加热对象的金属部件上长孔内的一种加热装置，其包括流过相互反方向电流的配线被相互邻接地设置而形成的具有指定长度的并列配线部；以及被夹持在所述并列配线部的各配线之间并沿该并列配线部的长度方向设置的磁性材料。

Description

加热装置

技术领域

本发明关于一种加热装置，尤其关于对形成有长孔的金属部件从长孔内进行加热的加热装置。

背景技术

正如蒸汽涡轮机的大型螺栓这种无法用扳手或螺丝扳手等工具拧紧的螺栓，将其拧紧或者拧松的过程中，常对该螺栓进行加热。在加热该螺栓的时候，一种螺栓加热器被用于插入在螺栓中心形成的长孔中，从该长孔内加热该螺栓。利用螺栓加热器加热螺栓的情形如图1所示。

图1(A)所示为，在层叠的一对法兰F1，F2上形成有贯通孔，把螺栓B插入并贯通该贯通孔并把该螺栓B的两端用螺母N拧紧的状态。在螺栓B的中心的长度方向上形成有长孔H，并把如图1(B)所示的细长形螺栓加热器110插入该长孔H。

当利用该螺栓加热器110从长孔H侧对螺栓B加热时，如图1(B)所示，螺栓B将往轴方向热膨胀以符号S所表示的长度。此时，由于螺母N从法兰F1分离而可以轻易地转动，因此可把该螺母N轻易地拧松。拧紧的时候则同样地加热螺栓B，使之往轴方向热膨胀，并在此状态下把螺母N往拧紧的方向转动。在此之后，通过冷却螺栓B，可得到更大的拧紧力度。

作为被插入在螺栓B上的长孔H从而加热该螺栓B的装置，如图2所示为螺栓加热器210具体结构的一个例子。该图所示的螺栓加热器210上形成有可插入螺栓B上长孔H内的长筒状框体213，在该框体213内，设有耐热绝缘体212，其内被嵌入地设有沿的长度方向延伸的电阻线加热体211。通过向电阻线加热体211提供电力，该电阻线加热体211会进行发热，并通过耐热绝缘体212加热框体213，从而使螺栓B从长孔H的内侧被加热。

然而，在所述的螺栓加热器210中，由于是通过加热电阻线加热体211而加热耐热绝缘体212以及框体213，再通过这些间接地加热作为加热对象的螺栓B，因此会产生加热效率低下的问题。另外，把螺栓加热器210插入长孔H内进行加热时，由于热量会停滞在该螺栓加热器210的长度方向上位于中央的部分，会使该中央部分比两端的温度更高，而难以均匀地进行加热。

所述的问题并不仅限于把螺栓B从其内部进行加热的情况，而对各种部件从形成在该部件上的长孔内侧进行加热的时候都会发生。

发明内容

本发明的目的为提供一种加热装置，可把形成有长孔的部件从该长孔内有效率并均匀地进行加热。

为了达到所述的目的，插入加热对象即金属部件上的长孔的加热装置，具有以下结构：

流过相互反方向电流的各配线相互邻接地被设置且具有指定长度的并列配线部，以及被夹持在所述并列配线部的各配线之间并沿该并列配线部的长度方向设置的磁性材料。

根据具有所述结构的发明，首先，把加热装置插入作为加热对象的金属部件上形成的长孔，并向并列配线部的各配线流入电流。此时，在各配线周围会产生磁场，在金属部件的长孔的内表面会产生涡电流，并通过感应加热作用使长孔内被加热。此时，由于在并列配线部的各配线之间设有磁性材料，可使在各配线周围产生的磁通集中在各配线间通过，从而提高感应加热作用。

所述加热装置中还具有以下结构，

把所述磁性材料设在所述并列配线部的各配线之间，使所述并列配线部的长度方向上大致中央位置的所述磁性材料的量，少于该并列配线部的长度方向上位于两端附近的所述磁性材料的量。

所述加热装置还具有以下结构，

在所述并列配线部的长度方向上大致位于中央的位置上不设置所述磁性材料。

根据所述结构，通过在并列配线部的大致中央位置上设置比其他位置更少量的磁性材料，乃至完全不设置磁性材料，可抑制相关部分的感应加热。从而如前面所述，在长孔内两端附近可有效率地进行加热的同时，在热量比较集中的大致中央的位置则可抑制其加热。因此，可有效率并均匀地对形成有长孔的金属部件从长孔内进行加热。

所述加热装置还包括以下结构，

与并列配线部的长度方向上位于两端附近的部分相比，所述并列配线部的长度方向上大致位于中央位置的所述并列配线部的各配线间的距离更狭窄。

所述加热装置还包括以下结构，

与并列配线部的长度方向上位于两端附近的部分相比，所述并列配线部的长度方向上大致位于中央位置的所述并列配线部的外形更细小。

根据所述结构，与并列配线部的长度方向上位于两端附近的位置相比，在并列配线部的长度方向上大致位于中央位置的部分可使各配线与长孔的内表面之间的距离更远，从而抑制相关位置上的金属部件的感应加热效率。因此，如上所述，在并列配线部的长度方向上位于两端附近的位置上可有效率地进行加热的同时，对热量比较集中的大致中央的位置可抑制其加热，从而有效率并均匀地对形成有长孔的金属部件从长孔内进行加热。

所述加热装置还包括以下结构，

在所述加热装置自身与所述长孔之间，为了在沿着加热装置自身的长度方向上相等地形成间隙，而使垂直于所述加热装置自身的长度方向所形成的截面形状小于所述长孔的截面形状。

所述加热装置还包括以下结构，

所述并列配线部具有在所述长孔的中心沿着该长孔的长度方向而延伸的中心配线，以及各自相邻于该中心配线设置在其两侧并相对于该中心配线各自流过反方向电流的各侧面配线，

所述磁性材料各自被夹在所述中心配线与一侧的所述侧面配线之间，以及所述中心配线与他侧的所述侧面配线之间，设置在沿所述并列配线部的长度方向上。

根据所述结构，在长孔内，在加热装置自身与长孔之间，会沿该长孔相等地产生间隙。因此，可以抑制热量停滞在如长孔内中央附近的特定部分，从而可从长孔内对加热对象进行均匀的加热。特别地，通过增加并列配线部的配线数，可增加感应加热作用，从而可从长孔内对金属部件有效率地进行加热。

并且，在所述加热装置中，

具备多个所述并列配线部，该并列配线部具有流过相互反方向电流的一对所述各配线，同时，在构成该多个所述并列配线部的各配线之间各自设置有所述磁性材料。

更进一步地，在所述加热装置中，

具备两个并列配线部，各并列配线部具有所述的一对各配线，同时，各配线的配置方式为，流过同一方向电流的各配线在垂直于加热装置自身的长度方向所形成的截面上位于对角位置。

根据所述结构，通过所增加的并列配线部的各配线可增加感应加热作用。因此，即使是低强度的电流也可以从长孔内对金属部件有效率并均匀地进行加热。

本发明通过以上的结构，可把形成有长孔的金属部件从长孔内有效率并均匀地对其进行加热。

附图说明

图1：与本发明相关的螺栓加热器的说明示意图；

图2：与本发明相关的螺栓加热器的说明示意图；

图3：在本发明实施例1中的加热装置的结构示意图；

图4：图3所示的加热装置的加热过程的示意图；

图5：在本发明实施例2中的加热装置的结构示意图；

图6：在本发明实施例3中的加热装置的结构示意图；

图7：在本发明实施例4中的加热装置的结构示意图；

图8：在本发明实施例5中的加热装置的结构示意图。

符号说明：

1，21，31，41，51，51A，51B，51C，51’，51A’线圈(铜管)

2，22，32A，32B，42A，42B，42C，52A，52B，52A’，52B’磁性材料

10，20，30，40，50，50’加热装置

1a，21a水路

B螺栓

H长孔

M磁场

具体实施方式

实施例1

以下参照图3与图4，说明本发明的实施例1。图3(A)为本实施例中加热装置结构的正面示意图，图3(B)为图3(A)中A-A’的截面示意图。图4(A)为本实施例中加热装置产生磁场的情形的示意图，图4(B)为后述的没有设置磁性材料的加热装置中的磁场状况的示意图。

如图3(A)以及图3(B)所示，本实施例中的加热装置10插入形成在螺栓B等作为加热对象的金属部件上的截面为圆形的长孔H，其截面为略圆形。

更为具体地，首先如图3(A)所示，加热装置10中设有下端部分被弯曲呈略U字形的线圈1。由于该线圈1被弯曲成U字形，在其被弯曲成U字形的部分以外大致全体部分上，形成有指定长度的铜管相互邻接而构成的并列配线部。另外，如图3(B)所示，线圈1是由作为导电材料的呈略半圆弧状的中空的1根铜管形成。

在图3(A)上位于上方的线圈1即铜管的两个端部上，连结着没有图示的供电部分，可向形成线圈1的作为导电材料的铜管(配线)提供高频电流。当向线圈1提供高频电流的时候，会如图3(A)的箭头Y所示流入电流。换言之，如图3(A)的箭头所示，设在并列配线部上的相互邻接的各铜管(各配线)上流过相互反方向的高频电流。

另外，所述线圈1为空心结构，其内部如图3(B)所示形成有水路1a。因此，线圈1两端的部分为进出水口，如图3(A)的箭头Y1所示，可向在内部形成的水路1a流入水。

另外，线圈1的表面被进行绝缘加工(未图示)。因此可防止线圈1与被插入该线圈1的螺栓B的长孔H的内侧表面之间发生短路。

另外，在加热装置10中，以被夹持在所述线圈1之间，即在并列配线部上相互邻接配置的各铜管之间的状态，沿该线圈1的长度方向配置有磁性材料2。该磁性材料2由铁素体等强磁性体所形成。

接下来，参照图3乃至图4，说明具有所述结构的加热装置10的运作。首先，如图3(A)所示，在螺栓B等作为加热对象的金属部件上形成的长孔H中插入加热装置10。此时，使插入的加热装置10自身的长度方向上大致中央的位置位于长孔H的长度方向的大致中央位置，并把加热装置10维持在该位置使之卡合。

然后，往形成加热装置10的线圈1的两个端部流入高频电流。此时，如图3(A)的箭头所示，由于线圈1两个端部的相反一侧呈略U字形的弯曲，因此在构成并列配线部的各铜管中会流入相互反方向的高频电流。因此，如图4(A)所示，位于并列配线部的各铜管(线圈1)周围会产生磁场M。

此时，构成并列配线部的各铜管之间会产生同一方向的磁通，但该磁通由于磁性材料2的存在而集中并通过该磁性材料2。于是，由线圈1周围的磁场M引起的感应加热作用可被提高。因此，可在位于并列配线部外侧的螺栓B的长孔H的内侧表面附近有效率地产生涡电流，从而有效率地加热螺栓B。

另外，如图4(B)所示，如果在形成并列配线部的各铜管(线圈1)之间不设置磁性材料2，则磁通无法通过该各铜管之间(参照符号D)，因而在各铜管的外侧产生以虚线所示的磁场M’。此时，在外侧产生的磁场M’由于相互的磁场方向相反而被抵消，从而降低加热效率。本实施例则可以解决这样的加热效率低下的问题。

另外，如上所述往线圈1流入高频电流的同时，通过往形成在该线圈1内部水路1a流入水，可防止线圈1的发热，抑制加热对象的金属部件(螺栓B)的材质劣化。

如上所述，根据本实施例中的加热装置10，由于沿加热装置10自身的长度方向会均匀并有效率地发生感应加热作用，因此，可以把作为加热对象的金属部件从内部有效率并均匀地进行加热。

另外，本发明的加热装置10并不仅限于所述的结构。例如，线圈1并不仅限于由1根铜管弯曲成大致U字形而构成，而可以由2根铜管相互邻接而构成所述并列配线部。此外，垂直于构成线圈1的铜管的长度方向所形成的截面形状并不仅限于略半圆弧状，而可以为任何形状。更进一步地，由本发明的加热装置10加热的金属部件并不仅限于螺栓B，而可以为任何金属材料。

实施例2

接下来，参照图5说明本发明的实施例2。图5(A)为本实施例中加热装置结构的正面示意图，图5(B)为图5(A)的B-B’截面示意图。而图5(C)为构成图5(A)所示加热装置的线圈的绕线示意图。

本实施例中的加热装置20相对于所述实施例1，具有两个在实施例1中所说明的并列配线部。即在所述的实施例1中，由来回流过相互反方向的电流的一对铜管形成并列配线部，而在本实施例中，更进一步地增加了一对来回流过相互反方向的电流的铜管。具体而言，如图5(C)所示，通过把1根铜管C在其长度方向上的两端折回使之来回2次，而使沿其长度方向并列配置有4根铜管(线圈21)，从而形成并列配线部。

如垂直于加热装置20自身的长度方向所形成的截面示意图5(B)所示，并列配置的4根铜管(线圈21)以相等的间距位于圆形的截面其外周附近，并配置在相互垂直的4个方向。此时，流过同一方向电流的各铜管配置于相互对角的位置。换言之，在外周上相互邻接的各铜管(线圈21)会流过相互反方向的电流。

另外，本实施例的线圈21也由空心的铜管形成，其内部也形成水路21a。于是，如图5(B)所示，线圈21的截面形状为中心角约为90度的略扇形。但是，本实施例中的线圈21的形状不仅限于所述的形状。

更进一步地，在本实施例中，形成并列配线部的线圈21的4根铜管各自之间，沿并列配线部的长度方向上各自配置有磁性材料22。具体地，如上所述，由于形成线圈21的各铜管在截面形状上以约90度的间隔配置在外周附近，为了填充之间的空隙，设置在图5(B)所示截面形状上的磁性材料呈略十字形。

根据具有所述结构的加热装置20，由于在并列配线部上往返2次的高频电流会在线圈21周围产生磁场，因而可以增加感应加热作用。因此，即使是低强度的电流，也可以把作为加热对象的金属部件从长孔内有效率并均匀地进行加热。

另外，在所述结构中，形成有两对流过相互反方向电流的一对铜管，使电流在并列配线部上往返2次，但也可以把线圈21来回弯曲而使更多的铜管往返。即也可以设置三对以上流过相互反方向电流的一对铜管而构成加热装置。在该情况下，在各铜管(各配线)之间也各自配置磁性材料。另外，形成所述并列配线部的各铜管不限于由1根铜管来回弯曲而形成，也可以由多根铜管并列配置而形成。

实施例3

接下来，参照图6说明本发明的实施例3。图6(A)为本实施例中加热装置结构的正面示意图，图6(B)为图6(A)的C-C’截面示意图。

本实施例的加热装置30具有与所述实施例1大致一样的结构，但加热装置30自身的长度方向上中央附近的形状有所差异。具体地，本实施例中呈略U字形的线圈31所形成的并列配线部上的长度方向上位于中央附近的位置上，各铜管间的距离与的长度方向上位于两端附近的部分相比更为狭窄。另外，在并列配线部的长度方向上位于中央附近的外形相对于其长度方向上位于两端附近的部分更小。即，虽然加热装置30自身为截面呈圆形的长棒形，但在其长度方向上位于中央附近的位置上，加热装置30自身的直径相对于其两端附近更小。

另外，如图6所示，本实施例的加热装置30在其长度方向上中央附近没有配置磁性材料。换言之，通过在长度方向上中央附近不配置磁性材料，而使形成所述并列配线部的各铜管间距离更狭窄。另一方面，在并列配线部的长度方向上位于两端附近的铜管之间，则各自设有磁性材料32A，32B。

在具有所述结构的本实施例中的加热装置30中，由于该加热装置30自身的长度方向上位于中央附近的部分没有配置磁性材料，因此可以抑制高频电流流入线圈31时相关位置产生的感应加热。另一方面，在加热装置30自身的长度方向上设有磁性材料32A，32B的两端附近的位置上，则可以如实施例1所说明的，从长孔H内对金属部件有效率地进行加热。

更进一步地，在本实施例中，在加热装置30自身的长度方向上位于中央附近的位置上，由于线圈31(铜管)的外表面与长孔H内侧表面之间的距离，与其长度方向上位于两端附近的位置相比更远，从而可以抑制相关位置上对金属部件的感应加热。

如上所述，在本实施例的加热装置30中，在加热装置30自身的长度方向上的位于两端附近的位置，可以如实施例1所说明的从长孔H内对金属部件有效率地进行加热的同时，在热量集中的大致中央的位置上，则可以抑制过度的加热。从而可以对具有长孔的金属部件从其长孔内有效率并均匀地进行加热。

实施例4

接下来，参照图7说明本发明的实施例4。图7(A)为本实施例中加热装置结构的正面示意图，图7(B)为图7(A)的D-D’截面示意图，图7(C)为图7(A)的E-E’截面示意图。

在本实施例的加热装置40中，具有与所述实施例1大致同样的结构，但配置在线圈41之间的磁性材料42A等以及线圈41自身的形状有所差异。

首先，在本实施例中呈略U字形的线圈41中，形成并列配线部的各铜管的粗度即其截面形状根据其在长度方向上的位置而有所差异。具体地，在并列配线部的长度方向上位于两端附近的线圈41(铜管)的截面形状(参照图7(C)的E-E’截面示意图)，比长度方向上位于中央附近(参照图7(B)的D-D’截面示意图)的部分更小。

但是，在并列配线部上的线圈41即加热装置40自身的外形沿其长度方向来看是一样的。因此，从图7(B)与图7(C)的比较可得知，形成并列配线部的各铜管间距离在其长度方向上位于两端附近的位置较远，而在其长度方向上位于中央附近的位置则比较近。

在具有线圈41的并列配线部上，各铜管间配置有磁性材料42A～42C，但是该磁性材料42A等与形成并列配线部的各铜管间的距离相对应，在其长度方向上位于两端附近的位置设有较厚的磁性材料42A，42C，而在其长度方向上位于中央附近的位置则设有较薄的磁性材料42B。换言之，在垂直于并列配线部的长度方向所形成的截面上，与长度方向上位于两端附近的磁性材料42A，42C的分量相比，配置在长度方向上位于中央附近的磁性材料42B的分量更少。

根据具有所述结构的本实施例加热装置40，由于该加热装置40自身的长度方向上位于大致中央附近的位置上设有的磁性材料42B的量，少于其长度方向上位于两端附近的位置上设有的磁性材料42A，42C的量，因此与长度方向上位于两端附近的位置相比，可抑制高频电流流入线圈41时该长度方向上位于中央附近的位置产生的感应加热。另一方面，在加热装置40自身的长度方向上的位于两端附近的位置上，则如实施例1所说明的，可以从长孔H内对金属部件有效率地进行加热。

如上所述，在本实施例的加热装置40中，在该加热装置40自身的长度方向上位于两端附近的位置上，可以如实施例1所说明的，从长孔H内对金属部件有效率地进行加热的同时，在热量集中的大致中央附近的位置上，则可以抑制过度的加热。从而可以对具有长孔的金属部件从其长孔内有效率并均匀地进行加热。

实施例5

接下来，参照图8说明本发明的实施例5。图8(A)为本实施例中加热装置结构的正面示意图，图8(B)为图8(A)的F-F’截面示意图。另外，图8(C)所示为本实施例中加热装置结构的另一实施例，是该变换形态中的图8(A)的F-F’截面示意图。

在本实施例的加热装置50中，首先，线圈51由3根铜管形成。具体地，线圈51的并列配线部由并列位于大致同一平面上的3根铜管形成。并且，在作为加热对象的金属部件的长孔H的中心，线圈51设有沿该长孔H的长度方向延伸的中心配线51A，以及在该中心配线51A的两侧大致平行于该中心配线51A各自延伸的各侧面配线51B与51C。

形成并列配线部的3根铜管在该并列配线部的一端(在图8为下端)互相连结，并从中心配线51A往各侧面配线51B，51C流过高频电流。即，如图8(A)的箭头所示，流入中心配线51A的电流的方向，与流入各侧面配线51B，51C的电流方向互相相反。另外，如同上述，线圈51具有中空结构，其内部构成水路。

另外，形成并列配线部的所述3根铜管之间，在该铜管形成的同一平面上，沿并列配线部的长度方向各自设有磁性材料52A，52B。即，在中心配线51A与一侧的侧面配线51B之间设有磁性材料52A，在中心配线51A与另外一侧的的侧面配线51C之间设有磁性材料52B。

具有以上结构的本实施例加热装置50其整体大致呈具备指定厚度的板状。并且当其被插入作为加热对象的金属部件上的截面为圆形的长孔H时，加热装置50的截面形状面积比所述长孔H的截面形状面积更小，使之在长孔H的直径位置，沿着长孔H的长度方向相等地被设置。因此，在加热装置50与长孔H的内侧表面之间会沿着所述长孔H的长度方向产生相等的截面略呈半圆弧状的间隙。

如上所述，在本实施例的加热装置50中，由于加热装置50与长孔H的内侧表面之间形成有间隙，因此可以抑制热量集中在所述长孔H内长度方向上位于中央附近等的特定位置，从所述长孔H内均匀地对作为加热对象的金属部件进行加热。并且在本实施例中，由于构成并列配线部的铜管有3根，从而可以增加感应加热而有效率地从长孔内对金属部件进行加热。。

另外，加热装置50的形状并不仅限于所述的形状。例如，图8(C)所示为加热装置50’的其他结构中F-F’截面形状的一例。在该图所示的加热装置50’中，其中心配线51A’的截面形状比图8(B)所示的更大，且该截面形状呈细长的略长方形。另外，各磁性材料52A’，52B’的截面形状也比图8(B)所示的更大，其较长的边比中心配线51A’短，形成细长的略长方形。即，在图8(C)的例子中，垂直于加热装置50’自身的长度方向而形成的截面形状为略菱形，相对于截面为圆形的长孔H，沿所述长孔H的长度方向相等地形成间隙。

即使是相关的形状，也可以与所述同样地，抑制热量集中在所述长孔H内其长度方向上位于中央附近等的特定位置，从所述长孔H内均匀地对作为加热对象的金属部件进行加热。另外，所述加热装置50，50’的形状仅为其中一例，其形状可以为任一形状。

本发明可作为加热装置插入螺栓等金属部件上的长孔，从该长孔内加热金属部件，具有工业上的实用性。

Claims (9)

1.插入作为加热对象的金属部件上长孔的一种加热装置，其特征在于：

具备流过相互反方向电流的各配线相互邻接而被设置的、具有指定长度的并列配线部，以及被夹持在所述并列配线部的各配线之间并沿该并列配线部的长度方向设置的磁性材料。

2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于：

所述磁性材料设在所述并列配线部的各配线之间，使在所述并列配线部的长度方向上位于大致中央位置的所述磁性材料的分量，少于在所述并列配线部的长度方向上位于两端附近位置的所述磁性材料的分量。

3.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于：

在所述并列配线部的长度方向上位于大致中央的位置上，不配置所述磁性材料。

4.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于：

在所述并列配线部的长度方向上位于大致中央位置的所述并列配线部的各配线间的距离，窄于在所述并列配线部的长度方向上位于两端附近的部分。

5.如权利要求2至4任一项所述的加热装置，其特征在于：

在所述并列配线部的长度方向上位于大致中央位置的所述并列配线部的外形，小于在所述并列配线部的长度方向上位于两端附近的部分。

6.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于：

在所述加热装置自身与所述长孔之间，为了在沿所述加热装置自身的长度方向上产生相等的间隙，垂直于所述加热装置自身的长度方向而形成的截面形状，小于所述长孔的截面形状。

7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于：

所述并列配线部包括在所述长孔的中心沿该长孔的长度方向延伸的中心配线，以及在该中心配线的两侧各自与其相邻地设有相对于该中心配线各自流过相反方向电流的各侧面配线，

所述磁性材料配置在沿所述并列配线部的长度方向上，各自被夹持在所述中心配线与一侧的所述侧面配线之间，以及所述中心配线与另外一侧的所述侧面配线之间。

8.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于：

设有两个或以上具有流过相反方向电流的一对所述各配线的所述并列配线部的同时，在构成该两个或以上所述并列配线部的各配线之间，各自设有所述磁性材料。

9.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于：

设有两个具有所述一对各配线的所述并列配线部的同时，在垂直于加热装置自身的长度方向所形成的截面上，流过同一方向电流的各配线设在对角的位置上。

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