JP2006024453A - 通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 収容した材料を効率よく加熱することができる通電加熱装置を提供する。
【解決手段】 導電性を有する容器２０、上部電極１６及び下部電極１２を備え、容器２０の上部と底部との間を上部電極１６及び下部電極１２により挟持して通電することにより、容器２０に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、容器２０は、下側胴部２０ａと、下側胴部２０ａよりも電気比抵抗値が低い上側胴部２０ｂとを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通電加熱装置に関し、より詳しくは、アルミニウムなどの金属やセラミック等の材料を溶解し、保持することができる通電加熱装置に関する。

鋳造する金属材料を溶解・保持する装置として、バーナーを用いる燃焼加熱装置が知られている。ところが、燃焼加熱装置は、排ガスや騒音などにより作業環境の悪化を招くおそれがあり、また、溶湯を直接加熱すると、ガスの巻き込みや酸化などにより金属材料が汚染されるおそれがある。更に、局所的な加熱になり易いため、材料温度の均一化が難しいという問題がある。従来の加熱方式としては、上述した燃焼式以外に、電気ヒータを用いた間接加熱式や、誘導加熱式なども知られているが、前者は熱効率に問題があり、後者は撹拌現象によるガス巻き込みなどの問題がある。

このため、金属材料を保持する容器に通電することにより、容器内の材料を加熱する通電加熱装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された通電加熱装置は、図３に示すように、上部電極５１と下部電極５２との間に黒鉛るつぼ５３が挟持されて構成されている。この通電加熱装置によれば、上部電極５１と下部電極５２との間に電圧を印加することにより黒鉛るつぼ５３に電流が流れ、黒鉛るつぼ５３の全体が加熱されるので、収容した材料を均一に加熱することができる。
特開平７−１６７８４７号公報

ところが、上述したような通電加熱装置においては、材料の溶融状態を保つために黒鉛るつぼを長時間高温に維持しなければならないため、省電力化が課題となっていた。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、材料を効率よく加熱することができる通電加熱装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、導電性を有する容器、上部電極及び下部電極を備え、前記容器の上部と底部との間を前記上部電極及び下部電極により挟持して通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、前記容器は、下側胴部と、該下側胴部よりも電気比抵抗値が低い上側胴部とを有する通電加熱装置により達成される。

この通電加熱装置は、前記下側胴部の電気比抵抗値が、１０×１０^−３〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであることが好ましく、前記上側胴部の電気比抵抗値の、前記下側胴部の電気比抵抗値に対する比が、０．００１〜０．８であることが好ましい。

また、本発明の前記目的は、導電性を有する容器、上部電極及び下部電極を備え、前記容器の上部と底部との間を前記上部電極及び下部電極により挟持して通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、前記容器は、下側胴部と、該下側胴部よりも厚みが大きい上側胴部とを有する通電加熱装置によっても達成される。

この通電加熱装置は、前記上側胴部の厚みが、前記下側胴部の厚みよりも２０％以上大きいことが好ましい。

また、上述した各通電加熱装置は、前記上側胴部の高さの、前記容器全体の高さに対する比が、０．０５〜０．３であることが好ましい。

また、前記容器と上部電極との間、及び、前記容器と下部電極との間に、導電性を有する断熱材が介在されていることが好ましい。

また、前記容器と前記下部電極との間に介在され前記容器の底面を支持する載置台を更に備えることが好ましく、前記載置台は、前記下側胴部よりも電気比抵抗値が低いことが好ましい。

本発明の通電加熱装置によれば、収容した材料を効率よく加熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る通電加熱装置の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１及び図２に示すように、通電加熱装置１は、筐体状のケーシング２の内側にセラミックプレートなどの断熱材４が設けられており、この断熱材４の内側に耐火煉瓦などの耐火材６が設けられている。

ケーシング２の底面には耐火材６を介して平板状の下部電極１２が水平に配置されている。下部電極１２は、耐火材６に沿って上方に延びケーシング２の側面から外方へ突出する導電板１２ａが接続されている。また、下部電極１２の上面には載置台１４が設けられ、この載置台１４に容器２０が載置されている。

容器２０は、上部に開口を有し、導電性を有する材料により形成されており、るつぼ状に形成されている。容器２０の胴部は、下側胴部２０ａと、この下側胴部２０ａの上端に接合された上側胴部２０ｂとからなり、載置台１４及び上側胴部２０ｂの電気比抵抗値に比べて、これらの間に位置する下側胴部２０ａの電気比抵抗値が大きくなるように形成されている。本実施形態においては、載置台１４及び上側胴部２０ｂの電気比抵抗値を５×１０^−３Ω・ｃｍ、下側胴部２０ａの電気比抵抗値を１００×１０^−３Ω・ｃｍに設定しており、上側胴部２０ｂ及び下側胴部２０ａの厚みは、２４〜３０ｍｍ程度である。本実施形態における載置台１４及び下側胴部２０ａ、並びに上側胴部２０ｂの化学成分及び物理的特性を表１に示す。

上側胴部２０ｂの高さは、容器２０に収容した被加熱材料と上側胴部２０ｂの内周面とが通常は接触しない高さ、すなわち、容器２０に被加熱材料を適量収容した状態で、溶融した被加熱材料の液面が、下側胴部２０ａと上側胴部２０ｂとの接合部よりも下方に位置するような高さであることが好ましい。より具体的には、上側胴部２０ｂの高さの、容器２０全体の高さに対する比が、０．０５〜０．３であることが好ましく、０．１〜０．２であることがより好ましい。

この容器２０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、黒鉛などの低電気抵抗素材とアルミナなどの高電気抵抗（絶縁）素材とを、所望の電気比抵抗になるように割合を調整した後、液状のピッチタールやレジン等で混練し、坏土を作る。こうして、電気比抵抗が異なる坏土を金型内に積層状に充填し、プレス成型を行った後、これを焼成して必要な強度を付与する。そして、必要に応じて旋盤などで加工し、所定の形状とすることで、容器２０が得られる。

また、容器２０の上方には、容器２０の開口周縁に接触するリング状の上部電極１６が配置されている。上部電極１６は、周縁から径方向外方に張り出す張出部１６ａを備えており、ケーシング２の側面から外方へ突出する導電板１６ｂが接続されている。

ケーシング２の各側面における上縁の略中央には、それぞれクランプ１８が設けられている。クランプ１８は、レバー１８ａ及びスプリング１８ｂを備えており、レバー１８ａの回動操作により、スプリング１８ｂの先端が張出部１６ａの上面に当接して圧縮状態となるように構成されている。そして、このときのスプリング１８ｂの付勢力により、容器２０の上部と底部との間を上部電極１６及び下部電極１２により挟持することができる。ケーシング２の上部は、図２に破線で示すように、容器２０の開口に対応する位置に形成された開口を有する蓋体１９により覆われる。

また、下部電極１２と載置台１４との間、載置台１４と容器２０との間、及び、容器２０と上部電極１６との間には、それぞれ導電性断熱材２２が介在されている。導電性断熱材２２としては、導電性、断熱性及び密着性に優れたものが好ましく、本実施形態においては、厚さ３ｍｍの黒鉛質ガスケットを使用している（化学成分及び物理的特性は、表１参照）。黒鉛質ガスケットを使用する場合、黒鉛質カーボン含有量は５０〜１００％であることが好ましい。導電性断熱材２２としては、その他に、アルミなどの金属で編んだシートなどを挙げることができる。

以上の構成を備えた通電加熱装置によれば、容器２０にアルミニウムなどの材料を収容し、導電板１２ａ及び１６ｂをサイリスタ整流器などの電源（図示せず）に接続する。そして、下部電極１２と上部電極１６との間に電圧を印加することにより、載置台１４、下側胴部２０ａ及び上側胴部２０ｂに通電する。これにより、収容された材料が加熱されて溶融され、この状態が保持される。

本実施形態においては、容器２０が下側胴部２０ａと上側胴部２０ｂとを備えており、下側胴部２０ａの電気比抵抗値よりも上側胴部２０ｂの電気比抵抗値が低く設定されているので、通電時においては、下側胴部２０ａが高温になる一方、上側胴部２０ｂの温度はこれよりも低くなる。したがって、材料が主に接触する下側胴部２０ａにおいて材料を十分加熱することができる一方、材料との接触がほとんどない上側胴部２０ｂにおいては発熱を抑制することができる。これにより、材料を効率よく加熱することが可能になり、省電力化を図ることができる。また、本実施形態の容器２０は、加熱性に優れることに加えて、Ａｒなど不活性ガス等よる雰囲気調整を行わなくとも良好な耐久性が得られるという効果も奏する。

また、本実施形態のように、容器２０を載置台１４に載置する場合には、下側胴部２０ａの電気比抵抗値よりも載置台１４の電気比抵抗値を低く設定することにより、載置台１４での発熱を抑制することができる。

本実施形態においては、下側胴部２０ａの上下両側に、これよりも電気比抵抗値が低い上側胴部２０ｂ及び載置台１４が配置された構成としているが、容器２０の胴部を３層構造とし、中段層の上下両側に、この中段層よりも電気比抵抗値が低い上段層及び下段層を配置した構成にしても、本実施形態と同様に省電力化を図ることができる。

本実施形態の容器２０において、下側胴部２０ａの電気比抵抗値が小さすぎると、大電流電源が必要になるため省電力化が困難になると共に、通電する部材間の接合部における発熱抑制も困難になる。また、通電抵抗を増やすために厚みを薄くしすぎると、容器としての機能や耐久性が低下するおそれがある。一方、下側胴部２０ａの電気比抵抗値が大きすぎると、高電圧が必要になるため放電が生じやすくなる。したがって、下側胴部２０ａの電気比抵抗値は、１０×１０^−３〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであることが好ましく、５０×１０^−３〜２００×１０^−３Ω・ｃｍであることがより好ましい。

また、良好な省電力効果が得られるように、上側胴部２０ｂ又は載置台１４の電気比抵抗値の、下側胴部２０ａの電気比抵抗値に対する比は、０．００１〜０．８であることが好ましく、０．０１〜０．３であることがより好ましい。下側胴部２０ａ及び上側胴部２０ｂの好ましい電気比抵抗値は、例えば、上述した容器２０の製造方法において、低電気抵抗素材と高電気抵抗（絶縁）素材との配合割合を調整することにより、適宜設定可能である。

また、本実施形態においては、容器２０と上部電極１６との間、容器２０と載置台１４との間、及び、載置台１４と下部電極１２との間に、それぞれ導電性断熱材２２が介在されているので、容器２０で発生した熱が上部電極１６及び下部電極１２を介して放熱されるロスを低減することができる。これにより、材料をより効率よく加熱することができる。

本実施形態においては、下側胴部２０ａの電気比抵抗値よりも上側胴部２０ｂの電気比抵抗値を低く設定することにより、上側胴部２０ｂに比べて下側胴部２０ａがより高温になるようにしているが、下側胴部２０ａ及び上側胴部２０ｂの電気比抵抗値を異ならせる代わりに、上側胴部２０ｂの厚みを下側胴部２０ａの厚みよりも大きくすることによっても、上側胴部２０ｂにおける発熱を抑制することが可能になり、本実施形態と同様の効果を得ることができる。下側胴部２０ａ及び上側胴部２０ｂとの接合部は、段差形状であってもよく、或いは、厚みが連続的に変化する形状であってもよい。

より具体的には、上側胴部２０ｂの厚みは、下側胴部２０ａの厚みに比べて２０％以上大きいことが好ましい。この場合の下側胴部２０ａの厚みは、例えば、２５〜３０ｍｍである。上側胴部２０ｂの厚みの上限は特にないが、実用的な観点からは、６０ｍｍ以下である。

本発明の一実施形態に係る通電加熱装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 従来の通電加熱装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 通電加熱装置
２ ケーシング
１２ 下部電極
１４ 載置台
１６ 上部電極
２０ 容器
２０ａ 下側胴部
２０ｂ 上側胴部
２２ 導電性断熱材

Claims (7)

1. 導電性を有する容器、上部電極及び下部電極を備え、前記容器の上部と底部との間を前記上部電極及び下部電極により挟持して通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、
   前記容器は、下側胴部と、該下側胴部よりも電気比抵抗値が低い上側胴部とを有する通電加熱装置。
2. 前記下側胴部の電気比抵抗値が、１０×１０^−３〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであり、
   前記上側胴部の電気比抵抗値の、前記下側胴部の電気比抵抗値に対する比が、
   ０．００１〜０．８である請求項１に記載の通電加熱装置。
3. 導電性を有する容器、上部電極及び下部電極を備え、前記容器の上部と底部との間を前記上部電極及び下部電極により挟持して通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、
   前記容器は、下側胴部と、該下側胴部よりも厚みが大きい上側胴部とを有する通電加熱装置。
4. 前記上側胴部の厚みが、前記下側胴部の厚みよりも２０％以上大きい請求項３に記載の通電加熱装置。
5. 前記上側胴部の高さの、前記容器全体の高さに対する比が、
   ０．０５〜０．３である請求項１から４のいずれかに記載の通電加熱装置。
6. 前記容器と上部電極との間、及び、前記容器と下部電極との間に、導電性を有する断熱材が介在されている請求項１から５のいずれかに記載の通電加熱装置。
7. 前記容器と前記下部電極との間に介在され前記容器の底面を支持する載置台を更に備え、
   前記載置台は、前記下側胴部よりも電気比抵抗値が低い請求項１から６のいずれかに記載の通電加熱装置。

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