JP2013045532A - 電磁誘導加熱装置、および、電磁誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導加熱装置において、被加熱物のセッティングを簡便化する。
【解決手段】
電磁誘導加熱装置１００は、圧力容器２００が配置される空間Ｓを取り巻くように設けられ、空間Ｓ内に交流磁界を発生させるための複数の導線１０と、複数の導線１０に交流電流を流すための交流電源４０と、を備える。複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間には、隙間Ｇが形成されている。これらの隙間Ｇは、空間Ｓの内外への圧力容器２００の通過経路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導によって被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置、および、電磁誘導加熱方法に関するものである。

従来、ライナー（内容器）の外表面に炭素繊維強化プラスチック層を形成することによって製造された圧力容器が知られている。この圧力容器において、炭素繊維強化プラスチック層は、例えば、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維を、フィラメントワインディング法によって、ライナーの外表面に巻き付けた後に、熱硬化性樹脂を熱硬化することによって形成される（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１１−０２７２１８号公報

ところで、上述した炭素繊維強化プラスチック層を備える圧力容器を製造する際には、熱硬化性樹脂を熱硬化するために、電磁誘導加熱装置が用いられる場合がある。この電磁誘導加熱装置では、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維をライナーの外表面に巻き付けた被加熱物を、誘導コイルの内部の空間にセットした状態で、誘導コイルに交流電流が流される。そして、電磁誘導により、導電性を有する炭素繊維が発熱することによって、熱硬化性樹脂が加熱される。

しかし、上述した電磁誘導加熱装置では、一般に、上記被加熱物の一端を固定端として他端を自由端とした片持ち状態で、自由端側から上記被加熱物を誘導コイルの内部の空間にセットする必要がある。このため、電磁誘導加熱装置への被加熱物のセッティング作業の非効率化や、装置の複雑化を招いていた。なお、このような課題は、上述した圧力容器の製造工程において、熱硬化性樹脂を熱硬化する電磁誘導加熱装置に限られず、他の被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置に共通する課題である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、電磁誘導加熱装置において、被加熱物のセッティングを簡便化することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
電磁誘導によって被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置であって、
前記被加熱物が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させるための複数の導線と、
前記複数の導線に交流電流を流すための交流電源と、
を備え、
前記複数の導線のそれぞれの両端部間には、隙間が形成されており、
前記隙間は、前記空間の内外への前記被加熱物の通過経路である、
電磁誘導加熱装置。

適用例１の電磁誘導加熱装置では、上記複数の導線が、誘導コイルとして機能する。そして、適用例１の電磁誘導加熱装置では、被加熱物を片持ち状態とすることなく、複数の導線のそれぞれの両端部間に形成された隙間を通過させて、被加熱物を加熱可能な位置にセッティングすることができる。したがって、適用例１の電磁誘導加熱装置によって、被加熱物のセッティングを簡便化することができる。

［適用例２］
適用例１記載の電磁誘導加熱装置であって、
前記被加熱物は、熱硬化性樹脂が含浸された導電性を有する繊維をライナーの外表面に巻き付けた層を有するタンクであり、
前記複数の導線は、前記タンクにおける前記繊維の巻き付け方向と同一方向に前記交流電流が流れるように配置されている、
電磁誘導加熱装置。

適用例２の電磁誘導加熱装置では、上記タンクにおける上記導電性を有する繊維の巻き付け方向と同一方向に交流電流が流れるように配置されているので、上記繊維を効果的に発熱させることができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の電磁誘導加熱装置であって、さらに、
前記隙間を変更するための隙間可変機構を備える、
電磁誘導加熱装置。

適用例３の電磁誘導加熱装置では、被加熱物のセッティング時に、上記隙間が被加熱物を通過させることができる程度に広い場合には、被加熱物のセッティングを行った後、上記隙間可変機構により、上記隙間を狭めることによって、被加熱物における加熱可能な領域を広くすることができる。また、被加熱物のセッティング時に、上記隙間が被加熱物を通過させることができない程度に狭い場合には、上記隙間可変機構により、上記隙間を広げることによって、被加熱物を通過させることができるようにすることができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置であって、
前記複数の導線は、互いに平行に配置されている、
電磁誘導加熱装置。

適用例４の電磁誘導加熱装置によって、上記空間内に発生する交流磁界の方向を同一方向とし、被加熱物の加熱を効率よく行うことができる。

［適用例５］
電磁誘導によって被加熱物を加熱する電磁誘導加熱方法であって、
前記被加熱物が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させるための複数の導線であって、該複数の導線のそれぞれの両端部間に、前記空間の内外への前記被加熱物の通過経路である隙間が形成されている複数の導線を用意する工程と、
前記隙間を通過させて、前記空間内に前記被加熱物を配置する配置工程と、
前記複数の導線に同位相の交流電流を流す工程と、
を備える電磁誘導加熱方法。

適用例５の電磁誘導加熱方法によって、適用例１の電磁誘導加熱装置と同様に、被加熱物のセッティングを簡便化することができる。

本発明の一実施例としての電磁誘導加熱装置１００の概略構成を示す説明図である。 圧力容器２００の断面構造の一例を示す説明図である。 電磁誘導加熱装置１００による圧力容器２００の加熱方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．電磁誘導加熱装置：
図１は、本発明の一実施例としての電磁誘導加熱装置１００の概略構成を示す説明図である。この電磁誘導加熱装置１００は、被加熱物としての圧力容器２００を、電磁誘導によって加熱するための装置である。

なお、本実施例では、圧力容器２００は、高圧水素を貯蔵するための高圧水素タンクであるものとした。そして、この圧力容器２００は、後述するように、ライナーの外表面に炭素繊維強化プラスチック層を形成することによって製造される。また、詳細な説明は省略するが、本実施例では、ライナーは、円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有しているものとした。

図示するように、電磁誘導加熱装置１００は、可撓性を有する複数の導線１０と、第１の電力線２０と、第２の電力線３０と、交流電源４０と、を備えている。また、図示は省略しているが、電磁誘導加熱装置１００は、複数の導線１０を撓ませることによって複数の導線１０のそれぞれの両端部間の隙間Ｇを変更するための隙間可変機構や、交流電源４０を制御して圧力容器２００の加熱を制御するための加熱制御部を備えている。

複数の導線１０は、圧力容器２００が配置される空間Ｓを取り巻くように設けられている。本実施例では、複数の導線１０は、圧力容器２００の軸ＡＸ、すなわち、円筒部の中心軸方向に沿って、互いに平行かつ等間隔に配置される。複数の導線１０の数は、例えば、圧力容器２００の軸ＡＸ方向の長さ等に応じて、任意に変更可能である。そして、複数の導線１０の一方の端部１０ｅ１は、それぞれ、第１の電力線２０に接続されている。また、複数の導線１０の他方の端部１０ｅ２は、それぞれ、第２の電力線３０に接続されている。本実施例では、第１の電力線２０と、第２の電力線３０とは、平行に配置されているものとした。つまり、電磁誘導加熱装置１００において、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間には、隙間Ｇが形成されており、これらの隙間Ｇは、同一直線上に配置されている。そして、これらの隙間Ｇは、後述するように、空間Ｓの内外への圧力容器２００の通過経路として利用される。換言すれば、複数の導線１０は、隙間Ｇが空間Ｓに対して同じ側に配置され、空間Ｓ内に圧力容器２００を配置するときに、圧力容器２００を通過させることが可能なように構成されている。

交流電源４０は、第１の電力線２０および第２の電力線３０に接続されており、第１の電力線２０および第２の電力線３０を介して、複数の導線１０に交流電流を流す。複数の導線１０は、交流電流が流されたときに、空間Ｓ内に交流磁界を発生させ、誘導コイルとして機能する。

Ｂ．圧力容器：
図２は、圧力容器２００の断面構造の一例を示す説明図である。圧力容器２００を軸ＡＸに沿って切断したときの円筒部の断面図を示した。図示するように、圧力容器２００は、ライナー２１０と、炭素繊維強化プラスチック層２２０と、を備えている。

ライナー２１０は、圧力容器２００の内殻をなし、内容器とも言われる中空状の部材である。ライナー２１０は、ナイロン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等の合成樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属を用いて作製される。本実施例では、ライナー２１０は、ナイロン系樹脂を用いて一体成形されるものとした。

炭素繊維強化プラスチック層２２０は、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維を、フィラメントワインディング法によって、ライナー２１０の外表面に巻き付けた後に、熱硬化性樹脂を熱硬化することによって形成されている。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。本実施例では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いるものとした。そして、本実施例では、炭素繊維強化プラスチック層２２０は、上記炭素繊維をフープ巻きにすることによって形成されたフープ層２２０ａと、上記炭素繊維をヘリカル巻きすることによって形成されたヘリカル層２２０ｂと、を含んでいる。

なお、本実施例では、フープ層２２０ａは、ライナー２１０の軸ＡＸに対する炭素繊維の巻き付け角度が８９度に設定されているものとした。また、ヘリカル層２２０ｂは、ライナー２１０の軸ＡＸに対する炭素繊維の巻き付け角度が１１〜２５度に設定されているものとした。フープ層２２０ａの層数、ヘリカル層２２０ｂの層数、および、フープ層２２０ａとヘリカル層２２０ｂとの層構成は、任意に設定可能である。

Ｃ．加熱方法：
図３は、電磁誘導加熱装置１００による圧力容器２００の加熱方法を示す説明図である。圧力容器２００の軸ＡＸ方向から見た様子を示した。

図３（ａ）に示したように、電磁誘導加熱装置１００において、複数の導線１０は、それぞれ、アルファベットのＵ字形の形状を有しているものとした。そして、複数の導線１０の両端部１０ｅ１，１０ｅ２がそれぞれ接続された第１の電力線２０と第２の電力線３０との間の距離、すなわち、複数の導線１０の両端部１０ｅ１，１０ｅ２間の隙間Ｇは、圧力容器２００の直径Ｄｔよりも大きな値が設定されている（Ｇ＞Ｄｔ）。したがって、第１の電力線２０と第２の電力線３０との間の隙間Ｇを通過させて、圧力容器２００を加熱可能な位置（空間Ｓ内）にセッティングすることができる。本実施例では、圧力容器２００を下方から複数の点あるいは面で支持しつつ水平に固定し、圧力容器２００の上方から複数の導線１０、および、第１の電力線２０、第２の電力線３０を下降させ、第１の電力線２０と第２の電力線３０との間の隙間Ｇを通過させて、圧力容器２００のセッティングを行うものとした。このとき、複数の導線１０は、それぞれ、圧力容器２００のフープ層２２０ａにおける炭素繊維の巻き付け方向と同一方向に交流電流が流れるように配置される。

次に、図３（ｂ）に示したように、隙間可変機構によって、第１の電力線２０と第２の電力線３０との間の隙間Ｇを狭めて、複数の導線１０の形状を、それぞれ、圧力容器２００の外表面に沿って、アルファベットのＣ字形に変形させる。本実施例では、第１の電力線２０と第２の電力線３０との間の隙間Ｇを、圧力容器２００の直径Ｄｔよりも狭くするものとした。こうすることによって、圧力容器２００における加熱可能な領域を広くすることができる。

そして、図３（ｃ）に示したように、複数の導線１０に、同位相の交流電流を流して、電磁誘導加熱によって、圧力容器２００の加熱を行う。なお、本実施例では、複数の導線１０は、それぞれ、圧力容器２００のフープ層２２０ａにおける炭素繊維の巻き付け方向と同一方向に交流電流が流れるように配置されるので、フープ層２２０ａにおける炭素繊維を効果的に発熱させることができる。

以上説明した本実施例の電磁誘導加熱装置１００によれば、被加熱物としての圧力容器２００を片持ち状態とすることなく、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間に形成された隙間Ｇを通過させて、圧力容器２００を加熱可能な位置（空間Ｓ内）にセッティングすることができる。したがって、本実施例の電磁誘導加熱装置１００によって、圧力容器２００のセッティングを簡便化することができる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、複数の導線１０は、それぞれ、アルファベットのＵ字形の形状を有するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、複数の導線１０が、それぞれ、アルファベットのＣ字形の形状を有するものとしてもよい。また、複数の導線１０と第１の電力線２０と第２の電力線３０との接続を梯子形とし、すなわち、複数の導線１０をストレート形状とし、複数の導線１０を変形させて、圧力容器２００が配置される空間Ｓを取り巻くように設けるようにしてもよい。

Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、図３に示したように、初期状態において、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間に形成された隙間Ｇは、圧力容器２００の直径Ｄｔよりも広いものとしたが、本発明は、これに限られない。初期状態において、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間に形成された隙間Ｇは、圧力容器２００の直径Ｄｔよりも狭いものとしてもよい。この場合、圧力容器２００のセッティング時に、隙間可変機構により、圧力容器２００が通過可能なように、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間に形成された隙間Ｇを、圧力容器２００の直径Ｄｔよりも広くすればよい。また、絶縁部材によって、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間の絶縁が確保される場合には、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間の隙間Ｇがほとんどない状態としてもよい。

Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、電磁誘導加熱装置１００は、複数の導線１０のそれぞれの両端部１０ｅ１，１０ｅ２間に形成された隙間Ｇを変更するための隙間可変機構を備えるものとしたが、これを省略するようにしてもよい。また、複数の導線１０は、圧力容器２００のセッティングを行う作業者が変形させるようにしてもよい。

Ｄ４．変形例４：
上記実施例の電磁誘導加熱装置１００に、さらに、圧力容器２００を、軸ＡＸを中心に回転させる回転機構を備えるようにしてもよい。こうすることによって、圧力容器２００の加熱を、より均一に行うことができる。

Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、複数の導線１０は、等間隔に配置されているものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、軸ＡＸ方向における複数の導線１０の間隔を、部分的に変更する等、不等間隔にしてもよい。

Ｄ６．変形例６：
上記実施例では、電磁誘導加熱装置１００に圧力容器２００をセッティングするときに、圧力容器２００を水平に固定した状態で、圧力容器２００が空間Ｓ内に配置されるように複数の導線１０を移動させるものとしたが、本発明は、これに限られない。電磁誘導加熱装置１００に圧力容器２００をセッティングするときに、複数の導線１０を固定した状態で、空間Ｓ内に圧力容器２００を移動させるようにしてもよい。

Ｄ７．変形例７：
上記実施例では、電磁誘導加熱装置１００は、圧力容器２００を加熱するものとしたが、本発明は、これに限られない。電磁誘導加熱装置１００によって、圧力容器２００以外の他の被加熱物を加熱するものとしてもよい。

１０…導線
１０ｅ１，１０ｅ２…端部
２０…第１の電力線
３０…第２の電力線
４０…交流電源
１００…電磁誘導加熱装置
２００…圧力容器
２１０…ライナー
２２０…炭素繊維強化プラスチック層
２２０ａ…フープ層
２２０ｂ…ヘリカル層
ＡＸ…軸
Ｇ…隙間
Ｓ…空間

Claims (5)

1. 電磁誘導によって被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置であって、
   前記被加熱物が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させるための複数の導線と、
   前記複数の導線に交流電流を流すための交流電源と、
   を備え、
   前記複数の導線のそれぞれの両端部間には、隙間が形成されており、
   前記隙間は、前記空間の内外への前記被加熱物の通過経路である、
   電磁誘導加熱装置。
2. 請求項１記載の電磁誘導加熱装置であって、
   前記被加熱物は、熱硬化性樹脂が含浸された導電性を有する繊維をライナーの外表面に巻き付けた層を有するタンクであり、
   前記複数の導線は、前記タンクにおける前記繊維の巻き付け方向と同一方向に前記交流電流が流れるように配置されている、
   電磁誘導加熱装置。
3. 請求項１または２記載の電磁誘導加熱装置であって、さらに、
   前記隙間を変更するための隙間可変機構を備える、
   電磁誘導加熱装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置であって、
   前記複数の導線は、互いに平行に配置されている、
   電磁誘導加熱装置。
5. 電磁誘導によって被加熱物を加熱する電磁誘導加熱方法であって、
   前記被加熱物が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させるための複数の導線であって、該複数の導線のそれぞれの両端部間に、前記空間の内外への前記被加熱物の通過経路である隙間が形成されている複数の導線を用意する工程と、
   前記隙間を通過させて、前記空間内に前記被加熱物を配置する配置工程と、
   前記複数の導線に同位相の交流電流を流す工程と、
   を備える電磁誘導加熱方法。

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