JP5583356B2 - 加熱回転炉 - Google Patents

Description

この発明は加熱回転炉に関し、たとえば粉体などを加熱処理する、加熱回転炉に関する。

この種の加熱回転炉の一例が特許文献１に開示される。特許文献１に示す加熱回転炉では、ステンレス鋼やモリブデン合金からなる真空炉を軸周りに回転させ、その真空炉と同軸にかつ真空炉を取り囲むように配置した円筒状体の加熱手段によって炉内を加熱する。

特開２００６−２８４０５２号公報［F27B 7/06 B22F 1/00 F27B 7/12 F27B 7/24］

特許文献１に開示されている加熱回転炉では、加熱手段は回転炉から離れて炉内を加熱するものであるため、熱効率が必ずしもよくない、という問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、加熱回転炉を提供することである。

この発明の他の目的は、熱効率の向上が期待できる、加熱回転炉を提供することである。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、この発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。

第１の発明は、全体として磁性材料で形成され回転可能に支持された回転炉、全体として非磁性材料で形成され、回転炉を全体に囲繞する外被、および外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、回転炉の周側面の外側および底部と、外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉である。

第１の発明では、加熱回転炉（１０：実施例において相当する部分を例示する参照符号。以下、同じ。）は、回転炉（１２）を含み、この回転炉は全体として磁性材料で形成される。また、外被（４６）が回転炉を全体に囲繞するので、回転炉の外面は大気から熱的にほぼ完全に遮断される。さらに、回転炉の周側面の外側および底部と、外被の周側面の内面および底部とは離間している。たとえばコイル（４２）のような高周波磁力線発生手段は、高周波電源からの高周波電力を受けて、それの周囲に高周波磁力線を発生する。回転炉を形成する磁性材料がその高周波磁力線に電磁的に結合し、それによって、高周波磁力線によって誘導電流（渦電流）がその磁性材料に生じる。その誘導電流によってジュール熱が生じ、その熱が回転炉内部に放散される。したがって、回転炉内が誘導電流によって発生した熱で加熱される。

第１の発明によれば、誘導電流によって回転炉自身が発熱するので、背景技術のように間接的な加熱手段に比べて、熱効率がよい。したがって、加熱回転炉を全体としてコンパクトに構成することができる。
また、回転炉が全体として磁性材料で形成されるので、広い範囲において発熱させることができる。

第２の発明は、非磁性材料で形成され、一部に磁性材料を含みかつ回転可能に支持された回転炉、全体として非磁性材料で形成され、回転炉を全体に囲繞する外被、および外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、回転炉の周側面の外側および底部と、外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉である。

第２の発明では、一部に磁性材料を含むので、発熱する範囲をその磁性材料の部分に限定することができる。

第３の発明は、全体として非磁性材料で形成され回転可能に支持された回転炉、回転炉の周側面の内面に固着される、磁性材料からなる磁性体、全体として非磁性材料で形成され、回転炉を全体に囲繞する外被、および外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、回転炉の周側面の外側および底部と、外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉である。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかに従属し、高周波電力発生手段は外被の周囲に設けられるコイルを含み、外被は、コイルを固定的に保持する。

第４の発明では、高周波磁力線発生手段は、外被（１２）の全周にわたって巻回されたり、或いは周方向の一部においてのみ折り返して、または渦巻状に形成されたコイル（４２）を含む。つまり、そのコイル（４２）は、外被によって固定的に保持される。

この発明によれば、回転炉内に直接熱を与えることができるので、熱効率が向上する。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１はこの発明の加熱回転炉の一実施例を示す図解図である。 図２はこの実施例の加熱回転炉の断面構造を示す図解図である。 図３はこの発明の他の実施例を示す断面図解図である。 図４はこの発明のその他の実施例を示す断面図解図である。

図１および図２を参照して、この発明の一実施例の加熱回転炉１０は、回転炉１２を含み、回転炉１２は有底円筒形状であり、それの底部１４には孔１６が形成され、その孔１６に、たとえば鉄やステンレスのような金属からなる空気管１８の一端が臨まされる。したがって、この回転炉１２の内部には空気管１８から所定温度の空気が供給される。たとえば、炉内温度を低くしたいときには空気管１８から低温の空気が供給され、炉内温度を少なくとも下げたくないときには加熱空気が供給される。

ただし、回転炉１２内に冷媒管を設け、この冷媒管（図示せず）にたとえば水のような冷媒を流して炉内温度を低下させることも可能である。

回転炉１２には適宜の蓋体２０が、開閉可能に装着される。この蓋体２０の一部に、回転炉１２の内部に連通するように、排気管２２が設けられる。この排気管２２は通常封止されていて、必要なとき開放されて、回転炉１２からガスを排出する。

回転炉１２は、この実施例では、底部１４を含んで全体としてたとえば鉄などの磁性材料で形成され、空気管１８が回転炉１２の底部１４に固着される。ただし、蓋体２０は磁性材料でも非磁性材料でも、どちらで形成されてもよい。

空気管１８の一端側外周に、たとえば鉄のような金属ブロック２４が、たとえば溶接やろう付けのような適宜の手段によって、固着される。金属ブロック２４の上面には適宜数のねじ孔（雌ねじ）が形成され、そのねじ孔に、回転炉１２の底部１４を貫通したボルト２６を螺入することによって、金属ブロック２４が底部１４の底面に固着される。金属ブロック２４が外周に一体に付着されている空気管１８は、したがって、金属ブロック２４を介して、回転炉１２の底部１４底面に固着される。

空気管１８は、それの軸方向に間隔を隔てた２箇所において、たとえばボールベアリングのような軸受け２８によって回転可能に支持される。これらの軸受け２８は、詳しくは図示していないが、図２に示すたとえば鉄などの金属で形成された取付け台２９によって固定的に支持される。上述のように空気管１８が回転炉１２に固着されるのであるから、この回転炉１２が結局、取付け台２９に固着された軸受け２８によって回転可能に支持されることになり、空気管１８が回転炉１２の回転軸として機能する。ただし、取付け台２９と空気管１８との間には間隙があり、したがって、空気管１８が回転するとき取付け台２９に接触することない。

また、図２から分かるように、取付け台２９の上面が右下がりに傾斜しているので、その上面に固着された軸受け２８の軸がその傾斜に応じて右に傾斜している。したがって、その軸受け２８に挿通される回転軸としての空気管１８も右に傾斜することになり、その傾斜している回転軸で支持される回転炉１２も右に傾斜する。したがって、空気管１８を回転軸として回転炉１２が回転するとき、回転炉１２内に収容されている粉体のような被処理物が規則的に上下に変位することになり、それによって自然に攪拌される。ただし、積極的に攪拌機能を付与するために、回転炉12内に攪拌羽根のような攪拌手段を設けることもできる。

２つの軸受け２８の間で、空気管１８の外周にプーリ３０が固着され、このプーリ３０には、モータ３２の出力軸３４に固着されたプーリ３６との間に、ベルト３８が掛け渡される。したがって、モータ３２によって回転炉１２が空気管１８を回転軸として回転される。

回転炉１２の外周を囲繞するように、外周とは間隔を隔てて、たとえばステンレスやアルミニウムのような非磁性材料からなる環状体４０が固定的に設けられる。この環状体４０の外周にはコイル４２が巻き付けられる。コイル４２には高周波電源４４から高周波電流が流され、したがって、コイル４２から高周波磁力線が発生される。つまり、コイル４２が高周波磁力線発生手段として機能し、環状体４０が高周波磁力線発生手段の保持手段として機能する。

コイル４２から発生した高周波磁力線が、このコイル４２と磁気結合している、磁性材料からなる回転炉１２の周側面に渦電流（誘導電流）を生じる。その渦電流によって、回転炉１２それ自体の周面に発熱を生じる。発生された熱はそのまま回転炉１２の内部に放散され、したがって、回転炉１２内が直接加熱される。したがって、回転炉１２に入れられた被処理物たとえば粉体が、効率よく加熱され得る。

なお、たとえば回転炉１２の内部にたとえば熱電対のような温度センサ（図示せず）を配置し、この温度センサで炉内温度を測定し、その温度に基づいて高周波電源４４による高周波電力を制御（オン／オフのデューティ比や出力電力量の）すれば、コイル４２から発生する高周波磁力線が変化し、回転炉１２の炉内温度を直接制御できる。

上述の実施例では、回転炉１２が全体として磁性材料で形成されので、コイル４２の高周波磁力線の及ぶ範囲を広くすれば、広い範囲において発熱させることができる。

この発明の他の実施例が図３に示される。図３を参照して、この実施例の加熱回転炉１０は、以下に説明する点を除いて図１および図２で説明した先の実施例と同様であり、ここでは重複する説明は省略する。

図３の実施例の加熱回転炉１０では、図１および図２に示した先の実施例図においては大部分が露出していた回転炉１２が、回転炉１２と同様の有底円筒形に形成される外被４６によって、覆われる。外被４６の周側面内面は、回転炉１２の周側面外面と離間していて、底部４８と底部１４も離間していて、それらの間に前述の金属ブロック２４が配置される。外被４６は全体としてたとえばステンレスのような非磁性体で形成され、その開放側に、蓋体５０が開閉可能に設けられる。この実施例の加熱回転炉１０においては、このように外被４６に蓋体５０を設けているので、回転炉１２は外被４６および蓋体５０によって完全に覆われる。そのため、回転炉１２の外面は大気から熱的にほぼ完全に遮断される。したがって、回転炉１２の外面からの熱の放散が抑制され、熱効率が一層高められる。

そして、外被４６の該当する場所の外周に、コイル４２を巻回する。したがって、先の実施例と同じように、コイル４２から発生された高周波磁力線によって回転炉１２に渦電流が発生し、それによって回転炉１２自体が発熱する。

なお、回転炉１２が外被４６および蓋体５０によって完全に覆われるので、この実施例では、先の実施例で使用していた蓋体２０は省略する。

また、図３の実施例では、外被４６の開放側の周側面の一部に排気管５２を設ける。この排気管５２は、回転炉１２と外被４６との間の隙間に連通し、回転炉１２の開放側から出たガスをその隙間から導出して排気する。

この実施例では、好ましくは、この排気管５２の内部に温度センサ５４を配置する。この温度センサ５４で排気の温度を測定し、測定した温度によって、高周波電源４４による高周波電力を制御（オン／オフのデューティ比や出力電力量の）することによって、コイル４２から発生する高周波磁力線が変化し、回転炉１２内の温度を間接的に制御することができる。

図４を参照して、この図４にはこの発明のその他の実施例が図解される。この実施例の加熱回転炉１０は、以下に説明する点を除いて図１および図２に示した実施例または図３に示した実施例と同様であり、ここでは重複する説明は省略する。

先の実施例においてはいずれも、回転炉１２全体が鉄などの磁性材料で形成されたが、この実施例では、回転炉１２は全体としてステンレスなどの非磁性材料で形成する。そして、回転炉１２の周側面の内面（外面でもよい）に磁性材料からなる磁性体５６を固着する。したがって、コイル４２からの高周波磁力線に対して、回転炉１２を形成する非磁性材料部分では誘導電流は発生しないが、磁性体５６に誘導電流が生じることによって、この磁性体５６が発熱し、その熱が炉内に放射され、炉内が加熱される。

このように、回転炉１２を全体を磁性材料で形成する必要はなく、少なくとも一部に磁性材料を含んで形成されればよい。磁性材料で形成される部分の付近が効率よく加熱されるので、回転炉１２の一部のみを磁性材料で形成する実施例においては、加熱すべき部分に磁性材料を配置するようにすればよい。そうすれば、必要部分だけで発熱させることができるので、つまり、発熱する範囲をその磁性材料の部分に限定することができるので、さらなる熱効率の向上が期待できる。

なお、上で説明した各実施例では、高周波磁力線発生手段を構成するコイルは回転炉１２を全周に巻回されているが、コイルは回転炉を全周に巻回される必要はなく、周方向の一部にのみ、折り返して、または渦巻状に形成されてもよい。

さらに、上述の各実施例では、空気管１８を回転炉１２の回転軸として利用したので、別に空気管を設ける場合に比べて、構造が簡単で、小型化可能であるが、空気管が不要な場合、あるいは別の場所に空気管を設けたほうがよい場合には、空気管１８を中実の軸に置き換えて回転軸としてのみ機能させればよい。

また、上で説明した各実施例はそれぞれ独立したものであるが、それぞれの構成部分または要素（コンポーネント）を適宜組み合わせて、さらに別の実施例を構成することもできるものである。たとえば、図４の実施例の回転炉１２を図１および図２の実施例の回転炉と置き換えるなどのように。

１０ …加熱回転炉
１２ …回転炉
１８ …空気管
２８ …軸受け
３２ …モータ
４２ …コイル
４４ …高周波電源
４６ …外被
５６ …磁性体

Claims (4)

1. 全体として磁性材料で形成され回転可能に支持された回転炉、
   全体として非磁性材料で形成され、前記回転炉を全体に囲繞する外被、および
   前記外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、
   前記回転炉の周側面の外側および底部と、前記外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉。
2. 非磁性材料で形成され、一部に磁性材料を含みかつ回転可能に支持された回転炉、
   全体として非磁性材料で形成され、前記回転炉を全体に囲繞する外被、および
   前記外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、
   前記回転炉の周側面の外側および底部と、前記外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉。
3. 全体として非磁性材料で形成され回転可能に支持された回転炉、
   前記回転炉の周側面の内面に固着される、磁性材料からなる磁性体、
   全体として非磁性材料で形成され、前記回転炉を全体に囲繞する外被、および
   前記外被の外側に設けられて高周波磁力線を発生する高周波磁力線発生手段を備え、
   前記回転炉の周側面の外側および底部と、前記外被の周側面の内面および底部とは離間している、加熱回転炉。
4. 前記高周波電力発生手段は前記外被の周囲に設けられるコイルを含み、
   前記外被は、前記コイルを固定的に保持する、請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱回転炉。

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