JP5702905B2 - チャネル型電気インダクタアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、導電性の液体材料、例えば溶解金属の如きを溶解又は加熱する容器と共に使用するチャネル型電気インダクタアセンブリに関する。
チャネル型電気インダクタアセンブリは工業プロセスにおいて、溶解金属保持用容器と共に使用することができる。図1(a)には代表的なチャネル型電気インダクタアセンブリ110の断面を示す。外側シェル112全体がアセンブリ構造を支持する。外側シェルの内壁には断熱用の耐火物114をライニングする。全体に円筒状のブッシング116が、インダクタコイル118a及び変圧器コア118bとを含むコイル及びコアアセンブリのハウジングとして機能する。ブッシング116は、コイル及びコアアセンブリを包囲する耐火壁114を支持するのみならず冷却する。ブッシングの外壁には断熱性の耐火壁114がライニングされる。シェルの内壁に隣り合う耐火壁と、ブッシングを取り巻く耐火壁との間の空間が金属流路を画定する。図1(a)に示すチャネル型電気アセンブリは、ブッシング116内のコイル及びコアアセンブリにより構成される単一ループに沿って金属が流れることから単一ループ式として知られる。インダクタコイル118aを通して交流(AC)電流を印加すると導電性の金属が誘導加熱されてループの流れチャネルを通して、例えば、図1(a)に矢印で示す方向に流れる。チャネル型電気インダクタアセンブリ110は代表的には、図1(b)に例示すような、溶解金属を保持する容器130(上方ケースとも称する)と連結する。容器は、耐火物134を好適にライニングさせた構造支持用外壁132から構成され得る。容器130を出た金属をループの流れチャネルを通して循環させることで、容器130内の金属を工業プロセスで使用する所望のプロセス温度に加熱させ得、又はそうした温度に維持させ得る。例えば、容器内の溶解金属は亜鉛組成のものであり得、金属ストリップを容器中に浸漬させてこの金属ストリップを亜鉛コーティングし得る。
チャネル型電気インダクタアセンブリを形成するに当たっては、流れチャネルを創出させるべきであるのみならず、多孔質の耐火物を含む流れチャネルの境界壁を、耐火物中への溶解金属滲出に耐え得るよう好適に調製すべきである。耐火壁材料は代表的には焼結される、つまり、流れチャネルの耐火壁を、耐火物組成の溶解点以下であるが、耐火物の各粒子を境界壁位置で相互に結合させて、流れチャネルを貫いて移動する溶解金属に対して実質的に不透過性の境界を形成させるに十分な高温で加熱する。伝統的方法では、燃焼性のチャネルモールド、例えば木材から形成したチャネルモールドを使用して流れチャネルを形成させ、耐火壁材料を焼結させる。この場合、チャネルモールドはループの流れチャネル容積に合致させるように形状付けする。燃焼性のチャネルモールドの周囲に耐火物を組み付けた後、チャネルモールドに着火してこれを燃焼させてチャネルモールドを除去し、その時の燃焼熱で流れチャネルの耐火壁を焼結させる。この方法を燃焼性チャネルモールド使用法と称するが、この方法には一般に、チャネルモールドの燃焼速度を全容積を通して制御できないという欠点がある。従って、流れチャネル全体に沿った耐火壁の焼結品位が一定にはならず、焼結不良部分が局所的に生じる。溶解金属が流れチャネルから耐火壁114中に滲出すると、外側シェル及び又はインダクタコイル及びコアアセンブリに溶解金属が漏出し、それが原因でチャネル型電気インダクタアセンブリが早期に故障する恐れもある。
非着脱性のチャネルモールドを、例えば導電性金属から形成することができる。流れチャネルとなる部分に導電性金から形成したチャネルモールドを位置決めしてチャネル型電気インダクタアセンブリを組み立てた後、インダクタコイル118aにAC電流を印加してチャネルモールドを溶解させる。この方法の欠点は、電気的に誘導加熱してチャネルモールドを溶解させるので、チャネルモールドが溶解する以前に耐火物温度を焼結温度に到達させることが困難なことである。しかも、チャネルモールドは溶接セクションから構成され得るので、溶接部分が急激に誘導溶解するとチャネルモールドの各セクションが不規則に誘導溶解する恐れもある。
従って、解決しようとする課題は、耐火壁を適正に焼結させ、次いで十分に消費させ得る非着脱自在性のチャネルモールドを備えるチャネル型電気インダクタアセンブリを提供することである。
本発明の1様相によれば、中空の、実質的に非磁性組成物から形成した非着脱自在性のチャネルモールドを有するチャネル型電気インダクタアセンブリが提供される。
本発明の他の様相によれば、チャネル型電気インダクタアセンブリの形成方法が提供される。チャネル型電気インダクタアセンブリの1つ以上の流れチャネルを形成する容積部分内に、非着脱自在性で、中空で且つ実質的に非磁性のチャネルモールドを配置する。加熱流体媒体をチャネルモールドの中空部分内に循環させてチャネルモールド壁を加熱させて、チャネルモールド壁からの伝導熱によりチャネルモールドの外側の耐火壁全体を加熱する。チャネルモールドを化学溶解させる材料の充填物をチャネルモールドの中空部分内に供給する。アセンブリの1つ以上のインダクタを通して流れるAC電流が、供給された材料の充填物を、溶解されたチャネルモールドと共に流れチャネルを通して電磁的に循環させることで、焼結された壁を持つ1つ以上の流れチャネルを形成させ得る。
火壁を適正に焼結させ、次いで十分に消費させることのできる非着脱自在性のチャネルモールドを備えるチャネル型電気インダクタアセンブリが提供される。
図2には本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリ10(以下、インダクタ10とも称する)の1実施例が例示される。図ではチャネル型電気インダクタアセンブリはダブルループタイプ(即ち、インダクタ及びコアよりなる2つのチャネル型電気インダクタアセンブリの周囲に2つの流れチャネルを配置し、各チャネル型電気インダクタアセンブリを別個のブッシング内に配置したタイプ)のものとして例示されるが、本発明はループ数を限定するものではなく、チャネル型電気インダクタアセンブリは単一ループ又は2つ以上のループを有し得るものとする。インダクタ10は外側シェル12と、この外側シェルの内壁を少なくとも部分的にライニングする耐火壁14と、インダクタコイル及びコアからなる2つのチャネル型電気インダクタアセンブリ(各チャネル型電気インダクタアセンブリがインダクタコイル18aと変圧器コア18bとを含む)と、2つのチャネル型電気インダクタアセンブリの各一方をその内部に位置付けするところの2つのブッシング16と、ブッシング16の外側表面を包囲する耐火壁14と、ダブルループ流れチャネルとして作用する容積部分内に位置決めした、中空で、非磁性金属製のチャネルモールド24(以下、チャネルモールド24とも称する)とを含む。
図3(a)及び図3(b)にはチャネルモールド24の非限定的実施例が例示され、図3(a)にはチャネルモールド内の特徴部分が、そして図3(b)にはチャネルモールドの外部構成が示される。この非限定実施例ではチャネルモールド24は、耐火壁14、ブッシング16、インダクタコイル及びコアからなるアセンブリ、をその内部に配置した円筒状の2つの開放トンネル24aを有する。各開放トンネルの外側表面と、チャネルモールドの外壁(例えば、壁部分24b、24c、24d)の内側部分との間の容積が、チャネルモールドの中空の内側容積部分を画定する。チャネルモールド24の上部は全体的に開放され得、必要に応じて1つ以上の横断補強要素24eをチャネルモールド上部を横断して設けることができる。チャネルモールドは、インダクタコイル18aに電流を印加した時に電磁誘導によって全体的に溶けてしまわないよう非磁性材料で形成する。チャネルモールド組成は、以下に詳しく説明するように、チャネルモールドの中空の容積部分内に導入した液体と化学反応して溶解するようなものを選択する。チャネルモールド24は、このチャネルモールドにより形成する1つ以上の流れチャネルの所望の位置や容積に適合するその他形状とすることが可能であり、例えば、1つ以上のブッシングの周囲選択部分に全体的に矩形ではなく楕円断面形状の流れチャネルが提供されるように形成し得る。中空のチャネルモールドの最小壁厚は、以下に詳しく述べるように、チャネルモールドに対する十分な構造的一体性と、チャネルモールドの外側を取り巻く耐火物にチャネルモールドからの熱を十分に伝える伝熱特性とが提供されるように選択する。
図4(a)、図4(b)、図4(c)には、本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリの形成方法の非限定実施例が例示され、チャネル型電気インダクタアセンブリが、このチャネル型電気インダクタアセンブリをその側部を下にして配置した初期状態において示され、図4(a)には構造用鋼から形成し得る外側シェルが、その初期状態において、水平方向の第1シェル側壁12aと、垂直方向のシェル底部12cとを有している。1つ以上のブッシング16を、図4(a)に示すように所望の位置でシェル内に位置決めし得る。チャネル型電気インダクタアセンブリを組み立てた後、このチャネル型電気インダクタアセンブリをその直立位置に回転させるまで、チャネル型電気インダクタアセンブリの内部に耐火壁14を収納するために一時形成壁96を使用し得る。耐火壁14を、第1シェル側壁12aの内側から高さx1までの部分を覆って形成し得る。乾燥耐火物を使用する場合、耐火物は、例えば圧縮用具により耐火物が徐々に追加されるように振動圧縮(付き固め)され得る。
図4(b)を参照するに、以下に詳しく説明するように、1つ以上の流れチャネルを形成する容積部分内にチャネルモールド24を位置決めする。前記容積部分内には、シェル底部12cの内側表面と、チャネルモールドの外壁との間及び、ブッシング16の外側表面と、チャネルモールドの外壁との間の容積部分内に高さx2まで、例えば乾燥耐火物を追加し得る。
次ぎに図4(c)を参照するに、チャネルモールド24の上部を越える高さx3まで耐火壁14を追加し得、必要であれば更に圧縮し、アセンブリには第1シェル側壁12aと対向するシェル側壁12bを設け得る。次いで、チャネル型電気インダクタアセンブリをその直立位置に回転させてシェル底部12cを水平方向に向け、アセンブリの上部から一時形成壁96を撤去する。随意的には、インダクタコイル及びコアからなるアセンブリを完全に組み立てた後、このインダクタコイル及びコアからなるアセンブリをそのブッシングに挿通又はブッシングから除去し得るよう、1つ以上のブッシングを図4(a)、図4(b)及び図4(c)に示すように第1シェル側壁12a及びシェル側壁12bの外側に伸延させ得る。チャネル型電気インダクタアセンブリの任意の好適な組み立て段階において、インダクタコイル及びコアからなるアセンブリを1つ以上のブッシングの各々に組み込み得る。
本発明の別態様における、非限定的なチャネル型電気インダクタアセンブリの形成方法には、直立状態の外側シェル12(シェル側壁12bを取り付けた状態での)の内部にチャネルモールド24とブッシング16とを挿通し、一時支持構造を使用してチャネルモールドを然るべく保持し、一方、チャネルモールド、外側シェル12、ブッシング16、の各外側表面の間の容積部分内に耐火物を注入する段階が含まれる。耐火物を前記容積部分に添加しつつ、必要であれば外側シェル全体を、このシェル内に収納したチャネルモールド及びブッシングと共に振動させ得、又は別様には、又はそうした振動と組み合わせて、必要であれば圧縮用具を使用して耐火物を振動させ得る。
本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリを上述した如く形成した後、チャネルモールドの外壁に隣り合う耐火物を熱処理する。チャネルモールドの外壁に隣り合う耐火物を熱処理するべく、液体か又はガスである加熱した流体媒体を、チャネルモールド24の中空部分内を通して循環させ、1つ以上の流れチャネルの境界壁を形成することになる耐火物を熱処理する。ここで、“熱処理”とは、チャネルモールドの外壁に隣り合って耐火物を結合させて流れチャネルを通して流動する物質に対して実質的に不透過性の境界を形成することを意味するものとする。熱処理は、その用途上用いる耐火物の特定形式に依存するが、代表的には焼結プロセスである。焼結は任意方向としたチャネル型電気インダクタアセンブリにおいて実施し得るが、本実施例ではチャネル型電気インダクタアセンブリを垂直位置で示す図5への参照がなされる。チャネルモールドの、全体的に開放した上方部分を蓋30で一時的にシールし得る。加熱空気のような好適な加熱流体媒体を、例えば流体ポンプによりチャネルモールドの中空部分内に引き込み且つこの中空部分を貫かせ得る。流体ポンプはエゼクタポンプ(ベンチュリ効果により真空を発生させる)であり得る。加熱空気を蓋30を通してチャネルモールドの中空の容積部分に引き込み且つ貫通させるための、例えば、1つ以上のエゼクタポンプ32及び33をチャネルモールドの上部位置に図5に示すように設け得る。加熱空気を蓋の1つ以上の開口34を通して送給する。
エゼクタポンプを作用させて好適な流体媒体を各エゼクタポンプの入口32a及び33aに供給させると、ベンチュリ効果により入口32b及び33bから出口32c及び33cの夫々に送給空気が吸い込まれ、図5に矢印で示すようにチャネルモールドの中空部分を通して加熱空気が抜き出される。1つ以上の開口34からチャネルモールドの中空部分に伸びる導管が加熱空気をチャネルモールドの中空部分内に差し向ける。チャネルモールドの中空部分内を貫く加熱空気流れは対流によってチャネルモールドを加熱し、加熱されたチャネルモールドが、チャネルモールドの壁の外側に配置した耐火物を全体的に伝導加熱する。熱処理プロセス中に選択時点での温度を監視し、選択部分で耐火物が好適な加熱温度に達していることが保証されるよう、チャネルモールドの中空部分内に熱電対のような1つ以上の好適な温度検出装置を組み込む。あるいは温度検出装置をチャネルモールドに埋設する又はチャネルモールドの外壁に取り付ける。
検出温度に応じ、加熱流体媒体の温度又は流れ圧力のような熱処理上のパラメータを調節し得る。例えば、温度検出装置がループAの温度の方がループBの温度より高いと表示する場合はエゼクタポンプ32及び33を通る流体速度が夫々速く及び遅くなるように調節し、ループAの伝熱量がループBのそれよりもずっと大きくなるようにする。熱処理プロセスを、流れチャネルの境界壁が焼結されるまで継続する。あるいは、チャネル型電気インダクタアセンブリをその上方ケースに取り付け、このチャネル型電気インダクタアセンブリの上部ではなくむしろ上方ケースの上部を一時的にシールし、チャネルモールドの中空部分内への、またこの中空部分からの、先に説明したように供給される加熱流体媒体に対する境界を形成した上で熱処理プロセスを実施することができる。本発明のこの非限定的な実施例ではエゼクタポンプを使用したが、その他形式の流体流れ制御装置を別の実施例で使用可能である。
流れチャネルの耐火壁を熱処理した後、それらを使用していた場合は蓋30と、温度検出装置と、関連する流体媒体循環装置とを取り外し、導電性の溶解金属充填物をチャネルモールド24の中空部分内に供給し、好ましくはAC電流を1つ以上のインダクタコイル18に印加しつつチャネルモールドを化学溶解させる。溶解金属として溶融する中空のチャネルモールドは、電磁誘導された導電性の溶解金属流れにより流れチャネルから除去され、かくして流れチャネルの開口の周囲に実質的に一様に熱処理された耐火壁が残される。
必ずしもそうではないが、中空のチャネルモールドを化学溶解させるために使用する導電性の溶解金属充填物の組成は、代表的には、チャネル型電気インダクタアセンブリを上方ケース内で溶解又は加熱するためにこのチャネル型電気インダクタアセンブリと共に使用する溶解金属の組成と類似したものであり、それ故、中空のチャネルモールドの組成は、チャネルモールドが溶解金属中で確実に化学溶解するよう、導電性の溶解金属の特性に基づいて選択する。これに限定しないが、一例として、導電性の溶解金属の充填物が、例えば亜鉛メッキプロセスで使用するような亜鉛又は亜鉛/アルミニューム組成の物である時は、中空の、非磁性のチャネルモールドを、アルミニューム協会によるアルミニューム標準合金6061−O(非強化の)から形成した1/4インチ(約6.3mm)のプレートから構成され得る。このプレートのアルミニューム組成は微量成分として含むシリコン、胴、マグネシウム、クロムの各量が最小であり、チャネルモールドとして作用するに十分な引張強度を有する。これらの例では実質的にアルミニューム製であるチャネルモールドが溶解金属中に化学溶解する。
本発明の他の実施例では液体充填物は金属組成物である必要はないが、中空のチャネルモールドに対しては化学溶解剤であり尚且つ流れチャネルを詰まらせないその他任意の導電性流体物質であり得る。
本発明の他の実施例では液体充填物は中空のチャネルモールドがその内部で溶解するところの非導電性流体物質であり得る。チャネルモールド溶解に引き続き、導電性流体物質を流れチャネルに送給して、チャネルモールドを溶解させた非導電性流体物質と混合させる。次いで1つ以上のインダクタコイル18aにAC電流を印加して流れチャネルから導電性流体物質を取り除く。
ここで、“耐火物”とは、その形態に関わらず、耐熱性ライニングを提供させるために使用する任意物質であり得、これに限定しないが、然るべく振動配置又は充填配置され得る乾燥バルクグラニュラ材、そして、液体に混合させ得且つ然るべく注入可能な、乾燥骨材及び結合材からなるキャスタブル耐火物、が含まれ得る。本発明の上記各実施例では1つのチャネルモールドを使用したが、2つ以上のチャネルモールドを使用し、各流れループを耐火物により相互に隔離させる状態下に、チャネル型電気インダクタアセンブリの長さ方向に沿って多数の流れループを形成することもできる。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
代表的な単一ループ型のチャネル型電気インダクタアセンブリの縦断面図である。 溶解金属を保持する容器と連結した、図1(a)のチャネル型電気インダクタアセンブリの縦断面図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリの1実施例の縦断面図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリで使用する非着脱自在性のチャネルモールドの1実施例の斜視図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリで使用する非着脱自在性のチャネルモールドの他の実施例の斜視図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリの製造方法の1実施例を、図2を線A−Aに沿って切断した状態で示す断面図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリの製造方法の他の実施例を、図2を線A−Aに沿って切断した状態で示す断面図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリの製造方法の更に他の実施例を、図2を線A−Aに沿って切断した状態で示す断面図である。 本発明のチャネル型電気インダクタアセンブリと共に使用するチャネルモールドの中空部分内に加熱流体媒体を供給する構成を例示する縦断面図である。
10 チャネル型電気インダクタアセンブリ
12 外側シェル
14 耐火壁
16 ブッシング
18a インダクタコイル
18b 変圧器コア
24 チャネルモールド
24a 開放トンネル
24b、24c、24d 壁部分
24e 横断補強要素
12a 第1シェル側壁
12c シェル底部
96 一時形成壁
30 蓋
32、33 エゼクタポンプ
34 開口
32a、33a 入口
32c、33c 出口

Claims (11)

  1. 外側シェルを含むチャネル型電気インダクタアセンブリであって、前記外側シェルが、前記外側シェルの内部に配置された1つ又は1つ超のブッシングにして、インダクタコイルと、コアアセンブリとを各々格納したブッシングと、前記外側シェルと前記1つ又は1つ超のブッシングとの間に配置された耐火物とを含み、
    中空の、非磁性のチャネルモールドにして、溶解金属を通して電磁的に循環させる1つ又は1つ超の流れチャネル形状に合致され且つ前記耐火物内で前記外側シェルと前記1つ又は1つ超のブッシングとの間に配置され、耐火物の熱処理温度では非変形性を有する金属組成物から形成され、前記中空の、非磁性のチャネルモールド内に供給された溶解金属の充填物により化学溶解される中空の、非磁性のチャネルモールドと、
    前記中空の、非磁性のチャネルモールド内を通して前記中空の、非磁性のチャネルモールド加熱用の流体媒体を循環させて前記中空の、非磁性のチャネルモールドを化学溶解させる、取り外し可能な流体媒体循環装置とを更に含み、
    かくして、前記1つ又は1つ超の流れチャネルを通して前記溶解金属を循環させるに先立ち、前記中空の、非磁性のチャネルモールドを化学溶解により除去された状態下に形成されるチャネル型電気インダクタアセンブリ。
  2. チャネル型電気インダクタアセンブリの形成方法であって、
    溶解金属を通して電磁的に循環させる1つ又は1つ超の流れチャネルの形状に合致する、中空の、非磁性のチャネルモールドを、チャネル型電気インダクタアセンブリの内壁と、1つ又は1つ超のブッシングとの間に位置付けること、
    前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面と、チャネル型電気インダクタアセンブリの内側表面との間及び、前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面と、前記1つ又は1つ超のブッシングの外側表面との間に耐火物を組み込むこと、
    前記1つ又は1つ超の流れチャネルを通して溶解金属を循環させるに先立ち、加熱流体媒体を前記中空の、非磁性のチャネルモールド内を通して循環させて前記中空の、非磁性のチャネルモールドの壁を加熱させることで、中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面に隣り合う耐火物を熱処理し、かくしてシールされた耐火壁を形成すること、
    を含む方法。
  3. チャネル型電気インダクタアセンブリの形成方法であって、
    前記チャネル型電気インダクタアセンブリの外側シェルを形成すること、
    前記チャネル型電気インダクタアセンブリ内に1つ又は1つ超のブッシングを位置付けること、
    1つ又は1つ超の流れチャネルの形状に合致させた中空の、非磁性のチャネルモールドを、前記外側シェルの内側壁と、1つ又は1つ超のブッシングの外側表面との間で、前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側壁が前記外側シェルの内側壁及び1つ又は1つ超のブッシングの外側表面から離間して前記離間部分に耐火物容積部分が形成される状態において位置付けること、
    該耐火物容積部分内の、前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面と、前記外側シェルの内側壁との間及び、前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面と、前記1つ又は1つ超のブッシングの外側表面との間の前記耐火物容積部分に耐火物を組み込むこと、
    加熱した流体媒体を、前記中空の、非磁性のチャネルモールド内を通して循環させて前記中空の、非磁性のチャネルモールドの各壁を加熱することにより、前記中空の、非磁性のチャネルモールドの外側表面に隣り合う耐火物を熱処理し、かくしてシールされた耐火物壁を形成すること、
    を含む方法。
  4. 熱処理が焼結処理である請求項2または3の方法。
  5. 加熱流体媒体を前記中空の、非磁性のチャネルモールド内を通して循環させることが、1つ又は1つ超のエゼクタポンプにより加熱流体媒体を前記中空の、非磁性のチャネルモールド内を通して抜き出すことを含む請求項4の方法。
  6. 1つ又は1つ超の時点における前記中空の、非磁性のチャネルモールドの壁温度を検出し、検出温度を分析し、加熱流体媒体の温度又は圧力を含む熱処理上のパラメータを検出温度に応じて調節することを更に含む請求項5の方法。
  7. 1つ又は1つ超のエゼクタポンプを通る流体の流速を調節することにより、加熱流体媒体の温度又は圧力を含む熱処理上のパラメータを検出温度に応じて調節する請求項6の方法。
  8. 前記中空の、非磁性のチャネルモールド内に、前記中空の、非磁性のチャネルモールドを化学溶解させるための導電性流体物質を供給することを更に含む請求項3の方法。
  9. 1つ又は1つ超のブッシングの各々に配置したインダクタコイルにAC電流を印加して前記導電性流体物質を加熱し、1つ又は1つ超の流れチャネルから前記化学溶解された中空の、非磁性のチャネルモールドを除去し、該導電性流体物質の流れを発生させることを更に含む請求項8の方法。
  10. 前記中空の、非磁性のチャネルモールド内に非導電性流体物質を供給して前記中空の、非磁性のチャネルモールドを化学溶解させることを更に含む請求項2または3の方法。
  11. 導電性流体物質を1つ又は1つ超の流れチャネルに供給して前記非導電性流体物質と混合させ、1つ又は1つ超のブッシングの各々に配置したインダクタコイルにAC電流を印加して前記流れチャネルから前記非導電性流体物質と混合した導電性流体物質を除去することを更に含む請求項10の方法。
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