JP5877137B2 - 誘導溶解炉 - Google Patents

Description

炉壁の外周に巻線された加熱コイルに電力供給装置を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉に関する。

従来、この種の誘導溶解炉としては、本願出願人の先願である、加熱コイルを分割した補助コイルを設け、該補助コイルの印加電圧を変化させることによりインピーダンス調整を可能とした誘導溶解炉の制御装置が知られている（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−１４６１６６号公報

ここで、回路構成としては、上記誘導溶解炉の制御装置によりインピーダンス調整が可能であるが、加熱コイルを分割した場合に、複数の分割コイルを誘導溶解炉において、どのような構成で支持し、どのような構成で電力供給装置に電気的に接続するかなど、これを実現する構造的な開発が望まれていた。

以上の事情に鑑みて、本発明は、加熱コイルを複数の分割コイルに分割した場合に、これを実現する誘導溶解炉の構造を提供することをその目的とする。

第１発明の誘導溶解炉は、炉壁の外周に巻線された加熱コイルに電力供給装置を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉であって、
前記加熱コイルが複数に分割された分割コイルと、
前記分割コイルの外周側に放射状に複数配置され、該分割コイルを支持するクランプと、
前記分割コイルの外周側で隣接する前記クランプ間に放射状に複数配置され、帰磁路を形成する鉄心と、
前記分割コイルから該分割コイルの外周側に突出して設けられた接続端子と、
前記分割コイルの外周側に配置され、前記分割コイル間の前記接続端子を電気的に接続する接続バーと
を備え、前記接続バーは、前記分割コイルの外周側に放射状に配置された複数のクランプの１つに代わるように配置される。

かかる第１発明の誘導溶解炉によれば、クランプが、分割コイルの外周側に放射状に配置され、該分割コイルを支持する。そのため、加熱コイルを分割することで、加熱コイルを物理的に一体として取り扱うことが困難な場合でも、各分割コイルをクランプで支持して所望の配置とすることができる。

さらに、接続バーにより、分割コイル間の接続端子が電気的に接続される。そのため、加熱コイルを分割することで、加熱コイルを電気的に一体として取り扱うことが困難な場合でも、各分割コイルを接続バーで電気的に接続して所望の回路構成とすることができる。

このように、第１発明の誘導溶解炉によれば、加熱コイルを複数の分割コイルに分割した場合に、これを実現する誘導溶解炉の構造を提供することができる。

また、かかる第１発明の誘導溶解炉によれば、分割コイルの外周側には複数のクランプおよび鉄心が放射状に配置されていることから、クランプおよび鉄心の間に、接続バーを配置することが困難な場合がある。そこで、クランプの一部を接続バーに代えることで、接続バーの配置スペースを確保することができる。

このように、第１発明の誘導溶解炉によれば、加熱コイルを複数の分割コイルに分割した場合に、各分割コイルをクランプで支持する具体的な構造を提供することができる。

第２発明の誘導溶解炉は、第１発明において、
前記分割コイルは、前記加熱コイルの両端部の第１分割コイルと、該第１分割コイルに挟まれた中央部を複数に分割した第２分割コイルおよび第３分割コイルとを有し、
前記接続バーを介して、前記第１分割コイルが、該第１分割コイルに隣接する前記第２分割コイルを隔てて、前記第３分割コイルに直列に接続されると共に、該第１分割コイルおよび該第３分割コイルと該第２分割コイルとが、前記電力供給装置に並列に接続されることを特徴とする。

かかる第２発明の誘導溶解炉によれば、上述のように、各分割コイルを接続バーで電気的に接続して所望の回路構成とすることができる。そのため、まず、加熱コイルの両端部で生じる局部加熱を抑制するように、加熱コイルの両端部を第１分割コイルとすることができる。さらに、コイル端部に位置する第１分割コイルで生じるインダクタンスの変化を吸収して電流バランスを均一化するように、第１分割コイルを第３分割コイルと直列に接続すると共に、これらと第２分割コイルを並列に接続することができる。

このように、第２発明の誘導溶解炉によれば、加熱コイルを複数の分割コイルに分割した場合に、各分割コイルを接続バーで電気的に接続して加熱効率の高い回路構成とすることができる。
第３発明の誘導溶解炉は、 炉壁の外周に巻線された加熱コイルに電力供給装置を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉であって、
前記加熱コイルが複数に分割された分割コイルと、
前記分割コイルの外周側に放射状に複数配置され、該分割コイルを支持するクランプと、
前記分割コイルの外周側で隣接する前記クランプ間に放射状に複数配置され、帰磁路を形成する鉄心と、
前記分割コイルから該分割コイルの外周側に突出して設けられた接続端子と、
前記分割コイルの外周側に配置され、前記分割コイル間の前記接続端子を電気的に接続する接続バーと
を備え、
前記分割コイルは、前記加熱コイルの両端部の第１分割コイルと、該第１分割コイルに挟まれた中央部を複数に分割した第２分割コイルおよび第３分割コイルとを有し、
前記接続バーを介して、前記第１分割コイルが、該第１分割コイルに隣接する前記第２分割コイルを隔てて、前記第３分割コイルに直列に接続されると共に、該第１分割コイルおよび該第３分割コイルと該第２分割コイルとが、前記電力供給装置に並列に接続されることを特徴とする。
かかる第３発明の誘導溶解炉によれば、第２発明と同様に、加熱コイルを複数の分割コイルに分割した場合に、各分割コイルを接続バーで電気的に接続して加熱効率の高い回路構成とすることができる。

誘導溶解炉の全体的な構成を示す部分断面図。 図１の誘導溶解炉を上方から見た断面図。 図１の誘導溶解炉の説明的正面図。

図１〜図３に示すように、本実施形態の誘導溶解炉は、炉Ｘ内に収納された被溶解材（図示省略）を溶解させる誘導溶解炉であって、加熱コイル１と、鉄心２と、クランプ３とを備える。

加熱コイル１は、炉Ｘの側壁の外周に巻線され、電力供給装置（図示省略）を介して加熱コイル１に電力を供給することにより炉Ｘ内に収納された被溶解材に渦電流を発生させ、該被溶解材を加熱溶解させる。

加熱コイル１は、複数に分割された分割コイルにより構成される。より具体的には、加熱コイル１は、その両端部の第１分割コイルＣ１と、第１分割コイルＣ１に挟まれた中央部を複数に分割した第２分割コイルＣ２および第３分割コイルＣ３とを備える。

なお、第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３の回路構成の詳細については、図３を参照して後述する。

鉄心２は、加熱コイル１の外周側に放射状に複数配置され、加熱コイル１の電流により生じる磁束の漏洩を防止して帰磁路を形成する。また、鉄心２は、加熱コイル１の外周側に放射状に配置されることから、被溶解材の加熱溶解に伴うコイルの加熱変形を防止する。

クランプ３は、加熱コイル１の外周側に放射状に複数配置され、加熱コイル１を支持する。特に本実施形態では、加熱コイル１が複数の第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３により構成されることから、分割コイルＣ１〜Ｃ３をそれぞれ独立に支持する必要があるところ、各分割コイルＣ１〜Ｃ３は、図３に部分断面図で示すように、これを構成する銅管１０に固着された銅合金製のスタッド１１をナット３１で締め付けることで、上下方向に延びるクランプ３の所望の高さ位置に固定支持される。

なお、クランプ３には、スタッド１１が所望の高さ位置で支持固定できるように、複数の凹部３２と凹部３２に設けられたスタッド１１が挿通可能な貫通孔３３とが設けられている。また、スタッド１１がナット３１により締め付けられた凹部３２には、シリコン等の絶縁材が充填される。

第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３には、それぞれ銅管１０の両端で外周側に突出して設けられた銅製の接続端子４，４と、分割コイルＣ１〜Ｃ３間の接続端子４，４同士を電気的に接続する銅製の接続バー５とを備える。

ここで、各第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３の銅管１０の両端に設けられた接続端子４，４は、その位置が加熱コイル１の外周側に放射状に配置された複数のクランプ３の１つに代わるように配置されている。

そして、分割コイルＣ１〜Ｃ３間の接続端子４，４同士は、上下方向に延びる接続バー５により電気的に接続される。このとき、隣接する接続バー５，５同士は、適当な絶縁距離を隔てて配置される。また、接続端子４および接続バー５は、加熱コイル１から外周側に突出しているため、これらの短絡を防止するため、接続バー５による接続後に、接続端子４および接続バー５を絶縁テープにより被服することが好ましい。

次に、図３を参照して、第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３の回路構成について説明する。なお、図３において、鉄心２は省略している。

第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３は、接続バー５を介して、第１分割コイルＣ１が、第１分割コイルＣ１に隣接する第２分割コイルＣ２を隔てて、第３分割コイルＣ３に直列に接続される。さらに、第１分割コイルＣ１および第３分割コイルＣ３と、第２分割コイルＣ２とが、電力供給装置（図示省略）に並列に接続される。

このとき、第１分割コイルＣ１と第３分割コイルＣ３との総巻数が、第２分割コイルＣ２の総巻数と同数か、または、第２分割コイルＣ２の総巻数よりも多くなるように構成される。

これにより、加熱コイル１の両端部の第１分割コイルＣ１により、加熱コイル１の両端部で生じる局部加熱を抑制することができる。さらに、第１分割コイルＣ１と第３分割コイルＣ３との総巻数が、第２分割コイルＣ２の総巻数と同数か、または、第２分割コイルＣ２の総巻数よりも多くすることで、加熱コイル１の端部に位置する第１分割コイルＣ１で生じるインダクタンスの変化を吸収して電流バランスをとることができる。

以上、詳しく説明したように、本実施形態の誘導溶解炉によれば、加熱コイル１を複数の分割コイルＣ１〜Ｃ３に分割した場合に、これを実現する誘導溶解炉の構造を提供することができると共に、各分割コイルＣ１〜Ｃ３を接続バー５で電気的に接続して加熱効率の高い回路構成とすることができる。

なお、本実施形態において、加熱コイル１を第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３の６つに分割した場合について説明したが、加熱コイル１の分割方法は、これに限定されるものではない。例えば、加熱コイル１を第１〜第４分割コイルＣ１〜Ｃ４の８つに分割してもよい。

この場合、第１〜第４分割コイルＣ１〜Ｃ４は、接続バー５を介して、第１分割コイルＣ１が、第１分割コイルＣ１に隣接する第２分割コイルＣ２を隔てて、第３分割コイルＣ３に直列に接続されると共に、第２分割コイルＣ２が第３分割コイルＣ３を隔てて、第４分割コイルに直列に接続される。さらに、第１分割コイルＣ１および第３分割コイルＣ３と、第２分割コイルＣ２および第４分割コイルＣ４とが、電力供給装置（図示省略）に並列に接続される。

また、このとき、第１分割コイルＣ１と第３分割コイルＣ３との総巻数は、電流バランスの観点から、第２分割コイルＣ２および第４分割コイルＣ４の総巻数と同数か、または、第２分割コイルＣ２および第４分割コイルＣ４の総巻数よりも多くなるように構成されることが好ましい。

さらに、本実施形態において、加熱コイル１を、独立の第１〜第３分割コイルＣ１〜Ｃ３に分割したが、分割コイルＣ１〜Ｃ３を構成する銅管１０内を流れる冷水の冷却水回路は、冷却効率を向上させるためにそれぞれ独立に冷却水回路を構成してもよく、冷却水回路の構成を簡易なものとするために複数の分割コイルＣ１〜Ｃ３の一部または全部を１つの冷却水回路としてもよい。

例えば、複数の分割コイルＣ１〜Ｃ３の全部を１つの冷却水回路とする場合には、第１分割コイルＣ１の一端の給水口から給水された冷却水は、他端の排水口から排水されると共に、その排水口がそのまま第２分割コイルＣ２の一端の給水口に接続されて、第２分割コイルＣ２に給水される。以下同様にして、冷却水回路は、加熱コイル１の一端から他端に連続して循環するように構成される。これにより、コイル１を複数の分割コイルＣ１〜Ｃ３に分割した場合にも簡易な構成で、各分割コイルＣ１〜Ｃ３を冷却することができる。

１…加熱コイル、２…鉄心、３…クランプ、４…接続端子、５…接続バー、１０…銅管、Ｃ１…第１分割コイル、Ｃ２…第２分割コイル、Ｃ３…第３分割コイル、Ｘ…炉。

Claims (3)

1. 炉壁の外周に巻線された加熱コイルに電力供給装置を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉であって、
   前記加熱コイルが複数に分割された分割コイルと、
   前記分割コイルの外周側に放射状に複数配置され、該分割コイルを支持するクランプと、
   前記分割コイルの外周側で隣接する前記クランプ間に放射状に複数配置され、帰磁路を形成する鉄心と、
   前記分割コイルから該分割コイルの外周側に突出して設けられた接続端子と、
   前記分割コイルの外周側に配置され、前記分割コイル間の前記接続端子を電気的に接続する接続バーと
   を備え、前記接続バーは、前記分割コイルの外周側に放射状に配置された複数のクランプの１つに代わるように配置されることを特徴とする誘導溶解炉。
   
2. 請求項１記載の誘導溶解炉において、
   前記分割コイルは、前記加熱コイルの両端部の第１分割コイルと、該第１分割コイルに挟まれた中央部を複数に分割した第２分割コイルおよび第３分割コイルとを有し、
   前記接続バーを介して、前記第１分割コイルが、該第１分割コイルに隣接する前記第２分割コイルを隔てて、前記第３分割コイルに直列に接続されると共に、該第１分割コイルおよび該第３分割コイルと該第２分割コイルとが、前記電力供給装置に並列に接続されることを特徴とする誘導溶解炉。
3. 炉壁の外周に巻線された加熱コイルに電力供給装置を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉であって、
   前記加熱コイルが複数に分割された分割コイルと、
   前記分割コイルの外周側に放射状に複数配置され、該分割コイルを支持するクランプと、
   前記分割コイルの外周側で隣接する前記クランプ間に放射状に複数配置され、帰磁路を形成する鉄心と、
   前記分割コイルから該分割コイルの外周側に突出して設けられた接続端子と、
   前記分割コイルの外周側に配置され、前記分割コイル間の前記接続端子を電気的に接続する接続バーと
   を備え、
   前記分割コイルは、前記加熱コイルの両端部の第１分割コイルと、該第１分割コイルに挟まれた中央部を複数に分割した第２分割コイルおよび第３分割コイルとを有し、
   前記接続バーを介して、前記第１分割コイルが、該第１分割コイルに隣接する前記第２分割コイルを隔てて、前記第３分割コイルに直列に接続されると共に、該第１分割コイルおよび該第３分割コイルと該第２分割コイルとが、前記電力供給装置に並列に接続されることを特徴とする誘導溶解炉。