JP6289117B2

JP6289117B2 - 電気炉

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Publication number: JP6289117B2
Application number: JP2014008515A
Authority: JP
Inventors: 吉雄古田; 直吉古田
Original assignee: FULLTECH INC.
Current assignee: FULLTECH INC.
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: JP2015137781A

Description

本発明は、加熱室を有する電気炉に関する。

焼成や焼入等の各種熱処理に使用される電気炉において、例えば、特開２００６−４６７１７号公報（特許文献１）に示すように、一般に、電気炉本体にはセラミックス材による断熱構造を備えた加熱室が設けられている。このため、電気炉の形態は加熱室の大きさや重量に大きく依存している。

炉内容積を小さくして電気炉本体を小型化乃至軽量化する場合に、次の問題が生じた。即ち、炉内容積を縮小しても、加熱室の断熱性を維持する必要があるため、セラミックス材の壁厚を炉内容積に応じて薄くすることが難しく、小型化乃至軽量化の限界を生ずるという問題があった。

従来の断面矩形構造の横型電気炉では、一例として、１０ｃｍ×１０ｃｍの炉内断面に対して壁厚１０ｃｍのセラミックス材を使用していた。しかしながら、奥行きが同じで５ｃｍ×５ｃｍの炉内断面に縮小する場合にも、同程度の厚い壁厚のセラミックス材を使用して断熱構造を形成する必要があるため、電気炉本体の小型化乃至軽量化に限界を生じていた。特に、炉壁が厚いと、炉内温度の冷却性能が低下するため、炉内温度制御が不安定になるといった問題も生じた。

特開２００６−４６７１７号公報

本発明の目的は、上記課題に鑑み、炉内温度制御の安定性能を備えて小型化乃至軽量化が可能な電気炉を提供することである。

本発明の第１の形態は、筐体の内部に設けられ、断熱層により区画形成された加熱室と、加熱室内を加熱する電熱ヒーターとを備えた電気炉において、前記筐体に取着された冷却ファン装置と、前記断熱層の外側に設けられ、耐熱繊維材により構成された本体通気層とを有し、前記冷却ファン装置の駆動により、前記断熱層の周囲の加熱空気を前記本体通気層を介して前記筐体の外側に放散可能にしたことを特徴とする電気炉である。

本発明の第２の形態は、温度制御プログラムに基づいて前記電熱ヒーターの通電制御を行って加熱温度制御を行う加熱温度制御手段を有する電気炉である。

本発明の第３の形態は、前記加熱温度制御手段による温度制御過程に、前記冷却ファン装置の駆動による冷却制御過程を含む電気炉である。

本発明の第４の形態は、前記温度制御過程において、前記電熱ヒーターに常時、基礎電流を供給しながら前記通電制御を行う電気炉である。

本発明の第５の形態は、前記耐熱繊維材はセラミックス繊維材を含む電気炉である。

本発明の第６の形態は、前記冷却ファン装置の駆動により外気を前記筐体内に吸引して前記本体通気層に送風し、前記加熱空気の放散を行う電気炉である。

本発明の第７の形態は、前記冷却ファン装置の駆動により前記本体通気層を通じて前記加熱空気を吸引して前記筐体の外側に放散可能にした電気炉である。

本発明の第８の形態は、前記筐体の一面側に配設され、前記加熱室を開閉する扉体を有し、前記扉体は、扉閉鎖時に前記加熱室内を断熱密閉する断熱密閉部と、前記断熱密閉部の周辺に前記耐熱繊維材により構成された扉通気層とを含み、前記扉通気層と前記本体通気層間で前記加熱空気の流通を可能にした電気炉である。

本発明の第１の形態によれば、前記加熱室の断熱構造を、前記断熱層だけでなく、前記耐熱繊維材により構成された前記本体通気層とともに構成して、良好な断熱性を確保することができる。また、前記耐熱繊維材の断熱特性により、前記断熱層の層厚を薄くしても薄層化に伴う蓄熱損失を前記本体通気層により補うことが可能になるので、前記断熱層を薄層化することができ、更に、前記本体通気層自体も前記耐熱繊維材により薄層形成することができ、全体として電気炉の小型化、軽量化を実現することができる。しかも、断熱構造の薄層化に加え、本形態においては、前記冷却ファン装置の駆動により、前記断熱層の周囲の加熱空気を前記本体通気層を介して前記筐体の外側に放散可能にしたので、良好な冷却機能を具備でき、該小型化及び軽量化とともに炉内温度制御の安定化を図ることができる。

前記断熱層の素材には、前記加熱室の形成に必要な剛性を備えたセラミックス固体材（例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ系セラミックス炉壁材）を使用することができる。
前記耐熱繊維材の素材には、例えば、アルミナとシリカ（ＳｉＯ₂）を主成分としたセラミックファイバーを使用することができる。断熱層材のみならず、前記耐熱繊維材の耐熱温度により電気炉の制御温度の上限が制限されるので、例えば、１０００℃以上の高温制御を行う場合には、リフラクトリーセラミックファイバー（ＲＣＦ：耐熱温度１０００〜１５００℃）やアルミナ繊維（耐熱温度１３００〜１７００℃）を使用することができる。

前記加熱室の形態としては矩形断面形態に限らず、例えば、円形や楕円形の断面形態を使用することができる。
本発明は横側にて前記加熱室を開放可能にした横型電気炉に限らず、例えば、上側にて前記加熱室を開放可能にした縦型電気炉にも適用することができる。

本発明の第２形態によれば、温度制御プログラムに基づいて前記電熱ヒーターの通電制御を行って加熱温度制御を行う加熱温度制御手段を有するので、前記断熱層及び前記本体通気層による良好な断熱性により前記加熱温度制御の安定制御を実現することができる。

本発明の第３の形態によれば、前記加熱温度制御手段による温度制御過程に、前記冷却ファン装置の駆動による冷却制御過程を含むので、前記電熱ヒーターによる加熱機能と、前記本体通気層を用いた送風冷却機能とによって、加熱・冷却の温度制御プロセスを安定実行することができる。前記温度制御プログラムとして、例えば、ＰＩＤ（比例・積分・微分型）温度制御プログラムを用いて、所望の温度変化軌跡に沿ったＰＩＤ温度制御を行う場合において、設定温度に対するオーバーシュート（過剰昇温）を生じたときに前記本体通気層を用いた送風冷却機能を働かせることにより冷却の速応性が向上するのでＰＩＤ温度制御を円滑に実行することができる。

ＰＩＤ温度制御等の電気炉の温度制御において、厚い炉壁構造では冷却機能が劣るため、前記電熱ヒーターの通電に際しては、非通電による非加熱期間を設けるように通電・非通電を繰り返す通電オン・オフ制御が行われていた。このため、通電・非通電の繰り返し負荷により電熱ヒーターのエージング劣化が起き易くなるといった問題があった。本発明に係る電気炉においては前記本体通気層を用いた良好な送風冷却機能を具備しているので、上記の非通電による非加熱期間を設けなくて済むようにすることができる。即ち、本発明の第４の形態によれば、前記温度制御過程において、前記電熱ヒーターに常時、基礎電流を供給しながら前記通電制御を行うので、前記電熱ヒーターのエージング劣化が起きにくくなってヒーター寿命を長期化することができ、電気炉性能の向上に寄与することができる。

本発明の第５の形態によれば、前記耐熱繊維材としてセラミックス繊維材（例えば、前掲のＲＣＦ、アルミナ繊維）を使用することにより、炉内温度制御の安定性能を備えた小型電気炉を実現することができる。

本発明の第６の形態によれば、前記冷却ファン装置の駆動により外気を前記筐体内に吸引して前記本体通気層に送風し、前記加熱空気の放散を行うので、前記本体通気層への該送風の流通によって速応性に富んだ送風冷却機能及び炉内温度制御の安定性能を備えた小型電気炉を実現することができる。

前記第６の形態に係る外気の吸引取り込みの他に排気によっても同様の冷却効果を奏することができる。即ち、本発明の第７の形態によれば、前記冷却ファン装置の駆動により前記本体通気層を通じて前記加熱空気を吸引して前記筐体の外側に放散可能にしたことによって、速応性に富んだ送風冷却機能及び炉内温度制御の安定性能を備えた小型電気炉を実現することができる。前記第６及び前記第７の形態を併用して、吸引及び排気を実行可能にして冷却処理を行うことができる。

本発明の第８の形態によれば、前記筐体の一面側に配設され、前記加熱室を開閉する扉体を有し、前記扉体は、扉閉鎖時に前記加熱室内を断熱密閉する断熱密閉部と、前記断熱密閉部の周辺に前記耐熱繊維材により構成された扉通気層とを含み、前記扉通気層と前記本体通気層間で前記加熱空気の流通を可能にしたので、前記加熱室の一部となる前記断熱密閉部を含む前記扉体に対しても前記扉通気層と前記本体通気層間に送風して、前記加熱室の周囲の均一な冷却を可能にし、より速応性に富んだ送風冷却機能及び炉内温度制御の安定性能を備えた小型電気炉を実現することができる。

本発明の実施形態に係る電気炉１の全体正面図である。電気炉１の側面部分縦断面図である。電気炉１の平面部分横断面図である。電気炉１の制御部４０の概略ブロック図である。前記実施形態に用いるホストコンピュータ３８による主な実行処理を示すフローチャートである。電気炉１による温度制御パターンの一例を示す温度−時間関係図及び該温度制御パターンの温度制御過程Ｄの拡大図である。制御部４０による電気炉１の温度制御処理を示すフローチャートである。筐体を除いた電気炉１及び従来例の炉体断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電気炉１を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は夫々、電気炉１の全体正面構造、側面断面構造、平面断面構造を示す。
電気炉１は電気炉本体の前面側を開閉扉２により開閉自在にした横型電気炉である。電気炉１は直方体形状を有する加熱室３を有し、炉内断面を５ｃｍ×５ｃｍにした小型電気炉である。加熱室３は外形断面矩形の断熱層４により区画形成されている。断熱層４はセラミックスレンガ材により有底中空状箱形に造形され、横穴状に加熱室３の断熱構造を形成している。加熱室３は正面側で開口されており、扉閉鎖によって開閉扉２の内側に設けた断熱部材７が該開口に密閉状に嵌入可能になっている。セラミックスレンガ材は耐熱温度が１２００℃を超える材質のものであり、電気炉１使用上の上限温度は１２００℃に設定されている。

断熱層４の両側壁及び天井壁の内側には、電熱ヒーター５を埋設するための矩形断面の溝６が５本、刻設されている。各溝６は連通して形成されていて、１本の電熱ヒーター５が埋設可能になっている。溝６の一部にはヒーター端部を加熱室３外に取り出すための貫通穴（図示せず）が形成されている。

筐体８は断熱層４を収容可能に前方側を開口して、ＳＵＳ製板材により箱型ケース状に組立られている。筐体８の内部は水平仕切板８ａを介して上下に区画、分離されている。筐体内の上部は断熱層４を収容する加熱室収容部であり、下部は電源回路基板２５を収容する電源回路基板収容部になっている。水平仕切板８ａには断熱層４を載置するための支持片８ｂ、８ｃが溶着されている。断熱層４は支持片８ｂ、８ｃに載置されて収容され、該収容状態において、断熱層４は、筐体８の側面、天井面、水平仕切板８ａの床面及び背面と離間して空間を形成した状態で設置されている。

上記筐体内の上部における、断熱層４の外周面と筐体８の内面との空間には、断熱層４の外周面を覆うように本体通気層１１が介挿、形成されている。本体通気層１１はセラミックス特殊繊維からなるセラミックスファイバーウール材を該空間に充填して構成されている。セラミックスファイバーウール材にはシリカ・アルミナ系セラミックスファイバーからなり、耐熱性、断熱性及び通気性に富んだ材質を有する。特に、電気炉１の上限温度（１２００℃）の設定のために、セラミックスファイバーウール材には、耐熱温度が１２００〜１７００℃のものを使用することができる。本体通気層１１はセラミックスファイバーウール材により構成されることにより、断熱層４の外周における第２の断熱層の役割と、通気性を利用した冷却層の役割を担っている。

筐体８の前端側には、セラミックスファイバーウール材のはみ出しを規制するために、矩形開口を有するＳＵＳ製枠板２３がビス２４によりビス止めされて取り付けられている。枠板２３は筐体８内にセラミックスファイバーウール材を完全に閉じ込めないように、筐体８の前端側にて本体通気層１１の一部が露出可能な枠幅を有する。

筐体８の両横側壁には、筐体８内部と外部を連通する多数の微細孔１２が穿設されている。筐体８の奥壁にも、筐体８内部と外部を連通する多数の微細孔１３が穿設されている。筐体８の奥壁外側には冷却ファン装置１４がビス止めにより取着されている。冷却ファン装置１４はＤＣファンモーター１５と、ＤＣファンモーター１５の駆動により回転する回転羽根１６を有する小型ファン装置である。回転羽根１６は多数の微細孔１３に対向して配設されている。冷却ファン装置１４のファンカバー１０には、エアー吸込口１４ａが開口されており、回転羽根１６の回転によって外気をエアー吸込口１４ａから吸引して微細孔１３を通じて筐体８内部に送風することができる。

開閉扉２は後方を開口したＳＵＳ製薄型ケース体２ａに断熱部材７を取り付けた扉体である。ケース体２ａは蝶番１９を介して筐体８に対して横開き可能に取着されている。ケース体２ａの前面側には取っ手１８が取り付けられている。開閉扉２の閉鎖ロックはマグネットキャッチ金具により行われる。ケース体２ａの開放側端部にはマグネットキャッチ金具の鉄片２０が取着され、また、筐体８の開口側端部にはマグネットキャッチ金具の磁石部２１が取着され、鉄片２０が磁石部２１に磁着されることにより、開閉扉２の閉鎖状態が保持される。

断熱部材７は、断熱層４と同様に、セラミックスレンガ材により形成されている。断熱部材７は加熱室３を密閉するための突部と、ケース体２ａ内に嵌着された取付部とを有する。扉閉鎖によって該突部が加熱室３の開口に密閉状に嵌入可能になっていて、該突部は加熱室３内を断熱密閉する断熱密閉部を構成している。

該突部の根元部分の周囲とケース体２ａの間には空隙があり、該空隙を埋めるようにして、根元部分の周囲をロ字形に囲む扉通気層２２が設けられている。扉通気層２２は本体通気層１１と同様のセラミックスファイバーウール材により形成されている。筐体８の前端側にて本体通気層１１の一部が露出しているので、扉閉鎖時には、図２及び図３に示すように、扉通気層２２の前面側と、本体通気層１１の露出部分とは、夫々のセラミックスファイバーウール材が接触可能に対向してエアー流通が可能になっている。

開閉扉２の下部には電気炉１の制御部４０を収容した制御ボックス２６が取着されている。制御ボックス２６内には該制御部を構成する電子回路基板２７が収容されている。制御ボックス２６は筐体８の下部とは配線可能に連通しており、電源回路基板２５と電子回路基板２７は基板間の配線（図示せず）により電気的に接続されている。断熱層４の上部中央付近には温度センサ３６の導入口４６が穿設されている。筐体８の上部中央付近には温度センサ３６の取出口４５が穿設されている。温度センサ３６には、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等を使用することができる。温度センサの設置は１個だけに限らず、２個以上設置することができる。温度センサの複数設置の場合には、各センサ出力に応じた温度制御を行うことができる。制御ボックス２６及び筐体８の下面には夫々、１対のゴム足２８が取り付けられている。電源回路基板２５には、各種電源・動作電圧を生成する電源回路を収容した電源装置３５、商用電源接続用コンセント４４の配線コード４３と接続されるコネクタ４１が実装されている。配線コード４３は筐体８の背面側の貫通穴に設けたコードガイド４２を挿通し外側に取り出されている。

制御ボックス２６の正面側には、電源スイッチ２９、温度制御スタートスイッチ３０、電源スイッチ２９のＯＮ・ＯＦＦを示す電源ランプ３１、温度制御状態又は温度非制御状態を示す状態表示ランプ３２が配設されている。また、該正面側には、温度調節器９のデータ表示・操作部３３と、外部のホストパーソナルコンピュータ（以下、ホストパソコンという。）３８との通信接続端子用コネクタ３４が配設されている。コネクタ３４は中継器３７を介してホストパソコン３８に接続されている。電気炉１の制御部４０とホストパソコン３８間はＲＳ−４８５に準拠した通信制御が実行可能になっている。中継器３７はＲＳ−２３２Ｃに準拠したＵＳＢハブからなり、ＵＳＢ配線（図示せず）を介してホストパソコン３８に接続されている。

制御部４０とホストパソコン３８は相互にデータ送受信可能な電気炉自動温度制御システムを構成している。ホストパソコン３８は、図示しないが、パソコン用ＣＰＵと、ハードディスク装置、ＲＡＭ等からなる記憶部と、入出力ポート等を含み、外部とのデータの送受信を行うデータ送受信部を有するパソコンである。ホストパソコン３８の記憶部には、温度センサ３６の測定温度データをコネクタ３４及び中継器３７を含む通信経路を介して受信して逐次記憶する受信プログラム、電気炉１の温度制御状況等を示す情報を要求する指示信号を制御部４０に出力し、また、制御部４０からの応答情報のデータを逐次記憶する通信プログラムが格納されている。上記通信経路の通信線は、単一に限らず、中継器３７を介して複数の周辺機器（例えば、電気炉１とは別の電気炉の制御部３９）を合計９９台までホストパソコン３８にマルチ接続可能になっている。このマルチ接続状態においてホストパソコン３８は各電気炉の温度制御状態を同時に監視することができる。

図４は電気炉１の制御部４０の概略構成を示す。
制御部４０は、ＣＰＵ４０ａ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ４０ｂ、制御データのワークメモリであるＲＡＭ４０ｃを含むマイクロコンピュータにより構成されている。ＲＯＭ４０ｂには、ＣＰＵ４０ａの制御の下に実行される、ヒーター通電制御及びファン駆動制御を行うための制御プログラム等が格納されている。

制御部４０の入力側には、入力信号として、温度制御スタートスイッチ３０のＯＮ・ＯＦＦ信号、電源装置３５を介して入力される電源スイッチ２９のＯＮ・ＯＦＦ信号が入力される。また、制御部４０の出力側には、冷却ファン装置１４、電源ランプ３１及び状態表示ランプ３２が接続されている。電源ランプ３１は温度制御スタートスイッチ３０のＯＮ信号により点灯可能になっている。状態表示ランプ３２は電源スイッチ２９のＯＮ信号により点灯可能になっている。制御部４０は通信線を介して通信用コネクタ３４と接続されている。

制御部４０には電気炉１の温度制御手段として、温度調節器９がデータ送受信可能に接続されている。温度調節器９には温度センサ３６のセンサ出力が入力可能になっている。温度調節器９には、センサ出力（検出温度出力）をデジタル信号化するＡ／Ｄ信号変換回路（図示せず）が内蔵されている。温度調節器９は電熱ヒーター８に供給する電力を調節する供給電力調節部４７に、温度センサ３６による検出温度に基づいて、供給電力調節のための制御信号を与える。供給電力調節部４７は、電熱ヒーター８への電圧供給を制御する、サイリスタを含む電圧制御回路(図示せず)により構成されている。供給電力調節部４７は該電圧制御回路により電源装置３５を介して供給される商用電源の交流電源を電熱ヒーター８への供給電圧に変換して供給する。

供給電力調節部４７のサイリスタ制御による供給電圧制御は、電熱ヒーター８に供給する供給電圧のオン・オフ制御ではなく、三角波パルスを用いた位相角及びパルス制御によって行われる。また、電気炉１の温度制御過程において、電熱ヒーター８には常時、基礎電流を供給しながら前記供給電圧制御が実行される。基礎電流には炉内温度の上昇に寄与しない程度の微弱電流（１０ｍＡ〜１００ｍＡ）を使用することができる。

温度調節器９は、ＰＩＤパラメータを自動調整するオートチューニング機能を有する。データ表示・操作部３３により、ＰＩＤ温度制御の運転プログラムを温度調節器９に対してマニュアルでセットすることができる。また、ホストパソコン側においてセットした運転プログラムによっても温度調節器９による温度制御が実行可能になっている。本実施形態では、ホストパソコン３８側においてセットした運転プログラムに基づく温度調節器９による温度制御が実行される。

図５はホストパソコン３８による主な実行処理を示す。
ホストパソコン３８を起動したとき、パソコン用ＣＰＵに対する初期化処理が実行される（ステップＳ１、Ｓ２）。ついで、ホストパソコン３８に運転プログラムが設定可能な温度制御設定処理が実行される（ステップＳ３）。温度制御設定処理はパソコンの入力手段を用いて運転プログラムを入力したり、プログラムファイルから所望の運転プログラム取り込むことにより実行される。

図６の（６Ａ）はホストコンピュータ３８にセットした運転プログラムの温度制御パターンの一例を示す。
この温度制御パターンは、温度制御開始からｔ１時間経過後、ｔ２に達するまで設定値ＳＶ１に維持され、ｔ２到達後更に設定値ＳＶ２に昇温され、ｔ３〜ｔ４の間維持される場合に相当する。

温度制御設定処理が実行されると、セットされた運転プログラムに基づく温度制御実行処理が実行可能になる（ステップＳ４）。温度制御実行処理においては、温度センサ３６による検出温度値を温度調節器９、制御部４０を通じて受信して温度制御パターンの設定値と比較し、その比較結果に基づいて電熱ヒーター５の通電制御内容を決定して該決定内容を制御部４０側にフィードバックする指令送信が行われる。

図７は制御部４０による電気炉１の温度制御処理を示す。
温度制御スタートスイッチ３０のオンにより、ホストパソコン３８に設定された温度制御パターンに基づく温度制御モードが開始される（ステップＳ１０）。温度制御モードにおいては、炉内昇温（電熱ヒーター５による加熱）、炉内降温（冷却ファン装置１４の駆動による冷却）、加熱及び冷却を行わない恒温維持のいずれかの処理が実行可能になっている。ホストパソコン３８から送信データの受信はＣＰＵ４０ａのアクセスタイミングで常時監視されており、上記のいずれかの処理が実行されていないとき、ホストパソコン３８側からの指令データの受信（データ取込）が有効化される（ステップＳ１１、Ｓ１２）。

ホストパソコン３８から昇温指示の指令データを受信した場合（ステップＳ１３）、温度調節器９に対し昇温指示信号が送信される。温度調節器９は、昇温指示信号（電熱ヒーター５による加熱時間データも含む。）の受信に応じて、供給電力調節部４７のサイリスタに駆動信号を加熱時間の間、出力する。駆動信号の出力によりサイリスタが駆動されて電熱ヒーター５による加熱が行われ炉内温度の昇温処理が実行される（ステップＳ１６）。該加熱時間の経過したときには、サイリスタへの駆動信号の出力は停止される。

ホストパソコン３８から降温指示の指令データ（冷却ファン装置１４のファン駆動時間データも含む。）を受信した場合（ステップＳ１４）、冷却ファン装置１４のＤＣファンモーター１５にファン駆動時間の間、ファン駆動信号が送信される。ファン駆動信号の出力により冷却ファン装置１４が駆動されて外気が本体通気層１１内に吸引される。

図３に示すように、本体通気層１１内に吸引された外気Ａは断熱層４の外周に設けた本体通気層１１のセラミックスファイバーウール材の中を流通する。図３においてＢで示す流通エアーは、開閉扉２に設けた扉通気層２２のセラミックスファイバーウール材内にも進行していく。外気Ａの温度が電気炉１の設置環境の温度（室温）であるので、本体通気層１１及び扉通気層２２を流通したエアーはＣにより示すように微細孔１２を通じて流出しながら、高温に熱せられた断熱層４に触れて熱交換作用を生じて断熱層４を降温させることができる。断熱層４の降温により炉内温度の低下を生じて降温処理が実行される（ステップＳ１７）。

ホストパソコン３８から恒温維持指示の指令データ（恒温維持時間データも含む。）を受信した場合（ステップＳ１５）、恒温維持時間の間、上記の昇温処理及び降温処理を実行しない恒温維持処理が実行される。昇温指示、降温指示及び恒温維持指示以外の指令データ（例えば、緊急停止等）を受信した場合には指令内容に即した処理が実行される（ステップＳ１８）。
なお、温度調節器９に対して、ＰＩＤ温度制御の運転プログラムをマニュアルでセットした場合にも、上記の温度制御処理と同様に、昇温処理、降温処理及び恒温維持の各シーケンス制御処理が実行可能になっている。その場合における降温処理においても、温度調節器９からファン駆動指示が制御部４０に出力可能になっている。

電気炉１においては、加熱室３の断熱構造を、断熱層４だけでなく、セラミックスファイバーウール材（耐熱繊維材）により構成された本体通気層１１とともに構成して、良好な断熱性が確保されている。セラミックスファイバーウール材の断熱特性により、断熱層４の層厚を薄くしても薄層化に伴う蓄熱損失を本体通気層１１により補うことができるので、断熱層４の薄層化が可能になり、本体通気層１１自体もセラミックスファイバーウール材の断熱特性により薄層形成することができ、全体として電気炉１は小型化、軽量化されている。

電気炉１は、断熱構造の薄層化に加え、セラミックスファイバーウール材の良好な通気性を利用して、冷却ファン装置１４の駆動により、断熱層４の周囲の高温エアーを本体通気層１１及び扉通気層２２を介して筐体８の外側に放散させることができるので、良好な熱交換性による迅速冷却機能を具備して、該小型化及び軽量化とともに炉内温度制御の安定化を実現することができる。

電気炉１と従来構造の電気炉との外形及び機能の比較を以下に説明する。
図８の（８Ａ）、（８Ｂ）は夫々、筐体を除いた電気炉１、従来例の炉体断面を示す。この比較例では従来例の各炉内断面及び炉内奥行きを電気炉１と同一にしている。

従来例の炉体は矩形断面の加熱室１００を厚壁の断熱層１０１により形成されている。従来例の場合、断熱構造を保持するために厚いセラミックス材で形成された断熱層１０１（壁厚：１０ｃｍ）を使用している。

図６の（６Ｂ）は同図（６Ａ）の温度制御過程Ｄを拡大した図である。
（６Ａ）の破線２００は、電気炉１の制御部４０による温度制御を実施したときの温度制御過程Ｄでの温度変化を示す。（６Ｂ）の実線２０１は、従来例の電気炉に電気炉１の制御部４０と同様の制御部を設けて図７に示した温度制御を実施したときの温度制御過程Ｄでの温度変化を示す。

昇温処理で設定値ＳＶ２に最初に到達した時点で、ヒーター加熱をオフしたとき、残留熱によるオーバーシュートを生ずるが、従来例の場合、断熱層１０１の自然冷却による降温処理が行われるものの、断熱層１０１が肉厚のためにオーバーシュートが大きくなってしまう。自然冷却による降温を行った後も、再び、設定値ＳＶ２に達した時点でヒーター加熱をオフしたときにも最初よりは小さいオーバーシュートが生じる。結局、オーバーシュートの繰り返しが多くなって、設定値ＳＶ２に炉内温度が安定的に維持されるまでの時間（最初のＳＶ２到達時から安定維持されるまでの時間Ｔ２）が長くなる。

電気炉１の場合、設定値ＳＶ２に最初達したときに、断熱層４の自然冷却を行わずに、冷却ファン装置１４の駆動により、本体通気層１１及び扉通気層２２に外気を流通させて残留熱を外部に放散させることがでるので、迅速な冷却過程を実行して、オーバーシュートの縮減が可能になる。従って、オーバーシュートの繰り返しが少なくなって、設定値ＳＶ２に炉内温度が安定的に維持されるまでの時間（最初のＳＶ２到達時から安定維持されるまでの時間Ｔ１（＜Ｔ２））が短くなり、炉内温度制御を高精度且つ安定的に行うことができる。即ち、電気炉１においては、温度制御の運転プログラムに基づいて電熱ヒーター５の通電制御を行って加熱温度制御を行って、断熱層４、本体通気層１１及び扉通気層２２による良好な断熱性により加熱温度制御の安定制御を実現することができる。また、温度制御過程で、冷却ファン装置１４の駆動による冷却制御過程を含むので、電熱ヒーター５による加熱機能と送風冷却機能によって、加熱・冷却の温度制御プロセスを安定実行することができる。

特に、ＰＩＤ温度制御等の電気炉の温度制御において、上記従来例のように、厚い炉壁構造では冷却機能が劣るため、電熱ヒーター５の通電に際しては、非通電による非加熱期間を設けるように通電・非通電を繰り返す通電オン・オフ制御が行われていた。このため、通電・非通電の繰り返し負荷により電熱ヒーター５のエージング劣化が起き易くなるといった問題があった。これに対し、電気炉１においては、冷却の速応性を向上させた良好な送風冷却機能を具備しているので、上記の非通電による非加熱期間を設けなくて済み、電熱ヒーター５に常時、基礎電流を供給しながら通電制御を行うことができる。従って、電気炉１においては、基礎電流の供給により、電熱ヒーター５のエージング劣化が起きにくくなってヒーター寿命を長期化することができ、電気炉性能の向上に寄与することができる。

電気炉１と従来例との外形を比較した場合、図８に示すように、従来例においては、壁厚Ｌ３が１０ｃｍの断熱層１０１を使用しているのに対して、電気炉１においては、本体通気層１１及び扉通気層２２による良好な断熱性及び通気性により、壁厚Ｌ１が１ｃｍの断熱層４を使用することができる。また、本体通気層１１の層厚Ｌ２も良好な断熱性及び通気性により数ｃｍの厚さにすることができる。従って、電気炉１の外形は従来例よりを大幅に縮小化でき、重量も軽減することができる。

本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。

本発明によれば、炉内温度制御の安定性能を備え、小型軽量化された電気炉を提供することができる。

１電気炉、
２開閉扉、
２ａケース体、
３加熱室、
４断熱層、
５電熱ヒーター、
６溝、
７断熱部材、
８筐体、
８ａ水平仕切板、
８ｂ支持片、
８ｃ支持片、
９温度調節器、
１０ファンカバー、
１１本体通気層、
１２微細孔、
１３微細孔、
１４冷却ファン装置、
１４ａエアー吸込口、
１５ＤＣファンモーター、
１６回転羽根、
１８取っ手、
１９蝶番、
２０鉄片、
２１磁石部、
２２扉通気層、
２３枠板、
２４ビス、
２５電源回路基板、
２６制御ボックス、
２７電子回路基板、
２８ゴム足、
２９電源スイッチ、
３０温度制御スタートスイッチ、
３１電源ランプ、
３２状態表示ランプ、
３３データ表示・操作部、
３４コネクタ、
３５電源装置、
３６温度センサ、
３７中継器、
３８ホストパーソナルコンピュータ、
４０制御部、
４０ａＣＰＵ、
４０ｂＲＯＭ、
４０ｃＲＡＭ、
４１コネクタ、
４２コードガイド、
４３配線コード、
４４コンセント、
４５取出口、
４６導入口、
４７供給電力調節部、
１００加熱室、
１０１断熱層。

Claims

筐体の内部に設けられ、断熱層により区画形成された加熱室と、加熱室内を加熱する電熱ヒーターとを備えた電気炉において、前記筐体に取着された冷却ファン装置と、前記断熱層の外側に設けられ、耐熱繊維材により構成された本体通気層とを有し、前記冷却ファン装置の駆動により、前記断熱層の周囲の加熱空気を前記本体通気層を介して前記筐体の外側に放散可能にしたことを特徴とする電気炉。
温度制御プログラムに基づいて前記電熱ヒーターの通電制御を行って加熱温度制御を行う加熱温度制御手段を有する請求項１に記載の電気炉。
前記加熱温度制御手段による温度制御過程に、前記冷却ファン装置の駆動による冷却制御過程を含む請求項２に記載の電気炉。
前記温度制御過程において、前記電熱ヒーターに常時、基礎電流を供給しながら前記通電制御を行う請求項３に記載の電気炉。
前記耐熱繊維材はセラミックス繊維材を含む請求項１〜４のいずれかに記載の電気炉。
前記冷却ファン装置の駆動により外気を前記筐体内に吸引して前記本体通気層に送風し、前記加熱空気の放散を行う請求項１〜５のいずれかに記載の電気炉。
前記冷却ファン装置の駆動により前記本体通気層を通じて前記加熱空気を吸引して前記筐体の外側に放散可能にした請求項１〜６のいずれかに記載の電気炉。
前記筐体の一面側に配設され、前記加熱室を開閉する扉体を有し、前記扉体は、扉閉鎖時に前記加熱室内を断熱密閉する断熱密閉部と、前記断熱密閉部の周辺に前記耐熱繊維材により構成された扉通気層とを含み、前記扉通気層と前記本体通気層間で前記加熱空気の流通を可能にした請求項１〜７のいずれかに記載の電気炉。