JP7080521B1 - 導電性容器及び通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極が高温になるのを抑制可能であり、電極を損傷しにくくすることができる導電性容器及び通電加熱装置を提供する。【解決手段】導電性容器１は、複数の電極２により通電されることで発熱して内部に収容された原材料を溶融させるものでであって、底部１０と、上端に開口を有する側面部１１と、を含み、側面部１１は、その上端から底部１０に向かって延びる複数のスリット１４が周方向に間隔をあけて設けられていて、スリット１４により分離された複数の壁部１５を含み、複数の壁部１５の上端側に複数の電極２がそれぞれ別々に装着される【選択図】図９

Description

本発明は、例えば金属等を溶融するための導電性容器及びこの導電性容器を用いた通電加熱装置に関する。

金属等を加熱して溶融する装置として、バーナーを用いる燃焼加熱式、電気ヒータを用いた間接加熱式、電磁誘導作用による誘導加熱を利用した誘導加熱式が知られている。燃焼加熱式は、加熱効率が悪いうえ、局所的な加熱になりやすいために材料温度の均一化が難しく、さらに燃焼ガスなどにより溶融した金属の酸化や汚染を招く、排ガスや騒音等により作業環境の悪化を招く等の問題がある。また、間接加熱式は熱効率に問題があり、誘導加熱式は撹拌現象によるガス巻き込み等の問題がある。

そのため、導電性を有する材料により形成された導電性容器に通電して導電性容器を加熱することにより、導電性容器内の金属等を加熱して溶融する通電加熱式が提案されている（例えば、特許文献１）。通電加熱式の装置（通電加熱装置）は、上部電極と下部電極の間に例えば黒鉛性の導電性容器が挟持されており、上部電極と下部電極の間に電圧を印加することにより、導電性容器に電流が流れ、導電性容器の全体が加熱されることにより、導電性容器内の金属等を均一に加熱することができる。

特開平７－１６７８４７号公報

しかしながら、上記構成の通電加熱装置では、導電性容器の発熱に伴い特に下部電極が高温になる。そのため、下部電極が異常に高温になることで損傷するおそれがあり、通電加熱装置はその耐久性に課題がある。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、電極が高温になるのを抑制して損傷しにくい導電性容器及び通電加熱装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電極により通電されることで発熱して内部に収容された原材料を溶融させる導電性容器に関する。本発明の導電性容器は、底部と、上端に開口を有する側面部と、を備え、前記側面部は、その上端から底部に向かって延びる複数のスリットが周方向に間隔をあけて設けられていて、前記スリットにより分離された複数の壁部を含み、前記複数の壁部の上端側に前記複数の電極がそれぞれ別々に装着される、ことを特徴とする。

本発明の導電性容器において好ましくは、前記側面部の前記複数の壁部は、その上端側に外壁面から外側に突き出る取付部が設けられる、ことを特徴とするように構成することができる。

また、本発明の導電性容器において好ましくは、前記導電性容器は、前記底部及び前記側面部の下端側の部分を含む高抵抗部と、前記側面部の上端側の部分を含む低抵抗部からなり、前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも電気比抵抗が大きい、ことを特徴とするように構成することができる。

本発明は、上述した構成の導電性容器と、前記導電性容器の前記複数の壁部の上端側にそれぞれ別々に装着される複数の電極と、筒状を呈する絶縁性及び／又は断熱性の補助材であって内側に前記導電性容器が挿入される補助材と、を備え、前記複数の電極間に電圧を印加して前記容器に通電することにより、前記導電性容器内に収容された原材料を加熱する、ことを特徴とする通電加熱装置に関する。

本発明によれば、電極が高温になるのを抑制可能であり、電極を損傷しにくくすることができる。

本実施形態の導電性容器の斜視図である。 本実施形態の導電性容器の斜視図である。 本実施形態の導電性容器の正面図である。 本実施形態の導電性容器の平面図である。 本実施形態の導電性容器の底面図である。 本実施形態の導電性容器の側面図である。 図４のＡ－Ａ線断面図である。 図４のＢ－Ｂ線断面図である。 本実施形態の導電性容器を用いた通電加熱装置の断面図である。 変形例の導電性容器の斜視図である。 変形例の導電性容器の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１～図６は、本発明の一実施形態である導電性容器１の外観を示し、図７及び図８は、導電性容器１の内部構造を示し、図９は、導電性容器１を用いた通電加熱装置１００の一例を示す。通電加熱装置１００は、導電性容器１と、導電性容器１に装着される複数の電極２と、導電性容器１が挿入される補助材３とを備える。

導電性容器１は、例えばアルミニウム等の金属等（原材料）を収容して溶融する。導電性容器１の厚みは特に限定されず、導電性容器１の大きさに応じて適宜設定されるが、例えば５ｍｍ以上１００ｍｍ以下に設定される。導電性容器１は、底部１０と、上端に開口を有する側面部１１とを備える。

導電性容器１は、通電すると発熱する導電性材料から形成される。導電性材料としては、例えばカーボン、黒鉛、炭化珪素等を含む耐火物、導電性容器１に収容される金属等よりも高融点の金属などを用いることができる。導電性容器１の電気比抵抗は特に限定されず、溶融する金属等に応じて適宜設定されるが、例えば１×１０^－３Ω・ｃｍ以上１０００×１０^－３Ω・ｃｍ以下に設定される。

底部１０は、平面視で円形状を呈するが、特に限定されず、その他の形状であってもよい。また、底部１０は、実質的に平坦であるが、特に限定されず、例えば椀状に湾曲していてもよい。底部１０の略中央には、特に限定されないが貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２は、図９に示すように、導電性容器１の下方に設置されたルツボ４に、導電性容器１内で溶融した金属等を滴下又は流下により移行させるためのものである。底部１０の上面は、貫通孔１２に向かって下方に傾斜する傾斜面１３をなしている。導電性容器１内で溶融した金属等はこの傾斜面１３を伝ってスムーズに貫通孔１２からルツボ４に移行される。

側面部１１は、底部１０の外周縁に起立する筒状を呈し、本実施形態では円筒状を呈する。側面部１１には、上端から底部１０に向かって下方に延びる縦長のスリット１４が複数形成されている。複数のスリット１４は、側面部１１の周方向に間隔をあけて設けられる。複数のスリット１４は、好ましくは等しい間隔をあけて配置され、本実施形態では２つのスリット１４が１８０度おきに配置される。スリット１４の長さ（側面部１１の上端からの長さ）は特に限定されず、導電性容器１の大きさに応じて適宜設定されるが、例えば３００ｍｍ以上９００ｍｍ以下に設定される。スリット１４の横幅は特に限定されず、導電性容器１の大きさに応じて適宜設定されるが、例えば５ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定される。スリット１４の横幅は本実施形態では上下方向において均一であるが、必ずしも均一である必要はない。

側面部１１は、複数のスリット１４が周方向に間隔をあけて形成されることにより、スリット１４により分離された複数の壁部１５を含む。複数の壁部１５は、周方向にスリット１４の横幅分の間隔をあけて配置されており、本実施形態では二つの壁部１５が互いに向き合う対向状態で配置されている。複数の壁部１５は、スリット１４により周方向において電気的に絶縁される一方で、導電性容器１の少なくとも底部１０を介して繋がっており、底部１０を通して通電する。本実施形態では、スリット１４が側面部１１の上端から下端（底部１０との境界）まで全長にわたって延びていて、複数の壁部１５は導電性容器１の底部１０を介して繋がる。しかし、スリット１４は側面部１１の下端まで延びている必要はなく、その場合、複数の壁部１５は導電性容器１の底部１０に加えて側面部１１の下部を介して繋がる。

複数の壁部１５の上端側（上端又は上端よりも多少下方）には、壁部１５の外壁面から外側に水平に突き出る取付部１６が設けられる。導電性容器１は複数の取付部１６を介して複数の電極２が装着される。

次に、本実施形態の導電性容器１を通電加熱装置１００に使用した例を説明する。図９に示すように、導電性容器１には、複数の電極２が複数の壁部１５の上端側にそれぞれ分けて装着される。本実施形態では、二つの電極２が導電性容器１の対向する二つの壁部１５の上端側にそれぞれ分けて装着される。電極２は、例えば鉄、銅、ステンレス等の金属、黒鉛、黒鉛－ＳｉＣ質等の導電性セラミックにより形成される。電極２は、例えばボルト等により取付部１６に装着、固定される。電極２は、導電線２０を介して図示しない単層交流電源等の電源装置に接続されることにより電圧が印加される。

また、導電性容器１は、好ましくは絶縁性及び／又は断熱性の補助材３内に挿入される。補助材３は上端に開口を有する有底又は無底の筒状を呈しており、本実施形態では導電性容器１と同様に底部３０が平坦な円筒状を呈している。補助材３の側面部３１の内径は導電性容器１の側面部１１の外径とほぼ一致し、導電性容器１の側面部１１の外壁面は補助材３の側面部３１の内壁面に当接している。補助材３の底部３０の略中央には、貫通孔３２が形成されており、この貫通孔３２は導電性容器１の底部１０の貫通孔１２の直下に位置して、導電性容器１内で溶融した金属等をルツボ４に滴下又は流下により移行させる。補助材３は、電気絶縁性及び／又は断熱性を有する材料により形成されており、例えばアルミナ、シリカ等を用いて形成することができる。なお、図示は省略するが、導電性容器１からルツボ４への溶融した金属等の移行は、導電性容器１の下部をルツボ４内の溶融金属等に浸漬させた状態で貫通孔１２及び貫通孔３２を介して導電性容器１内の溶融した金属等をルツボ４内に移行させてもよい。

上述した構成の本実施形態の通電加熱装置１００は、複数の電極２間に電圧を印加することにより導電性容器１に電流が供給される。導電性容器１には、いずれかの電極２から電流が当該電極を備えた壁部１５をスリット１４に沿って下方へ流れ、スリット１４の下端を回り込んで底部１０を通って他の電極２を備えた壁部１５をスリット１４に沿って上方へ当該他の電極２に向かって流れる。この導電性容器１の通電によるジュール熱によって導電性容器１が発熱し、この発熱により導電性容器１の内部に収容された金属等が加熱されて溶融する。図示しない制御装置により電源装置から導電性容器１へ供給される電流を調整することにより、導電性容器１の発熱温度を所望の温度に制御することができる。

本実施形態の導電性容器１及び通電加熱装置１００によると、導電性容器１は、通電により電流が複数の電極２の間の最短経路を流れずにスリット１４に沿って上下方向に流れるので、スリット１４の下端近傍が特に発熱する。これにより、導電性容器１は、複数の電極２の装着部分から離れた底部１０に近い部分が特に発熱し、複数の電極２の装着部分については発熱を抑えることができるので、導電性容器１の発熱により複数の電極２が異常に高温になって損傷することを抑制できる。よって、通電加熱装置１の耐久性を高めることができる。なお、複数の電極２に熱電対等の温度計測器を取り付け、電極２の温度を計測することで温度管理を行い、電極２の温度が所定温度以上になった際には通電を停止する等して、電極２の損傷を防止するように構成してもよい。

また、本実施形態の導電性容器１及び通電加熱装置１００によると、複数のスリット１４が周方向に等間隔をあけて設けられることで、側面部１１の複数の壁部１５が均等に分割されていて、この複数の壁部１５に複数の電極２を周方向に等間隔をあけてそれぞれ別々に装着することにより、導電性容器１を周方向に一様に発熱させることができる。よって、導電性容器１内の金属等を効率よく加熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。

例えば上記実施形態では、導電性容器１の側面部１１は、上下方向で厚みが均一及び材質が同じであるが、変形例としては、上下方向で厚みや材質を変えてもよい。例えば、複数の電極２が装着される側面部１１の上端側の厚みや材質を下端側の厚みや材質と変えて、側面部１１の上端側を通電により発熱しにくくしてもよい。

具体的には、導電性容器１は上下方向に沿って配置された高抵抗部及び低抵抗部により構成される。高抵抗部は導電性容器１の底部１０及び側面部１１の下端側の部分を含み、低抵抗部は導電性容器１の側面部１１の上端側の部分を含む。高抵抗部は、厚みが低抵抗部よりも薄いことで電気比抵抗が低抵抗部よりも大きく、高抵抗部及び低抵抗部の厚みは、低抵抗部が高抵抗部の１．２倍以上５倍以下であることが好ましい。及び／又は、高抵抗部は、低抵抗部と材質が異なることで電気比抵抗が低抵抗部よりも大きく、高抵抗部及び低抵抗部の電気比抵抗は、高抵抗部が低抵抗部の２倍以上であることが好ましい。

また上記実施形態では、導電性容器１の側面部１１は、底部１０の外周縁から鉛直に起立しているが、変形例としては、底部１０から上方に向かうに連れて外側に傾斜していてもよい。

また上記実施形態では、導電性容器１の側面部１１に設けられるスリット１４は二つであるが、それ以上であってもよく、例えば図１０に示すように、三つのスリット１４を周方向に間隔をあけて、好ましくは等間隔をあけて設けてもよい。三相交流電源を用いて導電性容器１に通電する場合には、三つの電極２を導電性容器１に装着するため、この変形例では、三つのスリット１４により形成される側面部１１の三つの壁部１５に三つの電極２をそれぞれ別々に装着することができる。

また、図１１に示すように、導電性容器１の側面部１１に四つのスリット１４を周方向に間隔をあけて、好ましくは等間隔をあけて設けてもよい。この変形例では、四つのスリット１４により形成される側面部１１の四つの壁部１５のうちの対向する二つの壁部１５に二つの電極２をそれぞれ別々に装着することができる。この変形例は、いずれかの電極２が損傷したときに、これとは別の二つの電極２により導電性容器１内の金属等の溶融を引き続き行うことができるため、操業停止を防止することができる。

１ 導電性容器
１０ 底部
１１ 側面部
１４ スリット
１５ 壁部
１６ 取付部
２ 電極
３ 補助材
１００ 通電加熱装置

Claims (4)

1. 複数の電極により通電されることで発熱して内部に収容された原材料を溶融させる導電性容器であって、
   底部と、上端に開口を有する側面部と、を備え、
   前記側面部は、その上端から底部に向かって延びる複数のスリットが周方向に間隔をあけて設けられていて、前記スリットにより分離された複数の壁部を含み、
   前記複数の壁部の上端側に前記複数の電極がそれぞれ別々に装着される、導電性容器。
2. 前記側面部の前記複数の壁部は、その上端側に外壁面から外側に突き出る取付部が設けられる、請求項１に記載の導電性容器。
3. 前記導電性容器は、前記底部及び前記側面部の下端側の部分を含む高抵抗部と、前記側面部の上端側の部分を含む低抵抗部からなり、
   前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも電気比抵抗が大きい、請求項１又は２に記載の導電性容器。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の導電性容器と、
   前記導電性容器の前記複数の壁部の上端側にそれぞれ別々に装着される複数の電極と、
   筒状を呈する絶縁性及び／又は断熱性の補助材であって内側に前記導電性容器が挿入される補助材と、を備え、
   前記複数の電極間に電圧を印加して前記容器に通電することにより、前記導電性容器内に収容された原材料を加熱する、通電加熱装置。

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