JPH0644511B2 - 高周波誘導加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波誘導加熱炉に関するものである。特に本
発明は高電気抵抗率かつ低熱伝導率の物質の加熱に好適
な誘導加熱炉に関するものである。

金属等の導電性材料製の容器に、絶縁体を介してこれを
囲繞するようにコイルを巻いた誘導加熱炉は、各種の分
野で広く使用されている。コイルに交流電流を通すと、
容器に誘導電流（渦電流）が発生し、ジユール熱により
容器が加熱される。容器に発生する誘導電流の大きさ
は、容器の器壁の厚さにより変化し、他の条件が一定な
らば器壁が厚いほど大きな誘導電流が発生する。容器の
器壁が薄い場合には、コイルを通る電流により発生する
磁束が容器の内部にまで及び、若し容器の内部に導電性
の被加熱物が収容されていれば、当該被加熱物に誘導電
流が発生してジユール熱により発熱する。従つてこのよ
うな場合には、被加熱物は内部で発生するジユール熱
と、容器の器壁から供給される熱との両者で加熱される
ことになる。然し被加熱物が１０^３Ω・cm以上の高電気
抵抗率を有する場合には、被加熱物に殆んど誘導電流が
発生しないので、被加熱物は専ら器壁から供給される熱
により加熱されることになる。従つて被加熱物の熱伝導
率が低い場合には、被加熱物の中心部をその周辺部と同
じ温度にまで加熱するには、長時間の加熱を必要とす
る。

本発明は被加熱物が高電気抵抗率かつ低熱伝導率であつ
ても、短時間で効率よく全体を均一に加熱し得る誘導加
熱炉を提供するものである。すなわち本発明は、導電性
材料により形成されている容器と、これを囲繞するコイ
ルを備えた高周波誘導加熱炉において、該容器の内部に
導電性材料製の発熱体が配置されており、該容器の器壁
の厚さが電流侵入深さの２０〜８０％であり、該発熱体
の厚さが電流侵入深さの２０％以上であることを特徴と
する高電気抵抗率かつ低熱伝導率物質用高周波誘導加熱
炉を要旨とするものである。

本発明について更に詳細に説明するに、第１図は本発明
に係る高周波誘導加熱炉の１例の模式的な一部断面斜視
図である。図中、(1)は導電性材料、通常は金属製の容
器であり、(2)はこの容器を囲繞するように配置されて
いるコイルである。コイルは図示されていない高周波電
源、通常は0.5〜５KHzの高周波電源に接続される。(3)
は容器の内部に配置されている導電性材料、通常は金属
製の発熱体である。(4)は断熱材である。通常、容器(1)
および発熱体(3)は円筒形であり、かつ両者は同心とな
るように配置される。しかし、所望ならば、両者とも四
角形、長方形、楕円形など円筒形以外の任意の形状とす
ることが可能であり、またその配置も同心でなくてもよ
い。

本発明においては、容器(1)の器壁の厚さは電流侵入深
さの２０〜８０％であることが必要であり、また発熱体
(3)の厚さは電流侵入深さの２０％以上であることが必
要である。なお、電流侵入深さは下記式により算出され
る。

δ：電流侵入深さ（cm） ρ：容器または発熱体の固有抵抗（μΩ・cm） μ：容器または発熱体の比透磁率 ｆ：コイルに流れる電流の周波数（Hz） 容器(1)の器壁および発熱体(3)の厚さを上記の如く設定
することにより、コイルを通る電流により発生する磁束
により、容器(1)および発熱体(3)の両者に誘導電流が発
生する。従つて容器(1)および加熱体(3)の両者がジユー
ル熱により高温となり、両者の中間部に収容された被加
熱物を両面から加熱することができる。容器(1)および
発熱体(3)の発熱量の比は、両者の厚さを調節すること
により任意に調節できる。すなわち、発熱体の厚さを一
定として容器の器壁を厚くすると、容器の器壁単位面積
当りの発熱量が増加し、同時に発熱体の単位面積当りの
発熱量は減少する。また容器の厚さを一定として発熱体
の厚さを厚くすると、容器の発熱量は一定であるが発熱
体の発熱量は漸次増加し、やがて飽和値に達する。

本発明の好ましい実施態様においては、容器の厚さは電
流侵入深さの３０〜７０％であり、また容器と発熱体と
の厚さの合計は電流侵入深さの１００％以上である。し
かし容器の厚さが一定の場合、厚さの合計が電流侵入深
さの１００％を超えて発熱体の厚さを厚くしても、発熱
量の増加率は漸減するので、厚さの合計を３００％以上
とすることは、発熱量の点からはあまり有利ではない。

発熱体の大きさは、容器に収容すべき被加熱物の量と、
発熱体に要求される発熱量を考慮して決定される。すな
わち容器が一定ならば発熱体が大きくなるほど被加熱物
の収容量は減少するが、発熱体の内部における渦電流の
通路が長くなり発熱量を増加させることができる。ま
た、容器の内壁面と発熱体間の距離が減少するので、被
加熱物全体をより迅速に均一温度にまで加熱することが
できる。第１図のように容器および発熱体がいずれも円
筒形の場合には、発熱体の外径を容器の内径の３０〜８
０％、特に４０〜６０％とするのが好ましい。また容器
および発熱体のいずれか一方ないしは双方が円筒形でな
い場合には、断面積に相当する円筒の外径（＝相当外
径）および内径（＝相当内径）が上記の範囲に入るよう
にすればよい。なお、発熱体は図示のような中空体に限
られるものではなく、例えば円柱であつてもよい。この
場合にはその半径をもつて厚さとする。

本発明に係る高周波誘導加熱炉は以上のような構造とな
つているので、高電気抵抗率の被加熱物を内外両面から
加熱することができる。従つて加熱源から被加熱物の中
心までの距離が著るしく短くなるので、低熱伝導率の被
加熱物であつても、全体をすみやかに均一な温度にまで
上昇させることができる。

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例 直径１８cm、高さ１８cm、厚さ１．５mmのタンタル製の
円筒に、酸化サマリウム（Sm₂O₃）粉末３kgおよびミツ
シユメタルのチツプ（旋盤による切削片）３kgの混合物
を入れた。円筒の周囲に断熱材を介してコイルを巻き、
これを真空容器中に収容した。コイルを３KHzの高周波
電源に接続し、１５００℃に加熱して酸化サマリウムの
還元を行なつたところ、反応が完結するまでに約３時間
を要した。

一方、上記の円筒の中に、これと同心になるように直径
７cm、高さ１８cm、厚さ１．５mmのタンタル製の円筒を
配置し、両円筒の中間部に酸化サマリウム２．５kgとミ
ツシユメタル２．５kgの混合物を入れ、上記と同様にし
て酸化サマリウムの還元を行なつたところ、約１．５時
間で反応が完結した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高周波誘導加熱炉の一部断面斜視
図である。 (1)……導電性材料製の容器、(2)……コイル (3)……導電性材料製の発熱体、(4)……断熱材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性材料により形成されている容器と、
   これを囲繞するコイルとを備えた高周波誘導加熱炉にお
   いて、該容器の内部に導電性材料製の発熱体が配置され
   ており、該容器の器壁の厚さが電流侵入深さの２０〜８
   ０％であり、該発熱体の厚さが電流侵入深さの２０％以
   上であることを特徴とする高電気抵抗率かつ低熱伝導率
   物質用高周波誘導加熱炉。
2. 【請求項２】容器の器壁の厚さが電流侵入深さの３０〜
   ７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の加熱炉。
3. 【請求項３】容器と発熱体の器壁の厚さの合計が、電流
   侵入深さの１００％以上であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の加熱炉。
4. 【請求項４】発熱体の相当外径が容器の相当内径の３０
   〜８０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載の加熱炉。