JPH0794262A

JPH0794262A - 電気加熱装置

Info

Publication number: JPH0794262A
Application number: JP8223591A
Authority: JP
Inventors: David L Doubet; エルドゥーベットディヴィッド; Gary D Etter; ディーエッターゲアリー
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1995-04-07
Also published as: EP0452561A3; EP0452561A2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の炉加熱要素の高電圧及び保守の問題を
解決する。【構成】炉に付けるための低電圧電気加熱装置は、浸
炭用一体急冷炉内に交換自在に配置され且つ第１の電気
端子に電気接続された円筒形外ハウジングすなわちスリ
ーブと、外ハウジング内に配置された電流通路要素とを
備えており、電流通路要素は、第２の電気端子に電気接
続され且つ外ハウジングの相当部分から電気的に絶縁さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浸炭用一体急冷炉内に
取り外し自在に配置することのできる、新規な電気式単
一端チューブ加熱装置を提供する。さらに、本発明は、
電気加熱炉に関し、さらに詳細には、加熱装置を組み込
んだ電気抵抗加熱形式の熱処理炉又は溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼等の処理のための従来の耐火炉は、電
気加熱要素及びガス加熱要素の両方を備えていた。初期
の炉の設計では、炉内で隔てられた、複数の比較的小さ
な加熱要素を備え、炉は、加熱要素を通る電流の流れに
よって加熱される。このような要素は比較的高い電圧を
必要とし、この比較的高い電圧は、電気絶縁の問題や炉
の耐火ライニングからの漏電の問題を生じさせる。高電
圧は又、加熱要素と接触する加工物に対する損傷、或い
はうっかりして加熱要素に触れた人に対する危害の原因
になる。

【０００３】遭遇する別の困難は、炉、特に処理室内の
高温ガスを重力或いはファン等によって循環させる熱処
理炉内の所望の熱分布の制御である。上記の欠点を解決
する試みでは、均一な加熱効果を生じさせるために、比
較的大きな平らな加熱要素を炉壁の大きな面積にわたっ
て拡げた。加熱要素は、炉壁に隣接して取付けられた波
状シート又はストリップで形成されていた。これらの波
状加熱要素は、１９５９年７月２１日に付与されたデュ
フィ( Duffy)らの米国特許第２，８９６，００４号に記
載されている。

【０００４】上で述べたような波状加熱要素では、交換
するために炉に要素を入れたり炉壁から要素を取り出し
たりしなければならないという保守の問題を生じさせ
る。この保守の問題を解決するため、Ｕ形チューブ加熱
要素が開発された。典型的なＵ形チューブ加熱要素は、
１９８２年６月１日に付与されたシーランド( Seeland
t) の米国特許第４，３３２，５５２号に開示されてい
る。Ｕ形チューブ加熱要素は、炉の天井からの要素の取
り外しを可能とすることによって、波状加熱要素に関す
る保守の問題を解決した。

【０００５】Ｕ形チューブ加熱要素は、該要素を炭素雰
囲気内に直接配置することを可能にし、非常に低い電圧
で作動する。要素を雰囲気から隔離しておく必要がない
ため、要素は、加熱室内で直接自由に放射し、それによ
って、要素の作動温度を下げる。要素は、点検を容易に
するため、天井にプラグで取付けられる。放射領域を最
大にするため、４つの要素が、側壁当り２つずつ、使用
され、加工物の上、下及びこれを越えて延びる。

【０００６】残念なことに、Ｕ形チューブ加熱要素は、
炉の天井に非常に大きな開口を必要とし、ガス燃焼式”
単一端”放射チューブと互換性がない。すなわち、直線
チューブは、Ｕ形要素と比較して、単一の小さな天井開
口が設けられさえすれば良い。従って、本発明者は、容
易に交換することができ且つ前述のガス燃焼式単一端放
射チューブと互換性のある、新規な電気式単一端チュー
ブ加熱装置の開発を行った。

【０００７】本発明は、従来の炉加熱要素の高電圧及び
保守の問題を解決する。すなわち、本発明の電気式単一
端チューブ加熱装置は、炭素雰囲気中で直接作動させる
ことのできる低電圧加熱装置である。その新規な設計は
又、天井開口の寸法を最小にして、ガス燃焼式単一端放
射チューブへの現場での交換又は改造を容易にする。本
発明は又、多くの他の利点を備えており、それらは、以
下に説明されるように明らかとなろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】炉に適用するための低電
圧電気加熱装置は、浸炭用一体急冷炉内に交換自在に配
置され、ある好ましい実施例では、第１の電気端子に電
気接続された円筒形外ハウジングすなわちスリーブと、
外ハウジング内に配置された少なくとも一つの低抵抗電
流通路要素とを備え、電流通路要素は、第２の電気端子
に電気接続され且つ外ハウジングから電気的に絶縁され
ている。

【０００９】別の実施例では、電気加熱装置は、外ハウ
ジングすなわちスリーブ内に配置された第１の電流通路
要素と第２の電流通路要素とを有するのがよい。第１の
電流通路要素は、外ハウジングの全長を横切り、すなわ
ち外ハウジングの全長と同一の拡がりをもつのが好まし
く、第２の電流通路要素は、外ハウジングの一部だけを
横切り、第２の要素は、その最下点でスリーブに電気接
続される。

【００１０】他の実施例では、外ハウジングすなわちス
リーブは、加工物の処理中、直接、及び選択的に炭素雰
囲気へ熱を放射する。”選択的に”とは、放射熱が、最
も必要な箇所、すなわち、炉の天井の入口開口の近くで
はなく、その開口から離れた領域に集中することを意味
する。本発明の別の目的、利点及び特徴は、同一の要素
に対して同一の番号を付した添付図面とともに次の説明
を参照して理解される。

【００１１】

【実施例】本発明は、添付図面を参照しながら最もうま
く説明することができる。図１は、外パネル２及び内パ
ネル３を有する浸炭用一体急冷炉組立体１を示す。パネ
ル２及び３は、典型的には繊維材料で形成される。パネ
ルは、少なくとも一つの単一端電気加熱装置５が挿入さ
れた炉室４を包囲する役目をする。パネル２及び３は、
鋼或いは他の種類の炉シェル６内に嵌められ、パネルと
シェルとの間に２．５４ｃｍ（約１インチ）程度の空間
７を形成するが、空間７の正確な寸法決めは、炉の種類
及びその寸法に依存する。空間７は、充填されないまま
でもよいし、気体の通路になり得る繊維材料でできたブ
ランケット（図示せず）を空間７に挿入してもよい。

【００１２】側及び後壁組立体８は、矩形の外フレーム
９と、中央棒（図示せず）と、中央棒とフレーム９とを
相互連結する複数の横棒１０とを有する。壁組立体８
は、繊維材料のブロックを、クリップ、保持装置、ボル
ト又は他の在来技術の固定部材の使用により中央棒及び
横棒１０に固定することによって構成され、かかる構成
により、少なくとも外パネル２及びある環境下では、内
パネル３が支持され、隣接したパネルの間には絶縁材料
のブランケット（図示せず）が挿入される。さらに、パ
ネル２を炉シェル６に固定するため、或いは空間７を形
成する適当な間隔を確実に設けるため、ボルト及びねじ
棒の形態でのスペーサ１２を使用することができる。炉
シェル６は又、天井組立体１５と協働する、外方に延び
たフランジ１４を有し、その天井組立体１５は又、外パ
ネル２及び内パネル３を固定するための、壁組立体と同
様のフレーム９を有する。天井組立体１５は複数のテー
パ開口３０を有し、その中に、加熱装置５が取付けられ
る。

【００１３】参照番号３４は、ガス循環ファン（図示せ
ず）の取付け用の、天井組立体１５に設けた開口を示
す。ドア組立体３８には、炉組立体と協働するための複
数のピン３９が取付けられている。床組立体４０は、煉
瓦断熱体４４の複数の層に取りつけられた繊維材料の床
パネル４２を有する。床組立体４０は又、鋼又は他の加
工物を炉室４の中へ搬送するのに用いられる炉用スネー
クチェーン案内組立体５２を有する。加工物を炉室４の
中へ搬送するのを助けるように、ローラレール５４も備
えられ、キャストローラ５６がローラレール５４に取付
けられている。床組立体４０はレール支持体６０を備
え、このレール支持体６０にローラレール５４が取付け
られている。

【００１４】参照番号４６は、炉室４に供給される第１
のパージ用ガス源（例えば、普通は窒素が使用される
が、他の種類の不活性ガスを使用することができる）を
示す。参照番号４８は、パネル２と炉シェル６の間に形
成された空間７に供給することのできる第２のパージ用
ガス源を示す。かくして、炉組立体１は、不活性ガスを
含む第１のガス源４６からパージ用ガスが導入されるよ
うに、パージ作業中、加熱装置５によって２６０°Ｃ乃
至１０９３°Ｃ（５００乃至２０００°Ｆ）の間の温度
に加熱される炉室４を提供する役目をする。パージ用ガ
スは炉室内に高吸熱雰囲気を形成し、ガス循環ファン
（図示せず）の作動によって炉の回りを循環する。炉室
４内の保護雰囲気は又、大気圧より約０．２オンス高い
圧力を受ける。これに対応する補助的ガスパージも又、
窒素又は同様の種類のガスを、大気圧より約０．２オン
ス又はそれ以上高い圧力下で、第２のガス源４８を経て
空間７内に導入することによって、行うことができる。
パネル２及び３の繊維組成により、圧力下の窒素ガス
は、外パネル２の外面を従来の炉で可能な温度よりも高
い温度に維持することによって炉自身のパージを助ける
役目をするとともに、加熱によって水蒸気及び空気を炉
室４に向かって押すことによってそれらをパージする。

【００１５】本発明の新規な加熱装置は、図２乃至図８
でわかるように、一対の電流通路要素を有するものとし
て第１の実施例に示されている。ここで、低電圧電気加
熱装置５は、炉組立体１内に取り外し自在に配置され且
つ第１の電気コネクタ７１によって三相系統に電気接続
された円筒形外ハウジングすなわちスリーブ７０を備え
る。第１の低抵抗電流通路要素７２及び第２の電流通路
要素７４が外ハウジングすなわちスリーブ７０内に配置
されている。電流通路要素７２及び７４は、互いに且つ
外ハウジング７０と電気的に絶縁されて、複電気コネク
タ７５によって、三相系統に別々に電気接続される。

【００１６】第１の電流通路要素７２は、図４に示すよ
うに、外ハウジング７０の全長を横切り、すなわちその
全長と同一の広がりであるのが好ましく、一方、第２の
電流通路要素７４は、その一部を横切るに過ぎない。円
筒形外ハウジング７０はその下端に、開口８６を有する
円板状部分８５を備え、第１の電流通路要素７２は、円
板８５と電気接触しながら、外ハウジング７０の境界を
越えて延びているのが良い。円筒形外ハウジング７０は
又、第２の電流通路要素７４の下端を、外ハウジング７
０を取り囲む炭素雰囲気に露出させるように、その側壁
に溝７６を有する。

【００１７】図３に示すように、第１の電流通路要素７
２は、全長にわたって矩形断面であるのが好ましいが、
第２の電流通路要素７４は、その全長のほとんどの断面
がほぼ半円である。この形状のため、要素７４は、チュ
ーブすなわちスリーブ７０の円周内に嵌まることが理解
できよう。外スリーブ７０は又、短絡を防止することが
でき且つ又第１の電流通路要素７２を第２の電流通路要
素７４から絶縁することができる案内ブラケット７８を
有する。案内ブラケット７８はセラミック材料で形成さ
れるのが好ましい。

【００１８】図４は、加熱装置５の断面図である。低抵
抗電流通路要素７２及び７４は、絶縁体８０により互い
に絶縁され且つ外ハウジング７０と絶縁される。絶縁体
８０は、典型的にはばらばらの繊維である。多数の電流
通路棒すなわち要素が使用されるとき、それらは、典型
的には、約０．６４ｃｍ（約０．２５インチ）の隙間を
有する。

【００１９】円筒形外スリーブすなわちチューブ７０
は、フランジ端を有する第１のチューブ部材８２と、在
来の手段で第１のチューブ部材８２に連結された第２の
チューブ部材８４とからなるのが好ましい。これらのチ
ューブ部材は溝７６を備え、この溝により第２の電流通
路要素７４の下肩部分７４Ａをチューブ７０と電気接触
させるので、７４から始まり次いでチューブ７０の下部
分を経て、金属円板８５及び要素７２を経て戻る完全な
連続回路通路がつくられる。第２のチューブ部材８４は
その一端に開口８６を有し、案内円板８５はこの開口８
６に嵌められて要素７２と電気接触する。

【００２０】加熱装置５は、交流電源７３からの電流
を、チューブ７０を含む前述の回路に通すことによって
機能し、炉に必要な熱は、要素７２、７４の各抵抗ｒ、
ｒ’と比較して比較的大きな抵抗Ｒを持つチューブ７０
の下部分から主に放射される。図５は、図４の５−５線
に沿った平面図であり、第１の電流通路要素７２は、外
ハウジング７０の中央に配置され、第２の電流通路要素
７４はチューブ７０の一方の側の近くに配置される。

【００２１】図６は、図４の６−６線に沿った断面図で
あり、要素７４、７２が夫々半円形、矩形の形状である
ことを示す。図７は、図４の７−７線に沿った断面図で
あり、溝７６内での要素７４の位置を示す。図８は、図
４の８−８線に沿った断面図であり、要素７２はチュー
ブ部材８４に収容されている。

【００２２】今、図９を参照すると、本発明による加熱
装置の好ましい変形例が示してある。同じ数字が、数字
にプライムを付す形でこの図に付けてある。先の好まし
い実施例の場合のような２つの低抵抗電流通路要素の代
わりに、たった１つの非常に低い抵抗要素７２’を利用
し、かかる要素は、装置５’の軸線上に配置されてい
る。この実施例では、外ハウジングすなわちスリーブ７
０’は、前の場合のように、隣接した端で適当に連結さ
れた２つのチューブ部材８２’及び８４’からなる。し
かしながら、ここでは、上チューブ部材８２’に非常に
低い抵抗Ｒ１が選択され、下チューブ部材８４’に非常
に高い抵抗Ｒ２が選択される。結局、要素７２’の上端
と、スリーブ７０’の上端とに電源が接続されたとき、
電流は、かかる要素７２’と、下端が要素７２’との金
属連結部８５’を作るスリーブ７０’とから成る連続回
路を流れる。従って、非常に高い抵抗をもつ下チューブ
部材８４’は、加熱装置からかなり大きな放射熱をつく
る。円筒状セラミック絶縁体９０’が装置５’の上部分
に位置し、要素７２’とチューブ部材８２’との間に配
置される。

【００２３】本発明によるいくつかの実施例を示し且つ
説明してきたが、このような実施例は、当業者に明らか
な多くの変更がなされることを明確に理解されたい。従
って、本発明は、図面に示し、本文に説明した細部に限
定されるのではなく、特許請求の範囲に包含される全て
の変更や修正を示すものと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気加熱装置を備えた浸炭用一体
急冷炉の断面図である。

【図２】２つの電流通路要素を備えた本発明による電気
加熱装置の斜視図である。

【図３】図２の電気加熱装置の分解斜視図である。

【図４】２つの電流通路要素を有する本発明による電気
加熱装置の断面図である。

【図５】図４の５−５線に沿った平面図である。

【図６】図４の６−６線に沿った断面図である。

【図７】図４の７−７線に沿った断面図である。

【図８】図４の８−８線に沿った断面図である。

【図９】本発明の電気加熱装置の変形例の断面図であ
る。

【符号の説明】

５電気加熱装置７０外ハウジング７２電流通路要素７３電源７４電流通路要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉に付けるための低電圧電気加熱装置に
おいて、前記炉内での交換可能な配置のための外ハウジングと、前記外ハウジング内に配置され、電源に電気接続でき且
つ前記外ハウジングの相当部分から電気的に絶縁され
た、少なくとも一つの電流通路要素と、前記装置から放射された熱を前記装置の下部に集中させ
るための装置とを有し、該装置は、少なくとも前記一つ
の電流通路要素と少なくとも前記外ハウジングの一部と
を直列に有する電流通路を備えている、ことを特徴とする装置。
【請求項２】前記電流通路要素は、前記外ハウジング
の全長に延びることを特徴とする請求項１に記載の加熱
装置。
【請求項３】前記外ハウジングは、一端が開放してい
て、前記電流通路要素が前記外ハウジングを越えて延
び、これにより前記電流通路要素と電源との接続を可能
にすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】前記電流通路要素は、矩形断面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項５】前記外ハウジングは、前記電流通路要素
を案内し且つ前記電流通路要素を前記外ハウジングから
絶縁することのできる案内ブラケットを備えることを特
徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項６】前記案内ブラケットは、セラミック材料
で形成されることを特徴とする請求項５に記載の加熱装
置。
【請求項７】前記外ハウジングの一部との直列回路を
形成するため、前記外ハウジングと電気接触する第２の
電流通路要素をさらに備えることを特徴とする請求項１
に記載の加熱装置。
【請求項８】前記電流通路要素は、ばらばらの繊維の
形態の絶縁体によって、前記外ハウジングから絶縁され
ることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項９】前記外ハウジングは、フランジ端を持つ
第１のチューブ部材と、前記第１のチューブ部材に連結
された第２のチューブ部材とからなり、前記第２のチュ
ーブ部材は、前記第１のチューブ部材より高い抵抗を有
することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項１０】炉に付けるための低電圧電気加熱装置
において、前記炉内に交換可能に配置される円筒形外ハウジング
と、前記外ハウジング内に配置され、電源の第１及び第２の
端子に電気接続することのできる、第１の電流通路要素
及び第２の電流通路要素とを備え、前記要素は、互いに且つ一部が前記外ハウジングと電気
的に絶縁されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】前記第１の電流通路要素は、前記外ハ
ウジングの全長軸線方向に延び、前記第２の電流通路要
素は、前記外ハウジングの全長の一部だけ軸線方向に延
び、熱を発生させるための直列回路を形成するため、前
記外ハウジングと電気接触することを特徴とする請求項
１０に記載の加熱装置。
【請求項１２】前記円筒形外ハウジングは、一端が開
放し、前記第１の電流通路要素が前記外ハウジングを越
えて延びて前記電源との接続を可能にすることを特徴と
する請求項１０に記載の加熱装置。
【請求項１３】金属等の熱処理用の炉における、炭素
雰囲気内で直接作動させることのできる低電圧電気加熱
装置において、電源と、前記炉内に交換自在に配置された円筒形外ハウジング
と、前記外ハウジング内に配置され、前記電源の第１の端子
に電気接続され且つ前記外ハウジングの相当部分から電
気的に絶縁された電流通路要素と、を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項１４】前記外ハウジングから前記電源の第２
の端子までの電気接続体をさらに備えることを特徴とす
る請求項１０に記載の炉。