TWI742467B

TWI742467B - 多柄型加熱器

Info

Publication number: TWI742467B
Application number: TW108142105A
Authority: TW
Inventors: 成田里安; 高村
Original assignee: 日商Ｊｘ金屬股份有限公司
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-10-11
Also published as: WO2020202619A1; JPWO2020202619A1; CN113170538B; US20210068206A1; TW202037225A; JP6892064B2; CN113170538A; KR102443989B1; KR20210006922A; US11838998B2

Abstract

本發明係一種多柄型加熱器，其係安裝於支持基體者，其特徵在於：存在U形件，該U形件以自上述加熱器側朝向上述支持基體側之相對於支持基體之法線方向為基準，自上述加熱器側朝向上述支持基體側之U形件之平面方向的角度θ為±10°以上且±60°以下。本發明之課題在於：提供一種高密度地配置U形件，而即便為相同間距，亦能夠大幅地提高能量輸出之多柄型加熱器。

Description

多柄型加熱器

本發明係關於一種多柄型加熱器。

由於以二矽化鉬（MoSi₂ ）為主成分之加熱器具有優異之耐氧化特性，故一直以來被用作於大氣或氧化性環境下使用之超高溫加熱器，至今為止被用於廣泛之用途。該二矽化鉬加熱器含有70 wt%以上之MoSi₂ 作為主成分，且有時為了增大電阻，而添加SiO₂ 等絕緣性氧化物等。

目前，於玻璃工業或陶瓷燒成等之多個領域中所使用之以二矽化鉬為主成分的加熱器係由多柄型加熱器構成，該多柄型加熱器係使圓棒狀之MoSi₂ 材於高溫下軟化，將其彎曲而加工為呈現1個U字之形狀（雙柄型），並以U字之朝向交替地朝相反方向之方式將其熔接並連結者。此種多柄型加熱器被安裝於爐之頂部或側壁等支持基體而使用。

目前，關於市售之多柄型加熱器之規格，發熱部與端子部之線徑分別為ϕ3 mm/ϕ6 mm、ϕ4 mm/ϕ9 mm、ϕ6 mm/ϕ12 mm、ϕ9 mm/ϕ18 mm、ϕ12 mm/ϕ24 mm等。若對加熱器通電，則直徑較細之高電阻部分變為高溫而擔負作為發熱部之作用，直徑較粗之低電阻部分擔負用於抑制發熱，而將供電之部分保持為低溫之端子部之作用。

關於此種多柄型加熱器，於專利文獻1中揭示有以下內容：於多區段之多柄型加熱器中，各區段之間成為無效空間（溫度不上升之區域），故作為解決該問題之方法，將區段之間之回折部彼此呈嚙合之狀態排列。又，於專利文獻2中，記載有以下內容：就多柄型加熱器而言在微妙之溫度調整存在問題，故製成為U字型或W字型加熱器。先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本特開平7-18447號公報專利文獻2：日本特開2000-252047號公報

[發明所欲解決之課題]

為了提高多柄型加熱器之能量輸出，考慮縮小U字間隔（間距），但上述間距存在下限，該下限依存於U形件之直徑。於以較下限窄之間隔彎曲之情形時，有時可能會於U字之彎曲部產生龜裂，而導致在彎曲加工中發生斷裂。此種間距之限制於多柄型加熱器中成為能量輸出之限制。

又，亦有為了提高輸出而使流向加熱器之電流增加之手段，但過剩之電流會縮短加熱器之壽命，特別是對於加熱器本身之價格較高、更換作業複雜且耗費時間之MoSi₂ 之多柄型加熱器，此種行為並非上策。如此，以往存在以下問題：當確定加熱器之設置空間（爐內表面積）時，會不可避免地決定輸出之上限。

因此，本發明係為了解決上述習知多柄型MoSi₂ 加熱器所存在之問題而提出者，其課題在於：提供一種高密度地配置U形件，而即便為相同間距，亦能夠大幅地提高能量輸出之多柄型加熱器。 [解決課題之技術手段]

本發明係為了解決上述課題而提出者，其主旨在於：本發明之實施形態之多柄型加熱器存在U形件，該U形件以自上述加熱器側朝向上述支持基體側之相對於支持基體之法線方向為基準，自上述加熱器側朝向上述支持基體側之U形件之平面方向的角度θ為±10°以上且±60°以下。 [發明之效果]

根據本發明，由於能夠高密度地配置各U形件，故具有以下優異之效果：能夠延長發熱部之總長，能夠大幅地提高單位設置面積之能量輸出。

多柄型加熱器通常以如下方式製作。首先，將作為原料之MoSi₂ 粉末等與黏合劑混合，藉由擠出機等將該混合物成形為圓棒狀。繼而，進行乾燥或脫脂，並且進行一次燒結後，進行通電燒結，製作具有特定之直徑之棒材。其後，將該棒材設置於U型彎折機，同時通電加熱並以特定之間距彎折成U字形狀，從而製作U字型之圓棒材（稱為U形件）。此時製作之U形件在同一平面被彎折成U字形狀，因此構成U字形狀之平行之2條直線部與彎曲部有時形成1個平面（以下，有時稱為U形件平面）。將以此方式製作之多個U形件分別交替地呈向上U字與向下U字熔接，而製成多柄型加熱器。

圖1中示出安裝於習知支持基體之多柄型加熱器之示意圖。連結各U形件之加熱器10藉由固定銷30而安裝於支持基體（包含隔熱材）20。加熱器之端子部貫通爐壁並經由外部之端子40與電源連接。以往，如圖1之上圖所示，各個U形件平面全部配置為相對於支持基體平行地以直線排列連結而成為同一面（平面），但於如此二維地配置之情形時，可設置之U形件（加熱器）之數量有限。再者，如專利文獻1之圖2所示，於支持基體為圓筒形狀之情形時，各U形件之熔接雖分別帶有角度，但各個U形件平面全部相對於支持基體平行地排列，實質上亦配置成同一面（曲面）。

為了解決此種問題，於本發明之實施形態之多柄型加熱器中，如圖2之上圖所示，使各U形件平面相對於支持基體帶有角度地連結。藉由設為此種構造，例如於圖2之下圖所示之形狀之多柄型加熱器中，與上述習知多柄型加熱器相比，U字數自13個增加至15個，加熱器發熱部（U形件）之總長伸長，藉此，能夠大幅地提高能量輸出。

圖3係本發明之實施形態之多柄型加熱器中之加熱器發熱部的說明圖，圖3之上圖係自上方觀察多柄型加熱器所得之圖，圖3之下圖係自正面觀察多柄型加熱器所得之圖。如圖3所示，藉由將向上U字（以黑色表示）之U形件11與向下U字（以白色表示）之U形件交替地熔接並連結而構成多柄型加熱器。又，圖4係選取圖3之加熱器發熱部的一部分（連結有3個U形件）之圖，為了便於說明，追加了支持基體。

本實施形態之多柄型加熱器之特徵在於：存在U形件，該U形件以圖4所示之相對於支持基體之法線方向（自加熱器側朝支持基體側之朝向）為基準，U形件之平面方向（自加熱器側朝支持基體側之朝向）具有角度±θ。此處，所謂+θ意指以下情形：以圖4所示之相對於支持基體之法線方向（箭頭之朝向：自加熱器側朝支持基體側之朝向）為基準，朝U形件之平面方向（箭頭之朝向：自加熱器側朝支持基體側之朝向）順時針旋轉角度θ，另一方面，所謂-θ意指以下情形：在圖4中，以相對於支持基體之法線方向（箭頭之朝向：自加熱器側朝支持基體側之朝向）為基準，U形件之平面方向（箭頭之朝向：自加熱器側朝支持基體側之朝向）逆時針旋轉角度θ。再者，習知型之多柄型加熱器之U形件平面全部為上述角度θ=0°。

本發明之實施形態之多柄型加熱器較佳為以自上述加熱器側朝向上述支持基體側之相對於支持基體之法線方向為基準，將自上述加熱器側朝向上述支持基體側之U形件之平面方向的角度θ設為±10°以上且±60°以下。若上述角度θ未達±10°，則U形件之高密度化不充分，另一方面，若上述角度θ超過±60°，則加熱器向工件（被加熱構件）側大幅地突出，因此不實用，且U形件之安裝亦變得困難。更佳為上述角度θ為±45°以下。再者，上述角度θ為±10°以上且±60°以下之U形件只要於多柄型加熱器之全部或一部分中如此配置即可，故例如於一部分中，亦可為上述角度θ=0°。

又，本發明之實施形態較佳為，構成多柄型加熱器之U形件中之上述角度θ為±10°以上且±60°以下之U形件存在3處以上。只要至少為3處以上，則可期望藉由U形件之高密度化來提高能量輸出。進而，為了有效率地增加多柄型加熱器之每單位面積之U字數，於本發明之實施形態中，較佳為上述角度θ為+10°以上且+60°以下之U形件與上述角度θ為-10°以上且-60°以下之U形件分別存在1處以上。進而，較佳為存在多個上述角度θ為+10°以上且+60°以下之U形件與上述角度θ為-10°以上且-60°以下之U形件相鄰地連結而成者。

本發明之實施形態之多柄型加熱器安裝於加熱爐內部之頂部或爐壁、另外設置之板等支持基體，於支持基體與加熱器之間配置著隔熱材。支持基體由耐火磚、隔熱磚、陶瓷纖維板、微孔板等構成，作為其形狀，有平面形狀、斜面（滑梯型）形狀、曲面形狀及圓筒形狀等，但不論為何種形狀均可應用本發明。又，作為隔熱材料，較佳為使用於800℃之熱導率為0.6 W/mK以下之高溫隔熱材。

本實施形態之多柄型加熱器除應用於以二矽化鉬（MoSi₂ ）為主成分者外，亦可將本發明應用於由其他材料成分構成之多柄型加熱器。實施例

以下，基於實施例及比較例進行說明。再者，本實施例僅為一例，不受該例任何限制。即，本發明僅由申請專利範圍限制，且包含本發明中所包含之實施例以外之各種變形。

（習知例）圖1中示出習知多柄型加熱器之剖面圖。該多柄型加熱器係將各U形件（線徑：ϕ4 mm、間距16 mm、柄高度150 mm）不帶角度地（θ=0°）熔接並直線排列而成。利用固定銷30將該多柄型加熱器安裝於支持基體20後，熔接端子40。此時，當將橫寬208 mm之多柄型加熱器配置於橫寬280 mm之支持基體時，U字數之上限為13個，發熱部之展開長度（總長）為2051 mm。

（實施例1）圖2中示出實施例1之多柄型加熱器之剖面圖。與習知例同樣，為了能夠將橫寬208 mm之多柄型加熱器配置於橫寬280 mm之支持基體，將各U形件（線徑：ϕ4 mm、間距16 mm、柄高度150 mm）以成為角度θ=±31.62°之方式傾斜地熔接。其中，僅將加熱器之左右兩端之向下U字改變為角度θ=±15.20°並熔接。於此情形時，U字數成為15個，發熱部之展開長度（總長）為2355 mm。由於加熱器之輸出與發熱部之總長成比例，故與參考例相比，預計輸出提高15%左右。

（實施例2）圖5中示出實施例2之多柄型加熱器之剖面圖。與習知例同樣，為了能夠將橫寬208 mm之多柄型加熱器配置於橫寬280 mm之支持基體，將各U形件（線徑：ϕ4 mm、間距16 mm）以成為角度θ=±31°之方式傾斜，又，於中央設置1處不帶有角度地水平配置（θ=0°）之部分並熔接。於此情形時，與實施例1同樣，U字數成為15個，發熱部之展開長度（總長）為2355 mm，與習知例相比，預計輸出提高15%左右。

（實施例3）圖6中示出實施例3之多柄型加熱器之剖面圖。與習知例同樣，為了能夠將橫寬208 mm之多柄型加熱器配置於橫寬280 mm之支持基體，將各U形件（線徑：ϕ4 mm、間距16 mm、柄高度150 mm）以成為角度θ=±29.93°之方式傾斜地熔接。於此情形時，與實施例1同樣，U字數成為15個，發熱部之展開長度（總長）為2355 mm，與習知例相比，預計輸出提高15%左右。再者，如圖6之上圖所示，由於右側端子部較左側端子部突出，故需要於左右準備不同長度之端子。

（實施例4）圖2中示出實施例4之多柄型加熱器之剖面圖。與習知例同樣，為了能夠將橫寬208 mm之多柄型加熱器配置於橫寬280 mm之支持基體，將各U形件（線徑：ϕ4 mm、間距16 mm、柄高度150 mm）以成為角度θ=±35.66°之方式傾斜地熔接。於此情形時，U字數成為16個，發熱部之展開長度（總長）為2516 mm，與習知例相比，預計輸出提高22.7%左右。再者，由於右側之端子部之朝向成為朝上，故根據情況有與隔熱材接觸之虞，對此，可視需要使用避免其他接觸之手段。 [產業上之可利用性]

根據本發明，由於能夠高密度地配置多柄型加熱器中之各U形件（發熱部），故具有以下優異之效果：能夠延長發熱部之總長，能夠大幅地提高能量輸出。本發明之多柄型加熱器作為玻璃或陶瓷等之燒成用加熱器較有用。

10:加熱器發熱部 11:U形件（向上U字：以黑色表示） 12:U形件（向下U字：以白色表示） 20:支持基體 30:固定銷 40:端子 50:柄高度

[圖1]習知多柄型加熱器之剖面圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。 [圖2]本發明之一實施形態之多柄型加熱器之剖面圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。 [圖3]本發明之一實施形態之多柄型加熱器之加熱器發熱部的說明圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。 [圖4]放大本發明之一實施形態之多柄型加熱器（自上方觀察所得之圖）的一部分所得之圖。 [圖5]實施例2之多柄型加熱器之剖面圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。 [圖6]實施例3之多柄型加熱器之剖面圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。 [圖7]實施例4之多柄型加熱器之剖面圖（上圖：自上方觀察所得之圖，下圖：自正面觀察所得之圖）。

Claims

一種多柄型加熱器，其係安裝於支持基體者，其特徵在於：存在U形件，該U形件以自上述加熱器側朝向上述支持基體側之相對於支持基體之法線方向為基準，自上述加熱器側朝向上述支持基體側之U形件之平面方向的角度θ為+10°~+60°或-10°~-60°，且上述角度θ為+10°以上且+60°以下之U形件與上述角度θ為-10°~-60°之U形件分別存在至少1處以上。
如請求項1所述之多柄型加熱器，其中，構成上述加熱器之U形件中之上述角度為+10°~+60°或-10°~-60°之U形件存在3處以上。
如請求項1所述之多柄型加熱器，其中，存在多個上述角度θ為+10°以上且+60°以下之U形件與上述角度θ為-10°~-60°之U形件相鄰地連結而成者。
如請求項2所述之多柄型加熱器，其中，存在多個上述角度θ為+10°以上且+60°以下之U形件與上述角度θ為-10°~-60°之U形件相鄰地連結而成者。
如請求項1至4中任一項所述之多柄型加熱器，其中，上述支持基體為平板形狀、多面形狀、斜面(滑梯型)形狀、曲面形狀或圓筒形狀。
如請求項1至4中任一項所述之多柄型加熱器，其中，上述加熱器以MoSi₂為主成分。
如請求項5所述之多柄型加熱器，其中，上述加熱器以MoSi₂為主成分。