特開 2024-154614 非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154614

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 3/08 20060101AFI20241024BHJP

   H05B 3/64 20060101ALI20241024BHJP

   F27D 11/04 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

F27B3/08

H05B3/64

F27D11/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068536

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】592017002

【氏名又は名称】三建産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105175

【弁理士】

【氏名又は名称】山広 宗則

(74)【代理人】

【識別番号】100105197

【弁理士】

【氏名又は名称】岩本 牧子

(72)【発明者】

【氏名】岸村 司

【テーマコード（参考）】

3K092

4K045

4K063

【Ｆターム（参考）】

3K092PP09

3K092QA01

3K092QC70

3K092VV40

4K045AA04

4K045BA03

4K045RB04

4K045RB19

4K063AA04

4K063AA12

4K063CA06

4K063FA25

(57)【要約】

【課題】溶湯やヒータの熱が電極や配線を通して電源側に伝わることを防止する非鉄金属溶解炉用ヒータ装置を提供する。
【解決手段】非鉄金属溶解炉Ｆの溶湯Ｍを電力で加熱して溶解するものであり、電源Ｐに接続され、電源Ｐからの電流を流す第一コイル部１１と、非鉄金属溶解炉Ｆの溶湯Ｍに浸漬されたヒータ本体１４に接続された第二コイル部１２を備え、第一コイル部１１と第二コイル部１２を所定間隔Ｌ（Ｌ１）で離間して配置し、第一コイル部１１が形成する磁界で第二コイル部１２に電流を発生させ、発生させた電流を前記ヒータ本体１４に送って溶湯Ｍを加熱して溶解する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非鉄金属溶解炉の溶湯を電力で加熱して溶解する電気ヒータ装置であって、
電源に接続され、前記電源からの電流を流す第一コイル部と、
前記非鉄金属溶解炉の溶湯に浸漬されたヒータ本体に接続された第二コイル部を備え、
前記第一コイル部と第二コイル部を所定間隔で離間して配置し、前記第一コイル部が形成する磁界で前記第二コイル部に電流を発生させ、前記発生させた電流を前記ヒータ本体に送って前記溶湯を加熱して溶解することを特徴とする非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置。

【請求項2】

前記第一コイル部と第二コイル部を、離間させて直列状に配列したことを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶解用電気ヒータ装置。

【請求項3】

前記第二コイル部を、耐熱温度の高い材料としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属溶解用電気ヒータ装置。

【請求項4】

前記第一コイル部と第二コイル部の内部に磁束方向に沿って空気より透磁率の高い芯材を挿通し、かつ、前記第一コイル部を前記芯材に固定し、前記第二コイル部を前記芯材から所定距離で遊離させたことを特徴とする請求項２に記載の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置。

【請求項5】

前記第一コイル部と第二コイル部を、離間させて並列状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置。

【請求項6】

前記第一コイル部と第二コイル部をそれぞれ略半円状に形成し、双方で略円形状を形成するように対向して配置し、前記第一コイル部の両端部と、前記第二コイル部の両端部とを離間させて配置したことを特徴とする請求項５に記載の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置。

【請求項7】

前記第一コイル部の内部に磁束方向に沿って磁性を持つ第一芯材を固定状態で挿通し、前記第二コイル部の内部に前記第一芯材とは別体で磁性を持つ第二芯材を磁束方向に沿って固定状態で挿通したことを特徴とする請求項６に記載の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非鉄金属溶解炉の溶湯を電力で加熱して溶解する電気ヒータ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、アルミニウム合金等の非鉄金属を溶解する非鉄金属溶解炉には、バーナからの放射火炎によって溶湯を加熱するものと、電気ヒータからの電力で溶湯を加熱するものがある。電気ヒータによるものは、バーナによるものよりも熱効率が良いといった利点があり、こうした電気ヒータを取り入れた非鉄金属溶解炉は本出願人によっても先に出願されている（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１に記載の非鉄金属溶解炉で使用される電気ヒータ２０は、図６に示すように、一対の電極（ヒータ本体）２１、２２を溶湯Ｍ内に対向して浸漬し、電源からの電流を一方の電極２１に流し、その電流を、溶湯Ｍを通して他方の電極２２に流すことによって電極２１、２２を加熱し、その熱で溶湯Ｍを溶解している。一対の電極２１，２２と電源とは配線などで電気的および機械的（熱的）に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５４３２８１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のものを含む一般の電気ヒータでは、図７に示すように、電源Ｐからの配線が、絶縁材３０、圧着端子３２、編組線３３およびクランプ３４などの配線接続部材を介して電極２１、２２に接続されている。こうした構造における配線接続部材の耐熱性は一般に編組線３３やクランプ３４を除いて１００℃前後であり、従って、５００℃以上の溶湯および電極から配線を通して伝わる熱によって損傷してしまい易い。そのため、これらの配線接続部材に対する冷却が必要となり、結果として加熱効率が低下してしまうといった問題がある。

【0006】

なお、特許文献１に記載の電気ヒータ２０では、整流器２３の電源Ｐ側に、漏電防止のために絶縁トランス２４が取付けられている。この絶縁トランス２４を、図６の想像線で示すように、スイッチング制御ユニット２５と一対の電極２１、２２との間に設けて、スイッチング制御ユニットの接地電位を安定させることも考えられる。しかし、その場合でも一対の電極２１、２２と電源Ｐ側とは絶縁トランス２４という構造物によって機械的（熱的）に接続された状態にあるため、溶湯Ｍの熱が絶縁トランス２４をも介して電源Ｐ側に伝わり、電源Ｐ側の配線に設けられている配線接続部材を電極２１、２２および溶湯Ｍ及びヒータの熱によって損傷させてしまい易いので、絶縁トランス２４は電極２１，２２から離れた位置に配置しなければならず、絶縁トランス２４までの配線材料は耐熱温度の高い材料を使う必要がある。

【0007】

そこで、本発明の目的とするところは、溶湯及びヒータの熱が電極や配線を通して電源側に伝わることを防止する非鉄金属溶解炉用ヒータ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置（１０）は、非鉄金属溶解炉（Ｆ）の溶湯（Ｍ）を電力で加熱して溶解するものであって、
電源（Ｐ）に接続され、前記電源（Ｐ）からの電流を流す第一コイル部（１１）と、
前記非鉄金属溶解炉（Ｆ）の溶湯（Ｍ）に浸漬されたヒータ本体（１４）に接続された第二コイル部（１２）を備え、
前記第一コイル部（１１）と第二コイル部（１２）を所定間隔（Ｌ）で離間して配置し、前記第一コイル部（１１）が形成する磁界で前記第二コイル部（１２）に電流を発生させ、前記発生させた電流を前記ヒータ本体（１４）に送って前記溶湯（Ｍ）を加熱して溶解することを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、前記第一コイル部（１１）と第二コイル部（１２）を、離間させて直列状に配列したことを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、前記第二コイル部（１２）を、耐熱温度の高い材料としたことを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、前記第一コイル部（１１）と第二コイル部（１２）の内部に磁束方向に沿って空気より透磁率の高い芯材（１３）を挿通し、かつ、前記第一コイル部（１１）を前記芯材（１３）に固定し、前記第二コイル部（１２）を前記芯材（１３）から所定距離（Ｄ）で遊離させたことを特徴とする。

【0012】

また、本発明は、前記第一コイル部（１１）と第二コイル部（１２）を、離間させて並列状に配置したことを特徴とする。

【0013】

さらに、本発明は、前記第一コイル部（１１）と第二コイル部（１２）をそれぞれ略半円状に形成し、双方で略円形状を形成するように対向して配置し、前記第一コイル部（１１）の両端部と、前記第二コイル部（１２）の両端部とを離間させて配置したことを特徴とする。

【0014】

またさらに、本発明は、前記第一コイル部（１１）の内部に磁束方向に沿って磁性を持つ第一芯材（１３ａ）を固定状態で挿通し、前記第二コイル部（１２）の内部に前記第一芯材（１３ａ）とは別体で磁性を持つ第二芯材（１３ｂ）を磁束方向に沿って固定状態で挿通したことを特徴とする。

【0015】

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

【発明の効果】

【0016】

本発明の非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置によれば、第一コイル部と第二コイル部を所定間隔で離間して配置し、第一コイル部が形成する磁界で第二コイル部に電流を発生させ、その電流をヒータ本体に送って溶湯を加熱して溶解するので、溶湯およびヒータ本体の熱が第二コイル部から第一コイル部に伝わるのを防止することができる。
すなわち、所定間隔の存在により、第一コイル部と第二コイル部は電気的な接続に加えて、機械的（熱的）な接続を遮断されるので、第二コイル部から第一コイル部への熱の伝わりを阻止することができる。従って、第一コイル部側の配線に設けられている配線接続部材が熱によって損傷するのを未然に防止することができる。その結果、第一コイル部と第二コイル部を電極の近くに設置することが可能となり、配線接続部材に対する冷却範囲が小さくなり、加熱効率の低下を防止することができる。

【0017】

また、本発明によれば、第一コイル部と第二コイル部を、離間させて直列状に配列したので、溶湯等の熱が第一コイル部に伝わるのを防止することができる。従って、第一コイル部側の配線に設けられている配線接続部材が熱によって損傷するのを防止することができる。

【0018】

また、本発明によれば、第二コイル部を、耐熱温度の高い材料としたので熱による損傷を防止し第一コイル部側に熱が伝わることをさらに防止することできる。

【0019】

また、本発明によれば、第一コイル部と第二コイル部の内部に芯材を挿通したので、芯材の働きによって、第一コイル部に、より強い磁界を発生させ、それを第二コイル部に、より効果的に作用させることができる。また、第一コイル部を芯材に固定したので、さらに強い磁界を発生させることができる。さらに、第二コイル部を芯材から遊離させて非接触状態にしたので、第二コイル部の熱が芯材および第一コイル部に伝わるのを防止することができ、第一コイル部（電源）側の配線に設けられている配線接続部材が溶湯などの熱によって損傷するのを防止することができる。

【0020】

また、本発明によれば、第一コイル部と第二コイル部を、離間させて並列状に配置したので、溶湯等の熱が第一コイル部に伝わるのを防止することができ、第一コイル部側の配線接続部材が熱によって損傷するのを防止することができる。

【0021】

さらに、本発明によれば、第一コイル部と第二コイル部をそれぞれ略半円状に形成し、双方で略円形状を形成するように対向して配置したので、第一コイル部の磁界を第二コイル部に効果的に作用させることができる。また、第一コイル部の両端部と、それに対向する第二コイル部の両端部とを離間させて配置したので、第二コイル部の熱が第一コイル部に伝わることを防止することができる。

【0022】

またさらに、本発明によれば、第一コイル部の内部に第一芯材を固定状態で挿通し、第二コイル部の内部に第一芯材とは別体の第二芯材を固定状態で挿通したので、第一コイル部に、より強い磁界を発生させることができると共に、その磁界を第二コイル部に、より効果的に作用させることができる。また、第一芯材と第二芯材は別体であるので、第二芯材（第二コイル部）の熱が第一芯材（第一コイル部）に伝わることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置を示す正面断面図である（非鉄金属溶解炉に取り付けた状態を示す）。

【図2】本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置を示す正面断面図である。

【図3】本発明の第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置を示す要部正面図である。

【図4】本発明の第四実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置を示す要部平面図である。

【図5】図４に示す電気ヒータ装置の第二コイル部を第一コイル部から引き離した状態を示す要部平面図である。

【図6】従来例に係る電気ヒータを示す正面一部断面図である。

【図7】従来例に係る電気ヒータの配線接続部を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１を参照して、本発明の第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０を説明する。

【0025】

第一実施形態に係る電気ヒータ装置１０は、非鉄金属溶解炉Ｆの溶湯（アルミニウム合金等）Ｍを電力で加熱して溶解するものであり、導電性と磁性に優れた材料で形成された第一コイル部１１と、同様に、導電性と磁性に優れた材料製の第二コイル部１２を備える。第一コイル部１１と第二コイル部１２の直径と長さはほぼ同じ寸法に設定しているが、異なる寸法とすることもできる。

【0026】

第一コイル部１１は電源Ｐに接続され、第二コイル部１２は非鉄金属溶解炉Ｆの炉体Ｆ１内部の溶湯Ｍに浸漬された一対のヒータ本体１４（第一ヒータ本体１４ａおよび第二ヒータ本体１４ｂ）に接続される。第一コイル部１１と第二コイル部１２は所定間隔Ｌ（Ｌ１）で離隔して直列状に配置される。所定間隔Ｌ（Ｌ１）とは、第二コイル部１２の熱が、第一コイル部１１に伝わらない程度の距離であり、溶湯Ｍの温度や電源Ｐの出力などによって適宜変更することができる。

【0027】

なお、一対のヒータ本体１４（１４ａ、１４ｂ）は、その下半部以上が溶湯Ｍに浸漬され、その上端部が非鉄金属溶解炉Ｆの蓋部Ｆ２から上方に露出する。第二コイル部１２はこのヒータ本体１４部の上端部に接続される。
また、ヒータ本体１４は溶湯Ｍの温度に対応できる材料で形成し、ヒータ本体１４に直接接触する編組線表面部分には酸化を防ぐ材料をメッキすることが好ましい。
また、第二コイル部１２は、特に耐熱温度の高い材料で構成することが好ましい。

【0028】

この非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０においては、電源Ｐ（直流電源の場合）に接続された第一コイル部１１が、電源Ｐから供給される電流で磁界を発生させる。こうして発生した磁界は第二コイル部１２に作用し、第二コイル部１２に電流を発生させる。この電流は、一対のヒータ本体１４の一方である第一ヒータ本体１４ａに流れ、第一ヒータ本体１４ａに熱を発生させ、その熱で溶湯Ｍを加熱して溶解させる。第一ヒータ本体１４ａに流れた電流は、溶湯Ｍを通って他方のヒータ本体１４である第二ヒータ本体１４ｂに流れ、第二ヒータ本体１４ｂを加熱し、その熱でも溶湯Ｍを加熱して溶解する。こうした電流の流れによって、第一ヒータ本体１４ａおよび第二ヒータ本体１４ｂからの熱によって溶湯Ｍを加熱し溶解する。なお、電源Ｐが交流電源の場合は、こうした電流の流れが交互に行われる。

【0029】

こうした機能を発揮する第一実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０において、第一コイル部１１と第二コイル部１２との間には所定間隔Ｌ（Ｌ１）を設けて離隔しているので、両者は電気的な接続に加えて機械的な接続も遮断され、第二ヒータ本体１４ｂおよび溶湯Ｍの熱で加熱される第二コイル部１２の熱が第一コイル部１１に伝わるのを阻止することができる。これにより、第一コイル部１１側の配線に設けられている配線接続部材が熱によって損傷するのを未然に防止することができる。その結果、配線接続部材の冷却が不要となり、加熱効率の低下を防止することができる。

【0030】

また、第一コイル部１１と第二コイル部１２を所定間隔Ｌ（Ｌ１）で離隔して機械的に離しているので、例えば、第二コイル部１２側の第二ヒータ本体１４ｂを交換する際には、第一コイル部１１と第一ヒータ本体１４ａはそのままの状態とし、第二コイル部１２と第二ヒータ本体１４ｂのみを取扱う作業を行えばよく、従って、その交換作業がきわめて容易となる。

【0031】

図２を参照して、本発明の第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０を説明する。この電気ヒータ装置１０も、第一実施形態と同様に、第一コイル部１１と第二コイル部１２を備え、両者の間に所定間隔Ｌ（Ｌ１）を設けている。この電気ヒータ装置１０の特徴は、第二コイル部１２の両端部を一つのヒータ本体１４に接続していることである。従って、第一コイル部１１の磁界によって第二コイル部１２に発生させた電流を、その一つのヒータ本体１４の外部から折り返して内部で戻すように流して加熱し、その熱で溶湯Ｍを溶解する。

【0032】

第二実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０においても、第一コイル部１１と第二コイル部１２との間に所定間隔Ｄ（Ｄ１）を設けているので、第二ヒータ本体１４ｂおよび溶湯Ｍの熱で加熱される第二コイル部１２の熱が第一コイル部１１に伝わることを阻止することができる。従って、第一コイル部１１側の配線に設けられている配線接続部材が熱によって損傷するのを未然に防止することができる。
また、例えば、ヒータ本体１４の交換作業も、第一コイル部１１をそのままの状態として行うことができるので、きわめて容易となる。

【0033】

図３を参照して、本発明の第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０を説明する。この電気ヒータ装置１０の特徴は、直列状に配置した第一コイル部１１と第二コイル部１２の内部に磁束方向（長手方向）に沿って空気より透磁率の高い１本の芯材１３を挿通し、かつ、第一コイル部１１はその芯材１３に固定状態（接触状態）で設け、第二コイル部１２はその芯材１３から所定距離Ｄ分、遊離した状態（非接触状態）で設けたことである。第二コイル部１２を芯材１３から所定距離Ｄで離すことにより、第一コイル部１１と第二コイル部１２を離間させている。

【0034】

上記した構成の本実施形態では、芯材１３を設けたことにより、第一コイル部１１に、より強い磁界を発生させることができると共に、第二コイル部１２にその磁界を、より効果的に作用させることができ、その結果、第二コイル部１２に、より大きな電流を流すことができる。これにより、ヒータ本体１４をさらに効果的に加熱することができ、溶湯Ｍを、より効果的に加熱および溶解することができる。

【0035】

第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０においても、第一コイル部１１と第二コイル部１２を離間させているので、第二コイル部１２の熱が芯材１３から第一コイル部１１に伝わるのを防止することができ、第二コイル部１２（電源Ｐ）側の配線に設けられている配線接続部材が溶湯Ｍなどの熱によって損傷するのを防止することができる。
また、上記二つの実施形態と同様に、ヒータ本体１４などの部材の交換作業も容易となる。

【0036】

図４を参照して、本発明の第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０を説明する。この電気ヒータ装置１０の特徴は、第一コイル部１１と第二コイル部１２をそれぞれ略半円状に形成し、双方で略円形状を形成するようにほぼ並列状に対向して配置したことである。また、第一コイル部１１の両端部と、それに対向する第二コイル部１２の両端部とを所定間隔Ｌ（Ｌ２）で離間したことも特徴としている。

【0037】

さらに、第一コイル部１１の内部に磁束方向（円周方向）に沿って、空気よりも磁性率の高い磁性を持つ第一芯材１３ａを磁束方向に沿って固定状態で挿通し、かつ、第二コイル部１２の内部に第一芯材１３ａとは別体で、同様に空気よりも磁性率の高い磁性を持つ第二芯材１３ｂを磁束方向に沿って固定状態で挿通したことも特徴とする。なお、第一芯材１３ａの両端部と第二芯材１３ｂの両端部の間にも、第一コイル部１１と第二コイル部１２の両端部の間と同様に、所定間隔Ｌ（Ｌ２）を設けることによっても第一コイル部１１と第二コイル部１２を離間している。

【0038】

第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０においては、第一コイル部１１と第二コイル部１２をそれぞれ略半円状に形成し、双方で略円形状を形成するようにほぼ並列状に対向して配置したので、直列状に配置した場合と比較して、磁界の拡散および損失を低減することができ、第一コイル部１１の磁界を第二コイル部１２に、より効果的に作用させることができる。また、こうした構成によりノイズの漏出を抑制することができる。

【0039】

また、第一コイル部１１に第一芯材１３ａを設け、第二コイル部１２に第二芯材１３ｂを設けたので、第一コイル部１１に、より強い磁界を発生させることができると共に、第二コイル部１２に、より大きな電流を流すことができる。これにより、ヒータ本体１４を、より効果的に加熱して溶湯Ｍを効率的に加熱および溶解することができる。

【0040】

第三実施形態に係る非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０においても、第一コイル部１１と第二コイル部１２を離間しているので、第二コイル部１２の熱が第一コイル部１１に伝わるのを防止することができる。これにより、第一コイル部１１の側の配線に設けられている配線接続部等の部材が熱によって損傷することを未然に防止することができる。

【0041】

また、図５に示すように、第二コイル部１２を第一コイル部１１からさらに離すことによって、ヒータ本体１４などの部材の交換作業をきわめて容易に行うことができる。

【0042】

なお、電源Ｐ側の第一コイル部１１とヒータ本体１４側の第二コイル部１２を離隔し、第二コイル部１２の熱が第一コイル部１１に伝わるのを防止した非鉄金属溶解炉用電気ヒータ装置１０は、上述した特許文献１にも一切記載されていない。

【符号の説明】

【0043】

１０ 電気ヒータ装置
１１ 第一コイル部
１２ 第二コイル部
１３ 芯材
１３ａ 第一芯材
１３ｂ 第二芯材
１４ ヒータ本体
１４ａ 第一ヒータ本体
１４ｂ 第二ヒータ本体
２０ 電気ヒータ
２１ 電極（ヒータ本体）
２２ 電極（ヒータ本体）
２３ 整流器
２４ 絶縁トランス
２５ スイッチング制御ユニット
３０ 絶縁材
３１ 端子カバー
３２ 圧着端子
３３ 編組線
３４ クランプ
Ｄ 所定距離
Ｆ 非鉄金属溶解炉
Ｆ１ 炉体
Ｆ２ 蓋部
Ｌ（Ｌ１，Ｌ２） 所定間隔
Ｍ 溶湯
Ｐ 電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】