(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚が一様で、かつ上端に開口を有する有底筒状の坩堝と、
前記坩堝の外周域に該坩堝を巻回する態様で配設した誘導加熱コイルと
を備え、前記誘導加熱コイルを通電状態にして前記坩堝を誘導加熱することにより、前記開口より内部に投入された物質を溶融させる誘導加熱装置において、
前記坩堝の側部は、
前記開口を形成する円筒状の上端部と、
前記上端部および該坩堝の底部に連続して形成され、かつ該底部に向かって外径が漸次小さくなる形状を成す基端部と
を備えてなり、
前記誘導加熱コイルは、前記上端部と前記基端部との境界部分に対向する領域にギャップが形成されるよう該領域が疎となる態様で巻回して配設され、かつ該ギャップの上方域よりも下方域の方が密に巻回してあることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記基端部は、底部に向かって径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成すことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記誘導加熱コイルは、一の電源に接続されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置に関し、より詳細には、金属製の坩堝を巻回する態様で配設した誘導加熱コイルを通電状態にして該坩堝を誘導加熱することにより、該坩堝の内部に投入された物質を溶融させる誘導加熱装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、坩堝を誘導加熱して該坩堝の内部に投入された物質を溶融させる誘導加熱装置として、次のようなものが知られている。すなわち、有底円筒状の金属製の坩堝の外周域に、該坩堝の外側部を巻回する態様で誘導加熱コイルを配設したものである。ここで、坩堝について詳細に述べると、坩堝は、円筒状の形態を成す側部と、該側部の下端側の開口を塞ぐ態様で設けられた円板状の底部とを有する有底円筒状の形態を成し、上端に開口を有し、肉厚が一様なものである。
【０００３】
このような誘導加熱装置は、誘導加熱コイルに交流電流を流して通電状態にし、交番磁束を印加することにより、坩堝に渦電流を発生させて該坩堝を誘導加熱し、上端側の開口より坩堝の内部に投入された物質（被溶融材料）を溶融させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特表平１０−５００６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した誘導加熱装置において、誘導加熱コイルを通電状態にすることにより発生する渦電流は、該誘導加熱コイルに近接する部分、すなわち坩堝の側部外面に誘導され、坩堝の側部外面ほど強く、内部に向かうにつれて弱くなるのが一般的である。これにより、誘導加熱コイルに交流電流を流して通電状態にしても坩堝の底部には強い渦電流を発生させることは困難になり、そのために底部の加熱は、側部からの熱伝導に依存することになる。坩堝は有底円筒状の形態を成しているために、底部には磁界が届き難く、しかも底部は十分に大きな面積を有している。これにより底部の加熱には相当な時間を要することになる。一方、底部の加熱に要する時間の短縮化を図るために、誘導加熱コイルを流れる交流電流を大きくすることも考えられるが、これでは坩堝の側部が必要以上に加熱されてしまい、底部が加熱される前に側部が破損してしまう虞れがあった。従って、従来の誘導加熱装置では、底部が十分に加熱するまで被溶融材料を良好に溶融させることができず、物質の溶融に要する時間が長大化してしまう虞れがあった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、坩堝の底部を効率的に加熱して、坩堝の内部に投入された物質の溶融に要する時間の短縮化を図ることができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、肉厚が一様で、かつ上端に開口を有する有底筒状の坩堝と、前記坩堝の外周域に該坩堝を巻回する態様で配設した誘導加熱コイルとを備え、前記誘導加熱コイルを通電状態にして前記坩堝を誘導加熱することにより、前記開口より内部に投入された物質を溶融させる誘導加熱装置において、前記坩堝の側部は、前記開口を形成する円筒状の上端部と、前記上端部および該坩堝の底部に連続して形成され、かつ該底部に向かって外径が漸次小さくなる形状を成す基端部とを備えてなり、前記誘導加熱コイルは、前記上端部と前記基端部との境界部分に対向する領域にギャップが形成されるよう該領域が疎となる態様で巻回して配設され、かつ該ギャップの上方域よりも下方域の方が密に巻回してあることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る誘導加熱装置は、上述した請求項１において、前記基端部は、底部に向かって径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成すことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る誘導加熱装置は、上述した請求項１または請求項２において、前記誘導加熱コイルは、一の電源に接続されて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の誘導加熱装置によれば、坩堝の側部の基端部が底部に向かって外径が漸次小さくなる態様で形状を成していることから、坩堝の底部の面積を十分に小さいものとし、しかも底部にも磁界を作用させることができる。また、基端部も誘導加熱コイルに面する結果、渦電流が発生して加熱される。これにより、底部の加熱は、磁界の作用と、側部からの熱伝導とにより行うことができ、底部の面積が十分に小さいことから底部の加熱に要する時間の短縮化を図ることができる。よって、坩堝の底部を効率的に加熱して、坩堝の内部に投入された物質の溶融に要する時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して本発明に係る誘導加熱装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の実施の形態においては、対象となる溶融物質（被溶融材料）がアスベスト含有保温材（絶縁物）である誘導加熱装置について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における誘導加熱装置を模式的に示したものであり、一部を断面で示している。ここに例示する誘導加熱装置は、誘導炉１を備えている。
【００１４】
誘導炉１は、有底円筒状の形態を成すものであり、内部に坩堝１０、継鉄１４および誘導加熱コイル２０が配設してある。この誘導炉１の側周面の一部には、外方に突出する突出部２が設けてあり、この突出部２には貫通孔３が設けてある。この貫通孔３には、ロッド状の軸部４が貫通しており、これにより、誘導炉１は、軸部４の軸心回りに揺動可能となっている。
【００１５】
坩堝１０は、例えばステンレス材やインコネル材（商品名）等の金属から成るものであり、上端に開口１１を有する有底筒状のものである。この坩堝１０は、誘導炉１の中央域に配設してあり、側部１２の内面が誘導炉１の内周面の一部を構成し、かつ底部１３が誘導炉１の内底部を構成している。坩堝１０の外周面、すなわち側部１２の外面は断熱材１５に覆われている。また、坩堝１０は、底部１３の厚みと、側部１２の厚みとが等しい。つまり、坩堝１０は肉厚が一様となっている。
【００１６】
上記坩堝１０の側部１２は、上端部１２ａと基端部１２ｂとを備えて構成してある。上端部１２ａは、上記開口１１を形成する円筒状の部分である。基端部１２ｂは、上端部１２ａおよび底部１３に連続して形成され、該底部１３に向かって外径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成す部分である。つまり、基端部１２ｂの外面は、傾斜面となっている。
【００１７】
継鉄１４は、坩堝１０の外周域であって、坩堝１０の外周面から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。より詳細には、継鉄１４は、略円筒状の形態を成し、円環状の耐火レンガ１６の上面に載置した状態で誘導炉１に固定配設してある。この継鉄１４は、後述する磁束の漏れを防ぐものであり、誘導加熱コイル２０を支持するものである。
【００１８】
誘導加熱コイル２０は、坩堝１０と継鉄１４との間であって、坩堝１０の外周面から所定の距離だけ離隔した位置に、該坩堝１０を巻回する態様で円筒状を成して継鉄１４に支持されている。この誘導加熱コイル２０の上下方向の長さは、坩堝１０の上下方向の長さよりも十分に大きくしてある。このような誘導加熱コイル２０は、一の電源２１に接続されて電気回路を構成している。この電源２１は数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの交流電流を供給するものである。
【００１９】
このような誘導加熱コイル２０は、上端部１２ａと基端部１２ｂとの境界部分に断熱材１５等を介して対向する領域が疎となる態様で巻回してある。より詳細には、上端部１２ａと基端部１２ｂとの境界部分に断熱構造を介して対向する領域には、ギャップ２２が形成されるよう巻回してある。また、ギャップ２２よりも上方域、すなわち上端部１２ａに対向する部分のコイルと、ギャップ２２よりも下方域、すなわち基端部１２ｂおよび坩堝１０の下方域に対応する部分のコイルとでは、高さ方向の幅の大きさが異なり、ギャップ２２よりも下方域のコイルの方が高さ方向の幅が小さくしてある。そのため、ギャップ２２の上方域のコイルよりもギャップ２２の下方域におけるコイルの方が密に巻回してある。
【００２０】
そして、このような誘導加熱コイル２０においては、ギャップ２２の距離（上下方向の距離）Ｈと、坩堝１０の外周面からの離間距離δとは、互いの積Ｈ・δが所定値となる関係にしてある。つまり、ギャップ２２の距離Ｈが大きくなる場合には、坩堝１０の外周面からの離間距離δが小さくなる一方、ギャップ２２の距離Ｈが小さくなる場合には、坩堝１０の外周面からの離間距離δが大きくなる関係にある。
【００２１】
図１中の符号１７は、坩堝１０の周囲および下方域を示す領域であり、この領域には粒状の耐火材が充填してある。また、符号１８はガイド部である。ガイド部１８は、坩堝１０の内部で溶融された材料（溶融物）を出す際にガイドの役目を果たす部位である。このガイド部１８は、粘土状の耐火物で構成してある。更に、符号１９は、誘導加熱コイル２０が構成する回路のスイッチである。
【００２２】
以上のような構成を有する誘導加熱装置は、次のようにして内部に投入されたアスベスト含有保温材を溶融させる。図２〜図６は、それぞれアスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示すものである。
【００２３】
まず、図２に示すように、坩堝１０の開口１１を通じて例えばアルカリ融剤等の融点降下剤ａを投入する。その後、図３に示すように、スイッチ１９をオンにし、誘導加熱コイル２０に交流電流を流して通電状態にし、交番磁束を印加する。これにより坩堝１０に渦電流が発生し、坩堝１０を渦電流損によるジュール熱で加熱、すなわち誘導加熱する。この結果、坩堝１０が必要温度まで十分に加熱される結果、開口１１を通じて内部に投入された融点降下剤ａは坩堝１０からの熱により溶融する。
【００２４】
そして、図４に示すように、坩堝１０の開口１１を通じてアスベスト含有保温材ｂを投入し、図示しない炉蓋で坩堝１０の開口１１を塞いだ後、図５に示すように、坩堝１０からの熱により該アスベスト含有保温材ｂを溶融する。その後、スイッチ１９をオフにし、炉蓋を移動させて坩堝１０の開口１１を開成し、図６に示すように誘導炉１を軸部４の軸心回りに揺動させて坩堝１０の内部にある溶融物を出湯する。その後、再びスイッチ１９をオンにして上述した手順を必要に応じて繰り返すことになる。このような手順を行うことにより、アスベスト含有保温材ｂは、確実に溶融し無害化させることができる。
【００２５】
上記誘導加熱装置においては、坩堝１０の側部１２の基端部１２ｂが底部１３に向かって外径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成していることから、坩堝１０の底部１３の面積を十分に小さいものとすることができる。
【００２６】
また、坩堝１０の基端部１２ｂは、上端部１２ａのように誘導加熱コイル２０に断熱構造を介して対向してはいないが、誘導加熱コイル２０に断熱構造を介して面しているために、交番磁束が印加された場合には、磁界が届いて渦電流が発生して加熱される。しかも、基端部１２ｂをテーパー状にしたことから磁界がある程度底部１３にも届くことになる。
【００２７】
図７〜図１２は、それぞれ磁界解析結果および発生電力分布を模式的に示すものである。より詳細に説明すると、図７は、本発明の誘導加熱装置を構成する坩堝および誘導加熱コイルの磁界解析結果を示すものであり、坩堝の形状が上記実施の形態と同様であり、誘導加熱コイルは、ギャップを設けずに巻回してある。図８は、本発明の実施の形態における誘導加熱装置を構成する坩堝および誘導加熱コイルの磁界解析結果を示すものであり、坩堝の形状が上記実施の形態と同様であり、誘導加熱コイルは、ギャップを設けて巻回してある。図９および図１０は、それぞれ図７および図８に示す場合の電力分布を示している。図１１および図１２は、ともに従来の誘導加熱装置に関するものであり、図１１は、坩堝の形状が有底円筒状の形態を成し、誘導加熱コイルは、ギャップを設けずに巻回してある。図１２は、図１１に示す場合の電力分布を示している。
【００２８】
図７および図９に示すように、坩堝１０の側部１２の基端部１２ｂが底部１３に向かって外径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成していることから、坩堝１０の底部１３（図中のイ）にも磁界がある程度届いており、これにより底部１３を加熱することができることが明らかである。
【００２９】
坩堝１０の上端部１２ａと基端部１２ｂとの境界部分に断熱構造を介して対向する領域にギャップ２２を設けて誘導加熱コイル２０を巻回することにより、図８および図１０に示すように、境界部分の磁界集中が抑制できることが明らかである。
【００３０】
一方、図１１および図１２に示すように、坩堝１０の側部１２の上端に磁界が集中し、底部１３には殆ど磁界が届いていないことが明らかである。
【００３１】
以上説明したように、本発明の実施の形態における誘導加熱装置によれば、坩堝１０の側部１２の基端部１２ｂが底部１３に向かって外径が漸次小さくなる態様でテーパー状を成していることから、坩堝１０の底部１３の面積を十分に小さいものとし、しかも底部１３にも磁界を作用させることができる。また、基端部１２ｂも渦電流が発生して加熱される。これにより、底部１３の加熱は、磁界の作用と、側部１２からの熱伝導とにより行うことができ、底部１３の面積が十分に小さいことから底部１３の加熱に要する時間の短縮化を図ることができる。よって、坩堝１０の底部１３を効率的に加熱して、坩堝１０の内部に投入された物質の溶融に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００３２】
上記誘導加熱装置によれば、坩堝１０の上端部１２ａと基端部１２ｂとの境界部分に対向する領域が疎となる態様で誘導加熱コイル２０を巻回し、すなわち境界部分に対向する領域にギャップ２２を設けて巻回したので、該境界部分に磁界集中してしまうことを抑制でき、これにより該境界部分が必要以上に加熱される局部加熱の発生を回避することができる。従って、これによっても効率良く坩堝１０の底部１３を加熱することができ、しかも側部１２を略均一に加熱することが可能になる。
【００３３】
また、誘導加熱装置によれば、誘導加熱コイル２０は一の電源２１に接続されて電気回路を構成していることから、運転コストの低減化を図るだけでなく、装置全体に要するコストが必要以上に高くなる虞れがない。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上述した実施の形態では、誘導加熱コイル２０は、ギャップ２２を設けて巻回する態様で配設してあったが、本発明では、ギャップ２２は必ずしも必要なものではない。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、坩堝１０の側部１２の基端部１２ｂは、テーパー状を成していたが、本発明では、底部１３に向かって外径が漸次小さくなる形状であれば、形状は特に限定されるものではなく、基端部の外面が球面状を成すものであっても構わない。
【００３６】
更に、上述した実施の形態では、誘導加熱コイル２０は、坩堝１０の外周面から所定の距離だけ離隔した位置に、該坩堝１０を巻回する態様で円筒状を成して配設してあったが、本発明では、誘導加熱コイルは円筒状を成している必要はなく、坩堝との距離を一定に保持した状態で該坩堝を巻回する態様で配設しても良い。すなわち、坩堝の基端部に対応する部分は、外径が下方に向かうに連れて漸次小さくなる態様で巻回してあっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に係る誘導加熱装置は、金属製の坩堝を巻回する態様で配設した誘導加熱コイルを通電状態にして該坩堝を誘導加熱することにより、該坩堝の内部に投入された物質を溶融させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態における誘導加熱装置を模式的に示した模式図であり、一部を断面で示している。
【図２】アスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示す模式図である。
【図３】アスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示す模式図である。
【図４】アスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示す模式図である。
【図５】アスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示す模式図である。
【図６】アスベスト含有保温材の溶融手順を模式的に示す模式図である。
【図７】本発明の誘導加熱装置を構成する坩堝および誘導加熱コイルの磁界解析結果を示すものである。
【図８】本発明の実施の形態における誘導加熱装置を構成する坩堝および誘導加熱コイルの磁界解析結果を示すものである。
【図９】図７に示す場合の電力分布を示している。
【図１０】図８に示す場合の電力分布を示している。
【図１１】従来の誘導加熱装置を構成する坩堝および誘導加熱コイルの磁界解析結果を示すものである。
【図１２】図１１に示す場合の電力分布を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１０      坩堝
１２      側部
１２ａ    上端部
１２ｂ    基端部
１３      底部
１４      継鉄
２０      誘導加熱コイル
２１      電源
２２      ギャップ
【図１】
0005425386.tif 000002
【図２】
0005425386.tif 000003
【図３】
0005425386.tif 000004
【図４】
0005425386.tif 000005
【図５】
0005425386.tif 000006
【図６】
0005425386.tif 000007
【図７】
0005425386.tif 000008
【図８】
0005425386.tif 000009
【図９】
0005425386.tif 000010
【図１０】
0005425386.tif 000011
【図１１】
0005425386.tif 000012
【図１２】
0005425386.tif 000013