(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に内側に引き込まれた第１冷却管挿入溝が備えられた第１コイル部と、
前記第１冷却管挿入溝に外面の一部が露出するように結合される第１冷却管と、
前記第１冷却管挿入溝が備えられた前記第１コイル部の一面に対向するように配置され、前記第１コイル部の一面と対向する一面に内側に引き込まれた第２冷却管挿入溝が備えられた第２コイル部と、
前記第２冷却管挿入溝に外面の一部が露出するように結合される第２冷却管と、
を含む、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項２】
前記第１コイル部及び前記第２コイル部は、互いに並んで配置される複数の加熱導体と、前記複数個備えられる加熱導体の一端部を連結する連結導体と、を含む、請求項１に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項３】
前記第１コイル部の加熱導体及び連結導体は、前記第２コイル部の加熱導体及び連結導体に対向して備えられる、請求項２に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項４】
前記第１冷却管及び前記第２冷却管は、加熱導体及び連結導体に連続的に備えられる、請求項２又は３に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項５】
前記第１コイル部及び前記第２コイル部の前記加熱導体の他端部には、前記第１コイル部と前記第２コイル部の結合のための結合部が備えられる、請求項２から４の何れか一項に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項６】
前記第１コイル部の加熱導体は、第１加熱導体及び第２加熱導体を含み、前記第２コイル部の加熱導体は、前記第１加熱導体及び前記第２加熱導体にそれぞれ対向する第３加熱導体及び第４加熱導体を含み、前記結合部は、前記第１加熱導体の他端部と前記第４加熱導体の他端部、又は第２加熱導体の他端部と前記第３加熱導体の他端部に備えられる、請求項５に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項７】
前記第１コイル部及び前記第２コイル部に備えられる結合部はネジ結合される、請求項５又は６に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項８】
前記第１コイル部に備えられる結合部と前記第２コイル部に備えられる結合部の間には絶縁部が備えられる、請求項７に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項９】
前記第１冷却管及び前記第２冷却管は前記結合部の内側に配置される、請求項５から７の何れか一項に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１冷却管挿入溝及び前記第２冷却管挿入溝はそれぞれ、前記第１冷却管及び前記第２冷却管の外面に対応する形状に備えられる、請求項１から９の何れか一項に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１冷却管及び前記第２冷却管はそれぞれ、前記第１冷却管挿入溝及び前記第２冷却管挿入溝に圧入結合される、請求項１０に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の誘導加熱装置用のコイルアセンブリと、
前記第１コイル部及び第２コイル部に結合されて交流電源を供給する電源装置と、
前記第１及び第２冷却管に結合されて冷却水を供給する冷却ポンプと、
を含む、誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記誘導加熱装置用のコイルアセンブリは、一対が互いに離隔されるように備えられ、導電性板材は前記一対の誘導加熱装置用のコイルアセンブリの間を通過する、請求項１２に記載の誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記誘導加熱装置用のコイルアセンブリは、前記導電性板材が供給される方向と交差するように配置される、請求項１３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、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ及びこれを含む誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置とは、強力な交流磁場を形成して電磁誘導で被加熱部材内に誘導電流を引き起こし、被加熱部材を加熱する装置のことである。
【０００３】
一般に、鋼板などの導電性板材を加熱するための誘導加熱装置は、縦断加熱コイル（ＬＦ）方式と、横断加熱コイル（ＴＦ）方式の２つとに分けられる。縦断加熱コイル方式は、導電性板材の周囲を取り囲む加熱コイルを流れる誘導電流が被加熱部材の長さ方向に磁束を発生させる方式であり、横断加熱コイル方式は、両方の加熱コイルに流れる磁束が導電性板材を横断するようにして、導電性板材の平面に誘導電流を発生させて加熱する方式である。
【０００４】
縦断加熱コイル方式は、薄い素材を加熱する際に、高周波数を必要とするため加熱することが容易ではないが、横断加熱コイル方式は、縦断加熱コイル方式に比べてさらに低周波数でも加熱効率が高い。
【０００５】
横断加熱コイル方式において、加熱効率を高めるためには、加熱コイルと導電性板材との間の隙間を狭くするとともに、加熱コイルの縦断面積を広く設計する必要がある。
【０００６】
加熱コイルを一般の変圧器として見なすと、変圧器の特性上、コイルの両端の電圧はコイルのターン数と比例する。コイルのターン数が多くなるほど印加電圧も上昇する。その結果、高電圧が原因でコイルの本体とも言える巻線間の絶縁体の破壊などの問題が発生する。同一の電力において電圧と電流は反比例関係にあるため、コイルのターン数を減らしてコイル電圧を低減させ、電流を増加させる方法で、コイルを保護しながら、導電性板材にエネルギーを伝達することが好ましい。
【０００７】
一方、コイルの製作時に、超大容量の装備の場合は銅パイプだけを用いてコイルを製作すると、高発熱量を解決すべく、再び冷却水が出入りするラインをコイルの中間部分毎にさらに配置しなければならず、多くの溶接作業が必要となる。溶接部位が増えると、漏れ事故が頻繁に発生し、大電流が流れる装備の特性上、非常に大きなアーク焼損につながる可能性もあるため、相当な額の復旧費用がかかるなどの問題が発生するおそれもある。
【０００８】
図１は従来技術による加熱コイルを示す例示図である。
【０００９】
図１を参照すると、従来技術による加熱コイルは、コイルと冷却管が一体になっている単純空芯型であって、発熱量が多くコイルの縦断面積が小さい上に、コイルの中間に冷却水が出入りするラインがさらに配置されるため、冷却水を分岐するための溶接作業を必要とする。その結果、漏れ事故が頻繁に発生し、電流が溶接部上を流れて表面抵抗の影響を受けるようになって、アーク焼損が頻繁に生じる原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、コイルの縦断面積を向上させ、冷却水の漏れを防止することができる誘導加熱装置用のコイルアセンブリ及びこれを含む誘導加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリは、一面に内側に引き込まれた第１冷却管挿入溝が備えられた第１コイル部と、上記第１冷却管挿入溝に外面の一部が露出するように結合される第１冷却管と、上記第１冷却管挿入溝が備えられた上記第１コイル部の一面に対向するように配置され、上記第１コイル部の一面と対向する一面に内側に引き込まれた第２冷却管挿入溝が備えられた第２コイル部と、上記第２冷却管挿入溝に外面の一部が露出するように結合される第２冷却管と、を含むことができる。
【００１２】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部及び上記第２コイル部は、互いに並んで配置される複数の加熱導体と、上記複数個備えられる加熱導体の一端部を連結する連結導体と、を含むことができる。
【００１３】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部の加熱導体及び連結導体は、上記第２コイル部の加熱導体及び連結導体に対向して備えられることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１冷却管及び上記第２冷却管は、加熱導体及び連結導体に連続的に備えられることができる。
【００１５】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部及び上記第２コイル部の上記加熱導体の他端部には、上記第１コイル部と上記第２コイル部の結合のための結合部が備えられることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部の加熱導体は、第１加熱導体及び第２加熱導体を含み、上記第２コイル部の加熱導体は、上記第１加熱導体及び上記第２加熱導体にそれぞれ対向する第３加熱導体及び第４加熱導体を含み、上記結合部は、上記第１加熱導体の他端部と上記第４加熱導体の他端部、又は第２加熱導体の他端部と上記第３加熱導体の他端部に備えられることができる。
【００１７】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部及び上記第２コイル部に備えられる結合部はネジ結合されることができる。
【００１８】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１コイル部に備えられる結合部と上記第２コイル部に備えられる結合部との間には絶縁部が備えられることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１冷却管及び上記第２冷却管は、上記結合部の内側に配置されることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１冷却管挿入溝及び上記第２冷却管挿入溝はそれぞれ、上記第１冷却管及び上記第２冷却管の外面に対応する形状に備えられることができる。
【００２１】
本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリにおいて、上記第１冷却管及び上記第２冷却管はそれぞれ、上記第１冷却管挿入溝及び上記第２冷却管挿入溝に圧入結合されることができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態による誘導加熱装置は、本発明の実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリと、上記第１コイル部及び第２コイル部に結合されて交流電源を供給する電源装置と、上記第１及び第２冷却管に結合されて冷却水を供給する冷却ポンプと、を含むことができる。
【００２３】
本発明の他の実施形態による誘導加熱装置において、上記誘導加熱装置用のコイルアセンブリは、一対が互いに離隔されるように備えられ、導電性板材は上記一対の誘導加熱装置用のコイルアセンブリの間を通過することができる。
【００２４】
本発明の他の実施形態による誘導加熱装置において、上記誘導加熱装置用のコイルアセンブリは、上記導電性板材の長さ方向と交差するように配置されることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリ及び誘導加熱装置は、コイルの溶接部位が減少して加熱効率を向上させ、漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術による加熱コイルを示す例示図である。
【図２】本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリの概略分解斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’に沿った概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による誘導加熱装置用のコイルアセンブリからコアが分離された状態の誘導加熱装置の概略側面図である。
【図５】図２のＢ部分の概略拡大図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ’に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の詳細な説明に先立ち、以下で説明される本明細書及び特許請求の範囲で用いられる用語や単語は通常的又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最も最善の方法で説明するための用語の概念として適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味及び概念で解釈されるべきである。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替することができる様々な均等物及び変形例があり得ることを理解すべきである。
【００２８】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。この際、添付の図面において同一の構成要素は、できる限り同一の符号を用いて示すことに注意しなければならない。また、本発明の要旨を不明にする可能性がある公知の機能や構成についての詳細な説明は省略する。同様の理由から、添付の図面において、いくつかの構成要素は誇張又は省略されるか、又は概略的に図示されており、各構成要素のサイズは実際のサイズを完全に反映するものではない。
【００２９】
また、本明細書における「上側、下側、側面」などの表現は、図面に示すものに基づいて説明されたものであり、該当対象の方向が変更されると異なって表現され得ることを予め明らかにしておく。
【００３０】
図２は本発明の一実施形態による誘導加熱装置の概略分解斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ’に沿った概略断面図であり、図４は本発明の一実施形態による誘導加熱装置からコアが分離された状態の誘導加熱装置の概略側面図である。
【００３１】
図２〜図４を参照すると、本発明の一実施形態による誘導加熱装置１０は、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００と、上記誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００に交流電源を印加する別の電源装置と、上記誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００に結合されて冷却水を供給する冷却ポンプと、を含むことができる。
【００３２】
誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００は、第１コイル部１００及び第２コイル部２００を含むことができ、上記第１コイル部１００及び第２コイル部２００には、交流電源を供給する別の電源装置（図示せず）が連結される。
【００３３】
第１コイル部１００は、全体的に「Ｕ」字状に備えられることができ、材料としては、導電性の高い金属材料を用いることが好ましい。一例として、上記第１コイル部１００の材料としては、純度９９％のタフピッチ銅（ＥＴＰ）を用いた広幅（ｗｉｄｅ  ｆｌａｒｅ）板を用いることができる。
【００３４】
上記第１コイル部１００の一面には、内側に引き込まれた第１冷却管挿入溝１１０が備えられることができる。上記第１冷却管挿入溝１１０は、第１コイル部１００の一面に沿って少なくとも一つが連続的に配置されることができ、第１コイル部１００の一面を切削して製作されるか、又は第１コイル部１００の製作時にともに製作されることもできる。
【００３５】
第１冷却管挿入溝１１０には、第１冷却管１２０が結合されることができる。ここで、上記第１冷却管挿入溝１１０は、第１冷却管１２０の外面に対応する形状に備えられることができ、第１冷却管１２０は、第１冷却管挿入溝１１０に圧入結合されることができる。但し、第１冷却管を第１冷却管挿入溝１１０に結合する方法は、圧入結合に制限されるものではなく、溶接など本発明が属する技術分野で通用する様々な方法が採用されることができる。
【００３６】
第１コイル部１００は、一例として、導電性板材Ｐが供給される方向と交差するように備えられる複数の加熱導体１０１と、上記加熱導体１０１の一端部を連結する連結導体１０２と、を含むことができる。ここで、導電性板材Ｐが供給される方向を図２に矢印とアルファベット「Ｄ」で表示した。
【００３７】
加熱導体１０１は、複数個が互いに並んで配置されることができ、一例として、第１加熱導体１０１ａ及び第２加熱導体１０１ｂを含むことができる。
【００３８】
加熱導体１０１の一端部には、二つの加熱導体１０１を連結する連結導体１０２が備えられることができる。ここで、上記加熱導体１０１及び連結導体１０２は、別の部材で製作され、溶接などの方法で結合されるか、又は製造時にともに成形されて一体に備えられることもできる。
【００３９】
第１コイル部１００の一面、具体的には、加熱導体１０１及び連結導体１０２の一面には、内側に引き込まれた第１冷却管挿入溝１１０が備えられることができる。上記第１冷却管挿入溝１１０は、第１コイル部１００の一面に沿って連続的に備えられることができる。すなわち、第１冷却管挿入溝１１０は、第１加熱導体１０１ａ、連結導体１０２、及び第２加熱導体１０１ｂの一面に連続的に備えられることができる。
【００４０】
一方、上述のとおり、上記第１冷却管挿入溝１１０を製作するには、切削加工法が用いられることができる。このように、第１コイル部１００の一面に予め第１冷却管１２０を結合するための第１冷却管挿入溝１１０を切削加工し、第１冷却管１２０を圧入結合する場合には、圧入時に、第１冷却管１２０を第１コイル部１００にぴったりと結合することができ、わずかな追加の半田付け及びロウ付け作業だけを必要とする。
【００４１】
これにより、溶接作業部位が最小限に抑えられ、溶接材料により微小増加する表面抵抗の影響を受けないようになり、加熱効率を向上させることができる。
【００４２】
また、電流が冷却管の溶接部に流れる程度が最小化されるため、内部漏れに伴うリスクが減少するようになる。よって、鉄鋼工程ラインのような劣悪な環境におけるコイル部の使用安定性を向上させることができる。
【００４３】
上記第１冷却管挿入溝１１０には、少なくとも一つの第１冷却管１２０が結合されることができる。この際、第１冷却管１２０は、外面の一部が外部に露出するように上記第１冷却管挿入溝１１０に結合されることができる。すなわち、上記第１冷却管１２０は、第１冷却管挿入溝１１０の一面に外面の一部が露出することができる。この際、第１冷却管１２０は、第１冷却管挿入溝１１０に沿って第１コイル部１００の一面に連続的に備えられることができ、全体的に「Ｕ」字状に備えられることができる。
【００４４】
また、第１冷却管１２０は、別の冷却ポンプ（図示せず）に連結されることができ、冷却ポンプは、第１冷却管１２０に冷却水を供給することができる。
【００４５】
これにより、第１コイル部１００が加熱される場合、第１冷却管１２０は、加熱された第１コイル部１００を冷却することができる。
【００４６】
一方、第１コイル部１００の他端、すなわち、連結導体１０２が備えられていない端部には、後述する第２コイル部２００との結合のための結合部１３０が備えられることができる。
【００４７】
上記結合部１３０は、後述する第２コイル部２００に備えられる結合部２３０と結合されることができる。これについての詳細な説明は後述する。
【００４８】
第２コイル部２００は、第１冷却管挿入溝１１０が備えられた第１コイル部１００の一面に対向するように配置されることができ、第１コイル部１００の一面に対向する一面には、内側に引き込まれた第２冷却管挿入溝２１０が備えられることができる。
【００４９】
また、上記第２冷却管挿入溝２１０には、第２冷却管２２０が結合されることができる。この際、第２冷却管２２０の外面の一部が第２コイル部２００の一面に露出することができる。これにより、第１冷却管１２０の露出している外面と、第２冷却管２２０の露出している外面とは、互いに対向するように備えられることができる。
【００５０】
第２コイル部２００は、一例として、第１コイル部１００の第１加熱導体１０１ａ及び第２加熱導体１０１ｂにそれぞれ対向する第３加熱導体２０１ａ及び第４加熱導体２０１ｂを含むことができ、上記第３加熱導体２０１ａ及び第４加熱導体２０１ｂは、連結導体２０２によって連結される。もちろん、上記連結導体２０２は、第１コイル部１００の連結導体１０２に対向して備えられることができる。
【００５１】
ここで、上記第２コイル部２００は、上述の第１コイル部１００と同一の形状に備えられることができる。すなわち、図４を参照すると、上記第２コイル部２００は、導電性板材Ｐを基準に、第１コイル部１００と対称に備えられることができる。
【００５２】
したがって、第２コイル部２００の詳細構成についての説明は省略し、上述した第１コイル部１００の詳細構成についての説明で代替する。
【００５３】
一方、第１コイル部１００及び第２コイル部２００には、結合部１３０、２３０がそれぞれ結合されることができ、上記結合部１３０、２３０がネジ結合されることによって第１コイル部１００と第２コイル部２００は結合されることができる。以下では、図５及び図６を参照して、第１コイル部１００と第２コイル部２００の結合関係について説明する。
【００５４】
図５は図２のＢ部分の拡大図であり、図６は図５のＣ−Ｃ’に沿った概略断面図である。図５及び図６を参照すると、第１コイル部１００及び第２コイル部２００の連結導体１０２、２０２が備えられていない他端部には、結合部１３０、２３０が備えられることができる。
【００５５】
この際、上記結合部１３０、２３０は、第１コイル部１００の第１加熱導体１０１ａ及び第２コイル部２００の第４加熱導体２０１ｂに備えられるか、又は第１コイル部１００の第２加熱導体１０１ｂ及び第２コイル部２００の第３加熱導体２０１ａに備えられることができる。
【００５６】
また、上記結合部１３０、２３０は、いずれかの加熱導体において一対で備えられるもう一方の加熱導体に向かって突出して備えられることができ、内側には複数のネジ孔１３０ａが備えられることができる。
【００５７】
上記ネジ孔１３０ａには、雄ネジ１３１及び雌ネジ１３２が備えられて、第１コイル部１００と第２コイル部２００をネジ結合させる。
【００５８】
ここで、上記第１コイル部１００の結合部１３０と第２コイル部２００の結合部２３０との間には、絶縁部１４０が備えられることができる。上記絶縁部１４０は、絶縁体で備えられて、第１コイル部１００と第２コイル部２００とが電気的に短絡される現象を防止することができる。上記絶縁部１４０には、少なくとも一つのネジ通過孔１４０ａが備えられることができる。
【００５９】
一方、第１及び第２冷却管１２０、２２０は、結合部１３０、２３０の内側に配置されることができる。すなわち、加熱導体１０１、２０１を通過した冷却管は、結合部１３０、２３０の内側を通過することができる。
【００６０】
但し、加熱導体１０１、２０１と同様に、第１及び第２冷却管１２０、２２０の外面の一部が露出するように、第１及び第２冷却管１２０、２２０を結合部１３０、２３０に結合させることも可能である。
【００６１】
上記のように、結合部１３０を介して第１コイル部１００と第２コイル部２００をネジ結合させることにより、高度の溶接熟練者によるロウ付け工程を行うことなく、簡単に第１コイル部１００と第２コイル部２００を結合させることができる上、交換及び修理が容易となるという長所がある。
【００６２】
一方、コア６００は、第１コイル部１００と対向しない第２コイル部２００の他面が外部に露出できるよう、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００に結合されることができる。
【００６３】
一例として、上記コア６００の本体部６１０には、内側に引き込まれて上記コイル部を収容する収容溝６２０が備えられることができる。ここで、上記収容溝６２０は、全体的に「Ｕ」字状に備えられて第１及び第２コイル部１００、２００を収容することができ、上記第２コイル部２００の他面を外部に露出させる。
【００６４】
ここで、導電性板材Ｐは、第２コイル部２００の他面下側を通過することができ、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００は、導電性板材が供給される方向と交差するように配置されることができる。
【００６５】
それだけではなく、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００は、一対で備えられることができる。すなわち、誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００は、二つが一対となって互いに離隔されるように備えられることができ、導電性板材Ｐは、上記誘導加熱装置用のコイルアセンブリの間を通過することができる。
【００６６】
このように、導電性板材Ｐの両面に誘導加熱装置用のコイルアセンブリ５００を配置した場合、導電性板材Ｐの加熱効率は向上する。
【００６７】
以上、本発明による実施形態に基づいて本発明の構成及び特徴を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の思想及び範囲内で多様に変更又は変形できることは、本発明の属する技術分野の通常の技術者にとっては明白であり、したがって、このような変更又は変形は、添付の特許請求の範囲に属することを明らかにしておく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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