(57)【要約】【課題】簡単で安価な構成により、コンデンサ容量の可変範囲を広げて、誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスの一時的な急変に対しても、高電圧過電流トリップを回避出来るようにする。【解決手段】容量固定コンデンサ群１３０Ｆと容量可変コンデンサ群１３０Ｖを備えた誘導加熱装置の電源装置１００において、手動スイッチ（例えば高圧ディスコン１４２）により、前記容量固定コンデンサ群１３０Ｆの一部を、一括して回路から切り離し可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量固定コンデンサ群と容量可変コンデンサ群を備えた誘導加熱装置の電源装置において、
前記容量固定コンデンサ群の一部が、一括して回路から切り離し可能とされていることを特徴とする誘導加熱装置の電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の誘導加熱装置を備えたことを特徴とする溶銑保持炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導加熱装置の電源装置、誘導加熱装置ならびに溶銑保持炉に係り、特に、容量固定コンデンサ群と容量可変コンデンサ群を備えた誘導加熱装置の電源装置、この電源装置を備えた誘導加熱装置、ならびに、この誘導加熱装置を備えた溶銑保持炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に、従来の誘導加熱装置の電源装置１００を、回路図として示す。商用電源で運転を行う大規模（２０００ｋＶＡ以上）な誘導加熱装置の電源装置では、例えば、高圧遮断器１１０を介して三相交流の商用電源から受電し、三相平衡回路１２０を経て単相に調整した後、単相負荷からなる誘導加熱装置２００に対して、電力を供給するようにしているが、この場合の単相負荷は、力率が１になるように運転する必要がある。
【０００３】
誘導加熱装置２００は、供給される交流電圧に対して流れる交流電流の位相が遅れる、いわゆる遅れ負荷となるため、通常、力率を改善するため、コンデンサ１３０を、誘導加熱装置２００と並列に、誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のキャパシタンスと同等の容量分以上（誘導加熱装置の１．５〜２倍）接続する。
【０００４】
このコンデンサ１３０は、経時的に変化することのある回路抵抗（誘導加熱装置２００ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンス）に応じて、ある程度容量が可変に構成されているのが普通である。
【０００５】
図６に、そのようなコンデンサ１３０を収納した、コンデンサ盤１３２を模式的に示す。コンデンサ１３０は、各一個一個のコンデンサ１３４の２つの端子が、それぞれ、Ｒ相、Ｔ相を構成している２つのブスバー１３６と接続されているが、コンデンサ１３４の群のうち、スイッチ１３８を付けた分が、先述の図５中の可変分１３０Ｖに相当し、各一個一個のコンデンサ１３４の２つの端子が、それぞれ、Ｒ相、Ｔ相を構成している２つのブスバー１３６と接続／切り離しが可能に構成されており、ブスバー１３６に接続するコンデンサ１３４の数を増やしていくことで、電源装置１００全体としてのコンデンサ容量（キャパシタンス）を段階的に増加させ、逆に、ブスバー１３６から切り離すコンデンサ１３４の数を増やしていくことで、電源装置１００全体としてのキャパシタンスを段階的に減少させていくことができる仕組になっている。
【０００６】
このように、電源装置１００全体としてのキャパシタンスは、段階的に変化させられるように構成してあるのが通常であるが、そのときの電源装置１００全体としてのキャパシタンスをＣ（Ｆ）、誘導加熱装置２００ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスをＬ（Ｈ）とした場合、誘導加熱装置２００は、
共振周波数ｆ＝（２π）-1（ＬＣ）-1/2
にて、結果的に発振する。
【０００７】
ここに、誘導加熱装置とは、図７に示すように、被加熱物４００は除く一方で、多くの場合、銅製のコイルで構成される誘導加熱装置本体２００、ケーブル３００、コンデンサ盤１３２を含む電源装置１００は含み、誘導加熱装置として全体が構成される。
【０００８】
特許文献１、特許文献２には、三相交流の商用電源から受電し、三相平衡回路を経て単相に調整した後、単相負荷からなる誘導加熱装置に対して電力を供給する例が記載されている。
【０００９】
なお、誘導加熱装置は、特許文献３、特許文献４、特許文献５のように、金属の精錬、加工、溶接等の分野で良く用いられているが、勿論、本発明は、それらの分野のものに限るものではない。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−０４２８９２号公報
【特許文献２】特開昭５９−２２４０９２号公報
【特許文献３】特開２００４−２１８０３８号公報
【特許文献４】特許３７８１４５６号公報
【特許文献５】特許３４９２４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、特許文献２のような誘導加熱装置では、図５および図６に示すように、全てのコンデンサ１３４が、個々にスイッチ１３８を介して接続、切り離しが可能すなわち容量可変分として構成されているわけではなく、誘導加熱装置の電源装置１００内で、コンデンサは、通常、固定分１３０Ｆと可変分１３０Ｖとに分けられて構成されている。
【００１２】
その理由は、全てのコンデンサに接続／切り離しが可能な機構を設けようとすると、その全てに回路からの切り離し装置（スイッチ１３８）が必要となり、非常に高価な装置となってしまうためである。
【００１３】
そこで、通常、全体コンデンサ容量の１／４程度を可変分とし、可変切替は１０段階程度とする。例えば、１０００ｋＷ（２０００ｋＶＡ）の誘導加熱装置２００があった場合、力率改善コンデンサ１３０は３６００ｋＶＡ必要となり、そのうち２６００ｋＶＡが容量固定のコンデンサ１３０Ｆとされ、１０００ｋＶＡが容量可変のコンデンサ１３０Ｖとされる。１０００ｋＶＡの容量可変のコンデンサ１３０Ｖは、例えば１００ｋＶＡ毎に高圧真空スイッチ１３８によって回路に接続、切り離しが可能に構成される。
【００１４】
上記誘導加熱装置の電源装置１００は、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスの変化が２５％（１／４）までであれば大丈夫なように設計されていることになる。経験的に、誘導加熱装置では、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスが２０％以上変化した場合、誘導加熱装置本体２００自体を交換することが推奨されているため、コンデンサの可変分は２５％で十分ということになる。
【００１５】
ところが、用途によっては、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスは、安定的に変化しない場合が多々あり、インダクタンスの変化が３０％以上に及ぶ場合がある。この場合、上記のような誘導加熱装置の電源装置１００では、回路に過電流が発生し、高電圧過電流トリップに至る。
【００１６】
この状態が発生した場合、上記のような従来の誘導加熱装置の電源装置１００の場合、速やかに誘導加熱装置本体２００自体を交換する必要があるが、装置寿命を全うしたい面からみれば合理的ではない。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、簡単で安価な構成により、コンデンサ容量の可変範囲を広げて、誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスの一時的な急変に対しても、高電圧過電流トリップを回避出来るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、前記課題を解決するために、従来、固定分として扱われていたコンデンサのうちの一部、例えば、その半分を、一括で容易に切り離しできるようにしたものである。即ち、本発明は、以下の通りである。
【００１９】
（１）容量固定コンデンサ群と容量可変コンデンサ群を備えた誘導加熱装置の電源装置において、前記容量固定コンデンサ群の一部が、一括して回路から切り離し可能とされていることを特徴とする誘導加熱装置の電源装置。
【００２０】
（２）（１）の電源装置を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【００２１】
（３）（２）の誘導加熱装置を備えたことを特徴とする溶銑保持炉。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来、固定分として扱われていたコンデンサのうちの一部、例えば、その半分を一括で容易に切り離せるようにしたので、装置寿命中期以降で回路抵抗が１０〜２０％程度変化してきたところ（可変分コンデンサが全て切り離されている状態）で、固定分コンデンサのうちの一部、例えば、半分を切り離すことで、コンデンサ容量の可変範囲（コンデンサを切り離し、キャパシタンスを減少させる方向の可変範囲）を大きくとることができ、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスの一時的な急変に対してもコンデンサ切替が可能になり、高電圧過電流トリップを回避出来るようになる。
【００２３】
また、通常、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスの変化は、２０％程度が、誘導加熱装置本体２００自体の使用の限界であったが、本発明によれば、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスが４０％以上変化しても、使用可能になり、長寿命化を図れるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態は、図５に示したと同様の電源装置１００において、図１に示す如く、力率を改善するためのコンデンサ１３０の一部、即ち、固定分１３０Ｆ（例えば７５％）のうち、その半分（例えば３７％）を、安価容易な手動切離装置である高圧ディスコン１４２により、一括で容易に切り離せるようにしたものである。
【００２６】
これにより、コンデンサ容量の可変範囲を従来の２５％から６０％以上に大きくとることができ、誘導加熱装置本体２００ならびに被加熱物４００を含めた系全体のインダクタンスの一時的な急変に対してもコンデンサ切替が可能になり、高電圧過電流トリップを回避できるようになる。
【００２７】
また、通常、誘導加熱装置本体ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスの変化は、２０％程度が、誘導加熱装置本体自体の使用の限界であったが、本実施形態によれば、誘導加熱装置本体ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスが４０％以上変化しても、使用可能になり、長寿命化を図れるようになる。
【実施例】
【００２８】
図１に示した本発明の実施形態は、誘導加熱装置２００が２０００ｋＶＡ、力率改善コンデンサ１３０が３６００ｋＶＡの例である。
【００２９】
３６００ｋＶＡのうち容量可変コンデンサ群１３０Ｖは１０００ｋＶＡ分あり、容量固定コンデンサ群１３０Ｆは２６００ｋＶＡ分ある。本発明を適用することで、容量固定コンデンサ群１３０Ｆのうち１３００ｋＶＡ分は、図２に示すように、高圧ディスコンと呼ばれる、ナイフスイッチ状の、接続／切り離しが可能な機構１４２で回路より一括切り離し出来る構成となっている。なお、図２（ａ）正面図中に示すＲ、Ｃの記号が、それぞれ、図１のＲ相、コンデンサ１３４に接続される。
【００３０】
高圧ディスコン１４２は、その収納盤１４０に収められているが、図３に示すように、高圧ディスコン収納盤１４０は、全体として、コンデンサ盤１３２の外に別置きされる形で設置される。図６に示した従来のコンデンサ盤１３２にてＲ相に接続していたいくつかのコンデンサ１３４の、そのＲ相に接続していた端子を、ケーブル１４４を介して、まとめて高圧ディスコン１４２の片側の端子に接続している。そして、高圧ディスコン１４２のもう片側の端子から、これもケーブル１４４を介してＲ相に接続するようにしている。コンデンサ１３４の別の端子がＴ相側に接続されている点は、図６に示した従来のコンデンサ盤１３２と同じである。
【００３１】
上記した本例は、図４（Ａ）に示すような、溶銑保持炉５００に用いる誘導加熱装置用のものであり、図４（Ｂ）に詳細に示す如く、スタンプ（粉）状の耐火物を、溶銑（溶湯とも称する）の通路となる心材のまわりに塗り固め、心材を溶解してトンネル状に形成したブロック５１０に、誘導加熱装置本体２００をなす、Ｏ字型鉄心およびコイルからなるインダクションヒータ（インダクタとも称する）２１０を、別にくりぬいた穴に挿入して作成したものである。図４（Ａ）において、５２０は溶銑装入口、５３０はスクラップ装入口、５４０は出湯口である。
【００３２】
このような例では、数ヶ月操業すると、トンネル状に形成したブロック５１０の内壁にスラグが付着堆積する結果、誘導加熱装置２００ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスが、大きく変化する場合が多かったのであるが、本例のように、数ヶ月経過したところで、人力操作により、高圧ディスコン１４２を操作し、一括して回路から切り離し可能に構成したコンデンサ群を、回路より一括切り離しすると、高電圧過電流トリップするのを回避できるようになった。
【００３３】
誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスが２０％程度変化している状態（寿命中期以降）では、容量可変コンデンサ群１３０Ｖは８００ｋＶＡ程度切り離されている状態となり、全体としては２８００ｋＶＡのコンデンサが接続されていることになる。
【００３４】
もしこの状態で誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスを、一時的にでも４０％程度変動させる要因が発生すると、誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体の回路全体が進み力率となり、高電圧過電流トリップが発生する。
【００３５】
そこで、容量固定コンデンサ群１３０Ｆのうち１３００ｋＶＡを、一括して複数のコンデンサを回路から切り離し可能に構成したコンデンサ群に変えることによって、容量可変のコンデンサ群１３０Ｖと合わせ、可変分全体を２３００ｋＶＡとした場合、その瞬間は若干の遅れ力率となるが、誘導加熱装置ならびに被加熱物を含めた系全体のインダクタンスが４０％変動した場合でも、高電圧過電流トリップすることは無くなる。
【００３６】
また、従来のコンデンサ可変方式にて１３００ｋＶＡを数段階に切離して使用するタイプの設備投資をした場合に比べ、本発明の方式の一括手動切離方式を採用した場合、建設コストは６０％にて実施することができた。
【００３７】
寿命に関しても、従来方式では４ヶ月程度の運転を行うと高電圧過電流トリップが多発し、耐火物としての残寿命があるにも関わらず交換を余儀なくされていたものが、耐火物寿命の６ヶ月まで使用可能となった。
【００３８】
なお、本例の場合、高圧ディスコン１４２は、図３に示すごとく、コンデンサ盤１３２とは別の高圧ディスコン収納盤１４０内に設け、コンデンサ盤１３２の外に別置きされる形にしてあるが、何もこのように別置きする必要はなく、高圧ディスコン１４２を、コンデンサ盤１３２内に設けても良い。
【００３９】
一括して手動切離しするためのスイッチの種類も、高圧ディスコン１４２に限定されず、適用対象も溶銑保持炉に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一つの実施形態の電源装置を示す回路図
【図２】前記実施形態の高圧ディスコン収納盤を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図
【図３】前記実施形態のコンデンサ盤を示す斜視図
【図４】本発明の適用対象の一例である溶銑保持炉を示す（Ａ）全体図及び（Ｂ）詳細図
【図５】従来技術の電源装置を示す回路図
【図６】従来のコンデンサ盤の一例を示す斜視図
【図７】誘導加熱装置の全体構成を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１００…電源装置
１３０…コンデンサ
１３０Ｆ…容量固定コンデンサ
１３０Ｖ…容量可変コンデンサ
１３２…コンデンサ盤
１３６…ブスバー
１３８…スイッチ
１４０…高圧ディスコン収納盤
１４２…高圧ディスコン
１４４、３００…ケーブル
２００…誘導加熱装置本体
４００…被加熱物
【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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【図７】
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