(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱装置において、製造コストの削減、小型化及び電気的効率の向上を図ることができるようにする。【解決手段】筒状に形成された導電性の発熱部２６と、該発熱部２６の外周に配された環状鉄心と、該環状鉄心に巻回された一次巻線と、前記発熱部２６の軸線方向の両端に接続されて前記発熱部２６の両端を短絡する導電性の短絡部材１５とを備え、前記短絡部材１５が、前記発熱部２６よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料からなる短絡本体部３３と、熱伝導率が前記発熱部２６と同等の導電性材料からなり、前記発熱部２６の両端と前記短絡本体部３３との間に介在する接合端部３４とからなり、前記短絡本体部３３と前記接合端部３４とが電子ビーム溶接によって接合されている電磁誘導加熱装置を提供する。【選択図】図４
2012038652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された導電性の発熱部と、該発熱部の外周に配された環状鉄心と、該環状鉄心に巻回された一次巻線と、前記発熱部の軸線方向の両端に接続されて前記発熱部の両端を短絡する導電性の短絡部材とを備える電磁誘導加熱装置であって、
前記短絡部材が、前記発熱部よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料からなる短絡本体部と、熱伝導率が前記発熱部と同等の導電性材料からなり、前記発熱部の両端と前記短絡本体部との間に介在する接合端部とからなり、
前記短絡本体部と前記接合端部とが電子ビーム溶接によって接合されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
前記発熱部が、その両端において径方向外側に突出する突起部を有し、
前記接合端部が接合された前記短絡部材の端部は、前記軸線方向に延在し、
前記接合端部が前記突起部に突き当て状態で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
筒状に形成された導電性の発熱部と、該発熱部の外周に配された環状鉄心と、該環状鉄心に巻回された一次巻線と、前記発熱部の軸線方向の両端に接続されて前記発熱部の両端を短絡する導電性の短絡部材とを備える電磁誘導加熱装置の製造方法であって、
前記発熱部よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料からなる短絡本体部に、熱伝導率が前記発熱部と同等の導電性材料からなる接合端部を電子ビーム溶接により接合することで前記短絡部材を構成した後に、
前記接合端部を前記発熱部の両端に溶接することで、前記短絡部材を前記発熱部に接続することを特徴とする電磁誘導加熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁誘導を利用して被加熱物質を加熱する電磁誘導加熱装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁誘導加熱装置には、例えば特許文献１のように、導電性材料からなり内部に被加熱物質を収容あるいは流動可能な空洞部を有する筒状の発熱体と、発熱体の外周に配された環状鉄心と、環状鉄心にその周方向にわたって巻かれた一次巻線と、発熱体の軸線方向の両端に接合されて、発熱体の両端を短絡する導電性の短絡部材とを備えたものがある。
この構成では、一次巻線に交流電流を流すことで電磁誘導により発熱体に発生した二次誘導電流が、発熱体及び短絡部材に循環するように流れる。そして、二次誘導電流が流れることにより、発熱体にはその電気抵抗に応じたジュール熱が発生し、この熱が発熱体内部にある被加熱物質に伝わることで、被加熱物質を加熱することができる。したがって、被加熱物質を効率よく加熱するためには、短絡部材の電気抵抗が発熱体と比較して十分に小さいことが望ましい。このため、発熱体は電気抵抗の高い鉄やステンレスにより構成され、また、短絡部材は電気抵抗の小さい銅やアルミニウムによって構成されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭４７−０２８９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記構成の電磁誘導加熱装置においては、二次誘導電流が流れる電気経路の信頼性を確保するために、発熱体と短絡部材とを溶接している。しかしながら、短絡部材の熱伝導率は発熱体と比較して高く、短絡部材から熱が逃げ易いため、通常のガス溶接やアーク溶接では発熱体と短絡部材との溶接部分に熱が残りにくく、溶接することが難しい。特に、発熱体にステンレス鋼を使用した場合は、短絡部材である銅等との融点の違いが大きすぎる、ステンレス鋼と銅等との合金が出来ない等の理由により、さらに溶接が困難となる。
従来では、熱の逃げ易い短絡部材をトーチ等であぶって加熱しながら溶接することが考えられているが、短絡部材の加熱不足により溶接不良となったり、加熱のし過ぎによる発熱体の変形が生じるため、溶接技術の高い熟練度が作業者に要求される上、溶接の品質が不安定となる虞がある。また、この溶接手法では作業時間が長くなるため、製造コストが高くなってしまう、という問題もある。
【０００５】
また、従来では、発熱体と短絡部材との溶接部分の加熱のし過ぎによる発熱体の変形を抑えるために、発熱体にその筒状部分から径方向外側に突出する突起部を溶接し、この突起部を短絡部材との溶接部分とすることが考えられている。なお、前述したように発熱体にステンレス鋼を使用した場合は、この突起部の材質を鉄とすることにより、短絡部材である銅との溶接を可能にする必要もあった。
この場合、発熱体の筒状部分の変形を防ぐことはできるものの、装置全体が余計に大型となり、近年要求が高まっている小型化に対応することができない。また、発熱体の筒状部分の外周と短絡部材との間隔が大きくなることで、電磁誘導加熱装置の電気的効率が低下する、という問題もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱体と短絡部材との溶接を容易とすることで製造コスト削減を図ると共に、小型化や電気的効率の向上を図ることが可能な電磁誘導加熱装置及びその製造方法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】
上記課題を解決してこのような目的を達成するために、本発明に係る電磁誘導加熱装置は、筒状に形成された導電性の発熱部と、該発熱部の外周に配された環状鉄心と、該環状鉄心に巻回された一次巻線と、前記発熱部の軸線方向の両端に接続されて前記発熱部の両端を短絡する導電性の短絡部材とを備える電磁誘導加熱装置であって、前記短絡部材が、前記発熱部よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料からなる短絡本体部と、熱伝導率が前記発熱部と同等の導電性材料からなり、前記発熱部の両端と前記短絡本体部との間に介在する接合端部とからなり、前記短絡本体部と前記接合端部とが電子ビーム溶接によって接合されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電磁誘導加熱装置の製造方法は、筒状に形成された導電性の発熱部と、該発熱部の外周に配された環状鉄心と、該環状鉄心に巻回された一次巻線と、前記発熱部の軸線方向の両端に接続されて前記発熱部の両端を短絡する導電性の短絡部材とを備える電磁誘導加熱装置の製造方法であって、前記発熱部よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料からなる短絡本体部に、熱伝導率が前記発熱部と同等の導電性材料からなる接合端部を電子ビーム溶接により接合することで前記短絡部材を構成した後に、前記接合端部を前記発熱部の両端に溶接することで、前記短絡部材を前記発熱部に接続することを特徴とする。
【０００９】
なお、前記発熱部は、前記一次巻線に交流電流を供給することで電磁誘導により二次誘導電流が前記軸線方向に流れて発熱するものであり、例えば、被加熱物質を貯留する加熱槽の筒状部分の一部あるいは全体のいずれであってもよいし、また、被加熱物質が流れる加熱管の軸線方向の一部あるいは全体のいずれであってもよい。
【００１０】
上記構成の電磁誘導加熱装置及びその製造方法では、発熱部に溶接される短絡部材の接合端部が、鉄やステンレス等のように発熱部と同等の熱伝導率を有することで、短絡部材を発熱部の両端に溶接する際には、通常のガス溶接やアーク溶接により容易かつ短時間で溶接することが可能となる。したがって、電磁誘導加熱装置の製造効率の向上、及び、製造コストの削減を図ることができる。
また、発熱部をステンレスとした場合に、従来のように、銅等からなる短絡部材との溶接を容易とするために発熱部と短絡部材との間に鉄等の別の材質のもの（例えば突起部）を設ける必要も無くなる。
さらに、通常の溶接で発熱部と短絡部材とを接合すればよいため、作業者に対して溶接技術の高い熟練度が要求されず、溶接の品質を安定させることもできる。
【００１１】
さらに、熱伝導率が高い短絡本体部と、熱伝導率が低い接合端部とを電子ビーム溶接で接合することにより、従来の溶接手法と比較して、短絡本体部と接合端部とを容易かつ確実に接合することができる。
ところで、電子ビーム溶接は、真空容器内に溶接の対象部材を収容した上で実施されるため、対象部材の大きさには制約があり、発熱部やこれを備える加熱槽や加熱管を真空容器内に収容できない場合が多い。これに対して、本発明の電磁誘導加熱装置の製造方法では、短絡部材の製造に際して電子ビーム溶接を適用するため、発熱部を含む加熱槽や加熱管の大きさの制約を受けることなく、互いに接合する短絡本体部及び接合端部を容易に真空容器内に収容することができる。すなわち、短絡本体部と接合端部との接合には、短絡部材と発熱部との接合よりも容易に、電子ビーム溶接を適用することができる。
【００１２】
さらに、発熱部と短絡部材とを通常のガス溶接やアーク溶接によって直接接合することが可能となるため、従来の問題点でもあった溶接時における発熱部の筒状部分の変形を抑えることができる。すなわち、従来のように発熱部にその径方向外側に突出する突起部を形成するだけでなく、発熱部の変形を抑えるために短絡部材と突起部との接合部分から発熱部の筒状部分までの距離を大きく設定する必要がなくなるため、発熱部の外周と短絡部材との間隔を小さく設定することが可能となる。したがって、電磁誘導加熱装置の小型化、及び、電気的効率の向上を図ることができる。
【００１３】
そして、前記電磁誘導加熱装置においては、前記発熱部が、その両端において径方向外側に突出する突起部を有し、前記接合端部が接合された前記短絡部材の端部は、前記軸線方向に延在し、前記接合端部が前記突起部に突き当て状態で接合されていてもよい。
【００１４】
この構成では、突起部の突出方向と短絡部材の端部の延在方向とを直交させた状態で、短絡部材の延在方向の端部をなす接合端部のみが突起部に当接して接合されるため、突起部における短絡部材の接合領域を最小限に抑えることができる。その結果として、突起部の突出長さを最小限に抑えることができると共に、発熱部の外周と短絡部材との間隔をさらに小さく設定できるため、電磁誘導加熱装置の小型化及び電気的効率の向上をさらに図ることができる。
なお、短絡部材の延在方向の端部のみを突起部に当接させて接合することは、短絡部材と突起部とを通常の溶接で接合できることから実現できるものであり、従来のように短絡部材をトーチ等であぶって加熱しながら溶接する手法では実現することはできない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、通常のガス溶接やアーク溶接により発熱部と短絡部材とを容易に接合することが可能となるため、電磁誘導加熱装置の製造効率の向上、及び、製造コストの削減を図ることができる。また、電磁誘導加熱装置の小型化、及び、電気的効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電磁誘導加熱装置の概略を示す側断面図である。
【図２】図１の電磁誘導加熱装置において、加熱管部に対する短絡部材及びシールド部の接合部分を模式的に示す概略平断面図である。
【図３】図１の電磁誘導加熱装置に備える短絡部材を示す概略斜視図である。
【図４】図１に示す電磁誘導加熱装置の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る電磁誘導加熱装置の概略を示す側断面図である。
【図６】図５に示す電磁誘導加熱装置の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１から図４を参照し、本発明に係る電磁誘導加熱装置の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電磁誘導加熱装置１は、被加熱物質を取り扱うプラント等に設けられ、電磁誘導を利用して被加熱物質を加熱するものであり、加熱管部１１、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５を備えて大略構成されている。
【００１８】
加熱管部１１は、細い円筒状に形成された複数の筒状管２１と、複数の筒状管２１の軸線を互いに平行させた状態で複数の筒状管２１の長手方向の両端を挿通させた上で一括して固定する一対のフランジ部２２と、を備えて大略構成されている。
複数の筒状管２１及び一対のフランジ部２２は、いずれも鉄やステンレス等のように電気抵抗の高い導電性材料によって形成されており、溶接等によって隙間なく一体に固定されると共に電気的にも接続されている。なお、本実施形態において、複数の筒状管２１及び一対のフランジ部２２をなす導電性材料は、同一種類であり、その具体例としてはステンレス鋼（ＳＵＳ）が挙げられる。
また、本実施形態では、各フランジ部２２が円板状に形成されており、図示例における軸線Ｌ１はフランジ部２２の中心軸線を示している。なお、フランジ部２２の軸線Ｌ１は、複数の筒状管２１の軸線Ｌ１と平行し、加熱管部１１の軸線をなしている。
【００１９】
そして、フランジ部２２の外周面には、径方向外側に突出する平面視円環の板状に形成されたつば金２３が溶接等によって固定されている。なお、図示例においては、つば金２３の板厚がフランジ部２２よりも薄く設定されているが、例えばフランジ部２２と同等に設定されてもよいし、フランジ部２２よりも厚く設定されていてもよい。
つば金２３は、導電性材料によって形成されていればよいが、フランジ部２２に対するつば金２３の接合を通常のガス溶接やアーク溶接で行う場合には、つば金２３をなす導電性材料の熱伝導率や融点が、フランジ部２２と同等あるいは近似していることが好ましい。このような条件を満たすつば金２３用の導電性材料の具体例としては、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）が挙げられる。
【００２０】
また、各フランジ部２２の一方の主面２２ａには、当該一方の主面２２ａに開口する複数の筒状管２１の両端を一括して覆うように、一対の接続管１６が固定されている。
すなわち、本実施形態の加熱管部１１では、電磁誘導加熱装置１をプラント等に設けた状態で、被加熱物質を一対の接続管１６の一方から他方に向けて流すことにより、被加熱物質が複数の筒状管２１内を流れることになる。したがって、本実施形態の電磁誘導加熱装置１は、被加熱物質を複数の筒状管２１に分けて流す多管型の電磁誘導加熱装置を構成している。
【００２１】
また、加熱管部１１は、筒状管２１よりも大きな内径の円筒状に形成されて一対のフランジ部２２の間に位置する複数の筒状管２１の外周を一括して覆う保温材２４を備えている。保温材２４は、ガラス繊維或いはセラミック材等からなり、筒状管２１において発生する熱（ジュール熱）や筒状管２１内部を流れる被加熱物質の熱を、加熱管部１１の外部に逃がさない役割を果たしている。
保温材２４は、複数の筒状管２１を挿通させる円筒状に形成されており、その両端が各フランジ部２２の他方の主面２２ｂに当接している。言い換えれば、円筒状とされた保温材２４の両端の開口が一対のフランジ部２２によって閉塞されている。この保温材２４の外径寸法はフランジ部２２よりも小さく設定されている。また、保温材２４は、その軸線がフランジ部２２の軸線Ｌ１に一致するように配されている。これにより、フランジ部２２の外縁部分が保温材２４の外周面２４ｃよりも径方向外側に突出している。
【００２２】
環状鉄心１３は、軸線Ｌ１に沿う加熱管部１１の長手方向の中途部において加熱管部１１の外周を囲むように配されている。なお、環状鉄心１３は、後述するシールド部１７を介して加熱管部１１に支持されている。一次巻線１４は、環状鉄心１３に巻回して取り付けられており、その両端は、例えば低周波電源等の交流電源（不図示）に接続されている。
【００２３】
短絡部材１５は、導電性を有しており、筒状管２１の長手方向の両端に設けられた一対のフランジ部２２に接続されることで、筒状管２１の両端を電気的に短絡している。
短絡部材１５は、図３に示すように、細長い長方形の板状に形成されており、短冊形状の短絡本体部３３と、短絡本体部３３の長手方向の両端に接合された一対の接合端部３４とによって構成されている。
短絡本体部３３は、筒状管２１よりも電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が高い導電性材料によって形成されている。短絡本体部３３をなす具体的な導電性材料としては、銅やアルミニウム等が挙げられる。なお、このような導電性材料は、筒状管２１をなす導電性材料と比較して、融点も低い。
【００２４】
接合端部３４は、熱伝導率が筒状管２１と同等の導電性材料によって形成されている。なお、接合端部３４及び筒状管２１の熱伝導率が同等であることは、熱伝導率が一致しているものに限らず、近似しているものも含む。言い換えれば、接合端部３４は、通常のガス溶接やアーク溶接により筒状管２１やフランジ部２２に接合することが可能な導電性材料であればよい。すなわち、接合端部３４をなす導電性材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等のように筒状管２１やフランジ部２２と同種類の導電性材料であってもよいし、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）等のように熱伝導率や融点が筒状管２１やフランジ部２２に近似する導電性材料であってもよい。
これら短絡本体部３３と接合端部３４とは、電子ビーム溶接によって接合されている。
【００２５】
以上のように形成される短絡部材１５は、図１，２に示すように、その長手方向が加熱管部１１の軸線Ｌ１方向に沿うように、環状鉄心１３よりもさらに加熱管部１１の径方向外側に配置されている。また、短絡部材１５は、加熱管部１１の外周を囲むように加熱管部１１の周方向に複数配列されている。
詳細に説明すれば、各短絡部材１５は、保温材２４の外周面２４ｃとの隙間が小さくなるように保温材２４の外周面２４ｃに沿って軸線Ｌ１方向に延びるように配されている。ただし、保温材２４の外周面２４ｃのうち環状鉄心１３が対向配置されている部分においては、短絡部材１５が環状鉄心１３の外側を囲む断面コ字状に屈曲加工されている。すなわち、各短絡部材１５は、環状鉄心１３の両端面１３ａ，１３ｂ及び外周面１３ｃにも沿うように配されている。
【００２６】
そして、図１，２，４に示すように、接合端部３４が接合された短絡部材１５の各端部３１は、保温材２４の外周面２４ｃに沿うように軸線Ｌ１方向に延びており、各接合端部３４が、通常のガス溶接やアーク溶接によって、フランジ部２２のうち保温材２４の外周面２４ｃよりも径方向外側に突出する突起部２５に対して突き当てられた状態で接合されている。すなわち、短絡部材１５の各端部の延在方向と突起部２５の突出方向とを互いに直交させた状態で、接合端部３４からなる短絡部材１５の端面１５ａのみが突起部２５に接合されている。
【００２７】
以上のように構成された電磁誘導加熱装置１では、一次巻線１４に交流電流を供給することで、電磁誘導により複数の筒状管２１に発生した二次誘導電流が、筒状管２１、一対のフランジ部２２、及び、各短絡部材１５に循環するように流れる。この際、筒状管２１にはその電気抵抗に応じたジュール熱が発生する、すなわち筒状管２１が発熱する。そして、この筒状管２１の熱が筒状管２１内を流れる被加熱物質に伝わることで被加熱物質を加熱することができる。なお、本実施形態では、フランジ部２２も筒状管２１と同等あるいは近似する熱伝導率を有しているため、フランジ部２２においてもジュール熱が発生する。
すなわち、本実施形態においては、加熱管部１１を構成する複数の筒状管２１及びフランジ部２２が、電磁誘導に伴って発熱する発熱部２６を構成している。
【００２８】
さらに、電磁誘導加熱装置１は、前述した短絡部材１５よりもさらに加熱管部１１の外周側に配されて、加熱管部１１の周方向全体にわたって加熱管部１１、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５を覆うシールド部１７を備えている。
シールド部１７は、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）等の金属材料によって加熱管部１１の軸線Ｌ１方向に延びる略円筒状に形成され、一対のフランジ部２２の一方から他方に向けて短絡部材１５に沿うように配されている。すなわち、図１に示すシールド部１７の断面形状は、短絡部材１５の断面形状に倣う形状を呈している。また、シールド部１７の軸線はフランジ部２２の軸線に一致している。
【００２９】
そして、平面視円環状とされたシールド部１７の各開口端が加熱管部１１の各つば金２３に突き当てられた状態で溶接等により接合されることで、シールド部１７が加熱管部１１に固定されている。この固定状態においては、シールド部１７の両端の開口がフランジ部２２及びつば金２３によって閉塞されている。これにより、筒状管２１、保温材２４、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５がシールド部１７内の密閉された空間に配されることになる。
すなわち、シールド部１７は、加熱管部１１、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５を外部環境から保護する役割を果たしている。また、シールド部１７は、電気的に接地されることで、前述した電磁誘導に基づいて発生する磁束や電流を遮蔽し、これら磁束や電流がシールド部１７の外側に漏れないようにしている。
【００３０】
なお、シールド部１７の外周面には二つの端子箱４１，４２が形成されている。一方の端子箱４１は、シールド部１７内に配された一次巻線１４の両端をシールド部１７の外側に引き出す役割を果たしている。また、他方の端子箱４２は、筒状管２１の温度を測定する温度センサ１８の配線をシールド部１７の外側に引き出したり、シールド部１７内の圧力を検出するセンサ（圧力センサ）を取り付ける等の役割を果たしている。
温度センサ１８は、交流電源から一次巻線１４に供給する交流電流の大きさを制御する電源制御器（不図示）に接続されている。電源制御器は、温度センサ１８の測定結果に基づいて加熱後の被加熱物質が所望の温度となるように、一次巻線１４に供給する交流電流の大きさ制御する役割を果たしている。また、圧力センサは防爆雰囲気を確保するための内圧状態の判断などに用いられる。
【００３１】
上記構成の電磁誘導加熱装置１を製造する場合には、予め、電子ビーム溶接により、短冊状に形成された短絡本体部３３の長手方向の両端に接合端部３４を接合して、短絡部材１５を製造しておく。なお、電子ビーム溶接は、真空容器内に短絡本体部３３及び接合端部３４を収容し、真空容器内を高真空状態に保持した状態で行われる。また、電子ビーム溶接の前後において、環状鉄心１３を組み付けた加熱管部１１の外形形状にあわせて短絡本体部３３に屈曲加工を施しておく。
その後、別途工程で一体に組み立てられた加熱管部１１、環状鉄心１３及び一次巻線１４に対して短絡部材１５を取り付ける。この取り付けの際には、短絡部材１５の各端部３１の延在方向と突起部２５の突出方向とが互いに直交するように、接合端部３４からなる短絡部材１５の端面１５ａを突起部２５に突き当てた状態で、通常の溶接により接合端部３４と発熱部２６の軸線Ｌ１方向の両端をなす突起部２５とを接合すればよい。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態による電磁誘導加熱装置１及びその製造方法によれば、加熱管部１１のフランジ部２２に溶接される短絡部材１５の接合端部３４が、フランジ部２２と同等の熱伝導率を有することで、短絡部材１５をフランジ部２２に溶接する際には、通常のガス溶接やアーク溶接により容易かつ短時間で溶接することが可能となる。したがって、電磁誘導加熱装置１の製造効率の向上、及び、製造コストの削減を図ることができる。
また、通常の溶接で短絡部材１５とフランジ部２２とを接合すればよいため、作業者に対して溶接技術の高い熟練度が要求されず、溶接の品質を安定させることもできる。
【００３３】
さらに、熱伝導率が高い短絡本体部３３と、熱伝導率が低い接合端部３４とを電子ビーム溶接で接合することにより、従来の溶接手法と比較して、短絡本体部３３と接合端部３４とを容易かつ確実に接合することができる。
また、加熱管部１１と比較して容積が十分に小さい短絡本体部３３と接合端部３４との接合に、電子ビーム溶接を適用することで、加熱管部１１の大きさの制約を受けることなく、短絡本体部３３及び接合端部３４を真空容器内に収容した状態で電子ビーム溶接を容易に実施することができる。すなわち、短絡本体部３３と接合端部３４との接合には、加熱管部１１と短絡本体部３３との接合よりも容易に、電子ビーム溶接を適用することができる。
【００３４】
さらに、加熱管部１１のフランジ部２２と短絡部材１５とを通常のガス溶接やアーク溶接によって直接接合することが可能となるため、従来の問題点であった溶接時における筒状管２１の熱変形を抑えることができる。すなわち、筒状管２１の変形を抑えるために短絡部材１５と突起部２５との接合部分から筒状管２１までの距離を大きく設定する必要がなくなるため、筒状管２１の外周と短絡部材１５との間隔を小さく設定することが可能となる。したがって、電磁誘導加熱装置１の小型化を図ることができる。また、筒状管２１の外周と短絡部材１５との間隔を小さく設定できる結果として、筒状管２１とシールド部１７との間隔も小さく設定できるため、電磁誘導加熱装置１の電気的効率の向上も図ることができる。
【００３５】
さらに、突起部２５の突出方向と短絡部材１５の端部３１の延在方向とを直交させた状態で、短絡部材１５の端部３１をなす接合端部３４のみが突起部２５に当接して接合されることで、突起部２５における短絡部材１５の接合領域を最小限に抑えることができる。その結果として、突起部２５の突出長さを最小限に抑えることができると共に、筒状管２１の外周と短絡部材１５との間隔をさらに小さく設定できるため、電磁誘導加熱装置１の小型化をさらに図ることができる。
また、筒状管２１の外周と短絡部材１５との間隔をさらに小さく設定できることで、筒状管２１とシールド部１７との間隔もさらに小さく設定できるため、電磁誘導加熱装置１の電気的効率のさらなる向上を図ることができる。
【００３６】
次に、本発明に係る電磁誘導加熱装置の第二実施形態について図５，６を参照して説明する。なお、この実施形態において、第一実施形態の電磁誘導加熱装置１と同じ構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、本実施形態の電磁誘導加熱装置２は、加熱槽１２、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５を備えて大略構成されている。
加熱槽１２は、第一実施形態の筒状管２１と同様に、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等のように電気抵抗の高い導電性材料からなり、円筒状に形成された筒状管５１と、その軸線Ｌ２方向の両端を各々閉塞する天井壁部５２及び底壁部５３とを一体に形成して大略構成されている。ただし、天井壁部５２には被加熱物質を加熱槽１２内に投入する投入口５４が形成され、底壁部５３には加熱槽１２内の被加熱物質を外部に排出する排出口５５が形成されている。なお、排出口５５は開閉可能に構成されている。
【００３８】
筒状管５１の外周面５１ｃには、その径方向外側に突出する円環状のフランジ部５６，５７が一対形成されている。これら一対のフランジ部５６，５７は、筒状管５１の軸線Ｌ２方向の中途部において、筒状管５１の軸線Ｌ２方向に互いに間隔をあけて配されている。各フランジ部５６，５７は、第一実施形態のフランジ部２２やつば金２３と同様に、熱伝導率や融点が筒状管５１と同等あるいは近似するステンレス鋼（ＳＵＳ）、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）等の導電性材料からなり、溶接等によって筒状管５１の外周面５１ｃに一体に固定されている。
なお、本実施形態においては、天井壁部５２側に位置する一方のフランジ部５６の外径寸法が、環状鉄心１３の外径寸法よりも大きく設定され、底壁部５３側に位置する他方のフランジ部５７の外径寸法が、環状鉄心１３の外径寸法よりも小さく設定されている。
【００３９】
また、筒状管５１には、その外周面５１ｃを覆う円筒状の保温材２４が取り付けられている。なお、本実施形態において、保温材２４は、筒状管５１のうち一対のフランジ部５６，５７によって挟まれる軸線Ｌ２方向の中途部のみに設けられ、筒状管５１の外周面５１ｃのうち各フランジ部５６，５７の取り付け位置から天井壁部５２や底壁部５３に至る部分には設けられていない。また、保温材２４の外径寸法は一対のフランジ部５６，５７よりも小さく設定されており、これにより、各フランジ部５６，５７の外縁部分が保温材２４の外周面２４ｃよりも径方向外側に突出している。
さらに、加熱槽１２内には、軸線Ｌ２方向に延びる攪拌棒５８が配されている。この攪拌棒５８が軸線Ｌ２を中心に回転することで、加熱槽１２内に貯留された被加熱物質を攪拌することができる。
【００４０】
環状鉄心１３は、一次巻線１４を巻回した状態で、筒状管５１のうち一対のフランジ部５６，５７によって挟まれる軸線Ｌ２方向の中途部において、筒状管５１及び保温材２４の外周を囲むように配されている。なお、本実施形態においては、環状鉄心１３が底壁部５３側に位置する他方のフランジ部５７に寄せて配置されている。ただし、他方のフランジ部５７と一次巻線１４との間には、これらの間で電気的な短絡が生じない程度の隙間が確保されている。また、環状鉄心１３は他方のフランジ部５７に固定されている。
【００４１】
短絡部材１５は、その寸法や配置を除いて第一実施形態のものと同様に構成されている（図３参照）。短絡部材１５は、その長手方向が筒状管５１の軸線方向に沿うように、環状鉄心１３よりもさらに筒状管５１の径方向外側に配置されている。また、短絡部材１５は、筒状管５１の外周を囲むように筒状管５１の周方向に複数配列されている。
そして、各短絡部材１５は、保温材２４や環状鉄心１３との隙間が小さくなるように屈曲加工されている。具体的に説明すれば、短絡部材１５のうち一方のフランジ部５６側に位置する部分は、保温材２４の外周面２４ｃとの隙間が小さくなるように保温材２４の外周面２４ｃに沿って軸線Ｌ２方向に延びるように配されている。これに対して、短絡部材１５のうち他方のフランジ部５７側に位置する部分は、環状鉄心１３の外側を囲むコ字状に屈曲加工され、環状鉄心１３の両端面１３ａ，１３ｂや外周面１３ｃに沿うように配されている。
【００４２】
短絡部材１５の各接合端部は、通常のガス溶接やアーク溶接によって、各フランジ部５６，５７のうち保温材２４の外周面２４ｃよりも径方向外側に突出する突起部６１，６２に接合されている。
具体的に説明すれば、一方のフランジ部５６に接合される短絡部材１５の一端部３１Ａは、第一実施形態と同様に、保温材２４の外周面２４ｃに沿うように軸線Ｌ２方向に延びており、短絡部材１５の一端部３１Ａを構成する接合端部３４（図３参照）は、一方のフランジ部５６の突起部６１に対して突き当てられた状態で接合されている。すなわち、短絡部材１５の一端部３１Ａを構成する接合端部３４は、第一実施形態と同様に、短絡部材１５の一端部３１Ａの延在方向と突起部６１の突出方向とを互いに直交させた状態で、突起部６１に接合されている。
これに対し、他方のフランジ部５７に接合される短絡部材１５の他端部３１Ｂは、図６に示すように、筒状管５１の径方向内側に延びている。そして、短絡部材１５の他端部３１Ｂを構成する接合端部３４は、他方のフランジ部５７の突起部６２に対して短絡部材１５の他端部３１Ｂの側面１５ｃが当接した状態で接合されている。すなわち、短絡部材１５の他端部３１Ｂを構成する接合端部３４は、短絡部材１５の他端部３１Ｂの延在方向と突起部６２の突出方向とを互いに平行させると共に逆向きとした状態で、突起部６２に接合されている。
【００４３】
以上のように構成された電磁誘導加熱装置２では、一次巻線１４に交流電流を供給することで、電磁誘導により筒状管５１に発生した二次誘導電流が、一対のフランジ部５６，５７、一対のフランジ部５６，５７の間に位置する筒状管５１の長手方向の一部（以下、発熱管部５９と呼ぶ。）、一対のフランジ部５６，５７及び各短絡部材１５に循環するように流れる。この際、筒状管５１の発熱管部５９にはその電気抵抗に応じたジュール熱が発生し、発熱管部５９が発熱する。そして、この発熱管部５９の熱が筒状管５１内を流れる被加熱物質に伝わることで被加熱物質を加熱することができる。なお、本実施形態では、フランジ部５６，５７も筒状管５１と同等あるいは近似する熱伝導率を有しているため、フランジ部５６，５７においてもジュール熱が発生する。ただし、図６に示すように、短絡部材１５の他端部は他方のフランジ部５７の突起部６２の突出方向の基端に接合されているため、他方のフランジ部５７のうち保温材２４と軸線Ｌ２方向に重なる部分が主に発熱し、他方のフランジ部５７の突起部６２は殆ど発熱しない。
本実施形態においては、筒状管５１の発熱管部５９及びフランジ部５６，５７が、電磁誘導に伴って発熱する発熱部６６を構成している。
【００４４】
さらに、電磁誘導加熱装置２は、第一実施形態と同様のシールド部１７を備えている。このシールド部１７は、筒状管５１の軸線Ｌ２方向に延びる略円筒状に形成され、一方のフランジ部５６の外縁から他方のフランジ部５７の外縁に向けて短絡部材１５に沿うように配されている。そして、平面視円環状とされたシールド部１７の各開口端が各フランジ部５６，５７の外縁に突き当てられた状態で溶接等に接合されることで、シールド部１７が加熱槽１２に固定されている。これにより、筒状管５１の発熱管部５９、保温材２４、環状鉄心１３、一次巻線１４及び短絡部材１５がシールド部１７内の密閉された空間に配されることになる。また、このシールド部１７は、第一実施形態と同様に、電気的に接地されている。
【００４５】
上記構成の電磁誘導加熱装置２を製造する場合には、第一実施形態と同様に、予め電子ビーム溶接により短絡本体部３３の両端に接合端部３４を接合して短絡部材１５を製造しておく。また、環状鉄心１３を組み付けた加熱槽１２の外形形状にあわせて短絡本体部３３に屈曲加工を施しておく。
その後、別途工程で一体に組み立てられた加熱槽１２、環状鉄心１３及び一次巻線１４に対して短絡部材１５を取り付ける。この取り付けの際には、第一実施形態の場合と同様に、通常の溶接により短絡部材１５の各接合端部３４と発熱部６６の両端をなす突起部６１，６２とを接合すればよい。
【００４６】
具体的に説明すれば、短絡部材１５の一端部３１Ａの延在方向と一方のフランジ部５６の突起部６１とが互いに直交するように、接合端部３４からなる短絡部材１５の端面１５ａを突起部６１に突き当てた状態で、通常の溶接により接合端部３４と発熱部６６の一端をなす突起部６１とを接合すればよい。また、短絡部材１５の他端部３１Ｂの延在方向と他方のフランジ部５７の突起部６２の突出方向とが互いに逆向きとなるように、短絡部材１５の他端部３１Ｂの側面１５ｃを突起部６２に当接させた状態で、通常の溶接により接合端部３４と発熱部６６の他端をなす突起部６２とを接合すればよい。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態による電磁誘導加熱装置２及びその製造方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
例えば、短絡部材１５の接合端部３４がフランジ部５６，５７と同等の熱伝導率を有することで、短絡部材１５をフランジ部５６，５７に溶接する際には通常の溶接により容易かつ短時間で溶接できる。したがって、電磁誘導加熱装置２の製造効率の向上、及び、製造コストの削減を図ることができる。また、溶接の品質を安定させることもできる。
【００４８】
また、加熱槽１２と比較して容積が十分に小さい短絡本体部３３及び接合端部３４の接合に、電子ビーム溶接を適用することで、加熱槽１２の大きさの制約を受けることなく、短絡本体部３３及び接合端部３４を真空容器内に収容した状態で電子ビーム溶接を容易に実施することができる。
さらに、短絡部材１５と突起部６１，６２との接合部分から筒状管５１までの距離を大きく設定しなくても、溶接時における筒状管５１の変形を抑えることができるため、筒状管５１の外周と短絡部材１５との間隔を小さく設定して、電磁誘導加熱装置２の小型化や電気的効率の向上も図ることができる。
【００４９】
また、一方のフランジ部５６の突起部６１の突出方向と短絡部材１５の一端部３１Ａの延在方向とを直交させた状態で、短絡部材１５の一端部３１Ａをなす接合端部３４のみが突起部６１に当接して接合されることで、突起部６１の突出長さを最小限に抑えることができると共に、筒状管５１の外周と短絡部材１５との間隔をさらに小さく設定できるため、電磁誘導加熱装置２の小型化や電気的効率の向上をさらに図ることができる。
さらに、短絡部材１５が環状鉄心１３の外側を囲むように屈曲加工される短絡部材１５の他端部３１Ｂを、筒状管５１の径方向内側に延出させた上で、短絡部材１５の他端部３１Ｂをなす接合端部３４を他方のフランジ部５７の突起部６２に接合させることで、二次誘導電流の電気経路をなす他方のフランジ部５７の長さを短く設定することができるため、他方のフランジ部５７の電気抵抗に基づく電磁誘導加熱装置２の電気的効率の低下を抑えることが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上述した二つの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第一実施形態の電磁誘導加熱装置１では、複数の筒状管２１を設ける代わりに、互いに平行する被加熱物質の流路を複数あるいは一つ有する筒状管を一つだけ設けてもよい。なお、筒状管２１を一つだけ設ける場合には、保温材２４が一対のフランジ部２２の間に位置する筒状管２１の外周面全体を覆うように配されていればよい。
【００５１】
さらに、突起部２５（６１，６２）に接合される短絡部材１５の各端部３１の延在方向と突起部２５（６１，６２）の突出方向とは、二つの実施形態において例示したように、互いに直交していてもよいし平行していてもよい。ただし、突起部２５（６１，６２）と短絡部材１５の端部３１との接合部分が環状鉄心１３から十分に離れている場合には、短絡部材１５と筒状管２１（５１）との間隔を小さく設定できるように、例えば短絡部材１５の端部３１の延在方向を突起部２５（６１，６２）の突出方向に対して直交させる、あるいは、一致させることが好ましい。なお、短絡部材１５の端部３１の延在方向を突起部２５（６１，６２）の突出方向に一致させることは、短絡部材１５の端部３１を筒状管２１（５１）の径方向外側に延びることを意味する。
【００５２】
また、二つの実施形態の電磁誘導加熱装置１（２）においては、一対のフランジ部２２（５６，５７）が溶接等により筒状管２１（５１）に固定されるとしたが、例えば同一の導電性材料により一体に成形されてもよい。
さらに、短絡部材１５やシールド部１７は、筒状管２１（５１）の径方向外側に突出するフランジ部２２（５６，５７）やつば金２３に接続されることに限らず、少なくとも発熱部２６（６６）の軸線Ｌ１（Ｌ２）方向の両端に接続されていればよい。すなわち、短絡部材１５やシールド部１７は、例えば筒状管２１（５１）に直接接続されてもよく、この場合、加熱管部１１（加熱槽１２）はフランジ部２２（５６，５７）やつば金２３を備えていなくてもよい。
【００５３】
また、第一実施形態の発熱部２６は、筒状管２１全体によって構成されるとしたが、例えば第二実施形態と同様に、筒状管２１の長手方向の一部によって構成されてもよい。この場合には、短絡部材１５と筒状管２１との接続部分が軸線Ｌ１方向に沿って環状鉄心１３の両側に位置するように、例えば短絡部材１５の両端部３１のいずれか一方あるいは両方を、筒状管２１の長手方向の中途部に接続すればよい。
逆に、第二実施形態の発熱部６６は、筒状管５１の長手方向の一部によって構成されることに限らず、例えば第一実施形態と同様に、筒状管５１全体によって構成されてもよい。この場合には、例えば短絡部材１５の両端部３１を筒状管５１の両端に接続すればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，２  電磁誘導加熱装置
１１  加熱管部
１２  加熱槽
１３  環状鉄心
１４  一次巻線
１５  短絡部材
２５，６１，６２  突起部
２６，６６  発熱部
３３  短絡本体部
３４  接合端部
Ｌ１，Ｌ２  軸線
【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】
2012038652.tif 000007
【図６】
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