JPS6142388B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導炉に関する。

誘導炉は、垂直に配置され高温で酸化可能な材
料で作られた円筒誘導ヒータと、このヒータを収
納し、水平下板と、実質的に同軸であつて間に同
軸的に配置したヒータを有して前記下板の上に垂
直に置いた外管および内管と、これら管の上に水
平に置いた上板とを含む重ね合せの壁を形成する
部材のアセンブリによつて構成し、上板および下
板のそれぞれに加熱用ヒータを介して被加熱体を
通すため内管のボアへの開口を備えている円環状
容器と、高周波電流を受ける外管のまわりに配置
されてヒータ内に加熱用渦電流を誘起させる誘導
コイルと、不活性ガスを前記容器内にこの容器に
入つていたガスに対して十分な圧力で導入して前
記重ね合せの壁を形成する部材の接触面間のギヤ
ツプを介して排気する装置とを包含していること
は周知である。

この炉では、重ね合せ部材間のギヤツプは断面
を小さくして動作中空気が容器に入つてしまうこ
とを防止しなければならない。これをなすには、
上板は実際上外管だけでなく内管の上にも均等に
支持されている。

一般に、上板と同様外管および内管はシリカの
ような同じ耐火材料で作られ、これにより約1600
゜の最高作動温度を達成することができる。高温
で作動する炉を作りたい時内管はたとえばジルコ
ニアまたはトリアで作られる。これらは高価のた
め内管にだけこれらの材料が使用され、熱的絶縁
管の挿置により誘導ヒータの放射に対してシリカ
外管が保護されている。しかしジルコニアおよび
トリアは膨張係数が比較的高く、一方炉の温度が
上昇すると内管に乗せた上板がこの管の長手方向
伸張のため上昇するようになる。次いで上板と外
管との間に大きなギヤツプが現われて外管が空気
を入れてしまうようになり、その結果グラフアイ
トまたはタングステンのような酸化可能な材料で
作られた誘導ヒータが急速に損害を設けることに
なる。

この不具合を軽減するため、内管の上部を上板
に形成した溝に嵌合させ、内管の端部と溝の底部
との間の包囲温度を軸方向のギヤツプに与え、こ
のギヤツプに十分な大きさを持たせてシリカおよ
びジルコニア間の膨張差を補正するようにした配
列を与えることが提案されている。しかしこの時
には半径方向の余裕もまた内管の半径方向の膨張
による壁の端部と溝との間に与えなければならな
くなるのである。このような事情においては、内
管とこれが入る溝との間の包囲温度が与えられな
ければならない半径方向のギヤツプおよび軸方向
のギヤツプは非常に大きくなり、炉の温度が上昇
するとき誘導ヒータの酸化を許可してしまうので
ある。

本発明はこれらの欠点を軽減すること、および
高温で作動できる誘導炉を提供することを目的と
している。

本発明は、垂直に配置され高温で酸化可能な材
料から成る円筒誘導ヒータと、このヒータを収納
し、水平下板、実質的に同軸とすると共に間に同
軸的に配置したヒータを前記下板に垂直に置いた
外管および内管、およびこれら管に水平に乗せた
上板を含む重ね合せ壁形成部材のアセンブリによ
つて構成し、上板下板それぞれに前記内管のボア
に被加熱体を挿入する開口を設けた容器と、前記
外円筒壁のまわりに配置してヒータに加熱渦電流
を誘起させる誘導コイルと、不活性ガスを前記容
器内にこの容器に入つていたガスに対して十分な
圧力で導入して前記重ね合せ壁形成部材の接触面
間のギヤツプを介して排気する装置とを包含する
高周波電気炉において、第１の耐火材料で作られ
下板の上に乗せた第１の内管と、この第１の内管
の上端に乗せた水平配置の座金と、この座金の上
に乗せ上端を上板に設けた溝に挿嵌し上端と該溝
の底部との間にギヤツプを十分な深さで残した第
２の内管とのアセンブリを前記内管に包含させ、
該第２の内管と、前記上板と、前記外管とを最高
動作温度および膨張係数が前記第１の耐火材料よ
りも小さい第２の耐火材料で作り、第１内管と他
の壁形成部材との間の加熱時における膨張差を前
記溝の深さによつては縦方向にかつ座金の上の滑
動によつては半径方向に吸収し、これによつて壁
形成部材の接触面間のガス流通ギヤツプを包囲温
度から最高作動温度までの温度範囲に亘つて実質
的に一定の大きさとした、高周波電気炉を提供す
る。

以下添付図面に例示した限定しない一実施例に
より本発明を詳述する。

図面において、管状のグラフアイトまたはタン
グステン誘導ヒータ、３１が垂直に配置されてい
る。その外側の円筒状の面には、２端が図示しな
い高周波発生器の端子に接続された、銅管によつ
て構成の導電性コイル３２が囲んでいる。

誘導ヒータ３１は、壁が重ね合せ壁形成部材に
よつて形成された円環状容器３３の内側に配置さ
れている。これらの壁はシリカ板３４によつて構
成された水平下板を包含し、その上には最高作動
温度がシリカのそれよりも高い耐火材料で作られ
ている。この材料はたとえばアルミナまたはジル
コニアとすることができる。コイル３２と誘導ヒ
ータ３１との間に配置したシリカ管によつて構成
の外側管状壁３６は板３４の縁部に垂直に置かれ
ている。シリカで作られた上方水平板３７は壁３
６の上端に乗せられている。最後に、容器３３は
誘導ヒータ３１の内側を貫通して板３５から板３
７まで延びる内側管状壁を包含し、この内壁、壁
３６および誘導ヒータ３１は実質的に同軸上にあ
る。

本発明のひとつの配置によれば、内側管状壁は
以下の部材を包含している。

(a) 板３５の上に置かれ誘導ヒータ３１を貫通す
るジルコニアまたはトリア製の垂直管３８。こ
の管３８の上端は円筒状壁３６の高さよりも低
い高さにされている。

(b) 管３８の上端の上に水平に置かれたアルミナ
またはジルコニア製の座金３９。

(c) 座金３９の上に置かれた第２の垂直管４０。
この管４０はシリカまたはシリカに近い膨張係
数を有する耐火性材料で作られている。管４０
の上端は板３７に形成された円形溝４１に嵌合
され、管４０の上端と溝の底との間にギヤツプ
４２を残している。

板３４，３５および板３７はそれぞれふたつの
中心開口４３および４４を含み、そこを介して被
加熱体が管３８の内側を通ることができる。

誘導ヒータ３１は板３５の上に置かれた絶縁支
持体によつて容器３３の内側に保持されている。
この管状支持体は好適には誘導ヒータと同じ材料
で作るのがよく、互いに分離したいくつかの部材
を包含している。図示の装置において、この支持
体は３つの部材によつて形成され、そのうちの２
つ（４５および４６）が図示されている。部材４
５および４６はギヤツプ４７の分だけ離されてい
る。

グラフアイトフエルトは容器３３の内側、特に
誘導ヒータ３１とこの誘導要素と面している容器
のシリカ構成要素との間、すなわち、壁３６、板
３７および管４０の内側に配設されている。この
ようにして円筒状グラフアイトフエルト管４８は
誘導ヒータ３１と壁３５との間に配置され、グラ
フアイトフエルト座金４９は座金３９の少し下で
管４８の上に水平に置かれて誘導ヒータ３１を容
器３３の上部から熱的に絶縁している。また支持
体４５，４６の囲りの誘導ヒータ３１の下にグラ
フアイトフエルトを配設することもできる。

最後に、下方の板３４および３５は不活性ガス
を容器３３に導入できるようにするため少なくと
もひとつの開口５０が取り付けられている。これ
らの板は容器内により均質のガス流を作るため炉
の軸線に関して対称の、たとえば２つの開口を包
含させることができる。図中点線で示した開口５
０は誘導ヒータの支持体の部材４５，４６間のギ
ヤツプ４０に通じている。

上述の炉は以下のように作動する。

アルゴンまたは窒素のような不活性ガスが、合
わせ構成要素の接触面間、たとえば管３６と板３
７との間の５１の隙間を通るガスの洩れを考慮し
て容器内のわずかに越えた圧力とするに十分な圧
力で開口５０を介して容器３３内に入れられる。
始めるに当つては容器のガスはたとえば空気とア
ルゴンとの混合によつて構成される。しかしかな
り短時間の後この混合気は追いやられて容器３３
には上述したギヤツプを介してゆつくりした流量
速度で通過する非常に高い割合のアルゴンが入
る。容器の底を通過する不活性ガスの入口は、容
器に入つている空気をより急速に排除できるよう
好適には頂部を通過する入口とするとよい。

次いで導電性コイル３２の端部は高周波電流発
生器の端子に接続され、導電性コイル３２にそれ
を冷却するための水が流入される。導電性コイル
３２に流れる電流によつて生じた電界はアルゴン
の存在により酸化されない誘導ヒータ３１に高電
流を生ぜしめる。誘起電流の周波数は10および
50kHz間に選択され、その結果グラフアイトフエ
ルト部材４８および４９には何ら電流は誘起され
ない。同様に、この支持体の部材間に与えられた
４７のようなギヤツプの存在により誘導ヒータ３
１の支持体にも何ら電流は発生しない。

誘導ヒータ３１によつて発せられた熱エネルギ
の影響の下に、管の温度は、特に誘導ヒータ３１
と面する管３８の領域において急速に上昇する。
この温度上昇によりシリカ壁３６よりも非常に大
きい管３８の軸方向膨張が生ずる。この膨張の影
響のため管４０が上方に押されて溝４１に更に深
く入る。もちろん、包囲温度でのギヤツプ４２の
長さは、炉の作動温度で管４０の上端が溝４１の
底に当接しないよう選択される。このようにして
上板３７が押し上げられてしまうのが防止され
る。管４０の２つの上方円筒状表面と溝４１の内
面との間の余裕はガスの過剰漏洩を避けるため最
初に非常に小さくすることができる。事実、管４
０および板３７は同じ材料、たとえばシリカで作
られ、その膨張係数はジルコニアまたはトリアの
それより非常に小さい。管４０および板３７は同
じ比率で比較的小さく膨張する。上述の余裕は高
温で小さく、更に管４０の上部は炉の温度の上昇
時に溝４１に押し込まれる危険はない。

したがつて、容器の重ね合せ構成要素の接触面
間に存在するギヤツプは、包囲温度においてもあ
るいは動作温度においても、空気が容器に入つて
誘導ヒータ３１、支持部材４５，４６、管４８お
よび座金４９のような酸化可能な部材が損傷を受
けるために、どのような瞬間でも十分に大きくな
つてはならないのである。

グラフアイトフエルト管４８は、誘導ヒータと
前述の従来技術による装置の炉の外壁との間に与
えられた熱的絶縁性のアルミナ管よりも高い温度
に耐える熱的絶縁体である。座金４９は炉の上端
に向かう熱の損失を防いでいる。４８および４９
のようなグラフアイトフエルト部材は容器３３内
の不活性ガスの存在によつて高温での酸化から保
護されている。

管３８を構成しているジルコニアまたはトリア
の最高作動温度はシリカのそれよりも非常に高
い。したがつて加熱領域、すなわち誘導ヒータ３
１の高さの管３８のボアにおいて2200℃以上の温
度を得ることができる。

上述の炉はガラス工業に、特に光フアイバの製
造に適用することができる。長さが炉の高さより
長いガラス管を、たとえば蒸着を行なうため局部
的に加熱するのに特に使用することができる。こ
の場合、管４０の内径は、加熱すべきガラス管の
外径が上板３７の開口４４の直径によつて制限さ
れないよう管３８の内径より大きくするのがよ
い。

以上本発明をその好適な実施例について詳述し
たが本発明はこの特定の実施例に限定されること
なく本発明の精神を逸脱しない範囲で幾多の変化
変形がなしうるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による炉の一実施例を示す。 ３１……導電性ヒータ、３２……電導コイル、
３３……容器、３４，３５……下板、３６……外
壁、３７……上板、３８，４０……垂直管、３
９，４９……座金、４１……溝、４２，４７…ギ
ヤツプ、４３，４４，５０……開口、４５，４６
……支持部材、４８……グラフアイトフエルト
管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直に配置され高温で酸化可能な材料から成
   る円筒誘導ヒータと、この円筒誘導ヒータが配置
   され壁を水平下板、外円筒壁および内円筒壁を含
   む重ね合せ部材によつて形成し前記円筒壁を実質
   的に同軸とすると共に下板に垂直に置き、前記誘
   導ヒータを前記円筒壁間に同軸上に配置して上板
   を前記外円筒壁の上に水平に乗せ、上板下板それ
   ぞれに前記内円筒壁の内側を貫通して被加熱体を
   挿入する開口を設けた容器と、前記外円筒壁のま
   わりに配置した電導コイルおよびこのコイルを介
   して高周波電流を流す装置と、不活性ガスを前記
   容器内にこの容器に入つていたガスに対して十分
   な圧力で導入して前記重ね合せ部材の接触面間の
   ギヤツプを介して排気する装置とを包含する高周
   波電気炉において、第１耐火材料で作られ誘導ヒ
   ータ３１と被加熱体との間の下板３４，３５上に
   乗せた第１の垂直管３８と、この第１の垂直管３
   ８の上端に水平に乗せた座金３９と、この座金３
   ９の上に乗せ上端を上板３７に設けた溝４１に挿
   嵌して該上端と該溝の底部との間にギヤツプ４２
   を残した第２の垂直管４０とによつて前記内円筒
   壁を形成し、該第２の垂直管４０と、前記上板３
   ７と、前記外円筒壁３６とを膨張係数が前記第１
   の耐火材料よりも小さい第２の耐火材料で作り、
   第１の耐火材料の最高作動温度を第２の耐火材料
   のそれよりも高いものとしたことを特徴とする高
   周波電気炉。 ２ 前記誘導ヒータ３１と前記容器の構成要素３
   ６，３７，４０との間の前記第２の耐火材料で作
   られた前記容器３３に配置のグラフアイトフエル
   ト４８，４９を包含することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の炉。 ３ 前記第２の垂直管４０の内径を第１の垂直管
   ３８の内径より大きくしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の炉。 ４ 前記下板３４，３５に不活性ガスを前記容器
   に入れる少なくともひとつの開口を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炉。 ５ 前記誘導ヒータ３１を支持する下板３４，３
   ５の上に乗せた支持体４５，４６を包含し、この
   支持体を誘導ヒータと同じ材料で作りかつこの支
   持体に互いに分離する複数の部材４５，４６を備
   えさせて高周波電流が誘導コイル３２を流れる時
   のこの支持体における誘起電流を防ぐようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   炉。 ６ 前記下板を前記第２の耐火材料の板３４によ
   つて形成し、この上に最高作動温度が該第２の耐
   火材料より高い耐火材料の保護板３５を乗せたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炉。 ７ 前記第１の耐火材料をジルコニアおよびトリ
   アより成る群から選択したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の炉。 ８ 前記第２の耐火材料をシリカとしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の炉。 ９ 高温で酸化可能な前記材料をグラフアイトお
   よびタングステンより成る群から選択したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炉。