CN108513385B - 过热水蒸气生成装置和用于该装置的导体管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供过热水蒸气生成装置和用于该装置的导体管的制造方法，通过在导体管构成短路电路能降低电抗，并且能减小接合部和导体管的破损的可能性。所述过热水蒸气生成装置通过设置在导体管的缠绕部分的内侧或外侧的磁通产生机构，对螺旋状地缠绕的圆管状的所述导体管进行感应加热，加热导体管内流过的水蒸气，生成过热水蒸气，在导体管的缠绕部分的大致整体，彼此相邻的相邻部的彼此相对的面由接合部接合，接合部的厚度为导体管的管厚以上。

Description

过热水蒸气生成装置和用于该装置的导体管的制造方法

技术领域

本发明涉及通过对螺旋状地缠绕的导体管进行感应加热来加热流过所述导体管内的水蒸气而生成过热水蒸气的过热水蒸气生成装置。

背景技术

以往，在这种流体加热装置中，如专利文献1所示，有一种在形成次级线圈的螺旋状地缠绕的导体管中，使缠绕部分的彼此相邻的导体管彼此短路而构成短路电路，从而降低电抗以提高加热效率的流体加热装置已被公众所知。

在此，通过利用焊接等将沿螺旋的轴向延伸的电连接构件与缠绕部分的周向的一部分连接，或者通过将缠绕部分的彼此相邻的导体管彼此局部焊接接合，由此构成所述的短路电路。

可是，作为接合部的电连接构件或焊接部分，因短路电流集中而成为高温、因导体管的缠绕部分的热膨胀导致的变形而产生应力，从而产生接合部和导体管破损的问题。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2010-71624号

发明内容

本发明是用于解决所述的问题而做出的发明，本发明的主要目的是通过在导体管中构成短路电路来降低电抗，并且减小接合部和导体管的破损的可能性。

即，本发明提供一种过热水蒸气生成装置，其通过设置在导体管的缠绕部分的内侧或外侧的具有感应线圈的磁通产生机构，对螺旋状地缠绕的圆管状的所述导体管进行感应加热，由此加热所述导体管内流过的水蒸气，生成过热水蒸气，在所述导体管的缠绕部分，彼此相邻的相邻部的彼此相对的面，横跨周向的大致整体，由具有导电性的接合部接合，所述接合部容纳在由所述彼此相邻的相邻部形成的凹部内，所述磁通产生机构的感应线圈与所述接合部的距离大于所述磁通产生机构的感应线圈与所述导体管的距离，所述接合部的厚度为所述导体管的管厚以上。

按照这样的过热水蒸气生成装置，由于在导体管的缠绕部分，彼此相邻的相邻部横跨周向的大致整体由接合部接合(整个接合)，所以能够避免局部接合情况下的热膨胀导致的应力向接合部集中，能够减小接合部和导体管破损的可能性。此外，由于导体管呈圆管状，在彼此相邻的相邻部之间形成有凹部，所以通过在所述凹部设置接合部，能够增加接合部与导体管的外侧周面的接触面积。通过该结构，能够减小应力向接合部集中。

在此，如果导体管与接合部距磁通产生机构的感应线圈的距离相同，则理想的是，接合部的厚度与导体管的管厚是相同的值。

可是，在导体管呈圆管状、在彼此相邻的相邻部之间设置接合部的结构中，相比于导体管，接合部距感应线圈的距离更大。由于如果距感应线圈的距离大，则磁耦合减弱、感应电压变低，所以该部分的发热量降低。

这样，如果导体管与接合部产生温度差，则由于热伸长差而产生机械应力，成为破裂等破损的原因，因此尽可能实现发热量的均匀化是重要的。

通过使接合部的厚度为导体管的管厚以上，能够降低接合部的电阻值，由于电流增加，能够使接合部的发热量增加。其结果，能够实现导体管与接合部的发热量的均匀化。

作为所述接合部，可以由焊接接合形成。在焊接接合的情况下，由于是熔融金属材料容易装满彼此相邻的相邻部之间的凹部的结构，所以能够使所述焊接作业变得容易。

为了通过厚度大小的调整而容易使发热量均匀化，优选的是，所述接合部的材质的电阻率与所述导体管的材质的电阻率大体相同。

在考虑对导体管的缠绕部分整个接合的操作性的情况下，优选的是，所述接合部设置在所述缠绕部分的外表面侧。此外，为了使电磁感应的磁耦合良好，优选的是，所述磁通产生机构设置在所述导体管的缠绕部分的内侧和外侧双方。

优选的是，所述接合部容纳在由所述彼此相邻的相邻部形成的凹部内。按照该结构，能够防止配置在导体管的缠绕部分的外侧或内侧的磁通产生机构的径向的尺寸变大。

此外，本发明提供一种导体管的制造方法，所述导体管用于过热水蒸气生成装置，通过被具有感应线圈的磁通产生机构感应加热，加热在内部流过的水蒸气，生成过热水蒸气，在螺旋状地缠绕的圆管状的导体管的缠绕部分的大致整体，由接合部将彼此相邻的相邻部的彼此相对的面焊接接合，所述接合部容纳在由所述彼此相邻的相邻部形成的凹部内，所述磁通产生机构的感应线圈与所述接合部的距离大于所述磁通产生机构的感应线圈与所述导体管的距离，并且使所述接合部的厚度为所述导体管的管厚以上。

按照如上所述构成的本发明，由于在导体管的缠绕部分，彼此相邻的相邻部，横跨周向整体由接合部接合，所以能够在导体管构成短路电路，从而能够降低电抗，并且能够减小接合部和导体管破损的可能性。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式的过热水蒸气生成装置的结构的剖视图。

图2是表示同实施方式的导体管的缠绕部分的局部放大剖视图。

图3是表示同实施方式的导体管的外表面侧的焊接部位的示意图。

图4是表示同实施方式的导体管和感应线圈的位置关系的示意图。

附图标记说明

100 过热水蒸气生成装置

2 导体管

20 相邻部

20M 凹部

3 磁通产生机构

4 接合部

t 管厚

T 填料厚度

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的过热水蒸气生成装置100的一个实施方式进行说明。

如图1所示，所述过热水蒸气生成装置100，通过加热水或水蒸气生成超过100℃(200℃～2000℃)的过热蒸汽，所述过热水蒸气生成装置100具有螺旋状地缠绕的圆管状的导体管2、以及用于对所述导体管2进行感应加热的磁通产生机构3。

导体管2由一个金属制的管形成，具有螺旋状地缠绕的缠绕部分2x，在导体管2的一个端部形成有用于导入水或水蒸气的导入口P1，在另一个端部形成有用于导出生成的过热水蒸气的导出口P2。用于向导体管2供给水或水蒸气的外部配管与导入口P1连接，用于将生成的过热水蒸气向使用侧(例如热处理室)供给的外部配管与导出口P2连接。

磁通产生机构3包括铁心31以及沿所述铁心31缠绕的感应线圈32。未图示的交流电源与所述感应线圈32连接，向所述感应线圈32供给被控制的电力。由交流电源供给电力的感应线圈32成为初级线圈，通过所述初级线圈供电的结果，在导体管2中流过感应电流，导体管2成为次级线圈。

本实施方式的感应线圈32与导体管2的缠绕部分2x配置在同轴上，感应线圈32具有：内侧感应线圈32a，配置在缠绕部分2x的内侧；以及外侧感应线圈32b，配置在缠绕部分的外侧。通过这样地在缠绕部分2x的内外双方配置感应线圈32a、32b，能够使电磁感应的磁耦合变好，能够使导体管2中流过感应电流变得容易，从而能够提高水蒸气的加热效率(过热水蒸气的生成效率)。

此外，在本实施方式中，如图2和图3所示，在导体管2的缠绕部分2x，彼此相邻的相邻部20的彼此相对的面，横跨周向的大致整体，由具有导电性的接合部4接合。即，横跨导体管2的缠绕部分2x的整个螺旋设置有接合部4。

具体地说，接合部4通过焊接接合形成(以下也称为接合焊接部)。即，在导体管2的缠绕部分2x，彼此相邻的相邻部20的彼此相对的面，横跨螺旋整体地整个接合(参照图2)。此外，使接合部4的材质的电阻率与导体管2的材质的电阻率大体相同。在此，优选的是，接合部4的材质与导体管2的材质相同。由此，不仅能使电阻率相同，而且能使热膨胀率也相同，由此能够使温度上升时产生的热应力降低。此外，由于焊接接合中以一定的进给速度使焊炬(torch)与焊接部位的距离保持一定是重要的，因此优选的是使用自动焊接机。另外，由于导体管2的相邻部20之间最初就存在坡口，所以无需进行坡口加工。

此外，如图3所示，接合部4的厚度为导体管2的管厚以上。即，作为接合部4的、焊接接合形成的填料的厚度为导体管2的管厚以上。接合部4容纳在由彼此相邻的相邻部20形成的凹部20M内。更具体地说，接合部4从彼此相邻的相邻部20的接触部位20c或其附近起以规定厚度形成在能容纳在凹部20M内的范围中。即，在垂直于螺旋的轴向(缠绕部分2x的中心轴向)的方向上，导体管2的外端部分位于比接合部4的外端部分更靠外侧的位置。

在图3等中，接合部4设置在导体管2的缠绕部分2x的内表面侧和外表面侧双方，但是在考虑对导体管2的缠绕部分2x进行整个接合的操作性的情况下，优选的是，接合部4仅设置在缠绕部分2x的外表面侧。

如图4所示，缠绕部分2x的相邻部20的接触部位与填料部(接合焊接部4)之间，尽管在作业上会形成少许的间隙，但是如果设所述间隙尺寸为Δ，则成为0＜Δ＜数mm的程度。例如，用于1小时产生1200℃的240kg的过热水蒸气的导体管2，直径为48.3mm，管厚为3.7mm。对所述导体管2的缠绕部分2x进行整个焊接、设填料厚度为5mm时，Δ约为2.5mm。

如果是作为使水蒸气流过程度的尺寸的导体管2，则在管厚和填料厚度相等的情况下，接合焊接部4一方距磁通产生机构3的感应线圈32的距离变大。如果设导体管2的壁厚为t、接合焊接部4的填料厚度为T，则通过使T＞t，可以使接合焊接部4的电流增加，从而使发热量增加。

T＝t时，将导体管2的感应电压高于接合焊接部4的情况标记为〇

记号，并表示在以下的表中。

[表1]

发热量不仅与感应电压有关，还与导体管2和接合焊接部4的电阻值有关。即，电阻值越低，流过的电流越大，发热量越增加。

将产生感应电压的接合焊接部4的周长大于导体管2的缠绕部分2x的情况设为“〇”、将产生感应电压的接合焊接部4的周长小于导体管

2的缠绕部分2x的情况设为“×”并集中表示在下表中。

[表2]

在将导体管2的直径设为Φ时，表2的“〇”的位置处的填料厚度T的最大值成为(T+Δ)＜Φ/2的范围。

<本实施方式的效果>

按照如上所述构成的过热水蒸气生成装置100，因为在导体管2的缠绕部分2x彼此相邻的相邻部20，横跨周向的大致整体由接合部4接合(整个接合)，所以能够避免局部接合情况下的热膨胀导致的应力向接合部的集中，能够减小接合部和导体管的破损的可能性。此外，由于导体管2呈圆管状，彼此相邻的相邻部20之间形成凹部20M，所以通过在所述凹部20M设置接合部4，能够增大接合部4与导体管2的外侧周面的接触面积。通过该结构，也能够减小应力向接合部集中。

由于接合部4的厚度T为导体管2的管厚t以上，因此能够减小接合部4的电阻值，能够通过增加电流来增加发热量。

此外，由于接合部4是通过焊接接合形成的，是彼此相邻的相邻部20之间的凹部20M容易堆满熔融金属材料的结构，所以能使所述焊接作业变得容易。

<其他变形实施方式>

另外，本发明不限于所述各实施方式。

例如，在所述实施方式中，接合部4通过接合焊接形成，但是也可以通过钎焊形成。此外，可以将与导体管分开设置的连接用构件沿缠绕部分的相邻部卷绕，并利用焊接或钎焊等把所述连接用构件与导体管2连接，由此将所述连接用构件作为接合部4。

此外，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。

可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (5)

1.一种过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述过热水蒸气生成装置通过设置在导体管的缠绕部分的内侧或外侧的具有感应线圈的磁通产生机构，对螺旋状地缠绕的圆管状的所述导体管进行感应加热，由此加热所述导体管内流过的水蒸气，生成过热水蒸气，

在所述导体管的缠绕部分，彼此相邻的相邻部的彼此相对的面，横跨周向的整体，由具有导电性的接合部接合，

所述接合部容纳在由所述彼此相邻的相邻部形成的凹部内，所述磁通产生机构的感应线圈与所述接合部的距离大于所述磁通产生机构的感应线圈与所述导体管的距离，

所述接合部的厚度为所述导体管的管厚以上。

2.根据权利要求1所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述接合部是通过焊接接合形成的。

3.根据权利要求1所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述接合部的材质的电阻率与所述导体管的材质的电阻率相同。

4.根据权利要求1所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，

所述磁通产生机构设置在所述导体管的缠绕部分的内侧和外侧双方，

所述接合部设置在所述缠绕部分的外表面侧。

5.一种导体管的制造方法，其特征在于，所述导体管用于过热水蒸气生成装置，通过被具有感应线圈的磁通产生机构感应加热，由此加热在内部流过的水蒸气，生成过热水蒸气，

在螺旋状地缠绕的圆管状的导体管的缠绕部分的整体，由接合部将彼此相邻的相邻部的彼此相对的面焊接接合，

所述接合部容纳在由所述彼此相邻的相邻部形成的凹部内，所述磁通产生机构的感应线圈与所述接合部的距离大于所述磁通产生机构的感应线圈与所述导体管的距离，

并且使所述接合部的厚度为所述导体管的管厚以上。

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