CN109958993B - 过热水蒸气生成装置及其维护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过热水蒸气生成装置及其维护方法，向用户通知过热水蒸气生成装置的维护时间，所述过热水蒸气生成装置包括：感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部(10)，加热水蒸气，生成过热水蒸气；以及通知部(9)，将过热水蒸气生成部(10)的运转温度和所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息。

Description

过热水蒸气生成装置及其维护方法
技术领域
本发明涉及过热水蒸气生成装置及其维护方法。
背景技术
感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部使用耐热性和机械强度高的SUS304等奥氏体系不锈钢和因科耐尔(Inconel)等合金(例如专利文献1)。
但是，尽管这些不锈钢和合金的熔点为1400℃程度，但是在超过1000℃的高温的过热水蒸气下，由于水蒸气氧化而导致体积不断减少。
由于所述过热水蒸气生成部具有由不锈钢或者合金构成的导体管，所以如果该导体管由于水蒸气氧化而体积不断减少，则会变得经受不起过热水蒸气的压力和热膨胀变形，导致导体管破损。如果由于导体管的破损而导致过热水蒸气泄露到外部，则有可能导致火灾和人体损伤等。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2016-176613号
发明内容
因此，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将过热水蒸气生成装置的维护时间通知用户。
即，本发明提供一种过热水蒸气生成装置，其包括：感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部，加热水蒸气，生成过热水蒸气；以及通知部，将所述过热水蒸气生成部的运转温度和在所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，所述通知部获得表示所述过热水蒸气生成部的运转温度的运转温度数据和表示所述运转温度下的运转时间的运转时间数据，换算为规定温度下的运转时间并进行累计，并且根据所述过热水蒸气生成部的过热水蒸气生成量来修正累计值，当修正后的所述累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息。
按照这样的过热水蒸气生成装置，由于将运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，所以能够通知用户过热水蒸气生成装置的维护时间，由此用户能够在过热水蒸气生成部发生故障前进行维护。
过热水蒸气生成部的劣化和消耗程度根据运转温度不同而不同。因此，优选的是，所述通知部获得表示所述过热水蒸气生成部的所述运转温度的运转温度数据和表示所述运转温度下的运转时间的运转时间数据，换算为规定温度(例如1200℃)下的运转时间并进行累计，当累计值超过规定的累计阈值时，发出维护信息。
有的过热水蒸气生成装置具有：导体管，被感应加热或者通电加热，生成过热水蒸气；以及蒸气量调节机构，用于调节生成的过热水蒸气量。由于过热水蒸气的生成量的增减，导体管内的过热水蒸气的流速也增减，如果流速大则体积减少率大，如果流速小则体积减少率小。
由于在1200℃下的实际测量中，体积减少率与流速的0.8次方成比例，所以如果过热水蒸气生成量为一半，则流速也变为一半，修正后的累计值(运转时间)相对于修正前的累计值变为0.50.8＝0.574倍的值。即，当生成相同温度的过热水蒸气时，如果按100％生成量计算运转了1000小时，则按50％生成量运转时，其运转时间变成574时间。
这样，由于体积减少率因过热水蒸气生成量不同而不同，所以优选的是，所述通知部根据所述过热水蒸气生成部的过热水蒸气生成量，修正所述累计值，当修正后的累计值超过所述累计阈值时，发出所述维护信息。
优选的是，所述通知部换算为1200℃下的运转时间并进行累计。
所述过热水蒸气生成部具有被感应加热或者通电加热并生成过热水蒸气的导体管。该导体管容易由于过热水蒸气而发生水蒸气氧化，导致体积显著减少。因此，优选的是，所述通知部发出包含所述导体管的更换时间的维护信息。
即，优选的是，所述过热水蒸气生成部具有所述过热水蒸气流过的导体管，所述通知部发出表示所述导体管的更换时间的维护信息。
即使不考虑在由水蒸气氧化导致的体积减少实质上不成为问题的温度下的运转时间，作为装置寿命，成为问题的可能性也低。例如由因科耐尔合金构成的导体管流过1000℃的过热水蒸气1000小时时的体积减少率约为5％。即，由于在1000℃以下，流通管的剩余量变为10％以下需要数万小时，作为短时间下的装置寿命，成为问题的可能性低。因此，优选的是，所述通知部将在运转了规定时间时所述导体管的体积减少率成为规定值以上的运转温度下的运转时间作为参数，发出所述维护信息。另外，优选的是，所述通知部在所述过热水蒸气生成部的运转温度中规定用于维护信息的温度范围，将包含在该温度范围内的运转温度下的运转时间作为所述温度范围内的最高温度下的运转时间进行处理。
作为过热水蒸气生成部的具体的构成，可以考虑如下的构成：所述过热水蒸气生成部具有：感应加热方式的第一过热水蒸气生成部，将水蒸气流过的导体管作为次级线圈进行感应加热；以及通电加热方式的第二过热水蒸气生成部，对由所述第一过热水蒸气生成部生成的过热水蒸气流过的导体管进行通电加热，进一步加热所述过热水蒸气
在该构成中，可以考虑到使第二过热水蒸气生成部一方比第一过热水蒸气生成部温度高并加快第二过热水蒸气生成部的导体管的消耗的使用方法。在该情况下，优选的是，所述通知部设置在所述第二过热水蒸气生成部侧，发出表示所述第二过热水蒸气生成部的导体管的更换时间的维护信息。
此外，优选的是，所述通知部设置在所述第一过热水蒸气生成部侧，发出表示所述第一过热水蒸气生成部的导体管的更换时间的维护信息。由此，除了第二过热水蒸气生成部之外，也能够向用户通知第一过热水蒸气生成部的维护时间。但是，进行更换第二过热水蒸气生成部的导体管等的维护的频率比更换第一过热水蒸气生成部的导体管等的维护的频率变多。
由于感应加热方式的第一过热水蒸气生成部将导体管缠绕在铁芯的周围，用于更换导体管的拆卸很费事，更换导体管等维护比较难，但是通电加热方式的第二过热水蒸气生成部通过从导体管的供电端子拆下电源配线等简单的工作就能够进行简单地更换等维护。因此，在导体管劣化和消耗少的使用条件(例如低于1000℃)下使用第一过热水蒸气生成部，尽量减少更换等维护的频率。另一方面，由于第二过热水蒸气生成部导体管的更换维护容易，所以在此生成高温(例如1000℃以上)的过热水蒸气。
即，优选的是，所述第一过热水蒸气生成部生成小于1000℃的过热水蒸气，所述第二过热水蒸气生成部生成1000℃以上的过热水蒸气。
此外，本发明还提供一种过热水蒸气生成装置，所述过热水蒸气生成装置包括：感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部，加热水蒸气，生成过热水蒸气；以及通知部，将所述过热水蒸气生成部的运转温度和在所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，所述过热水蒸气生成部具有所述过热水蒸气流过的导体管，所述通知部发出表示所述导体管的更换时间的维护信息，所述通知部累计在运转了规定时间时所述导体管的体积减少率成为规定值以上的运转温度下的运转时间，当累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息。
此外，本发明还提供一种过热水蒸气生成装置的维护方法，所述过热水蒸气生成装置是加热水蒸气并生成过热水蒸气的感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成装置，所述维护方法将所述过热水蒸气生成装置的运转温度和所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，获得表示所述过热水蒸气生成装置的运转温度的运转温度数据和表示所述运转温度下的运转时间的运转时间数据，换算为规定温度下的运转时间并进行累计，当累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息，并且根据所述过热水蒸气生成装置的过热水蒸气生成量来修正所述累计值，当修正后的所述累计值超过所述累计阈值时，发出所述维护信息。
按照如上所述构成的本发明，由于将运转温度下的运转时间作为参数发出维护信息，所以能够通知用户过热水蒸气生成装置的维护时间，用户能够在过热水蒸气生成部发生故障之前进行维护。
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图。
图2是表示同实施方式的过热水蒸气生成部的导体管的一个例子的立体图。
图3是表示1000小时后的过热水蒸气－因科耐尔601合金体积减少率特性的图。
图4是示意性地表示变形实施方式的过热水蒸气生成装置的结构的图。
附图标记说明
100 过热水蒸气生成装置
10 过热水蒸气生成部
2 导体管
8 通知部
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的一个实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的过热水蒸气生成装置100具有过热水蒸气生成部10，所述过热水蒸气生成部10加热水或者水蒸气，生成超过100℃(200℃～2000℃)的过热蒸汽。
所述过热水蒸气生成部10是感应加热方式的，具有：圆管状的导体管2，缠绕成螺旋状；以及磁通产生机构3，用于对所述导体管2进行感应加热。
如图2所示，导体管2由一根金属制的管形成，具有缠绕成螺旋状的缠绕部分，一端形成有导入水或者水蒸气的导入口P1，另一端形成有导出生成的过热水蒸气的导出口P2。此外，导体管2可以使用耐热性和机械强度高的SUS304等奥氏体系不锈钢和因科耐尔等合金。
导入口P1连接有用于向导体管2供给水或者水蒸气的外部配管。在本实施方式中，连接有感应加热方式的饱和水蒸气生成部(未图示的)。此外，饱和水蒸气生成部的构成与过热水蒸气生成部10的构成相同。另外，导出口P2连接有用于将生成的过热水蒸气供给到利用侧(例如热处理室)的外部配管。
磁通产生机构3具备铁芯31和沿该铁芯31缠绕的感应线圈32。所述感应线圈32连接有交流电源4，被供给受到控制的电力。此外，交流电源4的电源频率为50Hz或者60Hz的工频。由所述交流电源4供给电力的感应线圈32为初级线圈，通过该初级线圈，被供电的结果是，感应电流流过导体管2，导体管2成为次级线圈。此外，导体管2产生焦耳热，流过内部的水蒸气被加热。
在所述过热水蒸气生成装置100中，由温度检测器5检测从导体管2导出的过热水蒸气的温度，将对应于所述检测温度与目标温度的偏差的控制信号输入到电压控制器6(例如晶闸管(thyristor))，控制施加给感应线圈32的交流电压。具体地说，进行所述控制的温度控制部7进行反馈控制，使得被导体管2加热了的过热水蒸气的温度成为与目标温度的偏差小于±1℃的温度。此外，温度控制部7是具备CPU、存储器、输入输出接口等的计算机。
此外，本实施方式的过热水蒸气生成装置100还包括通知部8，所述通知部8将过热水蒸气生成部10的运转温度、该运转温度下的运转时间和运转温度下的体积减少率作为参数，发出维护信息。
所述通知部8获得表示过热水蒸气生成部10的运转温度的运转温度数据和表示该运转温度下的运转时间的运转时间数据，将其换算为规定温度下的运转时间并进行累计，当累计值超过规定的累计阈值时，发出维护信息。此外，通知部8是具备CPU、存储器、输入输出接口等的计算机。
具体地说，通知部8使用表示温度检测器5的检测温度的检测温度数据或者由温度控制部7控制的目标温度的目标温度数据，作为运转温度数据。另外，通知部8从自身具有的计时器或者温度控制部7的计时器获得表示运转时间的运转时间数据。此外，通知部8使用这些数据，换算为1200℃下的运转时间并进行累计，当累计值超过规定的累计阈值时，发出维护信息。此外，也可以使用导体管2的温度作为运转温度数据。在该情况下，温度检测器设置为接触到导体管2的例如导出口P2或者其附近。尤其是，当过热水蒸气生成部10处于待机状态时或者间歇运转时，优选的是使用导体管2的温度。
此外，规定的累计阈值是体积减少极限时间，根据过热水蒸气的压力以及导体管2的热膨胀变形值等预先计算并确定。另外，体积减少率和温度的关系可以通过测量多点并进行拟合(参照图3)，从温度检测器5的检测温度或者由温度控制部7控制的目标温度，根据所述的检测温度或者目标温度计算体积减少率。
在此，对每种过热水蒸气生成装置机型在最高温度下进行试验运转，直到导体管破坏。这是由于破坏条件会因为导体管的曲率、过热水蒸气的流速以及过热水蒸气生成量的不同而不同。
例如，使用具有过热水蒸气生成量为60kg/h、过热水蒸气温度为1200℃的过热水蒸气生成能力的机型和因科耐尔制的导体管(外径Φ33.4mm，内径Φ26.64mm，管厚t3.38mm)进行了破坏试验。破坏的最高温度部分的残余壁厚为0.45mm。另外，图3表示1000小时后的体积减少率特性，减少率用式子y表示。
当在过热水蒸气温度1200℃下进行了1000小时运转时，管厚t为1.4872mm(减少率y1200＝0.56)，减少了1.8928mm。
当使用极限为0.5mm时，管厚减少值为3.38－0.5＝2.88mm，达到时间T为T＝2.88/(1.8928/1000)≒1521小时。
如果设运转温度θ下的减少率为yθ、运转时间为hθ，则1200℃的换算运转时间h1200为h1200＝yθ×hθ/y1200。
例如，如果各温度的运转时间为1200℃下500小时，1100℃下500小时，1000℃下500小时，换算为1200℃下的运转时间如下所述。
换算运转时间h1200＝500+(0.33/0.56)×500+(0.05/0.56)×500≒840小时
此外，在所述换算运转时间达到规定的累计阈值的时刻，发出表示导体管2的更换时间的警报等维护信息。
发出维护信息的方式包括在显示器上进行警告显示、从扬声器发出警告声音、以及使LED等灯点亮或熄灭等。另外，也可以将规定的累计阈值设定为多段，根据换算运转时间，分阶段发出维护信息。此外，也可以将到体积减少极限时间为止的剩余时间作为维护信息显示在显示器上。
按照这样构成的过热水蒸气生成装置100，由于将运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，所以能够通知用户过热水蒸气生成装置100的维护时间，用户能够在过热水蒸气生成装置100的导体管2发生故障之前进行维护。
另外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，作为用于通知部8发出维护信息而计算的值，不限于所述实施方式的换算运转时间，也可以使用运转温度下的运转时间与所述运转温度下的体积减少率的积的累计值等。
另外，通知部8也可以只考虑体积减少实质上成为问题的运转温度，发出维护信息。具体地说，通知部8将运行了规定时间时的导体管2的体积减少率变成规定值(例如5％)以上的运转温度作为参数发出维护信息。例如，通知部8累计例如运行了1000小时时的导体管2的体积减少率变成例如5％以上的运转温度(在因科耐尔的情况下为1000℃)以上的运转时间，当累计值超过了规定的累计阈值时发出维护信息。
此外，通知部8在所述过热水蒸气生成部10的运转温度中，规定用于维护信息的温度范围，将包含在该温度范围内的运转温度下的运转时间，处理为所述温度范围内的最高温度下的运转时间。例如，将用于维护信息的温度范围规定为900～1000℃、1000～1100℃、1100～1200℃。此外，通知部8将900～1000℃范围内的运转时间处理为1000℃的运转时间，累计为1000℃的运转时间。同样地，将1000～1100℃范围内的运转时间处理为1100℃的运转时间，将1100～1200℃范围内的运转时间处理为1200℃的运转时间。
此外，温度控制部7也可以获得表示通知部8发出了维护信息的信号，使过热水蒸气生成部10停止运转。温度控制部7和通知部8也可以由同一计算机构成。
在所述实施方式中，发出表示导体管2的更换时间的维护信息，也可以发出表示更换与导体管2的导出口P2连接的外部配管的更换时间的维护信息。
通知部也可以使用流过导体管2的过热水蒸气的流速(流量)或过热水蒸气生成量作为用于维护信息的参数。例如，通知部根据过热水蒸气生成部的过热水蒸气生成量修正累计值，当修正后的累计值超过累计阈值时，发出维护信息。当将过热水蒸气生成量作为参数时，通知部也可以通过水蒸气量调节机构，使用测量调节量或者过热水蒸气生成量的测量部的测量值，增减运转时间。可以考虑如下的方式：当生成量比规定的过热水蒸气量多时，与其对应地增加运转时间，当生成量比规定的过热水蒸气量少时，与其对应地减少运转时间。此时，通知部使用各温度下的体积减少率和流速的关系(1200℃时，体积减少率与流速的0.8倍成比例)，修正运转时间(累计值)。
另外，通知部也可以将导体管的壁厚作为参数发出维护信息。
过热水蒸气生成部10除了感应加热方式，也可以是通电加热方式的。在该情况下，将交流电源或者直流电源与流体流过的导体管2的两端部连接，通过使交流电流或者直流电流流过导体管，来使导体管产生焦耳热。
另外，如图4所示，过热水蒸气生成装置也可以是组合感应加热方式和通电加热方式的构成。具体地说，过热水蒸气生成部10具有：感应加热方式的第一过热水蒸气生成部10A，将水蒸气流过的导体管作为次级线圈进行感应加热；以及通电加热方式的第二过热水蒸气生成部10B，对由第一过热水蒸气生成部10A生成的过热水蒸气流过的导体管进行通电加热，对过热水蒸气进行进一步加热。
第一过热水蒸气生成部10A是与所述实施方式相同的构成。另外，将第一过热水蒸气生成部10A设定为生成小于1000℃的过热水蒸气。另外，第二过热水蒸气生成部10B具有导体管11，所述导体管11直接或者通过中间配管与第一过热水蒸气生成部10A的导体管2的导出口P2连接。在导体管11上设置有多个喷出过热水蒸气的喷嘴11a。在导体管11的两端部设置有供电端子12、13，交流电源17与所述供电端子连接。通过该交流电源使电流流过导体管11，由此使导体管产生焦耳热，加热流过其内部的过热水蒸气。
在该过热水蒸气生成装置100中，由温度检测器14检测从导体管11导出的过热水蒸气的温度，将与该检测温度和目标温度的偏差对应的控制信号输入到电压控制器15(例如晶闸管)中，控制交流电源17施加的交流电压。具体地说，进行该控制的温度控制部16对由导体管11加热的过热水蒸气的温度进行反馈控制，使得过热水蒸气的温度与目标温度的偏差小于±1℃。此外，温度控制部16是具有CPU、存储器、输入输出接口等的计算机。
此外，通知部8设置在第二过热水蒸气生成部10B侧，使用表示温度检测器14的检测温度的检测温度数据或者表示由温度控制部16控制的目标温度的目标温度数据，作为运转温度数据。另外，通知部8从自身具有的计时器或者温度控制部16的计时器获得表示运转时间的运转时间数据。此外，通知部8使用这些数据，换算为1200℃下的运转时间并进行累计，当该累计值超过规定的累计阈值时，发出表示导体管11的更换时间的警报等维护信息。其它的通知部8的功能与所述实施方式相同。此外，除了图4的构成之外，也可以将通知部8设置在第一过热水蒸气生成部10A侧，与所述实施方式相同，发出表示导体管2的更换时间的维护信息。
此外，本发明并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。

Claims (8)

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包括：
感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部，加热水蒸气，生成过热水蒸气；以及
通知部，将所述过热水蒸气生成部的运转温度和在所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，
所述通知部获得表示所述过热水蒸气生成部的运转温度的运转温度数据和表示所述运转温度下的运转时间的运转时间数据，换算为规定温度下的运转时间并进行累计，并且根据所述过热水蒸气生成部的过热水蒸气生成量来修正累计值，当修正后的所述累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息。
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，
所述通知部换算为1200℃下的运转时间并进行累计。
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，
所述通知部在所述过热水蒸气生成部的运转温度中规定用于维护信息的温度范围，将包含在该温度范围内的运转温度下的运转时间作为所述温度范围内的最高温度下的运转时间进行处理。
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，
所述过热水蒸气生成部具有：
感应加热方式的第一过热水蒸气生成部，将水蒸气流过的导体管作为次级线圈进行感应加热；以及
通电加热方式的第二过热水蒸气生成部，对由所述第一过热水蒸气生成部生成的过热水蒸气流过的导体管进行通电加热，进一步加热所述过热水蒸气。
5.根据权利要求4所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，
所述通知部发出表示所述第二过热水蒸气生成部的导体管的更换时间的维护信息。
6.根据权利要求4所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，
所述第一过热水蒸气生成部生成小于1000℃的过热水蒸气，
所述第二过热水蒸气生成部生成1000℃以上的过热水蒸气。
7.一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包括：
感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成部，加热水蒸气，生成过热水蒸气；以及
通知部，将所述过热水蒸气生成部的运转温度和在所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，
所述过热水蒸气生成部具有所述过热水蒸气流过的导体管，
所述通知部发出表示所述导体管的更换时间的维护信息，
所述通知部累计在运转了规定时间时所述导体管的体积减少率成为规定值以上的运转温度下的运转时间，当累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息。
8.一种过热水蒸气生成装置的维护方法，所述过热水蒸气生成装置是加热水蒸气并生成过热水蒸气的感应加热方式或者通电加热方式的过热水蒸气生成装置，所述维护方法的特征在于，
将所述过热水蒸气生成装置的运转温度和所述运转温度下的运转时间作为参数，发出维护信息，
获得表示所述过热水蒸气生成装置的运转温度的运转温度数据和表示所述运转温度下的运转时间的运转时间数据，换算为规定温度下的运转时间并进行累计，当累计值超过规定的累计阈值时，发出所述维护信息，并且根据所述过热水蒸气生成装置的过热水蒸气生成量来修正所述累计值，当修正后的所述累计值超过所述累计阈值时，发出所述维护信息。
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