CN110887034B

CN110887034B - 过热水蒸气生成装置

Info

Publication number: CN110887034B
Application number: CN201910773620.1A
Authority: CN
Inventors: 外村徹; 藤本泰広
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: EP3623701B9; TWI822843B; EP3623701A1; EP3623701B1; US20200080719A1; JP2020042977A; TW202024533A; JP7100887B2; US11333351B2; CN210921360U; CN110887034A; KR20200029988A

Abstract

本发明提供过热水蒸气生成装置。过热水蒸气生成装置(100)抑制导体管的导出口处的热劣化来防止导体管的寿命下降，使螺旋状卷绕的圆筒状的导体管(2)在轴向短路，利用设置在导体管(2)的内侧和/或外侧的磁通产生机构(3)进行感应加热，对流过导体管(2)的水蒸气进行加热而生成过热水蒸气，导体管(2)的导出口(P2)设置在导体管(2)的轴向中央部。

Description

过热水蒸气生成装置

技术领域

本发明涉及一种过热水蒸气生成装置。

背景技术

以往，过热水蒸气生成装置如专利文献1所示，在螺旋状卷绕的圆筒状的导体管的内侧或外侧设置磁通产生机构，通过利用该磁通产生机构对导体管进行感应加热，从而对流过导体管的水蒸气进行加热而生成过热水蒸气。导体管形成为彼此相邻的卷绕部分电连接，整体是一匝的次级线圈。此外，导体管在轴向一端部设置有导入水蒸气的导入口，并且在轴向另一端部设置有导出过热水蒸气的导出口。

但是，如果对该导体管进行感应加热，则如图9所示，设置于轴向一端部的导入口附近和设置于轴向另一端部的导出口附近的电流密度变大。由此，导入口附近和导出口附近的温度与其他部分相比升高。即，导入口附近和导出口附近被局部加热。在如此被加热的导体管中，如果从导入口导入水蒸气并从导出口导出加热的过热水蒸气，则由于过热水蒸气为高温，所以存在如下问题：导出口附近的局部加热部分成为更高的温度，该部分发生热劣化而使导体管的寿命变短。

专利文献1：日本专利公开公报特开2012-163230号

发明内容

因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的主要课题在于抑制导体管的导出口处的热劣化来防止导体管的寿命下降。

即，本发明提供一种过热水蒸气生成装置，使螺旋状卷绕的圆筒状的导体管在轴向短路，利用设置在所述导体管的内侧和/或外侧的磁通产生机构进行感应加热，对流过所述导体管的水蒸气进行加热而生成过热水蒸气，其中，所述导体管的导出口设置在所述导体管的轴向中央部。另外，在本发明中，轴向中央部只要是除了导体管的轴向两端部以外的部分即可，并且只要比导体管的轴向最外侧的卷绕部分更靠内侧即可。

按照这种结构，在被感应加热的圆筒状的导体管中，该导出口设置在导体管的轴向中央部，因此能够使导出口的位置离开利用感应加热而被局部加热的两端部分，能够抑制被局部加热的两端部分由过热水蒸气进一步加热而产生的热劣化。其结果，能够防止导体管的寿命下降。

在圆筒状的导体管中，轴向两端部被局部加热，但是通过从被局部加热的部分或其附近导入加热前的水蒸气，从而能够将轴向两端部的温度保持为低温。因此，优选的是，所述导体管的导入口设置在所述导体管的轴向两端部。

作为导体管的具体实施方式，优选的是，所述导体管在轴向中央部被分割成两个导体管部件，所述导入口设置在各导体管部件的轴向外侧端部，所述导出口设置在各导体管部件的轴向内侧端部。

按照这种结构，通过在轴向配置螺旋状卷绕的两个导体管部件，从而可以构成圆筒状的导体管，并且可以将导入口和导出口设置在所希望的位置。

优选的是，所述各导体管部件的彼此相邻的卷绕部分电连接，并且所述两个导体管部件的彼此相邻的相对部分电连接，所述导体管整体构成短路电路。

按照这种结构，能够将各导体管部件的电位抑制为较低，防止发生事故。

优选的是，利用跨越整个周向具有导电性的第一接合部件，来接合所述两个导体管部件的相对部分中的除了所述导出口以外的部分。

按照这种结构，能够使各导体管部件中流动的电流在周向上均匀化，能够降低局部加热。此外，如果两个导体管部件的长度等结构大体相同，则由第一接合部件接合的相对部分成为相似温度，能够降低热伸长差异等的机械应力，从而能够抑制导体管的劣化。

优选的是，以管直径的两倍的曲率半径弯曲各导体管部件的轴向内侧端部而形成所述各导体管部件的导出口。

按照这种结构，以不会将管大幅压扁的极限曲率(最小弯曲半径)亦即管直径的两倍的曲率半径进行弯曲来形成导出口，因此能够接近配置两个导出口，能够尽量减小两个导体管部件之间的间隙。其结果，能够减少电流密度的局部增加来降低局部加热。

在利用从各导出口导出的过热水蒸气的情况下，为了使外部配管的布局简单，优选的是，所述两个导体管部件的导出口设置成彼此接触或接近。

优选的是，由具有导电性的第二接合部件来接合两个所述导出口。如果以上述方式接合两个导出口来进行电短路，则电流在接合部分迂回流动，所以能够抑制电流密度的局部增加。即，能够降低局部加热。

由第二接合部件形成的接合部分用于构成短路电路并使电流流动。即，通过由第二接合部件进行接合，从而能够降低流入与设置有导出口的卷绕部分相邻的卷绕部分的电流。由于接合部分中流动的电流值与导体管中流动的电流值相同，所以通过使所述第二接合部件的通电方向合计截面积大于所述导体管的导体部截面积，从而能够确保接近未分割状态的短路电流值。此外，由于使所述第二接合部件与所述导体管为相同材质或具有大体同等物理性质，所以能够确保低于导体管的电阻，并且能够使热伸长等机械特性也为同等机械特性。

如果在轴向分割磁通产生机构的感应线圈，则成为在感应线圈的轴向端部被局部加热的主要原因。因此，优选的是，所述磁通产生机构中的至少一个磁通产生机构设置在与引出所述导出口的引出侧相反侧，该磁通产生机构在轴向未被分割而呈一体结构。

按照这种结构，能够降低与引出导出口的引出侧相反侧的局部加热。

按照如此构成的本发明，能够抑制导体管的导出口处的热劣化来防止导体管的寿命下降。

附图说明

图1是示意性表示本发明一种实施方式的过热水蒸气生成装置的结构的立体图。

图2是示意性表示同一实施方式的过热水蒸气生成装置的结构的剖视图。

图3是示意性表示同一实施方式的导体管的结构的立体图。

图4是示意性表示同一实施方式的导体管的结构的俯视图。

图5是示意性表示同一实施方式的导体管的结构的主视图。

图6是表示同一实施方式的各导体管部件分离的状态的立体图。

图7是表示同一实施方式的导出口和第二接合部件的立体图。

图8是表示同一实施方式的导体管的电流密度分布的模拟结果。

图9是表示以往的导体管的电流密度分布的模拟结果。

附图标记说明

100 过热水蒸气生成装置

2 导体管

3 磁通产生机构

P1 导入口

P2 导出口

21、22 导体管部件

21a、22a 轴向外侧端部

21b、22b 轴向内侧端部

23 接合部件

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的过热水蒸气生成装置的一种实施方式进行说明。

<1.装置结构>

本实施方式的过热水蒸气生成装置100对在外部生成的水蒸气进行加热，生成超过100℃(200℃～2000℃)的过热水蒸气。

具体地说，如图1和图2所示，过热水蒸气生成装置100包括螺旋状卷绕的导体管2和对该导体管2进行感应加热的磁通产生机构3。

通过将具有导电性的管螺旋状卷绕而将导体管2形成为圆筒状，并且导体管2在轴向短路，导体管2具有导入水蒸气的导入口P1和导出过热水蒸气的导出口P2。此外，导体管2的相当于一圈的卷绕部分彼此接触或接近。导体管2的材质例如能够使用奥氏体不锈钢或铬镍铁合金。另外，将在后面说明导体管2的详细结构。

磁通产生机构3设置在导体管2的内侧和外侧，对导体管2进行感应加热，并且具有沿着导体管2的内面和侧面设置的感应线圈31。另外，磁通产生机构3可以具有未图示的铁芯等磁路形成构件。利用工频(50Hz或60Hz)的交流电源向感应线圈31施加交流电压。

在如此构成的过热水蒸气生成装置100中，通过向感应线圈31施加50Hz或60Hz的交流电压，从而在导体管2中流动感应电流，导体管2进行焦耳发热。并且，流过导体管2的水蒸气从导体管2的内面接受热量而被加热，生成过热水蒸气。

并且，在本实施方式的过热水蒸气生成装置100中，如图1～图5所示，导体管2的导入口P1设置在导体管2的轴向两端部，并且导体管2的导出口P2设置在导体管2的轴向中央部。本实施方式的导出口P2设置于将导体管2在轴向两等分的位置，但是并不限定于此。

具体地说，如图3～图5所示，导体管2在轴向中央部被分割为两个导体管部件21、22。并且，在各导体管部件21、22的轴向外侧端部21a、22a设置有导入口P1，在各导体管部件21、22的轴向内侧端部21b、22b设置有导出口P2。通过在轴向连续配置上述两个导体管部件21、22，从而导体管2的导入口P1设置在导体管2的轴向两端部，并且导体管2的导出口P2设置在导体管2的轴向中央部。

例如通过焊接将各导体管部件21、22的彼此相邻的卷绕部分电连接，并且将两个导体管部件的彼此相邻的相对部分电连接，导体管整体构成短路电路。由此，导体管2成为一匝的次级线圈。另外，本实施方式的各导体管部件21、22的卷绕数彼此相同，但是并不限定于此。

在此，利用跨越整个周向具有导电性的第一接合部件(未图示)，来接合两个导体管部件21、22的相对部分中的除了导出口P2以外的部分。可以利用焊接形成该第一接合部件。

在本实施方式中，如图4所示，通过以管直径的两倍的曲率半径弯曲各导体管部件21、22的轴向内侧端部21b、22b，而形成各导体管部件21、22的导出口P2。在此，通过将各导体管部件21、22的卷绕部分向径向外侧弯折，而形成导出口P2。

一方的导体管部件21的轴向内侧端部21b和另一方的导体管部件22的轴向内侧端部22b构成为在周向上彼此接近，两个导体管部件21、22的导出口P2设置成彼此接触或接近。

如图7所示，利用具有导电性的第二接合部件23，将上述两个导出口P2彼此电接合。在本实施方式中，以填充两个导出口P2之间形成的空间的方式，利用第二接合部件23进行接合。第二接合部件23与导体管2为相同材质或具有大体同等物理性质。此外，第二接合部件23的通电方向合计截面积2a大于导体管2的导体部截面积S(2a>S)。在此，通电方向合计截面积2a是第二接合部件23在与两个导出口P2的相对方向正交的方向的截面积。另外，在第二接合部件23仅设置于导出口P2的上下任意一方的情况下，通电方向合计截面积为a。

如图1和图2所示，磁通产生机构3相对于如此构成的导体管2设置在导体管2的内侧和外侧。设置在导体管2外侧(引出导出口P2的引出侧)的磁通产生机构3x在轴向被分割而分别设置在导出口P2的上侧和下侧。此外，设置在导体管2内侧(与引出导出口P2的引出侧相反侧)的磁通产生机构3y在轴向未被分割而呈一体结构。

接着，图8表示对本实施方式的导体管2进行感应加热时的电流密度分布的模拟结果。在图8中，(a)是以往结构的导体管的模拟结果。(b)是将导体管2分割成两部分时的模拟结果。(c)是本实施方式的导体管2的模拟结果。

可知在(a)～(c)的任意一个中，都是电流密度在轴向两端部X1、X2的开口附近较大。可知在(b)中，在隔着分割部分的间隙的上下卷绕部分X3，电流密度变大。另一方面，可知在(c)中，通过从轴向中央部引出导出口X4并使它们短路，从而降低了该导出口X4处的电流密度和导出口X4附近的电流密度。

<2.本实施方式的效果>

按照如此构成的过热水蒸气生成装置100，在被感应加热的圆筒状的导体管2中，由于该导出口P2设置在导体管2的轴向中央部，所以能够使导出口P2的位置离开利用感应加热而被局部加热的两端部分，能够抑制被局部加热的两端部分由过热水蒸气进一步加热而产生的热劣化。此外，由于形成有导出口P2的卷绕部分与相邻的卷绕部分连接，所以通过将导出口P2的热量向相邻的卷绕部分分散，从而也可以抑制热劣化。其结果，能够防止导体管2的寿命下降。

在本实施方式中，由于导体管2的导入口P1设置在导体管2的轴向两端部，所以能够利用加热前的水蒸气将被局部加热的轴向两端部保持为低温。

在本实施方式中，通过将导体管2形成为在轴向配置两个导体管部件21、22，从而形成导入口P1和导出口P2，因此能够简化结构，并且能够将导入口和导出口设置在所希望的位置。

本实施方式中，由第一接合部件跨越整个周向接合两个导体管部件21、22的相对部分中的除了导出口P2以外的部分，因此能够使各导体管部件21、22中流动的电流在周向上均匀化，能够减少局部加热。此外，由于两个导体管部件的长度等结构大体相同，所以由第一接合部件接合的相对部分为相似温度，能够降低热伸长差异等的机械应力，抑制导体管的劣化。

通过以管直径的两倍的曲率半径使各导体管部件21、22的轴向内侧端部21b、22b弯曲，而形成各导体管部件21、22的导出口P2，因此能够接近配置两个导出口，能够尽量减小两个导体管部件21、22之间的间隙。其结果，能够减少电流密度的局部增加来降低局部加热。

此外，由于利用第二接合部件23接合两个导出口P2，所以短路电流在接合部分迂回流动，因此能够抑制电流密度的局部增加。即，能够降低局部加热。此时，通过使第二接合部件23的通电方向合计截面积2a大于导体管2的导体部截面积S，从而能够确保接近未分割状态的短路电流值。此外，由于第二接合部件23与导体管2为相同材质或具有大体同等物理性质，所以能够确保低于导体管2的电阻，并且能够使热伸长等机械特性也为同等机械特性。

由于设置在导体管2内侧的磁通产生机构3y在轴向未被分割而呈一体结构，所以能够降低导体管2内侧的局部加热。

<3.本发明的变形实施方式>

另外，本发明并不限定于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，导体管2由两个导体管部件21、22构成，但是也可以由三个以上的导体管部件构成。

此外，在所述实施方式中，通过分割导体管2来形成导出口P2，但是也可以不分割导体管2，而是在导体管2的中央部的侧壁形成开口，通过使成为导出口P2的导出管与该开口连接来形成导出口。

在所述实施方式中，向径向外侧引出导出口，但是也可以构成为向径向内侧引出导出口。在这种情况下，设置在导体管内侧的磁通产生机构形成为在轴向被分割的结构，设置在导体管外侧的磁通产生机构在轴向未被分割而呈一体结构。

此外，本发明并不限定于所述实施方式，当然能够在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims

1.一种过热水蒸气生成装置，使螺旋状卷绕的圆筒状的导体管在轴向短路，利用设置在所述导体管的内侧和/或外侧的磁通产生机构进行感应加热，对流过所述导体管的水蒸气进行加热而生成过热水蒸气，

所述过热水蒸气生成装置的特征在于，

所述导体管的导出口设置在所述导体管的轴向中央部。

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，所述导体管的导入口设置在所述导体管的轴向两端部。

3.根据权利要求2所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述导体管在轴向中央部被分割成两个导体管部件，所述导入口设置在各导体管部件的轴向外侧端部，所述导出口设置在各导体管部件的轴向内侧端部。

4.根据权利要求3所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述各导体管部件的彼此相邻的卷绕部分电连接，并且所述两个导体管部件的彼此相邻的相对部分电连接，所述导体管整体构成短路电路。

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，利用跨越整个周向具有导电性的第一接合部件，来接合所述两个导体管部件的相对部分中的除了所述导出口以外的部分。

6.根据权利要求3所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，以管直径的两倍的曲率半径弯曲各导体管部件的轴向内侧端部而形成所述各导体管部件的导出口。

7.根据权利要求3所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述两个导体管部件的导出口设置成彼此接触或接近。

8.根据权利要求3所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，由具有导电性的第二接合部件来接合两个所述导出口。

9.根据权利要求8所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述第二接合部件与所述导体管为相同材质或具有大体同等物理性质，所述第二接合部件的通电方向合计截面积大于所述导体管的导体部截面积。

10.根据权利要求1所述的过热水蒸气生成装置，其特征在于，所述磁通产生机构中的至少一个磁通产生机构设置在与引出所述导出口的引出侧相反侧，该磁通产生机构在轴向未被分割而呈一体结构。