JP2022073242A - ヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電熱線が配置されたパイプ内部への空気の流入を確実に抑制又は防止することが可能なヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ヒータは、電熱線２と、電熱線２が内部に配置されたパイプ３と、パイプ３の外周部を囲むようにパイプ３の端部に設置され、内部にエポキシ樹脂１５が充填された収容部４と、収容部４においてパイプ３側とは反対側に設けられ、外部電源と接続可能な電熱線２と接続された端子部５とを備える。【選択図】図４

Description

本開示は、ヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法に関するものである。

電気集塵装置は、集塵極と放電極を備え、集塵極と放電極との間に直流高電圧が印加されることによって、コロナ放電が生じる。コロナ放電によって、電気集塵装置内を流れるガスに含まれるダストが帯電し、帯電したダストは集塵極と放電極の間の電界下でダストに作用するクーロン力の働きにより集塵極に捕集される。

電気集塵装置は、乾式電気集塵装置と湿式電気集塵装置に分類分けされる。乾式電気集塵装置は、集塵極に捕集されたダストを槌打などの衝撃力によって払い落とすものであり、湿式電気集塵装置は、水や捕集液体などの洗浄液を利用して集塵極に捕集されたダストを洗い流すものである。湿式電気集塵装置によれば、集塵極の表面が洗浄液によって濡れた状態となるため、ダストの再飛散を抑制でき、吸湿性の高いダストが集塵極に固着しづらいという利点がある。

特公昭５５－４４４３５号公報

放電極は、電気導体を介して、外部の高圧電源と接続される。電気導体は、例えば金属部品などであり、碍子によって電気集塵装置の構造体と絶縁され、かつ、碍子によって支持される。湿式電気集塵装置において、碍子は、碍子室の内部に設置された保護筒（碍子覆い）の中に設置される。保護筒は、外面側に設けられた碍子ヒータによって加熱されることで、内部の碍子が乾燥状態とされる。碍子が乾燥されることによって、水分結露などに起因する沿面放電による碍子の破損が防止される。

碍子ヒータが設置された碍子室の内部に漏水などの原因によって湿度が上昇した場合、碍子ヒータの端子部から碍子ヒータの本体内部に高湿度の空気が流入するおそれがある。碍子ヒータの内部には電熱線及び絶縁性の充填材が封入されているが、高湿度の空気が流入すると碍子ヒータの絶縁抵抗を低下させ、碍子ヒータの電源を投入できない。

碍子の破損を防止するため、保護筒の温度条件を満たす場合においてのみ放電極への電圧の印加（荷電）を許可するという運転条件が設定されるとき、碍子ヒータにおいて絶縁抵抗の低下が生じている場合、電気集塵装置を運転できないという問題が生じる。

なお、乾式電気集塵装置では、湿式電気集塵室よりも湿度が低いため、保護筒は設けられないが、碍子が乾燥状態となるように、碍子の周囲に碍子ヒータが設置される。また、乾式電気集塵装置の場合においても、碍子ヒータの本体内部への高湿度の空気の流入を防止する必要がある。

上記の特許文献１では、パイプヒータのシール方法に関する発明が開示されている。パイプの端部には、シリコンワニス、ガラスシール、シリコンゴム又はエポキシ樹脂等の耐熱性絶縁物が充填されている。しかし、絶縁物の劣化等によってパイプの長さ方向や径方向に絶縁物が収縮したり変形が生じたりすると、絶縁物がない空隙が形成されてしまい、パイプ内部に高湿度の空気が流入するおそれがある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電熱線が配置されたパイプ内部への空気の流入を確実に抑制又は防止することが可能なヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示のヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示に係るヒータは、電熱線と、前記電熱線が内部に配置されたパイプと、前記パイプの外周部を囲むように前記パイプの端部に設置され、内部に合成樹脂材が充填された収容部と、前記収容部において前記パイプ側とは反対側に設けられ、外部電源と接続可能な前記電熱線と接続された端子部とを備える。

本開示に係る電気集塵装置は、上述したヒータと、電気集塵部を構成する放電極と、前記放電極と接続される電気導体を支持し、前記ヒータが外周面に沿って設置される碍子とを備える。

本開示に係るヒータの製造方法は、電熱線の端部に端子部を接続するステップと、パイプの内部に前記電熱線を配置するステップと、前記パイプの外周部を囲むように前記パイプの端部に収容部を設置するステップと、前記収容部の内部に合成樹脂材を充填するステップと、前記収容部において前記パイプ側とは反対側に前記端子部を設けるステップとを備える。

本開示によれば、電熱線が配置されたパイプ内部への空気の流入を確実に抑制又は防止することができる。

本開示の一実施形態に係る碍子、保温外装板、保護筒、保温材及び碍子保護用ヒータを示す斜視図であり、部分的に切断して内部を示している。 本開示の一実施形態に係る碍子保護用ヒータを示す平面図である。 本開示の一実施形態に係る碍子保護用ヒータを示す正面図である。 本開示の一実施形態に係る碍子保護用ヒータの端部を示す側面図である。 本開示の一実施形態の変形例に係る碍子及び碍子保護用ヒータを示す斜視図であり、部分的に切断して内部を示している。

以下に、本開示の一実施形態に係る碍子保護用ヒータについて、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る碍子保護用ヒータ１（以下「ヒータ１」という。）は、例えば図１に示すように、湿式電気集塵装置の碍子２０の周囲を加熱する装置である。

湿式電気集塵装置は、集塵極と放電極を備える。集塵極と放電極との間に直流高電圧が印加されることによって、コロナ放電が生じる。コロナ放電によって、電気集塵装置内を流れるガスに含まれるダストが帯電し、帯電したダストは集塵極と放電極の間の電界下でダストに作用するクーロン力の働きにより集塵極に捕集される。

湿式電気集塵装置は、水や捕集液体などの洗浄液を利用して集塵極に捕集されたダストを洗い流す洗浄部を備える。洗浄部は、洗浄時において、洗浄液を集塵極に供給する。

碍子２０は、放電極に接続される電気導体２４を湿式電気集塵装置の他の構造物と絶縁し、かつ、電気導体２４を支持する。放電極は、電気導体２４を介して、外部の高圧電源と接続される。

湿式電気集塵装置では、碍子室に穴が開く等の不適合な事象によって、高湿度の空気が電気集塵装置の内部空間３０から碍子２０の周囲に流入する可能性があり、碍子２０の表面に水分結露が生じると沿面放電が生じて碍子２０が破損するおそれがある。碍子２０の破損を防止するため、湿式電気集塵装置は、碍子２０を保護する保温外装板１２、保護筒１３、保温材１４及びヒータ１が設置される。

碍子２０の外周には、図１に示すように、保温外装板１２と、保護筒１３と、保温材１４と、ヒータ１などを備える。碍子２０、保温外装板１２、保護筒１３、保温材１４及びヒータ１は、例えば湿式電気集塵装置の内部に設けられた天井材３２上に設置される。

保温外装板１２は、例えば円筒形状を有し、円筒内部に保護筒１３を収容する。保温外装板１２の内面と保護筒１３の外面との間には、保温材１４が設置される。保温材１４は、保護筒１３の外周面を囲むように、保護筒１３の外周面に沿って設けられる。

保護筒１３は、筒部の一例であり、例えば円筒形状を有し、保温外装板１２の内部に収容される。保護筒１３は、内部に碍子２０を収容する。保護筒１３の外周面にはヒータ１が設置される。

碍子２０は、例えば筒状であって、かつ、円錐台形状を有する。碍子２０の内部において、碍子２０の軸方向に対して平行に放電極と接続される電気導体２４が吊り下げられる。電気導体２４は、碍子２０の上部に置かれた支持部２２を介して碍子２０に支持される。

ヒータ１は、例えば図４に例示される電熱線２が内蔵されたパイプ３を備え、保温外装板１２の円筒内部に設置された保護筒１３の外周面に沿って設けられる。ヒータ１によって保護筒１３の内部が加熱されることで、内部に設置された碍子２０が乾燥状態とされる。碍子２０が乾燥されることによって、碍子２０表面における水分結露などに起因する沿面放電による碍子２０の破損が防止される。

ヒータ１は、図２から図４に示すように、例えば、電熱線２（図４参照）と、パイプ３と、収容部４と、端子部５などを有する。

電熱線２は、例えばニクロム線であってコイル状であり、パイプ３の内部において、パイプ３の長手方向に沿って設置される。電熱線２は、通電時に発熱する。

パイプ３は、例えば軸線に対して垂直方向に切断した断面が円形状であり、中空状部材である。パイプ３は、例えば鋼製である。パイプ３は、内部に電熱線２及び絶縁材（図示せず。）が設置される。電熱線２は、パイプ３によって保護される。絶縁材は、例えば酸化マグネシウムなどであり、耐熱性の材料であって、電熱線２に流れる電気を絶縁し、かつ、電熱線２で生じた熱をパイプ３に伝達する。

パイプ３は、保護筒１３の外周面において、周方向に沿って配置される。パイプ３の両端には、端子部５が設置される。１本のパイプ３は、保護筒１３の外周面のうち約半分を占めるように設けられ、保護筒１３を上面から見たとき（平面視したとき）、左右対称となるように２本のパイプ３が設置される。

パイプ３は、中間部分における第１折り曲げ部３ａと、収容部４や端子部５付近における第２折り曲げ部３ｂとを有する。第１折り曲げ部３ａでは、パイプ３が半円形状を有するように折り曲げられている。第２折り曲げ部３ｂでは、保護筒１３の外周面の周方向に沿って配置されたパイプ３が、保護筒１３の径方向に対して平行に延びるように折り曲げられている。パイプ３が上述した形状で折り曲げられていることによって、両端の端子部５同士が近傍に設置される。

パイプ３において保護筒１３側とは反対側の外側において、保護筒１３の周方向に沿って締付バンド（図示せず。）が設けられる。締付バンドが保護筒１３の外周面との間でパイプ３を挟み込むことによって、パイプ３が保護筒１３に対して固定される。

パイプ３の端部には、収容部４が設置される。収容部４は、パイプ３の外周部を囲むようにパイプ３の端部に設置される。収容部４は、図４に示すように、例えば中空の筒状部６と、筒状部６のパイプ３側の端部に設置される第１端板７と、筒状部６のパイプ３側とは反対側の端部に設置される第２端板８などを有する。収容部４によってパイプ３内部への空気や流体の流入が抑制又は防止される。

筒状部６は、例えば鋼製であって、円筒状の部材である。筒状部６の肉厚は例えば１ｍｍであり、軸線方向の長さが２０ｍｍである。筒状部６は、パイプ３の外径が例えば１２ｍｍである場合、内径が約２０ｍｍである。筒状部６は、筒状部６の軸心とパイプ３の軸心が一致するように、第１端板７を介してパイプ３に固定される。第１端板７は、パイプ３や筒状部６に対して、例えばろう付けによって接続される。ろう付けによれば、溶接と異なり、パイプ３や筒状部６の溶融のしすぎによる破損のおそれがない。

第１端板７には貫通孔が形成され、第１端板７の中心においてパイプ３が貫通している。したがって、パイプ３は、収容部４の一端部において収容部４の内部に挿入されている。第１端板７は例えば鋼製である。

第２端板８には貫通孔が形成され、第２端板８の中心部において端子部５を構成する端子棒９が貫通している。第２端板８は、絶縁材であり、パイプ３と端子部５との間での沿面放電を防止できるように電気的絶縁を確保する。第２端板８は、例えばアルミナ、ステアタイトなどのセラミックス製である。

収容部４の内部には、合成樹脂材が充填される。合成樹脂材は、例えばエポキシ樹脂１５である。エポキシ樹脂１５は、パイプ３の内部への高湿度の空気の流入を防止できる。また、パイプ３の端部の外周面が収容部４によって覆われていることから、収容部４における筒状部６の内面とパイプ３の外周面の間にエポキシ樹脂１５が充填されている。したがって、パイプ３の端部の内部のみにエポキシ樹脂１５が充填される場合と異なり、エポキシ樹脂１５の劣化等による空隙の発生のおそれが少なくなり、パイプ３の内部への高湿度の空気の流入を確実に防止できる。

収容部４の内部における第２端板８側においてシリコン樹脂１６が設置されている。そして、シリコン樹脂１６に接触するように第２端板８が配置される。シリコン樹脂１６は、収容部４内部やパイプ３内部への流体の流入を防止できる。

端子部５は、端子棒９を有し、電熱線２と接続されている。端子部５は、パイプ３よりも端部側に設けられる。端子部５は、外部電源と接続可能であることから、端子部５を介して電熱線２に電気が供給される。

次に、ヒータ１の製造方法について説明する。
まず、直線形状を有するパイプ３を準備又は製作する。そして、パイプ３の内部に電熱線２を通して設置する。電熱線２をパイプ３に通す前に、電熱線２の端部に端子部５を構成する端子棒９などが接続されていることが望ましい。電熱線２がパイプ３に設置された後、パイプ３の内部に酸化マグネシウムなどの絶縁材を充填する。

次に、例えば常温下での塑性加工である冷間鍛造をパイプ３に施し、パイプ３の外径及び内径を小さくする。これにより、パイプ３内部の空気が外部に排出され、充填された酸化マグネシウムなどの絶縁材の充填密度を上昇させることができる。

そして、パイプ３に対して曲げ加工を行い、パイプ３を保護筒１３の外周面に沿った形状とする。曲げ加工によって、例えば、上述した第１折り曲げ部３ａや第２折り曲げ部３ｂを有する構造とする。

その後、パイプ３の端部における端末処理を実施する。まず、電熱線２や絶縁材が設置されたパイプ３の端部に対して、ろう付けによって第１端板７を取付ける。そして、筒状部６を第１端板７に溶接によって固定する。その後、筒状部６の内部にエポキシ樹脂１５を充填し乾燥させる。さらに、筒状部６の端部側にシリコン樹脂１６を充填し乾燥させる。シリコン樹脂１６が乾燥した後、筒状部６の端部に第２端板８を接触させつつナット１７によるネジ締めを行って端子部５を形成する。

以上、本実施形態によれば、ヒータ１のパイプ３の端部が収容部４によって密封された状態とされる。そして、パイプ３の外径よりも大きい収容部４がパイプ３の外周面を覆うように設置され、収容部４の内部には合成樹脂材（例えばエポキシ樹脂１５）が充填される。また、シリコン樹脂１６や第２端板８などによってエポキシ樹脂１５が封入されることから、パイプ３端部の密閉性が高い。これにより、パイプ３の端部からの高湿度の空気の流入を抑制又は防止できる。その結果、高湿度の空気の流入によるヒータ１の絶縁抵抗の低下を防止でき、ヒータ１の電源を投入できず、碍子２０を乾燥させることができないといった不具合が生じにくくなる。また、保護筒１３の温度条件を満たす場合においてのみ放電極への電圧の印加（荷電）を許可するという運転条件が設定されるとき、ヒータ１の電源不投入による温度の低下が生じないため、電気集塵装置を運転できないという問題を生じさせない。

なお、本開示に係る碍子保護用ヒータは、湿式電気集塵装置の碍子２０の周囲を加熱する場合に限定されず、乾式電気集塵装置の碍子２０の周囲を加熱する場合にも適用できる。

図５には、乾式電気集塵装置における碍子２０及びヒータ１の配置を示す。湿式電気集塵装置の場合と異なり、碍子２０の周囲には、保温外装板１２、保護筒１３及び保温材１４が設置されない。乾式電気集塵装置において、碍子２０の周囲には、ヒータ１や反射板１８が設置される。碍子２０及びヒータ１の構成は、上述した実施形態と同様の構成であり、詳細な説明を省略する。ヒータ１の周囲には、碍子２０側と反対側の外側において、ヒータ１を囲むように反射板１８が設置される。これにより、ヒータ１によって碍子２０を効率良く加熱できる。

図５に示すように、ヒータ１は、碍子２０の外周面からほぼ一定の間隔で離隔して設置され、碍子２０の外周面に沿って設けられる。ヒータ１によって碍子２０の外周面が加熱されることで、碍子２０が乾燥状態とされる。碍子２０が乾燥されることによって、碍子２０表面における水分結露などに起因する沿面放電による碍子２０の破損が防止される。

なお、本開示に係るヒータ１は、ヒータ１を新しく製造する場合に限られず、既に電気集塵装置の保護筒１３の外周面に沿って、又は、碍子２０の外周面から離隔して周方向に設置されているヒータの端部を取り換えて改造される場合にも適用可能である。図２に示すように、本開示に係るヒータ１において収容部４や端子部５がコンパクトであるため、第２折り曲げ部３ｂから端子部５までの直線部分の長さが従来のヒータの直線部分の長さと同じとすることができる。

以上説明した実施形態に記載のヒータ、電気集塵装置及びヒータの製造方法は例えば以下のように把握される。
本開示に係るヒータ（１）は、電熱線（２）と、前記電熱線が内部に配置されたパイプ（３）と、前記パイプの外周部を囲むように前記パイプの端部に設置され、内部に合成樹脂材（１５）が充填された収容部（４）と、前記収容部において前記パイプ側とは反対側に設けられ、外部電源と接続可能な前記電熱線と接続された端子部（５）とを備える。

この構成によれば、パイプの内部に電熱線が配置されて、パイプによって電熱線が保護されており、パイプの端部には収容部が設置されて、収容部によってパイプ内部への空気や流体の流入が抑制又は防止される。収容部の内部には、合成樹脂材、例えばエポキシ樹脂が充填される。パイプの端部の外周部が収容部によって囲むように設置され、収容部に合成樹脂材が充填されているため、パイプの端部の内部のみに合成樹脂材が充填される場合と異なり、パイプの内部への高湿度の空気の流入を確実に防止できる。端子部は、電熱線と接続されており、収容部においてパイプ側とは反対側に設けられる。端子部は、外部電源と接続可能であることから、端子部を介して電熱線に電気が供給される。

本開示に係るヒータにおいて、前記収容部は、中空の筒状部（６）を有し、前記筒状部の一端部において、前記パイプが前記筒状部の内部に挿入されてもよい。

この構成によれば、中空の筒状部を有する筒状部の一端部において、パイプが筒状部の内部に挿入されている。これにより、収容部における筒状部の内面とパイプの外周面の間に合成樹脂材が充填され、パイプの内部への高湿度の空気の流入を確実に防止できる。

本開示に係るヒータにおいて、前記収容部の内部には前記合成樹脂材としてエポキシ樹脂（１５）が充填され、前記収容部の前記パイプ側とは反対側の端部においてシリコン樹脂（１６）が設置されてもよい。

この構成によれば、シリコン樹脂が、収容部のパイプ側の端部とは反対側の端部に設置され、シリコン樹脂によって、収容部内部やパイプ内部への流体の流入を防止できる。また、合成樹脂材としてエポキシ樹脂が収容部の内部に充填され、エポキシ樹脂によって、パイプの内部への高湿度の空気の流入を防止できる。

本開示に係る電気集塵装置は、上述したヒータと、電気集塵部を構成する放電極と、前記放電極と接続される電気導体（２４）を支持し、前記ヒータが外周面に沿って設置される碍子（２０）とを備える。

この構成によれば、碍子が電気導体を支持しており、電気導体は、電気集塵部を構成する放電極と接続される。碍子の外周面に沿って設置されたヒータによって碍子が加熱されることで、碍子が乾燥状態とされる。

本開示に係るヒータの製造方法は、電熱線の端部に端子部を接続するステップと、パイプの内部に前記電熱線を配置するステップと、前記パイプの外周部を囲むように前記パイプの端部に収容部を設置するステップと、前記収容部の内部に合成樹脂材を充填するステップと、前記収容部において前記パイプ側とは反対側に前記端子部を設けるステップとを備える。

この構成によれば、パイプの内部に電熱線が配置されて、パイプによって電熱線が保護されており、パイプの端部には収容部が設置されて、収容部によってパイプ内部への空気や流体の流入が抑制又は防止される。収容部の内部には、合成樹脂材、例えばエポキシ樹脂が充填される。パイプの端部の外周部が収容部によって囲むように設置され、収容部に合成樹脂材が充填されているため、パイプの端部の内部のみに合成樹脂材が充填される場合と異なり、パイプの内部への高湿度の空気の流入を確実に防止できる。端子部は、電熱線と接続されており、収容部においてパイプ側とは反対側に設けられる。端子部は、外部電源と接続可能であることから、端子部を介して電熱線に電気が供給される。

１ ：碍子保護用ヒータ（ヒータ）
２ ：電熱線
３ ：パイプ
３ａ ：第１折り曲げ部
３ｂ ：第２折り曲げ部
４ ：収容部
５ ：端子部
６ ：筒状部
７ ：第１端板
８ ：第２端板
９ ：端子棒
１２ ：保温外装板
１３ ：保護筒（筒部）
１４ ：保温材
１５ ：エポキシ樹脂
１６ ：シリコン樹脂
１７ ：ナット
１８ ：反射板
２０ ：碍子
２２ ：支持部
２４ ：電気導体
３０ ：内部空間
３２ ：天井材

Claims (5)

1. 電熱線と、
   前記電熱線が内部に配置されたパイプと、
   前記パイプの外周部を囲むように前記パイプの端部に設置され、内部に合成樹脂材が充填された収容部と、
   前記収容部において前記パイプ側とは反対側に設けられ、外部電源と接続可能な前記電熱線と接続された端子部と、
   を備えるヒータ。
2. 前記収容部は、中空の筒状部を有し、
   前記筒状部の一端部において、前記パイプが前記筒状部の内部に挿入されている請求項１に記載のヒータ。
3. 前記収容部の内部には前記合成樹脂材としてエポキシ樹脂が充填され、
   前記収容部の前記パイプ側とは反対側の端部においてシリコン樹脂が設置されている請求項１又は２に記載のヒータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のヒータと、
   電気集塵部を構成する放電極と、
   前記放電極と接続される電気導体を支持し、前記ヒータが外周面に沿って設置される碍子と、
   を備える電気集塵装置。
5. 電熱線の端部に端子部を接続するステップと、
   パイプの内部に前記電熱線を配置するステップと、
   前記パイプの外周部を囲むように、前記パイプの端部に収容部を設置するステップと、
   前記収容部の内部に合成樹脂材を充填するステップと、
   前記収容部において前記パイプ側とは反対側に前記端子部を設けるステップと、
   を備えるヒータの製造方法。
   

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