JP3590010B2 - 管内周面加熱用誘導子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラーやコンデンサー等の伝熱用の管を管板から抜き取るために、その管を内面側から加熱するのに用いる管内周面加熱用誘導子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ボイラーやコンデンサー等の管の取り替えに当たって、既設の管を管板から抜き取るために、管の管板に挿入、固定されている部分を加熱して弛緩させることが行われており、その加熱手段として、管内に挿入して管を誘導加熱する誘導子が知られている（例えば、特開平４−２２０９４号公報，特開平５−３３７７５０号公報参照）。因みに、この弛緩は、管板に先んじて加熱されて熱膨張しようとした管が、未だ加熱されておらず熱膨張していない管板の拘束を受けて径の拡大が阻止され、その代わりに圧縮降伏変形して外径／肉厚比が減少する結果、冷却後の外径が元の外径より小さくなって管板との間にクリアランスを生じるという機構によるものである。すなわち、上記加熱は、管板に熱が伝わらない内に管のみを赤熱させるような急速加熱（例えば、昇温速度が１００°Ｃ／秒）でなくてはならない。これらの誘導加熱に用いられる従来の誘導子１は、図４に示すように、銅管等の導電性のパイプ２をらせん状に巻いて成るソレノイドコイル２ａと、その一端から給電用の端子（図示せず）に延びる渡り導体２ｂと、ソレノイドコイル２ａの他端からソレノイドコイル２ａ内を通って給電用の端子（図示せず）に延びる渡り導体２ｃを備えている。また、図５に示すように、ソレノイドコイル２ａ内に磁心３を配置したものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
管の内面側に誘導子を配して行う誘導加熱は、管体への磁束集中度が低く、管の外面側に誘導子を配して行う誘導加熱と比べて加熱能率が大幅に低い。ついては、上記抜管目的の加熱のように急速加熱を要するケースでは、管体への電磁誘導作用を高めるための磁心の配備が実質上不可欠であり、図５に示すような形で磁心を配備することになる。
【０００４】
ところが、前記抜管の対象となる伝熱管は小径であって、内面側には、内径２０〜６０ｍｍ程度の狭いスペースしかないことが多い。また、ソレノイドコイルを構成する銅管の外径は、管の中空部を冷却水路とする関係から、通常は、２ｍｍ以上である。
【０００５】
そして、上記寸法制約の下、次のような問題が生じる。その１は、ソレノイドコイル２ａと渡り導体２ｃが接触して短絡するリスクが増すことである。上記短絡は、数百アンペアの大電流が流れるコイル内での出来事であるから、断じて回避する必要があり、通常レベルを超えた高信頼性の絶縁被覆施工を、ひいては多大なコストを要することになる。
【０００６】
その２は、図５に示したように、磁心３をソレノイドコイル２ａに対して偏心配置せざるを得なくなることである。磁心の偏心配置は、加熱温度の管周方向不均一→前記圧縮降伏変形量の管周方向不均等→管断面の楕円化を伴った弛緩、という因果関係を以て、管周方向の特定方位でのクリアランス不足につながり、抜管作業を順調に進めにくくなる。
【０００７】
その３は、磁心３の断面積がソレノイドコイル２ａ内スペースの１／２程度以下となってしまうことである。誘導加熱時には磁心もかなり昇温して飽和磁束密度が常温値の数分の１に低下していて磁束が飽和していることが多く、ついては、磁心断面積の大小がそのまま誘導作用向上効果の大小に反映される傾向にあり、磁心断面積が小さければ前記好適昇温速度の確保が容易でなくなる。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、コイル内での短絡のリスクが小さく、また、管板に固定されている管を内面側から周方向に均一に且つ急速に誘導加熱することを可能とする管内周面加熱用誘導子を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の管内周面加熱用誘導子は、管板に挿入、固定されている管を抜き取るために該管の管板に挿入、固定されている部分内に挿入して該部分を加熱するための管内周面加熱用誘導子であって、ソレノイドコイルとその内側に配した磁心とを有し、その磁心の形状を筒形にして、前記ソレノイドコイルの一方の端部への給電を筒形の磁心の中空部に挿配した渡り導体を通じて行うように構成し、更に前記磁心として、体積固有抵抗が１０³ 〜１０⁷ Ω・ｃｍの強磁性体製の磁心を用いて前記ソレノイドコイルと前記渡り導体の間の短絡リスクを回避する構成としたことを特徴とする。
【００１０】
上記本発明誘導子にあっては、筒形磁心の中空部に渡り導体を挿配する構成としたことにより、以下の作用効果を奏する。
（１）渡り導体のソレノイドコイルとの短絡のリスクを回避できる。
本発明で用いている磁心の体積固有抵抗は１０ ³ 〜１０ ⁷ Ω・ｃｍであり、コイルを構成する銅系金属の体積固有抵抗の１０^-6Ω・ｃｍのオーダーと比べて、少なくとも１０ ⁹ 倍の値である。ついては、ソレノイドコイルと渡り導体が上記磁心を介して間接接触したときの短絡電流は、幾何学的な形状・寸法によって定まる幾何学ファクターにおいては磁心の方がコイルよりも１０倍電流が流れやすいと見なし且つ使用時の磁心の昇温によって体積固有抵抗が常温値の１００分の１になると見なしても、ソレノイドコイルと渡り導体が直接接触したときの１０ ⁶ 分の１程度に留まる筈である。すなわち、直接接触時の短絡電流が数百アンペアであるとすれば、磁心を介して間接接触した際の短絡電流は、数百マイクロアンペアに過ぎないこととなって、前記短絡のリスク（発熱損傷、スパーク損傷など）が実質的に避けられる。
（２）磁心をコイルに対して同心配置して、管体を周方向均等に加熱できるようになり、この誘導子を抜管に利用することで管の断面形状の歪を伴わない弛緩態様が実現される。
（３）磁心の断面積をコイル内スペースの９割程度まで拡大でき、更には、磁心の内外面がそれぞれソレノイドコイルと渡り導体とに全面的に対面することとなり、ソレノイドコイルを通水冷却すれば冷却効果が磁心にも及んで、飽和磁束密度が高位に維持されるため、この磁心断面積増と飽和磁束密度の高位維持とが相まって前記誘導作用向上効果が最大限に引き出される。その結果、前記好適昇温速度を、容易に且つ最小限の電力を以て確保できる。
かくして、本発明により前記課題が解決された。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面の実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導子１０を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は概略端面図、図２はその誘導子１０を管１３内に挿入して使用する状態を示す概略断面図である。誘導子１０は、導体１１をらせん状に巻いて構成したソレノイドコイル１１ａと、そのソレノイドコイル１１ａの一端から給電用の端子（図示せず）に延びる渡り導体１１ｂと、ソレノイドコイル１１ａの他端からソレノイドコイル１１ａ内を通って給電用の端子（図示せず）に延びる渡り導体１１ｃと、ソレノイドコイル１１ａの内側に配した強磁性体製の磁心１２とを有している。この構成の誘導子１０は、例えば、図２に示すように、加熱すべき管１３内に挿入し、ソレノイドコイル１１ａに通電することで、ソレノイドコイル１１ａの外側にも磁界を生じさせ、管１３を内面側から誘導加熱することができる。
【００１２】
ここで、上記誘導子１０に設ける磁心１２は、中空の筒形に形成され、ソレノイドコイル１１ａ内に同心状に配置され、渡り導体１１ｃはその磁心１２の中央部に挿配されている。ソレノイドコイル１１ａの内側に配した磁心１２は、磁束を集中させて誘導加熱作用を高めるのみならず、内側に挿配された渡り導体１１ｃとソレノイドコイル１１ａとの短絡を防止するために設けたものであり、このため、磁心１２は強磁性を備えるのみならず、適度に大きい体積固有抵抗を備えた材料で構成している。磁心１２の具体的な態様としては、フェライトなどの強磁性体の粉末を耐熱バインダで成形したものを例示できる。磁心の体積固有抵抗は、１０³ 〜１０⁷ Ω・ｃｍの範囲内としている。これは、磁心の体積固有抵抗が１０³ Ω・ｃｍ以上であれば、コイル内の直接短絡電流が数百アンペアのとき、磁心を介した間接短絡電流は数百マイクロアンペア以下となり（［００１０］参照）、短絡のリスクが実質的に皆無となるからである。よって、調達の容易な１０⁷ Ω・ｃｍまでの範囲で所望の磁気特性等を有するものを選定する。この磁心１２の長さは、通常はソレノイドコイル１１ａとほぼ同じ長さとするが、必要に応じ、長さをソレノイドコイル１１ａとは異ならせてもよい。
【００１３】
上記したように、筒型の磁心１２は、ソレノイドコイル１１ａ内に同心状に配置され、その磁心１２の中央部に渡り導体１１ｃを挿配している。この構成により、磁心１２の外径をソレノイドコイル１１ａの内径に近い値まで大きくでき、磁心１２の内径を渡り導体１１ｃを挿配可能な範囲で小さくすることで、磁心１２の断面積を極めて大きくすることができる。このように、磁心１２の断面積を大きくすることで、ソレノイドコイル１１ａ内の磁心１２で集束される磁束量をきわめて多くでき、それに伴ってソレノイドコイル１１ａの外側に生じる磁界の強さもきわめて大きくできる。また、磁心１２をソレノイドコイル１１ａ内に同心配置することで、周方向の磁界強さを均一とできる。このため、この誘導子１０を管１３などの加熱すべき管内に挿入して加熱することで、管内周面を周方向に均一に急速加熱することができる。従って、誘導子１０を抜管のための管加熱に利用することで、管を周方向に均一に急速加速して、断面形状の歪を伴わない弛緩態様を実現できる。
【００１４】
ソレノイドコイル１１ａ及び渡り導体１１ｂ，１１ｃに関して、少なくともソレノイドコイル１１ａを構成する導体にアルミナ溶射等による絶縁被覆を施すことが好ましい。このような絶縁被覆を施しておくと、誘導子１０を加熱すべき管内に挿入して通電した時に、ソレノイドコイル１１ａが管内面に接触しても短絡することがなく、安全である。なお、絶縁被覆は、ソレノイドコイル１１ａの外面側の、加熱すべき管内面に接触する恐れのある領域のみに形成してもよいが、その他の領域及びソレノイドコイル１１ａ内に挿配する渡り導体１１ｃにも形成しておくと、磁心１２を介したソレノイドコイル１１ａと渡り導体１１ｃの導通を確実に遮断できる利点が得られる。
【００１５】
なお、図１に示す実施形態では、ソレノイドコイル１１ａの外側にはなんら部品を設けていないが、図３に示すように、そのソレノイドコイル１１ａの外側に、管内周面との間隔を均等にするための絶縁材製のスペーサ１４を配する構成としてもよい。このようなスペーサ１４設けておくと、誘導子１０を管内に挿入する際に、ソレノイドコイル１１ａの管内周面に対する同心配置が容易に行える。ここで用いるスペーサ１４として、図面に示す実施形態では、３本の棒材を用いているが、スペーサ１４の形態はこれに限らず、適宜変更可能であり、例えば、ソレノイドコイル１１ａを構成する導体の複数カ所に一定厚さのリング材を取り付け、スペーサとする等の変更を加えても良い。上記スペーサは、ソレノイドコイルの管内面との接触を防いで絶縁を更に確実なものとする効果をももたらす。
【００１６】
誘導子１０の代表的な使用例としては、ボイラーやコンデンサー等の管を管板から抜き取るために、その管内周面を加熱して管肉全体を加熱する例を挙げることができる。
【００１７】
誘導子１０のソレノイドコイル１１ａの長さ及び外径は、加熱すべき管内周面のサイズに応じて適宜設定すればよい。ソレノイドコイル１１ａのらせんのピッチｐは管内周面の加熱温度の均一性に多大な影響を与える。すなわち、ソレノイドコイル１１ａによって管内周面を加熱する場合、ソレノイドコイル１１ａを構成する導体１１に近接した領域の発熱量が大きくなる傾向がある。このため、らせんのピッチｐをあまり大きくすると、管内周面がらせん状に加熱され、管の軸線方向に大きい温度むらが生じる恐れがある。そこで、これを避けるには、らせんのピッチｐを或る程度以下に小さくすることが必要となる。一方、らせんのピッチｐをあまり小さくすると、ターン数が多くなって使用導体の長さが長くなり、しかも、ピッチｐをあまり小さくしても加熱の均一性はさほど向上しなくなる。従って、らせんのピッチｐは、これらを考慮して設定すればよい。本発明者等が、ボイラーやコンデンサー等の管板から内径２０〜６０ｍｍの伝熱管を抜き取るための加熱に誘導子１０を使用する場合について確認したところ、らせんのピッチｐを、管の肉厚の１〜２．５倍の寸法に設定することで、管の抜き取りに必要なレベルの均一加熱を行うことができた。従って、ソレノイドコイルのピッチｐを管の肉厚の１〜２．５倍の寸法に設定することが好ましい。
【００１８】
ソレノイドコイル１１ａのらせんのピッチｐは、コイル全長に亘って一定としてもよいが、ソレノイドコイル１１ａの端部については、管肉厚基準で設定したコイル中央部のピッチの０．５〜０．９倍に設定することが好ましい。このように端部のピッチｐを中央部よりも小さく設定すると、端部の入熱密度が大となって、管内周面への投入熱量を中央部に比べて多くすることができる。一般に、有限長さのソレノイドコイル１１ａで管内周面を加熱した場合、その加熱領域の両端では放熱が中央部に比べて多いため、加熱領域の両端の温度が中央部に比べて低くなる傾向があるので、上記したように、端部の入熱密度を中央部より大とすることで、軸線方向の加熱の均一化を図ることができる。
【００１９】
ソレノイドコイル１１ａに用いる導体１１は、導電性を備えたものであれば任意であるが、銅管等の金属管を用いることが好ましい。金属管を用いると、その中空部を、冷却水等の冷却媒体を流す冷却水路とすることができ、ソレノイドコイル１１ａの冷却を容易に行うことができる。また、ソレノイドコイル１１ａを水冷することで、磁心１２の昇温を抑制することもでき、これによって、磁心１２の飽和磁束密度の低下を抑制して誘導加熱を効率よく行うことができる。
【００２０】
ソレノイドコイル１１ａに金属管を用いる場合、その金属管の外径は、容易に入手可能なサイズのもので、且つ加熱すべき管内に挿入可能な外径のソレノイドコイル１１ａを形成するのに適したものとすればよい。具体的には、ボイラーやコンデンサー等の管を加熱するために用いる誘導子１０では、ソレノイドコイル１１ａを構成する金属管の外径を２〜８ｍｍ程度に設定すれば、ボイラーやコンデンサー等に使用しているほとんどのサイズの管に適応しうるソレノイドコイル１１ａを形成できる。また、その際のソレノイドコイル１１ａにおけるコイルのピッチｐは、３〜１２ｍｍ程度に設定することで、ボイラーやコンデンサー等に使用しているほとんどのサイズの管を良好に加熱しうる。
【００２１】
ソレノイドコイル１１ａを金属管で構成した場合、ぞれに接続する渡り導体１１ｂ，１１ｃにも銅管等の金属管を用い、その金属管の中空部をソレノイドコイル１１ａを構成する金属管の中空部と連通させて、連通した中空部を冷却水路とすることが好ましい（渡り導体の水冷も磁心の昇温抑制に有用である）。この構成とすることで、渡り導体にソレノイドコイル１１ａへの冷却水の供給、排出経路を兼ねさせて、簡単な構造とすることができる。また、ソレノイドコイル１１ａ及び渡り導体１１ｂ，１１ｃを共に金属管で構成する場合、ぞれぞれ別個の金属管を用い、ろう等で接続する構成としてもよいが、それに代えて、ソレノイドコイル１１ａ及び渡り導体１１ｂ，１１ｃをひと続きの金属管を以て構成することが好ましい。この構成とすることで、接続作業が不要で且つ接続部がないため接続部の損傷等の問題が生じない等の利点が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、ソレノイドコイル内に配する磁心を筒形とし、その筒形の中空部に渡り導体を挿配すると共に磁心の体積固有抵抗を１０ ³ 〜１０ ⁷ Ω・ｃｍとしておくという構成としたことにより、渡り導体とソレノイドコイルとの短絡のリスクを回避でき、しかも、ソレノイドコイルの周囲に周方向に均一な且つ強い磁界を形成でき、ソレノイドコイルを挿入した管内周面の周方向の均一な急速加熱が行える。かくして、本発明の誘導子を、ボイラーやコンデンサー等において管板に固定されている管を抜き取る際の管の加熱に用いることで、管の管板に固定されている領域を均一に急速加熱して良好に弛緩させることができ、安全に且つ能率良く管の抜き取り作業を実施できるといった効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導子を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は概略端面図
【図２】図１に示す誘導子を管内に挿入して使用する状態を示す概略断面図
【図３】本発明の他の実施形態に係る誘導子を示すもので、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は概略端面図
【図４】従来の誘導子の１例を示すもので、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視概略断面図
【図５】従来の誘導子の他の例を示すもので、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視概略断面図
【符号の説明】
１０ 誘導子
１１ 導体
１１ａ ソレノイドコイル
１１ｂ，１１ｃ 渡り導体
１２ 磁心
１３ 管
１４ スペーサ

Claims (8)

1. 管板に挿入、固定されている管を抜き取るために該管の管板に挿入、固定されている部分内に挿入して該部分を加熱するための管内周面加熱用誘導子であって、ソレノイドコイルとその内側に配した磁心とを有し、前記磁心の形状を筒形にして、前記ソレノイドコイルの一方の端部への給電を筒形の磁心の中空部に挿配した渡り導体を通じて行う構成とし、更に前記磁心として、体積固有抵抗が１０³ 〜１０⁷ Ω・ｃｍの強磁性体製の磁心を用いて前記ソレノイドコイルと前記渡り導体の間の短絡リスクを回避する構成としたことを特徴とする管内周面加熱用誘導子。
2. 前記ソレノイドコイルと渡り導体に関して、少なくともソレノイドコイルに絶縁被覆を施した、請求項１記載の管内周面加熱用誘導子。
3. 前記ソレノイドコイルの外側に、管内周面との間隔を均等にするためのスペーサを配した、請求項１又は２記載の管内周面加熱用誘導子。
4. 前記ソレノイドコイルのらせんのピッチを前記管の肉厚の１〜２．５倍の寸法に設定した、請求項１から３のいずれか１項記載の管内周面加熱用誘導子。
5. 前記ソレノイドコイルのらせんのピッチを、該コイルの端部については、前記管肉厚基準で設定したコイル中央部のピッチの０．５〜０．９倍に設定した、請求項４記載の管内周面加熱用誘導子。
6. 前記ソレノイドコイルを、外径２〜８ｍｍの金属管を以て、らせんピッチ３〜１２ｍｍに形成した、請求項１から５のいずれか１項記載の管内周面加熱用誘導子。
7. 前記筒形磁心の中空部に挿配する渡り導体を金属管とし、その中空部を前記ソレノイドコイルを構成する金属管の中空部と連通させて、連通した中空部を冷却水路とした、請求項６記載の管内周面加熱用誘導子。
8. 前記ソレノイドコイルと渡り導体とを、ひと続きの金属管を以て構成した、請求項７記載の管内周面加熱用誘導子。

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