JP4552851B2 - Induction heating steam generator - Google Patents
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Description
この発明は、誘導加熱により水を加熱して蒸気、特に過熱蒸気を発生するようにした誘導加熱式蒸気発生装置に関する。 The present invention relates to an induction heating steam generator that heats water by induction heating to generate steam, particularly superheated steam.
誘導加熱式蒸気発生装置は、特許文献1および特許文献2等により良く知られている。
Induction heating steam generators are well known from
このような誘導加熱式蒸気発生装置で得られる蒸気は、水の気体分子と、液体分子の混在したものであり、湿った蒸気と言われる。このまま使用するとドレンが生じやすく質の悪い蒸気となるので、乾いた良質の蒸気とするためには、蒸気から水分を分離して蒸気を乾燥させる必要がある。 The steam obtained by such an induction heating steam generator is a mixture of water gas molecules and liquid molecules, and is referred to as wet steam. If it is used as it is, drainage tends to occur and the quality of the steam becomes poor. Therefore, in order to obtain a dry, high-quality steam, it is necessary to separate the moisture from the steam and dry the steam.
このための蒸気の気水分離装置としては、蒸気の流れを方向転換するなどして、蒸気に遠心力、衝撃力を与えて気水を分離する装置や、蒸気取り出し口付近に波形のじゃま板や金網のスクラバを配設して、蒸気がこのスクラバの中を低速で流れる際に残留水分を捕集する装置などがある。このような気水分離装置としては、非特許文献1に示されるようなものが知られている。
For this purpose, the steam-water separator is a device that separates steam by applying a centrifugal force or impact force to the steam by changing the direction of the steam flow, or a corrugated baffle near the steam outlet. There are devices such as a metal mesh scrubber that collects residual moisture when steam flows through the scrubber at low speed. As such an air-water separator, a device as shown in Non-Patent
その中の反転式気水分離装置を図5に、そして遠心式気水分離装置を図6に示す。 The inversion type steam / water separator is shown in FIG. 5, and the centrifugal steam / water separator is shown in FIG.
図5において、蒸気ドラム5は、内部に設けた導き板51とじゃま板52によりに蒸気入口53から供給される気液混合の蒸気の流れ方向を急激に反転させて、蒸気から水分を分離し、最後に多数の薄い鋼板波板を近接配列して構成したスクラバ55で蒸気中の水分を捕集することにより乾燥させて蒸気出口54から気体分の蒸気だけを取り出すようにした気水分離手段を備える。蒸気ドラム5の内部に溜まった水は、水出口56から外部へ取り出し、蒸気発生部へ戻される。
In FIG. 5, the
図6に示す蒸気ドラム5は、内部に設けた旋回翼57により、蒸気入口53から供給される気液混合の蒸気を旋回させてその遠心力により水分と蒸気を分離し、1次スクラバ55a、2次スクラバ55bでさらに蒸気中の水分を捕集することにより乾燥した蒸気を、蒸気出口54から取り出すようにした気水分離手段を備える。内部に貯留された水は水出口56から蒸気発生部へ戻される。
The
このように従来の気水分離手段を備えた蒸気ドラム5は、機構が複雑で大形となるため、これを誘導加熱式蒸気装置に組み込む場合は、これまで、図7に示すように誘導加熱式蒸気発生装置1の外側に配置するようにしていた。
As described above, the
図7において、誘導加熱式蒸気発生装置1は、加熱容器10、誘導加熱コイル20、シールドコイル30を備えている。加熱容器10は、上下の非磁性の例えばステンレス鋼などの金属で形成した蓋体により構成した蒸気ヘッダ16および給水ヘッダ17と、それぞれ内部に磁性の導電材小片で構成された発熱体13を多数充填したセラミックスやガラス等の非磁性の耐熱材製細管で構成された複数の加熱管15とにより構成されている。複数の加熱管15は上下両端をステンレス鋼等の非磁性金属で形成されたフランジ18、19により気密的に結合、支持されている。蒸気ヘッダ16および給水ヘッダ17はそれぞれフランジ18および19に気密的に接合され、加熱容器10の全体が気密に構成される。また、加熱管15の全体の外周に非導電性耐熱材で構成した断熱容器10aを設け、この容器内の加熱管相互間の空所および加熱管と断熱容器の間の空所に非磁性で非導電性の断熱材10bを充填している。
In FIG. 7, the induction
給水源から水Wを供給する給水管41が加熱容器10の下部の給水ヘッダ17に接続される。加熱容器10の上部の蒸気ヘッダ16から引き出した蒸気取出管14を加熱容器10の外側に設置された気水分離手段(図示せず)を備えた蒸気ドラム5に接続する。
A
蒸気ドラム5に溜まった水は給水管51により給水管41に合流させて加熱容器10の給水ヘッダ17内へ給水される。加熱容器10内の水量は、常に所定の水位Lを維持するように調整し、発熱体13が水から露出することがないようにする。
The water accumulated in the
蒸気発生のために、図示しない高周波交流電源装置から加熱コイル20に30kHz程度の高周波交流電力を供給する。そして、給水管41を通して貯水槽などの給水源から給水ヘッダ17を介して加熱容器10へ給水される。
In order to generate steam, a high frequency AC power of about 30 kHz is supplied to the
加熱コイル20に高周波電力が供給されると、加熱コイル20によって発生される高周波磁界によって加熱容器10内の各加熱管15に充填された磁性金属の小片からなる発熱体13にそれぞれ渦電流が生じ、発熱体13がこの電流によるジュール熱を発生する。
When high-frequency power is supplied to the
加熱容器10の給水ヘッダ17から供給された水Wは、各加熱管15の内部を満たし、その中に充填された多数の発熱体13と接触するので、この発熱体の発生する熱によって加熱されて蒸気Sとなって加熱管内を上昇して加熱容器1の上部の蒸気ヘッダ部16へ吐き出される。
The water W supplied from the
加熱容器10の上部蒸気ヘッダ16内の蒸気は、蒸気取出管14を通して蒸気ドラム5に送られる。蒸気ドラム5へ送られた水分を含んだ湿り蒸気は、図示しない気水分離手段により水分と蒸気に分離されてこのドラム5内に貯えられる。そして水分が除かれて乾燥した蒸気Sは、蒸気管52を介して加熱コイル20およびシールドコイル30の各コイル導体内に形成され直列に接続された冷却水通路の入口に供給され、冷却水通路内を貫流する過程でコイル導体のジュール熱により再加熱され、出口の蒸気供給管62から過熱蒸気S´として取り出され、蒸気を使用する負荷の設置場所まで運ばれる。
このような従来の誘導加熱式蒸気発生装置は、乾燥した蒸気を取り出すために気液分離手段を備えた大形の蒸気ドラムを装置の外側に配置している関係で装置の構成が複雑でかつ大形になるという問題を有する。 Such a conventional induction heating type steam generator has a complicated structure because a large steam drum provided with a gas-liquid separation means is arranged outside the apparatus in order to take out dry steam. Has the problem of becoming large.
この発明は、このような問題を解決して、構成が簡単でかつ装置が小形の、水分を含まない良質の乾いた蒸気を供給することのできる誘導加熱式蒸気発生装置を提供することを課題とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an induction heating steam generator that solves such problems and can supply high-quality dry steam that is simple in configuration and small in size and does not contain moisture. It is what.
このような課題を解決するため、この発明の請求項1の発明は、非磁性で非導電性の耐熱材で形成された細管で構成した複数の加熱管内にそれぞれ電磁誘導によって発熱する導電材の小片からなる発熱体を多数充填して構成した加熱容器と、この加熱容器の周囲にこれを取り囲んで配置され、内部の発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記加熱容器の複数の加熱管の下端にこれらと連通して結合され、各加熱管へ給水を行う給水ヘッダと、前記複数の加熱管の上端にこれらと連通して結合され、各加熱管で発生される蒸気を集めて取り出す蒸気ヘッダとを備えてなる誘導加熱式蒸気発生装置において、前記蒸気ヘッダから蒸気を取り出す蒸気取出し口を前記蒸気ヘッダの周壁に設けるとともに、前記蒸気ヘッダ内の各加熱管の上端の蒸気の吐き出し口付近に、前記蒸気の吐き出し口を上部から覆い、前記蒸気の吐き出し口から吐き出された蒸気を前面の開口から前方斜め上方向へ吐き出す案内体をそれぞれ設け、かつ前記各案内体の前面の開口を一定の回転方向に向け、前記各案内体から蒸気ヘッダへ吐き出された蒸気をこの蒸気ヘッダ内で一定方向に旋回させるようにしたことを特徴とするものである。
In order to solve such problems, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の誘導加熱式蒸気発生装置において、前前記蒸気ヘッダの蒸気取出し口のすぐ手前の加熱管の蒸気吐き出し口付近に設けた案内体の蒸気案内方向を、他の案内体より内側に向けたことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the induction heating steam generator according to the first aspect, the steam guide direction of the guide body provided in the vicinity of the steam outlet of the heating pipe immediately before the steam outlet of the steam header is set. It is characterized by being directed inward from other guide bodies.
また、請求項3の発明は、請求項1または2に記載の誘導加熱式蒸気発生装置において、前記加熱コイルを構成する導体に冷却水流通路を設け、前記蒸気ヘッダの蒸気取出し口から取り出された蒸気を前記誘導加熱コイルの冷却水流通路に通して再加熱し、過熱蒸気を発生することを特徴とするものである。
Further, the invention of claim 3 is the induction heating steam generator according to
さらに請求項4の発明は、請求項1ないし3の何れかに記載の誘導加熱式蒸気発生装置において、前記誘導加熱コイルの外側に冷却水流通路を有するシールドコイルを設け、前記蒸気ヘッダの蒸気取出し口から取り出された蒸気をこのシールドコイルの冷却水流通路に通して再加熱し、過熱蒸気を発生することを特徴とするものである。
Furthermore, the invention of claim 4 is the induction heating steam generator according to any one of
この発明によれば、誘導加熱式蒸気発生装置において、複数の加熱管の上端に結合され各加熱管で発生される蒸気を集めて取り出すための蒸気ヘッダ内に、各加熱管から吐き出された蒸気が一定方向の旋回流を形成するように流れを案内する案内体を設けているので、蒸気ヘッダに集められた蒸気がこのヘッダ内を旋回して流れることにより発生する遠心力によって蒸気から水分が分離され、乾燥した蒸気を蒸気取出し口から取り出すことができるようになるとともに、従来必要とした蒸気ドラムが不要となることにより、装置が小形となる効果が得られる。蒸気ヘッダで分離された水分は、そのまま落下して、加熱容器の各加熱管に戻され、再加熱されて蒸気となる。 According to the present invention, in the induction heating type steam generator, the steam discharged from each heating pipe is connected to the upper ends of the plurality of heating pipes and is collected in the steam header for collecting and taking out the steam generated in each heating pipe. Is provided with a guide body that guides the flow so as to form a swirling flow in a certain direction, so that moisture collected from the steam by the centrifugal force generated by swirling the steam collected in the steam header through the header. The separated and dried steam can be taken out from the steam outlet, and the conventionally required steam drum is not required, so that the apparatus can be miniaturized. The water separated by the steam header falls as it is, is returned to each heating tube of the heating container, and is reheated to become steam.
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings.
図1ないし図3に、この発明の第1の実施例を示す。図1はその縦断面図、図2は図1のII−II線の平面断面図、図3(a)、(b)は、この実施例に使用する案内体の詳細な構成を示す斜視図および縦断面図である。 1 to 3 show a first embodiment of the present invention. 1 is a longitudinal sectional view thereof, FIG. 2 is a plan sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B are perspective views showing a detailed structure of a guide body used in this embodiment. FIG.
この実施例の誘導加熱式蒸気発生装置1の主要な構成は、図7に示した従来の装置とほとんど同じであるので、これと同一の構成要素は同一の符号を付して示し、その説明を省略する。
The main configuration of the induction
この実施例装置の図7の従来装置と異なる点は、加熱容器10の上部の蒸気ヘッダ16内の各加熱管15の上端の蒸気出口付近に、各加熱管15から吐き出される蒸気を一定方向の旋回流となるように案内する案内体9をそれぞれ設けることによって、蒸気ヘッダ16に蒸気の気液分離機能を持たせるようにした点である。
7 is different from the conventional apparatus of FIG. 7 in that the steam discharged from each
案内体9は、図3(a)および(b)にその詳細を示すように、加熱管15の上端の蒸気出口となる開口の周囲を3方から取り囲んで垂直に立ち上げられた断面がコ字形(図2参照)の囲い壁91と、この囲い壁91の上端の開口面を閉鎖する傾斜した案内板92とにより構成される。このため、案内体9の底面およびこれと垂直な前面は、開口され、案内板92は囲い壁91の背面側から開口した前面側へ立ち上がる方向に傾斜している。案内体9は、開口した底面内に加熱容器10のフランジ18によって支持された加熱管15の上端の開口15aが収まるように設置する。そして、蒸気ヘッダ16の周壁16a付近に配置されている案内体9は、個々には前面開口94が、図2に示すように、円形の周壁16aの内周の接線に方向に向けられ、全体として一定の回転方向に向くように配置される。中心部に置かれた案内体9は、前面開口94が周壁16aと対向する向きに向けられている。
As shown in detail in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
このような蒸気発生装置1において、従来と同様に給水管41から給水ヘッダ17へ給水し、加熱容器10の加熱管15に貯水し、加熱コイルに高周波の加熱電力を供給すると、加熱管15内の発熱体13が誘導加熱されて発熱し、この熱によって加熱管15内の水が加熱されて蒸気を発生する。加熱管15内で発生した蒸気は管内を上昇して、管の上端の開口15aから加熱容器10の上部の蒸気ヘッダ16内に吐き出される。
In such a
加熱管15から蒸気ヘッダ16へ吐き出される蒸気は、上端の開口16a付近にそれぞれ設けた案内体9により所定の向きに案内される。すなわち、図3(b)に示すように、加熱管15から垂直に吐き出された蒸気Sは傾斜した上面板92により矢印で示すように上面板92の傾斜角度に折り曲げられて斜め上方向に向けられ、そして案内体9の囲い壁92によって前面の開口94の向けられた方向、すなわち、ほぼ蒸気ヘッダ16の周壁16aの内周の接線方向に吐き出される。このため、加熱管15から蒸気ヘッダ16に吐き出された蒸気Sは、この中で、図2の例では時計回り方向に旋回して流れ、蒸気ヘッダ16の案内体9より上方の空間内に蒸気の旋回流を形成する。このように、蒸気Sが蒸気ヘッダ16内の上方で旋回して流れる過程で蒸気に作用する遠心力により、水分を含む湿り蒸気S中の水分と気体分が分離され、水分は落下し、加熱管15に戻されるので、蒸気ヘッダ16内には水分の除去された乾燥した蒸気が残る。
The steam discharged from the
この水分の除去された乾燥した蒸気Sは蒸気ヘッダ16に設けられた蒸気取出口16bに結合された蒸気取出管14から取り出され、加熱コイル20およびシールドコイル30のコイル導体の冷却水通路へ供給され、ここを流れる過程で各コイル導体のジュール熱により再加熱されて過熱蒸気S´として、過熱蒸気取出管62から取り出される。この過熱蒸気S´は、湿り気の除かれた乾燥した蒸気Sを過熱したものであるので、乾燥して良質の過熱蒸気となる。
The dried steam S from which moisture has been removed is taken out from a
このようにこの発明によれば、加熱容器10の上部の蒸気ヘッダ16内に案内体9により蒸気の旋回流を形成することにより、蒸気ヘッダ16内で蒸気の気液を分離することができるので、外部に特別な蒸気の気液分離手段を設ける必要がなく、蒸気発生装置の構成を簡単かつ小形にすることができる。
As described above, according to the present invention, the vapor gas-liquid can be separated in the
次に、図4にこの発明の第2の実施例による蒸気ヘッダ内16の蒸気の案内体9の配置を示す。
FIG. 4 shows the arrangement of the steam guides 9 in the
この実施例においては、蒸気ヘッダ16内の蒸気取出口16bの旋回流の方向のすぐ手前に配置された蒸気の案内体9aだけ、蒸気の吐き出し方向を点線矢印Aで示すように、他の案内体9の実線矢印Bで示す吐き出し方向より内側(蒸気ヘッダの中心側)に向くように向けている。
In this embodiment, only the
この蒸気取出口16b付近に配置された蒸気の案内体9aを、他の案内体9と同様に、蒸気が蒸気ヘッダ16の内周の接線方向に吐き出されるように向けると、蒸気取出口16bに接近しているため、この案内体9aから吐き出される蒸気が気液分離されないまま蒸気取出口16bへ流れてしまい、蒸気の質を低下させることになる。
When the
しかし、この実施例のように、蒸気取出口16b付近の旋回流の流れ方向の手前側に配置された蒸気の案内体9aが、蒸気の吐き出し方向を蒸気ヘッダ16の内周の接線方向より内側、すなわち中心側に向けるようにすれば、この案内体9aから吐き出される蒸気が気液分離されないで蒸気取り出し口16bへ流れるのを防ぐことができ、取り出し蒸気の質を高めることができる。
However, as in this embodiment, the
1 誘導加熱式蒸気発生装置
10 加熱容器
13 発熱体
15 加熱管
16 蒸気ヘッダ
17 給水ヘッダ
20 誘導加熱コイル
30 シールドコイル
9 案内体
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