JP5191410B2 - High temperature fluid heating device - Google Patents
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Description
この発明は、流体を加熱して高温にする高温流体加熱装置に関し、詳しくは、導電性管体を誘導加熱して発熱させることにより、管体内を流れる流体を管体からの伝熱によって加熱する高温流体加熱装置に関する。
更に詳しくは、発熱用管体を成す磁性耐熱材のキュリー温度(磁気変態点)を超える高温まで流体を加熱するのに好適な高温流体加熱装置に関する。
水蒸気等の飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置は、高温流体加熱装置の典型例である。
The present invention relates to a high-temperature fluid heating apparatus that heats a fluid to raise the temperature, and more specifically, heats a fluid flowing in a tubular body by heat transfer from the tubular body by inductively heating a conductive tubular body to generate heat. The present invention relates to a high-temperature fluid heating apparatus.
More specifically, the present invention relates to a high-temperature fluid heating apparatus suitable for heating a fluid to a high temperature exceeding the Curie temperature (magnetic transformation point) of the magnetic heat-resistant material forming the heat generating tube.
A superheated steam generator that further heats saturated steam such as steam to generate superheated steam is a typical example of a high-temperature fluid heating apparatus.
高温流体を連続して発生させる高温流体加熱装置は、管体の中空に流体を通しながら管体中の流体を加熱するようになっている。加熱手段としてはガス加熱と電磁誘導加熱とが多用されているが、電磁誘導を利用するものに限っても、管体に電磁誘導発熱体を採用しておいて管外の電磁コイルへの高周波通電で管体を発熱させる言わば管体発熱タイプと(例えば特許文献1参照)、管体には電磁誘導非発熱体を採用するとともに管体中に電磁誘導発熱体を内挿しておいて管外の電磁コイルへの高周波通電で管体中の内挿物を発熱させる言わば管内発熱タイプとに分けられる(例えば特許文献2,3参照)。 A high-temperature fluid heating device that continuously generates a high-temperature fluid heats the fluid in the tube while passing the fluid through the hollow of the tube. Gas heating and electromagnetic induction heating are frequently used as heating means. However, even when using electromagnetic induction, an induction heating element is used for the tube, and high frequency is applied to the electromagnetic coil outside the tube. The so-called tube heat generation type that heats the tube body by energization (see, for example, Patent Document 1), adopts an electromagnetic induction non-heat generation body for the tube body, and inserts the electromagnetic induction heating element in the tube body to the outside of the tube. In other words, it is divided into a so-called in-tube heat generation type that heats the insert in the tube body by high-frequency energization of the electromagnetic coil (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
電磁誘導非発熱体は非磁性非導電性耐熱材から作られ、非磁性非導電性耐熱材は、磁性が全く無いか弱いために磁気変態が判然としないという意味で非磁性を示し、電磁波に関して吸収する割合よりも通過させる割合の方が多いという意味で非導電性を示し、熱ストレスの生じる部位への使用に適していると一般に分類されているといった程度の意味で耐熱性を示し、例えば、セラミックや,FRP,フッ素樹脂(特許文献2段落0012参照)が挙げられる。 An electromagnetic induction non-heating element is made of a non-magnetic non-conductive heat-resistant material, and the non-magnetic non-conductive heat-resistant material exhibits non-magnetism in the sense that the magnetic transformation is not obvious because it has no or no magnetism and absorbs electromagnetic waves. It shows non-conductivity in the sense that there are more proportions to pass than it does, shows heat resistance in the sense that it is generally classified as suitable for use in areas where heat stress occurs, for example, Examples thereof include ceramic, FRP, and fluororesin (see Patent Document 2, paragraph 0012).
電磁誘導発熱体は、非磁性導電性耐熱材か磁性導電性耐熱材から作られ、コイル形状や高周波印加条件を整合させれば電磁波を吸収して発熱体の働きを果たせるという意味で導電性を示すものである。非磁性や耐熱性は上述したのと同じ意味であり、磁性は、磁気変態の発現やキュリー温度が明確になっているという意味である。非磁性導電性耐熱材には、例えば、オーステナイト系ステンレス(特許文献1段落0011)や、炭素セラミックス複合材料(特許文献2段落0019参照)、炭素,グラファイト,白金,ニッケル,ニモニック鋼(特許文献3第5頁左下欄参照)、インコネル(登録商標),ハステロイ(登録商標)、が挙げられる。磁性導電性耐熱材には、例えば、マルテンサイト系ステンレス(特許文献2段落0012参照)や、炭素鋼(特許文献1段落0011)、カンタル(登録商標)その他のクロム・アルミニウム鋼(Fe-Cr-Al)、が挙げられる。
The electromagnetic induction heating element is made of non-magnetic conductive heat-resistant material or magnetic conductive heat-resistant material, and if it matches the coil shape and high-frequency application conditions, it can absorb the electromagnetic wave and act as a heating element. It is shown. Non-magnetism and heat resistance have the same meaning as described above, and magnetism means that the onset of magnetic transformation and the Curie temperature are clear. Nonmagnetic conductive heat-resistant materials include, for example, austenitic stainless steel (
図8(a)〜(d)は、管体発熱タイプの過熱蒸気発生装置10を示し、(a)が左側面図、(b)が断熱材を外したところの正面図、(c)が温度制御回路や他の連携装置も含めた全体ブロック図、(d)が温度制御回路のブロック図である、
この過熱蒸気発生装置10は特許文献1の背景技術欄に記載されたものであり、その本体部・機構部は(図8(a),(b)参照)、飽和蒸気を導入する導入部11と、その飽和蒸気を加熱して過熱蒸気にする加熱部12と、その過熱蒸気を吐出する吐出部16とからなる。
8A to 8D show a tubular body heat generation type
This
導入部11及び吐出部16は、蒸気流路径を変えるため、ロート状・ラッパ状の筒体からなる。加熱部12は、平行に配置された複数の管体13と、図示しない断熱材を介して管体13の群に包括的に捲回された誘導コイル17とを具えている。管体13は、誘導コイル17への高周波通電によって誘導加熱される導電材からなり、一端が導入部11に連通接続され、他端が吐出部16に連通接続されて、中空部が蒸気流路になっている。
The
このような過熱蒸気発生装置10は、過熱蒸気の利用が拡大しつつある例えば廃油や,廃プラスチック,生ゴミ,食品,器材等を対象とした乾燥や,減容,調理,殺菌等の処理のための過熱蒸気源として使用され、多くの場合、使用目的に適した温度の過熱蒸気を供給するために温度制御回路が付設される。温度制御は、制御対象が単一のときに使い易いPID演算(比例・積分・微分)によるフィードバック制御が行われ、制御対象の温度を検出してその検出温度が目標温度になるように誘導コイル17の通電制御を行うようになっている。上記温度制御の対象は、大抵は、吐出蒸気温度か、吐出部の後段に設置される処理部の温度である。
Such
吐出蒸気温度をフィードバック制御する場合の一例を示すと(図8(c)参照)、過熱蒸気発生装置10には発熱体温度計21と吐出蒸気温度計22と温度制御回路23とが付設される。発熱体温度計21は、例えば熱電対からなり、発熱体である管体13の外周面に対して軸方向のほぼ中央位置に取り付けられて、発熱体の温度を検出し、この検出温度Taを温度制御回路23に送出する。吐出蒸気温度計22も例えば熱電対からなり、これは、吐出部16に取り付けられて或いはその直ぐ下流の過熱蒸気供給管等に取り付けられて、過熱蒸気発生装置10から吐出される過熱蒸気の温度を検出し、この検出温度Tbを温度制御回路23に送出するようになっている。
An example of feedback control of the discharge steam temperature is shown (see FIG. 8C). The
温度制御回路23は(図8(c))、発報用の比較演算回路(CMP.)と追従制御用のPID演算回路(PID)とがワンパッケージに組み込まれた温度調節器(例えば市販の電子温度調節器)を用いて簡便に具現化されている。この温度調節器は、手動の基準温度設定手段と外部信号の入力手段とを二個ずつ具えており、一つの設定値と一つの外部信号とを比較演算回路に入力し、他の設定値と他の外部信号とをPID演算回路に入力するようになっている。PID演算回路のPID定数すなわち比例係数・積分項の係数・微分項の係数も手動で又は自動(オートチューニング)で設定できるようになっている。 The temperature control circuit 23 (FIG. 8C) is a temperature controller (for example, commercially available) in which a comparison operation circuit (CMP.) For reporting and a PID operation circuit (PID) for tracking control are incorporated in one package. It is simply implemented using an electronic temperature controller. This temperature controller comprises two manual reference temperature setting means and two external signal input means, and inputs one set value and one external signal to the comparison operation circuit, and sets the other set values and Other external signals are input to the PID arithmetic circuit. The PID constant of the PID arithmetic circuit, that is, the proportional coefficient, the integral term coefficient, and the differential term coefficient can also be set manually or automatically (auto-tuning).
そして、これを採用した温度制御回路23は、比較演算回路への設定温度(設定値)を発熱体上限温度Saとし、比較演算回路への外部信号を発熱体温度計21の検出温度Taとして、検出温度Taが発熱体上限温度Saを超えると比較演算回路から警報信号Aaが出力されるようになっている。また、温度制御回路23は、PID演算回路への設定温度を吐出蒸気目標温度Gbとし、PID演算回路への外部信号を吐出蒸気温度計22の検出温度Tbとして、検出温度Tbを吐出蒸気目標温度Gbに近づけるようなコイル電流Ibを高周波電源24に出力させる通電指令Iaが比較演算回路から出力されるようになっている。
Then, the
通電指令Ia及び警報信号Aaは、温度制御回路23から高周波電源24に送出され、高周波電源24は、通電指令Iaに応じたコイル電流Ibを過熱蒸気発生装置10の加熱部12の誘導コイル17に出力するとともに、警報信号Aaが有意になったときにはコイル電流Ibの出力を強制的に停止するようになっている。
その他(図8(c)参照)、過熱蒸気発生装置10の上流には飽和蒸気を供給してくれる飽和蒸気発生装置25が設置され、過熱蒸気発生装置10の下流には過熱蒸気を用いて処理を行う過熱蒸気処理装置の処理部26が設置される。
The energization command Ia and the alarm signal Aa are sent from the
In addition (see FIG. 8C), a
このような過熱蒸気発生装置10等を作動させるときには、先ず温度制御回路23に発熱体上限温度Saと吐出蒸気目標温度GbとPID定数を設定する。発熱体上限温度Saは、管体13の材質等で決まり、汎用のオーステナイト系ステンレスや炭素鋼を用いた場合、例えば600℃〜650℃程度に設定される。吐出蒸気目標温度Gbは、過熱蒸気処理装置26の要求仕様で決まり、発熱体上限温度Saよりは低い範囲内で、利用目的や使用状況に応じて、例えば200℃〜500℃程度に設定される。PID定数は、基本的には加熱部12や高周波電源24の動作特性に基づいて決まるが、飽和蒸気発生装置25の蒸気供給量や過熱蒸気処理装置26への吐出蒸気温度の影響も受けるので、現場でも調整される。
When operating such a
そして、過熱蒸気発生装置10等を作動させると、飽和蒸気が飽和蒸気発生装置25から過熱蒸気発生装置10へ供給され、その飽和蒸気が過熱蒸気発生装置10の加熱部12で加熱されて過熱蒸気になり、その過熱蒸気が過熱蒸気発生装置10から過熱蒸気処理装置26に供給され、過熱蒸気処理装置26で所望の過熱蒸気処理が行われる。
そのとき、PID定数が適切に設定され且つ蒸気量が適正範囲であれば、温度制御回路23から高周波電源24に適切な通電指令Iaが出され、高周波電源24から過熱蒸気発生装置10の誘導コイル17に適度なコイル電流Ibが流されて、吐出蒸気温度計22の検出温度Tbが吐出蒸気目標温度Gbになり、吐出蒸気目標温度Gbに無理のない限り、発熱体温度計21の検出温度Taは発熱体上限温度Sa未満にとどまる。
When the
At that time, if the PID constant is appropriately set and the amount of steam is in an appropriate range, an appropriate energization command Ia is issued from the
図8(e)〜(f)は、管体発熱タイプの他の過熱蒸気発生装置30を示し、(e)が左側面図、(f)が断熱材を外したところの正面図である。
この過熱蒸気発生装置30は、特許文献1の実施例欄に記載されたものであり、上述した過熱蒸気発生装置10と相違するのは誘導コイル17が捲回状態の異なる誘導コイル31になった点である。
8 (e) to 8 (f) show another
This
誘導コイル31は、やはり水冷可能な銅管などからなり、加熱部12において管体13の外周に捲回されているが、その捲回密度が、均一でなくなり、導入部11寄りでは粗に吐出部16寄りでは密になっている。その比は、飽和蒸気と過熱蒸気の温度差等にもよるが、例えば[1:2]〜[1:4]程度が好適である。
この場合、誘導コイル31の捲回の粗密に基づいて、誘導加熱による入熱量が導入部11寄りで少なく吐出部16寄りで多くなり、そのため管体13から中空部14の蒸気への伝熱効率が向上して、加熱部12全体の加熱効率が良くなる。
The
In this case, based on the density of the winding of the
ところで、このような管体発熱タイプの過熱蒸気発生装置10,30は現在のところ700℃以下の蒸気発生に用いられているが、それを超える高温加熱たとえば800℃や1000℃を超える温度へ流体を加熱することに対する要求が高まっており、それに応える方策として、管内発熱タイプの過熱蒸気発生装置において内挿発熱体を複数段にしたうえで前段の発熱体には非磁性導電性耐熱材を採用し後段の発熱体には特殊な炭素セラミックス複合材料を採用することが提案されている(特許文献2参照)。ただし、特殊な炭素セラミックス複合材料は高温における耐久性が悪いうえ、管内発熱タイプの管体に用いられている非磁性非導電性耐熱材も耐衝撃性が低く、更に高温でのシール性が悪い。
By the way, such
これに対し、管体発熱タイプの過熱蒸気発生装置では管体に非磁性非導電性耐熱材でなく非磁性導電性耐熱材や磁性導電性耐熱材が用いられるので、非磁性非導電性耐熱材の使用に起因する不都合は回避できる。また、高周波印加条件を一つに絞り込むことで高周波電源のコストアップを回避することができる。さらに、非磁性導電性耐熱材や磁性導電性耐熱材には耐久性に優れているばかりか比較的安価で入手も容易なものがある。例えば、非磁性導電性耐熱材ではSUS310やインコネル600などが使い易く、磁性導電性耐熱材ではカンタルなどが使い易い。そこで、管体発熱タイプの過熱蒸気発生装置を高温まで使用できるよう改良することが望まれる。 On the other hand, in the tube heating type superheated steam generator, the non-magnetic non-conductive heat-resistant material or magnetic conductive heat-resistant material is used for the tube, not the non-magnetic non-conductive heat-resistant material. Inconvenience due to the use of can be avoided. Moreover, the cost increase of a high frequency power supply can be avoided by narrowing the high frequency application condition to one. Furthermore, nonmagnetic conductive heat-resistant materials and magnetic conductive heat-resistant materials are not only excellent in durability but also relatively inexpensive and easily available. For example, SUS310 or Inconel 600 is easy to use for nonmagnetic conductive heat-resistant materials, and Kanthal is easy to use for magnetic conductive heat-resistant materials. Therefore, it is desired to improve the tube heating type superheated steam generator so that it can be used up to a high temperature.
しかしながら、上述の使い易い非磁性導電性耐熱材の場合、実用的な上限温度である長期耐熱温度が800℃程度であり、それを超える高温では耐久性が不足する。また、上述の使い易い磁性導電性耐熱材の場合、1000℃といった高温やそれを超える高温でも耐久性は良いが、常温から800℃までの間に存在するキュリー温度で磁気変態が発現するため、キュリー温度より低温側に誘導コイルや高周波電源の電磁誘導条件を整合させるとキュリー温度より高温側で不都合が生じ、キュリー温度より高温側に誘導コイルや高周波電源の電磁誘導条件を整合させるとキュリー温度より低温側で不都合が生じる。 However, in the case of the above-described non-magnetic conductive heat-resistant material that is easy to use, the long-term heat-resistant temperature, which is a practical upper limit temperature, is about 800 ° C., and the durability is insufficient at a temperature higher than that. In addition, in the case of the above-described easy-to-use magnetic conductive heat-resistant material, durability is good even at a high temperature such as 1000 ° C. or higher, but magnetic transformation occurs at a Curie temperature existing between normal temperature and 800 ° C. If the electromagnetic induction conditions of the induction coil and the high frequency power supply are matched to the lower temperature side than the Curie temperature, inconvenience occurs on the higher temperature side than the Curie temperature, and if the electromagnetic induction conditions of the induction coil and the high frequency power supply are matched to the higher temperature side than the Curie temperature, the Curie temperature Inconvenience occurs at lower temperatures.
図9は、それらの不都合を具体的に対比説明するために管体発熱タイプの過熱蒸気発生装置の昇温特性をグラフにしたものであり、(a)〜(c)何れも横軸に経過時間を採り縦軸に温度を採っている。(a)が電磁誘導発熱体に非磁性導電性耐熱材を用いた場合の昇温特性グラフ、(b)が電磁誘導発熱体に磁性導電性耐熱材を用い且つキュリー温度より低い温度の物性に電磁誘導条件を適合させた場合の昇温特性グラフ、(c)が電磁誘導発熱体に磁性導電性耐熱材を用い且つキュリー温度より高い温度の物性に電磁誘導条件を適合させた場合の昇温特性グラフである。なお、この図や他の図における昇温特性グラフに関して、Aは例えば600℃のキュリー温度を示し、Bは例えば760℃に設定された低めの制御目標温度を示し、Cは例えば800℃の非磁性導電性耐熱材上限温度を示し、Dは例えば1000℃に設定された高めの制御目標温度を示している。 FIG. 9 is a graph showing the temperature rise characteristics of a tubular body heating type superheated steam generator in order to specifically explain these inconveniences, and (a) to (c) all show on the horizontal axis. Time is taken and temperature is taken on the vertical axis. (A) is a temperature rise characteristic graph when a non-magnetic conductive heat-resistant material is used for the electromagnetic induction heating element, and (b) is a physical property at a temperature lower than the Curie temperature using the magnetic conductive heat-resistant material for the electromagnetic induction heating element. Graph of temperature rise when the electromagnetic induction conditions are adapted, (c) shows the temperature rise when the magnetic induction heat generating material is made of a magnetic conductive heat-resistant material and the electromagnetic induction conditions are adapted to physical properties higher than the Curie temperature. It is a characteristic graph. Regarding the temperature rise characteristic graph in this figure and other figures, A indicates a Curie temperature of, for example, 600 ° C., B indicates a lower control target temperature set at, for example, 760 ° C., and C indicates, for example, a non-temperature of 800 ° C. The upper limit temperature of the magnetic conductive heat-resistant material is indicated, and D indicates a higher control target temperature set to 1000 ° C., for example.
電磁誘導発熱体である管体13にSUS310やインコネル600といった非磁性導電性耐熱材を用いた場合(図9(a)参照)、誘導コイル17の形状や高周波電源24の出力設定などの電磁誘導条件は非磁性導電性耐熱材上限温度Cより低い温度の物性に適合させられ、通電開始時刻T0から時間T1経過後に非磁性導電性耐熱材上限温度Cに達するが、非磁性導電性耐熱材上限温度Cより低い制御目標温度Bでしか使用されない(図中の実線グラフを参照)。なお、耐久性や損傷を無視して、非磁性導電性耐熱材上限温度Cより高い制御目標温度Dを温度制御回路23に設定すれば、時間T1より数割ほど長い時間T2(=T1×(1.2〜1.3))経過後に制御目標温度Dに達する(図中の破線グラフを参照)。
When a nonmagnetic conductive heat-resistant material such as SUS310 or Inconel 600 is used for the
また、管体13にカンタル等の磁性導電性耐熱材を用いるとともにキュリー温度Aより低い温度の物性にコイル17形状や高周波印加条件を適合させた場合(図9(b)参照)、キュリー温度Aまでは非磁性導電性耐熱材のときと同じく速やかに昇温するが、キュリー温度Aを超えてからは、管体13の物性変化によって電磁誘導条件が適合しなくなるため、加熱効率が低下して、制御目標温度Dに達するのが、時間T2の数倍も長い時間T3(=T2×(3〜6))経過後に制御目標温度Dに達する(図中の実線グラフを参照)。なお、磁性導電性耐熱材の材種や電磁誘導条件によってはキュリー温度Aより高くならないこともあり(図中の破線グラフを参照)、材種選定や条件設定を工夫することでキュリー温度Aを超えて昇温するようにはできるが、制御目標温度Dへの到達時間T3の長期化は避けられない。この場合、キュリー温度Aを超える高温域での温度制御性も、加熱効率の低下によって、悪化する。
Further, when a magnetic conductive heat-resistant material such as Kanthal is used for the
これに対し、管体13にカンタル等の磁性導電性耐熱材を用いるとともにキュリー温度Aより高い温度の物性にコイル17形状や高周波印加条件を適合させるために例えば誘導コイル17と管体13との距離を縮めたり高周波電源24の出力の周波数を変更した場合(図9(c)参照)、キュリー温度Aを超える高温域では昇温特性も温度制御性も比較的良好なので、一応は実用になるが、通電開始からキュリー温度Aに達するまでの時間が長期化するため、制御目標温度Dに達するのは、やはり時間T2の数倍も長い時間T4(=T4×(3〜6))を経過した後になってしまう(図中の実線グラフを参照)。
In contrast, in order to use a magnetic conductive heat-resistant material such as Kanthal for the
その改善策としては、キュリー温度Aに届かない低温域とキュリー温度Aを超える高温域とで電磁誘導条件を切り替えることによって制御目標温度Dへの到達時間を短縮することが思い浮かぶ。
しかしながら、コイル17の巻き径を可変にするのは技術面からもコスト面からも難があるうえ、高周波電源24の出力の周波数の切り替えは可能であっても高周波電源24のコストアップを招くので望ましくない。
そこで、誘導コイル径を固定したまま又は誘導コイル径および印加電力周波数を固定したままでも昇温時間が短縮されるよう、管体発熱タイプの高温流体加熱装置における発熱管体の構成に工夫を凝らすことが、技術的な課題となる。
As an improvement measure, it can be imagined that the time to reach the control target temperature D is shortened by switching the electromagnetic induction condition between a low temperature range that does not reach the Curie temperature A and a high temperature range that exceeds the Curie temperature A.
However, making the winding diameter of the
Therefore, the structure of the heating tube in the tube heating type high-temperature fluid heating device is devised so that the temperature rise time can be shortened even with the induction coil diameter fixed or with the induction coil diameter and applied power frequency fixed. This is a technical issue.
本発明の高温流体加熱装置は(解決手段1)、このような課題を解決するために創案されたものであり、加熱対象の流体を導入する導入部と、その加熱流体を吐出する吐出部と、一端が前記導入部に連結され他端が前記吐出部に連結されて中空が流路をなす発熱体兼用の管体と、この管体の外周部を囲むところに配置されて通電時には前記管体を誘導加熱する誘導コイルとを備えた高温流体加熱装置において、前記管体のうち前記導入部に連なる導入側部分が非磁性導電性耐熱材からなり、前記管体のうち前記吐出部に連なる吐出側部分が磁性導電性耐熱材からなり、前記非磁性導電性耐熱材の上限温度が前記磁性導電性耐熱材のキュリー温度より高くなっていることを特徴とする。 The high-temperature fluid heating apparatus of the present invention (Solution means 1) was devised to solve such a problem, and an introduction part for introducing a fluid to be heated, a discharge part for discharging the heating fluid, , One end connected to the introduction portion and the other end connected to the discharge portion, and a hollow heat-generating tube body that forms a flow path, and a tube that surrounds the outer peripheral portion of the tube body and energizes the tube when energized In the high-temperature fluid heating apparatus including an induction coil for induction heating the body, an introduction side portion connected to the introduction portion of the tube is made of a nonmagnetic conductive heat-resistant material, and is connected to the discharge portion of the tube. The discharge side portion is made of a magnetic conductive heat resistant material, and the upper limit temperature of the nonmagnetic conductive heat resistant material is higher than the Curie temperature of the magnetic conductive heat resistant material.
また、本発明の高温流体加熱装置は(解決手段2)、上記解決手段1の高温流体加熱装置であって、前記誘導コイルが前記管体の前記導入側部分も前記管体の前記吐出側部分も囲む状態で固定されていることを特徴とする。 The high-temperature fluid heating device of the present invention is (the solution means 2), the high-temperature fluid heating device of the solution means 1, wherein the induction coil includes the introduction side portion of the tube body and the discharge side portion of the tube body. Is also fixed in a surrounding state.
さらに、本発明の高温流体加熱装置は(解決手段3)、上記解決手段1の高温流体加熱装置であって、前記誘導コイルを軸方向に移動させる移動機構と、前記管体の前記吐出側部分の温度を検出する温度計とが設けられ、その検出温度が前記磁性導電性耐熱材のキュリー温度より低いときには前記誘導コイルを前記移動機構にて前記管体の前記導入側部分に寄せて前記吐出側部分から外すが、前記検出温度が前記磁性導電性耐熱材のキュリー温度より高いときには前記非磁性導電性耐熱材の上限温度より低いうちに前記移動機構にて前記誘導コイルを前記管体の前記吐出側部分の方へ寄せて前記誘導コイルに前記吐出側部分を囲わせるようになっていることを特徴とする。 Furthermore, the high-temperature fluid heating apparatus of the present invention (Solution means 3) is the high-temperature fluid heating apparatus of the above-described solution means 1, wherein the induction coil is moved in the axial direction, and the discharge side portion of the tubular body When the detected temperature is lower than the Curie temperature of the magnetic conductive heat-resistant material, the induction coil is moved toward the introduction side portion of the tubular body by the moving mechanism. When the detected temperature is higher than the Curie temperature of the magnetic conductive heat-resistant material, the induction coil is moved by the moving mechanism while the detected temperature is lower than the upper limit temperature of the non-magnetic conductive heat-resistant material. The discharge side portion is moved toward the discharge side portion so that the induction coil surrounds the discharge side portion.
また、本発明の高温流体加熱装置は(解決手段4)、上記解決手段3の高温流体加熱装置であって、前記移動機構が前記誘導コイルを長さ固定のまま移動させるものであることを特徴とする。 The high-temperature fluid heating device of the present invention (solution 4) is the high-temperature fluid heating device of the solution 3, wherein the moving mechanism moves the induction coil with a fixed length. And
また、本発明の高温流体加熱装置は(解決手段5)、上記解決手段3の高温流体加熱装置であって、前記移動機構が前記誘導コイルを伸縮させて移動させるものであることを特徴とする。 The high-temperature fluid heating apparatus according to the present invention (Solution means 5) is the high-temperature fluid heating apparatus according to Solution 3, wherein the moving mechanism moves the induction coil by expanding and contracting. .
このような本発明の高温流体加熱装置にあっては(解決手段1,当初請求項1)、基本構成に管体発熱タイプを引き継ぎつつも、管体のうち導入側部分には非磁性導電性耐熱材を採用し、管体のうち吐出側部分には磁性導電性耐熱材を採用したことにより、誘導コイル径を含む電磁誘導条件を管体の吐出側部分の磁性導電性耐熱材のキュリー温度超の物性に適合させれば、この電磁誘導条件が磁性喪失後の物性に適合するものであるため管体の導入側部分の非磁性導電性耐熱材の物性にも概ね適合するので、昇温時の初期には、管体の吐出側部分は磁気浸透深さが浅いために電気抵抗が高く、投入電力の大部分が集中することになり、速やかに昇温するとともに、導入部側部分も加熱に貢献する電力はその長さに比して弱いものの、吐出側部分からの伝熱もあり順調に昇温する。そして、吐出側部分の温度がキュリー温度を超えると、管体全体の電気・磁気特性が概ね一定となるため、効率的に管全体が加熱され、一層迅速に昇温する。
In such a high-temperature fluid heating apparatus of the present invention (
また、昇温と共に又は昇温の後期に流体の供給も行えば、それによって管体の導入側部分の温度は吐出側部分の温度より低く抑えられるので、管体の導入側部分の温度が非磁性導電性耐熱材の上限温度を超えないという制約条件下でも、管体の吐出側部分は非磁性導電性耐熱材の上限温度を超える高い温度まで加熱することができる。
これにより、管体を非磁性導電性耐熱材だけにしたときより高温まで使用が可能となるうえ、管体を磁性導電性耐熱材だけにしたときより昇温時間が短縮される。
したがって、この発明によれば、誘導コイル径を固定したままでも速やかに昇温するような管体発熱タイプの高温流体加熱装置を実現することができる。
Further, if the fluid is supplied together with the temperature rise or at a later stage of the temperature rise, the temperature of the introduction side portion of the tube body can be kept lower than the temperature of the discharge side portion. Even under the constraint that the upper limit temperature of the magnetic conductive heat-resistant material is not exceeded, the discharge side portion of the tubular body can be heated to a high temperature exceeding the upper limit temperature of the non-magnetic conductive heat-resistant material.
As a result, the tube can be used up to a higher temperature than when only the non-magnetic conductive heat-resistant material is used, and the temperature rise time is shortened compared to when the tube is made only of the magnetic conductive heat-resistant material.
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a tubular body heat generation type high-temperature fluid heating apparatus capable of rapidly raising the temperature even when the induction coil diameter is fixed.
さらに、管体の導入側部分も吐出側部分も囲む状態で誘導コイルを固定しておくことにより、構成簡素という利点が管体発熱タイプから引き継がれるが、この場合、流体の流量が小さいと、管体の導入側部分に対する温度抑制能力が弱まって、管体の導入側部分の温度が非磁性導電性耐熱材上限温度を超えて過熱しやすくなるため、小流量域では使用し難い。また、吐出蒸気温度がキュリー温度近辺のときには、管体の吐出側部分の温度がキュリー温度以上の部分とキュリー温度未満の部分が混在することとなり、電気制御が難しく、加熱効率も最善ではない。 Furthermore, by fixing the induction coil in a state surrounding the introduction side portion and the discharge side portion of the tubular body, the advantage of simple configuration is inherited from the tubular heating type, but in this case, if the fluid flow rate is small, Since the temperature suppression capability for the introduction side portion of the tubular body is weakened and the temperature of the introduction side portion of the tubular body easily exceeds the nonmagnetic conductive heat-resistant material upper limit temperature, it is difficult to use in a small flow rate region. Further, when the discharge steam temperature is near the Curie temperature, the temperature of the discharge side portion of the tube body is a mixture of the temperature equal to or higher than the Curie temperature and the temperature lower than the Curie temperature, so that electric control is difficult and heating efficiency is not optimal.
これに対し、本発明の高温流体加熱装置にあっては(解決手段2,当初請求項3)、誘導コイルを軸方向に移動させる移動機構を導入したうえで、低温域では、誘導コイルを磁性導電性耐熱材から外して非磁性導電性耐熱材に集中させるようにしたことにより、誘導コイル全長に対向する部分全体に渡って好適な加熱を行うことが容易となる。また、高温域では、誘導コイルを磁性導電性耐熱材の方へ寄せるようにしたことにより、管体の導入側部分に使用している非磁性導電性導電性耐熱材の耐久性と強度が充分維持される温度の上限内での運転が容易に可能になる。
したがって、この発明によれば、誘導コイル径を固定したままでも、高温域でも低温域でも温度制御能力が高く安定するとともに、大流量でも小流量でも過熱することなく長期使用に耐え、より迅速に昇温するような管体発熱タイプの高温流体加熱装置を実現することができる。
On the other hand, in the high-temperature fluid heating apparatus of the present invention (Solution means 2, initial claim 3), after introducing a moving mechanism for moving the induction coil in the axial direction, the induction coil is magnetic in the low temperature range. By removing from the conductive heat-resistant material and concentrating on the non-magnetic conductive heat-resistant material, it becomes easy to perform suitable heating over the entire portion facing the entire length of the induction coil. In addition, in the high temperature range, the induction coil is moved closer to the magnetic conductive heat-resistant material, so that the durability and strength of the non-magnetic conductive conductive heat-resistant material used for the introduction side of the tube are sufficient. Operation within the upper limit of the maintained temperature can be easily performed.
Therefore, according to the present invention, even if the induction coil diameter is fixed, the temperature control capability is high and stable in both high and low temperature ranges, and withstands long-term use without overheating even at high or low flow rates, and more quickly. It is possible to realize a tubular body heat generation type high-temperature fluid heating apparatus that raises the temperature.
このような本発明の高温流体加熱装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例1〜5により説明する。
図1に示した実施例1は、上述した解決手段1(出願当初の請求項1,2)を具現化したものであり、図2(a),(b)に示した実施例2は、その変形例である。また、図3は更なる課題の説明図であり、図4〜5に示した実施例3は、上述した解決手段2をコイル長固定態様(出願当初の請求項3,4)で具現化したものであり、図6(a),(b)に示した実施例4は、その変形例である。さらに、図7に示した実施例5は、上述した解決手段2をコイル伸縮態様(出願当初の請求項3,5)で具現化したものである。
なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
About the high temperature fluid heating apparatus of this invention, the specific form for implementing this is demonstrated by the following Examples 1-5.
The
In the drawings, the same reference numerals are given to the same components as those in the prior art, and therefore, repeated explanations are omitted. Hereinafter, the differences from the prior art will be mainly described.
本発明の高温流体加熱装置の実施例1について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図1は(a)が断熱材や支持脚などを外した高温流体加熱装置40の要部の縦断正面図、(b)が制御回路等のブロック図である。
A specific configuration of the high-temperature fluid heating apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a longitudinal front view of a main part of a high-temperature
この高温流体加熱装置40が既述した過熱蒸気発生装置10と相違するのは、並列配置された複数本の管体13を装備していた加熱部12が、異材連結管体43を一本だけ装備した加熱部42になっている点である。
管体43は単一材種のものから異材連結管体に変更されているが、その他は既述のものを引き継いでいる。具体的には、一端が導入部11に連結され他端が吐出部16に連結されていて中空が加熱対象流体の流路をなしていることや、発熱体を兼ねていること、管体43の外周部を囲むところに誘導コイル17が配置されていること、管体の中空部を通過する流体の流れを乱す邪魔体が内挿されていても良いことは、従来と同じである。
This high-temperature
The
誘導コイル17と管体43との間に介在している図示しない断熱材や、誘導コイル17の通電を担う温度制御回路23と高周波電源24も引き継がれている。温度制御回路23のPID演算回路への設定温度は応用目的に対応した例えば1000℃の制御目標温度Dに設定されていて、吐出流体温度計22の検出温度Tbを制御目標温度Dに近づけるようなコイル電流Ibが高周波電源24から誘導コイル17に供給されるようになっている。なお、温度計21の検出温度Taと発熱体上限温度Saとを比較して警報信号Aaを出力する比較演算回路の部分は、図示を割愛したが、引き継いでも良い。
A heat insulating material (not shown) interposed between the
異材連結管体43は、導入部11に連なる導入側部分44と吐出部16に連なる吐出側部分45とを溶接等にて剛に且つ密に連結したものであり、導入側部分44には、SUS310やインコネル600などの使い易い非磁性導電性耐熱材からなる管体が採用され、吐出側部分45には、カンタルなどの使い易い磁性導電性耐熱材からなる管体が採用されている。また、それらの導電性耐熱材の採用に際しては、導入側部分44の非磁性導電性耐熱材の上限温度Cが吐出側部分45の磁性導電性耐熱材のキュリー温度Aより高くなるよう、選定条件が課されて、例えば、非磁性導電性耐熱材上限温度Cが800℃程度になり、キュリー温度Aが600℃になっている。
The dissimilar
加熱対象の流体に対する制御目標温度Dが従来の目標温度Gbより高くなっていて伝熱に長い流路が必要になる等のため、異材連結管体43の全長が従来より長くなった場合、誘導コイル17の全長も同じく伸長されて、誘導コイル17は、異材連結管体43の導入側部分44も異材連結管体43の吐出側部分45も囲む状態で固定される。長さは応用目的に応じて適宜調整されるが、誘導コイル17の個数は一本のままであり、高周波電源24の給電線は一対で足りている。異材連結管体43の全長に占める導入側部分44の長さと吐出側部分45の長さの割合も応用目的に応じて適宜調整され、昇温時間の短縮や原価の低減という観点からは非磁性導電性耐熱材の導入側部分44の長さの割合が増やされ、過熱防止の観点からは磁性導電性耐熱材の吐出側部分45の長さの割合が増やされる。
If the control target temperature D for the fluid to be heated is higher than the conventional target temperature Gb and a long flow path is required for heat transfer, etc. The entire length of the
この実施例1の高温流体加熱装置40について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図1は、(c)が横軸に経過時間を採り縦軸に温度を採った昇温特性グラフ、(d)が横軸に管体上の位置を採り縦軸に温度を採った温度分布グラフである。
基本的な使い方や動作は既述した従来例と同様なので、繰り返しとなる説明は割愛し、以下、異材連結管体43の導入によって改良された昇温特性を中心に説明する。
The use mode and operation of the high-temperature
Since the basic usage and operation are the same as those of the conventional example described above, repeated description will be omitted, and hereinafter, the temperature rise characteristics improved by the introduction of the dissimilar material connecting
ここでも(図1(c)参照)、Aは例えば600℃のキュリー温度を示し、Cは例えば800℃の非磁性導電性耐熱材上限温度を示し、Dは例えば1000℃に設定された高めの制御目標温度を示しているものとする。また、誘導コイル17の径その他のコイル形状や高周波電源24の出力電流の周波数その他の高周波印加条件は、異材連結管体43の吐出側部分45の磁性導電性耐熱材に係るキュリー温度Aより高い温度の物性に適合するよう、調整が済んでいるものとする。さらに、それに随伴して誘導コイル17等と異材連結管体43の導入側部分44もほぼ適合するが、導入側部分44にも高い適合度を求める場合は設計製作時に予め導入側部分44の外径等が微調整されているものとする。
Here again (see FIG. 1 (c)), A indicates the Curie temperature of, for example, 600 ° C., C indicates the upper limit temperature of the nonmagnetic conductive heat-resistant material, for example, 800 ° C., and D is a higher value set, for example, 1000 ° C. It is assumed that the control target temperature is indicated. Further, the diameter of the
そして、時刻T0に通電と流体供給とが開始すると、電磁誘導加熱が行われるが、キュリー温度Aに未達の間は、異材連結管体43のうち吐出側部分45に投入電力が集中するため、吐出側部分45が有効に発熱するのに対し、導入側部分44はあまり発熱しない。それでも電力の一部による発熱と、吐出側部分45から熱伝導により導入側部分44も昇温する。その昇温速度は(図中の実線グラフを参照)、管体全長域を磁性導電性耐熱材にしたとき(図中の二点鎖線グラフを参照)より可成り速く、管体全長域を非磁性導電性耐熱材にしたとき(図中の一点鎖線グラフを参照)に近づく。
When energization and fluid supply start at time T0, electromagnetic induction heating is performed. However, while the Curie temperature A is not reached, the input power concentrates on the
それから、吐出側部分45の温度がキュリー温度Aに達しそれを超えると、吐出側部分45の非磁性化という物性変化によって吐出側部分45も電磁誘導条件が適合することになるため、異材連結管体43が全体で有効に発熱するので、昇温速度が加速されて、昇温時間が短縮される。非磁性導電性耐熱材上限温度Cへの到達時間が従来の時間T1の数割ほど長い時間T5(=T1×(1.3〜1.7))になり、制御目標温度Dへの到達時間も従来の仮想時間T2の数割ほど長い時間T6(=T1×(1.2〜1.6))になる。この時間T5,T6は、非磁性導電性耐熱材か磁性導電性耐熱材を単独で採用したときの時間T3,T4に比べて、数分の一((1/(2〜4))に短縮されている。
Then, when the temperature of the
また(図1(d)参照)、加熱対象の流体の流量が多すぎず少なすぎず適正範囲に収まっていれば、流体の温度が導入部11から吐出部16へ単調に増加するので、流体を通過させながら伝熱を行う異材連結管体43における温度分布も、導入側部分44から吐出側部分45へ単調に増加するものとなる。そのため、導入側部分44の温度は、最も熱くなる吐出側部分45との連結部であっても、非磁性導電性耐熱材上限温度Cを超えることがないので、導入側部分44は長期使用に耐えることとなる。なお、制御目標温度Dより上限温度の高い吐出側部分45は流体の有無に拘わらず長期使用に耐えられる。
In addition, if the flow rate of the fluid to be heated is not too high and not too low and is within an appropriate range (see FIG. 1D), the temperature of the fluid increases monotonically from the
本発明の高温流体加熱装置の実施例2について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図2(a),(b)は、高温流体加熱装置47の要部構造を示し、(a)が左側面図、(b)が断熱材を外したところの正面図である。また、図2(c),(d)は、他の高温流体加熱装置48の要部構造を示し、(c)が左側面図、(d)が断熱材を外したところの正面図である。
A specific configuration of the high-temperature fluid heating apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 2A and 2B show the main structure of the high-temperature
高温流体加熱装置48が高温流体加熱装置47と相違するのは、誘導コイル17が捲回状態の異なる誘導コイル49になっている点である。誘導コイル17は捲回密度が一定であるが、誘導コイル49は、その捲回密度が、既述した誘導コイル31のように均一でなくなっているが、誘導コイル31と異なり導入部11寄りでは密に吐出部16寄りでは粗になっている。この構成により、磁性導電性耐熱材の温度がキュリー温度に未達の間の投入電力の集中が緩和され、管体全長域を非磁性導電性耐熱材とした場合の昇温速度により近づけることが可能となる。
高温流体加熱装置47,48が上述した実施例1の高温流体加熱装置40と相違するのは、多数本の異材連結管体43が並列配置されている点である。
この場合、発熱管体の複数並列配置等による誘導加熱の能率向上といった利点や、コイル密度の変更による昇温速度の向上といった利点も、加わる。
The high-temperature
The high-temperature
In this case, the advantage of improving the efficiency of induction heating by arranging a plurality of heat generating tubes in parallel, and the advantage of improving the heating rate by changing the coil density are also added.
[実施例1,2に係る小流量時の課題]
図3は、横軸に異材連結管体43上の位置を採り縦軸に各位置の温度を採った温度分布グラフであり、高温流体加熱装置40を小流量で使用したときに生じることのある課題を示している。
[Problems at a small flow rate according to Examples 1 and 2]
FIG. 3 is a temperature distribution graph in which the position on the dissimilar
高温流体加熱装置40の場合、誘導コイル17が常に固定されているうえ異材連結管体43の導入側部分44も吐出側部分45もその外周部を囲っているため、流体吐出温度や流体処理温度が制御目標温度Dに維持されている状態で、加熱対象の流体の流量を絞って小さくしすぎると、導入側部分44が非磁性導電性耐熱材上限温度Cを超えて不所望に過熱されることがある。適正流量では管体43の温度分布が直線に近かったが(破線参照)、流量が小さくなると、管体43の導入側部分44に対する温度抑制能力が弱まって、管体43の温度分布が上に凸の弓形になってくる(実線参照)。そのため、導入側部分44のうち吐出側部分45との連結部に生じる最高温度が、流量減少とともに上昇して、適正範囲外の微小流量では非磁性導電性耐熱材上限温度Cを超えてしまうことにもなる。
In the case of the high-temperature
本発明の高温流体加熱装置の実施例3について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図4は、(a)が断熱材や支持脚などを外した高温流体加熱装置50の要部の縦断正面図、(b)が制御回路等のブロック図、(c)が断熱材や支持脚などを外した高温流体加熱装置50の要部の縦断正面図であり、(a)はコイル移動前の状態を示し、(c)はコイル移動後の状態を示している。
About the Example 3 of the high temperature fluid heating apparatus of this invention, the specific structure is demonstrated with reference to drawings. 4A is a longitudinal sectional front view of the main part of the high-temperature
この高温流体加熱装置50が上述した実施例1の高温流体加熱装置40と相違するのは、誘導コイル17の長さL1より異材連結管体43の導入側部分44の長さL2の方が少し長くなっている点と、誘導コイル17を長さ固定のまま保持しているコイル保持部54aを軸方向に距離L4ほど移動させる移動機構54が追加装備された点と、異材連結管体43の吐出側部分45のうち導入側部分44に近いところの温度を検出するために例えば熱電対からなる磁性耐熱材部温度計52が吐出側部分45に付設された点と、この温度計52の検出温度に基づいて移動機構54の動作を制御する移動制御回路53が設けられた点である。なお、図では視認しやすいよう温度計52が立設されているが、温度計52やその配線は誘導コイル17の移動を妨げないよう不図示の断熱材に寄り添っている。
This high-temperature
異材連結管体43の吐出側部分45の長さL3は(図4(a)参照)、導入側部分44の長さL2より短く、さらには誘導コイル17の長さL1よりも短い。また、誘導コイル17の可動距離L4は、導入側部分44の長さL2と吐出側部分45の長さL3とを合わせた異材連結管体43の全長L2+L3から誘導コイル17の長さL1を引いた長さに、等しいか、少し短い。
The length L3 of the
移動機構54は、モータ駆動のボールネジ機構またはエア駆動のシリンダ機構といった直線運動機構からなり、移動制御回路53は(図4(b)参照)、温度計52の検出温度に基づいて誘導コイル17の位置決めを二者択一で行う例えばコンパレータ等の電子回路と、決めた位置へコイル保持部54aを移動させるために移動機構54の駆動源を制御する例えばモータドライバ又はバルブ駆動リレー等の電気回路からなる。
The moving
そして、具体的には、吐出側部分45のキュリー温度Aと導入側部分44の非磁性導電性耐熱材上限温度Cとの中間の値に予め設定されている閾値温度Eを参照して(図4(b)参照)、磁性耐熱材部温度計52の検出温度が閾値温度Eを下回ったときや下回っているときには、誘導コイル17を異材連結管体43の導入側部分44の方へに目一杯寄せて誘導コイル17を吐出側部分45から外すようになっている(図4(a)参照)。また、磁性耐熱材部温度計52の検出温度が閾値温度Eを上回ったときや上回っているときには、誘導コイル17を異材連結管体43の吐出側部分45の方へ目一杯寄せて誘導コイル17に吐出側部分45を囲わせるようになっている(図4(c)参照)。
Specifically, referring to a threshold temperature E preset to an intermediate value between the Curie temperature A of the
この実施例3の高温流体加熱装置50について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図5は、その動作特性を示し、(a)が横軸に経過時間を採り縦軸に温度を採った昇温特性グラフ、(b)〜(d)が何れも横軸に異材連結管体43上の位置を採り縦軸に温度を採った温度分布グラフであり、(b)がコイル移動前の温度分布、(c)がコイル移動後の温度分布、(d)が流量の影響も反映したコイル移動後の温度分布である。ここでも、昇温特性を中心に説明する。
The use mode and operation of the high-temperature
時刻T0に通電と流体供給とを開始すると、電磁誘導加熱が行われるが、温度計52の検出温度が閾値温度Eに達するまでは、誘導コイル17が異材連結管体43の導入側部分44の非磁性導電性耐熱材にだけ掛かっており、その状態では誘導コイル17が全長域で電磁誘導条件に適合しているので、導入側部分44が速やかに昇温し、その熱が直接伝導や流体介在伝達にて吐出側部分45にも運ばれて、吐出側部分45も昇温する。その昇温速度は(図5(a)中の実線グラフを参照)、誘導コイル17が吐出側部分45にも掛かっている高温流体加熱装置50の場合(図中の二点鎖線グラフを参照)よりも速く、管体全長域を非磁性導電性耐熱材にしたとき(図中の一点鎖線グラフを参照)と遜色ない。しかも、昇温速度の向上に伴って、その分だけ、温度制御能力も向上する。
When energization and fluid supply are started at time T0, electromagnetic induction heating is performed. Until the temperature detected by the
それから、温度計52の検出温度が閾値温度Eに達しそれを超えると、誘導コイル17が異材連結管体43の導入側部分44から吐出側部分45へ移動するが、閾値温度Eが吐出側部分45の磁性導電性耐熱材のキュリー温度Aより高く設定されていることから、吐出側部分45でも誘導コイル17等と電磁誘導条件が適合するため、迅速な昇温速度が維持されるので、昇温時間は一層短縮される。そのため、高温流体加熱装置60の制御目標温度Dへの到達時間T7は、高温流体加熱装置50の制御目標温度Dへの到達時間T6より更に短縮されて、従来の仮想時間T2により近づく(=T1×(1.1〜1.3))。このように昇温速度が低温域から高温域まで迅速状態に維持されるので、温度制御能力も全温度域で良好である。
Then, when the detected temperature of the
また、異材連結管体43における温度分布を見ると、温度計52の検出温度が閾値温度Eに達するまでは(図5(b)参照)、導入側部分44しか発熱しないので、導入側部分44のうち吐出側部分45との連結部が最も高温になるが、それでも閾値温度Eを超えることはない。それから(図5(c)参照)、その最高温が閾値温度Eを超えると誘導コイル17が異材連結管体43の吐出側部分45の方へ寄せられるため、この状態では、導入側部分44の昇温が抑制されるので、吐出部16の温度が高温の制御目標温度Dになっても、異材連結管体43の導入側部分44の温度は非磁性導電性耐熱材上限温度Cを超えない。その導入側部分44の昇温抑制は小流量のときでも有効なので(図5(d)参照)、、加熱対象の流体の流量を適正範囲外の微小流量まで絞っても、異材連結管体43の導入側部分44が非磁性導電性耐熱材上限温度Cを超えてしまうことは、滅多にない。
Further, when looking at the temperature distribution in the dissimilar
本発明の高温流体加熱装置の実施例4について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図6は、上述の高温流体加熱装置50の移動制御回路53の他の構成例を示し、(a)〜(b)何れも横軸に非磁性耐熱材部44の温度を採り縦軸に誘導コイル51の位置を採った制御特性グラフであり、(a)が単純ヒステリシス特性の場合、(b)が比例制御にヒステリシスを組み合わせた特性の場合である。
About the Example 4 of the high temperature fluid heating apparatus of this invention, the specific structure is demonstrated with reference to drawing. FIG. 6 shows another configuration example of the
移動制御回路53のコンパレータに例えばヒステリシスコンパレータを採用するとともに、閾値温度Eを低めの閾値温度E1と高めの閾値温度E2とに拡張して(図6(a)参照)、磁性耐熱材部温度計52の検出温度が閾値温度E2を上回ったときに誘導コイル17が吐出側部分45の方に寄り、非温度計52の検出温度が閾値温度E1を下回ったときに誘導コイル17が導入側部分44の方へ寄るようにすることにより、簡便に、微小な温度変動やノイズ等に起因して発生することのあるハンチング様の過剰な誘導コイル17の移動を回避することができる。
For example, a hysteresis comparator is used as the comparator of the
また(図6(b)参照)、上記のヒステリシスコンパレータに代えて例えばヒステリシスを持ったオペアンプを採用する等のことにより、温度計52の検出温度に応じて誘導コイル17が中間位置にも止まれるようにすれば、誘導コイル17の移動を常態では穏やかにしつつも即応の必要なときには誘導コイル17を迅速に移動させることができる。
Further, instead of the hysteresis comparator described above (see FIG. 6B), for example, by using an operational amplifier having hysteresis, the
本発明の高温流体加熱装置の実施例5について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図7は、(a)〜(c)何れも断熱材や支持脚などを外した高温流体加熱装置60の要部の縦断正面図であり、(a)がコイル移動前の状態、(b)がコイル移動中の状態、(c)がコイル移動後の状態である。
A specific configuration of the high-temperature fluid heating apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 7A to 7C are vertical front views of essential parts of the high-temperature
この高温流体加熱装置60が上述した実施例3の高温流体加熱装置50と相違するのは、誘導コイル17を長さ固定のまま移動させる移動機構54が、誘導コイル17を伸縮させて移動させる伸縮機構61になっている点である。
この場合、誘導コイル17に損傷を与えない範囲で誘導コイル17の両端を個別に位置決めし移動させることができるので、設計や調整の自由度が増す。
This high-temperature
In this case, since both ends of the
[その他]
上記実施例では、フィードバック制御の演算例としてPID演算を挙げたが、アプリケーションによっては、PI演算や,P演算でも良い。
[Others]
In the above embodiment, the PID calculation is given as an example of feedback control calculation. However, depending on the application, PI calculation or P calculation may be used.
本発明の高温流体加熱装置は、飽和蒸気を更に加熱する過熱蒸気発生装置に適用できる他、木質バイオマス等の熱分解ガスの改質、ダイオキシン等の有毒ガスの分解、各種ガスの加熱、低融点材料の加熱にも適用することができる。 The high-temperature fluid heating device of the present invention can be applied to a superheated steam generator for further heating saturated steam, reforming pyrolysis gas such as woody biomass, decomposition of toxic gas such as dioxin, heating of various gases, low melting point It can also be applied to heating of materials.
10…過熱蒸気発生装置(高温流体加熱装置)、
11…導入部、12…加熱部、13…管体(発熱体)、
16…吐出部、17…誘導コイル、21…発熱体温度計、
22…吐出蒸気温度計、23…温度制御回路、24…高周波電源、
25…飽和蒸気発生装置、26…過熱蒸気処理装置、
30…過熱蒸気発生装置、31…誘導コイル、
40…高温流体加熱装置、
42…加熱部、43…異材連結管体(発熱体)、
44…導入側部分(非磁性耐熱材)、45…吐出側部分(磁性耐熱材)、
47…高温流体加熱装置、48…高温流体加熱装置、49…誘導コイル、
50…高温流体加熱装置、
52…磁性耐熱材部温度計、53…移動制御回路、
54…移動機構、54a…コイル保持部、
60…高温流体加熱装置、61…伸縮機構
10 ... Superheated steam generator (high temperature fluid heating device),
DESCRIPTION OF
16 ... discharge part, 17 ... induction coil, 21 ... heating element thermometer,
22 ... Discharge steam thermometer, 23 ... Temperature control circuit, 24 ... High frequency power supply,
25 ... Saturated steam generator, 26 ... Superheated steam treatment device,
30 ... Superheated steam generator, 31 ... Induction coil,
40 ... High temperature fluid heating device,
42 ... heating unit, 43 ... dissimilar material connecting pipe (heating element),
44 ... Introduction side part (non-magnetic heat resistant material), 45 ... Discharge side part (magnetic heat resistant material),
47 ... High temperature fluid heating device, 48 ... High temperature fluid heating device, 49 ... Induction coil,
50 ... High temperature fluid heating device,
52... Magnetic refractory material thermometer, 53 ... Movement control circuit,
54 ... Moving mechanism, 54a ... Coil holding part,
60 ... High-temperature fluid heating device, 61 ... Extension mechanism
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