JP6282220B2 - 過熱水蒸気発生装置 - Google Patents
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Description
本発明では、主座変圧器の入力側の2相のうち一方に第1制御機器を設けて、第1加熱用金属体に印加される主座変圧器の出力電圧を制御して飽和水蒸気を発生させる。主座変圧器の1次コイルの両端は電源に接続されているので、主座変圧器の出力電圧は、巻数比に応じた値となる。
ところが、T座変圧器の1次コイルが主座変圧器の1次コイルに中心点に接続され、T座変圧器の1次コイルから主座変圧器の1次コイルに電流が流れ込むので、主座変圧器の第1制御機器を最小まで絞っても、主座変圧器の出力電圧は、T座変圧器の出力電圧に対して、最大約66%が残留する。ここで、過熱水蒸気温度を2000℃に設定した時の飽和水蒸気発生熱量と過熱水蒸気発生熱量との比は、1.0:1.79のため、第1加熱用金属体が設けられる単相回路(飽和水蒸気発生側単相回路)と第2加熱用金属体が設けられる単相回路(過熱水蒸気発生側単相)との電流比は、0.75:1.0となり、その残留量は、問題とならない。もちろん過熱水蒸気温度が2000℃未満の場合は、飽和水蒸気発生に必要な電流の比が大きくなるので、残留分は問題にならない。また、過熱水蒸気は2000℃よりも大きい温度では、水素と酸素に分離して過熱水蒸気として存在し得ないことから、残留電流値が問題になる領域は無い。
T座変圧器の第2制御機器によってT座変圧器の出力電圧は制御されるが、主座変圧器に流れ込む電流は第1制御機器を遮断しても、第1制御機器を設けていない他方の相に電流が流れるので、電流が制御されることは無い。また、主座変圧器の第1制御機器によって、T座変圧器の出力電圧が変動するが、第2加熱用金属体(過熱水蒸気発生用加熱用金属体)の温度に基づく電流制御を行っているので、問題になることは無い。
さらに使用方法としては、まず過熱水蒸気の発生量の設定を行い、過熱水蒸気の発生量が決まれば、例えば温度130℃に設定した飽和水蒸気に要する熱量は常に一定であるので、T座変圧器の出力電圧に影響を与えるような主座変圧器の出力電圧の変動は生じない。
その上、主座変圧器の出力電圧を大きく変動しない値に大まかに制御して、飽和水蒸気温度が130℃前後に多少変動しても、過熱水蒸気温度は、第2加熱用金属体(過熱水蒸気発生用用金属体)の温度に基づいて、T座変圧器の第2制御機器により詳細に制御する仕組みであることから、過熱水蒸気温度の制御に支障が発生することは無い。
これならば、変圧器の2次コイルと加熱用金属体との電気接続が無くなり、効率の良い過熱水蒸気発生装置を構成することができる。
これならば、1次コイルの間に2次コイルが挟まれる構成となり、漏れ磁束を低減することができ、設備効率を上げることができる。
これならば、1次コイルを構成する中空金属体で発生する抵抗熱及び鉄心の熱を水に与えることができ、設備効率を向上させることができる。
このように1次コイル及び2コイルを単巻結線することで、1次コイルと2次コイルとの間の絶縁を簡素にすることができ、製作し易くなるとともに、事故発生のリスクを低減することができる。
これならば、一次コイル(例えば中空導体管などの中空金属体)を脚鉄心に密着して巻回することができ、鉄心で発生する熱を効率良く水の予熱に利用することができる。また、円形鉄心は、方形鉄心に比べて、同じ断面積であれば外周長が最短となるので、一次コイル(例えば中空導体管などの中空金属体)の使用量を低減することができる。
これならば、断面円形の脚鉄心との衝合部を同じ円形にすることが簡単である。
これならば、スコット結線変圧器を構成する変圧器を2式から1式にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。
これならば、前記2つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置されるとともに、前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈曲点として折れ曲がっているので、前記2つの主脚鉄心間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。
これならば、一方の前記主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の間の磁路長さと、他方の前記主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の間の磁路長さとが等しくなるので、前記2つの主脚鉄心の磁気特性が互いに同等となり、効率よく三相電源から2つの単相回路に変換することができる。
これならば、加熱用金属体が複数の金属要素を重ねて形成し、それらの金属要素の間に内部流路が形成されているので、金属要素が持つ柔軟性により、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。
これならば、変圧器の脚鉄心を第1の金属要素の内側に配置する構成により、前記加熱用金属体を誘導加熱することができる。このとき、加熱用金属体の内径側部分を単一部材(第1の金属要素)から形成されているので、熱変形に強い構造とすることができる。
このように内部流路を螺旋状にすることで、誘導加熱された金属要素との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。また、第1の金属要素及び第2の金属要素の少なくとも一方に螺旋状の凹溝が形成されることになるため、金属要素が薄板要素の場合には特に機械的強度を向上させることができる。
ここで、第1の金属要素及び第2の金属要素に施される変形加工としては、それら金属要素が薄板要素の場合には、水圧等の液圧によって変形させるバルジ加工(ハイドロフォーミング)や、螺旋状の凹部又は凸部が形成された型に沿って駒(ローラ)等によって加圧変形させる加工等が考えられる。また、前記金属要素が所定の肉厚を有する厚板要素の場合には、前記第1の金属要素又は前記第2の金属要素の少なくとも一方に、例えば切削加工等の機械加工により変形させることが考えられる。
前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がることにより内部流路が形成されていることが望ましい。
これならば、流路形成孔が形成された金属板を変形して内部流路を有する加熱用金属体を形成しているので、加熱用金属体全体の剛性を高めることができ、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。
このように内部流路を螺旋状にすることで、誘導加熱された加熱用金属体との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。
なお、図1では、第2加熱用金属体4の流体導入ポート4p1は、中間接続管7を介して、第1加熱用金属体3の流体導出ポートに接続されている。
2 ・・・スコット結線変圧器
21 ・・・主座脚鉄心(主脚鉄心)
22 ・・・T座脚鉄心(主脚鉄心)
23 ・・・共通脚鉄心
24 ・・・継鉄心
2M ・・・主座変圧器
2a ・・・1次コイル
2b ・・・2次コイル
2T ・・・T座変圧器
2c ・・・1次コイル
2d ・・・2次コイル
3 ・・・第1加熱導体管(第1加熱用金属体)
4 ・・・第2加熱導体管(第2加熱用金属体)
5 ・・・第1制御機器
6 ・・・第2制御機器
Claims (17)
- 主座変圧器及びT座変圧器からなるスコット結線変圧器と、
前記主座変圧器の出力により通電加熱されて、水から飽和水蒸気を発生させる第1加熱用金属体と、
前記T座変圧器の出力により通電加熱されて、前記第1加熱用金属体により発生した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させる第2加熱用金属体とを備え、
前記主座変圧器の入力側の2相のうち一方に電圧又は電流を制御する第1制御機器が設けられており、
前記T座変圧器の入力側である1次コイルの一端側に電圧又は電流を制御する第2制御機器が設けられており、
前記第1制御機器及び前記第2制御機器により、前記主座変圧器の出力電圧と前記T座変圧器の出力電圧とを個別に制御する過熱水蒸気発生装置。 - 前記主座変圧器又は前記T座変圧器の少なくとも一方が、脚鉄心の周りに巻回された1次コイルと、前記脚鉄心の周りに前記1次コイルに重ねて巻回された2次コイルとを有している請求項1記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記2次コイルが、中空金属体からなり、前記第1加熱用金属体又は前記第2加熱用金属体を構成している請求項2記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記1次コイルが、前記脚鉄心周りにおいて前記2次コイルの内側及び外側にそれぞれ重ねて巻回されている請求項2又は3記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記1次コイルが、中空金属体からなり、前記第1加熱用金属体に流入する水を予熱するものである請求項2乃至4の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記主座変圧器又は前記T座変圧器の少なくとも一方が、単巻変圧器である請求項1乃至5の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記主座変圧器又は前記T座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状のインボリュート鉄心である請求項1乃至6の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記主座変圧器又は前記T座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心の上下に接続される継鉄心が、変形巻鉄心により構成されている請求項1乃至7の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記主座変圧器の鉄心及び前記T座変圧器の鉄心が一体形成されたものである請求項1乃至8の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記スコット結線変圧器が、
スコット結線された誘導コイルが巻回される2つの主脚鉄心と、
前記2つの主脚鉄心に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心と、
前記2つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の上下それぞれを連結する継鉄心とを備え、
前記2つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置され、
前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈折点として折れ曲がっている請求項1乃至9の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。 - 前記2つの主脚鉄心の一方及び前記共通脚鉄心の間の距離と、前記2つの主脚鉄心の他方及び前記共通脚鉄心の間の距離とが、互いに等しい請求項10記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記2つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが直角三角形の頂点に位置するように配置され、
前記共通脚鉄心が、前記直角三角形の頂点のうち直角である頂点に位置するように配置される請求項10又は11記載の過熱水蒸気発生装置。 - 前記第1加熱用金属体又は前記第2加熱用金属体が、複数の金属要素を重ねて形成されたものであり、当該複数の金属要素の間に内部流路が形成されている請求項1乃至12の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。
- 前記第1加熱用金属体又は前記第2加熱用金属体が、円筒状をなす第1の金属要素と、当該第1の金属要素に挿入して設けられた円筒状をなす第2の金属要素とを備え、
前記内部流路が、前記第1の金属要素の内面及び前記第2の金属要素の外面により形成されている請求項13記載の流体加熱装置。 - 前記第1の金属要素及び前記第2の金属要素の少なくとも一方が、前記内部流路が螺旋状となるように加工されている請求項14記載の流体加熱装置。
- 前記第1加熱用金属体又は前記第2加熱用金属体が、幅方向一端面及び幅方向他端面に開口する流路形成孔が形成された金属板を変形し、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合して形成されたものであり、
前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がることにより内部流路が形成されている請求項1乃至12の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。 - 前記金属板には、幅方向一端面から幅方向他端面まで直線状に延び、前記金属板の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔が形成されており、
前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合することで互いに異なる前記流路形成孔の開口が繋がり、螺旋状の前記内部流路が形成されている請求項16記載の流体加熱装置。
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