JP6317660B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、螺旋状に巻廻した導体管を誘導加熱することによって該導体管内に通流した流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。

従来、この種の流体加熱装置において、特許文献１に示すように、二次コイルを形成する螺旋状に巻廻した導体管の複数重を、螺旋の軸方向に延びる電気接続部材で溶接等により電気接続し、短絡回路を構成して電気的リアクタンスを低減させて力率を改善し、加熱効率を向上させたものが知られている。

ところで、螺旋導体管を誘導加熱すると、外周側に比べ長さが短く電気抵抗値が低い導体管の内周側に、外周側に比べて大きな電流が流れることとなるため、内周側は外周側より高温になる。このことから導体管の内周側は外周側に比べて熱膨張が大きくなって、螺旋管は巻き戻る方向に管の相互配置が変化することになる。
また、流体の出口側は入口側に比べ高温になるので、出口側の巻き直径が大きくなり、螺旋管の正面視形状は台形状に変形する。

しかしながら、従来のように、電気接続部材が導体管の所要箇所間に固定されていると、前述した導体管が変形しようとした際に大きな応力が発生し、経年使用によって、電気接続部材や導体管と電気接続部材との固定箇所に疲労が蓄積し、これらが破損する場合がある。
そうすると加熱効率が低下するだけでなく、接続部間に電位が発生して放電が生じ、導体管自体が破損して内部の加熱流体が漏れるおそれすらある。

特開２０１０−７１６２４号公報

本発明は、上述した導体管の破損の前にこれを検出し、加熱流体が漏れるといった事態を未然に防止すべくなされたものである。

すなわち、本発明に係る流体加熱装置は、螺旋状に巻廻した導体管を誘導加熱することによって該導体管内に通流した流体を加熱するものであって、前記導体管の所要箇所同士を電気的に接続して短絡回路を構成する電気接続部材と、前記導体管の電位を測定する電位測定器とを具備したものであることを特徴とする。

このようなものであれば、電位測定器による検出電位が所定の値を超えたとき、電気接続部材に何らかの異変が生じていることがわかるので、メンテナンスをしたり、装置交換したりするなどして、導体管の破損に至る前に、未然にこれを防止する処置を施すことができる。

前記メンテナンス等をより確実に行うためには、前記電位測定器による測定電位が所定の値を超えたときに、これを報知する報知部または運転停止信号を出力する運転停止部をさらに設けておくことが好ましい。

破損のそもそもの原因となる応力発生を低減させ、装置の長寿命化を図るには、前記電気接続部材が、前記導体管の温度変化に伴う変形に応じて変形可能なものであることが好ましい。

好ましい電気接続部材の態様としては、これを金属網を用いて形成したものを挙げることができる。このようなものであれば、縦方向のみならず横方向にも容易に変形するので、導体管の不測の変形にも十分対応することができる。

好ましい電気接続部材の他の態様としては、前記電気接続部材が、その中間領域に折り曲げ加工を施した金属板を用いて形成したものを挙げることができる。このようなものであれば、可動性を持たせるとともに大きな導電断面積を確保することが容易にできる。

前記導体管が流体を加熱して過熱蒸気を発生するものの場合、流体加熱装置のなかでも、温度上昇が大きく、導体管の変形も大きくなるため、本発明の効果が特に顕著となる。

このように構成した本発明によれば、電位測定器による検出電位が所定の値を超えたとき、電気接続部材に何らかの異変が生じていることがわかるので、メンテナンスをしたり、装置交換したりするなどして、導体管の破損に至る前に、未然にこれを防止する処置を施すことができる。

本発明の一実施形態における流体加熱装置の導体管を主として示す正面図。 同実施形態の導体管を主として示す側面図。 同実施形態の電気接続部材を示す正面図、底面図及び側面図。 本発明の他の実施形態における電気接続部材を示す正面図、底面図及び側面図。 本発明のさらに他の実施形態における流体加熱装置を示す正面図。 本発明のさらに他の実施形態における流体加熱装置を示す正面図。

以下に本発明に係る流体加熱装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。

この流体加熱装置１００は、鉄心に沿って巻回された一次コイル（図示しない）と、前記一次コイルの外周又は内周又は一次コイル間に、該一次コイルに沿って巻回された螺旋状の導体管１からなる二次コイル（図１、図２参照）とを有し、前記二次コイルを構成する前記導体管１の内部を通流する流体を、該導体管１の誘導発熱により加熱するようにしたものである。なお、二次コイルを構成する導体管１の一方の端部には、流体を二次コイルに供給するための外部配管が接続される導入ポートが形成され、前記導体管の他方の端部には、加熱された流体を外部に導出するための外部配管が接続される導出ポートが形成されている。

なお、ここでの流体加熱装置１００は、流体として水を加熱するものであり、該水を導体管１で加熱して、１００℃超（２００℃〜２０００℃）の過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置として用いられるが、加熱温度や加熱対象流体がこれに限られるものでない。例えば、外部で生成された飽和水蒸気を導体管１で加熱して、過熱蒸気を発生するものであっても良い。
ところで、この実施形態では、図２に示すように、導体管１の所要箇所同士を電気的に接続して短絡回路を構成する電気接続部材２を設けている。

この電気接続部材２は、図３に示すように、金属製の長尺状をなすもので、導体管１に溶接又はロー付け等により電気的かつ機械的に固着される一対の接続用端子板２１と、これら接続用端子板２１間に架け渡された金属網２２とからなる。一対の接続用端子板２１は、導体管１における二次コイルの外周側部分に溶接等により電気的かつ機械的に固着される。また、金属網２２は、一対の接続用端子板２１の距離の拡縮に応じて伸縮するものであり、本実施形態では、途中で屈曲させた帯状をなすものであり、接続用端子板２１間に複数本（図３では３本）が架け渡されている。

そして、このような電気接続部材２が、その延伸方向を螺旋の軸方向と平行にした姿勢で、導体管１の表面に複数（ここでは３つ以上）取り付けられている。なお、複数の電気接続部材２は、二次コイルの外周全体に亘って互いに間隔を空けて離散的に取り付けられることが望ましい。図２では、螺旋の軸方向に沿って、２つ又は３つの電気接続部材２が直線状に取り付けられている。また、各電気接続部材２の接続用端子板２１は、隣接する導体管要素（導体管１において螺旋の一周分を構成する部分）ではなく、１つおき以上に離れた導体管要素の所要箇所に取り付けられてこれらを電気的に接続するようにしてある。これは、実施例における螺旋管径が小さくて、互いに隣接する導体管要素に接続するにはスペース上困難であったことによる。このように隣接又は離れた導体管要素に接続することによって、所望の電気的接続ができるように電気接続部材２を取り付けることになる。

接続用端子板２１や金属網２２の素材としては、耐熱性があり酸化しにくいＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレスおよびＩＮＣＯＮＥＬ−ａｌｌｏｙ（ＪＩＳ合金番号ＮＣＦ６０１等）などが適している。

さらにこの実施形態では、図１に示すように、導体管１の入口と出口との間の電位（より正確には、前記導体管１において、電気接続部材２が設けられている領域より端部側の任意箇所間の電位）を測定する電位測定器（電圧計）４と、この電位測定器４によって測定された電位が所定の値を超えたときに警報を発する報知部及び／又は運転停止信号を出力する運転停止部を有した監視装置５を設けている。なお、本実施形態の電位測定器４は、導体管１の導入ポート又はその近傍と導体管１の導出ポート又はその近傍との間の電位を測定するように接続されている。

例えば誘導加熱用入力巻線の巻数をＮ、入力巻線への印加電圧をＥとすると、導体管１を全短絡した状態では、該導体管１の最初と最後である流体出入口間電位はＥ／Ｎである。ここで電気接続部材２が１箇所破損して外れた場合を考えると、導体管１の出入口間には２Ｅ／Ｎの電位が発生する。

しかして、この実施形態では、この電位の変化を警報または運転停止信号を出して、修理の必要性を知らせることができるので、導体管１自体の破損が起こる前に、これを未然に防止することができる。

さらに、この実施形態では、電気接続部材２が前記導体管１の温度変化に伴う変形に応じて変形する十分な変形性を有しているため、導体管１や電気接続部材２自身、あるいは導体管１と電気接続部材２との固定箇所等に大きな応力がそもそも発生することはなく、疲労が蓄積したり、その結果、破損したりすることを可及的に防止することができ、修理間隔や装置寿命を延ばすことが可能になる。

また、電気接続部材２として、縦方向のみならず横方向にも容易に変形可能な金属網２２を用いているので、導体管１の不測の変形にも十分対応することが可能になる。
特に、この実施形態では、過熱蒸気を発生するため加熱温度が高く、導体管１の変形も大きくなるため、上述した効果が特に顕著となる。
なお、本発明は前記実施形態に限られない。

例えば、前記電気接続部材２として、図４に示すように、接続用端子板２１間に折り曲げ加工を施した金属板２３を用いて形成したものでも構わない。なお、折り曲げ加工を施した金属板としては、屈曲加工を施した金属板や湾曲加工を施した金属板等が考えられる。このようなものであれば、変形性を持たせるとともに大きな導電断面積を確保することができるようになる。その素材としては、前記金属網同様のものが好ましい。

また、取り付けられる箇所毎に電気接続部材に流れる電流値に基づいて、各電気接続部材の断面積及びそれらの接続数が設定されていることが望ましい。各電気接続部材に流れる電流値は、入力側巻き線との磁気結合状態やインピーダンスの違いによって、値が大きく異なる。その電流値に応じた接続部材の断面積および接続数を設定すれば、過度の加熱を防止できるとともに、過剰な断面積および接続数の選択を避けることができる。

さらに、前記実施形態の電気接続部材は、その延伸方向を螺旋の軸方向と平行にした姿勢で、つまり、螺旋の軸方向に沿って取り付けられるものであったが、電気接続部材は、その延伸方向が螺旋の軸方向からずれた姿勢で取り付けられるものであっても良い。例えば、電気接続部材は、その延伸方向が螺旋の軸方向となす角度が例えば±４５度の範囲内（より好ましくは±１０度の範囲内）で傾いて取り付けられるものであっても良い。

その上、電気接続部材２は十分に変形可能なものでなく、図５、図６に示すように、金属板２や、導体管１同士を接続する溶接部分２であって構わない。

図５に示す電気接続部材２は、螺旋状に巻廻した導体管１の外周において、螺旋の軸方向に一端から他端に亘って設けられている。また、この電気接続部材２は、螺旋状に巻廻した導体管１の周方向において略等間隔に４箇所に設けられている。各電気接続部材２は、螺旋の軸方向の一端から他端において全ての導体管要素に溶接又はロー付け等により固着される。これにより、螺旋状に巻廻した導体管１は、全ての導体管要素が短絡した全ターン短絡状態となる。

図６に示す電気接続部材２は、互いに隣接する導体管要素同士を接続する溶接部分又はロー付け部分により構成されている。この溶接部分又はロー付け部分は、螺旋状に巻廻した導体管１の外周において、螺旋の軸方向に沿って形成されている。また、この溶接部分又はロー付け部分は、螺旋状に巻廻した導体管１の周方向において略等間隔に４箇所に設けられている。この溶接部分又はロー付け部分は、螺旋の軸方向の一端から他端において全ての導体管要素の間に形成されている。これにより、螺旋状に巻廻した導体管１は、全ての導体管要素が短絡した全ターン短絡状態となる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・流体加熱装置
１・・・導体管
２・・・電気接続部材
５・・・警報装置（報知部）
５・・・警報装置（運転停止部）

Claims (4)

1. 螺旋状に巻廻した導体管を誘導加熱することによって該導体管内に通流した流体を加熱する流体加熱装置であって、
   前記導体管の所要箇所同士を電気的に接続して短絡回路を構成する電気接続部材と、
   前記導体管の電位を測定する電位測定器とを具備し、
   前記電位測定器は、前記導体管において前記電気接続部材が設けられている領域よりも導入ポート側と導出ポート側との間の電位差を測定することを特徴とする流体加熱装置。
2. 前記電位測定器による測定電位が所定の値を超えたときに、これを報知する報知部または運転停止信号を出力する運転停止部をさらに具備したものである請求項１記載の流体加熱装置。
3. 前記電気接続部材が、前記導体管の温度変化に伴う変形に応じて変形可能なものである請求項１又は２記載の流体加熱装置。
4. 前記導体管が流体を加熱して過熱蒸気を発生するものである請求項１乃至３の何れか一項に記載の流体加熱装置。