JPH02139889A - 誘導加熱型の加熱流体発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気エネルギーを用いてすなわち電気エネル
ギーを消費して、例えば、水または空気等の任意の熱媒
流体を加熱する誘導加熱装置すなわちジェネレータに関
するものである。

従来の技術 本発明の対象とするジェネレータは、一般給電網から電
流が供給される一次コイルと、磁気回路を介してこの一
次コイルに連結された二次コイルとで構成され、この二
次コイルは中空管状で且つ短絡されているという２つの
特徴を有している。

上記一次コイルに電流が流れて磁気回路内の磁束が変化
すると、誘導電流が生じ、それによって上記中空管が加
熱され、その結果、この中空管の壁と接触した二次コイ
ルの内部を流れる熱媒流体が加熱される。

この型の誘導型ジェネレータとして、例えば、フランス
国特許Ｆ　Ｒ−Ｂ−５２７６９７またはヨーロッパ特許
Ｅ　Ｐ　−Ａ−０１９３８４３に記載のものが公知であ
る。

他の公知の電気暖房装置と比較すると、この誘導型熱ジ
ェネレータは、いわゆる電気回路（すなわち一次コイル
）が二次コイルで表される加熱回路から分離されている
という点で、使用者の安全が確保されるという利点があ
る。

さらに、電気変圧器の変圧比を適当に設定することによ
って、一次コイルに高電圧をかけても、二次コイルを低
圧にしておくことができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、熱媒体の加熱程度を必要に応じて調節できるよ
うにするということはまだ完全には解決されていない重
要な課題である。

上記の第１の文献（Ｆ　Ｒ−Ａ−５２７６９７）では、
この目的で、レオスタットを二次コイルと直列に接続し
て使用することを提案している。

上記の第２の文献（Ｅ　Ｐ−Ａ−０１９３８４３）では
、二次コイルにサイリスクをカスケード状に取り付けて
、短絡された巻き線の数を変えることができるようにし
たエネルギー効率により注意を払った解決策を提案して
いる。サイリスクは巻き線毎にこの巻き線に対して「オ
ール　オア　ナッシング」型の弁の役目をする。このか
なり複雑な構成の装置は、二次コイルの一つの巻き線の
暖房出力に対応した断続的（不連続的）な単位間隔でし
か加熱量を調節できない多数の電気スイッチを用いた装
置と同じことしかできない。

この文献には、さらに、一次側に配置されたサイリスク
によって調節を行う類似の装置が既に公知であるという
ことが文献Ｇ　Ｂ　−Ａ　−２１０５１５９を引用して
記載されている。この装置では、サイリスタに加えるこ
とのできる電圧に合わせるために、一次側の電圧を十分
に低くする必要があるので、装置の出力が制限される。

本発明の目的は、上記の公知の解決法の欠点の無く、連
続的に加熱量を調節することができる単純且つ信頼性の
ある解決法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、配電網に接続された一次コイルと、磁気回路
を介してこの一次コイルと組み合わされた二次コイルと
で構成され、二次コイルは短絡された中空管状コイルで
構成され、熱媒流体がこの中空管状コイルの内部を循環
するようになっている「電気変圧器型」の熱誘導型の加
熱流体発生装置において、 一次コイルと直列に設けられた飽和可能なインダクタン
スと、このインダクタンスをその磁気回路の状態を変更
するようにパイロット制御する直流電流または整流電流
発生器とによって構成される加熱出力の連続的調節手段
が一次側に設けられていることを特徴としている。

上記の飽和可能な磁気回路は閉回路であるのが好ましい
。さらに、上記飽和可能なインダクタンスは３つのヨー
クを備えた磁気回路を備え、外側の各ヨークには出力コ
イルが設けられており、これら２つのコイルは一次側回
路内で互いに並列に接続されており、中央のヨークには
上記直流電流発生器に接続された制御コイルが設けられ
ているのが好ましい。上記出力コイルは互いに反対方向
に巻かれていて、中央のヨークに常に対抗する対称な起
磁力が生じるようになっている。

上記の構成から分るように、本発明による調節は、次の
ような原理に基づいている。すなわち、加熱コイルの両
端部に所定の電圧が印加された時の二次コイルの電流は
加熱コイルの短絡電圧の関数である。一方、各瞬間の加
熱量は二次コイル内の電流強度に直接関係する。従って
、一次コイルの両端の電圧を変化させると、それに比例
して二次コイル内の電流が変化し、その結果、加熱量も
変化する。

この際、電力供給源自体の起電力によって誘導された起
電力が一次回路に発生する。この一次回路内の起電力は
電力供給源の起電力に対抗し且つ一定の供給電圧に対し
て一次回路の両端の電圧がそれと対応して変化するよう
に変化する。

この可変の反起電力は飽和可能なインダクタンスによっ
て作られる。このインダクタンスの「空の」鉄心（すな
わち、一次コイルに電流が存在しない）の透磁率は加え
られた磁界によって変化し、この磁界の強さは直流もし
くは整流電流によって調節することができる。

このように、加熱量の調節はスタティックに、すなわち
、装置のどの部品も動かさずに行われる。

さらに、飽和可能なインダクタンスをパイロット制御す
るための直流（もしくは整流電流）電流の強さは、指定
値が設定されている調節器を用いて、例えば、加熱後の
水温や暖房区域の温度等の加熱量調節パラメータに合せ
ることができる。

本発明の上記以外の利点および特徴は、添付図面を参照
した以下の実施例の説明によってより明瞭になるであろ
う。

実施例 第１図には、一次コイル１と、磁気回路３を介してこの
一次コイル１と結合された二次コイル２とを有する従来
の構造の電気変圧器が示されており、これら２つのコイ
ルはどちらも磁気回路３に巻き付けられている。

銅（またはアルミニウム）製の一次コイル１はいわゆる
「ドライ」変圧器の典型的な構造に従ってエポキシ樹脂
４の中に埋めこまれている。しかし、必ずしもこの構造
にする必要はない。なお、循環空気による冷却手段は図
面を不必要に複雑にしないために省略しである。

二次コイルはパイプによって構成され、このパイプは導
電性と熱伝導性に優れていることが必要であるので金属
製であるのが好ましい。このパイプ２の両端は加熱回路
（より一般的には、利用回路）に接続されており、この
加熱回路中を熱媒流体が循環する。熱媒流体としては水
が好ましい。

このパイプ２自体は、その両端を接続する電気接続５に
よって短絡される。この二次回路のアース６は安全性の
ためバイパス５の先の点で行われる。

一次コイルは交流電源７の電圧が加わっている端部に接
続されている。この交流電源の電圧は一般配電網の電圧
であることが好ましい。

図から分るように、上記のようにして形成された一次回
路のＡ点とＢ点との間には、直流１ｃの発生器９によっ
てパイロット制御される飽和可能なインダクタンス８が
一次コイル１と直列に接続されている。この装置のＣＯ
ＳΦを改善するために、コンデンサ１９をインダクタン
ス８および一次コイル１と並列に接続するのが好ましい
。また、必要な時にこの回路を迅速に開けることができ
るようにスイッチ１０を設けるのが好ましい。

飽和可能なインダクタンス８の一実施態様は第２図に詳
細に示しである。以下、この図面を参照して説明する。

このインダクタンスは３つの平行なヨーク１２ａ１１２
ｂ、１２Ｃによって形成された磁気閉回路１１を有して
いる。これらヨークの各両端部は直線状の上部ｉ１鉄１
３ａと下部継鉄１３ｂに結合されている。

外側のヨーク１２ａと１２ｂは、一次回路のＡ点とＢ点
との間に並列に接続された２つの分岐路を構成する出力
コイル１４ａと１４ｂを支持している。これらのコイル
の巻き数は同じであるが、巻き方向は反対になっている
。従って、ある瞬間におけいてこれらコイルの各々がそ
のヨークに生じさせる起磁力は強さが同じで反対方向を
向くようになっている。これらの起磁力は対称なので、
中央のヨークでの合力は０である。

中央のヨーク１２Ｃは直流１ｃの発生器９に接続された
制御コイル１５を有している。このコイルにはさらに、
複数の短絡巻き線１６が巻き付けられている。これらの
巻き線による純粋な自己誘導効果によって、ＩｃがＯで
はない時の中央のヨークで互いに対向する交流起磁力の
非対称から生じる残留交流磁束が直流発生器９の方に戻
るのを防ぐことができる。

中央ヨーク上の直流コイル１５は外側ヨーク１２ａと１
２ｂの磁気状態を変更させる定常磁界を発生させること
ができ、従って、一つの交番電流でヨークの一方の出力
電流を迅速に飽和させ、次の交番電流で他方のヨークを
対称的に迅速に飽和させることができる。磁気回路１１
の飽和臨界値にこのように早く達するのを妨害しないよ
うに、この磁気回路は「閉回路」型にする。

従って、直流電流が全く流れていない（Ｉｃ＝Ｏ）時に
は、インダクタンス８の自己誘導効果は最大であり（鉄
の自己誘導）、従って、一次コイル１の両端の有効電圧
は最小になる。反対に、直流電流１ｃの強度が十分に大
きく、それ自体で磁気回路を飽和させることができる時
には、自己誘導効果は最小になり（空気の自己誘導）、
従って、一次コイル１の両端の有効電圧は最大になる。

直流電流１ｃの強さを作動限界であるこれらの２つの点
の間に選択することによって、一次回路の電流強度を細
かく調節することができ、従って、一次コイル１の両端
で交流電圧の振幅を調節することができる。

次に、第１図に戻って、本発明の誘導加熱式の熱媒流体
発生器の運転原理を説明する。

二次回路のコイル２が短絡構造になっているので、交流
電流がこのコイルを流れ、ジュール効果によって熱が発
生する。この熱の大部分は、コイルの内壁と接触して通
過する熱媒流体によって取り除かれる。この熱の発生量
は二次回路内の有効電流強度（正確にはこの強度の二乗
）に比例する。

すなわち、この強度はコイル２の両端の誘導電圧によっ
て決まり、この誘導電圧は、一次コイル１の両端の電圧
によって決まる。この電圧は前記の直流電流１ｃの調節
方法のところで説明したようにして調節される。従って
、この加熱装置の出力は、直流電流発生器９によって制
御される飽和可能なインダクタンス８を用いて一次コイ
ル１の両端の電圧を変えることによって調節することが
できる。

この調節は、必要であれば、例えば、直流発生器９をパ
イロット制御する調節器１８を用いて、指定値Ｖｃと二
次コイルの出口での水の温度を測定するピックアップ１
７から受ける値との間の温度差を所望の限界値以下に維
持するように自動化することができる。

もちろん、二次コイルの両端の誘導電圧は、変圧比、す
なわち、加熱コイル２と誘導コイル１の各々を構成する
巻き線の数の比によって変化する。

従って、高い加熱出力を得るためには、二次コイルの巻
き数を一部コイルよりも多くし、この一次コイルを高圧
または中圧電源７に接続して、降圧器として装置を作動
させるのが好ましい。

本発明によれば、各相が第１図に示した装置のような加
熱装置に電力を供給することによって、中圧配電網の三
相交流電源を用いて、１１００Ｋから約Ｉ　Ｑ　！、Ｉ
　Ｗの極めて広い範囲の出力の熱媒流体発生器を作るこ
とができる。

本発明による調節は、装置の公称出力１００％から約１
０％の間で行うことができる。コンデンサ１９が存在す
るので、調節点に応じて、ｃｏｓΦを０．８５だけ「前
」と「後」に変化させることができる。

二次コイルを形成する金属はステンレスか、もしくは比
抵抗の高いその他の金属であるのが好ましい。そうする
ことによって、低い電流密度（約６Ａ／ｍｍ２）でも運
転することができる。さらにステンレスの場合には、加
熱腐食に対する耐性も十分に満足できる。また、加熱効
率を改良するために、特にコイル２を断熱する等の従来
技術を適用するのが好ましい。

飽和可能なインダクタンス８としては、第２図に説明し
たもの以外に、多くの実施態様が考えられる。しかし、
飽和可能な磁気回路１１の構造がどのようであっても、
直流電流１ｃがその最大値に調節されている時に、この
回路がその直流電圧１ｃによって発生する静電界によっ
て飽和されることが重要である。そのためは、例えばＩ
ＯＡ以上の極めて高い強度にしなくてもいいように、コ
イル１５の巻き線を十分な数にする。

同様に、調節用直流電流１ｃは、磁界の関数で磁気イン
ダクタンスを与える電力供給曲線で飽和水平部の高さの
位置並びに横座標軸上でのこの水平部の始点の位置を変
更する効果があるので、Ｉｃ＝００時に、一次回路で使
用できる所定の公称出力が既にこの水平部の始点の近傍
に位置するように磁気回路１１の寸法を決めることがで
きるという利点がある。

これを超えると、コイル１４ａと１４ｂによって形成さ
れた交流磁界の一部が空気中に伝播し、（前記のように
）装置の公称出力の１０から１００％の範囲で変化させ
ることができる二次回路に伝達される出力の調節範囲の
幅が失われるので、回路を小型にする。上記以下では、
回路が大型化する。これ自体、費用がかかることであり
、さらに上記の１０から１００％の調節範囲を狭め、そ
れによってこの範囲での出力の調節をより困難にする。

もちろん、所定のサイズの回路１１に、複数のコイル１
２ａ、１２ｂを適用しても、同様な結果になる。

本発明は、高圧または中圧の従来の３相交流電源で使用
することができる。この場合には、第１図に示した装置
を３つ備えたより複雑な１ユニツトの装置になる。

第３図は、このような装置の電気的な概略図である。２
０．０００　Ｖの中圧電源の各相Ｕ、Ｖ、Ｗが飽和可能
なインダクタンス８、計、８・・を介して一部コイル１
．１＝　　１°′に給電する。

これらの３つのコイルは、ここでは、星形に配置されて
おり、それらの間は、図示していない磁気回路を介して
、各コイル２．２°、２・・からなる二次短絡コイルを
励磁する。これらの各コイルは、並列接続された３つの
回路を備える暖房水の回路の支流に取り付けられている
。さらに、−船釣に言えば、この型の装置を多相化する
ことができ、その結果、供給電力の相の数に等しい数の
単位加熱ユニットを備えるた熱媒流体発生装置にするこ
とができる。

本発明は、上記の実施例に限定されることはなく、特許
請求の範囲で示した特徴の範囲内で変更することができ
る。

本発明は、建物の暖房用の温水発生器もしくは工業的方
法でのプラントを含むということは理解できよう。また
、水辺外の加熱媒体、例えば、オイル、液体硫黄もしく
は液体ナトリウム等を加熱媒体として使用した熱交換器
内で高温蒸気を発生させるものにも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による熱媒流体発生器の概略図であり
； 第２図は、第１図の一部分である加熱量調節手段を示し
た部分の詳細拡大図であり； 第３図は、３相交流電源から給電される第１図の熱媒流
体発生器を３つ集めた１つの装置内の電気回路の概略図
である。 （主な参照番号） １１ＩＴ一次コイル ３・・・磁気回路 ５・・・電気接続 ７・・・電力供給 ９・・・発生器 １１・・・磁気回路 ２　・　・ ４　・ ６　・ ８　・ １０・ 二次コイル ・エポキシ樹脂 ・アース ・インダクタンス ・スイッチ ２法 く

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）配電網（７）に接続される一次コイル（１）と、
   この一次コイル（１）と磁気回路（３）を介して結合さ
   れた二次コイル（２）とを有し、この二次コイル（２）
   がに加熱される熱流体が内部を循環する短絡された管状
   コイル（５）によって構成された電気変圧器型の誘導加
   熱型の加熱流体発生装置において、 上記一次コイルと直列接続された飽和可能なインダクタ
   ンス（８、１１）と、このインダクタンスをパイロット
   制御して上記の飽和可能な磁気回路（１１）の磁気状態
   を変更させる直流電流または整流電流の発生器（９）と
   によって構成される加熱出力の連続的調節手段が上記の
   一次回路に設けられていることを特徴とする加熱流体発
   生装置。
2. （２）上記の飽和可能な磁気回路（１１）が閉回路であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の加熱流体発生装置
   。
3. （３）上記の飽和可能な磁気回路（１１）が３つのヨー
   ク（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）を備え、これらの内外側
   のヨーク（１２ａ、１２ｂ）は各々出力コイル（１４ａ
   、１４ｂ）を備え、これら２つのコイルは上記の一次コ
   イル（１）を上記の配電網（７）に接続する電気回路に
   並列に接続され、その中央のヨーク（１２ｃ）は、直流
   もしくは整流電流発生器（９）に接続された制御コイル
   （１５）を備える、上記の出力コイルは互いに反対方向
   に巻かれており、上記の中央のヨーク（１２ｃ）では上
   記の飽和しうる磁気回路（１１）内に生じる交流の磁束
   が常に反対方向を向いていることを特徴とする請求項１
   もしくは２に記載の加熱流体発生装置。
4. （４）上記の中央のヨーク（１２ｃ）がさらに短絡のコ
   イル（１６）を備えることを特徴とする請求項３に記載
   の加熱流体発生装置。
5. （５）加熱出力自動調節手段（１７、１８）を備えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の加熱流体発生装置。
6. （６）上記パイプ状コイル（２）がステンレス製である
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱流体発生装置。
7. （７）コンデンサ（１９）が、上記の第１の回路に並列
   接続されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱
   流体発生装置。
8. （８）電力供給源に接続されるための、電力供給相と同
   数の暖房基本ユニットから構成された多相電気暖房装置
   において、各暖房基本ユニットが配電網（７）に接続さ
   れ、磁気回路（３）を介して加熱される冷却液が循環す
   る短絡のパイプ状のらせん（５）からなる二次コイル（
   ２）に接続された第１のコイル（１）を備える電気変圧
   器型の熱誘導性加熱流体発生装置であって、暖房出力の
   連続調節手段は該一次コイルと直列接続された飽和しう
   るインダクタンス（８、１１）と該インダクタンスを制
   御して上記の飽和しうる磁気回路（１１）の磁気状態を
   変更させる直流電流もしくは整流電流ジェネレータ（９
   ）とによって構成される上記の第１の回路に備えている
   熱誘導性加熱流体発生装置に適していることを特徴とす
   る装置。