JPH0329289A - パイプライン内の流体を電気誘導加熱する装置 - 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】 本発明は閉じた回路部分を有するパイプラインに入れた
流体を電気誘導加熱する装置に関する．流体、特に、導
電性流体、たとえば液体金属を処理するとき、この液体
をそれが常時あるいは間欠的に循環するパイプライン内
で加熱あるいは再加熱する必要があることかある． この目的には変圧器か用いられるが、この変圧器の一次
部分は磁気回路のアームのまわりに配置した少なくとも
１つの電気巻き線からなり、二次部分は導電性流体を収
容しているパイプラインの閉回路構威部分からなる． 変圧器の短絡二次部分を構威しているこの閉回路を通る
電流か誘導作用で発生する。この電流は、パイプライン
または流体あるいはこれら両方が同時に導電性であるか
どうかに依存して、パイプラインの壁あるいは流体もし
くはバイブラインと流体の両方を循環する。パイプライ
ンまたは流体あるいは両方かこうしてシュール効果によ
って加熱される． ここで必要なのは、一次巻き線および二次回路の形態お
よび相対位置を注意深く選定することによって良好な磁
気結合を得，漏洩磁束を減らすことである． 従来は、単相電流の供給を受ける加熱装置か用いられて
おり、これは中央柱を有する閉じた磁気回路からなり、
この中央柱のまわりに単相電流を供給される一次巻き線
が配置されており、中央柱に対してほぼ平行に２つの側
柱か設けてある．パイプラインの閉回路部分はこのパイ
プラインに各端で接続した２つのアームからなり、これ
ら２つのアームが単相電流の供給を受ける一次巻き線を
囲むループを形威する。

この単純な構造の装置の欠点は以下の理由のために電力
に制限かあるということである．すなわち、加熱電力を
消散させるのに必要な流体の流量を確定し得るようにパ
イプラインの液圧的横断面積か充分に大きくなければな
らないのてある。

一方、装置の電気的機能を効果的に発揮させるのに伴な
う要件を満たすという観点ではパイプラインの横断面積
は制限しなければならない．事実、磁気漏洩インダクタ
ンスはパイプラインの横断面積が大きくなれば、それだ
け、ループの電気抵抗に関連して大きくなる。

こうして、単相電流の供給を受ける加熱あるいは再加熱
装置の電力は制限され、これは或る種の用途てはかなり
の欠点となり得る。

熱交換流体としてナトリウムを使用している高速中性子
型原子炉に関して言えば、液体ナトリウムはその設備の
或る部分、特に、水蒸気発生器付近の二次回路で再加熱
しなければならない。たとえは、水蒸気発生器からの液
体ナトリウム出口パイプラインから分岐したパイプライ
ンであって、水蒸気発生器の管のどれか一本に水漏れか
あり、水蒸気発生器の管の出口でナトリウム内に水素が
存在することになった場合に警報を発するようになって
いる水素検出器か配置してあるパイプライン内で液体ナ
トリウムを再加熱する必要かある。

実際に、ナトリウム内に入っている水素を分離すること
によって水素検出を行うには，検出器を確実に効果的に
機能させる或る特定の値にナトリウムの温度を保つ必要
がある． 同様に、熱衝撃を防ぐためには、原子炉のナトリウム回
路のいくつかの部分で液体ナトリウムの温度を或る特定
の値付近に維持する必要もある。

この場合、流体は導電性の高い液体金属てあり、必要な
加熱電力はほぼ１０キロワットあるいは数十キロワット
のオーダーとなり得る。配ＴＬ網の産業用周波数で単相
電流を変圧器に供給することによってこの加熱電力を得
ることは不可能ではないにしても難しい． したかって、３相電流の供給を受ける変圧器を使用して
配電網の負荷を不均衡にしすぎるのを防ぐことか提案さ
れている。

この場合、変圧器の磁気回路は３本のほぼ平行な柱を包
含するフレームからなり、各社のまわりには３相電源の
うちの１つの相に接続した電気巻き線か配置してある。

導電性液体（たとえば、高速中性子炉で用いられるナト
リウム）を入れたバイブラインは３つの分岐部分を有し
、各分岐部分は再加熱すべき液体を受ける管状要素の１
つまたはそれ以上の捲回部からなる．管状要素の各捲回
部は３相電源の１つの相から電流の供給を受ける変圧器
巻き線まわりに配置されている．このような装置はパイ
プラインの構造のために比較的複雑な構造であり、この
パイプラインの断熱効果に関して種々の困難を惹起する
。

したかって、本発明の目的は、閉回路部分を有するパイ
プライン内に収容された流体を電気誘導加熱する装置で
あって、変圧器からなり，この変圧器か３相電源に接続
した少なくとも２つの一次巻き線と、導電性流体を入れ
た閉回路からなる二次部分とを有する装置を提供するこ
とにある。この装置はかなりの加熱電力で非常に高い効
率をもって作動しかつ構造簡単であり、パイプラインの
断熱をその閉回路部分で容易に行うことかてきる。

これを達或するために、変圧器は４つの平行な柱を有す
る閉じたフレームの形をした磁気回路と，それぞれかフ
レームの内側の柱のまわりに配置された２つの一次巻き
線とを包含し，各一次巻き線か一端をそれぞれ３相電源
の第１相，第３相に接続し、反対端を第２相に接続して
あり、パイプラインが３つの分岐アームからなる閉回路
を有し、各分岐アームか磁気回路のフレームのうちの２
つの柱の間のギャップを通っている。

本発明をより一層容易に理解して貰うべく、単相電流の
供給を受ける従来の再加熱装置、３相電流の供給を受け
る従来の再加熱装置および３相電流の供給を受ける本発
明の加熱装置を、添付図面を参照しながら、なんら限定
的な意味なしに以下に説明する。

第１図は符号ｌて全体的に再加熱装置を示しており、こ
れは２つの側柱３、４と１つの中央柱５（互いにほぼ平
行となっている）を有する矩形横断面形状のフレームの
形をした磁気回路２からなる．磁気回路２は電気巻き線
６も有し、この巻き線の両端７は単相電源に接続してあ
る。

再加熱すべき流体、たとえば、液体金属を入れたパイプ
ライン８は２つのアーム１０．１０’を有し、各アーム
は磁気回路２の柱３（または４）と巻き線６で囲まれた
中央柱５の間を通る。２つのアーム１０．１０’はＴ字
接続具（たとえば９）によってパイプライン８に接続さ
れており、変圧器の二次部分を構威する閉回路ループの
２つの部分となっている。磁気回路２の巻き線は変圧器
の一次部分となる． 上述したように、この装置は特にかなりの電力を必要と
する液体金属の再加熱のためには完全に不適であること
が証明されている。

第２図は３相電源を使用する従来の装置を示している． この装置は全体的に符号１ｌで示してあり、３本のほぼ
平行な柱１３，“　１４．１５を有する矩形横断面形状
のフレームの形をした磁気回路ｌ２を包含する。柱ｌ３
、１４、ｌ５の各々のまわりには電気巻き線ｌ６が配置
してあり，各巻きＭＡ１　６　ａ、１６ｂ，１６ｃは３
相電源の異なった相から供給を受ける。

再加熱しようとしている流体、一般的には液体金属を入
れたパイプラインｌ８は再加熱すべき流体を受ける入口
部分１８ａと、装置１１の出口のところで再加熱済みの
流体を回収する出口部分１８ｂとを有する． バイブラインは閉回路部分も包含しており，この閉回路
部分はパイプラインｌ８の入口部分１８ａと出口部分１
８ｂの間の分岐接続部にある３つの管状要素１９ａ、１
９ｂ．１９ｃからなる．各管状要素は巻き線（それぞれ
．１６ａ．１６ｂ．１６ｃ）を囲んでおり、対応する巻
き線のまわりに２つの捲回部を形成している。

分岐した要素１９ａ．１９ｂ．１９ｃは再加熱装置の短
絡二次部分を構戊する。

第２図でわかるように、この装置はパイプラインの閉回
路部分（３つの部分となっている）について考えると若
干複雑である。したかって、この装置の製作には比較的
長くて費用のかかる作業か必要である。さらに、パイプ
ラインの断熱は非常に難しい。

第３図は全体的に符号２１を付けた本発明の再加熱装置
を示している。この加熱装置は、４つのほぼ平行な柱２
３、２４．２５ａ、２５ｂ、すなわち，外側フレームを
閉ざす２つの柱２３、２４および２つの中央柱２５ａ、
２５ｂを包含する矩形横断面形状の磁気回路２２からな
る．一次巻きＭＡ２６ａ，２６ｂか中央柱２５ａ，２５
ｂのそれぞれのまわりに配置してある。

巻きＭＡ２　６　ａ、２６ｂは電流の供給を確実に受け
られるように３相電源２７に接続してある。巻き線２６
ａ、２６ｂの結合は開放三角形配置によって行われてお
り、巻き線２６ａの一端が電源２７の相ＰＩに接続して
あり、他端は相Ｐ２に接続してある。そして、巻き線２
６ｂの一端は相Ｐ２に、他端は相Ｐ３に接続してある。

これにより、一次巻き線２６ａ、２６ｂの釣り合った電
流供給か確保できる。

再加熱しようとしている流体を受けるパイプライン２８
は再加熱しようとしている流体を受ける入口部分２８ａ
と、装２ｔ２１の出口のところて再加熱済みの流体を回
収する出口部分２８ｂとを有する。

パイプライン２８の閉回路部分は、接続具３０ａ　　３
０ｂによって、それぞれ、パイプライン２８の入口部分
２８ａにまとめて接続し、また、出口部分２８ｂにまと
めて接続した３つの管状アーム２９ａ，２９ｂ、２９ｃ
からなる。

これら３つの分岐した管状アーム２９ａ２９ｂ．２９ｃ
はパイプライン２８の閉回路部分を形成している。

アーム２９ａ，２９ｂ、２９ｃの各々は磁気回路の２つ
の隣り合った柱の間にある磁気回路２２の孔を通過して
いる。アーム２９ａ，２９ｂ、２９ｃの通過孔を定めて
いる柱のうちの少なくとも１つは一次巻きｉｉ２６ａ，
２６ｂのうちの１つによって囲まれている。

管状アーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃは２つの屈曲部を有
し、ほぼＳ字の形となっている。３つのアーム２９ａ、
２９ｂ、２９ｃはほぼ同し形、長さとなっている。

これら３つのアームは３相電流の供給を受ける変圧器の
形に製作された再加熱装置の短絡二次部分を構或する。

第４図てわかるように、３相電源は相ＰＩで強さ１１の
電流を，相Ｐ２で強さｌ２の電流を、相Ｐ３て強さＩ３
の′逝流を供給する。柱２３、２５ａの間の磁気回路で
は磁束φｌが発生し、柱２５ａ、２５ｂの間では強さφ
２の磁束か発生し、柱２５ｂ、２４の間では強さφ３の
磁束か発生ずる。

アーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各々における誘導作用
によって電流か発生する。

一次巻き線の抵抗が低く、かつ、二次部分のアームの形
の結果として二次部分と一次部分とか良好に結合されて
いるため、一次巻き線における電気的損失ならびに磁気
的な漏洩は、各アーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃて誘導さ
れる起電力および誘導電流を計算するときに無視するこ
とかてきる。この起電力は、３相配電網の相電圧の各々
を各一次巻き線の捲回数Ｎで割った商にほぼ等しい．こ
こては、一次巻きＭＡ２　６　ａ、２６ｂか同し捲回数
Ｎを有すると仮定する。

この結果、アーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃに誘導された
電流はそれぞれＮＩ１．ＮＩ２、ＮＩ３に等しくなる． 第３、４図に示す実施例では、３つのアーム２９ａ、２
９ｂ、２９ｃはほほ回し長さと横断面形状を有する。し
たかって、それらの電気抵抗は等しい。さらに、通過横
１２７ｉ面積か３つのアーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃに
対して同じなノで、パイブラ．イン２８を流れる流体の
全流量は３つのアーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃの中にほ
ぼ釣り合った状態で分配される。これらアームの形状に
より、一次巻き線と二次回路の間に優れた磁気結合を得
ることかてきる。

磁気回路を無視した場合、配電網の１つの相に接続した
各配線て吸収される強さはパイプラインのアーム２９ａ
、２９ｂ、２９ｃの各々を流れる電流の強さを各一次巻
き線の捲回数Ｎて割った商にほぼ等しい。

電流Ｎｌ　ｌ．ＮＩ２．Ｎ１３は、流体か導電性流体て
ある場合には対応するアーム内の流体内を循環し，管状
アームか導電性材料で作ってある場合にはこの管状アー
ム内を循環し、流体および管状アームか導電性である場
合にはこれら両方を循環する。これらの電流Ｎｉｌ，Ｎ
Ｉ２、ＮＩ３はシュール効果によって熱を発生させ、パ
イプライン２８を満たしている流体の加熱あるいは再加
熱を行う。この流体はパイプライン内を絶えずあるいは
間欠的に循環する。

再加熱装置の二次部分の形は特に簡単であり、この二次
部分のアーム２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各々は２つの隣
り合った柱の間にある磁気回路の孔のそれぞれを一回通
過するだけてある。さらに、各アームか非常に単純なＳ
字形であることによって、再加熱装置の一次部分と二次
部分の優れた結合を得ることかてきる。

パイプライン２８の，その閉回路部分での断熱は、アー
ムか単純な形状てあり、一次巻き線まわりに複数の捲回
部の形で巻き付けられていないのて、なんら困難なしに
行うことができる．等しい加，％’ｉｆ力て、同種類の
流体を再加熱しようとしている場合、本発明による装置
では第１図に関連して説明したような単相電流の供給を
受ける再加熱装置を備えたバイブラインにおけるよりも
流体の通過横断面積をかなり大きくできる。

本発明は今説明した実施例に限定されない。

したかって、バイブラインの閉回路部分および変圧器の
二次部分を構成しているアームを説明したもの以外の形
とすることもてきる． 再加熱しようとしている流体を収容しているパイプライ
ンの横断面積および二次部分でのアームの横断面積は、
必要な加熱電力および３相電源の特性を考慮して、再加
熱しようとしている流体の流量に合わせることかてきる
。

最後に、本発明による加熱装置は高速中性子炉の熱交換
流体を構成するナトリウムあるいは鋳造設備に注入され
るアルミニウムのような液体金属の再加熱ばかりてなく
，導電性あるいは非導電性の任意の液体を再カロ熱した
り、あるいは、その温度を維持したりするのにも使用て
きる。特に、本発明は化学工果ての用途に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は単相電流の供船を受ける従来装置の斜視図であ
る。 第２図は３相電流の供給を受ける従来装置の斜視図であ
る。 第３図は３相電流の供給を受ける本発明装置の斜視図で
ある。 第４図は第３図と同様の斜視図であり，本発明の装置を
用いて再加熱中に使用される電流および磁束の循環状態
を示す図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、閉回路部分（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）を有す
   るパイプライン（２８）内に入れた流体を電気誘導加熱
   する装置であって、変圧器（２１）からなり、この変圧
   器が３相電源（２７）に接続した少なくとも２つの一次
   巻き線（２６ａ、２６ｂ）と、導電性流体を収容してい
   る閉回路（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）からなる二次部分
   とを有する装置において、変圧器（２１）が４本の平行
   な柱（２３、２４、２５ａ、２５ｂ）を有する閉じたフ
   レームの形をした磁気回路（２２）を包含し、２つの一
   次巻き線の各々がフレーム（２２）の１つの柱のまわり
   に配置してあり、それぞれ一端が３相電源（２７）の第
   １相（Ｐ１）ならびに第３相（Ｐ３）に接続してあり、
   反対端が３相電源（２７）の第２相（Ｐ２）に接続して
   あり、パイプライン（２８）がそれぞれ磁気回路のフレ
   ーム（２２）の２つの柱（２３、２４、２５ａ、２５ｂ
   ）の間のギャップを通った３つの分岐アーム（２９ａ、
   ２９ｂ、２９ｃ）からなる閉回路を有することを特徴と
   する装置。
2. （２）、請求項１記載の装置において、パイプラインの
   ３つの管状アーム（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）が互いに
   ほぼ等しい長さと横断面形状を有することを特徴とする
   装置。
3. （３）、請求項１または２に記載の装置において、アー
   ム（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）の各々が磁界回路（２２
   ）の２つの柱（２３、２４、２５ａ、２５ｂ）の間のギ
   ャップの各々を一度だけ通ることを特徴とする装置。
4. （４）、請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の装置
   において、管状アーム（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）の各
   々が２つの屈曲部を有する管からなり、ほぼＳ字の形と
   なっていることを特徴とする装置。
5. （５）、請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の装置
   において、磁気回路（２２）のフレームが矩形状の外形
   を有し、２つの柱（２３、２４）がフレーム（２２）の
   閉じた短辺に対応し、２つの中央の柱（２５ａ、２５ｂ
   ）がフレームの２つの長辺の間に位置し、一次巻き線（
   ２６ａ、２６ｂ）によって囲まれていることを特徴とす
   る装置。