JPH04196083A - シーズヒータ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば高速増殖炉におけるナトリウム容器、
機器、配管の予熱等加熱に使用される正特性感熱抵抗素
子を発熱体に用いたシーズヒータに□関する。

（従来の技術） 例えば高速増殖炉では、発生熱の伝達を行う冷却材とし
て通常液体ナトリウムが使用されている。このナトリウ
ムは９８℃以下では固体に変態するため、一般に２００
℃以上に加熱して液体ナトリウムとして使用されている
。

したがって原子炉のナトリウム容器や、ポンプ等の各種
機器、配管等のナトリウムが充填、循環される部分につ
いては、予めナトリウムの充填前に２００℃以上に加熱
しておく必要があり、その加熱源としては通常シーズヒ
ータが用いられている。

このシーズヒータは熱伝導性が良好な金属製のシースの
内部に発熱体を配設し、この発熱体を囲んで耐熱性絶縁
物を充填して密封し、この耐熱性絶縁物により発熱体や
ターミナルリードを保持すると共にシースと発熱体およ
びターミナルリードとの電気的絶縁を確保している。ま
た耐熱性絶縁物はその充填密度を高めて発熱体より外周
のシース外への熱伝達が良好となる構成としたものであ
る。なお従来は発熱体に電熱線を用い、シーズヒ−タの
近傍に温度検出器を配設して、これにより検出した検出
温度から温度制御装置によって発熱体への通電電流を接
断して温度を所定の範囲に維持している。

しかし近年このシーズヒータの発熱体として、正特性感
熱抵抗素子を使用した自己温度制御型のものが開発され
ている。この正特性感熱抵抗素子は１例えばチタン酸バ
リウム等の組成を持つ半導体であり、温度か低い時には
自己の抵抗が小さく、温度が所定のしきい値を越えると
急激に抵抗が増加するという特性を有している。

第２図は正特性感熱抵抗素子の抵抗温度特性曲線図で、
代表例を曲線１の２０％０２（空気中）で示す。正特性
感熱抵抗素子に電源から通電すると、この時の抵抗値に
応じたジュール熱が発生し、これにより正特性感熱抵抗
素子は発熱して温度が上昇する。しかし、あるしきい値
（キューリー温度、この場合は約２００℃）を越えると
正特性感熱抵抗素子の抵抗が急激に増加する。このため
通電電流は減少して正特性感熱抵抗素子の温度が低下す
る。

次いで正特性感熱抵抗素子の温度が低下すると、正特性
感熱抵抗素子の抵抗は低下するので再び通電電流が増加
して正特性感熱抵抗素子の温度が上昇する。この動作が
繰り返されて当該シーズヒータの被加熱物は、常に２０
０℃近傍の温度に維持される。

以」二のように正特性感熱抵抗素子を用いたシーズヒー
タは自己温度制御機能を有するため、発熱体に電熱線を
用いた場合に必要とする温度検出器や温度制御装置が不
要となり信頼性、経済性に優れている特徴がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の正特性感熱抵抗素子の抵抗温度特性
は、第２図に示すような周囲の雰囲気により特性が変化
する特徴がある。すなわち雰囲気が空気で酸素が２０％
の時は曲線１で示す」二記説明の通りであるが、曲線２
の１００％０２の場合には２０％０□時に比べて正極性
が顕著に現れ、キューリー温度を越えると抵抗値の増加
が著しい。しかもさらに温度が上昇して約３００℃以上
になると、逆に抵抗値が減少する負特性を呈する。なお
曲線３で示すように雰囲気の酸素分圧が小さく８．５％
０２となると、キューリー温度付近の抵抗値増大は緩や
かとなり、自己温度制御機能として利用するには抵抗変
化が小さすぎる特性となる。また曲線４で示す１．５％
０２においては、さらにその傾向が顕著となる。

したがって通常正特性感熱抵抗素子を用いたシーズヒー
タを空気中で、しかもその使用温度がキューリー温度付
近（２００℃）である場合には、シース内の酸素分圧は
あまり変化せず、曲線１の（２０％０２）の特性が保持
できる。

しかしながら上記例の原子炉のナトリウム容器や、ポン
プ等の各種機器、配管等は一旦原子炉が運転されると、
冷却材であるナトリウムが加熱されて通常５００°Ｃ程
度の高温となり各部に循環される。このため各ナトリウ
ム容器や、機器、配管等の近傍に配設されている正特性
感熱抵抗素子を用いたシーズヒータは、この高熱にさら
されてナトリウムと同程度の高温になる。

この高温状態に置かれたシーズヒータは、そのつ 内部でシースの内面やターミナルリード部が酸化が促進
され、このためシーズヒータ内の酸素分圧が低下して、
その結果正特性感熱抵抗素子の抵抗温度特性が第２図に
示す曲線１から曲線３乃至４の方向に変化して、自己温
度制御機能が低下するという問題があった。

本発明は」二部に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、ターミナルリードに正特性感熱抵抗素子へ
の通気路の機能をもたせて、高温においてもシーズヒー
タ内の酸素分圧が低下せず、正特性感熱抵抗素子の抵抗
温度特性の変化がなく、自己温度制御機能が低下しない
シーズヒータを提供することにある。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 熱伝導性材のシースと、この内に収納した正特性感熱抵
抗素子と、この正特性感熱抵抗素子に一端を接続し他端
を前記シース外に引出した通気性を有する電気導体のタ
ーミナルリードと、シース内に充填して正特性感熱抵抗
素子およびターミナルリードを保持封止した耐熱性絶縁
物を具備する。

（作用） シーズヒータが外部から加熱され、シース内部における
酸化が進行して内部の酸素が減少しても、通気路である
ターミナルリードを介してシーズヒータ外部の雰囲気か
ら空気が正特性感熱抵抗素子に供給されるので、正特性
感熱抵抗素子周囲の酸素分圧は低下せず、正特性感熱抵
抗素子の抵抗温度特性は変化しないので、自己温度制御
機能が低下しない。

（実施例） 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は縦断面図、第１図（Ａ）は正面図、第１図（Ｂ
）は第１図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である
。シーズヒータｌＯは、直線状の発熱部１１と、Ｌ字型
に屈曲した非発熱部１２とに区分される。

シース１３は両端を開放した金属管で、このシース１３
の発熱部１１の内部には複数の例えばチタン酸バリウム
等で組成された正特性感熱抵抗素子１４が横方向に間隔
１５をもって配設してあり、この複数の正特性感熱抵抗
素子１４の上下に一対のターミナルリード１６が接続し
である。このターミナルリード１６は通気性を有する多
孔質金属製の電線で、例えばポリウレタンフォーム等か
らなる格子状の骨格を有する発泡樹脂の表面に導電処理
を施し、さらにその表面に銅、鉄あるいはニッケル等の
導電体のメツキを行い、その後に通電加熱等の熱処理に
より前記発泡樹脂を除去した上、平線状に加工したもの
である。このターミナルリード１６の一端は、各正特性
感熱抵抗素子１４の上、下面に導電性接着剤１７にて固
着してあり、他端はシース１３の非発熱部１２を貫通し
てシース１３の外部に引出されている。

また発熱部１１の内部においては、シース１３内周とタ
ーミナルリード１６および正特性感熱抵抗素子１４の位
置決めをするスペーサ１８がシース１３の内周の間で長
手方向に複数個配置しである。このスペーサ１８は例え
ば無機絶縁物の焼結体からなる耐熱性絶縁物である。

さらにシース１３の発熱部１１の内部には、例えばアル
ミナ、シリカを主成分とする耐熱絶縁性無機質の絶縁物
１９が充填しである。この絶縁物１９は当初ペースト状
とし、シース１３内に充填した後に加熱硬化させてシー
ス１３の発熱部ｌｌ内でターミナルリード１６および正
特性感熱抵抗素子１４は一体固定化する。

また非発熱部１２においては、シース１３内はターミナ
ルリード１６と共に例えばマグネシア等の耐熱絶縁性無
機質の絶縁物粉末２０を充填した上、減径加工を施して
充填密度を増した後に、屈曲加工を行う。

なおシース１３の両端開放部は耐熱性のシール材２１、
２２で封着するが、非発熱部１２側のシール材２２には
耐熱性のみでなく電気的絶縁性も具備させる等、ターミ
ナルリード１６相互間およびシース１３間に電気的絶縁
性も具備させる。

またシース１３の非発熱部１２より引出したターミナル
リード１６は、その先端を端子台２３に接続して図示し
ない電線に接続する。なおターミナルリード１６と端子
台２３の間あるいはターミナルリード１６のシース１３
に近い引出部分２４は絶縁被覆等を行わず、シーズヒー
タ１０の雰囲気の空気（酸素）が通気路であるターミナ
ルリード１６を介してシース１３内の正特性感熱抵抗素
子１４への流通を妨げない構成としている。

上記構成による作用について説明する。図示しない電源
よりシーズヒータ１０の端子台２３に所定の電圧を加え
ると、ターミナルリード１６を介してシース１３内の正
特性感熱抵抗素子１４に通電される。

この際正特性感熱抵抗素子１４はジュール熱により発熱
してシーズヒータ１０の温度が上昇する。この温度は漸
次上昇するが第２図の曲線１で示すように、約２０００
℃のキューリー温度を越えると発熱体である正特性感熱
抵抗素子１４の抵抗が急激に増加して、このため通電電
流が減少するのでジュール熱の発生も減少してシーズヒ
ータ１０の温度は低下する。

次に正特性感熱抵抗素子１４の温度が低下すると、正特
性感熱抵抗素子１４の抵抗も低下するので再び通電電流
が増加して正特性感熱抵抗素子１４、すなわちヒーズヒ
ータ１０の温度は再び上昇する。この動作が繰り返され
てシーズヒータ１０は、温度検出器や温度制御装置等な
んら付帯装置を必要とせず、自己温度制御機能により常
に２００°Ｃ近傍の温度を維持する。

このシーズヒータ１０を例えば原子炉の冷却材であるナ
トリウムの配管の近傍に配置してすＩ〜ツリウム管の加
熱に使用したとすると、原子炉運転前においてすＩ−リ
ウムが循環していないナトリウム配管は、シーズヒータ
１０により約２００°Ｃに保温されている。したがって
原子炉の運転開始に際して生じる冷却材である高温のす
１−リウムの循環に対しても、この流れを妨げることな
く常に始動に対応できる。

原子炉が運転状態になって、ナトリウム配管を流れるす
ｌ〜ツリウム温度が約５００℃の高温に達するとシーズ
ヒータ１０でナトリウム配管を加熱する必要はなくなる
が、逆に高温となったナトリウム配管の近傍に配置され
ているシーズヒータ１０はナトリウム配管により加熱さ
れるのでシーズヒータ１０も高温になる。

これにしたがってシース１３の内面やターミナルリード
１６部では酸化が促進されてシーズヒータ内の酸素が消
費される。しかしながらシーズヒータ１０内の正特性感
熱抵抗素子１４は、これに固着している例えば多孔質金
属製の電線で構成されたターミナルリード１６の通気路
を介してシーズヒータ１０外部の雰囲気と通じているの
で、酸化により消費された酸素はシーズヒータ１０外か
らの空気によって十分に供給されるので、シーズヒータ
１０内の酸素分圧が低下することがない。

したがってシーズヒータ１０の正特性熱抵抗素子１４は
、原子炉の休止、運転等による周囲の温度が変化しても
抵抗温度特性に変化が生じないので、常に第２図の曲線
１で示すような適正な自己温度制御機能を維持すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、従来と同様に簡易な構成で特別な
制御機器および制御装置を必要とせず、しかもシース内
に収納された発熱体の正特性熱抵抗素子に雰囲気から酸
素が適宜供給されるので、正特性感熱抵抗素子の適正な
自己温度制御機能を維持するので、温度制御精度とその
信頼性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図で、第１図（Ａ）
は正面図、第１図（Ｂ）は第１−図（Ａ）のＢ−Ｂ線に
沿った矢視断面図、第２図は正特性感熱抵抗素子の抵抗
温度特性曲線図である。 １０・・・シーズヒータ、　　　１１・・・発熱部、１
２・・・非発熱部、　　　　　１３・・・シース、１４
・・正特性感熱抵抗素子、 １６・・・ターミナルリード、　１９・・・無機絶縁物
、２０・絶縁物粉体、　　　　２１．２２・・・シール
材、２３・・・端子台。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （Ａ） 第１図 １００　　　　２θθ　　　　３００　　　　４００−
一÷逼崖〔０ｃ〕 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱伝導性材のシース内に発熱体である正特性感熱抵抗素
   子とこの正特性感熱抵抗素子に導体であるターミナルリ
   ードの一端を電気的に接続して配設すると共にターミナ
   ルリードの他端を前記シース外に引出してシース内を耐
   熱性絶縁物で充填封止するシーズヒータにおいて、前記
   ターミナルリードを通気可能な構成としてシース内の正
   特性感熱抵抗素子に対する通気路としたことを特徴とす
   るシーズヒータ。