JPH06243953A - 抵抗加熱素子に電流を供給する方法及び装置 - Google Patents

抵抗加熱素子に電流を供給する方法及び装置

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JPH06243953A
JPH06243953A JP1262191A JP1262191A JPH06243953A JP H06243953 A JPH06243953 A JP H06243953A JP 1262191 A JP1262191 A JP 1262191A JP 1262191 A JP1262191 A JP 1262191A JP H06243953 A JPH06243953 A JP H06243953A
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JP
Japan
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current
resistance element
supplying
rectifier
power supply
Prior art date
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Application number
JP1262191A
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Christian Moreau
クリスチャン・モロー
Jean Sauron
ジャン・ソロン
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Joseph Sauron Materiel Ind Sa soc
Engie SA
Original Assignee
Joseph Sauron Materiel Ind Sa soc
Gaz de France SA
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Publication date
Application filed by Joseph Sauron Materiel Ind Sa soc, Gaz de France SA filed Critical Joseph Sauron Materiel Ind Sa soc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電気抵抗加熱素子に処理信号を供給することに
よって、特にジュール効果による抵抗素子の加熱状態を
向上させるとともに、電源回路を設けた発電機の重量を
減少させること。 【構成】本発明は、抵抗加熱素子(2)に送る電力供給信
号を処理する装置に関する。回路は、交流電源(4)と、
整流器(8)と、共に可変電圧の直流及び交流である２つ
の重なった成分を有する電流を抵抗素子に供給するチョ
ッパ(22)とを有している。本発明は特に、このように処
理された信号を、電子溶接可能なプラスチック管用の接
続片の抵抗素子、パイプの接続または保護用の電子加熱
外装部材、または電気エネルギの搬送用または通信用の
導体を備えたケーブルに用いる熱収縮被覆部材に供給す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気抵抗加熱素子に処
理信号を供給することによって、特にジュール効果によ
る抵抗素子の加熱状態を向上させると共に、電源回路を
設けた発電機形装置の重量を大幅に減少させることがで
きる新しい形式の電気エネルギ供給源を提供することで
ある。本発明は特に、ガス分野や給水及び排水の分野に
おいて、一般的に「電子溶接可能」と呼ばれて、主に高
密度ポリエチレン（一般的に密度が920〜950kg／m3）や
ポロプロピレン等のプラスチック材からなる配管網の構
築または修理に用いられる付属部品に電気エネルギを供
給するために用いられる。さらに同分野において、本発
明は、鋳鉄または鋼の管の修理や異質の管（異なった素
材のもの）の組み付けを可能にする電子加熱部材、特に
熱収縮部材への供給に用いることができる。本発明の別
の用途として、工業的電気分野、特に電線や電気通信網
の保護、修理または維持管理を行うための熱成型可能な
部品への供給がある。もちろん、抵抗加熱素子に所望の
電気エネルギを供給する様々な装置がすでに市場に出回
っている。
【０００２】
【従来の技術】公知の装置によれば、110または220ボル
ト交流電源から、電磁誘導変圧器または自動変圧器によ
って一般的に約12から48〜50ボルトの範囲まで低減させ
た電圧が供給される。そのような供給装置は現場で使用
できるものでなければならず、交流電源は一般的に、２
〜４キロワット程度を供給でき、重量が一般的に20〜25
kgの、実際に重くてかさばる現場発電機、またはいわゆ
る「携帯式」発電装置を基にして構成されている。公知
の装置の別の欠点として、抵抗素子への供給に用いられ
る中心部に電流高調波が再注入される。また、電圧高調
波干渉も現れて、発電器の能力を大幅に低下させて公称
電力と実際に使用可能な電力とが大きく異なることがあ
る。
【０００３】本発明の目的は、公称電力と使用可能な電
力との差を相当に縮め、高調波の再注入を大幅に減少さ
せ、供給装置全体の重量を相当に抑え、また電気抵抗加
熱素子の加熱力を制御することができる方法を提供する
ことによって、上記問題点を解決することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は最初に、プラスチック外装に埋め込まれた抵抗加熱素
子に送る電力供給信号を処理するための方法であって、
交流電源から供給する段階と、前記電源から供給された
電流を整流して単方向信号を得る段階と、この信号を処
理することによって、直流及び高周波交流である可変電
圧の２つの重なった電流成分を有している処理信号を供
給する段階と抵抗加熱素子に前記処理信号を供給する段
階を有していることを特徴とする方法を提供している。
【０００５】この方法に加えて、本発明はさらに、該抵
抗加熱素子に電気エネルギを供給する電源回路を提供し
ている。本発明に従ってこの回路は、交流電源と、単方
向信号を供給できる電流整流器と、直流及び高周波交流
である、共に可変電圧の２つの重なった成分を有してい
る電流を前記抵抗素子の端子へ供給するチョッパとを有
していることを特徴としている。
【０００６】本発明はさらに、この回路を用いて、気体
または水（上水または排水）が流れる管や電線または通
信ケーブルに使用されたカバーや連結用または修理用ス
リーブの電気抵抗素子にそのような処理信号を供給する
装置を提供している。本発明のその他の特徴及び利点
は、単なる例として示されている添付の図面を参照した
以下の説明から明らかになるであろう。
【０００７】
【実施例】第１図に示されている本発明の典型的な回路
は、交流電源から送られた整流信号から電圧の周波数チ
ョッピングを行うことによって、直流及び高周波交流で
ある、共に可変電圧の２つの重なった電流成分を有して
いる処理信号を電気抵抗加熱素子２へ供給する。すなわ
ち、本回路は交流電源４を有しており、これはおそらく
50または60ヘルツの周波数で例えば200〜240ボルト程度
の電圧を供給することができる現場発電機で構成でき
る。安全のため、差動保護器を備えた接触器６が、それ
ぞれ接地線12と供給線14とに設けられた２つのスイッチ
8、10を介して回路を保護しており、供給線14にはヒュー
ズ16が介在されてる。
【０００８】18は電流整流器であって、それが受け取っ
た交流電流から単方向信号を整流器18の出力供給線と接
地線との間に接続されたコンデンサ20等の平滑素子へ供
給する。例えば、整流素子として単相ブリッジを用いる
ことができる。平滑コンデンサ20の出力側では、整流さ
れた単方向信号がチョッパ形の静電コンバータ22によっ
て処理されるので、共に通常は交流電源４の端子におけ
る電圧Ｕと同じかそれよりも小さい可変電圧Ｖの、直流
と交流との２つの対応した成分を備えた電流が電気抵抗
素子２の端子24及び26に出力として送られる。一般論と
しては、電圧Ｖは10〜110ボルトの範囲で変化できる
が、特にガス分野で使用する場合、約10〜50ボルトであ
る。
【０００９】図１から明らかなように、チョッパ22に
は、整流電流供給線と回路の接地線との間に直列に「分
路」（または分岐）抵抗器28が接続されて、この供給電
流を測定できるようになっており、それの一方の端子は
接地線に接続し、他方の端子は単方向導通電圧調整器で
あるスイッチ素子30に接続しており、このスイッチ素子
の一方の端子は「フリーホィール」ダイオード32の陽極
に接続し、そのダイオードの陰極は整流電流供給線に接
続している。ダイオード32の陽極には誘導コイル34も接
続しており、コイルの他端部は抵抗素子２の端子26に接
続しており、この誘導コイルは、調整器30の切り換え周
波数の関数として調整電流の振幅を変化させる。
【００１０】調整器30は、「パワーダーリントン」等の
トランジスタで構成できるが、それの機能は、アナログ
調整段階を構成している制御手段36の制御を受けてい
る。この制御手段は差動増幅器38を有しているが、その
入力部40、42はチョッパの出力部に、すなわち端子24及
び26に接続している。差動増幅器38の出力側では、対応
の信号が実効値コンバータ44に送られ、さらにPID（比
例・積分・微分）増幅器46へ送られてから、トランジス
タ30の制御回路を構成している、すなわちそれの切り換
え周波数、電流の流れ、その供給電圧及びそのオン・オ
フ機能を制御するアナログ・ディジタルコンバータ48に
受け取られる。
【００１１】このように構成された制御装置36は従来構
造であるので、これ以上に詳細には説明しない。ここで
注意すべき点として、制御回路48はもちろん端子50及び
52でそれぞれ回路の供給線及び接地線に接続している
が、それのさらなる端子54及び56がそれぞれトランジス
タ30と、抵抗器28及び調整器30間の接続線上の接点58と
に接続している。安全上の理由から、保護ダイオード60
が設けられ、その陽極が接地線に接続され、陰極が誘導
コイル34と本回路で電力を供給しようとしている抵抗加
熱素子２の接続端子26との間の接続線に接続している。
【００１２】以上の回路の構造説明から明らかなよう
に、本発明によれば、電圧の高周波チョッピング（約１
〜100kHz）と、チョッパ22で処理されて誘導コイルによ
って変調可能な直流及び交流成分を備えた信号の重畳と
によって、抵抗素子２の端子へ供給される出力電圧を調
整することができる。抵抗素子２がワイヤまたは導電性
ケーブルで構成されている場合、この電流の高周波交流
成分を制御することによって、抵抗素子に供給されるエ
ネルギすなわち加熱力をワイヤの周囲に集中させること
ができるため、以下に説明する本発明の好適な適用分野
を考慮に入れながら、この抵抗素子が通常埋め込まれて
いる素材の溶融特性を向上させるか、少なくとも好都合
に変化させることができる。
【００１３】以上の説明から、ともかく本発明には本来
的に３つの利点があることがわかる、すなわち、抵抗素
子２に供給される信号の成分として使用される波形信号
の振幅を従来の発電機に比べて増加させることができ、
抵抗素子の電源網への電流高調波の再注入が減少し、ま
た重量が明らかに減少して、３〜５kW程度の電力及び50
ボルト程度の出力供給電圧に対して４〜５キロ程度の発
電機を提供することができる。
【００１４】次に、図２を参照しながら、本発明の好適
な第１実施例、すなわち天然ガスの配送に用いられるプ
ラスチック材（特に熱可塑性材）製の管の製造または修
理に用いられる電子溶接可能な付属部品への電力供給に
ついて説明する。この図２では、図１に示されている本
発明の電気回路全体が参照番号１で概略的に表されてい
る。この場合、回路１の２つの端子24及び26が、抵抗素
子２の接続用の２つの接続タグ62及び64に接続されてお
り、この抵抗素子２は電子溶接可能な付属部品である連
結部材68、例えばスリーブの内側接続表面66のすぐ近く
に配置された電気巻き線にすることができ、スリーブの
内孔には１つまたは２つの協働部材、例えば管70及び72
が端部同士を突き合わせるようにしてスリーブに比較的
緊密状態ではめ込まれているため、それぞれの接合表面
70a,72aが、内側溶接領域にある連結部材68の内孔の接
続表面66と接触している。
【００１５】連結される管及び付属部品68の本体の製造
に用いることができる熱可塑材としては、特にポリエチ
レン、ポリアミド、ポリブチレン及びポリプロピレンを
挙げることができる。前記少なくとも２つの部材の溶接
による接合方法は次の段階を有している、すなわち、部
材の接触表面をほぼ合わせる段階と、直流成分及び高周
波交流成分を含む電流を抵抗電流路２に流して、ジュー
ル効果によって前記部材の素材の内側溶接領域だけを溶
接温度まで加熱する一方、部材の外側の外被部分67,70
b,72b（図２）は（溶融温度より低い）低温に維持する
段階と、前記所定の溶接温度に達した時点で抵抗路２へ
の電流の供給を遮断する段階とを有している。
【００１６】この溶接を制御するため、図２に示されて
いるように付属部品68に２つのセンサ74及び76が取り付
けられており、それらのセンサの一端部は、スリーブの
外表面から対応の加熱素子の最も近い部分の付近まで半
径方向に延在している凹部78及び80にそれぞれはめ込ま
れている。加熱中、溶融状態になった周囲のプラスチッ
ク材は、圧力を受けて凹部内へ展伸してセンサ74及び76
を作動せるが、これらのセンサは、凹部内の素材の物理
的状態の変化を検出して、溶接状態が達成された時点で
抵抗素子２への供給電気エネルギを遮断することによっ
て加熱を停止させるマイクロスイッチまたは光学センサ
等にすることができる。
【００１７】このためにさらに、押しボタン88で手動的
に係合させ、解除はセンサ74または76によって自動的に
制御されるリレー86を有する制御装置84が、抵抗素子２
の端子62に電力を供給する導線上に設けられている。も
ちろん、他の手段を用いて電気抵抗に電気エネルギを供
給する時間を制御することも可能である。
【００１８】図３は、本発明の回路を（加圧）天然ガス
や水の配送に広く用いられている金属管、例えば鋼管を
被覆する電子加熱部品90への電気エネルギ供給に用いた
場合を示している。図３において、公知の電子加熱部材
90は、端部同士を突き合わせて配置された２本の管97及
び99を溶接による接続位置で被覆している巻き付け形熱
収縮ストリップであり、その厚み内に抵抗素子92が埋め
込まれて、それの２つの接続端子94及び96が本発明の回
路（全体を１で示す）の２つの出力端子24及び26に接続
している。この電源によって供給された電流が、上記実
施例の場合と同様にジュール効果によって抵抗素子92を
加熱すると、ストリップ90が収縮するため、それが覆っ
ている管97及び99の端部が絶縁される。図３や以下の図
４，５及び６では、本発明の目的ではない抵抗素子の加
熱時間を制御する装置に関する説明に重点が置かれてい
ないことに注意されたい。
【００１９】それに対して、図面からわかるように、こ
の場合のストリップ90は管の熱絶縁を行う一種の保護カ
バー（おそらく絶縁フォームの被覆外装が加えられてい
る）を形成しており、外側の熱収縮形メッシュ層が相溶
性のプラスチック材、例えばポリエチレンからなる内側
の接続層98の上に張り付けるか巻き付けられており、管
を被覆後、管外装シール、管及びストリップ自体を気密
状に連結して、様々な層を一体化する。
【００２０】図４及び５に概略的に示されている本発明
の第３実施例は、加圧状態でガスを配送するための２本
の金属管100及び102をそれぞれの雄端部102aと雌端部10
0aとによって一方を他方に軸方向にはめ込むようにして
突き合わせて、その接続部を公知の電子加熱式の熱収縮
外装部材104（図４）によって気密状に維持しなければ
ならない接続管の修理に関するものである。
【００２１】図４に示されているように、外装部材を配
置する前に、管の突き合わせ位置でのガス漏れをマステ
ィックシール105で抑制することが望ましい。次に、こ
の第１シールの周囲に、溶融可能な熱収縮材からなる別
の可撓性シール（図示せず）を取り付け、さらにそれを
電子加熱外装部材104で被覆して、ジップスライダ106で
閉鎖する。機能できるようにするため、外装部材104
は、蛇行形模様に電線を設けた電気抵抗加熱素子108
と、熱溶融性接着剤110とを有している。前述のものと
同様に、カバーを収縮させるため、抵抗素子108の接続
端子が１で概略的に示されている本発明の回路の２つの
出力端子24及び26に接続している。電流を流して外装部
材を収縮させる前に、これを専用の取り外し可能な熱及
び電気絶縁カバー（図示せず）で包囲することが望まし
い。
【００２２】先の２つの実施例では、異なった素材、す
なわち金属（鋳鉄鋼等）とプラスチック材（特にポリエ
チレン、ポリプロピレン等の熱可塑材）とからなる管の
接合または修理の分野に本発明をきわめて好都合に用い
ることができるといえる。先の２つの実施例と同様に、
接続または修理しようとする管の接合部の周囲に正しく
配置された公知の電子加熱スリーブまたはカバー（熱収
縮性）（図示せず）を利用することができ、スリーブは
ガラス繊維で強化された熱収縮材の幾つかの層を相溶性
の接着剤で被覆して構成されている。スリーブはもちろ
ん内蔵形加熱ワイヤを備え、可撓性があり、必要電圧で
作動して、ちりめんじわ及び放射による接続を行うこと
ができ、接着剤によって寿命の長いシールが得られ、ま
たガラス繊維による強化によって必要な機械的強度を得
ることができる。
【００２３】図６は、電気エネルギの搬送用または通信
用に使用される金属ワイヤをプラスチック材の本体が被
覆しているケーブルの保護、修理または維持管理のため
に熱成型可能な付属部品に電気を供給するようにした本
発明の別の実施例を示している。本発明の範囲内におい
て、図６から明らかなように、導線114及び116を備えた
ケーブル112の被覆はぎ取り端部を電子加熱被覆部材ま
たはカバー118で覆うが、このカバー118は予備成型され
ており、熱溶融性の接着剤の層を備えた熱収縮部分120
を有する公知の多層構造であり、導電性のポリマー材の
層で構成できる抵抗加熱素子122を備えている。
【００２４】ケーブル112の絶縁外装部材を部分的に覆
うようにしてワイヤの被覆はぎ取り端部に被せたカバー
を収縮させるためには、抵抗素子122の２つの接続端子1
24及び126を、やはりブロック１で表されている本発明
の電源回路の２つの接続タグ24及び26に接続して、ジュ
ール効果によって抵抗素子を放射によるちりめんじわが
発生する温度まで発熱させることにより、カバーが収縮
してそれがケーブル112と気密状に接合する一方で、ワ
イヤの被覆はぎ取り部分の周囲に加圧できる内部室を形
成する領域を残すことができる。これは、あらゆる種類
のポリエチレンまたは鉛被覆ケーブル、同軸ケーブル、
対ケーブルまたは光ファイバに適用できることは理解さ
れるであろう。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電圧の高周波交流と、直流を備えた信号の重
畳とによって、抵抗素子の端子へ供給される出力電圧を
調整することができる。抵抗素子がワイヤまたは導電性
ケーブルで構成されている場合、この電流の高周波交流
成分を制御することによって、抵抗素子に供給されるエ
ネルギすなわち加熱力をワイヤの周囲に集中させること
ができるため、この抵抗素子が通常埋め込まれている素
材の溶融特性を向上させるか、少なくとも好都合に変化
させることができる。したがって、本発明は、以下に述
べる少なくとも３つの利点があることがわかる。 １）抵抗素子に供給される信号の成分として使用される
波形信号の振幅を従来の発電機に比べて増加させること
ができる。 ２）抵抗素子の電源網への電流高調波の再注入が減少す
る。 ３）重量が明らかに減少して、３〜５kW程度の電力及び
50ボルト程度の出力供給電圧に対して４〜５キロ程度の
発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較的高い周波数の成分を有するチョップ信号
を抵抗加熱素子に供給できる、本発明による典型的な電
気回路のブロック図である。
【図２】熱可塑材からなる管を電子溶接可能な接続片を
用いて溶接によって接続するために本発明を用いた実施
例を示している。
【図３】熱収縮材からなる電子加熱被覆外装部材によっ
て金属管を絶縁するために本発明を用いた別の実施例を
示している。
【図４】突き合わせの雄雌端部を備えた２本の金属管を
電子加熱式熱収縮外装部材を用いて修理するために本発
明を用いたさらに別の実施例を概略的に示している。
【図５】突き合わせの雄雌端部を備えた２本の金属管を
電子加熱式熱収縮外装部材を用いて修理するために本発
明を用いたさらに別の実施例を概略的に示している。
【図６】電気エネルギの搬送用または通信用に使用され
る金属ワイヤを備えたケーブルに対して本発明を用いた
さらに別の実施例を概略的に示している。
【符号の説明】
２ 加熱素子 ４ 交流電源 18 整流器 22 チョッパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン・モロー フランス国78500 サートロビーユ・リュ マスレット・10 (72)発明者 ジャン・ソロン フランス国91210 ドラヴエイル・アヴエ ニユ ベルビユ・44

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 抵抗加熱素子に電流を供給する方法であ
    って、 交流電源から供給された交流を整流して単方向電流を得
    る段階と、 前記単方向電流を処理して、直流及び高周波交流である
    ２つの重なった電流成分を有する処理電流を前記抵抗素
    子に供給する段階とを有していることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 抵抗素子に電流を供給する回路であっ
    て、 交流電源と、 前記交流電源に接続されて、前記交流を整流して単方向
    電流にする電流整流器と、 前記電流整流器に接続されて、直流及び高周波交流であ
    る２つの重なった電流成分を有する電流を前記抵抗素子
    に供給するチョッパとを有していることを特徴とする回
    路。
  3. 【請求項３】 第１部材の表面を第２部材の表面にほぼ
    接触させて、前記第１及び第２部材を前記表面の周囲に
    おいて所定温度で互いに結合させる際に第１部材内に配
    置された抵抗素子に電流を供給する装置であって、 交流電源と、 前記交流電源に接続されて、前記交流を整流して単方向
    電流にする電流整流器と、 前記電流整流器に接続されて、直流及び高周波交流であ
    る２つの重なった電流成分を有する電流を前記抵抗素子
    に供給することによって前記抵抗素子を前記所定結合温
    度まで加熱できるようにするチョッパとを有しているこ
    とを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 第１部材の内表面を第２部材の内表面に
    ほぼ接触させて、熱可塑性の絶縁材からなる前記第１及
    び第２部材を前記表面の周囲で所定の溶接温度で溶接す
    ることによって結合する際に、前記接触表面に隣接した
    第１部材の内側領域内に配置された抵抗素子に電流を供
    給する装置であって、 交流電源と、 前記交流電源に接続されて、前記交流を整流して単方向
    電流にする電流整流器と、 前記電流整流器に接続されて、直流及び高周波交流であ
    る２つの重なった成分を有する電流を前記抵抗素子に供
    給することによって、前記部材の素材の前記内側接触表
    面付近を前記溶接温度まで加熱するが、前記部材の前記
    内側接触表面の反対側にある外側部分は低温に維持でき
    るようにするチョッパとを有していることを特徴とする
    装置。
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