JPS63221411A - 電気ヒ−タ装置 - 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】 ［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いて冷却材のナトリウム
を加熱するために用いる電気ヒータと温度制御器とを組
合わせた電気ヒータ装置に関する。

（従来の技術） 高速増殖炉においては、冷却材である液体ナトリウムを
２００℃以上に加熱して液体として使用するために、液
体ナトリウムを流す各機器や配管などに液体ナトリウム
を加熱する加熱源として電気ヒータを付帯して設置して
いる。この電気ヒータは機器や配管を加熱してその内部
にある液体ナトリウムを加熱するものである。

しかして、従来より前記電気ヒータで加熱する機器や配
管などの被加熱物の温度゛を制御するためには、電気ヒ
ータに対応して機器や配管の近傍に温度検出器として熱
電対を設けるとともに、機器や配管から離れた制御室に
電源開閉器などを備えた温度制御装置を設け、電気ヒー
タの電源と熱雷対とを温度制御器に接続して、熱電対が
検出した機器や配管の湿度信号を温度制御器に送り、検
出温度が設定温度以下であれば電気ヒータの電源を閉じ
、検出温度が設定温度を越えると温度制御器が電気ヒー
タの電源を開放するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の電気ヒータの温度制御
を行なう設備には次の様な問題がある。

すなわち、被加熱物の温度検出と温度制御のために熱電
対と人身りな構造の温度制御器の両方を必要とするので
、設備が大規模になっている。また、熱電対を被加熱物
から遠く離れた１１Ｅ至にある温度制御器に接続するた
めに長い導線を必要とし、配線設備が人身りとなるとと
もに配線作業が面倒であった。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、温度検出
器と温度制御器とを一体化させて電気ヒータの温度制御
を行なうための設備を簡素化し経済性を高めた電気ヒー
タ装置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）前記目的を達成
するために本発明の電気ヒータ装置は、電気ヒータと、
制ａ温度以下での抵抗値が前記電気ヒータの抵抗値より
小さい特性を持つ複数の正特性サーミスタを夫々の制御
ｌ１ｍ度を異ならせて並列に接続してなる温度制御器と
、この温度制御器の各正特性サーミスタへの通電を温度
設定信号に基づいて切換える温度切換回路とを具備する
ことを特徴とするものである。

すなわち、温度制御器に設けた正特性サーミスタの作用
により、電気ヒータが加熱する被加熱物の温度の検出と
加熱温度の制御の両方を行なうことができ、複数設けら
れた正特性サーミスタを切替えることにより、電気ヒー
タが被加熱物を所定の変化率で昇温させることが可能で
あり、被加熱物を無理な≦加熱することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図および第２図は本発明の電気ヒータ装置を高速増
殖炉において液体ナトリウムを流す配管を加熱する用途
に用いた実施例を示している。

第１図において、１はステンレス鋼などの金属からなる
配管、２はこの配管１の周囲を包んで配管１の保温を行
なう保温材である。

本発明の電気ヒータ装置は、電気ヒータ１１、温度制御
器１２、温度切換回路１３を備えている。

電気ヒータ１１は、金属製のシース１４の内部に発熱線
１５およびこの発熱１９１５に接続したリード１６．１
６を組込とともに、シース１４の内部に耐熱性絶縁粉末
１７を充填した後にシース１４を減径加工を施して製作
されたものである。

シース１４の両端は封止材１８．１８で封止されている
。この電気ヒータ１１は保温材２の内部において発熱部
を配管１の外周面に接触させて配置され、両端部を保温
材２の中から外部へ突出させている。

温度制御器１２は次のように構成されている。

第２図について説明すると、両端を開放したステンレス
鋼などの金属からなるシース１９の内部には、複数個例
えば５個の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）２ＯＡ、２０８
１２０Ｃ，２０Ｄ。

２０Ｅがシース１９の一端開口に接近した位置から順に
シース軸方向に沿い間隔を存して並べて設けである。こ
れら各正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅは後述するよう
に夫々キューり点が異なるもので、キューリ一点が最も
高い正特性サーミスタ２０Ａから最も低い正特性サーミ
スタ２０Ｅまでキューリ一点が低（なる順で並んでいる
。これら正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅの一方の面に
は長い共通リード板２１が例えば耐熱性導電接着剤によ
り共通に接合してあり、各正特性サーミスタ２０Ａ〜２
０Ｅの他方の面には夫々個別に個別リード板２２が例え
ば耐熱性導電接着剤により接合しである。共通リード板
２１には共通リード線２３が例えば銀ろう付げにより接
合され、各個別リード板２２には夫々個別に個別リード
線２４が例えば銀ろう付げにより接合されている。これ
ら各リード線２３．２４はシース１９の内部に軸方向に
挿通して設けられるとともにシース１９の他端開口から
外部に延出されている。このようにして各正特性サーミ
スタ２０Ａ〜２０Ｅは互いに並列に接続されている。各
リード板２１．２２および各リード［１２３，２４はＣ
ＬＪ、Ｎ　ｉなどの金属で形成されている。また、シー
ス１９の内部には耐熱性絶縁材料２５が充填され、各正
特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅ、リード板２Ｌ　２２お
よびリード線２３．２４をシース１９に対して絶縁して
保持している。この絶縁材料としては後述するように例
えば温度制御器１２の正特性サーミスタを設けた部分に
は無機絶縁ペーストを用い、リード線を設けた部分には
無機絶縁粉末を用いている。

勿論、シース１９の内部全体に無機絶縁粉末のみを充填
しても良いし、あるいは無機絶縁ペーストのみを充填し
ても良い。シール１９の両方の開口端はシール材２６．
２７で封着されている。なお、この温度制御器１２はリ
ード線部を正特性サーミスタ部に対して直角に曲げであ
る。そして、温度制御器１２は保温材の内部において正
特性サーミスタ部を配管１の外周面に接触させて配置さ
れ、リード線部が保温材２の内部を横断して外部に突出
している。

ここで、正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅについて説明
する。正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅはチタン酸バリ
ウムなどの半導体のセラミックスからなるもので、温度
上昇とともに抵抗値が増大する正の温度特性を有してい
る。本発明に用いる正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅは
第３図の縮図で示す抵抗温度特性曲線で現わされる特性
を持っている。すなわち、正特性サーミスタ２０Ａ〜２
０Ｅは、その組成によって決まるキューリ一点をしきい
値とする制ｔＩＩｌ温度以下では、抵抗値が電気ヒータ
１１の抵抗値に比して充分に小さく、制御Ｏ温度を越え
ると急激に抵抗値が増大する特性を持っている。このた
め、制御温度以下では正特性サーミスタ２０Ａ〜〜２０
Ｅには自己発熱しない程度の電圧しかかからない。この
実施例では、正特性サーミスタ２ＯＡの制！［１２１度
すなわちキューリ一点が最も高く、以下正特性サーミス
タ２０Ｂ、２０Ｃ１２０Ｄ、２０Ｅの順で段階的に制御
温度が低くなっている。つまり、この実施例では液体ナ
トリウムを２００℃以上に加熱するので、正特性サーミ
スタ２ＯＡの制御温度を３００℃とし、以下正特性サー
ミスタ２０Ｂ、２０Ｃ，２００゜２０Ｅの制ａ温度を夫
々２５０℃、２００℃、１５０℃、１００℃としている
。

そして、温度制御器１２において各正特性サーミスタ２
０Ａ〜２０Ｅに接続する共通リード線２３は電気ヒータ
１１の一方のりニド１６に接続され、各個別リード線２
４はＰＴＣ切換回路２８に設けたリレー２９Ａ、２９Ｂ
、２９Ｇ、２９０゜２９Ｅの一方の端子に夫々接続され
ている。これら各リレー２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｇ、２９
Ｄ、２９Ｅは温度制御器１２の各正特性サーミスタ２０
Ａ〜２０Ｅに対応して設けたもので、各リレー２０Ａ〜
２９Ｅの他方の端子は共通に接続されてＮ源盤３０の交
流電源Ｇに接続されている。この電源盤３０の電源Ｇは
電気ヒータ１１の他方のリード１６に接続している。ま
た、ＰＴＣ切換回路２８の各リレー２９Ａ〜２９Ｅは温
度設定回路３１からの切換指令信号により切換え動作さ
れるようになっている。ｍ度設定回路３１はυＪｉｌｔ
温度が低いリレー２９Ｅからリレー２９Ｄ〜２９Ａの順
で動作させるようにＰＴＣ切換回路に切換信号を与え２
旭になっている。これらＰＴＣ切換回路２８と温度設定
回路３１とで温度切換回路１３が構成多音いる。

このように電気ヒータ１１と温度制御！ｌｌ器１２とＰ
ＴＣ切換回路２８と電１Ｇが接続されている。

なお、温度制御器は１２は次の様に製作される。

すなわち、正特性サーミスタ２０Ａ〜２０Ｅにリード板
２１．２２を接合し、さらにリード板２１．２２にリー
ド線２３．２４を接続する。この場合、リードｌ９２３
．２４は第５図で示すように半焼成ＭＯチューブ３２に
挿通する。または、リード線２３．２４として第６図で
示すようにケーブル３３を使用する。このケーブル３３
は金属シース３４の内部にりニド線３５を挿通し、絶縁
粉末３６を充填したものである。リード線３５がリード
ｌ！２３．２４として使用される。このような方法はり
ニド２３．２４を相互に接触させないように絶縁材で保
護するためのものである。次に正特性サーミスタ２０Ａ
〜２０Ｅとリード線２３．２４をシース１９の内部に挿
入し、シース１９の正特性サーミスタ部に絶縁材料とし
てマグネシアなどの絶縁粉末を充填し、リード線部に絶
縁ベーストを充填する。その後にシース１９の両端開口
をシールし、シース１９を直角に折曲する。このように
温度制御器１２をシースタイプとすることにより、取り
扱いと配管１への配置が容易であり、しかも正特性サー
ミスタに対する耐熱性や電気的絶縁性を確実にできる。

このように構成した電気ヒータ装置の作用について説明
する。

電気ヒータ１１により配管１を加熱して所定の温度にす
るまでは、温度設定回路３１からの指令信号によりＰＴ
Ｃ切換回路２８の各リレー２９Ｅ〜２９Ａを制御ａｌｌ
温度の低い順で順次動作させて温度制御器１２の各正特
性サーミスタ２０Ｅ〜２ＯＡを順次動作させることによ
り電気ヒータ１１による配管１に対する加熱の温度制御
を行なう。第４図は配管温度と正特性サーミスタの動作
〈通電）との関係を示している。まず、始めに温度設定
回路３１からの指令により切換回路２８の２９Ｅをつな
ぐ回路が形成され、正特性サーミスタ２０Ｅと電気ヒー
タ１１が通電される。電気ヒータ１１では発熱線１５が
通電することにより発熱して配管１を加熱する。配管１
が加熱されると、熱伝導により配管１の中にあるナトリ
ウムが加熱されて温度上昇する。リレー２９Ｅは１００
℃の１ｉＩＪ　Ｉｌｌ湿度（キューリ一点）を持つため
に第４図実線で示す昇温特性となる。配管１は電気ヒー
タ１１の加熱により温度１００℃まで温度上昇される。

リレー２９Ｅが閉じてから予め設定された時間の後に、
温度設定回路３１からの指令信号によりＰＴＣ切換回路
２８のリレー２９Ｄが閉じる。

この時点でリレー２９Ｅ、２９Ｄが閉じて正特性サーミ
スタ２０Ｅ、２０Ｄが通電状態となる。しかし、正特性
サーミスタ２９Ｅは制御温度１００℃、正特性サーミス
タ２０Ｄは制御ｉＯ湯温度５０℃であり、正特性サーミ
スタ２９Ｅが高抵抗状態となるため、電流は正特性サー
ミスタ２９Ｄに流れる。このため、第４図で示すように
配管１は温度１５０℃まで加熱される。このように温度
設定回路３１からの指令によりＰＴＣ切換回路２８のリ
レー２９０．２９Ｂ、２９Ａを順次甫じて行くと、第３
図で示すように順次温度制御器１２の各正特性サーミス
タ２０Ｃ１２０Ｂ、２ＯＡに順次１！流が流れ、それに
応じて正特性サーミスタの制御温度も２００℃、２５０
℃、３００℃と順次上昇していく。このため、第４図で
示すように電気ヒータ１１により配管１を温度３００℃
まで所定の昇温特性を持って加熱し昇温させることがで
きる。

従って、配管１に対して無理な熱的ストレスを与えるこ
となく加熱して温度上昇させることができる。

しかして、温度制御器２８の正特性サーミスタ２９Ａは
制御温度すなわちキューり点３００℃であるから、配管
１の温度が３００℃以下である場合には抵抗値が小さい
。このため、電気ヒータ１１の発熱５１１５には電源電
圧の大部分が印加され１発熱線１５に大きなＮ流が流れ
る。これにより ２ＯＡの抵抗値が急激に増大する。このため、電気ヒー
ター１に作用する電源電圧が非常に小さくなり、電気ヒ
ーター１の発熱線１５にはほとんど電流が流れなくなり
、発熱線１５がほとんど発熱しなくなる。この場合、正
特性サーミスタ２ＯＡには大きな電圧が作用するが、正
特性サーミスタ２０　Ａ　Ｃ，を高抵抗であるためにほ
とんど発熱しない。

このため、電気ヒーター１による配管１への加熱が停止
し、配管１は放熱により温度が低下する。

配管１の温度が正特性サーミスタ２ＯＡのキューリ一点
３００℃以下まで下がると、再び前述した作用により電
気ヒーター１に大きな電流が流れ配管１を加熱するよう
になる。

このようにして電気ヒーター１による配管１に対する加
熱の温度制御を行なう。

なお、この実施例では高速増殖炉においてナトリュウム
を流す配管を加熱（予熱）する電気ヒータについて説明
したが、これに限らずナトリウムを取扱う機器を加熱す
る電気ヒータに適用することも出来る。

また、高速増殖炉においてナトリュウムを流す配管や機
器を加熱（予熱）する電気ヒータに限らず、他の機器な
どを加熱する電気ヒータにも広く適用することができる
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の電気ヒータ装置によれば、
キューリ一点が異なる複数の正特性サーミスタを組合わ
せた温度制御器と、この温度制御器の正特性サーミスタ
に対して温度切換えを指令する切換回路とを電気ヒータ
の回路の組込むことにより、電気ヒータによる被加熱物
に対する温度検出と温度制御を行なう設備を一体化して
、これらの設備の小型化と構成の簡素化を可能にでき、
しかも温度制御器と温度検出路とを接続する入掛りな配
線も不要になる。また、温度制ａ器の複数の正特性サー
ミスタと温度切換７回路との組合わせにより、電気ヒー
タの加熱の加熱による被加熱物の温度上昇を所定の変化
率でむりなく行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は電気ヒータ装
置の構成図、第２図は温度ｌｌ１ＩＩＷＪ器を拡大して
示す断面図、第３図は正特性サーミスタの温度−抵抗特
性曲線を示す絵図、第４図は温度制御器の各正特性サー
ミスタの動作を示す線図、第５図および第６図は温度ｗ
ｉｗ器を製造する方法を示す説明図である。 １１・・・電気ヒータ、１Σ一度制御器、１３・・・温
度切換回路、２０Ａ〜２０Ｅ・・・正特性サーミスタ、
２８・・・ＰＴＣ切換え回路、３１・・・温度設定回路
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 温度Ｔ　（’Ｃ） 第３図 時間を 第４図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気ヒータと、制御温度以下での抵抗値が前記電
   気ヒータの抵抗値より小さい特性を持つ複数の正特性サ
   ーミスタを夫々の制御温度を異ならせて並列に接続して
   なる温度制御器と、この温度制御器の各正特性サーミス
   タへの通電を温度設定信号に基づいて切換える温度切換
   回路とを具備することを特徴とする電気ヒータ装置。
2. （２）温度制御器は、複数の正特性サーミスタを夫々リ
   ードで接続しこれら正特性サーミスタとリードを一本の
   金属製のシースの内部に組込み耐熱性絶縁材料で保持し
   て一体構造としたものである特許請求の範囲第１項記載
   の電気ヒータ装置。