KR19990036094A

KR19990036094A - 전자유도 가열장치 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR19990036094A
Application number: KR1019980700760A
Authority: KR
Inventors: 야스조 가와무라; 요시타카 우치호리
Original assignee: 가와무라 다이조; 세타 기켄(주); 다테이시 요시오; 오무론 (주)
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1999-05-25
Also published as: AU6629696A; CN1192318A; EP0873045A4; WO1997006652A1; JP3628705B2; EP0873045A1

Abstract

본 발명의 전자유도 가열장치는 유체가 유입·유출하는 비자성 재료의 질화규소 파이프(6 또는 41)와, 질화규소 파이프(6 또는 41)에 감긴 코일(7)과 질화규소 파이프(6 또는 41)내에 수납되며 코일(7)에 의한 전자유도로 가열되는 발열체(8)를 구비하며, 질화규소 파이프(6 또는 41)의 단부와 결합해서 지름방향에서 외측에 돌출된 플랜지를 질화규소의 파이프(6 또는 41)의 양단에 형성하는 플랜지 부재(2, 3)와, 플랜지(103, 104)를 갖고 질화규소 파이프(6 또는 41)의 양단에 접속되는 금속 파이프(101, 102)와, 질화규소 파이프(6 또는 41)의 양단의 플랜지 부재(2, 3)를 각각 금속 파이프(101, 102)의 플랜지(103, 104)에 체결하는 체결부재(9, 10)를 구비한다. 본 발명의 전자유도 가열장치의 운전방법은 상기 전자유도 가열장치를 써서 유체를 흘리기 전에 상기 파이프내를 유체로 담가진 상태로 만들고 상기 파이프내의 상기 발열체를 전자유도로 예열한 후에 유체를 흘리는 전자유도 가열장치의 운전방법이다.

Description

전자유도 가열장치 및 그 운전방법

액체나 기체등의 유체를 가열하는 경우, 일반적으로 열교환기를 사용한다. 예를 들면, 전원을 시즈히터에 투입하고 열매개유를 가열하고 열교환기로 열매체와 유체와의 열교환을 행하게 한다.

이같은 열교환기를 사용하는 간접가열방식은 우선 열매체를 가열할 필요가 있기 때문에 상승시간이 오래 걸리며 가열장치의 규모가 대형화되는 경향이 있었다. 그래서 특개평 3-98286호 공보등에 개시된 바와 같이 유체가 통과하는 파이프를 절연체등의 비자성재료로 구성하고 이 파이프내에 수납된 유체가 침지된 발열체를 전자유도로 가열하는 직접가열의 전자유도 가열장치가 제안되어 있다. 그 직접 가열에 의해 전자유도 가열장치에서 유체가 침지된 발열체의 전열면적을 크게 하는 것 등에 의해서 발열체에서 유체로의 전열효율을 90% 전후까지 향상시킬 수 있는 동시에 응답성을 높힐 수 있다.

그러나, 특개평 3-98286호 공보 등에서 제안되는 전자유도 가열장치는 소형이고 국부가열이 가능하기 때문에 발열체를 수납하는 파이프에 국소적인 열응력이 발생하기 쉽다. 특히, 발열체를 수납하는 파이프는 비자성 재료여야 하며 내열성이나 내약품성을 고려해서 세라믹 파이프가 사용되기 때문에 금속제 파이프에 비교해서 갈라지기 쉽고 고온가열이나 순간적인 가열에 대한 운전조건의 제한이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며 고온가열이나 순간적인 가열에 있어서 파이프의 파손을 방지할 수 있는 전자유도가 가열장치 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 액체나 기체등의 유체에 잠겨진 발열체를 전자유도 가열로 가열하고 상기 유체를 직접적인 열이동으로 가열하는 응답성이 우수한 전자유도 가열장치 및 그 운전방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 전자유도 가열장치의 횡단면도.

도 2a는 본 발명의 일 실시예의 전자유도 가열장치에 사용되는 발열체의 구조도로서 발열체의 구조를 도시하는 상면도.

도 2b는 본 발명의 일 실시예의 전자유도 가열장치에 사용되는 발열체의 구조도로서 발열체의 구조를 도시하는 사시도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 전자유도 가열장치의 종단면도.

상기 문제를 해결하는 본 발명의 전자유도 가열장치는 유체가 유입·유출하는 비자성재료의 파이프와 상기 파이프에 감긴 코일과 상기 파이프내에 수납되고 상기 코일에 의한 전자유도로 가열되는 발열체를 구비하고 상기 파이프가 질화규소의 성형품인 것을 특징으로 한다. 상기 질화규소의 내열충격 온도는 600℃를 넘는 것을 사용한다. 특히, 내열충격 온도가 800℃를 넘는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 질화규소(Si₃N₄)는 비산화물 세라믹의 일종이며 비자성 재료인 동시에 산이나 알칼리에 대한 내식성이 강하고 동계통의 탄화규소에 비해서 굽힘 강도, 파괴인성, 내열충격성이 우수하다. 특히, 내열충격성은 성형, 소결, 마무리의 각 제조공정의 관리와 조성을 보통으로 관리하므로서 400℃ 이상, 800℃ 이하의 높은 내열충격 온도가 얻어진다. 또한, 제조공정과 조성을 유의해서 관리하면 600℃ 이상, 800℃ 이하의 높은 내열충격온도가 얻어진다. 이 범위의 온도라해도 알루미나의 성형품보다 약 3배 이상의 내열충격 온도가 되는데, 제조공정이나 조성등을 특별히 조재하면 800℃ 또는 880℃를 넘는 내열충격 온도가 얻어지며 상당히 광범위한 고온가열이나 순간적인 가열을 견딘다.

여기에서 내열충격 온도는 JISR1601에 규정되는 3×4×35mm의 시험편을 사용하고 소정온도의 가열을 15분 실시한 후에 20 ∼ 25℃의 수중에 투입하고, 가열전에 비교해서 수중투입후의 구부림 강도의 열화가 발생하지 않았던 경우의 최대의 소정온도를 말한다.

또, 질화규소(Si₃N₄)는 금속파이프 등과 열융합에 의한 접속이 곤란하다. 또한, 원하는 형상으로 가공성형하는 것이 어렵고 질화규소 파이프의 양단에 플랜지부를 일체성형하거나 발열체를 지지하기 위한 지지부를 상기 질화규소의 파이프내에 일체성형하거나 하면 비용이 든다.

그래서, 본 발명의 전자유도 가열장치는 예를 들면, 화학 플랜트 등의 금속 파이프라인의 도중에 조립해서 배치되는 경우, 상기 구성에 부가해서 상기 질화규소 파이프의 단부와 결합해서 직경방향에서 외측으로 돌출한 플랜지를 상기 질화규소의 파이프의 양단에 형성하는 플랜지 부재와 플랜지를 갖고 상기 질화규소 파이프의 양단에 접속된 금속 파이프와 상기 질화규소 파이프의 양단의 플랜지 부재를 각각 상기 금속 파이프의 플랜지에 체결하는 체결부재를 갖고 있다.

또한, 상기 금속 파이프의 적어도 한쪽은 상기 질화규소 파이프의 축의 연장상에서 적어도 축방향으로 신축하는 신축부를 갖고 있다.

또, 상기 금속 파이프는 상기 금속 파이프에서 상기 발열체를 상기 파이프내에 지지하기 위한 지지부재를 갖고 있다.

상기 질화규소 파이프의 단부와 결합하는 플랜지 부재나 상기 금속 파이프에서 상기 발열체를 상기 질화규소 파이프내에 지지하기 위한 지지부재는 상기 질화규소 파이프에 플랜지부나 발열체의 지지부를 형성할 필요를 없애고 상기 질화규소 파이프의 형상을 매우 간소하게 할 수 있다. 그때문에, 상기 질화규소 파이프의 성형이 용이하게 되며 제작비용이 절감된다. 또, 상기 질화규소 파이프의 단부와 결합하는 플랜지 부재는 금속 파이프와 상기 질화규소 파이프와의 접합을 용이하게 한다.

또한, 상기 금속 파이프의 적어도 한쪽에 설치된 신축부는 상기 질화규소 파이프의 열에 의한 팽창을 적정하게 축방향으로 허용하고, 열팽창에 의한 질화규소 파이프의 파손을 방지한다.

또, 본 발명의 전자유도 가열장치의 운전방법은 유체가 유입, 유출하는 비자성 재료의 파이프와 상기 파이프에 감긴 코일과 상기 파이프내에 수납된 상기 코일에 의한 전자유도로 가열되는 발열체를 구비하며, 상기 파이프가 질화규소의 성형품인 전자유도 가열장치를 사용하고 유체를 흐르게 하기 전에 상기 파이프내를 유체로 잠겨진 상태로 만들고 상기 파이프내에 상기 발열체를 전자유도로 예열한 후에 유체를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 운전방법이다.

또, 상기 질화규소의 내열충격 온도는 600℃를 넘는 것을 사용한다. 바람직하게는 내열충격 온도가 800℃를 넘는 것을 사용한다. 발열체의 예열로 가열상태가 된 파이프에 급히 가열전의 유체를 흘려서 파이프를 급냉해도 파이프의 내열충격 온도가 600℃를 넘기 때문에 열충격을 견딘다.

또한, 본 발명의 전자유도 가열장치의 운전방법은 상기 유체가 기체인 경우에 적합하다. 기체는 열용량이 작기때문에 상온에서 고온까지 급속히 가열할 수 있다. 이 경우, 발열체를 고온으로 예열하고 나서 상온의 기체를 파이프에 흘려도 파이프가 질화규소이고 내열충격 온도가 높기 때문에 당초부터 고온기체를 흘릴수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전자유도 가열장치는 파이프의 재질로서 내열충격성이 우수한 질화규소를 사용하고 있기 때문에 응답성이 높다는 특징을 살려서 고온가열이나 순간적인 가열을 행해도 열충격에 기인하는 운전조건의 제한이 생기지 않고 광범위한 조건에서의 가열을 행할 수 있다는 효과를 나타낸다.

본 발명의 전자유도 가열장치의 운전방법은 내열충격성의 향상을 이용하며, 미리 발열체를 예열하고 나서 유체를 흐르게 하고, 흐르게 하는 시작부터 소정온도의 유체를 얻는 제로스타트를 할 수 있다는 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 전자유도 가열장치의 운전방법은 특히 고온가열이 요구되는 기체의 가열에 있어서 제로스타트를 적용할 수 있다는 효과를 나타낸다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 설명한다. 도 1은 전자유도 가열장치의 횡단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 전자유도 가열장치에 사용되는 발열체의 구조도이다.

도 1에서 전자유도 가열장치(1)는 주된 부분으로서 플랜지 부재(2, 3)와 질화규소 파이프(9)와 코일(7)과 발열체(8)로 구성된다. 도 1의 하측으로부터 상측을 향해서 유체(14)가 흐르도록, 예를 들면, 화학 플랜트 등의 금속 파이프라인(101, 102)의 도중에 조립 배치된다. 그리고, 전자유도 가열장치(1)의 코일(7) 또는 복수의 전자유도 가열장치(1)의 코일(7)에 공통으로 전력부(11)가 접속되고, 전력부(11)엔 제어부(12)가 접속되며, 제어부(12)엔 온도센서(13)가 접속되어 가열 시스템을 구성하고 있다.

질화규소 파이프(6)는 동체(6a)의 양단에 칼라부(6b, 6c)가 위치하도록 일체로 제조된 것이다. 제조공정은 성형, 소결, 가공등으로 되며 성형공정은 사출성형, 슬립캐스팅 등이며, 소결공정은 질화규소의 분해를 억제하면서 고온을 이용할 수 있는 질소가스 압력하의 소결법 등이며 가공공정은 방전가공, 레이저 가공등이다. 즉, 사출성형등으로 도시된 파이프형상으로 만들고 소결로 견고하게 굽고 방전가공등으로 맞닿는 면등의 가공을 실시하고 소정형상으로 만든다.

이때, 질화규소 파이프(6)의 내열충격성이 400℃ 이상, 800℃ 이하, 바람직하게는 600℃ 이상, 800℃ 이하가 되도록 질화규소의 조성과 제조공정을 관리한다.

동체(6a)는 소정의 내경을 가지며 소정의 두께를 갖도록 제조된다. 양단의 칼라부(6b, 6c)는 패킹(4, 5)의 닿는면(6d, 6e)과 플랜지부재(2, 3)에 대한 걸림부(6f, 6g)가 형성되게 외주가 필요최소한도로 지름을 확대해서 제조된다.

플랜지부재(2, 3)는 상기 질화규소 파이프(6)의 단부와 결합해서 지름방향에 돌출한 플랜지를 상기 질화규소계의 파이프(6)의 양단에 형성한다. 그 구조는 둘로 분할하는 것이 가능한 구조로 되어 있으며, 예를 들면, 반원부재를 개폐가능하게 힌지결합하는 동시에 이 반원부재를 폐쇄 상태로 고정할 수 있는 고정수단이 설치된 것이다. 또, 플랜지부재(2, 3)는 볼트를 통하는 구멍이 원주등분 위치에 배열설치되며 동체(6a)의 외주에 유동가능하게 끼워진 상태이며 볼트를 질화규소 파이프(6)의 축방향에 평행으로 통할 수 있다.

이 플랜지부재(2, 3)는 질화규소 파이프(6)의 칼라부(6b, 5c)를 껴안으며 금속 파이프라인(101, 102)의 끝의 플랜지(103, 104)에 대해서 볼트(9) 및 너트(10)등의 체결부재에 의해서 체결된다. 그러면 칼라부(6b, bc)의 닿는면(6d, 6e)이 패킹(4, 5)을 거쳐서 플랜지(103, 104)의 닿는면에 밀착하고 밀봉과 접합의 양쪽이 행해진다. 이같이 질화규소(Sl₃N₄)는 금속 파이프등과 열융합에 의한 접속이 곤란하다. 상기 질화규소 파이프의 단부와 결합하는 플랜지 부재(2, 3)는 금속 파이프와 상기 질화규소 파이프와의 접합을 용이하게 한다.

또한, 플랜지부재(2, 3)의 소재는 코일(7)이 형성하는 자속의 영향을 받기 때문에 비자성의 SUS316 같은 오스테나이트계(austenite) 스텐레스가 사용된다. 또, 유체(14)의 유출측에 위치하는 금속 파이프라인(102)에는 소켓을 거쳐서 온도센서(13)가 부착된다.

또, 질화규소 파이프(6)내에 발열체(8)가 수납되고 있으며 질화규소 파이프(6)의 외주에도 발열체(8)에 대향하는 위치에 코일(7)이 감기고 있다. 코일(7)은 되도록 동손이 적은 것이 사용되며 리츠선(litz wire)을 꼬아붙인것, 또는 원관, 반원관, 타원관 등의 동관이 사용된다.

발열체(8)는 전력이 들어가기 쉽게 될 정도의 투자율을 가지며 유체(14)에 대한 열교환이 용이하고 유체(14)에 대한 내식성을 겸비한 것이 바람직하다. 이같은 재료로선 SUS447J1 같은 말텐사이트계(martensitic) 스텐레스가 사용된다. 또한 발열체(8)의 상세구조를 도 2에 의해 설명한다. 도 2a는 발열체(8)의 구조를 도시하는 상면도이고, 도 2b는 발열체(8)의 구조를 도시하는 사시도이다.

발열체(8)는 평판상의 제 1 시트재(21)와 파형상의 제 2 시트재(22)를 교호로 적층하고 측면의 양단에는 제 1 시트재(21)가 위치하게 하고 전체를 원주상으로 형성한 것이다. 제 2 시트재(22)의 물결의 산(또는 골짜기; 23)는 중심축(24)에 대해서 각도 α만큼 경사지게 배치되며 제 1 시트재(21)를 끼고 이웃하는 제 2 시트재(22)의 물결의 산(또는 골짜기; 23)가 교차하게 배치되고 있다. 그리고, 이웃하는 제 2 시트재(22)에 있는 물결의 산(또는 골짜기; 23)의 교차점(25)에서 제 1 시트재(21)와 제 2 시트재(22)는 점용접으로 용착되며 전기적으로 도통가능하게 되어 있다. 또, 제 2 시트재(22)의 표면엔 유체(14)의 난류를 발생시키기 위한 구멍(26)이 설치되어 있다. 이 구멍(26)을 대신하여 또는 부가하여 제 1 시트재(21) 및/또는 제 2 시스재(22)에 엔보싱가공을 실시하고 표면을 거칠게 하는 것도 유효하다. 요컨대, 발열채(3)의 중심축을 지나는 직경방향 D에 대해서 대략 평행으로 제 1 시트재(21)와 제 2 시트재(22)가 배치되며 전기적으로는 직경 D와 대략 평행인 방향(주변부를 가로지르는 방향)에 가장 흐르기 쉽게 되어 있다. 그러면 전자유도에 있어서 나타나는 표피효과(발열체 8의 외주부분만이 가열되는 상태)가 깨지고 발열채(8)의 중앙부도 가열된다.

또, 성형당초의 발열체(8)는 그 외주면과 질화규소 파이프(6)의 내주면 사이에 환상 간극 Rs를 형성하는 직경 D로 되어서 질화규소 파이프(6)내에 그 축심과 발열체(8)의 축심을 일치시키게 유동가능하게 끼우고 질화규소 파이프(6)내에 삽입되어서 유지부재로서의 돌기부(30)로 유지되고 있다. 그리고, 발열체(8)의 직경 D는 장치(1)에서 유체를 가열했을때 질화규소 파이프(6)가 그 지름방향으로 열팽창하는 양과 발열체(8)가 그 지름방향으로 열팽창하는 양과의 열팽창차 이상의 환상 간극(Rs)을 발열체(8)와 질화규소 파이프(6)간에 갖도록 결정되고 있다. 유지부재로서의 돌기부(30)는 주방향에 분단해서 설치되며 유입측에서의 유체가 환상간극 Rs내에 흘러든다. 또한, 돌기부(30)를 대신해서 환상간극 Rs에 통하는 다수의 구멍 또는 절결을 가지며 비자성, 내열성 및 내식성이 우수한 세라믹링을 압입하는 것에서도 좋다.

35는 링상스토퍼이며 비자성, 내열성 및 내식성이 우수한 세라믹 등으로 제작되고 있으며 유체(14)의 유출측에서 질화규소 파이프(6)내에 감합되며 발열체(8) 사이에 해당 발열체(8)의 축방향의 열팽창의 양과 동일 또는 다소 적은 간극 Vs를 갖고 고정되어 있다. 또, 링상 스토퍼(35)는 유출측에서 환상간극 Rs를 지름방향으로 가로지르고 발열체(8)상에 위치하고 있으며 발열체(8)의 열팽창으로 이 발열체(8)와 결합해서 환상간극 Rs를 유출측에서 폐색한다.

그리고 장치(1)의 유입측에서 유출측에 유체(14)를 흘리는 동시에 코일(7)에 의한 전자유도로 질화규소 파이프(6), 발열체(8)를 거쳐서 유체(14)를 가열하면 질화규소 파이프(6) 및 발열체(8)에 그 지름방향의 열팽창에 차이가 발생하는데 질화규소 파이프(6)와 발열체(8)간에는 그 열팽창 차이 이상의 환상간극 Rs가 형성되어 있으므로 이 환상간극 Rs를 좁히면서 열팽창차를 흡수하고 발열체(8)가 질화규소 파이프(6)에 맞닿아서 누르는 것에 의한 응력의 작용이 저지되며 또 발열체(8)는 그 축방향에도 열팽창하는데 이 열팽창은 링상스토퍼(35) 사이에 형성된 간극 Vs를 열팽창하므로서 흡수된다.

이때, 금속 파이프라인(101)에서 장치(1)의 유입측에 유입한 유체(14)는 발열체(8)내에 유입해서 가열되어서 유출측에 흐르는 동시에 유체(14)의 일부는 유입측에서 직접적으로 또는 발열체(8)에서 환상간극 Rs에 유입해서 환상간극 Rs를 통과해서 유입측에 흐르려고 하는데 발열체(8)가 축방향의 열팽창에 의해서 링상스토퍼(35)에 결합하므로서 환상간극 Rs의 유출측을 폐색하고 유체(14)가 직접으로 유출측에 흐르는 것을 저지하므로 환상간극(Rs)내엔 유입측에서의 유체(14)의 흐름에 의해서 유출측에 미는 압력이 발생하고 환상간극(Rs)내에 흘러든 유체(14)를 이 압력에 의해 발열체(3)내에 흘러들게 할 수 있다.

이것에 의해 코일(7)에 의한 전자유도로 발열체(8)를 가열해도 발열체(8)의 열팽창에 기인하는 질화규소 파이프(6)의 파손이 방지되는 동시에 발열체(8)의 열팽창을 흡수하기 위한 환상간극 Rs를 형성했다고 해도 발열체(8)가 열팽창해서 링상스토퍼(35)에 결합하므로서 환상간극(Rs)을 유출측으로부터 폐색하고 이 환상간극 Rs에 유출하는 유체(14)를 발열체(8)내에 흘러들게 할 수 있으므로 유체(14)를 발열체(8)로 균일하게 가열하는 것도 가능해진다.

다음에 상술한 전자유도 가열장치(1)를 사용하여 유체를 가열하는 경우의 운전방법을 설명한다. 유체(14)를 흘리면서 발열체(8)를 전자유도로 가열하기 시작하는 스타트방법도 있는데 이 경우 발열체(8)가 소정의 온도로 되기까지 유체(14)는 소정온도에서 벗어난채 흐른다. 그래서, 전자유도 가열장치(1)가 갖는 우수한 응답성을 활용하면 처음부터 소정온도에 가까운 유체를 유출시키는 제로스타트가 가능하게 된다. 우선, 질화규소 파이프(6)내에 유체를 채우고 발열체(8)가 유체에 담긴상태로 한다. 이 상태인 채, 발열체(8)를 전자유도로 가열한다. 그러면 발열채(8) 및 유체가 소정온도까지 가열된다. 그후, 유체를 흘리면 발열체(8)의 응답성이 좋기때문에 흐르는 유체의 최초부터 소정온도에 가까운 상태로 스타트 할 수 있다.

이때, 질화규소 파이프(6)도 발열체(8)와 같은 정도로 가열되고 있으며 이 상태인 채 가열전의 유체가 질화규소 파이프(6)에 흘러들면 질화규소 파이프(6)는 고온상태에서 급격히 냉각되고 열충격을 받는다. 그러나 파이프가 내열충격성이 우수한 질화규소로 형성되고 있으며 그 내열충격성이 정도가 400℃ 이상, 800℃ 이하이기 때문에 열충격을 견딜 수 있다.

특히, 유체가 기체이면 600℃시에는 800℃를 넘는 고온까지 가열하는 경우가 있으며 이 경우 열충격의 정도가 커진다. 그러나 질화규소의 조성과 제조공정을 특별히 관리하는 것에 의해서 880℃를 넘는 내열충격성을 갖는 것을 제조할 수 있다. 예를 들면 일본 특수요업의 형식번호 EC-141의 질화규소이면 내열충격온도가 880℃를 넘는다. 이같은 높은 내열충격온도를 갖는 질화규소를 파이프에 사용하므로서 상술한 제로스타트를 반복해도 열충격을 견딜 수 있다.

다음에, 도 3에 의해 본 발명의 다른 실시예에 관한 전자유도 가열장치를 설명한다. 도 1과 같은 기능을 나타내는 부분에 대해선 도 1과 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 1과 상이한 부분은 유체유출측의 금속 파이프(102)에 신축부(40)를 두고 유체유입 및 유출측의 상기 금속 파이프(101, 102)에서 상기 발열체(8)를 질화규소 파이프(41)내에 지지하기 위한 제 1 및 제 2 지지부재(42, 43)을 둔 것이다. 따라서, 질화규소 파이프(41)내엔 도 1의 질화규소 파이프(6) 같이 발열체(8)를 유지하기 위한 유지부재로서의 돌기부(30)가 없고 양단의 외주가 조금 지름이 확대되는 원통으로서 매우 간소한 형상으로 되어 있다.

상기 금속 파이프(102)의 신축부(40)는 질화규소 파이프(41)의 열에 의한 팽창을 적정하게 축방향으로 허용하고 열팽창에 의한 질화규소 파이프(41)의 파손을 방지하기 위한 것으로 축방향으로 신축한다. 질화규소 파이프(41)의 열에 의한 팽창을 효율적으로 축방향으로 허용한다는 의미에 있어서 이 신축부(40)는 질화규소 파이프(41)에 되도록 가까운 곳에 설치하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 실시예에선 신축부(40)를 질화규소 파이프(41)와 금속 파이프(102)와의 접합부분에 가까운 플랜지(104) 근처에 두었다.

그러나, 질화규소 파이프의 축의 연장상이며 파이프라인의 어디에 적어도 축방향으로 신축하는 신축부가 설치되어 있으면 질화규소 파이프의 열에 의한 팽창을 적정하게 축방향으로 놓아 보낼 수 있다. 예를 들면, 질화규소 파이프에서 약 1m 떨어진 곳에 신축부를 두어도 열팽창에 의한 질화규소 파이프의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 이 실시예에선 기체 유출측의 금속 파이프(102)에만 신축부(40)를 두었는데 경우에 따라서는 기체 유입측의 금속 파이프(101) 및 기체유출측의 금속파이프(103)의 양쪽에 두어도 좋다. 또, 유체 유입측의 금속 파이프(101)에만 신축부(40)를 두어도 좋다.

신축부(40)는 금속 파이프(102)의 외관(102a, 102b)와 그 외관(102a, 102b)의 내주에 접하여 내측에 설치되는 미끄럼 내관(40a)과 상기 외관(102a, 102b) 사이에 고정되어서 그 미끄럼 내관(40a)의 외주를 싸는 벨로우즈(40b)와 상기 외관(102a)을 외관(102b)에 대해서 축방향으로 이동가능하게 상기 외관(102a)과 외관(102b)을 연결하는 연결부재(40c)로 구성된다.

상기 연결부재(40c)는 상기 외관(102a, 102b)을 내측에 갖는 원통체이며 축방향에 긴 슬릿부(50)를 복수개 구비한다. 연결부재(40c)의 일단측에 상기 외관(102b)이 삽입되어 고착되고 다른 단측엔 외관(102a)이 삽입되어 상기 슬릿(50)내를 축방향으로 접동가능하게 끼워넣어지고 있는 핀부재(51)가 상기 외관(102a)에 고착된다.

상기 질화규소 파이프(41)가 열에 의해서 팽창되면 상기 외관(102a)이 상기 미끄럼 내관(40a)의 외주를 따라서 이동하며 이 외관(102a)의 이동에 따라서 상기 벨로우즈(40b)가 신축한다.

또한, 신축부(40)로서 상기 벨로우즈를 사용하는 구조외에 관 그 자체에 주름이 있으며 그 주름에 의해서 축방향에 신축하는 주름통 상의 이음쇠관을 써도 좋다. 이 경우는 축방향의 팽창뿐아니고 금속 파이프 라인으로 질화규소 파이프를 조립할때 발생하는 축의 어긋남도 흡수할 수 있다.

상기 제 1 지지부재(42)는 금속 파이프(102)의 내주면에서 직경의 중심까지 연장하는 제 1 돌출부재(42a)와 그 제 1 돌출부재(42a)의 돌출종단에서 축방향으로 상기 링상스토퍼(35)까지 연장하는 제 1 주부재(42b)와 상기 제 1 주부재(42b)의 링상 스토퍼(35)측에서 지름방향에 연장하고 상기 링상 스토퍼(35)를 가로지르는 들보부재(42c)로 구성된다.

상기 제 1 지지부재(42)의 제 1 돌출부재(42a)는 금속 파이프(102)내로 용접등에 의해 부착되므로 금속 파이프(102)와 마찬가지의 재질이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 지지부재(42)의 제 1 주 부재(42b)는 상기 제 1 돌출부재(42a)와 일체성형 또는 용접, 접착, 볼트 등으로 접속되므로 급속 파이프와 동재질, 또는 질화규소 등의 세라믹 등이 사용가능한데 코일(7)이 형성하는 자속의 영향을 받기 어렵게 비자성의 세라믹이 바람직하다.

상기 제 1 지지부재(42)는 상기 들보부재(42c)가 상기 링상 스토퍼(35)와 접하게 위치결정되어 부착된다. 상기 제 1 지지부재(42)의 금속 파이프(102)내로의 부착은 상기 제 1 돌출부재(42a)를 금속 파이프(102)의 내주면에 용접등으로 고정하므로서 행해진다. 이같이 하면 파이프내를 흐르는 유체의 유속이 커져도 상기 링상 스토퍼(35)의 위치가 어긋나지 않고 상기 질화규소 파이프(41)내의 발열체(8)의 위치가 소정위치에 유지된다.

상기 제 2 지지부재(43)는 금속 파이프(101)의 내주면에서 직경의 중심까지 연장하는 제 2 돌출부재(43a)와 그 제 2 돌출부재(43a)의 돌출종단에서 축방향으로 상기 발열체(8)까지 연장하는 제 2 주부재(43b)로 구성된다.

상기 제 2 지지부재(43)의 제 2 돌출부재(43a) 및 제 2 주부재(43b)의 재질에 대해선 상기 제 1 지지부재(42)의 제 1 돌출부재(42a) 및 제 1 주부재(42b)와 같다.

상기 제 2 지지부재(43)는 상기 제 2 주부재(43b)의 일단이 상기 발열체(8)와 접하도록 위치결정되어 부착된다. 상기 제 2 지지부재(43)의 상기 금속 파이프(101)내로의 부착은 상기 제 2 돌출부재(43a)를 금속 파이프(101)의 내주면에 용접 등에 의해서 고정하는 것에 의해서 행해진다. 이같이 하면 상기 제 1 지지부재와 더불어 상기 발열체(8)를 상기 질화규소 파이프(41)내의 소정위치에 유지할 수 있다. 그때문에 도 1에 도시되고 있는 상기 질화규소 파이프(6)와 같이 발열체(8)를 유지하기 위한 유지부재로서의 돌기부(30)가 불필요하게 된다.

상술한 바와 같이 상기 질화규소 파이프(41)의 단부와 결합하는 플랜지 부재(2, 3)와 상기 질화규소 파이프(41)의 단부와 결합하는 플랜지부재(2, 3)나 상기 금속파이프(101, 102)에서 상기 발열체(8)를 상기 질화규소 파이프내에 지지하기 위한 제 1 및 제 2 지지부재(42, 43)는 상기 질화규소 파이프부나 발열체의 지지부를 형성할 필요를 없앤다. 그 결과, 상기 질화규소 파이프의 형상을 도 3에 도시하는 매우 간소한 것으로 할 수 있다. 상기 질화규소 파이프의 성형이 용이해지며 제작비용이 억제된다.

이상으로부터 본 발명은 고온가열이나 순간적인 가열에 있어서 파이프의 파손을 방지할 수 있는 전자유도 가열장치 및 그 운전방법으로 가장 적합하다.

Claims

유체가 유입, 유출하는 비자성 재료의 파이프(6 또는 41)와, 상기 파이프(6 또는 41)에 감긴 코일(7)과, 상기 파이프(6 또는 41)내에 수납된 상기 코일(7)에 의한 전자유도로 가열되는 발열체(8)를 구비하며,

상기 파이프(6 또는 41)가 질화규소의 성형품인 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치.
제 1 항에 있어서, 상기 질화규소의 내열충격 온도가 600℃를 넘는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 질화규소 파이프(6 또는 41)의 단부와 결합해서 지름방향으로 외측으로 돌출한 플랜지를 상기 질화규소 파이프(6 또는 41)의 양단에 형성하는 플랜지부재(23)와,

플랜지(103, 104)를 갖고 상기 질화규소 파이프(6 또는 41)의 양단에 접속되는 금속 파이프(101, 102)와,

상기 질화규소 파이프(6 또는 41) 양단의 플랜지 부재(2, 3)를 각각 상기 금속 파이프(101, 102)의 플랜지(103, 104)에 체결하는 체결부재(9, 10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치.
제 3 항에 있어서, 상기 금속 파이프(101, 102)의 한쪽 이상이 상기 질화규소 파이프(6 또는 41) 축의 연장상에 적어도 축방향으로 신축하는 신축부(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치.
제 4 항에 있어서, 상기 금속 파이프(101, 102)가 상기 발열체(8)를 상기 질화규소 파이프(41)내에 지지하기 위한 지지부재(42, 43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치.
유체가 유입·유출하는 비자성 재료의 파이프(6 또는 41)와, 상기 파이프(6 또는 41)에 감긴 코일(7)과, 상기 파이프(6 또는 41)내에 수납되고 상기 코일(7)에 의한 전자유도로 가열되는 발열체(8)를 구비하고, 상기 파이프(6 또는 41)가 질화규소의 성형품인 전자유도 가열장치를 사용하며,

유체를 흐르게 하기 전에 상기 파이프(6 또는 41)내를 유체로 채우고, 상기 파이프(6 또는 41)내의 상기 발열체(8)를 전자유도로 예열한 후에 유체를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치의 운전방법.
제 6 항에 있어서, 상기 질화규소의 내열충격 온도가 600℃를 넘는 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치의 운전방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 유체가 기체인 것을 특징으로 하는 전자유도 가열장치의 운전방법.