TWI822843B - 過熱水蒸氣生成裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供過熱水蒸氣生成裝置。過熱水蒸氣生成裝置（100）抑制導體管的匯出口處的熱劣化來防止導體管的壽命下降，使螺旋狀捲繞的圓筒狀的導體管（2）在軸向短路，利用設置在導體管（2）的內側和/或外側的磁通產生機構（3）進行感應加熱，對流過導體管（2）的水蒸氣進行加熱而生成過熱水蒸氣，導體管（2）的匯出口（P2）設置在導體管（2）的軸向中央部。

Description

過熱水蒸氣生成裝置

本發明涉及一種過熱水蒸氣生成裝置。

以往，過熱水蒸氣生成裝置如專利文獻1所示，在螺旋狀捲繞的圓筒狀的導體管的內側或外側設置磁通產生機構，通過利用該磁通產生機構對導體管進行感應加熱，從而對流過導體管的水蒸氣進行加熱而生成過熱水蒸氣。導體管形成為彼此相鄰的捲繞部分電連接，整體是一匝的次級線圈。此外，導體管在軸向一端部設置有導入水蒸氣的導入口，並且在軸向另一端部設置有匯出過熱水蒸氣的匯出口。

但是，如果對該導體管進行感應加熱，則如圖9所示，設置於軸向一端部的導入口附近和設置於軸向另一端部的匯出口附近的電流密度變大。由此，導入口附近和匯出口附近的溫度與其他部分相比升高。即，導入口附近和匯出口附近被局部加熱。在如此被加熱的導體管中，如果從導入口導入水蒸氣並從匯出口匯出加熱的過熱水蒸氣，則由於過熱水蒸氣為高溫，所以存在如下問題：匯出口附近的局部加熱部分成為更高的溫度，該部分發生熱劣化而使導體管的壽命變短。

專利文獻1：日本專利公開公報特開2012-163230號。

因此，本發明是為了解決上述問題而完成的，本發明的主要課題在於抑制導體管的匯出口處的熱劣化來防止導體管的壽命下降。

即，本發明提供一種過熱水蒸氣生成裝置，使螺旋狀捲繞的圓筒狀的導體管在軸向短路，利用設置在所述導體管的內側和/或外側的磁通產生機構進行感應加熱，對流過所述導體管的水蒸氣進行加熱而生成過熱水蒸氣，其中，所述導體管的匯出口設置在所述導體管的軸向中央部。另外，在本發明中，軸向中央部只要是除了導體管的軸向兩端部以外的部分即可，並且只要比導體管的軸向最外側的捲繞部分更靠內側即可。

按照這種結構，在被感應加熱的圓筒狀的導體管中，該匯出口設置在導體管的軸向中央部，因此能夠使匯出口的位置離開利用感應加熱而被局部加熱的兩端部分，能夠抑制被局部加熱的兩端部分由過熱水蒸氣進一步加熱而產生的熱劣化。其結果，能夠防止導體管的壽命下降。

在圓筒狀的導體管中，軸向兩端部被局部加熱，但是通過從被局部加熱的部分或其附近導入加熱前的水蒸氣，從而能夠將軸向兩端部的溫度保持為低溫。因此，優選的是，所述導體管的導入口設置在所述導體管的軸向兩端部。

作為導體管的具體實施方式，優選的是，所述導體管在軸向中央部被分割成兩個導體管部件，所述導入口設置在各導體管部件的軸向外側端部，所述匯出口設置在各導體管部件的軸向內側端部。

按照這種結構，通過在軸向配置螺旋狀捲繞的兩個導體管部件，從而可以構成圓筒狀的導體管，並且可以將導入口和匯出口設置在所希望的位置。

優選的是，所述各導體管部件的彼此相鄰的捲繞部分電連接，並且所述兩個導體管部件的彼此相鄰的相對部分電連接，所述導體管整體構成短路電路。

按照這種結構，能夠將各導體管部件的電位抑制為較低，防止發生事故。

優選的是，利用跨越整個周向具有導電性的第一接合部件，來接合所述兩個導體管部件的相對部分中的除了所述匯出口以外的部分。

按照這種結構，能夠使各導體管部件中流動的電流在周向上均勻化，能夠降低局部加熱。此外，如果兩個導體管部件的長度等結構大體相同，則由第一接合部件接合的相對部分成為相似溫度，能夠降低熱伸長差異等的機械應力，從而能夠抑制導體管的劣化。

優選的是，以管直徑的兩倍的曲率半徑彎曲各導體管部件的軸向內側端部而形成所述各導體管部件的匯出口。

按照這種結構，以不會將管大幅壓扁的極限曲率（最小彎曲半徑）亦即管直徑的兩倍的曲率半徑進行彎曲來形成匯出口，因此能夠接近配置兩個匯出口，能夠儘量減小兩個導體管部件之間的間隙。其結果，能夠減少電流密度的局部增加來降低局部加熱。

在利用從各匯出口匯出的過熱水蒸氣的情況下，為了使外部配管的佈局簡單，優選的是，所述兩個導體管部件的匯出口設置成彼此接觸或接近。

優選的是，由具有導電性的第二接合部件來接合兩個所述匯出口。如果以上述方式接合兩個匯出口來進行電短路，則電流在接合部分迂回流動，所以能夠抑制電流密度的局部增加。即，能夠降低局部加熱。

由第二接合部件形成的接合部分用於構成短路電路並使電流流動。即，通過由第二接合部件進行接合，從而能夠降低流入與設置有匯出口的捲繞部分相鄰的捲繞部分的電流。由於接合部分中流動的電流值與導體管中流動的電流值相同，所以通過使所述第二接合部件的通電方向合計截面積大於所述導體管的導體部截面積，從而能夠確保接近未分割狀態的短路電流值。此外，由於使所述第二接合部件與所述導體管為相同材質或具有大體同等物理性質，所以能夠確保低於導體管的電阻，並且能夠使熱伸長等機械特性也為同等機械特性。

如果在軸向分割磁通產生機構的感應線圈，則成為在感應線圈的軸向端部被局部加熱的主要原因。因此，優選的是，所述磁通產生機構中的至少一個磁通產生機構設置在與引出所述匯出口的引出側相反側，該磁通產生機構在軸向未被分割而呈一體結構。

按照這種結構，能夠降低與引出匯出口的引出側相反側的局部加熱。

按照如此構成的本發明，能夠抑制導體管的匯出口處的熱劣化來防止導體管的壽命下降。

下面參照附圖，對本發明的過熱水蒸氣生成裝置的一種實施方式進行說明。

>1．裝置結構>

本實施方式的過熱水蒸氣生成裝置100對在外部生成的水蒸氣進行加熱，生成超過100℃（200℃～2000℃）的過熱水蒸氣。

具體地說，如圖1和圖2所示，過熱水蒸氣生成裝置100包括螺旋狀捲繞的導體管2和對該導體管2進行感應加熱的磁通產生機構3。

通過將具有導電性的管螺旋狀捲繞而將導體管2形成為圓筒狀，並且導體管2在軸向短路，導體管2具有導入水蒸氣的導入口P1和匯出過熱水蒸氣的匯出口P2。此外，導體管2的相當於一圈的捲繞部分彼此接觸或接近。導體管2的材質例如能夠使用奧氏體不銹鋼或鉻鎳鐵合金。另外，將在後面說明導體管2的詳細結構。

磁通產生機構3設置在導體管2的內側和外側，對導體管2進行感應加熱，並且具有沿著導體管2的內面和側面設置的感應線圈31。另外，磁通產生機構3可以具有未圖示的鐵芯等磁路形成構件。利用工頻（50Hz或60Hz）的交流電源向感應線圈31施加交流電壓。

在如此構成的過熱水蒸氣生成裝置100中，通過向感應線圈31施加50Hz或60Hz的交流電壓，從而在導體管2中流動感應電流，導體管2進行焦耳發熱。並且，流過導體管2的水蒸氣從導體管2的內面接受熱量而被加熱，生成過熱水蒸氣。

並且，在本實施方式的過熱水蒸氣生成裝置100中，如圖1～圖5所示，導體管2的導入口P1設置在導體管2的軸向兩端部，並且導體管2的匯出口P2設置在導體管2的軸向中央部。本實施方式的匯出口P2設置於將導體管2在軸向兩等分的位置，但是並不限定於此。

具體地說，如圖3～圖5所示，導體管2在軸向中央部被分割為兩個導體管部件21、22。並且，在各導體管部件21、22的軸向外側端部21a、22a 設置有導入口P1，在各導體管部件21、22的軸向內側端部21b、22b設置有匯出口P2。通過在軸向連續配置上述兩個導體管部件21、22，從而導體管2的導入口P1設置在導體管2的軸向兩端部，並且導體管2的匯出口P2設置在導體管2的軸向中央部。

例如通過焊接將各導體管部件21、22的彼此相鄰的捲繞部分電連接，並且將兩個導體管部件的彼此相鄰的相對部分電連接，導體管整體構成短路電路。由此，導體管2成為一匝的次級線圈。另外，本實施方式的各導體管部件21、22的捲繞數彼此相同，但是並不限定於此。

在此，利用跨越整個周向具有導電性的第一接合部件（未圖示），來接合兩個導體管部件21、22的相對部分中的除了匯出口P2以外的部分。可以利用焊接形成該第一接合部件。

在本實施方式中，如圖4所示，通過以管直徑的兩倍的曲率半徑彎曲各導體管部件21、22的軸向內側端部21b、22b，而形成各導體管部件21、22的匯出口P2。在此，通過將各導體管部件21、22的捲繞部分向徑向外側彎折，而形成匯出口P2。

一方的導體管部件21的軸向內側端部21b和另一方的導體管部件22的軸向內側端部22b構成為在周向上彼此接近，兩個導體管部件21、22的匯出口P2設置成彼此接觸或接近。

如圖7所示，利用具有導電性的第二接合部件23，將上述兩個匯出口P2彼此電接合。在本實施方式中，以填充兩個匯出口P2之間形成的空間的方式，利用第二接合部件23進行接合。第二接合部件23與導體管2為相同材質或具有大體同等物理性質。此外，第二接合部件23的通電方向合計截面積2a大於導體管2的導體部截面積S（2a>S）。在此，通電方向合計截面積2a是第二接合部件23在與兩個匯出口P2的相對方向正交的方向的截面積。另外，在第二接合部件23僅設置於匯出口P2的上下任意一方的情況下，通電方向合計截面積為a。

如圖1和圖2所示，磁通產生機構3相對於如此構成的導體管2設置在導體管2的內側和外側。設置在導體管2外側（引出匯出口P2的引出側）的磁通產生機構3x在軸向被分割而分別設置在匯出口P2的上側和下側。此外，設置在導體管2內側（與引出匯出口P2的引出側相反側）的磁通產生機構3y在軸向未被分割而呈一體結構。

接著，圖8表示對本實施方式的導體管2進行感應加熱時的電流密度分佈的模擬結果。在圖8中，（a）是以往結構的導體管的模擬結果。（b）是將導體管2分割成兩部分時的模擬結果。（c）是本實施方式的導體管2的模擬結果。

可知在（a）～（c）的任意一個中，都是電流密度在軸向兩端部X1、X2的開口附近較大。可知在（b）中，在隔著分割部分的間隙的上下捲繞部分X3，電流密度變大。另一方面，可知在（c）中，通過從軸向中央部引出匯出口X4並使它們短路，從而降低了該匯出口X4處的電流密度和匯出口X4附近的電流密度。

>2．本實施方式的效果>

按照如此構成的過熱水蒸氣生成裝置100，在被感應加熱的圓筒狀的導體管2中，由於該匯出口P2設置在導體管2的軸向中央部，所以能夠使匯出口P2的位置離開利用感應加熱而被局部加熱的兩端部分，能夠抑制被局部加熱的兩端部分由過熱水蒸氣進一步加熱而產生的熱劣化。此外，由於形成有匯出口P2的捲繞部分與相鄰的捲繞部分連接，所以通過將匯出口P2的熱量向相鄰的捲繞部分分散，從而也可以抑制熱劣化。其結果，能夠防止導體管2的壽命下降。

在本實施方式中，由於導體管2的導入口P1設置在導體管2的軸向兩端部，所以能夠利用加熱前的水蒸氣將被局部加熱的軸向兩端部保持為低溫。

在本實施方式中，通過將導體管2形成為在軸向配置兩個導體管部件21、22，從而形成導入口P1和匯出口P2，因此能夠簡化結構，並且能夠將導入口和匯出口設置在所希望的位置。

本實施方式中，由第一接合部件跨越整個周向接合兩個導體管部件21、22的相對部分中的除了匯出口P2以外的部分，因此能夠使各導體管部件21、22中流動的電流在周向上均勻化，能夠減少局部加熱。此外，由於兩個導體管部件的長度等結構大體相同，所以由第一接合部件接合的相對部分為相似溫度，能夠降低熱伸長差異等的機械應力，抑制導體管的劣化。

通過以管直徑的兩倍的曲率半徑使各導體管部件21、22的軸向內側端部21b、22b彎曲，而形成各導體管部件21、22的匯出口P2，因此能夠接近配置兩個匯出口，能夠儘量減小兩個導體管部件21、22之間的間隙。其結果，能夠減少電流密度的局部增加來降低局部加熱。

此外，由於利用第二接合部件23接合兩個匯出口P2，所以短路電流在接合部分迂回流動，因此能夠抑制電流密度的局部增加。即，能夠降低局部加熱。此時，通過使第二接合部件23的通電方向合計截面積2a大於導體管2的導體部截面積S，從而能夠確保接近未分割狀態的短路電流值。此外，由於第二接合部件23與導體管2為相同材質或具有大體同等物理性質，所以能夠確保低於導體管2的電阻，並且能夠使熱伸長等機械特性也為同等機械特性。

由於設置在導體管2內側的磁通產生機構3y在軸向未被分割而呈一體結構，所以能夠降低導體管2內側的局部加熱。

>3．本發明的變形實施方式>

另外，本發明並不限定於所述實施方式。

例如，在所述實施方式中，導體管2由兩個導體管部件21、22構成，但是也可以由三個以上的導體管部件構成。

此外，在所述實施方式中，通過分割導體管2來形成匯出口P2，但是也可以不分割導體管2，而是在導體管2的中央部的側壁形成開口，通過使成為匯出口P2的匯出管與該開口連接來形成匯出口。

在所述實施方式中，向徑向外側引出匯出口，但是也可以構成為向徑向內側引出匯出口。在這種情況下，設置在導體管內側的磁通產生機構形成為在軸向被分割的結構，設置在導體管外側的磁通產生機構在軸向未被分割而呈一體結構。

此外，本發明並不限定於所述實施方式，當然能夠在不脫離本發明宗旨的範圍內進行各種變形。

2:導體管

2a:通電方向合計截面積

3、3x、3y:磁通產生機構

21、22:導體管部件

21a、22a:軸向外側端部

21b、22b:軸向內側端部

23:接合部件、第二接合部件

31:感應線圈

100:過熱水蒸氣生成裝置

S:導體部截面積

P1:導入口

P2:匯出口

X1:端部

X2:端部

X3:隔著分割部分的間隙的上下捲繞部分

X4:匯出口

圖1是示意性表示本發明一種實施方式的過熱水蒸氣生成裝置的結構的立體圖。 圖2是示意性表示同一實施方式的過熱水蒸氣生成裝置的結構的剖視圖。 圖3是示意性表示同一實施方式的導體管的結構的立體圖。 圖4是示意性表示同一實施方式的導體管的結構的俯視圖。 圖5是示意性表示同一實施方式的導體管的結構的主視圖。 圖6是表示同一實施方式的各導體管部件分離的狀態的立體圖。 圖7是表示同一實施方式的匯出口和第二接合部件的立體圖。 圖8是表示同一實施方式的導體管的電流密度分佈的類比結果。 圖9是表示以往的導體管的電流密度分佈的類比結果。

2:導體管

2a:通電方向合計截面積

3、3x、3y:磁通產生機構

31:感應線圈

100:過熱水蒸氣生成裝置

P1:導入口

P2:匯出口

Claims (10)

1. 一種過熱水蒸氣生成裝置，使螺旋狀捲繞的一圓筒狀的一導體管在一軸向短路，利用設置在所述導體管的一內側和/或一外側的一磁通產生機構進行感應加熱，對流過所述導體管的一水蒸氣進行加熱而生成一過熱水蒸氣， 所述過熱水蒸氣生成裝置的特徵在於， 所述導體管的一匯出口設置在所述導體管的一軸向中央部。
2. 如請求項1所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述導體管的一導入口設置在所述導體管的一軸向兩端部。
3. 如請求項2所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述導體管在所述軸向中央部被分割成兩個導體管部件，所述導入口設置在各所述導體管部件的一軸向外側端部，所述匯出口設置在各所述導體管部件的一軸向內側端部。
4. 如請求項3所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述各導體管部件的彼此相鄰的一捲繞部分電連接，並且所述兩個導體管部件的彼此相鄰的一相對部分電連接，所述導體管整體構成一短路電路。
5. 如請求項4所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，利用跨越整個周向具有導電性的一第一接合部件，來接合所述兩個導體管部件的所述相對部分中的除了所述匯出口以外的部分。
6. 如請求項3所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，以管直徑的兩倍的一曲率半徑彎曲各所述導體管部件的所述軸向內側端部而形成所述各所述導體管部件的所述匯出口。
7. 如請求項3所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述兩個導體管部件的所述匯出口設置成彼此接觸或接近。
8. 如請求項3所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，由具有導電性的一第二接合部件來接合兩個所述匯出口。
9. 如請求項8所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述第二接合部件與所述導體管為相同材質或具有大體同等物理性質，所述第二接合部件的一通電方向合計截面積大於所述導體管的一導體部截面積。
10. 如請求項1所述的過熱水蒸氣生成裝置，其中，所述磁通產生機構中的至少一個磁通產生機構設置在與引出所述匯出口的一引出側相反側，所述磁通產生機構在所述軸向未被分割而呈一體結構。

Images