JP2023067383A - Superheated steam generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過熱水蒸気生成装置に関するものである。 The present invention relates to a superheated steam generator.
従来の過熱水蒸気生成装置としては、特許文献1に示すように、三相交流電源を用いたものにおいて、一次コイルとして第1導体管及び第2導体管を用い、当該第1導体管及び第2導体管の間に二次コイルである第3導体管(過熱導体管)を設けたものが考えられている。この過熱水蒸気生成装置では、第1導体管及び第2導体管は通電加熱されるとともに、第3導体管の放熱を利用して加熱されるので、第3導体管からの装置外部への放熱を低減でき、熱効率を上げることができる。 As a conventional superheated steam generator, as shown in Patent Document 1, a three-phase AC power supply is used, and a first conductor pipe and a second conductor pipe are used as a primary coil, and the first conductor pipe and the second conductor pipe are used as primary coils. A third conductor tube (superheating conductor tube), which is a secondary coil, is provided between the conductor tubes. In this superheated steam generator, the first conductor pipe and the second conductor pipe are electrically heated and heated by utilizing the heat radiation of the third conductor pipe. can be reduced and thermal efficiency can be increased.
そして、この過熱水蒸気生成装置では、第3導体管が、互いに逆向きに螺旋状に巻回された内側管要素及び外側管要素を有し、それら内側管要素及び外側管要素の軸方向一端部同士及び軸方向他端部同士を接続管要素によって流体的に接続するとともに短絡接続した構成としてある。 In this superheated steam generator, the third conductor tube has an inner tube element and an outer tube element spirally wound in opposite directions, and one axial end portion of the inner tube element and the outer tube element It is configured such that the two end portions are fluidly connected and short-circuited by connecting pipe elements.
しかしながら、上記の過熱水蒸気生成装置では、第3導体管の径方向外側の放熱を第1導体管の加熱に利用し、第3導体管の径方向内側の放熱を第2導体管の加熱に利用できるものの、第3導体管の内側管要素及び外側管要素の間の放熱を有効活用することができない。 However, in the superheated steam generator described above, heat radiation from the radially outer side of the third conductor tube is used to heat the first conductor tube, and heat radiation from the radially inner side of the third conductor tube is used to heat the second conductor tube. Although it can be done, the heat dissipation between the inner tube element and the outer tube element of the third conductor tube cannot be effectively utilized.
そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、三相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置において、過熱導体管の放熱を有効活用して熱効率を向上するとともに、過熱水蒸気生成装置の簡略化及び小型化を可能にすることをその主たる課題としたものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and in a superheated steam generator using a three-phase AC power supply, the heat dissipation of the superheating conductor tube is effectively used to improve the thermal efficiency, and the superheated steam The main subject is to enable simplification and miniaturization of the generator.
すなわち、本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、導体管を電磁誘導により発熱させて当該導体管を流れる水を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置であって、三相の閉磁路鉄心における3つの脚鉄心を用いて3つの過熱水蒸気生成ユニットを構成し、当該3つの過熱水蒸気生成ユニットに互いに異なる相の交流電圧を印加して過熱水蒸気を生成するものであり、前記各過熱水蒸気生成ユニットは、1相の交流電圧が印加される一次コイルであり、前記閉磁路鉄心の周りに配置された螺旋状の予熱導体管と、誘導電流が流れる二次コイルであり、前記閉磁路鉄心の周りに配置された螺旋状の過熱導体管とを備え、前記予熱導体管は、前記閉磁路鉄心の周りに同心状に配置された第1予熱導体管、第2予熱導体管及び第3予熱導体管を有し、前記過熱導体管は、前記閉磁路鉄心の周りに同心状に配置されるとともに互いに逆向きに螺旋状に巻回された第1過熱導体管及び第2過熱導体管と、前記第1過熱導体管及び前記第2過熱導体管の軸方向一端部同士及び軸方向他端部同士を流体的に接続するとともにそれらを短絡接続する接続管要素とを有し、前記各導体管は径方向内側から前記第2予熱導体管、前記第2過熱導体管、前記第3予熱導体管、前記第1過熱導体管及び前記第1予熱導体管の順に配置されるとともに、前記第1予熱導体管、前記第2予熱導体管、前記第3予熱導体管、前記過熱導体管の順に直列に接続されており、前記第1予熱導体管に設けられた導入ポートから水又は水蒸気を導入して、前記第2予熱導体管及び前記第3予熱導体管を介して、前記過熱導体管に設けられた導出ポートから過熱水蒸気を導出することを特徴とする。 That is, the superheated steam generator according to the present invention is a superheated steam generator that generates superheated steam by generating heat in a conductor pipe by electromagnetic induction to heat water flowing through the conductor pipe, and is a three-phase closed magnetic circuit core. Three superheated steam generation units are configured using the three leg iron cores in, and alternating voltages of different phases are applied to the three superheated steam generation units to generate superheated steam, and each of the above superheated steam generation The unit is a primary coil to which a one-phase AC voltage is applied, a helical preheating conductor tube arranged around the closed magnetic circuit core, and a secondary coil through which an induced current flows, and the closed magnetic circuit core. a helical superheating conductor tube arranged around the preheating conductor tube, the preheating conductor tube comprising a first preheating conductor tube, a second preheating conductor tube, and a third preheating conductor tube concentrically arranged around the closed magnetic circuit core. a first overheating conductor tube and a second overheating conductor tube that are arranged concentrically around the closed magnetic circuit core and spirally wound in opposite directions; a connecting pipe element for fluidly connecting one axial end portions and the other axial end portions of the first overheating conductor tube and the second overheating conductor tube and short-circuiting them; The second preheating conductor tube, the second overheating conductor tube, the third preheating conductor tube, the first overheating conductor tube, and the first preheating conductor tube are arranged in this order from the radially inner side, and the first preheating conductor The pipe, the second preheating conductor pipe, the third preheating conductor pipe, and the superheating conductor pipe are connected in series in this order, and water or steam is introduced from the introduction port provided in the first preheating conductor pipe, It is characterized in that superheated steam is led out from a lead-out port provided in the overheating conductor pipe through the second preheating conductor pipe and the third preheating conductor pipe.
このような過熱水蒸気生成装置によれば、3つの過熱水蒸気生成ユニットに互いに異なる相の交流電圧を印加して過熱水蒸気を生成するので、三相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置において過熱水蒸気の生成能力を向上させることができる。
そして、一次コイルとして第1予熱導体管及び第2予熱導体管を用いているとともに、当該第1予熱導体管及び第2予熱導体管の間に二次コイルである過熱導体管を設けているので、第1予熱導体管及び第2予熱導体管は通電加熱されるとともに、過熱導体管の放熱を利用して加熱されるので、過熱導体管からの装置外部への放熱を低減でき、熱効率を上げることができる。
特に、本発明では、一次コイルとして第3予熱導体管を有しており、当該第3予熱導体管を過熱導体管の第1過熱導体管及び第2過熱導体管の間に設けているので、第1過熱導体管及び第2過熱導体管の間への放熱を有効活用して加熱され、熱効率をより一層上げることができる。
ここで、一次コイルを形成する第1予熱導体管、第2予熱導体管及び第3予熱導体管は、それぞれの巻数、導体管の通電断面積、導体管の通流孔径の設定により、発熱比や流体への熱伝達面積比、流体の流速比を調整することができる。
また、第1予熱導体管、第2予熱導体管、第3予熱導体管、過熱導体管の順に直列に接続されており、第1予熱導体管に設けられた導入ポートから水又は水蒸気を導入して、第2予熱導体管及び第3予熱導体管を介して、過熱導体管に設けられた導出ポートから過熱水蒸気を導出するので、過熱水蒸気生成装置の簡略化及び小型化することができる。
さらに、過熱導体管を第1過熱導体管と第2過熱導体管と接続管要素とから構成しているので、導体管とは別に電気接続部材を設ける必要が無く、導体管自体の構成により短絡回路を形成することができる。また、接続管要素が各管要素の軸方向一端部同士を接続し、軸方向他端部同士を接続する構成であり、短絡回路を構成するための接続構造を簡単にすることができる。
According to such a superheated steam generator, AC voltages of mutually different phases are applied to the three superheated steam generator units to generate superheated steam. You can improve your ability to generate.
Since the first preheating conductor tube and the second preheating conductor tube are used as the primary coil, and the overheating conductor tube as the secondary coil is provided between the first preheating conductor tube and the second preheating conductor tube. , The first preheating conductor tube and the second preheating conductor tube are electrically heated and heated by utilizing the heat radiation of the superheating conductor tube, so that the heat radiation from the overheating conductor tube to the outside of the apparatus can be reduced, and the thermal efficiency is increased. be able to.
In particular, in the present invention, the third preheating conductor tube is provided as the primary coil, and the third preheating conductor tube is provided between the first overheating conductor tube and the second overheating conductor tube of the overheating conductor tube. It is heated by effectively utilizing the heat radiation between the first overheating conductor tube and the second overheating conductor tube, and the thermal efficiency can be further increased.
Here, the first preheating conductor tube, the second preheating conductor tube, and the third preheating conductor tube that form the primary coil are set by setting the number of turns, the current-carrying cross-sectional area of the conductor tube, and the flow hole diameter of the conductor tube. , the area ratio of heat transfer to the fluid, and the flow velocity ratio of the fluid can be adjusted.
In addition, the first preheating conductor pipe, the second preheating conductor pipe, the third preheating conductor pipe, and the superheating conductor pipe are connected in series in this order, and water or steam is introduced from the introduction port provided in the first preheating conductor pipe. Since the superheated steam is led out from the lead-out port provided in the superheating conductor pipe through the second preheating conductor pipe and the third preheating conductor pipe, the superheated steam generator can be simplified and downsized.
Furthermore, since the superheating conductor tube is composed of the first superheating conductor tube, the second superheating conductor tube, and the connection tube element, there is no need to provide an electrical connection member separately from the conductor tube, and the configuration of the conductor tube itself eliminates the short circuit. A circuit can be formed. In addition, the connection pipe element connects the axial ends of each pipe element to each other and connects the other axial ends to each other, which simplifies the connection structure for forming a short circuit.
過熱導体管では導出ポート側が最も高温になり、この部分からの放熱が最も大きくなる。導出ポート側からの放熱を有効活用するためには、前記過熱導体管の軸方向一端部に前記導出ポートが形成されており、前記第3予熱導体管は、前記導出ポートと同じ側の軸方向一端部から水又は水蒸気が導入されることが望ましい。
この構成であれば、第3熱導体管に流入する比較的温度が低い水又は水蒸気を効率良く予熱することができる。
In the superheating conductor tube, the outlet port side becomes the hottest, and the heat radiation from this part is the largest. In order to make effective use of heat radiation from the lead-out port side, the lead-out port is formed at one axial end of the overheating conductor pipe, and the third preheating conductor pipe extends axially on the same side as the lead-out port. Water or steam is preferably introduced from one end.
With this configuration, the relatively low-temperature water or steam flowing into the third heat conductor pipe can be efficiently preheated.
また、導入ポートに流入する水又は水蒸気を効率良く予熱するためには、前記導入ポートは、前記第1予熱導体管において前記導出ポートと同じ側の軸方向一端部に形成されていることが望ましい。 Further, in order to efficiently preheat water or steam flowing into the introduction port, it is desirable that the introduction port is formed at one end in the axial direction on the same side as the outlet port in the first preheating conductor pipe. .
過熱導体管の放熱が装置外部へ漏れること及び過熱導体管の放熱による各予熱導体管の加熱を安全に実現するためには、前記第1予熱導体管と前記第1過熱導体管との間、前記第1過熱導体管と前記第3予熱導体管との間、前記第3予熱導体管と前記第2過熱導体管との間、及び、前記第2過熱導体管と前記第2予熱導体管との間に断熱材が充填されていることが望ましい。
この構成であれば、第1予熱導体管と第1過熱導体管との間の断熱材の厚み、第2予熱導体管と第2過熱導体管との間の断熱材の厚み、及び、第3予熱導体管と第1、第2過熱導体管との間の断熱材の厚みにより、第1、第2過熱導体管から第1予熱導体管、第2予熱導体管及び第3予熱導体管への熱伝達比を調整することができる。
In order to prevent the heat radiation from the overheating conductor tube from leaking to the outside of the device and to safely realize the heating of each preheating conductor tube by the heat radiation from the overheating conductor tube, between the first preheating conductor tube and the first overheating conductor tube, Between the first overheating conductor tube and the third preheating conductor tube, between the third preheating conductor tube and the second overheating conductor tube, and between the second overheating conductor tube and the second preheating conductor tube It is desirable that a heat insulating material is filled between
With this configuration, the thickness of the heat insulating material between the first preheating conductor tube and the first overheating conductor tube, the thickness of the heat insulating material between the second preheating conductor tube and the second overheating conductor tube, and the third Depending on the thickness of the heat insulating material between the preheating conductor pipe and the first and second overheating conductor pipes, the distance from the first and second overheating conductor pipes to the first preheating conductor pipe, the second preheating conductor pipe and the third preheating conductor pipe The heat transfer ratio can be adjusted.
各配管の具体的な接続構成としては、前記第1予熱導体管、前記第2予熱導体管及び前記第3予熱導体管は単層巻きであり、前記第1予熱導体管の軸方向一端部に前記導入ポートが形成されており、前記第1予熱導体管の軸方向他端部が前記第2予熱導体管の軸方向他端部に接続されており、前記第2予熱導体管の軸方向一端部が前記第3予熱導体管の軸方向一端部に接続されていることが考えられる。
この構成において、前記交流電圧を印加する交流電源は、前記第1予熱導体管の軸方向一端部及び前記第3予熱導体管の軸方向他端部に接続されていることが望ましい。
As a specific connection configuration of each pipe, the first preheating conductor pipe, the second preheating conductor pipe, and the third preheating conductor pipe are single-layer wound, and at one end in the axial direction of the first preheating conductor pipe The introduction port is formed, the other axial end of the first preheating conductor pipe is connected to the other axial end of the second preheating conductor pipe, and the one axial end of the second preheating conductor pipe is connected to the other axial end of the second preheating conductor pipe. is connected to one axial end of the third preheating conductor tube.
In this configuration, it is preferable that an AC power supply that applies the AC voltage is connected to one axial end of the first preheating conductor tube and the other axial end of the third preheating conductor tube.
このように構成した本発明によれば、三相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置において、過熱導体管の放熱を有効活用して熱効率を向上するとともに、過熱水蒸気生成装置の簡略化及び小型化を可能にすることができる。 According to the present invention configured in this way, in a superheated steam generator using a three-phase AC power supply, the heat radiation of the superheating conductor tube is effectively used to improve the thermal efficiency, and the superheated steam generator is simplified and miniaturized. can make it possible.
以下に本発明に係る過熱水蒸気生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of a superheated steam generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.装置構成>
本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置100は、三相交流電源を用いたものであり、導体管を電磁誘導により発熱させて当該導体管を流れる水を加熱して過熱水蒸気を生成するものである。その他、過熱水蒸気生成装置100としては、例えば、外部で生成された飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生するものであっても良い。
<1. Device configuration>
The
具体的に過熱水蒸気生成装置100は、図1~図3に示すように、三相の閉磁路鉄心2における3つの脚鉄心21、22、23を用いて3つの過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cを構成し、当該3つの過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cに互いに異なる相の交流電圧を印加して過熱水蒸気を生成するものである。
Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the
ここで、三相の閉磁路鉄心2は、図4に示すように、3つの脚鉄心21、22、23と、当該3つの脚鉄心21、22、23の一方の端面(図4では上端面)同士を接続する上側ヨーク鉄心24と、3つの脚鉄心21、22、23の他方の端面(図4では下端面)同士を接続する下側ヨーク鉄心25とを有している。ここで、3つの脚鉄心21、22、23は、三角形の頂点に位置しており、これらを接続する各ヨーク鉄心24、25は、Y字形状をなすものである。また、各脚鉄心21、22、23は、積層鉄心である。なお、脚鉄心21、22、23は、例えば、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状のインボリュート鉄心である。なお、各脚鉄心21、22、23は、平板状をなす多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状の鉄心であっても良い。
Here, as shown in FIG. 4, the three-phase closed magnetic circuit core 2 includes three
各過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cは、図1~図3に示すように、前記脚鉄心21、22、23と、1相の交流電圧が印加される一次コイルであり、閉磁路鉄心2の周りに配置される螺旋状(コイル状)の予熱導体管3と、誘導電流が流れる二次コイルであり、閉磁路鉄心2の周りに配置される螺旋状(コイル状)の過熱導体管4とを備えている。なお、3つの脚鉄心21、22、23は三角形の頂点に位置していることから、3つの過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cも三角形の頂点に位置することになる(図3参照)。
As shown in FIGS. 1 to 3, each of the superheated
予熱導体管3は、閉磁路鉄心2の周りに同心状に配置された第1予熱導体管31、第2予熱導体管32及び第3予熱導体管33を有している。
The preheating
第1~第3予熱導体管31、32、33は、それぞれ単層巻きであり、径方向最外側に第1予熱導体管31が配置され、径方向最内側に第2予熱導体管32が配置され、第1予熱導体管31及び第2予熱導体管32の間の第3予熱導体管33が配置されている。
The first to third preheating
第1予熱導体管31の軸方向一端部に導入ポートP1が接続されており、第1予熱導体管31の軸方向他端部が第2予熱導体管32の軸方向他端部に接続されている。また、第2予熱導体管32の軸方向一端部が第3予熱導体管33の軸方向一端部に接続されている。なお、導入ポートP1又はその近傍には、第1予熱導体管31に流入する水の流量を調整するための流量調整バルブ5が設けられている。
The introduction port P1 is connected to one axial end of the first preheating
さらに、交流電圧を印加する交流電源(不図示)は、図5及び図6に示すように、第1予熱導体管31の軸方向一端部に接続された導入ポートP1又はその近傍に設けられた給電端子61と、第3予熱導体管33の軸方向他端部に設けられた給電端子62に接続されている。具体的には、第1の過熱水蒸気生成ユニット100Aの第1予熱導体管31に設けられたU端子及び第3予熱導体管33に設けられたV端子に1相の交流電圧が印加され、第2の過熱水蒸気生成ユニット100Bの第1予熱導体管31に設けられたV端子及び第3予熱導体管33に設けられたW端子に1相の交流電圧を印加され、第3の過熱水蒸気生成ユニット100Cの第1予熱導体管31に設けられたW端子及び第3予熱導体管33に設けられたU端子に1相の交流電圧が印加される。
Furthermore, an AC power supply (not shown) that applies an AC voltage is provided at or near an introduction port P1 connected to one axial end of the first
そして、第1~第3予熱導体管31、32、33は、図2に示すように、各導体管31、32、33の巻回部分が互いに短絡しないように構成されている。なお、巻回部分とは螺旋1巻き部分のことである。具体的には、各導体管31~33は、各巻回部分の外側周面が互いに接触しないように隙間を持って巻回されることにより、各導体管31~33の巻回部分が互いに短絡しないように構成されている。その他、各導体管31~33は、その外側周面に絶縁体(不図示)が巻かれる等の絶縁処理が施されることにより、各導体管31~33の巻回部分が互いに短絡しないように構成されていても良い。
As shown in FIG. 2, the first to third
過熱導体管4は、図7に示すように、互いに逆向きに螺旋状に巻回された第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42と、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42の軸方向一端部同士及び軸方向他端部同士を流体的に接続するとともにそれらを短絡接続する接続管要素43、44とを有している。第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42は、軸方向から見て径方向に隙間が形成されている。
As shown in FIG. 7, the overheating
第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42は、第1予熱導体管31及び第2予熱導体管32の間に配置されており、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42の間には、第3予熱導体管33が配置されている。また、過熱導体管4の軸方向他端部が第3予熱導体管33の軸方向他端部に接続されており、過熱導体管4の軸方向一端部に導出ポートP2が設けられている。
The first
本実施形態では、図1及び図5に示すように、3つの過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cそれぞれの導出ポートP2は、1つの過熱水蒸気吐出ポートP3に接続されており、各過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cで生成された過熱水蒸気が合流して吐出されるように構成されている。なお、過熱水蒸気吐出ポートP3又はその近傍には、過熱水蒸気の温度を制御するための温度センサ7が設けられている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the outlet port P2 of each of the three superheated
このような構成により、各導体管31~33、41、42は、径方向内側から第2予熱導体管32、第2過熱導体管42、第3予熱導体管33、第1過熱導体管41及び第1予熱導体管31の順に配置されるとともに、第1予熱導体管31、第2予熱導体管32、第3予熱導体管33及び過熱導体管4の順に直列に接続されることになる。
With such a configuration, the
また、一方の接続管要素43には、導出ポートP2が設けられており、他方の接続管要素44には、第3予熱導体管33の軸方向他端部が接続される。この構成により、他方の接続管要素44から流入した流体は、接続管要素44により第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42に分岐して流れ、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42を流れた流体は、接続管要素43で合流して導出ポートP2から流出する。
One
また、このように接続した過熱導体管4は、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42が接続管要素43、44により電気的に並列接続される構成である。そして、一次コイルである第1~第3予熱導体管31、32、33により生じる磁束によって、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42により閉回路が形成されて短絡電流が流れる。つまり、第1過熱導体管41には、軸方向一端部から軸方向他端部に向かって短絡電流が流れ、第2過熱導体管42には、軸方向他端部から軸方向一端部に向かって短絡電流が流れる。
Moreover, the superheating
また、本実施形態の各過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cでは、図1~図3に示すように、第1予熱導体管31と第1過熱導体管41との間、第1過熱導体管41と第3予熱導体管33との間、第3予熱導体管33と第2過熱導体管42との間、及び、第2過熱導体管42と第2予熱導体管32との間に、断熱材8が充填されている。この断熱材8は、各予熱導体管31~33の巻回部分間の隙間にも充填されており、各過熱導体管41、42の巻回部分間の隙間にも充填される。本実施形態では、第1予熱導体管31の外周にケーシング9が設けられており、第1予熱導体管31とケーシング9との間に断熱材8が設けられている。その他、閉磁路鉄心2の脚鉄心21~23と第2予熱導体管32との間に断熱材8を充填しても良い。
Further, in each of the superheated
このように構成した本実施形態の過熱水蒸気生成装置100において、各過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cに互いに異なる相の交流電圧を印加すると、各過熱水蒸気生成ユニットにおいて、第1~第3予熱導体管31、32、33に交流電流が流れて脚鉄心21~23に磁束が流れる。当該磁束によって第1過熱導体管41、第2過熱導体管42及び接続管要素43、44に短絡電流が流れて、過熱導体管4がジュール発熱する。また、第1~第3予熱導体管31、32、33は、交流電圧が印加されることで通電によりジュール発熱するとともに、過熱導体管4からの伝熱により加熱される。
In the
これにより、図5及び図6に示すように、第1予熱導体管31の導入ポートP1から導入された水は、第1~第3予熱導体管31、32、33を流れることにより、第1~第3予熱導体管31、32、33により加熱されて高温の水又は飽和水蒸気となる。その後、第3予熱導体管33から過熱導体管4に流入した高温の水又は飽和水蒸気は、過熱導体管4により加熱されて過熱水蒸気となり、導出ポートP2から導出され、その後合流して、過熱水蒸気吐出ポートP3から吐出される。
As a result, as shown in FIGS. 5 and 6, water introduced from the introduction port P1 of the first
<2.本実施形態の効果>
このように構成した過熱水蒸気生成装置100によれば、3つの過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cに互いに異なる相の交流電圧を印加して過熱水蒸気を生成するので、三相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置100において過熱水蒸気の生成能力を向上させることができる。
<2. Effect of the present embodiment>
According to the
そして、一次コイルとして第1予熱導体管31及び第2予熱導体管32を用いているとともに、当該第1予熱導体管31及び第2予熱導体管32の間に二次コイルである過熱導体管4を設けているので、第1予熱導体管31及び第2予熱導体管32は通電加熱されるとともに、過熱導体管4の放熱を利用して加熱されるので、過熱導体管4からの装置外部への放熱を低減でき、熱効率を上げることができる。
The first
特に、本発明では、一次コイルとして第3予熱導体管33を有しており、当該第3予熱導体管33を過熱導体管4を構成する第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42の間に設けているので、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42の間への放熱を有効活用して加熱され、熱効率をより一層上げることができる。
In particular, in the present invention, the third
ここで、一次コイルを形成する第1予熱導体管31、第2予熱導体管32及び第3予熱導体管33は、それぞれの巻数、導体管の通電断面積、導体管の通流孔径の設定により、発熱比や流体への熱伝達面積比、流体の流速比を調整することができる。
Here, the first
また、第1予熱導体管31、第2予熱導体管32、第3予熱導体管33、過熱導体管4の順に直列に接続されており、第1予熱導体管31に設けられた導入ポートP1から水又は水蒸気を導入して、第2予熱導体管32及び第3予熱導体管33を介して、過熱導体管4に設けられた導出ポートP2から過熱水蒸気を導出するので、過熱水蒸気生成装置100の簡略化及び小型化することができる。
In addition, the first
さらに、過熱導体管4を第1過熱導体管41と第2過熱導体管42と接続管要素43、44とから構成しているので、導体管とは別に電気接続部材を設ける必要が無く、導体管自体の構成により短絡回路を形成することができる。また、接続管要素43、44が各過熱導体管41、42の軸方向一端部同士を接続し、軸方向他端部同士を接続する構成であり、短絡回路を構成するための接続構造を簡単にすることができる。また、過熱導体管4が第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42を有するので、流体との接触面積(熱交換面積)を大きくすることができ、流体の加熱効率を向上することができる。
Furthermore, since the superheating
過熱導体管4を複数回巻きの二次コイルとすることで励磁電流を小さくするとともに漏れインピーダンスを減少できるので、閉磁路鉄心2の断面積を小さくして鉄心の使用量を少なくし、鉄損を低減でき熱効率を上げることができる。また、Y型のヨーク鉄心24、25により3つの過熱水蒸気生成ユニット100A~100Cを組み合わせて過熱水蒸気生成装置100を構成しているので、三相電流をバランスさせながら、過熱水蒸気生成容量の大きな装置が実現できる。
By making the superheating conductor tube 4 a secondary coil with multiple turns, the excitation current can be reduced and the leakage impedance can be reduced. can be reduced and the thermal efficiency can be increased. In addition, since the superheated
<3.本発明の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、第1~第3予熱導体管31、32、33がそれぞれ単層巻きのものであったが、第1~第3予熱導体管31、32、33の少なくとも1つが、二層巻き以上のものであっても良い。
<3. Modified Embodiment of the Present Invention>
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments.
For example, in the above-described embodiment, each of the first to third
また、前記実施形態では、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42は巻回方向が互いに逆向きであったが、第1過熱導体管41及び第2過熱導体管42の巻回方向が同じ向きであっても良い。この場合、第1過熱導体管41の軸方向一端部と第2過熱導体管42の軸方向他端部とが接続管要素43により接続されており、第1過熱導体管41の軸方向他端部と第2過熱導体管42の軸方向一端部とが接続管要素44により接続された構成とする。
In the above-described embodiment, the winding directions of the first
さらに、前記実施形態の過熱導体管4は、2重管構造をなすものであったが、4重管又はそれ以上の偶数重の管要素を有するものであっても良い。この場合、2つの管要素毎にそれぞれ接続管要素で接続する。例えば、前記実施形態の過熱導体管4を同心円状に複数配置した構成とすることが考えられる。
Furthermore, although the superheating
前記実施形態では、3つの導出ポートP2を1つの過熱水蒸気吐出ポートP3に接続しているが、過熱水蒸気吐出ポートP3を設けることなく、3つの導出ポートP2から独立して過熱水蒸気を吐出するようにしても良い。 In the above embodiment, the three outlet ports P2 are connected to one superheated steam discharge port P3. You can do it.
前記実施形態では、流体として水又は水蒸気を加熱する装置について説明したが、その他の液体又は気体を加熱するものであっても良い。 In the above embodiments, the device for heating water or steam as a fluid has been described, but the device for heating other liquids or gases may also be used.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
100・・・過熱水蒸気生成装置
100A・・・第1の過熱水蒸気生成ユニット
100B・・・第2の過熱水蒸気生成ユニット
100C・・・第3の過熱水蒸気生成ユニット
2・・・閉磁路鉄心
21、22、23・・・脚鉄心
3・・・予熱導体管
31・・・第1予熱導体管
32・・・第2予熱導体管
33・・・第3予熱導体管
4・・・過熱導体管
41・・・第1過熱導体管
42・・・第2過熱導体管
43、44・・・接続管要素
P1・・・導入ポート
P2・・・導出ポート
8・・・断熱材
100...
Claims (5)
三相の閉磁路鉄心における3つの脚鉄心を用いて3つの過熱水蒸気生成ユニットを構成し、当該3つの過熱水蒸気生成ユニットに互いに異なる相の交流電圧を印加して過熱水蒸気を生成するものであり、
前記各過熱水蒸気生成ユニットは、
1相の交流電圧が印加される一次コイルであり、前記閉磁路鉄心の周りに配置された螺旋状の予熱導体管と、
誘導電流が流れる二次コイルであり、前記閉磁路鉄心の周りに配置された螺旋状の過熱導体管とを備え、
前記予熱導体管は、前記閉磁路鉄心の周りに同心状に配置された第1予熱導体管、第2予熱導体管及び第3予熱導体管を有し、
前記過熱導体管は、前記閉磁路鉄心の周りに同心状に配置されるとともに互いに逆向きに螺旋状に巻回された第1過熱導体管及び第2過熱導体管と、前記第1過熱導体管及び前記第2過熱導体管の軸方向一端部同士及び軸方向他端部同士を流体的に接続するとともにそれらを短絡接続する接続管要素とを有し、
前記各導体管は径方向内側から前記第2予熱導体管、前記第2過熱導体管、前記第3予熱導体管、前記第1過熱導体管及び前記第1予熱導体管の順に配置されるとともに、前記第1予熱導体管、前記第2予熱導体管、前記第3予熱導体管、前記過熱導体管の順に直列に接続されており、
前記第1予熱導体管に設けられた導入ポートから水又は水蒸気を導入して、前記第2予熱導体管及び前記第3予熱導体管を介して、前記過熱導体管に設けられた導出ポートから過熱水蒸気を導出する、過熱水蒸気生成装置。 A superheated steam generator for generating superheated steam by generating heat in a conductor tube by electromagnetic induction to heat water flowing through the conductor tube,
Three superheated steam generating units are configured using three leg cores in a three-phase closed magnetic circuit core, and alternating voltages of different phases are applied to the three superheated steam generating units to generate superheated steam. ,
Each superheated steam generation unit is
A helical preheating conductor tube, which is a primary coil to which a single-phase AC voltage is applied, and which is arranged around the closed magnetic circuit core;
A secondary coil through which an induced current flows, and a helical overheating conductor tube arranged around the closed magnetic circuit core,
The preheating conductor tube has a first preheating conductor tube, a second preheating conductor tube, and a third preheating conductor tube concentrically arranged around the closed magnetic circuit core,
The overheating conductor tube includes a first overheating conductor tube and a second overheating conductor tube that are arranged concentrically around the closed magnetic circuit core and spirally wound in opposite directions to each other, and the first overheating conductor tube. and a connection pipe element that fluidly connects one axial end and the other axial end of the second overheating conductor pipe and short-circuits them,
The conductor tubes are arranged in the order of the second preheating conductor tube, the second overheating conductor tube, the third preheating conductor tube, the first overheating conductor tube, and the first preheating conductor tube from the radially inner side, The first preheating conductor tube, the second preheating conductor tube, the third preheating conductor tube, and the overheating conductor tube are connected in series in this order,
Water or steam is introduced from an introduction port provided in the first preheating conductor pipe, and superheated from an outlet port provided in the superheating conductor pipe via the second preheating conductor pipe and the third preheating conductor pipe. A superheated steam generator for deriving steam.
前記第3予熱導体管は、前記導出ポートと同じ側の軸方向一端部から水又は水蒸気が導入される、請求項1に記載の過熱水蒸気生成装置。 The lead-out port is formed at one axial end of the overheating conductor tube,
2. The superheated steam generator according to claim 1, wherein the third preheating conductor pipe is introduced with water or steam from one axial end on the same side as the lead-out port.
前記第1予熱導体管の軸方向一端部に前記導入ポートが形成されており、
前記第1予熱導体管の軸方向他端部が前記第2予熱導体管の軸方向他端部に接続されており、
前記第2予熱導体管の軸方向一端部が前記第3予熱導体管の軸方向一端部に接続されており、
前記交流電圧を印加する交流電源は、前記第1予熱導体管の軸方向一端部及び前記第3予熱導体管の軸方向他端部に接続されている、請求項1乃至4の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。 The first preheating conductor tube, the second preheating conductor tube and the third preheating conductor tube are single-layer wound,
The introduction port is formed at one axial end of the first preheating conductor pipe,
The other axial end of the first preheating conductor tube is connected to the other axial end of the second preheating conductor tube,
One axial end of the second preheating conductor tube is connected to one axial end of the third preheating conductor tube,
5. The AC power supply for applying the AC voltage is connected to one axial end of the first preheating conductor tube and the other axial end of the third preheating conductor tube. The superheated steam generator according to 1.
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