JP7270976B2 - Superheated steam generator - Google Patents
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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、円筒状鉄心と、この円筒状鉄心の周りに配置された加熱導体管と、前記円筒状鉄心の内部に磁束を発生させる誘導コイルとを備えており、加熱導体管に誘導電流を流して、加熱導体管の内部を流れる被加熱流体を加熱するものが考えられている。
As a conventional superheated steam generator, as shown in
この過熱水蒸気生成装置では、円筒状鉄心の径方向外側に設けられた円筒状をなす外側磁路形成部と、円筒状鉄心及び外側磁路形成部の軸方向一端部を連結する第1径方向磁路形成部と、円筒状鉄心及び前記外側磁路形成部の軸方向他端部を連結する第2径方向磁路形成部とを有する閉磁路鉄心要素を備えている。 In this superheated steam generator, a cylindrical outer magnetic path forming portion provided radially outward of the cylindrical iron core and a first radial direction connecting one axial end portion of the cylindrical iron core and the outer magnetic path forming portion A closed magnetic path core element having a magnetic path forming portion and a second radial magnetic path forming portion connecting the cylindrical core and the other axial end portion of the outer magnetic path forming portion.
また、第1径方向磁路形成部及び第2径方向磁路形成部には、加熱導体管に流入する被加熱流体が流れる第1流路を形成する第1流路形成部が設けられており、第2径方向磁路形成部には、加熱導体管に流入する被加熱流体が流れる第2流路が形成されている。さらに、誘導コイルは、加熱導体管に流入する被加熱流体が流れる中空導体管からなる外側中空コイル要素及び内側中空コイル要素と、中実導線からなる中実コイル要素とを有している。 Further, the first radial magnetic path forming part and the second radial magnetic path forming part are provided with a first flow path forming part that forms a first flow path through which the fluid to be heated flowing into the heating conductor tube flows. A second flow path is formed in the second radial magnetic path forming portion through which the fluid to be heated flowing into the heating conductor tube flows. Furthermore, the induction coil has an outer hollow coil element and an inner hollow coil element made of a hollow conductor tube through which a fluid to be heated flowing into the heating conductor tube flows, and a solid coil element made of a solid wire.
しかしながら、上記の過熱水蒸気生成装置では、加熱導体管に流入する被加熱流体は、第1流路、第2流路、外側中空コイル要素、内側中空コイル要素及びそれらを接続する接続配管を流れることになり、装置構成が複雑となってしまう。また、誘導コイルが中空コイル要素の他に中実コイル要素を有する構成であることも装置構成を複雑にしている。さらに、上記の過熱水蒸気生成装置は、単相交流電源を用いた構成であり、3相交流電源を用いた構成については検討されていない。 However, in the superheated steam generator described above, the fluid to be heated flowing into the heating conductor tube flows through the first flow path, the second flow path, the outer hollow coil element, the inner hollow coil element, and the connecting pipe that connects them. , and the device configuration becomes complicated. In addition, the fact that the induction coil has a solid coil element in addition to the hollow coil element also complicates the device configuration. Furthermore, the superheated steam generator described above is configured using a single-phase AC power source, and a configuration using a three-phase AC power source has not been studied.
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、3相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置において、熱効率を向上するとともに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。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to improve the thermal efficiency of a superheated steam generator using a three-phase AC power supply and to enable simplification and miniaturization of the apparatus. This is the main issue.
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、3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、前記脚鉄心の周りに同心状に配置される螺旋状の第1導体管及び第2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る螺旋状の第3導体管とを備え、前記各導体管は径方向内側から前記第2導体管、前記第3導体管及び前記第1導体管の順に配置されるとともに、前記第1導体管、前記第2導体管及び前記第3導体管の順に直列に接続されており、前記第1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導体管を介して、前記第3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 1-phase AC voltage is applied, a spiral first conductor tube and a spiral second conductor tube concentrically arranged around the leg iron core, and a secondary coil through which an induced current flows. and a helical third conductor tube arranged around the closed magnetic circuit core, wherein each of the conductor tubes is the second conductor tube, the third conductor tube, and the first conductor tube from the inside in the radial direction. and are connected in series in the order of the first conductor pipe, the second conductor pipe, and the third conductor pipe, and introduce water or steam from an introduction port provided in the first conductor pipe. Then, the superheated steam is led out from the lead-out port provided in the third conductor pipe through the second 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、3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導体管及び第2導体管を用いているとともに、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導体管を設けているので、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。
また、第1導体管、第2導体管及び第3導体管の順に直列に接続し、第1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導体管を介して、第3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、一次コイルを形成する第1導体管及び第2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。
According to such a superheated steam generator, AC voltages of mutually different phases are applied to the three superheated steam generating units to generate superheated steam. You can improve your ability to generate.
Since the first conductor pipe and the second conductor pipe are used as the primary coil, and the third conductor pipe, which is the secondary coil, is provided between the first conductor pipe and the second conductor pipe, the first Since the conductor pipe and the second conductor pipe are electrically heated and heated by utilizing the heat radiation of the third conductor pipe, the heat radiation from the third conductor pipe to the outside of the device can be reduced, and the thermal efficiency can be increased. .
Also, the first conductor pipe, the second conductor pipe, and the third conductor pipe are connected in series in this order, and water or steam is introduced from the introduction port provided in the first conductor pipe, and through the second conductor pipe, Since the superheated steam is led out from the lead-out port provided in the third conductor pipe, the superheated steam generator can be simplified and downsized.
Further, the number of turns of the first conductor tube and the second conductor tube that form the primary coil, the current-carrying cross-sectional area of the conductor tube, and the flow hole diameter of the conductor tube are set to determine the heat generation ratio, the heat transfer area ratio to the fluid, The flow velocity ratio of the fluids can be adjusted.
前記第3導体管は、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と、前記内側管要素及び前記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することが望ましい。
この構成であれば、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。
The third conductor pipe includes an inner pipe element and an outer pipe element that are spirally wound in opposite directions to each other, and one axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element and the other axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element. It is desirable to have a connecting tube element that fluidly connects and short-circuits them.
With this configuration, there is no need to provide an electrical connection member separately from the conductor tube, and a short circuit can be formed by the configuration of the conductor tube itself. 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.
前記第3導体管は、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と、前記内側管要素及び前記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備える複数の第3導体管ユニットを有し、それら複数の第3導体管ユニットは、前記水又は前記水蒸気が通流できるように接続されていることが望ましい。
この構成であれば、第3導体管が内側管要素及び外側管要素が短絡接続された複数の第3導体管ユニットを有するので、各第3導体管ユニットに流れる短絡電流を調整して、各第3導体管ユニットのジュール発熱量を調整することができる。その結果、各第3導体管ユニットにおいて流体を段階的に昇温することができ、第3導体管による流体の加熱効率を向上することができる。また、各第3導体管ユニットの入口側と出口側との温度差を小さくすることができ、導体管の熱応力による劣化を低減することができる。
The third conductor pipe includes an inner pipe element and an outer pipe element that are spirally wound in opposite directions to each other, and one axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element and the other axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element. connecting pipe elements for fluidly connecting and short-circuiting the plurality of third conductor pipe units, wherein the plurality of third conductor pipe units are connected so that the water or the steam can flow. It is desirable that
With this configuration, the third conductor tube has a plurality of third conductor tube units in which the inner tube element and the outer tube element are short-circuited. The Joule heating amount of the third conductor tube unit can be adjusted. As a result, the temperature of the fluid can be increased stepwise in each third conductor pipe unit, and the heating efficiency of the fluid by the third conductor pipes can be improved. Also, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of each third conductor tube unit can be reduced, and the deterioration of the conductor tube due to thermal stress can be reduced.
各第3導体管ユニットに流れる短絡電流を調整するための具体的構成としては、前記複数の第3導体管ユニットは、それらを構成する管要素の巻数が互いに異なることが望ましい。この構成であれば、第3導体管ユニットの管要素の巻数を変更するだけで、各第3導体管ユニットに流れる短絡電流を調整することができる。 As a specific configuration for adjusting the short-circuit current flowing through each of the third conductor tube units, it is desirable that the plurality of third conductor tube units have tube elements with different numbers of turns. With this configuration, the short-circuit current flowing through each third conductor tube unit can be adjusted simply by changing the number of turns of the tube element of the third conductor tube unit.
第3導体管による流体の加熱を段階的に行うためには、前記複数の第3導体管ユニットは、互いに直列となるように接続されていることが望ましい。
例えば、直列接続された複数の第3導体管ユニットにおいて、下流側の第3導体管ユニットに行くほど管要素の巻数を多くすることにより、下流側の第3導体管ユニットに行くほど誘導電流を大きくでき、ジュール発熱量を大きくして、流体を高温に加熱しやすくできる。
なお、直列接続された複数の第3導体管ユニットにおいて、下流側の第3導体管ユニットに行くほど管要素の巻数を少なくしてもよい。
In order to heat the fluid by the third conductor pipe in stages, it is desirable that the plurality of third conductor pipe units are connected in series with each other.
For example, in a plurality of third conductor tube units connected in series, by increasing the number of turns of tube elements toward the downstream third conductor tube units, the induced current is increased toward the downstream third conductor tube units. It can be made large, and the Joule heating value can be increased, making it easier to heat the fluid to a high temperature.
In addition, in the plurality of third conductor tube units connected in series, the number of turns of the tube element may be decreased toward the downstream third conductor tube unit.
第3導体管の放熱が装置外部へ漏れること及び第3導体管の放熱による第1導体管及び第2導体管の加熱を安全に実現するためには、前記第1導体管と前記第3導体管との間及び前記第2導体管及び前記第3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導体管と第3導体管との間の断熱材の厚み、及び、第2導体管と第3導体管との間の断熱材の厚みにより、第3導体管から第1導体管及び第2導体管への熱伝達比を調整することができる。
In order to safely prevent the heat radiation of the third conductor tube from leaking to the outside of the device and to safely heat the first conductor tube and the second conductor tube by the heat radiation of the third conductor tube, the first conductor tube and the third conductor tube must be A heat insulating material is preferably filled between the pipes and between the second conductor pipe and the third conductor pipe.
With this configuration, the thickness of the heat insulator between the first conductor tube and the third conductor tube and the thickness of the heat insulator between the second conductor tube and the third conductor tube allow the The heat transfer ratio to the first conductor tube and the second conductor tube can be adjusted.
前記3つの過熱水蒸気生成ユニットそれぞれの前記導出ポートが1つの過熱水蒸気吐出ポートに接続されていることが望ましい。
この構成であれば、過熱水蒸気吐出ポートから供給される過熱水蒸気を大容量化することができる。
It is desirable that the outlet port of each of the three superheated steam generating units is connected to one superheated steam discharge port.
With this configuration, the capacity of superheated steam supplied from the superheated steam discharge port can be increased.
このように構成した本発明によれば、相交流電源を用いた過熱水蒸気生成装置において、熱効率を向上するとともに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 as described above, in a superheated steam generator using a phase AC power supply, it is possible to improve the thermal efficiency and to simplify and downsize the apparatus.
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、3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、3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、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。
Here, as shown in FIG. 4, the three-phase closed
各過熱水蒸気生成ユニット100A、100B、100Cは、図1及び図2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、脚鉄心21、22、23の周りに同心状に配置される螺旋状(コイル状)の第1導体管31及び第2導体管32と、誘導電流が流れる二次コイルであり、脚鉄心21、22、23の周りに配置される螺旋状(コイル状)の第3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2参照)。
As shown in FIGS. 1 and 2, each of the superheated
第1導体管31及び第2導体管32は、それぞれ単層巻きであり、径方向内側に第2導体管32が配置され、径方向外側に第1導体管31が配置されている。また、第1導体管31の軸方向一端部に導入ポートP1が設けられており、第1導体管31の軸方向他端部が第2導体管32の軸方向他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
さらに、三相交流電源(不図示)の各相の交流電圧は、第1導体管31の軸方向一端部に設けられた給電端子61及び第2導体管32の軸方向一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導体管31に設けられたU端子及び第2導体管32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導体管31に設けられたV端子及び第2導体管32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導体管31に設けられたW端子及び第2導体管32に設けられたU端子に1相の交流電圧が印加される。
Furthermore, the AC voltage of each phase of the three-phase AC power supply (not shown) is supplied to the
そして、第1導体管31及び第2導体管32は、各導体管31、32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、第1導体管31及び第2導体管32において、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、第1導体管31の巻回部分及び第2導体管32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、各導体管31、32において、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、32の巻回部分が互いに短絡しないように構成しても良い。
The
第3導体管4は、第1導体管31及び第2導体管32の間に配置されている。また、第3導体管4の軸方向一端部が第2導体管32の一端部に接続されており、第3導体管4の軸方向他端部に導出ポートP2が設けられている。このような構成により、各導体管31、32、4は、径方向内側から第2導体管32、第3導体管4及び第1導体管31の順に配置されるとともに、第1導体管31、第2導体管32及び第3導体管4の順に直列に接続されることになる。
The
本実施形態では、図1及び図3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 3, the outlet port P2 of each of the three superheated
そして、第3導体管4は、図5に示すように、複数(例えば2つ)の第3導体管ユニット4A、4Bを有しており、それら複数の第3導体管ユニット4A、4Bは水又は水蒸気が通流できるように接続されている。なお、以下では、一方(上流側)の第3導体管ユニット4Aを第3導体管ユニット4Aといい、他方(下流側)の第3導体管ユニット4Bを第3導体管ユニット4Bという。
And, as shown in FIG. 5, the
各第3導体管ユニット4A、4Bは、互いに逆向きに螺旋状に巻回された内側管要素41及び外側管要素42と、内側管要素41及び外側管要素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。内側管要素41及び外側管要素42は、軸方向から見て径方向の隙間が形成されている。また、各管要素41、42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ている。
Each of the third
複数の第3導体管ユニット4A、4Bは、それらを構成する管要素41、42の巻数が互いに異なる。本実施形態では、第3導体管ユニット4Aの内側管要素41は、第3導体管ユニット4Bの内側管要素41よりも巻数が少なく、第3導体管ユニット4Aの外側管要素42は、第3導体管ユニット4Bの外側管要素42よりも巻数が少ないように構成されている。
The plurality of third
そして、複数の第3導体管ユニット4A、4Bは、互いに直列となるように接続されている。具体的には、第3導体管ユニット4Aの他方の接続管要素44が、第3導体管ユニット4Bの一方の接続管要素43に接続されることにより、直列に接続されている。ここで、第3導体管ユニット4Aの他方の接続管要素44と第3導体管ユニット4Bの一方の接続管要素43とは、第3導体管ユニット4A及び第3導体管ユニット4Bを連結する連結管45により構成されている。
The plurality of third
また、第3導体管ユニット4Aの一方の接続管要素43には、第2導体管32の軸方向一端部が接続され、第3導体管ユニット4Bの他方の接続管要素44には、導出ポートP2が設けられている。この構成により、第3導体管ユニット4Aの一方の接続管要素43から流入した流体は、当該接続管要素43により第3導体管ユニット4Aの内側管要素41及び外側管要素42に分岐して流れ、内側管要素41及び外側管要素42を流れた流体は、第3導体管ユニット4Aの接続管要素44で合流する。合流した流体は、連結管45を流れて、第3導体管ユニット4Bの一方の接続管要素43に流入する。第3導体管ユニット4Bの一方の接続管要素43から流入した流体は、当該接続管要素43により第3導体管ユニット4Bの内側管要素41及び外側管要素42に分岐して流れ、内側管要素41及び外側管要素42を流れた流体は、第3導体管ユニット4Bの接続管要素44を介して、導出ポートP2から流出する。
One end of the
また、このように構成した第3導体管4は、各第3導体管ユニット4A、4Bにおいて、内側管要素41及び外側管要素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となる。つまり、本実施形態の第3導体管4では、2つの並列回路が直列接続された構成となる。そして、一次コイルである第1導体管31及び第2導体管32により生じる磁束によって、第3導体管ユニット4Aにおいて、内側管要素41及び外側管要素42により1つの閉回路が形成されて短絡電流が流れ、第3導体管ユニット4Bにおいて、内側管要素41及び外側管要素42により1つの閉回路が形成されて短絡電流が流れる。つまり、内側管要素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、外側管要素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。
Further, the
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及び図2に示すように、第1導体管31と第3導体管4との間及び第2導体管32と第3導体管4との間に断熱材8が充填されている。この断熱材8は、第2導体管32の巻回部分間の隙間にも充填されており、第3導体管4の内側管要素41及び外側管要素42の間にも充填される。本実施形態では、第1導体管31の外周にケーシング9が設けられており、第1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の脚鉄心部21a、22aと第2導体管32との間に断熱材8を充填しても良い。
Moreover, 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導体管31及び第2導体管32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3導体管4の各第3導体管ユニット4A、4Bに個別に短絡電流が流れて、第3導体管4の各第3導体管ユニット4A、4Bが個別にジュール発熱する。また、第1導体管31及び第2導体管32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、第3導体管4からの伝熱により加熱される。
In the
ここで、第3導体管ユニット4Aの各管要素41、42は、第3導体管ユニット4Bの各管要素41、42よりも巻数が少ないので、第3導体管ユニット4Aの誘導起電力は、第3導体管ユニット4Bの誘導起電力よりも小さくなる。その結果、第3導体管ユニット4Aを流れる短絡電流は、第3導体管ユニット4Bを流れる短絡電流よりも小さい。これにより、第3導体管ユニット4Aから第3導体管ユニット4Bに段階的に加熱温度を上昇させている。
Here, since the
これにより、図3に示すように、第1導体管31の導入ポートP1から導入された水は、第1導体管31及び第2導体管32を流れることにより、第1導体管31及び第2導体管32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2導体管32から第3導体管4に流入した高温の水又は飽和水蒸気は、第3導体管4の各第3導体管ユニット4A、4Bにより段階的に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 FIG. 3, water introduced from the introduction port P1 of the
<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、3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導体管31及び第2導体管32を用いているとともに、当該第1導体管31及び第2導体管32の間に二次コイルである第3導体管4を設けているので、第1導体管31及び第2導体管32は通電加熱されるとともに、第3導体管4の放熱を利用して加熱されるので、第3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。また、第1導体管31、第2導体管32及び第3導体管4の順に直列に接続し、第1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導体管32を介して、第3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。ここで、一次コイルを形成する第1導体管31及び第2導体管32において、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。
The
第3導体管4が内側管要素41及び外側管要素42が短絡接続された複数の第3導体管ユニット4A、4Bを有するので、各第3導体管ユニット4A、4Bに流れる短絡電流を調整して、各第3導体管ユニット4A、4Bのジュール発熱量を調整することができる。その結果、各第3導体管ユニット4A、4Bにおいて流体を段階的に昇温することができ、第3導体管4による流体の加熱効率を向上することができる。また、各第3導体管ユニット4A、4Bの入口側と出口側との温度差を小さくすることができ、管要素41、42の熱応力による劣化を低減することができる。
Since the
なお、各第3導体管ユニット4A、4Bは、互いに逆向きに螺旋状に巻回された内側管要素41及び外側管要素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しているので、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。
Each of the third
また、複数の第3導体管ユニット4A、4Bは、それらを構成する管要素41、42の巻数が互いに異なる構成としているので、第3導体管ユニット4A、4Bの管要素41、42の巻数を変更するだけで、各第3導体管ユニット4A、4Bに流れる短絡電流を調整することができる。
Further, since the plurality of third
さらに、直列接続された複数の第3導体管ユニット4A、4Bにおいて、下流側の導体管ユニット4Bほど管要素41、42の巻数を多くすることにより、下流側の導体管ユニット4Bほど誘導電流を大きくでき、ジュール発熱量を大きくして、流体を段階的に高温に加熱しやすくできる。
Furthermore, in the plurality of third
その他、一次コイルとして第1導体管31及び第2導体管32を用いているとともに、当該第1導体管31及び第2導体管32の間に二次コイルである第3導体管4を設けているので、第1導体管31及び第2導体管32は通電加熱されるとともに、第3導体管4の放熱を利用して加熱されるので、第3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。また、第1導体管31、第2導体管32及び第3導体管4の順に直列に接続し、第1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導体管32を介して、第3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。ここで、一次コイルを形成する第1導体管31及び第2導体管32において、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。
In addition, the
第1導体管31と第3導体管4との間及び第2導体管32及び第3導体管4との間に断熱材8が充填されているので、第3導体管4の放熱が装置外部へ漏れること及び第3導体管4の放熱による第1導体管31及び第2導体管32の加熱を安全に実現することができる。ここで、第1導体管31と第3導体管4との間の断熱材8の厚み、及び、第2導体管32と第3導体管4との間の断熱材8の厚みにより、第3導体管4から第1導体管31及び第2導体管32への熱伝達比を調整することができる。
Since the
第3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、3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 third conductor tube 4 a secondary coil with multiple turns, the excitation current can be reduced and the leakage impedance can be reduced. Loss can be reduced and thermal efficiency can be increased. In addition, since the three superheated
さらに、交流電圧を印加する交流電源を第1導体管31の軸方向一端部及び第2導体管32の軸方向一端部に接続する構成としているので、電源配線の取り回しを容易にすることができる。
Furthermore, since the AC power supply for applying AC voltage is connected to one axial end of the
<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導体管31及び第2導体管32がそれぞれ単層巻きのものであったが、第1導体管31又は第2導体管32の少なくとも一方が、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, the
また、前記実施形態では、第3導体管4は2つの第3導体管ユニット4A、4Bを直列接続する構成であったが、3つ以上の第3導体管ユニットを直列接続する構成であっても良い。その他、第3導体管4は、複数の第3導体管ユニットを並列接続する構成であっても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
さらに、前記実施形態では、各第3導体管ユニットの巻回径が互いに同じであったが、互いに異なるようにしても良い。 Furthermore, although the winding diameters of the respective third conductor tube units are the same in the above embodiment, they may be different.
その上、前記実施形態の各第3導体管ユニット4A、4B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、前記実施形態の第3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。
Moreover, although each of the third
前記実施形態では、第3導体管が複数の第3導体管ユニットを有する構成であったが、単一の第3導体管ユニットの構成であっても良い。つまり、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と、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する構成であっても良い。 Although the third conductor tube has a plurality of third conductor tube units in the above-described embodiment, it may have a single third conductor tube unit. That is, the third conductor pipe connects the inner pipe element and the outer pipe element spirally wound in opposite directions to each other, the axial one ends of the inner pipe element and the outer pipe element, and the other axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element. It may be a configuration having a connection pipe element that connects them in a direct connection and short-circuits them.
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、一次コイルに導体管31、32を用いていたが、中実コイルを用いても良い。
Although the
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
31・・・第1導体管
32・・・第2導体管
4・・・第3導体管
4A・・・第3導体管ユニット
4B・・・第3導体管ユニット
41・・・内側管要素
42・・・外側管要素
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 (3)
3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、前記脚鉄心の周りに同心状に配置される螺旋状の第1導体管及び第2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る螺旋状の第3導体管とを備え、
前記各導体管は径方向内側から前記第2導体管、前記第3導体管及び前記第1導体管の順に配置されるとともに、前記第1導体管、前記第2導体管及び前記第3導体管の順に直列に接続されており、
前記第1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導体管を介して、前記第3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ものであり、
前記第3導体管は、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と、前記内側管要素及び前記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備える複数の第3導体管ユニットを有し、
前記複数の第3導体管ユニットは、互いに独立して電磁誘導されるとともに、前記水又は前記水蒸気が通流できるように互いに直列となるように接続されており、下流側の第3導体管ユニットが上流側の第3導体管ユニットに対して高温となるように、それらを構成する管要素の巻数が設定されている、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 spiral first conductor tube and a second conductor tube, which are primary coils to which a single-phase AC voltage is applied, and are concentrically arranged around the leg iron core;
A secondary coil through which an induced current flows, and a spiral third conductor tube arranged around the closed magnetic circuit core,
The conductor tubes are arranged in the order of the second conductor tube, the third conductor tube and the first conductor tube from the inside in the radial direction, and the first conductor tube, the second conductor tube and the third conductor tube are arranged. are connected in series in the order of
Water or steam is introduced from an introduction port provided in the first conductor pipe, and superheated steam is led out from an outlet port provided in the third conductor pipe via the second conductor pipe,
The third conductor pipe includes an inner pipe element and an outer pipe element that are spirally wound in opposite directions to each other, and one axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element and the other axial ends of the inner pipe element and the outer pipe element. a plurality of third conductor tube units fluidly connecting and connecting tube elements for short-circuiting them;
The plurality of third conductor pipe units are electromagnetically induced independently of each other, and are connected in series with each other so that the water or the steam can flow. The superheated steam generator, wherein the number of turns of the pipe elements constituting them is set so that the temperature of the third conductor pipe unit on the upstream side is high.
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