TWI791488B - 過熱水蒸氣生成裝置和用於該裝置的導體管的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供過熱水蒸氣生成裝置和用於該裝置的導體管的製造方法，通過在導體管構成短路電路能降低電抗，並且能減小接合部和導體管的破損的可能性。所述過熱水蒸氣生成裝置通過設置在導體管的纏繞部分的內側或外側的磁通產生機構，對螺旋狀地纏繞的圓管狀的所述導體管進行感應加熱，加熱導體管內流過的水蒸氣，生成過熱水蒸氣，在導體管的纏繞部分的大致整體，彼此相鄰的相鄰部的彼此相對的面由接合部接合，接合部的厚度為導體管的管厚以上。

Description

過熱水蒸氣生成裝置和用於該裝置的導體管的製造方法

本發明涉及通過對螺旋狀地纏繞的導體管進行感應加熱來加熱流過所述導體管內的水蒸氣而生成過熱水蒸氣的過熱水蒸氣生成裝置。

以往，在這種流體加熱裝置中，如專利文獻1所示，有一種在形成次級線圈的螺旋狀地纏繞的導體管中，使纏繞部分的彼此相鄰的導體管彼此短路而構成短路電路，從而降低電抗以提高加熱效率的流體加熱裝置已被公眾所知。

在此，通過利用焊接等將沿螺旋的軸向延伸的電連接構件與纏繞部分的周向的一部分連接，或者通過將纏繞部分的彼此相鄰的導體管彼此局部焊接接合，由此構成所述的短路電路。

可是，作為接合部的電連接構件或焊接部分，因短路電流集中而成為高溫、因導體管的纏繞部分的熱膨脹導致的變形而產生應力，從而產生接合部和導體管破損的問題。

現有技術文獻

專利文獻1：日本專利公開公報特開2010-71624號

本發明是用於解決所述的問題而做出的發明，本發明的主要目的是通過在導體管中構成短路電路來降低電抗，並且減小接合部和導體管的破損的可能性。

即，本發明提供一種過熱水蒸氣生成裝置，其通過設置在導體管的纏繞部分的內側或外側的磁通產生機構，對螺旋狀地纏繞的圓管狀的所述導體管進行感應加熱，由此加熱所述導體管內流過的水蒸氣，生成過熱水蒸氣，在所述導體管的纏繞部分，彼此相鄰的相鄰部的彼此相對的面，橫跨周向的大致整體，由具有導電性的接合部接合，所述接合部的厚度為所述導體管的管厚以上。

按照這樣的過熱水蒸氣生成裝置，由於在導體管的纏繞部分，彼此相鄰的相鄰部橫跨周向的大致整體由接合部接合（整個接合），所以能夠避免局部接合情況下的熱膨脹導致的應力向接合部集中，能夠減小接合部和導體管破損的可能性。此外，由於導體管呈圓管狀，在彼此相鄰的相鄰部之間形成有凹部，所以通過在所述凹部設置接合部，能夠增加接合部與導體管的外側周面的接觸面積。通過該結構，能夠減小應力向接合部集中。

在此，如果導體管與接合部距磁通產生機構的感應線圈的距離相同，則理想的是，接合部的厚度與導體管的管厚是相同的值。

可是，在導體管呈圓管狀、在彼此相鄰的相鄰部之間設置接合部的結構中，相比於導體管，接合部距感應線圈的距離更大。由於如果距感應線圈的距離大，則磁耦合減弱、感應電壓變低，所以該部分的發熱量降低。

這樣，如果導體管與接合部產生溫度差，則由於熱伸長差而產生機械應力，成為破裂等破損的原因，因此盡可能實現發熱量的均勻化是重要的。

通過使接合部的厚度為導體管的管厚以上，能夠降低接合部的電阻值，由於電流增加，能夠使接合部的發熱量增加。其結果，能夠實現導體管與接合部的發熱量的均勻化。

作為所述接合部，可以由焊接接合形成。在焊接接合的情況下，由於是熔融金屬材料容易裝滿彼此相鄰的相鄰部之間的凹部的結構，所以能夠使所述焊接作業變得容易。

為了通過厚度大小的調整而容易使發熱量均勻化，優選的是，所述接合部的材質的電阻率與所述導體管的材質的電阻率大體相同。

在考慮對導體管的纏繞部分整個接合的操作性的情況下，優選的是，所述接合部設置在所述纏繞部分的外表面側。此外，為了使電磁感應的磁耦合良好，優選的是，所述磁通產生機構設置在所述導體管的纏繞部分的內側和外側雙方。

優選的是，所述接合部容納在由所述彼此相鄰的相鄰部形成的凹部內。按照該結構，能夠防止配置在導體管的纏繞部分的外側或內側的磁通產生機構的徑向的尺寸變大。

此外，本發明提供一種導體管的製造方法，所述導體管用於過熱水蒸氣生成裝置，通過感應加熱，加熱在內部流過的水蒸氣，生成過熱水蒸氣， 在螺旋狀地纏繞的圓管狀的導體管的纏繞部分的大致整體，將彼此相鄰的相鄰部的彼此相對的面焊接接合，並且使所述焊接接合的填料（覆蓋）厚度為所述導體管的管厚以上。

按照如上所述構成的本發明，由於在導體管的纏繞部分，彼此相鄰的相鄰部，橫跨周向整體由接合部接合，所以能夠在導體管構成短路電路，從而能夠降低電抗，並且能夠減小接合部和導體管破損的可能性。

以下，參照附圖，對本發明的過熱水蒸氣生成裝置100的一個實施方式進行說明。

如圖1所示，所述過熱水蒸氣生成裝置100，通過加熱水或水蒸氣生成超過100℃（200℃～2000℃）的過熱蒸汽，所述過熱水蒸氣生成裝置100具有螺旋狀地纏繞的圓管狀的導體管2、以及用於對所述導體管2進行感應加熱的磁通產生機構3。

導體管2由一個金屬製的管形成，具有螺旋狀地纏繞的纏繞部分2x，在導體管2的一個端部形成有用於導入水或水蒸氣的導入口P1，在另一個端部形成有用於匯出生成的過熱水蒸氣的匯出口P2。用於向導體管2供給水或水蒸氣的外部配管與導入口P1連接，用於將生成的過熱水蒸氣向使用側（例如熱處理室）供給的外部配管與匯出口P2連接。

磁通產生機構3包括鐵心31以及沿所述鐵心31纏繞的感應線圈32。未圖示的交流電源與所述感應線圈32連接，向所述感應線圈32供給被控制的電力。由交流電源供給電力的感應線圈32成為初級線圈，通過所述初級線圈供電的結果，在導體管2中流過感應電流，導體管2成為次級線圈。

本實施方式的感應線圈32與導體管2的纏繞部分2x配置在同軸上，感應線圈32具有：內側感應線圈32a，配置在纏繞部分2x的內側；以及外側感應線圈32b，配置在纏繞部分的外側。通過這樣地在纏繞部分2x的內外雙方配置的內側感應線圈32a、外側感應線圈32b，能夠使電磁感應的磁耦合變好，能夠使導體管2中流過感應電流變得容易，從而能夠提高水蒸氣的加熱效率（過熱水蒸氣的生成效率）。

此外，在本實施方式中，如圖2和圖3所示，在導體管2的纏繞部分2x，彼此相鄰的相鄰部20的彼此相對的面，橫跨周向的大致整體，由具有導電性的接合部4接合。即，橫跨導體管2的纏繞部分2x的整個螺旋設置有接合部4。

具體地說，接合部4通過焊接接合形成（以下也稱為接合焊接部）。即，在導體管2的纏繞部分2x，彼此相鄰的相鄰部20的彼此相對的面，橫跨螺旋整體地整個接合（參照圖2）。此外，使接合部4的材質的電阻率與導體管2的材質的電阻率大體相同。在此，優選的是，接合部4的材質與導體管2的材質相同。由此，不僅能使電阻率相同，而且能使熱膨脹率也相同，由此能夠使溫度上升時產生的熱應力降低。此外，由於焊接接合中以一定的進給速度使焊炬（torch）與焊接部位的距離保持一定是重要的，因此優選的是使用自動焊接機。另外，由於導體管2的相鄰部20之間最初就存在坡口，所以無需進行坡口加工。

此外，如圖3所示，接合部4的厚度為導體管2的管厚以上。即，作為接合部4的、焊接接合形成的填料的厚度為導體管2的管厚以上。接合部4容納在由彼此相鄰的相鄰部20形成的凹部20M內。更具體地說，接合部4從彼此相鄰的相鄰部20的接觸部位20c或其附近起以規定厚度形成在能容納在凹部20M內的範圍中。即，在垂直於螺旋的軸向（纏繞部分2x的中心軸向）的方向上，導體管2的外端部分位於比接合部4的外端部分更靠外側的位置。

在圖3等中，接合部4設置在導體管2的纏繞部分2x的內表面側和外表面側雙方，但是在考慮對導體管2的纏繞部分2x進行整個接合的操作性的情況下，優選的是，接合部4僅設置在纏繞部分2x的外表面側。

如圖4所示，纏繞部分2x的相鄰部20的接觸部位與填料部（接合焊接部4）之間，儘管在作業上會形成少許的間隙，但是如果設所述間隙尺寸為Δ，則成為0＜Δ＜數mm的程度。例如，用於1小時產生1200℃的240kg的過熱水蒸氣的導體管2，直徑為48.3mm，管厚為3.7mm。對所述導體管2的纏繞部分2x進行整個焊接、設填料厚度為5mm時，Δ約為2.5mm。

如果是作為使水蒸氣流過程度的尺寸的導體管2，則在管厚和填料厚度相等的情況下，接合焊接部4一方距磁通產生機構3的感應線圈32的距離變大。如果設導體管2的壁厚為t、接合焊接部4的填料厚度為T，則通過使T＞t，可以使接合焊接部4的電流增加，從而使發熱量增加。

T＝t時，將導體管2的感應電壓高於接合焊接部4的情況標記為〇記號，並表示在以下的表中。

[表1]

發熱量不僅與感應電壓有關，還與導體管2和接合焊接部4的電阻值有關。即，電阻值越低，流過的電流越大，發熱量越增加。

將產生感應電壓的接合焊接部4的周長大於導體管2的纏繞部分2x的情況設為 “〇”、將產生感應電壓的接合焊接部4的周長小於導體管2的纏繞部分2x的情況設為“×”並集中表示在下表中。

[表2]

在將導體管2的直徑設為Φ時，表2的“〇”的位置處的填料厚度T的最大值成為（T＋Δ）＜Φ/2的範圍。

＜本實施方式的效果＞

按照如上所述構成的過熱水蒸氣生成裝置100，因為在導體管2的纏繞部分2x彼此相鄰的相鄰部20，橫跨周向的大致整體由接合部4接合（整個接合），所以能夠避免局部接合情況下的熱膨脹導致的應力向接合部的集中，能夠減小接合部和導體管的破損的可能性。此外，由於導體管2呈圓管狀，彼此相鄰的相鄰部20之間形成凹部20M，所以通過在所述凹部20M設置接合部4，能夠增大接合部4與導體管2的外側周面的接觸面積。通過該結構，也能夠減小應力向接合部集中。

由於接合部4的厚度T為導體管2的管厚t以上，因此能夠減小接合部4的電阻值，能夠通過增加電流來增加發熱量。

此外，由於接合部4是通過焊接接合形成的，是彼此相鄰的相鄰部20之間的凹部20M容易堆滿熔融金屬材料的結構，所以能使所述焊接作業變得容易。

＜其他變形實施方式＞

另外，本發明不限於所述各實施方式。

例如，在所述實施方式中，接合部4通過接合焊接形成，但是也可以通過釺焊形成。此外，可以將與導體管分開設置的連接用構件沿纏繞部分的相鄰部捲繞，並利用焊接或釺焊等把所述連接用構件與導體管2連接，由此將所述連接用構件作為接合部4。

此外，本發明不限於所述實施方式，在不脫離本發明宗旨的範圍內當然可以進行各種變形。

可以相互組合本發明的各個實施方式（實施例）中所記載的技術特徵形成新的技術方案。

2‧‧‧導體管2x‧‧‧纏繞部分3‧‧‧磁通產生機構4‧‧‧接合部、接合焊接部20‧‧‧相鄰部20c‧‧‧接觸部位20M‧‧‧凹部31‧‧‧鐵心32‧‧‧感應線圈32a‧‧‧內側感應線圈32b‧‧‧外側感應線圈100‧‧‧過熱水蒸氣生成裝置

圖1是示意性地表示本實施方式的過熱水蒸氣生成裝置的結構的剖視圖。 圖2是表示同實施方式的導體管的纏繞部分的局部放大剖視圖。 圖3是表示同實施方式的導體管的外表面側的焊接部位的示意圖。 圖4是表示同實施方式的導體管和感應線圈的位置關係的示意圖。

2‧‧‧導體管

2x‧‧‧纏繞部分

4‧‧‧接合部、接合焊接部

20‧‧‧相鄰部

20c‧‧‧接觸部位

20M‧‧‧凹部

Claims (5)

1. 一種過熱水蒸氣生成裝置，其特徵在於，所述過熱水蒸氣生成裝置通過設置在一導體管的一纏繞部分的內側或外側的具有感應線圈的一磁通產生機構，對一螺旋狀地纏繞的一圓管狀的所述導體管進行感應加熱，由此加熱所述導體管內流過的水蒸氣，生成過熱水蒸氣；在所述導體管的所述纏繞部分，彼此相鄰的一相鄰部，橫跨周向的整體，由具有導電性的一接合部接合；所述接合部容納在由所述彼此相鄰的所述相鄰部形成的一凹部內，所述磁通產生機構的感應線圈距所述接合部的距離大於所述磁通產生機構的感應線圈距所述導體管的距離；以及所述接合部的一厚度為所述導體管的一管厚以上。
2. 如請求項1所述的過熱水蒸氣生成裝置，其特徵在於，所述接合部是通過焊接接合形成的。
3. 如請求項1所述的過熱水蒸氣生成裝置，其特徵在於，所述接合部的材質的一電阻率與所述導體管的材質的一電阻率相同。
4. 如請求項1所述的過熱水蒸氣生成裝置，其特徵在於；所述磁通產生機構設置在所述導體管的所述纏繞部分的內側和外側雙方；以及所述接合部設置在所述纏繞部分的一外表面側。
5. 一種導體管的製造方法，其特徵在於，所述導體管用於一過熱水蒸氣生成裝置，通過由具有感應線圈的磁通產生機構被感應加熱，由此加熱在內部流過的水蒸氣，生成過熱水蒸氣； 在一螺旋狀地纏繞的一圓管狀的所述導體管的一纏繞部分的整體，將彼此相鄰的一相鄰部的彼此相對的面由接合部焊接接合；所述接合部容納在由所述彼此相鄰的所述相鄰部形成的一凹部內，使所述磁通產生機構的感應線圈與所述接合部的距離大於所述磁通產生機構的感應線圈與所述導體管的距離；以及並且使所述接合部的厚度為所述導體管的一管厚以上。

Images