特許 6282220 過熱水蒸気発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282220

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】過熱水蒸気発生装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 1/28 20060101AFI20180208BHJP

   F22G 1/16 20060101ALI20180208BHJP

   H01F 27/25 20060101ALI20180208BHJP

   H01F 27/24 20060101ALI20180208BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20180208BHJP

   H01F 30/14 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   F22B1/28 Z

   F22G1/16

   H01F27/24 B

   H01F27/24 E

   H01F27/28 L

   H01F30/14

【請求項の数】17

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-257354(P2014-257354)

(22)【出願日】2014年12月19日

(65)【公開番号】特開2015-135231(P2015-135231A)

(43)【公開日】2015年7月27日

【審査請求日】2017年4月18日

(31)【優先権主張番号】特願2013-263905(P2013-263905)

(32)【優先日】2013年12月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000110158

【氏名又は名称】トクデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】外村 徹

(72)【発明者】

【氏名】藤本 泰広

【審査官】 大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６３２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６３２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０５２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２４８５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８３１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５７１４８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９７８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 会社紹介・製品情報（４） トクデン株式会社 TOKUDEN CO., LTD.，紙パ技協誌 ８月号，宮内 雅浩 紙パルプ技術協会，第67巻

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ １／２８

Ｆ２２Ｇ １／１６

Ｈ０１Ｆ ２７／２４

Ｈ０１Ｆ ２７／２５

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ３０／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器と、
前記主座変圧器の出力により通電加熱されて、水から飽和水蒸気を発生させる第１加熱用金属体と、
前記Ｔ座変圧器の出力により通電加熱されて、前記第１加熱用金属体により発生した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させる第２加熱用金属体とを備え、
前記主座変圧器の入力側の２相のうち一方に電圧又は電流を制御する第１制御機器が設けられており、
前記Ｔ座変圧器の入力側である１次コイルの一端側に電圧又は電流を制御する第２制御機器が設けられており、
前記第１制御機器及び前記第２制御機器により、前記主座変圧器の出力電圧と前記Ｔ座変圧器の出力電圧とを個別に制御する過熱水蒸気発生装置。

【請求項2】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方が、脚鉄心の周りに巻回された１次コイルと、前記脚鉄心の周りに前記１次コイルに重ねて巻回された２次コイルとを有している請求項１記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項3】

前記２次コイルが、中空金属体からなり、前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体を構成している請求項２記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項4】

前記１次コイルが、前記脚鉄心周りにおいて前記２次コイルの内側及び外側にそれぞれ重ねて巻回されている請求項２又は３記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項5】

前記１次コイルが、中空金属体からなり、前記第１加熱用金属体に流入する水を予熱するものである請求項２乃至４の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項6】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方が、単巻変圧器である請求項１乃至５の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項7】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心が、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請求項１乃至６の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項8】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心の上下に接続される継鉄心が、変形巻鉄心により構成されている請求項１乃至７の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項9】

前記主座変圧器の鉄心及び前記Ｔ座変圧器の鉄心が一体形成されたものである請求項１乃至８の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項10】

前記スコット結線変圧器が、
スコット結線された誘導コイルが巻回される２つの主脚鉄心と、
前記２つの主脚鉄心に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心と、
前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の上下それぞれを連結する継鉄心とを備え、
前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置され、
前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈折点として折れ曲がっている請求項１乃至９の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項11】

前記２つの主脚鉄心の一方及び前記共通脚鉄心の間の距離と、前記２つの主脚鉄心の他方及び前記共通脚鉄心の間の距離とが、互いに等しい請求項１０記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項12】

前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが直角三角形の頂点に位置するように配置され、
前記共通脚鉄心が、前記直角三角形の頂点のうち直角である頂点に位置するように配置される請求項１０又は１１記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項13】

前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体が、複数の金属要素を重ねて形成されたものであり、当該複数の金属要素の間に内部流路が形成されている請求項１乃至１２の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項14】

前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体が、円筒状をなす第１の金属要素と、当該第１の金属要素に挿入して設けられた円筒状をなす第２の金属要素とを備え、
前記内部流路が、前記第１の金属要素の内面及び前記第２の金属要素の外面により形成されている請求項１３記載の流体加熱装置。

【請求項15】

前記第１の金属要素及び前記第２の金属要素の少なくとも一方が、前記内部流路が螺旋状となるように加工されている請求項１４記載の流体加熱装置。

【請求項16】

前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体が、幅方向一端面及び幅方向他端面に開口する流路形成孔が形成された金属板を変形し、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合して形成されたものであり、
前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がることにより内部流路が形成されている請求項１乃至１２の何れか一項に記載の過熱水蒸気発生装置。

【請求項17】

前記金属板には、幅方向一端面から幅方向他端面まで直線状に延び、前記金属板の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔が形成されており、
前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合することで互いに異なる前記流路形成孔の開口が繋がり、螺旋状の前記内部流路が形成されている請求項１６記載の流体加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スコット結線変圧器を用いた過熱水蒸気発生装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

過熱水蒸気の生成方法としては、水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生段階と、この飽和水蒸気をさらに加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生段階との２段階で行われることが一般的である。

【0003】

そして、２０℃の水から１３０℃の飽和水蒸気を発生させる熱量と、１３０℃の飽和水蒸気から１２７９℃の過熱水蒸気を発生させる熱量との比は、１対１となるので、高温の過熱水蒸気を発生させる電気回路には、三相交流電源をスコット結線変圧器によって２つの単相回路に変換した後に、２つの単相回路の出力電圧を個別に制御して、飽和水蒸気と過熱水蒸気とを発生させることで、三相交流電源の電流値を均一に近づけることができる。

【0004】

ここで、スコット結線変圧器の１次側の三相それぞれに、電圧又は電流を制御する制御素子を設けた場合には、Ｔ座変圧器の１次コイルを流れる電流が主座変圧器の１次コイルに流れ込む。このため、主座変圧器の１次コイルに流れる電流は、Ｔ座変圧器の１次側の制御素子と、主座変圧器の１次側の２相それぞれの制御素子との両方の影響を受けるとともに、主座変圧器の入力電圧が変わるとＴ座変圧器の入力電圧も変わることになる。したがって、スコット結線変圧器の１次側の三相それぞれに制御素子を設けても、２つの単相回路の出力電圧を個別制御することは出来ない。

【0005】

以上から、２つの単相回路それぞれに、電圧又は電流を制御する制御素子を設けて、２つの単相回路の出力電圧を個別に制御することが一般的である。そして、このスコット結線変圧器を過熱水蒸気発生装置に用いた場合には、２つの単相回路に加熱導体管が接続される構成となる。

【0006】

ところが、過熱水蒸気を発生させるための加熱導体管は低抵抗であるため、単相回路は大電流回路となり、当該大電流回路に制御素子を設けることは事実上困難である。したがって、図１７に示すように、スコット結線変圧器による２つの単相回路に制御素子を設けると共に、さらに２つの単相回路の出力を低圧大電流に変換する２式の単相変圧器を設ける構成とすることが行われている。つまり、この方法では、スコット結線変圧器１式と、単相変圧器２式の計３式の変圧器が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６１−２４８５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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、スコット結線変圧器を用いた過熱水蒸気発生装置において、装置構成を簡略化することができるとともに、主座変圧器の出力電圧とＴ座変圧器の出力電圧とを個別に制御することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち本発明に係る過熱水蒸気発生装置は、主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器と、前記主座変圧器の出力により通電加熱されて、水から飽和水蒸気を発生させる第１加熱用金属体と、前記Ｔ座変圧器の出力により通電加熱されて、前記第１加熱用金属体により発生した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させる第２加熱用金属体とを備え、前記主座変圧器の入力側の２相のうち一方に電圧又は電流を制御する第１制御機器が設けられており、前記Ｔ座変圧器の入力側である１次コイルの一端側に電圧又は電流を制御する第２制御機器が設けられており、前記第１制御機器及び前記第２制御機器により、前記主座変圧器の出力電圧と前記Ｔ座変圧器の出力電圧とを個別に制御することを特徴とする。

【0010】

このようなものであれば、主座変圧器の入力側の２相のうち一方に第１制御機器を設け、Ｔ座変圧器の入力側である１次コイルの一端側に第２制御機器を設けているので、主座変圧器の出力電圧とＴ座変圧器の出力電圧とを個別に制御することができる。これにより、スコット結線変圧器の特徴を生かしつつ、過熱水蒸気温度の制御を容易に行うことができる。また、従来のように主座変圧器及びＴ座変圧器の出力側に２台の単相変圧器を設ける必要も無いので、装置構成を簡略化することができる。
本発明では、主座変圧器の入力側の２相のうち一方に第１制御機器を設けて、第１加熱用金属体に印加される主座変圧器の出力電圧を制御して飽和水蒸気を発生させる。主座変圧器の１次コイルの両端は電源に接続されているので、主座変圧器の出力電圧は、巻数比に応じた値となる。
ところが、Ｔ座変圧器の１次コイルが主座変圧器の１次コイルに中心点に接続され、Ｔ座変圧器の１次コイルから主座変圧器の１次コイルに電流が流れ込むので、主座変圧器の第１制御機器を最小まで絞っても、主座変圧器の出力電圧は、Ｔ座変圧器の出力電圧に対して、最大約６６％が残留する。ここで、過熱水蒸気温度を２０００℃に設定した時の飽和水蒸気発生熱量と過熱水蒸気発生熱量との比は、１．０：１．７９のため、第１加熱用金属体が設けられる単相回路（飽和水蒸気発生側単相回路）と第２加熱用金属体が設けられる単相回路（過熱水蒸気発生側単相）との電流比は、０．７５：１．０となり、その残留量は、問題とならない。もちろん過熱水蒸気温度が２０００℃未満の場合は、飽和水蒸気発生に必要な電流の比が大きくなるので、残留分は問題にならない。また、過熱水蒸気は２０００℃よりも大きい温度では、水素と酸素に分離して過熱水蒸気として存在し得ないことから、残留電流値が問題になる領域は無い。
Ｔ座変圧器の第２制御機器によってＴ座変圧器の出力電圧は制御されるが、主座変圧器に流れ込む電流は第１制御機器を遮断しても、第１制御機器を設けていない他方の相に電流が流れるので、電流が制御されることは無い。また、主座変圧器の第１制御機器によって、Ｔ座変圧器の出力電圧が変動するが、第２加熱用金属体（過熱水蒸気発生用加熱用金属体）の温度に基づく電流制御を行っているので、問題になることは無い。
さらに使用方法としては、まず過熱水蒸気の発生量の設定を行い、過熱水蒸気の発生量が決まれば、例えば温度１３０℃に設定した飽和水蒸気に要する熱量は常に一定であるので、Ｔ座変圧器の出力電圧に影響を与えるような主座変圧器の出力電圧の変動は生じない。
その上、主座変圧器の出力電圧を大きく変動しない値に大まかに制御して、飽和水蒸気温度が１３０℃前後に多少変動しても、過熱水蒸気温度は、第２加熱用金属体（過熱水蒸気発生用用金属体）の温度に基づいて、Ｔ座変圧器の第２制御機器により詳細に制御する仕組みであることから、過熱水蒸気温度の制御に支障が発生することは無い。

【0011】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方が、脚鉄心の周りに巻回された１次コイルと、前記脚鉄心の周りに前記１次コイルに重ねて巻回された２次コイルとを有していることが望ましい。

【0012】

そして、前記２次コイルが、中空金属体からなり、前記第１加熱用金属体及び／又は第２加熱用金属体が、前記２次コイルにより構成されていることが望ましい。
これならば、変圧器の２次コイルと加熱用金属体との電気接続が無くなり、効率の良い過熱水蒸気発生装置を構成することができる。

【0013】

前記１次コイルが、前記脚鉄心周りにおいて前記２次コイルの内側及び外側にそれぞれ重ねて巻回されていることが望ましい。
これならば、１次コイルの間に２次コイルが挟まれる構成となり、漏れ磁束を低減することができ、設備効率を上げることができる。

【0014】

前記１次コイルが、中空金属体からなり、前記第１加熱用金属体に流入する水を予熱するものであることが望ましい。
これならば、１次コイルを構成する中空金属体で発生する抵抗熱及び鉄心の熱を水に与えることができ、設備効率を向上させることができる。

【0015】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方が、単巻変圧器であることが望ましい。
このように１次コイル及び２コイルを単巻結線することで、１次コイルと２次コイルとの間の絶縁を簡素にすることができ、製作し易くなるとともに、事故発生のリスクを低減することができる。

【0016】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心が、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ことが望ましい。
これならば、一次コイル（例えば中空導体管などの中空金属体）を脚鉄心に密着して巻回することができ、鉄心で発生する熱を効率良く水の予熱に利用することができる。また、円形鉄心は、方形鉄心に比べて、同じ断面積であれば外周長が最短となるので、一次コイル（例えば中空導体管などの中空金属体）の使用量を低減することができる。

【0017】

前記主座変圧器又は前記Ｔ座変圧器の少なくとも一方の脚鉄心の上下に接続される継鉄心が、変形巻鉄心により構成されていることが望ましい。
これならば、断面円形の脚鉄心との衝合部を同じ円形にすることが簡単である。

【0018】

前記主座変圧器の鉄心及び前記Ｔ座変圧器の鉄心が一体形成されたものであることが望ましい。
これならば、スコット結線変圧器を構成する変圧器を２式から１式にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。

【0019】

前記スコット結線変圧器が、スコット結線された誘導コイルが巻回される２つの主脚鉄心と、前記２つの主脚鉄心に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心と、前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の上下それぞれを連結する継鉄心とを備え、前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置され、前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈折点として折れ曲がっていることが望ましい。
これならば、前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置されるとともに、前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈曲点として折れ曲がっているので、前記２つの主脚鉄心間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

【0020】

前記２つの主脚鉄心の一方及び前記共通脚鉄心の間の距離と、前記２つの主脚鉄心の他方及び前記共通脚鉄心の間の距離とが、互いに等しいことが望ましい。
これならば、一方の前記主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の間の磁路長さと、他方の前記主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の間の磁路長さとが等しくなるので、前記２つの主脚鉄心の磁気特性が互いに同等となり、効率よく三相電源から２つの単相回路に変換することができる。

【0021】

前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体が、複数の金属要素を重ねて形成されたものであり、当該複数の金属要素の間に内部流路が形成されていることが望ましい。
これならば、加熱用金属体が複数の金属要素を重ねて形成し、それらの金属要素の間に内部流路が形成されているので、金属要素が持つ柔軟性により、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。

【0022】

前記加熱用金属体が、円筒状をなす第１の金属要素と、当該第１の金属要素に挿入して設けられた円筒状をなす第２の金属要素とを備え、前記内部流路が、前記第１の金属要素の内面及び前記第２の金属要素の外面により形成されていることが望ましい。
これならば、変圧器の脚鉄心を第１の金属要素の内側に配置する構成により、前記加熱用金属体を誘導加熱することができる。このとき、加熱用金属体の内径側部分を単一部材（第１の金属要素）から形成されているので、熱変形に強い構造とすることができる。

【0023】

前記第１の金属要素及び前記第２の金属要素の少なくとも一方が、前記内部流路が螺旋状となるように加工されていることが望ましい。
このように内部流路を螺旋状にすることで、誘導加熱された金属要素との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。また、第１の金属要素及び第２の金属要素の少なくとも一方に螺旋状の凹溝が形成されることになるため、金属要素が薄板要素の場合には特に機械的強度を向上させることができる。
ここで、第１の金属要素及び第２の金属要素に施される変形加工としては、それら金属要素が薄板要素の場合には、水圧等の液圧によって変形させるバルジ加工（ハイドロフォーミング）や、螺旋状の凹部又は凸部が形成された型に沿って駒（ローラ）等によって加圧変形させる加工等が考えられる。また、前記金属要素が所定の肉厚を有する厚板要素の場合には、前記第１の金属要素又は前記第２の金属要素の少なくとも一方に、例えば切削加工等の機械加工により変形させることが考えられる。

【0024】

前記第１加熱用金属体又は前記第２加熱用金属体が、幅方向一端面及び幅方向他端面に開口する流路形成孔が形成された金属板を変形し、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合して形成されたものであり、
前記幅方向一端面の開口及び前記幅方向他端面の開口が繋がることにより内部流路が形成されていることが望ましい。
これならば、流路形成孔が形成された金属板を変形して内部流路を有する加熱用金属体を形成しているので、加熱用金属体全体の剛性を高めることができ、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。

【0025】

前記金属板には、幅方向一端面から幅方向他端面まで直線状に延び、前記金属板の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔が形成されており、前記幅方向一端面及び前記幅方向他端面を接合することで互いに異なる前記流路形成孔の開口が繋がり、螺旋状の前記内部流路が形成されていることが望ましい。
このように内部流路を螺旋状にすることで、誘導加熱された加熱用金属体との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0026】

このように構成した本発明によれば、スコット結線変圧器を用いた過熱水蒸気発生装置において、装置構成を簡略化することができるとともに、主座変圧器の出力電圧とＴ座変圧器の出力電圧とを個別に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本実施形態に係る過熱水蒸気発生装置の構成を模式的に示す図。

【図2】同実施形態のスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図及び正面図。

【図3】同実施形態の加熱用金属体の構成を示す斜視図。

【図4】過熱水蒸気発生装置と同等回路の試験装置を示す図。

【図5】過熱水蒸気を発生させる熱量と過熱水蒸気温度との関係を示す特性グラフ。

【図6】変形実施形態のスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図。

【図7】変形実施形態における加熱用金属体の平面図、正面図及び側面図。

【図8】変形実施形態における加熱用金属体のＡ−Ａ’線断面図。

【図9】変形実施形態における加熱用金属体の平面図、正面図及び側面図。

【図10】変形実施形態における加熱用金属体のＢ−Ｂ’線断面図。

【図11】変形実施形態の加熱用金属体の断面図。

【図12】変形実施形態における加熱用金属体の平面図及び正面図。

【図13】変形実施形態における加熱用金属体のＣ−Ｃ’線断面図。

【図14】変形実施形態における加熱用金属体を構成する金属板の展開図。

【図15】変形実施形態における加熱用金属体を構成する金属板の展開図。

【図16】変形実施形態における加熱用金属体を構成する金属板の展開図。

【図17】従来の過熱蒸気発生装置の構成を示す模式図。

【0028】

以下に本発明に係る過熱水蒸気発生装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0029】

本実施形態に係る過熱水蒸気発生装置１００は、流体が流通する加熱用金属体を通電加熱することにより過熱水蒸気を発生させるものであり、図１に示すように、三相交流電源８からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線変圧器２と、当該スコット結線変圧器２の二相交流により通電加熱される第１加熱用金属体３及び第２加熱用金属体４とを備えている。

【0030】

スコット結線変圧器２は、主座変圧器２ＭとＴ座変圧器２Ｔとからなる。また、本実施形態の主座変圧器２Ｍの鉄心及びＴ座変圧器２Ｔの鉄心は、一体形成されたものである。

【0031】

第１加熱用金属体３は、スコット結線変圧器２の主座変圧器２Ｍの出力側に接続されて、主座変圧器２Ｍの出力電圧が印加されて通電加熱される導体管であり、流体導入ポート３ｐ１及び流体導出ポート３ｐ２を有している。そして、流体導入ポート３ｐ１から水が導入されて、流体導出ポート３ｐ２から飽和水蒸気が導出されるものである。本実施形態の第１加熱用金属体３は、図３に示す中空導体管からなる主座変圧器２Ｍの２次コイル２ｂにより構成されている。これにより、主座変圧器２Ｍの２次コイル２ｂと第１加熱用金属体３との電気接続が無くなり、効率の良い過熱水蒸気発生装置１００を構成することができる。

【0032】

第２加熱用金属体４は、スコット結線変圧器２のＴ座変圧器２Ｔの出力側に接続されて、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧が印加されて通電加熱される導体管であり、流体導入ポート４ｐ１及び流体導出ポート４ｐ２を有している。そして、流体導入ポート４ｐ１から前記第１加熱用金属体３により発生した飽和水蒸気が導入されて、流体導出ポート４ｐ２から所定温度に加熱された過熱水蒸気が導出されるものである。本実施形態の第２加熱用金属体４は、図３に示す中空導体管からなるＴ座変圧器２Ｔの２次コイル２ｄにより構成されている。これにより、Ｔ座変圧器２Ｔの２次コイル２ｄと第２加熱用金属体４との電気接続が無くなり、効率の良い過熱水蒸気発生装置１００を構成することができる。
なお、図１では、第２加熱用金属体４の流体導入ポート４ｐ１は、中間接続管７を介して、第１加熱用金属体３の流体導出ポートに接続されている。

【0033】

そして、本実施形態のスコット結線変圧器２は、図２に示すように、主座変圧器２Ｍの１次巻線（以下、主座１次コイル２ａ）及び２次巻線（以下、主座２次コイル２ｂ）が巻回される第１の主脚鉄心（主座脚鉄心２１）と、Ｔ座変圧器２Ｔの１次巻線（以下、Ｔ座１次コイル２ｃ）及び２次巻線（以下、Ｔ座２次コイル２ｄ）が巻回される第２の主脚鉄心（Ｔ座脚鉄心２２）と、前記２つの主脚鉄心２１、２２に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心２３と、前記２つの主脚鉄心２１、２２及び共通脚鉄心２３の上下それぞれを連結する継鉄心２４とを備えている。

【0034】

主座１次コイル２ａの両端には、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち二相（例えばＶ相、Ｗ相）が接続される。また、Ｔ座１次コイル２ｃの一方の端は、主座１次コイル２ａの中点に接続され、Ｔ座１次コイル２ｃの他方の端は、三相のうち主座１次コイル２ａに接続されない残りの一相（例えばＵ相）が接続される。具体的には、主座１次コイル２ａの偶数巻き数Ｎに対し、Ｔ座１次コイル２ｃの巻き数を（√３／２）Ｎとして、Ｔ座１次コイル２ｃの一方の端を主座１次コイル２ａのＮ／２の位置に接続するように構成されている。

【0035】

また、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３は、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断面略円形のインボリュート鉄心により構成されている。そして、主座脚鉄心２１及びＴ座脚鉄心２２は同寸法のものであり、主座脚鉄心２１の横断面積Ｓ１と、Ｔ座脚鉄心２２の横断面積Ｓ２とは互いに等しい。また、共通脚鉄心２３の横断面積は、主座脚鉄心２１及びＴ座脚鉄心２２の横断面積Ｓ１、Ｓ２の√２倍である。具体的には、図２に示すように、共通脚鉄心２３の直径が、主座脚鉄心及びＴ座脚鉄心の直径をｄとした場合に、（√２）^０．５ｄである。

【0036】

さらに、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３は、スコット結線変圧器２を上面から見た平面視において、それぞれが三角形の頂点の位置になるように配置されている。本実施形態では、平面視において、主座脚鉄心２１の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線と、Ｔ座脚鉄心２２の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線とのなす角度が、１２０度となるように構成されている。また、本実施形態では、２次コイル２ｂ、２ｄが中空導体管からなっており、主座脚鉄心２１及び共通脚鉄心２３の中心間距離と、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の中心間距離とが互いに異なる。具体的には、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の中心間距離の方が大きい。これは、Ｔ座変圧器２Ｔの２次コイル用中空導体管は、過熱蒸気を生成するので高温になるため、当該中空導体管を包むための断熱材により、Ｔ座変圧器２Ｔの巻回径が大きくなるためである。

【0037】

継鉄心２４は、変形巻鉄心により構成されており、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の上面を互いに連結する上継鉄心２４ａと、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の下面を互いに連結する下継鉄心２４ｂとからなる。この上継鉄心２４ａ及び下継鉄心２４ｂは、それぞれ平面視において共通脚鉄心２３を屈折点として折れ曲がっている。本実施形態の各継鉄心２４ａ、２４ｂは、共通脚鉄心２３の中心を屈曲点として、くの字状に折れ曲がっている。

【0038】

このように構成したスコット変圧器用鉄心１００によれば、主脚鉄心２１、２２と、共通脚鉄心２３とが平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置されるとともに、継鉄心２４が、平面視において共通脚鉄心２３を中心にくの字に折れ曲がっているので、主脚鉄心２１、２２の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

【0039】

しかして本実施形態の過熱水蒸気発生装置１００は、図１に示すように、主座変圧器２Ｍの入力側の２相のうち一方に、電圧又は電流を制御する第１制御機器５が設けられている。なお、図１では、主座変圧器２Ｍの入力側のＶ相に第１制御機器５であるサイリスタ等の半導体制御素子を設けている。また、Ｔ座変圧器２Ｔの入力側である１次コイル２ｃの一端側（Ｔ座１次コイル２ｃのＵ相側又は中点Ｏ側）に、電圧又は電流を制御する第２制御機器６が設けられている。この第２制御機器６も、前記第１制御機器５と同様、サイリスタ等の半導体制御素子を用いたものである。そして、図示しない制御装置が、第１加熱用金属体３の温度及び第２加熱用金属体４の温度を用いて前記第１制御機器５及び前記第２制御機器６を制御することによって、主座変圧器２Ｍが第１加熱用金属体３に印加する出力電圧とＴ座変圧器２Ｔが第２加熱用金属体４に印加する出力電圧とを個別に制御するように構成されている。なお、制御装置は、第１加熱用金属体３の温度を、第１加熱用金属体３に設けた温度センサから取得し、第２加熱用金属体４の温度を、第２加熱用金属体４に設けた温度センサから取得する。

【0040】

次に、図４に示す過熱水蒸気発生装置１００と同等回路の試験装置を用いた試験結果を説明する。なお、主座１次コイル２ａの巻き数は４４であり、Ｔ座１次コイル２ｃの巻き数は３８であり、各変圧器２Ｍ、２Ｔの２次コイル２ｂ、２ｄの巻き数は２２とした。

【0041】

以下の表１は、第１制御機器５によりＶ相を遮断して、第２制御機器６により入力電圧（Ｅｕ−ｗ（Ｖ））を変化させた場合の、各部の電圧及び電流を示す。

【0042】

【表1】

【0043】

ここで、本試験では、変圧器の２次巻線抵抗が、ａ−Ｏａ回路及びｂ−Ｏｂ回路ともに、０．１６Ωと高いため、出力電圧が低下して巻数比に応じた出力電圧が出ていない。２次巻線抵抗による電圧低下分を修正すると、Ｅｕ−ｏ（Ｖ）、Ｅｏ−ｗ（Ｖ）、Ｔ座変圧器の出力電圧（Ｅａ−ｏ_ａ（Ｖ））及び主座変圧器の出力電圧（Ｅｂ−ｏ_ｂ（Ｖ））は、以下の表２の通りとなる。

【0044】

【表2】

【0045】

表２に示すように、第１制御機器５によりＶ相を遮断して、第２制御機器６によりＥｕ−ｗ（Ｖ）を変化させた場合には、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧に対して、主座変圧器２Ｍの出力電圧が、約６６％残留していることが分かる。

【0046】

ここで、表１におけるＥｕ−ｗ＝１５８（Ｖ）の項を見ると、１次コイルにおけるｕ−ｏ間とｏ−ｗ間との分担電圧は、それぞれ、１１４．４（Ｖ）と４３．１（Ｖ）となっており、巻数比である３８Ｔと２２Ｔとの比の分担になっていない。これは、主座変圧器２Ｍの鉄心及びＴ座変圧器２Ｔの鉄心が一体形成されて共通脚鉄心があるとはいえ、磁気回路は別々に構成されているので、１Ｔ当たりの分担電圧が同じになっていないためである。Ｅｕ−ｗ（Ｖ）は、それぞれの励磁インピーダンスの比により分担されており、励磁インピーダンスは磁路の長さ、磁束密度、ギャップ長、巻数等によって決まるものである。つまり、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧に対する主座変圧器２Ｍの出力電圧の残留電圧の比は、Ｔ座変圧器２Ｔの励磁インピーダンスに対する主座変圧器２Ｍの主座一次コイル２ａの巻数を半分とした場合の励磁インピーダンスの比となる。

【0047】

次に、以下の表３に、第２制御機器６により制御電流を一定に保ち（Ｅ_Ｕ−Ｗ（Ｖ）≒１５８（Ｖ））、第１制御機器５により主座変圧器２Ｍの入力電圧（Ｅ_Ｖ−Ｗ（Ｖ））を変化させた場合の、各部の電圧及び電流を示す。

【0048】

【表3】

【0049】

表３に示すように、第１制御機器５により主座変圧器２Ｍの入力電圧（Ｅ_Ｖ−Ｗ（Ｖ））を約１．８倍に変化させることにより、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧（Ｅａ−ｏ_ａ（Ｖ））が約１８％変動する結果となっている。

【0050】

次に、以下の表４に、第１制御機器５により制御電流を一定に保ち（Ｅ_Ｖ−Ｗ（Ｖ）≒１５８（Ｖ））、第２制御機器６により入力電圧（Ｅ_Ｕ−Ｗ（Ｖ））を変化させた場合の、各部の電圧及び電流を示す。

【0051】

【表4】

【0052】

表４に示すように、主座変圧器２Ｍの出力電圧（Ｅｂ−ｏ_ｂ（Ｖ））は、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧（Ｅａ−ｏ_ａ（Ｖ））の変化に影響を受けない結果となっている。

【0053】

次に、以下の表５に、第２制御機器６によりＵ−Ｏ間電圧を一定（≒１０１（Ｖ））に保った状態で、第1制御機器５により主座変圧器２Ｍの入力電圧（Ｅ_Ｖ−Ｗ（Ｖ））を変化させた場合の、各部の電圧及び電流を示す。

【0054】

【表5】

【0055】

表５に示すように、Ｔ座変圧器２Ｔの出力電圧（Ｅａ−ｏ_ａ（Ｖ））は一定に保たれており、主座変圧器２Ｍの出力電圧（Ｅｂ−ｏ_ｂ（Ｖ））が制御されている結果となっている。

【0056】

ここで、飽和水蒸気を発生させる熱量を１としたときの、過熱水蒸気を発生させる熱量と過熱水蒸気温度との関係を示す特性グラフを図５に示す。

【0057】

過熱水蒸気温度が２００℃のときは０．０５９、過熱水蒸気温度が７４８℃のときは０．５、過熱水蒸気温度が１２７９℃のときは１．０、過熱水蒸気温度が１７５２℃のときは１．５、過熱水蒸気温度が２０００℃のときは１．７９となっている。

【0058】

また、過熱水蒸気温度と三相交流電源の各相の電流値の関係を、以下の表６に示す。

【0059】

【表6】

【0060】

表６から分かるように、過熱水蒸気温度１２７９℃では、各相の電流比が１：１：１でバランスしており、２０００度では、各相の電流比が１．２２３：１：１となり、７４８℃では、各相の電流比が０．７５６：１：１となり、２００℃では、各相の電流比が０．２７８：１：１となる。したがって、過熱水蒸気と呼ばれる最低温度の２００℃から極限温度の２０００℃の範囲において、１相の電流値がゼロとなるような極端な電流のアンバランスは発生しない。

【0061】

このように構成した本実施形態の過熱水蒸気発生装置１００によれば、主座変圧器２Ｍの入力側の２相のうち一方に第１制御機器５を設け、Ｔ座変圧器２Ｔの入力側に第２制御機器６を設けているので、主座変圧器２Ｍの出力電圧とＴ座変圧器２Ｔの出力電圧とを個別に制御することができる。これにより、スコット結線変圧器２の特徴を生かしつつ、過熱水蒸気温度の制御を容易に行うことができる。また、従来のように主座変圧器２Ｍ及びＴ座変圧器２Ｔの出力側に２台の単相変圧器を設ける必要も無いので、装置構成を簡略化することができる。

【0062】

また、主座変圧器２Ｍの鉄心及びＴ座変圧器２Ｔの鉄心が一体形成されたものであり、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置され、継鉄心２４が、平面視において共通脚鉄心２３を屈折点として折れ曲がっているので、２つの主脚鉄心２１、２２間の距離を小さくして、スコット結線変圧器２全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。また、スコット結線変圧器２を構成する変圧器を２式から１式にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。

【0063】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0064】

例えば、前記実施形態では、各変圧器２Ｍ、２Ｔの２次コイル２ｂ、２ｄが中空導体管から形成されており、前記各加熱用金属体３、４が、前記２次コイル２ｂ、２ｄにより構成されたものであったが、第１加熱用金属体３及び第２加熱用金属体４が、各変圧器２Ｍ、２Ｔの２次コイル２ｂ、２ｄに接続されて通電加熱されるものであっても良い。また、主座変圧器２Ｍ又はＴ座変圧器２Ｔの何れか一方の２次コイルが中空導体管からなり、第１加熱用金属体３又は第２加熱用金属体４の何れか一方が、２次コイルにより構成されるものであっても良い。

【0065】

また、主座変圧器２Ｍ又はＴ座変圧器２Ｔの少なくとも一方において、１次コイルが、脚鉄心周りにおいて２次コイルの内側及び外側にそれぞれ重ねて巻回されているものであっても良い。これにより、１次コイルの間に２次コイルが挟まれる構成となり、漏れ磁束を低減することができ、設備効率を上げることができる。

【0066】

さらに、１次コイルを中空導体管等の中空金属体から構成して、第１加熱用金属体３に流入する水を予熱する構成としても良い。これにより、１次コイルを構成する中空金属体で発生する抵抗熱及び鉄心の熱を水に与えることができ、設備効率を向上させることができる。

【0067】

その上、前記実施形態では、主座変圧器２Ｍの鉄心及びＴ座変圧器２Ｔの鉄心を一体形成しているが、主座変圧器２Ｍの鉄心及びＴ座変圧器２Ｔの鉄心を別々の鉄心としても良い。

【0068】

加えて、前記実施形態の主座変圧器２Ｍ及びＴ座変圧器２Ｔを単巻変圧器としても良い。これならば、１次コイルと２次コイルとの間の絶縁を簡素にすることができ、製作し易くなるとともに、事故発生のリスクを低減することができる。

【0069】

さらにその上、主座脚鉄心２１の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線と、Ｔ座脚鉄心２２の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線とのなす角度は、１２０度に限られず、例えば図６に示すように、９０度としても良い。つまり、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３が、平面視において、それぞれが直角三角形の頂点に位置するように配置され、共通脚鉄心２３が、直角三角形の頂点のうち直角である頂点に位置するように配置されるものであっても良い。これならば、前記実施形態よりも、スコット結線変圧器全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

【0070】

さらに加えて、前記実施形態では、主座脚鉄心２１及び共通脚鉄心２３の中心間距離と、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の中心間距離とが互いに異なるものであったが、主座脚鉄心２１及び共通脚鉄心２３の中心間距離と、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３の中心間距離とが互いに等しいものであっても良い。つまり、主座脚鉄心２１、Ｔ座脚鉄心２２及び共通脚鉄心２３が、平面視において、それぞれが二等辺三角形の頂点に位置するように配置されており、各継鉄心２４ａ、２４ｂは、共通脚鉄心２３の中心に対して左右対称形状となっている。これならば、２つの主脚鉄心２１、２２の磁気特性が互いに同等となり、効率良く三相交流電源から２つの単相回路に変換することができる。

【0071】

また、前記第１加熱用金属体及び前記第２加熱用金属体の構成としては、前記実施形態のように中空導体管に限られず、以下のように構成しても良い。以下、第１加熱用金属体及び前記第２加熱用金属体を区別せずに、単に加熱用金属体１１という。

【0072】

図７及び図８に示すように、加熱用金属体１１が、複数の金属要素１２、１３を重ねて形成されたものであり、当該複数の金属要素１２、１３の対向面の間に内部流路Ｒが形成されている。この加熱用金属体１１には、前記内部流路Ｒに流体を供給するための外部配管が接続される導入ポートＰ１が形成されるとともに、加熱された流体を外部に導出するための外部配管が接続される導出ポートＰ２が形成されている。

【0073】

具体的に前記加熱用金属体１１は、円筒状をなす第１の金属要素１２と、当該第１の金属要素１２に挿入して設けられた円筒状をなす第２の金属要素１３とを備えており、当該第１の金属要素１２の内面及び第２の金属要素１３の外面とにより前記内部流路Ｒが形成される。本実施形態の内部流路Ｒは、前記加熱用金属体１１の一端部から他端部に亘って形成された螺旋状をなすものである。内部流路Ｒの一端部には、前記導入ポートＰ１が連通しており、内部流路Ｒの他端部には、前記導出ポートＰ２が連通している。つまり、前記導入ポートＰ１は加熱用金属体１１の第１の金属要素１２の軸方向一端部に設けられており、前記導出ポートＰ２は加熱用金属体１１の第１の金属要素１２の軸方向他端部に設けられている。

【0074】

より詳細には、前記第１の金属要素１２は、加熱用金属体１１の外径側部分を形成する例えばＳＵＳ３０６Ｌ等の金属薄板（例えば厚さ２ｍｍ）製の金属製円筒体である。この第１の金属要素１２には、前記螺旋状の内部流路Ｒを形成するために、その内面に径方向外側に向かって凹んだ螺旋状の凹溝１２１が形成されている。この螺旋状の凹溝１２１を形成するために第１の金属要素１２は変形加工が施されている。この変形加工としては、例えば、水圧等の液圧によって変形させるバルジ加工（ハイドロフォーミング）や、螺旋状の凹部又は凸部が形成された型に沿って駒（ローラ）等によって加圧変形させる加工等が考えられる。

【0075】

また、第２の金属要素１３は、加熱用金属体１１の内径側部分を形成する例えばＳＵＳ３０６Ｌ等の金属薄板（例えば厚さ２ｍｍ）製の金属製円筒体である。この第２の金属要素１３には、前記螺旋状の内部流路Ｒを形成するために、その外面に径方向内側に向かって凹んだ螺旋状の凹溝３１が形成されている。この第２の金属要素１３の螺旋状の凹溝１３１は、前記第１の金属要素１２の螺旋状の凹溝１２１に対応するように同一高さに同一ピッチで形成されている。この変形加工としては、水圧等の液圧によって変形させるバルジ加工（ハイドロフォーミング）や、螺旋状の凹部又は凸部が形成された型に沿って駒（ローラ）等によって加圧変形させる加工等が考えられる。さらに、第２の金属要素１３の外径寸法は、前記第１の金属要素１２の内径寸法と略同一であり、第２の金属要素１３は、圧入、焼きばめ又は冷やしばめ等によって、第１の金属要素１２に挿入して設けられる。

【0076】

そして、第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３の軸方向両端部（加熱用金属体１１の軸方向両端部１１ａ、１１ｂ）のみに、流体漏れ防止用のシール加工が施されている。このシール加工としては、例えば溶接が考えられる。

【0077】

この構成により、加熱用金属体１１の軸方向両端部１１ａ、１１ｂは液密にシールされるが、第１の金属要素１２の凹溝１２１間の内面と、第２の金属要素１３の凹溝１３１間の外面とが面接触する（図８の部分拡大図参照）。

【0078】

この構成により、加熱用金属体１１が複数の金属要素（第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３）を重ねて形成し、それらの金属要素１２、１３の間に内部流路Ｒが形成されているので、金属要素１２、１３が持つ柔軟性により、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。

【0079】

加熱用金属体１１が円筒状であるので、変圧器の脚鉄心を第１の金属要素１２の内側に配置する構成によって、加熱用金属体１１を誘導加熱することができる。このとき、加熱用金属体１１の内径側部分を単一部材（第１の金属要素１２）から形成されているので、熱変形に強い構造とすることができる。

【0080】

また、内部流路Ｒが螺旋状をなすものであり、誘導加熱された金属要素１２、１３との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。また、第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３に螺旋状の凹溝１２１、１３１が形成されることになるため、金属要素１２、１３の機械的強度を向上させることができる。

【0081】

さらに、第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３の軸方向両端部のみに、流体漏れ防止用のシール加工が施されているので、第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３の熱膨張差による変形差を機械的に吸収することができる。

【0082】

前記図７及び図８では、第１の金属要素及び第２の金属要素の両方に凹溝が形成されたものであったが、何れか一方に凹溝を形成するものであっても良い。例えば、図９及び図１０に示すように、第１の金属要素１２を、前記実施形態と同様に螺旋状の凹溝１２１を形成したものとし、第２の金属要素１３を、変形加工を施していない等断面形状の円筒体としても良い。このような構成により、第１の金属要素１２のみに螺旋状の凹溝１２を形成すればよく、第２の金属要素１３に変形加工を施す必要がないため、加工工数及び加工コストの低減、変形金型の簡易化が可能となる。なお、第２の金属要素１３を、前記実施形態と同様に螺旋状の凹溝を形成したものとし、第１の金属要素１２を変形加工を施していない等断面形状の円筒体としても良い。

【0083】

また、加熱用金属体１１の軸方向両端部１１ａ、１１ｂのみを溶接等によりシール加工しているが、内部流路の間における第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３の面接触部分をスポット溶接等により溶接しても良い。

【0084】

さらに、第１の金属要素１２及び第２の金属要素１３を互いに異なる板厚又は材質で構成しても良い。これならば、それぞれの金属要素の電気抵抗値や機械的強度を調整した構造にすることができる。例えば、変形加工を施した金属要素は機械的強度が増すことになるので、板厚を薄く設定することができる。また、内径側の金属要素は外径側の金属要素よりも周長が短く電気抵抗値が小さくなるので、内径側の金属要素を薄くしたり、固有抵抗が高い材質にすることで、外周側の金属要素と同等の温度上昇値にすることができる。

【0085】

その上、前記実施形態では金属要素が薄板要素であったが、金属要素が所定の肉厚（例えば２０ｍｍ）を有する厚板要素であっても良い。この場合、図１１に示すように、例えばＳＵＳ３０６Ｌ等の円筒体である第２の金属要素３の外面に螺旋状の凹溝加工を施して、その外側に、例えばＳＵＳ３０６Ｌ等の円筒体である第１の金属要素２を焼きばめや冷やしばめ等により嵌入して構成しても良い。なお、前記凹溝加工としては、例えば切削加工等の機械加工である。そして、第１の金属要素２及び第２の金属要素３の軸方向両端部（加熱用金属体１の軸方向両端部１ａ、１ｂ）のみに、流体漏れ防止用のシール加工（例えば溶接）を施す。なお、第２の金属要素３だけでなく、前記実施形態のように、第１の金属要素２の内面に、第２の金属要素３の螺旋状の凹溝３１に対応するように同一高さに同一ピッチで凹溝加工を施しても良い。また、第１の金属要素２の内面のみに凹溝加工を施しても良い。

【0086】

また、図１２及び図１３に示すように、前記加熱用金属体１１が、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂに開口する流路形成孔１０ｘが形成された金属板１０を円筒状に変形し、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを接合して形成されたものである（図１２参照）。そして、幅方向一端面１０ａの開口及び幅方向他端面１０ｂの開口が繋がることにより前記内部流路Ｒが形成されている。この加熱用金属体１１には、前記内部流路Ｒに流体を供給するための外部配管が接続される導入ポートＰ１が形成されるとともに、加熱された流体を外部に導出するための外部配管が接続される導出ポートＰ２が形成されている。

【0087】

具体的に金属板１０は、図１４に示す金属板１０を円筒状に変形して形成されている。この金属板１０は、矩形平板状をなす例えばステンレス鋼などの導電性金属板である。なお、内部に流路形成孔１０ｘが形成可能な程度であり、且つ円筒状に変形可能な程度の板厚を有している。そして、この金属板１０には、幅方向一端面１０ａから幅方向他端面１０ｂまで直線状に延び、前記金属板１０の幅方向に対して傾斜した複数の流路形成孔１０ｘが形成されている。この複数の流路形成孔１０ｘは、互いに平行となるように同一ピッチで形成されている。

【0088】

ここで、流路形成孔１０ｘの形成方法としては、図１４の部分拡大図に示すように、金属板１０の厚み方向一端面１０ｃに直線状の溝１０Ｍを形成し、溝１０Ｍを蓋体１０Ｔで覆い溶接することによって形成することが考えられる。これにより、流路形成孔１０ｘを容易に形成することができる。また、この方法により、幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂの間で曲がった流路形成孔１０ｘも形成することができる。

【0089】

そして、金属板１０の幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを溶接することで互いに異なる流路形成孔１０ｘの開口が繋がり、螺旋状の内部流路Ｒが形成される。より詳細には、金属板１０の幅方向一端面１０ａ及び幅方向他端面１０ｂを接合することで、互いに隣接する流路形成孔１０ｘの開口が繋がる。つまり、互いに隣接する流路形成孔１０ｘにおいて、一方の流路形成孔１０ｘの幅方向一端面１０ａの開口と、他方の流路形成孔１０ｘの幅方向他端面１０ｂの開口とが繋がる。このようにして、加熱用金属体１の内部に１本の螺旋状の内部流路Ｒが形成される。この内部流路Ｒの一端部には、前記導入ポートＰ１が連通しており、内部流路Ｒの他端部には、前記導出ポートＰ２が連通している。これらポートは、展開状態の金属板１０又は円筒状に変形された後に溶接される。

【0090】

このように、流路形成孔１０ｘが形成された金属板１０を変形して内部流路Ｒを有する加熱用金属体１１を形成しているので、加熱用金属体１１全体の剛性を高めることができ、誘導加熱による熱変形に耐える構造とすることができる。これにより、熱変形による破損等の可能性が小さい過熱水蒸気発生装置を提供することができる。

【0091】

加熱用金属体１１が円筒状であるので、変圧器の脚鉄心を加熱用金属体１１の内側に配置する構成によって、加熱用金属体１１を誘導加熱することができる。このとき、加熱用金属体１１が単一円筒部材から形成されているので、熱変形に強い構造とすることができる。

【0092】

また、内部流路Ｒが螺旋状をなすものであり、誘導加熱された加熱用金属体１１との接触面積を大きくするとともに、流体流速を速くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。

【0093】

例えば、図１２及び図１３の加熱用金属体１１では、内部流路が１本の螺旋状流路であった、流路形成孔のピッチ又は傾斜角度を変更することで、２本以上の螺旋状流路を有する構成としても良い。また、加熱用金属体の内部流路が途中で分岐するように構成しても良い。

【0094】

また、加熱用金属体の内部流路は螺旋状に限られず、図１５に示すような流路形成孔が形成された金属板を用いても良い。

【0095】

さらに、前記実施形態では、金属板の溝を形成して、当該溝を蓋体で閉塞することによって例えば断面矩形状の流路形成孔を形成するものであったが、図１６に示すように、金属板１０の幅方向一端面１０ａ又は他端面１０ｂの少なくとも一方から、例えばドリル等の切削工具を用いて断面円形状の流路形成孔（貫通孔）１０ｘを形成するものであっても良い。

【0096】

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。

【符号の説明】

【0097】

１００・・・流体加熱装置
２ ・・・スコット結線変圧器
２１ ・・・主座脚鉄心（主脚鉄心）
２２ ・・・Ｔ座脚鉄心（主脚鉄心）
２３ ・・・共通脚鉄心
２４ ・・・継鉄心
２Ｍ ・・・主座変圧器
２ａ ・・・１次コイル
２ｂ ・・・２次コイル
２Ｔ ・・・Ｔ座変圧器
２ｃ ・・・１次コイル
２ｄ ・・・２次コイル
３ ・・・第１加熱導体管（第１加熱用金属体）
４ ・・・第２加熱導体管（第２加熱用金属体）
５ ・・・第１制御機器
６ ・・・第２制御機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】