特許 7270976 過熱水蒸気生成装置

(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】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】過熱水蒸気生成装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/10 20060101AFI20230501BHJP

   F22G 1/16 20060101ALI20230501BHJP

   F22B 1/28 20060101ALI20230501BHJP

   H05B 6/44 20060101ALI20230501BHJP

   H05B 6/36 20060101ALI20230501BHJP

【ＦＩ】

H05B6/10 301

F22G1/16

F22B1/28 Z

H05B6/10 311

H05B6/44

H05B6/36 D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019167084

(22)【出願日】2019-09-13

(65)【公開番号】P2021044200

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-08-01

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】水嶋 深

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９１６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４８５５５５２（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５３７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／１０

Ｆ２２Ｇ １／１６

Ｆ２２Ｂ １／２８

Ｈ０５Ｂ ６／４４

Ｈ０５Ｂ ６／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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、請求項１に記載の過熱水蒸気生成装置。

【請求項3】

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、請求項１又は２に記載の過熱水蒸気生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過熱水蒸気生成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－２１３０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【発明の効果】

【0016】

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。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】同実施形態の過熱水蒸気生成装置の径方向における配置を模式的に示す断面図である。

【図3】同実施形態のコイル接続及び流体の流れを示す図である。

【図4】同実施形態の閉磁路鉄心の構成を示す正面図及びヨーク鉄心を示す平面図である。

【図5】同実施形態の第３導体管の構成を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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）。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

＜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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

＜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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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】

【0057】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】