(57)【要約】【課題】電気ヒータのワット密度を向上させても、電気ヒータの過熱を防止しつつ、得られる蒸気の乾き度を向上する。【解決手段】上下に離隔して配置される上部管寄せ２および下部管寄せ３と、下部管寄せ３から上方へ延出して設けられる複数の水管４と、各水管４の周側壁上部から分岐してさらに上方へ延出すると共に、その上端部が上部管寄せ２に接続される複数の上昇管５と、各水管４の上端部から下方へ差し込まれて各水管４の上端部に保持される電気ヒータ７とを備える。電気ヒータ７は、下方領域が加熱部Ｘとされる一方、それより上方領域が非加熱部Ｙとされる。非加熱部Ｙは比較的長く、非加熱部Ｙ内の設定領域に水位が維持されるよう下部管寄せ３への給水が制御される。水面を下げたことで、電気ヒータ７の過熱を防止できる。水面から上部管寄せ２までの距離を確保して、蒸気の乾き度が向上する。【選択図】図２
2010169356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に離隔して配置される上部管寄せおよび下部管寄せと、
前記下部管寄せから上方へ延出して設けられる複数の水管と、
前記各水管の周側壁上部から分岐してさらに上方へ延出すると共に、その上端部が前記上部管寄せに接続される複数の上昇管と、
前記各水管の上端部から下方へ差し込まれて前記各水管の上端部に保持され、下方領域が加熱部とされる一方、それより上方領域が非加熱部とされる複数の電気ヒータと、
前記各電気ヒータの非加熱部内の設定領域に水位が維持されるように、前記下部管寄せへの給水が制御される給水ポンプと
を備えることを特徴とする電気ボイラ。
【請求項２】
前記各電気ヒータは、前記各水管から前記各上昇管が分岐する箇所の下端部より下方に前記加熱部が配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気ボイラ。
【請求項３】
前記電気ヒータの加熱部の上端から前記上部管寄せの下端までの上下方向の離隔寸法は、前記電気ヒータの加熱部の長さよりも長い
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気ボイラ。
【請求項４】
前記上部管寄せ内に、気水分離用のバッフル板が設けられた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気ボイラ。
【請求項５】
前記バッフル板として、上下に離隔して配置される上バッフル板と下バッフル板とを備え、
前記上バッフル板と前記下バッフル板とには、互い違いとなる位置に前記上昇管からの蒸気を上方へ通す隙間または開口が形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の電気ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されるような電気ボイラが知られている。この種の従来の電気ボイラでは、電気ヒータとしてＵ字形に曲げたシーズヒータが用いられている。しかしながら、このようなヒータでは、電気ボイラの容量（蒸発量）を上げるためにワット密度を向上するのが困難である。一方、ワット密度の高いカートリッジヒータを用いようとすれば、万一の低水位の発生時に、ワット密度が高いだけに急激な温度上昇を招き、電気ヒータを焼損させるおそれが高まる。
【０００３】
また、従来の電気ボイラでは、電気ヒータの非加熱部（水管に差し込まれる部分の内、発熱しない上方部）は比較的短く、水管の上端部から約５０ｍｍだけが非加熱部とされていた。そのため、加熱部（水管に差し込まれる部分の内、発熱する下方部）の上端部は、水管と上昇管（水管の周側壁上部から分岐してさらに上方へ延出する管）との接続部の中心と略同一位置とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１３４５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気ヒータは、過熱を防止するために、加熱部が常時水に埋没される必要がある。従って、非加熱部が短い従来の構成では、水位の維持範囲は、非加熱部外の上方領域に設定されていた。この場合、水面から上部管寄せまでの上下方向の離隔寸法が比較的短くなってしまい、蒸気の乾き度を向上させ難かった。蒸気の乾き度を向上するには、電気ヒータの加熱部の上端から上部管寄せの下端までの上下方向の離隔寸法を長くとることが望まれる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電気ヒータのワット密度を向上させても、電気ヒータの過熱を防止しつつ、得られる蒸気の乾き度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、上下に離隔して配置される上部管寄せおよび下部管寄せと、前記下部管寄せから上方へ延出して設けられる複数の水管と、前記各水管の周側壁上部から分岐してさらに上方へ延出すると共に、その上端部が前記上部管寄せに接続される複数の上昇管と、前記各水管の上端部から下方へ差し込まれて前記各水管の上端部に保持され、下方領域が加熱部とされる一方、それより上方領域が非加熱部とされる複数の電気ヒータと、前記各電気ヒータの非加熱部内の設定領域に水位が維持されるように、前記下部管寄せへの給水が制御される給水ポンプとを備えることを特徴とする電気ボイラである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、水位の維持範囲を電気ヒータの非加熱部内にとれる程度に、電気ヒータの非加熱部が長い。非加熱部を長くとることにより、電気ヒータの過熱の危険性を低減することができる。また、非加熱部が配置される箇所の水管の長さ、および上昇管の長さが比較的長くなるので、蒸気の乾き度を向上させることができる。さらに、非加熱部を長くとることにより、電気ヒータの上端部への伝熱を抑制して、配線温度の上昇を防止し、電気ヒータの配線部の耐久性および安全性を高めることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記各電気ヒータは、前記各水管から前記各上昇管が分岐する箇所の下端部より下方に前記加熱部が配置されることを特徴とする請求項１に記載の電気ボイラである。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、電気ヒータの加熱部は、水管から上昇管が分岐する箇所の下端部より下方に配置されるように、非加熱部が比較的長く設定される。非加熱部を長くとることにより、電気ヒータの過熱の危険性を低減することができる。また、非加熱部が配置される箇所の水管の長さ、および上昇管の長さが比較的長くなるので、蒸気の乾き度を向上させることができる。さらに、非加熱部を長くとることにより、電気ヒータの上端部への伝熱を抑制して、配線温度の上昇を防止し、電気ヒータの配線部の耐久性および安全性を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記電気ヒータの加熱部の上端から前記上部管寄せの下端までの上下方向の離隔寸法は、前記電気ヒータの加熱部の長さよりも長いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気ボイラである。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、電気ヒータの加熱部の上端から上部管寄せまでの離隔距離を長くとることで、蒸気の乾き度を一層確実に向上することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記上部管寄せ内に、気水分離用のバッフル板が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気ボイラである。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、中空の上部管寄せ内にバッフル板を設けて気水分離することで、蒸気の乾き度を一層向上することができる。
【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記バッフル板として、上下に離隔して配置される上バッフル板と下バッフル板とを備え、前記上バッフル板と前記下バッフル板とには、互い違いとなる位置に前記上昇管からの蒸気を上方へ通す隙間または開口が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電気ボイラである。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、上バッフル板と下バッフル板との組合せにより、蒸気の乾き度を簡易に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電気ボイラによれば、電気ヒータのワット密度を向上させても、電気ヒータの過熱を防止することができる。また、得られる蒸気の乾き度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の電気ボイラの一実施例を示す概略正面図であり、一部を断面にして示している。
【図２】図１の電気ボイラの概略左側面図であり、一部を断面にして示している。
【図３】図１の電気ボイラの電気ヒータのヒータ体の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の電気ボイラの一実施例を示す概略図であり、図１は正面図、図２は左側面図であり、それぞれ一部を断面にして示している。
【００２０】
本実施例の電気ボイラ１は、蒸気ボイラとして構成される。本実施例の電気ボイラ１は、上部管寄せ２と下部管寄せ３との間を、複数（図示例では三つ）の水管４，４，…および上昇管５，５，…で接続して構成される缶体６を備える。
【００２１】
上部管寄せ２と下部管寄せ３とは、それぞれ横向きの中空円筒状に形成されており、その両端面は閉塞されている。上部管寄せ２と下部管寄せ３とは、その軸線を左右方向へ沿って配置され、上下に離隔して配置される。この際、上部管寄せ２は、下部管寄せ３に対し、後方へ設定距離だけ離隔して配置される。
【００２２】
各水管４は、中空円筒状に形成されており、その軸線を上下方向へ沿って配置される。各水管４は、左右に等間隔で配置され、下端部が下部管寄せ３に接続される。その際、下部管寄せ３の周側壁上部に、各水管４の下端部が接続される。このようにして、各水管４は、下部管寄せ３から上方へ延出して設けられる。本実施例では、各水管４は、上部管寄せ２と下部管寄せ３との間の中央部まで延出して設けられる。
【００２３】
各上昇管５は、下端部が略四分の一の円弧状に湾曲されたパイプから構成される。そして、各上昇管５は、下端部が各水管４の周側壁上方後部に接続される一方、上端部が上部管寄せ２の周側壁下部に接続される。このようにして、各上昇管５は、各水管４の周側壁上部から後方へ延出した後、上方へ延出して上部管寄せ２に接続される。
【００２４】
各水管４には、その上端部から電気ヒータ７が下方へ差し込まれて、着脱可能に設けられる。電気ヒータ７は、複数（本実施例では六つ）のヒータ体８，８，…を備える。各ヒータ体８は、同一の形状および大きさの丸棒状とされる。
【００２５】
図３は、電気ヒータ７のヒータ体８の一例を示す概略断面図である。本実施例のヒータ体８は、セラミックなどの絶縁性の芯材９に、ニクロム線などの電熱線１０が巻き付けられた発熱コイル１１を備える。発熱コイル１１は、より具体的には、細長い円筒状の絶縁性の芯材９の外周面に、電熱線１０がコイル状に巻き付けられて構成される。
【００２６】
発熱コイル１１は、ステンレス鋼などの円筒状の鞘管１２内に収容される。鞘管１２は、一端部が閉塞され他端部が開口する円筒状に形成されている。鞘管１２と発熱コイル１１との隙間には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁粉末１３が充填される。鞘管１２は、発熱コイル１１および絶縁粉末１３が収容された状態で、絞られて縮径されるのが好ましい。これにより、絶縁粉末１３の充填領域の圧密化を図り、ワット密度の向上を図ることができる。
【００２７】
鞘管１２の開口部には、一対の電極線１４，１４が配置されており、各電極線１４の端部が、電熱線１０の各端部に接続される。この際、コイル状の電熱線１０の各端部に、芯材９の中空穴１５を介して電極線１４を接続することができる。鞘管１２は、その開口部から各電極線１４を導出した状態で、開口部が封止材１６により閉塞される。
【００２８】
このような構成のヒータ体８が複数本まとめられて、図１および図２に示すように電気ヒータ７が構成される。具体的には、電気ヒータ７は、段付きのフランジ１７を備え、このフランジ１７に各鞘管１２の上端部が通されて固定される。本実施例では、六本のヒータ体８，８，…が、共通のフランジ１７にその周方向に等間隔に配置されて、各鞘管１２が固定される。フランジ１７は、下方の小径部１８が水管４の上部開口への装着部とされる一方、上方の大径部１９が水管４の上端面に載せられて取り付けられる。
【００２９】
このような構成の電気ヒータ７は、各ヒータ体８の内、電熱線１０がコイル状に巻かれた部分が発熱する加熱部Ｘとされ、それより上方（水管４への電気ヒータ７の取付状態において加熱部Ｘ上端から水管４上端までの距離）が非加熱部Ｙとされる（図２）。電気ヒータ７は、非加熱部Ｙを上方に配置して、各水管４の上部開口から下方へ差し込まれて、水管４の上端部に気密状態で着脱可能に固定される。本発明の電気ヒータ７は、非加熱部Ｙが比較的長く設定されており、本実施例では１５０ｍｍから２５０ｍｍに設定されている。なお、図示例の場合、非加熱部Ｙは１５０ｍｍ、上部管寄せ２と下部管寄せ３の各軸線間の上下方向離隔距離は１２６５ｍｍ、加熱部Ｘと非加熱部Ｙとを合わせた長さは６２０ｍｍ、加熱部Ｘ上端から上部管寄せの軸線までの上下方向離隔距離は７５５ｍｍとされている。
【００３０】
下部管寄せ３の周側壁下部には、４５度エルボ状の短管２０が設けられることで、排水口２１が形成されている（図１）。この排水口２１には、排水管（図示省略）が接続される。また、下部管寄せ３には、給水管２２が接続され、給水ポンプ２３を介して水が供給可能とされる（図２）。
【００３１】
図１に示すように、上部管寄せ２の周側壁上部からは、主蒸気弁２４を介して蒸気が導出可能とされる。さらに、上部管寄せ２の周側壁上部には、安全弁２５、制御用圧力スイッチ２６および安全用圧力スイッチ２７が設けられる。安全弁２５は、缶内圧力が所定値を超えると、自動的に開弁して蒸気を外部へ逃し、缶内圧力が過度に上昇するのを防止する弁である。制御用圧力スイッチ２６は、缶内圧力に基づき各電気ヒータ７への通電の有無を制御する圧力スイッチである。一方、安全用圧力スイッチ２７は、缶内圧力が設定以上に上昇した場合には、電気ヒータ７への給電を遮断する圧力スイッチである。
【００３２】
上部管寄せ２内には、気水分離用のバッフル板２８，２９を設けるのが好ましい。本実施例では、上下に離隔して、上バッフル板２８と下バッフル板２９とが設けられる。上バッフル板２８と下バッフル板２９とには、上昇管５からの蒸気を上方へ通す隙間または開口３０が適宜形成される。
【００３３】
具体的には、各バッフル板２８，２９それぞれを複数枚の板材から構成し、上部管寄せ２内で上部管寄せ２の軸方向（図１において左右方向）に離隔して、互いに隙間３０をあけて水平に設置すればよい。あるいは、各バッフル板２８，２９それぞれを一枚の板材から構成するが、長手方向に離隔した複数箇所に開口３０を形成しておき、上部管寄せ２内で上部管寄せ２の軸方向に沿って水平に設置すればよい。後者の場合、適宜の開口３０を空けた二枚の板材をスペーサ（図示省略）を介して上下に離隔して平行に取り付けた後、これを上部管寄せ２内に収容して、上部管寄せ２の左右両端部において溶接すれば、上部管寄せ２への各バッフル板２８，２９の取付けを容易に行うことができる。
【００３４】
いずれの場合も、各バッフル板２８，２９を構成する板材は、その前後の端辺を、上部管寄せ２の周側壁の前後に当接させるのがよい。また、前記隙間または開口３０は、上バッフル板２８と下バッフル板２９とで、互い違いとなる位置に設けるのがよい。特に、各上昇管５の上部開口の真上には、下バッフル板２９が配置され、この下バッフル板２９の隙間や開口３０の真上に、上バッフル板２８が配置されるのがよい。さらに、上部管寄せ２から主蒸気弁２４への蒸気出口の真下に、上バッフル板２８が配置されるのがよい。このようにして、上昇管５からの気水分離を有効に図り、乾き度を向上した蒸気を取り出すことができる。なお、バッフル板２８，２９により気液分離された分離水は、上昇管５とは別の降水管（図示省略）を介して下部管寄せ３へ戻してもよい。
【００３５】
本実施例の電気ボイラ１は、さらに電極式水位検出器３１を備える。この電極式水位検出器３１は、上部管寄せ２と下部管寄せ３とに連通して設けられる水位検出筒３２と、これに差し込まれる複数（図示例では三本）の電極棒３３〜３５とを備える。
【００３６】
水位検出筒３２は、導電性材料により形成された中空容器であり、上部連通管３６を介して上部管寄せ２に接続される一方、下部連通管３７を介して下部管寄せ３に接続される。その際、上部連通管３６は、水位検出筒３２の上部と、上部管寄せ２の周側壁上部とを接続する。また、下部連通管３７は、水位検出筒３２の下部と、下部管寄せ３の周側壁とを接続する。
【００３７】
水位検出筒３２には、長さの異なる複数の電極棒３３〜３５が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて、挿入され保持される。本実施例では、給水停止電極棒（Ｓ棒）３３、給水開始電極棒（Ｍ棒）３４、および低水位検出電極棒（Ｌ棒）３５が、順に下端部の高さ位置を低くして、水位検出筒３２内に挿入されている。各電極棒３３〜３５は、導電性材料により形成された細長い棒材であり、その上部が絶縁性材料のガイシ（図示省略）を介して、水位検出筒３２の上壁に保持される。
【００３８】
そして、水位検出筒３２を共通電極としつつ、各電極棒３３〜３５が給水制御器（図示省略）に接続される。各電極棒３３〜３５は、その下端部が水に浸かれば、水位検出筒３２との間で電気的な導通が確保される。従って、給水制御器は、各電極棒３３〜３５に流れる電流の有無によって、各電極棒３３〜３５の下端部に水位があるか否かを検出する。
【００３９】
給水制御器は、各電極棒３３〜３５による水位検出の有無に基づき、缶体６内の水位を調整する。具体的には、給水制御器は、給水開始電極棒３４が水位を検出しなくなると、給水ポンプ２３を作動させ、給水停止電極棒３３が水位を検出すると、給水ポンプ２３を停止する。これにより、缶体６内の水位は、給水開始電極棒３４の下端部と、給水停止電極棒３３の下端部との範囲に維持される。また、給水制御器は、電気ボイラ１の運転中、低水位検出電極棒３５により、水位が所定以下にならないように監視する。万一、低水位検出電極棒３５が水位を所定時間検出しなければ、各水管４を過熱するおそれがあるとして、その旨の警報を出すと共に、各電気ヒータ７への給電を遮断する。
【００４０】
以上の構成の電気ボイラ１によれば、電気ヒータ７は非加熱部Ｙが比較的長く設定されている。そのため、電気ヒータ７は、水管４から上昇管５が分岐する箇所の下端部より下方にまで、非加熱部Ｙが延出している。そして、この非加熱部Ｙ内の設定領域に水位が維持されるように、下部管寄せ３への給水が制御される。つまり、給水停止電極棒３３および給水開始電極棒３４は、いずれも下端部が電気ヒータ７の非加熱部Ｙと対応した高さに配置されている。
【００４１】
従来のものと比較して非加熱部Ｙを長くとり、非加熱部Ｙ内で給水制御を行うことにより、電気ヒータ７の過熱の危険性を低減することができる。また、非加熱部Ｙが配置される箇所の水管４の長さ、および上昇管５の長さを比較的長くとり、水面から上部管寄せ２までの離隔距離を長くとることで、蒸気の乾き度を向上することができる。さらに、非加熱部Ｙを長くとることにより、電気ヒータ７の上端部への伝熱を抑制して、配線温度の上昇を防止し、電気ヒータ７の配線部の耐久性および安全性を高めることができる。
【００４２】
また、電気ヒータ７の加熱部Ｘの上端から上部管寄せ２の下端までの上下方向の離隔寸法は、電気ヒータ７の加熱部の長さよりも長く、たとえば１．２倍に設定されている。この構成によっても、電気ヒータ７の加熱部Ｘの上端から上部管寄せ２までの離隔距離を長くとることができ、蒸気の乾き度を向上することができる。しかも、上部管寄せ２内に適宜のバッフル板２８，２９を設け、上昇管５からの気液の噴流を衝突させて気液分離を図れば、蒸気の乾き度の一層の向上を図ることができる。
【００４３】
本発明の電気ボイラ１は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、缶体６の構成は、一例であって、適宜に変更可能である。たとえば、前記実施例では、上部管寄せ２と下部管寄せ３とを、三つの水管４および上昇管５で接続したが、水管４および上昇管５の本数は、適宜に増減可能である。
【００４４】
また、前記実施例では、各電気ヒータ７には、六本のヒータ体８を設けたが、ヒータ体８の本数は、適宜に増減可能である。但し、三相交流との接続を考慮すると、一の電気ヒータ７には、３の倍数のヒータ体８を設けるのが好ましい。
【００４５】
さらに、バッフル板２８，２９の設置枚数、設置位置、隙間や開口３０の位置や大きさなどは、適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電気ボイラ
２  上部管寄せ
３  下部管寄せ
４  水管
５  上昇管
７  電気ヒータ
２３  給水ポンプ
２８  上バッフル板
２９  下バッフル板
３０  隙間または開口
３１  電極式水位検出器
３３  給水停止電極棒
３４  給水開始電極棒
Ｘ  加熱部
Ｙ  非加熱部
【図１】
2010169356.tif 000003
【図２】
2010169356.tif 000004
【図３】
2010169356.tif 000005