(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水門設備の凍結防止部に配設された被加熱部材と、該被加熱部材に設置された管体と、該管体に挿通された絶縁電線と、該絶縁電線に接続された交流電源とを備え、該交流電源により前記絶縁電線に交流電流を通電することで前記管体に誘導電流を生じさせ前記管体を発熱させるようにした水門の凍結防止装置であって、
前記管体が、前記被加熱部材から前記交流電源側に延出されており、前記交流電源側の端部から前記被加熱部材の手前までの部分は前記誘導電流が生じ難い第１材で形成され、前記被加熱部材の部分は前記第１材よりも前記誘導電流が生じ易い第２材で形成されたことを特徴とする水門の凍結防止装置。
【請求項２】
前記第２材の透磁率が、前記第１材の透磁率よりも大きい請求項１に記載の水門の凍結防止装置。
【請求項３】
前記第１材が非磁性体であり、前記第２材が磁性体である請求項１又は２に記載の水門の凍結防止装置。
【請求項４】
前記第１材が、オーステナイト系ステンレス材又は樹脂である請求項１から３の何れか１項に記載の水門の凍結防止装置。
【請求項５】
前記管体の前記第１材で形成された部分の少なくとも一部が、コンクリートで覆われている請求項１から４の何れか１項に記載の水門の凍結防止装置。
【請求項６】
前記管体の前記第１材の部分と前記第２材の部分とが、不導体を介して接続された請求項１から５の何れか１項に記載の水門の凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水門設備の凍結の虞がある部分を加熱することで凍結を防止する水門の凍結防止装置に係り、特に、誘導加熱（Induction  Hearting）を利用した水門の凍結防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水門設備には、水を堰き止め或いは開放するために開閉される扉体と、扉体の開閉動作に伴って扉体が摺接、押付又は離反される戸当たり金物とが備えられている。ここで、冬季や厳冬期においては、扉体及び戸当たり金物の近傍の水が凍結して扉体が戸当たり金物に氷着し、扉体が開閉不能となる場合がある。これを防止するため、扉体や戸当たり金物等の凍結の虞がある部分（凍結防止部）を加熱し、扉体の氷着を防止するようにしている。
【０００３】
凍結防止部を加熱する水門の凍結防止装置として、水門設備の凍結防止部に配設された被加熱部材と、被加熱部材に装着された鋼管と、鋼管に挿通された絶縁電線と、絶縁電線に接続された交流電源とを備えたものが知られている（特許文献１〜３参照）。この凍結防止装置は、交流電源から絶縁電線に通電した交流電流の交番磁束によって鋼管に誘導電流（渦電流）を生起させ、渦電流が流れる鋼管の電気抵抗に応じたジュール熱によって鋼管を発熱（誘導加熱）させることで、鋼管が装着された被加熱部材を加熱し、凍結防止部での水の凍結を防止して扉体の氷着を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５７−４０２９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２５６９４２号公報
【特許文献３】特開２００９−２８７３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の水門の凍結防止装置においては、被加熱部材がコンクリート等で埋設されている場合であっても、露出部（地上部）から被加熱部材に亘って鋼管を配設し、その鋼管に絶縁電線を引き抜き可能に挿通することで、絶縁電線を保護すると共に、メンテナンス時に絶縁電線の交換を行うようにしていた。このため、地上部から被加熱部材の手前までの部分（加熱する必要がない部分）の鋼管も誘導電流によるジュール熱によって発熱してしまい、無駄に電力を消費することとなっていた。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、管体を被加熱部材から交流電源側に延出してその管体に絶縁電線を挿通した水門の凍結防止装置において、管体の加熱が不要な部分は発熱させず、管体の加熱が必要な部分のみを発熱させ、消費電力の低減を図った水門の凍結防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために創案された本発明に係る水門の凍結防止装置は、水門設備の凍結防止部に配設された被加熱部材と、被加熱部材に設置された管体と、管体に挿通された絶縁電線と、絶縁電線に接続された交流電源とを備え、交流電源により絶縁電線に交流電流を通電することで管体に誘導電流を生じさせ管体を発熱させるようにした水門の凍結防止装置であって、管体が、被加熱部材から交流電源側に延出されており、交流電源側の端部から被加熱部材の手前までの部分は誘導電流が生じ難い第１材で形成され、被加熱部材の部分は第１材よりも誘導電流が生じ易い第２材で形成されたことを特徴とする。
【０００８】
第２材の透磁率が、第１材の透磁率よりも大きいものであってもよい。第１材が非磁性体であり、第２材が磁性体であってもよい。第１材が、オーステナイト系ステンレス材（SUS304等）又は樹脂であってもよい。
【０００９】
管体の第１材で形成された部分の少なくとも一部が、コンクリートで覆われていてもよい。管体の第１材の部分と第２材の部分とが、不導体を介して接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る水門の凍結防止装置によれば、加熱が不要な管体の第１材の部分を殆ど又は全く発熱させることなく、加熱が必要な管体の第２材の部分を重点的に発熱させることができる。よって、管体の全体を満遍なく発熱させていた従来例と比べ、消費電力を低減することができる。
【００１１】
また、絶縁電線に交流電流を通電した際、誘導電流が管体の第２材の部分に集中して生起されるので、管体の全体に満遍なく誘導電流が生起されていた従来例と比べると、第２材の部分に生起される誘導電流値が大きくなって発熱量が高まる。よって、被加熱部材を効率よく加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の前提となる、誘導加熱を利用した鋼管発熱式ヒーターの概略を表す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水門の凍結防止装置の概略を表す斜視図である。
【図３】図２に示す凍結防止装置の側断面図である。
【図４】図１、図２に示す凍結防止装置に備えられた管体の第１材の部分と第２材の部分との接続部を表す部分断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る水門の凍結防止装置の側断面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（本発明の前提となる鋼管発熱式ヒーター）
図１に示すように、鋼管発熱式ヒーター１ｘは、発熱体となる鋼管（管体）２ｘと、管体２ｘに挿通された絶縁電線３と、絶縁電線３に接続された交流電源４とを備えており、交流電源４から絶縁電線３に通電した交流電流の交番磁束によって管体２ｘに誘導電流（渦電流）を生起させ、渦電流が流れる管体２ｘの電気抵抗に応じたジュール熱によって管体２ｘを発熱（誘導加熱）させるものである。
【００１５】
かかる鋼管発熱式ヒーター１ｘにおいては、管体２ｘの全体に誘導電流が生起されるため、そのジュール熱によって管体２ｘの全体が発熱してしまう。よって、これを水門の凍結防止装置に用いた場合、既述したように加熱が不要な部分の管体２ｘまでも同様に発熱してしまい、無駄な電力を消費していた。これを解消するようにしたものが、以下に説明する本発明に係る水門の凍結防止装置である。
【００１６】
なお、並設された管体２ｘの両端同士を短絡片２ｙで電気的に接続するようにしてもよい。短絡片２ｙは、管体２ｘの外周面に発生する誘導電流（渦電流）を相殺する機能を発揮する。これにより、誘導電流が管体２ｙの外周面から漏電することを回避できる。
【００１７】
（水門）
先ず、図２、図３を用いて、本実施形態に係る凍結防止装置１が取り付けられる水門５について説明する。図２は凍結防止装置１が取り付けられた水門５の斜視図、図３は図２に示す凍結防止装置１及び水門５の側断面図である。この水門５は、水の放流管６がコンクリート７に埋設されており、その放流管６に、扉体８を上下スライド可能に収容するケーシング（ボンネット）９が接続されている。ボンネット９は、略直方体状に形成された中空体からなり、放流管６が接続されるボンネット９の正面９ａには、放流管６の形状に合わせて入口９１が開口されており、その反対側であるボンネット９の背面９ｂには、下流側の水路１０に接続される出口９２が開口されている。
【００１８】
ボンネット９に収容された扉体８は、昇降装置１１によって昇降される。昇降装置１１は、油圧ジャッキ１２からなり、ボンネット９の頂部のボンネットカバー９ｃに装着されたシリンダ１２ａと、シリンダ１２ａ内に収容されたピストン（図示せず）と、上端がピストンに下端が扉体８に接続されたロッド１２ｂとを有する。ピストンを図示しない油圧装置によって上昇させることで扉体８を引き上げて入口９１を開放し、油圧装置によってピストンを下降させることで扉体８を押し下げて入口９１を閉じる。なお、昇降装置１１は、油圧ジャッキ１２に限られず、扉体８をワイヤで吊り上げ又は吊り下ろすウィンチでもよい。
【００１９】
扉体８によって開閉されるボンネット９の入口９１には、扉体８の正面８ａが接触するシールリング１３が設けられている。シールリング１３は、黄銅等の比較的軟らかい金属により入口９１の周方向に沿って形成された断面三角形状のリング体からなり、扉体８が下降したときに扉体８の正面８ａと接触して止水する。冬季や厳冬期には、下降した扉体８の正面８ａとシールリング１３との接触部近傍の水が凍結し、扉体８がシールリング１３に氷着して開放できなくなる事態が生じ得る。よって、シールリング１３の近傍を加熱して、上述の氷着を防止する必要がある。本実施形態においては、上述した扉体８とシールリング１３との接触部が凍結防止部に相当し、シールリング１３が被加熱部材に相当する。
【００２０】
（第１実施形態：水門の凍結防止装置）
次に、シールリング（被加熱部材）１３を加熱して上述した接触部（凍結防止部）近傍の水の凍結を防止することができる第１実施形態に係る水門の凍結防止装置１について説明する。図２、図３に示すように、この凍結防止装置１は、被加熱部材としてのシールリング１３を加熱するための管体２を有する。
【００２１】
管体２は、地上からコンクリート７に埋設されたシールリング１３に向かって下方に延出され、シールリング１３の周りに沿って略環状に延伸された後、再び地上に突き出るように上方に延出されている。管体２は、図２、図３においては１本となっているが、複数本配設してもよい。管体２には、絶縁電線３が引き抜き可能に挿通されており、絶縁電線３には、地上において交流電源４が接続され、交流電流が通電されるようになっている。交流電源４には、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数の交流電源を用いてもよいが、これに限られるものではない。
【００２２】
管体２は、交流電源４側の端部２ａからシールリングの手前までの部分２１が、絶縁電線３に交流電流を通電したとき誘導電流が生じ難い第１材で形成され、シールリング１３の部分２２が、第１材よりも誘導電流が生じ易い第２材で形成されている。管体２の第２材の部分２２は、溶接等によってシールリング１３の周りに取り付けられ、その取付部には、伝熱セメントが打設されている。伝熱セメントは、粉末状の炭素、セラミック、珪酸ソーダ、カルシウムシリケイト等から構成されており、誘導電流によって発熱した第２材の部分２２の熱を的確にシールリング１３に伝導する。
【００２３】
第２材の部分２２の透磁率は、第１材の部分２１の透磁率よりも大きい。透磁率が大きい方が誘導電流が生じ易いからである。例えば、第２材の部分２２には、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）、ＳＭ材（溶接構造用圧延鋼材）、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）等の炭素鋼の他、コバルト、ニッケル等の磁性体が用いられ、第１材の部分２１には、オーステナイト系ステンレス材（SUS304等）、アルミ、銅の他、塩化ビニル等の樹脂等の非磁性体が用いられる。本実施形態では、第２材の部分２２に鋼管が用いられ、第１材の部分２１にオーステナイト系ステンレス材（SUS304等）管又は塩化ビニル管が用いられている。
【００２４】
このような構成によれば、絶縁電線３に交流電流を通電したとき、管体２は、加熱が不要な第１材の部分２１（管体３の交流電源４側の端部２ａからシールリング１３の手前までの部分）が殆ど又は全く発熱することなく、加熱が必要な第２材の部分２２（管体２のシールリング１３の部分）が重点的に発熱することになる。よって、管体２の全体を満遍なく発熱させていた従来の鋼管発熱式ヒーター（従来例）１ｘと比べ、消費電力を低減することができる。すなわち、第２材の部分２２にて従来例と同等の発熱量を得るのであれば、絶縁電線３に通電する交流電流値を従来例よりも小さくできる。
【００２５】
なお、管体２の第１材で形成された部分２１は、シールリング１３から離れている上、その殆どがコンクリート７で覆われており、加熱する必要がない。また、ボンネット９が磁性体（ＳＳ材等の炭素鋼）で構成されている場合には、管体２の第１材（オーステナイト系ステンレス材等の非磁性体）で形成された部分２１を、ボンネット９から所定距離を隔てて設置することで、ボンネット９での誘導電流による発熱を避けるようにする。ここで、所定距離とは、管体２の第１材で形成された部分２１内の絶縁電線３を流れる交流電流によってボンネット９に生起される誘導電流が事実上無視できる程度に小さく、ボンネット９が殆ど発熱しない距離である。
【００２６】
また、図２に示すように、管体２の第２材で形成された部分２２の両端部同士を短絡片２５によって電気的に接続してもよい。短絡片２５は、管体２の第２材で形成された部分２２の外周面に発生する誘導電流（渦電流）を相殺し、誘導電流が部分２２の外周面から漏電することを防止する。但し、漏電が問題とならない環境であれば、短絡片２５は設置しなくてもよい。短絡片２５を設置しない場合、管体２の第２材で形成された部分２２における発熱量が高まるため、被加熱部材であるシールリング１３を効率よく加熱できる。
【００２７】
なお、絶縁電線３には、耐熱絶縁電線（耐熱絶縁ケーブル）が用いられている。絶縁電線３に交流電流を通電した際、管体２の第２材の部分２２が発熱するため、その熱によって絶縁電線３が熱損傷することを回避する必要があるからである。また、絶縁電線３は、絶縁性を有しているため、交流電流を通電した際に、その交流電流が管体２を介して、放流管６、シールリング１３、ボンネット９等に漏電することを防止できることは勿論である。
【００２８】
また、絶縁電線３は、コンクリート７に直接埋設されるのではなく、管体２に挿通されているため、水分や鋭利な突起等から防護される。加えて、絶縁電線３は、管体２に引き抜き可能に挿通されているため、数年から数十年毎に行われるメンテナンス時に、絶縁電線３の地上に露出した端部を把持して引き上げる等することで、管体２から引き抜かれる。
【００２９】
ところで、管体２の第１材の部分２１をオーステナイト系ステンレス管とし、第２材の部分２２を鋼管とした場合、それらの接続部において、異種金属間腐食（異種金属接触腐食）が生じる可能性がある。すなわち、上述した接続部に水分が存在すると、イオン化傾向の大きな鋼管（第２材の部分２２）が陽極となり、イオン化傾向の小さなオーステナイト系ステンレス管（第１材の部分２１）が陰極となって、陽極となる鋼管２２に腐食が生じる。
【００３０】
これを回避するために、図４に示すように、管体２の第１材の部分（オーステナイト系ステンレス管）２１と第２材の部分（鋼管）２２とを、電気的不導体である樹脂（塩化ビニル管）２３を介して接続している。具体的には、オーステナイト系ステンレス管２１の端部外周面と鋼管２２の端部外周面とに雄ネジ２１ａ、２２ａを形成し、塩化ビニル管２３の内周面に雌ネジ２３ａが形成し、これら雄ネジ２１ａ、２２ａと雌ネジ２３ａとを螺合することで、オーステナイト系ステンレス管２１と塩化ビニル管２３と鋼管２２とを物理的（機械的）に接続している。塩化ビニル管２３により、オーステナイト系ステンレス管２１と鋼管２２とを電気的に絶縁した状態にでき、異種金属接触腐食を回避できる。なお、オーステナイト系ステンレス管２１と塩化ビニル管２３、塩化ビニル管２３と鋼管２２とは螺合後に接着される。図４の２４は接着部である。
【００３１】
（第２実施形態）
図５、図６に、本発明の第２実施形態に係る水門の凍結防止装置１ａを示す。図５は凍結防止装置１ａが取り付けられた水門５の側断面図、図６は図５のVI−VI線断面図（凍結防止装置１ａ及び水門５の平断面図）である。本実施形態に係る凍結防止装置１ａは、図２及び図３を用いて説明した第１実施形態に係る凍結防止装置１と基本的な構成要素は同一であり、第１実施形態のように扉体８を収容するボンネット９の正面９ａのシールリング１３の部分を加熱するのみならず、ボンネット９の側面９ｄ及び背面９ｂをも加熱するようにした点が第１実施形態と相違する。よって、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図５、図６に示すように、第２実施形態においては、ボンネット９の正面９ａに、シールリング１３の部分を囲繞するようにして複数の管体２が配設されていることに加え、ボンネット９の側面９ｄの部分及び背面９ｂの部分にも、複数の管体２が配設されている。これらの管体２は、第１実施形態と同様に、第１材から形成された部分２１（例えばオーステナイト系ステンレス管、塩化ビニル管）と、第２材から形成されて部分２２（例えば鋼管）とを有し、それらが図４に示すように、電気的不導体である樹脂管２３（例えば塩化ビニル管）を介して接続されている。
【００３３】
ボンネット９の正面９ａにおける管体２の第２材の部分２２は、シールリング１３が装着されるように形成されたボンネット９の段差部９ｅの外周に接している。ボンネット９の側面９ｄにおける管体２の第２材の部分２２は、ボンネット９の一方の側面９ｄに接して下方に延出され、回り込んで底面９ｆに接し、反対側の側面９ｄに接して上方に延出されている。ボンネット９の背面９ｃにおける管体２の第２材の部分２２は、ボンネット９の出口９２の外周に接している。また、各管体２には、絶縁電線３が引き抜き可能に挿通されており、絶縁電線には交流電源４が接続されている（図２参照）。
【００３４】
この第２実施形態によれば、ボンネット９の正面９ａのシールリング１３の部分を加熱できるのみならず、ボンネット９の側面９ｄの部分及び背面９ｂの部分をも加熱できるので、冬季や厳冬期に扉体８がボンネット９の下部に下ろされて閉じた状態で氷着することを確実に防止できる。なお、この第２実施形態の基本的な作用効果は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、水門設備の凍結防止部に配設された被加熱部材と、被加熱部材に設置された管体と、管体に挿通された絶縁電線と、絶縁電線に接続された交流電源とを備え、交流電源により絶縁電線に交流電流を通電することで管体に誘導電流を生じさせ管体を発熱させるようにした水門の凍結防止装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  凍結防止装置
１ａ  凍結防止装置
２  管体
２ａ  端部
２１  第１材の部分
２２  第２材の部分
２３  不導体としての塩化ビニル管
３  絶縁電線
４  交流電源
５  水門
７  コンクリート
１３  被加熱部材としてのシールリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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