JPS6112629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、竪型電気ヒーターの改良に関するも
のである。

電気ヒーターの内でも大型のものは、原子炉の
模擬実験に於いて、原子炉の炉心温度と等しい
1000℃以上の高温度を発生させる熱発生源として
使用される。

かかる使用目的の電気ヒーターは、ガスの不安
定流動を無くし、ガスの滞流、脈動の発生を抑え
る為に、第１図に示す如く高圧の熱媒体である
700℃のHeガスを圧力容器１の下部に設けたガス
流入口２より内部に導入し、上部に設けたガス流
出口３より流出する竪型形式のものが多く、また
中空円筒のヒーターエレメント４はぶれを防ぐ為
に、図示の如く上端を上部管板５に吊垂固定する
ものが多い。

ところで電気ヒーターは、電気抵抗を大きくす
る為に、ヒーターエレメント４の肉厚を薄くし、
径を小さくする必要があり、また伝熱面積を大き
くするには、ヒーターエレメント４を長くする必
要がある。

然し乍ら、前記竪型電気ヒーターに於いて、ヒ
ーターエレメント４の肉厚を薄くし、小径にして
長さを長くすると、1000℃以上の高温により自重
に耐えられなくなつて溶断してしまうので、あま
り長くはできないものである。従つて充分な伝熱
面積が得られないものである。

またヒーターエレメント４の上端を吊垂固定せ
しめた上部管板５は、肉厚が厚く電気抵抗が小さ
く熱容量が大きいので、ヒーターエレメント４か
ら熱伝達を受けて高温となり、極めて大きな熱応
力がかかる。しかもこの上部管板５は、スペーサ
ー６を介して圧力容器１の内面に支持固定され、
且つ多数のヒーターエレメント４の上端を支持固
定せしめているので、熱膨脹する余裕が少なく、
従つて前記熱応力を吸収緩和することができずに
変形損傷し、ひいては上部管板５に吊垂固定した
ヒーターエレメント４の一端部も損傷し、Heガ
スの流動に支障を来たし、Heガスを所要の温度
まで加熱することができない等の問題があつた。

本発明はかかる従来の竪型電気ヒーターの問題
点を解消すべくなされたものであり、中空円筒の
ヒーターエレメントを長くすることなく、その外
周に電気絶縁材を介して外筒管を同心に設けて、
ヒーターエレメントの内外にHeガスを通してヒ
ーターエレメントの伝熱面を増大し、またヒータ
ーエレメントの上端を上部管板に吊垂固定せずに
上方に延長して圧力容器内頂部の断熱材で被われ
た低温空間内で吊垂固定して、上部管板に熱応力
がかからないようにした竪型電気ヒーターを提供
せんとするものである。

以下本発明による竪型電気ヒーターの一実施例
を第２，３図によつて説明すると、１′は圧力容
器で、下部のガス流入口２′から上部のガス流出
口３′までの直胴部の内周面に断熱材７が所要の
厚さに張設され、リフレクター８に押えられた内
部空間９内に一定間隔に上部管板５、中間部管板
５′、下部管板５″がスペーサー６を介して圧力容
器１′の内周面に支持固定されている。これら管
板５，５′，５″には肉厚を薄くした中空円筒のヒ
ーターエレメント４′が多数等間隔に貫通され、
このヒーターエレメント４′は上方に延長せしめ
られてその上端が内部空間９の上端を封塞した断
熱材１０に貫通され、そしてこの断熱材１０と圧
力容器１′の頂部に充填した断熱材１１とにより
隔絶された低温空間１２にてエレメント受１３に
支持固定されている。即ち、第３図に示す如くヒ
ーターエレメント４′の上端に設けられたフラン
ジ４ａがエレメント受１３の筒体１３ａのフラン
ジ１３ｂと押え板１４とに挾まれてボルト１５に
て締付固定されている。前記断熱材１０で囲繞さ
れたヒーターエレメント４′の上端部内部空間は
封塞され、断熱材１０と上部管板５との間のガス
出口部空間１６に於けるヒーターエレメント４′
の外周面には、一定間隔に多数のガス吐出孔１７
が穿設されている。上部管板５から下部管板５″
までのヒーターエレメント４′の外周には、外筒
管１８が同心に配設されて各管板５，５′，５″に
支持固定され、この外筒管１８の上部管板５の上
方及び下部管板５″の下方に貫通した部分には、
第４図に示す如く三方に切欠１９が設けられ、こ
の切欠１９の部分に外筒管１８に嵌着した筒状の
電気絶縁材２０の内周面の三方に設けられた突起
２１が嵌合されて、この突起２１にてヒーターエ
レメント４′が摺動可能に支持されている。また
外筒管１８の中間部管板５′の上側部分の内周面
には第５図に示す如く筒状の電気絶縁材２０′が
嵌着され、この電気絶縁材２０′にスペーサー２
２を介してヒーターエレメント４′が摺動可能に
支持されている。前記圧力容器１′の内部空間９
の下端を封塞した断熱材２３と下部管板５″との
間のガス入口部空間２４内の下半部には、内周壁
２５に多数の透孔２６を穿設せる環状筒２７がガ
ス流入口２′に連通して設けられている。そして
この環状筒２７の内側には、ヒーターエレメント
４′の下端開口面が臨んでおり、またヒーターエ
レメント４′の下端部外周面に多数のガス導入孔
２８が穿設されている。

尚、ヒーターエレメント４′の下端部にはバー
２９が取付けられ、このバー２９が断熱材２３を
気密に貫通して水冷電極３０に取付けられたブー
スバー３１と電気的に接続されており、またヒー
ターエレメント４′はエレメント受１３、その支
持部材１３′を介して圧力容器１′と電気的に接続
されている。

かように構成された本発明の竪型ヒーターに於
いて、水冷電極３０に通電されると、これよりブ
ースバー３１、バー２９を経てヒーターエレメン
ト４′に通電され、エレメント受１３、支持部材
１３′を介して圧力容器１′にアースされ、一つの
スター結線が構成され、ヒーターエレメント４′
が加熱される。一方ガス流入口２′からガス入口
部空間２４の環状筒２７内に入つた高圧の熱媒体
である700℃のHeガスは、該環状筒２７の内周壁
２５に穿設された透孔２６より吐出され、ヒータ
ーエレメント４′の下端開口面及び下端部外周面
のガス導入孔２８より中空円筒のヒーターエレメ
ント４′内に入り、またヒーターエレメント４′の
外周の外筒管１８の下端開口面より該外筒管１８
内に入る。そしてこのヒーターエレメント４′の
内外を通つて充分に加熱され、ヒーターエレメン
ト４′の上端部外周面のガス吐出孔１７及び外筒
管１８の上端開口面よりガス出口部空間１６に入
り、ガス流出口３′より1000℃の温度で出る。

然して高温で赤熱しているヒーターエレメント
４′は、Heガスとの熱交換により下部が低く上部
が高くなつて温度差が生じ、熱応力が生じるが、
該ヒーターエレメント４′は外筒管１８と絶縁材
２０，２０′にて電気絶縁されて下方に摺動可能
となつており、しかも上方に延長されてその上端
が断熱材１０，１１で隔絶した低温空間１２にて
エレメント受１３に支持固定されているので、こ
のヒーターエレメント４′は各管板５，５′，５″
に拘束されることなく、下方に熱膨脹してつまり
下方に伸長摺動して熱応力を吸収緩和することに
なる。

また上中下各管板５，５′，５″は、前述の如く
ヒーターエレメント４′と外筒管１８にて隔離さ
れしかも外筒管１８とヒーターエレメント４′と
は絶縁材２０，２０′にて電気絶縁され、且つヒ
ーターエレメント４′が摺動し得るように支持し
ているので、ヒーターエレメント４′に拘束され
ることがなく、ヒーターエレメント４′から直接
熱伝達を受けることもない。従つて各管板５，
５′，５″がヒーターエレメントの輻射熱により温
度上昇した外筒管１８から熱伝達を受け、また上
部管板５と下部管板５″がHeガスに触れて温度上
昇しても、これら各管板５，５′，５″自体にはど
の部分においても殆んど温度差がないので、熱応
力の発生が少ない。

以上詳述した通り本発明の竪型電気ヒーター
は、ヒーターエレメントの外周に同心に外筒管を
設けて、ヒーターエレメントの内外にHeガスを
通して加熱するようにしたので、つまりヒーター
エレメントの内、外周面を伝熱面となしたので単
位長さ当りの伝熱面積が倍増し、Heガスの熱交
換効率が極めて高いものである。従つて従来のよ
うにヒーターエレメントの長さを長くせずとも充
分な伝熱面積を得ることができる。

またヒーターエレメントを上部管板に吊垂固定
せずに圧力容器内頂部の断熱材で被われた低温空
間内で上端を吊垂固定し、ヒーターエレメントの
途中を同心に各管板に固定せる外筒管内に電気絶
縁材を介して摺動可能に挿通支持してあるので、
ヒーターエレメントはHeガスとの熱交換により
上部と下部とで温度差が生じ、熱応力が生じて
も、外筒管に拘束されることなく下方に熱膨脹し
て熱応力を吸収緩和することができる。

さらに管板は高熱のヒーターエレメントから直
接熱伝達を受けることがなく、しかもヒーターエ
レメントに拘束されることもないので、ヒーター
エレメントから輻射熱を受けた外筒管からの熱伝
達があつても、Heガスとの接触による受熱があ
つても、管板そのものには殆んど温度差がなく熱
応力の発生は極めて少ない。従つて管板が変形損
傷するようなことがないので、ヒーターエレメン
トは勿論のこと外筒管も損傷するようなことはな
く、Heガスの流動に支障を来たすこともなく、
確実にHeガスを所要の温度まで充分加熱するこ
とができる。

またガス入口部空間内に、内周壁に多数の透孔
を等間隔に穿設した環状筒をガス流入口に連通し
て設け、ヒーターエレメントの下端部外周面に下
端開口とは別にガス導入孔を穿設してあるので、
ガス流入口から入つたガスは不安定流動を起すこ
となく各ヒーターエレメントの内外を均一に流れ
るので、ガスの滞流によるオーバーヒート等を起
すことがない等の数多くの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の竪型電気ヒーターの縦断面図、
第２図は本発明の竪型電気ヒーターの縦断面図、
第３図は本発明の竪型電気ヒーターに於けるヒー
ターエレメントの吊垂支持状態を示す拡大縦断面
図、第４図は第３図のＡ−Ａ線拡大横断面図、第
５図は第３図のＢ−Ｂ線拡大横断面図である。 １′……圧力容器、２′……ガス流入口、３′…
…ガス流出口、４′……ヒーターエレメント、５
……上部管板、５′……中間部管板、５″……下部
管板、６……スペーサー、７……断熱材、８……
リフレクター、９……内部空間、１０，１１……
断熱材、１２……低温空間、１３……エレメント
受、１３′……支持部材、１４……押え板、１５
……ボルト、１６……ガス出口部空間、１７……
ガス吐出孔、１８……外筒管、１９……切欠、２
０……電気絶縁材、２１……突起、２２……スペ
ーサー、２３……断熱材、２４……ガス入口部空
間、２５……内周壁、２６……透孔、２７……環
状筒、２８……ガス導入孔、２９……バー、３０
……水冷電極、３１……ブースバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスを下部から導入し上部から排出する竪型
   電気ヒーターに於いて、中空円筒のヒーターエレ
   メントを各管板に貫通すると共に上方に延長して
   その上端を断熱材で隔絶した低温空間にてエレメ
   ント受に支持固定し、断熱材で囲繞されたヒータ
   ーエレメントの上端部内部空間を封塞すると共に
   ガス流出口に連なるガス出口部空間に於けるヒー
   ターエレメントの外周面に多数のガス吐出孔を穿
   設し、上部管板から下部管板までのヒーターエレ
   メントの外周には外筒管を同心に配設して各管板
   に電気絶縁材を介して摺動可能に支持し、ヒータ
   ーエレメントの下端部外周にガス導入孔を穿設
   し、ヒーターエレメントの下方のガス入口部空間
   内には内周壁に多数の透孔を穿設せる環状筒をガ
   ス流入口に連通して設けたことを特徴とする竪型
   電気ヒーター。