(57)【要約】【課題】排出される過熱済気体への液体の巻き込みを防止した気体の加熱装置等を提供する。【解決手段】使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置を第１の筒状体２０と、第１の筒状体の一方の端部から被加熱気体を第１の筒状体内に導入する導入管路１０と、第１の筒状体の内部に挿入され、導入管路側と反対側の端部で第１の筒状体と連通する第２の筒状体５０と、第２の筒状体の内部に挿入され、第１の筒状体と第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で第２の筒状体と連通する第３の筒状体７０と、第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、導入管路から排出管路までの気体流路内に設けられ、被加熱気体を加熱する加熱手段６０と、を備え、第１の筒状体の一部に被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分８０を設けた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、
第１の筒状体と、
前記第１の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、
前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、
前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記第１の筒状体の一部に前記被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことを特徴とする気体の加熱装置。
【請求項２】
前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の気体の加熱装置。
【請求項３】
使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、
第１の筒状体と、
前記第１の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、
前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、
前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする気体の加熱装置。
【請求項４】
前記遮熱手段は、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ気体が導入される連通箇所の近傍に配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の気体の加熱装置。
【請求項５】
前記遮熱手段は、前記第２の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板であることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の気体の加熱装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記第３の筒状体の外周面に沿わせて配置されたシーズヒータであり、
前記第３の筒状体は、外周面から突出し前記シーズヒータを支持する支持部材を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の気体の加熱装置。
【請求項７】
器体本体の端部に端板を取り付け、内部に隔管を配置して前記器体本体との間に外空間を形成し、前記外空間から前記隔管の内部の内空間に蒸気が流れるように通路が形成され、前記外空間に連通する飽和蒸気供給管および前記内空間に連通する過熱蒸気排出管が設けられ、前記内空間にシーズヒータが配設された過熱蒸気発生装置において、少なくとも次のいずれかの構造を備えることを特徴とする過熱蒸気発生装置。
（ａ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から前記外空間に所定の長さ突設される構造、
（ｂ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から所定の間隔離間した前記器体本体の側面部に設けられる構造、
（ｃ）前記器体本体の側面の一部に所定の体積の外方膨出部を有する構造。
【請求項８】
前記隔管が電解研磨後に不動態化処理を施したステンレス鋼であることを特徴とする請求項７に記載の過熱蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置、及び、飽和蒸気を再加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過熱蒸気（例えば、１００℃〜７００℃）は、ボイラ等で発生させた１００℃の飽和蒸気を、後段に設置された再加熱部分に配管等で導入し、加圧または電磁誘導等で再加熱することで発生させている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、多孔質材に含ませた水などから、直接、飽和蒸気を発生させ、更に加熱して過熱蒸気を発生するコンパクトな加熱器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
また、装置の小型化と熱効率の増大を目的に、シーズヒータを配設した流体加熱器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１３０３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８５２２号公報
【特許文献３】特開２００４−６９２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の過熱蒸気発生装置では、飽和蒸気発生部と過熱蒸気発生部とが送気管で連通されている構造のため装置配置上の制約が生じ、全体としてコンパクトでない。また、発生させた過熱蒸気を前記過熱蒸気発生部の上方へ排出する構造のため、過熱蒸気を対象物の近傍まで配管等で導くことになり、任意の方向にある対象物に過熱蒸気を直接作用させることができない。【０００６】
特許文献２に記載の加熱器を利用して過熱蒸気を発生させた場合には、加熱の過程で多孔質材を利用するので、流路抵抗が大きくなり過熱蒸気発生量に制約が生じる。また、前記多孔質材が微細化した場合、前記加熱器が供給する過熱蒸気に前記多孔質材が含まれる可能性があり、食品等に利用する場合に好ましくない。【０００７】
特許文献３に記載の流体加熱器を利用して過熱蒸気を発生させた場合には、前記流体加熱器をボイラから離して設置することができ、飽和蒸気を再加熱し直接過熱蒸気を排出できるため、前記流体加熱器を向けた方向に発生させた過熱蒸気を直接作用させることができる。しかしながら、飽和蒸気を再加熱する場合、ボイラから前記流体加熱器に至る経路で飽和蒸気が冷却され、凝縮水を伴った蒸気が前記流体加熱器に導かれることになる。たとえ飽和蒸気が凝縮水を伴わない状態で前記流体加熱器に供給されたとしても、運転初期において前記流体加熱器が低温時の場合には飽和蒸気が冷却され、前記流体加熱器内部に凝縮水として蓄積されることになり、凝縮水を巻き込んだ過熱蒸気を発生させてしまう。
また、この凝縮水は、過熱蒸気発生後、運転を終了した場合に前記流体加熱器内に残留し、前記流体加熱器を構成する材質に耐水性及び耐熱性のステンレス鋼を用いたとしても、過熱蒸気環境下で特に熱的に厳しくなる部分に錆を発生させてしまう。【０００８】
また、発生する過熱蒸気に凝縮水が巻込まれると、この凝縮水が過熱蒸気中で気化する際に急激な圧力変化が生じ、騒音等の原因となる。
本発明は、上記の問題点を解決すべく創案されたものであって、排出される過熱済気体への液体の巻き込みを防止した気体の加熱装置及び過熱蒸気発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、第１の筒状体と、前記第１の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、を備え、前記第１の筒状体の一部に前記被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。【００１０】
請求項３に記載の発明は、使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、第１の筒状体と、前記第１の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、を備え、前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記遮熱手段は、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ気体が導入される連通箇所の近傍に配置されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記遮熱手段は、前記第２の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記加熱手段は、前記第３の筒状体の外周面に沿わせて配置されたシーズヒータであり、前記第３の筒状体は、外周面から突出し前記シーズヒータを支持する支持部材を有することを特徴とする。【００１２】
請求項７に記載の発明は、器体本体の端部に端板を取り付け、内部に隔管を配置して前記器体本体との間に外空間を形成し、前記外空間から前記隔管の内部の内空間に蒸気が流れるように通路が形成され、前記外空間に連通する飽和蒸気供給管および前記内空間に連通する過熱蒸気排出管が設けられ、前記内空間にシーズヒータが配設された過熱蒸気発生装置において、少なくとも次のいずれかの構造を備えることを特徴とする過熱蒸気発生装置である。
（ａ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から前記外空間に所定の長さ突設される構造、
（ｂ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から所定の間隔離間した前記器体本体の側面部に設けられる構造、
（ｃ）前記器体本体の側面の一部に所定の体積の外方膨出部を有する構造。【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、耐食性向上のために、前記隔管が電解研磨後に不動態化処理を施したステンレス鋼であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
請求項１、２に記載の発明によれば、第１の筒状体の一部に被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことによって、この液体が加熱済気体に巻込まれ、同伴して排出されることがない。また、滞留部分に滞留した液体は、加熱装置の運転中に加熱されて過熱蒸気となり排出されるので、ドレンとして排出する必要がない。
請求項２、３、４に記載の発明によれば、第２の筒状体から第３の筒状体へ流入する気体の被加熱気体による冷却を低減するため、加熱装置の効率を高めることができる。
請求項５に記載の発明によれば、遮熱手段を第２の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板とすることによって、遮熱効果を高めて加熱装置の効率をより高めることができる。
請求項６に記載の発明によれば、シーズヒータの振動を抑制して加熱装置の損傷を防止することができる。さらに、シーズヒータから支持部材を介して第３の筒状体に伝搬された熱が気体の加熱に貢献することから、加熱装置の効率をさらに高めることができる。
請求項７、８に記載の発明によれば、任意の方向にある対象物に過熱蒸気を直接作用させることができるコンパクトで配置上の制約のない、過熱蒸気発生量に制約が無く微細化した多孔質材が混入することの無い、装置内部に蓄積した凝縮水を巻き込んだ過熱蒸気を発生させ又は内部に錆を発生させることの無い、過熱蒸気発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本発明を適用した気体の加熱装置の第１の実施形態である過熱蒸気発生装置（水蒸気加熱装置）を、図面に基づいて説明する。この過熱蒸気発生装置は、ボイラ等で発生した飽和水蒸気を再加熱し、過熱水蒸気として排出するものである。図１は第１の実施形態の過熱蒸気発生装置の一部断面を含む平面図である。図２は、図１のII−II断面を示す断面図である。過熱蒸気発生装置の外観は、飽和水蒸気供給管１０が接続された供給側端板３０と器体本体２０と過熱水蒸気排出管７０が接続された排出側端板４０から構成される。過熱蒸気発生装置の内部には、隔管５０が配置され、過熱水蒸気排出管７０を隔管５０の閉端部近傍まで伸ばして流体流路を形成した上で、流体を効率よく加熱するために隔管５０の内側で過熱水蒸気排出管７０の外側にシーズヒータ６０が配設される。過熱蒸気発生装置の内部の蒸気の流れ方向を、図中に矢印で示す。【００１６】
飽和蒸気供給管１０は供給側端板３０の内側に所定の長さ突出させて堰を設定し、凝縮水溜８０を形成するよう設置する。【００１７】
過熱蒸気発生装置の内部には高温の水蒸気が流れることになるので、特に温度条件の厳しくなる隔管５０等の各部材は、高温酸化処理または電解研磨後に表面を不動態化処理したステンレス鋼等を用い高温腐食対策をとる。【００１８】
以下、第１の実施形態の過熱蒸気発生装置について、より詳細に説明する。
器体本体２０は、円筒状に形成されている。器体本体２０の両端部２１，２２は、それぞれ供給側端板３０及び排出側端板４０によって閉塞されている。器体本体２０は、本発明にいう第１の筒状体として機能する。
供給側端板３０及び排出側端板４０は、それぞれ平板状の円盤であって、その外周縁部が器体本体２０の内周面と接する状態で嵌め込まれ、溶接等によって固定されている。
供給側端板３０及び排出側端板４０の中央部には、それぞれ飽和水蒸気供給管１０及び過熱水蒸気排出管７０が挿入され固定される開口３１，４１が形成されている。【００１９】
隔管５０は、器体本体２０よりも径が小さい円筒状に形成されている。隔管５０は、器体本体２０と同心となるように器体本体２０内に挿入されている。隔管５０は、その外周面から外径側に突き出したステー５１を有し、ステー５１の突端部を器体本体２０の内周面に固定することによって支持されている。隔管５０の両端部５２，５３は、供給側端板３０及び排出側端板４０とそれぞれ間隔を隔てて対向して配置されている。
隔管５０は、本発明にいう第２の筒状体として機能する。【００２０】
隔管５０の供給側端板３０側の端部５２は、端板５４によって閉塞されている。端板５４は、平坦な円盤状の部材であって、その周囲を隔管５０に溶接されることによって固定及びシールされている。
また、隔管５０の端部５２には、遮熱板１１０が設けられている。遮熱板１１０は、端板５４の外表面（飽和水蒸気供給管１０側の面）との間に空隙を有して配置された平板状の部材である。遮熱板１１０は、例えばステンレス鋼によって隔管５０よりもわずかに径が大きい円盤状に形成されている。遮熱板１１０は、端板５４と平行に配置されるとともに、後述する複数の支柱１１３で端板５４から浮かせた状態で隔管５０に固定されている。【００２１】
図３は、遮熱板１１０付近の拡大図であり、図３（ａ）は図１のIII部拡大図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ部矢視図である。
遮熱板１１０は、１対のプレート１１１、１１２を層状に重ねた二重構造となっており、支柱１１３により隔管５０に支持されている。
プレート１１１は、円盤状に形成され、隔管５０の端板５４と間隔を隔てて対向し、この端板５４と平行に配置されている。プレート１１１の外周縁部には、隔管５０と反対側（供給端板３０側）に立ち上げられた立上部１１１ａが形成されている。また、プレート１１１には、支柱１１３が挿入される開口１１１ｂが形成されている。
プレート１１２は、円盤状に形成され、プレート１１１の隔管５０とは反対側の面部と間隔を隔てて対向し、プレート１１１と平行に配置されている。プレート１１２の外周縁部は、プレート１１１の立上部１１１ａの突端部と溶接等によって接合されている。これによって、プレート１１１，１１２は、中空の円盤状の構造を形成する。
支柱１１３は、隔管５０の端板５４とプレート１１１とにわたして設けられた軸状の部材である。支柱１１３は、遮熱板１１０の周方向にほぼ等間隔に分散して、例えば３本が設けられる。支柱１１３の遮熱板１１０側の端部には円盤状のフランジ１１３ａが固定される。このフランジ１１３ａは、遮熱板１１０の内部（プレート１１１と１１２の間）に収容され、プレート１１１のプレート１１２側の面に固定されている。支柱１１３の隔管５０側の端部は、端板５４と例えば溶接等によって固定されている。【００２２】
飽和水蒸気供給管１０は、ボイラ等の図示しない飽和水蒸気発生装置から、被加熱気体である飽和水蒸気を供給される円筒状の管路である。飽和水蒸気供給管１０は、供給側端板３０の開口３１から器体本体２０内に挿入されている。開口３１の内周縁部と飽和水蒸気供給管１０の外周面との間は全周にわたって溶接され、これによって開口３１はシールされている。飽和水蒸気供給管１０は、器体本体２０とほぼ同心に配置されている。飽和水蒸気供給管１０の端部１１は、供給側端板３０から突出するとともに、遮熱板１１０と間隔を隔てて対向して配置されている。飽和水蒸気供給管１０は、本発明にいう導入管路として機能する。
ここで、器体本体２０をその軸心方向が鉛直方向と一致するように立てて配置し、供給側端板３０を下側とした場合、飽和水蒸気供給管１０の外周面と器体本体２０の内周面との間が凝縮水溜８０となる。この凝縮水溜８０には、飽和水蒸気が器体本体２０内で外気との熱交換等によって冷却されて発生する凝縮水（ドレン）が一時的に貯留される。【００２３】
飽和蒸気供給管１０の突出長（凝縮水溜８０の容積）の設定根拠を、以下に述べる。
飽和水蒸気量を約３kg/時、シーズヒータ容量を９００Ｗ、２７００Ｗ、４５００Ｗとした。本データから、飽和水蒸気を加熱した場合、雰囲気温度２０℃からの加熱で、４５００Wの場合、８０ｇの凝縮熱水が発生したことが分かる。
図４に、シーズヒータ容量をパラメータにした雰囲気温度と凝縮水量の関係を示す。本図で過熱蒸気発生装置に使用したシーズヒータ容量は、９００W、２７００W、４５００Wである。本データから、本実施形態の過熱蒸気発生装置で飽和水蒸気を加熱した場合、雰囲気温度０℃からの加熱では、４５００Wの場合に凝縮水は１００ｇ程度発生することが分かる。したがって、過熱蒸気発生装置において、凝縮水溜８０の総容積を、４５００Ｗで発生する凝縮水１００ｇに５０％の安全率を考慮した１５０ｇの凝縮水が保持できることを条件として、飽和水蒸気供給管１０の突出量とする。
前記対策により当然のことながら凝縮水は器内の過熱水蒸気により短時間で蒸発し湿り蒸気から過熱蒸気に移行するため、凝縮水をドレンとして器内から抜出す必要がなく全て過熱水蒸気として使用することができる。【００２４】
過熱水蒸気排出管７０は、過熱蒸気発生装置内で発生した加熱済気体である過熱蒸気を外部へ排出する円筒状の管路である。過熱水蒸気排出管７０は、排出側端板４０の開口４１から器体本体２０内へ挿入され、さらに、器体本体２０内で隔管５０内に挿入されている。開口４１の内周縁部と過熱水蒸気排出管７０の外周面との間は全周にわたって溶接され、これによって開口４１はシールされている。過熱水蒸気排出管７０は、器体本体２０及び隔管５０とそれぞれほぼ同心に配置されている。過熱水蒸気排出管７０の先端部７１は、隔管５０の内部において、端板５４と間隔を隔てて対向して配置されている。この先端部７１は、隔管５０の内周面と過熱水蒸気排出管７０の外周面との間を流れてきた水蒸気が過熱水蒸気排出管７０内に導入される連通部となっている。
この過熱水蒸気排出管７０は、本発明にいう第３の筒状体、及び、排出管路として機能する。【００２５】
シーズヒータ６０は、飽和水蒸気供給管１０から供給された飽和水蒸気を再加熱して過熱蒸気とする加熱手段である。シーズヒータ６０は、供給側端板３０から器体本体２０内に導入され、ここから器体本体２０の内周面と隔管５０の外周面との間を通して隔管５０の端板５４と反対側の端部（開口端部）５３まで直線状に配置されている。シーズヒータ６０の発熱部６１は、隔管５０の開口端部から隔管５０の内径側に引き込まれ、過熱水蒸気排出管７０の外周面に螺旋状に巻き付けられている。
シーズヒータ６０の発熱部６１は、過熱水蒸気排出管７０の外周面から突き出して設けられたサポート１００によって支持されている。
過熱水蒸気排出管７０の外表面上軸方向に付設されたサポート１００によってシーズヒータ６０の耐振性を確保し、シーズヒータ６０と過熱水蒸気排出管７０及び隔管５０の損傷事故を防ぎ、さらに連通する過熱水蒸気排出管７０内を流れる過熱水蒸気への伝熱効率を付与された耐振及び加熱構造である。【００２６】
上記した構成によって、飽和水蒸気供給管１０から器体本体２０に導入された飽和水蒸気は、隔管５０内を流れる過熱水蒸気の冷却回避の目的で配設された遮熱板１１０と隣接する端板５４に当たり外空間Ｓ１で予熱され、連通する内空間Ｓ２で加熱され、さらに連通する過熱水蒸気排出管７０で最終加熱され、１．５パスによる安定した質の過熱水蒸気を生成することができる。【００２７】
すなわち、飽和水蒸気供給管１０から器体本体２０内に吹込まれた飽和水蒸気は、遮熱板１１０に衝突して外径側に流れ、さらに器体本体２０の内周面と衝突し、器体本体２０の内周面と隔管５０の外周面との間の外空間Ｓ１内を排出側端板４０側へ流れる。排出側端板４０付近に達した水蒸気は、隔管５０の開口している端部５３から隔管５０の内径側へ流入し、隔管５０の内周面と過熱水蒸気排出管７０との間の内空間Ｓ２内を端部５２及び端板５４側へ流れる。端部５２付近に達した水蒸気は、端板５４と衝突して過熱水蒸気排出管７０の端部７１内へ導入され、過熱水蒸気排出管７０内を通って外部へ排出される。【００２８】
また、水蒸気は、上記のように流れる途中で、シーズヒータ６０の発熱部６１によって加熱され、飽和水蒸気から過熱蒸気へと変化する。また、飽和水蒸気が器体本体２０を介した外気との熱交換や、運転開始直後における低温の各部材によって冷却されて発生する凝縮水は、器体本体２０の内周面等を伝って滴下し、凝縮水溜８０に貯留される。凝縮水は、装置の運転中に加熱されて過熱水蒸気となり排出される。【００２９】
本実施形態においては、生成した過熱水蒸気温度を減温させることなく最大熱効率を確保するため、飽和水蒸気供給管１０の入口と過熱水蒸気排出管７０の出口を両間隔が最大となるように、器体本体２０の両端部２１，２２近傍に配設し、飽和水蒸気供給管１０の入口近傍に飽和水蒸気の流れ方向に直面する位置に遮熱板１１０を配設し、過熱水蒸気が内流する隔管５０が冷却減温されることを回避し、全体の熱効率を向上させている。【００３０】
図５に、過熱蒸気発生装置を使用してボイラで供給した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させた場合の過熱水蒸気温度の時間変化を示す。実験条件は、過熱蒸気発生装置に供給される飽和水蒸気量を約３kg/時、シーズヒータ容量を１８００Ｗ、シーズヒータ表面温度を２００℃から３００℃のＰＩＤ制御とした。本図で飽和水蒸気供給管１０入口での飽和水蒸気温度、過熱水蒸気排出管７０出口での過熱水蒸気温度、雰囲気温度を示す。本データから、ボイラ等から供給された飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置で再加熱して２５０℃の過熱水蒸気を安定して発生できることがわかる。【００３１】
図６に、過熱蒸気発生装置を使用してボイラで供給した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させた場合の過熱蒸気発生装置で使用するシーズヒータ容量と過熱水蒸気温度の関係を示す。実験条件は、過熱蒸気発生装置に供給される飽和水蒸気量を約３kg/時、シーズヒータ容量を５００W、９００W、１３００Wとした。本実験では、器体本体２０の外側に断熱材施工有無の２ケースを実施した。飽和水蒸気供給管１０の入口での飽和水蒸気温度、過熱水蒸気排出管７０の出口での過熱水蒸気温度（断熱材施工をした場合）、雰囲気温度を示す。本データから、器体本体２０の外側に断熱材施工をしない場合は、５００Wで２８８℃、９００Wで４６０℃、１３００Wで６００℃の過熱蒸気を発生できることがわかる。また、器体本体２０の外側に断熱材施工をした場合は、５００Wで２８９℃、９００Wで５１５℃、１３００Wで６７０℃の過熱水蒸気を発生できることが分かる。【００３２】
ここで、本実施形態において、飽和水蒸気供給管１０から供給する飽和水蒸気の流速が大きいと、凝縮水溜８０に滞留する凝縮水の水面に沿った気流に凝縮水が液滴として巻き込まれ、排出される過熱水蒸気内に液相の状態で混入する場合がある。これを防止するため、飽和水蒸気の供給量は、凝縮水の液面の気流速を考慮して、水蒸気気流が液滴を巻込まないように設定する。【００３３】
以上説明した第１の実施形態によれば、排出される加熱済気体である過熱水蒸気に液体である凝縮水が巻き込まれることが防止され、凝縮水が気相へ変化する際の圧力変動による騒音の発生等を防止できる。
また、第１の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置の構成がコンパクトであり配置上の制約が少なく、任意の方向にある対象物に過熱水蒸気を直接作用させることができる。また、多孔質材を使用しないので、微細化した多孔質材の粒が過熱水蒸気に混入することがない。
さらに、第１の実施形態によれば、装置内部に凝縮水が蓄積されることがないため、内部に錆が発生しにくく耐久性に優れている。
また、第１の実施形態によれば、シーズヒータ６０を過熱水蒸気排出管７０から突き出したサポート１００によって支持することによって、シーズヒータ６０の振動及びこの振動に伴う装置の破損を防止し、さらに、シーズヒータ６０からサポート１００を介した過熱水蒸気排出管７０への熱伝導によって過熱水蒸気排出管７０内の過熱蒸気が加熱され、熱効率を向上できる。【００３４】
＜第２の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置して使用する場合である第２の実施形態を図７に示す。なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
飽和水蒸気供給管１０を器体本体２０の真横で供給側端板３０の内面から所定の高さ離して設置することにより、前記水蒸気加熱装置の内部に前記凝縮水溜２８０を形成することができ、垂直方向上向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。【００３５】
第２の実施形態の過熱蒸気発生装置は、第１の実施形態における飽和水蒸気供給管１０に代えて、以下説明する飽和水蒸気供給管２１０を備えている。
飽和水蒸気供給管２１０は、器体本体２０の供給側端板３０側の端部近傍における外周面から、径方向に突き出して固定されている。
また、第２の実施形態においては、凝縮水溜２８０は、飽和水蒸気供給管２１０よりも供給端板３０側の器体本体２０内に形成される。
以上説明した第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。【００３６】
＜第３の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する場合である第３の実施形態を、図８に示す。
第３の実施形態においては、装置の機械的構成は上述した第１の実施形態と実質的に同様であるが、排出側端板４０が下側となるように器体本体２０をその軸心方向が鉛直方向と一致するように配置する。すなわち、本実施形態においては、飽和水蒸気は器体本体２０の上方から供給され、過熱水蒸気は器体本体２０の下方から排出される。
過熱水蒸気加熱器の上下を反転させることで、過熱水蒸気排出管７０と器体本体２０と排出側端板４０とで凝縮水溜３８０を形成することができ、垂直方向下向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。【００３７】
＜第４の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する場合である第４の実施形態を、図９に示す。
第４の実施形態においては、装置の機械的構成は上述した第２の実施形態と実質的に同様であるが、排出側端板４０が下側となるように器体本体２０をその軸心方向が鉛直方向と一致するように配置する。すなわち、本実施形態においては、飽和水蒸気は器体本体２０の上方から供給され、過熱水蒸気は器体本体２０の下方から排出される。
第４の実施形態においては、過熱水蒸気排出管７０と器体本体２０と排出側端板４０とで凝縮水溜４８０を形成することができ、垂直方向下向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。【００３８】
＜第５の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第５の実施形態を図１０に示す。図１０において、図１０（ａ）は側面視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｂ−ｂ部矢視断面図である。（以下説明する図１１〜図１３において同様）
第５の実施形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する扁平部２３を除いて上述した第１の実施形態と同様であるが、器体本体２０の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
扁平部２３は、器体本体２０の径を部分的に大きくして、底部をほぼ平坦な形状とすることによって形成される。扁平部２３の内部は凝縮水溜５８０となっており、凝縮水はこの中に滞留する。
第５の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。【００３９】
＜第６の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第６の実施形態を図１１に示す。
第６の実施の形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する突出部２４を除いて上述した第１の実施形態と同様であるが、器体本体２０の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
突出部２４は、器体本体２０の外表面下部から下側にリブ状に突き出して設けられている。突出部２４は、器体本体２０の軸方向に沿って延在し、その横断面形状は図１１（ｂ）に示すように、ほぼ矩形状に形成されている。突出部２４の内部には、凝縮水溜６８０が設けられている。突出部２４は、例えばステンレス鋼板を用いた板金加工によって、器体本体２０とは別体に形成され、器体本体２０とは溶接等によって接合される。
第６の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。【００４０】
＜第７の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第７の実施形態を図１２に示す。
第７の実施の形態においては、装置の機械的構成は上述した第２の実施形態と同様であるが、器体本体２０の中心軸がほぼ水平となりかつ飽和水蒸気供給管２１０が上方となるように設置される。
第７の実施形態においては、器体本体２０の下部が凝縮水溜７８０として機能する。
第７の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。【００４１】
＜第８の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第８の実施形態を図１３に示す。
第８の実施の形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する突出部２５を除いて上述した第１の実施形態と同様であるが、器体本体２０の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
突出部２５は、器体本体２０の下部における径を部分的に大きくすることによって形成されている。その結果、器体本体２０の横断面形状は、図１３（ｂ）に示すように、下部が突き出した略卵型に形成されている。突出部２５の内部は凝縮水溜８８０となっており、凝縮水はこの中に滞留する。
第８の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。【００４２】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）各実施形態は、例えば、器体本体、隔管、過熱水蒸気排出管からなる３重管構造を有しているが、本発明はこれに限らず、４重以上の多重管構造を有する気体の加熱装置にも適用することができる。この場合、第１の筒状体を他の筒状体の内部に挿入したり、また、第３の筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成とすることができる。この場合、気体流路は２パス以上の構成となる。
（２）各実施形態は、加熱手段として例えばシーズヒータを適用しているが、加熱手段はこれに限定されず、例えばＩＨ等のシーズヒータ以外の加熱手段を用いるようにしてもよい。
（３）各実施形態において、加熱対象となる気体は例えば水蒸気であったが、本発明はこれに限らず、使用環境雰囲気以上の沸点を有する気体であれば特に限定されない。例えば、有機溶剤や、剥離用、洗浄用等の油を加熱するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用した過熱蒸気発生装置の第１の実施形態の一部断面を含む平面図である。
【図２】図１のII−II断面を示す断面図である。
【図３】図１の過熱蒸気発生装置における遮熱板付近の拡大図である。
【図４】雰囲気温度２０℃における過熱蒸気発生装置用シーズヒータ容量と凝縮水量の関係を示すグラフである。
【図５】飽和水蒸気から過熱水蒸気を発生させた場合の過熱水蒸気温度の時間変化を示すグラフである。
【図６】過熱蒸気発生装置用シーズヒータ容量と過熱水蒸気温度の関係を示すグラフである。
【図７】過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置して使用する第２の実施形態を示す図である。
【図８】過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する第３の実施形態を示す図である。
【図９】過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する第４の実施形態を示す図である。
【図１０】過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する第５の実施形態を示す図である。
【図１１】過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する第６の実施形態を示す図である。
【図１２】過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する第７の実施形態を示す図である。
【図１３】過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する第８の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    飽和水蒸気供給管              １１    端部
２０    器体本体                      ２１，２２    端部
２３    扁平部                        ２４，２５    突出部
３０    供給側端板                    ３１    開口
４０    排出側端板                    ４１    開口
５０    隔管                          ５１    ステー
５２，５３    端部                    ５４    端板
６０    シーズヒータ                  ６１    発熱部
７０    過熱水蒸気排出管              ７１    先端部
８０    凝縮水溜                    １００    サポート
１１０    遮熱板                      ２１０    飽和水蒸気供給管
２８０，３８０，４８０，５８０，６８０，７８０，８８０    凝縮水溜
Ｓ１    外空間                        Ｓ２    内空間
【図１】
2009047952.tif 000003
【図２】
2009047952.tif 000004
【図３】
2009047952.tif 000005
【図４】
2009047952.tif 000006
【図５】
2009047952.tif 000007
【図６】
2009047952.tif 000008
【図７】
2009047952.tif 000009
【図８】
2009047952.tif 000010
【図９】
2009047952.tif 000011
【図１０】
2009047952.tif 000012
【図１１】
2009047952.tif 000013
【図１２】
2009047952.tif 000014
【図１３】
2009047952.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月8日(2010.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生する過熱蒸気発生装置であって、
第１の筒状体と、
前記第１の筒状体の一方の端部から前記飽和水蒸気を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、
前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、
前記第３の筒状体から前記過熱水蒸気を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記飽和水蒸気を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記第１の筒状体の内周面部に前記飽和水蒸気が凝縮して生じる凝縮水が流入し前記加熱手段によって加熱されて蒸発する滞留部分を設けたことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項２】
前記導入管路から導入される前記飽和水蒸気と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項３】
飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生する過熱蒸気発生装置であって、
第１の筒状体と、
前記第１の筒状体の一方の端部から前記飽和水蒸気を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、
前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、
前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記飽和水蒸気を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記導入管路から導入される前記飽和水蒸気と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項４】
前記遮熱手段は、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ気体が導入される連通箇所の近傍に配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項５】
前記遮熱手段は、前記第２の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板であることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記第３の筒状体の外周面に沿わせて配置されたシーズヒータであり、
前記第３の筒状体は、外周面から突出し前記シーズヒータを支持する支持部材を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項７】
器体本体の端部に端板を取り付け、内部に隔管を配置して前記器体本体との間に外空間を形成し、前記外空間から前記隔管の内部の内空間に蒸気が流れるように通路が形成され、前記外空間に連通する飽和蒸気供給管および前記内空間に連通する過熱蒸気排出管が設けられ、前記内空間にシーズヒータが配設された過熱蒸気発生装置において、少なくとも次のいずれかの構造を備えることを特徴とする過熱蒸気発生装置。
（ａ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から前記外空間に所定の長さ突設される構造、
（ｂ）前記飽和蒸気供給管が前記端板から所定の間隔離間した前記器体本体の側面部に設けられる構造、
（ｃ）前記器体本体の側面の一部に所定の体積の外方膨出部を有する構造。
【請求項８】
前記隔管が電解研磨後に不動態化処理を施したステンレス鋼であることを特徴とする請求項７に記載の過熱蒸気発生装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、飽和水蒸気を再加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、発生する過熱蒸気に凝縮水が巻込まれると、この凝縮水が過熱蒸気中で気化する際に急激な圧力変化が生じ、騒音等の原因となる。
本発明は、上記の問題点を解決すべく創案されたものであって、排出される過熱水蒸気への液体の巻き込みを防止した過熱蒸気発生装置を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生する過熱蒸気発生装置であって、第１の筒状体と、前記第１の筒状体の一方の端部から前記飽和水蒸気を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、前記第３の筒状体から前記過熱水蒸気を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記飽和水蒸気を加熱する加熱手段と、を備え、前記第１の筒状体の内周面部に前記飽和水蒸気が凝縮して生じる凝縮水が流入し前記加熱手段によって加熱されて蒸発する滞留部分を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記導入管路から導入される前記飽和水蒸気と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項３に記載の発明は、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生する過熱蒸気発生装置であって、第１の筒状体と、前記第１の筒状体の一方の端部から前記飽和水蒸気を該第１の筒状体内に導入する導入管路と、前記第１の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第１の筒状体と連通する第２の筒状体と、前記第２の筒状体の内部に挿入され、前記第１の筒状体と前記第２の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第２の筒状体と連通する第３の筒状体と、前記第３の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記飽和水蒸気を加熱する加熱手段と、を備え、前記導入管路から導入される前記飽和水蒸気と、前記第２の筒状体から前記第３の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本発明を適用した過熱蒸気発生装置の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。この過熱蒸気発生装置は、ボイラ等で発生した飽和水蒸気を再加熱し、過熱水蒸気として排出するものである。図１は第１の実施形態の過熱蒸気発生装置の一部断面を含む平面図である。図２は、図１のII−II断面を示す断面図である。過熱蒸気発生装置の外観は、飽和水蒸気供給管１０が接続された供給側端板３０と器体本体２０と過熱水蒸気排出管７０が接続された排出側端板４０から構成される。過熱蒸気発生装置の内部には、隔管５０が配置され、過熱水蒸気排出管７０を隔管５０の閉端部近傍まで伸ばして流体流路を形成した上で、流体を効率よく加熱するために隔管５０の内側で過熱水蒸気排出管７０の外側にシーズヒータ６０が配設される。過熱蒸気発生装置の内部の蒸気の流れ方向を、図中に矢印で示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
＜第２の実施形態＞
過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置して使用する場合である第２の実施形態を図７に示す。なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
飽和水蒸気供給管１０を器体本体２０の真横で供給側端板３０の内面から所定の高さ離して設置することにより、前記過熱蒸気発生装置の内部に前記凝縮水溜２８０を形成することができ、垂直方向上向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）各実施形態は、例えば、器体本体、隔管、過熱水蒸気排出管からなる３重管構造を有しているが、本発明はこれに限らず、４重以上の多重管構造を有する過熱水蒸気発生装置にも適用することができる。この場合、第１の筒状体を他の筒状体の内部に挿入したり、また、第３の筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成とすることができる。この場合、気体流路は２パス以上の構成となる。
（２）各実施形態は、加熱手段として例えばシーズヒータを適用しているが、加熱手段はこれに限定されず、例えばＩＨ等のシーズヒータ以外の加熱手段を用いるようにしてもよい。
【国際調査報告】
2009047952.tif 000016
2009047952.tif 000017
2009047952.tif 000018
2009047952.tif 000019