(57)【要約】【課題】  ドライアウト等による問題が生じないようにすることで、質が高く安定した蒸気又は過熱蒸気を生成可能な流体加熱装置を提供する。【解決手段】  第１温度検知手段５や第２温度検知手段６からの検知温度に基づいて、マイコン７は第１加熱ヒータ４ａや第２加熱ヒータ４ｂへの通電を独立して制御することができる。これにより、相変化に伴う流体の比熱・熱伝導等の変化に各加熱ヒータ４ａ，４ｂを対応させることが可能なので、ドライアウト等による問題が生じることを防止し、効率良く流体の相変化を行うことができる。例えば、流体が水である場合において、流体加熱装置１は、第１管路３の急激な温度上昇を防ぐことができるので、質が高く安定し、更には温度制御された蒸気を生成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体や液体等の流体を通す第１管路と、
前記第１管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータと、
前記第１管路の下流側を加熱する第２加熱ヒータと、
前記第１管路、前記第１加熱ヒータ及び前記第２加熱ヒータを保持する保持部と、
前記第１管路の上流側の温度を検知する第１温度検知手段と、
前記第１管路の下流側の温度を検知する第２温度検知手段と、
前記第１温度検知手段及び前記第２温度検知手段の検知温度に基づき、前記第１加熱ヒータ及び前記第２加熱ヒータを制御する制御手段とを有する
流体加熱装置。
【請求項２】
気体や液体等の流体を通す第１管路と、該第１管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータと、該第１管路の下流側を加熱する第２加熱ヒータと、該第１管路、該第１加熱ヒータ及び該第２加熱ヒータを保持する第１保持部と、該第１管路の上流側の温度を検知する第１温度検知手段と、該第１管路の下流側の温度を検知する第２温度検知手段と、を備えた第１加熱手段と、
前記第１管路に連通し、前記第１加熱手段によって加熱された前記流体を通す第２管路と、該第２管路を加熱する第３加熱ヒータと、該第２管路及び該第３加熱ヒータを保持する第２保持部と、該第２管路の温度を検知する第３温度検知手段と、を備えた第２加熱手段と、
前記第１温度検知手段乃至第３温度検知手段の検知温度に基づき、前記第１加熱ヒータ乃至前記第３加熱ヒータを制御する制御手段とを有する
流体加熱装置。
【請求項３】
前記第２管路は、前記第１管路と一体に成形されている
ことを特徴とする請求項２記載の流体加熱装置。
【請求項４】
前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段に対して斜めに設置した
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の流体加熱装置。
【請求項５】
前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段に対して水平に位置するよう設けられている
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の流体加熱装置。
【請求項６】
前記第１管路内及び前記第２管路内には、前記流体が流通可能に金属製の伝熱部材が配設されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項７】
前記第１管路、前記第２管路、前記保持部及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されている
ことを特徴とする請求項６記載の流体加熱装置。
【請求項８】
前記第３温度検知手段は、前記第２管路の中央付近に配置されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項９】
前記流体である外気を第１管路又は前記第２管路のうち少なくとも一方に導入する外気導入ファンを有する
ことを特徴とする請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項１０】
前記第１管路内には、前記流体が流通可能に金属製の伝熱部材が配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項１１】
前記第１管路、前記保持部及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の流体加熱装置。
【請求項１２】
前記流体である外気を前記第１管路に導入する外気導入ファンを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項１０記載の流体加熱装置。
【請求項１３】
前記伝熱部材は、焼結金属、発泡金属、金属板、金属鋼球、又は金属ウールのうち少なくとも１つである
ことを特徴とする請求項６又は請求項１０記載の流体加熱装置。
【請求項１４】
前記第１加熱ヒータの容量は、前記第２加熱ヒータの容量よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項１５】
前記第１温度検知手段は、前記第１管路の流体入口付近に配置され、且つ前記第２温度検知手段は、前記第１管路の流体出口付近に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項１６】
１つの流体入口と２つの流体出口とを有するＴ字管を備え、該流体出口の一方は前記第１管路の流体入口と接続され、該流体出口の他方には電磁弁が接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項１７】
前記保持部の外周は、断熱材によって覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や液体等の流体を加熱する流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加熱コイル等によって加熱された管路に水を通過させて蒸気又は過熱蒸気を発生させる流体加熱装置が知られている（例えば、特許文献１）。この種の流体加熱装置を図１２に示す。流体加熱装置８０は、中空円筒形状の管路８１と、この管路８１内に挿入され、流体を案内する螺旋状構造物８２と、管路８１の外周に巻かれた加熱コイル８３とから構成されている。
【０００３】
この流体加熱装置８０は、以下のようにして過熱蒸気を発生させる。即ち、まず、加熱コイル８３によって加熱された管路８１の上部に、流体である水を供給する。そして、供給された水は、螺旋状構造物８２に案内されて管路８１の上部から下部に向かって流れる（図１２に示す白抜き矢印の方向）。これにより、流体である水が管路８１の上部から下部に向かって流れる過程において、水は熱湯となり、蒸気を生成し、更に加熱されて過熱蒸気を生成する。生成した蒸気又は過熱蒸気は、管路８１の下部から取り出すことができる。
【特許文献１】特開２００４−２５７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した管路８１は、その全体が加熱コイル８３によって加熱されているので、水から蒸気又は過熱蒸気へと流体の相変化が起こる際に、管路８１内の一部が乾きあがった状態（ドライアウト）を生じてしまうことがある。ドライアウトを生じた管路８１内の箇所は、伝熱量が急激に下がってしまうので、管路８１の温度が急上昇してしまったり、加熱コイル８３からの伝熱量が急減してしまう。このようにドライアウトによって、温度制御が困難となった管路８１からは、質の低い蒸気又は過熱蒸気しか生成できないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライアウト等による問題が生じないようにすることで、質が高く安定した蒸気又は過熱蒸気を生成可能な流体加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１は、気体や液体等の流体を通す第１管路と、前記第１管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータと、前記第１管路の下流側を加熱する第２加熱ヒータと、前記第１管路、前記第１加熱ヒータ及び前記第２加熱ヒータを保持する保持部と、前記第１管路の上流側の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第１管路の下流側の温度を検知する第２温度検知手段と、前記第１温度検知手段及び前記第２温度検知手段の検知温度に基づき、前記第１加熱ヒータ及び前記第２加熱ヒータを制御する制御手段とを有する構成となっている。
【０００７】
請求項１の発明によれば、第１管路を加熱する加熱ヒータは第１加熱ヒータと第２加熱ヒータの２つに分割され、各加熱ヒータの温度は第１温度検知手段又は第２温度検知手段によって検知される。そして、検知した各加熱ヒータの温度に基づいて、制御手段は各加熱ヒータへの通電を制御している。
【０００８】
請求項２に記載の流体加熱装置は、気体や液体等の流体を通す第１管路と、該第１管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータと、該第１管路の下流側を加熱する第２加熱ヒータと、該第１管路、該第１加熱ヒータ及び該第２加熱ヒータを保持する第１保持部と、該第１管路の上流側の温度を検知する第１温度検知手段と、該第１管路の下流側の温度を検知する第２温度検知手段と、を備えた第１加熱手段と、前記第１管路に連通し、前記第１加熱手段によって加熱された前記流体を通す第２管路と、該第２管路を加熱する第３加熱ヒータと、該第２管路及び該第３加熱ヒータを保持する第２保持部と、該第２管路の温度を検知する第３温度検知手段と、を備えた第２加熱手段と、前記第１温度検知手段乃至第３温度検知手段の検知温度に基づき、前記第１加熱ヒータ乃至前記第３加熱ヒータを制御する制御手段とを有する構成となっている。
【０００９】
請求項２の発明によれば、第１管路を加熱する加熱ヒータは第１加熱ヒータと第２加熱ヒータの２つに分割され、各加熱ヒータの温度は第１温度検知手段又は第２温度検知手段によって検知される。また、第３加熱ヒータの温度は、第３温度検知手段によって検知される。そして、検知した各加熱ヒータの温度に基づき、制御手段は各加熱ヒータへの通電を制御している。また、請求項２の発明によれば、第１加熱手段と第２加熱手段の２つの加熱手段を有する。これにより、例えば流体が水である場合に、まず第１加熱手段において質の高い蒸気が生成され、そして、この第１加熱手段において生成した蒸気を第２加熱手段において温度調節しながら更に加熱することによって、質が高く安定した過熱蒸気が生成される。
【００１０】
請求項３に記載の流体加熱装置は、請求項２記載の流体加熱装置において、前記第２管路は、前記第１管路と一体に成形されている構造となっている。
【００１１】
請求項３の発明によれば、請求項２の作用に加え、第１管路と第２管路とを一体成形することにより、第１管路と第２管路との間に継ぎ手等を設ける必要がない。これにより、流体加熱装置を一体型のものとして構成でき、装置全体の小型化が可能となる。また、第１管路と第２管路との間に継ぎ手等を設ける必要がないので、第１加熱手段と第２加熱手段との間を所望の間隔に設定できる。例えば、第１加熱手段と第２加熱手段との間に位置する管路の管路長を短く設定することにより、第１加熱手段と第２加熱手段との間に位置する管路からの放熱が抑制されるので、この管路内を通過する流体の温度が低下してしまうことを防止できる。したがって、第１加熱手段で加熱された流体は、質が高い状態を維持したまま第２加熱手段に供給される。
【００１２】
請求項４に記載の流体加熱装置は、請求項２又は請求項３記載の流体加熱装置において、前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段に対して斜めに設置した構造となっている。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項２又は請求項３の作用に加え、第２加熱手段を第１加熱手段に対して斜めに設置することによって、第１加熱手段において生成した蒸気は汽水分離効果が促され、質の高い蒸気を第２加熱手段に送ることができる。また、第２加熱手段を第１加熱手段に対して斜めに設置することによって、第１加熱手段において生成した水分を含んだ蒸気（「湿り蒸気」ともいう）や突沸によって吹き上がった水分が、第２加熱手段の第２管路内に流入してしまうことを防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の流体加熱装置は、請求項２又は請求項３記載の流体加熱装置において、前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段に対して水平に位置するよう設けられている構造となっている。
【００１５】
請求項５の発明によれば、請求項２又は請求項３の作用に加え、第２加熱手段を第１加熱手段に対して水平に位置するよう設けることによって、第１加熱手段において生成した蒸気は汽水分離効果が促され、質の高い蒸気を第２加熱手段に送ることができる。また、第２加熱手段を第１加熱手段に対して水平に位置するよう設けることによって、第１加熱手段において生成した水分を含んだ蒸気（「湿り蒸気」ともいう）や突沸によって吹き上がった水分が、第２加熱手段の第２管路内に流入してしまうことを防止できる。
【００１６】
請求項６に記載の流体加熱装置は、請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記第１管路内及び前記第２管路内には、前記流体が流通可能に金属製の伝熱部材が配設されている構造となっている。
【００１７】
請求項６の発明によれば、請求項２乃至請求項５の何れか一項の作用に加え、第１管路内及び第２管路内に伝熱部材を配設することにより、流体との接触面積が増加した状態で各加熱ヒータからの熱が流体に伝えられ、迅速且つ効率良く流体を加熱することができる。
【００１８】
請求項７に記載の流体加熱装置は、請求項６に記載の流体加熱装置において、前記第１管路内、前記第２管路、前記保持部材及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されている構造となっている。
【００１９】
請求項７の発明によれば、請求項６の作用に加え、前記各管路、前記保持部及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されているので、流体加熱装置のスイッチがオンされると、各加熱ヒータからの熱量が直ちに第１管路、第２管路、保持部材及び伝熱部材に伝熱され、瞬時に加熱される。これにより、各加熱ヒータからの熱が各管路内を通過する流体に迅速且つ効率良く伝わり、流体を迅速且つ効率良く加熱することができる。
【００２０】
請求項８に記載の流体加熱装置は、請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記第３温度検知手段は、前記第２管路の中央付近に配置されている構造となっている。
【００２１】
請求項８の発明によれば、請求項２乃至請求項７の何れか一項の作用に加え、第２加熱手段の第３加熱ヒータの場合には、温度検知手段は第２管路の中央に配置される。つまり、例えば第１加熱手段から第２加熱手段に供給された流体が蒸気である場合において、蒸気から過熱蒸気に変化させる際に相変化は起こらないので、第２管路全体の温度を検知すれば良い。これにより、効率良く過熱蒸気を生成することができる。
【００２２】
請求項９に記載の流体加熱装置は、請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記流体である外気を第１管路又は前記第２管路のうち少なくとも一方に導入する外気導入ファンを有する構造となっている。
【００２３】
請求項９の発明によれば、請求項２乃至請求項８の何れか一項の作用に加え、第１管路の上流側に外気導入ファンを接続することによって、又は第１管路と第２管路との間に外気導入ファンを接続することによって、加熱空気を生成することができる。尚、空気と蒸気とを比較すると、熱伝導率は同等であるが、空気の比熱が半分程度なので、空気は蒸気よりも短時間且つ容易に温度を上昇させることができる。また、第１管路と第２管路との間に、十字管等を配設することによって、第１管路からは温水や蒸気等を生成し、第２管路からは加熱空気や過熱蒸気を生成することができる。これにより、流体加熱装置は、加熱された流体を選択的に生成することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の流体加熱装置は、請求項１に記載の流体加熱装置において、前記第１管路内には、前記流体が流通可能に金属製の伝熱部材が配設されている構造となっている。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、請求項１の作用に加え、第１管路内に伝熱部材を配設することにより、流体との接触面積が増加した状態で各加熱ヒータからの熱が流体に伝えられる。これにより、流体を迅速且つ効率良く加熱することができる。
【００２６】
請求項１１に記載の流体加熱装置は、請求項１０記載の流体加熱装置において、前記第１管路内、前記保持部材及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されている構造となっている。
【００２７】
請求項１１の発明によれば、請求項１０の作用に加え、前記第１管路、前記保持部及び前記伝熱部材は、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されているので、流体加熱装置のスイッチがオンされると、各加熱ヒータからの熱量が直ちに第１管路、保持部材及び伝熱部材に伝熱され、瞬時に加熱される。これにより、各加熱ヒータからの熱が管路内を通過する流体に迅速且つ効率良く伝わり、流体を迅速且つ効率良く加熱することができる。
【００２８】
請求項１２に記載の流体加熱装置は、請求項１又は請求項１０記載の流体加熱装置において、前記流体である外気を前記各管路の少なくとも１つに導入する外気導入ファンを有する構造となっている。
【００２９】
請求項１２の発明によれば、請求項１又は請求項１０の作用に加え、第１管路の上流側に外気導入ファンを接続することによって、加熱空気を生成することができる。尚、空気と蒸気とを比較すると、熱伝導率は同等であるが、空気の比熱が半分程度なので、空気は蒸気よりも短時間且つ容易に温度を上昇させることができる。
【００３０】
請求項１３に記載の流体加熱装置は、請求項６又は請求項１０記載の流体加熱装置において、前記伝熱部材は、焼結金属、発泡金属、金属板、金属鋼球、又は金属ウールのうち少なくとも１つである構造となっている。
【００３１】
請求項１３の発明によれば、請求項６又は請求項１０の作用に加え、大きな熱容量を有する焼結金属、発泡金属、金属板、金属鋼球、金属ウール等で構成された伝熱部材は、熱伝導率が良いので、流体と直接熱交換する際に効率良く流体を加熱し、短時間且つ容易に所望の流体を得ることができる。
【００３２】
請求項１４に記載の流体加熱装置は、請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記第１加熱ヒータの容量は、前記第２加熱ヒータの容量よりも大きい構造となっている。
【００３３】
請求項１４の発明によれば、請求項１乃至請求項１３の何れか一項の作用に加え、例えば、流体である水から蒸気を生成させる相変化を行うには、顕熱＋潜熱という大きな熱量が必要となる。このとき、低温の水が給水される第１管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータの容量を大きくすることによって、効率良く水から蒸気への相変化を促すことができ、短時間で蒸気を生成することができる。
【００３４】
請求項１５に記載の流体加熱装置は、請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記第１温度検知手段は、前記第１管路の流体入口付近に配置され、且つ前記第２温度検知手段は、前記第１管路の流体出口付近に配置されている構造となっている。
【００３５】
請求項１５の発明によれば、請求項１乃至請求項１４の何れか一項の作用に加え、加熱ヒータが第１加熱ヒータと第２加熱ヒータの２つに分割されている場合には、第１温度検知手段は第１管路の流体入口付近に配置し、第２温度検知手段は第１管路の流体出口付近に設置する。これにより、第１加熱ヒータと第２加熱ヒータの各温度を独立して制御可能なので、相変化に伴う流体の比熱・熱伝導等の変化に各加熱ヒータを対応させることができ、効率良く流体の相変化を行うことができる。
【００３６】
請求項１６に記載の流体加熱装置は、請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の流体加熱装置において、１つの流体入口と２つの流体出口とを有するＴ字管を備え、該流体出口の一方は前記第１管路の流体入口と接続され、該流体出口の他方には電磁弁が接続されている構造となっている。
【００３７】
請求項１６の発明によれば、請求項１乃至請求項１５の何れか一項の作用に加え、停止前の流体加熱装置は、給水ポンプ等によって圧力をかけて流体を第１管路の流体入口に供給している。この流体加熱装置を停止すると、Ｔ字管の流体出口の一方から流体加熱装置の第１管路の流体入口に向かう流体の供給も停止する。この流体の供給が停止したと同時に、Ｔ字管の流体出口の他方に接続された電磁弁を開く。つまり、流体加熱装置を停止したと同時にＴ字管の電磁弁を開くことによって、給水ポンプの残圧が電磁弁から開放されるので、流体加熱装置全体の圧力が下がる。これにより、流体加熱装置を停止したと同時に、第１管路の流体入口に流体が供給されることを確実に防止できるので、蒸気又は過熱蒸気の生成を瞬時に止めることができる。
【００３８】
請求項１７に記載の流体加熱装置は、請求項１乃至請求項１６の何れか一項に記載の流体加熱装置において、前記保持部の外周は、断熱材によって覆われている構造となっている。
【００３９】
請求項１７の発明によれば、請求項１乃至請求項１６の何れか一項の作用に加え、保持部の外周を断熱材によって覆うことによって、装置内の熱効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１の発明によれば、第１温度検知手段や第２温度検知手段からの検知温度に基づいて、制御手段は第１加熱ヒータや第２加熱ヒータへの通電を独立して制御することができる。これにより、相変化に伴う流体の比熱・熱伝導等の変化に各加熱ヒータを対応させることが可能なので、ドライアウト等による問題が生じることを防止し、効率良く流体の相変化を行うことができる。例えば流体が水の場合において、本発明の流体加熱装置は、第１管路の急激な温度上昇を防ぐことができるので、質が高く安定し、更には温度制御された蒸気を生成することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、第１温度検知手段や第２温度検知手段からの検知温度に基づいて、制御手段は第１加熱ヒータや第２加熱ヒータへの通電を独立して制御することができる。これにより、相変化に伴う流体の比熱・熱伝導等の変化に各加熱ヒータを対応させることが可能なので、ドライアウト等による問題が生じることを防止し、効率良く流体の相変化を行うことができる。例えば流体が水の場合において、本発明の流体加熱装置は、第１管路の急激な温度上昇を防ぐことができるので、質が高く安定し、更には温度制御された蒸気を生成することができる。また、流体が水である場合に、まず、第１加熱手段において蒸気を生成し、この蒸気を、第３温度検知手段の検知温度によって温度制御された第３加熱ヒータを有する第２加熱手段によって、温度調節しながら更に加熱することで、質が高く安定し、更には温度制御された過熱蒸気を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１又は図２は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図、図２は本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置のＡ−Ａ’方向の平面断面図を示す。
【００４３】
まず、流体加熱装置１の全体構造を図１及び図２を参照して説明する。流体加熱装置１は、保持部２と、第１管路３と、加熱ヒータ４と、第１温度検知手段５と、第２温度検知手段６と、制御手段であるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）７と、から主に構成されている。
【００４４】
保持部２は、縦長直方体形状のアルミ体で構成され、図１及び図２に示すように、第１管路３と、第１加熱ヒータ４ａと、第２加熱ヒータ４ｂとを保持している。また、保持部２は、第１温度検知手段５及び第２温度検知手段６を挿入し保持できるように、挿入孔２ａを有している。さらに、保持部２の外周は、断熱材（図示しない）によって覆われている。
【００４５】
第１管路３は、中空円筒形状のアルミ体で構成され、第１管路３の上流３ａ側の流体入口は、図１に示すように、給水ポンプ１０を介して水タンク１１に接続している。この水タンク１１には、流体である水が貯められている。また、第１管路３内は、図１及び図２に示すように、伝熱部材８を配設している。伝熱部材８は、例えばＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）製の小球を第１管路３内に配置したもので、第１管路３内での水の流通は可能になっている。
【００４６】
加熱ヒータ４は、第１管路３の上流３ａ側に配された第１加熱ヒータ４ａと、第１管路３の下流３ｂ側に配された第２加熱ヒータ４ｂとから構成されている。この各加熱ヒータ４ａ，４ｂは、シーズヒータを用いている。第１加熱ヒータ４ａの容量は、第２加熱ヒータ４ｂの容量よりも大きく設定されている。
【００４７】
第１温度検知手段５は、第１管路３の上流３ａ側に、第２温度検知手段６は第１管路３の下流３ｂ側に、それぞれ配置している。ここで、第２温度検知手段６が配置される第１管路３の下流３ｂ側とは、保持部２内に位置し流体が吐出する直前の出口付近である場合と、保持部２の外部、即ち断熱材内に位置し流体が吐出した直後の出口付近である場合とがある。本実施形態の第２温度検知手段６が配置される第１管路３の下流３ｂ側とは、保持部２内に位置し流体が吐出する直前の出口付近である。
【００４８】
第２温度検知手段６は、図２に示すように、第１管路３に向かって保持部２の挿入孔２ａに挿入するようになっている。また、第１温度検知手段５も同様に、第１管路３に向かって、保持部２の第１管路３の上流３ａ側に設けられた挿入孔に挿入するようになっている。このように各温度検知手段５，６を配することにより、第１管路３の上流３ａ側と下流３ｂ側の各温度を独立して検知できる。
【００４９】
マイコン７には、各温度検知手段５，６からの検出温度が入力されるようになっており、これらの入力信号に基づき、各加熱ヒータ４ａ，４ｂへの通電を制御するようになっている。
【００５０】
以上のように構成された流体加熱装置１の作用について説明する。
【００５１】
まず、流体加熱装置１は、給水ポンプ１０によって、水タンク１１から第１管路３の上流３ａ側の流体入口に水を一定量供給する。この水の供給が開始される前又は同時に、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの加熱を開始する。このとき、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの温度は、各温度検知手段５，６によって検知している。そして、この検知温度に基づいて、マイコン７は各加熱ヒータ４ａ，４ｂへの通電を制御している。
【００５２】
供給された水は、第１管路３の上流３ａ側の流体入口から第１管路３の下流３ｂ側の流体出口に向かって（図１に示す白抜き矢印の方向）、第１管路３内を通過する。このとき、各加熱ヒータ４ａ，４ｂによって加熱された第１管路３内には伝熱部材８が配設されているので、供給された水と大きな面積で接触するようになっている。つまり、水との接触面積が増加した状態で各加熱ヒータからの熱が水に伝えられるので、各加熱ヒータ４ａ，４ｂからの熱を一層迅速且つ効率良く、流体に伝えることができる。
【００５３】
第１管路３の上流３ａ側で加熱された水は、蒸気へと相変化を起こしながら、第２加熱ヒータ４ｂによって加熱された伝熱部材８を配設した第１管路３の下流３ｂ側に向かう。この伝熱部材８と接触することによって、第１管路３の上流３ａ側で加熱された水が一層加熱される。これにより、第１管路３の上流３ａ側の流体入口に供給された水は、第１管路３の上流３ａ側で加熱された後、さらに第１管路３の下流３ｂ側で加熱されることにより蒸気を生成する。
【００５４】
本実施形態の流体加熱装置１によれば、第１温度検知手段５や第２温度検知手段６からの検知温度に基づいて、マイコン７は第１加熱ヒータ４ａや第２加熱ヒータ４ｂへの通電を独立して制御することができる。これにより、相変化に伴う流体の比熱・熱伝導等の変化に各加熱ヒータ４ａ，４ｂを対応させることが可能なので、ドライアウト等による問題が生じることを防止し、効率良く流体の相変化を行うことができる。また、各加熱ヒータ４ａ，４ｂを制御することにより、流体加熱装置１は、第１管路３の急激な温度上昇を防ぐことができるので、質が高く安定し、更には温度制御された蒸気を生成することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る流体加熱装置１によれば、保持部２の外周を断熱材（図示しない）によって覆うことにより、流体加熱装置１の熱効率を高めることができる。
【００５６】
また、第１管路３内に、ＳＵＳ球からなる伝熱部材８を配設することにより、流体である水との接触面積が増加するので、各加熱ヒータ４ａ，４ｂからの熱が水に伝熱されやすくなり、蒸気の生成を促す。
【００５７】
また、保持部２、第１管路３及び伝熱部材８は、熱伝導性が良好な金属で構成されているので、流体加熱装置１のスイッチをオンすると、各加熱ヒータ４ａ，４ｂからの熱量が直ちに伝熱され、瞬時に加熱される。これにより、各加熱ヒータ４ａ，４ｂからの熱が第１管路３内を通過する水（蒸気）に迅速且つ効率良く伝わり、水（蒸気）を迅速且つ効率良く加熱することができる。
【００５８】
また、第１加熱ヒータ４ａの容量は、第２加熱ヒータ４ｂの容量よりも大きく設定することにより、顕熱＋潜熱という大きな熱量を必要とする相変化を行う場合において、即ち水から蒸気を生成させる場合において、効率良く水から蒸気への相変化を促すことが可能なので、短時間で蒸気を生成することができる。
【００５９】
さらに、各加熱ヒータ４ａ，４ｂに対して、各温度検知手段５，６を配することにより、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの各温度を独立して検知できる。そして、各検知温度に基づいて、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの温度を水の相変化に伴う比熱・熱伝導の変化に対応させることが可能なので、効率良く流体である水の相変化を行うことができる。
【００６０】
図３及び図４は本発明の第２実施形態を示すもので、図３は本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図、図４は本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置のＥ−Ｅ’方向の平面断面図を示す。尚、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００６１】
第１実施形態の流体加熱装置１は、流体である水が通過する管路は第１管路３のみであったが、本実施形態の流体加熱装置２０は、図３に示すように、更に第２管路２１が設けられている点で異なる。前記第１実施形態は、流体加熱装置１から蒸気を生成する場合について説明したが、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの伝熱量を上昇させることによって、過熱蒸気を生成することができる。しかしながら、流体加熱装置１から過熱蒸気を生成するためには、装置の大型化を伴ったり、第１管路３の流路が短いために相変化を十分促すことができず不安定な過熱蒸気を生成してしまうおそれがある。そこで、本実施形態の流体加熱装置２０は、蒸気を生成する段階と、この蒸気を用いて過熱蒸気を生成する段階の２段階から構成することによって、安定した質の高い過熱蒸気を生成することを目的とする。
【００６２】
本実施形態の流体加熱装置２０は、図３に示すように、第１管路３を有する加熱部を第１加熱部Ｃとし、第２管路２１を有する加熱部を第２加熱部Ｄとから主に構成されている。尚、第１加熱部Ｃに関しては、前記第１実施形態で説明したので省略する。
【００６３】
第２加熱部Ｄは、第２管路２１と、保持部２３と、第３加熱ヒータ２４と、第３温度検知手段２５と、制御手段であるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）７と、から構成されている。
【００６４】
第２管路２１は、中空円筒形状のアルミ体で構成され、第２管路２１の上流側は、継ぎ手２６を介して第１管路３の下流３ｂと接続している。また、第２管路２１内には、伝熱部材２７を配設している。伝熱部材２７は、例えばＳＵＳ製の小球を第２管路２１内に配置したもので、第２管路２１内の水の流通は可能になっている。
【００６５】
保持部２３は、縦長直方体形状のアルミ体で構成され、図３及び図４に示すように、第２管路２１と第３加熱ヒータ２４を保持している。この第３加熱ヒータ２４は、シーズヒータを用いている。また、保持部２３は、図４に示すように、第３温度検知手段２５を挿入し保持できるように、挿入孔２３ａを有している。さらに、保持部２３の外周は、断熱材（図示しない）によって覆っている。
【００６６】
第３温度検知手段２５は、第２管路２１の中央付近に配置している。第２管路２１の中央付近に配置する理由として、第１加熱手段Ｃから第２加熱手段Ｄに供給される蒸気は、第２加熱手段Ｄにおいて更に加熱しても相変化は起こらないので、第２管路２１全体の温度を検知すれば良いことが挙げられる。また、第３温度検知手段２５は、図４に示すように、保持部２３の挿入孔２３ａに挿入するようになっている。このように第３温度検知手段２５を配することにより、第２管路２１の温度を検知できる。
【００６７】
マイコン７には、第３温度検知手段２５からの検出温度が入力されるようになっており、これらの入力信号に基づき、各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４への通電を制御するようになっている。
【００６８】
以上のように構成された流体加熱装置２０の作用について説明する。
【００６９】
まず、給水ポンプ１０によって、水タンク１１から第１管路３の上流３ａ側の流体入口に水を一定量供給する。この水の供給が開始されると同時に、各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４の加熱を開始する。このとき、各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４の温度は、各温度検知手段５，６，２５によって検知している。そして、この検知温度に基づいて、マイコン７は各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４への通電を制御している。次に、流体加熱装置２０は、前記第１実施形態で説明したように、第１加熱部Ｃにおいて蒸気を生成する。
【００７０】
第１加熱部Ｃにおいて生成した蒸気は、継ぎ手２６を通過して第２加熱手段Ｄの第２管路２１の上流に供給される。そして、第２管路２１の上流に供給された蒸気は、第２管路２１の下流に向かって移動する（図３に示す白抜き矢印の方向）。この移動する過程において、蒸気は第３加熱ヒータ２４によって温度調節しながら更に加熱され、過熱蒸気を生成する。
【００７１】
本実施形態に係る流体加熱装置１によれば、流体が水である場合に、まず、第１加熱部Ｃにおいて蒸気を生成し、この蒸気を、第３温度検知手段２５の検知温度によって温度制御された第３加熱ヒータ２４を有する第２加熱手段Ｄによって更に加熱することで、質が高く安定し、更には温度制御された過熱蒸気を生成することができる。
【００７２】
また、本実施形態に係る流体加熱装置２０によれば、第１加熱部Ｃ及び第２加熱手段Ｄの保持部２３の外周を断熱材（図示しない）によって覆うことにより、流体加熱装置２０の熱効率を高めることができる。
【００７３】
また、第２管路２１内に、ＳＵＳ球からなる伝熱部材２７を配設することにより、流体である蒸気との接触面積が増加するので、第３加熱ヒータ２４からの熱が蒸気に伝わり易くなり、過熱蒸気の生成を促す。
【００７４】
また、保持部２，２３、第１管路３、第２管路２１、及び伝熱部材８，２７は、熱伝導性が良好な金属で構成されているので、流体加熱装置１のスイッチをオンすると、各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４からの熱量が直ちに伝熱され、瞬時に加熱される。これにより、各加熱ヒータ４ａ，４ｂ，２４からの熱が第１管路３内及び第２管路２１内を通過する水又は蒸気に迅速且つ効率良く伝わり、水又は蒸気を迅速且つ効率良く加熱することができる。
【００７５】
さらに、第３加熱ヒータ２４に対して、第３温度検知手段２５を配することにより、第３加熱ヒータ２４の温度を独立して検知できる。そして、この検知温度に基づいて、第３加熱ヒータ２４の温度を蒸気から過熱蒸気へと変化する過程に対応させることができる。なお、その他の構成、作用は、前記第１実施形態と同様である。
【００７６】
図５は本発明の第３実施形態を示すもので、本発明の第３実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図を示す。尚、前記第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００７７】
前記第２実施形態の第２管路２１は、継ぎ手２６を介して第１管路３と接続されていたが、本実施形態の流体加熱装置３０は、図５に示すように、前記第２実施形態において説明した第１管路３と第２管路２１とを一体に成形した管路３１によって構成されている点で異なる。
【００７８】
以上のように構成された流体加熱装置３０の過熱蒸気を発生させる際の作用は、前記第２実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００７９】
本実施形態によれば、流体加熱装置３０は管路３１を有することにより、前記第２実施形態において説明した継ぎ手２６を設ける必要がない。これにより、流体加熱装置３０を一体型のものとして構成でき、流体加熱装置３０全体の小型化が可能となる。
【００８０】
また、第１管路３と第２管路２１との間に継ぎ手等を設ける必要がないので、第１加熱部Ｃと第２加熱部Ｄとの間を所望の間隔に設定できる。本実施形態は、第１加熱部Ｃと第２加熱部Ｄとの間に位置する管路３１の管路長を短く設定することにより、管路３１からの放熱が抑制されるので、この管路３１内を通過する蒸気の温度が低下してしまうことを防止できる。したがって、第１加熱部Ｃで加熱された蒸気は、質が高い状態を維持したまま第２加熱部Ｄに供給される。なお、その他の構成、作用は、前記第２実施形態と同様である。
【００８１】
図６は本発明の第４実施形態を示すもので、本発明の第４実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図を示す。尚、前記第３実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００８２】
前記第３実施形態の管路３１は、前記第３実施形態において説明した第１管路３と第２管路２１とを一体に成形していたが、本実施形態の流体加熱装置４０は、図６に示すように、管路４１が屈折することによって、第２加熱部Ｄが第１加熱部Ｃに対して斜めに設置した点で異なる。
【００８３】
以上のように構成された流体加熱装置４０の過熱蒸気を発生させる際の作用は、前記第３実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００８４】
本実施形態の流体加熱装置４０によれば、第２加熱部Ｄを第１加熱部Ｃに対して斜めに設置することによって、第１加熱部Ｃにおいて生成した蒸気の汽水分離効果を促し、質の高い蒸気を第２加熱部Ｄの第２管路２１に送ることができる。また、第２加熱部Ｄを第１加熱部Ｃに対して斜めに設置することによって、第１加熱部Ｃにおいて生成した水分を含んだ蒸気（「湿り蒸気」ともいう）や突沸によって吹き上がった水分が、第２加熱部Ｄの第２管路２１内に流入してしまうことを防止できる。なお、その他の構成、作用は、前記第３実施形態と同様である。
【００８５】
図７は本発明の第５実施形態を示すもので、本発明の第５実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図を示す。尚、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００８６】
前記第１実施形態の流体加熱装置１は、第１管路３の上流３ａ側の流体入口は給水ポンプ１０を介して水タンク１１に接続したが、本実施形態の流体加熱装置５０は、図７に示すように、第１管路３の上流３ａ側の流体入口と、給水ポンプ１０との間にＴ字管５１を設けた点で異なる。
【００８７】
Ｔ字管５１は、１つの流体入口と２つの流体出口を有している。Ｔ字管５１の流体入口は、逆止弁５２と給水ポンプ１０とを介して水タンク１１に接続されている。また、Ｔ字管５１の一方の流体出口は、第１管路３の上流３ａ側の流体入口に接続され、他方の流体出口には、電磁弁５３が接続されている。
【００８８】
電磁弁５３は、一方がＴ字管５１に接続され、他方が管路５４を介して水タンク１１に接続されている。
【００８９】
以上のように構成された流体加熱装置５０の作用について説明する。
【００９０】
まず、流体加熱装置５０は、給水ポンプ１０によって、水タンク１１から第１管路３の上流３ａ側の流体入口に水を一定量供給する。そして、前記第１実施形態の流体加熱装置１と同様に蒸気を生成する。
【００９１】
このとき、装置停止前の流体加熱装置５０は、給水ポンプ１０によって圧力をかけて、流体である水を第１管路３の上流３ａ側の流体入口に供給している。この流体加熱装置５０を停止すると、Ｔ字管５１の一方の流体出口から第１管路３の上流３ａ側の流体入口に向かう水の供給は停止する。この水の供給が停止したと同時に、Ｔ字管５１の他方の流体出口に接続された電磁弁５３を開く。つまり、流体加熱装置５０を停止したと同時にＴ字管５１の電磁弁５３を開くことによって、給水ポンプ１０の残圧が電磁弁５３から開放されるので、流体加熱装置５０全体の圧力が下がる。
【００９２】
また、電磁弁５３を開放した後に電磁弁５３を通過した水は、管路５４を通過して水タンク１１に貯水される。
【００９３】
本実施形態によれば、流体加熱装置５０を停止したと同時にＴ字管５１に接続された電磁弁５３を開くことによって、流体加熱装置５０を停止したと同時に、第１管路３の流体入口に水が供給されることを確実に防止できる。これにより、流体加熱装置５０は、蒸気の生成を瞬時に止めることができる。また、電磁弁５３を開放した後に電磁弁５３を通過した水は水タンク１１に貯水されるので、加熱されなかった水を無駄にすることなく再利用することができる。さらに、流体加熱装置５０は、逆止弁５２を有することにより、電磁弁５３を開放した際にＴ字管５１から給水ポンプ１０への逆流を防止できる。なお、その他の構成、作用は、前記第１実施形態と同様である。
【００９４】
図８は本発明の第６実施形態を示すもので、本発明の第６実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図を示す。尚、前記第５実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００９５】
前記第５実施形態は、Ｔ字管５１の他方の流体出口に電磁弁５３を接続したが、本実施形態の流体加熱装置６０は、図８に示すように、Ｔ字管５１の他方の流体出口に外気導入ファン６１を設けた点で異なる。
【００９６】
以上のように構成された流体加熱装置６０は、第１管路３の上流３ａ側に供給する流体を、水タンク１１から水と外気導入ファン６１からの外気のうち一方をを任意に選択することによって、蒸気又は加熱空気を生成することができる。ここで、空気と蒸気とを比較すると、熱伝導率は同等であるが、比熱が半分程度なので、空気は蒸気よりも短時間且つ容易に温度を上昇させることができる。
【００９７】
本実施形態の流体加熱装置６０によれば、蒸気のみならず加熱空気をも生成することができる。なお、その他の構成、作用は、前記第５実施形態と同様である。
【００９８】
尚、前記第１実施形態では、蒸気を生成する流体加熱装置１について説明したが、各加熱ヒータ４ａ，４ｂの設定温度を高く設定することにより、過熱蒸気を生成するようにしても良い。
【００９９】
また、前記第４実施形態では、第２加熱部Ｄを第１加熱部Ｃに対して斜めに設置したが、汽水分離効果を促すことができるのであればこれに限らない。例えば、図９に示す流体加熱装置６５のように、第１加熱部Ｃと第２加熱部Ｄとが管路６６を介して水平に位置するように設けても良い。その他の構成、作用は、前記第４実施形態と同様である。
【０１００】
また、前記第５実施形態では、蒸気の生成を瞬時に止めることについて説明したが、過熱蒸気の生成も瞬時に止めることが可能である。例えば、前記第４実施形態のように、第１加熱部Ｃと第２加熱部Ｄとから構成される流体加熱装置４０であっても、第１管路３の上流３ａ側に、前記第５実施形態と同様のＴ字管５１、電磁弁５３及び逆止弁５２を有していれば、過熱蒸気の生成も瞬時に止めることが可能である。
【０１０１】
また、前記第６実施形態では、蒸気又は加熱空気を生成することについて説明したが、過熱蒸気又は加熱空気を生成することが可能である。例えば、前記第４実施形態のように、第１加熱部Ｃと第２加熱部Ｄとから構成される流体加熱装置４０であっても、第１管路３の上流３ａ側に、前記第６実施形態と同様にＴ字管５１と外気導入ファン６１を有していれば、過熱蒸気のみならず加熱空気を生成することが可能である。また、第１管路３と第２管路２１との間に外気導入ファン６１を接続することによって、加熱空気を生成することができる。さらに、第１管路３と第２管路２１との間に、十字管（図示しない）を配設することによって、第１管路３からは温水や蒸気等を生成し、第２管路２１からは加熱空気や過熱蒸気を生成することができ、加熱された流体を選択的に生成することができる。
【０１０２】
また、前第１実施形態、前記第５実施形態及び前記第６実施形態では、流体加熱装置１，５０，６０の第２温度検知手段６を、保持部２内に位置し流体が吐出する直前の出口付近である第１管路３の下流３ｂ側に配置しているが、これに限らない。例えば、図１０に示す流体加熱装置７０のように、保持部２の外部、即ち断熱材（図示しない）内に位置し流体が吐出した直後の出口付近である第１管路３の下流３ｂ側に第２温度検知手段６を配置してもよい。このように第２温度検知手段６を配置することにより、生成した直後の蒸気の温度を検知し、この検知温度に基づいてマイコン７が各加熱ヒータ４ａ，４ｂへの通電を制御できる。
【０１０３】
同様に、前第２実施形態乃至前記第４実施形態では、流体加熱装置２０，３０，４０の第３温度検知手段２５を、第２管路２１の中央付近に配置しているが、これに限らない。例えば、図１１に示す流体加熱装置７１のように、生成した過熱蒸気の温度を検知できる箇所に第３温度検知手段２５を配置してもよい。このように第３温度検知手段２５を配置することにより、生成した過熱蒸気の温度を検知し、この検知温度に基づいてマイコン７が第３加熱ヒータ２４への通電を制御できる。
【０１０４】
また、前第１実施形態乃至前記第６実施形態では、伝熱部材８，２７をＳＵＳ球であるとしたが、流体に伝熱できるのであればこれに限られず、伝熱部材８，２７は、焼結金属、発泡金属、金属板、金属鋼球、又は金属ウールのうち少なくとも１つであれば良い。
【０１０５】
さらに、前第１実施形態乃至前記第６実施形態では、第１管路３、第２管路２１及び保持部２３をアルミ体で構成し、伝熱部材８，２７をステンレスで構成したが、これに限られず、ステンレス、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性が良好な金属によって構成されていれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図２】第１実施形態に係る流体加熱装置のＡ−Ａ’方向の平面断面図
【図３】本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図４】第２実施形態に係る流体加熱装置のＥ−Ｅ’方向の平面断面図
【図５】本発明の第３実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図６】本発明の第４実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図７】本発明の第５実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図８】本発明の第６実施形態に係る流体加熱装置の側面断面図
【図９】本発明の第４実施形態に係る流体加熱装置の他の一例を示す側面断面図
【図１０】本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置の他の一例を示す側面断面図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置の他の一例を示す側面断面図
【図１２】本発明の従来例に係る概略正面図
【符号の説明】
【０１０７】
１…流体加熱装置、２…保持部、３…第１管路、４…加熱ヒータ、５…第１温度検知手段、６…第２温度検知手段、７…マイクロコンピュータ、８…伝熱部材、１０…給水ポンプ、１１…水タンク。
【図１】
2006317085.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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