(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水から水蒸気を生成する誘導加熱方式の水蒸気生成部と、
水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式の過熱水蒸気生成部とを備え、
前記過熱水蒸気生成部が、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を導入する水蒸気導入ポートと、前記過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートとを有し、
前記過熱水蒸気導出ポートが、前記水蒸気導入ポートよりも高い位置に設けられており、
前記水蒸気生成部が、一端部に水を導入する水導入ポートが形成されて他端部に前記水蒸気を導出する水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす第１中空導体管と、前記第１中空導体管の内側又は外側に配置されて前記第１中空導体管を誘導加熱する第１誘導コイルと、前記第１誘導コイルの中心部に設けられた第１磁路用鉄心とを有し、
前記過熱水蒸気生成部が、一端部に前記水蒸気導入ポートが形成されて他端部に前記過熱水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす第２中空導体管と、前記第２中空導体管の内側又は外側に配置されて前記第２中空導体管を誘導加熱する第２誘導コイルと、前記第２誘導コイルの中心部に設けられた第２磁路用鉄心とを有し、
前記第１磁路用鉄心及び前記第２磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心と共に単一の三脚鉄心を構成しており、
前記第１磁路用鉄心、前記第２磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置され、前記第１磁路用鉄心、前記第２磁路用鉄心及び前記共通鉄心の上下それぞれが継鉄心により連結されており、前記継鉄心が、平面視において前記共通鉄心を屈曲点として折れ曲っており、
前記第１中空導体管の水蒸気導出ポートと前記第２中空導体管の水蒸気導入ポートとを接続する接続管をさらに備え、
前記接続管の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されている過熱水蒸気生成装置。
【請求項２】
前記第１中空導体管及び前記第２中空導体管は、その螺旋中心が鉛直方向に沿って配置されている請求項１記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項３】
前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルが、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されている請求項１又は２記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項４】
前記過熱水蒸気生成部の下部に、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項５】
前記過熱水蒸気生成部の下部に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられている請求項１乃至４の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項６】
前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられている請求項１乃至５の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項７】
前記貯留部に前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられている請求項６記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項８】
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されている請求項６又は７記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項９】
前記過熱水蒸気生成部を１００℃以上に加熱した後に前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入させる制御機構を備える請求項１乃至８の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項１０】
前記制御機構が、
前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部の間に設けられ、前記過熱水蒸気生成部への前記水蒸気の供給又はその停止を切り替える切替部と、
前記過熱水蒸気生成部の温度が１００℃以上になった場合に、前記切替部により前記水蒸気の供給を開始させる制御部とを備える請求項９記載の過熱水蒸気生成装置。
【請求項１１】
水から水蒸気を生成する誘導加熱方式の水蒸気生成部と、
水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
前記過熱水蒸気生成部の下部に設けられ、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構とを備え、
前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられており、
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されている過熱水蒸気生成装置。
【請求項１２】
水から水蒸気を生成する誘導加熱方式の水蒸気生成部と、
水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
前記過熱水蒸気生成部の下部に設けられ、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部とを備え、
前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する第２の貯留部が設けられており、
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記第２の貯留部の内部空間とが兼用されている過熱水蒸気生成装置。
【請求項１３】
水から水蒸気を生成する誘導加熱方式の水蒸気生成部と、
水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
前記過熱水蒸気生成部を１００℃以上に加熱した後に前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入させる制御機構とを備え、
前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられており、
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されている過熱水蒸気生成装置。
【請求項１４】
水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、
水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部とを備え、
前記過熱水蒸気生成部が、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を導入する水蒸気導入ポートと、前記過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートとを有し、
前記過熱水蒸気導出ポートが、前記水蒸気導入ポートよりも高い位置に設けられており、
前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられており、
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されている過熱水蒸気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、過熱水蒸気を用いて、被処理物の洗浄、乾燥又は殺菌を行う過熱水蒸気処理装置が考えられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この過熱水蒸気処理装置としては、水から飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部と、当該飽和水蒸気生成部により生成された飽和水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部とを備えたものがある。
【０００４】
飽和水蒸気生成部は、水を導入する水導入ポートと、生成した飽和水蒸気を導出する飽和水蒸気導出ポートを有している。そして、例えば、飽和水蒸気生成部は、誘導加熱される中空導体管を有しており、水は水蒸気に比べて比重が大きく下部に溜まるため、当該中空導体管の一端部に形成された水導入ポートは下部に設けられ、他端部に形成された飽和水蒸気導出ポートは上部に設けられている。
【０００５】
一方、過熱水蒸気生成部は、飽和水蒸気生成部により生成された飽和水蒸気を導入する飽和水蒸気導入ポート及び生成した過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートを有している。そして、例えば、過熱水蒸気生成部は、誘導加熱される中空導体管を有しており、前記飽和水蒸気生成部との配管を簡単化するとともに、その接続を容易にするために、前記中空導体管の一端部に形成された飽和水蒸気導入ポートは上部に設けられ、他端部に形成された過熱水蒸気導出ポートは下部に設けられている。
【０００６】
しかしながら、過熱水蒸気導出ポートが飽和水蒸気導入ポートよりも低い位置にあると、過熱水蒸気生成部が１００℃未満の場合に、飽和水蒸気導入ポートから導入された飽和水蒸気が液化して過熱水蒸気導出ポートから水が出てきてしまうことがある。この水が被処理物に付着又は接触すると、被処理物の劣化等の不具合が生じてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１３７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、水蒸気が液化した水が過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートから出ないようにすることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部とを備え、前記過熱水蒸気生成部が、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を導入する水蒸気導入ポートと、前記過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートとを有し、前記過熱水蒸気導出ポートが、前記水蒸気導入ポートよりも高い位置に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような過熱水蒸気生成装置であれば、過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが水蒸気導入ポートよりも高い位置に設けられているので、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【００１１】
水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の具体的な実施の態様としては、前記水蒸気生成部が、一端部に水を導入する水導入ポートが形成されて他端部に前記水蒸気を導出する水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす第１中空導体管を有し、前記過熱水蒸気生成部が、一端部に前記水蒸気導入ポートが形成されて他端部に前記過熱水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす第２中空導体管を有することが望ましい。
このように螺旋状をなす中空導体管を用いることにより、各生成部をコンパクトにしながらも流体（水又は水蒸気）と中空導体管との熱交換面積を大きくすることができる。
なお、中空導体管のように内部に１本の流路が形成されたものを用いて従来構成とした場合には液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出やすいが、この中空導体管を用いた構成において過熱水蒸気導出ポートを水蒸気導入ポートよりも高い位置に設けることにより、本発明の効果を顕著にすることができる。
【００１２】
前記第１中空導体管及び前記第２中空導体管は、その螺旋中心が鉛直方向に沿って配置されていることが望ましい。このように螺旋中心が鉛直方向に沿って配置された中空導体管において、上部に水蒸気導入ポートを設けた場合、液化した水が留まる部分が無く中空導体管の下端部に流れることになる。本発明では、螺旋中心が鉛直方向に沿って配置された中空導体管の下部に水蒸気導入ポートを設け、上部に過熱水蒸気導出ポートを設けているので、本発明の効果を一層顕著にすることができる。
【００１３】
前記水蒸気生成部が、前記第１中空導体管の内側又は外側に配置されて前記第１中空導体管を誘導加熱する第１誘導コイルと、前記第１誘導コイルの中心部に設けられた第１磁路用鉄心とを有し、前記過熱水蒸気生成部が、前記第２中空導体管の内側又は外側に配置されて前記第２中空導体管を誘導加熱する第２誘導コイルと、前記第２誘導コイルの中心部に設けられた第２磁路用鉄心とを有し、前記第１磁路用鉄心及び前記第２磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心と共に単一の三脚鉄心を構成していることが望ましい。このように水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を単一の三脚鉄心を用いて構成することにより、過熱水蒸気生成装置をコンパクトにすることができる。
ここで、三脚鉄心を用いた過熱水蒸気生成装置において、第１中空導体管及び第２中空導体管の間の配管接続を容易にするためには、過熱水蒸気生成部の中空導体管の上部に水蒸気導入ポートを設けることになるが、そうすると本発明の課題が顕著となる。このため、三脚鉄心を用いた過熱水蒸気生成装置において、過熱水蒸気生成部の中空導体管の下部に水蒸気導入ポートを設けることにより、本発明の効果を一層顕著にすることができる。
【００１４】
このように単一の三脚鉄心を用いて水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を構成する場合には、前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルが、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されていることが望ましい。
【００１５】
前記第１磁路用鉄心、前記第２磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置され、前記第１磁路用鉄心、前記第２磁路用鉄心及び前記共通鉄心の上下それぞれが継鉄心により連結されており、前記継鉄心が、平面視において前記共通鉄心を屈曲点として折れ曲っていることが望ましい。
この構成であれば、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくすることができ、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。
【００１６】
前記第１中空導体管の水蒸気導出ポートと前記第２中空導体管の水蒸気導入ポートとを接続する接続管を有し、
前記接続管の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の間に形成されるデットスペースを利用して両者を接続することができ、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。
【００１７】
前記過熱水蒸気生成部の下部に、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても排出機構により排出することができ、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【００１８】
前記過熱水蒸気生成部の下部に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても貯留部に貯留することができ、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
ここで、前記貯留部に前記排出機構を設けることにより、本発明の効果を一層顕著にすることができる。
【００１９】
水蒸気生成部の第１誘導コイルと、過熱水蒸気生成部の第２誘導コイルとの電気容量を同じに設計した場合、運転開始時は、水蒸気生成部には水があり水を加熱することになるが、過熱水蒸気生成部には水蒸気が無い状態であり水蒸気生成部よりも負荷が小さく早く昇温する。つまり、過熱水蒸気生成部に水蒸気が流入する段階では、過熱水蒸気生成部は既に１００℃以上の温度となっており、液化することは考えにくい。この過熱水蒸気生成部において液化する恐れがあるのは、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の接続部分及び過熱水蒸気生成部の出力部分（過熱水蒸気導出ポート近傍）の、それぞれ誘導加熱されない部分である。
このため、前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられていることが望ましい。なお、前記導出管部は、第２中空導体管において、第２誘導コイルよりも外側延出して誘導加熱されない部分である。
ここで、前記貯留部に前記排出機構を設けることにより、本発明の効果を一層顕著にすることができる。
【００２０】
前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されていることが望ましい。
このように温度検出部の配置空間と貯留部の内部空間とを兼用することによって、温度検出部用の専用空間を設ける必要が無く、温度検出部の配置空間を最小にすることができる。
【００２１】
前記過熱水蒸気生成部を１００℃以上に加熱した後に前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入させる制御機構を備えることが望ましい。
このように、過熱水蒸気生成部に水蒸気を導入するタイミングを制御することで、過熱水蒸気の内部で水蒸気が液化することを防ぐことができる。
【００２２】
制御機構の具体的な実施の態様としては、前記制御機構が、前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部の間に設けられ、前記過熱水蒸気生成部への前記水蒸気の供給又はその停止を切り替える切替部と、前記過熱水蒸気生成部の温度が１００℃以上になった場合に、前記切替部により前記水蒸気の供給を開始させる制御部とを備えることが考えられる。
この構成であれば、切替部を切り替えるだけ過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給又は停止を切り替えることができる。例えば、過熱水蒸気生成部が１００℃以上となるまで過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給を停止するとともに、その停止中に水蒸気生成部において水蒸気を生成させておけば、切替部を切り替えた直後から水蒸気を過熱水蒸気生成部に供給することができる。
【００２３】
また本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記過熱水蒸気生成部の下部に設けられ、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構とを備えるものであっても良い。
この構成であれば、過熱水蒸気生成部の下部に水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられているので、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても排出機構により排出することができ、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【００２４】
さらに本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記過熱水蒸気生成部の下部に設けられ、前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部とを備えるものであっても良い。
この構成であれば、過熱水蒸気生成部の下部に水蒸気が液化した水を貯留する貯留部が設けられているので、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても貯留部に貯留することができ、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【００２５】
その上、本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記過熱水蒸気生成部を１００℃以上に加熱した後に前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入させる制御機構とを備えるものであっても良い。
この構成であれば、過熱水蒸気生成部を１００℃以上に加熱した後に水蒸気生成部により生成された水蒸気を過熱水蒸気生成部に導入するので、過熱水蒸気導出部内での水蒸気の液化を防ぐことができ、水蒸気が液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２６】
このように構成した本発明によれば、水蒸気導入ポートに導入された水蒸気が液化しても、その液化した水が過熱水蒸気導出ポートから出ることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】同実施形態の中空導体管の一例を示す図である。
【図３】同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成を主として示す図である。
【図４】同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成の変形例を示す図である。
【図５】同実施形態の各水蒸気生成部に誘導コイルの結線を示す図である。
【図６】同実施形態の制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図７】同実施形態の処理方法を示す模式的に示す図である。
【図８】変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。
【図１０】変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。
【図１１】各水蒸気生成部の加熱要素の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に本発明に係る過熱水蒸気生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置１００は、水を加熱することにより過熱水蒸気を生成するものであり、図１に示すように、水を加熱して飽和水蒸気を生成する水蒸気生成部２（以下、飽和水蒸気生成部２という。）と、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部３と、飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を過熱水蒸気生成部３に供給する水蒸気供給流路Ｌ２（以下、飽和水蒸気供給流路Ｌ２という。）とを備えている。
【００３０】
飽和水蒸気生成部２は、誘導加熱方式のものであり、水が導入される水導入ポート２１及び飽和水蒸気を導出する飽和水蒸気導出ポート２２を有する。なお、水導入ポートには、図示しないタンク等から飽和水蒸気生成部２に水を供給する水供給流路Ｌ１が接続されている。
【００３１】
この飽和水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び飽和水蒸気導出ポート２２を有する例えば螺旋状に形成された第１中空導体管２Ｔ（図２参照）と、当該第１中空導体管２Ｔの内側又は外側に配置されて第１中空導体管２Ｔを誘導加熱する第１誘導コイル（不図示）と、当該第１誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該第１誘導コイルに交流電圧を印加することによって、第１中空導体管２Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、第１中空導体管２Ｔに導入された水を飽和水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。
【００３２】
ここで、水導入ポート２１は、第１中空導体管２Ｔの一端部に形成されており、飽和水蒸気導出ポート２２は、第１中空導体管２Ｔの他端部に形成されている。つまり、第１中空導体管２Ｔの内部流路は、一端部の水導入ポート２１から他端部の飽和水蒸気導出ポート２２に至るまで１本の螺旋状の流路となる。そして、この第１中空導体管２Ｔは、その水導入ポート２１が下部に位置し、飽和水蒸気導出ポート２２が上部に位置するように配置される。より詳細には、第１中空導体管２Ｔは、その螺旋中心が鉛直方向に沿って配置されている。
【００３３】
また、本実施形態では、第１中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を検出して、第１誘導コイルに印加する電圧をフォードバック制御することによって、第１中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を制御する。なお、飽和水蒸気の温度検出は、飽和水蒸気の温度を直接検出する方式と、第１中空導体管２Ｔの温度を検出することによって飽和水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。
【００３４】
過熱水蒸気生成部３は、前記飽和水蒸気生成部２と同様、誘導加熱方式のものであり、飽和水蒸気が導入される飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポート３２を有する。
【００３５】
この過熱水蒸気生成部３は、飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気導出ポート３２を有する例えば螺旋状の第２中空導体管３Ｔ（図２参照）と、当該第２中空導体管３Ｔの内側又は外側に配置されて第２中空導体管３Ｔを誘導加熱する第２誘導コイル（不図示）と、当該第２誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該第２誘導コイルに交流電圧を印加することによって、第２中空導体管３Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、第２中空導体管３Ｔに導入された飽和水蒸気を過熱水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。
【００３６】
ここで、飽和水蒸気導入ポート３１は、第２中空導体管３Ｔの一端部に形成されており、過熱水蒸気導出ポート３２は、第２中空導体管３Ｔの他端部に形成されている。つまり、第２中空導体管３Ｔの内部流路は、一端部の飽和水蒸気導入ポート３１から他端部の過熱水蒸気導出ポート３２に至るまで１本の螺旋状の流路となる。そして、この第２中空導体管３Ｔは、その飽和水蒸気導入ポート３１が下部に位置し、過熱水蒸気導出ポート３２が上部に位置するように配置される。より詳細には、第２中空導体管３Ｔは、その螺旋中心が鉛直方向に沿って配置されている。
【００３７】
また、本実施形態では、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を検出して、第２誘導コイルに印加する電圧をフォードバック制御することによって、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を制御する。なお、過熱水蒸気の温度検出は、過熱水蒸気の温度を直接検出する方式と、第２中空導体管３Ｔの温度を検出することによって過熱水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。
【００３８】
また、誘導加熱方式の飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３では、印加する交流電圧の周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数とすると、誘導電流の電流浸透度が深くなる。このため、第１、第２中空導体管２Ｔ、３Ｔの外面温度検出で内面温度検出と同等の値を得ることができ、間接検出であっても精度の高い蒸気温度検出が可能となる。
【００３９】
本実施形態では、図３及び図４に示すように、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃの中心部に第１磁路用鉄心１０１が設けられており、過熱水蒸気生成部３の第２誘導コイル３Ｃの中心部に第２磁路用鉄心１０２が設けられている。これにより、これにより第１、第２誘導コイル２Ｃ、３Ｃにより発生した磁束を効率良く循環させ、各中空導体管２Ｔ、３Ｔに磁束を効率良く導入させている。なお、図３及び図４には、各ポートは図示していない。
【００４０】
さらに、飽和水蒸気生成部２の第１磁路用鉄心１０１及び過熱水蒸気生成部３の第２磁路用鉄心１０２の他に、それら２つの磁路用鉄心１０１、１０２に生じる磁束の共通の通路になる共通鉄心１０３が設けられている。そして、この共通鉄心１０３及び前記２つの磁路用鉄心１０１、１０２の上下それぞれを継鉄心１０４、１０５により連結して、単一の三脚鉄心を構成している。この構成により、鉄心全体の寸法を小さくすることができ、ひいては、装置全体のコンパクト化を図ることができる。つまり、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、単一の三脚鉄心を用いて飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３を構成している。
【００４１】
なお、図３及び図４では、平面視においてそれぞれの鉄心が三角形の頂点に位置するように配置され、継鉄心１０４、１０５が、平面視において共通鉄心１０３を屈折点として折れ曲がっている。これにより、２つの磁路用鉄心１０１、１０２間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃ及び過熱水蒸気生成部３の第２誘導コイル３Ｃは、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されている（図５参照）。つまり、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、単一の三脚鉄心を有するスコット結線変圧器を有する構成となる。スコット結線変圧器は、主座変圧器とＴ座変圧器とからなるところ、飽和水蒸気生成部２に対応する部分が主座変圧器となり、過熱水蒸気生成部３に対応する部分がＴ座変圧器となる。
【００４３】
また、図５に示すように、主座変圧器の入力側の２相のうち一方に、電圧又は電流を制御する第１制御機器１０が設けられている。なお、図５では、主座変圧器の入力側のＶ相に第１制御機器１０であるサイリスタ等の半導体制御素子を設けている。また、Ｔ座変圧器の入力側である１次コイル（第２誘導コイル３Ｃ）の一端側（Ｔ座１次コイルのＵ相側又は中点Ｏ側）に、電圧又は電流を制御する第２制御機器１１が設けられている。この第２制御機器１１も、前記第１制御機器１０と同様、サイリスタ等の半導体制御素子を用いたものである。そして、制御装置６が、前記第１制御機器１０及び前記第２制御機器１１を制御することによって、主座変圧器の一次コイル（第１誘導コイル２Ｃ）に印加する電圧とＴ座変圧器の一次コイル（第２誘導コイル３Ｃ）に印加する電圧とを個別に制御するように構成されている。
【００４４】
飽和水蒸気供給流路Ｌ２は、一端部が飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２に接続され、他端部が過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１に接続されたものであり、例えば接続管９により構成されている。具体的に飽和水蒸気供給流路Ｌ２は、飽和水蒸気生成部２の上部に位置する飽和水蒸気導出ポート２２と、過熱水蒸気生成部３の下部に位置する飽和水蒸気導入ポート３１とを接続する。
【００４５】
この接続管９は、その一部又は全部が、飽和水蒸気生成部２の外面、過熱水蒸気生成部３の外面及び共通鉄心１０３の外面に取り囲まれる空間Ｓに配置されている。具体的に接続管９は、第１磁路用鉄心１０１に巻回された第１誘導コイル２Ｃ及び第１中空導体管２Ｔと第２磁路用鉄心１０２に巻回された第２誘導コイル３Ｃ及び第２中空導体管３Ｔとの間に形成される空間Ｓに配置されて、飽和水蒸気導出ポート２２と飽和水蒸気導入ポート３１とを接続することが望ましい。例えば、接続管９を前記空間Ｓ内において共通鉄心１０３に沿って配置することが考えられる。これならば、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３の間に形成されるデットスペースを利用して両者を接続することができ、小型化を妨げることが無い。
【００４６】
また、飽和水蒸気供給流路Ｌ２には、過熱水蒸気生成部３に供給される飽和水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部４（以下、飽和水蒸気流量調整部４という。）が設けられている。本実施形態の飽和水蒸気流量調整部４は、流量調整弁である。なお、流量調整弁４は、後述する制御装置６により制御信号が入力されて、その弁開度が制御される。その他、飽和水蒸気供給流路Ｌ２に流量計を設けても良い。
【００４７】
そして、本実施形態では、過熱水蒸気生成部３により生成された過熱水蒸気は、被処理物Ｗを処理する処理部５に供給される。
【００４８】
処理部５は、過熱水蒸気又は他の気体によって被処理物Ｗを熱処理（例えば洗浄、乾燥、焼成又は殺菌）するものであり、被処理物Ｗを収容するとともに、密閉空間又は略密閉空間を形成する被処理物収容部５１と、当該被処理物収容部５１に設けられ、過熱水蒸気が導入される過熱水蒸気導入ポート５２と、被処理物収容部５１で生じたドレン水を排出するドレン排出ポート５３と、被処理物収容部５１を通過した利用済み蒸気又は他の気体を排出する排出ポート５４とを有している。処理部５の過熱水蒸気導入ポート５２は、過熱水蒸気供給流路Ｌ３により過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２に接続されている。この過熱水蒸気供給流路Ｌ３は、例えば外部接続管１０により構成されている。なお、ドレン排出ポート５３及び排出ポート５４に接続された流路には開閉弁が設けられている。
【００４９】
この制御装置６は、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたものであり、機能的には、図６に示すように、飽和水蒸気生成部２の加熱温度（以下、第１加熱温度という。）を制御する第１加熱温度制御部６１と、過熱水蒸気生成部３の加熱温度（以下、第２加熱温度という。）を制御する第２加熱温度制御部６２と、流量調整弁４を制御する流量調整弁制御部６３とを有するものである。なお、制御装置６と、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３等の各部との間は接続されているが、図１では、その接続についての記載は省略してある。
【００５０】
以下、各部の説明を兼ねて、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００の動作について図７を参照して説明する。
まず、ユーザが過熱水蒸気生成装置１００を動作させると、例えば図示しないタンク内の水が給水ポンプ等により飽和水蒸気生成部２に供給される。
【００５１】
このとき、第１加熱温度制御部６１は、飽和水蒸気生成部２で生成される飽和水蒸気が所定温度となるように、第１加熱温度を制御しており、本実施形態では、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの温度を前記第１加熱温度としている。
【００５２】
具体的にこの第１加熱温度制御部６１は、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔ又は飽和水蒸気供給流路Ｌ２に設けられた第１温度センサＴ１からの測定値を取得し、この測定値に基づいて、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御し、第１加熱温度を例えば１００〜１４０℃に制御している。
【００５３】
なお、前記第１温度センサＴ１は、その測定値をより飽和水蒸気の温度に近づけるべく、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの下流側や飽和水蒸気導出ポート２２又はその近傍に設けられていることが好ましい。
【００５４】
そして、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態において、第１流量調整弁制御部６３は、第１流量調整弁４をその弁開度がゼロの状態、つまり閉状態に制御している。これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態であり、かつ、その飽和水蒸気の供給が停止されている状態である待機状態となる。
【００５５】
この待機状態において、第２加熱温度制御部６２は、第２加熱温度を第１加熱温度より高い温度に制御しており、本実施形態では、第２中空導体管３Ｔの温度を前記第２加熱温度としている。
【００５６】
具体的にこの第２加熱温度制御部６２は、待機状態において、第２中空導体管３Ｔに設けられた第２温度センサＴ２からの測定値を取得し、この測定値に基づき、第２誘導コイル３Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御している。これにより、第２加熱温度は、過熱水蒸気生成部３で生成する過熱水蒸気の設定温度又はその前後の温度に制御されており、ここでは、例えば２００〜１２００℃に制御されている。つまり、この待機状態において、過熱水蒸気生成部３は１００℃以上に制御されている。
【００５７】
上述した待機状態において、ユーザが例えば入力手段等を用いて切替信号を入力すると、この切替信号を流量調整弁制御部６３が取得し、流量調整弁４を閉状態から開状態に切り替える。これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、待機状態から供給状態に切り替わり、飽和水蒸気が過熱水蒸気生成部３へ供給され始める。なお、第２温度センサＴ２からの測定値が１００℃以上になった場合に、第２加熱温度制御部６２から切替信号を流量調整弁制御部６３に送信するようにしても良い。このように、流量調整弁４及び流量調整弁制御部６３により、過熱水蒸気生成部３を１００℃以上に加熱した後に飽和水蒸気を過熱水蒸気生成部３に導入させる制御機構が構成される。
【００５８】
このとき、流量調整弁制御部６３は、図７に示すように、流量調整弁４を徐々に開いて、その弁開度がゼロから所定開度まで徐々に大きくなるように制御する。これにより、待機状態から供給状態に切り替わった切替時点から流量調整弁４の弁開度が所定開度に到るまでは、飽和水蒸気の供給量が徐々に増加する初期運転となり、弁開度が所定開度に到った時点からは、飽和水蒸気の供給量が一定となる定常運転となる。
【００５９】
なお、本実施形態では、前記第２加熱温度制御部６２は、前記切替時点から所定時間は、上述したように第２導体管の入り口側に設けられた第２温度センサＴ２の測定値に基づき第２加熱温度を制御している。一方、この第２加熱温度制御部６２は、前記所定時間が経過した時点からは、過熱水蒸気の温度に基づき第２加熱温度を制御するように構成されている。
【００６０】
この制御のための具体的な実施態様を説明すると、例えば過熱水蒸気導出ポート３２やその近傍に、当該過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を測定する第３温度センサＴ３が設けられている。そして、前記第２加熱温度制御部６２は、前記所定時間が経過した時点からは、前記第３温度センサＴ３の測定値を取得し、この測定値に基づいて、第２加熱温度を制御するように構成されている。
【００６１】
ここで、本実施形態では、前記所定時間は、待機状態から供給状態に切り替わった切替時点から、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から過熱水蒸気が導出されるまでの時間に設定されている。
【００６２】
次に、供給状態から待機状態に切り替える動作について説明する。
本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われた時点から、所定時間経過後に、過熱水蒸気生成部３への飽和水蒸気の供給が停止されるように構成されている。
ここで、供給状態から待機状態に切り替えるための操作とは、例えばユーザが、外部から入力手段等を用いて切替信号を入力することや、供給状態が所定時間経過したことを示す所定時間経過信号をタイマー等が出力することなどである。
【００６３】
より詳細に本実施形態では、供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われると、上述した流量調整弁制御部６３が、例えば前記切替信号や前記所定時間経過信号などを取得し、取得した時点から所定時間は、流量調整弁４を開状態のままにする。これにより、前記所定時間において、飽和水蒸気生成部２から過熱水蒸気生成部２０へ飽和水蒸気が供給される。前記所定時間において、飽和水蒸気生成部２から過熱水蒸気生成部３へ飽和水蒸気が供給され、高温となっている過熱水蒸気生成部３は飽和水蒸気により冷却される。これにより、過熱水蒸気生成部３を待機状態における設定温度まで冷却して、過熱水蒸気生成装置１００の損傷などを防ぐことができる。
【００６４】
このように構成した過熱水蒸気生成装置１００によれば、過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２が飽和水蒸気導入ポート３１よりも高い位置に設けられているので、飽和水蒸気導入ポート３１に導入された水蒸気が液化しても、その液化した水が過熱水蒸気導出ポート３２から出ることを防ぐことができる。
【００６５】
また、待機状態において過熱水蒸気生成部の第２中空導体管３Ｔを１００℃以上の温度にしているので、その後の供給状態で飽和水蒸気が第２中空導体管３Ｔの内部で液化することを防ぐことができ、液化した水が過熱水蒸気導出ポート３２から出ることを一層防ぐことができる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、飽和水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部は誘導加熱方式に限られず、通電加熱方式のものであっても良い。
【００６７】
通電加熱方式の飽和水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び飽和水蒸気導出ポート２２を有する例えば螺旋状又は直管状をなす第１中空導体管２Ｔと、当該第１中空導体管２Ｔに電圧を印加する直流又は交流電源とを備えたものであり、第１中空導体管２Ｔに電流を流すことによりジュール発熱させて、第１中空導体管２Ｔに導入された水を飽和水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。
【００６８】
また、通電加熱方式の過熱水蒸気生成部３は、飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気導出ポート３２を有する例えば螺旋状又は直管状をなす第２中空導体管３Ｔと、当該第２中空導体管３Ｔに電圧を印加する直流又は交流電源とを備えたものであり、第２中空導体管３Ｔに電流を流すことによりジュール発熱させて、第２中空導体管３Ｔに導入された飽和水蒸気を過熱水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。
【００６９】
これら通電加熱方式のものは、第１、第２中空導体管２Ｔ、３Ｔに印加する電圧又は第１、第２中空導体管２Ｔ、３Ｔに流れる電流をフォードバック制御することによって、第１、第２中空導体管２Ｔ、３Ｔの導出ポート２２から導出される飽和水蒸気又は過熱水蒸気の温度を制御する。
【００７０】
また、前記実施形態では、過熱水蒸気生成部３は、前段に設けられた飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を受け取る構成としているが、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気をそれ以上に加熱して過熱水蒸気を生成するものの場合には、過熱水蒸気を受け取り、受け取った過熱水蒸気をさらに加熱して、処理部５に供給する所望温度の過熱水蒸気を生成する構成としても良い。
【００７１】
さらに、前記何れかの中空導体管２Ｔ、３Ｔに前記接続管としての機能を一体的に設けることにより、飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２と過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１とを例えば絶縁性を有する継手を介して接続するようにしても良い。例えば、前記実施形態の接続管としての機能を第２中空導体管に持たせた場合には、第２中空導体管の飽和水蒸気導入ポートが過熱水蒸気生成部３の上部に位置し、第２中空導体管の螺旋部分の下端部から飽和水蒸気が導入されることになる。
【００７２】
その上、図８に示すように、過熱水蒸気生成部２の下部に水蒸気が液化した水を排出する排出機構７を設けても良い。この排出機構７は、過熱水蒸気生成部２の中空導体管３Ｔに設けられた排出流路７１と、当該排出流路７１に設けられた開閉弁７２とを有する。排出流路７１は、過熱水蒸気生成部２の下部に設けられ、水蒸気が液化した水を貯留する貯留部８に接続されている。前記実施形態の第２中空導体管３Ｔに貯留部８を設ける場合には、当該貯留部８は、飽和水蒸気導入ポート３１の近傍に設けることが望ましい。この排出機構７及び貯留部８を設けた場合、過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２を飽和水蒸気導入ポート３１よりも高い位置に設ける必要はないが、過熱水蒸気導出ポート３２を飽和水蒸気導入ポート３１よりも高い位置に設ければ、本発明の効果を一層顕著にすることができる。
【００７３】
図８では、排出機構７及び貯留部８を設けた構成であったが、排出機構７のみを設けたものであっても良いし、貯留部８を設けた構成であっても良い。ここで、前記実施形態の第２中空導体管３Ｔに排出機構７のみを設ける場合には、当該排出機構７の排出流路７１は、飽和水蒸気導入ポート３１の近傍に設けることが望ましい。
【００７４】
更に加えて、図９及び図１０に示すように、排出機構７又は貯留部８を、飽和水蒸気導入流路Ｌ２に設けても良い。この場合、飽和水蒸気導入流路Ｌ２において、液化した水が溜まり易い部分に排出機構７又は貯留部８を設けることが望ましい。
【００７５】
また、図９及び図１０に示すように、過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２が形成された導出管部又は、過熱水蒸気導出ポート３２に接続された外部接続管１０に、排出機構７又は貯留部８を設けても良い。なお、図９及び図１０では、外部接続管１０に、排出機構７及び貯留部８を設けた場合を示している。
ここで、図９では、過熱水蒸気導出ポート３２から出る過熱水蒸気の温度を検出する第３温度センサＴ３を貯留部８の内部空間に設けることにより、第３温度センサＴ３が配置される空間と、貯留部８の内部空間とを兼用している。これにより、第３温度センサＴ３用の専用空間を設ける必要が無く、第３温度センサＴ３の配置空間を最小にすることができる。
また、図９では、飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に流量調整弁４を設けているので、前記実施形態の制御を行うためには、第１温度センサＴ１を流量調整弁４の上流側に設ける必要がある。一方、図１０では、飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に流量調整弁４を設けない構成であり、第１温度センサＴ１を飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に設けた貯留部８の内部空間に設けることにより、第１温度センサＴ１が配置される空間と、貯留部８の内部空間とを兼用することができる。これにより、第１温度センサＴ１用の専用空間を設ける必要が無く、第１温度センサＴ１の配置空間を最小にすることができる。
【００７６】
前記実施形態の飽和水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部は中空導体管を用いたものに限られず、例えば、図１１に示すように、内部に螺旋状の内部流路が形成された概略円筒形状をなす導体加熱要素であっても良いし、内部に円筒状の内部空間が形成された概略円筒状をなす導体加熱要素であっても良い。
【００７７】
前記実施形態では、過熱水蒸気生成部３が１００℃になる前から、飽和水蒸気生成部２により飽和水蒸気を生成し、流量調整弁４の開閉を切り替えることによって、１００℃以上となった過熱水蒸気生成部に飽和水蒸気を導入させているが、この制御方式に限られない。例えば、まず過熱水蒸気生成部３のみに電力供給を開始して、過熱水蒸気生成部３を１００℃以上にし、その後、飽和水蒸気生成部への電力供給を開始して飽和水蒸気を生成するようにしても良い。
【００７８】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１００・・・過熱水蒸気生成装置
２    ・・・飽和水蒸気生成部（水蒸気生成部）
２１  ・・・水導入ポート
２２  ・・・飽和水蒸気導出ポート
３    ・・・過熱水蒸気生成部
３１  ・・・飽和水蒸気導入ポート
３２  ・・・過熱水蒸気導出ポート
２Ｔ  ・・・第１中空導体管
３Ｔ  ・・・第２中空導体管
２Ｃ  ・・・第１誘導コイル
１０１・・・第１磁路用鉄心
３Ｃ  ・・・第２誘導コイル
１０２・・・第２磁路用鉄心
１０３・・・共通鉄心
４    ・・・流量調整弁（切替部）
６    ・・・制御装置
６３  ・・・流量調整弁制御部
７    ・・・排出機構
８    ・・・貯留部
【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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【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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