(57)【要約】【課題】被蒸発液体の流量に対する供給熱量に必要熱量とのずれが生じた場合でも、安定して蒸気を発生させることができる蒸気発生装置を得る。【解決手段】蒸気発生装置１０は、被蒸発液体を流れさせるための被蒸発液体流路１８を囲む閉断面構造の蒸気発生管２４と、蒸気発生管２４に隣接され気体を流れさせるための緩衝ガス流路２２を囲む閉断面構造の緩衝ガス管２８と、緩衝ガス管２８における蒸気発生管２４の隣接部分とは反対向きの壁面に隣接され緩衝ガス管２８を加熱するための加熱部２０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被蒸発液体を流れさせるための液体流路を囲む閉断面構造の液体流路壁と、
前記液体流路壁に隣接され、気体を流れさせるための気体流路を囲む閉断面構造の気体流路壁と、
前記気体流路壁における前記液体流路壁の隣接部分以外の部分に隣接され、前記気体流路壁を加熱するための加熱部と、
を備えた蒸気発生装置。
【請求項２】
前記加熱部は、前記気体流路壁における前記液体流路壁の隣接側とは反対側に隣接している請求項１記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
前記液体流路で被蒸発液体が流れる方向と、前記気体流路で気体が流れる方向とは、同じ方向又は反対方向である請求項１又は請求項２記載の蒸気発生装置。
【請求項４】
前記気体流路壁には、前記加熱部に隣接する壁部から前記液体流路壁に隣接する壁部に至る隔壁が複数設けられており、
前記液体流路壁には、前記気体流路壁に隣接する壁部から該気体流路壁側とは反対側の壁部に至る隔壁が複数設けられている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の蒸気発生装置。
【請求項５】
前記液体流路の出口側と前記気体流路の入口側とを、該気体流路に前記被蒸発液体の蒸気が導入されるように連通するための連通流路部材をさらに備えた請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の蒸気発生装置。
【請求項６】
前記液体流路で被蒸発液体が流れる方向と、前記気体流路で被蒸発液体の蒸気が流れる方向とは反対方向であり、
前記連通流路部材は、前記被蒸発液体の蒸気の流れ方向を転換させて該蒸気を前記気体流路に導入させるＵターン形状の連通流路を形成している請求項５記載の蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を気化して蒸気を発生するための蒸気発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被蒸発液体流路と加熱ガス流路とが伝熱板を介して交差したマイクロチャネル型蒸発器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−９３１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、蒸発器において、蒸気発生量を短時間で変化させる場合、被蒸発液体の供給量と加熱量とを共に変化させることになるが、これら液体供給量の変化と加熱量の変化とには時間的なずれが生じてしまう。そして、上記の如き従来の技術では、加熱ガス流路から被蒸発液体流路への熱輸送手段が伝熱板を介した隔壁熱伝導のみであるため、被蒸発液体の供給量と供給熱量とに時間的なずれが生じた場合、例えば被蒸発液体の突沸等の原因となる伝熱板の急激な温度上昇が生じる恐れがある。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、被蒸発液体の流量に対する供給熱量に必要熱量とのずれが生じた場合でも、安定して蒸気を発生させることができる蒸気発生装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る蒸気発生装置は、被蒸発液体を流れさせるための液体流路を囲む閉断面構造の液体流路壁と、前記液体流路壁に隣接され、気体を流れさせるための気体流路を囲む閉断面構造の気体流路壁と、前記気体流路壁における前記液体流路壁の隣接部分以外の部分に隣接され、前記気体流路壁を加熱するための加熱部と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の蒸気発生装置では、加熱部から気体流路壁及び液体流路壁を介した熱伝導による第１の熱輸送経路と、気体流路壁から気体への熱伝達及び気体から液体流路壁（に隣接している気体流路壁の壁部）への熱伝達を介した第２の熱輸送経路とにより、加熱部から被蒸発液体に熱輸送される。この熱輸送によって、液体流路（に連続する蒸気流路）では、被蒸発液体が蒸発して蒸気が発生する。
【０００７】
例えば加熱部における加熱量が急増した場合、第２の熱輸送経路では急増した熱の一部が気体の温度上昇に消費され、液体流路の液体への熱流束の増加を一時的に遅らせることができる。すなわち、気体流路を流れる気体がサーマルショックアブソーバとして機能する。一方、例えば加熱部における加熱量が急減した場合、第２の輸送経路によって、気体流路の気体から該気体よりも低温の被蒸発液体に向けた熱移動が生じる。すなわち、気体流路を流れる気体がサーマルストレージとして機能する。これらの機能は、液体流路における液位に依らず自動的に機能し、液体流路壁の温度変化の時定数を大きくする。
【０００８】
このため、加熱部における急激な加熱量の変化が生じたり、又は被蒸発液体の流量が急激に変化したりして、被蒸発液体の流量（必要熱量）に対する加熱量の時間的なずれが生じた場合でも、熱流方向の急激な温度変化を緩和することができる。したがって、例えば液体流路壁の急激な温度上昇による突沸現象等の不安定現象を防止して、安定して蒸気を発生することが可能になる。
【０００９】
このように、請求項１記載の蒸気発生装置では、被蒸発液体の流量に対する供給熱量に必要熱量とのずれが生じた場合でも、安定して蒸気を発生させることができる。なお、液体流路壁と気体流路壁とは独立した周壁を有する別体として形成されても良く、隔壁が共通の周壁を成すように一体に形成されても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る蒸気発生装置は、請求項１記載の蒸気発生装置において、前記加熱部は、前記気体流路壁における前記液体流路壁の隣接側とは反対側に隣接している。
【００１１】
請求項２記載の蒸気発生装置では、液体流路壁と加熱部とで気体流路壁を挟み込むように、該液体流路壁、気体流路壁、加熱部がこの順で積層されている。これにより、熱流方向が真直ぐになり、加熱部から液体流路の各部に略均等に熱輸送することができる。特に、液体流路壁、気体流路壁が扁平状の流路である場合、これらを扁平方向に積層することが望ましい。
【００１２】
請求項３記載の発明に係る蒸気発生装置は、請求項１又は請求項２記載の蒸気発生装置において、前記液体流路で被蒸発液体が流れる方向と、前記気体流路で気体が流れる方向とは、同じ方向又は反対方向である。
【００１３】
請求項３記載の蒸気発生装置では、液体流路での液体の流れ方向と気体流路での気体の流れ方向とが同じ方向であるか又は反対方向であるため、これらを交差方向に流す場合のように液体の流れ方向及び熱流方向との直交方向に温度分布が生じることが防止され、一層安定して蒸気を発生することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明に係る蒸気発生装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の蒸気発生装置において、前記気体流路壁には、前記加熱部に隣接する壁部から前記液体流路壁に隣接する壁部に至る隔壁が複数設けられており、前記液体流路壁には、前記気体流路壁に隣接する壁部から該気体流路壁側とは反対側の壁部に至る隔壁が複数設けられている。
【００１５】
請求項４記載の蒸気発生装置では、液体流路壁の隔壁が液体流路を複数の流路に分割すると共に、気体流路壁の隔壁が気体流路を複数の流路に分割している。これらの隔壁によって、熱伝導による第１の熱輸送経路（の断面積）が大きくなり、また気体流路の気体と第１流路壁（隔壁を含む）との接触面積が増し、加熱部から被蒸発液体への熱輸送経路に気体流路壁、気体（第2の熱輸送経路）を介在させた構成において、該加熱部から被蒸発液体に十分に熱輸送することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明に係る蒸気発生装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の蒸気発生装置において、前記液体流路の出口側と前記気体流路の入口側とを、該気体流路に前記被蒸発液体の蒸気が導入されるように連通するための連通流路部材をさらに備えた。
【００１７】
請求項５記載の蒸気発生装置では、被蒸発液体の蒸気が液体流路（に連続する蒸気流路）から連通流路部材内の連通流路を経由して期待流路に導入されて、気体流路を流れる気体として被蒸発液体の蒸気が用いられる。この蒸気は、気体流路で加熱されて過熱蒸気とされる。この構成においては、加熱部を、液体流路における蒸発加熱用途と気体流路における過熱（スーパヒート）加熱用途とで共用することができ、蒸気発生装置を全体として小型化することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明に係る蒸気発生装置は、請求項５記載の蒸気発生装置において、前記液体流路で被蒸発液体が流れる方向と、前記気体流路で被蒸発液体の蒸気が流れる方向とは反対方向であり、前記連通流路部材は、前記被蒸発液体の蒸気の流れ方向を転換させて該蒸気を前記気体流路に導入させるＵターン形状の連通流路を形成している。
【００１９】
請求項６記載の蒸気発生装置では、液体流路の液体流れ方向と気体流路の気体流れ方向とが反対向きであるので、連通流路部材は、互いに隣接する液体流路（に連続する蒸気流路）の出口と気体流路の入口とが共に開口（連通）するように接続されることで、Ｕターン形状の連通流路が形成される。これにより、蒸気発生装置を全体として一層小型化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明に係る蒸気発生装置は、被蒸発液体の流量に対する供給熱量に必要熱量とのずれが生じた場合でも、安定して蒸気を発生させることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置１０について、図１乃至図７に基づいて説明する。図４には、蒸気発生装置１０の概略全体構成が模式図にて示されている。この図に示される如く、蒸気発生装置１０は、蒸気発生器１２を備えている。蒸気発生器１２は、液タンク１４からポンプ１６によって供給されてきた被蒸発液体を流動させながら蒸発させて、蒸気を発生させるための液体流路としての被蒸発液体流路（蒸気発生部）１８と、被蒸発液体流路１８を加熱（蒸発潜熱を供給）するための加熱部２０と、被蒸発液体流路１８と加熱部２０との間に介在する気体流路としての緩衝ガス流路２２とを含んで、加熱式の蒸発器として構成されている。
【００２２】
図１に示される如く、被蒸発液体流路１８は、略矩形筒状に形成された液体流路壁としての蒸気発生管２４の内側に形成されている。蒸気発生管２４は、扁平矩形状の断面形状を有し、一対の長辺を成す扁平壁２４Ａが一対の短辺を成す側壁２４Ｂにて連結されて、上記の如き扁平矩形状の閉断面構造を成している。また、蒸気発生管２４には、一対の扁平壁２４Ａを扁平方向に架け渡す複数（多数）の隔壁（リブ）２６が形成されている。この隔壁２６によって、被蒸発液体流路１８は、微細な複数の液体流路に区画（分割）されている（マイクロチャネル構造とされている）。
【００２３】
図１に示される如く、緩衝ガス流路２２は、略矩形筒状に形成された気体流路壁としての緩衝ガス管２８の内側に形成されている。緩衝ガス管２８は、扁平矩形状の断面形状を有し、一対の長辺を成す扁平壁２８Ａが一対の短辺を成す側壁２８Ｂにて連結されて、上記の如き扁平矩形状の閉断面構造を成している。また、緩衝ガス管２８には、一対の扁平壁２８Ａを扁平方向に架け渡す複数（多数）の隔壁（リブ）３０が形成されている。この隔壁３０によって、緩衝ガス流路２２は、微細な複数の液体流路に区画（分割）されている（マイクロチャネル構造とされている）。
【００２４】
被蒸発液体流路１８を囲む蒸気発生管２４と、緩衝ガス流路２２を囲む緩衝ガス管２８とは、それぞれ一方の扁平壁２４Ａ、２８Ａを接触させ（重ね合わせ）ることで、扁平方向に積層（隣接）されている。この互いに接触された扁平壁２４Ａ、２８Ａが被蒸発液体流路１８と緩衝ガス流路２２との隔壁を成している。この実施形態では、図２に示される如く、蒸気発生管２４の各隔壁２６と緩衝ガス管２８の各隔壁３０とが積層方向に一直線を成すように（厚み方向にラップするように）、蒸気発生管２４と緩衝ガス管２８とが積層されている。なお、この被蒸発液体流路１８と緩衝ガス流路２２との隔壁を成す扁平壁２４Ａ、２８Ａが共通の壁部（一枚壁）となるように、蒸気発生管２４と緩衝ガス管２８とを一体に構成しても良い。
【００２５】
また、図１及び図２に示される如く、加熱部２０は、その接触面２０Ａが緩衝ガス管２８における蒸気発生管２４の積層側とは反対側の扁平壁２８Ａに接触されて、該緩衝ガス管２８に積層されている。これにより、蒸気発生装置１０の蒸気発生器１２は、蒸気発生管２４と加熱部２０との間に緩衝ガス管２８が挟み込まれて構成されている。この実施形態では、蒸気発生管２４の扁平壁２４Ａ、加熱部２０の接触面２０Ａは、それぞれ積層方向視で緩衝ガス管２８の扁平壁２８Ａと略同形状に形成され、それぞれ対応する扁平壁２８Ａに略全面に亘り接触されている。
【００２６】
加熱部２０は、例えば電気ヒータ、燃焼器、燃焼ガス等の流路（熱交換器）等で構成されるが、この実施形態では、電気ヒータとされている。このような積層構造を採る蒸気発生器１２では、図２に示される如く、加熱部２０から緩衝ガス流路２２（を流れるガスを含む）に輸送される熱量Ｑ（＝Ｑ１＋Ｑ２）のうち、熱量Ｑ１だけが緩衝ガス流路２２から被蒸発液体流路１８（を流れる被蒸発液体を含む）に輸送されるようになっている。
【００２７】
そして、蒸気発生装置１０では、図示しないコントローラによって、蒸気発生量の変化要求に対し、ポンプ１６による蒸発用液体の供給量（流量）、加熱部２０による熱供給量を変化させ得る構成とされている。
【００２８】
なお、緩衝ガス流路２２は、例えば蒸気発生装置１０が適用される装置で利用されるガスを通過させて予熱又は加熱するようになっている。また、加熱部２０が燃焼器を含む構成では、燃焼用空気の予熱に緩衝ガス流路２２を用いても良く、蒸気発生装置１０が適用される装置が被蒸発液体流路１８で生じる蒸気とガスとの混合気を消費する構成では、該ガスの予熱や加熱等に緩衝ガス流路２２を用いても良い。
【００２９】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３０】
上記構成の蒸気発生装置１０では、起動によりポンプ１６、加熱部２０が作動される。すると、ポンプ１６によって液タンク１４の被蒸発液体が被蒸発液体流路１８に供給される。被蒸発液体流路１８（蒸気発生管２４、隔壁２６）では、緩衝ガス流路２２（緩衝ガス管２８、隔壁３０）を経由して加熱部２０からの熱供給を受けて、供給された被蒸発液体を蒸発させる。これにより発生した蒸気は、被蒸発液体流路１８から排出され、例えば水蒸気消費装置に供給される。
【００３１】
ここで、蒸気発生装置１０を構成する蒸気発生器１２では、加熱部２０と蒸気発生管２４（被蒸発液体流路１８）との間に緩衝ガス管２８及び該緩衝ガス管２８が形成する緩衝ガス流路２２が介在しているため、加熱部２０から緩衝ガス管２８、隔壁３０、蒸気発生管２４（及び隔壁２６）を介する熱伝導による第１の熱輸送経路と、緩衝ガス管２８の扁平壁２８Ａ及び側壁２８Ｂから緩衝ガス流路２２を流れるガスへの熱伝達、及び緩衝ガス流路２２を流れるガスから扁平壁２８Ａ及び側壁２８Ｂへの熱伝達による第２の熱輸送経路とを有する。
【００３２】
より具体的には、図３に矢印Ａにて示される如く、第１の熱輸送経路では、加熱部２０から緩衝ガス管２８（扁平壁２８Ａ、側壁２８Ｂ）、隔壁３０を経由して、蒸気発生管２４の扁平壁２４Ａ、側壁２４Ｂ及び隔壁２６に熱伝導により熱輸送がなされる。また、図３に矢印Ｂにて示される如く、第２の熱輸送経路では、加熱部２０からの熱が扁平壁２８Ａ、隔壁３０を介して緩衝ガス流路２２を流れる気体に伝達されると共に、緩衝ガス流路２２を流れる気体の熱が隔壁３０（側壁２４Ｂ）、扁平壁２８Ａに伝達されて、その後は熱伝導により（第２の熱輸送経路と合流して）蒸気発生管２４、隔壁３０への熱輸送がなされる。そして、図３に矢印Ｃにて示される如く、上記した第１及び第２の熱輸送経路にて蒸気発生管２４、隔壁３０に輸送された熱は、熱伝達によって被蒸発液体流路１８を流れる被蒸発液体に輸送（供給）される。これにより、上記の通り被蒸発液体流路１８では、被蒸発液体の蒸気が発生する。
【００３３】
このように、蒸気発生装置１０の蒸気発生器１２では、加熱部２０から蒸気発生管２４及び隔壁３０（被蒸発液体流路１８を流れる被蒸発液体）への熱輸送経路として、主に熱伝導による経路の他に、緩衝ガス流路２２を流れる気体に対する熱伝達を含む経路（第２の熱輸送経路）を含むため、例えば要求蒸気量の変化に応じてポンプ１６による被蒸発液体の供給量、加熱部２０の発熱量が急激に変化した場合でも、緩衝ガス流路２２を流れるガスとの熱伝達により蒸気発生管２４及び隔壁３０すなわち被蒸発液体に供給される熱量（必要熱量に対する供給熱量）の急変を抑制することができる。
【００３４】
図６は、要求蒸気量が急増してポンプ１６による被蒸発液体の供給量ｑｆ、加熱部２０の発熱量Ｑが急増した場合における、蒸気発生器１２の図５に示す各部の温度変化を示している。具体的には、図６に示す温度Ｔ１は、加熱部２０に接触している扁平壁２８Ａの温度であり、温度Ｔ２は、緩衝ガス流路２２を流れる気体の温度であり、温度Ｔ３は、扁平壁２８Ａと扁平壁２４Ａとの接触部すなわち被蒸発液体流路１８と緩衝ガス流路２２との隔壁の温度を示している。
【００３５】
この図６から、加熱部２０の発熱量Ｑの増加に対し被蒸発液体の供給量ｑｆの増加が遅れ（時間的にずれが生じ）、加熱部２０に接触している扁平壁２８Ａの温度Ｔ１が急増することがわかる。したがって、加熱部２０と蒸気発生管２４（被蒸発液体流路１８）との間に緩衝ガス管２８（緩衝ガス流路２２）を介在させない構成では、被蒸発液体に接触する壁面が急激に温度上昇することがわかる。このような液体との接触壁面の急激な温度上昇は、突沸の原因となる。すなわち、急激な温度上昇により壁面には蒸気膜が発生して液体への伝熱が抑制され、さらに壁面温度が上昇し、被蒸発液体の突沸が生じやすく収まり難い状態になる。
【００３６】
一方、蒸気発生器１２では、加熱部２０からの急増した熱の一部が温度Ｔ２に示されるように緩衝ガス流路２２を流れる気体の温度上昇に消費されるので、換言すれば、被蒸発液体流路１８を構成する蒸気発生管２４への熱流速を一時的に遅らせるため、被蒸発液体に接触している扁平壁２４Ａの温度上昇の時間変化は、温度Ｔ３で示すように緩和される。すなわち、緩衝ガス流路２２を流れる気体がサーマルショックアブソーバとして機能し、扁平壁２４Ａ、隔壁３０の温度上昇の時定数が大きくなる。これにより、蒸気発生器１２では、扁平壁２４Ａで被蒸発液体の突沸が生じることが防止されている。
【００３７】
また、図７は、要求蒸気量が急増してポンプ１６による被蒸発液体の供給量ｑｆ、加熱部２０の発熱量Ｑが急減した場合における、蒸気発生器１２の図５に示す各部の温度変化を示している。この図７から、加熱部２０の発熱量Ｑの減少に対し被蒸発液体の供給量ｑｆの増加が遅れ（時間的にずれが生じ）、加熱部２０に接触している扁平壁２８Ａの温度Ｔ１が急減することがわかる。したがって、加熱部２０と蒸気発生管２４（被蒸発液体流路１８）との間に緩衝ガス管２８（緩衝ガス流路２２）を介在させない構成では、被蒸発液体に接触する壁面が急激に温度低下することがわかる。このような液体との接触壁面の急激な温度低下は、被蒸発液体流路１８での液位高騰の原因となる。すなわち、急激な温度低下により壁面は蒸気と比較して熱伝達レベルが高い被蒸発液体の接触面積が増し、さらに壁面温度が低下し、上記発生を不安定化させる原因となる被蒸発液体流路１８の液位変動が大きくなる。
【００３８】
一方、蒸気発生器１２では、加熱部２０からの熱の急減分の一部が、Ｔ２に示されるように温度低下する緩衝ガス流路２２を流れる気体からの熱伝達によって蒸気発生管２４、隔壁３０を介して被蒸発液体流路１８を流れる液体に輸送される（補われる）ので、扁平壁２４Ａ（二接触している被蒸発液体）の温度低下の時間変化は、温度Ｔ３で示すように緩和される。すなわち、緩衝ガス流路２２を流れる気体がサーマルストレージとして機能し、扁平壁２４Ａ、隔壁３０の温度低下の時定数が大きくなる。これにより、蒸気発生器１２では、被蒸発液体流路１８の液位変動が生じることが防止されている。
【００３９】
そして、以上説明した緩衝ガス流路２２を流れる気体のサーマルショックアブソーバ、サーマルストレージとしての機能は、被蒸発液体流路１８内の液位がどこにあっても自動的に作用することができる。したがって、蒸気発生器１２を備えた蒸気発生装置１０では、要求蒸気量の急激な変動に対しても、突沸や液位の急変等が防止され、安定して蒸気を発生、供給することができる。
【００４０】
また、蒸気発生装置１０では、被蒸発液体流路１８（蒸気発生管２４）、緩衝ガス流路２２（緩衝ガス管２８）、及び加熱部２０を、温度レベルの順に隣接して配置することが実現されている。
【００４１】
さらに、蒸気発生装置１０では、蒸気発生管２４、緩衝ガス管２８が扁平状に形成されると共に扁平壁２４Ａ、扁平壁２８Ａを接触させているため、接触（伝熱）面積が広く、加熱部２０から被蒸発液体流路１８を流れる被蒸発液体に効果的に熱輸送することができる。特に、蒸気発生管２４、緩衝ガス管２８にはそれぞれ複数の隔壁２６、隔壁３０が設けられているため、熱伝導経路が多く、加熱部２０から被蒸発液体流路１８を流れる被蒸発液体に一層効果的に熱輸送することができる。しかも、加熱部２０が扁平壁２８Ａと反対側の扁平壁２４Ａに略全面に亘り接触する構成であるため、例えば側壁２４Ｂに加熱部２０を接触させた本発明に含まれる構成と比較しても、加熱部２０から被蒸発液体流路１８を流れる被蒸発液体に効果的に熱輸送することができる。
【００４２】
またさらに、蒸気発生装置１０では、被蒸発液体流路１８における被蒸発液体の流れ方向と、緩衝ガス流路２２におけるガスの流れ方向とが同じ方向であるため、例えば被蒸発液体の流れ方向とガスの流れ方向とが交差する本発明に含まれる構成と比較して、被蒸発液体の流れ方向（図１に示す矢印Ｄ方向）及び熱流方向（同矢印Ｅ方向）との各直交方向（同矢印Ｆ方向）に温度分布が生じることが防止される。これにより、蒸気発生装置１０では、一層安定して蒸気を発生することができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る蒸気発生装置５０について、図８及び図９に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分には、上記第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がる。
【００４４】
図９には、蒸気発生装置５０の概略全体構成が模式図にて示されている。この図に示される如く、蒸気発生装置５０は、蒸気発生器１２に代えて、被蒸発液体流路１８と加熱部２０との間に気体流路としてのスーパヒート流路５２が介在された蒸気発生器５４を備える点で、第１の実施形態に係る蒸気発生装置１０とは異なる。以下、具体的に説明する。
【００４５】
スーパヒート流路５２は、緩衝ガス管２８内の空間を隔壁３０で区画することで、緩衝ガス流路２２と同様に構成されている。図８にも示される如く、スーパヒート流路５２の蒸気入口を成す緩衝ガス管２８の一端側開口部２８Ｃには、連通流路部材としてのＵターン流路部材５６の一側開口部５６Ａが気密状態で接合されている。一方、Ｕターン流路部材５６の他側開口部５６Ｂは、被蒸発液体流路１８の蒸気出口を成す蒸気発生管２４の一端側開口部２４Ｃが気密状態で接合されている。
【００４６】
これにより、被蒸発液体流路１８で発生した蒸気が、Ｕターン流路部材５６で流れ方向が転換（Ｕターン）されてスーパヒート流路５２に導入される構成とされている。したがって、蒸気発生装置５０では、被蒸発液体流路１８における被蒸発液体の流れ方向と、間にスーパヒート流路５２における過熱蒸気の流れ方向とが反対向きになる構成とされている。
【００４７】
以上説明した蒸気発生装置５０では、被蒸発液体流路１８で発生した蒸気がスーパヒート流路５２で過熱（スーパヒート）され、蒸気消費装置に過熱蒸気（スーパヒート蒸気）を供給するようになっている。蒸気発生装置５０における他の構成は、蒸気発生装置１０の対応する構成と同じである。
【００４８】
したがって、第２の実施形態に係る蒸気発生装置５０によっても、基本的に第１の実施形態に係る蒸気発生装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。すなわち、蒸気発生装置５０では、スーパヒート流路５２の過熱蒸気が被蒸発液体流路１８に対するサーマルショックアブソーバ、サーマルストレージとして機能するため、要求蒸気量の急激な変動に対しても、突沸や液位の急変等が防止され、安定して蒸気を発生、供給することができる。また、蒸気発生装置５０では、第１の実施形態に係る蒸気発生装置１０が奏する他の効果についても、蒸気発生装置１０と同様の作用によって得ることができる。
【００４９】
さらに、蒸気発生装置５０では、加熱部２０を、被蒸発液体流路１８における被蒸発液体の蒸発（潜熱供給）用途と、スーパヒート流路５２における過熱（顕熱供給）用途とで共用することができるため、スーパヒート流路５２を有する蒸気発生装置５０を全体として小型化することができる。特に、被蒸発液体流路１８とスーパヒート流路５２とで流体の流れ方向を反対向きにしているため、蒸気発生管２４、緩衝ガス管２８の同じ側の開口端に５６を設けることができ、蒸気発生装置５０を全体として一層小型化することができる。また、加熱部２０の熱容量を低減することができ、熱容量による蒸気発生器１２の起動時又は過渡（出力変動）時における応答遅れが軽減される。
【００５０】
またさらに、蒸気発生装置５０では、被蒸発液体流路１８（蒸気発生管２４）、スーパヒート流路５２（緩衝ガス管２８）、及び加熱部２０を、温度レベルの順に隣接して配置することが実現されている。補足すると、被蒸発液体流路１８での流動形態は液単相流及び気液２層流であり、被蒸発液体流路１８での伝熱形態は、液相熱伝達及び沸騰熱伝達となる。このため、被蒸発液体流路１８では、蒸気発生管２４及び隔壁３０と被蒸発液体との熱伝達レベルが高く（例えば、５〜２０ｋＷ／ｍ２Ｋ）、低い温度レベル（例えば３０℃〜１１０℃）で伝熱量（蒸気発生量）を制御することができる。一方、スーパヒート流路５２では、流動形態が過熱蒸気（ガス）の単層流であり、伝熱形態が気体熱伝達である。このため、熱伝達レベルが低く（例えば、０．２〜０．５ｋＷ／ｍ２Ｋ）、高い温度レベル（例えば１１０℃〜３００℃）での伝熱が必要とされる。また、加熱部２０では、４５０℃〜５００℃の温度レベルが要求される。
【００５１】
このように、要求される温度レベルが異なる被蒸発液体流路１８、スーパヒート流路５２、及び加熱部２０の各層を、上記の通り温度レベルの順に積層するため、加熱部２０、緩衝ガス管２８、蒸気発生管２４の順に、熱伝導による効果的な熱移動が可能である。また、被蒸発液体流路１８、スーパヒート流路５２での熱伝達レベルの差異に対し、上記積層順による流体と壁面との温度差の設定が可能となる。例えば、スーパヒート流路５２では、高い熱伝達が得られないので、緩衝ガス管２８及び隔壁３０とガスとの大きな温度差を設定し、被蒸発液体流路１８では、十分に高い熱伝達レベルであるため、蒸気発生管２４及び隔壁２６と被蒸発液体との小さい温度差を設定することができる。これらにより、蒸気発生装置５０では、加熱部２０からスーパヒート流路５２、被蒸発液体流路１８への供給熱量を確保することができ、スーパヒート流路５２の出口における過熱蒸気温度の低下、液凝縮の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の主要部を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の主要部を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置における加熱部から非常は杖気体への熱輸送経路を示す拡大平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の概略全体構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の蒸気発生器における図６及び図７の温度測定点を示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の、要求蒸気量の急増時における蒸気発生器の各部の温度変化を示す線図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生装置の、要求蒸気量の急減時における蒸気発生器の各部の温度変化を示す線図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る蒸気発生装置の主要部を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る蒸気発生装置の概略全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    蒸気発生装置
１２    蒸気発生器（蒸気発生装置）
１８    被蒸発液体流路（液体流路）
２０    加熱部
２２    緩衝ガス流路（気体流路）
２４    蒸気発生管（液体流路壁）
２６    隔壁
２８    緩衝ガス管（気体流路壁）
３０    隔壁
５０    蒸気発生装置
５２    スーパヒート流路（気体流路）
５４    蒸気発生器（蒸気発生装置）
５６    Ｕターン流路部材（連通流路部材）
【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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