(57)【要約】【課題】従来よりもコンパクトで、内部に高圧力がかかっても十分な強度を備えている蒸気発生装置を提供する。【解決手段】加熱器の機能を備えた加熱缶部１０と、上記を発生させる機能と気液分離機能とを備えた蒸発缶部２０とを含んでおり、加熱缶部１０は供給水取入口１から取入れた供給水を伝熱管２、３を通して加熱し発生蒸気の圧力で蒸気と液滴の混合状態にして蒸発缶部２０の上部受入口４に圧送する構成とされ、蒸気伝熱管２、３のうち少なくとも一部にコイル状の部分を含むように構成することにより、課題を解決する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度蒸留水または高純度蒸気を製造する装置であって、加熱器の機能を備えた加熱缶部（１０）と、蒸気を発生させる機能と気液分離機能とを備えた蒸発缶部（２０）とを含んでおり、前記加熱缶部（１０）は供給水取入口（１）から取入れた供給水を伝熱管（２、３）を通して加熱し発生蒸気の圧力で蒸気と液滴の混合状態にして蒸発缶部（２０）の上部受入口（４）に圧送する構成とされ、上記伝熱管（２、３）の一部にコイル状の部分を含んでいることを特徴とする蒸気製造装置。
【請求項２】
上部受入口（４）側に接続された伝熱管（３）が、該伝熱管（３）の中間部よりも上方にスパイラル部（３１）が設けられていると共に、その他はストレート管（３２、３３）で構成されることを特徴とする請求項１記載の蒸気製造装置。
【請求項３】
伝熱管（３）の外側に位置する伝熱管（２）を、夫々の両端部がストレート管で構成されると共に、加熱蒸気入口（１０ｂ）と同出口（１０ｃ）がストレート管部に臨むように構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療機関、製薬及び食品製造等の分野で使用される高純度の蒸気製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置では、加熱器の機能を備えた加熱缶部と、蒸気を発生させる機能と気液分離機能とを備えた蒸発缶部とを備え、高純度蒸留水を加熱して蒸気を発生させ気液分離器により蒸気を取り出す仕組みを採用するものが一般的である。
【０００３】
従来、蒸気を発生させる部分は、まっすぐな長細いチューブ（ストレート管）の内部に高純度蒸留水を通過させ、チューブの周囲に配置した熱源により加熱して蒸気を発生させている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６１６０２号公報（第５、第１２乃至１５段落、第１図）
【特許文献２】
特開２００２ー１６２００１号公報（第１８段落、第１図乃至第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置は蒸気発生効率が低いため、十分な発生量を得るためには加熱缶部を非常に長くしなければならなかった。
【０００６】
また、従来の装置では、蒸気を発生させる伝熱管（蒸発管）がストレート管であったため、伸縮が殆ど不可能であるために強度的に弱く、破損しやすかった。
【０００７】
なお、特許文献２の第１８段落には、螺旋管からなる蒸発缶でもよい旨記載されているが、具体的な構造は図示されておらず、かつ、本発明者の実験によると、全てが螺旋管（スパイラル管）では効率よい流下液膜が形成されず、蒸気発生効率が低いことが明らかとなった。
【０００８】
さらに、この装置は内部で蒸気圧を発生させるために蒸気発生部である伝熱管内に高圧力がかかるため、法令で定められた規格を遵守するためには、高圧力容器の指定を受けなければならず、そのために多くのコストと検査等の労力が必要であった。
【０００９】
上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりもコンパクトで、内部に高圧力がかかっても十分な強度を備えている蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る蒸気製造装置は、高純度蒸留水または高純度蒸気を製造する装置であって、加熱器の機能を備えた加熱缶部１０と、蒸気を発生させる機能と気液分離機能とを備えた蒸発缶部２０とを含んでおり、前記加熱缶部１０は供給水取入口１から取入れた供給水を伝熱管２、３を通して加熱し発生蒸気の圧力で蒸気と液滴の混合状態にして蒸発缶部２０の上部受入口４に圧送する構成とされ、蒸気伝熱管２、３の一部にコイル状の部分（スパイラル管）を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
このように従来ストレート管で構成されていたために破損しやすかった伝熱管の少なくとも一部にコイル状の部分（スパイラル管）を含むことにより、伸縮に対する強度が増大し、法令（例えば、労働安全衛生法施行令など）で定められた高圧力容器の指定対象外となり、基準に合格するための検査を受ける必要がなくなる。これは装置を製造するメーカのみならず、装置を購入して保守管理するユーザーにとっても大きな利点である。
【００１２】
特に、この装置では、上部受入口４側に接続された伝熱管３は、該伝熱管３の中間部よりも上方にスパイラル部３１が設けられていると共に、その他はストレート管３２、３３で構成されることが好ましい。
【００１３】
伝熱管３をこのような形状にすると装置が従来よりもコンパクトになると共に、蒸気発生効率が飛躍的に増大する。
【００１４】
また、伝熱管３の外側に位置する伝熱管２を、夫々の両端部がストレート管で構成されると共に、加熱蒸気入口１０ｂと同出口１０ｃの少なくとも一部がストレート管部に臨むように構成されていることが好ましい。
【００１５】
このように伝熱管２のうちストレート管で公正された部分に加熱蒸気の出入口１０ｂ、１０ｃが臨むように構成されていると、加熱蒸気が効率よく伝熱管内に熱を伝えるため、蒸気発生効率が高められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。蒸気製造装置とは、高純度蒸留水を供給水として、これを加熱手段により加熱し、高純度蒸気を発生させる装置である。
【００１７】
はじめに、本発明に係る蒸気製造装置のシステム図について説明する。図５は、その一例を示したものである。
【００１８】
図５に示すように、蒸気製造装置５０の加熱缶部１０に加熱蒸気供給ライン５１が接続され、ここから高温に加熱された蒸気が導入される。また、蒸気製造装置５０の蒸発缶部２０に供給水供給ライン５２が接続され、ここから高純度蒸留水が供給される。
【００１９】
なお、供給水（高純度蒸留水）はあらかじめプレヒーター５３や脱気缶５４などを経て導入されるようにするのが一般的である。各配管の接続については設計に応じて種々の形態が考えられる。
【００２０】
図１は、本発明に係る蒸気製造装置５０の一実施例を示す全体構造の縦断側面図を示したものである。図１に示すように、この装置は加熱缶部１０と蒸発缶部２０とから構成される。加熱缶部１０は、本体ケース１０ａの外面に熱源を取入れる加熱蒸気入口１０ｂと同出口１０ｃが上下に開設され、本体ケースの中空内部にコイル状のスパイラル管を一部に含んでなる一次、二次の伝熱管２、３が設けたものからなる。
【００２１】
この一次、二次伝熱管２、３の各上端口は、隔板１０ｄで仕切られた圧力室１０ｅに開口している。中心部にある二次伝熱管３ｂの下端口は、蒸発缶２０の上部受入口４に開口し、他方、一次伝熱管２ａの下端口は加熱缶部１０の下部室１４に開口しここから供給水が流入される。
【００２２】
蒸発缶部２０は、図１に示すように円筒状の缶胴ケース２０ａをアウターケースにして、その内部に同心に円筒部５と、環状の隔壁１２及びその外周サイクロン外筒１３とを一体に設けたものからなる。円筒部５は上部端壁１５に吊持状に支持されてその上部受入口４に伝熱管３の下端口が開口するように臨ませている。円筒部５の下端口５ａは缶胴ケース２０ａの底部との間に下部膨張室６となる空間を形成している。
【００２３】
図２（ａ）は、図１の加熱缶部２０の上部のＡ−Ａ面で切断した断面図を示している。供給水を圧力室１０ｅに圧送するための伝熱管２は最外周に８本（２ａ）とそのすぐ内側に４本（２ｂ）設けられている。また、圧力室１０ｅに圧送された供給水を流下するための伝熱管３は、加熱缶の最内周に４本設けられている。
【００２４】
サイクロン８は図２（ｂ）に示すようにサイクロン外筒１３の上部の外周面に中心方向に向かって旋回流が生じるように接線方向に切設した複数の窓孔８ａと奥に向かう程細巾の通路８ｂを形成するように区切られたガイド小片８ｃとで形成され、円周等間隔に３乃至４箇所設けるものとする。
【００２５】
図３（ａ）は、最内周に設けられた二次伝熱管３の側面図を示している。この図のように、上方の一部がスパイラル管３１を含み、その他はストレート管３２、３３で構成される。なお、既述のように、図１では１本しか示されていないが、この実施例では４本を組み合わせて設けられている。
【００２６】
図３（ｂ）は、最外周の伝熱管よりも内側に設けられた一次伝熱管２ｂを側面図を示している。この図のように、上部及び下部がストレート管２２ｂ、２３ｂで構成され、中央部は同一径のスパイラル管２１ｂで構成されている。
【００２７】
図３（ｃ）は、最外周に設けられた一次伝熱管２ａの側面図を示している。この図のように、一次伝熱管２ａは、上部及び下部がストレート管２２ａ、２３ａで構成され、中央部は一次伝熱管２ｂの外周とほぼ同径の内周を有する同一径のスパイラル管２１ａで構成される。
【００２８】
なお、図１及び図２に例示するように、全ての伝熱管（２ａ、２ｂ、３）は、同形同大のそれぞれが互いの隙間に入り込むように配置し、コイルの中心軸に対し対称となるように均一に設けられることが好ましい。図４はそれぞれの伝熱管（２ａ、２ｂ、３）の１本を端部からみた正面図を示したものである。これを円周方向に互いにずらしながら配置していくと１本分の伝熱管が占める容積内に同形同大の複数のコイルを収納することができるため、コンパクトに構成できると共に温度分布が均一となる。
【００２９】
【作用】
熱源としての加熱蒸気を加熱蒸気入口１０ｂより加熱缶部１０内に送り込むと、蒸気は缶内に充満して同出口１０ｃより流出するからこの加熱蒸気の送入及び流出の加減により缶内を所定の温度に保ち、伝熱管２、３を加熱する。
【００３０】
この状態で供給水を供給水入口１より供給すると、この供給水は一次伝熱管２を通って圧力室（上部室）１０ｅに至り、さらにこの圧力室１０ｅから中心部にある二次伝熱管２を通って蒸発缶部２０の円筒部５の上部受入口４に送入される。この為供給水は伝熱管２、３を通過する間に所定の高温度に加熱されて蒸気となり、さらにその圧力で蒸気と飽和水の気液２相流体で円筒部５へ圧送され下端口より膨張室６を経て環状室７を上昇し圧力を高めながらサイクロン８により中心内方へ向かう旋回流となってサイクロン室１１、及び隔壁１２の内側の圧力路１５を上昇し分離室１４より取出口９へ送出されるものであって、このような流れの間に最終的に液滴が分離除去されて高純度の蒸気が得られるものである。
【００３１】
上述のように、圧力室１０ｅに圧送された供給水は最内周にある二次伝熱管３を通って流下するが、供給水が伝熱管３の上方に設けられたスパイラル管３１を通過する際、流速が制限されて遅くなるため、管内壁を均一に薄い水膜が覆い、流下液膜（いわゆる「ぬれ壁」）を形成する。そのまま、水膜は重力によって内壁面を流下するが、この時、周囲の加熱蒸気により熱せられて高純度の蒸気が発生する。
【００３２】
なお、厳密に言うと、スパイラル管３１を通過した直後は表面状態は荒れているため、均一な水膜が管内を一様に覆っていないが、その後ストレート管内を重力によって流下するにつれて整流され、より一層蒸発しやすい状態となる。この意味において、スパイラル管は少なくとも真ん中辺りよりも上方の一部にあればよく、その他の部分３２、３３はむしろストレート管であることが好ましい。
【００３３】
なお、実施例では、最外周の一次伝熱管２ａは８本、その内側の一次伝熱管２ｂは４本設けられているが、複数設けている点が重要でありその本数については当業者の設計事項である。このようにスパイラル管を複数本用いると多くの供給水を低い流速で圧力室１０ｅまで圧送することができるため、蒸気発生効率が高められると共に安定して蒸気を発生させることができる。
【００３４】
さらに、この実施例のようにスパイラル管とストレート缶とを組み合わせた伝熱管３は、伸縮に対する自由度が大きいため、従来の蒸気製造装置よりも機械的強度が大きい。通常、伝熱管３の内部では大量の蒸気が発生して高圧力がかかるため、労働安全衛生法施行令などで定められた高圧力容器の指定対象となるが、本装置の場合、装置の大きさなど一定の条件をクリアすることにより指定対象外となり、基準に合格するための検査を受ける必要がなくなる。これは装置を製造するメーカのみならず、装置を購入して保守管理するユーザーにとっても大きな利点となる。
【００３５】
本実施形態では、蒸発缶と加熱缶が一体化した構成を例示したが、本発明の最大の特徴部分は蒸気発生部分を担う伝熱管の形状にあり、その他の部分については従来の技術を適用することができる。例えば、蒸発缶部と加熱缶部とが別々の筐体で両者が配管で接続された構成であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係る蒸気製造装置は従来装置よりも蒸気発生効率が高く、コンパクトでしかも機械的強度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す蒸気製造装置の全体構造の縦断側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線矢視図の拡大した横断平面図である。
【図３】図１におけるそれぞれの伝熱管１本を表わす側面図である。
【図４】図１におけるそれぞれの伝熱管の端部を表わす正面図である。
【図５】本発明の一実施例を示す蒸気製造装置のシステム図である。
【符号の説明】
１  供給水取入口
２、３  伝熱管
４  上部受入口
５  円筒部
６  膨張室
７  環状室
８  サイクロン
９  取出口
１０  加熱缶部
１１  サイクロン室
１２  隔壁
１３  サイクロン外筒
１４  下部室
２０  蒸発缶部
５０  蒸気製造装置
５１  加熱蒸気供給ライン
５２  供給水供給ライン
５３  プレヒーター
５４  脱気缶
【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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