(57)【要約】【課題】蒸気発生装置のジャケットで発生した蒸気を外部の蒸気戻し管などを使用せずに気液室に戻すことにより、装置構成を簡素化してコンパクトにする。【構成】蒸気発生装置１は、蒸発室６の上部に蒸気滞留部９を設け、その蒸気滞留部９の蒸気を気液室２に導くようにすると共に、ジャケット７の上部を蒸発室６の蒸気滞留部９の高さまで延長して該蒸気滞留部９に連通し、ジャケット７で発生した蒸気を蒸発室６の蒸気滞留部９に直接混入する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水供給口（３）  および蒸気排出口（４）  を有する気液室（２）  と、
その気液室（２）  の下側に連結した加熱室（５）  と、
その加熱室（５）  の内部に配置した蒸発室（６）  と、
その加熱室（５）  の周囲に配置したジャケット（７）  とを備え、
その気液室（２）  からの水を蒸発室（６）  及びジャケット（７）  で加熱し、発生した蒸気を気液室（２）  に導くようにした蒸気発生装置において、
その蒸発室（６）  の上部に蒸気滞留部（９）  を設け、その蒸気滞留部（９）  の蒸気を気液室（２）  に導くと共に、
ジャケット（７）  の上部を蒸発室（６）  の蒸気滞留部（９）  の高さまで延長して該蒸気滞留部（９）  に連通し、ジャケット（７）  で発生した蒸気を、蒸発室（６）  の蒸気滞留部（９）  に直接混入するように構成したことを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記気液室（２）  の水を蒸発室（６）  に供給する水供給管（８）  を設けると共に、
蒸発室（６）  の水を蒸気滞留部（９）  からそれに連通するジャケット（７）  の上部に供給するように構成したことを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
ジャケット（７）  の内部にセパレータ（１７）を設け、ジャケット（７）  が加熱室（５）  で加熱された際に、セパレータ（１７）の外側を水が下降し、内側を気液混合体が上昇するように構成したことを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
ジャケット（７）  の内壁に複数のガイド体（２２）を、上下方向に所定間隔で斜めに配置してガイド体列（２３）を形成し、周方向に隣合うそれらガイド体列（２３）をその斜め方向の配列が交互に逆向きとなり、周方向に所定間隔で複数列設けられ、それらガイド体列（２３）によって水を下方向に誘導すると共に気液混合体を上方向に誘導するように構成したことを特徴とする蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水を加熱して蒸気を発生する蒸気発生装置に関し、特に構造が簡単でコンパクトに構成できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や種々の施設では蒸気を熱源とする加熱設備や暖房設備を設置することが多く、これら設備にはボイラや蒸気発生装置から蒸気が供給される。設備の蒸気消費量が大きい場合は通常ボイラが設置されるが、蒸気消費量が比較的少ない場合には小型の蒸気発生装置が専ら設置される。
【０００３】
後者の蒸気発生装置として、水供給口と蒸気排出口を有する気液室と、気液室の下側に連結した加熱室と、加熱室の内部に配置した蒸発室と、加熱室の周囲に配置したジャケットを備え、気液室からの水を蒸発室及びジャケットで加熱し、発生した蒸気を気液室に戻すようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−６０２号公報（第１〜３頁、第１図、第２図）
【０００５】
図９は従来の蒸気発生装置の模式的な断面図であり、その蒸気発生装置１は、上部に有底筒状の気液室２が設けられ、その外周に空間を介して筒状の気液分離部２ａが被嵌され、その上端が円形の天板で閉塞されている。その天板の気液室２の内側の環状バッファ２ｂのさらに内側に、水供給口３および蒸気排出口４が開口する。また、気液室２の底部中心から水供給管８が延長し、その外周に空間を介して有底筒状の蒸発室６が設けられ、その上端開口が円形のプレートに貫通し、そのプレートの周縁が加熱室５の上端内周に接続されている。なお、実際には蒸発室６はプレートに複数取付けられる。そして、その加熱室５が蒸発室６の下側に配置されており、その下端中央にバーナ等が配置された燃焼部１４が設けられている。なお、符号９は蒸発室６の上部に設けた蒸気滞留部である。
【０００６】
さらに、加熱室５の外周には空間を介して筒状のジャケット７が被嵌され、そのジャケット７の下部に蒸気滞留部９から水供給管１０が連通する。またジャケット７の上部と下部を水循環管１１が連通する。また、ジャケット７の上部に発生する蒸気を気液室２に導く蒸気戻し管１２が、ジャケット７の上部と気液分離部２ａを連通する。
符号１３は蒸発室６で発生した蒸気を気液室２に戻す蒸気戻し通路、１５は加熱室５から燃焼ガスを排出するガス排出口、１６は燃焼ガスを蛇行させるバッフルプレートである。
【０００７】
次に、図９の蒸気発生装置の作用を説明する。先ず水供給口３から水を気液室２内に供給すると、その水は気液室２の底部から水供給管８を通って蒸発室６内に入り、蒸気滞留部９にオーバフローする。蒸気滞留部９の水は次いで水供給管１０からジャケット７に入る。そして、水が蒸発室６とジャケット７の内部を満し、蒸気滞留部９が所定の水レベルに達したとき、水の供給を停止する。それ以降は気液室２の水位をレベル計（図示せず）などにより検出して所定レベルを維持制御する。
【０００８】
燃焼部１４の燃焼により発生する燃焼ガスは、バッフルプレート１６で加熱室５内を蛇行状に上昇して流通し、蒸発室６とジャケット７を加熱してからガス排出口１５より矢印のように排出される。蒸発室６内の水が加熱されると、その一部は蒸気となって上昇して蒸気滞留部９に滞留し、そこから水分を多く含んだ蒸気が気液分離部２ａに入り、蒸気のみ気液室２に流入し、分離した水分が蒸気滞留部９に戻る。一方、ジャケット７は加熱室５の周壁を冷却すると共に、加熱室５からの伝熱により発生した蒸気はその上部から蒸気戻し管１２を経て気液分離部２ａに入り、そこで蒸気のみが気液室２に流入し、分離された水分が蒸気滞留部９に流下する。なおジャケット７の水は水循環管１１により効率よく循環する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す従来の蒸気発生装置は、ジャケット７で発生した蒸気を気液室２に導くために、装置外部に蒸気戻し管１２を設けている。そのため装置構成が複雑化し、装置外形も大きくなるという問題がある。また、蒸気戻し管１２からの熱放散を避けるためその外周部に沿って断熱層を設ける必要がある。
【００１０】
そこで本発明はこのような問題を解決することを課題とし、そのための新しい蒸気発生装置を提供することを第１の目的とする。また本発明は従来のような外部の水循環管１１を使用することなくジャケットの水循環を効率よく循環でき、ジャケットで発生する蒸気の脈動を抑制できる蒸気発生装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成する本発明は、水供給口と蒸気排出口を有する気液室と、気液室の下側に連結した加熱室と、加熱室の内部に配置した蒸発室と、加熱室の周囲に配置したジャケットを備え、気液室からの水を蒸発室及びジャケットで加熱し、発生した蒸気を気液室に導くようにした蒸気発生装置である。
そして、蒸発室の上部に蒸気滞留部を設け、その蒸気滞留部の蒸気を気液室に導くようにすると共に、ジャケットの上部を蒸発室の蒸気滞留部の高さまで延長して該蒸気滞留部に連通し、ジャケットで発生した蒸気を蒸発室の蒸気滞留部に直接混入するように構成したことを特徴とし、それによって第１の目的を達成することができる（請求項１）。
【００１２】
上記発生装置において、気液室の水を蒸発室に供給する水供給管を設けると共に、蒸発室の水を蒸気滞留部からそれに連通するジャケットの上部に供給するように構成することができる（請求項２）。
【００１３】
上記いずれかの蒸気発生装置において、ジャケットの内部にセパレータを設け、ジャケットが加熱室で加熱された際に、セパレータの外側を水が下降し、内側を気液混合体が上昇するように構成し、それによって第１および第２の目的を達成することができる（請求項３）。
【００１４】
さらに前記いずれかの蒸気発生装置において、ジャケットの内壁に複数のガイド体を上下方向に所定間隔で斜め配置してガイド体列を形成し、それらガイド体列をその斜め方向を交互に逆にして水平方向に所定間隔で複数列設け、それらガイド体列によって水を下方向に誘導すると共に気液混合体を上方向に誘導するように構成し、それによって第１および第２の目的を達成することができる（請求項４）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る蒸気発生装置の実施の形態を示す模式的な断面図であり、図９の従来の装置と同じ部分には同一符号が付されている。
【００１６】
図１に示す蒸気発生装置１は、筒状の気液分離部２ａの上端を閉鎖する天板に、水供給口３と蒸気排出口４を設けた筒状の気液室２と、気液室２の下側に連結した加熱室５と、加熱室５の内部に配置した蒸発室６と、加熱室５の周囲に配置したジャケット７を備えている。そして気液室２の下側に蒸発室６から横断面の拡大された蒸気滞留部９を設け、蒸気滞留部９の空間はその上部に連結した気液室２の気液分離部２ａに連通している。
【００１７】
気液室２は水供給口３から供給される水を受け入れ、それを蒸発室６等に供給する機能と、蒸発室６やジャケット７で発生する蒸気を受け入れ、それを蒸気排出口４から排出する機能を有する。そして気液室２の外周に気液分離部２ａが設けられる。この気液分離部２ａは下方から上昇してくる水分を多量に含んだ蒸気から、その蒸気のみを分離してバッファ２ｂを迂回して気液室２内に誘導する機能を有する。
【００１８】
蒸発室６は細長い有底の筒体により形成され、その上部を加熱室５の天板もしくは水平な支持板などに支持することにより、加熱室５内に垂直下方に延長して配置され、その上端の開口部は蒸気滞留部９に連通する。
蒸発室６の内部には細長い筒体からなる水供給管８が同軸的に配置され、その水供給管８の上端部は気液室２の底部に開口（連通）し、下端部は蒸発室６の底部近傍に開口している。なお、このように内部に水供給管８を配置した蒸発室６は加熱室５内に所定間隔で複数本平行して設けられる。
【００１９】
加熱室５は円筒形に形成され、その下部にはバーナ等により構成される燃焼部１４が設けられる。そして燃焼部１４には重油や灯油などの液体燃料、または都市ガスなどのガス燃料が供給され、その燃焼ガスにより蒸発室６やジャケット７を加熱する。加熱室５の側壁と各蒸発室６の間に、燃焼ガスを蛇行上昇させて蒸発室６やジャケット７を均一に加熱するためのバッフルプレート１６が配置され、さらに加熱室５の上部には燃焼ガスを排出するガス排出口１５が設けられる。なお、加熱室５の内部に燃焼部１４を設ける代わりに、外部に高温の燃焼ガス発生装置を付加し、その燃焼ガスをダクト等により加熱室５内に導入することもできる。
【００２０】
加熱室５の周囲に配置した筒状のジャケット７は、加熱室５の周壁を兼用する内筒と、それから半径方向に所定間隔で設けた外筒により形成され、その間に水が充満もしくは循環する。加熱室５の上部は蒸気滞留部９の高さまで延長しており、延長した部分と蒸気滞留部９の上部は互いに連通している。そのためジャケット７で発生する蒸気は、図９に示す従来の蒸気戻し管１２のような外部配管を通すことなく、蒸気滞留部９の蒸気、すなわち蒸発室６で発生した蒸気に直接混入できるようになっている。
【００２１】
蒸気滞留部９には蒸気と共に気液室２から供給される水も滞留する。そしてこの滞留した水の一部は、蒸気滞留部９の下部に開口する水供給管１０によりジャケット７の下部に供給される。なお水供給管１０の上端部は蒸気滞留部９に連通する代わりに気液室２の底部に連通してもよい。
【００２２】
次に図１の実施の形態の作用を説明する。図９に示す従来の装置と同様に、先ず水供給口３から水を気液室２内に供給すると、その水は気液室２の底部から水供給管８を通って蒸発室６内に入り、蒸気滞留部９にオーバフローする。蒸気滞留部９の水は、次いで水供給管１０からジャケット７に入る。そして水が蒸発室６とジャケット７の内部を満し、気液室２が所定の水レベルに達したときに水供給は次に述べる水位制御器などにより自動的に停止される。
【００２３】
次いで、気液室２の水位は所定レベルを維持するように制御されることが望ましい。それには例えば、気液室２の水位を測定する水位検出器とその検出信号が予め設定された値になるように、水供給口への配管に設けた調整弁を制御する水位制御器を設ければよい。
【００２４】
加熱室５で発生する高温の燃焼ガスは、バッフルプレート１６で蛇行しながら蒸発室６とジャケット７全体を均一に加熱し、ガス排出口１５から矢印のように排出する。それにより蒸発室６内の水は加熱され、一部が蒸気となって上昇して蒸気滞留部９に滞留し、水分を多く含んだ蒸気がそこから気液分離部２ａに入り、蒸気のみが気液室２に流入し、分離された水分は蒸気滞留部９に戻る。
【００２５】
ジャケット７は加熱室５の周囲壁を冷却する機能を有すると共に、加熱室５からの熱で内部に存在する水の一部を蒸発させる機能を有する。ジャケット７内に発生した蒸気は内部を上昇し、その上部から蒸気滞留部９に直接流入して蒸発室２で発生した蒸気に混合する。なお気液分離部２ａから気液室２内に流入した蒸気分だけ蒸発室２またはジャケット７の水は不足するが、この不足分は蒸気滞留部９の水位変化となって表れ、さらに気液室２の水位変化と連動する。そして、前記水位制御器の作用によって自動的に水が気液室２に補給される。そして蒸気発生部９に補給された水は、次いで蒸発室６またはジャケット７に補給される。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、従来のようにジャケット７と気液分離部２ａを接続する外部の蒸気戻し管１２を設けることなく、ジャケット７で発生する蒸気を気液室２に効率よく戻すことができる。
【００２７】
図２は本発明に係る蒸気発生装置の他の実施の形態を示す模式的な断面図である。なお図２の実施の形態において、図１の実施の形態と同じ部分には同一符号を付し、それらの重複する説明は省略する。
【００２８】
図２の実施の形態が図１の実施の形態と異なる部分は、ジャケット７の内部に筒状のセパレータ１７を設け、その代わりに図１に示すジャケット７の水供給管１０を省略した点にあり、そのほかは同様に構成される。この筒状のセパレータ１７はジャケット７内に適当な支持部材で支持され、ジャケット７を構成する前記内筒と外筒の間に同軸的に配置される。
【００２９】
図３はそのセパレータ１７の１例を示す斜視図であり、筒状の本体１８の下部に所定間隔で複数の切欠部１９を形成して構成される。
図４はセパレータ１７の他の例を示す斜視図であり、筒状の本体１８の下部に多数の細かい貫通孔２０を形成すると共に、本体１８の中間部に多数の凹凸部２１を形成してものである。
【００３０】
上記図４のセパレータ１７における凹凸部２１を構成する凹部はセパレータ１７の内側に突出し、凸部はセパレータ１７の外側に突出する。そして図４のセパレータ１７をジャケット７の中間に同軸的に配置したとき、それら凹部と凸部がそれぞれ内筒と外筒に接触し、セパレータ１７を正確にジャケット７に位置決めすることできる。
なお、これら図３または図４のセパレ−タ１７は、例えば金属板を筒状に曲げ、縁部を溶接等により接合することによって作ることができる。（図４には縁部を接合する前の段階が示されている。）
【００３１】
図３または図４のセパレータを図２のようにジャケット７内に配置した状態において、加熱室５からの熱でジャケット７の内筒側が加熱されると、セパレータ１７と内筒の間に存在する水の一部が蒸発して気液混合体を形成する。この気液混合体は水より密度が小さいのでセパレータ１７と内筒の間に上昇流を発生する。すると液バランスからセパレータ１７とジャケット７の外筒との間に滞留している水がセパレータ１７の下部の切欠部１９（図３のセパレータ１７を使用した場合）または貫通孔２０（図４のセパレータ１７を使用した場合）から内筒側に流入する循環流が発生する。
【００３２】
セパレータ１７の内側から上昇した気液混合体は蒸気滞留部９に流入し、そこから蒸気成分が気液分離部２ａに排出する。一方、セパレータ１７の外側を下降する水の補給は、蒸気セパレータ滞留部９からそれに連通するジャケット７の上部に行われる。
このようにしてセパレータ１７の内側に発生する上昇流と外側に発生する下降流により、ジャケット７内には良好な水循環が形成される。そのため図１のような、水供給管１０を設けることなく、ジャケット７に水を補給できると共に、発生する蒸気が安定な状態で上昇できるため、ジャケット７内部における蒸気の脈動や突沸の発生を効果的に抑制できる。
【００３３】
このように図２の実施の形態によれば、図１の実施の形態で奏する効果、すなわち蒸気戻し管１２の省略に加え、ジャケット７への水供給管１０の省略や上記の脈動抑制などの効果も奏する。
【００３４】
図２のように水供給管１０を省略する実施の形態において、その変形としてセパレータ１７を設ける代わりにジャケット７の内筒、即ち加熱室５の外周、もしくはジャケット７の外筒あるいは、その両者に間欠的に突出したガイド体列を設けることによっても、上記の水循環機能および脈動抑制機能を達成できる。
【００３５】
図５はジャケット７の内筒（加熱室５の筒状壁面、以下同じ）の外周面に、その外面に整合する短いバーからなる複数のガイド体２２を上下方向に所定間隔に離間して平行に且つ、夫々斜めに配置することにより、ガイド体列２３を形成したものである。このガイド体列２３は周方向に離間して複数列形成され、隣合うガイド体列２３は夫々のガイド体２２の傾斜方向が交互に逆向きに配置されている。なお各ガイド体２２は金属ブロックなどで構成し、それをジャケット７の内筒の外周面またはジャケット７の外筒の内周面に溶接等により取り付けることができる。
【００３６】
ガイド体２２は図５のようなバーで構成する代わりに、図６のように短い凸部で構成することもできる。図６の例ではジャケット７の内筒の外周面にプレス加工やバルジ加工により押出して凸状のスプールを形成する。また、ガイド体２２はジャケット７の外筒の内周面に設けることもできる。図７はジャケット７の外筒の外面から内面側に例えばプレス加工により凸部を押出してスプールを形成し、該スプールによりガイド体２２を構成している。さらに図５のバーをジャケット７の内筒の外周のみ、あるいはジャケット７の内筒と外筒との両者に設けることもでき、図６と図７のスプールを共に設けることもできる。
【００３７】
図８は複数のガイド体列２３を形成した加熱室５の展開図である。すなわち図８の平板に示すＡ―Ｂの縁部とＣ−Ｄの縁部を併せて筒状にすることによりジャケット７の内筒が形成される。なお図８は図５に示す例の展開図であるが、図６、図７の場合も同様に展開して示すことができる。
【００３８】
図８において、加熱室５によりジャケット７の内筒が加熱されると、その内部に存在する水の一部が蒸発し、発生した蒸気は密度差により上昇する。その際、図示のように隣接するガイド列２３の傾斜先端が上方に向いている細長い領域に沿って密度の低い蒸気を主成分とする上昇流ａが誘導され、隣接するガイド列２３の傾斜先端が下方に向いている部分に沿って密度の大きい水を主成分とする下降流ｂが誘導される。
【００３９】
このようにジャケット７に図５ないし図７のいずれかに示す形態で複数のガイド体列２３を設けることにより、図１のような水供給管１０を設けなくてもジャケット７内部の水循環がスムーズに行われる。また蒸気の脈流や突沸も図２の実施の形態と同様に抑制される。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る蒸気発生装置は、蒸発室の上部に蒸気滞留部を設け、その蒸気滞留部の蒸気を気液室に戻すようにすると共に、ジャケットの上部を蒸発室の蒸気滞留部の高さまで延長して該蒸気滞留部に連通し、ジャケットで発生した蒸気を蒸発室の蒸気滞留部に直接混入するように構成したことを特徴とする。そのため従来の装置のように、ジャケットで発生した蒸気を気液室に戻す蒸気戻し管を外部に設ける必要がない。そのため装置構成が簡単になり、コンパクト化される。
【００４１】
上記の蒸気発生装置において、気液室の水を蒸発室に供給する水供給管を設けると共に、蒸発室の水を蒸気滞留部からそれに連通するジャケットの上部に供給するように構成できる。このようにすると、装置全体の水の流路を短くでき、スムーズな水循環を行わせることができる。
【００４２】
上記いずれかの蒸気発生装置において、ジャケットの内部にセパレータを設け、加熱室からの熱でジャケットが加熱された際に、セパレータの外側を水が下降し、内側を気液混合体が上昇するように構成できる。このようにすると、ジャケットへの水供給管を省略できると共に、発生する蒸気の脈流等を抑制できる。
【００４３】
さらに前記いずれかの蒸気発生装置において、ジャケットの内壁に複数のガイド体を上下方向に所定間隔で斜め配置してガイド体列を形成し、周方向に隣り合うそれらガイド体列をその斜め方向を交互に逆にして周方向に所定間隔で複数列設け、それらガイド体列によって水を下方向に誘導すると共に気液混合体を上方向に誘導するように構成できる。このように構成した場合も、ジャケットへの水供給管を省略できると共に、発生する蒸気の脈流等を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気発生装置の実施の形態を示す模式的な断面図。
【図２】本発明に係る蒸気発生装置の他の実施の形態を示す模式的な断面図。
【図３】図２におけるセパレータ１７の１例を示す斜視図。
【図４】図２におけるセパレータ１７の他の例を示す斜視図。
【図５】ジャケット７の内筒表面にガイド体列２３を形成した例を示す斜視図。
【図６】ジャケット７の内筒表面にガイド体列２３を形成した他の例を示す斜視図。
【図７】ジャケット７の外筒内面にガイド体列２３を形成した例を示す斜視図。
【図８】図５に示す内筒の展開図。
【図９】従来の蒸気発生装置の模式的な断面図。
【符号の説明】
１  蒸気発生装置
２  気液室
２ａ  気液分離部
２ｂ  環状バッファ
３  水供給口
４  蒸気排出口
５  加熱室
６  蒸発室
７  ジャケット
８  水供給管
９  蒸気滞留部
１０  水供給管
１１  水循環管
１２  蒸気戻し管
１３  蒸気戻し通路
１４  燃焼部
１５  ガス排出口
１６  バッフルプレート
１７  セパレータ
１８  本体
１９  切欠部
２０  貫通孔
２１  凹凸部
２２  ガイド体
２３  ガイド体列
ａ  上昇流
ｂ  下降流
【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】
2004176934.tif 000009
【図８】
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【図９】
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