(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給水を加熱して気液混合相を発生させる加熱管（１）と、
この気液混合相を更に加熱して蒸気を発生させる蒸発管（２，…，２）と、
熱交換空間であるシェル（３）と、
シェル（３）の上部に配位された気液混合相分配室（４）とを備え、
加熱管（１）と蒸発管（２，…，２）とがシェル（３）の内部に設けられ、
加熱管（１）内にて熱交換されて発生した気液混合相が気液混合相分配室（４）で蒸発管（２，…，２）に流入し、シェル（３）内部にて蒸発管（２，…，２）内の気液混合相が熱交換されるようにした純粋蒸気発生装置において、
シェル（３）は、上下方向に配位される筒状の側板（３ｃ）とその上下端を閉鎖する上部管板（３ａ）と下部管板（３ｂ）とを備え、
加熱管（１）が上下方向に形成される螺旋状の管であり、
加熱管基端部分（１ｘ）が、シェル（３）の側板（３ｃ）を貫通し、蒸発管末端部分（２ｙ，…，２ｙ）がシェル（３）の下部管板（３ｂ）を貫通することにより、加熱管（１）と蒸発管（２，…，２）とが別流路を形成するものであり、
シェル（３）の下部に気液分離部（６）が配位され、蒸発管（２，…，２）内の蒸気が気液分離部（６）を通過し、蒸気中の微細な水滴が除去されるようにしたものであり、気液分離部（６）は、シェル（３）の下部管板（３ｂ）とは間隔が保持された気液分離部管板（６ｃ）を備え、シェル（３）の下部管板（３ｂ）を貫通した蒸発管末端部（２ｙ，…，２ｙ）が気液分離部管板（６ｃ）に接続されていることを特徴とする純粋蒸気発生装置。
【請求項２】
供給水を加熱して気液混合相を発生させる加熱管（１）と、この気液混合相を更に加熱して蒸気を発生させる蒸発管（２，…，２）とから構成される純粋蒸気発生装置において、
熱源流体との熱交換を行うことを目的として、熱交換空間であるシェル（３）が設けられ、
加熱管（１）と蒸発管（２，…，２）とが、それぞれシェル（３）内部に設けられ、少なくとも加熱管（１）が螺旋管からなり、
加熱管末端部分（１ｙ）が、上下方向に配位される筒状の側板（３ｃ）とその上下端を閉鎖する上部管板（３ａ）と下部管板（３ｂ）とからなるシェル（３）の側板（３ｃ）を貫通し、蒸発管基端部分（２ｘ，…，２ｘ）がシェル（３）の上部管板（３ａ）を貫通することにより、加熱管（１）と蒸発管（２，…，２）とが別流路を形成することを特徴とする純粋蒸気発生装置。
【請求項３】
上下方向に配位される筒状の側板（３ｃ）とその上下端を閉鎖する上部管板（３ａ）と下部管板（３ｂ）とからなる、閉鎖された熱交換空間であるシェル（３）と、
シェル（３）内に上下方向に配位された、螺旋状に延びる加熱管（１）と、シェル（３）内に上下方向に配位された、直管状に延びる蒸発管（２，…，２）と、
シェル（３）の外部であり、かつ上部に配位された閉鎖空間である気液混合相分配室（４）と、
シェル（３）の外部に配位され、加熱管末端部分（１ｙ）と気液混合相分配室（４）を連結する連結配管（５ａ）と、
シェル（３）の外部に配位され、加熱管基端部分（１ｘ）と加熱管末端部分（１ｙ）とを連結するバイパス管（５ｂ）と、
シェル（３）の外部であり、かつ下部に配位された気液分離部（６）とからなり、
蒸発管（２，…，２）は加熱管（１）の螺旋内部に配位され、
加熱管基端部分（１ｘ）は側板（３ｃ）の下部を貫通し、
加熱管末端部分（１ｙ）は側板（３ｃ）の上部を貫通し、
蒸発管基端部分（２ｘ，…，２ｘ）は上部管板（３ａ）を貫通し、
蒸発管末端部分（２ｙ，…，２ｙ）は下部管板（３ｂ）を貫通し、
気液混合相分配室（４）は、シェル（３）の上部管板（３ａ）とは間隔が保持されて設けられた気液混合相分配室管板（４ａ）を有し、上部管板（３ａ）を貫通した蒸発管基端部分（２ｘ，…，２ｘ）がシェル（３）の、気液混合相分配室管板（４ａ）に接続されており、
気液分離部（６）は、シェル（３）の下部管板（３ｂ）とは間隔が保持された気液分離部管板（６ｃ）を備え、シェル（３）の下部管板（３ｂ）を貫通した蒸発管末端部（２ｙ，…，２ｙ）が気液分離部管板（６ｃ）に接続されていることを特徴とする純粋蒸気発生装置。
【請求項４】
熱交換後の熱源流体の余熱を利用することにより、加熱前の供給水に対して、予熱をなすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の純粋蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、医療現場及び製薬工場や食品工場等において使用される純粋蒸気発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療現場及び製薬工場や食品工場等においては、バクテリアエンドトキシンあるいはパイロジェンと呼ばれるバクテリアの死骸等の、不純物を含まない純粋蒸気の供給が要求されている。この純粋蒸気は、注射用蒸留水や滅菌用蒸気の製造用に使用される。
このため、純粋蒸気発生装置においては、供給水とその供給水から発生させた純粋蒸気の接触防止、飛沫同伴により不純物を含んだ水滴の共存防止、装置の安定稼働等が必要とされている。
【０００３】
次に、純粋蒸気発生装置の構造について述べる。
この装置は大きく分けて加熱部分，蒸発部分，気液分離部分の３要素から構成されている。加熱部分は、供給水を熱源流体（熱源蒸気）により加熱させる部分である。加熱部分で加熱された供給水は、蒸気と水との気液混合相の状態となる。そして、蒸発部分に供給された気液混合相は、更に加熱されて蒸気となる。次に、気液分離部分を通すことにより、蒸気中の微細な水滴が除去されて純粋蒸気となるのである。
【０００４】
純粋蒸気発生装置については、例えば特開２０００−１６１６０２に開示されているものがある。これは図３に示すようなものである。
この装置においては、加熱部分である加熱管１０１，…，１０１と、蒸発部分である蒸発管１０２，…，１０２の各伝熱管が並列して、それぞれ上下管板１０３ａ，１０３ｂに設けられて閉鎖空間であるシェル１０３内に配位されている。
【０００５】
次に、純粋蒸気発生のプロセスについて説明する。取水口１０５ｃから取り入れられた供給水は、供給水溜まり１０８を経由し、加熱管１０１，…，１０１内を上昇する。この上昇過程において、供給水は熱源蒸気供給口１０３ｄより供給される熱源蒸気により加熱されて、蒸気と水（液体）が混合した状態である気液混合相となる。気液混合相は加熱管１０１，…，１０１を上昇後、気液混合相分配室１０４を経由し、蒸発管１０２，…，１０２を下降する。この下降過程において、気液混合相は熱源蒸気により加熱されて蒸気となる。この蒸気が、気液分離部１０６を経由して、蒸気中の微細な水滴を除去され、蒸気取出口１０６ａより純粋蒸気として取り出される。
【０００６】
この時それぞれの伝熱管の温度分布は、加熱管下部１０１ｘ，…，１０１ｘが最も低く、加熱部分から蒸発部分に到るにつれて温度が高くなり、蒸発管下部１０２ｙ，…，１０２ｙが最も高い。この温度分布の差により、各伝熱管に膨張差が発生する。これにより、上下管板１０３ａ，１０３ｂと各伝熱管との接合部や上下管板１０３ａ，１０３ｂ自体に応力が発生することとなる。この応力が繰り返し発生することにより、前記接合部に漏れが発生してしまうことが多々あった。
また、この構造では、蒸気流路１０９と供給水溜まり１０８とが蒸気流路壁１０９ａのみで隔てられているにすぎないために、蒸発管１０２，…，１０２を通過して生成した蒸気が、蒸気よりも低温の供給水とこの部分において間接的に接触することにより冷却されてしまい、蒸気の一部が液化してしまうこともあった。そのために、気液分離部１０６に余分な負担がかかっていた。
その他実際の施工上の問題より、この蒸気流路１０９と供給水溜まり１０８との間がＯリングによりシールされている場合、Ｏリングの劣化等により、供給水の一部が漏れて、蒸気と混ざってしまうことがあった。
次に、この構造では、加熱管１０１から気液混合相分配室１０４を経由して蒸発管１０２に至る経路において、バイパス経路等の緩衝手段が設けられていないために、装置内で圧力変動が発生した場合、影響を直接受けることとなる。具体的に述べると、１０６ｂから取り出される純粋蒸気の取り出し量が変動すると、その影響を直接受けるため、１０６での所望の圧力の蒸気を安定的に維持できなかったり、また、純粋蒸気を取り出さない時でも蒸気圧力を保持するために、常に供給水を送り、大量の水を１０６下部より廃棄するという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は前記の不具合を解決するために、次のことを課題とする。
第１の課題は、熱による膨張を吸収できる伝熱管を持つ純粋蒸気発生装置を提供することとする。
第２の課題は、第１の課題に加えて、加熱管及び蒸発管の下部や下部管板周辺について、水漏れや蒸気の一部が液化してしまうことを防止できる純粋蒸気発生装置を提供することとする。
第３の課題は、第１又は第２の課題に加えて、加熱管及び蒸発管の上部や上部管板周辺について、水漏れを防止できる純粋蒸気発生装置を提供することとする。
第４の課題は、第１から第３の課題に加えて、コンパクトに構成される純粋蒸気発生装置を提供することとする。
第５の課題は、第１から第４の課題に加えて、より熱効率及びエネルギ効率の良い純粋蒸気発生装置を提供することとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、供給水を加熱して気液混合相を発生させる加熱管１と、この気液混合相を更に加熱して蒸気を発生させる蒸発管２，…，２と、熱交換空間であるシェル３と、シェル３の上部に配位された気液混合相分配室４とを備え、加熱管１と蒸発管２，…，２とがシェル３の内部に設けられ、加熱管１内にて熱交換されて発生した気液混合相が気液混合相分配室４で蒸発管２，…，２に流入し、シェル３内部にて蒸発管２，…，２内の気液混合相が熱交換されるようにした純粋蒸気発生装置において、シェル３は、上下方向に配位される筒状の側板３ｃとその上下端を閉鎖する上部管板３ａと下部管板３ｂとを備え、加熱管１が上下方向に形成される螺旋状の管であり、加熱管基端部分１ｘが、シェル３の側板３ｃを貫通し、蒸発管末端部分２ｙ，…，２ｙがシェル３の下部管板３ｂを貫通することにより、加熱管１と蒸発管２，…，２とが別流路を形成し、シェル３の下部に気液分離部６が配位され、蒸発管２，…，２内の蒸気が気液分離部６を通過し、蒸気中の微細な水滴が除去されるようにしたものであり、気液分離部６は、シェル３の下部管板３ｂとは間隔が保持された気液分離部管板６ｃを備え、シェル３の下部管板３ｂを貫通した蒸発管末端部２ｙ，…，２ｙが気液分離部管板６ｃに接続されていることを特徴とする純粋蒸気発生装置を提供する。
なお、ここでの「基端」とは、各管内の流体の流れ方向を基準として上流側、「末端」は同じく下流側を示す。
【０００９】
本願第１の発明にあっては、加熱管１が螺旋状であるため、加熱管１の温度変化による膨張は、加熱管１自体のコイルばねのような挙動により吸収することができ、膨張により発生する応力によって周囲に影響することがない。また、シェル３の下部に関して、加熱管１と蒸発管２，…，２が別流路を形成する構造となるため、従来のように、温度差に起因する各伝熱管の膨張差により、下部管板３ｂに応力が発生し引き起こされる水漏れが発生しない。しかも蒸気と供給水との間接接触により、蒸気が冷却されて一部が液化してしまうことが起こらない。
【００１０】
また本願第２の発明は、供給水を加熱して気液混合相を発生させる加熱管１と、この気液混合相を更に加熱して蒸気を発生させる蒸発管２，…，２とから構成される純粋蒸気発生装置において、熱源流体との熱交換を行うことを目的として、熱交換空間であるシェル３が設けられ、加熱管１と蒸発管２，…，２とが、それぞれシェル３内部に設けられ、少なくとも加熱管１が螺旋管からなり、加熱管末端部分１ｙが、上下方向に配位される筒状の側板３ｃとその上下端を閉鎖する上部管板３ａと下部管板３ｂとからなるシェル３の側板３ｃを貫通し、蒸発管基端部分２ｘ，…，２ｘがシェル３の上部管板３ａを貫通することにより、加熱管１と蒸発管２，…，２とが別流路を形成することを特徴とする純粋蒸気発生装置を提供する。
本願第２の発明にあっては、加熱管１が螺旋状であるため、加熱管１の温度変化による膨張は、加熱管１自体のコイルばねのような挙動により吸収することができ、膨張により発生する応力によって周囲に影響することがない。また、シェル３の上部に関して、加熱管１と蒸発管２，…，２が別流路を形成する構造となるため、従来のように、温度差に起因する各伝熱管の膨張差により、上部管板３ａに応力が発生することを防止でき、この応力に起因する水漏れの発生を防止できる。
【００１１】
また本願第３の発明は、上下方向に配位される筒状の側板３ｃとその上下端を閉鎖する上部管板３ａと下部管板３ｂとからなる、閉鎖された熱交換空間であるシェル３と、シェル３内に上下方向に配位された、螺旋状に延びる加熱管１と、シェル３内に上下方向に配位された、直管状に延びる蒸発管２，…，２と、シェル３の外部であり、かつ上部に配位された閉鎖空間である気液混合相分配室４と、シェル３の外部に配位され、加熱管末端部分１ｙと気液混合相分配室４を連結する連結配管５ａと、シェル３の外部に配位され、加熱管基端部分１ｘと加熱管末端部分１ｙとを連結するバイパス管５ｂと、シェル３の外部であり、かつ下部に配位された気液分離部６とからなり、蒸発管２，…，２は加熱管１の螺旋内部に配位され、加熱管基端部分１ｘは側板３ｃの下部を貫通し、加熱管末端部分１ｙは側板３ｃの上部を貫通し、蒸発管基端部分２ｘ，…，２ｘは上部管板３ａを貫通し、蒸発管末端部分２ｙ，…，２ｙは下部管板３ｂを貫通し、気液混合相分配室４は、シェル３の上部管板３ａとは間隔が保持されて設けられた気液混合相分配室管板４ａを有し、上部管板３ａを貫通した蒸発管基端部分２ｘ，…，２ｘがシェル３の、気液混合相分配室管板４ａに接続されており、気液分離部６は、シェル３の下部管板３ｂとは間隔が保持された気液分離部管板６ｃを備え、シェル３の下部管板３ｂを貫通した蒸発管末端部２ｙ，…，２ｙが気液分離部管板６ｃに接続されていることを特徴とする純粋蒸気発生装置を提供する。
これにより、本願第１及び第２の発明について述べたことに加えて、コンパクトな構成の純粋蒸気発生装置を提供することができる。
【００１２】
また、本願第４の発明は、熱交換後の熱源流体の余熱を利用することにより、加熱前の供給水に対して、予熱をなすことを特徴とする、請求項１から３に記載の純粋蒸気発生装置を提供する。
これにより、熱源流体の持つ熱を無駄なく利用することができ、より熱効率及びエネルギ効率の良い純粋蒸気発生装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて、本願発明の実施の一形態について説明する。
図１は、本願発明の実施の形態に係る純粋蒸気発生装置の構造説明図である。
【００１４】
この純粋蒸気発生装置は、大きく分けて加熱管１，蒸発管２，…２，シェル３，気液混合相分配室４，配管５，気液分離部６から構成されている。各構成要素は、それぞれを分離して設けて配管等で接続しても良いが、本願実施形態においては、各構成要素を上下方向に積層した、外観一体の装置としている。なお、材質はステンレス鋼等耐蝕性を有するものが用いられている。また、必要に応じて保温材が装置の外部に配位されている。
【００１５】
シェル３は、上下方向に配位される筒状の側板３ｃとその上下端を閉鎖する上部管板３ａと下部管板３ｂとからなる、配管貫通部分等の所定部分以外が閉鎖された中空略円筒形のものである。本願の実施形態においては、形状を略円筒形としたが、これに限定されるものでなく、使用目的や熱源蒸気の圧力に応じて多角形断面の筒状体や球体としても良い。
側板３ｃには加熱管１が、上部管板３ａと下部管板３ｂには蒸発管２が貫通し、シェル３内部の空間に加熱管１及び蒸発管２が配位されている。加熱管１と蒸発管２がシェル３の異なる部分を貫通しているため、別流路が形成されており、交差汚染の危険が無く、また蒸気と供給水の間接接触により、蒸気が冷却されて一部が液化してしまうことも防止することができる。
また、シェル３の上部には、フランジ等の配管接続手段を持つ熱源蒸気供給口３ｄが、下部には同様に廃蒸気・ドレン排出口３ｅが設けられている。
また、加熱管１，蒸発管２，…，２がシェル３を貫通する部分では、各伝熱管が拡管あるいは溶接，ろう付け等の手段により取付けられており、熱源蒸気供給口３ｄからシェル３内部に供給される熱源蒸気がシェル３外部に漏れないようにされている。
【００１６】
加熱管１は上下方向に形成される螺旋状の管であり、シェル３内部に配位されている。本願の実施形態においては、加熱管１を螺旋の持つ径が同一に形成されたものとしているが、これに限定されるものではなく、他の実施例として図２に示しているように、異径の螺旋を持つ複数の管を組み合わせたものとしたり、あるいは同一径の螺旋を持つ管を積層した多条管としたり、位置により螺旋の持つ径を変化させたものとしても良い。また、配管径，管厚は設計条件を考慮の上、所定のものとする。
加熱管１は螺旋状であるため、加熱管１自体がコイルばねのように伸縮可能である。よって、温度差起因の管の膨張を吸収でき、管の膨張による応力発生の周囲への影響を抑止することができる。
加熱管基端部１ｘはシェル３の側板３ｃの下部を貫通して流入口がシェル３外部に設けられており、同じように加熱管末端部１ｙはシェル３の側板３ｃの上部を貫通して流出口がシェル３外部に設けられており、それぞれ配管５に接続されている。なお、加熱管１内の流れの方向は下から上に向けてのものである。
【００１７】
加熱管１内の状態について、供給水は、顕熱加熱部分で単一相で沸点まで加熱され、沸点に達した後では、蒸発部分で供給水の一部が沸騰蒸発し、供給水は蒸気，水の二相流である気液混合相となる。通常この気液混合相は、下部より、気泡流，塊状流，環状流，噴霧流に分類される。これらの状態により、微少点での温度，圧力等の状態およびエアーリフト効果の効率差が生ずる。すなわち、加熱管１の底部から流入した供給水は、加熱管１内部を上昇するに従って、その圧力が減少し、温度は上昇する。これにエアーリフト作用が手伝ってサーモサイフォン効果が発生する。このサーモサイフォン効果を効率良く制御するためには、加熱管１内部の圧力損失を制御することが、有効で実用的である。
従来のように、加熱管が直管の場合、圧力損失を制御することが現実的に不可能で、加熱管１内部における気液混合相において、噴霧流領域の発生が大きく、熱交換率の低下が問題となっていた。これに対して、本願発明の場合は、加熱管１が螺旋状であるため、その螺旋管の巻きピッチや管径等を有効に設定すれば、加熱管１における圧力損失を容易に制御でき、サーモサイフォン効果も効率良く利用でき、効率の良い熱交換がなされる。
【００１８】
蒸発管２，…，２は複数の直管であり、加熱管１とともにシェル３内に上下方向に並列に配位されている。本願実施形態においては、加熱管１の螺旋の内部を通るように蒸発管２，…，２が配位されているが、これに限定されるものではなく、例えば、加熱管１の螺旋の外部に配位するものとしても良い。また、配管径，管厚は設計条件を考慮の上、所定のものとする。
蒸発管基端部２ｘ，…，２ｘは上部管板３ａを貫通しており、気液混合相分配室４に接続されている。また同じように、蒸発管末端部２ｙ，…，２ｙは下部管板３ｂを貫通しており、気液分離部６に接続されている。なお、蒸発管２，…，２の流れの方向は上から下に向けてのものである。
また、蒸発管は直管に限定されるものではなく、効率良く流下液膜が形成されるものであれば、螺旋管としても良い。
【００１９】
気液混合相分配室４は、シェル３の外部であり、かつ上部に配位されるものである。これは所定の体積を持つ閉鎖空間である。本願実施形態においては気液混合相分配室管板４ａと本体部４ｂとからなる外観略半球状のものである。
また、気液混合相分配室管板４ａには所定本数の蒸発管基端部２ｘ，…，２ｘが接続されている。この気液混合相分配室管板４ａは、シェル３の上部管板３ａとは所定の間隔が保持されている。つまり、二重管板となっている。また、気液混合相分配室４の上部には連結配管５ａが接続されている。
気液混合相分配室４の形態や、配管接続方法は、ここに述べたものに限定されるものではなく、例えば円筒形や断面多角形のものとしたり、連結配管５ａを横から接続するものとしても良く、また二重管板を単一管板にするなど適宜変更して実施できる。
【００２０】
配管５は、連結配管５ａ，バイパス管５ｂ，取水口５ｃ，分岐管５ｅ，５ｆから構成されている。配管５の外部には、必要により保温材が配位されている。
連結配管５ａは、加熱管１を通過する際に生成された気液混合相を気液混合相分配室４に送るものであり、シェル３外部に配位され、分岐管５ｆを介して加熱管末端部１ｙと気液混合相分配室４を連結しているものである。
バイパス管５ｂは装置内の圧力調整用のもので、分岐管５ｅ，５ｆを介して加熱管基端部１ｘと加熱管末端部１ｙを連結しているものである。バイパスの機能については後述する。なお、バイパス管５ｂの途中には、逆止弁５ｄが配位されている。
取水口５ｃは装置外部の配管に接続される部分であり、フランジ等の配管接続手段が設けられている。
言い換えれば、配管５は、取水口５ｃから気液混合相分配室４へ向かう配管が主管として配位されており、その途中から分岐管５ｅ，５ｆが分岐している。
なお、各管の管径は、設計条件を考慮の上、所定のものとする。
【００２１】
気液分離部６は、シェル３下部に配位されるものであり、構造は従来から使用されているものと同様である。
気液分離部６の内部には、邪魔板６ａが数重に設けられており、迷路状の空間を形成している。蒸発管２から送出される蒸気に含まれる微細な水滴を、この迷路状の空間を通すことにより捕集することで除去し、純粋蒸気とする。生成された純粋蒸気は、蒸気取出口６ｂより装置外に取り出される。
蒸気取出口６ｂは、装置外部の配管に接続される部分であり、フランジ等の接続手段が設けられている。
また、気液分離部管板６ｃには所定本数の蒸発管末端部２ｙ，…，２ｙが接続されている。この気液分離部管板６ｃは、シェル３の下部管板３ｂとは所定の間隔が保持されている。つまり、二重管板となっている。
【００２２】
次に、この純粋蒸気発生装置内部における純粋蒸気生成のプロセスについて述べる。
まず、取水口５ｃから取り入れられた供給水は、加熱管基端部分１ｘへ向けて供給される。そして供給水は、下部に位置する加熱管基端部分１ｘから上部に位置する加熱管末端部分１ｙに向けて螺旋状に上昇する。加熱管１内を上昇中に、熱源蒸気供給口３ｄからシェル３の内部に供給される熱源蒸気（熱源流体）と熱交換が行われ、蒸気と水（液体）が混合した状態である気液混合相となる。この気液混合相は、加熱管末端部分１ｙから連結配管５ａを経由し、気液混合相分配室４で所定本数に分岐して、蒸発管２，…，２に流入する。蒸発管２，…，２に流入した気液混合相は、上部から下部へ向けて下降するが、その際に再びシェル３内部にて熱源蒸気と熱交換され、蒸気に変化する。なおこの時、蒸発管２内での気液混合相のうち水は、蒸発管２の管内壁に対して流下液膜を形成し、この流下液膜が管内を下降するにつれ蒸発することで蒸気となる。次にこの蒸気が気液分離部６を通過し、蒸気中の微細な水滴を除去されて、蒸気取出口６ａより純粋蒸気として取り出される。
なお、熱源蒸気供給口３ｄから供給される熱源流体は、本願実施形態においては蒸気としているが、これに限定されるものでなく、高温のガスや液体を利用するものとしても良い。
【００２３】
ここで、純粋蒸気の装置外への取り出しがされなかった場合について説明する。この場合、出口が塞がれた形になるため、蒸発管２内の背圧により加熱管１からの気液混合相は自然に逆止弁５ｄを通りバイパス管５ｂに流入する。また、加熱管１内の供給水は、気液混合相部分の密度差に基づいて自然にサーモサイフォンが発生し、サーモサイフォン式リボイラが形成される。
これらは、純粋蒸気の装置外への取り出し量に応じて、自然に制御され、純粋蒸気使用量が減少すればバイパス循環量が増加し、純粋蒸気使用量が増加すれば、バイパス循環量は減少する。
これにより、純粋蒸気の装置外への取り出し量が変動しても、常に蒸発管２，…，２へ供給する気液混合流は維持されるため、安定した純粋蒸気をいつでも効率良く供給することができる。
【００２４】
本願発明に係る実施の形態は、これまでに説明したものに限定されず、種々に変更して実施可能である。その一例が図２に示すものである。
これは、加熱管１１，１２を二重にシェル３内部に形成するものであり、それに応じて配管１５は２方向に形成されている。なお、加熱管１１，１２の形状は他に、同一径の螺旋管を組み合わせた多条管等各種の形状にて実施可能である。
【００２５】
また、この実施形態はそれに加えて、廃蒸気・ドレン排出部３ｅから排出される、廃蒸気及びドレン水の持つ余熱を利用して、加熱前の供給水に対して予熱を行うための熱交換器７を設けたものである。この熱交換器７は、この実施の形態においては特開２０００−３４５０３０にその構造が開示されているものであり、供給水の流路である螺旋管７ｂと廃蒸気及びドレン水の流路である熱媒流通空間７ｅがそれぞれ内部に形成されており、効率良く熱交換がなされるものである。
熱交換器７は、上下方向に配位される内外二重の中空円筒と、その上下端であり内外筒間が閉鎖された形状であるケーシング７ｇと、ケーシング７ｇの内部に配位される螺旋管７ｂとからなり、気液分離部６の外部に配位されている。螺旋管７ｂの両端はケーシング７ｇを貫通しており、ケーシング７ｇの外部下側に流入口７ａが、外部上側に流出口７ｃがそれぞれ設けられている。また、ケーシング７ｇと螺旋管７ｂの間の螺旋状空間が熱媒流通空間７ｅであり、ケーシング７ｇの外部上側に熱媒流入口７ｄと、外部下側に熱媒流出口７ｆがそれぞれ設けられている。
供給水は流入口７ａを通り螺旋管７ｂに送られる。一方廃蒸気及びドレン水は、熱媒流入口７ｄを通り熱媒流通空間７ｅに送られる。それにより、熱交換器７内部で前記両者が間接的に接触し、熱交換が行われる。そして熱交換後、供給水は流出口７ｃから配管１５ｇへ導かれ、廃蒸気及びドレン水は熱媒流出口７ｆから排出される。
熱交換器７を設けることにより、加熱前の供給水に予熱をなすことができる。そのため、廃蒸気及びドレン水の持つ余熱を有効に利用することができ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
なお、熱交換器７についても、この方式のものに限定されるものではなく、例えば二重管式熱交換器等を用いても良い。
【００２６】
さらに、図２に示すように、気液分離部６について、次のように変更して実施できる。
前述の第１の実施の形態において説明した通り、気液分離部６は、蒸発管２，…，２から送出される蒸気に含まれる微細な水滴を、捕集して除去するものであるが、捕集された水は、ドレン６１から排出される。この変更例では、ドレン６１から排出される水を、再度、供給水として再利用して、流入口７ａから螺旋管７ｂ内に送ることにより、系外への排出量を減らすようにしたものである。
詳しくは、ドレン６１からは、逆止弁６２から流入口７ａに接続されるものと、系外へ排出される濃縮水排水用開閉弁６４に接続される配管７ｈを設ける。開閉弁６３は系内へ導入する供給水用弁である。そして、ドレン６１には、水位を関知するレベルスイッチ６５を設ける。ドレン６１の水位が一定以上となった場合には、レベルスイッチ６５が感知して、開閉弁６３が閉じる。これにより、供給元からの供給水が停止し、ドレン６１内の水が、逆止弁６２から流入口７ａへ流入して、再利用される。なお、濃縮水排水用弁６４からごく僅かな濃縮排水が、純粋蒸気の多少に関係せず、安定的に排出される。また、純粋蒸気が使用されない場合は、排出する必要も無い。
なお、ドレン６１には必要に応じて液溜まり６６を設けても良い。これにより極めて僅かな保有水を保ち、そのことにより瞬時に立ち上げ可能な、かつ系外への排出量が少ない、安定して、小型でエネルギ効率や熱交換効率の高い装置を提供できる。
また、この気液分離部６のドレン６１の再利用の構造は、第１の実施の形態においても、同様に採用し得る。
【００２７】
【発明の効果】
本願第１発明の効果としては、加熱管を螺旋状とすることにより、加熱管がコイルばねのように伸縮可能であるため、熱による管の膨張による応力発生の影響を抑止することができる。これにより、労働省ボイラー及び圧力容器構造規則に則った安全性の向上ができる。また、加熱管及び蒸発管の下部や下部管板周辺について、供給水と純粋蒸気が完全に別流路を形成するため、交差汚染の危険が無く、また蒸気の冷却による液化も防止することができる。よって、バクテリアエンドトキシンあるいはパイロジェンと呼ばれるバクテリアの死骸等の、不純物を含まない純粋蒸気の供給が可能となる。
本願第２の発明の効果としては、加熱管を螺旋状とすることにより、加熱管がコイルばねのように伸縮可能であるため、熱による管の膨張による応力発生の影響を抑止することができる。これにより、労働省ボイラー及び圧力容器構造規則に則った安全性の向上ができる。また、加熱管及び蒸発管の上部や上部管板周辺について、供給水と純粋蒸気が完全に別流路を形成するため、交差汚染の危険が無いものとすることができる。
本願第３の発明の効果としては、第１及び第２の発明と同様の効果に加えて、コンパクトに構成される純粋蒸気発生装置を提供することができる。
本願第４の発明の効果としては、第１から第３の発明の効果に加えて、より熱効率及びエネルギ効率の良い純粋蒸気発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る純粋蒸気発生装置の構造説明図である。
【図２】本願発明の他の実施の形態に係る純粋蒸気発生装置の構造説明図である。
【図３】従来の純粋蒸気発生装置の一例を示す構造説明図である。
【符号の説明】
１      加熱管
１ｘ    加熱管基端部分
１ｙ    加熱管末端部分
２      蒸発管
２ｘ    蒸発管基端部分
２ｙ    蒸発管末端部分
３      シェル
３ａ    上部管板
３ｂ    下部管板
３ｃ    側板
４      気液混合相分配室
５ａ    連結配管
５ｂ    バイパス管
６      気液分離部
【図１】
0003889925.tif 000002
【図２】
0003889925.tif 000003
【図３】
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