JP2002195502A - 低温水蒸気発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 １００℃未満の低温水蒸気を安定的に発生さ
せることができる低温水蒸気発生装置を提供する。 【解決手段】 大気圧付近の内部圧力を保ち、水を溜め
る密閉容器２と、密閉容器２内の水を循環させつつ１０
０℃未満に加熱する加熱部３と、水から発生する水蒸気
を密閉容器２から抜き出す抜き出し部４とを備える。
又、前記抜き出し部からの蒸気を加熱する第２加熱部５
を更に備える。そして、加熱部３，５は、コイルが巻か
れたパイプ部材内に、前記パイプ部材の軸心と交差する
方向の多数の小通路が形成された積層構造体５３を収納
し、前記コイルによる磁力線の磁束を変化させ、積層構
造体５３を誘導加熱するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１００℃未満の所
定温度であって温度誤差の少ない低温水蒸気を効率的に
発生させることができる低温水蒸気発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、１００℃未満の低温水蒸気を大気
圧付近で発生させるためには、ボイラーより発生した水
蒸気を、減圧弁、温度調整弁、圧力弁等を使用し、使用
目的に合わせて水蒸気の温度及び圧力を調整していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来法によると、水蒸気の流量の調整が困難であるととも
に、安定的に低温水蒸気を発生させることができなかっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、１００℃未満の低温水
蒸気を安定的に発生させることができる低温水蒸気発生
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のうち請求項１にかかる発明は、水を溜める密閉容器
と、前記密閉容器内の前記水を循環させつつ加熱する加
熱部と、前記水から発生する水蒸気を前記密閉容器から
抜き出す抜き出し部とを備え、前記密閉容器内の圧力は
大気圧付近とされ、前記加熱部は水を１００℃未満で加
熱する低温水蒸気発生装置である。水を循環させつつ加
熱し、密閉容器内の水を例えば９０℃に保つ。沸点に至
らない９０℃であっても、表面の水から蒸発が起こる。
水から気化熱が奪われるが、水を循環させつつ加熱する
加熱部によって密閉容器内の水の温度は９０℃に保たれ
る。密閉容器内の９０℃の蒸気は抜き出し部から抜き出
されて処理室に送られる。密閉容器内の圧力は大気圧付
近であるため、抜き出された蒸気はそのまま処理室に導
入できる。ここで、抜き出し部には通常ブロアを使用す
るため、前記大気圧付近とは、大気圧マイナス０．１気
圧以内である。また、低温水蒸気とは、前記大気圧付近
で沸点に至らない１００℃未満の蒸気である。

【０００６】請求項２にかかる発明は、請求項１におい
て、前記抜き出し部からの蒸気を加熱する第２加熱部を
更に備えた低温水蒸気発生装置である。密閉容器からの
低温蒸気は凝縮しようとするため、処理室に導入する直
前に第２加熱部で加熱すると、湿気を殆ど含まない乾い
た低温水蒸気になる。

【０００７】請求項３にかかる発明は、請求項１又は２
において、前記加熱部は、コイルが巻かれたパイプ部材
内に、前記パイプ部材の軸心と交差する方向の多数の小
通路が形成された積層構造体を収納し、前記コイルによ
る磁力線の磁束を変化させ、前記積層構造体を誘導加熱
するものである。積層構造体の伝熱面積を増やし、軸心
と交差する多数の小通路により積層構造体の中を流れる
流体に拡散や混合を生じさせると、急速且つ均一加熱が
できる。その結果、水の蒸発で気化熱が奪われても、密
閉容器内の水の温度を正確に一定に保つことができる。
望ましい温度制御範囲は、所定温度±１℃以内である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図１は、本発明の低温水蒸気発生
装置の機器構成図である。

【０００９】図１において、低温水蒸気発生装置１は、
密閉容器２と、第１加熱部３と、抜き出し部４と、第２
加熱部５と、を備えて構成される。

【００１０】密閉容器２は、大気圧−０．１気圧に耐え
ることができ、外部からの空気を遮断し、内部の水や低
温蒸気が漏れない構造を有する。また、密閉容器２に
は、図示されてい蓋体や内部観察用の窓体が適宜設けら
れている。

【００１１】第１加熱部３は、密閉容器２の底面から側
面に至る水の循環路１１と、循環路１１の上流側に接続
されたポンプ１２と、循環路１１の下流側に接続された
第１電磁誘導加熱部１３と、を備えてなる。

【００１２】循環路１１のポンプ１２より上流側に、電
磁開閉弁１４を備える給水路１５が接続されている。こ
の電磁開閉弁１４は、密閉容器２の側面に取り付けられ
たレベル計１６によって作動し、密閉容器２内の水の水
位を一定に保つ。また、循環路１１に、低温水蒸気発生
装置１内の全ての水を排出するための、ドレン弁１７が
取り付けられている。

【００１３】ポンプ１２により、密閉容器２内の水は第
１電磁誘導加熱部１３を経て循環する。蒸発の気化熱を
加熱部３が直ぐに補えるように、一分間に３〜６回入れ
代わる程度に循環させることが好ましい。

【００１４】抜き出し部４は、密閉容器２の上面からの
抜き出し路２１と、抜き出し路２１の途中に設けられた
ブロア２２とからなる。抜き出し路２１の下流側は、開
閉弁２３を経た第１分岐路２１ａと、開閉弁２４を経た
第２分岐路２１ｂとに分かれている。第１分岐路２１ａ
からは、第２加熱部５を経て、乾いた低温水蒸気が図示
されない処理室に供給される。第２分岐論２１ｂから
は、やや湿った低温水蒸気が図示されない処理室に供給
される。

【００１５】ブロア２２は吸引圧力が−０．１気圧以
内、吐出圧力が０．１気圧以内の性能を有し、密閉容器
２の中の低温蒸気を抜き出して外部に供給することがで
きるものが好ましい。なお、ブロアに代わり、より低圧
で作動するファンを使用することもできる。ブロア２２
の吸引力が大きく場合、密閉容器２内の圧力を大気圧付
近に保つために、フィルター２４及び減圧弁２５を介し
て、清浄空気を取り込める構造になっている。また、開
閉弁２８が密閉容器２に取り付けられ、水を入れる際の
内部の空気抜きを可能にしている。

【００１６】第２加熱部５は、第２電磁誘導加熱部２６
により構成されている。この第２電磁誘導加熱部２６で
生じた凝縮水は、戻し路２７を介して密閉容器２に戻さ
れる構成になっている。

【００１７】第１、第２電磁誘導加熱部１３，２６は、
パイプ部材５１の外周にコイル５２を巻回し、パイプ部
材５１の中に積層構造体５３を入れ、コイル５２に高周
波電源としてのインバータ５４を接続し、インバータ５
４を温度検出器５５に接続された温度調節器５６で作動
させるようにしたものである。

【００１８】つぎに、この第１、第２電磁誘導加熱部１
３，２６の詳細構造と作動を図２及び図３により説明す
る。

【００１９】図２において、パイプ部材５１は液体が接
する部分であり、磁力線が通過するように、セラミック
等の無機質材料、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、フ
ッ素樹脂等の樹脂材料、ステンレス等の非磁性材料で形
成される。通常のパイプ部材２１は断面円形であるが、
断面四角の角パイプであってもよい。

【００２０】コイル５２はリッツ線を撚り合わせたもの
であり、パイプ部材５１の外周に巻回されるか、又はパ
イプ部材５１の肉厚内に巻回して埋設される。このコイ
ル５２に通電すると、パイプ部材５１の中心軸に沿って
通過する磁力線ａが形成される。インバータ５４は直流
化部と交流化部とを有し、直流電源を任意の周波数の交
流電源に変換する。そのため磁力線ａは高周波磁界を形
成する。

【００２１】積層構造体５３は、パイプ部材５１の中に
収納され、図示されない壁流防止部材によってその上下
部分が電気的に絶縁された状態で固定されている。この
積層構造体５３の詳細が図３に示される。

【００２２】ジグザグの山型に折り曲げられた第１金属
板６１と平たい第２金属板６２とを交互に積層し、全体
として円筒状の積層構造体５３に形成したものである。
この第１金属板６１や第２金属板６２の材質としては、
耐蝕性と強磁性を備えるＳＵＳ４４７Ｊ１の如きマルテ
ンサイト系ステンレスが用いられる。

【００２３】第１金属板６１の山（又は谷）６３は中心
軸６４に対して角度αだけ傾くように配設され、第２金
属板６２を挟んで隣り合う第１金属板６１の山（又は
谷）６３は交差するように配設されている。そして、隣
り合う第１金属板３１における山（又は谷）６３の交差
点において、第１金属板６１と第２金属板６２がスポッ
ト溶接で溶着され、電気的に導通可能に接合されている
ものが好ましい。

【００２４】結局、手前側の第１金属板６１と第２金属
板６２との間には、中心軸方向に対して角度αだけ傾い
た第１小流路６５が形成され、第２金属板６２と奥側の
第１金属板６１との間には、中心軸方向に対して角度−
αだけ傾いた第２小流路６６が形成され、この第１小流
路６５と第２小流路６６は角度２×αで交差している。
また、第１金属板６１や第２金属板６２の表面には、流
体の乱流を生じさせるための第３小流路としての孔６７
が設けられている。さらに、第１金属板６１や第２金属
板６２の表面は平滑ではなく、梨地加工又はエンボス加
工によって微小な凹凸６８が施されている。この凹凸６
８は山（又は谷）６３の高さに比較して無視できる程度
に小さい。

【００２５】図２に戻り、コイル５２に電流を流すと、
パイプ部材５１及び積層構造体５３の中心軸に沿った磁
力線ａが形成される。この磁力線ａは、互いに逆方向に
斜め配置された第１金属板６１の山谷の波板を横切るこ
とになる。磁力線ａは高周波磁界であるので、積層構造
体５３を構成する斜め配置の第１金属板６１と平行配置
の第２金属板６２の全体に渦電流が生じ、積層構造体５
３が発熱する。このときの温度分布は、第１金属板６１
と第２金属板６２の長手方向に延びた目玉型となり、周
辺部より中心部の方が発熱し、中央部を流れようとする
流体の加熱に有利になっている。

【００２６】また、図３のように、積層構造体５３内に
は交差する第１小流路６５と第２小流路６６が形成さ
れ、周辺と中央との拡散が行われ、加えて第３小通路を
形成する孔６７の存在によって、第１小流路６５と第２
小流路６６間の厚み方向の拡散も行われる。したがっ
て、これらの小流路６５，６６，６７によって積層構造
体５３の全体にわたる液体のマクロ的な分散、放散、揮
散が生じる。加えて、表面の微小な凹凸６８によってミ
クロ的な拡散、放散、揮散も生じる。その結果、積層構
造体５３を通過する液体は略均一な流れになって、第１
金属板６１及び第２金属板６２と流体との均一な接触機
会が得られ、急速に過熱される。

【００２７】なお効率的に蒸気を発生させ、更に過熱す
るのに積層構造体５３が重要な役割を果たしており、こ
の役割を確実とするためには、積層構造体５３の液体１
立方センチメートル当たりの接触面積が、２．５平方セ
ンチメートル以上であるものが好ましい。積層構造体５
３の液体１立方センチメートル当たりの表面積が２．５
平方センチメートル以上、より好ましくは５平方センチ
メートル以上になるように金属板を積層すると、液体と
の接触機会の増大による処理の効率化が達成できる。ま
た、積層構造体５３の表面積１平方センチメートル当た
りで加熱すべき液体量が、０．４立方センチメートル以
下であるものが好ましい。積層構造体５３の表面積１平
方センチメートル当たりの液体量を０．４立方センチメ
ートル以下、より好ましくは０．１立方センチメートル
以下にすると、流体に対する処理の急速応答性が得られ
る。

【００２８】また、積層構造体５３を電磁誘導の発熱体
とする場合には、金属板６１，６２の厚みが３０ミクロ
ン以上１ｍｍ以下であり、インバーター５４による高周
波電流の周波数が１５〜１５０ＫＨｚの範囲にあるもの
が好ましい。金属板の厚みが３０ミクロン以上１ｍｍ以
下であると、電力が入り易く、又伝熱面積を大きくとる
ための波形等の加工による小流路の確保が容易になる。
また、使用する周波数が１５ＫＨｚ〜１５０ＫＨｚの範
囲であると、コイル５２の銅損や、スイッチング素子の
損失を防止できる。特に、損失が少ない周波数帯として
は、２０〜７０ＫＨｚである。

【００２９】例えば、１００ｍｍ径、長さ２００ｍｍ、
表面積２．２〜６．２ｍ² の積層構造体５３を用いた場
合、流体の膜厚（１ｃｍ³ 当たりの水膜量）が０．５〜
０．２ｍｍと極めて薄膜状であり、積層構造体５３を構
成する金属板６１、６２も薄いため、金属板に沿った加
熱を促進できる。

【００３０】つぎに、上述した低温水蒸気発生装置の使
用例を以下に説明する。まず、スタートアップ運転を説
明し、次に定常運転を説明する。

【００３１】ドレン弁１７を閉じ、開閉弁２８を開き、
所定レベルになるまで密閉容器２内に水を満たす。ポン
プ１２を始動させ、密閉容器２内の水を循環させると同
時に、第１電磁誘導加熱部１３を作動させる。温度検出
器５５で検出された水温と設定温度と差に応じて、温度
調節器５６からインバータ５４に向けて制御信号を出力
する。水温が所定温度に近づくとともに、水面から水蒸
気が蒸発し、余分な空気は開閉弁２８から排出される。
密閉容器２内の水の温度が所定温度に達すると、スター
トアップ運転が完了する。つぎに、開閉弁２８を閉じ、
開閉弁２３，２４の少なくとも一つを開き、ブロア２１
を運転して定常運転に入る。

【００３２】ブロア２２は、望ましくは、水面からの蒸
発量に見合うように運転される。すると、密閉容器２か
ら空気を含まない１００℃未満の低温水蒸気が連続的に
送り出される。ブロア２２の吸引量が蒸発量を上回る
と、密閉容器２の内部が僅かに負圧になり、フィルター
２４及び減圧弁２５を介して密閉容器２内に清浄空気が
取り込まれる。水面からの蒸発量は水温に依存し、水温
が高いと多く蒸発し、水温が少ししか蒸発しない。その
ため、ブロア４の回転数は制御可能にすることが好まし
い。例えば９０℃であると、蒸発量が多く、多い蒸発量
に見合うようにブロア２２が運転される。蒸発量が多い
と、水から奪われる気化熱が大量になるが、密閉容器２
内の水を循環させながら加熱する加熱部３によって、内
部の水が攪拌されるとともに、水温が所定温度から低下
しいなようになっている。

【００３３】開閉弁２３を閉じ、開閉弁２４を開くと、
ブロア２２以降の熱放散により、蒸気の幾分かが水滴に
なった湿った低温水蒸気として、図示されない処理室に
供給される。

【００３４】開閉弁２３を開き、開閉弁２４を閉じる
と、湿った低温水蒸気が第２電磁誘導加熱部２６に導入
される。第２電磁誘導加熱部２６で低温水蒸気が所定温
度に調整され、凝縮した水分は戻し路２７を介して密閉
容器２に戻される。これにより、殆ど乾いた低温水蒸気
が、図示されない処理室に供給される。

【００３５】開閉弁２３，２４の両方を開くと、湿った
低温水蒸気と乾いた低温水蒸気の両方を随時取り出すこ
とができる。

【００３６】第１電磁誘導加熱部２６は、広大な伝熱面
積を有し、所定温度に精密に制御できるため、循環量を
多くすることとの相乗により、密閉容器２内の水温を所
定温度±１℃に制御でき、所定温度の低温水蒸気を取り
出すことができる。

【００３７】密閉容器２からの抜き出し量と水温を適切
に制御すると、空気を含まない１００℃未満の低温水蒸
気が連続的に得られる。

【００３８】このような低温水蒸気の使用例としては茸
栽培室への供給が考えられる。また、病院食を食事直前
に低温水蒸気で６０〜６５℃に加熱し、最も食べやすく
消化されやすい温度まで、味を落とすことなく加熱すこ
とにり使用できる。

【００３９】また、ブロア２２に代えて、真空ポンプを
使用すると、密閉容器２内の圧力を大気圧−０．９気圧
程度まで下げ、沸騰前の極低温水蒸気を連続的に作りだ
すこともできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１の発明によると、簡単な機器構成によって、１００
℃未満の例えば９０℃の低温水蒸気を大気圧付近で効率
的に供給できる。また、密閉容器内の水を循環させなが
ら加熱するため、加熱効率を高く出来、所定温度の低温
水蒸気を得ることが出来る。

【００４１】請求項２の発明によると、低温水蒸気を更
に加熱する第２加熱部を備えることで、殆ど乾いた状態
の低温水蒸気を供給出来る。

【００４２】請求項３の発明によると、コンパクトで効
率的且つ精度良く加熱でき、密閉容器内の温度を均一に
保ち、所定温度の低温蒸気をコンスタントに供給でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温水蒸気発生装置の機器構成図であ
る。

【図２】電磁誘導加熱部の要部斜視図である。

【図３】積層構造体の構造図である。

【符号の説明】

１ 低温水蒸気発生装置 ２ 密閉容器 ３ 第１加熱部 ４ 抜き出し部 ５ 第２加熱部 １１ 循環路 １２ ポンプ １３ 第１電磁誘導加熱部 ２１ 抜き出し路 ２２ ブロア ２６ 第２電磁誘導加熱部 ５１ パイプ部材 ５２ コイル ５３ 積層構造体 ５４ インバーター ６５ 小通路 ６６ 小通路 ａ 磁力線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を溜める密閉容器と、前記密閉容器内
   の前記水を循環させつつ加熱する加熱部と、前記水から
   発生する水蒸気を前記密閉容器から抜き出す抜き出し部
   とを備え、前記密閉容器内の圧力は大気圧付近とされ、
   前記加熱部は水を１００℃未満で加熱する低温水蒸気発
   生装置。
2. 【請求項２】 前記抜き出し部からの蒸気を加熱する第
   ２加熱部を更に備えた請求項１記載の低温水蒸気発生装
   置。
3. 【請求項３】 前記加熱部は、コイルが巻かれたパイプ
   部材内に、前記パイプ部材の軸心と交差する方向の多数
   の小通路が形成された積層構造体を収納し、前記コイル
   による磁力線の磁束を変化させ、前記積層構造体を誘導
   加熱するものである請求項１又は２記載の低温水蒸気発
   生装置。