JP2007225256A - 蒸気発生器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蒸気発生器1は、加熱部本体51内に燃焼室、燃焼室に未燃焼ガスG1を導く未燃焼ガス流路、燃焼室からの燃焼ガスG2を加熱部本体51外に導く燃焼ガス流路及び未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを隔てると共に燃焼ガスG2の熱で未燃焼ガスG1を予熱する伝熱壁を有する加熱部50と、加熱部本体51に密着されると共に加熱部50の熱で液体W1を蒸気W3に変化させる蒸気発生部10を備える。
【選択図】図1
Description
これらの装置では、金属体を励磁コイルによる電磁誘導作用により発熱させる高周波誘導加熱方式(特許文献1参照)やガスバーナー方式(特許文献2参照)の過熱蒸気発生器が用いられている。
蒸気発生器は、加熱部本体内に燃焼室、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記加熱部本体外に導く燃焼ガス流路及び前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁を有する加熱部と、前記加熱部本体に密着されると共に前記加熱部の熱で液体を蒸気に変化させる蒸気発生部を備えるようにした。
また、前記加熱部本体及び前記蒸気発生部のそれぞれが、略平行に配置された略同一形状の一対の平板及び前記一対の平板の外周を取り囲む外周壁からなり、前記一対の平板の一方同士が密着或いは一体形成されるようにした。
また、前記蒸気過熱領域が、前記燃焼室に略対応する領域に配置されるようにした。
高効率で安全性の高い蒸気発生器を得ることができる。また、小型の蒸気発生器を得ることができる。更に、大型化にも対応可能な蒸気発生器を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る蒸気発生器1の構成を示す斜視図である。
蒸気発生器1は、水を加熱して飽和蒸気を発生させ、更にこの飽和蒸気を過熱して過熱蒸気(100℃以上の蒸気)を発生させるものであって、蒸気発生部10と加熱部50とから構成されている。
蒸気発生部10は略円盤形に形成された蒸気発生部本体11からなり、また加熱部50は主に略円盤形に形成された加熱部本体51からなる。そして、蒸気発生部本体11の下面側に加熱部本体51の上面側が密着して配置されている。
蒸気発生部本体11は、円筒状の外周壁15の上下を円板状の上壁16及び下壁17(以下、上下壁16,17ともいう)で閉塞してなるもので、外周壁15の高さに対して上壁16及び下壁17の直径が大きく形成される。
下壁17は、加熱部50(加熱部本体51)に密着する面であって、加熱部50の熱を伝えやすい材料(例えば黄銅(真鍮)等)で形成される。外周壁15及び上壁16は、下壁17と同一の材料で形成されてもよいが、加熱された下壁17の熱を外部に放熱しないように、下壁17に比べて伝熱性が低い材料(断熱性が高い)材料で形成されることが好ましい。
蒸気発生部本体11の内部は、内部空間の中央領域に形成された液体加熱領域18と、液体加熱領域18を取り囲む蒸気過熱領域19とに区画される。
なお、供給される水W1の流量、下壁17の温度、或いは液体加熱領域18が蒸気発生部本体11を占める割合等の条件によっては、液体加熱領域18において水W1を一気に過熱蒸気W3に変化する場合もあり得る。
なお、蒸気発生部10から得られる過熱蒸気W3は、水供給口13から供給する水W1の流量を調整することにより、容易に制御することができる。
加熱部50は、閉塞された加熱部本体51の内部空間で、都市ガス等の燃料ガスと燃焼用酸化剤ガスとしての空気とが予め混合された状態(予混合ガスG1)で供給される、所謂予混合タイプの燃焼加熱器であって、所謂スイスロール型マイクロコンバスタと称されるものである。
加熱部本体51は、円筒状の外周壁55の上下を円板状の上壁56及び下壁57(以下、上下壁56,57ともいう)で閉塞してなるもので、外周壁55の高さに対して上壁56及び下壁57の直径が大きく形成される。上下壁56,57は、加熱部本体51の外表面の大部分を占める。
そして、上壁56が予混合ガスG1の燃焼によりそれぞれ加熱され、上壁56から放出された熱により、蒸気発生部10(蒸気発生部本体11の下壁17)を加熱するようになっている。
なお、上壁56は、伝熱性が高い材料(例えば黄銅(真鍮)等)で形成される。外周壁55及び下壁57は、上壁56と同一の材料で形成されてもよいが、予混合ガスG1の燃焼による熱を外部に放熱しないように、上壁56に比べて伝熱性が低い材料(断熱性が高い)材料で形成されることが好ましい。
これにより、予混合ガスG1を燃焼室52に送気する予混合ガス流路(未燃焼ガス流路)53、燃焼室52における予混合ガスG1の燃焼により発生する燃焼ガスG2を加熱部本体51外に送気する燃焼ガス流路54、が形成されている。言い換えれば、この予混合ガス流路53と燃焼ガス流路54とは、燃焼室52を中心に上下壁56,57に沿って平面視略円形に巻回するように形成されている。
なお、加熱部本体51の外周壁55には、予混合ガス供給口53a及び燃焼ガス排出口54aが、例えば外周壁55の接線方向に沿うように突設される。或いは予混合ガス供給口53a及び燃焼ガス排出口54aを接線方向以外の方向に開口させてもよい。
そして、予混合ガスG1が燃焼室52において燃焼することにより、燃焼ガスG2が発生する。なお、燃焼室52には、着火装置(不図示)が設けられている。
燃焼室52において発生した燃焼ガスG2は、燃焼室52から燃焼ガス流路54を介して加熱部本体51の外周側に向かって渦巻状に流れ、燃焼ガス排出口54aから外部に排気される。
すなわち、予混合ガスG1が燃焼室52に導入される前に十分に予熱されているので、比較的小さな燃焼室52において、小規模ながらも安定した燃焼が得られる。
予混合ガス流路53の代表寸法とは、燃焼室52に臨む部位の流路断面形状によって変化する。例えば、流路断面形状が円形状である場合には、代表寸法は円形断面の直径を指し、流路断面形状が円形状以外である場合には、代表寸法径は断面の水力相当直径を指す。
水力相当直径D=4×流路断面積/ぬれ縁周辺長・・・式(1)
なお、代表寸法を採る部位は、燃焼室52に臨む部位に限らず、予混合ガス流路53のうち、本燃焼現象を支配する部位とする。
また、燃焼ガスG2の排熱を有効利用しているので熱損失を抑え、高い熱効率を実現しており、更に予混合ガスG1の流量を調整することにより、燃焼温度の正確な制御が可能となっている。
しかし、過熱蒸気W3を得るためには、蒸気過熱領域19の方が液体加熱領域18よりも高温に加熱される方が好ましい。
そこで、図5に示すように、蒸気発生部本体11内部の中央領域に蒸気過熱領域19を形成し、外周側に液体加熱領域18を形成してもよい。これにより、より効率的に、所望温度の過熱蒸気W3を得ることができる。
或いは、蒸気発生部本体11内の液体加熱領域18と蒸気過熱領域19の位置を入れ替えずに、加熱部50の燃焼室52の位置を加熱部本体51の外周側に配置するようにしてもよい。
図6は、加熱部70の構成を示す斜視図及び断面図である。
なお、以下の説明では、加熱部50と同一の構成部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
加熱部70は、円筒状の外周壁55、円板状の上壁56及び下壁57からなるものであって、その内部に上下壁56,57よりも小さな直径を有する伝熱壁78が配置される。伝熱壁78は、外周壁55、上下壁56,57からそれぞれ離間しつつ、上下壁56,57に対して略平行に配置されている。なお、伝熱壁58は、上壁56と同様に、伝熱性が高い材料で形成される。
更に、外周壁55、上壁56、下壁57及び伝熱壁78に囲まれた円環形の空間、すなわち外周壁55に沿った空間が燃焼室72として形成される。なお、燃焼室72の一部には、着火装置(不図示)が設けられる。
つまり、加熱部本体51内には、その厚み方向(上壁56、下壁57に直交する方向)に、予混合ガス流路73と燃焼ガス流路74とが重ねて配置される。
下壁57の中心領域には、外側流路82の内径と同一径の穴57hが設けられており、この穴57hの外周部分に外側流路82が接続される。また、伝熱壁78の中心領域には、内側流路81の内径と同一径の穴78hが設けられており、この穴78hの外周部分に内側流路81が接続される。
これにより、内側流路81と燃焼ガス流路74とが連結され、外側流路82と予混合ガス流路73とが連結される。
そして、予混合ガスG1が燃焼室72において燃焼することにより、燃焼ガスG2が発生する。この燃焼ガスG2は、燃焼室72から燃焼ガス流路74を介して加熱部本体51の中心領域に向けて流れ、二重管80の内側流路81に流入する。
また、加熱部70は、燃焼室72を加熱部本体51の外周壁55に沿って形成しているので、加熱部50に比べて容易に大型化することができる。このため、蒸気発生部10と共に大型化することで、大量の過熱蒸気W3を発生させる蒸気発生器1を得ることができる。
図7は、蒸気発生部30と蒸気過熱部40とを備える蒸気発生器1を示す断面図である。
蒸気発生部30及び蒸気過熱部40は、蒸気発生部本体11と略同一形状の容器31,41を備える。すなわち、容器31,41は、円筒状の外周壁15の上下を円板状の上壁16及び下壁17で閉塞してなるもので、外周壁15の高さに対して上壁16及び下壁17の直径が大きく形成される。
蒸気発生部本体31には、内部に水を導入する水供給口33と、内部で発生した蒸気を外部に排出する蒸気排出口34とが形成されている。一方、蒸気過熱部本体41には、内部に蒸気W2を導入する蒸気供給口43と、内部で発生した過熱蒸気W3を外部に排出する過熱蒸気排出口44と、上下壁に立設した多数の放熱用突起46とが形成されている。そして、蒸気排出口34と蒸気供給口43とは、配管38を介して連結されている。
これにより、蒸気発生部本体31は、水W1を蒸気W2に変化させ、一方、蒸気過熱部本体41は、蒸気発生部本体31から供給される蒸気W2を更に加熱(過熱)して過熱蒸気W3にするようになっている。
このように、加熱部50,70の上下壁56,57に、それぞれ別個独立した容器31,41を密着配置することで、加熱部50,70の熱を無駄なく利用することが可能となる。
10…蒸気発生部
11…蒸気発生部本体
15…外周壁
16,17…上下壁(平板)
18…液体加熱領域
19…蒸気過熱領域
20…放熱用突起
30…蒸気発生部
31…蒸気発生部本体
40…蒸気過熱部
41…蒸気過熱部本体
46…放熱用突起
50…加熱部(外部熱源)
51…加熱部本体
52…燃焼室
53…予混合ガス流路(未燃焼ガス流路)
54…燃焼ガス流路
55…外周壁
56,57…上下壁(平板)
58…伝熱壁
70…加熱部(外部熱源)
72…燃焼室
73…予混合ガス流路(未燃焼ガス流路)
74…燃焼ガス流路
78…伝熱壁
G1…予混合ガス(未燃焼ガス)
G2…燃焼ガス
W1…水(液体)
W2…蒸気
W3…過熱蒸気(蒸気)
Claims (6)
- 加熱部本体内に燃焼室、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記加熱部本体外に導く燃焼ガス流路及び前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁を有する加熱部と、
前記加熱部本体に密着されると共に前記加熱部の熱で液体を蒸気に変化させる蒸気発生部を備えることを特徴とする蒸気発生器。 - 前記蒸気発生部は、液体を蒸気に変化させる液体加熱領域及び前記液体加熱領域で発生した蒸気を過熱する蒸気過熱領域を有することを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生器。
- 前記加熱部本体及び前記蒸気発生部のそれぞれは、略平行に配置された略同一形状の一対の平板及び前記一対の平板の外周を取り囲む外周壁からなり、
前記一対の平板の一方同士が密着或いは一体形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蒸気発生器。 - 前記蒸気過熱領域は、前記燃焼室に略対応する領域に配置されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の蒸気発生器。
- 加熱部本体内に燃焼室、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記加熱部本体外に導く燃焼ガス流路及び前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁を有する加熱部と、
前記加熱部本体に密着されると共に前記加熱部の熱で液体を蒸気に変化させる蒸気発生部と、
前記加熱部本体に密着されると共に前記蒸気発生部で発生した蒸気を前記加熱部の熱で過熱する蒸気過熱部と、
を備えることを特徴とする蒸気発生器。 - 前記加熱部本体、前記蒸気発生部及び前記蒸気過熱部のそれぞれは、略平行に配置された略同一形状の一対の平板及び前記一対の平板の外周を取り囲む外周壁からなり、
前記加熱部本体における前記一対の平板の一方に前記蒸気発生部が密着或いは一体形成されると共に、前記加熱部本体における前記一対の平板の他方に前記蒸気過熱部が密着或いは一体形成されることを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生器。
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