JP2017116183A - 過熱水蒸気生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水蒸気が液化した水が過熱水蒸気生成部に流入すること防ぐ。
【解決手段】水蒸気生成部２と、過熱水蒸気生成部３と、水蒸気生成部２からの水蒸気を過熱水蒸気生成部３に導入する接続管９と、接続管９に設けられて水蒸気が液化した水を貯留する貯留部８とを備える。水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３が、内部に内部流路が形成された円筒形状をなす導体加熱要素２Ｔ、３Ｔと、導体加熱要素２Ｔ、３Ｔの内側又は外側に設けられた誘導コイル２Ｃ、３Ｃと、誘導コイル２Ｃ、３Ｃの中心部に設けられた磁路用鉄心１０１、１０２とを有する。各生成部２、３の磁路用鉄心１０１、１０２が、それら２つの磁路用鉄心１０１、１０２に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心１０３とともに三脚鉄心を構成している。貯留部８が、水蒸気生成部２の外面、過熱水蒸気生成部３の外面及び共通鉄心１０３の外面に取り囲まれる空間に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、水から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置に関するものである。

近年、過熱水蒸気を用いて、被処理物の洗浄、乾燥又は殺菌を行う過熱水蒸気処理装置が考えられている（例えば特許文献１）。

この過熱水蒸気処理装置としては、特許文献２に示すように、水から飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部と、当該飽和水蒸気生成部により生成された飽和水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、飽和水蒸気生成部の水蒸気を過熱水蒸気生成部に導入する接続管とを備えたものがある。

特開２０１５−１３７３５４号公報 特開２０１５−１３５２３１号公報

しかしながら、飽和水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を接続管で接続する構成では、当該接続管は誘導加熱されない部分となってしまう。そうすると、飽和水蒸気生成部から導出された水蒸気が接続管で液化してしまう恐れがある。この水が過熱水蒸気生成部の飽和水蒸気導入ポートに流入すると、過熱水蒸気導出ポートから出てしまう可能性がある。この水が被処理物に付着又は接触すると、被処理物の劣化等の不具合が生じてしまう場合がある。

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、水蒸気が液化した水が過熱水蒸気生成部に流入すること防ぐことをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入する接続管と、前記接続管において前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部とを備え、前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部が、円筒形状をなす導体加熱要素と、前記導体加熱要素の内側又は外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルの中心部に設けられた磁路用鉄心とを有し、前記水蒸気生成部の磁路用鉄心及び前記過熱水蒸気生成部の磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心とともに三脚鉄心を構成しており、前記２つの磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されており、前記貯留部の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されていることを特徴とする。

このような過熱水蒸気生成装置であれば、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を接続する接続管に貯留部を設けているので、接続管において液化した水が過熱水蒸気生成部に流入することを防ぐことができる。
ここで、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を三脚鉄心を用いて構成することにより、過熱水蒸気生成装置をコンパクトにすることができる。また、三脚鉄心において２つの磁路用鉄心及び共通鉄心平面視において三角形の頂点に位置するように配置されているので、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくすることができ、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。
この鉄心構成では、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の間にデットスペースが形成されてしまうが、本発明では、貯留部の一部又は全部が水蒸気生成部の外面、過熱水蒸気生成部の外面及び共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されているので、このデットスペースを利用することができる。これにより、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。

前記接続管の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の間に形成されるデットスペースを利用して両者を接続することができ、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。

前記接続管が、上向きに延びる上向き流路部を有し、前記貯留部が、前記上向き流路及び当該上向き流路の上流側の流路部を用いて構成されていることが望ましい。また、前記接続管が、下向きに延びる下向き流路部及び当該下向き流路に連通する上向き流路部を有し、前記貯留部が、前記下向き流路部及び前記上向き流路部を用いて構成されていることが望ましい。
この構成であれば、配管接続部の形状によって貯留部を形成することができ、装置構成を簡略化することができる。また、貯留部の内部空間を小さくして熱容量を小さくできるため、水蒸気を液化し難くすることができる。

貯留部に溜まった水を簡単に排出できるようにするためには、前記貯留部に前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられていることが望ましい。

このように三脚鉄心を用いて水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を構成する場合には、前記水蒸気生成部の誘導コイル及び前記過熱水蒸気生成部の誘導コイルが、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されていることが望ましい。

前記水蒸気生成部の導体加熱要素が、一端部に水を導入する水導入ポートが形成されて他端部に前記水蒸気を導出する水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす中空導体管であり、前記過熱水蒸気生成部の導体加熱要素が、一端部に前記水蒸気を導入する水蒸気導入ポートが形成されて他端部に前記過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす中空導体管であることが望ましい。
このように螺旋状をなす中空導体管を用いることにより、各生成部をコンパクトにしながらも流体（水又は水蒸気）と中空導体管との熱交換面積を大きくすることができる。

前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する第２貯留部が設けられていることが望ましい。ここで、前記第２貯留部に前記水蒸気が液化した水を排出する第２排出機構が設けられていることが望ましい。
前記導出管部及びそれに接続される外部接続管は、誘導加熱されない部分であり、この部分での液化も問題となる。この部分に第２貯留部が設けられているので、過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートから、液化した水が出ることを防ぐことができる。

水蒸気導出ポートから出る水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記貯留部の内部空間とが兼用されることが望ましい。また、前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記第２貯留部の内部空間とが兼用されていることが望ましい。
このように温度検出部の配置空間と貯留部の内部空間とを兼用することによって、温度検出部用の専用空間を設ける必要が無く、温度検出部の配置空間を最小にすることができる。

また、本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入する接続管と、前記接続管に接続されて、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構とを備え、前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部が、円筒形状をなす導体加熱要素と、前記導体加熱要素の内側又は外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルの中心部に設けられた磁路用鉄心とを有し、前記水蒸気生成部の磁路用鉄心及び前記過熱水蒸気生成部の磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心とともに三脚鉄心を構成しており、前記２つの磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されており、前記排出機構の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されているものであっても良い。

このように構成した本発明によれば、水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部を接続する接続管に貯留部を設けているので、接続管において液化した水が過熱水蒸気生成部に流入することを防ぐことができる。

本実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の中空導体管の一例を示す図である。 同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成を主として示す平面図及び正面図である。 同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成の変形例を示す平面図である。 同実施形態の各水蒸気生成部に誘導コイルの結線を示す図である。 同実施形態の制御装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の処理方法を示す模式的に示す図である。 変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。 変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。 各水蒸気生成部の加熱要素の変形例を示す図である。

以下に本発明に係る過熱水蒸気生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置１００は、水を加熱することにより過熱水蒸気を生成するものであり、図１に示すように、水を加熱して飽和水蒸気を生成する水蒸気生成部２（以下、飽和水蒸気生成部２という。）と、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部３と、飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を過熱水蒸気生成部３に供給する水蒸気供給流路Ｌ２（以下、飽和水蒸気供給流路Ｌ２という。）とを備えている。

飽和水蒸気生成部２は、誘導加熱方式のものであり、水が導入される水導入ポート２１及び飽和水蒸気を導出する飽和水蒸気導出ポート２２を有する。なお、水導入ポートには、図示しないタンク等から飽和水蒸気生成部２に水を供給する水供給流路Ｌ１が接続されている。

この飽和水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び飽和水蒸気導出ポート２２を有する例えば螺旋状に形成された第１中空導体管２Ｔ（図２参照）と、当該第１中空導体管２Ｔの内側又は外側に配置されて第１中空導体管２Ｔを誘導加熱する第１誘導コイル（不図示）と、当該第１誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該第１誘導コイルに交流電圧を印加することによって、第１中空導体管２Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、第１中空導体管２Ｔに導入された水を飽和水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。

ここで、水導入ポート２１は、第１中空導体管２Ｔの一端部に形成されており、飽和水蒸気導出ポート２２は、第１中空導体管２Ｔの他端部に形成されている。つまり、第１中空導体管２Ｔの内部流路は、一端部の水導入ポート２１から他端部の飽和水蒸気導出ポート２２に至るまで１本の螺旋状の流路となる。そして、この第１中空導体管２Ｔは、その水導入ポート２１が下部に位置し、飽和水蒸気導出ポート２２が上部に位置するように配置される。より詳細には、第１中空導体管２Ｔは、その螺旋中心が鉛直方向に沿って配置されている。

また、本実施形態では、第１中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を検出して、第１誘導コイルに印加する電圧をフォードバック制御することによって、第１中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を制御する。なお、飽和水蒸気の温度検出は、飽和水蒸気の温度を直接検出する方式と、第１中空導体管２Ｔの温度を検出することによって飽和水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。

過熱水蒸気生成部３は、前記飽和水蒸気生成部２と同様、誘導加熱方式のものであり、飽和水蒸気が導入される飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポート３２を有する。

この過熱水蒸気生成部３は、飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気導出ポート３２を有する例えば螺旋状の第２中空導体管３Ｔ（図２参照）と、当該第２中空導体管３Ｔの内側又は外側に配置されて第２中空導体管３Ｔを誘導加熱する第２誘導コイル（不図示）と、当該第２誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該第２誘導コイルに交流電圧を印加することによって、第２中空導体管３Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、第２中空導体管３Ｔに導入された飽和水蒸気を過熱水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。

ここで、飽和水蒸気導入ポート３１は、第２中空導体管３Ｔの一端部に形成されており、過熱水蒸気導出ポート３２は、第２中空導体管３Ｔの他端部に形成されている。つまり、第２中空導体管３Ｔの内部流路は、一端部の飽和水蒸気導入ポート３１から他端部の過熱水蒸気導出ポート３２に至るまで１本の螺旋状の流路となる。そして、この第２中空導体管３Ｔは、その飽和水蒸気導入ポート３１が上部に位置し、過熱水蒸気導出ポート３２が下部に位置するように配置される。これにより、飽和水蒸気生成部２の第１中空導体管２Ｔとの配管構成を簡単化し、その接続を容易にすることができる。

また、本実施形態では、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を検出して、第２誘導コイルに印加する電圧をフォードバック制御することによって、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を制御する。なお、過熱水蒸気の温度検出は、過熱水蒸気の温度を直接検出する方式と、第２中空導体管３Ｔの温度を検出することによって過熱水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。

また、誘導加熱方式の飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３では、印加する交流電圧の周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数とすると、誘導電流の電流浸透度が深くなる。このため、第１、第２中空導体管２Ｔ、３Ｔの外面温度検出で内面温度検出と同等の値を得ることができ、間接検出であっても精度の高い蒸気温度検出が可能となる。

本実施形態では、図３及び図４に示すように、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃの中心部に第１磁路用鉄心１０１が設けられており、過熱水蒸気生成部３の第２誘導コイル３Ｃの中心部に第２磁路用鉄心１０２が設けられている。これにより、これにより第１、第２誘導コイル２Ｃ、３Ｃにより発生した磁束を効率良く循環させ、各中空導体管２Ｔ、３Ｔに磁束を効率良く導入させている。なお、図３及び図４には、各ポートは図示していない。

さらに、飽和水蒸気生成部２の第１磁路用鉄心１０１及び過熱水蒸気生成部３の第２磁路用鉄心１０２の他に、それら２つの磁路用鉄心１０１、１０２に生じる磁束の共通の通路になる共通鉄心１０３が設けられている。そして、この共通鉄心１０３及び前記２つの磁路用鉄心１０１、１０２の上下それぞれを継鉄心１０４、１０５により連結して、単一の三脚鉄心を構成している。この構成により、鉄心全体の寸法を小さくすることができ、ひいては、装置全体のコンパクト化を図ることができる。つまり、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、単一の三脚鉄心を用いて飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３を構成している。

なお、図３及び図４では、平面視においてそれぞれの鉄心１０１〜１０３が三角形の頂点に位置するように配置され、継鉄心１０４、１０５が、平面視において共通鉄心１０３を屈折点として折れ曲がっている。これにより、２つの磁路用鉄心１０１、１０２間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃ及び過熱水蒸気生成部３の第２誘導コイル３Ｃは、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されている（図５参照）。つまり、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、単一の三脚鉄心を有するスコット結線変圧器を有する構成となる。スコット結線変圧器は、主座変圧器とＴ座変圧器とからなるところ、飽和水蒸気生成部２に対応する部分が主座変圧器となり、過熱水蒸気生成部３に対応する部分がＴ座変圧器となる。

また、図５に示すように、主座変圧器の入力側の２相のうち一方に、電圧又は電流を制御する第１制御機器１０が設けられている。なお、図５では、主座変圧器の入力側のＶ相に第１制御機器１０であるサイリスタ等の半導体制御素子を設けている。また、Ｔ座変圧器の入力側である１次コイル（第２誘導コイル３Ｃ）の一端側（Ｔ座１次コイルのＵ相側又は中点Ｏ側）に、電圧又は電流を制御する第２制御機器１１が設けられている。この第２制御機器１１も、前記第１制御機器１０と同様、サイリスタ等の半導体制御素子を用いたものである。そして、制御装置６が、前記第１制御機器１０及び前記第２制御機器１１を制御することによって、主座変圧器の一次コイル（第１誘導コイル２Ｃ）に印加する電圧とＴ座変圧器の一次コイル（第２誘導コイル３Ｃ）に印加する電圧とを個別に制御するように構成されている。

飽和水蒸気供給流路Ｌ２は、一端部が飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２に接続され、他端部が過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１に接続されたものであり、例えば接続管９により構成されている。具体的に飽和水蒸気供給流路Ｌ２は、飽和水蒸気生成部２の上部に位置する飽和水蒸気導出ポート２２と、過熱水蒸気生成部３の上部に位置する飽和水蒸気導入ポート３１とを接続する。

この接続管９は、その一部又は全部が、飽和水蒸気生成部２の外面（具体的には外側周面）、過熱水蒸気生成部３の外面（具体的には外側周面）及び共通鉄心１０３の外面（具体的には外側周面）に取り囲まれる空間Ｓに配置されている。具体的に接続管９は、第１磁路用鉄心１０１に巻回された第１誘導コイル２Ｃ及び第１中空導体管２Ｔと第２磁路用鉄心１０２に巻回された第２誘導コイル３Ｃ及び第２中空導体管３Ｔとの間に形成される空間Ｓに配置されて、飽和水蒸気導出ポート２２と飽和水蒸気導入ポート３１とを接続している。ここで空間Ｓは、平面視において飽和水蒸気生成部２の外側周面と過熱水蒸気生成部３の外側周面との共通接線Ｌ１よりも共通鉄心１０３側に形成される空間である。なお、共通接線Ｌ１は、第１誘導コイル２Ｃ及び第１中空導体管２Ｔの外側周面と、第２誘導コイル３Ｃ及び第２中空導体管３Ｔの外側周面とに接する直線である。また、空間Ｓは、正面視において上継鉄心１０４の上面及び下継鉄心１０５の下面の間に形成される空間である。これならば、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３の間に形成されるデットスペースを利用して両者を接続することができ、小型化を妨げることが無い。

また、接続管９には、水蒸気が液化した水を貯留する貯留部８及び当該貯留部８に溜まった水を外部に排出する排出機構７が設けられている。

貯留部８は、水を貯留する貯留空間を形成するものであり、本実施形態では接続管９の配管形状によって形成されている。具体的に接続管９は、下向きに延びる下向き流路部９ａと、上向きに延びる上向き流路部９ｂとそれら流路部９ａ、９ｂを連通させる底流路部９ｃとを有している。そして、貯留部８は、この下向き流路９ａ、上向き流路９ｂ及び底流路部９ｃを用いて構成されている。なお、底流路部９ｃを有することなく、下向き流路部９ａ及び上向き流路部９ｂが直接接続される配管形状によって貯留部８が構成されるものであっても良い。このように貯留部８を配管形状によって形成することで装置構成を簡略化している。また、貯留部８の内部空間を小さくして熱容量を小さくできるため、水蒸気を液化し難くすることができる。この貯留部８は、接側管９において、飽和水蒸気導出ポート２２よりも飽和水蒸気導入ポート３１側に設けることが望ましい。

ここで、貯留部８は、接続管９により構成されているので接続管９と同様に、その一部又は全部が、飽和水蒸気生成部２の外面、過熱水蒸気生成部３の外面及び共通鉄心１０３の外面に取り囲まれる空間Ｓに配置される。これならば、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３の間に形成されるデットスペースを利用して貯留部８を配置することができ、小型化を妨げることが無い。

排出機構７は、貯留部８の底部に接続された排出流路７１と、当該排出流路７１に設けられた開閉弁７２とを有する。排出流路７１は、貯留部８を構成する底流路部９２に接続されている。本実施形態では、貯留部８の底部に設けられた排出機構７も、接続管９及び貯留部８と同様に、その一部又は全部が、飽和水蒸気生成部２の外面、過熱水蒸気生成部３の外面及び共通鉄心１０３の外面に取り囲まれる空間Ｓに配置される。これならば、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３の間に形成されるデットスペースを利用して排出機構７を配置することができ、小型化を妨げることが無い。

さらに、飽和水蒸気供給流路Ｌ２には、過熱水蒸気生成部３に供給される飽和水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部４（以下、飽和水蒸気流量調整部４という。）が設けられている。本実施形態の飽和水蒸気流量調整部４は、流量調整弁であり、接続管９において貯留部８よりも上流側に設けられている。なお、流量調整弁４は、後述する制御装置６により制御信号が入力されて、その弁開度が制御される。その他、飽和水蒸気供給流路Ｌ２に流量計を設けても良い。

そして、本実施形態では、過熱水蒸気生成部３により生成された過熱水蒸気は、被処理物Ｗを処理する処理部５に供給される。

処理部５は、過熱水蒸気又は他の気体によって被処理物Ｗを熱処理（例えば洗浄、乾燥、焼成又は殺菌）するものであり、被処理物Ｗを収容するとともに、密閉空間又は略密閉空間を形成する被処理物収容部５１と、当該被処理物収容部５１に設けられ、過熱水蒸気が導入される過熱水蒸気導入ポート５２と、被処理物収容部５１で生じたドレン水を排出するドレン排出ポート５３と、被処理物収容部５１を通過した利用済み蒸気又は他の気体を排出する排出ポート５４とを有している。処理部５の過熱水蒸気導入ポート５２は、過熱水蒸気供給流路Ｌ３により過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２に接続されている。この過熱水蒸気供給流路Ｌ３は、例えば外部接続管１０により構成されている。なお、ドレン排出ポート５３及び排出ポート５４に接続された流路には開閉弁が設けられている。

この制御装置６は、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたものであり、機能的には、図６に示すように、飽和水蒸気生成部２の加熱温度（以下、第１加熱温度という。）を制御する第１加熱温度制御部６１と、過熱水蒸気生成部３の加熱温度（以下、第２加熱温度という。）を制御する第２加熱温度制御部６２と、流量調整弁４を制御する流量調整弁制御部６３とを有するものである。なお、制御装置６と、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３等の各部との間は接続されているが、図１では、その接続についての記載は省略してある。

以下、各部の説明を兼ねて、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００の動作について図７を参照して説明する。
まず、ユーザが過熱水蒸気生成装置１００を動作させると、例えば図示しないタンク内の水が給水ポンプ等により飽和水蒸気生成部２に供給される。

このとき、第１加熱温度制御部６１は、飽和水蒸気生成部２で生成される飽和水蒸気が所定温度となるように、第１加熱温度を制御しており、本実施形態では、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの温度を前記第１加熱温度としている。

具体的にこの第１加熱温度制御部６１は、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔ又は飽和水蒸気供給流路Ｌ２に設けられた第１温度センサＴ１からの測定値を取得し、この測定値に基づいて、飽和水蒸気生成部２の第１誘導コイル２Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御し、第１加熱温度を例えば１００〜１４０℃に制御している。

なお、前記第１温度センサＴ１は、その測定値をより飽和水蒸気の温度に近づけるべく、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの下流側や飽和水蒸気導出ポート２２又はその近傍に設けられていることが好ましい。ここで、第１温度センサＴ１が設置される空間と、貯留部８の内部空間とを兼用することが望ましい。

そして、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態において、第１流量調整弁制御部６３は、第１流量調整弁４をその弁開度がゼロの状態、つまり閉状態に制御している。これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態であり、かつ、その飽和水蒸気の供給が停止されている状態である待機状態となる。

この待機状態において、第２加熱温度制御部６２は、第２加熱温度を第１加熱温度より高い温度に制御しており、本実施形態では、第２中空導体管３Ｔの温度を前記第２加熱温度としている。

具体的にこの第２加熱温度制御部６２は、待機状態において、第２中空導体管３Ｔに設けられた第２温度センサＴ２からの測定値を取得し、この測定値に基づき、第２誘導コイル３Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御している。これにより、第２加熱温度は、過熱水蒸気生成部３で生成する過熱水蒸気の設定温度又はその前後の温度に制御されており、ここでは、例えば２００〜１２００℃に制御されている。つまり、この待機状態において、過熱水蒸気生成部３は１００℃以上に制御されている。

上述した待機状態において、ユーザが例えば入力手段等を用いて切替信号を入力すると、この切替信号を流量調整弁制御部６３が取得し、流量調整弁４を閉状態から開状態に切り替える。これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、待機状態から供給状態に切り替わり、飽和水蒸気が過熱水蒸気生成部３へ供給され始める。なお、第２温度センサＴ２からの測定値が１００℃以上になった場合に、第２加熱温度制御部６２から切替信号を流量調整弁制御部６３に送信するようにしても良い。このように、流量調整弁４及び流量調整弁制御部６３により、過熱水蒸気生成部３を１００℃以上に加熱した後に飽和水蒸気を過熱水蒸気生成部３に導入させる制御機構が構成される。

このとき、流量調整弁制御部６３は、図７に示すように、流量調整弁４を徐々に開いて、その弁開度がゼロから所定開度まで徐々に大きくなるように制御する。これにより、待機状態から供給状態に切り替わった切替時点から流量調整弁４の弁開度が所定開度に到るまでは、飽和水蒸気の供給量が徐々に増加する初期運転となり、弁開度が所定開度に到った時点からは、飽和水蒸気の供給量が一定となる定常運転となる。

なお、本実施形態では、前記第２加熱温度制御部６２は、前記切替時点から所定時間は、上述したように第２導体管の入り口側に設けられた第２温度センサＴ２の測定値に基づき第２加熱温度を制御している。一方、この第２加熱温度制御部６２は、前記所定時間が経過した時点からは、過熱水蒸気の温度に基づき第２加熱温度を制御するように構成されている。

この制御のための具体的な実施態様を説明すると、例えば過熱水蒸気導出ポート３２やその近傍に、当該過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を測定する第３温度センサＴ３が設けられている。そして、前記第２加熱温度制御部６２は、前記所定時間が経過した時点からは、前記第３温度センサＴ３の測定値を取得し、この測定値に基づいて、第２加熱温度を制御するように構成されている。

ここで、本実施形態では、前記所定時間は、待機状態から供給状態に切り替わった切替時点から、第２中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から過熱水蒸気が導出されるまでの時間に設定されている。

次に、供給状態から待機状態に切り替える動作について説明する。
本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われた時点から、所定時間経過後に、過熱水蒸気生成部３への飽和水蒸気の供給が停止されるように構成されている。
ここで、供給状態から待機状態に切り替えるための操作とは、例えばユーザが、外部から入力手段等を用いて切替信号を入力することや、供給状態が所定時間経過したことを示す所定時間経過信号をタイマー等が出力することなどである。

より詳細に本実施形態では、供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われると、上述した流量調整弁制御部６３が、例えば前記切替信号や前記所定時間経過信号などを取得し、取得した時点から所定時間は、流量調整弁４を開状態のままにする。これにより、前記所定時間において、飽和水蒸気生成部２から過熱水蒸気生成部２０へ飽和水蒸気が供給される。前記所定時間において、飽和水蒸気生成部２から過熱水蒸気生成部３へ飽和水蒸気が供給され、高温となっている過熱水蒸気生成部３は飽和水蒸気により冷却される。これにより、過熱水蒸気生成部３を待機状態における設定温度まで冷却して、過熱水蒸気生成装置１００の損傷などを防ぐことができる。

このように構成した過熱水蒸気生成装置１００によれば、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３を接続する接続管９に貯留部８を設けているので、接続管９において液化した水が過熱水蒸気生成部３に流入することを防ぐことができる。
ここで、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３を三脚鉄心を用いて構成することにより、過熱水蒸気生成装置１００をコンパクトにすることができる。また、三脚鉄心において２つの磁路用鉄心１０１、１０２及び共通鉄心１０３が平面視において三角形の頂点に位置するように配置されているので、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくすることができ、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。
この鉄心構成では、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３の間にデットスペースが形成されてしまうが、貯留部８の一部又は全部が飽和水蒸気生成部２の外面、過熱水蒸気生成部３の外面及び共通鉄心１０３の外面に取り囲まれる空間Ｓに配置されているので、このデットスペースを利用することができる。これにより、装置全体のコンパクト化及び省スペース化を図ることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、過熱水蒸気生成部３は、前段に設けられた飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を受け取る構成としているが、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気をそれ以上に加熱して過熱水蒸気を生成するものの場合には、過熱水蒸気を受け取り、受け取った過熱水蒸気をさらに加熱して、処理部５に供給する所望温度の過熱水蒸気を生成する構成としても良い。

また、前記何れかの中空導体管２Ｔ、３Ｔに前記接続管９としての機能を一体的に設けることにより、飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２と過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１とを例えば絶縁性を有する継手を介して接続するようにしても良い。

前記実施形態の貯留部８を接続管９の配管形状によって構成する場合、接続管９が飽和水蒸気導入ポート３１よりも低い流路部を有するものであれば、当該低い流路部が貯留部８として機能することになる。

また、貯留部８は、接続管９とは別の貯留容器を用いて構成し、当該貯留容器を接続管９に接続又は組み込むようにしても良い。

前記実施形態では、貯留部８に排出機構７を接続する構成であったが、貯留部８を設けることなく、接続管９に直接排出機構７を接続する構成であっても良い。この場合、当該排出機構７の排出流路７１において、開閉弁７２の上流側の空間が貯留部８として機能することになる。また、貯留部８のみを設けたものであっても良い。

また、図８及び図９に示すように、過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２が形成された導出管部又は、過熱水蒸気導出ポート３２に接続された外部接続管１０に、排出機構７又は貯留部８を設けても良い。なお、図８及び図９では、外部接続管１０に、排出機構７及び貯留部８を設けた場合を示している。また、図８及び図９では、飽和水蒸気導入ポート３１が下部に位置し、過熱水蒸気導出ポート３２が上部に位置する過熱水蒸気生成部を示している。
ここで、図８では、過熱水蒸気導出ポート３２から出る過熱水蒸気の温度を検出する第３温度センサＴ３を貯留部８の内部空間に設けることにより、第３温度センサＴ３が配置される空間と、貯留部８の内部空間とを兼用している。これにより、第３温度センサＴ３用の専用空間を設ける必要が無く、第３温度センサＴ３の配置空間を最小にすることができる。
また、図８では、飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に流量調整弁４を設けているので、前記実施形態の制御を行うためには、第１温度センサＴ１を流量調整弁４の上流側に設ける必要がある。一方、図９では、飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に流量調整弁４を設けない構成であり、第１温度センサＴ１を飽和水蒸気供給流路Ｌ２（接続管９）に設けた貯留部８の内部空間に設けることにより、第１温度センサＴ１が配置される空間と、貯留部８の内部空間とを兼用することができる。これにより、第１温度センサＴ１用の専用空間を設ける必要が無く、第１温度センサＴ１の配置空間を最小にすることができる。

前記実施形態の各生成部は、円筒状の導体加熱要素として螺旋状の中空導体管を用いたものであったが、例えば、図１０に示すように、内部に螺旋状の内部流路が形成された円筒形状をなす導体加熱要素であっても良いし、内部に円筒状の内部空間が形成された円筒状をなす導体加熱要素であっても良い。

前記実施形態では、過熱水蒸気生成部３が１００℃になる前から、飽和水蒸気生成部２により飽和水蒸気を生成し、流量調整弁４の開閉を切り替えることによって、１００℃以上となった過熱水蒸気生成部に飽和水蒸気を導入させているが、この制御方式に限られない。例えば、まず過熱水蒸気生成部３のみに電力供給を開始して、過熱水蒸気生成部３を１００℃以上にし、その後、飽和水蒸気生成部への電力供給を開始して飽和水蒸気を生成するようにしても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・過熱水蒸気生成装置
２ ・・・飽和水蒸気生成部（水蒸気生成部）
２１ ・・・水導入ポート
２２ ・・・飽和水蒸気導出ポート
３ ・・・過熱水蒸気生成部
３１ ・・・飽和水蒸気導入ポート
３２ ・・・過熱水蒸気導出ポート
２Ｔ ・・・第１中空導体管
３Ｔ ・・・第２中空導体管
２Ｃ ・・・第１誘導コイル
１０１・・・第１磁路用鉄心
３Ｃ ・・・第２誘導コイル
１０２・・・第２磁路用鉄心
１０３・・・共通鉄心
４ ・・・流量調整弁（切替部）
６ ・・・制御装置
６３ ・・・流量調整弁制御部
７ ・・・排出機構
８ ・・・貯留部

Claims (11)

1. 水から水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
   水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、
   前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入する接続管と、
   前記接続管において前記水蒸気が液化した水を貯留する貯留部とを備え、
   前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部が、円筒形状をなす導体加熱要素と、前記導体加熱要素の内側又は外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルの中心部に設けられた磁路用鉄心とを有し、
   前記水蒸気生成部の磁路用鉄心及び前記過熱水蒸気生成部の磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心とともに三脚鉄心を構成しており、
   前記２つの磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されており、
   前記貯留部の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されている過熱水蒸気生成装置。
2. 前記接続管の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されている請求項１記載の過熱水蒸気生成装置。
3. 前記接続管が、上向きに延びる上向き流路部を有し、
   前記貯留部が、前記上向き流路及び当該上向き流路の上流側の流路部を用いて構成されている請求項１又は２記載の過熱水蒸気生成装置。
4. 前記接続管が、下向きに延びる下向き流路部及び当該下向き流路に連通する上向き流路部を有し、
   前記貯留部が、前記下向き流路部及び前記上向き流路部を用いて構成されている請求項１又は２記載の過熱水蒸気生成装置。
5. 前記貯留部に前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構が設けられている請求項１乃至４の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
6. 前記水蒸気生成部の誘導コイル及び前記過熱水蒸気生成部の誘導コイルが、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換するスコット結線接続されている請求項１乃至５の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
7. 前記水蒸気生成部の導体加熱要素が、一端部に水を導入する水導入ポートが形成されて他端部に前記水蒸気を導出する水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす中空導体管であり、
   前記過熱水蒸気生成部の導体加熱要素が、一端部に前記水蒸気を導入する水蒸気導入ポートが形成されて他端部に前記過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポートが形成された螺旋状をなす中空導体管である請求項１乃至６の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
8. 前記過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出ポートが形成された導出管部又は、前記過熱水蒸気導出ポートに接続された外部接続管に、前記水蒸気が液化した水を貯留する第２貯留部が設けられている請求項１乃至７の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
9. 前記第２貯留部に前記水蒸気が液化した水を排出する第２排出機構が設けられている請求項８記載の過熱水蒸気生成装置。
10. 前記過熱水蒸気導出ポートから出る過熱水蒸気の温度を検出する温度検出部が配置される空間と、前記第２貯留部の内部空間とが兼用されている請求項８又は９記載の過熱水蒸気生成装置。
11. 水から水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
    水蒸気から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、
    前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入する接続管と、
    前記接続管に接続されて、前記水蒸気が液化した水を排出する排出機構とを備え、
    前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部が、円筒形状をなす導体加熱要素と、前記導体加熱要素の内側又は外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルの中心部に設けられた磁路用鉄心とを有し、
    前記水蒸気生成部の磁路用鉄心及び前記過熱水蒸気生成部の磁路用鉄心が、それら２つの磁路用鉄心に生じる磁束の共通の通路となる共通鉄心とともに三脚鉄心を構成しており、
    前記２つの磁路用鉄心及び前記共通鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されており、
    前記排出機構の一部又は全部が、前記水蒸気生成部の外面、前記過熱水蒸気生成部の外面及び前記共通鉄心の外面に取り囲まれる空間に配置されている過熱水蒸気生成装置。