JP4684823B2 - 高温蒸気発生装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高温蒸気発生装置、特に過熱高温水蒸気を手軽に発生させることができる小型の高温蒸気発生装置に関する。
近年、高温の過熱水蒸気を用いて、例えば医療用被処理物等を滅菌殺菌し、機器部品等を洗浄し、食品その他を加熱、乾燥し、或いは有機性廃棄物をガス化、熱分解する等の技術が注目されている。
過熱水蒸気は、ある圧力における飽和温度を超えて加熱された水蒸気であり、通常の加熱、乾燥には２００〜６００℃程度の過熱水蒸気が使用されるが、例えば有機性廃棄物のガス化、熱分解、特にダイオキシンを排出させないような有機性廃棄物のガス化、熱分解にはさらに高温である８００℃以上の過熱水蒸気が必要とされる。
前記過熱水蒸気の発生装置としては、蒸気ボイラー等で発生させた水蒸気を電気ヒータや燃焼バーナ等の加熱手段により加熱するもの（例えば特許文献１〜２）、或いは発生させた水蒸気や噴射水を電磁誘導加熱により加熱された被加熱体を介して加熱するもの（例えば特許文献３〜５）が従来知られている。
しかしながら、発生させた水蒸気を電気ヒータや燃焼バーナ等の加熱手段により加熱する前者の機構では、６００℃以上の高温の過熱水蒸気を得ることが概して困難であり、敢えてそれを可能にするには大規模な装置を必要とする等の問題があった。また、発生させた水蒸気や噴射水を電磁誘導加熱により加熱された被加熱体を介して加熱する後者の機構では、６００℃以上の高温の過熱水蒸気を発生させることが可能であるとしても高価格となる等の問題があった。
特開平９−２４１７３４号公報
特開２００１−４１６６８号公報
特開平８−１３５９０３号公報
特開２００３−２０３７５１号公報
特開２００４−２３３０４０号公報
本発明の解決すべき課題は、従来技術の前記問題に鑑み、簡素な構造を有し、小型化が可能であり、しかも６００℃以上の高温の過熱水蒸気を容易に発生させることができる高温蒸気発生装置を提供することにある。
請求項１に記載の発明に係る高温蒸気発生装置は、分配台と、分配台内に穿設されると共に外部から入口を介して水を導入する水通路と、分配台内に水通路と独立して穿設された蒸気通路と、分配台に水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設された第一加熱室と、第一加熱室内に水通路出口と蒸気通路入口との間において流体の通過可能に配設された耐熱性多孔金属シートを用いた第一抵抗加熱ヒータと、分配台に蒸気通路出口と連通するように配設されると共に一端に高温蒸気排出ノズルを開口させた第二加熱室と、第二加熱室内に蒸気通路出口と高温蒸気排出ノズルとの間において流体の通過可能に配設された耐熱性多孔金属シートを用いた第二抵抗加熱ヒータとからなり、分配台の水通路内にその入口から導入された水が、水通路から第一加熱室を経て蒸気通路に至る間に第一抵抗加熱ヒータにより加熱されて水蒸気に変化させられ、さらに前記水蒸気が、蒸気通路から第二加熱室を経て高温蒸気排出ノズルに至る間に第二抵抗加熱ヒータにより高温加熱されて高温水蒸気に変化させられると共に該高温蒸気排出ノズルから外部に排出されるようにした高温蒸気発生装置であって、
分配台の一方側に水通路出口及び蒸気通路入口が配置されると共に分配台の他方側に蒸気通路出口が配置され、分配台の一方側に第一加熱室が水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設されると共に分配台の他方側に第二加熱室が蒸気通路出口と連通するように配設され、その場合に、
分配台の一方側にその中央部において水通路出口が配置されると共に該水通路出口から延長パイプが第一加熱室内に突設され、さらに分配台の一方側にその中央部を除いて複数の蒸気通路入口が分散して配置され、第一加熱室内に延長パイプ開口端と複数の蒸気通路入口との間において第一抵抗加熱ヒータが該延長パイプを囲むように配設されたことを特徴としている。
分配台の一方側に水通路出口及び蒸気通路入口が配置されると共に分配台の他方側に蒸気通路出口が配置され、分配台の一方側に第一加熱室が水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設されると共に分配台の他方側に第二加熱室が蒸気通路出口と連通するように配設され、その場合に、
分配台の一方側にその中央部において水通路出口が配置されると共に該水通路出口から延長パイプが第一加熱室内に突設され、さらに分配台の一方側にその中央部を除いて複数の蒸気通路入口が分散して配置され、第一加熱室内に延長パイプ開口端と複数の蒸気通路入口との間において第一抵抗加熱ヒータが該延長パイプを囲むように配設されたことを特徴としている。
前記構成において、より高い温度の高温水蒸気を得るために、必要に応じて、水通路内に導入される水の量が調整され、また第二抵抗加熱ヒータの設定温度が上げられ、その出力が上昇させられ、或いは第二抵抗加熱ヒータの設置台数が増加させられる。また、前記のように分配台の水通路内に導入された水が水通路から第一加熱室を経て蒸気通路に至る間に第一抵抗加熱ヒータにより加熱されて水蒸気に変化させられる際に、分配台において、水通路を通る水と蒸気通路を通る水蒸気との間に熱交換が行われるようにしてもよい。なお、前記の水通路を通る水は、その出口に至るまでに一部水蒸気に転移していてもよく、また該出口から噴射状態で第一加熱室内に導入されてもよい。
前記分配台には、例えば耐熱性及び熱伝導性に優れた銅やアルミニウム等が好適に使用され、また第一加熱室及び第二加熱室には、例えば耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた石英ガラス、アルミナ等が好適に使用される。前記分配台には、例えば、内部に水通路及び蒸気通路を容易且つ効率的に形成するために、各々所要個所に溝や孔が穿設された複数の分割部材を各部材における前記溝や孔が所要の水通路や蒸気通路等を形成し得るように接合してなるものが採用されてもよい。なお、前記第一加熱室及び第二加熱室の各形状や分配台への配設方向等に特別の制限はない。
前記第一抵抗加熱ヒータ及び第二抵抗加熱ヒータには、例えば、特開平９−２４５９３８号公報、特開平１１−２５７０４８号公報等に記載されるように、耐熱性の金属シート材料に波形状又は凹凸形状のプレス成形を施すと共に周縁に破断状突起を有する多数の貫通孔を前記波形状又は凹凸形状の山部及び／又は谷部に穿設させてなる多孔性金属シートをジグザグ状や渦巻き状に多重に積層すると共に、積層された多孔性金属シートの対向面間に多孔性電気絶縁膜を介在させ、積層された多孔性金属シートの対向面間にその一端側から他端側へと水や水蒸気が通過し得るように設置されたものが好適に使用される。前記第一抵抗加熱ヒータは、供給された水を例えば１００〜１０５℃の水蒸気に変化させ得るような温度に制御され、また第二抵抗加熱ヒータは、前記水蒸気を例えば２００〜６００℃、或いは６００℃以上の高温の過熱水蒸気に変化させ得るようなような温度、例えば８００℃、或いはそれ以上の温度に制御される。
前記構成の高温蒸気発生装置では、既述のように、分配台の一方側に水通路出口及び蒸気通路入口が配置されると共に分配台の他方側に蒸気通路出口が配置され、分配台の一方側に第一加熱室が水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設されると共に分配台の他方側に第二加熱室が蒸気通路出口と連通するように配設されている。
なお、第一抵抗加熱ヒータ及び第二抵抗加熱ヒータの各軸線や高温蒸気排出ノズルの軸線が、分配台の一方側から他方側を通る軸線と同一方向に配向していてもよく、或いは直角、１２０度その他の角度をなしていてもよい
なお、第一抵抗加熱ヒータ及び第二抵抗加熱ヒータの各軸線や高温蒸気排出ノズルの軸線が、分配台の一方側から他方側を通る軸線と同一方向に配向していてもよく、或いは直角、１２０度その他の角度をなしていてもよい
前記構成では、分配台の相対する一方側及び他方側の両側に第一加熱室及び第二加熱室が直列一体化された形態となる。
前記構成の高温蒸気発生装置では、既述のように、分配台の一方側にその中央部において水通路出口が配置されると共に該水通路出口から延長パイプが第一加熱室内に突設され、さらに分配台の一方側にその中央部を除いて複数の蒸気通路入口が分散して配置され、第一加熱室内に延長パイプ開口端と複数の蒸気通路入口との間において第一抵抗加熱ヒータが該延長パイプを囲むように配設されている。
前記構成では、分配台の水通路内にその入口から導入された水は、分配台の一方側中央部に設けられた水通路出口から延長パイプを介して第一加熱室内に噴射その他の状態で導入され、第一抵抗加熱ヒータにより加熱されて水蒸気に変化させられると共に、分配台の一方側にその中央部を除いて、即ち一方側周辺部に設けられた複数の蒸気通路入口から蒸気通路内に流入し、該蒸気通路出口から第二加熱室内に導入されるものである。
前記構成においては、水通路出口、第一抵抗加熱ヒータ及び蒸気通路入口を、分配台の一方側に設けられた第一加熱室内により容易且つ効率的に配設することができる。
なお、前記水通路及びそれに接続される延長パイプは、必要に応じて複数設けられても差し支えない。また、分配台に穿設される前記水通路としては、前記作用を奏し得る限り特別の限定はないが、その出口を分配台の一方側中央部に容易に配置し得るように、例えば渦巻き状通路から構成し、その最外周の外端に給水用の入口を設けると共にその中央内端に出口を設けたものを好適に採用することができる。
請求項１に記載の発明によれば、簡素な構造を有し、小型化が可能であり、しかも６００℃以上の高温の過熱水蒸気を容易に発生させることができる高温蒸気発生装置を提供することができる。また、このような高温蒸気発生装置から手軽に得られる高温過熱水蒸気による空気遮断下における加熱により、医療用被処理物等の滅菌殺菌、機器部品等の洗浄、食品その他の加熱、乾燥、有機性廃棄物のガス化、熱分解等を効果的に実現し得るのみならず、融点の比較的低いＡｌ等の金属や合金の無酸化状態での溶解、溶接、溶断やろう付け、半田付け等を可能にするものである。
また、前記構成では、分配台の一方側に水通路出口及び蒸気通路入口が配置されると共に分配台の他方側に蒸気通路出口が配置され、分配台の一方側に第一加熱室が水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設されると共に分配台の他方側に第二加熱室が蒸気通路出口と連通するように配設されているので、分配台の相対する一方側及び他方側の両側に第一加熱室及び第二加熱室が直列一体的に配置されることになり、全体の簡素化、小型化が一層容易になる。
さらに、前記構成では、分配台の一方側にその中央部において水通路出口が配置されると共に該水通路出口から延長パイプが第一加熱室内に突設され、さらに分配台の一方側にその中央部を除いて複数の蒸気通路入口が分散して配置され、第一加熱室内に延長パイプ開口端と複数の蒸気通路入口との間において第一抵抗加熱ヒータが該延長パイプを囲むように配設されているので、第一加熱室内に第一抵抗加熱ヒータがより容易且つ効率的に配設されることになり、全体の簡素化、小型化が一層容易になる。
図１は、本発明の実施例に係る高温蒸気発生装置の断面概要図である。
図１に示す実施例において、肉厚矩形板状の耐熱性分配台１の上面及び下面に、何れも耐熱性及び耐熱衝撃性を有する円筒状の第一加熱室２及び第二加熱室３が各固定手段（図示省略）により各々封止下に締め付け固定され、前記第二加熱室３には、その下端において所要の用途に応じた形状、構造の高温蒸気排出ノズル４が開口されている。また、前記分配台１の内部には水通路５００及び蒸気通路６００が、互いに連通しないように独立して各々穿設されている。
図１に示す実施例において、肉厚矩形板状の耐熱性分配台１の上面及び下面に、何れも耐熱性及び耐熱衝撃性を有する円筒状の第一加熱室２及び第二加熱室３が各固定手段（図示省略）により各々封止下に締め付け固定され、前記第二加熱室３には、その下端において所要の用途に応じた形状、構造の高温蒸気排出ノズル４が開口されている。また、前記分配台１の内部には水通路５００及び蒸気通路６００が、互いに連通しないように独立して各々穿設されている。
なお、前記分配台１は、前記水通路５００及び蒸気通路６００等を内部に容易に形成し得るように、分割形成された上台部材１ａと下台部材１ｂを固定手段（図示省略）により密接一体化して構成されている。
前記水通路５００は、上台部材１ａの下面に穿設された渦巻き状溝５０１の渦巻き状開口部を、下台部材１ｂの上面で閉鎖して形成されている。また、形成された前記渦巻き状水通路５００は、給水用の入口５０２を、下台部材１ｂに穿設された案内孔５０３を介して該下台部材１ｂの外側に開口させると共に、水の出口５０４を、上台部材１ａに垂直に穿設された案内孔５０５を介して該上台部材１ａの上面中央部に開口させ、さら上台部材１ａの上面中央部における水通路５００の出口５０４から延長パイプ５０６が第一加熱室２内に突設されている。
また、前記蒸気通路６００は、上台部材１ａの上面周辺部から下面周辺部に垂直に複数穿設された半通路６０１と、下台部材１ｂの上面周辺部から下面周辺部に垂直に複数穿設された半通路６０２とを、前記上台部材１ａと下台部材１ｂとの密接一体化により連通させて形成されている。即ち、前記蒸気通路６００は、蒸気の各入口６０３を上台部材１ａの上面周辺部に開口させると共に蒸気の各出口６０４を下台部材１ｂの下面周辺部に開口させている。
前記第一加熱室２内には、耐熱性多孔金属シートが渦巻き状に積層された第一抵抗加熱ヒータ７が、水通路５００の出口５０４上の延長パイプ５０６開口端と蒸気通路６の入口６０３との間において該延長パイプ５０６を囲むように配設され、該第一抵抗加熱ヒータ７には、第一加熱室２又は分配台１に設けられたプラグ（図示省略）を介して温度制御可能に通電される。
また、前記第二加熱室３内には、耐熱性多孔金属シートが渦巻き状に積層された第二抵抗加熱ヒータ８が、蒸気通路６００の出口６０４と高温蒸気排出ノズル４との間において上下２段にわたって直列に配設され、該第二抵抗加熱ヒータ８には、第二加熱室３又は分配台１に設けられたプラグ（図示省略）を介して温度制御可能に通電される。
前記構成の高温蒸気発生装置において、分配台１の水通路５００内にその入口５０２から導入された水は、分配台１の上面中央部に開口された水通路５００の出口５０４から延長パイプ５０６を介して第一加熱室２内に噴射その他の状態で導入され、第一抵抗加熱ヒータ７を通過しつつそれにより加熱されて水蒸気に変化させられると共に、分配台１の上面周辺部に複数設けられた蒸気通路６００内に各入口６０３から流入し、該蒸気通路６００の出口６０４から第二加熱室３内に導入される。
前記のように第二加熱室３内に導入された水蒸気は、第二抵抗加熱ヒータ８を通過しつつそれにより加熱され、高温水蒸気となって高温蒸気排出ノズル４から外部に排出されると共に有機性廃棄物の熱分解その他の用途に供されることになる。
なお、前記第一抵抗加熱ヒータ７の上下両側や上下２段からなる第二抵抗加熱ヒータ８の上下両側には耐熱性すの子が設けられてもよく、また前記上下２段からなる第二抵抗加熱ヒータ８の間にセラミックボール等からなる流体の通過可能な耐熱絶縁層が介設されてもよい。
１ 分配台
１ａ 上台部材
１ｂ 下台部材
２ 第一加熱室
３ 第二加熱室
４ 高温蒸気排出ノズル
７ 第一抵抗加熱ヒータ
８ 第二抵抗加熱ヒータ
５００ 水通路
５０１ 渦巻き状溝
５０２ 水通路入口
５０３ 案内孔
５０４ 水通路出口
５０５ 案内孔
５０６ 延長パイプ
６００ 蒸気通路
６０１ 半通路
６０２ 半通路
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６０４ 蒸気通路出口
１ａ 上台部材
１ｂ 下台部材
２ 第一加熱室
３ 第二加熱室
４ 高温蒸気排出ノズル
７ 第一抵抗加熱ヒータ
８ 第二抵抗加熱ヒータ
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５０１ 渦巻き状溝
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５０３ 案内孔
５０４ 水通路出口
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６０１ 半通路
６０２ 半通路
６０３ 蒸気通路入口
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Claims (1)
- 分配台と、分配台内に穿設されると共に外部から入口を介して水を導入する水通路と、分配台内に水通路と独立して穿設された蒸気通路と、分配台に水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設された第一加熱室と、第一加熱室内に水通路出口と蒸気通路入口との間において流体の通過可能に配設された耐熱性多孔金属シートを用いた第一抵抗加熱ヒータと、分配台に蒸気通路出口と連通するように配設されると共に一端に高温蒸気排出ノズルを開口させた第二加熱室と、第二加熱室内に蒸気通路出口と高温蒸気排出ノズルとの間において流体の通過可能に配設された耐熱性多孔金属シートを用いた第二抵抗加熱ヒータとからなり、分配台の水通路内にその入口から導入された水が、水通路から第一加熱室を経て蒸気通路に至る間に第一抵抗加熱ヒータにより加熱されて水蒸気に変化させられ、さらに前記水蒸気が、蒸気通路から第二加熱室を経て高温蒸気排出ノズルに至る間に第二抵抗加熱ヒータにより高温加熱されて高温水蒸気に変化させられると共に該高温蒸気排出ノズルから外部に排出されるようにした高温蒸気発生装置であって、
分配台の一方側に水通路出口及び蒸気通路入口が配置されると共に分配台の他方側に蒸気通路出口が配置され、分配台の一方側に第一加熱室が水通路出口及び蒸気通路入口と連通するように配設されると共に分配台の他方側に第二加熱室が蒸気通路出口と連通するように配設され、その場合に、
分配台の一方側にその中央部において水通路出口が配置されると共に該水通路出口から延長パイプが第一加熱室内に突設され、さらに分配台の一方側にその中央部を除いて複数の蒸気通路入口が分散して配置され、第一加熱室内に延長パイプ開口端と複数の蒸気通路入口との間において第一抵抗加熱ヒータが該延長パイプを囲むように配設されたことを特徴とする高温蒸気発生装置。
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