JP5004001B2 - Superheated steam generator - Google Patents
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Description
本発明は、過熱蒸気を生成するための過熱蒸気生成装置に関する。 The present invention relates to a superheated steam generator for generating superheated steam.
近年、水蒸気をさらに100℃以上の高温に加熱し、無色透明の気体(H2Oガス)を生成する過熱蒸気生成装置が提供されている。この過熱蒸気は、脱臭装置、調理器、炭化装置、殺菌装置等、種々の用途に利用されている。このような過熱蒸気生成装置は、例えば、下記特許文献1乃至3に開示されている。
In recent years, a superheated steam generator that heats water vapor to a high temperature of 100 ° C. or higher to generate a colorless and transparent gas (H 2 O gas) has been provided. This superheated steam is used for various purposes such as a deodorizing device, a cooking device, a carbonizing device, and a sterilizing device. Such a superheated steam production | generation apparatus is disclosed by the following
特許文献1及び2に開示されている過熱蒸気生成装置は、電磁誘導過熱(IH:
Induction Heating)を利用した装置であり、コイルが巻かれた管内に水蒸気を通過させながら、コイルに高周波交流電流を流すことで、水蒸気を過熱するものである。従来は、このような電磁誘導過熱式の過熱蒸気生成装置が主流であった。
The superheated steam generator disclosed in
Induction Heating is a device that superheats water vapor by allowing high-frequency alternating current to flow through the coil while allowing water vapor to pass through the tube around which the coil is wound. Conventionally, such an electromagnetic induction superheated superheated steam generator has been mainstream.
一方、特許文献3に開示されている過熱蒸気生成装置は、過熱手段として、コイルではなく電気ヒータを用いた装置である。この過熱蒸気生成装置は、水蒸気が通過する複数の細管が貫通した密封筐体内に、電気ヒータを設置すると共に、筐体内にシリコンオイル等の熱伝導媒体を充満させ、この熱伝導媒体の対流によって電気ヒータによる熱エネルギーを細管内の水蒸気に伝達して加熱する構成を採用している。 On the other hand, the superheated steam generation apparatus disclosed in Patent Document 3 is an apparatus that uses an electric heater instead of a coil as the superheating means. In this superheated steam generator, an electric heater is installed in a sealed casing through which a plurality of thin tubes through which water vapor passes, and a heat conduction medium such as silicon oil is filled in the casing, and convection of the heat conduction medium is performed. A configuration is adopted in which the heat energy from the electric heater is transferred to the water vapor in the narrow tube for heating.
しかし、上記特許文献1及び2の過熱蒸気生成装置は、電磁誘導加熱式であるため、励磁コイルを管に巻く必要があり、装置の小型化、軽量化には不向きであった。また、上記特許文献3の過熱蒸気生成装置は、熱伝導媒体の対流により水蒸気を加熱しているため、熱伝導効率が良くないという問題があった。
However, since the superheated steam generators of
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型化、軽量化に適し、且つ、熱伝導効率の高い過熱蒸気生成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a superheated steam generator that is suitable for miniaturization and weight reduction and has high heat conduction efficiency.
上記課題を解決するために、本発明に過熱蒸気生成装置は、流路を通過する蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置であって、前記流路を内部に保持する筒状流路部材と、前記筒状流路部材の内側に配置され、前記筒状流路部材を主として輻射線により内側から加熱する加熱手段と、前記筒状流路部材の筒周面に接触しながら当該筒状流路部材を覆って配置された筒形状の断熱保温材と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the superheated steam generator according to the present invention is a superheated steam generator that generates superheated steam by heating the steam passing through the flow path, and has a cylindrical shape that holds the flow path inside. A flow path member, a heating means that is disposed inside the cylindrical flow path member, and that heats the cylindrical flow path member from the inner side mainly by radiation , while contacting the cylindrical circumferential surface of the cylindrical flow path member And a cylindrical heat insulating heat insulating material arranged to cover the cylindrical flow path member .
本発明に係る過熱蒸気生成装置によれば、小型・軽量化に適し、且つ、熱伝導効率の高い過熱蒸気生成装置を提供することができる。 According to the superheated steam generator according to the present invention, it is possible to provide a superheated steam generator suitable for reduction in size and weight and having high heat conduction efficiency.
以下、図面を参照しながら、本発明の第1実施形態について詳細に説明する。図1は、第1実施形態に係る過熱蒸気生成装置1の断面図である。図2は、図1のA−A線における断面図である。図1及び図2に示すように、過熱蒸気生成装置1は、ハロゲンヒータ10、二重管20、断熱保温材30、温度センサ41、制御回路42を備えている。
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the
ハロゲンヒータ10は、蒸気を加熱するための加熱手段であり、駆動回路11により電圧が印加され駆動される。本実施形態では、4kWの円柱状ハロゲンヒータが用いられており、そのコイル温度は2200℃程度まで上昇する。
The
二重管20は、同軸に配置されたステンレス鋼(SUS: Stainless
Used Steel)製の内管22及び外管21を備えており、この内管22と外管21とにより囲まれた円筒空間を、加熱される蒸気が通過する。すなわち、筒状の二重管20が、被加熱蒸気が通過する流路を形成する筒状流路部材を構成している。このため、図1に示すように、二重管20の一端には、蒸気入口部25、他端には蒸気出口部26が設けられている。例えば、ボイラ等によって生成された蒸気が蒸気入口25に導入され、蒸気出口部26から過熱蒸気が得られる。
The
Used Steel) includes an
本実施形態では、内管22の径はφ100mm、外管21の径はφ140mmである。また、二重管20の内側外表面、すなわち、内管22のハロゲンヒータ10に面する内側表面には、酸化処理が施されている。酸化処理を行えば、表面が黒ずむため、反射率を抑えて輻射率を高めることができ、伝熱効率を向上させることができる。なお、酸化処理以外であっても、酸で腐食するなどの表面を粗くする処理(粗面化処理)や、黒くする処理(黒色化処理)など、輻射率を高めることができる他の処理(高輻射率化処理)を施しても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、外管21の内側に螺旋状の突起であるバッフル(邪魔板)27が一体に設けられている。図3は、バッフル27を説明するための外管21の断面図である。蒸気入口部25から蒸気出口部26へと向かって、筒状隙間空間内を流れる蒸気は、このバッフル27に沿って螺旋状に進みながら撹拌されるので、流路距離も長くなり、伝熱効率を向上させることができる。
In the present embodiment, a baffle (baffle plate) 27 that is a spiral protrusion is integrally provided inside the
なお、バッフル27は、内管22の外側表面に設けるようにしても良い。内管22に設けた場合には、伝熱効率を高めるフィンとして大きく寄与することになる。また、外管21の内側及び内管22の外側の双方にバッフルを設けても良い。このとき、好ましくは、内管22の外側表面には主としてフィンとして機能する突起を設け、外管21の内側表面には主としてバッフルとして機能する突起を設ければ、伝熱効率を大きく向上させることができる。もちろん、バッフルとしての形状は、螺旋状の突起に限らず、内管22と外管21との間の筒状隙間を通過する蒸気を撹拌できる形状であれば、適宜他の形状を採用することができる。また、フィンとしての形状も、表面積を大きくできる形状であれば、形状は自由に設定し良い。
The
断熱保温材30は、円筒形状であり、外管21の外側表面、すなわち二重管20の表面を覆って配置されており、ハロゲンヒータ10からの熱エネルギーが、過熱蒸気生成装置1の外へ流出するのを防止し、もって伝熱効率の向上に寄与している。また、断熱保温材30は、その円筒の中心軸にハロゲンヒータ10が位置するように、ハロゲンヒータ10を保持している。また、断熱保温材30の蒸気出入口25,26が位置する場所には、これらの挿通用の穴が設けられており、蒸気出入口25,26と外部の管との接続を可能にしている。また、断熱保温材30の周囲は、ケーシング31によって覆われている。
The heat insulating and
温度センサ41は、蒸気出口部26に設けられており、100℃以上に過熱されて蒸気出口部26から排出されてくる過熱蒸気の温度を測定する。温度センサ41の出力は、制御回路42へと送られ、制御回路42によりハロゲンヒータ10の加熱量を制御するために使用される。例えば、生成する過熱蒸気の温度を300℃にしたい場合には、温度センサ41の出力を基に、制御回路42がPID制御によりハロゲンヒータ10の駆動回路11をフィードバック制御すれば良い。
The
以上、本実施形態に係る過熱蒸気生成装置1の構成について説明したが、続いて、過熱蒸気生成装置1により過熱蒸気を生成する際の動作について説明する。
As mentioned above, although the structure of the superheated
まず、駆動回路11によりハロゲンヒータ10を駆動させ、本実施形態では、2200℃まで上昇させる。ハロゲンヒータ10が放出する熱エネルギーは、主として輻射線による輻射熱として内管22に伝熱され、内管22を400℃程度に加熱する。内管22に伝熱された熱エネルギーは、さらに輻射熱として外管21にも伝達され、外管21を加熱する。
First, the
一方、ボイラ等によって生成され、蒸気入口部25から外管21及び内管22によって囲まれた筒状隙間(流路)内に流入してきた蒸気は、バッフル27により螺旋状に渦巻きながら蒸気出口部26へと進んでいく。このとき、加熱された内管22及び外管21から発せされる輻射熱により、蒸気が300℃まで加熱され、蒸気出口部26から過熱蒸気として排出される。もちろん、輻射と比べると寄与度は小さいが、蒸気の対流や、蒸気が内管22及び外管21に接する際の伝導によっても伝熱が行われている。
On the other hand, the steam generated by the boiler or the like and flowing into the cylindrical gap (flow path) surrounded by the
このように主として輻射熱により300℃まで加熱された過熱蒸気は、蒸気出口部26から排出されるが、この排出時の過熱蒸気の温度が温度センサ41によって計測される。計測された温度は、制御回路42へと送られ、目標値である設定温度(300℃)に近づくように、制御回路42がハロゲンヒータ10の駆動回路11をPID制御する。これにより、所定の温度に加熱された過熱蒸気が生成されることになる。
The superheated steam heated to 300 ° C. mainly by radiant heat is discharged from the
なお、過熱蒸気生成装置によって生成される過熱蒸気の利用形態としては、脱臭装置、調理器、炭化装置、殺菌装置等、種々の用途に利用される。それぞれの用途において、必要とされる過熱蒸気の温度は異なるが、例えば、炭化装置に適用する場合には、350℃以上であれば対象物を炭化できるため、350℃以上の過熱蒸気を生成する必要がある。 In addition, as a utilization form of the superheated steam produced | generated by a superheated steam production | generation apparatus, it utilizes for various uses, such as a deodorizing apparatus, a cooking device, a carbonization apparatus, and a sterilization apparatus. The temperature of superheated steam required for each application differs, but for example, when applied to a carbonization device, an object can be carbonized at 350 ° C or higher, so that superheated steam at 350 ° C or higher is generated. There is a need.
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態によれば、被加熱蒸気を外管と内管に挟まれた流路である筒状隙間内を通過させ、内管の内側に配置した加熱手段(ハロゲンヒータ)により主として輻射線により内管を加熱することで、蒸気を加熱するように構成しているので、加熱手段の熱エネルギーが効率良く蒸気を加熱するために使用され、伝熱効率を大幅に高めることができる。 As described above, the present embodiment has been described in detail. According to the present embodiment, the steam to be heated is passed through a cylindrical gap that is a flow path sandwiched between the outer tube and the inner tube, and is disposed inside the inner tube. The heating means (halogen heater) is configured to heat the inner tube mainly by radiation, so that the steam is heated. Therefore, the heat energy of the heating means is used to efficiently heat the steam and is transmitted. Thermal efficiency can be greatly increased.
また、本実施形態に係る過熱蒸気生成装置は、二重管の内側に過熱手段を配置する構成としているため、伝熱媒体も不必要であり、構造が簡易であり、装置を小型化、軽量化することが可能である。また、本実施形態によれば、加熱手段の周辺に蒸気が通る流路を備えることで、輻射線を均一に効率よく利用することができる。また、エネルギー源が輻射線であるので、短時間で高温の加熱が可能であり、高温の過熱蒸気を得ることができる。また、加熱した場合に副産物が生成されることもなく、クリーンな過熱蒸気生成装置である。 Further, since the superheated steam generator according to the present embodiment has a configuration in which the superheater is disposed inside the double pipe, a heat transfer medium is unnecessary, the structure is simple, the apparatus is miniaturized and lightweight. It is possible to Moreover, according to the present embodiment, the radiation can be used uniformly and efficiently by providing the flow path through which the steam passes around the heating means. Further, since the energy source is radiation, high temperature heating is possible in a short time, and high temperature superheated steam can be obtained. In addition, when heated, no by-product is generated, and this is a clean superheated steam generator.
続いて、本実施形態の変形例1について説明する。上記実施形態では、ハロゲンヒータを1つ備える構成としたが、本変形例1では、ハロゲンヒータが複数本の場合について説明する。
Subsequently,
図4にハロゲンヒータが複数本の場合の変形例を示す。図4(a)は、ハロゲンヒータが2つの場合の過熱蒸気生成装置の断面図、図4(b)は、ハロゲンヒータが4つの場合の過熱蒸気生成装置の断面図である。 FIG. 4 shows a modification in the case where there are a plurality of halogen heaters. 4A is a cross-sectional view of the superheated steam generator when there are two halogen heaters, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the superheated steam generator when there are four halogen heaters.
図4(a)に示すように、ハロゲンヒータが2つの場合には、二重管20の内側表面にハロゲンヒータ10からの熱エネルギーがなるべく均一に伝わるように、断面が長円形状(トラック形状)の二重管20を採用している。また、図4(b)に示すように、ハロゲンヒータ10が4つの場合には、同じく熱エネルギーが均等に伝わるように、二重管20は断面が円形のままで、各ハロゲンヒータ10の軸が同心円状に等角度に位置するようにハロゲンヒータ10を配置している。
As shown in FIG. 4A, when there are two halogen heaters, the cross section has an oval shape (track shape) so that the heat energy from the
続いて、本実施形態の変形例2について説明する。図5(a)は、第1実施形態の変形例2に係る外管の断面図を示し、図5(b)は、図5(a)のB−B線における断面図である。本変形例2では、螺旋状のバッフルではなく、半環状のバッフル27を、外管21の内側の二箇所に形成している。
Then, the modification 2 of this embodiment is demonstrated. Fig.5 (a) shows sectional drawing of the outer tube | pipe which concerns on the modification 2 of 1st Embodiment, FIG.5 (b) is sectional drawing in the BB line of Fig.5 (a). In the second modification, not a spiral baffle but semi-annular baffles 27 are formed at two locations inside the
図5に示すように、外管21の内側の蒸気入口部25側と、蒸気出口部26側とに設けられたバッフル27は、互いに180度ずれた位置に形成されている。したがって、蒸気入口部25から流入し、図中右側の蒸気出口部26へ向かって進む蒸気は、入口側のバッフル27によって図中下方に向けられて進むと共に、出口側のバッフル27によって図中上方に向けられて進むこととなり、筒状隙間内を流れる蒸気が抵抗を受けて拡散され、伝熱効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 5, the
なお、半環状のバッフルではなく、1/3環状(120度)のバッフルを設けても良い。この場合には、蒸気を効率よく拡散させるために、外管21の軸方向に見て、120度ずつずらして1/3環状バッフルを三箇所に設ければ良い。また、バッフルをさらに複数箇所に設けても良い。もちろん、本変形例の場合にも、適宜、内管22等にフィンを設けることができる。
Instead of a semi-annular baffle, a 1/3 annular (120 degree) baffle may be provided. In this case, in order to diffuse the steam efficiently, it is only necessary to provide 1/3 annular baffles at three positions with a shift of 120 degrees when viewed in the axial direction of the
続いて、本発明に係る第2実施形態について説明する。図6は、本実施形態に係る過熱蒸気生成装置1の断面図である。第1実施形態では、被加熱蒸気の流路を外管21及び内管21により形成される筒状隙間としたが、本実施形態では、ステンレス鋼製の細管をコイル状に巻いた筒状コイル管23により、被加熱蒸気の流路を形成したことを特徴としている。すなわち、第1実施形態では、二重管20が筒状流路部材を形成するのに対して、本実施形態では、筒状コイル管が筒状流路部材を形成している。なお、その他の構成は、第1実施形態と同様であるので、同じ構成には同じ番号を付し、説明を省略する。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the
図6に示すように、第2実施形態に係る過熱蒸気生成装置1は、第1実施形態の内管の位置に、筒状コイル管23が設置されている。上述したように、この筒状コイル管23においては、細管の内部が、被加熱蒸気が通過する流路となっており、細管の一端が蒸気入口部25に接続され、他端が蒸気出口部26に接続されている。また、断熱保温材30の周囲には、ケーシング31が保温材30を覆って配置されている。
As shown in FIG. 6, the superheated
このような構成において、蒸気入口部25から流入した蒸気は、筒状コイル管23の内部の流路にそって、螺旋状に渦巻きながら蒸気出口部26へ向かって進んでいく。このとき、筒状コイル管23の内側に配置されているハロゲンヒータ10が、主として輻射熱により筒状コイル管23の内側表面を加熱する。そして、細管内を通過する蒸気は、細管から発せされる輻射熱により加熱され、蒸気出口部26では、過熱蒸気が生成されることになる。
In such a configuration, the steam flowing in from the
本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果が得られると共に、流路が細長くなるため、高圧の過熱蒸気を得ることができる。 According to the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the flow path is elongated, so that high-pressure superheated steam can be obtained.
以上、本発明の第1及び第2実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は、上記実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、円筒形状の外管及び内管を採用したが、角筒等、適宜他の形状の管を採用しても良い。 As described above, the first and second embodiments of the present invention have been described in detail. However, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications thereof, and do not depart from the spirit of the present invention. Various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the cylindrical outer tube and the inner tube are employed, but other shapes such as a rectangular tube may be employed as appropriate.
また、上記実施形態では、加熱手段として2200℃程度に加熱できるハロゲンヒータを用いたが、他のヒータを用いても良い。例えば、カーボンヒータ等の他の電気ヒータを用いることができる。 In the above embodiment, the halogen heater that can be heated to about 2200 ° C. is used as the heating means, but other heaters may be used. For example, other electric heaters such as a carbon heater can be used.
1 過熱蒸気生成装置
10 ハロゲンヒータ
11 駆動回路
20 二重管
21 外管
22 内管
25 蒸気入口部
26 蒸気出口部
27 バッフル
30 断熱保温材
31 ケーシング
41 温度センサ
42 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記流路を内部に保持する筒状流路部材と、
前記筒状流路部材の内側に配置され、前記筒状流路部材を主として輻射線により内側から加熱する加熱手段と、
前記筒状流路部材の筒周面に接触しながら当該筒状流路部材を覆って配置された筒形状の断熱保温材と、
を備えることを特徴とする過熱蒸気生成装置。 A superheated steam generator that generates superheated steam by heating steam passing through a flow path,
A cylindrical channel member holding the channel inside;
A heating means disposed inside the cylindrical flow path member and heating the cylindrical flow path member from the inside mainly by radiation;
A cylindrical heat insulating and heat-insulating material arranged so as to cover the cylindrical flow path member while being in contact with the cylindrical peripheral surface of the cylindrical flow path member ;
An overheated steam generation device comprising:
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